DLP投影系统和车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种DLP投影系统和一种车辆。

背景技术

随着我国经济的发展，汽车的普及率越来越高，而我国的道路交通状况较为复杂，发生交通事故的概率较高，因此汽车的安全性能已经越来越受到人们的重视。汽车灯具作为汽车安全的主要部件，其功能也不在局限于照明本身，逐渐向着多功能化的方向发展。其中，汽车灯具信号投影就是汽车灯具的重要的发展方向之一。汽车灯具信号投影系统可以在实现汽车行驶照明的同时，在地面上形成符号和图案，提示驾驶员和行人，形成人与车和车与车之间的信息交互，以提高行车安全。

目前汽车灯具信号投影系统大多采用DLP(Digital Lighting Processing，数字光处理)技术，DLP技术有响应速率快，像素高等优点。但是DLP技术也有一定局限性，要求光源出射的光在其芯片表面上的分布要符合其芯片表面尺寸且尽量均匀，这就对系统中的准直、匀光和整形光学件有较高要求。通常采用的光学件大多只能实现基本球面波或平面波变换，并且需要多个光学件来完成光束的整形和匀光两种功能，导致系统中光学件的数量较多，加上汽车车灯的空间有限，给汽车灯具信号投影系统的设计生产工作带来了很大难度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种DLP投影系统，通过二元衍射器件实现整形和匀光两种功能，可减少光学件的数量，降低光学结构的设计难度，同时能够减小光学结构的尺寸，提高整体结构的微型化和集成化，从而能够降低成本，减少整体的空间占用率，提高系统的适用性。

本发明的第二个目的在于提出一种车辆。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种DLP投影系统，包括：光源；光学件模组，所述光学件模组用于对所述光源发出的光进行处理以得到入射光束；二元衍射器件，所述二元衍射器件垂直于所述入射光束，所述二元衍射器件用于对所述入射光束进行整形和匀光；DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜元件)芯片，所述DMD芯片的表面平行于所述二元衍射器件，所述DMD芯片用于对整形和匀光后的光进行调制，以投射形成图案。

根据本发明实施例的DLP投影系统，通过光学件模组对光源发出的光进行处理以得到入射光束，并通过二元衍射器件用于对入射光束进行整形和匀光，然后通过DMD芯片对整形和匀光后的光进行调制以投射形成图案，由此，通过二元衍射器件实现整形和匀光两种功能，可减少光学件的数量，降低光学结构的设计难度，同时能够减小光学结构的尺寸，提高整体结构的微型化和集成化，从而能够降低成本，减少整体的空间占用率，提高系统的适用性。

另外，根据本发明上述实施例提出的DLP投影系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，本发明实施例的DLP投影系统，还包括反射镜和镜头，其中，所述DMD芯片反射的光再经所述反射镜进行反射，通过所述镜头形成图案。

根据本发明的一个实施例，所述光源为单色LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，所述光学件模组为准直透镜组，所述准直透镜组用于对所述单色LED发出的光进行准直。

根据本发明的一个实施例，所述光源为激光二极管，所述光学件模组为扩束透镜组，所述扩束透镜组用于对所述激光二极管发出的光进行扩束。

根据本发明的一个实施例，根据输入光强和相位分布、输出光强分布、二元衍射器件与DMD表面空间相位差对所述二元衍射器件进行刻蚀设计。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种车辆，包括第一方面实施例提出的DLP投影系统。

根据本发明实施例的车辆，通过采用本发明上述实施例的DLP投影系统，能够减少光学件的数量，降低光学结构的设计难，实现人与车和车与车间的信息交互，从而能够降低成本，提高行车安全。

附图说明

图1为本发明实施例的DLP投影系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的DLP投影系统以单色LED作为光源的光路示意图；

图3为本发明一个实施例的DLP投影系统以激光二极管作为光源的光路示意图；

图4为本发明一个实施例的二元衍射器件相位分布设计方法的流程图；

图5为本发明一个实施例的MATLAB拟合的二元衍射器件的输入光强分布图；

图6为本发明一个实施例的MATLAB拟合的DMD表面的光强分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的DLP投影系统的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例的DLP投影系统，包括光源10、光学件模组20、二元衍射器件30和DMD芯片40。其中，光学件模组20用于对光源10发出的光进行处理以得到入射光束；二元衍射器件30垂直于入射光束，二元衍射器件30用于对入射光束进行整形和匀光；DMD芯片40的表面平行于二元衍射器件30，DMD芯片40用于对整形和匀光后的光进行调制，以投射形成图案。

进一步，如图1所示，本发明实施例的DLP投影系统还可包括反射镜50和镜头60。其中，DMD芯片40反射的光再经反射镜50进行反射，通过镜头60形成图案。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，光源10可为单色LED，光学件模组20可为准直透镜组，准直透镜组可用于对单色LED发出的光进行准直，即准直透镜组可将单色LED发出的发散光变换成平行光束，以得到平行入射光束。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，光源10可为激光二极管，光学件模组20可为扩束透镜组，扩束透镜组可用于对激光二极管发出的光进行扩束，即扩束透镜组可用于扩大激光二极管发出的平行光束的直径，以得到直径较大的平行入射光束。

在本发明的一个实施例中，可根据输入光强和相位分布、输出光强分布、二元衍射器件30与DMD表面空间相位差对二元衍射器件30进行刻蚀设计。其中，输入相位分布与光源10到二元衍射器件表面上每一个点的光程有关；输出光强分布可以是符合DMD芯片形状的均匀光斑，也可以是根据需要形成的其它光型；二元衍射器件与DMD表面的空间相位差，与二元衍射器件30和DMD表面的相对位置以及入射光的波长有关。

