CN113777786B - 一种车载抬头显示的光学*** - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种车载抬头显示的光学***，包括：透镜部和屏幕发射单元部，屏幕发射单元部发射的光通过透镜部呈现在预定显示载体上；其中，透镜部至少包括两个透镜组，屏幕发射单元部至少包括两个屏幕发射单元，每个屏幕发射单元均对应一个透镜组；至少一个屏幕发射单元对应的视场区域为用户的中心视场区域。本公开实施例设置了多个屏幕发射单元和透镜组，每对透镜组和屏幕发射单元均会构成一个视场区域，进而增加了驾驶员可观察的视场区域的范围，增大了视场角，不同内容可以分别在不同视场内进行显示，既不妨碍驾驶员驾驶，又能够为驾驶员呈现较多的信息，***性格较好，用户体验较高。

Description

一种车载抬头显示的光学***

技术领域

本公开涉及光学领域，特别涉及一种车载抬头显示的光学***。

背景技术

HUD(Head-up Display，即“抬头显示”或“平视显示”)可以把当前行车信息等信息通过风挡玻璃投影在前方一定距离上，比如车速、转速、续航、胎压、导航、多媒体等交互信息。驾驶员在行车过程中，不用再低头看传统的仪表台或车机，通过前方投影图像就可以获得行车信息。这样，驾驶员就可以把注意力一直放在前方的道路上，从而可以避免行车过程中因为低头看仪表而导致事故发生，大大提高了驾驶安全性。

HUD是利用光学反射的原理，将重要的信息投射在透明反射曲面上，这个面可以是风挡玻璃也可以是后装的反射面。投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，驾驶员透过HUD往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。

目前，常规的车载HUD***可分为C型和W型，但其视场角均较小，要么是驾驶员可观看的视场范围中显示的内容较多，不利于用户驾驶，要么就是显示较少的内容，不利于驾驶员观看，用户体检较差。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提出了一种车载抬头显示的光学***，用以解决现有技术的如下问题：常规的车载HUD***可分为C型和W型，但其视场角均较小，要么是驾驶员可观看的视场范围中显示的内容较多，不利于用户驾驶，要么就是显示较少的内容，不利于驾驶员观看，用户体检较差。

一方面，本公开实施例提出了一种车载抬头显示的光学***，包括：透镜部和屏幕发射单元部，所述屏幕发射单元部发射的光通过所述透镜部呈现在预定显示载体上；其中，所述透镜部至少包括两个透镜组，所述屏幕发射单元部至少包括两个屏幕发射单元，每个屏幕发射单元均对应一个透镜组；至少一个屏幕发射单元对应的视场区域为用户的中心视场区域。

在一些实施例中，相邻的透镜组之间设置为具有重叠区域，以使得屏幕发射单元部对应的视场区域均为连续的视场区域。

在一些实施例中，所述透镜部包括：第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组；所述屏幕发射单元部包括：第一屏幕发射单元、第二屏幕发射单元、第三屏幕发射单元；所述第二屏幕发射单元位于所述第一屏幕发射单元和所述第三屏幕发射单元之间，所述第一屏幕发射单元与所述第二屏幕发射单元呈第一预定角度设置，所述第三屏幕发射单元与所述第二屏幕发射单元呈第二预定角度设置，以使形成的透镜部的截面具有预定曲度；其中，所述第二屏幕发射单元对应的视场区域为所述中心视场区域。

在一些实施例中，所述第一透镜组和所述第三透镜组中透镜的数量大于所述第二透镜组中透镜的数量。

在一些实施例中，所述透镜部中的透镜组的材料包括：玻璃，和/或，树脂。

在一些实施例中，所述透镜部中透镜组的面型至少包括以下之一：球面、衍射面、非球面，自由曲面。

在一些实施例中，所述预定显示载体为曲面反射镜。

在一些实施例中，所述透镜部相对于所述预定显示载体所在曲面呈7度至11度的俯仰角。

在一些实施例中，所述曲面反射镜的透过率处于10％至80％之间。

在一些实施例中，所述曲面反射镜的面型至少包括以下之一：球面、非球面，自由曲面。

本公开实施例设置了多个屏幕发射单元和透镜组，每对透镜组和屏幕发射单元均会构成一个视场区域，进而增加了驾驶员可观察的视场区域的范围，增大了视场角，不同内容可以分别在不同视场内进行显示，既不妨碍驾驶员驾驶，又能够为驾驶员呈现较多的信息，***性格较好，用户体验较高。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，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公开中记载的一些实施例，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为本公开实施例提供的车载抬头显示的光学***的结构示意图一；

