CN110161695A - 一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构 - Google Patents

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许冰
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Abstract

本发明公开了一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构，包括图像显示模块、凸面反射镜、凹面反射镜和汽车前挡风玻璃，光学结构中的第一块反射镜面为凸面，第二块反射镜面为凹面；图像显示模块固定在一个可以活动的机械结构上，机械结构能够带动图像显示模块垂直与图像面进行移动，用来调整图像面与凸面镜之间的距离；凸面反射镜的面型可以是偶次非球面或者标准球面，凹面反射镜的面型可以是自由曲面、偶次非球面或者标准球面，两块反射镜的面型是经过特定设计的，能够互相匹配矫正像差；本发明提高了汽车平视显示器的成像能力，光路结构简单、成像清晰、易于装调，有利于汽车平视显示器的普及。

Description

一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构
技术领域
本发明涉及汽车平视显示的技术领域，具体涉及一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构。
背景技术
汽车平视显示器能把汽车仪表盘信息投射成一个虚像，虚像位于驾驶员视线的正前稍偏下方，避免了驾驶员低头查看仪表盘造成的视野盲区，从而提高驾驶安全性。现有汽车平视显示器光路有以下两个缺陷：一是成像距离固定在2.5m左右的位置，当车速高于60km/h时，驾驶员目视的中心距离约为前方7.5m处的位置，如果驾驶员频繁的切换目视焦点查看2.5m处的成像信息，容易造成眼疲劳；二是成像面积太小，受成像面积的约束，不适合进行导航指引和显示道路实时信息。
发明内容
本发明要解决技术问题是：针对现有汽车平视显示器的光路缺陷，提供一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构，包括图像显示模块、两块反射镜和汽车前挡风玻璃，光学结构中的第一块反射镜面为凸面，第二块反射镜面为凹面；图像显示模块发出的图像光线作为入射光线，所述入射光线由图像显示模块入射到凸面反射镜上，凸面反射镜对入射光线有发散作用，所述入射光线经凸面反射镜反射到凹面反射镜上，凹面反射镜对光线有汇聚作用，所述入射光线经凹面反射镜反射到汽车前挡风玻璃上，汽车前挡风玻璃把所述入射光线反射到驾驶员眼中，在人眼中形成一个放大的虚像。
进一步的，图像显示模块固定在一个可以活动的机械结构上，机械结构能够带动图像显示模块垂直于图像面进行移动，用来调整图像显示模块与凸面镜之间的距离。
进一步的，虚像的视距可以根据汽车行驶速度自动调整，当汽车行驶速度低于40km/h时，驾驶员的目视中心距离较近，图像面与凸面镜之间的距离自动调整为64mm，虚像的视距为2.5m；当汽车行驶速度高于40km/h时，驾驶员的目视中心距离较远，图像面与凸面镜之间的距离自动调整为131mm，虚像的视距为7.5m。
进一步的，虚像的视距为2.5m时，虚像的显示内容为汽车仪表信息和简单导航信息，虚像的视距为7.5m时，虚像的显示内容为汽车仪表信息、简单导航信息和实时路况信息。
进一步的，图像显示模块基于DLP成像技术，显示的图像亮度最高达到15000cd/m2，图像尺寸为80mm×40mm。
进一步的，凸面反射镜和凹面反射镜的面型是经过特定设计的，能够互相匹配矫正像差，反射面镀有可见光波段的全反射膜，反射率大于95％。
进一步的，对汽车前挡风玻璃进行了镀楔形膜处理，以达到消除重影的效果，汽车前挡风玻璃上的楔形膜从上到下逐渐变薄。
进一步的，虚像的中心和驾驶员的眼睛所在平面与水平面的夹角为2.39°。
进一步的，图像显示模块、凸面反射镜和凹面反射镜所占用的空间不超过7立方分米。
本发明的有益效果是：本发明提出一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构，通过使用离轴反射结构成虚像，光路中采用一块凸面反射镜和一块凹面反射镜矫正像差，并且经过特殊的光学设计，只需改变图像显示模块与凸面镜之间的距离，就可以实现虚像视距的可变，提高了汽车平视显示器的成像能力；本发明光路结构简单、成像清晰、易于装调，有利于汽车平视显示器的普及。
附图说明
图1为汽车平视显示器的光学结构。
图2为虚像视距为2.5m时的虚像位置示意图。
图3为虚像视距为7.5m时的虚像位置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合本发明的光路结构图，对本发明进一步详细说明。
一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构，包括图像显示模块、两块反射镜和汽车前挡风玻璃。
其中图像显示模块固定在一个可以活动的机械结构上，机械结构能够带动图像显示模块垂直与图像面进行移动，用来调整图像面与凸面镜之间的距离，图像面与凸面镜之间的距离为64mm时，虚像的视距为2.5m；图像面与凸面镜之间的距离为130mm时，虚像的视距为7.5m。
两块反射镜一块为凸面一块为凹面，凸面反射镜的面型可以是偶次非球面或者标准球面，凸面反射镜的面型可以是自由曲面、偶次非球面或者标准球面，光线经过不同型号的汽车前挡风玻璃反射后会产生不同的像差，根据汽车前挡风玻璃产生像差的不同，使用不同面型的反射镜矫正像差。
