CN105700136A - 一种车载抬头显示系统及汽车 - Google Patents

Abstract

为克服现有车载抬头显示系统在前挡风玻璃上加装特制反射膜，存在的破坏前挡风玻璃整体效果，影响车辆美观和驾驶员视野，降低了驾驶员的驾驶感受的问题，本发明提供了一种车载抬头显示系统及汽车。其包括影像产生单元、影像投射单元、影像显示单元和翻折单元；影像产生单元和影像投射单元安装于汽车内仪表台内部；影像显示单元安装于所述翻折单元上；翻折单元安装在仪表台台面上；影像投射单元设置在所述影像产生单元的出射光路上，将影像产生单元产生的图像反射至影像显示单元上；影像显示单元将从影像投射单元反射的图像投射给汽车驾驶员。采用本系统，提供给驾驶员清晰高亮高对比度的图像信息，图像无重影，大大提升了驾驶员的驾驶感受。

Description

一种车载抬头显示系统及汽车

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其指其中的车载抬头显示系统领域。

背景技术

抬头显示器(英文全称：head-updisplay，英文简写：HUD)使用于飞行器，尤其是军事用途的飞航驾驶已经有多年的历史。近年来更是越来越多的应用于民用汽车上，为了降低成本并整合到空间有限的驾驶舱或仪表盘内，抬头显示器必须更进一步的简化零部件及机构，以减少整个系统的体积。同时，为了达到在行驶时显示信息漂浮在驾驶人眼前的效果同时不影响驾驶人的正常驾驶，显示单元需要达到高亮度和高对比度。

现行的车载抬头显示系统一般包括影像产生单元，该影像产生单元安装于仪表台上，其图像的出射光线向上，通过前挡风玻璃反射至人眼(该种HUD称为直反式HUD)，如此，人眼可在在车辆前方观看到虚像。该直反式HUD由于前挡风玻璃反射效果不好，因此图像不清楚，同时由于玻璃有一定厚度，前后表面都会进行反射，导致前挡风玻璃直反式HUD会产生重影，影响客户使用感受。如果要杜绝此问题，则需要特制的前挡风玻璃，成本巨大且不适合后装市场，很大的制约了HUD在车载市场上的应用和推广速度。

作为改进的方式，在前挡风玻璃上加装特制反射膜，通过该特制反射膜将影像产生单元出射的光线反射给人眼，可改善其画面质量，减少重影。但其以补丁的方式在前挡风玻璃上加装特定反射膜，破坏了前挡风玻璃的整体效果；影响车辆美观，多少会影响驾驶员的视野(特别是在不使用该抬头显示系统的情况下)，降低了驾驶员的驾驶感受。同时由于涂覆和贴膜的基底制约，其对特定光线的反射效果一般，难以达到镜子一般的全反射效果，因此制约了最后生成图像的亮度和对比度。

发明内容

为克服现有车载抬头显示系统在前挡风玻璃上加装特制反射膜，存在的破坏前挡风玻璃整体效果，影响车辆美观和驾驶员视野，降低了驾驶员的驾驶感受的问题，本发明提供了一种车载抬头显示系统及汽车。

本发明一方面提供了一种车载抬头显示系统，包括影像产生单元、影像投射单元、影像显示单元和翻折单元；

所述影像产生单元和影像投射单元安装于汽车内仪表台内部；

所述影像显示单元安装于所述翻折单元上；所述翻折单元可翻折地安装在仪表台台面上；

所述影像投射单元设置在所述影像产生单元的出射光路上，将所述影像产生单元产生的图像反射至所述影像显示单元上；所述影像显示单元将从所述影像投射单元反射的图像投射给汽车驾驶员。

采用本发明提供的上述车载抬头显示系统，其不用对车前挡风玻璃进行改造，其不会破坏前挡风玻璃的整体外观，提供给驾驶员清晰高亮高对比度的图像信息，图像无重影，大大提升了驾驶员的驾驶感受。影像显示单元对影像产生单元产生的影像高反，其余可见光则透射率高，同时，由于具有翻折单元，当需要使用该车载抬头显示系统时，可将该图像显示单元立起，当无需使用该车载抬头显示系统时，可以自动或被动的翻扣在仪表台上或完全收纳入仪表台内部。如此，不会妨碍驾驶员的视线。

