CN110045502A - 抬头显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抬头显示器，包括:背光系统，用于形成并发射全彩激光图像，所述背光系统包括发射RGB三色激光光束的背光源；若干折转反射镜，反射形成在背光系统中的全彩激光图像；以及半反射镜，反射由折转反射镜反射的全彩激光图像至人眼并形成虚像；其中，半反射镜包括镜体以及镀设在镜体上的三点反射膜，全彩激光图像在镜体处的透过率为93％‑99％；所述镜体具有靠近折转反射镜的入光面以及远离转折反射镜的出光面,所述三点反射膜镀设在入光面上，所述三点反射膜由若干TiO2镀层、若干MgO镀层以及若干SiO2镀层叠加所得，所述三点反射膜可反射至少90％的RGB三色激光。本发明提供的抬头显示器，能量利用率高，清晰度好，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及车载显示器技术领域，具体地说，涉及一种抬头显示器。
背景技术
现有技术的抬头显示器采用白光作为背光源，LCD屏作为图像源，背光源发出光线经光器件后照射至LCD屏并形成图像，图像由平面反射镜反射至半反射镜，并被半反射镜反射至人眼以形成虚像。
为了消除重影，现有技术的半反射镜的入光面镀反射率为30％的波长400nm到680nm的反射膜，出光面镀透过率为97％以上波长400nm到680n的增透膜，该方法的入光面和出光面图像的对比度为：20.4：1，而人眼的对比度分辨为100：1，能量利用率只有30％，会造成图像分辨率降低，清晰度不好的问题。同时，入光面与出光面分别镀膜的方式，工艺难度大，成本过高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抬头显示器，能量利用率高，清晰度好，成本低廉。
本发明公开的抬头显示器所采用的技术方案是:
一种抬头显示器，包括:背光系统，用于形成并发射全彩激光图像，所述背光系统包括发射RGB三色激光光束的背光源；若干折转反射镜，反射形成在背光系统中的全彩激光图像；以及半反射镜，反射由折转反射镜反射的全彩激光图像至人眼并形成虚像；其中，半反射镜包括镜体以及镀设在镜体上的三点反射膜，全彩激光图像在镜体处的透过率为93％-99％；所述镜体具有靠近折转反射镜的入光面以及远离转折反射镜的出光面,所述三点反射膜镀设在入光面上，所述三点反射膜由若干TiO2镀层、若干MgO镀层以及若干SiO2镀层叠加所得，所述三点反射膜可反射至少90％的RGB三色激光。
作为优选方案，所述背光源用于发射波长480-490nm的蓝光、波长580-590nm的绿光以及波长650-660nm的红光。
作为优选方案，若干所述MgO镀层与若干所述SiO2镀层均设置在入光面与TiO2镀层之间，且任意相邻的所述MgO镀层之间夹设有SiO2镀层。
作为优选方案，所述三点反射膜厚度小于等于600nm。
作为优选方案，所述镜体为PMMA材料所制。
作为优选方案，所述背光系统还包括：耦合镜组，使RGB三色激光光束耦合，并共用一准直光路；扩束镜组，扩大耦合的RGB三色激光光束的束腰直径；光束角度控制透镜组：将扩束的RGB三色激光光束由平行光束转变为发散光束；云光片，接收发散光束并形成一个均匀的发光面；以及LCD屏幕，设于云光片的发光面一侧，用于形成全彩激光图像。
作为优选方案，所述耦合镜组包括第一耦合镜与第二耦合镜，所述第一耦合镜耦合RGB三色激光光束中的任意两束，耦合的两束激光与另一束在第二耦合镜耦合。
作为优选方案，所述扩束镜组包括第一扩束镜与第二扩束镜，所述第一扩束镜、第二扩束镜的主光轴与RGB三色激光光束的光轴重合。
作为优选方案，经扩束的RGB三色激光光束的束腰直径大于LCD对角线尺寸3mm。
作为优选方案，所述入光面与出光面之间具有一预设夹角θ，所述夹角θ为0.03-0.05mrad。
