[0001] 本申请涉及图像显示领域，尤其涉及一种显示系统。

[0002] 目前大屏幕的显示系统(如80寸以上的显示背板)的成本很高。激光电视可以实现100寸以上的投影效果，但是需要具备特定功能的幕布(菲涅尔屏)以提升观看体验，且占地空间很大。现有的投影仪往往需要较大投影距离，无法近距离成放大的图像，且对环境亮度要求较高。

[0054] 本申请提供一种显示系统，该显示系统可以用于各种需要放大图像的场景，可以实现近距离放大成像，同时不需要特定的幕布，占地空间小。

[0055] 图1为本申请实施例提供的一种显示系统的结构示意图。如图1所示，该显示系统包括图像生成单元101、扩散屏102和曲面镜103。图像生成单元101生成实像并成像至扩散屏102。扩散屏对接收到的实像进行漫反射。曲面镜103根据经过漫反射后的实像进行成像生成放大的虚像。

[0056] 图2为本申请公开的一种图像生成单元101的结构示意图。如图2所示，该图像生成单元101包括光源1011、透镜1012、成像单元1013和投影镜头1014。光源1011用于输出光束。棱镜1012用于对光源1011输出的光束进行合束并输出到透镜1012。透镜1012用于将合束后的光束进行准直后入射成像单元1013。成像单元1013根据透镜入射到的光束生成实像。投影镜头1014用于将实像成像至扩散屏102。

[0057] 光源1011可以包括多个基色光源，例如RGB三色光源(红、蓝、绿)。通过调节各个基色光源的强度，即可以生成不同色彩的图像。棱镜1012可以对各个基色光源的光束进行合束，合束后的各个基色光源的光束可以沿着相同的路径进行传输。

[0058] 成像单元1013可以是与偏振无关的成像芯片，例如DLP(Digital  Light Processor，数字光学处理器)。

[0059] 投影镜头可以是超短焦投影镜头，可以提供紧凑的产品尺寸，一般要求透镜镜头的镜头投射比小于等于1。

[0060] 本系统中曲面镜即为用户的观察窗口，尺寸与常规桌面显示器相当(如10寸～35寸)。使用过程中，用户通过自由曲面镜可以看到放大数倍的虚像。

[0061] 本申请实施例结合小尺寸的显示器和激光投影机PGU二者的优势，PGU具备大屏投射、色彩性能优等优势，利用曲面镜替代常规显示器的物理形态，通过小尺寸的曲面镜屏幕进行放大虚像，实现了超大屏观看体验，同时产品尺寸大大缩小。

[0062] 值得注意的是，本申请实施例中的曲面镜可以是多焦点的自由曲面镜。通过设计多焦点的自由曲面反射镜来实现多人观看。圆形为单焦点曲线，对应常见的单焦点透镜，也就是目前现有方案中自由曲面镜的基础，对应单个观察点。椭圆为双焦点曲线，其两个焦点互为物像面，原理上有两个观察点。多焦点曲线，原理上有多个观察点。因此可以设计多焦点的自由曲面反射镜来实现多人观看。

[0063] 图3为本申请公开的另一种图像生成单元101的结构示意图。图3所示的图像生成单元101与图2的区别在于：

[0064] 图像生成单元101还可以包括偏振处理元件1015。此时成像单元1013可以是与偏振有关的成像芯片，例如LCOS(Liquid Crystal on Silicon,硅基液晶)。偏振处理元件1015可以是PBS(polarization beam splitter,偏振分波器)、四分之一波片、二分之一波片、偏振片或旋光片。偏振处理元件1015用于调整入射到成像芯片1013的光束的偏振态。

[0065] 图像生成单元101还可以包括衍射光学元件1016。衍射光学元件1016可以是光栅。该衍射光学元件1016主要用于对光源1011输出的光束进行分束。在多个基色光源的场景下，衍射光学元件1016可以有多个。每个基色光源前都有一个衍射光学元件1016。各个衍射光学元件1016可以调整各个基色光源分束的角度，以便于棱镜对各基色光源输出的光束进行合束。

[0066] 扩散屏102可以是反射型扩散屏或者透射型扩散屏。在图1的场景下，扩散屏102即为反射型扩散屏。当扩散屏102是透射型扩散屏时，只需要对图像生成单元101、扩散屏102和曲面镜103的位置摆放作调整即可。如图4所示，图4为本申请公开的另一种显示系统的结构示意图。图4场景下的扩散屏102即为透射型扩散屏。

