CN204586669U - 一种车载抬头显示系统及汽车 - Google Patents

Abstract

为克服更换驾驶员时，驾驶员都需要花费一定时间来调整图像高度的问题，本实用新型提供了一种车载抬头显示系统及其汽车。其包括显示屏组件和三反式光学组件；三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件、像质补偿镜组件和前挡补偿镜组件；其中，前挡补偿镜组件包括支架、壳体、角度调节机构及用于对汽车上前挡风玻璃引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片；角度调节机构包括旋转模块、电机和控制存储模块；电机与旋转模块连接，控制存储模块与所述电机连接。本实用新型提供的上述车载抬头显示系统，每次更换驾驶员时，可实现一键调整投影图像高度，省去调整车载抬头显示系统投影图像高度的麻烦，提高车辆驾乘体验。

Description

一种车载抬头显示系统及汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车领域，尤其指汽车上的车载抬头显示系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对于汽车的要求更高，现有部分汽车上已安装了车载抬头显示系统（英文简称：HUD，英文全称：Heads Up Display），也叫平视显示仪，安装于汽车的仪表台上，车载抬头显示系统利用光学反射的原理，将信息以文字和图形的方式投射到前挡风玻璃上，投射图像的高度大致与驾驶员的眼睛在同一水平线上。驾驶员可以在前方观看到该车载抬头显示系统投射的图像经前挡风玻璃反射后所成的虚像。如此，驾驶员在驾驶过程中，能够轻易的将外界的景象与抬头显示仪显示的信息融合在一起，观看起来非常舒适，驾驶员不必低头，就可以看到导航、车速等其他信息，从而避免分散对前方道路的注意力，行车安全性有很大的提高。

上述车载抬头显示系统的成像一般限于某一个位置，而驾驶员的身高有很大的不同，投影图像高度需能进行调整。如果换驾驶员驾驶车辆，由于驾驶员的身高不同，原有投影图像的位置就不合适，这就使得每次更换驾驶员时，驾驶员都需要花费一定的时间来调整图像高度，以便能完整舒服的看到整个图像。

实用新型内容

为克服更换驾驶员时，驾驶员都需要花费一定时间来调整图像高度的问题，本实用新型提供了一种车载抬头显示系统及其汽车。

本实用新型一方面提供了一种车载抬头显示系统，包括显示屏组件和三反式光学组件；所述三反式光学组件位于所述显示屏组件的出射光路上，将显示屏组件投射的图像反射至汽车前挡风玻璃上；所述汽车前挡风玻璃将图像反射至人眼；

所述三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件、像质补偿镜组件和前挡补偿镜组件；

所述变倍镜组件包括用于对显示屏组件投射的图像进行放大或缩小和折转光路的变倍镜片、及用于对所述变倍镜片曲率进行调节的变倍镜片曲率调节组件；

所述像质补偿镜组件包括用于对所述变倍镜片曲率变化过程中引起的像质失真进行补偿和折转光路的像补镜片、及用于对所述像补镜片曲率进行调节的像补镜片曲率调节组件；

其中，所述前挡补偿镜组件包括支架、壳体、角度调节机构及用于对汽车上前挡风玻璃引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片；

