高迎春
国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心， 广东 广州，510530
摘要：
在交通工具中使用平视显示装置由来已久，相比低头显示装置具有较好的安全性能。本文简要介绍了平视显示装置的种类以及其图像源的种类，并统计了平视显示装置的年度专利申请量。
关键词：平视显示装置；Windshield型HUD；Combiner型HUD；图像源
1.引言
平视显示装置早期应用于军事飞机，主要目的是为了防止飞行员在低头观看显示仪表时，因没有注意到环境的变化和突发状况的发生，而导致驾驶不安全的问题。后来随着工业科技技术的进步，汽车行业高速广泛发展，平视显示装置渐渐应用到汽车驾驶中，并受到汽车行业人员的高度重视。研究分析平视显示装置在交通工具中的使用，对于提高驾驶行为的安全性有着重要的意义。增强现实是全新的技术，它将虚拟场景与真实场景相叠加，以使用户沉浸在虚拟场景时，也能感受到现实世界。为了减少处于视觉盲区的时间、保证驾驶的安全性，业界人士开发增强现实与平视显示装置相融合的技术。
2.平视显示装置的种类
随着市场的发展、技术的进步，平视显示装置主要分为Windshield型HUD、Combiner型HUD。
Windshield型HUD采用挡风玻璃作为反射介质，将显示装置的图像成虚像入射到驾驶员眼睛中。1973年，弗里德曼公司申请的平视显示装置（US3887273A）中采用球面投影透镜，像差校正柱面透镜和车辆挡风玻璃作为光学系统，用于将速度表或其他仪表读数作为虚拟图像（聚焦在无穷远处）投影到车辆操作者视野中。
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图1 Windshield型HUD
考虑到Windshield型HUD中采用挡风玻璃导致光学系统面型调节不方便，引起的像差复杂，因而采用透明的玻璃板作为反射介质，用于成虚像，是驾驶员可以看到驾驶相关的信息，即Combiner型HUD。1973年，艾利奥特公司申请的平视显示装置（GB1439944A）中包括安装在视线内的半反射图像合成器，在图像合成器和磷光屏的下面具有准直光学系统，从荧光屏发出的光被透射准直到图像合成器，并从该反射器反射到飞行员的眼睛。
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图2 Combiner型HUD
3.图像源的种类
平视显示装置的图像源包括阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、数字光处理投影仪（DLP）等。
早期的平视显示装置主要采用阴极射线管，1970年萨博-斯堪尼亚公司申请的平视显示装置（SE335248B）中采用阴极射线管作为图像源，操纵指令通过背景面板上三个明显的横条显示给飞机驾驶员，横条具有水平和垂直的对称轴，这些横条围绕它们的两端摆动，最靠近轴线的交点摆动。
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图3 阴极射线管作为图像源
由于阴极射线管（CRT）具有体积大、使用寿命短、能耗高等缺陷，液晶显示器（LCD）作为图像源应用于平视显示装置中。1981年，松下电器株式会社申请的平视显示装置（JPS57182541 A）中采用液晶显示器作为图像源，液晶显示器等能够通过使用透明基板从正面和背面读取显示的信息，其中背面的显示器由水平反转的字符组成。当使用显示面板作为平视显示器，后侧的图像被挡风玻璃反射，驾驶员可视虚像。
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图4 液晶显示器作为图像源
虽然液晶显示器相对于阴极射线管具有体积小巧、质量较轻等优点，但是其需要背光源提供照明、光利用率低、响应速度慢、易老化。数字光处理投影仪（DLP）相对液晶显示器具有亮度高、对比度高、分辨率好等优点，近些年备受关注。2013年，四川红光汽车机电有限公司申请的平视显示装置（CN103592765A）中采用数字光处理投影仪（DLP）作为图像源，将成像面投影到与前方路面相当的距离，驾驶人员可同时看见路面状况，舒适性与安全性都得到提高。
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图5 数字光处理投影仪作为图像源
4. 平视显示装置专利申请量的年度分布
平视显示装置在国际专利分类号（IPC）中主要涉及G02B27/01，关键词主要为HUD、 Head up Display、平视显示，并利用汽车、飞行器、交通工具等的中英文表达加以限定构建检索式，获得平视显示装置的专利申请量年度分析表。
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表1 专利申请量年度分析表
由表1可以清楚的看到从2001年至2019年，平视显示装置的申请量呈现逐年增加的趋势，尤其是从2015年至2019年，专利申请量以每年1000多件的速度增加，平视显示技术发展迅速。
5. 总结
随着汽车的广泛使用，驾驶安全问题成为设计的焦点，平视显示装置的功能也越来越丰富，包括导航信息、发动机信息、电池信息、油耗信息、速度时间信息等。为了增加社交和娱乐等功能，平视显示装置与第三方应用相结合，包括显示微信消息、音乐播放、语音交互等。相信随着平视显示装置的功能的多样化，会给驾驶员带来更多更好的用户体验感。
参考文献：
[1] 李春亮. 平视显示器光学系统设计[J]. 火力与指挥控制，1992.
[2] 朱淼良，姚 远，蒋云良． 增强现实综述． 中国图像图形学报， 2004; 9( 7) : 767—774.
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