CN115437159A - 一种光学***、照明***及显示*** - Google Patents

一种光学***、照明***及显示*** Download PDF

Info

Publication number
CN115437159A
CN115437159A CN202110615792.3A CN202110615792A CN115437159A CN 115437159 A CN115437159 A CN 115437159A CN 202110615792 A CN202110615792 A CN 202110615792A CN 115437159 A CN115437159 A CN 115437159A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
light beam
optical system
assembly
lens assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110615792.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王金蕾
李仕茂
赵晗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN202110615792.3A priority Critical patent/CN115437159A/zh
Priority to PCT/CN2022/079474 priority patent/WO2022252724A1/zh
Priority to EP22814772.4A priority patent/EP4336244A1/en
Publication of CN115437159A publication Critical patent/CN115437159A/zh
Priority to US18/526,319 priority patent/US20240103269A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B33/00—Colour photography, other than mere exposure or projection of a colour film
    • G03B33/10—Simultaneous recording or projection
    • G03B33/12—Simultaneous recording or projection using beam-splitting or beam-combining systems, e.g. dichroic mirrors
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/102—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources
    • G02B27/1046—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with transmissive spatial light modulators
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/006—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G02B2027/0136—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems with a single image source for both eyes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

本申请提供了一种光学***，该光学***至少包括：光源组件、光调节组件、第一偏振分光镜组件、第一镜头组件和第二镜头组件；其中，光源组件用于产生包括S偏振光和P偏振光的光束；光调节组件用于调节光束中S偏振光的占比和P偏振光的占比；第一偏振分光镜组件用于将光调节组件调节后的光束分离为第一光束和第二光束，第一光束为S偏振光的光束，第二光束为P偏振光的光束；第一镜头组件用于将第一光束或者经过调制后的第一光束投射至第一区域；第二镜头组件用于将第二光束或者经过调制后的第二光束投射至第二区域。本申请实施例提供的光学***，实现了多镜光学***的分光比动态可调。

Description

一种光学***、照明***及显示***
技术领域
本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学***、照明***及显示***。
背景技术
