CN112639581B - 抬头显示器和抬头显示方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种抬头显示器和抬头显示方法。抬头显示器包括图像生成单元和第一透镜图像生成单元用于输出第一光线和第二光线，第一光线用于输出显示第一图像，第二光线用于输出显示第二图像；第一透镜，用于在第一驱动电路的驱动下从第一位置移动到第二位置，第一透镜处于第一位置时第一光线和第二光线不经过第一透镜，第一透镜处于第二位置时第一光线经过第一透镜，以使第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距。实施本技术方案，抬头显示器可以实现单个像平面和多个像平面的切换。

Description

抬头显示器和抬头显示方法

技术领域

本申请涉及抬头显示器技术领域，尤其涉及一种抬头显示器和抬头显示方法。

背景技术

抬头显示器(head-up display,HUD)是一种将图像投射到驾驶员前方视野中的显示装置。相比传统仪表和中控屏幕的显示，驾驶员在观察HUD图像时，无需低头，避免了在图像和路面之间来回切换视线，减少了危机反应时间，提高了驾驶的安全性。

随着HUD应用场景持续拓展，研究人员提出了双焦面HUD，该技术可以使图像成像在两个像平面上，例如，在驾驶员前方较近的像平面上显示仪表图像，在驾驶员前方较远的像平面上显示导航线图像。

目前，单个HUD可以实现将图像成像在一个像平面或两个像平面，但现有技术中尚未能通过单个HUD实现图像的成像在单个像平面和两个像平面的切换。

发明内容

本申请实施例提供了一种抬头显示器和抬头显示方法，该抬头显示器包括图像生成单元、反射镜组合和可插拔透镜组合，图像生成单元用于向反射镜组合发射目标图像的光线，光线经过反射镜组合反射至前挡玻璃，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生目标图像的虚像。该方法在可插拔透镜组合处于目标位置的情况下，可以改变目标图像的虚像视距，其中，目标图像可以包括一个或多个图像，从而实现单个像平面和多个像平面的切换，提高用户体验。

第一方面，本申请实施例提供了一种抬头显示器，包括：

图像生成单元，图像生成单元用于输出第一光线和第二光线，第一光线用于输出显示第一图像，第二光线用于输出显示第二图像；

第一透镜，用于在第一驱动电路的驱动下从第一位置移动到第二位置，第一透镜处于第一位置时第一光线和第二光线不经过第一透镜，第一透镜处于第二位置时第一光线经过第一透镜，以使第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，抬头显示器还包括：

第二透镜，用于在第二驱动电路的驱动下从第三位置移动到第四位置，第二透镜处于第三位置且第一透镜处于第一位置时，第一光线和第二光线不经过第二透镜，以使第一图像的虚像视距等于第二图像的虚像视距；第二透镜处于第四位置时，第二光线经过第二透镜，以使第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，第一透镜的焦距不等于第二透镜的焦距，在第一透镜处于第一位置且第二透镜处于第三位置时第一图像的虚像视距大于在第一透镜处于第四位置时第一图像的虚像视距；在第一透镜处于第一位置且第二透镜处于第三位置时第一图像的虚像视距小于在第二透镜处于第四位置时第二图像的虚像视距。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，抬头显示器还包括：

反射镜组合，反射镜组合位于图像生成单元与前挡玻璃之间；在第一光线经反射镜组合反射至前挡玻璃时，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生第一图像的虚像；在第二光线经反射镜组合反射至前挡玻璃时，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生第二图像的虚像。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，第一透镜为凸透镜，第一透镜处于第二位置时第一透镜的光心位于第一光线形成的光通道之外。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，第二透镜为凸透镜，第二透镜处于第四位置时第二透镜的光心位于第二光线形成的光通道之外。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，反射镜组合包括第一反射镜和第二反射镜；第一光线和第二光线均通过第一反射镜反射至第二反射镜，再通过第二反射镜反射至前挡玻璃；第一反射镜包括面向图像生成单元的凸平面，第一反射镜背离图像生成单元的表面包括反射涂层；第二反射镜包括面向第一反射镜的凹平面，第二反射镜背离第一反射镜的表面包括反射涂层。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，抬头显示器还包括第三反射镜，第三反射镜用于将第一光线反射至反射镜组合。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，抬头显示器还包括控制器，控制器包括一个或多个处理器、一个或多个存储器，一个或多个存储器存储计算机指令，一个或多个处理器调用计算机指令，执行：

接收输入的第一用户操作；

响应于第一用户操作，通过第一驱动电路指示第一透镜从第一位置移动到第二位置或驱动第一透镜从第二位置移动到第一位置。

结合第一方面，在一些可能的实施例中，一个或多个处理器还用于执行：

接收输入的第二用户操作；

响应于第二用户操作，通过第二驱动电路指示第二透镜从第三位置移动到第四位置或驱动第二透镜从第四位置移动到第三位置。

第二方面，本申请实施例提供了一种车辆，包括第一方面的任意一项抬头显示器。

第三方面，本申请实施例提供了一种抬头显示方法，该方法应用于抬头显示系统，抬头显示系统包括：图像生成单元、反射镜组合、第一透镜、第一驱动电路及前挡玻璃；反射镜组合位于图像生成单元与前挡玻璃之间；在第一光线经过反射镜组合反射至前挡玻璃时，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生第一图像的虚像；在第二光线经过反射镜组合反射至前挡玻璃时，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生第二图像的虚像；

方法包括：

获取第一图像和第二图像；

通过图像生成单元输入第一光线和第二光线，第一光线用于输出显示第一图像，第二光线用于输出显示第二图像；

接收输入的第一用户操作；

响应于第一用户操作，通过第一驱动电路将第一透镜从第一位置移动到第二位置或将第一透镜从第二位置移动到第一位置；

其中，在第一透镜位于第一位置时第一光线和第二光线不经过第一透镜，以使第一图像的虚像视距等于第二图像的虚像视距；在第一透镜位于第二位置时第一光线经过第一透镜，以使第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距。

结合第二方面，在一些可能的实施例中，抬头显示系统还包括第二透镜，方法还包括：

抬头显示系统还包括第二透镜和第二驱动单元，方法还包括：

接收输入的第二用户操作；

响应于第二用户操作，通过第二驱动元件电路驱动第二透镜从第三位置移动到第四位置或驱动第二透镜从第四位置移动到第三位置；

其中，在第二透镜处于第三位置且第一透镜位于第一位置时第二光线不经过第一透镜和第二透镜，以使第一图像的虚像视距等于第二图像的虚像视距；在第二透镜处于第四位置时第二光线经过第二透镜，以使第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距。

本申请在上述各方面提供的实现方式的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现方式。

附图说明

图1是是本申请实施例提供的一种虚像原理的成像示意图；

图2是本申请实施例提供的一种凸透镜和凹透镜的成像示意图；

图3是本申请实施例提供的一种抬头显示器的结构示意图；

图4A是本申请实施例提供的抬头显示器的一种成像效果示意图；

图4B是本申请实施例提供的抬头显示器的另一种的成像效果示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种抬头显示器的结构示意图；

图6A是本申请实施例提供的抬头显示器的一种光路示意图；

图6B是本申请实施例提供的抬头显示器的另一种光路示意图；

图7是本申请实施例提供的又一种抬头显示器的结构示意图；

图8A是本申请实施例提供的抬头显示器的又一种光路示意图；

图8B是本申请实施例提供的抬头显示器的再一种光路示意图

图9是本申请实施例提供的一种图像生成单元的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的一种抬头显示系统的结构示意图；

