CN111443489B - 多角度多内容抬头显示系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种多角度多内容抬头显示系统，其包括：图像源，用于生成第一图像和第二图像；散射屏，设置在所述图像源与所述反射镜之间的光路上；反射镜，用于将第一图像和第二图像反射至下述光栅组合器；以及光栅组合器，用于衍射第一图像至位于第一位置的第一用户的眼睛，以及用于衍射第二图像至位于第二位置的第二用户的眼睛；其中，该第一位置与第二位置不同。该系统结构简单且紧凑，实现了一套系统以多角度显示多内容，既可进行二维图像显示，也可进行三维图像显示。

Description

多角度多内容抬头显示系统和方法

技术领域

本发明涉及一种多角度多内容抬头显示系统和方法，属于显示技术领域。

背景技术

抬头显示系统(HeadUpDisplay)简称HUD，也称为平视显示系统，是一种以投影方式将各种车辆信息以及导航信息成像于挡风玻璃之外的技术。

现阶段抬头显示系统的服务对象仅为驾驶员，其显示图像仅供驾驶员进行观看，以便查看车辆信息和道路导航信息。然而，在实际道路驾驶中驾驶员存在疲劳驾驶、信息判断失误、注意力不集中等问题，此时便需要副驾驶员在危险来临之前对驾驶员进行预警提示，因而需要副驾驶员同驾驶员一样掌握车辆信息及导航信息。

针对上述问题，多内容抬头显示系统应用而生。例如专利US20200017122A1公开了一种车载HUD，其包括：驾驶员HUD；乘客HUD；以及处理器，其被配置成：响应于确定车辆速度低于阈值，而启用经由所述驾驶员HUD控制一个或多个车辆功能；并且响应于确定所述车辆速度已经增加到高于所述阈值，而将对所述一个或多个车辆功能的控制从所述驾驶员HUD转变到所述乘客HUD，所述一个或多个车辆功能例如包括车辆路线确定。该方案使用了两套HUD系统，分别为驾驶员HUD和乘客HUD，但两套HUD系统占用了大量车辆空间，增加了系统总体积和成本。

鉴于上述，本发明旨在提供一种多角度多内容抬头显示系统和方法，来解决上述的一个或多个技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，根据本发明一方面，提供一种多角度多内容抬头显示系统，其在全息HUD具有高衍射效率、高亮度、无重影、小体积、轻薄化等优点的基础上，将全息HUD与多内容HUD相结合。该多角度多内容抬头显示系统包括：

图像源，用于生成第一图像和第二图像；

散射屏，设置在所述图像源与所述反射镜之间的光路上；

反射镜，用于将第一图像和第二图像反射至下述光栅组合器；以及

光栅组合器，用于衍射第一图像至位于第一位置的第一用户的眼睛，以及用于衍射第二图像至位于第二位置的第二用户的眼睛；

其中，该第一位置与第二位置不同。

根据本发明又一方面，所述第一用户为驾驶员，第二用户为副驾驶员，所述抬头显示系统设置在驾驶员一侧或副驾驶员一侧。

根据本发明又一方面，所述图像源为普通图像源或液晶空间光调制器；优选地，所述散射屏为磨砂玻璃、磨砂纸片或全息屏；优选地，所述光栅组合器包括全息光栅、微纳光栅或衍射光栅，优选地，该光栅组合器独立于挡风玻璃或集成于挡风玻璃；优选地，该光栅组合器为分层堆叠结构或复用结构；优选地，所述光栅组合器的记录材料为偏振敏感材料；优选地，所述偏振敏感材料包括光折变晶体、光致二向色性材料、光致双折射材料、刻蚀剂、液晶或超颖表面。

根据本发明又一方面，所述图像源用于生成第一至第n图像，所述反射镜用于将第一至第n图像反射至所述光栅组合器，所述光栅组合器用于分别衍射第一至第n图像至位于第一至第n位置的第一至第n用户的眼睛，该第一至第n位置彼此不同，n为大于等于3的自然数。

