一种抬头显示装置及抬头显示系统的制作方法

1.本发明实施例涉及显示技术领域，特别涉及一种抬头显示装置及抬头显示系统。


背景技术：

2.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。现有技术中，抬头显示装置所成的图像距离人眼的位置是固定的。
3.发明人发现现有技术中至少存在如下问题：抬头显示装置在使用过程中，由于驾驶员需要观察成像窗外部各处的实景，因此，需要在hud所成固定距离的图像和成像窗外部距离不同的各处实景之间切换视线，导致驾驶员容易出现诸如模糊、眩晕、等视疲劳现象，导致行车安全性不够高。


技术实现要素：

4.本发明实施方式的目的在于提供一种抬头显示装置及抬头显示系统，能够改善驾驶员出现视疲劳现象的问题，提高行车安全性。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种抬头显示装置，用于投射在反射装置上而形成虚像，包括：具有出光口的壳体、以及设置在所述壳体内的像源装置、透反元件和反射元件；所述像源装置用于产生第一成像光线、第二成像光线和第三成像光线；所述透反元件用于接收并反射所述第一成像光线、和接收并透射所述第二成像光线；所述反射元件用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线以及所述像源装置产生的第三成像光线，并反射出所述出光口以投射在所述反射装置上而形成不同像距的第一虚像、第二虚像和第三虚像。
6.本发明的实施方式提供了一种抬头显示系统，包括：反射装置、以及如上述的抬头显示装置；所述反射装置用于接收所述出光口出射的所述第一成像光线、所述第二成像光线和所述第三成像光线后，形成所述第一虚像、所述第二虚像和所述第三虚像。
7.本发明实施方式相对于现有技术而言，由于所述第一虚像、所述第二虚像和所述第三虚像中至少存在两者的成像位置与所述反射装置的距离不同，即，所述第一虚像、所述第二虚像和所述第三虚像中至少存在两者的像距不同，也就是说，三个图像中至少两者在不同距离显示不同内容，从而能够利用至少两者不同像距的三个图像分别与不同距离的实景进行匹配融合，在抬头显示装置使用过程中，驾驶员无需在抬头显示装置所成固定距离的图像和成像窗外部距离不同的实景之间来回切换视线，改善了视觉辐辏调节冲突、导致驾驶员出现诸如模糊、眩晕等视疲劳现象，提高了行车安全性。
8.另外，所述反射元件包括用于聚集和反射光线的曲面反射部件；所述曲面反射部件用于接收第一成像光线、第二成像光线以及第三成像光线，并反射出所述出光口。
9.另外，所述曲面反射部件包括至少一个曲面反射镜；所述曲面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线以及所述像源装置产生的第三成像光线，并反射出所述出光口。
10.另外，所述曲面反射部件为一个曲面反射镜；所述曲面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线以及所述像源装置产生的第三成像光线，并反射出所述出光口。
11.另外，所述曲面反射部件包括第一曲面反射镜和第二曲面反射镜；所述第一曲面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线，并反射出所述出光口；所述第二曲面反射镜用于接收所述像源装置产生的第三成像光线，并反射出所述出光口。
12.另外，所述反射元件还包括：用于改变光线传输方向的平面反射部件；所述平面反射部件用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线以及所述像源装置产生的第三成像光线，并反射至所述曲面反射部件；所述曲面反射部件用于接收所述平面反射部件反射的第一成像光线、第二成像光线以及第三成像光线，并反射出所述出光口。
13.另外，所述曲面反射部件为一个曲面反射镜，所述平面反射部件为一个平面反射镜；所述平面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线以及所述像源装置产生的第三成像光线，并反射至所述曲面反射镜；所述曲面反射镜用于接收所述平面反射镜反射的第一成像光线、第二成像光线以及第三成像光线，并反射出所述出光口。
14.另外，所述曲面反射部件为一个曲面反射镜，所述平面反射部件包括第一平面反射镜和第二平面反射镜；所述第一平面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线，并反射至所述曲面反射镜；所述第二平面反射镜用于接收所述像源装置产生的第三成像光线，并反射至所述曲面反射镜。
