CN213240678U - 一种可显示三维图像的抬头显示系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可显示三维图像的抬头显示系统，该抬头显示系统包括：三维像源、变焦反射镜及透明成像装置，三维像源出射可形成三维图像的图像光线，图像光线出射至第一观察位置及第二观察位置；变焦反射镜将入射至其的图像光线反射至透明成像装置，透明成像装置用于反射变焦反射镜出射的图像光线并形成三维虚像，且允许外部光线透射；变焦反射镜通过电场改变所述变焦反射镜的焦距，以调节三维虚像的成像位置与透明成像装置之间的距离。本申请实施例提供的抬头显示系统，可在不同距离处形成三维虚像，与实际三维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，提升了抬头显示系统的使用体验和驾驶安全性。

Description

一种可显示三维图像的抬头显示系统

技术领域

本申请属于光学显示技术领域，具体涉及一种可显示三维图像的抬头显示系统。

背景技术

抬头显示器(Head up display,HUD)又称平视显示器，它把重要的行车信息，投射在车辆的挡风玻璃或成像窗上，通过反射的原理形成虚像，使驾驶员不必低头，就能看到投射的信息，使驾驶员不用低头就可以看到相关信息，将更多的精力放到观察路面情况上，与此同时其也可以减少驾驶员观察远处道路情况与近距离查看导航、车辆信息视线频繁转换引发的视觉疲劳。

现有HUD形成的图像，一般都是二维平面图像，但是实际路况是三维立体的，预警和导航等信息无法与实际路况进行贴合显示。

同时，现有HUD所成的图像一般是在距离驾驶员2-4米的固定距离处成像，这就使得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，这种来回切换会使得眼睛疲劳，还会产生视觉辐辏冲突，会导致驾驶员产生疲劳、恶心等不良状况。

实用新型内容

本申请至少一实施例提供一种可显示三维图像的抬头显示系统，包括：三维像源、变焦反射镜及透明成像装置；所述三维像源包括光线定向部和图像生成部，所述图像生成部出射光线，所述光线定向部设置在所述图像生成部的出光方向上，所述光线经过所述光线定向部后转化为可形成三维图像的图像光线，所述图像光线出射至第一观察位置及第二观察位置；所述变焦反射镜将入射至其的图像光线反射至透明成像装置，所述透明成像装置用于反射所述变焦反射镜出射的图像光线并形成三维虚像，且允许外部光线透射；所述变焦反射镜被配置为通过电场改变所述变焦反射镜的焦距，以调节所述三维虚像的成像位置与所述透明成像装置之间的距离。

例如，本申请的实施例中，还包括：平面反射镜；所述平面反射镜设置在所述三维像源与所述变焦反射镜之间图像光线的传播路径上，用于改变入射至其的图像光线的传播方向。

例如，本申请的实施例中，所述光线定向部包括：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，多个所述阻挡单元中的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光线出射，形成所述图像光线。

例如，本申请的实施例中，所述光线定向部包括：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光线形成所述图像光线。

例如，本申请的实施例中，所述变焦反射镜包括变焦曲面反射镜；所述变焦曲面反射镜被配置为，包括可通过电场调节的曲率，以改变所述变焦曲面镜的焦距。

例如，本申请的实施例中，所述变焦反射镜包括沿所述图像光线入射方向依次设置的导电层、反射层和导电基板；所述导电基板和所述导电层用于形成电场，所述导电层包括透光结构；所述反射层用于反射所述图像光线；所述反射层受所述电场驱动产生形变，以调节所述变焦反射镜的曲率。

例如，本申请的实施例中，所述变焦反射镜包括沿所述图像光线入射方向依次贴合设置的反射层、形变驱动层和导电基板；所述反射层用于反射所述图像光线，所述反射层包括形变结构；所述导电基板用于形成电场；所述形变驱动层受电场驱动产生形变，以带动所述反射层产生形变，调节所述变焦反射镜的曲率。

例如，本申请的实施例中，所述形变驱动层包括压电驱动层或电阻驱动层中的至少一种。

例如，本申请的实施例中，所述变焦反射镜包括沿所述图像光线入射方向依次设置的反射层、驱动阵列和导电基板；所述导电基板用于形成电场；所述反射层包括多个反射单元，所述驱动阵列包括多个驱动单元，所述反射单元与所述驱动单元一一对应的连接设置；所述驱动单元受电场驱动带动所述反射单元移动，以使所述反射层产生形变，调节所述变焦反射镜的曲率。

例如，本申请的实施例中，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，所述导光元件被配置为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；方向控制元件，所述方向控制元件被配置为将所述导光元件入射至所述方向控制元件的光线聚集并出射至预定区域；光扩散元件，所述光扩散元件被配置为将所述方向控制元件出射的光线扩散并出射；液晶面板，所述液晶面板被配置为将所述光扩散元件扩散的且入射至所述液晶面板的光线出射至所述光线定向部。

例如，本申请的实施例中，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方向控制元件。

例如，本申请的实施例中，所述抬头显示系统还包括：相位延迟元件；所述相位延迟元件设置在所述变焦反射镜与所述透明成像装置之间所述图像光线的传播路径上；所述三维像源出射包括第一线偏振态的图像光线，所述相位延迟元件用于将入射至其的所述第一线偏振态的图像光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的图像光线，转换后的所述圆偏振态或椭圆偏振态的图像光线经所述透明成像装置反射并形成三维虚像。

