CN109991739A - 车载抬头显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车载电子设备领域，更具体地说，是涉及一种车载抬头显示器。显示屏产生的平面图像经过裸眼3D结构转换为立体图像后，投射到汽车挡风玻璃并在汽车前方显示立体图像，进入驾驶员的双目，可以使得左眼看到的图像和右眼看到的图像不同，利用视差原理，可以使驾驶员产生三维显示的感觉。双目位置探测器获取驾驶员的双目聚焦区域信息，直线驱动组件依据所述双目聚焦区域信息驱动裸眼3D结构移动，通过显示屏和裸眼3D结构之间相对的位置调整，可以使显示在汽车前方的立体图像焦点与人眼观察汽车挡风玻璃以外的焦点相近，避免了驾驶员的眼睛频繁切换聚焦位置而产生的视觉疲劳。
Description
技术领域
本发明属于车载电子设备领域，更具体地说，是涉及一种车载抬头显示器。
背景技术
汽车抬头显示器(HUD)是一种新型车载显示技术，同时也是一种增强显示技术，可以直接让信息叠加到驾驶员所看到的真实场景中，让驾驶员在驾驶的过程中不用低头看仪表盘，从而提升驾驶的安全性。传统的座舱显示通常可以理解为下显示器，包括中控台、仪表盘等。这些显示器都需要让驾驶员低头并注视在显示器上才能看清信息。抬头显示器作为一种无需改变头部姿势的同时，可以给驾驶员传递信息。
现有的车载抬头显示***通常可以分为组合器式抬头显示***和挡风玻璃反射式抬头显示***。此类HUD价格低廉、安装容易，但显示内容单一，一般为二维显示***，只能形成二维平面图像；另外，显示内容紧贴在风挡上，挡风玻璃上形成的图像的焦距是不变的，这就使得挡风玻璃上的图像与驾驶员的眼睛的焦距常常不一致，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，连续的改变焦距会使眼睛疲劳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载抬头显示器，以解决现有技术中存在的车载抬头显示器只能形成二维平面图像，图像的焦点与驾驶员眼睛聚焦的位置不一致容易导致视觉疲劳的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种车载抬头显示器，包括：
显示屏，用于发射平面图像；
裸眼3D结构，其沿所述显示屏的法线方向滑动安装在所述显示屏的出光面的前侧，用于将所述显示屏发射的平面图像转换为立体图像后投射到汽车挡风玻璃并在汽车前方显示立体图像；
双目位置探测器，用于获取驾驶员的双目聚焦区域信息；以及
直线驱动组件，用于依据所述双目聚焦区域信息驱动所述裸眼3D结构沿所述显示屏的法线方向滑动以改变该裸眼3D结构与所述显示屏的间距。
进一步地，所述裸眼3D结构为柱镜光栅或复眼透镜。
进一步地，所述直线驱动组件包括安装座、驱动电机、安装于所述驱动电机的输出端的齿轮、与所述裸眼3D结构固定连接且与所述齿轮啮合传动的齿条，所述安装座具有沿所述显示屏的法线方向延伸的滑动槽，所述齿条滑动安装于所述滑动槽。
进一步地，所述柱镜光栅包括基板以及设置在所述基板的表面的多个微透镜单元，多个所述微透镜单元呈阵列式布置。
进一步地，所述微透镜单元包括四棱柱部和设置在所述四棱柱部的顶部的球面部。
进一步地，所述四棱柱部的横截面为正方形。
进一步地，所述微透镜单元为类梯形结构，所述类梯形结构具有上底边、下底边和对称的两腰部，在两个所述腰部上设有的折线台阶。
进一步地，所述折线台阶包括斜边和顶角，同一侧所述腰部上的所述折线台阶的斜边互相平行且长度相等，各所述顶角的角度相等，各所述顶角的角度等于所述折线台阶最下方的斜边与所述下底边的夹角。
进一步地，所述柱镜光栅包括透光率大于90％的玻璃板和涂覆在所述玻璃板上的光栅。
进一步地，所述光栅的半径R为6.7545-6.744mm，拱高H为50-40μm，弧长为1.5-1.4mm，折射率为1.575±0.005；所述玻璃板的厚度为3-8mm。
本发明提供的车载抬头显示器的有益效果在于：显示屏产生的平面图像经过裸眼3D结构转换为立体图像后，投射到汽车挡风玻璃并在汽车前方显示立体图像，进入驾驶员的双目，可以使得左眼看到的图像和右眼看到的图像不同，利用视差原理，可以使驾驶员产生三维显示的感觉。双目位置探测器获取驾驶员的双目聚焦区域信息，直线驱动组件依据所述双目聚焦区域信息驱动裸眼3D结构移动，通过显示屏和裸眼3D结构之间相对的位置调整，可以使显示在汽车前方的立体图像焦点与人眼观察汽车挡风玻璃以外的焦点相近，避免了驾驶员的眼睛频繁切换聚焦位置而产生的视觉疲劳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的车载抬头显示器的立体示意图；
