CN112444976A - 一种抬头显示设备、成像系统和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抬头显示设备、成像系统和车辆，通过设置第一平面反射镜和第二平面反射镜，第一平面反射镜对入射的第一部分光线进行反射，第二平面反射镜对入射的第二部分光线进行反射，使得第一部分光线和第二部分光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种抬头显示设备、成像系统和车辆。
背景技术
目前，抬头显示设备(Head Up Display，HUD)可以将行车信息投影到车辆的挡风玻璃上，使得驾驶员在驾驶过程中无需低头观看仪表盘，就可以查看到车辆的行车信息。
HUD投影出的图像区域在挡风玻璃中驾驶员所在一侧的表面上显示，方便驾驶员在驾驶过程中对行车信息进行查看。
该图像区域在挡风玻璃上呈现的位置是固定的，而车辆行驶过程中车辆周围的实物都在不断运动，使得HUD发出的图像与实物的融合过程中，出现视觉辐辏调节冲突，降低了HUD的使用体验。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种抬头显示设备、成像系统和车辆。
第一方面，本发明实施例提供了一种抬头显示设备，包括：像源、第一平面反射镜、第二平面反射镜、以及曲面镜；
所述第一平面反射镜和所述第二平面反射镜分别设置在不同位置；
所述第一平面反射镜，将所述像源发出的第一部分光线反射到所述曲面镜；
所述第二平面反射镜，将所述像源发出的第二部分光线反射到所述曲面镜；
所述曲面镜将入射的所述第一部分光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第一部分光线能够根据所述第一部分光线自身的传播路径长度，形成第一虚像；
所述曲面镜将入射的所述第二部分光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第二部分光线能够根据所述第二部分光线自身的传播路径长度，形成第二虚像；
所述第一部分光线和所述第二部分光线的传播路径长度不同，使得所述第一虚像与观察者之间的距离和所述第二虚像与观察者之间的距离不同。
第二方面，本发明实施例还提供了一种抬头显示设备，包括：第一像源、第二像源、第三平面反射镜、第四平面反射镜、以及曲面镜；
所述第三平面反射镜将所述第一像源发出的光线反射到所述曲面镜中；
所述第四平面反射镜将所述第二像源发出的光线反射到所述曲面镜中；
所述曲面镜将入射的所述第一像源发出的光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第一像源发出的光线能够根据光线自身的传播路径长度，形成第三虚像；
所述曲面镜将入射的所述第二像源发出的光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第二像源发出的光线能够根据光线自身的传播路径长度，形成第四虚像；
所述第一像源发出的光线和所述第二像源发出的光线的传播路径长度不同，使得所述第三虚像与观察者之间的距离和所述第四虚像与观察者之间的距离不同。
第三方面，本发明实施例还提供了一种成像系统，包括：车辆挡风玻璃和上述第一方面所述的抬头显示设备；
所述车辆挡风玻璃将接收到的所述抬头显示设备发出的所述第一部分光线和所述第二部分光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃在远离所述抬头显示设备的一侧呈现的分别由所述第一部分光线形成的第一虚像和所述第二部分光线形成的第二虚像；
其中，所述第一虚像与观察者之间的距离和所述第二虚像与观察者之间的距离不同。
第四方面，本发明实施例还提供了一种成像系统，包括：车辆挡风玻璃和上述第二方面所述的抬头显示设备；
所述车辆挡风玻璃将接收到的所述抬头显示设备发出的所述第一像源发出的光线和所述第二像源发出的光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃在远离所述抬头显示设备的一侧呈现的分别由所述第一像源发出的光线的第三虚像和所述第二像源发出的光线形成的第四虚像；
其中，所述第三虚像与观察者之间的距离和所述第四虚像与观察者之间的距离不同。
第五方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括：上述第三方面所述的成像系统。
第六方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括：上述第四方面所述的成像系统。
本发明实施例上述第一方面、第三方面和第五方面提供的方案中，通过设置第一平面反射镜和第二平面反射镜，第一平面反射镜对入射的第一部分光线进行反射，第二平面反射镜对入射的第二部分光线进行反射，使得第一部分光线和第二部分光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
