CN110133859A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置，包括光源、光导引元件、第一透镜、微透镜阵列及反射式显示元件。光源用于提供照明光束。光导引元件用于将照明光束朝入射方向投射。第一透镜用于接收光导引元件投射出的照明光束，并将照明光束朝入射方向投射。第一透镜位于微透镜阵列与光导引元件之间，微透镜阵列位于反射式显示元件与第一透镜之间。微透镜阵列包括多个微透镜，反射式显示元件包括多个微影像单元，这些微影像单元分别对应于这些微透镜。反射式显示元件的每一微影像单元用于将照明光束转换成一子影像光束并反射至微透镜阵列。每一子影像光束藉由对应的微透镜投射至第一透镜，这些子影像光束穿透光导引元件传递至光圈，形成影像光束。

Description

显示装置
技术领域
本发明是关于一种显示装置，且特别关于一种显示装置，用于显示3D影像。
背景技术
光场显示装置(Light Field Display)是一种使用光场显示技术产生立体视觉影像的显示装置，光场影像透过微透镜阵列产生一实像或者虚像于成像面上，因此观察者可以在特定距离上看到具有深度感受的光场影像。
一般人眼在观看约10公尺内的物体，单眼聚焦在不同距离下的物体时，称为调节作用(Accommodation)。此时两眼亦会同时往视轴上旋转，因此两眼看到的物体会产生视差并在大脑中合成立体影像，称为眼转动(Vergence)，也就是两眼往相反方向的非共轭性运动(异向运动)。然而现今一般的头带式显示器所提供的影像为2D画面，因此会产生单眼聚焦与双眼聚焦不匹配的情况，造成晕眩及不舒适感产生虚拟实境呕吐症，此称为视觉辐辏调节冲突(Vergence-accommodation conflict)。
本“背景技术”部分只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”中所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的公知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种显示装置，可以降低显示装置的厚度与重量，并提高影像的视野及清晰度。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明之一实施例提供一种显示装置，包括光源、光导引元件、第一透镜、微透镜阵列及反射式显示元件。光源用于提供照明光束。光导引元件配置于照明光束的传递路径上，用于将照明光束朝入射方向投射。第一透镜配置于照明光束的传递路径上，用于接收光导引元件投射出的照明光束，并将照明光束朝入射方向投射。微透镜阵列配置于照明光束的传递路径上，其中第一透镜位于微透镜阵列与光导引元件之间，微透镜阵列包括多个微透镜，微透镜阵列用于接收第一透镜投射出的照明光束。反射式显示元件配置于照明光束的传递路径上，其中微透镜阵列位于反射式显示元件与第一透镜之间，反射式显示元件包括多个微影像单元，这些微影像单元分别对应于这些微透镜，反射式显示元件用于接收微透镜阵列投射出的照明光束，其中每一微影像单元用于将照明光束转换成一子影像光束并反射至微透镜阵列，每一子影像光束藉由对应的微透镜投射至第一透镜，第一透镜并将这些子影像光束汇聚并投射至光导引元件，这些子影像光束穿透光导引元件后传递至光圈，形成影像光束。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的显示装置的示意图。
图2A是图1所示实施例的显示装置的显示元件的多个微影像单元所分别显示的多个子影像的示意图。
图2B是使用者的眼睛透过图1所示实施例的显示装置所观察到的影像的示意图。
图3是图1所示实施例的显示装置的微透镜阵列的示意图。
图4是本发明另一实施例的显示装置的示意图。
图5是本发明又一实施例的显示装置的示意图。
图6是本发明又一实施例的显示装置的示意图。
图7是本发明又一实施例的显示装置的示意图。
图8是本发明又一实施例的显示装置的示意图。
图9是本发明又一实施例的显示装置的示意图。
图10A是本发明又一实施例的显示装置的示意图。
图10B是本发明又一实施例的反射式显示元件的示意图。
图10C是本发明又一实施例的显示装置的局部示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是本发明一实施例的显示装置的示意图。请参照图1，本实施例的显示装置100包括光源101、光导引元件(light-directing element)102、第一透镜103、微透镜阵列104以及反射式显示元件105。光源101用于提供照明光束L11。光导引元件102配置于照明光束L11的传递路径上，光导引元件102用于将照明光束L11朝入射方向I投射，以成为照明光束L12。第一透镜103配置于照明光束L12的传递路径上，用于接收光导引元件102投射出的照明光束L12，并将照明光束L12朝入射方向I投射，以成为照明光束L13。微透镜阵列104配置于照明光束L13的传递路径上，其中第一透镜103位于微透镜阵列104与光导引元件102之间。微透镜阵列104包括多个微透镜1041，而微透镜阵列104用于接收第一透镜103投射出的照明光束L13，并朝入射方向I投射照明光束L14。反射式显示元件105配置于照明光束L14的传递路径上，其中微透镜阵列104位于反射式显示元件105与第一透镜103之间。
