CN107247333A - 可切换显示模式的显示系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种可切换显示模式的显示系统，实现普通显示模式和光场显示模式的切换，其包括：光波导，所述光波导具有临近人眼的第一表面和背离人眼且平行于所述第一表面的第二表面，所述第一表面包括光入射面和光出射面；形成在所述光出射面表面上的显示模式切换元件，所述显示模式切换元件包括形成在所述光出射面表面上的微透镜阵列和形成在所述微透镜阵列上的填充层，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率；以及显示源系统，用于向所述光入射面发射可在S偏振和P偏振之间切换的线偏振光，以为所述显示系统提供显示图像。

Description

可切换显示模式的显示系统
技术领域
本公开涉及显示领域，具体而言，涉及一种可切换显示模式的显示系统。
背景技术
现在近眼显示领域，用户在佩戴增强现实设备时，所显示的3D物体是通过向用户的左右眼分别显示不同的图像，形成的立体视觉，由于基于双眼立体视觉的3D显示存在辐辏调节冲突的问题，使得用户长时间佩戴时会造成眼睛的疲劳和眩晕，这是立体显示中亟待解决的问题，具体可参见图1-2(图中1、2和3分别代表左眼、右眼和显示屏，L和L’分别代表辐辏距离和聚焦距离)，其中图1示出人眼观察真实世界的情况的示意图，图2示出现有技术中立体视觉3D显示的原理图，如图1-2所示，人眼观察真实世界时辐辏距离L和聚焦距离L’相等因此不存在辐辏调节冲突的问题，而在立体视觉3D显示时辐辏距离L和聚焦距离L’相差很大因此辐辏调节冲突的问题比较明显。
光场显示为解决用户眼睛疲劳和眩晕提供了一个可行的方法，通过模拟自然3D物体的光场，实现自然的3D显示，降低了人眼的疲劳和眩晕。采用微透镜阵列的集成成像显示是实现光场显示的方式之一，如图3所示(图中31-35分别代表自然图像、显示屏、微透镜阵列、三维图像和观察者)，但普通的微透镜阵列只能显示三维物体，不能起到显示模式切换的功能，而且微透镜阵列的光场显示的方法会降低显示图像的分辨率，不利于光场显示在显示设备上的实用化。
因此，设计一种新的显示系统是目前亟待解决的技术问题。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种可切换显示模式的显示系统，实现显示模式切换即普通显示模式和光场显示模式的切换，并且在实现显示模式切换的同时实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示效果。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一示例性实施方式，公开一种可切换显示模式的显示系统，包括：
光波导，所述光波导具有临近人眼的第一表面和背离人眼且平行于所述第一表面的第二表面，所述第一表面包括光入射面和光出射面，其中向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出；
形成在所述光出射面表面上的显示模式切换元件，所述显示模式切换元件包括形成在所述光出射面表面上的微透镜阵列和形成在所述微透镜阵列上的填充层，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率；以及
显示源系统，用于向所述光入射面发射可在S偏振和P偏振之间切换的线偏振光，以为所述显示系统提供显示图像。
在本公开的一示例性实施方式中，其中所述向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出包括：垂直于所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面。
在本公开的一示例性实施方式中，其中所述垂直于所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面包括：
所述垂直于所述光入射面入射的光经设置于所述光波导中对应于所述光入射面的区域的入射反射面反射后沿平行于所述第一表面的方向在所述光波导中传播；
所述在所述光波导中沿平行于所述第一表面的方向传播的光经设置于所述光波导中对应于所述光出射面的区域的多个相互平行的出射反射面反射后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面，其中所述多个出射反射面中的任一个均与所述入射反射面互为镜像。
在本公开的一示例性实施方式中，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率包括：所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，所述填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示系统还包括形成在所述第二表面上的仅容许S偏振光通过的线偏振片。
在本公开的一示例性实施方式中，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率包括：所述微透镜阵列对应于P偏振光和S偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，所述填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示系统还包括形成在所述第二表面上的仅容许P偏振光通过的线偏振片。
在本公开的一示例性实施方式中，所述微透镜阵列由双折射率材料构成。
