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CN113219669B - 一种抬头显示系统及交通工具 - Google Patents

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CN113219669B CN202110548248.1A CN202110548248A CN113219669B CN 113219669 B CN113219669 B CN 113219669B CN 202110548248 A CN202110548248 A CN 202110548248A CN 113219669 B CN113219669 B CN 113219669B
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Abstract

本发明实施例公开了一种抬头显示系统及交通工具。抬头显示系统包括控制模块、像源模块以及成像模块，像源模块包括显示组件和调光组件，调光组件包括沿远离显示组件出光面一侧依次设置的偏振态调节单元、金属线栅和反射镜；显示组件与控制模块电连接，显示组件用于在控制模块的控制下出射成像光线；偏振态调节单元与控制模块电连接，偏振态调节单元用于在第一显示时间段t1内，将成像光线调制为第一偏振方向偏振光。在第二显示时间段t2内，将成像光线调制为第二偏振方向偏振光。成像模块用于将第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃，挡风玻璃反射进入人眼成像。本发明实施例实现了降低抬头显示系统的体积和成本的效果。

Description

一种抬头显示系统及交通工具
技术领域
本发明实施例涉及抬头显示技术，尤其涉及一种抬头显示系统及交通工具。
背景技术
抬头显示(Head Up Display，HUD)，逐步在汽车领域获得了广泛的应用。抬头显示是把汽车行驶过程中仪表显示的重要信息(如车速、导航等)投射到前挡风玻璃上，从而驾驶员不用低头就能看到仪表中的信息，这样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，始终保持最佳观察状态。
现有的抬头显示系统可以呈现双层虚像，用户可以看到的虚像是距离用户远近不同的两层像。然而，在某一相关技术中，呈现双层虚像所需的光线分别是由两个不同的屏幕提供的，这导致抬头显示系统的成本较高，体积较大；在另一相关技术中，利用一个屏幕提供成像光线，通过电机带动反射镜快速翻转实现双层像显示，这对电机精度要求高，可靠性较差，成本也较高。
发明内容
本发明实施例提供一种抬头显示系统及交通工具，仅需一个屏幕即可提供呈现双层虚像所需的光线。相对于采用双屏结构，缩小了抬头显示系统的体积，降低了抬头显示系统的成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种抬头显示系统，其中包括控制模块、像源模块以及成像模块，像源模块包括显示组件和调光组件，调光组件包括沿远离显示组件出光面一侧依次设置的偏振态调节单元、金属线栅和反射镜；
显示组件与控制模块电连接，显示组件用于在控制模块的控制下出射成像光线；
偏振态调节单元与控制模块电连接，偏振态调节单元用于在第一显示时间段t1内，将成像光线调制为第一偏振方向偏振光，第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块，在第二显示时间段t2内，将成像光线调制为第二偏振方向偏振光，第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块；
成像模块用于将第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃，挡风玻璃反射进入人眼成像。
第二方面，本发明实施例还提供了一种交通工具，其中包括上述的抬头显示系统。
本发明实施例提供的抬头显示系统，包括控制模块、像源模块以及成像模块，像源模块包括显示组件和调光组件，调光组件包括沿远离显示组件出光面一侧依次设置的偏振态调节单元、金属线栅和反射镜；通过显示组件在控制模块的控制下出射成像光线；通过偏振态调节单元在第一显示时间段t1内，将成像光线调制为第一偏振方向偏振光，第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块，在第二显示时间段t2内，将成像光线调制为第二偏振方向偏振光，第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块；通过成像模块将第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃，挡风玻璃反射进入人眼成像。从而利用分时的方式，通过一个显示组件和调光组件实现增强现实的抬头显示效果，使得抬头显示系统的体积更小，成本更低。
