CN214201932U - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供一种显示装置。显示装置包括图像源、光学阵列以及耦合透镜。图像源包括多个子显示区域；光学阵列位于图像源的出光侧，且包括阵列排布的多个光学结构；耦合透镜位于光学阵列远离图像源的一侧。多个子显示区域和多个光学结构一一对应，从每个子显示区域发出的图像光被配置为经过对应的光学结构入射到耦合透镜。每个光学结构形成一个光学通道，各子显示区域发出的图像光被配置为从对应的光学通道出射，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，且从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度为110°～130°，由此，通过单独调整不同光学通道的参数可以对各子显示区域发出的光线进行调整和优化。

Description

显示装置

技术领域

本公开至少一个实施例涉及一种显示装置。

背景技术

增强现实显示技术以及近场显示装置等均需通过一组光学系统放大微显示屏上的图像，将影像投射于视网膜上，从而将显示屏上的图像放大呈现于观看者眼中。光学系统中的各种精密光学元件的设计对于成像质量、最终产品的体积与重量等的改善具有重要的影响。

实用新型内容

本公开的至少一实施例提供一种显示装置。本公开实施例提供的显示装置通过单独调整不同光学通道的参数可以对各子显示区域发出的光线进行调整和优化。

本公开的至少一实施例提供一种显示装置，包括图像源、光学阵列以及耦合透镜。所述图像源包括沿第一方向和第二方向阵列排布的多个子显示区域；所述光学阵列位于所述图像源的出光侧，且包括沿所述第一方向和所述第二方向阵列排布的多个光学结构；所述耦合透镜位于所述光学阵列远离所述图像源的一侧。所述多个子显示区域和所述多个光学结构一一对应，从每个子显示区域发出的图像光被配置为经过对应的光学结构入射到所述耦合透镜；每个所述光学结构形成一个光学通道，各子显示区域发出的图像光被配置为从对应的光学通道出射，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，且从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度为110°～130°。

例如，在本公开的实施例中，各子显示区域发出的图像光被配置为仅从对应的光学通道出射。

例如，在本公开的实施例中，沿垂直于所述图像源的显示面的方向，所述子显示区域与对应的所述光学结构重叠；相邻子显示区域之间，和相邻光学结构之间的至少之一设置有阻挡部以使各子显示区域发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

例如，在本公开的实施例中，沿垂直于所述图像源的显示面的方向，所述子显示区域与对应的所述光学结构重叠，且至少一个子显示区域与对应的光学通道之间设置有波导通道以使所述至少一个子显示区域发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

例如，在本公开的实施例中，各子显示区域包括一个子像素；或者各子显示区域包括多个子像素，各子显示区域中的不同子像素发出的图像光经过对应的光学通道出射的主光线的方向不同。

例如，在本公开的实施例中，各子显示区域包括多个子像素，沿所述多个子像素的排列方向，各子显示区域中相邻子像素之间的距离为第一距离，分别位于相邻子显示区域且彼此相邻的两个子像素之间的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。

例如，在本公开的实施例中，各光学通道为准直光学通道，所述准直光学通道被配置为将入射至所述光学通道的图像光进行准直。

例如，在本公开的实施例中，所述耦合透镜为准直耦合透镜，且被配置为将从每个光学结构聚焦到所述耦合透镜的光进行准直。

例如，在本公开的实施例中，所述光学阵列包括多层光学阵列结构，每层光学阵列结构包括球面、非球面、自由曲面、平面中的至少之一且具有光学折射功能的面型结构。

例如，在本公开的实施例中，所述光学阵列包括层叠设置的微曲面阵列和微平面阵列，所述微曲面阵列位于所述微平面阵列面向所述图像源的一侧，各所述光学结构包括微曲面和微平面；至少部分光学结构中的微平面的倾斜角度不同，和/或，至少部分光学结构中的微曲面的曲率不同。

例如，在本公开的实施例中，所述微平面阵列包括沿所述第一方向和所述第二方向阵列排布的多个微平面结构，每个微平面结构包括一个所述微平面，相邻所述微平面结构之间通过连接部连接，且所述微平面阵列被垂直于所述第一方向或所述第二方向的平面截取的截面在所述微平面所在的一侧包括锯齿状边缘。

例如，在本公开的实施例中，显示装置还包括：光波导元件，位于所述耦合透镜的出光侧。从所述耦合透镜射出的光进入到所述光波导元件，且在所述光波导元件内经过多次反射后，从所述光波导元件出射。

例如，在本公开的实施例中，显示装置还包括：控制装置，与所述图像源连接，且被配置为根据经过所述耦合透镜后的图像和所述子显示区域经过所述耦合透镜的主光线的视场角的对应关系，控制所述子显示区域包括的子像素的发光强度。

例如，在本公开的实施例中，所述控制装置包括处理器和存储器，所述存储器包括一个或多个计算机程序模块，所述一个或多个计算机程序模块被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述一个或多个计算机程序模块包括用于执行所述图像源显示图像的指令。

