CN206920709U - 一种分体式安装的抬头显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分体式安装的抬头显示装置，所述分体式安装的抬头显示装置包括：一安装于车内的成像装置，用以作为车内投射的图像源，一安装于车内仪表台上的所述反射装置，用以接收从所述成像装置中发射的图像信息，所述成像装置与所述反射装置通过调节至一设定相对位置后，驾驶员通过前挡玻璃观察到所述图像信息的虚像，所述反射装置上具有角度可调节的反射镜模组，并通过电机结构控制所述反射镜模组的角度位置，所述反射镜模组至少包括一自由曲面镜面。本实用新型的抬头显示装置，可降低外部光线干扰和进行自适应调节的。此外，分体式安装能够减少车内的占用空间。

Description

一种分体式安装的抬头显示装置

技术领域

本实用新型涉及汽车产品领域，特别涉及一种分体式安装的抬头显示装置。

背景技术

抬头数字显示仪(Heads Up Display)，风窗玻璃仪表显示，又叫平视显示系统，它可以把重要的信息，映射在风窗玻璃上的全息半镜上，使驾驶员不必低头，就能看清重要的信息。采用抬头数字显示仪，使得驾驶员不必低头，就可以看到信息，从而避免分散对前方道路的注意力。同时也不必在观察远方的道路和近处的仪表之间调节眼睛，可避免眼睛的疲劳。

现有技术中的抬头数字显示仪大致包括如下的几种解决方案，比如，中国申请号CN201520454544.5，HUD成像屏能够调节的车载HUD智能终端，该车载HUD智能终端包括主机、HUD成像屏，该车载HUD智能终端还包括能够使所述HUD成像屏在所述主机上进行角度调节的调节机构。缺点在于:由于车载HUD智能终端是一体结构，由于反射光路的原因，需要保证主机本身会较大的占用车内空间。又比如，中国申请号CN201620109347.4，一种带显示触控功能的HUD设备，HUD本体和触控显示器，所述触控显示器与HUD本体电连接，所述触控显示器显示的内容与HUD本体投射的内容相同。缺点在于：采用触控显示器，需要手动进行控制和操作，无法解决驾驶安全的问题。又比如，中国申请号CN201620471742.7，一种车载HUD智能终端，所述壳体内安装有电源及与电源电性连接的电路板，所述电路板上集成有蓝牙模块、MCU芯片，壳体上部的一端转动连接有液晶显示模块，所述液晶显示模块与MCU芯片电性连接，壳体上部的另一端转动连接有用于接收液晶显示模块投影图像的HUD成像屏，所述HUD成像屏为凹面镜，且HUD成像屏的表面设置有纳米光学镀膜，所述液晶显示模块包括支架及由支架的一端至另一端依次布置的散热器、LED光源、LED光杯、棱镜片、液晶显示屏。缺点在于：若终端中的配件损坏整机无法进行使用，实用性较低。

基于上述，现有技术中存在如下的缺陷：

1，显示终端多为一体式结构，占用车内的有效使用面积，

2，终端上的反射机构的反射角度无法进行自适应调节，主动适应驾驶员的性能较差，

3，终端上的图像源的成像方式容易受到外部光线的影响，从而影响驾驶员的驾驶舒适度和安全。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种可降低外部光线干扰和进行自适应调节的分体式安装的抬头显示装置。

解决上述技术问题，本实用新型提供了一种分体式安装的抬头显示装置，包括：

一安装于车内的成像装置，用以作为车内投射的图像源，

一安装于车内仪表台上的所述反射装置，用以接收从所述成像装置中发射的图像信息，

所述成像装置与所述反射装置通过调节至一设定相对位置后，驾驶员通过前挡玻璃观察到所述图像信息的虚像，

所述反射装置上具有角度可调节的反射镜模组，并通过电机结构控制所述反射镜模组的角度位置，所述反射镜模组至少包括一自由曲面镜面。

采用分体式的机构，减少装置在车内的占用空间。通过采用电机结构自动或者手动调节反射镜模组的位置角度，从而符合不同身形的驾驶员。采用自由曲面镜面的设计区别于现有技术中使用的平面反射镜，能够最大化的减少由挡风和外部光线造成的图像畸变问题。