优选地，所述影像产生单元出射的光线为单色光、或者若干单色光复合的复合光、或者偏振光。

优选地，所述影像显示单元为一透明板；所述透明板包括透明基板以及设置在所述透明基板上的功能膜层。

优选地，所述功能膜层包括若干反射所述影像产生单元出射的单色光或者复合光的透明高反膜层。

优选地，所述功能膜层为将所述影像产生单元出射的偏振光反射的极化偏振膜。

优选地，所述透明板为一平面板或者弧形面板。

优选地，所述影像投射单元包括用于将所述影像产生单元产生的图像反射至所述影像显示单元上的反射组件、及用于将影像产生单元产生的图像放大的影像放大组件。

优选地，所述影像投射单元还包括角度调节器和/或倍数调节器；所述角度调节器与所述反射组件连接；用于调节所述反射组件的反射角度；所述倍数调节器与所述影像放大组件连接，用于调节所述影像放大组件的放大倍数。

优选地，所述透明板为弧形面板；

所述影像投射单元还包括用来消除所述弧形面板反射图像后引起的图像负畸变的光学矫正部件。

优选地，所述透明基板的厚度为0.5-10mm；所述功能膜层的厚度为1.5-4微米。

本发明第二方面提供了一种汽车，所述汽车包括上述车载抬头显示系统。

本发明提供的汽车，由于其上安装了改进后的车载抬头显示系统，因此，其不用对车前挡风玻璃进行改造，其不会破坏前挡风玻璃的整体外观，提供给驾驶员清晰高亮高对比度的图像信息，图像无重影，大大提升了驾驶员的驾驶感受。影像显示单元对影像产生单元产生的影像高反，其余可见光则透射率高，同时，由于具有翻折单元，当需要使用该车载抬头显示系统时，可将该图像显示单元立起，当无需使用该车载抬头显示系统时，可以自动或被动的翻扣在仪表台上或完全收纳入仪表台内部。如此，不会妨碍驾驶员的视线。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中提供的一种安装于汽车上的投影显示体统成像示意图；

图2是本发明具体实施方式中提供的另一种安装于汽车上的投影显示体统成像示意图；

图3是本发明具体实施方式中提供的影像显示单元示意图；

图4是本发明具体实施方式中提供的安装有翻折单元的影像显示单元。

其中，1、影像产生单元；2、影像投射单元；3、影像显示单元；4、虚像；5、驾驶员；6、翻折单元；3a、平面镜；3b、弧形面板；31、透明基板；32、功能膜层。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

实施例1

本例将对本发明公开的车载抬头显示系统进行具体解释说明，如图1、图2所示，包括影像产生单元1、影像投射单元2、影像显示单元3和翻折单元6；

所述影像产生单元1和影像投射单元2安装于汽车内仪表台内部；

如图4所示，所述影像显示单元3安装于所述翻折单元6上；所述翻折单元6可翻折地安装在仪表台台面上；所谓“可翻折地”，即当需要使用该车载抬头显示系统时，该翻折单元6可将该影像显示单元3立起，当无需使用该车载抬头显示系统时，可以自动或被动的将影像显示单元3翻扣在仪表台上或完全收纳入仪表台内部。

所述影像投射单元2设置在所述影像产生单元1的出射光路上，将所述影像产生单元1产生的图像反射至所述影像显示单元3上；所述影像显示单元3将从所述影像投射单元2反射的图像投射给汽车驾驶员5。

仪表台又名仪表盘(或称驾驶台)，广泛应用所有车辆和工程机械的驾驶室，其主要是由各种仪表、方向盘、仪表台壳体、仪表台骨架和仪表台线束等组成。各种仪表和仪表台线束等安装于该仪表台内部。

该影像投射单元2一方面可将实体影像投射至特定方向并具有放大图像的功能。即该所述影像投射单元2包括用于将所述影像产生单元产生的图像反射至所述影像显示单元上的反射组件、及用于将影像产生单元产生的图像放大的影像放大组件。其中，该反射组件可以为反射镜或者反射棱镜等，其影像放大组件可以为透镜组，起到放大图像的作用。进一步地，所述影像投射单元2还包括调节反射角度和/或放大倍数的调节组件。调节组件包括角度调节器和/或倍数调节器，所述角度调节器与所述反射组件连接；用于调节所述反射组件的反射角度；所述倍数调节器与所述影像放大组件连接，用于调节所述影像放大组件的放大倍数。

关于该影像产生单元1、影像投射单元2和影像显示单元3的位置关系，并无特别限定，只要将影像投射单元2和影像显示单元3置于该影像产生单元1的光路上，起到转折光路后将图像反射给驾驶员5，将影像产生单元1和影像投射单元置2于该仪表台内部合适的空间内，不会遮挡住光路，同时，其出射光线可以照射到置于仪表台台面的影像显示单元1即可。

