CN108919494B - 一种抬头显示装置及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抬头显示装置及汽车。该装置包括显示单元、偏振切换单元、第一成像单元、第二成像单元、第一偏振片、第二偏振片以及半透半反单元，其中，第一偏振片的透光轴方向与第二偏振片的透光轴方向垂直；显示单元用于显示图像并出射图像光线；偏振切换单元用于控制图像光线的偏振方向；第一成像单元用于将具备第一偏振方向的图像光线成像在半透半反单元远离观测者一侧的第一成像位置；第二成像单元用于将具备第二偏振方向的图像光线成像在半透半反单元远离观测者一侧的第二成像位置。本实施例提供的抬头显示装置，根据显示单元出射的图像光线的信息，通过控制偏振切换单元的偏振方向，即可将不同的显示内容成像于不同的位置处。

Description

一种抬头显示装置及汽车

技术领域

本发明实施例涉及汽车显示装置技术领域，尤其涉及一种抬头显示装置及汽车。

背景技术

增强现实抬头显示系统在汽车领域已经得到了越来越广泛的应用，利用平视显示器技术，可以把汽车行驶过程中的驾驶员所需要的重要信息(如导航和车速等)投射到专用屏幕或者半透半反单元上，使驾驶员无需低头即可获取这些重要信息，可以避免驾驶员因低头观察车速等信息而分散注意力，可以有效提高驾驶员驾驶汽车的安全性。

在现有技术中，每辆车辆上通常只安装一套增强现实抬头显示系统。而对于一套确定的增强现实抬头显示系统，通常只能在距离半透半反单元某一固定的距离的位置虚像显示车辆信息，如汽车前方8米或2米等处。

但是，对于某些用户，习惯于在较远距离(例如8米)观察路况等的信息，在较近的距离(如2米)观察车速等仪表类信息。显然，现有的增强现实抬头显示系统无法满足用户的个性化需求。

发明内容

本发明提供一种抬头显示装置及汽车，以实现用一套抬头显示装置实现不同距离的图像的显示。

第一方面，本发明实施例提供了一种抬头显示装置，包括：显示单元、偏振切换单元、第一成像单元、第二成像单元、第一偏振片、第二偏振片以及半透半反单元，其中，所述第一偏振片的透光轴方向与所述第二偏振片的透光轴方向垂直；

所述显示单元用于显示图像并出射图像光线；

所述偏振切换单元位于所述显示单元的出光侧一侧，用于控制所述图像光线的偏振方向；其中，所述偏振方向包括第一偏振方向和第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第一偏振片的透光轴方向平行，所述第二偏振方向与所述第二偏振片的透光轴方向平行；

所述第一偏振片和所述第二偏振片位于所述偏振切换单元远离所述显示单元的一侧，所述第一偏振片用于透过具备第一偏振方向的图像光线并反射具备第二偏振方向的图像光线；所述第二偏振片用于透过具备第二偏振方向的图像光线并反射具备第一偏振方向的图像光线；

所述第一成像单元用于将具备第一偏振方向的图像光线成像在所述半透半反单元远离观测者一侧的第一成像位置；所述第二成像单元用于将具备第二偏振方向的图像光线成像在所述半透半反单元远离观测者一侧的第二成像位置。

进一步地，所述第一成像单元还用于将具备第一偏振方向的图像光线按照第一放大倍率进行放大处理；所述第二成像单元还用于将具备第二偏振方向的图像光线按照第二放大倍率进行放大处理；

