CN113031264B - 双光程投射装置和显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一双光程投射装置和显示系统，所述显示系统包括一双光程投射装置，一像发生元件以及一成像载体，所述双光程投射装置包括一分光元件，所述分光元件适于引导所述远成像光线以得到一远成像光路，和引导所述近成像光线以得到一近成像光路；一光出射元件，其中所述光出射元件被设置于所述近成像光路和所述远成像光路的光出射方向，所述光出射元件被配置为出射所述近成像光线和所述远成像光线；以及至少一光增程元件，其中所述光增程元件沿所述远成像光路光传播方向被设置于所述分光元件和所述光出射元件之间，借以所述光增程元件增加所述远成像光线的光程，以使所述远成像光线的光程大于所述近成像光线的光程。

Description

双光程投射装置和显示系统

技术领域

本发明涉及投射成像领域，尤其涉及一双光程投射装置和显示系统。

背景技术

投影设备目前被广泛应用于交通工具中以实现抬头显示(Head-UP Display,HUD)。目前车载HUD包括多种类型，诸如W-HUD、C-HUD、AR-HUD。

AR(Augmented Reality，增强现实)，增强现实技术也被称为扩增现实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。

AR技术应用领域广泛，AR-HUD(Head Up Display，抬头显示)将AR增强现实技术与HUD抬头显示很好的相互融合，形成了一种新型且适用于车辆的HUD。相比C-HUD和W-HUD最大的不同在于，AR-HUD可以获得更大的视场角，成像距离也更远，能够使驾驶信息与外部环境进行更好的融合，大大提升驾驶员的使用体验。

现有技术的AR-HUD显示系统大都为一个位置的画面，即驾驶人员通过AR-HUD显示系统看到的成像画面被定格在特定距离位置处，适于驾驶人员观察远距离的画面。对于驾驶员而言需要近处观察时，相应的车辆必要的信息对于驾驶安全也至关重要，而现有单个的AR-HUD显示系统无法同时显示远距离画面和近距离画面；或者现有的单个AR-HUD显示系统显示远距离画面的时候切换成近距离显示画面。现有的一些实现AR-HUD显示远画面和近画面的方式大都为两套相互独立的AR-HUD系统或多片自由曲面镜实现(两套PGU、三片以上自由曲面镜)，即两套独立的所述AR-HUD系统分别对不同成像画面的光线投射，但是两套或者多套AR-HUD方式存在体积大，成本高，装配要求高等问题。

因此，现有技术的AR-HUD显示系统无法实现不同距离显示画面的显示，显示距离不得当反而会给驾驶人员的操作带来麻烦，威胁驾驶人员的安全。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置能够投射出不同光程距离的显示画面，以根据不同光程距离显示一近投影面和一远投影面。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述显示系统仅由一所述的双光程投射装置投射显示两不同显示距离的成像画面，即远距离成像画面和近距离成像画面，有利于提升观察者的体验感受。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置根据成像光线的波动方向调整远距离成像光线和近距离成像光线的光程距离，从而形成所述远投影面和所述近投影面。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置包括一偏振分光装置，由所述偏振分光装置基于远距离成像光线和近距离成像光线的偏振方向，调整所述远距离成像光线和所述近距离成像光线的光程距离，以形成所述远投影面和所述近投影面。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置可调整地改变发射光线的偏振方向，使得所述显示系统切换地显示远距离画面和近距离画面，有利于观察者观察不同显示距离的画面信息。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置的所述偏振分光装置调整得到的远距离显示画面和近距离显示画面的像素高成像画面清晰。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置的所述偏振分光装置的成本低、体积小、安装难度低。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置可选择不同的尺寸和安装角度，以调整前后投影的距离和成像像面的大小。所述显示系统可被应用于车辆的抬头显示系统，通过调整所述双光程投射装置的尺寸和安装角度适应于不同车辆的挡风玻璃。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置的所述偏振分光装置基于特定的S光或P光进行投影成像，以实现单独不同远近的单幅画面显示。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置的所述偏振分光装置基于特定的S光和P光进行投影成像，以实现远距离画面和近距离画面的同时显示。所述显示系统同时将近距离显示光线和远距离显示光线投射，以使得近投影面和远投影面同时显示。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置的所述偏振分光装置的一投射光源选择相应偏振态的激光光源，经过所述偏振分光装置后，所述激光光源发射的激光光线的光效不会降低，从而有利于提升所述显示系统的成像画面质量。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置可以通过不同的波段镀膜实现特定要求不同波段颜色光的投影成像，即选择使用不同波段的光线，以显示出不同颜色的远距离显示画面和近距离显示画面，有利于提升所述显示系统的视觉体验。

本发明的另一个优势在于提供一双光程投射装置和显示系统，其中所述双光程投射装置包括至少一偏振转换装置，由所述偏振转换装置调整出射光线的偏振方向，避免了观察者因携带偏振态镜片导致无法观察成像，提升观察者的使用体验。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一双光程投射装置，适于一像发生元件，其发出一远成像光线和一近成像光线，包括：

一分光元件，所述分光元件适于引导所述远成像光线，以得到一近成像光路，和引导所述近成像光线，以得到一远成像光路；

至少一光增程元件，其中所述分光元件引导所述远成像光路的光线至所述光增程元件，其中所述光增程元件被配置为增加所述远成像光线的光程；以及

一光出射元件，其中所述分光元件引导所述近成像光线至所述光出射元件，所述光增程元件引导所述远成像光线至所述光出射元件，所述光出射元件以不同光程出射所述远成像光线和所述近成像光线。

