CN115097636B - 一种平视显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学显示技术，具体公开了一种平视显示器，包括：用于输出投影光线的投影光机；设置在投影光机的输出光路上的全息光栅阵列；全息光栅阵列包括沿投影光机的输出光路上依次设置的多个全息光栅；以及用于对全息光栅阵列衍射的投影光线反射输出的反射镜；其中，投影光机输出的投影光线依次入射至每个全息光栅；各个全息光栅对入射的投影光线产生设定比例的衍射光线和透射光线；衍射光线入射至反射镜，透射光线入射下一全息光栅；每个全息光栅的设定比例不完全相同，且最后一个全息光栅对入射的投影光线全部衍射。本申请中的平视显示器能够在一定程度上实现投影画面的扩瞳，有利于更清楚的展示驾驶信息等内容，促进平视显示器的广泛应用。

Description

一种平视显示器

技术领域

本发明涉及光学显示技术领域，特别是涉及一种平视显示器。

背景技术

平视显示器可以用于飞机、汽车等驾驶过程中的驾驶信息的投影，其是将速度、方向、车辆状态等驾驶信息以投影的方式投射于驾驶室的前挡风玻璃上，并通过挡风玻璃的反射作用入射至驾驶员眼中，给驾驶员带来一种驾驶信息在其驾驶的正前方显影的视觉感受，使得驾驶员在驾驶过程中，可以在透过挡风玻璃观察到外部驾驶环境又可以同时获知驾驶信息，在一定程度上提升驾驶员驾驶操作的安全性。

但驾驶员在通过投影画面获知驾驶信息的过程中，但如果平视显示器所输出的投影光线所对应的眼盒过小，驾驶员需要眼睛在特定区域才能接受到该投影光线，一旦驾驶员移动头部位置，也就无法观看到包含驾驶信息的投影画面；显然这在一定程度上增加了驾驶员观看驾驶信息的难度，也对平视显示器的应用产生限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种平视显示器，能在一定程度上提升平视显示器输出的投影光线的发散角，有利于平视显示器的广泛应用。

为解决上述技术问题，本发明提供一种平视显示器，包括：

用于输出投影光线的投影光机；

设置在所述投影光机的输出光路上的全息光栅阵列；所述全息光栅阵列包括沿所述投影光机的输出光路上依次设置的多个全息光栅；

以及用于对所述全息光栅阵列衍射的投影光线反射输出的反射镜；

其中，各个所述全息光栅用于对入射的投影光线产生设定比例的衍射光线和透射光线；每个所述全息光栅的衍射光线入射至所述反射镜，透射光线入射至光路中相邻的下一全息光栅；每个所述全息光栅对应的所述设定比例不完全相同，且所述全息光栅阵列沿光路方向的最后一个全息光栅对入射的投影光线全部衍射。

可选地，所述全息光栅阵列中每个所述全息光栅分别用于将对应的特定波段范围内的投影光线进行衍射其他波段范围内的光线进行透射，且每个所述全息光栅对应的特定波段范围各不相同。

可选地，还包括设置在所述投影光机和所述反射镜之间的光路上的矫正光学元件。

可选地，所述矫正光学元件为反射元件或衍射元件，且设置在所述全息光栅阵列背离所述投影光机的一侧；

其中，所述矫正光学元件用于将所述投影光机输出并经过所述全息光栅阵列透射的投影光线进行反射或衍射，并入射至所述全息光栅阵列，以便各个所述全息光栅依次将所述投影光线衍射至所述反射镜。

可选地，所述矫正光学元件为平面反射镜、反射式体全息光栅、自由曲面反射镜中的任意一种光学元件。

可选地，所述全息光栅阵列包括第一全息光栅阵列和第二全息光栅阵列；

其中，所述第一全息光栅阵列包括依次设置在所述投影光机的输出光路上的多个第一全息光栅；所述第二全息光栅阵列包括多个依次设置在所述第一全息光栅阵列的衍射输出光路上的第二全息光栅；且所述第一全息光栅阵列所在直线和所述第二全息光栅阵列所在直线不重合或平行；

每个所述第一全息光栅用于对所述投影光机输出的投影光线进行部分衍射和部分透射，且输出的衍射光线均依次经过各个所述第二全息光栅，并通过每个所述第二全息光栅依次进行部分透射和部分衍射，并将衍射光线入射至所述反射镜。

可选地，各个所述第一全息光栅分别用于将对应的特定波段范围内的投影光线进行衍射其他波段范围内的光线进行透射；各个所述第二全息光栅阵列用于对各个所述第一全息光栅分别衍射入射的不同波段范围的投影光线均按照对应的设定比例进行衍射和透射。

