CN106101691A - 一种图像深度显示技术 - Google Patents

Abstract

一种图像深度显示技术，通过在显示系统中加入透镜和分束镜，利用分束镜使显示屏的显示界面上的各个点所发出的光线到达透镜的第一焦平面的光程从显示屏的显示界面上的一点沿另一点缩短或延长，能够将来自显示屏的平面图像信息转换成一组具有深度的图像信息，只要在使用过程中配合相应的图像处理技术处理过的视频信号就能够显示具有一定深度的画面，本发明能够通过较为简单和低成本的方式制造景深感以改善视觉感受同时降低使用者在使用头戴式显示器而产生的因视觉辐辏调节冲突对使用者所造成的不良影响，避免了睫状肌使用头戴式显示器或传统2D显示器的过程中长时间保持着紧绷的状态以致于导致其弹性的下降从而失去自主调节的能力而导致近视。

Description

一种图像深度显示技术

技术领域

本发明涉及3D显示、家用电视机和虚拟现实领域，特别是涉及一种虚拟现实头戴式显示器。

背景技术

虽然现在的虚拟现实行业很火，但是一个神经性问题一直困扰着虚拟现实，这就是VAC现象。VAC现象在学术上称之为视觉辐辏调节冲突，英文vergence-accommodationconflict，也就是我们常说的调焦冲突。

这一现象造成的眩晕感是目前虚拟现实面临着的难以突破的瓶颈。其实眩晕并不是虚拟现实所特有的，有的人在影院看3D电影也会眩晕，有的人在公交上看书也会眩晕，但是眩晕感在VR上却是更为明显的。其原因之一是，因为近距离的屏幕3D显示使视觉辐辏调节冲突更为明显。

当我们在看某一点时，双眼转动使视点落在视网膜上相对应的位置，看近处的物体时，双眼通常向内看，看远处的物体视轴会发散些，这就产生了视觉辐辏。双眼从不同角度观看同一物体得到的影像也会有一些差异，大脑会根据这种差异感觉到立体的影像。这也是目前3D显示的常用的方式。

当我们看现实中的实物时，除了视觉辐辏调节，还需要对不同距离的光进行屈光调解，将光线聚焦到视网膜上才能成清晰的像。此过程中晶状体聚焦在物体的过程叫做焦点调节。

目前的虚拟现实设备均是通过左右屏显示同一物体不同角度拍摄的画面，利用双眼看到的图像偏移来呈现立体的感觉。

但是屏幕发出的光线并没有深度信息，眼睛的焦点就定在屏幕上，因而眼睛的焦点调节与这种纵深感是不匹配的，从而产生视觉辐辏调节冲突(VAC现象)。这种冲突是与人类日常生理规律是相违背的，因此才会有视觉疲劳、眩晕感。

眩晕是目前虚拟现实最大的技术瓶颈，大大限制了虚拟现实产业的长足发展，并且会对人眼造成伤害。在VR眼镜佩戴的全过程中都会强迫人眼处于错误的聚焦平面，睫状肌得不到连续自然的舒张和收缩。长此以往，睫状肌弹性下降，失去了自主调节的能力，从而导致近视。尤其对于12岁以下儿童，人眼器官正处于生长发育阶段，VR眼镜会大大增加患近视的可能性。即使是成人，长期佩戴也会导致视力下降。

发明内容

本发明的目的在于以较为简单和低成本的方式降低使用头戴式显示器而产生的因视觉辐辏调节冲突对使用者所造成的不良影响；避免长时间使用传统2D显示器对眼睛所造成伤害；本发明的另一个目的是为了生产出具有景深感的3D显示器以推动3D显示行业的发展。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案来实现的。

采用一种图像深度显示技术，通过在显示系统中加入透镜和分束镜，利用分束镜使显示屏的显示界面上的各个点所发出的光线到达透镜的第一焦平面的光程从该显示屏的显示界面上的一点沿另一点缩短或延长，能够将来自显示屏的平面图像信息转换成一组具有深度的图像信息，只要在使用过程中配合相应的图像处理技术处理过的视频信号就能够显示具有一定深度的画面，采用这种方式能让使用者在头戴显示器里面看近处的物体时，双眼在向内看的同时，眼睛的焦点也能得到相应的调节，就能在使用过程中尽可能的实现焦点调节与视觉辐辏的匹配从而降低视觉辐辏调节冲突对使用者所造成的不良影响，尽可能的让睫状肌得到自然的舒张和收缩，避免了睫状肌在使用头戴式显示器的过程中尽可能的实现焦点调节与视觉辐辏的匹配，避免了睫状肌长时间保持着紧绷的状态以致于导致弹性的下降，失去自主调节的能力从而导致近视。

本发明的积极效果是：本发明能够通过较为简单和低成本的方式制造景深感以改善视觉感受同时降低使用者在使用头戴式显示器而产生的因视觉辐辏调节冲突对使用者所造成的不良影响，避免了睫状肌使用头戴式显示器或传统2D显示器的过程中长时间保持着紧绷的状态以致于导致其弹性的下降从而失去自主调节的能力而导致近视。

【附图说明】

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是本发明第一个较佳实施例的立体结构示意图，图中各部件的标记如下：

