发明内容
本申请提供了一种光学系统、显示设备以及交通工具,该光学系统可以是PGU或者车载大灯,该光学系统可以降低外界光线对光学系统的损害。
第一方面,提供了一种光学系统,包括:光调制器以及镜头;以及设置于光调制器和镜头之间的分光组件,设置于分光组件和镜头之间的导通组件;光调制器,用于生成成像光,将成像光传输至分光组件,成像光的偏振方向为第一偏振方向;分光组件,用于将成像光透射至导通组件;导通组件,用于将成像光的偏振方向调整为第二偏振方向,并传输至镜头,第一偏振方向与第二偏振方向不同;镜头,用于将成像光输出;镜头,还用于接收逆向光,将逆向光传输至导通组件,逆向光的偏振方向为第二偏振方向;导通组件,还用于将逆向光传输至分光组件;分光组件,还用于将逆向光反射。在上述的光学系统中,光调制器生成成像光,成像光的偏振方向为第一偏振方向(P偏振),将成像光传输至分光组件,分光组件将成像光透射至导通组件,导通组件用于将成像光的偏振方向调整为第二偏振方向(S偏振),将偏振方向为第二偏振方向的成像光传输至镜头,镜头将成像光输出,可见在该光学系统中,成像光的输出并不受影响。在该光学系统接收到逆向光时,镜头首先接收到逆向光,逆向光的偏振方向为第二偏振方向,镜头将逆向光传输至导通组件,导通组件将逆向光传输至分光组件,并且导通组件不对逆向光的偏振方向进行调整,因此传输至分光组件的逆向光的偏振方向为第二偏振方向,分光组件将逆向光反射。也就表示,分光组件将接收到的光调制器输出的成像光透射至导通组件,而分光组件将接收到的导通组件输出的逆向光反射,基于反射与透射的区别,可知逆向光不会传输至光调制器,那么逆向光将不会对光调制器产生影响。
可选的,导通组件包括靠近分光组件设置的磁光晶体以及靠近镜头设置的1/2波片;磁光晶体,用于将成像光的偏振方向顺时针旋转45度;1/2波片,用于将成像光的偏振方向顺时针旋转45度;1/2波片,还用于将逆向光的偏振方向逆时针旋转45度;磁光晶体,还用于将逆向光的偏振方向顺时针旋转45度。在该可选方案中,磁光晶体在预定磁场的作用下,可以将正向穿通磁光晶体的线偏振光的偏振方向顺时针旋转预定度数,也可以将逆向穿通磁光晶体的线偏振光的偏振方向顺时针旋转预定度数。当入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与1/2波片的晶体主截面之间的夹角为θ度,入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与从1/2波片透射出的线偏振光的偏振方向之间相差2θ度,是从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向相较于入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向顺时针旋转2θ度;逆向入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向之间相差2θ度,是从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向相较于逆向入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向逆时针旋转2θ度,因此利用磁光晶体与1/2波片,磁光晶体将成像光的偏振方向顺时针旋转45度,1/2波片将成像光的偏振方向顺时针旋转45度,以使得偏振方向为第一偏振方向的成像光通过导通组件以后,成像光的偏振方向变成第二偏振方向;另外,1/2波片将逆向光的偏振方向逆时针旋转45度,磁光晶体将逆向光的偏振方向顺时针旋转45度,以使得偏振方向为第二偏振方向的逆向光通过导通组件以后,逆向光的偏振方向还是第二偏振方向。
可选的,光学系统还包括吸收光组件;吸收光组件,用于吸收分光组件反射的逆向光。在该可选方式中,逆向光将通过分光组件反射至吸收光组件,以使得吸收光组件将逆向光吸收,进而降低了逆向光对光学系统中的其他组件的影响,避免了逆向光转换成热能。
可选的,光学系统还包括光源;光源设置于分光组件与吸收光组件相对的另一侧;光源,用于生成光束,光束的偏振方向为第二偏振方向;分光组件,用于将光源输出的光束反射至光调制器;光调制器,具体用于根据图像信息对光源输出的光束进行调制,生成包括图像信息的成像光。
可选的,分光组件包括:第一偏振分光棱镜,其中第一偏振分光棱镜包括第一入射面、第二入射面、第一出射面和第二出射面,第一入射面与第一出射面相对,第二入射面与第二出射面相对;其中,光调制器设置于第一偏振分光棱镜的第一入射面的一侧,导通组件设置于第一偏振分光棱镜的第一出射面的一侧,光源设置于第一偏振分光棱镜的第二入射面的一侧,吸收光组件设置于第一偏振分光棱镜的第二出射面的一侧。
可选的,分光组件包括:第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜,其中第二偏振分光棱镜包括第三入射面、第四入射面和第三出射面,第三入射面与第三出射面相对,第三偏振分光棱镜包括第五入射面、第四出射面以及第五出射面,第五入射面与第五出射面相对;第三偏振分光棱镜的第五入射面设置于第二偏振分光棱镜的第三出射面的一侧,光调制器设置于第二偏振分光棱镜的第三入射面的一侧,光源设置于第二偏振分光棱镜的第四入射面的一侧,导通组件设置于第三偏振分光棱镜的第五出射面的一侧,吸收光组件设置于第三偏振分光棱镜的第四出射面的一侧。
可选的,光学系统还包括控制器,其中控制器连接光源以及吸收光组件;控制器用于根据吸收光组件吸收到的逆向光的光强调整的光源生成的光束的光强。在该可选方式中,光学系统可以根据逆向光的光强调整的光源生成的光束的光强,以使得光学系统的显示效果更好。
可选的,光学系统还包括:起偏器,起偏器设置于导通组件远离分光组件的一侧;起偏器,用于透射偏振方向为第二偏振方向的成像光;起偏器,还用于透射偏振方向为第二偏振方向的逆向光。在该可选方式中,起偏器用于透射偏振方向为第二偏振方向的逆向光,以使得导通组件接收到的逆向光的偏振方向确定为第二偏振方向。
可选的,吸收光组件包括以下任意一种:植绒黑布、镀黑光漆的金属薄片、光电二极管。
可选的,第一偏振方向为P偏振,第二偏振方向为S偏振。
可选的,光调制器包括以下任意一种:薄膜晶体管液晶显示器、数字光处理、硅基液晶。
第二方面,提供了一种光学系统,包括:光调制器以及镜头;以及设置于光调制器和镜头之间的分光组件,设置于分光组件和镜头之间的导通组件;光调制器,用于生成成像光,将成像光传输至分光组件,成像光的偏振方向为第二偏振方向;分光组件,用于将成像光反射至导通组件;导通组件,用于将成像光传输至镜头;镜头,用于将成像光输出;镜头,还用于接收逆向光,将逆向光传输至导通组件,逆向光的偏振方向为第二偏振方向;导通组件,还用于将逆向光的偏振方向调整为第一偏振方向,并传输至分光组件,第一偏振方向与第二偏振方向不同;分光组件,还用于将逆向光透射。在上述的光学系统中,光调制器生成成像光,成像光的偏振方向为第二偏振方向(S偏振),将成像光传输至分光组件,分光组件将成像光反射至导通组件,导通组件将成像光传输至镜头,镜头将成像光输出,可见在该光学系统中,成像光的输出并不受影响。在该光学系统接收到逆向光时,镜头首先接收到逆向光,逆向光的偏振方向为第二偏振方向,镜头将逆向光传输至导通组件,导通组件用于将逆向光的偏振方向调整为第一偏振方向(P偏振),因此传输至分光组件的逆向光的偏振方向为第一偏振方向,分光组件将逆向光沿透射,也就表示,分光组件将接收到的光调制器输出的成像光反射至导通组件,而分光组件将接收到的导通组件输出的逆向光透射,基于反射与透射的区别,可知逆向光不会传输至光调制器,那么逆向光将不会对光调制器产生影响。
可选的,导通组件包括靠近分光组件设置的1/2波片以及靠近镜头设置的磁光晶体;1/2波片,用于将成像光的偏振方向逆时针旋转45度;磁光晶体,用于将成像光的偏振方向顺时针旋转45度;磁光晶体,还用于将逆向光的偏振方向顺时针旋转45度;1/2波片,还用于将逆向光的偏振方向顺时针旋转45度。
可选的,光学系统还包括吸收光组件;吸收光组件,用于吸收分光组件透射的逆向光。
可选的,光学系统还包括光源;光源设置于分光组件与光调制器相对的一侧;光源,用于生成光束,光束的偏振方向为第一偏振方向;分光组件,用于将光源输出的光束透射至光调制器;光调制器,具体用于根据图像信息对光源输出的光束进行调制,生成包括图像信息的成像光。