反射式显示元件105包括多个微影像单元1051，且这些微影像单元1051分别对应于这些微透镜1041。反射式显示元件105用于接收微透镜阵列104投射出的照明光束L14，其中每一微影像单元1051用于将照明光束L14转换成子影像光束LS，藉由反射式显示元件105将这些子影像光束LS反射至微透镜阵列104(图1以位于上缘的微影像单元1051所发出的子影像光束LS示意)。每一子影像光束LS藉由对应的微透镜1041投射至第一透镜103，第一透镜103将这些子影像光束LS汇聚并投射至光导引元件102。这些子影像光束LS穿透光导引元件102后传递至光圈106，以形成影像光束LI。
此外，显示装置100还可以包括光波导元件107。在本实施例中，第一透镜103用于收集这些微透镜1041所投射的子影像光束LS，并将这些子影像光束LS汇聚至光圈106。这些子影像光束LS于光圈106的位置成为影像光束LI，而光波导元件107位于影像光束LI的传递路径上，用于将影像光束LI传递至使用者眼睛EY的位置。在本实施例中，使用者眼睛EY会看到虚像(Virtual image)S0，且使用者是可以看到具有深度感受的虚像。本实施例是以光波导元件107包括光波导元件1071及1073作为举例说明，但本发明并不限制光波导元件的数量，一个光波导元件也是可以达到本发明的功效。光波导元件107只要是位于影像光束LI的传递路径上，且能将影像光束LI传递至使用者的眼睛EY即可。透过光波导元件107的设置，本实施例的显示装置100例如可以应用于扩增实境(Augmented Reality)或虚拟实境(Virtual Reality)等，本实施例的显示装置100可为光场显示器或近眼显示器，但本发明并不限制。
在本实施例中，反射式显示元件105是以液晶覆硅(又称硅基液晶或单晶硅反射式液晶，Liquid Crystal On Silicon，LCoS)作为举例说明，反射式显示元件105用于将照明光束L14转换成多个子影像光束LS。反射式显示元件105的多个微影像单元1051则是多个液晶单元所构成，但本发明不局限于此。反射式显示元件也可以是数字微型反射镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)，而多个微影像单元则是多个微镜片所构成。而在本实施例中，光导引元件102是以部分穿透部分反射元件作为举例说明，光导引元件102例如是分光片(light splitter)，或者，光导引元件102例如是具有金属格栅层(metal gratinglayer)用于让入射的光束可以将50％的光束穿透，50％的光束反射。因此光导引元件102可将部分照明光束L11朝入射方向I投射，以成为照明光束L12。光导引元件102可让这些子影像光束LS穿透而传递至光圈106。然而，本发明并不限制反射式显示元件105及光导引元件102的种类或形式。光导引元件102只要是可以将照明光束L11朝入射方向I投射，并让子影像光束LS穿透即可；反射式显示元件105只要是可以将照明光束L14转换成多个子影像光束LS即可。
详细地说，光源101提供的照明光束L11具有发散角度A1，经由第一透镜103的汇聚之后，朝入射方向I投射的照明光束L13形成准直光束。而由于照明光束L13是准直光束，被各微影像单元1051反射的各子影像光束LS的发散角度可以控制在特定的角度范围之内，且可以提高影像光束LI的影像清晰度。具体而言，照明光束L11的传递距离是从光源101至光导引元件102的反射介面的距离d11，而照明光束L12的传递距离是从光导引元件102的反射介面至第一透镜103的距离d12，而照明光束L11与L12从光源101至第一透镜103的路径的长度d1(即d11+d12)为一预设长度。透过调整此预设长度，可以使照明光束L12被第一透镜103朝入射方向I投射后成为准直光束(即照明光束L13)。此外，第一透镜103与微透镜阵列104之间具有一间距，其中该间距大体为微透镜阵列104的焦距长，也就是第一透镜103设置于微透镜阵列104的焦点上。
附带一提的，光源101例如可以是激光光源(laser light source)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)光源、微发光二极管(Micro Light-emitting diode)或有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)光源，本发明并不限制光源101的种类与型式。
在本实施例中，光圈106定义为多个子影像光束LS汇聚的位置也就是影像光束LI形成的位置，而光圈106的位置是在第一透镜103的焦点处，而这些子影像光束LS汇聚在光圈106处的影像光束具有最小的影像光束截面面积，并形成影像光束LI。且值得一提的是本发明构成远心(telecentric)的光学架构，透镜阵列104具有微光圈阵列，微光圈阵列设置在透镜阵列的焦点附近，详细的描述在于后面说明书内容中呈现。本实施例在第一透镜103的焦点处并不设置实体光圈，但本发明并不局限于此。在本发明的其它实施例中，光圈106可以设置实体的光圈，例如具有开孔的挡片。而实体的光圈可有效阻挡影像光束LI周围的杂光，降低使用者的眼睛EY观看影像光束LI时产生的叠影及/或杂光。
请参阅图2A及图2B，图2A是图1所示实施例的显示装置100的反射式显示元件105的多个微影像单元1051所分别产生的多个子影像(elemental image)的示意图，图2B是使用者的眼睛EY透过图1所示实施例的显示装置100所观察到的影像的示意图。图2A所显示的子影像EI0、EI是反射式显示元件105的多个微影像单元1051所提供的多个子影像光束LS的一范例。如图2A所示，在本实施例中，多个微影像单元1051产生一个子影像EI0与多个子影像EI，其中子影像EI0为中心子影像，多个子影像EI围绕中心子影像EI0。在本实施例中，子影像EI0、EI经由对应的微透镜1041投射至第一透镜103，再依序通过光导引元件102及光圈106后，经光波导元件107传递至使用者的眼睛EY，而让使用者可观看到如图2B所显示的影像。如此，本实施例的显示装置100透过光源101、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件105、光圈106及光波导元件107的设置，让使用者可以看到具有深度感受的影像。然而，图2A中反射式显示元件105产生的子影像EI0、EI仅为一举例说明，并非用以限制本发明。
