CN115826234A - 抬头显示设备和交通工具 - Google Patents

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CN115826234A CN202111103560.6A CN202111103560A CN115826234A CN 115826234 A CN115826234 A CN 115826234A CN 202111103560 A CN202111103560 A CN 202111103560A CN 115826234 A CN115826234 A CN 115826234A
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Abstract

本申请公开了一种HUD设备和交通工具，属于显示技术领域。该HUD设备包括图像生成装置和反射组件。图像生成装置用于对两路线偏振光分别进行调制得到两路成像光，以及输出所述两路成像光；反射组件用于将所述两路成像光分别反射至挡风玻璃，以使所述两路成像光中的一路成像光经所述挡风玻璃在第一位置形成第一虚像，所述两路成像光中的另一路成像光经所述挡风玻璃在第二位置形成第二虚像。本申请可以利用图像生成装置提供两路成像光，有利于减小HUD设备的体积。

Description

抬头显示设备和交通工具
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种抬头显示设备和交通工具。
背景技术
抬头显示(head-up display，HUD)设备又称平视显示设备，近年来在交通工具中的应用越来越广泛。
HUD设备通过图像生成装置(picture generation unit，PGU)将携带有图像信息的光(下文称为成像光)投射到挡风玻璃上，经过挡风玻璃的反射，在驾驶员视线前方形成虚像，使得驾驶员无需低头就可以看到虚像显示的信息。
如果HUD设备需要产生两个不同焦面的图像，需要使用两个PGU分别生成一路成像光，然后将两路成像光分别投射到挡风玻璃上以在两个不同位置形成虚像。采用两个PGU导致HUD设备的体积较大，安装难度较大。
发明内容
本申请提供了一种HUD设备和交通工具，能够减小HUD设备的体积。
一方面，本申请提供了一种HUD设备。该HUD设备包括PGU和反射组件。所述PGU用于对两路线偏振光分别进行调制得到两路成像光，以及输出所述两路成像光；所述反射组件用于将所述两路成像光分别反射至挡风玻璃，以使所述两路成像光中的一路成像光经所述挡风玻璃在第一位置形成第一虚像，所述两路成像光中的另一路成像光经所述挡风玻璃在第二位置形成第二虚像。
这里，第一位置和第二位置为两个不同的位置，使得第一虚像的虚像距和第二虚像的虚像距不同。
通过一个PGU产生两路成像光，经过挡风玻璃后能够在不同的位置形成两个虚像，从而使得HUD设备能够实现双焦面显示，并且，相对于通过两个PGU产生两路成像光，减小了HUD设备的体积，降低了安装难度。此外，由于PGU是对两路线偏振光分别进行调制从而得到两路成像光，与先对圆偏振光进行调制得到成像光，然后再对成像光进行偏振转换相比，提高了光利用率。这里光利用率是指从光源到成像光的转换效率。
在一些示例中，两路线偏振光的偏振方向垂直。例如，一路线偏振光为P光，另一路线偏振光为S光。示例性地，两路线偏振光可以由光源提供的一路圆偏振光或椭圆偏振光分光得到。这样，光源提供的光能够得到充分利用。
在一些示例中，所述PGU输出所述两路成像光的输出方向相同。所述反射组件包括第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一曲面反射镜和第二曲面反射镜。所述第一平面反射镜用于将所述两路成像光中的一路成像光反射至所述第一曲面反射镜的第一区域。所述第二平面反射镜用于将所述两路成像光中的另一路成像光反射至所述第一曲面反射镜的第二区域。所述第一曲面反射镜用于将来自所述第一平面反射镜的成像光和来自所述第二平面反射镜的成像光反射至所述第二曲面反射镜。所述第二曲面反射镜用于将来自所述第一曲面反射镜的两路成像光反射至所述挡风玻璃。
通过第一平面反射镜和第二平面反射镜能够改变两路成像光之间的间距，使得两路成像光分别入射到第一曲面反射镜的不同区域，通过该第一曲面反射镜进一步改变两路成像光之间的间距，以控制两路成像光入射至第二曲面反射镜的位置和角度，使得第二曲面反射镜能够将两路成像光反射至挡风玻璃的目标位置。
在另一些示例中，所述图像生成装置输出所述两路成像光的输出方向垂直。所述反射组件包括第一平面反射镜、第一曲面反射镜和第二曲面反射镜。所述第一平面反射镜用于将所述两路成像光中的一路成像光反射，以使所述两路成像光的传播方向相同，且分别入射至所述第一曲面反射镜的第一区域和第二区域。所述第一曲面反射镜用于将接收到的所述两路成像光反射至所述第二曲面反射镜。所述第二曲面反射镜用于将来自所述第一曲面反射镜的两路成像光反射至所述挡风玻璃。
通过该第一平面反射镜能够改变其中一路成像光的传播方向，以使得所述两路成像光的传播方向相同，并且通过将第一平面反射镜布置在合适的位置，能够控制传播方向相同的两路成像光之间的间距，以使得两路成像光分别入射至所述第一曲面反射镜的第一区域和第二区域。通过该第一曲面反射镜进一步改变两路成像光之间的间距，以控制两路成像光入射至第二曲面反射镜的位置和角度，使得第二曲面反射镜能够将两路成像光反射至挡风玻璃的目标位置。
在这两个示例中，平面反射镜和曲面反射镜的制备工艺简单，且利用平面反射镜和曲面反射镜进行反射光路设计也较为简单，有利于降低HUD设备的成像光路设计的难度以及降低HUD设备的成本。
在一些示例中，所述两路成像光中的至少一路为P光，所述抬头显示设备还包括：旋光组件，所述旋光组件用于将为P光的所述成像光转变为S光后导向所述反射组件。通过将为P光的成像光转变为S光后再导向反射组件，使得反射组件导向挡风玻璃的成像光也为S光，对于目前常规的挡风玻璃的折射率而言，成像光以S光入射挡风玻璃，能够使反射率最大化，进一步提高光的利用率。
示例性地，旋光组件包括但不限于波片和法拉第旋镜。例如，旋光组件为一个1/2波片。
在一些示例中，所述两路成像光入射到所述挡风玻璃的入射角为50°～60°。通常情况下，挡风玻璃的布儒斯特角为50°～60°，例如，57.7°，当两路成像光为入射到所述挡风玻璃的入射角为50°～60°时，如果成像光为P光，将大部分透过挡风玻璃，只有少量光会反射，导致成像亮度损失极大。在这种情况下，将为P光的所述成像光转变为S光后导向所述反射组件，通过反射组件反射至挡风玻璃，可以更好地提高成像光的反射率。
示例性地，所述PGU包括：光源、分光单元、调制单元和投影器件(可称为投射器件)。光源用于提供圆偏振光或者椭圆偏振光。所述分光单元用于将所述圆偏振光或者椭圆偏振光分为第一线偏振光和第二线偏振光，所述第一线偏振光的偏振方向和所述第二线偏振光的偏振方向垂直；所述调制单元用于分别对所述第一线偏振光和所述第二线偏振光进行调制，得到所述两路成像光；所述投影器件用于将所述两路成像光输出至所述反射组件。
分光单元基于光的偏振态来实现分光，有利于简化光路设计，且有利于降低PGU的结构复杂度和提高空间利用率。
在一些示例中，所述分光单元包括：第一偏振分光器。第一偏振分光器用于将所述光源提供的圆偏振光或者椭圆偏振光分为所述第一线偏振光和所述第二线偏振光，以及将所述第一线偏振光和第二线偏振光分别导向所述调制单元。该分光单元包括第一偏振分光器一个器件，PGU所包含的器件数量少，使得PGU的结构简单，成本低。
在一些示例中，所述分光单元包括：第一偏振分光器和光学导向结构。第一偏振分光器用于将所述光源提供的圆偏振光或者椭圆偏振光分为所述第一线偏振光和所述第二线偏振光，以及将所述第一线偏振光导向所述调制单元；光学导向结构位于所述第一偏振分光器和所述调制单元之间的光路上，用于将所述第二线偏振光导向所述调制单元。
在一种可能的实施方式中，所述光学导向结构包括：第二偏振分光器，所述第二偏振分光器用于将所述第二线偏振光导向所述调制单元。在该实施方式中，光学导向结构所包含的器件数量少，进一步简化了图像生成装置的结构。
在一些示例中，调制单元通过第一偏振分光器和第二偏振分光器输出对应的成像光，以控制成像光的输出方向。