图11是本申请实施例提供的一种车辆10的一种可能的功能框架示意图；

图12是本申请实施例提供的一种抬头显示方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请实施例的限制。如在本申请实施例的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，本申请实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个所列出项目的任何或所有可能组合。

下面介绍本申请实施例中相关的一些概念。

1、虚像原理

虚像是可以由眼睛直接观看而不能被光幕接收的光学现象。

本实施例中，抬头显示器的成像原理可参见图1，图1是本申请实施例提供的一种虚像原理的成像示意图。如图1所示，源图像的一点发出具有一定发散角α₁的光束L，光束L以L₁和L₂示意，经过反射镜M₁、M₂和汽车前挡风玻璃的反射后，光束L以发散角α₂进入人眼，大脑会以“光线沿直线传播”的经验对光线反向追迹，认为光東L以反向延长的交点为物点，即虚像点。

2、液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)成像技术

LCD成像利用了液晶的光电效应原理，液晶分子受外加电场的影响而改变排列状态，不同排列状态的液晶分子能够控制对光的透过率。例如，在两个偏振方向互相垂直的偏振片中间为液晶分子，在不加电场时，液晶分子能够使经过第一偏振片的线偏振光偏振方向旋转90°，此时，光线以最大透过率通过第二偏振片；在施加电场时，液晶分子排列状态改变，对偏振光的旋转角度也发生改变，光线透过第二偏振片的强度随之减弱。LCD显示屏每个像素点由三原色组成，通过控制三原色的强弱来实现彩色图像的显示。LCD技术属于被动式成像，光源光线在经过液晶后亮度会有一定程度的衰减，对光的利用率较低，难以显示高亮度图像。

3、数字光处理(Digital Light Processing，DLP)技术

DLP是美国TI(德州仪器)公司于1996年开发的产品，其核心技术是DMD(数字微镜)芯片。每块DMD芯片上集成了数十万个微镜单元，每个微镜单元对应一个像素点，DLP的驱动电路可以单独控制每个微镜单元的转动，转动频率可达到每秒上千次。其中，微镜转动的不同角度对应着开和关的状态，处于开状态的微镜单元会把光线反射出去，相应的像素点为亮的状态；处于关状态的微镜单元不反射光线，相应的像素点为暗的状态。DMD芯片集成度非常高，相邻的微镜单元之间的间隙非常小，没有明显的像素颗粒感，因此，由DLP所显示的图像非常细腻。由于DMID是反射式成像，对光能的损失非常小，所以光效率可以达到60％以上，这也就意味着与其他成像技术相比，使用同样的背光光源，可以显示更高亮度的图像。

目前DLP成像可分为单片、双片和三片式，其中三片式机构比较复杂，生产成本较高，多用在高端产品上，两片式的DLP较为少见，使用最为广泛的是单片式。单片式DLP成像系统中的每个微镜单元对应一个像素，白光光源经过分光系统分为三基色，依次入射到微镜单元上，DLP控制电路驱动DMID快速转动，三基色被快速的选择性反射，利用人眼的迟滞效应，合成每个像素点所需颜色，最终形成图像。

4、反射镜

反射镜是一种利用反射定律工作的光学元件。反射镜按形状可分为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜三种。

反射面为球面一部分的镜面为球面反射镜，具体的，球面反射镜可以分为凹面镜和凸面镜。其中，用球面的内侧作反射面的球面镜为凹面镜；用球面的外侧作反射面的球面镜为凸面镜，凹面镜和凸面镜上的反射现象都遵从光的反射定律。

5、自由曲面镜

传统光学设计中所采用的光学元件的面型为标准球面，一般需要多片球面镜进行配合矫正像差，从而导致其光学结构比较复杂，占用空间较大。随着光学产业的发展，面型较为复杂的非球面的设计与制造技术到得到了很大提高，非球面一般是指具有回转轴的抛物面、椭球面、渐开面、双曲面等二次曲面以及高次曲面，还有非回转非球面，如离轴非球面。根据使用场景的不同，一片非球面通常可以代替两片或多片球面矫正像差，从而简化光学结构，实现光路的微型化与轻量化。

相对于非球面，自由曲面是一种面型更为复杂的光学结构，其表面各点的曲率半径都不相同，面型的自由度非常高。自由曲面不仅能够代替多片非球面矫正像差，还能最大限度的提高光学质量，精简光学结构。光学自由曲面面形结构复杂，自由度高，没有明确的表达式定义，一般认为不具备全局的旋转对称性、无统一的光轴、整个表面存在多个曲率半径的光学表面为光学自由曲面。

可选地，本实施例中的反射镜组合中的反射镜可以采用球面反射镜，也可以采用非球面反射镜。

优选的，本实施例中的反射镜组合中的反射镜还可以采用自由曲面镜，自由曲面镜可以矫正挡风玻璃的不规则曲面带来的像差。

6、凸透镜和凹透镜

凸透镜和凹透镜是根据光的折射原理制成的透镜。其中，凸透镜是中央较厚，边缘较薄的透镜；凸透镜是中央较薄，边缘较厚的透镜。

凸透镜的左侧和右侧各有一个焦点，这两个焦点是实焦点，由实际光线会聚而成的。凸透镜是成的像可以是倒立、缩小的实像，也可以是倒立、等大的实像；倒立、放大的实像，还可以是正立、放大的虚像。

凹透镜的左侧和右侧各有一个焦点，这两个焦点是虚焦点，不是由实际光线会聚而成的。凹透镜只能成正立、缩小的虚像。

具体的，请参见图2，图2是本申请实施例提供的一种凸透镜和凹透镜的成像示意图。

如图所示，其中：

主光轴为通过薄透镜两个球面球心的直线，也称主轴，图中以虚线示意。

光心为位于透镜中央的点。

具体的，请参见图2中的(A)，该图为凸透镜成像的示意图。如图所示，凸透镜对光线起会聚作用，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点。其中，平行于主光轴的光线经凸透镜光心以下的部分折射后将向上偏转，平行于主光轴的光线经凸透镜光心以上的部分折射后将向下偏转。

具体的，请参见图2中的(B)，该图为凹透镜成像的示意图。如图所示，凹透镜对光线起发散作用，平行于主光轴的光线经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线相交于光轴上，如图所示，平行于主光轴的光线经凹透镜光心以下的部分折射后将向下偏转，平行于主光轴的光线经凹透镜光心以上的部分折射后将向上偏转。

本实施例中，可插拔透镜组合可以包括凸透镜和凹透镜，通过凸透镜和凹透镜实现改变目标图像的光线的传播方向，并通过透镜的焦距来调节光路的总焦距，从而使目标图像的虚像视距改变。

7、光学设计方法

在实际的工程应用中，光学设计一般需要根据系统使用场景，在满足一定的成像质量要求下，确定光学系统的结构参数。根据光学像差理论，光学系统的像差与系统的结构参数有着直接的关联，因此，可以先建立起系统的函数关系，再根据成像质量对像差的要求，求解出系统的结构参数。

但对于一些复杂的光学系统，函数的建立与求解都是非常复杂的，为了降低复杂系统的设计难度，目前的方法是先寻求一个现有的初始结构，然后在此基础上利用光学软件进行优化设计，最终得到符合要求的光学结构。例如，在Zemax中，可以使用优化操作数对系统结构变量进行控制，具体的，在优化过程中，需要反复对各反射镜的曲率、圆锥曲面系数、高次项系数，以及反射镜之间的间距、相对旋转角、偏移等参量进行优化迭代，同时，还要根据每次迭代的结果对约束条件进行调整，逐步达到系统的技术要求，需注意约束反射镜角度变化范围不能过大，每次以小角度进行迭代优化，逐渐逼近理想角度。

