CN104554004B - 一种抬头数字显示*** - Google Patents

Abstract

为解决现有抬头数字显示***直接在前挡风玻璃或者扩散成像单元上成实像，驾驶人员需要来回切换眼球焦距以观察路况和前挡风玻璃或扩散成像单元上的信息，导致增大了驾驶人员视觉疲劳度的问题，本发明实施例提供了一种抬头数字显示***。其装设在汽车仪表板上，包括壳体、微型投影仪及凹面镜；微型投影仪及凹面镜装设于壳体内，微型投影仪与凹面镜之间的光程小于所述凹面镜的焦距；并在壳体上设有投射出口，凹面镜反射后的光线经该投射出***出。避免驾驶过程中眼球焦距的来回切换，达到安全驾驶的目的。图像通过放大后，可以将更多的车辆信息在抬头显示***上显示出来，使得抬头数字显示***内容更丰富，功能更强大。且结构相对简单，易于实现。

Description

一种抬头数字显示***

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其指装设与汽车仪表板上的抬头数字显示***。

背景技术

众所周知，汽车上为方便驾乘人员对车辆的掌控，一般设有各种组合仪表或多媒体，这使得驾驶员在驾车过程中需要低头看组合仪表和多媒体以获得车辆信息，这短暂的一瞬间往往会给驾驶带来不必要的风险。

为解决该风险，人们将使用在飞机上的抬头数字显示***（英文全称：Heads UpDisplay，简称HUD）移植到车辆上，是一套智能化的平视显示***。

现有的抬头数字显示***一般为如下方案，包括一影像产生装置及一扩散成像单元，影像产生装置装设于仪表板上，用以产生影像信号的可见光，扩散成像单元可用以接收来自影像产生装置的可见光，以在扩散成像单元上形成实体影像。这种方式由于扩散成像单元的扩散范围有限，如果要得到一个较大的图像则需要一个较大的扩散成像单元，这将会很大程度上遮挡驾驶员的视野范围。另外，该方案一般使用LCD屏作为实像载体，由于点阵屏或笔端屏的亮度有限，这会造成所成图像在外部强光下显示不清晰等问题，同时，驾驶员在驾驶过程中仍然需要来回切换眼球焦距以观察路况和扩散成像单元上的信息。

另外，作为另一种替代方式，也有直接将影像产生装置的可见光直接投射在前挡风玻璃上，前挡风玻璃反射影像的方式。由于该方案实体图像直接成像在前挡风玻璃上，所以驾驶员在驾驶过程中同样需要来回切换眼球焦距以观察路况和前挡风玻璃上的信息，这将很大程度上增大了驾驶人员的视觉疲劳度，给安全驾驶带来不必要的风险。

发明内容

为解决现有抬头数字显示***直接在前挡风玻璃或者扩散成像单元上成实像，驾驶人员需要来回切换眼球焦距以观察路况和前挡风玻璃或扩散成像单元上的信息，导致增大了驾驶人员视觉疲劳度的问题，本发明实施例提供了一种抬头数字显示***。

本发明实施例提供的抬头数字显示***，其装设在汽车仪表板上，包括壳体、微型投影仪及凹面镜；

所述微型投影仪及所述凹面镜装设于所述壳体内，所述微型投影仪与所述凹面镜之间的光程小于所述凹面镜的焦距；并在所述壳体上设有投射出口，凹面镜反射后的光线经该投射出***出。

由于本发明实施例采用的抬头数字显示***，采用微型投影仪和凹面镜的组合方式，将微型投影仪置于凹面镜的焦距内，这样从微型投影仪投影出来的实像，通过凹面镜可以得到一个放大、远距离的虚像，再通过前挡风玻璃将图像投影到驾驶员视野内，这样驾驶员就可以在车辆前方较远的距离看到一个清晰图像，从而避免驾驶过程中眼球焦距的来回切换，达到安全驾驶的目的。另外，图像通过放大后，可以将更多的车辆信息在抬头显示***上显示出来，使得抬头数字显示***内容更丰富，功能更强大。且结构相对简单，易于实施。

优选地，还包括一复眼透镜，所述复眼透镜装设在所述微型投影仪及凹面镜之间的光路上，且所述复眼透镜与所述凹面镜之间的光程小于所述凹面镜的焦距。采用该复眼透镜，使得投射出来的图像画质更清晰。

优选地，在所述复眼透镜和凹面镜之间的光路上，设有第一反光部件。采用该第一反光部件，可改变光线传输方向，使得在有效的空间内，可根据需要延长复眼透镜与凹面镜之间的光程。

