一種基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于車輛系統(tǒng)顯示技術(shù)，提供了一種基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，該平視顯示系統(tǒng)使用激光作為光源以及使用波長選擇性反射器件作為圖像的反射器件，波長選擇性反射器件僅針對激光光源發(fā)出的波長進(jìn)行反射，其余波長的光線均可順利穿透波長選擇性反射器件。對于激光光源發(fā)出的光線，波長選擇性反射器件可以看作一個(gè)反射器件；而對于可見光范圍內(nèi)的其余波長的光線，波長選擇性反射器件則可以看作全透明的器件，因此對于環(huán)境光線來說，波長選擇性反射器件是透明的。所述平視顯示系統(tǒng)可以在透明屏幕上呈現(xiàn)虛像，具有結(jié)構(gòu)簡單、成像清晰和光利用率高的特點(diǎn)。
【專利說明】一種基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛系統(tǒng)顯示技術(shù)，尤其涉及一種基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]車載平視顯示系統(tǒng)，又稱抬頭顯示器系統(tǒng)，英文稱為Head-Up Display,簡稱HUD，是顯示于汽車前擋風(fēng)玻璃上的一種顯示系統(tǒng)，用于顯示汽車速度、轉(zhuǎn)速、油耗、導(dǎo)航信息等，駕駛員不用低頭即可觀察到車輛的諸多信息。平視顯示系統(tǒng)能避免駕駛員低頭觀看儀表盤信息時(shí)可能存在的交通安全隱患。
[0003]常見的HUD系統(tǒng)，在汽車前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面上鍍有或貼附一層表面反射率較高的薄膜，作為半透射半反射薄膜，用于透射環(huán)境光線及反射玻璃下方的顯示器件的光線，顯示器件使用投影方式或者簡單的液晶顯示或LED顯示。由于這兩類顯示所使用的光源均為全光譜光源，半透半反膜需要同時(shí)兼顧透射率和反射率，一般光透射率在70%左右，表面反射率20%以上。作為汽車前擋風(fēng)玻璃，要求有很高的透射率，而作為HUD的反射膜，需要有高的反射率，這與汽車前擋風(fēng)玻璃對透光率的要求是矛盾的，這類HUD系統(tǒng)的光利用率都很低，因此就要求顯示器件具有高亮度的光輸出，對顯示器件設(shè)計(jì)與制作提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的汽車平視顯示系統(tǒng)透視性不好，光能利用率低的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，包括激光發(fā)生器、光源控制單元、系統(tǒng)控制單元、顯示控制單元、顯示模塊和波長選擇性反射器件；
[0006]所述激光發(fā)生器用于產(chǎn)生可混合成白光的多基色激光，產(chǎn)生的多基色激光透射過所述顯示模塊；
[0007]所述光源控制單元用于控制所述激光發(fā)生器的輸出功率來調(diào)整光源的亮度和色度，還用于向所述激光發(fā)生器提供電源；
[0008]所述系統(tǒng)控制單元分別與所述光源控制單元、所述顯示控制單元相連接，用于協(xié)調(diào)所述光源控制單元和所述顯示控制單元的協(xié)同工作，還負(fù)責(zé)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；
[0009]所述顯示控制單元用于向所述顯示模塊提供電源，還用于提供驅(qū)動所述顯示模塊的信號以及控制所述顯示模塊上顯示的圖像信息；
[0010]所述顯示模塊位于所述多基色激光的出光側(cè)，用于產(chǎn)生圖像信息，使所述多基色激光透射之后加載上所述圖像信息；
[0011]所述波長選擇性反射器件用于將加載有圖像信息的多基色激光光束進(jìn)行全反射，使全反射的光束能被觀察者觀看到。
[0012]進(jìn)一步地，所述平視顯示系統(tǒng)還包括光強(qiáng)傳感器，所述光強(qiáng)傳感器與所述系統(tǒng)控制單元相連接，用于探測周圍環(huán)境的光強(qiáng)度，并把光強(qiáng)度數(shù)據(jù)反饋給所述系統(tǒng)控制單元，所述系統(tǒng)控制單元根據(jù)接收到的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)向所述激光發(fā)生器發(fā)出調(diào)整光源輸出功率的信號。
[0013]進(jìn)一步地，所述平視顯示系統(tǒng)還包括勻光裝置，所述勻光裝置貼附于所述顯示模塊的下表面，且所述勻光裝置的光線出射面朝向所述顯示模塊，用于將入射光束進(jìn)行擴(kuò)束、勻化和消散斑處理。
[0014]進(jìn)一步地，所述顯示模塊為透射式液晶顯示屏、多基色方式的液晶顯示屏或場序彩色方式的液晶顯示屏。
[0015]進(jìn)一步地，所述顯示模塊為透射式液晶顯示屏?xí)r，所述透射式液晶顯示屏為紅綠藍(lán)三基色方式的液晶顯示屏。
[0016]進(jìn)一步地，所述激光發(fā)生器由至少三種顏色的激光發(fā)生器組成。
[0017]進(jìn)一步地，所述激光發(fā)生器由紅色半導(dǎo)體激光器、綠色半導(dǎo)體激光器和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器組成。