更进一步，还包括：安装于所述反射装置的可转动摄像头，所述可转动摄像头的朝向默认为司机方向，所述可转动摄像头中至少包括:一内置摄像头、红外补偿装置以及麦克风阵列，

所述内置摄像头，用以采集车内驾驶员的图像信息，

所述红外补偿装置，用以配合所述内置摄像头进行光补偿，

所述麦克风阵列，用以采集并识别车内驾驶员的语音信息。

所述内置摄像头可以采用无线接触式连接进行供电。

所述内置摄像头还被配置为：可以采集车内，车外的视频数据。

可转动摄像头可以识别来自不同方向的声音，默认朝向司机方向做疲劳驾驶和分心驾驶预警等功能。

更进一步，所述成像装置包括：LCD液晶成像屏模组，

所述LCD液晶成像屏模组包括：用以提高成像屏亮度的增强背光灯机构、用以降温的散热机构和风扇机构，并将所述成像屏亮度被配置在：15000nit-45000nit的亮度范围内。通过加大背光灯设计，并辅以高效散热片和风扇系统进行降温，将LCD液晶成像屏模组的亮度提高15000nit到甚至45000nit以上，从而使普通前挡玻璃无需任何贴膜也能在白天阳光下清晰反射出图像。nit是一个可见光强度单位,通常用来指出阴极射线管或液晶显示器计算机显示的亮度。上述LCD液晶成像屏模组的工作频率在10w-100w，从而获得最高效能值。

更进一步，所述LCD液晶成像屏模组黏贴或吸附于所述前挡玻璃或者后视镜上，并通过车内后视镜输入/输出数据，以及供电。所述LCD液晶成像屏模组支持多种安装方式，比如，通过万象球支架粘或吸附在前挡玻璃上。还比如，通过带万向球结构的卡座以卡扣结构固定在后视镜上。此外，粘贴或吸附在前挡玻璃的万象球支架和前挡玻璃的接触面面积做大，起到遮阳的作用，为降低阳光对LCD液晶成像屏模块的直射，从来降低高温暴晒影响。

更进一步，所述电机结构包括至少两个电机，用以控制所述反射镜模组分别在X轴、Y轴、Z轴上调节角度，

若电机在正常工作状态，则自动调节上述角度，

若电机在非正常工作状态，则通过一外置按键手动调节上述角度。

还可以通过移动端上的应用程序控制，能实现两个方向的自动调节。

更进一步，镀膜镀在外层的所述自由曲面镜面，自由曲面镜面被配置为，在一设定曲率内抵消水平方向及垂直方向投影图像的畸变。通过镀膜镀在表面，能避免反射屏本身产生重影的问题。更进一步，所述LCD液晶成像屏模组被配置为一外设设备的投影仪或一独立成像设备。

更进一步，所述成像装置还包括：LED成像装置、DLP成像装置、激光投影装置或者LCOS投影的一种或者多种成像装置。

更进一步，所述成像装置和所述反射装置被配置为，根据驾驶员的眼睛位置自动调节所述的设定相对位置，驾驶员的眼睛位置可通过配置的摄像头进行采集和进一步识别。

基于上述，本实用新型中通过在车的前风挡上增设用以增加显示亮度的反射膜，还包括如下的操作安装步骤：

在车内安装用以作为车内投射的图像源成像装置，

在车内仪表台上安装用以接收从所述成像装置中发射的图像信息的所述反射装置，

通过将所述成像装置与所述反射装置通过调节至一设定相对位置后，使得驶员通过前挡玻璃观察到所述图像信息的虚像，

在所述反射装置上配置具有角度可调节功能的反射镜模组，并通过电机结构控制所述反射镜模组的角度位置，

将所述反射镜模组配置为：至少包括一自由曲面镜面。

具体车内安装实施时，上述反射装置相对图像源成像装置的距离不大于550mm，可以获得最优的成像效果。

具体车内安装实施时，还可以通过在车的前风挡上贴膜，用以增加显示亮度。

具体车内安装实施时，图像源成像装置可以是一组多个组合，和反射屏的距离不同，从而形成和用户人眼不同距离的虚像。不同距离的虚像显示不同的驾驶信息。

本实用新型的有益效果：

由于本实用新型中采用分体式的安装结构，能够减少车内的占用空间。由于所述成像装置与所述反射装置通过调节至一设定相对位置后，驾驶员通过前挡玻璃观察到所述图像信息的虚像，所述反射装置上具有角度可调节的反射镜模组，并通过电机结构控制所述反射镜模组的角度位置，能够实现反射镜模组的自适应调节，从而能够主动适应驾驶员。由于所述反射镜模组至少包括一自由曲面镜面，能够解决投射图像出现的畸变。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中的分体式安装的抬头显示装置原理示意图；

