CN110297324B - 显示装置和交通工具 - Google Patents

Abstract

一种显示装置以及包括该显示装置的交通工具，该显示装置包括显示阵列生成装置和第一透镜层。显示阵列生成装置配置为提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线；第一透镜层设置在显示阵列生成装置的出光侧，包括阵列排布的多个第一微透镜，且配置为接收多束准直光线；多束准直光线和多个第一微透镜对应以分别实现多个扫描成像。该显示装置可以应用于平视显示系统中。

Description

显示装置和交通工具

技术领域

本公开的实施例涉及一种显示装置和交通工具。

背景技术

平视显示器(Head-up Display，简称HUD)是一种车载平视显示系统，可以将车速、油量等车辆状态信息以及导航、危险警示等指示信息在驾驶员前方的挡风玻璃上投影显示，由此使得驾驶员可以在视线不偏离前方路面的情况下获取车速、油量等相关信息。

目前，车载平视显示系统通常为折反式光学系统(也即，包括折射光学元件和反射光学元件的系统)。然而，在具有大出瞳距(也即，车载平视显示系统的出光侧的最外侧一个光学面到观察面之间的距离大)、大视窗(也即，观察面上的观察区域的尺寸大)和大视角的情况下，折反式光学系统存在结构复杂、体积庞大的问题，进而限制了HUD在车辆中的广泛应用。此外，车载平视显示系统还可以采用波导结构实现。然而。波导结构存在杂散光问题，并且在HUD孔径增加的情况下，该杂散光问题会进一步地恶化，因此，基于波导结构的HUD目前尚不能广泛应用于车载平视显示系统中。

发明内容

本公开的至少一个实施例提供了一种显示装置，该显示装置包括：显示阵列生成装置和第一透镜层。所述显示阵列生成装置配置为提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线；所述第一透镜层设置在所述显示阵列生成装置的出光侧，包括阵列排布的多个第一透镜，且配置为接收所述多束准直光线；所述多束准直光线和所述多个第一透镜对应以分别实现多个扫描成像。

本公开的至少一个实施例还提供了一种车载显示系统，该车载显示系统包括本公开任一实施例提供的显示装置。

本公开的至少一个实施例还提供了一种交通工具，该交通工具包括本公开任一实施例提供的显示装置。

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1A是一种显示装置的示意图；

图1B是图1A示出的显示装置应用到平视显示系统中的示意图；

图2A是本公开的实施例提供的一种显示装置的侧面示意图；

图2B是本公开的实施例提供的一种第一透镜层的平面示意图；

图3A是图2A示出的显示装置在第一时刻的光路图；

图3B是图2A示出的显示装置在第二时刻的光路图；

图3C是图2A示出的显示装置在第三时刻的光路图；

图3D是图2A示出的显示装置在显示一帧图像的时间段内的光路图；

图4A是本公开的实施例提供的一种光束分束元件的示意性结构图；

图4B是图4A示出的光束分束元件的第一部分反射部分透射面组和第二部分反射部分透射面组在出射表面上的正投影；

图4C是图4A示出的光束分束元件的第一部分反射部分透射面组在第一侧面上的正投影；

图4D是图4A示出的光束分束元件的第一部分反射部分透射面组和第二部分反射部分透射面组在入射侧面上的正投影；

图5是本公开的实施例提供的一种光束分束元件的另一种示意性结构图；

图6为图5示出的光束分束元件和第一透镜层在入射侧面上的正投影；

图7为本公开的实施例提供的一种显示阵列生成装置的局部光路图；

图8A为一种全息透镜的制作方法的示意图；

图8B为全息透镜重现点光源的示意图；

图9为本公开的实施例提供的另一种显示阵列生成装置的示意图；以及

图10为本公开的实施例提供的一种车载显示系统和交通工具的示例性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例，更加全面地说明本公开的示例实施例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。本公开省略了已知材料、组件和工艺技术的描述，从而不使本公开的示例实施例模糊。所给出的示例仅旨在有利于理解本公开示例实施例的实施，以及进一步使本领域技术人员能够实施示例实施例。因而，这些示例不应被理解为对本公开的实施例的范围的限制。

除非另外特别定义，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。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

图1A示出了一种显示装置500的示意图，该显示装置500可以是一种视网膜扫描成像装置。例如，如图1A所示，该显示装置500包括光源511、外调制器512、反射镜521、第二透镜531和第一透镜532。例如，光源511可以提供准直光线用于显示，光源511例如可以包括单色光源(例如，红色、绿色和蓝色光源)或者白光光源。例如，反射镜521的反射面相对于第二透镜531的光轴551的角度可以连续变化，因此入射到反射镜521上的准直光线在不同的时刻可以具有不同的出射角度(相对于第二透镜的光轴551)，并因此可以入射到第二透镜531和第一透镜532的不同位置；在不同的时刻入射到第一透镜532不同位置上的准直光线被第一透镜532聚焦后形成图像的不同的像素点。

例如，在图1A示出的显示装置500应用到近眼显示系统时，由于用户的眼睛与第一透镜532之间的距离固定(例如，用户的眼睛的瞳孔的中心位于第一透镜532的像方焦点处)，用户的瞳孔可以接收第一透镜532出射的传输角度不同的光线(对应于图像的不同像素点)，并且，在不同的时刻，上述传输角度不同的光线分别在用户的视网膜的不同位置处直接形成图像的不同的像素点，由此实现视网膜显示。

