CN217718280U - 一种抬头显示系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种抬头显示系统及汽车，属于智能汽车技术领域。抬头显示系统包括光源、固定元件、分光棱镜和透明成像结构。光源用于出射光束，固定元件设置于光源的出光方向上，多个分光棱镜设置于固定元件上，用于改变光束的传播方向，使光束经过分光棱镜反射后转化为用于形成三维图像的第一图像光束和第二图像光束，透明成像结构设置于分光棱镜的出光方向上，用于将第一图像光束和第二图像光束分别反射至驾驶员的左眼和右眼。本申请提供的抬头显示系统，通过分光棱镜使光束分走不同的光路，从而形成第一图像光束和第二图像光束，且第一图像光束和第二图像光束分别进入驾驶员的左眼和右眼，使驾驶员观察到两副不同的画面，实现三维成像。

Description

一种抬头显示系统及汽车

技术领域

本申请涉及智能汽车技术领域，尤其涉及一种抬头显示系统及汽车。

背景技术

汽车抬头显示系统(Head Up Display)简称HUD，又称为汽车平视显示系统。HUD是利用平面镜成像原理，将显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃投射在驾驶员的正前方，驾驶员不必低头，就可以看到汽车信息，例如车速、油耗、导航等，从而避免分散对前方道路的注意力。同时驾驶员不必在观察远方的道路和近处前仪表之间调节眼睛，可避免眼睛疲劳，确保驾驶舒适安全。

现有的HUD系统包括固定屏幕(投影仪)、反光镜和汽车前挡风玻璃，投影仪和反光镜安装在汽车前挡风玻璃下方，投影仪图像的发散光线经反光镜反射收敛后进入驾驶员眼睛，驾驶员的主观感觉是看到车前方某个距离的像平面上的二维成像，此二维成像是投影仪图像的放大。然而，汽车的实际行驶路况是三维立体的，而现有的HUD只能呈现二维效果，图像不具有真实性。

鉴于此，设计一种可呈现3D景深效果的抬头显示系统，对于提高驾驶员的观察真实性显得尤为重要。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抬头显示系统及汽车，以解决现有技术中抬头显示系统只能显示二维图像的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了：

一种抬头显示系统，应用于汽车中，抬头显示系统包括：

光源，所述光源用于出射光束；

固定元件，所述固定元件设置于所述光源的出光方向上；

分光棱镜，多个所述分光棱镜设置于所述固定元件上，用于改变所述光束的传播方向，以使所述光束经过所述分光棱镜反射后转化为用于形成三维图像的第一图像光束和第二图像光束；

透明成像结构，所述透明成像结构设置于所述分光棱镜的出光方向上，用于将所述第一图像光束反射至驾驶员的左眼，将所述第二图像光束反射至所述驾驶员的右眼。

在一种可能的实施方式中，所述抬头显示系统还包括箱体，所述光源、所述固定元件和所述分光棱镜分别设置于所述箱体内，且所述箱体的表面开设有出光口，所述出光口设置于所述分光棱镜的出光方向上。

在一种可能的实施方式中，所述抬头显示系统还包括第一调节座，所述第一调节座设置于所述箱体内，且所述固定元件转动地设置于所述第一调节座上。

在一种可能的实施方式中，所述抬头显示系统还包括第二调节座，所述第二调节座设置于所述箱体内，所述光源为投影仪，所述投影仪转动地设置于所述第二调节座上。

在一种可能的实施方式中，所述抬头显示系统还包括透光玻璃，所述透光玻璃设置于所述出光口处，用于封闭所述出光口。

在一种可能的实施方式中，所述透明成像结构为前挡风玻璃，所述前挡风玻璃用于将所述第一图像光束和所述第二图像光束分别反射至所述驾驶员的左眼和所述驾驶员的右眼并形成三维虚像。

