CN118311771A - 一种光学组件、投影装置及运输工具 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光学组件、投影装置及运输工具，涉及投影领域，可以实现抬头显示设备小型化，扩大可视范围。光学组件包括基板和光学膜，光学膜贴合设置于基板一侧，抬头显示系统中的投射光通过光学膜的第一区域射入基板中，通过基板传播到光学膜的第二区域，经由所述第二区域从所述基板射出。所述第二区域面积大于所述第一区域面积，可实现扩大可视范围的效果。通过所述基板和贴合设置于所述基板的光学膜，可获得所需的光路，使所述投射光所成的像能够被人眼所观察到。所述光学组件占用空间较小，可满足抬头显示设备的小型化需求。并且所述第二区域面积大于所述第一区域面积，即有更大面积出射所述投射光，可使人眼获得更大范围的可视区域。

Description

一种光学组件、投影装置及运输工具

技术领域

本申请涉及投影领域，尤其涉及一种光学组件、投影装置及运输工具

背景技术

随着智能汽车的发展，抬头显示(Head-up Display，HUD)等光学显示器件逐步应用在各种车辆中，提升驾驶体验。当前HUD的实现方案主要为自由曲面方案，通过多块自由曲面形成放大的虚像，随着对视场角和虚像距需求越来越大，HUD的体积会增大，而影响在车辆上的装载和使用，因此，实现HUD的小型化是一项重要需求。

发明内容

本申请提供一种光学组件、投影装置及运输工具，可以实现HUD的小型化。

第一方面，本申请提供一种光学组件，用于抬头显示(HUD)系统中，所述光学组件包括第一基板和第一光学膜，所述第一光学膜贴合设置于所述第一基板的一侧，所述第一光学膜包括第一区域和第二区域，所述第二区域的面积大于所述第一区域的面积，所述第一区域用于接收所述HUD系统的投射光，所述投射光经由所述第一基板传播到所述第二区域，所述投射光经由所述第二区域从所述第一基板射出。

第一区域可以改变投射光的光路，所述投射光透射过所述第一区域时，使投射光以一定的角度入射第一基板，在第一基板中进行传播，所述投射光传播至第二区域时，第二区域改变所述投射光的光路，例如，所述投射光被第二区域反射从而改变光路，使投射光从所述第一基板射出。通过所述基板和贴合设置于所述基板的光学膜，可获得所需的光路，使所述投射光所成的像能够被人眼所观察到。所述光学组件占用空间较小，可满足HUD的小型化需求。并且所述第二区域面积大于所述第一区域面积，即有更大面积出射所述投射光，可使人眼获得更大范围的可视区域，即实现扩瞳的功能，增大眼盒。

所述第一区域改变所述投射光的光路的方式，可以是透射式，即从所述光学膜一侧射入所述光学膜，从所述光学膜的另一侧射出所述光学膜；还可以是反射式，即从所述光学膜的同一侧射入和射出所述光学膜。类似的，第二区域改变所述投射光了方式也可以是透射式或反射式，所述第一区域和第二区域改变所述投射光的方式可以相同，也可以不同，本申请对此不做限制。所述投射光在所述第一基板中的传播方式可以为全反射，全反射是指当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时，如果入射角大于某一临界角时，折射光线将会消失，所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质的现象，不等同于在传播过程中完全无损耗。所述投射光以全反射进行传播的过程中，由于误差和介质中存在杂质等原因，并非全部投射光均以反射方式进行传播，所述全反射为理想状态。

一种可能的实施方式，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率是渐变的。所述投射光在所述第一基板中传播的过程中，会随着传播路线的延长，部分投射光射出所述基板，从而发生损耗，使经过较长传播路线出射的光的光强弱于经过较短传播路线出射的光的光强，从而使人眼观察到的图像亮度不均匀。通过设计所述第一区域和所述第二区域的衍射效率，可使出射光的亮度均匀。

一种可能的实施方式，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率沿投射光传播方向逐渐变高。通过上述设计，使需要经过较长传播路线出射的光获得更高的衍射效率，从而增大其出射时光强，或使需要经过较短传播路线出射的光获得更低的衍射效率，从而降低其出射时的光强，使出射光的光强相同或相近，从而使人眼观察到亮度均匀的图像。

一种可能的实施方式，所述第一光学膜包括基底膜和光敏层，所述光敏层设置于所述第一区域和所述第二区域，且位于所述基底膜和所述第一基板之间。所述基底膜用于固定所述光敏层，同时对光敏层起保护作用，防止外力以及灰尘等异物破坏光敏层的光学结构。所述光敏层用于形成光学结构，从而使所述第一光学膜具有以所需方式对所述投射光进行处理的作用。光敏层设置于第一区域和所述第二区域，使所述投射光根据需要在所述第一基板中射入或射出，光敏层中不同区域对光的处理方式可以相同，也可以不同，光敏层可以对光进行透射和反射，例如，投射光透射通过第一区域，以及，投射光被第二区域反射。光敏层位于所述基底膜和所述第一基板之间，可使所述第一光学膜和所述基板构成的整体获得所需的光学性能，这种结构也保证光敏层不易被外力破坏。

