CN203799120U - 基于激光光源的平视显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于车辆系统显示技术，提供了一种基于激光光源的平视显示系统，该平视显示系统使用激光作为光源以及使用波长选择性反射器件作为图像的反射器件，波长选择性反射器件仅针对激光光源发出的波长进行反射，其余波长的光线均可顺利穿透波长选择性反射器件。对于激光光源发出的光线，波长选择性反射器件可以看作一个反射器件；而对于可见光范围内的其余波长的光线，波长选择性反射器件则可以看作全透明的器件，因此对于环境光线来说，波长选择性反射器件是透明的。所述平视显示系统可以在透明屏幕上呈现虚像，具有结构简单、成像清晰和光利用率高的特点。

Description

基于激光光源的平视显示系统

技术领域

本实用新型涉及车辆系统显示技术，尤其涉及一种基于激光光源的平视显示系统。

背景技术

车载平视显示系统，又称抬头显示器系统，英文称为Head-Up Display，简称HUD，是显示于汽车前挡风玻璃上的一种显示系统，用于显示汽车速度、转速、油耗、导航信息等，驾驶员不用低头即可观察到车辆的诸多信息。平视显示系统能避免驾驶员低头观看仪表盘信息时可能存在的交通安全隐患。

常见的HUD系统，在汽车前挡风玻璃内表面上镀有或贴附一层表面反射率较高的薄膜，作为半透射半反射薄膜，用于透射环境光线及反射玻璃下方的显示器件的光线，显示器件使用投影方式或者简单的液晶显示或LED显示。由于这两类显示所使用的光源均为全光谱光源，半透半反膜需要同时兼顾透射率和反射率，一般光透射率在70%左右，表面反射率20%以上。作为汽车前挡风玻璃，要求有很高的透射率，而作为HUD的反射膜，需要有高的反射率，这与汽车前挡风玻璃对透光率的要求是矛盾的，这类HUD系统的光利用率都很低，因此就要求显示器件具有高亮度的光输出，对显示器件设计与制作提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于激光光源的平视显示系统，旨在解决现有的汽车平视显示系统透视性不好，光能利用率低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于激光光源的平视显示系统，包括激光发生器、光源控制单元、系统控制单元、显示控制单元、显示模块和波长选择性反射器件；

所述激光发生器用于产生可混合成白光的多基色激光，产生的多基色激光透射过所述显示模块；

所述光源控制单元与所述激光发生器相连接，用于控制所述激光发生器的输出功率来调整光源的亮度和色度，还用于向所述激光发生器提供电源；

所述系统控制单元分别与所述光源控制单元、所述显示控制单元相连接，用于协调所述光源控制单元和所述显示控制单元的协同工作，还负责与外界进行数据通讯；

所述显示控制单元与所述显示模块相连接，用于向所述显示模块提供电源，还用于提供驱动所述显示模块的信号以及控制所述显示模块上显示的图像信息；

所述显示模块位于所述多基色激光的出光侧，用于产生图像信息，使所述多基色激光透射之后加载上所述图像信息；

所述波长选择性反射器件用于将加载有图像信息的多基色激光光束进行全反射，使全反射的光束能被观察者观看到。

进一步地，所述平视显示系统还包括光强传感器，所述光强传感器与所述系统控制单元相连接，用于探测周围环境的光强度，并把光强度数据反馈给所述系统控制单元，所述系统控制单元根据接收到的光强度数据向所述激光发生器发出调整光源输出功率的信号。

进一步地，所述平视显示系统还包括匀光装置，所述匀光装置贴附于所述显示模块的下表面，且所述匀光装置的光线出射面朝向所述显示模块，用于将入射光束进行扩束、匀化和消散斑处理。

进一步地，所述显示模块为透射式液晶显示屏、多基色方式的液晶显示屏或场序彩色方式的液晶显示屏。

进一步地，所述显示模块为透射式液晶显示屏时，所述透射式液晶显示屏为红绿蓝三基色方式的液晶显示屏。

进一步地，所述激光发生器由至少三种颜色的激光发生器组成。

进一步地，所述激光发生器由红色半导体激光器、绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器组成。

进一步地，所述波长选择性反射器件为窄带镀膜所形成的选择性反射及透射膜，所述选择性反射及透射膜贴附于汽车前挡风玻璃内表面。

进一步地，所述平视显示系统还包括：

光源光强自动侦测与补偿模块，置于所述匀光装置上，用于侦测从所述激光光源组件中接收到的多基色激光的光强度，并把光强度数据发送给所述光源控制单元，由所述光源控制单元控制激光发生器的输出功率以实现对多基色激光的光强度补偿；

亮度传感器，置于所述匀光装置上，用于检测接收到的多基色激光的亮度，并把亮度数据传送给所述光源控制单元，由所述光源控制单元控制激光发生器的输出功率以实现对多基色激光进行亮度调节；

色彩传感器，置于所述匀光装置上，用于检测多基色激光的色彩，并把色彩数据传送给所述光源控制单元，由所述光源控制单元控制激光发生器的输出功率以实现对多基色激光进行色彩平衡的调整。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：所述的基于激光光源的平视显示系统可以在透明屏幕上呈现虚像，具有结构简单、可视范围宽、成像清晰、对环境光透过率高和对显示器件光线的反射率高的特点，大大提高了光源的光能利用率，色彩与对比度也更加清晰。

