CN114153066A - 抬头显示装置及抬头显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抬头显示装置及抬头显示系统，该抬头显示装置包括：立体视觉像源、透镜模组、反射元件及移动机构，立体视觉像源出射立体视觉光线；反射元件将立体视觉光线反射至外部成像装置，形成立体视觉虚像；透镜模组改变立体视觉光线的角度并将改变角度后的立体视觉光线聚集至第一区域，聚集后的立体视觉光线出射至反射元件；移动机构带动透镜模组移动，以调节立体视觉虚像的成像位置与外部成像装置之间的距离。本发明实施例提供的抬头显示装置，可在不同距离处形成立体视觉虚像，可有效避免驾驶员视线在实景与虚像间来回切换造成的疲劳；并且，提升了抬头显示装置的使用体验和驾驶安全性。

Description

抬头显示装置及抬头显示系统

技术领域

本发明属于光学显示技术领域，具体涉及一种抬头显示装置及抬头显示系统。

背景技术

抬头显示器(Head up display,HUD)是把时速、导航等重要的行车信息，通过反射式的光学系统投射到驾驶员前面的挡风玻璃或成像窗上，让驾驶员可做到不低头、不转头就能看到包括时速、导航等重要的驾驶信息的虚像。正常驾驶的情况下，驾驶员观察到的实际路况是立体的，因此HUD形成的平面画面无法与实际路况进行贴合显示；同时，图像的成像距离一般是不可调节的，这就使得挡风玻璃上的图像的成像位置与驾驶员的眼睛聚焦的位置常常不一致，例如当驾驶员注视远方的路面时，需要从远处路面的调节到近处来观察HUD形成的图像，产生视觉辐辏冲突，会导致驾驶员产生疲劳、恶心等不良状况。

发明内容

本发明至少一实施例提供一种抬头显示装置，包括：立体视觉像源、反射元件、透镜模组及移动机构；所述立体视觉像源出射可形成立体视觉图像的立体视觉光线；所述反射元件将入射至其的立体视觉光线反射至所述外部成像装置，经所述外部成像装置反射并形成立体视觉虚像；所述透镜模组设置在所述立体视觉像源与所述反射元件之间立体视觉光线的传播路径上，透射所述立体视觉光线，并改变经过其的立体视觉光线的方向；所述移动机构用于带动所述透镜模组沿所述立体视觉光线的传播路径移动，以调节所述立体视觉虚像的成像位置与所述外部成像装置之间的距离。

例如，在本发明的实施例中，所述透镜模组包括变焦透镜，所述变焦透镜具有可调节的光焦度。

例如，在本发明的实施例中，所述立体视觉像源包括图像生成部和立体视觉生成部；所述图像生成部出射图像光线，所述图像光线至少包括第一光线和第二光线；所述立体视觉生成部设置在所述图像生成部的出光方向上，所述图像光线经过所述立体视觉生成部后，所述第一光线出射至第一观察位置，第二光线出射至第二观察位置，以形成所述立体视觉图像。

例如，在本发明的实施例中，所述立体视觉生成部包括：阻挡层；所述阻挡层与所述图像生成部之间设有预设距离，所述阻挡层包括多个阻挡单元，且各阻挡单元间隔设置；各所述阻挡单元用于阻挡所述图像生成部出射的部分光线，以使得未被各所述阻挡单元阻挡的所述第一光线和所述第二光线分别出射至所述第一观察位置和所述第二观察位置。

例如，在本发明的实施例中，所述立体视觉生成部包括：柱状透镜层；所述柱状透镜层包括多个柱状透镜，所述柱状透镜层用于改变所述图像生成部出射光线的传播方向，以使得经过所述柱状透镜层的所述第一光线和所述第二光线分别出射至所述第一观察位置和所述第二观察位置。

例如，在本发明的实施例中，所述图像生成部包括：驱动单元，所述驱动单元用于交替顺序开启和关闭所述图像生成部，使得所述图像生成部交替顺序出射所述第一光线和所述第二光线。

例如，在本发明的实施例中，所述立体视觉生成部包括对设的第一表面和第二表面；所述第一表面包括多个棱镜部，所述第二表面包括多个曲面柱镜部；所述各个棱镜部与所述曲面柱镜部一一对应的设置；交替顺序出射的所述第一光线和所述第二光线入射至所述第一表面，交替顺序的经第二表面出射至所述第一观察位置和所述第二观察位置。

例如，在本发明的实施例中，所述图像生成部包括：至少一个光源，所述光源发出光线；导光元件，所述导光元件用于将所述光源发出的部分光线朝向所述导光元件的中心方向聚集；光线聚集元件，所述光线聚集元件用于将经过所述导光元件入射至所述光线聚集元件的光线聚集至预定区域；光线扩散元件，所述光线扩散元件用于扩散所述光线聚集元件聚集的且入射至所述光线扩散元件上的光线；液晶面板，所述液晶面板用于将所述光线扩散元件扩散的且入射至所述液晶面板的光线转化为图像光线并出射。

例如，在本发明的实施例中，所述导光元件包括设有内反射面的中空壳体，所述中空壳体包括对设的出光开口和端部开口；所述光源发出的光线经所述端部开口进入所述中空壳体，经所述内反射面反射，反射光线经所述出光开口出射至所述光线聚集元件。

例如，在本发明的实施例中，所述反射元件包括至少一个曲面反射镜。

例如，在本发明的实施例中，所述反射元件还包括至少一个平面反射镜。

例如，在本发明的实施例中，所述移动机构包括滑轨移动机构、带传送机构或齿轮平移机构中的至少一种。

本发明至少一实施例提供一种抬头显示系统，包括：上述任一项所述的抬头显示装置，以及：外部成像装置；所述外部成像装置用于反射所述反射元件出射的立体视觉光线，并在所述外部成像装置远离所述抬头显示装置的一侧形成立体视觉虚像。

例如，在本发明的实施例中，其中，所述外部成像装置面向所述抬头显示装置的表面设置有选择性反射膜；所述选择性反射膜用于以第一反射率反射所述立体视觉光线，且以第二反射率反射除所述立体视觉光线所在波段以外波段的光线；所述第一反射率大于所述第二反射率。

例如，在本发明的实施例中，还包括：偏振转换装置；所述偏振转换装置设置在所述反射元件与所述外部成像装置之间所述立体视觉光线的传播路径上；所述立体视觉像源出射包括第一线偏振态的立体视觉光线，所述偏振转换装置用于将入射至所述偏振转换装置的所述第一线偏振态的光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的立体视觉光线，转换后的所述圆偏振态或椭圆偏振态的立体视觉光线经所述外部成像装置反射并形成立体视觉虚像。

例如，在本发明的实施例中，还包括：采集模块，所述采集模块用于采集当前用户视觉信息、当前车辆驾驶信息中的至少一种；处理模块，所述处理模块与所述采集模块连接，接收所述采集模块采集的信息，处理所述信息并转化为调节指令；调节模块，所述调节模块与所述处理模块及所述移动机构连接，接收所述调节指令并执行，带动所述移动机构移动，以带动透镜模组沿所述立体视觉光线的传播路径前后移动以调节所述立体视觉虚像与所述外部成像装置之间的距离。

