CN112485902A - 一种光学薄膜以及光学成像系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光学薄膜以及光学成像系统，该光学薄膜至少包括依次层叠设置的第一透镜层、第一偏折层、反射层、第二偏折层以及第二透镜层；第二透镜层贴附于挡风玻璃；反射层用于反射图像光束形成第一反射光束，第一透镜层和第一偏折层用于将第一反射光束进行放大和/或偏折，以引导至视场方向；第二透镜层和第二偏折层用于对第二反射光束进行放大和/或偏折，以引导至第一方向；第二反射光束为挡风玻璃反射图像光束形成，视场方向和第一方向不同。通过上述方式，本申请能够使得光学薄膜贴合在挡风玻璃表面时直接形成虚像，还能够消除重影。

Description

一种光学薄膜以及光学成像系统
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种光学薄膜以及光学成像系统。
背景技术
抬头显示(HUD，Head Up Display)可以将有用的驾驶信息透射到挡风玻璃后产生一个远处的虚像，提升驾驶的安全性，减少驾驶员视线离开路面带来的风险。
现有HUD的解决方案是将挡风玻璃作为成像的最终光学表面，通过一系列的镜面反射实现图像的放大和成像；由于挡风玻璃本身不具有很好的放大成像作用，成像组要通过一片或者两片自由曲面反射镜来实现，如图1所示，同时，还需要调节自由曲面反射镜的旋转角度来配合不同驾驶员的身高；由于多片自由曲面反射镜需要占用一定的空间，并且需要安装在挡风玻璃下，目前的做法是将该自由曲面反射镜植入挡风玻璃下的仪表盘所在的位置，但是直接利用挡风玻璃成像具有很多缺点，包括前后表面产生重影、需要多个自由曲面反射镜才能搭建光路以及占用汽车仪表盘内的空间等；产生重影的原理如图2所示，入射到挡风玻璃的光束会在挡风玻璃的两个表面发生反射，分别产生一个远处的虚像，两个虚像重叠，影响观看的效果。
发明内容
本申请主要解决的问题是提供一种光学薄膜以及光学成像系统，能够使得光学薄膜贴合在挡风玻璃表面时直接形成虚像，还能够消除重影。
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种光学薄膜，该光学薄膜至少包括：依次层叠设置的第一透镜层、第一偏折层、反射层、第二偏折层以及第二透镜层；第二透镜层贴附于挡风玻璃；反射层用于反射图像光束形成第一反射光束，第一透镜层和第一偏折层用于将第一反射光束进行放大和/或偏折，以引导至视场方向；第二透镜层和第二偏折层用于对第二反射光束进行放大和/或偏折，以引导至第一方向；第二反射光束为挡风玻璃反射图像光束形成，视场方向和第一方向不同。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种光学薄膜，该光学薄膜至少包括：依次层叠设置的第一偏折层、第一透镜层、反射层、第二透镜层以及第二偏折层，第二偏折层贴附于挡风玻璃；反射层用于反射图像光束形成第一反射光束，第一透镜层和第一偏折层用于将第一反射光束进行放大和/或偏折，以引导至视场方向；第二透镜层和第二偏折层用于对第二反射光束进行放大和/或偏折，以引导至第一方向；第二反射光束为挡风玻璃反射图像光束形成，视场方向和第一方向不同。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种光学成像系统，该光学成像系统包括：光学薄膜和图像发生器，图像发生器用于产生图像光束，并将图像光束从第一透镜层射入光学薄膜，光学薄膜用于反射部分图像光束至视场方向，引导挡风玻璃反射的图像光束至第一方向，视场方向和第一方向不同，光学薄膜为上述的光学薄膜。
通过上述方案，本申请的有益效果是：
光学成像系统中的光学薄膜贴合在挡风玻璃的表面作为HUD屏幕时，可通过反射层形成虚像，不需要额外的光学成像器件就可以对图像产生器产生的图像光束进行成像，呈现到人眼中；同时，光学薄膜的反射层所反射的图像光束被引导至视场方向，而挡风玻璃反射的图像光束被引导至第一方向，由于第一方向与视场方向不同，人眼无法看到挡风玻璃反射图像光束形成的虚像，因此，可以消除重影，方便观察出射的第一反射光束产生的虚像。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是现有技术中HUD的结构示意图；
