CN103777353A - 一种汽车抬头显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车显示技术领域，尤其涉及一种汽车抬头显示装置。一种汽车抬头显示装置，其包括内部具有内腔的壳体，所述壳体的一侧具有连通所述内腔的开口，所述内腔内设置有以扫描方式发射激光的光源，以及将所述激光来回反射以形成多级往返光路并经由所述开口投射至汽车挡风玻璃并于汽车前方显示图像的导光组件。这样，将光源设于壳体内，采用扫描方式发出激光，通过导光组件将激光多次来回反射，形成多段光路，从而延长光路路径，实现远焦的成像显示。如此，可将显示内容投放于汽车前端的远处，避免驾驶人员在低头与抬头之间的交替变换和眼睛焦距的变化调整，又无需采用过大的散热结构，大大缩小了产品的体积，且提高了光的利用率，确保显示内容在强日光下也清晰可见。

Description

一种汽车抬头显示装置

技术领域

本发明属于汽车显示技术领域，尤其涉及一种汽车抬头显示装置。

背景技术

汽车抬头显示（HUD）是用一种新型的显示技术，是利用光学反射的原理，将车速等驾驶信息投射在驾驶员正前方，投射的文字和影像调整在焦距很远的距离上面，能够方便的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。

目前的市面上的HUD装置，主要有两种：

一种是近投HUD,采用LED数码显示管型成简单的图形，将显示内容投射在风挡玻璃上，此类HUD价格低廉、安装容易，但显示内容单一，显示内容紧贴在风挡上，驾驶人员读取内容需要从远处路面的远焦调到近焦，连续的改变焦距会使眼睛疲劳。

另一种是以“宝马”和“奥迪”为代表的远投产品，特点是显示内容多样化、显示效果较好，但是其体积大，由“宝马”和“奥迪”出厂配备装置，在制造时插入在车辆中。其他车型想加装此装置极其困难。这类HUD采用LED光源,TFT（薄膜场效应晶体管）类液晶屏作为内容显示源，当光线从背光板发射出来之前,会依序穿过偏光板,玻璃,液晶,彩色滤光片等零件，由于各零件的穿透率损耗的累积，从背光板出发的光线只会剩下6%左右，整个光源的利用率低，在强日光下，图像不清晰。

为提高显示亮度，达到HUD日间显示需要，就需要在液晶屏幕后排布一组高工率强光LED背光灯。这样，大功率LED灯产出大量的热，就需要布置大体积的散热部件，这也就是目前市场上HUD产品体积庞大的重要原因，一个HUD产品近三分之一的体积是散热片；另外，因为安装HUD的位置在驾驶员前部仪表盘后的有限空间内，所以只能是前装车厂设计车体时预留较大位置才能安装，没有预留位置的车辆，很难后期改装，从而造成该类HUD产品不能大面积普及的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车抬头显示装置，旨在解决现有技术中对HUD产品远焦的成像效果差以及体积大导致难以普及的问题。

本发明是这样实现的：一种汽车抬头显示装置，其包括内部具有内腔的壳体，所述壳体的一侧具有连通所述内腔的开口，所述内腔内设置有以扫描方式发射激光的光源，以及将所述激光来回反射以形成多级往返光路并经由所述开口投射至汽车挡风玻璃并于汽车前方显示图像的导光组件。

具体地，所述导光组件包括设置于所述光源出口处的导光件，以及设置于所述内腔中的多对反光件，沿所述壳体一侧至另一侧的延伸方向，多对所述反光件间隔布置。

较佳地，任一所述反光件包括相对设置的上反光件和下反光件，所述上反光件设于所述内腔顶部，所述下反光件置于所述内腔的底部。

具体地，所述下反光件分别倾斜设置于所述内腔中，多个所述上反光件构成上反光件行，多个下反光组件构成一个下反光件行，所述上反光件行和所述下反光件行相错设置。

进一步地，邻近所述开口处的所述下反光件为曲面反射镜。

较佳地，所述上反光件和所述下反光件均连接有可带动其转动以调节角度改变光路的调节机构。

具体地，所述开口处盖设有可将所述内腔封闭的光学器件，所述光学器件的表面为弧面。

优选地，所述光源为微型激光投影机。

优选地，所述导光件为不规则曲面透镜。

本发明提供的一种汽车抬头显示装置，采用扫描方式发射激光，通过导光组件将激光多次来回反射，形成多级光路，从而延长光路路径，实现远焦的成像显示。如此，将显示内容投放于汽车前端的远处，悬浮于路面上，和驾驶员保持关注的路面情况融合一起，避免驾驶人员在低头与抬头之间的交替变换和眼睛焦距的变化调整，缓解了眼睛的疲劳，使得驾车更加安全。又无需采用过大的散热结构，大大缩小了产品的体积，s易于推广普及。同时，提高了光的利用率，确保显示内容在强日光下也清晰可见。

