本发明属于汽车电子技术领域，尤其涉及一种增强现实抬头显示器系统及方法。
背景技术：
随着汽车消费的普及，人们对汽车产品驾乘时的智能化和安全性要求越来越高，抬头显示器(hud)作为一种能够把行车信息投射在行驶方向上的显示技术，能够方便驾驶员在开车过程中观察车子信息，双眼不需要离开行驶方向，提高了驾驶的安全性。但目前市场上的hud产品，存在着景深距离小的缺点，从驾驶员眼睛到实际显示的画面距离，只能达到2-3米的距离，故传统的hud只能把信息简单的呈现在驾驶员前方2-3米处，不能实现加强现实效果，即投影信息和实际的路面相结合的效果。
技术实现要素：
基于此，针对上述技术问题，提供一种增强现实抬头显示器系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种增强现实抬头显示器系统，包括:
用于投射光线的投影模块；
用于供所述光线经过形成实像并在光学平面镜上形成镜像的成像元件；
用于将所述镜像反射至凹面镜上的光学平面镜，所述成像元件以及光学平面镜依次设于所述投影模块的投射路径上；
用于放大所述光学平面镜反射的镜像并投射至全息光学膜上的凹面镜；
全息光学膜，所述全息光学膜固定于汽车挡风玻璃上，光线的行进方向与所述全息光学膜的光栅结构满足如下关系：
其中，n以及n'分别为入射边以及折射边的折射率，θi是光线的入射角，θd是光线的折射角，λv是光在真空中的波长，m是衍射级数，l为光栅的周期。
所述光学平面镜到凹面镜的距离大于该凹面镜的焦距，并小于该凹面镜的两倍焦距。
所述投影模块斜向上布置，其投射方向为斜向上，所述凹面镜设于光学平面镜的前侧，所述全息光学膜固定于汽车挡风玻璃的内侧。
所述投影模块为激光投影模块。
所述成像元件为透射率>80％、雾度>80的散射膜。
本发明还涉及一种增强现实抬头显示方法，包括：
设置用于投射光线的投影模块；
设置用于供所述光线经过形成实像并在光学平面镜上形成镜像的成像元件；
设置用于将所述镜像反射至凹面镜上的光学平面镜，所述成像元件以及光学平面镜依次设于所述投影模块的投射路径上；
设置用于放大所述光学平面镜反射的镜像并投射至全息光学膜上的凹面镜；
在汽车挡风玻璃上设置全息光学膜，光线的行进方向与所述全息光学膜的光栅结构满足如下关系：
其中，n以及n'分别为入射边以及折射边的折射率，θi是光线的入射角，θd是光线的折射角，λv是光在真空中的波长，m是衍射级数，l为光栅的周期。
所述光学平面镜到凹面镜的距离大于该凹面镜的焦距，并小于该凹面镜的两倍焦距。
所述投影模块斜向上布置，其投射方向为斜向上，所述凹面镜设于光学平面镜的前侧，所述全息光学膜固定于汽车挡风玻璃的内侧。
所述投影模块为激光投影模块。
所述成像元件为透射率>80％、雾度>80的散射膜。
本发明提高了景深距离的上限，能够实现虚拟指示信息和实际道路相结合的效果，并且提高了驾驶员的可视角。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：
图1为本发明的光路以及结构示意图；
图2为本发明的使用场景示意图；
图3为本发明的全息光学膜的光栅结构的示意图；
图4为本发明抬头显示器显示虚拟箭头的景深距离示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种增强现实抬头显示器系统，包括投影模块11、成像元件12、光学平面镜13、凹面镜14以及全息光学膜15。
投影模块11用于投射光线，其斜向上布置，投射方向为斜向上，源图像通过投影模块11投射至成像元件12上。
在本实施例中，投影模块11采用激光投影模块，可以提供比led更高的亮度，并且具有单色性和相干性好的优势，在放大画面的情况下，面亮度损失比较小。
成像元件12以及光学平面镜13依次设于投影模块11的投射路径上。
成像元件12用于供上述光线经过形成实像并在光学平面镜13上形成镜像，入射的光线经过成像元件12，由平行的光线散射出来，形成实像，该光线再投射至光学平面镜13上形成镜像。
