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CN108181708B - 一种抬头显示系统及其控制方法 - Google Patents

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CN108181708B CN201810002190.9A CN201810002190A CN108181708B CN 108181708 B CN108181708 B CN 108181708B CN 201810002190 A CN201810002190 A CN 201810002190A CN 108181708 B CN108181708 B CN 108181708B
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Abstract

本发明提供了一种抬头显示系统及其控制方法，涉及显示技术领域。本发明通过偏振转换元件进行不同偏振态光线的转换，并利用了双折射透镜组件对S偏振态和P偏振态的光线起成像作用的特性，以及散射组件的散射作用，实现了同时显示第一投影面和第二投影面的图像，通过两个投影面图像的深度融合实现了光场显示，能为驾驶员提供在一定深度范围内的眼部聚焦调节，呈现自然的3D图像，使得显示的图像更逼真，避免驾驶员长期观看产生的眼部疲劳。

Description

一种抬头显示系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种抬头显示系统及其控制方法。
背景技术
抬头显示(Head Up Display，HUD)，又称平视显示，逐步在汽车领域获得了广泛的应用。抬头显示把汽车行驶过程中仪表显示的重要信息和导航等信息投射到前风挡玻璃上，可以使驾驶员不用低头就能看到仪表中的信息，不仅能够帮助对速度判断缺乏经验的新手控制自己的车速，避免在许多的限速路段中因超速而违章，更重要的是它能够使驾驶员在大视野不转移的条件下瞬间读数，始终头脑清醒地保持最佳观察状态，避免驾驶员低头观看仪表显示或观看音响显示，在前方遇有紧急情况就有可能因来不及采取有效措施而造成事故。
目前的抬头显示系统中，都是将一个2D显示图像投影到驾驶员前方的固定距离处，驾驶员在观看抬头显示的显示图像时，需要驾驶员调整眼睛的焦距，使得人眼能汇聚到2D显示图像的投影面上。
但是，长时间观看一个固定焦距处的投影面上的显示图像，会引起驾驶员的眼部疲劳，不利于安全驾驶；同时，2D显示图像不能很好的显示一些抬头显示的图像信息，如导航时的转向信息、其它标志物的叠加信息等。
发明内容
本发明提供一种抬头显示系统及其控制方法，以解决现有的抬头显示系统会引起驾驶员的眼部疲劳，且不能很好的显示一些抬头显示的图像信息的问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种抬头显示系统，包括：显示控制组件、偏振转换元件、双折射透镜组件、散射组件和反射组件；
所述显示控制组件，用于按照预设时序向所述偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像；
所述偏振转换元件，用于将所述第一待显示图像的光线转换为S偏振光，以及将所述第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至所述双折射透镜组件；
所述双折射透镜组件，用于将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在所述散射组件上，形成第一投影面的物面，以及将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在所述散射组件上，形成第二投影面的物面；
所述散射组件，用于将所述第一投影面的物面和所述第二投影面的物面分别散射至所述反射组件上；
所述反射组件，用于将散射至所述反射组件上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至人眼。
优选地，所述显示控制组件包括：系统控制单元、图像渲染单元和显示元件；所述系统控制单元与所述图像渲染单元电连接，所述图像渲染单元与所述显示元件电连接；
所述图像渲染单元，用于根据第一待显示图像数据渲染生成第一待显示图像，以及根据第二待显示图像数据渲染生成第二待显示图像；
所述系统控制单元，用于控制所述图像渲染单元将所述第一待显示图像和所述第二待显示图像按照所述预设时序交替发送至所述显示元件；
所述显示元件，用于交替输出所述第一待显示图像和所述第二待显示图像。
优选地，所述系统控制单元，还与所述偏振转换元件电连接，用于控制所述偏振转换元件按照所述预设时序进行偏振态的切换，所述偏振态包括S偏振态或P偏振态。
优选地，所述散射组件包括聚合物分散液晶组件和电压控制单元；
所述电压控制单元，分别与所述聚合物分散液晶组件和所述系统控制单元电连接，用于在所述系统控制单元的控制下，控制所述聚合物分散液晶组件按照所述预设时序进行状态切换，所述状态包括透明态或散射态。
优选地，所述双折射透镜组件包括相对平行设置的第一双折射透镜和第二双折射透镜；所述第一双折射透镜和所述第二双折射透镜的晶体光轴互相垂直，且所述第一双折射透镜对S偏振光起折射作用，所述第二双折射透镜对P偏振光起折射作用。
优选地，所述聚合物分散液晶组件包括相对平行设置的第一聚合物分散液晶元件和第二聚合物分散液晶元件；
