本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种防太阳辐射的低功耗hud系统。
背景技术
目前，汽车抬头显示技术(hud)利用光学反射的原理，将车速以及导航等信息投射到驾驶员正前方，使外界景象和hud显示信息融合为一体，这样驾驶员在驾驶过程中无需低头即可看到外界景象和车速等信息。
由于hud系统需要将信息投射于外界的环境中，使hud系统的成像效果将受到外界环境光的影响，特别是当外界光线较强时，导致用户无法看清hud系统的显示信息。为解决该问题，相关技术中hud系统可以基于外界光线强度来调整其显示信息的亮度，从而提高显示信息的亮度。在增加亮度的过程中，hud系统中显示单元产生的热量也相应的增加。加之，随着hud系统的视场角fov的增大，部分太阳光会通过显示信息的光路到达hud系统的显示单元，使hud系统显示单元中热量进一步集中，导致显示单元热损伤而显示异常甚至损坏无法显示，不利于hud系统的使用。
技术实现要素：
本发明提供一种防太阳辐射的低功耗hud系统，以解决相关技术中因引入外界光线强度来调整显示信息的亮度时导致hud系统的显示单元过热，以及太阳光逆光路到达显示单元引起显示单元热量进一步集中而引起热损伤或者损坏的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种防太阳辐射的低功耗hud系统，包括hud成像设备和设置在投射区域内的光线调控膜；
所述hud成像设备用于将需要显示的信息通过预先设置的光路投射到所述光线调控膜上；
所述光线调控膜用于滤除太阳光中的红外线，以降低所述hud成像设备中的热量。
可选地，所述光线调控膜包括透明薄膜和设置在所述透明薄膜上的调光膜；所述调光膜上设置有蛾眼结构单元；所述蛾眼结构单元的尺寸大于可见光波长且小于红外线波长。
可选地，所述蛾眼结构单元包括折射率不同的多层折射层；对于任意两层折射层，靠近所述透明薄膜的折射层的折射率大于远离所述透明薄膜的折射层的折射率。
可选地，所述调光膜经由毫微印刷技术制作在所述透明薄膜之上。
可选地，所述hud成像设备包括图像源、控制器和光强探测器；
所述光强探测器用于探测入射到所述hud系统中光线的光强，并发送给所述控制器；
所述控制器用于比较探测的光强和预先设置的光强阈值，并根据比较结果调整所述图像源中液晶显示器的背光状态。
可选地，所述液晶显示器包括线栅偏光片和1/2相位延迟膜；其中所述线栅偏光片设置在偏振片和液晶盒之间；所述1/2相位延迟膜设置在所述偏振片和所述下偏光片之间。
可选地，在所述比较结果表示所述光强大于或者等于所述光强阈值时，所述控制器用于将所述液晶显示器的背光状态调整为关闭状态或者半开启状态；在所述比较结果表示所述光强小于所述光强阈值时，所述控制器用于将所述液晶显示器的背光状态调整为全开启状态。
可选地，所述hud成像设备还包括光学镜体；所述光学镜体由反射和/或折射元件构成，用于将所述液晶显示器出射的光线投射至所述光线调控膜。
可选地，所述hud成像设备还包括箱体；所述光强探测器固定在所述箱体内部的侧壁之上。
第二方面，本发明实施例提供了一种防太阳辐射的低功耗hud系统，包括hud成像设备；所述hud成像设备包括图像源、控制器和光强探测器；
所述光强探测器用于探测入射到所述hud系统中光线的光强，并发送给所述控制器；
所述控制器用于比较探测的光强和预先设置的光强阈值，并根据比较结果调整所述图像源中液晶显示器的背光状态。
可见，本实施例中光线调控膜滤除红外线而透射可见光，可以保证显示信息的亮度，进而提高信息与外部景象的对比度，方便驾驶员观看。同时，由于太阳能光谱能量主要由紫外线(占3％)、可见光(占42％)和红外线(占55％)三部分组成，因此本实施例中通过光线调控膜过滤掉红外线，并且透射可见光和紫外线，可以使hud系统从承受太阳光的热辐射效应转换为承受可见光的热辐射效应(紫外线的热辐射效应占比小可以忽略)，即本实施例极大的降低了热辐射效应对hud系统的影响，有利于延长hud系统的使用寿命，提高驾驶员使用hud系统的体验。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例示出的一种防太阳辐射的低功耗hud系统的框图；
