【技术实现步骤摘要】
本申请涉及，尤其涉及光显示，尤其涉及一种光散射装置、投影装置、显示设备及交通工具。
技术介绍
1、光显示产品包括抬头显示装置(head-up display，hud)、投影车灯和桌面显示装置等，其应用场景包括但不限于交通工具，如汽车、列车等，但桌面显示装置还可以应用于教育领域。
2、上述各类装置通常由图像生成单元(pgu，俗称光机)和后段光学系统(主要由各类光路元件构成，如光散射元件diffuser、光反射元件)构成。其中，pgu用于根据输入的电信号(视频、图像)生成光信号，并向外投射光信号。后段光学系统用于对pgu投射的光信号进行折叠、放大等处理，以便在人眼中成像。其中，光散射元件用于对pgu投射的光信号进行扩散，以提升成像画面的均匀性。
3、然而，由于pgu具有一定的视场角(该视场角也即pgu投射的光信号对应的视场角)，如果该视场角与后段光学系统中光路及其对光信号的作用不匹配，则会导致一部分光信号(尤其是经光散射元件的边缘区域扩散的光信号)无法进入人眼，进而造成成像的亮度损失。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种光散射装置、包含该光散射装置的投影装置、包含该投影装置的显示设备以及安装有该显示设备的交通工具。该光散射装置不仅可以校正投影装置内部pgu发出的光束对应的视场角，以使得投影装置最终投射出的光束尽可能多的被观察点接收且在观察点的视野范围内均匀分布，且并未引入色散，从而保证成像质量。该投影装置或者显示设备包括但不限于应用在如近眼显示、抬头显示、投
2、为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
3、第一方面，提供了一种光散射装置，包括第一光学元件、第二光学元件和光散射元件。其中，第一光学元件用于接收携带图像信息的第一光束，通过汇聚或者发散第一光束，来校正第一光束对应的视场角，也即调整第一光束的能量分布范围，并射出视场角经校正后的第二光束，该第二光束相对于前述第一光束产生第一色散。第二光学元件位于前述第二光束的传播路径上，用于接收第二光束，通过对第二光束造成第二色散，来补偿前述第一色散，并射出第三光束。光散射元件位于第三光束的传播路径上，用于接收该第三光束，对该第三光束进行扩散，并射出扩散后的第三光束。
4、示例的，针对第一光束对应的视场角偏小的情况，第一光学元件用于通过对第一光束的发散作用来扩大第一光束对应的视场角；针对第一光束对应的视场角偏大的情况，第一光学元件用于通过对第一光束的汇聚作用来缩小第一光束对应的视场角。通过第一光学元件校正第一光束对应的视场角，可以保证投影装置最终投射出的光束几乎全部被观察点接收，且在观察点的视野范围内近乎均匀地分布。比如，当将该投影装置集成在抬头显示装置中时，投影装置最终投射出的光束对应的视场角可以与抬头显示装置中的后段光学系统相匹配，进而使得光束尽可能多的且均匀地进入人眼。
5、同时，为了避免第一光学元件造成的第一色散影响成像质量，通过第二光学元件对第二光束造成第二色散，从而利用第二色散补偿第一光学元件造成的第一色散，实现了在校正第一光束对应的视场角的同时，保证成像质量。
6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一光学元件包括衍射光学元件，上述第二光学元件包括折射光学元件。或者，上述第一光学元件包括折射光学元件，第二光学元件包括衍射光学元件。这样，第一光学元件可以通过对第一光束进行衍射或者折射，来汇聚或者发散第一光束，从而改变其对应的视场角。并且，由于在通常情况下，衍射光学元件和折射光学元件的阿贝数的符号(表示其数值为正值或者负值的符号)相反，因此可以使得第二光学元件造成的第二色散能够尽可能地抵消掉第一光学元件造成的第一色散，进而使得由第二光学元件射出的第三光束几乎不含有色散。
7、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述衍射光学元件为薄膜透镜，包括偏振体全息薄膜透镜、体全息薄膜透镜、衍射光学元件doe薄膜透镜、超透镜和液晶相位几何薄膜透镜。其中，相对于传统透镜，上述各种薄膜透镜的形态都为超薄膜层，因为可以避免因厚度过大而造成像差的问题。
8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述折射光学元件为薄膜透镜，包括菲涅尔薄膜透镜。
9、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，将第一光学元件包括的薄膜透镜称为第一薄膜透镜，将第二光学元件包括的薄膜透镜称为第二薄膜透镜。第一薄膜透镜和第二薄膜透镜的阿贝数的符号相反，其二者的焦距满足如下关系：
10、
11、其中，fholo表示第一薄膜透镜的焦距，ffresnel表示第二薄膜透镜的焦距，f表示第一薄膜透镜与第二薄膜透镜叠加所产生的总焦距，vholo表示第一薄膜透镜的阿贝数，vfresnel表示第二薄膜透镜的阿贝数。