例如，本申请的实施例中，所述三维像源与所述变焦反射镜之间的距离，小于或等于所述变焦反射镜的焦距。

例如，本申请的实施例中，所述透明成像装置还包括：波长选择性反射膜；所述波长选择性反射膜贴合设置在所述透明成像装置靠近所述变焦反射镜的一面，被配置为反射预定波段的光线并且透射可见光中除所述预定波段光线之外波段的光线；所述图像光线包括所述预定波段的光线；所述预定波段的光线包括第一波段的光、第二波段的光和第三波段的光中的至少一种，且所述第一波段、第二波段和第三波段为不同的波段。

例如，本申请的实施例中，所述透明成像装置还包括：偏振选择性反射膜；所述偏振选择性反射膜贴合设置在所述透明成像装置靠近所述变焦反射镜的一面，被配置为反射第一偏振态的光线并且透射第二偏振态的光线；所述图像光线包括第一偏振态的光线。

本申请实施例提供的上述方案中，通过设置三维像源、变焦反射镜及透明成像装置，利用三维像源出射可形成三维图像的图像光线，变焦反射镜将入射至其的图像光线反射至透明成像装置，透明成像装置用于反射变焦反射镜出射的图像光线并形成三维虚像，变焦反射镜通过电场改变所述变焦反射镜的焦距，以调节三维虚像的成像距离。本申请实施例提供的抬头显示系统，可在不同距离处形成三维虚像，与实际三维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，提升了抬头显示系统的使用体验和驾驶安全性。

为使本申请的上述目的、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显示了本申请一个实施例抬头显示系统的结构示意图一；

图2显示了本申请一个实施例抬头显示系统的结构示意图二；

图3显示了本申请一个实施例抬头显示系统的光线定向部对光线作用的示意图一；

图4显示了本申请一个实施例抬头显示系统的光线定向部对光线作用的示意图二；

图5显示了本申请一个实施例抬头显示系统的光线定向部对光线作用的示意图三；

图6显示了本申请一个实施例抬头显示系统的变焦反射镜的结构示意图一；

图7a显示了本申请一个实施例抬头显示系统的变焦反射镜的结构示意图二；

图7b显示了本申请一个实施例抬头显示系统的变焦反射镜的结构示意图三；

图8显示了本申请一个实施例抬头显示系统的变焦反射镜的结构示意图四；

图9显示了本申请一个实施例抬头显示系统的图像生成部的结构示意图；

图10a显示了本申请一个实施例抬头显示系统的导光元件对光线作用的示意图一；

图10b显示了本申请一个实施例抬头显示系统的导光元件对光线作用的示意图二；

图10c显示了本申请一个实施例抬头显示系统的导光元件对光线作用的示意图三；

图11显示了本申请一个实施例抬头显示系统的方向控制元件对光线作用的示意图；

图12显示了本申请一个实施例抬头显示系统的封装壳体的示意图；

图13显示了本申请一个实施例抬头显示系统的透明成像装置的示意图一；

图14显示了本申请一个实施例抬头显示系统的透明成像装置的示意图二；

图15显示了本申请一个实施例抬头显示系统的透明成像装置的示意图三。

标号说明：10-三维像源；11-光线定向部；111-阻挡层；112-柱状透镜层；113-指向层；1131-指向层第一表面；1132-指向层第二表面；12-图像生成部；121-光源；122-导光元件；1221-中空壳体端部开口；1222-中空壳体出光开口；1223-实心透明体端部；1224-实心透明体出光面；1225-实心透明体空腔；1226-实心透明体准直部；1227-实心透明体开孔；123-方向控制元件；124-光扩散元件；125-液晶面板；20-变焦反射镜；21-反射层；211-反射单元；22-导电基板；23-导电层；24-形变驱动层；241-压电驱动层；242-电阻驱动层；25-驱动阵列；251-驱动单元；30-透明成像装置；301-波长选择性反射膜；302-偏振选择性反射膜；303-转换元件；40-平面反射镜；50-封装壳体；51-封装壳体出光口；52-透明防尘膜；53-防眩光罩。

具体实施方式

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

本申请实施例提供一种可显示三维图像的抬头显示系统，参见图1所示，包括：三维像源10、变焦反射镜20及透明成像装置30，三维像源10包括光线定向部11和图像生成部12，图像生成部12出射光线，光线定向部11设置在图像生成部12的出光方向上，光线经过光线定向部11后转化为可形成三维图像的图像光线3D-L，图像光线3D-L出射至第一观察位置A1及第二观察位置A2；变焦反射镜将20入射至其的图像光线3D-L反射至透明成像装置30，透明成像装置30用于反射变焦反射镜20出射的图像光线3D-L并形成三维虚像3D-V，且允许外部光线透射；变焦反射镜20被配置为通过电场改变变焦反射镜20的焦距，以调节三维虚像3D-V的成像位置与透明成像装置30之间的距离。

