一种投影显示装置、光学系统及其制造方法与流程

本申请涉及显示，更具体地，涉及一种投影显示装置、光学系统及其制造方法。

背景技术：

1、随着3d显示技术的发展，其在汽车领域的应用也越来越广泛，例如车载抬头显示(head up display，简称hud)。

2、目前，硅基液晶显示技术(liquid crystal on silicon，简称lcos)具有光利用率高、像素平滑、画面自然等优势，常用于ar hud。lcos成像效果较点阵液晶显示技术(liquidcrystal display，简称lcd)效果更好，同时可以打破数字光处理(digital lightprocessing，简称dlp)方案中dmd芯片的技术垄断问题，实现技术自主可控。但是也存在以下问题：

3、1、目前车载hud想要实现不同投影距离下的多屏像面的效果需要复杂的多系统结构，体积较大，成本较高；

4、2、lcos暗态情况下，入射到lcos芯片上的s光经过lcos调制后不改变偏振态，仍为s偏振光，但发生了相位偏移，导致s光偏振态不纯，部分光会透过pbs棱镜进入像面形成暗态杂光；

5、3、由于杂光影响，整机对比度较低。

技术实现思路

1、本申请提供了一种可至少部分解决相关技术中存在的上述问题的投影显示装置、光学系统及其制造方法。

2、本申请一方面提供一种投影显示装置，包括偏振分光元件、至少一个图像生成元件以及光学补偿元件。其中，偏振分光元件被配置为将入射至偏振分光元件的入射光束偏振为至少两个不同方向的出射光束。图像生成元件位于至少一个出射光束的传播路径上，其配置为基于图像信息将出射光束调制为信息光。光学补偿元件位于偏振分光元件与图像生成元件之间，使至少部分出射光束和信息光穿过。

3、在一些实施方式中，光学补偿元件在出射光束的方向上的投影至少覆盖部分图像生成元件。

4、在一些实施方式中，光学补偿元件在出射光束的方向上的投影不超过图像生成元件的二分之一。

5、在一些实施方式中，光学补偿元件的厚度小于等于2mm。

6、在一些实施方式中，光学补偿元件在出射光束的方向上具有多个不同的厚度尺寸。

7、在一些实施方式中，光学补偿元件的朝向偏振分光元件的侧面为阶梯状表面，光学补偿元件的朝向图像生成元件的侧面为平面。

8、在一些实施方式中，光学补偿元件的最大厚度小于等于2mm。

9、在一些实施方式中，光学补偿元件的波长大于等于400nm，且小于等于700nm；以及光学补偿元件的折射率大于等于1.4，且小于等于1.8。

10、在一些实施方式中，光学补偿元件的快轴旋转角度大于等于-20°，且小于等于20°。

11、在一些实施方式中，图像生成元件为反射式液晶显示芯片。

12、在一些实施方式中，投影显示装置还包括：光源组件，设置在偏振分光元件的入射光路上，并形成入射光束。

13、在一些实施方式中，光源组件为ld光源系统或者led光源系统。

14、本申请另一方面提供一种光学系统包括如上的投影显示装置以及成像镜头，成像镜头配置为将投影显示装置输出的携带有图像信息的信息光投射至至少两个成像面上。

15、在一些实施方式中，至少两个成像面之间的距离的范围为大于等于20mm，且小于等于50mm。

16、在一些实施方式中，成像镜头的焦距值与光学补偿元件的厚度之间的比值大于等于10，且小于等于100。

17、在一些实施方式中，成像镜头的透镜长度与成像镜头的焦距值之间的比值小于等于4.9。

18、在一些实施方式中，成像镜头的光学后焦与成像镜头的透镜长度之间的比值大于等于0.3。

19、本申请另一方面提供一种光学系统的制造方法，包括：将偏振分光元件设置在入射光束的传播方向上，偏振分光元件被配置为将入射光束偏振为至少两个不同方向的出射光束；将至少一个图像生成元件设置在出射光束的传播路径上，图像生成元件被配置为基于图像信息将出射光束调制为信息光；将光学补偿元件设置在偏振分光元件与图像生成元件之间，光学补偿元件配置为使至少部分出射光束和信息光穿过；以及将成像镜头设置在信息光的传播方向上，成像镜头被配置为将信息光投射至至少两个成像面上。

