CN112034672A

CN112034672A - 一种抬头显示装置及机动车

Info

Publication number: CN112034672A
Application number: CN202010388755.9A
Authority: CN
Inventors: 徐俊峰; 吴慧军; 方涛
Original assignee: Future Beijing Black Technology Co ltd
Current assignee: Future Beijing Black Technology Co ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2020-12-04
Also published as: CN212256002U

Abstract

本发明公开了一种抬头显示装置及机动车，属于HUD成像技术领域，该抬头显示装置包括像源、透反装置和光线控制装置，其中光线控制装置包括回反射元件和弥散元件，像源先出射用于形成图像的光线，该光线入射至透反装置,所述透反装置将入射过来的光线进行一次反射，该反射后的光线入射至光线控制装置，该光线首先经过弥散元件后出射至回反射元件，所述回反射元件将入射过来的光线沿入射方向的相反方向出射，该出射光线经过弥散元件，所述弥散元件将入射过来的光线进行扩散，该扩散后的光线入射至透反装置，所述透反装置将入射过来的光线进行二次反射，形成虚像，本发明能够实现HUD大尺寸成像。

Description

一种抬头显示装置及机动车

本申请要求于2019年5月17日递交的中国专利申请第2019104144940号的优先权，在此全文引用上述中国专利申请公开的内容以作为本申请的一部分。

技术领域

本发明属于HUD成像技术领域，具体是涉及一种抬头显示装置及机动车。

背景技术

交通工具成为现代社会生活必不可缺少的一部分，人们通过使用各类交通工具来提高自身的社会工作生活效率。其中各种可驾驶工具随着社会经济、人民生活水平的提高被广泛使用，例如各种汽车。但驾驶工具的使用也带来了一系列的问题，最突出的就是驾驶安全问题。通常驾驶员在驾驶过程中会通过密切关注驾驶工具仪表盘上相关驾驶信息来保证可靠驾驶，然而由于驾驶工具本身体积受限，如今市场上几乎所有的驾驶工具操控台空间都比较局促，一般情况下为了提高驾驶工具操作台面的利用率，驾驶工具的仪表盘均被设计在操控台下方，由此驾驶员在驾驶过程中需要通过低头看仪表盘上的相关信息，并且在实际驾驶中，这种低头查看仪表盘上信息的动作频率非常高，驾驶员在低头过程中很有可能会导致分心，从而引来交通事故。

HUD(head up display)技术可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，从而能保证驾驶安全。具体是通过在驾驶工具中设置HUD相关产品，一方面能够提高驾驶安全系数；另一方面HUD相关产品的使用也能带来更好的驾驶体验，符合现如今高科技生活需求。

传统的HUD产品有很多，比如HUD前装产品和HUD后装产品；HUD后装产品本身体积尺寸一定，HUD画像显示尺寸偏小，无法显示更加丰富的信息，例如其他复杂的安全信息。

传统HUD前装产品主要是利用驾驶工具里的挡风玻璃成像，HUD画像显示尺寸相较HUD后装产品较大，但是基于挡风玻璃成像也有一定的缺陷，就是通常视场角(Field ofView)会很小，确切到数值的话一般只会在10°以内，这导致实际的HUD画像显示尺寸还是很小，一般也只能显示车速或方向信息，不能显示更加丰富的导航地图信息以及其他复杂的安全信息，难以满足驾驶员在驾驶工具行驶过程中各类信息的需求，所以使用驾驶工具挡风玻璃成像的大屏幕HUD正受到越来越多的关注。

现有的显示成像技术并不能从根本上解决大尺寸HUD显示的问题，还带来了其他一系列的问题，但是该显示成像技术利用背光源成像时，背光源发出的光线只有极少一部分用于成像，导致成像亮度低，虽然可以通过提高光源功率来解决成像亮度低的问题，但是这相应会带来光源功耗高、且发热量大的问题，从而增加了对光源设备的散热要求，并不能从根本上解决光源光线利用率差的问题；现有的显示成像技术会产生畸变画面不稳定的问题。

总之通过现有装置和现有技术无法实现HUD大尺寸显示，需要提出一种新型的抬头显示装置来满足HUD大尺寸显示。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中HUD显示技术存在的不足，主要是难以实现大尺寸HUD图像显示，本发明提供一种抬头显示装置及机动车，不仅可以实现HUD大尺寸成像，还可以实现HUD大尺寸成像。

技术方案：为实现上述目的，本发明的抬头显示装置，包括像源、透反装置和光线控制装置，其中：

像源，所述像源出射用于形成图像的光线；

透反装置，所述透反装置将入射到其上的光线进行反射，且允许光线透射；

光线控制装置，所述光线控制装置包括回反射元件和弥散元件；所述回反射元件将入射到其上的光线沿入射方向的相反方向反射；所述弥散元件将入射到其上的光线进行扩散；

所述像源先出射用于形成图像的光线，该光线入射至透反装置,所述透反装置将入射过来的光线进行一次反射，该反射后的光线入射至光线控制装置，该光线首先经过弥散元件后出射至回反射元件，所述回反射元件将入射过来的光线沿入射方向的相反方向出射，该出射光线经过弥散元件，所述弥散元件将入射过来的光线进行扩散，该扩散后的光线入射至透反装置，所述透反装置将入射过来的光线进行二次反射，形成虚像。

进一步地，所述弥散元件采用将入射光线进行扩散形成特定形状光束的装置。

进一步地，所述弥散元件将入射光线进行扩散形成一束或多束特定形状光束。

进一步地，所述光束的截面形状包括线形、圆形、椭圆形、正方形以及长方形中的至少一种。

进一步地，所述回反射元件包括基材和分布在基材表面的若干个微结构。

进一步地，所述基材与微结构之间设有反射层。

进一步地，所述反射层的反射率为50％～95％，即入射光线的50％～95％被反射。

进一步地，所述微结构为三个面两两相互垂直组成的空间结构，所述三个面均为反射面。

进一步地，所述空间结构采用空心凹陷结构或由透明材料制作而成的实心结构。

进一步地，所述微结构为三个三角形两两相互垂直组成的三角锥结构或三个矩形两两相互垂直组成的立方体结构。

进一步地，所述反射面中至少有一面上设有反射层，该反射层的反射率为50％～95％，即入射光线的50％～95％被反射。

进一步地，所述微结构采用球状结构。

进一步地，所述球状结构采用由透明材料制作而成的实心结构。

进一步地，所述透反装置表面为自由曲面或平面。

进一步地，所述像源采用投影装置，所述透反装置采用交通工具的挡风玻璃，所述投影装置出射光线至交通工具的挡风玻璃，所述光线控制装置设于交通工具的挡风玻璃下方。

进一步地，所述投影装置包括透镜部。

本发明的另一方面还提供一种机动车，包括上述抬头显示装置。

有益效果：本发明与现有技术比较，本发明专利的抬头显示装置及机动车，该装置包括像源、透反装置和光线控制装置，其中光线控制装置包括回反射元件和弥散元件，回反射元件用于将入射到其上的光线沿入射方向的相反方向进行反射；弥散元件用于将入射到其上的光线进行扩散，扩散后的光线存在扩散角；首先由像源出射用于形成图像的光线，该光线到达透反装置被透反装置一次反射，反射光线入射至弥散原件，通过弥散元件到达回反射元件，回反射元件将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向出射，出射光线到达弥散元件，弥散元件将到达其上的光线进行扩散，扩散后的光线到达透反装置被透反装置进行二次反射形成虚像，光线照射在透反装置上的范围较大，从而扩大了视场角和显示区域，如此光线被透反装置反射后就可以形成大尺寸HUD图像，且被反射后的光线可出射至预定区域，预定区域即眼盒区域，这样可以保证观察到大尺寸HUD图像，在较低的功耗下就可以形成大尺寸画像。