图2是本实用新型一实施例中的分体式安装的抬头显示装置结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例中的分体式安装的抬头显示装置结构示意图；

图4是图3的原理示意图；

图5是图4中的可转动摄像头的原理示意图；

图6是本实用新型中的LCD液晶成像屏模组结构示意图；

图7是本实用新型中的成像装置的优选实施方式示意图；

图8是本实用新型中的反射装置的优选实施方式示意图；

图9(a)是本实用新型中反射装置的舵机外部示意图；

图9(b)是本实用新型中反射装置的舵机控制原理示意图；

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

可以理解，在本申请中的自由曲面，表面形状不能被连续加工的，具有传统加工成型的任意性特点的曲面。自由曲面特征识别方法可是基于边界匹配的特征识别方法也可以是基于立体分解的特征识别方法。

可以理解，在本申请中的舵机结构，是由直流电机、变速齿轮组、可调电位器和控制电路板组成的一套自动控制系统。通过发送信号，指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度(比如180度)。控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。若舵机稳定在初始位置点，控制电路板发出一个PWM信号，舵机全速由初始位置点转向第二位置点，在这个过程中需要一段时间，舵机才能运动到第二位置点。设保持时间为Tw，当Tw≥△T时，舵机能够到达目标，并有剩余时间；当Tw≤△T时，舵机不能到达目标。理论上：当Tw＝△T时，系统最连贯，而且舵机运动的最快。

可以理解，LED成像装置，是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式。

DLP成像，即为数字光处理，也就是说这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来,DLP投影技术应用了数字微镜晶片(DMD)来作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。光源通过色轮后折射在DMD芯片上，DMD芯片在接受到控制板的控制信号后将光线发射到投影屏幕上。

激光投影装置，是使用激光光束来透射出画面。其中激光投影机的光学部件主要由红绿蓝三色光阀、合束X棱镜、投影镜头和驱动光阀。在激光投影机中有红、绿、蓝三色激光。激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的扩束后再透射到X棱镜将三束激光整合，然后再由投影物镜将整合后的激光透射到投影幕布上，完成整个激光投影机显示过程。

LCOS投影装置，基于LCOS投影技术的成像采用反射式光路，属于新型的反射式micro LCD投影技术，其结构是在矽晶圆上长电晶体，利用半导体制程制作驱动面板，然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成CMOS基板，然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，再抽入液晶，进行封装测试。

请参考图1-图2，在本实施例中的一种分体式安装的抬头显示装置，包括：一安装于车内的成像装置1，用以作为车内投射的图像源，一安装于车内仪表台上的所述反射装置2，用以接收从所述成像装置中发射的图像信息，所述成像装置与所述反射装置通过调节至一设定相对位置后，驾驶员通过前挡玻璃观察到所述图像信息的虚像，所述反射装置上具有角度可调节的反射镜模组21，并通过电机结构22控制所述反射镜模组21的角度位置，所述反射镜模组至少包括一自由曲面镜面211。采用上述分体式结构，能够有效地减少车内的占用空间。同时通过反射镜模组21进行自动调节，以适应不同的驾驶员。工作时，

通过分体式安装的结构，将成像装置1作为图像源安装在风挡顶部位置(比如可以是后视镜位置或者挡风)，将反射装置2安装在仪表台前方，当所述成像装置1与所述反射装置2通过调节至一设定相对位置后用户可以通过风挡查看虚像。本领域技术人员能够明了，所述图像信息包括但不限于，汽车时速、发动机转速、发动机水温、油耗等车辆基础信息，以及作为与车内设备通过近场通信连接的投影显示装置，显示车内设备上的信息，包括但不限于，车载中控、手机等。

在一些实施例中，所述抬头显示装置的有效焦距范围为：550mm。

作为本实施例中的优选，所述抬头显示装置的中将所述成像装置1与所述反射装置2的工作距配置为：420mm～500mm的范围内。

在一些实施例中，通过自由曲面镜面211使得图像畸变：<3％。

在一些实施例中，具有角度可调节的反射镜模组21的有效焦距配置为：620mm，

在一些实施例中，有角度可调节的反射镜模组21的尺寸范围在120mmx76mm之间，优选：160mm x 90mm。比如，反射镜模组21的尺寸为160mmx90mm时，可允许人眼左右各移动45mm时，上下各移动25mm时，仍可以看全LCD的图像。