本实施例中，三维像源10可形成三维图像，并出射可形成三维图像的光线。三维图像形成的基本原理是，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，构成具有三维立体效果的画面，便产生了三维视觉；也即，三维像源10具体是通过让双眼感受到不同的画面，从而实现三维立体显示。本实施例中，三维像源10包括光线定向部11和图像生成部12，图像生成部12出射光线，光线包含至少两种图像信息，也即图像生成部12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的图像信息；光线定向部11设置在图像生成部12的出光方向上，光线经过光线定向部11后转化为可形成三维图像的图像光线3D-L，图像光线3D-L出射至第一观察位置A1及第二观察位置A2，如图1中所示，图像光线3D-L包括对应于第一观察位置A1的第一图像光线3D-L1(图中以虚线箭头示意)及对应于第二观察位置A2的第二图像光线3D-L2(图中以实线箭头示意)，第一观察位置A1和第二观察位置A2分别为用户，如驾驶员的左眼和右眼。如图1所示，以图像生成部12边缘处的两个显示区域为例进行说明，光线经过光线定向部11后分离为第一图像光线3D-L1和第二图像光线3D-L2，分别对应用户的左眼和右眼；图像光线3D-L再经过变焦反射镜20和透明成像装置30反射后，出射至第一观察位置A1和第二观察位置A2，此时用户的左眼和右眼分别位于第一观察位置A1和第二观察位置A2，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，从而实现三维立体显示。而抬头显示系统在使用过程中，车外的实景例如道路、行人、车辆和建筑物等均为三维物体，三维虚像3D-V相较于传统的二维平面虚像，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三维真实世界与二维平面虚像时导致的视差。

本实施例中，第一观察位置A1和第二观察位置A2可以沿车体坐标系的z方向分布，如图1所示，z方向为垂直于车体行进路面的方向；第一观察位置A1和A2也可以沿车体坐标系的y方向分布，例如，第一观察位置A1和第二观察位置A2恰好对应驾驶员和/或乘客的左眼和右眼；y方向为驾驶位延伸向副驾驶位的方向；第一观察位置A1和第二观察位置A2还可以为车体坐标系下的任意位置，如后排乘客的左眼和右眼；本实施例对此不做限定。

本实施例中，变焦反射镜20具有可变化的焦距，具体是通过电场改变焦距；如图1，变焦反射镜入射将入射至其的图像光线3D-L反射至透明成像装置30。具体地，变焦反射镜20包括变焦曲面反射镜，具体是变焦曲面反射镜的凹面接收图像光线3D-L；根据曲面反射镜的成像规律可知，曲面反射镜的焦距与曲面反射镜的曲率有关，而曲面反射镜的曲率又与其反射面的形状有关。例如，在近轴光学系统下，凹面反射镜的焦距f可以认为等于R/2，其中R为凹面反射镜的曲率半径；而曲率k＝1/R，也即焦距f可以认为等于1/2k；本实施例中，可以通过改变变焦反射镜20内凹反射面的形状来改变曲率，进而改变变焦反射镜20的焦距；具体地，可以通过电场改变曲面反射镜20的焦距，通过电控的方式可以较精确的对变焦反射镜20的焦距进行控制和改变。

本实施例中，透明成像装置30用于反射变焦反射镜20出射的图像光线3D-L并形成三维虚像3D-V，且允许外部光线透射。具体地，透明成像装置30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)；上述可形成三维图像的图像光线3D-L经变焦反射镜20反射后，出射至透明成像装置30，并在透明成像装置30靠近变焦反射镜20的一侧表面上反射形成虚像；因图像光线3D-L本身已经包括定向为两个观察位置的第一图像光线3D-L1和第二图像光线3D-L2，因此经过变焦反射镜20和透明成像装置30依次反射后，反射光线会分别聚集至第一观察位置A1和第二观察位置A2，用户双眼对应第一观察位置A1和第二观察位置A2，就可观察到三维虚像3D-V；也即，用户在直接观察三维像源10时，观察到的是三维实像；用户使用抬头显示系统时，观察到的是经过反射形成的三维虚像3D-V；第一观察位置A1和第二观察位置A2可以设置在眼盒区域内，眼盒区域是指驾驶员双眼所在的、可以观察到抬头显示系统虚像的位置，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的图像，也即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。

本实施例中，变焦反射镜20改变焦距，以调节三维虚像3D-V与透明成像装置30之间的距离。具体地，根据上述对抬头显示系统的成像过程解释可知，图像光线3D-L经变焦反射镜20反射后，出射至透明成像装置30并反射，在透明成像装置30的另一侧(例如，远离用户的一侧)形成三维虚像3D-V，如图1所示。在一般情况下，透明成像装置30如挡风玻璃，虽然也包括曲面面形，但其整体对光线主要起到类似于普通镜面反射的反射作用，因此透明成像装置30对三维虚像3D-V的成像距离影响不大；因此，三维虚像3D-V的成像距离主要由具有改变光线聚集程度的变焦反射镜20决定，也即三维虚像3D-V的成像距离随变焦反射镜20焦距的变化而变化；例如，三维虚像3D-V的成像距离随变焦反射镜20焦距的增加而增加，可以是线性变化，也可以是非线性变化。

可选地，抬头显示系统所成三维虚像3D-V的成像距离，可以是三维虚像3D-V成像位置与透明反射装置30之间的距离，也可以是三维虚像3D-V成像位置与第一观察位置A1和第二观察位置A2所在平面(例如，眼盒区域)之间的距离，本实施例对此不做限定。

