CN109270600A - 一种多层复合材料半透半反射镜及车载平视显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层复合材料半透半反射镜，包括半透半反射镜的透明塑胶基材，所述半透半反射镜的透明塑胶基材由光学成像面和设置于光学成像面下端的装配支耳组成，所述光学成像面和装配支耳均为热塑性工程塑料制成，所述光学成像面上表面设置有接着膜层，所述接着膜层采用五氧化三钛制成，所述光学成像面下表面设置有增透膜层，所述增透膜层采用二氧化硅制成，所述接着膜层上设置有硅铝混合物反射膜层，所述硅铝混合物反射膜层上设置有防水膜层；所述光学反射面层的形状为平面、球面或者自由曲面；所述装配支耳上开设装配孔。本发明还提供了一种车载平视显示系统，光学成像指标更加清晰、无重影。

Description

一种多层复合材料半透半反射镜及车载平视显示系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是一种多层复合材料半透半反射镜及车载平视显示系统。

背景技术

目前光学相关的技术产品在高科技行业中日益扮演着重要的角色，主要的光学产品有光学材料、光学元件、光学仪器、光学设备等，其中作为核心的光学元件有各种光学滤光片、分光片，球面及非球面透镜、棱镜、柱面镜、反射镜、平面窗口，异型窗口等；

不同类型的反射镜具有令光路聚焦、放大、变向、过滤等功能，随着汽车制造业在我国的飞速发展，如今汽车的整体配置也越来越高，对安全性的要求也逐步提升，国内自主品牌的主机厂，开始借鉴原本在国外的高端车型中才配置的平视显示技术，取代现有的LCD或LED显示屏，运用于新开发的车型中，来提升整车的驾乘安全性和科技卖点。因此也催生了针对反射镜的拓展研究、即衍生出具备成像功能的反射镜，让平视显示器的终端使用者能够清晰的看到反射镜上面的呈现的图像信息；然而用户在使用的过程中，容易因关注反射镜上的图像信息，而疏忽被反射镜遮挡住的视线及路况，为了解决该问题，目前运用比较多的是基于透明光学玻璃材质上再追加光学镀膜的半透半反射镜，由于半透半反射镜既能实现成像功能，又不会遮挡使用者的视线（平视可透过性），在抬头显示器系统上得到很快的普及及运用。

然而采用光学玻璃基材的半透半反射镜的玻璃粗坯模具成型后，仍需要实施后道的切割，研磨，抛光，镀膜等工序，实现起来也是比较繁琐，产出效率低，制造成本居高不下。

发明内容

为克服上述问题，本发明的目的是提供一种多层复合材料半透半反射镜，不仅能够实现成像功能以及平视可穿透性，而且具有抗氧化、抗表面划伤的特性，这种多层复合材料半透半反射镜的投入使用将大大降低现有采用光学玻璃基材的车载平视显示系统的批量制造成本。

本发明采用以下方案实现：一种多层复合材料半透半反射镜，包括半透半反射镜的透明塑胶基材，所述半透半反射镜的透明塑胶基材由光学成像面和设置于光学成像面下端的装配支耳组成，所述光学成像面和装配支耳均为热塑性工程塑料制成，所述光学成像面上表面设置有接着膜层，所述接着膜层采用五氧化三钛制成，所述光学成像面下表面设置有增透膜层，所述增透膜层采用二氧化硅制成，所述接着膜层上设置有硅铝混合物反射膜层，所述硅铝混合物反射膜层上设置有防水膜层；所述光学成像面的形状为平面、球面或者自由曲面；所述装配支耳上开设装配孔。