附图说明
图1为相关技术提供的一种抬头显示系统的结构示意图；
图2为图1的局部放大示意图；
图3为相关技术提供的另一种抬头显示系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种抬头显示系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种抬头显示系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种扭曲向列液晶盒的结构示意图；
图7为扭曲向列液晶盒的第一电极板和第二电极板之间施加预设电压后的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电控双折射液晶盒的结构示意图；
图9为电控双折射液晶盒不同子像素区域施加不同电压时的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为相关技术提供的一种抬头显示系统的结构示意图，图2为图1的局部放大示意图，参考图1和图2，在一种现有抬头显示系统3的结构中，包括第一显示屏31、第二显示屏32、第一反射镜33和第二反射镜34。第一反射镜33将第一显示屏31所显示的内容反射到第二反射镜34，进而由第二反射镜34反射到挡风玻璃2，因此人眼1可以从挡风玻璃2看到第一虚像。第二反射镜34将第二显示屏32所显示的内容直接反射到挡风玻璃2，因此人眼1可以从挡风玻璃2看到第二虚像，其中第一虚像和第二虚像的景深不同，由于挡风玻璃还可以透过外界光线，用户可以看到两个虚像和外界环境光叠加的增强现实AR效果。但上述结构需要设置两个显示屏，第一反射镜33和第二反射镜34为曲面反射镜，再加上朝向不同的第一显示屏31以及第二显示屏32，所占用的空间较大，成本较高。
图3为相关技术提供的另一种抬头显示系统的结构示意图，参考图3，在另一种现有抬头显示系统3的结构中，包括第一显示屏31、第二显示屏32、第一反射镜33、第二反射镜34和分束镜35。其中分束镜35包括透明基板351和反射层352，其中反射层352具有波长选择性，第一显示屏31的出射光的波段位于反射层352的反射波段内，从而可以被反射层352反射，第二显示屏32出射光的波段位于反射层352的透射波段内，从而可以被反射层352透射。第一显示屏31出射的光线经过第一反射镜33、分束镜35和第二反射镜34依次反射后入射到挡风玻璃2，因此人眼1可以从挡风玻璃2看到第一虚像；第二显示屏32出射的光线经过分束镜35透射和第二反射镜34反射后入射到挡风玻璃2，因此人眼1可以从挡风玻璃2看到和第二虚像，其中第一虚像和第二虚像的景深不同，由于挡风玻璃还可以透过外界光线，用户可以看到两个虚像和外界环境光叠加的增强现实AR效果。但上述结构也需要设置两个显示屏，而且对光线的波长有限制，容易发生色偏，为了保证光束按照预设路径传播，显示屏、分束镜等结构需要按照一定的距离摆放，其结构也比较复杂，因此所占用的空间较大，成本较高。
针对上述问题，本发明实施例提供一种抬头显示系统。图4为本发明实施例提供的一种抬头显示系统的结构示意图，参考图4，本实施例提供的抬头显示系统包括控制模块50、像源模块10以及成像模块20，像源模块10包括显示组件11和调光组件12，调光组件12包括沿远离显示组件11出光面一侧依次设置的偏振态调节单元121、金属线栅122和反射镜123；显示组件11与控制模块50电连接，显示组件11用于在控制模块50的控制下出射成像光线；偏振态调节单元121与控制模块50电连接，偏振态调节单元121用于在第一显示时间段t1内，将成像光线调制为第一偏振方向偏振光，第一偏振方向偏振光经过金属线栅122反射至成像模块20，在第二显示时间段t2内，将成像光线调制为第二偏振方向偏振光，第二偏振方向偏振光经过金属线栅122透射至反射镜123，再经过反射镜123反射至成像模块20；成像模块20用于将第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃30，挡风玻璃30反射进入人眼40成像。
