CN108663807B - 平视显示光学***和装置及其成像方法 - Google Patents

Abstract

一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中所述平视显示光学***包括：至少两图像生成单元；和至少两反射镜，其中各所述图像生成单元和至少一所述反射镜配合投射成像光至一光线接收面各自形成一虚像，各所述虚像相配合，以使得使用者感知形成各所述虚像的成像光以及由所述虚像形成的立体成像。

Description

平视显示光学***和装置及其成像方法

技术领域

本发明涉及机动车辆的车载装置，更进一步，涉及一可进行立体成像的平视显示光学***和平视显示装置(Head-Up Display，HUD)及其成像方法。

背景技术

平视显示器或抬头显示器HUD是利用光学反射的原理，将汽车或飞机上行驶或飞行的相关资讯投射在一玻璃上面，使得车辆或飞机上为较低位置的仪表盘上的内容被显示在较高的位置，这样使得驾驶员不需要低头就能够看到所有各种所需的安全信息(如车辆速度、引擎RPM、温度和燃油量)，降低低头与抬头之间忽略环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。

早期的HUD主要用于飞机，而在近些年，随着汽车的不断发展与普及，平视显示器更多地被应用于汽车。

可是对于现有的平视显示器，基于其基本成像原理，显示的图像都只是平面的，或者说使用者在观看时，看到的是平面效果。而从人们的视觉感触的方面出发，众所周知，通常人们对于平面影像形成的印象较浅，而对于立体影像形成的印象更深。比如同样的山川景象，拍摄成平面图像的显示效果显然要比提供真实的立体景象得到的效果要小很多。

这种源于大脑天然的自然反应很难改变，也就是说，一方面，人们更容易理解立体图像，另一方面，人们不善于准确地将平面图像还原为立体图像。基于这些基本原因，从整体来说，想要用户对显示的内容获得更深刻以及接近真实的印象，立体成像的效果更佳，而对于这一点，现有的平视显示器是不能实现的。

传统的HUD的出现是为了能够让驾驶员不需要去低头就能够看到想知道的一些信息，以便于保证行驶的安全，但是，除了安全驾驶之外，随着道路交通越来越复杂，帮助人们更加便捷、正确的形式，减少走冤枉路也是HUD需要实现的功能，可是目前的HUD上显示速度的速度一类信息或简单的路线导航，并不能解决这些问题。对于大部分人来说，在不熟悉的路线或者

交通拥堵的情况下很容易出现焦虑的情绪，而在这种情况下仅仅根据平面提示的导航行驶，很容易走错或者错过路口，加入此时是行驶在高速公路上，错过一个路口可能带来很多麻烦。如何能够让驾驶员快速、正确地接收信息，这是HUD需要解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其在成像的过程中，形成至少两套光路，形成至少两虚像，而各虚像相互配合，使得在一定范围内可以虚拟立体成像，从而提高驾驶员对显示内容的关注度。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中所述平视显示装置包括至少两图像生成单元以及至少两反射镜，各所述反射镜和所述成像单元各形成一成像光路，各所述成像光路相互独立。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中一反射镜是复合自由曲面镜，从而两套光路共用至少所述复合自由曲面镜，从而减小两套光路所占的体积。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中所述反射镜是自由曲面镜，使得所述虚拟立体成像放大或缩小。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中两套光路形成两距离相近的虚像，相近的虚像相互配合形成立体成像。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中两套光路形成一距离较近虚像和一距离较远的虚像，两个距离差别较大的虚像相互配合形成立体成像，具有更好的景深效果。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中虚拟立体成像和实际的环境相结合，通过虚拟的立体图像信息更加准确地指导驾驶员的驾驶状况。

本发明的一个目的在于提供一平视显示光学***和装置及其成像方法，其中通过形成至少两虚像，使得两个需要处于预定的位置，从而虚像的拼接，从而实现虚拟立体成像的效果，在预定范围内人眼观察到立体成像。