其中，所述第一放大倍率小于所述第二放大倍率。

进一步地，所述第一成像位置位于所述第二成像位置靠近所述半透半反单元的一侧。

进一步地，所述第一成像单元包括至少一个第一曲面镜片，所述第一曲面镜面具有第一焦距；所述第二成像单元包括至少一个第二曲面镜片，所述第二曲面镜片具有第二焦距；

其中，所述第一焦距小于所述第二焦距。

进一步地，所述第一偏振片、所述第一成像单元和所述第二偏振片形成第一成像模块；

所述第一偏振片用于透过具备第一偏振方向的图像光线；

所述第一成像单元位于所述第一偏振片远离所述偏振切换单元的一侧，用于将具备第一偏振方向的图像光线反射至所述第二偏振片；

所述第二偏振片用于将具备第一偏振方向的图像光线反射至所述半透半反单元。

进一步地，所述第一偏振片、所述第二成像单元和所述第二偏振片形成第二成像模块；

所述第一偏振片用于反射具备第二偏振方向的图像光线至所述第二成像单元；

所述第二成像单元位于所述第一偏振片靠近所述偏振切换单元的一侧，用于将具备第二偏振方向的图像光线反射至所述第二偏振片；

所述第二偏振片用于将具备第二偏振方向的图像光线透射至所述半透半反单元。

进一步地，所述第一成像位置与观测者眼瞳所在位置的第一连线与所述第二成像位置与观测者眼瞳所在位置的第二连线位于同一条直线上。

进一步地，所述偏振切换单元包括液晶旋光器件。

进一步地，所述半透半反单元为挡风玻璃。

第二方面，本发明实施例还提供了一种汽车，该汽车包括上述第一方面任一项所述的抬头显示装置。

本发明实施例提供的抬头显示装置及汽车，通过控制偏振切换单元的偏振方向，可以使显示单元发出的光到达第一成像单元或到达第二成像单元，能够到达第一成像单元的图像光线最终成像于第一成像位置，能够到达第二成像单元的图像光线最终成像于第二成像位置；根据显示单元出射的图像光线中的信息，通过控制偏振切换单元的偏振方向，即可将不同的显示内容成像于半透半反单元远离观察者的一侧的不同位置处。

附图说明

图1是本发明实施例提供的抬头显示装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第一成像模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的第二成像模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的抬头显示装置结构示意图。可选地，请参考图1，该抬头显示装置包括：显示单元101、偏振切换单元102、第一成像单元103、第二成像单元104、第一偏振片105、第二偏振片106以及半透半反单元107，其中，第一偏振片105的透光轴方向与第二偏振片106的透光轴方向垂直；显示单元101用于显示图像并出射图像光线；偏振切换单元102位于显示单元101的出光侧一侧，用于控制图像光线的偏振方向；其中，偏振方向包括第一偏振方向和第二偏振方向，第一偏振方向与第一偏振片105的透光轴方向平行，第二偏振方向与第二偏振片106的透光轴方向平行；第一偏振片105和第二偏振片106位于偏振切换单元102远离显示单元101的一侧，第一偏振片105用于透过具备第一偏振方向的图像光线并反射具备第二偏振方向的图像光线；第二偏振片106用于透过具备第二偏振方向的图像光线并反射具备第一偏振方向的图像光线；第一成像单元103用于将具备第一偏振方向的图像光线成像在半透半反单元107远离观测者一侧的第一成像位置108；第二成像单元104用于将具备第二偏振方向的图像光线成像在半透半反单元107远离观测者一侧的第二成像位置109。

具体地，调整偏振切换单元102的偏振方向，可以使显示单元101出射的图像光线在经过偏振切换单元102后具有第一偏振方向，此时，图像光线可以透过第一偏振片105并到达第一成像单元103，第一成像单元103可以将图像光线反射至半透半反单元107远离观察者一侧的第一成像位置108，观察者通过半透半反单元107即可观察到位于第一成像位置108处的图像。通常，能够透过第一偏振片105的图像光线将不会到达第二成像单元104，因此，通过选择偏振切换单元102合适的起偏角度，即可使观察者通过半透半反单元107观察到唯一的显示图像。同理，控制偏振切换单元102的偏振方向，还可以使显示单元101出射的图像光线在经过偏振切换单元102后具有第二偏振方向，此时图像光线被第一偏振片105反射后到达第二成像单元104，并最终成像于半透半反单元107远离观测者一侧的第二成像位置109处，由于图像光线在被第一偏振片105反射后不会进入第一成像单元103，因此，在第一成像108位置处不会出现显示图像。

本实施例提供的抬头显示装置，通过控制偏振切换单元的偏振方向，可以使显示单元发出的光到达第一成像单元或到达第二成像单元，能够到达第一成像单元的图像光线最终成像于第一成像位置，能够到达第二成像单元的图像光线最终成像于第二成像位置；根据显示单元出射的图像光线中的信息，通过控制偏振切换单元的偏振方向，即可将不同的显示内容成像于半透半反单元远离观察者的一侧的不同位置处。

可选地，第一成像单元103还用于将具备第一偏振方向的图像光线按照第一放大倍率进行放大处理；第二成像单元104还用于将具备第二偏振方向的图像光线按照第二放大倍率进行放大处理；其中，第一放大倍率小于第二放大倍率。具体地，为了将经过第一成像单元103的图像光线和经过第二成像单元104的图像光线成像的成像位置区分开，可以对经过第一成像单元103和经过第二成像单元104的图像光线的图像进行不同程度的放大，通过设置第一成像单元103和第二成像单元104的放大倍数，即可确定第一成像位置10和第二成像位置109的位置。可选地，第一成像单元103的放大倍率还可以大于第二成像单元的放大倍率，本实施例对此不作具体限制。

