一种抬头显示装置 |
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| 申请号 | CN202211326814.5 | 申请日 | 2022-10-25 | 公开(公告)号 | CN117930505A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 上海鲲游科技有限公司; | 发明人 | 黄鹏; 张雅琴; 楼歆晔; 李帅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种抬头显示装置，其中包括：图像源，用于出射图像光束；衍射光 波导 ，衍射光波导包括波导基底以及位于波导基底一侧的耦入结构和耦出结构，耦入结构用于将图像光束耦入至波导基底内，图像光束在波导基底中全反射地传播至耦出结构，耦出结构用于将图像光束耦出波导基底；调焦器件，位于耦出结构的出射光路上，不同视场区域的耦出光束经调焦器件调制并由挡 风 玻璃反射后，在与 挡风玻璃 距离不同的至少两个 位置 成像。本发明 实施例 的技术方案，可以在挡风玻璃不同深度成像，进而驾驶员在挡风玻璃前方可以看到不同深度的虚像，而且装置体积小，节省空间，有利于减少潜在的交通事故，以保障驾驶安全。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种抬头显示装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种抬头显示装置技术领域背景技术[0002] 增强现实(AR)是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，AR显示系统通常包括微型投影仪和光学显示屏，将微型显示器上的像素通过光学显示屏投射到人眼中，同时，用户可以透过光学显示屏看到真实世界。 [0003] 汽车抬头显示装置(HUD)是一种视觉辅助驾驶系统，它能够为驾驶员提供关键的辅助驾驶信息，并把行车信息投射成一个虚像，显示在驾驶员前方的一定距离处，使驾驶员在平视状态下即可获取车速、油量、实时导航等信息。 [0004] 然而，传统的W‑HUD采用多次反射光学系统，得到的抬头显示装置体积大，放在车前部太占用空间。 发明内容[0005] 本发明实施例提供了一种抬头显示装置，该装置通过耦入结构将图像光束耦入至波导基底内，图像光束在波导基底中全反射地传播至耦出结构，耦出结构将图像光束耦出波导基底，不同视场区域的耦出光束经调焦器件调制并由挡风玻璃反射后，在与挡风玻璃距离不同的至少两个位置成像，图像具有连续的焦点，进而驾驶员在挡风玻璃前方可以看到不同深度的虚像。基于光学波导原理，本发明提供的抬头装置具有视场角大、体积小的特点，且波导基底厚度薄，进而大大减小了抬头装置的体积，解决了现有技术中采用多次反射光学系统，装置体积过大，占用车前部太多空间的问题。 [0006] 根据本发明的一方面，提供了一种抬头显示装置，其中包括： [0007] 图像源，用于出射图像光束； [0008] 衍射光波导，所述衍射光波导包括波导基底以及位于所述波导基底至少一侧的耦入结构和耦出结构，所述耦入结构用于将所述图像光束耦入至所述波导基底内，所述图像光束在波导基底中全反射地传播至所述耦出结构，所述耦出结构用于将所述图像光束耦出所述波导基底； [0009] 调焦器件，位于所述耦出结构的出射光路上，不同视场区域的耦出光束经所述调焦器件调制并由挡风玻璃反射后，在与所述挡风玻璃距离不同的至少两个位置成像。 [0011] 可选的，所述成像透镜组包括至少一个透镜，所述透镜包括球面透镜、二次高阶非球面透镜或自由曲面透镜。 [0012] 可选的，所述准直透镜组包括至少一个微透镜阵列、至少一个菲涅尔透镜阵列或自由曲面透镜。 [0013] 可选的，沿至少一个垂直于所述调焦器件的光轴的方向，所述准直透镜组的至少一个参数渐变。 [0014] 可选的，沿靠近所述挡风玻璃的方向，所述准直透镜组的光焦度减小。 [0015] 可选的，所述图像源包括第一图像源和第二图像源，所述衍射光波导包括第一衍射光波导和第二衍射光波导； [0016] 所述第一图像源用于出射左眼图像光束，所述左眼图像光束经过所述第一衍射光波导传输、所述调焦器件调制并由所述挡风玻璃反射后形成左眼图像； [0017] 所述第二图像源用于出射右眼图像光束，所述右眼图像光束经过所述第二衍射光波导传输、所述调焦器件调制并由所述挡风玻璃反射后形成右眼图像。 [0018] 可选的，所述调焦器件包括第一调焦器件和第二调焦器件，所述第一调焦器件用于调制所述左眼图像光束，所述第二调焦器件用于调制所述右眼图像光束。 [0019] 可选的，所述衍射光波导还包括扩瞳结构，所述扩瞳结构包括第一扩瞳结构和第二扩瞳结构，所述耦出结构包括第一耦出结构和第二耦出结构； [0020] 所述图像光束包括左眼图像光束和右眼图像光束，所述左眼图像光束从所述耦入结构耦入后依次经过所述第一扩瞳结构和所述第一耦出结构后输出，所述右眼图像光束从所述耦入结构耦入后依次经过所述第二扩瞳结构和所述第二耦出结构后输出。 [0021] 可选的，所述第一扩瞳结构和所述第二扩瞳结构位于所述耦入结构的第一侧，所述第一耦出结构和所述第二耦出结构位于所述耦入结构的第一侧；或者 [0022] 所述耦入结构位于所述第一扩瞳结构和所述第二扩瞳结构之间，所述耦入结构位于所述第一耦出结构和所述第二耦出结构之间，所述第一扩瞳结构和所述第一耦出结构位于所述耦入结构的同一侧。 [0023] 可选的，所述扩瞳结构和所述耦出结构均包括光栅，沿光束传输的方向，所述光栅的深度增加。 [0024] 可选的，所述衍射光波导还包括位于所述耦入结构和/或所述耦出结构的反射层。 [0025] 可选的，所述耦入结构位于所述波导基底远离或靠近所述图像源的一侧，所述反射层位于所述耦入结构的对侧；和/或 [0026] 所述耦出结构位于所述波导基底远离所述图像源的一侧，所述反射层位于所述波导基底靠近所述图像源的一侧。 [0027] 可选的，所述衍射光波导包括耦入一维光栅和耦出二维光栅，或者所述衍射光波导包括耦入一维光栅、扩瞳一维光栅和耦出一维光栅。 [0028] 可选的，所述衍射光波导包括直齿光栅、斜齿光栅或闪耀光栅中的至少一种。 [0029] 可选的，所述挡风玻璃一侧设置有红外反射层或红外吸收层。 [0030] 本发明实施例提供的一种抬头显示装置，通过耦入结构将图像光束耦入至波导基底内，图像光束在波导基底中全反射地传播至耦出结构，耦出结构将图像光束耦出波导基底，不同视场区域的耦出光束经调焦器件调制并由挡风玻璃反射后，在与挡风玻璃距离不同的至少两个位置成像，图像具有连续的焦点，进而驾驶员在挡风玻璃前方可以看到不同深度的虚像。 [0032] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0033] 图1为本发明实施例提供的一种抬头显示装置的结构示意图； [0034] 图2为本发明实施例提供的一种抬头显示装置的调焦器件的结构示意图； [0035] 图3为本发明实施例提供的又一种抬头显示装置的结构示意图； [0036] 图4为本发明实施例提供的再一种抬头显示装置的结构示意图； [0037] 图5为本发明实施例提供的一种抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图； [0038] 图6为本发明实施例提供的另一抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图； [0039] 图7为本发明实施例提供的又一抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图； [0040] 图8为本发明实施例提供的再一抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图。 具体实施方式[0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0042] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 [0043] 图1为本发明实施例提供的一种抬头显示装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：图像源100，衍射光波导200，调焦器件300。 [0044] 参阅图1，图像源100，用于出射图像光束；衍射光波导200，衍射光波导200包括波导基底210以及位于波导基底210至少一侧的耦入结构220和耦出结构230，耦入结构220用于将图像光束耦入至波导基底210内，图像光束在波导基底210中全反射地传播至耦出结构230，耦出结构230用于将图像光束耦出波导基底210。调焦器件300，位于耦出结构230的出射光路上，不同视场区域的耦出光束经调焦器件300调制并由挡风玻璃400反射后，在与挡风玻璃400距离不同的至少两个位置成像。 [0045] 其中，图像源100包括但不限于光机，图像源100的个数可以根据抬头显示装置的具体结构进行调整，例如2个。衍射光波导200包括但不限于体全息波导、表面浮雕光栅波导，衍射光波导200的材质可以选择玻璃材质，例如采用1.5‑2.0的玻璃，厚度在2mm‑10mm；波导基底210内部传输介质折射率大于周围介质，波导中的入射角大于全反射临界角时，光可以在波导内发生全反射，无损传输；耦入结构220位于图像源100出光方向上，包括但不限于通过衍射，将图像光束耦入波导基底210内部；调焦器件300包括但不限于成像透镜组和准直透镜组，用于调制耦出结构230出射的不同区域的光束，并使其产生不同的夹角，调焦器件300位于衍射光波导200的出射光路上，具体位置在保证耦出光束均能进入调焦器件中的基础上，进行设定，例如与耦出结构230的距离为3‑30mm；耦入结构220、耦出结构230的尺寸根据衍射光波导200的规格进行调整。 [0046] 具体而言，图像源100出射图像光束，图像光束传播至耦入结构220，耦入结构220将图像光束耦入波导基底210，进一步的，耦入光束在波导基底210内发生全反射，传播至耦出结构230，耦出结构230将光束耦出衍射光波导200，调焦器件300与耦出结构230位置对应，保证耦出光束均能进入调焦器件300中，避免产生图像重影干扰主像。耦出光束为平行光束，经过调焦器件300调制，使得不同区域的耦出光束产生不同的夹角，在经过挡风玻璃400反射后进入人眼接收区域。如图1所示L1、L2处，由于不同视场角具有不同的夹角，其反向延长线交于空间中不同的位置，进而使得驾驶员在挡风玻璃前方可以看到不同深度的虚像。 [0047] 本发明实施例的技术方案，通过耦入结构将图像光束耦入至波导基底内，图像光束在波导基底中全反射地传播至耦出结构，耦出结构将图像光束耦出波导基底，不同视场区域的耦出光束经调焦器件调制并由挡风玻璃反射后，在与挡风玻璃距离不同的至少两个位置成像，图像具有连续的焦点，进而驾驶员在挡风玻璃前方可以看到不同深度的虚像。 [0048] 在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种可选的调焦器件300的具体结构，图2为本发明实施例提供的一种抬头显示装置的调焦器件的结构示意图，如图2所示，调焦器件300包括：具有正光焦度的成像透镜310和具有光焦度的准直透镜组320，成像透镜组310位于准直透镜组320靠近衍射光波导200的一侧。 [0049] 其中，成像透镜组310具有正光焦度，用于汇聚来自衍射光波导200的耦出光束，成像透镜组310的光焦度，在保证汇聚光束能够入射于准直透镜组320的基础上进行调整，在此不做限定；准直透镜组320可以为正光焦度，或负光焦度，在此不做限定，准直透镜组320用于调节成像透镜组310出射光束，进而使得调焦器件300出射光束具有一个较小发散角，发散角度根据实际需求，通过调整准直透镜组320的规格进行调整，进而控制成像位置；成像透镜组310与准直透镜组320之间的距离，根据成像透镜组310与准直透镜组320的规格进行调整，例如准直透镜组320的焦距。 [0050] 具体而言，图像源100出射图像光束，图像光束传播至耦入结构220，耦入结构220将图像光束耦入波导基底210，进一步的，耦入光束在波导基底210内发生全反射，传播至耦出结构230，耦出结构230将光束耦出衍射光波导200。调焦器件300与耦出结构230位置对应，保证耦出光束均能进入调焦器件300中，避免产生图像重影干扰主像。