在本公开的一示例性实施方式中，所述光波导由硅基光波导材料或聚合物光波导材料构成。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统包括用于产生所述显示图像的微显示器。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统还包括用于输出相应的显示图像信号给所述微显示器的图像渲染单元。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统还包括用于将所述微显示器所发出的光进行汇聚后向所述光入射面的方向投射的投影系统。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统还包括用于改变进入光波导的光的偏振态的偏振切换元件。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统还包括控制单元，至少用于控制所述偏振切换元件以改变进入光波导的光的偏振态。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统还包括控制单元，至少用于控制所述图像渲染单元输出相应的显示图像信号给所述微显示器。
根据本公开的一些实施方式，通过采用具有双折射率的微透镜阵列的显示模式切换元件，从而实现显示模式的自由实时切换，即使得显示系统除了显示普通的二维图像，也能切换为显示自然三维图像，从而提供了很大的灵活性，在一定程度上缓解了由于微透镜阵列的光场显示实现3D显示的方法导致的图像分辨率下降的问题。
根据本公开的一些实施方式，通过在利用微透镜阵列显示自然三维图像的时候控制外界场景光线的偏振态，使得外界场景不受影响的同时观察到自然三维显示，从而在实现显示模式切换的同时实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示出人眼观察真实世界的情况的示意图。
图2示出现有技术中立体视觉3D显示的原理图。
图3示出现有技术中微透镜阵列实现光场显示的示意图。
图4示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统的示意图。
图5示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的显示模式切换元件的示意图。
图6示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的S偏振光通过显示模式切换元件的示意图。
图7示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的P偏振光通过显示模式切换元件的示意图。
图8示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统的另一光路图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。
需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能会夸大层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
本公开的目的在于提供一种可切换显示模式的显示系统，包括：光波导，所述光波导具有临近人眼的第一表面和背离人眼且平行于所述第一表面的第二表面，所述第一表面包括光入射面和光出射面，其中向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出；形成在所述光出射面表面上的显示模式切换元件，所述显示模式切换元件包括形成在所述光出射面表面上的微透镜阵列和形成在所述微透镜阵列上的填充层，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率；以及显示源系统，用于向所述光入射面发射可在S偏振和P偏振之间切换的线偏振光，以为所述显示系统提供显示图像。通过采用具有双折射率的微透镜阵列的显示模式切换元件，从而实现显示模式的自由实时切换，即使得显示系统除了显示普通的二维图像，也能切换为显示自然三维图像，从而提供了很大的灵活性，在一定程度上缓解了由于微透镜阵列的光场显示实现3D显示的方法导致的图像分辨率下降的问题；此外，通过在利用微透镜阵列显示自然三维图像的时候控制外界场景光线的偏振态，使得外界场景不受影响的同时观察到自然三维显示，从而在实现显示模式切换的同时实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示效果。
下面结合附图对本公开的可切换显示模式的显示系统进行具体说明，其中，图1示出人眼观察真实世界的情况的示意图；图2示出现有技术中立体视觉3D显示的原理图；图3示出现有技术中微透镜阵列实现光场显示的示意图；图4示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统的示意图；图5示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的显示模式切换元件的示意图；图6示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的S偏振光通过显示模式切换元件的示意图；图7示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的P偏振光通过显示模式切换元件的示意图；图8示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统的另一光路图。
下面结合图4-7对本公开的可切换显示模式的显示系统进行具体说明，其中，图4示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统的示意图；图5示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的显示模式切换元件的示意图；图6示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的S偏振光通过显示模式切换元件的示意图；图7示出根据本公开一示例实施方式的可切换显示模式的显示系统中的P偏振光通过显示模式切换元件的示意图。
