CN108152960A - 车载平视显示方法及*** - Google Patents

车载平视显示方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种车载平视显示方法及***，其中方法包括以下步骤：获取驾驶室外的环境亮度；将环境亮度与调光阈值进行比较，调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，强光阈值大于弱光阈值；若环境亮度大于强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量；若环境亮度小于弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量。上述方案，在环境亮度较高的情况下，通过降低平视显示区环境光的通过量，来降低环境光进入人眼的光量，可以在不提高背景光的情况下看清投射于平视显示区的图像，在环境亮度较低的情况下，通过降低平视显示区图像光的反射量，使平视显示区的亮度相对于环境亮度不至于过高，避免因弱光环境下平视显示区的亮度过高，而影响驾驶安全性的问题。

Description

车载平视显示方法及***
技术领域
本申请一般涉及车载平视显示技术领域，尤其涉及一种车载平视显示方法及***。
背景技术
平视显示器(Head-up Display，简称HUD)是一种车载视觉辅助***，平视显示器将车速、油量等车辆状态信息以及导航、危险警示等指示信息投影显示于驾驶员前方适宜的位置上，从而保证驾驶员视线不偏离前方路面，消除了低头查看仪表盘而产生的视觉盲区，增加了行车安全。
HUD显示亮度需要根据环境亮度进行调整，使亮度对比度在适宜范围内，从而保证HUD显示信息可以看清。亮度对比度表征图像相对于外界环境背景的亮度情况：
其中，LCR为亮度对比度，Ldisplay为平视显示器背光的出光亮度，Lambient为环境亮度。
夜晚驾驶时环境亮度在0.1～1cd/m2之间，最大环境亮度发生在雪天且太阳光较强的情况下，其最大环境亮度可达34000cd/m2。白天情况下，LCR应当在1.15～1.5之间，计算可得HUD显示亮度至少应达到5100cd/m2，最佳亮度为17000cd/m2。目前业内通常将15000cd/m2设定为HUD最高显示亮度。对于目前典型的反射式HUD装置，图像源TFT-LCD的出光亮度需要高于20000cd/m2，远远大于TV、手机显示屏、电脑显示器等显示领域几百尼特的显示亮度需求，对功耗、散热和体积都带来挑战。特别是随着HUD的视场(Field of View；简称FOV)逐渐增大，背光亮度需求进一步增大，高亮背光模组已经成为制约TFT-LCD HUD的关键因素之一。此外，现有的HUD显示亮度很难做到3cd/m2以下，这就导致在暗光环境下，HUD显示亮度过高，影响驾驶的安全性。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种车载平视显示方法及***，用于满足强光及暗光环境下HUD的显示要求，且降低对背光亮度的要求。
本申请一方面提供一种车载平视显示方法，包括以下步骤：
获取驾驶室外的环境亮度；
将所述环境亮度与调光阈值进行比较，所述调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，所述强光阈值大于所述弱光阈值；
若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量；
若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量。
进一步地，所述平视显示区设置有检偏器；
所述若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量，具体为：
在所述环境亮度大于所述强光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至P方向。
进一步地，在形成图像光的光路上顺次设置激光器、起偏器；
将所述检偏器的偏振方向调节至P方向时，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向为P方向。
进一步地，所述平视显示区设置有检偏器，在形成图像光的光路上顺次设置激光器、起偏器；
所述若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量，具体为：
在所述环境亮度小于所述弱光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至S方向，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向介于P方向与S方向之间。
进一步地，所述检偏器为液晶层，所述起偏器为半波片。
本发明另一方面提供一种车载平视显示***，包括激光器、亮度获取单元和控制单元，以及沿所述激光器光路顺次设置的起偏器、图像源、扩散屏及平视显示区；
所述亮度获取单元，用于获取驾驶室外的环境亮度；
所述控制单元，用于将所述环境亮度与调光阈值进行比较，所述调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，所述强光阈值大于所述弱光阈值；若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量；若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量。
进一步地，所述控制单元用于在所述环境亮度大于所述强光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至P方向。
进一步地，所述控制单元还用于在将所述检偏器的偏振方向调节至P方向时，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向为P方向。