其中，显示组件11可以包括任一种用于出射图形、文字或符号等成像光线的显示装置。本发明实施例不针对其具体类型进行限定，任何满足上述功能的显示装置均可作为显示组件11。例如可以包括能够发光的图形、文字或符号的液晶显示LCD屏幕、有机发光二极管OLED屏幕、mini-LED屏幕或micro-LED屏幕等显示装置，也可以为利用投影原理的数字光处理DLP显示装置。参考图4，本实施例中，仅设置一个显示组件11，且显示组件11水平设置于反射镜123的下方，在具体实施时，显示组件11和偏振态调节单元121可以集成在一起，只占用很小的厚度，与相关技术中设置两个显示屏需占用较大的空间以及设计摆放位置相比，可以有效减小抬头显示系统的体积。金属线栅122为利用多条金属线形成的光栅的一种，其中金属线为不透光区域，相邻两条金属线之间包括一线状的透光区域，金属线栅122具有固定的透射轴，其能够反射偏振方向平行于金属线延伸方向的光，并透射偏振方向垂直于金属线延伸方向的光，在本实施例中，第一偏振方向偏振光的偏振方向与金属线的延伸方向平行，入射至金属线栅122时反射，第二偏振方向偏振光的偏振方向与金属线的延伸方向垂直，入射至金属线栅122时透射。在某些实施例中，还可以选用偏振分束棱镜PBS替代金属线栅122，达到相同的效果。成像模块20可以是用于将第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃30的模块，可选的，成像模块20包括至少一个球面镜、非球面镜或自由曲面镜，球面镜、非球面镜或自由曲面镜将光线反射至挡风玻璃30，非球面镜的表面弧度与球面镜的镜面弧度不同，非球面镜可以是从镜面中心到周边的曲率半径逐渐增加或逐渐减小的镜面。自由曲面镜可以是镜面弧度不规则的镜面。可以根据实际需要选取不同的镜面，以提高抬头显示系统的显示效果。本发明实施例不针对其具体结构进行限定，任何能够满足上述条件的模块均可以作为成像模块20。控制模块50可以包括单片机、微控制器、微处理器或行车电脑等，任何能够满足控制模块50控制功能的器件或装置均可作为控制模块50。偏振态调节单元121可以在第一显示时间段t1内，将成像光线调制为第一偏振方向偏振光，第一偏振方向偏振光的偏振方向平行于金属线栅122的金属线的延伸方向，因此金属线栅122将第一偏振方向偏振光反射到成像模块20，由成像模块20进一步反射到挡风玻璃30。偏振态调节单元121可以在第二显示时间段t2内，将成像光线调制为第二偏振方向偏振光，第二偏振方向偏振光的偏振方向垂直于金属线栅122的金属线的延伸方向，因此第二偏振方向偏振光能够透过金属线栅122达到反射镜123，由反射镜123将第二偏振方向偏振光反射到成像模块20，由成像模块20进一步反射到挡风玻璃30。由挡风玻璃30将第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光反射到人眼40。由于人眼具有视觉暂留现象，也就是当人眼所看到的影像消失一段时间内，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒。因此可以使显示组件11产生每一帧画面的周期内，第一偏振方向偏振光的消失时间和第二偏振方向偏振光的消失时间均小于0.4秒。也可以根据实际需要设置第一显示时间段t1和第二显示时间段t2，以满足人眼视觉暂留的需求。用户会将交替接收到的第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光在挡风玻璃30上所成的不同景深的虚像，与挡风玻璃30透射的外界环境光形成增强现实的显示效果。
本发明实施例的技术方案，通过显示组件在控制模块的控制下出射成像光线；通过偏振态调节单元在第一显示时间段t1内，将成像光线调制为第一偏振方向偏振光，第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块，在第二显示时间段t2内，将成像光线调制为第二偏振方向偏振光，第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块；通过成像模块将第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃，挡风玻璃反射进入人眼成像。从而利用分时的方式，通过一个显示组件和调光组件实现增强现实的抬头显示效果，而且金属线栅几乎不占空间，与现有技术相比，相当于在显示屏和第一反射镜之间的空白区插入了一个很薄(约1mm)厚度的结构，理论上不会影响原本的模组体积，使得抬头显示系统的体积更小，成本更低。
图5为本发明实施例提供的另一种抬头显示系统的结构示意图，参考图5，可选的，控制模块50包括时序单元51、偏振态调节单元驱动电路52和显示组件驱动电路53。偏振态调节单元驱动电路52电连接偏振态调节单元121，用于驱动偏振态调节单元121。显示组件驱动电路53连接显示组件11，用于驱动显示组件11。偏振态调节单元驱动电路52和显示组件驱动电路53均与时序单元51连接，时序单元51向偏振态调节单元驱动电路52和显示组件驱动电路53提供相同的时序。以增强偏振态调节单元121和显示组件11间的同步性。
在另一些实施例中，可选的，偏振态调节单元位于显示组件出光一侧的表面。具体实施时，偏振态调节单元和显示模组可以为两个独立的器件，也可以将偏振态调节单元贴附于显示组件出光一侧的表面，其中，偏振态调节单元可以是位于显示组件上的液晶模组，通过将偏振态调节单元和显示组件组合在一起，可以使像源模块的体积进一步减小。
