CN109239926A - 显示装置及其显示方法、显示设备 - Google Patents

Abstract

一种显示装置及其显示方法、显示设备。该显示装置包括第一光波导元件和第一投影装置，所述第一光波导元件包括第一入光面和与所述第一入光面相邻的第一出光面，所述第一投影装置配置为从所述第一入光面向所述第一光波导元件入射用于显示第一图像的第一光线。所述第一光波导元件包括至少一个偏振分光膜，所述偏振分光膜配置为将至少部分第一光线从所述第一出光面导出。上述显示装置具有增强现实的显示效果。

Description

显示装置及其显示方法、显示设备

技术领域

本公开至少一个实施例提供一种显示装置及其显示方法、显示设备。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术，在日常生活中可以为人们带来便利。它可以实现超越电子屏幕的视觉体验，在展现真实世界的信息是同时，将虚拟的信息同时显示出来，数码世界和真实世界的信息相互补充和叠加，一起呈现在用户眼中。当前的AR显示产品的结构仍在不断探索、应用和发展中，如何设计具有新的结构的AR显示产品以拓展AR技术的应用，成为当前AR显示领域的重要研究课题。

发明内容

本公开至少一个实施例提供一种显示装置，该显示装置包括第一光波导元件和第一投影装置，所述第一光波导元件包括第一入光面和与所述第一入光面相邻的第一出光面，所述第一投影装置配置为从所述第一入光面向所述第一光波导元件入射用于显示第一图像的第一光线。所述第一光波导元件包括至少一个偏振分光膜，所述偏振分光膜配置为将至少部分第一光线从所述第一出光面导出。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述显示装置还包括与所述第一入光面相对的第一背光面，所述第一投影装置相对于所述第一入光面设置为使得射入所述第一光波导元件的第一光线，在沿所述第一光波导元件前进的过程中在所述第一出光面和所述第一背光面处全反射，所述偏振分光膜相对于所述第一出光面和所述第一背光面倾斜，以将所述至少部分第一光线反射出所述第一光波导元件的所述第一出光面。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述第一光波导元件包括多个所述偏振分光膜，多个所述偏振分光膜阵列排布在所述第一光波导元件中。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述偏振分光膜配置为反射第一类型的偏振光，透射第二类型的偏振光所述显示装置还包括第一偏振分光装置，所述第一偏振分光装置位于所述第一投影装置与所述第一入光面之间且配置为将所述第一投影装置发射的光转换为第一类型的偏振光后再射入所述第一光波导元件。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第二光波导元件和第二投影装置。所述第二光波导元件包括第二入光面和与所述第二入光面相邻的第二出光面，所述第二光波导元件位于所述第一背光面远离所述第一出光面的一侧，所述第二出光面与所述第一背光面相对。所述第二投影装置配置为从所述第二入光面向所述第二光波导元件入射用于显示第二图像的第二光线。所述第二光波导元件包括至少一个半透半反膜，所述半透半反膜配置为将至少部分第二光线从所述第二出光面导出，且所述第一光波导元件还配置为将从所述第二光波导元件出射的至少部分所述第二光线出射以显示所述第二图像。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述半透半反膜位于所述第二光波导元件内，且相对于所述第二出光面和所述第二背光面倾斜，以将所述至少部分第二光线反射出所述第二光波导元件的所述第二出光面。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第二偏振分光装置，所述第二偏振分光装置位于所述第二投影装置与所述第二入光面之间且配置为将所述第二投影装置发射的光转换为第二类型的偏振光后再射入所述第二光波导元件。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述第一光波导元件的偏振分光膜配置为和所述半透半反膜一一对应，相对应的所述偏振分光膜和所述半透半反膜在所述第一出光面上的正投影重合。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第一光路控制组件和第二光路控制组件。所述第一光路控制组件位于所述第一投影装置和所述第一入光面之间，并且配置为引导所述第一投影装置出射的第一光线从所述第一入光面入射到所述第一光波导元件中。所述第二光路控制组件位于所述第二投影装置和所述第二入光面之间，并且配置为引导所述第二投影装置出射的第二光线从所述第二入光面入射到所述第二光波导元件中。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述第一光路控制组件包括第一透镜结构，所述第一透镜结构配置为对于所述第一光线进行控制从而控制所述第一图像的第一成像面的位置，所述第二光路控制组件包括第二透镜结构，所述第二透镜结构配置为对于所述第二光线进行控制从而控制所述第二图像的第二成像面的位置，以及所述第一透镜结构和所述第二透镜结构的焦距不同。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，相对于所述第一光波导元件的第一出光面，所述第一成像面的距离小于所述第二成像面的距离。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述第一成像面和所述第二成像面的间距不大于1米。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第一光路控制组件，所述第一光路控制组件位于所述第一投影装置和所述第一入光面之间，配置为引导所述第一投影装置出射的第一光线从所述第一入光面入射到所述第一光波导元件中。

