CN216901153U - 一种可分区域显示的多深度hud系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可分区域显示的多深度HUD系统，沿光传播方向，包括：光源、照明组件、偏振分光组件、LCOS微显示芯片、投影镜头组、多平面中继显示组件、第一液晶盒、1/4波片和反射式衍射器。本实用新型的优点是：不仅可以实现HUD画面分区域显示，并且可以调整每个显示区域画面的深度，将路况、导航、仪表盘信息等分别在不同区域显示，并且调整到最佳的观看空间深度，使驾驶员切换远近观察点时均能同时获得清晰的驾驶信息，提高驾驶的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及显示技术领域，具体涉及一种可分区域显示的多深度HUD系统。
背景技术
HUD(Head Up Display)即平视显示系统是应用于飞机、汽车等交通工具上的光学显示系统，其作用是使驾驶员不用低头即可获取速度、路况等提示性信息，提高驾驶安全性。目前显示效果较好的AR-HUD通过增强现实技术与HUD的融合，可以在驾驶员视线区域内合理、生动地叠加一些驾驶信息，让用户体验到沉浸式的视觉体验和驾驶安全辅助。
但人眼在切换观察HUD显示画面和现实景物时需要一定的调整聚焦时间，而目前市面上的绝大部分HUD只能固定显示一个空间深度的图像，所以有必要设计能够显示多个空间深度的HUD显示系统，使驾驶员在切换远近观察点时均能同时获取清晰的驾驶信息，提高驾驶的安全性。而HUD画面的上下分区域显示同样有其必要性，可在驾驶员视野上方显示路况、导航等信息，在视野下方显示仪表盘信息，提升HUD显示系统的实用性和使用体验。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可分区域显示的多深度HUD系统，能够有效解决现有HUD系统不能分区域显示的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种可分区域显示的多深度HUD系统，包括：
光源：用于产生可见光；
偏振分光组件：用于透射光源产生的P偏振光，并且反射光源产生的S偏振光；
LCOS微显示芯片：用于对偏振分光组件反射的S偏振光调制成携带图像信息的P偏振光，并通过偏振光组件射出；
投影镜头组：用于接收从偏振分光组件射出的P偏振光，并且成像；
多平面中继显示组件：用于改变投影镜头组所成的像的空间位置；
第一液晶盒：用于改变经过多平面中继显示组件光线的偏振方向；
1/4波片：对经过第一液晶盒光线的偏振状态进行调制；
反射式衍射器：包括反射式偏振光栅，对经过1/4波片调制后的光线进行衍射，改变光线传播方向，实现分区域显示。
优选的，所述光源为RGB三色LED模组或者RGB三色激光光源模组。采用RGB三色LED模组作为光源，可以显示高亮度的彩色画面，并且LED光源体积小寿命长，适合在车内等空间狭小位置布置，而采用RGB三色激光光源模组作为光源，可以有效提高成像清晰度，实现优秀的显示效果。
优选的，所述光源和偏振分光组件之间还设有照明组件，用于将光源发出的光线进行准直、均光和聚光。从光源发出的光线通过照明组件后进行准直、均光和聚光，提高进入偏振分光组件的光线质量。
优选的，所述偏振分光组件和LCOS微显示芯片之间沿光路方向还依次设有第二液晶盒和双折射晶体。通过第二液晶盒的开关状态可以对出射光的偏振态进行调制，再利用双折射晶体对不同偏振态的光线折射率不同，会形成两个处于不同空间深度的清晰的像的位置，可以根据显示需要选择其中一个像，让HUD显示系统具有更佳的多深度显示效果。
优选的，所述投影镜头组包括多片镜片和平面反射镜，按光路方向所述平面反射镜位于多片镜片的下游。投影镜头组中的平面反射镜可以转折光路以缩小整个HUD系统的体积。
