一种车载抬头显示装置以及汽车

1.本发明涉及汽车显示技术领域，特别是涉及一种车载抬头显示装置以及汽车。


背景技术：

2.随着汽车技术的不断发展，驾驶舒适性越来越成为人们的主流追求，因此抬头显示(head up display，hud)，逐步在汽车领域获得了广泛的应用。然而现有的抬头显示装置往往只能呈现虚像，当车辆处于高亮度环境时，由于虚像画面内容的对比度不够，驾驶人员无法准确观察画面内容，导致驾驶人员容易出现分心驾驶的情况，存在较大的驾驶安全隐患。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种车载抬头显示装置以及汽车，提高了抬头显示装置的成像精度，提升了汽车驾驶的舒适性和安全性。
4.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明提供一种车载抬头显示装置，包括：
6.多个全息透镜，设于挡风玻璃上；
7.散射膜，设于所述全息透镜上；
8.散射镜，设于所述散射膜的一侧，所述散射镜包括实像散射镜与虚像散射镜；以及
9.投影仪，设于所述散射镜的一侧；
10.其中，当所述投影仪通过所述实像散射镜、所述散射膜以及所述全息透镜进行投影时，进入近距投影模式，当所述投影仪通过所述虚像散射镜与所述全息透镜进行投影时，进入远距虚像投影模式。
11.在本发明一实施例中，所述装置还包括：
12.电性控制器，分别电连接于所述散射膜和所述实像散射镜，用以电性控制所述散射膜和所述实像散射镜，以改变所述散射膜和所述实像散射镜的电性状态。
13.在本发明一实施例中，当所述散射膜和所述实像散射镜处于电性状态时，所述散射膜和所述实像散射镜呈透明状态，当所述散射膜和所述实像散射镜处于非电性状态时，所述散射膜和所述实像散射镜呈散射状态。
14.在本发明一实施例中，所述近距投影模式包括近距虚像投影模式和近距实像投影模式。
15.在本发明一实施例中，当进入所述近距虚像投影模式时，所述实像散射镜处于非电性状态，所述散射膜处于电性状态，所述投影仪通过处于非电性状态的所述实像散射镜、处于电性状态的所述散射膜以及所述全息透镜进行投影，以生成至少一个近距离虚像。
16.在本发明一实施例中，当进入所述近距实像投影模式时，所述实像散射镜处于电性状态，所述散射膜处于非电性状态，所述投影仪通过处于电性状态的所述实像散射镜、处于非电性状态的所述散射膜以及所述全息透镜进行投影，以在所述挡风玻璃上形成实像。
17.在本发明一实施例中，当进入所述远距虚像投影模式时，所述投影仪通过所述虚像散射镜与所述全息透镜进行投影，以形成至少一个远距离虚像。
18.在本发明一实施例中，所有所述全息透镜位于所述挡风玻璃的同一平面上，且所有所述全息透镜的焦距各不相同。
19.在本发明一实施例中，所述虚像散射镜与所述实像散射镜位于同一平面内，且所述虚像散射镜设于所述实像散射镜上。
20.本发明还提供一种汽车，包括如上任一项所述的车载抬头显示装置。
21.如上所述，本发明提供一种车载抬头显示装置以及汽车，通过电性控制器控制实像散射镜与散射膜的电性状态，从而完成对实像散射镜与散射膜的散射状态的控制，以实现对车载显示装置的虚像投影与实像投影之间的切换，能够根据驾驶环境选择相对应的抬头显示的成像投影模式，便于驾驶人员能够准确观察成像信息，提高了抬头显示装置的成像精度，提升了汽车驾驶的舒适性和安全性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1显示为本发明的一一种车载抬头显示装置以及汽车的整体结构示意图；
24.图2显示为图1的侧视图；
25.图3显示为本发明的一种车载抬头显示装置以及汽车同时进入远距虚像投影模式和近距实像投影模式的结构示意图；
26.图4显示为本发明的一种车载抬头显示装置以及汽车同时进入远距虚像投影模式和近距实像投影模式的另一种结构示意图；
27.图5显示为本发明的一种车载抬头显示装置以及汽车同时进入远距虚像投影模式和近距虚像投影模式的结构示意图；
28.图6显示为图5的侧视图。
29.元件标号说明：
30.100、车载抬头显示装置；110、挡风玻璃；120、投影仪；130、全息透镜；140、散射膜；150、散射镜；151、实像散射镜；152、虚像散射镜。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1所示，本发明提供了一种车载抬头显示装置以及汽车，抬头显示是指将汽车行驶过程中仪表显示的重要信息，例如车速、油量、导航、车距提醒等信息投射到前风挡玻璃或者后装的屏幕上，可以使驾驶员不用低头就能看到这些驾驶辅助信息。多平面的
抬头显示装置则可通过不同深度的虚像平面使得抬头显示内容与现实更好的融合，提高驾驶的安全性与舒适性。
