多深度抬头显示系统及车载系统的制作方法

1.本技术实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种多深度抬头显示系统及车载系统。


背景技术：

2.随着人工智能，5g通信的发展和成熟，实现高性能车载抬头显示 (head up display，hud)的条件和技术日益成熟。通过车载hud系统，驾驶员无需低头即可在前方看到提示时间、速度、距离、道路线方位、导航，障碍物等信息，提升驾驶的交互性和安全性，是目前的一个热点技术问题。
3.当前hud的主要设计方法为传统的显示系统设计方法，即数字微镜元件(digital micromirror device，dmd)、液晶显示器(liquid crystal display， lcd)等产生图像光，经过曲面反射成像系统，将图像光为人眼成像；或数字微镜元件(digital micromirror device，dmd)、液晶显示器(liquid crystaldisplay，lcd)等产生图像光，经过将曲面成像系统，将图像光投影于车的前挡风玻璃，通过挡风玻璃反射后进入人眼。使人眼看到前方位于一定深度的图像信息，而环境光可通过前挡风玻璃进入人眼，实现增显示的显示效果。
4.传统的曲面反射成像系统，要求图像远，自由曲面反射镜等光学器件以一定的方式进行组合，最终实现的光学显示系统体积比较庞大。在车载显示系统中，要装配如此体积大的光学系统，需要对汽车的操作台进行很大的改造，实现的难度很大和安全性问题比较突出，这也是目前车载hud未能大规模普及的主要原因。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术实施例提供一种多深度抬头显示系统及车载系统。
6.本技术提供一种多深度抬头显示系统，包括多个光栅薄膜和平板型图像投射装置。多个光栅薄膜贴附于透光平面上。多个光栅薄膜的焦距不同。平板型图像投射装置用于生成多个投射图像。每一个投射图像对应经过一个光栅薄膜衍射，以在透光平面外的不同深度处形成一个投射图像对应的衍射图像。
7.在其中一个实施例中，平板型图像投射装置包括一个平板显示器。平板显示器包括多个图像区域。每一个图像区域的各像素点发出的图像光线形成一个投射图像，投射图像投射至一个对应的光栅薄膜上。
8.在其中一个实施例中，平板型图像投射装置包括多个平板显示器。每一个平板显示器上的各像素点发出的图像光线形成一个投射图像，投射图像投射至一个对应的光栅薄膜上。
9.在其中一个实施例中，多深度抬头显示系统还包括控制器。控制器用于控制平板型图像投射装置生成多个投射图像。
10.在其中一个实施例中，多个光栅薄膜采用单层拼接贴附方式贴附于透光平面上。
11.在其中一个实施例中，多个光栅薄膜为全息光栅、微纳光栅或者衍射光栅中的一
种或多种。
12.在其中一个实施例中，多个光栅薄膜的记录材料为银盐干板、重铬酸盐明胶、光致聚合物、光刻胶或者光折变玻璃中的一种或多种。
13.基于相同的发明构思，本技术还提供了一种车载系统。车载系统包括上述实施例中任一项多深度抬头显示系统。
14.在其中一个实施例中，多个光栅薄膜为反射式全息光栅。
15.在其中一个实施例中，透光平面为车辆前挡风玻璃、侧玻璃或后窗玻璃。
16.本技术实施例提供的一种多深度抬头显示系统及车载系统。多深度抬头显示系统包括多个光栅薄膜和平板型图像投射装置。平板型图像投射装置采用的是平面屏幕类型。此种平板型图像投射装置体积小，且无需内嵌于操作台内或对操作台结构进行改装，使得安装、维修、更换更方便。进一步地，此种平板型图像投射装置可放置于操作台面上，实现了光机位置自由变动，进而实现高效且灵活地利用操作台平面。另外，平板型图像投射装置生成的多个投射图像分别通过不同焦距的光栅薄膜衍射后形成的衍射图像将成像在透光平面的不同深度处，以匹配不同焦深的成像需求。
附图说明
17.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
