CN114077053A - 双层成像抬头显示装置、抬头显示系统及交通设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双层成像抬头显示装置、抬头显示系统及交通设备，双层成像抬头显示装置包括图像显示部、平面反射元件、曲面反射元件及封装壳体，图像显示部、平面反射元件及曲面反射元件位于封装壳体内部，封装壳体包括出光开口；图像显示部包括存在第一预设角度的第一显示区域和第二显示区域，分别发出第一图像光线及第二图像光线，依次经平面反射元件和曲面反射元件反射，经出光开口出射至反射成像部形成第一虚像及第二虚像，第一虚像及所述第二虚像之间存在第二预设角度，且第一虚像及第二虚像的成像距离不同，可与不同距离、不同角度的实景进行匹配融合，避免了视觉辐辏调节冲突，提高了抬头显示装置的使用体验。

Description

双层成像抬头显示装置、抬头显示系统及交通设备

技术领域

本申请属于光学显示技术领域，具体涉及一种双层成像抬头显示装置、抬头显示系统及交通设备。

背景技术

HUD(head up display)是通过反射式的光学设计，将图像源发出的光线最终投射到成像窗(成像板、挡风玻璃等)上，驾驶员无需低头就可以直接看到画面，避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。具体的，以基于平面反射镜和曲面反射镜反射成像的HUD为例，HUD像源发出的光线依次经平面反射镜、曲面反射镜反射后出射，出射的光线可以在透明成像窗上发生反射并保留在驾驶舱的一侧，进入驾驶员的眼睛。这些进入驾驶员眼睛的光线，使得驾驶员可以看到HUD像源上显示的画面在成像窗的另一侧空间呈现的虚像。与此同时，由于成像窗本身的透明的，成像窗另一侧的环境光线依然可以透过它传输到驾驶员眼睛里，使得驾驶员在看到HUD成像的同时，还不影响驾驶中观察车外的路况。

抬头显示器在使用时显示的图像距离人眼的距离是固定的，而应用抬头显示器的车辆在行驶过程中，车辆周围的实景，如建筑、行人或其他车辆等，相对于该车辆是不断运动的，由此车辆周围的实景与驾驶员之间的距离在不停变化。

发明内容

本申请的至少一实施例提供一种双层成像抬头显示装置、抬头显示系统及交通设备。

本申请的至少一实施例提供了一种双层成像抬头显示装置，用于出射光线至反射成像部反射形成虚像，包括：图像显示部、平面反射元件、曲面反射元件及封装壳体，所述图像显示部、所述平面反射元件及所述曲面反射元件位于所述封装壳体内部，所述封装壳体包括出光开口；所述图像显示部包括第一显示区域和第二显示区域，所述第一显示区域被配置为发出第一图像光线，所述第二显示区域被配置为发出第二图像光线；所述平面反射元件被配置为反射所述第一图像光线及所述第二图像光线至所述曲面反射元件；所述曲面反射元件被配置为聚集并反射所述平面反射元件出射的第一图像光线及第二图像光线，经所述出光开口出射至所述反射成像部，反射形成第一虚像及第二虚像；其中，所述第一显示区域和所述第二显示区域之间存在第一预设角度，且所述第一图像光线及所述第二图像光线出射至所述曲面反射元件的传播距离不同；以使所述第一虚像及所述第二虚像之间存在第二预设角度，且所述第一虚像及所述第二虚像的成像距离不同。

例如，在本申请的实施例中，所述第一预设角度为5°～90°，所述第二预设角度为5°～90°。

例如，在本申请的实施例中，所述曲面反射元件包括一个曲面反射镜，所述平面反射元件包括一个平面反射镜。

例如，在本申请的实施例中，还包括：可反射可透射元件；所述可反射可透射元件被配置为可透射所述第一图像光线且反射所述第二图像光线，或被配置为可反射所述第一图像光线且透射所述第二图像光线；所述可反射可透射元件设置在所述图像显示部与所述平面反射元件之间，且所述平面反射元件接收并反射所述可反射可透射元件透射和反射的图像光线。

例如，在本申请的实施例中，所述第一图像光线传输至所述可反射可透射元件的传播路径关于所述可反射可透射元件所在平面的镜像路径，与所述第二图像光线传输至所述可反射可透射元件的传播路径至少部分重合。

例如，在本申请的实施例中，所述可反射可透射元件包括偏振式可反射可透射元件，被配置为反射第一偏振光且透射第二偏振光，或透射第一偏振光且反射第二偏振光；所述第一图像光线包括所述第一偏振光，所述第二图像光线包括所述第二偏振光，且所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向垂直。

例如，在本申请的实施例中，所述可反射可透射元件包括滤波式可反射可透射元件，被配置为反射第一波段光且透射第二波段光，或透射第一波段光且反射第二波段光；所述第一图像光线包括所述第一波段光，所述第二图像光线包括所述第二波段光，且所述第一波段与所述第二波段不同。

例如，在本申请的实施例中，所述曲面反射元件包括一个曲面反射镜，所述平面反射元件包括第一平面反射镜和第二平面反射镜；所述第一平面反射镜被配置为将所述第一图像光线反射至所述曲面反射镜，所述第二平面反射镜被配置为将所述第二图像光线反射至所述曲面反射镜。

例如，在本申请的实施例中，所述曲面反射元件包括第一曲面反射镜和第二曲面反射镜，所述平面反射元件包括第一平面反射镜和第二平面反射镜；所述第一平面反射镜被配置为将所述第一图像光线反射至所述第一曲面反射镜，所述第二平面反射镜被配置为将所述第二图像光线反射至所述第二曲面反射镜。

例如，在本申请的实施例中，所述第一平面反射镜及所述第二平面反射镜中靠近所述曲面反射元件的一者，还被配置为：在反射所述第一图像光线的同时，透射所述第二图像光线；或在透射所述第一图像光线的同时，反射所述第二图像光线。

例如，在本申请的实施例中，所述第一平面反射镜包括偏振式可反射可透射元件，被配置为反射第一偏振光且透射第二偏振光；所述第一图像光线包括第一偏振光，所述第二图像光线包括第二偏振光，且所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向垂直。

例如，在本申请的实施例中，所述第一平面反射镜包括滤波式可反射可透射元件，被配置为反射第一波段光且透射第二波段光；所述第一图像光线所在波段包括第一波段，所述第二图像光线所在波段包括第二波段，且所述第一波段与所述第二波段不同。

例如，在本申请的实施例中，所述图像显示部包括第一子显示部和第二子显示部；所述第一显示区域位于所述第一子显示部上，所述第二显示区域位于所述第二子显示部上。

本申请的至少一实施例提供了一种双层成像抬头显示系统，包括上述双层成像抬头显示装置以及反射成像部；所述反射成像部位于所述出光开口的外侧，且被配置为将入射至其的所述第一图像光线和所述第二图像光线反射至观察区域，在所述反射成像部远离所述双层成像抬头显示装置的一侧形成第一虚像和第二虚像；所述第一虚像与所述第二虚像之间存在第二预设角度，且所述第一虚像及所述第二虚像的成像距离不同。

例如，在本申请的实施例中，所述第一虚像和所述第二虚像中的一者垂直于地面；且所述第一虚像和所述第二虚像中另一者远离所述地面的一端与所述观察区域之间的距离，大于靠近地面的一端与所述观察区域之间的距离。

例如，在本申请的实施例中，所述第一虚像为近景画面，且所述第二虚像为中景画面；或所述第一虚像为近景画面，且所述第二虚像为中景画面；或所述第一虚像为中景画面，且所述第二虚像为远景画面。