如图4-5所示，可切换显示模式的显示系统，包括：光波导41，所述光波导具有临近人眼44的第一表面和背离人眼且平行于所述第一表面的第二表面，所述第一表面包括光入射面和光出射面，其中向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出；形成在所述光出射面表面上的显示模式切换元件42，所述显示模式切换元件包括形成在所述光出射面表面上的微透镜阵列421和形成在所述微透镜阵列上的填充层422(如图5所示)，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率；以及显示源系统43，用于向所述光入射面发射可在S偏振和P偏振之间切换的线偏振光，以为所述显示系统提供显示图像。
下面以显示源系统向光波导发射P偏振光时实现三维显示而发射S偏振光时实现二维显示的实施方式为例说明本公开的显示系统实现显示模式切换的具体原理，相应的此时微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。但本公开并不限于此，只要是微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率均可实现三维和二维显示的切换，也就是说也可以用S偏振光实现三维显示而用P偏振光实现二维显示，相应的此时微透镜阵列对应于P偏振光和S偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。
在用S偏振光实现三维显示而用P偏振光实现二维显示的实施方式中，光波导中传导光为S偏振光时，微透镜的折射率和填充层的折射率都为n1，此时显示模式切换元件等效为一平板玻璃，不具有光焦度(如图6所示)，此时人眼看到的是二维图像；当光波导中的传导光为P偏振光时，此时微透镜阵列的折射率为n2，且n2>n1，显示模式切换元件具有光焦度，等效为一个微透镜阵列(如图7所示)，因此此时人眼看到的是三维图像。通过显示源系统43改变进入光波导元件的光的偏振态(由P偏振光变为S偏振光或者由S偏振光变为P偏振光)，这样经过显示模式切换元件的作用，显示的图像就会在二维图像和三维图像之间切换，换句话说，用户可以在双目立体视觉显示和光场显示中进行切换，由于光场显示提供了自然的三维显示，能消除普通三维显示中用户由于辐辏冲突而引起的视觉疲劳和眩晕；同时也提供了很大的灵活性，在一定程度上缓解了由于微透镜阵列的光场显示实现3D显示的方法导致的图像分辨率下降的问题。
其中，微透镜阵列材料可为方解石(CaO·CO2)，其寻常光折射率为1.658，非常光的折射率为1.486；而填充层材料可为聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，折射率约为1.49(无论何种偏振态)。在本实施方式中，P方向线偏振光为寻常光，S方向线偏振光为非常光，这样在S方向线偏振光的时候，双折射率微透镜阵列不影响光线，可视为光学平板；在P方向线偏振光的时候，双折射率微透镜阵列对光线进行偏折，起透镜作用。材料不限定以上材料，可以为其他类型的双折射率材料，只要填充层材料的折射率和双折射率材料两个折射率中较小的那个折射率近似即可。
双折射率微透镜阵列的制程说明如下：使用双折射率材料(如方解石)加工出微透镜阵列，微透镜的通光孔径的形状可以是四边形，也可以为六边形；将加热后软化或者融化的填充层材料(如PMMA)压覆于微透镜阵列材料有透镜突起的一端，使得形成的端面平面与微透镜阵列另一侧的端面平面平行，最后形成一个几何上为平板的显示模式切换元件。这种显示模式切换元件仅对某一个偏振态的光线起透镜的折光作用，而对与之垂直方向的偏振态的光线没有折光作用，即为一个光学平板。
在本公开的一示例性实施方式中，其中所述向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出包括：垂直于所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面。
在本公开的一示例性实施方式中，所述垂直于所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面包括：所述垂直于所述光入射面入射的光经设置于所述光波导中对应于所述光入射面的区域的入射反射面411反射后沿平行于所述第一表面的方向在所述光波导中传播；所述在所述光波导中沿平行于所述第一表面的方向传播的光经设置于所述光波导中对应于所述光出射面的区域的多个相互平行的出射反射面412反射后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面，其中所述多个出射反射面中的任一个均与所述入射反射面互为镜像。
在此需要特别说明的是，上述示例性实施方式中光是垂直于所述光入射面入射的，且入射反射面与光波导的光入射面夹角为45度(如图4所示)，但本公开并不限于此，对于光不是垂直于所述光入射面入射和/或入射反射面与光波导的光入射面夹角不为45度的情况，向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后依然可以从所述光出射面射出而投向人眼，具体如图8所示，这时候入射光波导的光线实际上是在光波导中进行全反射传播的，即在光波导的第一表面和第二表面之间进行多次全反射传播，然后在光出射面的多个出射反射面412反射后射出光出射面而投向人眼成像。