可选的,分光组件包括:第一偏振分光棱镜,其中第一偏振分光棱镜包括第一入射面、第二入射面、第一出射面和第二出射面,第一入射面与第一出射面相对,第二入射面与第二出射面相对;其中,导通组件设置于第一偏振分光棱镜的第一入射面的一侧,光源设置于第一偏振分光棱镜的第二入射面的一侧,吸收光组件设置于第一偏振分光棱镜的第一出射面的一侧,光调制器设置于第一偏振分光棱镜的第二出射面的一侧。
可选的,分光组件包括:第二偏振分光棱镜以及第三偏振分光棱镜,其中第二偏振分光棱镜包括第三入射面、第三出射面和第四出射面,第三入射面与第三出射面相对,第三偏振分光棱镜包括第四入射面、第五入射面以及第五出射面,第五入射面与第五出射面相对;第三偏振分光棱镜的第四入射面设置于第二偏振分光棱镜的第四出射面的一侧,光源设置于第二偏振分光棱镜的第三入射面的一侧,光调制器设置于第二偏振分光棱镜的第三出射面的一侧,导通组件设置于第三偏振分光棱镜的第五入射面的一侧,吸收光组件设置于第三偏振分光棱镜的第五出射面的一侧。
可选的,还包括控制器,其中控制器连接光源以及吸收光组件;控制器用于根据吸收光组件吸收到的逆向光的光强调整的光源生成的光束的光强。
可选的,还包括:起偏器,起偏器设置于导通组件远离分光组件的一侧;起偏器,用于透射偏振方向为第二偏振方向的成像光;起偏器,还用于透射偏振方向为第二偏振方向的逆向光。
可选的,吸收光组件包括以下任意一种:植绒黑布、镀黑光漆的金属薄片、光电二极管。
可选的,第一偏振方向为P偏振,第二偏振方向为S偏振。
可选的,光调制器包括以下任意一种:薄膜晶体管液晶显示器、数字光处理、硅基液晶。
其中,第二方面中的各个可选方式所实现的技术效果可以参考第一方面中的可选方式所实现的技术效果,在此不赘述。
第三方面,提供了一种显示设备,包括处理器以及如上述第一方面以及第二方面任一项所述的光学系统,处理器用于向光学系统中的光调制器发送图像信息。
可选的,还包括反射组件;反射组件,用于将光学系统输出的成像光反射以及将逆向光反射至光学系统。
可选的,还包括防尘罩,以及支撑防尘罩的支架,支架与防尘罩形成容纳腔,光学系统以及反射组件设置于容纳腔内;防尘罩,用于透射反射组件反射的成像光;防尘罩,还用于接收逆向光,透射偏振方向为第二偏振方向的逆向光至反射组件。
第四方面,提供了一种交通工具,包括如上述第三方面任一项所述的显示设备,显示设备安装在交通工具上。
可选的,还包括风挡玻璃,风挡玻璃,用于接收通过显示设备反射的成像光,将成像光反射至交通工具的驾驶员的眼睛;风挡玻璃,还用于透射外界光线,生成逆向光。
其中,第三方面以及第四方面中任一种可能实现方式中所带来的技术效果可参见上述第一方面以及第二方面的实现方式所带来的技术效果,此处不再赘述。
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,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。
以下对本申请的实施例中的技术术语说明如下:
偏振态:光线的偏振态包括自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。其中,自然光又称“天然光”,不直接显示偏振现象的,自然光包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向,所以不显示出偏振性;线偏振光,光矢量端点的轨迹为直线,即光矢量只沿着一个确定的方向振动,其大小随相位变化、方向不变,线偏振光中最常见的为偏振方向为P偏振的光线以及偏振方向为S偏振的光线;椭圆偏振光,光矢量端点的轨迹为一椭圆,即光矢量不断旋转,其大小、方向随时间有规律的变化;圆偏振光,光矢量端点的轨迹为一圆,即光矢量不断旋转,其大小不变,但方向随时间有规律地变化;部分偏振光,在垂直于光传播方向的平面上,含有各种振动方向的光矢量,但光振动在某一方向更显著,不难看出,部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。
除非另有定义,否则本文所用的所有科技术语都具有与本领域普通技术人员公知的含义相同的含义。在本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,a和b,a和c,b和c或a、b和c,其中a、b和c可以是单个,也可以是多个。另外,在本申请的实施例中,“第一”、“第二”等字样并不对数量和次序进行限定。
此外,本申请中,“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的,应当理解到,这些方向性术语是相对的概念,它们用于相对于的描述和澄清,其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
需要说明的是,本申请中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
抬头显示器(head up display,HUD)是一种将图像信息投影到驾驶员的头盔前或风挡玻璃上的设备,HUD使得驾驶员在驾驶过程中不必低头看其他仪表,提高驾驶的安全性。目前,HUD已经广泛应用于智能汽车等交通工具中,通常是使用HUD将驾驶相关的图像信息,例如导航信息、仪表信息等进行投影,使得驾驶员在观察路面的同时看到HUD投影的驾驶相关的图像信息。
目前,智能汽车中的HUD主要有三种类型,分别为:组合型抬头显示系统(combiner-HUD,C-HUD)、风挡型抬头显示(windshield-HUD,W-HUD)和增强现实型抬头显示系统(augmented reality HUD,AR-HUD)。其中,C-HUD是后装的HUD,C-HUD是在智能汽车的仪表上方加装一个半透明树脂玻璃,将驾驶相关的图像信息投影到树脂玻璃,在树脂玻璃上成像。W-HUD与AR-HUD均是将驾驶相关的图像信息投影到智能汽车的风挡玻璃,其中,成像距离与成像大小通常AR-HUD优于W-HUD优于C-HUD。AR-HUD相较于W-HUD或者C-HUD,其需要通过智能汽车的传感器(摄像头、雷达等)对前方的路况进行解析建模,以得到对象的位置、距离、大小等要素,再把HUD显示的信息精准地投影到对应的位置。
参照图1所示,本申请的实施例提供了一种HUD的原理示意图,HUD包括图像生成单元(picture generating unit,PGU)11和反射组件,其中,反射组件包括扩散屏12、反射镜13以及自由曲面镜14。为了使得HUD能更好的安装于智能汽车中,通常会设置一个防尘罩15以及支撑防尘罩15的支架构成一个容纳腔,在容纳腔内设置PGU11、扩散屏12、反射镜13以及自由曲面镜14。
在使用HUD将驾驶相关的图像信息,例如将导航信息、仪表信息等进行投影时,参照图1所示的带箭头的虚线,PGU11用于生成成像光,成像光中携带驾驶相关的图像信息,并且PGU将生成的成像光传输至扩散屏12,扩散屏12用于根据成像光进行成像,显示出驾驶相关的图像信息。随后,成像光继续传播,通过反射镜13进行第一次反射,通过自由曲面镜14进行第二次反射,透过防尘罩15,通过风挡玻璃16进行第三次反射,进而传输至智能汽车的驾驶员的眼睛17,眼睛17接收到的是驾驶相关的图像信息的虚像18,虚像18的垂直视场角(vertical-field of view,V-FOV)以及水平视场角(horizontal-field of view,H-FOV)与HUD的类型相关,不同的HUD的类型将生成不同的V-FOV以及不同的H-FOV。
需要说明的是,为了使得成像光反射至智能汽车的驾驶员的眼睛,PGU11、扩散屏12、反射镜13以及自由曲面镜14的位置关系必须满足成像光传输的要求,并且,往往会将自由曲面镜与智能汽车的风挡玻璃进行拟合以消除虚像18的画面畸变。
参照图1所示的带箭头的实线,智能汽车在行驶过程中,外界光线例如阳光等也会被风挡玻璃16接收到。示例性的,风挡玻璃16,用于透射阳光等外界光线,以生成逆向光,其中逆向光将穿过防尘罩15传输至自由曲面镜14,自由曲面镜14对逆向光进行第一次反射,反射镜13对逆向光进行第二次反射,以使得逆向光传输至扩散屏12,扩散屏12将逆向光透射至PGU11,在逆向光的光强比较大时,逆向光将对PGU11造成影响。