本发明实施例上述第二方面、第四方面和第六方面提供的方案中，通过设置第一像源、第二像源、第三平面反射镜以及第四平面反射镜，通过第三平面反射镜对第一像源发出的光线进行反射，通过第四平面反射镜对第二像源发出的光线进行反射，使得第一像源发出的光线和第二像源发出的光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1示出了本发明实施例1所提供的一种抬头显示设备的结构示意图；
图2示出了本发明实施例2所提供的一种抬头显示设备的结构示意图；
图3示出了本发明实施例3所提供的一种车辆驾驶舱的结构示意图；
图4示出了本发明实施例4所提供的一种车辆驾驶舱的结构示意图。
具体实施方式
目前，HUD技术可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。因此，使用汽车挡风玻璃进行成像的大屏幕全尺寸HUD正受到越来越多的关注。
增强现实抬头显示器(Augmented Reality Head Up Display，AR-HUD)则是通过内部特殊设计的光学系统，在驾驶员视线区域内合理、生动地显示一些驾驶信息，从而进一步增强驾驶员对于实际驾驶环境的感知。比如一旦用户驾驶车辆偏离既定车道，AR-HUD系统可以在车道线边缘处标出红线提醒驾驶员；驾驶时可以在前车后部看到一条标记的亮带等。因此，AR-HUD的兴起，对HUD行业提出了更高的技术要求。
AR-HUD目前仍有很多的技术难关等待攻克。在光学方面，例如：如何去控制视域、显像尺寸、以及成像距离，这些都与最终成像的效果息息相关；在软件方面，例如：如何去控制算法精确处理道路和环境信息也是非常重要的一个部分。基于AR-HUD的原理，像源投射出的图像需要在视觉上与真实环境融合，如方向指示箭头需要与道路精准融合等，才能给观察者良好的视觉感受。但该像源投射出的图像在挡风玻璃上呈现的位置是固定的，而车辆行驶过程中车辆周围的实物都在不断运动，使得HUD发出的图像与真实环境的融合过程中，出现视觉辐辏调节冲突，降低了HUD的使用体验。基于此，本实施例提出一种抬头显示设备、成像系统和车辆，通过设置第一平面反射镜和第二平面反射镜，第一平面反射镜对入射的第一部分光线进行反射，第二平面反射镜对入射的第二部分光线进行反射，使得第一部分光线和第二部分光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，提高HUD的使用体验。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
在以下各实施例中，术语“HUD”和术语“AR-HUD”所表达的意思都是可以发出具有增强现实效果图像的抬头显示设备。
术语“视觉上与真实环境融合”，是指观察者的双眼看到的HUD呈现的图像与真实环境是完全融合到一起的。
实施例1
参见图1所示的抬头显示设备的结构示意图，本实施例提出一种抬头显示设备，包括：像源100、第一平面反射镜1400、第二平面反射镜1402、以及曲面镜102。
所述第一平面反射镜1400和所述第二平面反射镜1402分别设置在不同位置。
所述第一平面反射镜1400，将所述像源发出的第一部分光线反射到所述曲面镜。
所述第二平面反射镜1402，将所述像源发出的第二部分光线反射到所述曲面镜。
所述曲面镜102，可以是但不限于：球面镜、双曲面镜、抛物面镜、以及自由曲面镜。
所述像源100，能够发出呈现图像的光线。
其中，所述第一部分光线，可以是像源发出的光线中入射到所述第一平面反射镜1400的部分光线。
所述第二部分光线，可以是像源发出的光线中入射到所述第二平面反射镜1402的部分光线。
所述曲面镜将入射的所述第一部分光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第一部分光线能够根据所述第一部分光线自身的传播路径长度，形成第一虚像。
所述曲面镜将入射的所述第二部分光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第二部分光线能够根据所述第二部分光线自身的传播路径长度，形成第二虚像。
所述第一部分光线和所述第二部分光线的传播路径长度不同，使得所述第一虚像与观察者之间的距离和所述第二虚像与观察者之间的距离不同。
通过以上的内容可以看出，所述第一部分光线的传播路径长度，包括：所述第一部分光线在像源与所述第一平面反射镜之间的传播路径长度和所述第一部分光线在所述第一平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度。
所述第二部分光线的传播路径长度，包括：所述第二部分光线在像源与所述第二平面反射镜之间的传播路径长度和所述第二部分光线在所述第二平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度。
优选地，所述像源100具有分屏显示功能，所述第一部分光线和第二部分光线可分别显示不同的内容。
