CN213338211U - 抬头显示设备、抬头显示系统和交通设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及显示技术领域，公开了一种抬头显示设备，包括壳体、像源、以及反射元件，壳体上开设有出光口；像源包括用于产生成像光线的显示模块以及光照传感器，显示模块包括用于出射成像光线的出光区域以及容许外界光线通过的通光区域；光照传感器设置在显示模块上并对应通光区域设置，光照传感器用于采集入射至像源的外界光线的光照强度、并在光照强度达到第一预设阈值时产生第一触发信号；反射元件用于接收成像光线并将成像光线反射至出光口。本实用新型还提供一种抬头显示系统。本实用新型提供的抬头显示设备及抬头显示系统，能够在像源受到外界光线的过度照射时及时发出预警，以利于后续采取相应的保护措施避免像源受损。本实用新型还提供一种交通设备。

Description

抬头显示设备、抬头显示系统和交通设备

技术领域

本实用新型实施例涉及显示技术领域，特别涉及一种适于车载抬头显示的抬头显示设备、抬头显示系统和交通设备。

背景技术

抬头显示(HUD，head up display)技术是指通过反射式的光学设计，将像源发出的光线最终投射到成像窗(成像板、挡风玻璃等)上，从而驾驶员在观察挡风玻璃外部真实环境的同时，无需低头就可以直接看到时速、导航等信息，避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘或中控屏幕所导致的分心，进而提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。

现有HUD设备内部设有像源，在使用时，像源出射的光线一般经过包含有平面反射镜、曲面反射镜等反射元件的反射系统，最终出射至挡风玻璃反射形成虚像。因为光路可逆，太阳光经过挡风玻璃照射入HUD的反射系统后，最终反射后的太阳光会入射到像源上，因太阳光的强度很高，因此即使只有很少的太阳光线进入HUD的反射系统，最终到达像源的热量也是很多的，这部分热量会导致像源的温度升高，当温度升到一定程度后，像源将过热受损，甚至有烧毁的风险。因此，如何及时发现像源受到外界光线的过度照射，以利于后续采取相应的保护措施避免像源受损，成为HUD设备设计过程中不可忽视的问题。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种抬头显示设备、抬头显示系统和交通设备，其能够在像源受到外界光线的过度照射时及时发出预警，以利于后续采取相应的保护措施避免像源受损。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种抬头显示设备，包括壳体、设置在所述壳体内的像源、以及反射元件，所述壳体上开设有出光口；所述像源包括用于产生成像光线的显示模块以及光照传感器，所述显示模块包括用于出射成像光线的出光区域以及容许外界光线通过的通光区域；所述光照传感器设置在所述显示模块上并对应所述通光区域设置，所述光照传感器用于采集入射至所述像源的外界光线的光照强度、并在所述光照强度达到第一预设阈值时产生第一触发信号；所述反射元件用于接收所述成像光线并将所述成像光线反射至所述出光口。

本实用新型的实施方式还提供了一种抬头显示系统，包括具有反射区域的透反装置，以及如前所述的抬头显示设备，所述抬头显示设备用于将所述成像光线沿成像光路投射至所述反射区域，以在所述透反装置的一侧形成虚像。

本实用新型的实施方式还提供了一种交通设备，包括如前所述的抬头显示系统。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，其在抬头显示设备的显示模块上设置用于透射过外界光线的通光区域以及用于出射成像光线的出光区域，由于光照传感对应通光区域设置，当外界太阳光入射到像源上时，光照传感器能够感测像源接收到的光照强度，并在光照强度超过第一预设阈值时产生触发信号作为预警，利于后续采取相应的保护措施避免像源被过度照射而受损；并且，自像源发出的光线经由出光区域出射，不会被对应通光区域设置的光照传感器遮挡、从而能正常实现抬头显示功能。

另外，在所述抬头显示设备中，所述通光区域的面积小于或等于所述出光区域的面积。

另外，在所述抬头显示设备中，所述光照传感器的面积小于或等于所述通光区域的面积。

另外，在所述抬头显示设备中，所述显示模块包括彩色滤光片，所述彩色滤光片包括透光部以及具有多种颜色的着色部，所述着色部形成所述出光区域，所述透光部形成所述通光区域。

另外，在所述抬头显示设备中，所述透光部为通孔。

另外，在所述抬头显示设备中，所述着色部和所述透光部共同组成光学部，所述彩色滤光片包括多个所述光学部。

另外，在所述抬头显示设备中，所述显示模块还包括背光模组，邻近所述背光模组的出光侧设置的第一偏光元件，以及沿远离所述背光模组的方向、依次叠设在所述第一偏光元件上的驱动阵列、液晶层、彩色滤光片以及第二偏光元件，所述光照传感器设置在所述液晶层和所述彩色滤光片之间。

另外，在所述抬头显示设备中，所述显示模块包括背光模组，邻近所述背光模组的出光侧设置的第一偏光元件，以及沿远离所述背光模组的方向、依次叠设在所述第一偏光元件上的驱动阵列、液晶层、彩色滤光片以及第二偏光元件，所述光照传感器设置在所述驱动阵列和所述液晶层之间。

另外，在所述抬头显示设备中，所述显示模块包括背光模组以及设置在所述背光模组出光侧的液晶模组，所述背光模组包括用于产生光线的光源、以及依次设置在所述光源出光侧的导光元件、聚光元件以及弥散元件，所述导光元件用于收集所述光源产生的光线、并将收集到的光线传导至所述聚光元件，所述聚光元件用于聚集来自所述导光元件的光线、并将聚集后的光线传导至所述弥散元件，所述弥散元件用于弥散来自所述聚光元件的光线、并将弥散后的光线传导至所述液晶模组。

另外，在所述抬头显示设备中，所述导光元件为具有出光开口的壳体，所述光源收容在所述壳体内，所述聚光元件设置在所述出光开口处，所述壳体的内壁面为光反射面、以反射所述光源产生的光线并经由所述出光开口传导至所述聚光元件。

另外，在所述抬头显示设备中，还包括与所述光照传感器相连、并具有待命状态和保护状态的像源保护装置，所述像源保护装置用于在所述光照传感器未产生所述第一触发信号时以待命状态工作、并在所述光照传感器产生所述第一触发信号时以保护状态工作，所述像源保护装置在待命状态下不遮蔽入射向所述像源的外界光线、且不改变入射向所述像源的外界光线的传播路径；所述像源保护装置在保护状态下遮蔽入射向所述像源的外界光线、和/或改变入射向所述像源的外界光线的传播路径。

另外，在所述抬头显示设备中，所述像源保护装置包括驱动器以及与所述驱动器传动连接的遮光板，所述遮光板与所述出光口、所述反射元件以及所述像源中的至少一者邻近设置，所述驱动器用于在所述保护状态下驱动所述遮光板遮挡所述出光口、所述反射元件以及所述像源中的至少一者以遮蔽入射向所述像源的外界光线、在所述待命状态下驱动所述遮光板移出所述成像光线的传播路径。

另外，在所述抬头显示设备中，还包括与所述驱动器相连的光照监测器，所述光照监测器设置在所述壳体外侧、或设置在所述壳体内侧且位于所述遮光板与所述出光口之间的成像光线传播路径上，所述光照监测器用于检测外界光线的光照强度、并在检测到外界光线的光照强度低于第二预设阈值时产生第二触发信号，所述像源保护装置响应所述第二触发信号而恢复待命状态。

另外，在所述抬头显示设备中，所述像源保护装置为与所述反射元件相连的翻转机构，所述反射元件在待命状态下处于初始位置，所述翻转机构用于在所述保护状态下驱动所述反射元件相对于所述初始位置发生翻转、以改变入射向所述像源的外界光线的传播路径，所述翻转机构还用于在所述待命状态下驱动所述反射元件翻转回所述初始位置。

另外，在所述抬头显示设备中，还包括设置在所述反射元件上且与所述翻转机构相连的光照监测器，所述光照监测器用于在保护状态下检测外界光线的光照强度、并在检测到外界光线的光照强度低于第二预设阈值时产生第二触发信号，所述像源保护装置响应所述第二触发信号而恢复待命状态。