15.另外，所述曲面反射部件包括第一曲面反射镜和第二曲面反射镜；所述第一曲面反射镜用于接收所述平面反射部件反射的第一成像光线、第二成像光线，并反射出所述出光口；所述第二曲面反射镜用于接收所述平面反射部件反射的第三成像光线，并反射出所述出光口。
16.另外，所述平面反射部件为一个平面反射镜；所述平面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线，并反射至所述第一曲面反射镜，且接收所述像源装置产生的第三成像光线并反射至所述第二曲面反射镜。
17.另外，所述平面反射部件包括第一平面反射镜和第二平面反射镜；所述第一平面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线，并反射至所述第一曲面反射镜；所述第二平面反射镜用于接收所述第三成像光线，并反射至所述第二曲面反射镜。
18.另外，所述像源装置包括第一像源、第二像源以及第三像源，所述第一像源设置在所述透反元件一侧的第一空间，所述第二像源设置在所述透反元件对侧的第二空间；所述第一像源、所述第二像源以及所述第三像源分别用于产生所述第一成像光线、所述第二成像光线和所述第三成像光线。
19.另外，所述第一成像光线的主光轴和所述第二成像光线的主光轴相对于所述透反元件呈轴对称，且所述第一像源到所述透反元件的距离和所述第二像源到所述透反元件的距离不相等。
20.另外，所述像源装置包括第一像源和第二像源；所述第一像源用于产生所述第一成像光线；所述第二像源包括用于产生所述第二成像光线的第一区域、以及用于产生所述第三成像光线的第二区域；所述第一像源设置在所述透反元件一侧的第一空间，所述第二像源设置在所述透反元件对侧的第二空间。
21.另外，所述第一成像光线的主光轴和所述第二成像光线的主光轴相对于所述透反元件呈轴对称，且所述第一像源到所述透反元件的距离和所述第二区域到所述透反元件的距离不相等。
22.另外，所述第一像源及所述第二像源中的至少一个，包括用于产生光线的光源、依次设置在所述光源出光侧的背光组件及图像生成元件；所述背光组件包括依次设置在所述光源出光侧的反射导光元件、方向控制元件以及弥散元件；所述反射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方向控制元件；所述方向控制元件用于汇聚来自所述反射导光元件的光线、并将汇聚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方向控制元件的光线、并将弥散后的光线传导至所述图像生成元件；所述图像生成元件用于将所述弥散元件弥散后的光线转化为图像光线。
23.另外，所述反射导光元件包括围设形成收容空间的壳体，所述壳体包括出光开口，所述光源收容在所述收容空间内，所述方向控制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出射至所述方向控制元件。
24.另外，所述透反元件用于反射第一偏振态的光线、以及透射第二偏振态的光线，所述像源装置用于产生具有第一偏振态的第一成像光线、以及具有第二偏振态的第二成像光线，且所述第一偏振态与所述第二偏振态垂直。
25.另外，所述透反元件用于反射第一波段的光线、以及透射第二波段的光线，所述像源装置用于产生第一波段的第一成像光线、以及第二波段的第二成像光线。
26.另外，所述透反元件由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成。
27.另外，所述抬头显示系统还包括：选择性反射膜；所述选择性反射膜贴合设置在所述反射装置朝向所述出光口的表面；所述选择性反射膜用于反射预定波段的光线，并透过非所述预定波段的光线；所述第一成像光线、所述第二成像光线和所述第三成像光线中至少一者包括所述预定波段的光线。
28.另外，所述预定波段包括红光波段、蓝光波段及绿光波段中的至少一种。
附图说明
29.一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。
30.图1是本发明第一实施方式中第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'的排列方式的示意图；
31.图2是本发明第一实施方式中的一种抬头显示装置的结构示意图；
32.图3是本发明第一实施方式中的另一种抬头显示装置的结构示意图；
33.图4是本发明第一实施方式中的又一种抬头显示装置的结构示意图；
34.图5是本发明第一实施方式中的还一种抬头显示装置的结构示意图；
35.图6是本发明第一实施方式的背光组件结构示意图；
36.图7是本发明第一实施方式的导光元件结构示意图；
37.图8是本发明第一实施方式的棱锥状导光元件结构示意图；
38.图9是本发明第一实施方式的另一种导光元件结构示意图；
39.图10是本发明第一实施方式的又一种导光元件结构示意图；