一种可能的实施方式，所述光敏层包括光栅结构。光敏层中具有光栅结构，由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅，光栅还分为透射型光栅和反射型光栅，光栅可使光束发生衍射。光敏层中的光栅结构用于改变所述投射光的光路，进而使所述投射光在所述第一基板中射入、射出或在其中传播。可选的，所述光栅结构位于所述第一区域和所述第二区域，使所述投射光通过衍射在所述第一基板中射入或射出。

一种可能的实施方式，所述第一光学膜还包括第三区域，所述第三区域用于将来自第一区域的投射光经由所述第三区域传播至所述第二区域，所述第三区域的面积大于所述第一区域的面积并且小于所述第二区域的面积。所述投射光经由所述第一区域射入所述第一基板后，再经过所述第三区域，所述第三区域可改变所述投射光的光路，从而获得所需的所述第二区域的位置和面积。通过第三区域对所述投射光进行调整，还可获得更大的所述第二区域的面积，从而实现更好的扩瞳效果，获得更大的眼盒，获得更大的可视范围。

一种可能的实施方式，所述第三区域的衍射效率是渐变的。可选的，所述第三区域的衍射效率沿投射光传播方向逐渐变高。所述投射光在所述第一基板中传播的过程中，会随着传播路线的延长而发生损耗，使经过较长传播路线出射的光的光强弱于经过较短传播路线出射的光的光强，从而使人眼观察到的图像亮度不均匀。通过设计所述第三区域的衍射效率，可使出射光的亮度均匀。

一种可能的实施方式，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中至少一个区域对所述投射光的扩瞳量与所述投射光在所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中的至少一个区域中的投射面积有关。增大投射光在所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域其中至少一个的投射面积，使所述投射光具有更大的可视范围，可获得更大的扩瞳量，最终获得更大的眼盒，获得更大的可视范围。

一种可能的实施方式，从所述第一基板射出的投射光的光强相等，或从所述第一基板射出的投射光的光强之间的差值低于第一阈值。通过控制所述投射光的出射时的光强相等或光强之间的差值低于第一阈值，可保证人眼观察到的图像的亮度的均匀性，获得更好的视觉效果。

一种可能的实施方式，所述光学组件包括多层结构，所述光学组件的第一层包括所述第一基板和所述第一光学膜，所述光学组件的第二层包括第二基板和第二光学膜，所述第二光学膜贴合设置于所述第二基板的一侧，所述第一层设置于所述第二层的一侧。所述光学组件的多层结构，可以产生更多的光路设计，例如，由不同层分别处理不同波长范围的投射光，实现更高的效率，使成像亮度更高；再例如，由不同层分别设计不同的衍射效率，使出射光的光强均匀，由此获得更高的亮度均匀性；再例如，还可通过多层结构使各层出射光的可视范围组合，获得更大的可视范围。

一种可能的实施方式，所述第二光学膜包括第四区域和第五区域，所述第二光学膜的第四区域用于接收经由所述第一区域出射的投射光，并将所述投射光经由所述第二基板传播至所述第五区域，所述投射光经由所述第五区域从所述第二基板射出，所述第五区域的面积大于所述第四区域的面积。所述第二光学膜用于处理经由所述第一区域出射的投射光，可以和所述第一层共同对所述投射光进行处理，例如，由不同层分别处理不同波长范围的投射光，不同层对不同波长范围的投射光处理效率更高，从而对整体的投射光实现更高的出射效率，使成像亮度更高；再例如，由不同层分别设计不同的衍射效率，使出射光的光强均匀，由此获得更好的亮度均匀性；再例如，还可通过多层结构使各层出射光的可视范围组合，获得更大的可视范围。

一种可能的实施方式，所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上的投影相接。相接是指，在保证二者投影不相互分离的前提下，尽可能使二者重合区域面积达到最小，二者投影分离，会使可视区域割裂，降低使用体验；二者重合面积过大，一方面缩小了可视范围，浪费所述光学组件的性能，另一方面，二者有重合会导致该区域出射光的光强大于其他部分非重合区域，使图像亮度不均匀，影响使用效果。所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上的投影相接布置，可最大限度利用其各自的面积，最大化该光学组件可实现的可视范围，并有利于保证图像亮度的均匀性。