例如，在本公开的实施例中，所述显示装置为近眼显示装置。

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1为根据本公开实施例提供的一种显示装置的局部结构示意图；

图2为图1所示的矩阵排列的子显示区域的平面结构示意图；

图3为根据本公开实施例的一示例提供的显示装置的局部结构示意图；

图4为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图；

图5为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图；

图6为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图；

图7为根据本公开实施例的一示例提供的显示装置的局部结构示意图；

图8为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图；

图9为根据本公开实施例提供的一种显示装置的局部结构示意图；

图10为根据本公开实施例提供的一种显示装置的局部结构示意图；

图11为图像源中的多个子显示区域形成的基本图像阵列；

图12为经过耦合镜头后形成的待显示图像中的待显示图像阵列；以及

图13为控制装置的结构框图。

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它实施例，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。

目前，应用近眼显示技术的产品受到人们的广泛关注。基于光波导技术的虚拟现实眼镜和增强现实眼镜以其紧凑的结构成为最具潜力的头戴显示器。在头戴显示器技术中，特别是在头戴显示器需要很大视场角的时候，一些用于将图像显示源显示的图像准直成像到无穷远的光学模块的结构复杂且庞大，造成加工困难，成本高，设备笨重。在一些轻量化光学模块的设计中采用了棱镜等光学结构以形成转折光路，虽然光学模块的占用空间减少了，但是其重量没有明显减少，且光学模块由棱镜、平板和镜头等贴合组装形成，仍然需要非常复杂的加工方法，导致光学模块的生产效率低，成本高。

在研究中，本申请的发明人发现：如何简化近眼显示产品中用于准直成像图像显示源显示的图像的光学模块，成为亟需解决的问题。

本公开的实施例提供一种显示装置。显示装置包括图像源、光学阵列以及耦合透镜。图像源包括沿第一方向和第二方向阵列排布的多个子显示区域；光学阵列位于图像源的出光侧，且包括沿第一方向和第二方向阵列排布的多个光学结构；耦合透镜位于光学阵列远离图像源的一侧。多个子显示区域和多个光学结构一一对应，从每个子显示区域发出的图像光被配置为经过对应的光学结构入射到耦合透镜。每个光学结构形成一个光学通道，各子显示区域发出的图像光被配置为从对应的光学通道出射，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，且从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度为110°～130°。本公开提供的显示装置中，图像源的不同子显示区域发出的图像光通过不同光学通道传输至耦合透镜，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，由此，通过单独调整不同光学通道的参数可以对各子显示区域发出的图像光的光线进行调整和优化，以尽量消除光线传播过程中产生的畸变、渐晕、视场不均匀、颜色不均匀等问题，提高显示装置的成像质量。显示装置包括的光学阵列和耦合透镜的结构简单，易于加工，有助于降低成本。此外，从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度为110°～130°，在能够满足近眼显示的视场范围的情况下，提高图像光线的使用效率。

下面结合附图对本公开实施例提供的显示装置进行描述。

图1为根据本公开实施例提供的一种显示装置的局部结构示意图，图2为图1所示的矩阵排列的子显示区域的平面结构示意图。如图1和图2所示，显示装置包括图像源100、光学阵列200以及耦合透镜300。图像源100包括多个子显示区域110，例如图像源100包括的多个子显示区域110可以阵列排布。光学阵列200位于图像源100的出光侧，且包括阵列排布的多个光学结构210。例如，如图2所示，多个子显示区域110沿第一方向和第二方向阵列排布，第一方向和第二方向相交。当然，多个光学结构也沿第一方向和第二方向阵列排布。例如，如图2所示，第一方向可以为Y方向，第二方向可以为Z方向，第一方向和第二方向可以互换。图2示意性的示出第一方向和第二方向垂直，但不限于此。

如图1所示，耦合透镜300位于光学阵列200远离图像源100的一侧，例如，图像源100出射的图像光经过光学阵列200后，入射至耦合透镜300。

如图1所示，多个子显示区域110和多个光学结构210一一对应，即图像源100包括的子显示区域110的数量与光学阵列200包括的光学结构210的数量相同，且一个子显示区域110与一个光学结构210对应。从每个子显示区域110发出的图像光被配置为经过对应的光学结构210入射到耦合透镜300，例如，不同子显示区域110发出的图像光经过不同的光学结构210后入射到耦合透镜300。

如图1所示，每个光学结构210形成一个光学通道，各子显示区域110发出的图像光被配置为从对应的光学通道出射，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，且从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度为110°～130°。例如，从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度可以为120°。例如，从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的范围可以为1°～130°。

例如，从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度可以为显示装置的视场角。

例如，多个子显示区域110入射到光学阵列200的入射表面的光束的主光线的方向相同。

例如，各子显示区域发出的光线在对应的光学通道中传播，而相邻光学通道之间几乎没有光线传播。

本公开提供的显示装置中，图像源的不同子显示区域发出的图像光通过不同光学通道传输至耦合透镜，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，由此，通过单独调整不同光学通道的参数可以对各子显示区域发出的图像光的光线进行调整和优化，以尽量消除光线传播过程中产生的畸变、渐晕、视场不均匀、颜色不均匀等问题，提高显示装置的成像质量。显示装置包括的光学阵列和耦合透镜的结构简单，易于加工，有助于降低成本。