附图说明

图1是光学镜像的实现原理示意图；

图2是多次反射光路示意图；

图3是本发明实施例提供的一种汽车抬头显示装置的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的一种汽车抬头显示装置使用时的示意图。

标记说明：

201     抬头显示装置              202     挡风玻璃

401     微型激光投影机            203     眼睛

402     不规则曲面透镜            A       映射影像

403     平面反射镜                B       映射物

404     曲面反射镜                L1      第一段光路

405     壳体                      L2      第二段光路

406     光学器件                  Ln      第n段光路

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。

如图1所示，从光学镜像的实现原理可知：映入眼睛203内的像体距离，为人眼睛203到反射镜面距离c加上映射影像A到反射镜面的距离b。可以理解，通常眼睛203到反射镜面的距离，无法改变，也就是眼睛203相对反射镜面处于一个相对固位置，在此情况下，要增加所见映射影像A到眼球203的距离，将要增加映射影像A到反射镜面的距离b，而映射影像A到反射镜面的距离b等于映射物B到反射镜面的距离a。如图2所示，在有限的空间内增加映射物B到反射镜面的距离a也就增加了所见映射影像A到眼球203的距离。

参见图3和图4所示，本发明提供的一种汽车抬头显示装置201，包括一壳体405，该壳体405具有一内腔，通过该壳体405可将各器件封装于其内，便于安装调整。该内腔的左端具有一个开口，该开口与外界连通，该内腔内还设有光源，该光源以扫描方式发射激光，所述内腔中还设有导光组件，激光通过该导光组件可形成多级往返光路并经由开口投射至汽车挡风玻璃上，并于汽车前方显示图像，该显示图像展示有汽车行驶中的各个参数。

上述提供的汽车抬头显示装置201，采用扫描方式发射激光，通过导光组件将激光多次来回反射，形成多级光路，从而延长激光达到反射镜面的光路路径，实现远焦的成像显示。从而将各仪表的信息显示在汽车前端的远处，悬浮于路面上，和驾驶员保持关注的路面情况融合一起，驾驶员不需要低头查看仪表的时速、转速等信息，只需抬头观看汽车的前方上的图像显示，便可获得各仪表的信息，由于驾驶员始终保持抬头的姿态，避免了低头与抬头之间的交替变换，从而忽略了外界环境的快速变化，驾驶员的眼睛203焦距一直处于一个稳定状态，不需要持续调整，增加了眼睛203的舒适度，避免驾驶员眼睛203转换时差所造成的安全隐患。同时，光源以扫描方式发射激光，无需采用过大的散热结构，大大缩小了产品的体积，且提高了光的利用率，确保显示内容在强日光下也清晰可见，利于广泛推广应用。

具体地，参见图3和图4所示，上述导光组件包括设置于光源出口处的导光件以及设置于内腔中的多对反光件。优选地，该导光件为不规则曲面透镜402。沿所述壳体上与所述开口相对的一侧朝向所述开口的方向，也就是图3中所示的横向方向，各反光件之间间隔布置。如图4所示，激光往返于反光件中，且由壳体的右端朝向开口方向，激光依次穿过各反光件从而形成多段光路，这些光路依次为第一段光路L1、第二段光路L2，第三段光路L3、第四段光路L4，依次类推至第N段光路Ln。如此，人眼看到的映射影像A的距离P=L1+L2+L3+L4。。。。Ln+Z(眼睛203到反射镜面距离Z)。也就实现了激光的多次放射形成多段光路，在有限空间内设计出需要的长度值。能够方便的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。真正实现眼睛203无需调整焦距产生的延迟与不适，大大减少眼睛203转换时差造成的安全隐患。

具体地，本实施例中，上反光件和下反光件具有五对，如此，由微型激光投影机401射出的激光依次往返于上反光件和下反光件之间，结构简单紧凑。当然，根据实际的投影需要，合理设置上反光件和下反光件的数量，如设置7对、10对等等，或是调整上反光件和下反光件之间的距离，延长光路长度，从而真正实现HUD的远焦成像，将HUD投射的图像调整在汽车前方任意远的位置。

如图3所示，任一反光件均包括由相对设置的上反光件和下反光件，其中，上反光件设于内腔顶部，下反光件置于内腔的底部，光源固定于内腔的底部。光源发出的激光垂直投向导光件，激光垂直穿过导光件斜向投射于上反光件，反射至下反光件上，经由下反光件再次反射至开口，如图4所示，激光经过开口射向挡风玻璃202，通过挡风玻璃202的折射显示图像于汽车的前方远处。如此，可保证激光折返于上反光件和下反光件之间，便于调节激光往返于所述导光组件中的角度和光路长度，并确保了激光具有一个相对稳定的光路，结构简单紧凑，稳定性高。

