CN110794580A - 汽车抬头显示系统及其安装方法和消除重影的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车抬头显示系统，其用于将信息经汽车的普通挡风玻璃反射至人眼，所述普通挡风玻璃包括内、外侧挡风玻璃、夹在内外侧挡风玻璃之间的非楔形夹膜普通挡风玻璃，以及位于内侧普通挡风玻璃内侧的内侧反射面和位于外侧普通挡风玻璃外侧的外侧反射面，所述汽车抬头显示系统包括成像单元和反射镜片组，反射镜片组包括为凹面反射镜片的第一凹面反射镜片，第一凹面反射镜片用于接收所述成像单元射出的成像光线，并将所述成像光线反射至所述内侧反射面和外侧反射面，所述成像光线经所述内侧反射面反射后形成第一图像，所述成像光线经所述外侧反射面反射后形成第二图像，调节所述成像单元的安装角度和位置使所述第一图像和第二图像沿人眼方向重合。

Description

汽车抬头显示系统及其安装方法和消除重影的方法

技术领域

本发明涉及成像光学技术领域，具体涉及一种汽车抬头显示系统及其安装方法。

背景技术

汽车抬头显示技术是当前国际国内正在大力发展的智能网联汽车的重要组成部分。通过前期宝马、奔驰等高端豪华品牌汽车上对于抬头显示(HUD，Head Up Display)技术的应用推广，越来越多的车厂和用户认识到汽车的HUD技术对于安全驾驶的重要性。实现了驾驶员目不离路就可以获取车速、导航、路况、车距等重要信息，其独特的显示位置，以及悬浮式透明显示效果，是车上的其它位置显示器无法取代的，所以越来为越多的车厂把HUD系统装配于自己的新车上，作为提升汽车安全性能的有效配置。

要实现汽车普通挡风玻璃上的HUD，存在一个必须要解决的显示技术难题-重影问题。因为重影问题的存在会明显地影响驾驶员观看显示信息的舒适性，严重者会引起驾驶员的眼花，从而影响驾驶安全，同时也会影响驾驶员获取显示信息的辨识速度与准确性。

现有汽车HUD系统的解决方案中，多采用在汽车普通挡风玻璃中增加或改造玻璃中已有的夹膜，使得内外两层玻璃中有一层上厚下薄的楔形夹膜，从而改变普通挡风玻璃外表面对于折射进玻璃内部的光线的反射角度，达到改变玻璃内部光线的传播路径的目的，减轻或消除重影现象。类似于上述方法原理，也有采用在普通挡风玻璃内表面贴一层上厚下薄的透明材料，以达到减轻或消除重影现象的目的。上述方面，都需要增加额外成本，对普通挡风玻璃进行特别定制或者后期特别处理，才可以达到减轻或消除重影现象的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种汽车抬头显示系统以及如何快速准备的安装该汽车抬头显示系统，旨在解决现有的装置在解决重影问题上需要额外增加成本的问题。

一种汽车抬头显示系统的安装方法，该汽车抬头显示系统包括反射镜片组和成像单元，所述反射镜片组至少包括第一凹面反射镜片，其用于将成像单元射出的成像光线投射到汽车的普通挡风玻璃，并经所述普通挡风玻璃反射至驾驶员人眼，该汽车抬头显示系统通过下述步骤安装：

S1、将所述第一凹面反射镜片固定在普通挡风玻璃(100)下方；

S2、计算所述成像单元相对所述第一凹面反射镜片的安装角度和位置，使所述成像单元射出的成像光线经所述第一凹面反射镜片反射后变成平行光线；

S3、按照步骤S2中计算出的安装角度和位置安装所述成像单元。

进一步地，所述步骤S2包括：

S21、计算出成像光线在普通挡风玻璃上的入射角θ1；

S22、根据所述成像光线在所述普通挡风玻璃的内侧反射上的入射角θ1和折射率公式，计算出所述普通挡风玻璃入射平行光光束的宽度H；

S23、根据所述入射角θ1，计算出所述成像单元射出的成像光线在所述第一凹面反射镜片弧中点a处的入射角δ；

S24、根据所述普通挡风玻璃入射平行光光束的宽度H、所述成像光线在第一凹面反射镜片弧中点a处的入射角δ和正弦定理，计算出所述成像单元与第一凹面反射镜片弧中点a的距离Laz。