在另一种可能的实施方式中，所述光学导向结构包括：旋光器和第二偏振分光器，所述旋光器位于所述第一偏振分光器和所述第二偏振分光器之间的光路上，用于将入射的所述第二线偏振光的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光，以及将所述第三线偏振光导向所述第二偏振分光器；所述第二偏振分光器用于将所述第三线偏振光导向所述调制单元。
在又一种可能的实施方式中，所述光学导向结构包括：旋光器和第二偏振分光器，所述第二偏振分光器位于所述第一偏振分光器和所述旋光器之间的光路上，用于将所述第二线偏振光导向所述旋光器；所述旋光器用于对第二线偏振光的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光，以及将所述第三线偏振光导向所述第二偏振分光器；所述第二偏振分光器还用于将所述第三线偏振光导向所述调制单元。
通过旋光器和第二偏振分光器的配合，能够改变第二线偏振光的偏振方向和/或传播方向，以使得调制单元的布置更加灵活。
示例性地，第一偏振分光器和第二偏振分光器为一体结构，例如在一个偏振分光棱镜中布置两个分光面，一个分光面用于分光，另一个分光面用于导向，以进一步降低PGU的组装难度。
在一些示例中，所述第二偏振分光器的分光面与所述第一偏振分光器的分光面平行。
在另一些示例中，所述第二偏振分光器的分光面与所述第一偏振分光器的分光面呈夹角，例如垂直。
可选地，所述旋光器包括以下器件中的至少一种：法拉第旋镜和波片。
在一些示例中，分光单元向调制单元输出的偏振光的传播方向相同，所述调制单元包括一个空间光调制器，所述空间光调制器具有两个调制区域，所述两个调制区域分别用于对所述第一线偏振光和所述第二线偏振光进行光调制，得到所述两路成像光。
在另一些示例中，所述调制单元包括两个空间光调制器，所述两个空间光调制器分别用于对所述第一线偏振光和所述第二线偏振光进行光调制，得到所述两路成像光。可选地，两个空间光调制器的类型相同，或者，两个空间光调制器的类型不同。
在一些示例中，所述空间光调制器为反射型的空间光调制器且具有改变入射的线偏振光的偏振方向的功能，例如为硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)。
在另一些示例中，所述空间光调制器为反射型的空间光调制器且不具有改变入射的线偏振光的偏振方向的功能，例如为微电子机械系统(micro-electro-mechanicalsystem，MEMS)或者数字微镜设备(digital micromirror device,DMD)。
在又一些示例中，所述空间光调制器为透射型的空间光调制器，例如液晶显示器等。
采用反射型的空间光调制器与透射型的空间光调制器相比，光的利用效率较高，有利于节约能源。
在一些示例中，所述第一虚像的虚像距大于所述第二虚像的虚像距，也即是，第一位置为远焦面，第二位置为近焦面。
在一些示例中，所述第一虚像对应的所述空间光调制器为反射型空间光调制器，所述第二虚像对应的所述空间光调制器为透射型空间光调制器。在另一些示例中，第一虚像和第二虚像对应的空间光调制器均为透射型空间光调制器。例如液晶显示器。
当采用液晶显示器直接对光源提供的圆偏振光或者椭圆偏振光进行调制，得到成像光时，液晶显示器的起偏器直接损耗50％的光，而在本申请实施例中，由于采用液晶显示器对线偏振光进行调制，光的损耗量大大减小，显著提高了光的利用率。
在一些示例中，所述第一虚像的虚像距大于所述第二虚像的虚像距，所述第一虚像对应的成像光的光通量大于所述第二虚像对应的成像光的光通量。这样，使得远焦面的虚像的亮度较高。
另一方面，本申请提供了一种交通工具，该交通工具包括前述任一种HUD以及挡风玻璃，所述挡风玻璃用于将来自所述抬头显示设备的一路成像光反射至眼盒形成所述第一虚像对应的第一图像，并将来自所述抬头显示设备的另一路成像光反射至眼盒形成所述第二虚像对应的第二图像，所述眼盒为驾驶员的双目所处的区域。
示例性地，交通工具包括但不限于汽车、飞机、火车或者轮船等。
附图说明
图1是本申请实施例提供的HUD设备的一种应用场景的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种HUD设备的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种HUD设备的结构和成像原理示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种HUD设备的结构和成像原理示意图；
图5是本申请实施例提供的一种PGU的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的另一种PGU的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图；
图9是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图；
图10是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图；
图11是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图；
图13为是图12中第一偏振分光器和第二偏振分光器的立体结构示意图；
图14是本申请实施例提供的一种光源的结构示意图；
图15是是本申请实施例提供的一种显示设备的电路示意图；
图16是本申请实施例提供的一种交通工具的功能框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例提供的HUD设备以及交通工具进行进行详细介绍。
本申请实施例提供的HUD设备可以应用于各种交通工具，包括但不限于汽车、轮船、飞机或者火车等。
图1是本申请实施例提供的HUD设备的一种应用场景的示意图。如图1所示，HUD设备设置在汽车上。HUD设备用于将车辆的状态信息、外界物体的指示信息和导航信息等通过车辆的挡风玻璃投射在驾驶员的视野范围内。状态信息包括但不限于行驶速度、行驶里程、燃油量、水温和车灯状态等信息。外界物体的指示信息包括但不限于安全车距、周围障碍物和倒车影像等。导航信息包括但不限于方向箭头、距离和行驶时间等。
其中，导航信息和外界物体的指示信息对应的虚像可以叠加在车辆外的真实环境上，使得驾驶员可获得增强现实的视觉效果，例如可用于增强现实(augmented reality，AR)导航、自适应巡航、车道偏离预警等。由于导航信息对应的虚像需要与实景结合，因此，要求车辆具有精确的定位与探测功能，通常HUD设备与汽车的高级驾驶辅助系统(advanceddriving assistant system，ADAS)系统配合。为了不干扰路况，仪表信息对应的虚像的虚像距通常为2米至3米左右。为了使导航信息对应的虚像与真实的路面能够更好的融合，导航信息对应的虚像的虚像距一般为7米至15米左右。
在本申请实施例中，虚像距是指眼盒(eyebox)中心与虚像的中心之间的距离。眼盒通常是指驾驶员的眼睛能够看到全部显示图像的范围，可参见上述图1。为了适应驾驶员的身高的差异，一般眼盒尺寸大小是130mm×50mm，即驾驶员的眼睛在纵向上有约±50mm的移动范围，在横向上有约±130mm的移动范围。若驾驶员的眼睛处于眼盒范围内，可以看到完整且清晰的图像。若驾驶员的眼睛超出眼盒范围，可能会看到图像扭曲、显色错误等，甚至无法看到图像。
需要说明的是，如上场景只是举例，本申请提供的HUD设备还可以应用在其它场景，例如还可应用于飞机(如战斗机)等，战斗机上驾驶员可以基于HUD设备进行物体追踪和瞄准，从而有助于提高作战成功率和灵活性。
图2是本申请实施例提供的一种HUD设备的结构示意图。如图2所示，该HUD设备包括PGU1和反射组件2。PGU1用于对两路线偏振光分别进行调制得到两路成像光B2，以及输出两路成像光B2。反射组件2用于将两路成像光B2分别反射至挡风玻璃，以使两路成像光中的一路成像光经挡风玻璃在第一位置形成第一虚像，两路成像光中的另一路成像光经挡风玻璃在第二位置形成第二虚像。
这里，第一位置和第二位置为两个不同的位置，使得第一虚像的虚像距和第二虚像的虚像距不同。