本申请的至少一实施例提供了一种交通设备，包括上述双层成像抬头显示系统。

例如，在本申请的实施例中，所述反射成像部包括所述交通设备的挡风玻璃。

本申请实施例提供的上述方案中，在抬头显示装置中设置图像显示部、平面反射元件、曲面反射元件及封装壳体，图像显示部设置为包括两个显示区域且存在预设角度，使得抬头显示装置可成双层图像，可以在不同距离处成像，且至少一层图像为倾斜状态，有利于不同距离的图像与不同距离的实景进行匹配融合，用户无需在固定距离的图像与不同距离的实景之间来回切换，避免了视觉辐辏调节冲突，提高了抬头显示装置的使用体验。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的结构示意图一；

图2显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统的结构示意图一；

图3a显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的结构示意图二；

图3b显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的结构示意图三；

图4显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统的结构示意图二；

图5显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的结构示意图四；

图6显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统的结构示意图三；

图7显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的结构示意图五；

图8显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统的结构示意图四；

图9显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的结构示意图六；

图10显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统的结构示意图五；

图11显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的图像显示部的结构示意图；

图12显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的反射导光元件对光线作用示意图一；

图13a显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的反射导光元件对光线作用示意图二；

图13b显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的反射导光元件对光线作用示意图三；

图14显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的方向控制元件对光线作用示意图；

图15显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的弥散元件对光线作用示意图；

图16显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示装置的封装壳体的结构示意图；

图17显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统成像效果示意图一；

图18显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统的结构示意图六；

图19显示了本申请一个实施例双层成像抬头显示系统成像效果示意图二。

标号说明：100-图像显示部；11-光源；12-背光组件；121-反射导光元件；1211-反射导光元件端部；1212-反射导光元件出光口；1213-实心透明部件空腔；1214-准直部；1215-实心透明部件开孔；122-方向控制元件；123-弥散元件；13-图像生成元件；110- 第一显示区域；120-第二显示区域；200-平面反射元件；210-第一平面反射镜；220-第二平面反射镜；300-曲面反射元件；310-第一曲面反射镜；320-第二曲面反射镜；400- 封装壳体；410-出光开口；420-透明防尘膜；430-防眩光罩；500-可反射可透射元件； 20-反射成像部。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例作更进一步的说明。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

需要说明的是，为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本申请的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本申请的方案。但是很明显，本申请的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本申请的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。“第一”、“第二”等仅用于对特征的指代，而并不意图对该特征进行任何限制、例如顺序上的限制。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

本申请实施例提供一种双层成像抬头显示装置，用于出射光线至反射成像部反射形成虚像，参见图1及图2所示，包括：图像显示部100、平面反射元件200、曲面反射元件300及封装壳体400，图像显示部100、平面反射元件200及曲面反射元件300位于封装壳体400内部，封装壳体400包括出光开口410；图像显示部100包括第一显示区域110和第二显示区域120，第一显示区域110被配置为发出第一图像光线R1，第二显示区域120被配置为发出第二图像光线R2；平面反射元件200被配置为反射第一图像光线R1及第二图像光线R2至曲面反射元件300；曲面反射元件300被配置为聚集并反射平面反射元件300出射的第一图像光线R1及第二图像光线R2，经出光开口410出射至反射成像部20，反射形成第一虚像V1及第二虚像V2；其中，第一显示区域110 和第二显示区域120之间存在第一预设角度，且第一图像光线R1及第二图像光线R2 出射至曲面反射元件300的传播距离不同；以使第一虚像V1及第二虚像V2之间存在第二预设角度，且第一虚像V1及第二虚像V2的成像距离不同。

本实施例中，图像显示部100包括两个显示区域110和120，两个显示区域可以显示不同的图像以满足用户想观看不同图像的需求；当然，本实施例中两个显示区域110 和120也可以显示相同的图像。可选的，图像显示部100包括可发出图像光线的显示设备，或这些显示设备经过折射、反射等形成的实像或虚像。例如，图像显示部100可以是液晶显示器，或LED(Light-Emitting Diode)、OLED(Organic Light-Emitting Diode)、等离子发光点等发光点光源组成的主动发光的点阵屏幕；也可以是基于例如DLP(Digital LightProcession)，LCOS(Liguid Crystal on Silicon)，液晶等投影技术，由LED、OLED、激光、荧光等光源或其组合驱动，经DMD(Digital Micromirror Device)，LCOS，LCD等显示面板反射或透射，再经投影镜头投射在投影屏幕上成像的投影成像装置；还可以是激光束在屏幕上扫描成像的投影成像装置；并且，以上所述的所有显示设备经由一次或多次折射或反射所成的实像或虚像也都可作为图像显示部100。

本实施例中，第一显示区域110和第二显示区域120之间存在第一预设角度，也即第一显示区域110所在平面和第二显示区域120所在平面之间存在第一预设角度，以使第一虚像V1及第二虚像V2之间存在第二预设角度。具体的，抬头显示装置所成虚像的倾斜状态(如虚像与安装抬头显示装置的交通工具所在路面之间的倾斜状态)，与各显示区域设置的角度有关；若第一显示区域110和第二显示区域120平行，则最终所成的第一虚像V1和第二虚像V2也是大致平行的；若第一显示区域110和第二显示区域120之间存在第一预设角度，则最终所成的第一虚像V1和第二虚像V2之间也会存在第二预设角度，虚像的倾斜角度与显示区域的角度相关，并且随显示区域的角度变化而变化。因此，通过设置第一显示区域110和第二显示区域120之间存在第一预设角度，就可形成彼此倾斜角度不一致的双层虚像，也即第一虚像V1和第二虚像V2之间存在第二预设角度。

可选的，如图1所示，第一预设角度为5°～90°；或者，第一预设角度为10°～80°；或者，第一预设角度为30°～70°；或者，第一预设角度为45°～60°。第二预设角度为5°～90°；或者，第二预设角度为10°～80°；或者，第二预设角度为30°～70°；或者，第二预设角度为45°～60°。第一预设角度与第二预设角度可以相同也可以不同，若第一显示区域110和第二显示区域120为非平面显示区，则第一预设角度可以指第一显示区域110边缘围成的平面与第二显示区域120边缘围成的平面之间的夹角。

例如，如图1及图2所示，以第二显示区域120为可成倾斜虚像的显示区域为例，倾斜的第二显示区域120具有靠近曲面反射元件300的第一端S1和远离曲面反射元件 300的第二端S2，并且沿垂直于平面反射元件200的方向，第二显示区域120的第一端 S1与平面反射元件200所在平面的距离小于第二端S2与平面反射元件200所在平面之间的距离，以使得第二端S2相比于第一端S1而言，以使第二端S2与曲面反射元件300 之间的传播距离更大。可以理解，若第一显示区域110为可成倾斜虚像的显示区域，倾斜的第一显示区域110靠近曲面反射元件300的第一端，与平面反射元件200所在平面之间的距离，小于第一显示区域110远离曲面反射元件300的第一端，与平面反射元件 200所在平面之间的距离。

本实施例中，平面反射元件200可以为一个或多个平面反射镜，平面反射元件200可以改变入射至其的图像光线R1和R2的传播方向，将其反射至曲面反射元件300。平面反射元件200包括一个或多个子反射元件，第一显示区域110和第二显示区域120出射的图像光线R1和R2可以均入射到同一个平面反射元件200，如图1所示；第一显示区域110和第二显示区域120出射的图像光线R1和R2也可以与两个子反射元件一一对应，以使得不同子反射元件可以将图像光线R1和R2分别反射向曲面反射元件300，本申请实施例对此不做限定，只要两个显示区域出射至曲面反射元件300的传播距离不同即可。