本实施例提供了一个抬头显示器的初始光学结构，可以理解的，在此基础上可以利用光学软件对该光学结构进行优化设计，例如，获取反射镜组合中反射镜的曲率、焦距等具体参数，以及该抬头显示器中各元器件的距离参数等。因此，本实施例中，抬头显示器各个光学元器件之间的距离，以及各个透镜的焦距不作限定。

请参见图3，图3是本申请实施例提供的一种抬头显示器的结构示意图，该抬头显示器可以包括图像生成单元(Picture Generation Unit，PGU)110、可插拔透镜组合120以及反射镜组合130。该抬头显示器通过可插拔透镜组合120，可以实现单个像平面和两个像平面的切换。其中：

图像生成单元110用于发射目标图像的光线。具体的，图像生成单元110用于输出第一光线和第二光线，其中，第一光线用于输出显示第一图像，第二光线用于输出显示第二图像。例如，图像生成单元110可以向反射镜组合130发射目标图像的光线，也即是，将目标图像投射到反射镜组合130。其中，图像生成单元110生成的目标图像可以为一个图像，也可以包括两个图像，此处不做限定。

在一些实施例中，图像生成单元110的不同部分分别生成不同的图像。例如，图像生成单元110可以包括第一发光区域和第二发光区域，其中第一发光区域用于发射第一光线，第二发光区域用于发射第二光线。具体的，请参见图3所示的图像生成单元110，如图所示，PGU的A部分可以用于生成第一图像，PGU的B部分可以用于生成第二图像。其中，第一图像和第二图像可以为不同的内容，例如，第一图像可以包括车辆的状态信息和提示信息，其中，状态信息可以是在车辆行驶过程中驾驶员需要实时掌握的汽车状态信息，例如，车速和档位信息，这些信息在正常状态下可以实时显示，而提示信息可以是汽车状态或者某些功能达到触发条件时显示的信息，例如，油量过少、水温过高、安全气囊故障、车灯开启提示等，这些信息可以在正常情况下隐藏，在达到触发条件时显示；第二图像可以是根据识别车外的实时道路环境后处理得到的导航信息，例如，导航车道线、导航路径规划与指示和辅助信息(包括车辆、行人和骑行者等)。

在一些实施例中，图像生成单元110也可以是通过时间先后输出第一光线和第二光线的。

具体的，图像生成单元110可以为阴极射线管(CRT)，也可以是基于LCD技术的图像生成单元，还可以是基于DLP技术的图像生成单元，也可以是基于硅基液晶技术的LCoS，还可以是基于微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)的激光束扫描显示技术或基于其他技术的能够实现图像投射功能的模块，此处不做限定。其中，关于LCD技术和DLP技术的详细内容可以参见上述概念介绍的相关内容。

在一种实现中，为提高图像的亮度使其足够亮而不受阳光的影响，图像生成单元110可以包括大功率的LED阵列、透镜阵列和液晶板。具体的，该图像生成单元110采用大功率的LED阵列进行照明，在LED阵列前放置透镜阵列对光束进行整形，使其均匀地照射到液晶板上，最后，由液晶板将光束投射到可插拔透镜单元120。由于大功率的LED工作时温度较高，还可以在LED后加装散热装置，以保证系统的正常工作。

在另一种实现中，基于DLP技术构成的图像生成单元110可以包括照明部分、成像部分以及透射式投影屏。其中，照明部分发出均匀光束照射在DMD芯片上，光束经过DMD的调制后反射进入投影物镜，投影物镜对光束进行放大并投射到透射式投影屏上成像，最后，再由抬头显示器的其它单元将图像反射到人眼中形成虚像。

在其他一些可能的实现中，还包括采用LCoS芯片代替DMD芯片；以及采用RGB激光束，通过MEMS扫描，产生一个个像素，形成图像，再由抬头显示器其它单元将图像反射到人眼形成虚像。

反射镜组合130用于放大图像生成单元110的目标图像，并将目标图像反射至前挡玻璃上，以使在前挡玻璃前产生目标虚像。反射镜组合位于图像生成单元与前挡玻璃之间。例如，目标图像包括第一图像和第二图像，在第一光线经反射镜组合反射至前挡玻璃时，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生第一图像的虚像；在第二光线经反射镜组合反射至前挡玻璃时，在前档玻璃背离反射镜组合的一侧产生第二图像的虚像。

反射镜组合130包括至少一个反射镜。其中，反射镜可以是凸面反射镜，也可以是凹面反射镜，优选的，还可以是自由曲面镜。可选地，反射镜组合130还可以包括至少一个透镜，其中，透镜可以对图像进行矫正像差。其中，反射镜组合130中的反射镜可以采用反射涂层，以实现反射率最大化。

优选的，反射镜组合可以由两个曲面反射镜组成，其中，第二反射镜可以为凹面镜，第一反射镜可以为凸面镜，也可以为凹面镜。可选的，反射镜组合仅有一个曲面反射镜，此时，曲面镜一般为凹面镜。反射镜组合可能由一个凹面反射镜和一个或多个透镜组成。需要说明的，反射镜组合中可以存在一个或多个平面反射镜，用于实现光路的折叠和转向。

在一些实施例中，反射镜组合130可以由两个反射镜组成。具体的，请参见图3所示的反射镜组合130，如图所示，反射镜组合130由第一反射镜和第二反射镜组成，第一反射镜以M₁表示，第二反射镜以M₂表示。具体的，第一光线和第二光线均可以经第一反射镜反射至第二反射镜，再通过第二反射镜反射至前挡玻璃，其中，第一反射镜包括面向图像生成单元的凸平面，第一反射镜背离图像生成单元的表面包括反射涂层，第二反射镜包括面向第一反射镜的凹平面，第二反射镜背离第一反射镜的表面包括反射涂层。

其中，第一反射镜用于折叠光路，第二反射镜可以为弧面形状，用于放大图像。可选地，第一反射镜还可以用于放大图像、矫正像差以及控制图像生成单元110、第一反射镜和第二反射镜三者之间的距离，第二反射镜还可以用于矫正像差。优选的，第一反射镜和第二反射镜可以采用XY多项式自由曲面镜，其中，多项式的系数为光学系统优化设计的主要变量，由软件优化设计得出，此处不展开叙述。

具体的，图像生成单元110将图像投射到第一反射镜，图像经过第一反射镜反射到第二反射镜，再由第二反射镜反射到前挡玻璃上，以使在前挡玻璃前产生虚像。其中，第一反射镜用于反射图像，第一反射镜可以是凸面镜；第二反射镜用于放大第一反射镜反射的图像，第二反射镜可以为凹面镜，优选的，第二反射镜可以为自由曲面镜，第一反射镜可以为凹面镜，也可以为半反半透镜。如图3所示，上述第一反射镜和第二反射镜的组合用于实现折叠光路，增加光路长度。需要说明的是，在投影技术相同的情况下要求虚像达到足够大的显示尺寸，必须使虚像在抬头显示器内的光路变长，可见，上述第一反射镜和第二反射镜的组合可实现两次反射，解决了一次反射所带来的结构控件占据较大的问题。

