CN114063284A - 图像源、抬头显示器以及交通设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种图像源、抬头显示器以及交通设备。图像源包括光源和图像生成部。图像生成部位于光源的出光侧，光源发出的光线包括第一偏振光和第二偏振光，图像生成部利用第一偏振光或第二偏振光生成图像光线。图像源还包括分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件。分束元件位于光源和图像生成部之间以将入射光线分为射向图像生成部的第一偏振光和射向方向改变元件的第二偏振光；方向改变元件改变入射光的传播方向以使其射向图像生成部；偏振转换元件被配置为将第一偏振光和第二偏振光中不能被利用的转换为能被图像生成部利用的偏振光。在图像源中设置分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件，可提高光源发出光线的利用效率。

Description

图像源、抬头显示器以及交通设备
技术领域
本公开至少一个实施例涉及一种图像源、抬头显示器以及交通设备。
背景技术
抬头显示(Head Up Display，HUD)技术可以利用反射式光学设计，通过将图像源发出的图像光(包括车速等车辆信息)投射到成像窗(例如挡风玻璃、成像板等结构)上，以使驾驶员在驾驶过程中无需低头看仪表盘就可以直接看到信息，既能提高驾驶安全系数，又能带来更好的驾驶体验。
发明内容
本公开的至少一实施例提供一种图像源、抬头显示器以及交通设备。
本公开的至少一实施例提供一种图像源，包括光源和图像生成部。所述图像生成部位于所述光源的出光侧，所述光源发出的光线包括偏振方向垂直的第一偏振光和第二偏振光，所述图像生成部被配置为利用所述第一偏振光或所述第二偏振光生成图像光线。所述图像源还包括分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件，所述分束元件位于所述光源和所述图像生成部之间，且被配置为将入射到所述分束元件的光线分束为所述第一偏振光和所述第二偏振光，所述第一偏振光射向所述图像生成部，所述第二偏振光射向所述方向改变元件；所述方向改变元件被配置为改变入射至所述方向改变元件的光线的传播方向以使其射向所述图像生成部；所述偏振转换元件被配置为将所述第一偏振光和所述第二偏振光中不能被所述图像生成部利用的偏振光在到达所述图像生成部之前转换为能够被所述图像生成部利用的偏振光。
例如，在本公开的实施例中，所述图像生成部包括偏振层，所述偏振层位于所述图像生成部靠近所述光源的一侧，且所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光或所述第二偏振光的偏振方向，所述偏振转换元件被配置为将所述第一偏振光和所述第二偏振光中偏振方向不平行于所述偏光轴的偏振光在到达所述图像生成部之前转换为偏振方向平行于所述偏光轴的偏振光。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第二偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光，反射所述光源中的所述第二偏振光至所述方向改变元件，所述方向改变元件被配置为将入射至所述方向改变元件的所述第二偏振光反射至所述图像生成部；所述偏振转换元件位于所述分束元件与所述图像生成部之间，且被配置为将从所述分束元件透射的所述第一偏振光转换为所述第二偏振光，转换后的所述第二偏振光射向所述图像生成部。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振转换元件贴合在所述分束元件远离所述方向改变元件的一侧。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光至所述图像生成部，反射所述光源中的所述第二偏振光至所述方向改变元件，所述偏振转换元件位于所述方向改变元件与所述图像生成部之间，且被配置为将从所述方向改变元件反射的所述第二偏振光转换为所述第一偏振光，转换后的所述第一偏振光射向所述图像生成部。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光至所述图像生成部，且将所述光源中的所述第二偏振光向所述方向改变元件反射，所述偏振转换元件位于所述方向改变元件与所述分束元件之间，且被配置为将从所述分束元件反射向所述方向改变元件的所述第二偏振光转换为所述第一偏振光，所述方向改变元件被配置为将转换后的所述第一偏振光反射至所述图像生成部。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振转换元件包括二分之一波片。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光至所述图像生成部，且将所述光源中的所述第二偏振光向所述方向改变元件反射，所述偏振转换元件位于所述方向改变元件与所述分束元件之间，且被配置为将从所述分束元件反射向所述方向改变元件的所述第二偏振光转换为第三偏振光，所述第三偏振光被所述方向改变元件反射且经过所述偏振转换元件后转换为所述第一偏振光，转换后的所述第一偏振光射向所述图像生成部。
例如，在本公开的实施例中，所述第三偏振光为圆偏振光或椭圆偏振光。
例如，在本公开的实施例中，所述偏振转换元件包括四分之一波片。
例如，在本公开的实施例中，所述反射元件和所述偏振转换元件贴合设置。
例如，在本公开的实施例中，所述第一偏振光和所述第二偏振光之一包括S偏振态的光线，所述第一偏振光和所述第二偏振光的另一个包括P偏振态的光线。
例如，在本公开的实施例中，所述方向改变元件位于所述分束元件面向所述光源的一侧，所述分束元件的分束面与所述方向改变元件的反射面平行。
例如，在本公开的实施例中，所述图像生成部包括液晶显示面板。
例如，在本公开的实施例中，所述图像源还包括反射导光元件、光束会聚元件以及光束扩散元件。所述反射导光元件的至少部分位于所述光源与所述分束元件之间，且被配置为对所述光源发出的光线进行反射以使从所述反射导光元件出射的光线为准直光线；所述光束会聚元件位于所述方向改变元件和所述分束元件与所述图像生成部之间，且被配置为对从所述方向改变元件射向所述图像生成部的光线以及所述分束元件射向所述图像生成部的光线进行会聚；所述光束扩散元件位于所述光束会聚元件与所述图像生成部之间，和/或位于所述分束元件与所述反射导光元件之间，且被配置为将经过所述光束扩散元件的光束进行扩散。
本公开的至少一实施例提供一种抬头显示器，包括：上述图像源以及反射成像部。所述反射成像部位于所述图像源的出光侧，且被配置为将所述图像源出射的光线反射至观察区，且透射环境光。
例如，在本公开的实施例中，所述反射成像部设置有楔形膜，所述楔形膜位于所述反射成像部的夹层中。
例如，在本公开的实施例中，所述反射成像部面向所述图像源的表面设置有选择性反射膜，所述选择性反射膜被配置为对所述图像生成部出射的图像光线所在波段的反射率大于除所述图像光线所在波段以外波段的光线的反射率。
例如，在本公开的实施例中，所述图像生成部射向所述反射成像部的光线包括P偏振态的光线，所述反射成像部面向所述图像源的表面设置有P偏振光反射膜以反射所述图像生成部射向所述反射成像部的所述P偏振态的光线。
例如，在本公开的实施例中，所述图像生成部射向所述反射成像部的光线包括S偏振态的光线，所述反射成像部面向所述图像源的表面设置有第一相位延迟部，所述第一相位延迟部被配置为将射入所述第一相位延迟部的所述S偏振态的光线转换为非S偏振态的光线。
例如，在本公开的实施例中，抬头显示器还包括：第二相位延迟部，位于所述图像源和所述反射成像部之间。所述图像生成部出射的光线包括S偏振态的光线，所述第二相位延迟部被配置为将入射至所述第二相位延迟部的所述S偏振态的光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的光线，转换后的所述圆偏振态或椭圆偏振态的光线经所述反射成像部反射后射向所述观察区。
本公开的至少一实施例提供一种交通设备，包括上述抬头显示器。
例如，在本公开的实施例中，所述反射成像部为所述交通设备的挡风玻璃。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1A为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图1B为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图1C为根据本公开实施例提供的液晶显示面板的局部结构示意图；
图2为图1B所示的分束元件与偏振转换元件贴合设置的示意图；
图3为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图4为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图5为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图6和图7为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图8A至图8C为根据本公开实施例提供的不同反射导光元件的结构示意图；