所述第一双折射透镜用于将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在所述第一聚合物分散液晶元件上，所述第二双折射透镜用于将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在所述第二聚合物分散液晶元件上。
优选地，所述反射组件包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；
所述第一反射镜用于将散射至所述第一反射镜上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至第二反射镜；
所述第二反射镜用于将所述第一反射镜出射的光线反射至所述第三反射镜；
所述第三反射镜用于将所述第二反射镜出射的光线反射至人眼。
为了解决上述问题，本发明还公开一种抬头显示系统的控制方法，包括：
在一个显示周期内，按照预设时序向偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像；
在所述显示周期的第一时间段内，所述第一待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为S偏振光，所述转换为S偏振光的第一待显示图像经双折射透镜组件成像在散射组件上，形成第一投影面的物面，所述第一投影面的物面经所述散射组件散射至反射组件上，所述散射至反射组件上的第一投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第一投影面的显示图像；
在所述显示周期的第二时间段内，所述第二待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为P偏振光，所述转换为P偏振光的第二待显示图像经双折射透镜组件成像在散射组件上，形成第二投影面的物面，所述第二投影面的物面经所述散射组件散射至反射组件上，所述散射至反射组件上的第二投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第二投影面的显示图像。
优选地，所述方法还包括：
在2D显示模式下，向所述偏振转换元件输出第一待显示图像；
所述第一待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为S偏振光；
所述转换为S偏振光的第一待显示图像经所述双折射透镜组件成像在所述散射组件上，形成第一投影面的物面；
所述第一投影面的物面经所述散射组件散射至所述反射组件上；
所述散射至反射组件上的第一投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第一投影面的显示图像。
优选地，所述方法还包括：
在2D显示模式下，向所述偏振转换元件输出所述第二待显示图像；
所述第二待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为P偏振光；
所述转换为P偏振光的第二待显示图像经所述双折射透镜组件成像在所述散射组件上，形成第二投影面的物面；
所述第二投影面的物面经所述散射组件散射至所述反射组件上；
所述散射至反射组件上的第二投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第二投影面的显示图像。
优选地，所述双折射透镜组件包括相对平行设置的第一双折射透镜和第二双折射透镜；所述散射组件包括聚合物分散液晶组件和电压控制单元，所述聚合物分散液晶组件包括相对平行设置的第一聚合物分散液晶元件和第二聚合物分散液晶元件；
当向所述第一双折射透镜入射的光为S偏振光时，将所述第一聚合物分散液晶元件的状态设置为散射态，将所述第二聚合物分散液晶元件的状态设置为透明态；当向所述第二双折射透镜入射的光为P偏振光时，将所述第一聚合物分散液晶元件的状态设置为透明态，将所述第二聚合物分散液晶元件的状态设置为散射态。
优选地，当所述电压控制单元向所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件输入电压信号时，所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件的状态为透明态；当所述电压控制单元未向所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件输入电压信号时，所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件的状态为散射态。
优选地，所述显示周期小于1/30秒。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
通过显示控制组件按照预设时序向偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像，偏振转换元件将第一待显示图像的光线转换为S偏振光，以及将第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至双折射透镜组件，双折射透镜组件将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在散射组件上，形成第一投影面的物面，以及将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在散射组件上，形成第二投影面的物面，散射组件将第一投影面的物面和第二投影面的物面分别散射至反射组件上，反射组件用于将散射至反射组件上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至人眼。通过偏振转换元件进行不同偏振态光线的转换，并利用了双折射透镜组件对S偏振态和P偏振态的光线起成像作用的特性，以及散射组件的散射作用，实现了同时显示第一投影面和第二投影面的图像，通过两个投影面图像的深度融合实现了光场显示，能为驾驶员提供在一定深度范围内的眼部聚焦调节，呈现自然的3D图像，使得显示的图像更逼真，避免驾驶员长期观看产生的眼部疲劳。