例如，在本发明的实施例中，所述用户视觉信息包括：瞳孔中心位置、瞳孔大小、角膜反射信息、凝视时间、凝视方向或凝视会聚位置中的至少一项。

例如，在本发明的实施例中，所述车辆驾驶信息包括：车速信息、距离信息中的至少一项。

例如，在本发明的实施例中，所述调节指令至少用于：调节所述透镜模组与所述反射元件之间的距离。

例如，在本发明的实施例中，所述立体视觉虚像与所述外部成像装置之间的距离包括预设距离区间；所述预设距离区间包括2～4米距离区间、7～14米距离区间及20～50米距离区间中的至少一种。

本发明实施例提供的上述方案中，通过在抬头显示装置中设置立体视觉像源，可形成具有立体视觉的虚像，立体视觉虚像与车辆外部的立体实景，如行人、车辆或建筑物等匹配显示的效果，优于现有技术中的平面虚像；并且设置透镜模组和移动装置，通过在光路上移动透镜模组调节抬头显示装置所成立体视觉虚像与用户或挡风玻璃之间的距离，抬头显示装置可在不同距离处成像，不同距离的成像可与当前用户如驾驶员视线聚焦的位置匹配，避免驾驶员的实现在固定距离的图像和不同距离的实景之间来回切换，避免驾驶员产生不适，进而提升了抬头显示装置的使用体验和驾驶安全性。

为使本发明的上述目的、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显示了本发明一个实施例抬头显示装置及抬头显示系统的示意图一；

图2显示了本发明一个实施例抬头显示装置及抬头显示系统的示意图二；

图3a显示了本发明一个实施例抬头显示装置的结构示意图三；

图3b显示了本发明一个实施例抬头显示装置的结构示意图四；

图4显示了本发明一个实施例抬头显示装置的立体视觉生成部对光线作用的示意图一；

图5显示了本发明一个实施例抬头显示装置的立体视觉生成部对光线作用的示意图二；

图6显示了本发明一个实施例抬头显示装置的立体视觉生成部对光线作用的示意图三；

图7显示了本发明一个实施例抬头显示装置的图像生成部的结构示意图；

图8显示了本发明一个实施例抬头显示装置的导光元件对光线作用的示意图一；

图9显示了本发明一个实施例抬头显示装置的导光元件对光线作用的示意图二；

图10显示了本发明一个实施例抬头显示装置的导光元件对光线作用的示意图三；

图11显示了本发明一个实施例抬头显示装置的光线聚集元件对光线作用的示意图；

图12显示了本发明一个实施例抬头显示装置的封装壳体的示意图；

图13显示了本发明一个实施例抬头显示系统的外部成像装置的示意图一；

图14显示了本发明一个实施例抬头显示系统的外部成像装置的示意图二；

图15显示了本发明一个实施例抬头显示系统的结构示意图三。

标号说明：10-立体视觉像源；11-图像生成部；111-光源；112-导光元件；1121-中空壳体端部开口；1122-中空壳体出光开口；1123-实心透明部件端部；1124-实心透明部件出光面；1125-实心透明部件空腔；1126-实心透明部件准直部；1127-实心透明部件开孔；113-光线聚集元件；114-光线扩散元件；115-液晶面板；12-立体视觉生成部；121-阻挡层；122-柱状透镜层；1201-立体视觉生成部第一表面；1202-立体视觉生成部第二表面；20-反射元件；21-曲面反射镜；22-平面反射镜；30-透镜模组；40-移动机构；50-封装壳体；51-封装壳体出光口；52-透明防尘膜；53-防眩光罩；60-偏振转换装置；100-抬头显示装置；200-外部成像装置；201-选择性反射膜；202-偏振反射膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明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发明的方案，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。

本发明实施例提供一种抬头显示装置，用于出射光线至外部成像装置，如图1所示，抬头显示装置100包括：立体视觉像源10、反射元件20、透镜模组30及移动机构40；立体视觉像源10出射可形成立体视觉图像的立体视觉光线；反射元件20将入射至其的立体视觉光线反射至外部成像装置200，经外部成像装置200反射并形成立体视觉虚像V；透镜模组30设置在立体视觉像源10与反射元件20之间立体视觉光线的传播路径上，透射立体视觉光线，并改变经过其的立体视觉光线的方向；移动机构40用于带动透镜模组30沿立体视觉光线的传播路径移动，以调节立体视觉虚像V的成像位置与外部成像装置200之间的距离。

本实施例中，本实施例中，立体视觉像源10可形成立体视觉图像，并出射可形成立体视觉图像的立体视觉光线。形成立体视觉图像是通过分别给予双眼不同的画面，也即人的双眼观察到的是两副不同的画面，大脑经过对画面信息的叠加融合，构成具有立体视觉的画面，便产生了立体视觉；例如，双眼各自对应的画面，可以是同一物体或同一画面分别在左右眼观看角度下的视图画面。可以理解，用户如驾驶员直接观察立体视觉像源10时，观看到的是形成于立体视觉像源10表面的立体视觉实像；当立体视觉像源10与驾驶员之间还设置有其他光学元件，如反射式光学元件(例如，反射元件)、折射式光学元件(例如，透镜)，以及外部成像装置200，光线经过折射和/或反射等过程，最终在外部成像装置200的外侧(例如，远离抬头显示装置100的一侧)形成立体视觉虚像V，形成立体视觉虚像V的反射光线出射至观察区域，此时驾驶员的双眼位于观察区域就可观看到立体视觉虚像V；观察区域可以是眼盒区域(eyebox)，眼盒区域是可以正常观看和使用抬头显示系统的双眼区域，驾驶员双眼在眼盒区域内上下或左右移动，均可观看到抬头显示系统形成的虚像。抬头显示装置在使用过程中，车外的实景例如道路、行人、车辆和建筑物等均为立体物体，立体视觉虚像V相较于传统的平面虚像，与真实物体配合显示的效果更好，可有效消除用户如驾驶员观察真实立体世界与平面虚像时导致的视差。

本实施例中，反射元件20将入射至其的立体视觉光线反射至外部成像装置200。具体地，反射元件20包括至少一个曲面反射镜21，如图1所示，具体是曲面反射镜21的凹面接收并反射立体视觉光线；具体地，立体视觉像源10与曲面反射镜21之间的距离小于曲面反射镜21的焦距，根据凹面反射镜的反射成像性质可知，在待成像物体与凹面反射镜之间的光学距离小于曲面反射镜21的焦距情况下(也即，待成像物体位于凹面反射镜的一倍焦距以内)，凹面反射镜成正立放大的虚像，且虚像的像距随物距的增大而增大，也即待成像物体与凹面反射镜之间的光学距离越大，则成像距离越大，也即光线再经外部成像装置200反射后所成的立体视觉虚像V的成像距离越大。可选地，曲面反射镜21可以为自由曲面镜，自由曲面镜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。

进一步地，反射元件20还包括至少一个平面反射镜22，至少一个平面反射镜22设置在曲面反射镜21与立体视觉像源10之间，如图2中以抬头显示装置还包括一个平面反射镜22为例进行解释说明；平面反射镜22可以通过反射作用改变立体视觉光线的传播方向，可以压缩抬头显示装置的体积，进一步提升抬头显示装置的实用性。

