CN107272201A - 透镜阵列以及结合透镜阵列的图像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置，包括：光源；成像元件，成像元件利用来自光源的光束来形成图像；以及透镜阵列，透镜阵列由形成用于图像显示的图像的光束照射，在透镜阵列中，透镜被彼此紧密地布置。其中，在透镜阵列中，相邻的透镜的边界的表面的曲率半径被设置为小于光束的波长。

Description

透镜阵列以及结合透镜阵列的图像显示装置

本申请是申请日为2013年12月20日的第201380066869.X号，名称为“透镜阵列以及结合透镜阵列的图像显示装置”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年12月21日提交的第2012-279736号日本专利申请以及2013年10月24日提交的第2013-221274号日本专利申请，并要求它们的优先权的权益。

技术领域

本发明涉及透镜阵列以及结合透镜阵列的图像显示装置。

背景技术

图像显示装置能够在诸如汽车、火车、船只和船舶、直升机、飞机的各种类型的可操作交通工具中被结合为平视显示装置。

第2009-128659号日本专利申请公报(参考文献1)和第2010-145745号日本专利申请公报(参考文献2)公开了作为二维地扫描光束以显示图像的图像显示装置的平视显示装置。

这个装置包括偏转器，该偏转器二维地偏转通过图像信号在强度上被调制的光束，并且利用偏转的光束扫描微透镜阵列，以在其上形成图像。图像通过虚像光学系统被放大且被形成为放大的虚像。

反射元件被设置在放大的虚像的位置前，以将图像反射至观察侧，用于观察。

如在参考文献1和2中所描述的，具有高的光能量密度以及方向性的激光束对于形成图像的光束是适合的。

然而，由于激光束的相干性，诸如斑纹的干扰噪声可能出现在观察的图像中。干涉条纹是干扰噪声的典型实例。干涉条纹导致图像质量和可视性的劣化。

参考文献1公开了干扰噪声去除方法。其中，微凸柱面透镜被布置为微透镜阵列，并且扫描相干光束的光束直径被设置为比微透镜被布置的间距小的数值。接下来，光源被配置成与扫描同步地发出脉冲光束，因此光束没有跨越相邻微透镜的边界部分而只是在微透镜上被照射。

另外，为了阻断光束照射边界部分，可以在边界部分上设置光屏蔽层。

以上述方式，能够有效地去除干扰噪声。然而，为了与扫描同步地发出脉冲光束并且只照射微透镜，光源以及扫描光束的部分需要具有复杂的结构。

此外，随着屏蔽层被形成在边界处，光束能够被连续地扫描，然而，由屏蔽层阻断的光可以导致显示的放大的虚像的亮度的降低。

发明内容

本发明的目的是提供能够在维持通过利用相干光束进行二维扫描所显示的放大的虚像的亮度的同时，有效地减小可视的干扰噪声的图像显示装置。

根据一个实施例，一种图像显示装置包括：光源；成像元件，成像元件利用来自光源的光束来形成图像；以及透镜阵列，透镜阵列由形成用于图像显示的图像的光束照射，在透镜阵列中，透镜被彼此紧密地布置。其中，在透镜阵列中，相邻的透镜的边界的表面的曲率半径被设置为小于光束的波长。

附图说明

从以下参考附图的详细说明中，本发明的特征、实施例以及优势将变得显而易见：

图1A到1C显示根据本发明的一个实施例的图像显示装置；

图2A、2B显示光通过微凸透镜的发散和干扰噪声的出现；

图3A到3C显示如何去除干扰噪声；

图4A到4C显示微凸透镜如何被布置的三个实例；

图5A到5E显示微凸透镜如何被布置的五个其它的实例；

图6显示变形的微凸透镜；以及

图7A、7B显示微透镜阵列的两个实例。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述图像显示装置的实施例。在可能的情况下，贯穿附图中，将使用相同的参考数字来涉及相同的或者类似的部分。

图1A到1C显示根据本实施例的图像显示装置的一个实例。

图像显示装置是显示二维彩色图像的平视显示装置。图1A显示装置的总体结构。

在图1A中，图像显示装置包括光源100，光偏转器6，凹面镜7、9，微透镜阵列8以及反射元件10。

光源100投射用于彩色图像显示的光束LC。光束LC是通过将红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)光束组合成一个而形成的光束。

