CN105974584B

CN105974584B - 抬头显示器及其控制方法

Info

Publication number: CN105974584B
Application number: CN201610137758.9A
Authority: CN
Inventors: 徐廷熏; 韩相勳; 李哲铉; 申彦容; 尹赞永
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2019-09-10
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: US20160266390A1; CN105974584A; DE102016203185A1

Abstract

一种抬头显示器(HUD)可以包括：控制单元，其被配置为用以确定将在司机的可视区上投影的内容以及该内容的投影位置；图像生成单元(PGU)，其被配置为用以根据控制单元的控制来输出图像；以及光学***，其被配置为用以改变从PGU输出的图像的光学路径以便将图像投影在司机的可视区上。所述光学***可以将输出的图像划分为具有不同投影距离的2个或多个图像，并且投影该图像。

Description

抬头显示器及其控制方法

本申请要求于2015年3月11日提交的申请号为10-2015-0033834的韩国专利申请以及于2015年12月11日提交的申请号为10-2015-0176696的韩国专利申请的优先权，上述申请的全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及抬头显示器(HUD)及其控制方法，并且更具体地涉及能够形成多个图像区域的HUD及其控制方法。

背景技术

随着电子器件的发展，车辆的性能或安全性方面的功能已经得到了提高，并且使司机便利的各种设备已经得到了发展。特别是，已将大量的注意力投向了车辆的HUD。

HUD指的是被设计为在车辆或飞机的挡风玻璃上显示操作信息的设备。在初期，为了保障飞行员的前方视野，已经引入了HUD。然而，近来，已将HUD引入到车辆中，以便减少事故。

用于车辆的HUD，在挡风玻璃上或以增强现实的形式越过挡风玻璃，显示各种各样的车辆操作，诸如用于结合导航***来指导路径的箭头信息以及用于指示速度等的文本信息，从而帮助司机使他/她的眼睛专注在挡风玻璃上。

也就是说，为了检查车辆信息，司机不需要使他/她的眼睛向用于提供相应信息的终端转移。此外，司机在观看用于输出HUD图像的前面的同时还可以驾驶。因此，HUD有助于司机的安全。

在将HUD引入的初期，HUD将图像投影在预设的特定位置上。因此，当改变司机的视线时或当司机的可视角度可能受限于图像时，图像可能被隐藏。

近来，主要使用图1所示的HUD，所述HUD可以根据司机视线的改变或司机的体验，来控制投影图像的水平。在图1中，虚线表示图像区域。图像区域指示可以清楚地维持由HUD投影的图像所在的区域。也就是说，当投影图像的位置偏离图像区域时，图像看起来是失真的。因此，HUD仅在图像区域内移动投影图像的位置。

一般来说，图像区域的尺寸、形状以及位置是通过在HUD的光学***中包括的非球面镜来确定的。也就是说，图像区域的尺寸、形状以及位置是根据非球面镜的尺寸、安装位置、曲率、旋转角来确定的。此外，根据非球面镜的特性来确定光学***的其他部件的安装位置。因此。在图像区域上投影的图像的投影距离也可以通过非球面镜来确定。

在于2014年2月4日公开的韩国专利No.10-1361095中公开了本发明的相关技术。

然而，由于常规的HUD仅可以形成一个图像区域，因此，即使可以改变投影图像的位置，投影图像的投影距离在图像区域内仍不可以被改变。

也就是说，司机在驾驶车辆的同时可以改变焦点位置以及注视位置，但是常规的HUD以固定的焦距(固定的投影距离)投影图像。因此，图像可能妨碍司机的视野。

换句话说，当司机注视远方时，司机注视的位置变得比当其注视近处物体时更高。此外，焦距变得比司机注视近处物体时更大。然而，常规的HUD仅可以向上移动投影图像的位置，而不可以改变投影图像的焦距。因此，在司机的焦距和投影图像的焦距之间可能出现差异，并且司机的视野可能被干扰。

