CN110031977A - 一种基于偏振分光的双屏显示系统 - Google Patents

一种基于偏振分光的双屏显示系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及AR‑HUD技术领域，具体公开了一种基于偏振分光的双屏显示系统，包括第一投影模块、第二投影模块、成像系统、消光机构，所述成像系统包含PBS偏振分光片、穿透型扩散板、曲面反射镜；所述第一投影模块、穿透型扩散板、PBS偏振分光片、消光机构从上到下依次放置，所述第二投影模块放置在所述PBS偏振分光片右侧，所述曲面反射镜放置在所述PBS偏振分光片左侧。本发明可同时显示远屏路况信息和近屏仪表信息、多媒体信息等，驾驶的安全性和便捷性更高，也更符合智能驾驶的要求；且本双屏显示系统，第二影像是P偏振光成像，驾驶员佩戴偏光墨镜也清楚可视；在成像系统中加入PBS偏振分光片、穿透型扩散板，使光路更加紧凑，减小AR‑HUD的体积。

Description

一种基于偏振分光的双屏显示系统
技术领域
本发明涉及AR-HUD技术领域，尤其涉及一种基于偏振分光的双屏显示系统。
背景技术
HUD的全称是Head Up Display，即平视显示器，最早应用于军用飞机上。上世纪80年代，HUD开始应用于汽车，使得驾驶员在驾驶过程中无需将视线转移到仪表盘或者中控上。使得驾驶员能在保证正常驾驶的同时，关注到汽车的各项指标，提升驾驶的安全性和便捷性。HUD所投影的信息主要是汽车的行驶状况指标，比如仪表盘上所显示的车速、油量等信息；进一步，设计人员希望通过HUD实现智能驾驶的目标，赋予其更多的功能，包括导航、短信、电话、邮件等，甚至加入简单的互动，让汽车成为类似智能手机的移动终端。AR-HUD一般要求有较远的投影距离(大于7.5米)、较大的视场角(大于10°)，不仅可以显示车上的基本信息(车速、油耗等)，同时还可以结合ADAS功能将车周围的车辆信息(车数、车距、导航等)与实际环境路况结合，起到增强现实、加强主动驾驶安全作用。
因HUD主要目的为辅助安全驾驶，显示图像应置于路面上，从而使人们在不用进行频繁的焦距变换条件下，阅读所显示的信息。汽车高速行驶时显示图像应远一些，而在市区内驾车，车速会慢一点，此时图像焦点应该近一些。
传统HUD采用单屏显示，FOV偏小在5°左右，投影距离2m～3.5m之间，造成像面小，投影距离近，不能同时对前方路况、导航信息等和车辆行驶信息进行同步显示。传统HUD为了满足不同身高驾驶员的需求，根据光学原理，曲面镜需要设计得很大，导致HUD体积变大很多；光线经玻璃反射后绝大部分是S光(P光透射了)，而墨镜(透射P光、反射S光)挡住的也正好是S光，所以带上墨镜几乎看不见图像。
发明内容
本发明提供一种基于偏振分光的双屏显示系统，解决的技术问题是：传统的HUD投影距离近、占用体积大、驾驶员戴上偏光墨镜时投影不可视、无法实现远近双屏显示。
为解决以上技术问题，本发明提供一种基于偏振分光的双屏显示系统，包括第一投影模块、第二投影模块、成像系统、消光机构，所述成像系统包含PBS偏振分光片、穿透型扩散板、曲面反射镜；所述第一投影模块、穿透型扩散板、PBS偏振分光片、消光机构从上到下依次放置，所述第二投影模块放置在所述PBS偏振分光片右侧，所述曲面反射镜放置在所述PBS偏振分光片左侧；
所述第一投影模块将第一影像信息通过所述穿透型扩散板投影到所述PBS偏振分光片上，分成两束线偏振光，一束打到所述消光机构上；另一束光打到所述曲面反射镜上而反射到风挡玻璃上经反射成第一影像进入人眼；
所述第二投影模块将第二影像信息投影到所述PBS偏振分光片上，打到所述曲面反射镜上而反射到所述风挡玻璃上经反射成第二影像进入人眼。
进一步地，所述第一投影模块与所述第二投影模块同时或不同时投影。
进一步地，所述PBS偏振分光片将所述第一投影模组发出的所述第一影像信息分成两束偏振方向相差90°的S偏振光和P偏振光，且所述PBS偏振分光片反射所述S偏振光同时透射所述P偏振光；
进一步地，所述PBS偏振分光片透射的所述P偏振光照射到所述消光机构，所述消光机构将所述P偏振光打散。
优选地，所述消光机构表面经过发黑或者雾化处理，防止所述P偏振光被反射进入所述成像系统中形成杂光。
进一步地，所述风挡玻璃的内表面里加入P偏振光反射夹层或内表面外镀有P偏振光反射膜。
优选地，所述曲面反射镜为自由曲面反射镜，设计为可在预设±角度范围内自由翻转。
进一步地，所述第一投影模块为DLP投影模块、TFT投影模块或激光投影模块；所述第二投影模块为TFT投影模块、DLP投影模块或激光投影模块。