可插拔透镜组合120用于改变初始光学系统的光线的传播方向，并改变初始光学系统的目标图像的虚像视距，其中，虚像视距为观察者与所述虚像所在平面的距离，例如，虚像视距可以为视觉上成像图像距离人眼的距离，初始光学系统为图像生成单元110、反射镜组合130和前挡玻璃组成的光学系统。

其中，可插拔透镜组合120至少包括一个凹透镜或一个凸透镜。例如，可插拔透镜组合包括第一透镜，第一透镜，用于在第一驱动电路的驱动下从第一位置移动到第二位置，在第一透镜处于第一位置时第一光线和第二光线不经过第一透镜，第一图像的虚像视距等于第二图像的虚像视距；在第一透镜处于第二位置时第一光线经过第一透镜，第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距；虚像视距为观察者与虚像所在平面之间的距离。

具体的，当可插拔透镜组合120插入目标位置的情况下，目标图像的虚像视距改变，该目标位置位于图像生成单元110和反射镜组合130之间或位于反射镜组合130中的两个光学元件之间。上述的图像生成单元110、可插拔透镜组合120、反射镜组合130和前挡玻璃可以组成抬头显示器的光学系统。具体的，图像生成单元110生成的目标图像经过可插拔透镜组合120和反射镜组合130后，再反射到前挡玻璃前，产生目标虚像。

在一些实施例中，目标图像包括第一图像和第二图像。其中，第一图像投影生成的虚像为第一虚像，第二图像投影生成的虚像为第二虚像，光学系统将第一图像投影为第一虚像的光路为第一光路，光学系统将第二图像投影为第二虚像的光路为第二光路。

在可插拔透镜组合未插入所述目标位置的情况下，抬头显示器中的光学系统为初始光学系统的状态。此时，由于第一光路与第二光路是相同的光路，第一图像和第二图像经过相同的光路后具有相同的虚像视距，第一虚像和第二虚像成像在一个像平面上。

在一些实施例中，通过调节抬头显示器的光学元器件可以实现第一虚像和第二虚像的拼接，第一虚像和第二虚像的边缘是相接的，从而在一个像平面上形成一个完整画面。请参见图4A，图4A是本申请实施例提供的抬头显示器的一种成像效果示意图，如图4A所示，第一虚像为画面的上半部分，第二虚像为该画面的下半部分。此时，也可以将第一图像和第二图像认为是一个目标图像，将第一虚像和第二虚像认为是一个目标虚像，该目标虚像显示的是目标图像的内容。

在可插拔透镜组合插入所述目标位置的情况下，可插拔透镜组合用于实现第一虚像与第二虚像的分离，即，第一虚像和第二虚像分别位于不同的像平面且第一虚像与第二虚像不重叠。

具体的，可插拔透镜组合用于改变第一图像或第二图像的虚像视距；或者用于同时改变第一图像和第二图像的虚像视距。此外，可插拔透镜组合还可以用于改变第一图像或第二光线的传播方向，以使第一图像和第二光线不重叠；或者用于同时改变第一图像和第二光线的传播方向，以使第一图像和第二光线不重叠。

在可插拔透镜组合插入所述目标位置的情况下，抬头显示器最终的成像结果可以是，第一图像和第二图像分别在成像在两个像平面上，从而在两个像平面上分别显示第一虚像和第二虚像。请参见图4B，图4B是本申请实施例提供的抬头显示器的另一种的成像效果示意图。如图4B所示，抬头显示器将第一图像投影在挡风玻璃前的近投影面上，生成第一虚像；将第二图像投影在挡风玻璃前的在远投影面上，生成与路面贴合的第二虚像。具体的，第一虚像显示的是第一图像的内容，第一图像可以为车辆的状态信息，显示当前车速为52km/h，第二虚像显示的是第二图像的内容，第二图像可以为导航信息，显示前方道路100米之后右拐进入宝安大道。

请参见图5，图5是本申请实施例提供的另一种抬头显示器的结构示意图，该抬头显示器包括图像生成单元210、可插拔透镜组合220以及反射镜组合230。该抬头显示器通过控制可插拔透镜组合220，可以实现单个像平面和两个像平面的切换。其中：

该抬头显示器的图像生成单元210和反射镜组合230可以参见图像生成单元110和反射镜组合130的相关内容，此处不再赘述。

该抬头显示器的可插拔透镜组合220可以包括两个透镜，例如，可插拔透镜组合220可以包括第一透镜和第二透镜，其中，第一透镜用于改变第一图像的虚像视距和第一光线的传播方向，第二透镜用于改变第二图像的虚像视距和第二光线的传播方向。

第一光线第二光线其中，第二透镜用于在第二驱动电路的驱动下从第三位置移动到第四位置，在第二透镜处于第三位置且第一透镜处于第一位置时，第一光线和第二光线不经过第二透镜，第一图像的虚像视距等于第二图像的虚像视距；在第二透镜处于第四位置时第二光线经过第二透镜，第一图像的虚像视距不等于第二图像的虚像视距。

具体的，在第一透镜插入第一光路的情况下，第一光路在初始光学系统中的传播方向改变，也即是，第一光线的传播方向发生改变；在第二透镜插入第二光路的情况下，第二光路在初始光学系统中的传播方向改变，也即是，第二光线的传播方向发生改变。

在一些实施例中，如图5所示，第一透镜和第二透镜均为凸透镜，第一凸透镜和第二凸透镜的焦距不同，用于使第一图像和第二图像的虚像视距不同。

在第一凸透镜和第二凸透镜在插入初始光学系统前，也即是，第一凸透镜的光心位于第一发光区域与反射镜组合形成的光通道之外，第二凸透镜的光心位于第二发光区域与反射镜组合形成的光通道之外。此时，初始光学系统中第一光路和第二光路是相同的，第一光路和第二光路的成像结果是第一虚像和第二虚像的虚像视距是相同的，也即是，第一虚像和第二虚像成像在一个像平面上。

具体的，请参见图6A，图6A是本申请实施例提供的抬头显示器的一种光路示意图，PGU的A部分用于生成第一图像，PGU的B部分用于生成第二图像，图中箭头表示图像的传播方向，如图6A所示，第一图像和第二图像最后成像在一个像平面上，该像平面为C屏。

第一凸透镜和第二凸透镜的不同部分插入第一光路和第二光路中，用于使第一图像和第二光线的传播方向发生改变，以使第一图像和第二光线不重叠。请参见图6B，图6B是本申请实施例提供的抬头显示器的另一种光路示意图。具体的，如图6B所示，在第一凸透镜插入第一位置时，第一光线通过第一凸透镜中光心以下的部分向上发生偏转，此时，第一图像通过第一凸透镜的光心以下的透镜部分透射至反射镜组合，使第一光路向上偏移并使第一图像的虚像视距减小，第一虚像所在像平面为A屏；在第二凸透镜插入第二位置时，第二光线通过第二凸透镜中光心以上的部分向下发生偏转，此时，第二图像通过第二凸透镜的光心以上的透镜部分至反射镜组合，使第二光路向上偏移并使第二图像的虚像视距增大，第二虚像所在像平面为B屏。其中，上述透镜可以垂直于光路的方向插入光路中，也可以以一定角度插入光路中，具体可以根据光路需要偏移的角度来决定，此处不做限定。

