CN110824701A - 光学引擎的实现方法、光学引擎及双显示汽车抬头显示*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学引擎的实现方法，包括将图像分割装置设置在成像单元上，将成像单元分割成近景图像区和远景图像区；在近景图像区和远景图像区的上方或者前方分别设置有近景图像源反射镜组和远景图像源反射镜组，且近景图像区和近景图像源反射镜组之间的距离小于远景图像区和远景图像源反射镜组之间的距离，使近景图像区和远景图像区发出的近景成像光束和远景成像光束分别被反射，形成方向相同、远近位置不同的所述近景图像源和远景图像源。本发明将成像单元分割成近景图像区和远景图像区，无需使用多个成像单元和光路结构就可得到图像位置异质化的效果，节省了体积和成本，使抬头显示方法更具备实用价值。

Description

光学引擎的实现方法、光学引擎及双显示汽车抬头显示***

技术领域

本发明涉及汽车抬头显示技术，具体涉及一种光学引擎的实现方法双显示汽车抬头显示方法、光学引擎及双显示汽车抬头显示其***。

背景技术

汽车抬头显示技术是当前国际国内正在大力发展的智能网联汽车的重要组成部分，通过前期宝马、奔驰等高端豪华品牌汽车上对于汽车抬头显示 (HUD)***的应用推广，越来越多的车厂和用户认识到通过汽车的抬头显示技术对于安全驾驶的重要性，实现了驾驶员目不离路就可以获取车速、导航、路况、车距等重要信息。汽车抬头显示***独特的显示位置，以及悬浮式透明显示效果，是车上的其它位置成像装置无法取代的，所以越来为越多的车厂把抬头显示***装配于自己的新车上，作为提升汽车安全的有效配置。

随着近年来智能网联汽车的发展，尤其是智能驾驶辅助安全*** (ADAS)的发展，对于前方道路上的安全信息的远距离显示，成了汽车抬头显示***亟待解决的问题，同时汽车抬头显示***也还要继续保留在堵车等场景下对于车速、限速等信息的近距离显示，通常而言，驾驶员视角捕获的图像位置，与成像装置对应，若要满足两个或以上的图像位置同时出现，则需要两个或以上的成像装置及光路***。这无疑提升了汽车抬头显示***的***复杂程度，增加了汽车抬头显示***的体积，并且提高了汽车抬头显示***的成本；这是汽车抬头显示***在发展过程中必须克服的工程技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用一个光学引擎以和一套凹面镜反射镜片组，实现双显示汽车抬头显示方法。

为了解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种光学引擎的实现方法为：将图像分割装置设置在成像单元上，将所述成像单元分割成近景图像区和远景图像区；在所述近景图像区和远景图像区的上方或者前方分别设置有近景图像源反射镜组和远景图像源反射镜组，且所述近景图像区和近景图像源反射镜组之间的距离小于所述远景图像区和远景图像源反射镜组之间的距离，使所述近景图像区和远景图像区发出的近景成像光束和远景成像光束分别被反射，形成方向相同、远近位置不同的所述近景图像源和远景图像源。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种包含有近景图像源和远景图像源的光学引擎。

为了解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种光学引擎，包括成像单元、用于将所述成像单元分割成近景图像区和远景图像区的图像分割装置、近景图像源反射镜组、远景图像源反射镜组；所述近景图像源反射镜组朝向所述近景图像区；所述远景图像源反射镜组朝向所述远景图像区。

进一步地，所述图像分割装置采用不透明材料制成，竖立设置在所述成像单元的平面显示发光面上。

进一步地，所述近景图像源反射镜组至少包括第一近景图像源反射镜片，所述远景图像源反射镜组至少包括第一远景图像源反射镜片，所述第一近景图像源反射镜片与所述近景图像区之间的距离，小于第一远景图像源反射镜片与所述远景图像区之间的距离。