例如，图像源100可以为有机发光二极管显示源。本公开实施例不限于此，图像源也可以为其他任意合适类型的显示源，例如，LCD图像显示源等。

例如，图像源100包括的多个子显示区域110可以为将图像源100的显示区域进行划分形成的多个不同局部视场。每个子显示区域110形成一个局部视场。例如，不同的子显示区域110彼此连接而形成了整个图像源100的显示区域。

在本公开的实施例中，由于不同的局部视场(即，不同的子显示区域)分布在显示区域的不同位置，因此，不同的子显示区域与光学元件(包括光学阵列和耦合透镜的元件)的相对位置关系也不相同。本公开实施例中，不同光学通道(即光学阵列)被配置为传输不同局部视场的光，可以通过设置具有不同参数的光学通道以调整各个局部视场的光线，从而使得不同局部视场的光可达到较好的传输状态。

例如，上述不同子显示区域110在平行于图像源100的显示区域(例如显示面)的方向上的最大尺寸可以为图像源100的显示区域的1/2。即，在平行于显示区域的方向上，子显示区域110的尺寸为图像源100的显示区域尺寸的1/2。例如，显示区域的形状可以为矩形，子显示区域相邻两个边的尺寸分别为图像源的显示区域的对应的相邻两个边的尺寸的一半。此时，子显示区域可以排列为2×2的阵列。当然，本公开实施例不限于此，子显示区域的尺寸可以更小，以在图像源中形成更多个子显示区域。

例如，如图1所示，各子显示区域110发出的图像光被配置为仅从对应的光学通道出射。例如，各子显示区域110发出的图像光被配置为仅从对应的光学结构210出射至耦合透镜300。例如，各子显示区域110发出的图像光不会从与该子显示区域110对应的光学结构210以外的其他光学结构210出射。

例如，如图1所示，沿垂直于图像源100的显示面的方向，子显示区域110与对应的光学结构210重叠，从而使得从子显示区域发出的光线基本上全部入射至对应的光学通道中。

例如，如图1所示，相邻子显示区域110之间的距离可以设置为足够大，使得从一个子显示区域110出射的图像光仅能入射到对应的光学通道中，而不能入射到其他相邻的光学通道中。本公开提供的显示装置中，通过合理设置相邻子显示区域之间的距离以及子显示区域与光学阵列之间的距离，使得各子显示区域发出的光束(例如光锥)在照射到光学阵列的入射面的时候，该光束仅入射到相应光学通道，而不会入射到其它光学通道。

例如，沿平行于显示面的方向，例如图1所示的Y方向，多个光学结构210的尺寸为A，子显示区域110与光学阵列200之间的距离为B，子显示区域110发出光束的发散角度θ不大于2arctan(A/2B)，以使各子显示区域发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

例如，图3为根据本公开实施例的一示例提供的显示装置的局部结构示意图。如图3所示，相邻光学结构210之间设置有阻挡部410以使各子显示区域110发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

例如，子显示区域110发出的图像光的大部分可以直接入射到相应的光学结构210中，极少部分被阻挡部410阻挡以防止入射到其他光学结构210中。

例如，阻挡部410的材料可以为吸光材料以吸收入射到其上的光。

例如，阻挡部410的材料可以为金属等反光材料，以使入射到阻挡部410上的光可以反射进入相应的光学结构210内，以提高光出射率。

例如，图4为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图。如图4所示，相邻子显示区域110之间设置有阻挡部410’以使各子显示区域110发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

例如，如图4所示，设置在相邻子显示区域110之间的阻挡部410’可以为凸起结构，以对子显示区域110出射的光线的传播方向起到限制作用。

例如，如图4所示，阻挡部410’的材料可以为吸光材料以吸收入射到其上的光。

例如，阻挡部410’的材料可以为金属等反光材料，以使入射到阻挡部410’上的光可以反射进入相应的光学结构210内，以提高光出射率。

当然，本公开提供的显示装置中，还可以在相邻子显示区域之间以及在相邻的光学结构之间均设置阻挡部，两种阻挡部的材料可以相同，也可以不同，本公开实施例对此不作限制。

例如，图5为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图。如图5所示，至少一个子显示区域110与对应的光学通道之间设置有波导通道420以使至少一个子显示区域110发出的图像光仅从对应的光学通道出射。例如，各子显示区域110与对应的光学结构210之间均设置有波导通道420，以使各子显示区域110发出的图像光仅从对应的光学结构210出射。

例如，如图5所示，从子显示区域110入射至波导通道420的光线可以在波导通道420中全反射传播，且在其面向光学结构210的一侧表面出射，以使该子显示区域发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