可选地，第一成像位置108位于第二成像位置109靠近半透半反单元107的一侧。具体地，根据几何光学原理，光学系统的放大倍数越大时，该光学系统对应的焦距越大。在本实施例中，显示单元101相当于物方一侧，显示单元101到第一成像单元103或第二成像单元104的距离为物距，当显示单元101以及第一成像单元103和第二成像单元104的相对位置不变时，可以认为物距不变。此时，放大倍率越大，相应地像距也越远，即，该成像位置距离半透半反单元107越远。经过第一成像单元103的图像光线成像于第一成像位置108，经过第二成像单元104的图像光线成像于第二成像位置109；当第一放大倍率小于第二放大倍率时，从观察者的角度来看，第一成像位置108为近距离成像，第二成像位置109为远距离成像，即，第一成像位置108位于第二成像位置109靠近半透半反单元107的一侧。

可选地，第一成像单元103包括至少一个第一曲面镜片，第一曲面镜面具有第一焦距；第二成像单元104包括至少一个第二曲面镜片，第二曲面镜片具有第二焦距；其中，第一焦距小于第二焦距。示例性地，图1中的第一成像单元103可以只包括一个曲面镜片，该曲面镜片的焦距为第一焦距，但可以理解的是，图1中的第一成像单元103也可以包括多个曲面镜片，此时，多个曲面镜片的焦距可以等效为第一焦距。类似地，对于第二成像单元104，可以是只包括一个曲面镜片的结构，也可以是包括多个曲面镜片的结构。当第二成像单元104可以只包括一个曲面镜片，该曲面镜片的焦距为第二焦距，当第二成像单元104包括多个曲面镜片，则多个曲面镜片的焦距可以等效为第二焦距。对于第二成像单元104的具体结构可以与第一成像单元103相同，也可以不同，本实施例对此不作具体限制。

图2是本发明实施例提供的第一成像模块的结构示意图。可选地，请参考图2，第一偏振片105、第一成像单元103和第二偏振片106形成第一成像模块；第一偏振片105用于透过具备第一偏振方向的图像光线；第一成像单元103位于第一偏振片105远离偏振切换单元102的一侧，用于将具备第一偏振方向的图像光线反射至第二偏振片106；第二偏振片106用于将具备第一偏振方向的图像光线反射至半透半反单元107。具体地，在第一成像模块中，第一偏振片105用于透过图像光线，透过第一偏振片105的图像光线经第一成像单元103的放大和第二偏振片106的反射后到达半透半反单元107。

图3是本发明实施例提供的第二成像模块的结构示意图。可选地，请参考图3，第一偏振片105、第二成像单元104和第二偏振片106形成第二成像模块；第一偏振片105用于反射具备第二偏振方向的图像光线至第二成像单元；第二成像单元104位于第一偏振片105靠近偏振切换单元102的一侧，用于将具备第二偏振方向的图像光线反射至第二偏振片；第二偏振片106用于将具备第二偏振方向的图像光线透射至半透半反单元107。具体地，在第二成像模块中，第一偏振片105用于反射图像光线，被第一偏振片105反射后的图像光线经过第二成像单元106的放大，以及第二偏振片106的透射后到达半透半反单元107。需要说明的是，此处所说的“第二成像单元104位于第一偏振片105靠近偏振切换单元102的一侧”应该理解为，从图3中的显示单元102出射至第一偏振片105的图像光线，被第一偏振片105反射到达第二成像单元，因此，第二成像单元104比第一偏振片105更加靠近偏振切换单元102。

可选地，请继续参考图1，第一成像位置108与观测者眼瞳所在位置的第一连线与第二成像位置109与观测者眼瞳所在位置的第二连线位于同一条直线上。具体地，第一成像位置108、第二成像位置109以及观察者眼瞳这三者位于同一条直线上，当改变偏振切换单元102的偏振方向后，图像光线通过半透半反单元107后成像的位置发生变化，但是对于观察者来说，观察者无需移动眼瞳所在的位置，只需要在眼瞳原来的位置调整眼瞳注视点即可继续观察抬头显示系统切换偏振切换单元102后显示的画面。