进一步地，所述步骤S21具体包括：

S211、获取内侧反射面与水平线之间的夹角α、所述第一凹面反射镜片的曲率半径R、所述第一凹面反射镜片的宽度L1、第一凹面反射镜片的弦与水平线之间的夹角β、第一凹面反射镜片下端距离所述普通挡风玻璃下边缘之间的距离Lmn和所述汽车抬头显示系统在所述普通挡风玻璃上的成像位置高度Les；

S212、根据公式θ1＝α+arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lag))，计算出所述成像光线在内侧普通挡风玻璃上的入射角θ1，

其中

进一步地，所述步骤S22具体包括：

S221、获取内侧普通挡风玻璃的厚度H1、折射率n1，夹膜厚度H2的折射率n2，外侧普通挡风玻璃的厚度H3、折射率n3以及所述步骤S21中计算得到的光线在内侧普通挡风玻璃上的入射角θ1；

S222、根据折射率公式计算出成像光线在内侧反射面上的折射角θ2、成像光线在夹膜上的折射角θ3和成像光线在外侧普通挡风玻璃上的折射角θ4；

S223、根据公式

计算出普通挡风玻璃(100)入射平行光光束的宽度H。

进一步地，所述步骤S23具体包括：

S231、获取内侧反射面与水平线之间的夹角α，第一凹面反射镜片的弦与水平线之间的夹角β，以及所述步骤S21中计算得到的成像光线在内侧普通挡风玻璃上的入射角θ1；

S232、根据公式δ＝180°-θ1-(360°-90°-90°-(180°-α-β))，计算出成像单元射出的成像光线在第一凹面反射镜片弧中点a处的入射角δ。

进一步地，所述步骤S24具体包括：

S241、获取所述第一凹面反射镜片的曲率半径R、所述步骤S22中计算得到的普通挡风玻璃入射平行光光束的宽度H以及所述步骤S23中计算得到的成像单元射出的成像光线在第一凹面反射镜片弧中点a处的入射角δ；

S242、根据公式

计算出成像单元与第一凹面反射镜片弧中点a的距离Laz。

一种消除重影的方法，其特征在于，根据上述的汽车抬头显示系统的安装方法在普通挡风玻璃的下方安装成像单元和反射镜片组，使所述成像单元射出的成像光线球形波中的部分光束经所述反射镜片组反射后变成平行光束，该平行光束经普通挡风玻璃折射的光线与平行光线中经该点反射的光线反射角度相同，驾驶员眼球位置设计在折射的光线的延长上，从驾驶员角度观察反射的光线所形成的第一图像和折射线所形成的第二图像在同一角度上，消除普通普通挡风玻璃的内侧反射面和外侧反射面两次反射所产生的重影现象。

一种汽车抬头显示系统，包括成像单元和反射镜片组，所述反射镜片组至少包括第一凹面反射镜片，所述反射镜片组用于接收所述成像单元射出的成像光线，并将所述成像光线反射至所述普通挡风玻璃，所述普通挡风玻璃包括内侧反射面和外侧反射面，所述成像光线经所述内侧反射面反射后形成第一图像，所述成像光线经所述外侧反射面反射后形成第二图像，所述汽车抬头显示系统还包括计算装置，所述计算装置实现下述安装方法，调节所述成像单元的安装角度和位置使所述第一图像和第二图像沿人眼方向重合：

S1、将所述第一凹面反射镜片固定在普通挡风玻璃(100)下方；

S2、计算所述成像单元相对所述第一凹面反射镜片的安装角度和位置，使所述成像单元射出的成像光线经所述第一凹面反射镜片反射后变成平行光线；

S3、按照步骤S2中计算出的安装角度和位置安装所述成像单元。

进一步地，所述平行光线的宽度大于等于所述平行光线从入射到内侧反射面的入 射点到最终再次经内侧反射面折射出的点之间的距离。

进一步地，所述反射镜片组还包括第二反射镜片，所述第二反射镜片为平面反射镜片、凹面反射镜片或凸面反射镜片。

本发明的有益效果：按照本方法可以快速找到成像单元的安装角度和位置，无需反复试验和调整，提高了生产效率和装置的精确度。相比现有抬头显示系统需要特制楔形夹膜的普通挡风玻璃，或者在普通挡风玻璃上镀膜、贴膜，才能消除重影。本发明的汽车抬头显示系统通过使第一图像、第二图像和人眼三点一线，消除了成像单元经普通挡风玻璃反射后的重影问题。整个过程无需对普通挡风玻璃进行结构改造，避免了对普通挡风玻璃的改造费用，具有低成本、易安装和便于推广的技术优势。

