汽车平视显示系统原理与使用的光线系统结构密切相关。根据光学系统结构不同,汽车平视显示系统可以分为风挡玻璃映像式平视显示系统、前置反射屏式平视显示系统、自由曲面平视显示系统、菲涅尔透镜平视显示系统、与仪表盘相结合的平视显示系统等。 1.风挡玻璃映像式平视显示系统风挡玻璃映像式平视显示系统是最基本也是使用最为广泛的结构,如图7-49所示。 从图像源发出的光经投影透镜折射和风挡玻璃反射与外部的景物光一同进入人眼,人眼沿着光线的反向延长线观察到位于风挡玻璃左侧的虚像,从而保证驾驶员能够在观察前方路况信息的同时也能观察到仪表盘上的信息。风挡玻璃一方面能透射外部景物光,另一方面又能反射图像源经过投影透镜的光。这种系统的优点是驾驶员在能够观察到投影像的同时还允许一定范围的头部移动;缺点是图像小,亮度低,视场角小,质量和体积都较大。 2.前置反射屏式平视显示系统前置反射屏式平视显示系统也是较为普遍的结构形式,如图7-50所示。
在驾驶室内设置独立的半反射半透射的反射屏,图像源发射出的光线经过反射屏反射进入人眼,驾驶员沿着该反射光线反向延长线方向能够观察到悬浮在前方的虚像。在这种结构中,反射屏与风挡玻璃是相互独立的两个部分,并不需要对风挡玻璃做镀膜等其他处理。此外,反射屏可以前后转动,投影角度比较灵活。
使用时可以将反射屏竖起,不使用时将反射屏放平。但是反射屏的设
空间变得狭小,且结构复杂。图像源发射出的光线透射过反射屏后会被风挡玻璃反射,部分反射光线会进入人眼对驾驶员形成干扰。
3.自由曲面平视显示系统汽车的风挡玻璃不是一个平面,而是带有一定弧度的曲面,因此可以用自由曲面来代替传统结构中风挡玻璃所在的面。自由曲面平视显示系统原理如图7-51所示,系统包括两个自由曲面和一个折叠反射镜,实现对图像源成像。
图像源发射出的光线先经过折叠反射镜反射,再经过初级自由曲面反射,最后经过自由曲面像合成器反射进入人眼,其中,自由曲面像合成器是风挡玻璃所在的面。这种结构形式简单灵活,像差平衡能力强,成像质量较好,但制造成本较高。人眼直接通过风挡玻璃观察外界景物时,风挡玻璃可能会产生一定的像差。
4.菲涅尔透镜平视显示系统在平视显示系统中,为了获得较大的观察图像范围,通常需要较大口径的光学透镜。光学透镜的口径越大,透镜的体积越大,质量越重,透镜越不易加工,且成本越高,因而难以大批量生产。为了在保证透镜口径的前提下减小透镜厚度,可以使用菲涅尔透镜。菲涅尔透镜平视显示系统如图7-52所示。
菲涅尔透镜平视显示系统有两片菲涅尔透镜,图像源位于第一片菲涅尔透镜下方,先经过第一片透镜再经过第二片菲涅尔透镜放大,最后经风挡玻璃的反射进入人眼。菲涅尔透镜系统结构形式简单,透镜的体积小,质量轻,同时,菲涅尔透镜还可以校正风挡玻璃所产生的像差,但是系统的轴外视场像差较大。
5.与仪表盘相结合的平视显示系统在上述平视显示系统中,汽车前方仪表盘的存在限制了平视显示系统的可用
空间范围。与仪表盘相结合的平视显示系统如图7-53所示,包含一个图像源、一个分光镜、多个平面反射镜和一组光学系统。
图像源发出的光经过分光镜分成透射部分和反射部分,透射部分的光经过平面反射镜反射,将透射图像反射到仪表盘上作为显示信息;反射部分的光经过光学系统折射和风挡玻璃反射进入人眼。仪表盘系统和平视显示系统采用同一个图像源,可以保证二者显示信息的实时性,而且使用这种包含分光镜在内的系统,可以去除掉一些不必要的结构,充分利用驾驶台前方的可用空间,减小系统的体积。