在本公开的一示例性实施方式中，为了在实现显示模式切换的同时实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示效果，可以在光波导的第二表面上形成仅容许S偏振光通过的线偏振片45，使得外界环境的光线只有S偏振光才能透过，同时显示切换元件对于S偏振光没有光焦度，等效为平板，所以外界环境的光可以没有弯曲的进入人眼，这样能保证外界物体能没有变形的为用户所观察到，实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示。这样在利用微透镜阵列显示自然三维图像的时候，控制外界场景光线的偏振态，使得外界场景不受影响的同时观察到自然三维显示。
在本公开的另一示例性实施方式中，正如前述实施方式所述的，也可以用S偏振光实现三维显示而用P偏振光实现二维显示，相应的此时微透镜阵列对应于P偏振光和S偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。同样地，为了在本实施方式中在实现显示模式切换的同时实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示效果，也可以在光波导的第二表面上形成仅容许P偏振光通过的线偏振片。
在本公开的一示例性实施方式中，所述光波导由硅基光波导材料或聚合物光波导材料构成。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统43包括用于产生所述显示图像的微显示器431。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统43还包括用于输出相应的显示图像信号给所述微显示器431的图像渲染单元432。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统43还包括用于将所述微显示器431所发出的光进行汇聚后向所述光入射面的方向投射的投影系统433。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统43还包括用于改变进入光波导的光的偏振态的偏振切换元件434。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统43还包括控制单元435，至少用于控制所述偏振切换元件434以改变进入光波导的光的偏振态。
在本公开的一示例性实施方式中，所述显示源系统43还包括控制单元435，至少用于控制所述图像渲染单元432输出相应的显示图像信号给所述微显示器431。
此外，还需要特别说明的是，显示源系统的具体构成并不限于上述实施方式所示，也可以是以其他方式构成，只要是能向所述光入射面发射可在S偏振和P偏振之间切换的线偏振光以为所述显示系统提供显示图像即可。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本公开实施例的可切换显示模式的显示系统具有以下优点中的一个或几个。
根据本公开的一些实施方式，通过采用具有双折射率的微透镜阵列的显示模式切换元件，从而实现显示模式的自由实时切换，即使得显示系统除了显示普通的二维图像，也能切换为显示自然三维图像，从而提供了很大的灵活性，在一定程度上缓解了由于微透镜阵列的光场显示实现3D显示的方法导致的图像分辨率下降的问题。
根据本公开的一些实施方式，通过在利用微透镜阵列显示自然三维图像的时候控制外界场景光线的偏振态，使得外界场景不受影响的同时观察到自然三维显示，从而在实现显示模式切换的同时实现显示物体和外界物体的叠加的增强现实显示效果。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (15)

1.一种可切换显示模式的显示系统，包括：
光波导，所述光波导具有临近人眼的第一表面和背离人眼且平行于所述第一表面的第二表面，所述第一表面包括光入射面和光出射面，其中向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出；
形成在所述光出射面表面上的显示模式切换元件，所述显示模式切换元件包括形成在所述光出射面表面上的微透镜阵列和形成在所述微透镜阵列上的填充层，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率；以及
显示源系统，用于向所述光入射面发射可在S偏振和P偏振之间切换的线偏振光，以为所述显示系统提供显示图像。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，其中所述向所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后从所述光出射面射出包括：垂直于所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，其中所述垂直于所述光入射面入射的光经过在所述光波导中传播后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面包括：
所述垂直于所述光入射面入射的光经设置于所述光波导中对应于所述光入射面的区域的入射反射面反射后沿平行于所述第一表面的方向在所述光波导中传播；
所述在所述光波导中沿平行于所述第一表面的方向传播的光经设置于所述光波导中对应于所述光出射面的区域的多个相互平行的出射反射面反射后沿垂直于所述光出射面的方向射出所述光出射面，其中所述多个出射反射面中的任一个均与所述入射反射面互为镜像。
4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率包括：所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，所述填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。