本公开至少一个实施例提供一种显示设备，该显示设备包括上述任一实施例所述的显示装置。

本公开至少一个实施例提供显示装置的显示方法，该显示装置包括第一光波导元件、第一投影装置、第二光波导元件和第二投影装置。所述第一光波导元件包括第一入光面、相对的第一出光面和第一背光面，所述第一投影装置配置为从所述第一入光面向所述第一光波导元件入射用于显示第一图像的第一光线。所述第一光波导元件包括至少一个偏振分光膜，所述偏振分光膜配置为将至少部分第一光线从所述第一出光面导出。所述第二光波导元件包括第二入光面以及相对的第二出光面和第二背光面，所述第二光波导元件与所述第一光波导元件相对于所述显示装置的显示方向重叠，且所述第二出光面与所述第一背光面相对。所述第二投影装置配置为从所述第二入光面向所述第二光波导元件入射用于显示第二图像的第二光线。所述第二光波导元件包括至少一个半透半反膜，所述半透半反膜配置为将至少部分第二光线从所述第二出光面导出，且所述第一光波导元件还配置为将从所述第二光波导元件出射的至少部分所述第二光线出射以显示所述第二图像。所述显示方法包括：控制所述第一投影装置向所述第一光波导元件入射所述第一光线，以显示所述第一图像；以及控制所述第二投影装置向所述第二光波导元件入射所述第二光线，以显示所述第二图像；其中，所述第一图像和所述第二图像不同。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示方法中，所述显示装置还包括第一光路控制组件和第二光路控制组件，所述第一光路控制组件位于所述第一投影装置和所述第一入光面之间并配置为引导所述第一投影装置出射的第一光线从所述第一入光面入射到所述第一光波导元件中，所述第二光路控制组件位于所述第二投影装置和所述第二入光面之间并配置为引导所述第二投影装置出射的第二光线从所述第二入光面入射到所述第二光波导元件中，所述显示方法还包括：利用所述第一光路控制组件对所述第一光线进行控制从而控制所述第一图像的第一成像面的位置；利用所述第二光路控制组件对所述第二光线进行控制从而控制所述第二图像的第二成像面的位置；其中，所述第一成像面和所述第二成像面相对于所述第一出光面距离不等。

在本公开至少一个实施例提供的显示装置及其显示方法、显示设备中，利用偏振分光膜将第一投影装置出射的第一光线从第一光波导元件中导出，以显示第一图像，实现增强现实的显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为本公开一实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图2为本公开一实施例提供的另一种显示装置的结构示意图；以及

图3为本公开一实施例提供的另一种显示装置的结构示意图。

附图标记：

110-第一光波导元件；111-第一入光面；112-第一出光面；113-第一背光面；114-偏振分光膜；120-第二光波导元件；121-第二入光面；122-第二出光面；123-第一背光面；124-半透半反膜；210-第一投影装置；211-第一光线；220-第二投影装置；221-第二光线；310-第一光路控制组件；320-第二光路控制组件；410-第一偏振分光装置；420-第二偏振分光装置；510-第一成像面；520-第二成像面；600-反射镜；610-第一反射镜；620-第二反射镜。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

当前，近眼显示(NED)技术相关的产品日益普及，而且光学透视NED使用户能够同时观察计算机生成的真实场景和虚拟场景，具有很大的发展潜力。为了实现便携式透视NED，研究人员引入了自由形式光学、视网膜扫描、衍射光学和光波导等，以减少厚度和重量。在这些技术中，光波导可能提供设计超薄透视NED的最有希望的手段。

光波导技术可以分为几何光波导和全息光波导。几何光波导增强现实装置具有重量轻、体积小、轻薄化(例如厚度可以小于2mm)的优势，使其得到广泛的关注。几何光波导增强现实装置可以由波导光学器件，投影光学器件和微显示器组成，高分辨率的图像通过投影光学器件耦合到波导中，然后通过部分反射镜阵列(PRMA)在数个全内反射(TIR)之后耦合到波导外，并最终转移到用户的眼睛中。

本公开至少一个实施例提供一种显示装置，该显示装置包括第一光波导元件和第一投影装置，第一光波导元件包括第一入光面和第一出光面，第一投影装置配置为从第一入光面向第一光波导元件入射用于显示第一图像的第一光线。第一光波导元件包括至少一个偏振分光膜，偏振分光膜配置为将至少部分第一光线从第一出光面导出。第一投影装置可以出射第一光线，该第一光线包括用于显示第一图像的信息。例如，第一光波导元件还包括与第一出光面相对的第一背光面。在该第一光线耦合入第一光波导元件后，利用偏振分光膜将至少部分第一光线从第一光波导元件中导出，例如，该从第一光波导元件中导出的第一光线射入用户的眼睛，如此，显示装置可以显示第一图像，实现增强现实的显示效果。例如，用户既可以看到该第一图像，又可以透过显示装置的第一光波导元件看到真实的环境图像。