本申请实施例中，通过在抬头显示系统中设置三维像源10、变焦反射镜20及透明成像装置30，双眼分别位于第一观察位置A1和第二观察位置A2的用户，如驾驶员可以观察到三维虚像3D-V；并且，可以通过调节变焦反射镜20的焦距来调节三维虚像3D-V的成像位置与透明成像装置30之间的距离，抬头显示系统可在不同距离处形成三维虚像，与实际三维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，提升了抬头显示系统的使用体验和驾驶安全性。

在本申请上述实施例的基础上，如图2所示，抬头显示系统还包括平面反射镜40，平面反射镜40设置在三维像源10与变焦反射镜20之间图像光线3D-L的传播路径上，用于改变入射至其的图像光线3D-L的传播方向；平面反射镜40接收图像光线3D-L并将其反射至变焦反射镜20，设置平面反射镜40可以实现光路折叠，压缩抬头显示系统除透明成像装置30以外部分所占的体积，进一步提升抬头显示系统的实用性。

在本申请上述实施例的基础上，三维像源10与变焦反射镜20之间的距离，小于或等于变焦反射镜20的焦距。具体地，在变焦反射镜20为变焦曲面反射镜(也即，反射面为凹面反射镜)的情况下，如果三维像源10与凹面反射镜之间的距离小于凹面反射镜的焦距，则凹面反射镜基于三维像源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，在三维像源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，三维像源10位于凹面反射镜的一倍焦距以内)，凹面反射镜的像距随三维与凹面反射镜之间的距离的增大而增大，也即，三维像源10与凹面反射镜之间的距离越大，则抬头显示系统所成三维虚像3D-V的成像距离越大。并且，三维像源10越接近焦平面(也即两者之间的距离越接近焦距)，三维虚像3D-V的成像距离越大，当三维像源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，或三维像源10设置在焦平面处时，此时三维虚像3D-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)的三维虚像3D-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。

本实施例中，当抬头显示系统还包括平面反射镜40时，三维像源10与变焦反射镜20之间的距离，是指三维像源10与平面反射镜40之间的距离，以及平面反射镜40与变焦反射镜20之间的距离之和；距离具体可以是三维像源10的中点与变焦反射镜20的中点(例如，变焦反射镜20四个端点所成平面的中心)之间连线的距离。

在本申请上述实施例的基础上，如图3、图4及图5所示，光线定向部11具有不同的实施方式，达到将通过其的光线转化为图像光线3D-L的效果；在图3、图4及图5中，为方便解释示意图像光线3D-L的形成过程，以第一观察位置A1和第二观察位置A2位于直接观看三维像源10成像处的双眼区域处，也即第一观察位置A1和第二观察位置A2分别对应左眼和右眼为例进行说明。

在本实施例的一种实施方式中，如图3所示，光线定向部11包括阻挡层111，阻挡层111与图像生成部12之间设有预设距离D，阻挡层111包括多个阻挡单元，多个阻挡单元中的各阻挡单元间隔设置，各阻挡单元用于阻挡图像生成部12出射的部分光线，以使得未被各阻挡单元阻挡的光线出射，形成图像光线3D-L。

图3中以图像生成部12包括8个像素单元、阻挡层111包括4个阻挡单元为例说明，由于阻挡层111与图像生成部12之间存在预设距离D，阻挡层111可以阻挡部分光线，例如，图像生成部12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111可以将图像生成部12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12的不同像素单元显示具有视差的两种图像，通过阻挡层111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；该方式不需要观察者佩戴特殊眼睛即可观看立体视觉图像，但是需要观察者在特定的位置才能观看到比较好的三维成像效果。

可选地，阻挡层111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，实现三维显示；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二维图像或三维图像显示的切换，例如，当观察者需要观看二维图像时，阻挡层111的液晶工作，为透明状态，不会阻挡光线，此时显示二维图像；当需要观看三维图像时，阻挡层111的液晶不工作，液晶阻挡光线，此时特定位置如第一观察位置A1和第二观察位置A2可以观看到三维图像。

在本实施例的另一种实施方式中，如图4所示，光线定向部11包括柱状透镜层112，柱状透镜层112包括多个柱状透镜，柱状透镜层用于改变图像生成部12出射光线的传播方向，以使得经过柱状透镜层的光线形成图像光线3D-L。

柱状透镜层112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12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，从而可以形成三维图像。图4中以图像生成部12包括8列像素单元，柱状透镜层112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，进而使得观察者在特定位置，例如第一观察位置A1和第二观察位置A2处，观看到三维图像。

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，光线定向部11包括指向层113，指向层113包括对设的第一表面1131和第二表面1132，第一表面1131包括多个棱镜部，第二表面1132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；并且，图像生成部12交替生成对应左眼和右眼的图像并出射对应各个图像的光线至第一表面1131，交替顺序地经第二表面1132出射至左眼和右眼，指向层113则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光线区分；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，进而观看到三维图像。

图5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12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，最终从光线定向部出射。也即通过棱镜部和透镜部对光线方向的改变作用，配合时序交替显示左右眼图像的图像生成部12，可时序交替将左右眼图像对应的光线分别出射至左眼和右眼，从而观看到三维图像；可选地，曲面柱镜包括圆柱形或非圆柱形；棱镜部包括三棱镜阵列。