12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一光学元件包括第一偏振层和偏振衍射层；其中，第一偏振层和偏振衍射层沿第一光束的传播路径堆叠。该第一偏振层用于接收第一光束，基于第一光束，射出第一偏振光。该偏振衍射层用于接收第一偏振光，通过对第一偏振光进行衍射，汇聚或者发散第一光束。在这些实现方式中，上述提及的第二光束即为由该偏振衍射层射出的第一偏振光p11对应的衍射光。示例的，该偏振衍射层具体可以为，能够对偏振光产生的响应的衍射光学元件，如上述偏振体全息薄膜透镜，或者液晶几何相位薄膜透镜。
13、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，针对偏振衍射层的衍射效率较低的情况，第一光学元件还包括第二偏振层，该第二偏振层可以位于偏振衍射层的出射光的传播路径上。该第二偏振层，用于接收由偏振衍射层射出的衍射光和直射光，吸收直射光，透射衍射光。由于偏振衍射层的衍射效率较低，且视场角经校正后的第二光束为由该偏振衍射层射出的衍射光(即一级衍射光)，且是用于成像的有效光束，因此由该偏振衍射层射出的直射光(即零级直透光)成为影响成像质量的噪声。通过设置第二偏振层，可以去除由该偏振衍射层射出的直射光，也即去除噪声，提高光信号的信噪比，保证成像质量。
14、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一光束为自然光，第一偏振光包括第一光束中第一偏振方向的线偏振光。由偏振衍射层射出的衍射光的偏振方向与第一偏振方向垂直，直射光的偏振方向为第一偏振方向；第一偏振层和第二偏振层的光轴垂直以形成正交偏振。这样，第一偏振层起到起偏器的作用，在接收到自然光后，射出第一偏振方向的线偏振光，比如p态线偏振光或者s态线偏正光。在这种实现方式中，偏振衍射层的入射光即为该线偏振光。偏振衍射层具体用于，对该线偏振光进行衍射，其出射光包括直射光和衍射光。并且，直射光和衍射光仍为线偏振光，相对于入射的线偏振光而言，其射出的直射光偏振方向不变，即与入射光的偏振方向相同，而其射出的衍射光偏振方向改变，即与入射光的偏振方向垂直。基于此，采用光轴与第一偏振层的光轴垂直的第二偏振层，可以去除该直射光，透过该衍射光。
15、示例的，上述偏振衍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光散射装置，其特征在于，包括第一光学元件、第二光学元件和光散射元件；
2.根据权利要求1所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件包括衍射光学元件，所述第二光学元件包括折射光学元件。
3.根据权利要求1或2所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件包括第一偏振层和偏振衍射层；所述第一偏振层和所述偏振衍射层沿所述第一光束的传播路径堆叠；
4.根据权利要求3所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件还包括第二偏振层；所述第二偏振层位于所述偏振衍射层的出射光的传播路径上；
5.根据权利要求4所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束为自然光；所述第一偏振光包括所述第一光束中第一偏振方向的线偏振光。
6.根据权利要求5所述的光散射装置，其特征在于，所述衍射光的偏振方向与所述第一偏振方向垂直，所述直射光的偏振方向为所述第一偏振方向；所述第一偏振层和所述第二偏振层的光轴垂直以形成正交偏振。
7.根据权利要求5或6所述的光散射装置，其特征在于，所述偏振衍射层包括偏振体全息薄膜透镜。
8.根据
9.根据权利要求4所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束为第一偏振方向的第一线偏振光；所述第一偏振光为所述第一偏振层对所述第一线偏振光进行转换，射出的第一圆偏振光。
10.根据权利要求8或9所述的光散射装置，其特征在于，所述第二偏振层包括第二圆偏振子层和第二线偏振子层；所述第二圆偏振子层和所述第二线偏振子层沿所述偏振衍射层的出射光的传播路径上；
11.根据权利要求8-10中任一项所述的光散射装置，其特征在于，所述偏振衍射层包括液晶几何相位薄膜透镜。
12.根据权利要求1或2所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束包括第一偏振方向的线偏振光；所述第一光学元件包括偏振衍射层和偏振层；所述偏振衍射层和所述偏振层沿所述第一光束的传播路径堆叠；
13.根据权利要求12所述的光散射装置，其特征在于，所述偏振衍射层包括偏振体全息薄膜透镜。
