CN114114814A - 一种适用于汽车的动态投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源、准直透镜、第一微透镜阵列、LCD投影源和第二微透镜阵列，还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅和波片阵列，波片阵列包括若干间隔设置的1/2波片；所述偏振光栅设于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之前，所述1/2波片和所述LCD投影源均设于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间，且所述1/2波片设于所述LCD投影源之前，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用。本发明能够提升光学效率，降低光学系统在LCD处产生的热量，避免由于系统过热对LCD造成的影响，提升系统的稳定性。

Description

一种适用于汽车的动态投影系统
技术领域
本发明涉及动态投影技术领域，具体而言，涉及一种适用于汽车的动态投影系统。
背景技术
目前，投影系统如图1所示，大多包括光源1、准直透镜2、微透镜阵列3和投影源，光源1发出的光首先被准直透镜2进行准直，然后到达第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10，第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10两者具备对值相同但方向相反的曲率和面型，同时第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10两者也可为一个整体。
第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10每个子透镜构成一个光学通道，其作用是将入射光线分割成数个子光束，每个子光束通过相应的光学通道，投影源通过让特定部分的光穿透自身，同时阻挡其他部分的入射光形成所需的投影图案，投影源通常具有数个投影图案，其中每个光学通道均对应一个投影图案。
投影源的透光结构可由印刷、镀膜、光刻等技术实现，其形式可为单独的一个元件(如投影菲林片)或是附着在第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10上(如在第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10表面镀膜、印刷或是在第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10的非光学面雕刻透光结构)。所有子光束经过第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10及投影源后，在某个距离实现重叠，形成最终的投图案5，图案5由投影源上的各个子投影图案互相重叠形成。
由于现有投影系统的投影源大部分通过印刷、镀膜、光刻等技术实现，此类技术的特点是一旦投影图案成型便无法再进行更改，即产品进行封装后投影图案就此固定，无法投影出动态效果，因此现在通常采用液晶显示面器(LCD)来做为投影源，即LCD投影源4。
然而LCD通过调节入射光的偏振性达到使特定的光线通过的同时屏蔽其余光线的效果。根据光的电场方向与其传播平面的相对关系，光的偏振性可分为P偏振和S偏振，互相之间偏振方向相差90°,只包含一种偏振性的光称为线偏振光。自然界以及绝大部分光源所发出的光均为非偏振光，即同时含有两个方向的偏振，各自占比约50％。LCD有两片偏振片及它们之中的一层液晶层构成，当非偏振光到达LCD时，第一片偏振片将会完全过滤掉其中一种偏振光，而LCD的液晶层将对被过滤后的线偏振光进行调制，然后与第二片偏振片一起决定需要让其通过和屏蔽的光线，从而达到高分辨率的投影效果。
由于其中一种偏振光被LCD的第一片偏振光完全过滤掉，从光源发出的光将损失约50％，此现象严重降低了系统的光学效率，使得投影内容的亮度无法匹配所使用光源的能力。此外，偏振片是通过吸收特定偏振方向的偏振光来实现过滤效果的，被吸收的光将转化成热能提升LCD的温度，此现象对于LCD的寿命以及调制效果均有较大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于汽车的动态投影系统，提升光学效率，降低光学系统在LCD处产生的热量，避免由于系统过热对LCD造成的影响，提升系统的稳定性。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源、准直透镜、第一微透镜阵列、LCD投影源和第二微透镜阵列，还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅和波片阵列，波片阵列包括若干间隔设置的1/2波片；所述偏振光栅设于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之前，所述1/2波片和所述LCD投影源均设于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间，且所述1/2波片设于所述LCD投影源之前，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用。
可选地，所述偏振光栅和所述第一微透镜阵列之间还设有转换波片。
可选地，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列的均包括若干子透镜，若干所述子透镜包括平凸透镜、双凸透镜和凹凸透镜的一种或多种。