下面，结合附图对本公开至少一个实施例提供的显示装置及其显示方法、显示设备进行说明。

图1为本公开一实施例提供的一种显示装置的结构示意图，该显示装置例如可以为虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。

本公开至少一个实施例提供一种显示装置，如图1所示，该显示装置包括第一光波导元件110和第一投影装置210。第一光波导元件110包括第一入光面111、相对的第一出光面112和第一背光面113，根据需要，第一光波导元件110可以允许来自第一背光面113的环境光不透过或透过，由此以用于实现虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。例如，第一出光面112和第一背光面113为第一光波导元件110的两个相对的主表面，第一入光面111为第一光波导元件110的侧表面。第一投影装置210位于第一光波导元件110的第一入光面111的一侧，从而第一投影装置210发射的第一光线211可以从第一入光面111射入第一光波导元件110，并通过全反射的方式在第一光波导元件110内传播。第一光线211用于显示第一图像(第一图像的第一成像面510的位置如图1所示)的信息，第一光波导元件110包括至少一个偏振分光膜114，该偏振分光膜114可以将照射到其上的第一光线211从第一光波导元件110导出，从而使得显示装置可以显示第一图像。

例如，偏振分光膜可以反射第一光线从而将第一光线从第一光波导元件中导出。如此，可以通过设计第一光线在第一光波导元件中的光路、偏振分光膜的设置位置以及倾角等，来控制第一光线从第一光波导元件中导出时的出射方向。

例如，在本公开一些实施例提供的显示装置中，第一投影装置相对于第一入光面设置为使得射入第一光波导元件的第一光线，在沿第一光波导元件前进的过程中在第一出光面和第一背光面处全反射，以及偏振分光膜相对于第一出光面和第一背光面倾斜，以将至少部分入射到该偏振分光膜的第一光线反射出第一光波导元件的第一出光面，以进行显示。如此，由第一投影装置出射的第一光线射入第一光波导元件的入光面积较大，相应地，从第一光波导元件导出的第一光线的出光面积较大，显示装置的显示效果更好，并且第一光波导元件的设计厚度可以得以降低，有利于显示装置的轻薄化设计。例如，偏振分光膜的“倾斜”可以为，偏振分光膜的位于第一背光面的一端位于第一入光面和偏振分光膜的位于第一出光面的一端之间。例如，第一光波导元件的第一入光面可以设置为斜面，使得由第一投影装置出射的第一光线射入第一光波导元件的入光面积增加。

示例性的，如图1所示，第一光线211斜射入第一光波导元件110，即，第一投影装置210出射的第一光线211在透过第一入光面111时的传播方向与第一出光面112和第一背光面113分别所在的平面交叉。例如，第一入光面111相对于第一出光面112和第一背光面113倾斜(不包括垂直)，由第一投影装置210出射的第一光线211在由第一入光面111射入第一光波导元件110时的传播方向与第一入光面111基本垂直。

在第一光线111与第一出光面112或第一背光面113的夹角大于全反射角的情况下，例如，第一光线211在达到第一出光面212时，第一出光面212的法线与第一光线211的夹角大于全反射角，第一光线211在第一出光面112和第一背光面113上可以全反射。如此，将偏振分光膜114设置为与第一出光面112和第一背光面113倾斜，且位于第一光线211由第一出光面112射向第一背光面113的路径上，使得部分第一光线211被偏振分光膜114反射，从而将该部分的第一光线211导出第一光波导元件110。

例如，第一光波导元件的第一出光面一侧的介质和第一背光面一侧的介质的折射率小于第一光波导元件的折射率。如此，第一光线可以在第一光波导元件的第一出光面和第一背光面上全反射。例如，该介质可以为空气或者具有低折射率的光学膜层。例如，该光学膜层可以为光学胶，该光学胶的折射率可以为1.25～1.45等。利用该光学胶还可以将一些需要的光学膜片或者其它结构(例如下述实施例的第二光波导元件)固定在第一光波导元件上，从而增加显示装置的结构的稳固性，并且不需要设置空气层，从而至少不需要额外设置相应的支撑结构，可以简化显示装置的结构，有利于实现轻薄化设计。

例如，在本公开另一些实施例提供的显示装置中，第一投影装置相对于第一入光面设置为使得射入第一光波导元件的第一光线在第一光波导元件中的传播方向，与第一出光面和第一背光面基本平行，以及偏振分光膜相对于第一出光面和第一背光面倾斜，以将至少部分第一光线反射出第一光波导元件的第一出光面。如此，与图1所示实施例相比，偏振分光膜的设置位置不受第一光线的分布的限制，偏振分光膜可以位于第一光波导元件中的任意位置。例如，在该情况下，偏振分光膜相对于第一出光面的倾斜角度可以为45度左右，如此，从第一光波导元件出射的第一光线的方向与第一出射面基本垂直。

