CN114815263B - 抬头显示系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种抬头显示系统及设计方法，所述抬头显示系统包括投影组件和夹层玻璃；所述夹层玻璃安装于车辆时具有顶边和底边，所述夹层玻璃上具有至少一个投影显示区；所述抬头显示系统还包括位于车辆内侧的虚拟的眼盒面和至少一个位于车辆外侧的虚拟的虚像面，每个投影显示区对应一个虚像面；所述投影显示区的厚度由上侧边向下侧边的方向减小，所述投影显示区具有楔角由下侧边向上侧边的方向呈连续非线性单调变小的楔形剖面形状；所述投影显示区内沿着纵向和/或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为‑20％至+20％。本申请能够通过曲线拟合，设计夹层玻璃的可变楔角的参数，所得到抬头显示系统具有良好的消除副像效果。

Description

抬头显示系统及设计方法

技术领域

本申请涉及车辆零配件制造技术领域，尤其是涉及一种抬头显示系统及设计方法。

背景技术

车辆已经越来越广泛的应用在人们生活中，随着汽车抬头显示器HUD(Head UpDisplay)的应用，驾驶员可以减少低头看仪表板或相关信息，方便人眼远近切换，减少低头查看仪表板，最大程度的集中驾驶员行车时的注意力，提升行车安全性。

随着汽车智能网络连接时代的演进，增强现实(augmented reality HUD，AR-HUD)更改了在虚像屏幕上独自显示信息的方式，不仅使车辆能够传达更多信息，还能将信息与真实场景融合，其将投影与现实世界中的对象相对应的复杂图形，实现路况-车辆-驾驶员之间的交互，极大地改善人们的驾驶体验。

所谓HUD光路情况是：通过HUD投影仪内的图像生成单元PGU(Picture generationunit)将仪表信号如车速，导航等信息投影到折叠镜(Folder mirror)，再通过折叠镜反射到非球面镜(Concave mirror)，由非球面镜反射到前挡玻璃内玻璃板(S4)上的HUD投影区，经过前挡玻璃的反射后进入人眼，在风挡前方成像，形成第1个虚像，称之为主像(Primaryimage)。

由于前挡玻璃为透明介质，光线进入透明玻璃介质，在玻璃的外表面(S1)发生反射，再次进入人眼,在风挡前方成像，形成第2个虚像。当夹层玻璃内有高反射介质层时，如含Ag的金属镀膜层，高反射率的改性PET等，也会发生反射产生第3个甚至更多个虚像。所述第2个虚像、第3个虚像甚至更多个虚像统称为副像。

当驾驶员同时看到两幅或多幅偏移的图像时，会导致人眼观察的图像模糊，有眩晕感，体验不佳。现有技术中，通过在前挡玻璃中设置具有楔角的中间膜，可以使副像的光线发生偏转，实现副像与主像重叠，从而减轻或消除副像，其中具有楔角的中间膜有三段线性拼接式变楔形、多段线性拼接式变楔形等。但位于前挡玻璃不同位置的楔角值相差过大，导致消除副像效果不佳。

发明内容

本申请公开了一种抬头显示系统及设计方法，能够通过设计所述夹层玻璃中可变楔角的参数，解决位于夹层玻璃不同位置的楔角值相差过大的技术问题，降低所述夹层玻璃制造难度，同时还能保证消除副像效果良好。

一种抬头显示系统，所述抬头显示系统包括投影组件和夹层玻璃；

所述夹层玻璃安装于车辆时具有顶边和底边，所述夹层玻璃上具有至少一个投影显示区；

所述抬头显示系统还包括位于车辆内侧的虚拟的眼盒面和至少一个位于车辆外侧的虚拟的虚像面，每个投影显示区对应一个虚像面；

所述投影组件包括：

能够投影至所述投影显示区的投影光源，所述投影光源的投影光线入射至所述夹层玻璃的投影显示区并在所述虚像面上形成可在所述眼盒面上观察到的投影图像；

所述夹层玻璃包括：

第一透明基板，具有第一表面和第二表面；

第二透明基板，具有第三表面和第四表面；以及

中间粘结层，所述中间粘结层设于所述第一透明基板及所述第二透明基板之间，且用于粘结所述第二表面及所述第三表面；

所述投影显示区的厚度由上侧边向下侧边的方向减小，所述投影显示区具有楔角由下侧边向上侧边的方向呈连续非线性单调变小的楔形剖面形状；

所述投影显示区内沿着纵向和/或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20％至+20％。

可选地，所述沿着纵向的曲率半径R大于等于5000mm。

可选地，所述沿着横向的曲率半径R为1500mm～4000mm。

可选地，所述投影显示区内的楔角的最大变化率ROC≤0.3mrad/100mm；或，ROC≤0.2mrad/100mm；或，ROC≤0.1mrad/100mm；或，ROC≤0.05mrad/100mm。

可选地，所述投影显示区内的最大楔角小于或等于0.80mrad。

可选地，所述中间粘结层的厚度的范围为0.38mm至1.60mm。

可选地，所述眼盒面的中点至所述虚像面的中点之间的距离为虚像距离，所述虚像距离为2m至6m时，所述投影显示区的楔角的取值范围为0.1mrad至0.8mrad。

可选地，所述眼盒面的中点至所述虚像面的中点之间的距离为虚像距离，所述虚像距离为7m至100m时，所述投影显示区的楔角的取值范围为0mrad至0.5mrad。

可选地，所述眼盒面包括依次从高到低的多个子眼盒面，所述虚像面包括依次从低到高的多个子虚像面，每个所述子虚像面对应一个子眼盒面，所述子眼盒面的中点与对应子虚像面中点的连线与水平面之间所形成的夹角为下视角LDA：-8°≤LDA≤0°。

