CN109407316A - 增强现实抬头显示系统、汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种增强现实抬头显示系统、汽车。该显示系统包括第一图像生成单元，用于向第一反射单元投射近景图像；第二图像生成单元，用于向第二发射单元投射远景图像；第一反射单元，用于通过风挡单元在第一成像距离内形成第一虚像；第二反射单元，用于通过风挡单元在第二成像距离内形成第二虚像；还包括：风挡单元，在所述风挡单元设置有衍射光栅。本申请解决了抬头显示系统对增强现实的光学影像成像处理效果不佳的技术问题。通过本申请，提高光能利用率、降低了抬头显示系统的功耗和散热需求，同时又能保证外界环境光的高透过率，不会影响驾驶员对路况的判断。

Description

增强现实抬头显示系统、汽车

技术领域

本申请涉及增强现实、抬头显示装置领域，具体而言，涉及一种增强现实抬头显示系统、汽车。

背景技术

增强现实抬头显示系统，可以将导航信息、车辆系统信息与实际路况叠加显示，提高驾驶体验。

发明人发现，在通过风挡玻璃成像时，光能利用率较差，进而增加了抬头显示系统的功耗。同时，如果提高光能利用率时又会降低光透过率，进而影响驾驶者对路况的判断。

针对相关技术中抬头显示系统对增强现实的光学影像成像处理效果不佳的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种增强现实抬头显示系统、汽车，以解决抬头显示系统对增强现实的光学影像成像处理效果不佳问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种增强现实抬头显示系统。

根据本申请的增强现实抬头显示系统包括：第一图像生成单元，用于向第一反射单元投射近景图像；第二图像生成单元，用于向第二发射单元投射远景图像；第一反射单元，用于通过风挡单元在第一成像距离内形成第一虚像；第二反射单元，用于通过风挡单元在第二成像距离内形成第二虚像；还包括：风挡单元，在所述风挡单元设置有衍射光栅。

进一步地，在所述风挡单元设置有闪耀光栅。

进一步地，在所述风挡单元设置有矩形波位相光栅。

进一步地，在所述风挡单元设置有衍射光栅的层数与第一图像生成单元或第二图像生成单元的光源类型数量对应。

进一步地，所述衍射光栅设置于风挡单元的中间夹层。

进一步地，所述第一反射单元采用至少一个自由曲面反射镜。

进一步地，所述第二反射单元采用至少两个自由曲面反射镜。

进一步地，所述第一图像生成单元包括：LCD、LED、OLED、LCOS或DLP显示器件中的任一一种或多种。

进一步地，所述第二图像生成单元为：LCD、LED、OLED、LCOS或DLP显示器件的任一一种或多种。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种汽车，其带有上述的增强现实抬头显示系统。

在本申请实施例中，采用双层图像显示的方式，通过在风挡单元设置有衍射光栅，达到了近景图像和远景图像分层显示的目的，从而实现了提高光能利用率以及降低系统功耗的技术效果，进而解决了抬头显示系统对增强现实的光学影像成像处理效果不佳的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一实施例的增强现实抬头显示系统的结构示意图；

图2是根据本申请具体实施例的增强现实抬头显示系统结构示意图；

图3是根据本申请实施例的闪耀光栅示意图；

图4是根据本申请实施例的矩形波位相光栅示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，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”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，该系统包括：第一图像生成单元10，用于向第一反射单元投射近景图像；第二图像生成单元30，用于向第二发射单元投射远景图像；第一反射单元20，用于通过风挡单元在第一成像距离内形成第一虚像；第二反射单元40，用于通过风挡单元在第二成像距离内形成第二虚像；还包括：风挡单元50，在所述风挡单元设置有衍射光栅60。在第一图像生成单元10中用来投射近景图像，通常近景图像景深较小，可以用于在第一成像距离内显示车速、油量、温度等需要经常显示的车辆信息。在第二图像生成单元30中用来投射远景图像，通常远景图像景深较大，可以用于在第二成像距离内将导航信息与实际路况相互叠加，并结合ADAS模块显示前车碰撞预警、车距监控与预警、车道偏离预警等信息，提高驾驶安全性。通过第一反射单元20、第二反射单元40可以分别将第一图像生成单元10和第二图像生成单元30中的图像反射，再通过风挡单元50反射进行成像。通过设置在风挡单元50的衍射光栅60，通过在风挡单元50的成像光束投影区域制作具有光学衍射作用的微结构，可以显著提高成像光束的反射率，提高了光能利用率，降低LED的功耗和散热需求，同时又能保证外界环境光的高透过率，不会影响驾驶员对路况的判断。优选地，如图3所示，在所述风挡单元50设置有闪耀光栅。优选地，如图4所示，在所述风挡单元50设置有矩形波位相光栅。具体地，在本申请实施例中均采用反射式衍射光栅比如，矩形波位相光栅或闪耀光栅。衍射光栅的微结构示意图如图3或图4所示。图3是位相型闪耀光栅，图4是矩形波位相光栅。图3和图4中的微结构尺寸均为光波长量级。

本申请的实现原理如下：

除了自由曲面反射镜的反射之外，成像光束还要通过风挡玻璃的反射进入到眼盒区域(Eye Box)。风挡玻璃对成像光束的反射率在20％左右，导致LED约80％的能量损失，同时给LED散热带来困难。为了提高风挡玻璃的反射率，通常在风挡玻璃内侧粘贴具有一定反射率的反射膜，但同时降低了外界环境光的透过率，有可能影响驾驶员对路况信息的判断，从而影响驾驶安全性。通过在挡风玻璃的成像光束投影区域制作具有光学衍射作用的微结构，可以显著提高成像光束的反射率，提高了光能利用率，降低LED的功耗和散热需求，同时又能保证外界环境光的高透过率，不会影响驾驶员对路况的判断。