根据本发明又一方面，所述多角度多内容抬头显示系统为二维抬头显示系统，所述图像源为具有图像刷新功能的单一图像源，用于不停产生作为第一图像的、对应第一用户的第一偏振目标图像，以及作为第二图像的、对应第二用户的第二偏振目标图像，所述光栅组合器包括两个偏振选择性不同的第一偏振光栅和第二偏振光栅，其中第一偏振光栅对应第一用户，第二偏振光栅对应第二用户，该光栅组合器具有偏振选择特性和角度选择特性，入射到第一偏振光栅和第二偏振光栅上的第一图像和第二图像以不同衍射角度分别入射到第一用户的眼睛和第二用户的眼睛，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一方面，所述多角度多内容抬头显示系统为二维抬头显示系统，所述图像源包括用于生成第一图像的第一图像源和用于生成第二图像的第二图像源，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，所述光栅组合器包括第一光栅和第二光栅，第一图像经由第一反射镜反射到第一光栅，第二图像经由第二反射镜反射到第二光栅，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一方面，所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源包括具有图像刷新功能的第一图像源和第二图像源，第一图像源用于产生作为第一图像的、对应于第一用户左右眼的第一偏振目标图像，第二图像源用于产生作为第二图像的、对应于第二用户左右眼的第二偏振目标图像，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，所述光栅组合器包括第一偏振光栅组合器和第二偏振光栅组合器，第一图像经由第一反射镜反射到第一偏振光栅组合器，第二图像经由第二反射镜反射到第二偏振光栅组合器，第一偏振光栅组合器包含两个具有不同偏振选择性的第一光栅和第二光栅，第一光栅和第二光栅分别对应第一用户的左右眼，第一偏振光栅组合器衍射的具有不同偏振态的第一图像经过第一用户佩戴的第一偏振立体眼镜分别进入第一用户的左右眼；第二偏振光栅组合器包含两个具有不同偏振选择性的第三光栅和第四光栅，第三光栅和第四光栅分别对应第二用户的左右眼，第二偏振光栅组合器衍射的具有不同偏振态的第二图像经过第二用户佩戴的第二偏振立体眼镜分别进入第二用户的左右眼，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一方面，所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源包括用于生第一图像的第一液晶空间光调制器和用于生第二图像的第二液晶空间光调制器，该第一图像和第二图像为三维图像，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，所述光栅组合器包括第一光栅和第二光栅，第一图像经由第一反射镜反射到第一光栅，第二图像经由第二反射镜反射到第二光栅，第一光栅和第二光栅分别将第一图像和第二图像以不同衍射角度入射到第一用户的眼睛和第二用户的眼睛，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一方面，所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源为具有图像刷新功能的液晶空间光调制器，该液晶空间光调制器用于不停产生作为第一图像的、对应第一用户的第一偏振目标图像，以及作为第二图像的、对应第二用户的第二偏振目标图像，该第一图像和第二图像为三维图像，所述光栅组合器包括两个偏振选择性不同的第一偏振光栅和第二偏振光栅，第一图像经由所述反射镜反射至第一偏振光栅，第二图像经由所述反射镜反射至第二偏振光栅，所述偏振光栅组合器具有偏振选择特性和角度选择特性，入射到第一偏振光栅和第二偏振光栅上的第一图像和第二图像以不同衍射角度分别入射到第一用户和第二用户的眼睛，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一方面，还提供了一种利用前述的多角度多内容抬头显示系统进行显示的方法，其特征在于包括以下步骤：

生成第一图像和第二图像；

将第一图像和第二图像反射至光栅组合器；以及

光栅组合器衍射第一图像至位于第一位置的第一用户的眼睛以及衍射第二图像至位于第二位置的第二用户的眼睛；

其中，该第一位置与第二位置不同。

与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：

首先，该系统结构简单且紧凑，节省了车内空间占用，降低了成本；

其次，实现了一套系统以多角度显示多内容，具有高衍射效率、高亮度、无重影、小体积、轻薄化等优点；

第三，该系统既可进行二维图像显示，也可进行三维图像显示。

附图说明

为了能够理解本发明的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的发明更详细的描述。附图涉及本发明的优选实施例，并描述如下：

