一种防止光线倒灌的车载抬头显示方法

技术领域

本发明涉及一种光线控制的光电成像方法，特别是涉及一种防止阳光灼伤的光学显示装置及方法，属于光电信息技术领域。

背景技术

随着数字化光电成像系统的广泛应用，带有成像光学系统的数字化系统越来越普及，例如抬头显示系统、平视显示系统、立体显示系统等等。这些成像系统属于图像显示系统，主要包含光学成像模组和显示器两大部件。这类系统的共同特点是含有光学成像模块(镜头)，他们在显示图像的过程中，可能会受到外界阳光的影响，造成显示器被阳光灼伤。本发明提出的方法，可以在不影响系统成像质量的前提下，有效解决阳光灼伤的问题。

以抬头显示系统(HUD)为例，它由光学成像系统将图像投射到改进过的前档风玻璃上，由前档风玻璃反射，为驾驶人提供飘浮在汽车前进方向的影像，大约离驾驶人眼睛2米以外的位置。抬头显示为驾驶人提供了必要信息，使其无需低头、转头就可随时看清各种行车信息、导航路况引导等，从而可提高行车安全性。

HUD通常由图像平面、光学投影平面、光源、电子系统等构成，其中图像平面为HUD提供需要显示的信息，通常有LED、LCD、OLED或者投影机等显示器件构成。根据光的可逆原理，当外部光线从车辆正上方等某些特定方向投射进入HUD时，其光学系统会将外部光线汇聚到HUD的图像平面。这种汇聚的光线会形成局部的高密度光照度，在短时间内形成局部的高温，影响显示器件的正常工作，严重的情况下，甚至会导致显示器件被烧毁。这种现象被称为“光线倒灌”，目前尚无良好的解决光线倒灌的技术方案和方法。本发明可以应用于该成像系统，在不影响HUD信息显示的前提下，有效控制外部光线对HUD的影响。

发明内容

本发明的目的是：提出一种可有效控制外部光线、降低外部关系进入光学显示系统内部的能量，同时不影响图像平面的正常信息显示，是一种有效控制外部光线倒灌的显示装置及方法。

本发明的技术方案为：一种防止光线倒灌的车载抬头显示方法，采用多波段光谱滤波器件，成像光学系统、图像显示器件组合而成，其特征是：所述的多波段光谱滤波器件具有光谱带通特性，可以起到单向拦截光能的作用，阻止外界光源的大部分光能进入成像光学系统，同时允许图像显示器件的绝大部分光能通过；所述的成像光学系统将图像显示器件作为物平面，穿过多波段光谱滤波器件，将图像显示器件投影到成像光学系统的像方空间；多波段光谱滤波器件相配合，使用三基色光源，光源的中心波长与光谱滤波器件透光波长相一致。

所述的多波段光谱滤波器件三波段带通滤光光学器件的透射波段与显示器件的三基色中心波长相匹配，具有双向透射的特点，三个波段的带通光谱特性，让显示器件的光束透过，同时隔绝带通光谱之外的外界入射光的光谱能量，这里的“隔绝”，其光学层面的含义可以是吸收、也可以是反射。

所述的多波段光谱滤波器件可以与偏光控制器件相复合，构成偏光多波段滤波结构，偏光控制器件的偏振透光方向与显示器发出的光束的偏振方向平行，即允许显示器发出的光束透过，而与之垂直的偏振方向的光束被衰减。

所述的图像显示器件必须置于多波段光谱滤波器件与外界光源之间，也就是说，外界光源向车载抬头显示系统倒灌的光路中，要经过多波段光谱滤波器件之后再到达图像显示器件。

所述的三基色光源应具有窄带宽，其中心波长与光谱滤波器件的中心波长一致，半峰值波长带宽小于光谱滤波器件半峰值波长带宽，通常选用半导体激光器作为光源，也可以采用LED等其它窄带宽光源，作为显示系统的光源。