18.图1为本技术实施例提供的一种多深度抬头显示系统的示意图；
19.图2为本技术实施例提供的一种制作hoe薄膜的曝光光路图；
20.图3为本技术实施例提供的一种制作hoe薄膜时的三种不同情况下的参物光示意图；
21.图4本技术实施例提供的一种多深度抬头显示系统的结构示意图；
22.图5为本技术实施例提供的另一种多深度抬头显示系统的结构示意图；
23.图6为本技术实施例提供的一种平板显示器的结构示意图；
24.图7为本技术实施例提供的另一种多深度抬头显示系统的示意图；
25.图8为本技术实施例提供的一种车载多深度抬头显示系统示意图。
26.主要元件附图标记说明
27.100、多深度抬头显示系统；10、平板型图像投射装置；11、平板显示器；12、微透镜阵列；13、图像区域；20、光栅薄膜；30、控制器；40、挡风玻璃；50操作台。
具体实施方式
28.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本技术实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本技术的技术方案。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本技术的保护范围之内。
29.hud技术又称平视显示技术，近年来逐步在汽车领域、航空航天领域以及航海领域获得了越来越广泛地应用。例如，可以应用于车辆上，也可以应用于飞机、航天航空飞行器、轮船等其他交通工具上。为便于描述，在本技术中，均以车载hud为例进行描述。但应理解，
这并不能作为对本技术的限定。
30.请参见图1，本技术提供一种多深度抬头显示系统100。多深度抬头显示系统100包括多个光栅薄膜20和平板型图像投射装置10。多个光栅薄膜20贴附于透光平面上。多个光栅薄膜20的焦距不同。平板型图像投射装置10用于生成多个投射图像。每一个投射图像对应经过一个光栅薄膜20衍射，以在透光平面外的不同深度处形成一个投射图像对应的衍射图像。
31.可以理解的是，在汽车中，上述透光平面可以为挡风玻璃40或挡风玻璃 40附近的玻璃、反射镜等。在其中一个实施例中，透光平面为车辆前挡风玻璃 40、侧玻璃或者后窗玻璃。又由于下文实施例中均以车载hud为例，因而为便于描述，在本技术实施例中均将透光平面描述为挡风玻璃40。光栅薄膜20 可以贴附于挡风玻璃40外侧，也可以贴附于挡风玻璃40内侧，或者还可以作为挡风玻璃40的夹层，本技术对此不做具体限定。
32.可以理解的是，光栅薄膜20可以是全息光学薄膜(hoe膜)。光栅薄膜 20也可以是衍射光学薄膜(doe膜)。光栅薄膜20还可以是微纳光栅。
33.在其中一个实施例中，多个光栅薄膜20为反射式全息光栅。根据反射式全息光栅的特性，要求平板型图像投射装置10与人眼处在光栅薄膜20的同一侧。
34.在其中一个实施例中，多个光栅薄膜20采用单层拼接贴附方式贴附于透光平面上。拼接光栅薄膜20的方案不限于上下拼接、左右拼接、对角斜线拼接等；且对应光栅薄膜20形状也不限于矩形、圆形、等其他不规则形状；拼接时不同光栅薄膜20可以放于相邻位置，也可以放于不相邻位置，只需要设定控制衍射像方向，使得所有衍射像眼盒在预设的观看位置处重合即可以。
35.在其中一个实施例中，可以利用现有技术中任意一种制备方法制备具有不同焦距的光栅薄膜20。作为一个可以实施的方式，光栅薄膜通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。请参见图2，激光器发出的光经分束镜分成两路，其中一路光束经第一光学元件组的传播后作为衍射参考光照射在光栅记录材料的一侧，另一路光束经第二光学元件组的传播后作为物光照射在光栅记录材料的另一侧。需要说明的是，可以通过调整空间滤波器1相对于准直透镜的距离，调整衍射参考光的汇聚或发散状态。其中，衍射光是平行光、发散光、汇聚光三种情况的曝光参物光如图3。即图3中(a)、(b)、(c)为三种情况的曝光光路局部光路示意图。