光源100的结构通过实例的方式被显示在图1B中。光源100包括分别发出RGB激光束的半导体激光器RS、GS、BS，减少来自半导体激光器RS、GS、BS的三色激光束的发散性的耦合透镜RCP、GCP、BCP，限制彩色激光束的光束直径的光阑RAP、GAP、BAP，光束合成棱镜101，以及透镜102。

具有被调节的光束直径的彩色激光束入射在光束合成棱镜101上，光束合成棱镜101包括通过其透射红光并反射绿光的二向色膜D1以及通过其透射红光和绿光并反射蓝光的二向色膜D2。因此，光束合成棱镜101将红色、绿色以及蓝色激光束组合成用于投影的单个激光束。

然后，单个激光束通过透镜102被转换为具有某一直径的平行激光束。平行激光束是用于图像显示的光束LC。

构成光束LC的RGB激光束通过要被显示的彩色图像的图像信号在强度上被调制。也就是说，半导体激光器RS、GS、BS根据RGB成分的各个图像信号，通过没有示出的驱动器在发射强度上被调制。

来自光源100的光束LC入射在作为成像元件的光偏转器6上，并且由此被二维地偏转。根据本实施例，光偏转器6包括围绕两个互相垂直的轴振荡的微镜。

具体地，光偏转器6是通过半导体处理等等制造的MEMS(微电机械系统)镜。

另外，光偏转器6可以被配置有两个微镜，每一个微镜围绕轴振荡，以在两个互相垂直的方向上振荡。

被偏转的光束LC入射在凹面镜7上，且被反射至微透镜阵列8。

凹面镜7的作用是在恒定方向上反射入射光束LC。因此，来自凹面镜7的光束LC随着光偏转器6的偏转并行地行进至微透镜阵列8，并且二维地扫描微透镜阵列8。

通过扫描，二维的彩色图像被形成在微透镜阵列8上。不用说，只有在每一个时刻由光束LC照射的像素在该时刻被显示。

通过光束LC的扫描，彩色图像被形成为在每一个时刻被显示的像素的集合。在微透镜阵列8上形成彩色图像的光入射在凹面镜9上，且由凹面镜9反射。

虽然没有在图1A到1C中显示，但是微透镜阵列8具有稍后描述的微凸透镜结构。凹面镜9构成虚像光学系统。

虚像光学系统形成彩色图像的放大的虚像12。反射元件10被设置在放大的虚像12之前来将形成放大的虚像12的光反射至观察者11，观察者11如在附图中由眼睛所表示的。通过反射的光，观察者11能够看到放大的虚像12。

注意，在图1A中，垂直方向被定义为Y方向，而正交于附图的方向被定义为X方向。在此，Y方向也被称为纵向，并且X方向被称为横向。

在微透镜阵列8中，微凸透镜以接近于像素间距的间距被紧密地布置。每一个微凸透镜包括使光束LC发散的功能，如在下文中所描述的。

图1C显示了要被入射在微透镜阵列8上的四个光束L1到L4。假设光束L1到L4被入射在微透镜阵列8上的图像的4个角上。

已经透射通过微透镜阵列8后，光束L1到L4被转换成光束L11到L14。

如果具有由光束L1到L4包围的四边形形状的横截面的光入射在微透镜阵列8上，那么光被转换成由光束L11到L14包围的发散光。实际上，光束LC在某一时刻入射在微透镜阵列8的特定的微凸透镜上，并且由此被转换成发散光束。

因此，每一个微凸透镜使光束发散。由光束L1到L4包围的发散光束是暂时收集被发散的光束LC的结果。光束LC被发散的目的是为了利用由反射元件10反射的光束在观察者11的眼睛附近照射宽的区域。

没有光发散，由反射元件10反射的光束照射的区域仅局限于靠近观察者l1的眼睛的小的区域。如果观察11移动他/她的头部，那么他/她的眼睛位置偏离小的区域，观察者11不能够观看放大的虚像12。

