CN116794841A - 抬头显示系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抬头显示系统和车辆，抬头显示系统包括显示组件、裸眼3D组件、全息组件和反射组件，显示组件用于显示平面图像，裸眼3D组件位于显示组件的出光侧，且用于对显示组件的平面图像转变为立体图像，全息组件包括独立且可切换运行的多个视点，多个视点用于将裸眼3D组件的立体图像分成多个具有不同图像信息且放大的立体子图像，反射组件用于将多个立体子图像进行至少一次反射后朝向预设观看位置，以在反射组件的背离预设观看位置的一侧形成多个虚像，多个虚像与预设观看位置之间的距离不等。根据本发明的抬头显示系统，可以实现三维立体显示显示，且有利于克服人眼频繁切换焦距导致的视觉疲劳。

Description

抬头显示系统和车辆

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种抬头显示系统和车辆。

背景技术

HUD，即抬头显示(Head Up Display)，又叫平视显示系统，其作用就是把时速、导航等重要的行车信息，投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到。HUD应用在汽车上已经有十几年，对驾驶员也同样可以起到主动安全的作用，为此催生出最初的C-HUD、W-HUD，多见于高端车型。

AR-HUD是AR增强现实技术和HUD抬头显示相结合的一种新型的车用HUD，与C-HUD和W-HUD最大的不同之处在于，AR-HUD拥有更大的视场角和更远的成像距离，而且可以直接将显示效果叠加到现实路面。未来两到三年，AR-HUD将会面临量产的爆发期，是未来智能座舱的重要组成部分。这种显示系统，原是军用战斗机上的显示系统，飞行员不必低头，就能在挡风玻璃上看到所需的重要信息。

相关技术中，AR-HUD显示的是一个类似平面的虚拟图像，且虚像距往往是固定的不能随人眼聚焦距离而改变，例如：当驾驶人员注视远方的路面时，驾驶人员读取内容需要从远处路面的远焦调到近焦来观察HUD形成的图像，频繁地改变焦距会使眼睛疲劳。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种抬头显示系统，所述抬头显示系统可以实现三维立体显示显示，且有利于克服人眼频繁切换焦距导致的视觉疲劳。

本发明还提出一种具有上述抬头显示系统的车辆。

根据本发明第一方面实施例的抬头显示系统，包括：显示组件，所述显示组件用于显示平面图像；裸眼3D组件，所述裸眼3D组件位于所述显示组件的出光侧，且用于对所述显示组件的平面图像转变为立体图像；全息组件，所述全息组件包括独立且可切换运行的多个视点，多个所述视点用于将所述裸眼3D组件的立体图像分成多个具有不同图像信息且放大的立体子图像；反射组件，所述反射组件用于将多个所述立体子图像进行至少一次反射后朝向预设观看位置，以在所述反射组件的背离所述预设观看位置的一侧形成多个虚像，多个所述虚像与所述预设观看位置之间的距离不等。

根据本发明实施例的抬头显示系统，通过设置抬头显示系统包括裸眼3D组件、全息组件和反射组件，可以使得人眼在预设观看位置看到与显示组件图像对应的立体放大虚像，且由于虚像为多个，且多个虚像与预设观看位置的距离不等，则便于根据人眼的焦距适应调整在预设观看位置能看到对应人眼焦距的虚像，便于实现虚像的位置与人眼聚焦的位置具有一定的一致性，以有利于克服人眼频繁切换焦距导致的视觉疲劳。

在一些实施例中，所述显示组件为矩形结构，所述裸眼3D组件相对于所述显示组件的长边平行设置且相对于所述显示组件的短边倾斜设置。

在一些实施例中，所述显示组件的子像素发光面位于所述裸眼3D组件的焦平面上。

在一些实施例中，所述裸眼3D组件与所述全息组件之间的距离为L且满足：p为所述裸眼3D组件的口径，W为所述显示组件的子像素的宽度，f为所述裸眼3D组件的焦距。

在一些实施例中，所述裸眼3D组件包括多个沿所述显示组件的长度方向依次排列的柱面微透镜，所述抬头显示系统满足：h为所述显示组件的子像素与对应所述柱面微透镜的中心在所述显示组件长度方向上的距离，f为所述裸眼3D组件的焦距，L为所述全息组件与所述裸眼3D组件之间的距离，ν为对应于所述子像素的所述视点与对应所述柱面微透镜的中心在所述显示组件长度方向上的距离。

