CN218332279U - 光学系统和投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学系统和投影系统。该光学系统包括：光源组件，射出发射光；中间组件，接收发射光并射出P偏振光；以及1/2波片，将P偏振光转换为S偏振光。该投影系统包括：扩散片、曲面镜组件以及光学系统；扩散片位于光学系统的出射光路上，曲面镜组件位于扩散片的透射光路上。本申请通过设置1/2波片来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统的出射光为S偏振光，从而将其应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。

Description

光学系统和投影系统

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及光学系统和投影系统。

背景技术

平视显示器(Head Up Display，简称HUD)利用光学反射原理将重要的资讯投射在与驾驶员眼睛高度大致等高的玻璃上。驾驶员透过HUD往前方看的时候能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资讯融合在一起，驾驶员可以始终保持抬头的姿态，从而不仅可以避免驾驶员在低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化，降低眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适，而且还能避免低头查看仪表导致的注意力中断以及丧失对状态意识的掌握。

其中，图像生成单元(Projection Graphic Unit，简称PGU)是HUD核心组件，PGU可根据不同应用场景采用不同的感光芯片。其中，采用LCOS(Liquid Crystal on Silicon)芯片的PGU具有较高的分辨率、体积小、省电，并且其对应的制造技术也比较成熟。由于LCOS芯片只能对线偏振光的偏振态进行转换，而无法对自然光的偏振态进行转换，因此PGU需要额外设置偏振分光镜以对其入射光线的偏振态进行提纯。而偏振分光镜用于透射P线偏振光、反射S线偏振光，从而PGU的出射光为P线偏振光。根据布儒斯特定律可知，光从光疏介质到光密介质时，入射角在0°～90°的范围内时S线偏振光的相位没有变化，入射角小于60°时P线偏振光的相位也没有变化，而入射角大于60°时P线偏振光的相位会急剧衰减。由于HUD的入射光线与风挡法线的夹角大于60°，而采用LCOS芯片的PGU的出射光为P线偏振光，因此反射率低于1％、光效损失较大，光线经过HUD后成像在人眼处的图像亮度较低。另外，虽然分别采用DMD(Digital Micromirror Device)芯片和采用MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)芯片的两种PGU与上述PGU的类型不同，但是与采用LCOS芯片的PGU同理，这两种PGU也存在光效损失大的问题。

实用新型内容

本申请实施方式提供的光学系统和投影系统可解决或部分解决现有技术中的上述不足或现有技术中的其他不足。

根据本申请第一方面提供的光学系统，包括：光源组件，射出发射光；中间组件，接收所述发射光并射出P偏振光；以及1/2波片，将所述P偏振光转换为S偏振光。

根据本申请的一个实施例，所述1/2波片的波段为400nm～700nm。

根据本申请的一个实施例，所述1/2波片转换所述P偏振光与所述S偏振光的转换效率为90％～99％。

根据本申请的一个实施例，所述光学系统还包括成像镜头，所述成像镜头位于所述1/2波片的透射光路上。

根据本申请的一个实施例，所述发射光包括P偏振光和S偏振光，所述中间组件包括：偏振片，位于所述光源组件的发射光路上，用于透射所述S偏振光；偏振分光单元，位于所述偏振片的透射光路上，用于反射所述S偏振光以及透射所述P偏振光；以及感光芯片，位于所述偏振分光单元的反射光路上，用于将所述S偏振光转换为所述P偏振光后射向所述偏振分光单元。