图1为根据本发明第一种优选实施例的多角度多内容抬头显示系统(单一图像源的多角度多内容二维抬头显示系统)结构示意图；

图2为根据本发明第二种优选实施例的多角度多内容抬头显示系统(双图像源的多角度多内容二维抬头显示系统)结构示意图；

图3为根据本发明第三种优选实施例的多角度多内容抬头显示系统(双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统)结构示意图；

图4为根据本发明第四种优选实施例的多角度多内容抬头显示系统(双SLM图像源的多角度多内容三维抬头显示系统)结构示意图；

图5为根据本发明第五种优选实施例的多角度多内容抬头显示系统(单一SLM图像源的多角度多内容三维抬头显示系统)结构示意图

图6为图1的多角度多内容抬头显示系统(单一图像源的多角度多内容二维抬头显示系统)中的光栅组合器结构示意图；

图7为图2多角度多内容抬头显示系统(双图像源的多角度多内容二维抬头显示系统)中的光栅组合器结构示意图；

图8为图3的多角度多内容抬头显示系统(双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统)中的光栅组合器结构示意图。

具体实施例

现在将对于各种实施例进行详细说明，这些实施例的一个或更多个实例分别绘示于图中。各个实例以解释的方式来提供，而非意味作为限制。例如，作为一个实施例的一部分而被绘示或描述的特征，能够被使用于或结合任一其他实施例，以产生再一实施例。本发明意在包含这类修改和变化。

在以下对于附图的描述中，相同的参考标记指示相同或类似的结构。一般来说，只会对于个别实施例的不同之处进行描述。除非另有明确指明，否则对于一个实施例中的部分或方面的描述也能够应用到另一实施例中的对应部分或方面。

实施例1

参见图1，其示出了一种多角度多内容抬头显示系统，该系统包括：

图像源100，用于生成第一图像100a和第二图像100b；

散射屏，设置在所述图像源100与所述反射镜110之间的光路上；

反射镜110，用于将第一图像100a和第二图像100b反射至下述光栅组合器101、102；以及

光栅组合器101、102，用于衍射第一图像100a至位于第一位置的第一用户130a的眼睛，以及用于衍射第二图像至位于第二位置的第二用户130b的眼睛；

其中，该第一位置与第二位置不同。

根据本发明又一种优选实施方式，所述第一用户130a为驾驶员，第二用户130b为副驾驶员，所述抬头显示系统设置在驾驶员一侧或副驾驶员一侧。可以理解的是，本发明仅使用一套抬头显示系统，利用光栅组合器的角度选择特性，将目标图像以不同角度分别衍到驾驶员和副驾驶员眼中。抬头显示系统可以放置于驾驶员一侧也可以放置于副驾驶员一侧。

根据本发明又一种优选实施方式，所述图像源100为普通图像源或液晶空间光调制器；优选地，所述散射屏为磨砂玻璃、磨砂纸片或全息屏；优选地，所述光栅组合器101、102包括全息光栅、微纳光栅或衍射光栅，优选地，该光栅组合器独立于挡风玻璃120或集成于挡风玻璃120；优选地，该光栅组合器为分层堆叠结构或复用结构；优选地，所述光栅组合器的记录材料为偏振敏感材料；优选地，所述偏振敏感材料包括光折变晶体、光致二向色性材料、光致双折射材料、刻蚀剂、液晶或超颖表面。