图3是图1所示实施例的显示装置100的微透镜阵列104的示意图。请参照图3，在本实施例中，微透镜阵列104的多个微透镜1041是以矩阵方式排列作为举例说明，但本发明不局限于此。在本实施例中，每一微透镜1041的焦距可以是相同的，但也不排除这些微透镜1041的焦距可以是不同的。在正视方向，多个微透镜1041的形状例如为矩形，但在侧面方向上，多个微透镜1041的形状则呈现具有曲面的透镜形状。
在图1的实施例中，藉由光导引元件102的设置，可以简化显示装置100的光路与结构，大幅降低其厚度与重量。并且，因使用第一透镜103而使子影像光束LS可大角度地转折，所以在通过光波导元件107后进入使用者眼睛EY的入射角θ1会远大于子影像光束LS从微影像单元1051出射时的出射角θ2，所以显示装置100的整体厚度不需太厚即可达到大视野(field of view,FOV)的优点。此外，由于第一透镜103可对子影像光束LS进行大角度的转折，所以微透镜阵列104的这些微透镜1041无需采用倾斜光学面的特殊设计，可以降低成本，并简化显示装置100的结构。
在本发明一实施例中，每一微透镜1041投射至对应的微影像单元1051的照明光束L14具有一预设入射角度，以使被微影像单元1051反射的子影像光束LS不会投射至对应的微透镜1041之外。其中，预设入射角度可以以图1所示的θ2表示。透过控制使入射微影像单元1051的照明光束L14具有预设入射角度，可使各微影像单元1051仅部分转换照明光束L14，让反射的子影像光束LS不会投射至对应的微透镜1041之外，可以提高显示装置100显示影像的清晰度。本发明并不限制控制使入射微影像单元1051的照明光束L14具有预设入射角度的方法，只要是可以使微透镜1041投射出的照明光束L14具有预设入射角度即可，此预设入射角度可以是±12度，但不局限于此。例如可以是利用下述其中之一的方式：调整光源101提供的照明光束L11的发散角度A1、调整第一透镜103的焦距、调整各微透镜1041的焦距及/或调整光源101、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件105彼此间的间距，而使微透镜1041投射出的照明光束L14具有预设入射角度。
图4是本发明另一实施例的显示装置的示意图。请参照图4，在本实施例中，显示装置200包括光源101、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列204、反射式显示元件105及光波导元件107。本实施例的显示装置200与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：微透镜阵列204例如是空间光调制器(SLM，Spatial Light Modulator)，而这些微透镜2041具有可变焦距，亦即本实施例的微透镜阵列204的每一个微透镜2041都可以调整其焦距。在本实施例中，各微透镜2041例如可以是液晶光阀(LCLV)、液态透镜、液晶透镜或其它可调整焦距的光学元件所实现。
图5是本发明又一实施例的显示装置的示意图。请参照图5，在本实施例中，显示装置300包括光源101、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件105、第二透镜108及光波导元件107。本实施例的显示装置300与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：显示装置300还包括第二透镜108，配置于光导引元件102的一侧，其中第二透镜108并位于光导引元件102与光圈106之间。第二透镜108用于将穿透光导引元件102的这些子影像光束LS投射至光圈106。透过第二透镜108的设置，可以提高显示装置300的视野并降低像差(aberration)，进一步提升显示装置300的显示效果。
图6是本发明又一实施例的显示装置的示意图。请参照图6，在本实施例中，显示装置400包括光源101、光导引元件402、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件405及光波导元件107。本实施例的显示装置400与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：反射式显示元件405是液晶覆硅(LCoS，Liquid Crystal On Silicon)显示元件，而光导引元件402是偏振分光镜(PBS，Polarizing Beam Splitter)。照明光束L11包括第一偏振光及第二偏振光，光导引元件402将照明光束L11中的第一偏振光反射以朝向入射方向I投射，而成为照明光束L12a。光导引元件402并让照明光束L11中的第二偏振光通过，而成为光束L12b。其中照明光束L11的第一偏振光(照明光束L12a)与第二偏振光(照明光束L12b)的偏振态是互相垂直的。