示例性的,参照图2所示,本申请的实施例提供了PGU11的结构示意图,其中,PGU11包括光源111、光调制器112以及镜头113,其中,光源111用于生成线偏振光束,将光束传输至光调制器112,其中,该光束具体是线偏振光,该线偏振光束的偏振方向可以是P偏振或者S偏振,其中,P偏振与S偏振的偏振方向正交,呈90度。光调制器112,用于根据驾驶相关的图像信息对光源111输出的光束进行调制,生成包括驾驶相关的图像信息的成像光,其中,成像光的偏振方向与光源111输出的光束的偏振方向不同,在光源111输出的光束的偏振方向为S偏振时,光调制器112生成的成像光的偏振方向为P偏振;在光源111输出的光束的偏振方向为P偏振时,光调制器112生成的成像光的偏振方向为S偏振。镜头113,用于将成像光输出至反射组件,以使得成像光最终反射至智能汽车的驾驶员的眼睛处,以使得智能汽车的驾驶员看到驾驶相关的图像信息的虚像。
目前常用的光调制器包括:薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistorliquid crystal display,TFT-LCD)、数字光处理(digital light procession,DLP)、硅基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)等。其中,TFT-LCD是液晶显示器(liquidcrystal display,LCD)液晶显示技术的一种,TFT-LCD包括两片玻璃基板以及两片玻璃基板中的一层液晶层,两片玻璃基板中的上层玻璃基板是彩色滤光片,两片玻璃基板中的下层玻璃基板镶嵌有晶体管,当电流通过晶体管产生电场变化时,液晶层的液晶分子偏转,以改变光线的偏振方向,再利用偏光片决定像素的明暗状态;此外,两片玻璃基板中的上层玻璃与彩色滤光片贴合,彩色滤光片形成每个像素包含的红蓝绿三原色。DLP是一种以数字微镜装置作为主要光学控制元件调节反射光,并在匀光片上实现投射成像的技术。LCOS是一种反射式微液晶投影技术,它采用涂有液晶硅的互补金属氧化物半导体(complementarymetal oxide semiconductor,CMOS)集成电路芯片作为反射式LCD的基片,用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合,再注入液晶层封装而成,利用液晶层的液晶分子的偏转,以改变光线的偏振方向。
其中,在光调制器是TFT-LCD时,反射至PGU的逆向光将传输至TFT-LCD,TFT-LCD对逆向光的利用率约为7%;在光调制器是DLP时,反射至PGU的逆向光将传输至DLP,DLP对逆向光的利用率约为25%;在光调制器是LCOS时,反射至PGU的逆向光将传输至LCOS,LCOS对逆向光的利用率约为25%。其他没有被利用的逆向光,将转换成热能,热能使得光调制器的温度升高,进而影响光调制器以及PGU的使用寿命,尤其是当光调制器112为LCOS时,光强较强的逆向光将会使得LCOS的液晶层损坏。
参照图3所示,本申请的实施例提供了一种桌面显示的原理示意图,其中,桌面显示包括PGU31和反射组件,其中,反射组件包括扩散屏32以及曲面镜33。具体的,参照图3所示的带箭头的虚线,PGU31生成成像光,成像光中携带桌面显示的图像信息,并且PGU31将生成的成像光传输至扩散屏32,扩散屏32将根据成像光进行成像,显示出桌面显示的图像信息。随后,成像光继续传播,通过曲面镜33反射至观看桌面显示的观察者的眼睛34,其中观看桌面显示的观察者的眼睛34感知到的是桌面显示的图像信息的虚像35。参照图3所示的带箭头的实线,外界光线例如干扰光等也会传输至曲面镜33上,由曲面镜33将干扰光等反射至扩散屏32,形成逆向光,扩散屏32将逆向光透射至PGU31中,那么在逆向光的光强较强时,桌面显示中的PGU31也将收到影响。其中,桌面显示中的PGU31与HUD中的PGU32类似,在此不赘述。
参照图4所示,本申请的实施例提供了一种车载大灯40的光路结构图,其中,车载大灯40的包括光源41、准直透镜42、反射镜43、光调制器44以及镜头45,其中,镜头45中包括凸透镜、凹透镜等不同的透镜。具体的,参照图4所示的带箭头的虚线,光源41用于生成光束,将光束传输至准直透镜42,该光束为圆偏振光或者椭圆偏振光等,准直透镜32,用于将光源输出的光束进行准直处理,将准直的光束传输至反射镜43,反射镜43,用于对光束进行一次反射,以使得该光束反射至光调制器44,光调制器44,用于根据车载大灯的图像信息对光束进行调制,以生成成像光,将成像光传输至镜头45,该成像光为线偏振光,具体的,该成像光的偏振方向可以是P偏振或者S偏振,镜头45,用于将成像光传输出去。参照图4所示的带箭头的实线,外界光线例如干扰光等也会传输至镜头45,镜头45将干扰光等透射,以生成逆向光,将逆向光传输至光调制器44,逆向光将对光调制器44造成影响。其中,光调制器44与图2所示的光调制器112类似,在此不赘述。
由此可知,在上述的HUD、桌面显示以及车载大灯中,均存在逆向光对光调制器的影响,为此,本申请的实施例提供了一种光学系统,该光学系统可以是PGU或者车载大灯,该光学系统可以降低甚至消除逆向光对光调制器的影响。参照图5所示,本申请的实施例提供了光学系统50的结构示意图,其中,光学系统50包括:光调制器51以及镜头54。光学系统50还包括:设置于光调制器51和镜头54之间的分光组件52,设置于分光组件52和镜头54之间的导通组件53。示例性的,分光组件包括透射光路oc1以及反射光路oc2,导通组件53与光调制器51设置于分光组件52的透射光路oc1的两侧,那么,光线可以从导通组件53沿透射光路oc1传输至光调制器51,也可以从光调制器51沿透射光路oc1传输至导通组件53,透射的光线通常是平行透射的。并且,导通组件53还设置于反射光路oc2的入射方向,反射光路oc2的入射方向与反射光路oc2的出射方向不平行,也就是说,光线从导通组件53沿反射光路oc2传输时,不会传输至光调制器51。
参照图5所示的带箭头的虚线,在光学系统50输出成像光时,光调制器51,用于生成成像光f1’,将成像光f1’传输至分光组件52,成像光f1’的偏振方向为第一偏振方向,该第一偏振方向为P偏振。分光组件52,用于将成像光f1’透射至导通组件53,具体是将成像光f1’沿透射光路oc1透射至导通组件53。其中,P偏振又被称为水平偏振,S偏振又被称为垂直偏振,分光组件52可以认为是一种将P偏振与S偏振分离的元件,其中,基于P偏振与S偏振的特性,分光组件52可以透射偏振方向为P偏振的光线并且反射偏振方向为S偏振的光线,那么在偏振方向为P偏振的成像光f1’传输至分光组件52时,该成像光将从分光组件52透射至导通组件53。
导通组件53,用于将成像光f1’的偏振方向调整为第二偏振方向,也就是成像光f1,并将成像光f1传输至镜头54,第一偏振方向与第二偏振方向不同,具体的,第一偏振方向为P偏振,第二偏振方向为S偏振,P偏振与S偏振的偏振方向呈90度,P偏振与S偏振的偏振方向正交。
示例性的,参照图6所示,导通组件53包括靠近分光组件52设置的磁光晶体531以及靠近镜头54设置的1/2波片532。其中,晶体在外磁场的作用下,线偏振光通过该晶体时线偏振光的偏振方向发生旋转的现象称为法拉第效应,这种晶体称为磁旋光晶体,简称磁光晶体,常见的磁光晶体包括钇铁石榴石、镓酸盐石榴石以及稀土铝酸盐石榴石等。并且,磁光晶体在预定磁场的作用下,可以将从左到右穿通磁光晶体的线偏振光的偏振方向顺时针旋转预定度数,也可以将从右到左穿通磁光晶体的线偏振光的偏振方向顺时针旋转预定度数。具体的,参照图6所示,向磁光晶体531施加磁场,施加的磁场的大小可以使得传输至磁光晶体531的成像光f1’的偏振方向顺时针旋转45度再输出至1/2波片532,其中成像光f1’的偏振方向为P偏振,图6中为“-”,表示P偏振(也就是平行偏振)。需要说明的是,具体向磁光晶体531施加的磁场大小与磁光晶体531的材料有关,本申请的实施例对磁光晶体531的材料以及向磁光晶体531的施加的磁场大小不做限定。