可选地，所述虚像距离为2m至6m时，-8°≤LDA≤-3°；所述虚像距离为7m至100m时，-6°≤LDA≤0°。

可选地，相邻的两个所述子眼盒面之间的下视角之差ΔLDA≤2.5°。

一种抬头显示系统的设计方法，所述抬头显示系统的设计方法包括：

提供投影组件及夹层玻璃，所述夹层玻璃安装于车辆时具有顶边和底边，所述夹层玻璃上具有至少一个投影显示区；

根据车内的观察者设计位于车辆内侧的眼盒面；

根据车内的观察者透过所述投影显示区观察到的投影图像设计位于车辆外侧的虚像面，每个投影显示区对应一个虚像面；

所述投影组件发出的投影光源入射至所述夹层玻璃上的投影显示区并在所述虚像面上形成可在所述眼盒面上观察到的投影图像；

设定所述夹层玻璃的投影显示区内沿着纵向或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20％至+20％；

计算所述虚像面对应的投影显示区的投影图像无副像时夹层玻璃的多个理论楔角值；

根据所述多个理论楔角值拟合以得到连续非线性单调变小的楔角变化曲线；

根据所述楔角变化曲线得到具有投影显示区的厚度由上侧边向下侧边的方向减小的抬头显示系统。

可选地，所述的抬头显示系统的设计方法还包括；设定所述眼盒面的中心点与虚像面的中心点之间的距离为虚像距离VID，增大虚像距离VID和/或增大曲率半径R以降低所述投影显示区内某一高度至夹层玻璃底边上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

可选地，所述的抬头显示系统的设计方法还包括：所述眼盒面包括依次从高到低的多个子眼盒面，所述虚像面包括依次从低到高的多个子虚像面，每个所述子虚像面对应一个子眼盒面，所述子眼盒面的中点与对应子虚像面中点的连线与水平面之间所形成的夹角为下视角LDA；降低相邻的两个所述子眼盒面之间的下视角之差ΔLDA以降低所述投影显示区内某一高度至夹层玻璃底边上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

可选地，所述抬头显示系统的设计方法还包括：根据所述多个理论楔角值以及各个所述理论楔角值对应的入射点到夹层玻璃底边的距离绘制在XY坐标系中的理论楔角值的散点分布图；所述散点分布图中具有倾斜的中位线，所述中位线的斜率K为负值，且K≥-0.5mrad/1000mm，以降低所述投影显示区内某一高度至夹层玻璃底边上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

本申请所述抬头显示系统中，所述投影光源投影至所述夹层玻璃的内玻璃板反射后形成的主像与所述投影光源投影至所述夹层玻璃板的外玻璃反射后形成的副像重合，使所述投影光源所投射的画面更清晰，便于识别。在所述的抬头显示系统的设计方法下，得到的所述夹层玻璃，通过预设所述夹层玻璃楔形区的楔角参数，使得所述夹层玻璃对不同位置的楔角值的相差程度减小，且呈现非线性减小的变化趋势，本申请所述夹层玻璃制造难度低，同时保证消除副像效果良好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请一些实施方式，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为本发明实施例提供的抬头显示系统示意图；

图2为本发明实施例提供的夹层玻璃剖视示意图；

图3为本发明实施例提供的不同纵向曲率半径R下楔角值随着虚像距离VID变化的示意图；

图4为本发明实施例提供的不同纵向曲率半径R以及不同虚像距离VID下楔角值随着下视角LDA变化的示意图；

图5为本发明实施例提供的抬头显示系统设计方法流程示意图；

图6为本发明实施例提供的楔角散点数据组示意图；

图7为本发明实施例提供的各个楔角散点数据组中位线示意图。

附图标记说明：

抬头显示系统-1；夹层玻璃-100；顶边-101；底边-102；投影显示区-103；第一透明基板-110；第一表面-111；第二表面112；第二透明基板-120；第三表面-121；第四表面-122；中间粘结层-130；投影组件-200；投影光源-210；折叠镜-220；非球面镜-230；眼盒面-300；虚像面-400。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请中提及“实施例”或“实施方式”意味着，结合实施例或实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请中所述车身坐标，以及所述车身坐标的XY平面、XZ平面以及XY平面，皆根据国标GB9656-2003制定。

请一并参照图1至图3，一种抬头显示系统1，所述抬头显示系统1包括投影组件200和夹层玻璃100；

所述夹层玻璃100安装于车辆时具有顶边101和底边102，所述夹层玻璃100上具有至少一个投影显示区103；

所述抬头显示系统1还包括位于车辆内侧的虚拟的眼盒面300和至少一个位于车辆外侧的虚拟的虚像面400，每个投影显示区103对应一个虚像面400；

所述投影组件200包括：

能够投影至所述投影显示区103的投影光源210，所述投影光源210的投影光线入射至所述夹层玻璃100的投影显示区103并在所述虚像面400上形成可在所述眼盒面300上观察到的投影图像；

所述夹层玻璃100包括：

第一透明基板110，具有第一表面111和第二表面112；

第二透明基板120，具有第三表面121和第四表面122；

中间粘结层130，所述中间粘结层130设于所述第一透明基板110及所述第二透明基板120之间，且用于粘结所述第二表面112及所述第三表面121；

所述投影显示区103的厚度由上侧边向下侧边的方向减小，所述投影显示区103具有楔角由下侧边向上侧边的方向呈连续非线性单调变小的楔形剖面形状；

所述投影显示区103内沿着纵向和/或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20％至+20％。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”等方位名词是用于区别不同对象，而不是用于描述特定方位，可选地，本申请所述的顶边101表示所述夹层玻璃100安装于车辆时，所述夹层玻璃100远离车辆底盘一侧的侧边，本申请所述的底边102表示所述夹层玻璃100安装于车辆时，所述夹层玻璃100靠近车辆底盘一侧的侧边。

可选地，所述第一透明基板110的所述第一表面111和所述第二表面112相背设置，所述第二透明基板120的所述第三表面121和所述第四表面122相背设置，所述中间粘结层130粘结所述第二表面112及所述第三表面121，此时，所述第一表面111和所述第四表面122相对于所述夹层玻璃100，处于相背设置。