在一种可能的实施方式中，所述透明成像结构还包括楔形反光膜，所述楔形反光膜设置于所述前挡风玻璃靠近所述驾驶员的一面。

在一种可能的实施方式中，所述楔形反光膜在靠近所述驾驶员的一面设置有第一防静电膜层，所述前挡风玻璃在背离所述驾驶员的一面设置有第二防静电膜层。

在一种可能的实施方式中，所述固定元件为反光镜，所述反光镜上设置有多个所述分光棱镜。

本申请还提供了一种汽车，包括上述实施方式中任一项所述的抬头显示系统。

本申请的有益效果：

本申请提出一种抬头显示系统，包括光源、固定元件、分光棱镜和透明成像结构。其中，光源用于出射光束，固定元件设置于光源的出光方向上，多个分光棱镜设置于固定元件上，用于改变光束的传播方向，以使光束经过分光棱镜反射后转化为用于形成三维图像的第一图像光束和第二图像光束，透明成像结构设置于分光棱镜的出光方向上，用于将第一图像光束反射至驾驶员的左眼，将第二图像光束反射至驾驶员的右眼。

本申请提供的抬头显示系统，通过分光棱镜来使光源出射的光束分走不同的光路，从而形成第一图像光束和第二图像光束，进一步的，第一图像光束和第二图像光束分别进入驾驶员的左眼和右眼，使驾驶员的左右眼分别观察到两副不同的画面，从而实现三维成像效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请一些实施例中抬头显示系统的第一视角结构示意图；

图2示出了本申请一些实施例中抬头显示系统的第二视角结构示意图；

图3示出了图2中A部的局部放大视图；

图4示出了本申请一些实施例中抬头显示系统的第二视角的像源位置的局部放大视图；

图5示出了本申请一些实施例中抬头显示系统的第二视角的驾驶员位置的局部放大视图。

主要元件符号说明：

100-抬头显示系统；10-箱体；11-光源；12-固定元件；121-分光棱镜；13-透光玻璃；14-出光口；20-透明成像结构；30-楔形反光膜；40-左眼；50-右眼；60-二维像平面；70-三维像扇面；80-光束；90-图像光束；91-第一图像光束；92-第二图像光束。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

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该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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。对于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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参阅图1和图2，本申请的实施例提出一种抬头显示系统100，属于智能汽车技术领域，主要用于实现三维成像，反映真实路况。

具体参阅图3至图5，本实施例提出的抬头显示系统100包括光源11、固定元件12、分光棱镜121和透明成像结构20。

其中，光源11用于出射光束80，固定元件12用于固定分光棱镜121且设置于光源11的出光方向上，多个分光棱镜121设置于固定元件12上，用于改变光束80的传播方向，以使光束80经过分光棱镜121反射后可转化为第一图像光束91和第二图像光束92，第一图像光束91和第二图像光束92用于形成三维图像，透明成像结构20设置于分光棱镜121的出光方向上，用于将第一图像光束91反射至驾驶员的左眼40，将第二图像光束92反射至驾驶员的右眼50。

本实施例中，光源11出射的光束80可通过软件制作，光源11出射的光束80包括多个像素单元，为了方便描述，这里以4个像素单元为例，图像光束90的像素单元(B1、B2、B3、B4)分别由光源11出射的光束80的像素单元(A1、A2、A3、A4)对应反射形成。光源11出射的光束80(A1、A2、A3、A4)经过分光棱镜121反射后形成第一图像光束91(B1、B3)和第二图像光束92(B2、B4)，第一图像光束91(B1、B3)进入到驾驶员的左眼40，形成左眼画面，第二图像光束92(B2、B4)进入驾驶员的右眼50，形成右眼画面。

容易理解的是，左眼40只能观察到左眼40该看到的左眼画面，无法观察到右眼画面，右眼50只能观察到右眼50该看到的右眼画面，无法观察到左眼画面，且左眼画面和右眼画面是不同的两幅画面，大脑通过对左眼画面和右眼画面的叠加融合，便产生了三维视觉效果，该效果无需驾驶员佩戴特殊眼镜即可在一定范围内观察到三维立体图像，即实现了裸眼3D效果。