在一些实施例中，第一图像为车辆的仪表盘信息，第二图像为车辆的导航线信息，此时，第一虚像通常位于如图4B所示的位置，该成像的虚像尺寸较小，第一虚像所在像平面(如图6B中的A屏)距离驾驶员较近，第二虚像通常显示于如图4B所示的位置，该虚像贴合路面显示，该虚像所在像平面(如图6B中的B屏)距离驾驶员较远。通过如图5所示的可插拔透镜组合，可以将位于A屏的第一虚像切换到如图6A中所示的C屏上显示，将位于B屏的第二图像切换到C屏上显示，再通过图像生成单元更换第一图像和第二图像的内容，可以实现在C屏上显示由第一虚像和第二虚像拼接而成的目标虚像。可以理解的，该目标虚像的像素点的个数多于第一虚像的像素点的个数，也多于第二虚像的像素点的个数，即，该目标虚像的分辨率大于第一虚像和第二虚像，且该目标虚像尺寸大于第一虚像，可以满足用户的娱乐需求，例如，观看视频或显示照片等。

请参见图7，图7是本申请实施例提供的又一种抬头显示器的结构示意图，该抬头显示器包括图像生成单元310、可插拔透镜组合310以及反射镜组合310。该抬头显示器通过控制可插拔透镜组合，可以实现单个像平面和两个像平面的切换。其中：

该抬头显示器的图像生成单元310和反射镜组合330参见图像生成单元110和反射镜组合130的相关内容，此处不再赘述。

该抬头显示器的可插拔透镜组合320可以包括一个透镜，其中，该透镜用于改变第一图像的虚像视距和第一光线的传播方向或用于改变第二图像的虚像视距和第二光线的传播方向。

具体的，该透镜可以为图5中的第一凸透镜，也可以为图5中的第二凸透镜，该透镜插入光路的内容可以参见上述的相关内容。

在该透镜为第一凸透镜的情况下，请参见图8A和图8B。图8A是本申请实施例提供的抬头显示器的又一种光路示意图，在第一凸透镜插入初始光学系统前，第一图像和第二图像成像在一个像平面上，具体可以参见图6A的相关内容的叙述；图8B是本申请实施例提供的抬头显示器的再一种光路示意图，在第一凸透镜插入第一位置时，第一光线通过第一凸透镜中光心以下的部分向上发生偏转，此时，第一图像通过第一凸透镜的光心以下的透镜部分透射至反射镜组合，使第一光路向上偏移并使第一图像的虚像视距减小，具体可以参见图6B对应的相关内容。与图5所示的抬头显示器相比，该抬头显示器减少了透镜的数量，只改变了两个图像中其中一个图像的像平面。

请参见图9，图9是本申请实施例提供的一种图像生成单元的结构示意图。

在一些实施例中，在单个图像生成单元生成的第一图像和第二图像达不到用户需求时，例如，在用户有指定的分辨率要求时，抬头显示器可以包括两个图像生成单元。可以理解的，单个图像生成单元的生成的图像的像素点是有限的，由于一个图像的像素点越多，图像分辨率越高，当单个图像生成单元的生成的图像的像素点不能满足图像的分辨率要求时，可以通过增加一个图像生成单元来增强图像的分辨率。

当图像生成单元位置如图9所示时，抬头显示器还可以包括第三反射镜，第三反射镜用于将所述第一发光区域发射的光线反射至所述反射镜组合。

为了更好地理解本申请实施例提供的一种抬头显示方法、抬头显示器及计算机可读存储介质，下面先对本申请实施例使用的系统架构进行描述。

请参见图10，图10是本申请实施例提供的一种抬头显示系统的结构示意图。该系统架构可以包括控制器100、抬头显示器200和前挡玻璃300，其中，抬头显示器200可以包括图像生成单元、可拔插透镜组合和反射镜组合。具体的，控制器100用于接收用户指令，根据用户指令生成图像，再将该图像发送至抬头显示器200；抬头显示器200用于放大控制器100所发送的图像，将放大后的图像反射至前挡玻璃300，以使在前挡玻璃300前产生虚像。

具体的，控制器100可以接收用户指令，根据用户指令生成图像，并将该图像发送至抬头显示器200，更具体的，是将该图像发送至抬头显示器200中的图像生成单元。在抬头显示器中，图像生成单元将图像投射到反射镜组合，进而，反射镜组合将该图像反射至前挡玻璃300，其中，当可插拔透镜组合插入目标位置的情况下，目标图像的虚像视距改变，该目标位置位于图像生成单元和反射镜组合之间或位于反射镜组合中的两个光学元件之间。

例如，控制器100可以为一个电子信息系统，该电子信息系统可以采集场景数据等车辆数据，再根据车辆数据生成图像。例如，该电子信息系统可以收集车辆的车速等仪表信息，根据该数据生成仪表盘图像，又例如，该电子信息系统可以通过摄像头采集车辆行驶过程中的场景数据，再根据场景数据生成车辆导航线图像。

控制器100还可以根据用户指令控制抬头显示器200中的各个元器件。具体的，控制器100通过向抬头显示器200中的图像生成单元发送不同的图像，可以控制图像生成单元所投射的图像的内容，从而改变显示的虚像内容；控制器还可以控制抬头显示器200中的可插拔透镜组合的位置，从而控制图像成像在一个像平面或者多个像平面。例如，以图5所示的抬头显示器为例，控制器100接收到的用户指令用于指示该抬头显示系统成像在单个像平面上，则控制器100可以根据该指令生成一个图像，再将可拔插组合中的透镜拔出抬头显示器200的光路，又例如，该指令用于指示该抬头显示系统成像在两个像平面上，则控制器100可以根据该指令生成两个图像，将可拔插组合中的透镜插入抬头显示器200的光路。

需要说明的时，抬头显示器不限于以上元器件，例如，抬头显示系统还可以包括双目相机，该双目相机用于获取场景数据。

可以理解的是，图10中的抬头显示系统的系统架构只是本申请实施例中的一种示例性的实施方式，本申请实施例中的抬头显示系统的系统架构包括但不仅限于以上系统架构。

例如，在一种可能的抬头显示系统中，抬头显示器200可以包括控制器100，其中，控制器包括一个或多个处理器、一个或多个存储器及第一驱动元件，一个或多个存储器存储计算机指令，一个或多个处理器调用计算机指令，执行：接收输入的第一用户操作；响应于第一用户操作，通过第一驱动元件驱动第一透镜插入到第一发光区域和反射镜组合之间或驱动第一透镜从第一发光区域和反射镜组合之间拔出。又例如，抬头显示器还包括第二驱动元件，一个或多个处理器还用于执行：接收输入的第二用户操作；响应于第二用户操作，通过第二驱动元件驱动第二透镜插入到第一发光区域和反射镜组合之间或驱动第二透镜从第二发光区域和反射镜组合之间拔出。

上述抬头显示系统可以安装在车辆上，请参见图11，图11是本申请实施例提供的一种车辆10的一种可能的功能框架示意图。如图11所示，车辆10的功能框架中可包括各种子系统，例如图示中的传感器系统12、控制系统14、一个或多个外围设备16(图示以一个为例示出)、电源18、计算机系统20和抬头显示系统22。可选地，车辆10还可包括其他功能系统，例如为车辆10提供动力的引擎系统等等，本申请这里不做限定。其中，

传感器系统12可包括若干检测装置，这些检测装置能感受到被测量的信息，并将感受到的信息按照一定规律将其转换为电信号或者其他所需形式的信息输出。如图示出，这些检测装置可包括全球定位系统1201(global positioning system，GPS)、车速传感器1202、惯性测量单元1203(inertial measurement unit，IMU)、雷达单元1204、激光测距仪1205、摄像装置1206、轮速传感器1207、转向传感器1208、档位传感器1209、或者其他用于自动检测的元件等等，本申请并不做限定。