所述角度调节机构包括旋转模块、电机和控制存储模块；所述前挡补偿镜片安装在所述支架上，所述支架安装在所述壳体上；

所述旋转模块与所述支架连接，控制所述支架旋转；所述电机与所述旋转模块连接，通过所述旋转模块带动所述支架转动；所述控制存储模块与所述电机连接，控制所述电机动作。

优选地，所述旋转模块包括齿轮组及顶推件；

所述电机包括一螺杆轴，所述螺杆轴与所述齿轮组啮合；

所述顶推件的包括顶推端和啮合端；所述啮合端与所述齿轮组啮合，所述顶推端与所述支架的背面相接；所述顶推件将所述齿轮组的旋转运动转换为直线运动。

优选地，所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；

所述第三齿轮与所述电机上的螺杆轴啮合；

所述第二齿轮分别与所述第一齿轮和第二齿轮啮合，所述第一齿轮的中心处设有内螺纹孔；

所述顶推件的啮合端设有外螺纹，所述啮合端上的外螺纹与所述第一齿轮上的内螺纹孔啮合。

优选地，所述第一齿轮的中心处设有凸台，所述内螺纹孔设置在所述凸台上。

优选地，所述凸台为多瓣的卡爪结构，所述卡爪结构的中心处形成所述内螺纹孔。

优选地，所述顶推端为球头，所述支架背部设有球头安装孔，所述球头安装在所述球头安装孔内。

优选地，所述球头上设置有防转凸块，在所述支架背部的球头安装孔内设置有与该防转凸块对应的防转槽。

优选地，所述壳体与所述角度调节机构之间还安装有压缩弹簧。

优选地，所述壳体上设有一弹簧安装柱，所述角度调节机构上设有安装柱孔；所述弹簧安装柱插入所述安装柱孔内，所述压缩弹簧安装在所述弹簧安装柱外。

优选地，所述支架的两侧上设有旋转轴，所述壳体上对应设有轴孔；

所述旋转轴安装在所述轴孔内，使所述支架可绕所述旋转轴旋转。

优选地，所述电机为步进电机。

优选地，所述前挡补偿镜组件还包括用于检测所述前挡补偿镜片初始位置的所述位置开关。

优选地，所述控制存储模块包括控制单元和存储单元；

所述存储单元用于存储所述驾驶员的位置参数，所述控制单元可读取所述存储单元中存储的位置参数，控制所述电机动作。

本实用新型第二方面提供了一种汽车，包括上述的车载抬头显示系统。

本实用新型实施例提供的上述车载抬头显示系统和包括该车载抬头显示系统的汽车，由于其在前挡补偿镜组件中加入了旋转模块、电机和控制存储模块，驾驶员可以将与适合其位置的位置匹配的电机状态存储在控制存储模块中，并通过该控制存储模块控制电机的动作；因此，每次更换驾驶员时，可实现一键调整投影图像高度，省去调整车载抬头显示系统投影图像高度的麻烦，提高车辆驾乘体验。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中提供的车载抬头显示系统原理示意图；

图2是本实用新型提供的具体实施方式中提供的车载抬头显示系统控制示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中提供的前挡补偿镜组件剖面示意图；

图4是本实用新型具体实施方式中提供的前挡补偿镜组件立体示意图；

图5是本实用新型具体实施方式中提供的支架立体示意图；

图6是图3中A处放大示意图；

其中，1、显示屏组件；2、变倍镜组件；3、像质补偿镜组件；4、前挡补偿镜组件；5、前挡风玻璃；6、人眼；41、前挡补偿镜片；42、支架；43、壳体；44、角度调节机构；4a、调节外壳；4b、第一齿轮；4c、顶推件；4d、第二齿轮；4e、第三齿轮；4f、电机；4g、螺杆轴；4h、压缩弹簧；4j、位置开关；4i、控制存储模块；421、旋转轴；4b1、凸台；4b2、卡爪结构；4c1、顶推端；4c2、啮合端；4h1、弹簧安装柱；422、球头安装孔；4c11、防转凸块；423、防转槽。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、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，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本例将对本实用新型提供的车载抬头显示系统进行具体解释说明，如图1、图2所示，包括显示屏组件1和三反式光学组件，所述三反式光学组件位于所述显示屏组件1的出射光路上，将显示屏组件1投射的图像反射至汽车前挡风玻璃5上；所述汽车前挡风玻璃5将图像反射至人眼6；

所述三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件2、像质补偿镜组件3和前挡补偿镜组件4；

其中，如图2所示，包括支架42、壳体43、角度调节机构及用于对汽车上前挡风玻璃引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片41；

所述角度调节机构包括旋转模块、电机4f和控制存储模块4i；所述前挡补偿镜片41安装在所述支架42上，所述支架42安装在所述壳体43上；

所述旋转模块与所述支架42连接，控制所述支架42转动；所述电机4f与所述旋转模块连接，通过所述旋转模块带动所述支架42转动；所述控制存储模块4i与所述电机4f连接，控制所述电机4f动作。

其中，该旋转模块可以为任意能驱动该支架42旋转（也可称转动）的结构，比如，其旋转模块包括齿轮组及顶推件4c；本例中，图3、图4给出了一种角度调节机构的示意图。该角度调节机构安装在壳体43上，所述电机4f、齿轮组和所述顶推件4c安装在所述调节外壳4a内；

所述电机4f包括一螺杆轴4g，所述螺杆轴4g与所述齿轮组啮合；

所述顶推件4c的包括顶推端4c1和啮合端4c2；所述啮合端4c2与所述齿轮组啮合，所述顶推端4c1与所述支架42的背面相接；所述顶推件4c将所述齿轮组的旋转运动转换为直线运动。该顶推件4c作用在支架42上，也即作用在支架42中的前挡补偿镜片41上，实现对前挡补偿镜片41的反射角度调节，进而实现对投影图像高度的调节。