本实施例中，曲面反射元件300可以为一个或多个曲面反射镜，具体的，曲面反射镜具体可以为凹面反射镜，凹面反射镜靠近图像显示部100的表面为凹曲面，图像光线经过凹面反射镜后会反射并聚集。根据抬头显示装置的成像原理可知，图像显示部100 出射的图像光线经过平面反射元件200反射后改变传播方向，再出射至曲面反射元件 300，反射后的图像光线经出光开口410出射至封装壳体外部，在外部的反射介质(如反射成像部)反射后形成虚像。外部的反射介质一般包括交通工具的挡风玻璃或加装的透明材质成像窗，一般为平面面形，或者接近平面的曲面面形；因此，光线在上述外部反射介质上的反射接近于镜面反射，也即外部反射介质对成像距离的影响较小，抬头显示装置的成像距离主要由曲面反射元件300决定。在曲面反射镜为凹面反射镜(也即，反射面为凹曲面的反射镜)的情况下，如果图像显示部100与凹面反射镜之间的距离小于凹面反射镜的焦距，则凹面反射镜基于图像显示部100输出的图像形成正立放大的虚像。例如，根据凹面反射镜的成像性质可知，在图像显示部100与凹面反射镜之间的光学距离小于凹面反射镜的焦距情况下(也即，图像显示部位于凹面反射镜的一倍焦距以内)，凹面反射镜的像距随图像显示部100与凹面反射镜之间的距离的增大而增大，也即，图像显示部100与凹面反射镜之间的距离越大，则使用抬头显示装置的成像距离越大。因此，可以通过调节不同的显示区域与曲面反射元件之间的距离，来调节不同显示区域最终所成的虚像的成像距离。

本实施例中，上述图像光线出射至曲面反射元件300的传播距离，具体是指第一显示区域110和第二显示区域120发出的图像光线出射至平面反射元件200、再反射至曲面反射元件300的传播距离，可以认为是光线传播的光程，例如，上述“传播距离”指显示区域发出的图像光线出射至曲面反射元件300的几何路程与传播介质(如空气)的折射率的乘积。通过设置两个显示区域110和120发出的图像光线R1和R2的传播距离不同，以使被曲面反射元件300反射后、并经外部反射成像部反射所成的两个虚像的成像距离不同。具体的，抬头显示装置所成虚像的成像距离，可以认为是虚像成像位置与外部反射介质(如反射成像部)之间的距离，也可以认为是虚像成像位置与使用抬头显示装置的用户双眼所在区域(如眼盒区域)之间的距离。

可选地，曲面反射元件300的反射面可以为自由曲面面形，自由曲面面形的反射面不具有旋转对称特性，可以提升抬头显示装置的成像质量，还可消除自由曲面的反射成像部，如挡风玻璃带来的图像畸变。

本实施例中，如图2所示，第二图像光线R2传播至曲面反射元件300的传播距离较长，因此第二虚像V2的成像距离较远；同时，第一虚像V1垂直于水平面(如安装抬头显示装置的交通工具所在的路面)，因第二显示区域120与第一显示区域110之间存在第一预设角度，因此第二虚像V2与第一虚像V1之间存在第二预设角度，具体表现为第二虚像V2倾斜于水平面；第二虚像V2的成像距离也可以大于第一虚像V1的成像距离，第一虚像V1也可以倾斜于水平面或第二虚像V2也可以垂直于水平面，本申请实施例对第一虚像V1和第二虚像V2的成像距离、倾斜状态和成像尺寸等不做限定。

本申请实施例中，从图像显示部100的第一显示区域110和第二显示区域120分别出射第一图像光线R1和第二图像光线R2，第一显示区域110和第二显示区域120之间存在第一预设角度，使得所成的虚像存在不同的倾斜状态；并且两个显示区域出射至曲面反射元件300的图像光线的传播距离不同，由此可以在不同距离处成像，有利于不同距离、不同倾斜角度的图像与不同距离和角度的实景进行匹配融合，以使抬头显示装置应用时，用户无需在固定距离的图像与不同距离的实景之间来回切换，避免了视觉辐辏调节冲突，提高了抬头显示装置的使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，曲面反射元件300包括一个曲面反射镜，平面反射元件200包括一个平面反射镜，第一图像光线R1和第二图像光线R2均被一个平面反射镜反射至一个曲面反射镜，如图1及图2所示。

在本申请上述实施例的基础上，如图3a、图3b及图4所示，抬头显示装置还包括可反射可透射元件500，可反射可透射元件500被配置为可透射第一图像光线R1且反射第二图像光线R2，如图3a所示；或被配置为可反射第一图像光线R1且透射第二图像光线R2，如图3b所示。可反射可透射元件500设置在图像显示部100与平面反射元件200之间，且平面反射元件200接收并反射可反射可透射元件500透射和反射的图像光线。具体的，通过设置可反射可透射元件500，第一图像光线R1和第二图像光线R2 通过光线透射和反射作用后，第一图像光线R1和第二图像光线R2的光路会合并，如图3a及图3b所示；合并后的第一图像光线R1和第二图像光线R2(图中以R1+R2进行标识)传播至平面反射元件200，经平面反射元件200反射至曲面反射元件300，再次反射后经出光开口410出射，经反射成像部20反射后形成双层虚像；可以理解，因为第一图像光线R1和第二图像光线R2通过可反射可透射元件500进行了光路合并，合并后的图像光线传播路径接近一致，因此抬头显示装置最终所成的虚像为同轴且不同距离的虚像；同轴的含义是，两个虚像的中心与人眼所在区域接近或处于同一条直线上。

在本实施例中，第一显示区域110出射第一图像光线R1，第二显示区域120出射二图像光线R2，且第一图像光线R1传输至可反射可透射元件500的传播路径(图中带箭头的光线所示)关于可反射可透射元件500所在平面的镜像路径，与第二图像光线 R2传播至可反射可透射元件500的传播路径至少部分重合。具体的，第一图像光线R1 和第二图像光线R2传输至可反射可透射元件500的传播路径，可以认为是图像光线沿主传播方向传输的路径；也即第一图像光线R1和第二图像光线R2的传播路径，关于可反射可透射元件500对称，具体是部分重合，如第一图像光线R1传播路径的镜像与第二图像光线传播路径重合但大小不一致，这样可以保证最终所成虚像的成像距离不同；主传播方向是指各显示区域中，大部分光线，如大于50％，60％，70％，80％甚至90％的光线传播的方向。

以图3a所示的实施例为例进行说明，第二显示区域120出射的第二图像光线R2经可反射可透射元件500反射后出射至平面反射元件200，可以认为此时是第二显示区域 120经可反射可透射元件500所成的虚像作为等效显示区域，此等效显示区域与第一显示区域110之间的角度，即为第一预设角度；当然，第一预设角度也可以是第一显示区域110所在平面与第二显示区域120所在平面直接所成的角度，但不包括对称的第一显示区域110与第二显示区域120所成的角度，因其对称时等效显示区域与第一显示区域 110之间就不存在第一预设角度。

在本实施例的一种实施方式中，可反射可透射元件500包括玻璃、石英或透明高分子材料制作而成的元件，可同时透射和反射光线，且透射和反射的光线的偏振态和/或波长分布几乎没有区别。例如，在图3a对应的实施例中，可反射可透射元件500对第一图像光线R1的透射率可以为30％、40％、50％或其它适用的数值，对第二图像光线R2 的反射率可以为70％、60％、50％或其它适用的数值；图3b对应的实施例与上述实现过程类似，不再赘述。

上述可反射可透射元件500虽然可实现光线的透反并实现光路合并，但光线会有损失，会降低成像亮度。因此，在本实施例的又一种实施方式中，可反射可透射元件500 包括偏振式可反射可透射元件，被配置为反射第一偏振光且透射第二偏振光，或透射第一偏振光且反射第二偏振光；第一图像光线R1包括第一偏振光，第二图像光线R2包括第二偏振光，且第一偏振光和第二偏振光的偏振方向垂直。具体的，偏振式可反射可透射元件可以是透明基板镀膜或贴膜形成的元件，可以是透光基板上镀设或贴覆具有上述偏振反射透射性质的透反膜，例如反射式偏光增亮膜(Dual Brightness Enhance Film, DBEF)或棱镜膜(Brightness Enhancement Film,BEF)等，本申请实施例不限于此，例如，偏振式可反射可透射元件还可以是一体化元件。

