TW202248714A - 一種圖像生成裝置、投影裝置及車輛 - Google Patents

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Abstract

本申請實施例提供了一種圖像生成裝置、投影裝置及車輛。該圖像生成裝置至少包括光源組件、空間光調製組件、光束調節組件和鏡頭組件；其中，光源組件用於產生第一光束；空間光調製組件用於對第一光束進行調製以生成圖像光束；鏡頭組件用於將圖像光束投射至投影面上顯示目標圖像；光束調節組件配置於鏡頭組件中或者光源組件和空間光調製組件之間的光徑上，用於調節第一光束的光量，進而調節目標圖像的亮度。本申請實施例提供的圖像生成裝置在無需特別設計光源組件的驅動電路的情況下，實現了動態調節圖像生成裝置的生成圖像的亮度。

Description

一種圖像生成裝置、投影裝置及車輛
本申請關於投影顯示技術領域，尤其關於一種圖像生成裝置、投影裝置及車輛。
抬頭顯示（head up display，HUD）也叫平視顯示系統，它是把速度、導航等訊息投射至駕駛員前方的一種裝置，使駕駛員不必低頭即可看到儀表訊息。最初HUD是飛行器使用的一種技術，比如戰鬥機上駕駛員可以基於HUD進行物體追蹤和瞄準，可以提高作戰成功率和靈活性。後來這種技術應用到了汽車中，駕駛員可以在視野前方看到汽車運行的速度、導航、信號燈等訊息，而不需低頭觀察方向盤下方的儀表板或者中控顯示螢幕，這可以大大提高緊急情況時的制動反應時間，提升駕駛的安全性。HUD的原理是導航和儀錶等訊息經過圖像生成單元（picture generate unit，PGU）產生圖像，然後將該圖像投影到擋風玻璃上形成實像，或者通過曲面反射鏡和風擋在汽車前方形成人眼觀測的放大虛像供駕駛員作駕駛參考。
HUD在白天和夜晚開啟時，環境亮度差別很大，這要求HUD的顯示亮度可以根據環境亮度進行調節。HUD的最高亮度根據白天環境設計，一般要求達到10000尼特以上，到了夜間環境亮度降低，人眼適應暗環境後，這個亮度會非常刺眼，導致看不清道路情況，影響駕駛安全，所以這時的亮度需要降低，某些情況下需要降到100尼特以下。現在一般調節HUD亮度的方法是通過調節電流降低PGU背光源的亮度，從而降低投射虛像的亮度。但是該方案需要特別設計驅動電路，支持大範圍穩定調節電流的驅動設計是較複雜的，這會一定程度上增加HUD的成本。
為了克服上述問題，本申請的實施例提供了一種圖像生成裝置、投影裝置及車輛，在無需特別設計光源組件的驅動電路的情況下，實現了動態調節圖像生成裝置的生成圖像的亮度。
為了實現上述目的，第一方面，本申請提供一種圖像生成裝置，至少包括光源組件、空間光調製組件、光束調節組件和鏡頭組件；其中，光源組件用於產生第一光束；空間光調製組件用於對第一光束進行調製以生成圖像光束；鏡頭組件用於將圖像光束投射至投影面上顯示目標圖像；光束調節組件配置於鏡頭組件中或者光源組件和空間光調製組件之間的光徑上，用於調節第一光束的光量，進而調節目標圖像的亮度。由此，在無需特別設計光源組件的驅動電路的情況下，實現了動態調節圖像生成裝置的生成圖像的亮度。
在一個可能的實施方式中，光束調節組件包括控制元件和可調孔徑光闌元件，控制元件控制可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，以調節第一光束的光量。進一步實現在調節圖像亮度的同時調節圖像的對比度。
可選的，可調孔徑光闌元件的通光孔為圓形通光孔或矩形通光孔。
在另一個可能的實施方式中，圖像生成裝置還包括勻光組件，勻光組件配置於光源組件和空間調製組件之間的光徑上，用於將光源組件產生的第一光束進行勻光；光束調節組件配置於光源組件和勻光組件之間的光徑上，或者，光束調節組件配置於勻光組件和空間光調製組件之間的光徑上。