例如，如图5所示，沿垂直于显示面的方向，子显示区域110、波导通道420以及光学结构210有交叠。

例如，如图5所示，波导通道420与光学结构210之间的距离不大于波导通道420与子显示区域110之间的距离。

由于不同的子显示区域相对于耦合透镜(例如还包括后面描述的光波导元件)的位置不同，或者不同的子显示区域发出的图像光的颜色不同，从而在耦合透镜和光波导元件之一或者二者中，不同的子显示区域发出的图像光之间会有偏差，例如，这里的偏差包括但不限于球差、色差、慧差中的任意一种或几种光学像差。如果使用共用的光学通道来传输不同子显示区域发出的图像光，则不同的子显示区域中的至少部分子显示区域发出的图像光不能被很好地调制，最终使得图像质量下降。在本公开的实施例中，不同的子显示区域发出的光通过不同的光学通道来传输，不同的光学通道的参数根据不同的子显示区域的情况进行配置，从而能够使得光学阵列补偿不同子显示区域发出的光线在耦合镜头与光波导元件至少之一中传播的过程中产生的相对偏差。本公开实施例中，子显示区域的数量越多，则光学通道越多，每个光学通道对应的子显示区域的面积越小，产生的像差和渐晕越小。

例如，图6为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图。如图6所示，各子显示区域110包括多个子像素111，各子显示区域110中的不同子像素111发出的图像光经过对应的光学通道出射的主光线的方向不同。例如，各子显示区域110中的不同子像素111发出的图像光经过对应的光学结构210出射的主光线的方向不同。上述子像素111可以为能够独立控制且能够显示某种颜色的最小单元，例如，可以为红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素或其他任何合适颜色的子像素。

例如，如图6所示，不同子显示区域110中的每个子显示区域110可以为由多个子像素111组成的区域。例如，每个子显示区域110的形状可以为正方向、长方形、五边形、六边形或其他多边形，或者也可以为其他任意合适的形状。例如，上述多个子显示区域110可以密集排列，从而形成连续的整个显示区域以显示整幅图像。例如，上述子显示区域仅仅是对显示区域的划分，从而使得不同子显示区域能够对应于不同的光学通道，相邻子显示区域之间可以不必设置实体的间隔或者界线。

例如，如图6所示，各子显示区域110中的多个子像素111可以包括至少一种颜色子像素，例如红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的至少之一。

例如，子显示区域110可以为能够显示不同颜色和亮度的显示单元。例如，每个显示单元包括多个不同颜色的子像素111，通过调整不同颜色子像素111的发光亮度，从而能够使得每个显示单元显示不同颜色和不同亮度的光，以使得整个显示区域显示彩色画面。例如，每个显示单元可以包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，通过不同颜色子像素发出的光进行混合而显示不同颜色及不同亮度的光。

例如，如图6所示，沿多个子像素111的排列方向，各子显示区域110中相邻子像素111之间的距离为第一距离D1，分别位于相邻子显示区域110且彼此相邻的两个子像素111之间的距离为第二距离D2，第一距离D1小于第二距离D2。

例如，图像源包括的多个子像素可以沿第一方向和第二方向的至少之一的方向排布，则各子显示区域中的多个子像素可以沿第一方向和第二方向的至少之一的方向排布。图6示意性的示出上述第一距离和第二距离为相邻子像素沿第一方向的距离，但不限于此，上述第一距离和第二距离也可以为相邻子像素沿第二方向的距离。例如，图6所示的第一距离D1和第二距离D2指相邻子像素111的彼此靠近的边缘之间的距离，但不限于此，上述距离还可以为子像素的几何中心之间的距离。

例如，图6示意性的示出各子显示区域110包括沿Y方向排列的两个子像素111，但不限于此，各子显示区域还可以包括沿Y方向排列的三个或以上子像素。

本公开提供的显示装置中，将分别位于相邻子显示区域中且彼此相邻的子像素之间的距离设置的较大，可以尽量保证各子显示区域发出的图像光仅从对应的光学结构出射。

例如，如图6所示，上述第二距离D2大于相邻光学结构210之间的第三距离D3，可以尽量保证各子显示区域发出的图像光仅从对应的光学结构出射。

本公开实施例不限于此，各子显示区域110也可以仅包括一个子像素111，则各子显示区域110可以视为各子像素111所在的区域。

例如，各子显示区域110包括一个子像素，且相邻子像素111之间的距离大于相邻光学结构210之间的距离。

本公开中提供一种显示装置，该显示装置中的各子像素(例如，不同颜色子像素)使用不同光学通道，该显示装置相对于不同颜色子像素共用一个光学通道的显示装置，可以在大视场的情况下较好地消除色差。另外，每个子像素对应一个光学通道，可以消除光学渐晕效应以及光学畸变效应。

例如，图1和图6示意性的示出各光学通道为准直光学通道，准直光学通道被配置为将入射至光学通道的图像光进行准直。例如，各光学结构210可以将来自图像源100的图像光进行准直，此时，耦合透镜300被配置为使得入射至耦合透镜300的准直光经过该耦合透镜300后仍为平行准直光。