进一步地，所述第一近景图像源反射镜片和第一远景图像源反射镜片分别倾斜设置在所述近景图像区和远景图像区的正前方。

进一步地，所述第一近景图像源反射镜片和第一远景图像源反射镜片分别为平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种。

本发明要解决的又一个技术问题是提供一种可以实现上述双显示汽车抬头显示方法的双显示汽车抬头显示***。

为了解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种双显示汽车抬头显示***，包括上述的光学引擎和凹面镜反射镜片组，所述近景图像源反射镜组朝向所述近景图像区和凹面镜反射镜片组，将所述近景图像区发出的近景成像光束反射向所述凹面镜反射镜片组；所述远景图像源反射镜组朝向所述远景图像区和凹面镜反射镜片组，将所述远景图像区发出的远景成像光束射向所述凹面镜反射镜片组，所述凹面镜反射镜片组将所述近景成像光束和远景成像光束反射向汽车挡风玻璃。

进一步地，所述凹面镜反射镜片组包括第一反射镜片和第二反射镜片，所述光学引擎沿近景成像光束和远景成像光束射出方向对准所述第一反射镜片，并且光学引擎的出光口位于所述第二反射镜片的上方；所述第一反射镜片将光线反射向第二反射镜片，所述第二反射镜片朝向汽车挡风玻璃将所述近景成像光束和远景成像光束射向汽车挡风玻璃，经所述汽车挡风玻璃反射，成像于驾驶员眼睛。

进一步地，所述第一反射镜片左右两边中任一边的上下两角的连线与垂直方向之间夹角小于70°，所述第二反射镜片左右两边中任一边的两角的连线与水平方向之间夹角小于70°。

进一步地，所述第一反射镜片和第二反射镜片当中，其中一个为凹面反射镜片，另一个为平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种。

本发明的有益效果：

本发明的光学引擎的实现方法将成像单元分割成近景图像区和远景图像区，无需使用多个成像单元及多个光路结构就可得到图像位置异质化的效果，即为单一成像装置通过同光路结构实现同时域下不同位置的双光学成像。本发明的光学引擎和双显示汽车抬头显示***引入图像分割装置，可以实现对成像光束的分割处理，仅通过一套光路结构实现同时域下不同位置的双光学成像效果，满足现实需求的条件下不增大***体积，使得抬头显示***的物理适应性更强、市场应用范围更广阔，加快了汽车抬头显示***的普及，从而提升驾驶汽车的安全性，带来显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的双显示汽车抬头显示方法一个优选实施例中的原理示意图；

图2为本发明的双显示汽车抬头显示***一个优选实施例中的使用状态示意图；

图3为本发明的双显示汽车抬头显示***一个优选实施例中的结构示意图；

图4为本发明的双显示汽车抬头显示***一个优选实施例中的原理图。

附图标记包括：

10-光学引擎 100-成像单元 110-图像分割装置

120-近景图像区 130-远景图像区 140-近景图像源

150-远景图像源 210-近景图像源反射镜组

211-第一近景图像源反射镜片 220-远景图像源反射镜组

221-第一远景图像源反射镜片 300-凹面镜反射镜片组

310-第一反射镜片 320-第二反射镜片 400-汽车挡风玻璃

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。

实施例1

现有汽车抬头显示***的解决方案中，较大视角的汽车抬头显示***大多是采用多景多屏多光路(需要多少个成像位置，建立多少个显示屏)的方式，实现成像装置和图像的一一对应关系。上述的技术方案尽管能够满足图像同时显示在不同位置(即为显示图像异质化)的需要，但这大大的提升了汽车抬头显示***的复杂程度，提高了汽车抬头显示***的成本。