本公开的发明人注意到，在将图1A示出的显示装置500应用到平视显示系统中，可能会导致用户仅能看到部分显示图像的问题，导致视场过窄(例如，可能导致用户的瞳孔能够接收的显示装置500出射的光线的最大角度之间的范围过小)。下面结合图1B进行示例性的说明。

例如，如图1B所示，在用户的瞳孔位于第一透镜532的像方焦距的远离第一透镜532的一侧时，用户的瞳孔可能无法接收相对于光轴的传输角度较大的光线(例如，光线541和光线542)，因此这些传输角度较大的光线无法在用户的视网膜上成像，在此种情况下，用户仅能看到部分显示图像。

本公开的至少一个实施例提供了一种显示装置，该显示装置包括显示阵列生成装置和第一透镜层。显示阵列生成装置配置为提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线；第一透镜层设置在显示阵列生成装置的出光侧，包括阵列排布的多个第一透镜，且配置为接收多束准直光线；多束准直光线和多个第一透镜对应以分别实现多个扫描成像。

下面通过几个示例对根据本公开实施例提供的显示装置进行非限制性的说明，如下面所描述的，在不相互抵触的情况下这些具体示例中不同特征可以相互组合，从而得到新的示例，这些新的示例也都属于本公开保护的范围。

例如，图2A示出了一种显示装置100。例如，如图2A所示，该显示装置100包括显示阵列生成装置110和第一透镜层120。例如，如图2A所示，显示阵列生成装置110配置为提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线111。例如，如图2A所示，显示阵列生成装置110和第一透镜层120可以间隔设置，但本公开的实施例不限于此。又例如，如图5所示，显示阵列生成装置110和第一透镜层120还可以彼此贴合(也即，直接接触)。

例如，如图2A所示，第一透镜层120设置在显示阵列生成装置110的出光侧，且包括阵列排布的多个第一微透镜121。例如，图2B示出了一种第一透镜层120的平面示意图，多个第一微透镜121在平行于第二方向D2和第三方向D3的平面内排布。

例如，多个第一微透镜121配置为分别接收多束准直光线111。例如，如图2A所示，多束准直光线111可以垂直入射到多个第一微透镜121上，但本公开的实施例不限于此。又例如，根据实际应用需求，多束准直光线111还可以倾斜入射到多个第一微透镜121上(参见图7)，也即，多束准直光线111与对应的第一微透镜121的法线方向的夹角不等于零(例如，夹角为锐角)。

例如，如图2B所示，多个第一微透镜121在出射表面的正投影可以为矩形，但本公开的实施例不限于此。需要说明的是，本公开的实施例提供的第一微透镜121不限于图2A示出的双凸透镜，根据实际应用需求，第一微透镜121还可以为全息微透镜、平凸透镜、非球面透镜、自由曲面透镜等，本公开的实施例对此不做具体限定。

例如，如图2A所示，在第一微透镜121为双凸透镜的情况下，第一微透镜121在出射表面的正投影可以为圆形，但本公开的实施例不限于此。又例如，根据实际应用需求，第一微透镜121在出射表面的正投影还可以为矩形(参见图2B)。

例如，第一微透镜121的具体设置方式将在描述显示阵列生成装置110之后进行详细阐述，在此不再赘述。

例如，多束准直光线111和多个第一微透镜121对应以分别实现多个扫描成像。例如，如图2A所示，该多束准直光线111和多个第一微透镜121可以一一对应，每束准直光线例如仅入射到一个第一微透镜121上。

例如，在任一时刻，多束准直光线111入射到对应的第一微透镜121上的相同位置。例如，多束准直光线111入射位置与对应的第一透镜的中心122之间的距离均相等，且入射位置与对应的第一微透镜121中心的连线与第三方向D3的夹角均相等。

例如，多束准直光线111入射到多个第一微透镜121上的位置可随时间整体平移。例如，在显示一帧图像的时间内，每束准直光线入射到对应的第一微透镜121上的位置的个数可以为M1×N1个，对应地，在显示一帧图像的时间内，从第一微透镜121出射的光线的角度(出射光线与第一微透镜121法线方向的夹角)可以为M1×N1个，该M1×N1个角度的光线可以对应于显示图像的M1×N1个像素点。例如，M1和N1的取值可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定，M1和N1的取值例如可以分别为300和600。

例如，下面结合图3A-图3C进行示例性的说明。例如，如图3A所示，在第一时刻，多束准直光线111可以入射到对应的第一微透镜121的上部边缘；如图3B所示，在第二时刻，多束准直光线111可以入射到对应的第一微透镜121的中心；如图3C所示，在第三时刻，多束准直光线111可以入射到对应的第一微透镜121的下部边缘。例如，如图3A-图3C所示，在任一时刻，多束准直光线111可以从多个第一微透镜121上的相同位置出射，且出射光线相对于第一透镜的光轴的夹角可以均相同。需要说明的是，多束准直光线111入射到多个第一微透镜121上的位置不仅可以随时间在第二方向D2上平移，还可以随时间在第三方向D3上平移。