本实施例中，分光棱镜121部署的数量和密度与光源11的分辨率颗粒度相匹配，例如1929*1080分辨率的图像，总共为1080列，则在固定单元上对应于1080列图像的位置，分别部署不同倾角的分光棱镜121，亦即1080个或540对分光棱镜121，使得每个分光棱镜121能够把路经它的列图像反射后，经过后续的光路进入到驾驶员的左眼40或右眼50，从而实现裸眼3D功能。

现有技术中，HUD系统包括投影仪、反光镜和前挡风玻璃，投影仪和反光镜一般安装在汽车前挡风玻璃下方位置，投影仪投射图像的发散光线经反光镜、前挡风玻璃反射收敛后进入驾驶员的双眼，驾驶员的主观感受是看到车前方某个距离的像平面上的二维成像，此二维像平面60仅为投影仪图像的放大。

然而，汽车的实际行驶路况是三维立体的，现有的HUD系统只能呈现二维效果，其图像不具有真实性，无法呈现景深效果，换句话说，现有的HUD系统无法实现三维立体显示。

而本实施例中，通过分光棱镜121来使光源11出射的光束80分走不同的光路，从而形成第一图像光束91(左眼画面)和第二图像光束92(右眼画面)，进一步的，第一图像光束91和第二图像光束92分别进入驾驶员的左眼40和右眼50，使驾驶员的左右眼分别观察到两副不同的画面，驾驶员的主观感受是看到不远处的具有景深效果的三维立体图像，即三维像扇面70。

容易理解，车外的实景，例如道路、树木、建筑物等均为三维立体物体，三维像扇面70相较于现有HUD系统的二维像平面60，具有广泛的景深，从而更接近车外的实景，使驾驶员的感受更加真实。

继续参阅图1，在本实施例的一些实施方式中，抬头显示系统100还包括箱体10，光源11、固定元件12和分光棱镜121分别设置于箱体10内，且箱体10的表面开设有出光口14，出光口14设置于分光棱镜121的出光方向上。

本实施方式中，箱体10的设置便于光源11、固定元件12和分光棱镜121的安装及结构整合。出光口14具体设置于分光棱镜121的出光方向上，便于从分光棱镜121出射的图像光束90由出光口14出射至透明成像结构20。

在本实施例的一些实施方式中，抬头显示系统100还包括第一调节座，第一调节座设置于箱体10内，且固定元件12转动地设置于第一调节座上。

本实施方式中，第一调节座可设置在箱体10的底壁上，固定元件12可在第一调节座上转动角度，从而调整设置于固定元件12上的分光棱镜121的出光方向，从而适应驾驶员的双眼位置。

在本实施例的一些实施方式中，抬头显示系统100还包括第二调节座，第二调节座设置于箱体10内，光源11为投影仪，投影仪转动地设置于第二调节座上。

本实施方式中，第二调节座的设置便于投影仪的安装且便于投影仪进行出光角度的调整，从而调整分光棱镜121的出光方向。

在本实施例的一些实施方式中，抬头显示系统100还包括透光玻璃13，透光玻璃13设置于出光口14处，用于封闭出光口14。

本实施方式中，透光玻璃13的设置用于防止分光棱镜121和光源11受到外界粉尘、杂质的干扰，从而提高二者的使用寿命。在一些具体的实施方式中，透光玻璃13为高透光率的防尘玻璃，采用防尘玻璃可防止灰尘堆积，从而避免灰尘和杂质影响到驾驶员所观察图像的清晰度。

在本实施例的一些实施方式中，透明成像结构20为前挡风玻璃，前挡风玻璃用于将第一图像光束91和第二图像光束92分别反射至驾驶员的左眼40和驾驶员的右眼50并形成三维虚像。

本实施方式中，经分光棱镜121反射后的第一图像光束91和第二图像光束92经前挡风玻璃反射后分别进入驾驶员的左眼40和右眼50，从而使驾驶员观察到三维图像，驾驶员的双眼可在一定的摆动范围内观察到三维图像，也即，在该摆动范围内，驾驶员的双眼可以上下或左右移动，均可观察到抬头显示系统100显示的三维图像。

