一种平视显示设备、车辆的制作方法

1.本实用新型属于光学显示技术领域，具体涉及一种平视显示设备、车辆。


背景技术：

2.hud(head up display)是通过反射式的光学设计，将像源出射的光线最终投射到成像窗(成像板、挡风玻璃等)上，驾驶员无需低头就可以直接看到画面，避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。
3.具体的，以基于平面反射镜和曲面反射镜反射成像的hud为例，hud像源出射的光线依次经平面反射镜、曲面镜反射后出射，出射的光线可以在透明成像窗上发生反射并保留在驾驶舱的一侧，进入驾驶员的眼睛。这些进入驾驶员眼睛的光线，使得驾驶员可以看到hud像源上显示的画面在成像窗的另一侧空间呈现的虚像。与此同时，由于成像窗本身的透明的，成像窗另一侧的环境光线依然可以透过它传输到驾驶员眼睛里，使得驾驶员在看到hud成像的同时，还不影响驾驶员在驾驶的过程中观察车外的路况。
4.根据上述可知，hud是通过内部特征来设计的光学系统，在驾驶员视线区域内合理、生动地显示一些驾驶信息，驾驶信息可包括为：车速信息、导航信息、油量信息、电量信息或其他，在驾驶员正常驾驶的情况下，hud所形成的虚像的成像位置一般是固定的，不可进行调节的，而驾驶员的眼睛聚焦位置则会根据驾驶员自身的活动来改变，从而导致虚像的成像位置与驾驶员的眼睛聚焦的位置常常会不一致，例如在行驶的过程中，若驾驶员的眼睛注视远处的路面，而hud所形成的虚像相较于驾驶员的眼睛聚焦的位置处于近处的路面，这样的话，驾驶员则需要将眼睛聚焦的位置从远处路面调节到近处路面来对hud所形成的虚像进行观察，从而会导致视觉辐辏冲突，使驾驶员易于产生疲劳、恶心等不良的状况。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中所提出的技术问题，本实用新型第一方面提出了一种平视显示设备，包括：
6.像源；
7.反射组件；以及
8.设置有出光口的壳体；
9.其中，所述像源以及所述反射组件设置于所述壳体内，所述像源包括光源以及沿所述光源出光光路排列的多个液晶成像层，切换所述多个液晶成像层的工作状态，以使得所述多个液晶成像层中的一个呈现成像状态，其余的液晶成像层呈现透光状态，所述光源出射的光线经由成像状态下的液晶成像层形成成像光线来进行出射，所述反射组件用于对所述成像光线进行反射，经由所述反射组件反射后的成像光线通过所述出光口出射，以使得通过所述出光口出射的成像光线经由外部成像部件反射以形成虚像。
10.在一种可能的实现方式中，所述光源包括红光光源、绿光光源以及蓝光光源中的至少一个。
11.在一种可能的实现方式中，还包括有：
12.立体转换元件；
13.其中，所述立体转换元件用于将经由所述像源出射的成像光线转换为可形成立体视觉图像的光线，所述立体转换元件包括光屏障式元件、柱状透镜式元件以及指向光源式元件中的一种。
14.在一种可能的实现方式中，当所述立体转换元件为光屏障式元件时，所述立体转换元件包括：
15.位于所述多个液晶成像层的出光光路上的阻挡单元；
16.其中，所述阻挡单元用于对经由所述多个液晶成像层出射的成像光线进行部分阻挡，以使得经由所述阻挡单元进行部分阻挡后的成像光线形成分别供同一观看者的左眼所接收的左眼光线以及右眼所接收的右眼光线，所述左眼光线所形成的左眼图像与所述右眼光线所形成的右眼图像不同。
17.在一种可能的实现方式中，所述阻挡单元包括液晶阻挡层；
18.其中，切换所述液晶阻挡层的工作状态，以使得所述液晶阻挡层呈现透光状态或非透光状态。
19.在一种可能的实现方式中，当所述立体转换元件为柱状透镜式元件时，所述立体转换元件包括：
20.位于所述多个液晶成像层的出光光路上的柱状透镜；
21.其中，所述柱状透镜用于对经由所述多个液晶成像层出射的成像光线进行折射，以使得经由所述柱状透镜进行折射后的成像光线形成分别供同一观看者的左眼所接收的左眼光线以及右眼所接收的右眼光线，所述左眼光线所形成的左眼图像与所述右眼光线所形成的右眼图像不同。
22.在一种可能的实现方式中，当所述立体转换元件为指向光源式元件时，所述立体转换元件包括：
23.位于所述多个液晶成像层的出光光路上的指向元件；
24.其中，所述多个液晶成像层将经由所述光源出射的光线分别转换为左眼光线以及右眼光线，所述多个液晶成像层按时序分别出射左眼光线以及右眼光线，所述指向元件用于对所述左眼光线以及所述右眼光线进行折射，以使得经由所述指向元件折射后的左眼光线以及右眼光线分别供同一观看者的左眼以及右眼所接收，所述左眼光线所形成的左眼图像与所述右眼光线所形成的右眼图像不同。
25.在一种可能的实现方式中，光线阻隔元件；
26.其中，所述光线阻隔元件用于阻隔预设角度的经由所述像源出射的成像光线。
27.在一种可能的实现方式中，所述像源还包括：
28.背光组件；
29.其中，所述背光组件用于将所述光源出射的光线传输至多个液晶成像层。
30.在一种可能的实现方式中，所述背光组件包括：
31.导光元件、方向控制元件以及弥散元件；
32.其中，所述导光元件用于对所述光源出射的光线进行传输，所述方向控制元件用于对经由所述导光元件传输后的光线进行会聚，所述弥散元件用于对经由所述方向控制元
件会聚后的光线进行弥散。
33.在一种可能的实现方式中，所述导光元件包括：
34.实心灯杯；
35.其中，所述实心灯杯包括具有反光面的实心透明部件，所述实心透明部件的折射率大于1，所述实心透明部件的出光面朝向所述方向控制元件，所述实心透明部件远离所述出光面的端部用于设置光源，所述光源出射的光线入射至所述反光面时发生全反射，以使得经由所述反光面来发生全反射后的光线出射至所述方向控制元件。
36.所述导光元件包括：
37.空心灯杯；
38.其中，所述空心灯杯包括由反光面围成的中空外壳，且、所述空心灯杯的开口朝向所述方向控制元件，所述空心灯杯远离所述开口的端部用于设置光源，所述光源出射的光线入射至所述反光面时发生全反射，以使得经由所述反光面来发生反射后的光线出射至所述方向控制元件。
