CN115755401A - 车载显示系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载显示系统和车辆。车载显示系统包括：显示器件，显示器件用于发射成像光线；光学成像元件，光学成像元件用于处理成像光线并获得出射光线；消重影元件，消重影元件用于处理出射光线以使出射光线传输至空间中的预设区域并在预设区域形成消除重影的浮空实像；和交互系统，交互系统用于捕捉在浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据捕捉到的手势动作或者触碰位置生成控制信号，根据控制信号控制车载显示系统运行。上述车载显示系统，能够形成消除重影的浮空实像，交互系统可以捕捉在浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置来实现人机交互功能。

Description

车载显示系统和车辆

技术领域

本发明涉及车载显示技术领域，尤其涉及一种车载显示系统和车辆。

背景技术

目前，车载显示应用于汽车上，用于显示汽车速度、转速、油耗、导航等信息，用户需要的内容通过光学系统投射到挡风玻璃上，人眼透过挡风玻璃观察外界景象时可以在平视范围内观察到车载显示系统所成的虚像。驾驶员不用低头即可观察到车辆的诸多信息，避免了因低头观看仪表盘信息时而存在的交通安全隐患问题。然而，车载显示也存在一些问题：

1、汽车挡风玻璃多为普通夹层玻璃，因此光学系统投射到挡风玻璃上的光线会分别在挡风玻璃内外表面形成两个不重合的虚像，产生重影，影响车载显示观看效果；

2、车载显示系统所成的像存在于汽车挡风玻璃外侧较远距离，且所成像为虚像，不具有交互功能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明实施方式提供一种车载显示系统和车辆。

本发明实施方式的一种车载显示系统包括：

显示器件，所述显示器件用于发射成像光线；

光学成像元件，所述光学成像元件用于处理所述成像光线并获得出射光线；

消重影元件，所述消重影元件用于处理所述出射光线以使所述出射光线传输至空间中的预设区域并在所述预设区域形成消除重影的浮空实像；和

交互系统，所述交互系统用于捕捉在所述浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据捕捉到的手势动作或者触碰位置生成控制信号，根据所述控制信号控制所述车载显示系统运行。

上述车载显示系统，通过设置光学成像元件对显示器件的成像光线进行处理以获得出射光线，并利用消重影元件处理出射光线以消除重影，进而得到消除重影的浮空实像，交互系统可以捕捉在所述浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置来实现人机交互功能。

在某些实施方式中，所述显示器件包括二维显示器件和/或三维显示器件。

在某些实施方式中，所述光学成像元件包括具有菲涅尔透镜的凸透镜,所述菲涅尔透镜的表面包括多个锯齿型凹槽和椭圆型弧面，所述椭圆型弧面位于所述凸透镜的中部，所述多个锯齿型凹槽围绕所述椭圆型弧面同心设置并位于所述椭圆型弧面的外侧。

在某些实施方式中，所述光学成像元件包括双微透镜阵列，所述双微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列中在每个相同位置的两个子透镜光轴重合。

在某些实施方式中，所述光学成像元件包括二面角反射器阵列。

在某些实施方式中，所述光学成像元件包括双狭缝镜阵列，所述双狭缝镜阵列包括第一狭缝镜阵列和第二狭缝镜阵列，所述第一狭缝镜阵列的阵列排布方向和所述第二狭缝镜阵列的阵列排布方向正交设置。

在某些实施方式中，所述光学成像元件包括等效负折射率平板透镜，所述等效负折射率平板透镜从物方到像方依次包括第一玻璃窗口、第一光波导阵列、第二光波导阵列和第二玻璃窗口，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列相互对应的光波导的波导方向相互垂直。

在某些实施方式中，所述光学成像元件包括后向反射器和半反半透镜，所述显示器件与所述后向反射器位于所述半反半透镜的同一侧，所述半反半透镜用于将所述成像光线反射至所述后向反射器，所述后向反射器用于将所述成像光线沿入射方向反射所述成像光线至所述半反半透镜，一部分所述成像光线透过所述半反半透镜在所述显示器件位置关于所述半反半透镜的平面对称位置形成所述浮空实像。