如图1所示，第一光波导元件110包括多个用于导光的子板，例如第一子板110a、第二子板110b、第三子板110c、第四子板110d和第五子板110c，每个子板具有斜面，偏振分光膜114可以设置(例如镀、粘合等)在该子板的斜面上。如此，偏振分光膜114与子板构成偏振分光棱镜(PBS)。将多个设置有偏振分光膜114的子板拼接，偏振分光膜114夹置在两个子板之间从而，获得图1所示的光波导元件110。例如，设置有偏振分光膜114的子板之间可以利用光学胶粘合，该光学胶的折射率可以设置为与子板的折射率相等或相近。例如，上述多个子板的设置有偏振分光膜114的斜面相互平行。

在本公开至少一个实施例中，偏振分光膜可以为单层薄膜，也可以为多层膜系结构。例如，偏振分光膜包括两种具有不同折射率的膜层，该两种膜层交替沉积以形成多层膜系结构。例如，在其它条件相同的情况下，该多层膜系结构包括的膜层越多，偏振分光膜对S光的反射率越大。如此，至少可以通过调剂多层膜系的膜层数量对偏振分光膜的反射率进行设计。例如，该膜层的有效光学厚度可以为入射光(例如第一光线)的波长(例如中心波长)的1/4。

下面，以第一投影装置出射的第一光线以如图1所示的全反射方式在第一光波导元件中传导为例，对本公开下述至少一个实施例的技术方案进行说明。该全反射为第一光线在第一光波导元件的第一出光面和第一背光面上全反射。

在本公开至少一个实施例中，对第一光波导元件中设置的偏振分光膜的数量不做限制。例如，在本公开至少一个实施例中，第一光波导元件包括多个偏振分光膜，多个偏振分光膜阵列排布在第一光波导元件中。示例性的，如图1所示，在沿着第一光波导元件110的第一入光面111至与第一入光面111相对的侧面的方向上，多个偏振分光膜114依次排布。例如，在沿着第一光波导元件110的第一入光面111至与第一入光面111相对的侧面的方向上，偏振分光膜114对第一光线211的反射率依次增加，如此，可以提高显示装置出光的均匀性，提高显示效果。例如，偏振分光膜的数量可以设置为3、4、5、或6个等。

例如，在本公开至少一个实施例中，偏振分光膜可以单独出射一个完整像面(第一图像)，出射光可以为准直光，使得人眼接收到的光为特定方向的准直光，不会同时接收到不同偏振分光膜上同一像面位置上的两个像，最终人眼接收到的只会是一个完整图像。多个偏振分光膜可以扩展出瞳，让人眼在与显示装置有偏移的时候也能接收到图像。

在本公开至少一个实施例中，对第一光线的类型不做限制。该第一光线可以为非偏振光，也可以仅为第一类型的偏振光。例如，该第一类型的偏振光为S偏振光。非偏振光在射向前一个偏振分光膜之后，反射光中S偏振光的成分占比多或者反射光都为S偏振光，透射光中P偏振光的成分占比多，而P偏振光会透过下一个偏振分光膜而不会被反射。如此，需要分析第一光线入射至偏振分光膜时的S偏振光和P偏振光的占比，以对偏振分光膜的反射率进行设计，从而满足出光均匀的设计期望。在第一光线为S偏振光的情况下，只需要设计偏振分光膜对S偏振光的反射率即可，与第一光线为非偏振光相比，对偏振分光膜对第一光线的反射率的设计不需要考虑产生的P偏振光的影响，在上述实施例的基础上可以进一步简化偏振分光膜的设计难度，降低成本。

下面，以由第一投影装置出射且进入第一光波导元件的第一光线为S偏振光为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，偏振分光膜配置为反射第一类型的偏振光，透射第二类型的偏振光。例如，偏振分光膜配置为对第一类型的偏振光的反射率为10～40％。例如，偏振分光膜配置为使得第二类型的偏振光完全透过。例如，该第一类型的偏振光包括S偏振光，该第二类型的偏振光包括P偏振光。在该数值范围内，显示装置出射的光的均匀程度较高。偏振分光膜对S偏振光的反射率可以结合偏振分光膜的设计数量、出光亮度和均匀程度等需要进行设计，不限于上述数值范围。示例性的，在偏振分光膜的数量为四个的情况下，沿着第一光线在第一光波导元件的传导方向，四个偏振分光膜对S偏振光的反射率可以依次约为17％、21％、26％和35％。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第一偏振分光装置，第一偏振分光装置配置为将第一投影装置发射的光转换为S偏振光后再射入第一光波导元件。例如，第一偏振分光装置可以位于第一投影装置与第一入光面之间。示例性的，如图1所示，显示装置包括第一偏振分光装置410，第一投影装置210出射的第一光线211经由第一偏振分光装置410后转换为S偏振光，然后该S偏振光入射至第一光波导元件110中。例如，该第一偏振分光装置410可以包括偏振分光镜，第一投影装置210出射的光线以布儒斯特角入射至该偏振分光镜，被反射的光为S偏振光，P偏振光透过该偏振分光镜，该S偏振光被引导(例如通过反射镜反射、光栅衍射等)并入射至第一光波导元件110中。例如，该第一偏振分光装置410还可以包括反射镜、四分之一波片等光学膜片，P偏振光经过反射、四分之一波片等后可以转换为S偏振光，并入射至第一光波导元件110中，如此，可以提高光的利用率。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第一光路控制组件。例如，该第一透镜结构位于第一投影装置和第一入光面之间，配置为引导第一投影装置出射的第一光线从第一入光面入射到第一光波导元件中。示例性的，如图1所示，第一光路控制组件310位于第一投影装置210和第一入光面111之间，第一投影装置210出射的第一光线211经过第一光路控制组件310后射入第一光波导元件110。例如，第一光路控制组件310可以将第一投影装置210出射的第一光线211引导为基本平行的光束，以射入第一光波导元件110中。例如，第一投影装置210出射的第一光线211经过第一光路控制组件310后进入第一偏振分光装置410，然后进入第一光波导元件110。