本申请实施例中，通过设置光线定向部11包括阻挡层111、柱状透镜层112或指向层113中的至少一种，可将图像生成部12出射的光线转化为同时出射至第一观察位置A1和第二观察位置A2的图像光线3D-L，进而使得抬头显示系统可形成三维虚像3D-V，三维虚像3D-V与普通的二维平面虚像相比，与实际三维路况的贴合效果好，提高了抬头显示系统的实用性和使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，如图6所示，变焦反射镜30包括沿图像光线3D-L入射方向依次设置的导电层23、反射层21和导电基板22，导电基板22和导电层23用于形成电场，导电层23包括透光结构；反射层21用于反射图像光线3D-L，反射层21受电场驱动产生形变，以调节变焦反射镜20的曲率。

本实施例中，导电层23、反射层21和导电基板22沿光线入射方向依次设置且彼此之间贴合，且导电层23为透光结构，例如，导电层23包括透明导电氧化物(TransparentConductive Oxide,TCO)，透明导电氧化物在可见光光谱范围(380nm～780nm)透光率很高，包括CdO、In₂O₃、SnO₂和ZnO等氧化物及其相应的复合多元化合物半导体材料；透光结构的导电层不会阻挡或阻碍光线，使得光线可以顺利入射至反射层21，并且不影响反射层21反射的光线。

本实施例中，反射层21可以反射光线，如前述内容，可通过改变反射层21的形状来改变变焦反射镜20的曲率，进而改变变焦反射镜20的焦距，实现对抬头显示系统所成三维虚像3D-V成像距离的调节；例如，反射层21包括形变结构，可在驱动下产生形变进而改变形状。具体地，反射层21包括金属反射层或介质膜反射层，金属反射层包括铝、银、铜或金，介质膜反射层由至少两种具有不同折射率的介质膜层堆叠而成，介质膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。

本实施例中，导电基板22可通电，并在导电基板22和导电层23之间形成电场，反射层21设置在导电基板22和导电层23之间，受到电场产生的静电驱动力，静电驱动力的方向可以向上(例如，光线入射方向的反方向)或者向下(例如，光线入射的方向)，进而带动反射层21产生形变，以改变变焦反射镜20的曲率，如图6中以虚线示意形变后的反射层21以及形变后的反射光线。进一步地，变焦反射镜20还包括固定边框，导电层23、反射层21和导电基板22均安装在固定边框内，固定边框固定上述元件的边缘，进一步保证反射层21的形变效果。

在本申请上述实施例的基础上，如图7a及图7b所示，变焦反射镜20包括沿图像光线3D-L入射方向依次贴合设置的反射层21、形变驱动层24和导电基板22，反射层用于反射图像光线3D-L，反射层22包括形变结构；导电基板22用于形成电场，形变驱动层24受电场驱动产生形变，以带动反射层22产生形变，调节变焦反射镜20的曲率。

本实施例中，反射层21、形变驱动层24和导电基板22沿光线入射方向依次设置且彼此之间贴合；反射层21可以反射光线，如前述内容，可通过改变反射层21的形状来改变变焦反射镜20的曲率，进而改变变焦反射镜20的焦距，实现对抬头显示系统所成三维虚像3D-V成像距离的调节；反射层21包括形变结构，可在驱动下产生形变进而改变形状。例如，反射层21包括金属反射层或介质膜反射层，金属反射层包括铝、银、铜或金，介质膜反射层由至少两种具有不同折射率的介质膜层堆叠而成，介质膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。

本实施例中，反射层21与形变驱动层24连接，导电基板22可通电并形成电场，形变驱动层24受电场驱动力产生形变，进而带动反射层21产生形变，以改变变焦反射镜20的曲率，如图7a及图7b中以虚线示意形变后的反射层21以及形变后的反射光线。

可选地，形变驱动层24包括压电驱动层241，如图7a所示；压电驱动层241包括压电材料，例如，压电材料包括钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂、钛酸铅、石英、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛或钽酸锂中的至少一种；导电基板22形成电场后，在压电效应下压电材料尺寸会发生改变，进而带动反射层21产生形变。

或者，形变驱动层24包括电阻驱动层242，如图7b所示；热敏电阻层242包括多个热敏电阻，例如，热敏电阻包括半导体热敏电阻、金属热敏电阻或合金热敏电阻中的至少一种，导电基板22通电后，热敏电阻的阻值随温度变化而变化，热敏电阻的尺寸随阻值的变化而改变，进而带动反射层21产生形变。

在本申请上述实施例的基础上，如图8所示，变焦反射镜20包括沿图像光线3D-L入射方向依次设置的反射层21、驱动阵列25和导电基板22，导电基板22用于形成电场；反射层21包括多个反射单元211，驱动阵列25包括多个驱动单元251，反射单元211与驱动单元251一一对应的连接设置，驱动单元251受电场驱动带动反射单元211移动，以使反射层21产生形变，调节变焦反射镜20的曲率。

本实施例中，反射层21、驱动阵列25和导电基板22沿光线入射方向依次设置；反射层21可以反射光线，如前述内容，可通过改变反射层21的形状来改变变焦反射镜20的曲率，进而改变变焦反射镜20的焦距，实现对抬头显示系统所成三维虚像3D-V成像距离的调节；例如，反射层21包括多个反射单元211，反射单元211可在驱动下产生形变，通过多个反射单元211的变化来改变反射层21的形状。具体地，反射单元211包括金属反射层或介质膜反射层，金属反射层包括铝、银、铜或金，介质膜反射层由至少两种具有不同折射率的介质膜层堆叠而成，介质膜层的成分选自五氧化二钽、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种。