可选地，本申请所述中间粘结层130，可以为但不限于为对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚氟乙烯(PVF)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚丙烯酸酯(PA)，以及其混合物或共聚物的材料。

可选地，所述夹层玻璃100上具有至少一个投影显示区103；所述抬头显示系统1的投影组件200将投影光线射到所述投影显示区103上，所述投影显示区103显示出所述投影光源210的投影，具体地，所述投影光源210的投影光线入射至所述夹层玻璃100的投影显示区103，所述投影显示区103将所述投影光线发射的光线反射出来，显示出所述投影光源210的投影图像，其中，当所述夹层玻璃100安装于车辆时，所述第一表面111朝向车外，所述第四表面122朝向车内，所述投影显示区103位于所述第四表面122的部分将所述投影光线发射的光线反射显示出的投影图像，即为第一投影图像，所述投影光线从第四表面122进入所述夹层玻璃100，经所述夹层玻璃100折射后，抵达所述第一表面111，所述投影显示区103位于所述第一表面111的部分将所述投影光线发射的光线反射显示出的投影图像，即为第二投影图像；本申请中，通过设计所述投影显示区103上不同区域的楔角各项参数，使所述第一投影图像和所述第二投影图像重合，可使所述投影组件200投射的画面更清晰，避免出现副像，便于车辆驾驶人员的识别图像。在本实施方式中，所述投影显示区103具有临近所述顶边101的上侧边，以及临近所述底边102的下侧边。

可选地，所述投影组件200包括投影光源210、折叠镜220及非球面镜230，当所述夹层玻璃100安装于车辆时，所述第一表面111朝向车外，所述第四表面122朝向车内，所述投影光源210工作，所述投影光源210将仪表信号如车速、导航等信息转化成光信号，发射光线并通过所述折叠镜220及所述非球面镜230入射至所述夹层玻璃100的所述投影显示区103，通过所述投影显示区103的调控，使第一投影图像和第二投影图像重合，避免出现副像。

可选地，所述抬头显示系统1还包括位于车辆内侧的虚拟的眼盒面300和至少一个位于车辆外侧的虚拟的虚像面400，每个投影显示区103对应一个虚像面400；具体地，当所述抬头显示系统1应用于车辆时，所述位于车辆内侧的虚拟的眼盒面300是一个刚好包络眼椭圆的矩形区域，用于模拟车辆驾驶员的眼部或视觉系统观察投影画面的位置，所述至少一个位于车辆外侧的虚拟的虚像面400，展示的即是所述投影显示区103反射显示出的、所述第一投影图像与所述第二投影图像合并得到的图像；每个投影显示区103对应一个虚像面400，换言之，当车辆驾驶员的眼部观察到的每个由所述第一投影图像与所述第二投影图像重合得到的虚像面400，皆对应一个投影显示区103，每个所述投影显示区103皆对应拥有预设的楔角，用于使所述第一投影图像与所述第二投影图像重合，削弱副像。可选地，所述抬头显示系统1应用于车辆，使驾驶员可以减少低头看仪表，可以直接通过观察所述虚像面400获知仪表板信息或其他相关信息，方便人眼远近切换，最大程度的集中驾驶员行车时的注意力，提升行车安全性。

可选地，所述投影显示区103的厚度由上侧边向下侧边的方向减小，所述投影显示区103具有楔角由下侧边向上侧边的方向呈连续非线性单调变小的楔形剖面形状；所述投影显示区103内沿着纵向和/或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20％至+20％；可选地，本申请所述曲率半径R的变化率可以为但不限于为-20％、-18％、-16％、-14％、-12％、-10％、-8％、-6％、-4％、-2％、0％、2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％；其中，纵向曲率半径R出现一定程度的变化率时，对应的能让所述投影显示区103上沿着高度方向上的避免副像的理论楔角值的最大局部极差值△W变大，导致本申请所述夹层玻璃100的制备难度、工艺成本大幅增加，其中，如图6所示，在计算投影显示区103的投影图像无副像时得到的夹层玻璃100的多个理论楔角值所构成的理论楔角散点数据组中，所述投影显示区103内距离底边102的任意位置处所对应的最大理论楔角和最小理论楔角的差值称为局部极差值(如△W1、△W2、△W3等)，而最大局部极差值△W是指局部极差值中的最大值。减小楔角散点数据组的最大局部极差值△W，表现为楔角散点数据组的范围在图6中更加“狭长”，即降低了所述夹层玻璃100不同位置的理论楔角值离散程度，并且在一定程度上还降低了所述夹层玻璃100的制造难度。

其中，在投影光源210所发射的投影光线有效区内的曲率半径R变化率＝(最大半径-最小半径)/最小半径×100％。本申请所述投影显示区103通过预设的楔角参数以及变化趋势，使得所述投影显示区103中对不同位置的理论楔角值的相差程度减小，并且使所述理论楔角值的变化率呈现非线性减小的变化趋势，本申请所述夹层玻璃100制造难度低，同时保证消除副像效果良好。

请参照图3，图3展示了在不同的纵向曲率半径R下消除副像的理论楔角值随虚像距离VID变化的趋势，其中玻璃装车角为26.1deg；具体地，为采用眼盒面300和虚像面400的一点来展示投影光路及玻璃面曲率等参数对副像影响的示意图，投影光路中的眼盒面300/虚像面400；玻璃的名义厚度、玻璃装车角、横向曲率半径、下视角、水平视角、视野范围均相同的情况下，按照不同的纵向曲率半径R及不同虚像距离VID模拟的能避免副像的理论楔角值；如图3所示，所述夹层玻璃100的虚像距离VID相同时，随着纵向曲率半径R的增大，多个所述眼盒面300观看的图像无副像的理论楔角值随之减小。通过增大纵向曲率半径R，都能让消除副像的理论楔角值降低，可以使得对应位置处的楔角散点数据组的最大局部极差值△W更小。