另外，在所述抬头显示设备中，还包括控制器，所述控制器与所述像源保护装置相连，所述控制器用于在所述像源保护装置以保护状态工作之后开始计时、并在计时时长达到预设阈值时控制所述像源保护装置切换至待命状态。

另外，在所述抬头显示设备中，还包括与所述像源保护装置相连的控制器、以及分别与所述控制器相连的定位装置和角运动检测装置，所述定位装置用于感测抬头显示设备当前所处地理位置的经纬度参数，所述角运动检测装置用于采集抬头显示设备当前的角运动参数，所述控制器用于根据当前时间和所述经纬度参数确定太阳当前所在位置、并根据所述角运动参数和所述经纬度参数确定所述出光口的当前朝向，所述控制器还用于：在所述太阳当前所在位置与所述出光口的当前朝向满足第一条件时控制所述像源保护装置维持在保护状态工作、并在所述太阳当前所在位置与所述出光口的当前朝向不满足第一条件时控制所述像源保护装置切换至待命状态。

另外，在所述抬头显示设备中，还包括滤光元件，所述滤光元件设置在位于所述出光口和所述像源之间的、所述成像光线的传播路径上，所述滤光元件用于传输所述成像光线、并减少入射至所述像源的外界光线。

另外，在所述抬头显示设备中，所述滤光元件为半透射半反射器件，用于透射光线并反射光线；或所述滤光元件为用于反射可见光光线、并用于透射或吸收红外光线和/或紫外光线的反射式光学器件；或所述滤光元件为用于反射具有第一偏振态的光线、并用于透射或吸收具有第二偏振态的光线的反射式光学器件；或所述滤光元件为用于反射具有第一偏振态的可见光光线的反射式光学器件。

另外，在所述抬头显示设备中，所述滤光元件为用于透射可见光光线、并用于反射或吸收红外光线和/或紫外光线的透射式光学器件；或所述滤光元件为用于透射具有第一偏振态的光线、并用于反射或吸收具有第二偏振态的光线的透射式光学器件；或所述滤光元件为用于透射具有第一偏振态的可见光光线的透射式光学器件。

另外，在所述抬头显示系统中，还包括设置在所述成像光路上的相位延迟元件，所述成像光线包括S偏振光。

另外，在所述抬头显示系统中，所述反射区域上设置有P偏振反射膜，所述成像光线包括P偏振光。

另外，在所述抬头显示系统中，所述像源经所述反射元件所成的虚像位于所述透反装置的焦平面处。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本实用新型第一实施方式的抬头显示设备向外界投射成像光线的结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式的像源的分解结构示意图；

图3是根据本实用新型第一实施方式的另一种像源的分解结构示意图；

图4a是根据本实用新型第一实施方式的像源的一种彩色滤光片的俯视结构示意图；

图4b是根据本实用新型第一实施方式的像源的另一种彩色滤光片的俯视结构示意图；

图5是根据本实用新型第一实施方式的又一种像源的分解结构示意图；

图6是根据本实用新型第一实施方式的像源的背光模组结构示意图；

图7是图6所示背光模组的导光元件结构示意图；

图8是根据本实用新型第一实施方式的棱锥台状导光元件结构示意图；

图9是根据本实用新型第一实施方式的另一种导光元件结构示意图；

图10是根据本实用新型第一实施方式的又一种导光元件结构示意图；

图11是根据本实用新型第一实施方式的抬头显示设备被外界光线入射至内部的结构示意图；

图12是根据本实用新型第一实施方式的另一种抬头显示设备的结构示意图；

图13是根据本实用新型第二实施方式的抬头显示设备的结构示意图；

图14是根据本实用新型第三实施方式的抬头显示设备的结构示意图；

图15是根据本实用新型第四实施方式的抬头显示设备的结构示意图；

图16是根据本实用新型第四实施方式的另一种抬头显示系统的结构示意图；

图17是根据本实用新型第五实施方式的抬头显示系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种抬头显示设备，包括壳体、设置在所述壳体内的像源、以及反射元件，所述壳体上开设有出光口；所述像源包括用于产生成像光线的显示模块以及光照传感器，所述显示模块包括用于出射成像光线的出光区域以及容许外界光线通过的通光区域；所述光照传感器设置在所述显示模块上并对应所述通光区域设置，所述光照传感器用于采集入射至所述像源的外界光线的光照强度、并在所述光照强度达到第一预设阈值时产生第一触发信号；所述反射元件用于接收所述成像光线并将所述成像光线反射至所述出光口。本实施方式的核心在于，在显示模块上设置用于透射过外界光线的通光区域以及用于出射成像光线的出光区域，通过对应通光区域设置的光照传感器接收外界光线的光照强度，并在光照强度超过第一预设阈值时产生触发信号作为预警，利于后续采取相应的保护措施避免像源被过度照射而受损；并且，自像源发出的光线经由出光区域出射，不会被对应通光区域设置的光照传感器遮挡、从而能正常实现抬头显示功能。下面对本实施方式的像源的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实用新型的第一实施方式涉及一种具有像源的抬头显示设备，如图1所示，抬头显示设备20包括壳体21以及设置在所述壳体21内的像源10、反射元件22。

参见图2，像源10包括背光模组11、液晶模组12以及光照传感器13。

背光模组11具有朝向上方(图2所示图面的上方)的出光侧，液晶模组12设置在背光模组11的出光侧，从而背光模组11为液晶模组12提供背光，二者共同形成显示模块。

液晶模组12包括邻近所述背光模组11的出光侧设置的第一偏光元件120，以及沿远离所述背光模组11的方向依次叠设在所述第一偏光元件120上的驱动阵列121、液晶层122、彩色滤光片123以及第二偏光元件124。第一偏光元件120和第二偏光元件124的偏振方向正交，若第一偏光元件120为水平线偏光元件，则第二偏光元件124为垂直线偏光元件；而若第一偏光元件120为垂直线偏光元件，则第二偏光元件124为水平线偏光元件，从而确保穿射过第一偏光元件120的偏振光能够经由液晶层122扭转之后顺利穿射过第二偏光元件124，实现光开关的作用。驱动阵列121控制液晶层122的偏转从而实现每个显示单元的通断，本实施方式中，驱动阵列121包括矩阵布置的薄膜晶体管以及像素电极。液晶层122包括液晶材料及夹设液晶材料的透明板材，液晶材料包括但不限于扭曲向列型(TwistedNematic,TN) 液晶、高扭曲向列型(High Twisted Nematic,HTN)液晶、超扭曲向列型(Super Twisted Nematic, STN)液晶、格式化超扭曲向列型(Formated Super TwistedNematic,FSTN)液晶或蓝相液晶等。彩色滤光片123包括阵列分布的多个色彩单元，本实施方式中，每个色彩单元至少包括R、G、B三个子单元，每个子单元的大小决定了像源10成像像素的大小。

需要具体说明的是，本实施方式中，彩色滤光片123包括具有多种颜色的多个着色部1230 以及分别与多个着色部1230相邻的多个透光部1231。进一步的，本实施方式中，多个着色部1230和多个透光部1231依次交替排列，每个着色部1230具有多个颜色不同的区域。如此以来，彩色滤光片123的着色部1230形成了“背光模组11与液晶模组12共同形成的显示模块”的出光区域，彩色滤光片123的透光部1231形成了“背光模组11与液晶模组12共同形成的显示模块”的通光区域。本实施方式中，每个着色部1230包括：红色区域(R)、绿色区域(G)以及蓝色区域(B)。可以理解的是，在其他变更实施方式中，着色部的各区域颜色设置不局限于红色、绿色、蓝色三种，并且每个着色部1230的颜色数量也不局限为三个，在此不再一一举例。此外，透光部1231可以为设置在彩色滤光片123上的通孔，从而使得外界光线可以穿过；透光部1231也可以是彩色滤光片123上、能够穿过外界光线的透光实心结构，本实施方式中，为了简化制作工艺，透光部1231是彩色滤光片123上、能够穿过外界光线的透光实心结构。可以理解的是，多个着色部1230和多个透光部1231也不局限于上述“依次交替排列”的设置方式，在其他可实施方案中，二者还可以依照不同的设计需求以其他方式排列，例如，多个透光部1231可以不均匀的分布在多个着色部1230之间等等，透光部1231 分散分布对像源10正常成像的影响较小。