根据本申请的一个实施例，所述中间组件还包括相位延迟补偿片，所述相位延迟补偿片位于所述偏振分光单元射向所述感光芯片的反射光路上。

根据本申请的一个实施例，所述相位延迟补偿片的工作波段为380nm～780nm。

根据本申请的一个实施例，所述相位延迟补偿片为矩形片状结构，所述相位延迟补偿片的水平对称轴相对水平方向的偏转角度为-20°～20°。

根据本申请的一个实施例，所述偏振片的偏振比为100：1～1000：1。

根据本申请的一个实施例，所述偏振分光单元包括偏振分光棱镜或偏振分光片。

根据本申请的一个实施例，所所述发射光包括P偏振光，所述中间组件包括直角棱镜和感光芯片，所述直角棱镜位于所述光源组件的发射光路上，所述直角棱镜用于将所述光源组件射出的所述P偏振光反射至所述感光芯片以及透射所述感光芯片反射的P偏振光。

根据本申请的一个实施例，所述发射光包括P偏振光，所述中间组件包括：反射镜，位于所述光源组件的发射光路上，用于反射所述P偏振光；以及感光芯片，位于所述反射镜的反射光路上，用于将所述P偏振光偏转方向后射向1/2波片。

根据本申请第二方面提供的投影系统，包括扩散片、曲面镜组件以及本申请第一方面所述的光学系统；所述扩散片位于所述光学系统的出射光路上，所述曲面镜组件位于所述扩散片的透射光路上。

本申请实施例提供的光学系统和投影系统，通过设置1/2波片来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统的出射光为S偏振光，从而该光学系统的出射光从光疏介质照射到光密介质时，在0°～90°的入射角度范围内时其相位没有变化，也就是说，将本申请实施方式的光学系统应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。

在附图中：

图1是根据本申请的实施方式的光学系统的结构示意图之一；

图2是根据本申请的实施方式的光学系统的结构示意图之二；

图3是根据本申请的实施方式的光学系统的结构示意图之三；

图4是根据本申请的实施方式的光学系统的结构示意图之四；

图5是根据本申请的实施方式的光学系统的结构示意图之五；

图6是根据本申请的实施方式的偏振片的结构示意图；

图7是根据本申请的实施方式的相位延迟补偿片的结构示意图；

图8是根据本申请的实施方式的投影系统的结构示意图。

附图标记：

100、光源组件；200、中间组件；210、感光芯片；

211、LCOS芯片；212、DMD芯片；213、MEMS芯片；

220、偏振片；231、偏振分光棱镜；232、偏振分光片；

233、直角棱镜；234、反射镜；240、相位延迟补偿片；

300、1/2波片；400、成像镜头；500、像面；600、扩散片；

710、第一自由曲面镜；720、第二自由曲面镜；800、挡风玻璃；

900、人眼；1000、光学系统。

具体实施方式

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

相关技术中，HUD系统通常包括PGU、扩散片、第一自由曲面镜和第二自由曲面镜，PGU射出的光线透过扩散片后射向第一自由曲面镜，第一自由曲面镜将光线反射至第二自由曲面镜，第二自由曲面镜再将光线反射至挡风玻璃，挡风玻璃的反射光线最终射向人眼。由于第二自由曲面镜的反射光在挡风玻璃上的入射角大于60°，而根据布儒斯特定律可知光从光疏介质到光密介质时，入射角在0°～90°的范围内时S线偏振光的相位没有变化，入射角大于60°时P线偏振光的相位会急剧衰减，因此当PGU的出射光为P线偏振光时HUD系统光效损失较大，导致光线在人眼处的图像亮度较低。

为了解决上述问题，如图1所示，本申请实施方式提供了一种光学系统1000，该光学系统1000包括光源组件100、中间组件200和1/2波片300；其中，光源组件100射出发射光，中间组件200接收发射光并射出P偏振光；1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光。

光源组件100射出的发射光射向中间组件200，中间组件200接收该发射光并向1/2波片200射出P偏振光，1/2波片300再将P偏振光转换为S偏振光。可见，1/2波片300的存在可保证光学系统1000的出射光为S偏振光，而根据布儒斯特定律可知光从光疏介质到光密介质时，入射角在0°～90°的范围内时S偏振光的相位没有变化，从而将本申请实施方式的光学系统1000应用于HUD时该光学系统1000的出射光经风挡反射后其相位没有变化。经研究发现，相比于现有技术，HUD采用本申请实施例的光学系统1000时其反射率至少可以从1％提高至20％。