其中，所述玻璃装车角为玻璃的倾斜程度的参数，所述玻璃应用于车辆时常为曲面，所述车身坐标中XZ平面与玻璃面的交线的弦线，与水平面的夹角，即为玻璃装车角。

请参照图3，在一种可能的实施方式中，所述沿着纵向的曲率半径R大于等于5000mm。可选地，本申请所述沿着纵向的曲率半径R可以为但不限于为5000mm、5100mm、5200mm、5300mm、5400mm、5500mm、5600mm、5700mm、5800mm、5900mm、6000mm；在一种可能的实施方式中，所述沿着横向的曲率半径R为1500mm～4000mm。可选地，本申请所述沿着横向的曲率半径R可以为但不限于为1500mm、1800mm、2100mm、2400mm、2700mm、3000mm、3300mm、3600mm、3900mm、4000mm；当所述夹层玻璃100用作车辆风挡玻璃时，所述夹层玻璃100具有沿从底边102到顶边101方向的纵向方向的曲率半径，及玻璃侧边到另一侧边横向方向的曲率半径，所述夹层玻璃100上某一位置处的所述曲率半径的取值，对该位置处所述投影显示区103的成像具有一定影响，故对该位置处所述投影显示区103为消除副像而设定的楔角值存在影响，在一些实施例中，所述夹层玻璃100的拟合曲线上，当纵向曲率半径R相同且纵向曲率半径R≥5000mm时，投影显示区103中消除纵向的副像的理论楔角值降低，并使最大局部极差值△W更小，当横向曲率半径R相同且横向曲率半径R为1500mm～4000mm时，投影显示区103中消除横向的副像的理论楔角值降低，并使最大局部极差值△W更小。

在一种可能的实施方式中，所述投影显示区103内的楔角的最大变化率ROC≤0.3mrad/100mm；或，ROC≤0.2mrad/100mm；或，ROC≤0.1mrad/100mm；或，ROC≤0.05mrad/100mm。可选地，所述投影显示区103内的楔角的最大变化率ROC可以为但不限于为0.02mrad/100mm、0.04mrad/100mm、0.06mrad/100mm、0.08mrad/100mm、0.1mrad/100mm、0.12mrad/100mm、0.14mrad/100mm、0.16mrad/100mm、0.18mrad/100mm、0.2mrad/100mm、0.22mrad/100mm、0.24mrad/100mm、0.26mrad/100mm、0.28mrad/100mm、0.3mrad/100mm。可以理解的，考虑到所述投影显示区103的制造难度，所述投影显示区103的楔角变化率不能过大，当所述投影显示区103内的楔角的最大变化率ROC＞0.3mrad/100mm，会无必要地增加制备难度。

在一种可能的实施方式中，所述投影显示区103内的最大楔角小于或等于0.80mrad。可选地，本申请所述的最大楔角可以为但不限于为0.10mrad、0.20mrad、0.30mrad、0.40mrad、0.50mrad、0.60mrad、0.70mrad、0.80mrad；换言之，本申请所述楔角数值的最大值为0.80mrad，最大楔角较小，制造难度低。

在一种可能的实施方式中，所述中间粘结层130的厚度的范围为0.38mm至1.60mm。可选地，本申请所述中间粘结层130的厚度可以为但不限于为0.38mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1.0mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.25mm、1.3mm、1.35mm、1.4mm、1.45mm、1.5mm、1.55mm、1.60mm；换言之，本申请所述中间粘结层130的厚度低于0.38mm时，所述中间粘结层130难以起到粘合作用，本申请所述中间粘结层130的最大厚度较低，仅为1.6mm，降低了所述夹层玻璃100的制造难度。

在一种可能的实施方式中，所述眼盒面300的中点至所述虚像面400的中点之间的距离为虚像距离，所述虚像距离为2m至6m时，所述投影显示区103的楔角的取值范围为0.1mrad至0.8mrad。可选地，所述虚像距离为2m至6m时，所述投影显示区103的楔角的取值可以为但不限于为0.1mrad、0.2mrad、0.3mrad、0.4mrad、0.5mrad、0.6mrad、0.7mrad、0.8mrad；

在一种可能的实施方式中，所述眼盒面300的中点至所述虚像面400的中点之间的距离为虚像距离，所述虚像距离为7m至100m时，所述投影显示区103的楔角的取值范围为0mrad至0.5mrad。可选地，所述虚像距离为7m至100m时，所述投影显示区103的楔角的取值可以为但不限于为0mrad、0.1mrad、0.2mrad、0.3mrad、0.4mrad、0.5mrad；如图3所示，在一些实施例中，所述夹层玻璃100的纵向曲率半径R相同时，随着虚像距离VID增大，多个所述眼盒面300观看的图像无副像的理论楔角值随之减小；通过增大虚像距离VID，能让消除副像的理论楔角值降低，可以使得对应位置处的楔角散点数据组的最大局部极差值△W更小。在一些实施例中，所述夹层玻璃100的拟合曲线上，当所述夹层玻璃100的虚像距离VID相同且虚像距离VID越大时，对投影显示区103中消除副像的理论楔角值的影响越低。在一些实施例中，所述虚像距离为2m至6m时，其应用场景通常为风挡式抬头显示器(W-HUD)，所述投影显示区103的楔角的取值范围为0.1mrad至0.8mrad；所述虚像距离为7m至100m时，其应用场景通常为增强现实抬头显示器(AR-HUD)，所述投影显示区103的楔角的取值范围为0mrad至0.5mrad。

在一种可能的实施方式中，所述眼盒面300包括依次从高到低的多个子眼盒面300，所述虚像面400包括依次从低到高的多个子虚像面400，每个所述子虚像面400对应一个子眼盒面300，所述子眼盒面300的中点与对应子虚像面400中点的连线与水平面之间所形成的夹角为下视角LDA：-8°≤LDA≤0°。可选地，所述下视角LDA可以为但不限于为-8°、-7.5°、-7°、-6.5°、-6°、-5.5°、-5°、-4.5°、-4°、-3.5°、-3°、-2.5°、-2°、-1.5°、-1°、-0.5°、0°；其中，当子虚像面的中点低于对应的子眼盒面的中点时，所述下视角LDA为负值。