光照传感器13设置在设置在液晶层122和彩色滤光片123之间、并对应彩色滤光片123 的透光部1231(也即通光区域)设置，用于采集入射至所述像源10的外界光线的光照强度、并在所述光照强度达到第一预设阈值时产生第一触发信号。

本实施方式中，光照传感器13可以为红外光传感器和/或紫外光传感器，由于背光模组 11出射的光线一般为可见光，包括普通白光(紫外光/蓝光激发荧光粉产生的白光)或RGB 混合白光(由RGB三种光源按照一定比例混合而成的白光)，而太阳光包括紫外光、可见光和红外光，因此，光照传感器13可以为红外光传感器和/或紫外光传感器，当光照传感器13 采集到的红外光和/或紫外光的光信号满足预设阈值(为便于区分，后称“第一预设阈值”) 时，则说明太阳光已经到达像源处并达到了可能损坏像源10的程度，需要采取保护措施对像源10进行保护。可选的，光照传感器13可为面状传感器，如CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)，面状的传感器具有更大的面积，设置较少数量的传感器就可以起到较好的预警作用。

当外界光线(图2带箭头的虚线所示)沿着成像光线的传播路径逆向到达像源10时，会先到达像源10的出光面1240附近，继而透射过第二片光源124以及透光部1231并照射到光照传感器13，光照传感器13感测接收到的光照强度，并在光照强度超过第一预设阈值时产生触发信号作为预警，利于后续采取相应的保护措施避免像源10被过度照射而受损。所谓相应的保护措施，可以是像源对应显示预警文字、图像等提示驾驶员：a.关闭像源10以减少像源10本身工作而产生的热量，从一定程度上降低像源10的温度；或b.利用工具遮挡入射向像源10的外界光线、或开启用于向像源10提供冷却功效的装置(如车载空调)等等，在此不再一一列举。并且，光照传感器13对应的通光区域(透光部1231)不是用来出射成像光线的区域，因此，光照传感器13的设置不会遮挡成像光线的投射，从而避免影响HUD设备的显示功能。

可以理解的是，前述方案中光照传感器对应通光区域设置，不会遮挡成像光线而影响 HUD显示功能，因此光照传感器可以选用不能透过光线的传感器类型，如PIN结型光敏器件；可选的，光照传感器13也可以设置成为透光传感器阵列，包括多个具有透光结构的光感，包括但不限于多晶硅p-si和非晶硅a-si构成的P-I-N堆栈式结构光感、透光金属薄膜结构光感、金属氧化物薄膜结构光感或稀土掺杂的透明无机材料结构光感等。

需要说明的是，前述光照传感器13的“设置在设置在液晶层122和彩色滤光片123之间”的方式只是本实施方式提供的一种可实施方案，在实际设计制造过程中，也可以做适当调整而改变光照传感器13与液晶模组12的各个子部件的相对位置关系。

例如图3所示，光照传感器13还可以设置在驱动阵列121和液晶层122之间、并对应彩色滤光片123的透光部1231(也即通光区域)设置，如此以来，当外界光线(图3带箭头的虚线所示)沿着成像光线的传播路径逆向到达像源10时，会依次通过第二偏光元件124、彩色滤光片123的透光部1231以及液晶层122，然后照射到光照传感器13上，光照传感器13 在光照强度超过第一预设阈值时产生触发信号作为预警。

需要说明的是，在本实施方式中，每个出光区域(即具有颜色不同的区域的每个着色部 1230)形成了一个像素，而为了使通光区域(也即透光部1231)尽可能少的占用显示模块面积、给成像区域(也即着色部1230)预留尽可能多的面积以确保抬头显示功能不受过多影响，通光区域的大小优选设计为像素级别，也即，每个通光区域(也即每个透光部1231)的面积与每个出光区域(也即像素)的面积优选为相同或者相近。优选的，本实施方式中，通光区域的面积小于或等于所述出光区域的面积。更优选的，通光区域的面积小于出光区域中单个颜色区域的大小。

此外，值得一提的是，对应通光区域(也即透光部1231)设置的光照传感器13的面积可以小于或等于出光区域。参见图4a所示的彩色滤光片123的俯视图，本实施方案中，位于彩色滤光片123下方的光照传感器13(虚线方框所示)的面积小于出光区域的面积。另外，图4a展现了红色区域(R)、绿色区域(G)以及蓝色区域(B)沿图面所示的水平(横向方向)依次交替排列，其只是像素单元的一种可行排列方式，在其他变更实施方案中，R、G、 B三色区域也可以改用其他顺序排列，例如图4b所示的彩色滤光片123′的俯视图，彩色滤光片123′上设置的彩色区域(R)、(G)、(B)与通光区域(W)(也即透光部1231)彼此相邻并呈矩阵状排列成多行，其中，红色区域(R)与绿色区域(G)位于同一行，蓝色区域(B) 与通光区域(W)位于同一行，虚线方框所示为位于彩色滤光片123′下方、对应通光区域(W) 设置的光照传感器13。在本实施方式中，通光区域(W)可以是白色像素单元，光照传感器 13对应白色像素单元设置，白色像素单元可以透过外界光线至光照传感器，并且不会影响 RGB彩色的成像。

优选的，彩色滤光片123上还可以额外设置有如图5所示的遮光间隔部1232。请一并参见图5，每个着色部1230和与其相邻的透光部1231共同组成彩色滤光片123上的一个光学部，从而所述彩色滤光片123包括有多个“由着色部1230和透光部1231形成的”光学部、以及位于两相邻光学部之间的遮光间隔部1232。如此设置，依靠遮光间隔部1232可以有效防止相邻近的着色部1230之间混色，显示鲜明的图像。需要特别指出的是，所述间隔部1232仅作为一种可行的优选实施方案提供，在其他可行的实施方案中，遮光间隔部1232可以省略掉，而将着色部1230和透光部1231沿图5所示的水平方向(横向)依次交替且相邻设置，如此以来可以更加充分的利用有限的彩色滤光片面积，布置更多的着色部1230，以提高抬头显示设备的像素密度，达成更高的分辨率，提升细节展示效果。

另外，值得一提的是，光照传感器13并不局限于设置在液晶模组12上，也可以设置在背光模组11上；并且，液晶模组12的组成结构也不局限于前述的实施方案，在不同的应用场景和设计需求下，液晶模组12还可以包含更多个光学结构、或省略前述的某种结构，在此不再一一赘述。

需要说明的是，背光模组11可以包括光源110、导光元件112、聚光元件114以及弥散元件116，如图6所示。

光源110用于产生光线，其可以包括至少一个电致发光元件，通过电场激发产生光线，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(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。

导光元件112设置在光源110的出光侧，用于收集光源110产生的光线、并将收集到的光线传导至所述聚光元件114。参见图7，本实施方式中，导光元件112为具有出光开口1120 的壳体，光源110收容在壳体内的底部1121，底部1211可为开口；壳体的内壁面1122为光反射面、以反射光源110产生的光线，光源110发出的光线在导光元件112内传播，然后经由出光开口1120出射至聚光元件114。