为了解决上述问题，本实施例提供了一种包含有所述近景图像源140和远景图像源150的光学引擎10的实现方法为：将图像分割装置110设置在成像单元100上，将所述成像单元100分割成近景图像区120和远景图像区130；在所述近景图像区120和远景图像区130的上方或者前方分别设置有近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220，且所述近景图像区120和近景图像源反射镜组210之间的距离小于所述远景图像区130和远景图像源反射镜组220之间的距离，使所述近景图像区120和远景图像区130发出的近景成像光束和远景成像光束分别被反射，形成方向相同、远近位置不同的所述近景图像源140和远景图像源150。

成像单元100的平面显示发光面被分割后分为近景图像区120和远景图像区130，分别发射两束成像光束(近景成像光束和远景成像光束)。在近景图像区120和远景图像区130的前方不同距离位置，各设有近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220，并在近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220内形成了近景图像源140(近景图像区120反射后的虚像)和远景图像源150(远景图像区130反射后的虚像)，由于近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220相对于近景图像区120和远景图像区 130的距离不同，近景图像源140和远景图像源150的位置也不同，近景成像光束和远景成像光束分别携带了对应的图像信息和位置信息。再通过凹面镜反射镜片组300将所述近景成像光束和远景成像光束的球面波部分光束转变成平行光束，并分别射向汽车挡风玻璃400，消除近景图像区120和远景图像区130在汽车挡风玻璃400上的重影，最终获得两个不同位置上的、无重影的图像显示。

本发明将成像单元100分割成近景图像区120和远景图像区130，无需使用多个成像装置及多个凹面镜反射镜片组300就可得到图像位置异质化的效果，即为单一成像装置通过同光路结构实现同时域下不同位置的双光学成像。

实施例2

本实施例提供了一种光学引擎10和双显示汽车抬头显示***，如图2 和图3所示，.一种光学引擎10包括成像单元100、用于将所述成像单元100 分割成近景图像区120和远景图像区130的图像分割装置110、近景图像源反射镜组210、远景图像源反射镜组220；所述近景图像源反射镜组210朝向所述近景图像区120；所述远景图像源反射镜组220朝向所述远景图像区130；本发明还提供了一种双显示汽车抬头显示***，包括上述的光学引擎10和凹面镜反射镜片组300，所述近景图像源反射镜组210朝向所述近景图像区120和凹面镜反射镜片组300，将所述近景图像区120发出的近景成像光束反射向所述凹面镜反射镜片组300；所述远景图像源反射镜组220朝向所述远景图像区130和凹面镜反射镜片组300，将所述远景图像区130发出的远景成像光束射向所述凹面镜反射镜片组300，所述凹面镜反射镜片组300 将所述近景成像光束和远景成像光束反射向汽车挡风玻璃400。

本实施例中的双显示汽车抬头显示***利用近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220，将成像单元100发射出的、涵盖图像信息和成像位置信息的近景成像光束和远景成像光束，经一套凹面镜反射镜片组300调制并反射至汽车挡风玻璃400，汽车挡风玻璃400的内侧将一定量的光束反射至驾驶员眼睛及其附近，驾驶员可以获得记录了图像信息和成像位置信息的近景成像光束和远景成像光束，以此实现在同时域下两个不同距离成像，将驾驶相关信息直接成像于汽车挡风玻璃400的不同位置，最终实现近景、远景不同位置的一体化抬头显示。

有别于现有的抬头显示***中，一个成像单元100经过一套光路只能产生一个成像位置，本发明通过对单一成像单元100的分光处理及反射，提供了一种近远景一体化的双显示汽车抬头显示***，本实施例中的双显示汽车抬头显示***具有更低成本、更小体积的优势，从而更加有利于双显示汽车抬头显示***的推广与普及。

双显示汽车抬头显示***包括光学引擎10和凹面镜反射镜片组300。双显示汽车抬头显示***放置于仪表台前方，汽车挡风玻璃(400)下方的空间内。其中光学引擎10放置于靠近驾驶员位置一侧，凹面镜反射镜片组300 放置于远离驾驶员一侧，并且光学引擎10发射的近景成像光束和远景成像光束行动方向朝向凹面镜反射镜片组300。