由上可知，本申请实施方式的光学系统1000通过设置1/2波片300来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统1000的出射光为S偏振光，从而该光学系统1000的出射光从光疏介质照射到光密介质时，在0°～90°的入射角度范围内时其相位没有变化，也就是说，将本申请实施方式的光学系统1000应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。

需要说明的是，中间组件200射出的P偏振光的光路方向既可以与光源组件100射出的发射光的光路方向相同或者相反，也可以与其呈一定夹角，该夹角可以是锐角、直角或钝角。此外，本申请中的P偏振光可以但不限于是P线偏振光，同理S偏振光可以但不限于是S线偏振光。

在一些实施例中，1/2波片300为宽波段1/2波片。进一步地，1/2波片300的波段为400nm～700nm。本申请实施例通过合理控制1/2波片300的波段范围，能够在保证1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光的前提下，进一步减小由于波长单一所产生的光效损失。

在一些实施例中，1/2波片300转换P偏振光与S偏振光的转换效率为90％～99％。进一步地，1/2波片300的上述转换效率可以为95％～99％。例如，1/2波片300的上述转换效率为96％、97％或98％。

在一些实施例中，光源组件100包括至少一个光源，该光源为激光光源或LED光源，激光光源射出的发射光为P偏振光，LED光源射出的发射光为P偏振光和S偏振光。当然，光源除了可以是激光光源或LED光源以外，还可以是其他类型的光源，本申请对此并不做限制。由于光源类型不同时，其射出的发射光的偏振态也不同，从而中间组件200也具有不同的结构形式。

例如，再结合图2和图3所示，当光源为LED光源时也即发射光包括P偏振光和S偏振光时，中间组件200包括偏振片220、偏振分光单元和感光芯片210；其中，偏振片220位于光源组件100的发射光路上，偏振片220用于透射S偏振光；偏振分光单元位于偏振片220的透射光路上，偏振分光单元用于反射S偏振光以及透射P偏振光；感光芯片210位于偏振分光单元的反射光路上，感光芯片210用于将S偏振光转换为P偏振光后射向偏振分光单元。其中，偏振分光单元可以包括但不限于是偏振分光棱镜231或偏振分光片232，偏振分光棱镜231可以为常规镀膜的偏振分光棱镜，也可以是金属栅偏振分光棱镜。其中，感光芯片210可以但不限于是LCOS芯片211。

上文中偏振片220的作用是将自然光转换为偏振光，本申请可通过利用偏振仪器来确定光轴上光线的偏振方向，以此来调节偏振片220的安装角度以使得偏振片220仅允许S偏振光透过。由此，当LED光源处于亮态时其射出的发射光射向偏振片220，该发射光中只有S偏振光能够透过偏振片220射向偏振分光单元，S偏振光经过偏振分光单元反射后射向感光芯片210，感光芯片210将S偏振光转换为P偏振光后再次反射至偏振分光单元，P偏振光透过偏振分光单元射向1/2波片300，1/2波片300再将P偏振光转换为S偏振光。可见，本申请实施方式通过借助1/2波片300可将光学系统1000的出射光最终转换为S偏振光，而根据布儒斯特定律可知光从光疏介质到光密介质时，入射角在0°～90°的范围内时S偏振光的相位没有变化，从而本申请实施例的光学系统1000应用于HUD时该光学系统1000的出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小。

