CN106740116A - 一种一体式的抬头显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车抬头显示***技术领域，提供一种一体式的抬头显示装置，所述抬头显示装置包括水平位置可调的成像单元、接收所述成像单元射出的成像光线并将所述成像光线经过单次或多次反射后射向所述挡风玻璃的反射单元，所述成像单元和所述反射单元连接成一安装体，所述成像光线经所述内弧面反射后形成第一图像，所述成像光线透过所述内弧面并经所述外弧面反射后形成第二图像，所述第一图像在所述挡风玻璃另一侧的第一虚像和所述第二图像在所述挡风玻璃另一侧的第二虚像随所述成像单元水平移动而沿入眼方向重合；这样设计可以解决现有的装置解决重影问题时需要额外增加成本的问题。
Description
技术领域
本发明属于汽车抬头显示***技术领域，尤其涉及一种一体式的抬头显示装置。
背景技术
汽车抬头显示技术是当前国际国内正在大力发展的智能网联汽车的重要组成部分，通过前期宝马、奔驰等高端豪华品牌汽车上对于HUD(Head Up Display平视显示器)的应用推广，越来越多的车厂和用户认识到通过汽车的抬头显示技术对于安全驾驶的重要性，实现了驾驶员目不离路就可以获取车速、导航、路况、车距等重要信息，其独特的显示位置，以及悬浮式透明显示效果，是车上的其它位置显示器无法取代的，所以越来为越多的车厂把抬头显示***装配于自己的新车上，作为提升汽车安全的有效配置。要实现汽车挡风玻璃上的抬头显示，存在一个必须要解决的显示技术难题—由于挡风玻璃厚度带来的反射重影问题，因为重影问题的存在会明显地影响驾驶员观看显示信息的舒适度，严重者会引起驾驶员的头晕，从而影响驾驶安全。同时也会影响驾驶员获取显示信息的辨识速度与准确性。
现有汽车抬头显示***的解决方案中，多采用在汽车挡风玻璃中增加或改造玻璃中已有的夹膜，使得内外两层玻璃中有一层上厚下薄的夹膜，从而改变挡风玻璃外表面对于折射进玻璃内部的光线的反射角度，达到改变玻璃内部光线的传播路径的目的，从而减轻或消除重影现象。类似于上述方法原理，也有采用在挡风玻璃内表面贴一层上厚下薄的透明材料，以达到减轻或消除重影现象的目的。另外，也有采用对挡风玻璃内表面镀膜或贴膜，以增加挡风玻璃对光线的反射率，从而达到减轻或消除重影现象之目的。
上述方面，都需要增加额外成本，对挡风玻璃进行特别定制或者后期特别处理，才可以达到减轻或消除重影现象之目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体式抬头显示装置，旨在解决现有的装置解决重影问题时需要额外增加成本的问题。
本发明是这样解决的：一种一体式的抬头显示装置，其用于将信息经所述汽车的挡风玻璃反射至人眼，所述挡风玻璃包括内弧面和外弧面，所述抬头显示装置包括水平位置可调的成像单元、接收所述成像单元射出的成像光线并将所述成像光线经过单次或多次反射后射向所述挡风玻璃的反射单元，所述成像单元和所述反射单元连接成一安装体，所述成像光线经所述内弧面反射后形成第一图像，所述成像光线透过所述内弧面并经所述外弧面反射后形成第二图像，所述第一图像在所述挡风玻璃另一侧的第一虚像和所述第二图像在所述挡风玻璃另一侧的第二虚像随所述成像单元水平移动而沿入眼方向重合。
进一步地，所述成像单元包括可相对于所述安装体移动的箱体、连接在所述箱体内的LED背光源、套设在所述LED背光源外侧的反光杯、连接在所述反光杯端面上的透镜和连接在所述箱体表面并正对所述透镜的显示器，所述成像光线经所述LED背光源发出并经所述反光杯和所述透镜聚集后由所述显示器射出。
进一步地，所述反射单元包括一块凹面朝向所述成像单元的凹面镜，所述成像光线经所述凹面镜一次反射后射向所述挡风玻璃。
进一步地，所述凹面镜的背面朝向所述挡风玻璃，且所述凹面镜与水平面之间的夹角为锐角。