通过一个PGU产生两路成像光，经过挡风玻璃后能够在不同的位置形成两个虚像，从而使得HUD设备能够实现双焦面显示，并且，相对于通过两个PGU产生两路成像光，减小了HUD设备的体积，降低了安装难度。此外，由于PGU是对两路线偏振光分别进行调制从而得到两路成像光，与先对圆偏振光进行调制得到成像光，然后再对成像光进行偏振转换相比，提高了光利用率。
在一些示例中，两路线偏振光的偏振方向垂直。例如，一路线偏振光为P光，另一路线偏振光为S光。示例性地，两路线偏振光可以由一路圆偏振光或椭圆偏振光分光得到。这样，光源提供的光能够得到充分利用。
图3是本申请实施例提供的一种HUD设备的结构和成像原理示意图。如图3所示，该HUD设备包括PGU1和反射组件2。PGU1用于对两路线偏振光分别进行调制得到两路成像光B2，以及输出两路成像光B2，且两路成像光B2的输出方向相同。反射组件2用于将两路成像光B2分别反射至挡风玻璃A，以使两路成像光中的一路成像光经挡风玻璃A在第一位置形成第一虚像S1，两路成像光中的另一路成像光经挡风玻璃A在第二位置形成第二虚像S2。
反射组件2包括第一平面反射镜21、第二平面反射镜22、第一曲面反射镜23和第二曲面反射镜24。第一平面反射镜21用于将两路成像光中的一路成像光反射至第一曲面反射镜23的第一区域。第二平面反射镜22用于将两路成像光中的另一路成像光反射至第一曲面反射镜23的第二区域。第一曲面反射镜23用于将来自第一平面反射镜21的成像光和来自第二平面反射镜22的成像光反射至第二曲面反射镜24。第二曲面反射镜24用于将来自第一曲面反射镜23的两路成像光反射至挡风玻璃A。
通过第一平面反射镜和第二平面反射镜能够改变两路成像光之间的间距，使得两路成像光分别入射到第一曲面反射镜的不同区域，通过该第一曲面反射镜进一步改变两路成像光之间的间距，以控制两路成像光入射至第二曲面反射镜的位置和角度，使得第二曲面反射镜能够将两路成像光反射至挡风玻璃的目标位置。
平面反射镜和曲面反射镜的制备工艺简单，且利用平面反射镜和曲面反射镜进行反射光路设计也较为简单，有利于降低HUD设备的成像光路设计的难度以及降低HUD设备的成本。
图4是本申请实施例提供的另一种HUD设备的结构和成像原理示意图。如图4所示，该HUD设备包括PGU1和反射组件2。PGU1用于对两路线偏振光分别进行调制得到两路成像光B2，以及输出两路成像光B2，且两路成像光B2的输出方向垂直。反射组件2用于将两路成像光B2分别反射至挡风玻璃A，以使一路成像光B2经挡风玻璃A在第一位置形成第一虚像S1，另一路成像光B2经挡风玻璃A在第二位置形成第二虚像S2。
示例性地，反射组件2包括第一平面反射镜21、第一曲面反射镜23和第二曲面反射镜24。第一平面反射镜21用于将两路成像光中的一路成像光B2反射，以使两路成像光B2的传播方向相同，且分别入射至第一曲面反射镜23的第一区域和第二区域。第一曲面反射镜23用于将接收到的两路成像光B2反射至第二曲面反射镜24。第二曲面反射镜24用于将来自第一曲面反射镜23的两路成像光反射至挡风玻璃A。
通过该第一平面反射镜能够改变其中一路成像光的传播方向，以使得两路成像光的传播方向相同，并且通过将第一平面反射镜布置在合适的位置，能够控制传播方向相同的两路成像光之间的间距，以使得两路成像光分别入射至第一曲面反射镜的第一区域和第二区域。通过该第一曲面反射镜进一步改变两路成像光之间的间距，以控制两路成像光入射至第二曲面反射镜的位置和角度，使得第二曲面反射镜能够将两路成像光反射至挡风玻璃的目标位置。
平面反射镜和曲面反射镜的制备工艺简单，且利用平面反射镜和曲面反射镜进行反射光路设计也较为简单，有利于降低HUD设备的成像光路设计的难度以及降低HUD设备的成本。
需要说明的是，图3和图4所示的反射组件的结构仅为示例，任何能够将PGU输出的两路成像光导向挡风玻璃的合适位置组合方式均可以使用。
在图3和图4所示HUD中，第一虚像S1的虚像距大于第二虚像S2的虚像距，即第一虚像S1为远焦面成像，第二虚像S2为近焦面成像。
在一些示例中，第一虚像S1对应的成像光的光通量大于第二虚像S2对应的成像光的光通量。实际应用中，由于远焦面的虚像的画幅一般大于近焦面的虚像的画幅，如果两个焦面的虚像中各点的亮度相同，那么，远焦面的虚像对应的成像光的光通量需要大于近焦面的虚像对应的成像光的光通量，以使得远焦面的虚像的亮度较高。
示例性地，第一虚像S1用于显示外界物体的指示信息和导航信息等信息，第二虚像S2用于显示交通工具的状态信息。
图5是本申请实施例提供的一种PGU的结构示意图。如图5所示，该PGU包括：光源110、分光单元120、调制单元130和投影器件140。光源110用于提供圆偏振光B0。分光单元120用于将圆偏振光B0分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，第一线偏振光B11的偏振方向和第二线偏振光B12的偏振方向垂直。调制单元130用于分别对第一线偏振光B11和第二线偏振光B12进行调制，得到两路成像光B2。投影器件140用于将两路成像光B2输出至反射组件。
分光单元120基于光的偏振态来实现分光，有利于简化光路设计，且有利于降低PGU的结构复杂度和提高空间利用率。
在本申请实施例中，调制单元基于不同的图像源控制调制单元对第一线偏振光和第二线偏振光进行光调制。不同的图像源对应的图像的数据不同。例如，调制单元基于一个图像源控制该调制单元对第一线偏振光进行光调制，基于另一个图像源控制该调制单元对第二线偏振光进行光调制。
图6是本申请实施例提供的一种PGU的结构示意图。如图6所示，该PGU包括：光源110、分光单元220、调制单元230和投影器件240。光源110用于提供圆偏振光B0。分光单元120用于将圆偏振光B0分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，第一线偏振光B11的偏振方向和第二线偏振光B12的偏振方向垂直。调制单元130用于分别对第一线偏振光B11和第二线偏振光B12进行调制，得到两路成像光B2。投影器件140用于将两路成像光B2输出至反射组件。
分光单元220包括第一偏振分光器221和光学导向结构(图6中为第二偏振分光器222)。第一偏振分光器221用于将来自光源110的圆偏振光分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，以及将第一线偏振光B11导向调制单元230。光学导向结构位于第一偏振分光器221和调制单元230之间的光路上，用于将第二线偏振光B12导向调制单元230。
示例性地，第一偏振分光器221能够反射接收到的圆偏振光B0中的第一线偏振光B11以及透射该圆偏振光B0中的第二线偏振光B12。示例性地，第一线偏振光B11为S光，第二线偏振光B12为P光。
如图6所示，第一偏振分光器221的分光面与圆偏振光B0的传播方向呈45°夹角，第一线偏振光B11的传播方向与圆偏振光B0的传播方向呈90°夹角，第二线偏振光B12的传播方向与圆偏振光B0的传播方向相同。
光学导向结构包括第二偏振分光器222。第二偏振分光器222用于将第二线偏振光B12导向调制单元230。第二偏振分光器222能够透射第二线偏振光B12，从而将第二线偏振光B12导向调制单元230。
如图6所示，第二偏振分光器222的分光面和第一偏振分光器221的分光面平行，与第二线偏振光B12的传播方向呈45度夹角，从而第二线偏振光B12能够直接透过第二偏振分光器221，即不改变传播方向达到调制单元230。
示例性地，第一偏振分光器221为偏振分光棱镜，第二偏振分光器222为偏振分光棱镜。
在本申请实施例中，偏振分光棱镜包括两个直角棱镜和介质层，两个直角棱镜的斜面相对，介质层夹设在直角棱镜之间。
示例性地，调制单元230包括两个空间光调制器，分别为第一空间光调制器231和第二空间光调制器232。第一空间光调制器231位于第一偏振分光器221一侧，且位于第一线偏振光的传播方向上。第一空间光调制器231用于根据一幅图像的数据对第一线偏振光进行光调制，得到一路成像光B2。
第二空间光调制器232位于第二偏振分光器222一侧，且位于第二线偏振光经过第二空间光调制器222后的出射光的传播方向上，第二空间光调制器232用于根据另一幅图像的数据对第二线偏振光经过第二空间光调制器222后的出射光进行光调制，得到另一路成像光B2。