当所述下视角LDA小于-8°时，虚像面400的位置有可能重叠于车辆部件上；请参照图4，图4展示了在不同的纵向曲率半径R以及不同虚像距离VID下消除副像的理论楔角值随虚像距离VID变化的趋势，其中玻璃装车角为26.1deg；如图4所示为楔角随着下视角LDA的关系，其中，所述下视角LDA为从眼盒面300观察的各个所述子眼盒面300中心点与对应的各个子虚像面400中心点的连线与车身坐标XY平面的夹角，其中向下(-Z轴)为负值，反之为正；

在一些实施例中，所述夹层玻璃100的纵向曲率半径R和虚像距离VID不变时，随着下视角LDA增大，所述多个子眼盒面300观看的图像无副像的理论楔角值随之增大。同理，同组的第一子眼盒面300、第二子眼盒面300、第三子眼盒面300的下视角LDA呈递增趋势，消除副像的理论楔角值也呈递增趋势，即第一子眼盒面300光路的楔角＜第二子眼盒面300光路的楔角＜第三子眼盒面300光路的楔角；当第三子眼盒面300和第一子眼盒面300的下视角之差△LDA＝6deg时(按纵向曲率半径R＝10000mm，VID＝2000mm)，楔角的差值约为0.1mrad；因此，本申请通过限定下视角LDA的取值范围为-8°≤LDA≤0°，来保证楔角值的呈递增趋势缓慢，使得△W更小。

在一种可能的实施方式中，所述虚像距离为2m至6m时，-8°≤LDA≤-3°；所述虚像距离为7m至100m时，-6°≤LDA≤0°。可选地，所述虚像距离为2m至6m时，所述下视角LDA的取值可以为但不限于为-8°、-7.5°、-7°、-6.5°、-6°、-5.5°、-5°、-4.5°、-4°、-3.5°、-3°；可选地，所述虚像距离为7m至100m时，所述下视角LDA的取值可以为但不限于为-6°、-5.5°、-5°、-4.5°、-4°、-3.5°、-3°、-2.5°、-2°、-1.5°、-1°、-0.5°、0°；在一些实施例中，所述虚像距离为2m至6m时，其应用场景通常为风挡式抬头显示器(W-HUD)，所述下视角LDA的取值范围为-8°≤LDA≤-3°；所述虚像距离为7m至100m时，其应用场景通常为增强现实抬头显示器(AR-HUD)，所述下视角LDA的取值范围为-6°≤LDA≤0°。

在一种可能的实施方式中，相邻的两个所述子眼盒面300之间的下视角之差ΔLDA≤2.5°，优选地，相邻的两个所述子眼盒面300之间的下视角之差ΔLDA≤2°。具体地，通过合理降低第二子眼盒面300与第一子眼盒面300的下视角之差△LDA以及第三子眼盒面300与第二子眼盒面300的下视角之差△LDA，均能让消除副像的理论楔角值更接近，可以使得△W更小。

在相机、激光雷达等传感器的信号透过的功能区域内，也可以采用楔形中间粘结层，用来优化相应传感器的透射重影问题，所述功能区域内的楔形中间粘结层具有固定的楔角或固定斜率的楔角，此段楔角为固定值或采用1阶简单函数的变化曲线，从而能够易于楔角的生产管控。

请参照图5，在一种可能的实施方式中，一种抬头显示系统1的设计方法，所述抬头显示系统1的设计方法包括：

S101，提供投影组件200及夹层玻璃100，所述夹层玻璃100安装于车辆时具有顶边101和底边102，所述夹层玻璃100上具有至少一个投影显示区103；

需要说明的是，从所述投影组件200发射的单束光线经所述夹层玻璃100的投影显示区103反射后进入观察者眼中，此光线唯一；同样的，从所述投影组件200发射的单束光线进入所述夹层玻璃100介质内后再被反射，在经由所述夹层玻璃100折射进入人眼，此光线也唯一，且两根光线存在一个夹角，这就是副像角。可以理解的，副像角可以分为水平及垂直方向，所述第二投影图像在所述第一投影图像在沿着上下方向的分量称之为垂直副像，所述第二投影图像在所述第一投影图像在沿着左右方向的分量称之为水平副像。本申请中所述的可变楔角包括垂直方向的可变楔角，也包括水平方向的可变楔角，以及双向复合的可变楔角。为方便理解，本申请仅阐述沿垂直方向的副像及对应的楔角，水平方向的副像及对应的楔角也可以参照垂直方向的副像及对应的楔角来设计。

S102，根据车内的观察者设计位于车辆内侧的眼盒面300；

可选地，通过设置位置不同的眼盒面300，可以得到更加广泛的数据，采用此数据组设计的夹层玻璃100具有更好的普适性。

S103，根据车内的观察者透过所述投影显示区103观察到的投影图像设计位于车辆外侧的虚像面400，每个投影显示区103对应一个虚像面400；

可选地，每个投影显示区103对应一个虚像面400，换言之，每个虚像面400对应所述投影显示区103的一个位置，即所述投影显示区103对应各个虚像面400的位置，具有可消除副像的理论楔角值。

S104，所述投影组件200发出的投影光源210入射至所述夹层玻璃100上的投影显示区103并在所述虚像面400上形成可在所述眼盒面300上观察到的投影图像；

可选地，根据所述眼盒面300上观察到的投影图像的副像情况，确认虚像面400上无副像时，所述虚像面400所对应所述投影显示区103的位置的可消除副像的理论楔角值。

S105，设定所述夹层玻璃100的投影显示区103内沿着纵向或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20％至+20％。