例如，在图3a对应的实施例中，偏振式可反射可透射元件透射第一偏振光且反射第二偏振光，第一偏振光和第二偏振光之一包括S偏振态的光线，第一偏振光和第二偏振光的另一个包括P偏振态的光线；第一偏振光和第二偏振光还可以是非S偏振光或非 P偏振光，只要第一偏振光和第二偏转光的偏振方向垂直即可，如第一偏振光和第二偏振光可以是偏振方向互相垂直的两种线偏振光，或者偏振方向互相垂直的两种圆偏振光，或者偏振方向互相垂直的两种椭圆偏振光等。例如，第一显示区域110和第二显示区域 120可以为发出偏振光线的显示设备，如液晶显示器；偏振式可反射可透射元件对第一偏振光的透射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，对第二偏振光的反射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，可以使得尽量多的第一图像光线R1透射、尽量多的第二图像光线R2反射，可以提高图像光线的利用率，以使第一显示区域110和第二显示区域120出射的图像光线的光能损失降到最低；图3b对应的实施例与上述实现过程类似，不再赘述。

在本实施例的再一种实施方式中，可反射可透射元件500包括滤波式可反射可透射元件，被配置为反射第一波段光且透射第二波段光，或透射第一波段光且反射第二波段光；第一图像光线R1包括第一波段光，第二图像光线R2包括第二波段光，且第一波段与第二波段不同。具体的，滤波式可反射可透射元件可以是透明基板镀膜或贴膜形成的元件，可以是透光基板上镀设或贴覆具有上述波长反射透射性质的透反膜，本申请实施例不限于此，例如，滤波式可反射可透射元件还可以是一体化元件。

例如，在图3a对应的实施例中，滤波式可反射可透射元件透射第一波段光且反射第二波段光，第一图像光线R1包括第一波段光，第二图像光线R2包括第二波段光；上述第一波段/第二波段可以包括RGB三个波段，RGB每个波段的半高宽不大于50nm，第一个波段的峰值位置位于410nm～480nm区间范围内，第二个波段的峰值位置位于 500nm～565nm区间范围内，第三个波段的峰值位置位于590nm～690nm区间范围内，只要保证第一波段光与第二波段光不同即可，例如，第一波段光可以包括红绿蓝(RGB) 三个子波段的光线，红光波长为650nm，绿光波长为510nm，蓝光波长为430nm；第二波段光可以包括红绿蓝(RGB)三个波段的光线，红光波长为600nm，绿光波长为500nm，蓝光波长为420nm。

例如，第一显示区域110和第二显示区域120可以为发出RGB混合光线的显示设备，如发光二极管(LED)显示器或者液晶显示器(LCD)等；滤波式可反射可透射元件对第一波段光的透射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，对第二波段光的反射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，可以使得尽量多的第一图像光线R1透射、尽量多的第二图像光线R2反射，可以提高图像光线的利用率，以使第一显示区域和第二显示区域出射的图像光线的光能损失降到最低；图3b对应的实施例与上述实现过程类似，不再赘述。

例如，上述滤波式可反射可透射元件可以包括由无机氧化物薄膜或高分子薄膜堆叠而成的选择性透反膜，该透反膜由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成。这里的“不同折射率”指的是膜层在xyz三个方向上至少有一个方向上的折射率不同。例如，预先选取所需的不同折射率的膜层，并按照预先设置好的顺序对膜层进行堆叠，可以形成具备选择反射和选择透射特性的透反膜，该透反膜可以选择性反射某一特性的光线、透过另一特性的光线。例如，对于采用无机氧化物材料的膜层，该膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。例如，对于采用有机高分子材料的膜层，该有机高分子材料的膜层包括至少两种热塑性有机聚合物膜层。例如，两种热塑性聚合物膜层交替排列形成光学膜，且两种热塑性聚合物膜层的折射率不同。例如，上述有机高分子材料的分子为链状结构，拉伸后分子朝某个方向排列，造成不同方向上折射率不同，即通过特定的拉伸工艺即可形成所需的薄膜。例如，上述热塑性聚合物可以为不同聚合程度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及其衍生物、不同聚合程度的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其衍生物、不同聚合程度的聚对苯二酸丁二酯(PBT)及其衍生物等。

本申请实施例中，通过在图像显示部100和平面反射元件200之间设置可反射可透射元件500，可以灵活布置第一显示区域110及第二显示区域120的位置，使得抬头显示装置结构紧凑、节约体积；并且通过设置第一图像光线R1传播路径的镜像与第二图像光线R2的传播路径至少部分重合，使得图像光线经过可反射可透射元件500后光路合并，抬头显示装置可形成同轴、不同距离和不同倾斜角度的虚像，以与不同距离和角度的实景进行匹配融合，用户无需在固定距离的图像与不同距离的实景之间来回切换，避免了视觉辐辏调节冲突，提高了抬头显示装置的使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，如图5及图6所示，曲面反射元件300包括一个曲面反射镜，平面反射元件200包括第一平面反射镜210和第二平面反射镜220，第一平面反射镜210被配置为将第一图像光线R1反射至曲面反射镜，第二平面反射镜220被配置为将第二图像光线R2反射至曲面反射镜。例如，图像显示部100包括第一显示区域110和第二显示区域120，平面反射元件200包括第一平面反射镜210和第二平面反射镜220，第一平面反射镜210将第一显示区域110出的第一图像光线R1反射至曲面反射元件300，第二平面反射镜220将第二显示区域120发出的第二图像光线反射至曲面反射元件300；本实施例可以通过调节第一平面反射镜210与第一显示区域110和曲面反射元件300之间的距离，以及第二子平面反射镜220与第二显示区域220和曲面反射元件300之间的距离，实现两个显示区域出射至曲面反射元件的图像光线的传播距离不同的目的；并且，平面反射镜简单易得，可以对光路起到折叠作用，节约空间，并且不会带来图像畸变、大小变化等问题。

在本申请上述实施例的基础上，如图7及图8所示，曲面反射元件300包括第一曲面反射镜310和第二曲面反射镜320，平面反射元件200包括第一平面反射镜210和第二平面反射镜220；第一平面反射镜210被配置为将第一图像光线R1反射至第一曲面反射镜310，第二平面反射镜220被配置为将第二图像光线R2反射至第二曲面反射镜 320。例如，图像显示部100包括第一显示区域110和第二显示区域120，平面反射元件 200包括第一平面反射镜210和第二平面反射镜220，曲面反射元件300包括第一曲面反射镜310和第二曲面反射镜320，第一平面反射镜210将第一显示区域110出的第一图像光线R1反射至第一曲面反射镜310，第二平面反射镜220将第二显示区域120发出的第二图像光线反射至第二曲面反射镜320。

例如，从第一显示区域110和第二显示区域120出射的图像光线，在被平面反射元件200反射向曲面反射元件300的光路中仅包括用于反射各自显示区域的图像光线的平面反射镜，如第二平面反射镜220不在第一图像光线R1出射至第一曲面反射镜310的光路里，第一平面反射镜210不在第二图像光线R2出射至第二曲面反射镜320的光路里。本实施例可以通过调节第一平面反射镜210与第一显示区域110和第一曲面反射镜 310之间的距离，以及第二子平面反射镜220与第二显示区域120和第二曲面反射镜320 之间的距离，实现两个显示区域出射至曲面反射元件的图像光线的传播距离不同的目的；并且，两个光路彼此独立、互不干扰，不会影响抬头显示装置所成虚像的显示效果。

在本申请上述实施例的基础上，如图9及图10所示，为本申请一实施例的另一示例提供的抬头显示装置的示意图，与图5及图6所示的示例不同之处在于第一平面反射镜210及第二平面反射镜220中靠近曲面反射元件300的一者，还被配置为在反射第一图像光线R1的同时，透射第二图像光线R2；或在透射第一图像光线R1的同时，反射第二图像光线R2。此时，第一平面反射镜210及第二平面反射镜220中靠近曲面反射元件的一者在具有平面反射镜功能的同时还具有透射功能。