图9为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图10为根据本公开实施例提供的光束会聚元件的结构示意图；
图11为根据本公开实施例提供的光束会聚元件和光束扩散元件组合的光路示意图；
图12A为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图12B为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图；
图13为根据本公开另一实施例提供的抬头显示器的局部结构示意图；
图14为根据本公开另一实施例的另一示例提供的抬头显示器的局部结构示意图；
图15为根据本公开另一实施例的另一示例提供的抬头显示器的局部结构示意图；
图16为根据本公开另一实施例的另一示例提供的抬头显示器的局部结构示意图；以及
图17为根据本公开另一实施例提供的交通设备的示例性框图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
本公开实施例中使用的“平行”、“垂直”以及“相同”等特征均包括严格意义的“平行”、“垂直”、“相同”等特征，以及“大致平行”、“大致垂直”、“大致相同”等包含一定误差的情况，考虑到测量和与特定量的测量相关的误差(也就是，测量系统的限制)，表示在本领域的普通技术人员所确定的对于特定值的可接受的偏差范围内。例如，“大致”能够表示在一个或多个标准偏差内，或者在所述值的10％或者5％内。
在研究中，本申请的发明人发现：抬头显示器(HUD)将图像投射到车辆挡风玻璃等成像窗上时，HUD的图像源需要较高的显示亮度，以使驾驶员可以清楚地看到HUD显示的内容。例如，可以通过提高HUD的图像源的功率来提高成像亮度。然而，通过提高HUD的图像源的功率来提高成像亮度的方式不仅会引起图像源的功耗高、发热量大的问题，还需要满足HUD的较高的散热需求。
本公开的实施例提供一种图像源、抬头显示器以及交通设备。图像源包括光源和图像生成部。图像生成部位于光源的出光侧，光源发出的光线包括偏振方向垂直的第一偏振光和第二偏振光，图像生成部被配置为利用第一偏振光或第二偏振光生成图像光线。图像源还包括分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件。分束元件位于光源和图像生成部之间，且被配置为将入射到分束元件的光线分束为第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光射向图像生成部，第二偏振光射向方向改变元件；方向改变元件被配置为改变入射至方向改变元件的光线的传播方向以使其射向图像生成部；偏振转换元件被配置为将第一偏振光和第二偏振光中不能被图像生成部利用的偏振光在到达图像生成部之前转换为能够被图像生成部利用的偏振光。本公开实施例通过在图像源中设置分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件，可以提高光源发出光线的利用效率，以使光源在同等功率条件下，可提供具有更高亮度的图像。
下面结合附图对本公开实施例提供的图像源、抬头显示器以及交通设备进行描述。
图1A为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图1A所示，图像源10包括光源100和图像生成部200。图像生成部200位于光源100的出光侧，即光源100发出的光射向图像生成部200。光源100发出的光线包括偏振方向垂直的第一偏振光101和第二偏振光102，即光源100发出的光线是非偏振光。这里的“非偏振光”指光源发出的光线可以同时具有多个偏振特性但不表现出唯一的偏振特性，例如光源发出的光线可以认为是由两种互相垂直的偏振态的光线合成，也即光源发出的非偏振光可以分解为两个互相垂直的偏振态的光线。图像生成部200被配置为利用第一偏振光101或第二偏振光102生成图像光线，即第一偏振光101和第二偏振光102之一为可以被图像生成部200利用以生成图像光线的偏振光。这里的可以被图像生成部利用的偏振光可以指能够入射到图像生成部内部的偏振光，也可以指图像生成部形成特定偏振态图像光时所需要的偏振光等。
如图1A所示，图像源10还包括分束元件300、方向改变元件400以及偏振转换元件500。分束元件300位于光源100和图像生成部200之间，且被配置为将光源100发出的且入射到分束元件300的光线分束为第一偏振光101和第二偏振光102，即，光源100发出的光线在入射到分束元件300后，被分束为两束偏振方向彼此垂直的偏振光。上述第一偏振光101射向图像生成部200，第二偏振光102射向方向改变元件400。例如，光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与第一偏振光101的传播方向相同，均为向图像生成部200传播；光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与入射到方向改变元件400之前的第二偏振光102的传播方向不同。
如图1A所示，方向改变元件400被配置为改变入射至方向改变元件400的光线，例如第二偏振光102的传播方向以使其射向图像生成部200，即，经分束元件300分束后的第二偏振光102的至少部分向方向改变元件400传播，方向改变元件400可以改变射向方向改变元件400的第二偏振光102的传播方向。
如图1A所示，偏振转换元件500被配置为将第一偏振光101和第二偏振光102中不能被图像生成部200利用的偏振光在到达图像生成部之200前转换为能够被图像生成部200利用的偏振光。
本公开实施例中提供的图像源，利用分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，从而提高光源发出的光线的利用率，光源在同等功率条件下，可提供具有更高亮度的图像。
图1B为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图1B所示，图像源10包括光源100和图像生成部200。图像生成部200位于光源100的出光侧，即光源100发出的光射向图像生成部200。光源100发出的光线包括偏振方向垂直的第一偏振光101和第二偏振光102，即光源100发出的光线是非偏振光。图像生成部200包括偏振层210，偏振层210位于图像生成部200靠近光源100的一侧，且偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101或第二偏振光102的偏振方向。例如，在偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的情况下，第一偏振光101可以经过偏振层210后射入图像生成部200内，第二偏振光102不能射入图像生成部200内；在偏振层210的偏光轴平行于第二偏振光102的情况下，第二偏振光102可以经过偏振层210后射入图像生成部200内，第一偏振光101不能射入图像生成部200内。由此，第一偏振光101和第二偏振光102之一可以经过偏振层210射入图像生成部200内。
如图1B所示，图像源10还包括分束元件300、方向改变元件400以及偏振转换元件500。例如，分束元件300、方向改变元件400以及偏振转换元件500均位于光源100和图像生成部200之间。分束元件300被配置为将光源100发出的且入射到分束元件300的光线分束为第一偏振光101和第二偏振光102，即，光源100发出的光线在入射到分束元件300(例如入射到分束元件的分束面)后，被分束为两束偏振方向彼此垂直的偏振光。上述第一偏振光101射向图像生成部200，第二偏振光102射向方向改变元件400。例如，光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与第一偏振光101的传播方向相同，均为向图像生成部200传播；光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与入射到方向改变元件400之前的第二偏振光102的传播方向不同。
如图1B所示，方向改变元件400被配置为改变入射至方向改变元件400的光线，例如第二偏振光102的传播方向以使其射向图像生成部200。例如，经分束元件300分束后的第二偏振光102的至少部分向方向改变元件400传播，方向改变元件400可以改变射向方向改变元件400的第二偏振光102的传播方向。例如，经分束元件300分束后的第二偏振光102的全部可以均向方向改变元件400传播。
如图1B所示，偏振转换元件500被配置为将第一偏振光101和第二偏振光102中偏振方向不平行于偏振层210的偏光轴的偏振光在到达图像生成部200之前转换为具有平行于偏光轴的偏振方向的偏振光。
例如，在偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的情况下，偏振转换元件500将分束元件300分束形成的第二偏振光102在到达图像生成部200之前转换为第一偏振光101；在偏振层210的偏光轴平行于第二偏振光102的情况下，偏振转换元件500将分束元件300分束形成的第一偏振光101在到达图像生成部200之前转换为第二偏振光102。
