抬头显示设备及其日光防护方法与流程

1.本技术涉及汽车领域，尤指抬头显示设备及其日光防护方法。


背景技术：

2.随着技术发展，抬头显示设备(head up display，hud)应用到汽车领域越来越普遍。由于抬头显示设备在应用时可能会发生阳光倒灌，太阳光能量集中于抬头显示设备的图像生成单元上，导致此时图像生成单元光照区域的温度的非常高。如果不予以处理，极端情况下温度有可能达到300℃，远超过一般图像生成单元的工作温度(一般为105℃)，影响成像质量，严重时还可能导致图像生成单元因过热而损坏，影响其工作性能。


技术实现要素：

3.本技术为了解决上述问题，本技术是通过以下技术实现的：
4.第一方面，本技术提供一种抬头显示设备日光防护方法，抬头显示设备包括成像器件和显示器件，包括：
5.对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得模拟光源在模拟抬头显示设备中的日光倒灌辐射能量分布；
6.对抬头显示设备进行背光辐射的模拟仿真，以获得模拟光源在模拟抬头显示设备中的背光辐射能量分布；
7.根据所述日光倒灌辐射能量分布和所述背光辐射能量分布，计算得出所述模拟光源的总能量分布；
8.基于所述模拟光源的总能量分布，对所述实际抬头显示设备进行日光防护。
9.在上述第一方面的一种可能的实现中，在对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得所述模拟光源在模拟抬头显示设备中的日光倒灌辐射能量分布之前，还包括：
10.设置模拟光源、模拟挡风玻璃、模拟成像器件；
11.在模拟显示器件的表面设置具有预设网格密度的接收器。
12.在上述第一方面的一种可能的实现中，所示对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得所述模拟光源在模拟抬头显示设备中的日光倒灌辐射能量分布，包括：
13.利用所述模拟光源、所述模拟挡风玻璃、模拟抬头显示设备进行照度仿真，获取所述模拟显示器件的表面上所述模拟光源的日光倒灌辐射能量分布。
14.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得所述模拟光源在模拟抬头显示设备中的背光辐射能量分布，包括：
15.利用所述模拟光源、所述模拟挡风玻璃、模拟抬头显示设备进行照度仿真，获取所述模拟显示器件的表面上所述模拟光源的背光辐射能量分布。
16.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述基于所述模拟光源的总能量分布，对所述实际抬头显示设备进行日光防护，还包括：
17.基于所述模拟光源的总能量分布进行热仿真，获得对应的总温度分布；
18.根据所述总温度分布，将显示温度超过预设温度的预设网格设置为保护位；
19.对所述保护位进行滤光设置、过温保护设置、功率设置，以进行日光防护。
20.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述设置模拟光源，包括：
21.获取实际光源从实际挡风玻璃入射至实际抬头显示设备的实际成像光路数据；
22.基于太阳光数据和所述实际成像光路数据，设置模拟光源。
23.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述基于太阳光数据和所述实际成像光路数据，设置模拟光源，包括：
24.将沿所述实际成像光路的主光轴从所述挡风玻璃延长出预设距离的位置作为模拟光源的位置，并以所述模拟光源的位置为中心绘制预设面积的模拟光源；
25.基于太阳光的辐射功率，设置所述模拟光源的辐照度；
26.基于所述太阳光的光谱，设置所述模拟光源的光谱。
27.在上述第一方面的一种可能的实现中，在所述基于太阳光的辐射功率，设置所述模拟光源的辐照度之后，还包括：
28.将所述模拟光源的出射角设置为预设角，以模拟平行光。
29.在上述第一方面的一种可能的实现中，所述设置模拟挡风玻璃、模拟成像器件，包括：
30.所述模拟成像器件包括模拟防眩光面、模拟平面镜、模拟曲面镜；
31.设置模拟挡风玻璃、模拟防眩光面的透射特性，并设置所述模拟平面镜和所述模拟曲面镜的反射特性。
32.第二方面，本技术提供一种抬头显示设备，该抬头显示设备根据上述第一方面以及上述第一方面的任意一种可能的实现中的任意一种抬头显示设备日光防护方法进行日光防护。
33.本技术提供的抬头显示设备及日光防护方法至少具有以下有益效果：
34.通过本技术可以实现对抬头显示设备系统中经常被提及的日光倒灌进行倒灌光路的模拟仿真，分析倒灌发生时显示器件(例如lcd屏上)的能量分布，进而探讨解决方案和对策，以实现对抬头显示设备的日光防护。从而有效防止显示器件因为日光倒灌被烧毁。例如在极端条件下，可以根据热仿真结果，制定防日光倒灌策略，实现对上述显示器件的保护。其中，极端情况可以是指地球上太阳光辐射强度最大的地方，一般认为地球上最大的辐照强度为1120w/m2，软件中模拟太阳光源已设置成极端情况即1120w/m2。