为了实现以上至少一目的，本发明的一方面提供一平视显示光学***，其包括：至少两图像生成单元；和至少两反射镜，其中各所述图像生成单元和至少一所述反射镜配合投射成像光至一光线接收面各自形成一虚像，各所述虚像相配合，以使得使用者感知形成各所述虚像的成像光以及由所述虚像形成的立体成像。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述平视显示光学***包括两图像生成单元，分别为一第一图像生成单元和一第二图像生成单元，一第一反射镜和一第二反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜以及所述第二反射镜配合形成所述第二虚像。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述第一反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述第二反射镜为单自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述平视显示光学***包括三图像生成单元，分别为一第一图像生成单元、一第二图像生成单元、一第三图像生成单元，以及包括三反射镜，分别为一第一反射镜、一第二反射镜和一第三反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜以及所述第二反射镜配合形成所述第二虚像，所述第三图像生成单元和所述第二反射镜以及所述第三反射镜配合形成所述第三虚像。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述第一反射镜和所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述第三反射镜为单自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示光学***，其中所述第三反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述平视显示光学***，其中各所述虚像的位置相接近。

根据一些实施例，所述平视显示光学***，其中各所述虚像的位置相差较远。

本发明的另一方面提供平视显示成像方法，其包括如下步骤：

设置至少两反射镜；和

设置至少成像光，其中各所述成像光和至少一所述反射镜相配合反射所述成像光至一光线接收面，并使得所述成像光被所述光线接收面反射；

所述成像光通过所述光线接收面形成至少两虚像，且各所述虚像相互配合，形成能够被使用者感知的一立体成像。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中包括设置两图像生成单元，分别为一第一图像生成单元和一第二图像生成单元，一第一反射镜和一第二反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜以及所述第二反射镜配合形成所述第二虚像，所述图像生成单元提供所述成像光。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述第一反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述第二反射镜为单自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中包括设置三图像生成单元，分别为一第一图像生成单元、一第二图像生成单元、一第三图像生成单元，以及包括设置三反射镜，分别为一第一反射镜、一第二反射镜和一第三反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜以及所述第二反射镜配合形成所述第二虚像，所述第三图像生成单元和所述第二反射镜以及所述第三反射镜配合形成所述第三虚像，所述图像生成单元提供所述成像光。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述第一反射镜和所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述第三反射镜为单自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述第三反射镜为复合自由曲面反射镜。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中各所述虚像的位置相接近。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中各所述虚像的位置相差较远。

本发明的另一方面提供一平视显示装置，其中所述平视显示装置根据所述的平视显示光学***进行立体成像。

本发明的另一方面提供一平视显示成像方法，其中通过至少两套光路形成至少成像距离相近的虚像，各所述虚像相配合，以使得使用者感知形成各所述虚像的成像光以及由所述虚像形成的立体成像。

根据一些实施例，所述的平视显示成像方法，其中所述的光学成像***形成所述虚像。

本发明的另一方面提供一平视显示成像方法，其中通过至少两套光路形成至少两成像距离较远的虚像，各所述虚像相配合，以使得使用者感知形成各所述虚像的成像光以及由所述虚像形成的立体成像。