综上所述，本实施例提出的一种HUD，通过设置第一平面反射镜和第二平面反射镜，第一平面反射镜对入射的第一部分光线进行反射，第二平面反射镜对入射的第二部分光线进行反射，使得第一部分光线和第二部分光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
实施例2
本实施例提出又一种能够实现多层次成像的HUD。
参见图2所示的HUD的结构示意图，本实施例提出的一种抬头显示设备，包括：第一像源1500、第二像源1502、第三平面反射镜1504、第四平面反射镜1506、以及曲面镜102。
所述第三平面反射镜1504将所述第一像源1500发出的光线反射到所述曲面镜中。
所述第四平面反射镜1506将所述第二像源1502发出的光线反射到所述曲面镜中。
所述曲面镜102将入射的所述第一像源1500发出的光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第一像源发出的光线能够根据光线自身的传播路径长度，形成第三虚像。
所述曲面镜102将入射的所述第二像源1502发出的光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第二像源发出的光线能够根据光线自身的传播路径长度，形成第四虚像。
所述第一像源发出的光线和所述第二像源发出的光线的传播路径长度不同，使得所述第三虚像与观察者之间的距离和所述第四虚像与观察者之间的距离不同。
通过以上的内容可以看出，所述第一像源发出的光线的传播路径长度，包括：所述第一像源发出的光线在第二像源与所述第三平面反射镜之间的传播路径长度和所述第一像源发出的光线在所述第三平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度。
所述第二像源发出的光线的传播路径长度，包括：所述第二像源发出的光线在第二像源与所述第四平面反射镜之间的传播路径长度和所述第二像源发出的光线在所述第四平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度。
综上所述，本实施例提出的一种HUD，通过设置第一像源、第二像源、第三平面反射镜以及第四平面反射镜，通过第三平面反射镜对第一像源发出的光线进行反射，通过第四平面反射镜对第二像源发出的光线进行反射，使得第一像源发出的光线和第二像源发出的光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
实施例3
参见图3所示的车辆驾驶舱的结构示意图，本实施例提出一种成像系统，包括：车辆挡风玻璃2500和上述实施例1所述的抬头显示设备2502。
所述车辆挡风玻璃2500将接收到的所述抬头显示设备2502发出的所述第一部分光线和所述第二部分光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃2500在远离所述抬头显示设备2502的一侧呈现的分别由所述第一部分光线形成的第一虚像和所述第二部分光线形成的第二虚像；
其中，所述第一虚像与观察者之间的距离和所述第二虚像与观察者之间的距离不同。
所述车辆挡风玻璃2500，可以是但不限于：具有一定倾斜角度的透明或非透明介质，如交通工具的挡风玻璃、镀有不透明反射层的平面镜、透明的树脂板材。
所述眼盒区域，是指观察者可以观察到光线所呈现图像的区域。
本实施例还提出一种车辆，可以包括上述成像系统。
综上所述，本实施例提出的一种成像系统和车辆，通过在成像系统的抬头显示设备中设置第一平面反射镜和第二平面反射镜，第一平面反射镜对入射的第一部分光线进行反射，第二平面反射镜对入射的第二部分光线进行反射，使得第一部分光线和第二部分光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
实施例4
参见图4所示的车辆驾驶舱的结构示意图，本实施例提出一种成像系统，包括：车辆挡风玻璃2500和实施例2所述的抬头显示设备2502。
所述车辆挡风玻璃2500将接收到的所述抬头显示设备2502发出的所述第一像源发出的光线和所述第二像源发出的光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃2500在远离所述抬头显示设备2502的一侧呈现的分别由所述第一像源发出的光线的第三虚像和所述第二像源发出的光线形成的第四虚像；
其中，所述第三虚像与观察者之间的距离和所述第四虚像与观察者之间的距离不同。
所述车辆挡风玻璃2500，可以是但不限于：具有一定倾斜角度的透明或非透明介质，如交通工具的挡风玻璃、镀有不透明反射层的平面镜、透明的树脂板材。
所述眼盒区域，是指观察者可以观察到光线所呈现图像的区域。
本实施例还提出一种车辆，可以包括上述成像系统。