附图说明

图1是本实用新型基于激光光源的平视显示系统的结构示意图；

图2是基于激光光源的平视显示系统的激光发生器中三种激光光源的发光光谱图；

图3是基于激光光源的平视显示系统的波长选择性反射器件的反射光谱图；

图4是基于激光光源的平视显示系统的波长选择性反射器件的透过光谱图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，为本实用新型一较佳的实施例，一种基于激光光源的平视显示系统，包括激光发生器100、光源控制单元104、系统控制单元105、显示控制单元106、显示模块108和波长选择性反射器件110。激光发生器100由若干单色激光发生器组成，用于产生可混合成白光的多基色激光，产生的多基色激光透射过所述显示模块108。光源控制单元104与激光发生器100相连接，用于控制所述激光发生器100中各单色激光发生器的输出功率来调整光源的亮度和色度，还用于向激光发生器100提供电源。系统控制单元105分别与光源控制单元104、显示控制单元106相连接，用于协调光源控制单元104和显示控制单元106的协同工作，还负责与外界进行数据通讯。显示控制单元106与显示模块108相连接，用于向显示模块108提供电源，还用于提供驱动显示模块108的信号以及控制显示模块108上显示的图像信息。显示模块108位于多基色激光的出光侧，用于产生图像信息，使所述多基色激光透射之后加载上所述图像信息。波长选择性反射器件110用于将加载有图像信息的多基色激光光束进行全反射，使全反射的光束能被观察者观看到。

所述的平视显示系统通过使用单色性非常理想的激光作为光源，显示模块使用透射式液晶显示器件，同时使用波长选择性反射膜作为半透射半反射器件贴附于汽车前挡风玻璃内表面，波长选择性反射膜仅针对激光光源发出的波长进行反射，其余波长的光线均可顺利穿透波长选择性反射器件。因此对于激光光源发出的光线，波长选择性反射器件可以看作一个反射器件，而对于可见光范围内的其余波长的光线，波长选择性反射器件则可以看作全透明的器件，对于环境光线来说，波长选择性反射器件是透明的。因此可以实现在透明物体上显示图像的平视显示系统。

激光发生器100由至少三种颜色的激光发生器组成。优选的，激光发生器100可以由红色半导体激光器101、绿色半导体激光器102和蓝色半导体激光器103组成。红色半导体激光器101、绿色半导体激光器102和蓝色半导体激光器103的发光光谱如图2所示。光源控制单元104给所述的三个半导体激光器提供电源及控制信号以调整三个半导体激光器的光输出，可以实现激光的亮度调节和色彩平衡的调节。

平视显示系统还可以包括光强传感器109，所述光强传感器109与系统控制单元105相连接，用于探测周围环境的光强度，并把光强度数据反馈给系统控制单元105，并由系统控制单元105根据接收到的光强度数据向所述激光发生器发出调整光源输出功率的信号。当光强传感器件109探测到周围环境光的强度比较弱时，将光强信号反馈给系统控制单元105，系统控制单元105根据光强传感器件109反馈的信号，发送指令给光源控制单元104，调低激光发生器100的光输出，从而调低显示画面的亮度，保护了观察者的视力；当光强传感器件109探测到周围环境光比较强时，系统控制单元105根据光强传感器件109反馈的信号，调高激光发生器100的光输出，使显示画面亮度高于背景画面的亮度，以保证画面的清晰。

由于激光的使用，在光学器件内部各界面反射时会产生有害的条纹状光斑，一般称为散斑。散斑产生的原因是由于激光具有很强的单色性和相干性，在时间和空间上的相位相互叠加引起，因此必须消除激光的相干性。在本实用新型中，减弱或消除激光相干性的方法可以采取机械震动激光光源或激光传输器件的方式来实现。为了消除这种散斑现象，平视显示系统还可以包括匀光装置107，匀光装置107贴附于显示模块108的下表面，且匀光装置107的光线出射面朝向显示模块108，用于将入射光束进行扩束、匀化和消散斑处理，进行消散斑处理能有效消除激光干涉的功能确保无散斑出现，以保证画面在上不出现散斑。

光线透过贴附有匀光装置107的透射式液晶显示屏后到达波长选择性反射器件110，此时，波长选择性反射器件110对于从激光发生器100发出的光线来说，可以看作一个反射率接近100%的反射镜，从而保证激光全部被反射至观察者111所在的方向，而不是透过波长选择性反射器件110。从车窗外进入车内的光线，在经过波长选择性反射器件110时仅有与激光波长相同的光线被反射，其余波长的光线均可正常透过波长选择性反射器件110，因被反射的光线波谱宽度较窄，仅占整个入射光线的很小一部分，因此波长选择性反射器件110对外界光线来说基本是透明的。如图3所示为波长选择性反射器件110的反射光谱示意图，在红色半导体激光器101、绿色半导体激光器102、蓝色半导体激光器103的主发光波长对应的波长范围内具有接近100%的反射率，其余波长的反射率接近于零。图4所示为波长选择性反射器件110的透过光谱示意图，在红色半导体激光器101、绿色半导体激光器102、蓝色半导体激光器103的主发光波长对应的波长范围内透过率接近于零，其余波长对应的透过率接近于100%。