附图说明

图1是根据本发明的第一个优选实施例的平视显示光学***的投影光路示意图。

图2是根据本发明的第一个优选实施例的平视显示光学***一变形实施方式。

图3是根据本发明的第二个优选实施例的平视显示光学***的投影光路示意图。

图4是根据本发明的上述优选实施例的平视显示光学***的应用示意图。

图5是根据本发明的上述优选实施例的平视显示光学***的另一应用示意图

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

近些年，平视显示器越来越广泛地被应用于汽车驾驶，平视显示器在一定程度上能够提高安全驾驶，提高驾驶员的驾驶效率。可是基于传统平视显示器的基本成像原理，驾驶员看到都仅仅是一个平面图像。而人们对于平面图像形成的印象以及反应速度都相对较慢，因此使得平视显示器的提示作用减弱。而根据本发明，提供一平视显示光学***，其利用人眼的视觉效果，使得人眼观察到虚拟的立体成像，从而增强平视显示图像的显示效果，更加直观的提示驾驶员；进一步，所述平视显示光学***，在成像的中，通过至少两套光路分别形成至少两个虚像，且形成的虚像可以模拟人员的视觉观察效果的方式进行配合，从而使得在预定方位内人眼进行观察时，看到虚拟的立体成像，也就是说，将平面虚像通过立体的方式被呈现，从而增强了图像的显示效果，凸出了显示内容对于驾驶员所形成的印象，更进一步，各所述虚像的成像光路相互独立，从而使得在各自形成虚像的过程中不会相互干扰；进一步，所述平视显示光学***通过至少两成像单元和至两反射镜，分别形成至少两所述成像光路，其各所述反射镜为自由曲面镜，从而使得各曲面镜相互配合实现图像的放大或缩小；进一步，所述平视显示光学***所成是所述立体成像与实际的景象相结合，实现增强现实；进一步，本发明提供一平视显示光绪***，所述平视显示光学***包括至少两图像生成单元和至少两反射镜，各所述图像生成单元产生至少两组成像光分别投射至各所述反射镜，各所述反射镜反射各所述成像光至一光线接收面，并使得各所述成像光被所述光线接收面反射，以使得使用者感知所述光线接收面反射的两组成像光以及两组成像光通过光线接收面形成的至少两虚像形成的立体成像。

进一步，各所述成像光形成所述虚像相互配合，以使得使用者感知所述虚像时，看到立体成像，而不是平面成像。

进一步，在一些实施例中，各所述成像光可以形成至少两距离相近的至少两虚像，使得各所述虚像相接，形成一立体成像。

进一步，在一些实施例中，各所成像光可以形成至少两距离较远的虚像，使得各所述虚像前后补充，形成一立体成像。

如图1所示，是根据本发明的第一个优选实施例的平视显示光学***10。所述平视显示光学***10包括至少两图像生成单元12和至少两反射镜11，其中各所述图像生成单元12产生的待显示图像120能够通过其中至少一所述反射镜11被放大显示于一光线接收面22前方而形成一虚像21，并且各所述虚像21相配合，形成一立体成像24。也就是说，所述待显示图像120经过所述平视显示光学***10作用后，使用者在预定的视角范围内看到立体成像24，而不是平面成像。此处，所述图像生成单元12提供成像光23以使得所述待显示图像120被投影。

所述光线接收面22在此处被实施为一汽车挡风玻璃。值得一提的是，所述光线接收面22也可以被实施为其他独立的接收平面，比如透明玻璃板。

具体地，在本发明的这个实施例中，所述平视显示光学***10包括两图像生成单元12，分别是一第一图像生成单元121和一第二图像生成单元122，所述第一图像生成单元121形成一第一虚像211，所述第二图像生成单元122形成一第二虚像212。所述第一虚像211和所述第二虚像212相互配合形成所述立体成像24。

进一步，所述平视显示光学***10包括一第一反射镜111和一第二反射镜112，所述第一图像生成单元121和所述第一反射镜111配合形成所述第一虚像211，所述第二图像生成单元122和所述第一反射镜111以及所述第二反射镜112相配合形成所述第二虚像212。

所述第一反射镜111和所述第二反射镜112为自由曲面镜，从而使得所述待显示图像120经过所述自由曲面镜的作用后被放大或缩小。

更具体地，在发明这个实施中，所述第一反射镜111具有一第一反射面1111和一第二反射面1112，所述第二反射镜112具有一第反射面1121。所述第一图像生成单元121和所述第一反射镜111的所述第一反射面1111相对应，形成所述第一虚像211。也就是说，所述第一图像生成单元121投射的第一组成像光231经过所述第一反射镜111的所述第一反射面1111反射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成所述第一虚像211。

所述第二图像生成单元122和所述第一反射镜111的所述第二反射面1112相对应，且所述第一反射镜111的所述第二反射面1112和所述第二反射镜112的所述第一反射面1121相对应，以使得所述第一图像生成单元121投射的第二组成像光232投射至所述第一反射镜111的所述第二反射面1112，且经过所述第二反射面1112反射至所述第二反射镜112的所述第一反射面1121，进而经过所述第二反射面1121的反射投射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射而进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成一第二虚像212。所述第一组成像光231形成的所述第一虚像211和所述第二虚像212相互配合，使得使用者通过被反射的光线感知到立体成像24。