示例性地，投影器件240包括镜头，例如两个镜头241，两个镜头241分别用于投射一路成像光B2。
在图6所示示例中，空间光调制器为反射型的空间光调制器，且能够改变入射光的偏振方向。也即是，空间光调制器的入射光和出射光的偏振方向不同，例如呈90°夹角。这样，第一线偏振光B11(S光)经过第一空间光调制器231后反向传播且偏振方向旋转90度，得到的成像光B2与第一线偏振光B11的传播方向相反，且为P光。该成像光B2透过第一偏振分光器221后出射。第二线偏振光B12(P光)经过第二空间光调制器232后反向传播且偏振方向旋转90度，得到的成像光B2与第二线偏振光B12的传播方向相反，且为S光。该成像光B2被第二偏振分光器222的分光面反射后出射。在本实施例中，第一偏振分光器221和第二偏振分光器222可以为透P反S分光器，即透射P光，反射S光。
如图6所示，两路成像光B2的传播方向相同，以便于在同一方向成像。
示例性地，该反射型的空间光调制器为LCoS。在一些示例中，LCoS可以包括阵列基板、玻璃盖板以及设置在两者之间的液晶。阵列基板包括控制电路阵列层和反射层。控制电路阵列层用于控制液晶的偏转，以改变接收到的线偏振光的偏振方向，而该反射层能够反射接收到的线偏振光，改变线偏振光的传播方向。
在该实施例中，通过两个偏振分光器和两个空间光调制器即可实现双图像的投射，使用的器件少，成本低，结构简单且易于组装。
图7是本申请实施例提供的另一种PGU的结构示意图。图7所示的PGU与图5所示PGU的区别在于调制单元的结构不同。
如图7所示，调制单元230包括两个空间光调制器和两个旋光器。两个空间光调制器分别为第一空间光调制器231和第二空间光调制器232，两个旋光器分别为第一旋光器233和第二旋光器234。
第一旋光器233位于第一偏振分光器221和第一空间光调制器231之间的光路上，用于将第一线偏振光的偏振方向旋转45度后导向第一空间光调制器231，以及将来自第一空间光调制器231的线偏振光的偏振方向再次旋转45度后导向第一偏振分光器221。也即是，第一偏振分光器221向第一空间光调制器231输出的偏振光的偏振方向和第一偏振分光器221从第一空间光调制器231接收到的偏振光的偏振方向相对旋转了90度，S光变为P光，然后P光从第一偏振分光器221透射出去。
第二旋光器234位于第二偏振分光器222和第二空间光调制器233之间的光路上，用于将来自第二偏振分光器222的偏振光的偏振方向旋转45度后导向第二空间光调制器232，以及将来自第二空间光调制器232的偏振光的偏振方向再次旋转45度后导向第二偏振分光器222。也即是，第二偏振分光器222向第二空间光调制器232输出的偏振光的偏振方向和第二偏振分光器222从第二空间光调制器232接收的偏振光的偏振方向相对旋转了90度，P光变为S光，然后S光由第二偏振分光器222反射出去。在本实施例中，第一偏振分光器221和第二偏振分光器222可以为透P反S分光器，即透射P光，反射S光。
示例性地，旋光器包括波片和/或法拉第旋镜等，只要能够实现上述偏振方向的变化即可。当旋光器包括波片时，该波片为1/2波片或1/4波片。
在该示例中，空间光调制器为反射型的空间光调制器，且不改变出射光的偏振方向。即该空间光调制器的入射光和出射光的偏振方向相同。例如，该反射型的空间光调制器为MEMS或DMD等。
在该示例中，通过旋光器和第二偏振分光器的配合，能够改变第二线偏振光的偏振方向和/或传播方向，以使得调制单元的布置更加灵活。并且，利用不改变出射光的偏振方向的反射型空间光调制器与旋光器的配合实现光路设计，与采用LCoS相比，可以提高光的利用效率。
图8是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图。图8所示的PGU与图6所示PGU的区别在于调制单元的结构不同。如图8所示，调制单元230包括两个空间光调制器，且该空间光调制器为透射型的空间光调制器。例如，液晶显示器。
两个空间光调制器分别为第一空间光调制器231和第二空间光调制器232。第一空间光调制器231位于第一线偏振光B11(S光)的传播方向上，用于对第一线偏振光B11进行光调制，得到一路成像光B2，并将该路成像光B2透射出去，该路成像光B2和第一线偏振光B11的传播方向相同。第二空间光调制器232位于第二线偏振光B12(P光)经过第二偏振分光器222后的出射光的传播方向上，用于对该出射光进行光调制，得到另一路成像光B2，并将该另一路成像光B2透射出去，该另一路成像光B2与第二线偏振光B12经过第二偏振分光器222后的出射光的传播方向相同。
如图8所示，两路成像光B2的传播方向垂直。这样，能够在不同方向形成两幅图像。可选地，如果需要两路成像光在同一方向成像，还可以通过至少一个光学器件来改变其中一路或两路成像光的传播方向，例如在一路或两路成像光B2的传播方向上增加反射镜。
需要说明的是，在图4所示示例中，第二偏振分光器222可以去掉，第二线偏振光直接进入第二空间光调制器232。也即是，分光单元包括第一偏振分光器221而不包括光学导向结构。该第一偏振分光器221用于将光源110提供的圆偏振光分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，以及将第一线偏振光B11和第二线偏振光B12分别导向调制单元230。
在该示例中，PGU能够投射不同方向的两路成像光，以适应不同的应用场景。
图9是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图。图9所示的PGU与图6所示PGU的区别在于分光单元和调制单元的结构不同。
如图9所示，分光单元220包括第一偏振分光器221和光学导向结构(图9中为旋光器223和第二偏振分光器222)。第一偏振分光器221用于将来自光源110的圆偏振光分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，以及将第一线偏振光B11导向调制单元230。
光学导向结构位于第一偏振分光器221和调制单元230之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光B12导向调制单元230；其中，第一线偏振光B11的偏振方向与第二线偏振光B12的偏振方向垂直。
在图9所示实施例中，光学导向结构包括：旋光器223和第二偏振分光器222，旋光器223位于第一偏振分光器221和第二偏振分光器222之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光B12的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光B13，以及将第三线偏振光B13导向第二偏振分光器222。第二偏振分光器222用于将来自旋光器223的第三线偏振光B13导向调制单元230。在图7所示示例中，设定角度为90度。这样，当第二线偏振光B12为P光时，第三线偏振光B13为S光。因此，第三线偏振光B13被第二偏振分光器222的分光面反射，从而被导向调制单元230。
示例性地，旋光器223包括但不限于波片和法拉第旋镜等。例如，旋光器223为一个1/2波片。
调制单元230可以包括两个空间光调制器，两个空间光调制器分别用于对两个子光束进行光调制，得到两路成像光。两个空间光调制器分别为第一空间光调制器231和第二空间光调制器232。第一空间光调制器231位于第一偏振分光器221一侧，且位于第一线偏振光的传播方向上。第二空间光调制器232位于第二偏振分光器222一侧，且位于第三线偏振光的传播方向上。
如图9所示，第一偏振分光器221的分光面和第二偏振分光器222的分光面平行，因此第一线偏振光B11和第三线偏振光B12的传播方向相同，第一空间光调制器231和第二空间光调制器232位于分光单元220的同一侧。
由于两个空间光调制器位于分光单元220的同一侧，因此，可以采用一体结构，以便于进一步简化PGU的结构。这种情况下，调制单元包括一个空间光调制器，空间光调制器具有两个调制区域，两个调制区域分别用于对两个子光束进行光调制，得到两路成像光。
在该实施例中，空间光调制器231和232的类型与图6中的空间光调制器231和232的类型相同。需要说明的是，也可以替换为图7或者图8中所采用的类型和结构。