本实施例中的成像单元100具有一平面显示发光面，用于射出包含驾驶相关信息的成像光束。具体地，成像单元100包括但不局限于LED段码式成像装置、TFT成像装置、LCos成像装置、正面投影DLP反射成像装置以及背面投影的DLP透射式成像装置或MEMS扫描镜成像装置。如图2所示，成像单元100的平面显示发光面水平朝上设置。

在成像单元100的平面显示发光面的特定位置(具***置视近景图像和远景图像的显示比例而定)竖有图像分割装置110，将一个完整的平面显示发光面分割为两个部分-近景图像区120和远景图像区130。在本申请的优选实施例中，图像分割装置110优选竖立设置在成像单元100的平面显示发光面上。更优选地，图像分割装置110采用不透明材料制成，起到隔绝近景图像区120和远景图像区130的作用，防止近景成像光束和远景成像光束的相互干扰。图像分割装置110和成像单元100可以是固定在一起的一体式结构，也可以是可拆卸的分离式结构。

在本实施例中，近景图像源反射镜组210包括第一近景图像源反射镜片211，所述远景图像源反射镜组220包括第一远景图像源反射镜片221。第一近景图像源反射镜片211和第一远景图像源反射镜片221分别倾斜设置在所述近景图像区120和远景图像区130的正前方。并且第一近景图像源反射镜片211与所述近景图像区120之间的距离，小于第一远景图像源反射镜片221 与所述远景图像区130之间的距离，以使近景图像区120与近景图像源140 (近景图像区120经第一近景图像源反射镜片211反射后形成的虚像)之间的距离，小于远景图像区130与远景图像源150(远景图像区130经第一远景图像源反射镜片221反射后形成的虚像)之间的距离。

第一近景图像源反射镜片211和第一远景图像源反射镜片221分别为平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种。

在本申请的其他实施例中，近景图像源反射镜组210除了包括第一近景图像源反射镜片211，还包括其它反射镜片(图中未示出)，其它反射镜片可以是平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种或几种。同理，远景图像源反射镜组220除了包括第一远景图像源反射镜片221，也可以还包括其它反射镜片(图中未示出)，其它反射镜片可以是平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种或几种。近景图像源反射镜组 210和远景图像源反射镜组220的主要作用是使所述近景图像源110和远景图像源120发出的近景成像光束和远景成像光束分别被反射，形成位置不相同的近景图像源140和远景图像源150，故本申请不限制近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220的具体结构。

凹面镜反射镜片组300的主要作用是将近景成像光束和远景成像光束的球面波部分光束转变成平行光束，并射向汽车挡风玻璃400。汽车挡风玻璃 400包括内弧面(图中未示出)和外弧面(图中未示出)，光学引擎10射出的近景成像光束和远景成像光束经过凹面镜反射镜片组300的单次或多次反射后射向汽车挡风玻璃400，经过内弧面反射后形成第一近景图像和第一远景图像，近景成像光束和远景成像光束透过内弧面并经外弧面反射后形成第二近景图像和第二远景图像，第一近景图像、第一远景图像在汽车挡风玻璃 400一侧的第一虚像和第二近景图像、第二远景图像在汽车挡风玻璃400另一侧的第二虚像随光学引擎10水平移动而沿驾驶员入眼方向重合。

凹面镜反射镜片组300包括至少第一反射镜片310。第一反射镜片310 直接或间接地将近景图像源140和远景图像源150，反射向所述汽车挡风玻璃400。

在本申请的一个实施例中，第一反射镜片310为凹面反射镜片，向上倾斜放置，朝向近景图像源反射镜组210、远景图像源反射镜组220和汽车挡风玻璃400，直接将近景图像源140和远景图像源150，反射向所述汽车挡风玻璃400。

