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CN105278161A - 一种车载hud匀光照明系统 - Google Patents

一种车载hud匀光照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车载HUD匀光照明系统，包括LED(1)、LED底座(2)、底座固定螺钉(3)、LED透镜(4)、灯罩(5)、液晶显示屏(6)和显示屏固定装置(7)，液晶显示屏(6)固定于显示屏固定装置(7)上，显示屏固定装置(7)与LED底座(2)之间设有灯罩(5)，LED(1)粘结于LED底座(2)上，LED底座(2)上连接有底座固定螺钉(3)，LED(1)的发光表面连接有LED透镜(4)，LED透镜(4)包括复合抛物面聚光器(9)、二次曲面(10)和方形阵列球面(11)，方形阵列球面(11)位于LED透镜(4)的出光口外表面；本发明能够保证出射光斑在液晶显示屏上分布均匀，增加整体的光照度，而且简化了照明系统，节省了材料及成本。

Description

一种车载HUD匀光照明系统
[技术领域]
本发明涉及车辆照明系统技术领域，具体地说是一种车载HUD匀光照明系统。
[背景技术]
车载抬头显示器(HUD)可以使驾驶员避免注意力中断或丧失对状态意识的掌握，增加了行车安全。HUD对人眼所观测到的图像具有较高的亮度要求，再加上成像系统中的反射能量损失以及液晶显示屏的较大透射能量损失，这就要求HUD照明系统有较高的光能利用率。HUD采用发光二极管(LED)为照明光源，为达到其亮度要求，需使用多颗LED同时照明，而照明的均匀性对图像对比度有很大影响。高对比度图像不仅可以提高用户体验，同时也可提升行车安全。因此，HUD照明系统不仅需要具有较高的光能利用率，同时需要具有较高的照明均匀性。
HUD所采用的光源为发光二极管(LED)面光源，其发光特性为朗伯辐射，发光面积和发光角度较大，若想获得液晶显示屏上的能量和角度均匀照明，则照明系统应具有较好的聚光和匀光效果。且LED光源在额定功率下工作会散发较高的热量，过多的工作时长会导致某些光学零部件的损伤。因此，若能提供一种车载HUD匀光照明系统，使得LED光源不在额定功率下即能满足最终图像所需的亮度要求，从而有效减小发热量，缩小散热片的体积，进而减小整个HUD装置的尺寸，将具有非常重要的意义。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种车载HUD匀光照明系统，能够保证出射光斑在液晶显示屏上分布均匀，增加整体的光照度，而且简化了照明系统，节省了材料及成本。
为实现上述目的设计一种车载HUD匀光照明系统，包括LED1、LED底座2、底座固定螺钉3、LED透镜4、灯罩5、液晶显示屏6和显示屏固定装置7，所述液晶显示屏6固定于显示屏固定装置7上，所述显示屏固定装置7与LED底座2之间设有灯罩5，所述LED1粘结于LED底座2上，所述LED底座2上连接有底座固定螺钉3，所述LED1的发光表面连接有LED透镜4，所述LED透镜4包括复合抛物面聚光器9、二次曲面10和方形阵列球面11，所述二次曲面10形成于复合抛物面聚光器9内部，所述方形阵列球面11位于LED透镜4的出光口外表面。
所述复合抛物面聚光器9由两条倾斜的抛物线复合而成，所述复合抛物面聚光器9呈圆形抛物面结构，所述复合抛物面聚光器9用于收集LED面光源发出的大角度光线，所述二次曲面10通过在复合抛物面聚光器9内部挖孔而形成，所述二次曲面10用于将LED面光源发出的小角度光线进行透射会聚，所述方形阵列球面11用于对经过复合抛物面聚光器9及二次曲面10的出射光进行匀光处理。
所述LED透镜4的入口口径与LED1发光表面对齐，所述LED1的中心与LED透镜4的复合抛物面聚光器9的入口中心对齐。
所述液晶显示屏6通过显示屏固定螺钉8固定在显示屏固定装置7上。
本发明同现有技术相比，结构新颖，设计合理，通过在LED发光表面连接LED透镜，该LED透镜包括复合抛物面聚光器、二次曲面和方形阵列球面，复合抛物面聚光器用于将LED面光源发出的大角度的光尽可能多的收集到，形成满足要求的特定角度的出射光线，二次曲面用于将LED面光源发出的小角度光线进行透射会聚，方形阵列球面位于LED透镜的出光口外表面，用于对光线进行匀光处理，以保证出射光斑在矩形的液晶显示屏上分布均匀，且整体的光照度会增加，其相对于传统的再次增加阵列镜匀光来说，不仅简化了照明系统，而且节省了材料及成本，值得推广应用。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中LED透镜的结构示意图；
图3是本发明实施例中的模拟光路图；