一种可能的实施方式，所述第一区域用于将第一波长范围的投射光经由所述第一基板传播到所述第二区域，还用于将第二波长范围的投射光传播至所述第四区域，所述第一波长范围的投射光经由所述第二区域从所述第一基板射出；所述第四区域用于接收经由所述第一区域出射的第二波长范围的投射光，并用于将所述第二波长范围的投射光经由所述第二基板传播到所述第五区域，所述第二波长范围的投射光经由所述第五区域从所述第二基板射出；所述第二区域和所述第五区域在投射光射出方向上的投影重合。所述第一光学膜和所述第二光学膜中光学结构可设计对不同的波长范围的所述投射光进行处理，所述第一层处理第一波长范围的所述投射光，并将第二波长范围的所述投射光传播至第二层，由第二层处理，并分别由第二区域和第五区域射出。此种实施方式将不同波长范围的所述投射光由不同层处理，用于对特定波长范围进行处理的层可针对性的设计为对该波长范围的所述投射光具有较高效率，进而提高装置整体效率，使成像亮度更高。所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上投影重合，可将分别处理后的投射光重新混合，形成完整波段的所述投射光，实现彩色显示，达到更好的成像效果。

一种可能的实施方式，所述光学组件还包括第三层，所述光学组件的第三层包括第三基板和第三光学膜，所述第三光学膜贴合设置于所述第三基板的一侧，所述第三层设置于所述第二层的一侧。将所述光学组件设置为三层结构，可分别实现每层单独处理所述投射光的红色波段分光、绿色波段分光和蓝色波段分光，每层针对其所处理的波段具有较高效率，可实现装置整体高效，提高成像亮度。所述三个波段分光分别处理后重新混合可获得完整波段的所述投射光，实现彩色成像。将所述投射光分为三个波段分光分别进行处理，可简化用于生成所述投射光的HUD系统中的图像生成单元的控制，可单独控制各个波段光的出射，使成像的颜色显示更加准确。

一种可能的实现方式，所述投射光为线偏振光，线偏振光在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，由于光矢量端点的轨迹为一直线，因此称为线偏振光。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面。线偏振光的光学特性单一，其振动面固定不动，不会发生旋转，不确定因素更少，针对线偏振光设计光学结构，不需要考虑其振动面的变化，可简化结构的设计工作，降低所述光学组件的设计成本。线偏振光具有自然偏振光所不具备的光学特性，所述光学组件中的光学结构可对线偏振光实现更高的效率，可使系统实现更好的显示效果。例如，所述光学组件中的光栅结构对线偏振光具有更高的衍射效率，所述投射光为线偏振光可获得更高的成像亮度。所述偏振光可以由图像生成单元发出，或将图像生成单元发出的光经过处理后成为线偏振光，作为所述投射光。

一种可能的实施方式，所述第一基板、所述第二基板或所述第三基板中至少一个为平板玻璃。平板玻璃的折射率较高，成本低，能够实现光在其中进行全反射的功能，是作为所述第一基板、所述第二基板或所述第三基板的优选。

第二方面，本申请提供一种投影装置，所述投影装置包括上述第一方面中任一种可能的实施方式中所述的光学组件，还包括用于生成所述投射光的图像生成单元。

第三方面，本申请提供一种运载工具，所述运载工具包括上述第一方面中任一种可能的实施方式中所述的光学组件或上述第二方面中所述的投影装置和投影介质，所述投影介质用于承接经所述光学组件处理的投射光或所述投影装置射出的投射光。

第四方面，本申请提供一种光学组件的制造方法，包括采用激光曝光的方式制造所述第一光学膜，将所述第一光学膜贴合设置于所述第一基板的一侧。

第五方面，本申请提供一种光传播方法，应用于所述光学组件中光的传播，包括所述投射光经所述第一区域射入所述第一基板，并经由所述第一基板传播至所述第二区域，并经由第二区域从所述第一基板射出。

关于第二、三、四、五方面所对应的可能的实施方式及其所带来的效果，可参考第一方面中各种实施方式的介绍，在此不再重复。

本申请采用光学膜和基板组合构成的光学组件，通过设计光学膜中的光学结构控制光路，增加了成像的可视范围，实现了HUD装置的小型化；并且所述第二区域面积大于所述第一区域面积，即有更大面积出射所述投射光，可使人眼获得更大范围的可视区域。

附图说明

图1为HUD方案成像的一种示意图；

图2为本申请提供的光学组件的一种使用场景的示意图；

图3为本申请提供的一种光学组件的示意图；

图4为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图5为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图6为本申请提供的一种光学组件的俯视示意图；

图7为本申请提供的一种光学组件的光路示意图；

图8为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图9为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图10为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图11为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图12为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图13为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图14为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图15为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图16为本申请提供的又一种光学组件的示意图；

图17本申请提供的投影装置的使用场景示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。

为了便于理解，以下示例地给出了部分与本申请实施例相关概念的说明以供参考。如下所述：

1.抬头显示系统(Head-up Display,HUD)

也称为平视显示系统，，主要用于在驾驶员前方的显示设备(如风挡玻璃)上显示如时速导航等驾驶信息。以降低驾驶员视线转移时间，避免因驾驶员视线转移而导致的瞳孔变化，提升行驶安全性和舒适性。