[0018]進(jìn)一步地，所述波長選擇性反射器件為窄帶鍍膜所形成的選擇性反射及透射膜，所述選擇性反射及透射膜貼附于汽車前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面。
[0019]進(jìn)一步地，所述平視顯示系統(tǒng)還包括:
[0020]光源光強(qiáng)自動偵測與補(bǔ)償模塊，置于所述勻光裝置上，用于偵測從所述激光光源組件中接收到的多基色激光的光強(qiáng)度，并把光強(qiáng)度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述光源控制單元，由所述光源控制單元控制激光發(fā)生器的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光的光強(qiáng)度補(bǔ)償；
[0021]亮度傳感器，置于所述勻光裝置上，用于檢測接收到的多基色激光的亮度，并把亮度數(shù)據(jù)傳送給所述光源控制單元，由所述光源控制單元控制激光發(fā)生器的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光的亮度調(diào)節(jié)；
[0022]色彩傳感器，置于所述勻光裝置上，用于檢測多基色激光的色彩，并把色彩數(shù)據(jù)傳送給所述光源控制單元，由所述光源控制單元控制激光發(fā)生器的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光進(jìn)行色彩平衡的調(diào)整。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)可以在透明屏幕上呈現(xiàn)虛像，具有結(jié)構(gòu)簡單、可視范圍寬、成像清晰、對環(huán)境光透過率高和對顯示器件光線的反射率高的特點(diǎn)，大大提高了光源的光能利用率，色彩與對比度也更加清晰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)的激光發(fā)生器中三種激光光源的發(fā)光光譜圖；
[0026]圖3是基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)的波長選擇性反射器件的反射光譜圖；
[0027]圖4是基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)的波長選擇性反射器件的透過光譜圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]如圖1所不,為本發(fā)明一較佳的實(shí)施例，一種基于激光光源的平視顯不系統(tǒng),包括激光發(fā)生器100、光源控制單元104、系統(tǒng)控制單元105、顯示控制單元106、顯示模塊108和波長選擇性反射器件110。激光發(fā)生器100由若干單色激光發(fā)生器組成，用于產(chǎn)生可混合成白光的多基色激光，產(chǎn)生的多基色激光透射過顯示模塊108。光源控制單元104與激光發(fā)生器100相連接，用于控制所述激光發(fā)生器100中各單色激光發(fā)生器的輸出功率來調(diào)整光源的亮度和色度，還用于向激光發(fā)生器100提供電源。系統(tǒng)控制單元105分別與光源控制單元104、顯示控制單元106相連接，用于協(xié)調(diào)光源控制單元104和顯示控制單元106的協(xié)同工作，還負(fù)責(zé)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。顯示控制單元106與顯示模塊108相連接，用于向顯示模塊108提供電源，還用于提供驅(qū)動顯示模塊108的信號以及控制顯示模塊108上顯示的圖像信息。顯示模塊108位于多基色激光的出光側(cè)，用于產(chǎn)生圖像信息，使所述多基色激光透射之后加載上所述圖像信息。波長選擇性反射器件110用于將加載有圖像信息的多基色激光光束進(jìn)行全反射，使全反射的光束能被觀察者觀看到。
[0030]所述的平視顯示系統(tǒng)通過使用單色性非常理想的激光作為光源，顯示模塊使用透射式液晶顯示器件，同時(shí)使用波長選擇性反射膜作為半透射半反射器件貼附于汽車前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面，波長選擇性反射膜僅針對激光光源發(fā)出的波長進(jìn)行反射，其余波長的光線均可順利穿透波長選擇性反射器件。因此對于激光光源發(fā)出的光線，波長選擇性反射器件可以看作一個(gè)反射器件，而對于可見光范圍內(nèi)的其余波長的光線，波長選擇性反射器件則可以看作全透明的器件，對于環(huán)境光線來說，波長選擇性反射器件是透明的。因此可以實(shí)現(xiàn)在透明物體上顯示圖像的平視顯示系統(tǒng)。
[0031]激光發(fā)生器100由至少三種顏色的激光發(fā)生器組成。優(yōu)選的，激光發(fā)生器100可以由紅色半導(dǎo)體激光器101、綠色半導(dǎo)體激光器102和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器103組成。紅色半導(dǎo)體激光器101、綠色半導(dǎo)體激光器102和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器103的發(fā)光光譜如圖2所示。光源控制單元104給所述的三個(gè)半導(dǎo)體激光器提供電源及控制信號以調(diào)整三個(gè)半導(dǎo)體激光器的光輸出，可以實(shí)現(xiàn)激光的亮度調(diào)節(jié)和色彩平衡的調(diào)節(jié)。