根据本发明的一个实施例，所述分光元件为偏振分光膜，借以所述分光元件透射所述近成像光线至所述光出射元件，和反射所述远成像光线至所述光增程元件。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件具有至少一光反射面，其中所述光反射面朝向于所述分光元件和所述光出射元件，借以所述光反射面以反射所述远成像光线的方式增加所述远成像光线的光程。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件包括一第一反射单元和一第二反射单元，其中所述第一反射单元与所述分光元件相间隔地和面对面地设置，所述第二反射单元与所述光出射元件相间隔地和面对面地设置，其中在所述分光元件和所述第一反射单元之间形成一第一反射光路，所述第一反射单元和所述第二反射单元之间形成一第二反射光路，所述第二反射单元和所述光出射元件之间形成一第三反射光路，所述远成像光线经由所述第一反射光路、所述第二反射光路以及所述第三反射光路至所述光出射元件。

根据本发明的一个实施例，所述光出射元件为半透半反膜，借以所述光出射元件透射所述近成像光线和反射所述远成像光线。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一分光棱镜和至少一反光棱镜，其中所述分光元件和所述光出射元件被设置于所述分光棱镜的表面，所述光增程元件的所述第一反射单元和所述第二反射单元被设置于所述反光棱镜。

根据本发明的一个实施例，所述分光元件和所述光出射元件以镀膜的方式被一体地成型于所述分光棱镜。

根据本发明的一个实施例，所述分光棱镜为三棱镜，所述分光元件和所述光出射元件被设置于所述分光棱镜的侧面，借以所述近成像光线经由所述分光棱镜至所述光出射元件，以形成所述近成像光路。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件的所述第一反射单元和所述第二反射单元为平面反射膜，所述第一反射单元和所述第二反射单元被以镀膜的方式设置于所述反光棱镜，以提供所述光反射面。

根据本发明的一个实施例，所述反光棱镜与所述分光棱镜相互粘合，借以所述远成像光线经由所述反光棱镜至所述第一反射单元和所述第二反射单元，以形成所述远成像光路。

根据本发明的一个实施例，所述反光棱镜包括一第一棱镜单元和一第二棱镜单元，所述第一反射单元被设置于所述第一棱镜单元，所述第二反射单元被设置于所述第二棱镜单元，其中所述第一反射光路被形成于所述第一棱镜单元，所述第二反射光路被形成于所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元，所述第三反射光路被形成于所述第二棱镜单元。

根据本发明的一个实施例，所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元为四角棱镜，所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元基于光线传输方向相互贴合，并且所述第一棱镜单元以其光入射面朝向于所述分光元件的方式贴附于所述分光元件，其中所述第二棱镜单元以其光出射面朝向于所述光出射元件的方式贴附于光出射元件。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一显示系统，包括：

一像发生元件，其发出一远成像光线和一近成像光线；

一双光程投射装置，所述像发生元件发射所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置，所述双光程投射装置进一步包括：

一分光元件，所述分光元件适于引导所述远成像光线，以得到一近成像光路，和引导所述近成像光线，以得到一远成像光路；

至少一光增程元件，其中所述分光元件引导所述远成像光路的光线至所述光增程元件，其中所述光增程元件被配置为增加所述远成像光线的光程；以及

一光出射元件，其中所述分光元件引导所述近成像光线至所述光出射元件，所述光增程元件引导所述远成像光线至所述光出射元件；以及

一成像载体，所述光出射元件以不同光程出射所述远成像光线和所述近成像光线至所述成像载体。

根据本发明的一个实施例，所述分光元件为偏振分光膜，借以所述分光元件透射所述近成像光线至所述光出射元件，和反射所述远成像光线至所述光增程元件。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件具有至少一光反射面，其中所述光反射面朝向于所述分光元件和所述光出射元件，借以所述光反射面以反射所述远成像光线的方式增加所述远成像光线的光程。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件包括一第一反射单元和一第二反射单元，其中所述第一反射单元与所述分光元件相间隔地和面对面地设置，所述第二反射单元与所述光出射元件相间隔地和面对面地设置，其中在所述分光元件和所述第一反射单元之间形成一第一反射光路，所述第一反射单元和所述第二反射单元之间形成一第二反射光路，所述第二反射单元和所述光出射元件之间形成一第三反射光路，所述远成像光线经由所述第一反射光路、所述第二反射光路以及所述第三反射光路至所述光出射元件。

根据本发明的一个实施例，所述光出射元件为半透半反膜，借以所述光出射元件透射所述近成像光线和反射所述远成像光线。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一分光棱镜和至少一反光棱镜，其中所述分光元件和所述光出射元件被设置于所述分光棱镜的表面，所述光增程元件的所述第一反射单元和所述第二反射单元被设置于所述反光棱镜。

根据本发明的一个实施例，所述分光元件和所述光出射元件以镀膜的方式被一体地成型于所述分光棱镜。

根据本发明的一个实施例，所述分光棱镜为三棱镜，所述分光元件和所述光出射元件被设置于所述分光棱镜的侧面，借以所述近成像光线经由所述分光棱镜至所述光出射元件，以形成所述近成像光路。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件的所述第一反射单元和所述第二反射单元为平面反射膜，所述第一反射单元和所述第二反射单元被以镀膜的方式设置于所述反光棱镜，以提供所述光反射面。

