CN112946910A

CN112946910A - 一种具有裸眼3d显示效果的仪表

Info

Publication number: CN112946910A
Application number: CN201911175835.XA
Authority: CN
Inventors: 许立
Original assignee: Shanghai Industrial Utechnology Research Institute
Current assignee: Shanghai Industrial Utechnology Research Institute
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明公开了一种具有裸眼3D显示效果的仪表设计，包括第一显示装置以及基于投射显示并可透光的第二显示装置。由于本身设计提供给观察者的都是实像，且观察者两只眼睛到图像任一点的聚焦距离和会聚距离是相等的，就不会出现通过左右眼匹配不同偏光设备导致聚焦距离和会聚距离不相等而引起观察者恶心、晕眩和疲劳等症状的问题，不需要使用裸眼3D分光屏，结构简单，成本低。另外，此设计采用的第二显示装置对第一显示装置发出的光线的透过率可以达到90%以上，远远高于单层LCD的4%的透光率。相对于市面上另一种基于双层LCD的3D仪表设计，此设计有透光率高、可视亮度高、节能、发热量低、成本低、易于实施量产等特点。

Description

一种具有裸眼3D显示效果的仪表

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种具有裸眼3D显示效果的仪表。

背景技术

车辆仪表用于显示车辆速度、发动机转速、油量、发动机温度、行驶里程、灯光状态、安全带状态以及导航和影音等信息，目前车辆上使用的仪表有混合式仪表和全液晶仪表两种，混合式仪表都采用机械式指针输出车辆信息，全液晶仪表基本依赖液晶屏显示车辆信息。随着TFT液晶屏的普及和价格的降低，全液晶仪表的装配率越来越高。但相对于机械式表盘，传统TFT液晶仪表只显示平面图像，其立体效果反而不如更低成本的混合式机械仪表。

为了提高全液晶仪表的立体显示效果，中国专利CN103373284A中利用裸眼3D显示屏作为仪表的显示装置，通过3D影像运算部件将输入中控计算机的行车信息进行处理产生3D图像信息；通过输出模块将产生的图像信息输出至裸眼3D显示屏使得裸眼3D显示屏根据左右眼视差将图像分别送入左右眼，观察者整合两眼所接受的画面后在脑海中呈现真实立体影像。但是裸眼3D显示屏存在以下缺点：(1)由于聚焦距离和会聚距离不相等导致的观察者恶心晕眩等症状；(2)对观察者的距离、方位、角度有着较为严格的要求，一旦有某一项不能满足，就会出现部分区域立体感明显而另外的区域显示错乱的问题；(3)需要3D影像运算部件将行车信息进行处理产生两种不同的3D图像信息；(4)裸眼3D显示屏技术不成熟，工艺复杂，成本高。因此急需一种具有3D显示效果而又不会存在上述缺点的仪表。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种具有裸眼3D显示效果的仪表，该仪表不会引起观察者恶心晕眩等症状，也不需要3D影像运算部件，架构简单，成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种具有裸眼3D显示效果的仪表，包括第一显示装置，所述第一显示装置用以显示第一图像；可透光并通过投射技术显示第二图像的第二显示装置，所述第二显示装置位于所述第一显示装置的显示面一侧，所述第二显示装置透光良好以使所述第一图像到达观察者。在表示车辆信息的图像设计时，有3D效果的图像，首先会被分解到两张不同的图片上去，并分别由第一显示装置和第二显示装置分别显示，由于第二显示装置是可透光的，因此观察者的眼睛可以接收到两组图像，又因为第一显示装置和第二显示装置不在同一平面上，因此观察者的眼睛可以感受到立体的显示效果。通过两个不在同一平面的显示装置分别显示3D图像的不同部分，使仪表具有真3D的显示效果，观察者眼睛的聚焦距离和会聚距离是相等的，不会出现裸眼3D显示屏由于聚焦距离和会聚距离不相等导致的观察者恶心晕眩等症状的问题，而且不需要使用结构复杂、价格高的裸眼3D显示屏就能实现3D显示效果，也不需要3D影像运算部件。