附图说明
35.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对抬头显示设备及日光防护方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
36.图1是本技术一些实例提供的一种抬头显示设备日光防护方法的流程示意图；
37.图2是本技术一些实例提供的一种光源设置的示意图；
38.图3是本技术一些实例提供的一种光源设置的应用示意图；
39.图4是本技术一些实例提供的一种成像器件设置的示意图；
40.图5是本技术一些实例提供的一种成像器件设置的应用示意图；
41.图6是本技术一些实例提供的一种成像器件设置的示意图；
42.图7是本技术一些实例提供的一种成像器件设置的应用示意图；
43.图8是本技术一些实例提供的一种日光倒灌辐射的能量分布图；
44.图9是本技术一些实例提供的一种预设照度网格参数图；
45.图10是本技术一些实例提供的一种日光倒灌辐射的辐照度分布图；
46.图11是本技术一些实例提供的一种背光辐射的辐照度分布图；
47.图12是本技术一些实例提供的一种抬头显示设备日光倒灌模拟仿真方法的流程示意图；
48.图13是本技术一些实例提供的挡风玻璃主光线示意图；
49.图14是本技术一些实例提供的垂直延长线示意图。
具体实施方式
50.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本技术。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
51.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
52.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
53.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
54.另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
55.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
56.在一些实施例中，如图1所示，本技术提供的一种抬头显示设备日光防护方法，包括：
57.s101对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得模拟光源在模拟抬头显示设备中的日光倒灌辐射能量分布。
58.在一些实施例中，模拟光源是指模拟太阳光对抬头显示设备进行照射的光源。
59.在一些实施例中，基于hud的3d数据，例如hud的挡风玻璃，防尘板，hud外壳，hud出光口外壳，曲面镜，平面镜，lcd屏器件的形状、位置、尺寸等参数，建立日光倒灌模拟仿真的环境。
60.在一些实施例中，可以进行光源的设置、hud的各种元器件的光学特性的设置。例
如，在lighttools软件(一种光学模拟软件)中可以进行如下操作：1.设置光源，2.设置各种元器件的光学特性。
61.其中，元器件包括但不限于挡风玻璃，防尘板，hud外壳，hud出光口外壳，曲面镜，平面镜，lcd屏。
62.在一些实施例中，日光倒灌的光源设置是为了模拟太阳光源从而设置的一个1m*1m的正方形平面光源。
63.此正方形平面光源的具体绘制方法可简单概括为：将挡风玻璃主光线延长1m至2m，垂直延长线建立一个1m*1m的正方形面，设置其为光线近似平行的面光源。具体可参阅如图13所示的一种挡风玻璃的主光线示意图，以及如图14所示的一种沿垂直挡风玻璃上的主光轴延长线建立光源的示意图。
64.需要说明的是，对抬头显示设备成像的模拟仿真环境建立，目的是获取模拟显示器件表面的模拟光源的能量分布，本实施例中，是通过在抬头显示设备的显示器件表面设置接收器，这个接收器用于接收模拟光源的入射光经过成像器件输出的光。在一些实施例中，抬头显示设备的显示器件为液晶显示器。
65.通过预设网格将液晶显示器(liquid crystal display，lcd)表面的日光能量分布进行精密的、可视化的显示，能够更好的对lcd表面的日光能量分布进行观察和分析。
66.s102对抬头显示设备进行背光辐射的模拟仿真，以获得模拟光源在模拟抬头显示设备中的背光辐射能量分布。
67.在一些实施例中，背光辐射的光源设置是根据led类型和颗数来确定的，背光设计好以后，会有对应的led颗数，每颗led的光通量等信息，这些都是根据实际使用的led来设置的。整个抬头显示设备的背光系统往往有多颗led(如8颗或者11颗led)作为光源，led光源经过背光系统后出射照射到lcd表面的辐照度用来计算lcd表面的照度。其中，led为成像器件。