图2是本发明实施例示出的一种光线调控膜的结构示意图；
图3是调控膜过滤光线的原理示意图；
图4是蛾眼结构单元133的结构示意图；
图5是本发明实施例示出的另一种防太阳辐射的低功耗hud系统的框图；
图6是图5所示hud系统中液晶显示器在背光开启状态下的结构示意图；
图7是图5所示hud系统中液晶显示器在背光关闭状态下的结构示意图；
图8是本发明实施例示出的又一种防太阳辐射的低功耗hud系统的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在外界光线较强时，现有的hud系统会通过提高hud系统显示信息的亮度，来提高显示信息和外界景象的对比度，同时hud系统中显示单元产生的热量也相应的增加。加之，随着hud系统的视场角fov的增大，部分太阳光会通过显示信息的光路到达hud系统的显示单元，使hud系统显示单元中热量进一步集中，导致显示单元热损伤而显示异常甚至损坏无法显示，不利于hud系统的使用。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种防太阳辐射的低功耗hud系统，图1是本发明实施例示出的一种防太阳辐射的低功耗hud系统的框图。参见图1，一种防太阳辐射的低功耗hud系统，包括：hud成像设备11和设置在投射区域12内的光线调控膜13。其中，
hud成像设备11用于将需要显示的信息通过预先设置的光路投射到光线调控膜13上；
光线调控膜13用于滤除太阳光中的红外线，以降低所述hud成像设备中的热量。
需要说明的是，在hud系统应用于汽车上时，投射区域可以设置前方的风挡玻璃上。技术人员可以根据具体场景进行设置，在此不作限定。
可理解的是，由于紫外线的波长小于可见光的波长，因此光线调控膜13在透射可见光的同时也透射紫外线，但是由于紫外线的热辐射占比较小，在后续实施例的描述中不再强调该紫外线的影响。
鉴于太阳能光谱能量分布主要包括三部分：紫外线占3％、可见光占42％和红外线占55％，本发明实施例中采用过滤掉太阳光中的红外线部分，透射可见光和紫外线，使hud成像设备中从承受太阳光的热辐射效应(100％)转换为承受可见光的热辐射效应42％(紫外线的热辐射效应占比3％可以忽略)，可以达到降低太阳光热辐射的效果。参见图2，在一实施例中，光线调控膜13可以包括透明薄膜131和设置在透明薄膜131上的调光膜132。其中，调光膜132上设置有若干蛾眼结构单元133。由于太阳光照射到蛾眼结构单元133时，仅有波长大于蛾眼结构单元133尺寸的透射光和零级反射光存在，因此本实施例中设置每个蛾眼结构单元133的尺寸大于可见光波长且小于红外线波长，从而保证光线调控膜13滤除红外线而透射可见光和紫外线。
考虑到红外线的波长范围为1毫米～770纳米之间，因此本实施例中调光膜132可以利用毫微印刷技术制作在透明薄膜132之上。本实施例中蛾眼结构单元133的制作方法可以参考相关技术，在此不作限定。
在一实施例中，蛾眼结构单元133可以包括折射率不同的多层折射层，图3和图4所示蛾眼结构单元中包含了8层折射层，标识分别为n1～n8。为保证对应波段的光线完全过滤，继续参见图3和图4，对于蛾眼结构单元133中对于任意两层折射层，靠近透明薄膜131的折射层的折射率大于远离透明薄膜131的折射层的折射率。换言之，标识n1至标识n8对应的折射层的折射率依次增加。