考虑到成本和显示效果等因素，所述的第一显示装置优选为平板显示屏，所述的平板显示屏可为LCD或OLED等；优选的，LCD为TFT型LCD，TFT-LCD具有图像细腻逼真、重量轻、功耗低、环保性能好的优点，应用广泛，成本较低。

在一些实施方案中，所述的第二显示装置包括背透正反玻璃和投射光机，所述背透正反玻璃优选的为单面透光单面反射玻璃或单向透光单向反射玻璃。背透正反玻璃的透光性和反射性，分别体现在其两个表面上。透光面一侧面对内，即对着第一显示装置，其高透光性可以保证第一显示装置发射的可见光的90％左右能穿透背透正反玻璃并到达观察者。反射面一侧对外，即对观察者，对入射可见光有很好的漫反射性，可以将外侧光机射来的图像以约70％的比例漫反射，很好的反射入观察者眼中。为了达到更好的立体显示效果，优选的，所述第二显示装置包括与第一显示装置间隔设置匹配的所述背透正反玻璃和对应的所述投射光机。所述第一显示装置和所述背透正反玻璃之间具有间隙或通过光学胶贴合以使所述第一图像与所述第二图像的显示面之间具有间隙。总之，所述的背透正反玻璃，不但可以将背后的第一显示装置显示的内容几乎无遮挡的传透到人眼，也可以将前方投射光机投射来的图像的大部分反射到人眼，这样人眼就可以接收到两组不同的图像，由于第一显示装置和背透正反玻璃不在同一平面上，有一定的间隙，人眼就可以感受到立体的显示效果。

为了使两组不同图像更好的匹配以达到更好的显示效果，所述第一显示装置和所述背透正反玻璃呈平行设置；或者所述背透正反玻璃相对于所述第一显示装置也可以倾斜设置，所述第一显示装置和所述背透正反玻璃呈锐角设置。具体结构的配合，需要结合两层图像的设计一起考虑。

通常的观察者的眼睛一般位于仪表的前上方，为了使背透正反玻璃反射的图像更好的进入观察者的眼睛，所述投射光机优选的设置在背透正反玻璃的前上方或前下方。另外，考虑到光机的投射比一般在1-1.2左右，而为了达到一定的显示面积，就需要一定的投射距离，这样整个系统的尺寸就需要很大。为了控制系统的物理尺寸，方便整车布置。实际设计中，往往采用在投射光机和背透正反玻璃之间的光路上，增加一个反射镜，以增加一次光线反射，起到在有限的物理空间内扩展约一倍光路的作用。采用这种设计，可以十分有效的减少整个系统的尺寸。在通过增加一块反射镜的条件下，所述投射光机优选的布置在所述背透正反玻璃的上方或下方。

在另外的一些实施方式中，所述的第二显示装置可以不使用投射技术而采用透明OLED显示屏，透明OLED显示屏的显示面背离所述第一显示装置，透明OLED显示屏自身可以显示图像，同时可以将背后的第一显示装置显示的内容传透到人眼，这样人眼就可以接收到两组不同图像，由于第一显示装置和透明OLED显示屏不在同一平面上，人眼就可以感受到立体的显示效果。为了使两组不同图像更好的匹配以达到更好的显示效果，优选的所述第一显示装置和透明OLED显示屏相互平行。为了达到更好的立体效果，优选的，所述第一显示装置和所述透明OLED显示屏之间具有间隙。以本专利编写的时间点，OLED显示屏的材质和设计成熟度尚未能达到车载系统苛刻的环境耐受性和长寿命要求。而前面篇幅所描述的，由投射光机、反射镜、背透正反玻璃构成的第二显示装置，其各部件的产业成熟度已经完全可以满足车载系统苛刻的环境耐受性和长寿命的要求。

