[发明专利]抬头显示装置、抬头显示方法及车辆

说明书

本申请提供了一种抬头显示装置和抬头显示方法，可以应用于汽车、航空、航天和航海等领域中。其中，该抬头显示装置包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；HOE透镜贴附于透光平面上，其工作时序包括N个时段，且在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角；图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，PGU用于产生对应N个时段的N个投射图像，光学镜组用于将N个投射图像投射至HOE透镜，经过HOE透镜的反射，使得N个投射图像的虚像聚焦到透光平面外的不同深度处。本申请实施例基于一个PGU和可变焦HOE透镜就能够实现双屏甚至多屏显示，有效降低了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。

技术领域

本申请涉及智能车领域，特别涉及一种抬头显示装置、抬头显示方法及车辆。

背景技术

抬头显示(head up display，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，在汽车领域，HUD装置中的图像投射装置把汽车行驶中的重要信息投影到挡风玻璃上，经过挡风玻璃的反射，在驾驶员视线正前方形成虚像，使得驾驶员无需低头就可以看到这些信息。相比于仪表盘、中控屏等需要驾驶员低头观察的显示方式，HUD避免了驾驶员低头观察时无法顾及路况可能引发的驾驶风险，是更安全的车载显示方式。

目前传统的HUD主要显示车速、油量等汽车仪表信息，为了不干扰路况，成像距离在2至3米左右。近年来兴起的增强现实(augmented reality，AR)HUD(AR-HUD)将数字图像叠加在车外真实环境上，使得驾驶员获得增强现实的视觉效果，可用于AR导航、自适应巡航、车道偏离预警等。为了使AR图像与路面信息更好的融合，AR-HUD的成像距离一般在7至15米左右。

由于AR-HUD与传统HUD成像距离并不一致，为了同时显示车速等仪表信息和AR图像，则需产生两个焦面的图像。目前主流的方案是双屏显示，具体实现方式为，在图像投射装置中采用两套图像生成模块(picture generation unit，PGU)，分别生成AR图像和仪表信息，然后将AR图像的虚像和仪表信息的虚像投射至挡风玻璃外的两个焦面处，以实现传统HUD和AR-HUD显示，如图1所示。但采用两套PGU来实现双屏显示，增加了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。

发明内容

本申请提供一种抬头显示装置、抬头显示方法及车辆，可以用于降低HUD装置中图像投射装置的体积和成本。

第一方面，提供了一种抬头显示装置，包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；该HOE透镜贴附于透光平面上，该HOE透镜的工作时序包括N个时段，该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；该图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，该PGU用于产生对应该N个时段的N个投射图像，该光学镜组用于将该N个投射图像投射至该HOE透镜，经过该HOE透镜的反射，使得该N个投射图像的虚像聚焦到该透光平面外的不同深度处。

应理解，PGU产生对应N个时段的N个投射图像，换句话说，也就是PGU每次产生一个图像，通过交替产生对应N个时段的N个投射图像。

本申请实施例的抬头显示装置，包括HOE透镜和图像投射装置。其中，HOE透镜的工作时序包括N个时段，且HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，图像投射装置包括一个PGU，该PGU用于产生对应N个时段的N个投射图像。使得N个投射图像在N个时段分别被投射至HOE透镜时，受到不同程度的聚焦和偏转，从而能够在透光平面外的不同深度处呈现N个投射图像对应的虚像，实现了N屏(N≥2)显示。也就是说，本申请基于一个PGU和HOE透镜就能够实现双屏甚至多屏显示，有效降低了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；该HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。