进一步，在本发明的这个实施例中，所述第一虚像211和所述第二虚像212的位置相互邻近，从而使得所述第一虚像211和所述第二虚像212相互拼接地配合，从而形成所述立体成像24。比如，所述第一虚像211的投影距离为L1，所述第二虚像212的投影距离为L2，则在这个实施例的立体成像24方式中，所述第一虚像211的投影距离L1在预定范围内趋近或等于所述虚像的投影距离L2。

值得一提的是，从成像原理上，所述第一组成像光231和所述第二组成像光232分别被投射后形成两虚像，但是基于人眼视觉原理，由于所述第一虚像211和所述第二虚像212的配合，使用者看到的并不是独立的所述第一虚像211和所述第二虚像212，而是由所述第一虚像211和所述第二虚像212相配合形成的立体成像24。也就是说，所述第一虚像211和所述第二虚像212是平面虚像，所述立体成像24是立体虚像，而且是基于人眼视觉效果的虚像。

所述第一反射镜111的所述第一反射面1111和所述第二反射面1112为自由曲面，且所述第一反射面1111和所述第二反射面1112相背而设，也就是说，所述第一反射镜111为复合自由曲面反射镜。所述第二反射镜112的所述第一反射1121面为自由曲面，且不具有第二反射面，因此所述第二反射镜112为单自由曲面镜。当然，所述第二反射镜112也可以为复合自由曲面，只是所述第二反射镜112的所述第二反射面1122不需要进行光线反射。

如图2所示，是根据本发明的第一个优选实施例的平视显示光学***10的变形实施方式。在这种实施方式中，所述平视显示光学***10包括三图像生成单元12和三反射镜11。所述三图像生成单元12和各所述反射镜11相配合形成至少三虚像21，各所述虚像21相配合使得使用者可以感知一立体成像24。

在本发明的这个实施例中，所述平视显示光学***10包括三图像生成单元12，分别是一第一图像生成单元121、一第二图像生成单元122和一第三图像生成单元123，所述第一图像生成单元121形成一第一虚像211，所述第二图像生成单元122形成一第二虚像212，所述第三图像生成单元123形成一第三虚像213。所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213相互配合形成所述立体成像24。

进一步，所述平视显示光学***10包括一第一反射镜111、一第二反射镜112和一第三反射镜113，所述第一图像生成单元121和所述第一反射镜111配合形成所述第一虚像211，所述第二图像生成单元122和所述第一反射镜111以及所述第二反射镜112相配合形成所述第二虚像212，所述第三图像生成单元123和所述第二反射镜112以及所述第三反射镜113相配合形成所述第三虚像213。

所述第一反射镜111、所述第二反射镜112以及所述第三反射镜113为自由曲面镜，从而使得所述待显示图像120经过所述自由曲面镜的作用后被放大或缩小。

更具体地，在发明这个实施中，所述第一反射镜111具有一第一反射面1111和一第二反射面1112，所述第二反射镜112具有一第一反射面1121和一第二反射面1122，所述第三反射镜113具有一第一反射面1131。

所述第一图像生成单元121和所述第一反射镜111的所述第一反射面1111相对应，形成所述第一虚像211。也就是说，所述第一图像生成单元121投射的第一组成像光231经过所述第一反射镜111的所述第一反射面1111反射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成所述第一虚像211。

所述第二图像生成单元122和所述第一反射镜111的所述第二反射面1112相对应，且所述第一反射镜111的所述第二反射面1112和所述第二反射镜112的所述第一反射面1121相对应，以使得所述第二图像生成单元122投射的第二组成像光232投射至所述第一反射镜111的所述第二反射面1112，且经过所述第二反射面1112反射至所述第二反射镜112的所述第一反射面1121，进而经过所述第二反射面1121的反射投射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射而进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成一第二虚像212。

所述第三图像生成单元123和所述第二反射镜112的所述第二反射面1122相对应，且所述第二反射镜112的所述第二反射面1111和所述第三反射镜113的所述第一反射面1131相对应，以使得所述第三图像生成单元123投射的第三组成像光233投射至所述第二反射镜112的所述第二反射面1122，且经过所述第二反射面1122反射至所述第三反射镜113的所述第一反射面1131，进而经过所述第一反射面1131的反射投射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射而进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成一第三虚像213。所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213相互配合，使得使用者通过被反射的光线感知立体成像24。