在一些实施例中，所述裸眼3D组件包括多个沿所述显示组件的长度方向依次排列的柱面微透镜，所述裸眼3D组件与所述显示组件的子像素满足： d为所述柱面微透镜的最大厚度，L为所述全息组件与所述裸眼3D组件之间的距离，W为所述显示组件的子像素的宽度，k为单个所述柱面微透镜在所述子像素宽度方向上覆盖的所述子像素的数量，D为所述显示组件与所述裸眼3D组件之间的距离，p为所述柱面微透镜的口径，Q为相邻两个所述视点之间的距离，r为所述柱面微透镜的半径，n为所述柱面微透镜的折射率。

在一些实施例中，所述抬头显示系统构造成至少一个所述虚像与所述预设观看位置之间的连线与水平方向之间的夹角位于3.5°～4.5°范围内。

在一些实施例中，所述反射组件包括多个反射镜，多个所述反射镜构造成多个所述视点对应的光线自所述全息组件到所述预设观看位置的传播路径长度不同。

在一些实施例中，多个所述反射镜包括沿光线传播路径依次设置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，每个所述反射镜为曲面结构，所述第一反射镜的曲率半径位于1500mm～2000mm范围内，所述第一反射镜相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，所述第二反射镜的曲率半径位于100mm～150mm范围内，所述第二反射镜相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，所述第三反射镜的曲率半径位于2000mm～4000mm范围内，所述第三反射镜相对于竖直方向的倾斜角度位于55°～65°范围内。

根据本发明第二方面实施例的车辆，包括根据本发明上述第一方面实施例的抬头显示系统。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上述的抬头显示系统，可以实现三维立体显示显示，且有利于克服人眼频繁切换焦距导致的视觉疲劳。

本发明的附加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例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的抬头显示系统的示意图；

图2是图1中所示的抬头显示系统实现不同虚像的光路示意图；

图3是图1中所示的抬头显示系统实现裸眼3D立体显示的光路示意图；

图4是图3中的显示组件和裸眼3D组件的局部结构示意图；

图5(a)和图5(b)是图1中所示的抬头显示系统的模拟光路图；

图6是根据本发明另一个实施例的抬头显示系统的局部示意图。

附图标记：

抬头显示系统100、虚像101、第一虚像101a、第二虚像101b、预设观看位置R、显示组件1、

裸眼3D组件2、柱面微透镜21、

全息组件3、视点31、

反射组件4、反射镜、第一反射镜41、第二反射镜42、第三反射镜43。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例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例和/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可应用于性和/或其他材料的使用。

下面，参考附图，描述根据本发明实施例的抬头显示系统100。

如图1和图2所示，抬头显示系统100包括显示组件1和裸眼3D组件2，显示组件1用于显示平面图像，裸眼3D组件2位于显示组件1的出光侧，且裸眼3D组件2用于对显示组件1的平面图像转变为立体图像，以使得用户左眼看到的图像和右眼看到的图像不同，利用视差远离，可以使得用户产生三维立体显示的感觉，实现裸眼3D立体视觉，提升抬头显示系统100的科技感。

抬头显示系统100还包括全息组件3(例如全息功能屏)，全息组件3包括独立设置的多个视点31，且多个视点31可切换运行，多个视点31用于将裸眼3D组件2的立体图像分成多个具有不同图像信息的立体子图像，则每个视点31对应一个立体子图象，且视点31可以将立体子图像的视角扩大，以形成放大的立体子图像，从而便于形成放大虚像101，利于用户观看。

示例性地，以全息组件3包括两个视点31为例，两个视点31分别为第一视点和第二视点，第一视点用于形成第一虚像101a，第二视点用于形成第二虚像101b，则第一视点运行、第二视点不运行时，在预设观看位置R仅能看到第一虚像101a而无法看到第二虚像101b，同样第二视点运行、第一视点不运行时，在预设观看位置R仅能看到第二虚像101b而无法看到第一虚像101a。当然，全息组件3还可以构造成包括三个视点31、或者包括三个以上视点31。