为了解决这个问题，可以在车辆上安装2个具有不同焦距的HUD。然而，在这种情况下，增加了安装成本，并且还增加了HUD模块的体积和重量。

发明内容

本发明的实施例涉及能够形成具有不同焦距的多个图像区域的HUD，及其控制方法。

在一个实施例中，HUD可以包括：控制单元，其被配置为用以确定将在司机的可视区上投影的内容以及该内容的投影位置；图像生成单元(PGU)，其被配置为用以根据控制单元的控制来输出图像；以及光学***，其被配置为用以改变从PGU输出的图像的光学路径以便将图像投影在司机的可视区上。光学***可以将输出图像划分为具有不同投影距离的2个或多个图像，并且投影该图像。

所述光学***可以包括用于确定投影距离和投影图像的放大率的非球面镜，所述非球面镜可以被划分成具有不同非球面系数的2个或多个激活区。

所述光学***可以包括分别与所述2个或多个激活区相对应的屏幕。

所述激活区可以包括用于在司机的可视区的下部形成图像区域的第一激活区以及用于在由第一激活区形成的图像区域的上方形成图像区域的第二激活区。

第一激活区的投影距离可以小于第二激活区的投影距离。

第一激活区的放大率可以大于第二激活区的放大率。

第一激活区的放大率和第二激活区的放大率可以是不同的值，以便将司机所看到的图像的尺寸调整为相同的尺寸。

PGU可以通过使用数字微镜器件或液晶的投影方法来输出图像。

PGU可以具有与非球面镜的非球度的范围相对应的焦距比数。

PGU可以具有与改变的投影距离的范围相对应的焦距比数。

所述光学***可以包括可倾斜的屏幕。

所述控制单元可以根据屏幕的角度校正从PGU输出的图像。

HUD可以进一步包括被配置为用以测量车辆的速度的车辆速度传感器。所述控制单元可以基于通过车辆速度传感器测量的速度来确定所述内容的投影位置。

当测量的速度等于或大于参考速度时，所述控制单元可以控制PGU以通过第一激活区投影附加信息和通过第二激活区投影驾驶信息，并且当测量的速度小于参考速度时，所述控制单元可以控制PGU以通过第一激活区投影驾驶信息和通过第二激活区投影附加信息。

PGU可以通过激光扫描方法输出图像。

在另一实施例中，HUD的控制方法可以包括：通过控制单元测量车辆的速度；基于测量的速度，通过控制单元确定将在司机的可视区上投影的内容以及该内容的投影位置；以及根据对所述内容以及所述内容的投影位置的确定结果，通过控制单元输出图像。

在确定所述内容以及所述内容的投影位置时，当测量的速度等于或大于参考速度时，控制单元可以确定在司机的可视区的下部投影附加信息并且在司机的可视区的下部的上方投影驾驶信息，并且当测量的速度小于参考速度时，控制单元可以确定在司机的可视区的下部上投影驾驶信息并且在司机的可视区的下部的上方投影附加信息。

附图说明

图1是用于描述常规HUD图像投影情形的照片。

图2是示出了本发明一实施例的HUD的配置的框图。

图3是描述常规HUD的非球面镜的简图。

图4是描述本发明实施例的HUD的非球面镜的简图。

图5是描述本发明实施例的HUD的图像投影情形的照片。

图6是描述本发明实施例的HUD的配置和操作的简图。

图7是描述本发明实施例的HUD的配置和操作的另一简图。

图8是描述本发明实施例的HUD中的图像校正操作的简图。

图9是描述本发明实施例的HUD的控制方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考说明书附图详细描述本发明的实施例。应该注意的是说明书附图不是按精确的比例并且仅为了描述方便和清楚起见，可以放大线条的厚度或部件的尺寸。此外，本文所用的术语通过考虑本发明的功能而定义并且可以根据用户或操作者的习惯或意图而改变。因此，应该根据本文所述的全部公开内容来进行对术语的定义。

