專利名稱：多信息顯示的車用抬頭顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種多信息顯示的車用抬頭顯示裝置。
背景技術(shù)：
車用抬頭顯示(Head Up Display :HUD)就是利用玻璃成像，將駕駛員所需的主要信息以圖標(biāo)或文字的方式投射在其視野前方，使得駕駛員可以同時關(guān)注駕駛環(huán)境和相關(guān)的行駛數(shù)據(jù)，避免駕駛員的視線偏移而導(dǎo)致的注意力分散，增加了行車的安全性。如圖I所示，目前普通的HUD產(chǎn)品I在結(jié)構(gòu)上一般采用簡單的以前擋風(fēng)玻璃2為 反射面的一次反射結(jié)構(gòu)，雖然該結(jié)構(gòu)避免了相對復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，但投射信息的成像位置11不足以滿足其所應(yīng)當(dāng)具有的人因?qū)W特性，已有的研究結(jié)果表明，將信息的虛像位置投射在駕駛員眼點前方2米左右位置是最合適的，因為這是駕駛員駕駛過程中的主要視覺注意帶(Primary Visual Attention Lobe, PVAL),從車輛安全和人機學(xué)的觀點來看,減少駕駛員視覺焦距的切換和視線偏離造成分心的辦法，是將顯示信息與PVAL區(qū)域發(fā)生重疊。目前的HUD產(chǎn)品在顯示內(nèi)容上主要以車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等實時車輛行車信息為主，顯示功能較為單一。隨著人們對汽車安全、舒適性的需求日益增加，通過HUD系統(tǒng)向駕駛員提供諸如報警信息、導(dǎo)航信息等內(nèi)容將使得駕駛的過程更加安全和方便，但這樣就需要更加復(fù)雜的顯示和成像設(shè)計，目前普通的HUD產(chǎn)品無法達(dá)到在滿足視覺人因?qū)W條件下顯示多種信息的需求。此外，現(xiàn)有的HUD產(chǎn)品無法根據(jù)外界環(huán)境的明亮程度調(diào)整顯示圖像的亮度、提高駕駛過程的安全性和舒適感。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有HUD產(chǎn)品存在的投射信息的成像位置沒有位于駕駛員主要視覺注意帶(PVAL區(qū)域)，無法滿足人因?qū)W特性，使駕駛員視線偏離造成分心，且顯示功能比較單一，不能根據(jù)外界環(huán)境光線的強弱調(diào)整顯示圖像的亮度等不足，本發(fā)明提供一種滿足人因?qū)W特性使投射信息的成像位置位于駕駛員的主要視覺注意帶(PVAL區(qū)域)且能夠多信息顯示的車用抬頭顯示裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，包括用于顯示信息的圖像源屏幕、用于控制所述圖像源屏幕的嵌入式控制器和控制按鈕，所述控制按鈕安裝在汽車儀表盤的下方，其特征在于還包括反射鏡組、圖像修正透鏡和增透膜，所述反射鏡組包括一平面鏡和一非平面反射鏡；所述增透膜附著在汽車前擋風(fēng)玻璃上，所述圖像源屏幕固定設(shè)置在所述平面鏡下方，所述非平面反射鏡設(shè)置在所述平明鏡的反射光路上，所述圖像修正透鏡設(shè)置在所述非平面反射鏡的正上方。進(jìn)一步，所述嵌入式控制器固定安裝在所述圖像源屏幕的正下方，且通過線束與所述圖像源屏幕相連。
進(jìn)一步，所述顯示裝置包括光敏傳感器，所述光敏傳感器設(shè)置在所述前擋風(fēng)玻璃的下方，且與所述嵌入式控制器相連。進(jìn)一步，所述顯示裝置包括揚聲器，所述揚聲器固定安裝在汽車儀表盤的下方，且與所述嵌入式控制器相連。進(jìn)一步，所述非平面反射鏡可以是球面反射鏡、拋物面反射鏡或雙曲面反射鏡。進(jìn)一步，所述平面鏡與所述圖像源屏幕呈45度角。進(jìn)一步，所述非平面反射鏡與所述圖像源屏幕呈45度角。