在本申请的另一个实施例中，如图3所示，第一反射镜片310间接将近景图像源140和远景图像源150，反射向所述汽车挡风玻璃400。具体地，凹面镜反射镜片组300还包括第二反射镜片320，第二反射镜片320以一定角度斜向竖放于靠近汽车挡风玻璃400的一端。反射面朝向近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220。更具体地，第二反射镜片320左右两边中任一边的两角的连线与水平方向之间夹角小于70°。第一反射镜片310接近水平地放置于第二反射镜片320及近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220之间。第一反射镜片310左右两边中任一边的上下两角的连线与垂直方向之间夹角小于70°。在本实施例中，一方面可以增加近景成像光束和远景成像光束的光路长度，减小该双显示汽车抬头显示***的体积；另一方面，第二反射镜片320可以遮挡阳光，防止来自于太阳的光线直接射向第一反射镜片310，进而有效地避免了炫目现象的产生。

第一反射镜片310和第二反射镜片320其中之一为凹面反射镜片，另一为平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种。凹面镜反射镜片组300的结构可以是一体式结构，也可以是分离式结构。

光学引擎10成像光束射出方向对准所述第一反射镜片310，并且光学引擎10的出光口位于第二反射镜片320的上方；第一反射镜片将光线反射向第二反射镜片320，所述第二反射镜片320朝向汽车挡风玻璃400将近景成像光束和远景成像光束射向汽车挡风玻璃400，经汽车挡风玻璃400反射，成像于驾驶员眼睛。

如图4所示，成像单元100被图像分割装置110分割成近景图像源110 和远景图像源120，近景图像源110和远景图像源120发射出的近景成像光束和远景成像光束分别携带了对应的图像信息和位置信息。近景成像光束和远景成像光束分别被近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220反射，形成位置不相同的近景图像源140和远景图像源150。近景成像光束和远景成像光束再先后被反射到凹面镜反射镜片组300的第一反射镜片310和第二反射镜片320上，最终被反射到汽车挡风玻璃400上，从而被驾驶员眼睛捕获，在驾驶员眼中形成两个图像(近景图像和远景图像)在两个位置(近景区域和远景区域)同时出现的效果。其中，定义距离驾驶员较近的区域称为近景区域，较远的称为远景区域。

本发明通过在成像单元100的平面显示发光面的特定位置(具***置视远近景的图像显示比例而定)竖有薄片状的图像分割装置110，将一个完整的显示面分割为两个部分-近景图像区120和远景图像区130，分别发射两束成像光束-近景成像光束和远景成像光束，近景成像光束和远景成像光束分别携带了对应的图像信息和位置信息。近景图像区120和远景图像区130的正前方不同距离位置，各设有近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组 220，并在近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220内形成了近景图像源140和远景图像源150，由于近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220相对于成像单元100的距离不同，经近景图像源反射镜组210和远景图像源反射镜组220反射后的近景图像源140和远景图像源150位置不相同。针对结构相同、面形固定的凹面镜反射镜片组300，包含有不同位置信息与距离信息的近景成像光束与远景成像束分别经过该凹面镜反射镜片组 300的放大和拉远之后，其成像的位置、距离、大小也不相同，在驾驶员眼中在两个位置(近景区域和远景区域)形成两个图像(近景图像和远景图像)。

本发明引入的图像分割装置110，可以实现对成像光束的分割处理，仅通过一套光路结构实现同时域下不同位置的双光学成像效果，满足现实需求的条件下不增大***体积，使得抬头显示***的物理适应性更强、市场应用范围更广阔，加快了汽车抬头显示***的普及，从而提升驾驶汽车的安全性，带来显著的经济效益和社会效益。