1/2波片又称为半波片,半波片可以对线偏振光的偏振方向进行旋转。当入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与1/2波片的晶体主截面之间的夹角为θ度,那么入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向之间相差2θ度,是从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向相较于入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向顺时针旋转2θ度;逆向入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向之间相差2θ度,是从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向相较于逆向入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向逆时针旋转2θ度。参照图6所示,当通过磁光晶体531输出的成像光的偏振方向与1/2波片的晶体主截面之间的夹角为22.5度时,具体是1/2波片的晶体主截面相对于磁光晶体531输出的成像光的偏振方向顺时针旋转22.5度,那么通过磁光晶体531输出的成像光的偏振方向通过1/2波片时,其偏振方向再次顺时针旋转了45度。
也就是说,成像光f1’通过磁光晶体531时成像光f1’的偏振方向顺时针旋转45度,通过1/2波片532时再顺时针旋转45度,总共顺时针旋转(45+45=90)度,因此,通过导通组件53输出的成像光f1,成像光f1的偏振方向为S偏振,图6中为“·”,表示S偏振(也就是垂直偏振)。参照图5所示,导通组件53将成像光f1传输至镜头54。
镜头54,用于将成像光f1输出。至此,由光调制器51生成的成像光将通过镜头54输出,实现在光学系统50输出成像光f1的功能。
参照图5所示的带箭头的实线,在光学系统50接收到逆向光时,镜头54,还用于接收逆向光f2,将逆向光f2传输至导通组件53,逆向光f2的偏振方向为第二偏振方向,该第二偏振方向为S偏振。
导通组件53,还用于将逆向光f2传输至分光组件52。具体的,如图6所示,逆向光f2的偏振方向为S偏振,图6中为“·”,表示S偏振(也就是垂直偏振),逆向光f2通过导通组件53时,是先通过1/2波片532,然后再通过磁光晶体531。其中,由于通过磁光晶体531输出的成像光的偏振方向与1/2波片532的晶体主截面之间的夹角为22.5度,1/2波片532将入射的成像光的偏振方向顺时针旋转45度,那么1/2波片会将逆向入射的逆向光f2的偏振方向逆时针旋转45度。随后,偏振方向被逆时针旋转45度的逆向光通过磁光晶体531时,磁光晶体531将逆向光f2的偏振方向再顺时针旋转45度。
也就是说,逆向光f2通过1/2波片532时逆向光f2的偏振方向逆时针旋转45度,通过磁光晶体531时再顺时针旋转45度,总共顺时针旋转(-45+45=0)度,因此,通过导通组件53输出的逆向光f2,逆向光f2的偏振方向为S偏振,图6中为“·”,表示S偏振(也就是垂直偏振)。参照图5所示,导通组件53将逆向光f2传输至分光组件52。
分光组件52,还用于将逆向光f2反射,具体是将逆向光f2沿反射光路oc2反射,且由于透射光路oc1与反射光路oc2的区别,逆向光将不会传输至光调制器51。
在上述的光学系统中,光调制器生成成像光,成像光的偏振方向为第一偏振方向(P偏振),将成像光传输至分光组件,分光组件将成像光(沿透射光路oc1)透射至导通组件,导通组件用于将成像光的偏振方向调整为第二偏振方向(S偏振),将偏振方向为第二偏振方向的成像光传输至镜头,镜头将成像光输出,可见在该光学系统中,成像光的输出并不受影响。在该光学系统接收到逆向光时,镜头首先接收到逆向光,逆向光的偏振方向为第二偏振方向,镜头将逆向光传输至导通组件,导通组件将逆向光传输至分光组件,并且导通组件不对逆向光的偏振方向进行调整,因此传输至分光组件的逆向光的偏振方向为第二偏振方向,分光组件将逆向光(沿反射光路oc2)反射。也就表示,分光组件将接收到的光调制器输出的成像光透射至导通组件,而分光组件将接收到的导通组件输出的逆向光反射,基于反射与透射的区别,可知逆向光不会传输至光调制器,那么逆向光将不会对光调制器产生影响。
具体的,参照图7所示,光学系统50还包括吸收光组件55,示例性的,吸收光组件55设置于反射光路oc2的反射方向,因此,分光组件52沿反射光路oc2反射的逆向光将传输至吸收光组件55,吸收光组件55用于吸收分光组件52反射的逆向光。
具体的,吸收光组件55,包括以下任意一种:植绒黑布、镀黑光漆的金属薄片、光电二极管,其中,植绒黑布与镀黑光漆的金属薄片对逆向光仅具有吸收作用,用于将逆向光吸收,而光电二极管是将接收到的逆向光的光强转换为电信号,并且电信号的电平与逆向光的光强正相关。
那么在光学系统包括吸收光组件时,逆向光将通过分光组件反射至吸收光组件,以使得吸收光组件将逆向光吸收,进而降低了逆向光对光学系统中的其他组件的影响。避免了逆向光转换成热能。
参照图8所示,本申请的实施例提供另一种光学系统50,其中,光学系统50还包括光源56;光源56设置于分光组件52与吸收光组件55相对的另一侧;示例性的,分光组件52还包括反射光路oc3,光源56设置于分光组件52的反射光路oc3的入射方向,光调制器51设置于分光组件52的反射光路oc3的反射方向。那么,光源56,用于生成光束,光束的偏振方向为第二偏振方向,该第二偏振方向为S偏振;分光组件52,用于将光源56输出的光束反射至光调制器51,具体是将光源56输出的光束沿反射光路oc3反射至光调制器51;光调制器51,具体用于根据图像数据对光源56输出的光束进行调制,生成包括图像信息的成像光f1’,其中,成像光的偏振方向为P偏振。
具体的,参照图9所示,其中,分光组件52具体可以是偏振分光棱镜,其中,偏振分光棱镜可以将偏振方向为P偏振的光透射并且将偏振方向为S偏振的光反射,偏振分光棱镜包括入射面i1、入射面i2、出射面o1和出射面o2,入射面i1与出射面o1相对,入射面i2与出射面o2相对;其中,光调制器51设置于偏振分光棱镜的入射面i1的一侧,导通组件53设置于偏振分光棱镜的出射面o1的一侧,光源56设置于偏振分光棱镜的入射面i2的一侧,吸收光组件55设置于偏振分光棱镜的出射面o2的一侧。示例性的,入射面i1与出射面o1形成透射光路oc1;出射面o1与出射面o2形成反射光路oc2;入射面i1与入射面i2形成反射光路oc3。
具体的,参照图10所示,其中,分光组件52可以包括偏振分光棱镜521与偏振分光棱镜522,其中偏振分光棱镜521包括入射面i3、入射面i4和出射面o3,入射面i3与出射面o3相对,偏振分光棱镜522包括入射面i5、出射面o4以及出射面o5,入射面i5与出射面o5相对;偏振分光棱镜522的入射面i5设置于偏振分光棱镜521的出射面o3的一侧,光调制器51设置于偏振分光棱镜521的入射面i3的一侧,光源56设置于偏振分光棱镜521的入射面i4的一侧,导通组件53设置于偏振分光棱镜522的出射面o5的一侧,吸收光组件55设置于偏振分光棱镜522的出射面o4的一侧。示例性的,入射面i3、出射面o3、入射面i5以及出射面o5形成透射光路oc1;出射面o4与出射面o5形成反射光路oc2;入射面i3与入射面i4形成反射光路oc3。
示例性的,参照图11所示,光学系统50还包括控制器57,其中控制器57连接光源56以及吸收光组件55;控制器57用于根据吸收光组件55吸收到的逆向光f2的光强调整的光源56生成的光束的光强。示例性的,在吸收光组件55为光电二极管时,分光组件52反射至吸收光组件55的逆向光f2,将传输至光电二极管,其中,光电二极管将逆向光的光强转换成电信号,通常是逆向光的光强变强,电信号的电平将变大,逆向光的光强减弱,电信号的电平将变小。由于控制器57连接吸收光组件55,因此,控制器57可以接收到光电二极管将逆向光的光强转换成的电信号,并且,控制器57连接光源56,控制器57可以在电信号的电平比较大时,调整光源56生成的光束的光强变大,在电信号的电平比较小时,调整光源56生成的光束的光强变小。
在另一些实施例中,也可以是光调制器生成的成像光的偏振方向为第二偏振方向(S偏振),具体的,参照图12所示,本申请的实施例提供了光学系统60的结构示意图,其中,光学系统60包括:光调制器61以及镜头64。光学系统60还包括:设置于光调制器61和镜头64之间的分光组件62,设置于分光组件62和镜头64之间的导通组件63。示例性的,分光组件62包括反射光路oc4以及透射光路oc5,导通组件63与光调制器61设置于分光组件62的反射光路oc4的反射方向与入射方向上,那么,光线可以从光调制器61沿分光组件62的反射光路oc4传输至导通组件63,且反射光路oc4的入射方向与反射方向不平行。并且,导通组件63还设置于透射光路oc5的一侧,由于透射光线通常是平行透射的,也就是说,光线从导通组件63沿透射光路oc5传输时,不会传输至光调制器61。