图10是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图。图10所示的PGU与图6所示PGU的区别在于分光单元和调制单元的结构不同。
如图10所示，分光单元220包括第一偏振分光器221和光学导向结构(图10中为旋光器223和第二偏振分光器222)。第一偏振分光器用于将来自光源110的圆偏振光分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，以及将第一线偏振光B11导向调制单元230。光学导向结构位于第一偏振分光器231和调制单元230之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光导向调制单元230。其中，第一线偏振光B11的偏振方向与第二线偏振光B12的偏振方向垂直。
光学导向结构包括旋光器223和第二偏振分光器222，第二偏振分光器222位于第一偏振分光器221和旋光器223之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光B12导向旋光器223；旋光器223用于对来自第二偏振分光器222的第二线偏振光B12的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光B13，以及将第三线偏振光B13导向第二偏振分光器222；第二偏振分光器222还用于将来自旋光器223的第三线偏振光B13导向调制单元230。
在该实施例中，由第一偏振分光器221出射的第一线偏振光B11为S光，第二线偏振光B12为P光。
示例性地，该旋光器223能够使入射光反向传播且能够改变入射光的偏振方向，使得出射光的偏振方向与入射光的偏振方向呈90°夹角。由于由第二偏振分光器222导向旋光器223的线偏振光为P光，在偏振方向旋转90°的情况下，由P光变为S光再次入射第二偏振分光器222，随后被第二偏振分光器222反射至调制单元230。
示例性地，第一偏振分光器221的分光面与第二偏振分光器222的分光面垂直。第一线偏振光B11的传播方向与第三线偏振光B13的传播方向呈90度，且第三线偏振光B13的传播方向垂直于第二线偏振光B13的传播方向。
在图10中，第一偏振分光器221和第二偏振分光器222均为偏振分光棱镜且为一体结构，以进一步简化装置的结构。第一偏振分光器221的一个直角棱镜和第二偏振分光器222的一个直角棱镜是一体的。
在图10所示示例中，第一空间光调制器231和第二空间光调制器232是一体的。即第一空间光调制器231和第二空间光调制器232为同一个空间光调制器的两个调制区域，两个调制区域分别用于对两个子光束进行光调制，得到两路成像光。
可替代地，第一偏振分光器221和第二偏振分光器222也可以采用分体结构，而图8中的调制单元也可以采用图9中的相同的调制单元的结构。
图11是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图。图11所示的PGU与图10所示PGU的区别在于分光单元和调制单元的结构不同。
如图11所示，分光单元220包括第一偏振分光器221和光学导向结构(图11中为旋光器223和第二偏振分光器222)。第一偏振分光器221用于将来自光源110的圆偏振光分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，以及将第一线偏振光B11导向调制单元。光学导向结构位于第一偏振分光器231和调制单元之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光导向调制单元。其中，第一线偏振光B11的偏振方向与第二线偏振光B12的偏振方向垂直。
光学导向结构包括旋光器223和第二偏振分光器222，第二偏振分光器222位于第一偏振分光器221和旋光器223之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光B12导向旋光器223；旋光器223用于对来自第二偏振分光器222的第二线偏振光B12的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光B13，以及将第三线偏振光B13导向第二偏振分光器222；第二偏振分光器222还用于将来自旋光器223的第三线偏振光B13导向调制单元。
在该实施例中，由第一偏振分光器221出射的第一线偏振光B11为S光，第二线偏振光B12为P光。示例性地，该旋光器223能够使入射光反向传播且能够改变入射光的偏振方向，使得出射光的偏振方向与入射光的偏振方向呈90°夹角，第三线偏振光B13为S光。
第一偏振分光器221的分光面与第二偏振分光器222的分光面平行，从而使得第一线偏振光B11和第三线偏振光B13的传播方向相反。
如图11所示，调制单元包括第一空间光调制器231和第二空间光调制器232。第一空间光调制器231为反射式的空间光调制器，且位于第一线偏振光的传播方向上，用于对第一偏振分光器221输出的第一线偏振光进行调制且改变第一线偏振光的偏振方向和传播方向，以输出一路成像光B2。例如，第一空间光调制器231为LCoS。第二空间光调制器232为透射式的空间光调制器，且位于第三线偏振光的传播方向上，用于对第三线偏振光进行调制，且透射第三线偏振光，以输出另一路成像光B2。例如，第二空间光调制器232为液晶显示器。该液晶显示器的起偏方向与对应的成像光B2的偏振方向相同，以提高光的利用率。
在该示例中，利用不用类型的空间光调制器提供了两路传播方向相同的成像光B2。
示例性地，该第一空间光调制器231形成的成像光B2用于形成第一虚像，第二空间光调制器232形成的成像光B2用于形成第二虚像。
图12是本申请实施例提供的又一种PGU的结构示意图。图12所示的PGU与图9所示PGU的区别在于分光单元和调制单元的结构不同。
如图12所示，分光单元220包括第一偏振分光器221和光学导向结构(图12中为旋光器223和第二偏振分光器222)。第一偏振分光器221用于将来自光源110的圆偏振光B0分为第一线偏振光B11和第二线偏振光B12，以及将第一线偏振光B11导向调制单元230。其中，第一线偏振光B11的偏振方向与第二线偏振光B11的偏振方向垂直。
光学导向结构包括：旋光器223和第二偏振分光器222。旋光器223位于第一偏振分光器221和第二偏振分光器222之间的光路上，用于将来自第一偏振分光器221的第二线偏振光B12的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光B13，以及将第三线偏振光B13导向第二偏振分光器222。第二偏振分光器222用于将来自旋光器223的第三线偏振光B13导向调制单元230。
如图12所示，第一线偏振光B11的传播方向与第三线偏振光B13的传播方向呈90度，且第三线偏振光B13的传播方向垂直于第二线偏振光B12的传播方向。例如，第一线偏振光B11的传播方向为平行于纸面向下，第二线偏振光B12的传播方向为平行于纸面向右，第三线偏振光B13的传播方向为垂直于纸面向内。
示例性地，第一偏振分光器221和第二偏振分光器222的分光面之间呈夹角，且该夹角能够使得第一线偏振光、第二线偏振光和第三线偏振光的传播方向满足前述关系。
图13为第一偏振分光器221和第二偏振分光器222的立体结构示意图。结合图12和图13，第一偏振分光器221和第二偏振分光器221均为偏振分光棱镜，且第二偏振分光器221的分光面222a以光束B0的传播方向为中心顺时针旋转90度后与第一偏振分光器221的分光面221a平行。
调制单元230包括两个空间光调制器，两个空间光调制器分别用于对两个子光束进行光调制，得到两路成像光。一个空间光调制器231位于第一偏振分光器221的一侧且位于第一线偏振光的传播方向上，用于对第一线偏振光进行光调制，得到一路成像光B2。另一个空间光调制器232位于第二偏振分光器222的一侧且位于第三线偏振光的传播方向上，用于对第三线偏振光进行光调制，得到另一路成像光B2。两路成像光B2的传播方向垂直。
需要说明的是，在该实施例中，空间光调制器的类型与图6中的空间光调制器的类型相同。在其他实施例中，也可以替换为图7或者图8中所采用的类型和结构。