[0032]平視顯示系統(tǒng)還可以包括光強(qiáng)傳感器109，所述光強(qiáng)傳感器109與系統(tǒng)控制單元105相連接，用于探測周圍環(huán)境的光強(qiáng)度，并把光強(qiáng)度數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)控制單元105，并由系統(tǒng)控制單元105根據(jù)接收到的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)向所述激光發(fā)生器發(fā)出調(diào)整光源輸出功率的信號。當(dāng)光強(qiáng)傳感器件109探測到周圍環(huán)境光的強(qiáng)度比較弱時(shí)，將光強(qiáng)信號反饋給系統(tǒng)控制單元105，系統(tǒng)控制單元105根據(jù)光強(qiáng)傳感器件109反饋的信號，發(fā)送指令給光源控制單元104，調(diào)低激光發(fā)生器100的光輸出，從而調(diào)低顯示畫面的亮度，保護(hù)了觀察者的視力；當(dāng)光強(qiáng)傳感器件109探測到周圍環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)控制單元105根據(jù)光強(qiáng)傳感器件109反饋的信號，調(diào)高激光發(fā)生器100的光輸出，使顯示畫面亮度高于背景畫面的亮度，以保證畫面的清晰。
[0033]由于激光的使用，在光學(xué)器件內(nèi)部各界面反射時(shí)會產(chǎn)生有害的條紋狀光斑，一般稱為散斑。散斑產(chǎn)生的原因是由于激光具有很強(qiáng)的單色性和相干性，在時(shí)間和空間上的相位相互疊加引起，因此必須消除激光的相干性。在本發(fā)明中，減弱或消除激光相干性的方法可以采取機(jī)械震動激光光源或激光傳輸器件的方式來實(shí)現(xiàn)。為了消除這種散斑現(xiàn)象，平視顯示系統(tǒng)還可以包括勻光裝置107，勻光裝置107貼附于顯示模塊108的下表面，且勻光裝置107的光線出射面朝向顯示模塊108，用于將入射光束進(jìn)行擴(kuò)束、勻化和消散斑處理，進(jìn)行消散斑處理能有效消除激光干涉的功能確保無散斑出現(xiàn)，以保證畫面在上不出現(xiàn)散斑。[0034]光線透過貼附有勻光裝置107的透射式液晶顯示屏后到達(dá)波長選擇性反射器件110，此時(shí)，波長選擇性反射器件110對于從激光發(fā)生器100發(fā)出的光線來說，可以看作一個(gè)反射率接近100%的反射鏡，從而保證激光全部被反射至觀察者111所在的方向，而不是透過波長選擇性反射器件110。從車窗外進(jìn)入車內(nèi)的光線，在經(jīng)過波長選擇性反射器件110時(shí)僅有與激光波長相同的光線被反射，其余波長的光線均可正常透過波長選擇性反射器件110，因被反射的光線波譜寬度較窄，僅占整個(gè)入射光線的很小一部分，因此波長選擇性反射器件110對外界光線來說基本是透明的。如圖3所示為波長選擇性反射器件110的反射光譜示意圖，在紅色半導(dǎo)體激光器101、綠色半導(dǎo)體激光器102、藍(lán)色半導(dǎo)體激光器103的主發(fā)光波長對應(yīng)的波長范圍內(nèi)具有接近100%的反射率，其余波長的反射率接近于零。圖4所示為波長選擇性反射器件110的透過光譜示意圖，在紅色半導(dǎo)體激光器101、綠色半導(dǎo)體激光器102、藍(lán)色半導(dǎo)體激光器103的主發(fā)光波長對應(yīng)的波長范圍內(nèi)透過率接近于零，其余波長對應(yīng)的透過率接近于100%。
[0035]觀察者111在側(cè)面可以正常觀察到波長選擇性反射器件110中液晶顯示屏所呈虛像。因大部分激光光線被反射至觀察者111的方向，所以本發(fā)明所述的平視顯示系統(tǒng)相對于普通的HUD，其光源利用率大大提高，并且所用的反射膜透過率大大提高。
[0036]顯示模塊108可以為透射式液晶顯示屏、多基色方式的液晶顯示屏或者場序彩色方式的液晶顯示屏。顯示模塊108為透射式液晶顯示屏?xí)r，透射式液晶顯示屏為紅綠藍(lán)三基色方式的液晶顯示屏。
[0037]波長選擇性反射器件110為窄帶鍍膜所形成的選擇性反射及透射膜，所述選擇性反射及透射膜貼附于汽車前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面，其反射光譜中對應(yīng)于所述的激光發(fā)生器的發(fā)光波長有高于50%的反射率且透過率低于50%，其余可見光范圍內(nèi)的波段反射率均低于50%且透過率高于50%。
[0038]在所述的平視顯示系統(tǒng)中，由于采用不同波長的基色激光，在色彩上存在平衡的問題，為了解決這些問題，所述的平視顯示系統(tǒng)中還可以在勻光裝置上增加光源光強(qiáng)自動偵測與補(bǔ)償模塊、亮度傳感器和色彩傳感器，光源光強(qiáng)自動偵測與補(bǔ)償模塊根據(jù)偵測到的光強(qiáng)度并結(jié)合光源控制單元，由光源控制單元104控制激光發(fā)生器100的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光的進(jìn)行光源補(bǔ)償，同時(shí)配合亮度傳感器和色彩傳感器的反饋，光源控制單元104通過對各基色激光輸出功率進(jìn)行調(diào)整，從而使激光光源的輸出光混合為白光。