例如，在本公开一些实施例中，第一光路控制组件可以位于第一投影装置和第一偏振分光装置之间，以使得第一投影装置出射的第一光线如图1所示依次经过第一光路控制组件和第一偏振分光装置后射入第一光波导元件，例如，第一偏振分光装置位于第一光波导元件的第一入光面上。例如，在本公开另一些实施例中，第一偏振分光装置可以位于第一投影装置和第一光路控制组件之间，以使得第一投影装置出射的第一光线如图1所示依次经过第一偏振分光装置和第一光路控制组件后射入第一光波导元件，例如，第一偏振分光装置位于第一投影装置的出光面上。

例如，第一光路控制组件包括第一透镜结构，第一透镜结构配置为对于第一光线进行控制从而控制第一图像的第一成像面的位置，即，通过该第一透镜结构可以控制第一图像的第一成像面与第一光波导元件的第一出光面的距离，从而控制第一图像的景深。例如，在第一透镜结构的焦距较小的情况下，第一图像的第一成像面的位置距离第一光波导元件的第一出光面的距离较近；在第一透镜结构的焦距较大的情况下，第一图像的第一成像面的位置距离第一光波导元件的第一出光面较远。例如，根据需要第一光路控制组件还可以包括反射镜等部件，以调整第一光线的行进方向。

图2为本公开一实施例提供的另一种显示装置的结构示意图，该显示装置例如可以为虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。

例如，在本公开至少一个实施例中，显示装置的结构如图2所示。第一光路控制组件310a可以包括微透镜阵列等光学元件，以使得第一投影装置210a出射的第一光线211转换为准直光并入射至第一光波导元件110a中。第一光波导元件110a的与第一光路控制组件310a相对应的位置设置有相对第一出光面112a和第一背光面113a倾斜的反射镜600，该反射镜600可以将透过第一光波导元件110a的第一光线211反射以从第一入光面111a射入第一光波导元件110a。设计反射镜600的倾角可以使得第一光线211在第一光波导元件110a中满足全反射，并可以调节第一光线211的光路。将偏振分光膜114a设置于第一光线211的光路上，可以将第一光线211导出至人眼。此外，在该实施例的至少一个示例中，环境光也可以被允许透过第一光波导元件110a至人眼，由此得到增强现实显示装置。如此，用户可以在观察由第一光线211构成的第一图像的同时，观察到环境图像。在本公开至少一个实施例中，只要第一投影装置、第一光路控制组件、第一光波导元件等部件使得第一光线可以在第一光波导元件中按照需求(例如全反射)传导即可，上述部件的结构、位置等不限于上述图1和图2所示的设计。

例如，如图2所示，第一光波导元件110a包括反射镜600以及位于反射镜600的面向偏振分光膜114a的部分，即，位于反射镜600的远离偏振分光膜114a一侧的第六子板1101不属于第一光波导元件110a。第一光波导元件110a的子板中面向反射镜600的表面为第一入光面111a。第六子板1101可以用于形成反射镜600，在反射镜600为独立元件的情况下，也可以不需要设置第六子板1101。

例如，如图2所示，第一投影装置210a、第一光路控制组件310a可以叠置在第一光波导元件110a的第一出光面112a的一侧，在第一光波导元件110a的长度方向(第一出光面112a所在面的方向)上，占用的空间小，有利于减小显示装置在该长度方向上的设计尺寸。