现有技术中的多镜光学***中的光源产生的光束，分配给多个镜头中各个镜头的光束是固定不可调节的，这造成其在实际应用场景中的诸多不便。例如，在投影场景中，多是通过设计或装配，来实现多个镜头的投射的光强度一致，这一方面会产生多镜光学***装配难度高的问题，另一方面，随着器件的损耗会带来投影场景中多个镜头的投射的光强度不一致的问题。
申请内容
为了克服上述问题，本申请的实施例提供了一种光学***、照明***、抬头显示***及显示***，实现了多镜光学***的针对多个镜头的分光比动态可调。
第一方面，本申请提供一种光学***，该光学***至少包括：光源组件、光调节组件、第一偏振分光镜组件、第一镜头组件和第二镜头组件；其中，光源组件用于产生包括S偏振光和P偏振光的光束；光调节组件用于调节光束中S偏振光的占比和P偏振光的占比；第一偏振分光镜组件用于将光调节组件调节后的光束分离为第一光束和第二光束，第一光束为S偏振光的光束，第二光束为P偏振光的光束；第一镜头组件用于将第一光束或者经过调制后的第一光束投射至第一区域；第二镜头组件用于将第二光束或者经过调制后的第二光束投射至第二区域。
本申请实施例提供的光学***，通过在光源组件和镜头组件之间设置光调节组件，实现了多镜光学***的光源产生的光束分配给多镜头的分光比动态可调。
在一个可能的实现中，光调节组件至少包括可改变S偏振光强度和P偏振光强度的双折射晶体，该双折射晶体可绕某一轴线旋转后，从而改变S偏振光强度和P偏振光强度。
可选的，双折射晶体为二分之一波片，二分之一波片配置为可绕旋转轴线旋转，且旋转轴线与所述光束的光轴重合。
通过可旋转的二分之一波片作为光调节组件的一种实现方式，旋转二分之一波片调整光束中S偏振光的占比和P偏振光的占比，实现在达到多镜光学***的光源产生的光束分配给多镜头的分光比动态可调的基础上，使光学***的结构简单化，降低***成本。
在另一个可能的实现中，光学***还包括第一空间光调制器和第二空间光调制器；第一空间光调制器配置于第一镜头组件和第一偏振分光镜组件之间的光路上，用于对第一光束进行调制；第一镜头组件将经过调制后的第一光束投射至第一区域形成第一图像；第二空间光调制器配置于第二镜头组件和第一偏振分光镜组件之间的光路上，用于对第二光束进行调制；第二镜头组件将经过调制后的第二光束投射至第二区域形成第二图像。
本申请实施例提供一种光学***应用于投影场景的实现，通过针对光源产生的光束分配给多镜头的分光比动态可调，解决多个镜头的投射的光强度不一致的问题。
在另一个可能的实现中，第一区域与第二区域相邻或部分重叠；第一图像与第二图像拼接形成投影图像。
本申请实施例提供的光学***，采用多镜头投影拼接的方式，一方面实现了在工作距离受限的环境下保证大画幅投影显示，另一方面降低透镜镜头的设计难度及成本等技术效果。
在另一个可能的实现中，光学***还包括屏幕，第一区域和第二区域位于屏幕的相同区域；第一图像为针对用户的左眼的偏振光图像，第二图像为针对用户的右眼的偏振光图像，由此实现了投影图像的3D显示。
在另一个可能的实现中，光学***还包括柱透镜组件，柱透镜组件的焦平面与屏幕所在平面重合，实现了投影图像的裸眼3D显示效果。
在另一个可能的实现中，光学***还包括狭缝光栅组件，狭缝光栅组件所在平面与屏幕所在平面平行，且距离屏幕预设距离以使用户的左眼通过狭缝光栅的狭缝看到第一图像，用户的右眼通过所述狭缝光栅的狭缝看到第二图像。
在另一个可能的实现中，第一空间光调制器为透射型空间光调制器或反射型空间光调制器，第二空间光调制器为透射型空间光调制器或反射型空间光调制器。可选的，透射型空间光调制器可以是LCD；反射型空间光调制器可以是LCOS、DLP、MEMS。
在另一个可能的实现中，第一空间光调制器为第一LCD，第二空间光调制器为第二LCD；第一偏振分光镜组件和第二LCD之间设置反射元件，用于将第二光束反射至第二LCD。
在另一个可能的实现中，第一空间光调制器为第一LCoS，第二空间光调制器为第二LCoS；第一偏振分光镜组件和第二LCoS之间依次设置光偏振方向转换元件和第二偏振分光镜组件；光偏振方向转换元件用于将第二光束的P偏振光转换为S偏振光；第二偏振分光镜组件用于将S偏振光反射至第二LCoS，将P偏振光透射至第二镜头组件。
可选的，光偏振方向转换元件为二分之一波片。
在另一个可能的实现中，第一镜头组件为照明镜头组件，用于将第一光束投射至第一区域以照亮第一区域；和/或，第二镜头组件为照明镜头组件，用于将第二光束投射至第二区域以照亮第二区域。
第二方面，本申请实施例提供一种照明***，包括第一方面的光学***。
第三方面，本申请实施例提供一种抬头显示***，包括第一方面的光学***和成像反射镜组件，成像反射镜组件用于将光学***产生的光束反射至预设区域。
在一个可能的实现中，成像反射镜组件包括第一反射镜元件和第二反射镜元件，第一反射镜元件和第二反射镜元件用于将光学***发出的光束反射至挡风玻璃的表面。
第四方面，本申请实施例提供一种显示***，包括第一方面的光学***和成像反射镜组件，成像反射镜组件用于将光学***产生的光束反射至预设区域。
在一个可能的实现中，成像反射镜组件包括第三反射镜元件、第四反射镜元件和曲面镜元件，第三反射镜元件、第四反射镜元件和曲面镜元件用于将光学***发出的光束反射至用户的人眼。