图2是示出本发明实施例的抬头显示器(HUD)的配置的框图。图3是描述常规HUD的非球面镜的简图。图4是描述本发明实施例的HUD的非球面镜的简图。图5是描述本发明实施例的HUD的图像投影情形的照片。图6是描述本发明实施例的HUD的配置和操作的简图。图7是描述本发明实施例的HUD的配置和操作的另一简图。图8是描述本发明实施例的HUD中的图像校正操作的简图。参考图2到图8，对本发明实施例的HUD描述如下。

如图2所示，本发明实施例的HUD可以包括控制单元100、图像生成单元(PGU)110、光学***120以及车辆速度传感器130。另外，HDU可以包括失真校正单元101。

PGU 110可以根据控制单元100的控制来输出图像。也就是说，控制单元100可以通过PGU 110输出图像以便在司机的可视区上投影图像。

光学***120可以改变从PGU 110输出的图像的光学路径以便在司机的可视区上投影图像。例如，光学***120可以包括用于将从PGU 110输出的图像反映到车辆的挡风玻璃上的多个镜子。

此外，光学***120可以将从PGU 110输出的图像划分为具有不同投影距离的2个或多个图像。也就是说，可以将从PGU 110输出并且具有1个屏幕的图像通过光学***120划分为具有不同投影距离的2个或多个图像并且随后将其投影在挡风玻璃上。因此。本发明实施例的HUD可以投影具有不同焦距的2个或多个图像。

由于可以将从PGU 110输出的1个图像划分为具有不同投影距离的2个或多个图像，因此即使改变了投影距离，PGU 110仍需要形成图像的焦点。

例如，PGU 110可以使用激光扫描方法输出图像。也就是说，PGU 110可以使用能够形成焦点的图像输出方法，而不管投影距离。

对于另一实施例，PGU 110可以使用利用数字微镜器件或液晶的投影方法。在这种情况下，PGU 110可以被配置为具有与改变的投影距离的范围相对应的焦距比数。

也就是说，当将通常使用的DLP(数字光处理)投影机或LCOS(硅基液晶)投影机用作PGU 110时，PGU 110(或PGU 110和光学***120)可以被配置为具有与改变的投影距离的范围相对应的焦距比数。因此，即使改变了投影距离，仍然可以形成图像的焦点。

换句话说，光学***的焦深可以根据等式t＝2NC(1+M)来确定，其中t表示焦深，N表示焦距比数，C表示像素尺寸，并且M表示光学投影***的放大率。如等式所示，当提高焦距比数时，可以增加焦深。因此，即使改变了投影距离，投影的图像在不失去焦点的情况下，仍不可能是模糊的。因此，PGU可以被配置为具有这样的焦距比数，即所述焦距比数被设置为能够满足改变的投影距离的足够大小。

车辆速度传感器130可以测量车辆的速度。例如，车辆速度传感器130可以通过检测变速器输出轴(transmission output shaft)的旋转，来测量车辆的速度。

光学***120可以包括用于确定投影距离以及投影图像的放大率的非球面镜121，并且可以将非球面镜121划分为具有不同非球面系数的2个或多个激活区。激活区可以指示形成一个图像区域的区域。参考图3到图5，将如下更加详细的描述激活区。

如图3所示，常规HUD的非球面镜如图1所示仅形成一个图像区域，因为非球面镜仅具有一个激活区。然而，如图4所示，本发明实施例的HUD的非球面镜121可以如图5所示形成多个图像区域，因为非球面镜121被划分成多个激活区。

激活区的划分可以通过非球面镜121的形状来完成，并且在将非球面镜121制造为具有针对各个激活区的不同的非球面系数(曲率)时实现。此外，根据非球面镜系数，可以改变在由各个激活区形成的图像区域上投影的图像的投影距离或放大率。

例如，可以将非球面镜121的激活区划分为第一激活区和第二激活区。第一激活区形成位于司机的可视区的底部的图像区域(例如，图5中的左边照片中的实线框和右边照片中的虚线框)，并且第二激活区形成位于由第一激活区形成的图像区域的上方的图像区域(例如，图5中的左边照片中的虚线框和右边照片中的实线框)。