本实施例中，透镜模组30设置在立体视觉像源10与反射元件20之间立体视觉光线的传播路径上，透射立体视觉光线并改变经过其的立体视觉光线的方向。透镜模组30包括凸透镜、凹透镜或菲涅尔透镜等光焦度不为零的光学器件，也即透镜模组30可以通过折射等作用弯折光线，改变经过其的光线的方向，将光线聚集(例如，凸透镜)或者发散(例如，凹透镜)；透镜模组30也可为至少两种上述透镜的组合，透镜组合可以消除像差、畸变等；本发明说明书附图中，以透镜模组30包括具有光线聚集作用的凸透镜为例进行说明，但不应视为对本发明的限制。

如图2、图3a及图3b所示，当抬头显示装置100还包括平面反射镜22时，透镜模组30可以设置在立体视觉像源10与平面反射镜22之间立体视觉光线的传播路径上，如图2所示；也可以设置在平面反射镜22与曲面反射镜21之间立体视觉光线的传播路径上，如图3a所示；或者，透镜模组30包括多个，同时设置在平面反射镜22与曲面反射镜21之间，以及平面反射镜22与立体视觉像源10之间立体视觉光线的传播路径上，如图3b所示；本实施例对此不做限制。

本实施例中，移动机构40用于带动透镜模组30沿立体视觉光线的传播路径移动，以调节立体视觉虚像V的成像位置与外部成像装置200之间的距离。具体地，移动机构40通过机械连接或固定连接中的至少一种与透镜模组30连接，以带动透镜模组30移动；具体地，立体视觉光线的传播路径，可以认为是立体视觉光线主轴光线的传播路径，主轴光线可以认为是立体视觉像源10中心点与曲面反射镜21中心点(如曲面反射镜21的四个顶点所围成面的几何中心)之间连线方向相同或接近的光线，主轴光线的方向代表了大多数立体视觉光线传播的主要方向。

本实施例中，立体视觉像源10发出立体视觉光线，立体视觉光线经反射元件20如曲面反射镜21反射后，出射至外部成像装置200，再经外部成像装置200反射后，在外部成像装置200远离抬头显示装置100的一侧形成立体视觉虚像V，如图1及图2所示；一般情况下，外部成像装置200如挡风玻璃，虽然也包括曲面面形，具有一定的光焦度，但其相对于曲面反射镜21而言，对光线影响作用较小，因此外部成像装置200对立体视觉虚像V的成像距离影响较小，立体视觉虚像V的成像距离主要由曲面反射镜21决定；也即在抬头显示装置的光学系统中，光焦度不为零(也即，具有屈光能力，可聚集或发散经过其的光线)的元件，会影响立体视觉虚像V的成像距离。

例如，透镜模组30具体是通过其聚集或发散光线的能力，实现对抬头显示装置成像距离的影响。在未设置透镜模组30的情况下，立体视觉像源10出射的光线经过反射元件20反射后出射，再经外部成像装置200反射成像，可以认为对于外部成像装置200处的反射过程而言，等效像源为立体视觉像源10经反射元件20所成的虚像；而在光路上设置透镜模组30后，此时对于外部成像装置200处的反射过程而言，等效像源为立体视觉像源10经过透镜模组30所成的虚像或实像，经反射元件20所成的虚像；因此，透镜模组30和曲面反射镜21共同决定了立体视觉虚像V的成像距离。

例如，以透镜模组30为凸透镜为例，当立体视觉像源10与透镜模组30之间的距离小于透镜模组30的焦距时，立体视觉光线经过透镜模组30后成正立的虚像；当立体视觉像源10与透镜模组30之间的距离大于透镜模组30的一倍焦距时，立体视觉光线经过透镜模组30后成倒立的实像；并且，所成虚像或实像的像距v，与立体视觉像源10与透镜模组30之间的距离u，以及透镜模组30的焦距f之间存在1/u+1/v＝1/f的关系。

通过上述对透镜模组30的解释说明可知，增加透镜模组30后，相较于未增加透镜模组30之前，立体视觉虚像V的成像距离会发生变化；但对于透镜模组30位置固定或者光焦度固定的情况下，立体视觉像源10经过透镜模组30所成的实像或虚像的位置固定，实像或虚像经反射元件20所成的虚像位置也是固定的，也即等效像源的位置固定；因此，要实现抬头显示装置的立体视觉虚像V具有可变化的成像距离，可以通过调整透镜模组30的位置(也即对于透镜模组30而言的物距u，可以是透镜模组30与立体视觉像源10之间的距离)，来实现对等效像源位置的调整；或者，也可以通过调整透镜模组30的光焦度(φ＝1/f)来实现对等效像源位置的调整，就实现了对立体视觉虚像V成像距离的调整。

具体地，上述元件之间的距离，可以认为是元件之间的几何距离，也可以认为是立体成像光线在元件之间的光学传播距离，具体可以是光线传播的几何距离与传播介质(如空气)的折射率之间的乘积。立体视觉虚像V的成像距离，也即立体视觉成像位置与外部成像装置200之间的距离，也可以认为是立体视觉虚像V成像位置与用户双眼所在的观察区域(如眼盒区域)之间的距离，因观察区域与外部成像装置200之间的距离一般为固定距离，因此在这种情况下，仍是通过调节透镜模组30的位置来调节成像距离。

可选地，透镜模组30包括变焦透镜，变焦透镜具有可调节的光焦度；通过上述解释可知，调节光焦度(也即，调节焦距)也可以实现对等效像源位置的调节，最终可实现对立体视觉虚像V成像距离的调节；变焦透镜具体可为液晶透镜、液体透镜等具有连续可变光焦度的透镜，随着调节电信号可对其进行变焦调节。变焦透镜在变焦的同时，需要配合移动机构40移动，调节变焦透镜与立体视觉像源10之间的距离，确保光焦度变化时能够清晰成像，避免影响立体视觉虚像V的成像。

本发明实施例中，通过在抬头显示系统中设置立体视觉像源10、反射元件20及透镜模组30，双眼位于观察区域的用户，如驾驶员可以观察到立体视觉虚像V；并且，可以通过调节透镜模组30的位置，或者透镜模组30的光焦度和透镜模组30的位置，来调节立体视觉虚像V的成像位置与外部成像装置200之间的距离，抬头显示装置可在不同成像距离处形成立体视觉虚像V，与实际立体路况的贴合效果较好，且可有效避免驾驶员视线来回切换造成的疲劳，提升了抬头显示装置的使用体验和驾驶安全性。

在本发明上述实施例的基础上，移动机构40包括滑轨移动机构、带传送机构或齿轮平移机构中的至少一种。例如，齿轮平移机构包括驱动件及齿轮，透镜模组30包括沿移动方向延伸的齿条，齿条与上述齿轮啮合；齿轮的中心与驱动件连接，驱动件如马达带动齿轮转动，齿轮带动齿条来回移动，就实现了对透镜模组30位置的调节。例如，带传送机构包括驱动件、对设的齿轮组合及与上述齿轮组合啮合传动的履带，透镜模组30与履带固定连接；驱动件与齿轮组连接，驱动件如马达带动齿轮组转动，齿轮组驱动履带传送，进而带动透镜模组30移动，实现了对透镜模组30位置的调节。例如，滑轨移动机构包括驱动件、滑轨及配套的滑块，上述滑块与透镜模组30连接；驱动件驱动滑块沿滑轨来回移动，进而带动透镜模组30移动，实现了对透镜模组30位置的调节。

