CN108769637A - 基于dlp技术的列车司控***抬头显示装置 - Google Patents

基于dlp技术的列车司控***抬头显示装置 Download PDF

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冯江华
倪大成
胡忠忠
周峰
郑良广
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Abstract

基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，包括硬件电路、DMD器件、光路引擎；其中硬件电路实现将微机控制器上传的串口数据转换为图像数据，存储到DMD器件的存储单元内，并通过定时脉冲控制DMD器件的微镜单元实现状态开关，另一方面硬件电路控制光源LED的颜色切换；光路引擎提供光源和投影通道，通过DMD器件反射投影成需要的图像；所述硬件电路包括处理单元、电源单元、串口通讯单元、DMD驱动单元、输出单元，电源单元为各个部件供电，处理单元从串口通讯单元处接收微机控制器上传的数据，处理后写入到DMD器件微镜的存储单元内，然后DMD器件会根据DMD驱动单元进行周期性加载，使微镜状态翻转或保持。

Description

基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置
技术领域
本发明涉及一种列车司控***抬头显示装置，特别是涉及一种基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置。
背景技术
轨道车操作时，司机一方面需要低头来观察操作台上集成的机械式或数字式仪表来判断车辆的运行状态，但另一方面又要抬头通过前挡风玻璃来观察车辆前方的信号灯和路面情况，来回不停的调整目光方向会造成司机较大的注意力分散和精神疲劳，影响驾驶安全。为此，需要一套抬头显示装置来将关键行车参数投影到前挡风玻璃上，方便司机查看。
现有的基于DLP（数字光处理技术）的列车司控***抬头显示装置需要用一个色轮来产生全彩色投影图像，色轮由红、绿、蓝滤波***组成，它以60Hz的频率转动。输入信号被转化为RGB数据，数据按顺序写入DMD（数字微镜器件）的存储单元，白光光源通过聚焦透镜聚焦在色轮上，通过色轮的光线然后成像在DMD的表面。当色轮旋转时，红、绿、蓝光顺序地射在DMD上。色轮和视频图像是顺序进行的，所以当红光射到DMD上时，镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”，绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。人体视觉***集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像，通过投影透镜，在DMD表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上。
由于现有的单片DLP的列车司控***抬头显示装置采用的投影技术依靠色轮来产生红、绿、蓝三色光，色轮的转动是一个机械运动，工作时会发出较大的噪声，需要的安装空间也较大，对于安装面的平整度、稳定性要求较高，同时色轮的转速上限也进一步制约了投影成像的质量。
此外，现有的基于DLP（数字光处理技术）的列车司控***抬头显示装置的成像焦距是固定的，而车辆前方的景物焦距又是不断变化的，当司机通过前挡风玻璃观察时眼睛需要不断地调整变化焦距，容易造成视觉疲劳，影响驾驶安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，通过程控RGB三色LED发光的方式，彻底解决现有技术中色轮带来的一系列问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：
基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：包括硬件电路、DMD器件、光路引擎；其中硬件电路实现将微机控制器上传的串口数据转换为图像数据，存储到DMD器件的存储单元内，并通过定时脉冲控制DMD器件的微镜单元实现状态开关，另一方面硬件电路控制光源LED的颜色切换；光路引擎提供光源和投影通道，通过DMD器件反射投影成需要的图像；所述硬件电路包括处理单元、电源单元、串口通讯单元、DMD驱动单元、输出单元，电源单元为各个部件供电，处理单元从串口通讯单元处接收微机控制器上传的数据，处理后写入到DMD器件微镜的存储单元内，然后DMD器件会根据DMD驱动单元进行周期性加载，使微镜状态翻转或保持；同时处理单元以定时脉冲的整数倍周期去控制LED阵列的红、绿、蓝三色发光管顺序导通，以产生三原色光源作为光路引擎的光源。
更好地，还包括调焦电机，调焦电机调整上述投影透镜的焦距，这样动态可以调整焦距。
更好地，上述硬件电路根据得到的车速相应控制调焦电机，调焦电机调整上述投影透镜的焦距，通过控制调焦电机实现对于投影图像与实景的同步对焦。
更好地，上述投影透镜选择单变倍单补偿变焦距镜头，通过调节其中变倍组和补偿组的相对位置来实现对于投影焦距的调节。
更好地，上述光路引擎的三原色光源发出的光束通过聚焦、积分和全反射后会以平行光束的形式照到DMD器件的微镜上。
更好地，上述调焦电机为步进电机，硬件电路以电脉冲的型式控制步进电机的角位移转动，同时将角位移转换为投影透镜组的线位移来实现投影焦距的调整。
本发明的优点在于：由于使用RGB三色LED阵列代替传统的色轮，就无需考虑色轮和对应控制电机部分所带来的安装、散热和噪声等问题，有利于设备整体的小型化和集成化，同时由于LED的切换速率远高于色轮的转动速率，可以带来更流畅的色彩变化，有效降低彩虹效应。
本发明通过动态调节投影透镜与DMD器件之间的距离，实现投影与实景的同步对焦，通过车速实现对于投影焦距的动态调节，可以使投影图像与外部景观的一致性加强，改善视觉效果，有效减轻司机的眼睛疲劳。
附图说明
图1是本发明包括基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置实施例的车用显示装置的示意图。
图2是本发明实施例DLP技术的列车司控***抬头显示装置的结构框图。
图3是本发明实施例硬件电路的结构框图。
图4是本发明实施例光路引擎的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。
如图1所示的车用显示装置，其包括动力牵引单元、微机控制、基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置（简称DLP抬头显示装置）和前挡风玻璃。其中微机控制器和DLP抬头显示装置均安装在列车司控台内，便于司机使用。
正常工作时，微机控制器通过CAN（控制器局域网络）总线从整车的动力牵引单元处获取诸如车速、发动机转速、里程等关键行车参数，记录处理后通过串口通讯发送给本车用显示装置，借助DMD器件将数据转换为图像投影到前挡风玻璃，供司机观察。
如图2所示，上述DLP抬头显示装置包括硬件电路、DMD器件（数字微镜器件）、光路引擎和调焦电机，其中硬件电路实现将微机控制器上传的串口数据转换为图像数据，存储到DMD器件的存储单元内，并通过定时脉冲控制DMD器件的微镜单元实现状态开关，另一方面硬件电路控制光源LED的颜色切换。光路引擎提供光源和投影通道，通过DMD器件反射投影成需要的图像；同时硬件电路结合获取的车速信息，计算对应的投影焦距，通过控制调焦电机实现对于投影图像与实景的同步对焦。
如图3所示，上述硬件电路包含处理单元、电源单元、串口通讯单元、DMD驱动单元、输出单元，电源单元为各个部件供电，处理单元从串口通讯单元处接收微机控制器上传的数据，处理后通过LVDS总线写入到DMD器件微镜的存储单元内，然后DMD器件会根据DMD驱动单元输出的定时脉冲进行周期性加载，即释放静电控制力，使微镜状态翻转或保持。同时处理单元以定时脉冲的整数倍周期去控制LED阵列的红、绿、蓝三色发光管顺序导通，以产生三原色光源，用来实现彩色图像的生产。
上述处理单元还通过输出单元输出脉冲信号控制调焦电机的运动，以实现对投影焦距的调整。
上述光路引擎用于实现从光源到最终投影物之间的光学转换。
如图4所示，上述光路引擎包括RGB三色LED阵列30、准直透镜31、聚光透镜32、光学积分器33、准直透镜34、准直透镜35、聚光透镜36、DMD微镜37、TIR棱镜38、投影透镜39，光路引擎选择RGB三色LED阵列作照明光源，它可以由硬件电路控制依次顺序发出红、绿、蓝三种色光。RGB三色LED阵列发出的光束通过聚焦、积分和全反射后会以平行光束的形式照到DMD器件的微镜上，这时处于Off状态的微镜会将光反射到吸收面，以形式图像上的暗点，而处于On状态的微镜会将光反射到投影透镜射出，最终形成图像上的亮点。同时通过控制On和Off状态所占的时间比例的长短来调制灰阶。当LED阵列发送不同颜色的光时，就会在投影面上形成不同颜色的图像，通过这种硬件电路的分时控制，可以实现快速的颜色切换，最终在人眼视觉中叠加呈现彩色图案。
上述投影透镜39选择单变倍单补偿变焦距镜头，支持通过调节其中变倍组和补偿组的相对位置来实现对于投影焦距的调节。
上述调焦电机为一种步进电机，硬件电路以电脉冲的型式控制步进电机的角位移转动，同时通过丝杆机构将角位移转换为投影透镜组的线位移来实现投影焦距的调整。
上述投影透镜组的焦距的调整量是根据硬件电路从动力牵引单元获取的车速信号进行计算的。当车速较快时，由于外界近处的地面景物移动过快，司机会不由地将视线投到远方，此时装置会将投影焦距调大，以实现图像在较远处的聚焦。而当车速较慢时，司机的视线会放在近处，此时装置的投影焦距会调小，图像在较近处聚焦，从而在人眼视觉上保持一致的感官，减轻视觉疲劳。