HUD主要包括图像生成单元(Picture Generation Unit，PGU)和光学显示系统，图像生成单元用于生成HUD输出图像，光学显示系统用于显示图像。PGU主要包括光源和光学单元，光源用于产生投射光，投射光射至光学元件，经过光学元件的成像，投射到光学显示系统。可选的，PGU还可以包括其它光学元件，用于调整光束的光学特性或出射路径。

2.投射光

HUD中，由图像生成单元中光源产生，用于产生图像的光束，称为投射光。

3.光敏层

光敏层用于形成光学结构，从而可以对光束进行处理，使光束以所需方式和光路进行传播。光敏层由自身结构或其他物理参数可随光照变化的材料，包括光致聚合物、聚合物分散液晶和液晶材料等构成，可通过激光曝光的方式对其进行加工而获得所需的光学结构。

4.基底膜

基底膜用于保护光敏层及其所形成的光学结构，包括三醋酸纤维薄膜(TriacetylCellulose，TAC)，环状烯烃共聚物薄膜(Cyclic Olefin Copolymer，COC)，聚酯薄膜(Polyester Film，PET)等。

5.基板

基板用于提供投射光的全反射通路，其材料包括树脂或玻璃等。形状一般为平板形，也可根据需要设计为其他形状。

6.衍射

光在传播路径中，遇到障碍物后偏离直线传播的现象称为光的衍射。

7.眼盒

HUD所投射的像，通过风挡玻璃反射至驾驶员眼部活动区域，允许驾驶员的眼睛能够看到全部显示图像的范围称为眼盒，眼盒尺寸是评价HUD性能的一个重要参数。

8.扩瞳

通过增加光学元件、改变元件性质等方式改变光路，扩大眼盒范围的过程，称为扩瞳。

9.衍射效率

衍射效率是指在某一方向上的光强，与入射光强之间的比值，称为衍射效率。

10.线偏振光

在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光称为线偏振光。

本申请实施例中，对于名词的数目，除非特别说明，表示“单数名词或复数名词”，即"一个或多个”。“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A,B可以是单数或者复数。如无特殊说明，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。例如，A/B，表示：A或B。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项(个)，表示：a,b,c,a和b,a和c,b和c,或，a和b和c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。

本申请实施例提及“第一”、“第二”等序数词是用于对多个对象进行区分，不用于限定多个对象的大小、内容、顺序、时序、应用场景、优先级或者重要程度等。

在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，各个实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。

如上介绍了本申请实施例涉及的一些概念，下面介绍本申请实施例的技术方案。

请参考图1，为HUD成像的一种示意图，图中箭头线为光线传播方向示意图，PGU为图像生成单元，M1，M2和M3为光学元件，M1为扩散片，M2和M3分别为两个自由曲面光学元件，F1为风挡玻璃。PGU生成的图像经光学元件反射到风挡玻璃上，驾驶员通过风挡玻璃望向车外时，可以看到HUD系统所投射在风挡玻璃上的虚像，该虚像内容可以包括道路指示信息、续航里程、速度信息、导航信息影音娱乐系统信息等，从而使驾驶员在驾驶车辆时不需要转移视线就能够了解所需信息，避免驾驶员因转移视线而导致无法顾及路况而引发的驾驶风险。通过两块或更多自由曲面放大图像并调整光路的方案，随着需求视场角和虚像距的增大，该方案HUD的体积会增大，比如，由PGU产生实焦图像后需要成放大100倍以上的虚像，随着视场角(field of view，FOV)和虚像距(Virtual Image Distance，VID)需求越来越大，该方案的体积就会急剧增大，比如FOV为15*5度时，VID为7.5米时，HUD的体积达到15升，FOV为20*8度，VID为20米时，HUD的体积达到25升，难以在车辆上安装使用，为此提供本申请所述的方案。

本申请实施例提供了一种光学组件，用于抬头显示系统中，所述光学组件包括：第一基板和第一光学膜，所述第一光学膜贴合设置于所述第一基板的一侧，所述第一光学膜包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于接收所述HUD系统的投射光，将所述投射光经由所述第一基板传播到所述第二区域，所述投射光经由所述第二区域从所述第一基板射出，所述第二区域的面积大于所述第一区域的面积。通过所述基板和贴合设置于所述基板的光学膜，可获得所需的光路，使所述投射光所成的像能够被人眼所观察到。所述光学组件占用空间较小，可满足HUD的小型化需求。并且所述第二区域面积大于所述第一区域面积，即有更大面积出射所述投射光，可使人眼获得更大范围的可视区域，即实现扩瞳的功能，增大眼盒。

请参考图2，为本申请提供的光学组件的一种使用场景的示意图，图中箭头线为光线传播示意图，光学组件用于改变光路，使PGU所发出的投射光经风挡玻璃射入驾驶员眼中。

具体的，请参考图3，图中箭头线表示所述投射光光路，所述投射光经第一区域射入所述第一基板，并在所述第一基板中以全反射的方式进行传播，再经由第二区域从所述第一基板射出。全反射是指当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时，如果入射角大于某一临界角时，折射光线将会消失，所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质的现象，不等同于在传播过程中完全无损耗。所述投射光以全反射进行传播的过程中，由于误差和介质中存在杂质等原因，并非全部投射光均以反射方式进行传播，所述全反射为理想状态。