可选地，所述第二全息光栅阵列背离所述第一全息光栅阵列的一侧设置有矫正光学元件；

其中，所述矫正光学元件用于当所述投影光线输出的投影光线经过所述第一全息光栅阵列衍射至所述第二全息光栅阵列，并从所述第二全息光栅阵列透射入射至所述矫正光学元件，对入射的光线进行反射或衍射至所述第二全息光栅阵列。

可选地，在所述投影光机和所述全息光栅阵列之间还设置有对所述投影光机输出的投影光线进行一维扩瞳的光波导；

所述投影光机输出的投影光线经过所述光波导一维扩瞳后入射至所述全息光栅阵列。

可选地，在所述全息光栅阵列和所述反射镜之间还设置有偏振器和PVG元件；

所述PVG元件用于将每个所述全息光栅输出的光线经过所述偏振器调制形成的线偏振光进行衍射并向所述反射镜以三个不同方向输出的一路左旋偏振光、一路透射偏振光和一路右旋偏振光。

可选地，所述全息光栅包括波导元件和设置在所述波导元件上的全息光栅膜。

本发明所提供的一种平视显示器，包括：用于输出投影光线的投影光机；设置在投影光机的输出光路上的全息光栅阵列；全息光栅阵列包括沿投影光机的输出光路上依次设置的多个全息光栅；以及用于对全息光栅阵列衍射的投影光线反射输出的反射镜；其中，投影光机输出的投影光线依次入射至每个全息光栅；各个全息光栅对入射的投影光线产生设定比例的衍射光线和透射光线；每个全息光栅的衍射光线入射至反射镜，透射光线入射至光路中相邻的下一全息光栅；每个全息光栅对应的设定比例不完全相同，且最后一个全息光栅对入射的投影光线全部衍射。

本申请的平视显示器中在投影光机的输出光路上设置多个全息光栅形成的全息光栅阵列，利用各个全息光栅依次对投影光线进行部分透射部分衍射，从而使得该投影光线依次从各个不同的全息光栅衍射入射至反射镜上不同位置并最终反射至人眼，实现投影光线的扩瞳，由此使得该投影光线的发散角增大，从而增大该投影光线对应的眼盒；在此基础上，还利用各个全息光栅对投影光线进行衍射和透射的比例可以各不相同，由此实现投影画面不同位置的亮度的合理分配，从而在一定程度上提升整个投影画面的显示效果。

综上所述，本申请中的平视显示器能够在一定程度上实现投影画面的扩瞳，从而增大投影光线入射到人眼的眼盒，降低驾驶员敢看驾驶信息的投影画面的难度，促进平视显示器的广泛应用。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的平视显示器的第一种光路结构示意图;

图2为本申请实施例提供的平视显示器的第二种光路结构示意图;

图3为本申请实施例提供的平视显示器的第三种光路结构示意图;

图4为本申请实施例提供的平视显示器的第四种光路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的平视显示器的第五种光路结构示意图。

具体实施方式

在平视显示器应用于驾驶技术中，其是利用投影光机输出带有驾驶信息等投影画面在挡风玻璃上，通过挡风玻璃反射于人眼；但投影光机中的图像源输出的投影光线的发散角较小，进而导致最终输入至人眼中的投影光线的眼盒较小；当该平视显示器用于投影显示驾驶信息时，就要求驾驶员眼睛处于特定区域，但驾驶员驾驶过程中，不可能完全保持姿态完全不动，也就使得驾驶员观看驾驶信息的难度增大。

而要实现投影光机输出的投影光线的发散角扩展，需要在投影光机的输出光路上增加扩展屏和多个大尺寸的光学投影反复对投影光线进行扩束；但在驾驶室内按照该平视显示器的空间尺寸受限，也就导致平视显示器输出的投影光线的扩束受限。

显然这也在一定程度上影响利用平视显示器对驾驶信息的显示产生影响，进而影响平视显示器的广泛应用。

为此，本申请提出了一种能够在一定程度上实现对平视显示器输出的投影画面进行二维扩瞳的技术方案。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3、图4所示，图1为本申请实施例提供的平视显示器的第一种光路结构示意图，图2为本申请实施例提供的平视显示器的第二种光路结构示意图，图3为本申请实施例提供的平视显示器的第三种光路结构示意图，图4为本申请实施例提供的平视显示器的第四种光路结构示意图；图5为本申请实施例提供的平视显示器的第五种光路结构示意图。

需要说明的是，上述各个附图中仅仅是大致显示出平视显示器的光线传输方向，图中各个入射光线与衍射光线以及反射光线之间的夹角对应关系并不严格满足衍射定律和反射定律中的夹角关系，因此，不应当以图中所示出的夹角来理解本申请的技术方案或进行范围限定。以及图中的各个全息光栅在图中为相互平行的，在实际应用中，各个全息光栅之间并不必然相互平行，对此，本申请的后续实施例中不再详细赘述。