本公开实施例中提供的图像源，利用分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，从而提高光源发出的光线的利用率，光源在同等功率条件下，可提供具有更高亮度的图像。
例如，光源100可以包括至少一个电致发光器件，通过电场激发产生光线，如发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、迷你发光二极管(Mini LED)、微发光二极管(Micro LED)、冷阴极荧光灯管(ColdCathode FluoreScent LamP，CCFL)、LED冷光源(Cold LED Light，CLL)、电激发光(ElectroLumineScent，EL)、电子发射(Field EmiSSion DiSPlay，FED)或量子点光源(Quantum Dot,QD)等。
例如，图像生成部200可以包括液晶显示面板。图1B示意性的示出图像生成部200包括两个偏振层210和220，以及位于两个偏振层之间的结构230。
例如，图1C为根据本公开实施例提供的液晶显示面板的局部结构示意图。如图1C所示，液晶显示面板可以包括阵列基板231、对置基板232、位于阵列基板231和对置基板232之间的液晶层233以及封装液晶层233的封框胶234。例如，液晶显示面板还包括设置在阵列基板231远离对置基板232的一侧的第一偏振层210和设置在对置基板232远离阵列基板231的一侧的第二偏振层220。例如，光源100被配置为向液晶显示面板提供背光BL，背光BL通过液晶显示面板后转变为图像光IML。
例如，第一偏振层210的偏光轴方向和第二偏振层220的偏光轴方向互相垂直，但不限于此。例如，第一偏振层210可通过第一线偏振光，第二偏振层220可通过第二线偏振光，但不限于此。例如，第一线偏振光的偏振方向垂直于第二线偏振光的偏振方向。
例如，只有特定偏振态的光线才可经过液晶层233与光源100之间的第一偏振层210而入射到液晶显示面板内部，并被利用成像。例如，在光源发出的光线为非偏振光时，光源发出的光线中最多只有50％可被图像生成部利用，其余的光线会被浪费或被液晶层吸收发热。而本公开实施例中，通过在光源与图像生成部之间设置分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件，可以将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，有效提高光源发出的光线的利用率。
例如，如图1B所示，图像生成部200的偏振层210(即上述的第一偏振层)的偏光轴平行于第二偏振光102的偏振方向，则图像生成部200可以利用第二偏振光102。分束元件300被配置为透射光源100中的第一偏振光101，反射光源100中的第二偏振光102至方向改变元件400。
例如，分束元件300可以具有透射一种特性的光线和反射另一种特性的光线的作用，例如分束元件300可以具有透射一种偏振态的光线和反射另一种偏振态的光线的特性，该分束元件可以利用上述透反特性实现分束。
例如，分束元件300可以为透反膜，通过透射部分光线和反射另一部分光线实现分束作用。例如，透反膜可以透射光源100发出的光线中的第一偏振光101，且反射光源100发出的光线中的第二偏振光102。
例如，该透反膜可以是具有偏振透反功能的光学膜，具体是可以将非偏振光线，通过透射和反射，分束为两个互相垂直偏振态光线的光学膜；上述光学膜可以由多层具有不同折射率的膜层按照一定的堆叠顺序组合而成，每个膜层的厚度约在10～1000nm之间；膜层的材料可以选用无机电介质材料，例如，金属氧化物和金属氮化物；也可以选用高分子材料，例如聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯。
例如，方向改变元件400被配置为将入射至方向改变元件400的第二偏振光102反射至图像生成部200。
例如，方向改变元件400可以为反射元件，用于将从分束元件300出射的第二偏振光102反射至图像生成部200。由于图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第二偏振光102的偏振方向，则从方向改变元件400射向图像生成部200的第二偏振光102可以直接被图像生成部200利用。
例如，如图1B所示，偏振转换元件500位于分束元件300与图像生成部200之间，且被配置为将从分束元件300透射的第一偏振光101转换为第二偏振光102，转换后的第二偏振光102射向图像生成部200以被图像生成部200利用。例如，偏振转换元件500可以为相位延迟膜，通过将入射至其上的第一偏振光101的偏振方向旋转90度以使从相位延迟膜射向图像生成部200的光线为能够被图像生成部200利用的第二偏振光102。
本公开实施例提供的图像源中，采用偏振转换元件将分束元件分束后形成的不能被图像生成部利用的偏振光转换为能够被图像生成部利用的偏振光，可以有效提高光源发出的光线的利用率。
例如，如图1B所示，偏振转换元件500位于分束元件300远离方向改变元件400的一侧。例如，分束元件300包括彼此相对的第一侧和第二侧，分束元件300将第一偏振光101向其第一侧透射，将第二偏振光102向其第二侧反射，则偏振转换元件500位于分束元件300的第一侧以将第一偏振光101转换为第二偏振光102，即偏振转换元件500位于分束元件300远离方向改变元件400的一侧。
例如，第一偏振光101和第二偏振光102之一包括S偏振态的光线，第一偏振光101和第二偏振光102的另一个包括P偏振态的光线。例如，第一偏振光101和第二偏振光102之间的夹角可以为大致90°。本公开实施例不限于此，例如，本公开实施例不限于第一偏振光101和第二偏振光102之一包括S偏振态的光线，第一偏振光101和第二偏振光102的另一个包括P偏振态的光线，第一偏振光101和第二偏振光102还可以是非S偏振光或非P偏振光，只要第一偏振光和第二偏转光的偏振方向垂直即可，如第一偏振光和第二偏振光可以是偏振方向互相垂直的两种线偏振光，或者偏振方向互相垂直的两种圆偏振光，或者偏振方向互相垂直的两种椭圆偏振光等。
例如，以图1B所示的第一偏振光101为P偏振态的光线，第二偏振光102为S偏振态的光线为例。图像生成部200可利用S偏振态的光线(即S偏振光)，分束元件300可以反射S偏振光，且透射P偏振态的光线(即P偏振光)，方向改变元件400可反射S偏振光。光源100发出光线中的S偏振光经分束元件300反射至方向改变元件400，反射至方向改变元件400的S偏振光再经方向改变元件400反射后出射至图像生成部200。光源100发出光线中的P偏振光则经分束元件300透射，透射后经过偏振转换元件500后转换为S偏振光，就实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的S偏振光。
例如，分束元件300可以是透明基板镀膜或贴膜形成的元件。例如，分束元件300可以是基板上镀设或贴覆具有反射S偏振光、透射P偏振光特性的透反膜，例如反射式偏光增亮膜(Dual Brightness Enhance Film,DBEF)或棱镜膜(Brightness Enhancement Film,BEF)等。本公开实施例不限于此，例如，分束元件还可以是一体化元件。
例如，方向改变元件400可以是普通的反射板，如金属或玻璃的反射板；也可以是基板上镀设或贴覆具有反射S偏振光特性的反射膜。例如，方向改变元件400也可以具备透反特性，与分束元件300包括的透反膜具有相同的透反特性，即反射S偏振光且透射P偏振光的特性。本公开实施例对此不作限制，只要方向改变元件400可反射S偏振光即可。
例如，偏振转换元件500包括二分之一波片。
例如，图2为图1B所示的分束元件与偏振转换元件贴合设置的示意图。如图2所示，例如，偏振转换元件500与分束元件300贴合设置。例如，分束元件300与偏振转换元件500之间可以设置透明基板035，分束元件300和偏振转换元件500分别贴合在透明基板035的彼此相对的两个表面以方便设置。本公开实施例不限于此，例如，分束元件也可以直接贴合在偏振转换元件的表面以实现图像源的轻薄。
例如，以图1B所示的第一偏振光101为S偏振态的光线，第二偏振光102为P偏振态的光线为例。图像生成部200可利用P偏振态的光线(即P偏振光)，分束元件300可以反射P偏振光，且透射S偏振态的光线(即S偏振光)，方向改变元件400可反射P偏振光。光源100发出光线中的P偏振光经分束元件300反射至方向改变元件400，反射至方向改变元件400的P偏振光再经方向改变元件400反射后出射至图像生成部200。光源100发出的光线中的S偏振光则经分束元件300透射，透射后经过偏振转换元件500后转换为P偏振光，从而实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的P偏振光。此时，分束元件300具有反射P偏振光、透射S偏振光的特性；方向改变元件400具有反射P偏振光的特性。
图3为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图3所示，图像源10包括光源100和图像生成部200。图3所示的光源100和图像生成部200可以与图1B所示的光源100和图像生成部200具有相同的特征，图3所示的光源100与图像生成部200的位置关系可以与图1B所示的光源100与图像生成部200的位置关系相同，在此不再赘述。