这时，第一激活区的投影距离可以小于第二激活区的投影距离。也就是说，在由第二激活区形成的图像区域上投影的图像的投影距离可以大于在由第一激活区形成的图像区域上投影的图像的投影距离。换句话说，由第二激活区形成的图像区域可以根据司机注视远方时的焦距和视野来设计，由第一激活区形成的图像区域可以根据司机注视近处物体时的焦距和视野来设计。

第一激活区的放大率可以大于第二激活区的放大率。也就是说，在由第二激活区形成的图像区域上投影的图像可以具有比在由第一激活区形成的图像区域上投影的图像长的投影距离。因此，虽然输出且投射具有相同尺寸的图像，但从司机的视点来说，在由第二激活区形成的图像区域上投影的图像可以看起来比在由第一激活区形成的图像区域上投影的图像大。因此，可以将第二激活区的放大率设置为比第一激活区的放大率小，以便将司机所看到的图像的尺寸调整为类似的尺寸，这使得可以防止司机在改变他/她的注视时感觉内容的尺寸差异改变。

参考图6到图8，如下将更加详细的描述这种图像投影过程。

首先，如图6所示，可以通过屏幕122和镜子将从PGU 110输出的图像传输到非球面镜121。随后，可以通过非球面镜121将图像扩大并且将其投影到司机的可视区上。

在本实施例中，由于可以将非球面镜121划分为具有不同投影距离的2个或多个激活区，因此可以将从PGU 110输出的图像划分为具有不同光学路径的2个或多个图像，并且随后将其传输到非球面镜121。

如图6所示，光学***120可以包括与各个激活区相对应的屏幕122，并且可以采用反射屏幕和透明屏幕中的任意一个作为屏幕122。

也就是说，可以通过不同的屏幕122将从PGU 110输出的图像分离为具有不同光学路径的图像，并且可以通过镜子将分离的图像反射到非球面镜121的各个激活区。可以将反射的图像扩大并且通过非球面镜121将其反射并且投影在挡风玻璃上。如上所述，在各个激活区上投影的图像的位置和尺寸可以是彼此不同的。

如图7所示，屏幕122可以是倾斜的。也就是说，可以调整屏幕122的角度以改变从PGU 110输出的图像的光学路径。当采用可倾斜的屏幕时，可以将非球面镜121设计为具有依次改变的非球度。换句话说，非球面镜121可以具有每分钟变化的多个非球度。

也就是说，可以通过屏幕122和镜子将从PGU 110输出的图像反射到非球面镜121的激活区上。根据屏幕122的角度，可以改变反射到非球面镜121上的图像的位置。换句话说，可以根据屏幕122的角度改变图像反射于其上的激活区。可以扩大反射的图像并且通过非球面镜121将其反射并且投影在挡风玻璃上。如上所述，可以在每个激活区改变投影图像的位置和尺寸。

这时，可以通过控制单元100或另一控制设备改变屏幕122的角度。如图7所示，可以采用反射的或透明的屏幕作为屏幕122。

这样，当屏幕122可倾斜时，实际的投影图像可能是失真的(例如，梯形失真)，如图8所示。因此，控制单元100的失真校正单元101可以根据屏幕122的角度校正从PGU 110输出的图像，并且去除投影图像的失真。

不仅可以在PGU 110使用DLP投影机或LCOS投影机的情况下应用可倾斜屏幕122，还可以在PGU使用激光扫描方法的情况下应用该可倾斜屏幕122。

如图6到图8所示，投影图像的光学路径在各个激活区可以是不同的。因此，由各个激活区形成的图像区域的焦距也可以是彼此不同的。也就是说，本发明实施例的HUD可以仅使用单个PGU通过光学***120的配置，形成多个图像区域。

控制单元100可以控制PGU 110以与光学***120相对应，以便平稳地操作HUD。也就是说，控制单元100可以计算且生成一个图像的形状以便可以根据分离的光学路径将该图像划分为多个屏幕，并且通过PGU 110输出生成的形状。

