專利名稱：車用平視顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用全息光學(xué)元件的車用平視顯示裝置，特別地，涉及利用透射型全息光學(xué)元件和反射型全息光學(xué)元件的，能夠在汽車的前玻璃窗上顯示各種行駛信息(速度、旋轉(zhuǎn)數(shù)、油量、溫度、開(kāi)門(mén)警告燈)的，以及顯示大型貨車的死角區(qū)和載有貨物的特殊車輛的死角區(qū)的車用平視顯示裝置。


圖1和圖2分別是以往的車用平視顯示裝置和全息合像器的構(gòu)造圖，它們已在美國(guó)專利No.4，613，200中公開(kāi)。
現(xiàn)在參考圖1說(shuō)明以往的車用平視顯示裝置。其中，在發(fā)動(dòng)機(jī)室中設(shè)置有投射光學(xué)系統(tǒng)10，已變換成電信號(hào)的關(guān)于汽車的各種信息由上述投射光學(xué)系統(tǒng)的CRT(陰極射線管)11轉(zhuǎn)換成影像信息，該影像經(jīng)過(guò)透鏡光學(xué)系統(tǒng)12的放大，再通過(guò)反射鏡13投射到全息合像器20上，達(dá)到影像化的目的，使得各種信息得以進(jìn)入駕駛員的視野50。
這種車用平視顯示裝置使駕駛員可以在觀察出現(xiàn)在前玻璃窗上的各種汽車儀表盤(pán)的同時(shí)注視著前方的狀況，從而能使駕駛員的操作方便，預(yù)防為了觀察儀表盤(pán)而視線向下時(shí)所引起的安全事故。
然而，使用這種以往的平視顯示裝置的投射光學(xué)系統(tǒng)和全息合像器的構(gòu)造極為復(fù)雜，還存在出現(xiàn)雙像的缺點(diǎn)。
為了避免雙像，必須使用在玻璃上進(jìn)行了多層鍍膜的合像器，不過(guò)，在玻璃上進(jìn)行多層鍍膜會(huì)提高成本，使經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)變大。
另外，把全息光學(xué)元件粘接到玻璃上去的方法如圖2所示，利用粘接劑4把上述全息光學(xué)元件20’夾入兩塊保護(hù)玻璃1之間進(jìn)行結(jié)合，這個(gè)工序是極為復(fù)雜和困難的，這又是一個(gè)缺點(diǎn)。
另一方面，在汽車行駛中，在多數(shù)情形下，必須觀察外部環(huán)境，這個(gè)外部方面往往比讀取儀表盤(pán)這個(gè)內(nèi)部方面是更重要的因素。
在以往的大型貨車和特殊車輛中，駕駛員根據(jù)由安裝在駕駛員座側(cè)和助手座側(cè)的后視鏡所反射的車輛側(cè)面影像信息和由安裝在車內(nèi)的室內(nèi)鏡所反射的一部分車輛背面影像信息，憑借著駕駛技術(shù)實(shí)行倒車。
再有，由于當(dāng)貨車載有貨物時(shí)背面的景像被貨物遮住，室內(nèi)鏡無(wú)法使用，駕駛員只能根據(jù)由后視鏡反射得到的側(cè)后面影像，對(duì)死角區(qū)的情況作出推測(cè)，進(jìn)行倒車。
從而，對(duì)大型貨物搬運(yùn)車輛的特殊車輛來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到它們的特殊目的，有必要獲得背面景像的信息；并且為了預(yù)防倒車時(shí)容易發(fā)生的安全事故，車輛背面情況的信息是極為重要的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是為了解決上述以往的問(wèn)題，提供一種平視顯示裝置，其中一方面通過(guò)利用透射型全息光學(xué)元件和反射型全息光學(xué)元件而使構(gòu)造簡(jiǎn)單，一方面駕駛員自己可以調(diào)整光路。
還有，本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了解決前述問(wèn)題而改良以往高級(jí)轎車所用的平視顯示裝置，提供一種平視顯示裝置，其中為了能夠有效地達(dá)到諸如大型貨物搬運(yùn)專用車輛、集裝箱車輛和水泥攪拌車輛等那樣的特殊車輛的特殊目的，也為了預(yù)防倒車時(shí)的安全事故，該平視顯示裝置能夠使駕駛員容易看到車背面的情景。
