CN216310420U - 应用于hud产品的pgu光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种应用于HUD产品的PGU光学系统，该系统组成主要包括光源，中继透镜，反射镜，二向色板，感光传感器，直角棱镜以及DMD芯片。本专利解决了现有应用于HUD产品的PGU光学系统体积过大、散热设计困难、虚像距离远时亮度不足、调节亮度的精准度不够等缺陷。本专利所公开一种应用于HUD产品的PGU光学系统体积可以达到37x95x47.2，甚至更小；散热设计时可以借助HUD产品外壳直接将热量导出产品外，避免热量集中到产品内部；与现有其他技术的HUD产品相比，该系统采用0.55寸DMD芯片时，输出光通量＞170lm,能够满足HUD虚像距离大于10m时亮度要求,实现真正的AR‑HUD效果。

Description

应用于HUD产品的PGU光学系统

技术领域

本实用新型专利涉及一种应用抬头显示装置（即HUD），特别是应用DLP技术的HUD抬头显示装置。

背景技术

随着时代的发展，科学的进步，汽车产品已经逐步成为生活中的主要的外出交通工具，汽车产品的普及率逐年升高，驾驶员的水平参差不齐，汽车的行驶安全问题逐渐得到大众和国家的重视。而抬头显示技术（HUD）是近年来讨论比较多的一种可以避免驾驶员频繁低头观察仪表或导航的新技术，该技术还可以于ADS等其他技术进行配合使用，大大的提高驾驶人员的专注度，提高汽车行驶的安全性。

抬头显示技术（HUD）应用到的技术种类有很多，而应用DLP技术的抬头显示技术可以有效的避免阳光倒灌从而引起的抬头显示装置的温升效应，导致系统因为温度过高，不能正常工作。

目前，困扰DLP技术在抬头显示装置中应用的主要问题是体积过大，散热困难，虚像距离远，画面大时亮度不足，无法根据不同环境变化准确调整亮度等。

实用新型内容

本实用新型针对现有难题，提供一种应用于HUD产品的PGU光学系统，该PGU光学系统布局紧凑，体积小，散热效果好，可以提高PGU输出亮度。

为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：按光线传输光程方向依次设置有光源、中继透镜组、反射镜、二向色板、光阑片、复眼透镜、中继透镜、直角棱镜和DMD芯片；所述光源发出光线，并经过中继透镜的聚光，和反射镜或二向色板对光线传输光程方向进行改变，由复眼透镜进行匀光，经过直角棱镜进入DMD芯片，并由DMD芯片发出图像信号，经过直角棱镜进入镜头。

优选的，所述直角棱镜，两个直角面其中一个与DMD芯片表面平行，另一直角面与镜头的光轴垂直；所述直角棱镜的斜面镀有膜，所述膜使光线从斜面进入，透过直角棱镜使光线进入DMD芯片，DMD芯片发出的图像光线能够透过直角面进入直角棱镜，并经斜面反射到另一直角面，进入镜头。

优选的，所述光源为LED-R光源、LED-B光源和LED-G光源构成的三色LED光源。

优选的，所述光源并排布置，并在同一平面。

优选的，所述光源排布平面与镜头光轴平行布置。

优选的，所述三色LED光源，位于内侧的两个光源分别通过二向板将光线反射至主光路中，位于最外侧的光源由反射镜将光线直角反射，并经二向板进入主光路中，在光源之间设有中继透镜。

优选的，在所述直角棱镜的入射光线边缘位置设置有第三反射镜和能够接收第三反射镜亮度信号的感光传感器，一部分零散光线进入第三反射镜，反射进入感光传感器，转换成控制信号，为调节系统亮度提供精准的反馈信号。