33.请参阅图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，汽车可以包括车载抬头显示装置100以及挡风玻璃110。车载抬头显示装置100可以包括但不限于投影仪120、全息透镜130、散射膜140、散射镜150以及电性控制器。其中，挡风玻璃110可以可拆卸设于汽车上，用以隔绝车内与外界环境。车载抬头显示装置100内的投影仪120可以设置在挡风玻璃110靠近车内驾驶舱的一侧，且投影仪120的光线发射端与挡风玻璃110相对，用以发射光线，并对其进行成像。具体的，投影仪120可以为双焦面投影设备，然不限于此，投影仪120还可以为其他类型的投影仪120，只要其具备景深大特点即可。
34.请参阅图1和图2所示，值得说明的是，全息透镜130可以设于挡风玻璃110靠近车内驾驶舱的一侧，且全息透镜130可以位于挡风玻璃110与投影仪120之间，用以对投影仪120投射的特定角度入射的光线进行干涉，而对非此角度入射的光线透过。其中，全息透镜130可以为由两束光线在特定材料上进行干涉形成的光学元件，可对入射的光线进行转换，而此实例中的全息透镜130便为两束特定光线干涉而成，使用一束与全息透镜130同轴的发散光与一束与全息透镜130呈45
°
角的平行光干涉，可使其可对同轴的像源发出的光线进行布拉格衍射，从而具有透镜的功能，而对非干涉光线角度的环境光则透过，不会发生衍射。全息透镜130可以设有多个，且所有全息透镜130位于同一平面内。具体的，位于同一平面内的多个全息透镜130可以均匀设于挡风玻璃110上，且每个全息透镜130的焦距各不相同，用以实现多平面成像。然不限于此，多个全息透镜130也可以不规则设置在挡风玻璃110上，只要每个全息透镜130的焦距各不相同以实现多平面成像即可。例如，可以以设置有两个全息透镜130，且两个全息透镜130为全息全息透镜为例进行说明。两个全息透镜130贴合设于挡风玻璃110上，且两个全息透镜130呈上下相对设置，两个全息透镜130的焦距不相同，用以实现多平面成像。
35.请参阅图1和图2所示，进一步地，散射膜140可以贴合设于全息透镜130上，然不限于此，散射膜140也可以以其他形式设置在全息透镜130上。具体的，散射膜140可以贴合设于挡风玻璃110的最底层的全息透镜130上，用以对光线进行散射成像，并将其发送至全息透镜130中。散射膜140可以为电控散射膜140，即通过对电控散射膜140进行通电使得其改变自身散射介质的聚集度，从而实现对散射角的改变。然不限于此，散射膜140也可以为其他类型的散射介质组成，只要满足能够根据实际情况对散射角度进行调整即可，用以实现对光线的全透射或散射。例如，可以以散射膜140为电控散射膜进行说明，电控散射膜可以电连接于电性控制器，电性控制器通过对电控散射膜进行通电，以改变电控散射膜的对光线的散射角度，从而实现对光线的全透射或散射。当电性控制器对电控散射膜进行通电使其处于电性状态时，电控散射膜呈透明状态，以实现对光线的全透射，当电性控制器对电控散射膜进行断电使其处于非电性状态时，电控散射膜呈散射状态，以实现对光线的散射。
36.请参阅图1和图2所示，更进一步地，散射镜150可以平行设于散射膜140的一侧，且散射镜150设置在散射膜140与投影仪120之间，散射镜150与散射膜140以及全息透镜130相互平行。然不限于此，散射镜150也可以与散射膜140以及全息透镜130呈非平行设置，只要经过散射镜150全透射或散射处理后的光线能够发射至散射膜140或全息透镜130中即可。散射镜150可以包括实像散射镜151以及虚像散射镜152，虚像散射镜152可以设于实像散射
镜151上，且实像散射镜151与虚像散射镜152可以位于同一平面内。具体的，实像散射镜151可以设置在散射膜140的一侧，且实像散射镜151可以为电控散射镜，然不限于此，实像散射镜151还可以为其他类型的散射介质，只要能够实现对散射角度的调整即可。实像散射镜151与散射膜140可以由同种散射介质构成，然不限于此，实像散射镜151包含的散射介质与散射膜140包含的散射介质的种类也可以不相同。例如，可以以实像散射镜151包含的散射介质种类与散射膜140包含的散射介质种类相同为例进行说明，实像散射镜151可以电连接于电性控制器，以便于在电性控制器的控制下实现对光线的透射和散射。当电性控制器对实像散射镜151进行通电，即实像散射镜151处于电性状态时，实像散射镜151可以呈透明状态，以使光线能够直接透过实像散射镜151不发生散射。当电性控制器对实像散射镜151进行断电，即实像散射镜151处于非电性状态时，实像散射镜151可以呈散射状态，以接收光线，并对其进行散射。虚像散射镜152可以设置在实像散射镜151上，用以对光线进行散射，以实现虚像成像。