根据本发明的一个实施例，所述反光棱镜与所述分光棱镜相互粘合，借以所述远成像光线经由所述反光棱镜至所述第一反射单元和所述第二反射单元，以形成所述远成像光路。

根据本发明的一个实施例，所述反光棱镜包括一第一棱镜单元和一第二棱镜单元，所述第一反射单元被设置于所述第一棱镜单元，所述第二反射单元被设置于所述第二棱镜单元，其中所述第一反射光路被形成于所述第一棱镜单元，所述第二反射光路被形成于所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元，所述第三反射光路被形成于所述第二棱镜单元。

根据本发明的一个实施例，所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元为四角棱镜，所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元基于光线传输方向相互贴合，并且所述第一棱镜单元以其光入射面朝向于所述分光元件的方式贴附于所述分光元件，其中所述第二棱镜单元以其光出射面朝向于所述光出射元件的方式贴附于光出射元件。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一匀光元件，其中所述匀光元件被设置于所述像发生元件和所述双光程投射装置之间，所述匀光元件被配置为散布所述像发生元件的光束。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一反光镜，其中所述反光镜沿所述光投射方向被设置于所述双光程投射装置和所述成像载体之间，藉由所述反射镜调整投射至所述成像载体的位置和成像画幅。

根据本发明的一个实施例，所述反光镜进一步包括一第一反光镜单元和一第二反光镜单元，其中所述第一反光镜单元和所述第二反光镜单元被相间隔地和面对面地设置，所述第一反光镜单元和所述第二反光镜单元被配置为调整所述近成像光线和所述远成像光线的成像特性。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一偏振光学元件，其中所述偏振光学元件被设置于所述双光程投射装置和所述成像载体之间，所述偏振光学元件被配置为调整投射至所述成像载体的光线的偏振方向。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一车辆抬头显示装置，适于一车辆，其包括一车辆主体和一玻璃，包括：

一像发生元件，其发出一远成像光线和一近成像光线；和

一双光程投射装置，所述像发生元件发射所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置，所述双光程投射装置进一步包括：

一分光元件，所述分光元件适于引导所述远成像光线，以得到一近成像光路，和引导所述近成像光线，以得到一远成像光路；

至少一光增程元件，其中所述分光元件引导所述远成像光路的光线至所述光增程元件，其中所述光增程元件被配置为增加所述远成像光线的光程；以及

一光出射元件，其中所述分光元件引导所述近成像光线至所述光出射元件，所述光增程元件引导所述远成像光线至所述光出射元件，所述光出射元件以不同光程出射所述远成像光线和所述近成像光线至所述玻璃。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件具有至少一光反射面，其中所述光反射面朝向于所述分光元件和所述光出射元件，借以所述光反射面以反射所述远成像光线的方式增加所述远成像光线的光程。

根据本发明的一个实施例，所述光增程元件包括一第一反射单元和一第二反射单元，其中所述第一反射单元与所述分光元件相间隔地和面对面地设置，所述第二反射单元与所述光出射元件相间隔地和面对面地设置，其中在所述分光元件和所述第一反射单元之间形成一第一反射光路，所述第一反射单元和所述第二反射单元之间形成一第二反射光路，所述第二反射单元和所述光出射元件之间形成一第三反射光路，所述远成像光线经由所述第一反射光路、所述第二反射光路以及所述第三反射光路至所述光出射元件。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的第一较佳实施例的一显示系统的整体示意图。

图2是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统的一双光程投射装置的整体示意图。

图3是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统近距离投射成像的示意图。

图4是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统远距离投射成像的示意图。

图5是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统近距离和远距离双投射成像的示意图。

图6是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统近距离和远距离双投射成像时，所述双光程投射装置处理光线的示意图。

图7是根据本发明第二较佳实施例的一显示系统的示意图。

图8是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统的一双光程投射装置的示意图。

图9是根据本发明上述较佳实施例的所述显示系统的投影示意图。

图10是应用本发明上述较佳实施例的所述显示系统的一车辆的示意图，其中所述显示系统的所述双光程投射装置作为抬头显示被设置于所述车辆的挡风玻璃。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照本发明说明书附图之图1至图7所示，依照本发明第一较佳实施例的一显示系统在接下来的描述中被阐明。所述显示系统包括一双光程投射装置10、一成像载体20以及一像发生元件30，其中所述双光程投射装置10投射成像光线至所述成像载体20。所述成像载体20具有一投射面201和一成像面202，其中所述双光程投射装置10投射所述成像光线至所述成像载体20的所述投射面201，并且所述显示系统的观察者面对于所述成像载体20的所述投射面201。所述像发生元件30投射成像光线至所述双光程投射装置10，由所述双光程投射装置10基于所述成像载体20的位置投射所述成像光线至所述投射面201的特定位置，以供观察者在特定位置透过所述成像载体20看到所述像发生元件30生成图像对应的虚像。本领域技术人员可以理解的是，所述显示系统可以被实施为一AR显示系统(AR-HUD)，或者被实施为应用于车辆的抬头显示装置，其中所述显示系统被以投射的方式设置于所述车辆的挡风玻璃。由所述显示系统投射两种不同光程的成像光线，以供观察者观察到两种不同距离的成像画面。可以理解的是，所述显示系统可以但不限于一AR-HUD，所述显示系统还可被实施为W-HUD或其他可选的实施方式。