抬头显示系统100还包括反射组件4，反射组件4用于将多个立体子图像进行至少一次反射后朝向预设观看位置R，以在反射组件4的背离预设观看位置R的一侧形成多个虚像101，多个虚像101与预设观看位置R之间的距离不等，则多个虚像101对应的虚像101距不等；例如抬头显示系统100用于车辆中，驾驶员的眼睛处于预设观看位置R，虚像101位于车辆的挡风玻璃的背离预设观看位置R的一侧，且多个虚像101与最后一次反射的反射面之间的水平距离不等。

由此，人眼处于预设观看位置R时，便于通过抬头显示系统100根据人眼观察的焦点适应调整对应的一个视点31运行，以使人眼看到与该视点31对应的虚像101，该虚像101与人眼观察的焦点相近，以有利于避免眼睛频繁切换聚焦位置而产生视觉疲劳；比如以虚像101为两个为例，两个虚像101中的其中一个为近视虚像101且与预设观看位置R相距较近，另一个为远视虚像101且与预设观看位置R相距较远，当人眼需要注视近处时，可以调整对应视点31运行以使近视虚像101显现，而人眼需要注视远处时，可以调整对应视点31以使远视虚像101显现，使得用户无需为了观察图像而频繁改变眼睛的焦点，便于实现虚像101的位置与人眼聚焦的位置具有一定的一致性，以有利于克服视觉疲劳。

示例性地，如图1和图2所示，显示组件1可以加载图像信息，且显示组件1能发出具有一定发散角的光线，裸眼3D组件2可以用于将显示组件1发出的光束发散角减小，且裸眼3D组件2用于调制入射到其的光线出射方向，以使显示组件1上对应于同一个视点31的所有子像素的光线分别经过裸眼3D组件2后在全息组件3的上述视点31处形成形成一个2D视点(例如对应同一个视点31的不同周期的子像素分别经过裸眼3D组件2在上述对应视点31形成一个2D视点)，每个子像素具有不同角度的信息，则多个视点31对应多个2D视点，2D视点对应的图像信息即为立体子图象，每个2D视点的图像经过全息组件3以扩大视角，且每个2D视点的图像经过反射组件4反射至预设观看位置R即能形成一个虚像101。其中，2D视点对应一定区域且可以理解为形成在裸眼3D组件3上的图像信息。

根据本发明实施例的抬头显示系统100，通过设置抬头显示系统100包括裸眼3D组件2、全息组件3和反射组件4，可以使得人眼在预设观看位置看到与显示组件1图像对应的立体放大虚像，且由于虚像101为多个，且多个虚像101与预设观看位置的距离不等，则便于根据人眼的焦距适应调整在预设观看位置能看到对应人眼焦距的虚像101，便于实现虚像101的位置与人眼聚焦的位置具有一定的一致性，以有利于克服人眼频繁切换焦距导致的视觉疲劳。

可见，本申请实施例抬头显示系统100的显示效果便于更接近真实显示效果的裸眼3D立体显示，且虚像距离可以根据人观看近视和远视可以自由切换，例如抬头显示系统100为AR-HUD。

本申请的描述中，预设观看位置R可以理解为一个空间区域，即人眼的活动区域，预设观看位置R也可以称为“眼盒”，人眼可以处于该空间区域内任意位置，以使抬头显示系统100可以适应不同用户的高矮、坐姿、头部位置等的导致的人眼位置和视线方向的差异，使得只要人眼处于该空间区域内则能构看清整个虚像101，反之，除了这块区域，则无法看全整个图像。

例如，抬头显示系统100用于车辆时，预设观看位置R在水平方向上的宽度位于120mm～130mm范围内，预设观看位置R在竖直方向上的高度位于50mm～60mm范围内；当视点31为两个时，虚像101为两个，以两个虚像101的连线的中点对应的水平位置为零点，预设观看位置R在上下方向上的移动范围为±50mm，以便合理适应不同驾驶员的差异化需求，使得不同驾驶员都能看清整个虚像101。