可以理解的是，光源110产生的光束具有发散角(光源100中心的法线与出射光线之间的最大夹角)，因此，自光源110发射的光线以多个角度(光源100中心的法线与出射光线之间的角度)朝发散角内的各个方向出射，其中，小角度光线(与光源100中心的法线的夹角角度较小，例如10度、15度、20度等，下称小角度光线)自光源110直接传输至出光开口1120而出射、大角度光线(与光源100中心的法线的夹角角度较大，例如30度、45度、60 度等，下称大角度光线)则会自光源110射向内壁面1122。由于内壁面1122为光反射面，光源110发出的大角度光线会经内壁面1122的反射后聚拢，提高光源光线的利用率。需要说明的是，导光元件112的外形可以是三棱锥形状、四棱锥形状或抛物面形状(类似于碗状态)。本实施方式中，导光元件112的外形为四棱锥台形状，如图8所示。出光口1120和底部1121 的形状可以相同也可以不同，包括矩形、正方形、梯形或平行四边形中的至少一种。

聚光元件114设置在导光元件112的出光侧而位于出光开口1120处，用于聚集来自导光元件112的光线、并将聚集后的光线传导至弥散元件116。具体的，聚光元件114对导光元件 112出射的光线进行方向控制，将光线聚集至预定范围，可进一步聚拢光线，提高光线利用率。聚光元件114可为透镜或透镜组合，如凸透镜、菲涅尔透镜或透镜组合等，本实施方式中，聚光元件114为凸透镜。可以理解，预定范围可以是一个点，比如凸透镜的焦点，也可以是一个较小的区域，设置聚光元件114的目的在于对光源110出射的大角度光线进行聚拢，提高光线利用率。

弥散元件116设置在导光元件114的出光侧，用于弥散来自聚光元件114的光线、并将弥散后的光线传导至液晶模组12。具体的，弥散元件116将光线扩散为具有一定分布角度的光束，弥散角度越小，光束的亮度越高，反之亦然。弥散元件116将聚集后的光线以一定角度进行弥散，增加光线的扩散程度，可以在一定区域内使光线均匀分布。弥散元件116可为衍射光学元件，如光束整形元件(beam shaper)，光线经过弥散元件116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。通过控制弥散元件116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。

需要指出的是，导光元件112并不局限于前述的壳体结构，也可以是其他结构。例如图 9所示，导光元件112为实心透光部件，其折射率大于1，包括出光面1120、光反射面1122、光源收容槽1124。出光面1120邻近聚光元件114，光反射面1122自出光面1120周缘朝背离聚光元件114(图未示出)的方向(也即，朝图9图面所示的右侧方向)延伸，光源收容槽1124位于光反射面1122背离出光面1120的一侧、并自该侧的光反射面1122边缘朝靠近出光面1120一侧凹陷。光源收容槽1124包括正对出光面1120设置的底壁1124a、以及将底壁1124a 周缘连接至光反射面1122的侧壁1124b，底壁1124a和侧壁1124b均为导光元件112的入光面。如此以来，光源110设置在光源收容槽1124内，并朝向光源收容槽1124的底壁1124a。底壁1124a为朝背离出光面1120的方向凸起的凸面，该凸面用于入射光源110发出的光线、并在光线经由该凸面入射时将其转换为准直光线。准直光线是指光线发散角很小或几乎为0，平行或近乎平行的光线，准直的光线入射至液晶模组时，光线的一致性较好，更有利于光线转化成像。在本实施方式中，优选的，底壁1124a将入射的光线转换为准直光线后，该准直光线垂直于出光面1120。当然，可以理解的，经由底壁1124a入射的光线在被转换为准直光线之后，不一定垂直于出光面1120，也可以是基于特定考量而与出光面1120成特定的夹角 (0度与90度之间)。需要说明的是，光反射面1122是导光元件112的内表面，由于导光元件112的折射率大于1，光源110发出的大角度光线经由侧壁1124b入射至光反射面1122上之后，满足全反射条件的光线会在导光元件112的光反射面1122上发生全反射并经由出光面 1120出射，光源110发出的小角度光线经由底壁1124a入射至导光元件112内但不入射至光反射面1122、而是直接入射至出光面1120而经由出光面1120出射。

需要说明的是，本实施方式中，将底壁1124a设置为凸面，从而利用凸起的底壁1124a 形成平凸透镜结构(平面为图9所示底壁1124a左侧的虚线、凸面为底壁1124a)，起到用于将小角度光线条调整为准直光线的功能，图9中仅仅是以凸面形成的平凸透镜为例进行示意，而在其他变更实施方案中，该种凸面还可用来形成具有光线准直功能的准直透镜，如凸透镜、菲涅尔透镜或透镜组合等，并且，凸面可以单独设置并安装在实心透光件上，也可与实心透光件一体成型。

光反射面1122的形状包括曲面面形，如抛物面形状、自由曲面形状或圆锥曲面形状等，如此设置可以有效增加前述大角度光线入射至光反射面1122上的入射角，从而更容易满足光线传播的全反射临界条件，以最大限度保证尽可能多的光线被光反射面1122反射向出光面 1120而出射，以供成像所用，从而提高光线利用效率。另外，光源收容槽1124的底壁也不局限于前述的凸面结构，其还可以是其他结构，只要能够保证“将入射至导光元件112转变为准直光线、并出射导光元件112”即可。例如图10所示，出光面1120上设置有朝向底壁 1124a凹陷的盲孔1126，盲孔1126的底面1126a为朝出光面1120一侧凸起的凸面，该凸面用于出射经由底壁1124a入射的光线、并在该光线经由凸面出射时将其转换为准直光线，凸面的具体实施方式与上述实施方式中底壁1124a的凸面类似，此处不再赘述。在该种设置之下，底壁1124a为平行于出光面1120的平面，当然，除此之外，底壁1124a的形状设计方案还存在多种其他可能，在此不再一一赘述。

壳体21是整个抬头显示设备20的外壳，用于将像源10和反射元件22容纳在内而起到保护作用，壳体21上开设有供成像光线出射的出光口210。像源10用于根据时速、导航等车辆相关信息产生用于形成相应图像的成像光线，并投射至反射元件22。反射元件22接收来自像源12的成像光线并反射向出光口210，以投射在外部设备(如汽车挡风玻璃)上形成供人眼观察的图像，整个显示过程中的成像光线传播如图1中带箭头的直线所示。

参见图11，由于光路是可逆的，在“像源10发出的成像光线能够在反射元件22的作用下射出到壳体21外部”的情形下，位于壳体21外部的光线，如来自太阳的光线或来自外部光源的强烈光线(下称外界光线)也会经由出光口210射入抬头显示设备20的壳体21内、并沿着成像光线的传播路径逆向(图11中带箭头直线的方向)入射至反射元件22上，并在反射元件22的聚集作用下照射在像源10之上，从而导致像源10的温度升高。为了能够感测入射至像源10上的外界光线的光照强度，像源10上设有用于感测/采集入射至所述像源10 的外界光线的光照强度的光照传感器13，当外界光线的光照强度超过第一预设阈值时，光照传感器13产生触发信号作为预警，利于后续采取相应的保护措施避免像源10被过度照射而受损。

本实施方式中，反射元件22为曲面反射镜，曲面反射镜可放大图像并提供更远的成像距离。需要说明的是，抬头显示设备20内的反射器件数量并不局限为一个，也可以为两个或者更多。参见图12所示，在反射元件22和像源10之间的光路上，还可以设置一个平面反射镜 22′，如此以来，通过设置平面反射镜可压缩抬头显示设备20的体积，提高空间利用率。

本实用新型的第二实施方式涉及另一种抬头显示设备30，该抬头显示设备30的结构与第二实施方式提供的抬头显示设备20大体相同，不同之处在于，相较于第二实施方式的抬头显示设备20，第三实施方式提供的抬头显示设备30还额外包括像源保护装置。

具体的，抬头显示设备30包括壳体21、像源10、反射元件22以及像源保护装置23。像源10与反射元件22均设置在壳体21内，像源保护装置23邻近壳体21的出光口210、反射元件22及像源10中的至少一者邻近设置，参见图13所示，以像源保护装置23设置在出光口210处为例进行说明。具体的，像源保护装置23包括设置在壳体21上(可以位于壳体 21内、也可以位于壳体21外)的驱动器232以及与驱动器232传动连接的遮光板231，遮光板231邻近出光口210，驱动器232与光照传感器13无线连接或有线连接(例如通讯连接或电连接)。像源保护装置23在光照传感器13产生第一触发信号时以待命状态工作、并在光照传感器13产生第一触发信号时以保护状态工作，其中：