40.图11是本发明第一实施方式的防眩光设计的示意图；
41.图12是本发明第二实施方式中的抬头显示装置的结构示意图；
42.图13是本发明第二实施方式中的另一种抬头显示装置的结构示意图；
43.图14是本发明第二实施方式中的又一种抬头显示装置的结构示意图。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术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，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
45.发明人发现，由于现有的抬头显示装置所成的图像距离人眼的位置是固定的，而成像窗外部各处的实景距离人眼的位置是不同的，在使用抬头显示装置时，由于驾驶员需要观察成像窗外部各处的实景，因此，需要在hud所成固定距离的图像和成像窗外部距离不同的各处实景之间切换视线(除了观察与hud所成图像的成像距离相同或接近的某处实景之外，观察其他各处实景时，均需要切换视线)，会出现视觉辐辏调节冲突，导致驾驶员出现诸如模糊、眩晕、等视疲劳现象，降低行车安全性。
46.参见图1至图11，本发明的第一实施方式涉及一种抬头显示装置，用于投射在反射装置30上而形成虚像，包括：壳体10、像源装置1、透反元件20和反射元件2，其中，壳体10包括出光口101，像源装置1、透反元件20和反射元件2均设置在壳体10内，像源装置1用于产生第一成像光线a、第二成像光线b和第三成像光线c；透反元件20包括相对设置的第一表面201和第二表面202，透反元件20用于接收并反射从第一表面201入射的第一成像光线a、和接收并透射从第二表面202入射的第二成像光线b；反射元件2用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射出出光口101以投射在反射装置30上而形成第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'，第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'中至少存在两者的成像位置与反射装置30的距离不同。
47.即，第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'中至少存在两者的像距不同，其中，像距可以是虚像成像位置与玻璃(反射装置)的距离，也可以等效为虚像在反射装置30上的成像位置与人眼之间的距离。
48.通过三个虚像在不同距离显示不同内容，如最近的虚像(第三虚像13’)的成像距
离可为2-4米，为近景画面，显示车辆仪表等关键驾驶数据；中间距离虚像(第二虚像12')的成像距离可为7-14米，为中景画面，与较近距离实景如路面进行融合匹配，如利用中景画面标识车道线；最远的虚像(第一虚像11')的成像距离可为20-50米，为远景画面，与远距离实景如建筑等进行融合匹配，如远处的建筑物为银行，远景画面显示银行的标识信息，并在与实景对应的位置进行显示，驾驶员不仅可以看到银行的实景，还可看到与其匹配的图像。
49.本实施方式中，像源装置1包括第一像源11、第二像源12以及第三像源13，第一像源11设置在透反元件20一侧的第一空间，第二像源12设置在透反元件20对侧的第二空间，第一像源11、第二像源12以及第三像源13分别用于产生第一成像光线a、第二成像光线b和第三成像光线c，其中，第一成像光线a、第二成像光线b和第三成像光线c，分别用于形成第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'。
50.具体的，透反元件20与第一像源11、第二像源12有以下实施方式：
51.1)透反元件20无波长或偏振选择性，为普通的半透半反元件。
52.如透反元件20可以反射一部分的光，可以透过另一部分的光，例如，透反元件20可以反射50％的光，可以透射50％的光，或者，透反元件20可以反射60％的光，可以透射40％的光，或者，透反元件20可以反射70％的光，可以透射30％的光等等。也即来自第一像源11的第一成像光线a只有部分光线经过透反元件20反射后再经反射元件2反射到达反射装置30，来自第二像源12的第二成像光线b只有部分光线经过透反元件20透射后再经反射元件2反射到达反射装置30，存在光线损失，会降低成像亮度，其中，普通半透半反元件的材料可以包括玻璃、透明塑料等。
53.2)透反元件20具有偏振选择性，其可以反射第一偏振态的光线，透射第二偏振态的光线。