例如，如图9及图10所示，以第一显示区域110靠近曲面反射元件300为例进行说明，即第一显示区域110与曲面反射元件300之间的最小距离小于第二显示区域120 与曲面反射元件300之间的最小距离。此时抬头显示装置的元件排布紧凑，但第一平面反射镜210会阻挡第二图像光线R2的传播；因此，设置第一平面反射镜210还具有透射功能，被配置为透射第二图像光线R2，具体是透射第二图像光线R2经第二平面反射镜220反射后的光线；也即，第一平面反射镜210被配置为将第一显示区域110发出的第一图像光线R1反射至曲面反射元件300，并且透射第二平面反射镜220反射向曲面反射元件300的第二图像光线R2；第二平面反射镜220将第二显示区域120发出的第二图像光线R2在反射至曲面反射元件300的过程中还经过了第一平面反射镜210的透射。

例如，第一平面反射镜210包括玻璃、石英或透明高分子材料制作而成的元件，可同时透射和反射光线，且透射和反射的光线的偏振态和/或波长分布几乎没有区别。例如，在图9对应的实施例中，第一平面反射镜210对第一图像光线R1的反射率可以为30％、40％、50％或其它适用的数值，对第二图像光线R2的透射率可以为70％、60％、50％或其它适用的数值。

在上述第一平面反射镜210的实施方式中，虽然可以实现对光线的透射和反射，但图像光线会有损耗，影响抬头显示装置的光效。在本实施例的又一种实施方式中，第一平面反射镜210包括偏振式可反射可透射元件，被配置为反射第一偏振光且透射第二偏振光，或透射第一偏振光且反射第二偏振光；第一图像光线R1包括第一偏振光，第二图像光线R2包括第二偏振光，且第一偏振光和第二偏振光的偏振方向垂直。具体的，偏振式可反射可透射元件可以是透明基板镀膜或贴膜形成的元件，可以是透光基板上镀设或贴覆具有上述偏振反射透射性质的透反膜，例如反射式偏光增亮膜(Dual Brightness Enhance Film,DBEF)或棱镜膜(Brightness Enhancement Film,BEF)等，本申请实施例不限于此，例如，偏振式可反射可透射元件还可以是一体化元件。

例如，在图9及图10对应的实施例中，偏振式可反射可透射元件反射第一偏振光且透射第二偏振光，第一偏振光和第二偏振光之一包括S偏振态的光线，第一偏振光和第二偏振光的另一个包括P偏振态的光线；第一偏振光和第二偏振光还可以是非S偏振光或非P偏振光，只要第一偏振光和第二偏转光的偏振方向垂直即可，如第一偏振光和第二偏振光可以是偏振方向互相垂直的两种线偏振光，或者偏振方向互相垂直的两种圆偏振光，或者偏振方向互相垂直的两种椭圆偏振光等。例如，第一显示区域110和第二显示区域120可以为发出偏振光线的显示设备，如液晶显示器；偏振式可反射可透射元件对第一偏振光的反射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，对第二偏振光的透射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，可以使得尽量多的第一图像光线R1反射、尽量多的第二图像光线R2透射，可以提高图像光线的利用率，以使第一显示区域110和第二显示区域120出射的图像光线的光能损失降到最低。若第二平面反射镜220靠近曲面反射元件300，则第二平面反射镜220可反射第二偏振光并透射第一偏振光，实现过程与上述过程类似，不再赘述。

在本实施例的再一种实施方式中，第一平面反射镜210包括滤波式可反射可透射元件，被配置为反射第一波段光且透射第二波段光，或透射第一波段光且反射第二波段光；第一图像光线R1包括第一波段光，第二图像光线R2包括第二波段光，且第一波段与第二波段不同。具体的，滤波式可反射可透射元件可以是透明基板镀膜或贴膜形成的元件，可以是透光基板上镀设或贴覆具有上述波长反射透射性质的透反膜，本申请实施例不限于此，例如，滤波式可反射可透射元件还可以是一体化元件。

例如，在图9及图10对应的实施例中，滤波式可反射可透射元件反射第一波段光且透射第二波段光，第一图像光线R1包括第一波段光，第二图像光线R2包括第二波段光；上述第一波段/第二波段可以包括RGB三个波段，RGB每个波段的半高宽不大于 50nm，第一个波段的峰值位置位于410nm～480nm区间范围内，第二个波段的峰值位置位于500nm～565nm区间范围内，第三个波段的峰值位置位于590nm～690nm区间范围内，只要保证第一波段光与第二波段光不同即可，例如，第一波段光可以包括红绿蓝 (RGB)三个子波段的光线，红光波长为650nm，绿光波长为510nm，蓝光波长为430nm；第二波段光可以包括红绿蓝(RGB)三个波段的光线，红光波长为600nm，绿光波长为 500nm，蓝光波长为420nm。

例如，第一显示区域110和第二显示区域120可以为发出RGB混合光线的显示设备，如发光二极管(LED)显示器或者液晶显示器(LCD)等；滤波式可反射可透射元件对第一波段光的反射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，对第二波段光的透射率可以为70％、80％、90％、95％或其它适用的数值，可以使得尽量多的第一图像光线R1反射、尽量多的第二图像光线R2透射，可以提高图像光线的利用率，以使第一显示区域和第二显示区域出射的图像光线的光能损失降到最低；若第二平面反射镜220靠近曲面反射元件300，则第二平面反射镜220可反射第二波段光并透射第一波段光，实现过程与上述过程类似，不再赘述。

例如，上述滤波式可反射可透射元件可以包括由无机氧化物薄膜或高分子薄膜堆叠而成的选择性透反膜，该透反膜由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成。这里的“不同折射率”指的是膜层在xyz三个方向上至少有一个方向上的折射率不同。例如，预先选取所需的不同折射率的膜层，并按照预先设置好的顺序对膜层进行堆叠，可以形成具备选择反射和选择透射特性的透反膜，该透反膜可以选择性反射某一特性的光线、透过另一特性的光线。例如，对于采用无机氧化物材料的膜层，该膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。例如，对于采用有机高分子材料的膜层，该有机高分子材料的膜层包括至少两种热塑性有机聚合物膜层。例如，两种热塑性聚合物膜层交替排列形成光学膜，且两种热塑性聚合物膜层的折射率不同。例如，上述有机高分子材料的分子为链状结构，拉伸后分子朝某个方向排列，造成不同方向上折射率不同，即通过特定的拉伸工艺即可形成所需的薄膜。例如，上述热塑性聚合物可以为不同聚合程度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及其衍生物、不同聚合程度的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其衍生物、不同聚合程度的聚对苯二酸丁二酯(PBT)及其衍生物等。

本申请实施例中，通过将靠近曲面反射元件300的平面反射镜设置为包括可反射可透射功能，可以灵活布置第一平面反射镜210及第二平面反射镜220的位置，使得抬头显示装置结构紧凑、节约安装体积，抬头显示装置可形成不同距离和不同倾斜角度的虚像，以与不同距离和角度的实景进行匹配融合，用户无需在固定距离的图像与不同距离的实景之间来回切换，避免了视觉辐辏调节冲突，提高了抬头显示装置的使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，第一显示区域110和第二显示区域120可以位于相同的图像显示部100上，如图11所示，保证第一显示区域110和第二显示区域120存在第一预设角度即可，且一体式的图像显示部100易于安装设置，节约空间；或者，第一显示区域110和第二显示区域120也可以位于不同的子显示部上，如图1-图10所示，图像显示部100包括两个子生成部，第一显示区域110位于第一子显示部上，第二显示区域120位于第二子显示部上，则第一显示区域110和第二显示区域120之间的第一预设角度可以为第一子显示部和第二子显示部之间的夹角；设置不同的子显示部，可以避免不同的图像光线之间互相干扰，避免对抬头显示装置的成像效果造成影响。