其中，该电机4f为步进电机。该电机4f的转动通过该齿轮组传动后，使该顶推件4c前进或后退，以达到调节其支架42反射角度的目的。

其中，关于该齿轮组，用来传递该电机4f上螺杆轴4g的旋转运动，将该旋转运动传递给顶推件4c，顶推件4c则将其旋转运动转换为直线运动。因此，并不局限于齿轮的个数，只要其起到传递旋转运动的目的即可。如此，可根据需要自行设置齿轮的个数。比如，本例中，所述齿轮组包括第一齿轮4b、第二齿轮4d和第三齿轮4e；所述第三齿轮4e与所述电机4f上的螺杆轴4g啮合；所述第二齿轮4d分别与所述第一齿轮4b和第二齿轮4d啮合，所述第一齿轮4b的中心处设有内螺纹孔；所述顶推件4c的啮合端4c2设有外螺纹，所述啮合端4c2上的外螺纹与所述第一齿轮4b上的内螺纹孔啮合。

具体地，所述第一齿轮4b的中心处设有凸台4b1，所述内螺纹孔设置在所述凸台4b1上。其中，所述凸台4b1为多瓣的卡爪结构4b2，所述卡爪结构4b2的中心处形成所述内螺纹孔，在该卡爪结构4b2外还采用箍簧对其进行紧固。卡爪结构4b2一方面便于装配，一方面用于过载保护。

其中，所述顶推件4c的顶推端4c1为球头，所述支架42背部设有球头安装孔422，所述球头安装在所述球头安装孔422内，同时，该壳体43上也设有孔供该顶推件4c穿过。采用该球头的设计结构，球头结构实现推动位置点的前后、上下的弧线运动，可任意角度旋转，使运动过程更加顺畅。

同时，我们需要的仅为顶推件4c的直线运动，而并不需要其转动运动，因此，可在其上设置防转结构，本实用新型并不限制其防转结构的具体结构，只要其起到防止顶推件4c转动的作用即可，比如，如图6所示，在球头上设置防转凸块4c11，并在支架42背部的球头安装孔422内设置与该防转凸块4c11对应的防转槽423，以限制其转动运动。

其中，所述壳体43与所述角度调节机构44之间还安装有压缩弹簧4h。具体地，如图3-图5所示，所述壳体43上设有一弹簧安装柱4h1，所述角度调节机构44上设有安装柱孔；所述弹簧安装柱4h1插入所述安装柱孔内，所述压缩弹簧4h安装在所述弹簧安装柱4h1外。其中，该壳体43上也设有孔，供该弹簧安装柱4h1穿过。安装该压缩弹簧4h，可以调节角度调节机构44和支架42之间的间隙，使支架42通过该压缩弹簧4h的弹力与顶推件4c向支架42的顶推力互相作用保持固定。

如图5所示，所述支架42的两侧上设有旋转轴421，所述壳体43上对应设有轴孔；所述旋转轴421安装在所述轴孔内，使所述支架42可绕所述旋转轴421旋转。其中，所述旋转轴421位于所述支架42背面的中心位置处，所述顶推件4c安装在所述支架42背面的边缘位置处。该顶推件4c与旋转轴421之间的距离为L，其距离L足够远，增大其旋转半径，放大调整幅度，使支架42可在非常小的旋转角度（小于1°）内进行调整。