可選的，勻光組件為複眼透鏡。
在另一個可能的實施方式中，空間光調製組件為反射型空間光調製組件。
在另一個可能的實施方式中，反射型空間光調製組件為LCoS組件，圖像生成裝置還包括偏振分光鏡元件；該偏振分光鏡元件配置於光源組件和LCoS組件之間的光徑上，用於將S偏振光的光束反射至LCoS組件，將P偏振光的光束透射至鏡頭組件。
在另一個可能的實施方式中，圖像生成裝置還包括偏光轉換元件；該偏光轉換元件配置於光源組件和偏振分光鏡元件之間的光徑上，用於將所述第一光束調製為S偏振光的光束。
在另一個可能的實施方式中，LCoS組件包括矩形LCoS面板；該矩形LCoS面板的短邊延伸方向與入射面平行，該入射面為偏振分光鏡元件的入射光束和反射光束確定的平面。
在另一個可能的實施方式中，反射型空間光調製組件為DMD組件，圖像生成裝置還包括第一準直透鏡元件和反射鏡元件；第一準直透鏡元件配置於光源組件和DMD組件之間的光徑上，用於將第一光束準直；反射鏡元件配置於第一準直透鏡元件和DMD組件之間的光徑上，用於將第一準直透鏡元件準直後的光束反射至DMD組件。
在另一個可能的實施方式中，上述光源組件至少包括：紅光LED元件，用於產生紅色光束；綠光LED元件，用於產生綠色光束；第一藍光LED元件，用於產生第一藍色光束；第二藍光LED元件，與第一藍色發光元件相對設置，用於產生第二藍色光束；第一二向色鏡元件，配置於綠色光束、第一藍色光束和第二藍色光束的傳輸路徑上，用於反射第一藍色光束至綠光LED元件，透射綠色光束和反射第二藍色光束至綠色光束的傳輸路徑上形成混合光束；第二二向色鏡元件，配置於紅色光束和混合光束的傳輸路徑上，用於透射混合光束和反射紅色光束至混合光束的傳輸路徑上形成第一光束。
在另一個可能的實施方式中，光源組件還包括第二準直透鏡元件；第二準直透鏡元件配置於混合光束的傳輸路徑上，用於將混合光束準直至第二二向色鏡元件。
第二方面，本申請還提供了一種投影裝置，包括第一方面的圖像生成裝置和環境亮度感應器；該環境亮度感應器用於檢測投影面所在環境的亮度；圖像生成裝置與環境亮度感應器通信連接，用於根據投影面所在環境的亮度，調節目標圖像的亮度。
本申請提供的投影裝置，可根據環境亮度自動調節投影圖像的亮度，增加使用者的使用體驗。
在一個可能的實施方式中，環境亮度感應器與控制元件通信連接；控制元件根據投影面所在環境的亮度，控制可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，以調節目標圖像的亮度。
本申請提供的投影裝置，在根據環境亮度自動調節投影圖像的亮度的同時，還調節了投影圖像的對比度，實現在黑暗環境下自動降低投影圖像的亮度，同時增加投影圖像的對比度。
第三方面，本申請實施例還提供一種車輛，包括第一方面的圖像生成裝置，或第二方面的投影裝置。
下面將結合本申請實施例中的圖式，對本申請實施例中的技術方案進行描述。
在本申請的描述中，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。
在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，還可以是抵觸連接或一體的連接；對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，可以具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。