本发明实施例中，通过滑轨移动机构、带传送机构或齿轮平移机构等带动透镜模组30移动，实现对透镜模组30位置的调节，进而实现了对立体视觉虚像V成像距离的调节；并且移动机构40结构简便，易于安装实施。

在本发明上述实施例的基础上，如图4、图5及图6所示，立体视觉像源10包括图像生成部11和立体视觉生成部12，图像生成部11出射图像光线，图像光线至少包括第一光线和第二光线；立体视觉生成部12设置在图像生成部11的出光方向上，图像光线经过立体视觉生成部12后，第一光线出射至第一观察位置，第二光线出射至第二观察位置，形成立体视觉图像。

本实施例中，第一观察位置和第二观察位置可以是抬头显示装置用户，例如驾驶员或乘客的左眼位置和右眼位置，第一观察位置和第二观察位置都位于上述观察区域(例如，眼盒区域)内；本实施例中为方便解释说明，以第一观察位置和第二观察位置分别为用户直接观看立体视觉像源10成像时，左眼和右眼的位置为例进行说明。

本实施例中，图像生成部11出射图像光线，图像光线至少包含两种图像信息，也即图像生成部11出射的光线包括上述两副不同的、分别对应左眼和右眼的图像信息，也就是图像光线至少包括对应第一观察位置(例如，左眼)的第一光线，和对应第二观察位置(例如，右眼)的第二光线，立体视觉生成部12可以将图像光线中的第一光线和第二光线区分并分别指向左眼和右眼，左眼和右眼各自只会接收到对应的图像光线，也即只会看到对应的图像，双眼此时看到的是不同视角下的不同画面，从而观看到立体视觉图像。

在本实施例的一种实施方式中，如图4所示，立体视觉生成部12包括阻挡层121，阻挡层121包括多个阻挡单元，且各阻挡单元间隔设置；各阻挡单元用于阻挡图像生成部11出射的部分光线，以使得未被各阻挡单元阻挡的第一光线和第二光线分别出射至第一观察位置和第二观察位置，形成立体视觉图像。图4中以图像生成部11包括8个像素单元、阻挡层121包括4个阻挡单元为例说明，阻挡层121与图像生成部11之间存在预设距离D，阻挡层121可以阻挡部分光线，例如，图像生成部11对应的部分像素单元(R1、R2、R3、R4)发出的光线不能到达左眼位置，故左眼只能观看到像素单元L1、L2、L3及L4发出的光线；同理，右眼只能观看到像素单元R1、R2、R3及R4发出的光线；也即，阻挡层121可以将图像生成部11发出的光线分为两部分，一部分像素单元发出的光线只能到达左眼位置，比如像素单元L1、L2、L3及L4；而另一部分像素单元发出的光线只能到达右眼位置，比如像素单元R1、R2、R3及R4。本实施方式中，图像生成部11的不同像素单元显示具有视差的两种图像，通过阻挡层121的作用，从而使得左眼和右眼只会接收到各自对应的图像光线，也即观看的图像和右眼观看的图像存在视差，进而实现立体视觉成像；该方式不需要用户佩戴特殊眼睛即可观看立体视觉图像，但是需要用户在特定的位置才能观看到比较好的立体视觉成像效果。

可选地，阻挡层121的阻挡单元包括液晶或光栅；当阻挡单元为光栅时，光栅包括多个垂直设置的不透光的条纹，通过条纹遮挡光线，显示立体视觉图像；当阻挡单元为液晶时，液晶包括偏振膜和液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹，这些条纹宽度在像素级别，形成垂直的细条栅模式，且可通过控制液晶层的开关状态实现平面图像或立体视觉图像显示的切换，例如，当用户需要观看平面图像时，阻挡层121的液晶工作，为透明状态，不会阻挡光线，此时显示平面图像；当需要观看立体视觉图像时，阻挡层121的液晶不工作，液晶阻挡光线，此时用户双眼位于第一观察位置和第二观察位置可以观看到立体视觉图像。

在本实施例的另一种实施方式中，如图5所示，立体视觉生成部12包括柱状透镜层122，柱状透镜层122包括多个柱状透镜，柱状透镜层122用于改变图像生成部11出射光线的传播方向，以使得经过柱状透镜层122的第一光线和第二光线分别出射至第一观察位置和第二观察位置，形成立体视觉图像。本实施例中，柱状透镜层122包括多个竖直设置的柱面透镜，且每个柱面透镜至少覆盖两个不同列的图像生成部11的像素单元；柱面透镜用于将一列的像素单元发出的光线射向左眼、将另一列的像素单元发出的光线射向右眼，从而可以形成立体视觉图像。图5中以图像生成部11包括8列像素单元，柱状透镜层122包含4个柱面透镜，每个柱面透镜覆盖两列像素单元为例进行说明，基于柱面透镜的折射特性，可以使得一列像素单元发出的光线经过柱面透镜后射向左眼，比如像素单元L1发出的光线射向左眼位置；同时使得另一列像素单元发出的光线经过柱面透镜后射向右眼，比如像素单元R1发出的光线射向右眼位置；例如，像素单元R1、R2、R3及R4等发出的光线可以汇聚至右眼位置，像素单元L1、L2、L3及L4等发出的光线可以汇聚至左眼位置，进而使得用户双眼在第一观察位置和第二观察位置处，观看到立体视觉图像。

可选地，柱面透镜包括平凸柱面透镜、双凸柱面透镜、弯月柱面镜、柱交柱面镜、异形类柱面透镜和以上几种透镜组合中的一项或多项；不同位置处的柱面透镜，屈光度(通过折射改变光线方向的能力)可以不同，不同的屈光度更有利于将光线折射向用户双眼。

在本实施例的又一种实施方式中，图像生成部11包括驱动单元，驱动单元用于交替顺序开启和关闭图像生成部11，使得图像生成部11交替顺序出射第一光线和第二光线；立体视觉生成部12包括对设的第一表面1201和第二表面1202，第一表面1201包括多个棱镜部，第二表面1202包括多个曲面柱镜部，各个棱镜部与曲面柱镜部一一对应的设置；交替顺序出射的第一光线和第二光线入射至第一表面1201，交替顺序的经第二表面1202出射至第一观察位置和第二观察位置。

本实施例中，如图6所示，各个棱镜部与曲面柱镜部一一对应的设置；并且，图像生成部11交替生成对应左眼和右眼的第一光线和第二光线，第一表面1201的棱镜部在第一时间段内使光线对准用户的左眼位置，并在第二时间段内使光线对准右眼位置，从而实现将左眼和右眼各自对应的第一光线和第二光线区分，交替顺序地经第二表面1202的曲面柱镜部出射至左眼和右眼，第一时间段和第二时间段很短，例如，第一时间段和第二时间段交替的频率大于等于50Hz；例如，第一时间段和第二时间段交替的频率大于等于100Hz或更高频率，以通过人眼无法分辨出闪烁的频率交替显示，感官上左右眼可同时感知到各自对应的画面，进而观看到立体视觉图像。可选地，曲面柱镜部包括圆柱形或非圆柱形，棱镜部包括三棱镜阵列。