可选的，显示组件出射的成像光线为第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光，偏振态调节单元包括扭曲向列液晶盒或电控双折射液晶盒。
可以理解的是，当显示组件出射的成像光线为第一偏振方向偏振光时，在第一显示时间段t1内，偏振态调节单元不改变成像光线的偏振状态，在第二显示时间段t2内，偏振调节单元将成像光线调制为第二偏振方向偏振光；当显示组件出射的成像光线为第二偏振方向偏振光时，在第一显示时间段t1内，偏振态调节单元将成像光线调制为第一偏振方向偏振光，在第二显示时间段t2内，偏振调节单元不改变成像光线的偏振状态；其中第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光的振动方向垂直，即偏振态调节单元的作用是将成像光线的偏振方向旋转0°(不调整偏振态)或90°。其中偏振态调节单元可以包括扭曲向列液晶盒或电控双折射液晶盒。
扭曲向列液晶盒或电控双折射可以单独设置，也可以与显示组件贴合设置。下面仅以扭曲向列液晶盒或电控双折射液晶盒单独设置进行说明。应当注意的是，扭曲向列液晶盒或电控双折射液晶盒与显示组件贴合设置的方案与扭曲向列液晶盒或电控双折射液晶盒单独设置的方案中的扭曲向列液晶盒的结构相同，因此不再对扭曲向列液晶盒或电控双折射液晶盒与显示组件贴合设置的方案中的扭曲向列液晶盒的结构进行赘述。
扭曲向列液晶盒和电控双折射液晶盒的基本结构类似，都是利用施加电场改变液晶分子的排布方式实现光线偏振态的调节。在具体实施时，为了进一步减小系统的体积，扭曲向列液晶盒和电控双折射液晶盒可以贴附于显示组件的出光面。示例性的，图6为本发明实施例提供的一种扭曲向列液晶盒的结构示意图，参考图6，扭曲向列液晶盒包括第一电极板1211、第二电极板1212和液晶层1213。初始条件下，液晶层1213中的液晶分子呈扭曲状排布，例如从下到上旋转90°排布，当第一电极板1211和第二电极板1212之间未加电压时，光线经过扭曲向列液晶盒透射时偏振态会发生90°的旋转；当第一电极板1211和第二电极板1212之间加载预设电压时，图7为扭曲向列液晶盒的第一电极板和第二电极板之间施加预设电压后的结构示意图，液晶分子在电场的作用下偏转，当预设电压恰好使液晶分子平行排布时，光线经过扭曲向列液晶盒透射时偏振态不改变，其中预设电压的大小根据实际情况确定。具体实施时，显示组件出光一侧可以朝向扭曲向列液晶盒，并位于扭曲向列液晶盒下方。当显示组件出射非线偏振光时，还可以在显示组件和扭曲向列液晶盒之间设置偏振片，其中，显示组件出射的偏振光的偏振方向或偏振片透射光的偏振方向与扭曲向列液晶盒中液晶分子的初始取向相匹配。当偏振态调节单元为电控双折射ECB盒时，其光学原理与扭曲向列液晶盒类似，只是利用的是液晶的电控双折射效应改变光线的偏振态。需要说明的是，图6中示出的控制液晶分子偏转的电极位于上下两侧仅是示意性的，在其他实施例中，可以将两个电极设置于液晶层的同一侧，形成类似于平面方向转换IPS的液晶盒。
可选的，显示组件包括有机发光显示面板和位于有机发光显示面板出光侧的偏振片，或者显示组件包括液晶显示面板。
当显示组件包括有机发光显示面板时，可以在有机发光显示面板出光侧设置偏振片，使显示组件出射偏振光。具体有机发光显示面板或液晶显示面板的结构与现有技术中的面板结构相同，仅需设计显示组件出射的偏振光与液晶分子的初始配向相匹配即可，此处不在详述。
当显示组件11出射的成像光线的偏振态与金属线栅的金属线的延伸方向垂直时，可以在第一显示时间段t1对扭曲向列液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第一电压差，使得位于第一电极板1211与第二电极板1212之间的液晶分子的排列方向发生横向偏转，进而使偏振光的偏振方向变为第一偏振方向。第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块。可以在第二显示时间段t2对扭曲向列液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第二电压差，使得位于第一电极板1211与第二电极板1212之间的液晶分子的排列方向不偏转，进而使偏振光的偏振方向变为第二偏振方向。第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块。第一电压差和第二电压差可以根据实际需求确定。