图2是现有技术中HUD产生重影的结构示意图；
图3是本申请提供的光学薄膜一实施例的结构示意图；
图4是图3所示的实施例中成像的结构示意图；
图5是本申请提供的光学薄膜另一实施例的结构示意图；
图6是图5所示的实施例中成像的结构示意图；
图7是本申请提供的光学薄膜又一实施例的结构示意图；
图8是本申请提供的光学成像系统一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图3和图4，图3是本申请提供的光学薄膜一实施例的结构示意图，图4是图3所示的实施例中成像的结构示意图，光学薄膜10至少包括：依次层叠设置的第一透镜层11、第一偏折层12、反射层13、第二偏折层14以及第二透镜层15，第二透镜层15贴附于挡风玻璃30上。
第一透镜层11用于对接收到的图像光束进行放大，并将放大后的图像光束传输至第一偏折层12；该图像光束可以由图像发生器20产生，图像产生器20将图像光束射入光学薄膜10的第一透镜层11中；第一偏折层12用于对放大后的图像光束进行偏折，并将偏折后的图像光束传输至反射层13。
反射层13用于反射偏折后的图像光束形成第一反射光束，第一透镜层11和第一偏折层12用于将第一反射光束进行放大和/或偏折，以将第一反射光束引导至视场方向，从而显示一虚像；第一反射光束依次经过第一偏折层12与第一透镜层11后，从光学薄膜10射出。
第二透镜层15和第二偏折层14分别用于对第二反射光束进行放大和/或偏折，以将第二反射光束引导至第一方向，该第二反射光束为挡风玻璃30反射图像光束形成，该第一方向和视场方向不同，偏折后的第二反射光束经第一偏折层12与第一透镜层11从光学薄膜10射出；具体地，第二反射光束从第二透镜层15远离第二偏折层14的一侧射入，经过第二透镜层15的放大、第二偏折层14的偏折、反射层13的透射、第一偏折层12的偏折以及第一透镜层11的放大后，从光学薄膜10射出。
为了避免第二反射光束从第一透镜层11射出产生的虚像与第一反射光束从第一透镜层11射出产生的虚像相互重叠，造成重影，可以通过设置光学薄膜10中各膜层的厚度或材料组成来使得出射的第二反射光束和第一反射光束能够区分来，使得从光学薄膜10出射的第二反射光束的虚像与从光学薄膜10出射的第一反射光束的虚像不重叠，从而消除重影。
本实施例集成光学放大与光束偏折等光学作用于一张光学薄膜10中，光学薄膜10中的第一透镜层11和第一偏折层12能够对入射的图像光束进行放大和/或偏折，经由反射层13反射后，再经第一偏折层12和第一透镜层11射出，光学薄膜10贴合在挡风玻璃30的表面时直接形成虚像，不需要额外的光学成像器件就可以把图像产生器20产生的图像光束变成一个放大的虚像，呈现到人眼中；在光学薄膜10的设计中，将光学薄膜10的有效反射角度和挡风玻璃30的反射角度区分开，光学薄膜10反射的图像光束被引导至视场方向，而挡风玻璃30反射的图像光束被引导至与视场方向不同的第一方向，由于第一方向与视场方向不同，人眼无法看到挡风玻璃30反射的虚像，从而可以消除重影，方便观察出射的第一反射光束产生的虚像。
请参阅图5和图6，图5是本申请提供的光学薄膜另一实施例的结构示意图，图6是图5所示的实施例中成像的结构示意图，第一透镜层11和第二透镜层15包括菲涅尔棱镜微结构(图中未示出)，第一偏折层12和第二偏折层14包括偏折棱镜微结构(图中未示出)。
菲涅尔棱镜微结构主要起成像放大的作用，在成像放大的过程中可以引导改变光路的方向；而偏折棱镜微结构和反射层13的作用是将图像光束偏折和反射到人眼可观察的范围内，使得从光学薄膜10出射的图像光束到达人眼的视场方向内，以便人眼观察到虚像。
第一透镜层11和第二透镜层15的折射率相同，第一透镜层11的菲涅尔棱镜微结构与第二透镜层15的菲涅尔棱镜微结构为互补结构，以消除菲涅尔棱镜微结构带来的相差。
