使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)技術(shù)方案

一種使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)，它是由外殼和內(nèi)部的光學(xué)和電子元件組成的一個(gè)盒式部件，駕駛員是通過(guò)汽車導(dǎo)航對(duì)HUD進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后導(dǎo)航將設(shè)置好的參數(shù)傳給HUD中的單片機(jī)使用，其要點(diǎn)在于它的內(nèi)部元件包括單片機(jī)、TFT屏、平面反光鏡、凸透鏡，單片機(jī)將圖文信息傳輸給TFT屏，TFT屏發(fā)出的圖文信息順序通過(guò)平面反光鏡、凸透鏡投射到汽車的前擋風(fēng)玻璃，外殼上設(shè)計(jì)有調(diào)試接頭,調(diào)試接頭的與單片機(jī)相連。本實(shí)用新型專利技術(shù)制作容易，有利于提高生產(chǎn)的良品率，降低生產(chǎn)成本，對(duì)于前擋風(fēng)玻璃制造過(guò)程中的形變要求可以大幅放寬,并且也降低了前擋風(fēng)玻璃裝配精度的要求。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利屬于汽車配件，尤其屬于汽車平視顯示器（HUD）顯示系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
平視顯示器（Head Up Display），以下簡(jiǎn)稱HUD，量產(chǎn)的部分中高端車型都帶有HUD顯示功能，可以將速度和導(dǎo)航等圖文信息投射到前擋風(fēng)玻璃上，駕駛員是通過(guò)汽車導(dǎo)航對(duì)HUD進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后導(dǎo)航將設(shè)置好的參數(shù)傳給HUD中的單片機(jī)4使用。如寶馬的HUD顯示系統(tǒng)，它由外殼和內(nèi)部的光學(xué)和電子元件組成的一個(gè)盒式部件，固定在駕駛員的視線正前方的儀表臺(tái)下方。為了便于描述，將寶馬HUD的內(nèi)部光路及成像原理簡(jiǎn)單表示為如圖1所示：其中7為單片機(jī)，將圖文信息傳給TFT屏，1為T(mén)FT屏，用于顯示速度和導(dǎo)航等圖文信息；2為平面反光鏡，將TFT中顯示的內(nèi)容反射到自由曲面反光鏡3中，目的為增加光路長(zhǎng)度。整個(gè)HUD光學(xué)系統(tǒng)中，駕駛員看到的是通過(guò)前擋風(fēng)玻璃后反射的圖文信息，這是一個(gè)虛像，駕駛員感覺(jué)虛像是在前擋風(fēng)玻璃的前方，HUD的光路越長(zhǎng)，則駕駛員會(huì)覺(jué)得虛像會(huì)離前擋風(fēng)玻璃越遠(yuǎn)。所以增加平面反光鏡的目的就是增加光路的長(zhǎng)度；3為自由曲面反光鏡，為HUD光路的核心組件；5為汽車的前擋風(fēng)玻璃，作為光路的組成部分，將HUD的光線反射到駕駛員的眼睛；4為駕駛員的眼睛，即駕駛員可以觀察到HUD顯示的圖文信息和信息，駕駛員會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)顯示在前擋風(fēng)玻璃前方的虛像。自由曲面反光鏡3，其功能詳細(xì)描述如下：功能1：該反光鏡有一定的曲率，是一個(gè)凹面的反光鏡，有放大的作用，寶馬HUD的TFT規(guī)格為2.2英寸，但駕駛員觀察到放大后的圖文信息約為7.9英寸，放大率約為3.6倍，這個(gè)放大功能就是由自由曲面反光鏡實(shí)現(xiàn)。功能2：在放大圖文信息的同時(shí)，也等效于增加光路的長(zhǎng)度，增加的長(zhǎng)度與放大倍數(shù)相同，在這里圖像放大3.6倍，也相當(dāng)于將光路延長(zhǎng)3.6倍，因此原來(lái)只有0.47米長(zhǎng)的總光路，經(jīng)過(guò)延長(zhǎng)之后實(shí)現(xiàn)虛像離駕駛員眼睛為1.7米的長(zhǎng)度。功能3：汽車的前擋風(fēng)玻璃不是一個(gè)平面，而是一個(gè)非線性變化的曲面，并且在顯示區(qū)域的每個(gè)位置的曲率變化均不相同，這樣會(huì)導(dǎo)致正常的圖文信息會(huì)產(chǎn)生畸變，因此自由曲面反光鏡在保持圖文信息放大功能的前提下，必須對(duì)顯示區(qū)域內(nèi)的前擋風(fēng)玻璃在顯示區(qū)域內(nèi)的曲率變化產(chǎn)生圖文信息的畸變進(jìn)行反向補(bǔ)償，用于抵消前擋風(fēng)玻璃產(chǎn)生的光學(xué)畸變。