如上所述，被发散的光束LC能够照射靠近观察者l1的眼睛的宽的区域，这允许观察者一定能够观看放大的虚像12，而与头部的小动作没有关系。

因此，根据本实施例，光束在入射在微透镜阵列8上时是平行光束，并且在透射通过微透镜阵列8之后被转换为发散光束。

接下来，参考图2A、2B以及图3A到3C描述微透镜阵列8的微凸透镜。

为了减小干扰噪声，每一个微凸透镜被配置成直径大于光束LC的光束直径。

图2A显示其中微凸透镜801被密集布置的微透镜阵列802。微凸透镜801的直径806大于光束803的光束直径807。

根据本实施例，光束803是激光束，并且呈现类似于高斯分布的围绕光束中心的光强分布。相应地，光束直径807是沿着其中光强在光强分布上减小到1/e²的光束半径的距离。在图2A中，光束直径807等于微凸透镜801的直径，但是其不需要是相等的。其只要不从微凸透镜801突出即可。

在图2A中，整个光束入射在单个微凸透镜801上，并且由此被转换成发散角度805的发散光束804。在这种情况下，由于只有一个发散光束804且没有干涉光束，因而将不会发生干扰噪声。

注意，发散角度805的幅度能够根据微凸透镜801的形状被任意地设置。

在图2B中，光束811的光束直径是微凸透镜被布置的间距812的双倍。光束811入射在两个微凸透镜813、814上。

在这种情况下，光束811通过微凸透镜813、814被发散成两个发散光束815、816。然后，发散光束815、816在区域817彼此交叠并干扰，并且干扰噪声出现在这个区域。

此外，在图3A中，光束824入射在微透镜阵列821的两个微凸透镜822、823上。光束824的光束直径等于每一个微凸透镜的直径。在这种情况下，入射在微凸透镜822上的光束824的一部分被转换成发散光束826，同时入射在微凸透镜823上的另一部分被转换成发散光束827。

因此，发散光束826和827被发散成彼此分离且没有交叠，因此将不会出现干扰噪声。

如上所述，当光束824的光束直径被设置为等于或者小于微凸透镜822的直径时，能够防止从由微凸透镜发散的光束而产生的干扰噪声。

接下来，描述微凸透镜的直径以及光束的光束直径的数值的实例。

例如，用于图像显示的光束的直径容易被设置为约150μm。然后，每一个微凸透镜的直径被设置为大于150μm，例如，160μm、200μm。

在图3A中，微透镜阵列821的微凸透镜822、823…被布置成没有间隙。两个相邻的微凸透镜之间的边界的宽度应当为零。只有发散光束826、827从入射光束824被产生。

然而，在作为微透镜阵列831的实际的微凸透镜结构中，相邻的微凸透镜833、834之间的边界835的宽度不能为零，如图3B所示。显微镜下，两个相邻的微凸透镜的边缘是平滑连续的，形成在边界835处的曲面。这个曲面作为入射光束的微透镜表面。

因此，除了发散光束836、837之外，发散光束838从光束832入射跨越微凸透镜833、834的边界出现，并且在区域839、840与发散光束836、837交叠，引起干扰噪声。

图3C显示如何在微凸透镜结构上减少或者阻止干扰噪声。

逐渐连接微凸透镜841、842的表面的边界843的曲面用作微透镜表面。曲面的曲率半径被设置为r。

在此，为了简化起见，入射在微凸透镜结构上的光束被假定为具有波长λ的单色激光束。当边界843的曲率半径r大于激光束的波长λ(r>λ)时，曲面在入射激光束上施加透镜效应。然后，经过边界843的光束成分被发散且与来自微凸透镜841、842的发散光束交叠，引起干扰噪声。

同时，当边界843的曲率半径r小于激光束的波长λ(r<λ)时，边界843对于激光束，变为亚波长结构。众所周知，亚波长结构不会在具有波长大于亚波长结构的光上施加透镜效应。因此，具有曲率半径r小于波长λ的边界843不用作透镜，并且使光束笔直透射通过且不被发散。

相应地，已经笔直透射通过边界843的光束部分不与来自微凸透镜841、842的发散光束交叠，并且不会引起干扰噪声。

具体地，较好的是，将光束的直径d、波长λ、微凸透镜的直径D以及边界表面的曲率半径r之间的大小关系设置如下：

D>d，λ>r

为了显示单色的放大的虚像，光束被形成为具有波长λ的单色相干光。然后，上述参数d、λ、D被设置为满足以上的大小关系。因此，能够减小干扰噪声。

根据本实施例，光束LC是用于彩色图像的显示的组合RGB光束。三个光束的波长λR(640nm)、λG(510nm)、λB(445nm)之间的大小关系为λR>λG>λB。

