CN106032109A - 用于在挡风玻璃上投影显示的设备 - Google Patents

Abstract

本发明的用于在挡风玻璃上投影显示的设备，公开一种用于汽车挡风玻璃上利用反射镜与挡风玻璃成像的投影显示设备，设备主要包括投影装置，反射镜装置和主机，可以通过主机采集车辆行驶信息、手机等移动通信设备信息、以及其它与驾驶相关的信息，利用投影装置将这些信息投影到一个特殊的反射镜上，通过反射镜将图像反射到汽车挡风玻璃上，通过反射镜与挡风玻璃的光学系统，使主机采集到的信息完整、清晰地成像在驾驶员前方右侧2-3米远处，本设备的投影装置安装于汽车内后视镜的后方，不遮挡驾驶员的视线，反射镜装置安装于方向盘后方的车体上，其具有易于调整和锁定的特征。

Description

用于在挡风玻璃上投影显示的设备

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的投影显示设备，并且更具体地，涉及利用反射镜在机动车辆挡风玻璃上投影显示的设备。

背景技术

机动车辆的投影显示设备又称平视显示器（HUD）。它是第二次世界大战时为解决战斗机飞行员交替观察驾驶舱内仪表和跟踪目标引起的内外视觉矛盾而开始研发的。同许多战争发展出来的技术一样，平视显示器最初的应用就是在战斗机上。这种由电子组件、显示组件、控制器以及高压电源等组成的综合光电显示设备，能将飞行参数、瞄准攻击、自检测等信息，以图像、字符的形式，通过光学部件投射到座舱正前方组合玻璃上。

车辆在高速行驶时，特别是夜间高速行车时，驾驶员可能会低头观看仪表或中控台的GPS等显示，此时如果前方遇有紧急情况就有可能因来不及及时采取有效措施而造成事故。80年代末，平视显示器的特性被当时日渐重视安全性的汽车制造商看中，1988年，前挡玻璃型平视显示器作为一项安全特性出现在通用旗下的奥兹莫比（Cutlass Supreme）车型的选配清单上。由此开启了车载平视显示器的开端。在车辆上装配智能车载平视显示系统，可以将时速、转速等相关信息显示在驾驶员前方平视范围内，有效避免了驾驶员因切换视线而造成交通事故发生。

目前国内外市场上，汽车平视显示器依据其使用功能、应用车型、选配价位大体可分为三类：低档型、中档型和高档型。

低档型平视显示器仅能显示车速、水温、油量、电压等基本信息，功能不强，仅仅满足仪表盘的平移显示屏，其价格固然便宜，装饰效果也不错，但是非智能化、内容简单，实用性差；

系统分析目前市场上中高档次汽车智能显示系统平视显示器，大体存在以下三个方面的不足：

(1)显示区位于前挡风玻璃中

目前国际上采用最多的平视显示器设计方案，是在前挡玻璃中加入近全息涂层或者在前挡玻璃中镀半透半反射膜来制作平视显示器的显示区域。这种方法需要在前挡玻璃加工制作过程中完成，工艺复杂，价格昂贵，而且显示区域面积较小，视场小，影响驾驶员的辩识度。

光学投影组件位于车体内

国际上所采用的平视显示器，其光学投影组件位于车辆仪表盘后方转向柱上方，与车内复杂电路总线相临。这种安装方式不仅为平视显示器的维护带来一定困难，同时，光学投影组件工作时会产生热量，对周边的电路总线系统产生影响，严重时可能会引起某些电子元件工作异常，甚至损坏，由此而产生的后果难以预料。

价格昂贵

目前，中档次平视显示器（比较低档次仅增加了车辆自检信息和简单的导航信息）仅为某些进口或极少数合资品牌中高端车型中的标配/选配组件，选配价格为28000～50000元。而安装在豪华车型中的高档次平视显示器（不仅增加了车辆自检信息、导航信息，还装有主动或被动红外夜视系统、车辆偏离预警、雷达视觉防撞系统等），豪华加奢华，图文并茂，声色俱全，选配价格为10～17万元。这主要是由于其体积较大，安装时需要在车体内预留较大空间，对车体的结构需要进行较大改变。