图2为本公开实施例提供的车载抬头显示的光学***的结构示意图二；

图3为本公开实施例提供的车载抬头显示的光学***的工作示意图。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

本公开实施例提供了一种车载抬头显示的光学***，其结构示意如图1所示，包括：

透镜部1和屏幕发射单元部2，屏幕发射单元部2发射的光通过透镜部1呈现在预定显示载体3上；其中，透镜部1至少包括两个透镜组，屏幕发射单元部2至少包括两个屏幕发射单元，每个屏幕发射单元均对应一个透镜组；至少一个屏幕发射单元对应的视场区域为用户的中心视场区域。

图1的结构示意图仅给出了屏幕发射单元部包括两个屏幕发射单元的情况，具体实现时，可以是三个、四个等，此处不进行限定。

图1中两个屏幕发射单元对应的两个透镜组之间存在一定的重叠区域，进而使得驾驶员观察到的视场区域连续。

具体实现时，如果屏幕发射单元较多，则对应的透镜组较多，因此，优选为设置相邻的透镜组之间具有重叠区域，以使得屏幕发射单元部对应的视场区域均为连续的视场区域，获得较好的用户体验。当然，图1给出的连续视场区域的方式仅为一种示例，本领域技术人员在实际设置时，也可以将相邻的透镜设置为没有重叠区域，进而符合不同的实际场景需求，其均在本公开的保护范围之内。

本公开实施例设置了多个屏幕发射单元和透镜组，每对透镜组和屏幕发射单元均会构成一个视场区域，进而增加了驾驶员可观察的视场区域的范围，增大了视场角，不同内容可以分别在不同视场内进行显示，既不妨碍驾驶员驾驶，又能够为驾驶员呈现较多的信息，***性格较好，用户体验较高。

在一个优选实施方式中，屏幕发射单元部包括三个屏幕发射单元，透镜部也对应着三个透镜组，其结构示意如图2所示，即透镜部1包括第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13，屏幕发射单元部2包括第一屏幕发射单元21、第二屏幕发射单元22、第三屏幕发射单元23；第二屏幕发射单元22位于第一屏幕发射单元21和第三屏幕发射单元23之间，第一屏幕发射单元21与第二屏幕发射单元22呈第一预定角度设置，第三屏幕发射单元23与第二屏幕发射单元22呈第二预定角度设置，以使形成的透镜部的截面具有预定曲度；其中，第二屏幕发射单元对应的视场区域为中心视场区域。

车载HUD首先需要满足真实世界路面观察的需求，所以在中心视场，需要较少的较简单的虚拟内容的叠加，比如简单的箭头，这就需要显示质量不必追求过高，从而减少设计和制作难度；而在边缘视场可放置车速、导航、多媒体等交互信息，这样更加符合实际驾驶环境中，驾驶员安全和信息完整性的需求。基于上述考虑，本公开实施例车载抬头显示的光学***在具体设置时，第一透镜组和第三透镜组中透镜的数量可以大于第二透镜组中透镜的数量，进而保证中心视场有低分辨率的显示，同时，高分辨率的显示在其它视场中呈现。

为了呈现较好的显示效果，上述预定显示载体优选为曲面反射镜。

具体实现时，如图3所示，第一屏幕发射单元11发出的光线经过第一透镜组21，到达曲面反射镜3，形成视角为FOV1的虚像最终入射到人眼，由于第一透镜组21中透镜的数量较多，因此图像MTF较高，可实现数字类内容清晰显示；第二屏幕发射单元12发出的光线经过第二透镜组22，到达曲面反射镜3，形成视角为FOV2的虚像最终入射到人眼，由于第二透镜组22中透镜的数量较少，因此图像MTF较低，可实现较大的箭头类内容清晰显示；第三屏幕发射单元13发出的光线经过第三透镜组23，到达曲面反射镜3，形成视角为FOV3的虚像最终入射到人眼，由于第三透镜组23中透镜的数量较多，因此图像MTF较高，可实现数字和符号类内容清晰显示。FOV1、FOV2、FOV3在进入人眼时拼接，实现FOV的扩大，同时实现分段MTF显示。