36.可选地，多个光栅薄膜20的记录材料为银盐干板、重铬酸盐明胶、光致聚合物、光刻胶或者光折变玻璃中的一种或多种。
37.需要说明的是，可以根据预设平板型图像投射装置10摆放位置、光栅薄膜20的设置位置和预设成像焦距等信息，确定每一个光栅薄膜20的制备参数，以制备具有不同焦距的光栅薄膜20。
38.可以理解的是，平板型图像投射装置10可以放在挡风玻璃40下方的控制台上，也可以放在挡风玻璃40附近的其他位置，只要满足其视场角可以覆盖光栅薄膜，以使得生成的投射图像可以经光栅薄膜20衍射后在透光平面外形成特定成像深度的衍射图像即可。
39.可以理解的是，平板型图像投射装置10也可以称为hud光机。平板型图像投射装置10的具体结构不做具体限定，只要可以生成多个投射图像，每一个投射图像对应经过一个所述光栅薄膜衍射，以在所述透光平面外的不同深度处形成一个投射图像对应的衍射图像
即可。
40.本实施例中，多深度抬头显示系统100包括多个光栅薄膜20和平板型图像投射装置10。平板型图像投射装置10采用的是平面屏幕类型。此种平板型图像投射装置10体积小，无需额外的反射镜或透镜等光学器件或系统，且无需内嵌于操作台50内或对操作台50结构进行改装，使得安装、维修、更换更方便。进一步地，此种平板型图像投射装置10可放置于操作台50面上，实现了光机位置自由变动，进而实现高效且灵活地利用操作台50平面。另外，平板型图像投射装置10生成的多个投射图像分别通过不同焦距的光栅薄膜20衍射后形成的衍射图像将成像在透光平面的不同深度处，以匹配不同焦深的成像需求。
41.请参见图4中的左侧图，在其中一个实施例中，平板型图像投射装置10 包括一个平板显示器11。平板显示器11包括多个图像区域13。每一个图像区域13的各像素点发出的图像光线形成一个投射图像。投射图像投射至一个对应的光栅薄膜20上。
42.平板显示器11上的各像素点可以被单独控制以实现在平板显示器11上形成多个图像区域13。每一个图像区域13中可以显示相同或不同的图像信息。例如，图像区域131可以显示图片信息，图像区域132可以显示文字信息。
43.请参见图4中的右侧图，作为一个可以实施的方式，平板型图像投射装置 10还可以包括微透镜阵列12。具体的，平板显示器11的出光方向上设置一个微透镜阵列12。此时，每一个图像区域13形成的投射图像通过微透镜阵列12 中相应的微透镜投射至一个对应的光栅薄膜20上。
44.本实施例中，可以利用一个平板型图像投射装置10的不同区域对不同光栅薄膜20进行照射形成不同焦深衍射像。本系统的体积使得安装、维修更换便捷、降低成本，衍射像距离可预设变化实现了不同焦深成像。
45.请参见图5中(a)，在其中一个实施例中，平板型图像投射装置10包括多个平板显示器11。每一个平板显示器11上的各像素点发出的图像光线形成一个投射图像，投射图像投射至一个对应的光栅薄膜20上。
46.可以理解的是，每一个平板显示器11生成的投射图像可以与其他平板显示器11生成的投射图像显示相同或不同的图像信息。
47.可以理解的是，本实施例中的平板显示器11的结构与上述实施例中的平板显示器11的结构相同，仅控制显示的方式不同。
48.请参见图5中位于图5中(a)下面的图，作为一个可以实施的方式，平板型图像投射装置10还可以包括微透镜阵列12。具体的，可以每一个平板显示器11的出光方向上均设置一个微透镜阵列12。此时，平板显示器11形成的投射图像通过微透镜阵列12投射至一个对应的光栅薄膜20上。
49.作为一个可以实施的方式，平板显示器11的结构参见图6，左侧实线矩形框为金属外框，起到整体固定和散热作用，左侧虚线矩形框为匀光玻璃，其五个面(底、四周四面)都为抛光面，顶面为磨砂散光面。匀光玻璃整体内嵌放置于金属外框内腔中，金属外框与匀光玻璃接触的五个面之间紧贴匀光玻璃侧贴有反射膜，提升光效利用率。金属外框上开有三个入光孔，外侧有rgb三色ld半导体激光器射入rgb光进行混光匀光，整体形成一个rgb三色高效匀光背光光源，如图6中(a)。在金属外框和匀光玻璃不接触的顶面上放置匀光膜、偏振膜、增透膜等，再加入led或oled等液晶屏幕，通过电路控制液晶面成像，再由背光光源进行