本实施例中，棱镜部的纵向轴线基本平行于曲面柱镜部的延伸线；棱镜部包括实心透明材质，对于由棱镜部凸起端入射的光线(也即图像生成部11出射的光线)，出射的光线会经由反射和折射等作用转变为接近垂直于棱镜部所在平面的方向的光线，并且入射光线的角度不同，出射光线的角度也不同；再经过透镜部后再次折射，最终从立体视觉生成部12出射。也即通过棱镜部和透镜部对光线方向的改变作用，配合时序交替出射第一光线和第二光线的图像生成部11，可时序交替将第一光线和第二光线分别出射至左眼和右眼，从而观看到立体视觉图像。

本发明实施例中，通过设置不同实施方式的立体视觉生成部12，图像生成部11出射的光线经过立体视觉生成部12后，其中的第一光线和第二光线会分别出射至第一观察位置和第二观察位置，使得立体视觉像源10形成立体视觉图像，进而使得抬头显示系统可形成立体视觉虚像V，立体视觉虚像V与普通的平面虚像相比，与实际立体实景的配合显示效果好，提高了抬头显示装置的实用性和使用体验。

在本发明上述实施例的基础上，如图7所示，图像生成部11包括：至少一个光源111，光源111发出光线；导光元件112，用于将光源111发出的部分光线朝向导光元件112的中心方向聚集；光线聚集元件113，用于将经过导光元件112入射至其的光线聚集至预定区域；光线扩散元件114，用于扩散光线聚集元件113聚集的且入射至光线扩散元件114上的光线；液晶面板115，液晶面板用于将光线扩散元件114扩散的且入射至液晶面板115的光线转化为图像光线并出射。

本实施例中，光源111的数量为至少一个，光源111包括可发出光线的元件，例如，通过电场激发产生光线的电致发光元件；电致发光元件包括发光二极管(Light EmittingDiode,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 FluorescentLamp，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；光源111可以发出混合光如白光，例如，光源111包括RGB(红光、绿光、蓝光)混光的白光LED发光元件；光源111也可以发出单色光；多个光源111可以发出相同颜色的光，也可以发出不同颜色的光线，本实施例对此不做限定。

本实施例中，如图8所示，导光元件112将光源111发出的部分光线朝向导光元件112的中心聚集；具体地，光源111发出的光线在导光元件112内传播，导光元件112的内表面(朝向光源111的内表面)设置有反射面，光源111发出的部分光线，具体是大角度光线(图中点划线所示的光线)；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111发出的中心光线之间的夹角；大角度光线在未设置导光元件112的情况下，向四周发射，难以到达液晶面板115被利用成像；设置导光元件112后，这部分光线会经反射面反射后向导光元件112的中心聚集，进而提高光源111发出的光线的利用率。

可选地，导光元件112包括设有内反射面的中空壳体，如图8所示，中空壳体包括对设的出光开口1122和端部开口1121，光源111发出的光线经端部开口1121进入中空壳体，经内反射面反射，反射光线经出光开口1122出射至光线聚集元件113；光源111设置在端部开口1121处，可以在端部开口1121外侧，也可以在端部开口1121的内侧(例如，中空壳体内部)；光源111发出的部分光线经内反射面反射，反射光线经出光开口1122出射至光线聚集元件113，另一部分未反射的光线直接传输至光线聚集元件113。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开口1121和出光开口1122的形状可为圆形、椭圆形、矩形、正方形、梯形或平行四边形，端部开口1121和出光开口1122的形状可以相同也可以不同。

或者，导光元件112还可以为实心透明部件，如图9及图10所示。实心透明部件包括设置光源111的端部1123，以及出射光线的出光面1124；实心透明部件的折射率大于1，光源111发出的部分光线(例如，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111发出的另一部分光线在实心透明部件内传输并出射。进一步地，实心透明部件设置光源的端部1123设有空腔1125，空腔1125靠近出光面1124的一面还设置有可将光线调整为平行光线的准直部1126，如图9所示；或者，实心透明部件的出光面1124设有向端部1123延伸的开孔1127，开孔1127靠近端部1123的底面还设置有可将光线调整为平行光线的准直部1126，如图10所示。具体地，准直部1126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1126可以选择与实心透明部件相同的材质，便于一体成型。

本实施例中，如图11所示，光线聚集元件113用于将导光元件112入射至其的光线聚集至预定区域，可进一步聚拢光线，提高光线利用率。光线聚集元件113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11中以凸透镜为例进行示意说明；可以理解，预定区域可以是一个点，比如凸透镜的焦点，也可以是一个较小的区域，设置光线聚集元件113的目的在于对光源111出射的光线进行进一步的聚拢，控制光线的方向，使得至少大部分光线都出射至预定区域，提高光线利用率。例如，预定区域可以是抬头显示系统使用时，驾驶员双眼所在的区域，此区域覆盖第一观察位置和第二观察位置；例如，预定区域可以是第一观察位置和第二观察位置之间的中心点；例如，预定区域可以是眼盒区域(eyebox)；例如，预定区域可以是眼盒区域的中心。

本实施例中，光线扩散元件114将光线聚集元件113聚集的且入射至其的光线扩散并出射，具体是将光线扩散为具有一定分布角度的光束；光线扩散的角度越小，光束的亮度越高，反之亦然。光线扩散元件114可增加光线的扩散程度，可以在一定区域内使光线均匀分布；也即，光线扩散元件114可将光线聚集的预定区域扩大，例如，光线扩散元件114可将聚集在眼盒中心的光线扩散为覆盖整个眼盒区域。

可选地，光线扩散元件114包括散射光学元件，主要通过散射作用将光线扩散为光束，例如，匀光片或磨砂片；或者，光线扩散元件114还包括衍射光学元件(DiffractiveOptical Elements,DOE)，主要通过衍射作用将光线扩散为光束，例如，光束整形元件(beamshaper)，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。

本实施例中，液晶面板115将光线扩散元件114扩散的且入射至其的光线转化为图像光线，并出射至立体视觉生成部12；光线通过液晶面板115后可形成图像，液晶面板115出射的光线即包含图像信息；具体地，液晶面板115至少可用于生成分别对应第一观察位置的第一光线和第二观察位置的第二光线；液晶面板115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，光源111出射的光线在经过导光元件112、光线聚集元件113、光线扩散元件114及液晶面板115后，出射至立体视觉生成部12，生成对应第一观察位置的第一光线和对应第二观察位置的第二光线；利用导光元件112、光线聚集元件113、透镜模组30及曲面反射镜21对光线的聚拢或聚集作用，可以使得大部分光线到达预定区域，预定区域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，提高光线利用率；同时，通过设置光线扩散元件114对光线进行扩散，使得光线至少完全覆盖眼盒区域，在实现高光效的同时也不会影响正常的观察。可以理解，扩散后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，扩散的光束恰好覆盖眼盒区域，此时抬头显示系统的光效最高。