39.在一种可能的实现方式中，防眩光元件；
40.其中，所述壳体的出光口处设置有防尘膜，所述防眩光元件用于对射向所述防尘膜的外界光线进行遮挡。
41.本实用新型第二方面提出了一种车辆，包括：
42.上述的平视显示设备；以及
43.外部成像部件。
44.在一种可能的实现方式中，所述外部成像部件包括挡风玻璃，所述挡风玻璃包括对盒设置的第一玻璃基板以及第二玻璃基板，所述第一玻璃基板与所述第二玻璃基板之间设置有楔形膜。
45.在一种可能的实现方式中，所述外部成像部件靠近所述出光口的一侧设置有选择性反射膜；
46.其中，所述选择性反射膜用于对通过所述出光口出射的成像光线进行反射。
47.在一种可能的实现方式中，所述外部成像部件靠近所述出光口的一侧设置有相位延迟元件，通过所述出光口出射的成像光线为s偏振光，所述相位延迟元件用于将通过所述出光口出射的s偏振光转换为p偏振光或圆偏振光。
48.在一种可能的实现方式中，所述外部成像部件靠近所述出光口的一侧设置有p偏振反射膜，通过所述出光口出射的成像光线为p偏振光。
49.在一种可能的实现方式中，滤光墨镜；
50.其中，所述滤光墨镜用于对s偏振光进行过滤。
51.在一种可能的实现方式中，通过所述出光口出射的成像光线为圆偏振光或椭圆偏振光。
52.在一种可能的实现方式中，通过所述出光口出射的成像光线为p偏振光。
53.本实用新型实施例提供的上述方案中，可通过更改虚像的成像位置，保证虚像的成像位置与驾驶员的眼睛聚焦的位置保持相同，避免产生视觉辐辏冲突，防止驾驶员产生疲劳、恶心等不良状况，提高了驾驶的安全性。
54.为使本实用新型的上述目的、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
55.图1示出了本实用新型的一个实施例提出的一种平视显示设备的结构示意图；
56.图2示出了本实施例中的液晶成像层的结构示意图；
57.图3示出了本实施例中的平视显示设备显示不同成像距离的虚像的结构示意图；
58.图4示出了本实施例中的光屏障式元件的结构示意图；
59.图5示出了本实施例中的柱状透镜元件的结构示意图；
60.图6示出了本实施例中的指向光源式元件的结构示意图；
61.图7示出了本实施例中的光线阻隔元件的结构示意图；
62.图8示出了本实施例中的背光组件的结构示意图；
63.图9
‑
11示出了本实施例中的实心透明部件的结构示意图；
64.图12
‑
13示出了本实施例中的空心灯杯的结构示意图；
65.图14示出了本实施例中的防眩光元件的结构示意图；
66.图15示出了本实用新型另一个实施例提出的一种车辆中外部成像部件内的楔形膜的结构示意图；
67.图16示出了本实施例中的选择性反射膜的结构示意图；
68.图17示出了本实施例中的相位延迟元件的结构示意图；
69.图18示出了本实施例中的p偏振反射膜的结构示意图；
70.图19示出了本实施例中的滤光墨镜的结构示意图；
71.图20示出了本实用新型又一个实施例提出的一种控制系统的结构框图。
72.图中：100、像源；101、光源；102、液晶成像层；103、背光组件；1031、导光元件；10311、实心透明部件；103111、出光面；103112、空腔；103113、凹槽；10312、空心灯杯；103121、开口；10313、准直元件；1032、方向控制元件；1033、弥散元件； 104、虚像；110、平面反射镜；120、曲面反射镜；130、阻挡单元；140、柱状透镜；150、指向元件；160、光线阻隔元件；170、壳体；171、出光口；172、防尘膜；173、遮光部； 180、外部成像部件；181、第一玻璃基板；182、第二玻璃基板；183、楔形膜；190、选择性反射膜；200、相位延迟元件；210、p偏振反射膜；220、滤光墨镜；230、控制系统；221、采集单元；222、调取单元；223、处理单元。
具体实施方式
73.下面结合附图对本实用新型实施例作更进一步的说明。
74.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型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。
75.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实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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。
76.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实用新型的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本实用新型的方案。但是很明显，本实用新型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实用新型的方案，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。
77.目前，hud技术可以避免驾驶员在驾驶车辆的过程中低头看仪表盘所导致的分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验，因此，使用汽车挡风玻璃进行成像的hud正受到越来越多的关注。
78.hud是通过内部特征设计的光学系统，在驾驶员视线区域内合理、生动地显示一些驾驶信息，正常驾驶的情况下，虚像104的成像位置一般是不可调节的，这就使得虚像104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，需要将眼睛聚焦的位置从远处路面调节到近处路面来对hud所形成的虚像进行观察，从而会导致视觉辐辏冲突，使驾驶员易于产生疲劳、恶心等不良的状况。