如图3所示，图像源10还包括分束元件300、方向改变元件400以及偏振转换元件500。分束元件300位于光源100和图像生成部200之间，且被配置为将入射到分束元件300的光线分束为第一偏振光101和第二偏振光102，即，光源100发出的光线在入射到分束元件300(例如入射到分束元件的分束面)后，被分束为两束偏振方向彼此垂直的第一偏振光101和第二偏振光102。第一偏振光101射向图像生成部200，第二偏振光102射向方向改变元件400。例如，光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与第一偏振光101的传播方向相同，均为向图像生成部200传播；光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与入射到方向改变元件400之前的第二偏振光102的传播方向不同。
例如，上述分束元件可以包括两个贴合的棱镜，则分束元件的分束面可以指将光源发出的一束入射光线分束为第一偏振光和第二偏振光的两个棱镜的贴合面。例如，上述分束元件可以包括多层不同折射率膜层的堆叠结构，则分束元件的分束面可以指多层不同折射率膜层的堆叠结构的整体。
如图3所示，方向改变元件400位于分束元件300面向光源100的一侧，方向改变元件400被配置为改变入射至方向改变元件400的第二偏振光102的传播方向以使其射向图像生成部200。例如，经分束元件300分束后的第二偏振光102的至少部分向方向改变元件400传播，方向改变元件400可以改变射向方向改变元件400的第二偏振光102的传播方向。
例如，如图3所示，图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的偏振方向，则图像生成部200可以利用第一偏振光101。分束元件300被配置为透射光源100中的第一偏振光101至图像生成部200，反射光源100中的第二偏振光102至方向改变元件400。
例如，分束元件300可以为透反膜，透射光源100发出的光线中的第一偏振光101，且反射光源100发出的光线中的第二偏振光102。由于图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的偏振方向，则从分束元件300射向图像生成部200的第一偏振光101可以直接被图像生成部200利用。
例如，如图3所示，方向改变元件400可以为反射元件，用于将入射至方向改变元件400的第二偏振光102向图像生成部200反射。
例如，如图3所示，偏振转换元件500位于方向改变元件400与图像生成部200之间，且被配置为将被方向改变元件400反射的第二偏振光102转换为第一偏振光101，转换后的第一偏振光101射向图像生成部200。
例如，偏振转换元件500可以为相位延迟膜，例如二分之一波片，可以通过将入射至其上的第二偏振光102的偏振方向旋转90度以使从相位延迟膜射向图像生成部200的光线为能够被图像生成部200利用的第一偏振光101。
本公开实施例中提供的图像源，利用分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，从而提高光源发出的光线的利用率，以使光源在同等功率条件下，可提供具有更高亮度的图像。
例如，如图3所示，方向改变元件400包括彼此相对的第一侧和第二侧，分束元件300位于方向改变元件400的第一侧以向方向改变元件400(例如，方向改变元件400面向分束元件300的表面或者远离分束元件300的表面)反射第二偏振光102；偏振转换元件500位于方向改变元件400的第一侧，即偏振转换元件500和分束元件300位于方向改变元件400的同一侧，以将射向图像生成部200的第二偏振光102转换为第一偏振光101。
例如，第一偏振光101和第二偏振光102之一包括S偏振态的光线，第一偏振光101和第二偏振光102的另一个包括P偏振态的光线。
例如，如图3所示，偏振转换元件500的转换膜层平行于偏振层210，一方面可以使得偏振转化效率更高，另一方面可以使得元件易于安装。
例如，如图3所示，偏振转换元件500的转换膜层垂直于第二偏振光102的传播的主方向或第二偏振光102的主光轴传播方向，可使得偏振转化效率更高。
例如，以图3所示的第一偏振光101为S偏振态的光线，第二偏振光102为P偏振态的光线为例。光源100出射非偏振态的光线，图像生成部200可利用S偏振态的光线(即S偏振光)，分束元件300可以反射P偏振态的光线(即P偏振光)，且透射S偏振光，方向改变元件400可反射P偏振光。光源100发出光线中的S偏振光经分束元件300透射后，可以直接被图像生成部200利用。光源100发出的光线中的P偏振光经分束元件300反射至方向改变元件400，反射至方向改变元件400的P偏振光再经方向改变元件400反射后射向图像生成部200。射向图像生成部200的P偏振光在到达图像生成部200之前，经过偏振转换元件500后转换为S偏振光，从而实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的S偏振光。此时，分束元件300可以为与图1B所示示例中的分束元件具有相同的反射P偏振光、透射S偏振光的特性的结构；方向改变元件400可以为与图1B所示示例中的方向改变元件具有相同的反射P偏振光的特性。
例如，偏振转换元件500包括二分之一波片。
例如，以图3所示的第一偏振光101为P偏振态的光线，第二偏振光102为S偏振态的光线为例。光源100出射非偏振态的光线，图像生成部200可利用P偏振态的光线(即P偏振光)，分束元件300可以反射S偏振态的光线(即S偏振光)，且透射P偏振光，方向改变元件400可反射S偏振光。光源100发出的光线中的P偏振光经分束元件300透射后，可以直接被图像生成部200利用。光源100发出的光线中的S偏振光经分束元件300反射至方向改变元件400，反射至方向改变元件400的S偏振光再经方向改变元件400反射后射向图像生成部200。射向图像生成部200的S偏振光在到达图像生成部200之前，经过偏振转换元件500后转换为P偏振光，就实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的P偏振光。此时，分束元件300可以为与图1B所示示例中的分束元件具有相同的反射S偏振光、透射P偏振光的特性的结构；方向改变元件400可以为与图1B所示示例中的方向改变元件具有相同的反射S偏振光的特性。
图4为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图4所示，图像源10包括光源100和图像生成部200。图4所示的光源100和图像生成部200可以与图1B所示的光源100和图像生成部200具有相同的特征，图4所示的光源100与图像生成部200的位置关系可以与图1B所示的光源100与图像生成部200的位置关系相同，在此不再赘述。
如图4所示，图像源10还包括分束元件300、方向改变元件400以及偏振转换元件500。分束元件300位于光源100和图像生成部200之间，且被配置为将入射到分束元件300的光线分束为第一偏振光101和第二偏振光102，即，光源100发出的光线在入射到分束元件300(例如入射到分束元件的分束面)后，被分束为两束偏振方向彼此垂直的第一偏振光101和第二偏振光102。第一偏振光101射向图像生成部200，第二偏振光102射向方向改变元件400。例如，光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与第一偏振光101的传播方向相同，均为向图像生成部200传播；光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与入射到方向改变元件400之前的第二偏振光102的传播方向不同。
如图4所示，方向改变元件400位于分束元件300面向光源100的一侧，方向改变元件400被配置为改变入射至方向改变元件400的偏振光的传播方向以使其射向图像生成部200。例如，经分束元件300分束后的第二偏振光102的至少部分向方向改变元件400传播，方向改变元件400可以改变射向方向改变元件400的第二偏振光102的传播方向。
例如，如图4所示，图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的偏振方向，则图像生成部200可以利用第一偏振光101。分束元件300被配置为透射光源100中的第一偏振光101至图像生成部200，且将光源100中的第二偏振光102向方向改变元件400反射。
例如，分束元件300可以为透反膜，透射光源100发出的光线中的第一偏振光101，且反射光源100发出的光线中的第二偏振光102。由于图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的偏振方向，则从分束元件300射向图像生成部200的第一偏振光101可以直接被图像生成部200利用。
例如，如图4所示，偏振转换元件500位于方向改变元件400与分束元件300之间，且被配置为将从分束元件300反射向方向改变元件400的第二偏振光102转换为第一偏振光101，方向改变元件400被配置为将转换后的第一偏振光101反射至图像生成部200。