至此，本实施例中光线调控膜13可以过滤掉太阳光中光谱能量占比较高的红外线，从而降低通过光路到达hud系统显示单元的光线(透射可见光和紫外线)的能量(为原来的45％)，可以降低热辐射效应对hud系统的影响，有利于延长hud系统的使用寿命。同时，本实施例中，光线调控膜透射可见光，可以保证显示信息的亮度，进而提高显示信息与外部景象的对比度，方便驾驶员观看，提高驾驶员使用hud系统的体验。
图5是本发明实施例示出的一种防太阳辐射的低功耗hud系统的框图。参见图5，一种防太阳辐射的低功耗hud系统，包括：hud成像设备11。其中，hud成像设备11包括图像源111、控制器(图中未示出)和光强控制器114。其中，
光强探测器114用于探测入射到hud系统中光线的光强，并发送给控制器；
控制器用于比较探测的光强和预先设置的光强阈值，并根据比较结果调整图像源111中液晶显示器的背光状态。
本实施例中，图像源111可以包括液晶显示器，图6是图5所示hud系统中液晶显示器在背光开启状态下的结构示意图，图7是图5所示hud系统中液晶显示器在背光关闭状态下的结构示意图。
液晶显示器可以包括相关技术中的下偏光片、偏振片、液晶、ito和上偏光片等部件，为简化其结构，本实施例中仅显示与光线传播有关的部分，省略了其它的部分部件，例如tft基板等。参见图6和图7，在现有液晶显示器的基础上，本实施例中液晶显示器还可以包括1/2相位延迟膜和线栅偏光片。其中1/2相位延迟膜可以设置在下偏光片和偏振片之间，用于将入射光线(在垂直入射方向的平面上)旋转90度。线栅偏光片设置在偏振片和液晶盒之间，并且线栅偏光片具有如下特性：若入射光线(的波动方向)与其参考方向平行，则透射该入射光线；若入射光线(的波动方向)与其参考方向垂直，则反射该入射光线。
继续参见图6，当液晶显示器的背光状态为开启状态时，背光源发出自然光，经过下偏光片筛选出波动方向垂直于屏幕(或者纸面)方向的光线。1/2相位延迟膜的入射光线为下偏光片的出射光线，经过90度旋转后出射到偏振片。偏振片的偏振方向与下偏光片的偏振方向垂直，这样偏振片过滤掉入射光线中部分光线，仅允许与其偏振方向相同的入射光线通过。由于线栅偏光片的参考方向与偏振片的偏振方向相同(均平行于屏幕或者纸面)，因此，线栅偏光片可以透射入射光线，透射的光线经过液晶的旋转从上偏光片出射。这样，液晶显示器处于透射模式，可以实现透射背光的效果。
继续参见图7，当液晶显示器的背光状态为关闭状态时，背光源关闭或者部分开启。以背光源全部关闭为例，可见光通过光路入射至液晶显示器，然后上偏光片筛选出可见光中平行于屏幕或纸面的光线。光线经过液晶的旋转出射至线栅偏光片。由于线栅偏光片的参考方向平行于屏幕或者纸面，其会反射入射光线。反射后的光线会原路返回，最终将信息展现给驾驶员。这样，液晶显示器处于反射模式，可以实现太阳光反射的效果。
在一实施例中，控制器可以根据探测的光强来调整其背光状态，可以包括：
状态1，若液晶显示器的背光状态为开启状态，此时液晶显示器处于透射模式，背光源发出的光线依次经过下偏光片、1/2相位延迟膜、偏振片、线栅偏光片、液晶、ito层和上偏光片，然后通过光路到达光线调控膜，最终将信息展现给驾驶员。
在光强控制器114检测的光强与光强阈值的比较结果表示光强大于或者等于光强阈值时，若保持液晶显示器的背光源继续开启，则会使信息的亮度较高，并且会浪费电能，为此本实施例中控制器将液晶显示器的背光状态调整为关闭状态或者半开启状态。
例如，控制器将可以背光源全部关闭，从而将液晶显示器调整为关闭状态。又如控制器可以将部分背光源关闭，剩余背光源开启，这样可以降低背光的亮度和光强，从而将液晶显示器调整为半开启状态，减少液晶显示屏透射出光线的亮度和光强。
状态2，若液晶显示器的背光状态为关闭状态，此时液晶显示器处于反射模式，光线调控膜透射出的可见光经过光路后，依次经过上偏光片、ito、液晶到达线栅偏光片，由线栅偏光片反射后原路返回。之后，通过光路到达光线调控膜，最终将信息展现给驾驶员。