可选地，根据所述曲率半径R设计所述投影显示区103的位置的可消除副像的理论楔角值。

S106，计算所述虚像面400对应的投影显示区103的投影图像无副像时夹层玻璃100的多个理论楔角值；

可选地，将每个所述眼盒面300划分成多个子眼盒面300，将所述眼盒面300对应的所述虚像面400划分成多个子虚像面400；所述多个子眼盒面300与所述多个子虚像面400一一对应，不同的子眼盒面300对应不同的子虚像面400，根据所述多个子眼盒面300及所述多个子虚像面400计算所述多个眼盒面300观看的图像无副像时，所述投影显示区103上每个位置的多个理论楔角值所构成的数据组；

需要说明的是，在所述子眼盒面300及对应的所述子虚像面400上分别选取对应的若干样本点，常见的方式为在所述眼盒面300及所述虚像面400分别划分为等间距的网格点阵m*n及i*j，例如：所述眼盒面300划分为5*3点阵，所述虚像面400也划分为5*3点阵；也可以选取某些特定眼位点。通过对应两点连线的光路在所述夹层玻璃100上对应的所述投影显示区103内相交，得到数据点，进而得到所述投影显示区103上每个位置的理论楔角值数据，并汇总得到数据组。

S107，根据所述多个理论楔角值拟合以得到连续非线性单调变小的楔角变化曲线；

可选地，所述多个子眼盒面300包括第一子眼盒面300、第二子眼盒面300及第三子眼盒面300，所述第一子眼盒面300在垂直方向上的高度小于第二子眼盒面300在垂直方向上的高度，所述第二子眼盒面300在垂直方向上的高度小于所述第三子眼盒面300在垂直方向上的高度；所述多个子虚像面400包括第一子虚像面400、第二子虚像面400及第三子虚像面400，所述第一子虚像面400对应所述第一子眼盒面300，所述第二子虚像面400对应所述第二子眼盒面300，所述第三子虚像面400对应所述第三子眼盒面300，所述第三子虚像面400在垂直方向上的高度大于第二子虚像面400在垂直方向上的高度，所述第二子虚像面400在垂直方向上的高度大于所述第一子虚像面400在垂直方向上的高度。

具体的，由于每个人的身高、坐姿可能不同，本申请所述第一子眼盒面300、第二子眼盒面300及第三子眼盒面300以竖直方向上由高到低排列，以此位置分析，则所述第一子虚像面400、第二子虚像面400及第三子虚像面400对应的以竖直方向上由低到高排列，以及会有所述第一子眼盒面300、第二子眼盒面300及第三子眼盒面300与所述第三子虚像面400、第二子虚像面400及第一子虚像面400的所有光线在所述夹层玻璃100上形成的3个所述显示区。

可以理解的，所述3个显示区即所述夹层玻璃100上的投影显示区103，人眼能够透过投影显示区103观察到对应的投影组件200传递的图像。所述投影显示区103上所述3个显示区的数据组包括所述第一子眼盒面300与所述第三子虚像面400形成的第一数据组，第二子眼盒面300与所述第二子虚像面400形成的第二数据组，第三子眼盒面300与所述第一子虚像面400形成的第三数据组；

如图6所示，在一些实施例中，以楔角值为纵坐标，以距底边102距离值为横坐标构建坐标系，将所述第一数据组、所述第二数据组、所述第三数据组填入，分别得到图7中的Tall散点区块、Mid散点区块、Short散点区块；将所述Tall散点区块、所述Mid散点区块、所述Short散点区块拟合为曲线，所述曲线中具备至少一段连续非线性单调变小的楔角区段。

由图6所示可以看出，每个理论楔角散点数据组中的各区域内消除副像所需的理论楔角值呈一定规律的离散状态。在距离所述夹层玻璃100的底边102的某个位置时，不同的光线对应所需的理论楔角值是不同的。但是在同一位置所述夹层玻璃100的楔角只能有一个，消除副像所需的楔角将介于该位置的理论楔角散点数据组的范围内。根据理论楔角散点数据组中所述夹层玻璃100各个位置对应的理论楔角值，可以拟合出一条楔角变化曲线，该曲线贯穿理论楔角散点数据组，表征为一段连续非线性单调下降的楔角变化曲线。具体的，可采用CAD软件进行求解，常见的有ANSYS SPEOS、ZEMAX等专业光学仿真软件，或DASSAULT SYSTEM CATIA，可以对其中任意的单束光线模拟计算出所述数据点消除副像所需的理论楔角值。

可以理解的，为了所述夹层玻璃100的所述投影显示区103与其他相连的功能区域或者边界部分平滑的过渡，如图6所示，还从楔角变化曲线的两端向两边延伸一定长度作为拟合曲线过渡段，其中，可以分为段内延伸和段外延伸的方式，具体地，如图6中L1所示即为段外延伸的拟合曲线过渡段，L2所示即为段内延伸的拟合曲线过渡段；如图6中L1所示即为在理论楔角散点数据组范围内设定延伸起始点O，或者如图6中L2所示，即为楔角散点数据组范围外设定延伸起始点O。

通常情况下，采用段内延伸更佳，如图6所示，拟合曲线过渡段L2可以使得楔角散点数据组的最大楔角更小，从所述夹层玻璃100的底边102到该最大楔角值位置处的楔角变化率更平缓，从而使得所述夹层玻璃100的制造更容易，也可以达到降低所述夹层玻璃100整体厚度的效果。

进一步的，在从所述夹层玻璃100的底边102到顶边101的整段楔角变化曲线的拟合中，可以基于各段楔角变化曲线在公差范围内适当微调，进而拟合出完整的楔角变化曲线，也就是说，最终完整的楔角变化曲线可以与各分段的最佳可变楔角拟合的曲线不完全重合。