54.第一像源11发出具有第一偏振态的第一成像光线a，第二像源12发出具有第二偏振态的第二成像光线b，且第一偏振态与第二偏振态垂直；第一成像光线a经过透反元件20反射后再经反射元件2反射到达反射装置30，第二成像光线b经过透反元件20透射后再经反射元件2反射到达反射装置30，光线损失较小或几乎没有损失。具体的，第一像源11、第二像源12可为发出偏振光线的lcd像源，其中，偏振透反元件可以包括bef(brightnessenhancement film)膜、dbef(dual brightness enhancement film)膜等。
55.可选的，第一偏振态可为s偏振态，第二偏振态可为p偏振态；第一偏振态也可为任意偏振态，保证第二偏振态与第一偏振态垂直即可，包括但不限于线偏振态、圆偏振态和椭圆偏振态。
56.3)透反元件20具有波长选择性，其可以反射第一波段的光线，透射第二波段的光线。
57.第一像源11发出第一波段的第一成像光线a，第二像源12发出第二波段的第二成像光线b，第一波段和第二波段可以为rgb波段，其中，rgb波段即为红光波段、蓝光波段及绿光波段的组合，具体的，rgb波段中红光、蓝光及绿光每个波段的半高宽不大于50nm，如蓝光波段的峰值位于410nm-480nm区间范围内，绿光波段的峰值位于500nm-570nm区间范围内，红光波段的峰值位于590nm-690nm区间范围内；第一波段和第二波段的光线不同，具体是第一波段和第二波段中各自的红光波段、蓝光波段和绿光波段彼此之间不同即可，例如第一波段中红光波长为620nm，绿光波长为520nm，蓝光波长为440nm；第二波段中红光波长为
650nm，绿光波长为550nm，蓝光波长为450nm。
58.第一成像光线a经过透反元件20反射后再经反射元件2反射到达反射装置30，第二成像光线b经过透反元件20透射后再经反射元件2反射到达反射装置30，光线损失较小；具体的，第一像源11、第二像源12可为发出rgb混合白光的lcd像源或led像源。
59.本实施方式中，第一成像光线a的主光轴和第二成像光线b的主光轴相对于透反元件20呈轴对称(透反元件20呈片状)，故第一像源11、第二像源12分别发出的第一成像光线a和第二成像光线b经过透反元件20后光路合并，最终所成的第一虚像11'及第二虚像12’为同轴状态，同轴具体是指两个虚像的中心连线与人眼，接近或处于一条直线上；并且，第一像源11到透反元件20的距离和第二像源12到透反元件20的距离不相等，即，第一成像光线a在第一像源11到透反元件20之间的传播距离和第二成像光线b在第二像源12到透反元件20之间的距离不相等，即，成像光线传播的光程不相等，故第一像源11、第二像源12与曲面反射镜之间的光程不同，第一虚像11'和第二虚像12'的成像距离不同，进而形成同轴不同像距的第一虚像11'和第二虚像12'，从而提高了反射装置30上用于显示驾驶信息的显示区域的利用率。
60.当然，第一像源11到透反元件20的距离和第二像源12到透反元件20的距离也可以相等，此时，第一像源11、第二像源12与曲面反射镜之间的光程相同，第一虚像11'和第二虚像12'的成像距离相同，第一虚像11'和第二虚像12'重叠，此处不做限定。另外，第一像源11与第二像源12的面积也可相同或不同，对应的，所成的第一虚像11'和第二虚像12'的尺寸则相同或不同。
61.本实施方式中，第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'的排列如图1所示，图1可以认为是从驾驶员处观察抬头显示装置所成图像的视图。在实际应用中，第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'的成像距离的远近排布、同轴或不同轴情况等可任意组合排列，如同轴的虚像11'和虚像12'的成像距离更近等，第一像源11、第二像源12和第三像源13的面积大小也可根据需要设置，对此不做限定。
62.在实际应用中，反射元件2可以包括用于聚集和反射光线的曲面反射部件，所述曲面反射部件用于接收第一成像光线a、第二成像光线b以及第三成像光线c，并反射出出光口101。其中，曲面反射部件可以包括至少一个曲面反射镜，曲面反射镜用于透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射出出光口101。
63.参见图2，本实施方式中，反射元件2可以仅包括一个曲面反射镜(不包括平面反射镜)，即，所述曲面反射部件为一个曲面反射镜。曲面反射镜用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射出出光口101。
64.当然，反射元件2也可以仅包括两个曲面反射镜(不包括平面反射镜)，即，所述曲面反射部件包括：第一曲面反射镜和第二曲面反射镜。所述第一曲面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线，并反射出所述出光口，所述第二曲面反射镜用于接收所述像源装置产生的第三成像光线，并反射出所述出光口。