透镜103将照明光束L12a朝入射方向I投射，以成为照明光束L13a，微透镜阵列104接收第一透镜103投射出的照明光束L13a，并朝入射方向I投射照明光束L14a。而反射式显示元件405的微影像单元4051在将照明光束L14a转换成子影像光束LS后，会改变反射的子影像光束LS的偏振态，使反射的子影像光束LS的偏振态与第二偏振光相同。因此，当第一透镜103并将这些子影像光束LS投射至光导引元件402时，这些子影像光束LS可以穿透光导引元件402并汇聚至光圈106。因而本实施例可透过液晶覆硅的反射式显示元件405实现影像的显示。
图7是本发明又一实施例的显示装置的示意图。请参照图7，在本实施例中，显示装置500包括光源101a、光源透镜109a、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件105及光波导元件107。本实施例的显示装置500与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：光源101a与光导引元件102之间具有光源透镜109a。光源透镜109a的焦距为正，以使光源101a提供的照明光束L10a穿透光源透镜109a后具有发散角度A1，而成为照明光束L11，让照明光束L12被第一透镜103朝入射方向I投射后可以成为准直光束(即照明光束L13)。
详细地说，照明光束从光源透镜109a至第一透镜103的路径的长度d1a(即d11a+d12a)为一预设长度。透过调整此预设长度，可以使照明光束L12被第一透镜103朝入射方向I投射后成为准直光束(即照明光束L13)。
图8是本发明又一实施例的显示装置的示意图。请参照图8，在本实施例中，显示装置600包括光源101b、光源透镜109b、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件105及光波导元件107。本实施例的显示装置600与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：光源101b与光导引元件102之间具有光源透镜109b。光源透镜109b的焦距为负，以使光源101b提供的照明光束L10b穿透光源透镜109b后具有发散角度A1，而成为照明光束L11，让照明光束L12被第一透镜103朝入射方向I投射后可以成为准直光束(即照明光束L13)。
详细地说，照明光束从光源透镜109b至第一透镜103的路径的长度d1b(即d11b+d12b)为一预设长度。透过调整此预设长度，可以使照明光束L12被第一透镜103朝入射方向I投射后成为准直光束(即照明光束L13)。
图9是本发明又一实施例的显示装置的示意图。请参照图9，在本实施例中，显示装置700包括光源101、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件105及光波导元件107。本实施例的显示装置700与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：显示装置700中，微透镜阵列104还包括微光圈阵列111，配置于第一透镜103的一侧，并位于第一透镜103与微透镜阵列104之间。微光圈阵列111包括多个微光圈1111，而这些微光圈1111分别对应于这些微透镜1041。其中，每一微光圈1111的位置是在对应的微透镜1041的焦点处，以构成远心(telecentric)的光学架构。
在本实施例中，微光圈阵列111例如可以是虚拟的光圈阵列，微光圈阵列111也可设置于第一透镜103上，但本发明并不局限于此。在本发明的其它实施例中，微光圈阵列111可以是实体的光圈阵列装置，而实体的微光圈阵列111可以减少杂散光。
图10A是本发明又一实施例的显示装置的示意图，图10B是本发明又一实施例的反射式显示元件的示意图。请参照图10A，在本实施例中，显示装置800包括光源101、光导引元件102、第一透镜103、微透镜阵列104、反射式显示元件805及光波导元件107。本实施例的显示装置800与图1所示的显示装置100具有相似的结构与功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处主要在于：在反射式显示元件805中，每一微影像单元8051包括有效显示区域8051a及非有效显示区域8051b(如图10B所示)。
图10C是图10A所示的显示装置800中，位于反射式显示元件805上缘的微影像单元8051所发出的子影像光束LSa的示意图。请参照图10C，反射式显示元件805在接收到微透镜阵列104所投射的照明光束L14后，非有效显示区域8051b不反射照明光束L14，仅有效显示区域8051a反射照明光束L14，以产生子影像光束LSa，并投射子影像光束LSa至对应的微透镜1041。有效显示区域8051a例如可以位于微影像单元8051的中心区域，以使反射的子影像光束LSa不会投射至对应的微透镜1041之外。透过控制反射式显示元件805，使各微影像单元8051仅部分转换照明光束L14，让反射的子影像光束LSa不会投射至对应的微透镜1041之外，可以提高影像的清晰度。
综上所述，本发明之实施例的显示装置透过光导引元件及第一透镜的设置，可以大幅降低显示装置的厚度与重量，提高视野并提升影像的清晰度。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和题目仅是用来辅助专利文件搜索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (18)

1.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括光源、光导引元件、第一透镜、微透镜阵列和反射式显示元件，其中：
所述光源用于提供照明光束；
所述光导引元件配置于所述照明光束的传递路径上，用于将所述照明光束朝入射方向投射；