根据每个位置的楔角的数据组及该位置与所述底边102的距离进行曲线拟合，并根据拟合曲线得到所述投影显示区103上每个位置的楔角。

在一些实施例中，所述投影显示区103上与所述底边102的距离为420mm的位置处的楔角的取值范围为0.30mrad到0.50mrad。可以理解的是，与所述底边102的距离为420mm的点处的楔角只能有一个，使该位置的副像与主像靠近，消除副像所需的最合适楔角将介于0.30mrad到0.50mrad之间。

S108，根据所述楔角变化曲线得到具有投影显示区103的厚度由上侧边向下侧边的方向减小的抬头显示系统1。

具体地，根据拟合及调整得到的楔角变化曲线设计所述投影显示区103上每个位置的实际楔角值，进而得到本申请所述的夹层玻璃100以及抬头显示系统1。

在一些实施例中，如图6所示，在计算投影显示区103的投影图像无副像时得到的夹层玻璃100的多个理论楔角值所构成的理论楔角散点数据组中，所述投影显示区103内距离底边102的任意位置处所对应的最大理论楔角和最小理论楔角的差值称为局部极差值(如△W1、△W2、△W3等)，而最大局部极差值△W是指局部极差值中的最大值。

在理论楔角散点数据组中，多个理论楔角值的最大值与最小值之差称为整体极差值△C，优选△W与△C的比值≤0.9。可以理解的，基于此，通过减小所述夹层玻璃100对应位置处的理论楔角散点数据组△W与△C的比值，可以改善本申请理论楔角散点数据组的离散状态，并在一定程度上还可以改善所述夹层玻璃100的投影表现。

在一种可能的实施方式中，所述的抬头显示系统1的设计方法还包括；

设定所述眼盒面300的中心点与虚像面400的中心点之间的距离为虚像距离VID，增大虚像距离VID和/或增大曲率半径R以降低所述投影显示区103内某一高度至夹层玻璃100的底边102上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

请参照图3，采用眼盒面300和虚像面400的一点来展示投影光路及玻璃面曲率等参数对副像的影响，投影光路中的眼盒面300/虚像面400及其网格划分、玻璃的名义厚度、玻璃装车角、横向曲率半径、下视角、水平视角、视野范围均相同的情况下，按照不同的纵向曲率半径R及不同虚像距离VID模拟的能消除副像的理论楔角值；如图3所示，在一些实施例中，所述夹层玻璃100的纵向曲率半径R相同时，随着虚像距离VID增大，所述多个眼盒面300观看的图像无副像的理论楔角值随之减小；所述夹层玻璃100的虚像距离VID相同时，随着纵向曲率半径R的增大，所述多个眼盒面300观看的图像无副像的理论楔角值随之减小。通过增大虚像距离VID和/或增大纵向曲率半径R，都能让消除副像的理论楔角值降低，可以使得对应位置处的楔角散点数据组的最大局部极差值△W更小。

在一种可能的实施方式中，所述的抬头显示系统1的设计方法还包括；

所述眼盒面300包括依次从高到低的多个子眼盒面300，所述虚像面400包括依次从低到高的多个子虚像面400，每个所述子虚像面400对应一个子眼盒面300，所述子眼盒面300的中点与对应子虚像面400中点的连线与水平面之间所形成的夹角为下视角LDA；降低相邻的两个所述子眼盒面300之间的下视角之差ΔLDA以降低所述投影显示区103内某一高度至夹层玻璃100的底边102上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

可选地，所述下视角LDA为从眼盒面300看，眼盒面300中心点与对应的虚像面400中心点的连线与车身坐标XY平面的夹角，向下(-Z轴)为负值，反之为正；在一些实施例中，所述夹层玻璃100的纵向曲率半径R和虚像距离VID相同时，随着下视角LDA增大，所述多个眼盒面300观看的图像无副像的理论楔角值随之增大。同理，同组的第一子眼盒面300、第二子眼盒面300、第三子眼盒面300的下视角LDA呈递增趋势，消除副像的理论楔角值也呈递增趋势，即第一子眼盒面300光路的楔角＜第二子眼盒面300光路的楔角＜第三子眼盒面300光路的楔角；当第三子眼盒面300和第一子眼盒面300的下视角之差△LDA＝6deg时(按纵向曲率半径R＝10000mm，VID＝2000mm)，楔角的差值约为0.1mrad。因此，通过合理降低第二子眼盒面300与第一子眼盒面300的下视角之差以及第三子眼盒面300与第二子眼盒面300的下视角之差，均能让消除副像的理论楔角值更接近，可以使得△W更小。

在一种可能的实施方式中，所述抬头显示系统1的设计方法还包括：

根据所述多个理论楔角值以及各个所述理论楔角值对应的入射点到夹层玻璃100的底边102的距离绘制在XY坐标系中的理论楔角值的散点分布图；

所述散点分布图中具有倾斜的中位线，所述中位线的斜率K为负值，且K≥-0.5mrad/1000mm，以降低所述投影显示区103内某一高度至夹层玻璃100的底边102上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

可选地，请参照图6，每个数据组各区域内消除副像所需的理论楔角值，呈一定规律的离散状态，形成所述散点分布图；

如图7所示，同样为散点分布图，其中利用图框来表示各个数据组的散点分布范围，而其中的L_short、L_mid、L_tall即为各个数据组的中位线，所述中位线的斜率K为负值，且K≥-0.5mrad/1000mm，具体地，所述中位线的斜率K可以为但不限于为-0.5mrad/1000mm、-0.4mrad/1000mm、-0.3mrad/1000mm、-0.2mrad/1000mm、-0.1mrad/1000mm，-0.05mrad/1000mm；可以看出，所述中位线的斜率K为负值：负值的绝对值越大，楔角的递减越明显。