上述屏幕发射单元的类型至少包括以下之一：Micro OLED(微型有机发光半导体)、TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)、DLP(数字光学处理)或LCOS(硅基液晶)。

上述透镜部中的透镜组的材料可以是玻璃、树脂或者两者的结合。曲面反射镜的材料也可以是玻璃、塑料或者两者的结合，优选透明玻璃和透明塑料。为了适应不同应用场景，曲面反射镜的透过率可以在10％至80％之间任意调整。

上述透镜部中透镜组的面型至少包括以下之一：球面、衍射面、非球面，自由曲面；对于曲面反射镜，其的面型至少包括以下之一：球面、非球面，自由曲面。进一步的，第一透镜组21和第三透镜组23可以采用2片式，各表面为球面；第二透镜组22采用1片式，表面为球面。

对于透镜组，其面型满足如下方程：

式中，c为曲率半径，k为圆锥系数，r为透镜的半孔径。

对于曲面反射镜的表面，其面型为扩展多项式(Extended Polynomial)满足如下方程：

其中，c为曲率半径，k为圆锥系数，r为透镜的半孔径，Ai是扩展多项式使用的系数。

在一个优选实施方式中，屏幕发射单元和透镜组组成的单元距离曲面反射镜的距离可以是400mm至1000mm中的任意距离，以适应不同车型的需求。

可选的，的显示屏幕单元和透镜组组成的单元相对于曲面反射镜的相对角度可以是7度至11度之间的任何一个值，可满足不同车型、不同身高的驾驶者。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种车载抬头显示的光学***，其特征在于，包括：

透镜部和屏幕发射单元部，所述屏幕发射单元部发射的光通过所述透镜部呈现在预定显示载体上；

其中，所述透镜部至少包括两个透镜组，所述屏幕发射单元部至少包括两个屏幕发射单元，每个屏幕发射单元均对应一个透镜组；至少一个屏幕发射单元对应的视场区域为用户的中心视场区域；每对透镜组和屏幕发射单元均会构成一个视场区域，不同内容分别在不同视场区域内进行显示；

所述透镜部包括：第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组，所述第一透镜组和所述第三透镜组中透镜的数量大于所述第二透镜组中透镜的数量；

所述屏幕发射单元部包括：第一屏幕发射单元、第二屏幕发射单元、第三屏幕发射单元；

所述第二屏幕发射单元位于所述第一屏幕发射单元和所述第三屏幕发射单元之间，所述第一屏幕发射单元与所述第二屏幕发射单元呈第一预定角度设置，所述第三屏幕发射单元与所述第二屏幕发射单元呈第二预定角度设置，以使形成的透镜部的截面具有预定曲度；其中，所述第二屏幕发射单元对应的视场区域为所述中心视场区域。

2.如权利要求1所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，

相邻的透镜组之间设置为具有重叠区域，以使得屏幕发射单元部对应的视场区域均为连续的视场区域。

3.如权利要求1所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，所述透镜部中的透镜组的材料包括：玻璃，和/或，树脂。

4.如权利要求1所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，所述透镜部中透镜组的面型至少包括以下之一：球面、衍射面、非球面，自由曲面。

5.如权利要求1至4中任一项所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，所述预定显示载体为曲面反射镜。

6.如权利要求5所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，所述透镜部相对于所述预定显示载体所在曲面呈7度至11度的俯仰角。

7.如权利要求5所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，所述曲面反射镜的透过率处于10％至80％之间。

8.如权利要求5所述的车载抬头显示的光学***，其特征在于，所述曲面反射镜的面型至少包括以下之一：球面、非球面，自由曲面。