為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明平視顯示裝置由合像器和全息投射光學(xué)系統(tǒng)組成，其中合像器由粘接在汽車前玻璃窗上的反射型全息光學(xué)元件構(gòu)成；全息投射光學(xué)系統(tǒng)由形成文字和圖案的光源、用于把由上述光源所產(chǎn)生的文字圖案投射在合像器上的透射型全息光學(xué)元件、以及LCD(液晶器件)構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的合像器的特點(diǎn)是，在由干涉圖形所形成的透明合像器的干涉圖形一側(cè)的透明表面上涂布有透明的緩沖劑，當(dāng)該合像器粘接在前玻璃窗上時(shí)既可以最大限度地減少因受到壓力而引起的干涉圖形損傷，又可以簡(jiǎn)單地粘接，還能夠獲得良好的影像。
另外，根據(jù)本發(fā)明的全息投射光學(xué)系統(tǒng)由光源、決定自光源發(fā)出的光是否能夠通過(guò)的LCD、以及使通過(guò)LCD的光成像的透射型全息光學(xué)元件構(gòu)成，通過(guò)上述全息光學(xué)元件所成的像投射在粘接在玻璃上的合像器上。
為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明的全息平視顯示裝置由用來(lái)讀入車輛背面景像信息并把它轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變換裝置、用來(lái)使從上述變換裝置輸入的信息影像化并進(jìn)行投射的投射光學(xué)系統(tǒng)、以及用來(lái)顯示由上述投射光學(xué)系統(tǒng)入射的影像的全息合像器所構(gòu)成。
上述變換裝置在讀入了車輛背面的景像信息之后，把它變換成電信號(hào)，并通過(guò)電線傳送給投射光學(xué)系統(tǒng)；在投射光學(xué)系統(tǒng)的CRT中接收這個(gè)信號(hào)，并變換成影像；變換后的影像經(jīng)過(guò)投射光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)的放大，投射到全息合像器上。
上述全息合像器對(duì)入射的影像進(jìn)行反射，實(shí)現(xiàn)影像顯示，從而使駕駛員能夠容易地觀察車輛背面的狀況。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1已往的車用平視顯示裝置的構(gòu)造圖。
圖2圖1中的全息合像器粘接在玻璃上的狀態(tài)的放大圖。
圖3安裝后的根據(jù)本發(fā)明的平視顯示裝置的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
圖4詳細(xì)說(shuō)明圖3中的全息投射光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5本發(fā)明的全息投射光學(xué)系統(tǒng)所使用的LCD的文字圖案的組成例子。
圖6制作本發(fā)明的全息光學(xué)元件的光路圖。
圖7表示本發(fā)明的全息照相干板111的放大結(jié)構(gòu)圖。
圖8制作本發(fā)明的全息合像器的光路圖。
圖9表示本發(fā)明的全息合像器的制作工序的工序圖。
圖10說(shuō)明在汽車玻璃上粘接了本發(fā)明的全息合像器的平視顯示裝置的功能的圖。
圖11說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的特殊車輛用平視顯示裝置的實(shí)施情況的結(jié)構(gòu)圖。
圖12說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的特殊車輛用平視顯示裝置的另一個(gè)實(shí)施情況的結(jié)構(gòu)圖。符號(hào)說(shuō)明1前玻璃窗； 2室內(nèi)反射鏡；30全息投射光學(xué)系統(tǒng)；31鏡筒；32光源；33LCD(液晶器件)34透射型全息光學(xué)元件；40保護(hù)膜；70全息合像器；71全息母板；72復(fù)制得到的全息光學(xué)元件；73緩沖劑；74粘接劑；230CCD攝像機(jī)；231蓋子；240連接裝置； 241牽引車；242承載車；實(shí)施例下面參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的平視顯示器安裝后的狀態(tài)的構(gòu)造圖，其構(gòu)成是由高亮度光源、決定光是否能通過(guò)的LCD、以及使通過(guò)LCD的光成像的全息光學(xué)元件所組成的全息投射光學(xué)系統(tǒng)30；用來(lái)防止塵土等異物進(jìn)入全息投射光學(xué)系統(tǒng)30的保護(hù)膜40；以及把由投射光學(xué)系統(tǒng)所成的影像導(dǎo)向駕駛員視野50的合像器70。
圖4是詳細(xì)表示圖3所示的全息光學(xué)投射系統(tǒng)30的結(jié)構(gòu)圖。
