一、本發(fā)明涉及增強現(xiàn)實，特別涉及一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置。

背景技術(shù)：

0、二、背景技術(shù)

1、增強現(xiàn)實技術(shù)是一種將虛擬信息與真實世界融合的技術(shù)，他可以幫助觀察者更加有效的專注于工作，所以受到研究人員和業(yè)界的廣泛研究。同時，隨著增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足于只顯示平面的2d圖像，希望能觀察到更加豐富的信息，所以3d顯示也漸漸被引入到增強現(xiàn)實領(lǐng)域。集成成像顯示技術(shù)能夠重建三維場景的光場，并提供全視差、連續(xù)視點和各種生理深度線索，且不存在視疲勞的問題。同時，其結(jié)構(gòu)相對緊湊、簡單、硬件復(fù)雜度小，適合集成到增強現(xiàn)實顯示器中。但目前的2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示器多采用時間或空間復(fù)用技術(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，顯示圖像質(zhì)量差，種類單一。

2、3d顯示雖然可以提供2d顯示不存在的深度信息，但目前3d顯示仍存在圖像分辨率低，觀看視角小，深度窄等問題，顯示效果不理想。2d/3d兼容顯示可以在背景顯示全分辨率的2d圖像，同時在前景顯示具有深度信息的3d圖像，優(yōu)化3d圖像的觀看體驗，推動3d顯示的應(yīng)用，所以發(fā)展2d/3d兼容顯示是必要的?，F(xiàn)有的2d/3d兼容顯示方案多為利用液晶有源器件快速切換顯示模式，基于人眼的視覺暫存效應(yīng)，實現(xiàn)2d/3d混合顯示；或利用空分復(fù)用技術(shù)，通過同時使用背投影顯示2d背景圖像和前投影顯示3d前景圖像的方式形成2d/3d混合顯示。這均會導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成像質(zhì)量下降，并且無法實現(xiàn)虛實融合的效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、三、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明提出一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，如附圖1所示，所述裝置由投影機、偏振生成單元、偏振選擇性全息微透鏡陣列和光學(xué)擴散元件組成，該裝置具有2d顯示、3d顯示以及2d/3d兼容顯示三種模式，且均能實現(xiàn)虛實融合的效果。

2、所述投影機根據(jù)顯示模式投影相應(yīng)的片源，在2d顯示模式下投影2d片源，在3d顯示模式下投影3d片源，在2d/3d兼容顯示模式下投影2d/3d混合片源。

3、所述偏振生成單元，由偏振片、扭曲向列液晶面板以及1/4波片組成，用于生成右旋圓偏振光，如附圖2所示，或左旋圓偏振光，如附圖3所示。所述偏振片用于生成豎直方向的線偏振光。所述扭曲向列液晶面板用于保持豎直方向的線偏振光或轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较虻木€偏振光。所述1/4波片用于將所述豎直和水平方向的線偏振光分別調(diào)制為右旋圓偏振光和左旋圓偏振光。

4、所述偏振選擇性全息微透鏡陣列可以實現(xiàn)兩種狀態(tài)，狀態(tài)1，如附圖4所示，當(dāng)入射的偏振光為右旋圓偏振光時，所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對該光線具有透鏡的聚焦作用；狀態(tài)2，如附圖5所示，當(dāng)入射的偏振光為左旋圓偏振光時，所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對該光線具有透鏡的散焦作用。

5、所述光學(xué)擴散元件既可以勻化3d圖像，又可以作為承接2d圖像的屏幕。并且，環(huán)境光線也可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼。

6、所述一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，2d增強現(xiàn)實顯示模式下的光路如附圖6所示，所述投影機投射的2d片源經(jīng)過所述的偏振生成單元產(chǎn)生左旋圓偏振光，所述的偏振選擇性全息微透鏡陣列對左旋圓偏振光起散焦作用，經(jīng)所述偏振選擇性全息微透鏡陣列發(fā)散的光投射在光學(xué)擴散元件上，光學(xué)擴散元件作為承接2d圖像的顯示屏幕，實現(xiàn)2d圖像的顯示。同時，真實環(huán)境的光線可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼，因此在顯示系統(tǒng)前的觀看者可以同時看到2d圖像和真實的場景，實現(xiàn)2d的增強現(xiàn)實顯示。

7、所述一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，3d增強現(xiàn)實顯示模式下的光路如附圖7所示，所述投影機投射的3d片源經(jīng)過所述的偏振生成單元產(chǎn)生右旋圓偏振光，所述的偏振選擇性全息微透鏡陣列對右旋圓偏振光起透鏡的聚焦作用，光線被匯聚，重構(gòu)出3d圖像。3d圖像經(jīng)光學(xué)擴散元件散射形成連續(xù)平滑的3d圖像。真實環(huán)境的光線則可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼，使觀察者可以看到虛擬的3d圖像同時也能看到真實的場景，實現(xiàn)3d的增強現(xiàn)實顯示。

8、所述一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，在2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示模式下的光路如附圖8所示，所述投影機投射的2d/3d混合片源經(jīng)過所述偏振生成單元，分別產(chǎn)生左旋圓偏振光的2d片源和右旋圓偏振光的3d片源。所述的偏振選擇性全息微透鏡陣列對左旋圓偏振光的2d片源起散焦作用，經(jīng)所述偏振選擇性全息微透鏡陣列發(fā)散的光投射在光學(xué)擴散元件上，實現(xiàn)2d圖像的顯示。所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對右旋圓偏振的3d片源起聚焦作用，光線被匯聚，重構(gòu)出3d圖像，后被光學(xué)擴散元件散射形成連續(xù)平滑的3d圖像。2d圖像光線和3d圖像光線在空間互不影響，從而實現(xiàn)2d/3d兼容顯示。同時真實環(huán)境的光線也可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼，使觀察者在看到2d/3d混合圖像的同時也可以看到真實場景，實現(xiàn)2d/3d兼容的增強現(xiàn)實顯示。