国内近几年也有一些简单的外挂式平视显示器出现，价位几百到上千元不等，虽取得了一定市场，但使用多为LED反射8段数字或者LED点阵拼接简易图形，显示内容简单，实用性差。

发明内容

鉴于上述目前平视显示器所存在的问题，本发明的目的是提供一种用于机动车辆的平视显示器，该设备体积轻小，显示内容丰富，视场角大，保证驾驶员行车安全的前提下，提升驾驶体验。

本发明提供了一种用于在挡风玻璃上投影显示的设备，该设备包括投影装置，反射镜装置和主机三个部分。

由主机采集车辆、手机等移动通信设备及其它在驾驶过程中希望显示在挡风玻璃上的信息，并将这些信息整合成图像信息，通过数据线将图像信息传输给投影装置，投影装置由图像源及投影光学系统组成。图像源将图像信息表达显示出来，投影光学系统将图像源完整地投影到反射镜上，反射镜将图像反射到汽车前挡风玻璃上，使图像成像在驾驶员视线前方偏右侧位置2-3米处。

其中反射镜是可以是一个自由曲面、非球面、球面、柱面或双曲面，匹配各种车型的前档玻璃。

反射镜固定于反射镜外壳内。反射镜外壳一方面可以保证证驾驶员在查看投影信息时不会直接看到反射镜，驾驶员这样就不会受到反射镜直接反射的天空等与驾驶无关的信息干扰，一方面可以围绕某一点为中心自由旋转，以此调整反射镜的方向，使其可以匹配多种车型的前挡风玻璃曲面，保证图像清晰完整。调整装置还可以实现锁定，在调整好反射镜后锁定该位置，保证在车辆行驶过程中反射镜位置不会发生变化。

投影显示在挡风玻璃上的图像能由驾驶员自由地选择显示或者不显示，显示一个或多个，并自由选择显示的区域。图像的亮度亦可以根据环境亮度自由调整，至少部分区域的亮度和颜色尤其在危险状态中可以发生改变。

主机可以采集车辆信息，包括车速，发动机转速，油耗，水温，轮胎情况，车灯开启指示，档位，手刹提示等；手机信息，包括来电显示，包括来电提醒，手机等移动通信设备中的导航、地图资料，天气状况，路况信息，智能语音助手等；其它在驾驶过程中希望显示在挡风玻璃上的信息，包括车道偏离预警，导航信息，倒车影像，红外夜视，交通标志识别信息等。

所有部件尺寸轻小，可以应用于后装车辆，同时亦可以根据需求，安装于前装车内，占用空间小，水平视场角大于8º，垂直视场角大于5º。

附图说明

图1是根据本发明的投影显示设备的工作方式的原理图，其中70表示驾驶员，12表示车辆挡风玻璃，13表示车辆内后视镜，20表示投影显示设备，30表示投影装置，40表示反射镜装置，50表示主机，51表示车辆运行信息连接线，52表示手机等移动通信设备，53表示其它信息连接线。

图2是机动车辆和投影图像位置关系的原理图，其中61表示左侧驾驶车道，62表示投影的图像，63表示右侧驾驶车道，10表示车辆。

图3是从驾驶员的视角观察到的本发明的显示设备显示出的信息，其中71表示方向盘，12表示车辆挡风玻璃，61表示左侧驾驶车道，62表示投影的图像，63表示右侧驾驶车道。

图4是根据本发明的投影显示设备在车内的布局以及与驾驶员的位置关系-侧视图，其中72表示驾驶员的眼睛，12表示车辆挡风玻璃，13表示车辆内后视镜，30表示投影装置，62表示投影的图像，40表示反射装置，41表示反射镜，42表示反射镜外壳，50表示主机，51表示车辆运行信息连接线，52表示手机等移动通信设备，53表示其它信息连接线。