附图说明
图1示出了本发明实施例的一种抬头显示系统的示意图；
图2示出了本发明实施例的第一双折射透镜的结构示意图；
图3示出了本发明实施例的聚合物分散液晶元件的状态为透明态的示意图；
图4示出了本发明实施例的聚合物分散液晶元件的状态为散射态的示意图；
图5示出了本发明实施例的一种抬头显示系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例的一种抬头显示系统的示意图。
本发明实施例提供了一种抬头显示系统，包括：显示控制组件11、偏振转换元件12、双折射透镜组件13、散射组件14和反射组件15；所述显示控制组件11，用于按照预设时序向所述偏振转换元件12交替输出第一待显示图像和第二待显示图像；所述偏振转换元件12，用于将所述第一待显示图像的光线转换为S偏振光，以及将所述第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至所述双折射透镜组件13；所述双折射透镜组件13，用于将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在所述散射组件14上，形成第一投影面的物面，以及将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在所述散射组件14上，形成第二投影面的物面；所述散射组件14，用于将所述第一投影面的物面和所述第二投影面的物面分别散射至所述反射组件15上；所述反射组件15，用于将散射至所述反射组件15上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至人眼16。
需要说明的是，散射组件14上形成的第一投影面的物面和第二投影面的物面散射至反射组件15上，经反射组件15反射后到达人眼16，因此，用户能够观察到第一投影面M1和第二投影面M2的显示图像。在光学成像系统中，第一投影面M1为散射组件14上形成第一投影面的物面对应的像面，第二投影面M2为散射组件14上形成第二投影面的物面对应的像面，且第一投影面的显示图像和第二投影面的显示图像均为虚像。
通过第一投影面M1和第二投影面M2的显示图像的深度融合实现了光场显示，光场显示作为一种自然的3D显示方式，能够逼真的显示3D物体，提供了不同深度的图像信息，使得用户的眼睛焦距能够得到调整，避免长时间聚焦一个平面产生的不适。
深度融合光场显示是通过在空间上两个相隔一段距离的第一投影面M1和第二投影面M2上显示图像，通过对第一投影面M1的显示图像和第二投影面M2的显示图像进行图像渲染，使得人眼的感知深度平面M在一定范围内变化，使得用户的聚焦平面发生变化，形成了自然的3D显示。人眼的感知深度平面M位于第一投影面M1和第二投影面M2之间。
其中，所述显示控制组件11包括：系统控制单元111、图像渲染单元112和显示元件113；所述系统控制单元111与所述图像渲染单元112电连接，所述图像渲染单元112与所述显示元件113电连接；所述图像渲染单元112，用于根据第一待显示图像数据渲染生成第一待显示图像，以及根据第二待显示图像数据渲染生成第二待显示图像；所述系统控制单元111，用于控制所述图像渲染单元112将所述第一待显示图像和所述第二待显示图像按照所述预设时序交替发送至所述显示元件113；所述显示元件113，用于交替输出所述第一待显示图像和所述第二待显示图像。
图像渲染单元112接收外部系统输入的第一待显示图像数据和第二待显示图像数据，根据第一待显示图像数据渲染生成第一待显示图像，根据第二待显示图像数据生成第二待显示图像。
系统控制单元111控制图像渲染单元112将渲染生成的第一待显示图像和第二待显示图像按照预设时序交替发送至显示元件113，显示元件113接收到图像渲染单元112发送的第一待显示图像和第二待显示图像后，按照预设时序交替显示第一待显示图像和第二待显示图像，并向偏振转换元件12交替输出第一待显示图像和第二待显示图像。
例如，在一个显示周期的第一时间段内，系统控制单元111控制图像渲染单元112将第一待显示图像发送至显示元件113，显示元件113显示第一待显示图像，并向偏振转换元件12输出第一待显示图像；在一个显示周期的第二时间段内，系统控制单元111控制图像渲染单元112将第二待显示图像发送至显示元件113，显示元件113显示第二待显示图像，并向偏振转换元件12输出第二待显示图像。
所述系统控制单元111，还与所述偏振转换元件12电连接，用于控制所述偏振转换元件12按照所述预设时序进行偏振态的切换，所述偏振态包括S偏振态或P偏振态。
根据显示元件113向偏振转换元件12输出的第一待显示图像和第二待显示图像的预设时序，相应切换偏振转换元件12的偏振态，使得通过偏振转换元件12的光线转换为S偏振光或P偏振光，然后，将S偏振光和P偏振光按照预设时序入射至双折射透镜组件13。
例如，在一个显示周期的第一时间段内，显示元件113向偏振转换元件12输出第一待显示图像，则系统控制单元111将偏振转换元件12的偏振态切换为S偏振态，使得通过偏振转换元件12的第一待显示图像的光线转换为S偏振光；在一个显示周期的第二时间段内，显示元件113向偏振转换元件12输出第二待显示图像，则系统控制单元111将偏振转换元件12的偏振态切换为P偏振态，使得通过偏振转换元件12的第二待显示图像的光线转换为P偏振光。