附图说明

图1为本发明汽车抬头显示系统一个优选实施例成像结构示意图；

图2为本发明普通挡风玻璃的局部侧剖视意图；

图3为本发明汽车抬头显示系统另一个优选实施例成像结构示意图；

图4为本发明汽车抬头显示系统光路模型的第一个示意图；

图5为本发明汽车抬头显示系统光路模型的第一个示意图的局部放大图；

图6为本发明汽车抬头显示系统光路模型的第二个示意图；

图7为本发明汽车抬头显示系统光路模型的第三个示意图；

图8为本发明汽车抬头显示系统光路模型的第四个示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、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

如图1所示，一种汽车抬头显示系统，其用于将信息经汽车的普通挡风玻璃100反射至人眼，所述普通挡风玻璃100包括内侧反射面111和外侧反射面121，所述汽车抬头显示系统包括成像单元200和反射镜片组300，述反射镜片组300至少包括第一凹面反射镜片310，反射镜片组300用于接收所述成像单元200射出的成像光线，并将所述成像光线反射至普通挡风玻璃100，所述普通挡风玻璃100包括内侧反射面111和外侧反射面121，所述成像光线经所述内侧反射面111反射后形成第一图像210，所述成像光线经所述外侧反射面121反射后形成第二图像220，所述汽车抬头显示系统还包括计算装置，所述计算装置实现以下步骤，调节所述成像单元200的安装角度和位置使所述第一图像210和第二图像220沿人眼方向重合，

S1、将所述第一凹面反射镜片310固定在普通挡风玻璃(100)下方；

S2、计算成像单元200相对所述第一凹面反射镜片310的安装角度和位置，使所述成像单元200射出的成像光线经所述第一凹面反射镜片310反射后变成平行光线；

S3、按照步骤S2中计算出的安装角度和位置安装成像单元200。

调节成像单元200的安装角度和位置，使成像单元200的位置处于距离第一凹面反射镜片310中心点的特定距离与特定角度时，成像单元200每一个发光点所发出的成像光线(部分球面波)被第一凹面反射镜片310调制为平行光线。平行光线的宽度大于等于所述平行光线从入射到内侧反射面111的入射点到最终再次经内侧反射面111折射出的点之间的距离。折射出的光线与平行光线中经该点反射的光线反射角度相同，汽车抬头显示系统的驾驶员眼球位置设计在折射线的延长上，从驾驶员角度观察反射线所形成的第一图像210和折射线所形成的第二图像220在同一角度上，因此可以消除普通普通挡风玻璃100的内侧反射面111和外侧反射面121两次反射所产生的重影现象。由于所述汽车抬头显示系统将成像单元200所发出的成像光线调制为平行光线，入射角度不会发生改变，改变汽车抬头显示系统相对普通挡风玻璃100的距离，入射距离变化后依然可以消除重影。而采用消除HUD重影的专用楔形夹膜普通挡风玻璃解决重影问题的抬头显示系统发射的是球面波，入射距离变化后，入射角度也会发生变化，该汽车抬头显示系统时重影问题会再次出现。

相比现有抬头显示系统需要特制楔形夹膜的普通挡风玻璃，或者在普通挡风玻璃上镀膜、贴膜，才能消除重影。本发明的汽车抬头显示系统通过使第一图像210、第二图像220和人眼三点一线，消除了成像单元200经普通挡风玻璃100反射后的重影问题。整个过程无需对普通挡风玻璃100进行结构改造，避免了对普通挡风玻璃100的改造费用，具有低成本、易安装和便于推广的技术优势。以下对上述各个组成部分分别作进一步详细介绍。

汽车抬头显示系统设置在汽车普通挡风玻璃100的下方，具体为在仪表台400前方或者中控台前方靠近普通挡风玻璃100下边缘的地方。本发明当中所述的普通挡风玻璃100是指汽车前挡风玻璃中的夹膜厚度一致，不需要经过特别处理成上厚下薄的楔形夹膜，也不需要对挡风玻璃的厚度作出特殊处理的普通挡风玻璃。本发明当中所述的调节成像单元200的安装角度和位置可以是自动调节，也可以是人工手动调节，此处为现有技术，本发明在此不做赘述。