本發(fā)明所述的圖像源屏幕主要用于顯示更多的車載信息，除了車速、轉(zhuǎn)速等基本信息之外，還可以用于顯示設(shè)計好的報警信號、導(dǎo)航信號等常用信息；所述反射鏡組主要用 于將圖像源的圖像進(jìn)行放大和光程延長；所述圖像修正透鏡主要用于修正非平面反射鏡產(chǎn)生的像差，保證投射到前擋風(fēng)玻璃上的圖像的可讀性；所述增透膜的作用主要是用來解決圖像過前擋風(fēng)玻璃反射圖像時，光線經(jīng)過兩次反射過程形成的重影現(xiàn)象，其主要通過提高內(nèi)層表面的反射率，將大部分光在內(nèi)層玻璃反射到駕駛員視野。所述嵌入式控制器主要用于圖像源的顯示內(nèi)容控制以及圖像源的亮度控制，同時也為和更高一級行車控制中心或?qū)嶒災(zāi)M平臺的連接奠定基礎(chǔ)；所述光敏傳感器主要用于測量當(dāng)前外界環(huán)境的明亮程度以便嵌入式控制器調(diào)整圖像源的亮度；所述揚聲器主要用于提示駕駛員相關(guān)的報警信息和導(dǎo)航信息等行駛過程中的提示信息；所述控制按鈕主要提供裝置與駕駛員的交互，用于本裝置的啟動和關(guān)閉。本發(fā)明在對HUD光路進(jìn)行設(shè)計時，涉及到對于非平面反射鏡成像的計算和理解。主要依據(jù)非平面反射鏡反射呈像的幾何原理，在平面鏡、非平面反射鏡與顯示圖像源相對位置固定的情況下，通過幾何作圖的方法近似求出不同半徑的非平面反射鏡所成虛像的位置，從而確保虛像投射位置能夠在駕駛員眼點前方2米左右的合適位置。本發(fā)明的工作過程駕駛員通過控制按鈕開啟本發(fā)明裝置，系統(tǒng)首先讀取車載總線上的車輛數(shù)據(jù)信息，通過嵌入式控制器選擇將常規(guī)車載行駛信息界面通過圖像源屏幕、平面鏡、非平面反射鏡、圖像修正透鏡和增透膜顯示在駕駛員的視野前方，該行駛信息界面包含車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等，為設(shè)計好的圖案，儲存于嵌入式控制器內(nèi)存中，駕駛員可以通過控制按鈕來控制透射圖像的亮度。當(dāng)系統(tǒng)嵌入式控制器接收到車載總線上的報警信號，例如駕駛員未系安全帶，則自動調(diào)取安全帶未系警示圖案通過上述同樣的方式透射到駕駛員的視野前方，并伴隨閃爍，且利用揚聲器發(fā)出聲音提示。當(dāng)駕駛員系上安全帶之后，該警示圖案自動消失，駕駛員在該過程中同樣可以通過控制按鈕設(shè)置報警聲的大小。當(dāng)駕駛員通過控制按鈕選擇導(dǎo)航信息提示時，嵌入式控制器切換界面到導(dǎo)航界面，主要包括車輛將要行駛的方向和文字提示內(nèi)容，系統(tǒng)在到達(dá)轉(zhuǎn)彎處時將通過揚聲器提供語音提示。系統(tǒng)工作過程中，嵌入式控制器會實時比較圖像源屏幕的亮度和外界光線強弱的對比，如果光敏傳感器檢測到外界光線過強，而圖像源屏幕亮度過暗時，或者光敏傳感器檢測到外界光線較暗，而圖像源屏幕的亮度過亮?xí)r，嵌入式控制器都將對界面亮度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I、系統(tǒng)設(shè)計符合人機工程學(xué)原理本裝置的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計充分考慮了駕駛員在駕駛過程中的視覺特性，使得系統(tǒng)工作時能夠更好的輔助駕駛員查看各種車載、報警和其他常用信息；在保證抬頭顯示基本功能的基礎(chǔ)上，提高了駕駛過程的安全性和舒適性；2、提示界面的可設(shè)計性本裝置的圖像源采用薄膜場效應(yīng)晶體管屏幕(Thin FilmTransistor, TFT屏幕)，其顯示功能由一款典型的嵌入式處理芯片構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)所控制，該嵌入式系統(tǒng)和車載總線進(jìn)行實時通訊，在獲取各種車載信息之后，可以通過設(shè)計不同的顯示圖案實現(xiàn)多種車輛信息的顯示；基于同樣原理，其還可以接收車載導(dǎo)航、雷達(dá)等零部件的信息，通過設(shè)計不同的圖案來達(dá)到報警、交通信息提示等功能，擴展?jié)摿薮?，全面提聞?HUD的功能； 3、本發(fā)明裝置進(jìn)一步拓展了車用HUD的使用范圍和功能，同業(yè)也提高了其安全性 和舒適性，結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以適用于各種類型的車輛。