在本公开至少一个实施例中，显示装置还可以包括多个光波导元件，以显示多个图像，例如该多个图像可以位于不同的景深，从而提高显示装置的显示图像的立体效果。

图3为本公开一实施例提供的另一种显示装置的结构示意图。

例如，在本公开至少一个实施例中，显示装置在包括上述的第一光波导元件、第一投影装置等的情况下，还可以包括第二光波导元件和第二投影装置。示例性的，如图3所示，第二光波导元件120包括第二入光面121以及相对的第二出光面122和第二背光面123，第二光波导元件120位于第一背光面113远离第一出光面112的一侧，即，第二光波导元件120与第一光波导元件110相对于显示装置的显示方向(图3中的箭头D所指的方向)重叠，且第二出光面122与第一背光面113相对。第二投影装置220配置为从第二入光面121向第二光波导元件120入射用于显示第二图像的第二光线221。第二光波导元件120包括至少一个半透半反膜124，半透半反膜124配置为将至少部分第二光线221从第二出光面导出，且第一光波导元件110还配置为将从第二光波导元件120出射的至少部分第二光线221出射以显示第二图像。

例如，如图3所示，第一光波导元件110中可以设置第一反射镜610以对第一光线211的路径进行控制，第一光波导元件110中可以设置第二反射镜620以对第一光线221的路径进行控制。例如，根据第一光线211透过第一入光面111时的传播方向与第一出光面112和第一背光面113的夹角，可以设计第一反射镜610所在面与第一出光面112和第一背光面113的夹角，即，根据第一光线211的入射方向，可以设计第一光线211在第一反射镜610上的入射角和反射角。如此，在第一光波导元件110中，通过第一反射镜610可以使得第一光线211全反射传导，或者使得第一光线211的传播方向平行于第一出光面112和第一背光面113。

需要说明的是，图3中所示的第一光线211、第二光线221的光路为光线传导的大致路径，第一光线211的具体光路与图1所示相同，第二光线221在第二光波导元件120中的光路可以与第一光线211的光路相似。

例如，在本公开至少一个实施例中，第二投影装置出射的第二光线在第二光波导元件中的传导方式(例如全反射)、半透半反膜的设置位置以及倾角等，可以参考前述实施例中的第一光线在第一光波导元件中的传导方式、偏振分光膜的设置位置以及倾角。例如，在本公开至少一个实施例中，半透半反膜位于第二光波导元件内，且相对于第二出光面和第二背光面倾斜，以将至少部分第二光线反射出第二光波导元件的第二出光面。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，第一光波导元件的偏振分光膜配置为和半透半反膜一一对应。例如，相对应的偏振分光膜和半透半反膜在第一出光面上的正投影重合。如此，形成第二图像的第二光线都会透过偏振分光膜，防止第二光线的一部分透过偏振分光膜且另一部分未透过偏振分光膜而造成第二光线的分布不均匀，即，避免实际显示的第二图像失真，而且在视觉效果上，第一图像和第二图像在显示方向上可以重叠且位于不同景深，立体效果好。

在本公开至少一个实施例中，该第二光线可以为非偏振光，也可以为第二类型的偏振光。例如，该第二类型的偏振光为P偏振光。例如，在射入第二光波导元件的第二光线为P偏振光的情况下，被半透半反膜反射的第二光线会透过偏振分光膜，并且不会被偏振分光膜反射。如此，第二图像可以具有较高的亮度，光的利用率高，而且第二光波导元件出射的第二光线进入第一光波导元件之后不会产生干扰光线(第二光线的被偏振分光膜反射的部分)，可以提高显示装置的显示图像的清晰度。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第二偏振分光装置，第二偏振分光装置配置为将第二投影装置发射的光转换为P偏振光后再射入第二光波导元件。示例性的，如图3所示，显示装置包括第二偏振分光装置420，第二投影装置220出射的第二光线221经由第二偏振分光装置420后转换为P偏振光，然后该P偏振光被引导(例如通过反射镜等)并入射至第二光波导元件120中。例如，该第二偏振分光装置420可以包括偏振分光镜，第二投影装置220出射的光线以布儒斯特角入射至该偏振分光镜，被反射的光为S偏振光，P偏振光透过该偏振分光镜，该P偏振光入射至第一光波导元件110中。例如，该第二偏振分光装置420还可以包括反射镜、四分之一波片等光学膜片，S偏振光经过反射、四分之一波片等后可以转换为P偏振光，并入射至第二光波导元件120中，如此，可以提高光的利用率。

例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还包括第一光路控制组件和第二光路控制组件。示例性的，如图3所示，第一光路控制组件310位于第一投影装置210和第一入光面111之间，并且配置为引导第一投影装置210出射的第一光线211从第一入光面111入射到第一光波导元件110中。第二光路控制组件320位于第二投影装置220和第二入光面121之间，并且配置为引导第二投影装置220出射的第二光线221从第二入光面121入射到第二光波导元件120中。