例如，多束准直光线111入射位置的平移方式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，多束准直光线111入射到多个第一微透镜121上的位置的平移方式可以是逐行平移、也可以是逐列平移，还可以是随机平移。例如，在多束准直光线111入射到多个第一微透镜121上的位置的平移方式是逐行平移的情况下，每束准直光线可以首先顺次入射到对应的第一微透镜121的第一行上的N1个位置上，以使得该对应的第一微透镜121可以顺次形成例如对应于显示图像的第一行的N1个像素点的光线；然后，该束准直光线可以顺次入射到对应的第一微透镜121的第二行上的N1个位置上，以使得该对应的第一微透镜121可以顺次形成例如对应于显示图像的第二行的N1个像素点的光线；最后，该束准直光线可以顺次入射到对应的第一微透镜121的第M1行上的N1个位置上，以使得该对应的第一微透镜121可以顺次形成例如对应于显示图像的第M1行的N1个像素点的光线。

例如，在用户的瞳孔位于第一微透镜121的焦平面132的远离第一微透镜121的一侧的情况下，即使在用户的瞳孔不能接收经由相同第一微透镜121传输的出射角度不同的光线的情况下，用户的瞳孔可以接收经由不同的第一微透镜121传输的出射角度不同的光线，由此上述出射角度不同的光线可以在用户的视网膜上的不同位置处形成(例如，直接形成)不同像素点；由于人眼的视觉暂留效应，上述在不同时刻在用户的视网膜上的不同位置处形成的不同像素点可以形成一幅完整的图像。下面结合图3D做示例性说明。

例如，如图3D所示，在观看位置131处，尽管用户的瞳孔无法在显示一帧图像的时间段中接收到经由任一第一微透镜121传输的第一光线1111、第二光线1112、第三光线1113、第四光线1114和第五光线1115，但是，用户的瞳孔可以在显示一帧图像的时间段中接收到经由第二透镜传输的第一光线1111、经由第三透镜传输的第二光线1112、经由第四透镜传输的第三光线1113、经由第五透镜传输的第四光线1114以及经由第六透镜传输的第五光线1115。此处，第一透镜至第八透镜分别代表图3D中从上至下排布的八个第一微透镜121。例如，上述五条光线可以在不同的时刻在用户的视网膜上形成的不同的像素点，因此用户可以观察到一幅完整的图像，由此，在用户的瞳孔位于第一微透镜121的焦平面的远离第一微透镜121的一侧的情况下，用户依然可以看到一幅完整的图像。

需要说明的是，为了清楚起见，图3D中仅示出了第一微透镜121输出的第一光线1111、第二光线1112、第三光线1113、第四光线1114和第五光线1115，根据实际应用需求，第一微透镜121还可以输出具有更多出射角度的多束准直光束(例如，第六光线、第七光线、第八光线等)，以在用户的视网膜上形成更多的像素点，由此可以提升显示图像的分辨率。

例如，图3D示出的显示装置100的出瞳直径H可以由设置在第一透镜层120边缘的第一微透镜121的最外侧光线(例如，第一微透镜121的第一光线1111以及第八透镜的第五光线1115)的出射角度以及用户的瞳孔与第一微透镜121的之间距离决定。例如，在用户的瞳孔位于图3D示出的显示装置100的出瞳中的情况下，用户可以看到完整的图像。

例如，通过设置显示阵列生成装置110并提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线111以用于实现多个扫描成像，可以增加显示装置100观看区域的距离范围(例如，用户的瞳孔于第一微透镜121的之间距离的范围和/或出瞳直径的数值)，进而，使得本公开实施例提供的显示装置100可以应用于平视显示系统中。

例如，显示阵列生成装置110的具体结构可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，下面结合图4A-图4D以及图5对显示阵列生成装置110的一种结构进行示例性的说明。

例如，显示阵列生成装置110可以包括光束分束元件140；光束分束元件140可以配置为将入射的单根光束分为多束准直光线111。例如，下面结合图4A-图4D对光束分束元件140的一种结构进行示例性的说明。

例如，如图4A所示，光束分束元件140可以具有相互垂直的入射侧面141和出射表面142。例如，根据实际应用需求，光束分束元件140还可以具有垂直于入射侧面141和出射表面142的第一侧面143，与入射面对置的第二侧面144以及与第一侧面143对置的第三侧面145。

例如，第一方向D1可以垂直于出射表面142，第二方向D2可以垂直于第一侧面143和第三侧面145，第三方向D3可以垂直于入射侧面141和第二侧面144，但本公开的实施例不限于此。例如，第一方向D1可以垂直于第二方向D2和第三方向D3，且第二方向D2可以垂直于第三方向D3，但本公开的实施例不限于此。

例如，如图4A和图4B所示，光束分束元件140可以包括第一部分反射部分透射面组151和第二部分反射部分透射面组152。例如，如图4A所示，第一部分反射部分透射面组151可以包括彼此平行的多个第一部分反射部分透射面153，第二部分反射部分透射面组152可以包括彼此平行的多个第二部分反射部分透射面154。