65.在实际应用中，所述反射元件还可以包括：用于改变光线传输方向的平面反射部件，平面反射部件用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像
光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至曲面反射部件；曲面反射部件用于接收平面反射部件反射的第一成像光线a、第二成像光线b以及第三成像光线c，并反射出出光口101。
66.参见图3，曲面反射部件为一个曲面反射镜141，平面反射部件为一个平面反射镜151。
67.具体的，平面反射镜151用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至曲面反射镜141；曲面反射镜141用于接收平面反射镜151反射的第一成像光线a、第二成像光线b以及第三成像光线c，并反射出出光口101。
68.参见图4，在另一可实施方式中，曲面反射部件为一个曲面反射镜141，平面反射部件包括第一平面反射镜152和第二平面反射镜153。
69.具体的，第一平面反射镜152用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b，并反射至曲面反射部件，第二平面反射镜153用于接收像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至曲面反射镜141。曲面反射镜141用于接收第一平面反射镜152反射的第一成像光线a、第二平面反射镜153反射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射出出光口101。
70.可以理解的是，曲面反射部件也可以包括两个曲面反射镜，即，曲面反射部件包括第一曲面反射镜142和第二曲面反射镜143。此时，第一曲面反射镜142用于接收平面反射部件反射的第一成像光线a、第二成像光线b，并反射出出光口101，第二曲面反射镜143用于接收平面反射部件反射的第三成像光线c，并反射出出光口101。
71.参见图5，在一可实施方式中，平面反射部件包括第一平面反射镜152和第二平面反射镜153，曲面反射部件包括第一曲面反射镜142和第二曲面反射镜143。
72.具体的，第一平面反射镜152用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b，并反射至第一曲面反射镜142，第二平面反射镜153用于接收像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至第二曲面反射镜143。第一曲面反射镜142用于接收第一平面反射镜152反射的第一成像光线a、第二成像光线b，并反射出出光口101，第二曲面反射镜143用于接收第二平面反射镜153反射的第三成像光线c，并反射出出光口101。
73.当然，所述平面反射部件也可以为一个平面反射镜，所述平面反射镜用于接收所述透反元件反射的第一成像光线、所述透反元件透射的第二成像光线，并反射至所述第一曲面反射镜，且接收所述像源装置产生的第三成像光线并反射至所述第二曲面反射镜，此后，第一曲面反射镜142和第二曲面反射镜143的作用与前述类似，此处不再赘述。
74.具体的说，第一像源11、第二像源12或第三像源13均可以包括用于产生光线的光源110、以及依次设置在光源110出光侧的背光组件及图像生成元件。
75.参见图6，背光组件可以包括依次设置在光源110出光侧的反射导光元件112、方向控制元件114以及弥散元件116，反射导光元件112用于收集光源110产生的光线、并将收集到的光线传导至方向控制元件114，方向控制元件114用于汇聚来自反射导光元件112的光线、并将汇聚后的光线传导至弥散元件116，弥散元件116用于弥散来自方向控制元件114的光线、并将弥散后的光线传导至图像生成元件(图未示)，图像生成元件用于将弥散元件弥散后的光线转化为图像光线。具体的，反射导光元件112设置在光源110的出光侧，方向控制
元件114设置在反射导光元件112的出光侧而位于出光开口1120处，弥散元件116设置在反射导光元件112的出光侧。
76.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。图像生成元件包括液晶面板，液晶面板可将光源发出的光线转化为图像光线。
77.参见图7、图8，本实施方式中，反射导光元件112包括围设形成收容空间的壳体，壳体包括出光开口1120，光源110收容在收容空间内、且位于壳体的底部1121，壳体的内壁面1122为光反射面、以反射光源110产生的大角度光线并经由出光开口1120出射至方向控制元件114。也就是说，光源110发出的光线中，出射角度较小的光线直接经由出光开口1120出射至方向控制元件114，出射角度较大的光线(例如，出射角度大于壳体与反射导光元件112中心轴之间的夹角的光线)则经内壁面1122的反射后聚拢，从而提高了光源110光线的利用率。