参照图12所示的带箭头的虚线,在光学系统60输出成像光时,光调制器61,用于生成成像光f1,将成像光f1传输至分光组件62,成像光f1的偏振方向为第二偏振方向,该第二偏振方向为S偏振。分光组件62,用于将成像光f1反射至导通组件63,具体是将成像光f1沿反射光路oc4反射至导通组件63。其中,分光组件62与分光组件52一相同,可以将偏振方向为P偏振的光线与偏振方向为S偏振的光线分离,其中,分光组件62可以透射偏振方向为P偏振的光线并且反射偏振方向为S偏振的光线,那么在偏振方向为S偏振的成像光f1传输至分光组件62时,该成像光f1将从分光组件62的反射光路oc4反射至导通组件63。
导通组件63,用于将成像光f1传输至镜头64。示例性的,参照图13所示,导通组件63包括靠近分光组件62设置的1/2波片632以及靠近镜头64设置的磁光晶体631。其中,1/2波片又称为半波片,半波片可以对线偏振光的偏振方向进行旋转。当入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与1/2波片的晶体主截面之间的夹角为θ度,入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与从1/2波片透射出的线偏振光的偏振方向之间相差2θ度,是从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向相较于入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向顺时针旋转2θ度;逆向入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向与从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向之间相差2θ度,是从1/2波片输出的线偏振光的偏振方向相较于逆向入射至1/2波片的线偏振光的偏振方向逆时针旋转2θ度。参照图13所示,其中,成像光f1的偏振方向为S偏振,图10中为“·”,表示S偏振(也就是垂直偏振),当通过分光组件62反射的成像光f1的偏振方向与1/2波片642的晶体主截面之间的夹角为-22.5度时,具体是1/2波片的晶体主截面相对于磁光晶体531输出的成像光的偏振方向逆时针旋转22.5度,那么成像光f1的偏振方向通过1/2波片632将逆时针旋转45度。
晶体在外磁场的作用下,线偏振光通过该晶体时线偏振光的偏振方向发生旋转的现象称为法拉第效应,这种晶体称为磁旋光晶体,简称磁光晶体,常见的磁光晶体包括钇铁石榴石、镓酸盐石榴石以及稀土铝酸盐石榴石等。并且,磁光晶体在预定磁场的作用下,可以将正向穿通磁光晶体的线偏振光的偏振方向顺时针旋转预定度数,也可以将逆向穿通磁光晶体的线偏振光的偏振方向顺时针旋转预定度数。具体的,参照图13所示,向磁光晶体631施加磁场,施加的磁场的大小可以使得传输至磁光晶体631的成像光f1的偏振方向顺时针旋转45度再输出。需要说明的是,具体向磁光晶体631施加的磁场大小与磁光晶体631的材料有关,本申请的实施例对磁光晶体631的材料以及向磁光晶体631的施加的磁场大小不做限定。
也就是说,成像光f1通过1/2波片632时偏振方向逆时针旋转45度,通过磁光晶体631时成像光f1的偏振方向顺时针旋转45度,总共顺时针旋转(-45+45=0)度,因此,通过导通组件63输出的成像光f1,成像光f1的偏振方向为S偏振,图13中为“·”,表示S偏振(也就是垂直偏振)。参照图12所示,导通组件63将成像光f1传输至镜头64。
镜头64,用于将成像光f1输出。至此,由光调制器61生成的成像光将通过镜头64输出,实现在光学系统60输出成像光f1的功能。
参照图12所示的带箭头的实线,在光学系统60接收到逆向光时,镜头64,还用于接收逆向光f2,将逆向光f2传输至导通组件63,逆向光f2的偏振方向为第二偏振方向,该第二偏振方向为S偏振。
导通组件63,还用于将逆向光f2的偏振方向调整为第一偏振方向(P偏振),并传输至分光组件62,其中,第一偏振方向与所述第二偏振方向不同,具体的,第一偏振方向为P偏振,第二偏振方向为S偏振,P偏振与S偏振的偏振方向呈90度,P偏振与S偏振的偏振方向正交。
示例性的,如图13所示,逆向光f2的偏振方向为S偏振,图13中为“·”,表示S偏振(也就是垂直偏振),逆向光f2通过导通组件63时,是先通过磁光晶体631,然后再通过1/2波片632。其中,磁光晶体631将逆向光f2的偏振方向顺时针旋转45度,由于通过分光组件62反射的成像光f1的偏振方向与1/2波片632的晶体主截面之间的夹角为-22.5度,1/2波片632将成像光f1的偏振方向逆时针旋转45度,那么1/2波片632会将逆向光f2的偏振方向顺时针旋转45度。
也就是说,逆向光f2通过磁光晶体631时逆向光f2的偏振方向顺时针旋转45度,通过1/2波片632时逆向光f2的偏振方向再顺时针旋转45度,总共顺时针旋转(45+45=90)度,因此,通过导通组件63输出的逆向光f2,逆向光f2的偏振方向为P偏振,图13中为“-”,表示P偏振(也就是水平偏振)。参照图12所示,导通组件63将逆向光f2传输至分光组件62。
分光组件62,还用于将逆向光f2透射,具体是将逆向光f2沿透射光路oc5透射,且由于透射光路oc5与反射光路oc4的区别,逆向光将不会传输至光调制器61。
在上述的光学系统中,光调制器生成成像光,成像光的偏振方向为第二偏振方向(S偏振),将成像光传输至分光组件,分光组件将成像光(沿反射光路oc4)反射至导通组件,导通组件将成像光传输至镜头,镜头将成像光输出,可见在该光学系统中,成像光的输出并不受影响。在该光学系统接收到逆向光时,镜头首先接收到逆向光,逆向光的偏振方向为第二偏振方向,镜头将逆向光传输至导通组件,导通组件用于将逆向光的偏振方向调整为第一偏振方向(P偏振),因此传输至分光组件的逆向光的偏振方向为第一偏振方向,分光组件将逆向光(沿透射光路oc5)透射。也就表示,分光组件将接收到的光调制器输出的成像光反射至导通组件,而分光组件将接收到的导通组件输出的逆向光透射,基于反射与透射的区别,可知逆向光不会传输至光调制器,那么逆向光将不会对光调制器产生影响。
具体的,参照图14所示,光学系统60还包括吸收光组件65,示例性的,吸收光组件65设置于透射光路oc5的另一侧,因此,分光组件62沿透射光路oc5透射的逆向光将传输至吸收光组件65,吸收光组件65用于吸收分光组件62透射的逆向光。
具体的,吸收光组件65,包括以下任意一种:植绒黑布、镀黑光漆的金属薄片、光电二极管,其中,植绒黑布与镀黑光漆的金属薄片对逆向光仅具有吸收作用,用于将逆向光吸收,二光电二极管是将接收到的逆向光的光强转换为电信号,并且电信号的电平与逆向光的光强正相关。
那么在光学系统包括吸收光组件时,逆向光将通过分光组件透射至吸收光组件,以使得吸收光组件将逆向光吸收,进而降低了逆向光对光学系统中的其他组件的影响,避免了逆向光转换成热能。
在另一些实施例中,参照图15所示,光学系统60还包括光源66,光源66设置于分光组件62与光调制器61相对的一侧;示例性的,分光组件62还包括透射光路oc6,光源66设置于分光组件62的透射光路oc6的一侧,光调制器61设置于分光组件62的透射光路oc6的另一侧。那么,光源66,用于生成光束,光束的偏振方向为第一偏振方向,该第一偏振方向为P偏振;分光组件62,用于将光源66输出的光束透射至光调制器61,具体是将光源66输出的光束沿透射光路oc6透射至光调制器61;光调制器61,具体用于根据图像数据对光源66输出的光束进行调制,生成包括图像信息的成像光f1,其中,成像光的偏振方向为S偏振。
具体的,参照图16所示,其中,分光组件62具体可以是偏振分光棱镜,其中,偏振分光棱镜可以将偏振方向为P偏振的光透射并且将偏振方向为S偏振的光反射,其中偏振分光棱镜包括入射面i1、入射面i2、出射面o1和出射面o2,入射面i1与出射面o1相对,入射面i2与出射面o2相对;其中,导通组件63设置于偏振分光棱镜的入射面i1的一侧,光源66设置于偏振分光棱镜的所述入射面i2的一侧,吸收光组件65设置于偏振分光棱镜的出射面o1的一侧,光调制器61设置于偏振分光棱镜的出射面o2的一侧。示例性的,出射面o2与入射面i1形成反射光路oc4;入射面i1与出射面o1形成透射光路oc5;入射面i2与出射面o2形成透射光路oc6。