79.为了解决上述技术问题，本实用新型的一个实施例提出了一种平视显示设备，参见图1所示，平视显示设备包括有像源100以及反射组件。
80.具体的，平视显示设备可以安装于各种交通工具上，例如，车辆、火车、飞机、邮轮等，而本实施例中，以平视显示设备安装于汽车为例进行说明。
81.在图1的示例中，平视显示设备还包括有壳体170，壳体170上设置有出光口171，在实际应用场景中，像源100以及反射组件均设置在壳体170内，像源100用于出射成像光线，经由像源100出射的成像光线被反射元件反射，反射后的成像光线通过出光口 171进行出射，以使得出射后的成像光线经由外部成像部件180反射以形成虚像104。
82.为了能够实现对虚像104的成像距离的调节，使虚像104的成像位置与驾驶员的眼睛聚焦的位置一致，因此，在本实施例中，像源100包括有光源101以及沿光源101的出光光路排列的多个液晶成像层102。
83.具体的，光源101主要用于出射光线，光源101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 101211(cold led light，cll)、电激发光(electro luminescent，el)、电子发射(fieldemission display，fed)或量子点光源101211(quantum dot,qd)等。
84.光源101可包括r(红色)/g(绿色)/b(蓝色)单色光源101中的至少一种，点亮后出射的光线通过多个液晶成像层102来形成对应的成像光线，而若要实现彩色显示，则光源101可同时包括有r/g/b三色光源101，r/g/b三色光源101以时序方式分别进行点亮，三色光源101出射的光线分别通过液晶成像层102后分别形成对应的单色图像；由于三种光源101之间的发光间隔的时间很短，根据视觉暂留现象的原理，人眼无法分辨，入射到人眼的三种
单色图像则可叠加成彩色图像。
85.在本实施例中，液晶成像层102包括有多个，根据液晶的材料特性，在外加电场的作用下，液晶内的偶极子会按外加电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随着会发生改变，也就是说，在本实施例中，液晶成像层102能够在外加电场的作用下，改变其自身工作状态，而工作状态可具体为成像状态以及透光状态，当液晶成像层102的工作状态被切换成成像状态时，光源101出射的光线经过液晶成像层102能够转变为成像光线，而当液晶成像层102的工作状态被切换成透光状态时，光源101出射的光线会透过液晶成像层102进行出射。
86.基于上述的内容，将多个液晶成像层102沿光源101的出光光路来进行排列，由于液晶成像层102具有一定的厚度，而反射组件相对于像源100的位置是固定的，因此，每个液晶成像层102与反射组件的距离均不同，根据成像的原理，虚像104的成像距离和经由液晶成像层102转变后出射的成像光线与反射组件之间的距离成正比关系，因此，可通过切换多个液晶成像层102中的一个液晶成像层102呈现成像状态，其余的液晶成像层102成像透光状态，使得经由液晶成像层102转换后出射的成像光线与反射组件之间的距离发生改变，这样，则可根据驾驶员的眼睛聚焦的位置来更改虚像104的成像位置，保证虚像104的成像位置与驾驶员的眼睛聚焦的位置保持相同，避免产生视觉辐辏冲突，防止驾驶员产生疲劳、恶心等不良状况，提高了驾驶的安全性。
87.需要说明的是，液晶成像层102的数量可根据需要来进行设定，本实用新型对于液晶成像层102的具体示例不做限定。
88.下面，结合具体示例对本实施例上述方案做进一步介绍，在图2示例中，液晶成像层102的数量为三个，三个液晶成像层102分别为l1、l2以及l3，则也表明，虚像 104的成像位置可通过分别切换三个液晶成像层102呈现不同的工作状态来改变三次，三次改变所分别依靠的切换方案为：
89.(1)三个液晶成像层102中靠近于光源101的一个液晶成像层102被切换至成像状态，其余的液晶成像层102成透光状态；
90.首先，光源101出射的光线会经由靠近于光源101的呈成像状态的液晶成像层102 来转换为相应的成像光线，然后，成像光线会依次透过两个呈透光状态的液晶成像层102 入射至反射元件，也就是说，l3为成像状态，l1以及l2为透光状态；
91.(2)三个液晶成像层102中位于中间位置的液晶成像层102被切换至成像状态，其余的液晶成像层102成透光状态；
92.首先，光源101出射的光线会透过靠近于光源101的呈透光状态的液晶成像层102 入射至位于中间位置的呈成像状态的液晶成像层102，然后，光线会经由位于中间位置的呈成像状态的液晶成像层102来转换为相应的成像光线，最后，成像光线会透过远离于光源101的呈透光状态的液晶成像层102入射至反射元件，也就是说，l2为成像状态，l1以及l3为透光状态；
93.(3)三个液晶成像层102中远离于光源101的一个液晶成像层102被切换至成像状态，其余的液晶成像层102呈透光状态；
94.首先，光源101出射的光线会依次透过两个呈现透光状态的液晶成像层102入射至远离于光源101的呈成像状态的液晶成像层102，然后，光线会经由远离于光源101的呈成像
状态的液晶成像层102来转换为相应的成像光线来入射至反射元件，也就是说， l1为成像状态，l2以及l3为透光状态。
95.在上述的三个切换方案，由于虚像104的成像距离和经由液晶成像层102转变后出射的成像光线与反射组件之间的距离成正比关系，如图3所示，位置a为采用方案(1) 所得到的虚像104的成像位置，位置b为采用方案(2)所得到的成像位置，位置c为采用方案(3)所得到的成像位置，采用方案(1)所得到的虚像104的成像距离大于采用方案(2)所得到的虚像104的成像距离，采用方案(2)所得到的虚像104的成像大于采用方案(3)所得到的虚像104的成像距离，这样的话，进一步的可根据驾驶员的眼睛聚焦的位置来更换相应的切换方案，更改虚像104的成像位置，保证虚像104的成像位置与驾驶员的眼睛聚焦的位置保持相同，避免产生视觉辐辏冲突，防止驾驶员产生疲劳、恶心等不良状况，提高了驾驶的安全性。