优选地，反射镜模组21的反射率要求不小于90％。

在一些实施例中，设定相对位置包括但不限于，反射镜模组21的倾斜角度：沿x轴向上倾斜34.6°，沿y轴向右倾斜14°，可保证成像的完整和最小的占用空间。

在一些实施例中，反射镜模组21的自由曲面镜面211的中心到挡风玻璃水平距离优选为：130mm，可避免出现距离过长无法成像的问题。

上述过程中，反射镜模组21像距计算公式如下：

一次成像

风挡玻璃焦距：3470mm

二次成像

放大率计算公式

通过上述一次成像，将所述作为车内投射的图像源的成像装置1发射的图像经过自由曲面镜面211反射，通过上述二次成像后通过风挡反射，并在风挡远端成虚像。

作为本实施例中的优选，如图3-图5所示，还包括：安装于所述反射装置的可转动摄像头23，所述可转动摄像头23的朝向默认为司机方向，所述可转动摄像头23中至少包括:一内置摄像头232、红外补偿装置231以及麦克风阵列233，所述内置摄像头232，用以采集车内驾驶员的图像信息，所述红外补偿装置231，用以配合所述内置摄像头进行光补偿，所述麦克风阵列233，用以采集并识别车内驾驶员的语音信息。由于所述麦克风阵列233具备空间选择性，通过电扫阵列等空间定位技术可以获取声源的有效位置，智能设备在获取精准的声源位置信息，从而进一步获取高品质的语音信号质量。此外，采用所述麦克风阵列233可以自动检测声源位置，跟踪说话人，同时可以获取多声源和跟踪移动声源的优势，无论乘坐着位于何处，都会对你的位置方向进行语音增强。更进一步，所述麦克风阵列233增加了空域处理，对多信号空时频三维的处理弥补单信号在噪声抑制，回声抑制，混响抑制，声源定位，语音分离方面的不足，让可转动摄像头在复杂的环境中都可以获取高质量的语音信号，从而提供更好的智能语音体验。

在一些实施例中，通过上述内置摄像头232定位驾驶员的眼睛位置，再通过反射装置自带的陀螺仪/重力传感器G-Sensor/三轴加速度传感器，然后通过电动马达调节反射镜的角度，辅助用户安装和调节。

作为本实施例中的优选，如图6所示所述成像装置1包括：LCD液晶成像屏模组11，所述LCD液晶成像屏模组11包括：用以提高成像屏亮度的增强背光灯机构111、用以降温的散热机构112和风扇机构113，并将所述成像屏亮度被配置在：15000nit-45000nit的亮度范围内，从而使普通前挡玻璃无需任何贴膜也能在白天阳光下清晰反射出图像。通过所述散热机构112将进行热传导从而降低整体的温度、通过所述风扇机构113通过形成吹向增强背光灯机构111的风从而降低整体的温度。

作为本实施例中的优选，如图7所示，所述LCD液晶成像屏模组11黏贴或吸附于所述前挡玻璃或者后视镜上与其结合或者位于其左右两侧，并通过车内后视镜输入/输出数据，以及供电。所述LCD液晶成像屏模组11支持两种安装模式：通过万向球支架12粘或吸附在前挡玻璃上；也可以通过带万向球结构12的卡座13以卡扣结构固定在车内后视镜上。同时，所述LCD液晶成像屏模组11既可以单独使用，也可以附加摄像头模组(附图中预留的安装孔)，同时通过触点结构(触点开关)给摄像头模组供电，同时实现视频数据的输入输出。

作为本实施例中的优选，如图8所示，自由曲面镜面211可以在水平和垂直方向上进行转动。

在一些实施例中，所述自由曲面镜面211可以采用两片进行叠放，以实现可调节性。

在一些实施例中，粘贴或吸附在前挡玻璃的万象球支架12和前挡玻璃的接触面面积做大，起到遮阳的作用，能够有效地降低阳光对LCD液晶成像屏模块的直射，从来降低高温暴晒影响。具体而言，以自由曲面镜面211为底，驾驶者的眼睛为顶，放样后的锥面为外界照进人眼的光线，遮挡板(万象球支架12)放在此锥面内即可。或者，以自由曲面镜面211为底，驾驶者的眼睛(范围：64mmx20mm)为顶，放样后的锥面为LCD成像光线，遮挡板(以万象球支架12为例)必须在此锥面以外。