圖1為本申請實施例提供的一種圖像生成裝置的結構示意圖。如圖1所示，圖像生成裝置至少包括光源組件10、光束調節組件20、空間光調製組件30和鏡頭組件40；其中，光源組件10產生第一光束；空間光調製組件30配置於第一光束的傳輸路徑上，對第一光束進行調製以生成圖像光束；鏡頭組件40配置於圖像光束的傳輸路徑上，將圖像光束投射至投影面50上顯示目標圖像；光束調節組件20配置於光源組件10和空間光調製組件30之間的光徑上，用於調節第一光束的光量，進而調節目標圖像的亮度。
本申請實施例的圖像生成裝置，通過在光學層面的設計實現了動態調節圖像生成裝置的生成圖像的亮度，避免了現有方案中需要較為複雜的驅動電路帶來的成本過高的問題。
容易理解的是，本申請實施例中提到的投影面的含義為投影圖像（即目標圖像）顯示的面，例如，當投影圖像為實像時，則投影面可以為某一物理實體的表面，例如螢幕表面、牆面、投影幕布表面和車輛前風擋表面等物理實體的表面；當投影圖像為虛像時，則投影面為投影圖像顯示的面，例如車輛前風擋前方預設距離的面。
在一個示例中，光束調節組件還可以配置於鏡頭組件中，通過調節圖像光束的出射光量來實現調節投影圖像的亮度。例如，可將光束調節組件設置於鏡頭組件中原光圈部署位置，也就是說將鏡頭組件中的光圈替換為光束調節組件，以實現在不影響投影圖像內容顯示的基礎上，通過光束調節組件調節圖像光束的出射光量，實現調節投影圖像的亮度。
本申請實施例中的光束調節組件旨在動態調節第一光束的光量，因此，只要可實現這一目的的光學元件即可。例如，本申請實施例中的光束調節組件包括但不限於孔徑光闌、液晶元件等可實現調節光束的光量的光學元件。
示例性的，光束調節組件包括控制元件和可調孔徑光闌元件，其中可調孔徑光闌元件的通光孔的孔徑大小可調，控制元件通過控制可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，調節第一光束的通過光量。例如，控制元件可以通過控制驅動部件，驅動可調孔徑光闌元件的通光孔變大或變小，進而實現自動調節第一光束的光量。
需要說明的是，本申請的實施例並不限定可調孔徑光闌元件的通光孔的形狀，可根據需要選擇合適形狀的通光孔，例如，可調孔徑光闌元件的通光孔可以為圓形通光孔或矩形通光孔等；示例性的，圖2a示出了一種可調孔徑光闌元件的沿光束傳輸方向的視圖，如圖2a所示，可調孔徑光闌元件21的通光孔210為圓形，其可以通過調節圓形通光孔的半徑大小，實現在橫向和縱向維度上均限制第一光束的光量，進而調節投影圖像的亮度和對比度；圖2b示出了另一種可調孔徑光闌元件的沿光束傳輸方向的視圖，如圖2b所示，可調孔徑光闌元件21的通光孔210為矩形，其可以設計為在橫向維度和縱向維度均可調節，也可設計為僅在縱向維度上可調節通光孔的大小，例如圖2b所示，可調孔徑光闌元件21的通光孔210設計為僅可在縱向維度上調節通光孔210的大小，進而實現只在縱向維度上限制第一光束的光量，使投影圖像在同樣的亮度下實現更高的對比度。
容易理解的是，上述提到的橫向維度和縱向維度的含義，分別為可調孔徑光闌元件的通光孔所在平面的相互垂直的方向，例如，垂直於地面的方向為縱向維度、平行於地面的方向為橫向維度。
需要解釋的是，圖2a和圖2b中示出的可調孔徑光闌元件的內側實線限定區域表徵通光孔被調節前/後的大小，虛線限定區域表徵通光孔被調節後/前的大小。
圖3為本申請實施例提供的另一種圖像生成裝置的結構示意圖。如圖3所示，圖像生成裝置還包括勻光組件60，配置於由至少一個發光元件（例如LED 11、LED 12、LED 13和LED 14）構成的光源組件和空間調製組件30之間的光徑上，用於將光源組件10產生的第一光束進行勻光。
勻光組件60是指可讓通過其的光束均勻化的光學元件，例如，勻光元件可以是複眼透鏡或光導管等。在其他示例中，勻光組件也可以是透鏡陣列或其他具有光均勻化效果的光學元件，本申請實施例並不限定。