本发明实施例中，光源111出射的光线依次经过导光元件112、光线聚集元件113光线扩散元件114和液晶面板115后生成图像光线，图像光线再经过立体视觉生成部12后转化为指向第一观察区域的第一光线和指向第二观察区域的第二光线，形成立体视觉图像；最终在外部成像装置200上反射后，反射光线会汇聚并落入眼盒区域的中心，进一步通过光线扩散元件114将光线精准扩散，扩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。

在本发明上述实施例的基础上，如图12所示，抬头显示装置还包括带有出光口51的封装壳体50，封装壳体50用于安装设置抬头显示装置的元件，在实际使用时，封装壳体50安装设置在车辆的仪表台内部，出光口51设置在仪表台表面；在封装壳体50还包括透明防尘膜52及防眩光罩53，反射元件20反射的立体视觉光线经由出光口51出射至外部成像装置200，透明防尘膜52设置出光口51处，因此图12中出光口51和透明防尘膜52的标号位置重合；透明防尘膜52可以避免灰尘和杂物进入封装壳体的内部，但不影响从出光口51出射至外部成像装置200的立体视觉光线；但同时外部光线，如太阳光会在透明防尘膜52表面发生强烈的眩光，因此透明防尘膜52外侧还设置有防眩光罩53，防眩光罩53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系统的使用体验；防眩光罩53不阻挡立体视觉光线的传播，且可遮挡部分外部光线，如图12中的太阳光线。例如，防眩光罩53可以采用与封装壳体50相同的材料，且与封装壳体50一体成型。

本发明实施例还提供一种抬头显示系统，包括上述实施例中的抬头显示装置100以及外部成像装置200，如图1及图2所示；本实施例中，外部成像装置200将反射元件20出射的立体视觉光线并形成立体视觉虚像V，且允许外部光线透射。具体地，外部成像装置200包括车辆的挡风玻璃或透明材质的成像窗，分别对应挡风玻璃型抬头显示系统(Windshield-HUD)和组合型抬头显示系统(Combiner-HUD)；上述可形成立体视觉图像的立体视觉光线经反射元件20反射后，出射至外部成像装置200，并在外部成像装置200靠近抬头显示装置100的一侧表面上反射；因立体视觉光线本身已经包括定向为两个观察位置的第一光线和第二光线，因此经过反射元件20和外部成像装置200依次反射后，反射光线会分别出射至第一观察位置和第二观察位置，用户双眼对应第一观察位置和第二观察位置，就可观察到立体视觉虚像V；也即，用户在直接观察立体视觉像源10时，观察到的是立体视觉实像；用户使用抬头显示装置和抬头显示系统时，观察到的是经过反射形成的立体视觉虚像V，第一观察位置和第二观察位置可以设置在眼盒区域内。

在本发明上述实施例的基础上，立体视觉像源10与反射元件20之间的距离，小于或等于反射元件20的焦距。具体地，在反射元件20为曲面反射镜(也即，反射面为凹面反射镜)的情况下，如果立体视觉像源10与凹面反射镜之间的距离小于凹面反射镜的焦距，则凹面反射镜基于立体视觉像源10反射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，在立体视觉像源10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，立体视觉像源10位于凹面反射镜的一倍焦距以内)，凹面反射镜的像距随立体视觉与凹面反射镜之间的距离的增大而增大，也即立体视觉像源10与凹面反射镜之间的距离越大，则抬头显示系统所成立体视觉虚像V的成像距离越大。并且，立体视觉像源10越接近焦平面(也即两者之间的距离越接近焦距)，立体视觉虚像V的成像距离越大，当立体视觉像源10非常接近焦平面，如与焦平面之间的距离为0.1％、0.5％、1％或5％焦距时，或立体视觉像源10设置在焦平面处时，此时立体视觉虚像V的成像距离很远，甚至可以认为是在无限远处。远距离(例如，成像距离≥30m)的立体视觉虚像V更适合与车外物体进行增强显示融合，可进一步提升抬头显示系统的使用体验。

在本发明上述实施例的基础上，外部成像装置200往往具有一定的厚度，例如，挡风玻璃；因此立体视觉光线在靠近抬头显示装置一侧的表面反射会形成主虚像，而透射的图像光线在远离抬头显示装置一侧的内表面会再次反射形成副虚像，也即抬头显示系统在使用时，会同时看到主虚像和副虚像，会有重影产生，影响抬头显示系统的使用体验。

在本实施例的一种实施方式中，如图13所示，外部成像装置200面向抬头显示装置100的表面设置有选择性反射膜201，选择性反射膜201用于以第一反射率反射立体视觉光线，且以第二反射率反射除立体视觉光线所在波段以外波段的光线，第一反射率大于所述第二反射率。具体地，立体视觉光线所在波段以外的光线，可以是可见光中除立体视觉光线所在波段以外的光线，也可以是太阳光谱中除立体视觉光线所在波段以外的光线，保证这部分光线与立体视觉光线所在波段不重合或很少重合即可；选择性反射膜201包括波长选择性反射膜；立体视觉光线包括红色波段、绿色波段和蓝色波段中的至少一种，例如，红色波段、蓝色波段和绿色波段中每个波段的半高宽不大于50nm，蓝色波段的峰值位置位于410nm～480nm区间范围内，绿色波段的峰值位置位于500nm～580nm区间范围内，红色波段的峰值位置位于590nm～690nm区间范围内；例如，立体视觉光线包括红色波段、蓝色波段和绿色波段的组合，红色波段为650nm红光，绿色波段为540nm绿光，蓝色波段为430nm蓝光；RGB组合的立体视觉光线可形成彩色的立体视觉图像，图13中即以RGB指代抬头显示装置出射的立体视觉光线。

本实施例中，选择性反射膜201对立体视觉光线的反射率大于除立体视觉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201对立体视觉光线的第一反射率可以为80％、90％、95％、99.5％或其它适用的数值，选择性反射膜201对除立体视觉光线之外波段的光线的第二反射率可以为30％、20％、10％、5％、1％、0.5％或其它适用的数值；例如，选择性反射膜201高效反射RGB三个波段的光线并透过其他波段的光线，绝大部分立体视觉光线只会在外部成像装置200靠近抬头显示装置100的一面上发生反射，几乎不会在外部成像装置200远离抬头显示装置100的内表面发生二次反射形成副虚像，进而消除重影，提升抬头显示系统的使用体验。

在本实施例的另一种实施方式中，通过设置偏振反射膜202消除或减弱重影，如图14所示，偏振反射膜202贴合设置在外部成像装置200靠近抬头显示装置100的一面，反射第一偏振态的光线并且透射第二偏振态的光线，立体视觉光线包括第一偏振态的光线。例如，第一偏振态为P偏振态，第二偏振态为S偏振态；外部成像装置200靠近抬头显示装置100的一面贴合设置P偏振光反射膜，立体视觉光线包括P偏振态的光线，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，被外部成像装置200外侧内表面反射的光线亮度很低，进而可以消除重影，提升抬头显示系统的使用体验。

在本实施例的又一种实施方式中，通过设置转换元件消除或减弱重影，外部成像装置200靠近抬头显示装置100的一面贴合设置转换元件，立体视觉光线包括S偏振态的光线，转换元件可将射入其的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偏振态的光线在外部成像装置200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，转换元件可以为1/4波片或1/2波片。