进一步的，所述硅铝混合物反射膜层为二氧化硅和氧化铝的混合物制成，且二氧化硅占混合物总重量的70%~80%，氧化铝占混合物总重量的20%~30%。

进一步的，所述防水膜层为采用氟化物制成。

进一步的，所述装配支耳的形状为平面、圆柱或者异型曲面。

另外，本发明还提供了一种车载平视显示系统，包括所述的多层复合材料半透半反射镜和成像显示组件，所述成像显示组件包括图像发生模块、光学透镜、以及多层复合材料全反反射镜；所述多层复合材料全反反射镜包括有塑胶基材层，所述塑胶基材层由光学反射面和设置于光学反射面左右两侧的装配耳组成，所述光学反射面上设置有接着塑胶基材层，所述接着塑胶基材层上设置有金属膜层，所述金属膜层上设置有防护膜层；所述光学反射面和装配耳均为热塑性工程塑料制成，所述光学反射面的形状为平面、球面或者自由曲面；所述光学透镜固定于图像发生模块的镜头上，所述多层复合材料全反反射镜位于光学透镜的前方，且多层复合材料全反反射镜的光学反射面顶部与水平面成一A角，所述多层复合材料全反反射镜的光学反射面与图像发生模块的镜头相对应，所述多层复合材料半透半反射镜的光学成像面底部与所述水平面成一α角，且多层复合材料半透半反射镜的光学成像面与所述多层复合材料全反反射镜的光学反射面相对应；所述图像发生模块将图像发射到多层复合材料全反反射镜上，多层复合材料全反反射镜本体不能透过光线，通过层复合材料全反反射镜的光学反射面将图像反射到多层复合材料半透半反射镜上，其中，多层复合材料全反反射镜起到变换光路及缩放图像的作用；多层复合材料半透半反射镜不仅具有反射特性，而且具有可穿透性起到最终投影成像的作用，所述多层复合材料半透半反射镜的光学成像面投影反射传递来的图像；当车载驾驶员的视线沿着光学成像面投射光路的反向延长线看去，则视线穿透多层复合材料半透半反射镜即能看到呈现在多层复合材料半透半反射镜另一面的虚像，所述虚像与多层复合材料半透半反射镜成一固定距离且固定大小。

进一步的，所述接着塑胶基材层为玻璃UV胶、压克力UV胶、UV无影胶或者UV胶水。

进一步的，所述金属膜层为金属铝膜或金属银膜。

进一步的，所述防护膜层为采用二氧化硅制成。

进一步的，所述A角的角度范围45°~65°，α角的角度范围75°~110°。

本发明的有益效果在于：本发明解决现有的车载平视显示系统中光学显示器元件—半透半反射镜，采用光学玻璃基材，需要执行繁琐的后道处理加工工艺、制造周期长且制造成本高的客观存在问题，提出了一种新型的多层复合材料半透半反射镜，由于该反射镜，采用透明的工程塑胶，具有可塑性、轻量化、一次模具成型（免后道机加工）以及采用多层复合膜材料叠加技术，不仅能够实现成像功能以及平视可穿透性，而且具有结构强度高、抗氧化、抗表面划伤的特性，使光学成像指标更加清晰、无重影；大大降低了车载平视显示系统的核心显示器元件的制造成本，整体上削减了企业的生产成本，增强了产品在同行业中的竞争力。

附图说明

图1是本发明的多层复合材料半透半反射镜结构示意图。

图2是本发明的多层复合材料半透半反射镜剖面图。

图3是本发明的图2中C处的放大示意图。

图4是本发明的光学成像面第一形状（自由曲面）的结构示意图。

图5是本发明的光学成像面第二形状（平面）的结构示意图。

图6是本发明的光学成像面第三形状（球面）的结构示意图。

图7是本发明的车载平视显示系统示意图。

图8是本发明的多层复合材料全反反射镜结构示意图。

图9是本发明的多层复合材料全反反射镜剖面图。

图10是本发明的图9中D处的放大示意图。

图11是本发明的光学反射面第一形状（自由曲面）的结构示意图。

图12是本发明的光学反射面第二形状（平面）的结构示意图。

图13是本发明的光学反射面第三形状（球面）的结构示意图。

图14是本发明中虚像在车载上的显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1至图6所示，本发明的一种多层复合材料半透半反射镜10，包括半透半反射镜的透明塑胶基材1，所述半透半反射镜的透明塑胶基材1由光学成像面11和设置于光学成像面下端的装配支耳12组成，所述光学成像面11和装配支耳12均为热塑性工程塑料制成，所述光学成像面11上表面设置有接着膜层13，所述接着膜层13采用五氧化三钛制成，所述光学成像面11下表面设置有增透膜层14，所述增透膜层14采用二氧化硅制成，所述接着膜层13上设置有硅铝混合物反射膜层15，所述硅铝混合物反射膜层15上设置有防水膜层16；所述光学成像面11的形状可设计为平面、球面或者自由曲面；所述装配支耳12上开设装配孔121。其中，所述热塑性工程塑料为超高分子量聚乙烯、聚碳酸酯（通常采用如PMMA聚甲基丙烯酸甲酯或透明PC聚碳酸酯）、或者亚克力。,

进一步的，所述硅铝混合物反射膜层15为二氧化硅和氧化铝的混合物制成，且二氧化硅占混合物总重量的70%~80%，氧化铝占混合物总重量的20%~30%。

光学成像面11上表面镀覆上的接着膜层13，起到牢固粘接透明塑胶基材1和硅铝混合物反射膜层15的作用；该接着膜层13的接着膜材料主要采用五氧化三钛，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优越的性能。

