一种裸眼3D抬头显示器

技术领域

本发明涉及光电显示领域，尤其涉及一种裸眼3D抬头显示器。

背景技术

抬头显示器普遍应用于飞行器、航天器上，并已逐步渗透至汽车、船舶等领域，其通过图像生成单元将图像投射至挡风玻璃上，光经挡风玻璃反射后进入用户视野，使得用户能够看到叠加外景的投影图像。目前增强现实的抬头显示器要求投影图像和现实环境中的道路、景物贴合。但是，目前抬头显示器投影的图像和人眼的距离是固定的，投影图像没有纵深感，而外界车道等景物都是有视觉纵深的，所以固定距离的投影图像无法贴合具有纵深的外景。驾驶员的眼睛聚焦点在投影图像和外景之间反复切换后，会产生疲劳、眩晕、恶心等不良反应。

发明内容

发明目的：本发明提出一种使用效果优秀的抬头显示器，改善现有技术存在的抬头显示器投影图像距离固定的问题和投影图像没有3D立体感的问题，实现投影图像更好和外景贴合，达到增强现实的显示效果。

技术方案：

一种裸眼3D抬头显示器，包括：图像生成单元，反射镜，自由曲面镜和外壳，其中图像生成单元包括单层图像生成区和多层图像生成区；

所述多层图像生成区包括单层图像显示器、第一张半反半透膜、第二张半反半透膜、光线控制开关和安装调节支架；所述光线控制开关控制透射光线的透过率，并可阻断反射光线的透射。

所述单层图像显示器是液晶显示器、激光显示器、OLED显示器或者LED显示器。

所述单层图像显示器产生的图像光线在透过第一张半反半透膜后，图像光线持续的在第一张半反半透膜和第二张半反半透膜之间发生透射和反射。

所述第一张半反半透膜是具有透过S型偏振光、反射P型偏振光的半反半透膜，或者是透过P型偏振光、反射S型偏振光的半反半透膜，又或者是表面镀有金属如银或金属氧化物如氧化铟锡的半反半透膜。

所述第二张半反半透膜是具有透过S型偏振光、反射P型偏振光的半反半透膜，或者是透过P型偏振光、反射S型偏振光的半反半透膜，又或者是表面镀有金属如银或金属氧化物如氧化铟锡的半反半透膜。

所述光线控制开关用液晶显示电路控制液晶的旋转来实现对光线的透过率和透过位置的控制。

所述单层图像显示器和光线控制开关的图像刷新率达到150Hz以上。

所述安装调节支架调节第二张半反半透膜和光线控制开关两者整体与第一张半反半透膜的相对角度和相对距离。

所述反射镜用来反射透过光线和单层图像生成区的图像光线。

所述自由曲面镜用来反射和放大反射光线。

所述外壳包括第一层壳体、空心柱状体和第二层壳体，所述第一层壳体上分布有空心孔，所述空心柱状体连接在第一层壳体和第二层壳体之间，空心柱状体为空心结构，空心孔对应空心柱状体的空心位置；外壳包括的第一层壳体、空心柱状体和第二层壳体所有表面都喷涂黑色吸光材料。

有益效果：本发明与现有技术相比，其投影图像的投影距离可以调节并且投影图像具有3D立体感，可以更好的和外景贴合实现增强现实的显示效果。

附图说明

图1是本发明实施例一种裸眼3D抬头显示器的结构示意图；

图2是本发明实施例图像生成单元结构示意图；

图3是本发明实施例支架结构示意图；

图4是本发明实施例外壳结构示意图；

图5是本发明实施例一种抬头显示系统工作原理示意图；

附图标记：图像生成单元100，反射镜150，自由曲面镜160，单层图像生成区101，多层图像生成区102，单层图像显示器103，第一张半反半透膜120，第二张半反半透膜140，光线控制开关110，安装调节支架130，外壳1100，第一层壳体1110，空心柱状体1130，第二层壳体1120，空心孔1112。图像光线111，反射光线112，，透过光线1011，反射光线113，反射光线114，透过光线1013，反射光线115，反射光线116，，反射光线117，反射光线118，反射光线1111，黑色吸光材料1113，透射光线1017，投影图像6111，投影图像6113，投影图像6117，伸缩结构131，图像光线119，反射光线2119，反射光线2111，反射光线2113，反射光线2117，出射光线3119，出射光线3111，出射光线3113，出射光线3117，反射光线4119，反射光线4111，反射光线4113，反射光线4117，人眼180，道路190。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种抬头显示器，包括图像生成单元100，反射镜150和自由曲面镜160，其中如图2所示，图像生成单元100包括单层图像生成区101和多层图像生成区102；多层图像生成区102包括单层图像显示器103、第一张半反半透膜120、第二张半反半透膜140、光线控制开关110和安装调节支架130。