78.需要说明的是，反射导光元件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，反射导光元件112的外形为四棱锥形状，反射导光元件112的出光开口1120和底部1121的形状可为圆形、椭圆形、矩形、正方形、梯形或平行四边形，出光开口1120和底部1121的形状可以相同或不同。
79.方向控制元件114设置在所述出光开口1120处，即，方向控制元件114可以紧贴出光开口1120或与出光开口1120保持一定距离，方向控制元件114对反射导光元件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。方向控制元件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，方向控制元件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，设置方向控制元件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。
80.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(beamshaper)，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。
81.在实际应用中，光源110出射的光线经过反射导光元件112、方向控制元件114后，再经过反射元件2的反射，最终在反射装置30上反射后，反射光线会汇聚并落入眼盒的中心，进一步通过弥散元件116将光线精准弥散，弥散后的光束可覆盖眼盒区域100，优选为恰好覆盖眼盒区域100，实现高光效的同时也不会影响正常的观察。
82.可以理解，弥散的光束可大于眼盒区域100，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100，此时系统光效最高。其中，眼盒
(eyebox)，指驾驶员双眼所在的，可以看到hud图像的区域。眼盒区域100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100内，就都可以看到hud的图像。
83.需要指出的是，反射导光元件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，反射导光元件112包括实心透光部件，其折射率大于1，实心透光部件包括凹陷形成光源收容腔1124的端面、与所述端面相对设置的出光面1120、以及连接所述端面和所述出光面1120的光反射面1122，其中，光反射面1122为实心透光部件的表面内侧，通过全反射作用反射光线。具体的，出光面1120邻近方向控制元件114，光源收容腔1124包括正对出光面1120设置的底壁1124a、以及自所述底壁1124a周延伸的侧壁1124b，光源110设置在光源收容腔1124内，并朝向光源收容腔1124的底壁1124a，底壁1124a和侧壁1124b均为反射导光元件112的入光面。
84.进一步的，底壁1124a上设置有朝背离出光面1120的方向凸起的准直部1128，准直部1128用于入射光源110发出的光线、并将该光线转换为准直光线，准直光线可以为垂直于出光面1120的光线。如此以来，光源110发出的部分光线在反射导光元件112的光反射面1122上发生全反射后、经由出光面1120出射，光源110发出的另一部分光线在反射导光元件112内不经光反射面1122反射、而直接经由出光面1120出射。
85.参见图10，可以理解的是，准直部1128也可以不设置在底壁1124a上，而是，出光面1120上设置有朝向底壁1124a凹陷的盲孔1126，准直部1128设置在盲孔1126的底面1126a，具体的，盲孔1126的底面1126a上设置有朝出光面1120一侧凸起的准直部1128，准直部1128用于出射经由底壁1124a入射的光线、并将该光线转换为准直光线，准直光线可以为垂直于出光面1120的光线。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。
86.关于透反元件20的结构，其可以由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成，例如，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。