被投射的仪表盘信息图像位于凸面反射镜下方，凹面反射镜位于凸面反射镜的一侧，汽车前挡风玻璃位于凹面反射镜的上方。
图像显示模块发出的光线作为入射光线，所述入射光线由图像显示模块入射到凸面反射镜上，凸面反射镜对入射光线有发散作用，所述入射光线经凸面反射镜反射到凹面反射镜上，凹面反射镜对光线有汇聚作用，所述入射光线经凹面反射镜反射到汽车前挡风玻璃上，汽车前挡风玻璃把所述入射光线反射到驾驶员眼中，在人眼中形成一个放大的虚像。
光路中的凸面反射镜和凹面反射镜的是经过特定的优化设计的，能够互相匹配矫正光路中的像差，最终显示的虚像是人眼可见无明显像差的。
实施例：
如图1所示，本发明提出一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构，包括图像显示模块A、凸面反射镜B、凹面反射镜C、汽车前挡风玻璃D、可活动的机械结构E，其具体实施方式如下：
图像显示模块A固定在可活动的机械结构E上，可活动的机械结构E带动图像显示模块A垂直于图像面移动，凸面反射镜B、凹面反射镜C、汽车前挡风玻璃D的位置固定。图像显示模块移动至凸面反射镜B的下方64mm处，图像显示模块A发出的光线作为入射光线，所述入射光线以特定角度入射到凸面反射镜B上，所述入射光线被凸面反射镜B反射，凸面反射镜B对光线具有发散作用；凹面反射镜C放置于凸面反射镜B的一侧，所述入射光线经凸面反射镜B反射，以一定角度入射到凹面反射镜C上，所述入射光线被凹面反射镜C反射，凹面反射镜C对光线有汇聚作用；汽车前挡风玻璃D位于凹面反射镜C的上方，所述入射光线经凹面反射镜C反射，以一定角度入射到汽车前挡风玻璃D上，汽车前挡风玻璃D把所述入射光线反射到驾驶员眼中，在人眼中形成一个放大的虚像，虚像的视距为2.5m，虚像的显示位置如图2所示；图像显示模块移动至凸面反射镜B的下方130mm处，图像显示模块A发出的光线作为入射光线，所述入射光线以特定角度入射到凸面反射镜B上，所述入射光线被凸面反射镜B反射，凸面反射镜B对光线具有发散作用；凹面反射镜C放置于凸面反射镜B的一侧，所述入射光线经凸面反射镜B反射，以一定角度入射到凹面反射镜C上，所述入射光线被凹面反射镜C反射，凹面反射镜C对光线有汇聚作用；汽车前挡风玻璃D位于凹面反射镜C的上方，所述入射光线经凹面反射镜C反射，以一定角度入射到汽车前挡风玻璃D上，汽车前挡风玻璃D把所述入射光线反射到驾驶员眼中，在人眼中形成一个放大的虚像，虚像的视距为7.5m，虚像的显示位置如图3所示。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于：包括图像显示模块、两块反射镜和汽车前挡风玻璃，光学结构中的第一块反射镜面为凸面，第二块反射镜面为凹面；图像显示模块发出的图像光线作为入射光线，所述入射光线由图像显示模块入射到凸面反射镜上，凸面反射镜对入射光线有发散作用，所述入射光线经凸面反射镜反射到凹面反射镜上，凹面反射镜对光线有汇聚作用，所述入射光线经凹面反射镜反射到汽车前挡风玻璃上，汽车前挡风玻璃把所述入射光线反射到驾驶员眼中，在人眼中形成一个放大的虚像。
2.根据权利要求1所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于：图像显示模块固定在一个可以活动的机械结构上，机械结构能够带动图像显示模块垂直于图像面进行移动，用来调整图像显示模块与凸面镜之间的距离。
3.根据权利要求2所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于：虚像的视距可以根据汽车行驶速度自动调整，当汽车行驶速度低于40km/h时，驾驶员的目视中心距离较近，图像面与凸面镜之间的距离自动调整为64mm，虚像的视距为2.5m；当汽车行驶速度高于40km/h时，驾驶员的目视中心距离较远，图像面与凸面镜之间的距离自动调整为131mm，虚像的视距为7.5m。
4.根据权利要求2所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于，虚像的视距为2.5m时，虚像的显示内容为汽车仪表信息和简单导航信息，虚像的视距为7.5m时，虚像的显示内容为汽车仪表信息、简单导航信息和实时路况信息。
5.根据权利要求1所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于，图像显示模块基于DLP成像技术，显示的图像亮度最高达到15000cd/m2，图像尺寸为80mm×40mm。
6.根据权利要求1所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于，凸面反射镜和凹面反射镜的面型是经过特定设计的，能够互相匹配矫正像差，反射面镀有可见光波段的全反射膜，反射率大于95％。
7.根据权利要求1所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于，对汽车前挡风玻璃进行了镀楔形膜处理，以达到消除重影的效果，汽车前挡风玻璃上的楔形膜从上到下逐渐变薄。
8.根据权利要求1所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于，虚像的中心和驾驶员的眼睛所在平面与水平面的夹角为2.39°。
9.根据权利要求1所述的成像距离可变的汽车平视显示光学结构，其特征在于，图像显示模块、凸面反射镜和凹面反射镜所占用的空间不超过7立方分米。
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