在某些实施方式中，所述消重影元件包括用于贴附于挡风玻璃上的透明介质膜或楔形膜，所述楔形膜的下部较所述楔形膜的上部厚。

在某些实施方式中，所述消重影元件包括楔形状挡风玻璃，所述楔形状挡风玻璃的下部较所述楔形状挡风玻璃的上部厚。

在某些实施方式中，所述交互系统包括：

主控单元模块；

交互传感模块，所述交互传感模块用于捕捉在所述浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据所述手势动作或者触碰位置生成所述控制信号，

所述主控单元模块用于根据所述控制信号控制所述车载显示系统运行。

在某些实施方式中，所述交互系统还包括：

语音模块，所述语音模块用于采集车内人员所发出的语音，并根据所述语音生成语音指令；

所述主控单元模块用于根据所述语音指令控制所述车载显示系统运行。

本发明实施方式的一种车辆包括上述任一实施方式的车载显示系统。

上述车辆，通过设置光学成像元件对显示器件的成像光线进行处理以获得出射光线，并利用消重影元件处理出射光线以消除重影，进而得到消除重影的浮空实像，交互系统可以捕捉在所述浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置来实现人机交互功能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的车载显示系统的光路结构图；

图2是本发明实施方式的车载显示系统的模块图；

图3是相关技术的挡风玻璃的光路结构图；

图4是本发明实施方式的菲涅尔透镜的剖面结构示意图；

图5是本发明实施方式的双微透镜阵列的光路结构示意图；

图6是本发明实施方式的等效负折射率平板透镜的结构示意图；

图7是图6的等效负折射率平板透镜A部分的放大示意图；

图8是本发明实施方式的等效负折射率平板透镜的分解结构示意图；

图9是本发明实施方式的等效负折射率平板透镜的内部光路原理图；

图10是本发明实施方式的后向反射器的光路结构示意图；

图11是挡风玻璃内表面贴附较厚端部向上的楔形膜的光路结构示意图；

图12是本发明实施方式的挡风玻璃内表面贴附较厚端部向下的楔形膜的光路结构示意图；

图13是本发明实施方式的具有相同角度且周期性排布的楔形膜的结构示意图；

图14是本发明实施方式的挡风玻璃为整体下部较厚的楔形状光路结构示意图；

图15是本发明实施方式的交互系统的模块示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对在本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参图1和图2，本发明实施方式的一种车载显示系统100包括显示器件22、光学成像元件24、消重影元件26和交互系统28，所述显示器件22用于发射成像光线，所述光学成像元件24用于处理所述成像光线并获得出射光线，所述消重影元件26用于处理所述出射光线以使所述出射光线传输至空间中的预设区域并在所述预设区域形成消除重影的浮空实像200，所述交互系统28用于捕捉在所述浮空实像200所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据捕捉到的手势动作或者触碰位置生成控制信号，根据所述控制信号控制所述车载显示系统100运行。

上述车载显示系统100，通过设置光学成像元件24对显示器件22的成像光线进行处理以获得出射光线，并利用消重影元件26处理出射光线以消除重影，进而得到消除重影的浮空实像200，交互系统28可以捕捉在所述浮空实像200所处区域内的手势动作或者触碰位置来实现人机交互功能。

具体地，车载显示系统100可以应用至车辆，车载显示系统100的某些部件可以安装在中控台内或表面，某些部件可以安装在挡风玻璃30上。

请参图1，车载显示系统100以车载抬头显示为例说明，然而，本发明并不限于此应用。在图1中，为减小车载显示系统100的体积，车载显示系统100还包括第一反射元件32和第二反射元件34，第一反射元件32位于显示器件22下方，显示器件22向下发射成像光线，第二反射元件34设置在第一反射元件32的右侧，即第二反射元件34设置在靠近车辆座舱一侧，第一反射元件32和显示器件22设置在靠近车头一侧。光学成像元件24位于显示器件22的右侧，光学成像元件24可相对于显示器件22倾斜一角度，倾斜角度的大小可以根据空间中的预设区域来决定。反射元件可以是平面反射镜，也可以是自由曲面反射镜，还可以是具有同等反射效果的光学元件或光学元件组。第一反射元件32和第二反射元件34可以是上述任一反射元件，也可以是上述反射元件的任意组合。