本公开实施例不限于此，光学通道也可以为非准直光学通道，此时，耦合透镜300为准直耦合透镜，且被配置为将从每个光学结构210聚焦到耦合透镜300的光进行准直。

例如，多个光学结构可以与耦合透镜配合，使得图像源上不同局部视场(即不同子显示区域)发出的光束，分别被其对应的光学通道聚焦到耦合透镜相对于该通道光束最佳的准直成像位置，再经过耦合透镜准直后，从耦合透镜射出，形成一系列不同方向的平行光。

例如，图7为根据本公开实施例的一示例提供的显示装置的局部结构示意图。如图7所示，光学阵列200包括至少两层光学阵列结构201。例如，光学阵列200包括多层光学阵列结构201，每层光学阵列结构201包括球面、非球面、自由曲面、平面中的至少之一且具有光学折射功能的面型结构。

本公开实施例提供的光学阵列和耦合透镜可以利用晶圆级光学(WLO)加工工艺，在大尺寸晶元上一层层叠加不同结构，一次性加工多个产品。本公开实施例提供的光学阵列和耦合透镜的结构简单，适合半导体化晶圆级光学加工，生产效率高且生产成本低。

例如，如图7所示，多层光学阵列结构201包括层叠设置的微曲面阵列2011和微平面阵列2012，微曲面阵列2011位于微平面阵列2012面向图像源100的一侧。各光学结构210包括微曲面211和微平面212，即微曲面阵列2011包括多个微曲面211，微平面阵列2012包括多个微平面212，且多个微曲面211和多个微平面212数量相同且一一对应设置。

例如，如图7所示，各光学结构210可以包括一个微曲面211和一个微平面212。

例如，如图7所示，各光学结构210包括的微曲面211可以为微透镜的一个光学曲面，各光学结构210包括的微平面212可以为微棱镜的一个光学平面。例如，图7示意性的示出微平面212可以为微棱镜面向图像源100一侧的光学平面，但不限于此，也可以为微棱镜远离图像源100一侧的光学平面。

例如，如图7所示，至少部分光学结构210中的微平面212的倾斜角度不同，和/或，至少部分光学结构210中的微曲面211的曲率不同，从而可以针对相应的子显示区域调节至少部分光学结构的光学参数，以消除子显示区域发出的光线在传播过程中产生的畸变、渐晕、视场不均匀、颜色不均匀等等一系列问题。

上述微平面的倾斜角度可以指各微平面相对于图像源的显示面的角度。例如，沿光学阵列200的边缘指向中心的方向(该方向平行于图像源的显示面)排列的多个微平面212的倾斜角度逐渐减小。

例如，子显示区域110出射的光线经过倾斜的微平面212后会发生偏转，可以通过设定从耦合透镜300出射后的光线角度为目标角度，大量仿真不同微平面的参数(例如可以采用lighttools、tracpro、fred等光学仿真软件，通过3D建模，仿真模拟光线传播路径和角度，通过参数扫描方法确定符合要求的设计参数)，从而得到满足目标角度的微平面的参数。上述微平面的参数可以包括微平面的倾斜角度、微平面的面积等。本公开实施例中，通过对至少部分微平面的参数进行调节，可以改变子显示区域经过光学阵列后的光线的传播方向以使得该光线经过耦合透镜后出射的光线满足目标角度。上述目标角度可以指子显示区域经过光学阵列和耦合透镜以后的视场角。

例如，如图7所示，至少部分光学结构210中的微曲面211的曲率不同。例如，可以通过调节至少部分光学结构210中的微曲面211的曲率、面型、折射率等参数以针对性调节至少部分光学通道的参数，有利于消除子显示区域发出的光线在传播过程中产生的畸变、渐晕、视场不均匀、颜色不均匀等等一系列问题。

例如，子显示区域110与微曲面211之间的距离越大，则微曲面211的曲率半径越大，以保证子显示区域110出射的图像光仅入射到相应微曲面211内。例如，微曲面211的曲率半径与子显示区域110和微曲面211之间的距离成正比例关系。

例如，如图7所示，微曲面阵列2011包括多个微曲面结构，每个微曲面结构包括一个微曲面(即微曲面为微曲面结构的一个表面)，相邻两个微曲面结构之间可以设置微曲面连接结构，以使得微曲面阵列可以形成为一体式结构。

例如，光学阵列包括多层光学阵列结构，则各光学结构中包括多层结构，本公开实施例还可以通过单独调节各光学结构中多层结构之间的距离以调节各光学通道的成像质量。例如，可以通过调节微曲面的曲率或者微平面的倾斜角等参数来调节不同层结构之间的距离。

本公开实施例中提供的显示装置中，通过在图像源与耦合透镜之间设置包括多个光学通道的光学阵列，还可以使得显示装置的光学系统的结构更加紧凑且轻薄，从而能够使得最终产品的体积和重量均能够减少。