本实施例中，导电基板22可通电并形成电场，驱动阵列25设置在导电基板22和反射层21之间；图8左侧显示了多个反射单元211，右侧为剖面图，显示了与反射单元211一一对应的多个驱动单元251；驱动单元251受到电场驱动上下移动(例如，沿光线入射的方向，或光线入射的法线方向来回移动)，带动反射单元211移动，进而使得反射层21产生形变，以改变变焦反射镜20的曲率。可选地，每个反射单元211可以对应设置一个或多个驱动单元251，本实施例对此不做限定。

在本申请上述实施例的基础上，如图9所示，图像生成部12包括：至少一个光源121，光源121发出光线；导光元件122，将光源121发出的部分光线朝向导光元件122的中心方向聚集；方向控制元件123，将导光元件122入射至方向控制元件123的光线聚集并出射至预定区域；光扩散元件124，将方向控制元件123出射的光线扩散并出射；液晶面板125，将光扩散元件124扩散的且入射至液晶面板125的光线出射至光线定向部11。

本实施例中，光源121的数量为一个或多个，光源121包括通过电场激发产生光线的电致发光元件，例如，发光二极管(Light Emitting Diode,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 Fluorescent Lamp，CCFL)、LED冷光源(ColdLED Light，CLL)、电激发光(Electro Luminescent，EL)、电子发射(Field EmissionDisplay，FED)或量子点光源(Quantum Dot,QD)等；光源121可以发出混合光如白光，例如，光源121包括RGB(红光、绿光、蓝光)混光的白光LED发光元件；光源121也可以发出单色光；多个光源121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10a所示，导光元件122将光源121发出的部分光线朝向导光元件122的中心聚集；具体地，光源121发出的光线在导光元件122内传播，导光元件122的内表面(朝向光源121的内表面)设置有反射面，光源121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121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122的情况下，向四周发射，难以到达液晶面板125被利用成像；设置导光元件122后，这部分光线会经反射面反射后向导光元件122的中心聚集，进而提高光源121发出的光线的利用率。

可选地，导光元件122包括设有内反射面的中空壳体，如图10a所示，中空壳体包括对设的出光开口1222和端部开口1221；光源121设置在端部开口1221处，可以在端部开口1221外侧，也可以在端部开口1221的内侧(例如，中空壳体内部)；光源121发出的光线经内反射面反射，反射光线经出光开口1222出射至方向控制元件123。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1221和出光开口1222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1221和出光开口1222的形状可以相同也可以不同。

或者，导光元件122还可以为实心透明体，如图10b及图10c所示。实心透明体包括设置光源121的端部1223，以及出射光线的出光面1224；实心透明体的折射率大于1，光源121发出的部分光线(例如，大角度光线)在实心透明体的内反射面上发生全反射并出射，光源121发出的另一部分光线在实心透明体内传输并出射。进一步地，实心透明体设置光源的端部设有空腔1225，空腔1225靠近出光面1224的一面还设置有可将光线调整为平行光线的准直部1226，如图10b所示；或者，实心透明体的出光面1224设有向端部1223延伸的开孔1227，开孔1227靠近端部1223的底面还设置有可将光线调整为平行光线的准直部1226，如图10c所示。具体地，准直部1226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1226可以选择与实心透明体相同的材质，便于一体成型。

本实施例中，如图11所示，方向控制元件123用于将导光元件122入射至其的光线聚集并出射至预定区域，可进一步聚拢光线，提高光线利用率。方向控制元件123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，设置方向控制元件123的目的在于对光源121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A1和第二观察位置A2；例如，预定区域可以是第一观察位置A1和第二观察位置A2之间的中心点；例如，预定区域可以是眼盒区域(eyebox,EB)；例如，预定区域可以是眼盒区域的中心。

本实施例中，光扩散元件124将方向控制元件123出射的光线扩散并出射，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。光扩散元件124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，光扩散元件124可将光线聚集的预定区域扩大，例如，光扩散元件124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，光扩散元件124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，光扩散元件124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125将光扩散元件124扩散的且入射至其的光线出射至光线定向部；光线通过液晶面板125后可形成图像，液晶面板125出射的光线即包含图像信息；具体地，液晶面板125至少可用于生成分别对应第一观察位置A1和第二观察位置A2的图像；液晶面板125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121出射的光线在经过导光元件122、方向控制元件123、光扩散元件124及液晶面板125后，出射至光线定向部11，再经过变焦反射镜20反射，或者经过平面反射镜40反射后再经过变焦反射镜20反射，反射光线出射至透明成像装置30，在透明成像装置30上反射后，反射光线到达第一观察位置A1和第二观察位置A2；也即，利用导光元件122、方向控制元件123及变焦反射镜20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，通过设置光扩散元件124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。

本申请实施例中，光源121出射的光线依次经过导光元件122、方向控制元件123光扩散元件124和液晶面板125后，光线出射至光线定向部11转化为图像光线3D-L，图像光线3D-L再经过变焦反射镜20的反射，最终在透明成像装置30上反射后，反射光线会汇聚并落入眼盒区域的中心，进一步通过光扩散元件124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。