在本申请上述实施例的基础上，上述图像显示部100的第一显示区域110和第二显示区域120中的至少一者，包括光源11、背光组件12及图像生成元件13，光源11发出的光线经背光组件12后，到达图像生成元件13后转化为图像光线。

本实施例中，具体的，光源11包括至少一个电致发光元件，通过电场激发产生光线，如发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、迷你发光二极管(Mini LED)、微发光二极管(Micro LED)、冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、LED冷光源(Cold LED Light，CLL)、电激发光(Electro Luminescent，EL)、电子发射(Field Emission Display，FED)或量子点光源(Quantum Dot,QD)等。可选的，光源11包括RGB(红光、绿光、蓝光)混光的白光LED发光元件。

本实施例中，图像生成元件13包括液晶面板，液晶面板在提供背光的情况下可形成图像，出射图像光线，也即可将光线转化为图像光线；包括但不限于薄膜晶体管液晶面板、扭曲向列型液晶面板、多象限垂直配向液晶面板、平面转换液晶面板或高级超维场转换液晶面板。

本实施例中，背光组件12包括反射导光元件121、方向控制元件122和弥散元件123，依次设置在光源11和图像生成元件13之间；反射导光元件121设置在光源11的出光方向上，如图12、图13a及图13b所示；光源11发出的光线在反射导光元件121 内传播，出射至方向控制元件122。反射导光元件121的内表面设置有反光面，光源11 发出的大角度光线(图中点划线所示的光线)会经反光面的反射后聚拢，提高光源11 光线的利用率；大角度光线可以是发散角大于或等于15度、30度、45度、60度或75 度的光线，发散角具体是指光线与光源中心光线之间的夹角。

可选的，反射导光元件121可以为内部设置有反光面的中空壳体，如图12所示，壳体包括用于设置光源11的端部1211和用于出射光线的出光口1212，中空壳体具体可为三棱锥形状、四棱锥形状或抛物面形状；优选地，中空壳体为四棱锥形状，四棱锥形状的中空壳体的端部1211和出光口1212的形状可为圆形、椭圆形、矩形、正方形、梯形或平行四边形，端部1211和出光口1212的形状可以相同也可以不同。

可选的，反射导光元件121还可以为实心透明部件，如图13a及图13b所示。实心透明部件包括设置光源11的端部1211，实心透明部件的折射率大于1，光源11发出的部分光线(如大角度光线)在实心透明部件的内反射面上发生全反射并出射，光源11 发出的另一部分光线在透明部件内传输并出射。实心透明部件设置光源的端部设有空腔 1213，空腔1213靠近出光口1212的一面设置有可将光线调整为平行光线的准直部1214，如图13a所示；或者，实心透明部件设置光源11的端部1211设有空腔1213，且实心透明部件的出光口1212设有向端部1211延伸的开孔1215，开孔靠近端部1211的底面设置有可将光线调整为平行光线的准直部1214，如图13b所示。具体的，准直部1214包括准直透镜，包括但不限于凸透镜、菲涅尔透镜、凹透镜中的至少一种，或以上透镜的组合；准直部1214可以选择与实心透明部件相同的材质，便于一体成型。

方向控制元件122用于对反射导光元件121出射的光线进行方向控制，将光线聚集至预定范围，可进一步聚拢光线，提高光线利用率。方向控制元件122具体可为透镜或透镜组合，如凸透镜、菲涅尔透镜或透镜组合等，图14中以凸透镜为例进行示意说明。可以理解，预定范围可以是一个点，比如凸透镜的焦点，也可以是一个较小的区域，设置方向控制元件122的目的在于对光源11出射的大角度光线进行进一步的聚拢，提高光线利用率。例如，预定范围可以是抬头显示装置使用时，驾驶员双眼所在的区域；例如，预定范围可以是眼盒区域；例如，预定范围可以是眼盒区域的中心。

弥散元件123将光线扩散为具有一定分布角度的光束，如图15所示；弥散角度越小，光束的亮度越高，反之亦然。弥散元件123用于将聚集后的光线以一定角度进行弥散，增加光线的扩散程度，可以在一定区域内使光线均匀分布；具体的，弥散元件123 可以为衍射光学元件，如光束整形元件(beam shaper)，光线经过beam shaper之后，会弥散开来并且形成一个具有特定截面形状的光束，截面形状包括但不限于线形、圆形、椭圆形、正方形或长方形；通过控制衍射光学元件的微观结构，可以精准控制光线的弥散角和截面形状等，实现对弥散作用的精确控制。弥散元件123也可以为散射光学元件，通过光线的散射作用将光线弥散为光束。例如，弥散元件123可将光线聚集的预定范围扩大至预定区域；例如，弥散元件123可将聚集在眼盒中心的光线扩散为覆盖整个眼盒区域。

例如，光源11出射的光线在经过反射导光元件121、方向控制元件122及弥散元件123后，经过图像生成层13后转化为图像光线，再过平面反射元件200、曲面反射元件 300反射后，再经反射成像部20反射后到达预定区域，预定区域可以是一平面观察区域，预定区域内聚集了大部分光(例如入射到预定区域所在的平面的光线中的60％、70％、 80％甚至是90％以上光强的光聚集在预定区域)，且入射光线遍布于预定区域。而在去除弥散元件123的情况下，光线经过上述过程后到达位于预定范围，预定范围位于预定区域内。例如，上述预定区域可以包括眼盒区域，上述预定范围可以为眼盒区域中的一个面积很小的区域，例如眼盒区域中心。由此，通过在图像显示部100中设置弥散元件 123，可以保证入射至眼盒区域的图像光至少完全覆盖，在实现高光效的同时也不会影响正常的观察。可以理解，弥散的光束可大于眼盒区域，只要保证完全覆盖眼盒即可；优选地，设置弥散元件123后，弥散的光束恰好覆盖眼盒区域，此时抬头显示装置的光效最高。

本申请实施例中，光源11出射的光线经过背光组件12后，到达图像生成层13，转化为图像光线；图像光线再经过平面反射元件200及曲面反射元件300的反射，最终在反射成像部20上反射后，反射光线会汇聚并落入眼盒区域的中心，进一步通过弥散元件123将光线精准弥散，弥散后的光束可覆盖眼盒区域，优选为恰好覆盖眼盒区域，实现高光效的同时也不会影响正常的观察。

在本申请上述实施例的基础上，如图16所示，抬头显示装置的封装壳体400还包括透明防尘膜420及防眩光罩430，透明防尘膜420具体是设置在封装壳体400的出光开口410的位置处；透明防尘膜420可以避免灰尘和杂物进入封装壳体的内部，但不影响从出光开口410出射至反射成像部20的第一图像光线R1和第二图像光线R2，因此需采用透明的材料制作而成；但同时外部光线，如太阳光会在透明防尘膜420表面发生强烈的眩光，因此透明防尘膜420外侧还设置有防眩光罩430，防眩光罩430可以为倾斜设置的斜面，用于防止眩光进入用户的眼睛，进一步提升抬头显示装置的使用体验；防眩光罩430不阻挡第一图像光线R1及第二图像光线R2的传播，且可遮挡部分外部光线，如图16中的太阳光线。例如，防眩光罩430可以采用与封装壳体400相同的材料，且与封装壳体400一体成型。

本申请实施例还提供一种双层成像抬头显示系统，包括上述抬头显示装置以及反射成像部20，如图2、图4、图6、图8及图10所示；反射成像部20位于出光开口410 的外侧，且被配置为将入射至其的第一图像光线R1和第二图像光线R2反射至观察区域EB，在反射成像部20远离抬头显示装置的一侧形成第一虚像V1和第二虚像V2；第一虚像V1与第二虚像V2之间存在第二预设角度，且第一虚像V1及第二虚像V2的成像距离不同。