87.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。
88.在具体实施过程中，透反元件20会贴覆或镀设在透明基板的表面，便于透反元件20的安装设置，透明基板包括玻璃、透明高分子材料或石英等材质。
89.参见图11，为了防眩光，由于发生眩光的部分主要是hud出光口101处设置的透明
防尘膜40，防尘膜40主要是为了避免灰尘和杂物进入hud内部，因此防尘膜40是透明的膜材，但太阳光会在防尘膜40表面发生强烈的眩光，因此，可以通过在hud出光口101处设置防眩光罩50，防眩光罩50的出光面设置为斜面，从而防止眩光进入人眼。
90.该抬头显示装置可以用于汽车领域，反射装置30具体可为挡风玻璃，各个像源出射的成像光线最终在反射装置30上反射，反射后的成像光线出射至眼盒区域100，驾驶员就可看到形成于反射装置30外侧的虚像，同时不影响对外界环境的观察。
91.在实际应用中，收容有像源装置1、透反元件20和反射元件2的壳体10，可设置安装在汽车的仪表台内，出光口101设于仪表台表面，使得经由出光口101出射的光线能够在挡风玻璃上反射、而出射至眼盒区域100(即形成虚像)以被驾驶员观察到。
92.本发明实施方式相对于现有技术而言，由于第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'中至少存在两者的成像位置与反射装置30的距离不同，即，第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'中至少存在两者的像距不同，也就是说，三个图像中至少两者在不同距离显示不同内容，从而能够利用至少两者不同像距的三个图像分别与不同距离的实景进行匹配融合，在抬头显示装置使用过程中，驾驶员无需在抬头显示装置所成固定距离的图像和成像窗外部距离不同的实景之间切换视线，改善了视觉辐辏调节冲突、导致驾驶员出现诸如模糊、眩晕、等视疲劳现象，提高了行车安全性。
93.参见图12至14，本发明的第二实施方式涉及一种抬头显示装置。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：
94.在第一实施方式中，像源装置1包括第一像源11、第二像源12以及第三像源13；第一像源11、第二像源12以及第三像源13分别用于产生第一成像光线a、第二成像光线b和第三成像光线c；
95.而在本发明第二实施方式中，像源装置1包括第一像源11和第二像源121；第一像源11用于产生第一成像光线a；第二像源121包括用于产生第二成像光线b的第一区域12'、以及用于产生第三成像光线c的第二区域13'，其中，第一像源11设置在透反元件20一侧的第一空间，第二像源121设置在透反元件20对侧的第二空间。如此设置，使得抬头显示装置的结构更加简单。
96.其中，透反元件20与第一像源11、第二像源121的实施方式与第一实施方式中类似，此处不再赘述。
97.类似的，在本实施方式中，第一成像光线a的主光轴和第二成像光线b的主光轴相对于透反元件20呈轴对称(透反元件20呈片状)，故第一像源11、第一区域12'分别发出的第一成像光线a和第二成像光线b经过透反元件20后光路合并。并且，第一像源11到透反元件20的距离和第一区域12'到透反元件20的距离不相等，即，第一成像光线a在第一像源11到透反元件20之间的传播距离和第二成像光线b在第一区域12'到透反元件20之间的距离不相等，即，光程不相等，故第一像源11、第一区域12'与曲面反射镜之间的光程不同，第一虚像11'和第二虚像12'的成像距离不同，进而形成同轴不同像距的第一虚像11'和第二虚像12'，从而提高了反射装置30上用于显示驾驶信息的显示区域的利用率。
98.当然，第一区域12'到透反元件20的距离和第二区域13'到透反元件20的距离也可以相等，此时，第一区域12'、第二区域13'与曲面反射镜之间的光程相同，第一虚像11'和第二虚像12'的成像距离相同，第一虚像11'和第二虚像12'重叠，此处不做限定。
99.其中，第一区域12'和第二区域13'的面积也可相同或不同，对应的，所成的第一虚像11'和第二虚像12'的尺寸则相同或不同。
100.在“第二像源121包括用于产生第二成像光线b的第一区域12'、以及用于产生第三成像光线c的第二区域13'”的情形下，曲面反射部件和平面反射部件也有多种设置方式，下面举例说明：
101.参见图12，本实施方式中，曲面反射部件为一个曲面反射镜141，平面反射部件为一个平面反射镜151。
102.具体的，平面反射镜151用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至曲面反射镜141；曲面反射镜141用于接收平面反射镜反射的第一成像光线a、第二成像光线b以及第三成像光线c，并反射出出光口101。
