[发明专利]一种基于液晶偏振方向旋转器的车载AR-HUD光学系统

说明书

本发明涉及一种基于液晶偏振方向旋转器的车载AR‑HUD光学系统，包括照明系统、PGU系统、成像系统，PGU系统包含图像显示源、液晶偏振方向旋转器、偏振分光片、反射镜一、反射镜二，照明系统将图像显示源均匀照亮，图像显示源出射的线偏振光经液晶偏振方向旋转器后入射到偏振分光片上，经偏振分光片出射后的光形成两个光路，两个光路分别经反射镜一、反射镜二反射后再经偏振分光片反射、折射后进入成像系统，成像系统设置在偏振分光片上方，两个光路经成像系统后在不同的成像距离上形成不同画幅尺寸的图像；本发明使用一个PGU及照明系统即可实现AR‑HUD，同时不使用电机结构，避免了因电机结构损耗带来的成像质量问题。

[技术领域]

本发明涉及HUD设备技术领域，具体地说是一种基于液晶偏振方向旋转器的车载AR-HUD光学系统。

[背景技术]

抬头显示器(HUD)可将汽车的车速、转速、导航等信息投影至挡风玻璃前，驾驶员视线无需离开驾驶前方即可得到汽车关键信息，提高了行车安全。现有的HUD一般是将图像显示在人眼前2～3米左右，其画幅尺寸约6～12英寸不等。然而，随着技术的发展，人们对HUD的需求及要求也在逐步增大，不再满足于现有的HUD近距离成像、小显示画幅尺寸，人们期望可将兴趣点及导航等与真实路况结合，实现增强现实的作用，提高人机交互体验和主动驾驶安全性。基于这种需求，AR-HUD已成为了热门研究方向。

AR-HUD应该具有现有HUD显示车速、油耗等常规信息的作用，同时还可实现增强现实的作用。因此，需要在车辆前方实现两个不同距离的投影像。现有AR-HUD光学系统中，一种是采用一个显示屏，交替投射图像，利用高速电机调节镜片形成两个成像光路，利用人眼视觉暂留的特性，实现近远景的成像。另一种是使用两个显示屏(DLP或TFT)，通过光学设计实现两路反射，从而实现近远景的同时成像。第一种方案，由于采用了高速电机，随着电机等结构的损耗，对镜片的调节精度会下降，最终会导致成像效果不佳。第二种方案虽然实现了近远景的同时成像，但使用了两套图像生成单元(PGU)及照明单元，会导致该方案产品体积过大，散热要求高，成本高。

因此，为克服上述AR-HUD光学系统存在的问题，若能提出一种基于液晶偏振方向旋转器的AR-HUD光学系统，使用一个PGU及照明系统即可实现AR-HUD，同时不使用电机结构，避免因电机结构损耗带来的成像质量问题，将具有非常重要的意义。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于液晶偏振方向旋转器的车载AR-HUD光学系统，使用一个PGU及照明系统即可实现AR-HUD，同时不使用电机结构，避免了因电机结构损耗带来的成像质量问题。

为实现上述目的设计一种基于液晶偏振方向旋转器的车载AR-HUD光学系统，包括照明系统1、含有液晶偏振方向旋转器的PGU系统2、成像系统3，所述含有液晶偏振方向旋转器的PGU系统2包含图像显示源21、液晶偏振方向旋转器22、偏振分光片23、反射镜一24、反射镜二25，所述图像显示源21、液晶偏振方向旋转器22、偏振分光片23、反射镜一24由左至右依次布置，所述反射镜二25设置在偏振分光片23下方，所述照明系统1用于将图像显示源21均匀照亮，所述图像显示源21出射的线偏振光经液晶偏振方向旋转器22后入射到偏振分光片23上，经偏振分光片23出射后的光形成两个光路，所述两个光路分别经反射镜一24、反射镜二25反射后再经偏振分光片23反射、折射后进入成像系统3，所述成像系统3设置在偏振分光片23上方，所述两个光路经成像系统3后在不同的成像距离上形成不同画幅尺寸的图像。

进一步地，所述液晶偏振方向旋转器22选用90°扭曲的TN液晶片，通过对TN液晶片施加或撤除电压，将入射到TN液晶片上的线偏振光的偏振方向旋转90°或保持不变，形成S偏振光和P偏振光。

进一步地，所述反射镜一24、反射镜二25前方均设置有波片，所述波片用于使反射的线偏振光的振动方向改变成与偏振分光片23反射和折射振动方向一致。