结合图7可知，在相同虚像距离VID时，随着玻璃面纵向曲率半径R增大，对应的中位线的斜率K的变化并不明显，在纵向曲率半径R≥5000mm时中位线的斜率K近似不变；在相同纵向曲率半径R时，随着虚像距离VID的增大，对应的中位线的斜率K逐渐减小，当虚像距离VID≥5000mm时，中位线的斜率K≥-0.2mrad/1000mm；增大虚像距离VID，中位线的斜率K更平缓，使得最大局部极差值△W更小。拟合曲线斜率过大，会导致生产工艺难度高。因此，平缓的楔角增长率更好，可选地，中位线的斜率K≥-0.5mrad/1000mm，优选中位线的斜率K≥-0.2mrad/1000mm。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统包括投影组件和夹层玻璃；

所述夹层玻璃安装于车辆时具有顶边和底边，所述夹层玻璃上具有至少一个投影显示区；

所述抬头显示系统还包括位于车辆内侧的虚拟的眼盒面和至少一个位于车辆外侧的虚拟的虚像面，每个投影显示区对应一个虚像面；

所述投影组件包括：

能够投影至所述投影显示区的投影光源，所述投影光源的投影光线入射至所述夹层玻璃的投影显示区并在所述虚像面上形成可在所述眼盒面上观察到的投影图像；

所述夹层玻璃包括：

第一透明基板，具有第一表面和第二表面；

第二透明基板，具有第三表面和第四表面；以及

中间粘结层，所述中间粘结层设于所述第一透明基板及所述第二透明基板之间，且用于粘结所述第二表面及所述第三表面；

所述投影显示区的厚度由上侧边向下侧边的方向减小，所述投影显示区具有楔角由下侧边向上侧边的方向呈连续非线性单调变小的楔形剖面形状；所述投影显示区内的楔角的最大变化率ROC≤0.3mrad/100mm；

所述投影显示区内沿着纵向和/或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20%至+20%。

2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述沿着纵向的曲率半径R大于等于5000mm。

3.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述沿着横向的曲率半径R为1500mm～4000mm。

4.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述投影显示区内的楔角的最大变化率ROC≤0.2mrad/100mm；或，ROC≤0.1mrad/100mm；或，ROC≤0.05mrad/100mm。

5.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述投影显示区内的最大楔角小于或等于0.80mrad。

6.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述中间粘结层的厚度的范围为0.38mm至1.60mm。

7.如权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述眼盒面的中点至所述虚像面的中点之间的距离为虚像距离，所述虚像距离为2m至6m时，所述投影显示区的楔角的取值范围为0.1mrad至0.8mrad。

8.如权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述眼盒面的中点至所述虚像面的中点之间的距离为虚像距离，所述虚像距离为7m至100m时，所述投影显示区的楔角的取值范围为0mrad至0.5mrad。

9.根据权利要求7或 8所述的抬头显示系统，其特征在于，所述眼盒面包括依次从高到低的多个子眼盒面，所述虚像面包括依次从低到高的多个子虚像面，每个所述子虚像面对应一个子眼盒面，所述子眼盒面的中点与对应子虚像面中点的连线与水平面之间所形成的夹角为下视角LDA：-8°≤LDA≤0°。

10.根据权利要求9所述的抬头显示系统，其特征在于，所述虚像距离为2m至6m时，-8°≤LDA≤-3°；所述虚像距离为7m至100m时，-6°≤LDA≤0°。

11.根据权利要求9所述的抬头显示系统，其特征在于，相邻的两个所述子眼盒面之间的下视角之差ΔLDA≤2.5°。

12.一种抬头显示系统的设计方法，其特征在于，所述抬头显示系统的设计方法包括：

提供投影组件及夹层玻璃，所述夹层玻璃安装于车辆时具有顶边和底边，所述夹层玻璃上具有至少一个投影显示区；

根据车内的观察者设计位于车辆内侧的眼盒面；

根据车内的观察者透过所述投影显示区观察到的投影图像设计位于车辆外侧的虚像面，每个投影显示区对应一个虚像面；

所述投影组件发出的投影光源入射至所述夹层玻璃上的投影显示区并在所述虚像面上形成可在所述眼盒面上观察到的投影图像；

设定所述夹层玻璃的投影显示区内沿着纵向或横向的曲率半径R呈单调变化，所述曲率半径R的变化率为-20%至+20%；

计算所述虚像面对应的投影显示区的投影图像无副像时夹层玻璃的多个理论楔角值；

根据所述多个理论楔角值拟合以得到连续非线性单调变小的楔角变化曲线；

根据所述楔角变化曲线得到具有投影显示区的厚度由上侧边向下侧边的方向减小且所述投影显示区内的楔角的最大变化率ROC≤0.3mrad/100mm的抬头显示系统。

13.根据权利要求12所述的抬头显示系统的设计方法，其特征在于，所述的抬头显示系统的设计方法还包括；

设定所述眼盒面的中心点与虚像面的中心点之间的距离为虚像距离VID，增大虚像距离VID和/或增大曲率半径R以降低所述投影显示区内某一高度至夹层玻璃底边上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

14.根据权利要求12所述的抬头显示系统的设计方法，其特征在于，所述的抬头显示系统的设计方法还包括；

所述眼盒面包括依次从高到低的多个子眼盒面，所述虚像面包括依次从低到高的多个子虚像面，每个所述子虚像面对应一个子眼盒面，所述子眼盒面的中点与对应子虚像面中点的连线与水平面之间所形成的夹角为下视角LDA；

降低相邻的两个所述子眼盒面之间的下视角之差ΔLDA以降低所述投影显示区内某一高度至夹层玻璃底边上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。

15.如权利要求12所述的抬头显示系统的设计方法，其特征在于，所述抬头显示系统的设计方法还包括：

根据多个所述理论楔角值以及各个所述理论楔角值对应的入射点到夹层玻璃底边的距离绘制在XY坐标系中的理论楔角值的散点分布图；

所述散点分布图中具有倾斜的中位线，所述中位线的斜率K为负值，且 K≥-0.5mrad/1000mm，以降低所述投影显示区内某一高度至夹层玻璃底边上同一距离的多个所述理论楔角值的最大局部极差值△W。