需要说明的是，所述偏振转换元件12可以为电光晶体，系统控制单元111通过向电光晶体施加不同的电压，以改变电光晶体的偏振态。
所述双折射透镜组件13包括相对平行设置的第一双折射透镜131和第二双折射透镜132；所述第一双折射透镜131和所述第二双折射透镜132的晶体光轴互相垂直，且所述第一双折射透镜131对S偏振光起折射作用，所述第二双折射透镜132对P偏振光起折射作用。
通过设置两个晶体光轴互相垂直的第一双折射透镜131和第二双折射透镜132，使得第一双折射透镜131对S偏振光起折射作用，而对P偏振光不起折射作用；第二双折射透镜132对P偏振光起折射作用，而对S偏振光不起折射作用。
需要说明的是，第一双折射透镜131和第二双折射透镜132均包括双折射材料和填充材料，填充材料为单一折射率的材料，不会随着光线偏振态而改变，且填充材料的折射率与双折射材料的两个折射率中的低折射率相等。
参照图2，示出了本发明实施例的第一双折射透镜的结构示意图。
第一双折射透镜131包括第一双折射材料1311和第一填充材料1312，第一双折射材料1311对S偏振光的折射率大于P偏振光的折射率，而第一填充材料1312的折射率等于P偏振光的折射率。当S偏振光通过第一双折射透镜131时，第一双折射材料1311的折射率大于第一填充材料1312的折射率，第一双折射透镜131可以对S偏振光起折射作用；而当P偏振光通过第一双折射透镜131时，由于第一双折射材料1311的折射率和第一填充材料1312的折射率相等，所以对S偏振光不起折射作用。
因此，第一双折射透镜131只对S偏振光起折射作用，而对P偏振光不起折射作用。
相应的，第二双折射透镜132的结构与第一双折射透镜131的结构相同，只是第二双折射透镜132中的第二双折射材料对P偏振光的折射率大S偏振光的折射率，第二双折射透镜132中的第二填充材料的折射率等于S偏振光的折射率。所以，第二双折射透镜132只对P偏振光起折射作用，而对S偏振光不起折射作用。
所述散射组件14包括聚合物分散液晶组件141和电压控制单元142；所述电压控制单元142，分别与所述聚合物分散液晶组件141和所述系统控制单元111电连接，用于在所述系统控制单元111的控制下，控制所述聚合物分散液晶组件141按照所述预设时序进行状态切换，所述状态包括透明态或散射态。
其中，所述聚合物分散液晶组件141包括相对平行设置的第一聚合物分散液晶元件1411和第二聚合物分散液晶元件1412；所述第一双折射透镜131用于将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在所述第一聚合物分散液晶元件1411上，所述第二双折射透镜132用于将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在所述第二聚合物分散液晶元件1412上。
当入射至双折射透镜组件13的光线为S偏振光时，双折射透镜组件13中的第一双折射透镜131对S偏振光起折射作用，系统控制单元111控制电压控制单元142将第一聚合物分散液晶元件1411的状态切换为散射态，则转换为S偏振光的第一待显示图像可被第一双折射透镜131成像在第一聚合物分散液晶元件1411上，形成第一投影面的物面；此时，第二双折射透镜132对S偏振光不起折射作用，S偏振光通过第二双折射透镜132时光线不发生偏折，同时，将第二聚合物分散液晶元件1412的状态设置为透明态，对通过的光线无影响。
当入射至双折射透镜组件13的光线为P偏振光时，双折射透镜组件13中的第二双折射透镜132对P偏振光起折射作用，系统控制单元111控制电压控制单元142将第二聚合物分散液晶元件1412的状态切换为散射态，则转换为P偏振光的第二待显示图像可被第二双折射透镜132成像在第二聚合物分散液晶元件1412上，形成第二投影面的物面；此时，第一双折射透镜131对P偏振光不起折射作用，P偏振光通过第一双折射透镜131时光线不发生偏折，同时，将第一聚合物分散液晶元件1411的状态设置为透明态，对通过的光线无影响。
需要说明的是，设置第一聚合物分散液晶元件1411和第二聚合物分散液晶元件1412，保证第一双折射透镜131可将S偏振光成像在第一聚合物分散液晶元件1411上，且第二双折射透镜132可将P偏振光成像在第二聚合物分散液晶元件1412。
例如，在一个显示周期的第一时间段内，偏振转换元件12将第一待显示图像的光线转换为S偏振光，并入射至双折射透镜组件13，双折射透镜组件13中的第一双折射透镜131对S偏振光起折射作用，通过系统控制单元111控制电压控制单元142将第一聚合物分散液晶元件1411的状态切换为散射态，则转换为S偏振光的第一待显示图像可被第一双折射透镜131成像在第一聚合物分散液晶元件1411上，形成第一投影面的物面；在一个显示周期的第二时间段内，偏振转换元件12将第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至双折射透镜组件13，双折射透镜组件13中的第二双折射透镜132对P偏振光起折射作用，系统控制单元111控制电压控制单元142将第二聚合物分散液晶元件1412的状态切换为散射态，则转换为P偏振光的第二待显示图像可被第二双折射透镜132成像在第二聚合物分散液晶元件1412上，形成第二投影面的物面。
参照图3，示出了本发明实施例的聚合物分散液晶元件的状态为透明态的示意图。
本发明实施例中的第一聚合物分散液晶元件1411和第二聚合物分散液晶元件1412的结构如图3所示，在两层基板的相对面分别设置有透明电极B1和B2，在透明电极B1和透明电极B2之间设置有PDLC(Polymer DispersedLiquid Crystal，聚合物分散液晶)层C。