1.像源保护装置23在待命状态下工作时，驱动器232不启动，所述遮光板231邻近、但不遮挡出光口210，从而像源10产生的成像光线能够在经由反射元件22反射后顺利从出光口210出射，达成抬头显示功能；

2.像源保护装置23在保护状态下工作时，驱动器232响应第一触发信号而启动，以驱动所述遮光板231移动至出光口210上、并遮蔽出光口210，从而避免外界光线持续高强度照射像源10而导致像源10受损；

3.像源保护装置23还可以被切换(例如通过人工操作)回待命状态下工作，此时，像源保护装置23回到待命状态工作，驱动器232会再次启动并驱动遮光板231移离出光口210，确保成像光线能够经由出光口210出射而达成抬头显示功能。

需要说明的是，在具体的实施细节中，驱动器232可以是具有动力输出轴的马达等动力装置，而遮光板231则可以通过传动齿轮(图未示)与驱动器232的动力输出轴传动连接，从而在驱动器232的驱动下往复移动；遮光板231可以包括遮光臂和传动臂(图未示)，传动臂的外端可以设有传动齿条(图未示)，以与传动齿轮传动连接，传动齿轮转动时可带动齿条平移，实现遮光板231的往复移动。

需要说明的是，前述方案在邻近出光口210的位置设置像源保护装置23，从而在保护状态下遮蔽出光口210、在待命状态下敞开(也即不遮蔽)出光口210，实现了抬头显示的关闭和正常工作之间的切换，以避免像源10受损。而在其他实施方案中，像源保护装置23也可以不局限于设置在邻近出光口210的位置，而是邻近成像光线的传播路径设置，如设置在反射元件22处，在保护状态下遮蔽反射元件22、在待命状态下敞开反射元件22；或者设置在像源10的出光面处，在保护状态下遮蔽像源10、在待命状态下敞开像源10，使得遮光板231在待命状态下邻近但不阻断成像光线的传播路径，从而：

1.当像源保护装置23进入保护状态工作时，驱动器232驱动遮光板231移入成像光线的传播路径、阻断传播路径从而遮挡沿传播路径逆向传播的外界光线；

2.当像源保护装置23被切换回待命状态工作时，驱动器232驱动遮光板231移出成像光线的传播路径、避免遮挡成像光线而达成抬头显示功能。

优选的，抬头显示设备30还可以额外设置有与像源保护装置23相连的光照监测器24，用于检测入射向像源10的外界光线的光照强度、并在检测到入射向像源10的外界光线的光照强度低于第二预设阈值时产生第二触发信号，像源保护装置23在光照监测器24产生所述第二触发信号之后恢复至待命状态工作。从而实现像源保护装置23的工作状态的自动切换。可以理解地，像源保护装置23与光照监测器24之间的连接可以是无线连接或有线连接。需要特别指出的是，当像源保护装置23的遮光板设置在出光口210处以遮蔽或敞开出光口时，光照监测器24可以设置在壳体21内侧或外侧；当像源保护装置23设置在成像光线传播路径上的其他位置时，光照监测器24既可以设置在壳体21外侧，具体是出光口210的外侧；也可以设置在壳体21内侧、且位于像源保护装置23(如遮光板)与出光口210之间的成像光线传播路径上，本实施方式中，可以设置在遮光板231朝向外界光线一侧的表面。

需要指出的是，光照监测器24也可以被替换为与像源保护装置23相连(有线连接或无线连接)的、具有计时功能的控制器，控制器可以在像源保护装置23以保护状态工作之后开始计时、并在计时时长达到预设阈值时控制像源保护装置23切换至待命状态。如此以来，不需要利用光照监测器24实时监控外界光线的光照强度，而是在经过预定时长后尝试再次启用像源10的显示功能。如果再次启用之后，外界光照强度依然过强，则光照传感器13会再次产生第一触发信号，而使像源保护装置23再次进入保护状态进行像源保护；如果再次启用之后，外界光照强度不再过强，则像源10可以继续正常工作。

可以理解的，光照监测器24还可以被替换为与像源保护装置23相连(有线连接或无线连接)的控制器、以及分别与控制器相连的定位装置和角运动检测装置(图未示)，定位装置用于感测抬头显示设备当前所处地理位置的经纬度参数，角运动检测装置用于采集抬头显示设备当前的角运动参数，控制器用于根据当前时间和经纬度参数确定太阳当前所在位置、并根据角运动参数和经纬度参数确定出光口210的当前朝向。从而：

在太阳当前所在位置与出光口的当前朝向满足第一条件(也即在当前出光口210的朝向下，太阳光能够进入出光口210而入射至像源10)时，控制像源保护装置23维持在保护状态工作；

在太阳当前所在位置与出光口的当前朝向不满足第一条件(也即在当前出光口210 的朝向下，太阳光无法进入出光口210而入射至像源10)时，控制像源保护装置切换至待命状态。

从上述方案不难看出，像源保护装置23可以设置在出光口210、反射元件22或像源10 中的至少一处邻近设置以实现像源保护功能，也可以设置在成像光线传播路径上的其他位置来实现像源保护功能，两种方式都是以“遮挡外界光线”为手段来保护像源10。

本实用新型的第三实施方式涉及一种以“改变外界光线的传播路径”为手段的抬头显示设备，该抬头显示设备的结构与第二实施方式提供的抬头显示设备20大体相同，不同之处在于，相较于第一实施方式的抬头显示设备20，第三实施方式提供的抬头显示设备还额外包括像源保护装置。

具体的，参见图14所示，抬头显示设备40包括壳体21、像源10、反射元件22以及像源保护装置43。像源10与反射元件22、像源保护装置43均设置在壳体21内。像源保护装置43在光照传感器13产生第一触发信号之前以待命状态工作、并在光照传感器13产生第一触发信号以保护状态工作，其中：

像源保护装置43为与反射元件22相连(可设置在反射元件22的边侧或背后)的翻转机构，反射元件22在待命状态下处于初始位置，所述翻转机构还用于在所述待命状态下驱动所述反射元件翻转回所述初始位置，

1.以保护状态工作时，像源保护装置43响应第一触发信号而驱动反射元件22相对于所述初始位置发生翻转、以改变入射向像源10的外界光线的传播路径，从而将外界光线转向无法照射到像源10的方向，避免外界光线沿原有传播路径而到达像源10，避免像源10受损；

2.(被切换至)以待命状态工作时，像源保护装置43驱动反射元件22翻转回初始位置，从而像源10产生的成像光线能够沿着原有传播路径顺利出射，达成抬头显示功能。

需要说明的是，在具体的实施细节中，翻转结构具体包括：设有旋转轴的底板、传动齿轮和动力装置(图未示)，底板固定在反射元件的背面或侧面，动力装置的输出轴与传动齿轮的中心固定连接，旋转轴的一端设有齿轮，并与传动齿轮传动连接，传动齿轮转动时可带动旋转轴旋转。在接受到遮光信号时，底板沿旋转轴旋转，带动反射元件转动。可以理解的是，作为翻转结构的像源保护装置43也可以设置为与像源10相连，从而在外界光线强度过大时，翻转像源10，以使得像源10避开外界光线的高强度照射。

优选的，抬头显示设备40还可以额外包括设置在反射元件22上、且与像源保护装置43相连(有线连接或无线连接)的光照监测器24，光照监测器24用于在保护状态下检测外界光线的光照强度、并在检测到外界光线的光照强度低于第二预设阈值时产生第二触发信号，像源保护装置43响应第二触发信号而恢复待命状态。需要说明的是，光照监测器24可以设置在反射元件22的背面(与反射元件22的反射面相对的另一面)，或者反射元件22上、除了反射面以外的其他表面，只要能够保证“像源保护装置43驱动反射元件22翻转”后(也即保护状态下)，光照监测器24可以接收到经由壳体21的出光口进入到壳体21内的外界光线即可。