第五方面，本申请还提供一种车辆，包括第一方面的光学***、和/或第二方面的照明***、和/或第三方面的抬头显示***、和/或第四方面的显示***。
附图说明
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的一种光学***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种光学***应用于拼接投影场景时的一种结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光学***应用于拼接投影场景时的另一种结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光学***应用于拼接投影场景时的另一种结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种光学***应用于3D投影场景时的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种光学***应用于裸眼3D投影场景时的一种结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种光学***应用于裸眼3D投影场景时的另一种结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种光学***应用于照明场景时的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种抬头显示***的成像原理图；
图10为本申请实施例提供的一种显示***的成像原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体的连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
图1为本申请实施例提供的一种光学***的结构示意图。如图1所示，光学***至少包括光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、第一镜头组件41和第二镜头组件42；其中，光源组件10用于产生包括S偏振光和P偏振光的光束；光调节组件20用于调节光束中S偏振光的占比和P偏振光的占比；第一偏振分光镜组件30用于将光调节组件20调节后的光束分离为第一光束和第二光束，第一光束为S偏振光的光束，第二光束为P偏振光的光束；第一镜头组件41用于将第一光束或者经过调制后的第一光束投射至第一区域；第二镜头组件42用于将第二光束或者经过调制后的第二光束投射至第二区域。
本申请实施例提供的光学***，通过在光源组件和镜头组件之间设置光调节组件，实现了多镜光学***的光源产生的光束分配给多镜头的分光比动态可调。
容易理解的是，本申请实施例中的光源组件10配置为发射包含S偏振光和P偏振光的光束。示例性的，光源组件包括用于产生光束的发光元件和将光束偏振为特定方向的起偏器，发光元件产生的光束经过起偏器偏振为S偏振光和P偏振光，以产生包含S偏振光和P偏振光的光束。
可选的，发光元件可以为半导体发光元件，例如，激光器或发光二级管(lightemitting diode，LED)等发光元件。
起偏器可以为偏振片和尼科耳棱镜等可从普通光中获得偏振光的光学器件。
在一个示例中，光调节组件20配置于光源组件和第一偏振分光镜组件之间的光路上，调节光源组件产生的光束中S偏振光的占比和P偏振光的占比。例如，光调节组件可以为可绕旋转轴线旋转的二分之一波片，且二分之一波片的旋转轴线与光束的光轴重合。通过旋转二分之一波片以改变光束的两个分量的相对相位，从而达到调节S偏振光的占比和P偏振光的占比的目的。
示例性的，假设入射至二分之一波片的入射光
Figure BDA0003097399710000031
波片的琼斯矩阵
Figure BDA0003097399710000041
其中α是二分之一波片的快轴方向与S偏振光方向夹角，二分之一波片产生的相位延迟
Figure BDA0003097399710000042
ns与np分别是S偏振光、P偏振光在晶体波片中的折射率，d是晶体的厚度。入射光经波片调制后的出射光强度
Figure BDA0003097399710000043
Figure BDA0003097399710000044
Figure BDA0003097399710000045
因此从二分之一波片出射的出射光经过偏振分光镜或分光板后，S偏振光的强度
Figure BDA0003097399710000046
P偏振光的强度
Figure BDA0003097399710000047
由此，通过控制二分之一波片的旋转角度，进而控制光束中S偏振光和P偏振光的占比。
当然，光调节组件20并不限于可绕旋转轴线旋转的二分之一波片的实现方式，还可以根据需要选择可实现调节S偏振光的占比和P偏振光的占比的其他光学元件，例如，双折射晶体、法拉第元件或液晶元件等使偏振方向旋转的光学元件。