可选地，偏振切换单元102包括液晶旋光器件。具体地，液晶旋光器件中包括液晶分子，通过设置合适的配向膜可以控制液晶分子的初始方向，示例性地，液晶分子的初始方向的长轴方向可以与第一偏振方向相同，当需要从偏振切换单元102出射的图像光线的偏振方向平行于第一偏振方向时，无需对液晶旋光器件施加电压；当需要从偏振切换单元102出射的图像光线的偏振方向平行于第二偏振方向时，通过对液晶旋光器件施加合适的电场，使液晶分子发生偏转，并使偏转后的液晶分子的长轴方向与第二偏振方向平行，此时，通过液晶旋光器件后的图像光线的偏振方向与第二偏振方向平行。

可选地，半透半反单元107可以为挡风玻璃。具体地，当本实施例提供的抬头显示装置应用于车辆时，车辆驾驶员通常是通过挡风玻璃观察抬头显示装置提供的画面，此时，驾驶员无需低头即可获取抬头显示装置提供的图像信息。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种汽车，该汽车包括上述任一实施例所提供的抬头显示装置。

本实施例提供的汽车，通过控制抬头显示装置上的偏振切换单元的偏振方向，可以使显示单元发出的光到达第一成像单元或到达第二成像单元，能够到达第一成像单元的图像光线最终成像于第一成像位置，能够到达第二成像单元的图像光线最终成像于第二成像位置；根据显示单元出射的图像光线中的信息，通过控制偏振切换单元的偏振方向，即可将不同的显示内容成像于半透半反单元远离观察者的一侧的不同位置处。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种抬头显示装置，其特征在于，包括：显示单元、偏振切换单元、第一成像单元、第二成像单元、第一偏振片、第二偏振片以及半透半反单元，其中，所述第一偏振片的透光轴方向与所述第二偏振片的透光轴方向垂直；

所述显示单元用于显示图像并出射图像光线；

所述偏振切换单元位于所述显示单元的出光侧一侧，用于控制所述图像光线的偏振方向；其中，所述偏振方向包括第一偏振方向和第二偏振方向，所述第一偏振方向与所述第一偏振片的透光轴方向平行，所述第二偏振方向与所述第二偏振片的透光轴方向平行；

所述第一偏振片和所述第二偏振片位于所述偏振切换单元远离所述显示单元的一侧，所述第一偏振片用于透过具备第一偏振方向的图像光线并反射具备第二偏振方向的图像光线；所述第二偏振片用于透过具备第二偏振方向的图像光线并反射具备第一偏振方向的图像光线；

所述第一成像单元用于将具备第一偏振方向的图像光线成像在所述半透半反单元远离观测者一侧的第一成像位置；所述第二成像单元用于将具备第二偏振方向的图像光线成像在所述半透半反单元远离观测者一侧的第二成像位置；

所述第一成像单元包括至少一个第一曲面镜片，所述第一曲面镜面具有第一焦距；所述第二成像单元包括至少一个第二曲面镜片，所述第二曲面镜片具有第二焦距；

其中，所述第一焦距小于所述第二焦距。

2.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一成像单元还用于将具备第一偏振方向的图像光线按照第一放大倍率进行放大处理；所述第二成像单元还用于将具备第二偏振方向的图像光线按照第二放大倍率进行放大处理；

其中，所述第一放大倍率小于所述第二放大倍率。

3.根据权利要求2所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一成像位置位于所述第二成像位置靠近所述半透半反单元的一侧。

4.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一偏振片、所述第一成像单元和所述第二偏振片形成第一成像模块；

所述第一偏振片用于透过具备第一偏振方向的图像光线；

所述第一成像单元位于所述第一偏振片远离所述偏振切换单元的一侧，用于将具备第一偏振方向的图像光线反射至所述第二偏振片；

所述第二偏振片用于将具备第一偏振方向的图像光线反射至所述半透半反单元。

5.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一偏振片、所述第二成像单元和所述第二偏振片形成第二成像模块；

所述第一偏振片用于反射具备第二偏振方向的图像光线至所述第二成像单元；

所述第二成像单元位于所述第一偏振片靠近所述偏振切换单元的一侧，用于将具备第二偏振方向的图像光线反射至所述第二偏振片；

所述第二偏振片用于将具备第二偏振方向的图像光线透射至所述半透半反单元。

6.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一成像位置与观测者眼瞳所在位置的第一连线与所述第二成像位置与观测者眼瞳所在位置的第二连线位于同一条直线上。

7.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述偏振切换单元包括液晶旋光器件。

8.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述半透半反单元为挡风玻璃。

9.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的抬头显示装置。

Images