在一些实施例中，显示组件1为矩形结构，显示组件1具有相对设置的两条长边和相对设置的两条短边；裸眼3D组件2相对于显示组件1的长边平行设置，且裸眼3D组件2相对于显示组件1的短边倾斜设置，从而可以打破显示组件1黑像素矩阵与裸眼3D组件2发生干涉的条件，有利于提升光学效果，有利于降低实现立体显示时的串扰和摩尔纹。

可选地，裸眼3D组件2贴附于显示组件1的出光侧，裸眼3D组件2相对于显示组件1的短边的倾斜角度位于5°～10°范围内。例如，裸眼3D组件2相对于显示组件1的短边的倾斜角为5°、6°、7°、8°、9°、或10°等。

在一些实施例中，显示组件1的子像素发光面位于裸眼3D组件2的焦平面上，裸眼3D组件2可以将位于焦平面上的经特殊排列的平面图像有规律地分离出来，有效实现分光，提升裸眼3D立体显示效果。

在一些实施例中，如图3和图4所示，裸眼3D组件2与全息组件3之间的距离为L且满足：

p为裸眼3D组件2的口径，W为显示组件1的子像素的宽度，f为裸眼3D组件2的焦距。

由此，裸眼3D组件2与全息组件3之间的距离合适，有利于减小串扰，使得成像更加清晰，提升成像效果，从而提升观看舒适性。

可以理解的是，当裸眼3D组件2包括一个柱面微透镜21(如图6所示)或多个柱面微透镜21(如图3所示)时，p为柱面微透镜21的口径，则p/W可以理解为单个柱面微透镜21在子像素宽度方向上覆盖的子像素的大致数量k’，k’不一定是整数，k’与后文所述的k之间存在一定关联；当裸眼3D组件2包括狭缝光栅时，p为狭缝光栅的口径。

可选地，裸眼3D组件2的口径(pitch)位于300μm～1000μm范围内，例如裸眼3D组件2的口径为300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、或1000μm等。

可选地，裸眼3D组件2的焦距位于0.7mm～0.9mm范围内，例如裸眼3D组件2的焦距为0.7mm、0.75mm、0.8mm、或0.9mm等。

在一些实施例中，如图3和图4所示，裸眼3D组件2包括多个沿显示组件1的长度方向依次排列的柱面微透镜21，抬头显示系统100满足：h为显示组件1的子像素与对应柱面微透镜21的中心在显示组件1长度方向上的距离，f为裸眼3D组件2的焦距，L为全息组件3与裸眼3D组件2之间的距离，ν为对应于子像素的视点31与对应柱面微透镜21的中心在显示组件1长度方向上的距离。

由此，显示组件1与裸眼3D组件的相对位置设置合理，有利于减小串扰，使得成像更加清晰，提升成像效果，从而提升观看舒适性。

例如，在图3的示例中，显示组件1的长度方向为图3中的上下竖直方向，裸眼3D组件2和全息组件3沿图3中的水平方向间隔设置，h为显示组件1的子像素与对应柱面微透镜21的中心在图3中的竖直方向上的距离，L为全息组件3与裸眼3D组件2之间的图3中的水平距离，ν为对应于子像素的视点31与对应柱面微透镜21的中心在图3中的竖直方向上的距离。

在一些实施例中，如图3和图4所示，裸眼3D组件2包括多个沿显示组件1的长度方向依次排列的柱面微透镜21，裸眼3D组件2与显示组件1的子像素满足：

d为柱面微透镜21的最大厚度，L为全息组件3与裸眼3D组件2之间的距离，W为显示组件1的子像素的宽度，k为单个柱面微透镜21在子像素的宽度方向上覆盖的子像素的数量，D为显示组件1与裸眼3D组件2之间的距离，p为柱面微透镜21的口径，Q为相邻两个视点31之间的距离，r为柱面微透镜21的半径，n为柱面微透镜21的折射率。

由此，显示组件1与裸眼3D组件的相对位置设置合理，有利于减小串扰，提升成像清晰度，提升成像效果，从而提升观看舒适性。

可选地，柱面微透镜21的折射率位于1.5～1.7范围内，例如可以为1.5、1.55、1.6、1.65、或1.7等。

在一些实施例中，抬头显示系统100构造成至少一个虚像101与预设观看位置R之间的连线与水平方向之间的夹角位于3.5°～4.5°范围内，符合人眼日常俯视习惯，同时适当俯视有利于减轻视力疲劳，减轻眼睛负担，有助于调节视力，促进视力恢复。