第一偏振分光镜组件30配置于光调节组件出射的光束的传输路径上，将光调节组件调节后的光束分离为包含S偏振光的第一光束和P偏振光的第二光束。例如，偏振分光镜组件可以为偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜的透射P偏振光反射S偏振光的属性，实现将光调节组件调节后的光束分离为包含S偏振光的第一光束和P偏振光的第二光束。
当然，偏振分光镜组件30也可以为偏振分光片，或其他可实现反射S偏振光和透射P偏振光的偏振分光光学元件，本申请对此不作限定。
第一镜头组件41和第二镜头组件42示例性的可以包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜、平凸透镜等非平面镜片或其各种组合。本申请实施例对镜头组件的型态及其种类并不加以限制。
本申请实施例提供的一种光学***可应用于多种场景，例如，投影场景、照明场景等。下面结合附图2-8介绍光学***应用于具体场景时的具体方案。
当光学***应用于投影场景时，光学***还包括：还包括第一空间光调制器和第二空间光调制器；第一空间光调制器配置于第一镜头组件和第一偏振分光镜组件之间的光路上，用于对第一光束进行调制；第一镜头组件将经过调制后的第一光束投射至第一区域形成第一图像；第二空间光调制器配置于第二镜头组件和第一偏振分光镜组件之间的光路上，用于对第二光束进行调制；第二镜头组件将经过调制后的第二光束投射至第二区域形成第二图像。本申请实施例提供的一种光学***应用于投影场景的实现，通过针对光源产生的光束分配给多镜头的分光比动态可调，解决多个镜头的投射的光强度不一致的问题。
第一空间光调制器和第二空间光调制器可以为透射型空间光调制器，例如液晶显示(liquid crystal display，LCD)组件等；或者反射型空间光调制器，例如硅基液晶显示(liquid crystal on silicon，LCoS)组件、数字微镜显示(digital micromirrordisplay，DMD)组件、微机电***(micro-lectro-mechanical system，MEMS)等。
在一个示例中，本申请实施例的光学***可实现拼接投影，当第一空间光调制器和第二空间光调制器为透射型空间光调制器(例如LCD)时，光学***的结构如图2所示，光学***至少包括光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、反射元件50、第一LCD61、第二LCD 62、第一镜头组件41、第二镜头组件42和屏幕70。
其中，第一镜头组件41和第二镜头组件42均为投影镜头；第一LCD 61配置于第一偏振分光镜组件30和第一镜头组件41之间的光路上，对第一光束进行调制；第一镜头组件41将经过调制后的第一光束投射至屏幕70的第一区域形成第一图像。反射元件50配置于第一偏振分光镜组件30和第二LCD 62之间，将第二光束反射至第二LCD 62上，第二LCD 62将第二光束进行调制，经过调制后的第二光束经第二镜头组件42投射至屏幕70的第二区域形成第二图像，第一区域与第二区域相邻或部分重叠，以使第一图像和第二图像拼接形成最终的投影图像。
容易理解的是，反射元件为至少有一个反射面的光学元件，例如平面反射镜、反射棱镜等任意具有反射功能的光学反射元件。
当第一空间光调制器和第二空间光调制器为反射型空间光调制器(例如LCoS)时，光学***的结构如图3所示，光学***至少包括光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、光偏振方向转换元件80、第二偏振分光镜组件31、第一LCoS 63、第二LCoS 64、第一镜头组件41、第二镜头组件42和屏幕70。
其中，第一镜头组件41和第二镜头组件42均为投影镜头；第一偏振分光镜组件30将S偏振光反射至第一LCoS 63，第一LCoS 63对第一光束进行调制；第一镜头组件41将经过调制后的第一光束投射至屏幕70的第一区域形成第一图像。光偏振方向转换元件80配置于第一偏振分光镜组件30和第二偏振分光镜组件31之间的光路上，将第二光束的P偏振光转换为S偏振光。第二偏振分光镜组件31将通过光偏振方向转换元件80的光束反射至第二LCoS 64，第二LCoS64对入射进来的S偏振光进行调制；第二镜头组件42将经过调制后的第二光束投射至屏幕70的第二区域形成第二图像。第一区域与第二区域相邻或部分重叠，以使第一图像和第二图像拼接形成最终的投影图像。
可选的，光偏振方向转换元件80可以为二分之一波片，将P偏振光转换为S偏振光，或者其他可使偏振方向旋转的光学元件，例如法拉第元件或液晶元件等。
在另一示例中，光学***中也可以不包括光偏振方向转换元件80，通过将第二LCoS 63部署于第二偏振分光镜组件31透射的第二光束的传输路径上，对第二光束进行调制，经过调制后的第二光束经第二偏振分光镜组件31反射至第二镜头组件42，第二镜头组件42将经过调制后的第二光束投射至屏幕70的第二区域形成第二图像(参见图4)。
