一种防阳光倒灌的HUD光机系统的制作方法

本发明涉及光学投影成像，具体涉及一种防阳光倒灌的hud光机系统。

背景技术：

1、近年来增强现实抬头显示器(系统)ar-hud在国内外汽车电子领域得到了广泛的重视和快速的产业化推广应用。如图1所示，ar-hud在原理上是基于像源01图像先后经过次曲面镜03、主曲面镜02和汽车前挡玻璃04反射，使人眼视觉在车辆前方产生像源画面的虚像05，ar-hud要求有更远的虚像距离(人眼与虚像05之间的距离)、更宽的视域及更大的虚像显示范围，以便实现与实际道路场景及目标相融合。

2、现有技术中，车载ar-hud光机系统均采用内部光电部件及整机结构为固定的设计方案，即为定焦面设计，由此产生的虚像距离、大小等光学指标也是不变的，ar-hud的虚像距离一般在7m及以上。现有光机系统结构存在比较严重的阳光倒灌问题，具体的，当外界阳光与hud出光角度一致时，阳光会沿hud正向投射光路的逆向在光机显示屏上汇聚形成具有一定大小且能量极高的光斑，会造成显示屏温度升高直至烧毁，导致整个光机系统报废；特别是ar-hud的虚像距离较长，虚像放大倍率较大，导致倒灌的阳光量较大，阳光倒灌问题比较严重。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中车载ar-hud光机系统为定焦面设计，虚像放大倍率较大，阳光倒灌现象严重，会导致烧毁光机显示屏的问题，提供一种防阳光倒灌的hud光机系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种防阳光倒灌的hud光机系统，包括前挡玻璃、光机显示模组、次曲面镜和主曲面镜，光机显示模组生成的图像发出的光线依次经过次曲面镜、主曲面镜和前挡玻璃反射而后进入人眼，还包括第一驱动机构，第一驱动机构与次曲面镜传动连接，用于驱动其沿光机显示模组和次曲面镜之间的主光轴方向平移，以改变虚像距离。

4、采用前述技术方案的本发明，可通过第一驱动机构驱动次曲面镜沿光机显示模组和次曲面镜之间的主光轴方向平移，以改变本hud光机系统的物距(从光机显示模组到主曲面镜的光路距离)，从而改变虚像距离；当阳光较强烈时，可通过第一驱动机构驱动次曲面镜靠近光机显示模组移动，减小本hud光机系统的物距，从而降低虚像放大倍率，降低倒灌的阳光量，相比于现有技术中车载ar-hud光机系统为定焦面设计，虚像放大倍率较大，阳光倒灌现象严重，会导致烧毁光机显示屏的问题，本发明的hud光机系统的虚像距离大小可以调整，当阳光较强烈时，可调节减小虚像距离，降低虚像放大倍率，避免光机显示屏被烧毁。

5、进一步的，还包括第二驱动机构；所述第二驱动机构与所述主曲面镜传动连接，可驱动所述主曲面镜转动；当次曲面镜沿主光轴移动，会导致先后经主曲面镜和前挡玻璃反射后的光线角度偏移无法进入人眼，通过设置第二驱动机构驱动主曲面镜转动，可补偿该偏移，使光线进入人眼；从而使得驾驶人员不用调节自身位置依然可以看清虚像呈现的内容。

6、进一步的，所述第一驱动机构为步进电机，其通过齿轮齿条传动机构与所述次曲面镜连接；齿轮与所述步进电机的输出轴同轴连接，齿条与所述次曲面镜固定连接；所述第二驱动机构为步进电机，该步进电机输出轴上连接有同轴的蜗杆，所述主曲面镜上设有涡轮，所述涡轮和蜗杆相啮合；传动结构简单，易于实现，结合步进电机，易于精确控制次曲面镜的平移距离和主曲面镜的转动角度。

7、进一步的，还包括与所述光机显示模组的显示屏相对设置的红外测温模块，所述红外测温模块用于检测发生阳光倒灌时所述光机显示模组的屏幕上聚焦光斑位置处的温度t1。

8、进一步的，t1＝at0+b；式中，t1为光机显示模组的屏幕上聚焦光斑位置处的温度，单位：℃；t0为所述红外测温模块的输出温度，单位：℃；a和b均为常值系数；红外测温模块的检测物理范围完全覆盖光机显示模组的显示屏的最大表面积，光机显示模组的屏幕上聚焦光斑位置处的温度t1较屏幕上其他位置更高，而红外测温模块输出温度t0为检测物理范围内所有测温目标的平均温度，通过上述公式对温度t0进行校正以得到温度t1。

9、进一步的，所述主光轴方向上具有第一位置和第二位置，所述第一位置靠近所述光机显示模组，所述第二位置远离所述光机显示模组，所述第一驱动机构用于驱动所述次曲面镜在第一位置和第二位置之间平移；

10、进一步的，当所述次曲面镜不位于第一位置，且所述红外测温模块测得的温度t1上升至临界温度时，所述第一驱动机构驱动所述次曲面镜向靠近所述光机显示模组的方向移动；临界温度为光机显示模组显示屏正常工作所能承受的最高温度，第一驱动机构驱动次曲面镜向靠近光机显示模组的方向移动，减小本hud光机系统的物距，从而降低虚像放大倍率，进而降低温度t1，避免烧毁显示屏。