光束調節組件可配置於光源組件和勻光組件之間的光徑上。例如，圖3所示，可調孔徑光闌元件21配置於光源組件和勻光組件60之間的光徑上。或者，光束調節組件也可以配置於勻光組件和空間光調製組件30之間的光徑上。
空間光調製組件30可以為透射型空間光調製器，例如液晶顯示（liquid crystal display，LCD）組件等；或者反射型空間光調製器，例如矽基液晶顯示（liquid crystal on silicon，LCoS）組件、數位微鏡顯示（digital micromirror display，DMD）組件等。
當空間光調製組件30為LCoS組件時，則圖像生成裝置還包括偏振分光鏡元件，偏振分光鏡元件配置於光源組件和LCoS組件之間的光徑上，用於將S偏振光的光束反射至LCoS組件，將P偏振光的光束透射至鏡頭組件。
例如，如圖3所示，偏振分光鏡元件90配置於光源組件和LCoS面板31之間的光徑上，用於將S偏振光的光束反射至LCoS面板31，將P偏振光的光束透射至鏡頭組件40。
偏振分光鏡元件90可以為圖3中示出的偏振分光棱鏡，也可以為偏振分光片，或其他可實現反射S偏振光和投射P偏振光的偏振分光光學元件，本申請對此不作限定。
為了進一步提高投影圖像的對比度，圖像生成裝置還配置有偏振轉換元件（polarizingconversionsystem，PCS），用於將第一光束的偏振態調製為S偏振態。
例如，圖3所示，偏振轉換元件70配置於勻光元件60和偏振分光鏡元件90之間的光徑上，將第一光束的偏振態調製為S偏振態的光，使入射到LCoS面板上的S偏振光更多，增加投影圖像的對比度。
本申請實施例提供的圖像生成裝置通過設置可調孔徑光闌，在調整第一光束的光量大小，進而調整投影圖像的亮度的同時，還可以調整投影圖像的對比度，可實現在暗光環境下的投影圖像的低亮度高對比度。
例如，如圖4a和圖4b所示，當可調孔徑光闌元件21限制第一光束的光量變小時，減小了LCoS面板表面光束的入射角和發散角，從而提升光束調製對比度。則在環境亮度降低的時候，降低投影圖像的顯示亮度，同時適應低亮度環境下人眼靈敏度提升帶來的高對比度需求。
LCoS面板其有效顯示區域一般是矩形的，比較常見的比例是16:9，這就使得一般情況下，LCoS表面的光束發散角在短邊方向上更大。
因此，為了進一步增加投影圖像的對比度，在一個示例中，如圖5所示，LCoS面板31為矩形LCoS面板，矩形LCoS面板的短邊延伸方向與入射面平行設置，其中，入射面為偏振分光鏡元件90的入射光束和反射光束確定的平面，也即圖5中的XZ平面。
光束角度影響對比度的原理如圖6a、圖6b所示，可以發現入射光線在Y方向的偏轉導致反射光線偏振態旋轉的影響更大，偏振態旋轉越多，則對比度越低，而X方向的偏轉對偏振態旋轉沒有影響。所以讓發散角更大的LCoS面板的短邊延伸方向與入射面平行，則可以降低偏振態旋轉對圖像生成裝置產生圖像的對比度的影響。
光源組件包括至少一個發光元件，以產生綠色光束、藍色光束和紅色光束，以及合光組件，用於合光組件配置於這些光束的傳輸路徑上，用於將這些光束混合為第一光束射出。
其中，發光元件可以為激光器或發光二極管（light emitting diode，LED）等發光元件。
例如圖3中，發光元件至少包括用於產生紅色光束的LED 11、用於產生綠色光束的LED 12、用於產生第一藍色光束的LED 13和用於產生第二藍色光束的LED 14，合光組件至少包括第一二向色鏡元件15和第二二向色鏡元件16，其中，第一二向色鏡元件15配置於綠色光束、第一藍色光束和第二藍色光束的傳輸路徑上，反射第一藍色光束至綠光LED 12，透射綠色光束和反射第二藍色光束至所述綠色光束的傳輸路徑上形成混合光束；第二二向色鏡元件16，配置於紅色光束和混合光束的傳輸路徑上，用於透射混合光束和反射紅色光束至混合光束的傳輸路徑上形成第一光束。