为了形成多层次的图像以达到更优的立体效果，所述的第二显示装置如果采用透明OLED显示屏，还可以考虑布置2个或多个，即通过不同的透明OLED显示屏显示不同层次的图像，并同时将背后的第一显示装置显示的内容传透到人眼，这样人眼就可以接收到多组处于不同平面的不同图像，人眼就可以感受到更多层次的立体的显示效果。

本发明的仪表，通过不在同一平面的第一显示装置和具有透光性的第二显示装置分别显示3D图像的不同部分，使仪表具有真3D的显示效果，观察者眼睛的聚焦距离和会聚距离是相等的，不会出现基于单层图像经过分光系统的裸眼3D显示屏，由于聚焦距离和会聚距离不相等导致的观察者恶心晕眩等症状的问题，而且不需要使用结构复杂、价格高的裸眼3D显示屏就能实现3D显示效果，结构简单，成本较低，易于实现量产。另外，此设计采用的第二显示装置对第一显示装置发出的光线的透过率可以达到90％以上，远远高于单层LCD的4％的透光率。因此此设计相对于市面上另一种基于双层LCD的3D仪表设计，这种设计有透光率高、可视亮度高、节能、发热量低、成本低、易于实施量产等特点。

附图说明

图1是本发明实施例一的3D仪表的结构示意图。

图2是本发明实施例二的3D仪表的结构示意图。

图3是本发明实施例三的3D仪表的结构示意图。

元件标号说明

1 仪表

2 壳体

3 TFT液晶屏

4 背透正反玻璃

41 光透过面

42 光反射面

5 投射光机

6 观察口

7 观察者的眼睛

8 LCD显示屏

9 透明OLED显示屏

10 反射镜

11 控制电路板

12 投射光路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

参考图1所示，一种具有裸眼3D显示效果的仪表1，包括壳体2，作为第一显示装置的TFT液晶屏3，以及第二显示装置，第二显示装置包括背透正反玻璃4和投射光机5，壳体2上开设有观察口6，在观察口6上可设置透明保护玻璃(图中未示出)，TFT液晶屏3通过常规的液晶屏固定结构(图中未示出)固定到壳体2中，TFT液晶屏3的显示侧面向观察口6，背透正反玻璃4通过支架或粘贴在TFT液晶屏3上(图中未示出)而固定在壳体2中，且位于TFT液晶屏3和观察口6之间，即位于TFT液晶屏3的显示面一侧，背透正反玻璃4的光透过面41面向TFT液晶屏3，光反射面42背离TFT液晶屏3，投射光机5固定在壳体2中，且位于背透正反玻璃4和观察口6之间，即位于背透正反玻璃4的前侧。通常的观察者的眼睛7一般位于仪表的前上方，为了使背透正反玻璃4反射的图像更好的进入观察者的眼睛7，本实施例中投射光机5优选的设置在背透正反玻璃的前下方。本实施例的仪表1还包括控制器(图中未示出)，TFT液晶屏3和投射光机5均与控制器电连接，控制器可提供TFT液晶屏3和投射光机5的显示内容。

在表示车辆信息的图像设计时，有3D效果的图像，首先会被分解到两张不同的图片上去，并由控制器控制TFT液晶屏3和投射光机5分别显示，本实施例中图像的主体部分(第一图像)由TFT液晶屏3显示，能够体现3D效果的关键叠加图像(第二图像)由投射光机5投射到布置于背景TFT液晶屏3前面的背透正反玻璃4上来显示，由于背透正反玻璃4的面向TFT液晶屏3一侧是可透光的，因此观察者的眼睛可以接收到来自TFT液晶屏3和背透正反玻璃4的两组图像，又因为TFT液晶屏3和背透正反玻璃4不在同一平面上，因此观察者的眼睛可以感受到立体的显示效果。为了使两组不同图像更好的匹配以达到更好的显示效果，所述背透正反玻璃4相对于TFT液晶屏3倾斜呈锐角设置，即两者不是相互平行的，为了达到更佳的立体效果，本实施例中TFT液晶屏3和背透正反玻璃4之间具有间隙。具体设计需结合整车布局和结构要求。