耦出光束为多组平行光束，每组平行光束对应一个视场角或一个视场角范围，经具有正光焦度的成像透镜组310，各组平行光束汇聚于准直透镜组320的不同位置，经过准直透镜组320根据各组平行光束的成像位置需求进行调焦，各组平行光束经调焦器件300后的出射光束各自具有一定发散角，以通过控制发散角，进而使得调焦器件300出射光束，在经过挡风玻璃400反射后进入人眼接收区域，进而提高了不同位置成像的精度。 [0051] 可选的，成像透镜组310包括至少一个透镜，透镜包括球面透镜、二次高阶非球面透镜或自由曲面透镜。 [0052] 其中，成像透镜组310所包括透镜，用于汇聚来自衍射光波导200的光束，具体可以为球面透镜、二次高阶非球面透镜或自由曲面透镜，具有较高的聚焦精度，且能够控制成像点更加精确。 [0053] 具体而言，图像光束经衍射光波导200耦出，入射至成像透镜组310，经球面透镜、二次高阶非球面透镜或自由曲面透镜调制，使得准直透镜组320处汇聚光束精度更高，进而经过准直透镜组320，入射至挡风玻璃400，经挡风玻璃400反射后，进入人眼接收区域，并成像于不同位置。 [0054] 可选的，准直透镜组320包括至少一个微透镜阵列、至少一个菲涅尔透镜阵列或自由曲面透镜。 [0055] 其中，准直透镜组320所包括透镜或透镜阵列用于调制成像透镜组310处出射光束，微透镜阵列、菲涅尔透镜阵列和自由曲面透镜可以使得由透镜阵列出射光束更加均匀，且精度更高。 [0056] 具体而言，图像光束经衍射光波导200耦出，入射至成像透镜组310，经成像透镜组310调制，入射至准直透镜组320，经入射至少一个微透镜阵列、至少一个菲涅尔透镜阵列或自由曲面透镜调制，使得由准直透镜组320出射光束具有一定夹角，进而经挡风玻璃400反射，入射至人眼接收区域，进而提高了不同位置成像的精度。 [0057] 需要说明的是，耦出结构的耦出光束为不同视场角的平行光束，为了使得不同视场的光束在距离风挡不同位置处成像，本申请通过成像透镜组实现将不同视场角的平行光束预成像在不同位置，然后在不同视场角的平行光束的各预成像位置设置准直透镜，这些准直透镜形成准直透镜组。虽然叫准直透镜组，但是光束经过之后并不是严格的准直，因为准直光束进入人眼后成像在无穷远，不会有距离的信息，若想要实现在距离风挡不同的多处位置处成像，则需要光束从准直透镜组出来后为发散的光束，具有一个较小的发散角，通过控制该发散角来控制不同的成像位置；而由于多处成像是采用不同视场的光束各自成像的方式，那么可以设置准直透镜组310的光焦度是变化的，作用不同视场的光束的准直透镜的光焦度不同。 [0058] 可选的，沿至少一个垂直于调焦器件300的光轴的方向，准直透镜组310的至少一个参数渐变。 [0059] 其中，参数渐变包括但不限于高度、透镜口径、曲率半径。 [0060] 具体而言，沿至少一个垂直于调焦器件300的光轴的方向，准直透镜组310的至少一个参数渐变，进而使得由调焦器件300出射光束，经挡风玻璃400反射后，可以获得连续的成像距离，使得人眼在挡风玻璃400前方可以看到不同深度的虚像。 [0061] 可选的，沿靠近挡风玻璃400的方向，准直透镜组310的光焦度减小。 [0062] 具体而言，沿靠近挡风玻璃400的方向，准直透镜组310的光焦度减小，使得人眼在挡风玻璃400可以看到不同深度的虚像。 [0063] 综上所述，本发明实施例的技术方案，通过进一步细化，进而提高了抬头显示装置的图像成像精度，使得人眼看到不同深度的虚像。 [0064] 可选的，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种可选的抬头显示装置的具体结构，图3为本发明实施例提供的又一种抬头显示装置的结构示意图，如图3所示，图像源100包括第一图像源101和第二图像源102，衍射光波导200包括第一衍射光波导201和第二衍射光波导202。 [0065] 参阅图3，第一图像源101用于出射左眼图像光束，左眼图像光束经过第一衍射光波导201传输、调焦器件300调制并由挡风玻璃400反射后形成左眼图像；第二图像源102用于出射右眼图像光束，右眼图像光束经过第二衍射光波导202传输、调焦器件300调制并由挡风玻璃400反射后形成右眼图像。 [0066] 其中，第一图像源101、第二图像源102包括但不限于光机，第一图像源101、第二图像源102的光轴可以具有一定夹角，且偏转方向相反，例如夹角为0‑1°之间；第一衍射光波导201设置位置与第一图像源101相对应，第二衍射光波导202设置位置与第二图像源102相对应；例如两个图像源和衍射光波导沿着平行于挡风玻璃400方向排列，两个衍射光波导平行。左眼图像光束与右眼图像光束的图像内容可以相同或者不同。 [0067] 具体而言，第一图像源101出射左眼图像，经过第一衍射光波导201传输第一衍射光波导201传输调焦器件300调制并由挡风玻璃400反射后形成左眼图像，第二图像源102用于出射右眼图像光束，右眼图像光束经过第二衍射光波导202传输、调焦器件300调制并由挡风玻璃400反射后形成右眼图像。第一图像源101与第二图像源102的光轴具有一定夹角，使得左右眼耦出的图像光束的光轴存在一定的夹角，从而使得左右眼耦出的图像光束经调焦器件300调焦以及挡风玻璃400反射后能够合像，形成三维虚像。左右眼识别图像分别由对应图像源出射图像光束，进而由对应衍射光波导衍射并传导，形成两个分离的人眼识别区域，使得衍射光波导有效利用面积率增加，进而有效减小衍射光波导的面积。 [0068] 可选的，图4为本发明实施例提供的再一种抬头显示装置的结构示意图，如图4所示，调焦器件300包括第一调焦器件301和第二调焦器件302，第一调焦器件301用于调制左眼图像光束，第二调焦器件302用于调制右眼图像光束。 [0069] 其中，第一调焦器件301位于第一衍射光波导201出射光路上，第二调焦器件302位于第二衍射光波导202出射光路上，第一调焦器件301与第二调焦器件302的具体位置，例如与两个调焦器件分别与两个衍射光波导之间的距离，以及两个调焦器件光轴之间的夹角，可以根据实际情况进行设定，在此不做限定。例如根据衍射光波导的有效区宽度、耦出宽度、以及视场角进行设定，两个调焦器件的光轴有一个0‑2°之间的夹角，两个调焦器件偏转方向相反。 [0070] 具体而言，经第一衍射光波导201耦出左眼图像光束，出射至第一调焦器件301，出射光束经调制并由挡风玻璃400反射后形成左眼图像；经第二衍射光波导202耦出右眼图像光束，出射至第二调焦器件302，出射光束经调制并由挡风玻璃400反射后形成右眼图像，左右眼图像分别经对应调焦器加调制，进一步提高图像调制精度，进而提高了不同位置成像的精度。 [0071] 综上所述，本发明实施例的技术方案，通过设置左右眼成像对应光路结构，将人眼处成像分为两个分离的人眼成像区域，提高了成像精度的同时，有效减小了衍射光波导的面积，且通过光路上光学组件(光机或者调焦器件等)的调节使得左右眼成像可以进一步形成三维虚像。 [0072] 在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种可选的衍射光波导的具体结构，图5为本发明实施例提供的一种抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图，如图5所示，衍射光波导200还包括扩瞳结构240，扩瞳结构240包括第一扩瞳结构241和第二扩瞳结构242，耦出结构230包括第一耦出结构231和第二耦出结构232。 [0073] 参阅图5，图像光束包括左眼图像光束和右眼图像光束，左眼图像光束从耦入结构220耦入后依次经过第一扩瞳结构241和第一耦出结构231后输出，右眼图像光束从耦入结构220耦入后依次经过第二扩瞳结构242和第二耦出结构232后输出。 [0074] 其中，第一扩瞳结构241与第二扩瞳结构242位于衍射光波导200内，沿着耦入衍射光波导200耦入光束的光路并排设置，第一耦出结构231位于第一扩瞳结构241出射光路上，第二耦出结构232位于第二扩瞳结构242出射光路上。 [0075] 具体而言，左眼图像光束从耦入结构220耦入后依次经过第一扩瞳结构241和第一耦出结构231后输出，右眼图像光束从耦入结构220耦入后依次经过第二扩瞳结构242和第二耦出结构232后输出。