附图说明

图1是实施例1中抬头显示装置示意图一。

图2是光线控制装置结构示意图。

图3是实施例1中抬头显示装置示意图二。

图4是光线经过弥散元件后形成截面为线形或圆形或椭圆形或正方形或长方形的光束的光路侧视图。

图5是光线经过弥散元件后形成截面为线形或圆形或椭圆形或正方形或长方形的光束的光路顶视图。

图6是光线经过弥散元件后形成截面为长方形的光束的光路顶视图。

图7是光线经过弥散元件后形成两束具有特定形状光束的俯视图。

图8是光线经过弥散元件后形成两束截面均为长方形的光束的光路顶视图。

图9是回反射元件的结构示意图。

图10是六个截面为正三角形的三角锥结构排列组合形成的结构示意图。

图11是截面为正三角形的三角锥结构为空心凹陷结构时回反射原理图。

图12是截面为正三角形的三角锥结构为实心透明结构时回反射原理图。

图13是截面为矩形的立方体结构为空心凹陷结构时回反射原理图。

图14是截面为矩形的立方体结构为空心凹陷结构时排列组合形成的结构示意图。

图15是截面为矩形的立方体结构为实心透明结构时回反射原理图。

图16是球状结构回反射原理图。

图17是埋入型回反射元件示意图。

图18是密封型回反射元件示意图。

图19是在带有挡风玻璃的交通工具中抬头显示装置工作示意图一。

图20是在带有挡风玻璃的交通工具中抬头显示装置工作示意图二。

图21是截面为等腰三角形的三角锥结构排列组合形成的结构示意图。

图22是截面为等腰三角形的三角锥结构为空心凹陷结构时回反射原理图。

图23是截面为等腰三角形的三角锥结构为实心透明结构时回反射原理图。

图24是实施例22的回反射元件的结构示意图。

图25是实施例22中第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体在圆周方向上分布示意图。

图26是回反射元件的光线汇聚层的第二种排布方式的示意图。

图27是回反射元件的光线汇聚层第三种排布方式的结构俯视图。

图28是回反射元件的光线汇聚层第三种排布方式的结构侧视图。

图29是第五光线汇聚柱体的直径呈准线性排布规律的示意图。

图30是回反射元件的光线汇聚层对应的平面反射层的结构俯视图。

图31是回反射元件的光线汇聚层对应的平面反射层的结构侧视图。

图32是光线反射柱体和第五光线汇聚柱体的直径与相位改变量之间呈准线性关系图。

图33是全车窗大尺寸HUD局部光路示意图。

图34是具有反射微结构的回反射元件的结构示意图。

图35是反射微结构的反射面上设有反射层的结构示意放大图。

图36是膜层堆叠结构示意图。

图37是回反射元件设置在外部支撑元件上的示意图。

附图标号：1、像源；2、透反装置；3、光线控制装置；300、弥散元件；3000、光线扩散层；3001、光线定向层；301、回反射元件；3010、反射微结构；3011、基材；3012、填充物；3013、反射层；3014、外部支撑元件；4、光线；5、光束；6、埋入型回反射元件；600、透明材料；601、反光层；602、背胶；603、背纸；604、第一微结构；7、密封型回反射元件；700、固定层；701、背胶；702、背纸；703、凸起部；704、第一隔离层；705、第二微结构；706、透明盖板层；800、光线汇聚层；801、第二隔离层；802、平面反射层；803、衬底；8000、第五光线汇聚柱体；8001、第一材料层；8002、光线汇聚单元；9000、光线反射柱体；9001、第二材料层；9002、平面反射单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

本实施例的一种抬头显示装置，参照图1，包括像源1、透反装置2和光线控制装置3，其中像源1用于出射用于形成图像的光线；透反装置2用于将入射到其上的光线进行反射且允许入射到其上的光线透射；参照图2，光线控制装置3包括回反射元件301和弥散元件300，弥散元件300设于回反射元件301上方，入射至光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300后经过弥散元件300再到达回反射元件301，回反射元件301用于将入射到其上的光线沿入射方向的相反方向反射，弥散元件300用于将入射到其上的光线进行扩散，光线被弥散元件扩散后形成具有一定扩散角的光束，该光束形状可规则可不规则；其中像源1、透反装置2和光线控制装置3三者之间的位置关系参照图1，像源1出射的用于形成图像的光线传播到透反装置2上，透反装置2将入射到其上的光线进行反射后反射出去的光线传播到光线控制装置3上，光线控制装置3将入射的光线进行再次出射，再次出射的光线应该到达透反装置2上，透反装置2将入射到其上的光线进行再次反射，反射出去的光线到达预定区域，预定区域包括眼盒区域，眼盒区域是指双眼可以观察到图像的区域。

参照图3，首先由像源1出射用于形成图像的光线，该光线入射至透反装置2上被透反装置2进行一次反射(该一次反射是指相对于透反装置2本身第一次进行反射)，反射出去的光线到达光线控制装置3，到达光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300经过弥散元件300后被扩散，扩散后的光线出射至回反射元件301，回反射元件301将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向出射，出射的光线再次到达上方的弥散元件300，弥散元件300将入射到其上的光线再次扩散形成具有一定扩散角的光束，具有一定扩散角的光束到达透反装置2，透反装置2将入射到其上的光线进行二次反射(该二次反射是指相对于透反装置2本身第二次进行反射)，形成虚像，反射出去的光线出射至预定区域，光线照射在透反装置上的范围较大，且光线被弥散元件扩散后存在扩散角，如此光线被透反装置反射后就可以形成大尺寸HUD图像，且被反射后的光线可出射至预定区域，预定区域即眼盒区域，这样可以保证观察到大尺寸HUD图像。

在上述方案的基础上可以在透反装置上设置透反膜，透反装置上的透反膜可以是但不限于设于透反装置靠近像源的一侧上，该透反膜的作用是将像源发出的光线进行高效反射，同时能够将外部环境光线高效透射进来，高效利用入射光线可以提高虚像的亮度。

实施例2

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，其中弥散元件采用将入射光线进行扩散形成特定形状的光束的装置，弥散元件将入射光线进行扩散形成特定形状的光束，特定形状的光束是指光束的截面形状是一种特定的规则的形状，光束的截面形状可以是但不限于线形、圆形、椭圆形、正方形以或长方形；

其中弥散元件300可以采用将入射光线进行扩散形成一束特定形状的光束的装置，采用该种装置，弥散元件300将入射光线进行扩散形成一束特定形状的光束，参照图4～图6，光线4经过弥散元件300，被弥散元件300扩散形成一束特定形状的光束5，光束5被扩散程度即扩散角大小取决于弥散元件300本身，该特定形状的光束的扩散角大小直接决定了可视范围的尺寸大小以及最后形成的虚像亮度；具体的关系是扩散角越小，成像亮度越高，可视角越小；反之扩散角度越大，成像亮度越低，可视角越大；所以需要设计合理的光束扩散角使得成像的亮度及可视角均在理想范围内。

参照图3，像源1出射用于形成图像的光线，该光线入射至透反装置2上被透反装置2进行一次反射(该一次反射是指相对于透反装置2本身第一次进行反射)，反射出去的光线到达光线控制装置3，到达光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300被弥散元件300扩散形成光束，并出射至回反射元件301，回反射元件301将入射至其上的光束沿入射方向的相反方向出射，出射的光线再次到达上方的弥散元件300，弥散元件300将入射到其上的光线再次进行扩散形成一束具有特定形状的光束，上述弥散元件300对光线的两次弥散作用共同决定了最终形成的光束的截面形状，该特定形状的光束到达透反装置2，透反装置2将入射到其上的光束进行二次反射(该二次反射是指相对于透反装置2本身第二次进行反射)，形成虚像，反射出去的光线出射至预定区域；本实施例中弥散元件300将光线扩散形成特定形状的光束，光束中光线能量均匀分布。具有特定形状的光束照射到透反装置上被反射形成虚像，且具有特定形状的光束能量集中，当照射在透反装置上被反射后形成的图像为高亮度图像，且最后被反射的光线落入眼盒区域。

实施例3

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，其中弥散元件300可以是但不限于衍射光学元件，该衍射光学元件可以是但不限于可以形成多种特定形状光束的光束整形元件(beam shaper)；参照图4～图5，光线4经过弥散元件300之后，会被扩散形成具有特定形状光束5，该光束5对应的光斑的大小和形状(光束5的截面形状与光斑形状相对应)由衍射光学元件本身的微观结构所决定，上述光斑形状可以是但不限于：线形、圆形、椭圆形、正方形以及长方形。参照图4，图4是光线4经过弥散元件300后形成截面是线形或圆形或椭圆形或正方形或长方形的光束对应的光路系统侧视图，其中θ_V表示光线经过弥散元件后在垂直方向上两条最大视线轴之间的夹角，θ_V≈2α，α表示特征轴与最大视线轴在垂直方向上的夹角，特征轴是图4中所示的虚线位置。参照图5，图5是光线4经过弥散元件300后形成截面是线形或圆形或椭圆形或正方形或长方形的光束对应的光路系统顶视图，其中θ_H表示光线经过弥散元件后在水平方向上两条最大视线轴之间的夹角，θ_H≈2β，β表示特征轴与最大视线轴在水平方向上的夹角，特征轴是图5中所示的虚线位置；图6所示为光线4经过弥散元件300后形成截面为长方形形状的光束5对应的光路系统顶视图。

实施例4

为了将光线扩散到不同方向上，扩大可视范围，并且能够提高像源出射的光线的利用率，其中弥散元件300可以采用将入射光线进行扩散形成多束特定形状光束的装置，采用该种装置，弥散元件300将入射光线进行扩散形成多束特定形状的光束，多束是指两束或两束以上，其中形成的多束光束的截面形状可以相同，形成的多束光束的截面形状也可以不同，形成的多束光束中光线能量分布均匀；

参照图7和图8，光线4经过弥散元件300被弥散元件300扩散形成两束特定形状光束5，两束特定形状的光束5被扩散的程度即扩散角的大小均取决于弥散元件300本身，该特定形状的光束的扩散角大小直接决定了最后形成的虚像的尺寸大小和亮度；具体的关系是扩散角越小，成像亮度越高，可视角越小；反之弥散角度越大，成像亮度越低，可视角越大；所以需要设计合理的光束扩散角使得成像的亮度及可视角均在理想范围内；被弥散元件300扩散形成的两束特定形状光束5的截面形状相同，该两束光束中光线能量分布均匀。