显示器件22向下发射携带有图像信息的光线(成像光线)，成像光线经第一反射元件32和第二反射元件34反射后进入光学成像元件24，所述光学成像元件24用于对成像光线进行点对点调制，将经过光学成像元件24的任意方向光线进行重新汇聚，实现在与原像对称位置处等距离成像，且所成像为浮空实像200。成像光线经光学元件处理后形成出射光线，出射光线投射至消重影元件26，出射光线经消重影元件26和挡风玻璃30后反射至人眼300方向处汇聚成浮空实像200。预设区域可以是图1中所示的浮空实像200所在的区域。

缩小车载显示系统100的光路结构还有多种，而不限于上述实施方式的光路结构。

请参图3，在相关技术中，图3为普通挡风玻璃光路结构简图，光线1入射到挡风玻璃上，入射角为θ₁，在挡风玻璃内表面AD上的E点进行反射和折射，其中反射光线为光线11，反射角为θ₅；经折射后，折射角为θ₂，并在挡风玻璃外表面BC上F点进行反射，最终在挡风玻璃内表面AD上的G点折射，折射光线为光线12，折射角为θ₄。挡风玻璃30内外表面处于相对平行，因此反射光线11与折射光线12相对平行，无交点，光线1经过挡风玻璃内外表面形成的像不重合，形成重影。

本发明实施方式的消重影元件26能够改变挡风玻璃30内外表面光线折返位置，达到消重影效果的目的。挡风玻璃30可以是前挡风玻璃。

在某些实施方式中，所述显示器件22包括二维显示器件和/或三维显示器件。如此，可以灵活选择显示器件22。

具体地，二维显示器件可以是利用CRT显示技术、LCD显示技术、LED显示技术、OLED显示技术、QLED显示技术、PDP显示技术、Micro LED显示技术、Mini LED显示技术、DLP显示技术等实现的二维显示器件。

三维显示器件可以是利用全息三维显示技术、体三维显示技术、光场三维显示技术等实现真正意义上的三维显示，也可以是利用人眼双目视差原理实现的三维显示，还可以是基于二维显示器的计算机图形学模拟产生的三维显示。

所述显示器件22包括二维显示器件和/或三维显示器件。在一个实施方式中，所述显示器件22包括二维显示器件或三维显示器件。在一个实施方式中，所述显示器件22包括二维显示器件和三维显示器件。

在某些实施方式中，请参图4，所述光学成像元件24包括具有菲涅尔透镜36的凸透镜,所述菲涅尔透镜36的表面包括多个锯齿型凹槽38和椭圆型弧面40，所述椭圆型弧面40位于所述凸透镜的中部，所述多个锯齿型凹槽38围绕所述椭圆型弧面40同心设置并位于所述椭圆型弧面40的外侧。如此，可以利用具有菲涅尔透镜36的凸透镜来对成像光线进行调制并形成浮空实像200。

具体地，具有菲涅尔透镜36的凸透镜是中央较厚，边缘较薄的透镜，具有汇聚光线的作用，物体在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，物距越小，像距越大，实像越大。菲涅尔透镜36表面由多个锯齿型凹槽38组成，中心部分是椭圆型弧面40。每个凹槽38都与相邻凹槽38之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽38都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。

在某些实施方式中，请参图5，所述光学成像元件24包括双微透镜阵列41，所述双微透镜阵列41包括第一微透镜阵列42和第二微透镜阵列44，所述第一微透镜阵列42和所述第二微透镜阵列44中在每个相同位置的两个子透镜46光轴重合。如此，可以利用双微透镜阵列41来对成像光线进行调制并形成浮空实像200。

具体地，微透镜阵列(micro-lens array，MLA)由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，微透镜阵列的子透镜46(最小功能单元)可以是球面镜、非球面镜、柱镜、棱镜等，能够在微光学角度实现聚焦、成像，光线变换等功能。