本实施例中，反射成像部20在反射图像光线的同时，且透射环境光线；位于观察区域EB的用户可以观看到反射成像部20反射形成的第一虚像V1和第二虚像V2，且不影响对外界环境的观察；具体的，观察区域EB可为眼盒(eyebox)区域，眼盒区域是指用户双眼所在的、可以看到抬头显示装置所成虚像的区域；用户的双眼相对于眼盒区域的中心偏离一定距离，如上下、左右移动一定距离时，只要用户双眼仍处于眼盒区域内，用户仍然可以看到抬头显示装置所成的第一虚像V1及第二虚像V2。

本实施例中，反射成像部20可为交通工具的挡风玻璃，或单独设置的成像窗，分别对应风挡式抬头显示装置(Windshield-HUD)和组合式抬头显示装置(Combiner-HUD)。

本实施例中，第一虚像V1为近景画面，且第二虚像V2为中景画面；或第一虚像 V1为近景画面，且第二虚像V2为中景画面；或第一虚像V1为中景画面，且第二虚像 V2为远景画面。具体的，近景画面是指虚像成像位置与观察区域EB之间的距离为2～4 米，中景画面是指虚像成像位置与观察区域EB之间的距离为7～14米，远景画面是指虚像成像位置与观察区域EB之间的距离为20～50米。

具体的，近景画面可以显示车辆仪表等关键驾驶数据，例如，显示车速、油量或转向等参数；中景画面可以显示车道画面，例如，画面相对于地面为倾斜状态时与实际车道匹配融合效果更好，从而用户可以看到车道被图像融合标记，指引用户走这条车道；远景画面可以与远处景物配合，例如远景画面可以包括银行的标志，银行的标志图像可以和银行实景的位置匹配融合，从而用户可以看到远处建筑物，例如银行时，远景画面中标识了银行的标志。

本实施例中，第一虚像V1和第二虚像V2中的一者垂直于地面，且另一者远离地面的一端与观察区域EB之间的距离，大于靠近地面的一端与观察区域EB之间的距离。如图2、图4、图6、图8及图10所示，第一虚像V1垂直于地面，也即平行于观察区域EB；第二虚像V2则与地面倾斜，且远离地面的一端与观察区域EB之间的距离大于靠近地面的一端与观察区域EB之间的距离，例如，第二虚像V2远离地面的一端朝向车辆行进的方向倾斜，从而与实际车道匹配融合效果更好。

本实施例中，第一虚像V1和第二虚像V2中成像距离较远的一者，例如图2中的第二虚像V2；此时，第二显示区域120被曲面反射元件300反射所成的虚像位于反射成像部20的焦平面处，或上述虚像与反射成像部20之间的距离小于焦距且上述虚像接近反射成像部20的焦平面处。此情况下，根据曲面成像规律，第二虚像V2会形成在较远的距离乃至无穷远处，适合与远处的实景进行匹配贴合；具体的，反射成像部20包括曲面面形，如挡风玻璃。

本实施例中，第一显示区域110和第二显示区域120中，所成虚像成像距离较近的一者，显示区域的面积小于另一者的显示面积，以使成像距离较近的虚像的成像尺寸，小于成像距离较远的虚像的成像尺寸。例如，成像距离较近的画面，显示内容可以是车辆仪表等关键驾驶参数，显示的尺寸较小；成像距离较远的画面，显示内容需要和车外的实景匹配融合，显示的尺寸较大，并且较小的近景画面不会遮挡较大的远景画面；如图17所示，图17为驾驶员视角下抬头显示系统显示图像的示意图；应当理解，图像是形成在反射成像部20的外侧，而不是反射成像部20的表面。此时，第一虚像V1的成像距离较近且成像尺寸较小，显示关键信息如车速、油量及天气；因第一虚像V1的显示内容无需与实景贴合，第一虚像V1垂直于路面，此时驾驶员可以清楚的看到相关驾驶信息；同时，第二虚像V2的成像距离较远且成像尺寸较大，如图13中第二虚像V2 显示了车道保持信息，提示驾驶员保持当前车道；且此时第二虚像V2为倾斜状态，倾斜的虚像可以与道路更好的融合匹配，从而起到更好的提示作用。

本申请发明人还发现，本申请双层成像抬头显示装置及抬头显示系统在使用时，所成的倾斜虚像，倾斜的程度并不均匀，图2、图4、图6、图8及图10中为方便解释示意，均以均匀倾斜的虚像进行说明。具体的，如图18所示，倾斜的第二虚像V2并不是均匀倾斜，远离观察区域EB的一端，相对于靠近观察区域EB的一端，倾斜的变化程度更大；具体的，如上述过程，第二显示区域120的第二端S2相较于第一端S1，与曲面反射元件300之间的距离更远，而物距越接近曲面反射元件的焦平面，对最终虚像的像距改变程度越大，因此更接近焦平面的第二端S2的成像距离会更远，像距的增加为非线性的变化，也即倾斜的第二虚像V2远离观察区域EB的一端，相对于靠近观察区域EB的一端，倾斜的变化程度更大。

例如，利用上述非均匀变化的倾斜虚像，可以进一步提升抬头显示系统的显示效果。如图19所示，以第二虚像V2为倾斜画面为例进行说明，第二虚像V2包括靠近观察区域EB的第一端V21及远离观察区域EB的第二端V22；第一端V21的倾斜程度小于第二端V22的倾斜程度，此时可以在第二显示区域220处分区显示，对应第一端V21的分区显示面积较小，显示如车速等关键信息；而第二端V22对应的分区显示面积较大，可以与道路匹配融合，如显示车道线和车道保持箭头。

本申请实施例中，抬头显示系统可形成两层不同成像距离的虚像，且两层虚像之间存在第二预设角度，不同的图像可以与不同距离、不同角度的实景进行融合，用户(例如驾驶员)的视线无需在固定距离的图像和不同距离的实景之间来回切换，大大提高了抬头显示系统的使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，反射成像部20为双层玻璃结构的挡风玻璃，反射成像部20还包括设置在其内部的楔形膜，如在双层玻璃之间夹设楔形膜；具体的，楔形膜包括聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)膜，楔形膜具有变化的厚度，使得反射成像部20 反射形成第一虚像V1和第二虚像V2时，玻璃内外表面反射所形成的主虚像和副虚像重合，由此使得抬头显示系统具有消除重影的功能，提升使用体验。

或者，反射成像部20面向出光开口410的表面贴合设置选择性反射膜，选择性反射膜被配置为对图像光线所在波段的反射率大于除显示装置出射的图像光线所在波段以外波段的光线的反射率。例如，选择性反射膜对图像光线所在波段的光线的反射率可以大于80％、90％、95％、99.5％或其它适用的数值。例如，选择性反射膜对除图像光线所在波段以外波段的光线的反射率可以小于30％、20％、10％、5％、1％、0.5％或其它适用的数值；如图像光线包括红绿蓝(RGB)三个波段的光线，则选择性反射膜只反射RGB三个波段的光线并透过其他波段的光线。由此，图像光线就不会在反射成像部 20远离出光开口410的内表面发生二次反射，进而消除重影，提升使用体验；例如，图像光线包括第一图像光线R1和第二图像光线R2中的至少一者。

或者，反射成像部20面向出光开口410的表面贴合设置P偏振光反射膜，抬头显示装置出射的图像光线可以包括P偏振态的光线，反射成像部20面向出光开口410表面贴合设置有P偏振光反射膜，因玻璃对P偏振光的透射率较高，反射率较低，因此除被P偏振光反射膜反射的P偏振光外，透射过玻璃的P偏振光大部分会透射出玻璃外部，被反射成像部20外侧内表面反射的光线亮度很低，进而可以消除重影，提升使用体验。