例如，考虑到防止干扰噪声的出现，边界表面的曲率半径r应当被设置成400nm，小于最短的波长λB。此外，当曲率半径r小于最长的波长λR时，例如，600nm，能够防止由光束的R成分导致的干扰噪声。干扰噪声能够被有效地减小。

当曲率半径r例如被设置为500nm以使得r<λG时，能够防止由光束的R和G成分所引起的干扰噪声。独立地从光束LC的三个RGB成分出现干扰噪声，并且来自RGB成分的独立的干扰噪声明显地由观察者共同识别。因此，通过消除由单色引起的干扰噪声，能够显著地减少这种可见的干扰噪声，具有最长的波长的R成分有助于提高要被观察的图像的质量。通过以这个次序消除由G成分和B成分引起的干扰噪声，噪声降低效果进一步被改善。因此，例如，设置曲率半径为600nm，小于最长的波长R，可以在一定程度上实现干扰噪声的减少。

通常，虽然干扰噪声的强度根据波长、光束直径以及多/单模式而改变，但是就干扰噪声的可视性而言，关系R≈G>B保持正确。也就是说，对于具有波长λB的光，人眼的可视性低，因此，干扰噪声不明显。当曲率半径r例如被设置为500nm，小于波长λG时，能够减小由具有波长λR、λG的光所引起的高度可见的干扰噪声。当曲率半径r例如被设置为400nm，小于波长λB时，如上所述，能够更加有效地减小干扰噪声。

每一个微凸透镜的尺寸在近似100μm，并且是一般的微透镜。微凸透镜结构是一般的微透镜阵列。

为了制造微透镜阵列，通常，具有微透镜阵列表面的转印表面的模具被制备，并且然后模具表面被转印至树脂材料上。众所周知，模具的转印表面通过切割或者光刻而被形成。

另外，例如，通过注塑成型，转印表面能够被转印至树脂材料。

为了减小相邻的微透镜的边界的曲率半径，边界的宽度已被减小。通过锐化边界，能够实现边界宽度的减小。

有各种已知的用于制造微透镜阵列的技术，通过该技术，相邻的微透镜之间的边界宽度被减小到波长的量级。

例如，第4200223号日本专利公开了通过各向异性刻蚀或者离子处理来增加每一个微透镜的曲率半径并去除边界部分的非透镜部分的技术。

此外，第5010445号日本专利公开了通过各向同性的干蚀刻来去除相邻的微透镜之间的平坦表面的技术。

通过这些已知的技术，能够制造具备具有足够小的曲率半径的边界表面的微透镜阵列。通过具备具有小于640nm的曲率半径的边界表面的微透镜阵列，能够防止由于R成分所导致的干扰噪声发生。类似地，通过具备具有小于510nm的曲率半径的边界表面的微透镜阵列，能够防止由于RG成分所导致的干扰噪声发生。通过具备具有小于445nm的曲率半径的边界表面的微透镜阵列，能够防止由于RGB成分所导致的干扰噪声发生。

如上所述的图像显示装置包括光源、利用来自光源的光束来形成图像的成像元件以及由形成用于图像显示的图像的光束照射的微透镜阵列，在微透镜阵列中，微透镜彼此紧密地被布置。在微透镜阵列中，相邻的微透镜的边界的表面的曲率半径r被设置为小于光束的波长λ。图1A中的凹面镜7被配置成将二维偏转的光束LC反射为沿某一方向行进。凹面镜7用作偏转限定器，以调节光束的偏转区域和限制微透镜阵列的扫描区域。

如果由光偏转器二维地偏转的光束的偏转角不大，那么这样的偏转限定器可以省略。

接下来描述在微透镜阵列中的微透镜的布置的实例。

微透镜阵列以及微透镜的条件是使得具有直径大于光束的光束直径的微凸透镜以接近于像素间距的间距被紧密地布置。一旦满足条件，能够任意地决定微透镜的布置。

图4A到4C显示微透镜的布置的三个实例。在图4A中，在微透镜阵列87中，方块形状的微透镜8711、8712…以方形矩阵被布置。

用平视显示装置显示的图像或者放大的虚像的像素的数目通过被布置在微透镜阵列中的微透镜的间距来被确定。

在图4A中，在X方向上的相邻的微透镜的中心之间的距离被设置为X1，而在Y方向上的相邻的微透镜的中心之间的距离被设置为Y1。X1和Y1是一个像素的像素尺寸，即，有效的像素间距。