本发明公开的抬头显示器的有益效果是：背光系统发射的全彩激光图像，经折转反射镜反射至半反射镜。此时全彩激光图像中部分光线被三点反射膜至人眼形成虚像；部分光线穿过三点反射膜和镜体被出光面反射，继续穿过入光面和三点反射膜照射至人眼形成重影，由于虚像对应的光线至少为全彩激光图像总能量的90％，因此虚像亮度高，清晰度好。重影对应的光线依次经过三点反射膜、镜体后被反射，并再次经过镜体、三点反射膜才能射入人眼，因此其能量为全彩激光图像能量的10％*7％*10％＝0.07％。即虚像与重影对比度为至少1285：1(90：0.07)，因此可以消除重影的影响，同时由于只在镜体单面镀膜，制造工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1是本发明抬头显示器的结构示意图。
图2是本发明抬头显示器的背光系统的结构示意图。
图3是本发明抬头显示器的三点反射膜针对不同波长光束的反射率示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参考图1，一种抬头显示器，包括背光系统10、若干折转反射镜20以及半反射镜30。
请参考图1和图2，背光系统10用于形成并发射全彩激光图像，背光系统10包括发射RGB三色激光光束的背光源。背光源包括蓝色激光器111、绿色激光器112以及红色激光器113，分别用于发射波长480-490nm的蓝光、波长580-590nm的绿光以及波长650-660nm的红光。
折转反射镜20用于反射形成在背光系统10中的全彩激光图像至半反射镜30。
半反射镜30用于反射由折转反射镜20反射的全彩激光图像至人眼并形成虚像。其中，半反射镜30包括镜体以及镀设在镜体上的三点反射膜，全彩激光图像在镜体处的透过率为93％-99％。镜体具有靠近折转反射镜20的入光面以及远离转折反射镜的出光面,三点反射膜镀设在入光面上。
三点反射膜厚度不大于600nm，以保证该三点反射膜与镜体的入光面之间的附着力，避免长时间使用后出现脱膜现象。
三点反射膜由若干TiO2镀层、若干MgO镀层以及若干SiO2镀层叠加所得。请参考图3，其中纵轴为反射率，横轴为波长。该三点反射膜可反射至少90％的RGB三色激光，因此虚像亮度高，清晰度好。
请参考图1和图2，若干MgO镀层与若干SiO2镀层均设置在入光面与TiO2镀层之间。由于TiO2本身的稳定性好，因此将其作为最外侧的保护层。
任意相邻的MgO镀层之间夹设有SiO2镀层。具体的，SiO2镀层与MgO镀层均设有三十层，以保证其反射率，避免出现重影。
本实施例中，全彩激光图像在该镜体处的透过率为93％。镜体为PMMA材料(亚克力)所制。在其他实施例中，镜体为COP、TOPAS、OKP-4、PSU(聚砜)中任一种所制。
半反射镜30制作过程:
制作模具：利用五轴机床加工制成粗磨具；粗磨具在抛光机上抛光所得为精磨具。
模具注塑：精磨具采用注塑压缩工艺可生产出镜体，
镀膜：镜体的出光面采用锡箔纸包裹密封，利用镀膜机中对入光面镀膜，由于只需单面镀膜，镀膜难度低。
背光系统10还包括耦合镜组12、扩束镜组13、光束角度控制透镜组14、云光片15、LCD屏幕16。耦合镜组12使RGB三色激光光束耦合，并共用一准直光路。具体的，耦合镜组12包括第一耦合镜121与第二耦合镜122，第一耦合镜121用于耦合RGB三色激光光束中的任意两束，耦合的两束激光与另一束在第二耦合镜122耦合。
扩束镜组13用于扩大耦合的RGB三色激光光束的束腰直径。扩束镜组13包括第一扩束镜131与第二扩束镜132，第一扩束镜131、第二扩束镜132的主光轴与RGB三色激光光束的光轴重合。
光束角度控制透镜组14用于将扩束的RGB三色激光光束由平行光束转变为发散光束。云光片15用于接收发散光束并形成一个均匀的发光面。LCD屏幕16设于云光片15的发光面一侧，用于形成全彩激光图像。其中，经扩束的RGB三色激光光束的束腰直径大于LCD对角线尺寸3mm。
在另一实施例中，镜体的入光面与出光面之间具有一预设夹角θ，夹角θ为0.03-0.05mrad。入光面的反射光线与出光面的反射光线之间具有一夹角β，夹角β小于1分。夹角β与夹角θ关系为：