在本申请的一种可选地实施例中，该平视显示器可以包括：

用于输出投影光线的投影光机1；

设置在投影光机1的输出光路上的全息光栅阵列20；全息光栅阵列20包括沿投影光机1的输出光路上依次设置的多个全息光栅；

以及用于对全息光栅阵列20衍射的投影光线反射输出的反射镜3；

其中，各个全息光栅用于对入射的投影光线产生设定比例的衍射光线和透射光线；每个全息光栅的衍射光线入射至反射镜3，透射光线入射至光路中相邻的下一全息光栅；每个全息光栅对应的设定比例不完全相同，且全息光栅阵列20沿光路方向的最后一个全息光栅对入射的投影光线全部衍射。

需要说明的是，本申请中的投影光机1可以是LED、OLED、Mini-LED、Micro-LED、L-COS等类型的光源器件，用于为显示光学系统提供图像源。

此外，本实施例中的反射镜3主要是用于将投影光线反射至人眼光学元件，当该平视显示器用于驾驶中时，该反射镜3也即可以是挡风玻璃。可以理解的是，当该反射镜3为挡风玻璃时，其既需要对投影光线进行反射或衍射至人眼又需要对驾驶室外部环境的自然光线进行透射入射至人眼；为此，可以进一步地在该反射镜3上设置增透增反膜或全息膜，可以在一定程度上增加对投影光线的利用率，从而提高平视显示器的显示效果。

本实施例的全息光栅阵列20中各个全息光栅为可实现投影光线衍射的光栅元件，具体结构可以包括波导元件以及设置在波导元件上的全息光栅膜，也可以是两片较薄的波导元件之间贴合设置有一层全息光栅膜，只要最终能够满足本申请中对投影光线的衍射需求即可。

以图1所示的实施例为例，投影光机1输出的投影光线入射至全息光栅阵列20，该全息光栅阵列20中包括三个全息光栅，投影光线首先入射到距离投影光机1最近的全息光栅一201，全息光栅一201对该投影光线产生部分衍射和部分透射进而输出衍射光线和透射光线，衍射光线入射至反射镜3，而透射光线则入射至和全息光栅一201相邻的全息光栅二202，该全息光栅二202同样对入射的透射光线进行部分衍射部分和部分透射，输出的衍射光线同样入射至反射镜3，而透射光线则入射至全息光栅三203，因为该全息光栅三203为全息光栅阵列20中的最后一个全息光栅，因此全息光栅三203对从全息光栅二202透射过来的投影光线的衍射效率可以设置为100%，也即是完全发生衍射，进而在最大程度上对投影光线进行利用。

可以理解的是，对于全息光栅三203对入射的投影光线完全衍射，并不要求严格意义上的完全衍射，而是只对光线的衍射率接近百分百或者说反射或透射的光线基本上可以忽略不计，总之，达到目前全息光栅所能够达到的最大衍射率即可。

基于图1所示的实施例，通过全息光栅阵列20中不同的全息光栅分别依次对投影光线进行衍射，实现同一路投影光线分成多路衍射光线依次衍射至反射镜3上不同位置，最终反射至人眼，从而实现投影光线的扩散输出，降低人眼对平视显示器的投影画面的获取难度。

相对于凹透镜或凸透镜等传统的几何光学元件而言，在实现投影画面同等效果的扩大的基础上，所要使用的全息光栅的尺寸远小于几何光学元件的尺寸，从而在一定程度上突破安装空间对平视显示器输出的投影画面尺寸的限制。

此外，对于全息光栅阵列20而言，每个全息光栅对投影光线的衍射效率可以均设置不同，具体可以合理设置各个全息光栅和入射光线之间夹角、每个全息光栅的光栅矢量，以及光栅厚度的调节等，以实现每个全息光栅对衍射效率的控制。

以图1所示的实施例为例，当投影光线入射至全息光栅一201时，可以设定全息光栅一201对投影光线的衍射和透射的光线能量比为1：2，而全息光栅二202对全息光栅一201透射的投影光线进行衍射和透射的光线能量比例可以设置为1：1；全息光栅三203对全息光栅二202透射的投影光线完全衍射，也就可以实现全息光栅一201、全息光栅二202以及全息光栅三203对投影光机1输出的投影光线分别衍射的光线能量比为1：1：1；那么当投影光线经过三个全息光栅分别输出至反射镜3上不同位置时，因为三路衍射光线的能量均衡，即可在一定程度上保证投影画面不同位置的亮度的均匀性，从而保证了投影画面的清晰度。