综上所述，本实施例提出的一种成像系统和车辆，通过在成像系统的抬头显示设备中设置第一像源、第二像源、第三平面反射镜以及第四平面反射镜，通过第三平面反射镜对第一像源发出的光线进行反射，通过第四平面反射镜对第二像源发出的光线进行反射，使得第一像源发出的光线和第二像源发出的光线在HUD内的传播路径不同，从而可以在距离观察者不同的位置成像，达到多层次成像的目的，即使车辆周围物体不断运动，也可以利用多层次成像方式让处于不同位置物体与HUD发出的图像在视觉上融合，使得观察者可以看到清楚的融合后的视觉效果，避免了视觉辐辏调节冲突的情况出现，提高HUD的使用体验。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种抬头显示设备，其特征在于，包括：像源、第一平面反射镜、第二平面反射镜、以及曲面镜；
所述第一平面反射镜和所述第二平面反射镜分别设置在不同位置；
所述第一平面反射镜，将所述像源发出的第一部分光线反射到所述曲面镜；
所述第二平面反射镜，将所述像源发出的第二部分光线反射到所述曲面镜；
所述曲面镜将入射的所述第一部分光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第一部分光线能够根据所述第一部分光线自身的传播路径长度，形成第一虚像；
所述曲面镜将入射的所述第二部分光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第二部分光线能够根据所述第二部分光线自身的传播路径长度，形成第二虚像；
所述第一部分光线和所述第二部分光线的传播路径长度不同，使得所述第一虚像与观察者之间的距离和所述第二虚像与观察者之间的距离不同。
2.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述第一部分光线的传播路径长度，包括：所述第一部分光线在像源与所述第一平面反射镜之间的传播路径长度和所述第一部分光线在所述第一平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度；
所述第二部分光线的传播路径长度，包括：所述第二部分光线在像源与所述第二平面反射镜之间的传播路径长度和所述第二部分光线在所述第二平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度。
3.一种抬头显示设备，其特征在于，包括：第一像源、第二像源、第三平面反射镜、第四平面反射镜、以及曲面镜；
所述第三平面反射镜将所述第一像源发出的光线反射到所述曲面镜中；
所述第四平面反射镜将所述第二像源发出的光线反射到所述曲面镜中；
所述曲面镜将入射的所述第一像源发出的光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第一像源发出的光线能够根据光线自身的传播路径长度，形成第三虚像；
所述曲面镜将入射的所述第二像源发出的光线反射出所述抬头显示设备，使得反射出抬头显示设备的所述第二像源发出的光线能够根据光线自身的传播路径长度，形成第四虚像；
所述第一像源发出的光线和所述第二像源发出的光线的传播路径长度不同，使得所述第三虚像与观察者之间的距离和所述第四虚像与观察者之间的距离不同。
4.根据权利要求3所述的抬头显示设备，其特征在于，所述第一像源发出的光线的传播路径长度，包括：所述第一像源发出的光线在第一像源与所述第三平面反射镜之间的传播路径长度和所述第一像源发出的光线在所述第三平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度；
所述第二像源发出的光线的传播路径长度，包括：所述第二像源发出的光线在第二像源与所述第四平面反射镜之间的传播路径长度和所述第二像源发出的光线在所述第四平面反射镜和所述曲面镜之间的传播路径长度。
5.一种成像系统，其特征在于，包括：车辆挡风玻璃和权利要求1或者2所述的抬头显示设备；
所述车辆挡风玻璃将接收到的所述抬头显示设备发出的所述第一部分光线和所述第二部分光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃在远离所述抬头显示设备的一侧呈现的分别由所述第一部分光线形成的第一虚像和所述第二部分光线形成的第二虚像；
其中，所述第一虚像与观察者之间的距离和所述第二虚像与观察者之间的距离不同。
6.一种成像系统，其特征在于，包括：车辆挡风玻璃和权利要求3或者4所述的抬头显示设备；
所述车辆挡风玻璃将接收到的所述抬头显示设备发出的所述第一像源发出的光线和所述第二像源发出的光线反射到观察者的眼盒区域，使得所述观察者能够观察到所述车辆挡风玻璃在远离所述抬头显示设备的一侧呈现的分别由所述第一像源发出的光线的第三虚像和所述第二像源发出的光线形成的第四虚像；
其中，所述第三虚像与观察者之间的距离和所述第四虚像与观察者之间的距离不同。
7.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求5所述的成像系统。
8.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求6所述的成像系统。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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