优选的，所述多平面中继显示组件包括多层液晶调光膜。多层液晶调光膜通过电场开关实现液晶膜的散射/透射状态切换，从而改变像在空间的位置。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：通过设置多平面中继显示组件改变由投影镜头组显示的实像画面的空间深度位置，产生明视距离到无穷远的成像范围，从而实现多深度显示，再结合第一液晶盒和1/4波片共同调制光线的偏振态，使不同偏振态的光线在反射式偏振光栅的作用下具有不同的传播方向，实现HUD画面的分区域显示。从而不仅可以实现HUD画面分区域显示，并且可以调整每个显示区域画面的深度，将路况、导航、仪表盘信息等分别在不同区域显示，并且调整到最佳的观看空间深度，使驾驶员切换远近观察点时均能同时获得清晰的驾驶信息，提高驾驶的安全性。
附图说明
图1为本实用新型一种可分区域显示的多深度HUD系统的实施例一的示意图；
图2为本实用新型一种可分区域显示的多深度HUD系统的实施例二的示意图。
附图标记为：
光源101、照明组件102、偏振分光组件103、LCOS微显示芯片104、投影镜头组105、多平面中继显示组件106、第一液晶盒107、1/4波片108、反射式衍射器109、第二液晶盒110、双折射晶体111。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一：
参阅图1为本实用新型一种可分区域显示的多深度HUD系统的实施例，一种可分区域显示的多深度HUD系统，沿光传播方向，包括：光源101、照明组件102、偏振分光组件103、LCOS微显示芯片104、投影镜头组105、多平面中继显示组件106、第一液晶盒107、1/4波片108和反射式衍射器109。
光源101采用RGB三色LED模组或者RGB三色激光光源模组，在尽量减小光源101体积的同时，可以发出亮度较高的光线，同时具有较长的使用寿命。
照明组件102，包括多块光学镜片，用于对光源101发出的光线进行准直、均光和聚光，提高光线质量。
偏振分光组件，采用偏振分光镜，让进入的P偏振光透射出去，而反射S偏振光。
LCOS微显示芯片104，用于接收偏片振分光组件反射的S偏振光，并调制成携带图像信息的P偏振光，并通过偏振光组件射出；
投影镜头组105，包含多片镜片和平面反射镜，用于接收从偏振分光组件103射出的P偏振光，经过多片镜片后再由平面反射镜反射，转折光路以缩小光学系统体积。
多平面中继显示组件106，包括多层液晶调光膜，通过电场开关实现液晶膜的散射/透射状态切换，从而改变像在空间的位置。
第一液晶盒107，用于改变经过多平面中继显示组件106光线的偏振方向；
1/4波片108：对经过第一液晶盒107光线的偏振状态进行调制；
反射式衍射器109：包括反射式偏振光栅，对经过1/4波片108调制后的光线进行衍射，改变光线传播方向，实现分区域显示。
光源101发出的光线经过照明组件102准直和均光，再被聚光射入偏振分光组件103内，偏振分光组件103由于具有透射P偏振光和反射S偏振光的特性，光线中的S偏振光分量被偏振分光组件103反射至LCOS微显示芯片104上，经过调制后变成携带图像信息的P偏振光通过偏振分光组件103射出。偏振光经过投影镜头组105后，在多平面中继显示组件106中形成中继像，通过控制电场开关使多平面中继显示组件106中某一层液晶调光膜处于散射状态，而其他的液晶调光膜处于透射状态，使处于散射状态的液晶调光膜成为中继实像面。因为多平面中继显示组件106中多层液晶调光膜处于不同的空间深度位置上，所以中继实像面的空间位置可变，相当于在后续成像系统中具有可变的物距。而不同的物距对应不同的像距，因此通过改变处于散射状态的液晶调光膜的空间位置产生从明视距离到无穷远的成像范围，实现多深度成像。
经过多平面中继显示组件106的光线进入到第一液晶盒107，通过切换液晶盒的电场开关状态，处于散射状态的液晶调光膜发出的光线在第一液晶盒107和1/4波片108共同调制下可改变偏振态，经过反射式偏衍射器后会产生﹢1级或-1级衍射，从而具有不同的光线传播方向，进入人眼成像后可实现上下分区域显示。