如图2所示，普通挡风玻璃100通常包括内侧普通挡风玻璃110、外侧普通挡风玻璃120和夹膜130，内侧普通挡风玻璃110和外侧普通挡风玻璃120互相重叠，夹膜130设置在内侧普通挡风玻璃110和外侧普通挡风玻璃120之间。其中，内侧普通挡风玻璃110设置在车内，内侧反射面111为内侧普通挡风玻璃110朝向车内的表面；外侧普通挡风玻璃120设置在车外，外侧反射面121为外侧普通挡风玻璃120朝向车外的表面。内侧反射面111和外侧反射面121均为弧面。在本申请的其它实施例中，普通挡风玻璃100也可能不包括夹膜130。在本申请的其它实施例中，普通挡风玻璃100可能不是包括内侧普通挡风玻璃110、外侧普通挡风玻璃120和夹膜130在内的层状结构，而是只有一层玻璃，此时该玻璃朝向车内的表面即为内侧反射面111，朝向车外的表面即为外侧反射面121。

在本申请的一些实施例中，尤其是一些说明书附图中，为了简便，在对本发明内容没有影响的情况下，省略了对夹膜130的表述。

该汽车抬头显示系统用于将车速、导航、路况和车距等重要信息经普通挡风玻璃100反射至人眼，其包括成像单元200和反射镜片组300。成像单元200用于发出成像光线，反射镜片组300用于将成像光线反射至普通挡风玻璃100。

如图1所示，在本实施例中，反射镜片组300仅包括第一凹面反射镜片310。第一凹面反射镜片310在竖直方向上，位于普通挡风玻璃100和成像单元200之间，其反射面朝向驾驶员。调节所述成像单元200的安装角度和位置使成像单元200的实像朝向第一凹面反射镜片310，同时需保证第一凹面反射镜片310能够接收所有来自成像单元200的成像光线。第一凹面反射镜片310再将成像光线反射至普通挡风玻璃100。

本发明借助普通挡风玻璃100的倾斜角度以及抬头显示系统中的第一凹面反射镜片310，对成像单元200发出的成像光线进行调制，在特定角度获得平行光线，该平行光线射向普通挡风玻璃100的内侧反射面111和外侧反射面121。成像光线经过内侧反射面111的反射后，在普通挡风玻璃100的车外，形成了成像单元200的第一图像210；成像光线经过内侧普通挡风玻璃110、外侧普通挡风玻璃120的折射以及外侧反射面121的反射后，在普通挡风玻璃100的车外，形成了成像单元200的第二图像220。第一图像210和第二图像220在同一条直线上，从而看不到重影现象，起到了在普通挡风玻璃100条件下消除驾驶员视角抬头显示重影的效果。

实施例2

一种消除重影的方法，根据实施例1所述的汽车抬头显示系统的安装方法，在普通挡风玻璃110的下方安装成像单元200和反射镜片组300，使所述成像单元200射出的成像光线中的部分球形波经所述反射镜片组300反射后变成平行光线，该平行光线经普通挡风玻璃110折射的光线与平行光线中经该点反射的光线反射角度相同，驾驶员眼球位置设计在折射的光线的延长上，从驾驶员角度观察反射的光线所形成的第一图像210和折射线所形成的第二图像220在同一角度上，消除普通普通挡风玻璃100的内侧反射面111和外侧反射面121两次反射所产生的重影现象。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于，反射镜片组300还包括第二反射镜片320，第二反射镜片320为凹面反射镜片。第二反射镜片320的作用为增加成像距离。

本实施例中，第一凹面反射镜片310不但朝向驾驶员设置，而且相对于实施例1还略微向下倾斜，朝向第二反射镜片320设置。第二反射镜片320在竖直方向上设置在第一凹面反射镜片310和成像单元200的下方。

调节成像单元200的安装角度和位置使成像单元200的实像朝向第二反射镜片320，并且使成像单元200经过第二反射镜片320形成的第一虚像(图中未示出)朝向第一凹面反射镜片310，第一虚像经所述第一凹面反射镜片310反射后形成第二虚像(图中未示出)，第二虚像朝向第二反射镜片320，经过第二反射镜片320的二次反射形成第三虚像330，第三虚像330朝向内侧反射面111和外侧反射面121。

本实施例通过第一凹面反射镜片310与第二反射镜片320的配合使用，可以充分利用反射镜片组300的多级放大能力，有效增加第二反射镜片320前图像源的物距，增加虚像成像距离，从而减小产品的体积，在普通挡风玻璃100上实现小体积远距离无重影抬头显示。