观察者111在侧面可以正常观察到波长选择性反射器件110中液晶显示屏所呈虚像。因大部分激光光线被反射至观察者111的方向，所以本实用新型所述的平视显示系统相对于普通的HUD，其光源利用率大大提高，并且所用的反射膜透过率大大提高。

显示模块108可以为透射式液晶显示屏、多基色方式的液晶显示屏或者场序彩色方式的液晶显示屏。显示模块108为透射式液晶显示屏时，透射式液晶显示屏为红绿蓝三基色方式的液晶显示屏。

波长选择性反射器件110为窄带镀膜所形成的选择性反射及透射膜，所述选择性反射及透射膜贴附于汽车前挡风玻璃内表面，其反射光谱中对应于所述的激光发生器的发光波长有高于50%的反射率且透过率低于50%，其余可见光范围内的波段反射率均低于50%且透过率高于50%。

在所述的平视显示系统中，由于采用不同波长的基色激光，在色彩上存在平衡的问题，为了解决这些问题，所述的平视显示系统中还可以在匀光装置上增加光源光强自动侦测与补偿模块、亮度传感器和色彩传感器，光源光强自动侦测与补偿模块根据侦测到的光强度并结合光源控制单元104，由光源控制单元104控制激光发生器100的输出功率以实现对多基色激光的光源补偿，同时配合亮度传感器和色彩传感器的反馈，光源控制单元104通过对各基色激光输出功率进行调整，从而使激光光源的输出光混合为白光。

应当认为，使用不同波长的红、绿、蓝三基色激光器是本实用新型的一个实施例之一，使用三种以上基色激光所制成的平视显示系统也属于本实用新型所描述的范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，包括激光发生器、光源控制单元、系统控制单元、显示控制单元、显示模块和波长选择性反射器件； 

所述激光发生器用于产生可混合成白光的多基色激光，产生的多基色激光透射过所述显示模块； 

所述光源控制单元与所述激光发生器相连接，用于控制所述激光发生器的输出功率来调整光源的亮度和色度，还用于向所述激光发生器提供电源； 

所述系统控制单元分别与所述光源控制单元、所述显示控制单元相连接，用于协调所述光源控制单元和所述显示控制单元的协同工作，还负责与外界进行数据通讯； 

所述显示控制单元与所述显示模块相连接，用于向所述显示模块提供电源，还用于提供驱动所述显示模块的信号以及控制所述显示模块上显示的图像信息； 

所述显示模块位于所述多基色激光的出光侧，用于产生图像信息，使所述多基色激光透射之后加载上所述图像信息； 

所述波长选择性反射器件用于将加载有图像信息的多基色激光光束进行全反射，使全反射的光束能被观察者观看到。 

2.根据权利要求1所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述平视显示系统还包括光强传感器，所述光强传感器与所述系统控制单元相连接，用于探测周围环境的光强度，并把光强度数据反馈给所述系统控制单元，所述系统控制单元根据接收到的光强度数据向所述激光发生器发出调整光源输出功率的信号。 

3.根据权利要求1所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述平视显示系统还包括匀光装置，所述匀光装置贴附于所述显示模块的下表面，且所述匀光装置的光线出射面朝向所述显示模块，用于将入射光束进行扩束、 匀化和消散斑处理。 

4.根据权利要求1所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述显示模块为透射式液晶显示屏、多基色方式的液晶显示屏或场序彩色方式的液晶显示屏。 

5.根据权利要求4所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述显示模块为透射式液晶显示屏时，所述透射式液晶显示屏为红绿蓝三基色方式的液晶显示屏。 

6.根据权利要求1所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述激光发生器由至少三种颜色的激光发生器组成。 

7.根据权利要求6所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述激光发生器由红色半导体激光器、绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器组成。 

8.根据权利要求1所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述波长选择性反射器件为窄带镀膜所形成的选择性反射及透射膜，所述选择性反射及透射膜贴附于汽车前挡风玻璃内表面。 

9.根据权利要求3所述的基于激光光源的平视显示系统，其特征在于，所述平视显示系统还包括： 

光源光强自动侦测与补偿模块，置于所述匀光装置上，用于侦测从所述激光光源组件中接收到的多基色激光的光强度，并把光强度数据发送给所述光源控制单元，由所述光源控制单元控制激光发生器的输出功率以实现对多基色激光的光强度补偿； 

亮度传感器，置于所述匀光装置上，用于检测接收到的多基色激光的亮度，并把亮度数据传送给所述光源控制单元，由所述光源控制单元控制激光发生器的输出功率以实现对多基色激光进行亮度调节； 

色彩传感器，置于所述匀光装置上，用于检测多基色激光的色彩，并把色彩数据传送给所述光源控制单元，由所述光源控制单元控制激光发生器的输出 功率以实现对多基色激光进行色彩平衡的调整。