103.参见图13，在另一可实施方式中，平面反射部件包括第一平面反射镜152和第二平面反射镜153，曲面反射部件为一个曲面反射镜141。
104.具体的，第一平面反射镜152用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b，并反射至曲面反射镜141，第二平面反射镜153用于接收像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至曲面反射镜141。曲面反射镜141用于接收平面反射镜反射的第一成像光线a、第二成像光线b以及第三成像光线c，并反射出出光口101。
105.参见图14，在又一可实施方式中，平面反射部件包括第一平面反射镜152和第二平面反射镜153，曲面反射部件包括第一曲面反射镜142和第二曲面反射镜143。
106.具体的，第一平面反射镜152用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b，并反射至第一曲面反射镜142，第二平面反射镜153用于接收像源装置1产生的第三成像光线c，并反射至第二曲面反射镜143。第一曲面反射镜142用于接收第一平面反射镜152反射的第一成像光线a、第二成像光线b，并反射出出光口101，第二曲面反射镜143用于接收第二平面反射镜153反射的第三成像光线c，并反射出出光口101。
107.可以理解的是，反射元件2也可以仅包括至少一个曲面反射镜，而不包括平面反射镜，曲面反射镜用于接收透反元件20反射的第一成像光线a、透反元件20透射的第二成像光线b以及像源装置1产生的第三成像光线c，并反射出出光口101。
108.本发明实施方式相对于现有技术而言，由于第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'中至少存在两者的成像位置与反射装置30的距离不同，即，第一虚像11'、第二虚像12'和第三虚像13'中至少存在两者的像距不同，也就是说，三个图像中至少两者在不同距离显示不同内容，从而能够利用至少两者不同像距的三个图像分别与不同距离的实景进行匹配融合，在抬头显示装置使用过程中，驾驶员无需在抬头显示装置所成固定距离的图像和成像窗外部距离不同的实景之间切换视线，改善了视觉辐辏调节冲突、导致驾驶员出现诸如模糊、眩晕、等视疲劳现象，提高了行车安全性，同时，本实施方式中的抬头显示装置，结构紧凑，占用的安装空间较小。
109.本发明的第三实施方式涉及一种抬头显示系统，包括：反射装置、以及如上述的抬头显示装置，所述反射装置用于接收所述出光口出射的所述第一成像光线、所述第二成像光线和所述第三成像光线后，形成所述第一虚像、所述第二虚像和所述第三虚像。
110.本实施方式中的抬头显示装置与第一、第二实施方式中类似，此处不再赘述，此
外，本领域技术人员可以理解，本实施方式为第一、第二实施方式对应的系统的实施例，第一、第二实施方式中的技术细节与实施方式中的技术细节相互适用，本实施方式能够实现类似的技术效果，此处不再赘述。
111.可选的，当反射装置为曲面面形，如挡风玻璃时，上述像源相对于曲面反射镜所成的虚像位置可以位于反射装置30的焦平面处。根据曲面成像规律，所形成的虚像会形成在较远的距离乃至无穷远处，从而更好的与远处的实景进行匹配贴合。实际应用中，可以是第一像源11、第二像源12以及第三像源13中的任意一个设置在焦平面处，具体可以是虚像距离最远的像源；可选的，上述像源也可以设置在小于焦平面且邻近焦平面处，例如，与焦平面的距离为0.01、0.05、0.1倍焦距等。
112.为了消除重影，抬头显示系统还包括：选择性反射膜；所述选择性反射膜贴合设置在所述反射装置朝向所述出光口的表面；所述选择性反射膜用于反射预定波段的光线，并透过非所述预定波段的光线；所述第一成像光线、所述第二成像光线和所述第三成像光线中至少一者包括所述预定波段的光线，其中，所述预定波段可以包括红光波段、蓝光波段及绿光波段中的至少一种。例如，成像光线包括rgb三个波段的光线，像源可以是包括rgb混合白光的lcd显示器或者包括rgb子发光单元的led显示器，rgb波段中红光、蓝光及绿光每个波段的半高宽不大于50nm，如蓝光波段的峰值位于410nm-480nm区间范围内，绿光波段的峰值位于500nm-570nm区间范围内，红光波段的峰值位于590nm-690nm区间范围内；选择性反射膜只反射上述rgb波段的成像光线并透过其他的光线，成像光线就几乎不会在透反元件20外侧(透反元件20背离反射元件222的一侧)的内表面发生二次反射，进而消除重影。
113.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发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。