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CN106526858A - 一种基于dlp的车载平显光学系统 - Google Patents

一种基于dlp的车载平显光学系统 Download PDF

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CN106526858A
CN106526858A CN201611143487.4A CN201611143487A CN106526858A CN 106526858 A CN106526858 A CN 106526858A CN 201611143487 A CN201611143487 A CN 201611143487A CN 106526858 A CN106526858 A CN 106526858A
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optical system
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周亮
刘彤
张川
张红洛
孙可
张海军
范利洪
罗辉
龙尤
李卓
李晓霞
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Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
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Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
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Abstract

本发明属于光学显示技术领域，提供一种基于DLP的车载平显光学系统，包括：DLP投影系统(1)，投影屏(2)，组合镜(3)。图像或视频信息由DLP投影系统(1)投射到投影屏(2)上形成实像，然后通过投影屏(2)将实像反射到组合镜(3)，并在组合镜(3)前方形成虚像，最后由组合镜(3)将虚像反射至驾驶员观察位置，驾驶员不需低头便能实时查看车辆及路况等信息。本发明构型简单，安装方便，不影响车辆正常驾驶使用，提高驾驶安全性及舒适性。

Description

一种基于DLP的车载平显光学系统
技术领域
本发明属于光学显示技术领域，提供一种基于DLP的车载平显光学系统，本发明可应用于平视显示器(Head-Up Display，HUD)。
背景技术
车辆在高速行驶时，特别是夜间高速行车时，驾驶员可能会低头观看仪表显示或观看中控台的导航等显示，此时如果前方遇有紧急情况就有可能因来不及采取有效措施而造成事故。假设车辆行驶速度为120KM/H，即使驾驶员的视线被干扰1S，这也就意味着有33米的视线盲区，有重大的安全隐患。而车载抬头显示系统(HUD)可以有效避免这种情况的发生。
车载抬头显示系统是一种增强现实型车载显示设备，其从航空机载平显技术衍生而来，利用离轴光学系统将车速、油耗、发动机转速等车况信息以及路径导航信息显示在驾驶员前方平视范围内，有效的缩短了驾驶员对前方视野的盲区时间，可以真正的做到驾驶时“眼不离路面、手不离方向盘”。
目前，在一些特种车辆及高级汽车上配置了一种平视显示器，它可以把车辆及路况等重要信息显示在一个透明屏上，驾驶员不必低头，就能看清车辆行驶数据等重要信息。但目前的平视显示器存在成像距离近，人眼在观察远方道路和近处仪表之间不断调焦，易疲劳。
发明内容
本发明针对现有车载显示系统的技术不足，提供一种基于DLP的车载平显光学系统，可应用于车载平视显示器，用于显示车辆行驶数据等重要信息，具有构型简单，安装方便，成本低，通用性强，推广潜力大的优点，能够缓解人眼疲劳，提高驾驶安全性及舒适性。
本发明的技术方案为：
所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：从DLP投影系统(1)出发，沿光路依次设置投影屏(2)和组合镜(3)；
图像或视频信息由DLP投影系统(1)投射到投影屏(2)上形成实像，然后通过投影屏(2)将实像反射或透射到组合镜(3)，并在组合镜(3)前方形成至少4m远处虚像，最后由组合镜(3)将虚像反射至驾驶员观察位置。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：所述投影屏(2)为反射式投影屏；投影屏(2)的反射面反射率大于90％。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：所述投影屏(2)为透射型投影屏；投影屏(2)的透射面透过率大于90％；在投影屏(2)和组合镜(3)之间增设透镜(4)，透镜(4)设置有偏心和倾斜，以增大虚像成像距离。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：所述投影屏(2)为透射型投影屏；投影屏(2)的透射面透过率大于90％；在投影屏(2)和组合镜(3)之间增设曲面反射镜(5)，曲面反射镜(5)的内反射面设置有偏心和倾斜，以增大虚像成像距离；曲面反射镜(5)的内反射面镀可见光400nm～700nm波段范围的介质反射膜或金属反射膜，反射率大于95％。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：组合镜(3)的反射面镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，所述反射面的反射透射比为30/70。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：组合镜(3)的背面镀可见光400nm～700nm波段范围的增透膜，对各个入射角度的光线全部透射，透射率大于99％。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：组合镜(3)的反射面为球面或非球面；组合镜(3)的背面为球面或非球面，且面型参数应与反射面匹配，校正透过组合镜观看外景产生的畸变。