当然在本申请的其它实施例中，第二反射镜片320还可以为平面反射镜片、凸面反射镜片或者各种透镜配合使用。

当然在本申请的其它实施例中，反射镜片组300除了第一凹面反射镜片310和第二反射镜片320以外，还可以包括更多的反射镜片，其作用与第二反射镜片320相似。

进一步地，该汽车抬头显示系统还包括用于调节所述成像单元200与所述反射镜片组300之间角度或距离的调节机构，所述调节机构设置在所述反射镜片组300上。

实施例4

本实施例提供了一种汽车抬头显示系统的安装方法，用于安装该汽车抬头显示系统，为了便于理解和说明，本实施例以安装实施例1所述的汽车抬头显示系统为例。该汽车抬头显示系统的安装方法，包括：

S1、将第一凹面反射镜片310固定在普通挡风玻璃(100)下方。

具体设置在汽车普通挡风玻璃100的下方，更具体地在仪表台400前方或者中控台前方靠近普通挡风玻璃100下边缘的地方。

S2、计算成像单元200相对第一凹面反射镜片310的安装角度和位置，使所述成像单元200射出的成像光线经所述第一凹面反射镜片310反射后变成平行光线。

对于实施例2中还包括第二反射镜片320的汽车抬头显示系统而言，同样是按照上述方法确定成像单元200经过第二反射镜片320反射后的虚像的入射角度和距离，也就是以第一凹面反射镜片310为基准，确定第一凹面反射镜片310中成像单元200的虚像的入射角度和距离。如图4所示，步骤S2具体包括：

S21、计算出所述成像光线在所述普通挡风玻璃100上的入射角θ1，普通挡风玻璃100上的入射角θ1可以按照下述过程计算：

S211、获取所述内侧反射面111与水平线之间的夹角α、所述第一凹面反射镜片310的曲率半径R、所述第一凹面反射镜片310的宽度L1、第一凹面反射镜片310的弦与水平线之间的夹角β、普通挡风玻璃100下边缘m、第一凹面反射镜片310的弦的延长线与经过普通挡风玻璃100下边缘m的水平线的交点n、第一凹面反射镜片310下端距离所述普通挡风玻璃100下边缘之间的距离Lmn、成像光线与内侧反射面111的折射点e、经过成像光线与内侧反射面111的折射点e的竖直线与经过普通挡风玻璃100下边缘m的水平线的交点s、第一凹面反射镜片310弧中点a、第一凹面反射镜片310的圆心o、第一凹面反射镜片310弧的弦的中点u、经过第一凹面反射镜片310弧中点a的水平线与经过成像光线与内侧反射面111的折射点e的竖直线的交点t和所述汽车抬头显示系统在所述普通挡风玻璃100上的成像位置高度Les。

S212、根据公式θ1＝α+arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lag))，计算出所述成像光线在内侧普通挡风玻璃110上的入射角θ1，

其中

上述公式的具体是通过下述过程得到的：

θ1＝90°-γ

γ＝∠mes-∠aes

＝90°-α-∠aes

＝90°-α-arctan(Lat/Let)

＝90°-α-arctan((Lms-Lmg)/(Les-Lts))

＝90°-α-arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lts))

因为线段es垂直于水平线ms，线段at垂直于线段es，所以Lts＝Lag，所以γ＝90°-α-arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lag))。

其中，如图5所以，Lng和Lag的计算方法如下：

所以成像光线在内侧普通挡风玻璃110上的入射角θ1：

θ1＝90°-γ

＝90°-90°+α+arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lag))

＝α+arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lag))

其中

以上公式中α、Lmn、Les、R、L1、β等数值均为已知，故θ1的数值可以通过以上公式计算得出。

S22、根据所述成像光线在所述普通挡风玻璃100的内侧反射面111上的入射角θ1和折射率公式，计算出所述普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H。

在实际使用场景当中，汽车普通挡风玻璃100是一个自由曲面凹面镜，并且它的竖向曲率大于横向曲率，本发明所提出的方法，目的在于消除图像纵向重影，所以只考虑普通挡风玻璃100的竖向曲率，通常乘用车的普通挡风玻璃100在HUD成像区域的镜面竖向曲率半径在4000mm以上，接近于平面镜的成像效果。所以本发明中的光学模型将普通挡风玻璃100的纵向曲率简化为平面镜，由此造成的偏差，在实际使用场景当中，由于人眼对2米外的图像的视觉精度有限，所以这部分偏差可以忽略不计。