一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源、准直透镜、第一微透镜阵列、LCD投影源和第二微透镜阵列，还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅、聚光透镜和波片阵列，波片阵列包括若干间隔设置的1/2波片；所述偏振光栅设于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之前，所述1/2波片设于所述第一微透镜阵列和所述二微透镜阵列之间，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用，所述LCD投影源和所述聚光透镜依次设于所述第二微透镜阵列之后。
可选地，所述偏振光栅和所述第一微透镜阵列之间还设有转换波片。
可选地，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列的均包括若干子透镜，若干所述子透镜包括平凸透镜、双凸透镜和凹凸透镜的一种或多种。
可选地，所述聚光透镜为平凸透镜、双凸透镜或凹凸透镜。
本发明至少具有如下优点和有益效果：本发明中，偏振光栅可将光源中的P偏振光和S偏振光分离，第一微透镜阵列将P偏振光和S偏振光的其中一种不能通过LCD的偏振片的偏振光聚焦到波片阵列上，通过1/2波片转换成另一种能够通过LCD的偏振片的偏振光，大大减少光能损失，提高了光学利用率；同时，大大减少LCD的偏振吸收过滤掉的光能，降低了光学系统在LCD处产生的热量，避免由于系统过热对LCD造成的影响，提升了系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中动态投影系统的结构示意图；
图2为实施例一提供的一种适用于汽车的动态投影系统的结构示意图；
图3为实施例一中单个子透镜301所对应的光路原理图；
图4为实施例二提供的一种适用于汽车的动态投影系统的结构示意图；
图标：1-光源，2-准直透镜，3-第一微透镜阵列，301-子透镜，4-LCD投影源，5-投影图像，6-聚光透镜，7-偏振光栅，8-波片阵列，801-1/2波片，9-转换波片，10-第二微透镜阵列
具体实施方式
实施例一
如图2所示，一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源1、准直透镜2、第一微透镜阵列3、LCD投影源4和第二微透镜阵列10，第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10均包括若干子透镜301，若干子透镜301包括平凸透镜、双凸透镜和凹凸透镜的一种或多种。
还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅7和波片阵列8，波片阵列8包括若干间隔设置的1/2波片801，容易理解的是，1/2波片801的数量应当与第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10的子透镜301数量相同；偏振光栅7设于第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10之前，1/2波片801和LCD投影源4均设于第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10之间，且1/2波片801设于LCD投影源4之前，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用。
使用时，光从光源1发出，经准直透镜2准直后经过偏振光栅7，偏振光栅7是一种基于偏振态的选择性光衍射器件，其作用是根据入射光的偏振态实现选择性分光。非偏振光通过偏振光栅7后，其中包含的S偏振光和P偏振光将以相对于入射光一定的角度分离，分离的角度取决于偏振光栅7的光栅线数。
第一微透镜阵列3使分离后的P偏振光和S偏振光被聚焦到互不相同的位置上，其中一种偏振光聚焦到波片阵列8上的1/2波片801上，例如，本实施例中，分离出的S偏振光被聚焦到若干1/2波片801上，被转换成能够通过LCD的偏振片的P偏振光；分离出的P偏振光被聚焦若干1/2波片的间隔之间(即不通过1/2波片801)，最后，分离出的P偏振光以及转换得到P偏振光通过LCD投影源4，再经第二微透镜阵列10后形成最终的投影图像5。
与现有技术相比，由于1/2波片801将其中一种不能通过LCD的偏振片的偏振光，转换成了能够通过LCD的偏振片的偏振光，大大减少光能损失，提高了光学利用率；同时，大大减少LCD的偏振吸收过滤掉的光能，降低了光学系统在LCD处产生的热量，避免由于系统过热对LCD造成的影响，提升了系统的稳定性。
本实施例中，偏振光栅7和第一微透镜阵列3之间还设有转换波片9，作用是将入射光线的偏振性偏转特定的度数，与偏振光栅7配合可将入射的非偏光更好地转化为与LCD匹配的偏振方向。
此外，值得说明的是，在使用偏振光栅7(或使用偏振光栅7配合转换波片9)将入射的非偏振光分离为P偏振光和S偏振光后，由于两种线偏振光存在一定的夹角以及偏振光栅存在一定的面积，出射光的光学扩展量增大(光学扩展量是与面积和发散角相关的物理量，在光学系统中只会保持或增加，一旦减小就意味着光能损失)，若通过一般光学元件对此时的出射光进行收束，光学系统将变得较为庞大。
而本发明通过第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10配合，可在保持通过偏振光栅7的光学扩展量不减小(即光效不降低的情况下)，将发散的两种偏振光收束并转换成单一线偏振光参与最终的投影。
图3展示了该系统单一光通道，即单个子透镜301所对应的光路原理图。其中两片子透镜301之间的距离约为该子透镜301的焦距f，而经过偏振光栅7(或偏振光栅7加转换波片9)后分束光的分束点在第一片子透镜301的光学面附近，此时，该发散光穿过第一片子透镜301，经过焦距f并通过与之对应的第二片子透镜301以后将会被准直，从而将该单元的图像在需要投影的距离进行成像。