例如，第一光路控制组件310可以将第一投影装置210出射的第一光线211引导为基本平行的光束，以射入第一光波导元件110中；第二光路控制组件320可以将第二投影装置220出射的第二光线221引导为基本平行的光束，以射入第二光波导元件120中。例如，第一投影装置210出射的第一光线211经过第一光路控制组件310后进入第一偏振分光装置410，然后进入第一光波导元件110；第二投影装置220出射的第二光线221经过第二光路控制组件320后进入第二偏振分光装置420，然后进入第二光波导元件120。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，第一光路控制组件包括第一透镜结构，第一透镜结构配置为对于第一光线进行控制从而控制第一图像的第一成像面的位置。第二光路控制组件包括第二透镜结构，第二透镜结构配置为对于第二光线进行控制从而控制第二图像的第二成像面的位置。例如，第一透镜结构和第二透镜结构的焦距不同。如此，第一图像的第一成像面和第二图像的第二成像面可以具有不同的景深。例如，第一光路控制组件和第二光路控制组件根据需要还可以包括反射镜等以控制光线的行进方向。

例如，在本公开至少一个实施例中，第一透镜结构和第二透镜结构可以包括透镜组，通过调节透镜组各个透镜之间的距离等可以根据需要调节第一图像的第一成像面、第二图像的第二成像面的位置，或者，第一透镜结构和第二透镜结构也可以包括液晶透镜等焦距大小可调节的透镜结构，从而可以根据需要调节第一图像的第一成像面、第二图像的第二成像面的位置。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，相对于第一光波导元件的第一出光面，第一成像面的距离小于第二成像面的距离。例如，在该情况下，第一透镜结构的焦距小于第二透镜结构的焦距。示例性的，如图3所示，形成第一图像的第一光线211需要透过的结构要比形成第二图像的第二光线221需要透过的结构少，因此，在相同条件下，第一图像的清晰度通常比第二图像的清晰度高。在第一图像的第一成像面510位于第一出光面112和第二图像的第二成像面520之间的情况下，近景图像为清晰度相对较高的第一图像，从而提高显示装置的视觉效果。

在本公开至少一个实施例中，对第一成像面和第二成像面的间距不做限制。例如，第一成像面和第二成像面的间距不大于1米，例如0.5～0.8米，在该条件下，人眼观察到的第一图像和第二图像的清晰度高。

在本公开至少一个实施例中，对第一投影装置和第二投影装置的类型不做限制。例如，第一投影装置和第二投影装置可以为任何类型的显示装置例如LCD显示装置、OLED显示装置、无机发光二极管显示装置、投影仪(例如LCOS微型投影机)等。例如，第一投影装置和第二投影装置也可以为光线扫描器阵列。该光线扫描器阵列可以包括多个独立的光纤扫描器。例如，通过控制该光纤扫描器的扫描参数，可以使得光线扫描器阵列能够构造具有不同深度的图像(光场图像)，从而提高第一图像和第二图像的立体效果。

本公开至少一个实施例提供一种显示设备，该显示设备包括上述任一实施例的显示装置。例如，该显示设备可以为可穿戴AR头盔、AR眼镜等。

本公开至少一个实施例提供显示装置的显示方法，该显示装置为上述图3所示的实施例的显示装置。该显示方法包括：控制第一投影装置向第一光波导元件入射第一光线以显示所述第一图像，控制第二投影装置向第二光波导元件入射第二光线以显示所述第二图像，第一图像和第二图像不同。在该显示方法中，显示装置可以显示两个图像，从而提高显示装置的显示效果。

例如，在本公开至少一个实施例中，用户可以透过显示装置观察周围环境(环境图像)，在该情况下，用户利用显示装置观察到的图像为第一图像、第二图像和环境图像的集合。需要说明的是，该第一图像和第二图像的不同为两个图像的信息不完全相同。例如，第一图像和第二图像可以显示不同的画面元素(例如花瓶)；再例如，第一图像和第二图像可以显示相同的画面元素(例如花瓶)，但是两个图像中的画面元素具有不同的位置、大小比例、景深等。

例如，在本公开至少一个实施例提供的显示方法中，显示装置还包括第一光路控制组件和第二光路控制组件，第一光路控制组件位于第一投影装置和第一入光面之间并配置为引导第一投影装置出射的第一光线从第一入光面入射到第一光波导元件中，第二光路控制组件位于第二投影装置和第二入光面之间并配置为引导第二投影装置出射的第二光线从第二入光面入射到第二光波导元件中，显示方法还包括：利用第一光路控制组件对第一光线进行控制从而控制第一图像的第一成像面的位置；利用第二光路控制组件对第二光线进行控制从而控制第二图像的第二成像面的位置；其中，第一成像面和第二成像面相对于第一出光面距离不等。在该显示方法中，显示装置显示的两个图像可以位于不同的景深，从而提高显示装置的显示图像的立体效果。

上述显示方法中的显示装置的结构可以参考前述实施例(例如图3相关的实施例)中的相关说明，在此不做赘述。

对于本公开，还有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种显示装置，包括：

第一光波导元件，包括第一入光面和与所述第一入光面相邻的第一出光面；

第一投影装置，配置为从所述第一入光面向所述第一光波导元件入射用于显示第一图像的第一光线；

其中，所述第一光波导元件包括至少一个偏振分光膜，所述偏振分光膜配置为将至少部分第一光线从所述第一出光面导出。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，