具体地，普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H可以按照下述过程计算：

S221、如图6所示，获取成像光线入射内侧普通挡风玻璃110时的入射点j、经过成像光线入射夹膜130时的入射点的垂线与内侧反射面111的交点b、经过成像光线入射外侧普通挡风玻璃120时的入射点的垂线与内侧反射面111的交点c、经过成像光线在外侧反射面121上的入射点的垂线与内侧反射面111的交点d、成像光线与内侧反射面111的折射点e、经过入射点j的垂线与另一条成像光线的交点k、内侧普通挡风玻璃110的厚度H1、折射率n1，夹膜130的厚度H2、折射率n2，外侧普通挡风玻璃120的厚度H3、折射率n3以及所述步骤S21中计算得到的成像光线在内侧普通挡风玻璃110上的入射角θ1。在图6所示的光学模型中，以上要素为确定值，并且已知。

S222、根据折射率公式计算出成像光线在内侧反射面111上的折射角θ2、成像光线在夹膜130上的折射角θ3、成像光线在外侧普通挡风玻璃120上的折射角θ4。

根据折射率公式

空气的绝对折射率n＝1，所以，

S223、根据公式

计算出普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H。

普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H的计算方法如下：

H＝Ljk

＝Lje×sin(90°-θ1)

＝2×Ljd×sin(90°-θ1)

＝2×(Ljb+Lbc+Lcd)×sin(90°-θ1)

＝2×(H1×tanθ2+H2×tanθ3+H3×tanθ4)×sin(90°-θ1)

由此计算出普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H：

以上公式中H1、H2、H3、θ1、θ2、θ3、n1、n2、n3数值均为已知，故H数值可以通过以上公式计算得出。

S23、根据所述入射角θ1，计算出所述成像单元200射出的成像光线在第一凹面反射镜片310弧中点a处的入射角δ。

S231、在图7的光学模型中，获取第一凹面反射镜片310弧的弦的中点u、成像光线与内侧反射面111的折射点e、第一凹面反射镜片310弧的弦延长线与内侧反射面111弦交点v、内侧反射面111与水平线之间的夹角α、第一凹面反射镜片310的弦与水平线之间的夹角β、以及所述步骤S21中计算得到的成像光线在内侧普通挡风玻璃110上的入射角θ1。

S232、根据公式δ＝180°-θ1-(360°-90°-90°-(180°-α-β))，计算出成像单元200射出的成像光线在第一凹面反射镜片310弧中点a处的入射角δ。

图像源发光点在凹面镜中心点a处入射角δ的计算方法如下：

δ＝180°-θ1-∠efu

＝180°-θ1-(360°-90°-90°-∠evu)

＝180°-θ1-(360°-90°-90°-(180°-α-β))。

如前文所论述，成像光线在内侧普通挡风玻璃110上的入射角θ1已有计算结果，故δ值可依据上述公式确定。

S24、根据所述普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H、所述成像光线在第一凹面反射镜片310弧中点a处的入射角δ和正弦定理，计算出所述成像单元200与第一凹面反射镜片310弧中点a的距离Lac。

S241、如图8所示光学模型，获取第一凹面反射镜片310的曲率半径R、第一凹面反射镜片310的圆心o、第一凹面反射镜片310弧中点a、第一凹面反射镜片310的主光轴直线oa、第一凹面反射镜片310上的一点x、成像光线入射内侧普通挡风玻璃110时的入射点j、成像光线与内侧反射面111的折射点e、宽度为H的平行光光束的两边直线xj和直线ae、弧ax的中点i、弧ax的弦的中点p、所述步骤S22中计算得到的普通挡风玻璃100入射平行光光束的宽度H以及所述步骤S23中计算得到的成像单元200射出的成像光线在第一凹面反射镜片310弧中点a处的入射角δ、入射第一凹面反射镜片310的图像光线上的一点z。

也就是说，在图8中，Lox＝Loa＝R，线段ax垂直于线段op，线段op垂直于弦ax，直线0j垂直于直线xj和ae，线段jk的长度Ljk＝H。∠oae是图像光线在a点的反射角∠oae＝∠oaz＝δ，∠oxj是图像光线在x点的反射角∠oxj＝∠oxz，直线zy垂直于主光轴oa。