进一步地，所述控制单元用于在所述环境亮度小于所述弱光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至S方向，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向介于P方向与S方向之间。
进一步地，所述检偏器为液晶层，所述起偏器为半波片。
本申请提供的上述方案，在环境亮度较高的情况下，通过降低平视显示区环境光的通过量，来降低了环境光进入人眼的光量，可以在不提高背景光的情况下看清投射于平视显示区的图像，较之现有技术，不需要对背光亮度进一步增大，相应地本技术方案还降低了对功耗、散热和体积需求。在环境亮度较低的情况下，通过降低平视显示区图像光的反射量，使平视显示区的亮度相对于环境亮度不至于过高，避免因弱光环境下平视显示区的亮度过高，而影响驾驶安全性的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的车载平视显示方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的车载平视显示***强光环境的工作原理图；
图3为本发明实施例提供的车载平视显示***弱光环境的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明实施例提供的车载平视显示方法，包括以下步骤：
S10：获取驾驶室外的环境亮度；
另参见图2，通过设置在车辆前挡玻璃9处的光线传感器(Light-Sensor)来感知驾驶室外的环境亮度。
S20：将所述环境亮度与调光阈值进行比较，所述调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，所述强光阈值大于所述弱光阈值；
为了能够同时适应弱光环境及强光环境，平视显示区10在强光环境及弱光环境下均具有理想的亮度对比度，提高平视显示区10图像的可读性，则调光阈值设置为两个，分别为强光阈值和弱光阈值，强光阈值用于表征强光条件下需要降低平视显示区光通过量的环境亮度值，弱光阈值用于表征弱光条件下需要降低图像光反射量的环境亮度值。强光环境可以但不限于为晴天逆光行驶、雪后晴天逆光行驶等，弱光环境可以是阴雨天、夜晚等。根据环境亮度与调光阈值的比较结果，选择性的执行步骤S30或S40。
S30：若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区10环境光的通过量；
S40：若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区10图像光的反射量。
其中，强光阈值及弱光阈值可以根据车载平视显示***的背光的亮度来设定。
若车载平视显示***的背光最大亮度为15000cd/m2，则例如但不限于可以将强光阈值亦设定为14000cd/m2，在环境亮度高于14000cd/m2时，若人眼视窗8范围内的环境光直接从平视显示区10进入人眼7，由于其亮度过高会影响人眼7对平视显示区10内所投射的影像的观察，平视显示区10内所投射的影像是形成于前挡玻璃9前方的虚像11。此时通过降低平视显示区10环境光的通过量，来降低人眼7观测到平视显示区的整体亮度，提升了强光环境下的亮度对比度，以达到可以正常观察平视显示区10内所投射形成的虚像11，提升了平视显示***的可读性。
若车载平视显示***的背光最小亮度为3cd/m2，则例如但不限于可以将弱光阈值亦设定为2.5cd/m2，在环境亮度低于2.5cd/m2时，车载平视显示***直接投射至平视显示区图像光的亮度高于环境亮度，会影响人眼7对车外环境的观察，此时通过降低平视显示区10所投射图像光的亮度，也即降低平视显示区图像光的反射量，来降低人眼7观测到平视显示区10的整体亮度，提升了弱光环境下的亮度对比度，以达到既能正常观察平视显示区10内所投射形成的虚像11，又不影响对车外环境进行观察的目的。
当然，在环境亮度介于强光阈值与弱光阈值时，根据亮度对比度的关系式来调整平视显示***的背光亮度(图像源亮度)来达到清晰观察平视显示区所投射影像的目的。
进一步地，所述平视显示区设置有检偏器；所述若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量，具体为：在所述环境亮度大于所述强光阈值时，将所述检偏器的偏振方向14调节至P方向。
由于经前挡玻璃进入人眼睛的环境光12以S偏振光为主(偏振矢量与入射面垂直)那么通过在平视显示区10设置检偏器，当环境亮度过高，也即高于强光阈值时，将检偏器的偏振方向调节至P方向，此时S偏振光不能穿过平视显示区10，即降低了平视显示区10环境光的通过量，提升了强光环境下的亮度对比度，可以使人眼7比较容易的观察清楚投射于平视显示区10的影响。
进一步地，在形成图像光的光路上顺次设置激光器1、起偏器2；将所述检偏器的偏振方向调节至P方向时，转动所述起偏器2使所述激光器1发出的光线经过所述起偏器2后的偏振方向13为P方向。
此时，平视显示***的图像源为P偏振光，而检偏器的偏振方向亦是P方向，这种情况下图像源3所发射出来的图像光经平视显示区10直接反射后进入人眼7，在前挡玻璃9前形成偏振方向15为P方向的虚像11。此种情况即保证了投射于平时显示区10的图像的亮度，又对外部环境的S偏振光进行阻隔，可以在平视显示区更加清楚的显示图像源投射形成的虚像11。
进一步地，另参见图3，平视显示区10设置有检偏器，在形成图像光的光路上顺次设置激光器1、起偏器2；所述若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区10图像光的反射量，具体为：在所述环境亮度小于所述弱光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至S方向，转动所述起偏器2使所述激光器1发出的光线经过所述起偏器2后的偏振方向13介于P方向与S方向之间。
