CN109799615B

CN109799615B - 一种高亮度的车载抬头显示装置

Info

Publication number: CN109799615B
Application number: CN201910217504.1A
Authority: CN
Inventors: 王梓; 吕国强; 冯奇斌
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: CN109799615A

Abstract

本发明涉及一种高亮度的车载抬头显示装置。本发明包括微型图像投影模块、透明平板和图像回射板。微型图像投影模块安装在驾驶员头部右侧，透明平板倾斜45度安装在汽车仪表盘台面上，将微型图像投影模块投射的图像向下反射到图像回射板上。图像回射板平行放置在汽车仪表盘台面上，将透明平板反射的图像回射到透明平板上，再由透明平板反射到驾驶员眼中。本发明实现，采用本发明中透明平板和图像回射板组成的光线回反射系统定向回反射光线，大大提高了图像源光能利用率，提高虚拟图像亮度和可见度，提升了驾驶员的驾驶体验。

Description

一种高亮度的车载抬头显示装置

技术领域

本发明属于汽车行车仪表数据显示技术领域，具体涉及一种车载抬头显示装置。

背景技术

抬头显示器(head-up display,HUD),最早应用于飞行器上，通过将主要飞行参数投影到前挡风玻璃上，使得驾驶员向前平视时能同时看到主要驾驶仪表及其重要的飞行参数。近年来开始应用于民用汽车上。现有的车载抬头显示器一般是利用显示屏幕或投影到散射屏幕上的方式产生图像源，图像源安装在仪表台上，其图像出射的光线方向向上，通过上方一块倾斜的半透明反射镜反射至人眼，形成虚像，达到汽车信息漂浮在驾驶员眼前的显示效果，见图3。然而，为了不影响驾驶员观察车外信息，反射镜的透过率通常很高(通常在80％以上)，而反射率通常很低(通常在20％以下)。低反射率会导致图像源形成的虚像亮度很低；同时，用作图像源的显示屏幕光线发散角很大，很多光线并不能到达人眼，造成光能利用率低，尤其在阳光照射下，图像可见度很低，使得驾驶员很难识别抬头显示的信息，这是制约现有抬头显示器实用性的最重要因素之一。

发明内容

为了克服现有抬头显示器亮度低导致图像信息不易识别的问题，本发明提供一种高亮度的车载抬头显示装置。

一种高亮度车载抬头显示装置包括微型图像投影模块、透明平板和图像回射板；

所述微型图像投影模块安装在驾驶员头部右侧上方的驾驶室内的天花板上，用来投影需要显示的图像；

所述透明平板呈倾斜45度安装在驾驶室内的汽车仪表台面上，所述微型图像投影仪的投影中心光线与所述透明平板的中心对应；

与透明平板对应所述图像回射板设于透明平板下方的汽车仪表台面上，且图像回射板呈水平状态；所述透明平板和图像回射板之间的夹角为45度；

所述图像回射板的工作面上均布设有微回射单元；

工作时，所述微型图像投影仪将图像投射到透明平板，透明平板将图像向下反射到所述图像回射板上；所述图像回射板将图像向上回射到所述透明平板上，再由所述透明平板反射到驾驶员眼中。

进一步限定技术方案如下：

所述微型图像投影仪为数字微镜器件或液晶光阀器件或有机发光器件，再由微投影透镜投射图像；或者直接由扫描振镜扫描激光束投射图像。

所述透明平板为镀有一层半反射膜的有机玻璃板或玻璃板，具有80％透过率和20％反射率。

所述半反射膜为金属半反射膜，金属半反射膜为铝膜。

所述微回射单元是微角锥棱镜，是一种内部全反射棱镜，具有三个相互正交垂直的反射面，可以将光线沿原来的方向反射回去。

所述微回射单元是玻璃微珠，所述玻璃微珠的珠径为0.01-0.2mm。

本发明的有益技术效果体现以下方面：

1.传统方法中的抬头显示器所使用的像源与通常的显示器类似，通常具有一定的发散角度，即非定向式发光，导致显示屏幕发射的光线只有极小部分进入驾驶员眼中，很多光线被不必要的浪费了。本发明使用图像投影加定向回射的显示方法，利用微型图像投影模块的细光束成像，通过透明平板和图像回射板将成像细光束定向回反射到驾驶员眼中，达到定向发光的效果，大大增加了进入人眼的光线，提高光能利用率，从而达到高亮度的抬头显示。

本发明相较于传统方法的虚拟图像亮度提升了8倍以上，具体理论推算说明如下：

假定图3中传统方法采用的散射屏幕其每个像素的发光散射角度为θ₁＝60度，单个像素的发光能量为E，透明平板的反射率为20％，可计算出单个像素在人眼所处平面上的大致发光强度为