例如，偏振转换元件500可以为相位延迟膜，例如二分之一波片，可以通过将入射至其上的第二偏振光102的偏振方向旋转90度以使从相位延迟膜经方向改变元件400射向图像生成部200的光线为能够被图像生成部200利用的第一偏振光101。
本公开实施例中，位于分束元件和方向改变元件之间的偏振转换元件可以将从分束元件出射的第二偏振光在入射到方向改变元件之前转换为第一偏振光，转换后的第一偏振光在被方向改变元件反射向图像生成部的过程中不再经过偏振转换元件转换偏振方向。
本公开实施例中提供的图像源，利用分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，从而提高光源发出的光线的利用率，以使光源在同等功率条件下，可提供具有更高亮度的图像。
例如，如图4所示，偏振转换元件500可以为平行平面薄片，该平面薄片可以垂直于与偏振层210。例如，入射到偏振转换元件500的第二偏振光102的传播方向可以垂直于偏振转换元件500。
例如，以图4所示的第一偏振光101为S偏振态的光线，第二偏振光102为P偏振态的光线为例。光源100出射非偏振态的光线，图像生成部200可利用S偏振态的光线(即S偏振光)，分束元件300可以反射P偏振态的光线(即P偏振光)，且透射S偏振光，方向改变元件400可反射S偏振光。光源100发出光线中的S偏振光经分束元件300透射后，可以直接被图像生成部200利用。光源100发出光线中的P偏振光经分束元件300反射向方向改变元件400，反射向方向改变元件400的P偏振光在到达方向改变元件400之前，经过偏振转换元件500后转换为S偏振光，转换后的S偏振光经方向改变元件400反射至图像生成部，从而实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的S偏振光。此时，分束元件300可以为与图1B所示示例中的分束元件具有相同的反射P偏振光、透射S偏振光的特性的结构；方向改变元件400可以为与图1B所示示例中的方向改变元件具有相同的反射S偏振光的特性。
例如，偏振转换元件500包括二分之一波片。
例如，以图4所示的第一偏振光101为P偏振态的光线，第二偏振光102为S偏振态的光线为例。光源100出射非偏振态的光线，图像生成部200可利用P偏振态的光线(即P偏振光)，分束元件300可以反射S偏振态的光线(即S偏振光)，且透射P偏振光，方向改变元件400可反射P偏振光。光源100发出光线中的P偏振光经分束元件300透射后，可以直接被图像生成部200利用。光源100发出光线中的S偏振光经分束元件300反射向方向改变元件400，反射向方向改变元件400的S偏振光在到达方向改变元件400之前，经过偏振转换元件500后转换为P偏振光，转换后的P偏振光经方向改变元件400反射至图像生成部200，从而实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的P偏振光。此时，分束元件300可以为与图1B所示示例中的分束元件具有相同的反射S偏振光、透射P偏振光的特性的结构；方向改变元件400可以为与图1B所示示例中的方向改变元件具有相同的反射P偏振光的特性。
图5为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图5所示，图像源10包括光源100和图像生成部200。图5所示的光源100和图像生成部200可以与图1B所示的光源100和图像生成部200具有相同的特征，图4所示的光源100与图像生成部200的位置关系可以与图1B所示的光源100与图像生成部200的位置关系相同，在此不再赘述。
如图5所示，图像源10还包括分束元件300、方向改变元件400以及偏振转换元件500。分束元件300位于光源100和图像生成部200之间，且被配置为将入射到分束元件300的光线分束为第一偏振光101和第二偏振光102，即，光源100发出的光线在入射到分束元件300(例如入射到分束元件的分束面)后，被分束为两束偏振方向彼此垂直的第一偏振光101和第二偏振光102。第一偏振光101射向图像生成部200，第二偏振光102射向方向改变元件400。例如，光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与第一偏振光101的传播方向相同，均为向图像生成部200传播；光源100发出的光线在经过分束元件300分束前的传播方向与入射到方向改变元件400之前的第二偏振光102的传播方向不同。
如图5所示，方向改变元件400位于分束元件300面向光源100的一侧，方向改变元件400被配置为改变入射至方向改变元件400的偏振光的传播方向以使其射向图像生成部200。例如，经分束元件300分束后的第二偏振光102的至少部分向方向改变元件400传播，方向改变元件400可以改变射向方向改变元件400的第二偏振光102的传播方向。
例如，如图5所示，图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的偏振方向，则图像生成部200可以利用第一偏振光101。分束元件300被配置为透射光源100中的第一偏振光101至图像生成部200，且将光源100中的第二偏振光102向方向改变元件400反射。
例如，分束元件300可以为透反膜，透射光源100发出的光线中的第一偏振光101，且反射光源100发出的光线中的第二偏振光102。由于图像生成部200的偏振层210的偏光轴平行于第一偏振光101的偏振方向，则从分束元件300射向图像生成部200的第一偏振光101可以直接被图像生成部200利用。
例如，如图5所示，偏振转换元件500位于方向改变元件400与分束元件300之间，且被配置为将从分束元件300反射向方向改变元件400的第二偏振光102转换为第三偏振光103，第三偏振光103被方向改变元件400反射且经过偏振转换元件500后转换为第一偏振光101，转换后的第一偏振光101射向图像生成部200。
例如，偏振转换元件500可以为相位延迟膜，例如四分之一波片，可以通过将入射至其上的第二偏振光102，例如线偏振光转换为第三偏振光103，例如圆偏振光或椭圆偏振光，以使经相位延迟膜后入射到方向改变元件400的偏振光不再为线偏振光。入射到方向改变元件400的第三偏振光103被方向改变元件400改变传播方向，以向图像生成部200传播，而在到达图像生成部200前的第三偏振光103再次经过偏振转换元件500以转换成能够被图像生成部200利用的第一偏振光101。
本公开实施例中，位于分束元件和方向改变元件之间的偏振转换元件可以将从分束元件出射的第二偏振光在入射到方向改变元件之前转换为第三偏振光，转换后的第三偏振光在被方向改变元件反射向图像生成部的过程中再次经过偏振转换元件以转换为第一偏振光，转换后的第一偏振光向图像生成部传播。
本公开实施例中，通过在光源与图像生成部之间设置分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件，可以将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，有效提高光源发出的光线的利用率。
例如，如图5所示，偏振转换元件500的数量可以为1个，则入射到方向改变元件400的第三偏振光103和从方向改变元件400反射的第三偏振光103均经过同一个偏振转换元件500。本公开实施例不限于此，例如，偏振转换元件的数量也可以为2个，则入射到方向改变元件的第三偏振光和从方向改变元件反射的第三偏振光经过不同的偏振转换元件，只要第三偏振光经过偏振转换元件转换为第一偏振光即可。
例如，方向改变元件400与偏振转换元件500之间可以设置透明基板，方向改变元件400和偏振转换元件500分别贴合在透明基板的彼此相对的两个表面以方便设置。
例如，以图5所示的第一偏振光101为S偏振态的光线，第二偏振光102为P偏振态的光线为例。光源100出射非偏振态的光线，图像生成部200可利用S偏振态的光线(即S偏振光)，分束元件300可以反射P偏振态的光线(即P偏振光)，且透射S偏振光，方向改变元件400可反射圆偏振光。光源100发出光线中的S偏振光经分束元件300透射后，可以直接被图像生成部200利用。光源100发出光线中的P偏振光经分束元件300反射向方向改变元件400，反射向方向改变元件400的P偏振光在到达方向改变元件400之前，经过偏振转换元件500后转换为圆偏振光，转换后的圆偏振光经方向改变元件400反射并再次经过偏振转换元件500后转换为S偏振光，转换后的S偏振光射向图像生成部200，从而实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的S偏振光。此时，分束元件300可以为与图1B所示示例中的分束元件具有相同的反射P偏振光、透射S偏振光的特性的结构；方向改变元件400具有反射圆偏振光的特性。