所述成像载体20的所述投射面201反射所述双光程投射装置10的成像光线至观察者的眼睛，其中所述成像载体20基于所述双光程投射装置10投射成像光线的光程和所述成像载体20反射所述成像光线的光程形成至少一虚像的成像画面于所述成像面202的外侧。在本发明的该优选实施例中，所述显示系统的所述像发生元件30发射带有图像信息的成像光线至所述双光程投射装置10。所述像发生元件30可调整地发射一远成像光线和一近成像光线至所述双光程投射装置10，藉由所述双光程投射装置10调整所述远成像光线的光程，使得所述双光程投射装置10投射至所述成像载体20的所述远成像光线和所述近成像光线的光程不同。因此，观察者基于所述显示系统的所述成像载体20看到所述双光程投射装置10投射的远成像光线形成一远投影面101；观察者基于所述显示系统的所述成像载体20看到所述双光程投射装置10投射的近距离成像光线形成一近投影面102，其中所述远投影面101距离所述成像载体20的距离大于所述近投影面102距离所述成像载体20的距离。值得一提的是，所述远投影面101和所述近投影面102是形成于所述成像载体20的所述成像面202外侧的虚像画面。可以理解的是，在本发明的该优选实施例中，所述像发生元件30交替地投射所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置10，以使得所述显示系统交替地形成所述远投影面101和所述近投影面102。

可选地，在本发明的其他可选实施方式中，所述像发生元件30投射所述近成像光线和远成像光线至所述双光程投射装置10，藉由所述双光程投射装置10投射所述近成像光线和所述远成像光线至所述成像载体20，以同时形成所述远投影面101和所述近投影面102。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述像发生元件30可以但不限于一图像生成单元(PGU)，其中所述像发生元件30可交替地投射所述近成像光线和所述远成像光线至所述双光程投射装置10，或者由所述像发生元件同时投射所述近成像光线和所述远成像光线至所述双光程投射装置10。值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述像发生元件30发射的所述近成像光线和所述远成像光线的光线偏振方向不同。示例性地，所述近成像光线为P偏振光时，所述远成像光线为S偏振光。可以理解的是，所述像发生元件30可交替地或同时地投射具有不同偏振方向的所述远成像光线和近成像光线至所述双光程投射装置10；或者由所述像发生元件30投射具有所述远成像光线和近成像光线的圆偏振光至所述双光程投射装置10。

如图4至图6所示，当所述像发生元件30投射所述近成像光线至所述双光程投射装置10时，由所述双光程投射装置10投射所述近成像光线至所述成像载体20，其中所述成像载体20反射所述近成像光线至观察者，以使所述观察者通过所述成像载体20观察到所述成像载体20外的所述近投影面102的图像内容。当所述像发生元件30投射所述远成像光线至所述双光程投射装置10时，由所述双光程投射装置10投射所述远成像光线至所述成像载体20，其中所述成像载体20反射所述远成像光线至观察者，以使所述观察者通过所述成像载体20观察到所述成像载体20外的所述远投影面101的图像内容。当所述像发生元件30同时投射所述近成像光线和所述远成像光线至所述成像载体20时，由所述双光程投射装置10投射所述近成像光线和所述远成像光线至所述成像载体20，其中所述成像载体20反射所述近成像光线和所述远成像光线至观察者，以使所述观察者通过所述成像载体20观察到所述成像载体20外的所述近投影面102和所述远投影面101的图像内容。

所述像发生元件30被可调整地发射所述近成像光线和所述远成像光线；或者由所述像发生元件30同时发射所述近成像光线和所述远成像光线。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述像发生元件30发射的所述近成像光线和所述近成像光线的光线频率不同，使得所述像发生元件30投射的所述近成像光线和所述远成像光线的图像颜色不同。换言之，观察者通过所述成像载体20看到的所述近投影面102和所述远投影面101的虚像的颜色不同，以利于观察者分别和识别近投影信息和远投影信息。更优选地，所述像发生元件30投射的所述近成像光线和所述远成像光线为激光光线。

本领域技术人员可以理解的是，所述远投影面101与所述成像载体20的所述成像面202距离与所述远成像光线在所述成像载体20的所述投射面201的光程距离相同，即所述像发生元件30发出的所述远成像光线经由所述双光程投射装置10和所述成像载体20的所述投射面201到达观察者的距离。同理，所述近投影面102与所述成像载体20的所述成像面202距离与所述近成像光线在所述成像载体20的所述投射面201的光程距离相同。因此，所述远成像光线和所述近成像光线的光程距离决定所述远投影面101和所述近投影面102的成像位置。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述显示系统仅由一所述的双光程投射装置10即可投射两不同光程的成像光线至所述成像载体20。所述成像载体20的所述投射面201反射所述远成像光线和所述近成像光线至观察者，所述成像载体20基于所述观察者距离在所述成像面202的外侧形成对应于所述像发生元件30的所述远投影面101和所述近投影面102。因此，所述显示系统不需要额外设置两个或两个以上的双光程投射装置，可以降低所述显示系统的制造成本，和缩小所述显示系统的整体体积大小，有利于所述显示系统的小型化。