图5是根据本发明的投影显示设备在车内的布局以及与驾驶员的位置关系-正视图，其中72表示驾驶员的眼睛，12表示车辆挡风玻璃，13表示车辆内后视镜，30表示投影装置，50表示主机，51表示车辆运行信息连接线，52表示手机等移动通信设备，53表示其它信息连接线。

图6是反射装置结构示意图，其中40表示反射装置，41表示反射镜，42表示反射镜外壳，73表示被遮挡的驾驶员直视反射镜的视线。

图7是利用图像源组成投影装置的一种实施形式，其中30表示投影装置，31表示图像源，12表示车辆挡风玻璃，40表示反射装置，41表示反射镜，42表示反射镜外壳。

图8是利用图像源和菲涅耳透镜组成投影装置的一种实施形式，其中30表示投影装置，31表示图像源，32表示菲涅耳透镜，12表示车辆挡风玻璃，40表示反射装置，41表示反射镜，42表示反射镜外壳。

图9是利用图像源和透镜系统组成投影装置的一种实施形式，其中30表示投影装置，31表示图像源，33表示透镜系统，12表示车辆挡风玻璃，40表示反射装置，41表示反射镜，42表示反射镜外壳。

图10是一种在内侧粘贴了半透半反射膜的挡风玻璃，其中12表示车辆挡风玻璃，14表示半透半反射膜。

图11是利用发光二极管阵列和液晶光阀组成图像源的实施形式，其中31表示图像源，34表示液晶光阀，35表示发光二极管LED阵列。

图12利用红绿蓝多色激光器和散射板组成图像源的实施形式，其中31表示图像源，36表示红绿蓝多色激光器，37表示可旋转式反射镜，38表示散射板。

图13是利用有机发光二极管和液晶光阀组成图像源的实施形式，其中31表示图像源，34表示液晶光阀，39表示有机发光二极管OLED。

图14是主机采集的信号来源示意图，其中50表示主机，30表示投影装置，51表示车辆运行信息连接线，52表示手机等移动通信设备，53表示其它信息连接线。

图15 手机等移动通信设备与主机无线连接示意图，其中50表示主机， 52表示手机等移动通信设备。

具体实施方式

现将参考附图详细地描述根据本发明的用于在挡风玻璃上投影显示的设备的具体优选实施方式。

图1表示的是本发明的用于在挡风玻璃上投影显示的设备的基本组成示意图。

以驾驶座位处于左侧的车型为例，驾驶员（70）坐在驾驶位上，反射镜装置（40）放置于方向盘右前方，对于后装车，可用一个可以360º旋转的特殊支架将反射镜装置固定；对于前装车，可将反射镜装置固定于方向盘前方车体内，根据不同车型，在出厂前进行调节，匹配其前挡风玻璃成像，固定后完成反射镜装置的安装。

投影装置放置于后视镜的后面，整个装置体积小，重量轻。对于后装车，可用3M胶将其粘贴在挡风玻璃上，整个投影装置被后视镜挡住，不会影响驾驶员的视线；对于前装车，可以选择用3M胶将其粘贴在挡风玻璃上，整个投影装置被后视镜挡住，也可将投影装置与后视镜做成一体，固定于车内。

主机的作用是采集显示信息，并将这些信息转换成图形制式。对于后装车，主机可以放置于副驾驶前的储物箱内；对于前装车，可将其集成于车内中控台中，针对不同车型及配制，可做调整。

投影装置包括图像源及投影光学系统，针对不同的结构、功能可以采用不同的实施方式。

实施方式1，图像源利用高功率发光二极管阵列和液晶光阀组成，如图11。

实施方式2，图像源利用红绿蓝多色激光器和散射板组成，如图12。

实施方式3，图像源利用高功率有机发光二极管和液晶光阀组成，如图12。

实施方式3，图像源利用高功率有机发光二极管OLED和液晶光阀组成，如图13。实施方式4，投影光学系统可以取消，由图像源直接将图像投射到反射镜上，反射后的光线经风挡玻璃二次反射后，投影进入驾驶员的眼镜。如图7。