例如，以图5所示的第一偏振光101为P偏振态的光线，第二偏振光102为S偏振态的光线为例。光源100出射非偏振态的光线，图像生成部200可利用P偏振态的光线(即P偏振光)，分束元件300可以反射S偏振态的光线(即S偏振光)，且透射P偏振光，方向改变元件400可反射圆偏振光。光源100发出光线中的P偏振光经分束元件300透射后，可以直接被图像生成部200利用。光源100发出光线中的S偏振光经分束元件300反射向方向改变元件400，反射向方向改变元件400的S偏振光在到达方向改变元件400之前，经过偏振转换元件500后转换为圆偏振光，转换后的圆偏振光经方向改变元件400反射并再次经过偏振转换元件500后转换为P偏振光，转换后的P偏振光射向图像生成部200，从而实现了将光源100发出的非偏振光线均转换为图像生成部200可利用的P偏振光。此时，分束元件300可以为与图1B所示示例中的分束元件具有相同的反射S偏振光、透射P偏振光的特性的结构。例如，本示例中的方向改变元件400与图1A至图4所示的材料不同，具有反射圆偏振光的特性，也可认为是对第一偏振光101和第二偏振光102的反射效果几乎没有差别，例如，方向改变元件400可以利用金属反射面，如镀铝、镀银或镀铜的反射面。
例如，如图1B至图5所示，图像源10可以包括多个光源100和与多个光源100对应的一个图像生成部200。例如，图像源10可以包括多个分束元件300、多个方向改变元件400以及多个偏振转换元件500，一个光源100、一个分束元件300、一个方向改变元件400以及一个偏振转换元件500构成一个单元组，多个单元组与一个图像生成部200对应。
例如，如图1B至图5所示，方向改变元件400位于分束元件300面向光源100的一侧，分束元件300的分束面与方向改变元件400的反射面平行。例如，光源100发出的光线的传播方向与分束元件300的分束面之间平行，以使从分束元件300透射的第一偏振光101和经方向改变元件400改变传播方向的偏振光的传播方向平行，由此从分束元件和方向改变元件出射的光线接近准直。例如，偏振层210与分束元件300的分束面之间的夹角可以为43°～47°，或者40°～50°等，例如，偏振层210与分束元件300的分束面之间的夹角大致为45°。准直光线具有发散角小，亮度均匀的特性，分束元件和方向改变元件出射的光线接近准直可以使得最终到达图像生成部的液晶层时的光线的利用率更高，使得更多的光线可经液晶层转化为图像光线，图像源发出的光线的亮度均匀，且光线转化率高。上述方向改变元件的反射面指反射从分束元件射向方向改变元件的偏振光的表面。
例如，如图1B至图5所示，分束元件300透射的第一偏振光101和反射的第二偏振光102的传播方向的夹角大致为90°。
图6和图7为根据本公开实施例的另一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图6和图7所示，分束元件300的分束面与方向改变元件400的反射面不平行，两者之间的夹角可以为10°～30°。本公开实施例中，通过调节分束元件和方向改变元件的夹角，可以使得从分束元件透射的偏振光与经过方向改变元件反射的偏振光形成扩散状态的光束或者聚集状态的光束。
例如，图像源10还包括反射导光元件600、光束会聚元件700以及光束扩散元件800。
图8A至图8C为根据本公开实施例提供的不同反射导光元件的结构示意图。如图8A至图8C所示，反射导光元件600设置在光源100的出光方向上，光源100发出的光线在反射导光元件600内传播，然后出射至分束元件。
例如，如图8A所示，反射导光元件600的内表面设置有反光面，光源100发出的大角度光线会经反光面的反射后聚拢，提高光源100发出的光线的利用率。例如，反射导光元件600的内部可以设置具有反光面的中空壳体，壳体包括用于设置光源100的端部和用于出射光线的出光面601，壳体的形状可为三棱锥形状、四棱锥形状、抛物面形状或自由曲面形状。例如，光源100发出的大角度光线经过反射导光元件600的反光面反射后，被调整为准直平行或近乎准直平行的光线以从出光面601出射。例如，上述光源100发出的大角度光线的发散角例如大于15、30、45或者60度。例如，发散角是指光源发出的发散的光线和中心光线之间的夹角。
例如，如图8B所示，反射导光元件600可以包括实心透明部件，实心透明部件包括设置光源100的端部630，透明部件的折射率大于1，以使光源100发出的部分光线在实心透明部件的内反射面上发生全反射后出射，光源100发出的另一部分光线在透明部件内传输并出射。例如，实心透明部件设置光源100的端部630设有空腔620，空腔620靠近出光面601的一面设置有可将光源100发出的光线调整为平行光线的准直部610。例如，实心透明部件的内反射面可以是实心透明部件的内表面，该内表面的形状可以包括抛物面形状、或自由曲面形状。
例如，如图8C所示，反射导光元件600可以包括实心透明部件，实心透明部件设置光源100的端部630设有空腔620，且实心透明部件的出光面601设有向端部630延伸的开孔602，开孔602靠近端部630的底面设置有可将光源100发出的光线调整为平行光线的准直部610。
例如，图9为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图9所示，反射导光元件600的至少部分位于光源100与分束元件300之间，且反射导光元件600被配置为对光源100发出的光线进行反射以使从反射导光元件600出射的光线为准直光线。图9示意性的以图像源包括图8A所示的反射导光元件为例，但不限于此，图像源还可以包括图8B或图8C所示的反射导光元件。
例如，图10为根据本公开实施例提供的光束会聚元件的结构示意图，图11为根据本公开实施例提供的光束会聚元件和光束扩散元件组合的光路示意图。如图10所示，光束会聚元件700被配置为对例如分束元件300和方向改变元件400出射的光线701进行方向控制，以将从光束会聚元件700出射的光线702聚集至一定范围，例如，图像源的观察范围，以进一步聚拢光线，提高光线利用率。
例如，光束会聚元件700可包括透镜或透镜组合，如凸透镜、菲涅尔透镜或透镜组合等，图10中以凸透镜为例进行示意说明。例如，上述一定范围可以是一个点，比如凸透镜的焦点，也可以是一个面积较小的区域。在图像源中设置光束会聚元件可以对光源出射的大角度光线进行进一步的聚拢，提高光线利用率。
例如，如图11所示，光束扩散元件800对入射光束702起扩散作用，且可以精确控制入射光束702的扩散程度，扩散后的光束801的光轴OA与入射光束702的光轴位于同一直线上，即经过光束扩散元件800的光束的光轴不变，扩散后的光束801的边缘光线沿其光轴扩散开一定的角度。上述“光轴”指光束的中心线。
例如，扩散后的光束801在第一方向的扩散角β1的范围可以为5°～20°，第二方向的扩散角β2的范围可以为5°～10°，扩散角是指两条最大视线轴之间的夹角。例如，入射光束702经光束扩散元件800后，光束沿传播方向的截面光斑可以为矩形，上述第一方向为矩形长边的延伸方向，第二方向为矩形短边的延伸方向，则上述第一方向的扩散角指与矩形光斑的长边两端连接的光线之间的夹角β1，上述第二方向的扩散角指与矩形光斑的短边两端连接的光线之间的夹角β2。例如，在光束经过光束扩散结构后，光束沿传播方向的截面形状为圆形时，扩散角为圆形截面边缘光线与光轴之间的夹角，且各方向扩散角均相同。光束的截面形状是指使用垂直于光束的中心线或者主传输轴线的平面剖切离开光束扩散元件的光线获得的截面，也即，光束的截面垂直于光束的中心线。
例如，入射光束702经过光束扩散元件800后，会扩散为沿传播方向具有特定大小和形状，且能量分布均匀化的光斑，光斑的大小和形状可以由光束扩散元件800的表面设计的特定的微结构精确控制。上述特定形状可以包括但不限于线形、圆形、椭圆形、正方形、和长方形。例如，光束扩散后的传播角度和光斑尺寸决定了最终成像的亮度及可视区域，扩散角度越小，成像亮度越高，可视区域也越小；反之亦然。
例如，光束扩散元件800可以为成本较低的散射光学元件，如匀光片、扩散片等，光束透过匀光片等散射光学元件时会发生散射，还会发生少量的衍射，但散射起主要作用，光束透过散射光学元件后会形成较大的光斑。
例如，光束扩散元件800也可以为对扩散效果控制更加精确的衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)，例如光束整形片(Beam Shaper)等。例如，衍射光学元件通过在表面设计特定的微结构，从而通过衍射起到光扩束作用，光斑较小，且光斑的大小和形状可控。
例如，图12A为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图12A所示，光束会聚元件700可以位于方向改变元件400和分束元件500与图像生成部200之间，且被配置为对从方向改变元件400射向图像生成部200的光线以及分束元件300射向图像生成部200的光线进行会聚。
例如，如图12A所示，光束扩散元件800位于光束会聚元件700与图像生成部200之间，且被配置为将经过光束会聚元件700会聚的光线扩散以使从图像源出射的图像光线扩散至预定区域，例如，预定区域可以是后续提到的第一预定区域，例如，预定区域可以包括后续提到的眼盒区域。
例如，图12B为根据本公开实施例的一示例提供的图像源的局部结构示意图。如图12B所示，与图12A所示示例不同之处在于本示例中的光束扩散元件800包括第一光束扩散元件801和第二光束扩散元件802，第一光束扩散元件801位于光束会聚元件700与图像生成部200之间，第二光束扩散元件802位于反射导光元件600与分束元件300之间，从而对光源100发出的光线起到更均匀扩散的效果。例如，第一光束扩散元件801和第二光束扩散元件802之间的距离可以为30～50mm。