在本实施例的一些实施方式中，透明成像结构20还包括楔形反光膜30，楔形反光膜30设置于前挡风玻璃靠近驾驶员的一面。

本实施方式中，分光棱镜121出射的图像光束90经过设置在前挡风玻璃上的楔形反光膜30反射至驾驶员的左右眼，楔形反光膜30具有去虚影功能，使得驾驶员观察到更加清晰的三维图像。

在本实施例的一些实施方式中，楔形反光膜30在靠近驾驶员的一面设置有第一防静电膜层，前挡风玻璃在背离驾驶员的一面设置有第二防静电膜层。

本实施方式中，驾驶室及车外空气等开放环境中存在大量粉尘和杂质，粉尘和杂质附着于楔形反光膜30或前挡风玻璃上，会影响到驾驶员观察图像的清晰度。因此，设置第一防静电膜层用于实现楔形反光膜30的防尘，设置第二防静电膜层用于实现前挡风玻璃的防尘，从而使驾驶员观察到更加清晰的三维图像。

参阅图3，在本实施例的一些实施方式中，固定元件12为反光镜，反光镜上设置有多个分光棱镜121。在一些具体的实施方式中，反光镜为抛面反光镜。

现有的HUD系统包括投影仪、反光镜和前挡风玻璃，本实施方式在现有的HUD系统的基础上进行改进，在反光镜上部署多个倾角不同的分光棱镜121，以使经过分光棱镜121的光束80转化为第一图像光束91和第二图像光束92，而第一图像光束91和第二图像光束92对应两幅不同的图像画面，分别进入驾驶员的左眼40和右眼50，两幅不同的图像画面在驾驶员的大脑中叠加，从而实现三维立体效果。

本申请的另一实施例提出了一种汽车，包括上述实施例中的抬头显示系统100，抬头显示系统100通过分光棱镜121实现投影仪出射的光束80分走不同光路，再通过前挡风玻璃等透明成像结构20将两幅不同的图像光束反射至驾驶员的左右眼，从而实现裸眼3D效果，驾驶员无需佩戴专用的3D眼镜即可观察到三维图像。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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申请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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。

Claims (10)

1.一种抬头显示系统，应用于汽车中，其特征在于，包括：

光源，所述光源用于出射光束；

固定元件，所述固定元件设置于所述光源的出光方向上；

分光棱镜，多个所述分光棱镜设置于所述固定元件上，用于改变所述光束的传播方向，以使所述光束经过所述分光棱镜反射后转化为用于形成三维图像的第一图像光束和第二图像光束；

透明成像结构，所述透明成像结构设置于所述分光棱镜的出光方向上，用于将所述第一图像光束反射至驾驶员的左眼，将所述第二图像光束反射至所述驾驶员的右眼。

2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统还包括箱体，所述光源、所述固定元件和所述分光棱镜分别设置于所述箱体内，且所述箱体的表面开设有出光口，所述出光口设置于所述分光棱镜的出光方向上。

3.根据权利要求2所述的抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统还包括第一调节座，所述第一调节座设置于所述箱体内，且所述固定元件转动地设置于所述第一调节座上。

4.根据权利要求2所述的抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统还包括第二调节座，所述第二调节座设置于所述箱体内，所述光源为投影仪，所述投影仪转动地设置于所述第二调节座上。

5.根据权利要求2所述的抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统还包括透光玻璃，所述透光玻璃设置于所述出光口处，用于封闭所述出光口。

6.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述透明成像结构为前挡风玻璃，所述前挡风玻璃用于将所述第一图像光束和所述第二图像光束分别反射至所述驾驶员的左眼和所述驾驶员的右眼并形成三维虚像。

7.根据权利要求6所述的抬头显示系统，其特征在于，所述透明成像结构还包括楔形反光膜，所述楔形反光膜设置于所述前挡风玻璃靠近所述驾驶员的一面。

8.根据权利要求7所述的抬头显示系统，其特征在于，所述楔形反光膜在靠近所述驾驶员的一面设置有第一防静电膜层，所述前挡风玻璃在背离所述驾驶员的一面设置有第二防静电膜层。

9.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述固定元件为反光镜，所述反光镜上设置有多个所述分光棱镜。

10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的抬头显示系统。

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