本实施例的背透正反玻璃4不但可以几乎将背后的TFT液晶屏3显示的图像毫无遮挡的传透到人眼，还可以将前方投射光机5投射来的图像的约70％亮度反射到人眼。本实施例中通过两个不在同一平面的显示装置分别显示3D图像的不同部分，使仪表具有真3D的显示效果，当观察主体图像时，观察者眼睛的聚焦点和会聚点均在TFT液晶屏3上，当观察能够体现3D效果的关键叠加图像时，观察者眼睛的聚焦点和会聚点均在背透正反玻璃4上，也就是说观察者眼睛的聚焦距离和会聚距离总是相等的，因此不会出现裸眼3D显示屏由于聚焦距离和会聚距离不相等导致的观察者恶心晕眩等症状的问题，而且不需要使用结构复杂、价格高的裸眼3D显示屏就能实现3D显示效果，TFT液晶屏3和投射光机5分别显示的图像也是已经设计好的，不需要3D影像运算部件。本实施例中使用的TFT液晶屏3、投射光机5以及背透正反玻璃4在技术上均非常的成熟，性能非常的稳定可靠，可以很好的适应车载苛刻的工作环境。

实施例2

参考图2所示，一种具有裸眼3D显示效果的仪表1，包括壳体2、作为第一显示装置的TFT液晶屏3以及第二显示装置，第二显示装置包括相互匹配的背透正反玻璃4、投射光机5和反射镜10，背透正反玻璃4的光反射面一方匹配有一个投射光机5和反射镜10，壳体2上开设有观察口6，TFT液晶屏3通过常规的液晶屏固定结构(图中未示出)固定到壳体2中，TFT液晶屏3的显示面向观察口6，背透正反玻璃4通过支架或粘贴在TFT液晶屏3上(图中未示出)而固定在壳体2中，且位于TFT液晶屏3和观察口6之间，背透正反玻璃4的光透过面面向TFT液晶屏3，光反射面背离TFT液晶屏3，投射光机5固定在壳体2中，且位于TFT液晶屏3和背透正反玻璃4正上方，反射镜10位于背透正反玻璃4的前上方，背透正反玻璃4与TFT液晶屏3相互平行。仪表1还包括控制电路板11，TFT液晶屏3和投射光机5均与控制电路板连接，控制电路板可提供和控制TFT液晶屏3和投射光机5的显示内容。图2的设计与图1相比，主要的变化是增加了反射镜10，以达到延长投射光路12的实际效果，进而保证投射面积的大小。这样做在实际应用中可以尽量减少壳体2的物理尺寸，便于整车布局和安装。

在表示车辆信息的图像设计时，有3D效果的图像，首先会被分解到两张不同的图片上去，并由控制电路板提供和控制TFT液晶屏3和投射光机5分别显示；投射光机5显示的图像会通过反射镜10投射到背透正反玻璃4上去呈现；背透正反玻璃4同时将背后的TFT液晶屏3显示的内容传透到人眼，这样人眼就可以接收到两组处于不同平面的不同图像，人眼就可以感受到立体的显示效果。

实施例3

参考图3所示，一种具有裸眼3D显示效果的仪表1，包括壳体2、作为第一显示装置的LCD显示屏(如TFT)8以及作为第二显示装置的透明OLED显示屏9，壳体2上开设有观察口6，在观察口6上可设置透明防尘罩(图中未示出)，LCD显示屏(如TFT)8通过常规的平板显示屏固定结构(图中未示出)固定到壳体2中，LCD显示屏(如TFT)8的显示侧面向观察口6，透明OLED显示屏9通过常规的平板显示屏固定结构(图中未示出)固定在壳体2中，且位于LCD显示屏(如TFT)8和观察口6之间，即位于LCD显示屏(如TFT)8的显示面一侧，透明OLED显示屏9的显示侧面向观察口6，透明OLED显示屏9与LCD显示屏(如TFT)8相互平行，本实施例的仪表1还包括控制器(图中未示出)，LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9均与控制器连接，控制器提供和控制LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9的显示。

