CN117950193A - 一种车载平视立体显示装置 - Google Patents

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孙大明
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Abstract

为解决车载平视立体显示装置最佳观看距离难以和驾驶员前后位置匹配的问题，本发明提出了一种车载平视立体显示装置。该车载平视立体显示装置由投影机阵列、投影机阵列导轨、半反半透面、一维逆反射片阵列、计算控制***构成。投影机阵列安装于投影机导轨之上，并和一维逆反射片阵列及半反半透面构成立体显示***。计算控制***可根据驾驶员眼睛所在位置控制投影机阵列导轨，使得投影机阵列和人眼同时位于一维逆反射片阵列镜像法线的垂面内，从而使得立体显示装置的最佳观看距离与人眼位置匹配。

Description

一种车载平视立体显示装置
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种车载平视立体显示装置。
背景技术
传统车载平视显示（HUD）通常采用2D显示器和半反半透面构成。其中，2D显示器水平放置，半反半透面通常为汽车挡风玻璃，观看者可通过半反半透面看到2D显示器的镜像，从而实现平视显示。为实现车载平视立体显示，可用3D显示器取代2D显示器。然而，3D显示器通常具有最佳观看距离。因此，当驾驶员前后位置不同时，其难以和3D显示器的最佳观看距离进行匹配。为解决这一问题，本发明提出了一种车载平视立体显示装置，其借助汽车已有的车顶、仪表台等结构，通过可移动的逆反射投影立体显示***实现3D显示，使得3D显示器的最佳观看距离可调并能适应于驾驶员可能处于的任意空间位置。
发明内容
为解决车载平视立体显示装置最佳观看距离难以和驾驶员前后位置匹配的问题，本发明提出了一种车载平视立体显示装置。
该车载平视立体显示装置由投影机阵列、投影机阵列导轨、半反半透面、一维逆反射片阵列、计算控制***构成。
投影机阵列由多台投影机在水平方向上排列而成，且安装于投影机阵列导轨之上。
投影机阵列导轨可以受计算控制***控制并带动投影机阵列前后移动。
一维逆反射片阵列由多个一维逆反射片构成，且覆盖于汽车仪表台之上。
一维逆反射片作为分光元件能在某方向上形成一维逆反射。一维逆反射片在其逆反射方向上能够按光线原入射方向反射光线，并在其逆反射方向的正交方向上散射光线。一维逆反射片阵列中所有一维逆反射片法线方向一致，且其在同一方向上实现一维逆反射。
在一维逆反射片阵列的逆反射方向上排列的各台投影机，其发射的光线能经一维逆反射片逆反射后在一维逆反射片的逆反射方向上分别再次汇聚于各自位置。
优选的，一维逆反射片由柱透镜光栅及漫反射层形成的复合结构构成，其在光栅排列方向上实现一维逆反射。
半反半透面位于汽车挡风玻璃上，其透射率和反射率不作具体限定。
投影机阵列内各投影机所投射视差图像由半反半透面反射后投射于一维逆反射片阵列之上。驾驶员通过半反半透面反射观看一维逆反射片阵列上视差图像的镜像。
计算控制***根据驾驶员眼睛所在位置控制投影机阵列导轨，使得投影机阵列和人眼同时位于一维逆反射片阵列镜像法线的垂面内。
可选的，计算控制***通过设置人眼检测装置获取人眼位置，并控制投影机阵列导轨。
本发明实现立体显示的技术原理为：
任意一台投影机发射的光线经半反半透面反射后到达一维逆反射片阵列，并经逆反射后，光线重新汇聚于过投影机的一条直线上。根据几何光学镜像原理，该直线方向垂直于一维逆反射片阵列镜像的法线方向及其一维逆反射方向。可以理解到，该直线上看到的信息均来自于同一投影机，人眼位于该直线上时可以看到对应投影机投射的图像，该直线的位置即对应了立体显示装置的最佳观看距离。对于任意投影机均具有上述性质，则可使得人眼分别看到不同投影机投射的视差图像从而产生立体视觉。
综上所述，因本发明可以根据驾驶员眼睛所在位置控制投影机阵列导轨，使得投影机阵列和人眼位于一维逆反射片阵列经半反半透面所成镜像的法线的垂面内，从而使得车载平视立体显示装置的最佳观看距离与人眼位置匹配。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中一维逆反射片的原理示意图。
图标：100-投影机阵列；200-投影机阵列导轨；300-半反半透面；400-一维逆反射片阵列；410-一维逆反射片阵列镜像；500-计算控制***；101-第一投影机；102-第二投影机；103-第三投影机；401-一维逆反射片；402-柱透镜光栅；403-漫反射层。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
图1为本实施例提供的一种车载平视立体显示装置。图中z代表空间中的水平方向，y代表空间中的垂直方向，x代表空间中的前后方向。
该车载平视立体显示装置由投影机阵列100、投影机阵列导轨200、半反半透面300、一维逆反射片阵列400、计算控制***500构成。
投影机阵列100由多台投影机在水平z方向上排列而成，且安装于投影机阵列导轨200之上。
投影机阵列导轨200安装于汽车车顶，其可以受计算控制***500控制并带动投影机阵列100前后移动。
一维逆反射片阵列400由多个一维逆反射片401构成，且覆盖于汽车仪表台之上，其与汽车仪表台外形保持一致。
请参考图2，一维逆反射片401由柱透镜光栅402及漫反射层403形成的复合结构构成，其柱透镜在p方向上进行排列，并在p方向上实现一维逆反射。在p方向上不同位置的投影机，其发射的光线能经一维逆反射片401逆反射后在p方向上分别再次汇聚于各自位置。在与p方向的正交的o方向上，一维逆反射片401对光线进行散射。
具体的，第一投影机101投射的光线可经由柱透镜光栅402上任意一条柱透镜和漫反射层403逆反射后在p方向上返回至第一投影机101所在位置，并分布于过第一投影机101且沿o方向延伸的一条直线上；第二投影机102与第三投影机103所投射的光线也具有完全相同的性质。
请参考图1和图2，一维逆反射片阵列400中所有一维逆反射片401法线q方向一致，且与y轴平行，其柱透镜沿z方向排列，并在z方向上实现一维逆反射。
半反半透面300位于汽车挡风玻璃上，其透射率为80%，反射率为20%，且与水平面x-z呈30度角。
投影机阵列100内各投影机所投射视差图像由半反半透面300反射后投射于一维逆反射片阵列400之上。驾驶员通过半反半透面300反射观看一维逆反射片阵列400上视差图像的镜像，即位于一维逆反射片阵列镜像410位置上的视差图像。
计算控制***500根据驾驶员眼睛所在位置控制投影机阵列导轨200，使得投影机阵列100和人眼同时位于一维逆反射片阵列镜像410法线的垂面内。
计算控制***500通过设置人眼检测装置获取人眼位置。
本发明实现立体显示的技术原理为：
请参考图1，任意一台投影机发射的光线经半反半透面300反射后到达一维逆反射片阵列400，并经逆反射后，光线重新汇聚于过投影机的一条沿A-B方向延伸的直线上。根据几何光学镜像原理，该直线A-B方向垂直于一维逆反射片阵列镜像410的法线方向（即直线C-D所在方向）及其一维逆反射方向（即z方向）。因一维逆反射片阵列400法线与y轴平行，且半反半透面300与水平面x-z呈30度角，则直线C-D与水平面呈30度角，直线A-B与水平面呈60度角。可以理解到，该A-B方向直线上看到的信息均来自于同一投影机，人眼位于该A-B方向直线时可以看到对应投影机投射的图像，该直线A-B的位置即对应了车载平视立体显示装置的最佳观看距离。对于沿z方向排列的任意投影机均具有上述性质，则可使得人眼分别看到不同投影机投射的视差图像从而产生立体视觉。
本发明使得立体显示最佳观看距离与驾驶员前后位置匹配原理为：
因计算控制***500可控制投影机阵列导轨200前后移动，并使得投影机阵列100和人眼位于一维逆反射片阵列镜像410法线C-D的垂面A-B-z内。根据上述技术原理，过投影机阵列100且垂直于一维逆反射片阵列镜像410法线C-D的面对应了车载平视立体显示装置的最佳观看距离。此时，计算控制***500控制投影机阵列导轨200前后移动，并使人眼处于该面内时，车载平视立体显示装置的最佳观看距离必然与人眼位置匹配。
综上所述，因本发明可以根据驾驶员眼睛所在位置控制投影机阵列导轨200，使得投影机阵列100和人眼同时位于一维逆反射片阵列400经半反半透面300所成镜像法线C-D的垂面内，从而使得车载平视立体显示装置的最佳观看距离与人眼位置匹配。