进一步地，所述反射单元包括相互配合使得所述成像光线射向所述挡风玻璃的第一反射镜和第二反射镜，所述成像光线在所述第一反射镜所述第二反射镜之间多次反射后射向所述挡风玻璃。
进一步地，所述第一反射镜和所述第二反射镜均为凹面镜，所述凹面镜为球面镜或自由曲面镜。
进一步地，所述第一反射镜位于所述第二反射镜的前方，且所述第一反射镜的凹面朝向所述成像单元，所述第二反射镜的凹面朝上并朝向所述第一反射镜的凹面。
进一步地，所述第一反射镜与所述第一反射镜之间的夹角小于90°，所述第一反射镜和水平面之间的夹角小于90°，所述第二反射镜与水平面之间的夹角小于45°。
进一步地，所述第一反射镜为凹面镜，所述第二反射镜为平面镜，或所述第一反射镜为平面镜，所述第二反射镜为凹面镜。
进一步地，所述第二反射镜底面上还连接有调节所述成像光线射在所述挡风玻璃上的高度的调节装置。
本发明提供的一体式的抬头显示装置相对于现有的技术具有的技术效果为：通过成像单元和与该成像单元配合的反射单元的设置，使得成像单元出射的成像光线经过挡风玻璃内弧面和外弧面分别反射形成的第一图像相对于挡风玻璃的第一虚像和第二图像相对于挡风玻璃的第二虚像随着成像单元的水平移动而沿入眼方向重合，进而可以消除成像单元反射后的重影，这个过程中不需要更改挡风玻璃的结构，进而不需要额外增加成本。同时成像单元和反射单元连接成为一体，也给后期的安装带来了方便。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一体式的抬头显示装置中的安装体的结构图。
图2是本发明实施例提供的一体式的抬头显示装置的成像结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1和图2所示，在本发明实施例中，提供一种一体式的抬头显示装置，该抬头显示装置用于将车速、导航、路况和车距等重要信息经该汽车的挡风玻璃40反射至人眼。该挡风玻璃40本身具有一定的厚度，并且呈弧形设置，进而该挡风玻璃40包括内弧面401和外弧面402。该抬头显示装置包括水平位置可调的成像单元20和与成像单元20配合的反射单元30，该反射单元30用于接收该成像单元20射出的成像光线202，并且该反射单元30将射入的该成像光线202在反射单元30自身内部经过单次或多次反射后射向该挡风玻璃40。该成像单元20和该反射单元30连接成一安装体10，该安装体10可以直接适配于汽车的后期安装。经过该反射单元30反射后的该成像光线202经该内弧面401反射后形成第一图像(图未示)，同时该成像光线202透过该内弧面401并经该外弧面402反射后形成第二图像(图未示)。该第一图像在该挡风玻璃40另一侧的第一虚像50和该第二图像在该挡风玻璃40另一侧的第二虚像60随该成像单元20水平移动而沿入眼方向重合。此处该第一虚像50为沿成像光线202在内弧面401上的反射线反向延伸而成，同理，第二虚像60为沿成像光线202在外弧面402上的反射线反向延伸而成。
以上设计的一体式的抬头显示装置，通过成像单元20和与该成像单元20配合的反射单元30的设置，使得成像单元20出射的成像光线202经过挡风玻璃40内弧面401和外弧面402分别反射形成的第一图像相对于挡风玻璃40的第一虚像50和第二图像相对于挡风玻璃40的第二虚像60随着成像单元20的水平移动而沿入眼方向重合，进而可以消除成像单元20反射后的重影，这个过程中不需要更改挡风玻璃40的结构，进而不需要额外增加成本。同时成像单元20和反射单元30连接成为一体，也给后期的安装带来了方便。