假定图2的本发明中的图像回射板回射光线的发散角为θ₂＝10度，可计算出单个像素在人眼所处平面上的大致发光强度为

可得到本发明相较于传统方法的虚拟图像亮度提升倍数为

2.本发明装置设计合理，结构简单，使用安装方便。

附图说明

图1是本发明一种高亮度车载抬头显示装置结构示意图。

图2是图1的车载抬头显示装置结构参数示意图。

图3是使用散射屏幕的传统车载抬头显示装置结构示意图。

上图中序号：微型图像投影模块1、透明平板2、图像回射板3、虚拟图像4、散射屏幕5。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1，一种高亮度车载抬头显示装置包括微型图像投影模块1、透明平板2和图像回射板3。

微型图像投影模块1为基于数字微镜器件

0.45WXGA的微型图像投影仪。安装在驾驶员头部右侧上方的驾驶室内的天花板上，用来投影需要显示的图像。

透明平板1为具有80％透过率和20％反射率的玻璃板，呈倾斜45度安装在驾驶室内的汽车仪表台面上，微型图像投影仪的投影中心光线与透明平板2的中心对应。

图像回射板3的工作面上均布设有微角锥棱镜单元，微θ角锥棱镜单元是一种内部全反射棱镜，具有三个相互正交垂直的反射面。与透明平板2对应所述图像回射板3安装于透明平板下方的汽车仪表台面上，且图像回射板呈水平状态。透明平板2和图像回射板3之间的夹角为45度。

微型图像投影模块1以细光束向透明平板2投射图像，其中心投影光线对准透明平板2的中心，透明平板2将光束向下反射至图像回射板3上成像。同时，图像回射板3具有将光线回反射的功能，可以将投影细光束沿原方向回射到透明平板2上。透明平板2再将投影光束沿原方向反射到微型图像投影模块1周围，并在透明平板2背面形成虚像4。由于驾驶员眼部位于微型图像投影模块1附近，大量回反射光线进入驾驶员眼中，图像源光能利用率高，虚拟图像亮度高。

如图2所示，本发明公开的高亮度车载抬头显示装置的各参数为：微型图像投影模块1距离汽车仪表台高度H，微型图像投影模块1距离透明平板2的下边的长度L，透明平板2的长度l，微型图像投影模块1的俯仰角度α。为了保证微型图像投影模块1的中心投影光线对准透明平板2的中心进行投影，俯仰角度α需调整为：

例如，对于一个身高170厘米左右的驾驶员，测量一台家用汽车的各项参数大致为：H＝40厘米，L＝80厘米，l＝30厘米的情况下，需要利用微型图像投影模块1的角度调节组件调整其俯仰角度为α≈23度。对于不同身高的驾驶员以及不同车型的家用汽车，以上参数会有一定的差异，可以通过调节微型图像投影模块1的位置调节组件和角度调节组件来调节微型图像投影模块1的高度H以及俯仰角度α，以满足图像正常投影的需要。

实施例2

一种高亮度车载抬头显示装置包括微型图像投影模块1、透明平板2和图像回射板3。

其中微型图像投影模块1为基于液晶光阀器件SXGA-R3的微型图像投影仪；

透明平板1为镀有一层半反射膜的有机玻璃板，半反射膜为电镀的铝膜，具有80％透过率和20％反射率。

图像回射板3的工作面上均布设有微回射单元，微回射单元为玻璃微珠，所述玻璃微珠的珠径为0.1mm；玻璃微珠均匀排布在玻璃基板上。

其它同实施例1。

Claims

1.一种高亮度车载抬头显示装置，其特征在于，包括微型图像投影模块、透明平板和图像回射板；

所述微型图像投影模块为数字微镜器件或液晶光阀器件或有机发光器件，再由微投影透镜投射图像；或者直接由扫描振镜扫描激光束投射图像；

所述透明平板为镀有一层半反射膜的有机玻璃板或玻璃板，具有80%透过率和20%反射率；所述半反射膜为金属半反射膜，金属半反射膜为铝膜；

所述图像回射板的工作面上均布设有微回射单元；

所述微回射单元是微角锥棱镜，是一种内部全反射棱镜，具有三个相互正交垂直的反射面，将光线沿原来的方向反射回去；所述微回射单元是玻璃微珠，所述玻璃微珠的珠径为0.01-0.2mm；

工作时，所述微型图像投影仪将图像投射到透明平板，透明平板将图像向下反射到所述图像回射板上；所述图像回射板将图像向上回射到所述透明平板上，再由所述透明平板反射到驾驶员眼中；虚拟图像成像在挡风玻璃前方，具体为与图像回射板关于透明平板对称的位置处；

所述微型图像投影模块包含位置调节组件和角度调节组件，来调节微型图像投影模块的高度H以及俯仰角度α，以满足不同人群、不同车型的适配要求；

其中，俯仰角度α调整为：

；

式中，L为微型图像投影模块与透明平板下边间的长度，l为透明平板的长度。