上述全息投射光學(xué)系統(tǒng)含有圓筒形或四方形的鏡筒31、作為發(fā)光波長(zhǎng)范圍比較窄的高亮度發(fā)光體的象鹵素?zé)裟菢拥墓庠?2、能夠通過(guò)電接通和電切斷來(lái)調(diào)節(jié)圖5所示的表示汽車狀態(tài)的圖案和文字等的LCD33、以及用來(lái)把通過(guò)上述LCD33的光投射到全息合像器70上的全息光學(xué)元件34。
雖然從上述光源32發(fā)出的光在通過(guò)LCD時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，但由于各元件之間的間隙a、b極小，所以駕駛員不會(huì)看到衍射現(xiàn)象，對(duì)此可以不予考慮。
上述LCD33在開(kāi)始接收到汽車電源的供電之時(shí)，電源變成接通狀態(tài)，隨著汽車條件變化的LCD狀態(tài)受到斷開(kāi)信號(hào)的調(diào)節(jié)。
于是，LCD33根據(jù)斷開(kāi)信號(hào)使光線通過(guò)全息光學(xué)元件34。
圖6和圖8是用于制作本發(fā)明的全息光學(xué)元件34和全息合像器70的光學(xué)系統(tǒng)圖。
下面說(shuō)明全息光學(xué)元件34的制作過(guò)程。從激光器101發(fā)出的光被分束器102分成兩束強(qiáng)度相同的光束。
分開(kāi)的兩束光分別由反射鏡103、104和105形成共軸(ON AXIS)狀態(tài)。
由于上述全息光學(xué)元件34的作用是把入射的平行光轉(zhuǎn)換成球面波，所以必須進(jìn)行平面波和球面波的干涉。
這樣，因?yàn)橛杉す馄?01發(fā)射的激光是一束直徑極小的平行光，所以可以用透鏡106和針孔107產(chǎn)生球面波。
另外，因?yàn)榻?jīng)過(guò)反射鏡104和105后傳播的激光同樣也是直徑極小的平行光，所以可以利用擴(kuò)束鏡產(chǎn)生大直徑的平行光。
再有，為了提高平行光的質(zhì)量，通過(guò)采用針孔108而加進(jìn)了空間濾波器的功能，通過(guò)使用擴(kuò)束鏡而獲得了所希望的直徑，從而能夠使平行光的直徑和球面發(fā)射波的直徑相同，產(chǎn)生良好的干涉。
圖7是全息照相干板111的放大結(jié)構(gòu)圖。
上述全息照相干板的構(gòu)成是膠片支座81，用來(lái)幫助膠片保持平板形狀的如玻璃之類的透明平板82，涂布有一定厚度的感光材料84的基板83。
平面波和球面波的干涉形成圓形交替排列的相長(zhǎng)干涉和相消干涉條紋，組成波帶板圖形，這樣的光強(qiáng)分布使感光材料84的表面變成浮雕形光柵。
從這樣的照相干板111上去除掉支座81和透明平板82后，再經(jīng)過(guò)用適當(dāng)?shù)娘@影液顯影和定影，就得到全息光學(xué)元件34。
如果用制作上述全息光學(xué)元件34時(shí)所用的平行光入射到該全息光學(xué)元件上，則將輸出制作時(shí)所用的球面波。
把這樣制作的全息光學(xué)元件34用作母板，采用模印方法便可以簡(jiǎn)單地復(fù)制出具有同樣性能的全息光學(xué)元件。
全息合像器70的作用是反射由全息投射光學(xué)系統(tǒng)30投射的球面波，使它聚焦成駕駛員視野處的焦點(diǎn)。
因此，為了制作全息合像器必須形成兩個(gè)球面波的干涉圖形。
另外，因?yàn)閺娜⑼渡涔鈱W(xué)系統(tǒng)30到駕駛員的眼睛50的光路是非共軸(OFF AXIS)的，所以制作全息合像器的光路布置象圖8所示那樣是非共軸的，并且希望非共軸角(θ1)和圖10中的向全息合像器入射的光波與反射光波之間的夾角(θ2)相同。
如果用制作上述全息合像器時(shí)所使用的兩個(gè)球面波中的一個(gè)入射到全息合像器上，則反射的將是另一個(gè)球面波，在這里，入射光波是由全息投射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的發(fā)散波，而反射波是以從全息合像器到駕駛員眼睛的距離為焦距的會(huì)聚波。
制作全息合像器時(shí)應(yīng)該根據(jù)上述觀點(diǎn)來(lái)選擇進(jìn)行干涉的兩個(gè)光波。
圖9是表示制作全息合像器的工序的工序圖。
第一個(gè)工序表示，把通過(guò)由圖8所示的過(guò)程所制作的全息合像器作為母板進(jìn)行模印的過(guò)程。
在第一個(gè)工序中用全息圖母板71壓印在折射率和空氣類似的透明材料上，在第二個(gè)工序中得到全息合像器母板的復(fù)制品72。