进一步的优选方案，所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：投影屏(2)为玻璃屏幕或树脂屏幕，组合镜(3)材料为无色透明玻璃或光学树脂PC/PMMA。
有益效果
1、本发明可使驾驶员不必低头，就能看清车辆行驶数据等重要信息，避免人眼在观察远方道路和近处仪表之间不断调焦，缓解人眼疲劳，提高驾驶安全性；
2、本发明为平视显示，更符合驾驶员平视观察习惯，具有较好的人机工效；
3、本发明为虚像显示，虚像成像于驾驶员前方至少4m远，与人眼观察前方路况距离更接近，人眼观察外景和显示信息时更舒适；
4、本发明为透视显示，驾驶员观察显示信息时不影响观察外景；
5、本发明显示信息可与外景叠加，增强现实，安全性好；
6、本发明光学系统构型简单，元件使用数量少，设计、加工、装配难度小；
7、本发明可消除显示副像，校正外景畸变，显示效果好；
8、本发明基于DLP投影系统设计的车载平显系统，成本低；
9、本发明基于DLP投影系统设计，并兼顾LCD、OLED等其它数字图像源，系统通用性好。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例的车载平显示意图。
图2为本发明第二实施例的车载平显示意图。
图3为本发明第三实施例的车载平显示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明针对现有车载显示系统的技术不足，提供一种基于DLP的车载平显光学系统，可应用于车载平视显示器，用于显示车辆行驶数据等重要信息，具有构型简单，安装方便，成本低，通用性强，推广潜力大的优点，能够缓解人眼疲劳，提高驾驶安全性及舒适性。
实施例1：
如图1所示，本发明提出的一种基于DLP的车载平显光学系统，从DLP投影系统(1)出发，沿光路依次设置投影屏(2)和组合镜(3)。图像或视频信息由DLP投影系统(1)投射到投影屏(2)上形成实像，然后通过投影屏(2)将实像反射到组合镜(3)，并在组合镜(3)前方形成至少4m远处虚像，最后由组合镜(3)将虚像反射至驾驶员观察位置，驾驶员不需低头便能实时查看车辆及路况等信息。
投影屏(2)接收DLP投影系统(1)投射的像并反射到组合镜(3)，投影屏(2)的反射面(S2a)为平面或曲面，投影屏(2)的反射面(S2a)反射率大于90％。
组合镜(3)的反射面(S3a)镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，所述反射面(S3a)的反射透射比为(R/T)30/70。组合镜(3)的背面(S3b)镀可见光400nm～700nm波段范围的增透膜，对各个入射角度的光线全部透射，透射率大于99％，可消除显示画面副像。
组合镜(3)的反射面(S3a)为球面或非球面，组合镜(3)的另一面(S3b)为球面或非球面，且面型参数应与反射面(S3a)匹配设计，可校正透过曲面组合镜观看外景产生的畸变。
车载平显光学系统适应可见光400nm～700nm波段，可显示单色或彩色画面。
投影屏(2)为玻璃屏幕或树脂屏幕。
组合镜(3)材料为无色透明玻璃或光学树脂PC/PMMA。
DLP投影系统(1)与投影屏(2)呈一定夹角设置。
投影屏(2)与组合镜(3)呈一定夹角设置。
车载平显光学系统可坐式安装于车仪表盘上方，也可吊装式安装于车顶部。
车载平显光学系统可适应独立后装，也可前装埋入仪表盘内部。
车载平显光学系统中DLP投影系统(1)和投影屏(2)部分可替换LCD、OLED等数字图像源。
实施例2：
如图2所示，本发明提出的一种基于DLP的车载平显光学系统，从DLP投影系统(1)出发，沿光路依次设置投影屏(2)、透镜(4)和组合镜(3)。图像或视频信息由DLP投影系统(1)投射到投影屏(2)上形成实像，然后通过投影屏(2)将实像透射经过透镜(4)到组合镜(3)，并在组合镜(3)前方形成至少4m远处虚像，最后由组合镜(3)将虚像反射至驾驶员观察位置，驾驶员不需低头便能实时查看车辆及路况等信息。
投影屏(2)接收DLP投影系统(1)投射的像并透射经过透镜(4)到组合镜(3)，投影屏(2)的透射面(S2a)为平面或曲面，投影屏(2)的透射面(S2a)透过率大于90％。且透镜(4)设置有偏心和倾斜，提高系统成像质量，增大虚像成像距离。
组合镜(3)的反射面(S3a)镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，所述反射面(S3a)的反射透射比为(R/T)30/70。组合镜(3)的背面(S3b)镀可见光400nm～700nm波段范围的增透膜，对各个入射角度的光线全部透射，透射率大于99％，可消除显示画面副像。