参照图3，像源1出射用于形成图像的光线，该光线入射至透反装置2上被透反装置2进行一次反射(该一次反射是指相对于透反装置2本身第一次进行反射)，反射出去的光线到达光线控制装置3，到达光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300经过弥散元件300后出射至回反射元件301，回反射元件301将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向出射，出射的光线再次到达上方的弥散元件300，弥散元件300将入射到其上的光线进行扩散形成两束束具有特定形状的光束，该两束特定形状的光束到达透反装置2，透反装置2将入射到其上的光束进行二次反射(该二次反射是指相对于透反装置2本身第二次进行反射)，形成虚像，反射出去的光线出射至两个区域，其中一个区域为眼盒区域。多光束的弥散元件可提高光效，还可实现多视角观看等应用。本实施例中弥散元件出射两束或两束以上特定形状的光束，光束之间相互分离，分离的光束照射在透反装置上被透反装置反射，反射的光线出射至对应的区域中，这种分离式光束使得像源出射的光线被高效利用，同时提高了图像的亮度，且多光束的弥散元件能够被应用在多视角观察中，扩展性强。

实施例5

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，其中弥散元件300可以是但不限于衍射光学元件，该衍射光学元件可以是但不限于可以形成多种特定形状光束的光束整形元件(beam shaper)。对于可扩散出多个光束的弥散元件，

具体的，该弥散元件包括光线扩散层和光线定向层，沿入射光线的入射方向依次设有光线扩散层和光线定向层，其中光线定向层将光线射向多个不同的方向，光线扩散层将多个不同方向的光线扩散为多个光束，实现弥散元件可以将光线扩散成多种特定形状的光束，该弥散元件也可以称为多光束弥散元件。

实施例6

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，参照图3，包括像源1、透反装置2和光线控制装置3，其中像源1用于出射用于形成图像的光线；透反装置2用于将入射到其上的光线进行反射且允许入射到其上的光线透射；参照图2，光线控制装置3包括回反射元件301和弥散元件300，弥散元件300设于回反射元件301上方，入射至光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300后经过弥散元件300再到达回反射元件301，回反射元件301用于将入射到其上的光线沿入射方向的相反方向反射，弥散元件300用于将入射到其上的光线进行扩散。

参照图9，上述回反射元件301包括基材3011和分布在基材3011表面的若干个反射反射微结构3010，且反射微结构3010在基材3011表面上均匀分布，所有微结构结构一致，其中在基材3011和反射微结构3010之间设有反射层，当光线入射至回反射元件301上时，光线先经过反射微结构3010后出射，基材3011和反射微结构3010之间的反射层能够使进入反射微结构3010的光线反射出去；反射层可与反射微结构3010一体成型或反射层可与基材3011一体成型或反射层可单独存在于基材3011和反射微结构3010之间或其他。当光线入射至回反射元件301后，光线先入射至微结构上，光线到达该微结构内部进行一次或多次反射后，最后沿光线入射方向的反方向出射，实现了回反射元件301可以沿入射光线的入射方向的反方向进行反射。

上述反射层可以为具有高反射率的反射层，该反射层的反射效率可为50％～95％，即入射光线的50％～95％可被反射，这样能够提高光线反射的效率，进一步提高了像源出射的光线的利用率。

实施例7

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，反射微结构3010为三个面两两互相垂直组成的空间结构，其中三个面均为反射面，该空间结构采用空心凹陷结构或由透明材料制作而成的实心结构。

具体的，该微结构可以为三个三角形两两相互垂直组成的三角锥结构或三个矩形两两相互垂直组成的立方体结构；当微结构为三个三角形两两相互垂直组成的三角锥结构且为空心凹陷结构时，在反射面中至少有一面上设有反射层，该反射层的反射率为50％～95％；当微结构为三个矩形两两相互垂直组成的立方体结构且为空心凹陷结构时，在反射面中至少有一面上设有反射层，该反射层的反射率为50％～95％；上述方案可以提高光线的反射效率，从而提高了回反射元件的回反射效率，提高像源出射光线的利用率。当微结构为三个三角形两两相互垂直组成的三角锥结构且采用由透明材料制作而成的实心结构时，在反射面中至少有一面上设有反射层，该反射层的反射率为50％～95％；当微结构为三个矩形两两相互垂直组成的立方体结构且采用由透明材料制作而成的实心结构时，在反射面中至少有一面上设有反射层，该反射层的反射率为50％～95％；上述方案可以进一步提高反射微结构光线的反射效率，从而更加提高了回反射元件的回反射效率，从而提高像源出射光线的利用率。

上述三角锥结构为三个三角形两两相互垂直组成，该三角锥结构具有唯一一个直角顶点，若干个微结构分布在基材表面，即若干个三角锥结构分布在基材表面，三角锥结构对应的直角顶点位于靠近基材表面一侧或位于远离基材表面的一侧，即基材表面上均匀分布有若干个直角顶点突起。

同理，上述立方体结构为三个矩形面两两相互垂直组成，该立方体结构具有至少一个直角顶点，若干个微结构分布在基材表面，即若干个立方体结构分布在基材表面，立方体结构对应的直角顶点位于靠近基材表面一侧或位于远离基材表面的一侧，即基材表面上均匀分布有若干个直角顶点突起。

实施例8

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，反射微结构3010采用截面为正三角形的三角锥结构，该三角锥结构是由三个直角等腰三角形两两相互垂直构成，构成的三角锥结构的切面为正三角形，其中三个直角等腰三角形为三个反射面；

参照图11，图11为截面为正三角形的三角锥结构的光路示意图，该三角锥结构为空心凹陷结构，入射光线入射至回反射元件，由于该三角锥结构为空心凹陷结构，所以入射光线直接进入该三角锥结构内部，并由三角锥结构的三个反射面依次反射之后朝向入射光线的入射方向的反方向反射出去，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线。

上述截面为正三角形的三角锥结构可以是但不限于空心凹陷结构；

在三角锥结构内部三个反射面上还可以涂覆高反射层，用于提高光线的反射效率；

参照图10，为六个上述三角锥结构有规则排列组合形成的结构示意图，该结构截面为正六边形的蜂窝状结构，该种结构对入射光线的反射效率非常高，且当入射光线与其中的三角锥结构的切面互相垂直时，入射光线的反射效率达到最高。

实施例9

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，本实施例中的反射微结构3010采用截面为正三角形的三角锥结构，该三角锥结构是由三个直角等腰三角形两两相互垂直构成，构成的三角锥结构的切面为正三角形，其中三个直角等腰三角形为三个反射面；

参照图12，图12为截面为正三角形的三角锥结构的光路示意图，该三角锥结构为由透明材料制作而成的实心结构，入射光线入射至回反射元件，由于该三角锥结构为实心结构，所以入射光线折射进入三角锥结构，并由三角锥结构的三个反射面依次反射，最后经过三角锥结构折射出去，折射出去的光线沿原入射光线的入射方向的相反方向出射，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线。

在本实施例中，通过控制实心结构的折射率，还可以使得光线在内部反射面上发生全反射，利用多次全反射实现高效反射。

上述截面为正三角形的三角锥结构可以是但不限于截面为正三角形的三角锥结构；可以在实心透明结构的三个反面上可以涂覆高反射层，用于提高光线的反射效率。

实施例10

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，本实施例中的反射微结构3010采用截面为等腰三角形的三角锥结构，该三角锥结构的切面为等腰三角形，其中构成三角锥结构的三个面为反射面；

参照图22，图22为截面为等腰三角形的三角锥结构的光路示意图，该三角锥结构为空心凹陷结构，入射光线入射至回反射元件，由于该三角锥结构为空心凹陷结构，所以入射光线直接进入该三角锥结构内部，并由三角锥结构的三个反射面依次反射之后朝向入射光线的入射方向的反方向反射出去，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线。

上述截面为等腰三角形的三角锥结构可以是但不限于空心凹陷结构；

参照图21，为六个上述三角锥结构有规则排列组合形成的结构示意图，该种结构对入射光线的反射效率非常高，且当入射光线与其中三角锥结构的切面互相垂直时，光线反射效率达到最高。

实施例11

参照图23，图23为截面为等腰三角形的三角锥结构的光路示意图，该三角锥结构为由透明材料制作而成的实心结构，入射光线入射至回反射元件，由于该三角锥结构为实心结构，所以入射光线折射进入三角锥结构，并由三角锥结构的三个反射面依次反射，最后经过三角锥结构折射出去，折射出去的光线沿原入射光线的入射方向的相反方向出射，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线。

上述截面为等腰三角形的三角锥结构可以是但不限于实心透明结构；

且可以在实心透明结构的三个反射面上涂覆高反射层，用于提高光线的反射效率。

实施例12

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，本实施例中的反射微结构3010采用截面为矩形的立方体结构，该立方体结构包括三个互相垂直的反射面，参照图13，图13为截面为矩形的立方体结构的光路示意图，该立方体结构为空心凹陷结构，入射光线入射至回反射元件，由于立方体结构为空心凹陷结构，所以入射光线直接进入立方体结构内部，由立方体结构内部的三个反射面依次反射之后朝向入射光线的入射方向的反方向出射，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线；

上述截面为矩形的立方体结构可以是但不限于空心凹陷结构；

在立方体结构内部三个反射面上还可以涂覆高反射层，用于提高光线的反射效率；

参照图14，图14为若干个立方体结构有规则排列组合形成的结构的俯视图，该种结构对入射光线的反射效率非常高，且当入射光线与其中立方体结构的切面互相垂直时，光线反射效率达到最高。

实施例13

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，本实施例中的反射微结构3010采用截面为矩形的立方体结构，该立方体结构包括三个互相垂直的反射面，参照图15，图15为截面为矩形的立方体结构的光路示意图，该立方体结构为由透明材料制作而成的实心结构，入射光线入射至回反射元件，由于该立方体结构为实心结构，所以入射光线折射进入立方体结构，并由立方体结构的三个反射面依次反射，最后经过立方体结构折射出去，折射出去的光线沿原入射光线的入射方向的相反方向出射，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线。