在图6至图13所示实施例中，由第一线偏振光B11形成对应成像光B2的过程中，光的传播路径比由第二线偏振光B12形成对应成像光B2的过程中的光的传播路径短，因此，第一线偏振光B1对应的成像光B2的光通量大于第二线偏振光B12对应的成像光B2的光通量，因此，第一线偏振光B11对应的成像光B2可以用于形成第一虚像，第二线偏振光B12对应的成像光B2可以用于形成第二虚像。
在本申请实施例中，光源110用于提供白光。图14为本申请提供的一种光源的结构示意图。如图14所示，在一些示例中，光源110包括多个发光单元111、合光单元112和输出单元113。每个发光单元111用于发出不同颜色的光。例如，光源110包括三个发光单元111，这三个发光单元111分别为用于发出红光的红光发光单元R、用于发出绿光的绿光发光单元G和用于发出蓝光的蓝光发光单元B。合光单元112用于将多个发光单元111发出的不同颜色的光进行混合，得到一束白光。输出单元113用于输出来自合光单元1121的白光。
示例性地，每个发光单元111包括至少一个发光器件111a，发光器件111a为半导体发光器件，包括但不限于发光二极管(light emitting diode，LED)器件或激光二极管(laser diode，LD)。可选地，每个发光单元111还包括准直透镜111b，用于对对应的发光器件111a发出的光进行准直。
如图14所示，绿光发光单元G和红光发光单元R沿蓝光发光单元B的出光方向依次布置，且绿光发光单元G的出光方向和红光发光单元R的出光方向均与蓝光发光单元B的出光方向垂直，即绿光的传播方向和红光的传播方向均垂直于蓝光的传播方向。合光单元112包括第一二向色镜112a和第二二向色镜112b。第一二向色镜112a布置在蓝光发光单元B发出的蓝光和绿光发光单元G发出的绿光的交汇处，且第一二向色镜112a与蓝光的传播方向和绿光的传播方向之间的夹角均为45°。第一二向色镜112a用于透射蓝光以及反射绿光，以将蓝光和绿光的混合光导向第二二向色镜112b。第二二向色镜112b布置在红光发光单元R发出的红光和第一二向色镜11a输出的蓝光和绿光的混合光的交汇处，且第二二向色镜112b与第一二向色镜112a平行。第二二向色镜112b用于透过蓝光和绿光以及反射红光，以将蓝光、绿光和红光混合得到白光，以及将白光导向输出单元113。
输出单元113可以包括一个或多个透镜，例如包括一个复眼透镜，该复眼透镜位于第二二向色镜112b和分光单元之间的光路上。复眼透镜113a用于实现白光的均匀输出。
在另一些示例中，光源110还可以直接采用发白光的LED器件。这种情况下，则无需使用合色单元。需要说明的是，本申请对光源的结构不做限制，任何能够提供偏振态为圆偏振光的白光光束均可使用。
还需要说明的是，在图7至图13所示实施例中，省略了投影器件，投影器件的位置位于成像光B2的传播方向上。此外，在图7至图13所示示例中，由反射型的空间光调制器形成的成像光B2对应的镜头241具备成像功能；由透射型的空间光调制器形成的成像光B2对应的镜头241不需要具备成像光能，只需要能够供成像光B2透过即可。
图6、图7、图8、图11和图12中的PGU输出的两路成像光B2中的一路为P光，一路为S光。图9中的PGU输出的两路成像光均为S光。图10中的PGU输出的两路成像光均为P光。对于两路成像光B2中包含P光的情况，对应的HUD设备还可以包括旋光组件，所述旋光组件用于将为P光的所述成像光转变为S光后导向所述反射组件。
通过将为P光的成像光转变为S光后再导向反射组件，使得反射组件导向挡风玻璃的成像光也为S光，对于目前常规的挡风玻璃的折射率而言，成像光以S光入射挡风玻璃，能够使反射率最大化，进一步提高光的利用率。
示例性地，旋光组件包括但不限于波片和法拉第旋镜。例如，旋光组件为一个1/2波片。
在另一些示例中，旋光组件用于将第一虚像对应的成像光变为S光后入射挡风玻璃。
在一些示例中，两路成像光入射到挡风玻璃的入射角为50°～60°。通常情况下，挡风玻璃的布儒斯特角为50°～60°，例如，57.7°，当两路成像光为入射到挡风玻璃的入射角为50°～60°时，如果成像光为P光，将大部分透过挡风玻璃，只有少量光会反射，在这种情况下，将为P光的成像光转变为S光后导向反射组件，通过反射组件反射至挡风玻璃，可以更好地提高成像光的反射率。
本申请实施例还提供了一种交通工具，该交通工具前述任一种HUD设备和挡风玻璃，所述挡风玻璃用于将来自所述抬头显示设备的一路成像光反射至眼盒形成所述第一虚像对应的第一图像，并将来自所述抬头显示设备的另一路成像光反射至眼盒形成所述第二虚像对应的第二图像，所述眼盒为驾驶员的双目所处的区域。
示例性地，交通工具包括但不限于汽车、飞机、火车或者轮船等。
图15是本申请实施例提供的显示设备的电路示意图。如图15所示，显示设备中的电路主要包括包含主处理器(host CPU)1101，外部存储器接口1102，内部存储器1103，音频模块1104，视频模块1105，电源模块1106，无线通信模块1107，I/O接口1108、视频接口1109、显示电路1110和调制器1111等。其中，主处理器1101与其周边的元件，例如外部存储器接口1102，内部存储器1103，音频模块1104，视频模块1105，电源模块1106，无线通信模块1107，I/O接口1108、视频接口1109、显示电路1110可以通过总线连接。主处理器1101可以称为前端处理器。
另外，本申请实施例示意的电路图并不构成对显示设备的具体限定。在本申请另一些实施例中，显示设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
其中，主处理器1101包括一个或多个处理单元，例如：主处理器1101可以包括应用处理器(Application Processor，AP)，调制解调处理器，图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)，图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，基带处理器，和/或神经网络处理器(Neural-Network Processing Unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
主处理器1101中还可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，主处理器1101中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存主处理器1101刚用过或循环使用的指令或数据。如果主处理器1101需要再次使用该指令或数据，可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了主处理器1101的等待时间，因而提高了系统的效率。
在一些实施例中，显示设备还可以包括多个连接到主处理器1101的输入输出(Input/Output，I/O)接口1108。接口1108可以包括集成电路(Inter-Integrated Circuit，I2C)接口，集成电路内置音频(Inter-Integrated Circuit Sound，I2S)接口，脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)接口，通用异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，UART)接口，移动产业处理器接口(Mobile Industry ProcessorInterface，MIPI)，通用输入输出(General-Purpose Input/Output，GPIO)接口，用户标识模块(Subscriber Identity Module，SIM)接口，和/或通用串行总线(Universal SerialBus，USB)接口等。上述I/O接口1108可以连接鼠标、触摸板、键盘、摄像头、扬声器/喇叭、麦克风等设备，也可以连接显示设备上的物理按键(例如音量键、亮度调节键、开关机键等)。