该翻折单元6可以手动控制，也可以电控或者机械控制，比如在仪表盘上适合驾驶员5操纵的位置上设置按钮、旋钮等方式，或者在导航仪的界面上设置图形化的操作控件，通过上述方式实现对该翻折单元6的控制。

该影像显示单元3可以通过卡接、铆接、螺纹连接等多种方式安装在该翻折单元6上，该翻折单元6为一运动件，具备立起和翻扣的功能，其具体结构并不限定，比如可以采用合页式的旋转结构，滑动连杆副等。作为更优选的，可以将其翻扣后收纳向仪表台内部。

作为优选的方式还可以在仪表台台面上设置下凹的收纳空间，用来放置翻折后扣在仪表台台面的影像显示单元3，还可以在该收纳空间的上方设置滑动式的遮盖板，以便将影像显示单元3完全收入仪表台内部，当不使用该抬头显示系统时，也不影响仪表台台面的整洁。

当影像投射单元2将特定光线投射至影像显示单元3时，影像显示单元3像镜子一样将此光线反射，使得影像产生单元1产生并在影像投射单元2反射(还可放大)的实体影像在影像显示单元3的背面产生虚像4。驾驶员5的眼睛接受到影像显示3单元反射的特定光线，反向追溯到虚像5处，会给驾驶员5一种影像飘浮在驾驶员5前方空气中的感觉。由于该影像显示单元3只反射特定光线而对其余可见光高透，驾驶员5可透过此影像显示单元3读取需要的图像或文字虚拟影像，同时可观察车辆前方的交通状况。

其中，所述影像产生单元1出射的光线为单色光、或者若干单色光复合的复合光、或者偏振光。比如影像产生单元3的光源为R、G、B单色光或者三种光束复合而成的复合光，以复合光为例，其中三色光源的波长分别为480nm、560nm和630nm。该影像产生单元1也可以出射偏振光，只要在影像产生单元1内部增加偏振器即可。

如图3所示，所谓的影像产生单元为一透明板；所述透明板包括透明基板31以及设置在所述透明基板31上的功能膜层32。该透明板具有使得特定光线反射而其余可见光透射的功能。

其中，图1所示的透明板一平面板3a，图2所示的透明板为弧形面板3b。

作为一种实施方式，所述功能膜层32包括若干反射所述影像产生单元出射的单色光或者复合光的透明高反膜层。

该功能膜层32根据需要，设置为对影像产生单元1发出的光线高反低透，而对其他的光线透过率高，因此，根据该功能，可以设置若干功能膜层32，比如设置470-490nm，550-570nm，620-640nm三个窄带波段高反功能膜层32，其反射率越大越好，透过率越小越好，比如反射率大于等于95％，透过率小于5％(优选反射率大于等于97％，透过率小于3％)。该功能膜层32可以通过光学镀膜来实现。光学镀膜是通过不同折射率的膜料材质和膜层厚度搭配来实现光学透过要求的，通过不同的膜系设计，可以达到不同的光学效果。如增透(增加某一段波长光线的透过率)，增反(增加某一段波长光线的反射率)，或是在一段波长范围内某一波长波段增透，其余波长波段增反。当然，设计要求越多，膜系设计越复杂，层数越多。普通的增透膜只要3-5层，厚度只有几百纳米；而要达到上述三波段窄带高反，其余可见光增透，则可能需要几十层膜，功能膜层的厚度达到1.5-4微米。除上述特定光线外，其余可见光波段高透，透过率大于95％。

该透明基板31主要作为上述功能膜层32的支撑，其透过率越高越好，且要求一定的耐高温性能，有一定的刚度。可以为玻璃或者有机透明材料，比如可以为市场上BK7、B270型号的玻璃或者PC(聚碳酸酯)材料等等制作而成。由于玻璃一般较脆，优选采用有机透明材料制作而成。其中，所述透明基板的厚度为0.5-10毫米。

作为另一种实施方式，所述功能膜层32为将所述影像产生单元出射的偏振光反射的极化偏振膜。当影像产生单元发出的影像光与该极化偏振膜的极化方向几近垂直时，大部分由影像投射单元2投射至影像显示单元3表面的光线会被反射至驾驶员5眼睛，形成一虚像4。而其他的可见光在此表面半透半反(此实施方式中所用光源为偏振光，所镀的膜是偏振膜，其特性就是对偏振方向相同的光线透过，偏振方向垂直的反射。因此可见光在此偏振膜的特性就是半透半反)，驾驶员5仍可透过此显示单元观察车辆前方的交通状况，同时读取需要的图像或文字的虚像。