第一张半反半透膜120可以是具有透过S型偏振光、反射P型偏振光的半反半透膜，或者是透过P型偏振光、反射S型偏振光的半反半透膜，如美国3M公司的DBEF膜；也可以是表面镀有金属如银或金属氧化物氧化铟锡的半反半透膜，通过控制金属或金属氧化物的厚度和成膜温度可以调整半反半透膜的反射率和透过率。第二张半反半透膜140可以是具有透过S型偏振光、反射P型偏振光的半反半透膜，或者是透过P型偏振光、反射S型偏振光的半反半透膜，如美国3M公司的DBEF膜；也可以是表面镀有金属如银或金属氧化物氧化铟锡的半反半透膜，通过控制金属或金属氧化物的厚度和成膜温度可以调整半反半透膜的反射率和透过率。光线控制开关110控制光线的透过率和透过位置，光线控制开关110可以用液晶显示电路控制液晶的旋转来实现对光线的透过率和透过位置的控制。例如使用上下正交偏光片的TN型液晶显示电路，当不给液晶电极通电时，光通过TN液晶的旋光性从一侧偏光片透过到另一侧偏光片；当给液晶电极通电时，TN液晶旋光性消失，在正交的偏光片下不在透光。这样光线控制开关110就可以控制每个位置的光线通过或阻断。

单层图像显示器103产生的图像光线111在透过第一张半反半透膜120后，图像光线111在第二张半反半透膜140表面形成反射光线112，在光线控制开关110打开的状态下形成透过光线1011；反射光线112在第一张半反半透膜120表面形成反射光线113。反射光线113在第二张半反半透膜140表面形成反射光线114，并在光线控制开关110打开的状态形成透过光线1013；反射光线114在第一张半反半透膜120表面形成反射光线115；反射光线115在第二张半反半透膜140表面形成反射光线116，并在光线控制开关110关闭的状态不发生透射；反射光线116在第一张半反半透膜120表面形成反射光线117；反射光线117在第二张半反半透膜140表面形成反射光线118，并在光线控制开关110打开的状态产生透射光线1017。透射光线1013比透射光线1011的光线路程增加的长度等于反射光线112和反射光线113光线路程的总和，透射光线1017比透射光线1011的光线路程增加的长度等于反射光线112、反射光线113、反射光线114、反射光线115、反射光线116和反射光线117光线路程的总和。这样，透射光线1011和透射光线1013和透射光线1017在最终投影的投影图像6111和投影图像6113和投影图像6117投影距离不同，具有纵深感的图像，可以更好的贴合有纵深感的外景。.光线控制开关110可以选装性的打开并且可以控制透射光线1011、透射光线1013和透射光线1017的透过率，可选择性地关闭开关使反射光线115无法透过。这样，图像光线111可以选择性的投影在不同的距离，在驾驶时更好的贴合不断移动的外景。

更进一步地，基于多平面显示技术，当单层图像显示器103和光线控制开关110的图像刷新率达到150Hz以上时，将一个三维图像分成五幅不同深度的二维图片并在单层图像显示器103上以每30Hz显示一幅二维图片，光线控制开关110同步地每30Hz打开一处透射光线控制五幅二维图片显示在不同的投影距离上，并且通过光线控制开关110调整透射光线透过率，那么利用人眼的视觉暂留效应，五幅不同距离的、不同亮度的二维图片叠加起来可以给用户近似一个真正的3D立体图像。

如图3所示，安装支架130可以调节第二张半反半透膜140和光线控制开关110两者整体与第一张半反半透膜120的相对角度和相对距离。安装支架130通过伸缩结构131的四个脚的同时伸缩或单边两个脚的同时伸缩来实现第二张半反半透膜140和光线控制开关110两者与第一张半反半透膜120的相对距离和相对角度的改变，从而改变透射光线1011和透射光线1013和透射光线1017的光线路程，改变最终投影的投影图像6111和投影图像6113和投影图像6117投影距离。

反射镜150用来反射透过光线1011、透过光线1013、透过光线1017和单层图像生成区101的图像光线119。自由曲面镜160用来反射和放大反射光线2119、反射光线2111、反射光线2113和反射光线2117。

如图4所示，外壳1100包括的第一层壳体1110、空心柱状体1130和第二层壳体1120，并且所有表面都喷涂黑色吸光材料1113。其中第一层壳体1110表面分布空心孔1112。当反射光线118在第一张半反半透膜120表面形成反射光线1111，反射光线1111透过第一层壳体1110的空心孔1112，照射在空心柱状体1130的内表面；反射光线1111的部分光线被空心柱状体1130的表面黑色吸光材料1113吸收，反射光线1111的其余光线继续在空心柱状体1130内反射并被表面黑色吸光材料1113吸收。从而使反射光线1111大部分被外壳1100吸收，减少了1100反射到正常投影光路形成杂光污染的问题。

如图5所示，抬头显示器的出射光线3119、出射光线3111、出射光线3113和出射光线3117在挡风玻璃170表面形成反射光线4119、反射光线4111、反射光线4113和反射光线4117进入人眼180，人眼最终看到的是具有不同投影距离的投影图像6119、投影图像6111、投影图像6113和投影图像6117投影在道路190上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。