图13为根据本公开另一实施例提供的抬头显示器的局部结构示意图。如图13所示，抬头显示器包括图1A至图12B所示的任一示例提供的图像源10以及位于图像源10出光侧的反射成像部20，反射成像部20被配置为将图像源10出射的光线反射至观察区30，且透射环境光。位于观察区30的用户可以观看到反射成像部20反射的图像源10所成像40以及位于反射成像部20远离观察区30一侧的环境景象。例如，图像源10发出的图像光线入射至反射成像部20，被反射成像部20反射的光线入射至用户，例如驾驶员双眼所在的观察区30，用户就可观察到形成于例如反射成像部外侧的虚像，同时不影响用户对外界环境的观察。
例如，上述观察区30可为眼盒(eyebox)区域，该眼盒区域是指用户双眼所在的、可以看到抬头显示器显示的图像的平面区域。例如，用户的双眼相对于眼盒区域的中心偏离一定距离，如上下、左右移动一定距离时，只要用户双眼仍处于眼盒区域内，用户仍然可以看到抬头显示器显示的图像。
例如，反射成像部20可为机动车的挡风玻璃或成像窗，分别对应风挡式抬头显示器(W-HUD)和组合式抬头显示器(C-HUD)。
例如，图像源10中的光源100出射的光线在经过光束会聚元件700以及光束扩散元件800后，图像源10出射的光线经过反射成像部20的反射后到达第一预定区域(即前文的预定区域)，该第一预定区域指一平面观察区域，该第一预定区域内聚集了大部分光(例如入射到第一预定区域所在的平面的光束中的90％以上光强的光聚集在了第一预定区域，入射到第一预定区域所在的平面的光束中的80％以上光强的光聚集在了第一预定区域，或者入射到第一预定区域所在的平面的光束中的60％以上光强的光聚集在了第一预定区域)，且入射到第一预定区域的光遍布于第一预定区域。而在图像源10的光路中去除光束扩散元件800的情况下，图像源10出射的光线经过反射成像部20的反射后到达位于第一预定区域内的第二区预定区域。例如，第二预定区域可以为面积很小的区域。例如，第二预定区域可能为一个点。例如，第二预定区域可以为上述光束会聚元件700将光线聚集的一定范围。例如，上述第一预定区域可以包括眼盒区域，即观察区30，上述第二预定区域可以为观察区30中的一个面积很小的区域，例如一个点，例如中心。由此，通过在图像源中设置光束扩散元件，可以保证入射至观察区的图像光至少完全覆盖观察区，在实现高光效的同时也不会影响正常的观察。
例如，图14为根据本公开另一实施例的另一示例提供的抬头显示器的局部结构示意图。如图14所示，反射成像部20包括第一层20-1、第二层20-2以及位于第一层20-1和第二层20-2之间的间隙(后面称之为夹层)；楔形膜21位于反射成像部20的夹层(也即，第一层20-1和第二层20-2之间的间隙)中。
以反射成像部20实现为交通工具的挡风玻璃(例如，前挡风玻璃)对设置了楔形膜21的反射成像部20以及图14所示的抬头显示器具有消重影功能进行示例性说明。例如，挡风玻璃采用双层玻璃结构，在两层玻璃之间利用特殊的工艺嵌入楔形的聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)层，通过使得反射成像部20实现为设置了楔形膜21的挡风玻璃，可以使得玻璃内外表面反射的图像(也即，第一层20-1反射的图像和第二层20-2反射的图像)重叠成一个影像，由此使得抬头显示器具有重影抑制(例如，消重影)功能。例如，楔形膜21具有薄的一端和厚的一端，还具有一定的角度，楔形膜21的角度需要根据抬头显示器的要求来设置。本公开实施例通过在反射成像部设置楔形膜，可以使反射成像部靠近图像源以及远离图像源的表面反射的图像重叠成一个影像以解决重影问题。
例如，图15为根据本公开另一实施例的另一示例提供的抬头显示器的局部结构示意图。如图15所示，反射成像部20面向图像源10的表面设置有选择性反射膜22、P偏振光反射膜22或者第一相位延迟部22。
例如，反射成像部20面向图像源10的表面设置有选择性反射膜22，选择性反射膜22被配置为对图像生成部出射的图像光线所在波段的反射率大于除图像光线所在波段以外波段的光线的反射率。例如，选择性反射膜22对图像生成部出射的图像光线所在波段的反射率可以大于80％、90％、95％、99.5％或其它适用的数值。例如，选择性反射膜22对除图像光线所在波段以外波段的光线的反射率可以小于30％、20％、10％、5％、1％、0.5％或其它适用的数值。
例如，选择性反射膜22被配置为反射图像生成部200出射的图像光线，且透过除图像光线所在波段以外波段的光线。例如，选择性反射膜22只反射图像生成部200发出的图像光线，如图像光线包括红绿蓝(RGB)三个波段的光线，则选择性反射膜22只反射RGB三个波段的光线并透过其他波段的光线。由此，图像光线就不会在反射成像部远离图像源的表面发生二次反射，进而消除重影。
例如，上述选择性反射膜22可以包括由无机氧化物薄膜或高分子薄膜堆叠而成的选择性透反膜，该透反膜由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成。这里的“不同折射率”指的是膜层在xyz三个方向上至少有一个方向上的折射率不同。例如，预先选取所需的不同折射率的膜层，并按照预先设置好的顺序对膜层进行堆叠，可以形成具备选择反射和选择透射特性的透反膜，该透反膜可以选择性反射某一特性的光线、透过另一特性的光线。例如，对于采用无机氧化物材料的膜层，该膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。例如，对于采用有机高分子材料的膜层，该有机高分子材料的膜层包括至少两种热塑性有机聚合物膜层。例如，两种热塑性聚合物膜层交替排列形成光学膜，且两种热塑性聚合物膜层的折射率不同。例如，上述有机高分子材料的分子为链状结构，拉伸后分子朝某个方向排列，造成不同方向上折射率不同，即通过特定的拉伸工艺即可形成所需的薄膜。例如，上述热塑性聚合物可以为不同聚合程度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及其衍生物、不同聚合程度的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其衍生物、不同聚合程度的聚对苯二酸丁二酯(PBT)及其衍生物等。
例如，反射成像部20面向图像源10的表面设置有P偏振光反射膜22以反射图像生成部200射向反射成像部20的P偏振态的光线，P偏振光反射膜22对P偏振态的光线的反射率大于对S偏振态的光线的反射率。
例如，图像源10发出的图像光线包括P偏振态的光线，反射成像部20的表面通过设置P偏振光反射膜22可以使P偏振的图像光线经P偏振光反射膜22反射后入射到观察区30。例如，反射成像部20的材料包括玻璃时，玻璃对P偏振光的透射率较高，反射率较低，因此除被P偏振光反射膜22反射的P偏振光外，透射过玻璃的P偏振光被反射成像部20外表面反射向观察区30的亮度很低，进而可以消除重影。
例如，P偏振光反射膜的结构与上述选择性反射膜的结构类似，都可通过多层膜堆叠的方式来实现，可以是有机膜堆叠或者无机膜堆叠而成的结构。例如，P偏振光反射膜可以为反射式偏光镜(Reflecting polarizer mirror，RPM)，即RPM膜。
例如，反射成像部20面向图像源10的表面设置有第一相位延迟部22，图像生成部200出射的光线包括S偏振态的光线，第一相位延迟部22被配置为将射入第一相位延迟部22的S偏振态的光线转换为非S偏振态的光线，例如P偏振态的光线、圆偏振光或椭圆偏振光。
例如，图像源10出射的图像光包括S偏振态的光线，第一相位延迟部22可以为1/2波片，入射到第一相位延迟部22的S偏振态的光线的一部分可以被反射成像部20反射至观察区30，另一部分经过第一相位延迟部22后被转换为P偏振态的光线，P偏振态的光线在反射成像部20外侧内表面的反射率很低，基本都会透射出去，进而消除重影。
例如，图像源10出射的图像光包括S偏振态的光线，第一相位延迟部22可以为1/4波片，入射到第一相位延迟部22的S偏振态的光线的一部分可以被反射成像部20反射至观察区30，另一部分经过第一相位延迟部22后被转换为圆偏振光，圆偏振光在反射成像部20外侧内表面的反射率很低，进而可以消除重影。
需要说明的是，为方面说明，第一相位延迟部22和反射成像部20之间具有间隙，但在实际应用中，第一相位延迟部22的表面紧贴反射成像部20的表面；图15中也放大了反射成像部20。例如，放大了反射成像部20的厚度。
本公开实施例中提供的抬头显示器，利用分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件将光源发出的非偏振光几乎全部转换为能够被图像生成部利用的特定偏振态的光线，从而提高光源发出的光线的利用率，光源在同等功率条件下，可提供具有更高亮度的图像。
本公开实施例提供的抬头显示器中，通过在反射成像部设置楔形膜、选择性反射膜、P偏振光反射膜或者第一相位延迟部可以有效消除重影。
例如，反射成像部，例如机动车的挡风玻璃对S偏振态的光线(S偏振光)的反射率较高，因此抬头显示器的图像源出射的光线一般包括S偏振光，此时，若用户，例如驾驶员佩戴墨镜时，墨镜是过滤S偏振光的，因此驾驶员佩戴墨镜时就无法看到抬头显示器的图像。本公开实施例的一示例中，在抬头显示器中的反射成像部面向图像源的一侧设置P偏振光反射膜，且图像源出射的图像光线包括P偏振态的光线时，反射成像部可以将P偏振态的图像光线反射至观察区以使双眼位于观察区的戴墨镜的用户依然可以看到图像源显示的图像，从而提高用户的使用体验。