功能4：由于TFT顯示屏比較小，只有2.2英寸，放大后的圖文信息為7.9英寸，并且光路中還有反光鏡和前擋風(fēng)玻璃的存在，因此導(dǎo)致從TFT不同顯示位置到前擋風(fēng)玻璃反射到駕駛員眼睛的光路長(zhǎng)度不一樣，也也會(huì)導(dǎo)致圖文信息發(fā)生畸變，在HUD中，也是靠自由曲面反光鏡來(lái)校正和抵消光路長(zhǎng)度不一樣而產(chǎn)生的畸變。在寶馬HUD中，由于是依靠自由曲面反光鏡對(duì)前擋風(fēng)玻璃曲率和光路長(zhǎng)度不一樣的畸變進(jìn)行校正，因此在設(shè)計(jì)自由曲面反光鏡時(shí)就必須針對(duì)某一車型的HUD內(nèi)部結(jié)構(gòu)、HUD安裝位置、前擋風(fēng)玻璃顯示區(qū)域的位置和形狀等因素進(jìn)行定制，對(duì)自由曲面反光鏡的設(shè)計(jì)要求極高，使用自由曲面反光鏡的HUD必須是專車專用，如果安裝到不同的車型，或者車輛更改前擋風(fēng)玻璃的造型，則HUD的自由曲面反光鏡必須重新設(shè)計(jì)，因此HUD主機(jī)是無(wú)法通用的。在不通用的情況下，也對(duì)與光路相關(guān)部件的制造誤差和裝配誤差的要求嚴(yán)格，如果誤差偏大，就會(huì)導(dǎo)致圖文信息畸變等問(wèn)題發(fā)生。由于自由曲面反光鏡對(duì)加工精度要求極高，因此加工難度大，并且由于曲面鏡的凹面形狀，因此對(duì)模具的加工也提出很高的要求；由于自由曲面反光鏡要實(shí)現(xiàn)光路畸形校正功能，因此對(duì)其的變形和反光率等指標(biāo)要求很高，由于材料特性，在高溫加工后回到正常狀態(tài)都有一定的收縮率，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)良品率低,生產(chǎn)成本高。由于自由曲面反光鏡與前擋風(fēng)玻璃的曲率變化結(jié)果需要相互抵消，則對(duì)前擋風(fēng)玻璃的精度和變形也提出很高的要求，如果超出范圍，也會(huì)導(dǎo)致圖文信息明顯畸變，因此也會(huì)導(dǎo)致前擋風(fēng)玻璃的制造成本大幅上升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利目的在于克服目前汽車的HUD顯示系統(tǒng)中因使用自由曲面反光鏡所造成的加工難度大、生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)，提供一種加工容易、生產(chǎn)成本低的使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案為一種使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)，它是由外殼和內(nèi)部的光學(xué)和電子元件組成的一個(gè)盒式部件，駕駛員是通過(guò)汽車導(dǎo)航對(duì)HUD進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后導(dǎo)航將設(shè)置好的參數(shù)傳給HUD中的單片機(jī)使用，其要點(diǎn)在于它的內(nèi)部元件包括單片機(jī)、TFT屏、平面反光鏡、凸透鏡，單片機(jī)將圖文信息傳輸給TFT屏，TFT屏發(fā)出的圖文信息順序通過(guò)平面反光鏡、凸透鏡投射到汽車的前擋風(fēng)玻璃，外殼上設(shè)計(jì)有調(diào)試接頭, 調(diào)試接頭的與單片機(jī)相連。本專利技術(shù)是在現(xiàn)有的平視顯示器系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，外殼與電子系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相似，利用普通凸透鏡代替自由曲面反光鏡，具有加工容易、生產(chǎn)成本低，普通凸透鏡代替自由曲面反光鏡后的代替原理如下：功能1：使用普通凸透鏡實(shí)現(xiàn)圖文信息內(nèi)容放大的功能，這點(diǎn)容易理解，通過(guò)調(diào)整凸透鏡與TFT和平面反光鏡之間的距離，實(shí)現(xiàn)放大的作用，并且放大倍數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本專利實(shí)現(xiàn)的HUD中，選用普通的雙凸透鏡，凸透鏡的直徑在150-180mm之間，焦距在140-180mm之間，如果焦距太短則曲率大，不容易加工，焦距太長(zhǎng)則同樣的放大倍數(shù)需要更遠(yuǎn)的距離，導(dǎo)致HUD的體積過(guò)大，由于在放大成為實(shí)像，因此必須選擇一倍焦距到二倍焦距之間，通過(guò)計(jì)算，當(dāng)凸透鏡的直徑在150-180mm之間，焦距為140mm，凸透鏡與TFT之間的光路距離為179mm時(shí)正好放大倍數(shù)為3.6倍，當(dāng)距離改變時(shí)，放大倍數(shù)也可以隨之改變。