一种增强现实显示装置的制作方法

1.本技术涉及智能汽车领域，尤其涉及一种增强现实显示装置。


背景技术：

2.抬头显示(head-up display，hud)起初诞生于飞机上，用于减少飞行员抬头查看盘的频率，避免飞行员力不集中。随后，由于hud设备的优点，汽车也开始慢慢跟进安装。hud设备可以使用户尽量做到不低头、不转头就可以观察到限速指示、路线图等信息。而与hud相比，增强现实抬头显示(augmented reality-head-up display，ar-hud)不仅显示信息，同时还改变驾驶员观察信息的方式。
3.与高级驾驶辅助系统(advanced driving assistance system，adas)、车道偏离报警系统以及自巡航系统(adaptive cruise control，acc)结合使用，ar-hud解锁更多姿势。举个例子，一旦用户车辆偏离车道，ar-hud系统在车道线边缘处标出红线提醒用户。而在acc系统工作时，驾驶员则可以看到前车后部一条标记的亮带。即ar-hud不仅显示信息，还将信息模拟观察。之所以有这样的效果，主要是由于ar-hud技术使用了增投影面和数字微镜元件生成图像元素，同时成像幕上的图像反射镜最终射向挡风。使用ar-hud技术后的显示信息直接投射在用户角度的道路上，与交通状况融合。因此在ar-hud的辅助下，驾驶员在驾驶过程中无需直接抬头观察信息，因为信息与车道线已经了融合。
4.尽管ar hud需求强烈，但是ar hud需要显示路面级信息，因此需求的画面尺寸更大，成像距离更远。这导致ar hud体积相对较大，但对于当前大部分车型而言，前仪表台受限于空调管路、车体结构等限制很难提供足够空间，因此限制了ar hud广泛应用。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种增强现实显示装置，用于在满足显示路面级信息的条件下，减小增强现实显示装置的体积。
6.第一方面，本技术实施例提供的增强现实显示装置包括成像装置，图像处理装置和扩散屏；所述成像装置与所述图像处理装置被置于车内仪表板处；所述扩散屏被置于所述车内上部；所述成像装置产生成的成像光线在所述扩散屏生成实像，所述扩散屏显示的实像通过所述图像处理装置反射向风挡玻璃。
7.本实施例提供的技术方案中，该成像装置与该图像处理装置集成在该增强现实显示装置内，并提供了一个扩散屏，使得成像装置产生的实像映射至外部空间，极大增加提高光学物距，可以轻松地得到远距离、大画幅的投影虚像的情况下，减少增强现实显示装置的内部光路传输，从而减少该增强现实显示装置的体积。
8.可选的，所述成像装置位于所述图像处理装置下方；所述成像装置产生的成像光线此时通过光学元件(反射或者折射或者透射)发射至所述扩散屏生成所述实像，即此时该成像装置产生的成像光线需要通过该光学元件转换光路，绕过该图像处理装置即可。本实施例中，该成像装置与该图像处理装置的集成方式可以多样，只要可以满足该成像装置生
成的成像光线可以在该增强现实显示装置的外部空间成实像即可，具体此处不做限定。
9.可选的，所述扩散屏位于所述风挡玻璃车内的中上部或位于车内顶棚或位于所述风挡玻璃车外的中上部。本实施例中，该扩散屏只要可以根据需求进行安装。
10.可选的，所述图像处理装置与所述风挡玻璃组成等效镜组，其中所述扩散屏显示的实像的位置与所述等效镜组中心的距离为物距，所述实像通过所述等效镜组生成虚像的位置与所述等效镜组中心的距离为像距；所述虚像的大小等于所述像距与所述物距的比值和所述实像的大小的乘积。因此在调整该虚像的大小时，可以根据需求调整扩散屏与等效镜组中心的距离。
11.可选的，所述图像处理装置为自由曲面镜、非球面镜或菲涅尔镜。
12.可选的，所述成像装置为数字光学处理技术dlp投影模块或者硅上液晶lcos投影模块。
附图说明
13.图1为内部进行光路折叠的增强现实显示装置的一个结构示意图；
14.图2为本技术实施例中增强现实显示装置的一个结构示意图；
15.图3为本技术实施例中增强现实显示装置的另一个结构示意图；
16.图4为本技术实施例中增强现实显示装置的另一个结构示意图；
17.图5为本技术实施例中增强现实显示装置的另一个结构示意图；
18.图6为本技术实施例中增强现实显示装置的另一个结构示意图；
19.图7为本技术实施例中虚像的大小与实像大小的对比示意图。
具体实施方式
20.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本技术的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