优选地，在所述投射出口处设有一透明密封片材，以将所述投射出口密闭，防止灰尘进入壳体内。采用该透明密封片材一方面保证其透光性，另一方面起到隔绝外界，防止灰尘进入的作用。

优选地，在所述复眼透镜和微型投影仪之间的光路上设有第二反光部件。同样，该第二反光部件也可根据需要，合理地延长其复眼透镜与微型投影仪之间的光程，保证复眼透镜能清晰成像。

优选地，还包括一高反射膜，所述高反射膜贴在汽车前挡风玻璃内表面，用以反射从所述投射出***出的光线。由于具有该高反射膜，能将抬头显示仪大部分的光线反射，避免图像光线过多丢失，其反射光线反向延长所成的虚像更加清晰，同时也避免在前挡风玻璃上形成重影。

优选地，所述复眼透镜上的小透镜的半径为0.01-0.05mm。采用小透镜的半径在该数值范围内的复眼透镜，其成像清晰度更高。

优选地，所述微型投影仪、复眼透镜、第一反光部件、凹面镜等均安装于壳体内，呈一体结构；所述一体结构装设于汽车仪表板上的容纳凹槽内。采用此种一体结构的方案，其安装、维护更加方便。

优选地，所述透明密封片材为内凹的弧面形状，其厚度为0.3-0.5mm。由于其透明密封片材为弧面形状，因此有利于增加结构强度，同时也能够反射部分外部光线，而透明片材的厚度非常小，可有效避免密封片材上出现重影。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的抬头数字显示***模块示意图；

图2为本发明具体实施方式中提供的凹面镜成放大虚像原理示意图。

其中，1、壳体；2、微型投影仪；3、复眼透镜；4、第一反光部件；5、凹面镜；6、透明密封片材；7、前挡风玻璃；8、投射出口。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，本例将对抬头数字显示***进行具体说明，其装设在汽车仪表板上，包括壳体1、微型投影仪2及凹面镜5；

所述微型投影仪2及所述凹面镜5装设于所述壳体1内，所述微型投影仪2与所述凹面镜5之间的光程小于所述凹面镜5的焦距；并在所述壳体1上设有投射出口8，凹面镜5反射后的光线经该投射出口8射出。

本例所说的抬头数字显示***安装在仪表台下，顶部与仪表台面相平；其出射光线射向前挡风玻璃7。再通过前挡风玻璃7将图像投影到驾驶员视野内。

微型投影仪2为本领域技术人员所公知，内部有RGB（红、绿、蓝）三个光源，通过DMD（英文全称：Digital Micro mirror Device，中文全称：数字微镜元件）控制出射光，再经过透镜放大。DMD器件由许多微小的反光镜片组成，每个镜片相当于一个像素点，这些微小的反光镜片皆悬浮着并可向两侧倾斜10-12°左右，从而可构成启通和断开两种工作状态。为了获得不同的亮度，其启通和断开的速率还可以改变，工作时得用成千上万个反光镜片，并由DLP（英文全称：Digital Light Procession，中文全称：数字光处理）板进行控制。DLP板先把影像信号经过数字处理，然后再把光经DMD投影出来。通过控制各个微小反光镜的角度来控制相应位置点是黑点或是亮点，再通过RGB颜色的叠加得到各种色彩的图片。本例中采用的微型投影仪2尺寸非常小，比如可采用尺寸为48*42*10mm左右。由于微型投影仪2的亮度决定了最终投影图像的清晰度，为了能使驾驶员在强日光下仍能清晰看到图像，微型投影仪2的发光强度应尽量大些，可以经试验进行调整，保证其在强日光下也能清晰地看到图像，经试验发现，建议其照度大于80lux（勒克斯）。

凹面镜5是整个***中的重要部件之一，通过凹面镜5可以将图像放大，且能将图像的成像（虚像）距离扩大，设凹面镜5的半径为R，其材料选用PC（聚碳酸酯）/ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）以达到所需的强度，PC/ABS是聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物，其结合了两种材料的优异特性，ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线（UV）等性质。凹面镜5的内凹面作为光线反射面，相对内凹面的外凸面表面电镀金属粒子，提高镜面的反射率。