同理，当LED光源处于暗态时，发射光也即S偏振光+P偏振光射向偏振片220，发射光中只有S偏振光透过偏振片220射向偏振分光单元，透过偏振片220的S偏振光被偏振分光单元反射至感光芯片210。但是，由于LED光源处于暗态时感光芯片210不工作，换言之，感光芯片210不会将S偏振光转换为P偏振光，因此偏振分光单元反射至感光芯片210的S偏振光又会被感光芯片210重新反射回偏振分光单元。而由于偏振分光单元用于反射S偏振光以及透射P偏振光，因此感光芯片210反射至偏振分光单元的S偏振光又会被偏振分光单元重新反射回LED光源。但是，鉴于偏振片220仅针对单波长工作以及偏振分光单元的膜层特性，感光芯片210反射至偏振分光单元的S偏振光可能并非全部被偏振分光单元反射回LED光源，一部分杂光可能会透过偏振分光单元进入像面，进而影响成像质量。为了避免上述问题，本申请实施例的中间组件200还可以包括相位延迟补偿片240，相位延迟补偿片240位于偏振分光单元射向感光芯片210的反射光路上。相位延迟补偿片240可使两束相互垂直的偏振光之间产生相位延迟，从而改变光线的偏振态，也就是说，相位延迟补偿片240仅可改变偏振光的振动方向。从而本申请实施方式通过将相位延迟补偿片240的安装角度调节在一定范围内就能够改变S偏振光的振动方向，进而补偿发射光经过偏振片220和感光芯片210后产生的相位差，保证感光芯片210反射至偏振分光单元的S偏振光全部被反射回光源。可见，本申请实施例通过同时采用偏振片220和相位延迟补偿片240可以进一步提高整个光学系统1000的出射光中S偏振光的偏振态纯度，避免杂光干扰。

在一些实施例中，相位延迟补偿片240为矩形片状结构。进一步地，如图7所示，相位延迟补偿片240的水平对称轴相对水平方向的偏转角度α为-20°～20°。以图7所示的方位为基准，上文中“水平方向”指代的是左右方向，光轴垂直于纸面，也就是说，光轴垂直于相位延迟补偿片240的表面。作为示例，该偏转角度α可为-10°～10°，例如偏转角度α为-5°或5°。

在一些实施例中，相位延迟补偿片240的工作波段为380nm～780nm。进一步地，相位延迟补偿片240的工作波段为400nm～650nm。例如，相位延迟补偿片240的工作波段为450nm、500nm或600nm。

在一些实施例中，偏振片220的偏振比为100：1～1000：1。由于偏振片220的偏振比越高，透过偏振片220的偏振光的纯度就越高，因此本申请实施方式通过合理配置偏振片220的偏振比就可以进一步提高S偏振光的纯度。进一步地，偏振片220的偏振比为500：1～1000：1。其中，如图6所示，偏振片220可以但不限于是圆形或矩形片状结构。

在一些实施例中，光学系统1000还包括成像镜头400，成像镜头400位于1/2波片300的透射光路上。

又如，如图4和图5所示，当光源为激光光源时也即发射光包括P偏振光时，中间组件200可以为包括直角棱镜233和感光芯片210的组件，也可以为包括反射镜234和感光芯片210的组件。

在中间组件200包括直角棱镜233和感光芯片210的情况下，直角棱镜233位于光源组件100的发射光路上，直角棱镜233用于将光源组件100射出的P偏振光反射至感光芯片210以及透射感光芯片210反射的P偏振光。组装中间组件200时通过合理调节光源组件100与直角棱镜233的相对位置关系，可使光源组件100射出的发射光在直角棱镜233斜面的入射角大于其全反射角。由此，激光光源射出的发射光也即P偏振光射向直角棱镜233后，基于布儒斯特定律P偏振光在直角棱镜233的斜面发生反射，被反射的P偏振光射向感光芯片210，经感光芯片210反射的P偏振光又透过直角棱镜233射向1/2波片300，1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光。

在中间组件200包括反射镜234和感光芯片210的情况下，反射镜234位于光源组件100的发射光路上，反射镜234用于反射P偏振光；感光芯片210位于反射镜234的反射光路上，感光芯片210用于将P偏振光偏转方向后射向1/2波片300。由此，激光光源射出的发射光也即P偏振光射向反射镜234后，反射镜234将其反射至感光芯片210，经感光芯片210反射的P偏振光直接射向1/2波片300，1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光。