例如，如图4A所示，第一部分反射部分透射面组151和第二部分反射部分透射面组152可以彼此对置。例如，第一部分反射部分透射面组151和第二部分反射部分透射面组152“对置”，这是指第一部分反射部分透射面组151的用于反射准直光线的表面面对第二部分反射部分透射面组152的用于反射准直光线的表面设置，并不要求第一部分反射部分透射面组151平行于第二部分反射部分透射面组152。

例如，如图4A和图4B所示，每个第一部分反射部分透射面153与入射侧面141的夹角θ1可以为锐角(例如，每个第一部分反射部分透射面153的用于反射光线的表面与入射侧面141的夹角θ1可以为锐角)，每个第二部分反射部分透射面154与出射表面142的夹角θ2可以为锐角(例如，每个第二部分反射部分透射面154的用于反射光线的表面与出射表面142的夹角θ2可以为锐角)，由此可以实现第一部分反射部分透射面组151和第二部分反射部分透射面组152的对置，但本公开的实施例不限于此。

例如，每个第一部分反射部分透射面153与入射侧面141的夹角θ1可以为45度；由此可以在保证多束准直光线111的出射位置在出射表面142上均匀分布的情况下简化光束分束元件140的设计和制作工艺，但本公开的实施例不限于此。

例如，每个第二部分反射部分透射面154与出射表面142的夹角θ2可以为25度-35度，但本公开的实施例不限于此。又例如，第二部分反射部分透射面154与出射表面142的夹角θ2还可以为45度。

例如，第一部分反射部分透射面组151包括的第一部分反射部分透射面153的个数以及第二部分反射部分透射面组152包括的第二部分反射部分透射面154的个数可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例不限于图中示出的情形。例如，下面以第一部分反射部分透射面组151包括三个第一部分反射部分透射面153，第二部分反射部分透射面组152包括三个第二部分反射部分透射面154为例对图4A示出的光束分束元件140进行示例性的说明。

例如，如图4A所示，在单根准直光束入射到第一个第一部分反射部分透射面153上的情况下，单根准直光束被分束为第一反射光线和第一透射光线两束准直光线；上述第一透射光线将保持原来的传输方向继续向前传输，并入射到第二个第一部分反射部分透射面153和第三个第一部分反射部分透射面153上，由此分别形成第二反射光线和第三反射光线。

例如，如图4A所示，上述第一反射光线将入射到在第二方向D2上排布的三个第二部分反射部分透射面154上，并分别形成在第二方向D2上排布的三束第一子反射光线，且上述第一子三束反射光线从出射表面142出射；上述第二反射光线将入射到在第二方向D2上排布的三个第二部分反射部分透射面154上，并分别形成在第二方向D2上排布的三束第二子反射光线，且上述第二子三束反射光线从出射表面142出射；上述第三反射光线将入射到在第二方向D2上排布的三个第二部分反射部分透射面154上，并分别形成在第二方向D2上排布的三束第三子反射光线，且上述第三子三束反射光线从出射表面142出射。

例如，图4A示出的光束分束元件140可以将单根准直光束分束为3×3根准直光束，但本公开的实施例不限于此。例如，在第一部分反射部分透射面组151包括的第一部分反射部分透射面153的个数以及第二部分反射部分透射面组152包括的第二部分反射部分透射面154的个数分别为1024和768的情况下，光束分束元件140还可以将单根准直光束分束为1024×768根准直光束。

例如，每个第一部分反射部分透射面153可以垂直于出射表面142，每个第二部分反射部分透射面154可以垂直于入射侧面141，由此可以在保证多束准直光线111的出射位置在出射表面142上均匀分布的情况下简化光束分束元件140的设计和制作工艺。

例如，图4B示出了第一部分反射部分透射面组151和第二部分反射部分透射面组152在出射表面142上的正投影；图4C示出了第一部分反射部分透射面组151在第一侧面143上的正投影；图4D示出了第一部分反射部分透射面组151和第二部分反射部分透射面组152在入射侧面141上的正投影。

例如，如图4C所示，每个第一部分反射部分透射面153在第一侧面143上的正投影在第三方向D3上的对称轴155可以在第一方向D1上延伸，例如，如图4B所示，第二部分反射部分透射面组152在第二方向D2上的对称轴156可以在第三方向D3上延伸。

例如，相邻的第一部分反射部分透射面153在第一侧面143上的正投影的对称轴(在第三方向D3上的对称轴)155之间的间距L1可以不为零且小于8毫米，相邻的第二部分反射部分透射面154在出射表面142上的正投影的对称轴(在第二方向D2上的对称轴)156之间的间距L2可以不为零且小于8毫米。

例如，光束分束元件140输出的多束准直光线111可以与第一透镜层120的多个第一微透镜121一一对应。例如，每个第一微透镜121在出射表面142上的正投影在第二方向D2的对称轴可以与对应的第二部分反射部分透射面154在出射表面142上的正投影的对称轴156重合，并且每个第一微透镜121在第一侧面143的正投影在第三方向D3的对称轴可以与对应的第一部分反射部分透射面153在第一侧面143上的正投影的对称轴155重合。