根据本发明又一种优选实施方式，所述图像源100用于生成第一至第n图像，所述反射镜110用于将第一至第n图像反射至所述光栅组合器，所述光栅组合器用于分别衍射第一至第n图像至位于第一至第n位置的第一至第n用户的眼睛，该第一至第n位置彼此不同，n为大于等于3的自然数。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图1和6，所述多角度多内容抬头显示系统为二维抬头显示系统，所述图像源110为具有图像刷新功能的单一图像源，用于不停产生作为第一图像100a的、对应第一用户130a的第一偏振目标图像，以及作为第二图像100b的、对应第二用户130b的第二偏振目标图像，所述光栅组合器包括两个偏振选择性不同的第一偏振光栅101和第二偏振光栅102，其中第一偏振光栅101对应第一用户130a，第二偏振光栅102对应第二用户130b，该光栅组合器具有偏振选择特性和角度选择特性，入射到第一偏振光栅101和第二偏振光栅102上的第一图像和第二图像以不同衍射角度分别入射到第一用户130a的眼睛和第二用户130b的眼睛，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

可以理解的是，多内容二维图像显示时，若使用一个图像源，且光栅组合器的入射角均相同，则光栅组合器需具备偏振选择特性和角度选择特性。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图2和7，所述多角度多内容抬头显示系统为二维抬头显示系统，所述图像源包括用于生成第一图像的第一图像源200a和用于生成第二图像的第二图像源200b，所述反射镜包括第一反射镜210a和第二反射镜210b，所述光栅组合器包括第一光栅201和第二光栅202，第一图像经由第一反射镜210a反射到第一光栅201，第二图像经由第二反射镜201b反射到第二光栅202，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

可以理解的是，多内容二维图像显示时，若使用多个图像源，且光栅组合器的入射角均不同，则光栅组合器仅需具备角度选择性。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图3和8，所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源包括具有图像刷新功能的第一图像源300a和第二图像源300b，第一图像源300a用于产生作为第一图像的、对应于第一用户130a左右眼的第一偏振目标图像，第二图像源300b用于产生作为第二图像的、对应于第二用户130b左右眼的第二偏振目标图像，所述反射镜包括第一反射镜310a和第二反射镜310b，所述光栅组合器包括第一偏振光栅组合器301和第二偏振光栅组合器302，第一图像经由第一反射镜310a反射到第一偏振光栅组合器301，第二图像经由第二反射镜310b反射到第二偏振光栅组合器302，第一偏振光栅组合器301包含两个具有不同偏振选择性的第一光栅301a和第二光栅301b，第一光栅301a和第二光栅301b分别对应第一用户130a的左右眼，第一偏振光栅组合器301衍射的具有不同偏振态的第一图像经过第一用户130a佩戴的第一偏振立体眼镜311分别进入第一用户130a的左右眼；第二偏振光栅组合器302包含两个具有不同偏振选择性的第三光栅302a和第四光栅302b，第三光栅302a和第四光栅302b分别对应第二用户130b的左右眼，第二偏振光栅组合器302衍射的具有不同偏振态的第二图像经过第二用户130b佩戴的第二偏振立体眼镜312分别进入第二用户130b的左右眼，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图4，所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源包括用于生第一图像的第一液晶空间光调制器400a和用于生第二图像的第二液晶空间光调制器400b，该第一图像和第二图像为三维图像，所述反射镜包括第一反射镜410a和第二反射镜410b，所述光栅组合器包括第一光栅401和第二光栅402，第一图像经由第一反射镜410a反射到第一光栅401，第二图像经由第二反射镜410b反射到第二光栅402，第一光栅401和第二光栅402分别将第一图像和第二图像以不同衍射角度入射到第一用户130a的眼睛和第二用户130b的眼睛，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图5，所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源为具有图像刷新功能的液晶空间光调制器500，该液晶空间光调制器用于不停产生作为第一图像500a的、对应第一用户130a的第一偏振目标图像，以及作为第二图像500b的、对应第二用户130b的第二偏振目标图像，该第一图像和第二图像为三维图像，所述光栅组合器包括两个偏振选择性不同的第一偏振光栅501和第二偏振光栅502，第一图像经由所述反射镜510反射至第一偏振光栅501，第二图像经由所述反射镜510反射至第二偏振光栅502，所述偏振光栅组合器具有偏振选择特性和角度选择特性，入射到第一偏振光栅501和第二偏振光栅502上的第一图像和第二图像以不同衍射角度分别入射到第一用户130a和第二用户130b的眼睛，第一图像与第二图像为相同或不同信息。