在光强控制器114检测的光强与光强阈值的比较结果表示光强小于光强阈值时，若保持液晶显示器的背光源继续关闭，则显示信息的亮度较低，影响到驾驶员的观看，为此本实施例中控制器将液晶显示器的背光状态调整为开启状态，即控制器可以开启全部背光源，还可以调整各背光源的功率，以调整液晶显示器的背光和/或光强，进而增强液晶显示器透射出光线的亮度和/或光强，方便驾驶员观看。
需要说明的是，本实施例中仅以液晶显示器的两个背光状态描述了控制器的工作原理，当然，技术人员可以根据具体场景划分更多个背光状态，例如，关闭全部背光源、关闭1/4背光源、关闭2/4背光源、关闭3/4背光源、开启全部背光源等，还可以结合调整部分背光源的功率调整光强等，同样可以实现本申请的方案，相应的方案也落入本申请的保护范围。在一些场景中，太阳光入射到hud系统中的区域不同，液晶显示器有些区域亮度高，有些区域亮度低，此时控制器可以根据各区域的亮度，单独调整各区域背光状态，从而使液晶显示器的亮度趋于相同，同样可以实现本申请的方案。
继续参见图5，hud成像设备11还包括光学镜体。其中光学镜体可以由反射元件和/或折射元件构成，用于形成图像源111和风挡玻璃之间的光路以将所述液晶显示器出射的光线(包含需要显示的信息)投射至风挡玻璃。例如，反射元件可以为平面反射镜114，折射元件可以为自由曲面反射镜115，技术人员可以根据具体场景选择合适的光学镜体，调整光路的光程和方向，同样可以实现本申请的方案。
继续参见图5，hud成像设备还包括箱体115。光强探测器114固定在箱体115内部的侧壁之上。这样光强探测器114可以探测到箱体115的上盖板的出射光线和/或入射光线的光强，并将探测的光强发送给控制器。控制器可以根据入射光线的光强和预先设置的光强阈值调整液晶显示器的背光状态，参见图6和图7以及对应的内容，在此不再赘述。另外，本实施例中，光强控制器114设置在箱体115的内部，可以避免外部光线对探测结果的影响，从而提升探测结果的准确度。
需要说明的是，本实施例中控制器可以采用一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、微处理器或其他电子元件实现。当然控制器还可以采用软件实现。技术人员可以根据具体场景选择，在此不作限定。
至此，本实施例中通过调整液晶显示器的结构即增加线栅偏光片和1/2相位延迟膜，可以根据外界光强调整液晶显示器的背光状态，使液晶显示器可以工作在透射模式、反射模式以及半透射半反射模式，达到动态调整液晶显示器功耗的目的，同时减少了液晶显示器产生的热量。
图8是本发明实施例示出的又一种防太阳辐射的低功耗hud系统的框图。参见图8，一种防太阳辐射的低功耗hud系统，包括：hud成像设备11和设置在投射区域内的光线调控膜13。其中，hud成像设备11用于将需要显示的信息通过预先设置的光路投射到光线调控膜上；光线调控膜用于滤除红外线而透射可见光和紫外线，以提高其所显示信息的亮度。
其中，hud成像设备11与图5～图7所示实施例中hud成像设备的工作原理和结构相同。并且，光线调控膜13与图1～图4所示实施例中光线调控膜的工作原理和结构相同。具体内容请参考图1～图7以及对应的内容，在此不再赘述。
至此，本实施例中通过调整液晶显示器的结构即增加线栅偏光片和1/2相位延迟膜，可以根据外界光强调整液晶显示器的背光状态，使液晶显示器可以工作在透射模式、反射模式以及半透射半反射模式，达到动态调整液晶显示器功耗的目的，同时减少了液晶显示器产生的热量。另外，光线调控膜13可以过滤掉太阳光中光谱能量占比较高的红外线且透射可见光和紫外光，从而降低通过光路到达hud系统显示单元的光线的能量，可以进一步降低热辐射效应对hud系统的影响，有利于延长hud系统的使用寿命。
可理解的是，在上述方法实施例的描述中已经对电子设备的结构和各器件之间的功能作了详细描述，具体参考对应的内容即可，在此不再赘述。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。