本发明的其他众所周知的零件，外壳、接电线、支撑件等零件形状、结构在此不加以说明。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学引擎的实现方法，其特征在于：包括将图像分割装置(110)设置在成像单元(100)上，将所述成像单元(100)分割成近景图像区(120)和远景图像区(130)；在所述近景图像区(120)和远景图像区(130)的上方或者前方分别设置有近景图像源反射镜组(210)和远景图像源反射镜组(220)，且所述近景图像区(120)和近景图像源反射镜组(210)之间的距离小于所述远景图像区(130)和远景图像源反射镜组(220)之间的距离，使所述近景图像区(120)和远景图像区(130)发出的近景成像光束和远景成像光束分别被反射，形成方向相同、远近位置不同的所述近景图像源(140)和远景图像源(150)。

2.一种光学引擎，其特征在于，包括成像单元(100)、用于将所述成像单元(100)分割成近景图像区(120)和远景图像区(130)的图像分割装置(110)、近景图像源反射镜组(210)、远景图像源反射镜组(220)；所述近景图像源反射镜组(210)朝向所述近景图像区(120)；所述远景图像源反射镜组(220)朝向所述远景图像区(130)。

3.根据权利要求2所述的光学引擎，其特征在于，所述图像分割装置(110)采用不透明材料制成，竖立设置在所述成像单元(100)的平面显示发光面上。

4.根据权利要求2所述的光学引擎，其特征在于，所述近景图像源反射镜组(210)至少包括第一近景图像源反射镜片(211)，所述远景图像源反射镜组(220)至少包括第一远景图像源反射镜片(221)，所述第一近景图像源反射镜片(211)与所述近景图像区(120)之间的距离，小于第一远景图像源反射镜片(221)与所述远景图像区(130)之间的距离。

5.根据权利要求4所述的光学引擎，其特征在于，所述第一近景图像源反射镜片(211)和第一远景图像源反射镜片(221)分别倾斜设置在所述近景图像区(120)和远景图像区(130)的上方或者前方。

6.根据权利要求4所述的光学引擎，其特征在于，所述第一近景图像源反射镜片(211)和第一远景图像源反射镜片(221)分别为平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种。

7.一种双显示汽车抬头显示***，其特征在于，包括权利要求2-6任意一项所述的光学引擎(10)和凹面镜反射镜片组(300)，所述近景图像源反射镜组(210)朝向所述近景图像区(120)和凹面镜反射镜片组(300)，将所述近景图像区(120)发出的近景成像光束反射向所述凹面镜反射镜片组(300)；所述远景图像源反射镜组(220)朝向所述远景图像区(130)和凹面镜反射镜片组(300)，将所述远景图像区(130)发出的远景成像光束射向所述凹面镜反射镜片组(300)，所述凹面镜反射镜片组(300)将所述近景成像光束和远景成像光束反射向汽车挡风玻璃(400)。

8.根据权利要求7所述的双显示汽车抬头显示***，其特征在于，所述凹面镜反射镜片组(300)包括第一反射镜片(310)和第二反射镜片(320)，所述光学引擎(10)沿近景成像光束和远景成像光束射出方向对准所述第一反射镜片(310)，并且光学引擎(10)的出光口位于所述第二反射镜片(320)的上方；所述第二反射镜片(320)朝向所述汽车挡风玻璃(400)将所述近景成像光束和远景成像光束射向所述汽车挡风玻璃(400)，经所述汽车挡风玻璃(400)反射，成像于驾驶员眼睛。

9.根据权利要求8所述的双显示汽车抬头显示***，其特征在于，所述第一反射镜片(310)左右两边中任一边的上下两角的连线与垂直方向之间夹角小于70°；所述第一反射镜片将光线反射向第二反射镜片(320)，所述第二反射镜片(320)左右两边中任一边的两角的连线与水平方向之间夹角小于70°。

10.根据权利要求9所述的双显示汽车抬头显示***，其特征在于，所述第一反射镜片(310)和第二反射镜片(320)当中，其中一个为凹面反射镜片，另一个为平面反射镜片、凸面反射镜片或凹面反射镜片中的任意一种。

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