96.在对平视显示设备的实际使用过程中，驾驶员观察到的实际路况是三维立体的，因此hud形成的二维画面无法与实际路况进行贴合显示。
97.为了实现像源100出射的成像光线所形成的虚像104能够与实际路况进行贴合显示，使得虚像104在视觉上与真实环境进行融合，提升驾驶员的视觉感受，因此，在本实施例的一些可选的实现方式中，平视显示设备还包括立体转换元件，其中，立体转换元件用于将经由像源100出射的成像光线转换为可形成立体视觉图像的光线。
98.在本实施例中，立体转换元件具体可包括有三种，分别为：光屏障式元件、柱状透镜140元件以及指向光源101式元件，下面对这三种元件分别进行相关介绍：
99.(1)光屏障式元件
100.当立体转换元件为光屏障式元件时，立体转换元件包括有：位于多个液晶成像层102 的出光光路上的阻挡单元130，其中，阻挡单元130用于对经由多个液晶成像层102出射的成像光线进行部分阻挡，以使得经由阻挡单元130进行阻挡后的成像光线形成分别供同一观看者的左眼所接收的左眼光线以及右眼所接收的右眼光线，左眼光线所形成的左眼图像与右眼光线所形成的右眼图像不同。
101.在这里，观看者可被认为是驾驶员，阻挡单元130包括有多个，参见图4所示，以像源100包含8列像素，阻挡单元130包括有4个为例来进行说明，由于阻挡单元130 可以阻挡光线，故部分像素(图4中的r1、r2、r3、r4)出射的光线不能到达同一观看者的左眼，故左眼只能看到其他像素(图4中的l1、l2、l3、l4)出射的光线，而其他像素出射的光线则形成相应的可被左眼接收的左眼光线；同理：右眼只能观看到部分像素(图4中的r1、r2、r3、r4)出射的光线，而不能看到其他像素(图4中的l1、 l2、l3、l4)出射的光线，因此，阻挡单元130可以将上述的8列像素分为两个部分，一部分的像素出射的光线只能到达左眼位置，被同一观看者的左眼接收，如图4中的l1、 l2、l3、l4；而另一部分像素出射的光线只能到达右眼位置，被同一观看者的右眼接收，如图4中的r1、r2、r3、r4，通过将成像光线分为左眼光线以及右眼光线，且左眼光线所形成的左眼图像与右眼光线所形成的右眼图像不同，因此，进而可实现立体成像效果，需要说明的是，在本实施例中，阻挡单元130的大小以及阻挡单元130之间的位置上经过精密计算后特殊设计的，进而在特定的位置进行成像，这种方式不需要观看者佩戴特殊眼镜即可观看立体图像，但是需要观看者在特定的位置才能观看到比较好的立体视觉效果。
102.可选的，阻挡单元130可具体为液晶阻挡层，液晶阻挡层为液晶材质制成，通过外
加电压形成电场，改变液晶阻挡层的工作状态，使得液晶阻挡层呈现透光状态或非透光状态，当液晶阻挡层的工作状态为不透光时，成像光线会被部分遮挡，从而实现立体视觉显示。
103.可选的，阻挡单元130可具体为光栅，光栅上包括有多个垂直设置的不透光的条纹，通过条纹来对成像光线进行部分遮挡，从而实现立体视觉显示。
104.(2)柱状透镜140式元件
105.当立体转换元件为柱状透镜140式元件时，立体转换元件包括位于多个液晶成像层 102的出光光路上的柱状透镜140，其中，柱状透镜140用于对经由多个液晶成像层102 出射的成像光线进行折射，以使得经由柱状透镜140进行折射后的成像光线形成分别供同一观看者的左眼所接收的左眼光线以及右眼所接收的右眼光线，左眼光线所形成的左眼图像与右眼光线所形成的右眼图像不同。
106.在这里，观看者可被认为是驾驶员，柱状透镜140包括有多个，参见图5所示，以像源100包括8列像素，柱状透镜140包括4个为例来进行说明，其中，一个柱状透镜 140覆盖在两个相邻的像素上，基于折射特性，通过设置柱状透镜140的曲面，可以使得一列像素出射的光线经过柱状透镜140折射后形成可被左眼接收的左眼光线，而与其相邻的一列像素出射的光线经过柱状透镜140折射后形成可被右眼接收的右眼光线，例如，在图5中，像素r1出射的光线经过柱状透镜140折射后形成可被右眼接收的右眼光线，而像素l1出射的光线则经过柱状透镜140折射后形成可被左眼光线接收的右眼光线，通过将成像光线分为左眼光线以及右眼光线，且左眼光线所形成的左眼图像与右眼光线所形成的右眼图像不同，因此，进而可实现立体成像效果，需要说明的是，在本实施例中，柱状透镜140的大小以及曲面是经过精密计算后特殊设计的，进而在特定的位置进行成像，这种方式不需要观看者佩戴特殊眼镜即可观看立体图像，但是需要观看者在特定的位置才能观看到比较好的立体视觉效果。
107.可选的，柱状透镜140可包括平凸柱面透镜、双凸柱面透镜、弯月柱面镜、异性类柱面透镜和以上几种透镜组合中的一项或多项，即柱面透镜可为平凸柱面透镜、双凸柱面透镜、弯月柱面透镜、柱交柱面透镜、异形类柱面透镜及透镜组合(如平凸柱面透镜与弯月柱面透镜的组合)等。
108.可选的，可将多个柱状透镜140的屈光度设置为不同，由于多个柱状透镜140处于不同位置，因此，不同的屈光度更有利于将光线折射向观看者。
109.(3)指向光源101式元件
110.当立体转换元件为指向光源101式元件时，立体转换元件包括位于多个液晶成像层 102的出光光路上的指向元件150，其中，多个液晶成像层102将经由光源101出射的光线分别转换为左眼光线以及右眼光线，多个液晶成像层102按时序分别出射左眼光线以及右眼光线，而指向元件150则用于对左眼光线以及右眼光线进行折射，以使得经由指向元件150折射后的左眼光线以及右眼光线分别供同一观看者的左眼以及右眼所接收，左眼光线所形成的左眼图像与右眼光线所形成的右眼图像不同。