当显示组件11出射的成像光线的偏振态与金属线栅的金属线的延伸方向平行时，可以在第一显示时间段t1对扭曲向列液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第二电压差，使得位于第一电极板1211与第二电极板1212之间的液晶分子的排列方向不偏转，进而使偏振光的偏振方向改变90°，变为第一偏振方向。第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块。可以在第二显示时间段t2对扭曲向列液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第一电压差，偏振光的偏振方向无需改变即为第二偏振方向。第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块。
随着显示技术的发展，抬头显示系统显示的画面也越来越丰富，某些实施例中，显示组件可以为彩色显示组件。由于介质的折射率与光的波长有关，当偏振态调节单元采用电控双折射液晶盒时，与扭曲向列液晶盒结构相似的结构可能无法满足显示要求。可以理解的是，电控双折射液晶盒可以单独设置，也可以与显示组件贴合设置，其中显示组件可以包括LCD屏幕或OLED屏幕。下面仅以电控双折射液晶盒与显示组件贴合设置进行说明。应当注意的是，电控双折射液晶盒与显示组件贴合设置的方案与电控双折射液晶盒单独设置的方案中的电控双折射液晶盒的结构相同，因此不再对电控双折射液晶盒单独设置的方案中的电控双折射液晶盒的结构进行赘述。
可选的，显示组件包括多个阵列排布的子像素，偏振态调节单元包括电控双折射液晶盒；双折射液晶盒包括多个与子像素对应的像素电极，在电控双折射液晶盒改变显示组件出射光线的偏振态时，像素电极使电控双折射液晶盒中的液晶层满足：
Figure GDA0004058029160000121
其中，Δn表示液晶层双折射的折射率差，d表示液晶层的厚度，λ表示对应子像素发光波长。
示例性的，图8为本发明实施例提供的一种电控双折射液晶盒的结构示意图，电控双折射液晶盒可以包括第一电极板1211、第二电极板1212和液晶层1213。液晶层1213可以位于第一电极板1211与第二电极板1212之间。显示组件11出光一侧可以朝向电控双折射液晶盒设置，并位于电控双折射液晶盒下方。显示组件11包括多个阵列排布的子像素(图8中仅示意性示出一个红色子像素R、绿色子像素G和蓝色子像素B)，双折射液晶盒的液晶层包括分别与各个子像素对应的区域，第二电极板1212上包括分别与红色子像素R、绿色子像素G和蓝色子像素B对应的像素电极1214R、1214G和1214B，每个像素电极控制一个像素区域内的液晶偏转，示例性的，图9为电控双折射液晶盒不同子像素区域施加不同电压时的结构示意图，在电控双折射液晶盒改变显示组件11出射光线的偏振态时，通过像素电极使电控双折射液晶盒中的液晶层满足：
Figure GDA0004058029160000131
从而使不同延伸光的偏振方向均旋转90°，保证各子像素的透过率一致，提高显示效果。
当显示组件11的出射的成像光线的偏振态与金属线栅的金属线的延伸方向平行时，可以在第一显示时间段t1对电控双折射液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第一电压差，位于第一电极板1211与第二电极板1212之间的液晶分子的排列方向无需改变。偏振光穿过电控双折射液晶盒的液晶层1213后，偏振光的偏振方向改变90°，变为第一偏振方向。第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块。可以在第二显示时间段t2对电控双折射液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第二电压差，使得电控双折射液晶盒内的液晶分子全部竖直站立。偏振光的偏振方向不改变，保持第二偏振方向。第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块。
当显示组件11出射的成像光线的偏振态与金属线栅的金属线的延伸方向垂直时，可以在第一显示时间段t1对电控双折射液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第二电压差，使得电控双折射液晶盒内的液晶分子全部竖直站立。偏振光的偏振方向不改变，保持第一偏振方向。第一偏振方向偏振光经过金属线栅反射至成像模块。可以在第二显示时间段t2对电控双折射液晶盒的第一电极板1211和第二电极板1212之间施加第一电压差，位于第一电极板1211与第二电极板1212之间的液晶分子的排列方向无需改变。偏振光穿过电控双折射液晶盒的液晶层1213后，偏振光的偏振方向改变90°，变为第二偏振方向。第二偏振方向偏振光经过金属线栅透射至反射镜，再经过反射镜反射至成像模块。第一电压差和第二电压差可以根据实际需求确定。
图10为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图，参考图10，可选的，本实施例提供的抬头显示系统还包括第一移动电机60，第一移动电机60与显示组件11连接，第一移动电机60用于带动显示组件11沿垂直于显示组件11的出光面所在平面的方向移动。