例如，如图7所示，微平面阵列2012包括沿第一方向和第二方向阵列排布的多个微平面结构2021，每个微平面结构2021包括一个微平面212，即微平面212为微平面结构2121的一个表面。相邻微平面结构2121之间通过连接部2120连接，且微平面阵列2012被垂直于第一方向或第二方向的平面截取的截面在微平面212所在的一侧包括锯齿状边缘。例如，图7所示的微平面阵列2012的截面中面向图像源100一侧边即为微平面212所在一侧边，该侧边的形状为锯齿状。

例如，相邻微平面212之间通过连接部2120连接以使微平面阵列2012可以形成为一体式结构。

例如，如图7所示，相邻两个微平面212和位于这两个微平面212之间的连接部2120的表面构成了凹陷结构。例如，微平面212相对于连接部2120的表面向图像源100一侧突出。

例如，图8为根据本公开实施例的另一示例提供的显示装置的局部结构示意图。如图8所示，光学阵列200可以包括三层光学阵列结构201，例如，包括层叠设置的第一微曲面阵列2011、第二微曲面阵列2013以及微平面阵列2012，第一微曲面阵列2011和第二微曲面阵列2013均位于微平面阵列2012面向图像源100的一侧，且各光学结构210包括依次层叠设置的第二微曲面213、第一微曲面211以及微平面212。也就是，第一微曲面阵列2011包括多个第一微曲面211，微平面阵列2012包括多个微平面212，第二微曲面阵列2013包括多个第二微曲面213，且多个第一微曲面211、多个第二微曲面213以及多个微平面212数量相同且一一对应设置。

例如，如图8所示，第一微曲面阵列2011包括的第一微曲面211向靠近微平面阵列2012侧弯曲，第二微曲面阵列2013包括的第二微曲面213向远离微平面阵列2012侧弯曲，即第一微曲面211的弯曲方向和第二微曲面213的弯曲方向相反。

例如，如图8所示，至少部分光学结构210中的微平面212的倾斜角度不同，和/或，至少部分光学结构210中的第一微曲面211的曲率不同，和/或，至少部分光学结构210中的第二微曲面213的曲率不同，从而可以针对相应的子显示区域调节至少部分光学结构的光学参数，以消除子显示区域发出的光线在传播过程中产生的畸变、渐晕、视场不均匀、颜色不均匀等等一系列问题。

例如，如图8所示，微平面212的光学参数可以包括微平面的倾斜角度、微平面的面积等。例如，如图8所示，第一微曲面211和第二微曲面213的光学参数可以包括曲率、面型、折射率等参数。通过调节各光学结构中微平面或者微曲面的光学参数，有利于消除子显示区域发出的光线在传播过程中产生的畸变、渐晕、视场不均匀、颜色不均匀等等一系列问题。

例如，如图8所示，第一微曲面阵列2011和第二微曲面阵列2013可以形成为一体式结构，以方便制作。但不限于此，第一微曲面阵列和第二微曲面阵列也可以为彼此独立的结构。

例如，如图8所示，各微曲面阵列中，相邻两个微曲面结构之间可以设置微曲面连接结构，以使得各微曲面阵列可以形成为一体式结构。

例如，如图8所示，微平面阵列中，相邻微平面结构之间可以通过连接部连接，且连接部的表面和多个微平面212构成锯齿状表面。例如，相邻微平面之间通过连接部连接以使微平面阵列可以形成为一体式结构。

例如，单独调节各光学结构中多层结构之间的距离，可以调节各光学通道的成像质量。例如，可以通过调节微曲面的曲率或者微平面的倾斜角等参数来调节不同层结构之间的距离。

图9为根据本公开实施例提供的一种显示装置的局部结构示意图。如图9所示，显示装置还包括位于耦合透镜300的出光侧的光波导元件500，从耦合透镜300射出的光进入到光波导元件500，且在光波导元件500内经过多次反射后，从光波导元件500出射。

例如，如图9所示，光波导元件500包括光耦入结构510和至少一个光耦出结构520。例如，如图9所示，光耦入结构510可以包括耦合输入面，从耦合透镜300出射的光线入射到光耦入结构510，入射到光耦入结构510的光线在耦合输入面发生内全反射，并在光波导元件500中全反射传播至光耦出结构520。

例如，如图9所示，光耦出结构520可以为透反元件，例如，光波导元件500可以包括多个透反元件，传播至各透反元件的光线的一部分被透反元件反射出光波导元件500的出光面，传播至各透反元件的光线的另一部分透过透反元件后继续在光波导元件500中传播。

例如，从光波导元件500出射的光线可以射向用户530。

例如，光波导元件500可以为阵列光波导，但不限于此，还可以为其他类型的波导结构，例如衍射光波导等。

例如，本公开实施例提供的显示装置可以为近眼显示装置。例如，本公开实施例提供的近场显示装置可以为头戴显示器或者其他增强现实或者虚拟现实显示装置。上述近眼显示装置例如可以包括混合现实头戴显示器，如微软的HoloLens。

例如，图10为根据本公开实施例提供的一种显示装置的局部结构示意图。如图10所示，显示装置还包括控制装置600，与图像源100连接，且被配置为根据经过耦合透镜300后的图像和子显示区域110经过耦合透镜300的主光线的视场角的对应关系，控制子显示区域110包括的子像素111的发光强度。