68.背光是在电子工业中一种照明的形式，常被用于lcd显示上。背光式和前光式不同之处在于背光是从侧边或是背后照射，而前光顾名思义则从前方照射。
69.应当理解，背光辐射是指进行背光处理时，抬头显示设备接收到的辐射。背光辐射能量分布即背光辐射对应的能量分布。
70.s103根据所述日光倒灌辐射能量分布和所述背光辐射能量分布，计算得出所述模拟光源的总能量分布。
71.在一些实施例中，分别进行日光倒灌模拟仿真，收集得到日光倒灌辐射能量分布，以及通过背光辐射模拟仿真收集到的所述背光辐射能量分布进行综合，可以得到抬头显示设备的显示器件上的总的能量分布情况。
72.s104基于所述模拟光源的总能量分布，对所述实际抬头显示设备进行日光防护。
73.在本实施例中，如图3所示，由仿真的结果可以看出，影响显示器件上温度的要素主要有三个，即日光倒灌(sunload)、背光照射(backlightload)和环境温度。
74.为减小日光倒灌情况下的显示器件的升温，以起到防止烧屏的作用，可以从日光倒灌(sunload)和背光照射(backlightload)两个方面入手。
75.在一些实施例中，从背光照射(backlightload)方面来说，在保证预设的成像亮度的前提下，想降低抬头显示设备的led灯珠的功率，需要提高整体背光的光效，需要对背光
系统进行优化。
76.另外，从日光倒灌(sunload)方面，由仿真可以看出，极端情况下日光倒灌在显示器件上的光照是背光的数倍，通过红外滤光片、偏振滤光、过温保护(降低亮度、旋转曲面镜至保护位等)等方案可以有效减少倒灌至显示器件的能量，从而有效防止lcd因为日光倒灌被烧毁。也就是说极端条件下，可以根据热仿真结果，制定防日光倒灌策略，实现对上述lcd的保护。在一些实施例中，极端情况可以是指地球上太阳光辐射强度最大的地方，一般认为地球上最大的辐照强度为1120w/m2，软件中模拟太阳光源已设置成极端情况即1120w/m2。
77.在一些实施例中，保护位是指通过抬头显示设备的电机将抬头显示设备的曲面镜旋转一定角度，避免发生阳光倒灌的曲面镜的位置。示例性的，旋转的角度可以为15
°
左右，应当理解，旋转的角度可以根据具体情况设定，本技术对此不做限定。
78.在一些实施例中，在对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得模拟光源在模拟抬头显示设备中的日光倒灌辐射能量分布之前，本技术提供的一种抬头显示设备日光防护方法还可以包括：
79.设置模拟光源、模拟挡风玻璃、模拟成像器件。
80.在一些实施例中，模拟光源是指通过仿真软件对实际光源进行模拟仿真后的光源，其中，实际光源优选采用太阳光作为光源。
81.另外，模拟挡风玻璃是指通过仿真软件，根据实际挡风玻璃的各种参数进行模拟仿真得到的模拟的挡风玻璃。
82.另外，模拟成像器件是指通过仿真软件，对抬头显示设备中各种成像器件进行模拟仿真得到的成像器件。需要说明的是，成像器件可以包括但不限于防眩光面、平面镜、曲面镜等成像器件。
83.在一些实施例中，在对抬头显示设备进行日光倒灌的模拟仿真，以获得模拟光源在模拟抬头显示设备中的日光倒灌辐射能量分布之前，本技术提供的一种抬头显示设备日光防护方法还可以包括：
84.在模拟显示器件的表面设置具有预设网格密度的接收器。
85.在一些实施例中，抬头显示(抬头显示设备)的显示器件为lcd(液晶显示屏)，可以通过在lcd表面设置接收器，调整合适的网格密度。
86.液晶显示器，英文通称为lcd(liquid crystal display)，是属于平面显示器的一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动(static)、单纯矩阵驱动(simple matrix)以及主动矩阵驱动(active matrix)三种。
87.其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型(twisted nematic；tn)、超扭转式向列型(super twisted nematic；stn)及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(thin film transistor；tft)及二端子二极管型(metal/insulator/metal；mim)二种方式。
88.在本技术的一些实施例中，接收器类型可以为：模拟软件lighttools中的表面接收器。合适的网格密度(网格尺寸)一般没有固定值，是根据不同的光学系统设置的。
89.具体参考条件是lighttools软件中峰值照度的误差估计以及平均照度的误差估计数值来确定，一般要使这两个误差估计数值达到个位数及以下。这样设置的目的就是使得接收器得到的照度误差尽可能的小，从而使结果尽量准确。