在本实施例的再一种实施方式中，通过设置楔形膜消除或减弱重影。具体地，外部成像装置200为双层玻璃结构的挡风玻璃，在双层玻璃之间夹设楔形膜，楔形膜包括聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)膜，具有变化的厚度，具体是楔形膜上端(远离地面的一端)的厚度大于下端的厚度，使得外部成像装置200反射形成立体视觉虚像V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。

本发明实施例中，通过在外部成像装置200处增设选择性反射膜201、偏振反射膜202、转换元件或楔形膜中的至少一种，均可以有效减弱或消除重影，提升抬头显示系统的使用体验。

在本发明上述实施例的基础上，当外部成像装置200包括玻璃材质，例如，挡风玻璃；玻璃对S偏振态的光线(S偏振光)的反射率较高，因此抬头显示系统出射的立体视觉光线一般包括S偏振光，这样可以提高立体视觉光线的利用率。但在一些应用场景下，例如外部太阳光较强的情况下，用户如驾驶员会佩戴偏振墨镜；但偏振墨镜是过滤(例如，反射或吸收)S偏振光的，因此在上述情况下，驾驶员佩戴墨镜时就无法看到立体视觉虚像V。

本实施例中，如图15所示，抬头显示系统还包括偏振转换装置60，偏振转换装置60设置在反射元件20与外部成像装置200之间立体视觉光线的传播路径上，立体视觉像源10出射包括第一线偏振态的立体视觉光线，偏振转换装置60用于将入射至偏振转换装置60的第一线偏振态的光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的立体视觉光线，转换后的圆偏振态或椭圆偏振态的立体视觉光线经外部成像装置200反射并形成立体视觉虚像V。具体地，偏振转换装置60包括四分之一波片，立体视觉光线包括第一线偏振态，例如，S偏振态；偏振转换装置60将入射至其的S偏振态的立体视觉光线转换为圆偏振态(圆偏振光)或椭圆偏振态(椭圆偏振光)，圆偏振光或椭圆偏振光被外部成像装置200反射后，不再经过偏振转换装置60，直接射向第一观察位置和第二观察位置，形成立体视觉虚像V；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偏振态的光线使佩戴墨镜的用户依然可以看到立体视觉虚像V，从而提高用户的使用体验；具体的，偏振转换装置60可以设置在出光口51处，例如，还可与透明防尘膜52集成设置为一体式元件。

在本发明上述实施例的基础上，抬头显示系统还包括：采集模块，采集模块用于采集当前用户视觉信息、当前车辆驾驶信息中的至少一种；处理模块，处理模块与采集模块连接，接收采集模块采集的信息，处理信息并转化为调节指令；调节模块，与处理模块及移动机构40连接，接收调节指令并执行，带动移动机构40移动，以带动透镜模组30沿立体视觉光线的传播路径前后移动以调节立体视觉虚像V与外部成像装置200之间的距离。

本实施例中，采集模块具体可用于采集当前用户的视觉信息，包括图像采集子单元、检测处理子单元和照明子单元等，利用照明子单元发出红外光线等人眼不可见的光线，并出射至人眼(如眼球、瞳孔或角膜等)发生反射；图像采集子单元捕捉通过人眼反射后的光线及反射光线携带的信息，包括但不限于瞳孔中心位置、瞳孔大小、角膜反射信息、虹膜中心位置和虹膜尺寸等；检测处理子单元接收上述信息并进行处理，得到当前用户的视觉信息，将当前用户视觉信息传输至处理模块。

可选地，当前用户视觉信息包括瞳孔中心位置、瞳孔大小、角膜反射信息、凝视时间、凝视方向或凝视会聚位置(也即双目视线聚焦位置)中的至少一项；例如，采集模块包括眼动追踪装置。

或者，采集模块采集当前车辆驾驶信息。采集模块可以与当前车辆的高级驾驶辅助系统(ADAS)连接，进一步配合设置在当前车辆车上的传感器等，采集当前车辆驾驶信息如车速、车外景象或与外部物体的距离等。采集模块包括图像采集子单元、检测子单元和处理子单元等，采集外部环境的图像信息和距离信息，图像采集子单元采集的图像信息，包括但不限于当前车辆外部环境的物体，如行人、其他车辆或建筑物等；检测子单元检测可检测获取各个物体与当前车辆之间的距离信息；处理子单元接收上述图像信息及距离信息并进行处理，确认目标物体，将目标物体的图像信息及距离信息传输至处理模块。

可选地，将最小距离值对应的物体确定为目标物体，如距离最接近的行人；可选地，将危险系数最高的物体确定为目标物体，如快速接近的车辆、突然出现的行人。

本实施例中，采集模块可以采集用户视觉信息、当前车辆驾驶信息中的至少一种，抬头显示装置可根据采集的信息调节立体视觉虚像V的成像位置，如在视线方向上显示立体视觉虚像V；如以当前用户凝视会聚位置作为立体视觉虚像V的成像位置，并显示虚像V；如配合前方的目标物体，以目标物体所在位置作为立体视觉虚像V的成像位置，并显示立体视觉虚像V。

本实施例中，处理模块接收采集模块发送的信息并进行处理，转化为抬头显示系统的调节指令，调节指令可用于调节抬头显示系统的成像信息，包括成像位置、成像距离(当前用户如驾驶员双眼到立体视觉虚像V成像位置的距离)和成像下视角(当前用户如驾驶员视线与立体视觉虚像V中点连线与水平方向的夹角)中的至少一种；具体可以是将抬头显示系统的光学反射系统的参数预先存储至处理模块，处理模块利用接收到的信息及预先存储的光学参数，并转化为与调节模块对应的调节指令。可选地，调节指令包括：调节透镜模组30位置的指令；或者，调节透镜模组30光焦度和透镜模组30位置的指令。

本实施例中，调节模块接收处理模块发送的调节指令，并执行调节指令，使调节后的抬头显示装置在指定距离下成像；例如，指定距离为目标物体与当前车辆之间的距离；例如，指定距离为当前用户凝视会聚位置与用户双眼之间的距离。

具体地，抬头显示系统被配置为可执行如下调节机制：

a.采集模块采集当前用户视觉信息、当前车辆驾驶信息中的至少一种；

b.处理模块接收采集信息并确认与采集信息匹配的立体视觉虚像V的成像距离；例如，可以是用户凝视会聚位置、目标物体位置的距离等；

c.根据立体视觉虚像V的成像距离，得到抬头显示装置的光学参数；例如，可以是透镜模组30移动的距离、透镜模组30的光焦度等；

d.确认需要调节的光学参数，控制对应的元件进行调整。

需要说明的是，上述调节机制可以计算机程序形式进行存储和执行，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本发明实施例中，通过采集模块采集当前用户视觉信息和/或当前车辆驾驶信息，通过处理模块处理信息并转化为调节指令，通过调节模块对透镜模组30的位置进行调节，进而实现了对立体视觉虚像V成像位置的调节，抬头显示系统可在不同成像位置处成像，如驾驶员视线会聚处(也即凝视会聚位置处)或目标物体处，驾驶员的视线无需在实景与虚像之间来回切换，避免了视觉辐辏冲突，提升了抬头显示系统的使用体验和驾驶安全。