光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、第一镜头组件41和第二镜头组件42的部署方式及具体结构详见上文描述，为了简洁，这里不再赘述。
本申请实施例提供的光学***，采用多镜头投影拼接的方式，一方面实现了在工作距离受限的环境下保证大画幅投影显示，另一方面降低透镜镜头的设计难度及成本等技术效果。
在另一个示例中，本申请实施例的光学***可实现3D投影显示，此时光学***的结构如图5所示，包括光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、反射元件50、第一LCD61、第二LCD 62、第一镜头组件41、第二镜头组件42和屏幕70。
其中，第一镜头组件41和第二镜头组件42均为3D投影镜头；第一LCD 61配置于第一偏振分光镜组件30和第一镜头组件41之间的光路上，对第一光束进行调制以生成针对用户的左眼的偏振光；第一镜头组件41将针对用户的左眼的偏振光投射至屏幕70的第一区域形成针对用户的左眼的偏振光第一图像。反射元件50配置于第一偏振分光镜组件30和第二LCD 62之间，将第二光束反射至第二LCD 62上，第二LCD 62将第二光束进行调制以生成针对用户的右眼的偏振光，针对用户的右眼的偏振光经第二镜头组件42投射至屏幕70的第二区域形成针对用户的右眼的偏振光第二图像，第一区域与第二区域为屏幕上的相同区域，以使针对用户的左眼的偏振光第一图像和针对用户的右眼的偏振光第二图像形成最终的3D投影图像，由于第一LCD 61和第二LCD 62产生的针对左右眼偏振方向不同的图像，因此，用户通过佩戴3D眼镜即可获得3D投影图像。
光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、第一镜头组件41和第二镜头组件42的部署方式及具体结构详见上文描述，为了简洁，这里不再赘述。
在另一个示例中，本申请实施例的光学***可实现裸眼3D的投影显示，此时的光学***的结构如图6所示，与上一示例中的光学***的区别仅在于在屏幕70前增设柱透镜组件91，且柱透镜组件91的焦平面与屏幕所在平面重合，以实现裸眼3D的投影显示。
例如，柱透镜组件91可以为柱镜状立体光栅，或者柱透镜组件也可替换为平行线条光栅，利用立体光栅对光线的折射配合人的双眼视差和会聚形成立体感，从而实现裸眼3D效果，摆脱3D眼镜，轻松体验立体影像效果，同时具有高对比度、高分辨率、高亮度、低串扰等优势，让3D图像更加生动明显，兼容2D、3D片源，无障碍自由切换，画面更深邃，更具视觉冲击力。
在另一个示例中，本申请实施例提供另一种实现裸眼3D的光学***，其结构如图7所示，与上一示例中的光学***的区别仅在于在屏幕70前增设狭缝光栅组件92，且狭缝光栅组件92所在平面与屏幕70所在平面平行，且距离屏幕70预设距离以使用户的左眼通过狭缝光栅的狭缝看到针对用户的左眼的第一图像，用户的右眼通过狭缝光栅的狭缝看到针对用户的右眼的第二图像，进而实现裸眼3D效果。
例如，狭缝光栅组件92与屏幕70的预设距离应满足公式：Ze＝(Pd+Pe)*Zb/Pd，其中Ze表示人眼与屏幕之间的距离，Pd为显示器点距，Pe为观看者的两眼间距、Zb为狭缝光栅组件92与屏幕70的预设距离。
当然，图5-图7示出的光学***仅是空间光调制器为透射型空间光调制器(例如LCD)的举例，并不限定本申请实施例的光学***应用于投影场景时的空间光调制器为LCD，光学***中的空间光调制器也可以为反射型空间光调制器，例如LCoS、DMD、MEMS等。
当光学***应用于照明场景时，第一镜头组件和第二镜头组件均为照明镜头组件，分别将第一光束投射至第一区域以照亮该区域，将第二光束投射至第二区域以照亮该区域。
例如，第一镜头组件为远光灯镜头组件，第二镜头组件为近光灯镜头组件，光调节组件动态调整分配至远光灯镜头组件和近光灯镜头组件第一光束和第二光束的比例，经过第一偏振分光镜组件直接分配至远光灯镜头组件和近光灯镜头组件进行照明，实现远光灯的亮度动态切换。
再例如，光学***中多个镜头的其中一个镜头可投射出具有图案的照明灯光，则需要在第一偏振分光镜组件和一个镜头之间增加空间光调制器，以使其投射出具有图案的照明灯光。
示例性的，如图8所示，光学***至少包括光源组件10、光调节组件20、第一偏振分光镜组件30、反射元件50、LCD 60、第一镜头组件41、第二镜头组件42。
其中，第一镜头组件41和第二镜头组件42均为照明镜头；LCD 60配置于第一偏振分光镜组件30和第一镜头组件41之间的光路上，对第一光束进行调制；第一镜头组件41将经过调制后的第一光束投射至第一区域形成第一配光图像。反射元件50配置于第一偏振分光镜组件30和第二镜头组件42之间，将第二光束反射至第二镜头组件42上，第二镜头组件42将第二光束投射至第二区域以照亮第二区域。
再例如，光学***中的多个镜头均可投射出具有图案的照明的灯光，则需要在多个镜头和第一偏振分光镜组件均增设空间光调制器，使多个镜头均可投射出具有图案的照明灯光。
本申请还提供一种照明***，包括上文描述的任一光学***。