第一偏折层12和第二偏折层14的折射率相同，第一偏折层12的偏折棱镜微结构与第二偏折层14的偏折棱镜微结构为互补结构，以消除偏折棱镜微结构带来的相差。
为了便于加工，第一透镜层11和第二透镜层15可以为旋转对称结构；第一偏折层12和第二偏折层14可以为平行对称结构，即第一偏折层12中的多个棱镜微结构相互平行且对称，第二偏折层14中的多个偏折棱镜微结构且对称；反射层13可以采用金属膜或者介质膜，反射层13的反射率为10％～20％，反射层13可以对入射的光束进行透射或反射。
挡风玻璃30还用于透射环境光束，第一透镜层11和第二透镜层15其中之一为凸透镜，另一为凹透镜，即第一透镜层11为凸透镜，第二透镜层15为凹透镜；或者第一透镜层11为凹透镜，第二透镜层15为凸透镜。
环境光束依次经过第二透镜层15、第二偏折层14、反射层13、第一偏折层12和第一透镜层11产生偏折后传播方向不变，也就是说，作为凸透镜和凹透镜的第一透镜层11和第二透镜层15是曲率一致的互补的透镜对。
将第一透镜层11和第二透镜层15设计为成对的凸透镜和凹透镜，是考虑到环境光束透过光学薄膜10时不能改变传播方向，否则会影响驾驶员对周围环境的观察。
本实施例中的光学薄膜10由多层光学表面叠加构成，其包括了微结构成像面(包括第一透镜层11、第一偏折层12、第二偏折层14以及第二透镜层15)、金属反射或者介质反射面(包括反射层13)以及相差补偿面(包括第一透镜层11与第二透镜层15、第一偏折层12与第二偏折层14)等多个光学表面；仅利用贴在挡风玻璃30上的光学薄膜10就可实现形成虚像，无需再增加独立的HUD屏幕，可简化目前的HUD系统，不需要占用额外的车内空间，增加了HUD系统的安装便捷性和操作方便性，并且降低了系统的成本。
请参阅图7，图7是本申请提供的光学薄膜又一实施例的结构示意图，光学薄膜10至少包括：依次层叠设置的第一偏折层12、第一透镜层11、反射层13、第二透镜层15以及第二偏折层14，第二偏折层14贴附于挡风玻璃(图中未示出)。
图像发生器20产生图像光束，并将图像光束射入第一偏折层12，第一偏折层12用于对接收到的图像光束进行偏折，并将偏折后的图像光束传输至第一透镜层11。
第一透镜层11用于对偏折后的图像光束进行放大，并将放大后的图像光束传输至反射层13；反射层13用于反射放大后的图像光束形成成第一反射光束，第一透镜层11和第一偏折层12用于将第一反射光束进行放大和/或偏折，以将第一反射光束引导至视场方向；第一反射光束依次经过第一透镜层11与第一偏折层12后，从光学薄膜10射出。
第二偏折层14和第二透镜层15用于对第二反射光束进行偏折和/或放大，以将第二反射光束引导至第一方向，该第二反射光束为挡风玻璃反射图像光束形成，该第一方向和视场方向不同，放大后的第二反射光束经第一透镜层11与第一偏折层12从光学薄膜10射出；具体地，第二反射光束从第二偏折层14远离第二透镜层15的一侧射入，经过第二偏折层14的偏折、第二透镜层15的放大、反射层13的透射、第一透镜层11的放大以及第一偏折层12的偏折后，从光学薄膜10射出；且为了消除重影，从光学薄膜10出射的第二反射光束的虚像与从光学薄膜10出射的第一反射光束的虚像不重叠。
挡风玻璃还用于透射环境光束，环境光束依次经过第二偏折层14、第二透镜层15、反射层13、第一透镜层11和第一偏折层12产生偏折后传播方向不变。
第一透镜层11和第二透镜层15包括菲涅尔棱镜微结构(图中未示出)，菲涅尔棱镜微结构的截面形状可以为扇形、环扇或三角形；第一偏折层12和第二偏折层14包括偏折棱镜微结构(图中未示出)。
偏折棱镜微结构分别设置在光学薄膜10的前后两个表面，而菲涅尔棱镜微结构设置在光学薄膜10的内部，反射率为10～20％的反射层13镀在菲涅尔棱镜微结构的表面，即反射层13至少部分覆盖菲涅尔棱镜微结构的表面。
本实施例中光学薄膜10的光学原理与上述实施例类似，利用偏折棱镜微结构对光束进行角度偏转，而菲涅尔棱镜微结构起到改变光路方向的作用，图像发生器20发出的图像光束经过反射层13的一次反射和第一偏折层12的偏折棱镜微结构的两次偏折后，将第一反射光束出射至人眼的视场方向，实现将第一反射光束变成人眼可见的虚像。