本发明说明书附图之图2具体阐述了所述显示系统的所述双光程投射装置10，所述双光程投射装置10包括一分光元件11、至少一光增程元件13以及一光出射元件14，其中所述光增程元件13和所述光出射元件14基于所述分光元件11光传播方向被设置于所述分光元件11。所述像发生元件30发射所述远成像光线和/或所述近成像光线至所述分光元件11，其中所述分光元件11引导所述近成像光线至所述光出射元件14，由所述光出射元件14出射所述近成像光线，以投射至所述成像载体20。所述分光元件11引导所述远成像光线至所述光增程元件13，藉由所述光增程元件增加所述远成像光线的光程，并引导所述远成像光线至所述光出射元件14，以供所述光出射元件14出射所述远成像光线，以投射至所述成像载体20。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述分光元件11基于所述像发生元件30投射的所述远成像光线和所述近成像光线形成一远成像光路110和一近成像光路120，其中所述远成像光路自所述分光元件11经由所述光增程元件13到达所述光出射元件14，藉由所述光增程元件13增加所述远成像光路110的长度；其中所述分光元件11引导所述近成像光线经由所述近成像光路120直射至所述光出射元件14，以使得所述远成像光路110的光程长度大于所述近成像光路120的长度。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述光增程元件13通过光反射所述远成像光线的方式增加所述远成像光路110的长度，从而使得所述远成像光线的光程大于所述近成像光线的光程长度。

所述像发生元件30发射的所述远成像光线和所述近成像光线的偏振特性不同，所述分光元件11基于所述近成像光线的偏振特性引导所述近成像光线经由所述近成像光路120直射至所述光出射元件14；所述分光元件11基于所述远成像光线的偏振特性引导所述远成像光线经由所述光增程元件13反射至所述光出射元件14，藉由所述光出射元件14出射不同光程长度的所述近成像光线和所述远成像光线。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述分光元件11基于所述近成像光线的偏振特性透射所述近成像光线至所述近成像光路120，所述分光元件11基于所述远成像光线的偏振特性反射所述远成像光线至所述远成像光路110，藉由所述光增程元件13反射所述远成像光线至所述光出射元件14，以增加所述远成像光路120的长度。

示例性地，所述像发生元件30产生的所述近成像光线为P状态下R光，所述远成像光线为S状态下的G/B光，其中所述分光元件11被实施为一偏振分光元件，其中所述偏振分光元件可允许P状态下R光透过而反射S状态下的G/B光。换言之，所述近成像光线被所述分光元件11投射，而所述分光元件11反射所述远成像光线。本领域技术人员容易理解的是，所述近成像光线和所述远成像光线的偏振态可基于所述分光元件11的偏振特性而改变，即所述近成像光线可以被实施为S状态下的G/B光，所述远成像光线被实施为P状态下R光。此时，所述分光元件11可透过S状态下近成像光线，而反射所述P状态下的所述远成像光线。

值得一提的是，所述像发生元件30产生的所述近成像光线和所述远成像光线具有特性的偏振特性，所述分光元件11透过所述近成像光线而反射所述远成像光线。因此，所述分光元件11在透射或反射光线时，不会降低所述近成像光线或所述远成像光线光效，不影响近成像光线或所述远成像光线的传播效率，有利于提高所述显示系统的系统光效。

所述光增程元件13具有至少一光反射面，其中所述光反射面朝向于所述分光元件11和所述光出射元件14，其中所述分光元件反射的所述远成像光线至所述光增程元件13的所述光反射面，并由所述光程元件13的所述光反射面反射所述远成像光线至所述光出射面14，藉由所述光反射面反射至少一次所述远成像光线，以增加所述远成像光线的光程。可以理解的是，所述分光元件反射的所述远成像光线被所述光增程元件13的所述光反射面反射至少一次，并反射所述远成像光线至所述光出射元件14。

如图2所示，所述分光元件11被实施为一偏振分光膜，其中所述分光元件11透射所述近成像光线至所述光出射元件14，和反射所述远成像光线至所述光增程元件13，藉由所述光增程元件13至少一次反射所述远成像光线至所述光出射元件14，以增加所述远成像光路110的长度。相应地，所述光增程元件13基于所述分光元件11反射所述远成像光线的方向和所述光出射元件14的位置反射所述远成像光线，以形成所述远成像光路110。所述光增程元件13包括一第一反射单元131和一第二反射单元132，其中所述分光元件11反射所述远成像光线至所述第一反射单元131，所述第一反射单元131反射所述远成像光线至所述第二反射单元132，其中所述第二反射单元132反射所述远成像光线至所述光出射元件14。

所述第一反射单元131与所述分光元件11被相互间隔地和面对面地设置，其中所述分光元件11反射所述远成像光线至所述第一反射单元131，在所述分光元件11和所述第一反射单元131之间形成一第一反射光路301。所述第一反射单元131反射所述远成像光线至所述第二反射单元132，并在所述第一反射单元131和所述第二反射单元132之间形成一第二反射光路302。所述第二反射单元132与所述光出射元件14被相互间隔地和面对面地设置，所述第二反射单元132反射所述第一反射单元131反射的所述远成像光线至所述光出射元件14，并在所述第二反射单元202和所述光出射元件14之间形成一第三反射光路303，藉由所述光出射元件14投射所述远成像光线。

可以理解的是，所述像发生元件30生成的所述近成像光线经由所述分光元件11透射至所述光出射元件14，所述远成像光线被所述分光元件11反射至所述光增程元件13，藉由所述光增程元件13的所述第一反射单元131和所述第二反射单元132经两次反射至所述光出射元件14，以增加所述远成像光线的光程距离。优选地，所述光增程元件13的所述第一反射单元131和所述第二反射单元132被实施为一平面反射膜，藉由所述第一反射单元131和所述第二反射单元132分别提供所述光反射平面，以反射所述分光元件反射的所述远成像光线。