其中，所述前挡补偿镜组件4还包括用于检测所述前挡补偿镜片初始位置的所述位置开关4j。

其中，所述控制存储模块4i包括控制单元和存储单元；所述存储单元用于存储所述驾驶员的位置参数，所述控制单元可读取所述存储单元中存储的位置参数，控制所述电机动作。

所述变倍镜组件2包括用于对显示屏组件1投射的图像进行放大或缩小的变倍镜片、及用于对所述变倍镜片焦距进行调节的变倍镜片焦距调节组件；

所述像质补偿镜组件3包括用于对所述变倍镜片焦距变化过程中引起的像质失真进行补偿的像补镜片、及用于对所述像补镜片焦距进行调节的像补镜片焦距调节组件。

该变倍镜组件2用来改变对显示屏组件1投射的图像进行放大或缩小，并可通过其中的变倍镜片焦距调节组件对其变倍镜片的焦距进行调节，从而实现对其投射的图像放大倍数进行调节。而由于经过该变倍镜组件2放大或缩小后的图像，易出现图像失真，降低像面质量，因此，在该变倍镜组件2的后方光路上加入了像质补偿镜组件3，该像质补偿镜组件3可对该变倍镜片改变光路后引起的像面质量进行调节，按规律改变像补镜片的焦距，在物面不动的情况下补偿像面质量，使得车载抬头显示系统投射的图像像质在变焦过程中无明显下降。由于汽车的前挡风玻璃5是一弧形状的玻璃，投射到其上的图像会产生枕形或者筒形畸变，为消除上述畸变，因此在光路中加入了该前挡补偿镜组件4。同时，该前挡补偿镜组件4还可用来调节投影图像的高度。

其中，上述变倍镜片和像补镜片为凹面镜，所述前挡补偿镜片4j为鞍形镜。

显示屏组件1可采用公众所知的任何结构，其包括一透射式显示屏和位于透射式显示屏下端的光源组件，该光源组件产生的光源照射在该透射式显示屏上后，将显示屏上的图像投射出去。本例中，该光源组件包括背光板及在背光板上阵列分布的若干背光灯。作为优选的方式，还可在该光源组件中设置与该背光灯对应的、同样呈阵列分布的聚光透镜，上述聚光透镜可直接安装在背光板上，罩在背光灯外部；也可以胶粘在一聚光基板上，或者与所述聚光基板一体成型。该聚光透镜可以起到将光线聚拢，提高光的利用率，并使出射光线更加均匀，光照效果更好。

所谓的“光路上依次设置的变倍镜组件2、像质补偿镜组件3和前挡补偿镜组件4”，指所述变倍镜组件2位于所述显示屏组件1的出射光路上；所述像质补偿镜组件3位于所述变倍镜组件2的出射光路上；所述前挡补偿镜组件4位于所述像质补偿镜组件3的出射光路上，其出射光线投射向所述前挡风玻璃5。

其中，关于变倍镜片焦距调节组件和补偿镜片焦距调节组件，并不限于特定的形式，只要其为可控、可改变变倍镜片和像补镜片的焦距的组件，无论是电控或者机械控制的方式，都可以。比如将上述像补镜片和变倍镜片统称为镜片。可直接改变其变倍镜片和像补镜片的焦距，也可间接改变其焦距，比如通过改变其镜片的曲率，间接改变其焦距。则上述补偿镜片焦距调节组件和变倍镜片焦距调节组件可称为补偿镜片曲率调节组件和变倍镜片曲率调节组件，其曲率调节均可采用电控的方式，包括导电薄膜和导电基板，在镜片上贴导电薄膜，在镜片下方设置导电基板，则在导电薄膜和导电基板间形成电场，并受电场间产生向下或者向上的静电驱动力。该静电驱动力作用在镜片上时，镜片会向下（或者向上）发生一个微小的变形，使得镜片的曲率发生变化。改变电场的电压大小和方向，可以实现对电场力大小和方向的控制。故可通过改变作用在导电薄膜和导电基板之间的电压来改变车载抬头显示系统的焦距。

此处对本实用新型提供的车载抬头显示系统的工作过程进行简单说明：车载抬头显示系统上电后，控制单元进行初始化，此时步进电机驱动旋转模块带动前挡补偿镜片旋转，直到前挡补偿镜片触发位置开关4j。触发后将步进电机的步进数清零，并记忆为初始位置；首次使用该车载抬头显示系统的驾驶员调整好座椅位置，开始调整前挡补偿镜片旋转，调整合适位置后，根据步进电机所走的步数，将其相对于初始位置的步进数作为位置参数保存到存储单元，并根据不同的驾驶员设置不同的驾驶员序号（或挡位等），比如存储为1、2、3序号或者挡位。当设置和存储好位置信息的驾驶员再次使用该车载抬头显示系统时，只需通过控制单元读取存储单元的步进电机的相对步距数，步进电机带动前挡补偿镜片旋转到设置的位置（即对应的驾驶员序号或挡位等）。驾驶员无需再次手动进行复杂繁琐的调整过程。

本例提供的车载抬头显示系统，由于在其前挡补偿镜组件4中加入了旋转模块、电机4f和控制存储模块4i，驾驶员可以将与适合其位置的位置匹配的电机状态存储在控制存储模块中，并通过该控制存储模块4i控制电机4f的动作；因此，每次更换驾驶员时，可实现一键调整投影图像高度，省去调整车载抬头显示系统投影图像高度的麻烦，提高车辆驾乘体验。