双微透镜阵列41是由子透镜46焦距分别为f1和f2的第一微透镜阵列42和第二微透镜阵列44组成，两层微透镜阵列的每个子透镜46尺寸相同且每个相同位置的两个子透镜46光轴重合，两层微透镜阵列的光轴重合的子透镜46中心间距均为f1+f2。如图5所示，显示器件22(光源)发出的光线，入射在第一微透镜阵列42上，经过每个子透镜46的聚焦，在第一微透镜阵列42和第二微透镜阵列44之间重新形成阵列排布的焦点。重新聚焦后的多个小光线相互叠加，基于阵列排布的对称性，也即出射小光线的对称性，小光线的不均匀性相互抵消，最终在第二微透镜阵列44一侧的像平面处聚焦，形成均匀的目标光斑，每个子透镜46的聚焦形成的光斑集合便形成了一幅与显示器件22等大的空中实像(浮空实像200)，空中实像距第二微透镜阵列44的距离与显示器件22距第一微透镜阵列42的距离相等。

在某些实施方式中，所述光学成像元件24包括二面角反射器阵列。如此，可以利用二面角反射器阵列来对成像光线进行调制并形成浮空实像200。

具体地，二面角反射器阵列(dihedral corner reflector array，DCRA)包括基板和多个支柱，多个支柱规则地排列在所述基板的底面上并分别从所述基板的底面突出，其中所述支柱和所述基板可由透明材料一体地形成，各个支柱包括相互垂直而成为二面角反射器的两个正交侧面，显示器件22发出的光线通过二面角反射器时被其两次反射，光线会聚到显示器件22相对于二面角反射器阵列的平面对称位置，形成浮空实像200。

在某些实施方式中，所述光学成像元件24包括双狭缝镜阵列，所述双狭缝镜阵列包括第一狭缝镜阵列和第二狭缝镜阵列，所述第一狭缝镜阵列的阵列排布方向和所述第二狭缝镜阵列的阵列排布方向正交设置。如此，可以利用双狭缝镜阵列来对成像光线进行调制并形成浮空实像200。

具体地，所述双狭缝镜阵列(slit-mirror array，SMA)包括第一狭缝镜阵列和第二狭缝镜阵列，所述第一狭缝镜阵列的阵列排布方向和所述第二狭缝镜阵列的阵列排布方向正交设置，来自显示器件22的成像光线被垂直和水平反射并会聚到显示器件22相对于双狭缝镜阵列的平面对称位置，进而形成浮空实像200。

在某些实施方式中，请参图6至图9，所述光学成像元件24包括等效负折射率平板透镜48，所述等效负折射率平板透镜48从物方到像方依次包括第一玻璃窗口50、第一光波导阵列52、第二光波导阵列54和第二玻璃窗口56，所述第一光波导阵列52和所述第二光波导阵列54由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，所述第一光波导阵列52和所述第二光波导阵列54相互对应的光波导的波导方向相互垂直。如此，可以利用等效负折射率平板透镜48来对成像光线进行调制并形成浮空实像200。

具体地，等效负折射率平板透镜48可通过双狭缝阵列原理进行成像，图6和图8分别为单列多排等效负折射率平板透镜48的结构示意图和单列多排等效负折射率平板透镜48的结构拆分图。

第一玻璃窗口50和第二玻璃窗口56均含有两个光学面，主要作用为保护光波导阵列。第一光波导阵列52和第二光波导阵列54由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，两组光波导阵列相互对应的光波导的波导方向相互垂直。其中，X方向为第一光波导阵列52中的子波导延伸方向，Y方向为第二光波导阵列54的子波导延伸方向，Z方向为等效负折射率平板透镜48的厚度方向。第一光波导阵列52和第二光波导阵列54只是45°斜向布置且相互垂直，其具体结构可以是相同的。光学成像元件24包括第一光波导阵列52和第二光波导阵列54两块相互正交的单排多列等效负折射率光波导阵列平板，其可实现对物像方点对点的无像差成像。单层光波导阵列中物方单点光线经单侧等效负折射率平板透镜48后，被各排光波导分割进行镜像调制，然后重新会聚在与光波导长边平行的一条直线上，形成点对线一维成像效果。如图9所示，为了实现两个方向均交于一点，需要两组光波导联合使用，使两光波导排布方向相互垂直，可对目标物像进行点对点调制，因此任意方向的光线经过此相互正交的双层光波导阵列均可实现在光波导阵列对称位置重新汇聚成浮空实像200，浮空实像200的成像距离与到原像距离相同，为等距离成像，且浮空实像200的位置在空中，不需要任何介质载体，可直接把实像呈现在空气中。

