CN108761792A - 一种小型化hud的光路系统 - Google Patents

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朱妙贤
王波
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Abstract

本发明涉及HUD技术领域，具体公开了一种小型化HUD的光路系统，包括固定在发射源上方的偏振光调节模组，以及固定在所述偏振光调节模组右方的第一反射镜；所述偏振光调节模组包括由下到上隔离固定的TFT、PBS镜片和偏振光调节镜。本发明提供的一种小型化HUD的光路系统，将“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”巧妙利用，使得发射源发出的光透过TFT后，通过“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”的组合透射及反射作用，由第一反射镜射出，“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”的组合使得整个光路系统内部空间更小，相比用普通HUD用反射镜替代“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”组合的结构设计，其内部空间缩减了约20％。

Description

一种小型化HUD的光路系统
技术领域
本发明涉及HUD技术领域，尤其涉及一种小型化HUD的光路系统。
背景技术
目前主流的HUD(抬头显示器)光路布置一般分为竖向、横向两种，且FOV都在7°以内。横向光路布置有利于减小汽车内Z方向的所需的布置空间。但是在大视场(FOV)的情况下，横向光路布置容易与反射镜片干涉，所以目前大视场的HUD(包括AR-HUD，增强现实HUD)几乎都采取竖直方向光路布置，但设有多个反射镜的光路系统其内部空间较大，不符合HUD精简化结构设计的要求。
偏振是光的一种固有属性，偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一束光的性质，除了频率/波长，振幅/强度，传播方向之外，还需要对它的偏振态进行描述。所谓“偏振光”，是指这光的电矢量(E)的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为：线偏振，椭圆偏振(特殊情况下是圆偏振)。例如，对于线偏振光，它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而“非偏振光”，如自然光，它们的电矢量的振动是杂乱无章的，既不朝着某些相同的方向，振动时又不具有固定的时间对应关系(没有固定相位)，因此，它们的振动是随机的，没有固定规律的。在“偏振光”的概念里，为了描述振动方向的相互关系，对于最基本的线偏振光(通过它可以组合成自然光，反之亦然)，我们通常用p光和s光来区分。其中，p光表示振动方向与入射面平行的线偏振光，s光表示振动方向与入射面垂直的线偏振光。
偏振分光片(或者偏振分光棱镜)可以用来将不同偏振态的光分离或者合成，在行业内被称为PBS，不同于BS(分光镜，无区分偏振态的特性)，能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光被反射，出射方向与P光成90度角，本专利采用的偏振分光片(附图3，区别于偏振分光棱镜)的主要特点有：
1)比较轻薄，可以降低产品的重量；
2)光通过的厚度比较小，在HUD工作过程中可以降低由于光的折射带来的光色散效应；
3)S1面为宽波带的偏振分光片，能够针对400nm～700nm的可见光范围内的自然光进行偏振分光；
4)对于可见光外的红外部分，可以完全透过，能够特别的对避免太阳光经过逆向光路进入TFT，从而对TFT进行保护；
5)S2面镀抗反射膜，光谱曲线参考图5，避免由于表面反射形成的重影现象。
发明内容
本发明提供一种小型化HUD的光路系统，解决的技术问题是现有采用普通反射镜的HUD光路系统内部空间较大。
为解决以上技术问题，本发明提供一种小型化HUD的光路系统，包括固定在发射源上方的偏振光调节模组，以及固定在所述偏振光调节模组右方的第一反射镜；
所述偏振光调节模组包括由下到上隔离固定的TFT、PBS镜片和偏振光调节镜，所述发射源发出的光透过所述TFT后，其中的S光经过所述PBS镜片的反射作用直接到达所述第一反射镜，其中的P光透过所述PBS镜片后到达所述偏振光调节镜全部转换成S光后折返到所述PBS镜片而进一步被反射到所述第一反射镜，从而到达风挡玻璃。
优选地，所述第一反射镜为自由曲面反射镜。
优选地，所述TFT为P光TFT。
优选地，所述偏振光调节镜由顶层的第二反射镜和底层的四分之一玻片(QWP)组成；到达的P光经过所述第二反射镜反射，再经过所述四分之一玻片后偏振方向旋转90°而转换为S光。
优选地，所述PBS镜片采用双层结构，一层为宽波带的偏振分光片，能够针对400nm～700nm的可见光范围内的自然光进行偏振分光，对于可见光外的红外部分完全透过；另一层为反射膜，避免由于表面反射形成的重影现象。