全球定位系统GPS 1201是利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。本申请中，全球定位系统GPS可用于实现车辆的实时定位，提供车辆的地理位置信息。车速传感器1202用于检测车辆的行车车速。惯性测量单元1203可以包括加速计和陀螺仪的组合，是测量车辆10的角速率和加速度的装置。例如，在车辆行驶过程中，惯性测量单元基于车辆的惯性加速可测量车身的位置和角度变化等。

雷达单元1204也可称雷达系统。雷达单元在车辆行驶所处的当前环境中，利用无线信号感测物体。可选地，雷达单元还可感测物体的运行速度和行进方向等信息。在实际应用中，雷达单元可被配置为用于接收或发送无线信号的一个或多个天线。激光测距仪1205可利用调制激光实现对目标物体的距离测量的仪器，也即是激光测距仪可用于实现对目标物体的距离测量。在实际应用中，该激光测距仪可包括但不限于以下中的任一种或多种元件的组合：激光源、激光扫描仪和激光检测器。

摄像装置1206用于拍摄影像，例如图像和视频等。本申请中，在车辆行驶过程中或者摄像装置启用后，该摄像装置可实时采集车辆所处环境中的图像。例如，在车辆进出隧道的过程中，摄像装置可实时、连续地采集相应地图像。在实际应用中，该摄像装置包括但不限于行车记录仪、摄像头、相机或其他用于拍照/摄影的元件等，该摄像装置的数量本申请也不做限定。

轮速传感器1207是用于检测车辆车轮转速的传感器。常用的轮速传感器1207可包括但不限于磁电式轮速传感器和霍尔式轮速传感器。转向传感器1208，也可称为转角传感器，可代表用于检测车辆的转向角的系统。在实际应用中，该转向传感器1208可用于测量车辆方向盘的转向角度，或者用于测量表示车辆方向盘的转向角的电信号。可选地，该转向传感器1208也可用于测量车辆轮胎的转向角度，或者用于测量表示车辆轮胎的转向角的电信号等等，本申请并不做限定。

也即是，转向传感器1208可用于测量以下中的任一种或多种的组合：方向盘的转向角、表示方向盘的转向角的电信号、车轮(车辆轮胎)的转向角和表示车轮的转向角的电信号等。

档位传感器1209，用于检测车辆行驶的当前档位。由于车辆的出厂商不同，则车辆中的档位也可能存在不同。以自动驾驶车辆为例，自动驾驶车辆支持6个档位，分别为：P档、R档、N档、D档、2档及L档。其中，P(parking)档用于停车，它利用车辆的机械装置锁住车辆的制动部分，使车辆不能移动。R(reverse)档，也称为倒档，用于车辆倒车。D(drive)档，也称前进档，用于车辆在道路上行驶。2(secondgear)档也为前进档，用于调整车辆的行驶速度。2档通常可用作车辆上、下斜坡处使用。L(low)档，也称为低速档，用于限定车辆的行驶速度。例如在下坡道路上，车辆进入L档，使得车辆在下坡时使用发动机动力进行制动，驾驶员不必长时间踩刹车导致刹车片过热而发生危险。

控制系统14可包括若干元件，例如图示出的转向单元1401、制动单元1402、照明系统1403、自动驾驶系统1404、地图导航系统1405、网络对时系统1406和障碍规避系统1407。可选地，控制系统14还可包括诸如用于控制车辆行驶速度的油门控制器及发动机控制器等元件，本申请不做限定。

转向单元1401可代表用于调节车辆10的行进方向的系统，其可包括但不限于方向盘、或其他用于调整或控制车辆行进方向的任意结构器件。制动单元1402可代表用于减慢车辆10的行驶速度的系统，也可称为车辆刹车系统。其可包括但不限于刹车控制器、减速器或其他用于车辆减速的任意结构器件等。在实际应用中，制动单元1402可利用摩擦来使车辆轮胎减慢，进而减慢车辆的行驶速度。照明系统1403用于为车辆提供照明功能或警示功能。例如，在车辆夜间行驶过程中，照明系统1403可启用车辆的前车灯和后车灯，以提供车辆行驶的光照亮度，保证车辆的安全行驶。在实际应用中，照明系统中包括但不限于前车灯、后车灯、示宽灯以及警示灯等。

自动驾驶系统1404可包括硬件系统和软件系统，用于处理和分析输入该自动驾驶系统14的数据以获得控制系统14中各部件的实际控制参数，例如制动单元中刹车控制器的期望制动压力及发动机的期望扭矩等等。便于控制系统14实现相应控制，保证车辆的安全行驶。可选地，自动驾驶系统14通过分析数据还可确定车辆面临的障碍物、车辆所处环境的特征(例如车辆当前行驶所在的车道、道路边界以及即将经过的交通红绿灯)等信息。其中，输入自动驾驶系统14的数据可以是摄像装置采集的图像数据，也可以是传感器系统12中各元件采集的数据，例如转向角传感器提供的方向盘转角、轮速传感器提供的车轮轮速等等，本申请并不做限定。

地图导航系统1405用于为车辆10提供地图信息和导航服务。在实际应用中，地图导航系统1405可根据GPS提供的车辆的定位信息(具体可为车辆的当前位置)和用户输入的目的地址，规划一条最优驾驶路线，例如路程最短或车流量较少的路线等。便于车辆按照该最优驾驶路线进行导航行驶，以到达目的地址。可选地，地图导航系统除了提供导航功能外，还可根据用户实际需求向用户提供或展示相应地地图信息，例如在地图上实时展示车辆当前行驶的路段等，本申请不做限定。

网络对时系统1406(network time system，NTS)用于提供对时服务，以保证车辆的系统当前时间和网络标准时间同步，有利于为车辆提供更为精确地时间信息。具体实现中，网络对时系统1406可从GPS卫星上获得标准的时间信号，利用该时间信号来同步更新车辆的系统当前时间，保证车辆的系统当前时间和获得的标准时间信号的时间一致。

障碍规避系统1407用于预测车辆行驶过程中可能遇到的障碍物，进而控制车辆10绕过或越过障碍物以实现车辆10的正常行驶。例如，障碍规避系统1407可利用传感器系统12中各元件采集的传感器数据分析确定车辆行驶道路上可能存在的障碍物。如果该障碍物的尺寸较大，例如为路边的固定建筑物(楼房)等，障碍规避系统1407可控制车10绕开该障碍物以进行安全行驶。反之，如果该障碍物的尺寸较小，例如为路上的小石头等，障碍规避系统1407可控制车辆10越过该障碍物继续向前行驶等。

外围设备16可包括若干元件，例如图示中的通信系统1601、触摸屏1602、用户接口1603、麦克风1604以及扬声器1605等等。其中，通信系统1601用于实现车辆10和除车辆10之外的其他设备之间的网络通信。在实际应用中，通信系统1601可采用无线通信技术或有线通信技术实现车辆10和其他设备之间的网络通信。该有线通信技术可以是指车辆和其他设备之间通过网线或光纤等方式通信。该无线通信技术包括但不限于全球移动通讯系统(global system for mobile communications，GSM)，通用分组无线服务(general packetradio service，GPRS)，码分多址接入(code division multiple access，CDMA)，宽带码分多址(wideband code division multiple access，WCDMA)，时分码分多址(time-divisioncode division multiple access，TD-SCDMA)，长期演进(long term evolution，LTE)、无线局域网(wireless local area networks，WLAN)(如无线保真(wireless fidelity，Wi-Fi)网络)、蓝牙(bluetooth，BT)、全球导航卫星系统(global navigation satellitesystem，GNSS)、调频(frequency modulation，FM)，近距离无线通信技术(near fieldcommunication，NFC)以及红外技术(infrared，IR)等等。