上述截面为矩形的立方体结构可以是但不限于实心透明结构；

实施例14

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，反射微结构3010与基材3011之间设有反射层，反射层与反射微结构3010之间一体成型或反射层与基材3011之间一体成型或反射层单独存在于反射微结构3010于基材3011之间，反射层的作用是能够将入射到球状结构内部的光线高效率的反射出去；反射层可以是具有高反射率的反射层，该反射层的反射率为50％～95％；

上述反射微结构3010采用球状结构，该球状结构采用由透明材料制作而成的实心结构，参照图16，图16为球状结构的光路示意图，入射光线入射至回反射元件，由于该球状结构为实心结构，所以入射光线在球状结构上P点折射进入球状结构，并由球状结构与基材之间的反射层反射，具体是在焦点O点发生反射，反射的光线最后经过球状结构上的Q点又折射出去，折射出去的光线沿原入射光线的入射方向的相反方向出射，实现了回反射元件沿入射光线的入射方向的相反方向出射光线。具体的，焦点O点是指入射光线折射进入球状结构后会聚集在一个较小的区域处再反射，此区域即为O点。

实施例15

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，采用球状结构的微结构可以直接排布在回反射元件的基材上，该采用球状结构的微结构直接和空气接触，该微结构上方没有保护膜，参照图16，入射光线直接经过该微结构，入射光线在球状结构的微结构上P点折射进入球状结构，并由球状结构与基材之间的反射层反射，具体是在焦点O点发生反射，反射的光线最后经过球状结构上的Q点又折射出去，折射出去的光线沿原入射光线的入射方向的相反方向出射，入射光线直接经过球状的微结构折射聚焦后再反射，反射光线沿入射光线的反方向出射，能量损失最少，光线的反光强度最高。

本实施例中为了提高光线的反射效率，可以在球状结构的微结构外表面涂覆金属反光层，该金属反光层能够让入射到球状结构内部的光线在O点反射，且是高效反射。

实施例16

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，回反射元件包括基材和分布在基材表面的若干个微结构，在本实施例中，该回反射元件包括第一基材和第一汇聚层，第一汇聚层设置在第一基材上，其中第一汇聚层包括反光层和透明材料，透明材料设置在反光层上方，上述若干个微结构就设置在透明材料内部，设置在透明材料内部的若干个球状微结构就是利用反光层将入射光线沿入射方向的相反方向反射至回反射元件上方的弥散元件。

参照图17，本实施例中回反射元件6沿光线入射方向从上往下依次设有透明材料600、反光层601和第一基材，第一基材包括背纸603和设置在背纸上方的背胶602，背胶起安装作用，背胶602的上表面与反光层601贴合，在透明材料600内部设有若干个采用球状结构的第一微结构604，光线入射到第一微结构604后会透过第一微结构604入射到反光层601，反光层601将入射的光线反射回第一微结构604后，由第一微结构604沿光线的入射方向的相反方向反射至弥散元件。本实施例中回反射元件6也可称为埋入型回反射元件。

上述透明材料600可以采用透明树脂材料。采用球状结构的微结构，微结构之间大小并不一致，将大小并不一致的球状结构微结构直接埋入在透明树脂材料中，由于球状结构大小并不是完全一致的，所以球状结构和反光层601之间的距离也不一致，在光线穿过球状结构时，并不能保证该球状结构的焦点正好落在背后的反光层上，这时就不能将反射光线再次通过球状结构回到像源。

上述球状结构可以是椭圆球状结构或圆形球状结构。

实施例17

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，回反射元件包括基材和分布在基材表面上的若干个微结构，在本实施例中，参照图18，本实施例中回反射元件7包括第二基材和第二汇聚层，第二汇聚层设置在第二基材上，其中第二基材包括背纸702和设置在背纸702上的背胶701，该背胶701与第二汇聚层贴合；其中第二汇聚层包括固定层700和第二微结构705，第二微结构705设置在固定层700表面，固定层700远离第二微结构705的一侧与背胶701贴合，在本实施例中微结构采用具有反光表面的微结构，反光表面可以是微结构中对入射光线进行反射的部分表面；本实施例中回反射元件7也可称为密封型回反射元件。

在本实施例中，为了对设置在第二汇聚层内的微结构进行保护，回反射元件还包括透明盖板层706，该透明盖板层706是设置在第二汇聚层上；第二微结构705远离固定层700的一侧与透明盖板层706之间的空隙形成有第一隔离层704，该第一隔离层704的折射率小于透明盖板层、固定层以及微结构的折射率，为了使得第一隔离层704的折射率小于透明盖板层、固定层以及微结构的折射率，可以在第一隔离层中不使用任何介质，那么第一隔离层704中就是空气层；第一隔离层可以使用折射率非常接近空气的气凝胶填充，同样可以达到所述第一隔离层的折射率小于透明盖板层、固定层以及微结构的折射率的目的。

上述第二汇聚层包括固定层700和第二微结构705，第二微结构705设置在固定层700表面，固定层700具有多个凹陷部，多个凹陷部中的每个凹陷部能够放置至少一个第二微结构705，在固定层700中，为了区分出不同的凹陷部，各凹陷部位之间可以通过凸起部703间隔，凸起部703用于对透明盖板700进行支撑。

在本实施例中微结构采用具有反光表面的微结构，反光材料可以直接涂覆在球状结构上，从而可以控制焦点能够落在球状结构的外表面上，保证了所有从球状结构折射到其外表面的光线都可以返回到球状结构内。为了达到这个目的，光线只能从第一隔离层进入该球状结构时才能保证该折射率有效。

上述固定层700可以是树脂制成，透明盖板层706可以是透明树脂制成。

上述球状结构可以是椭圆球状结构或圆形球状结构。

实施例18

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，其中透反装置的表面为自由曲面，像源出射用于形成图像的光线，该光线入射透反装置的自由曲面上，自由曲面将入射至其上的光线进行反射，反射光线入射至光线控制装置上，弥散元件将入射至其上的光线出射到回反射元件上，回反射元件将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向进行反射，反射后的光线又到达弥散元件，弥散元件将入射至其上的光线扩散形成特定形状的光束，形成的特定形状的光束到达透反装置的自由曲面上被再反射，最终形成虚像。

实施例19

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，其中透反装置的表面为平面，像源出射用于形成图像的光线，该光线入射透反装置的平面上，平面将入射至其上的光线进行反射，反射光线入射至光线控制装置上，弥散元件将入射至其上的光线出射到回反射元件上，回反射元件将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向进行反射，反射后的光线又到达弥散元件，弥散元件将入射至其上的光线扩散形成特定形状的光束，形成的特定形状的光束到达透反装置的平面上被再反射，最终形成虚像。

实施例20

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，在带有挡风玻璃的交通工具中使用时，参照图19，像源1采用投影装置，透反装置2采用交通工具的挡风玻璃，且在挡风玻璃上设有透反膜，透反膜用于提高光线的反射率和透射率，其中投影装置、交通工具中的挡风玻璃、光线控制装置三者之间的位置关系是：投影装置投射光线的一面正对交通工具的挡风玻璃，光线控制装置设于交通工具的挡风玻璃的下方，如交通工具仪表台表面；具体的，在带有挡风玻璃的交通工具中使用时投影装置设于交通工具顶部，投影装置出射光线的一面正对交通工具的前挡风玻璃，光线控制装置设于透反装置的下方。

光线控制装置3包括回反射元件301和弥散元件300，弥散元件300设于回反射元件301上方，入射至光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300后经过弥散元件300再到达回反射元件301，回反射元件301用于将入射到其上的光线沿入射方向的相反方向反射，弥散元件300用于将入射到其上的光线进行扩散，光线被弥散元件扩散后形成一束特定形状的光束(图中以点划线表示弥散后的光束光线)。

当抬头显示装置工作时，投影装置出射用于形成图像的光线，该光线入射至挡风玻璃上被挡风玻璃进行一次反射(该一次反射是指相对于挡风玻璃本身第一次进行反射)，反射出去的光线到达光线控制装置，到达光线控制装置上的光线首先到达弥散元件300经过弥散元件300后出射至回反射元件301，回反射元件301将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向出射，出射的光线再次到达上方的弥散元件300，弥散元件300将入射到其上的光线进行扩散形成一束具有特定形状的光束，该特定形状的光束到达挡风玻璃，挡风玻璃将入射到其上的光束进行二次反射(该二次反射是指相对于挡风玻璃本身第二次进行反射)，形成虚像，反射出去的光线出射至预定区域，驾驶员在驾驶过程中可以在眼盒区域内观察大尺寸图像信息。

上述投影装置包括投影光源、图像生成单元及透镜部，投影光源发出光线，经图像生成单元转换为图像光线，图像光线再经过透镜部出射形成投影光线，投影装置包括LCD投影装置及DLP装置；投影光源发出光线，具体可为气体放电光源，包括超高压汞灯、短弧氙灯及金属卤素灯；投影光源还可为电致发光光源，如发光二极管光源(Light EmittingDiode,LED)；投影光源还可为激光光源；图像生成单元将光线转化为图像光线，具体可为液晶层(Liquid Crystal Display，LCD)或数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)。透镜部发出投影光线，图像光线经过透镜部之后形成投影光线，投影光线投射在屏幕上可形成实像。透镜部包括凸透镜，或与凸透镜起到类似作用的等效透镜组，如凸透镜、凹透镜和菲涅尔透镜的组合。投影装置具体可采用广角或超广角投影装置，可投射出大尺寸画面，结合设置大尺寸的光线控制装置，抬头显示装置可显示大尺寸的画面。