在图4B中，在微透镜阵列88中，常规的六边形微透镜8811、8821…被密集地布置。在这个布置中，每一个微透镜不包括平行于X方向的侧。每一个微透镜的上下侧为锯齿形，因此这个布置被称为锯齿布置。

在图4C中，在微透镜阵列89中，常规的六边形微透镜8911、8921…被密集布置。在这个布置中，每一个微透镜具有平行于X方向的侧。这个布置被称为扶手椅布置，并且锯齿布置以及扶手椅布置共同地被称为蜂窝布置。

图4C中的扶手椅布置通过将图4B中的锯齿布置旋转90度而形成。在锯齿布置中，X和Y方向上的有效像素间距分别是X2和Y2。

在扶手椅布置中，X和Y方向上的有效的像素间距分别是X3和Y3。

在图4B中，有效的像素间距Y2是微透镜8821的中心与微透镜8811的正面的中点之间的距离。

在图4C中，有效的像素间距X3是微透镜8911的中心与接触微透镜8911的正面的两个微透镜的共同侧的中点之间的距离。

在锯齿布置中，有效的像素间距X2小，因此能够改善在X方向上的图像显示的分辨率。类似地，在扶手椅布置中，能够改善在Y方向上的图像分辨率。

通过在蜂窝布置中的微透镜阵列，可以有效地体现尺寸小于实际的透镜直径的像素以及增加有效的像素数。

此外，如上所述，例如，为了防止由于相干光的R成分所引起的干扰噪声，相邻的微透镜的边界能够被形成为具有小于光束LC的R成分的波长R的曲率半径r。

然而，如果曲率半径大于G和B成分的波长λG、λB，这些光将通过边界部分被发散并彼此干扰，引起干扰噪声。

在这种情况下，在图4A的方形矩阵布置中，光束在Ya和Xa方向上的边界处被发散，引起干扰噪声。

同时，在图4B和4C的蜂窝布置中，光束分别在三个方向8A、8B、8C和9A、9B、9C上的边界处被发散。

因此，在方形矩阵布置中，双向地出现干扰噪声，而在蜂窝布置中，三向地出现干扰噪声。

因为引起干扰噪声的相干光的最大强度是不变的，因此，发散的光的数目越大，干扰噪声的对比度越弱，且变得越不可视或者不明显。因此，当由小于边界部分的曲率半径r的波长成分引起的干扰噪声被允许时，较好地，微透镜阵列被布置成蜂窝形式。

如上所述，关于图1A，虚像光学系统包括凹面镜9，以形成放大的虚像12。也就是说，放大的虚像12是由凹面镜9形成的放大的像素图像的集合。

通过形成每一个微透镜作为变形透镜，微透镜能够在两个互相垂直的方向上发散光束。

图6显示微透镜阵列8的椭圆形的微透镜80。微透镜之间的边界的尺寸在附图中没有被考虑。在图6中，微透镜80在X方向上的倍率大于在Y方向上的倍率，换句话说，微透镜在X方向上的曲率大于在Y方向上的曲率。

如附图所示，入射在每一个微透镜80上且通过每一个微透镜80被发散的光束LC将具有在X方向上长的椭圆形横截面FX。

因此，每一个光束在X方向上的分散角大于在Y方向上的分散角。

也就是说，如从观察者11所看到的，放大的虚像12的视角在X方向上更大，并且在图6中，微透镜在Y方向上是长的。如图5B所示，微透镜的形状可以是在X方向上长的椭圆形六边形。在这种情况下，当微透镜9211的倍率在X方向上比在Y方向上大时，来自微透镜的发散的光束的横截面FX将是在X方向上长的宽六边形。

例如，上述平视显示装置可以被安装在汽车中，以允许驾驶员在驾驶的同时观看放大的虚像。在汽车中，当从驾驶座观看时，X方向是横向且Y方向是纵向。汽车的挡风玻璃用作反射元件10。