所述第一透镜配置于所述照明光束的传递路径上，用于接收所述光导引元件投射出的所述照明光束，并将所述照明光束朝所述入射方向投射；
所述微透镜阵列配置于所述照明光束的传递路径上，其中所述第一透镜位于所述微透镜阵列与所述光导引元件之间，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述微透镜阵列用于接收所述第一透镜投射出的所述照明光束；以及
所述反射式显示元件配置于所述照明光束的传递路径上，其中所述微透镜阵列位于所述反射式显示元件与所述第一透镜之间，所述反射式显示元件包括多个微影像单元，这些所述微影像单元分别对应于这些所述微透镜，所述反射式显示元件用于接收所述微透镜阵列投射出的所述照明光束，其中这些微影像单元用于将所述照明光束转换成子影像光束并反射至所述微透镜阵列，这些子影像光束藉由对应的所述微透镜投射至所述第一透镜，所述第一透镜并将这些子影像光束汇聚并投射至所述光导引元件，这些所述子影像光束穿透所述光导引元件后传递至光圈，形成影像光束。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括至少一光波导元件，这些所述子影像光束穿透所述光圈后成为所述影像光束，所述光波导元件位于所述影像光束的传递路径上。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光源提供的所述照明光束具有发散角度，以使所述照明光束被所述第一透镜朝所述入射方向投射后成为准直光束。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述照明光束从所述光源至所述第一透镜的路径的长度为预设长度，以使所述照明光束被所述第一透镜朝所述入射方向投射后成为所述准直光束。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光源与所述光导引元件之间具有光源透镜，所述光源透镜的焦距为正或负，以使所述照明光束穿透所述光源透镜后具有发散角度，让所述照明光束被所述第一透镜朝所述入射方向投射后成为准直光束。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述照明光束从所述光源透镜至所述第一透镜的路径的长度为预设长度，以使所述照明光束被所述第一透镜朝所述入射方向投射后成为所述准直光束。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列是空间光调制器，且这些所述微透镜具有可变焦距。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括第二透镜，配置于所述光导引元件的一侧，其中所述第二透镜位于所述光导引元件与所述光圈之间，所述第二透镜用于将穿透所述光导引元件的这些所述子影像光束投射至所述光圈。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光圈包括实体光圈装置。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述反射式显示元件是液晶覆硅显示元件。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述光导引元件是偏振分光镜，所述照明光束包括第一偏振光及第二偏振光，所述光导引元件将所述第一偏振光反射以朝向所述入射方向投射，所述光导引元件并让所述第二偏振光通过，其中所述第一偏振光与所述第二偏振光的偏振态互相垂直。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述反射式显示元件是数字微型反射镜元件。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述光导引元件是让部分光束穿透部分光束反射的元件。
14.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列还包括微光圈阵列，配置于所述第一透镜的一侧，并位于所述第一透镜与所述微透镜阵列之间，所述微光圈阵列包括多个微光圈，这些所述微光圈分别对应于这些所述微透镜。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其特征在于，所述微光圈阵列包括实体微光圈阵列装置。
16.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，这些微影像单元包括有效显示区域及非有效显示区域，所述非有效显示区域不反射所述照明光束，所述有效显示区域反射所述照明光束以投射所述子影像光束至对应的所述微透镜，所述有效显示区域位于所述微影像单元的中心区域，以使反射的所述子影像光束不会投射至对应的所述微透镜之外。
17.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，这些微透镜投射至对应的所述微影像单元的所述照明光束具有预设入射角度，以使被所述微影像单元反射的所述子影像光束不会投射至对应的所述微透镜之外。
18.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一透镜与所述微透镜阵列之间具有间距，其中所述间距大体为所述微透镜阵列的焦距长。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111610634A (zh) * 2020-06-23 2020-09-01 京东方科技集团股份有限公司 一种基于四维光场的显示***及其显示方法