下面对本申请实施方式中不同结构形式的光学系统1000进行举例说明：

实施例1

如图2所示，本申请实施例中光学系统1000包括光源组件100、偏振片220、偏振分光棱镜231、感光芯片210、相位延迟补偿片240、1/2波片300和成像镜头400；其中，光源组件100包括LED光源，感光芯片210为LCOS芯片211；LED光源射出包括P偏振光和S偏振光的发射光，偏振片220位于LED光源的发射光路上，偏振分光棱镜231位于偏振片220的透射光路上，相位延迟补偿片240位于偏振分光棱镜231的反射光路上，LCOS芯片211位于相位延迟补偿片240的透射光路上，1/2波片300位于偏振分光棱镜231的透射光路上，成像镜头400位于1/2波片300的透射光路上。

当LED光源处于亮态时其射出的发射光射向偏振片220，该发射光中只有S偏振光能够透过偏振片220射向偏振分光棱镜231，S偏振光经过偏振分光棱镜231反射后透过相位延迟补偿片240射向LCOS芯片211。此时，LCOS芯片211处于工作状态，LCOS芯片211将S偏振光转换为P偏振光并反射至相位延迟补偿片240，P偏振光依次透过相位延迟补偿片240和偏振分光棱镜231后射向1/2波片300，1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光并射向成像镜头400。同理，当LED光源处于暗态时其射出的发射光中只有S偏振光能够透过偏振片220射向偏振分光棱镜231，S偏振光经过偏振分光棱镜231反射后透过相位延迟补偿片240射向LCOS芯片211。此时，LCOS芯片211处于非工作状态，也就是说，LCOS芯片211不会将S偏振光转换为P偏振光，因此S偏振光又会被LCOS芯片211反射至相位延迟补偿片240，接着再由偏振分光棱镜231反射回LED光源。由于相位延迟补偿片240可使两束相互垂直的偏振光之间产生相位延迟，进而改变光线的偏振态，也就是说，相位延迟补偿片240仅可改变偏振光的振动方向，因此在上述过程中，相位延迟补偿片240能够改变S偏振光的振动方向，进而补偿发射光经过偏振片220和LCOS芯片211后产生的相位差，保证LCOS芯片211反射至偏振分光单元的S偏振光全部被反射回光源，从而避免因偏振片220仅针对单波长工作以及偏振分光棱镜231的膜层特性等因素导致S偏振光无法全部被偏振分光棱镜231反射回LED光源，而使得一部分杂光透过偏振分光棱镜231进入成像镜头400的问题出现。

可见，本申请实施例通过设置1/2波片300来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统1000的出射光为S偏振光，从而该光学系统1000的出射光从光疏介质照射到光密介质时，在0°～90°的入射角度范围内时其相位没有变化，也就是说，将本申请实施方式的光学系统1000应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。此外，本申请实施例通过同时采用偏振片220和相位延迟补偿片240可以进一步提高整个光学系统1000的出射光中S偏振光的偏振态纯度，避免杂光干扰。

实施例2

如图3所示，本申请实施例中光学系统1000包括光源组件100、偏振片220、偏振分光片232、感光芯片210、相位延迟补偿片240、1/2波片300和成像镜头400；其中，光源组件100包括LED光源，感光芯片210为LCOS芯片211；LED光源射出包括P偏振光和S偏振光的发射光，偏振片220位于LED光源的发射光路上，偏振分光片232位于偏振片220的透射光路上，相位延迟补偿片240位于偏振分光片232的反射光路上，LCOS芯片211位于相位延迟补偿片240的透射光路上，1/2波片300位于偏振分光片232的透射光路上，成像镜头400位于1/2波片300的透射光路上。