组合镜(3)的反射面(S3a)为球面或非球面，组合镜(3)的另一面(S3b)为球面或非球面，且面型参数应与反射面(S3a)匹配设计，可校正透过曲面组合镜观看外景产生的畸变。
车载平显光学系统适应可见光400nm～700nm波段，可显示单色或彩色画面。
投影屏(2)为玻璃屏幕或树脂屏幕。
组合镜(3)材料为无色透明玻璃或光学树脂PC/PMMA。
DLP投影系统(1)与投影屏(2)呈一定夹角设置。
投影屏(2)与组合镜(3)呈一定夹角设置。
车载平显光学系统可坐式安装于车仪表盘上方，也可吊装式安装于车顶部。
车载平显光学系统可适应独立后装，也可前装埋入仪表盘内部。
车载平显光学系统中DLP投影系统(1)和投影屏(2)部分可替换LCD、OLED等数字图像源。
实施例3：
如图3所示，本发明提出的一种基于DLP的车载平显光学系统，从DLP投影系统(1)出发，沿光路依次设置投影屏(2)、曲面反射镜(5)和组合镜(3)。图像或视频信息由DLP投影系统(1)投射到投影屏(2)上形成实像，然后通过投影屏(2)将实像透射经过曲面反射镜(5)反射到组合镜(3)，并在组合镜(3)前方形成至少4m远处虚像，最后由组合镜(3)将虚像反射至驾驶员观察位置，驾驶员不需低头便能实时查看车辆及路况等信息。
投影屏(2)接收DLP投影系统(1)投射的像并透射经过曲面反射镜(5)反射到组合镜(3)，投影屏(2)的透射面(S2a)为平面或曲面，投影屏(2)的透射面透过率大于90％。
曲面反射镜(5)的内反射面(S5a)设置有偏心和倾斜，以提高系统成像质量，增大虚像成像距离。曲面反射镜(5)的内反射面(S5a)镀可见光400nm～700nm波段范围的介质反射膜或金属反射膜，反射率大于95％。
组合镜(3)的反射面(S3a)镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，所述反射面(S3a)的反射透射比为(R/T)30/70。组合镜(3)的背面(S3b)镀可见光400nm～700nm波段范围的增透膜，对各个入射角度的光线全部透射，透射率大于99％，可消除显示画面副像。
组合镜(3)的反射面(S3a)为球面或非球面，组合镜(3)的另一面(S3b)为球面或非球面，且面型参数应与反射面(S3a)匹配设计，可校正透过曲面组合镜观看外景产生的畸变。
车载平显光学系统适应可见光400nm～700nm波段，可显示单色或彩色画面。
投影屏(2)为玻璃屏幕或树脂屏幕。
组合镜(3)材料为无色透明玻璃或光学树脂PC/PMMA。
DLP投影系统(1)与投影屏(2)呈一定夹角设置。
投影屏(2)与组合镜(3)呈一定夹角设置。
车载平显光学系统可坐式安装于车仪表盘上方，也可吊装式安装于车顶部。
车载平显光学系统可适应独立后装，也可前装埋入仪表盘内部。
车载平显光学系统中DLP投影系统(1)和投影屏(2)部分可替换LCD、OLED等数字图像源。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：从DLP投影系统(1)出发，
沿光路依次设置投影屏(2)和组合镜(3)；
图像或视频信息由DLP投影系统(1)投射到投影屏(2)上形成实像，然后通过投影屏(2)将实像反射或透射到组合镜(3)，并在组合镜(3)前方形成至少4m远处虚像，最后由组合镜(3)将虚像反射至驾驶员观察位置。
2.根据权利要求1所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：所述投影屏(2)为反射式投影屏；投影屏(2)的反射面反射率大于90％。
3.根据权利要求1所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：所述投影屏(2)为透射型投影屏；投影屏(2)的透射面透过率大于90％；在投影屏(2)和组合镜(3)之间增设透镜(4)，透镜(4)设置有偏心和倾斜，以增大虚像成像距离。
4.根据权利要求1所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：所述投影屏(2)为透射型投影屏；投影屏(2)的透射面透过率大于90％；在投影屏(2)和组合镜(3)之间增设曲面反射镜(5)，曲面反射镜(5)的内反射面设置有偏心和倾斜，以增大虚像成像距离；曲面反射镜(5)的内反射面镀可见光400nm～700nm波段范围的介质反射膜或金属反射膜，反射率大于95％。
5.根据权利要求1～4任一所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：组合镜(3)的反射面镀可见光400nm～700nm波段范围的分光膜，所述反射面的反射透射比为30/70。
6.根据权利要求5所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：组合镜(3)的背面镀可见光400nm～700nm波段范围的增透膜，对各个入射角度的光线全部透射，透射率大于99％。
7.根据权利要求6所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：组合镜(3)的反射面为球面或非球面；组合镜(3)的背面为球面或非球面，且面型参数应与反射面匹配，校正透过组合镜观看外景产生的畸变。
8.根据权利要求1所述一种基于DLP的车载平显光学系统，其特征在于：投影屏(2)为玻璃屏幕或树脂屏幕，组合镜(3)材料为无色透明玻璃或光学树脂PC/PMMA。
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