根据本发明又一种优选实施方式，还提供了一种利用前述的多角度多内容抬头显示系统进行显示的方法，其特征在于包括以下步骤：

生成第一图像和第二图像；

将第一图像和第二图像反射至光栅组合器；以及

光栅组合器衍射第一图像至位于第一位置的第一用户130a的眼睛以及衍射第二图像至位于第二位置的第二用户130b的眼睛；

其中，该第一位置与第二位置不同。

根据本发明又一种优选实施方式，还提供了一种多角度多内容抬头显示系统，其由投影模块、光栅组合器构成。投影模块包括图像源、散射屏和反射镜。光栅组合器为全息光栅、微纳光栅、衍射光栅的任意一种，具有角度选择特性和/或偏振选择特性。当进行三维图像显示时，系统需配合偏振立体眼镜使用。该系统既可进行二维图像显示也可进行三维图像显示。三维显示基于双目立体视觉，需驾驶员和副驾驶员佩戴偏振立体眼镜。

根据本发明又一种优选实施方式，对于二维图像的多角度多内容显示，可以采用以下两种具体实施例。

第一种实施例的投影模块仅使用一个图像源，该图像源通过实时刷新产生对应于驾驶员和副驾驶员的偏振图像，同时结合光栅组合器的偏振选择特性和角度选择特性，对同一角度入射的对应于驾驶员和副驾驶员的不同偏振态目标光波进行选择，之后再以不同衍射角入射进入驾驶员和副驾驶员眼中。

第二种实施例的投影模块使用两个图像源，每一个图像源独立产生对应于驾驶员和副驾驶员的目标图像，之后以不同角度入射光栅组合器，利用光栅组合器的角度选择特性，以不同角度将目标图像分别衍射进入驾驶员和副驾驶员眼中。

根据本发明又一种优选实施方式，对于三维图像的多角度多内容显示，可以采用以下三种具体实施例。

第一种实施例为双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统(普通像源)。投影模块使用两个图像源，每一个图像源独立产生分别对应于驾驶员和副驾驶员左右眼的偏振图像。对应于驾驶员的光栅组合器包含两个偏振选择性不同的光栅，分别衍射驾驶员左右眼的图像。对应于副驾驶员的光栅组合器包含两个偏振选择性不同的光栅，分别衍射副驾驶员左右眼的图像。对于三维图像的观看，需要驾驶员和副驾驶员佩戴偏振立体眼镜。基于双目立体视差原理，左右眼两幅图像叠加显示三维目标图像。

第二种实施例为双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统(像源为SLM)。与第一种实施例不同的是，图像源改用液晶空间光调制器SLM，不同于双目立体视差技术，液晶空间光调制器可直接加载目标图像的三维信息。通过两个独立的SLM分别加载驾驶员和副驾驶员的目标三维图像，并通过光栅组合器进行衍射，三维图像最终以不同角度进入驾驶员和副驾驶员眼中。

第三种实施例为单一图像源的多角度多内容三维抬头显示系统(像源为SLM)。该系统使用一个SLM作为图像源，但需对驾驶员和副驾驶员分别显示不同信息，因而SLM需具备图像刷新功能，实时刷新以显示不同偏振态目标图像。同时结合光栅组合器的偏振选择特性和角度选择特性，对同一角度入射的对应于驾驶员和副驾驶员的不同偏振态目标光波进行选择，之后再以不同衍射角入射进入驾驶员和副驾驶员眼中。

根据本发明又一种优选实施方式，图像源可以是一个也可以是多个，不局限于两个。多角度多内容显示不局限于两个角度两种内容显示，也可以是多个角度多种内容显示，例如三个角度三种内容等等。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图1，提供了一种单一图像源的多角度多内容二维抬头显示系统。该系统仅使用一个图像源，该图像源需不停刷新显示两幅分别对应驾驶员和副驾驶员的偏振图像，其刷新频率应大于人眼刷新频率，避免图像闪烁。该实施例仅使用一个反射镜，用于折叠光路。