例如，人眼的瞳孔直径通常小于8毫米。例如，通过将L1和L2的取值限制为8毫米以下，可以降低相邻的第一微透镜121的中心(或光轴)之间间距，并使得用户的瞳孔在出瞳的任一位置处均能接收到第一微透镜121输出的朝向各个方向的准直光线，由此使得用户可以观看到完整的图像。

例如，如图4C和图4B所示，相邻的第一部分反射部分透射面153在第一侧面143上的正投影的边缘可以彼此相接，相邻的第二部分反射部分透射面154在出射表面142上的正投影的边缘可以彼此相接。此种设置可以在保证用户能够观看到完整的图像的情况下增加第一微透镜121的尺寸，由此可以在显示一帧图像的时间段内增加每个第一微透镜121输出的准直光线的传输角度的个数和/或增加角度相邻的准直光线之间的角向间距，进而可以增加显示图像的分辨率和/或清晰度。

例如，图4C示出的第一部分反射部分透射面组151在第一侧面143上的正投影与入射侧面141和第二侧面144的间距仅为示例；例如，根据实际应用需求，第一部分反射部分透射面组151在第一侧面143上的正投影的两个边缘还可以分别与入射侧面141和第二侧面144相接。例如，图4B示出的第二部分反射部分透射面组152在出射表面142上的正投影与第三侧面145的间距仅为示例；例如，根据实际应用需求，第二部分反射部分透射面组152在出射表面142上的正投影可以与第三侧面145间隔设置。

例如，多个第一部分反射部分透射面153的反射率可以依次增加，且靠近第二侧面144的第一部分反射部分透射面153的反射率可以大于靠近入射面的第一部分反射部分透射面153的反射率；例如，多个第二部分反射部分透射面154的反射率可以依次增加，且靠近第三侧面145的第二部分反射部分透射面154的反射率大于靠近第一侧面143的第二部分反射部分透射面154的反射率；在此种情况下，可以提升光束分束元件140输出的多束准直光线111的光强的均匀性，由此可以提升显示图像的质量。

例如，相对于入射侧面141的第n个第一部分反射部分透射面153的反射率可以为1/(N+1-n)，此处，N为第一部分反射部分中第一部分反射部分透射面153的个数，多个第二部分反射部分透射面154的反射率例如不小于75％，由此可以进一步地提升光束分束元件140输出的多束准直光线111的光强的均匀性以及显示图像的质量。

例如，第一部分反射部分透射面153和第二部分反射部分透射面154可以采用多层介质膜，该多层介质膜可以通过蒸镀等成膜方法，使用例如不同折射率的介质材料在透明玻璃材料或/和透明晶体材料等透明材料上形成。例如，透明玻璃材料或/和透明晶体材料的形状可以根据实际应用需求进行设置，本公开的实施例对此不做具体限定。

例如，透明玻璃材料或/和透明晶体材料的形状可以为多种形状和多种尺寸的棱柱(例如，三棱柱、四棱柱，其正投影可以为直角三角型、平行四边形和直角梯形等)。例如，上述棱柱的至少一个表面可以形成有第一部分反射部分透射面153和/或第二部分反射部分透射面154，并且上述棱柱相互贴合后可以形成长方体；在此种情况下，入射侧面141、出射表面142、第一侧面143、第二侧面144和第三侧面145可以是真实存在的平面。

例如，透明玻璃材料或/和透明晶体材料的形状可以为板状(例如，矩形平板)，形成有第一部分反射部分透射面153的矩形平板之间可以相互平行，形成有第二部分反射部分透射面154的矩形平板之间可以相互平行；此时，入射侧面141、出射表面142、第一侧面143、第二侧面144和第三侧面145可以是虚拟的平面。

例如，光束分束元件140还可以配置为基于单根光束的入射位置使得多束准直光线111的出射位置整体平移。例如，如图4A所示，在单根准直光束的入射位置在第二方向D2上移动的情况下，该单根准直光束入射到多个第一部分反射部分透射面153的位置在第一侧面143上的正投影在第三方向D3上移动，由此可以使得多束准直光线111的出射位置在第三方向D3上整体平移。例如，如图4A所示，在单根准直光束的入射位置在第一方向D1上移动的情况下，第一反射光线、第二反射光线和第三反射光线入射到第二部分反射部分透射面154的位置在出射表面142上的正投影在第二方向D2上移动，由此可以使得多束准直光线111的出射位置在第二方向D2上整体平移。因此，通过使得单根光束的入射位置在第一方向D1和第二方向D2上移动，可以使得多束准直光线111的出射位置在第三方向D3和第二方向D2上整体平移，也即，光束分束元件140可以基于单根光束的入射位置使得多束准直光线111的出射位置整体平移。

例如，通过在显示阵列生成装置110中设置光束分束元件140，不仅可以将入射的单根光束分为多束准直光线111，而且还可以基于单根光束的入射位置使得多束准直光线111的出射位置整体平移。由此，该显示阵列生成装置110不仅可以避免设置多个准直光源以及多个光束平移元件(例如，由角度可调节的反射镜162和第二微透镜161形成的光束平移元件)，而且还可以避免设置用于多个准直光源以及多个光束平移元件同步的同步装置，进而可以降低显示阵列生成装置110的尺寸、重量和成本。