图中：1、LED2、LED底座3、底座固定螺钉4、LED透镜5、灯罩6、液晶显示屏7、显示屏固定装置8、显示屏固定螺钉9、复合抛物面聚光器10、二次曲面11、方形阵列球面12、LED面光源13、LED透镜二14、探测器。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图所示，本发明包括：LED1、LED底座2、底座固定螺钉3、LED透镜4、灯罩5、液晶显示屏6和显示屏固定装置7，液晶显示屏6通过显示屏固定螺钉8固定于显示屏固定装置7上，显示屏固定装置7与LED底座2之间设有灯罩5，LED1粘结于LED底座2上，LED底座2上连接有底座固定螺钉3，LED1的发光表面连接有LED透镜4，LED透镜4包括复合抛物面聚光器9、二次曲面10和方形阵列球面11，二次曲面10形成于复合抛物面聚光器9内部，方形阵列球面11位于LED透镜4的出光口外表面。其中，复合抛物面聚光器9由两条倾斜的抛物线复合而成，复合抛物面聚光器9呈圆形抛物面结构，复合抛物面聚光器9用于收集LED面光源发出的大角度光线，二次曲面10通过在复合抛物面聚光器9内部挖孔而形成，二次曲面10用于将LED面光源发出的小角度光线进行透射会聚，方形阵列球面11用于对经过复合抛物面聚光器9及二次曲面10的出射光进行匀光处理；LED透镜4的入口口径与LED1发光表面对齐，LED1的中心与LED透镜4的复合抛物面聚光器9的入口中心对齐。
本发明所述的车载HUD照明系统，其结构包括发光二极管LED1、LED底座2、底座固定螺钉3、LED透镜4、灯罩5、液晶显示屏6、显示屏固定装置7和显示屏固定螺钉8，LED粘结在LED底座上，底座固定螺钉用于将LED固定在HUD相关位置。
本发明提供了一种基于复合抛物面聚光器(CPC)的LED透镜，在准确地控制出光角的同时能够得到较好的均匀性和较高的能量利用率，其结构如附图2所示，包括复合抛物面聚光器、二次曲面和方形阵列球面。其中，复合抛物面聚光器用于将LED面光源发出的大角度的光尽可能多的收集到，形成满足要求的特定角度的出射光线，该CPC是由两条倾斜的抛物线复合而成，是一种非成像低聚焦度的器件，可以将特定接受角范围内的光线收集到接收器上，多应用于平行光的会聚。二次曲面位于LED面光源一定距离处，其作用是将LED面光源发出的小角度光线进行透射会聚，由于CPC的长度限制，LED面光源发出的小角度光线不能经过CPC反射，故需要将CPC内部挖孔，采用二次曲面来进行对此部分光线折射。方形阵列球面位于整个LED透镜的出光口外表面，LED面光源经过CPC及二次曲面，虽然已尽可能地满足了角度要求，但是CPC结构是圆形抛物面，其出射光斑为圆形，若直接进行叠加照明液晶显示屏的话，则会造成交叉部分及液晶显示屏边缘照明不均匀的现象，故采用方形阵列球面进行匀光处理，从而可以保证出射光斑在矩形的液晶显示屏上分布均匀，且整体的光照度会增加，且方形阵列球面直接与CPC及二次曲面组合成整体LED透镜，相对于传统的再次增加阵列镜匀光来说，简化了照明系统，节省了材料及成本。
如附图3所示，为本发明实施例中的车载HUD照明系统的模拟光路图。其中，LED面光源12采用欧斯朗公司的LUWCEUN.CE光源，将LED透镜二13的入口口径与LED面光源发光表面对齐，光源芯片的中心与LED透镜二的CPC入口中心对齐；在距离面光源发光表面34mm处探测器14进行光线追迹模拟。本实施例中，LED面光源12的大小为1.6×1.2mm，LED透镜二的大小为40×20mm，经过本实施例中的照明系统后，可以保证在照明面42×22mm范围内的能量利用率为88％，且分布均匀，即可以在液晶显示屏上获得满足要求的高效均匀照明。本实施例中的照明系统出光角度为全角14°。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车载HUD匀光照明系统，其特征在于：包括LED(1)、LED底座(2)、底座固定螺钉(3)、LED透镜(4)、灯罩(5)、液晶显示屏(6)和显示屏固定装置(7)，所述液晶显示屏(6)固定于显示屏固定装置(7)上，所述显示屏固定装置(7)与LED底座(2)之间设有灯罩(5)，所述LED(1)粘结于LED底座(2)上，所述LED底座(2)上连接有底座固定螺钉(3)，所述LED(1)的发光表面连接有LED透镜(4)，所述LED透镜(4)包括复合抛物面聚光器(9)、二次曲面(10)和方形阵列球面(11)，所述二次曲面(10)形成于复合抛物面聚光器(9)内部，所述方形阵列球面(11)位于LED透镜(4)的出光口外表面。
2.如权利要求1所述的车载HUD匀光照明系统，其特征在于：所述复合抛物面聚光器(9)由两条倾斜的抛物线复合而成，所述复合抛物面聚光器(9)呈圆形抛物面结构，所述复合抛物面聚光器(9)用于收集LED面光源发出的大角度光线，所述二次曲面(10)通过在复合抛物面聚光器(9)内部挖孔而形成，所述二次曲面(10)用于将LED面光源发出的小角度光线进行透射会聚，所述方形阵列球面(11)用于对经过复合抛物面聚光器(9)及二次曲面(10)的出射光进行匀光处理。
3.如权利要求2所述的车载HUD匀光照明系统，其特征在于：所述LED透镜(4)的入口口径与LED(1)发光表面对齐，所述LED(1)的中心与LED透镜(4)的复合抛物面聚光器(9)的入口中心对齐。
4.如权利要求1、2或3所述的车载HUD匀光照明系统，其特征在于：所述液晶显示屏(6)通过显示屏固定螺钉(8)固定在显示屏固定装置(7)上。
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