CN107479196A - 一种ar‑hud双屏显示光学*** - Google Patents

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吕湘连
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Abstract

本发明公开了一种AR‑HUD双屏显示光学***，应用于汽车电子领域。该AR‑HUD双屏显示光学***，通过一个近景屏和一个远景屏分别作为AR‑HUD光学显示的独立图像源，共同复用一个大自由曲面反射镜，通过不同的光线追迹路径，分别投影出近景图像和远景图像。在眼盒范围内能看到完整的图像，提高驾驶员的人机体验及其驾驶安全；当驾驶人员在向前看时，通过利用AR技术可以将导航信息与实际路况进行贴合显示，同时采集ADAS模块信息如车辆跟随、车距确认、车道偏离等实时显示在驾驶员前方，这样即加强了人机互动的真实性。

Description

一种AR-HUD双屏显示光学***
所述领域
本发明公开了一种AR-HUD双屏显示光学***，应用于汽车电子领域，具体应用于汽车风挡式抬头显示器HUD(Head Up Display)。
背景技术
汽车风挡式抬头显示器HUD(Head Up Display)是能够在汽车前风挡玻璃上呈现信息的汽车电子部件，避免了驾驶员需要低头才能看到仪表信息，保证了驾驶的更安全性。抬头显示器最早是在军用飞机上应用，随着技术的发展，抬头显示器在汽车领域的应用越来越广泛。
现有技术是全部近景显示在两米范围左右的虚像，采用光学折反射式成像原理，图像大小9英寸左右。现有技术抬头显示产品成像距离近，画面小，显示内容有限，只有基本车辆信息显示，导航、速度、车辆状态信息等；而且对于导航等信息无法与实际路况进行结合显示。
现有单屏显示AR-HUD成像光路设计中，只采用一个显示屏幕，交替投射近景跟远景的图像，同时通过特定角度翻转反射镜，形成不同的成像光路，将图片投影成像到挡风玻璃上，利用人眼视觉停留差，驾驶员能够同时观看远景跟近景的图像。
此方案中，成像不稳定，图像可能不连续；反射镜高速翻转，电机使用寿命有限；翻转角度精度高，高速翻转结构件容易磨损，也难长时间精确控制翻转角度，图像观看可会失真、或消失；使用可靠性差、使用寿命低及其人机体验感较差，成本也高；
本方案通过利用AR(Augmented Reality)技术可以将导航信息与实际路况进行贴合显示，同时采集ADAS模块(Advanced Driver Assistant Systems)信息如车辆跟随、车距确认、车道偏离等实时显示在驾驶员前方，增强人机交互体验，及其主动驾驶安全性能；现有的HUD成像缺乏图像的纵深感，立体感差，画面小。在用户体验时，全部近景显示，虽然可以看清晰仪表数据，但路面指示信息等就不能贴合路面显示，显得不真实，仅仅起到车辆信息显示或者警示作用。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有HUD技术中全部近景显示带来的画面小、真实度低等，反射镜高速翻转带来的图像显示不稳定，使用寿命低等不足，本发明提出一种AR-HUD双屏显示光学***，同时显示近景和远景信息，近景主要显示车速，车辆关键信息等，远景主要显示导航等信息，通过光学***成像设计，同时显示两种成像模式，使得驾驶员体验更真实，人机交互性更好，驾驶行车更安全。
本发明的技术方案是：一种AR-HUD双屏显示光学***，主要包括一个近景屏、一个远景屏、一个大自由曲面反射镜、一个小自由曲面反射镜；所述大自由曲面反射镜具有两个焦点；
所述近景屏位于所述大自由曲面反射镜的焦点之一上，使得近景屏的图像形成在汽车前挡风玻璃上的近景显示；
所述远景屏位于所述小自由曲面反射镜的焦点上，远景屏的图像在所述小自由曲面反射镜上所形成的虚像则位于所述大自由曲面反射镜的另一焦点上，使得远景屏的图像形成在汽车前挡风玻璃上的远景显示。