例如，虚像101与预设观看位置R之间的连线与水平方向之间的夹角为3.5°、3.7°、3.8°、4°、4.3°、4.4°或4.5°等。

可以理解的是，虚像101与预设观看位置R之间的连线，可以为虚像101的中心与预设观看位置R的中心的连线、也可以为虚像101的上侧边沿与预设观看位置R中心的连线、也可以是虚像101的下侧边缘与预设观看位置R中心的连线、还可以是虚像101中的任意点与预设观看位置R对应的任意点的连线；但不限于此。

进一步地，多个虚像101中的每个与预设观看位置R之间的连线与水平方向之间的夹角均位于3.5°～4.5°范围内，则用户在切换眼睛对焦距离时，可以均采用俯视角度观看，无需调整观看角度，有利于进一步减轻视力疲劳。

在一些实施例中，如图1和图2所示，反射组件4包括多个反射镜，每个反射镜可以用于将图像光线进行一次反射，多个反射镜可以将全息组件3的成像光线经多次反射后朝向预设观看位置R；多个反射镜构造成多个视点31对应的光线自全息组件3到预设观看位置R的传播路径长度不同，以便适应调整虚像101与预设观看位置R之间的距离、以及多个虚像101之间的距离，同时有利于对图像视角进行进一步扩大，以形成放大虚像101。

在一些实施例中，如图1和图2所示，多个反射镜包括沿光线传播路径依次设置的第一反射镜41、第二反射镜42和第三反射镜43，则第一反射镜41用于接收全息组件3的成像光线并向第二反射镜42反射，第二反射镜42用于接收第一反射镜41反射的光线并向第三反射镜43反射，第三反射镜43用于接收第二反射镜42反射的光线并向预设观看位置R反射；可见，多个反射镜将全息组件3的成像光线经三次反射后朝向预设观看位置R。

其中，每个反射镜为曲面结构，且每个反射镜的反射面为凹面，便于反射镜提供足够的反射面，且节省反射镜的占用空间。第一反射镜41的曲率半径位于1500mm～2000mm范围内，第一反射镜41相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，第二反射镜42的曲率半径位于100mm～150mm范围内，第二反射镜42相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，第三反射镜43的曲率半径位于2000mm～4000mm范围内，第三反射镜43相对于竖直方向的倾斜角度位于55°～65°范围内，则多个反射镜具有合理的相对布置姿态合理，同时可以使得多个视点31对应的光线自全息组件3到预设观看位置R的传播路径长度不同；此外，多个反射镜的上述设置还可以有效适应车辆的布置空间。

其中，反射镜相对于竖直方向的倾斜角度，可以理解为反射镜的反射面在其中心位置处的切平面与竖直方向的夹角即为反射镜相对于竖直方向的倾斜角度。

可选地，每个第一反射镜41和第二反射镜42的反射率均大于99.5％，例如第一反射镜41的表面和第二反射镜42的表面分别镀有反射膜；第三反射镜43的反射率位于8％～25％范围内，当第三反射镜43为车辆的挡风玻璃时，便于使得挡风玻璃满足上述反射率需求，例如第三反射镜43的反射率为8％、10％、15％、20％、或25％等。

可选地，第一反射镜41的口径和第二反射镜42的口径均不超过300mm，以在使得第一反射镜41和第二反射镜42使用可靠的前提下，节省第一反射镜41和第二反射镜42的占用空间。

可选地，第一反射镜41的反射面和第二反射镜42的反射面可以为球面、非球面、或自由曲面；每个反射镜的反射面优选为自由曲面，以有利于提高成像质量。

可选地，抬头显示系统100用于车辆时，第三反射镜43可以为车辆的挡风玻璃，预设观看位置R与第三反射镜43的水平距离位于650mm～800mm范围内，例如预设观看位置R与第三反射镜43的水平距离可以为650mm、700mm、730mm、或800mm等。

