一种利用汽车前风挡玻璃实现抬头显示的设备的制作方法

本实用新型涉及一种抬头显示设备，尤其涉及一种利用汽车前风挡玻璃实现抬头显示的设备。

背景技术：

抬头显示器的英文是Head Up Display，一般缩写为HUD,意为“抬头显示”，也可以称为“平视显示器”，是第二次世界大战时为解决战斗机飞行员交替观察驾驶舱内仪表和跟踪目标引起的内外视觉矛盾而开始研发的。同许多战争发展出来的技术一样，HUD最初的应用就是在战斗机上,最早装备HUD的飞机是法国的幻影战斗机。这种由电子组件、显示组件、控制器以及高压电源等组成的综合光电显示设备，能将飞行参数、瞄准攻击、自检测等信息，以图像、字符的形式，通过光学部件投射到座舱正前方组合玻璃上。

2003年，宝马公司成为欧洲第一家使用HUD技术的汽车公司，由此开启了车载抬头显示器的开端。目前宝马的多款车型均已配备HUD，并一直在进行着夜视系统的研发和应用。导航系统、车道偏离警告、带行人识别功能的夜视系统的行人避让警告等信息，都可以通过抬头显示系统显示到风挡玻璃上。在车辆上装配智能车载平视显示系统，还可以将时速、转速等相关信息显示在驾驶员前方平视范围内，有效避免了驾驶员因切换视线而造成交通事故发生。

目前市场上前装高档抬头显示器，主要存在以下三个缺点：

(1)需要定制特殊的前风挡玻璃

目前国际上采用最多的HUD设计方案，是在前挡玻璃中加入全息涂层或者在前挡玻璃中镀半透半反射膜来制作HUD的显示区域。这种方法需要在前挡玻璃加工制作过程中完成，工艺复杂，难以推广。

发明专利CN102791510B公开了一种使用多个透镜的车辆HUD装置。透镜的光学属性和反射器的布置被增强以实现投射在车辆风挡玻璃上的驾驶信息图像，提高清晰度和辨别度。但是此发明专利中需要在风挡玻璃的夹层中增加一个半透半反的膜，并不是直接利用现有的风挡玻璃实现图像的抬头显示。

(2)光学投影组件位于车体内

国际上所采用的抬头显示器，其光学投影组件位于车辆仪表盘后，与车内复杂电路总线相临。这种安装方式不仅为抬头显示器的维护带来一定困难，而且光学投影组件工作时会产生热量，对周边的电路总线系统产生影响，严重时可能会引起某些电子元件工作异常，甚至损坏，由此而产生的后果难以预料。

发明专利CN101889234A公开了一种在车辆的透明风挡玻璃抬头显示器上投射图形的系统。该系统包括可以利用透明风挡玻璃实现抬头显示的多个反射镜组，整个反射镜组在风挡玻璃下面，车辆仪表盘后。这种安装方式对车身改动非常大，难以在后装市场大范围推广。

(3)价格昂贵

目前，中档次抬头显示器仅为某些进口或极少数合资品牌中高端车型中的标配/选配组件，选配价格为28000～50000元。而安装在豪华车型中的高档次抬头显示器，相应的原装主动或被动红外夜视系统、车辆偏离预警、雷达视觉防撞系统等，选配价格更高，一般达到为10～17万元。

技术实现要素：

为解决上述抬头显示器存在的价格高、工艺复杂的问题，本实用新型提供一种利用汽车前风挡玻璃实现抬头显示的设备。

本实用新型采用如下设计：

一种利用汽车前风挡玻璃实现抬头显示的设备，包括主机、高亮显示器和反射镜，高亮显示器安装于车辆驾驶室内后视镜的后方，反射镜位安装于车辆驾驶员前方的前风挡玻璃的下部区域，且可绕固定支架自由调整角度并锁定，主机位于车内部，也可以和高亮显示器合为一个整体；主机采集车辆行驶信息、通信设备信息及其它驾驶相关的信息，并通过高亮显示器将这些信息投影到反射镜上，反射镜将图像反射到汽车风挡玻璃上，风挡玻璃将图像二次反射入驾驶员的眼睛，驾驶员会看到投影出的图像显示于其前方2～3米远处。

进一步地，所述主机与手机通过数据线或者无线的方式相连，驾驶员可以通过手机触屏操控抬头显示器显示的信息，也可以通过手机的语音助手进行语音操控，或者利用手机自带的摄像头进行手势操控。

进一步地，所述反射镜是球面、非球面、双曲面和自由曲面中的一种。

进一步地，所述高亮显示器由高功率发光二极管阵列和液晶光阀组成；或者由有机发光二极管和液晶光阀组成。

进一步地，所述高亮显示器由红绿蓝多色激光器、可旋转式反射镜和散射板组成；或者由数字光处理DLP微投影机组和散射板组成，或者由硅基液晶LCOS微投影机组和散射板组成。

进一步地，所述散射板为透射式散射板或者反射式散射板；当采用透射式散射板时，红绿蓝多色激光器、可旋转式反射镜，数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组在透射式散射板后面；当采用反射式散射板的方式时，红绿蓝多色激光器、可旋转式反射镜，数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组在反射式散射板前面。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的设备直接利用车辆的前挡风玻璃实现抬头显示，有效地解决了现有设备成本高的问题；而且安装简单，设备维护比较容易。

附图说明

图1为实施例1车内布局与驾驶员的位置关系图。

图2为实施例1高亮显示器组成示意图

图3为本实用新型的结构示意图

图4为本实用新型机动车辆和投影图像位置关系的原理图。

图5为汽车风挡玻璃产生镜面反射的原理图。

图6为从驾驶员的视角观察到的本实用新型的显示设备显示出的信息。

图7为实施例2车内布局与驾驶员的位置关系图。

图8为实施例2高亮显示器组成示意图。

图9为实施例3高亮显示器组成示意图。

图10为实施例4高亮显示器组成示意图。

图11为实施例5高亮显示器组成示意图。

图12为实施例6高亮显示器组成示意图。

附图标记：12-车辆风挡玻璃，13-车辆内后视镜，14-手机，20-高亮显示器发出的光线，21-透过风挡玻璃表面的光线，30-高亮显示器，31-液晶光阀，32-高功率发光二极管阵列，33-有机发光二极管，34-红绿蓝多色激光器，35-可旋转式反射镜，36-透射式散射板，37-数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组，38-反射式散射板，40-反射镜，41-可以360°旋转的支架，50-主机，51-与通信设备连接的线，52-车辆运行信息连接线，60-投影的图像，70-驾驶员，80-车辆，81-方向盘，90-驾驶车道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步地详细描述。下述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本实用新型的保护范围之中。

实施例1

本实施例车内布局与驾驶员的位置关系参照图1，驾驶员70坐在驾驶位上，主机50放置于副驾驶前的储物箱内，高亮显示器30粘贴在风挡玻璃12上，放置于车辆内后视镜13的后面，反射镜40用一个可以360°旋转的支架41安装于汽车前风挡玻璃12的下部区域，主机50与手机14通过数据线51或者无线的方式相连；本实例的高亮显示器30组成示意图如图2所示，由高功率发光二极管阵列32和液晶光阀31组成，高功率发光二极管阵列32作为光源发出照明光束入射到液晶光阀31组件上，液晶光阀31组件对光束进行图像调制，从而显示高亮图像。

图3为本实用新型结构示意图。主机50采集车辆信息和手机通信设备信息及其它驾驶相关的信息，例如车速、发动机转速、油耗、水温、轮胎情况、电话信息、导航地图、天气状况，路况信息、倒车影像、红外夜视、车道偏离预警等，并将这些信息传送给高亮显示器30，高亮显示器30将需要显示的信息投影到反射镜40上，反射镜40将图像反射到汽车风挡玻璃12上，风挡玻璃12自身存在一定的镜面反射率，会将图像二次反射入驾驶员的眼睛70，驾驶员透过风挡玻璃12看到抬头显示器显示的信息完整、清晰地成像在驾驶员前方2-3米远处，如图4所示。

图5是汽车风挡玻璃12产生镜面反射的原理图。汽车的前风挡玻璃12具有一定的折射率，根据应用光学理论，当入射光线入射到玻璃和空气的分界面时，对于折射率为n的玻璃材料，部分光线会在入射表面发生镜面反射，其镜面反射率为ρ＝(n-1/n+1)²，其余光线21会透过入射表面。由于镜面反射率的存在，使得汽车前风挡玻璃12可以对反射镜40反射的图像进行二次反射成像，从而使得图像信息被人眼观察到。驾驶员就可以通过半透半反射的形式，透过风挡玻璃12，既观察到道路上的情况，同时观察到抬头显示器显示的图像内容。

图6为从驾驶员的视角观察到的本实用新型的显示设备显示出的信息。驾驶员透过风挡玻璃12，可以看到抬头显示器显示的信息90完整、清晰地成像在前方2-3米远处，仿佛漂浮在驾驶车道的路面上；另外从驾驶员的视角看去，高亮显示器30被车内后视镜13挡住，不会影响驾驶员的视线；手机14放置在驾驶员旁边，驾驶员可以通过手机触屏操控抬头显示器显示的信息，也可以通过手机的语音助手进行语音操控，或者利用手机自带的摄像头进行手势操控。

实施例2

本实施例车内布局与驾驶员的位置关系参照图7，主机50和高亮显示器30合为一个整体；本实施例的高亮显示器30组成示意图如图8所示，由有机发光二极管33和液晶光阀31组成，有机发光二极管33作为面光源发出照明光束入射到液晶光阀31组件上，液晶光阀31组件对光束进行图像调制，从而显示高亮图像。

实施例3

本实施例车内布局与驾驶员的位置关系和实施例1一致；本实施例的高亮显示器30组成示意图如图9所示，由红绿蓝多色激光器34、可旋转式反射镜35和透射式散射板36组成，红绿蓝多色激光器34和可旋转式反射镜35在透射式散射板36后面，红绿蓝多色激光器34发出高亮的激光光束，被可旋转反射镜35调制后入射到透射式散射板36上，透射式散射板36对图像扩散后，显示高亮图像。

实施例4

本实施例车内布局与驾驶员的位置关系和实施例1一致；本实施例的高亮显示器30组成示意图如图10所示，由数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组37和透射式散射板36组成，其中数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组37在透射式散射板后面，数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组37将图像投影到透射式散射板36上，透射式散射板36对图像扩散后，显示高亮图像。

实施例5

本实施例车内布局与驾驶员的位置关系和实施例2一致；本实施例的高亮显示器30组成示意图如图11所示，由红绿蓝多色激光器34，可旋转式反射镜35和反射式散射板38组成，其中红绿蓝多色激光器34和可旋转式反射镜35在反射式散射板38前面红绿蓝多色激光器34发出高亮的激光光束，被可旋转反射镜35调制后入射到反射式散射板38上，反射式散射板38对图像扩散后，显示高亮图像。

实施例6

本实施例车内布局与驾驶员的位置关系和实施例2一致；本实施例的高亮显示器30组成示意图如图12所示，由数字光处理DLP或硅基液晶LCOS微投影机组37和反射式散射板38组成，其中DLP或者LCOS微投影机组37在反射式散射板38前面，DLP或者LCOS微投影机组37将图像投影到反射式散射板38上，反射式散射板38对图像扩散后，显示高亮图像。