在本申请的实施例中通过两个不同的成像光路，实现远景图像和近景图像双层显示，第二图像生成单元30中对应的景深较大，使得虚像面与路况能够相互叠加，形成增强现实的效果，让驾驶员观察现实路面环境的同时，可以获取行车提示信息，提高驾驶安全性。由于第一图像生成单元10的车辆行驶信息，包括车速、温度、油量等信息需要长时间显示，且不能遮挡驾驶员前方视线，因此，行车信息的显示画面需要与第二图像生成单元30显示的辅助驾驶信息分离开。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用双层图像显示的方式，通过在风挡单元设置有衍射光栅，达到了近景图像和远景图像分层显示的目的，从而实现了提高光能利用率以及降低系统功耗的技术效果，进而解决了抬头显示系统对增强现实的光学影像成像处理效果不佳的技术问题。

如图2所示，其中包括：风挡1、眼盒区域2、PGU1远景图像生成单元3、PGU2近景图像生成单元4、第一自由曲面5、第二自由曲面6。PGU1远景图像生成单元3通过第二自由曲面6反射镜反射，再通过挡风玻璃反射进行成像。PGU2近景图像生成单元4依次通过第二自由曲面6、第一自由曲面5反射镜反射，再通过挡风玻璃反射进行成像。

作为本实施例中的优选，在所述风挡单元50设置有衍射光栅60的层数与第一图像生成单元或第二图像生成单元的光源类型数量对应。具体地，由于衍射光栅对光波长具有选择性，因此，如果第一图像生成单元10或第二图像生成单元30采用单色光波长光源，例如单波长半导体激光器，则风挡玻璃上可以只有一层对应该光波长的衍射光栅。如果第一图像生成单元10或第二图像生成单元30采用RGB三种单色光波长的光源或宽光谱光源，如LCD背光光源，则风挡玻璃上需要有三层分别对应RGB三种波长的衍射光栅。

作为本实施例中的优选，所述衍射光栅60设置于风挡单元的中间夹层。考虑到，通常风挡玻璃是由两层玻璃和夹在两层玻璃当中的PVB透明塑料层构成，因此，衍射光栅也可以夹在风挡玻璃的夹层中。

作为本实施例中的优选，所述第一反射单元20采用至少一个自由曲面反射镜。具体地，如图2所示，近景图像生成单元第一反射单元20通过单个自由曲面反射镜反射，再通过挡风玻璃反射进行成像，成像距离为2.5米左右。近景图像的视场角为5°×1°，即水平视场角为5°，垂直视场角为1°，下视角为-6°，成像距离为2.5米(可作为第一成像距离)。下视角-6°是指驾驶员水平视线向下6度。

作为本实施例中的优选，所述第二反射单元采用至少两个自由曲面反射镜。具体地，如图2所示，图像生成单元第二图像生成单元30通过两个自由曲面反射镜进行反射，然后再经过挡风玻璃反射进行成像，图像景深为7至10米。远景图像的视场角为10°×3°，即水平视场角为10°，垂直视场角为4°，下视角为-2.75°，成像距离为7至10米(可作为第二成像距离)。下视角-2.75°是指驾驶员水平视线向下2.75度。

作为本实施例中的优选，所述第一图像生成单元包括：LCD、LED、OLED、LCOS或DLP显示器件中的任一一种或多种。在本申请的实施例中并不对图像生成单元采用的显示器件进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况选择不同的显示器件。

作为本实施例中的优选，所述第二图像生成单元为：LCD、LED、OLED、LCOS或DLP显示器件的任一一种或多种。在本申请的实施例中并不对图像生成单元采用的显示器件进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况选择不同的显示器件。

此外，在本申请的另一实施例中还提供可一种汽车，包括上述的增强现实抬头显示系统，其实现原理和有益效果如上述，不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强现实抬头显示系统，其特征在于，包括：

第一图像生成单元，用于向第一反射单元投射近景图像；

第二图像生成单元，用于向第二发射单元投射远景图像；

第一反射单元，用于通过风挡单元在第一成像距离内形成第一虚像；

第二反射单元，用于通过风挡单元在第二成像距离内形成第二虚像；

还包括：风挡单元，在所述风挡单元设置有衍射光栅。

2.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，在所述风挡单元设置有闪耀光栅。

3.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，在所述风挡单元设置有矩形波位相光栅。

4.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，在所述风挡单元设置有衍射光栅的层数与第一图像生成单元或第二图像生成单元的光源类型数量对应。

5.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，所述衍射光栅设置于风挡单元的中间夹层。

6.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，所述第一反射单元采用至少一个自由曲面反射镜。

7.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，所述第二反射单元采用至少两个自由曲面反射镜。

8.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，所述第一图像生成单元包括：LCD、LED、OLED、LCOS或DLP显示器件中的任一一种或多种。

9.根据权利要求1所述的增强现实抬头显示系统，其特征在于，所述第二图像生成单元为：LCD、LED、OLED、LCOS或DLP显示器件的任一一种或多种。

10.一种汽车，其特征在于，其带有如权利要求1至9任一项所述的增强现实抬头显示系统。