1/2波片801的位置需要放在两片子透镜301之间，其具体位置为经过第一片子透镜301后的两种偏振光已经完全分开之后(如图3所示)。通过该方式将非偏振光转换为线P偏振光和S偏振光以后，整个投影系统体积依然能保持比较紧凑，满足各种在狭小的空间内安装投影灯具的条件。
实施例二
如图4所示，一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源1、准直透镜2、第一微透镜阵列3、LCD投影源4和第二微透镜阵列10，第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10均包括若干子透镜301，若干子透镜301包括平凸透镜、双凸透镜和凹凸透镜的一种或多种。
还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅7、聚光透镜6和波片阵列8，波片阵列8包括若干间隔设置的1/2波片801；偏振光栅7设于第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10之前，1/2波片801设于第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列10之间，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用，LCD投影源4和聚光透镜6依次设于第二微透镜阵列10之后。
使用时，光从光源1发出，经准直透镜2准直后经过偏振光栅7，偏振光栅7与实施例一相同，是一种基于偏振态的选择性光衍射器件，其作用是根据入射光的偏振态实现选择性分光。非偏振光通过偏振光栅7后，其中包含的S偏振光和P偏振光将以相对于入射光一定的角度分离，分离的角度取决于偏振光栅7的光栅线数。
第一微透镜阵列3使分离后的P偏振光和S偏振光被聚焦到互不相同的位置上，其中一种偏振光聚焦到波片阵列8上的1/2波片801上，例如，本实施例中，分离出的S偏振光被聚焦到若干1/2波片801上，被转换成能够通过LCD的偏振片的P偏振光；分离出的P偏振光被聚焦若干1/2波片的间隔之间(即不通过1/2波片801)，最后，分离出的P偏振光以及转换得到P偏振光通过第二微透镜阵列10，再经LCD投影源4以及聚光透镜6形成最终的投影图像5，聚光透镜6为平凸透镜、双凸透镜或凹凸透镜，起到聚焦的作用。
同样地，与现有技术相比，由于1/2波片801将其中一种不能通过LCD的偏振片的偏振光，转换成了能够通过LCD的偏振片的偏振光，大大减少光能损失，提高了光学利用率；同时，大大减少LCD的偏振吸收过滤掉的光能，降低了光学系统在LCD处产生的热量，避免由于系统过热对LCD造成的影响，提升了系统的稳定性。
与实施例一样，本实施例中，偏振光栅7和第一微透镜阵列3之间也设有转换波片9，作用同样是是将入射光线的偏振性偏转特定的度数，与偏振光栅7配合可将入射的非偏光更好地转化为与LCD匹配的偏振方向。
本实施例中单个子透镜301所对应的光路原理与实施例一类似，此处不再赘述。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源(1)、准直透镜(2)、第一微透镜阵列(3)、LCD投影源(4)和第二微透镜阵列(10)，其特征在于：
还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅(7)和波片阵列(8)，波片阵列(8)包括若干间隔设置的1/2波片(801)；
所述偏振光栅(7)设于所述第一微透镜阵列(3)和所述第二微透镜阵列(10)之前，所述1/2波片(801)和所述LCD投影源(4)均设于所述第一微透镜阵列(3)和所述第二微透镜阵列(10)之间，且所述1/2波片(801)设于所述LCD投影源(4)之前，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用。
2.根据权利要求1所述的适用于汽车的动态投影系统，其特征在于：所述偏振光栅(7)和所述第一微透镜阵列(3)之间还设有转换波片(9)。
3.根据权利要求1所述的适用于汽车的动态投影系统，其特征在于：所述第一微透镜阵列(3)和所述第二微透镜阵列(10)均包括若干子透镜(301)，若干所述子透镜(301)包括平凸透镜、双凸透镜和凹凸透镜的一种或多种。
4.一种适用于汽车的动态投影系统，包括光源(1)、准直透镜(2)、第一微透镜阵列(3)、LCD投影源(4)和第二微透镜阵列(10)，其特征在于：
还包括用于分离P偏振光和S偏振光的偏振光栅(7)、聚光透镜(6)和波片阵列(8)，波片阵列(8)包括若干间隔设置的1/2波片(801)；
所述偏振光栅(7)设于所述第一微透镜阵列(3)和所述第二微透镜阵列(10)之前，所述1/2波片(801)设于所述第一微透镜阵列(3)和所述第二微透镜阵列(10)之间，并起到将P偏振光和S偏振光的其中一种转换成另一种的作用，所述LCD投影源(4)和所述聚光透镜(6)依次设于所述第二微透镜阵列(10)之后。
5.根据权利要求4所述的适用于汽车的动态投影系统，其特征在于：所述偏振光栅(7)和所述第一微透镜阵列(3)之间还设有转换波片(9)。
6.根据权利要求4所述的适用于汽车的动态投影系统，其特征在于：所述第一微透镜阵列(3)和所述第二微透镜阵列(10)均包括若干子透镜(301)，若干所述子透镜(301)包括平凸透镜、双凸透镜和凹凸透镜的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的适用于汽车的动态投影系统，其特征在于：所述聚光透镜(6)为平凸透镜、双凸透镜或凹凸透镜。
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