mirror film)膜材透射特性(透过率曲线可从相应材料文件中提取后赋予)，曲面镜反射特性(反射率90％)，赋予其他平面完全吸收体特性。
110.在一些实施例中，可以通过以下方式，模拟光源的总能量分布，对实际抬头显示设备进行日光防护：
111.基于模拟光源的总能量分布进行热仿真，获得对应的总温度分布。
112.根据总温度分布，进一步进行热仿真，制定防阳光倒灌策略，例如将总温度分布中显示出来的温度超过预设温度的预设网格设置为保护位。对保护位进行滤光设置、过温保护设置、功率设置等，以进行日光防护。
113.在一些实施例中，如图8所示的日光倒灌辐射的能量分布图，以及图9所示的照度网格数据图，基于该日光倒灌辐射的能量分布图和照度网格数据图，对lcd表面的日光能量分布进行观察和分析。
114.在本实施例中，在sunload侧分析结束后，对backlightload的能量分布也进行分析，同样分为设置光源、设置膜材、分析结果三步。最终将sunload和backload综合得到lcd上总的能量分布情况，进一步进行热仿真，制定防日光倒灌策略。
115.其中，如图10、11所示，分别为日光倒灌辐射的能量分布进行热仿真后的日光倒灌辐射的辐照度分布图，以及背光辐射的辐照度分布图。
116.在一些实施例中，如图12所示，本发明提供的一种抬头显示设备日光倒灌模拟仿真方法，包括：
117.输出成像光路，设置平面光源的位置，成像光路包络，导入至lighttools，设置太阳光源，设置各个元器件的光学属性，光线追迹，进行结果分析，将仿真分析结果导出。
118.在一些实施例中，日光倒灌仿真，具体包括步骤：
119.1、将成像光路导出至catia中，格式为iges/stp。其中，catia为3d设计软件。
120.2、将成像光路用包络面包裹，防止仿真中非目标光线的影响，只留下出光口。
121.3、将挡风玻璃与曲面反射镜之间的主光轴延长出挡风玻璃1～2m,以延长后的端点为中心绘制一个1m*1m的矩形面，作为后续的太阳光仿真中的光源。
122.4、将处理完的数据以stp格式导出至lighttools。
123.5、设置光源。例如进行光源辐照度设置以及光源光谱设置。为模拟太阳光入射，取地球上的太阳光辐射功率最大值，并将光源的出射张角设为很小的值，以模拟平行光。从国标中获取太阳光谱，通过lighttools内工具将光谱曲线提取，并赋予给光源。
124.6、膜材设置。例如，分别赋予挡风玻璃，防眩光面及平面镜cmf膜材透射特性(透过率曲线可从相应材料文件中提取后赋予)，曲面镜反射特性(反射率90％)，赋予其他平面完全吸收体特性。在lcd表面设置接收器，调整合适的网格密度。具体可参考上述关于图1所示的实施例的相关描述，在此不再赘述。
125.7、仿真分析。对lcd表面的日光能量分布进行观察和分析。具体可参考上述关于图1所示的实施例的相关描述，在此不再赘述。
126.在本实施例中，与上述实施例相同的部分就不一一赘述了，本实施例提供的抬头显示设备的日光防护方法能够分别进行日光倒灌模拟仿真，收集得到日光倒灌辐射能量分布，以及通过背光辐射模拟仿真收集到的所述背光辐射能量分布进行综合，可以得到抬头显示设备的显示器件上的总的能量分布情况。通过获得的总能量分布情况制造实际的抬头
显示设备，从而有效防止抬头显示设备显示器件因为日光倒灌被烧毁。例如在极端条件下，可以根据热仿真结果，制定防日光倒灌策略，实现对上述显示器件的保护。
127.在一些实施例中，本技术还提供一种抬头显示设备，该抬头显示设备可以根据上述任意一个实施例所述的日光防护方法进行日光防护。在本实施例中，总的来说就是模拟出总的能量分布，判断lcd屏幕被烧坏的可能性大小，从而针对不同情况制定不同的防止日光倒灌的策略，使得在制备hud的时候能够提前预设好参数，将日光倒灌产生的热损害消除或者降到最低。。
128.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的日光防护范围。
129.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
130.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
131.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
132.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
133.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
134.应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的日光防护范围。