照射成像。ld激光器外侧的实线矩形是金属外壳，对激光器起到固定和供电作用，屏幕的控制电路(也可称为控制器30) 也可以集成在这里。平板显示器11成像原理和手机、电脑显示器等一致，都是背光照明液晶类。但是由于背光光源为匀光的rgb三色ld激光，亮度很高、每种颜色的带宽很窄，会让衍射像亮度高、分辨率更高、噪点更小。图6中 (b)为放置液晶屏幕后的结构效果图。
50.请参见图7，在其中一个实施例中，多深度抬头显示系统100还包括控制器30。控制器30用于控制平板型图像投射装置10生成多个投射图像。可选地，控制器30通过控制平板显示器11上像素点的发光角度，改变投射图像的成像角度。
51.可以理解的是，控制器30的位置不做具体限定，只要可以控制投射图像的生成位置即可。可选地，控制器30集成于平板型图像投射装置10，以便于减小多深度抬头显示系统100的体积。可选地，如上述实施例中，可以将控制器30集成于ld激光器外侧的金属外壳中。
52.基于相同的发明构思，本技术还提供了一种车载系统。车载系统包括上述实施例中任一项多深度抬头显示系统100。
53.可选地，请参见图8，光栅薄膜20贴附于车辆前挡风玻璃40。平板型图像投射装置10放置于前挡风玻璃40下方的操作台50上。由于平板型图像投射装置10和驾驶员均位于光栅薄膜20的同一侧，因此，多个所述光栅薄膜 20为反射式全息光栅。光栅薄膜20的数量与平板显示器11的数量相对应，每一个平板显示器11生成投射图像对应投射至一个光栅薄膜20，经过光栅薄膜 20衍射后在透光平面外形成特定成像深度的衍射图像。
54.可以理解的是，平板显示器11和光栅薄膜20的排布方式不做具体限定，其可以是如图8中(a)所示的，平板显示器11和光栅薄膜20均上下排布，也可以是平板显示器11左右排布，光栅薄膜20上下排布等其他排布方式。
55.如图8中(b)和图8中(c)所示，两个平板型图像投射装置10形成的投射图像光线分别经过对应的光栅薄膜衍射后，形成的两个衍射图像光线在yz方向有一定夹角，保证在空间形成的视窗在预设驾驶员眼盒位置存在公共区域，如图8中(d)所示，眼盒1和眼盒2分别对应于一个平板型图像投射装置10。
56.本实施例中，设置n个平板显示器11，其投射图像分别通过对应的光栅薄膜20衍射后，形成多个衍射图像。n光栅薄膜20的焦距不同，因此多个衍射图像可以互不重叠，互不干扰。多个衍射图像可以独立呈现相同或者不同的图像内容。
57.本实施例中使用平板显示器11作为光源，可以选一个平板显示器11分n 个区域的方案。也可以选用多个平板显示器11作为不同区域的光机光源以提高分辨率。由于平板显示器11相较于pgu模块体积要小得多，体积增加n倍后，也不会增加太多体积。尤其是将平板显示器11放置于驾驶台面上时，体积增加后也会不影响驾驶台内部结构，甚至不需要对驾驶台进行结构变动。
58.本实施例理论上可以将整个驾驶车窗进行划区域分块拼接进行衍射成像，实现整个车窗的大幅面拼接成像，也可以拆分成多个不同成像焦深的区域。而实现这个目标只需要拍摄多个不同焦深的光栅薄膜20和使用多个平板显示器 11放置于驾驶台面上，实现起来简便易行。
59.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，本技术的各个实施方式的特征可以部分地或者全部
地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新选择、相互结合和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本技术不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。