本发明的有益效果：所述AR-HUD双屏显示光学***，通过一个近景屏和一个远景屏分别作为AR-HUD光学显示的独立图像源，共同复用一个大自由曲面反射镜，通过不同的光线追迹路径，分别投影出近景图像和远景图像。在眼盒范围内能看到完整的图像，提高驾驶员的人机体验及其驾驶安全；当驾驶人员在向前看时，能同时看到在近景显示仪表数据的近景，又能远景显示ADAS信息，这样即加强了人机互动的真实性，也提高了驾驶的安全性。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种AR-HUD双屏显示光学***整体原理示意图；
图2为本发明的实施例提供的一种AR-HUD双屏显示光学***投影原理示意图；
图3为本发明的实施例提供的一种HUD-AR-双屏显示HUD内部结构示意图；
1-眼盒，2-汽车前挡风玻璃，3-HUD显示成像***，4-近景像面，5-AR远景像面，31-远景屏，31-近景屏，33-小自由曲面反射镜，34-大自由曲面反射镜
具体实施方式
本实施例中的AR-HUD双屏显示光学***，主要包括一个近景屏32、一个远景屏31、一个大自由曲面反射镜34、一个小自由曲面反射镜33；
本实施例中的近景屏32具体为TFT屏、远景屏31则选用的DLP屏。
所述大自由曲面反射镜34具有两个焦点；本是实施例中大小反射镜为自由曲面，面型为光学设计软件优化得出；
所述近景屏32位于所述大自由曲面反射镜34的焦点之一上，使得近景屏32的图像形成在汽车前挡风玻璃2上的近景显示，驾驶员可以在眼盒1区域内看到近景像面4；图像在近景屏32上显示，通过大自由曲面反射镜34反射到到挡风玻璃2上，在眼盒1处可以看到投影显示出来的近景虚像；另外，通过调节近景屏32上图像的上下显示位置来调节人眼观看的高低位置；
所述远景屏31位于所述小自由曲面反射镜33的焦点上，远景屏31的图像在所述小自由曲面反射镜33上所形成的虚像则位于大自由曲面反射镜34的另一焦点上，使得远景屏31的图像形成在汽车前挡风玻璃2上的远景显示，驾驶员可以在眼盒1区域内同时看到AR远景像面5。图像信息在远景屏31上显示，通过小自由曲面反射镜33反射，改变光路方向，减小体积，再经过大自由曲面反射镜34上反射到到挡风玻璃2上，最后在眼盒1处可以看到投影显示出来的远景虚像；
近景显示通过TFT屏幕的成像光束直接入射到大反射镜上，并经过大反射镜折返光束投影在汽车前挡风玻璃上，在距人眼前2m外位置成像，成像大小9英寸左右。
远景显示通过DLP屏幕的成像光束先经过小自由曲面反射镜进行光路折返，然后折返的光束在入射到大自由曲面反射镜的下部，并经过自由曲面大反射镜折返光束投影在汽车前挡风玻璃上显示大小约52英寸画面,显示距离在7米范围以外。
除了本实施例的具体形式外，本发明的技术方案还可以用两个DLP、或者两个TFT屏来实现近景、远景双成像；也可以使用单DLP屏或者单TFT屏实现近景远景双成像；在小反射镜与单屏幕中间加入中间透镜，完成设计达到单屏幕分区显示，减小体积，节约成本的目的。

Claims (3)

1.一种AR-HUD双屏显示光学***，其特征在于，主要包括一个近景屏、一个远景屏、一个大自由曲面反射镜、一个小自由曲面反射镜；所述大自由曲面反射镜具有两个焦点；
所述近景屏位于所述大自由曲面反射镜的焦点之一上，使得近景屏的图像形成在汽车前挡风玻璃上的近景显示；
所述远景屏位于所述小自由曲面反射镜的焦点上，远景屏的图像在所述小自由曲面反射镜上所形成的虚像则位于所述大自由曲面反射镜的另一焦点上，使得远景屏的图像形成在汽车前挡风玻璃上的远景显示。
2.一种如权利要求1所述的AR-HUD双屏显示光学***，其特征在于，所述大自由曲面反射镜为DLP屏或者TFT屏。
3.一种如权利要求1所述的AR-HUD双屏显示光学***，其特征在于，所述小自由曲面反射镜为DLP屏或者TFT屏。
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