进一步，在本发明的这个实施例中，所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213的位置相互邻近，从而使得所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213相互拼接地配合，从而形成所述立体成像24。比如，所述第一虚像211的投影距离为L1，所述第二虚像212的投影距离为L2，所述第三虚像的投影距离为L3，则在这个实施例的立体成像24方式中，所述第一虚像211的投影距离L1、所述第二虚像212的投影距离L2、以及所述第三虚像213的投影距离L3在预定范围内趋近或相等。

值得一提的是，从成像原理上，所述第一组成像光231、所述第二组成像光232以及所述第三组成像光233分别被投射后形成三虚像23，但是基于人眼视觉原理，由于所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213的配合，使用者看到的并不是独立的所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213，而是由所述第一虚像211、所述第二虚像212以及所述第三虚像213相配合形成的立体成像24。

所述第一反射镜111的所述第一反射面1111和所述第二反射面1112为自由曲面，且所述第一反射面1111和所述第二反射面1112相背而设，也就是说，所述第一反射镜111为复合自由曲面反射镜。所述第二反射镜112的所述第一反射面1121和所述第二反射面1122为自由曲面，且所述第一反射面1121和所述第二反射面1122相背而设，也就是说，所述第二反射镜112为复合自由曲面反射镜。所述第三反射镜113的所述第一反射面1121为自由曲面，且不具有第二反射面1122，因此所述第三反射镜113为单自由曲面镜。当然，所述第三反射镜113也可以为复合自由曲面，只是所述第三反射镜113的所述第二反射面1132不需要进行光线反射。

在上述实施方式中，分别以形成两个和三个虚像的方式来形成立体成像，当然在具体实施过程中，可以形成虚像，在此处仅作为举例说明，在本发明中立体成像24形成的原理，并不是限制。

如图3所示，是根据本发明第二个优选实施例的平视显示光学***10。所述平视显示光学***10包括至少两图像生成单元12和至少两反射镜11，其中各所述图像生成单元12产生的待显示图像120能够通过其中至少一所述反射镜被放大显示于一光线接收面前方而形成一虚像21，并且各所述虚像相配合，形成一立体成像24。也就是说，所述待显示图像120经过所述平视显示光学***10作用后，使用者在预定的视角范围内看到立体成像24，而不是平面成像。此处，所述图像生成单元12提供成像光23以使得所述待显示图像120被投影。

所述光线接收面在此处被实施为一汽车挡风玻璃22。值得一提的是，所述光线接收面22也可以被实施为其他独立的接收平面，比如透明玻璃板。

具体地，在本发明的这个实施例中，所述平视显示光学***10包括两图像生成单元12，分别是一第一图像生成单元121和一第二图像生成单元122，所述第一图像生成单元121形成一第一虚像211，所述第二图像生成单元122形成一第二虚像212。所述第一虚像211和所述第二虚像212相互配合形成所述立体成像24。所述第一虚像211和和所述第二虚像212之间具有预定距离。

进一步，所述平视显示光学***10包括一第一反射镜111和一第二反射镜112，所述第一图像生成单元121和所述第一反射镜111配合形成所述第一虚像211，所述第二图像生成单元122和所述第一反射镜111以及所述第二反射镜112相配合形成所述第二虚像212。

所述第一反射镜111和所述第二反射镜112为自由曲面镜，从而使得所述待显示图像120经过所述自由曲面镜的作用后被放大或缩小。

更具体地，在发明这个实施中，所述第一反射镜111具有一第一反射面111和一第二反射面1112，所述第二反射镜112具有一第反射面1121。所述第一图像生成单元121和所述第一反射镜111的所述第一反射面1111相对应，形成所述第一虚像211。也就是说，所述第一图像生成单元121投射的第一组成像光231经过所述第一反射镜111的所述第一反射面1111反射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成所述第一虚像211。