Claims (2)

1.一种车载平视立体显示装置，其特征在于：
该车载平视立体显示装置由投影机阵列、投影机阵列导轨、半反半透面、一维逆反射片阵列、计算控制***构成；
投影机阵列由多台投影机在水平方向上排列而成，且安装于投影机阵列导轨之上；
投影机阵列导轨可以受计算控制***控制并带动投影机阵列前后移动；
一维逆反射片阵列由多个一维逆反射片构成，且覆盖于汽车仪表台之上；
一维逆反射片作为分光元件能在某方向上形成一维逆反射；一维逆反射片在其逆反射方向上能够按光线原入射方向反射光线，并在其逆反射方向的正交方向上散射光线；一维逆反射片阵列中所有一维逆反射片法线方向一致，且其在同一方向上实现一维逆反射；
在一维逆反射片阵列的逆反射方向上排列的各台投影机，其发射的光线能经一维逆反射片逆反射后在一维逆反射片的逆反射方向上分别再次汇聚于各自位置；
半反半透面位于汽车挡风玻璃上；
投影机阵列内各投影机所投射视差图像由半反半透面反射后投射于一维逆反射片阵列之上；驾驶员通过半反半透面反射观看一维逆反射片阵列上视差图像的镜像；
计算控制***根据驾驶员眼睛所在位置控制投影机阵列导轨，使得投影机阵列和人眼同时位于一维逆反射片阵列镜像法线的垂面内。
2.如权利要求1所述的一种车载平视立体显示装置，其特征在于：一维逆反射片由柱透镜光栅及漫反射层形成的复合结构构成，其在光栅排列方向上实现一维逆反射。
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