当透明电极B1和透明电极B2之间通电时，聚合物分散液晶元件的状态为透明态，透明电极B1和透明电极B2之间的PDLC层会形成透明的均匀介质，当光线透过聚合物分散液晶元件时不会发生散射。
参照图4，示出了本发明实施例的聚合物分散液晶元件的状态为散射态的示意图。
当透明电极B1和透明电极B2之间断电时，聚合物分散液晶元件的状态为散射态，PDLC层会对入射的光线进行散射，此时，聚合物分散液晶元件具有扩散板的作用。
散射组件14将第一投影面的物面和第二投影面的物面分别散射至反射组件15上。所述反射组件15包括第一反射镜151、第二反射镜152和第三反射镜153；所述第一反射镜151用于将散射至所述第一反射镜151上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至第二反射镜152；所述第二反射镜152用于将所述第一反射镜151出射的光线反射至所述第三反射镜153；所述第三反射镜153用于将所述第二反射镜152出射的光线反射至人眼16。
例如，在一个显示周期的第一时间段内，转换为S偏振光的第一待显示图像被第一双折射透镜131成像在第一聚合物分散液晶元件1411上，形成第一投影面的物面，第一聚合物分散液晶元件1411将第一投影面的物面散射至第一反射镜151，第一反射镜151将入射的光线反射至第二反射镜152，第二反射镜152将第一反射镜151出射的光线反射至第三反射镜153，第三反射镜153将第二反射镜152出射的光线反射至人眼16，向人眼16提供形成在第一投影面M1的显示图像；在一个显示周期的第二时间段内，转换为P偏振光的第二待显示图像被第二双折射透镜132成像在第二聚合物分散液晶元件1412上，形成第二投影面的物面，第二聚合物分散液晶元件1412将第二投影面的物面散射至第一反射镜151，然后经第一反射镜151、第二反射镜152和第三反射镜153反射至人眼16，向人眼16提供形成在第二投影面M2的显示图像。
需要说明的是，第三反射镜153为风挡玻璃或合成器，合成器也可称为combiner，可理解为一个反射玻璃。反射组件15的可以包括第一反射镜151、第二反射镜152和第三反射镜153，当然，也可以由其它反射镜组成，对于反射镜的形状和个数，本发明实施例对此不做限制。
采用时分复用的方法，利用偏振转换元件和双折射透镜组件配合，同时同步控制第一聚合物分散液晶元件和第二聚合物分散液晶元件的状态，使得用一个显示元件可以实现光场显示的功能。使用一个高刷新率的显示元件进行时分复用，使用偏振转换元件进行不同偏振态光线的转换，并利用了双折射透镜只对某一种偏振态的光线起成像作用的特性，以及聚合物分散液晶元件的散射态和透明态的动态协同切换，且显示元件、偏振转换元件、聚合物分散液晶元件的状态切换速度都远远大于人眼的刷新频率，因此用户能同时观察到第一投影面和第二投影面上的显示图像。
通过图像渲染单元渲染生成这两个在空间上有一定间隔的投影面上的显示图像，然后经过深度融合可以让驾驶员的感知深度平面位置发生变化，形成光场显示。这样的光场显示能逼真地再现三维物体，使得抬头显示系统的显示信息更为真实，同时也避免了驾驶员长期聚焦同一个深度的平面造成的眼部不适。
在本发明实施例中，通过显示控制组件按照预设时序向偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像，偏振转换元件将第一待显示图像的光线转换为S偏振光，以及将第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至双折射透镜组件，双折射透镜组件将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在散射组件上，形成第一投影面的物面，以及将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在散射组件上，形成第二投影面的物面，散射组件将第一投影面的物面和第二投影面的物面分别散射至反射组件上，反射组件用于将散射至反射组件上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至人眼。通过偏振转换元件进行不同偏振态光线的转换，并利用了双折射透镜组件对S偏振态和P偏振态的光线起成像作用的特性，以及散射组件的散射作用，实现了同时显示第一投影面和第二投影面的图像，通过两个投影面图像的深度融合实现了光场显示，能为驾驶员提供在一定深度范围内的眼部聚焦调节，呈现自然的3D图像，使得显示的图像更逼真，避免驾驶员长期观看产生的眼部疲劳。
实施例二
参照图5，示出了本发明实施例的一种抬头显示系统的控制方法的流程图，具体可以包括以下步骤：
步骤501，在一个显示周期内，按照预设时序向偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像。
在本发明实施例中，抬头显示系统包括光场显示模式和2D显示模式，光场显示模式可以理解为3D显示模式。
当用户选择光场显示模式时，在一个显示周期内，按照预设时序向偏振转换元件12交替输出第一待显示图像和第二待显示图像。
具体的，图像渲染单元112接收外部系统输入的第一待显示图像数据和第二待显示图像数据，根据第一待显示图像数据渲染生成第一待显示图像，根据第二待显示图像数据生成第二待显示图像；系统控制单元111控制图像渲染单元112将渲染生成的第一待显示图像和第二待显示图像按照预设时序交替发送至显示元件113，显示元件113按照预设时序交替显示第一待显示图像和第二待显示图像，并向偏振转换元件12交替输出第一待显示图像和第二待显示图像。