在某些实施方式中，请参图10，所述光学成像元件24包括后向反射器58和半反半透镜60，所述显示器件22与所述后向反射器58位于所述半反半透镜60的同一侧，所述半反半透镜60用于将所述成像光线反射至所述后向反射器58，所述后向反射器58用于将所述成像光线沿入射方向反射所述成像光线至所述半反半透镜60，一部分所述成像光线透过所述半反半透镜60在所述显示器件22位置关于所述半反半透镜60的平面对称位置形成所述浮空实像200。如此，可以利用后向反射器58来对成像光线进行调制并形成浮空实像200。

具体地，所述后向反射器58(retroreflector)是一种可以使反射光线沿着入射光线的反方向返回的一种反射器件，配合半反半透镜60以达到空中成像的目的。成像原理如图10所示，显示器件22发出的成像光线经过半反半透镜60反射至后向反射器58，后向反射器58将成像光线反射沿着与入射方向相反的方向返回，一部分光线经过半反半透镜60反射会聚到显示器件22处，另一部分光线直接透过半反半透镜60在显示器件22位置关于半反半透镜60的平面对称位置会聚成一幅与显示器件22等大的浮空实像200。

可以理解，所述光学成像元件24中，优选为等效负折射率平板透镜48，其所成的实像具有大视场、大孔径、高解像、无畸变、无色散的特性。

在某些实施方式中，请参图12，所述消重影元件26包括用于贴附于挡风玻璃30上的透明介质膜或楔形膜62，所述楔形膜62的下部较所述楔形膜62的上部厚。如此，可以消除重影。

具体地，在一个实施方式中，所述消重影元件26包括用于贴附于挡风玻璃30上的透明介质膜，透明介质膜包括但不限于蛾眼膜、增透膜、增反膜等。透明介质膜可以贴附于挡风玻璃的内侧或外侧。

透明介质膜贴附于挡风玻璃30，可以改变挡风玻璃30内外表面光线折返位置，达到消重影效果的目的。

在一个实施方式中，所述消重影元件26包括用于贴附于挡风玻璃30上的楔形膜62，所述楔形膜62的下部较所述楔形膜62的上部厚。

图11为挡风玻璃30内表面贴附楔形膜62的光路结构简图，其中楔形膜62DAH角度为α，楔形膜62的上部较厚，即挡风玻璃30整体上部较厚。光线1入射到楔形膜62上，入射角为θ₁，在楔形膜62的表面AH上的H点进行反射和折射，其中反射光线为光线11，反射角为θ₅；经折射后，折射角为θ₂，并在挡风玻璃30外表面BC上I点进行反射，最终在楔形膜62表面AH上的J点折射，折射光线为光线12，折射角为θ₄。经计算可以得知，折射角θ₄大于反射角为θ₅，因此光线1经内外表面反射和折射后的光线11和光线12在AH侧不相交，即无法成实像，其反向延长线在BC侧相交于K点，即在外表面侧形成虚像，此结构不满足成实像要求。

图12为挡风玻璃30内表面贴附楔形膜62的光路结构简图，其中楔形膜62ADH角度为α，楔形膜62的下部较厚，即挡风玻璃30整体下部较厚。光线1入射到楔形膜62上，入射角为θ₁，在楔形膜62的表面HD上的L点进行反射和折射，其中反射光线为光线11，反射角为θ₅；经折射后，折射角为θ₂，并在挡风玻璃30外表面BC上M点进行反射，最终在楔形膜62表面HD上的N点折射，折射光线为光线12，折射角为θ₄。经计算可以得知，折射角θ₄小于反射角为θ₅，因此光线1经内外表面反射和折射后的光线11和光线12在HD侧相交，交点为O点，即成浮空实像200，此结构满足成实像要求。