在本发明上述实施例的基础上，立体视觉虚像V与外部成像装置200之间的距离包括预设距离区间，预设距离区间包括2～4米距离区间、7～14米距离区间及20～50米距离区间中的至少一种，上述三种预设距离区间按照距离增加顺序依次为近景画面、中景画面和远景画面，例如，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，中景画面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；通过在不同成像距离下使得立体视觉虚像V显示不同的内容，可进一步提扩展抬头显示系统的使用场景，提升使用体验。

在本发明上述实施例的基础上，立体视觉虚像V可垂直于地面，也可与地面之间呈倾斜状态，例如，与地面之间存在(5,90)度之间的夹角；具体是立体视觉虚像V远离地面的一端的成像距离大于靠近地面的一端的成像距离；倾斜的立体视觉虚像V在与倾斜的立体实景，例如，实际车道，其匹配融合效果更好。

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 (20)

1.一种抬头显示装置，用于出射光线至外部成像装置，其特征在于，包括：立体视觉像源、反射元件、透镜模组及移动机构；

所述立体视觉像源出射可形成立体视觉图像的立体视觉光线；

所述反射元件将入射至其的立体视觉光线反射至所述外部成像装置，经所述外部成像装置反射并形成立体视觉虚像；

所述透镜模组设置在所述立体视觉像源与所述反射元件之间立体视觉光线的传播路径上，透射所述立体视觉光线，并改变经过其的立体视觉光线的方向；

所述移动机构用于带动所述透镜模组沿所述立体视觉光线的传播路径移动，以调节所述立体视觉虚像的成像位置与所述外部成像装置之间的距离。

2.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述透镜模组包括变焦透镜，所述变焦透镜具有可调节的光焦度。

3.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述立体视觉像源包括图像生成部和立体视觉生成部；

所述图像生成部出射图像光线，所述图像光线至少包括第一光线和第二光线；

所述立体视觉生成部设置在所述图像生成部的出光方向上，所述图像光线经过所述立体视觉生成部后，所述第一光线出射至第一观察位置，第二光线出射至第二观察位置，以形成所述立体视觉图像。

4.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述立体视觉生成部包括：阻挡层；

所述阻挡层与所述图像生成部之间设有预设距离，所述阻挡层包括多个阻挡单元，且各阻挡单元间隔设置；

各所述阻挡单元用于阻挡所述图像生成部出射的部分光线，以使得未被各所述阻挡单元阻挡的所述第一光线和所述第二光线分别出射至所述第一观察位置和所述第二观察位置。

5.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述立体视觉生成部包括：柱状透镜层；

所述柱状透镜层包括多个柱状透镜，所述柱状透镜层用于改变所述图像生成部出射光线的传播方向，以使得经过所述柱状透镜层的所述第一光线和所述第二光线分别出射至所述第一观察位置和所述第二观察位置。

6.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述图像生成部包括：

驱动单元，所述驱动单元用于交替顺序开启和关闭所述图像生成部，使得所述图像生成部交替顺序出射所述第一光线和所述第二光线。

7.根据权利要求6所述的抬头显示装置，其特征在于，所述立体视觉生成部包括对设的第一表面和第二表面；

所述第一表面包括多个棱镜部，所述第二表面包括多个曲面柱镜部；

所述各个棱镜部与所述曲面柱镜部一一对应的设置；

交替顺序出射的所述第一光线和所述第二光线入射至所述第一表面，交替顺序的经第二表面出射至所述第一观察位置和所述第二观察位置。

8.根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述图像生成部包括：

至少一个光源，所述光源发出光线；

导光元件，所述导光元件用于将所述光源发出的部分光线朝向所述导光元件的中心方向聚集；

光线聚集元件，所述光线聚集元件用于将经过所述导光元件入射至所述光线聚集元件的光线聚集至预定区域；

光线扩散元件，所述光线扩散元件用于扩散所述光线聚集元件聚集的且入射至所述光线扩散元件上的光线；

液晶面板，所述液晶面板用于将所述光线扩散元件扩散的且入射至所述液晶面板的光线转化为图像光线并出射。

9.根据权利要求8所述的抬头显示装置，其特征在于，所述导光元件包括设有内反射面的中空壳体，所述中空壳体包括对设的出光开口和端部开口；

所述光源发出的光线经所述端部开口进入所述中空壳体，经所述内反射面反射，反射光线经所述出光开口出射至所述光线聚集元件。

10.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述反射元件包括至少一个曲面反射镜。

11.根据权利要求9所述的抬头显示装置，其特征在于，所述反射元件还包括至少一个平面反射镜。

12.根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述移动机构包括滑轨移动机构、带传送机构或齿轮平移机构中的至少一种。

13.一种抬头显示系统，包括权利要求1-12任一项所述的抬头显示装置，以及：

外部成像装置；

所述外部成像装置用于反射所述反射元件出射的立体视觉光线，并在所述外部成像装置远离所述抬头显示装置的一侧形成立体视觉虚像。

14.根据权利要求13所述的抬头显示系统，其特征在于，其中，所述外部成像装置面向所述抬头显示装置的表面设置有选择性反射膜；

所述选择性反射膜用于以第一反射率反射所述立体视觉光线，且以第二反射率反射除所述立体视觉光线所在波段以外波段的光线；

所述第一反射率大于所述第二反射率。

15.根据权利要求13所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括：偏振转换装置；

所述偏振转换装置设置在所述反射元件与所述外部成像装置之间所述立体视觉光线的传播路径上；

所述立体视觉像源出射包括第一线偏振态的立体视觉光线，所述偏振转换装置用于将入射至所述偏振转换装置的所述第一线偏振态的光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的立体视觉光线，转换后的所述圆偏振态或椭圆偏振态的立体视觉光线经所述外部成像装置反射并形成立体视觉虚像。

16.根据权利要求13所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括：

采集模块，所述采集模块用于采集当前用户视觉信息、当前车辆驾驶信息中的至少一种；

处理模块，所述处理模块与所述采集模块连接，接收所述采集模块采集的信息，处理所述信息并转化为调节指令；

调节模块，所述调节模块与所述处理模块及所述移动机构连接，接收所述调节指令并执行，带动所述移动机构移动，以带动透镜模组沿所述立体视觉光线的传播路径前后移动以调节所述立体视觉虚像与所述外部成像装置之间的距离。

17.根据权利要求16所述的抬头显示系统，其特征在于，所述用户视觉信息包括：瞳孔中心位置、瞳孔大小、角膜反射信息、凝视时间、凝视方向或凝视会聚位置中的至少一项。

18.根据权利要求16所述的抬头显示系统，其特征在于，所述车辆驾驶信息包括：车速信息、距离信息中的至少一项。

19.根据权利要求16所述的抬头显示系统，其特征在于，所述调节指令至少用于：调节所述透镜模组与所述反射元件之间的距离。

20.根据权利要求13所述的抬头显示系统，其特征在于，所述立体视觉虚像与所述外部成像装置之间的距离包括预设距离区间；

所述预设距离区间包括2～4米距离区间、7～14米距离区间及20～50米距离区间中的至少一种。

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