在本申请上述实施例的基础上，如图12所示，抬头显示系统还包括带有出光口51的封装壳体50，封装壳体50用于安装设置抬头显示系统除透明成像装置30以外的元件，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，变焦反射镜20反射的图像光线3D-L经由出光口51出射至透明成像装置30，透明防尘膜52设置出光口51处，因此图12中出光开口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出射至透明成像装置30的图像光线3D-L；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不阻挡图像光线3D-L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。

在本申请上述实施例的基础上，当透明成像装置30包括玻璃材质，例如，透明成像装置30为挡风玻璃时，因玻璃对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图像光线3D-L一般包括S偏振光，这样可以提高图像光线3D-L的利用率，进而提升抬头显示系统所成三维虚像的亮度。但在一些应用场景下，例如强光下，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三维虚像3D-V。本实施例中，通过设置相位延迟元件，驾驶员在佩戴墨镜的情况下也可以清晰的看到抬头显示系统的三维虚像3D-V。

本实施例中，抬头显示系统还包括相位延迟元件，相位延迟元件设置在变焦反射镜20与透明成像装置30之间图像光线3D-L的传播路径上，三维像源10出射包括第一线偏振态的图像光线3D-L，相位延迟元件用于将入射至其的第一线偏振态的图像光线3D-L转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的图像光线3D-L，转换后的圆偏振态或椭圆偏振态的图像光线3D-L经透明成像装置30反射并形成三维虚像3D-V。具体地，相位延迟元件包括四分之一波片，图像光线3D-L包括第一线偏振态，例如，S偏振态；相位延迟元件将入射至其的S偏振态的图像光线3D-L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透明成像装置30反射后射向第一观察位置A1和第二观察位置A2，形成三维虚像3D-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三维虚像3D-V，从而提高用户的使用体验；具体的，相位延迟元件可以设置在出光口51处，例如，还可与透明防尘膜52集成设置为一体式元件。

在本申请上述实施例的基础上，透明成像装置30往往具有一定的厚度，因此图像光线在靠近用户一侧的表面反射会形成主虚像，而透射的图像光线在远离用户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，也即会有重影产生，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，通过设置波长选择性反射膜301消除或减弱重影，如图13所示，透明成像装置30还包括波长选择性反射膜301，波长选择性反射膜301贴合设置在透明成像装置30靠近变焦反射镜20的一面，被配置为反射预定波段的光线并且透射可见光中除预定波段光线之外波段的光线；图像光线3D-L包括预定波段的光线，预定波段的光线包括第一波段的光、第二波段的光和第三波段的光中的至少一种，且第一波段、第二波段和第三波段为不同的波段。

本实施例中，波长选择性反射膜301反射预定波段的光线并且透射可见光中除预定波段光线之外波段的光线，具体是对预定波段的光线的反射率大于可见光中除预定波段波段之外波段的光线的反射率，或者对预定波段的光线的透射率小于可见光中除预定波段波段之外波段的光线的透射率，并不意味着只反射预定波段的光线并且只透射可见光中除预定波段光线之外波段的光线。例如，波长选择性反射膜301对预定波段的光线的反射率可以大于80％、90％、95％、99.5％或其它适用的数值，波长选择性反射膜301对可见光中除预定波段光线之外波段的光线的反射率可以小于30％、20％、10％、5％、1％、0.5％或其它适用的数值。

例如，第一波段、第二波段和第三波段分别为红绿蓝(RGB)三个波段，R(红色)G(绿色)B(蓝色)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，第一波段为650nm红光，第二波段为540nm绿光，第三波段为430nm蓝光。图像光线3D-L包括RGB三个波段中的至少一种，波长选择性反射膜301反射RGB三个波段的光线并透过其他波段的光线，绝大部分图像光线3D-L只会在透明成像装置30靠近变焦反射镜20的一面上发生反射，几乎不会在透明成像装置30远离变焦反射镜20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，通过设置偏振选择性反射膜302消除或减弱重影，如图14所示，透明成像装置30还包括偏振选择性反射膜302，偏振选择性反射膜302贴合设置在透明成像装置30靠近变焦反射镜20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，图像光线3D-L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；透明成像装置30靠近变焦反射镜20的一面贴合设置P偏振光反射膜，图像光线3D-L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，被透明成像装置30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303消除或减弱重影，如图15所示，透明成像装置30靠近变焦反射镜20的一面贴合设置转换元件303，图像光线3D-L包括S偏振态的光线，转换元件303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偏振态的光线在透明成像装置30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，透明成像装置30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(远离地面的额一端)的厚度大于下端的厚度，使得透明成像装置30反射形成三维虚像时，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。

图13、图14及图15中，为方便解释说明，简单示意图像光线经透明成像装置30反射后，出射至眼盒区域(即图中的EB)；应当理解，如上述对眼盒区域，以及第一观察位置A1和第二观察位置A2之间的关系解释可知，眼盒区域包括第一观察位置A1和第二观察位置A2。

本申请实施例中，通过在透明成像装置30处增设波长选择性反射膜301、偏振选择性反射膜302、转换元件303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。

