[发明专利]使用普通凸透镜的汽车用平视显示器系统

说明书

技术领域

本专利属于汽车配件，尤其属于汽车平视显示器（HUD）显示系统。

背景技术

平视显示器（HeadUpDisplay），以下简称HUD，量产的部分中高端车型都带有HUD显示功能，可以将速度和导航等图文信息投射到前挡风玻璃上，驾驶员是通过汽车导航对HUD进行参数设置，然后导航将设置好的参数传给HUD中的单片机4使用。如宝马的HUD显示系统，它由外壳和内部的光学和电子元件组成的一个盒式部件，固定在驾驶员的视线正前方的仪表台下方。为了便于描述，将宝马HUD的内部光路及成像原理简单表示为如图1所示：其中7为单片机，将图文信息传给TFT屏，1为TFT屏，用于显示速度和导航等图文信息；2为平面反光镜，将TFT中显示的内容反射到自由曲面反光镜3中，目的为增加光路长度。整个HUD光学系统中，驾驶员看到的是通过前挡风玻璃后反射的图文信息，这是一个虚像，驾驶员感觉虚像是在前挡风玻璃的前方，HUD的光路越长，则驾驶员会觉得虚像会离前挡风玻璃越远。所以增加平面反光镜的目的就是增加光路的长度；3为自由曲面反光镜，为HUD光路的核心组件；5为汽车的前挡风玻璃，作为光路的组成部分，将HUD的光线反射到驾驶员的眼睛；4为驾驶员的眼睛，即驾驶员可以观察到HUD显示的图文信息和信息，驾驶员会认为这是一个显示在前挡风玻璃前方的虚像。

自由曲面反光镜3，其功能详细描述如下：

功能1：该反光镜有一定的曲率，是一个凹面的反光镜，有放大的作用，宝马HUD的TFT规格为2.2英寸，但驾驶员观察到放大后的图文信息约为7.9英寸，放大率约为3.6倍，这个放大功能就是由自由曲面反光镜实现。

功能2：在放大图文信息的同时，也等效于增加光路的长度，增加的长度与放大倍数相同，在这里图像放大3.6倍，也相当于将光路延长3.6倍，因此原来只有0.47米长的总光路，经过延长之后实现虚像离驾驶员眼睛为1.7米的长度。

功能3：汽车的前挡风玻璃不是一个平面，而是一个非线性变化的曲面，并且在显示区域的每个位置的曲率变化均不相同，这样会导致正常的图文信息会产生畸变，因此自由曲面反光镜在保持图文信息放大功能的前提下，必须对显示区域内的前挡风玻璃在显示区域内的曲率变化产生图文信息的畸变进行反向补偿，用于抵消前挡风玻璃产生的光学畸变。

功能4：由于TFT显示屏比较小，只有2.2英寸，放大后的图文信息为7.9英寸，并且光路中还有反光镜和前挡风玻璃的存在，因此导致从TFT不同显示位置到前挡风玻璃反射到驾驶员眼睛的光路长度不一样，也也会导致图文信息发生畸变，在HUD中，也是靠自由曲面反光镜来校正和抵消光路长度不一样而产生的畸变。

在宝马HUD中，由于是依靠自由曲面反光镜对前挡风玻璃曲率和光路长度不一样的畸变进行校正，因此在设计自由曲面反光镜时就必须针对某一车型的HUD内部结构、HUD安装位置、前挡风玻璃显示区域的位置和形状等因素进行定制，对自由曲面反光镜的设计要求极高，使用自由曲面反光镜的HUD必须是专车专用，如果安装到不同的车型，或者车辆更改前挡风玻璃的造型，则HUD的自由曲面反光镜必须重新设计，因此HUD主机是无法通用的。在不通用的情况下，也对与光路相关部件的制造误差和装配误差的要求严格，如果误差偏大，就会导致图文信息畸变等问题发生。

由于自由曲面反光镜对加工精度要求极高，因此加工难度大，并且由于曲面镜的凹面形状，因此对模具的加工也提出很高的要求；由于自由曲面反光镜要实现光路畸形校正功能，因此对其的变形和反光率等指标要求很高，由于材料特性，在高温加工后回到正常状态都有一定的收缩率，这会导致生产良品率低,生产成本高。由于自由曲面反光镜与前挡风玻璃的曲率变化结果需要相互抵消，则对前挡风玻璃的精度和变形也提出很高的要求，如果超出范围，也会导致图文信息明显畸变，因此也会导致前挡风玻璃的制造成本大幅上升。

发明内容

本专利目的在于克服目前汽车的HUD显示系统中因使用自由曲面反光镜所造成的加工难度大、生产成本高的缺点，提供一种加工容易、生产成本低的使用普通凸透镜的汽车用平视显示器系统。

本发明所采用的技术方案为一种使用普通凸透镜的汽车用平视显示器系统，它是由外壳和内部的光学和电子元件组成的一个盒式部件，驾驶员是通过汽车导航对HUD进行参数设置，然后导航将设置好的参数传给HUD中的单片机使用，其要点在于它的内部元件包括单片机、TFT屏、平面反光镜、凸透镜，单片机将图文信息传输给TFT屏，TFT屏发出的图文信息顺序通过平面反光镜、凸透镜投射到汽车的前挡风玻璃，外壳上设计有调试接头,调试接头的与单片机相连。