在本实施例中，成像元件12采用透射率>80％、雾度>80的散射膜，使得光线能形成实像，又能使光线透过，而且将实像亮度的损失控制在20％以内。
光学平面镜13用于将上述镜像反射至凹面镜14上。
凹面镜14设于光学平面镜13的前侧，用于放大光学平面镜13反射的镜像并投射至全息光学膜15上，凹面镜14通过马达可以摆动。
其中，光学平面镜13到凹面镜14的距离大于该凹面镜14的焦距，并小于该凹面镜14的两倍焦距，则可全息光学膜15上形成放大的实像。
如图1所示，全息光学膜15固定于汽车挡风玻璃2的内侧，光线在全息光学膜上通过光学衍射效应，在远处呈现全息的立体图像v,实现虚拟指示信息和实际道路相结合的效果，驾驶员通过视线区域e可以看到该增强现实效果，参见图2。
其中，如图3所示，假设入射光线的平面与光栅面垂直，光线的行进方向与全息光学膜15的光栅结构满足如下关系：
其中，n以及n'分别为入射边以及折射边的折射率，θi是光线的入射角，θd是光线的折射角，λv是光在真空中的波长，m是衍射级数，光栅结构以周期l重复。
可以在制作全息光学膜15时，调整衍射级数m，入射边以及折射边的折射率n及n'，实现入射角θi与折射角θd的不等，在全息光学膜15制作好后，通过马达使凹面镜14摆动可调整入射角θi来调整所需的折射角θd。
如图1-3所示，本实施例还涉及一种增强现实抬头显示方法，包括：
一、设置用于投射光线的投影模块11，投影模块11斜向上布置，投射方向为斜向上，源图像通过投影模块11投射至成像元件12上。
在本实施例中，投影模块11采用激光投影模块，可以提供比led更高的亮度，并且具有单色性和相干性好的优势，在放大画面的情况下，面亮度损失比较小。
二、设置用于供上述光线经过形成实像并在光学平面镜13上形成镜像的成像元件12，入射的光线经过成像元件12，由平行的光线散射出来，形成实像，该光线再投射至光学平面镜13上形成镜像。
在本实施例中，成像元件12采用透射率>80％、雾度>80的散射膜。
三、设置用于将上述镜像反射至凹面镜14上的光学平面镜13。
其中，成像元件12以及光学平面镜13依次设于投影模块11的投射路径上。
四、设置用于放大光学平面镜13反射的镜像并投射至全息光学膜15上的凹面镜14，该凹面镜14设于光学平面镜13的前侧。
其中，光学平面镜13到凹面镜14的距离大于该凹面镜14的焦距，并小于该凹面镜14的两倍焦距，则可全息光学膜15上形成放大的实像。
五、在汽车挡风玻璃2的内侧设置全息光学膜15，如图1所示，光线在全息光学膜上通过光学衍射效应，在远处呈现全息的立体图像v,实现虚拟指示信息和实际道路相结合的效果，驾驶员通过视线区域e可以看到该增强现实效果，参见图2。
其中，如图3所示，假设入射光线的平面与光栅面垂直，光线的行进方向与全息光学膜15的光栅结构满足如下关系：
其中，n以及n'分别为入射边以及折射边的折射率，θi是光线的入射角，θd是光线的折射角，λv是光在真空中的波长，m是衍射级数，光栅结构以周期l重复。
可以在制作全息光学膜15时，调整衍射级数m，入射边以及折射边的折射率n及n'，实现入射角θi与折射角θd的不等，在全息光学膜15制作好后，通过马达使凹面镜14摆动可调整入射角θi来调整所需的折射角θd。
如图4所示，以显示第一虚拟箭头a1、第二虚拟箭头a2为例，折射角θ2>入射角θ1时,第一虚拟箭头a1会呈现在景深距离d1的位置。折射角θ4>入射角θ3,并且(θ4-θ3)>(θ2-θ1)时，就会在更远的景深距离d2位置呈现第二虚拟箭头a2。
其中，θ1为投射第一虚拟箭头a1的光线在全息光学膜15上的入射角，θ2为相应的折射角，θ3为投射第二虚拟箭头a2的光线在全息光学膜15上的入射角，θ4为相应的折射角。
可见，本发明可以通过调节光线的入射角θi，来实现更大的景深距离提高了景深距离的上限，能够实现虚拟指示信息和实际道路相结合的效果，此外，本发明通过光栅衍射把图像放大，画面越大，则可视角就越大。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。