37.请参阅图1和图2所示，具体的，车载抬头显示装置100可以包括但不限于远距虚像投影模式、近距虚像投影模式以及近距实像投影模式。当车载抬头显示装置100进入近距虚像投影模式或近距实像投影模式时，电性控制器可以控制实像散射镜151和散射膜140处于不同的工作状态，以使实像散射镜151和散射膜140可以呈不同的散射状态。例如，当车载抬头显示装置100进入近距虚像投影模式时，电性控制器可以通过控制实像散射镜151处于非电性状态，控制散射膜140处于电性状态，从而实现近距虚像投影。当车载抬头显示装置100进入近距实像投影模式时，电性控制器可以通过控制实像散射镜151处于电性状态，控制散射膜140处于非电性状态，从而实现近距实像投影。其中，当车载抬头显示装置100进入远距虚像投影模式时，投影仪120发射的光线通过虚像散射镜152进行散射，并将散射光射入未贴设有散射膜140的全息透镜130上，射入全息透镜130的散射光经过全息透镜130的聚焦后生成远距离虚像，以便于驾驶人员通过挡风玻璃110直接观察到远距离虚像。需要说明的是，投影仪120发射的光线经过虚像散射镜152散射后可以生成多束散射光线，多束散射光线可以射入多个未贴设有散射膜140的焦距不同的全息透镜130上，经过全息透镜130的聚焦能够产生多个不同平面的远距离虚像。当车载抬头显示装置100进入近距虚像投影模式时，电性控制器可以对实像散射镜151进行断电控制使其处于非电性状态，从而使得实像散射镜151呈散射状态，以便于对射入实像散射镜151的光线进行散射处理。此外，电性控制器同时还需要对散射膜140进行通电控制使其处于电性状态，从而使得散射膜140呈透明状态，以便于散射光线能够直接透过散射膜140后并射入介于挡风玻璃110与散射膜140之间的全息透镜130上，经过全息透镜130的聚焦后能够产生至少一个近距离虚像，且近距离虚像还可以位于其他位置，只要驾驶人员能够通过挡风玻璃110观察到近距离虚像即可。
38.请参阅图1和图2所示，值得更进一步说明的是，全息透镜130与远距虚像投影以及近距虚像投影之间可以满足如下公式：
[0039][0040]
其中，f可以表示为全息透镜130的焦距，u可以表示为全息透镜130所在平面与实像散射镜151以及虚像散射镜152所在平面之间的最短垂直距离，v可以表示为近距虚像投影和远距虚像投影所在平面的景深深度。当车载抬头显示装置100进入近距实像投影模式
时，电性控制器可以控制实像散射镜151进入电性状态，从而使得电性状态的实像散射镜151呈透明状态。此外，电性控制器同时还需要控制散射膜140进入非电性状态，从而使得散射膜140呈散射状态。经过投影仪120发射的光线可以直接穿过呈透明状态的实像散射镜151，并射入处于散射状态的散射膜140中，散射膜140对光线进行散射处理后将散射光线射入介于挡风玻璃110与散射膜140之间的全息透镜130中，全息透镜130对散射光线进行聚焦后投射于挡风玻璃110上，以生成近距实像投影。
[0041]
请参阅图3和图4所示，可以以车载抬头显示装置100同时进入远距虚像投影模式和近距实像投影模式为例进行说明。当进入远距虚像投影模式和近距实像投影模式时，电性控制器控制实像散射镜151进入非电性状态，控制散射膜140进入电性状态，其中，进入电性状态呈散射状态的散射膜140、虚像散射镜152以及进入非电性状态呈透明状态的实像散射镜151可以参阅图3和图4所示。投影仪120将激光束射向散射镜150，且激光束完全覆盖实像散射镜151以及虚像散射镜152。射向虚像散射镜152的激光束经过虚像散射镜152的散射后直接射入未贴设有散射膜140的全息透镜130中，并经过全息透镜130的聚焦后生成远距虚像投影a，且远距虚像投影a可以通过全息透镜130进行反射，以便于驾驶人员观察。射向实像散射镜151的激光束可以直接穿过呈透明状态的实像散射镜151，并将激光束射向呈散射状态的散射膜140中，激光束经过散射膜140的散射以及全息透镜130的聚焦后可以于挡风玻璃110上生成近距实像投影b，以实现远距虚像投影以及近距实像投影。
[0042]
请参阅图5和图6所示，可以以车载抬头显示装置100同时进入远距虚像投影模式以及近距虚像投影模式为例进行说明。当进入远距虚像投影模式以及近距虚像投影模式时，电性控制器控制实像散射镜151进入电性状态，控制散射膜140进入非电性状态，其中，进入非电性状态呈透明状态的散射膜140以及进入电性状态呈散射状态的实像散射镜151、虚像散射镜152可以参阅图5和图6所示。投影仪120将激光束射向散射镜150，且激光束完全覆盖实像散射镜151以及虚像散射镜152。射向虚像散射镜152的激光束经过虚像散射镜152的散射后直接射入未贴设有散射膜140的全息透镜130中，并经过全息透镜130的聚焦后生成远距虚像投影a，且远距虚像投影a可以通过全息透镜130进行反射，以便于驾驶人员观察。激光束经过呈散射状态的实像散射镜151后发生散射，并射向处于透明状态的散射膜140中，激光束可以直接穿过呈透明状态的散射膜140并经过全息透镜130的聚焦后生成近距虚像投影c，近距虚像投影c可以通过全息透镜130进行反射，以便于驾驶人员观察。