14.根据权利要求1或2所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束为第一圆偏振光；所述第一光学元件包括偏振衍射层和偏振层，所述偏振层包括圆偏振子层和线偏振子层；所述偏振衍射层、圆偏振子层和线偏振子层沿所述第一光束的传播路径堆叠；
15.根据权利要求14所述的光散射装置，其特征在于，所述偏振衍射层包括液晶几何相位薄膜透镜。
16.根据权利要求1所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件包括折射光学元件，所述第二光学元件包括衍射光学元件。
17.根据权利要求1或2所述的光散射装置，其特征在于，所述光散射元件射出所述第三光束的方向与所述光散射元件的法线方向不同。
18.根据权利要求17所述的光散射装置，其特征在于，所述光散射元件射出所述第三光束的方向，相对于光散射元件的法线方向，偏离5°～15°。
19.根据权利要求17或18所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件包括第一薄膜透镜，所述第二光学元件包括第二薄膜透镜；所述第一薄膜透镜和/或所述第二薄膜透镜为离轴透镜。
20.根据权利要求1所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件和所述第二光学元件的阿贝数符号相反，且满足如下关系：
21.一种投影装置，其特征在于，包括图像生成单元和如权利要求1-20中任一项所述的光散射装置；所述图像生成单元用于生成所述第一光束，并射出所述第一光束，所述光散射装置中的所述第一光学元件位于所述第一光束的传播路径上。
22.根据权利要求21所述的投影装置，其特征在于，还包括至少一个第一反射元件；
23.一种显示设备，其特征在于，包括处理器以及如权利要求21或者22所述的投影装置，所述处理器用于向所述图像生成单元发送所述图像信息。
24.一种交通工具，其特征在于，包括第二反射元件和以及如权利要求23所述的显示设备，所述显示设备安装在所述交通工具上，用于射出所述扩散后的所述第三光束至所述第二反射元件；
25.根据权利要求24所述的交通工具，其特征在于，所述第二反射元件包括所述交通工具的前风挡。
...【技术特征摘要】
1.一种光散射装置，其特征在于，包括第一光学元件、第二光学元件和光散射元件；
2.根据权利要求1所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件包括衍射光学元件，所述第二光学元件包括折射光学元件。
3.根据权利要求1或2所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件包括第一偏振层和偏振衍射层；所述第一偏振层和所述偏振衍射层沿所述第一光束的传播路径堆叠；
4.根据权利要求3所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光学元件还包括第二偏振层；所述第二偏振层位于所述偏振衍射层的出射光的传播路径上；
5.根据权利要求4所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束为自然光；所述第一偏振光包括所述第一光束中第一偏振方向的线偏振光。
6.根据权利要求5所述的光散射装置，其特征在于，所述衍射光的偏振方向与所述第一偏振方向垂直，所述直射光的偏振方向为所述第一偏振方向；所述第一偏振层和所述第二偏振层的光轴垂直以形成正交偏振。
7.根据权利要求5或6所述的光散射装置，其特征在于，所述偏振衍射层包括偏振体全息薄膜透镜。
8.根据权利要求4所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束为自然光；所述第一偏振光为第一圆偏振光；所述第一偏振层包括第一线偏振子层和第一圆偏振子层，所述第一线偏振子层和所述第一圆偏振子层沿所述第一光束的传播路径堆叠；
9.根据权利要求4所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束为第一偏振方向的第一线偏振光；所述第一偏振光为所述第一偏振层对所述第一线偏振光进行转换，射出的第一圆偏振光。
10.根据权利要求8或9所述的光散射装置，其特征在于，所述第二偏振层包括第二圆偏振子层和第二线偏振子层；所述第二圆偏振子层和所述第二线偏振子层沿所述偏振衍射层的出射光的传播路径上；
11.根据权利要求8-10中任一项所述的光散射装置，其特征在于，所述偏振衍射层包括液晶几何相位薄膜透镜。
12.根据权利要求1或2所述的光散射装置，其特征在于，所述第一光束包括第一偏振方向的线偏振光；所述第一光学元件包括偏振衍射层和偏振层；所述偏振衍射层和所述偏振层沿所述第一光束的传播路径堆叠；
13.根据权...
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