步骤502，在所述显示周期的第一时间段内，所述第一待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为S偏振光，所述转换为S偏振光的第一待显示图像经双折射透镜组件成像在散射组件上，形成第一投影面的物面，所述第一投影面的物面经所述散射组件散射至反射组件上，所述散射至反射组件上的第一投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第一投影面的显示图像。
在本发明实施例中，在显示周期的第一时间段内，系统控制单元111将偏振转换元件12的偏振态切换为S偏振态，使得第一待显示图像的光线经过偏振转换元件12转换为S偏振光；转换为S偏振光的第一待显示图像经双折射透镜组件13成像在散射组件14上，形成第一投影面的物面，第一投影面的物面经散射组件14散射至反射组件15上，散射至反射组件15上的第一投影面的物面经反射组件15反射至人眼16，以向人眼提供形成在第一投影面M1的显示图像。
其中，所述双折射透镜组件13包括相对平行设置的第一双折射透镜131和第二双折射透镜132；所述散射组件14包括聚合物分散液晶组件141和电压控制单元142，所述聚合物分散液晶组件141包括相对平行设置的第一聚合物分散液晶元件1411和第二聚合物分散液晶元件1412；当向所述第一双折射透镜131入射的光为S偏振光时，将所述第一聚合物分散液晶元件1411的状态设置为散射态，将所述第二聚合物分散液晶元件1412的状态设置为透明态；当向所述第二双折射透镜132入射的光为P偏振光时，将所述第一聚合物分散液晶元件1411的状态设置为透明态，将所述第二聚合物分散液晶元件1412的状态设置为散射态。
当所述电压控制单元142向所述第一聚合物分散液晶元件1411和所述第二聚合物分散液晶元件1412输入电压信号时，所述第一聚合物分散液晶元件1411和所述第二聚合物分散液晶元件1412的状态为透明态(如图3所示)；当所述电压控制单元142未向所述第一聚合物分散液晶元件1411和所述第二聚合物分散液晶元件1412输入电压信号时，所述第一聚合物分散液晶元件1411和所述第二聚合物分散液晶元件1412的状态为散射态(如图4所示)。
具体的，偏振转换元件12将第一待显示图像的光线转换为S偏振光，并入射至第一双折射透镜131，通过系统控制单元111控制电压控制单元142将第一聚合物分散液晶元件1411的状态切换为散射态，则转换为S偏振光的第一待显示图像可被第一双折射透镜131成像在第一聚合物分散液晶元件1411上，形成第一投影面的物面；同时，将第二聚合物分散液晶元件1412的状态设置为透明态。然后，第一聚合物分散液晶元件1411将第一投影面的物面散射至第一反射镜151，第一反射镜151将入射的光线反射至第二反射镜152，第二反射镜152将第一反射镜151出射的光线反射至第三反射镜153，第三反射镜153将第二反射镜152出射的光线反射至人眼16，向人眼16提供形成在第一投影面M1的显示图像。
步骤503，在所述显示周期的第二时间段内，所述第二待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为P偏振光，所述转换为P偏振光的第二待显示图像经双折射透镜组件成像在散射组件上，形成第二投影面的物面，所述第二投影面的物面经所述散射组件散射至反射组件上，所述散射至反射组件上的第二投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第二投影面的显示图像。
在本发明实施例中，在显示周期的第二时间段内，系统控制单元111将偏振转换元件12的偏振态切换为P偏振态，使得第二待显示图像的光线经过偏振转换元件12转换为P偏振光；转换为P偏振光的第二待显示图像经双折射透镜组件13成像在散射组件14上，形成第二投影面的物面，第二投影面的物面经散射组件14散射至反射组件15上，散射至反射组件15上的第二投影面的物面经反射组件15反射至人眼16，以向人眼提供形成在第二投影面M2的显示图像。
具体的，偏振转换元件12将第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至第二双折射透镜132，通过系统控制单元111控制电压控制单元142将第二聚合物分散液晶元件1412的状态切换为散射态，则转换为P偏振光的第二待显示图像可被第二双折射透镜132成像在第二聚合物分散液晶元件1412上，形成第二投影面的物面；同时，将第一聚合物分散液晶元件1411的状态设置为透明态。然后，第二聚合物分散液晶元件1412将第二投影面的物面散射至第一反射镜151，经第一反射镜151、第二反射镜152和第三反射镜153反射至人眼16，向人眼16提供形成在第二投影面M2的显示图像。
为了使用户可以同时观察到第一投影面和第二投影面的显示图像，本发明实施例的显示周期应小于人眼的刷新时间，一般人眼的刷新时间为1/30秒，因此，所述显示周期小于1/30秒。
当用户选择2D显示模式时，可向人眼提供形成在第一投影面的显示图像或形成在第二投影面的显示图像。
在本发明的一种实施例中，在2D显示模式下，向所述偏振转换元件输出第一待显示图像；所述第一待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为S偏振光；所述转换为S偏振光的第一待显示图像经所述双折射透镜组件成像在所述散射组件上，形成第一投影面的物面；所述第一投影面的物面经所述散射组件散射至所述反射组件上；所述散射至反射组件上的第一投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第一投影面的显示图像。