21.hud用于减少飞行员抬头查看盘的频率，避免飞行员力不集中。随后，由于hud设备的优点，汽车也开始慢慢跟进安装。hud设备可以使用户尽量做到不低头、不转头就可以观察到限速指示、路线图等信息。而与hud相比，增强现实抬头显示不仅显示信息，同时还改变驾驶员观察信息的方式。该增强现实抬头显示光学系统的一个结构示意图如图1所示，具体包括汽车风挡2、增强现实抬头显示装置1和人眼3。其中，该增强现实抬头显示装置1包括反射镜12、折转反射镜13以及像源11，由像源11发出的光线通过折转反射镜13入射到反射镜12，再投影到汽车风挡2上，人眼3通过汽车风挡2可看到成像在汽车前方的虚像。在此结构中，该增强现实抬头显示装置1中若要得到远距离的投影虚像，首先考虑放大折转反射镜13的放大倍率。但是放大倍率不可能无限增大，一般认为应该小于7，否则双眼视差会难以控制，使驾驶员生产生眩晕感。而且图像变形严重，靠后期的图像畸变校正也难以复原。所以在放大倍率达到极限时，必须考虑物距的增大。增强现实抬头显示装置1是安装在车内仪表板内部的，通常在对应的位置有风管，车载数据线，转向管柱支架，仪表等多种零件。能够给到增强现实抬头显示装置1的空间极其有限，且各种车型都完全不一样。由此可见折转反射
镜13与像源11之间的物距也是基本上被局限于一定范围内。即使采用多面反射镜，物距也增加不多，而且会造成光路和结构复杂化。
22.为了解决这一问题，本技术实施例提供一种增强现实显示装置100，其具体结构如图2所示，包括：成像装置101，图像处理装置102和扩散屏103；所述成像装置101与所述图像处理装置102被置于车内仪表板1内；所述扩散屏103被置于所述车内上部；所述成像装置101产生成的成像光线在所述扩散屏103生成实像，所述扩散屏103显示的实像通过所述图像处理装置102反射向风挡玻璃2。本实施例提供的技术方案中，该成像装置与该图像处理装置集成在该增强现实显示装置内，并提供了一个扩散屏，使得成像装置产生的实像映射至外部空间，极大增加提高光学物距，可以轻松地得到远距离、大画幅的投影虚像的情况下，减少增强现实显示装置的内部光路传输，从而减少该增强现实显示装置的体积。
23.本实施例中根据扩散屏的安装位置不同，该增强现实显示装置在车内的安装方式包括如下几种可能实现方式：
24.一种可能实现方式中，如图3所示，该扩散屏103安装在风挡玻璃2在车内一侧的中上部。此时，本技术实施例提供的增强现实显示装置100包括成像装置101、图像处理装置102以及扩散屏103，其中，该成像装置101与该图像处理装置102置于车内仪表台1处，该成像装置101生成的成像光线映射在该扩散屏103上生成实像；然后该扩散屏103上显示的实像通过该图像处理装置102反射至车辆的风挡玻璃2，并反射至驾驶员眼球3中。其中，所述扩散屏103位于所述图像处理装置102的入射侧，而风挡玻璃2位于所述图像处理装置102的反射侧，使得所述该扩散屏103显示的实像经过所述图像处理装置102反射向风档玻璃2，以此进入驾驶员眼球3中。本实施例中，图中的箭头方向用于指示成像装置101的成像光线的路径。
25.另一种可能实现方式中，如图4所示，该扩散屏安装于风挡玻璃2在车外一侧的中上部。此时，本技术实施例提供的增强现实显示装置100包括成像装置101、图像处理装置102以及扩散屏103，其中，该成像装置101与该图像处理装置102置于车内仪表台1处，该成像装置101生成的成像光线在经过风挡玻璃2的折射之后映射在该扩散屏103上生成实像；然后该扩散屏103上显示的实像经过风挡玻璃2的折射之后通过该图像处理装置102反射至车辆的风挡玻璃2，并反射至驾驶员眼球3中。其中，所述扩散屏103位于所述图像处理装置102的入射侧，而风挡玻璃2位于所述图像处理装置102的反射侧，使得所述该扩散屏103显示的实像经过所述图像处理装置102反射向风档玻璃2，以此进入驾驶员眼球3中。本实施例中，图中的箭头方向用于指示成像装置101的成像光线的路径。这样将该扩散屏安装在风挡玻璃车外的一面可以减少车内的安装体积。
26.另一种可能实现方式中，如图5所示，该扩散屏蔽安装于车内顶棚4。此时，本技术实施例提供的增强现实显示装置100包括成像装置101、图像处理装置102以及扩散屏103，其中，该成像装置101与该图像处理装置102置于车内仪表台1处，该成像装置101生成的成像光线映射在该扩散屏103上生成实像；然后该扩散屏103上显示的实像通过该图像处理装置102反射至车辆的风挡玻璃2，并反射至驾驶员眼球3中。其中，所述扩散屏103位于所述图像处理装置102的入射侧，而风挡玻璃2位于所述图像处理装置102的反射侧，使得所述该扩散屏103显示的实像经过所述图像处理装置102反射向风档玻璃2，以此进入驾驶员眼球3中。本实施例中，图中的箭头方向用于指示成像装置101的成像光线的路径。这样将该扩散