实施例21

本实施例的抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，在带有挡风玻璃的交通工具中使用时，参照图20，像源1采用投影装置，透反装置2采用交通工具的挡风玻璃，且在挡风玻璃上设有透反膜，透反膜用于提高光线的反射率和透射率，其中投影装置、交通工具中的挡风玻璃、光线控制装置三者之间的位置关系是：投影装置投射光线的一面正对交通工具的挡风玻璃，光线控制装置设于交通工具的挡风玻璃的下方，如交通工具的仪表台表面；具体的，在带有挡风玻璃的交通工具中使用时投影装置设于交通工具顶部，投影装置出射光线的一面正对交通工具的前挡风玻璃，光线控制装置设于透反装置的下方。

光线控制装置3包括回反射元件301和弥散元件300，弥散元件300设于回反射元件301上方，入射至光线控制装置3上的光线首先到达弥散元件300后经过弥散元件300再到达回反射元件301，回反射元件301用于将入射到其上的光线沿入射方向的相反方向反射，弥散元件300用于将入射到其上的光线进行扩散，光线被弥散元件扩散后形成两束特定形状的光束(图中以点划线代表弥散后的两个光束的光线)。

具体的光路如图33所示，采用多光束弥散元件，该多光束弥散元件能够将入射至其上的光线扩散成两束具有特定形状的光束，该多光束弥散元件包括光线扩散层3000和光线定向层3001，其中光线定向层3001用于将光线射向多个不同的方向，光线扩散层3000用于将多个不同方向的光线扩散为多个光束；

首先由投影装置出射用于形成图像的光线，该光线到达挡风玻璃后被挡风玻璃反射，反射光线A到达多光束弥散元件，经过多光束弥散元件的反射光线A变为较接近垂直的光线B，光线B入射至回反射元件，被回反射元件沿入射光线(此处入射光线是指光线B)的入射方向的相反方向出射，出射光线C仍较接近垂直，出射光线C从光线定向层入射，经过光线定向层和光线扩散层，最终从该多光束弥散元件出射的光线被分离为两束，两束光束的主光轴分别为D和E，其中主光轴为D的光再经过挡风玻璃反射后覆盖眼盒区域，主光轴为E的光束再经过挡风玻璃反射后覆盖投影装置，具体参照图20，采用本实施例中的多光束弥散元件，该多光束弥散元件可以扩散形成两束光束，一束被反射后可以覆盖眼盒区域，一束被反射后可以覆盖投影装置；基于上述实施例，当采用多光束弥散元件时，关于投影装置的位置可以进一步限定，多光束弥散元件扩散的主光轴为E的方向的光束，与上述反射光线A的方向平行，经过挡风玻璃反射，反射后的光线的主光轴与投影装置发射出的光线平行。相对于弥散单个光束的实施例，利用多光束弥散元件时，光线不会出射至投影装置和眼盒区域之间的位置，可进一步提高光效，通过上述实施例可以实现全车窗HUD大尺寸显像。

当抬头显示装置工作时，投影装置出射用于形成图像的光线，该光线入射至挡风玻璃上被挡风玻璃进行一次反射(该一次反射是指相对于挡风玻璃本身第一次进行反射)，反射出去的光线到达光线控制装置，到达光线控制装置上的光线首先到达弥散元件300经过弥散元件300后出射至回反射元件301，回反射元件301将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向出射，出射的光线再次到达上方的弥散元件300，弥散元件300将入射到其上的光线进行扩散形成两束具有特定形状的光束，该特定形状的光束到达挡风玻璃，挡风玻璃将入射到其上的光束进行二次反射(该二次反射是指相对于挡风玻璃本身第二次进行反射)，形成虚像，反射出去的光线出射至两个区域，其中一个为预定区域，驾驶员在驾驶过程中可以在眼盒区域内观察大尺寸图像信息。该装置能够对投影光线实现高效利用，可在挡风玻璃外形成大FOV的图像，在较低的功耗下就可以形成大尺寸、高清、高亮的画像，极大提升了HUD的使用体验。

上述投影装置包括投影光源、图像生成单元及透镜部，投影光源发出光线，经图像生成单元转换为图像光线，图像光线再经过透镜部出射形成投影光线，投影装置包括LCD投影装置及DLP装置；投影光源发出光线，具体可为气体放电光源，包括超高压汞灯、短弧氙灯及金属卤素灯；投影光源还可为电致发光光源，如发光二极管光源(Light EmittingDiode,LED)；投影光源还可为激光光源；图像生成单元将光线转化为图像光线，具体可为液晶层(Liquid Crystal Display，LCD)或数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)。透镜部发出投影光线，图像光线经过透镜部之后形成投影光线，投影光线投射在屏幕上可形成实像。透镜部包括凸透镜，或与凸透镜起到类似作用的等效透镜组，如凸透镜、凹透镜和菲涅尔透镜的组合。

实施例22

上述回反射元件301使用超材料实现对向反射功能，引入超材料后，光线入射的入射角与光线被反射的反射角不再相等，但可以通过超材料对光的传播方向进行控制，引入超材料后，会引入额外的相位差，此时通过改变光线的相位，可以改变光线反射和折射时的传播方向。

超材料具有各向异性的特性，可以对光线进行相位补偿，即通过改变入射到超材料的光线的相位，来改变光线的反射和折射方向，从而实现上述的光线汇聚和对向反射功能。

参照图24，回反射元件301可以由超材料制成，本实施例的回反射元件301包括：在光线入射方向上依次设置的光线汇聚层800、第二隔离层801、平面反射层802、以及衬底803；上述平面反射层802位于光线汇聚层800的焦平面上，光线汇聚层800和平面反射层802分别采用不同的超材料制成(不同的超材料，是指具有不同尺寸、成份、形状、或者排布方式的材料，超材料的尺寸和形状由它所起到的功能决定)，上述衬底803用于对光线汇聚层800、第二隔离层801和平面反射层802起到支撑作用；光线在超材料制成的回反射元件301中的各部分作用是：光线汇聚层800、第二隔离层801、平面反射层802、以及衬底803的共同作用下相位累计改变π，超材料制成的回反射元件对光线起到对向反射作用，使得光线能够沿光线的入射方向的相反方向反射出来。

上述光线汇聚层800可以由高折射率材料制成，平面反射层802也可以由高折射率材料制成(高折射率材料，包括但不限于：钛酸锶、氧化铬、氧化铜、二氧化钛(金红石型)、二氧化钛(锐钛矿型)、非晶硒、氧化锌、氮化镓、碘晶体、非晶硅、以及单晶硅)。上述光线汇聚层800，通过改变入射的光线的相位，将入射的光线汇聚到平面反射层802上，并将平面反射层反射回的光线沿光线入射光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。上述光线汇聚层800的作用类似于凸透镜，可看作是多个微凸透镜(该微凸透镜的尺寸为几百纳米级别)组合而成的微透镜阵列，可以将光线汇聚到相邻的多个点上。上述第二隔离层801，用于使平面反射层802位于光线汇聚层800的焦平面上。上述平面反射层802，能够改变光线汇聚层汇聚的光线的相位，并将相位改变后的光线反射至光线汇聚层。上述衬底803，用于与光线汇聚层800、第二隔离层801、以及平面反射层802一起，形成一个可以改变入射光线相位的共振结构。上述衬底803，可以采用聚合物材料制成。

本实施例中采用回反射元件301中光线汇聚层800的第一种排布方式，示意图如图25所示，当光线为三原色光线时，光线汇聚层800，包括：长宽高分别与所透射的光线波长对应的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体；第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体和第三光线汇聚柱体放置在第二隔离层801上。

上述第一光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第一颜色光线的相位，将三原色光线中第一颜色光线汇聚到平面反射层，并将平面反射层反射回的第一颜色光线沿第一颜色光线入射光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。第二光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第二颜色光线的相位，将三原色光线中第二颜色光线汇聚到平面反射层，并将平面反射层反射回的第二颜色光线沿第二颜色光线入射光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。第三光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第三颜色光线的相位，将三原色光线中第三颜色光线汇聚到平面反射层，并将平面反射层反射回的第三颜色光线沿第三颜色光线入射光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

上述三原色光线，由红色光线、绿色光线、以及蓝色光线组成。上述第一颜色光线、第二颜色光线、第三颜色光线可以是红色光线、绿色光线、以及蓝色光线的任意排列组合。这里不再赘述。为了提高第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体和第三光线汇聚柱体对三原色光线的汇聚效率以及累积更多的几何相位，第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体和第三光线汇聚柱体可以排列成若干个同心环形。

上述第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的具体形状可以如图25所示，当然也可以采用其他能够实现光线汇聚功能的形状，这里不再赘述。红色光线、绿色光线、以及蓝色光线分别具有不同波长范围，为了将三原色光线都汇聚到平面反射层，需要使第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的长宽高与所需要汇聚的颜色光线的波长对应。

可选地，为了使第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体隔开一定的距离，以及对第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体起支撑作用，光线汇聚层800，还包括第一衬底层；第一衬底层的上表面可以固定有第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体中的任一柱体，第一衬底层的下表面可以与第二隔离层801贴合。

为了放置第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体，第一衬底层可以被视作由多个相邻的衬底块组成，上述第一衬底层中的每个衬底块上均可以放置第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体中的任一柱体；第一衬底层的结构周期与所放置的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的尺寸相关。

另外衬底块的形状是长方体，衬底块的上表面和下表面可以为正方形表面，衬底层的侧表面为矩形表面。

上述第一衬底层的结构周期，就是指衬底块的上表面和下表面的边长，该结构周期决定了排列在第一衬底层上的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体中的相邻柱体之间的间距。该间距会影响入射光的波长和相位调控。

红色光的波长范围是：622～760纳米；绿色光的波长范围是：492～577纳米；蓝色光的波长范围是：405～450纳米。

第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的尺寸与所要汇聚的三原色光线的波长成正比。这里，所述尺寸，是指第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的长宽高。

具体的，当光源发出的三原色光线的波长分别是：蓝色光405纳米、绿色光532纳米以及红色光660纳米。这里，设定第一光线汇聚柱体用于汇聚405纳米的蓝色光、第二光线汇聚柱体用于汇聚532纳米的绿色光、且第三光线汇聚柱体用于汇聚660纳米的红色光。

为了汇聚405纳米的蓝色光，第一光线汇聚柱体的尺寸为：高长度为600纳米，宽为40纳米，长为150纳米，且第一衬底层中放置第一光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长为200纳米。

为了汇聚532纳米的绿色光，第二光线汇聚柱体的尺寸为：高长度为600纳米，宽为95纳米，长为250纳米，且第一衬底层中放置第二光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长为325纳米。

为了汇聚660纳米的红色光，第三光线汇聚柱体的尺寸为：高长度为600纳米，宽为85纳米，长为410纳米，且第一衬底层中放置第三光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长为430纳米。

如图25可以看出，在光线汇聚层800的第一种排布方式中，若干个同心环形中的每个同心环形中，第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体在圆周方向上分布。第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体在圆周方向上可以采用本领域技术人员能够想到的任何排布方式进行设置。

优选地，在同一圆环内，第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体在圆周方向上可以均匀间隔设置，第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体设置比例为1:1:1。

第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体在圆周方向上的分布方式可以是第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体之间是等距离分布，也可以是不等距离分布。

第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的分布方式，优选的是等间距排列，这样分布的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体对所汇聚光线的相位调制是精确和平滑的。但第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体之间的分布也可以是非等间距排列。非等距排列所造成的影响，是相位调制不一定那么精确和平滑，但是也有一定的调制效果和光线汇聚功能。平面反射层802的上表面具有准周期结构，平面反射层通过准周期结构将光线汇聚层汇聚的光线沿光线的入射方向的相反方向反射至弥散元件。准周期结构，是由原严格周期性结构约化而得的短程有序周期性结构。

在回反射元件301的使用过程中，第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体和第三光线汇聚柱体分别排成的每一个圆环依序旋转，逐渐改变角度，并最终达到对入射光线改变相位的目的。每一个环形对入射光线所造成的相位改变介于(0，2π)之间，累计相位，并最终导致相位对改变为2π，或者大于2π。

实施例23

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，参见图26所示的回反射元件的光线汇聚层800的第二种排布方式的示意图，光线汇聚层800，包括：长宽分别与所透射的光线的补偿相位对应的第四光线汇聚柱体；第四光线汇聚柱体放置在第二隔离层上。第四光线汇聚柱体，通过改变入射的光线的相位，将任意波长的光线汇聚到平面反射层，并将平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。优选地，上述光线汇聚层800中的第四光线汇聚柱体为矩形柱体。在一个实施方式中，光线汇聚层800可以通过GaN材料制成。

为了对不同波长的光线进行汇聚，第四光线汇聚柱体长和宽与对入射的光线补偿的相位的对应关系如表1所示。

表1

其中，LP表示第四光线汇聚柱体的长度，WP表示第四光线汇聚柱体的宽度。

为了提高第四光线汇聚柱体对光线的汇聚效率，多个第四光线汇聚柱体排列成若干个同心环形。如图26可以看出，在光线汇聚层800的第二种排布方式中，多个第四光线汇聚柱体排列形成的若干个同心环形中的每个同心环形在圆周方向上分布。

第四光线汇聚柱体在圆周方向上的分布方式与上述的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体在圆周方向上的分布方式类似，这里不再赘述。

平面反射层802的上表面具有准周期结构，平面反射层通过准周期结构将光线汇聚层汇聚的光线沿光线的入射方向的相反方向反射至弥散元件。

在光线汇聚层800的第二种排布方式中，光线汇聚层800还包括：第二衬底层；上述第四光线汇聚柱体放置到第二衬底层的上表面上，第二衬底层的下表面与第二隔离层贴合；具有不同长宽的第四光线汇聚柱体可以汇聚具有不同波长的光线。因此把具有不同长宽的第四光线汇聚柱体放置到第二衬底层上综合起来之后，就可以对任意波长的光线进行汇聚。

在光线汇聚层800的第二种排布方式中，衬底层也可以被视为由相邻的多个衬底块组成。该衬底块的形状与光线汇聚层800的第一种排布方式中描述的衬底块的形状类似。

对光线汇聚层800的第二种排布方式来说，第二衬底层的结构周期的大小，也决定了各相邻第四光线汇聚柱体之间的间距。该间距会影响入射光的波长和相位调控。

通过以上的描述可以看出，第四光线汇聚柱体能够对全波段光线进行汇聚。所以，第二衬底层的结构周期是固定的，比如：可以是100纳米至150纳米之间的任意数值。优选地，放置第四光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长可以采用120纳米。

在上述实现方式中，平面反射层802的上表面的准周期结构的长宽高均小于入射光线的波长。

实施例24

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，参见图27所示的回反射元件301的光线汇聚层800第三种排布方式的结构俯视图和图28所示的回反射元件301的光线汇聚层800第三种排布方式的结构侧视图，光线汇聚层800，包括：第五光线汇聚柱体8000和第一材料层8001。所述第一材料层8001设置在第二隔离层801上，第五光线汇聚柱体8000设置在第一材料层8001内。相邻的所述第五光线汇聚柱体8000，是直径各不相同的硅圆柱体；所述第五光线汇聚柱体的直径小于可见光中任意光线的波长。为了起到较好的光线汇聚作用，相邻第五光线汇聚柱体8000之间呈等距离排布。相邻第五光线汇聚柱体8000之间的距离在300纳米至600纳米之间。这里，相邻第五光线汇聚柱体8000之间呈等距离排布，是指任意相邻的两个第五光线汇聚柱体8000中心之间的距离相等。第五光线汇聚柱体8000，通过改变入射的光线的相位，将入射的多路光线汇聚到平面反射层上，并将平面反射层反射回的光线沿光线入射光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。在设计上述回反射元件的光线汇聚层时，为了使各相邻第五光线汇聚柱体8000之间呈等距离排布，可以将第五光线汇聚柱体8000放置在呈蜂窝状排布的光线汇聚单元8002中。为了不使光线汇聚单元8002之间出现缝隙，影响光线汇聚元件的性能，参见图27所示的回反射元件的光线汇聚层的结构俯视图和图28所示的回反射元件的光线汇聚层的结构侧视图，在一个实施方式中，光线汇聚单元8002可以采用六边体形状，光线汇聚单元8002的截面为六角形。

其中第五光线汇聚柱体8000也可以是通过非晶硅制成。

在光线汇聚层800的第三种排布方式中，通过控制第五光线汇聚柱体8000的直径大小，比如让第五光线汇聚柱体8000的直径在60纳米到300纳米之间呈准线性的规律的排布，就可以在0～2π的范围内调制入射的光线的相位。参见图29所示的第五光线汇聚柱体的直径呈准线性排布规律的示意图。其中，图29的横轴表示第五光线汇聚柱体8000的直径长度，纵轴表示光线透射率。通过图29可以看出，第五光线汇聚柱体8000的直径在225纳米和260纳米时对光线的透射率较差，第五光线汇聚柱体8000不采用直径225纳米和260纳米就可以实现光线汇聚功能。

其中，|t|2表示第五光线汇聚柱体对于光线的透射率；∠t/2π表示第五光线汇聚柱体对于透射光线相位的改变程度。

其中，第五光线汇聚柱体8000的折射率相比第一材料层8001的折射率要高很多。

参见图30所示的回反射元件301的光线汇聚层对应的平面反射层的结构俯视图和图31所示的回反射元件301的光线汇聚层对应的平面反射层的结构侧视图，平面反射层，包括：光线反射柱体9000和第二材料层9001。

从图30和图31可以看出，平面反射单元9002中光线反射柱体9000与图27和图28中光线汇聚单元8002中第五光线汇聚柱体8000相比，光线反射柱体9000和第五光线汇聚柱体8000的直径范围一致，但排布方式并不一致。

其中，光线反射柱体9000可以呈准线性的规律的排布，具体的排布规律如图32所示。其中，图32的横轴表示光线反射柱体9000的直径长度，纵轴表示光线反射率。

其中，|r|²表示光线反射柱体对于光线的反射率；∠r/2π表示光线反射柱体对于反射光线相位的改变程度。

上述第二材料层9001设置在第二隔离层801和衬底803之间；光线反射柱体9000设置在第二材料层9001内。相邻的光线反射柱体9000，是直径各不相同的圆柱体；光线反射柱体，能够在光线入射所述光线反射柱体和将光线反射回所述光线汇聚层时分别改变光线的相位，其中，入射的光线在所述光线反射柱体内传导后被所述光线反射柱体反射回所述光线汇聚层。

上述由光线反射柱体组成的平面反射单元可以由高折射率材料制成。

为了起到较好的光线反射作用，相邻所述第五光线汇聚柱体8000之间呈等距离排布。相邻第五光线汇聚柱体8000之间的距离在300纳米至600纳米之间。这里，相邻光线反射柱体9000之间呈等距离排布，是指任意相邻的两个光线反射柱体9000中心之间的距离相等。

在设计回反射元件301的平面反射层时，为了使相邻光线反射柱体9000之间呈等距离排布，可以将不同的光线反射柱体9000放置在呈蜂窝状排布的各平面反射单元9002中。为了不使平面反射单元9002之间出现缝隙，影响光线汇聚元件的性能，参见图30所示的回反射元件301的平面反射层的结构俯视图和图31所示的回反射元件301的光线汇聚层对应的平面反射层的结构侧视图，平面反射单元9002可以采用六边体形状，平面反射单元9002的截面为六角形。

在光线汇聚层的第三种排布方式中，为了放置各平面反射单元9002，所述衬底803可以被视作由多个形状为六边体的衬底块组成。每个衬底块上可以放置一个平面反射单元9002。衬底的结构周期大小，决定了各相邻平面反射单元9002中的光线反射柱体9000之间的间距。该间距会影响光线反射柱体9000对所反射光线的波长和相位调控。

在线汇聚层的第三种排布方式中，衬底的结构周期，就是每个作为衬底块的六边体的边长。

另外，用于放置第二材料层9001的衬底803的结构周期的大小为450纳米，光线反射柱体9000和第五光线汇聚柱体8000的直径在0～300纳米之间变化时，其相位改变量为0～2π，光线反射柱体9000和第五光线汇聚柱体8000的直径与相位改变量之间呈准线性关系，具体分别如图29和图32所示。

第一材料层8001和所述第二材料层9001可以采用SU-8之类的聚合物材料制成。聚合物材料SU-8的结构式：其中，SU-8的分子式为：C₈₇H₇₀O₁₆。SU-8的折射率为1.57，与SU-8折射率相近的材料包括但不限于：苯乙烯-丙烯腈共聚物(Styrene/acrylonitrilecopolymer)、聚甲基丙烯酸苯酯(Poly(phenyl methacrylate))、聚邻甲苯丙烯酸甲酯(Poly(o-cresyl methacrylate))、聚邻苯二甲酸二烯丙酯(Poly(diallyl phthalate))、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly(ethylene terephthalate))、聚乙烯醇缩丁醛(Poly(vinylbenozoate))、聚甲基丙烯酸间硝基苄酯(Poly(m-nitrobenzyl methacrylate))、聚碳酸酯(Polycarbonate)、双酚A聚碳酸酯(Bisphenol-A polycarbonate)、聚邻甲基苯乙烯(Poly(o-methyl styrene))以及聚苯乙烯(Polystyrene)。

上述这些材料都可以用来形成第一材料层8001和所述第二材料层9001。

在上述回反射元件的实现方式中，为了使衬底具有一定的光线反射功能，所述衬底803采用金属薄膜或者半导体材料。

这样，在有些光线会透过平面反射单元9002入射到衬底803上时，所述衬底就会将穿过所述平面反射层的光线反射回所述平面反射层。从而把穿过所述平面反射层的光线反射回到所述平面反射层的位置上，并再次穿透过所述平面反射层。这样所述平面反射层就可以对更多的入射的光线的相位累积调制，并达到对向反射的效果。

这里，上述回反射元件301的光线汇聚层800的第一种排布方式和第二种排布方式中采用的平面反射层的结构与上述图31和图32所示的平面反射层的结构类似，这里不再赘述。

实施例25

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，当回反射元件301中反射微结构3010采用由三个面两两互相垂直组成的空间结构且该空间结构为由透明材料制作而成的实心结构时，或当回反射元件301中反射微结构3010为球状微结构时且该球状微结构为由透明材料制作而成的实心结构时，需要对该回反射元件301作相应设计。

具体是，参照图34，该回反射元件301包括基材3011和分布在基材3011表面的若干个反射微结构3010，若干个反射微结构3010在基材3011表面均匀分布，反射微结构3010可将入射至其上的光线沿入射方向的反方向反射；在若干个反射微结构3010之间形成有凹陷部，在凹陷部内设有填充物3012，设有填充物3012的回反射元件301与外部元件连接时，可以保证回反射元件301中反射微结构3010不受挤压破坏，从而使得具有反射微结构的回反射元件在应用上具有可扩展性。

上述反射微结构3010本身具有反射面，该反射面使得反射微结构3010将入射至其上的光线沿入射方向的相反方向进行反射；参照图35，在本实施例中，在反射微结构3010的反射面上设有反射层3013，该反射层3013位于反射微结构3010与填充物3012之间，该反射层3013对光线具有较高的反射率，当光线入射至回反射元件301时，光线到达反射层3013后被高效反射，从而使得回反射元件301对光线具有较高的反射率。

具体的，反射微结构3010的反射面上的反射层3013对光线具有较高的反射率，反射层3013对光线的反射率可达60％、70％、80％或90％以上；

进一步的，反射层3013对光线的反射率甚至可达95％。

实施例26

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，参照图35，在反射微结构3010的反射面上设有反射层3013，该反射层3013位于反射微结构3010与填充物3012之间，该反射层3013对光线具有较高的反射率，当光线入射至回反射元件301时，光线到达反射层3013后被高效反射，从而使得回反射元件301对光线具有较高的反射率。

本实施例的反射层3013的具体实现方式是：

反射层3013是由膜层堆叠而成，各膜层均有折射率属性，该反射层3013至少包括一部分堆叠膜层，该部分堆叠膜层中相邻膜层之间折射率呈高低分布，该部分堆叠膜层至少包括一对折射率呈高低分布的相邻膜层；

参照图36，具体是：反射层3013是由膜层堆叠而成，沿光线入射方向，所有的堆叠膜层依次包括第一膜层m₁、第二膜层m₂、第三膜层m₃、第四膜层m₄……第n-1膜层m_n-1和第n膜层m_n，其中，反射层3013至少包括一部分堆叠膜层，该部分堆叠膜层只是所有的堆叠膜层中的一部分，该部分堆叠膜层中相邻膜层之间折射率呈高低分布，该部分堆叠膜层至少包括一对折射率呈高低分布的相邻膜层。因此在n层堆叠膜层中，存在一部分堆叠膜层相邻膜层之间折射率呈高低分布，该部分堆叠膜层可以包括5对折射率呈高低分布的相邻膜层(该部分堆叠膜层中折射率呈高低分布的相邻膜层可以是但不限于5对)，该5对折射率呈高低分布的相邻膜层可以是：第n-10膜层m_n-10到第n-1膜层m_n-1，其中第n-10膜层m_n-10的折射率高于第n-9膜层m_n-9的折射率，第n-8膜层m_n-8的折射率高于第n-7膜层m_n-7的折射率，第n-6膜层m_n-6的折射率高于第n-5膜层m_n-5的折射率，第n-4膜层m_n-4的折射率高于第n-3膜层m_n-3的折射率，第n-2膜层m_n-2的折射率高于第n-1膜层m_n-1的折射率(该部分堆叠膜层在所有的堆叠膜层中的位置可以是但不限于此)。实际应用中，部分堆叠膜层中折射率呈高低分布的相邻膜层的对数越多，最终反射层3013对光线的反射率越高，从而光学元件对光线的反射率越高。部分堆叠膜层中折射率呈高低分布的相邻膜层的对数可以是但不限于50对；部分堆叠膜层中折射率呈高低分布的相邻膜层的对数范围可以为5～100对；当部分堆叠膜层中折射率呈高低分布的相邻膜层的对数在20～30对之间时，反射层对光线的反射效率极高，从而使得光学元件对光线的反射效率极高。

上述反射层3013由膜层堆叠而成，且其中膜层的折射率不少于2种。当反射层3013中折射率包括2种时，其中第n-10膜层m_n-10的折射率、第n-8膜层m_n-8的折射率、第n-6膜层m_n-6的折射率、第n-4膜层m_n-4的折射率、第n-2膜层m_n-2的折射率均相同；第n-9膜层m_n-9的折射率、第n-7膜层m_n-7的折射率、第n-5膜层m_n-5的折射率、第n-3膜层m_n-3的折射率、第n-1膜层m_n-1的折射率均相同。

当反射层3013中折射率大于2种时，只要满足上述：第n-10膜层m_n-10到第n-1膜层m_n-1，其中第n-10膜层m_n-10的折射率高于第n-9膜层m_n-9的折射率，第n-8膜层m_n-8的折射率高于第n-7膜层m_n-7的折射率，第n-6膜层m_n-6的折射率高于第n-5膜层m_n-5的折射率，第n-4膜层m_n-4的折射率高于第n-3膜层m_n-3的折射率，第n-2膜层m_n-2的折射率高于第n-1膜层m_n-1的折射率条件即可，第n-10膜层m_n-10的折射率、第n-8膜层m_n-8的折射率、第n-6膜层m_n-6的折射率、第n-4膜层m_n-4的折射率、第n-2膜层m_n-2的折射率可不同，第n-9膜层m_n-9的折射率、第n-7膜层m_n-7的折射率、第n-5膜层m_n-5的折射率、第n-3膜层m_n-3的折射率、第n-1膜层m_n-1的折射率可不同。

上述膜层的厚度范围为50～190nm，且膜层的厚度不限定该范围。

上述反射微结构3010采用透明材料制作而成，且该透明材料的折射率均大于1，即反射微结构3010的折射率大于1。

本实施例中采用镀膜形式将反射层3013与反射微结构3010的反射面连接。反射层3013中各膜层之间采用粘贴、蒸镀、电镀、溅射或沉积等方式堆叠连接。

本实施例中反射层3013为由折射率不同的膜层堆叠而成，且相邻膜层之间折射率呈高低排布。上述呈高低折射率排布的膜层可以选择以下材料制作而成：

具有高折射率的膜层可以是但不限于：钛酸锶膜层、氧化铬膜层、氧化铜膜层、二氧化钛(金红石型)膜层、二氧化钛(锐钛矿型)膜层、非晶硒膜层、氧化锌膜层、氮化镓膜层、碘晶体膜层、非晶硅膜层、单晶硅膜层、五氧化三钛膜层、二氧化锆膜层、五氧化二钽膜层、五氧化二铌膜层。

具有低折射率的膜层可以是但不限于：二氧化硅膜层、氟化镁膜层。

通过本实施例的高折射率膜层和低折射率膜层，可以实现反射层对光线的高反射率，从而实现回反射元件对光线的高反射率。

实施例27

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，反射层3010中所有相邻膜层之间折射率均呈高低分布，即第1膜层m₁的折射率高于第2膜层m₂的折射率，第3膜层m₃的折射率高于第4膜层m₄的折射率，第5膜层m₅的折射率高于第6膜层m₆的折射率，依此类推，第n-1膜层m_n-1的折射率高于第n膜层m_n的折射率。

上述反射层3013中所有相邻膜层之间折射率均呈高低分布，本实施例中反射层3013包括两种折射率，其中一种折射率高于另一种折射率。即第1膜层m₁的折射率、第3膜层m₃的折射率、第5膜层m₅的折射率，…均相同，第2膜层m₂的折射率、第4膜层m₄的折射率、第6膜层m₆的折射率，…均相同，其中第1膜层m₁的折射率高于第2膜层m₂的折射率。即反射层3013由两种不同折射率的膜层按高低折射率顺序重复堆叠组成。本实施例的反射层3013对光线的反射率非常高，从而回反射元件301对光线的反射率很高。

上述膜层的层数范围为不低于2层，相应的若膜层层数越多，则反射层3013的反射率越高，从而回反射元件的反射率越高，从而使得回反射元件对光线的反射率较高。

实施例28

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，设于反射微结构3010的反射面上的反射层3013可以为金属反射层，该金属反射层对光线的反射效率较高，该金属反射层可采用铝金属反射层或银金属反射层或其他，该金属反射层可通过但不限于镀层方式与反射微结构3010的反射面连接。

实施例29

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，设于反射微结构3010的反射面上的反射层3013的折射率可以设计成比反射微结构3010本身的折射率低且低的数值不小于0.15，该反射层3013的折射率比反射微结构3010本身的折射率低且低的数值不小于0.15，反射微结构3010采用透明材料制作而成，且该透明材料的折射率大于1，则反射微结构3010的折射率大于1，使得反射层3013对光线的反射回反射元件301对光线的反射效率较高。

本实施例中，因反射层3013的折射率低于反射微结构3010的折射率，光线由反射微结构3010一侧入射时，是从光密介质射向光疏介质，还可以对入射至其上的部分光线进行全反射，进一步提高了反射效率。

具体的，反射微结构本身采用透明材料制作而成，该透明材料可以采用高分子透明材料、玻璃或其他，该透明材料的折射率大于1；相应的，设于反射微结构反射面上的反射层3013可以采用表1中各材料，只要满足折射率比反射微结构3010本身的折射率低且低的数值不小于0.15，设于反射微结构反射面上的反射层材料可以是但不限于表2中各材料。

表2

实施例30

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，在反射微结构3010与基材3011之间设有填充物3013，上述填充物3013起支撑保护作用，使得回反射元件本身不受挤压被破坏。上述填充物3013采用透明介质制作而成，具体的，该填充物3013采用以下材料制作而成：橡胶填充剂、塑料填充剂、高分子填充剂或其他。

实施例31

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，当回反射元件301中反射微结构3010采用由三个面两两互相垂直组成的空间结构且该空间结构为由透明材料制作而成的实心结构时，该反射微结构3010可以是但不限于由三个面两两相互垂直组成的空间结构，其中三个面均为反射面，且由三个面两两相互垂直组成的空间结构是由透明材料制作而成的实心结构。

三个面两两相互垂直组成的空间结构可以包括但不限于截面为正三角形的三角锥结构或截面为等腰三角形的三角锥结构或截面为矩形的立方体结构。

其中截面为正三角形的三角锥结构参照图12，图12中当入射光线入射至回反射元件，入射光线折射进入截面为正三角形的三角锥结构，在截面为正三角形的三角锥结构内部反射面上发生三次反射，随后折射出该三角锥结构，折射光线沿入射光线的相反方向。

其中截面为等腰三角形的三角锥结构参照图23，图23中当入射光线入射至回反射元件，入射光线折射进入截面为等腰三角形的三角锥结构，在截面为等腰三角形的三角锥结构内部反射面上发生三次反射，随后折射出该三角锥结构，折射光线沿入射光线的相反方向。

其中截面为矩形的立方体结构参照图15，图15中当入射光线入射至回反射元件，入射光线折射进入截面为矩形的立方体结构，在截面为矩形的立方体结构内部反射面上发生三次反射，随后折射出该截面为矩形的立方体结构，折射光线沿入射光线的相反方向。

实施例32

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，当回反射元件301中反射微结构3010采用球状微结构时且该球状微结构为由透明材料制作而成的实心结构时，该球状微结构本身带有反射层，该反射层的反射率可高达95％。该球状微结构参照图16，当光线入射至回反射元件时，光线在球状微结构上P点折射进入球状微结构，并在球状微结构内部O点发生反射，反射光线达到球状微结构上Q点，再次发生折射，折射光线沿入射光线的相反方向。

实施例33

本实施例的一种抬头显示装置，在本发明上述实施例的基础上，在实际应用中，该回反射元件设于外部支撑元件部件上，具体是填充物设于外部支撑元件3014上，如图37所示，当光线入射至回反射元件时发生回反射。应当理解，因基材3011和分布在基材3011表面的反射微结构3010具有大于1的折射率，因此光线应是折射进入和折射出带有反射微结构的基材3011，为方便示意，图中未画出折射过程，仅示意性的给出光线在反射微结构3010上发生一次或多次反射，反射光线沿入射光线的反方向出射的过程。

实施例34

本实施例提供一种机动车，包括上述任一实施例所述的抬头显示装置。本实施例提供的机动车采用了上述抬头显示装置，可以使驾驶员在驾驶过程中无需低头看仪表盘就可以直接看到更加丰富的信息，比如导航地图、复杂的安全信息等大尺寸画面，因此，可以较好的满足驾驶员掌控车辆行驶中各类信息的需求。

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

Claims

1.一种抬头显示装置，其特征在于，包括像源、透反装置和光线控制装置，其中：

像源，所述像源出射用于形成图像的光线；

2.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述弥散元件采用将入射光线进行扩散形成特定形状光束的装置。

3.根据权利要求2所述的抬头显示装置，其特征在于，所述弥散元件将入射光线进行扩散形成一束或多束特定形状光束。

4.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述光束的截面形状包括线形、圆形、椭圆形、正方形以及长方形中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述回反射元件包括基材和分布在基材表面的若干个微结构。

6.根据权利要求5所述的抬头显示装置，其特征在于，所述基材与微结构之间设有反射层。

7.根据权利要求6所述的抬头显示装置，其特征在于，所述反射层的反射率为50％～95％。

8.根据权利要求6所述的抬头显示装置，其特征在于，所述微结构为三个面两两相互垂直组成的空间结构，所述三个面均为反射面。

9.根据权利要求8所述的抬头显示装置，其特征在于，所述空间结构采用空心凹陷结构或由透明材料制作而成的实心结构。

10.根据权利要求9所述的抬头显示装置，其特征在于，所述微结构为三个三角形两两相互垂直组成的三角锥结构或三个矩形两两相互垂直组成的立方体结构。

11.根据权利要求10所述的抬头显示装置，其特征在于，所述反射面中至少有一面上设有反射层，该反射层的反射率为50％～95％。

12.根据权利要求6所述的抬头显示装置，其特征在于，所述微结构采用球状结构。

13.根据权利要求12所述的抬头显示装置，其特征在于，所述球状结构采用由透明材料制作而成的实心结构。

14.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述透反装置表面为自由曲面或平面。

15.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述像源采用投影装置，所述透反装置采用交通工具的挡风玻璃，所述投影装置出射光线至交通工具的挡风玻璃，所述光线控制装置设于交通工具的挡风玻璃下方。

16.根据权利要求15所述的抬头显示装置，其特征在于，所述投影装置包括透镜部。

17.一种机动车，包括权利要求1-16任一项所述的抬头显示装置。