系统控制单元111控制图像渲染单元112将渲染生成的第一待显示图像发送至显示元件113，显示元件113向偏振转换元件12输出第一待显示图像；系统控制单元111将偏振转换元件12的偏振态切换为S偏振态，使得第一待显示图像的光线经过偏振转换元件12转换为S偏振光；通过系统控制单元111控制电压控制单元142将第一聚合物分散液晶元件1411的状态切换为散射态，则转换为S偏振光的第一待显示图像可被第一双折射透镜131成像在第一聚合物分散液晶元件1411上，形成第一投影面的物面；第一聚合物分散液晶元件1411将第一投影面的物面散射至第一反射镜151，经第一反射镜151、第二反射镜152和第三反射镜153反射至人眼16，向人眼16提供形成在第一投影面M1的显示图像。
例如，距离驾驶员眼睛较远的第一投影面可以显示增强现实信息，如外界物体的指示信息，导航知识信息等。
在本发明的另一种实施例中，在2D显示模式下，向所述偏振转换元件输出所述第二待显示图像；所述第二待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为P偏振光；所述转换为P偏振光的第二待显示图像经所述双折射透镜组件成像在所述散射组件上，形成第二投影面的物面；所述第二投影面的物面经所述散射组件散射至所述反射组件上；所述散射至反射组件上的第二投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第二投影面的显示图像。
系统控制单元111控制图像渲染单元112将渲染生成的第二待显示图像发送至显示元件113，显示元件113向偏振转换元件12输出第二待显示图像；系统控制单元111将偏振转换元件12的偏振态切换为P偏振态，使得第二待显示图像的光线经过偏振转换元件12转换为P偏振光；通过系统控制单元111控制电压控制单元142将第二聚合物分散液晶元件1412的状态切换为散射态，则转换为P偏振光的第二待显示图像可被第二双折射透镜132成像在第二聚合物分散液晶元件1412上，形成第二投影面的物面；第二聚合物分散液晶元件1412将第二投影面的物面散射至第一反射镜151，经第一反射镜151、第二反射镜152和第三反射镜153反射至人眼16，向人眼16提供形成在第二投影面M2的显示图像。
例如，距离驾驶员眼睛距离较近第二投影面可以显示车辆状态信息，如车速、机油温度、水温等。
在本发明实施例中，通过偏振转换元件进行不同偏振态光线的转换，并利用了双折射透镜组件对S偏振态和P偏振态的光线起成像作用的特性，以及散射组件的散射作用，实现了同时显示第一投影面和第二投影面的图像，通过两个投影面图像的深度融合实现了光场显示，能为驾驶员提供在一定深度范围内的眼部聚焦调节，呈现自然的3D图像，使得显示的图像更逼真，避免驾驶员长期观看产生的眼部疲劳。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种抬头显示系统及其控制方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种抬头显示系统，其特征在于，包括：显示控制组件、偏振转换元件、双折射透镜组件、散射组件和反射组件；
所述显示控制组件，用于按照预设时序向所述偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像；
所述偏振转换元件，用于将所述第一待显示图像的光线转换为S偏振光，以及将所述第二待显示图像的光线转换为P偏振光，并入射至所述双折射透镜组件；
所述双折射透镜组件，用于将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在所述散射组件上，形成第一投影面的物面，以及将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在所述散射组件上，形成第二投影面的物面；
所述散射组件，用于将所述第一投影面的物面和所述第二投影面的物面分别散射至所述反射组件上；
所述反射组件，用于将散射至所述反射组件上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至人眼；
所述双折射透镜组件包括相对平行设置的第一双折射透镜和第二双折射透镜；
所述散射组件设置在所述双折射透镜组件和所述反射组件之间。
2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述显示控制组件包括：系统控制单元、图像渲染单元和显示元件；所述系统控制单元与所述图像渲染单元电连接，所述图像渲染单元与所述显示元件电连接；
所述图像渲染单元，用于根据第一待显示图像数据渲染生成第一待显示图像，以及根据第二待显示图像数据渲染生成第二待显示图像；
所述系统控制单元，用于控制所述图像渲染单元将所述第一待显示图像和所述第二待显示图像按照所述预设时序交替发送至所述显示元件；
所述显示元件，用于交替输出所述第一待显示图像和所述第二待显示图像。
3.根据权利要求2所述的抬头显示系统，其特征在于，所述系统控制单元，还与所述偏振转换元件电连接，用于控制所述偏振转换元件按照所述预设时序进行偏振态的切换，所述偏振态包括S偏振态或P偏振态。
4.根据权利要求3所述的抬头显示系统，其特征在于，所述散射组件包括聚合物分散液晶组件和电压控制单元；
所述电压控制单元，分别与所述聚合物分散液晶组件和所述系统控制单元电连接，用于在所述系统控制单元的控制下，控制所述聚合物分散液晶组件按照所述预设时序进行状态切换，所述状态包括透明态或散射态。