在弱光环境下，需要车外环境的光尽最大限度的进入人眼7，而同时需要降低投射于平视显示区10的图像亮度，也即要求降低平视显示区10图像光的反射量。由于经前挡玻璃9进入人眼7的环境光以S偏振光为主(偏振矢量与入射面垂直)那么通过在平视显示区10设置检偏器，当环境亮度过低，也即低于弱光阈值时，将检偏器的偏振方向16调节至S方向，此时外部环境的S偏振光可以顺利的穿过平视显示区10。此时，转动起偏器2使激光器1发出的光线经过起偏器2后的偏振方向13介于P方向与S方向之间，由于检偏器的偏振方向16为S方向，则仅有S方向的图像光可以被反射，在前挡玻璃9前方形成偏正方向17为S方向的虚像11，这样既可达到降低投射于平视显示区10的图像亮度的目的，提高了弱光环境亮度对比度。
进一步地，检偏器可以选用液晶层，起偏器2可以选用半波片。采用半波片可以克服普通偏振片光能损耗问题。
如图2、图3所示，本发明实施例还提供一种车载平视显示***，包括激光器1、亮度获取单元(图中未示出)和控制单元(图中未示出)，以及沿激光器1光路顺次设置的起偏器2、图像源3、扩散屏4及平视显示区10；平视显示区10用于形成于车辆的前档玻璃9上。亮度获取单元，用于获取驾驶室外的环境亮度；控制单元，用于将环境亮度与调光阈值进行比较，调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，强光阈值大于弱光阈值；若环境亮度大于强光阈值，则降低平视显示区10环境光的通过量；若环境亮度小于弱光阈值，则降低平视显示区10图像光的反射量。
图像源3可以采用LSP(Laser Scanning Projection，激光扫描投影)、DLP(Digital Light Processing，数字光处理)、LHP(Laser Holography Projection，激光全息投影)等。
经过扩散屏的图像光可以直接投射于平视显示区，也可以顺次经过平面反射镜6及凹面反射镜5改变图像光的光路，使投射于平视显示区10所形成的虚像11得以放大。
该车载平视显示***的工作原理及效果，参见上述方法的描述，这里不再赘述。
进一步地，控制单元用于在环境亮度大于所述强光阈值时，将检偏器的偏振方向调节至P方向。
进一步地，控制单元还用于在将检偏器的偏振方向调节至P方向时，转动起偏器2使激光器1发出的光线经过起偏器2后的偏振方向为P方向。起偏器2的转动轴线与激光器1发出的光线平行。
进一步地，控制单元用于在环境亮度小于弱光阈值时，将检偏器的偏振方向调节至S方向，转动起偏器2使激光器1发出的光线经过起偏器2后的偏振方向介于P方向与S方向之间。
进一步地，检偏器为液晶层，起偏器2为半波片。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种车载平视显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取驾驶室外的环境亮度；
将所述环境亮度与调光阈值进行比较，所述调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，所述强光阈值大于所述弱光阈值；
若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量；
若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量。
2.根据权利要求1所述的车载平视显示方法，其特征在于，所述平视显示区设置有检偏器；
所述若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量，具体为：
在所述环境亮度大于所述强光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至P方向。
3.根据权利要求2所述的车载平视显示方法，其特征在于，在形成图像光的光路上顺次设置激光器、起偏器；
将所述检偏器的偏振方向调节至P方向时，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向为P方向。
4.根据权利要求1所述的车载平视显示方法，其特征在于，所述平视显示区设置有检偏器，在形成图像光的光路上顺次设置激光器、起偏器；
所述若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量，具体为：
在所述环境亮度小于所述弱光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至S方向，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向介于P方向与S方向之间。
5.根据权利要求3或4所述的车载平视显示方法，其特征在于，所述检偏器为液晶层，所述起偏器为半波片。
6.一种车载平视显示***，其特征在于，包括激光器、亮度获取单元和控制单元，以及沿所述激光器光路顺次设置的起偏器、图像源、扩散屏及平视显示区；
所述亮度获取单元，用于获取驾驶室外的环境亮度；
所述控制单元，用于将所述环境亮度与调光阈值进行比较，所述调光阈值包括强光阈值及弱光阈值，所述强光阈值大于所述弱光阈值；若所述环境亮度大于所述强光阈值，则降低平视显示区环境光的通过量；若所述环境亮度小于所述弱光阈值，则降低平视显示区图像光的反射量。
7.根据权利要求6所述的车载平视显示***，其特征在于，所述控制单元用于在所述环境亮度大于所述强光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至P方向。
8.根据权利要求7所述的车载平视显示***，其特征在于，所述控制单元还用于在将所述检偏器的偏振方向调节至P方向时，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向为P方向。
9.根据权利要求6所述的车载平视显示***，其特征在于，所述控制单元用于在所述环境亮度小于所述弱光阈值时，将所述检偏器的偏振方向调节至S方向，转动所述起偏器使所述激光器发出的光线经过所述起偏器后的偏振方向介于P方向与S方向之间。
10.根据权利要求6-9任一项所述的车载平视显示***，其特征在于，所述检偏器为液晶层，所述起偏器为半波片。
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