所述第一基板的折射率高于所述第一光学膜和周边介质，如空气，当所述投射光以适当角度入射时，以全反射方式在其中进行传播。可选的，所述第一基板为平板玻璃。可选的，所述第一基板的材质可以为树脂、高分子材料、无机玻璃、有机玻璃、晶体等可用于实现全反射的材质。所述投射光以全反射进行传播的过程中，由于误差和介质中存在杂质等原因，并非全部投射光均以反射方式进行传播，所述全反射为理想状态。所述基板可以为矩形、圆形、椭圆形，不规则多边形等多种形状，本申请对此不做限制。所述基板可以为波导型光学元件。

所述第一光学膜与所述第一基板间可以为贴合设置，所述投射光经过所述第一区域后，例如透射所述第一区域后，其光路发生改变，直接进入所述第一基板。

所述第一光学膜与所述第一基板间还可有其他结构，如增透膜、粘合层等不影响所述投射光进入所述第一基板的结构。

所述第一光学膜在空间上可以为连续或不连续，请参考图3，为本申请提供的一种光学组件的示意图，其中所述第一光学膜在空间上为连续的；请参考图4，为本申请提供的又一种光学组件的示意图，其中第一区域用于使所述投射光透射射入基板，第二区域可以通过反射投射光使所述投射光从基板射出，其中所述第一光学膜在空间上不连续，也包括所述第一区域和所述第二区域。第一区域和第二区域还可以通过其他的光学原理对投射光进行作用，从而使投射光从基板射出。所述光学膜可以为全息光学元件(Holographicoptical element，HOE)。

根据所述第二区域的光学性质和所述第一基板的光学性质，包括其改变光路的方式为透射式或反射式，所述投射光从所述基板射出的方向有多种，请参考图5，为本申请提供的一种光学组件的示意图，图中箭头线为所述投射光，虚线箭头为投射光可能射入或射出的方向，根据所述第一区域或第二区域和所述第一基板的光学性质，所述投射光可以从所述第一基板的第一光学膜一侧射出或射入，也可能从另一侧射出或射入。以第一区域为例，若所述第一区域为透射型光栅，要使投射光经所述第一区域射入所述第一基板，则需入射方向在所述第一光学膜一侧；若所述第一区域为反射型光栅，则入射方向则需在基板一侧。相似的，第二区域同理。投射光在入射所述基板后，由于第一区域改变其光路，使其不能从基板中射出，从而在基板中以全反射方式进行传播；当其经由所述第二区域时，光路再次被改变，使其不再满足全反射条件，则从所述第一基板射出。所述第一光学膜和所述第一基板在生产、制造、使用过程中所产生的磨损与误差，所述投射光的出射或入射方向也可不垂直于所述第一基板平面，而产生偏差。所述投射光出射角度满足当前设计的出射条件即可射出所述第一基板，图5中所示的出射方向仅为举例说明出射方向的可能性，不作为对出射方向的限制。

可选的，请参考图6，为本申请提供的一种光学组件的俯视示意图，示例性的给出了所述第一区域与所述第二区域的相对位置关系，所述第二区域与所述第一区域相对位置可根据需要进行设计，所述第二区域面积大于所述第一区域面积，能够实现所需的扩瞳效果即可，本申请对此不做限制。

所述光学组件通过所述第一光学膜和所述第一基板调整所述投射光的光路，并实现扩瞳效果，所述投射光在所述光学组件中调整光路，所需的空间体积小，有利于HUD的小型化设计。

一种可能的实施方式，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率是渐变的。可选的，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率沿投射光传播方向逐渐变高。请参考图7，为本申请提供的一种光学组件的光路示意图，投射光R0在经过第一次衍射后，部分投射光R1从所述第一基板射出，余下部分投射光R2在所述第一基板中继续传播，由于部分投射光R1射出，投射光R2的光强弱于投射光R0；投射光R2再次经过所述第二区域时，部分投射光R3从所述第一基板射出，若所述第二区域衍射效率为均匀的，则投射光R3的光强弱于投射光R1；余下部分投射光R4继续传播，投射光R5从所述第一基板射出，同理，投射光R5的光强弱于投射光R3。因此，通过人眼观察到的像的亮度是不均匀的。若所述第二区域衍射效率沿着所述投射光传播方向逐渐变高，如图7中所示从R1至R3排布方向所述第二区域衍射效率逐渐变高，例如，R1处第二区域衍射效率为0.2，假设将R0光强按100计算，则R1光强为20，R2光强为80，若R3处第二区域衍射效率为0.25，则R3光强为80×0.25＝20，和R1相等，类似的设计R5处衍射效率为1/3，则R5光强为20，和R1、R3相同，则可使成像的亮度均匀。上述光强数据仅为说明原理，不应理解为对方案的限制。