本例中需要将投影仪中投影出来的影像（或图像）放大处理，因此，根据光学成像原理，需要将物置于凹面镜5的焦距内。其具体原理参加图2所示凹面镜5成放大虚像原理示意图。图2中AB为实像，其与凹面镜5之间的距离为V，A点发出的入射光线，经过凹面镜5的凹面反射后，其反射光线的反向延长线交点A′即为A点在凹面镜5所成的虚像点。B点发出的入射光线，经凹面镜5的凹面反射后，其反射光线的延长线形成虚像点B′，由A′B′组成的图像即为AB在凹面镜5上所成的虚像。虚像A′B′距离凹面镜5的水平距离为U；由图2可以看出，该虚像已被放大，为正立的虚像，且成像距离已成倍加大。

凹面镜5呈放大的正立虚像也需要一定的条件，物位于焦点以内时，成正立放大的虚像，一般焦距在凹面镜5面前圆心后，但不在R/2处,如果入射光线是近轴光线，则可近似认为焦距在R/2处。因此，要求物与凹面镜5之间的距离小于R/2。

由于本例采用的抬头数字显示***，采用微型投影仪2和凹面镜5的组合方式，将微型投影仪2置于凹面镜5的焦距内，这样从微型投影仪2投影出来的实像，通过凹面镜5可以得到一个放大、远距离的虚像，再通过前挡风玻璃7将图像投影到驾驶员视野内，这样驾驶员就可以在车辆前方较远的距离看到一个清晰图像，从而避免驾驶过程中眼球焦距的来回切换，达到安全驾驶的目的。另外，图像通过放大后，可以将更多的车辆信息在抬头显示***上显示出来，使得抬头数字显示***内容更丰富，功能更强大。且结构相对简单，易于实施。

作为优选的实施方式，如图1中所示，还包括一复眼透镜3，所述复眼透镜3装设在所述微型投影仪2及凹面镜5之间的光路上，且所述复眼透镜3与所述凹面镜5之间的光程小于所述凹面镜5的焦距。即复眼透镜3安装在微型投影仪2的投影正前方，采用该复眼透镜3，使得投射出来的图像画质更清晰。复眼透镜3为本领域技术人员所公知，其是由若干小透镜经阵列排布后形成的透镜，微型投影仪2与复眼透镜3作为一个整体安装在壳体1内部，它的作用是将仪表信息和导航信息等在复眼透镜3上显示成图像，即复眼透镜3相当于一个荧幕，同时还需要将所成图像的光线尽可能多的输出，其透过率为88%以上。其复眼透镜的材料一般采用PC（聚碳酸酯）。所述复眼透镜3上的小透镜的半径r为0.01-0.05mm。比如本例取其半径r=0.015mm。采用小透镜的半径在该数值范围内的复眼透镜3，其成像清晰度更高。定义复眼透镜3至凹面镜5之间的光程为L，要使凹面镜5呈正立放大的虚像，则要求在复眼透镜3和凹面镜5之间的光程L应小于该凹面镜5的焦距，即该复眼透镜3落在凹面镜5的焦距内。如此，可将复眼透镜3上所成的实像经凹面镜5反射后呈正立放大的虚像。

作为优选的实施方式，在所述复眼透镜3和凹面镜5之间的光路上，设有第一反光部件4。第一反光部件4可以为平面反光镜或者反射棱镜。根据需要可以设置为一块或者多块。如图1中所示，第一反光部件4安装在投影光线的正前方，与复眼透镜3成一角度，该角度取决于凹面镜5上光线的出射角度。凹面镜5安装于第一反光部件4所反射光线的方向上，与水平面成一定角度，以使其出射光线可有效投射到前挡风玻璃7上，再通过前挡风玻璃7将图像投影到驾驶员视野内。该第一反光部件4的主要作用是改变光线传输方向，并能在有限的空间范围内增加复眼透镜3至凹面镜5之间光线传输的光程L，该光程L是这样定义的，如图1中所示，定义复眼透镜3至第一反光部件4之间的光程为a，定义第一反光部件4至凹面镜5之间的光程为b，则所述复眼透镜3至凹面镜5之间的光程L=a+b，第一反光部件4的表面反射率优选在95%以上，避免光线反射过程中损失。该凹面镜5反射后的光线经壳体1上的投射出口8射出。采用该第一反光部件4，可改变光线传输方向，使得在有效的空间内，可根据需要延长复眼透镜3与凹面镜5之间的光程L。

同时，如图1所示，在所述投射出口8处设有一透明密封片材6，以将所述投射出口8密闭，防止灰尘进入壳体1内。该透明密封片材6所起的作用是将内部***与外部环境隔开，避免内部光学***受到污染，由于密封片材只是隔绝作用，所以要求片材的透光性要好，有一定的强度、韧性和耐高温等特性。采用该透明密封片材6一方面保证其透光性，另一方面起到隔绝外界，防止灰尘进入的作用。优选地，所述透明密封片材6为内凹的弧面形状，其厚度为0.3-0.5mm。由于其透明密封片材6为弧面形状，因此有利于增加结构强度，同时也能够反射部分外部光线，而透明片材的厚度非常小，可有效避免密封片材上出现重影。该透明密封片材6一般选用PC材料制作。