具体的,参照图17所示,其中,分光组件62可以包括偏振分光棱镜621与偏振分光棱镜622,其中偏振分光棱镜621包括入射面i3、出射面o3和出射面o4,入射面i3与出射面o3相对,偏振分光棱镜622包括入射面i4、入射面i5以及出射面o5,入射面i5与出射面o5相对;偏振分光棱镜622的入射面i4设置于偏振分光棱镜621的出射面o4的一侧,光源66设置于偏振分光棱镜621的入射面i3的一侧,光调制器61设置于偏振分光棱镜621的出射面o3的一侧,导通组件63设置于偏振分光棱镜622的入射面i5的一侧,吸收光组件65设置于偏振分光棱镜622的出射面o5的一侧。示例性的,出射面o3、出射面o4、入射面i4以及入射面i5形成反射光路oc4;入射面i5与出射面o5形成透射光路oc5;入射面i3与出射面o3形成透射光路oc6。
示例性的,参照图18所示,光学系统60还包括控制器67,其中控制器67连接光源66以及吸收光组件65;控制器67用于根据吸收光组件65吸收到的逆向光f2的光强调整的光源66生成的光束的光强。示例性的,在吸收光组件65为光电二极管时,分光组件62透射至吸收光组件65的逆向光f2,将传输至光电二极管,其中,光电二极管将逆向光的光强转换成电信号,通常是逆向光的光强变强,电信号的电平将变大,逆向光的光强减弱,电信号的电平将变小。由于控制器67连接吸收光组件65,因此,控制器67可以接收到光电二极管将逆向光的光强转换成的电信号,并且,控制器67连接光源66,控制器67可以在电信号的电平比较大时,调整光源66生成的光束的光强变大,在电信号的电平比较小时,调整光源66生成的光束的光强变小。
其中,图5、图7和图8所示的光学系统50以及图12、图14以及图15所示的光学系统60中镜头输出的成像光f1的偏振方向为S偏振,其中,成像光f1的偏振方向具体是由光学系统中的光调制器以及导通组件确定的,但是,光学系统接收到的逆向光f2,其偏振方向不能完全确定,为了确保光学系统中的镜头接收到的逆向光的偏振方向为S偏振,那么在图5、图7和图8所示的光学系统50以及图12、图14以及图15所示的光学系统60中,会在导通组件远离分光组件的一侧设置一个起偏器。
参照图19所示,其中,该光学系统以图7所示的光学系统50为例,在光学系统50的光路上,在镜头54之后设置有起偏器58,其中,起偏器58,用于透射偏振方向为第二偏振方向的成像光f1,起偏器58,还用于透射偏振方向为第二偏振方向的逆向光f2。具体的,镜头54输出的偏振方向为S偏振的成像光f1恰好通过起偏器58输出,镜头54通过起偏器58接收到偏振方向为S偏振的逆向光f2。
在另一些实施例中,在光学系统的光路上,起偏器也可以设置于导通组件与镜头之间,参照图20所示,该光学系统以图7所示的光学系统50为例,在光学系统50的光路上,在导通组件53与镜头54之间设置有起偏器58,其中,起偏器58,用于透射偏振方向为第二偏振方向的成像光f1,起偏器58,还用于透射偏振方向为第二偏振方向的逆向光f2。具体的,导通组件输出的偏振方向为S偏振的成像光f1恰好通过起偏器58传输至镜头54,由镜头54输出;镜头54接收到逆向光f2,通过起偏器58偏振方向为S偏振的逆向光f2传输至导通组件53。
也就是说,起偏器设置于导通组件远离分光组件的一侧,且设置的起偏器透射偏振方向为第二偏振方向(S偏振)的光线即可,本申请的实施例对起偏器的设置位置不做限定。
其中,图5、图7和图8所示的光学系统50以及图12、图14以及图15的光学系统60可以直接应用于PGU中,以实现上述的PGU功能。
在一些实施例中,图7所示的光学系统50还可以应用于车载大灯中。参照图21所示,本申请的实施例提供了一种光学系统70的结构示意图,其中,光学系统70在图7所示的光学系统50的基础上,还包括,光源71、准直透镜72、起偏器73以及反射镜74。具体的,参照图21所示的带箭头的虚线,光源71用于生成光束,在该光束为圆偏振光或者椭圆偏振光等,将光束传输至准直透镜72,准直透镜72,用于将光源71输出的光束进行准直处理,将准直的光束传输至起偏器73,起偏器73将准直的光束中偏振方向为S偏振的光束传输至反射镜74,反射镜74,用于对偏振方向为S偏振的光束进行一次反射,以使得该光束反射至光调制器51,光调制器51,用于根据车载大灯的图像信息对光束进行调制,以生成成像光f1’,成像光f1’的偏振方向为P偏振,将成像光f1’通过分光组件52、导通组件53传输至镜头54,具体参考图7所示,在此不赘述;由镜头54接收到的逆向光f2,通过导通组件53、分光组件52传输至吸收光组件55,具体参考图7所示,在此不赘述。
基于图21所示的光学系统70,图22所示的光学系统70将反射镜74省略,具体的,参照图22所示,其中,光源71用于生成光束,将光束传输至准直透镜72,准直透镜72,用于将光源71输出的光束进行准直处理,将准直的光束传输至起偏器73,其中,起偏器73将准直的光束中偏振方向为S偏振的光束传输至分光组件52,分光组件52,用于将偏振方向为S偏振的光束反射至光调制器51。
具体的,在导通组件53远离分光组件的一侧还可以在设置一个起偏器,且设置的起偏器透射偏振方向为第二偏振方向(S偏振)的光线,以使得光学系统70可以将接收到的逆向光中偏振方向为S偏振的逆向光传输至导通组件53。
示例性的,在图21以及图22所示的光学系统70中,如果光源生成的光束的偏振方向为第二偏振方向(S偏振),那么起偏器73可以省略不设置。
在另一些实施例中,图14所示的光学系统60还可以应用于车载大灯中。参照图23所示,本申请的实施例提供了一种光学系统80的结构示意图,其中,光学系统80在图14所示的光学系统60的基础上,还包括,光源81、准直透镜82、起偏器83以及反射镜84。具体的,参照图23所示的带箭头的虚线,光源81用于生成光束,在该光束为圆偏振光或者椭圆偏振光等,将光束传输至准直透镜82,准直透镜82,用于将光源81输出的光束进行准直处理,将准直的光束传输至起偏器83,起偏器83将准直的光束中偏振方向为P偏振的光束传输至反射镜84,反射镜84,用于对偏振方向为P偏振的光束进行一次反射,以使得该光束反射至光调制器61,光调制器61,用于根据车载大灯的图像信息对光束进行调制,以生成成像光f1,成像光f1的偏振方向为S偏振,将成像光f1通过分光组件62、导通组件63传输至镜头64,具体参考图14所示,在此不赘述;由镜头64接收到的逆向光f2,通过导通组件63、分光组件62传输至吸收光组件65,具体参考图14所示,在此不赘述。
基于图23所示的光学系统80,图24所示的光学系统80将反射镜84省略,具体的,参照图18所示,其中,光源81用于生成光束,将光束传输至准直透镜82,准直透镜82,用于将光源81输出的光束进行准直处理,将准直的光束传输至起偏器83,起偏器83将准直的光束中偏振方向为P偏振的光束传输至分光组件62,分光组件62,用于将偏振方向为P偏振的光束透射至光调制器61。
具体的,在导通组件远离分光组件的一侧还可以再设置一个起偏器,且设置的起偏器透射偏振方向为第二偏振方向(S偏振)的光线,以使得光学系统80可以将接收到的逆向光中偏振方向为S偏振的逆向光传输至导通组件63。
示例性的,在图23以及图24所示的光学系统80中,如果光源生成的光束的偏振方向为第一偏振方向(P偏振),那么起偏器83可以省略不设置。
参照图25所示,本申请的实施例提供了一种显示设备100,该显示设备100包括光学系统110以及反射组件120,其中,光学系统110可以是图5、图7和图8所示的光学系统50中的任一个,以及图12、图14以及图15所示的光学系统60中的任一个,反射组件120包括反射镜120-1,反射镜120-2以及反射镜120-3,其中,光学系统110用于生成成像光并将成像光输出,反射组件120用于将光学系统110输出的成像光反射出去。需要说明的是,图25中的反射组件120还可以包括更多或更少的反射镜,在显示设备100应用于不同的场景时,反射镜可以适当的增加或减少,本申请的实施例对此不做限定。
具体的,图25所示的光学系统110为图8所示的光学系统50,在光学系统110生成成像光时,该成像光首先通过反射镜120-1进行第一次反射,随后通过反射镜120-2进行第二次反射,再通过反射镜120-3进行第三次反射,最终传输出去。在另一些实施例中,反射组件120中还包括扩散屏121,扩散屏121设置于反射镜120-1与光学系统110之间,其中在光学系统110生成成像光时,将成像光首先传输至扩散屏121,扩散屏121用于根据成像光进行成像,随后,成像光继续传播,通过反射组件中的一个或多个反射镜反射出去。