作为本实施例中的优选，如图9(a)、图9(b)所示，电机结构以舵机结构为例，所述舵机结构包括至少两个舵机221，用以控制所述反射镜模组21分别在X轴、Y轴、Z轴上调节角度，

若舵机221在正常工作状态，则自动调节上述角度，

若舵机221在非正常工作状态，则通过一外置按键100手动调节上述角度。

作为本实施例中的优选，通过镀膜镀在外层的所述自由曲面镜面211，自由曲面镜面211被配置为，在一设定曲率内抵消水平方向及垂直方向投影图像的畸变。通过镀膜镀在外层区别于传统镜镀膜在内层，以避免传统镜子玻璃厚度带来的二次反射所造成的重影问题。

作为本实施例中的优选，所述LCD液晶成像屏模组被配置为一外设设备的投影仪或一独立成像设备，LCD液晶成像屏模组既可以内置主板及CPU/MUC芯片的方案，形成自带缓存功能和具备自主存储及运算能力的一体化设备。也可以只集成投影成像芯片(比如TI的DMD芯片)和主板，做为手机、中控台车机、智能后视镜的外置投影仪，投影成像芯片和主板也可以集成在LCD液晶成像屏模组里。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

总体而言，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意组合实施。一些方面可以以硬件实施，而其它一些方面可以以固件或软件实施，该固件或软件可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行。虽然本公开的各种方面被示出和描述为框图、流程图或使用其它一些绘图表示，但是可以理解本文描述的框、设备、系统、技术或方法可以以非限制性的方式以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或其一些组合实施。

此外，虽然操作以特定顺序描述，但是这不应被理解为要求这类操作以所示的顺序执行或是以顺序序列执行，或是要求所有所示的操作被执行以实现期望结果。在一些情形下，多任务或并行处理可以是有利的。类似地，虽然若干具体实现方式的细节在上面的讨论中被包含，但是这些不应被解释为对本公开的范围的任何限制，而是特征的描述仅是针对具体实施例。在分离的一些实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地执行。相反对，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分离地实施或是以任何合适的子组合的方式实施。

Claims (9)

1.一种分体式安装的抬头显示装置，其特征在于，包括：

一安装于车内的成像装置，用以作为车内投射的图像源，

一安装于车内仪表台上的反射装置，用以接收从所述成像装置中发射的图像信息，

所述成像装置与所述反射装置通过调节至一设定相对位置后，驾驶员通过前挡玻璃观察到所述图像信息的虚像，

所述反射装置上具有角度可调节的反射镜模组，并通过电机结构控制所述反射镜模组的角度位置，所述反射镜模组至少包括一自由曲面镜面。

2.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，还包括：安装于所述反射装置的可转动摄像头，所述可转动摄像头的朝向默认为司机方向，所述可转动摄像头中至少包括:一内置摄像头、红外补偿装置以及麦克风阵列，

所述内置摄像头，用以采集车内驾驶员的图像信息，

所述红外补偿装置，用以配合所述内置摄像头进行光补偿，

所述麦克风阵列，用以采集并识别车内驾驶员的语音信息。

3.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述成像装置包括：LCD液晶成像屏模组，

所述LCD液晶成像屏模组包括：用以提高成像屏亮度的增强背光灯机构、用以降温的散热机构和风扇机构，并将所述成像屏亮度被配置在：15000nit-45000nit的亮度范围内。

4.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述LCD液晶成像屏模组黏贴或吸附于所述前挡玻璃或者后视镜上，并通过车内后视镜输入/输出数据，以及供电。

5.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述电机结构包括至少两个电机，用以控制所述反射镜模组分别在X轴、Y轴、Z轴上调节角度，

若电机在正常工作状态，则自动调节上述角度，

若电机在非正常工作状态，则通过一外置按键手动调节上述角度。

6.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，镀膜镀在外层的所述自由曲面镜面，自由曲面镜面被配置为，在一设定曲率内抵消水平方向及垂直方向投影图像的畸变。

7.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述LCD液晶成像屏模组被配置为一外设设备的投影仪或一独立成像设备。

8.根据权利要求1-7任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述成像装置还包括：LED成像装置、DLP成像装置、激光投影装置或者LCOS投影的一种或者多种成像装置。

9.根据权利要求1-7任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述成像装置和所述反射装置被配置为，根据驾驶员的眼睛位置自动调节所述的设定相对位置。