触摸屏1602可用于检测触摸屏1602上的操作指令。例如，用户根据实际需求对触摸屏1602上展示的内容数据进行触控操作，以实现该触控操作对应的功能，例如播放音乐、视频等多媒体文件等。用户接口1603具体可为触控面板，用于检测触控面板上的操作指令。用户接口1603也可以是物理按键或者鼠标。用户接口1604还可以是显示屏，用于输出数据，显示图像或数据。可选地，用户接口1604还可以是属于外围设备范畴中的至少一个设备，例如触摸屏、麦克风和扬声器等。

麦克风1604，也称为话筒、传声器，用于将声音信号转换为电信号。当拨打电话或发送语音信息时，用户靠近麦克风发声，可将声音信号输入到麦克风中。扬声器1605也称为喇叭，用于将音频电信号转换为声音信号。车辆通过扬声器1605可以收听音乐，或者收听免提通话等。

电源18代表为车辆提供电力或能源的系统，其可包括但不限于再充电的锂电池或铅酸电池等。在实际应用中，电源中的一个或多个电池组件用于提供车辆启动的电能或能量，电源的种类和材料本申请并不限定。可选地，电源18也可为能量源，用于为车辆提供能量源，例如汽油、柴油、乙醇、太阳能电池或电池板等等，本申请不做限定。

车辆10的若干功能均由计算机系统20控制实现。计算机系统20可包括一个或多个处理器2001(图示以一个处理器为例示出)和存储器2002(也可称为存储装置)。在实际应用中，该存储器2002也在计算机系统20内部，也可在计算机系统20外部，例如作为车辆10中的缓存等，本申请不做限定。其中，

处理器2001可包括一个或多个通用处理器，例如图形处理器(graphicprocessing unit，GPU)。处理器2001可用于运行存储器2002中存储的相关程序或程序对应的指令，以实现车辆的相应功能。

存储器2002可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如RAM；存储器也可以包括非易失性存储器(non-vlatile memory)，例如ROM、快闪存储器(flash memory)、HDD或固态硬盘SSD；存储器2002还可以包括上述种类的存储器的组合。存储器2002可用于存储一组程序代码或程序代码对应的指令，以便于处理器2001调用存储器2002中存储的程序代码或指令以实现车辆的相应功能。该功能包括但不限于图11所示的车辆功能框架示意图中的部分功能或全部功能。本申请中，存储器2002中可存储一组用于车辆控制的程序代码，处理器2001调用该程序代码可控制车辆安全行驶，关于如何实现车辆安全行驶具体在本申请下文详述。

可选地，存储器2002除了存储程序代码或指令之外，还可存储诸如道路地图、驾驶线路、传感器数据等信息。计算机系统20可以结合车辆功能框架示意图中的其他元件，例如传感器系统中的传感器、GPS等，实现车辆的相关功能。例如，计算机系统20可基于传感器系统12的数据输入控制车辆10的行驶方向或行驶速度等，本申请不做限定。

抬头显示系统22可包括若干元件，例如图示出的前挡玻璃2201，控制器2202和抬头显示器2203。控制器222用于根据用户指令生成图像，并将该图像发送至抬头显示器200；抬头显示器200可以包括图像生成单元、可拔插透镜组合和反射镜组合，前挡玻璃用于配合抬头显示器以实现抬头显示系统的光路，以使在驾驶员前方呈现目标图像。需要说明的是，抬头显示系统中的部分元件的功能也可以由车辆的其它子系统来实现，例如，控制器2202也可以为控制系统中的元件。

其中，本申请图11示出包括四个子系统，传感器系统12、控制系统14、计算机系统20和抬头显示系统22仅为示例，并不构成限定。在实际应用中，车辆10可根据不同功能对车辆中的若干元件进行组合，从而得到相应不同功能的子系统。例如，车辆10中也可包括电子稳定性系统(electronic stability program，ESP)和电动助力转向系统(electric powersteering，EPS)等，图未示出。其中，ESP系统可由传感器系统12中的部分传感器及控制系统14中的部分元件组成，具体地该ESP系统可包括轮速传感器1207、转向传感器1208、横向加速度传感器及控制系统14中涉及的控制单元等等。EPS系统可由传感器系统12中的部分传感器、控制系统14中的部分元件及电源18等元件组成，具体地该EPS系统中可包括转向传感器1208、控制系统14中涉及的发电机及减速器、蓄电池电源等等。又例如，抬头显示系统也可以包括外围设备中的用户接口1603和触摸屏1602等，以实现接收用户指令的功能，抬头显示系统还可以包括传感器系统中的摄像单元，用于配合控制器1203生成图像，例如，由摄像单元将图像发送至控制器1203。

需要说明的是，上述图11仅为车辆10的一种可能的功能框架示意图。在实际应用中，车辆10可包括更多或更少的系统或元件，本申请不做限定。

上述车辆10可以为轿车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升飞机、割草机、娱乐车、游乐场车辆、施工设备、电车、高尔夫球车、火车、和手推车等，本申请实施例不做特别的限定。

下面结合图12，具体介绍本申请实施例提供的一种抬头显示方法。该方法可以由抬头显示系统中的控制器来执行，如图12所示，该抬头显示方法包括如下部分或全部步骤：

S101、接收用户指令，用户指令包括第一指示信息和第二指示信息。

其中，第一指示信息用于指示图像内容，第二指示信息用于指示可插拔透镜的透镜位置具体的，控制器可以提供用户输入指令的接口，例如，控制器可以提供一个显示屏，相应的，用户可以通过显示屏输入用户指令，又例如，控制器可以提供一个麦克风，用于接收用户的语音指令。其中，该指令可以为选择模式，例如，一个模式可以对应两个指示信息，单焦模式对应的第一指示信息可以指示图像为单个图像，单焦模式对应的第二指示信息可以指示可插拔透镜的位置不位于抬头显示器的光路中，又例如，两个模式可以为导航模式和娱乐模式，导航模式可以对应两个像平面，其中，一个像平面用于显示仪表盘信息，另一个像平面用于显示路面导航信息，娱乐模式可以对应一个像平面。

S102、根据第一指示信息，获取目标图像。

具体的，控制器获取图像的个数可以为一个，也可以为两个，此处不作限定。例如，第一指示信息用于指示生成两个图像，其中，一个图像为仪表盘信息，一个图像为车辆导航线信息，则控制器可以采集车辆的车速等数据，根据该数据生成仪表盘图像，同时，控制器可以通过摄像头采集车辆行驶过程中的场景数据，再根据场景数据生成车辆导航线图像。又例如，第一指示信息用于指示生成视频画面，则控制器可以获取视频数据，可以理解的，该视频数据包括多个视频帧，第一指示信息所指示的多个视频帧即为目标图像。

S103、根据第二指示信息，调整可拔插透镜组合中至少一个透镜的位置。

具体的，控制器可以先识别可插拔透镜组合中每一个透镜的位置，再根据第二指示信息，调整可插拔透镜组合中的透镜的位置。其中，第二指示信息可以为一个用户操作，也可以包括两个用户操作，例如，第一用户操作用于调整第一透镜的位置，第二透镜用于调整第二透镜的位置。