本申请还提供一种抬头显示(head up display，HUD)***，包括上文描述的任一光学***和成像反射镜组件，所述成像反射镜组件用于将所述光学***产生的光束反射至人眼。
示例性的，如图9所示，HUD***至少包括图像生成单元100(picture generateunit，PGU)和成像反射镜组件，PGU100可以采用上文描述的光学***实现，PGU 100产生图像源，成像反射镜组件由反射镜201和反射镜202构成，用于将PGU 100产生图像源反射至车辆挡风玻璃400处(即预设区域)，由于挡风玻璃400的表面反射，将图像源的光束反射到人眼300的位置，这样对于人眼300来说，虚像500画面就显示在挡风玻璃400的正前方。由于HUD的应用场景是横向视场要覆盖更多的车道，虚像的长宽比要大于常规16:9的显示比例，因此常通过丢失一定纵向分辨率而实现较大长宽比的显示。本申请实施例提供的HUD中的PGU通过采用双镜头成像方案，使用正常的16:9画幅的图像源101、图像源102，拼接成较大长宽比的图像源。
在双屏/多屏HUD显示中，也可通过本申请实施例提供的HUD中的PGU独立产生多个图像源101、图像源102，实现HUD多屏显示。
在3D-HUD显示中，也可通过本申请实施例提供的HUD中的PGU产生3D图像，最终实现3D-HUD显示。
本申请还提供一种显示***，包括上文描述的任一光学***和成像反射镜组件，所述成像反射镜组件用于将所述光学***产生的光束反射至人眼。
示例性的，如图10所示，显示***至少包括PGU 100、成像反射镜组件和平板或曲面镜203，PGU100可以采用上文描述的光学***实现，PGU 100产生图像源，成像反射镜组件由反射镜201和反射镜202构成，用于将PGU 100产生图像源反射至平板或曲面镜203处(即预设区域)，由于平板或曲面镜203的表面反射，将图像源的光束反射到人眼300的位置，这样对于人眼300来说，虚像500画面就显示在平板或曲面镜203的正前方，实现在短距离内实现远距离成像。
本申请实施例提供的显示***中的PUG也即光学***通过多镜头成像方案，实现使用正常的16:9画幅的图像源101、图像源102，拼接成较大长宽比的图像源，实现在500处显示不同长宽比的图像。
本申请实施例提供的显示***中的PUG产生3D图像源，通过成像***后，在人眼13处显示3D的效果。
本申请还提供一种车辆，包括上文描述的照明***、和/或HUD、和/或显示***、和/或光学***。
车辆包括但不限于电动车辆、燃油车辆、工程车辆、农用车辆、飞机、轮船等交通工具。车载HUD与车辆的驾驶辅助***(Advanced Driving Assistant System，ADAS)通信连接，HUD接收ADAS输入的驾驶辅助信息，例如车速、导航等信息，然后通过光学***(也就是PGU)产生图像，然后将该图像投影到挡风玻璃上形成实像，或者通过曲面反射镜和风挡在汽车前方形成人眼观测的放大虚像供驾驶员作驾驶参考。
车载HUD包括但不限于，C-HUD、W-HUD和AR-HUD等车载HUD。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种光学***，其特征在于，包括：
光源组件，用于产生包括S偏振光和P偏振光的光束；
光调节组件，用于调节所述光束中S偏振光的占比和P偏振光的占比；
第一偏振分光镜组件，用于将所述光调节组件调节后的光束分离为第一光束和第二光束，其中，所述第一光束为所述S偏振光的光束，所述第二光束为所述P偏振光的光束；
第一镜头组件，用于将所述第一光束或者经过调制后的第一光束投射至第一区域；
第二镜头组件，用于将所述第二光束或者经过调制后的第二光束投射至第二区域。
2.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述光调节组件至少包括可绕旋转轴线旋转的双折射晶体，所述旋转轴线与所述光束的光轴重合。
3.根据权利要求2所述的光学***，其特征在于，所述双折射晶体为二分之一波片。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光学***，其特征在于，所述光学***还包括第一空间光调制器和第二空间光调制器；
所述第一空间光调制器配置于所述第一镜头组件和所述第一偏振分光镜组件之间的光路上，用于对所述第一光束进行调制；
所述第一镜头组件将所述经过调制后的第一光束投射至第一区域形成第一图像；
所述第二空间光调制器配置于所述第二镜头组件和所述第一偏振分光镜组件之间的光路上，用于对所述第二光束进行调制；
所述第二镜头组件将经过调制后的第二光束投射至第二区域形成第二图像。
5.根据权利要求4所述的光学***，其特征在于，所述第一区域与所述第二区域相邻或部分重叠；
所述第一图像与所述第二图像拼接形成投影图像。
6.根据权利要求4所述的光学***，其特征在于，所述光学***还包括屏幕，所述第一区域和第二区域位于所述屏幕的相同区域；
所述第一图像为针对用户的左眼的偏振光图像，所述第二图像为针对用户的右眼的偏振光图像。
7.根据权利要求6所述的光学***，其特征在于，所述光学***还包括柱透镜组件，所述柱透镜组件的焦平面与所述屏幕所在平面重合。