当然，在实际应用中，全息光栅阵列20中各个全息光栅对投影光线具有不同的衍射和透射比例的基础上，还可以进一步地针对不同波段范围的投影光线，各个全息光栅的衍射和透射的比例各不相同。

以图1所示的实施例中，投影光机1输出的投影光线入射至全息光栅一201，该全息光栅一201对红色波段范围内的投影光线完全衍射，而对其他衍射波段范围内的投影光线完全透射；由此，该全息光栅一201即可将投影光线中的红色光线完全衍射至反射镜3，而其他波段范围的光线透射入射至全息光栅二202，全息光栅二202则可以对绿色光线完全衍射而对其余波段范围的光线透射；显然经过全息光栅二202对投影光线中的绿色光线衍射至反射镜3之后，即可将剩余的蓝色光线透射至全息光栅三203，而全息光栅三203则可以对蓝色波段范围的光线实现完全衍射，由此即可实现投影光线中三种不同颜色波段范围的光线分区域的投射于反射镜3上。例如当该平视显示器应用于驾驶环境中，可以按照不同的驾驶信息类别按照不同颜色的光线分别投影显示于挡风玻璃上的不同位置，在一定程度上实现驾驶信息的分区域、分颜色的显示，例如以红色作为告警信息或关键信息的显示颜色，驾驶员即可快速方便的捕捉到该告警信息或关键信息，以及时的做出相应的反应。

当然，图1仅仅为本申请示出的一种可选地实施例，在实际应用中，全息光栅阵列20中全息光栅的数量并不仅限于三个，还可以包括四个或者更多个，且例如可以考虑设定不同颜色的数据信息在整个投影画面中的尺寸占比也不相同，例如可以将红色波段的光线分别由三个全息光栅分别各衍射三分之一的光能量，而蓝色波段范围的光线则通过两个全息光栅各衍射一半的光能量，以及绿色波段范围的光线则由一个全息光栅完全衍射，进而使得红色波段形光线在反射镜上投影显示的画面尺寸占比最大，而绿色波段光线投影显示的画面尺寸占比最小。

此外，在各个全息光栅分别用于衍射不同波段范围的光线的实施例中，各个全息光栅分别对应的衍射波段范围可以存在部分重合。

在本申请的另一可选地实施例中，进一步地考虑到投影光线在经过全息光栅阵列20的衍射以及反射镜3的反射过程中，可能会引起投影画面的畸变，为了保证该平视显示器的显示效果，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地在投影光机1和反射镜3之间的光路上设置矫正光学元件4，用于消除因全息光栅阵列20和反射镜3引入的畸变或像差。

可选地，该矫正光学元件4可以是衍射元件或反射元件。

在本申请的一种可选地实施例中，矫正光学元件4为反射元件或衍射元件，且设置在全息光栅阵列20背离投影光机1的一侧；

其中，矫正光学元件4用于将投影光机1输出并经过全息光栅阵列20透射的投影光线进行反射或衍射，并入射至全息光栅阵列20，以便各个全息光栅依次将投影光线衍射至反射镜3。

参照图2，在图2所示的实施例中，投影光机1输出的投影光线入射至全息光栅阵列20，并依次通过各个全息光栅完全透射之后入射至矫正光学元件4，该矫正光学元件4发生反射或者是衍射，并将该投影光线再次入射至全息光栅阵列20，首先入射至全息光栅阵列20中的全息光栅三203，该全息光栅三203对该投影光线进行部分衍射和部分透射，衍射光线入射至反射镜3而透射光线则入射至全息光栅二202，入射至全息光栅二202的投影光线同样发生部分衍射和部分透射，衍射光线入射至反射镜3，而透射光线入射至全息光栅一201，全息光栅一201对入射的光线完全衍射至反射镜3，进而在实现投影画面的畸变矫正的基础上实现投影画面的扩瞳显示。

另外，和图1所示的实施例不同的是，图2所示的实施例中的全息光栅阵列20中每个全息光栅分别对投影光线进行部分衍射所形成的衍射光线是反射式衍射，而在图1所示的实施例中全息光栅对投影光线则是透射式衍射。可以理解的是，在实际应用中，本申请中的全息光栅对投影光线的作用是透射式衍射还是反射式衍射并不存在具体的限制，具体的，需要依据各个光学元件在空间中布局设置的相对位置而定。