此外，控制单元100可以确定将在司机的可视区上投影的内容以及该内容的投影位置。也就是说，控制单元100可以结合车辆的各种***(诸如导航***和巡航控制***)确定将通过HUD显示的内容，诸如路径信息、车辆速度、发动机RPM以及燃料状态。随后，控制单元100可以确定所述内容将投影的位置(在其上投影所述内容的图像区域以及所述内容在相对应的图像区域中的位置)。

例如，控制单元100可以基于通过车辆速度传感器130测量的车辆的速度，确定内容的投影位置。更具体地，当测量的速度等于或大于参考速度时，控制单元100可以确定在司机的可视区的下部投影附加信息并且在司机的可视区的下部的上方投影驾驶信息。当测量的速度小于参考速度时，控制单元100可以确定在司机的可视区的下部投影驾驶信息并且在司机的可视区的下部的上方投影附加信息。

也就是说，由于在车辆的速度增加时司机注视远方，因此控制单元100可以将驾驶信息投影在司机所注视的区域上，并且将附加信息投影在司机未注视的区域上。驾驶信息可以指示与车辆的操作有关的内容，诸如车辆速度或信息标志(例如，冷却水警告)，并且附加信息可以指示与附加功能有关的内容，诸如气象信息。

此外，由于本实施例的HUD可以形成具有不同焦距的多个图像区域，因此控制单元100可以鉴于焦距以及司机注视的位置，确定内容的投影位置。

也就是说，当测量速度等于或大于参考速度时，控制单元100可以控制PGU 110以通过具有最长投影面积的激活区投影驾驶信息。另一方面，在低速运行期间(或当测量的速度小于参考速度时)，司机的视角可以被拓宽，并且司机的焦点可以靠近车辆。因此，控制单元100可以通过多个激活区显示各种信息。

换句话说，控制单元100可以基于车辆的速度确定司机的焦距以及注视位置。通过司机的焦距以及注视位置，控制单元100可以设置主要信息的显示位置，以便司机可以快速地识别车辆的主要信息。

在本实施例中，由于PGU 110可以通过激光扫描方法输出图像，因此控制单元100可以使司机能够区分图像区域之间的间隔，该间隔是通过关闭各个激活区之间的激光二极管而形成的。类似地，在于其上将显示附加信息的激活区中，控制单元100可以关闭激光二极管，以便不将图像投影在相对应的图像区域上。

图9是用于描述本发明实施例的HUD的控制方法的流程图。参考图9，将如下描述本发明实施例的控制方法。

如图9所示，在步骤S200，控制单元100可以测量车辆的速度。也就是说，由于当车辆的速度增加时，司机改变了他/她的注视，因此控制单元100可以测量车辆的速度以确定内容的显示位置。

随后，在步骤S210，控制单元100可以确定测量的速度是否较高。例如，当车辆的速度等于或高于参考速度时，控制单元100可以确定车辆的速度较高。

当在步骤S210确定了车辆的速度较高时，控制单元100可以输出图像，以便在步骤S220将附加信息显示在第一激活区上并且将驾驶信息显示在第二激活区上。也就是说，由于当车辆的速度增加时，司机注视向远方，因此控制单元100可以控制PGU 110以将驾驶信息投影在司机所注视的区域上，并且控制PGU 110以将附加信息投影在司机未注视的区域上。

另一方面，当在步骤S210确定了车辆的速度不高时，控制单元100可以输出图像，以便在步骤S230将驾驶信息显示在第一激活区上并且将附加信息显示在第二激活区上。

这样，根据本发明实施例的HUD及其控制方法可以形成多个图像区域并且调整位于各个图像区域位置的内容的投影距离，以便使司机仅通过最低限度地移动他/她的注视，而识别车辆的信息。此外，由于HUD及其控制方法可以使用一个PGU和光学***形成多个图像区域，因此相比于使用多个PGU时，可以降低成本。此外，HUD及其控制方法可以根据车辆的速度改变各个内容的投影位置，以便使司机可以快速地识别车辆的信息。