可以理解，楔形膜62的结构不限于上述实施方式，楔形膜62的结构具有多种，可以是上述实施方式中的具有一定角度的单一形式，即不具有周期性排列；也可以是具有相同角度且周期性排列的结构，如图13所示，还可以是其他类似周期排布的结构形式，在此不再进行赘述。

在某些实施方式中，所述消重影元件26包括楔形状挡风玻璃30，所述楔形状挡风玻璃30的下部较所述楔形状挡风玻璃30的上部厚。如此，可以利用楔形状挡风玻璃30来消除重影。

具体地，请参图14，图14为楔形状挡风玻璃30的光路结构简图，其中楔形状结构顶角为2α，挡风玻璃30的下部较厚，即挡风玻璃30整体下部较厚。光线1入射到楔形状挡风玻璃30上，入射角为θ₁，在楔形状挡风玻璃30的表面HD上的P点进行反射和折射，其中反射光线为光线11，反射角为θ₅；经折射后，折射角为θ₂，并在挡风玻璃30外表面LC上Q点进行反射，最终在楔形状挡风玻璃30表面HD上的R点折射，折射光线为光线12，折射角为θ₄。经计算可以得知，折射角θ₄小于反射角为θ₅，因此光线1经内外表面反射和折射后的光线11和光线12在HD侧相交，交点为S点，即成实像，此结构满足成实像要求。

当楔形状挡风玻璃30倒置，即挡风玻璃30整体上部较厚，其成像效果等同于图11效果，即光线1经内外表面反射和折射后的光线11和光线12在挡风玻璃30内侧不相交，即无法成实像，其反向延长线在挡风玻璃30外侧相交，即在外表面侧形成虚像，因此，楔形状挡风玻璃30倒置结构不满足成实像要求。

可以理解，在其他实施方式中，消重影元件26并不限制于楔形膜62或者楔形状挡风玻璃30来解决重影，只要是可以改变挡风玻璃30内外表面光线折返位置，达到消重影效果的结构均可。

在某些实施方式中，请参图15，所述交互系统28包括主控单元模块64和交互传感模块66。所述交互传感模块66用于捕捉在所述浮空实像200所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据所述手势动作或者触碰位置生成所述控制信号，所述主控单元模块64用于根据所述控制信号控制所述车载显示系统100运行。如此，可以实现人机交互功能。

具体地，交互系统28可以安装在中控台。所述主控单元模块64用于实现交互系统28与外部装置之间的信息传输，控制交互传感模块66及车载显示系统100运行。

所述交互传感模块66与主控单元模块64采用有线或无线方式连接，主要用于捕捉在浮空实像2006所处区域内的手势动作或者触碰位置，根据手势动作或者触碰位置生成控制信号，将控制信号传输给主控单元模块64，主控单元模块64可以包括控制器，可以对控制信号进一步处理后传输给车载显示系统100，以此实现人机交互。

所述交互传感模块66的感应形式包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD(电荷耦合器件)等。交互传感模块66的感应区域包含浮空实像200所处空间，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，方便用户以最佳的姿态对浮空实像200进行操作，提高用户操作的灵敏度和便捷性。

在某些实施方式中，所述交互系统28还包括语音模块68，所述语音模块68用于采集车内人员所发出的语音，并根据所述语音生成语音指令，

所述主控单元模块64用于根据所述语音指令控制所述车载显示系统100运行。如此，可以利用语音实现人机交互。

具体地，所述语音模块68与主控单元模块64采用有线或无线方式连接，能够实现对车内人员所发出的语音进行采集，并对语音进行识别和处理等功能，生成语音指令。语音模块68可以包括麦克风。

所述主控单元模块64用于控制语音模块68，主控单元模块64可以接收语音指令，根据语音指令控制车载显示系统100运行。

车载显示系统100还可包括电源模块70，电源模块70与交互系统28和显示系统连接，主要用于对上述交互系统28和显示系统进行供电。显示系统可以包括显示器件22。显示系统可以是三维显示成像系统。