第一二向色鏡元件15選用可反射藍色光束透射其他顏色光束的二向色鏡，第二二向色鏡元件16選用可反射紅色光束透射其他顏色光束的二向色鏡。
本申請實施例的LED 12是通過藍光晶片激發表面的螢光體產生的綠光，LED 13會通過第一二向色鏡反射而入射到LED 12，再次激發LED 12晶片表面的螢光體產生綠光，從而增強綠光的強度，增加投影圖像的顯示效果。
在另一個示例中，如圖3所示，合光組件還包括準直透鏡元件17；第二準直透鏡元件17配置於混合光束的傳輸路徑上，用於將混合光束準直至第二二向色鏡元件16。
當然，圖3中的光源組件的結構僅為一種實現示例，光源組件還可以具有其他可能的實現方式，例如，光源組件包括第一發光元件、第二發光元件、第三發光元件以及合光組件，第一發光元件、第二發光元件、第三發光元件分別用於提供紅色光束、綠色光束和藍色光束，合光組件配置於紅色光束、綠色光束和藍色光束的傳輸路徑上，將這些光束混合為第一光束射出。例如，合光組件為二向色鏡可以反射一種顏色的光束，而使其他顏色的光束透射通過，通過合理的選擇適合的二向色鏡和佈置實現將紅色光束、綠色光束和藍色光束混合形成第一光束。
通過將提供紅色光束、藍色光束和綠色光束的LED時序點亮，LCoS同步分別調製RGB圖像，利用人眼視覺暫留效應，產生彩色圖案。
鏡頭組件40示例性的可以包括具有屈光度的一個或多個光學鏡片的組合，光學鏡片例如包括雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡、平凹透鏡、平凸透鏡等非平面鏡片或其各種組合。本申請實施例對鏡頭組件的型態及其種類並不加以限制。
在另一個示例中，空間光調製組件30還可以為DMD，例如空間光調製組件30包括DMD面板32，下面介紹空間調製組件為DMD時的圖像生成裝置的光徑結構。
圖7為本申請實施例提供的另一種圖像生成裝置的結構示意圖。如圖7所示，圖像生成裝置至少包括光源組件10、光束調節組件20、勻光組件60、反射鏡元件100、DMD面板32和鏡頭組件40。
光源組件10、光束調節組件20、勻光組件60的結構和配置方式參見上述描述，反射鏡元件100配置於勻光組件60之後的光徑上，將光束反射至DMD面板32上，DMD面板32對光束調製生成圖像光束，鏡頭組件40將圖像光束投射至投影面上形成投影圖像。
在一個示例中，勻光組件60和反射鏡元件100之間還配置有準直透鏡元件110，將光束準直至反射鏡上。
本申請實施例還提供了一種投影裝置，包括上述圖像生成裝置和環境亮度感應器；其中，環境亮度感應器用於檢測投影面所在環境的亮度，圖像生成裝置與環境亮度感應器通信連接，圖像生成裝置根據環境亮度感應器檢測到的投影面所在環境的亮度，調節投影圖像（即目標圖像）的亮度。
例如，環境亮度感應器可以為光強感應器，光強感應器通過檢測外界光線強度來確定環境亮度。
環境亮度感應器與控制元件通信連接；控制元件根據投影面所在環境的亮度，控制可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，以調節投影圖像的亮度。
例如，光強感應器檢測投影面所在環境的光線強度，然後將檢測到的光線強度訊息發送給圖像生成單元的控制元件，控制元件根據接收到的投影面所在環境的亮度來控制可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，在調節投影圖像亮度的同時調節投影圖像的對比度。