在本实施例中，汽车挡风玻璃40具有凹面镜的特征，进而在凹面的挡风玻璃40的一倍焦距范围内，当物距变得更远时，两个虚像会得更大，并且离轴(入眼中心线)更远，成像距离也更远。挡风玻璃40内外表面两个距离不同的凹面镜的物距并不相同，因此，挡风玻璃40的内弧面401成像和挡风玻璃40的外弧面402成像的所对应的虚像高度变化并不同步。相对而言，挡风玻璃40的外弧面402成像因为距离更远，比挡风玻璃40的内弧面401成像拥有更快的离轴速度。当外弧面402对应的虚像的图像高度高于内弧面401对应的虚像的高度时，增大成像单元20与反射单元30之间的距离。反之，则减小成像单元20与反射单元30之间的距离，两个虚像之间的高度差将会逐渐减小。当挡风玻璃40的内弧面401对应的虚像和挡风玻璃40的外弧面402对应的虚像以及驾驶员眼睛处理同一条直线时，重影现象消失或接近于消失。
具体地，如图1所示，在本发明实施例中，该成像单元20包括可相对于该安装体10移动的箱体、连接在该箱体内的LED背光源、套设在该LED背光源外侧的反光杯、连接在该反光杯端面上的透镜和连接在该箱体表面并正对该透镜的显示器201，该成像光线202经该LED背光源发出并经该反光杯和该透镜聚集后由该显示器201射出。
在本实施例中，该箱体可水平滑动连接在该安装体10上，进而使得成像单元20与成像光线202反射单元30之间的距离是可调节的，而这种距离的变化可以使得重影问题降低。
具体地，在本发明的一个实施例中，该反射单元30包括一块凹面朝向该成像单元20的凹面镜，并且该成像光线202经该凹面镜一次反射后射向该挡风玻璃40。
在本发明实施例中，该凹面镜的背面朝向该挡风玻璃40，同时该凹面镜与水平面之间的夹角为锐角。在保证第一虚像50和该第二虚像60随该成像单元20水平移动而沿入眼方向重合的前提下，单次反射理论上也是可以完成降低重影问题的。
具体地，如图1和图2所示，在本发明的另一个实施例中，该反射单元30包括相互配合使得该成像光线202射向该挡风玻璃40的第一反射镜301和第二反射镜302，该成像光线202在该第一反射镜301该第二反射镜302之间多次反射后射向该挡风玻璃40。
在本发明实施例中，该第一反射镜301和该第二反射镜302均优选为凹面镜，该凹面镜可以优选为为球面镜或自由曲面镜，此处自由曲面是指曲率不唯一的曲面。
在本实施例中，整个抬头显示装置安装在汽车上并位于驾驶员的前方，无论是正前方、左前方或右前方均可，并且安装在仪表台或者中控台上面，该成像单元20内的LED背光源发射的成像光线202射向该第一反射镜301上，然后第一反射镜301将光线放大后射向第二反射镜302，第二反射镜302继续放大该成像光源后射向挡风玻璃40的特定区域，从而将仪表台或者中控台上的信息在挡风玻璃40上进行显示。
具体地，如图1所示，在本发明实施例中，该第一反射镜301位于该第二反射镜302的前方，此处前方是相对于成像单元20而言的，也即该第一反射镜301离该成像单元20比第二反射镜302离成像单元20更远。同时该第一反射镜301的凹面朝向该成像单元20，这样可以保证成像单元20上射出的成像光线202可以第一时间射向该第一反射镜301。该第二反射镜302的凹面朝上并朝向该第一反射镜301的凹面，这样设计可以保证经过第一反射镜301反射的成像光线202可以全部射向第二反射镜302。
具体地，如图1所示，在本发明实施例中，该第一反射镜301与该第一反射镜301之间的夹角小于90°，这样可以保证第一反射镜301和第二反射镜302之间的光线反射。同时该第一反射镜301和水平面之间的夹角小于90°，这样可以使得第一反射镜301朝向该成像单元20倾斜，进而阻挡外界光线进入反射单元30内，影响在挡风玻璃40上显示的画质，该第二反射镜302与水平面之间的夹角小于45°，这样设计可以避免成像光线202先射向第二反射镜302。
具体地，在本发明又一个实施例中，该第一反射镜301可以为凹面镜，同时该第二反射镜302为平面镜。或该第一反射镜301为平面镜时，该第二反射镜302为凹面镜。其他的结构与第一反射镜301和第二反射镜302均为凹面镜时基本一样，此处不做赘述。