接着膜层13上表面镀覆上的硅铝混合物反射膜层15，该硅铝混合物反射膜层15实现该反射镜的光学半反射功能指标，该硅铝混合物反射膜层15的硅铝混合物（即二氧化硅和氧化铝的混合物）反射膜材料具有耐高湿、高致密度的晶质化复合氧化物，可提高产品的光学透过率，达到光学影像的高清晰度等特点。

硅铝混合物反射膜层15上表面镀覆上的防水膜层16，防水膜层16主要起到防护光学表面作用和避免反射镜光学成像面产生结霜结雾，在极限的环境条件下能够令水和油与光学面的接触面积减少，使得油和水滴不易粘附于反射镜光学表面，提升其抗湿性，抗氧化性，抗划伤性，同时避免复合膜材料因外界环境因素导致失效，划伤、甚至脱落剥离等，造成半透半反射镜光学功能指标衰减或失效产生。防水膜材料6主要采用氟化物，通常为CeF3氟化铈。但又不局限于这种材料，可根据具体的防护等级，更换不同的防护膜层材料。

镀覆上的增透膜层14，主要起到增强半透半反射镜的透过率功能，避免因透射不足，导致成像重影现象，同时也可起到防护产品表面被划伤及增强产品耐候性的目的，其主要采用二氧化硅材料。其中，所述装配支耳12的形状为平面、圆柱或者异型曲面。

新型的多层复合材料半透半反射镜10，由于采用光学模具热塑成型，不仅可以运用于一次成型实现各种曲面类型的半透半反射镜；而且也可以根据具体的车载平视显示系统的设计要求，设计实现半透半反射镜的光学面，成型为凸面、平面或凹面。

该款新型复合材料半透半反射镜的导入实现了低成本、高效率的批量化生产，透视光学成像清晰，无重影，产品轻量化但又能保证结构强度，变形量小，为需要配置核心成像显示元件的车载平视系统的批量化制造，节约了加工制造成本，整体上削减了企业的生产成本，增强了汽车零配件研发及制造企业在同行业中的竞争力，同时由于该产品绿色、环保、可回收再利用能取代现有采用光学玻璃基材的方案。

请参阅图7至图14所示，本发明还提供了一种车载平视显示系统，包括所述的多层复合材料半透半反射镜10和成像显示组件20，所述成像显示组件20包括图像发生模块2、光学透镜3、以及多层复合材料全反反射镜4；所述多层复合材料全反反射镜4包括有塑胶基材层41，所述塑胶基材层41由光学反射面411和设置于光学反射面左右两侧的装配耳412组成，所述光学反射面411上设置有接着塑胶基材层42，所述接着塑胶基材层42上设置有金属膜层43，所述金属膜层43上设置有防护膜层44；所述光学反射面411和装配耳412均为热塑性工程塑料制成，所述光学反射面411的形状为平面、球面或者自由曲面；其中，接着塑胶基材层42，起到牢固粘接光学反射面411和金属膜层43的作用；镀覆上的金属膜层，实现最关键的光学性能指标，如提升反射率等，主要采用金属铝或金属银，但又不局限于这两种；镀覆上的防护膜层，起到防护光学表面作用，在极限的环境条件下可提升其耐候特性，抗氧化性，抗划伤性，避免防护膜层6因外界环境因素导致失效，划伤、甚至脱落剥离等，造成反射镜光学功能指标衰减或失效产生。防护膜层一般采用二氧化硅，但又不局限于这种材料，可根据具体的防护等级，更换不同的防护膜层材料。

所述光学透镜3固定于图像发生模块2的镜头上，所述多层复合材料全反反射镜4位于光学透镜3的前方，且多层复合材料全反反射镜4的光学反射面411顶部与水平面成一A角，所述多层复合材料全反反射镜4的光学反射面411与图像发生模块2的镜头相对应，所述多层复合材料半透半反射镜10的光学成像面11底部与所述水平面成一α角，且多层复合材料半透半反射镜10的光学成像面11与所述多层复合材料全反反射镜4的光学反射面411相对应；所述图像发生模块2将图像发射到多层复合材料全反反射镜4上，多层复合材料全反反射镜4本体不能透过光线，通过层复合材料全反反射镜的光学反射面411将图像反射到多层复合材料半透半反射镜10上，其中，多层复合材料全反反射镜起到变换光路及缩放图像的作用；多层复合材料半透半反射镜不仅具有反射特性，而且具有可穿透性起到最终投影成像的作用，所述多层复合材料半透半反射镜10的光学成像面11投影反射传递来的图像；当车载驾驶员的视线沿着光学成像面投射光路7的反向延长线5看去，则视线穿透多层复合材料半透半反射镜即能看到呈现在多层复合材料半透半反射镜另一面的虚像6，所述虚像6与多层复合材料半透半反射镜成一固定距离且固定大小。其中，在实际应用中图像发生模块可以是投影仪。图7中标号8为驾驶员眼睛，标号9为视网膜成像。所述A角的角度范围45°~65°，α角的角度范围75°~110°。