111.在这里，观看者可被认为是驾驶员，指向光源101式元件需要配搭两组光源101，配合快速刷新显示的驱动方法，让内容不同的图像以排序方式分别进入至观看者的左眼以及右眼。
112.参见图6所示，指向元件150包括有多个，指向元件150包括棱镜，棱镜结构上设置有圆柱或非圆柱曲面的长条透镜，而光源101可以采用侧入式或背入式的方式提供光线，图6以背入式的光源101为例进行说明。
113.光源101具体包括对应左眼的一个或多个左眼光源101和对应右眼的一个或多个右眼光源101，左眼光源101和右眼光源101可按照时序来开启或关闭，在当前时刻时，左眼光源101打开，右眼光源101关闭，左眼光源101出射的光配合多个液晶成像层102来形成对应的左眼光线(如图6中的实线光线)，在下一时刻时，右眼光源101打开，左眼光源101关闭，右眼光源101出射的光配合多个液晶成像层102来形成对应的右眼光线(如图6中的虚线光线)，而由于图像刷新显示的频率很快，超过人眼可分辨的极限，根据视觉暂留现象的原理，使得观看者产生视差，进而实现立体视觉效果。
114.可选的，长条透镜可包括柱面镜或非柱面镜，例如抛物面柱镜。
115.可选的，棱镜结构为三棱镜结构。
116.由上述内容可知，本实施例中的像源100用于出射成像光线，反射元件用于对成像光线进行反射，反射后的成像光线经由出光口171出射，进一步通过外部成像部件180 反射以形成虚像104，在实施例中，反射元件具体可包括有曲面反射镜120。
117.曲面反射镜120可具体为凹面镜，凹面镜可对像源100出射的成像光线进行会聚，以形成虚像104。
118.根据曲面反射镜120的成像性质可知：成像光线所形成的虚像104的像距随像源 100与曲面反射镜120之间光学距离的增大而增大，也即，像源100与曲面反射镜120 之间的光学距离越大，则驾驶员与其所观看的经由曲面反射镜120成像的图像之间的距离也就越大，因此，反射元件还可包括平面反射镜110，通过在像源100以及曲面反射镜120之间设置相应的平面反射镜110，使成像光线增加相应的反射次数，增加其传播路径，从而达到增加像源100与曲面反射镜120之间的光学距离，增加驾驶员与其所观看的经由曲面反射镜120成像的图像之间的距离。
119.曲面反射镜120可以放大图像和提供较远的成像距离，还可以弥补外部成像部件 180导致的图像畸变，如外部成像部件180为曲面面型时，成像光线经由外部成像部件 180反射后会导致图像畸变，而曲面反射镜120的面型设计则会抵消这部分的畸变，平面反射镜110则可以提高空间利用率，压缩平视显示设备的体积。
120.在一个可选的实现方式中，平视显示设备还包括光线阻隔元件160，如图7所示，光线阻隔元件160设置在像源100的出光面103111一侧，光线阻隔元件160用于阻隔预设角度的经由像源100出射的成像光线，在正常使用过程中，驾驶员可看到经由外部成像部件180发射以形成的虚像104，而若驾驶员还能看到像源100本身直接形成的图像，则就会影响驾驶员的观察，影响平视显示设备的使用效果，因此，可通过设置光线阻隔元件160来阻挡这些可能会直接被驾驶员接收到的成像光线。
121.具体的，光线阻隔元件160的结构和作用原理如图7所示，光线阻隔元件160包括有多个光线阻隔栅栏，其中，多个光线阻隔栅栏呈现阵列分布，实现对成像光线在某些方向传播的物理阻挡，通过设计光线阻隔栅栏的高度和宽度，可以限制驾驶员可看到的成像光线的角度，例如，在图7的示例中，通过光线阻隔元件160的设置，能够将光线限制在可视角度γ内，如可视角度γ为60
°
、70
°
或80
°
，也就是说，当观看者的人眼位于可视角度γ内时，可
以观察到像源100直接出射的成像光线，而当观看者的人眼位于可视角度γ外时，则不能观察到像源100直接出射的成像光线。
122.在本实施例的一些可选的实现方式中，所述像源100还包括背光组件103，其中，背光组件103用于将光源101出射的光线传输至多个液晶成像层102。
123.进一步的，如图8所示，背光组件103包括有导光元件1031、方向控制元件1032 以及弥散元件1033，其中，导光元件1031用于对光源101出射的光线进行传输，方向控制元件1032用于对经由导光元件1031传输后的光线进行会聚，弥散元件1033则用于对经由方向控制元件1032会聚后的光线进行弥散。
124.具体的，如图9所示，导光元件1031包括带有反光面的实心透明部件10311，实心透明部件10311的出光面103111朝向方向控制元件1032，光源101设置在实心透明部件10311远离出光面103111的端部，可以理解的是，光源101产生的光束具有发散角 (光源101中心的法线与出射光线之间的最大夹角)，因此，自光源101发射的光线以多个角度(光源101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，发散角较小的光线(与光源101中心的法线的夹角角度较小，例如10度、15度、 20度等)自光源101直接传输至出光面103111而出射、发散角较大的光线(与光源101 中心的法线的夹角角度较大，例如30度、45度、60度等)则会自光源101射向实心透明部件10311内的反光面并发生全反射，经由全反射后的光线会聚拢，相应的则可提高光源101利用率，优选的，可通过设计实心透明部件10311的反光面的面形来使得经由反光面全反射后的光线变为准直光线，准直光线是指平行或近乎平行的光线，准直光线的发散角较小，更有利于成像。