优选地，所述第一投影模块为DLP投影模块；所述第二投影模块为TFT投影模块；所述第一影像为远屏像，所述第二影像为近屏像。
本发明提供的一种基于偏振分光的双屏显示系统，第一投影模块发出的光经过PBS偏振分光片后分成两束偏振光P偏振光和S偏振光，由于PBS偏振分光片透P偏振光、反射S偏振光，故经过PBS偏振分光片透射的P偏振光打到消光机构上，使其不再进入成像系统，而经过PBS偏振分光片反射的S偏振光照射到曲面反射镜和风挡玻璃上成第一影像；第二投影模块发出的P偏振光经过所述PBS偏振分光片而直接透射到曲面反射镜和风挡玻璃上成第二影像。
本发明可同时显示远屏路况信息和近屏仪表信息、多媒体信息等，驾驶的安全性和便捷性更高，也更符合智能驾驶的要求；且本双屏显示系统，第二影像是P偏振光成像，驾驶员佩戴偏光墨镜也清楚可视；
本发明在成像系统中加入PBS偏振分光片、穿透型扩散板，使光源影像光路经过穿透型扩散板和PBS偏振分光片进行偏振分光，折叠了从投影模块(包括第一投影模块和第二投影模块)发出的影像光路信息，使光路更加紧凑，从而大大地减小AR-HUD的体积。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于偏振分光的双屏显示系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的风挡玻璃内表面里加P偏振光反射夹层的示意图；
图3是本发明实施例提供的风挡玻璃内表面外镀P偏振光反射膜的示意图；
其中：第一投影模块1、第二投影模块2、成像系统3(PBS偏振分光片21、、穿透型型扩散板22、曲面反射镜23)、消光机构4、风挡玻璃5、P偏振光反射夹层51、P偏振光反射膜52。
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，包括元器件的选型和取值大小及附图仅为较佳实施例，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。
如图1所示的结构示意图，本发明实施例提供的一种基于偏振分光的双屏显示系统，包括第一投影模块1、第二投影模块2、成像系统3、消光机构4，所述成像系统3包含PBS偏振分光片31、穿透型扩散板32、曲面反射镜33；所述第一投影模块1、穿透型扩散板32、PBS偏振分光片31、消光机构4从上到下依次放置，所述第二投影模块2放置在所述PBS偏振分光片31右侧，所述曲面反射镜33放置在所述PBS偏振分光片31左侧；
在本实施例中，所述第一投影模块1将第一影像信息通过所述穿透型扩散板32投影到所述PBS偏振分光片31上，分成两束线偏振光，一束(透射而过的P偏振光)打到所述消光机构4上；另一束光(反射而走的S偏振光)打到所述曲面反射镜33上而反射到风挡玻璃5上经反射成第一影像6进入人眼；
所述第二投影模块2将第二影像信息投影到所述PBS偏振分光片31上，打到所述曲面反射镜33上而反射到所述风挡玻璃5上经反射成第二影像7进入人眼。所述第一影像6为远屏像，所述第二影像7为近屏像。
为了保证驾驶员戴上偏光墨镜时能看到所述第一影像6信息和所述第二影像7信息，所述风挡玻璃5的内表面里加入P偏振光反射夹层51，如图2所示；或内表面外镀有P偏振光反射膜52，如图3所示。
在本实施例中，所述第一投影模块1可以为DLP(Digital Light Processing)投影模块(DLP体积小，光利用率高，高亮度高分辨率，适合车内空间有限的环境，在其他实施例中也可采用TFT、激光等投影方案)投影模块、TFT投影模块或激光投影模块；所述第二投影模块2可以为TFT投影模块、DLP投影模块或激光投影模块。一个优选的组合为所述第一投影模块1为DLP投影模块；所述第二投影模块2为TFT投影模块。
具体地，本申请提供使用所述PBS偏振分光片31的作用在于：将所述第一投影模组发出的所述第一影像6信息分成两束偏振方向相差90°的S偏振光和P偏振光，且所述PBS偏振分光片31反射所述S偏振光同时透射所述P偏振光；所述PBS偏振分光片31透射的所述P偏振光照射到所述消光机构4，所述消光机构4将所述P偏振光打散。还能将所述第二投影模块2发出的第二影像7信息(P偏振光)透射到所述曲面反射镜33上而反射到所述风挡玻璃5上经反射成像进入人眼。
优选地，所述消光机构4表面经过发黑或者雾化处理，防止所述P偏振光被反射进入所述成像系统3中形成杂光。