本公开实施例提供一种上述显示装置的显示方法，该显示方法包括：获取待显示图像，待显示图像为经过耦合透镜后的图像，待显示图像包括多个子图像区域，多个子图像区域与多个子显示区域一一对应；根据子显示区域经过耦合透镜的主光线的视场角，确定待显示图像的子图像区域与对应的图像源的子显示区域的相对坐标位置关系；以及根据相对坐标位置关系控制子显示区域包括的子像素的发光强度。

例如，当耦合透镜300的出瞳与光波导元件500的入瞳重合时，上述经过耦合透镜300的光线的视场角可以为入射到光波导元件500的入光面的光线的入射角。

例如，在设计光学阵列和耦合透镜的过程中，子显示区域经过光学阵列和耦合透镜后的主光线的视场角可以相应的确定，即为上述目标角度。

例如，控制装置600可以配置为获取上述待显示图像以及上述视场角与待显示图像的对应关系，从而控制子显示区域110包括的子像素111的发光强度。

例如，上述获取子显示区域经过耦合透镜的主光线的视场角与待显示图像的对应关系包括：根据视场角确定待显示图像与图像源显示图像的相对坐标位置关系。

例如，图11为图像源中的多个子显示区域形成的基本图像阵列，图12为经过耦合镜头后形成的待显示图像中的待显示图像阵列。如图10至图12所示，图像源100中的多个子显示区域110被配置为显示基本图像阵列，基本图像阵列显示的图像光经过光学阵列200和耦合透镜300的调整以后形成待显示图像阵列，待显示图像阵列包括阵列排布的多个子图像区域110’，多个子显示区域110的数量与多个子图像区域110’的数量相同，且多个子显示区域110与多个子图像区域110’一一对应设置。这里的子图像区域指子显示区域发出的图像光经过相应的光学结构和耦合透镜后形成图像的区域。

例如，基本图像阵列显示的图像与待显示图像阵列显示的图像可以不同。

例如，如图10至图12所示，多个子显示区域110沿矩阵排列以使每个子显示区域110具有二维坐标。例如，子显示区域110排列为m*n阵列时，具有坐标(1,1)～(m,n)。例如，待显示图像包括多个子图像区域110’，多个子图像区域110’沿矩阵排列以使每个子图像区域110’具有二维坐标。例如，子图像区域110’排列为m’*n’阵列时，具有坐标(1’,1’)～(m’,n’)。例如，多个子显示区域110中的至少之一的二维坐标位置与对应的子图像区域110’二维坐标位置不同。上述m和n为大于1的正整数，上述m’和n’为大于1的正整数。

例如，当各子显示区域110具有一个像素时，各子显示区域110的二维坐标即为该像素的二维坐标。例如，当各子显示区域110具有多个像素时，各子显示区域110中的各子像素具有各自的二维坐标，例如，各子显示区域110中的多个子像素排列为l*k阵列时，二维坐标为(1,1)的子显示区域110中各子像素的二维坐标可以为(11,11)～(1l,1k)，二维坐标为(m,n)的子显示区域110中各子像素的二维坐标可以为(m1,n1)～(ml,nk)。上述l和k为大于0的正整数。

上述多个子显示区域110在平行于YZ面的平面矩阵排列以使每个子显示区域110具有相应的二维坐标，同理，上述多个子图像区域110’也在平行于YZ面的平面矩阵排列以使每个子图像区域110’具有相应的二维坐标。上述“二维坐标位置”指一个子显示区域(或子图像区域)的二维坐标在矩阵排列的多个子显示区域(或多个子图像区域)中的相对位置。

例如，多个子显示区域110中二维坐标为(a,b)的子显示区域在m*n阵列中的二维坐标位置与多个子图像区域110’中二维坐标为(a’,b’)的子图像区域在m’*n’阵列中的二维坐标位置相同，则上述“多个子显示区域110中的至少之一的二维坐标位置与对应的子图像区域110’的二维坐标位置不同”可以指二维坐标为(a,b)的子显示区域对应的子图像区域的二维坐标不是(a’,b’)。上述a为大于等于1且小于等于m的正整数，b为大于等于1且小于等于n的正整数。

例如，上述待显示图像与图像源显示图像的相对坐标位置关系可以指待显示图像阵列中一个子图像区域的二维坐标位置与基本图像阵列中相应的子显示区域在该基本图像阵列中的二维坐标位置的对应关系。例如，如图11和图12所示，待显示图像阵列中二维坐标位置为(3’,2’)的子图像区域110’显示的图像可以为由基本图像阵列中二维坐标位置为(2,3)的子显示区域110经过光学阵列和耦合透镜后的光线形成的。

例如，根据对应关系控制子显示区域包括的子像素的发光强度包括：根据相对坐标位置关系控制子显示区域包括的子像素的发光强度。

例如，控制装置600可以根据上述基本图像阵列中的子显示区域的二维坐标位置与待显示图像阵列中的子图像区域的二维坐标位置的对应关系控制相应子显示区域中像素的发光强度。

