分离式激光车载抬头显示器结构及显示方法与流程

本发明涉及物理领域，尤其涉及图像显示技术，特别是一种分离式激光车载抬头显示器结构及显示方法。

技术背景

车载抬头显示器（hud）把车况、路况信息通过光学方法投影在驾驶员视线的正前方，以达到驾驶员视线不用离开路面，就能了解到车况和路况的信息的目的。增强现实抬头显示器（arhud）中显示的信息可实时地跟踪路况以及影响到驾驶的车外信息，同时从视觉上把虚拟图像准确地投影到现实环境中。驾驶员看到的就是增强过的车外环境信息，极大提高车载抬头显示器（hud）辅助驾驶的能力和驾驶安全性。

为了达到投影的虚像能增强现实环境的效果，同时驾驶员的焦距又不用在投影虚像和现实环境之间来回变换而造成视疲劳和影响驾驶安全。通常要求投影虚像的距离在7.5米或者更远。

要得到远距离的投影虚像，首先考虑放大自由曲面镜的放大倍率。但是放大倍率不可能无限增大，一般认为应该小于7，否则双眼视差会难以控制，使驾驶员生产生眩晕感。而且图像变形严重，靠后期的图像畸变校正也难以复原。所以在放大倍率达到极限时，必须考虑物距的增大。

hud是安装在车内ip（仪表板）内部的，通常在对应的位置有风管，车载数据线，ip主梁，转向管柱支架，仪表等多种零件。能够给到hud的空间极其有限，且各种车型都完全不一样。由此可见pgu与自由曲面镜之的物距也是基本上被局限于一定范围内。即使采用多面反射镜，物距也增加不多，而且会造成光路和结构复杂化。

如何打破ip内部空间的局限来满足arhud的这些新要求。是本发明要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种新型的分离式激光车载抬头显示器结构。

为了克服上述情况，本发明的技术方案如下：分离式激光车载抬头显示器结构，包含有，

显示器本体，其被置于车内仪表板处，所述显示器本体的内部具有凹面镜，优选地，所述凹面镜为自由曲面镜；以及，

成像装置，其被置于车内顶棚处，所述成像装置与所述显示器本体彼此独立设置；

其中，所述成像装置位于所述凹面镜的入射侧，而风档玻璃位于所述凹面镜的反射侧，使得所述成像装置产生的成像光线经过所述凹面镜反射向风档玻璃，以此进入驾驶员眼中。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述成像装置为激光式。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述成像装置具有采用激光光源和微机电系统（mems）扫描成像的短焦投影光机。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述显示器本体的内部还具有丝杆螺母调整机构，所述丝杆螺母调整机构具有驱动电机、固定丝杆及所述固定丝杆上的活动螺母，所述活动螺母与所述凹面镜间以连杆相连，以此利用所述丝杆螺母调整机构调整所述凹面镜的转角大小。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述显示器本体上形成有透明罩盖。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述透明罩盖采用膜材。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述透明罩盖的正面和/或背面增透处理。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述透明罩盖的正面加硬处理。

作为分离式激光车载抬头显示器结构的优选方案，所述显示器本体的内部还具有光线传感器，所述光线传感器用于感测环境光线强度，所述成像装置根据来自所述光线传感器的所述环境光线强度对所述成像光线的背光光强进行调整。

本发明还提供分离式激光车载抬头显示方法，包含有以下步骤，

步骤s1，提供上述的抬头显示器结构；

步骤s2，所述成像装置产生成像光线，所述成像光线从车内顶棚处始直接进入所述显示器本体的内部；

步骤s3，所述凹面镜接收来自所述成像装置的所述成像光线并且将其反射向所述风档玻璃；以及，

步骤s4，所述风档玻璃接收来自所述凹面镜的所述成像光线并且将其反射向驾驶员眼中。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：通过把成像装置从显示器本体中分离出来，极大增加提高光学物距，可以轻松地得到远距离、大画幅的投影虚像。同时采用激光光机作为成像单元，提高远距离虚像的可视性。本发明特别适用于远距离、大画幅要求的增强现实抬头显示器（arhud）。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图（图中的箭头方向用于指示成像装置的成像光线的路径）。

图2为本发明一实施例中成像装置的结构示意图（图中的箭头方向用于指示短焦投影光机的激光的路径）。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参见图1，图中示出的是分离式激光车载抬头显示器结构，主要用于汽车电子，同时还可用于其他交通工具上。

本分离式激光车载抬头显示器的结构主要由显示器本体1及成像装置2等部件组成。

所述显示器本体1被置于车内仪表板5处。所述显示器本体1的内部具有凹面镜11。本实施例中，所述凹面镜11为自由曲面镜。所述自由曲面镜的面型、位置和转动方向根据所述成像装置2的像源大小、虚像成像距离、fov（视场角）等通过光学仿真分析得出。