在表示车辆信息的图像设计时，有3D效果的图像，首先会被分解到两张不同的图片上去，并由控制器控制LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9分别显示，本实施例中图像的主体部分(例如车速表的表盘)由LCD显示屏(如TFT)8显示，能够体现3D效果的关键叠加图像(例如车速表的指针)由透明OLED显示屏9显示，由于透明OLED显示屏9是可透光的，因此观察者的眼睛可以接收到来自LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9的两组图像，又因为LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9不在同一平面上，因此观察者的眼睛可以感受到立体的显示效果。为了达到更好的立体效果，本实施例中LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9之间具有间隙。

本实施例中通过两个不在同一平面的显示装置分别显示3D图像的不同部分，使仪表具有真3D的显示效果，当观察主体图像时，观察者眼睛的聚焦点和会聚点均在LCD显示屏(如TFT)8上，当观察能够体现3D效果的关键叠加图像时，观察者眼睛的聚焦点和会聚点均在透明OLED显示屏9上，也就是说观察者眼睛的聚焦距离和会聚距离总是相等的，因此不会出现裸眼3D显示屏由于聚焦距离和会聚距离不相等导致的观察者恶心晕眩等症状的问题，而且不需要使用结构复杂、价格高的裸眼3D显示屏就能实现3D显示效果，LCD显示屏(如TFT)8和透明OLED显示屏9分别显示的图像也是已经设计好的，不需要单独的3D影像运算部件。本实施例中使用的透明OLED显示屏技术目前还不是非常成熟，在车载苛刻的工作环境下仪表的使用寿命不如实施例一和二的长。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种具有裸眼3D显示效果的仪表，包括第一显示装置，所述第一显示装置用以显示第一图像；其特征在于，还包括可透光并通过投射技术显示第二图像的第二显示装置，所述第二显示装置位于所述第一显示装置的显示面一侧，所述第二显示装置透光良好以使所述第一图像到达观察者。

2.如权利要求1所述的仪表，其特征在于：所述第二显示装置包括背透正反玻璃和投射光机；所述背透正反玻璃包括光透过面和光反射面，所述光透过面与所述第一显示装置相对，所述光反射面背离所述第一显示装置；所述投射光机向所述光反射面投射所述第二图像。

3.如权利要求2所述的仪表，其特征在于：所述背透正反玻璃为单面透光单面反射玻璃或单向透光单向反射玻璃。

4.如权利要求2所述的仪表，其特征在于：所述第二显示装置包括与第一显示装置间隔设置匹配的所述背透正反玻璃和对应的所述投射光机。

5.如权利要求2-4中任一项所述的仪表，其特征在于：所述背透正反玻璃与所述第一显示装置呈平行或锐角设置。

6.如权利要求2-4中任一项所述的仪表，其特征在于：所述第一显示装置和所述背透正反玻璃之间具有间隙或通过光学胶贴合以使所述第一图像与所述第二图像的显示面之间具有间隙。

7.如权利要求2-4中任一项所述的仪表，其特征在于：所述投射光机设置在所述背透正反玻璃的前下方或前上方；或者设置在所述背透正反玻璃的上方或下方，设置反射镜以将所述投射光机发出的所述第二图像反射至所述光反射面。

8.如权利要求1所述的仪表，其特征在于：所述第一显示装置为平板显示屏。

9.如权利要求8所述的仪表，其特征在于：所述平板显示屏为LCD或OLED。

10.如权利要求9所述的仪表，其特征在于：所述LCD为TFT型LCD。