本发明提供的一种小型化HUD的光路系统，将“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”巧妙利用，使得发射源发出的光透过TFT后，通过“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”的组合透射及反射作用，由第一反射镜射出，“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”的组合使得整个光路系统内部空间更小，相比用普通HUD用反射镜替代“PBS+偏振光调节镜(反射镜+QWP)”组合的结构设计，其内部空间缩减了约20％。
附图说明
图1是本发明实施例提供的HUD典型光路系统的结构图；
图2是本发明实施例提供的一种小型化HUD的光路系统的结构图；
图3是本发明提供的图2实施例中偏振光调节镜23的光路原理图；
图4是本发明实施例提供的图1(左)与图2(右)的空间效果对比图；
图5是本发明提供的图2实施例中所述PBS镜片S2面的光谱曲线图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
参见图1，是发明实施例提供的HUD典型光路系统的结构图，在图1中，发射源1a发出的光透过TFT 2a后，通过普通反射镜3a的反射作用，由自由曲面反射镜4a射出，这种采用多面反射镜的HUD的光路系统，因为反射镜3a的安设位置导致其内部空间较大。
为了进一步缩小内部空间，如图2所示的一种小型化HUD的光路系统的结构图，本发明实施例提供一种小型化HUD的光路系统，包括固定在发射源1(图中未示出)上方的偏振光调节模组2，以及固定在所述偏振光调节模组2右方的第一反射镜3；
所述偏振光调节模组2包括由下到上隔离固定的TFT21、PBS镜片22和偏振光调节镜23，所述发射源1发出的光透过所述TFT21后，其中的S光经过所述PBS镜片22的反射作用直接到达所述第一反射镜3，其中的P光透过所述PBS镜片22后到达所述偏振光调节镜23全部转换成S光后折返到所述PBS镜片22而进一步被反射到所述第一反射镜3，从而到达风挡玻璃4。
优选地，所述第一反射镜3为自由曲面反射镜。
优选地，所述TFT21为P光TFT21，透过所述TFT21的为P偏振光(简称P光)。
优选地，参见图3，是本发明提供的图1实施例中偏振光调节镜23的光路原理图。所述偏振光调节镜23由顶层的第二反射镜23A和底层的四分之一玻片23B(QWP)组成；到达的P光经过所述第二反射镜23A反射，再经过所述四分之一玻片23B后偏振方向旋转90°而转换为S光。
优选地，所述PBS镜片采用双层结构，一层为宽波带的偏振分光片S1，能够针对400nm～700nm的可见光范围内的自然光进行偏振分光，对于可见光外的红外部分完全透过，能够特别的对避免太阳光经过逆向光路进入TFT21，从而对TFT21进行保护；另一层为镀的抗反射膜S2，避免由于表面反射形成的重影现象。
本发明实施例提供的一种小型化HUD的光路系统，将“PBS+偏振光调节镜(反射镜23A+QWP)”巧妙利用，使得发射源1发出的光透过TFT21后，通过“PBS+偏振光调节镜(反射镜23A+QWP)”的组合反射作用，由第一反射镜3射出，“PBS+偏振光调节镜(反射镜23A+QWP)”的组合使得整个光路系统内部空间更小，相比用普通HUD用普通反射镜3a替代“PBS+偏振光调节镜(反射镜23A+QWP)”组合的结构设计，其内部空间缩减了约20％，可参见图4的效果对比图。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小型化HUD的光路系统，其特征在于，包括固定在发射源上方的偏振光调节模组，以及固定在所述偏振光调节模组右方的第一反射镜；
所述偏振光调节模组包括由下到上隔离固定的TFT、PBS镜片和偏振光调节镜，所述发射源发出的光透过所述TFT后，其中的S光经过所述PBS镜片的反射作用直接到达所述第一反射镜，其中的P光透过所述PBS镜片后到达所述偏振光调节镜全部转换成S光后折返到所述PBS镜片而进一步被反射到所述第一反射镜，从而到达风挡玻璃。
2.如权利要求1所述的一种小型化HUD的光路系统，其特征在于：所述第一反射镜为自由曲面反射镜。
3.如权利要求1所述的一种小型化HUD的光路系统，其特征在于：所述TFT为P光TFT。
4.如权利要求1所述的一种小型化HUD的光路系统，其特征在于：所述偏振光调节镜由顶层的第二反射镜和底层的四分之一玻片组成；到达的P光经过所述第二反射镜反射，再经过所述四分之一玻片后偏振方向旋转90°而转换为S光。
5.如权利要求1所述的一种小型化HUD的光路系统，其特征在于：所述PBS镜片采用双层结构，一层为宽波带的偏振分光片，能够针对400nm～700nm的可见光范围内的自然光进行偏振分光，对于可见光外的红外部分完全透过；另一层为抗反射膜，避免由于表面反射形成的重影现象。
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