例如，如图5所示，根据实际应用需求，显示阵列生成装置110还可以包括第二微透镜161(例如，一个第二微透镜161)。例如，第二微透镜161可以为准直透镜。例如，第二微透镜161可以与入射侧面141对置，且可以配置为在不同时刻接收不同入射角度的准直光线。例如，上述不同入射角度的准直光线可以在不同时刻均经过相同的点(例如，均经过第二微透镜161的物方焦点)，且入射到第二微透镜161的不同位置处；在此种情况下，第二微透镜161可以使得具有不同入射角度的准直光线具有相同的出射角度以及不同的出射位置，由此使得第二微透镜161输出的光束可以在不同的时刻以相同的角度入射到光束分束元件140的入射侧面141上的不同位置上，进而使得光束分束元件140输出的多束准直光线111的出射位置可以在第二方向D2和第三方向D3上整体平移。

例如，根据实际应用需求，第二微透镜161的通光孔径(或直径)可以等于或大于光束分束元件在第一方向D1上的厚度，由此可以使得入射到入射侧面的单根光束在第一方向D1上的移动距离可以等于或大于光束分束元件在第一方向D1上的厚度。

需要说明的是，本公开的实施例提供的第二微透镜161不限于图5示出的平凸透镜，根据实际应用需求，第一微透镜121还可以为双凸透镜、全息微透镜、非球面透镜、自由曲面透镜等，本公开的实施例对此不做具体限定。

例如，如图5所示，显示阵列生成装置110还可以包括角度可调节的反射镜162。例如，角度可调节的反射镜162可以包括基于微型机电系统制作的角度可调节的反射镜(也即，MEMS反射镜)。例如，角度可调节的反射镜162可以配置为使得入射其上的准直光束在不同时刻以不同的角度入射到第二微透镜161的不同位置处。

例如，在受到显示信号的驱动下，角度可调节的反射镜162的反射面可以在不同时刻转动到不同的预定位置处，由此可以使得入射到角度可调节的反射镜162上的准直光线在不同的时刻具有不同的出射角度(相对于第二微透镜161的光轴)，并因此使得角度可调节的反射镜162输出的准直光线可以在不同时刻以不同的入射角度入射到第二微透镜161的不同位置，进而可以使得光束分束元件140输出的多束准直光线111在不同的时刻入射到第一微透镜121不同位置上，并在用户的视网膜上形成图像的不同的像素点。例如，角度可调节的反射镜162的反射面与第二微透镜161的光轴的夹角可以具有连续调节的能力，由此可以保证角度可调节的反射镜162的反射面能够转动到预定的位置。

例如，如图5所示，显示阵列生成装置110还可以包括准直光源163。例如，准直光源163作为显示用光源，可以配置为提供准直光束，准直光源163例如可以包括单色光源(例如红、绿或蓝单色光)或者白光光源等。例如，准直光源163提供的准直光束可以具有完全相同的传输角度，但本公开的实施例不限于此。例如，准直光源163提供的准直光束还可以具有微小的发散角，准直光束的发散角例如可以为小于1度的任意数值，但本公开的实施例不限于此。例如，准直光源163可以包括激光器(例如，激光二极管)，但本公开的实施例不限于此。

例如，在准直光源163包括激光二极管的情况下，可以通过改变激光二级管的驱动电流来改变激光二极管输出的光线强度，由此可以使得显示图像的不同像素具有不同的灰度(例如，预定的灰度)，但本公开的实施例不限于此。又例如，根据实际应用需求，显示阵列生成装置110还可以包括外调制器164，该外调制器164可以设置在准直光源163的出光侧，以调节入射到第二微透镜161上的准直光束的光强，由此可以使得显示图像的不同像素具有不同的灰度。

下面结合图5-图7以及图8A和图8B具体阐述第一透镜层120的设置方式。

例如，如图5和图6所示，第一透镜层120可以叠置在光束分束元件140的出光表面上且与光束分束元件140的出光表面直接接触，但本公开的实施例不限于此。例如，每个第一微透镜121的形状可以为矩形平板；且矩形平板的两个相邻的边的长度分别等于Ln和Lm；此处，Ln为第一部分反射部分透射面153在第一侧面143上的正投影在第三方向D3(也即，多个第一部分反射部分透射面153排布方向)上的尺寸，Lm为第二部分反射部分透射面154在出射表面142上的正投影在多个在第二方向D2上(也即，第二部分反射部分透射面154排布方向上)的尺寸。

例如，每个第一微透镜121可以为聚焦透镜。例如，每个第一微透镜121可以为全息透镜(例如，全息微透镜)。例如，全息透镜的制作方法可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，下面结合图8A对全息透镜的一种制作方法做示例性的说明。例如，如图8A所示，可以使用点光源输出的光线(物光)照射感光基板的一侧表面，与此同时，使用平行光作为参考光照射感光基板的另一侧表面，由此感光基板可以记录下点光源和参考光的干涉图样，并获得包括点光源振幅信息和相位信息的全息图，也即，全息透镜。

例如，如图8B所示，在物方使用平行光束(例如，与参考光相同的平行光束)照射到获得的全息透镜上的情况下，全息透镜可以在像方(像方焦点处)重现点光源的像，因此，图8B示出的全息透镜具有聚焦功能。