5.根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，还包括形成在所述第二表面上的仅容许S偏振光通过的线偏振片。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，其中所述微透镜阵列对应于S偏振光和P偏振光具有两种不同的折射率，所述填充层具有所述两种不同的折射率中较小的折射率包括：所述微透镜阵列对应于P偏振光和S偏振光分别具有第一折射率和第二折射率，所述填充层具有第一折射率，且所述第二折射率大于所述第一折射率。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，还包括形成在所述第二表面上的仅容许P偏振光通过的线偏振片。
8.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述微透镜阵列由双折射率材料构成。
9.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光波导由硅基光波导材料或聚合物光波导材料构成。
10.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示源系统包括用于产生所述显示图像的微显示器。
11.根据权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述显示源系统还包括用于输出相应的显示图像信号给所述微显示器的图像渲染单元。
12.根据权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述显示源系统还包括用于将所述微显示器所发出的光进行汇聚后向所述光入射面的方向投射的投影系统。
13.根据权利要求12所述的显示系统，其特征在于，所述显示源系统还包括用于改变进入光波导的光的偏振态的偏振切换元件。
14.根据权利要求13所述的显示系统，其特征在于，所述显示源系统还包括控制单元，至少用于控制所述偏振切换元件以改变进入光波导的光的偏振态。
15.根据权利要求11所述的显示系统，其特征在于，所述显示源系统还包括控制单元，至少用于控制所述图像渲染单元输出相应的显示图像信号给所述微显示器。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019000989A1 (zh) * 2017-06-26 2019-01-03 京东方科技集团股份有限公司 可切换显示模式的显示系统
CN110161697A (zh) * 2019-06-04 2019-08-23 京东方科技集团股份有限公司 近眼显示装置及近眼显示方法
WO2019179085A1 (zh) * 2018-03-21 2019-09-26 京东方科技集团股份有限公司 显示装置、车载显示系统、交通工具和全息透镜的制作方法
CN110554500A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 中强光电股份有限公司 头戴式显示装置
WO2020088107A1 (zh) * 2018-10-30 2020-05-07 京东方科技集团股份有限公司 光学显示系统、ar显示装置及vr显示装置
CN111373306A (zh) * 2017-11-29 2020-07-03 株式会社籁天那 光学装置的制造方法
CN112014974A (zh) * 2020-09-30 2020-12-01 南京工程学院 基于偏振体全息型微透镜阵列的双通道近眼光场显示系统
CN112305777A (zh) * 2020-11-09 2021-02-02 北京理工大学 二维和三维可切换显示方法和系统
WO2021147752A1 (zh) * 2020-01-20 2021-07-29 北京芯海视界三维科技有限公司 3d光栅和3d显示装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110275312B (zh) * 2019-07-28 2024-03-26 成都航空职业技术学院 基于矩形偏振阵列的集成成像3d显示装置
CN112444970B (zh) * 2019-08-30 2022-10-18 成都理想境界科技有限公司 一种大视场ar波导

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1896799A (zh) * 2005-07-11 2007-01-17 三星电子株式会社 可切换裸眼式立体显示器
US20070296896A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 Lg.Philips Lcd Co., Ltd. Lenticular lens array and image display device including the same
KR20130064333A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 엘지디스플레이 주식회사 무안경 방식의 2차원/3차원 영상 표시장치
CN103885582A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 辉达公司 近眼微透镜阵列显示器
CN104145208A (zh) * 2012-03-15 2014-11-12 谷歌公司 具有衍射透镜的近眼式显示器