在光学系统100接收逆向光时,逆向光将通过反射组件反射至光学系统110,具体的,该逆向光首先通过反射镜120-3进行第一次反射,随后通过反射镜120-2进行第二次反射,再通过反射镜120-1进行第三次反射,最终反射至光学系统110。
其中,为了确保光学系统110中的导通组件接收到的逆向光的偏振方向为S偏振,通常会在光学系统110中的导通组件远离分光组件的一侧设置起偏器,起偏器透射偏振方向为第二偏振方向(S偏振)的光线,以使得逆向光通过起偏器后,偏振方向为S偏振的逆向光传输至导通组件;或者,可以将起偏器设置在反射组件中,起偏器可以设置于反射组件的光路上的任意一个反射镜之前或者之后,起偏器透射偏振方向为第二偏振方向(S偏振)的光线,以使得逆向光通过反射组件120中的起偏器后,偏振方向为S偏振的逆向光传输至光学系统110。本申请的实施例对此不做限定。
参照图25所示,在另一些实施例中,为了方便将光学系统110与反射组件120封装在一起,显示设备100还包括防尘罩130,以及支撑防尘罩130的支架140,支架140与防尘罩130形成容纳腔,光学系统110以及反射组件120设置于容纳腔内,并且防尘罩130透射偏振方向为第二偏振方向(S偏振)的光线,那么,光学系统110中导通组件远离分光组件的一侧或者反射组件120中也可以不设置起偏器。此时,由防尘罩130透射反射组件120反射的偏振方向为S偏振的成像光,防尘罩130接收到逆向光,透射偏振方向为S偏振的逆向光至反射组件120。
参考图26,图26是本申请实施例提供的一种显示设备100的电路示意图。如图26所示,显示装置中的电路主要包括包含处理器1001,内部存储器1002,外部存储器接口1003,音频模块1004,视频模块1005,电源模块1006,无线通信模块1007,I/O接口1008、视频接口1009、控制器局域网(Controller Area Network,CAN)收发器1010,显示电路1028和成像器件1029等。其中,处理器1001与其周边的元件,例如存储器1002,CAN收发器1010,音频模块1004,视频模块1005,电源模块1006,无线通信模块1007,I/O接口1008、视频接口1009、CAN收发器1010、显示电路1028可以通过总线连接。处理器1001可以称为前端处理器。
另外,本申请实施例示意的电路图并不构成对显示装置的具体限定。在本申请另一些实施例中,显示装置可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者拆分某些部件,或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件,软件或软件和硬件的组合实现。
其中,处理器1001包括一个或多个处理单元,例如:处理器1001可以包括应用处理器(Application Processor,AP),调制解调处理器,图形处理器(Graphics ProcessingUnit,GPU),图像信号处理器(Image Signal Processor,ISP),控制器,视频编解码器,数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP),基带处理器,和/或神经网络处理器(Neural-Network Processing Unit,NPU)等。其中,不同的处理单元可以是独立的器件,也可以集成在一个或多个处理器中。
处理器1001中还可以设置存储器,用于存储指令和数据。例如,存储显示装置的操作系统、AR Creator软件包等。在一些实施例中,处理器1001中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器1001刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器1001需要再次使用该指令或数据,可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取,减少了处理器1001的等待时间,因而提高了系统的效率。
另外,如果本实施例中的显示装置安装在交通工具上,处理器1001的功能可以由交通工具上的域控制器来实现。
在一些实施例中,显示装置还可以包括多个连接到处理器1001的输入输出(Input/Output,I/O)接口1008。接口1008可以包括但不限于集成电路(Inter-IntegratedCircuit,I2C)接口,集成电路内置音频(Inter-Integrated Circuit Sound,I2S)接口,脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)接口,通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter,UART)接口,移动产业处理器接口(MobileIndustry Processor Interface,MIPI),通用输入输出(General-Purpose Input/Output,GPIO)接口,用户标识模块(Subscriber Identity Module,SIM)接口,和/或通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)接口等。上述I/O接口1008可以连接鼠标、触摸屏、键盘、摄像头、扬声器/喇叭、麦克风等设备,也可以连接显示装置上的物理按键(例如音量键、亮度调节键、开关机键等)。
内部存储器1002可以用于存储计算机可执行程序代码,所述可执行程序代码包括指令。存储器1002可以包括存储程序区和存储数据区。其中,存储程序区可存储操作系统,至少一个功能所需的应用程序(比如通话功能,时间设置功能,AR功能等)等。存储数据区可存储显示装置使用过程中所创建的数据(比如电话簿,世界时间等)等。此外,内部存储器1002可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件,闪存器件,通用闪存存储器(Universal Flash Storage,UFS)等。处理器1001通过运行存储在内部存储器1002的指令,和/或存储在设置于处理器1001中的存储器的指令,执行显示装置的各种功能应用以及数据处理。
外部存储器接口1003可以用于连接外部存储器(例如Micro SD卡),外部存储器可以根据需要存储数据或程序指令,处理器1001可以通过外部存储器接口1003对这些数据或程序执行进行读写等操作。
音频模块1004用于将数字音频信息转换成模拟音频信号输出,也用于将模拟音频输入转换为数字音频信号。音频模块1004还可以用于对音频信号编码和解码,例如进行放音或录音。在一些实施例中,音频模块1004可以设置于处理器1001中,或将音频模块1004的部分功能模块设置于处理器1001中。显示装置可以通过音频模块1004以及应用处理器等实现音频功能。
视频接口1009可以接收外部输入的音视频,其具体可以为高清晰多媒体接口(High Definition Multimedia Interface,HDMI),数字视频接口(Digital VisualInterface,DVI),视频图形阵列(Video Graphics Array,VGA),显示端口(Display port,DP),低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling,LVDS)接口等,视频接口1009还可以向外输出视频。例如,显示装置通过视频接口接收导航系统发送的视频数据或者接收域控制器发送的视频数据。
视频模块1005可以对视频接口1009输入的视频进行解码,例如进行H.264解码。视频模块还可以对显示装置采集到的视频进行编码,例如对外接的摄像头采集到的视频进行H.264编码。此外,处理器1001也可以对视频接口1009输入的视频进行解码,然后将解码后的图像信号输出到显示电路。
进一步的,上述显示装置还包括CAN收发器1010,CAN收发器1010可以连接到汽车的CAN总线(CAN BUS)。通过CAN总线,显示装置可以与车载娱乐系统(音乐、电台、视频模块)、车辆状态系统等进行通信。例如,用户可以通过操作显示装置来开启车载音乐播放功能。车辆状态系统可以将车辆状态信息(车门、安全带等)发送给显示装置进行显示。