所述显示装置还包括与所述第一入光面相对的第一背光面，所述第一投影装置相对于所述第一入光面设置为使得射入所述第一光波导元件的第一光线，在沿所述第一光波导元件前进的过程中在所述第一出光面和所述第一背光面处全反射，所述偏振分光膜相对于所述第一出光面和所述第一背光面倾斜，以将所述至少部分第一光线反射出所述第一光波导元件的所述第一出光面。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述第一光波导元件包括多个所述偏振分光膜，多个所述偏振分光膜阵列排布在所述第一光波导元件中。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其中，

所述偏振分光膜配置为反射第一类型的偏振光，透射第二类型的偏振光；

所述显示装置还包括：

第一偏振分光装置，位于所述第一投影装置与所述第一入光面之间且配置为将所述第一投影装置发射的光转换为第一类型的偏振光后再射入所述第一光波导元件。

5.根据权利要求1-4任一所述的显示装置，还包括：

第二光波导元件，包括第二入光面和与所述第二入光面相邻的第二出光面，其中，所述第二光波导元件位于所述第一背光面远离所述第一出光面的一侧，所述第二出光面与所述第一背光面相对；以及

第二投影装置，配置为从所述第二入光面向所述第二光波导元件入射用于显示第二图像的第二光线；

其中，所述第二光波导元件包括至少一个半透半反膜，所述半透半反膜配置为将至少部分第二光线从所述第二出光面导出，且所述第一光波导元件还配置为将从所述第二光波导元件出射的至少部分所述第二光线出射以显示所述第二图像。

6.根据权利要求5所述的显示装置，所述半透半反膜位于所述第二光波导元件内，且相对于所述第二出光面和所述第二背光面倾斜，以将所述至少部分第二光线反射出所述第二光波导元件的所述第二出光面。

7.根据权利要求5所述的显示装置，还包括：

第二偏振分光装置，位于所述第二投影装置与所述第二入光面之间且配置为将所述第二投影装置发射的光转换为第二类型的偏振光后再射入所述第二光波导元件。

8.根据权利要求6所述的显示装置，其中，

所述第一光波导元件的偏振分光膜配置为和所述半透半反膜一一对应，相对应的所述偏振分光膜和所述半透半反膜在所述第一出光面上的正投影重合。

9.根据权利要求5所述的显示装置，还包括：

第一光路控制组件，位于所述第一投影装置和所述第一入光面之间，配置为引导所述第一投影装置出射的第一光线从所述第一入光面入射到所述第一光波导元件中；以及

第二光路控制组件，位于所述第二投影装置和所述第二入光面之间，配置为引导所述第二投影装置出射的第二光线从所述第二入光面入射到所述第二光波导元件中。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述第一光路控制组件包括第一透镜结构，所述第一透镜结构配置为对于所述第一光线进行控制从而控制所述第一图像的第一成像面的位置，

所述第二光路控制组件包括第二透镜结构，所述第二透镜结构配置为对于所述第二光线进行控制从而控制所述第二图像的第二成像面的位置，以及所述第一透镜结构和所述第二透镜结构的焦距不同。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，

相对于所述第一光波导元件的第一出光面，所述第一成像面的距离小于所述第二成像面的距离。

12.根据权利要求1所述的显示装置，还包括第一光路控制组件，所述第一光路控制组件位于所述第一投影装置和所述第一入光面之间，配置为引导所述第一投影装置出射的第一光线从所述第一入光面入射到所述第一光波导元件中。

13.一种显示设备，包括权利要求1-12任一所述的显示装置。

14.一种根据权利要求5所述的显示装置的显示方法，包括：

控制所述第一投影装置向所述第一光波导元件入射所述第一光线，以显示所述第一图像；以及

控制所述第二投影装置向所述第二光波导元件入射所述第二光线，以显示所述第二图像；

其中，所述第一图像和所述第二图像不同。

15.根据权利要求14所述的显示方法，其中，所述显示装置还包括第一光路控制组件和第二光路控制组件，所述第一光路控制组件位于所述第一投影装置和所述第一入光面之间并配置为引导所述第一投影装置出射的第一光线从所述第一入光面入射到所述第一光波导元件中，所述第二光路控制组件位于所述第二投影装置和所述第二入光面之间并配置为引导所述第二投影装置出射的第二光线从所述第二入光面入射到所述第二光波导元件中，所述显示方法还包括：

利用所述第一光路控制组件对所述第一光线进行控制从而控制所述第一图像的第一成像面的位置；

利用所述第二光路控制组件对所述第二光线进行控制从而控制所述第二图像的第二成像面的位置；

其中，所述第一成像面和所述第二成像面相对于所述第一出光面距离不等。