第三個(gè)工序是，為了保護(hù)表面的浮雕形狀，注入起緩沖作用的材料73，上述緩沖材料選擇其折射率與全息感光材料的折射率相類似的材料。
第四個(gè)工序是，在干涉圖形上形成一層透明的粘接劑74，借助上述粘接劑層，能夠把全息合像器粘接在汽車玻璃窗的預(yù)定位置上。
圖10是表示完成上述過(guò)程后得到的全息合像器處于粘接狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
利用粘接劑層可以把上述全息合像器粘接在預(yù)定的位置上，于是由上述全息投射光學(xué)系統(tǒng)30投射的光在全息合像器的浮雕表面上反射后就得以進(jìn)入駕駛員的視野。
利用如上所述的本發(fā)明，車用平視顯示器的構(gòu)造可以簡(jiǎn)單化；由于投射光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以光軸調(diào)整是容易的；并且，由于由反射型全息光學(xué)元件構(gòu)成的全息合像器是覆蓋在玻璃上的，所以能夠得到比以往全息合像器較好的圖像；還有，利用粘接劑可以容易地把上述全息合像器粘接在汽車玻璃窗的給定位置上。
作為本發(fā)明的第二實(shí)施例可參見(jiàn)圖11，其中本發(fā)明的車用平視顯示器適用于大型貨車203。在大型貨車203后面的下方設(shè)置有用來(lái)讀取背面影像信息的CCD(電荷耦合器件)攝像機(jī)230，由上述CCD攝像機(jī)讀取的信息被電子電路變換成電信號(hào)，再利用導(dǎo)線把它傳送到投射光學(xué)系統(tǒng)的CRT11上。上述投射光學(xué)系統(tǒng)30是前述本發(fā)明第一實(shí)施例中的投射光學(xué)系統(tǒng)。
上述投射光學(xué)系統(tǒng)30設(shè)置在大型貨車駕駛員席的上方，從CCD攝像機(jī)230通過(guò)導(dǎo)線輸入的影像信息由CRT11接收，上述CRT中接收到的信息在變換成影像信息之后由透鏡光學(xué)系統(tǒng)212放大，射到粘接在汽車前玻璃窗上的全息合像器70上。
上述全息合像器70是前述本發(fā)明第一實(shí)施例中的全息合像器，它一方面透過(guò)從車輛前方射入的影像，一方面通過(guò)反射由投射光學(xué)系統(tǒng)射入的影像，使得由投射光學(xué)系統(tǒng)射入的影像以全息合像器作為屏幕，從而達(dá)到影像化的目的。
上述全息合像器70粘接在汽車前玻璃窗上時(shí)最好粘接在玻璃窗的上部，關(guān)于設(shè)置在貨車后面下方的CCD攝像機(jī)230，由于貨車的特點(diǎn)容易在攝像機(jī)的透鏡上粘著有塵埃等異物，所以設(shè)置有CCD攝像機(jī)保護(hù)筒，其上有可以開(kāi)合的蓋子231，在不使用攝像機(jī)時(shí)合上蓋子，以保護(hù)CCD攝像機(jī)并防止異物粘著。
下面參考圖12說(shuō)明適用于集裝箱運(yùn)輸車的本發(fā)明平視顯示裝置的第三個(gè)實(shí)施例。集裝箱運(yùn)輸車包括互相分離的集裝箱牽引車241和集裝箱承載車242，還有用來(lái)連接集裝箱牽引車的后面部分與集裝箱承載車的前面部分的連接裝置240，當(dāng)利用上述集裝箱承載車運(yùn)送貨物時(shí)，兩輛車就連接在一起，運(yùn)送到目的地之后兩輛車就分離開(kāi)來(lái)。
在這種情形下，駕駛員必須依靠后視鏡使兩輛車連接和分離，只有熟練于倒車技術(shù)的駕駛員才能夠容易地把兩輛車連接起來(lái)。
于是，通過(guò)在集裝箱牽引車的連接裝置240的一個(gè)部分A上設(shè)置CCD攝像機(jī)，使由上述CCD攝像機(jī)輸入的信息經(jīng)過(guò)投射光學(xué)系統(tǒng)30變換成影像信息，在全息合像器70上完成影像化，從而即使是不熟練的駕駛員也容易把集裝箱牽引車和承載車連接在一起，并且，通過(guò)在集裝箱承載車242的后尾B處設(shè)置CCD攝像機(jī)230，可以使駕駛員在到達(dá)目的地后需與集裝箱承載車分離時(shí)不必求助于副駕駛員的幫助而容易地并且正確地實(shí)現(xiàn)分離。
下面對(duì)此再作稍詳細(xì)的說(shuō)明。投射光學(xué)系統(tǒng)30利用了透射型LCD33，使由背景光源32發(fā)出的光被LCD分離成透射部分和未透射部分。被變換成電信號(hào)的CCD攝像機(jī)信號(hào)經(jīng)過(guò)倒相后其背景部分變?yōu)楹谏溆跋癫糠肿優(yōu)榘咨?，黑色部分不讓背景光源透過(guò)，只有白色部分讓背景光源透過(guò)，再經(jīng)過(guò)全息透鏡的放大被投射到全息合像器70上，從而實(shí)現(xiàn)影像化。