所述分光元件11透射所述近成像光线至所述光出射元件14，藉由所述光出射元件14以透射的方式投射所述近成像光线，其中所述光增程元件13反射所述远成像光线至所述光出射元件14，藉由所述光出射元件14以反射的方式投射所述远成像光线。相应地，所述光出射元件14为一半透半反膜，其中所述光出射元件14允许所述近成像光线透过和允许所述远成像光线在所述光出射元件14的表面反射。优选地，所述光出射元件14为偏振分光膜。

如图2所示，所述双光程投射装置10进一步包括一分光棱镜15和至少一反光棱镜16，其中所述分光元件11、所述光增程元件13以及所述光出射元件14被设置于所述分光棱镜15或所述反光棱镜16，藉由所述分光棱镜15或所述反光棱镜16固定和支持所述分光元件11、所述光增程元件13以及所述光出射元件14。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述分光元件11和所述光出射元件14被设置于所述分光棱镜15。更优选地，所述分光元件11和所述光出射元件14通过镀膜或粘接的方式一体地成型于所述分光棱镜15的外表面。可选地，所述分光元件11和所述光出射元件14通过贴附的方式设置于所述分光棱镜15的表面。

在本发明的该优选实施例中，所述分光元件11和所述光出射元件14被背对背地设置于所述分光棱镜15，其中所述分光元件11透射所述近成像光线经由所述分光棱镜至所述光出射元件14。所述分光元件11透射所述近成像光线至所述分光棱镜15，其中所述近成像光路120被形成于所述分光棱镜15。优选地，所述分光棱镜15与所述反光棱镜16相互粘合，所述分光元件11在所述反光棱镜16反射所述远成像光线形成所述远成像光路110，即所述远成像光路110被形成于所述反光棱镜16。

所述光增程元件13的所述第一反射单元131和所述第二反射单元132被设置于所述反光棱镜16，其中所述第一反射单元131通过所述反光棱镜16与所述分光元件11相隔开地和面对面地设置；所述第二反射单元132通过所述反光棱镜16与所述光出射元件14相隔开地和面对面地设置。可以理解的是，所述远成像光线的光程由所述反光棱镜16的宽度决定。

所述反光棱镜16包括一第一棱镜单元161和一第二棱镜单元162，其中所述第一反射单元131被设置于所述第一棱镜单元161的表面，所述第二反射单元132被设置于所述第二棱镜单元162的表面。所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162基于光线传输方向相互贴合，可以理解的是，所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162还可以被设施为一体式结构，即所述反光棱镜16一体成型。

更优选地，所述分光棱镜15为三棱镜，所述反光棱镜16的所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162为四角棱镜，所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162被贴附于所述分光棱镜15。所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162的贴附方式可以是胶合或粘贴等方式。所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162分别具有一光入射面和一光出射面，其中所述远成像光线的光线自所述光入射面入射至所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162，并且第一棱镜单元和所述第二棱镜单元162的反射光线自所述光出射面出射。

所述第一棱镜单元161以其光入射面朝向于所述分光元件11的方式贴附或粘合于所述分光元件11；所述第二棱镜单元162以其光出射面朝向于所述光出射元件14的方式贴附或粘合于光出射元件14。所述分光棱镜15反射所述远成像光线经由所述第一棱镜单元161至所述第一反射单元131，即所述第一反射光路301被形成于所述第一棱镜单元161。所述第一反射单元131反射所述远成像光线经由所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162至所述第二反射单元132，即所述第二反射光路302被形成于所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162。所述第二反射单元132反射所述远成像光线经由所述第二棱镜单元162至所述光出射元件14，即所述第三反射光路303被形成于所述第二棱镜单元162。

所述光增程元件13的所述第一反射单元131被设置于所述反射棱镜16的所述第一棱镜单元161，其中所述第一反射单元131被所述第一棱镜单元161间隔，并与所述分光元件11面对面地设置。所述光增程元件13的所述第二反射单元132被设置于所述反射棱镜16的所述第二棱镜单元162，其中所述第二反射单元被132被所述第二棱镜单元162间隔，并与所述光出射元件14面对面地设置。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述第一反射单元131和所述第二反射单元132被以镀膜的方式一体地成型于所述反射棱镜16的所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162。可选地，所述第一反射单元131和所述第二反射单元132被贴附或粘贴于所述反射棱镜16的所述第一棱镜单元161和所述第二棱镜单元162。

如图2所示，所述显示系统进一步包括一匀光元件40，其中所述匀光元件40被设置于所述双光程投射装置10光入射方向的前端，其中所述像发生元件30投射所述远成像光线和所述近成像光线至所述匀光元件40，藉由所述匀光元件40均匀地散布投射至所述双光程投射装置10的光束。换言之，所述像发生元件30发出的携带显示信息的所述远成像光线和/或近成像光线经所述匀光元件40匀化发散至所述双光程投射装置10。可以理解的是，所述双光程投射装置10基于所述反射棱镜16的尺寸改变所述远成像光线的光程。可以理解的是，所述匀光元件40还被配置为显示图像。