125.实心透明部件10311的折射率大于1，实心透明部件10311的反光面包括曲面形状、自由曲面形状或圆锥面形状等；实心透明部件10311的出光面103111朝向方向控制元件1032，图9示意性的给出了光源101出射的光线经过实心透明部件10311的传输示意图，由于实心透明部件10311的折射率大于1，而实心透明部件10311的外围介质一般为空气(折射率为1)，因此光源101出射的大角度光线在到达实心透明部件10311的内表面时，光线从光密介质(即实心透明部件10311)射向光疏介质(即空气)时，光线入射角达到预设角度就可发生全反射，也即实心透明部件10311的反光面具体是指实心透明部件10311的内表面；实心透明部件10311的出光面103111朝向方向控制元件 1032，通过设计实心透明部件10311的形状，光源101出射的部分光线就可经全反射后降低发散角并进行出射；另一部分光线则直接经实心透明部件10311传输出射，上述两部分光线经过出光面103111出射至方向导向元件后，依次经由方向导向元件以及弥散元件1033出射至图像生成层，从而可以提高图像生成层对成像光线的转化效率。
126.在本实施例的一些可选的实现方式中，出光面103111沿光线传播方向的截面形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状；端部的形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状。
127.优选的，如图10所示，实心透明部件10311的端部设有空腔103112，光源101设置在空腔103112内，空腔103112靠近出光面103111的一面设置准直元件10313。准直元件10313可将实心透明部件10311内的光源101出射的、发散角较小的光线进行准直后出射，其他发散角度较大的光线在实心透明部件10311的反光面发生反射后再出射，优选的，可通过设计实心透明部件10311的反光面的面形来使得经由反光面全反射后的光线变为准直光线，进
一步的，准直元件10313为准直透镜，光源101设置在准直透镜的焦点处，准直透镜可采取与实心透明部件10311相同的材质，便于一体集成。
128.或者，在另一种优选的实现方式中，如图11所示，实心透明部件10311设置光源 101的端部设有空腔103112，且实心透明部件10311的出光面103111设有朝向端部延伸的凹槽103113，凹槽103113靠近端部的底面设置准直元件10313。光源101设置在空腔103112内，准直元件10313将实心透明部件10311内的光源101出射的、经过其的光线进行准直后出射，其他发散角较大的光线在实心透明部件10311内发生全反射后再出射，并且可通过设计实心透明部件10311的反光面的面形来使得经由反光面全反射后的光线变为准直光线；可选的，准直元件10313为准直透镜，光源101设置在准直透镜的焦点处，准直透镜可采取与实心透明部件10311相同的材质，便于一体集成。
129.在本实施例的一些可选的实现方式中，导光元件1031也可以采用空心灯杯10312 的设计，如图12所示，空心灯杯10312包括由反光面围成的中空外壳170，且空心灯杯 10312的开口103121方向朝向方向控制元件1032，空心灯杯10312远离开口103121的端部用于设置光源101，光源101出射的光线入射至反光面时发生反射，以使得经由反光面反射后的光线出射至方向控制元件1032。
130.具体的，中空外壳170的反光面包括镀铝、镀银、镀其他金属或镀介质膜形成的反光面，光线可在反光面上反射，通过设置中空外壳170，光源101出射的具有较大发散角度光线在中空外壳170的反光面发生反射，反射后光线的角度改变并向中心聚拢，可提高光源101出射光线的利用率，进而提高了平视显示设备的光效。
131.在本实施例的一些可选的实现方式中，开口103121的形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状；空心灯杯10312远离开口103121的端部的形状包括圆形、椭圆形、矩形、梯形、平行四边形或正方形中的至少一种形状。
132.在本实施例的一些可选的实现方式中，中空外壳170具体可以包括抛物面形状、圆锥曲面形状或自由曲面形状中的至少一种形状，中空外壳170的形状具体是指反光面的形状；可以理解，中空外壳170的形状可以与反光面的形状不同，只要反光面为上述可以使光线反射的形状即可；本申请实施例中为方便说明，中空外壳170与反光面的形状一致。
133.在上述实现方式的基础上，可在空心灯杯10312上也设置相应的准直元件10313，准直元件10313可为准直透镜或准直膜，准直透镜包括凸透镜、菲涅尔透镜、透镜组合 (例如凸透镜与凹透镜的组合，菲涅尔透镜与凹透镜的组合等)中的一种或多种。具体的，准直元件10313可以为凸透镜，则光源101可以设置在凸透镜的焦距处，即凸透镜与光源101位置之间的距离为凸透镜的焦距，以使得光源101出射的不同方向的光线经准直元件10313后可以平行射出。或者，准直元件10313可以为准直膜，比如bef膜 (brightness enhancement film)，用于将光线的出射方向调整至预设角度范围内，例如将光线聚集在准直膜法线的
±
35
°
的角度范围内。准直元件10313可以覆盖光源101出射的所有光线，也可以覆盖光源101出射的部分光线，本实施例对此不做限定。准直后的平行光线后续传输至图像生成层，光线发散角很小，光线一致性较好，从而可以提高图像生成层对成像光线的转化效率，进而提高了平视显示设备的光效。
134.具体的，如图13所示，准直元件10313设置在中空外壳170内部，用于将经过其的光线转化为准直光线，可选的，准直元件10313可为准直透镜或准直膜，图13中以准直透镜进
行解释示意，准直元件10313可以为凸透镜，则光源101可以设置在凸透镜的焦距处，即凸透镜与光源101位置之间的距离为凸透镜的焦距，以使得光源101出射的不同方向的光线经准直元件10313后可以准直出射。具体的，准直元件10313设将在中空外壳170内传输的部分光线进行准直后出射至方向控制元件1032，部分光线具体是光源101出射发散角较小的中心光线，经过准直元件10313后会转变为平行或近乎平行的光线；而光源101出射的发散角较大的光线通过中空外壳170的反光面反射并转化为准直光线，从而结合准直元件10313和中空外壳170可以更加有效地对光源101出射的光线进行聚拢和准直，进一步提高光线利用率。