图2为本发明实施例提供的车载抬头显示器的柱镜光栅的示意图；
图3为本发明实施例提供的车载抬头显示器的显示屏与裸眼3D结构的3种不同距离的示意图；
图4为本发明实施例提供的车载抬头显示器的使用场景的示意图；
图5为图4的A处局部放大图；
图6为本发明实施例提供的车载抬头显示器的近焦区域光路示意图；
图7为本发明实施例提供的车载抬头显示器的远焦区域光路示意图。
其中，图中各附图标记：
1-显示屏；2-裸眼3D结构；21-基板；22-微透镜单元；23-类梯形结构；231-上底边；232-下底边；233-腰部；234-斜边；235-顶角；3-双目位置探测器；4-挡风玻璃；5-人眼；6-近焦区域；61-远焦区域；7-树木；71-山脉；72-公路；8-方向盘；9-挡风玻璃。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
请参阅图1，现对本发明提供的车载抬头显示器进行说明。车载抬头显示器，包括：
显示屏，用于发射平面图像；
裸眼3D结构，其沿所述显示屏的法线方向滑动安装在所述显示屏的出光面的前侧，用于将所述显示屏发射的平面图像转换为立体图像后投射到汽车挡风玻璃并在汽车前方显示立体图像；
双目位置探测器，用于获取驾驶员的双目聚焦区域信息；以及
直线驱动组件，用于依据所述双目聚焦区域信息驱动所述裸眼3D结构沿所述显示屏的法线方向滑动以改变该裸眼3D结构与所述显示屏的间距。
双目聚焦区域是指人在一个具***置双目不转动时的聚焦区域，比如双目聚焦在左边远处某个目标位，相对地，位于该目标位右边的区域将会没有聚焦。双目位置探测器3获取驾驶员的双目聚焦区域信息，具体通过获取双目瞳距、双目中心位置等信息，并推算出双目聚焦区域信息。双目位置探测器3属于现有技术。直线驱动组件调整裸眼3D结构2相对于显示屏1的位置，使得车载抬头显示器在挡风玻璃上形成的立体图像的焦点能够与驾驶员的眼睛的聚焦位置保持一致。
本发明提供的车载抬头显示器的有益效果在于：显示屏产生的平面图像经过裸眼3D结构转换为立体图像后，投射到汽车挡风玻璃并在汽车前方显示立体图像，进入驾驶员的双目，可以使得左眼看到的图像和右眼看到的图像不同，利用视差原理，可以使驾驶员产生三维显示的感觉。双目位置探测器获取驾驶员的双目聚焦区域信息，直线驱动组件依据所述双目聚焦区域信息驱动裸眼3D结构移动，通过显示屏和裸眼3D结构之间相对的位置调整，可以使显示在汽车前方的立体图像焦点与人眼观察汽车挡风玻璃以外的焦点相近，避免了驾驶员的眼睛频繁切换聚焦位置而产生的视觉疲劳。
进一步地，请参阅图4及图5，作为本发明提供的车载抬头显示器的一种具体实施方式，图4为本实施例的车载抬头显示器在汽车上的使用场景示意图，驾驶员位于方向盘8的位置，当驾驶员注视远方的公路72及山脉71时，直线驱动组件根据双目位置探测器3检测的信息调节裸眼3D结构2相对显示屏的位置，使得立体图像聚焦形成在远焦区域61处，当驾驶员注视近处的树木7时，立体图像聚焦形成在近焦区域6处，使用时驾驶员无需为了观察抬头显示器的数据而频繁改变眼睛的焦点，克服了此问题引起的视觉疲劳。
进一步地，请参阅图6及图7，作为本发明提供的车载抬头显示器的一种具体实施方式，图6为近焦区域成像光路的示意图，图7为远焦区域成像光路的示意图，其中K点为立体图像的焦点，通过调节裸眼3D结构2与显示屏1的距离，可改变从B点发出的入射光线的路径，从而改变立体图像的焦点K，以此来实现立体图像的焦点与人眼聚焦的位置实时同步，避免视觉疲劳。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的车载抬头显示器的一种具体实施方式，直线驱动组件包括安装座、驱动电机、安装于驱动电机的输出端的齿轮、与裸眼3D结构2固定连接且与齿轮啮合传动的齿条，安装座具有沿显示屏的法线方向延伸的滑动槽，齿条滑动安装于滑动槽。通过齿条在滑动槽上的滑动从而调整裸眼3D结构2相对显示屏的位置。图3中A、B、C分别代表了裸眼3D结构2和显示屏1的3种不同距离的切换过程。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的车载抬头显示器的一种具体实施方式，裸眼3D结构2为柱镜光栅或复眼透镜。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的车载抬头显示器的一种具体实施方式，柱镜光栅包括基板21以及设置在基板21表面的多个微透镜单元22，多个为微透镜单元22呈多排对齐式的阵列布置。微透镜单元22包括四棱柱部和设置在四棱柱部顶部的球面部，四棱柱部的横截面为正方形。通过采用多个微透镜单元22呈矩阵排列组成微透镜阵列层，因微透镜单元22的顶部为球面，其具有360度分光作用，能将焦平面上的经特殊排列的图像有规律的分离出来，故观察者可围绕显示设备360度观看到裸眼3D图像。