优选的，所述三色LED光源中每个光源对应的中继透镜组均由第一中继透镜和第二中继透镜组成，所述第一中继透镜为新月型透镜，第二中继透镜双凸透镜。

优选的，所述中继透镜与入射光线传输方向成33°-35°夹角。

该应用于HUD产品的PGU光学系统，设置布置在同一平面G、B、R三色LED光源，通过由新月型透镜组成的中继透镜组更好汇聚光线，减小传输光路的体积。通过三块针对G、B、R二向色板将光线传递方向转90°，通过设置光阑片拦截掉零散光线。设置的复眼透镜对光线进行匀光，提高系统的光照均匀性。通过设置的第五中继透镜为双凸透镜聚光提高光线传输的汇聚性；通过设置的与光线传输方向夹角为45°的发射镜将光线按照主视图逆时针折向90度；后通过设置轴线与光线传输方向夹角为33°-35°的双凸透镜改变光线进入后设置的直角棱镜的入射角度；后通过设置的直角棱镜使光线进入DMD芯片，DMD芯片通过微棱镜角度转变，配合三色光源的开关形成画面信号，再通过直角棱镜将画面光线传入镜头，形成像面。通过设置在反射镜二于中继透镜六之间的反射镜三将零散光线反射进入感光器用于给调节系统输出亮度提供反馈信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：本实用新型结构更加紧凑，光学系统尺寸压缩到37x95x47.2；光源在同一侧平面布置，便于散热设计；采用DMD芯片是0.55”寸1152x576，PGU输出光通量大于170lm，能够满足HUD虚像距离大于10m时亮度要求,实现真正的AR-HUD效果。光源同一平面布置解决散热设计困难的问题；采用支持1152x576输入分辨率的2：1芯片，可以提高PGU输出亮度；并在系统中借助部分散射光线，通过反射镜将光线折向一个感光传感器，用于为调节亮度提供精准的亮度信号。

附图说明

图1为本实用新型光学系统结构布置举例示意图。

图2为图1的俯视图。

其中，1、DMD芯片；2、直角棱镜；3、第六中继透镜；4、第三反射镜；5、感光传感器；6、第二反射镜；7、第五中继透镜；8、光阑片；9、复眼透镜；10、第二二向色板；11、第四中继透镜；12、第一二向色板；13、第三中继透镜；14、第一反射镜；16、LED-B光源；17、LED-G光源；18、第一中继透镜；19、第二中继透镜。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。如图1、2所示的一种应用于HUD产品的PGU光学系统，该系统沿光线传输方向，依次包含：LED-R光源15，LED-B光源16和LED-G光源17三个不同的光源，光源并排布置，并在同一平面，所述光源排布平面与镜头光轴平行布置。光线是由LED-R光源15，LED-B光源16和LED-G光源17三个不同的光源发出，并经过相应的中继透镜组，二向色板或反射镜汇入复眼透镜9合并为一条光程。具体的，LED-G光源17对应由第一中继透镜18和第二中继透镜19构成的中继透镜组，所述第一中继透镜为新月型透镜，第二中继透镜双凸透镜。光线输出端设有第一反射镜14，LED-G光源17发出光线，经过由第一中继透镜18和第二中继透镜19的聚光后，经过第一反射镜14将光线反射90度至主光路中。同样，LED-R光源15和LED-B光源16分别对应设有中继透镜组，光线输出端分别设有第二二向色板10、第一二向色板12，所述第二二向色板10和第一二向色板12分别将光线90度反射至主光路，且同时使LED-G光源17发出的光线通过进入主光路。在第二二向色板10和第一二向色板12之间设有第四中继透镜11，在第一二向色板12和第一反射镜14之间设有第三中继透镜13，所述第四中继透镜11和第三中继透镜13为双凸透镜。三个光源的形成的主光路光线进入复眼透镜9进行匀光，再经光阑片8拦截杂散光线、第五中继透镜7再次聚光，经第二反射镜6对主光路光线90度转向。在所述直角棱镜的入射光线边缘位置设置有第三反射镜4和能够接收第三反射镜亮度信号的感光传感器5，一部分零散光线进入第三反射镜4，反射进入感光传感器5，转换成控制信号，为调节系统亮度提供精准的反馈信号。第二反射镜6反射的主光路的光线进入第六中继透镜3，所述第六中继透镜3为为双凸透镜，与入射光线传输方向成33°-35°夹角，转变光线传递方向，使光线能够透射通过直角棱镜2的斜面，所述直角棱镜2，两个直角面其中一个与DMD芯片1表面平行，另一直角面与镜头的光轴垂直；所述直角棱镜的斜面镀有膜，所述膜使光线从斜面进入，透过直角棱镜使光线进入DMD芯片，DMD芯片发出的图像光线能够透过直角面进入直角棱镜，并经斜面反射到另一直角面，进入镜头。