显示电路1028和成像器件1029共同实现显示图像的功能。显示电路1028接收处理器1001输出的图像信息,对该图像信息进行处理后输入成像器件1029进行成像。显示电路1028还可以对成像器件1029显示的图像进行控制。例如,控制显示亮度或对比度等参数。其中,显示电路1028可以包括驱动电路、图像控制电路等。
成像器件1029用于根据输入的图像信息对光源输入的光束进行调制,从而生成可视图像。成像器件1029可以为硅基液晶面板、液晶显示面板或数字微镜设备。
在本实施例中,视频接口1009可以接收输入的视频数据(或称为视频源),视频模块1005进行解码和/或数字化处理后输出图像信号至显示电路1028,显示电路1028根据输入的图像信号驱动成像器件1011将光源发出的光束进行成像,从而生成可视图像(发出成像光)。
电源模块1006用于根据输入的电力(例如直流电)为处理器1001和光源提供电源,电源模块1006中可以包括可充电电池,可充电电池可以为处理器1001和光源提供电源。光源发出的光可以传输到成像器件1029进行成像,从而形成图像光信号(成像光)。
此外,上述电源模块1006可以连接到汽车的供电模块(例如动力电池),由汽车的供电模块为显示装置的电源模块1006供电。
无线通信模块1007可以使得显示装置与外界进行无线通信,其可以提供无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)(如无线保真(Wireless Fidelity,Wi-Fi)网络),蓝牙(Bluetooth,BT),全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS),调频(Frequency Modulation,FM),近距离无线通信技术(Near FieldCommunication,NFC),红外技术(Infrared,IR)等无线通信的解决方案。无线通信模块1007可以是集成至少一个通信处理模块的一个或多个器件。无线通信模块1007经由天线接收电磁波,将电磁波信号调频以及滤波处理,将处理后的信号发送到处理器1001。无线通信模块1007还可以从处理器1001接收待发送的信号,对其进行调频,放大,经天线转为电磁波辐射出去。
另外,视频模块1005进行解码的视频数据除了通过视频接口1009输入之外,还可以通过无线通信模块1007以无线的方式接收或从内部存储器1002或外部存储器中读取,例如显示装置可以通过车内的无线局域网从终端设备或车载娱乐系统接收视频数据,显示装置还可以读取内部存储器1002或外部存储器中存储的音视频数据。
参照图27所示,当将显示设备100安装与交通工具200上时,交通工具200还包括风挡玻璃201,风挡玻璃201,用于接收通过显示设备100反射的成像光,其中,成像光包括驾驶相关的图像信息,风挡玻璃201将成像光反射至交通工具的驾驶员的眼睛,以使得交通工具200的驾驶员看到驾驶相关的图像信息的虚像。在该交通工具行驶在户外时,交通工具的风挡玻璃201,还用于接收外界光线,外界光线可以是阳光等,风挡玻璃201透射外界光线生成逆向光,风挡玻璃201将逆向光传输至显示设备100。
请参见图28,图28为本申请实施例提供的一种交通工具200的功能示意图。交通工具可包括各种子系统,例如图示中的传感器系统210、控制系统220、一个或多个外围设备230(图示以一个为例)、电源240、计算机系统250和显示系统260,上述各个子系统之间可以互相通信。显示系统260可以包括本申请实施例提供的显示设备。交通工具还可包括其他功能系统,例如为交通工具提供动力的引擎系统、座舱等等,本申请这里不作限定。
其中,传感器系统210可包括若检测装置,这些检测装置能感受到被测量的信息,并将感受到的信息按照一定规律将其转换为电信号或者其他所需形式的信息输出。如图22示出,这些检测装置可包括全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、车速传感器、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)、雷达单元、激光测距仪、摄像装置、轮速传感器、转向传感器、档位传感器、或者其他用于自动检测的元件等等,本申请并不作限定。
控制系统220可包括若干元件,例如图示出的转向单元、制动单元、照明系统、自动驾驶系统、地图导航系统、网络对时系统和障碍规避系统。控制系统220可以接收传感器系统210发送的信息(例如车速、车距等),实现自动驾驶、地图导航等功能。
可选地,控制系统220还可包括诸如用于控制车辆行驶速度的油门控制器及发动机控制器等元件,本申请不作限定。
外围设备230可包括若干元件,例如通信系统、触摸屏、用户接口、麦克风以及扬声器等等。其中,通信系统用实现交通工具和除交通工具之外的其他设备之间的网络通信。在实际应用中,通信系统可采用无线通信技术或有线通信技术实现交通工具和其他设备之间的网络通信。该有线通信技术可以是指车辆和其他设备之间通过网线或光纤等方式通信。
电源240代表为车辆提供电力或能源的系统,其可包括但不限于再充电的锂电池或铅酸电池等。在实际应用中,电源中的一个或多个电池组件用于提供车辆启动的电能或能量,电源的种类和材料本申请并不限定。
交通工具的若干功能可以由计算机系统250控制实现。计算机系统250可包括一个或多个处理器2501(图示以一个处理器为例示出)和存储器2502(也可称为存储装置)。在实际应用中,该存储器2502也在计算机系统250内部,也可在计算机系统250外部,例如作为交通工具中的缓存等,本申请不作限定。
其中,处理器2501可包括一个或多个通用处理器,例如图形处理器(graphicprocessing unit,GPU)。处理器2501可用于运行存储器2502中存储的相关程序或程序对应的指令,以实现车辆的相应功能。处理器2501也可以称为域控制器。
存储器2502可以包括易失性存储器(volatile memory),例如RAM:存储器也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如ROM、快闪存储器(flash memory)、HDD或固态硬盘SSD;存储器2502还可以包括上述种类的存储器的组合。存储器2502可用于存储一组程序代码或程序代码对应的指令,以便于处理器2501调用存储器2502中存储的程序代码或指令以实现车辆的相应功能。本申请中,存储器2502中可存储一组用于车辆控制的程序代码,处理器2501调用该程序代码可控制车辆安全行驶,关于如何实现车辆安全行驶具体在本申请下文详述。
可选地,存储器2502除了存储程序代码或指令之外,还可存储诸如道路地图、驾驶线路、传感器数据等信息。计算机系统250可以结合车辆功能框架示意图中的其他元件,例如传感器系统中的传感器、GPS等,实现车辆的相关功能。例如,计算机系统250可基于传感器系统210的数据输入控制交通工具的行驶方向或行驶速度等,本申请不作限定。
显示系统260可以与交通工具内的其他系统进行交互,例如其可以对控制系统220发送的导航信息进行显示、或者对计算机系统250和外围设备230发送的多媒体内容进行播放等。显示系统260的具体结构参考上述显示装置的实施例,在此不再赞述。
其中,本实施例图示的四个子系统,传感器系统210、控制系统220、计算机系统250和显示系统260仅为示例,并不构成限定。在实际应用中,交通工具可根据不同功能对车辆中的若干元件进行组合,从而得到相应不同功能的子系统。在实际应用中,交通工具可包括更多或更少的子系统或元件,本申请不作限定。
本申请实施例中的交通工具可以是汽车、飞机、轮船、火箭等已知的交通工具,还可以是未来新出现的交通工具。汽车可以是电动汽车、燃油车或混合动力车,例如,纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池汽车、新能源汽车等,本申请对此不做具体限定。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述,显而易见的,在不脱离本申请的精神和范围的情况下,可对其进行各种修改和组合。相应地,本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明,且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。