所述成像装置2被置于车内顶棚处。所述成像装置2与所述显示器本体1彼此独立设置。其中，所述成像装置2位于所述凹面镜11的入射侧，而风档玻璃3位于所述凹面镜11的反射侧，使得所述成像装置2产生的成像光线经过所述凹面镜11反射向风档玻璃3，以此进入驾驶员眼中。

需要说明的是，现有技术中的成像装置2均是集成于显示器本体1内部的。本实施例中，将所述成像装置2与所述凹面镜11分开，不安装在同一个壳体的内部，一者安装于车内顶棚处，另一者安装于所述车内仪表板5处，目的在于增加两者间的距离，即，提高光学物距。光学物距从由现有技术中的200毫米以下增加到1米以上，即，增大至少5倍。在同样放大倍率的所述凹面镜11的条件下，投影距离增大至少5倍，投影图像的大小也同样增大至少5倍。不难看出，在光学物距的极大增加的情况下，甚至可以适当减小放大倍率，也可以达到长距离投影的效果。对于减小投影虚像的畸变和双眼视差很有益处。

此外，由于所述成像装置2安装于车内顶棚处，其工作时产生的热量较为容易地传递至车内空间，散热效果要比现有技术中集成在封闭的壳体内部更为良好。

再请参见图2，所述成像装置2具有采用激光光源和微机电系统（mems）扫描成像的短焦投影光机21。所述短焦投影光机21的出射光路方向上，依次布置有准直透镜22、棱镜23及成像膜24。其中，所述准直透镜22用于调整所述短焦投影光机21产生的激光的出光角度。所述棱镜23用于改变所述短焦投影光机21产生的激光的出光方向，引导成像面对准曲面镜方向。所述成像膜24用于接收所述短焦投影光机21产生的激光扫描光点成像。由于所述成像装置2为激光式，对比使用tft，使成像的分辨率从480x240提高到1280*720。对比度从1000：1提高到80000：1。虚像亮度从10000尼特提高到15000尼特。均匀度从70%提高到90%以上。功率却从10-15瓦降低到2.5瓦。以上数据可以参考microvision公司的激光光机资料。

根据不同驾驶员的身高及坐姿等情况，需要对所述凹面镜11的转角进行调整。所述显示器本体1的内部还具有丝杆螺母调整机构12。所述丝杆螺母调整机构12具有驱动电机、固定丝杆及所述固定丝杆上的活动螺母。所述驱动电机采用步进电机，根据车上的控制按键，可完成正、反转动作。所述凹面镜11具有转轴。所述活动螺母与所述凹面镜11间以连杆相连。所述驱动电机工作，通过所述固定丝杆带动所述活动螺母移位，利用所述连杆推动或拉动所述凹面镜11，以改变其转角，使眼盒（eyebox）能够精确地落在不同高度的驾驶员眼球4位置，不同身高的驾驶员都可以看到远方所成的虚像。

所述显示器本体1上形成有供所述成像光线穿透的透明罩盖14。所述显示器本体1除所述透明罩盖14外的其他部分均为不透光材质。所述透明罩盖14采用膜材。所述透明罩盖14的正面和/或背面增透处理，透过率可以达到99%以上，保证所述成像装置2的光线透过所述透明罩盖14到达所述凹面镜11的光效率，同时也保证所述凹面镜11反射到所述风档玻璃3上的光效率。同时也减少光线在所述透明罩盖14上的反射，形成不可控的杂散光风险。所述透明罩盖14的正面加硬（hd）处理，减少了产生刮花的风险。此外，所述透明罩盖14贴合在所述显示器本体1上，也起到封闭整机，防尘的作用。

所述显示器本体1的内部还具有光线传感器13。所述光线传感器13用于感测车内和/车外的环境光线强度。所述光线传感器13通过车上can线与所述成像装置2相通讯连接。所述成像装置2根据来自所述光线传感器13的所述环境光线强度对所述成像光线的背光光强进行调整，让驾驶员既能看清虚像，又不影响正常的驾驶视线。

补充说明，相对于现有技术中的车载抬头显示器内部的成像驱动线路板，散热片，平面反光镜，光路遮蔽罩等这些零件，或者移出所述显示器本体1，或者在本设计方案中已经完全不需要。所需的体积经过样车的实际建模计算，投影距离在7.5米时，体积可以由15升大幅度降低到5升。甚至比传统的短距离投影w-hud所需要的体积还要小。

本分离式激光车载抬头显示器的显示方法，具体如下：

步骤s1，提供上述的抬头显示器结构。

步骤s2，所述成像装置2产生成像光线。所述成像光线从车内顶棚处始直接进入所述显示器本体1的内部（所述成像光线由所述透明罩盖14射入）。

步骤s3，所述凹面镜11接收来自所述成像装置2的所述成像光线并且将其反射向所述风档玻璃3（所述成像光线由所述透明罩盖14射出）。

步骤s4，所述风档玻璃3接收来自所述凹面镜11的所述成像光线并且将其反射向驾驶员眼中。

以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。