所述显示系统进一步包括至少一反光镜50，其中所述反光镜50被设置于所述双光程投射装置10和所述成像载体20之间，所述反光镜50沿所述双光程投射装置10投射光线方向被设置于所述双光程投射装置10的后方。所述双光程投射装置10投射所述远成像光线和/或所述近成像光线至所述反光镜50，所述反光镜50反射所述远成像光线和/或所述近成像光线至所述成像载体20的特定位置处。所述双光程投射装置10通过所述反光镜50反射所述成像光线至所述成像载体20，藉由所述反光镜50调整所述近投影面102和所述远投影面101的位置和成像面的大小。

所述反光镜50包括一第一反光镜单元51和一第二反光镜单元52，其中所述第一反光镜单元51和所述第二反光镜单元52相隔开地和面对面的设置，其中所述双光程投射装置10发出所述近成像光线/或所述远成像光线至所述第一反光镜单元51。所述第一反光镜单元51反射所述近成像光线和/或所述远成像光线至所述第二反光镜单元52，藉由所述第二反光镜单元52反射所述近成像光线和/或所述远成像光线至所述成像载体20的所述投射面201。

所述反光镜50的所述第一反光镜单元51和所述第二反光镜单元52被用于调整所述显示系统的成像特性，即基于观察者的视角调整所述远成像面和所述近成像面的位置以及调整像的正反特性等。

所述反光镜50整形所述双光程投射装置10投射的光线，以适于观察者观察到的所述近投影面102和所述远投影面101的成像面的图像内容。优选地，在本发明的该优选实施例，所述反光镜50的所述第一反光镜单元51和所述第二反光镜52为自由曲面的反光镜，以调整投射至所述成像载体20的成像面的大小和图像的形状，以适于观察者观察。

参照本发明说明书附图之图7至图9所示，依照本发明第二较佳实施例的一显示系统在接下来的描述中被阐明。所述显示系统包括一双光程投射装置10、一成像载体20、一像发生元件30、一匀光元件40以及一反光镜50。与上述第一较佳实施例不同的是，所述显示系统进一步包括一偏振光学元件60，其中所述偏振光学元件60沿所述成像光线的传播方向被设置于所述双光程投射装置10和所述成像载体20之间，藉由所述偏振光学元件60调整所述近成像光线和所述远成像光线的偏振方向。

优选地，所述偏振光学元件60被设置于所述双光程投射装置10的光出射方向。可以理解的是，由所述双光程投射装置10出射的所述近成像光线和所述远成像光线为线偏振光或其他类型的偏振光，所述偏振光学元件60被配置为改变所述近成像光线和所述远成像光线的偏振态，以使得投射至所述成像载体20的光线为圆偏振光或椭圆偏振光，从而避免观察者因携带偏振态镜片导致无法观察成像。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述偏振光学元件60被实施为一四分之一玻片，其中所述偏振光学元件60被贴附于所述双光程投射装置10投射方向的外侧。可选地，所述偏振光学元件60被设置于所述反光镜50和所述成像载体之间。

参照本发明说明书附图之图10所示，依本发明另一方面的一车辆抬头显示装置在接下来的描述中被阐明。所述车辆抬头显示系统包括一车辆主体100和一显示系统，其中所述显示系统被搭载于所述车辆主体100。所述显示系统的所述显示透镜20被实施为车辆的一玻璃。示例性地，所述车辆抬头显示装置被安装于车辆的挡风玻璃的内侧，其中所述显示透镜20可被实施为车辆的前挡风玻璃。可以理解的是，所述显示透镜20的还可以被实施为单独的玻璃透镜，其被设置于所述车辆的挡风玻璃的内侧。

值得一提的是，所述显示系统与上述较佳实施例的所述显示系统的结构和功能相同。所述显示系统的所述像发生元件30基于车辆显示信息生成一近成像信息和一远成像信息，其中所述像发生元件30基于所述近成像信息得到所述近成像光线，其中所述近成像光线携带所述近成像信息且具有特定偏振特性。相应地，所述像发生元件30基于所述远成像信息得到所述远成像光线，其中所述远成像光线携带所述远成像信息且具有特定的偏振特性。

可以理解的是，在本发明的该优选实施例中，所述车辆抬头显示装置仅由一个所述像发生元件30即可投射两个不同距离的投影面，而无需多个像发生元件。此外，所述像发生元件30投射所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置10，藉由所述双光程投射装置10以不同光程的方式投射所述近成像光线和所述远成像光线至所述成像载体20，以使得车辆驾驶人员透过所述成像载体20观察到不同光程的所述远投影面101和所述近投影面102。

因此，可以理解的是，在本发明的该优选实施例中，所述车辆的玻璃即为所述显示系统的成像载体20，即所述双光程投射装置10投射所述像发生元件的光线至所述车辆的所述玻璃。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (19)

1.一双光程投射装置，适于投射一远成像光线和一近成像光线，其特征在于，包括：

一分光元件，所述分光元件适于引导所述远成像光线以得到一远成像光路，和引导所述近成像光线以得到一近成像光路；

一光出射元件，其中所述光出射元件被设置于所述近成像光路和所述远成像光路的光出射方向，所述光出射元件被配置为出射所述近成像光线和所述远成像光线；所述光出射元件为半透半反膜，借以所述光出射元件透射所述近成像光线和反射所述远成像光线；以及

至少一光增程元件，其中所述光增程元件沿所述远成像光路光传播方向被设置于所述分光元件和所述光出射元件之间，借以所述光增程元件增加所述远成像光线的光程，以使所述远成像光线的光程大于所述近成像光线的光程。