三个光源产生的光束传输过程举例如下：

1）LED-G光源17发出光线，经过由第一中继透镜18和第二中继透镜19的聚光功能，后经过第一反射镜14将光线按照俯视图顺时针折转90°，后经过第三中继透镜13聚光，后经过第一二向色板12，后经过第四中继透镜11聚光，后经过第二二向色板10，光线进入复眼透镜9。

2）LED-B光源16发出光线经过由第一中继透镜18和第二中继透镜19的聚光功能，后经过第一二向色板12将光线按照俯视图顺时针折转90°，后经过第四中继透镜11聚光，后经过第二二向色板10，光线进入复眼透镜9。

3）LED-R光源15发出光线经过二个中继透镜聚光后经第二二向色板10将光线按照俯视图顺时针方向折转90°后进入复眼透镜9。三个LED光源发出光线的传输光程，在复眼透镜9后合为一条光程。

经过复眼透镜9匀光后的主光线通过设置口径为13x13的方形光阑片8进入第五中继透镜7聚光后，经过第二反射镜6将光线按照主视图逆时针方向折转90°后，一部分零散光线进入第三反射镜4，反射进入感光传感器5，转换成控制信号。所述第六中继透镜3为为双凸透镜，转变光线传递方向，使光线能够透射通过直角棱镜斜面，主光线经过主视图方向直角棱镜的下直角面进入DMD芯片1，经过DMD芯片处理，将有效画面经过主视图方向直角棱镜的下直角面进入直角棱镜，直角棱镜的斜面镀有膜，经过直角棱镜45°斜面反射作用将画面光线逆时针折转90°，从主视图方向直角棱镜的右直角面发出，进入投影镜头。

上述实施方式举例但不仅限于上述实施案例，任何根据上述举例调整光源排布顺序，调整中间元件顺序或角度的均在本专利权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：按光线传输光程方向依次设置有光源、中继透镜组、反射镜、二向色板、光阑片、复眼透镜、中继透镜、直角棱镜和DMD芯片；所述光源发出光线，并经过中继透镜的聚光，和反射镜或二向色板对光线传输光程方向进行改变，由复眼透镜进行匀光，经过直角棱镜进入DMD芯片，并由DMD芯片发出图像信号，经过直角棱镜进入镜头。

2.根据权利要求1所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述直角棱镜，两个直角面其中一个与DMD芯片表面平行，另一直角面与镜头的光轴垂直；所述直角棱镜的斜面镀有膜，所述膜使光线从斜面进入，透过直角棱镜使光线进入DMD芯片，DMD芯片发出的图像光线能够透过直角面进入直角棱镜，并经斜面反射到另一直角面，进入镜头。

3.根据权利要求1所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述光源为LED-R光源、LED-B光源和LED-G光源构成的三色LED光源。

4.根据权利要求3所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述光源并排布置，并在同一平面。

5.根据权利要求4所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述光源排布平面与镜头光轴平行布置。

6.根据权利要求5所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述三色LED光源，位于内侧的两个光源分别通过二向板将光线反射至主光路中，位于最外侧的光源由反射镜将光线直角反射，并经二向板进入主光路中，在光源之间设有中继透镜。

7.根据权利要求1所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：在所述直角棱镜的入射光线边缘位置设置有第三反射镜和能够接收第三反射镜亮度信号的感光传感器，一部分零散光线进入第三反射镜，反射进入感光传感器，转换成控制信号，为调节系统亮度提供精准的反馈信号。

8.根据权利要求3所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述三色LED光源中每个光源对应的中继透镜组均由第一中继透镜和第二中继透镜组成，所述第一中继透镜为新月型透镜，第二中继透镜双凸透镜。

9.根据权利要求1所述的应用于HUD产品的PGU光学系统，其特征在于：所述中继透镜与入射光线传输方向成33°-35°夹角。

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