具体工作原理：

具有图像刷新功能的图像源100不停产生分别对应驾驶员的偏振目标图像100a和副驾驶员的偏振目标图像100b，之后经过一个折叠反射镜110反射到偏振光栅组合器上。该偏振光栅组合器包括两个偏振选择性不同的光栅101和102，其中偏振光栅101对应驾驶员，偏振光栅102对应副驾驶员。该偏振光栅组合器除具有偏振选择特性之外，还具有角度选择特性，入射到偏振光栅101和102上的偏振光波以不同衍射角度分别入射到驾驶员130a和副驾驶员130b，最终驾驶员和副驾驶员刚看到两个偏振态不同的目标图像。驾驶员和副驾驶员的目标图像可以为相同信息，比如车辆信息和导航信息；该目标信息也可以为不同信息，比如驾驶员观看车辆和导航信息，副驾驶员观看娱乐信息。

单一图像源的多角度多内容二维抬头显示系统中由于仅使用了一个反射镜，图像源发出的光波以特定角度入射到光栅组合器上，即光栅组合器101和102的入射角度均相同。光栅组合器101和102需将不同内容图像以不同角度衍射到驾驶员和副驾驶员，而其入射角度又相同，因此101和102需具备偏振特性，方可保证光栅组合器101仅衍射驾驶员目标图像，不衍射副驾驶员目标图像，光栅组合器102仅衍射副驾驶员目标图像，不衍射驾驶员目标图像。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图2，还提供了一种双图像源的多角度多内容二维抬头显示系统。该系统中使用两个图像源，分别显示驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像。该实施例仅使用两个反射镜，用于折叠光路，每一个反射镜分别对应一个图像源。

具体工作原理：

图像源200a产生对应于驾驶员的目标图像，之后经过一个折叠反射镜210a反射到光栅组合器201上。图像源200b产生对应于副驾驶员的目标图像，之后经过一个折叠反射镜210b反射到光栅组合器202上。光栅组合器201和202将驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像以不同衍射角度分别入射到驾驶员和副驾驶员。驾驶员和副驾驶员的目标图像可以为相同信息，比如车辆信息和导航信息；该目标信息也可以为不同信息，比如驾驶员观看车辆和导航信息，副驾驶员观看娱乐信息。

双图像源的多角度多内容二维抬头显示系统由于使用了两个图像源分别进行驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像的显示，因而其图像源不需具备图像刷新功能，仅显示目标图像即可。双图像源的多角度多内容二维抬头显示系统由于使用了两个用于折叠光路的反射镜，因此经过反射镜反射的光波能以不同角度入射光栅组合器201和202，此时仅利用光栅组合器201和202的角度选择特性即可，不需具有偏振选择性，即光栅组合器201和202为角度选择光栅即可，无需是偏振选择光栅。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图3，还提供了一种双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统(普通像源)。该系统是图2中的系统与双目立体视觉相结合的抬头显示系统方法和系统。该系统中使用两个图像源，分别显示驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像，每一个图像源需不停刷新以产生分别对应观察者左右眼的偏振图像，其刷新频率应大于人眼刷新频率，避免图像闪烁。该实施例仅使用两个反射镜，用于折叠光路，每一个反射镜分别对应一个图像源。观察者为观看立体图像需佩戴偏振立体眼镜。