当LED光源处于亮态时其射出的发射光射向偏振片220，该发射光中只有S偏振光能够透过偏振片220射向偏振分光片232，S偏振光经过偏振分光片232反射后透过相位延迟补偿片240射向LCOS芯片211。此时，LCOS芯片211处于工作状态，LCOS芯片211将S偏振光转换为P偏振光并反射至相位延迟补偿片240，P偏振光依次透过相位延迟补偿片240和偏振分光片232后射向1/2波片300，1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光并射向成像镜头400。同理，当LED光源处于暗态时其射出的发射光中只有S偏振光能够透过偏振片220射向偏振分光片232，S偏振光经过偏振分光片232反射后透过相位延迟补偿片240射向LCOS芯片211。此时，LCOS芯片211处于非工作状态，也就是说，LCOS芯片211不会将S偏振光转换为P偏振光，因此S偏振光又会被LCOS芯片211反射至相位延迟补偿片240，接着再由偏振分光片232反射回LED光源。由于相位延迟补偿片240可使两束相互垂直的偏振光之间产生相位延迟，进而改变光线的偏振态，也就是说，相位延迟补偿片240仅可改变偏振光的振动方向，因此在上述过程中，相位延迟补偿片240能够改变S偏振光的振动方向，进而补偿发射光经过偏振片220和LCOS芯片211后产生的相位差，保证LCOS芯片211反射至偏振分光单元的S偏振光全部被反射回光源，从而避免因偏振片220仅针对单波长工作以及偏振分光片232的膜层特性等因素导致S偏振光无法全部被偏振分光片232反射回LED光源，而使得一部分杂光透过偏振分光片232进入成像镜头400的问题出现。

可见，本申请实施例通过设置1/2波片300来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统1000的出射光为S偏振光，从而该光学系统1000的出射光从光疏介质照射到光密介质时，在0°～90°的入射角度范围内时其相位没有变化，也就是说，将本申请实施方式的光学系统1000应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。此外，本申请实施例通过同时采用偏振片220和相位延迟补偿片240可以进一步提高整个光学系统1000的出射光中S偏振光的偏振态纯度，避免杂光干扰。

实施例3

如图4所示，本申请实施例中光学系统1000包括光源组件100、直角棱镜233、感光芯片210、1/2波片300和成像镜头400；其中，光源组件100包括激光光源，感光芯片210为DMD芯片212；激光光源射出发射光即P偏振光，直角棱镜233位于激光光源的发射光路上，DMD芯片212位于直角棱镜233的反射光路上，1/2波片300位于直角棱镜233的透射光路上，成像镜头400位于1/2波片300的透射光路上。

由此，激光光源射出的发射光也即P偏振光射向直角棱镜233后，基于布儒斯特定律P偏振光在直角棱镜233的斜面发生反射，被反射的P偏振光射向DMD芯片212，经DMD芯片212反射的P偏振光透过直角棱镜233射向1/2波片300，1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光并射向成像镜头400。

可见，本申请实施例通过设置1/2波片300来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统1000的出射光为S偏振光，从而该光学系统1000的出射光从光疏介质照射到光密介质时，在0°～90°的入射角度范围内时其相位没有变化，也就是说，将本申请实施方式的光学系统1000应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。

实施例4

如图5所示，本申请实施例中光学系统1000包括光源组件100、反射镜234、感光芯片210和1/2波片300；其中，光源组件100包括激光光源，感光芯片210为MEMS芯片213；激光光源射出发射光即P偏振光，反射镜234位于激光光源的发射光路上，MEMS芯片213位于反射镜234的反射光路上，1/2波片300位于MEMS芯片213的反射光路上，像面500位于1/2波片300的透射光路上。

由此，激光光源射出的发射光也即P偏振光射向反射镜234后，反射镜234将其反射至MEMS芯片213，经MEMS芯片213反射的P偏振光直接射向1/2波片300，1/2波片300将P偏振光转换为S偏振光后射向像面500。