一种可能的实施方式，所述第一光学膜包括基底膜和光敏层，所述光敏层设置于所述第一区域和所述第二区域，且位于所述基底膜和所述第一基板之间。请参考图8，为本申请提供的一种光学组件的示意图。可选的，光敏层设置于所述第一区域和所述第二区域，用于形成光学结构改变所述投射光光路。可选的，所述光敏层包括光栅结构。可选的，光栅结构包括所述第一区域和所述第二区域。光敏层在所述第一区域和所述第二区域所形成的光栅结构，可使所述投射光的光路发生改变，使所述投射光入射或出射所述第一基板，或在所述第一基板中传播。所述光敏层设置于所述第一区域和所述第二区域，且位于所述基底膜和所述第一基板之间。所述基底膜用于固定所述光敏层，同时对光敏层起保护作用，防止外力破坏光敏层的光学结构。

一种可能的实施方式，所述第一光学膜还包括第三区域，所述第三区域用于将来自第一区域的投射光经由所述第三区域传播至所述第二区域，所述第三区域的面积大于所述第一区域的面积并且小于所述第二区域的面积。请参考图9，为本申请提供的一种光学组件的示意图。第三区域可进一步对光路进行调整，所述投射光通过第三区域，可改变第二区域的位置，以尽可能的利用所述光学组件的面积，还可以通过第三区域，获得更大的第二区域面积，提高光学组件的扩瞳效果。第一区域、第二区域和第三区域的位置关系可能有多种，可根据需要进行布置和设计，本申请对此不做限制。例如，请参考图10，为本申请提供的一种光学组件的示意图。所述第三区域的面积大于所述第一区域的面积并且小于所述第二区域的面积，可有效利用所述区域的面积，因所述第二区域需实现扩瞳效果，所述投射光先经过所述第三区域而后经过所述第二区域，所述投射光在所述第二区域投射出的面积大于其在所述第三区域的投射出的面积。可选的，所述第一区域、第二区域、第三区域的面积和位置关系还可以有其他组合，例如所述第二区域面积等于所述第三区域面积，二者都大于所述第一区域面积。

一种可能的实施方式，所述第三区域的衍射效率是渐变的。可选的，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率沿投射光传播方向逐渐变高。通过改变第一区域、第二区域、第三区域中至少一个区域的衍射效率，使其沿着所述投射光传播方向渐变，都可以实现出射光强度均匀的效果。可选的，从所述第一基板射出的投射光的光强相等，或从所述第一基板射出的投射光的光强之间的差值低于第一阈值。光强相等时，所成的像的亮度为均匀的，是期望达到的理想情况。第一阈值可根据需要和设置，例如光强之间相对差值低于10％，或绝对差值低于10cd。可选的，所述第一阈值还可设置为其他数值，满足需求即可，本领域技术人员可根据需要进行扩展，本申请对此不做限制，保护范围以权利要求为准。

一种可能的实施方式，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中至少一个区域对所述投射光的扩瞳量与所述投射光在所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中的至少一个区域中的投射面积有关。请参考图11，为本申请提供的光学组件的示意图。其中C1为所述投射光投射于所述第一区域的面积，C3为所述投射光投射于所述第三区域的面积，C2为所述投射光投射于所述第二区域的面积，所述投射光所投射面积越大，对应区域所实现的扩瞳量越大，最终射出所述第一基板能够观察到像的范围就越大，所形成的眼盒范围就越大。

一种可能的实施方式，所述光学组件包括多层结构，所述光学组件的第一层包括所述第一基板和所述第一光学膜，所述光学组件的第二层包括第二基板和第二光学膜，所述第二光学膜贴合设置于所述第二基板的一侧，所述第一层设置于所述第二层的一侧。所述第二光学膜的特性与第一光学膜的特性相同，这里不再赘述。

请参考图12，为本申请提供的一种光学组件的示意图，所述光学组件的多层结构，可以产生更多的光路设计，并由此获得更高的亮度均匀度和更大的眼盒范围。多层结构还可以用于设计每个单层结构，使其分别针对其所需处理的部分所述投射光具有更高效率，从而提高HUD整体的效率。可选的，请参考图13，为本申请提供的一种光学组件的示意图，所述多层结构的布置方式还可以如图13所示的，为第一基板与第二基板相邻，可选的光学膜与所述基板之间的位置关系可以有多种，例如，光学膜位于所述基板的上方，再例如，光学膜位于所述基板的下方。可选的，所述多层结构还可以为三层、四层或更多层。可选的，各层间的相邻关系、不同层的光学膜与基板的位置关系可根据需要确定，本申请对此不做限制。不同层上的光学膜所包括的区域个数和位置关系不做限定，例如，第一层中，第一光学膜包括两个区域、第一区域、第二区域和第三区域，第二层中，第二光学膜包括第四区域和第五区域。