例如，图16为根据本公开实施例提供的抬头显示器的局部结构示意图。如图16所示，在抬头显示器的图像源10和反射成像部20之间设置第二相位延迟部50，例如四分之一波片。上述的第二相位延迟部50是不紧贴设置在抬头显示器的反射成像部20上的，即第二相位延迟部50与反射成像部之间具有一定距离，使得图像源10出射的光线经过第二相位延迟部50后，经反射成像部20反射后，不会再次经过第二相位延迟部50，而是直接出射至观察区30。例如，图像源10出射的光线包括S偏振态的光线，第二相位延迟部50被配置为将入射至第二相位延迟部50的S偏振态的光线转换为圆偏振态的光线(圆偏振光)或椭圆偏振态的光线(椭圆偏振光)，圆偏振光或椭圆偏振光被反射成像部20反射后射向观察区30，因圆偏振光或椭圆偏振光包括P偏振分量，经过墨镜过滤后，P偏振态的光线使双眼位于观察区30的戴墨镜的用户依然可以看到图像源10显示的图像，从而提高用户的使用体验。
例如，图17为根据本公开另一实施例提供的交通设备的示例性框图。如图17所示，该交通设备包括本公开的至少一个实施例提供的抬头显示器。交通设备的前窗(例如，前挡风玻璃)被复用为抬头显示器的反射成像部20。
例如，该交通设备可以是各种适当的交通工具，例如可以包括各种类型的汽车等陆上交通设备，或可以是船等水上交通设备，只要其驾驶位置设置前窗且通过车载显示系统将图像透射到前窗上即可。
需要说的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方式，对本公开作了详尽的描述，但在本公开实施例基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。
有以下几点需要说明：
(1)本公开的实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (23)

1.一种图像源，包括：
光源和图像生成部，所述图像生成部位于所述光源的出光侧，所述光源发出的光线包括偏振方向垂直的第一偏振光和第二偏振光，所述图像生成部被配置为利用所述第一偏振光或所述第二偏振光生成图像光线，
其中，所述图像源还包括分束元件、方向改变元件以及偏振转换元件，
所述分束元件位于所述光源和所述图像生成部之间，且被配置为将入射到所述分束元件的光线分束为所述第一偏振光和所述第二偏振光，所述第一偏振光射向所述图像生成部，所述第二偏振光射向所述方向改变元件；
所述方向改变元件被配置为改变入射至所述方向改变元件的光线的传播方向以使其射向所述图像生成部；
所述偏振转换元件被配置为将所述第一偏振光和所述第二偏振光中不能被所述图像生成部利用的偏振光在到达所述图像生成部之前转换为能够被所述图像生成部利用的偏振光。
2.根据权利要求1所述的图像源，其中，所述图像生成部包括偏振层，所述偏振层位于所述图像生成部靠近所述光源的一侧，且所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光或所述第二偏振光的偏振方向，
所述偏振转换元件被配置为将所述第一偏振光和所述第二偏振光中偏振方向不平行于所述偏光轴的偏振光在到达所述图像生成部之前转换为偏振方向平行于所述偏光轴的偏振光。
3.根据权利要求2所述的图像源，其中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第二偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光，反射所述光源中的所述第二偏振光至所述方向改变元件，所述方向改变元件被配置为将入射至所述方向改变元件的所述第二偏振光反射至所述图像生成部；
所述偏振转换元件位于所述分束元件与所述图像生成部之间，且被配置为将从所述分束元件透射的所述第一偏振光转换为所述第二偏振光，转换后的所述第二偏振光射向所述图像生成部。
4.根据权利要求3所述的图像源，其中，所述偏振转换元件贴合在所述分束元件远离所述方向改变元件的一侧。
5.根据权利要求2所述的图像源，其中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光至所述图像生成部，反射所述光源中的所述第二偏振光至所述方向改变元件，
所述偏振转换元件位于所述方向改变元件与所述图像生成部之间，且被配置为将从所述方向改变元件反射的所述第二偏振光转换为所述第一偏振光，转换后的所述第一偏振光射向所述图像生成部。
6.根据权利要求2所述的图像源，其中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光至所述图像生成部，且将所述光源中的所述第二偏振光向所述方向改变元件反射，
所述偏振转换元件位于所述方向改变元件与所述分束元件之间，且被配置为将从所述分束元件反射向所述方向改变元件的所述第二偏振光转换为所述第一偏振光，所述方向改变元件被配置为将转换后的所述第一偏振光反射至所述图像生成部。
7.根据权利要求1-6任一项所述的图像源，其中，所述偏振转换元件包括二分之一波片。
8.根据权利要求2所述的图像源，其中，所述偏振层的偏光轴平行于所述第一偏振光的偏振方向，所述分束元件被配置为透射所述光源中的所述第一偏振光至所述图像生成部，且将所述光源中的所述第二偏振光向所述方向改变元件反射，
所述偏振转换元件位于所述方向改变元件与所述分束元件之间，且被配置为将从所述分束元件反射向所述方向改变元件的所述第二偏振光转换为第三偏振光，所述第三偏振光被所述方向改变元件反射且经过所述偏振转换元件后转换为所述第一偏振光，转换后的所述第一偏振光射向所述图像生成部。
9.根据权利要求8所述的图像源，其中，所述第三偏振光包括圆偏振光或椭圆偏振光。
10.根据权利要求8或9所述的图像源，其中，所述偏振转换元件包括四分之一波片。
11.根据权利要求8-10任一项所述的图像源，其中，所述反射元件和所述偏振转换元件贴合设置。
12.根据权利要求1-11任一项所述的图像源，其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光之一包括S偏振态的光线，所述第一偏振光和所述第二偏振光的另一个包括P偏振态的光线。
13.根据权利要求1-12任一项所述的图像源，其中，所述方向改变元件位于所述分束元件面向所述光源的一侧，所述分束元件的分束面与所述方向改变元件的反射面平行。
14.根据权利要求1-13任一项所述的图像源，其中，所述图像生成部包括液晶显示面板。
15.根据权利要求1-14任一项所述的图像源，其中，所述图像源还包括反射导光元件、光束会聚元件以及光束扩散元件，
所述反射导光元件的至少部分位于所述光源与所述分束元件之间，且被配置为对所述光源发出的光线进行反射以使从所述反射导光元件出射的光线为准直光线；
所述光束会聚元件位于所述方向改变元件和所述分束元件与所述图像生成部之间，且被配置为对从所述方向改变元件射向所述图像生成部的光线以及所述分束元件射向所述图像生成部的光线进行会聚；
所述光束扩散元件位于所述光束会聚元件与所述图像生成部之间，和/或位于所述分束元件与所述反射导光元件之间，且被配置为将经过所述光束扩散元件的光束进行扩散。
16.一种抬头显示器，包括：
权利要求1-15任一项所述的图像源；以及
反射成像部，位于所述图像源的出光侧，且被配置为将所述图像源出射的光线反射至观察区，且透射环境光。
17.根据权利要求16所述的抬头显示器，其中，所述反射成像部设置有楔形膜，所述楔形膜位于所述反射成像部的夹层中。
18.根据权利要求16所述的抬头显示器，其中，所述反射成像部面向所述图像源的表面设置有选择性反射膜，所述选择性反射膜被配置为对所述图像生成部出射的图像光线所在波段的反射率大于除所述图像光线所在波段以外波段的光线的反射率。
19.根据权利要求16所述的抬头显示器，其中，所述图像生成部射向所述反射成像部的光线包括P偏振态的光线，所述反射成像部面向所述图像源的表面设置有P偏振光反射膜以反射所述图像生成部射向所述反射成像部的所述P偏振态的光线。
20.根据权利要求16所述的抬头显示器，其中，所述图像生成部射向所述反射成像部的光线包括S偏振态的光线，所述反射成像部面向所述图像源的表面设置有第一相位延迟部，所述第一相位延迟部被配置为将射入所述第一相位延迟部的所述S偏振态的光线转换为非S偏振态的光线。
21.根据权利要求16所述的抬头显示器，还包括：
第二相位延迟部，位于所述图像源和所述反射成像部之间，
其中，所述图像生成部出射的光线包括S偏振态的光线，所述第二相位延迟部被配置为将入射至所述第二相位延迟部的所述S偏振态的光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的光线，转换后的所述圆偏振态或椭圆偏振态的光线经所述反射成像部反射后射向所述观察区。
22.一种交通设备，包括权利要求16-21任一项所述的抬头显示器。
23.根据权利要求22所述的交通设备，其中，所述反射成像部为所述交通设备的挡风玻璃。
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