功能2：在放大圖文信息的同時(shí)，也同樣實(shí)現(xiàn)光路的延長(zhǎng)，這個(gè)延長(zhǎng)倍數(shù)與放大倍數(shù)是一樣的，也是延長(zhǎng)3.6倍。即在使用普通凸透鏡代替自由曲面反光鏡后，同樣實(shí)現(xiàn)了自由反光鏡的放大和延長(zhǎng)光路的功能，與自由反光鏡效果完全相當(dāng)。所述的單片機(jī)傳輸給TFT屏的圖文信息是通過(guò)軟件進(jìn)行預(yù)變形的，實(shí)現(xiàn)抵消前擋風(fēng)玻璃的曲率非線性和光路長(zhǎng)度不一樣等光學(xué)因素產(chǎn)生的光學(xué)畸變，最終實(shí)現(xiàn)HUD顯示。由于選用的是普通的凸透鏡，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)自由曲面反光鏡一樣通過(guò)光學(xué)的方式對(duì)光路畸變進(jìn)行校正，因此本專利中通過(guò)單片機(jī)中的軟件對(duì)TFT顯示的圖文信息進(jìn)行反向較正，即TFT顯示的圖文信息為一個(gè)根據(jù)存儲(chǔ)的參數(shù)進(jìn)行預(yù)先畸變，這個(gè)畸變的方向與前擋風(fēng)玻璃曲率和光路長(zhǎng)度不一樣而產(chǎn)生的畸變效果完全相反，正好互相抵消，因此實(shí)現(xiàn)駕駛員觀察到的虛像正好是無(wú)畸變的圖文信息。汽車導(dǎo)航上設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)功能選擇，設(shè)定為坐姿的高位、中位和低位，駕駛員選定合適的高度的坐姿位置之后，導(dǎo)航將駕駛員選定的信息傳送給單片機(jī)。攝像頭位置調(diào)高或調(diào)低的距離為40mm。在設(shè)計(jì)的常規(guī)駕駛員眼睛位置進(jìn)行校正之外，也對(duì)該位置的上下各40mm位置進(jìn)行校正，分別得到校正參數(shù)，駕駛員選定合適的高度的坐姿位置作為最終的顯示校正參數(shù)。本專利使用普通凸透鏡實(shí)現(xiàn)HUD顯示功能，與使用自由曲面反光鏡實(shí)現(xiàn)HUD功能的車輛相比，優(yōu)勢(shì)明顯，主要如下：1、自由曲面反光鏡的模具加工難度大，加工精度要求高。由于自由曲面反光鏡對(duì)加工精度要求極高，因此加工難度大，并且由于曲面鏡的凹面形狀，因此對(duì)模具的加工也提出很高的要求。而普通凸透鏡對(duì)模具的要求不高，使用普通的設(shè)備就可以加工完成，使用普通設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)模具拋光。加上本專利中是安裝完HUD之后才使用軟件校正，因此凸透鏡的變形和誤本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)，它是由外殼和內(nèi)部的光學(xué)和電子元件組成的一個(gè)盒式部件，駕駛員是通過(guò)汽車的導(dǎo)航進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后導(dǎo)航將相關(guān)參數(shù)傳給單片機(jī)（7），其特征在于它的內(nèi)部元件包括單片機(jī)（7）、TFT屏（1）、平面反光鏡（2）、凸透鏡（6），單片機(jī)（7）將圖文信息傳輸給TFT屏（1），TFT屏（1）發(fā)出的圖文信息順序通過(guò)平面反光鏡（2）、凸透鏡（6）投射到汽車的前擋風(fēng)玻璃，外殼上設(shè)計(jì)有調(diào)試接頭,?調(diào)試接頭的與單片機(jī)（7）相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)，它是由外殼和內(nèi)部的光學(xué)和電子元件組成的一個(gè)盒式部件，駕駛員是通過(guò)汽車的導(dǎo)航進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后導(dǎo)航將相關(guān)參數(shù)傳給單片機(jī)（7），其特征在于它的內(nèi)部元件包括單片機(jī)（7）、TFT屏（1）、平面反光鏡（2）、凸透鏡（6），單片機(jī)（7）將圖文信息傳輸給TFT屏（1），TFT屏（1）發(fā)出的圖文信息順序通過(guò)平面反光鏡（2）、凸透鏡（6）投射到汽車的前擋風(fēng)玻璃，外殼上設(shè)計(jì)有調(diào)試接頭, 調(diào)試接頭的與單片機(jī)（7）相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用凸透鏡的汽車用平視顯示器系統(tǒng)，其特征在于，選用的雙凸透鏡，凸透鏡的直徑在150~180mm之間，焦距在1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：泉州市名品電子科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：福建;35