具体工作原理：

具有图像刷新功能的图像源300a产生对应于驾驶员左右眼的偏振目标图像，之后经过一个折叠反射镜310a反射到偏振光栅组合器301上，其中偏振光栅组合器301包含两个具有不同偏振选择性的光栅301a和301b，分别对应驾驶员的左右眼。偏振光栅组合器301衍射的具有不同偏振态的目标图像经过驾驶员佩戴的偏振立体眼镜311分别进入左右眼，从而叠加生成立体图像。具有图像刷新功能的图像源300b产生对应于副驾驶员左右眼的偏振目标图像，之后经过一个折叠反射镜310b反射到偏振光栅组合器302上，其中偏振光栅组合器302包含两个具有不同偏振选择性的光栅302a和302b，分别对应副驾驶员的左右眼。偏振光栅组合器302衍射的具有不同偏振态的目标图像经过副驾驶员佩戴的偏振立体眼镜312分别进入左右眼，从而叠加生成立体图像。驾驶员和副驾驶员的目标图像可以为相同信息，比如车辆信息和导航信息；该目标信息也可以为不同信息，比如驾驶员观看车辆和导航信息，副驾驶员观看娱乐信息。

双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统中的偏振光栅组合器301和302均包含具体不同偏振选择性的偏振光栅。光栅组合器301的两个偏振光栅用于衍射驾驶员的左右眼图像。光栅组合器302的两个偏振光栅用于衍射副驾驶员的左右眼图像。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图4，还提供了一种双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统(像源位液晶空间光调制器SLM)。

该系统是光栅组合器与液晶空间光调制器相结合的抬头显示系统方法和系统。不同于图3的双目视差立体显示方法，液晶空间光调制器可直接加载所需目标图像的三维信息。

该系统中使用两个液晶空间光调制器作为图像源，分别显示驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像。该实施例仅使用两个反射镜，用于折叠光路，每一个反射镜分别对应一个图像源。

具体工作原理：

液晶空间光调制器400a产生对应于驾驶员的目标图像，之后经过一个折叠反射镜410a反射到光栅组合器401上。液晶空间光调制器400b产生对应于副驾驶员的目标图像，之后经过一个折叠反射镜410b反射到光栅组合器402上。光栅组合器401和402将驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像以不同衍射角度分别入射到驾驶员和副驾驶员。驾驶员和副驾驶员的目标图像可以为相同信息，比如车辆信息和导航信息；该目标信息也可以为不同信息，比如驾驶员观看车辆和导航信息，副驾驶员观看娱乐信息。

双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统由于使用了两个图像源分别进行驾驶员目标图像和副驾驶员目标图像的显示，且液晶空间光调制器可直接显示三维图像，因而其图像源不需具备图像刷新功能，仅显示目标图像即可。双图像源的多角度多内容三维抬头显示系统由于使用了两个用于折叠光路的反射镜，因此经过反射镜反射的光波能以不同角度入射光栅组合401和402，此时仅利用光栅组合器401和402的角度选择特性即可，不需具有偏振选择性，即光栅组合器401和402为角度选择光栅即可，无需是偏振选择光栅。

根据本发明又一种优选实施方式，参见图5，还提供了一种单一图像源的多角度多内容三维抬头显示系统(像源为液晶空间光调制器SLM)。

不同于图1的单一图像源的多角度多内容二维抬头显示系统，由于液晶空间光调制器可直接加载所需目标图像的三维信息，因而虽然仅有一个图像源，但仍可显示三维图像。

该系统中仅使用一个液晶空间光调制器作为图像源，该图像源需不停刷新显示两幅分别对应驾驶员和副驾驶员的偏振图像，其刷新频率应大于人眼刷新频率，避免图像闪烁。该实施例仅使用一个反射镜，用于折叠光路。

具体工作原理：

具有图像刷新功能的图像源500不停产生分别对应驾驶员的偏振目标图像500a和副驾驶员的偏振目标图像500b，之后经过一个折叠反射镜110反射到偏振光栅组合器上。该偏振光栅组合器包括两个偏振选择性不同的光栅501和502，其中偏振光栅501对应驾驶员，偏振光栅502对应副驾驶员。该偏振光栅组合器除具有偏振选择特性之外，还具有角度选择特性，入射到偏振光栅501和502上的偏振光波以不同衍射角度分别入射到驾驶员和副驾驶员，最终驾驶员和副驾驶员刚看到两个偏振态不同的三维目标图像。驾驶员和副驾驶员的目标图像可以为相同信息，比如车辆信息和导航信息；该目标信息也可以为不同信息，比如驾驶员观看车辆和导航信息，副驾驶员观看娱乐信息。