例如，放大的虚像12可以被显示为在挡风玻璃前面的导航图像。驾驶员或者观察者11可以从驾驶座观看图像。

通常，较好地，放大的虚像在X方向上具有较大的视角，因此即使驾驶员在X方向上移动眼睛，他/她一定可以看到图像。

此外，在横向上需要比在纵向上大的视角，因此驾驶员能够从右侧和左侧斜着看显示器。相应地，需要微透镜来在纵向或者X方向上呈现比在横向或者Y方向上大的放大的虚像的发散角(各向异性的扩散)。

因此，较好的是，微透镜阵列的微凸透镜被形成为变形透镜，并且光束LC在放大的虚像的横向上的发散角大于纵向上的发散角。

因此，微透镜阵列能够在所需的满足平视显示装置的必要的视角的最小角度范围内使光束发散，有助于提高被显示的图像的光学使用效率和亮度。

另外，微透镜阵列能够被配置成以相同的发散角，纵向和横向地呈现各向同性的扩散，而不是各向异性的扩散。

此外，众所周知，微凸透镜的表面能够被形成为非球面的。根据本实施例的变形透镜表面也是非球面的，并且其能够被形成为更普遍类型的非球面以校正像差。通过像差校正，能够减小在光发散的强度上的不均匀。

在图4A到4C中，正方形或者正六边形形状的微凸透镜通过实例的方式被显示。微凸透镜的形状不应当被限于这样的实例。其能够被成形为图4A到4C所示的形状在一个方向上被延伸。也就是说，正方形变成矩形，以及正六边形变成变形的长六边形。

在图4A到4C中，在X和Y方向上的微透镜阵列的有效的像素间距分别是X1到X3以及Y1到Y3。在X和Y方向上的有效的像素间距SX、SY之间的比值被称为长宽比SY/SX。

在图4A中，因为X1＝Y1，所以长宽比Y1/X1是1.0。

在图4B中，由于Y2>X2，所以长宽比Y2/X2大于1.0。

在图4C中，因为Y3<X3,所以长宽比Y3/X3小于1.0。

图5A到5E显示微凸透镜的布置的其它实例。在X和Y方向上的有效的像素间距是X11、Y11、X12、Y12以及X13、Y13。

在图5A中，在微透镜阵列91中，矩形微凸透镜9111、9112…、9121…被布置在正方形矩阵中，并且长宽比大于1.0。

在图5B至5E中，在微透镜阵列92至95中，微凸透镜以蜂窝形式被布置，并且其长宽比Y12/X12、Y13/X13两者均大于1.0。

微透镜阵列的五个实例在Y方向上的长度都大于在X方向上的长度。这个类型的微凸透镜能够容易地被形成为具有在X方向上比在Y方向上大的曲率。相应地，它们能够容易地实现变形效应，以在X方向上施加比在Y方向上大的光学倍率。

例如，在图5A中，有效的像素间距被设置为X11＝150μm以及Y11＝200μm，并且长宽比将为200/150＝4/3>1。同样，光束的光束直径需要小于150μm。

在微透镜阵列中，在图5B到5E的蜂窝形式中，每一个微凸透镜的形状在Y方向上长。具体地，图5B的微透镜阵列是锯齿形类型的，并且图5C到5E中的那些是扶手椅类型的。

图5B中的锯齿形类型的蜂窝布置以及图5C中的扶手椅类型的蜂窝布置两者均是有用的。然而，图5C中的布置比图5B中的布置更加有利，因为微凸透镜的纵向和横向长度上的差别以及纵向和横向有效的像素间距之间的差别两者均更小。

具体地，在图5B中，假设每一个微凸透镜9211、9212…在X方向上的直径R2x是100μm，并且在Y方向上的直径R2y是200μm。然后，在X方向上的有效的像素间距X12是50μm，并且在Y方向上的有效的像素间距Y12是150μm。

类似地，在图5C中，假设每一个微凸透镜9311、9312…在X方向上的透镜直径R3x是100μm，并且在Y方向上的透镜直径R3y是200μm。然后，在X方向上的有效的像素间距X13是75μm，并且在Y方向上的有效的像素间距Y13是100μm。

因此，图5C中的在X和Y方向上的有效的像素间距上的差异(50μm和75μm)比图5B中的(50μm和100μm)小。

在图5C到5E中的蜂窝布置中，横向和纵向有效的像素间距全部被定义为X13和Y13。在图5D、5E中，平行于X方向的每一个微凸透镜的上下侧比倾斜侧长。

在图5D、5E中，由于竖直的长结构，有效的像素间距X13、Y13可以是相等的。此外，为了控制被发散的光束的发散角，每一个微凸透镜的形状可以被任意地决定。椭圆形的六边形的边的长度可以是任意的。