[0043]
综上所述，通过本发明提供的一种车载抬头显示装置以及汽车，通过电性控制器控制实像散射镜与散射膜的电性状态，从而完成对实像散射镜与散射膜的散射状态的控制，以实现对车载显示装置的虚像投影与实像投影之间的切换，能够根据驾驶环境选择相对应的抬头显示的成像投影模式，便于驾驶人员能够准确观察成像信息，提高了抬头显示装置的成像精度，提升了汽车驾驶的舒适性和安全性。
[0044]
说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0045]
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有
的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种车载抬头显示装置，其特征在于，所述装置包括：多个全息透镜，设于挡风玻璃上；散射膜，设于所述全息透镜上；散射镜，设于所述散射膜的一侧，所述散射镜包括实像散射镜与虚像散射镜；以及投影仪，设于所述散射镜的一侧；其中，当所述投影仪通过所述实像散射镜、所述散射膜以及所述全息透镜进行投影时，进入近距投影模式，当所述投影仪通过所述虚像散射镜与所述全息透镜进行投影时，进入远距虚像投影模式。2.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述装置还包括：电性控制器，分别电连接于所述散射膜和所述实像散射镜，用以电性控制所述散射膜和所述实像散射镜，以改变所述散射膜和所述实像散射镜的电性状态。3.根据权利要求2所述的车载抬头显示装置，其特征在于，当所述散射膜和所述实像散射镜处于电性状态时，所述散射膜和所述实像散射镜呈透明状态，当所述散射膜和所述实像散射镜处于非电性状态时，所述散射膜和所述实像散射镜呈散射状态。4.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述近距投影模式包括近距虚像投影模式和近距实像投影模式。5.根据权利要求4所述的车载抬头显示装置，其特征在于，当进入所述近距虚像投影模式时，所述实像散射镜处于非电性状态，所述散射膜处于电性状态，所述投影仪通过处于非电性状态的所述实像散射镜、处于电性状态的所述散射膜以及所述全息透镜进行投影，以生成至少一个近距离虚像。6.根据权利要求4所述的车载抬头显示装置，其特征在于，当进入所述近距实像投影模式时，所述实像散射镜处于电性状态，所述散射膜处于非电性状态，所述投影仪通过处于电性状态的所述实像散射镜、处于非电性状态的所述散射膜以及所述全息透镜进行投影，以在所述挡风玻璃上形成实像。7.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，当进入所述远距虚像投影模式时，所述投影仪通过所述虚像散射镜与所述全息透镜进行投影，以形成至少一个远距离虚像。8.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所有所述全息透镜位于所述挡风玻璃的同一平面上，且所有所述全息透镜的焦距各不相同。9.根据权利要求1所述的车载抬头显示装置，其特征在于，所述虚像散射镜与所述实像散射镜位于同一平面内，且所述虚像散射镜设于所述实像散射镜上。10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的车载抬头显示装置。

技术总结
本发明提供一种车载抬头显示装置，包括：多个全息透镜，设于挡风玻璃上；散射膜，设于所述全息透镜上；散射镜，设于所述散射膜的一侧，所述散射镜包括实像散射镜与虚像散射镜；以及投影仪，设于所述散射镜的一侧；其中，当所述投影仪通过所述实像散射镜、所述散射膜以及所述全息透镜进行投影时，进入近距投影模式，当所述投影仪通过所述虚像散射镜与所述全息透镜进行投影时，进入远距虚像投影模式。通过本发明公开的一种车载抬头显示装置以及汽车，能够提高抬头显示装置的成像精度，提升汽车驾驶的舒适性和安全性。舒适性和安全性。舒适性和安全性。


技术研发人员：王梓 庞煜剑 苏雨萌 吕国强 冯奇斌
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/9