CN113741029A (zh) * 2020-05-29 2021-12-03 日立乐金光科技株式会社 虚像投影装置
US11669002B2 (en) 2021-06-16 2023-06-06 Coretronic Corporation Illumination system and projection device
US11789282B2 (en) 2019-03-14 2023-10-17 Coretronic Corporation Projection apparatus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108107572B (zh) * 2016-11-25 2020-07-14 中强光电股份有限公司 近眼显示装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5475513A (en) * 1993-06-02 1995-12-12 Sharp Kabushiki Kaisha Projection type image display device maintaining resolution of an image unaffected by parallax
CN1139761A (zh) * 1994-08-24 1997-01-08 大宇电子株式会社 尺寸紧凑的光学投影***
CN1159606A (zh) * 1995-10-27 1997-09-17 大宇电子株式会社 光投射方法及实现该方法的投影型图像显示装置
US6359719B1 (en) * 1998-07-29 2002-03-19 Minolta Co., Ltd. Optical modulator and projector
US20030164814A1 (en) * 2002-03-01 2003-09-04 Starkweather Gary K. Reflective microelectrical mechanical structure (MEMS) optical modulator and optical display system
CN103605210A (zh) * 2013-11-07 2014-02-26 四川大学 一种虚模式集成成像3d显示装置
CN107305291A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 成都理想境界科技有限公司 一种近眼显示***

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5083854A (en) * 1990-02-15 1992-01-28 Greyhawk Systems, Inc. Spatial light modulator with improved aperture ratio
US5777781A (en) * 1996-10-29 1998-07-07 Daewoo Electronics Co., Ltd. Optical projection system
WO2005083503A1 (en) 2004-02-27 2005-09-09 Sharp Kabushiki Kaisha Display apparatus and electronic device
US7450310B2 (en) 2005-05-03 2008-11-11 Optical Research Associates Head mounted display devices
IL166799A (en) 2005-02-10 2014-09-30 Lumus Ltd Aluminum shale surfaces for use in a conductive substrate
US20120081800A1 (en) 2009-04-20 2012-04-05 Dewen Cheng Optical see-through free-form head-mounted display
CN101943845A (zh) 2009-07-07 2011-01-12 红蝶科技(深圳)有限公司 一种高效的微型投影光学引擎
JP5768428B2 (ja) * 2011-03-23 2015-08-26 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター
US8189263B1 (en) 2011-04-01 2012-05-29 Google Inc. Image waveguide with mirror arrays
US9678266B2 (en) 2013-06-27 2017-06-13 Himax Display, Inc. Display module
US9880325B2 (en) 2013-08-14 2018-01-30 Nvidia Corporation Hybrid optics for near-eye displays
US9857591B2 (en) 2014-05-30 2018-01-02 Magic Leap, Inc. Methods and system for creating focal planes in virtual and augmented reality
US9459455B2 (en) 2013-12-19 2016-10-04 Google Inc. See-through eyepiece for head wearable display