Claims (6)

1.基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：包括硬件电路、DMD器件、光路引擎；其中硬件电路实现将微机控制器上传的串口数据转换为图像数据，存储到DMD器件的存储单元内，并通过定时脉冲控制DMD器件的微镜单元实现状态开关，另一方面硬件电路控制光源LED的颜色切换；光路引擎提供光源和投影通道，通过DMD器件反射投影成需要的图像；所述硬件电路包括处理单元、电源单元、串口通讯单元、DMD驱动单元、输出单元，电源单元为各个部件供电，处理单元从串口通讯单元处接收微机控制器上传的数据，处理后写入到DMD器件微镜的存储单元内，然后DMD器件会根据DMD驱动单元进行周期性加载，使微镜状态翻转或保持；同时处理单元以定时脉冲的整数倍周期去控制LED阵列的红、绿、蓝三色发光管顺序导通，以产生三原色光源作为光路引擎的光源。
2.根据权利要求1所述的基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：所述还包括调焦电机，调焦电机调整所述投影透镜的焦距。
3.根据权利要求2所述的基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：所述硬件电路根据得到的车速相应控制调焦电机，调焦电机调整上述投影透镜的焦距，通过控制调焦电机实现对于投影图像与实景的同步对焦。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：所述调焦电机为步进电机，硬件电路以电脉冲的型式控制步进电机的角位移转动，同时将角位移转换为投影透镜组的线位移来实现投影焦距的调整。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：所述投影透镜选择单变倍单补偿变焦距镜头，通过调节其中变倍组和补偿组的相对位置来实现对于投影焦距的调节。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于DLP技术的列车司控***抬头显示装置，其特征在于：所述光路引擎的三原色光源发出的光束通过聚焦、积分和全反射后会以平行光束的形式照到DMD器件的微镜上。
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