优选地，所述曲面反射镜33为自由曲面反射镜33，设计为可在预设±角度范围内自由翻转，可调节成像上下位置，以满足不同身高驾驶员的需求。进一步地，所述风挡玻璃5的内表面里加入P偏振光反射夹层51或内表面外镀有P偏振光反射膜52。
在本实施例中，所述第一投影模块1与所述第二投影模块2同时或不同时投影。同时投影的情形下，远屏像则显示路况信息、导航信息等，近屏像可以显示仪表盘信息、中控台信息、以及连接中控台的智能终端界面等。
本发明实施例提供的一种基于偏振分光的双屏显示系统，第一投影模块1发出的光经过PBS偏振分光片31后分成两束偏振光P偏振光和S偏振光，由于PBS偏振分光片31透P偏振光、反射S偏振光，故经过PBS偏振分光片31透射的P偏振光打到消光机构4上，使其不再进入成像系统3，而经过PBS偏振分光片31反射的S偏振光照射到曲面反射镜33和风挡玻璃5上成第一影像6；第二投影模块2发出的P偏振光经过所述PBS偏振分光片31而直接透射到曲面反射镜33和风挡玻璃5上成第二影像7。
本发明实施例可同时显示远屏路况信息和近屏仪表信息、多媒体信息等，驾驶的安全性和便捷性更高，也更符合智能驾驶的要求；且本双屏显示系统，第二影像7是P偏振光成像，驾驶员佩戴偏光墨镜也清楚可视；
本发明实施例在成像系统3中加入PBS偏振分光片31、穿透型扩散板32，使光源影像光路经过穿透型扩散板32和PBS偏振分光片31进行偏振分光，折叠了从投影模块(包括第一投影模块1和第二投影模块2)发出的影像光路信息，使光路更加紧凑，从而大大地减小AR-HUD的体积。
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 (9)

1.一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于，包括第一投影模块、第二投影模块、成像系统、消光机构，所述成像系统包含PBS偏振分光片、穿透型扩散板、曲面反射镜；所述第一投影模块、穿透型扩散板、PBS偏振分光片、消光机构从上到下依次放置，所述第二投影模块放置在所述PBS偏振分光片右侧，所述曲面反射镜放置在所述PBS偏振分光片左侧；
所述第一投影模块将第一影像信息通过所述穿透型扩散板投影到所述PBS偏振分光片上，分成两束线偏振光，一束打到所述消光机构上；另一束光打到所述曲面反射镜上而反射到风挡玻璃上经反射成第一影像进入人眼；
所述第二投影模块将第二影像信息投影到所述PBS偏振分光片上，打到所述曲面反射镜上而反射到所述风挡玻璃上经反射成第二影像进入人眼。
2.如权利要求1所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述第一投影模块与所述第二投影模块同时或不同时投影。
3.如权利要求1所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述PBS偏振分光片将所述第一投影模组发出的所述第一影像信息分成两束偏振方向相差90°的S偏振光和P偏振光，且所述PBS偏振分光片反射所述S偏振光同时透射所述P偏振光。
4.如权利要求3所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述PBS偏振分光片透射的所述P偏振光照射到所述消光机构，所述消光机构将所述P偏振光打散。
5.如权利要求4所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述消光机构表面经过发黑或者雾化处理，防止所述P偏振光被反射进入所述成像系统中形成杂光。
6.如权利要求1所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述风挡玻璃的内表面里加入P偏振光反射夹层或内表面外镀有P偏振光反射膜。
7.如权利要求1所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述曲面反射镜为自由曲面反射镜，设计为可在预设±角度范围内自由翻转。
8.如权利要求1所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述第一投影模块为DLP投影模块、TFT投影模块或激光投影模块；所述第二投影模块为TFT投影模块、DLP投影模块或激光投影模块。
9.如权利要求8所述的一种基于偏振分光的双屏显示系统，其特征在于：所述第一投影模块为DLP投影模块；所述第二投影模块为TFT投影模块；所述第一影像为远屏像，所述第二影像为近屏像。
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