以投影裝置應用於會議室場景舉例說明，投影裝置為會議用投影儀，則投影面為會議室內的牆面或投影幕布表面，投影面所在環境亮度則為會議室內環境亮度。當會議室內環境變暗時，則投影儀內的PGU會調節可調孔徑光闌元件的通光孔變小，進而調節投影圖像的亮度變低同時對比度增高，增加使用者在暗光環境下的觀看體驗；當會議室內環境變量時，則投影儀內的PGU會調節可調孔徑光闌元件的通光孔變大，進而調節投影圖像的亮度變高，適應使用者在亮光環境下的觀看。
需要解釋的是，本申請實施例提供的投影裝置可以為多種類型的投影裝置，例如，家用投影儀、影院用投影儀，車載HUD等，本申請實施例對投影裝置的類型不做限定。
本申請實施例還提供了一種車輛，包括上述投影裝置或圖像生成裝置。
車輛包括但不限於電動車輛、燃油車輛、工程車輛、農用車輛、飛機、輪船等交通工具。投影裝置為車載HUD，車載HUD與車輛的駕駛輔助系統（Advanced Driving Assistant System，ADAS）通信連接，HUD接收ADAS輸入的駕駛輔助訊息，例如車速、導航等訊息，然後通過PGU產生圖像，然後將該圖像投影到擋風玻璃上形成實像，或者通過曲面反射鏡和風擋在汽車前方形成人眼觀測的放大虛像供駕駛員作駕駛參考。
車載HUD包括但不限於，C-HUD、W-HUD和AR-HUD等車載HUD。
其中，C-HUD為早期的HUD，C是Combiner的首字母，Combiner是既透射又反射光束的光學鏡片，PGU顯示的儀錶訊息圖像經過反射鏡（也可能沒有）投射到Combiner上，最後反射到人眼，在人眼前方形成虛像。C-HUD是一個獨立的設備，放置於方向盤或者中控台上方，所以也叫後裝HUD。C-HUD視場角小，顯示的訊息簡單，但是其放置於駕駛員前方既不美觀也不安全。
而W-HUD，W是擋風玻璃單詞Windshield的首字母，W-HUD應用於車輛上時，如圖8所示，與C-HUD不同，PGU產生的像是投射到擋風玻璃上反射至人眼，在汽車的前方形成虛像，因為與車身整合，其也叫前裝HUD。與C-HUD相比，W-HUD可以有更大的視場角，可以顯示的訊息更多，而且與車身整合，所以更安全美觀。隨著汽車技術的發展以及更多應用場景的提出，HUD的發展趨勢是增強現實AR-HUD，它是將導航等虛擬的訊息疊加顯示於路面或者是其他外界物體的一種技術，可以顯示更豐富的訊息，提供更好的駕駛體驗和應用場景。AR-HUD的技術方案與W-HUD是相同的，區別在於W-HUD的虛像距離（虛像至人眼的距離）在2~3m之間，而AR-HUD一般大於5m，更大的虛像距離可以呈現更好的虛實結合效果，此外AR-HUD會有更大的視場角以提升增強現實體驗。AR-HUD顯示的虛像需要與實景結合，其要求汽車的精確定位與探測，所以AR-HUD需要與汽車的ADAS系統配合。
AR-HUD顯示的訊息疊加在車前方的路面和物體上面，在理想情況下，當PGU顯示的是黑色的時候，HUD應該沒有光線投射出來，駕駛員只能看到車前的實物訊息，但實際上PGU並不能做到完全沒有光投射出來，也就是不能完全顯示純黑色，這樣導致駕駛員會在車前方看到一個“光窗”，影響AR呈現的體驗。為了降低“光窗”效應，應該提高PGU的顯示對比度，儘量減少顯示黑色信號時的光線輸出。特別是人眼在黑暗環境下靈敏度更高，要求更高的對比度。本實施例提供的PGU、以及應用了該PUG的車載AR-HUD可以實現在黑暗環境下降低HUD的顯示亮度，同時增加HUD的顯示對比度，降低或消除“光窗”效應，增加使用者使用體驗。
在本說明書的描述中，具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以適合的方式結合。
最後說明的是：以上實施例僅用以說明本申請的技術方案，而對其限制；儘管參照前述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬技術領域中具有通常知識者應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本申請各實施例技術方案的範圍。