[0039]應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，使用不同波長的紅、綠、藍(lán)三基色激光器是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例之一，使用三種以上基色激光所制成的平視顯示系統(tǒng)也屬于本發(fā)明所描述的范圍。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光光源的平視顯不系統(tǒng)，其特征在于，包括激光發(fā)生器、光源控制單兀、系統(tǒng)控制單元、顯示控制單元、顯示模塊和波長選擇性反射器件； 所述激光發(fā)生器用于產(chǎn)生可混合成白光的多基色激光，產(chǎn)生的多基色激光透射過所述顯示模塊； 所述光源控制單元用于控制所述激光發(fā)生器的輸出功率來調(diào)整光源的亮度和色度，還用于向所述激光發(fā)生器提供電源； 所述系統(tǒng)控制單元分別與所述光源控制單元、所述顯示控制單元相連接，用于協(xié)調(diào)所述光源控制單元和所述顯示控制單元的協(xié)同工作，還負(fù)責(zé)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊； 所述顯示控制單元用于向所述顯示模塊提供電源，還用于提供驅(qū)動所述顯示模塊的信號以及控制所述顯示模塊上顯示的圖像信息； 所述顯示模塊位于所述多基色激光的出光側(cè)，用于產(chǎn)生圖像信息，使所述多基色激光透射之后加載上所述圖像信息； 所述波長選擇性反射器件用于將加載有圖像信息的多基色激光光束進(jìn)行全反射，使全反射的光束能被觀察者觀看到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述平視顯示系統(tǒng)還包括光強(qiáng)傳感器，所述光強(qiáng)傳感器與所述系統(tǒng)控制單元相連接，用于探測周圍環(huán)境的光強(qiáng)度，并把光強(qiáng)度數(shù)據(jù)反饋給所述系統(tǒng)控制單元，所述系統(tǒng)控制單元根據(jù)接收到的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)向所述激光發(fā)生器發(fā)出調(diào)整光源輸出功率的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述平視顯示系統(tǒng)還包括勻光裝置，所述勻光裝置貼附于所述顯示模塊的下表面，且所述勻光裝置的光線出射面朝向所述顯示模塊，用于將入射光束進(jìn)行擴(kuò)束、勻化和消散斑處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激`光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊為透射式液晶顯示屏、多基色方式的液晶顯示屏或場序彩色方式的液晶顯示屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊為透射式液晶顯示屏?xí)r，所述透射式液晶顯示屏為紅綠藍(lán)三基色方式的液晶顯示屏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)生器由至少三種顏色的激光發(fā)生器組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)生器由紅色半導(dǎo)體激光器、綠色半導(dǎo)體激光器和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述波長選擇性反射器件為窄帶鍍膜所形成的選擇性反射及透射膜，所述選擇性反射及透射膜貼附于汽車前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光光源的平視顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述平視顯示系統(tǒng)還包括: 光源光強(qiáng)自動偵測與補(bǔ)償模塊，置于所述勻光裝置上，用于偵測從所述激光光源組件中接收到的多基色激光的光強(qiáng)度，并把光強(qiáng)度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述光源控制單元，由所述光源控制單元控制激光發(fā)生器的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光的光強(qiáng)度補(bǔ)償； 亮度傳感器，置于所述勻光裝置上，用于檢測接收到的多基色激光的亮度，并把亮度數(shù)據(jù)傳送給所述光源控制單元，由所述光源控制單元控制激光發(fā)生器的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光的亮度調(diào)節(jié)； 色彩傳感器，置于所述勻光裝置上，用于檢測多基色激光的色彩，并把色彩數(shù)據(jù)傳送給所述光源控制單元，由所述光源控制單元控制激光發(fā)生器的輸出功率以實(shí)現(xiàn)對多基色激光進(jìn)行色彩平衡的調(diào)整?！?br> 【文檔編號】G02B27/01GK103852893SQ201410116566
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】李艷龍, 包艷勝 申請人:李艷龍