实施例2

本例提供了一种汽车，包括上述实施例1提供的该车载抬头显示系统。

本例中，由于仅对汽车上的车载抬头显示系统做出改进，并不对汽车上的其他部件进行改进，而该车载抬头显示系统已在上述实施例1中做了具体解释说明，因此不再赘述。

本例提供的汽车，由于其在前挡补偿镜组件中加入了旋转模块、电机和控制存储模块，驾驶员可以将与适合其位置的位置匹配的电机状态存储在控制存储模块中，并通过该控制存储模块控制电机的动作；因此，每次更换驾驶员时，可实现一键调整投影图像高度，省去调整车载抬头显示系统投影图像高度的麻烦，提高车辆驾乘体验。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种车载抬头显示系统，其特征在于，包括显示屏组件和三反式光学组件；所述三反式光学组件位于所述显示屏组件的出射光路上，将显示屏组件投射的图像反射至汽车前挡风玻璃上；所述汽车前挡风玻璃将图像反射至人眼；

所述三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件、像质补偿镜组件和前挡补偿镜组件；

所述变倍镜组件包括用于对显示屏组件投射的图像进行放大或缩小和折转光路的变倍镜片、及用于对所述变倍镜片曲率进行调节的变倍镜片曲率调节组件；

所述像质补偿镜组件包括用于对所述变倍镜片曲率变化过程中引起的像质失真进行补偿和折转光路的像补镜片、及用于对所述像补镜片曲率进行调节的像补镜片曲率调节组件；

其中，所述前挡补偿镜组件包括支架、壳体、角度调节机构及用于对汽车上前挡风玻璃引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片；

所述角度调节机构包括旋转模块、电机和控制存储模块；所述前挡补偿镜片安装在所述支架上，所述支架安装在所述壳体上；

所述旋转模块与所述支架连接，驱动所述支架转动；所述电机与所述旋转模块连接，通过所述旋转模块带动所述支架转动；所述控制存储模块与所述电机连接，控制所述电机动作。

2.根据权利要求1所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述旋转模块包括齿轮组及顶推件；

所述电机包括一螺杆轴，所述螺杆轴与所述齿轮组啮合；

所述顶推件的包括顶推端和啮合端；所述啮合端与所述齿轮组啮合，所述顶推端与所述支架的背面相接；所述顶推件将所述齿轮组的旋转运动转换为直线运动。

3.根据权利要求2所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；

所述第三齿轮与所述电机上的螺杆轴啮合；

所述第二齿轮分别与所述第一齿轮和第二齿轮啮合，所述第一齿轮的中心处设有内螺纹孔；

所述顶推件的啮合端设有外螺纹，所述啮合端上的外螺纹与所述第一齿轮上的内螺纹孔啮合。

4.根据权利要求3所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述第一齿轮的中心处设有凸台，所述内螺纹孔设置在所述凸台上。

5.根据权利要求4所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述凸台为多瓣的卡爪结构，所述卡爪结构的中心处形成所述内螺纹孔。

6.根据权利要求2所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述顶推端为球头，所述支架背部设有球头安装孔，所述球头安装在所述球头安装孔内。

7.根据权利要求6所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述球头上设置有防转凸块，在所述支架背部的球头安装孔内设置有与该防转凸块对应的防转槽。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述壳体与所述角度调节机构之间还安装有压缩弹簧。

9.根据权利要求8所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述壳体上设有一弹簧安装柱，所述角度调节机构上设有安装柱孔；所述弹簧安装柱插入所述安装柱孔内，所述压缩弹簧安装在所述弹簧安装柱外。

10.根据权利要求6所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述支架的两侧上设有旋转轴，所述壳体上对应设有轴孔；

所述旋转轴安装在所述轴孔内，使所述支架可绕所述旋转轴旋转。

11.根据权利要求1所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述电机为步进电机。

12.根据权利要求2所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述前挡补偿镜组件还包括用于检测所述前挡补偿镜片初始位置的所述位置开关。

13.根据权利要求2所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述控制存储模块包括控制单元和存储单元；

所述存储单元用于存储驾驶员的位置参数，所述控制单元可读取所述存储单元中存储的位置参数，控制所述电机动作。

14.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-13中任意一项所述的车载抬头显示系统。