请参阅图8，图8是本申请提供的光学成像系统一实施例的结构示意图，光学成像系统100包括光学薄膜10和图像发生器20，图像发生器20用于产生图像光束，并将图像光束从第一透镜层(图中未示出)射入光学薄膜10，光学薄膜10用于反射图像光束至视场方向，引导挡风玻璃30反射的图像光束至第一方向，视场方向和第一方向不同，光学薄膜10为上述实施例中的光学薄膜10。
光学成像系统100中的光学薄膜10贴合在挡风玻璃30的表面作为HUD屏幕时，可通过反射层(图中未示出)形成虚像，不需要额外的光学成像器件就可以对图像产生器20产生的图像光束进行成像，呈现到人眼中；同时，光学薄膜10的反射层反射的图像光束被引导至视场方向，而挡风玻璃30反射的图像光束被引导至第一方向，由于第一方向与视场方向不同，人眼无法看到挡风玻璃30反射图像光束形成的虚像，因此，可以消除重影，方便观察出射的第一反射光束产生的虚像。
以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学薄膜，其特征在于，至少包括依次层叠设置的第一透镜层、第一偏折层、反射层、第二偏折层以及第二透镜层，所述第二透镜层贴附于挡风玻璃；
所述反射层用于反射图像光束形成第一反射光束，所述第一透镜层和所述第一偏折层用于将所述第一反射光束进行放大和/或偏折，以引导至视场方向；
所述第二透镜层和所述第二偏折层用于对第二反射光束进行放大和/或偏折，以引导至第一方向；所述第二反射光束为所述挡风玻璃反射所述图像光束形成，所述视场方向和所述第一方向不同。
2.一种光学薄膜，其特征在于，至少包括依次层叠设置的第一偏折层、第一透镜层、反射层、第二透镜层以及第二偏折层，所述第二偏折层贴附于挡风玻璃；
所述反射层用于反射图像光束形成第一反射光束，所述第一透镜层和所述第一偏折层用于将所述第一反射光束进行放大和/或偏折，以引导至视场方向；
所述第二透镜层和所述第二偏折层用于对第二反射光束进行放大和/或偏折，以引导至第一方向；所述第二反射光束为所述挡风玻璃反射所述图像光束形成，所述视场方向和所述第一方向不同。
3.根据权利要求1或2所述的光学薄膜，其特征在于，
所述第一透镜层和所述第二透镜层的折射率相同，所述第一透镜层和所述第二透镜层为旋转对称结构。
4.根据权利要求3所述的光学薄膜，其特征在于，
所述第一透镜层和所述第二透镜层包括菲涅尔棱镜微结构，所述第一透镜层的菲涅尔棱镜微结构与所述第二透镜层的菲涅尔棱镜微结构为互补结构。
5.根据权利要求1或2所述的光学薄膜，其特征在于，
所述第一偏折层和所述第二偏折层的折射率相同，所述第一偏折层和所述第二偏折层为平行对称结构。
6.根据权利要求5所述的光学薄膜，其特征在于，
所述第一偏折层和所述第二偏折层包括偏折棱镜微结构，所述第一偏折层的偏折棱镜微结构与所述第二偏折层的偏折棱镜微结构为互补结构。
7.根据权利要求1或2所述的光学薄膜，其特征在于，
所述反射层为金属膜或者介质膜，所述反射层的反射率为10％～20％。
8.根据权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，
所述挡风玻璃还用于透射环境光束，所述第一透镜层和所述第二透镜层其中之一为凸透镜，另一为凹透镜；所述环境光束经过所述第二透镜层、所述第二偏折层、所述反射层、所述第一偏折层和所述第一透镜层产生偏折后传播方向不变。
9.根据权利要求1所述的光学薄膜，其特征在于，
所述反射层至少部分覆盖所述菲涅尔棱镜微结构的表面，所述菲涅尔棱镜微结构的截面形状为扇形、环扇或三角形。
10.一种光学成像系统，其特征在于，包括光学薄膜和图像发生器，所述图像发生器用于产生图像光束，并将所述图像光束从所述第一透镜层射入所述光学薄膜，所述光学薄膜用于反射部分所述图像光束至视场方向，引导挡风玻璃反射的图像光束至第一方向，所述视场方向和所述第一方向不同，所述光学薄膜为权利要求1-9中任一项所述的光学薄膜。
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