或者，反射成像部20面向出光开口410的表面贴合设置有第一相位延迟元件，抬头显示装置出射的光线包括S偏振态的光线，第一相位延迟元件可将射入其的S偏振态的光线转换为非S偏振态的光线，例如P偏振态的光线、圆偏振光或椭圆偏振光，而非 S偏振态的光线在反射成像部20外侧内表面的反射率很低，基本都会透射出玻璃外部，进而消除重影，提升使用体验；具体的，第一相位延迟元件可以为1/4波片或1/2波片。

本申请实施例中，通过在反射成像部20处增设楔形膜、选择性反射膜、P偏振光反射膜或者第一相位延迟元件，均可以有效消除重影，提升抬头显示系统的使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，当反射成像部20为挡风玻璃时，因挡风玻璃对S偏振态的光线(S偏振光)的反射率较高，因此抬头显示装置出射的图像光线一般包括 S偏振光，此时，若用户如驾驶员佩戴墨镜时，墨镜是过滤S偏振光的，因此驾驶员佩戴墨镜时就无法看到抬头显示装置的图像。本实施例中，反射成像部20朝向出光开口 410的表面贴合设置P偏振光反射膜，且抬头显示装置出射的图像光线包括P偏振态的光线，反射成像部20可以将P偏振态的图像光线反射至观察区域EB，以使双眼位于观察区域EB的戴墨镜的用户依然可以看到图像，从而提高用户的使用体验。

本实施例中，还可在抬头显示装置出光口和反射成像部20之间设置第二相位延迟元件来实现墨镜可见功能；具体的，第二相位延迟元件包括四分之一波片，抬头显示装置出射的图像光线包括S偏振态的光线，第二相位延迟元件将入射至其的S偏振态的光线转换为圆偏振态的光线(圆偏振光)或椭圆偏振态的光线(椭圆偏振光)，圆偏振光或椭圆偏振光被反射成像部20反射后射向观察区域EB，因圆偏振光或椭圆偏振光包括 P偏振分量，经过墨镜过滤后，P偏振态的光线使双眼位于观察区域EB的戴墨镜的用户依然可以看到抬头显示装置显示的图像，从而提高用户的使用体验；具体的，第二相位延迟元件可以设置在出光开口410位置处；例如，还可与防尘膜430集成设置为一体式元件。

本申请实施例还提供一种交通设备，包括上述抬头显示系统；该交通设备可以是各种适当的交通工具，如汽车、工程车、船舶或飞机等，只要其驾驶位置设置前窗，且通过抬头显示系统将图像投射到前窗上即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (18)

1.一种双层成像抬头显示装置，用于出射光线至反射成像部反射形成虚像，包括：图像显示部、平面反射元件、曲面反射元件及封装壳体，所述图像显示部、所述平面反射元件及所述曲面反射元件位于所述封装壳体内部，所述封装壳体包括出光开口；

所述图像显示部包括第一显示区域和第二显示区域，所述第一显示区域被配置为发出第一图像光线，所述第二显示区域被配置为发出第二图像光线；

所述平面反射元件被配置为反射所述第一图像光线及所述第二图像光线至所述曲面反射元件；

所述曲面反射元件被配置为聚集并反射所述平面反射元件出射的第一图像光线及第二图像光线，经所述出光开口出射至所述反射成像部，反射形成第一虚像及第二虚像；

其中，所述第一显示区域和所述第二显示区域之间存在第一预设角度，且所述第一图像光线及所述第二图像光线出射至所述曲面反射元件的传播距离不同；以使所述第一虚像及所述第二虚像之间存在第二预设角度，且所述第一虚像及所述第二虚像的成像距离不同。

2.根据权利要求1所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述第一预设角度为5°～90°，所述第二预设角度为5°～90°。

3.根据权利要求1所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述曲面反射元件包括一个曲面反射镜，所述平面反射元件包括一个平面反射镜。

4.根据权利要求3所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，还包括：可反射可透射元件；

所述可反射可透射元件被配置为可透射所述第一图像光线且反射所述第二图像光线，或被配置为可反射所述第一图像光线且透射所述第二图像光线；

所述可反射可透射元件设置在所述图像显示部与所述平面反射元件之间，且所述平面反射元件接收并反射所述可反射可透射元件透射和反射的图像光线。

5.根据权利要求4所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述第一图像光线传输至所述可反射可透射元件的传播路径关于所述可反射可透射元件所在平面的镜像路径，与所述第二图像光线传输至所述可反射可透射元件的传播路径至少部分重合。

6.根据权利要求4所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述可反射可透射元件包括偏振式可反射可透射元件，被配置为反射第一偏振光且透射第二偏振光，或透射第一偏振光且反射第二偏振光；

所述第一图像光线包括所述第一偏振光，所述第二图像光线包括所述第二偏振光，且所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向垂直。

7.根据权利要求4所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述可反射可透射元件包括滤波式可反射可透射元件，被配置为反射第一波段光且透射第二波段光，或透射第一波段光且反射第二波段光；

所述第一图像光线包括所述第一波段光，所述第二图像光线包括所述第二波段光，且所述第一波段与所述第二波段不同。

8.根据权利要求1所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述曲面反射元件包括一个曲面反射镜，所述平面反射元件包括第一平面反射镜和第二平面反射镜；

所述第一平面反射镜被配置为将所述第一图像光线反射至所述曲面反射镜，所述第二平面反射镜被配置为将所述第二图像光线反射至所述曲面反射镜。

9.根据权利要求1所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述曲面反射元件包括第一曲面反射镜和第二曲面反射镜，所述平面反射元件包括第一平面反射镜和第二平面反射镜；

所述第一平面反射镜被配置为将所述第一图像光线反射至所述第一曲面反射镜，所述第二平面反射镜被配置为将所述第二图像光线反射至所述第二曲面反射镜。

10.根据权利要求1-9任一项所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述第一平面反射镜及所述第二平面反射镜中靠近所述曲面反射元件的一者，还被配置为：

在反射所述第一图像光线的同时，透射所述第二图像光线；

或在透射所述第一图像光线的同时，反射所述第二图像光线。

11.根据权利要求10所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述第一平面反射镜包括偏振式可反射可透射元件，被配置为反射第一偏振光且透射第二偏振光；

所述第一图像光线包括第一偏振光，所述第二图像光线包括第二偏振光，且所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向垂直。

12.根据权利要求10所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述第一平面反射镜包括滤波式可反射可透射元件，被配置为反射第一波段光且透射第二波段光；

所述第一图像光线所在波段包括第一波段，所述第二图像光线所在波段包括第二波段，且所述第一波段与所述第二波段不同。

13.根据权利要求1-12任一项所述的双层成像抬头显示装置，其特征在于，所述图像显示部包括第一子显示部和第二子显示部；

所述第一显示区域位于所述第一子显示部上，所述第二显示区域位于所述第二子显示部上。

14.一种双层成像抬头显示系统，包括权利要求1-13任一项所述的双层成像抬头显示装置以及反射成像部；

所述反射成像部位于所述出光开口的外侧，且被配置为将入射至其的所述第一图像光线和所述第二图像光线反射至观察区域，在所述反射成像部远离所述双层成像抬头显示装置的一侧形成第一虚像和第二虚像；

所述第一虚像与所述第二虚像之间存在第二预设角度，且所述第一虚像及所述第二虚像的成像距离不同。

15.根据权利要求14所述的双层成像抬头显示系统，其特征在于，所述第一虚像和所述第二虚像中的一者垂直于地面；

且所述第一虚像和所述第二虚像中另一者远离所述地面的一端与所述观察区域之间的距离，大于靠近地面的一端与所述观察区域之间的距离。

16.根据权利要求14所述的双层成像抬头显示系统，其特征在于，所述第一虚像为近景画面，且所述第二虚像为中景画面；或所述第一虚像为近景画面，且所述第二虚像为中景画面；或所述第一虚像为中景画面，且所述第二虚像为远景画面。

17.一种交通设备，包括权利要求14-16任一项所述的双层成像抬头显示系统。

18.根据权利要求17所述的交通设备，其特征在于，所述反射成像部包括所述交通设备的挡风玻璃。

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