外部存储器接口1102可以用于连接外部存储卡，例如Micro SD卡，实现扩展显示设备的存储能力。外部存储卡通过外部存储器接口1102与主处理器1101通信，实现数据存储功能。
内部存储器1103可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。内部存储器1103可以包括存储程序区和存储数据区。其中，存储程序区可存储操作系统，至少一个功能所需的应用程序(比如通话功能，时间设置功能等)等。存储数据区可存储显示设备使用过程中所创建的数据(比如电话簿，世界时间等)等。此外，内部存储器1103可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件，闪存器件，通用闪存存储器(Universal Flash Storage，UFS)等。主处理器1101通过运行存储在内部存储器1103的指令，和/或存储在设置于主处理器1101中的存储器的指令，执行显示设备的各种功能应用以及数据处理。
显示设备可以通过音频模块1104以及应用处理器等实现音频功能。例如音乐播放，通话等。
音频模块1104用于将数字音频信息转换成模拟音频信号输出，也用于将模拟音频输入转换为数字音频信号。音频模块1104还可以用于对音频信号编码和解码，例如进行放音或录音。在一些实施例中，音频模块1104可以设置于处理器101中，或将音频模块1104的部分功能模块设置于处理器101中。
视频接口1109可以接收外部输入的音视频信号，其具体可以为高清晰多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)，数字视频接口(Digital VisualInterface，DVI)，视频图形阵列(Video Graphics Array，VGA)，显示端口(Display port，DP)等，视频接口1109还可以向外输出视频。当显示设备作为抬头显示使用时，视频接口1109可以接收周边设备输入的速度信号、电量信号，还可以接收外部输入的AR视频信号。当显示设备作为投影仪使用时，视频接口1109可以接收外部电脑或终端设备输入的视频信号。
视频模块1105可以对视频接口1109输入的视频进行解码，例如进行H.264解码。视频模块还可以对显示设备采集到的视频进行编码，例如对外接的摄像头采集到的视频进行H.264编码。此外，主处理器1101也可以对视频接口1109输入的视频进行解码，然后将解码后的图像信号输出到显示电路1110。
显示电路1110和调制器1111用于显示对应的图像。在本实施例中，视频接口1109接收外部输入的视频源信号，视频模块1105进行解码和/或数字化处理后输出一路或多路图像信号至显示电路1110，显示电路1110根据输入的图像信号驱动调制器1111将入射的偏振光进行成像，进而输出至少两路成像光。此外，主处理器1101也可以向显示电路1110输出一路或多路图像信号。
在本实施例中，显示电路1110以及调制器1111属于调制单元230中的电子元件，显示电路1110可以称为驱动电路。
电源模块1106用于根据输入的电力(例如直流电)为主处理器1101和光源110提供电源，电源模块1106中可以包括可充电电池，可充电电池可以为主处理器1101和光源110提供电源。光源110发出的光可以传输到调制器1111进行成像，从而形成图像光信号。
无线通信模块1107可以使得显示设备与外界进行无线通信，其可以提供无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)(如无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)网络)，蓝牙(Bluetooth，BT)，全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)，调频(Frequency Modulation，FM)，近距离无线通信技术(Near FieldCommunication，NFC)，红外技术(Infrared，IR)等无线通信的解决方案。无线通信模块1107可以是集成至少一个通信处理模块的一个或多个器件。无线通信模块1107经由天线接收电磁波，将电磁波信号调频以及滤波处理，将处理后的信号发送到主处理器1101。无线通信模块1107还可以从主处理器1101接收待发送的信号，对其进行调频，放大，经天线转为电磁波辐射出去。
另外，视频模块1105进行解码的视频数据除了通过视频接口1109输入之外，还可以通过无线通信模块1107以无线的方式接收或从外部存储器中读取，例如显示设备可以通过车内的无线局域网从终端设备或车载娱乐系统接收视频数据，显示设备还可以读取外部存储器中存储的音视频数据。
上述显示设备可以安装在交通工具上，请参见图16，图16是本申请实施例提供的一种交通工具的一种可能的功能框架示意图。
如图16所示，交通工具的功能框架中可包括各种子系统，例如图示中的传感器系统12、控制系统14、一个或多个外围设备16(图示以一个为例示出)、电源18、计算机系统20和抬头显示系统32。可选地，交通工具还可包括其他功能系统，例如为交通工具提供动力的引擎系统等等，本申请这里不做限定。
其中，传感器系统12可包括若干检测装置，这些检测装置能感受到被测量的信息，并将感受到的信息按照一定规律将其转换为电信号或者其他所需形式的信息输出。如图示出，这些检测装置可包括全球定位系统(global positioning system，GPS)、车速传感器、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)、雷达单元、激光测距仪、摄像装置、轮速传感器、转向传感器、档位传感器、或者其他用于自动检测的元件等等，本申请并不做限定。
控制系统14可包括若干元件，例如图示出的转向单元、制动单元、照明系统、自动驾驶系统、地图导航系统、网络对时系统和障碍规避系统。可选地，控制系统14还可包括诸如用于控制车辆行驶速度的油门控制器及发动机控制器等元件，本申请不做限定。
外围设备16可包括若干元件，例如图示中的通信系统、触摸屏、用户接口、麦克风以及扬声器等等。其中，通信系统用于实现交通工具和除交通工具之外的其他设备之间的网络通信。在实际应用中，通信系统可采用无线通信技术或有线通信技术实现交通工具和其他设备之间的网络通信。该有线通信技术可以是指车辆和其他设备之间通过网线或光纤等方式通信。
电源18代表为车辆提供电力或能源的系统，其可包括但不限于再充电的锂电池或铅酸电池等。在实际应用中，电源中的一个或多个电池组件用于提供车辆启动的电能或能量，电源的种类和材料本申请并不限定。
交通工具的若干功能均由计算机系统20控制实现。计算机系统20可包括一个或多个处理器2001(图示以一个处理器为例示出)和存储器2002(也可称为存储装置)。在实际应用中，该存储器2002也在计算机系统20内部，也可在计算机系统20外部，例如作为交通工具中的缓存等，本申请不做限定。其中，
处理器2001可包括一个或多个通用处理器，例如图形处理器(graphicprocessing unit，GPU)。处理器2001可用于运行存储器2002中存储的相关程序或程序对应的指令，以实现车辆的相应功能。
存储器2002可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如RAM；存储器也可以包括非易失性存储器(non-vlatile memory)，例如ROM、快闪存储器(flash memory)、HDD或固态硬盘SSD；存储器2002还可以包括上述种类的存储器的组合。存储器2002可用于存储一组程序代码或程序代码对应的指令，以便于处理器2001调用存储器2002中存储的程序代码或指令以实现车辆的相应功能。该功能包括但不限于图16所示的车辆功能框架示意图中的部分功能或全部功能。本申请中，存储器2002中可存储一组用于车辆控制的程序代码，处理器2001调用该程序代码可控制车辆安全行驶，关于如何实现车辆安全行驶具体在本申请下文详述。
可选地，存储器2002除了存储程序代码或指令之外，还可存储诸如道路地图、驾驶线路、传感器数据等信息。计算机系统20可以结合车辆功能框架示意图中的其他元件，例如传感器系统中的传感器、GPS等，实现车辆的相关功能。例如，计算机系统20可基于传感器系统12的数据输入控制交通工具的行驶方向或行驶速度等，本申请不做限定。