实施方式5，投影光学系统由菲涅耳透镜组成，如图8。

实施方式6，投影光学系统由透镜系统组成，如图9。

反射镜装置由反射镜和反射镜外壳组成。针对不同的结构及需求，反射镜的结构可以是自由曲面，球面，柱面，双曲面和非球面。反射镜装置的安装位置及作用见图4和图5。

反射镜的外壳一方面可以保证驾驶员在查看投影信息时不会直接看到反射镜，驾驶员这样就不会受到反射镜直接反射的天空等与驾驶无关的信息干扰。另一方面，反射镜外壳可以与支架配合，进行360º旋转，调整反射镜的方向使其匹配任何一种车型的前挡风玻璃曲面，保证图像的清晰完整。

主机可以与车体CAN总线或者其它车内信息系统相连，提取车辆行驶相关信息，包括车速，发动机转速，油耗，水温，轮胎情况，电压，车灯开启指示，档位，手刹提示等。同时可以通过线缆，或者蓝牙、3G、4G、WIFI、AirPlay、DLNA等无线通信方式与手机等移动通信设备互联，提取移动设备中的相关信息，包括来电提醒，手机中的导航、地图资料，天气状况，路况信息，智能语音助手等等。此外主机还可以与车辆中安装的其它设备互联，包括车道偏离预警系统，红外夜视系统，车道保持辅助系统，前方碰撞预警系统等行车辅助系统。

Claims (13)

1.一种用于在挡风玻璃(12)上投影显示的设备，该设备包括：投影装置(30)，反射装置(40) ，主机控制装置(50) ；其特征在于，投影装置(30)位于车辆驾驶室内后视镜(13)的后方，反射装置(40)由反射镜(41)及反射镜外壳(42)组成，位于车辆驾驶室方向盘后方右侧，挡风玻璃下方，且可绕一点自由调整角度并锁定，主机位于车内部，且可采集驾驶过程中需要显示在挡风玻璃上各种信息。

2.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，投影出的图像(62)位于驾驶员(70)前方偏右侧2-3米远处。

3.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，投影装置(30)包括图像源(31)和投影光学系统。

4.根据权利要求3所述的投影装置(30)，其特征在于，图像源是利用高功率发光二极管阵列(34)和液晶光阀(35)组成，亦可以利用红绿蓝多色激光器(36)，可旋转式反射镜(37)和散射板(38)组成，亦可以利用有机发光二极管OLED(39)和液晶光阀(35)组成。

5.根据权利要求3所述的投影装置(30)，其特征在于，投影光学系统可以取消，亦可以利用菲涅耳透镜(32)实现，亦可以由多透镜(33)组成投影光学系统。

6.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，反射镜是自由曲面，非球面，柱面，双曲面或球面。

7.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，反射镜外壳可以以某一点为轴心万向旋转，并可以在任何一个方向锁死固定。

8.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，主机(50)可以采集车辆信息(51)，包括车速，发动机转速，油耗，水温，轮胎情况，电压，车灯开启指示，档位，手刹提示等；手机等移动通信设备信息(52)，包括来电提醒，手机中的导航、地图资料，天气状况，路况信息，智能语音助手等；其它在驾驶过程中希望显示在挡风玻璃上的信息(53)，包括车道偏离预警，导航信息，倒车影像，红外夜视，交通标志识别信息等。

9.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，主机(50)与手机平板电脑(52)之间可以通过数据线连接，也可以通过AirPlay/米联/DLNA/WiDi/WHDI/Wireless HD/WiGib等无线方式连接。

10.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，投影显示在挡风玻璃上的图像(62)能由驾驶员(70)自由地选择显示或者不显示，显示一个或多个，并自由选择显示的区域。

11.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，投影显示在挡风玻璃上的图像(62)的亮度可以根据环境亮度自动调整。

12.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，投影显示在挡风玻璃上的图像(62)至少部分区域的亮度尤其在危险状态中可以发生改变。

13.根据权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，投影显示在挡风玻璃上的图像(62)至少部分区域的颜色尤其在危险状态中可以发生改变。