所述第二图像生成单元122和所述第一反射镜111的所述第二反射面1112相对应，且所述第一反射镜111的所述第二反射面1112和所述第二反射镜112的所述第一反射面1121相对应，以使得所述第一图像生成单元121投射的第二组成像光232投射至所述第一反射镜111的所述第二反射面1112，且经过所述第二反射面1112反射至所述第二反射镜112的所述第一反射面1121，进而经过所述第二反射面1121的反射投射至所述光线接收面22，继而被所述光线接收面22反射而进入使用者的视觉范围，且反射光反向延长形成一第二虚像212。所述第一组成像光231形成的所述第一虚像211和所述第二虚像212相互配合，使得使用者通过被反射的光线感知到立体成像24。

进一步，在本发明的这个实施例中，所述第一虚像211和所述第二虚像212的位置距离较远，从而使得所述第一虚像211和所述第二虚像212以前后的方式相互配合，从而形成所述立体成像24。比如，所述第一虚像211的投影距离为L1，所述第二虚像212的投影距离为L2，则在这个实施例的立体成像24方式中，所述第一虚像211的投影距离L1和所述虚像的投影距离L2大小不同，在这个实施例中，L1<L2。

值得一提的是，从成像原理上，所述第一组成像光231和所述第二组成像光232分别被投射后形成两虚像，但是基于人眼视觉原理，由于所述第一虚像211和所述第二虚像212的配合，使用者看到的并不是独立的所述第一虚像211和所述第二虚像212，而是由所述第一虚像211和所述第二虚像212相配合形成的立体成像24。也就是说，所述第一虚像211和所述第二虚像212是平面虚像，所述立体成像24是立体虚像，而且是基于人眼视觉效果的虚像。

所述第一反射镜111的所述第一反射面1111和所述第二反射面1112为自由曲面，且所述第一反射面1111和所述第二反射面1112相背而设，也就是说，所述第一反射镜111为复合自由曲面反射镜。所述第二反射镜112的所述第一反射面1121为自由曲面，且不具有第二反射面1122，因此所述第二反射镜112为单自由曲面镜。当然，所述第二反射镜112也可以为复合自由曲面，只是所述第二反射镜112的所述第二反射面1122不需要进行光线反射。

上述第一个实施例和第二实施例分别形成的不同光程，从而形成不同位置的虚像，比如距离相近或者距离较远，可以通过调节所述第一反射镜111、所述第二反射镜112和/或所述第三反射镜113的角度以及位置来实现。

根据本发明的上述优选实施例，所述平视显示光学***10可以被应用于车载***，比如应用于汽车导航，从而使得使用者可以看到立体的导航信息，可以更加明显的提醒使用者，提高所述使用者对显示信息想关注度，从而提高驾驶安全性和正确性，减少时间的浪费。

进一步，根据本发明实施例，所述待显示图像可以和实际信息相结合，从而使得显示更加接近真实，且提示效果更加明显。

举例地，参照图4，当所述待显示图像120是导航信息，且当使用者驾驶汽车行驶在高速公路上，导航信息提示在下个路口需要左转弯，此时所述平视显示光学***10在相应左转车道上显示一立体的左转箭头24，且呈现近大远小的透视效果，从而更加明显地体提醒使用者及时左转弯，以免错过这个路口而浪费时间。

举例地，在另一个应用场景中，参照图5，所述待显示图像120是导航信息，当使用者驾驶汽车行驶在车流量较大的是道路上时，所述待显示图像显示驾驶车辆与前方车辆的距离，以保证使用者能够安全驾驶，进一步，车距信息24与实际的环境相结合，比如和行驶的道路以及前方车辆，使得使用者更加直观、清楚的了解车距信息，且直观地感受车距的变化，从而可以保证安全驾驶。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (20)

1.一平视显示光学***，其特征在于，包括：

至少两图像生成单元；和

至少两反射镜，其中各所述图像生成单元和至少一所述反射镜配合投射成像光至一光线接收面各自形成一虚像，其中各所述图像生成单元和各所述反射镜各形成一成像光路，各所述成像光路相互独立，其中至少一所述反射镜为复合自由曲面镜，其中两所述成像光路共用所述复合自由曲面镜的相背的两反射面，各所述虚像相配合，以使得使用者感知形成各所述虚像的成像光以及由所述虚像形成的立体成像。