US9341883B2 (en) 2014-02-07 2016-05-17 Himax Display, Inc. Display module and light guide device
CN106605171A (zh) 2014-05-19 2017-04-26 埃维根特公司 使用板显示图像的设备、***及方法
TW201546397A (zh) 2014-06-03 2015-12-16 Coretronic Corp 車用照明裝置
CN104216042B (zh) 2014-09-03 2017-05-10 京东方科技集团股份有限公司 一种导光结构及头戴式显示设备
KR20160029245A (ko) 2014-09-04 2016-03-15 삼성디스플레이 주식회사 헤드 마운트 디스플레이 장치
RU2579804C1 (ru) 2014-09-16 2016-04-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности
TWI554784B (zh) 2014-12-03 2016-10-21 移動光電科技股份有限公司 微型投影光學裝置、方法及頭戴顯示器
CN106154640B (zh) 2015-03-31 2020-02-21 联想(北京)有限公司 显示组件和电子设备
US9995857B2 (en) 2015-04-03 2018-06-12 Avegant Corp. System, apparatus, and method for displaying an image using focal modulation
TWI569040B (zh) 2015-05-07 2017-02-01 尚立光電股份有限公司 自動調焦頭戴式顯示裝置
US10429639B2 (en) * 2016-01-31 2019-10-01 Paul Lapstun Head-mounted light field display
US10056020B2 (en) 2016-02-11 2018-08-21 Oculus Vr, Llc Waveguide display with two-dimensional scanner

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5475513A (en) * 1993-06-02 1995-12-12 Sharp Kabushiki Kaisha Projection type image display device maintaining resolution of an image unaffected by parallax
CN1139761A (zh) * 1994-08-24 1997-01-08 大宇电子株式会社 尺寸紧凑的光学投影***
CN1159606A (zh) * 1995-10-27 1997-09-17 大宇电子株式会社 光投射方法及实现该方法的投影型图像显示装置
US6359719B1 (en) * 1998-07-29 2002-03-19 Minolta Co., Ltd. Optical modulator and projector
US20030164814A1 (en) * 2002-03-01 2003-09-04 Starkweather Gary K. Reflective microelectrical mechanical structure (MEMS) optical modulator and optical display system
CN103605210A (zh) * 2013-11-07 2014-02-26 四川大学 一种虚模式集成成像3d显示装置
CN107305291A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 成都理想境界科技有限公司 一种近眼显示***

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11789282B2 (en) 2019-03-14 2023-10-17 Coretronic Corporation Projection apparatus
CN113741029A (zh) * 2020-05-29 2021-12-03 日立乐金光科技株式会社 虚像投影装置
CN111610634A (zh) * 2020-06-23 2020-09-01 京东方科技集团股份有限公司 一种基于四维光场的显示***及其显示方法
CN111610634B (zh) * 2020-06-23 2022-05-27 京东方科技集团股份有限公司 一种基于四维光场的显示***及其显示方法
US11789287B2 (en) 2020-06-23 2023-10-17 Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display system based on four-dimensional light field, and display method therefor
US11669002B2 (en) 2021-06-16 2023-06-06 Coretronic Corporation Illumination system and projection device

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US10948765B2 (en) 2021-03-16

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