如上所述，利用本發(fā)明后，由于能夠在大型貨車等倒車時(shí)容易觀察到車后的情況，所以可以事先預(yù)防發(fā)生安全事故，并且，由于駕駛員能夠通過(guò)影像來(lái)判斷卸貨的位置，從而提高了工作效率，尤其是，對(duì)于集裝箱運(yùn)輸車和水泥攪拌車等來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用平視顯示裝置可以使不熟練的駕駛員也能夠容易地操作，達(dá)到這些車輛的特殊目的，并且能夠提高工作效率。
權(quán)利要求
1.一種用于把汽車行駛信息變換成圖象進(jìn)行顯示的車用平視顯示裝置，其中包括由利用高亮度發(fā)光元件的光源，根據(jù)電信號(hào)透過(guò)或擋住自光源發(fā)射的光的LCD，和使透過(guò)上述LCD的光成像的透射型全息光學(xué)元件等所構(gòu)成的全息投射光學(xué)系統(tǒng)；以及由能夠以反射方式顯示被上述全息投射光學(xué)系統(tǒng)投射的光的反射型全息光學(xué)元件所形成的全息合像器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的車用平視顯示裝置，其中的上述透射型全息光學(xué)元件起著能夠把由LCD發(fā)出的平行光變換成球面波的透鏡的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的車用平視顯示裝置，其中的上述全息合像器的構(gòu)成是，由全息母板復(fù)制而成的全息光學(xué)元件；用于保護(hù)上述全息光學(xué)元件上的干涉圖形的緩沖劑；以及涂布在上述緩沖劑上的粘接劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的車用平視顯示裝置，其中為了保護(hù)上述全息投射光學(xué)系統(tǒng)不受異物損傷，設(shè)置有保護(hù)膜40。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的車用平視顯示裝置，其中上述投射光學(xué)系統(tǒng)的光源、LCD以及透射型全息光學(xué)元件由能夠保持它們的給定光軸位置的鏡筒(31)來(lái)支承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3的車用平視顯示裝置，其中的上述全息合像器的全息光學(xué)元件由兩個(gè)球面波的干涉圖形形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3的車用平視顯示裝置，其中含有用來(lái)把讀取的后面情況信息變換成電信號(hào)的變換裝置，從而能夠在上述全息合像器處顯示車輛背面的情景。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的車用平視顯示裝置，其中上述的變換裝置是CCD攝像機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的車用平視顯示裝置，其中在車輛后尾設(shè)置有用來(lái)放置上述CCD攝像機(jī)的保護(hù)筒，在上述保護(hù)筒上帶有可以開(kāi)合的蓋子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的車用平視顯示裝置，其中上述CCD攝像機(jī)設(shè)置在集裝箱牽引車的連接部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車用平視顯示裝置，該裝置包括由粘接在汽車前玻璃窗上的反射型全息光學(xué)元件構(gòu)成的全息合像器；以及由形成文字和圖案的光源、用來(lái)把由上述光源形成的文字圖案投射到合像器上的透射型全息光學(xué)元件、和LCD所構(gòu)成的全息投射光學(xué)系統(tǒng)。該裝置能自行調(diào)節(jié)光路，用以利用透射型全息光學(xué)元件和反射型全息光學(xué)元件把各種行車信息顯示在汽車前玻璃窗上。
文檔編號(hào)G02B27/00GK1126321SQ9411355
公開(kāi)日1996年7月10日 申請(qǐng)日期1994年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月24日
發(fā)明者梁奉源 申請(qǐng)人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社