10:光源組件 11~14:LED 15:第一二向色鏡元件 16:第二二向色鏡元件 17:準直透鏡元件 20:光束調節組件 21:可調孔徑光闌元件 210:通光孔 30:空間光調製組件 31:LCoS面板 32:DMD面板 40:鏡頭組件 50:投影面 60:勻光組件 70:偏振轉換元件 90:偏振分光鏡元件 100:反射鏡元件 110:準直透鏡元件
下面對實施例或現有技術描述中所需使用的圖式作簡單地介紹。 圖1為本申請實施例提供的一種圖像生成裝置的結構示意圖； 圖2a為一種可調孔徑光闌元件的沿光束傳輸方向的視圖； 圖2b為另一種可調孔徑光闌元件的沿光束傳輸方向的視圖； 圖3為本申請實施例提供的另一種圖像生成裝置的結構示意圖； 圖4a為未配置可調孔徑光闌的圖像生成裝置的LCoS面板的入射角和發散角示意圖； 圖4b為配置可調孔徑光闌的圖像生成裝置的LCoS面板的入射角和發散角示意圖； 圖5為本申請實施例提供的另一種圖像生成裝置的LCoS面板部署圖； 圖6a為光束偏轉入射至偏振分光元件上的入射光線和反射光學的光徑示意圖； 圖6b為光束在X方向和Y方向偏轉入射至偏振分光元件上，對光束的偏振態的影響示意圖； 圖7為本申請實施例提供的另一種圖像生成裝置的結構示意圖； 圖8為本申請實施例提供的W-HUD部署於車輛時的場景示意圖。
10:光源組件
20:光束調節組件
30:空間光調製組件
40:鏡頭組件
50:投影面

Claims (15)

  1. 一種圖像生成裝置，包括： 光源組件，用於產生第一光束； 空間光調製組件，用於對該第一光束進行調製以生成圖像光束； 鏡頭組件，用於將該圖像光束投射至投影面上顯示目標圖像； 光束調節組件，配置於該鏡頭組件中或者該光源組件和該空間光調製組件之間的光徑上，用於調節該第一光束的光量，以調節該目標圖像的亮度。
  2. 根據請求項1所述的圖像生成裝置，其中，該光束調節組件包括控制元件和可調孔徑光闌元件，該控制元件控制該可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，以調節該第一光束的光量。
  3. 根據請求項2所述的圖像生成裝置，其中，該可調孔徑光闌元件的通光孔為圓形通光孔或矩形通光孔。
  4. 根據請求項1-3任一項所述的圖像生成裝置，其中，該圖像生成裝置還包括勻光組件，該勻光組件配置於該光源組件和該空間調製組件之間的光徑上，用於將該光源組件產生的第一光束進行勻光； 該光束調節組件配置於該光源組件和該勻光組件之間的光徑上， 或者，該光束調節組件配置於該勻光組件和該空間光調製組件之間的光徑上。
  5. 根據請求項4所述的圖像生成裝置，其中，該勻光組件為複眼透鏡。
  6. 根據請求項1-5任一項所述的圖像生成裝置，其中，該空間光調製組件為反射型空間光調製組件。
  7. 根據請求項6所述的圖像生成裝置，其中，該反射型空間光調製組件為LCoS組件，該圖像生成裝置還包括偏振分光鏡元件； 該偏振分光鏡元件配置於該光源組件和該LCoS組件之間的光徑上，用於將該S偏振光的光束反射至該LCoS組件，將P偏振光的光束透射至該鏡頭組件。
  8. 根據請求項7所述的圖像生成裝置，其中，該圖像生成裝置還包括偏光轉換元件； 該偏光轉換元件配置於該光源組件和該偏振分光鏡元件之間的光徑上，用於將該第一光束調製為S偏振光的光束。
  9. 根據請求項7或8所述的圖像生成裝置，其中，該LCoS組件包括矩形LCoS面板； 該矩形LCoS面板的短邊延伸方向與入射面平行，該入射面為該偏振分光鏡元件的入射光束和反射光束確定的平面。