可选地，裸眼3D组件2包括柱状透镜和/或狭缝光栅。在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

示例性地，裸眼3D组件2包括柱状透镜时，柱状透镜包括至少一个柱面微透镜21，柱面微透镜21可以为球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜或自由曲面透镜，柱面微透镜21可以将显示组件1的经特殊排列的平面图像有规律地分离出来，实现分光，实现裸眼3D立体显示效果；当柱状透镜包括多个柱面微透镜21时，多个柱面微透镜21可以沿显示组件1的长度方向依次布置，此时柱面微透镜21的轴向可以与显示组件1的宽度方向平行。当然，在其他示例中，还可以用狭缝光栅替代柱状透镜。

示例性地，裸眼3D组件2包括柱状透镜和狭缝光栅时，狭缝光栅位于显示组件1和柱状透镜之间，狭缝光栅可以进一步增强分光作用，以改善串色、串扰。

可选地，显示组件1设置为直下式背光，即背光源为直下式照明方式；示例性地，此时显示组件1可以包括背光源、匀光片和显示面板，匀光片设置在背光源和显示面板之间，显示组件1的其他设置已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

可选地，显示组件1设置为侧入式背光，即背光源为侧入式照明方式；示例性地，此时显示组件1可以包括背光源、反光片、导光片、匀光片和显示面板，反光片、导光片和匀光片依次紧贴设置，匀光片位于导光片与显示面板之间，背光源位于导光片的侧面，显示组件1的其他设置已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

可选地，显示组件1的背光源可以为一个或多个发光二极管；显示组件1的显示面板的尺寸位于1inch～5inch范围内。

可选地，显示组件1的显示面板为液晶显示面板，液晶显示面板可以为高亮度、高分辨率的液晶显示面板，分辨率可以为4K、8K等。

根据本发明第二方面实施例的车辆，包括根据本发明上述第一方面实施例的抬头显示系统100。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上述的抬头显示系统100，可以实现三维立体显示显示，且有利于克服人眼频繁切换焦距导致的视觉疲劳。

可选地，车辆可以为汽车、挂车、或轨道车辆等。

根据本发明实施例的车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

下面参考图1-图5(b)以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的抬头显示系统100。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

抬头显示系统100包括显示组件1、裸眼3D组件2、全息组件3和反射组件4，显示组件1用于显示平面图像，裸眼3D组件2位于显示组件1的出光侧，且用于对显示组件1的平面图像转变为立体图像，显示组件1的子像素发光面位于裸眼3D组件2的焦平面上，裸眼3D组件2包括多个沿显示组件1的长度方向依次布置的柱面微透镜21；全息组件3包括独立且可切换运行的两个视点31，两个视点31用于将裸眼3D组件2的立体图像分成多个具有不同图像信息且放大的立体子图像，反射组件4用于将多个立体子图像进行三次反射后朝向预设观看位置R，以在反射组件4的背离预设观看位置R的一侧形成两个虚像101，两个虚像101与预设观看位置R之间的距离不等，两个虚像101包括第一虚像101a和第二虚像101b，第一虚像101a与最后一次反射的反射面之间的水平距离小于第二虚像101b与最后一次反射的反射面之间的水平距离。

反射组件4包括多个反射镜，多个反射镜构造成多个视点31对应的光线自全息组件3到预设观看位置R的传播路径长度不同；多个反射镜包括沿光线传播路径依次设置的第一反射镜41、第二反射镜42和第三反射镜43，每个反射镜为曲面结构，第一反射镜41的曲率半径位于1500mm～2000mm范围内，第一反射镜41相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，第二反射镜42的曲率半径位于100mm～150mm范围内，第二反射镜42相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，第三反射镜43的曲率半径位于2000mm～4000mm范围内，第三反射镜43相对于竖直方向的倾斜角度位于55°～65°范围内。

第一虚像101a与第三反射镜6的水平距离位于2m～7.5m范围内，第二虚像101b与第三反射镜6的水平距离位于为7.5m～15m范围内，以适应不同驾驶员观察需求；第一虚线101a的视场角小于第二虚像101b的视场角，以适应人眼看远处图像的需求，例如第一虚像101a的视场角可以为3°×2°～10°(水平方向)×4°(竖直方向)，第二虚像101b的视场角大于10°×4°即可。