11、进一步的，当所述次曲面镜位于第一位置且所述红外测温模块测得的温度t1上升至所述临界温度时，所述第二驱动机构驱动所述主曲面镜转动，以使得聚焦光斑面积变大；当次曲面镜移动至第一位置，无法进一步靠近光机显示模组，此时，若温度t1上升至临界温度，则通过第二驱动机构驱动主曲面镜转动，使得聚焦光斑面积变大，能量密度降低，避免烧毁显示屏。

12、进一步的，还包括单片机，所述红外测温模块、第一驱动机构和第二驱动机构均分别与所述单片机电连接；通过上述设置，自动化程度高，单片机可对红外测温模块输出温度t0进行校正，并将校正后的温度t1与临界温度进行对比，判断是否需要控制第一驱动机构驱动次曲面镜，或者控制第二驱动机构驱动主曲面镜移动，以避免烧毁显示屏。

13、进一步的，所述光机显示模组为tft像源、dlp像源及lcos像源中的一个。

14、相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明的hud光机系统的虚像距离大小可以调整，当阳光较强烈时，可调节减小虚像距离，降低虚像放大倍率，避免光机显示屏被烧毁；当次曲面镜无法进一步移动靠近光机显示模组，虚像距离无法进一步减小，此时，若温度t1上升至临界温度，则通过第二驱动机构驱动主曲面镜转动，使得聚焦光斑面积变大，能量密度降低，避免烧毁显示屏。

技术特征：

1.一种防阳光倒灌的hud光机系统，包括前挡玻璃(1)、光机显示模组(2)、次曲面镜(3)和主曲面镜(4)，光机显示模组(2)生成的图像发出的光线依次经过次曲面镜(3)、主曲面镜(4)和前挡玻璃(1)反射而后进入人眼，其特征在于：还包括第一驱动机构(5)，第一驱动机构(5)与次曲面镜(3)传动连接，用于驱动其沿光机显示模组(2)和次曲面镜(3)之间的主光轴(7)方向平移，以改变虚像距离。

2.根据权利要求1所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：还包括第二驱动机构(6)；所述第二驱动机构(6)与所述主曲面镜(4)传动连接，可驱动所述主曲面镜(4)转动。

3.根据权利要求2所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：所述第一驱动机构(5)为步进电机，其通过齿轮齿条传动机构与所述次曲面镜(3)连接；齿轮与所述步进电机的输出轴同轴连接，齿条与所述次曲面镜(3)固定连接；所述第二驱动机构(6)为步进电机，该步进电机输出轴上连接有同轴的蜗杆，所述主曲面镜(4)上设有涡轮，所述涡轮和蜗杆相啮合。

4.根据权利要求2所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：还包括与所述光机显示模组(2)的显示屏相对设置的红外测温模块(9)，所述红外测温模块(9)用于检测发生阳光倒灌时所述光机显示模组(2)的屏幕上聚焦光斑位置处的温度t1。

5.根据权利要求4所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：t1＝at0+b；式中，t1为光机显示模组(2)的屏幕上聚焦光斑位置处的温度，单位：℃；t0为所述红外测温模块(9)的输出温度，单位：℃；a和b均为常值系数。

6.根据权利要求4所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：所述主光轴(7)方向上具有第一位置和第二位置，所述第一位置靠近所述光机显示模组(2)，所述第二位置远离所述光机显示模组(2)，所述第一驱动机构(5)用于驱动所述次曲面镜(3)在第一位置和第二位置之间平移。

7.根据权利要求6所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：当所述次曲面镜(3)不位于第一位置，且所述红外测温模块(9)测得的温度t1上升至临界温度时，所述第一驱动机构(5)驱动所述次曲面镜(3)向靠近所述光机显示模组(2)的方向移动。

8.根据权利要求7所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：当所述次曲面镜(3)位于第一位置且所述红外测温模块(9)测得的温度t1上升至所述临界温度时，所述第二驱动机构(6)驱动所述主曲面镜(4)转动，以使得聚焦光斑面积变大。

9.根据权利要求8所述的防阳光倒灌的hud光机系统，其特征在于：还包括单片机，所述红外测温模块(9)、第一驱动机构(5)和第二驱动机构(6)均分别与所述单片机电连接。

10.根据权利要求1所述的虚像距离可变的hud光机系统，其特征在于：所述光机显示模组(2)为tft像源、dlp像源及lcos像源中的一个。

技术总结本发明涉及一种防阳光倒灌的HUD光机系统，包括前挡玻璃、光机显示模组、次曲面镜和主曲面镜，光机显示模组生成的图像发出的光线依次经过次曲面镜、主曲面镜和前挡玻璃反射而后进入人眼，还包括第一驱动机构，第一驱动机构与次曲面镜传动连接，用于驱动其沿光机显示模组和次曲面镜之间的主光轴方向平移，以改变虚像距离，相比于现有技术，本发明的HUD光机系统的虚像距离大小可以调整，当阳光较强烈时，可调节减小虚像距离，降低虚像放大倍率，避免光机显示屏被烧毁。技术研发人员：刘建明,李勇,龚鹏,彭德渊,徐洋,李银国受保护的技术使用者：重庆利龙中宝智能技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12