2.根据权利要求1所述的双光程投射装置，其中所述分光元件为偏振分光膜，借以所述分光元件透射所述近成像光线至所述光出射元件，和反射所述远成像光线至所述光增程元件。

3.根据权利要求1所述的双光程投射装置，其中所述光增程元件包括一第一反射单元和一第二反射单元，其中所述第一反射单元与所述分光元件相间隔地和面对面地设置，所述第二反射单元与所述光出射元件相间隔地和面对面地设置，其中在所述分光元件和所述第一反射单元之间形成一第一反射光路，所述第一反射单元和所述第二反射单元之间形成一第二反射光路，所述第二反射单元和所述光出射元件之间形成一第三反射光路，所述远成像光线经由所述第一反射光路、所述第二反射光路以及所述第三反射光路至所述光出射元件。

4.根据权利要求3所述的双光程投射装置，进一步包括至少一分光棱镜和至少一反光棱镜，其中所述分光元件和所述光出射元件被设置于所述分光棱镜的表面，所述光增程元件的所述第一反射单元和所述第二反射单元被设置于所述反光棱镜。

5.根据权利要求4所述的双光程投射装置，其中所述分光棱镜为三棱镜，所述分光元件和所述光出射元件被设置于所述分光棱镜的侧面，借以所述近成像光线经由所述分光棱镜至所述光出射元件出射，以形成所述近成像光路。

6.根据权利要求4所述的双光程投射装置，其中所述反光棱镜包括一第一棱镜单元和一第二棱镜单元，所述第一反射单元被设置于所述第一棱镜单元，所述第二反射单元被设置于所述第二棱镜单元，其中所述第一反射光路被形成于所述第一棱镜单元，所述第二反射光路被形成于所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元，所述第三反射光路被形成于所述第二棱镜单元。

7.根据权利要求6所述的双光程投射装置，其中所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元为四角棱镜，所述第一棱镜单元和所述第二棱镜单元基于光线传输方向相互贴合，并且所述第一棱镜单元以其光入射面朝向于所述分光元件的方式贴附于所述分光元件，其中所述第二棱镜单元以其光出射面朝向于所述光出射元件的方式贴附于所述光出射元件。

8.一显示系统，其特征在于，包括：

一像发生元件，其发出一远成像光线和一近成像光线；

如权利要求1至7任一所述的双光程投射装置，所述像发生元件发射所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置；以及

一成像载体，所述光出射元件出射所述远成像光线和所述近成像光线至所述成像载体。

9.根据权利要求8所述的显示系统，进一步包括一匀光元件，其中所述匀光元件被设置于所述像发生元件和所述双光程投射装置之间，所述匀光元件被配置为散布所述像发生元件的光束。

10.根据权利要求8所述的显示系统，进一步包括一反光镜，其中所述反光镜沿所述双光程投射装置投射光的方向被设置于所述双光程投射装置和所述成像载体之间，藉由所述反光镜调整投射至所述成像载体的光的位置和成像画幅。

11.根据权利要求10所述的显示系统，其中所述反光镜进一步包括一第一反光镜单元和一第二反光镜单元，其中所述第一反光镜单元和所述第二反光镜单元被相间隔地和面对面地设置，所述第一反光镜单元和所述第二反光镜单元被配置为调整所述近成像光线和所述远成像光线的成像特性。

12.根据权利要求8至11任一所述的显示系统，进一步包括一偏振光学元件，其中所述偏振光学元件被设置于所述双光程投射装置和所述成像载体之间，所述偏振光学元件被配置为调整投射至所述成像载体的光线的偏振方向。

13.根据权利要求8所述的显示系统，其中所述像发生元件交替地发出所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置的所述分光元件。

14.一车辆抬头显示装置，适于一车辆，其包括一车辆主体和一玻璃，其特征在于，包括：

一像发生元件，其发出一远成像光线和一近成像光线；和

如权利要求1至7任一所述的双光程投射装置，所述像发生元件发射所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置，借以所述光出射元件投射所述远成像光线和所述近成像光线至所述玻璃。

15.根据权利要求14所述的车辆抬头显示装置，进一步包括一匀光元件，其中所述匀光元件被设置于所述像发生元件和所述双光程投射装置之间，所述匀光元件被配置为散布所述像发生元件的光束。

16.根据权利要求15所述的车辆抬头显示装置，进一步包括一反光镜，其中所述反光镜沿所述双光程投射装置投射光的方向被设置于所述双光程投射装置和所述玻璃之间，藉由所述反光镜调整投射至所述玻璃的光的位置和成像画幅。

17.根据权利要求16所述的车辆抬头显示装置，其中所述反光镜进一步包括一第一反光镜单元和一第二反光镜单元，其中所述第一反光镜单元和所述第二反光镜单元被相间隔地和面对面地设置，所述第一反光镜单元和所述第二反光镜单元被配置为调整所述近成像光线和所述远成像光线的成像特性。

18.根据权利要求14至17任一所述的车辆抬头显示装置，进一步包括一偏振光学元件，其中所述偏振光学元件被设置于所述双光程投射装置和所述玻璃之间，所述偏振光学元件被配置为调整投射至所述玻璃的光线的偏振方向。

19.根据权利要求18所述的车辆抬头显示装置，其中所述像发生元件交替地发出所述远成像光线和所述近成像光线至所述双光程投射装置的所述分光元件。

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