8.根据权利要求6所述的光学***，其特征在于，所述光学***还包括狭缝光栅组件，所述狭缝光栅组件所在平面与所述屏幕所在平面平行，且距离所述屏幕预设距离以使所述用户的左眼通过所述狭缝光栅的狭缝看到第一图像，所述用户的右眼通过所述狭缝光栅的狭缝看到第二图像。
9.根据权利要求4-8任一项所述的光学***，其特征在于，所述第一空间光调制器为透射型空间光调制器或反射型空间光调制器，所述第二空间光调制器为透射型空间光调制器或反射型空间光调制器。
10.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述第一空间光调制器为第一LCD，所述第二空间光调制器为第二LCD；
所述第一偏振分光镜组件和第二LCD之间设置反射元件，用于将所述第二光束反射至第二LCD。
11.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述第一空间光调制器为第一LCoS，所述第二空间光调制器为第二LCoS；
所述第一偏振分光镜组件和所述第二LCoS之间依次设置光偏振方向转换元件和第二偏振分光镜组件；
所述光偏振方向转换元件用于将所述第二光束的P偏振光转换为S偏振光；
所述第二偏振分光镜组件用于将S偏振光反射至所述第二LCoS，将P偏振光透射至所述第二镜头组件。
12.根据权利要求11所述的光学***，其特征在于，所述光偏振方向转换元件为二分之一波片。
13.根据权利要求1-3任一项所述的光学***，其特征在于，所述第一镜头组件为照明镜头组件，用于将第一光束投射至所述第一区域以照亮所述第一区域；
和/或，所述第二镜头组件为照明镜头组件，用于将第二光束投射至所述第二区域以照亮所述第二区域。
14.一种照明***，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的光学***。
15.一种抬头显示***，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的光学***和成像反射镜组件，所述成像反射镜组件用于将所述光学***产生的光束反射至预设区域。
16.根据权利要求15的抬头显示***，其特征在于，所述成像反射镜组件包括第一反射镜元件和第二反射镜元件，所述第一反射镜元件和第二反射镜元件用于将所述光学***产生的光束反射至挡风玻璃的表面。
17.一种显示***，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的光学***和成像反射镜组件，所述成像反射镜组件用于将所述光学***产生的光束反射至预设区域。
18.根据权利要求17的抬头显示***，其特征在于，所述成像反射镜组件包括第三反射镜元件、第四反射镜元件和曲面镜元件，所述第三反射镜元件、第四反射镜元件和曲面镜元件用于将所述光学***产生的光束反射至用户的人眼。
CN202110615792.3A 2021-06-02 2021-06-02 一种光学***、照明***及显示*** Pending CN115437159A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110615792.3A CN115437159A (zh) 2021-06-02 2021-06-02 一种光学***、照明***及显示***
PCT/CN2022/079474 WO2022252724A1 (zh) 2021-06-02 2022-03-07 一种光学***、照明***及显示***
EP22814772.4A EP4336244A1 (en) 2021-06-02 2022-03-07 Optical system, illumination system, and display system
US18/526,319 US20240103269A1 (en) 2021-06-02 2023-12-01 Optical system, illumination system, and display system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110615792.3A CN115437159A (zh) 2021-06-02 2021-06-02 一种光学***、照明***及显示***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115437159A true CN115437159A (zh) 2022-12-06

Family

ID=84271516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110615792.3A Pending CN115437159A (zh) 2021-06-02 2021-06-02 一种光学***、照明***及显示***

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240103269A1 (zh)