具体地，如图2所示，在本发明实施例中，该第二反射镜302底面上还连接有调节该成像光线202射在该挡风玻璃40上的高度的调节装置3021。该调节装置3021设置在第二反射镜302底面非中间的位置，也即位于第二放射镜302底面靠近端部的位置，这样设计可以保证调节的范围更广。
在本实施例中，该调节装置3021用于适应于不同身高的驾驶员驾驶汽车时，调整该调节装置3021使得第二反射镜302相对于水平面的角度，使得成像光线202射在挡风玻璃40上的高度根据需求进行变化。
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 (10)
1.一种一体式的抬头显示装置，其用于将信息经所述汽车的挡风玻璃反射至人眼，所述挡风玻璃包括内弧面和外弧面，其特征在于：所述抬头显示装置包括水平位置可调的成像单元、接收所述成像单元射出的成像光线并将所述成像光线经过单次或多次反射后射向所述挡风玻璃的反射单元，所述成像单元和所述反射单元连接成一安装体，所述成像光线经所述内弧面反射后形成第一图像，所述成像光线透过所述内弧面并经所述外弧面反射后形成第二图像，所述第一图像在所述挡风玻璃另一侧的第一虚像和所述第二图像在所述挡风玻璃另一侧的第二虚像随所述成像单元水平移动而沿入眼方向重合。
2.如权利要求1所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述成像单元包括可相对于所述安装体移动的箱体、连接在所述箱体内的LED背光源、套设在所述LED背光源外侧的反光杯、连接在所述反光杯端面上的透镜和连接在所述箱体表面并正对所述透镜的显示器，所述成像光线经所述LED背光源发出并经所述反光杯和所述透镜聚集后由所述显示器射出。
3.如权利要求1所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述反射单元包括一块凹面朝向所述成像单元的凹面镜，所述成像光线经所述凹面镜一次反射后射向所述挡风玻璃。
4.如权利要求3所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述凹面镜的背面朝向所述挡风玻璃，且所述凹面镜与水平面之间的夹角为锐角。
5.如权利要求1所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述反射单元包括相互配合使得所述成像光线射向所述挡风玻璃的第一反射镜和第二反射镜，所述成像光线在所述第一反射镜所述第二反射镜之间多次反射后射向所述挡风玻璃。
6.如权利要求5所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述第一反射镜和所述第二反射镜均为凹面镜，所述凹面镜为球面镜或自由曲面镜。
7.如权利要求6所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述第一反射镜位于所述第二反射镜的前方，且所述第一反射镜的凹面朝向所述成像单元，所述第二反射镜的凹面朝上并朝向所述第一反射镜的凹面。
8.如权利要求7所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述第一反射镜与所述第一反射镜之间的夹角小于90°，所述第一反射镜和水平面之间的夹角小于90°，所述第二反射镜与水平面之间的夹角小于45°。
9.如权利要求5所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述第一反射镜为凹面镜，所述第二反射镜为平面镜，或所述第一反射镜为平面镜，所述第二反射镜为凹面镜。
10.如权利要求5-9任一项所述的一体式的抬头显示装置，其特征在于：所述第二反射镜底面上还连接有调节所述成像光线射在所述挡风玻璃上的高度的调节装置。
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