需要说明的是，本实施例中的投影光机1输出的投影光线在入射至矫正光学元件4前后两次经过全息光栅阵列20，在第一次经过全息光栅阵列20的过程中，该全息光栅阵列20对投影光线进行完全透射，而在第二次经过全息光栅阵列20的过程中，该全息光栅阵列20对投影光线进行衍射；要使得该全息光栅阵列20能够实现对投影光线的两种不同的传输方式，可以通过合理设定投影光线两次入射至全息光栅阵列20的角度，使得投影光线第一次入射至各个全息光栅的入射角均不在各个全息光栅的可衍射角度范围内，从而保证投影光线的完全透射的传输；在投影光线第二次入射至各个全息光栅时，则可以使得该该投影光线的入射角在可衍射角度范围内。可以理解的是，要达到这一角度要求，通过合理布局各个全息光栅以及矫正光学元件4的相对位置和相对角度即可实现，对此，本实施例中不再详细说明。

此外，本实施例中之所以将矫正光学元件4设置在全息光栅背离投影光机1的一侧，使得投影光线两次经过该全息光栅阵列20，是在一定程度上实现投影光机1和矫正光学元件4之间的光路和矫正光学元件4对全息光栅阵列20输出投影光线的光路在空间上相互重合，从而在一定程度上使得平视显示器的光路结构更为紧凑，有利于平视显示器的轻量化。

其次，对于本实施例中的矫正光学元件4具体可以采用平面反射镜、反射式体全息光栅、自由曲面反射镜组中的任意一种。

当然，在图2所示的实施例中，是以矫正光学元件4对投影光线进行反射或是反射式衍射为例进行说明的；但在实际应用中，该矫正光学元件4对投影光线也可以是透射式衍射，此时，可以将矫正光学元件4置于投影光机1和全息光栅阵列20之间，或者是全息光栅阵列20和反射镜3之间，其工作方式和原理参照常规的光学元件实现畸变矫正的原理即可，在此不详细说明。

对于上述图1和图2所示的实施例而言，其仅仅只包含由一列全息光栅阵列20，可以实现投影光线的一维扩瞳；在投影画面本身仅仅只需要进行以为扩瞳即可实现投影画面的清楚显示的应用中，显然采用图1和图2类似的实施例即可达到需要的投影显示效果。

但可以理解的是，投影光线投射在挡风玻璃等反射镜上的投影画面一般都是二维图像，如果该二维图像的横向尺寸和纵向尺寸均相对较小，显然，并不能满足投影画面清楚显示的投影需求。

为此，在本申请的一种可选地实施例中，该全息光栅阵列20可以包括第一全息光栅阵列21和第二全息光栅阵列22。

其中，第一全息光栅阵列21包括依次设置在投影光机的输出光路上的多个第一全息光栅211；第二全息光栅阵列22包括多个依次设置在第一全息光栅阵列21的衍射输出光路上的第二全息光栅221；且第一全息光栅阵列21所在直线和第二全息光栅阵列22所在直线不重合或平行；

每个第一全息光栅211用于对投影光机1输出的投影光线进行部分衍射和部分透射，且输出的衍射光线均依次经过各个第二全息光栅221，并通过每个第二全息光栅221依次进行部分透射和部分衍射，并将衍射光线入射至反射镜4。

以图3所示的实施例为例，投影光机1输出的投影光线先入射至第一全光栅阵列21，第一全息光栅阵列21中各个第一全息光栅211依次对投影光线进行部分衍射和部分透射；和上述图1和图2所示的实施例不同的是，本实施例中各个第一全息光栅211衍射输出的光线并不直接入射至反射镜3，而是入射至第二全息光栅阵列22，且每个第一全息光栅211衍射输出的投影光线均依次入射至第二全息光栅阵列22中的每一个第二全息光栅221，当第二全息光栅221接收到任意一个第一全息光栅221衍射输出的投影光线时，均可以对该投影光线进行部分衍射和部分透射，所形成的衍射光线则入射至反射镜3，而透射光线则入射至下一个第二全息光栅221，直到沿光路方向上最后一个第二全息光栅221对接收到的投影光线全部衍射入射至反射镜3。

相对于图1和图2所示的实施例而言，本实施例中设置有两列全息光栅阵列20，每一列全息光栅阵列20和上述各个实施例中的全息光栅阵列20的布局以及工作方式相同；但不同的是，本实施例中设置有两列全息光栅阵列20，每一列全息光栅阵列20各可以实现投影光线的一列扩瞳，且因为两列全息光栅阵列20所在直线不相互平行，进而使得两列全息光栅阵列20对投影光线的扩瞳方向也就不相互平行，从而实现投影光线两个不同方向上的二维扩瞳，例如两列全息光栅对投影光线的扩瞳方向可以是相互垂直的，从而实现投影画面在两个相互垂直的方向上实现扩瞳。