其中，显示组件11出射的光束近似为平行光，当第一移动电机60沿垂直于显示组件11的出光面所在平面的方向调节显示组件11与调光组件12之间的距离时，可以改变抬头显示系统的垂直方向上的物距，从而调节虚像的景深。由于在反射成像系统中的物距等于像距，因此可以根据需要实时控制第一移动电机60，以达到调节抬头显示系统的虚像像距的目的。
图11为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图，参考图11，可选的，本实施例提供的抬头显示系统还包括第二移动电机70，第二移动电机70与像源模块10连接，第二移动电机70用于带动像源模块10沿平行于显示组件11的出光面所在平面的方向移动，以改变像源模块10与成像模块20间的距离。
其中，第二移动电机70可以沿平行于显示组件11的出光面所在平面的方向调节显示组件11与调光组件12之间的距离，即抬头显示系统的水平方向上的物距。可以根据需要实时控制第二移动电机70，以达到调节抬头显示系统的虚像像距的目的。在其他实施例中，也可以移动成像模块20的位置以实现物距调节，具体实施时可以根据实际情况设计。
图12为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图，参考图12，可选的，本实施例提供的抬头显示系统还包括旋转电机80，旋转电机80与成像模块20连接，旋转电机80用于带动成像模块20转动以调节成像高度。
其中，通过控制旋转电机80旋转，可以调节第二偏振方向偏振光和第一偏振方向偏振光相对成像模块20的入射角和出射角，进而调节成像高度。使成像位置能够灵活设置。在其他实施例中，抬头显示系统可以包括第一移动电机、第二移动电机和旋转电机的任意一种或多种，具体实施时可以根据实际情况旋转
在另一些实施例中，可选的，
Figure GDA0004058029160000151
其中，通过缩短t1和t2，可以保证第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光的刷新速度提升。当
Figure GDA0004058029160000152
时，第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光所形成的两个虚像的刷新速度大于等于120Hz，形成的虚像流畅且连续。
在另一些实施例中，可选的，
Figure GDA0004058029160000153
其中，当
Figure GDA0004058029160000154
时，第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光具有相同的刷新速度，因此第一偏振方向偏振光所形成的虚像和第二偏振方向偏振光所形成的虚像具有相同的刷新速度。t1和t2可以相同，第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光具有相同的发光时长，因此当第一显示时间段t1和第二显示时间段t2的显示组件亮度相同时，由于视觉暂留现象，第一偏振方向偏振光所形成的虚像和第二偏振方向偏振光所形成的虚像具有相同的亮度。
图13为本发明实施例提供的又一种抬头显示系统的结构示意图，参考图13，本实施例提供的抬头显示系统还包括壳体90，控制模块50、像源模块10以及成像模块20均设置于壳体90内，壳体90设置有透光窗口901，透光窗口901用于透射成像模块20传输至挡风玻璃30的成像光线。
其中，壳体90可以为黑色耐高温的塑料材质，透光窗口901可以是在壳体上形成的开窗。在另一些实施例中，可选的，透光窗口901的入射面和/或出射面设置有减反膜。
其中，透光窗口901可以包括透明介质层，在透明介质层的表面可以设置减反膜。通过设置透明介质层可以避免灰尘进入壳体90。通过设置减反膜可以减少透明介质层对第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光的反射，减少光路上的光损耗。
在另一些实施例中，可选的，金属线栅的光栅周期范围为1nm～200nm。
其中，光栅周期是一个折射率改变点到相邻的另一个折射率改变点的长度。可以根据实际需要选取不同光栅周期的金属线栅，进而较好的分离第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光。可选的，金属线栅的光栅周期范围为40nm～80nm。其中，光栅周期为光线波长的十分之一时效果较好，由于抬头显示系统利用可见光成像，可见光范围大约在400nm-800nm之间，因此选用金属线栅的光栅周期范围为40nm～80nm。
可选的，反射镜与金属线栅相互平行。