需要补充的是，前述第二实施方式和第三实施方式分别给出了将像源保护装置设置为可移动至成像光线传播路径上的遮挡机构、可改变光线传播路径的翻转机构两种技术方案，而在实际的设计和制造过程中，像源保护装置也可以同时包括第二、第三实施方式的遮挡机构和翻转机构，从而在保护状态下既遮蔽入射向像源的外界光线、又改变入射向像源的外界光线的传播路径。当然，像源保护装置还可以采用其他避免外界光线照射像源的结构，而并不局限于前述实施例已经给出的方案，在此不再一一列举。

前述实施方式均可实现及时的预警，但预警的同时，外界光线(太阳光)也已聚集在像源10附近，因此在采取相应的像源保护措施之前，像源10已经被过强的外界光线照射而有损坏的风险。

为此，本实用新型的第四实施方式涉及又一种抬头显示设备50，该抬头显示设备50的结构与第一实施方式提供的抬头显示设备20大体相同，不同之处在于，相较于第一实施方式的抬头显示设备20，第四实施方式提供的抬头显示设备50还额外包括滤光元件。

具体的，参见图15所示，抬头显示设备50包括壳体21、像源10、反射元件22以及滤光元件51。像源10与反射元件22、滤光元件51均设置在壳体21内，壳体21具有出光口 210。滤光元件51设置在位于出光口210和像源10之间的、成像光线的传播路径上，滤光元件51用于传输成像光线、并减少入射至像源10的外界光线。如此设计可以将入射到像源10 的外界光线尽量减少，在保证及时预警的同时，进一步提升抬头显示设备的可靠性。

本实施方式中，滤光元件51可以为设置在成像光线的传播路径上的反射式光学器件，例如半穿透半反射器件或反射式器件。

a.在一种情况下，滤光元件51可以是无波长选择性的普通半穿透半反射器件，其能够透射或吸收部分光线(包括可见光光线、红外线和紫外线)，并反射部分光线(包括可见光光线、红外线和紫外线)，可以认为透射和反射的光线在光谱分布和组成上几乎没有差别；如此以来，外界光线在沿成像光线传播路径逆向传播时，会部分穿设过滤光元件51、部分被滤光元件51反射，从而，滤光元件51仅会把部分外界光线沿成像光线传播路径逆向反射回像源 10，减少了入射至像源10的外界光线，降低像源10被过度照射而损坏的风险。当然，由于不同透射率的滤光元件51能够不同程度地减少到达像源10的外界光线，该种方式下，到达光照传感器13的外界光线强度也会不同程度地变弱，例如，滤光元件51能够吸收/透射50％的外界光线而反射50％的外界光线至像源10、或者滤光元件51能够吸收/透射60％的外界光线而反射40％的外界光线至像源10、又或滤光元件51能够吸收/透射70％的外界光线而反射 30％的外界光线至像源10。在不同透射率的情形下，仅需要相应调整第一预设阈值的大小即可满足正常的预警机制。

b.在另一种情况下，滤光元件51可以是具有红外选择性(或紫外选择性)的半穿透半反射器件，其能够透射或吸收红外光波段(或紫外光波段)的光线、并反射可见光波段和紫外光波段(或红外光波段)的光线，如此以来，像源10发出的可见光几乎可完全通过滤光元件51反射，不会有损失；滤光元件51仅会把外界光线中的可见光和紫外光(或红外光)沿成像光线传播路径逆向反射回像源10，减少了入射至像源10的外界光线中的红外光(或紫外光)，降低像源10被过度照射而损坏的风险。需要说明的是，由于在实际情况下，滤光元件51不能保证100％透射或吸收红外光(或紫外光)，所以最终被滤光元件51反射回像源10 的光线中会有紫外光(或红外光)以及一小部分红外光(或紫外光)，所以，光照传感器13 可以相应的选用紫外传感器和/或红外传感器。

或者，滤光元件51能够透射或吸收红外及紫外波段的光线、并反射可见光波段的光线，如此以来，像源10发出的可见光几乎可完全通过滤光元件51反射，不会有损失；滤光元件 51仅会把外界光线中的可见光沿成像光线传播路径逆向反射回像源10，减少了入射至像源 10的外界光线中的红外光和紫外光，降低像源10被过度照射而损坏的风险。需要说明的是，由于在实际情况下，滤光元件51不能保证100％透射或吸收红外光和紫外光，所以最终被滤光元件51反射回像源10的光线中会有一小部分红外光以及一小部分紫外光，所以，光照传感器13可以相应的选用紫外传感器和/或红外传感器。

可以理解，滤光元件51也可以吸收红外光线和/或紫外光线，这样到达像源10的外界光线强度会更低。

c.在又一种情况下，滤光元件51能够反射第一偏振态的光线，并透射或吸收第二偏振态的光线；具体的，第一偏振态与第二偏振态垂直，可以是线偏振光线或圆偏振光线或椭圆偏振光线；外界光线一般为非偏振光，可以认为外界光线包括互相垂直的第一偏振态和第二偏振态；同时，像源10发出第一偏振态的光线，如像源10可以是发出偏振光线的液晶显示器，如此以来，像源10发出的光线发出的第一偏振态光线几乎可完全通过滤光元件51反射，不会有损失；滤光元件51仅会把外界光线中的第二偏振态部分的光线传播路径逆向反射回像源10，减少了入射至像源10的外界光线的强度，降低约50％的外界光线强度，进而降低像源10被过度照射而损坏的风险。

可以理解，滤光元件51也可以吸收第二偏振态光线，这样到达像源10的外界光线强度会更低。

d.在再一种情况下，像源发出的光线为具有第一偏振态的预定波段的可见光光线，具体可以是RGB三种波段光线混合而成的、具有第一偏振态的成像光线，比如像源为采用了发出 RGB混合白光的LED光源的液晶显示器，具体的，RGB波段中的第一个波段的中心点位于 411nm～480nm之间，第二个波段的中心点位于500nm～565nm之间，第三个波段的中心点位于590nm～690nm之间。该种情形下，滤光元件51能够反射RGB波段内、具有特定偏振态的光线的半穿透半反射器件，其能够透射或吸收外界光线中RGB波段内、第一偏振态之外的光线以及RGB波段外的光线，所谓第一偏振态可为线偏振或圆偏振或椭圆偏振，如透过水平线偏振态，峰宽50nm的RGB光线，且像源10发出的可见光可通过滤光元件51反射，不会有损失；此时，滤光元件51仅会把RGB波段内的第一偏振态的光线反射回像源10，大大降低了外界光线的辐射能。由于在实际情况下，滤光元件51不能保证100％透射或吸收外界光线中RGB波段内、第一偏振态之外的光线以及RGB波段外的光线，此时，光照传感器13可相应的选择可见光波段内除RGB波段外光线的传感器、红外传感器或紫外传感器。

可以理解，滤光元件51也可以吸收外界光线除特定波段的可见光光线波段外的其他光线，这样到达像源10的外界光线强度会更低。

上述内容仅为可行方案的举例说明、而并非所有可实施方案的列举。

并且，滤光元件51也不局限为反射式光学器件，其还可以设置在成像光线的传播路径上的透射式光学器件，如图16所示，该种情形下，滤光元件51可以为半穿透半反射器件，用于透射光线中的一部分并反射光线中的另一部分(到达滤光元件51的可见光光线、红外线和紫外线中，可见光光线的一部分、红外线的一部分和紫外线的一部分会透射过滤光元件51，而可见光光线的其余部分、红外线的其余部分和紫外线的其余部分会被滤光元件51反射)；滤光元件51也可以为用于透射可见光光线、并用于反射或吸收红外光线和/或紫外光线的透射式光学器件；滤光元件51又可以为用于透射具有第一偏振态的光线、并用于反射或吸收具有第二偏振态的光线的反射式光学器件；滤光元件51还可以为用于透射具有第一偏振态的可见光光线的反射式光学器件。其具体工作原理和过程与前述方案大体类似，不同之处仅在于滤光元件51在此处用作透射式光学器件而非反射器件，其用于阻挡或吸收外界光线中的部分光线，以减小对像源10的过度照射，避免像源10受损，在此，不在一一赘述。