此外，对于第一全息光栅阵列21和第二全全息光栅阵列22而言，也同样可以利用其分别实现不同颜色波段的光线分区域显示的效果。

例如，可以将第一全息光栅阵列21中的三个第一全息光栅211分别用于对红色波段光线衍射其他波段范围光线透射，对蓝色波段光线衍射而其他波段范围光线透射，以及对绿色波段光线衍射其他波段范围光线透射；而三种不同颜色波段入射至第二全息光栅221上不同位置之后，又可以按照不同衍射和透射比例依次输出衍射光线和透射光线，由此即可不同颜色投影信息分区域显示。

可以理解的是，在同时设置有两列全息光栅阵列20的实施例中，同样可以在投影光机1和反射镜3之间的光路中设置矫正光学元件4，以消除全息光栅阵列20所引入的畸变。

在本申请的一种可选地实施例中，该第二全息光栅阵列22背离所述第一全息光栅阵列21的一侧设置有矫正光学元件4；

其中，矫正光学元件4用于当投影光线输出的投影光线经过所述第一全息光栅阵列21衍射至第二全息光栅阵列22，并从第二全息光栅阵列22透射入射至矫正光学元件4，对入射的光线进行反射或衍射至第二全息光栅阵列22。

参照图3，本实施例中是以仅仅在第二全息光栅阵列33背离第一全息光栅阵列21的一侧设置一个矫正光学元件4为例进行说明的，在投影光线入射至第一全息光栅阵列21时，第一全息光栅阵列21中各个第一全息光栅211即可依次对投影光线进行部分衍射和部分透射，且衍射光线均入射至第二全息光栅阵列221，但因为设置矫正光学元件4，该衍射光线入射至第二全息光栅阵列22时，首先依次经过各个第二全息光栅221透射，直到入射至矫正光学元件4，并经过该矫正光学元件4的衍射或透射重新向第二全息光栅阵列22入射，各个第二全息光栅221再依次对入射的投影光线进行部分衍射和部分透射，形成的衍射光线入射至反射镜3。

可以理解的是在实际应用中，也可以将矫正光学元件4设置在第一全息光栅阵列21背离投影光机1的一侧，或者是在第一全息光栅阵21列背离投影光机1的一侧以及第二全息光栅阵列22背离第一全息光栅阵列21的一侧各设置一个矫正光学元件4，实现投影光线的两次畸变矫正，同样可以实现本申请的技术方案。

此外，本实施例中的矫正光学元件4同样可以是平面反射镜、反射式体全息光栅、自由曲面反射镜中的任意一种光学元件。当然，本实施例中同样不排除该矫正光学元件4为透射式衍射光栅、光学透镜等光学元件，对此本实施例中不再一一列举。

当然要实现平视显示器的二维扩瞳，也并不仅限于在光路结构中设置两列全息光栅阵列，在本申请的另一可选地实施例中，该平视显示器的光路结构可以包括：

用于输出投影光线的投影光机1；设置在投影光机1的输出光路上用于对投影线进行一维扩瞳的光波导；设置在光波导的输出光路上的全息光栅阵列20；设置在全息光栅阵列20的输出光路上的反射镜3。

参照图4，该光波导包括波导50、设置在波导50表面的耦入光栅51和耦出光栅52，当投影光线入射至波导50时因耦入光栅51的衍射作用使得投影光线耦入到光波50内并进行全反射传输，而在光波50内全反射传输的投影光线，每经过一次耦出光栅52和波导50的界面，即可进行一次部分衍射和部分反射，所形成的衍射光线从波导50内耦出输出，而反射光线继续在波导50内全反射传输，当该反射光线再次入射至耦出光栅52和波导50的界面时，即可再次发生部分衍射和部分反射；以此类推，各个该投影光线即可分多次从波导50的不同位置耦出，从而实现投影光线的一维扩瞳；在此基础上经过波导50一维扩瞳输出的光线入射至全息光栅阵列20，通过该全息光栅阵列20实现投影光线的另一维度的扩瞳，进而实现投影光线的二维扩瞳。

进一步地，为了消除光波导和全息光栅阵列20所引入的投影画面的畸变，可以在该光路结构中进一步地设置矫正光学元件4，该矫正光学元件4可以设置在全息光栅阵列20背离波导50的一侧；同样的，该波导50中的投影光线衍射耦出至全息光栅阵列20之后，首先经过全息光栅阵列20透射之后入射至矫正光学元件4，并由矫正光学元件4进行衍射或反射重新入射至全息光栅阵列20，最后通过该全息光栅阵列20实现投影光线的二维扩瞳。

可以理解的是，在实际应用中该矫正光学元件4也可以设置在光波导和全息光栅阵列20之间的光路上，还可以在全息光栅阵列20左右两侧各设置一个矫正光学元件4，实现对投影光线的两次畸变矫正，都属于本申请中可选地实施例。