由于光路限制，在某一个时刻实际只有一个空间位置处的液晶调光膜处于散射状态，液晶盒也只有一种开/关状态，即人眼通过HUD系统在同一时刻实际也只能观察到一个深度及一个高度的显示画面，但利用人眼的视觉暂留效应，通过不同空间位置处液晶调光膜散射/透射状态和液晶盒电场开关的高速切换，可实现HUD同时显示不同深度及不同高度的图像。多平面中继显示组件106中的液晶调光膜层数越多，HUD多深度显示效果越好，但同时对LCOS微显示芯片104的刷新频率要求也就越高。
实施例二：
如图2所示，与实施例一的区别在于，在偏振分光组件103和摄影镜头组之间的光路上还依次设有第二液晶盒110和双折射晶体111。第二液晶盒110通过施加电压可以对光线的偏振方向进行调制，双折射晶体111对不同偏振状态的光线具有不同的折射率，可以对不同偏振态的光线产生调焦效果。
从偏振分光组件103射出的P偏振光进入第二液晶盒110中，通过改变第二液晶盒110的开关状态，可以对出射光的偏振状态进行调制，由于双折射晶体111对不同偏振态的光线折射率不同，会形成两个处于不同空间深度的最清晰的中继像位置，可以根据显示需要选择距离较近一处最清晰中继像位置的液晶调光膜作为中继实像面，再作为物面经后续光学系统投影至人眼中最终实现显示成像。第二液晶盒110和双折射晶体111的加入可使HUD显示系统具有更佳的多深度显示效果。
本实施例未描述的其他内容可以参考实施例一。
以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。
Claims (6)
1.一种可分区域显示的多深度HUD系统，其特征在于：包括：
光源：用于产生可见光；
偏振分光组件：用于透射光源产生的P偏振光，并且反射光源产生的S偏振光；
LCOS微显示芯片：用于对偏振分光组件反射的S偏振光调制成携带图像信息的P偏振光，并通过偏振光组件射出；
投影镜头组：用于接收从偏振分光组件射出的P偏振光，并且成像；
多平面中继显示组件：用于改变投影镜头组所成的像的空间位置；
第一液晶盒：用于改变经过多平面中继显示组件光线的偏振方向；
1/4波片：对经过第一液晶盒光线的偏振状态进行调制；
反射式衍射器：包括反射式偏振光栅，对经过1/4波片调制后的光线进行衍射，改变光线传播方向，实现分区域显示。
2.如权利要求1所述的一种可分区域显示的多深度HUD系统，其特征在于：所述光源为RGB三色LED模组或者RGB三色激光光源模组。
3.如权利要求1所述的一种可分区域显示的多深度HUD系统，其特征在于：所述光源和偏振分光组件之间还设有照明组件，用于将光源发出的光线进行准直、均光和聚光。
4.如权利要求1所述的一种可分区域显示的多深度HUD系统，其特征在于：所述偏振分光组件和LCOS微显示芯片之间沿光路方向还依次设有第二液晶盒和双折射晶体。
5.如权利要求1所述的一种可分区域显示的多深度HUD系统，其特征在于：所述投影镜头组包括多片镜片和平面反射镜，按光路方向所述平面反射镜位于多片镜片的下游。
6.如权利要求1所述的一种可分区域显示的多深度HUD系统，其特征在于：所述多平面中继显示组件包括多层液晶调光膜。
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| CN202220061754.8U CN216901153U (zh) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | 一种可分区域显示的多深度hud系统 |
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| CN115598846A (zh) * | 2022-07-07 | 2023-01-13 | 华为技术有限公司（Cn） | 光学系统、显示设备以及交通工具 |
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