11第一显示屏；12第二显示屏；13分束镜；14第一焦平面；15凸透镜

图2是本发明第一个较佳实施例的立体结构示意图，图中各部件的标记如下：

21反光镜；22显示屏；23第一焦平面；24凸透镜

图3是本发明第一个较佳实施例的立体结构示意图，图中各部件的标记如下：

31第一焦平面；32显示屏；33凸透镜；34分束镜；35反光镜

图4是本发明第一个较佳实施例的立体结构示意图，图中各部件的标记如下：

41第一显示屏；42第二显示屏；43反光镜；44分光界面；45分束镜；46第一焦平面；47透镜

图5是本发明第一个较佳实施例的立体结构示意图，图中各部件的标记如下：

51凸透镜；52多层分束镜；53显示屏；54分光界面；55第一焦平面

【具体实施方式】

请参阅图1所示

一种图像深度显示系统，由第一显示屏11和第二显示屏12以及分束镜13和透镜15构成，其中分束镜13与第一显示屏11和第二显示屏12分别形成大于45度的夹角并与透镜15的第一焦平面14相互 形成45度的夹角，第一显示屏11的显示界面上的各个点所发出的光线到达透镜15的第一焦平面14的光程从该显示屏的显示界面的下端沿上端逐渐延长，第二显示屏12的显示界面上的各个点所发出的光线到达透镜15的第一焦平面14的光程从该显示屏的显示界面的左端沿右端逐渐延长，第一显示屏11和第二显示屏12分别接收经由梯形校正，畸变矫正和画面拉伸等相应的图像处理技术处理过的视频信号显示相应的画面并且通过分束镜13相互叠加，人眼通过透镜15能够看到一副具有不同深度的画面。

请参阅图2所示

一种图像深度显示系统，由显示屏22和反光镜21以及透镜24构成，其中反光镜21与显示屏22相互形成大于45度的夹角同时与透镜24的第一焦平面23相互 形成45度的夹角，显示屏22的显示界面上的各个点所发出的光线到达透镜15的第一焦平面14的光程从该显示屏的显示界面的左端沿右端逐渐延长，显示屏22接收经由梯形校正，畸变矫正和画面拉伸等相应的图像处理技术处理过的视频信号显示相应的画面并通过反光镜21反射画面，人眼通过透镜24能够看到一副具有不同深度的画面。

请参阅图3所示

一种图像深度显示系统，由显示屏32和分束镜34以及反光镜35和透镜33构成，其中分束镜34和反光镜35形成一个前后并排的阵列并与显示屏32的显示界面形成大于45度的夹角，显示屏32接收经由相应的图像处理技术处理过的视频信号显示画面，分束镜34和反光镜35所构成的阵列将显示屏32显示界面的各个位置的画面信息分割出来并将其所发出的光线到达透镜33的第一焦平面31的光程从显示屏32的右端沿左端逐渐延长，人眼通过透镜33能够看到一副具有不同深度的画面。

请参阅图4所示

一种图像深度显示系统，由第一显示屏41和第二显示屏42以及分束镜45和透镜47还有反光镜43构成，其中分束镜45中的分光界面44与第一显示屏41和第二显示屏42分别形成大于45度的夹角，第一显示屏41的显示界面上的各个点所发出的光线经由分束镜45的分光界面44和反光镜43的反射到达透镜47的第一焦平面46的光程从该显示屏的显示界面的下端沿上端逐渐延长，第二显示屏42的显示界面上的各个点所发出的光线经由分束镜45的分光界面44的反射到达透镜47的第一焦平面46的光程从该显示屏的显示界面的上端沿下端端逐渐延长，第一显示屏41和第二显示屏42分别接收经由梯形校正，畸变矫正和画面拉伸等相应的图像处理技术处理过的视频信号显示相应的画面并且通过分束镜45相互叠加，人眼通过透镜47能够看到一副具有不同深度的画面。

请参阅图5所示

一种图像深度显示系统，由显示屏53和多层分束镜52以及透镜51构成，其中多层分束镜52内包含着前后并排的两个分光界面54，两个分光界面54分别与显示屏53的显示界面形成大于45度的夹角，显示屏53接收经由相应的图像处理技术处理过的视频信号显示画面，多层分束镜52内包含的两个分光界面54将显示屏53的显示界面的前后两个部分的画面信息分割出来并将其所发出的光线到达透镜51的第一焦平面55的光程从显示屏53的右端沿左端延长，人眼通过透镜51能够看到一副具有两个不同深度的画面。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种图像深度显示技术，其特征是：通过使光学系统中像源的显像界面上的各个点所发出的光线通过分束镜或反光镜到达透镜的第一焦平面的光程从所述像源的显像界面上的一点沿另一点缩短或延长，能够将来自所述像源的平面图像信息转换成一组具有不同深度的图像信息。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征是：所述光学系统包括透镜、分束镜和显示屏，其中所述显示屏的显示界面与所述分束镜的分光界面所形成的夹角等于45度的同时与所述透镜的第一焦平面相互不垂直且不平行或与所述透镜的第一焦平面相互垂直或相互平行的同时与所述分束镜的分光界面所形成的夹角不等于45度。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征是：所述光学系统包括透镜（33）、分束镜（34）和显示屏（32），其中所述显示屏（32）的显示界面上的不同位置所发出的光线通过设置在由所述分束镜（34）所构成的阵列中的不同位置的所述分束镜（34）使得到达所述透镜的第一焦平面（31）的光程从所述显示屏（32）的显示界面上的一个点沿另一个点缩短或延长。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征是：所述光学系统包括透镜（51）、多层分束镜（52）和显示屏（53），其中所述显示屏（53）的显示界面上的不同位置所发出的光线通过所述多层分束镜（52）中的不同位置的分光界面（54）使得到达所述透镜（51）的第一焦平面（55）的光程从所述显示屏（53）的显示界面上的一点沿另一点缩短或延长。

5.根据权利要求1所述的像源，其特征是：所述像源是液晶显示器、等离子体显示器、电致发光显示器、真空荧光显示器或平板型阴极射线管。

6.根据权利要求1所述的像源，其特征是：所述像源是发光二极管。

7.根据权利要求1所述的像源，其特征是：所述像源是微镜阵列或硅基液晶。

8.根据权利要求1所述的透镜，其特征是：所述透镜是菲涅尔透镜。