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的车载抬头显示器的微透镜单元22的另一种具体实施方式，微透镜单元22为类梯形结构23，类梯形结构23具有上底边231、下底边232和对称的两腰部233，在其两个腰部233上设有相对称的折线台阶。折线台阶包括斜边234和顶角235，同一侧腰部233上的折线台阶的斜边234相平行且长度相等，顶角235角度相等且等于折线台阶最下方的斜边234与下底边232的夹角。类梯形结构23的两个腰部233上设有多个折线台阶，这样可以从上底边231和各个折线台阶的斜边234进行多面分光，与现有的裸眼3D成像材料相比，使用本方案中的裸眼3D成像光栅结构能增加冗余视点数量，这样观察位置改变时能很快找到最佳观察点，提高视角和观察舒适度，所以采用该结构观看裸眼3D图像时能够有更大的视角，观赏效果更好。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的车载抬头显示器的柱镜光栅的另一种具体实施方式，柱镜光栅包括透光率大于90％的玻璃板和涂覆在玻璃板上的光栅。玻璃为优质玻璃或磨边钢化玻璃。光栅的半径R为6.7545-6.744mm，拱高H为50-40μm，弧长为1.5-1.4mm，折射率为1.575±0.005；玻璃板的厚度为3-8mm。在本实施例子，玻璃板采用磨边钢化玻璃，透光率99％以上，要求玻璃无气泡、无划痕、无波彩纹，经过流动水冲洗10分钟后，自然晾干或烘干，使得柱镜光栅具有数据准确、光栅均匀、成像立体感强、图像清晰等优点。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车载抬头显示器，其特征在于，包括：
显示屏，用于发射平面图像；
裸眼3D结构，其沿所述显示屏的法线方向滑动安装在所述显示屏的出光面的前侧，用于将所述显示屏发射的平面图像转换为立体图像后投射到汽车挡风玻璃并在汽车前方显示立体图像；
双目位置探测器，用于获取驾驶员的双目聚焦区域信息；以及
直线驱动组件，用于依据所述双目聚焦区域信息驱动所述裸眼3D结构沿所述显示屏的法线方向滑动以改变该裸眼3D结构与所述显示屏的间距。
2.如权利要求1所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述裸眼3D结构为柱镜光栅或复眼透镜。
3.如权利要求1所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述直线驱动组件包括安装座、驱动电机、安装于所述驱动电机的输出端的齿轮、与所述裸眼3D结构固定连接且与所述齿轮啮合传动的齿条，所述安装座具有沿所述显示屏的法线方向延伸的滑动槽，所述齿条滑动安装于所述滑动槽。
4.如权利要求2所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述柱镜光栅包括基板以及设置在所述基板的表面的多个微透镜单元，多个所述微透镜单元呈阵列式布置。
5.如权利要求4所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述微透镜单元包括四棱柱部和设置在所述四棱柱部的顶部的球面部。
6.如权利要求5所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述四棱柱部的横截面为正方形。
7.如权利要求4所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述微透镜单元为类梯形结构，所述类梯形结构具有上底边、下底边和对称的两腰部，在两个所述腰部上设有的折线台阶。
8.如权利要求7所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述折线台阶包括斜边和顶角，同一侧所述腰部上的所述折线台阶的斜边互相平行且长度相等，各所述顶角的角度相等，各所述顶角的角度等于所述折线台阶最下方的斜边与所述下底边的夹角。
9.如权利要求2所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述柱镜光栅包括透光率大于90％的玻璃板和涂覆在所述玻璃板上的光栅。
10.如权利要求9所述的车载抬头显示器，其特征在于：所述光栅的半径R为6.7545-6.744mm，拱高H为50-40μm，弧长为1.5-1.4mm，折射率为1.575±0.005；所述玻璃板的厚度为3-8mm。
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