其中，抬头显示系统100还满足：

p为裸眼3D组件2的口径，W为显示组件1的子像素的宽度，f为裸眼3D组件2的焦距，h为显示组件1的子像素与对应柱面微透镜21的中心在显示组件1长度方向上的距离，L为全息组件3与裸眼3D组件2之间的距离，ν为对应于子像素的视点31与对应柱面微透镜21的中心在显示组件1长度方向上的距离，d为柱面微透镜21的最大厚度，k为单个柱面微透镜21在子像素宽度方向上覆盖的子像素的数量，D为显示组件1与裸眼3D组件2之间的距离，Q为两个视点31之间的距离，r为柱面微透镜21的半径，n为柱面微透镜21的折射率。

本申请上述抬头显示系统100可以实现具有裸眼3D立体视觉的AR-HUD，同时也可实现不同虚像距调节，避免驾驶员频繁切换眼睛对焦距离，最终实现更具科技感的AR-HUD立体显示效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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例或示例。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例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例，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例进行多种变化、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 (10)

1.一种抬头显示系统，其特征在于，包括：

显示组件，所述显示组件用于显示平面图像；

裸眼3D组件，所述裸眼3D组件位于所述显示组件的出光侧，且用于对所述显示组件的平面图像转变为立体图像；

全息组件，所述全息组件包括独立且可切换运行的多个视点，多个所述视点用于将所述裸眼3D组件的立体图像分成多个具有不同图像信息且放大的立体子图像；

反射组件，所述反射组件用于将多个所述立体子图像进行至少一次反射后朝向预设观看位置，以在所述反射组件的背离所述预设观看位置的一侧形成多个虚像，多个所述虚像与所述预设观看位置之间的距离不等。

2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述显示组件为矩形结构，所述裸眼3D组件相对于所述显示组件的长边平行设置且相对于所述显示组件的短边倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述显示组件的子像素发光面位于所述裸眼3D组件的焦平面上。

4.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述裸眼3D组件与所述全息组件之间的距离为L且满足：p为所述裸眼3D组件的口径，W为所述显示组件的子像素的宽度，f为所述裸眼3D组件的焦距。

5.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述裸眼3D组件包括多个沿所述显示组件的长度方向依次排列的柱面微透镜，所述抬头显示系统满足：

h为所述显示组件的子像素与对应所述柱面微透镜的中心在所述显示组件长度方向上的距离，f为所述裸眼3D组件的焦距，L为所述全息组件与所述裸眼3D组件之间的距离，ν为对应于所述子像素的所述视点与对应所述柱面微透镜的中心在所述显示组件长度方向上的距离。

6.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述裸眼3D组件包括多个沿所述显示组件的长度方向依次排列的柱面微透镜，所述裸眼3D组件与所述显示组件的子像素满足：

d为所述柱面微透镜的最大厚度，L为所述全息组件与所述裸眼3D组件之间的距离，W为所述显示组件的子像素的宽度，k为单个所述柱面微透镜在所述子像素宽度方向上覆盖的所述子像素的数量，D为所述显示组件与所述裸眼3D组件之间的距离，p为所述柱面微透镜的口径，Q为相邻两个所述视点之间的距离，r为所述柱面微透镜的半径，n为所述柱面微透镜的折射率。

7.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统构造成至少一个所述虚像与所述预设观看位置之间的连线与水平方向之间的夹角位于3.5°～4.5°范围内。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的抬头显示系统，其特征在于，所述反射组件包括多个反射镜，多个所述反射镜构造成多个所述视点对应的光线自所述全息组件到所述预设观看位置的传播路径长度不同。

9.根据权利要求8所述的抬头显示系统，其特征在于，多个所述反射镜包括沿光线传播路径依次设置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，每个所述反射镜为曲面结构，

所述第一反射镜的曲率半径位于1500mm～2000mm范围内，所述第一反射镜相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，

所述第二反射镜的曲率半径位于100mm～150mm范围内，所述第二反射镜相对于竖直方向的倾斜角度位于30°～40°范围内，

所述第三反射镜的曲率半径位于2000mm～4000mm范围内，所述第三反射镜相对于竖直方向的倾斜角度位于55°～65°范围内。

10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的抬头显示系统。