在本申请上述实施例的基础上，三维虚像3D-V可以为近景画面、中景画面或远景画面；具体地，近景画面是指虚像成像位置与第一观察位置A1和第二观察位置A2所在区域之间的距离为2～4米，中景画面是指虚像成像位置与观察区域EB之间的距离为7～14米，远景画面是指虚像成像位置与观察区域EB之间的距离为20～50米。

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三维虚像显示不同的内容，可进一步提扩展抬头显示系统的使用场景，提升使用体验。

在本申请上述实施例的基础上，三维虚像3D-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；具体是三维虚像3D-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；倾斜的三维虚像3D-V在与倾斜的三维实景，例如，实际车道，其匹配融合效果更好。

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

Claims (15)

1.一种可显示三维图像的抬头显示系统，其特征在于，包括：三维像源、变焦反射镜及透明成像装置；

所述三维像源包括光线定向部和图像生成部，所述图像生成部出射光线，所述光线定向部设置在所述图像生成部的出光方向上，所述光线经过所述光线定向部后转化为可形成三维图像的图像光线，所述图像光线出射至第一观察位置及第二观察位置；

所述变焦反射镜将入射至其的图像光线反射至透明成像装置，所述透明成像装置用于反射所述变焦反射镜出射的图像光线并形成三维虚像，且允许外部光线透射；

所述变焦反射镜被配置为通过电场改变所述变焦反射镜的焦距，以调节所述三维虚像的成像位置与所述透明成像装置之间的距离。

2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括：平面反射镜；

所述平面反射镜设置在所述三维像源与所述变焦反射镜之间图像光线的传播路径上，用于改变入射至其的图像光线的传播方向。

3.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述光线定向部包括：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，多个所述阻挡单元中的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光线出射，形成所述图像光线。

4.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述光线定向部包括：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光线形成所述图像光线。

5.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述变焦反射镜包括变焦曲面反射镜；

所述变焦曲面反射镜被配置为，包括可通过电场调节的曲率，以改变所述变焦曲面反射镜的焦距。

6.根据权利要求5所述的抬头显示系统，其特征在于，所述变焦反射镜包括沿所述图像光线入射方向依次设置的导电层、反射层和导电基板；

所述导电基板和所述导电层用于形成电场，所述导电层包括透光结构；

所述反射层用于反射所述图像光线；

所述反射层受所述电场驱动产生形变，以调节所述变焦反射镜的曲率。

7.根据权利要求5所述的抬头显示系统，其特征在于，所述变焦反射镜包括沿所述图像光线入射方向依次贴合设置的反射层、形变驱动层和导电基板；

所述反射层用于反射所述图像光线，所述反射层包括形变结构；

所述导电基板用于形成电场；

所述形变驱动层受电场驱动产生形变，以带动所述反射层产生形变，调节所述变焦反射镜的曲率。

8.根据权利要求7所述的抬头显示系统，其特征在于，所述形变驱动层包括压电驱动层或电阻驱动层中的至少一种。

9.根据权利要求5所述的抬头显示系统，其特征在于，所述变焦反射镜包括沿所述图像光线入射方向依次设置的反射层、驱动阵列和导电基板；

所述导电基板用于形成电场；

所述反射层包括多个反射单元，所述驱动阵列包括多个驱动单元，所述反射单元与所述驱动单元一一对应的连接设置；

所述驱动单元受电场驱动带动所述反射单元移动，以使所述反射层产生形变，调节所述变焦反射镜的曲率。

10.根据权利要求1所述的抬头显示系统，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，所述导光元件被配置为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；

方向控制元件，所述方向控制元件被配置为将所述导光元件入射至所述方向控制元件的光线聚集并出射至预定区域；

光扩散元件，所述光扩散元件被配置为将所述方向控制元件出射的光线扩散并出射；

液晶面板，所述液晶面板被配置为将所述光扩散元件扩散的且入射至所述液晶面板的光线出射至所述光线定向部。

11.根据权利要求10所述的抬头显示系统，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方向控制元件。

12.根据权利要求10所述的抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统还包括：相位延迟元件；

所述相位延迟元件设置在所述变焦反射镜与所述透明成像装置之间所述图像光线的传播路径上；

所述三维像源出射包括第一线偏振态的图像光线，所述相位延迟元件用于将入射至其的所述第一线偏振态的图像光线转换为包括圆偏振态或椭圆偏振态的图像光线，转换后的所述圆偏振态或椭圆偏振态的图像光线经所述透明成像装置反射并形成三维虚像。

13.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述三维像源与所述变焦反射镜之间的距离，小于或等于所述变焦反射镜的焦距。

14.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述透明成像装置还包括：波长选择性反射膜；

所述波长选择性反射膜贴合设置在所述透明成像装置靠近所述变焦反射镜的一面，被配置为反射预定波段的光线并且透射可见光中除所述预定波段光线之外波段的光线；

所述图像光线包括所述预定波段的光线；

所述预定波段的光线包括第一波段的光、第二波段的光和第三波段的光中的至少一种，且所述第一波段、第二波段和第三波段为不同的波段。

15.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述透明成像装置还包括：偏振选择性反射膜；

所述偏振选择性反射膜贴合设置在所述透明成像装置靠近所述变焦反射镜的一面，被配置为反射第一偏振态的光线并且透射第二偏振态的光线；

所述图像光线包括第一偏振态的光线。

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