另外，关于滤光元件51的结构，其可以包括由无机氧化物薄膜或高分子薄膜堆叠而成的选择性透反膜，该透反膜由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成。此处的“不同折射率”指的是膜层在x、y、z三个方向上至少有一个方向上的折射率不同；预先选取所需的不同折射率的膜层，并按照预先设置好的顺序对膜层进行堆叠，可以形成具备选择反射和选择透射特性的透反膜，该透反膜可以选择性反射某一特性的光线、透过另一特性的光线。具体的，对于无机氧化物材料的膜层，该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。对于有机高分子材料的膜层，该有机高分子材料的膜层包括至少两种热塑性有机聚合物膜层；两种热塑性聚合物膜层交替排列形成光学膜，且两种热塑性聚合物膜层的折射率不同。其中，有机高分子材料的分子为链状结构，拉伸后分子朝某个方向排列，造成不同方向上折射率不同，即通过特定的拉伸工艺即可形成所需的薄膜。该热塑性聚合物具体可以为不同聚合程度的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)及其衍生物、不同聚合程度的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)及其衍生物、不同聚合程度的PBT(聚对苯二酸丁二酯)及其衍生物等。

本实用新型的第五实施方式提供一种抬头显示系统60，如图17所示，其包括具有反射区域610的透反装置61，以及如第一实施方式提供的抬头显示设备20，抬头显示设备20用于将成像光线沿成像光路投射至反射区域610，以在透反装置61的一侧(具体是透反装置61 远离抬头显示设备20的一侧)形成虚像。抬头显示设备20包括壳体21以及设置在所述壳体 21内的像源10、反射元件22、平面反射镜22′，其中，反射元件22为曲面反射镜。所述成像光路是指“自像源10到反射元件22、再经由壳体21的出光口(图未标示)到反射区域610”的光线传播路径，当抬头显示装置22还包括一个或多个平面反射镜22′时，所述成像光路是指“自像源10到反射元件22′、再到反射元件22、再经由壳体21的出光口(图未标示)到反射区域610”的光线传播路径。成像光线沿成像光路投射至反射区域610后，会被反射向驾驶员双眼所在的区域(也即眼盒)，从而驾驶员可以看到HUD图像。

需要说明的是，眼盒区域具有一定的尺寸，驾驶员双眼相对于眼盒中心偏离一定距离，如上下、左右移动，只要仍处于眼盒区域内，就都可以看到HUD的图像。本实施方式中的像源为第一实施方式提供的像源10，像源10发出的成像光线，能够经过平面反射镜22′、反射元件22以及透反装置61的反射而汇聚并落入眼盒的中心。

由于像源10的背光模组11包括如图6所示的弥散元件116，光源110出射的光线经过导光元件112、聚光元件114后，会经过弥散元件116。因此，本实施方式可以通过弥散元件116将光线精准弥散，使弥散后的光束在经过平面反射镜22′、反射元件22以及透反装置61的反射可以覆盖眼盒区域，本实施方式中为恰好覆盖眼盒区域，以实现高光效的同时也不会影响正常的观察。可以理解，弥散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，设置弥散元件116后，弥散的光束恰好覆盖眼盒区域，此时系统光效最高。

该抬头显示系统60可以用于汽车领域，所谓透反装置61可以是汽车的挡风玻璃，因挡风玻璃对S偏振光的反射率较高，因此像源10出射的光线一般为S偏振光，如像源10为发出S偏振光的LCD(liquid crystal display)模组。但驾驶员在佩戴墨镜时，墨镜是过滤S偏振光的，因此佩戴墨镜时就无法看到HUD图像。因此，优选的，在出光口210与挡风玻璃(也即透反装置61)之间可以设置相位延迟元件(图未示)，如1/4波片，以将S偏振态的成像光线转为圆偏振光，产生P偏振光分量，这样驾驶员在佩戴墨镜时就还可以看到HUD图像。当然，相位延迟元件并不局限于设置在挡风玻璃和出光口210之间，还可以设置在成像光路上的、位于反射元件22和挡风玻璃之间的其他位置，如：a.设置在反射元件22(曲面反射镜)和出光口之间并与所述曲面反射镜和出光口相互间隔；b.设置在壳体出光口处、并从壳体出光口内侧封闭出光口210而起到防尘作用；c.设置在反射元件22的反射面上从而无需为相位延迟元件单独设置承载结构，等等。

可以理解的，如果将像源10调整为出射P偏振态的成像光线，就可以不设置相位延迟元件而保证驾驶员在佩戴墨镜时能够看到图像，但因挡风玻璃对P偏振光反射率很低，所以，可以在挡风玻璃(也即透反装置61)的反射区域610上配套设置P偏振反射膜。

此外，可以理解的是，本实用新型第五实施方式提供的抬头显示系统60，其所包含的抬头显示设备20也可以替换为如第二、三、四实施方式中任一者提供的抬头显示设备。

需要说明的是，透反装置61为挡风玻璃时，因挡风玻璃一般为曲面面形，像源10经过曲面反射镜反射所成的虚像10′的位置，位于透反装置61的焦平面处，或小于透反装置61的一倍焦距且接近透反装置61的焦平面处(也即像源10位于或接近透反装置61的焦平面处)。此情况下，根据曲面成像规律，像源10经反射元件22、透反装置61后所成的虚像会形成在较远的距离乃至无穷远处，如30米、50米、70米、甚至是无穷远处，适合AR-HUD使用，与车外的实景具有较好的增强现实融合效果。

优选的，当透反装置61为挡风玻璃时，在透反装置61的夹层内可增设楔形膜，楔形膜可消除重影；另外，在透反装置61内表面(透反装置61朝向反射元件22一侧的表面)也可增设选择性反射膜，选择性反射膜只反射像源10发出的成像光线，如成像光线包括RGB三个波段的光线，则选择性反射膜只反射RGB光线并透过其他的光线，成像光线就不会在透反装置61外侧 (透反装置61背离反射元件22的一侧)的内表面发生二次反射，进而消除重影。此外，还可在透反装置61内表面增设1/4波片或1/2波片，配合可发出S偏振光的像源10，S偏振的成像光线经反射膜反射后，透射的光线经过波片转为圆偏振光或者P偏振光，圆偏振光或P偏振光在透反装置61外侧的内表面的反射率很低，进而消除重影。另外，还可以在透反装置61内表面增设P偏振光反射膜，配合可发出P偏振光的像源10，P偏振的成像光线经反射膜反射后，因玻璃对P偏振光的透射率较高，因此透射的P光也会透射出透反装置61，在透反装置61外侧的内表面的反射率很低，进而消除重影。

本实用新型的第六实施方式提供了一种交通设备，该交通设备包括本实用新型的上述任一实施方式提供的抬头显示系统。在一些示例中，交通设备的前窗(例如，前挡风玻璃)被复用为抬头显示系统的透反装置，而抬头显示系统则设置在复用为透反装置的前窗附近(如前挡风玻璃的下方、前挡风玻璃的上方等等)，以根据时速、导航等车辆相关信息产生用于形成相应图像的成像光线，并投射向交通设备的前窗，成像光线会被前窗反射向驾驶员双眼所在的区域(也即眼盒)，从而驾驶员无需低头就可以看到HUD图像。

例如，该交通设备可以是各种适当的交通工具，例如可以包括各种类型的汽车等陆上交通设备，或可以是船等水上交通设备等等，只要其驾驶位置设置前窗且通过车载显示系统将图像透射到前窗上即可。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围，这些改变都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种抬头显示设备，其特征在于，包括壳体、设置在所述壳体内的像源、以及设置在所述壳体内的反射元件，