一种可能的实施方式，请参考图14，为本申请为本申请提供的一种光学组件的示意图。所述第二光学膜包括第四区域和第五区域，所述第二光学膜的第四区域用于接收经由所述第一区域出射的投射光，并将所述投射光经由所述第二基板传播至所述第五区域，所述投射光经由所述第五区域从所述第二基板射出，所述第五区域的面积大于所述第四区域的面积。所述第二光学膜用于处理经由所述第一区域出射的投射光，可以和所述第一层共同对所述投射光进行处理。利用第二层结构和第一层结构分别设计其光学结构，每层针对其所处理的波段具有较高效率，使其分别能高效的处理部分所述投射光，使最终成像亮度更高。所述第一区域用于将第一波长范围的投射光经由所述第一基板传播到所述第二区域，还用于将第二波长范围的投射光传播至所述第四区域，所述第一波长范围的投射光经由所述第二区域从所述第一基板射出；所述第四区域用于接收经由所述第一区域出射的第二波长范围的投射光，并用于将所述第二波长范围的投射光经由所述第二基板传播到所述第五区域，所述第二波长范围的投射光经由所述第五区域从所述第二基板射出；所述第二区域和所述第五区域在投射光射出方向上的投影重合。请参考图14，投射光L1为波长为第一范围的投射光，由所述第一层进行处理，投射光L2为波长为第二范围的投射光，由所述第二层进行处理。所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上投影重合，可将分别处理后的投射光重新混合，形成完整波段的所述投射光，实现彩色显示，达到更好的成像效果。图14中为清楚表达光路，L1和L2未画成重合，应理解，所述L1与L2在出射时光路可以重合。可选的所述L1为蓝色波段投射光，所述L2为其余波段投射光。

一种可能的实施方式，所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上的投影相接。请参考图15(a)，为本申请为本申请提供的一种光学组件的示意图，通过两层结构，可由不同层分别设计不同的衍射效率，使出射光的光强均匀，由此获得更高的亮度均匀；再例如，还可通过两层结构使各层出射光的可视范围组合，获得更大的可视范围。相接是指，在保证二者投影不相互分离的前提下，尽可能使二者重合区域面积达到最小，二者投影分离，会使可视区域割裂，降低使用体验；二者重合面积过大，一方面缩小了可视范围，浪费所述光学组件的性能，另一方面，二者有重合会导致该区域出射光的光强大于其他部分非重合区域，使图像亮度不均匀，影响使用效果。所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上的投影相接布置，可最大限度利用其各自的面积，最大化该光学组件可实现的可视范围，并有利于保证图像亮度的均匀性。区别于分波长复用的方式，此种实施方式为分空间复用。请参考图15(b)，为所述多层结构，在所述投射光出射方向上，所述第二区域和所述第五区域的投影相接。

一种可能的实施方式，请参考图16(a)，为本申请为本申请提供的一种光学组件的示意图。所述光学组件还包括第三层，所述光学组件的第三层包括第三基板和第三光学膜，所述第三光学膜贴合设置于所述第三基板的一侧，所述第三层设置于所述第二层的一侧。

所述第三层结构与特性与所述第一层相同，在此不再赘述。

可选的，所述三层结构，可分别实现每层单独处理所述投射光的红色波段分光L3、绿色波段分光L2和蓝色波段分光L1，每层针对其所处理的波段具有较高效率，可实现装置整体高效，提高成像亮度。所述三个波段分光分别处理后重新混合可获得完整波段的所述投射光，实现彩色成像。将所述投射光分为三个波段分光分别进行处理，可简化用于生成所述投射光的HUD系统中的图像生成单元的控制，可单独控制各个波段光的出射，使成像的颜色显示更加准确。应理解，为使光路清晰，图中三层结构为分离示意，三层结构之间可以贴合，也可包括如增透膜，粘结层等辅助结构，不影响光路即可。请参考图16(b)，为所述三层结构的光学组件的俯视图，其中，各层出射光的区域，如第二区域，第五区域和第七区域在所述投射光出射方向上的投影重合。

可选的，所述投射光为线偏振光。线偏振光的光学特性单一，不确定因素更少，针对线偏振光设计光学结构，可简化结构的设计工作，降低所述光学组件的设计成本。线偏振光具有自然偏振光所不具备的光学特性，所述光学组件中的光学结构可对线偏振光实现更高的效率，可使系统实现更好的显示效果。例如，所述光学组件中的光栅结构对线偏振光具有更高的衍射效率，所述投射光为线偏振光可获得更高的成像亮度。所述偏振光可以由图像生成单元发出，或将图像生成单元发出的光经过处理后成为线偏振光，作为所述投射光。

可选的，所述第一基板、所述第二基板或所述第三基板中至少一个为平板玻璃。平板玻璃的折射率较高，成本低，能够实现光在其中进行全反射的功能，是作为所述第一基板、所述第二基板或所述第三基板的优选。