135.通过设置实心透明材质或者中空外壳170设计的导光元件1031，光源101出射的具有较大发散角的光线在中空外壳170的反光面发生反射，反射后光线转化为准直光线，可提高平视显示设备对光源101出射的光线的利用率，进而提高了平视显示设备的光效；进一步通过设置准直元件10313，可以更加有效的对对光源101出射的光线进行准直，将光线转化为平行或近乎平行的准直光线，准直后的平行光线发散角很小，光线一致性较好，光线利用率进一步提高，进而提升平视显示设备的画面亮度和降低功耗。
136.方向控制元件1032用于对反射导光元件1031出射的光线进行方向控制，将光线会聚至预定范围，可进一步聚拢光线，提高光线利用率。方向控制元件1032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8中以凸透镜为例进行示意说明。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1032的目的在于对光源101出射的大角度光线进行进一步的聚拢，提高光线利用率。
137.弥散元件1033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。弥散控元件用于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，如图8所示。具体的，弥散元件1033为衍射光学元件，如光束整形元件(beam shaper)，光线经过光束整形元件之后，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。
138.在本实施例中，平视显示设备中的各个光学元件均容置在壳体170内，像源100出射的成像光线经过反射元件反射后通过壳体170的出光口171出射，为避免因外界灰尘和杂物通过出光口171进入壳体170内，导致壳体170内的光学元件发生损坏，因此，可在壳体170的出光口171处设置相应的防尘膜172，来达到防尘的目的。
139.进一步的，防尘膜172一般为透明材质制成，且防尘膜172位于壳体170的出光口171处，而当例如太阳光或其他车辆的车灯等外界光线入射至防尘膜172时会在其表面发生反射，反射后的光线可能会射入到驾驶员的人眼中，产生强烈的眩光，对驾驶员的视线产生一定的影响。
140.为了消除眩光的产生，因此，在本实施例中，可在壳体170的出光口171设置防眩光元件，具体的，如图14所示，防眩光元件可为遮挡板，防眩光元件用于对射向防尘膜172的外界光线进行遮挡，起到防眩光的效果，提高驾驶员的驾驶安全性。
141.本实用新型的另一个实施例提出了一种车辆，包括外部成像部件180以及上一个实施例提出的平视显示设备。
142.具体的，外部成像部件180可具体为车辆的挡风玻璃，在实际成像的过程中，像源 100出射的成像光线经过反射组件发射后，最终在外部成像部件180上反射，反射的成像光线处出射至驾驶员的眼部，也就是眼盒区域，驾驶员就可看到形成在外部装置远离平视显示设备一侧的虚像104，同时不影响对外界环境的观察，需要说明的是，上述方案中的平视显示设备可设置在车辆的仪表台内，出光口171则设置在仪表台上。
143.可选的，成像光线经由外部成像部件180反射所成的虚像104的位置，位于挡风玻璃的焦平面处，或接近挡风玻璃的焦平面处。此情况下，根据曲面成像规律，像源100 出射的成像光线依次经反射组件、挡风玻璃后所成的虚像104会形成在较远的距离乃至无穷远处，适合ar
‑
hud使用。
144.通过出光口171出射的成像光线入射至挡风玻璃来进行反射时，一部分成像光线会在挡风玻璃靠近出光口171的一面上进行反射，而另一部分成像光线会进入挡风玻璃内折射至挡风玻璃远离出光口171的一面上来进行反射，这样的话，两部分光分别经由挡风玻璃的内、外表面反射后进入驾驶员的眼部，在人眼的实际感受就是出现了重影，不仅影响用户对虚像的识别，在驾驶汽车的过程中还容易出现安全隐患，因此，需要提出消除重影的解决方案。
145.在一个可选的实现方式中，如图15所示，挡风玻璃包括有对盒设置的第一玻璃基板181以及第二玻璃基板182，第一玻璃基板181与第二玻璃基板182之间设置有楔形膜183。
146.具体的，第一玻璃基板181相较于第二玻璃基板182更靠近于平视显示设备，平视显示设备出射的一部分成像光线在第一玻璃基板181靠近出光口171的表面发生反射，另一部分成像光线进入第一玻璃基板181内折射至楔形膜183，折射至楔形膜183内的另一部分成像光线在楔形膜183中发生多次反射并通过第一玻璃基板181出射，出射后的另一部分成像光线与在第一玻璃基板181靠近出光口171的表面发生反射的一部分成像光线的光路重合，从而达到消重影的目的。
147.在一个可选的实现方式中，如图16所示，外部成像部件180靠近出光口171的一侧设置有选择性反射膜190，其中，选择性反射膜190用于对通过出光口171出射的成像光线进行反射。
148.具体的，在外部成像部件180靠近靠近出光口171的一面增设选择性反射膜190，选择性反射膜190只反射像源100出射的成像光线，例如，光源101包括有rgb混光的白光led时，像源100出射的光成像光线包括rgb三个波段的光线，则选择性反射膜190只反射rgb光线并透过其他的光线，这样，成像光线就全部会在选择性反射膜 190上进行反射成像，而不会在挡风玻璃远离出光口171的一面上进行反射，从而达到消除重影的目的。
149.在一个可选的实现方式中，如图17所示，外部成像部件180靠近出光口171的一侧设置有相位延迟元件200，通过出光口171出射的成像光线为s偏振光，相位延迟元件200用于将通过出光口171出射的s偏振光转换为p偏振光或圆偏振光。