所述壳体上开设有出光口；

所述像源包括用于产生成像光线的显示模块以及光照传感器，所述显示模块包括用于出射成像光线的出光区域以及容许外界光线通过的通光区域；所述光照传感器设置在所述显示模块上并对应所述通光区域设置，所述光照传感器用于采集入射至所述像源的外界光线的光照强度、并在所述光照强度达到第一预设阈值时产生第一触发信号；

所述反射元件用于接收所述成像光线并将所述成像光线反射至所述出光口。

2.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述通光区域的面积小于或等于所述出光区域的面积。

3.根据权利要求2所述的抬头显示设备，其特征在于，所述光照传感器的面积小于或等于所述通光区域的面积。

4.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述显示模块包括彩色滤光片，所述彩色滤光片包括透光部以及具有多种颜色的着色部，所述着色部形成所述出光区域，所述透光部形成所述通光区域。

5.根据权利要求4所述的抬头显示设备，其特征在于，所述透光部为通孔。

6.根据权利要求4所述的抬头显示设备，其特征在于，所述着色部和所述透光部共同组成光学部，所述彩色滤光片包括多个所述光学部。

7.根据权利要求4～6任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述显示模块还包括背光模组，邻近所述背光模组的出光侧设置的第一偏光元件，以及沿远离所述背光模组的方向、依次叠设在所述第一偏光元件上的驱动阵列、液晶层、彩色滤光片以及第二偏光元件，所述光照传感器设置在所述液晶层和所述彩色滤光片之间。

8.根据权利要求4～6任一项所述的抬头显示设备，其特征在于，所述显示模块包括背光模组，邻近所述背光模组的出光侧设置的第一偏光元件，以及沿远离所述背光模组的方向、依次叠设在所述第一偏光元件上的驱动阵列、液晶层、彩色滤光片以及第二偏光元件，所述光照传感器设置在所述驱动阵列和所述液晶层之间。

9.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，所述显示模块包括背光模组以及设置在所述背光模组出光侧的液晶模组，所述背光模组包括用于产生光线的光源、以及依次设置在所述光源出光侧的导光元件、聚光元件以及弥散元件，所述导光元件用于收集所述光源产生的光线、并将收集到的光线传导至所述聚光元件，所述聚光元件用于聚集来自所述导光元件的光线、并将聚集后的光线传导至所述弥散元件，所述弥散元件用于弥散来自所述聚光元件的光线、并将弥散后的光线传导至所述液晶模组。

10.根据权利要求9所述的抬头显示设备，其特征在于，所述导光元件为具有出光开口的壳体，所述光源收容在所述壳体内，所述聚光元件设置在所述出光开口处，所述壳体的内壁面为光反射面、以反射所述光源产生的光线并经由所述出光开口传导至所述聚光元件。

11.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括与所述光照传感器相连、并具有待命状态和保护状态的像源保护装置，所述像源保护装置用于在所述光照传感器未产生所述第一触发信号时以待命状态工作、并在所述光照传感器产生所述第一触发信号时以保护状态工作，

所述像源保护装置在待命状态下不遮蔽入射向所述像源的外界光线、且不改变入射向所述像源的外界光线的传播路径；

所述像源保护装置在保护状态下遮蔽入射向所述像源的外界光线、和/或改变入射向所述像源的外界光线的传播路径。

12.根据权利要求11所述的抬头显示设备，其特征在于，所述像源保护装置包括驱动器以及与所述驱动器传动连接的遮光板，所述遮光板与所述出光口、所述反射元件以及所述像源中的至少一者邻近设置，所述驱动器用于在所述保护状态下驱动所述遮光板遮挡所述出光口、所述反射元件以及所述像源中的至少一者以遮蔽入射向所述像源的外界光线、在所述待命状态下驱动所述遮光板移出所述成像光线的传播路径。

13.根据权利要求12所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括与所述驱动器相连的光照监测器，所述光照监测器设置在所述壳体外侧、或设置在所述壳体内侧且位于所述遮光板与所述出光口之间的成像光线传播路径上，所述光照监测器用于检测外界光线的光照强度、并在检测到外界光线的光照强度低于第二预设阈值时产生第二触发信号，所述像源保护装置响应所述第二触发信号而恢复待命状态。

14.根据权利要求11所述的抬头显示设备，其特征在于，所述像源保护装置为与所述反射元件相连的翻转机构，所述反射元件在待命状态下处于初始位置，所述翻转机构用于在所述保护状态下驱动所述反射元件相对于所述初始位置发生翻转、以改变入射向所述像源的外界光线的传播路径，所述翻转机构还用于在所述待命状态下驱动所述反射元件翻转回所述初始位置。

15.根据权利要求14所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括设置在所述反射元件上且与所述翻转机构相连的光照监测器，所述光照监测器用于在保护状态下检测外界光线的光照强度、并在检测到外界光线的光照强度低于第二预设阈值时产生第二触发信号，所述像源保护装置响应所述第二触发信号而恢复待命状态。

16.根据权利要求11所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述像源保护装置相连，所述控制器用于在所述像源保护装置以保护状态工作之后开始计时、并在计时时长达到预设阈值时控制所述像源保护装置切换至待命状态。

17.根据权利要求11所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括与所述像源保护装置相连的控制器、以及分别与所述控制器相连的定位装置和角运动检测装置，

所述定位装置用于感测抬头显示设备当前所处地理位置的经纬度参数，

所述角运动检测装置用于采集抬头显示设备当前的角运动参数，

所述控制器用于根据当前时间和所述经纬度参数确定太阳当前所在位置、并根据所述角运动参数和所述经纬度参数确定所述出光口的当前朝向，所述控制器还用于：

在所述太阳当前所在位置与所述出光口的当前朝向满足第一条件时控制所述像源保护装置维持在保护状态工作、并在所述太阳当前所在位置与所述出光口的当前朝向不满足第一条件时控制所述像源保护装置切换至待命状态。

18.根据权利要求1所述的抬头显示设备，其特征在于，还包括滤光元件，所述滤光元件设置在位于所述出光口和所述像源之间的、所述成像光线的传播路径上，所述滤光元件用于传输所述成像光线、并减少入射至所述像源的外界光线。

19.根据权利要求18所述的抬头显示设备，其特征在于，所述滤光元件为半透射半反射器件，用于透射光线并反射光线；或

所述滤光元件为用于反射可见光光线、并用于透射或吸收红外光线和/或紫外光线的反射式光学器件；或

所述滤光元件为用于反射具有第一偏振态的光线、并用于透射或吸收具有第二偏振态的光线的反射式光学器件；或

所述滤光元件为用于反射具有第一偏振态的预定波段的可见光光线、并用于透射或吸收所述外界光线中除所述预定波段的可见光光线波段外的其他光线的反射式光学器件。

20.根据权利要求18所述的抬头显示设备，其特征在于，所述滤光元件为用于透射可见光光线、并用于反射或吸收红外光线和/或紫外光线的透射式光学器件；或

所述滤光元件为用于透射具有第一偏振态的光线、并用于反射或吸收具有第二偏振态的光线的透射式光学器件；或

所述滤光元件为用于透射具有第一偏振态的预定波段的可见光光线的、并用于反射或吸收所述外界光线中除所述预定波段可见光光线波段外的其他光线透射式光学器件。

21.一种抬头显示系统，其特征在于，包括具有反射区域的透反装置，以及如权利要求1-20中任意一项所述的抬头显示设备，所述抬头显示设备用于将所述成像光线沿成像光路投射至所述反射区域，以在所述透反装置的一侧形成虚像。

22.根据权利要求21所述的抬头显示系统，其特征在于，还包括设置在所述成像光路上的相位延迟元件，所述成像光线包括S偏振光。

23.根据权利要求21所述的抬头显示系统，其特征在于，所述反射区域上设置有P偏振反射膜，所述成像光线包括P偏振光。

24.根据权利要求21所述的抬头显示系统，其特征在于，所述像源经所述反射元件所成的虚像位于所述透反装置的焦平面处。

25.一种交通设备，其特征在于，包括如权利要求21-24任一项所述的抬头显示系统。

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