作为优选的实施方式，还可以在所述复眼透镜3和微型投影仪2之间的光路上设有第二反光部件。所谓的第二反光部件可以为1个或者多个，同样地，该第二反光部件可以为平面反光镜或者反射棱镜。该第二反光部件也可根据需要，合理地延长其复眼透镜3与微型投影仪2之间的光程，保证复眼透镜3能清晰成像。

上述提到的微型投影仪2、复眼透镜3、第一反光部件4、凹面镜5等均安装于壳体1内，呈一体结构；所述一体结构装设于汽车仪表板上的容纳凹槽内。一般将该一体结构安装于容纳凹槽内时，还设置有卡扣结构，将两者卡扣固定。采用此种一体结构的方案，其安装、维护更加方便。

前挡风玻璃7将抬头显示仪投影的光线反射到驾驶员的视野范围内，为了使驾驶员在外部强光下仍能更清晰的看到前挡风玻璃7上的图像，优选还包括一高反射膜，所述高反射膜贴在汽车前挡风玻璃7内表面，用以反射从所述投射出口8射出的光线。由于具有该高反射膜，能将抬头显示仪大部分的光线反射，避免图像光线过多丢失，其反射光线反向延长所成的虚像更加清晰，同时也避免在前挡风玻璃7上形成重影。该方案直接使用高反射膜贴在前挡风玻璃7上，不需要带楔角的光学玻璃片，便于后期产品的安装升级。

由于采用本例的方案，其首先该方案使用微型投影仪2和复眼透镜3结合成像代替传统的LCD屏成像，其微型投影仪2散发的热量远小于现有传统的抬头显示***，因此，无需设置散热结构，或者仅需设计微型的散热部件即可。作为优选的方式，本例优选在壳体1内装设一微型散热部件，该微型散热部件只有微型投影仪2大小的一半左右，远远小于现有抬头显示仪中散热结构的体积。

总言之，采用本例提供的微型投影仪2、复眼透镜3和凹面镜5结合成像代替的方案，相对于传统的LCD屏成像，该方案成像质量高、亮度高、发热量相对较小，可以将图像投影距离加大，图像也可以相应放大，与现有技术相比更人性化。可以避免驾驶过程中眼球焦距的来回切换，达到安全驾驶的目的。图像通过放大后，可以将更多的车辆信息在抬头显示***上显示出来，使得抬头数字显示***内容更丰富，功能更强大。且结构相对简单，易于实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抬头数字显示***，其特征在于，其装设在汽车仪表板上，包括壳体、微型投影仪及凹面镜；

所述微型投影仪及所述凹面镜装设于所述壳体内，所述微型投影仪与所述凹面镜之间的光程小于所述凹面镜的焦距；并在所述壳体上设有投射出口，凹面镜反射后的光线经该投射出***出；

还包括一复眼透镜，所述复眼透镜装设在所述微型投影仪及所述凹面镜之间的光路上，且所述复眼透镜与所述凹面镜之间的光程小于所述凹面镜的焦距；

在所述复眼透镜和凹面镜之间的光路上，设有第一反光部件；

在所述复眼透镜和微型投影仪之间的光路上设有第二反光部件。

2.根据权利要求1所述的抬头数字显示***，其特征在于，在所述投射出口处设有一透明密封片材，以将所述投射出口密闭，防止灰尘进入壳体内。

3.根据权利要求2所述的抬头数字显示***，其特征在于，所述微型投影仪、复眼透镜、第一反光部件及凹面镜均安装于壳体内，呈一体结构；所述一体结构装设于汽车仪表板上的容纳凹槽内。

4.根据权利要求1所述的抬头数字显示***，其特征在于，还包括一高反射膜，所述高反射膜贴在汽车前挡风玻璃内表面，以反射从所述投射出***出的光线。

5.根据权利要求1所述的抬头数字显示***，其特征在于，所述复眼透镜上的小透镜的半径为0.01-0.05mm。

6.根据权利要求1所述的抬头数字显示***，其特征在于，在所述壳体内还装有微型散热部件。

7.根据权利要求2所述的抬头数字显示***，其特征在于，所述透明密封片材为内凹的弧面形状，其厚度为0.3-0.5mm。