S242、根据公式

计算出成像单元200与第一凹面反射镜片310弧中点a的距离Laz。

根据正弦定理Laz/(sin∠axz)＝Lax/(sin∠xza)

Laz＝Lax×(sin∠axz)/(sin∠xza)

＝Lax×(sin(∠oxa-∠oxz))/(sin(∠oax+∠oaz))

＝Lax×(sin((180°-∠aox)/2-∠oxj))/(sin((180°-∠aox)/2+δ))

＝Lax×(sin((180°-(∠eqo-δ))/2-∠oxj))/(sin((180°-(∠eqo-δ))/2+δ))

＝Lax×(sin((180°-(∠oxj-δ))/2-∠oxj))/(sin((180°-(∠oxj-δ))/2+δ))。

其中，

Lax＝2Lx＝2Lox×sin∠xoi＝2R×sin((∠aox)/2)＝2R×sin((∠eqo-δ)/2)

＝2R×sin((∠oxj-δ)/2)；

∠oxj＝arcsin(Loj/Lox)＝arcsin((Lok+Ljk)/R)＝arcsin((Lok+H)/R)

＝arcsin((R×sinδ+H)/R)

所以，

R为第一凹面反射镜片310的曲率半径，数值确定，δ和H可以通过前文所述方法求解，故Laz的数值可以确定。

S3、按照步骤S2中计算出的安装角度和位置安装成像单元200。

通过对于上述光学模型论证可以确定，对于曲率半径为R的第一凹面反射镜片310，在第一凹面反射镜片310弧中点a位置，沿着与主光轴oa呈δ角度数的方向直线上，在距离a点长度为Laz的位置，设置成像单元200，利用凹面镜焦点不唯一的特性，可以得到一束宽度为H的平行光线。

按照本方法可以快速找到成像单元200的安装角度和位置，无需反复试验和调整，提高了生产效率和装置的精确度。

可以理解的是，当反射镜片组300还包括更多的反射镜片时，也可以按照上述方法计算成像单元200的安装角度和位置。例如当反射镜片组300还包括第二反射镜片320时，成像单元200经过第二反射镜片320形成第一虚像，按照上述方法计算出的成像单元200的安装角度和位置实际是第一虚像的角度和位置。再根据第一虚像的角度和位置，调节成像单元200相对第二反射镜片320的安装角度和位置。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车抬头显示系统的安装方法，其特征在于，该汽车抬头显示系统包括反射镜片组(300)和成像单元(200)，所述反射镜片组(300)至少包括第一凹面反射镜片(310)，其用于将成像单元(200)射出的成像光线投射到汽车的普通挡风玻璃(100)，并经所述普通挡风玻璃(100)反射至驾驶员人眼，该汽车抬头显示系统通过下述步骤安装：

S1、将所述第一凹面反射镜片(310)固定在普通挡风玻璃(100)下方；

S2、计算或调节所述成像单元(200)相对所述第一凹面反射镜片(310)的安装角度和位置，使所述成像单元(200)射出的成像光线的球面波部分光束经所述第一凹面反射镜片(310)反射后变成平行光束；

S3、按照步骤S2中计算出的安装角度和位置安装所述成像单元(200)。

2.根据权利要求1所述的汽车抬头显示系统的安装方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、计算出成像光线在普通挡风玻璃(100)上的入射角θ1；

S22、根据所述成像光线在所述普通挡风玻璃(100)的内侧反射面(111)上的入射角θ1和折射率公式，计算出所述普通挡风玻璃(100)入射平行光光束的宽度H；

S23、根据所述入射角θ1，计算出所述成像单元(200)射出的成像光线在所述第一凹面反射镜片(310)弧中点a处的入射角δ；

S24、根据所述普通挡风玻璃(100)入射平行光光束的宽度H、所述成像光线在第一凹面反射镜片(310)弧中点a处的入射角δ和正弦定理，计算出所述成像单元(200)与第一凹面反射镜片(310)弧中点a的距离Laz。

3.根据权利要求2所述的汽车抬头显示系统的安装方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括：

S211、获取内侧反射面(111)与水平线之间的夹角α、所述第一凹面反射镜片(310)在弧中点a的曲率半径R、所述第一凹面反射镜片(310)的宽度L1、第一凹面反射镜片(310)的弦与水平线之间的夹角β、第一凹面反射镜片(310)下端距离所述普通挡风玻璃(100)下边缘之间的距离Lmn和所述汽车抬头显示系统在所述普通挡风玻璃(100)上的成像位置高度Les；