150.具体的，相位延迟元件200可为1/4波片或1/2波片(图17中相位延迟元件200为 1/2波片)，相位延迟元件200可贴合设置在外部成像部件180靠近出光口171的一侧上，出光口171出射的s偏振光经过相位延迟元件200后转换为圆偏振光或p偏振光，由于圆偏振或p偏振光在外部成像部件180的表面上的反射率很低，因而能够达到消除重影的目的。
151.在一个可选的实现方式中，如图18所示，外部成像部件180靠近出光口171的一侧
设置有p偏振反射膜210，通过出光口171出射的成像光线为p偏振光。
152.具体的，在本实施例中，当通过出光口171出射的成像光线入射至外部成像部件180 时，一部分p偏振光被p偏振反射膜210反射至驾驶员的眼部，另一部分p偏振光则会进入挡风玻璃内折射至挡风玻璃远离出光口171的一面上，由于p偏振光在挡风玻璃的表面的反射率很低，会经由前挡玻璃透射，进而达到消除重影的目的。
153.在一个可选的实现方式中，如图19所示，还包括滤光墨镜220。
154.具体的，本实施例中的滤光墨镜220用于对s偏振光进行过滤，在一些情况下，若驾驶员在驾驶车辆时，外界光线或平视显示设备出射的成像光线的亮度过高时，长时间观看会对驾驶员的眼部造成视觉疲劳，因此，为了降低入射至驾驶员眼部的光线的亮度，驾驶员可通过佩戴本实施例中的滤光墨镜220，对外界光线或平视显示设备出射的成像光线中所包含的s偏振光进行过滤，降低亮度，减缓驾驶员眼疲劳。
155.可选的，通过出光口171出射的成像光线为圆偏振光或椭圆偏振光。
156.具体的，由于滤光墨镜220可过滤s偏振光，因此，可设置通过出光口171出射的成像光线为圆偏振光或椭圆偏振光，由于圆偏振光和椭圆偏振光可产生p偏振光分量，这样驾驶员在佩戴滤光墨镜220时也能看到成像光线所形成的虚像104。
157.可选的，通过出光口171出射的成像光线为p偏振光。
158.具体的，由于滤光墨镜220可过滤s偏振光，因此，可设置通过出光口171出射的成像光线为p偏振光，这样驾驶员在佩戴滤光墨镜220时也能看到成像光线所形成的虚像104。
159.本实用新型的又一个实施例提出了一种控制系统230，应用于上述实施例中的平视显示设备或车辆，参见图20所示，控制系统230包括有采集单元221、调取单元222以及处理单元223。
160.具体的，在本实施例中，采集单元221、调取单元222以及处理单元223可通过有线或无线的方式与平视显示设备进行连接，采集单元221主用于要采集实时数据，调取单元222基于所述实时数据来调取预先存储的与实时数据相匹配的调节信息，处理单元 223则基于该调节信息来生产控制信号，多个液晶成像层102则响应于控制信号来切换工作状态，以使得多个液晶成像层102中的一个液晶成像层102呈现成像状态，其余的液晶成像层102呈现透光状态，从而达到调节平视显示设备出射的成像光线经由外部成像部件180所形成的虚像104的成像位置。
161.在这里，采集单元221可为数据采集单元221，如：距离传感器、图像传感器等，采集单元221所采集的实时数据包括有观看者的视觉信息和/或观看者驾驶的车辆的车速信息，需要说明的是，观看者应当被理解为驾驶员，视觉信息可包括驾驶员的眼球聚焦位置，驾驶员在驾驶车辆行驶的过程中，采集单元221可实时的对驾驶员的视觉信息以及车辆的车速信息进行采集，采集结束后，调取单元222则可根据采集的实时数据来调取于实时数据相匹配的调节信息，应当被理解的是，调节信息包括有多个，多个调节信息一一匹配于不同的实时数据，并且可将相关的匹配关系预先存储在例如数据库的存储单元中，调取单元222则可根据不同时刻所采集到的不同的实时数据来从存储单元中调取相匹配的调节信息，而处理单元223则可根据此调节信息来生成控制信号，以使得多个液晶成像层102基于控制信号来切换自身的工作状态，实现改变虚像104的成像位置的目的，保证虚像104的成像位置能够与驾驶员的眼睛聚焦的位置能够保持一致，避免产生视觉辐辏冲突，防止驾驶员产生疲劳、
恶心等不良状况，提高了驾驶的安全性。
162.下面，结合具体示例对本实施例上述方案做进一步介绍，液晶成像层102包括有三个，三个液晶成像沿光源101的出光光路依次排列，液晶成像层102的数量为三个，则也表明，虚像104的成像位置可通过分别切换三个液晶成像层102呈现不同的工作状态来改变三次，三次改变所分别依靠的切换方案为：
163.(1)当三个液晶成像层102中靠近于光源101的液晶成像层102响应于控制信号来切换至成像状态，其余的液晶成像层102成像透光状态时，通过出光口171出射的成像光线经由外部成像部件180反射以形成第一预设距离的虚像104；
164.(2)当三个液晶成像层102中位于中间位置的液晶成像层102响应于控制信号来切换至成像状态，其余的液晶成像层102成像透光状态时，通过出光口171出射的成像光线经由外部成像部件180反射以形成第二预设距离的；
165.(3)当三个液晶成像层102中远离于光源101的液晶成像层102响应于控制信号来切换至成像状态，其余的液晶成像层102成像透光状态时，通过出光口171出射的成像光线经由外部成像部件180反射以形成第三预设距离的虚像104；
166.需要说明的是，在上述的三个方案中，第二预设距离大于第一预设距离且小于第三预设距离。
167.也就是说，在上述的示例中，当液晶成像层102的数量为三个时，平视显示设备可在控制信号的作用下，分别形成三种不同成像距离的虚像104，并且三种不同成像距离的虚像104分别对应于驾驶员不同的眼睛聚焦的位置，进一步的，可通过增加液晶成像层102的数量，使得平视显示设备能够形成多个不同成像距离的虚像104，从而保证虚像104的成像位置能够与驾驶员的眼睛聚焦的位置能够保持一致，避免产生视觉辐辏冲突，防止驾驶员产生疲劳、恶心等不良状况，提高了驾驶的安全性。
168.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。