尽管为了说明性目的已经公开了本发明的优选实施例，然而本领域技术人员将认识到在不偏离由随附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，各种修正、添加以及替换是可能的。

Claims

1.一种抬头显示器HUD，包括：

控制单元，其被配置为用以确定将在司机的可视区上投影的内容以及所述内容的投影位置；

图像生成单元PGU，其被配置为用以根据所述控制单元的控制来输出图像；以及

光学***，其被配置为用以改变从所述PGU输出的所述图像的光学路径以便将所述图像投影在所述司机的可视区上，

其中所述光学***将输出的所述图像划分为具有不同投影距离的至少2个图像，并且投影所述至少2个图像，

其中所述光学***包括用于确定所述投影距离和所投影的至少2个图像的放大率的非球面镜，并且

所述非球面镜被划分为具有不同非球面系数的至少2个激活区。

2.根据权利要求1所述的HUD，其中所述光学***包括分别与所述至少2个激活区相对应的屏幕。

3.根据权利要求1所述的HUD，其中所述激活区包括用于在所述司机的可视区的下部形成图像区域的第一激活区以及用于在由所述第一激活区形成的所述图像区域的上方形成图像区域的第二激活区。

4.根据权利要求3所述的HUD，其中所述第一激活区的投影距离小于所述第二激活区的投影距离。

5.根据权利要求3所述的HUD，其中所述第一激活区的放大率大于所述第二激活区的放大率。

6.根据权利要求3所述的HUD，其中所述第一激活区的放大率和所述第二激活区的放大率是不同的值，以便将所述司机所看到的图像的尺寸调整为相同的尺寸。

7.根据权利要求1所述的HUD，其中所述PGU通过使用数字微镜器件或液晶的投影方法来输出图像。

8.根据权利要求7所述的HUD，其中所述PGU具有与改变的投影距离的范围相对应的焦距比数。

9.根据权利要求7所述的HUD，其中所述PGU具有与所述非球面镜的非球面度的范围相对应的焦距比数。

10.根据权利要求7所述的HUD，其中所述光学***包括可倾斜的屏幕。

11.根据权利要求10所述的HUD，其中所述控制单元根据所述屏幕的角度校正从所述PGU输出的图像。

12.根据权利要求1所述的HUD，进一步包括被配置为用以测量车辆的速度的车辆速度传感器，

其中所述控制单元基于通过所述车辆速度传感器测量的速度来确定所述内容的投影位置。

13.根据权利要求12所述的HUD，其中所述激活区包括用于在所述司机的可视区的下部形成图像区域的第一激活区以及用于在由所述第一激活区形成的所述图像区域的上方形成图像区域的第二激活区。

14.根据权利要求13所述的HUD，其中当测量的速度等于或大于参考速度时，所述控制单元控制所述PGU以通过所述第一激活区投影附加信息并且通过所述第二激活区投影驾驶信息，并且

当测量的速度小于所述参考速度时，所述控制单元控制所述PGU以通过所述第一激活区投影所述驾驶信息并且通过所述第二激活区投影所述附加信息。

15.根据权利要求1所述的HUD，其中所述PGU通过激光扫描方法输出图像。

16.一种HUD的控制方法，用于控制权利要求1所述的HUD，包括：

通过控制单元测量车辆的速度；

基于测量的速度，通过控制单元确定将在司机的可视区上投影的内容以及所述内容的投影位置；以及

根据对所述内容以及所述内容的投影位置的确定结果，通过所述控制单元输出图像。

17.根据权利要求16所述的控制方法，其中在确定所述内容以及所述内容的投影位置时；

当测量的速度等于或大于参考速度时，所述控制单元确定在所述司机的可视区的下部投射影附加信息并且在所述司机的可视区的所述下部的上方投影驾驶信息，并且

当所述测量的速度小于所述参考速度时，所述控制单元确定在所述司机的可视区的所述下部投影所述驾驶信息并且在所述司机的可视区的所述下部的上方投影所述附加信息。