其中，n为半反射镜30材料折射率，a为入射角。
其中，部分光束在镜体的入光面反射之后到达人眼位置形成第二虚像，同时部分光束在镜体的出关面反射之后到达人眼位置，形成第一虚像，由于第一虚像与第二虚像相对于人眼的夹角小于1,即小于人眼分辨率，可倾斜看到图像，发明可直接注塑加工，工艺难度消，成本低。
本发明公开的抬头显示器，背光系统10发射的全彩激光图像，经折转反射镜20反射至半反射镜30。此时全彩激光图像中部分光线被三点反射膜至人眼形成虚像；部分光线穿过三点反射膜和镜体被出光面反射，继续穿过入光面和三点反射膜照射至人眼形成重影，由于虚像对应的光线至少为全彩激光图像总能量的90％，因此虚像亮度高，清晰度好。重影对应的光线依次经过三点反射膜、镜体后被反射，并再次经过镜体、三点反射膜才能射入人眼，因此其能量为全彩激光图像能量的10％*7％*10％＝0.07％。即虚像与重影对比度为至少1285：1(90：0.07)，因此可以消除重影的影响，同时由于只在镜体单面镀膜，制造工艺简单，成本低廉。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种抬头显示器，其特征在于，包括:
背光系统，用于形成并发射全彩激光图像，所述背光系统包括发射RGB三色激光光束的背光源；
若干折转反射镜，反射形成在背光系统中的全彩激光图像；以及
半反射镜，反射由折转反射镜反射的全彩激光图像至人眼并形成虚像；
其中，半反射镜包括镜体以及镀设在镜体上的三点反射膜，全彩激光图像在镜体处的透过率为93％-99％；
所述镜体具有靠近折转反射镜的入光面以及远离转折反射镜的出光面,所述三点反射膜镀设在入光面上，所述三点反射膜由若干TiO2镀层、若干MgO镀层以及若干SiO2镀层叠加所得，所述三点反射膜可反射至少90％的RGB三色激光。
2.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述背光源用于发射波长480-490nm的蓝光、波长580-590nm的绿光以及波长650-660nm的红光。
3.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，若干所述MgO镀层与若干所述SiO2镀层均设置在入光面与TiO2镀层之间，且任意相邻的所述MgO镀层之间夹设有SiO2镀层。
4.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述三点反射膜厚度小于等于600nm。
5.如权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述镜体为PMMA材料所制。
6.如权利要求1-5任一项所述的抬头显示器，其特征在于，所述背光系统还包括：
耦合镜组，使RGB三色激光光束耦合，并共用一准直光路；
扩束镜组，扩大耦合的RGB三色激光光束的束腰直径；
光束角度控制透镜组：将扩束的RGB三色激光光束由平行光束转变为发散光束；
云光片，接收发散光束并形成一个均匀的发光面；以及
LCD屏幕，设于云光片的发光面一侧，用于形成全彩激光图像。
7.如权利要求6所述的抬头显示器，其特征在于，所述耦合镜组包括第一耦合镜与第二耦合镜，所述第一耦合镜耦合RGB三色激光光束中的任意两束，耦合的两束激光与另一束在第二耦合镜耦合。
8.如权利要求6所述的抬头显示器，其特征在于，所述扩束镜组包括第一扩束镜与第二扩束镜，所述第一扩束镜、第二扩束镜的主光轴与RGB三色激光光束的光轴重合。
9.如权利要求8所述的抬头显示器，其特征在于，经扩束的RGB三色激光光束的束腰直径大于LCD对角线尺寸3mm。
10.如权利要求6所述的抬头显示器，其特征在于，所述入光面与出光面之间具有一预设夹角θ，所述夹角θ为0.03-0.05mrad。
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