  10. 根據請求項6所述的圖像生成裝置，其中，該反射型空間光調製組件為DMD組件，該圖像生成裝置還包括第一準直透鏡元件和反射鏡元件； 該第一準直透鏡元件配置於該光源組件和該DMD組件之間的光徑上，用於將該第一光束準直； 該反射鏡元件配置於該第一準直透鏡元件和該DMD組件之間的光徑上，用於將該第一準直透鏡元件準直後的光束反射至該DMD組件。
  11. 根據請求項1-10任一項所述的圖像生成裝置，其中，該光源組件至少包括： 紅光LED元件，用於產生紅色光束； 綠光LED元件，用於產生綠色光束； 第一藍光LED元件，用於產生第一藍色光束； 第二藍光LED元件，與該第一藍色發光元件相對設置，用於產生第二藍色光束； 第一二向色鏡元件，配置於該綠色光束、第一藍色光束和第二藍色光束的傳輸路徑上，用於反射該第一藍色光束至綠光LED元件，透射綠色光束和反射第二藍色光束至該綠色光束的傳輸路徑上形成混合光束； 第二二向色鏡元件，配置於該紅色光束和混合光束的傳輸路徑上，用於透射該混合光束和反射該紅色光束至該混合光束的傳輸路徑上形成該第一光束。
  12. 根據請求項11所述的圖像生成裝置，其中，該光源組件還包括第二準直透鏡元件； 該第二準直透鏡元件配置於該混合光束的傳輸路徑上，用於將該混合光束準直至該第二二向色鏡元件。
  13. 一種投影裝置，其中，包括請求項1-9任一項所述的圖像生成裝置和環境亮度感應器； 該環境亮度感應器用於檢測該投影面所在環境的亮度； 該圖像生成裝置與該環境亮度感應器通信連接，用於根據該投影面所在環境的亮度，調節該目標圖像的亮度。
  14. 根據請求項13所述的投影裝置，其中，該環境亮度感應器與該控制元件通信連接； 該控制元件根據該投影面所在環境的亮度，控制該可調孔徑光闌元件的通光孔的大小，以調節該目標圖像的亮度。
  15. 一種車輛，其中，包括如請求項1-12任一項所述的圖像生成裝置，或如請求項13或請求項14所述的投影裝置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101546045B (zh) * 2008-03-28 2012-08-15 红蝶科技(深圳)有限公司 偏振转换装置及使用其的投影系统
JP5573197B2 (ja) * 2010-01-27 2014-08-20 セイコーエプソン株式会社 反射型液晶プロジェクター
CN102298253A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 微型硅晶投影机
DE102012221467A1 (de) * 2012-11-23 2014-05-28 Osram Gmbh Lichtmodul für eine projektionsvorrichtung
JP2017531212A (ja) * 2014-07-22 2017-10-19 ナブディ，インコーポレーテッド 小型ヘッドアップディスプレイシステム
CN109507843B (zh) * 2017-09-14 2022-01-21 扬明光学股份有限公司 合光模组
US20220256130A1 (en) * 2019-04-02 2022-08-11 Ningbo Sunny Automotive Optech Co., Ltd. Projection adjustment system and method, and projection color adjustment system and method
CN112099230A (zh) * 2019-06-17 2020-12-18 宁波舜宇车载光学技术有限公司 投影调节系统及其投影调节方法

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