例如，在采用全息透镜作为第一微透镜121的情况下，当多束准直光线111分别照射到对应的第一微透镜121上时，多个第一微透镜121会分别对多束准直光线111进行聚焦，并使其分别穿过对应的焦点，以分别形成显示图像的一个像素点。例如，在另一时刻，在多束准直光线111的入射位置在第一透镜层120上整体平移时，多个第一微透镜121会分别对多束准直光线111进行聚焦，并使其分别穿过对应的焦点，以分别形成显示图像的另一个像素点。

例如，如图7所示，全息微透镜的工作角度α与第二部分反射部分透射面154与出射表面142的夹角θ(也即，θ2)满足2×θ+α＝90°，但本公开的实施例不限于此。例如，全息微透镜的工作角度α(也即，光线的入射角度与全息微透镜的法线方向t的夹角)可以为20度-40度(例如，25度-35度)，对应地，第二部分反射部分透射面154与出射表面142的夹角θ可以为25度-35度，但本公开的实施例不限于此。

例如，全息微透镜对于入射角度位于工作角度之外的光线不具有聚焦作用，因此，人眼可以透视全息微透镜阵列。例如，如图6所示，在第一微透镜121为全息微透镜时，人眼可以在第一透镜层120的下表面看到位于第一透镜层120的上表面的远离第一透镜层120的下表面一侧的物体，由此可以使得本公开的实施例提供的显示装置100能够应用在平视显示系统以及增强现实显示系统中。

例如，下面结合图9对显示阵列生成装置110的另一种结构进行示例性的说明。例如，如图9所示，该显示阵列生成装置110包括反射镜阵列和第二透镜层160。例如，如图9所示，反射镜阵列可以与第一透镜层120对置，且包括阵列排布的角度可调节的反射镜162，第二透镜层160可以设置在反射镜阵列和第一透镜层120之间且包括阵列排布的第二微透镜161。例如，为清楚起见，图9示出的显示阵列生成装置110仅示出了两个第二微透镜161以及两个角度可调节的反射镜162，但本公开的实施例不限于此。

例如，如图9所示，根据实际应用需求，显示阵列生成装置110还可以包括多个准直光源163和多个外调制器164，准直光源163和外调制器164的个数可以分别等于第二透镜层160中第二微透镜161的个数以及第一透镜层120中第一微透镜121的个数。例如，准直光源163和外调制器164的设置方式可以参见图5示出的实施例，在此不再赘述。

例如，角度可调节的反射镜162可以包括基于微型机电系统的反射镜(也即，MEMS反射镜)。例如，每个第二微透镜161的光轴可以穿过对应的角度可调节的反射镜162的中心，且角度可调节的反射镜162的反射面与对应的第二微透镜161的光轴的交点可以为对应的第二微透镜161的焦点，但本公开的实施例不限于此。例如，准直光源163提供的准直光线入射到角度可调节的反射镜162的反射面的入射点也可以为对应的第二微透镜161的焦点，但本公开的实施例不限于此。

例如，在显示信号的驱动下，在任一时刻，多个角度可调节的反射镜162的反射面可以具有相同的预定位置，并可以使得入射到多个角度可调节的反射镜162的反射面上的多束光线(例如，准直光线)以相同的角度入射到对应的第二微透镜161的相同位置上，由此可以提供多束准直光线111，并使得多束准直光线111以相同的角度入射到对应的第一微透镜121的相同位置上，进而多个第一微透镜121可以输出具有相同的传输方向的多束光线(例如，准直光线)，并使得多束光线(例如，准直光线)分别穿过对应的第一微透镜121的像方焦点，上述第一微透镜121输出的具有相同的传输方向的多束光线(例如，准直光线)对应于显示图像的同一像素点。

例如，在显示信号的驱动下，每个角度可调节的反射镜162的反射面可以在不同时刻转动到不同的预定位置处，由此可以使得入射到对应的角度可调节的反射镜162上的多束光线(例如，准直光线)在不同的时刻具有不同的出射角度(相对于第二微透镜的光轴165)，并因此使得多束光线(例如，准直光线)可以在不同时刻入射到对应的第二微透镜161的不同位置，进而可以使得第二透镜层160输出的多束准直光线111可以在不同的时刻入射到对应的第一微透镜121的不同位置上，进而多个第一微透镜121可以使得输出的具有相同的传输方向的多束光线(例如，准直光线)的出射方向改变，该出射方向改变的多束光线(例如，准直光线)对应于显示图像的另一像素点。例如，通过设置反射镜阵列和第二透镜层160，可以使得显示阵列生成装置110提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线111，由此可以增加显示装置100观看区的距离范围(例如，用户的瞳孔于第一微透镜121的之间距离的范围和/或出瞳直径的数值)，进而使其可以应用到平视显示系统中。

本公开的至少一个实施例又提供了一种车载显示系统和交通工具。例如，图10示出了本公开的至少一个实施例提供的车载显示系统200和交通工具300的示例性框图。例如，如图10所示，该车载显示系统200包括本公开的实施例提供的任一显示装置100，该交通工具300可以包括本公开的实施例提供的任一显示装置100或任一车载平视显示系统200。该交通工具例如可以汽车、船、火车等，可以在交通工具的驾驶室或驾驶舱中布置上述车载平视显示系统。