[0067] 扩散屏102上可以布置偏振膜104。如图4所示，偏振膜104用于滤除干扰光，例如环境光以及系统中杂散光。

[0068] 还可以在扩散屏后布置菲涅尔透镜107，如图5所示，菲涅尔透镜107可以进一步提升图像的放大倍数。扩散屏102后还可以布置裸眼3D屏。

[0069] 如图6所示，该裸眼3D屏用于实现双目视差，以使用户感受到3D效果。裸眼3D屏可以是黑白光栅、柱透镜阵列或微透镜阵列。

[0070] 将周期性的黑白光栅放置于距离扩散屏预设的位置，通过选取合适的光栅周期即可将图像源中奇偶列像素分别投射至预设观察点上的用户左眼和右眼中，从而实现双目视差，构造裸眼3D显示体验。但黑白光栅会损失显示图像源的亮度。也可以通过柱透镜阵列的方式来实现裸眼3D屏。通过选取合适的柱透镜阵列周期、焦距及厚度，即可将图像源中奇偶列像素分别投射至某一观察点上的用户左眼和右眼中，从而实现双目视差，构造裸眼3D显示体验。二维裸眼3D显示可利用二维微透镜阵列实现，通过选取合适的微透镜阵列周期、焦距及厚度，即可将图像源中不同位置的像素分别投射至某一观察点上的用户的左眼和右眼中，从而实现二维裸眼3D显示体验。

[0071] 除了扩散屏之外，也可以在本系统中利用显示屏/平板电脑作为图像源，叠加裸眼3D屏以实现裸眼3D显示体验。

[0072] 图7为本申请实施例公开的又一种显示系统的结构示意图。该显示系统包括图像生成单元101、扩散屏102、曲面镜103和衍射光学元件105。

[0073] 图7所示的显示系统与图2所示的显示系统结构不同在于，曲面镜103成像后再经过衍射光学元件105进行衍射分光，衍射光学元件105可以将曲面镜反射的光向不同角度分为多束光，这样可以实现多个用户同时观看。

[0074] 图8为本申请实施例公开的再一种显示系统的结构示意图。该显示系统包括图像生成单元101、扩散屏102、曲面镜103和反射镜106。

[0075] 图8所示的显示系统与图2所示的显示系统结构不同在于，曲面镜103第一次放大成像后需要将光束入射到反射镜106。反射镜106将接收到的光束反射回曲面镜103后，曲面镜103再次进行第二次放大成像，可以实现进一步提升图像放大倍数。

[0076] 参考图9，图9是本申请实施例提供的另一种显示系统的结构示意图。

[0077] 本实施例提供的显示系统除了上述图像生成单元101、扩散屏102、曲面镜103之外，还可以包括第一反射元件110，第一反射元件110位于图像生成单元101和扩散屏102之间的光路上，第一反射元件110用于将所述图像生成单元101生成的实像反射至所述扩散屏102。

[0078] 上述第一反射元件110可以为平面镜、球面镜或自由曲面镜之一，其可以折叠光路、减小显示系统的体积。当第一反射元件110为自由曲面镜时，其还可以改变图像生成单元101生成的图像的形状，实现畸变矫正。

[0079] 参考图10，图10是本申请实施例提供的另一种显示系统的结构示意图。

[0080] 本实施例提供的显示系统除了上述图像生成单元101、扩散屏102、曲面镜103之外，还可以包括第二反射元件120，第二反射元件110位于所述曲面镜103和所述扩散屏102之间的光路上，所述第二反射元件120用于将所述扩散屏102漫反射的实像反射至所述曲面镜103。

[0081] 上述第二反射元件120可以为平面镜、球面镜或自由曲面镜之一，其可以折叠光路、减小显示系统的体积。此外，第二反射元件120还可以实现畸变矫正，例如第二反射元件120所带来的图像畸变与曲面镜103造成的图像畸变互补，即可消除曲面镜103造成的图像畸变。

[0082] 参考图11，图11是本申请实施例提供的另一种显示系统的结构示意图。

[0083] 与上述实施例相比，本实施例提供的显示系统除了上述图像生成单元101(图11中未示出)、扩散屏102、曲面镜103之外，还可以包括扩散膜130，扩散膜130位于所述扩散屏102的出光侧，用于扩大漫反射后的实像的横向散射角(图中双向箭头所示的角度)。相对于图10和图11所示的实施例，本实施例的扩散膜130在扩大横向散射角之后，曲面镜103反射的光线可以到达多个用户的眼睛，图中为3个，即3个用户均能看到放大的虚像200。本实施例可以实现多人观看的技术效果。

[0084] 其中，图11可以理解为显示系统的俯视图，其中未示出的图像生成单元101的结构以及其与扩散屏102、曲面镜103之间的位置关系可以参考图1‑10所示的实施例，在此不再赘述。

[0085] 本实施例提供的显示系统可以增大横向的眼盒范围，实现多用户观看。另外，扩散膜130可以在扩大横向出射角的同时，保持或缩小纵向(垂直于纸面的方向)发散角，从而使得用户观看的图像的亮度受到的影响不大或基本不变。

[0086] 参考图12，图12是本申请实施例提供的另一种显示系统的结构示意图。

[0087] 本实施例提供的显示系统除了上述图像生成单元101、扩散屏102、曲面镜103之外，还可以包括柱透镜阵列140，柱透镜阵列140设置于扩散屏102的出光侧，覆盖所述扩散屏102的像素。