另外，可以理解的是，在本申请中利用光波导和全息光栅阵列20共同实现投影光线二维扩瞳的实施例中，该全息光栅阵列20中，也可以通过各个全息光栅分别对不同颜色波段范围内的光线分别进行衍射，进而实现二维扩瞳的同时实现不同颜色的投影光线分区显示。

可选地，在本申请还提供了另一种实现投影光线二维扩瞳的实施例，在本申请可选地实施例中，该平视显示器的光路结构可以包括：

用于输出投影光线的投影光机1；设置在投影光机1的输出光路上的全息光栅阵列20、设置在全息光栅阵列20的输出光路上的偏振器61、设置在偏振器61的输出光路上的PVG元件62、设置在PVG元件62的输出光路上的反射镜3；

和上述各个实施例中相同，全息光栅阵列20包括沿投影光机1的输出光路上依次设置的多个全息光栅；且各个全息光栅用于对入射的投影光线产生设定比例的衍射光线和透射光线；每个全息光栅的衍射光线入射至偏振器61，透射光线入射至光路中相邻的下一全息光栅；每个全息光栅对应的设定比例不完全相同，且全息光栅阵列20沿光路方向的最后一个全息光栅对入射的投影光线全部衍射；

在此基础上，偏振器61用于对每个全息光栅衍射输出的光线调制成线偏振光；

PVG元件62用于将每个全息光栅输出的光线经过偏振器61调制形成的线偏振光进行衍射并向反射镜3以三个不同方向输出的一路左旋偏振光、一路透射偏振光和一路右旋偏振光。

需要说明是，当线偏振光以特定角度入射至PVG元件62时，该PVG元件62对线偏振光可以进行部分衍射和部分透射，其中衍射输出一路左旋圆偏振光和一路右旋圆偏振光，以及透射输出一路透射光线；透射光线的输出方向和入射至PVG元件62的线偏振光的方向相同，而左旋圆偏振光和右旋圆偏振光则分别以相反方向偏离该透射光线一定角度方向输出，由此使得该线偏振光经过PVG元件62后分成了三路不同方向的光线输出，实现了线偏振光发散角的扩展，且该PVG元件62对线偏振光的扩散方向，也即是其输出的两路圆偏振光和一路线偏振光所在平面内和线偏振光垂直的方向；镜PVG元件62输出的三路不同方向的光线经过矫正元件4后再经过反射镜3反射至人眼，即可在一定程度上实现对平视显示器输出的投影画面的扩瞳。

由此可见，全息光栅阵列20各个依次对投影光机1输出的投影光线进行部分透射和部分衍射，实现投影光线的一维扩瞳；而每个全息光栅分别输出的投影光线均经过偏振器61的偏振调制形成线偏振光，该线偏振光通过PVG元件62之后，再次通过衍射作用扩散形成三个不同方向输出，从而实现投影光线的二次扩瞳。

可以理解的是，PVG元件62对线偏振光的扩瞳方向应当和全息光栅阵列20对投影光线的扩瞳方向不相互平行，通过全息光栅阵列20和PVG元件62对投影光线分别实现两个不同方向上的扩瞳，也就实现了投影光线的二维扩瞳。

对于本实施例中的偏振器61，可以是1/4波片，也可以是其他可将光线调制形成线偏振光的光线，对此本实施例中不做具体限制。

另外，和上述各个实施例最终类似，本实施例中的全息光栅阵列20可以合理设定各个全息光栅的厚度，或者设定投影光线入射到各个全息光栅的角度，使得每个全息光栅衍射输出的光线能量大致相当，以保证投影画面的亮度均匀性。

此外，每个全息光栅还可以分别用于衍射不同颜色波段范围内的光线，使得各个不同颜色波段范围内的光线分开入射至PVG元件62，在经过PVG元件62进一步的分别扩散输出。具体地，和上述对投影光线分颜色扩散的平视显示器的实施例中实现原理和实现方式类似，在此，不再重复赘述。

基于上述论述，对于本实施例中平视显示器，也同样能够实现投影光线扩散输出后投影画面亮度均匀化的效果，或者是实现不同颜色投影分区域显示的效果，具体实现原理不再赘述。

并且，和上述实施例类似，本实施例中也可以进一步地设置矫正元件。如图5所示，图5中将矫正元件4设置在PVG元件62和反射镜之间的光路上，该矫正元件4由多个自由曲面反射镜3组成；经过PVG元件62输出的光线经过矫正元件4后，入射至反射镜3，并经过反射镜3的反射入射至人眼。