圖I是現(xiàn)有HUD裝置反射圖。圖2是本發(fā)明裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明裝置的工作流程示意圖。
具體實施例方式實施例I參照圖2和圖3，多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，包括用于顯示信息的圖像源屏幕31、用于控制所述圖像源屏幕31的嵌入式控制器4和控制按鈕42，所述控制按鈕42安裝在汽車儀表盤的下方，其特征在于還包括反射鏡組、圖像修正透鏡34和增透膜21，所述反射鏡組包括一平面鏡32和一非平面反射鏡33 ;所述增透膜21附著在汽車前擋風(fēng)玻璃2上，所述圖像源屏幕31固定設(shè)置在所述平面鏡32下方，所述非平面反射鏡33設(shè)置在所述平面鏡32的反射光路上，所述圖像修正透鏡34設(shè)置在所述非平面反射鏡33的正上方。進(jìn)一步，所述嵌入式控制器4固定安裝在所述圖像源屏幕31的正下方，且通過線束與所述圖像源屏幕31相連。進(jìn)一步，所述顯示裝置包括光敏傳感器41，所述光敏傳感器41設(shè)置在所述前擋風(fēng)玻璃2的下方，且與所述嵌入式控制器4相連。進(jìn)一步，所述顯示裝置包括揚聲器43，所述揚聲器43固定安裝在汽車儀表盤的下方，且與所述嵌入式控制器4相連。進(jìn)一步，所述非平面反射鏡33可以是球面反射鏡、拋物面反射鏡或雙曲面反射鏡。進(jìn)一步，所述平面鏡32與所述圖像源屏幕31呈45度角。進(jìn)一步，所述非平面反射鏡33與所述圖像源屏幕31呈45度角。本發(fā)明所述的圖像源屏幕31主要用于顯示更多的車載信息，除了車速、轉(zhuǎn)速等基本信息之外，還可以用于顯示設(shè)計好的報警信號、導(dǎo)航信號等常用信息；所述反射鏡組主要用于將圖像源的圖像進(jìn)行放大和光程延長；所述圖像修正透鏡34主要用于修正非平面反射鏡33產(chǎn)生的像差，保證投射到前擋風(fēng)玻璃2上的圖像的可讀性；所述增透膜21的作用主要是用來解決圖像過前擋風(fēng)玻璃2反射圖像時，光線經(jīng)過兩次反射過程形成的重影現(xiàn)象，其主要通過提高內(nèi)層表面的反射率，將大部分光在內(nèi)層玻璃反射到駕駛員視野。所述嵌入式控制器4主要用于圖像源的顯示內(nèi)容控制以及圖像源的亮度控制，同時也為和更高一級行車控制中心或?qū)嶒災(zāi)M平臺的連接奠定基礎(chǔ)；所述光敏傳感器41主要用于測量當(dāng)前外界環(huán)境的明亮程度以便嵌入式控制器41調(diào)整圖像源的亮度；所述揚聲器43主要用于提示駕駛員相關(guān)的報警信息和導(dǎo)航信息等行駛過程中的提示信息；所述控制按鈕42主要提供裝置與駕駛員的交互，用于本裝置的啟動和關(guān)閉。本發(fā)明在對HUD光路進(jìn)行設(shè)計時，涉及到對于非平面反射鏡33成像的計算和理解。主要依據(jù)非平面反射鏡33反射呈像的幾何原理，在平面鏡32、非平面 反射鏡33與顯示圖像源相對位置固定的情況下，通過幾何作圖的方法近似求出不同半徑的非平面反射鏡33所成虛像的位置，從而確保虛像投射位置能夠在駕駛員眼點前方2米左右的合適位置。本發(fā)明的工作過程駕駛員通過控制按鈕開啟本發(fā)明裝置，系統(tǒng)首先讀取車載總線上的車輛數(shù)據(jù)信息，通過嵌入式控制器4選擇將常規(guī)車載行駛信息界面通過圖像源屏幕31、平面鏡32、非平面反射鏡33、圖像修正透鏡34和增透膜21顯示在駕駛員的視野前方，該行駛信息界面包含車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等，為設(shè)計好的圖案，儲存于嵌入式控制器4內(nèi)存中，駕駛員可以通過控制按鈕42來控制透射圖像的亮度。