抬头显示系统32可包括若干元件，例如前挡玻璃，控制器和抬头显示器(即前述抬头显示设备)。控制器用于根据用户指令生成图像(例如生成包含车速、电量/油量等车辆状态的图像以及增强现实AR内容的图像)，并将该图像发送至抬头显示器进行显示；抬头显示器可以包括图像生成单元、反射反射组件，前挡玻璃用于配合抬头显示器以实现抬头显示系统的光路，以使在驾驶员前方呈现目标图像。需要说明的是，抬头显示系统中的部分元件的功能也可以由车辆的其它子系统来实现，例如，控制器也可以为控制系统中的元件。
其中，本申请图16示出包括四个子系统，传感器系统12、控制系统14、计算机系统20和抬头显示系统32仅为示例，并不构成限定。在实际应用中，交通工具可根据不同功能对车辆中的若干元件进行组合，从而得到相应不同功能的子系统。在实际应用中，交通工具可包括更多或更少的系统或元件，本申请不做限定。
上述交通工具可以为轿车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升飞机、割草机、娱乐车、游乐场车辆、施工设备、电车、高尔夫球车、火车、和手推车等，本申请实施例不做特别的限定。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“A和/或B”表示存在以下三种情况：A、B、以及A和B。
以上所述仅为本申请一个实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的基础上所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种抬头显示设备，其特征在于，包括：图像生成装置和反射组件；
所述图像生成装置用于对两路线偏振光分别进行调制得到两路成像光，以及输出所述两路成像光；
所述反射组件用于将所述两路成像光分别反射至挡风玻璃，以使所述两路成像光中的一路成像光经所述挡风玻璃在第一位置形成第一虚像，所述两路成像光中的另一路成像光经所述挡风玻璃在第二位置形成第二虚像。
2.根据权利要求1所述抬头显示设备，其特征在于，所述图像生成装置输出所述两路成像光的输出方向相同；
所述反射组件包括第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一曲面反射镜和第二曲面反射镜；
所述第一平面反射镜用于将所述两路成像光中的一路成像光反射至所述第一曲面反射镜的第一区域；
所述第二平面反射镜用于将所述两路成像光中的另一路成像光反射至所述第一曲面反射镜的第二区域；
所述第一曲面反射镜用于将来自所述第一平面反射镜的成像光和来自所述第二平面反射镜的成像光反射至所述第二曲面反射镜；
所述第二曲面反射镜用于将来自所述第一曲面反射镜的两路成像光反射至所述挡风玻璃。
3.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述图像生成装置输出所述两路成像光的输出方向垂直；
所述反射组件包括第一平面反射镜、第一曲面反射镜和第二曲面反射镜；
所述第一平面反射镜用于将所述两路成像光中的一路成像光反射，以使所述两路成像光的传播方向相同，且分别入射至所述第一曲面反射镜的第一区域和第二区域；
所述第一曲面反射镜用于将接收到的所述两路成像光反射至所述第二曲面反射镜；
所述第二曲面反射镜用于将来自所述第一曲面反射镜的两路成像光反射至所述挡风玻璃。
4.根据权利要求1至3任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述两路成像光中的至少一路为P光，
所述抬头显示设备还包括：旋光组件，所述旋光组件用于将为P光的所述成像光转变为S光后导向所述反射组件。
5.根据权利要求1至4任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述两路成像光入射到所述挡风玻璃的入射角为50°～60°。
6.根据权利要求1至5任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述图像生成装置包括光源、分光单元、调制单元和投影器件；
所述光源用于提供圆偏振光或者椭圆偏振光；
所述分光单元用于将所述圆偏振光或者椭圆偏振光分为第一线偏振光和第二线偏振光，所述第一线偏振光的偏振方向和所述第二线偏振光的偏振方向垂直；
所述调制单元用于分别对所述第一线偏振光和所述第二线偏振光进行调制，得到所述两路成像光；
所述投影器件用于将所述两路成像光输出至所述反射组件。
7.根据权利要求6所述的抬头显示设备，其特征在于，所述分光单元包括：
第一偏振分光器，用于将所述光源提供的圆偏振光或者椭圆偏振光分为第一线偏振光和第二线偏振光，以及将所述第一线偏振光和所述第二线偏振光分别导向所述调制单元。
8.根据权利要求6所述的抬头显示设备，其特征在于，所述分光单元包括：
第一偏振分光器，用于将所述光源提供的圆偏振光或者椭圆偏振光分为第一线偏振光和第二线偏振光，以及将所述第一线偏振光导向所述调制单元；
光学导向结构，位于所述第一偏振分光器和所述调制单元之间的光路上，用于将所述第二线偏振光导向所述调制单元。
9.根据权利要求8所述的抬头显示设备，其特征在于，所述光学导向结构包括：第二偏振分光器，所述第二偏振分光器用于将所述第二线偏振光导向所述调制单元。
10.根据权利要求8所述的抬头显示设备，其特征在于，所述光学导向结构包括：旋光器和第二偏振分光器，
所述旋光器位于所述第一偏振分光器和所述第二偏振分光器之间的光路上，用于将入射的所述第二线偏振光的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光，以及将所述第三线偏振光导向所述第二偏振分光器；
所述第二偏振分光器用于将所述第三线偏振光导向所述调制单元。
11.根据权利要求8所述的抬头显示设备，其特征在于，所述光学导向结构包括：旋光器和第二偏振分光器，
所述第二偏振分光器位于所述第一偏振分光器和所述旋光器之间的光路上，用于将所述第二线偏振光导向所述旋光器；
所述旋光器用于对所述第二线偏振光的偏振方向旋转设定角度，得到第三线偏振光，以及将所述第三线偏振光导向所述第二偏振分光器；
所述第二偏振分光器还用于将所述第三线偏振光导向所述调制单元。
12.根据权利要求10或11所述的抬头显示设备，其特征在于，所述旋光器包括以下器件中的至少一种：法拉第旋镜和波片。
13.根据权利要求6至12任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述调制单元包括一个空间光调制器，所述空间光调制器具有两个调制区域，所述两个调制区域分别用于对所述第一线偏振光和所述第二线偏振光进行光调制，得到所述两路成像光。
14.根据权利要求6至12任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述调制单元包括两个空间光调制器，所述两个空间光调制器分别用于对所述第一线偏振光和所述第二线偏振光进行光调制，得到所述两路成像光。
15.根据权利要求13或14所述的抬头显示设备，其特征在于，所述空间光调制器为微电子机械系统MEMS、液晶显示器、数字微镜设备或者硅基液晶。
16.根据权利要求14所述的抬头显示设备，其特征在于，所述第一虚像的虚像距大于所述第二虚像的虚像距，所述第一虚像对应的所述空间光调制器为反射型空间光调制器，所述第二虚像对应的所述空间光调制器为透射型空间光调制器。
17.根据权利要求1至15任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述第一虚像的虚像距大于所述第二虚像的虚像距，所述第一虚像对应的成像光的光通量大于所述第二虚像对应的成像光的光通量。
18.一种交通工具，其特征在于，包括如权利要求1至17任一项所述的抬头显示设备以及挡风玻璃，所述挡风玻璃用于将来自所述抬头显示设备的一路成像光反射至眼盒形成所述第一虚像对应的第一图像，并将来自所述抬头显示设备的另一路成像光反射至眼盒形成所述第二虚像对应的第二图像，所述眼盒为驾驶员的双目所处的区域。
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