CN104714262A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 乐金显示有限公司 可切换透镜装置及使用其的二维和三维图像显示装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061532B2 (en) * 2001-03-27 2006-06-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Single sensor chip digital stereo camera
JP4654579B2 (ja) * 2004-01-09 2011-03-23 セイコーエプソン株式会社 光学系の光伝搬構造および光学表示装置、並びに光学系の光伝搬方法および光学表示装置の表示方法
KR102457205B1 (ko) * 2015-08-31 2022-10-20 엘지디스플레이 주식회사 편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치
CN105898276A (zh) * 2016-05-10 2016-08-24 北京理工大学 基于非周期全息微透镜阵列的近眼三维显示系统
CN105911699A (zh) * 2016-07-01 2016-08-31 成都理想境界科技有限公司 近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备
CN107247333B (zh) * 2017-06-26 2020-12-04 京东方科技集团股份有限公司 可切换显示模式的显示系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1896799A (zh) * 2005-07-11 2007-01-17 三星电子株式会社 可切换裸眼式立体显示器
US20070296896A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 Lg.Philips Lcd Co., Ltd. Lenticular lens array and image display device including the same
KR20130064333A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 엘지디스플레이 주식회사 무안경 방식의 2차원/3차원 영상 표시장치
CN104145208A (zh) * 2012-03-15 2014-11-12 谷歌公司 具有衍射透镜的近眼式显示器
CN103885582A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 辉达公司 近眼微透镜阵列显示器
CN104714262A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 乐金显示有限公司 可切换透镜装置及使用其的二维和三维图像显示装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019000989A1 (zh) * 2017-06-26 2019-01-03 京东方科技集团股份有限公司 可切换显示模式的显示系统
CN111373306A (zh) * 2017-11-29 2020-07-03 株式会社籁天那 光学装置的制造方法
WO2019179085A1 (zh) * 2018-03-21 2019-09-26 京东方科技集团股份有限公司 显示装置、车载显示系统、交通工具和全息透镜的制作方法
US12019237B2 (en) 2018-03-21 2024-06-25 Boe Technology Group Co., Ltd. Display device, vehicle-mounted display system, vehicle and manufacturing method of holographic lens
CN110554500A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 中强光电股份有限公司 头戴式显示装置
WO2020088107A1 (zh) * 2018-10-30 2020-05-07 京东方科技集团股份有限公司 光学显示系统、ar显示装置及vr显示装置
US11397333B2 (en) 2018-10-30 2022-07-26 Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. Optical display system, AR display device and VR display device
CN110161697A (zh) * 2019-06-04 2019-08-23 京东方科技集团股份有限公司 近眼显示装置及近眼显示方法
WO2021147752A1 (zh) * 2020-01-20 2021-07-29 北京芯海视界三维科技有限公司 3d光栅和3d显示装置
CN112014974A (zh) * 2020-09-30 2020-12-01 南京工程学院 基于偏振体全息型微透镜阵列的双通道近眼光场显示系统
CN112305777A (zh) * 2020-11-09 2021-02-02 北京理工大学 二维和三维可切换显示方法和系统
CN112305777B (zh) * 2020-11-09 2022-01-11 北京理工大学 二维和三维可切换显示方法和系统

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US20210026154A1 (en) 2021-01-28
CN107247333B (zh) 2020-12-04
WO2019000989A1 (zh) 2019-01-03

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