當(dāng)系統(tǒng)嵌入式控制器4接收到車載總線上的報警信號，例如駕駛員未系安全帶，則自動調(diào)取安全帶未系警示圖案通過上述同樣的方式透射到駕駛員的視野前方，并伴隨閃爍，且利用揚聲器43發(fā)出聲音提示。當(dāng)駕駛員系上安全帶之后，該警示圖案自動消失，駕駛員在該過程中同樣可以通過控制按鈕42設(shè)置報警聲的大小。當(dāng)駕駛員通過控制按鈕42選擇導(dǎo)航信息提示時，嵌入式控制器4切換界面到導(dǎo)航界面，主要包括車輛將要行駛的方向和文字提示內(nèi)容，系統(tǒng)在到達(dá)轉(zhuǎn)彎處時將通過揚聲器43提供語音提示。系統(tǒng)工作過程中，嵌入式控制器4會實時比較圖像源屏幕31的亮度和外界光線強弱的對比，如果光敏傳感器41檢測到外界光線過強，而圖像源屏幕亮度過暗時，或者光敏傳感器41檢測到外界光線較暗，而圖像源屏幕31的亮度過亮?xí)r，嵌入式控制器4都將對界面亮度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。實施例2本實施例中，由于車內(nèi)安裝空間的限制，圖像源屏幕31采用的是4. 3寸的TFT屏。圖像源屏幕31的內(nèi)容通過平面鏡32反射到非平面反射鏡33上，再由非平面反射鏡33反射到附有增透膜21的前擋風(fēng)玻璃2上，利用非平面反射鏡33對圖像內(nèi)容進(jìn)行放大和光程延長，并通過合理的光學(xué)元件設(shè)計，最終使得所成的虛像35位于駕駛員前方視線適當(dāng)?shù)奈恢茫苑像{駛員在駕駛時的視覺特性。本實施例中，非平面反射鏡33采用凹面的拋物面鏡的形式。這涉及到對凹面鏡33的曲率半徑、圖像修正透鏡34的光學(xué)特性的設(shè)計和選擇。由于車內(nèi)空間的限制，圖像源屏幕31、平面鏡32和凹面鏡33之間的相對位置是固定的，針對這種固定的關(guān)系，利用光學(xué)設(shè)計軟件Zemax對不同曲率半徑的凹面鏡33，不同曲率的圖像修正透鏡34進(jìn)行了分析，例如當(dāng)凹面鏡33的曲率半徑R=500mm時，經(jīng)平面鏡32反射后所呈的虛像35在凹面鏡33光軸的投影接近焦點位置，呈像已無法近似為一平面，因此當(dāng)人眼觀察時很可能因為焦平面在同一界面內(nèi)的變化過大而造成不適。最終經(jīng)過仿真和計算，初步選定凹面鏡33的曲率半徑取800 1000。在本實施例中，取凹面鏡33的曲率半徑R=IOOO,此時以圖像源屏幕31的短邊為X軸方向，以垂直于圖像源屏幕31的方向為y方向，則凹面鏡33對于x-y平面內(nèi)直線的放大作用約為I. 5倍，評價試驗的結(jié)果證明該設(shè)置滿足HUD的現(xiàn)實要求。在確定呈像的放大倍數(shù)后，結(jié)合美國機動車工程師學(xué)會(SAE)對駕駛座環(huán)境的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確定HUD系統(tǒng)的安裝位置，以保證呈像位置的要求。本實施例中，圖像源屏幕(TFT屏幕)31尺寸為106mm x68mm，綜合對光學(xué)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計，平面鏡32和凹面鏡33的參數(shù)分別為平面鏡尺寸106mm xlOOmm,凹面鏡尺寸108mm x80mm，R=1000mm。
本實施例中，嵌入式控制器4采用基于CorteXTM-M3內(nèi)核(最高72MHz工作頻率)的控制芯片STM32F103VET6，其具有512K的儲存器，帶有FSMC接口，和SSD1963嵌入式控制器組合后可以控制大尺寸TFT屏幕，SSD1963嵌入式控制器可以支持顯示864x480x24位的圖片，同時具有對屏幕顯示的背光亮度、對比度、飽和度的控制功能。STM32控制芯片還可以通過自帶的CAN接口和車載的CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，獲取車輛當(dāng)前的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等信息。