S212、根据公式θ1＝α+arctan((Les/tanα-(Lmn-Lng))/(Les-Lag))，计算出所述成像光线在普通挡风玻璃(110)上的入射角θ1，

其中

4.根据权利要求2所述的汽车抬头显示系统的安装方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：

S221、获取内侧普通挡风玻璃(110)的厚度H1、折射率n1，夹膜厚度H2的折射率n2，外侧普通挡风玻璃(120)的厚度H3、折射率n3以及所述步骤S21中计算得到的光线在内侧普通挡风玻璃(110)上的入射角θ1；

S222、根据折射率公式计算出成像光线在内侧反射面(111)上的折射角θ2、成像光线在夹膜(130)上的折射角θ3和成像光线在外侧普通挡风玻璃(120)上的折射角θ4；

S223、根据公式

计算出普通挡风玻璃(100)入射平行光光束的宽度H。

5.根据权利要求2所述的汽车抬头显示系统的安装方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括：

S231、获取内侧反射面(111)与水平线之间的夹角α，第一凹面反射镜片(310)的弦与水平线之间的夹角β，以及所述步骤S21中计算得到的成像光线在内侧普通挡风玻璃(110)上的入射角θ1；

S232、根据公式δ＝180°-θ1-(360°-90°-90°-(180°-α-β))，计算出成像单元(200)射出的成像光线在第一凹面反射镜片(310)弧中点a处的入射角δ。

6.根据权利要求2所述的汽车抬头显示系统的安装方法，其特征在于，所述步骤S24具体包括：

S241、获取所述第一凹面反射镜片(310)的曲率半径R、所述步骤S22中计算得到的普通挡风玻璃(100)入射平行光光束的宽度H以及所述步骤S23中计算得到的成像单元(200)射出的成像光线在第一凹面反射镜片(310)弧中点a处的入射角δ；

S242、根据公式

计算出成像单元(200)与第一凹面反射镜片(310)弧中点a的距离Laz。

7.一种消除重影的方法，其特征在于，根据权利要求1-5任意一项所述的汽车抬头显示系统的安装方法在普通挡风玻璃(110)的下方安装成像单元(200)和反射镜片组(300)，使所述成像单元(200)射出的成像光线球形波中的部分光束经所述反射镜片组(300)反射后变成平行光束，该平行光线经普通挡风玻璃(110)折射的光线与平行光线中经该点反射的光线反射角度相同，驾驶员眼球位置设计在反射的光线的延长上，从驾驶员角度观察反射的光线所形成的第一图像(210)和折射线所形成的第二图像(220)在同一角度上，从而消除普通普通挡风玻璃(100)的内侧反射面(111)和外侧反射面(121)两次反射所产生的重影现象。

8.一种汽车抬头显示系统，其特征在于，包括成像单元(200)和反射镜片组(300)，所述反射镜片组(300)至少包括第一凹面反射镜片(310)，所述反射镜片组(300)用于接收所述成像单元(200)射出的成像光线，并将所述成像光线反射至所述普通挡风玻璃(100)，所述普通挡风玻璃(100)包括内侧反射面(111)和外侧反射面(121)，所述成像光线经所述内侧反射面(111)反射后形成第一图像(210)，所述成像光线经所述外侧反射面(121)反射后形成第二图像(220)，所述汽车抬头显示系统还包括计算装置，所述计算装置实现下述安装方法，调节所述成像单元(200)的安装角度和位置使所述第一图像(210)和第二图像(220)沿人眼方向重合：

S1、将所述第一凹面反射镜片(310)固定在普通挡风玻璃(100)下方；

S2、计算所述成像单元(200)相对所述第一凹面反射镜片(310)的安装角度和位置，使所述成像单元(200)射出的成像光线经所述第一凹面反射镜片(310)反射后变成平行光线；

S3、按照步骤S2中计算出的安装角度和位置安装所述成像单元(200)。

9.根据权利要求7所述的汽车抬头显示系统，其特征在于，所述平行光线的宽度大于等于所述平行光线从入射到内侧反射面(111)的入射点到最终再次经内侧反射面(111)折射出的点之间的距离。

10.根据权利要求8所述的汽车抬头显示系统，其特征在于，所述反射镜片组(300)还包括第二反射镜片(320)，所述第二反射镜片(320)为平面反射镜片、凹面反射镜片或凸面反射镜片。

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