20、在一些实施方式中，将光学补偿元件设置在偏振分光元件与图像生成元件之间，包括：将在出射光束的方向上的投影至少覆盖部分图像生成元件的光学补偿元件设置在偏振分光元件与图像生成元件之间。

21、在一些实施方式中，光学补偿元件在出射光束的方向上的投影不超过图像生成元件的二分之一。

22、在一些实施方式中，光学补偿元件的厚度小于等于2mm。

23、在一些实施方式中，将光学补偿元件设置在偏振分光元件与图像生成元件之间，包括：将在出射光束的方向上具有多个不同的厚度尺寸的光学补偿元件设置在偏振分光元件与图像生成元件之间。

24、在一些实施方式中，将光学补偿元件的朝向偏振分光元件的侧面设置为阶梯状表面；以及光学补偿元件的朝向图像生成元件的侧面设置为平面。

25、在一些实施方式中，光学补偿元件的最大厚度小于等于2mm。

26、在一些实施方式中，光学补偿元件的波长大于等于400nm，且小于等于700nm；以及光学补偿元件的折射率大于等于1.4，且小于等于1.8。

27、在一些实施方式中，光学补偿元件的快轴旋转角度大于等于-20°，且小于等于20°。

28、在一些实施方式中，图像生成元件为反射式液晶显示芯片。

29、在一些实施方式中，制造方法还包括：将光源组件设置在偏振分光元件的入射光路上，光源组件配置为发出入射光束。

30、在一些实施方式中，将光源组件设置在偏振分光元件的入射光路上，包括：将ld光源系统或者led光源系统设置在偏振分光元件的入射光路上。

31、在一些实施方式中，至少两个成像面之间的距离的范围为大于等于20mm，且小于等于50mm。

32、在一些实施方式中，成像镜头的焦距值与光学补偿元件的厚度之间的比值大于等于10，且小于等于100。

33、在一些实施方式中，成像镜头的透镜长度与成像镜头的焦距值之间的比值小于等于4.9。

34、在一些实施方式中，成像镜头的光学后焦与成像镜头的透镜长度之间的比值大于等于0.3。

35、本申请至少一个实施方式提供的投影显示装置中，通过设置使至少部分出射光束和信息光穿过的光学补偿元件，可实现不同投影距离下的多屏显示，结构简单，成本较低。而且，通过设置光学补偿元件，可减少暗态杂光，从而提高投影显示装置的亮暗区域的整机对比度。

技术特征：

1.一种投影显示装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的投影显示装置，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的投影显示装置，其特征在于，

8.根据权利要求1-7任一所述的投影显示装置，其特征在于，

9.一种光学系统，其特征在于，包括：

10.一种光学系统的制造方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供一种投影显示装置、光学系统及其制造方法。投影显示装置包括偏振分光元件、至少一个图像生成元件以及光学补偿元件。其中，偏振分光元件被配置为将入射至偏振分光元件的入射光束偏振为至少两个不同方向的出射光束。图像生成元件位于至少一个出射光束的传播路径上，其配置为基于图像信息将出射光束调制为信息光。光学补偿元件位于偏振分光元件与图像生成元件之间，使至少部分出射光束和信息光穿过。以此方式，通过设置使至少部分出射光束和信息光穿过的光学补偿元件，可实现不同投影距离下的多屏显示，结构简单，成本较低。而且，通过设置光学补偿元件，可减少暗态杂光，从而提高投影显示装置的亮暗区域的整机对比度。

技术研发人员：郎海涛,景桂芬,徐亚辉,王志超,袁迪,张鹤腾,顾菲
受保护的技术使用者：宁波舜宇车载光学技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15