因此，扶手椅类型的蜂窝布置能够改善图像的亮度和有效的像素数，并且减小在X和Y方向上的有效的像素间距的差别。

在图1A中的平视显示装置中，光束LC正交地入射在微透镜阵列8上。然而，光束LC不总是正交地入射在其上。

例如，为了通过将光学元件的布置从光源改变至反射元件来缩小平视显示装置的尺寸，光束LC可以入射在微透镜阵列8上，如图7A、7B所示。

在图7A中，光束LC的入射角相对于微透镜阵列8倾斜。

由于具有非球面的微凸透镜的使用，光束LC相对于非球面的光轴倾斜地入射。因此，非球面的影响可以不被施加。

在这样的情况下，较好地，在微透镜阵列8a中，微凸透镜ML被放置成它们的光轴AX相对于正交于微透镜阵列8a的参考面的方向倾斜，如图7B所示。因此，光轴AX平行或者近似平行于光束LC的入射方向。注意，参考面是微凸透镜ML被布置在其上的表面。

因此，可以缩小光学系统的尺寸、改善光学使用效率以及稳定地在恒定方向上使光束LC发散。

除了如上所述的汽车外，根据本实施例的平视显示装置能够被结合在诸如火车、船只和船舶、直升机、飞机的各种类型的可操作的交通工具中。在这种情况下，操作者座位前方的玻璃元件可以是反射元件。

此外，例如，根据本实施例的平视显示装置可以被实现为用于电影的二维图像显示装置。

此外，微凸透镜可以被配置成只在一个方向上而不是在双向X、Y上使光束发散。在这种情况下，它的透镜表面可以被形成为微凸圆柱面。

根据本实施例，图像显示装置能够改善光学使用效率和被显示的图像的亮度。此外，通过使用在透镜表面上具有X和Y方向上的曲率的微透镜阵列，能够减少可视的干扰噪声。

虽然本发明已经根据典型的实施例被描述，但是并不限于此。应当理解，在不背离由以下权利要求所定义的本发明的范围内，本领域技术人员可以在所描述的实施例上进行变化或者修改。

Claims (10)

1.一种图像显示装置，其特征在于，包括：

光源，所述光源包括多个光源，以投射彼此具有不同的波长的光束；

成像元件，所述成像元件利用来自所述光源的所述光束来形成图像；以及

透镜阵列，所述透镜阵列被形成用于图像显示的所述图像的所述光束照射，在所述透镜阵列中，透镜被彼此紧密地布置，其中

多个所述透镜被相邻地布置，并且沿着所述相邻的透镜的至少两个方向形成边界；

在所述透镜阵列中，所述边界被设置为具有小于所述光束的波长当中的最长的波长的曲率半径。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述透镜阵列的有效的像素间距满足Y/X<1,其中Y表示纵向上的所述有效的像素间距，X表示横向上的所述有效的像素间距。

3.如权利要求1或者权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

通过所述透镜的光束在横向上的分散角大于在纵向上的分散角。

4.如权利要求1或者权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述边界在至少两个方向上形成的所述透镜阵列通过使用模具转印而形成。

5.如权利要求1或者权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述透镜为凸透镜。

6.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于，

所述透镜阵列的材料为树脂。

7.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于，

所述透镜阵列的材料为玻璃。

8.如权利要求1或者权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，进一步包括：

虚拟图像光学系统，所述虚拟图像光学系统利用由所述透镜阵列照射的所述光束来形成放大的虚拟图像；以及

反射元件，所述反射元件被设置在所述放大的虚拟图像的位置之前，以将所述光束反射至观察侧，用于图像显示。

9.如权利要求8所述的图像显示装置，其特征在于，

当所述图像显示装置被安装在具有在驾驶座前面的玻璃元件的交通工具中时，所述图像显示装置被配置成使用所述玻璃元件作为所述反射元件，以在从所述驾驶座看得见的位置的所述玻璃元件的前方，形成所述放大的虚拟图像。

10.如权利要求1或者权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述边界用于防止在两个或三个方向上产生的干扰噪声。