9、本發(fā)明提供一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，所述裝置通過偏振生成單元，分別產(chǎn)生不同方向的圓偏振光，所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對不同方向的偏振光進行調(diào)制，能夠?qū)崿F(xiàn)2d增強現(xiàn)實顯示、3d增強現(xiàn)實顯示以及2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示三種模式，該裝置在3種顯示模式下均可實現(xiàn)增強現(xiàn)實的效果，且只需一臺投影機即可實現(xiàn)2d/3d兼容顯示，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)緊湊。

技術(shù)特征：

1.一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，其特征在于，該裝置由投影機、偏振生成單元、偏振選擇性全息微透鏡陣列和光學(xué)擴散元件組成；所述投影機根據(jù)顯示模式投影相應(yīng)的片源，在2d顯示模式下投影2d片源，在3d顯示模式下投影3d片源，在2d/3d兼容顯示模式下投影2d/3d混合片源；所述偏振生成單元，由偏振片、扭曲向列液晶面板以及1/4波片組成，用于生成右旋圓偏振光，或左旋圓偏振光；所述偏振片用于生成豎直方向的線偏振光；所述扭曲向列液晶面板用于保持豎直方向的線偏振光或轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较虻木€偏振光；所述1/4波片用于將所述豎直和水平方向的線偏振光分別調(diào)制為右旋圓偏振光和左旋圓偏振光；所述偏振選擇性全息微透鏡陣列可以實現(xiàn)兩種狀態(tài)，狀態(tài)1，當(dāng)入射的偏振光為右旋圓偏振光時，所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對該光線具有透鏡的聚焦作用；狀態(tài)2，當(dāng)入射的偏振光為左旋圓偏振光時，所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對該光線具有透鏡的散焦作用；所述光學(xué)擴散元件既可以勻化3d圖像，又可以作為承接2d圖像的屏幕，并且環(huán)境光線也可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，其特征在于，在2d增強現(xiàn)實顯示模式下，所述投影機投射的2d片源經(jīng)過所述的偏振生成單元產(chǎn)生左旋圓偏振光，所述的偏振選擇性全息微透鏡陣列對左旋圓偏振光起散焦作用，經(jīng)所述偏振選擇性全息微透鏡陣列發(fā)散的光投射在光學(xué)擴散元件上，光學(xué)擴散元件作為承接2d圖像的顯示屏幕，實現(xiàn)2d圖像的顯示；同時，真實環(huán)境的光線可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼，因此在顯示系統(tǒng)前的觀看者可以同時看到2d圖像和真實的場景，實現(xiàn)2d的增強現(xiàn)實顯示。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，其特征在于，在3d增強現(xiàn)實顯示模式下，所述投影機投射的3d片源經(jīng)過所述的偏振生成單元產(chǎn)生右旋圓偏振光，所述的偏振選擇性全息微透鏡陣列對右旋圓偏振光起透鏡的聚焦作用，光線被匯聚，重構(gòu)出3d圖像；3d圖像經(jīng)光學(xué)擴散元件散射形成連續(xù)平滑的3d圖像；真實環(huán)境的光線則可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼，使觀察者可以看到虛擬的3d圖像同時也能看到真實的場景，實現(xiàn)3d的增強現(xiàn)實顯示。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，其特征在于，在2d/3d兼容增強現(xiàn)實顯示模式下，所述投影機投射的2d/3d混合片源經(jīng)過所述偏振生成單元，分別產(chǎn)生左旋圓偏振光的2d片源和右旋圓偏振光的3d片源；所述的偏振選擇性全息微透鏡陣列對左旋圓偏振光的2d片源起散焦作用，經(jīng)所述偏振選擇性全息微透鏡陣列發(fā)散的光投射在光學(xué)擴散元件上，實現(xiàn)2d圖像的顯示；所述偏振選擇性全息微透鏡陣列對右旋圓偏振的3d片源起聚焦作用，光線被匯聚，重構(gòu)出3d圖像，后被光學(xué)擴散元件散射形成連續(xù)平滑的3d圖像；2d圖像光線和3d圖像光線在空間互不影響，從而實現(xiàn)2d/3d兼容顯示；同時真實環(huán)境的光線也可以直接透過光學(xué)擴散元件進入人眼，使觀察者在看到2d/3d混合圖像的同時也可以看到真實場景，實現(xiàn)2d/3d兼容的增強現(xiàn)實顯示。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種2D/3D兼容增強現(xiàn)實顯示裝置，所述裝置包括投影機、偏振生成單元、偏振選擇性全息微透鏡陣列以及光學(xué)擴散元件。投影機根據(jù)顯示模式投影相應(yīng)的片源；偏振生成單元，由偏振片、扭曲向列液晶面板以及1/4波片組成。偏振片對光線進行偏振調(diào)制；扭曲向列液晶面板用于保持豎直方向的線偏振光或轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较虻木€偏振光；1/4波片將通過的線偏振光轉(zhuǎn)化為圓偏振光；偏振選擇性全息微透鏡陣列對右旋圓偏振光具有聚焦作用，對左旋圓偏振光具有散焦作用。光學(xué)擴散元件既可以勻化3D圖像，又可以作為承接2D圖像的屏幕，也可以使環(huán)境光直接穿過。所述裝置可以實現(xiàn)2D增強現(xiàn)實顯示、3D增強現(xiàn)實顯示以及2D/3D兼容增強現(xiàn)實顯示三種模式。

技術(shù)研發(fā)人員：李強,許浩然,劉志偉,白云昊,李文浩,袁影,郭金坤,王曉蕊
受保護的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2