其中，反射镜与金属线栅相互平行可以使第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光在被反射镜或金属线栅反射后保持平行，成像模块接收第一偏振方向偏振光和第二偏振方向偏振光所需的面积较小，利于抬头显示系统小型化。
本发明实施例还提供一种交通工具，其中包括上述实施例提供的任意一种抬头显示系统，其中该交通工具可以为汽车、飞机等设置有透明挡风玻璃的交通工具。
本发明实施例所提供的交通工具包括本发明任意实施例所提供的抬头显示系统，具备抬头显示系统相同或相应的有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种抬头显示系统，其特征在于，包括控制模块、像源模块以及成像模块，所述像源模块包括显示组件和调光组件，所述调光组件包括沿远离所述显示组件出光面一侧依次设置的偏振态调节单元、金属线栅和反射镜；
所述显示组件与所述控制模块电连接，所述显示组件用于在所述控制模块的控制下出射成像光线；
所述偏振态调节单元与所述控制模块电连接，所述偏振态调节单元用于在第一显示时间段t1内，将所述成像光线调制为第一偏振方向偏振光，所述第一偏振方向偏振光经过所述金属线栅反射至所述成像模块，在第二显示时间段t2内，将所述成像光线调制为第二偏振方向偏振光，所述第二偏振方向偏振光经过所述金属线栅透射至所述反射镜，再经过所述反射镜反射至所述成像模块；
所述成像模块用于将所述第一偏振方向偏振光或所述第二偏振方向偏振光传输至挡风玻璃，挡风玻璃反射进入人眼成像；
所述偏振态调节单元位于所述显示组件出光一侧的表面；
所述偏振态调节单元为位于所述显示组件上的液晶模组；
所述反射镜与所述金属线栅相互平行；
所述显示组件出射的成像光线为第一偏振方向偏振光或第二偏振方向偏振光；
所述显示组件包括多个阵列排布的子像素，所述偏振态调节单元包括电控双折射液晶盒；
所述电控双折射液晶盒包括多个与所述子像素对应的像素电极，在所述电控双折射液晶盒改变所述显示组件出射光线的偏振态时，所述像素电极使所述电控双折射液晶盒中的液晶层满足：
Figure FDA0004030539460000011
其中，Δn液晶层双折射的折射率差，d表示液晶层的厚度，λ表示对应子像素发光波长。
2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述显示组件包括有机发光显示面板和位于所述有机发光显示面板出光侧的偏振片，或者所述显示组件包括液晶显示面板。
3.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括第一移动电机，所述第一移动电机与所述显示组件连接，所述第一移动电机用于带动所述显示组件沿垂直于所述显示组件的出光面所在平面的方向移动。
4.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括第二移动电机，所述第二移动电机与所述像源模块连接，所述第二移动电机用于带动所述像源模块沿平行于所述显示组件的出光面所在平面的方向移动，以改变所述像源模块与所述成像模块间的距离。
5.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括旋转电机，所述旋转电机与所述成像模块连接，所述旋转电机用于带动所述成像模块转动以调节成像高度。
6.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，
Figure FDA0004030539460000021
7.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，
Figure FDA0004030539460000022
8.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括壳体，所述控制模块、所述像源模块以及所述成像模块均设置于所述壳体内，所述壳体设置有透光窗口，所述透光窗口用于透射所述成像模块传输至所述挡风玻璃的成像光线。
9.根据权利要求8所述的抬头显示系统，其特征在于，所述透光窗口的入射面和/或出射面设置有减反膜。
10.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述金属线栅的光栅周期范围为1nm～200nm。
11.根据权利要求10所述的抬头显示系统，其特征在于，所述金属线栅的光栅周期范围为40nm～80nm。
12.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述成像模块包括至少一个球面镜、非球面镜或自由曲面镜。
13.一种交通工具，其特征在于，包括权利要求1～12任一所述的抬头显示系统。
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