屏与图像处理装置的距离可以更加增大，从而实现物距的增大，从而获取放大的图像。同时不在风挡玻璃上增加额外的装置，从而减少对驾驶员的视线影响。
27.另一种可能实现方式中，如图6所示，该扩散屏蔽安装于车内后视镜5后方(即与镜面相反的一侧)。此时，本技术实施例提供的增强现实显示装置100包括成像装置101、图像处理装置102以及扩散屏103，其中，该成像装置101与该图像处理装置102置于车内仪表台1处，该成像装置101生成的成像光线映射在该扩散屏103上生成实像；然后该扩散屏103上显示的实像通过该图像处理装置102反射至车辆的风挡玻璃2，并反射至驾驶员眼球3中。其中，所述扩散屏103位于所述图像处理装置102的入射侧，而风挡玻璃2位于所述图像处理装置102的反射侧，使得所述该扩散屏103显示的实像经过所述图像处理装置102反射向风档玻璃2，以此进入驾驶员眼球3中。本实施例中，图中的箭头方向用于指示成像装置101的成像光线的路径。这样可以减少对于驾驶员的视线影响。
28.本实施例中，该扩散屏103可以是全息扩散器或透镜阵列。
29.可选的，该成像装置101位于该图像处理装置102的下方。所述成像装置101产生的成像光线此时通过光学元件(反射或者折射或者透射)发射至所述扩散屏103生成所述实像，即此时该成像装置101产生的成像光线需要通过该光学元件转换光路，绕过该图像处理装置102即可其具体的光线为：该成像装置101生成成像光线通过该光学元件变换光路至该扩散屏103生成该实像；然后该扩散屏103显示的实像通过该图像处理装置102反射至风挡玻璃2，最后反射至驾驶员眼球3。可以理解的是，该扩散屏103与该图像处理装置102之间的位置关系存在对应的关系。即根据扩散屏103的位置，需要对图像处理装置102的转角进行相应的调整，以使得该图像处理装置102可以实现虚像可以精确的进入驾驶员人眼3。同时，还可以根据不同驾驶员的身高及坐姿等情况，需要对该图像处理装置102的转角进行调整。一种可能实现方式中，可以通过有丝杆螺母调整机构对该图像处理装置102的转角进行调整。所述丝杆螺母调整机构具有驱动电机、固定丝杆及所述固定丝杆上的活动螺母。所述驱动电机采用步进电机，根据车上的控制按键，可完成正、反转动作。该图像处理装置102具有转轴。所述活动螺母与该图像处理装置102间以连杆相连。所述驱动电机工作，通过所述固定丝杆带动所述活动螺母移位，利用所述连杆推动或拉动该图像处理装置102，以改变其转角，使虚像能够精确地落在不同高度的驾驶员眼球3位置。
30.可选的，该图像处理装置102与该风挡玻璃2可组成等效镜组，其中，该扩散屏103所显示的实像的位置与该等效镜组中心的距离为物距，该实像通过该等效镜组生成虚像的位置与该等效镜组中心的距离为像距；本实施例中，该虚像大小等于该像距与该物距的比值和该实像大小的乘积。即基于上述条件可知，若用户需要调整该ar-hud的成像大小，可以通过调整扩散屏103与该等效镜组的距离得到。本实施例中，该虚像的大小与该实像的大小均用于指示图像大小。比如，如图7所示，实像中显示的台灯的高度为20厘米；若此时通过等效镜组生成放大的虚像，则一种示例性方案中，该虚像中显示的台灯的高度可以放大为25厘米。可以理解的是，台灯其他尺寸也按照与高度相同的比例进行放大，具体此处不再赘述。
31.可选的，本实施例中，该图像处理装置102可以为自由曲面镜、非球面镜或菲涅尔镜等可以改变图像显示大小以及成像位置的设备。其中，该图像处理装置102的特征可以根据扩散屏103的像源大小、虚像成像距离、fov(视场角)等通过光学仿真分析得出。例如，在
该图像处理装置102为自由曲面镜时，该自由曲面镜的面型、位置和转动方向根据所述扩散屏103的像源大小、虚像成像距离、fov(视场角)等通过光学仿真分析得出。
32.可选的，该成像装置101可以是数字光学处理技术(digital light processing，dlp)投影模块或者硅上液晶(liquid crystal on silicon，lcos)投影模块。该dlp采用反射式数字微反射镜器件的应用，使成像器件的总光效率大大提高，对比度亮度均匀性都非常出色，从而具有极高的光效率，减少补光器件。而lcos具有利用光效率高、体积小、开口率高等特点，可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现。同时由于lcos尺寸一般为0.7英寸，所以相关的光学仪器尺寸也大大缩小，使成像装置的体积大大减小。
33.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。