本申请还提供一种投影装置，请参考图17，为本申请提供的投影装置的使用场景示意图。所述的投影装置应用于HUD中，所述HUD包括组合型抬头显示装置(combiner HUD，C-HUD)、风挡型抬头显示装置(windshield-HUD，W-HUD)以及增强现实型抬头显示装置(augmented reality HUD，AR-HUD)以及其他可以实现抬头显示功能的设备或功能单元。

本申请还提供的一种运输工具，请参考图17。图中为所述运输工具，车辆，汽车挡风玻璃为投影介质，当然，投影介质还可以为其他装置，这里不做限定。用于承接经所述光学组件处理的投射光或所述投影装置射出的投射光。本申请所述的运载工具可以是传统的燃油汽车，也可以是纯电动汽车、混动汽车等新能源汽车。可以是轿车、货车、客运客车、运动型多用途汽车(sport utility vehicle，SUV)等不同类型汽车中的任意一种，还可以是三轮车、摩托车、火车等载人或者载货的陆地运输装置。或者，本申请的投影装置还可以应用于飞机、船舶等其他类型的运输工具中。

以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种光学组件，用于抬头显示(Head-up Display，HUD)系统中，所述光学组件包括：

第一基板和第一光学膜，所述第一光学膜贴合设置于所述第一基板的一侧，所述第一光学膜包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于接收所述HUD系统的投射光，所述投射光经由所述第一基板传播到所述第二区域，所述投射光经由所述第二区域从所述第一基板射出，所述第二区域的面积大于所述第一区域的面积。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率是渐变的。

3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域中至少一个区域的衍射效率沿投射光传播方向逐渐变高。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一光学膜包括基底膜和光敏层，所述光敏层设置于所述第一区域和所述第二区域，且位于所述基底膜和所述第一基板之间。

5.根据权利要求4中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述光敏层包括光栅结构。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一光学膜还包括第三区域，所述第三区域用于将来自第一区域的投射光经由所述第三区域传播至所述第二区域，所述第三区域的面积大于所述第一区域的面积并且小于所述第二区域的面积。

7.根据权利要求6中所述的光学组件，其特征在于，所述第三区域的衍射效率是渐变的。

8.根据权利要求6或7所述的光学组件，其特征在于，所述第三区域的衍射效率沿投射光传播方向逐渐变高。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中的至少一个区域用于对所述投射光进行扩瞳。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中至少一个区域对所述投射光的扩瞳量与所述投射光在所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域中的至少一个区域中的投射面积有关。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学组件，从所述第一基板射出的投射光的光强相等，或从所述第一基板射出的投射光的光强之间的差值低于第一阈值。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述光学组件包括多层结构，所述光学组件的第一层包括所述第一基板和所述第一光学膜，所述光学组件的第二层包括第二基板和第二光学膜，所述第二光学膜贴合设置于所述第二基板的一侧，所述第一层设置于所述第二层的一侧。

13.根据权利要求12所述的光学组件，其特征在于，所述第二光学膜包括第四区域和第五区域，所述第二光学膜的第四区域用于接收经由所述第一区域出射的投射光，并将所述投射光经由所述第二基板传播至所述第五区域，所述投射光经由所述第五区域从所述第二基板射出，所述第五区域的面积大于所述第四区域的面积。

14.根据权利要求12或13所述的光学组件，其特征在于，所述第二区域和所述第五区域在所述投射光射出方向上的投影相接。

15.根据权利要求12-13中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一区域用于将第一波长范围的投射光经由所述第一基板传播到所述第二区域，还用于将第二波长范围的投射光传播至所述第四区域，所述第一波长范围的投射光经由所述第二区域从所述第一基板射出；所述第四区域用于接收经由所述第一区域出射的第二波长范围的投射光，并用于将所述第二波长范围的投射光经由所述第二基板传播到所述第五区域，所述第二波长范围的投射光经由所述第五区域从所述第二基板射出；所述第二区域和所述第五区域在投射光射出方向上的投影重合。

16.根据权利要求12-15任一项所述的光学组件，其特征在于，所述光学组件还包括第三层，所述光学组件的第三层包括第三基板和第三光学膜，所述第三光学膜贴合设置于所述第三基板的一侧，所述第三层设置于所述第二层的一侧。

17.根据权利要求1-16所述的光学组件，其特征在于，所述投射光为线偏振光。

18.根据权利要求1-17所述的光学组件，其特征在于，所述第一基板、所述第二基板或所述第三基板中至少一个为平板玻璃。

19.一种投影装置，其特征在于，包括如权利1-18中任一项所述的光学组件和图像生成单元，所述图像生成单元用于生成所述投射光。

20.一种运输工具，其特征在于，包括如权利要求1-18中任一项所述的光学组件或权利要求19所述的投影装置，还包括投影介质，所述投影介质用于承接经所述光学组件处理的投射光或所述投影装置射出的投射光。