所述的图像显示器件可以与散热光学器件相互结合，图像显示器件已受热损伤的部件与散热光学器件之间热接触，相互之间具有良好的热传导特性。

所述的散热光学器件具有光束透明特性，不影响图像显示器件的图像显示，同时具有热传导的散热作用；所述的成像光学系统可以置于多波段光谱滤波器件与外界光源之间，也就是说，外界光源向车载抬头显示系统倒灌的光路中，要经过多波段光谱滤波器件之后再到达成像光学系统，然后到达图像显示器件。所述的散热光学器件是一种透明的光学器件，具有热传导散热的结构，散热结构具有较大的散热面积，同时允许光束透过其散热结构而不受影响，散热结构可以是凹凸形的，也可以是管形、翼形、柱形、平板形，无论哪一种结构，都必须是透明的。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，其显著优点是：

1、隔绝了外界阳光倒灌导致的HUD器件受到热损伤；

2、使得HUD的显示器件的选择不在受到限制，无需考虑显示器件的高温状态下工作不稳定的问题；

3、有利于对于提高HUD的显示亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1是本发明一种防止光线倒灌的车载抬头显示方法抬头显示器的光路原理图；

图2是本发明一种防止光线倒灌的车载抬头显示方法阳光倒灌的光路简图；

图3是本发明一种防止光线倒灌的车载抬头显示方法防止阳光倒灌的光路结构图；

图4是本发明一种防止光线倒灌的车载抬头显示方法多波段滤光器件的光谱匹配图；

具体实施方式

以普通显示屏作为图像的基本显示器件，并以此为例，详细描述本发明的一个实施细节。有必要在此指出的是，以下实施实例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术成熟人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

图1是抬头显示器(HUD)的光路结构示意图，显示屏1经过反光镜2、反光镜3、形成放大的像，穿过防尘窗口4后，由前挡风玻璃5反射，在人眼6的观看位置形成一个出瞳。给观看者投影显示的画面处于挡风玻璃前方远处，从而能够达到抬头显示的效果。

但是，由于光的可逆性，如果有阳光处于特定方向，会产生如图2所示的情况，即阳光7直接透射挡风玻璃5，经反光镜3、2后，汇聚到显示屏的表面，并产生高能光斑灼烧显示屏。这种现象称之为“阳光倒灌”，它会对抬头显示器的工作寿命产生影响。

本发明提出了一种基于复合光学滤光的装置和方法，如图3所示，其中，光学元件8是多波段光谱滤波器件、光学元件9是偏光控制器件。所述的多波段光谱滤波器件是三波段带通滤光光学器件，它的透射波段与显示器件的三基色中心波长相匹配，具有双向透射的特点，如图4所示。

本发明的整体实现方法：利用多波段光谱滤波器件和偏光控制器件共同作用，减小阳光进入HUD显示系统光路的总能量，进而减小汇聚系统内部的光斑的能量值，从而减小显示屏表面的阳光照射的能量总量，保护显示屏不被阳光灼伤、烧毁。

本实施实例中，所述的偏光控制器件9和多波段光谱滤波器件8，在HUD的光路中的作用有二：

1、从显示屏方向发出的光束，其波长λ1、λ2、λ3的光可以透过波段光谱滤波器件，三种波长分别是红、绿、蓝三色光，合成后共同形成全彩色光。三个波长的光在系统的光路中可以直接透过，在系统的成像光学元件2和3的作用下，形成HUD的图像。

2、从系统之外进入的光，例如阳光，只有波长为λ1、λ2、λ3的分量光可以透过多波段光谱滤波器件，其他波长的光被吸收或者反射回去，总之，绝大部分的光能量被拦截，不能到达显示屏所在的位置。

3、偏光控制器件可以拦截阳光中50％以上的光能量，同时，利用显示屏的输出光束是偏振光的特点，允许显示屏的光束通过。

多波段光谱滤波器件的波长必须与显示屏的发出的光的波长相匹配，所述的匹配是指多波段光谱滤波器件的透过波长的中心波长，与显示器发出的三色光的中心波长相等或相近。偏光控制器件的透光轴方向必须与显示屏的发出的光的偏振方向相互匹配，即两者的方向在空间上保持一致。

偏光控制器件9和多波段光谱滤波器件8并非两者都必须同时出现，但多波段光谱滤波器件是必须的器件，偏光控制器件会进一步减少进入HUD系统的阳光的光能量。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的核心思想的范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。