本例中图2所示的弧形面板3b上镀有该极化偏振膜，该弧形面板3b的面型与驾驶台台面吻合，翻扣后可与驾驶台台面完全贴合。该弧形面板3b厚度纤薄，外观别致美观。其中，当所述透明板为弧形面板3b时；所述影像投射单元2还包括用来消除所述弧形面板3b反射图像后引起的图像负畸变的光学矫正部件。由于该弧形面板3b表面有曲度，投射到影像显示单元3后反射成的虚像5会存在形变扭曲，直观的感受就是产生图像畸变，即通过曲面反射后，直线会变为曲线，产生负畸变。为了能看到平直正常的图像，解决方案是在影像投射单元2中加入一个光学矫正部件，投射式或反射式均可，其与影像显示单元3的曲面相配合，可以使得在曲面反射后，对投射到影像显示单元3的图像做一个预处理，使之成为一个带有正畸变的处理后图像，再通过该影像显示单元3反射后，正负畸变抵消，驾驶员5仍能看到正常平直的图像和文字。

采用本发明提供的上述车载抬头显示系统，其不用对车前挡风玻璃进行改造，其不会破坏前挡风玻璃的整体外观，提供给驾驶员5清晰高亮高对比度的图像信息，无重影，大大提升驾驶感受。影像显示单元3对影像产生单元1产生的影像高反，其余可见光则透射率高，同时，由于具有翻折单元6，当需要使用该车载抬头显示系统时，可将该图像显示单元立起，当无需使用该车载抬头显示系统时，可以自动或被动的翻扣在仪表台上或完全收纳入仪表台内部。如此，不会妨碍驾驶员的视线。

实施例2

本例公开了一种汽车，所述汽车包括上述车载抬头显示系统。由于本发明仅对汽车上的车载抬头显示系统进行改进，而上述改进已在实施例1中做了充分说明，因此不再赘述。

本例提供的汽车，由于其上安装了改进后的车载抬头显示系统，因此，其不用对车前挡风玻璃进行改造，其不会破坏前挡风玻璃的整体外观，提供给驾驶员清晰高亮高对比度的图像信息，无重影，大大提升驾驶感受。影像显示单元对影像产生单元产生的影像高反，其余可见光则透射率高，同时，由于具有翻折单元，当需要使用该车载抬头显示系统时，可将该图像显示单元立起，当无需使用该车载抬头显示系统时，可以自动或被动的翻扣在仪表台上或完全收纳入仪表台内部。如此，不会妨碍驾驶员的视线。

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 (11)

1.一种车载抬头显示系统，其特征在于，包括影像产生单元、影像投射单元、影像显示单元和翻折单元；

所述影像产生单元和影像投射单元安装于汽车内仪表台内部；

所述影像显示单元安装于所述翻折单元上；所述翻折单元可翻折地安装在仪表台台面上；

所述影像投射单元设置在所述影像产生单元的出射光路上，将所述影像产生单元产生的图像反射至所述影像显示单元上；所述影像显示单元将从所述影像投射单元反射的图像投射给汽车驾驶员。

2.一种车载抬头显示系统，其特征在于，所述影像产生单元出射的光线为单色光、或者若干单色光复合的复合光、或者偏振光。

3.根据权利要求2所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述影像显示单元为一透明板；所述透明板包括透明基板以及设置在所述透明基板上的功能膜层。

4.根据权利要求3所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述功能膜层包括若干反射所述影像产生单元出射的单色光或者复合光的透明高反膜层。

5.根据权利要求3所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述功能膜层为将所述影像产生单元出射的偏振光反射的极化偏振膜。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述透明板为一平面板或者弧形面板。

7.根据权利要求6所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述影像投射单元包括用于将所述影像产生单元产生的图像反射至所述影像显示单元上的反射组件、及用于将影像产生单元产生的图像放大的影像放大组件。

8.根据权利要求7所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述影像投射单元还包括角度调节器和/或倍数调节器；

所述角度调节器与所述反射组件连接；用于调节所述反射组件的反射角度；

所述倍数调节器与所述影像放大组件连接，用于调节所述影像放大组件的放大倍数。

9.根据权利要求7所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述透明板为弧形面板；

所述影像投射单元还包括用来消除所述弧形面板反射图像后引起的图像负畸变的光学矫正部件。

10.根据权利要求6所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述透明基板的厚度为0.5-10毫米；所述功能膜层的厚度为1.5-4微米。

11.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-10中任意一项所述的车载抬头显示系统。