需要说明的是，对于该显示装置100、车载平视显示系统200和交通工具300的其它必不可少的组成部分(例如，信号编码/解码电路、电源等)可以采用适用的常规部件，这些均是本领域的普通技术人员所应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图中，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)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方式，对本公开作了详尽的描述，但在本公开实施例基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (12)

1.一种显示装置，包括：显示阵列生成装置和第一透镜层，其中，

所述显示阵列生成装置配置为提供彼此平行且相互间隔的多束准直光线；

所述第一透镜层设置在所述显示阵列生成装置的出光侧，包括阵列排布的多个第一微透镜，且配置为接收所述多束准直光线；

所述多束准直光线和所述多个第一微透镜对应以分别实现多个扫描成像；

所述显示阵列生成装置包括光束分束元件；

所述光束分束元件配置为接收单根光束；

所述光束分束元件还配置为将入射的所述单根光束分为所述多束准直光线，且配置为基于所述单根光束的入射位置使得所述多束准直光线的出射位置整体平移；

所述显示阵列生成装置还被配置为使得，在显示一帧图像的时间内，所述多束准直光线的每束准直光线入射到对应的第一微透镜上的位置的个数以及从所述对应的第一微透镜出射的光线的角度的个数均等于所述显示装置显示的图像具有的像素点个数；

所述显示阵列生成装置还包括第二微透镜；

所述第二微透镜与所述入射侧面对置，且配置为在不同时刻接收不同入射角度的光线，并配置为使得所述不同入射角度的光线以相同的角度入射到所述光束分束元件的入射侧面上；

所述显示阵列生成装置还包括准直光源和角度可调节的反射镜；

所述准直光源配置为提供准直光束；

所述角度可调节的反射镜配置为使得所述准直光束在不同时刻以不同的角度入射到所述第二微透镜的不同位置处。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，

所述光束分束元件具有相互垂直的入射侧面和出射表面，且包括对置的第一部分反射部分透射面组和第二部分反射部分透射面组；

所述第一部分反射部分透射面组包括彼此平行的多个第一部分反射部分透射面，其中，每个所述第一部分反射部分透射面垂直于所述出射表面，且与所述入射侧面的夹角为锐角；以及

所述第二部分反射部分透射面组包括彼此平行的多个第二部分反射部分透射面，其中，每个所述第二部分反射部分透射面垂直于所述入射侧面，且与所述出射表面的夹角为锐角。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，

所述光束分束元件还具有垂直于所述入射侧面和所述出射表面的第一侧面；

相邻的所述第一部分反射部分透射面在所述第一侧面上的正投影的对称轴之间的间距不为零且小于8毫米；以及

相邻的所述第二部分反射部分透射面在所述出射表面上的正投影的对称轴之间的间距不为零且小于8毫米。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其中，

相邻的所述第一部分反射部分透射面在所述第一侧面上的正投影的边缘彼此相接；以及

相邻的所述第二部分反射部分透射面在所述出射表面上的正投影的边缘彼此相接。

5.根据权利要求2所述的显示装置，其中，

所述光束分束元件还具有垂直于所述入射侧面和所述出射表面的第一侧面，与所述入射面对置的第二侧面以及与所述第一侧面对置的第三侧面；

所述多个第一部分反射部分透射面的反射率依次增加，且靠近所述第二侧面的所述第一部分反射部分透射面的反射率大于靠近所述入射面的所述第一部分反射部分透射面的反射率；以及

所述多个第二部分反射部分透射面的反射率依次增加，且靠近所述第三侧面的所述第二部分反射部分透射面的反射率大于靠近所述第一侧面的所述第二部分反射部分透射面的反射率。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其中，

所述多个第二部分反射部分透射面的反射率不小于75％；以及

相对于所述入射侧面的第n个所述第一部分反射部分透射面的反射率为1/(N+1-n)，其中，N为所述第一部分反射部分中所述第一部分反射部分透射面的个数。

7.根据权利要求2所述的显示装置，其中，

每个所述第一部分反射部分透射面与所述入射侧面的夹角为45度；以及

每个所述第二部分反射部分透射面与所述出射表面的夹角为25度-35度。

8.根据权利要求2-7任一所述的显示装置，其中，

每个所述第一微透镜为全息微透镜。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其中，

所述全息微透镜的工作角度α与所述第二部分反射部分透射面与所述出射表面的夹角θ满足2×θ+α＝90°。

10.根据权利要求1所述的显示装置，其中，

所述准直光源包括激光器；以及

所述角度可调节的反射镜包括基于微型机电系统的反射镜。

11.根据权利要求1所述的显示装置，其中，

所述显示阵列生成装置包括反射镜阵列和第二透镜层；

所述反射镜阵列与所述第一透镜层对置，且包括阵列排布的角度可调节的反射镜；以及

所述第二透镜层设置在所述反射镜阵列和所述第一透镜层之间且包括阵列排布的第二微透镜。

12.一种交通工具，包括根据权利要求1-11所述的显示装置。

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