可以理解的，根据需要也可适当的调节光源固定于内腔的位置，如将光源固定于内腔体的右端，开口设置于内腔体的上方，只要光源发出的激光通过导光组件后都能延长光路的长度，均在本发明的保护范围之内。

具体地，下反光件分别倾斜设置于内腔中，多个上反光件构成上反光件行，多个下反光组件构成一个下反光件行，所述上反光件行和所述下反光件行相错设置。也就是上反光件行和下反光件行中的各上反光件和各下反光件均在竖直方向上错开一个距离，如此，同一反光件中上反光件的中心与下反光件的中心连线成倾斜设置，相邻两反光件中上反光件和下反光件的中心连线平行设置。这样，就可保证激光在导光组件中的传递的可靠性，且更加具体的需要还可调整反光件的倾斜角度，以及上反光件和下反光件之间的距离，进而改变激光传输的光路长度，改变图像显示于汽车前方的位置，调节范围广，适配性佳。

进一步地，上反光件和下反光件均连接有可带动其转动以调节角度改变光路的调节机构（图中未示出）。通过调节机构，微调上反光件和下反光件之间的距离和激光投射时的角度，从而调节焦距，改变图像的显示位置，使得图像与外界的景象融合在一起，真正实现眼睛203无需调整焦距产生的延迟与不适，大大减少眼睛203转换时差造成的安全隐患。如此，调试方便，实用性好。

优选地，所述光源为微型激光投影机401。采用激光作为光源，以激光投影方式成像，通过信号控制三基色激光扫描图像。其色域覆盖率理论上可以高达人眼色域范围的90%以上。这比目前LED电视最高的62%色域覆盖率提高了一个档次。色域覆盖率的提高，不仅可以使整个画面看起来更加真实、有层次感、通透的感觉，同时画面的清晰度也会随着色彩饱和度的提高有较大幅度的提升。由于采用激光作为图像显示的背光源，如此可以制作的更薄，易于实现产品微型化。避免了荧光粉产生的荧光色对人眼造成的不适感，且对人眼没有辐射，更加安全可靠。

本实施例中，微型激光投影机401是以直扫描或点扫描的方式，把光激光光束经过专门的扩束整形设备后再投射到挡风玻璃202上的，把投影扫描的实像投射到挡风玻璃202上，通过挡风玻璃202的透光比率，从而显示出高解析度的图像。

优选地，本实施例中上反光件为平面反射镜403。其中邻近所述开口的下反光件为曲面反射镜404，其他下反光件为平面反射镜403。当然，根据需要也可将上反光件和下反光件选用为其他的光学器件，能实现显示图像的激光光路，也是可行的。

另外，于开口处封装有一光学器件406，优选地，光学器件406为透明膜或透明薄片，其表面具有弧度。如此，可确保良好的透光性，同时，又可将壳体的内腔封闭，从而保护内腔内的各器件不被污染，使用更加稳定可靠。具体地，本光学器件406的表面为向外突出的弧面，如此，便于安装设置。

需要说明的是，上文中所提及的左端、底部等方位，都是为便于理解的示意说明，并不局限于此。

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)

1.一种汽车抬头显示装置，其特征在于，其包括内部具有内腔的壳体，所述壳体的一侧具有连通所述内腔的开口，所述内腔内设置有以扫描方式发射激光的光源，以及将所述激光来回反射以形成多级往返光路并经由所述开口投射至汽车挡风玻璃并于汽车前方显示图像的导光组件。

2.根据权利要求1所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述导光组件包括设置于所述光源出口处的导光件，以及设置于所述内腔中的多对反光件，沿所述壳体一侧至另一侧的延伸方向，多对所述反光件间隔布置。

3.根据权利要求2所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：任一所述反光件包括相对设置的上反光件和下反光件，所述上反光件设于所述内腔顶部，所述下反光件置于所述内腔的底部。

4.根据权利要求3所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述下反光件分别倾斜设置于所述内腔中，多个所述上反光件构成上反光件行，多个所述下反光组件构成一个下反光件行，所述上反光件行和所述下反光件行相错设置。

5.根据权利要求3或4所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：邻近所述开口处的所述下反光件为曲面反射镜。

6.根据权利要求3或4所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述上反光件为平面反射镜。

7.根据权利要求3或4所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述上反光件和所述下反光件均连接有可带动其转动以调节角度改变光路的调节机构。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述开口处盖设有可将所述内腔封闭的光学器件，所述光学器件的表面为弧面。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述光源为微型激光投影机。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的一种汽车抬头显示装置，其特征在于：所述导光件为不规则曲面透镜。

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