[0088] 其中，柱透镜阵列140包括多个连续的柱透镜(也可以称为微柱透镜)，一个柱透镜下的不同像素发出的光，经过柱透镜的不同位置折射出来，向不同的方向发散(产生不同的折射效果)，不同方向的出射光到达自由曲面镜上的不同位置，通过曲面镜103的反射，进入不同位置的用户的眼睛。因此，本实施例中的柱透镜阵列140也可以扩大光线的出射角，实现多人观看的技术效果。如图13所示，图13是本申请实施例提供的显示系统多人观看的示意图。图像生成单元(Picture Generation Unit，PGU)101生成的图像投射到扩散屏102上，扩散屏102散射后的图像经过柱透镜阵列140折射到达曲面镜103(向上的箭头所示方向)，曲面镜103可以向3个用户反射图像(向下的箭头所示方向)，多个用户即可观察到放大的虚像。

[0089] 进一步的，本实施例提供的显示系统中的柱透镜阵列140和扩散屏102的具体位置关系可以参考图14，图14是图12和图13的局部放大图(对扩散屏102和柱透镜阵列140的放大图)。如图14所示，柱透镜阵列140中的至少一个柱透镜覆盖扩散屏102的至少2列像素(图中为3列)。3列像素(1021/1022/1023)发出的光通过柱透镜1401折射后，分别向三个方向发散(横向方向发散)。例如，像素列1021发出的光线向右折射，像素列1022发出的光线径直射出，像素列1023发出的光线向左折射。

[0090] 在本实施例提供的显示系统中，柱透镜阵列140中的柱透镜的曲率、折射率可以调节，进而调整图像的眼盒，即用户可以根据自己所在的位置来调整眼盒的位置。

[0091] 参考图15‑16，图15‑16是本申请实施例显示系统中的柱透镜阵列140覆盖扩散屏102中像素阵列的示意图。

[0092] 如图15所示，柱透镜阵列140中的柱透镜1401覆盖的多个像素列可以分别显示不同的画面，即图中的3列像素分别显示不同的画面，不同用户看到的画面不同。例如，用户1看到的是柱透镜1401覆盖的第3列(左起)像素显示的内容，用户2看到的是柱透镜1401覆盖的第2列(中间列)像素显示的内容，用户3看到的是柱透镜1401覆盖的第1列(左起)像素显示的内容。

[0093] 如图16所示，柱透镜阵列140中的柱透镜1402覆盖的多个像素列可以显示相同的画面，即图中柱透镜1402覆盖的3列像素均显示相同的画面，不同用户看到的画面相同。例如，用户1看到的是柱透镜1402覆盖的第3列(左起)像素显示的内容，用户2看到的是柱透镜1402覆盖的第2列(中间列)像素显示的内容，用户3看到的是柱透镜1402覆盖的第1列(左起)像素显示的内容。

[0094] 其中，上述像素显示不同的内容可以通过图像生成单元101对显示图像进行预处理来实现，即具体像素显示的内容由图像生成单元101来决定。例如，在对多用户显示不同画面时，图像生成单元101可以对不同的显示画面进行像素的拆分和重新组合，使对应用户观看到对应的画面像素，具体如图15所示。在对多用户显示相同画面时，图像生成单元101可以将画面像素按照柱透镜的周期复制、拆分和组合，具体如图16所示。

[0095] 其中，图15‑16中的虚线箭头指示的是像素列显示的内容和用户观察到的内容之间的对应性关系，而并非像素列发出的光线的传播路径。具体像素列发出的光线的传播路径参考图14所示。

[0096] 以上实施例给出了柱透镜阵列140中的柱透镜覆盖多个像素列的情况，柱透镜阵列140中的柱透镜也可以覆盖多个像素行，其显示原理和上述柱透镜覆盖多个像素列的场景相同。此时，柱透镜阵列140顺时针或逆时针旋转90度。多个行像素发出的光通过柱透镜折射后，分别向不同的方向发散(竖向方向发散)，多个用户也可观察到放大的虚像。

[0097] 在本实施例提供的显示系统中，在柱透镜阵列140的出光侧还可以加上全息扩散元件或其他扩散元件以平滑柱透镜阵列140可能引入的条纹显示干扰，进一步增强显示效果。

[0098] 本申请的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以本申请未描述的顺序实施。为了更加明显地体现不同实施例中的组件的关系，本申请采用相同的附图编号来表示不同实施例中功能相同或相似的组件。

[0099] 还需要说明的是，除非特殊说明，一个实施例中针对一些技术特征的具体描述也可以应用于解释其他实施例提及对应的技术特征。

[0100] 本申请中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，尤其，对于图4～图8实施例而言，由于基于图1～图3对应的实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见图1～图3对应实施例的部分说明即可。

[0101] 最后应说明的是：以上所述仅为本申请的具体实施方式，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。