例如，图13为控制装置的结构框图。如图13所示，控制装置600可以包括处理器610和存储器620。存储器620包括一个或多个计算机程序模块630。一个或多个计算机程序模块630被存储在存储器620中并被配置为由处理器610执行，一个或多个计算机程序模块包括用于执行上述显示方法的指令。

例如，控制装置600获得获取待显示图像的信息以及子显示区域经过耦合透镜的主光线的视场角与待显示图像的对应关系后，将上述信息储存在存储器620中。例如，处理器610可以执行控制子显示区域包括的子像素的发光强度的计算机程序模块。

例如，存储器620和处理器610可以通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。

例如，处理器610可以是中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)或者具有数据处理能力和/或程序执行能力的其它形式的处理单元，例如现场可编程门阵列(FPGA)等；例如，中央处理单元(CPU)可以为X86或ARM架构等。处理器610可以为通用处理器或专用处理器。

例如，存储器620可以包括一个或多个计算机程序产品的任意组合，计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、USB存储器、闪存等。在计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序模块630，处理器610可以运行一个或多个计算机程序模块630，以实现控制装置600的各种功能。在计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据以及应用程序使用和/或产生的各种数据等。

有以下几点需要说明：

(1)本公开的实施例附图中，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，本公开的同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

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

Claims (15)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

图像源，包括沿第一方向和第二方向阵列排布的多个子显示区域；

光学阵列，位于所述图像源的出光侧，且包括沿所述第一方向和所述第二方向阵列排布的多个光学结构；以及

耦合透镜，位于所述光学阵列远离所述图像源的一侧，

其中，所述多个子显示区域和所述多个光学结构一一对应，从每个子显示区域发出的图像光被配置为经过对应的光学结构入射到所述耦合透镜；

每个所述光学结构形成一个光学通道，各子显示区域发出的图像光被配置为从对应的光学通道出射，从不同光学通道出射光束的主光线的方向不同，且从不同光学通道出射光束的主光线的方向之间夹角的最大角度为110°～130°。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，各子显示区域发出的图像光被配置为仅从对应的光学通道出射。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，沿垂直于所述图像源的显示面的方向，所述子显示区域与对应的所述光学结构重叠；

相邻子显示区域之间，和相邻光学结构之间的至少之一设置有阻挡部以使各子显示区域发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

4.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，沿垂直于所述图像源的显示面的方向，所述子显示区域与对应的所述光学结构重叠，且至少一个子显示区域与对应的光学通道之间设置有波导通道以使所述至少一个子显示区域发出的图像光仅从对应的光学通道出射。

5.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，各子显示区域包括一个子像素；或者

各子显示区域包括多个子像素，各子显示区域中的不同子像素发出的图像光经过对应的光学通道出射的主光线的方向不同。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，各子显示区域包括多个子像素，沿所述多个子像素的排列方向，各子显示区域中相邻子像素之间的距离为第一距离，分别位于相邻子显示区域且彼此相邻的两个子像素之间的距离为第二距离，所述第一距离小于所述第二距离。

7.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，各光学通道为准直光学通道，所述准直光学通道被配置为将入射至所述光学通道的图像光进行准直。

8.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述耦合透镜为准直耦合透镜，且被配置为将从每个光学结构聚焦到所述耦合透镜的光进行准直。

9.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述光学阵列包括多层光学阵列结构，每层光学阵列结构包括球面、非球面、自由曲面、平面中的至少之一且具有光学折射功能的面型结构。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述光学阵列包括层叠设置的微曲面阵列和微平面阵列，所述微曲面阵列位于所述微平面阵列面向所述图像源的一侧，各所述光学结构包括微曲面和微平面；

至少部分光学结构中的微平面的倾斜角度不同，和/或，至少部分光学结构中的微曲面的曲率不同。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述微平面阵列包括沿所述第一方向和所述第二方向阵列排布的多个微平面结构，每个微平面结构包括一个所述微平面，相邻所述微平面结构之间通过连接部连接，且所述微平面阵列被垂直于所述第一方向或所述第二方向的平面截取的截面在所述微平面所在的一侧包括锯齿状边缘。

12.根据权利要求1-11任一项所述的显示装置，其特征在于，还包括：

光波导元件，位于所述耦合透镜的出光侧，

其中，从所述耦合透镜射出的光进入到所述光波导元件，且在所述光波导元件内经过多次反射后，从所述光波导元件出射。

13.根据权利要求1-11任一项所述的显示装置，其特征在于，还包括：

控制装置，与所述图像源连接，且被配置为根据经过所述耦合透镜后的图像和所述子显示区域经过所述耦合透镜的主光线的视场角的对应关系，控制所述子显示区域包括的子像素的发光强度。

14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述控制装置包括处理器和存储器，所述存储器包括一个或多个计算机程序模块，所述一个或多个计算机程序模块被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述一个或多个计算机程序模块包括用于执行所述图像源显示图像的指令。

15.根据权利要求1-11任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为近眼显示装置。

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