综上所述，本发明实施方式的车载显示系统100至少可以实现如下技术效果：

一、车载显示系统100能够解决现有HUD光学系统的光线在前挡风玻璃30内外表面形成两个不重合的虚像，产生重影的问题；

二、车载显示系统100能够成实像，解决现有HUD系统所成的像为虚像的问题；

三、车载显示系统100能够在空中进行无介质交互，解决现有HUD系统不具有交互功能的问题。

本发明实施方式的一种车辆包括上述任一实施方式的车载显示系统100。

上述车辆，通过设置光学成像元件24对显示器件22的成像光线进行处理以获得出射光线，并利用消重影元件26处理出射光线以消除重影，进而得到消除重影的浮空实像200，交互系统28可以捕捉在所述浮空实像200所处区域内的手势动作或者触碰位置来实现人机交互功能。

需要说明的是，上述对车载显示系统100的实施方式和有益效果的解释说明，也适用于本发明实施方式的车辆，为避免冗余，在此不再详细展开。

具体地，车辆包括但不限于纯电动车、混合动力车、增程式电动车、燃油车等。浮空实像200可以投影至车内前挡风玻璃30的内侧的空中区域，空中区域可以靠近驾驶员。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含在本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种车载显示系统，其特征在于，包括：

显示器件，所述显示器件用于发射成像光线；

光学成像元件，所述光学成像元件用于处理所述成像光线并获得出射光线；

消重影元件，所述消重影元件用于处理所述出射光线以使所述出射光线传输至空间中的预设区域并在所述预设区域形成消除重影的浮空实像；和

交互系统，所述交互系统用于捕捉在所述浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据捕捉到的手势动作或者触碰位置生成控制信号，根据所述控制信号控制所述车载显示系统运行。

2.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述显示器件包括二维显示器件和/或三维显示器件。

3.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述光学成像元件包括具有菲涅尔透镜的凸透镜,所述菲涅尔透镜的表面包括多个锯齿型凹槽和椭圆型弧面，所述椭圆型弧面位于所述凸透镜的中部，所述多个锯齿型凹槽围绕所述椭圆型弧面同心设置并位于所述椭圆型弧面的外侧。

4.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述光学成像元件包括双微透镜阵列，所述双微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列中在每个相同位置的两个子透镜光轴重合。

5.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述光学成像元件包括二面角反射器阵列。

6.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述光学成像元件包括双狭缝镜阵列，所述双狭缝镜阵列包括第一狭缝镜阵列和第二狭缝镜阵列，所述第一狭缝镜阵列的阵列排布方向和所述第二狭缝镜阵列的阵列排布方向正交设置。

7.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述光学成像元件包括等效负折射率平板透镜，所述等效负折射率平板透镜从物方到像方依次包括第一玻璃窗口、第一光波导阵列、第二光波导阵列和第二玻璃窗口，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列由45°斜向布置的单列多排且横截面为矩形的光波导组成，所述第一光波导阵列和所述第二光波导阵列相互对应的光波导的波导方向相互垂直。

8.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述光学成像元件包括后向反射器和半反半透镜，所述显示器件与所述后向反射器位于所述半反半透镜的同一侧，所述半反半透镜用于将所述成像光线反射至所述后向反射器，所述后向反射器用于将所述成像光线沿入射方向反射所述成像光线至所述半反半透镜，一部分所述成像光线透过所述半反半透镜在所述显示器件位置关于所述半反半透镜的平面对称位置形成所述浮空实像。

9.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述消重影元件包括用于贴附于挡风玻璃上的透明介质膜或楔形膜，所述楔形膜的下部较所述楔形膜的上部厚。

10.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述消重影元件包括楔形状挡风玻璃，所述楔形状挡风玻璃的下部较所述楔形状挡风玻璃的上部厚。

11.根据权利要求1所述的车载显示系统，其特征在于，所述交互系统包括：

主控单元模块；

交互传感模块，所述交互传感模块用于捕捉在所述浮空实像所处区域内的手势动作或者触碰位置，并根据所述手势动作或者触碰位置生成所述控制信号，

所述主控单元模块用于根据所述控制信号控制所述车载显示系统运行。

12.根据权利要求11所述的车载显示系统，其特征在于，所述交互系统还包括：

语音模块，所述语音模块用于采集车内人员所发出的语音，并根据所述语音生成语音指令；

所述主控单元模块用于根据所述语音指令控制所述车载显示系统运行。

13.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的车载显示系统。

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