例如，第二指示信息指示将该可插拔透镜组合插入目标位置，该目标位置位于图像生成单元和反射镜组合之间或位于反射镜组合中的两个光学元件之间，则控制器可以先识别可插拔透镜组合是否在目标位置，在可插拔透镜组合不在目标位置时，控制器将可插拔透镜组合插入目标位置。

在一些实施例中，抬头显示器的结构如图5所示，该抬头显示器包括图像生成单元、可插拔透镜组合以及反射镜组合，其中，可插拔透镜组合可以包括第一凸透镜和第二凸透镜。具体的，控制器可以接收输入的第一用户操作，进而，响应于第一用户操作，将第一透镜插入到第一发光区域和反射镜组合之间或将第一透镜从第一发光区域和反射镜组合之间拔出；控制器还可以接收输入的第二用户操作，进而，响应于第二用户操作，将第二透镜插入到第二发光区域和反射镜组合之间或将第二透镜从第二发光区域和反射镜组合之间拔出。例如，控制器可以根据第二指示信息，将第一凸透镜和第二凸透镜插入如图6B所示的位置，如图所示，控制器将第一凸透镜的下半部分插入第一光路，第一光路向上偏转，PGU的B部分所成的第一图像经过第一凸透镜的下半部分后，最终成像在B屏，其中，光学系统将第一图像投影为第一虚像的光路为第一光路；控制器还将第二凸透镜的上半部分插入第二光路，第二光路向下偏转，PGU的A部分所成的第二图像经过第二凸透镜的上半部分后，最终成像在A屏，其中，光学系统将第二图像投影为第二虚像的光路为第二光路。可以理解的，由于第一凸透镜和第二凸透镜的焦距不同，从而使第一图像和第二图像成像在不同的像平面上，又利用凸透镜的不同位置对光线的偏转原理，从而使第一图像和第二图像所经过的光路发生偏转，保证第一图像和第二图像不发生重叠。

S104、将目标图像发送至抬头显示器，以使在前挡玻璃前生成目标虚像。

具体的，控制器将目标图像发送至抬头显示器中的图像生成单元。其中，关于目标图像经过抬头显示器在前挡玻璃前生成目标虚像的详细内容可以参见上文的相关叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，步骤S103和步骤S104的执行顺序可以是先后，也可以是同时的，此处不作限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种抬头显示器，其特征在于，包括：

图像生成单元，所述图像生成单元用于输出第一光线和第二光线，所述第一光线用于输出显示第一图像，所述第二光线用于输出显示第二图像；

第一透镜为凸透镜，用于在第一驱动电路的驱动下从第一位置移动到第二位置；

所述第一透镜处于所述第一位置时所述第一光线和所述第二光线不经过所述第一透镜；所述第一透镜处于所述第二位置时所述第一光线经过所述第一透镜，以使所述第一图像的虚像视距不等于所述第二图像的虚像视距；

所述第一透镜处于所述第一位置时所述第一图像和所述第二图像为第一目标图像的不同部分，所述第一透镜处于所述第一位置时所述第一图像和所述第二图像在同一平面上拼接为所述第一目标图像；所述第一透镜处于所述第二位置时所述第一图像和所述第二图像分别为第二目标图像和第三目标图像，所述第一目标图像、所述第二目标图像和所述第三目标图像为不同的图像；

所述第一透镜处于所述第二位置时所述第一透镜的光心位于所述第一光线形成的光通道之外，所述第一透镜用于改变所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线和所述第二光线不重叠。

2.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器还包括：

第二透镜，用于在第二驱动电路的驱动下从第三位置移动到第四位置，所述第二透镜处于所述第三位置且所述第一透镜处于所述第一位置时，所述第一光线和所述第二光线不经过所述第二透镜，以使所述第一图像的虚像视距等于所述第二图像的虚像视距；所述第二透镜处于所述第四位置时，所述第二光线经过所述第二透镜，以使所述第一图像的虚像视距不等于所述第二图像的虚像视距。

3.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述第一透镜的焦距不等于所述第二透镜的焦距，在所述第一透镜处于所述第一位置且所述第二透镜处于所述第三位置时所述第一图像的虚像视距大于在所述第一透镜处于所述第二位置时所述第一图像的虚像视距；在所述第一透镜处于所述第一位置且所述第二透镜处于所述第三位置时所述第一图像的虚像视距小于在所述第二透镜处于所述第四位置时所述第二图像的虚像视距。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器还包括：

反射镜组合，所述反射镜组合位于所述图像生成单元与前挡玻璃之间；在所述第一光线经所述反射镜组合反射至所述前挡玻璃时，在所述前档玻璃背离所述反射镜组合的一侧产生所述第一图像的虚像；在所述第二光线经所述反射镜组合反射至所述前挡玻璃时，在所述前档玻璃背离所述反射镜组合的一侧产生所述第二图像的虚像。

5.根据权利要求2或3所述的抬头显示器，其特征在于，所述第二透镜为凸透镜，所述第二透镜处于所述第四位置时所述第二透镜的光心位于所述第二光线形成的光通道之外。

6.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述反射镜组合包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一光线和所述第二光线均通过所述第一反射镜反射至所述第二反射镜，再通过所述第二反射镜反射至所述前挡玻璃；所述第一反射镜包括面向所述图像生成单元的凸平面，所述第一反射镜背离所述图像生成单元的表面包括反射涂层；所述第二反射镜包括面向所述第一反射镜的凹平面，所述第二反射镜背离所述第一反射镜的表面包括反射涂层。

7.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器还包括第三反射镜，所述第三反射镜用于将所述第一光线反射至所述反射镜组合。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器还包括控制器，所述控制器包括一个或多个处理器、一个或多个存储器，所述一个或多个存储器存储计算机指令，所述一个或多个处理器调用所述计算机指令，执行：

接收输入的第一用户操作；

响应于所述第一用户操作，通过所述第一驱动电路指示所述第一透镜从所述第一位置移动到所述第二位置或驱动所述第一透镜从所述第二位置移动到所述第一位置。

9.根据权利要求2或3所述的抬头显示器，其特征在于，所述抬头显示器还包括控制器，所述控制器包括一个或多个处理器、一个或多个存储器，所述一个或多个存储器存储计算机指令，所述一个或多个处理器调用所述计算机指令，执行：

接收输入的第二用户操作；

响应于所述第二用户操作，通过所述第二驱动电路指示所述第二透镜从所述第三位置移动到所述第四位置或驱动所述第二透镜从所述第四位置移动到所述第三位置。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的任意一项抬头显示器。

11.一种抬头显示方法，其特征在于，应用于权利要求1-9所述的任意一项抬头显示器所述方法包括：

获取第一图像和第二图像；

通过图像生成单元输入第一光线和第二光线，所述第一光线用于输出显示所述第一图像，所述第二光线用于输出显示所述第二图像；

接收输入的第一用户操作；

响应于所述第一用户操作，通过所述第一驱动电路将所述第一透镜从所述第一位置移动到所述第二位置或将所述第一透镜从所述第二位置移动到所述第一位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述抬头显示器还包括第二透镜和第二驱动单元，所述方法还包括：

接收输入的第二用户操作；

响应于所述第二用户操作，通过所述第二驱动元件电路驱动所述第二透镜从第三位置移动到第四位置或驱动所述第二透镜从所述第四位置移动到所述第三位置。

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