左右眼图像分别经对应扩瞳结构以及耦出结构输出，进而形成两个分离的人眼成像区域，合像后形成三维虚像。 [0076] 需要说明的是，图5仅示出了一种可以实施的衍射光波导的具体结构，耦入结构220与第一扩瞳结构241以及第二扩瞳结构242的位置，还可以通过调整耦入结构220的位置，进行调整。 [0077] 可选的，图6为本发明实施例提供的另一抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图。继续参阅图5，第一扩瞳结构241和第二扩瞳结构242位于耦入结构220的第一侧，第一耦出结构231和第二耦出结构232位于耦入结构220的第一侧。 [0078] 或者，如图6所示，耦入结构220位于第一扩瞳结构241和第二扩瞳结构242之间，耦入结构220位于第一耦出结构231和第二耦出结构232之间，第一扩瞳结构241和第一耦出结构231位于耦入结构220的同一侧。 [0079] 其中，耦入结构220的正负一级分别耦入左右眼对应图像光束。 [0080] 具体而言，左眼图像光束从耦入结构220耦入后依次经过第一扩瞳结构241和第一耦出结构231后输出，右眼图像光束从耦入结构220耦入后依次经过第二扩瞳结构242和第二耦出结构232后输出，合像后形成三维虚像。 [0081] 可选的，扩瞳结构和耦出结构均包括光栅，沿光束传输的方向，光栅的深度增加。 [0082] 具体而言，图像光束经过耦入结构220，耦入至扩瞳结构，沿光束传输的方向，光栅的深度增加，使得耦出区域光束亮度更加均匀，提高左右眼图像亮度的一致性。 [0083] 需要说明的是，在扩瞳结构分为两个区域时，第一扩瞳结构241与第二扩瞳结构242两个区域之间存在间隔，两个区域的间隔可以根据衍射光波导200的规格进行设定，例如10mm‑40mm。 [0084] 具体而言，两个区域分开时，中间区域不再产生耦出光束，可以使得到达另外一个耦出区域的光束剩余能量更多，有效提高左右眼成像的亮度一致性。 [0085] 需要说明的是，基于同一图像源100最终形成的左右眼耦出光束的光轴方向平行，此时需要调焦器件300额外具体光轴调节的功能，使得左右眼耦出的图像光束的光轴存在一定的夹角，从而使得左右眼耦出的图像光束经调焦器件300调焦以及挡风玻璃400反射后能够合像，形成三维虚像。 [0086] 综上所述，本发明实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，通过进一步提供一种衍射光波导的具体结构，将衍射光波导的内部结构进一步细化为耦入结构、扩瞳结构、耦出结构，以及波导基底，进而将人眼处成像分为两个人眼成像区域，并通过合像形成三维图像。 [0087] 在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种可选的衍射光波导的具体结构，进一步降低了入射至衍射光波导的光束的损失。图7为本发明实施例提供的又一抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图。 [0088] 如图7所示，衍射光波导200还包括位于耦入结构220和/或耦出结构230的反射层203。 [0089] 其中，反射层203用于反射不满足波导基底210全反射条件的耦入和/或耦出光束；反射层203包括但不限于多层介质膜或者金属膜，金属膜例如铝、银等，反射层203的工作波长以及工作角度可以根据实际情况进行设定，在此不做限定；反射层203可以设置与波导基底210底部的所有或部分区域，在此不做限定。 [0090] 具体而言，如图7b所示，图像光束经耦入结构220耦入波导基底210会发生衍射，产生多个级次的衍射光，一部分级次的衍射光的衍射角能满足全反射条件继续在波导基底210内全反射传播，一部分级次的衍射光，耦入结构220处的T0级次则不能满足全反射条件，而透过波导基底210被浪费，通过在耦入结构220处增加反射层203，使得T0级次衍射光经反射再次与耦入结构220作用，进而反射级次被利用，与透射级次一起在波导基底210中传播，增加了图像光束的利用率。 [0091] 进一步的，如图7a所示，耦入波导基底210的图像光束，经波导基底210全反射至耦出结构230处发生衍射，产生透射‑1级(T‑1)和反射‑1级(R‑1)的衍射光，通常只用了透射或者反射之中的一个级次，一部分级次衍射光经耦出结构230耦出并进入人眼，一部分级次衍射光，透射出波导基底210浪费，通过在耦出结构230处增加反射层203，反射级次R‑1朝着人眼耦出，从而同时接收到T‑1和R‑1光束，此时耦出光束能量比无反射层时增加了一倍。 [0092] 需要说明的是，反射层203的设置可以根据实际情况，设置于耦入区域和/或耦出区域。 [0093] 一实施例中，耦出区域对应的反射层203的工作波长为440nm‑650nm，工作角度为30°‑80°；耦入区域对应的反射层203的工作波长为440nm‑650nm，工作角度为0‑40°。 [0094] 可选的，耦入结构220位于波导基底210远离或靠近图像源100的一侧，反射层203位于耦入结构220的对侧；和/或 [0095] 耦出结构230位于波导基底210远离图像源100的一侧，反射层203位于波导基底210靠近图像源100的一侧。 [0096] 具体而言，反射层203位于耦入结构220对侧，使得耦入波导基底210内部，且不能满足波导基底210全反射条件的衍射光级次经反射层203反射，再次与耦入结构220发生作用，提高图像光束的利用率。 [0097] 耦出结构230位于波导基底210远离图像源100的一侧，图像光束在波导基底210内全反射传播至耦出区域，进而经过耦出结构230耦出衍射光波导200，进而传播至调焦器件300。反射层203位于波导基底210靠近图像源100的一侧，进而使得不满足波导基底210全反射条件的衍射光级次经反射至耦出结构230，进而朝向调焦器件300耦出，相较于无反射层 203时，耦出结构230出射光束能量增加一倍。 [0098] 综上所述，本发明实施例的技术方案，在上述实施例的基础上，通过进一步提供一种衍射光波导的具体结构，通过在耦入结构和/或耦出结构所在区域增加反射层，进而提高了图像光束的利用率。 [0099] 在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种可选的衍射光波导的具体结构，图8为本发明实施例提供的再一抬头显示装置的衍射光波导的结构示意图。 [0100] 如图8a所示，衍射光波导200包括耦入一维光栅204和耦出二维光栅205，或者，如图8b所示，衍射光波导200包括耦入一维光栅204、扩瞳一维光栅206和耦出一维光栅207。 [0101] 继续参考图8a，图像光束经耦入一维光栅204耦入波导基底210，在波导基底210内经全反射传播至耦出二维光栅205，左眼图像光束经耦出二维光栅205耦出形成左眼图像，右眼图像光束经耦出二维光栅205耦出形成右眼图像，通过合像形成三维虚像。 [0102] 继续参考图8b，图像光束经耦入一维光栅204耦入波导基底210，经扩瞳一维光栅206，分别形成左右眼图像对应光束，进而经过耦出一维光栅207耦出，通过合像形成三维虚像。 [0103] 可选的，衍射光波导200包括直齿光栅、斜齿光栅或闪耀光栅中的至少一种。 [0104] 可选的，挡风玻璃400一侧设置有红外反射层或红外吸收层。 [0105] 其中，挡风玻璃400通常为曲面，也可以为平面；挡风玻璃400与水平面的夹角根据抬头显示装置的布设位置及其出射光束进行设定；红外反射层或红外吸收层，用于反射或吸收入射于挡风玻璃400处的红外照射光。 [0106] 一实施例中，根据耦出光束的视场角，挡风玻璃400与水平面的夹角设置为20°‑45°，进而避免光束会高于或低于人眼的正常接收位置。 [0107] 具体而言，在挡风玻璃400一侧设置红外反射层或红外吸收层，避免由于红外照射升温，使得包括但不限于调焦器件300、衍射光波导200变形，影响成像位置以及成像质量。 [0108] 上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。 |
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