单一图像源的多角度多内容二维抬头显示系统中由于仅使用了一个反射镜，图像源发出的光波以特定角度入射到光栅组合器上，即光栅组合器501和502的入射角度均相同。光栅组合器501和502需将不同内容图像以不同角度衍射到驾驶员和副驾驶员，而其入射角度又相同，因此501和502需具备偏振特性，方可保证光栅组合器501仅衍射驾驶员目标图像，不衍射副驾驶员目标图像，光栅组合器502仅衍射副驾驶员目标图像，不衍射驾驶员目标图像。

与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：

首先，该系统结构简单且紧凑，节省了车内空间占用，降低了成本；

其次，实现了一套系统以多角度显示多内容，具有高衍射效率、高亮度、无重影、小体积、轻薄化等优点；

第三，该系统既可进行二维图像显示，也可进行三维图像显示。

虽然前述内容是关于本发明的实施例，但可在不背离本发明的基本范围的情况下，设计出本发明其他和更进一步的实施例，本发明的范围由权利要求书确定。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，这些实施例中不互相违背的技术特征可彼此结合。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多角度多内容抬头显示系统，其特征在于包括：

图像源，用于生成第一图像和第二图像；

反射镜，用于将第一图像和第二图像反射至下述光栅组合器；

散射屏，设置在所述图像源与所述反射镜之间的光路上；以及

光栅组合器，用于衍射第一图像至位于第一位置的第一用户的眼睛，以及用于衍射第二图像至位于第二位置的第二用户的眼睛；

其中，该第一位置与第二位置不同；

所述多角度多内容抬头显示系统为三维抬头显示系统，所述图像源为具有图像刷新功能的液晶空间光调制器，该液晶空间光调制器用于不停产生作为第一图像的、对应第一用户的第一偏振目标图像，以及作为第二图像的、对应第二用户的第二偏振目标图像，该第一图像和第二图像为三维图像，所述光栅组合器包括两个偏振选择性不同的第一偏振光栅和第二偏振光栅，第一图像经由所述反射镜反射至第一偏振光栅，第二图像经由所述反射镜反射至第二偏振光栅，所述光栅组合器具有偏振选择特性和角度选择特性，入射到第一偏振光栅和第二偏振光栅上的第一图像和第二图像以不同衍射角度分别入射到第一用户和第二用户的眼睛，第一图像与第二图像为不同信息；

所述光栅组合器包括全息光栅、微纳光栅或衍射光栅，该光栅组合器集成于挡风玻璃，该光栅组合器为分层堆叠结构，第一图像包括车辆信息和导航信息，第二图像包括娱乐信息。

2.根据权利要求1所述的多角度多内容抬头显示系统，其特征在于所述第一用户为驾驶员，第二用户为副驾驶员，所述抬头显示系统设置在驾驶员一侧或副驾驶员一侧。

3.根据权利要求2所述的多角度多内容抬头显示系统，其特征在于所述散射屏为磨砂玻璃、磨砂纸片或全息屏；所述光栅组合器的记录材料为偏振敏感材料；所述偏振敏感材料包括光折变晶体、光致二向色性材料、光致双折射材料、刻蚀剂、液晶或超颖表面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多角度多内容抬头显示系统，其特征在于所述图像源用于生成第一至第n图像，所述反射镜用于将第一至第n图像反射至所述光栅组合器，所述光栅组合器用于分别衍射第一至第n图像至位于第一至第n位置的第一至第n用户的眼睛，该第一至第n位置彼此不同，n为大于等于3的自然数。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的多角度多内容抬头显示系统进行显示的方法，其特征在于包括以下步骤：

生成第一图像和第二图像；

将第一图像和第二图像反射至光栅组合器；以及

光栅组合器衍射第一图像至位于第一位置的第一用户的眼睛以及衍射第二图像至位于第二位置的第二用户的眼睛；

其中，该第一位置与第二位置不同。

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