可见，本申请实施例通过设置1/2波片300来改变光线的偏振态，就可以保证光学系统1000的出射光为S偏振光，从而该光学系统1000的出射光从光疏介质照射到光密介质时，在0°～90°的入射角度范围内时其相位没有变化，也就是说，将本申请实施方式的光学系统1000应用于HUD时其出射光经风挡反射后其相位没有变化，光效损失非常小，由此便可以提高HUD的出射光在风挡的反射率，减小光效损失，进而显著提高成像在人眼处的亮度和光效。

另外，如图8所示，本申请实施方式还提供了一种投影系统，该投影系统包括扩散片600、曲面镜组件以及上述任意一种光学系统1000；扩散片600位于光学系统1000的出射光路上，曲面镜组件位于扩散片600的透射光路上。

其中，曲面镜组件包括多个自由曲面镜。作为示例，上述投影系统为HUD，曲面镜组件包括第一自由曲面镜710和第二自由曲面镜720，光学系统1000的出射光也即S偏振光透过扩散片600射向第一自由曲面镜710，第一自由曲面镜710将S偏振光反射至第二自由曲面镜720，第二自由曲面镜720可再将S偏振光反射至挡风玻璃800，挡风玻璃800的反射光线最终射向人眼900。

由于本申请实施例中投影系统射向挡风玻璃800的光线为S偏振光，而根据布儒斯特定律可知光从光疏介质到光密介质时，入射角θ在0°～90°的范围内时S偏振光的相位没有变化，因此本申请实施方式的投影系统射出的光线经挡风玻璃800反射后其相位没有变化。经研究发现，相比于现有技术，本申请实施例的投影系统的反射率至少可以从1％提高至20％。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (13)

1.一种光学系统，其特征在于，包括：

光源组件，射出发射光；

中间组件，接收所述发射光并射出P偏振光；以及

1/2波片，将所述P偏振光转换为S偏振光。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述1/2波片的波段为400nm～700nm。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述1/2波片转换所述P偏振光与所述S偏振光的转换效率为90％～99％。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光学系统，其中，所述光学系统还包括成像镜头，所述成像镜头位于所述1/2波片的透射光路上。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述发射光包括P偏振光和S偏振光，所述中间组件包括：

偏振片，位于所述光源组件的发射光路上，用于透射所述S偏振光；

偏振分光单元，位于所述偏振片的透射光路上，用于反射所述S偏振光以及透射所述P偏振光；以及

感光芯片，位于所述偏振分光单元的反射光路上，用于将所述S偏振光转换为所述P偏振光后射向所述偏振分光单元。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述中间组件还包括相位延迟补偿片，所述相位延迟补偿片位于所述偏振分光单元射向所述感光芯片的反射光路上。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述相位延迟补偿片的工作波段为380nm～780nm。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述相位延迟补偿片为矩形片状结构，所述相位延迟补偿片的水平对称轴相对水平方向的偏转角度为-20°～20°。

9.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述偏振片的偏振比为100：1～1000：1。

10.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述偏振分光单元包括偏振分光棱镜或偏振分光片。

11.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述发射光包括P偏振光，所述中间组件包括直角棱镜和感光芯片，所述直角棱镜位于所述光源组件的发射光路上，所述直角棱镜用于将所述光源组件射出的所述P偏振光反射至所述感光芯片以及透射所述感光芯片反射的P偏振光。

12.根据权利要求1至3任一项所述的光学系统，其中，所述发射光包括P偏振光，所述中间组件包括：

反射镜，位于所述光源组件的发射光路上，用于反射所述P偏振光；以及

感光芯片，位于所述反射镜的反射光路上，用于将所述P偏振光偏转方向后射向1/2波片。

13.一种投影系统，其特征在于，包括扩散片、曲面镜组件以及如权利要求1至12任一项所述的光学系统；所述扩散片位于所述光学系统的出射光路上，所述曲面镜组件位于所述扩散片的透射光路上。

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