2.根据权利要求1所述的平视显示光学***，其中所述平视显示光学***包括两图像生成单元，分别为一第一图像生成单元和一第二图像生成单元，一第一反射镜和一第二反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜的第一反射面配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜的第二反射面以及所述第二反射镜配合形成一第二虚像。

3.根据权利要求2所述的平视显示光学***，其中所述第一反射镜为复合自由曲面反射镜。

4.根据权利要求2所述的平视显示光学***，其中所述第二反射镜为单自由曲面反射镜。

5.根据权利要求2所述的平视显示光学***，其中所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

6.根据权利要求1所述的平视显示光学***，其中所述平视显示光学***包括三图像生成单元，分别为一第一图像生成单元、一第二图像生成单元、一第三图像生成单元，以及包括三反射镜，分别为一第一反射镜、一第二反射镜和一第三反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜的第一反射面配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜的第二反射面以及所述第二反射镜的第一反射面配合形成一第二虚像，所述第三图像生成单元和所述第二反射镜的第二反射面以及所述第三反射镜配合形成一第三虚像。

7.根据权利要求6所述的平视显示光学***，其中所述第一反射镜和所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

8.根据权利要求6所述的平视显示光学***，其中所述第三反射镜为单自由曲面反射镜。

9.根据权利要求6所述的平视显示光学***，其中所述第三反射镜为复合自由曲面反射镜。

10.一平视显示成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置至少两反射镜；和

设置至少成像光，其中各所述成像光和至少一所述反射镜相配合反射所述成像光至一光线接收面，并使得所述成像光被所述光线接收面反射，其中各所述成像光和各所述反射镜各形成一成像光路，其中至少一所述反射镜为复合自由曲面镜，其中两所述成像光路共用所述复合自由曲面镜的相背的两反射面；

所述成像光形成相互独立的所述成像光路，其中各所述成像光路通过所述光线接收面形成至少两虚像，且各所述虚像相互配合，形成能够被使用者感知的一立体成像。

11.根据权利要求10所述的平视显示成像方法，其中包括设置两图像生成单元，分别为一第一图像生成单元和一第二图像生成单元，一第一反射镜和一第二反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜的第一反射面配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜的第二反射面以及所述第二反射镜配合形成一第二虚像，所述图像生成单元提供所述成像光。

12.根据权利要求11所述的平视显示成像方法，其中所述第一反射镜为复合自由曲面反射镜。

13.根据权利要求11所述的平视显示成像方法，其中所述第二反射镜为单自由曲面反射镜。

14.根据权利要求11所述的平视显示成像方法，其中所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

15.根据权利要求10所述的平视显示成像方法，其中包括设置三图像生成单元，分别为一第一图像生成单元、一第二图像生成单元、一第三图像生成单元，以及包括设置三反射镜，分别为一第一反射镜、一第二反射镜和一第三反射镜，其中所述第一图像生成单元和所述第一反射镜的第一反射面配合形成一第一虚像，所述第二图像生成单元和所述第一反射镜的第二反射面以及所述第二反射镜的第一反射面配合形成一第二虚像，所述第三图像生成单元和所述第二反射镜的第二反射面以及所述第三反射镜配合形成一第三虚像，所述图像生成单元提供所述成像光。

16.根据权利要求15所述的平视显示成像方法，其中所述第一反射镜和所述第二反射镜为复合自由曲面反射镜。

17.根据权利要求15所述的平视显示成像方法，其中所述第三反射镜为单自由曲面反射镜。

18.根据权利要求15所述的平视显示成像方法，其中所述第三反射镜为复合自由曲面反射镜。

19.一平视显示装置，其特征在于，其中所述平视显示装置根据权利要求1至9任一所述的平视显示光学***进行立体成像。

20.一平视显示成像方法，其特征在于，其根据权利要求1至9任一所述的平视显示光学***形成所述虚像，通过至少两套光路形成至少两虚像，各所述虚像相配合，以使得使用者感知形成各所述虚像的成像光以及由所述虚像形成的立体成像。

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