在本发明中，所述接着塑胶基材层为玻璃UV胶、压克力UV胶、UV无影胶或者UV胶水。所述金属膜层为金属铝膜、金属银膜。所述防护膜层为采用二氧化硅制成。所述装配耳412的形状可以设计为平面、圆柱或者异型曲面。所述A角的角度范围，α角的角度范围。

总之，本发明使光学成像指标更加清晰、无重影；大大降低了车载平视显示系统的核心显示器元件的制造成本，整体上削减了企业的生产成本，增强了产品在同行业中的竞争力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种多层复合材料半透半反射镜，其特征在于：包括半透半反射镜的透明塑胶基材，所述半透半反射镜的透明塑胶基材由光学成像面和设置于光学成像面下端的装配支耳组成，所述光学成像面和装配支耳均为热塑性工程塑料制成，所述光学成像面上表面设置有接着膜层，所述接着膜层采用五氧化三钛制成，所述光学成像面下表面设置有增透膜层，所述增透膜层采用二氧化硅制成，所述接着膜层上设置有硅铝混合物反射膜层，所述硅铝混合物反射膜层上设置有防水膜层；所述光学成像面的形状为平面、球面或者自由曲面；所述装配支耳上开设装配孔。

2.根据权利要求1所述的一种新型的多层复合材料反射镜，其特征在于：所述硅铝混合物反射膜层为二氧化硅和氧化铝的混合物制成，且二氧化硅占混合物总重量的70%~80%，氧化铝占混合物总重量的20%~30%。

3.根据权利要求1所述的一种新型的多层复合材料反射镜，其特征在于：所述防水膜层为采用氟化物制成。

4.根据权利要求1所述的一种新型的多层复合材料反射镜，其特征在于：所述装配支耳的形状为平面、圆柱或者异型曲面。

5.一种车载平视显示系统，其特征在于：包括权利要求1所述的多层复合材料半透半反射镜和成像显示组件，所述成像显示组件包括图像发生模块、光学透镜、以及多层复合材料全反反射镜；所述多层复合材料全反反射镜包括有塑胶基材层，所述塑胶基材层由光学反射面和设置于光学反射面左右两侧的装配耳组成，所述光学反射面上设置有接着塑胶基材层，所述接着塑胶基材层上设置有金属膜层，所述金属膜层上设置有防护膜层；所述光学反射面和装配耳均为热塑性工程塑料制成，所述光学反射面的形状为平面、球面或者自由曲面；所述光学透镜固定于图像发生模块的镜头上，所述多层复合材料全反反射镜位于光学透镜的前方，且多层复合材料全反反射镜的光学反射面顶部与水平面成一A角，所述多层复合材料全反反射镜的光学反射面与图像发生模块的镜头相对应，所述多层复合材料半透半反射镜的光学成像面底部与所述水平面成一α角，且多层复合材料半透半反射镜的光学成像面与所述多层复合材料全反反射镜的光学反射面相对应；所述图像发生模块将图像发射到多层复合材料全反反射镜上，多层复合材料全反反射镜本体不能透过光线，通过层复合材料全反反射镜的光学反射面将图像反射到多层复合材料半透半反射镜上，其中，多层复合材料全反反射镜起到变换光路及缩放图像的作用；多层复合材料半透半反射镜不仅具有反射特性，而且具有可穿透性起到最终投影成像的作用，所述多层复合材料半透半反射镜的光学成像面投影反射传递来的图像；当车载驾驶员的视线沿着光学成像面投射光路的反向延长线看去，则视线穿透多层复合材料半透半反射镜即能看到呈现在多层复合材料半透半反射镜另一面的虚像，所述虚像与多层复合材料半透半反射镜成一固定距离且固定大小。

6.根据权利要求5所述的一种车载平视显示系统，其特征在于：所述接着塑胶基材层为玻璃UV胶、压克力UV胶、UV无影胶或者UV胶水。

7.根据权利要求5所述的一种车载平视显示系统，其特征在于：所述金属膜层为金属铝膜或金属银膜。

8.根据权利要求5所述的一种车载平视显示系统，其特征在于：所述防护膜层为采用二氧化硅制成。

9.根据权利要求5所述的一种车载平视显示系统，其特征在于：所述A角的角度范围45°~65°，α角的角度范围75°~110°。