除了上述的功能之外，在嵌入式控制器4中還配備了語音芯片，采用了 TI公司生產(chǎn)的TLV320DAC3100芯片，該系列產(chǎn)品支持模擬與數(shù)字麥克風(fēng)，同時也能夠執(zhí)行增強型音頻功能，增加了語音芯片的作用主要是為了執(zhí)行擴展的報警和導(dǎo)航信息提示功能等。在本實施例中，控制按鈕42共有四種功能，第一，其可以控制HUD系統(tǒng)的開閉；第二，其可以用來調(diào)整圖像源屏幕31的亮度；第三，其可以用來調(diào)整輸出音頻的音量高低，以便為駕駛員提供最佳的使用體驗；第四，其可以切換HUD系統(tǒng)的信息顯示內(nèi)容。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，包括用于顯示信息的圖像源屏幕、用于控制所述圖像源屏幕的嵌入式控制器和控制按鈕，所述控制按鈕安裝在汽車儀表盤的下方，其特征在于還包括反射鏡組、圖像修正透鏡和增透膜，所述反射鏡組包括一平面鏡和一非平面反射鏡；所述增透膜附著在汽車前擋風(fēng)玻璃上，所述圖像源屏幕固定設(shè)置在所述平面鏡下方，所述非平面反射鏡設(shè)置在所述平面鏡的反射光路上，所述圖像修正透鏡設(shè)置在所述非平面反射鏡的正上方。
2.如權(quán)利要求I所述的多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，其特征在于所述嵌入式控制器固定安裝在所述圖像源屏幕的正下方，且通過線束與所述圖像源屏幕相連。
3.如權(quán)利要求I所述的多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，其特征在于所述顯示裝置包括光敏傳感器，所述光敏傳感器設(shè)置在所述前擋風(fēng)玻璃的下方，且與所述嵌入式控制器相連。
4.如權(quán)利要求I所述的多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，其特征在于所述顯示裝置包括揚聲器，所述揚聲器固定安裝在汽車儀表盤的下方，且與所述嵌入式控制器相連。
5.如權(quán)利要求I所述的多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，其特征在于所述非平面反射鏡可以是球面反射鏡、拋物面反射鏡或雙曲面反射鏡。
6.如權(quán)利要求3所述的多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，其特征在于所述平面鏡與所述圖像源屏幕呈45度角。
7.如權(quán)利要求4所述的多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，其特征在于所述非平面反射鏡與所述圖像源屏幕呈45度角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多信息顯示的車用抬頭顯示裝置，包括用于顯示信息的圖像源屏幕、用于控制所述圖像源屏幕的嵌入式控制器和控制按鈕，所述控制按鈕安裝在汽車儀表盤的下方，還包括反射鏡組、圖像修正透鏡和增透膜，所述反射鏡組包括一平面鏡和一非平面反射鏡；所述增透膜附著在汽車前擋風(fēng)玻璃上，所述圖像源屏幕固定設(shè)置在所述平面鏡下方，所述非平面反射鏡設(shè)置在所述平面鏡的反射光路上，所述圖像修正透鏡設(shè)置在所述非平面反射鏡的正上方；所述嵌入式控制器固定安裝在所述圖像源屏幕的正下方，且通過線束與所述圖像源屏幕相連；還包括包括光敏傳感器和揚聲器。本發(fā)明兼顧了視覺人機工程學(xué)特點，且能夠顯示多種信息。
文檔編號G02B27/01GK102745084SQ201210229680
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者周也寧, 張偉, 成波, 李家文 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)