5.根据权利要求4所述的抬头显示系统，其特征在于，所述双折射透镜组件包括相对平行设置的第一双折射透镜和第二双折射透镜；所述第一双折射透镜和所述第二双折射透镜的晶体光轴互相垂直，且所述第一双折射透镜对S偏振光起折射作用，所述第二双折射透镜对P偏振光起折射作用。
6.根据权利要求5所述的抬头显示系统，其特征在于，所述聚合物分散液晶组件包括相对平行设置的第一聚合物分散液晶元件和第二聚合物分散液晶元件；
所述第一双折射透镜用于将转换为S偏振光的第一待显示图像成像在所述第一聚合物分散液晶元件上，所述第二双折射透镜用于将转换为P偏振光的第二待显示图像成像在所述第二聚合物分散液晶元件上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的抬头显示系统，其特征在于，所述反射组件包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；
所述第一反射镜用于将散射至所述第一反射镜上的第一投影面的物面和第二投影面的物面反射至第二反射镜；
所述第二反射镜用于将所述第一反射镜出射的光线反射至所述第三反射镜；
所述第三反射镜用于将所述第二反射镜出射的光线反射至人眼。
8.一种抬头显示系统的控制方法，其特征在于，包括：
在一个显示周期内，按照预设时序向偏振转换元件交替输出第一待显示图像和第二待显示图像；
在所述显示周期的第一时间段内，所述第一待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为S偏振光，所述转换为S偏振光的第一待显示图像经双折射透镜组件成像在散射组件上，形成第一投影面的物面，所述第一投影面的物面经所述散射组件散射至反射组件上，所述散射至反射组件上的第一投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第一投影面的显示图像；
在所述显示周期的第二时间段内，所述第二待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为P偏振光，所述转换为P偏振光的第二待显示图像经双折射透镜组件成像在散射组件上，形成第二投影面的物面，所述第二投影面的物面经所述散射组件散射至反射组件上，所述散射至反射组件上的第二投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第二投影面的显示图像；
所述双折射透镜组件包括相对平行设置的第一双折射透镜和第二双折射透镜；
所述散射组件设置在所述双折射透镜组件和所述反射组件之间。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在2D显示模式下，向所述偏振转换元件输出第一待显示图像；
所述第一待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为S偏振光；
所述转换为S偏振光的第一待显示图像经所述双折射透镜组件成像在所述散射组件上，形成第一投影面的物面；
所述第一投影面的物面经所述散射组件散射至所述反射组件上；
所述散射至反射组件上的第一投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第一投影面的显示图像。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在2D显示模式下，向所述偏振转换元件输出所述第二待显示图像；
所述第二待显示图像的光线经过所述偏振转换元件转换为P偏振光；
所述转换为P偏振光的第二待显示图像经所述双折射透镜组件成像在所述散射组件上，形成第二投影面的物面；
所述第二投影面的物面经所述散射组件散射至所述反射组件上；
所述散射至反射组件上的第二投影面的物面经所述反射组件反射至人眼，以向人眼提供形成在所述第二投影面的显示图像。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述双折射透镜组件包括相对平行设置的第一双折射透镜和第二双折射透镜；所述散射组件包括聚合物分散液晶组件和电压控制单元，所述聚合物分散液晶组件包括相对平行设置的第一聚合物分散液晶元件和第二聚合物分散液晶元件；
当向所述第一双折射透镜入射的光为S偏振光时，将所述第一聚合物分散液晶元件的状态设置为散射态，将所述第二聚合物分散液晶元件的状态设置为透明态；当向所述第二双折射透镜入射的光为P偏振光时，将所述第一聚合物分散液晶元件的状态设置为透明态，将所述第二聚合物分散液晶元件的状态设置为散射态。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当所述电压控制单元向所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件输入电压信号时，所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件的状态为透明态；当所述电压控制单元未向所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件输入电压信号时，所述第一聚合物分散液晶元件和所述第二聚合物分散液晶元件的状态为散射态。
13.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述显示周期小于1/30秒。
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