EP (1) EP4336244A1 (zh)
CN (1) CN115437159A (zh)
WO (1) WO2022252724A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4514941B2 (ja) * 2000-11-28 2010-07-28 三菱電機株式会社 可変光フィルタ
CN100423477C (zh) * 2003-09-29 2008-10-01 武汉光迅科技股份有限公司 可调整光功率分配器
US8721083B2 (en) * 2010-09-07 2014-05-13 Delta Electronics, Inc. Polarization conversion system and stereoscopic projection system employing same
CN103163651B (zh) * 2011-12-16 2015-07-29 台达电子工业股份有限公司 立体显示装置
CN103926574B (zh) * 2014-04-29 2016-08-31 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光雷达光学接收装置
CN104965317A (zh) * 2015-06-25 2015-10-07 佛山科学技术学院 电控可调偏振分光比的偏振分束器及其工作方法
CN209417436U (zh) * 2019-01-18 2019-09-20 苏州迅镭激光科技有限公司 一种分光比可调的激光能量分光器

Also Published As

Publication number Publication date
US20240103269A1 (en) 2024-03-28
WO2022252724A1 (zh) 2022-12-08
EP4336244A1 (en) 2024-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11415799B2 (en) Display system and display method therefor, and vehicle
US7675684B1 (en) Compact optical system
KR101614956B1 (ko) 헤드 장착형 단일 패널 입체영상 디스플레이
KR102606340B1 (ko) 투시형 홀로그래픽 디스플레이 장치
TW202026685A (zh) 具有反射鏡的光導顯示器
CN109073900B (zh) 具有多路复用微投影仪的平视显示器
WO2018061444A1 (ja) 反射板、情報表示装置および移動体
CN108983423A (zh) 一种双目显示***及车载抬头显示***
EP2780756A1 (en) System and method for streaming multiple images from a single projector
CN113031264B (zh) 双光程投射装置和显示***
JP2012047893A (ja) 表示装置及び表示方法
US20220229223A1 (en) Display device, augmented reality apparatus and display method
US20230408824A1 (en) Optical systems and display engines for augmented reality and near-eye headsets
WO2016139903A1 (ja) 画像表示装置、プロジェクター及び透過型表示装置
WO2018043254A1 (ja) 映像表示装置と光学シースルーディスプレイ
CN216901153U (zh) 一种可分区域显示的多深度hud***
KR102098287B1 (ko) 편광 변조 다초점 두부 장착형 디스플레이 장치
US10728534B2 (en) Volumetric display system and method of displaying three-dimensional image
CN111308720A (zh) 一种头戴式显示装置
CN115437159A (zh) 一种光学***、照明***及显示***
JP7111071B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
CN212009157U (zh) 一种头戴式显示装置
CN211979334U (zh) 一种近眼显示装置和电子设备
KR20220086456A (ko) 3차원 증강 현실을 제공하는 증강 현실 장치 및 그 동작 방법
CN115202047A (zh) 光学单元以及使用该光学单元的头戴式显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination