CN112673300A - 抬头显示装置、抬头显示方法及车辆 - Google Patents

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CN112673300A
CN112673300A CN202080004894.5A CN202080004894A CN112673300A CN 112673300 A CN112673300 A CN 112673300A CN 202080004894 A CN202080004894 A CN 202080004894A CN 112673300 A CN112673300 A CN 112673300A
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Abstract

本申请提供了一种抬头显示装置和抬头显示方法，可以应用于汽车、航空、航天和航海等领域中。其中，该抬头显示装置包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；HOE透镜贴附于透光平面上，其工作时序包括N个时段，且在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角；图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，PGU用于产生对应N个时段的N个投射图像，光学镜组用于将N个投射图像投射至HOE透镜，经过HOE透镜的反射，使得N个投射图像的虚像聚焦到透光平面外的不同深度处。本申请实施例基于一个PGU和可变焦HOE透镜就能够实现双屏甚至多屏显示，有效降低了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。

Description

抬头显示装置、抬头显示方法及车辆
技术领域
本申请涉及智能车领域，特别涉及一种抬头显示装置、抬头显示方法及车辆。
背景技术
抬头显示(head up display，HUD)技术又称平视显示技术，近年来逐步在汽车领域、航空航天领域以及航海领域获得了越来越广泛地应用。例如，在汽车领域，HUD装置中的图像投射装置把汽车行驶中的重要信息投影到挡风玻璃上，经过挡风玻璃的反射，在驾驶员视线正前方形成虚像，使得驾驶员无需低头就可以看到这些信息。相比于仪表盘、中控屏等需要驾驶员低头观察的显示方式，HUD避免了驾驶员低头观察时无法顾及路况可能引发的驾驶风险，是更安全的车载显示方式。
目前传统的HUD主要显示车速、油量等汽车仪表信息，为了不干扰路况，成像距离在2至3米左右。近年来兴起的增强现实(augmented reality，AR)HUD(AR-HUD)将数字图像叠加在车外真实环境上，使得驾驶员获得增强现实的视觉效果，可用于AR导航、自适应巡航、车道偏离预警等。为了使AR图像与路面信息更好的融合，AR-HUD的成像距离一般在7至15米左右。
由于AR-HUD与传统HUD成像距离并不一致，为了同时显示车速等仪表信息和AR图像，则需产生两个焦面的图像。目前主流的方案是双屏显示，具体实现方式为，在图像投射装置中采用两套图像生成模块(picture generation unit，PGU)，分别生成AR图像和仪表信息，然后将AR图像的虚像和仪表信息的虚像投射至挡风玻璃外的两个焦面处，以实现传统HUD和AR-HUD显示，如图1所示。但采用两套PGU来实现双屏显示，增加了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。
发明内容
本申请提供一种抬头显示装置、抬头显示方法及车辆，可以用于降低HUD装置中图像投射装置的体积和成本。
第一方面，提供了一种抬头显示装置，包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；该HOE透镜贴附于透光平面上，该HOE透镜的工作时序包括N个时段，该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；该图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，该PGU用于产生对应该N个时段的N个投射图像，该光学镜组用于将该N个投射图像投射至该HOE透镜，经过该HOE透镜的反射，使得该N个投射图像的虚像聚焦到该透光平面外的不同深度处。
应理解，PGU产生对应N个时段的N个投射图像，换句话说，也就是PGU每次产生一个图像，通过交替产生对应N个时段的N个投射图像。
本申请实施例的抬头显示装置，包括HOE透镜和图像投射装置。其中，HOE透镜的工作时序包括N个时段，且HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，图像投射装置包括一个PGU，该PGU用于产生对应N个时段的N个投射图像。使得N个投射图像在N个时段分别被投射至HOE透镜时，受到不同程度的聚焦和偏转，从而能够在透光平面外的不同深度处呈现N个投射图像对应的虚像，实现了N屏(N≥2)显示。也就是说，本申请基于一个PGU和HOE透镜就能够实现双屏甚至多屏显示，有效降低了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；该HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
可选地，可以在每个HOE薄膜上加载电压，通过控制电压的开启和关闭切换每层HOE薄膜的薄膜状态。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，若该HOE薄膜的薄膜状态为透明态，该HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；若该HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，该HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
应理解，若HOE薄膜的薄膜状态为透明态，该HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角，意味着在透明态时，HOE薄膜的焦距和偏转角均为0。若HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，该HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角，意味着在衍射态时，HOE薄膜的焦距和偏转角均不为0。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，分别具有不同焦距和不同偏转角。
换句话说，M层HOE薄膜中的每层在处于衍射态时，每层对入射光线的聚焦能力和偏转程度不同。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，该HOE透镜的偏转角为M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该M和N的关系为：N＝2M。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该HOE薄膜由聚合物分散液晶PDLC制备。
应理解，聚合物分散液晶PDLC可以在电压的控制下呈现不同的状态。也就是说，在HOE薄膜上加载电压，通过控制电压的开启和关闭可以切换HOE薄膜的薄膜状态。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该HOE薄膜通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该HOE透镜的制备方法如下：采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到该HOE薄膜；将M层该HOE薄膜进行叠层得到该HOE透镜，其中，M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该装置还包括：控制器，该控制器用于控制该PGU产生对应该N个时段的N个投射图像；和/或，用于控制该每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在单位时间内包括K个工作周期，每个工作周期包括N个时段，K大于或等于预设阈值。
在本申请实施例中，通过控制N个时段的切换频率，使得可以利用人眼暂留效应在透光平面外不同深度处同时呈现出N个投射图像的虚像。
可选地，N个时段的切换频率可以通过电压频率进行控制。即就是说，可以通过控制电压开启和关闭的频次进行控制。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该N个投射图像包括：第一投射图像和第二投射图像，该第一投射图像用于显示仪表信息，该第二投射图像用于显示增强现实图像信息。
应理解，在本申请实施例中，通过控制第一投射图像和第二投射图像所对应时段的HOE透镜的焦距和偏转角，能够实现在不同深度处显示不同的图像内容，即可以在2至3米距离处显示仪表信息，在7至15米距离处显示增强现实图像信息，从而实现双屏显示。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该光学镜组包括：平面反射镜和曲面反射镜，该平面反射镜和该曲面反射镜位于该HOE透镜与该PGU之间，该N个投射图像经该平面反射镜和该曲面反射镜反射到该HOE透镜。
第二方面，提供了一种抬头显示方法，该抬头显示方法在抬头显示装置中实现，该抬头显示装置包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；该HOE透镜贴附于透光平面上，该HOE透镜的工作时序包括N个时段，该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；该图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，该PGU用于产生对应该N个时段的N个投射图像；该抬头显示方法包括：将该N个投射图像通过该光学镜组投射至该HOE透镜，经过该HOE透镜的反射，使得该N个投射图像的虚像聚焦到该透光平面外的不同深度处。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；该HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，若该HOE薄膜的薄膜状态为透明态，该HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；若该HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，该HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，分别具有不同焦距和不同偏转角。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，该HOE透镜的偏转角为该M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，M和N的关系为：N＝2M。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该HOE薄膜通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该HOE透镜的制备方法如下：采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到该HOE薄膜；将M层该HOE薄膜进行叠层得到该HOE透镜，其中，M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，在单位时间内包括K个工作周期，每个工作周期包括该N个时段，K大于或等于预设阈值。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该N个投射图像包括：第一投射图像和第二投射图像，该第一投射图像用于显示仪表信息，该第二投射图像用于显示增强现实图像信息。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该光学镜组包括：平面反射镜和曲面反射镜，该平面反射镜和该曲面反射镜位于该HOE透镜与该PGU之间，该N个投射图像经该平面反射镜和该曲面反射镜反射到该HOE透镜。
第三方面，提供了一种全息光学元件HOE透镜的制备方法，该HOE透镜的工作时序包括N个时段，该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；该HOE透镜包括M层可变焦的HOE薄膜，M为正整数；该HOE透镜的制备方法如下：采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到该HOE薄膜；将M层该HOE薄膜进行叠层得到该HOE透镜，其中，M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，若该HOE薄膜的薄膜状态为透明态，该HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；若该HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，该HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，该HOE透镜的偏转角为所述M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，M和N的关系为：N＝2M。
第四方面，提供了一种车辆，包括如第一方面或者第一方面任一可能的实现方式中的装置。
第五方面，提供了一种车载系统，包括如第一方面或者第一方面任一可能的实现方式中的装置。
第六方面，提供了一种HOE透镜的控制方法，该HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；该HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，该方法包括：通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
第七方面，提供了一种控制器，该控制器包括输入输出接口、处理器和存储器，该处理器用于控制输入输出接口收发信号或信息，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得该控制器执行上述各方面中的方法。
第八方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面或者第二方面的任一实现方式中的方法，和/或执行上述第三方面或者第三方面的任一实现方式中的方法，和/或执行上述第六方面或者第六方面的任一实现方式中的方法。
第九方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读介质存储用于设备执行的程序代码，所述程序代码包括用于执行第二方面或者第二方面的任一可能的实现方式中的方法的指令，和/或执行上述第三方面或者第三方面的任一实现方式中的方法的指令，和/或执行上述第六方面或者第六方面的任一实现方式中的方法的指令。
第十方面，提供一种芯片，所述芯片包括处理器与数据接口，所述处理器通过所述数据接口读取存储器上存储的指令，执行第二方面或者第二方面的任一可能的实现方式中的方法，和/或执行上述第三方面或者第三方面的任一实现方式中的方法，和/或执行上述第六方面或者第六方面的任一实现方式中的方法。
可选地，作为一种实现方式，所述芯片还可以包括存储器，所述存储器中存储有指令，所述处理器用于执行所述存储器上存储的指令，当所述指令被执行时，所述处理器用于执行第二方面或者第二方面的任一可能的实现方式中的方法，和/或执行上述第三方面或者第三方面的任一实现方式中的方法，和/或执行上述第六方面或者第六方面的任一实现方式中的方法的指令。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种抬头显示场景的示例图；
图2是本申请实施例提供的一种抬头显示场景的平面示例图；
图3是本申请实施例提供的一种现有抬头显示装置示例图；
图4是本申请实施例提供的一种抬头显示的应用场景示例图；
图5是本申请实施例提供的一种抬头显示装置的示例图；
图6是本申请实施例提供的一种PDLC材料状态切换的示例图；
图7是本申请实施例提供的一种双屏抬头显示装置的结构示例图；
图8是本申请实施例提供的另一种双屏抬头显示装置的结构示例图；
图9是本申请实施例提供的一种四屏抬头显示装置的结构示例图；
图10是本申请实施例提供的一种HOE透镜的制备方法示例图；
图11是本申请实施例提供的一种曝光法制备可变焦HOE薄膜的示例图；
图12是本申请实施例提供的一种抬头显示方法示例图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
抬头显示(head up display，HUD)技术又称平视显示技术，近年来逐步在汽车领域、航空航天领域以及航海领域获得了越来越广泛地应用。例如，可以应用于车辆上，也可以应用于飞机、航天航空飞行器、轮船等其他交通工具上。为便于描述，在本申请中，均以车载HUD为例进行描述。但应理解，这并不能作为对本申请的限定。
目前传统的车载HUD主要显示车速、油量等汽车仪表信息，为了不干扰路况，成像距离在2至3米左右。近年来兴起的增强现实(augmented reality，AR)HUD(AR-HUD)将数字图像叠加在车外真实环境上，使得驾驶员获得增强现实的视觉效果，可用于AR导航、自适应巡航、车道偏离预警等场景。为了使AR图像与路面信息更好的融合，AR-HUD的成像距离一般在7至15米左右。由此可知，AR-HUD与传统HUD成像距离并不一致，为了同时显示车速等仪表信息和AR图像，则需产生两个焦面的图像。并且为了提高驾驶员的体验和驾驶的安全性，通常要求两个焦面(双屏)图像互不重叠，互不干扰。应理解，本申请中所涉及的“屏”均为焦面，表示虚像的成像位置，而不是实际意义上的屏幕。
图2是本申请实施例提供的一种抬头显示场景的平面示例图。如图2所示，车载HUD装置中的图像投射装置可以安装在挡风玻璃附近。该图像投射装置可以利用该挡风玻璃或挡风玻璃附近的玻璃、反射镜等透光平面将投射出的对象A和对象B分别成像于挡风玻璃之外不同深度处，便于驾驶员不低头、不转头就能够看到这些驾驶信息。其中，对象A可以显示车速、油量等汽车仪表信息。对象B可以显示AR图像信息，将数字图像叠加在车外真实环境上。
现有方案在图像投射装置中采用了两套图像生成模块(picture generationunit，PGU)以同时在两个焦面上分别实现传统HUD和AR-HUD。如图3所示，两套PGU共用后端的曲面镜光学系统，由于离曲面镜的距离不同，经过挡风玻璃所成的虚像位置也不同，形成了A屏和B屏两个不同深度处的图像显示。以使得较近的A屏能够显示仪表信息，较远的B屏能够显示AR图像信息。
但采用两套PGU来实现双屏显示，增加了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。
针对上述问题，本申请提供了一种抬头显示装置，主要基于一个PGU和可变焦的全息光学元件(holographic optical element，HOE)透镜来实现双屏甚至多屏显示，有效降低了图像投射装置的成本和体积。
其中，可变焦HOE透镜由聚合物薄膜构成，可作为衍射光学元件，并且可以贴附于挡风玻璃上。能够对图像投射装置中PGU产生的图像光线进行反射，并通过控制HOE透镜的焦距，可以将图像的虚像聚焦到车外的不同深度处。从而有效避免在图像投射装置中使用两套PGU，并控制两套PGU离曲面镜的距离来实现不同深度的成像，从而有效降低了图像投射装置的成本和体积。
为了更好的理解本申请实施例的方案，在进行本申请实施例的装置描述之前，首先结合附图4对本申请实施例的一种应用场景进行简单的描述。
图4是本申请实施例提供的一种抬头显示的应用场景示例图。
如图4所示，本申请提供的一种应用场景是车载HUD，在驾驶员驾驶汽车时，车内的图像投射装置(通常置于汽车挡风玻璃下方的控制台里)投射出图像，经过挡风玻璃上贴附的HOE透镜反射，使得图像区对应的虚像聚焦到车外的不同深度处。其中较近的虚像屏幕可以显示仪表信息，成像距离约在2至3米左右；较远的虚像屏幕显示AR导航、AR预警等信息，成像距离约在7至15米左右。
下面将结合附图详细说明本申请提供的抬头显示装置。图5是本申请实施例提供的一种抬头显示装置的示例图。如图5所示，该抬头显示装置400包括HOE透镜410和图像投射装置420。
其中，HOE透镜410贴附于透光平面上，HOE透镜410的工作时序包括N个时段，HOE透镜410在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数。
图像投射装置420包括一个图像生成模块PGU421和光学镜组422。PGU421用于产生对应N个时段的N个投射图像，光学镜组422用于将N个投射图像投射至HOE透镜410，经过HOE透镜410的反射，使得N个投射图像的虚像聚焦到透光平面外的不同深度处。
应理解，本申请的HOE透镜410为可变焦透镜，其焦距和偏转角会随着时段的变化而变化。同时，PGU通过交替产生对应不同时段的不同投射图像。也就是说，PGU产生的任何一个图像都对应一种焦距和一种偏转角，从而实现了不同图像在车外不同深度以及不同位置的呈现。
应理解，在实际应用中，若只要求虚像不重合而对成像深度无要求，则也可以仅要求HOE透镜410在N个时段上分别对应不同的偏转角即可。具体操作方式应结合实际情况确定，本申请对此不作限定。
应理解，本申请对N个时段中每个时段的长度不做限定，意味着N个时段的长度可以相同也可以不同，也就意味着PGU交替产生N个投射图像时每个图像显示的时间长度可以不同。应理解，在下文的具体实现方式中，为便于描述，均以相同的N个时段为例。
应理解，不同偏转角可以指不同大小的偏转角，还可以指不同大小及不同偏转方向的偏转角。因而可以通过控制HOE透镜在N个时段中每个时段处的焦距大小、偏转角的大小以及偏转方向，使得N个投射图像的虚像在透光平面外不同深度处呈上下排布，或呈左右排布，或呈其他方式排布。同时还可以保证N个投射图像对应的虚像互不重叠，且互不干扰。
本申请实施例的抬头显示装置，包括HOE透镜和图像投射装置。其中，HOE透镜的工作时序包括N个时段，且HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，图像投射装置包括一个PGU，该PGU用于产生对应N个时段的N个投射图像。使得N个投射图像在N个时段分别被投射至HOE透镜时，受到不同程度的聚焦和偏转，从而能够在透光平面外的不同深度处呈现N个投射图像对应的虚像，实现了N屏(N≥2)显示。也就是说，本申请基于一个PGU和HOE透镜就能够实现双屏甚至多屏显示，有效降低了HUD装置中图像投射装置的体积和成本。
可选地，在单位时间内包括K个工作周期，每个工作周期包括N个时段，K大于或等于预设阈值。
在本申请实施例中，通过控制N个时段的切换频率，使得可以利用人眼暂留效应在透光平面外不同深度处同时呈现出N个投射图像的虚像。示例性地，若N＝2，可以控制2个时段和2个投射图像的切换频率均为24Hz，也可以为36Hz、48Hz或72Hz等。一般情况下，在图像的切换频率大于或等于24HZ时由于人眼暂留效应可以看到连贯的图像，因此，此时可以在透光平面外不同深度处同时呈现出2个投射图像的虚像。应理解，在实际应用中，可以结合实际需求设置切换频率，本申请对此不做限定。
可选地，HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
应理解，若HOE薄膜的薄膜状态为透明态，HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；若HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。换句话说，若HOE薄膜的薄膜状态为透明态，HOE薄膜的焦距和偏转角均为0。若HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，HOE薄膜的焦距和偏转角均不为0。意味着，通过控制每层HOE薄膜的薄膜状态，能够使得HOE透镜具备不同的偏转能力和聚焦能力。
可选地，HOE薄膜处于衍射态时的偏转角的范围可以为2°至15°。
可选地，HOE透镜的偏转角为M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
可选地，M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，可以分别具有不同焦距和不同偏转角。换句话说，M层HOE薄膜中的每层在处于衍射态时，每层对入射光线的聚焦能力和偏转程度均不同。
此时，M和N的关系可以为：N＝2M。示例性地，若HOE透镜包括一层HOE薄膜，则可以实现两种工作状态，一种是透明态，一种是衍射态，这两种工作状态可以在两个时段中进行；例如，若HOE透镜包括两层HOE薄膜，每层薄膜都具有两种薄膜状态，且处于衍射态时的两层薄膜的焦距和偏转角不同，则根据排列组合可以实现四种工作状态，这四种工作状态可以在四个时段中进行。更多层时，同样可以采用上述方式，此处不再赘述。
可选地，M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，也可以具有相同焦距和偏转角。此时，N与M不再满足上述关系。示例性地，若HOE透镜包括两层HOE薄膜，每层薄膜都具有两种薄膜状态，且处于衍射态时的两层薄膜的焦距和偏转角相同，此时就包括三种工作状态：一种是控制两层都处于透明态；一种是控制其中任何一层处于透明态，另一层处于衍射态；还有一种是两层都处于衍射态，且这三种工作状态可以在三个时段中进行，分别在三个深度处呈现不同图像。
可选地，M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，也可以部分具有不同焦距和偏转角。本申请对此不做限定，为便于描述，在下文中均认为M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时分别具有不同焦距和不同偏转角。且在下文具体实施例中，将以一层和两层作为实施例展开描述。
可选地，上述抬头显示装置400还可以包括：控制器。控制器可以用于控制该PGU产生对应该N个时段的N个投射图像；和/或，用于控制该每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。可选地，HOE薄膜可以由聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)制备，也可以由其他可切换折射率的材料制备。在本申请实施例中，均采用PDLC材料制备，但这不能成为对本申请的限定。
应理解，PDLC材料可以在电压的控制下呈现不同的状态。意味着可以在每个HOE薄膜上加载电压，通过控制电压的开启和关闭切换每层HOE薄膜的薄膜状态。进一步通过控制电压的频率可以实现N个时段的切换频率的控制。可选地，PDLC材料可以为正相PDLC材料，也可以为反相PDLC材料。
示例性地，图6是本申请实施例提供的一种PDLC材料状态切换的示例图。该PDLC材料为正相PDLC，其具有两种状态：在电压关闭时，处于衍射态，具有透镜的聚焦功能，且主光线具有一定的偏转角度，如图6中的(a)图所示；在电压开启时，处于透明态，聚焦功能和偏转角度消失，如图6中的(b)图所示。示例性地，HOE薄膜也可以是基于反相的PDLC材料制备。此时，在电压开启时，处于衍射态，具有透镜的聚焦功能，且主光线具有一定的偏转角度；在电压关闭时，处于透明态，聚焦功能和偏转角度消失。为便于描述，在本申请实施例中的HOE薄膜均由正相PDLC材料制备。
可选地，HOE薄膜可以通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。
可选地，HOE薄膜的制备方法可以如下：采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到HOE薄膜。具体制备方式将在下文详细描述，此处不再赘述。
HOE透镜410的制备方法如下：将M层上述HOE薄膜进行叠层得到所述HOE透镜。可选地，M层中的每层分别采用具有不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
应理解，在汽车中，上述透光平面可以为挡风玻璃或挡风玻璃附近的玻璃、反射镜等。又由于下文实施例中均以车载HUD为例，因而为便于描述，在本申请实施例中均将透光平面描述为挡风玻璃。
可选地，图像投射装置420也可以称为HUD光机，用于将PGU421生成图像的光线投射到HOE透镜410的不同区域中。图像投射装置420可以放置于挡风玻璃下方的控制台里，也可以放置在挡风玻璃附近的其他位置，只要其投射出的图像光线经HOE透镜410不同区域的反射能在挡风玻璃外侧不同深度处呈现出对应的虚像即可，本申请对此不做限定。
可选地，N个投射图像包括：第一投射图像和第二投射图像。第一投射图像用于显示仪表信息，该第二投射图像用于显示增强现实图像信息。
应理解，在本申请实施例中，通过控制第一投射图像和第二投射图像所对应时段的HOE透镜的焦距和偏转角，能够实现在不同深度处显示不同的图像内容，即可以在2至3米距离处显示仪表信息，在7至15米距离处显示增强现实图像信息，从而实现双屏显示。
可选地，光学镜组422可以包括两个曲面反射镜；或者，可以包括一个曲面反射镜和一个平面反射镜；或者，可以包括一个曲面镜和一个或多个透镜；又或者，可以包括一个平面镜和透镜，本申请对光学镜组422的组成不做限定。
示例性地，光学镜组422包括：平面反射镜M1和曲面反射镜M2，平面反射镜M1和曲面反射镜M2位于HOE透镜410与PGU421之间，N个投射图像经平面反射镜M1和曲面反射镜M2反射到HOE透镜410。
应理解，HOE透镜410可以贴附于挡风玻璃外侧，也可以贴附于挡风玻璃内侧，还可以作为挡风玻璃的夹层，本申请对此不做限定。
优选地，在本申请实施例中，将HOE透镜410贴附于挡风玻璃内侧。这是由于通过现有的挡风玻璃进行反射时，反射率约在10％左右；而HOE透镜410贴附于挡风玻璃内侧时，通过HOE透镜410反射HUD图像，反射效率在50％以上，从而能够提升图像亮度，同时还可以降低功耗。
在本申请实施例中，虚像的深度和成像位置都是通过控制HOE透镜的焦距和偏转角来实现，并不是通过控制不同图像区域到曲面镜的距离形成，从而不需要特殊的HUD后端光学透镜组设计，降低了光学设计加工难度。
在本申请实施例中，由于HOE透镜中至少一层薄膜呈衍射态时HOE透镜具有透镜功能，可以对来自HUD的图像进行放大，因而还能够进一步提升系统的视场。另外，现有HUD采用挡风玻璃反射HUD图像，由于玻璃内外两个表面均反射图像，并且有一定的偏差，就会产生重影。但本申请所使用的HOE透镜中至少一层薄膜呈衍射态时对图像区域的反射属于衍射原理，且通常只会衍射一次，衍射角与风挡的反射角是不同的。因此，用户只会观察到HUD的一个衍射图像，而不会观察到挡风玻璃内侧和外侧的反射图像，不会观察到重影。
示例性地，下面将结合图7至图9对本申请实施例的抬头显示装置的具体结构进行详细介绍。
图7是本申请实施例提供的一种双屏抬头显示装置的结构示例图。
如图7所示，该抬头显示装置主要由图像投射装置、挡风玻璃、HOE透镜构成。其中，HOE透镜包括一层HOE薄膜，贴附于挡风玻璃内侧，该HOE薄膜上加载方波电压。图像投射装置包括一块PGU、平面反射镜M1和曲面反射镜M2。PGU按照薄膜状态的切换频率不断交替产生两个图像，两个图像切换的时间间隔为方波电压的半周期。
具体地，在电压为0，即电压关闭时，HOE透镜处于衍射态，此时HOE透镜的焦距为f0，偏转角为Δθ，其与HUD光机内的其它透镜一起使得PGU产生的一个图像成像在B屏处，如图8中的(a)图所示。在电压不为0，即电压开启时，处于透明态，焦距和偏转角为0，在HUD光机内的其它透镜的作用下使得PGU产生的另一个图像成像在A屏处，如图8中的(b)图所示。并通过控制方波电压的频率，例如控制电压频率大于24Hz，从而利用人眼暂留效应，使得驾驶员可以同时观察到A屏和B屏处的虚像。
还应理解，上述实施例仅仅为一种示例，在实际操作中，可以通过控制偏转角的方向和大小控制成像位置；或者通过控制焦距的大小或正负，控制成像的远近，本申请对此不做限定。
在本实施例中，仅使用一个PGU即可实现双屏显示。而且，通过控制薄膜状态的切换频率、焦距和偏转角大小，使得驾驶员可以同时观察到较近的A屏和较远的B屏，A屏与B屏图像互不重叠，互不干扰。
图9是本申请实施例提供的一种四屏抬头显示装置的结构示例图。如图9所示，该抬头显示装置主要由图像投射装置、挡风玻璃、HOE透镜构成。其中，HOE透镜包括两层HOE薄膜，贴附于挡风玻璃内侧，两层HOE薄膜上分别加载电压，两层HOE薄膜在处于衍射态时的偏转角分别为θ1和θ2。图像投射装置包括一块PGU、平面反射镜M1和曲面反射镜M2。在实际操作中，通过电压的开启和闭合切换每层HOE薄膜的薄膜状态，使得HOE透镜在四个时段上分别呈现四种不同的焦距和偏转角，并控制PGU在四个时段上对应交替产生四个图像。在本实施例中，以四个时段为一个周期，可以通过控制单位时间内的周期数或控制四个时段的切换频率，即控制电压频率，从而能够利用人眼暂留效应，使得驾驶员可以同时观察到A屏、B屏、C屏以及D屏处的虚像。
示例性地，如图9所示：
时段t1处：HOE 1和HOE 2的电压均开启。此时HOE 1和HOE 2均处于透明态，焦距和偏转角均为0，因而时段1对应的图像1的虚像处于深度1的A屏。
时段t2处：HOE 1电压关闭，HOE 2电压开启。此时HOE 2处于透明态，焦距和偏转角为0；HOE 1处于衍射态，焦距不为0，偏转角为θ1，因而时段2对应的图像2的虚像偏转θ1，处于深度2的B屏。
时段t3处：HOE 1电压开启，HOE 2电压关闭。此时HOE 1处于透明态，焦距和偏转角为0；HOE 2处于衍射态，焦距不为0，偏转角为θ2，因而时段3对应的图像3的虚像偏转θ2，处于深度3的C屏。
时段t4处：HOE 1和HOE 2电压均关闭。此时HOE 1和HOE 2均处于衍射态，焦距均不为0，HOE 1的偏转角为θ1，HOE 2放入偏转角为θ2，因而时段4对应的图像4的虚像偏转θ1+θ2，处于深度4的D屏。
在本实施例中，仅使用一个PGU即可实现四屏显示。
还应理解，上述实施例仅仅为一种示例，在实际操作中，可以通过控制偏转角的方向和大小控制成像位置；或者通过控制焦距的大小或正负，控制成像的远近，本申请对此不做限定
更进一步的，可以使用3层HOE薄膜，实现8屏显示，或5层HOE薄膜实现16屏显示，…，或M层HOE薄膜实现2M屏显示。
应理解，还可以通过控制电压的切换方式或控制薄膜处于衍射态时的焦距以及偏转角，实现三屏或其他更多屏的HUD显示，为AR导航提供更加丰富的立体图像显示。
图10是本申请实施例提供的一种HOE透镜的制备方法示例图。该HOE透镜的工作时序包括N个时段，HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数。HOE透镜包括M层可变焦的HOE薄膜，M为正整数；
如图10所示，HOE透镜的制备方法900包括步骤S910和S920。下面对这些步骤进行详细描述。
S910，采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到HOE薄膜。具体地，如图11所示。
应理解，两束激光可以是同一激光器发出的，通过分光装置分光得到的。
可选地，聚焦激光的偏转角需要根据实际操作中所使用的HUD的规格进行定义。常见的偏转角可以是2°至15°。
可选地，除了曝光方法，制作HOE薄膜的方法还包括电子束光刻、纳米压印等，本申请对此不做限定。
应理解，HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
应理解，若HOE薄膜的薄膜状态为透明态，HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；若HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
S920，将M层HOE薄膜进行叠层得到HOE透镜。
可选地，M层中的每层可以分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
可选地，HOE透镜的偏转角可以为M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
可选地，M和N的关系可以为：N＝2M。
图12是本申请实施例提供的一种抬头显示方法示例图。如图12所示，抬头显示方法1100在抬头显示装置400中实现，该抬头显示装置400包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；HOE透镜贴附于透光平面上，HOE透镜的工作时序包括N个时段，HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，PGU用于产生对应该N个时段的N个投射图像。
抬头显示方法1100包括步骤S1110：将N个投射图像通过光学镜组投射至HOE透镜，经过HOE透镜的反射，使得N个投射图像的虚像聚焦到透光平面外的不同深度处。
可选地，HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得HOE透镜在N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
可选地，若HOE薄膜的薄膜状态为透明态，HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；若HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
可选地，M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，分别具有不同焦距和不同偏转角。
可选地，HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，HOE透镜的偏转角为M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
可选地，M和N的关系为：N＝2M。
可选地，HOE薄膜通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。
可选地，HOE透镜的制备方法如下：采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到HOE薄膜；将M层HOE薄膜进行叠层得到HOE透镜，其中，M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
可选地，在单位时间内包括K个工作周期，每个工作周期包括N个时段，K大于或等于预设阈值。
可选地，N个投射图像包括：第一投射图像和第二投射图像，第一投射图像用于显示仪表信息，第二投射图像用于显示增强现实图像信息。
可选地，光学镜组包括：平面反射镜和曲面反射镜，平面反射镜和曲面反射镜位于HOE透镜与PGU之间，N个投射图像经平面反射镜和曲面反射镜反射到HOE透镜。
本申请实施例还提供了一种车辆，包括上述抬头显示装置400。应理解，车辆可以是电动汽车，例如，纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池汽车、新能源汽车等，本申请对此不做具体限定。
本申请实施例还提供了一种车载系统，包括上述抬头显示装置400。
本申请实施例还提供了一种HOE透镜的控制方法，该HOE透镜包括包括M层HOE薄膜，M为正整数；该HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，该薄膜状态包括透明态和衍射态，该方法包括：通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得该HOE透镜在该N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
本申请实施例还提供了一种控制器，该控制器包括输入输出接口、处理器和存储器，该处理器用于控制输入输出接口收发信号或信息，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得该控制器执行上述方法900，和/或执行方法1100，和/或执行上述HOE透镜的控制方法。本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法900，和/或执行方法1100，和/或执行上述HOE透镜的控制方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读介质存储用于设备执行的程序代码，所述程序代码包括用于执行上述方法900的指令，和/或执行方法1100的指令，和/或执行上述HOE透镜的控制方法的指令。
本申请实施例还提供了一种芯片，所述芯片包括处理器与数据接口，所述处理器通过所述数据接口读取存储器上存储的指令，执行上述方法900，和/或执行方法1100，和/或执行上述HOE透镜的控制方法。
可选地，作为一种实现方式，所述芯片还可以包括存储器，所述存储器中存储有指令，所述处理器用于执行所述存储器上存储的指令，当所述指令被执行时，所述处理器用于执行上述方法900，和/或执行方法1100，和/或执行上述HOE透镜的控制方法。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (32)

1.一种抬头显示装置，其特征在于，包括：
可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；
所述HOE透镜贴附于透光平面上，所述HOE透镜的工作时序包括N个时段，所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；
所述图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，所述PGU用于产生对应所述N个时段的N个投射图像，所述光学镜组用于将所述N个投射图像投射至所述HOE透镜，经过所述HOE透镜的反射，使得所述N个投射图像的虚像聚焦到所述透光平面外的不同深度处。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；所述HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，所述薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，若所述HOE薄膜的薄膜状态为透明态，所述HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；
若所述HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，所述HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，分别具有不同焦距和不同偏转角。
5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，所述HOE透镜的偏转角为所述M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
6.如权利要求2至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述M和N的关系为：N＝2M。
7.如权利要求2至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述HOE薄膜通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。
8.如权利要求2至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述HOE透镜的制备方法如下：
采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到所述HOE薄膜；
将M层所述HOE薄膜进行叠层得到所述HOE透镜，其中，所述M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
9.如权利要求2至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制器，所述控制器用于控制所述PGU产生对应所述N个时段的N个投射图像；和/或，
用于控制所述每层HOE薄膜的薄膜状态，使得所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
10.如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，在单位时间内包括K个工作周期，每个工作周期包括所述N个时段，K大于或等于预设阈值。
11.如权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述N个投射图像包括：
第一投射图像和第二投射图像，所述第一投射图像用于显示仪表信息，所述第二投射图像用于显示增强现实图像信息。
12.如权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学镜组包括：
平面反射镜和曲面反射镜，所述平面反射镜和所述曲面反射镜位于所述HOE透镜与所述PGU之间，所述N个投射图像经所述平面反射镜和所述曲面反射镜反射到所述HOE透镜。
13.一种抬头显示方法，其特征在于，所述抬头显示方法在抬头显示装置中实现，所述抬头显示装置包括：可变焦的全息光学元件HOE透镜和图像投射装置；
所述HOE透镜贴附于透光平面上，所述HOE透镜的工作时序包括N个时段，所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；
所述图像投射装置包括一个图像生成模块PGU和光学镜组，所述PGU用于产生对应所述N个时段的N个投射图像；
所述抬头显示方法包括：
将所述N个投射图像通过所述光学镜组投射至所述HOE透镜，经过所述HOE透镜的反射，使得所述N个投射图像的虚像聚焦到所述透光平面外的不同深度处。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述HOE透镜包括M层HOE薄膜，M为正整数；所述HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，所述薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，若所述HOE薄膜的薄膜状态为透明态，所述HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；
若所述HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，所述HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述M层HOE薄膜中的每层HOE薄膜在处于衍射态时，分别具有不同焦距和不同偏转角。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，所述HOE透镜的偏转角为所述M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
18.如权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述M和N的关系为：N＝2M。
19.如权利要求14至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述HOE薄膜通过曝光法、电子束光刻法或纳米压印法中任一种方式制备。
20.如权利要求14至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述HOE透镜的制备方法如下：
采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到所述HOE薄膜；
将M层所述HOE薄膜进行叠层得到所述HOE透镜，其中，所述M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
21.如权利要求13至20中任一项所述的方法，其特征在于，在单位时间内包括K个工作周期，每个工作周期包括所述N个时段，K大于或等于预设阈值。
22.如权利要求13至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述N个投射图像包括：
第一投射图像和第二投射图像，所述第一投射图像用于显示仪表信息，所述第二投射图像用于显示增强现实图像信息。
23.如权利要求13至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学镜组包括：
平面反射镜和曲面反射镜，所述平面反射镜和所述曲面反射镜位于所述HOE透镜与所述PGU之间，所述N个投射图像经所述平面反射镜和所述曲面反射镜反射到所述HOE透镜。
24.一种可变焦的全息光学元件HOE透镜的制备方法，其特征在于，所述HOE透镜的工作时序包括N个时段，所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角，其中，N为大于或等于2的正整数；
所述HOE透镜包括M层可变焦的HOE薄膜，M为正整数；
所述HOE透镜的制备方法如下：
采用一束平行激光和一束具有偏转角的聚焦激光在聚合物分散液晶PDLC全息干板上相互干涉得到所述HOE薄膜；
将M层所述HOE薄膜进行叠层得到所述HOE透镜，其中，所述M层中的每层分别采用不同焦距和不同偏转角的聚焦激光制备。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述HOE薄膜具有至少两种薄膜状态，所述薄膜状态包括透明态和衍射态，通过分别控制每层HOE薄膜的薄膜状态，使得所述HOE透镜在所述N个时段上分别对应不同焦距和不同偏转角。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，
若所述HOE薄膜的薄膜状态为透明态，所述HOE薄膜不具备聚焦功能且不存在偏转角；
若所述HOE薄膜的薄膜状态为衍射态，所述HOE薄膜具备聚焦功能且存在偏转角。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述HOE薄膜处于衍射态时的偏转角为2°至15°，所述HOE透镜的偏转角为所述M层HOE薄膜中处于衍射态的所有HOE薄膜的偏转角之和。
28.如权利要求24至27中任一项所述的方法，其特征在于，所述M和N的关系为：N＝2M。
29.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的抬头显示装置。
30.一种车载系统，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的抬头显示装置。
31.一种计算机程序，所述计算机程序包括用于执行权利要求13至23中任一项所述的抬头显示方法，和/或用于执行权利要求24至28中任一项所述的制备方法的指令。
32.一种计算机可读介质，其特征在于，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行权利要求13至23中任一项所述的抬头显示方法，和/或用于权利要求24至28中任一项所述的制备方法的指令。
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