和上述各个实施例相同，本实施例中的矫正元件4同样可以是平面反射镜、自取曲面反射镜组、衍射元件等在此本实施例中不再重复赘述。

综上所述，本申请中的平视显示器中通过设置全息光栅阵列实现对于投影光线的扩瞳，使得投影画面的尺寸得以扩大，在一定程度上提升了投影画面显示的清楚程度；在此基础上因为各个全息光栅对投影光线的分别进行衍射和透射的比例可调，由此保证投影光线经过全息光栅分别衍射输出的光线能量分布更为合理，提升投影画面的显示效果，并能够通过最后一个全息光栅对入射的光线完全衍射，减少投影光线光能量的损失，进而进一步地提升投影画面的显示效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种平视显示器，其特征在于，包括：

用于输出投影光线的投影光机；

设置在所述投影光机的输出光路上的全息光栅阵列；所述全息光栅阵列包括沿所述投影光机的输出光路上依次设置的多个全息光栅；

以及用于对所述全息光栅阵列衍射的投影光线反射输出的反射镜；

其中，各个所述全息光栅用于对入射的投影光线产生设定比例的衍射光线和透射光线；每个所述全息光栅的衍射光线入射至所述反射镜，透射光线入射至光路中相邻的下一全息光栅；每个所述全息光栅对应的所述设定比例不完全相同，且所述全息光栅阵列沿光路方向的最后一个全息光栅对入射的投影光线全部衍射；

还包括设置在所述投影光机和所述反射镜之间的光路上的矫正光学元件；

所述矫正光学元件为反射元件或衍射元件，且设置在所述全息光栅阵列背离所述投影光机的一侧；

其中，所述矫正光学元件用于将所述投影光机输出并经过所述全息光栅阵列透射的投影光线进行反射或衍射，并入射至所述全息光栅阵列，以便各个所述全息光栅依次将所述投影光线衍射至所述反射镜。

2.如权利要求1所述的平视显示器，其特征在于，所述全息光栅阵列中每个所述全息光栅分别用于将对应的特定波段范围内的投影光线进行衍射其他波段范围内的投影光线进行透射，且每个所述全息光栅对应的特定波段范围各不相同。

3.如权利要求1所述的平视显示 器，其特征在于，所述矫正光学元件为平面反射镜、反射式体全息光栅、自由曲面反射镜中的任意一种光学元件。

4.如权利要求1至3任一项所述的平视显示器，其特征在于，所述全息光栅阵列包括第一全息光栅阵列和第二全息光栅阵列；

其中，所述第一全息光栅阵列包括依次设置在所述投影光机的输出光路上的多个第一全息光栅；所述第二全息光栅阵列包括多个依次设置在所述第一全息光栅阵列的衍射输出光路上的第二全息光栅；且所述第一全息光栅阵列所在直线和所述第二全息光栅阵列所在直线不重合或平行；

每个所述第一全息光栅用于对所述投影光机输出的投影光线进行部分衍射和部分透射，且输出的衍射光线均依次经过各个所述第二全息光栅，并通过每个所述第二全息光栅依次进行部分透射和部分衍射，并将衍射光线入射至所述反射镜。

5.如权利要求4所述的平视显示器，其特征在于，各个所述第一全息光栅分别用于将对应的特定波段范围内的投影光线进行衍射其他波段范围内的投影光线进行透射；各个所述第二全息光栅阵列用于对各个所述第一全息光栅分别衍射入射的不同波段范围的投影光线均按照对应的设定比例进行衍射和透射。

6.如权利要求4所述的平视显示器，其特征在于，所述第二全息光栅阵列背离所述第一全息光栅阵列的一侧设置有矫正光学元件；

其中，所述矫正光学元件用于当所述投影光线输出的投影光线经过所述第一全息光栅阵列衍射至所述第二全息光栅阵列，并从所述第二全息光栅阵列透射入射至所述矫正光学元件，对入射的光线进行反射或衍射至所述第二全息光栅阵列。

7.如权利要求1至3任一项所述的平视显示器，其特征在于，在所述投影光机和所述全息光栅阵列之间还设置有对所述投影光机输出的投影光线进行一维扩瞳的光波导；

所述投影光机输出的投影光线经过所述光波导一维扩瞳后入射至所述全息光栅阵列。

8.如权利要求1至3任一项所述的平视显示器，其特征在于，在所述全息光栅阵列和所述反射镜之间还设置有偏振器和PVG元件；

所述PVG元件用于将每个所述全息光栅输出的光线经过所述偏振器调制形成的线偏振光进行衍射并向所述反射镜以三个不同方向输出的一路左旋偏振光、一路透射偏振光和一路右旋偏振光。

9.如权利要求1所述的平视显示器，其特征在于，所述全息光栅包括波导元件和设置在所述波导元件上的全息光栅膜。

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