在本发明的一个实施例中，二元衍射器件30可采用微纳加工技术在表面刻蚀出浮雕结构，通过其表面不同位置的厚度不同实现了设计的相位分布，从而实现对入射光束的整形和匀光处理。通过二元衍射器件实现对入射光束的整形和匀光处理，能够提高系统的微型化和集成化。

进一步地，如图4所示，二元衍射器件30的相位分布设计方法包括：以入射光的光强和相位分布作为初始循环数据输入二元衍射器件的输入面，得到输入面振幅和相位分布；对输入面振幅和相位分布进行正向衍射变换，得到二元衍射器件的输出面振幅和相位分布；用目标振幅替换计算结果，即以目标振幅替换输出面振幅，得到替换后输出面振幅，同时保持输出面相位分布不变；对替换后输出面振幅进行逆向衍射变换，得到逆向计算输入面振幅和相位分布；用输入振幅替换计算结果，即以输入振幅替换逆向计算得到的输入面振幅，同时逆向计算得到的保持相位分布不变；重复以上步骤，当循环结束后，计算此时的输入面相位与初始入射面相位差，得到二元衍射器件的相位分布。

其中，入射光的光强分布可通过光学拟合得到，也可通过光路实测得到；因为入射光为平行光或近似平行光，所以可将入射光看做平面波，由此，可得到初始相位分布均为0。

进一步地，二元衍射器件30的相位分布设计方法具体为：在输入入射光的光强和相位分布后，可对二元衍射器件输入面的光强和相位分布进行二维傅里叶变换，并乘以傅里叶变换后的衍射函数，然后进行傅里叶逆变换，可得到二元衍射器件的输出面光强和相位分布；保持输出面相位分布不变，用设计的DMD芯片表面光强分布替换输出面光强分布，其中，设计的DMD芯片表面光强分布为均匀分布；对替换后的输出面光强和相位分布进行傅里叶逆变换，并除以傅里叶逆变换后的衍射函数，然后进行傅里叶变换，可得到逆向计算输入面光强和相位分布；保持逆向计算得到的输入面相位分布不变，用入射光的光强分布替换逆向计算得到的输入面光强分布；重复上述步骤，将每次循环中计算得到的DMD芯片表面光强分布与设计值比较，当方差小于设计值的5％时，循环结束，这时逆向计算得到的输入面相位分布和初始相位分布，即入射光的相位分布之差就是二元衍射器件的相位分布。

其中，衍射函数可由二元衍射器件表面点的坐标、DMD芯片表面点的坐标、二元衍射器件和DMD芯片的相对位置以及入射光的光波波长来确定。

在本发明的一个实施例中，在完成二元衍射器件相位分布的设计后，可确定二元衍射器件30和DMD芯片40在光路中的相对位置。其中，二元衍射器件相位分布与上述的相对位置是对应的，即每一个二元衍射器件相位分布方式对应一个二元衍射器件30和DMD芯片40在光路中的相对位置，如果对上述相对位置进行修改，需要对二元衍射器件相位分布进行重新设计。

进一步地，在确定二元衍射器件30和DMD芯片40在光路中的相对位置后，参照图5和图6，二元衍射器件30可将入射光转换成设计需要的光照射在DMD芯片表面。具体地，二元衍射器件30可对入射光束进行整形和匀光，例如可将单色LED光源发出的发散性较大、光强均匀性较差的辐射光束变换为均匀对称的光束照射在DMD芯片表面，形成2:1尺寸的均匀光斑。

进一步地，在二元衍射器件30将入射光转换成设计需要的光照射在DMD芯片40的表面上后，DMD芯片40可根据输入的图案信号，来控制DMD芯片40中微镜阵列开关，使得照射在开状态微镜上的光束发生24°偏转，经过反射镜反射后通过镜头形成图案，并使得照射在关状态微镜上的光束被反射到吸收面。例如，用于车辆信号投影的DMD芯片，由百万数量级的微反射镜所组成的阵列构成，每块微反射镜下有铰链结构，可以控制镜片在+12°的开状态和-12°的关状态之间切换，可使得从光源发出的光经DMD芯片表面反射后，只有被开态微反射镜反射的光可经过反射镜反射后通过镜头形成图案，被关态微反射镜反射的光被吸收，由此，可形成特定的图案。

根据本发明实施例提出的DLP投影系统，通过光学件模组对光源发出的光进行处理以得到入射光束，并通过二元衍射器件用于对入射光束进行整形和匀光，然后通过DMD芯片对整形和匀光后的光进行调制以投射形成图案，由此，通过二元衍射器件实现整形和匀光两种功能，可减少光学件的数量，降低光学结构的设计难度，同时能够减小光学结构的尺寸，提高整体结构的微型化和集成化，从而能够降低成本，减少整体的空间占用率，提高系统的适用性。

对应上述实施例，本发明还提出了一种车辆。

本发明实施例提出的车辆，包括上述实施例提出的DLP投影系统，其具体实施方式可参照上述实施例。

在本发明的一个实施例中，车辆的照明信号系统，例如ADB(Adaptive DrivingBeam，自适应远光系统)可采用上述实施例提出的DLP投影系统，可以在实现照明的同时，在地面上形成图案投影，实现人与车和车与车间的信息交互，从而提高行车安全。

根据本发明实施例提出的车辆，通过采用本发明上述实施例的DLP投影系统，能够减少光学件的数量，降低光学结构的设计难，实现人与车和车与车间的信息交互，从而能够降低成本，提高行车安全。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。