CN106291944A - 一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的具有第一焦距的第一透镜，用于滤波的空间滤波部件，以及具有第二焦距的第二透镜。本发明实施例提供的上述显示装置通过利用空间滤波部件和两个焦距不同的透镜组合，可以实现减弱因显示面板的屏幕分辨率问题引起的“纱窗效应”，从而提升虚拟现实VR的观看体验。

Description

一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤指一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔。

背景技术

随着科技的飞速发展，用以实现观看对象的立体显示的显示器的种类以及功能也越来越多，为了能让用户更好地体验立体显示的效果，对显示器的研究也越来越重视。

一般地，如图1所示，为了实现近距离的立体显示效果，现有的显示器都是通过利用透镜01将用以显示物体的显示屏02放大，然后通过用户眼睛观看立体图像。

在虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)系统中，双眼立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

但是，由于显示屏距离双眼非常近，这就使得屏幕内的单个像素是可见的，这时候用户看到的图像之间就会出现黑色的网状图案，也就是是每个像素之间存在的空隙，如果将你的双眼靠近液晶显示屏细看就会发现这些网状线条，也就是像素点，业界称为“纱窗效应(Screen Door Effect)”。虽然在游玩或观赏的过程中，的确不会太过留意这些细节，也可以初略不计，但这些“纱窗效应”却会到导致锯齿的出现和远处物体细节的损失。虽然高分辨率能够缓解这种现象，但不能消除这种现象，至少目前的显示技术做不到。

因此，“纱窗效应”是目前虚拟现实技术中公认较难解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔，可以实现减弱因显示面板的屏幕分辨率问题引起的“纱窗效应”，从而提升VR的观看体验。

因此，本发明实施例提供了一种显示装置，包括：显示面板，依次设置在所述显示面板出光侧的具有第一焦距的第一透镜，用于滤波的空间滤波部件，以及具有第二焦距的第二透镜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述空间滤波部件为具有可调孔径大小的光阑。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述显示面板与所述第一透镜之间的距离等于所述第一焦距。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述光阑与所述第一透镜之间的距离等于所述第一焦距；

所述光阑与所述第二透镜之间的距离等于所述第二焦距。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述第二焦距大于所述第一焦距。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述第一焦距为50mm至70mm。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述第一透镜和第二透镜均为凸透镜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述第一透镜和第二透镜具有同一主光轴；且所述光阑上的孔径的中心点位于所述主光轴上。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述显示面板为液晶显示面板或电致发光显示面板。

本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述显示装置的显示方法，包括：

通过调整空间滤波部件，将经第一透镜处理后的显示面板的出射光线进行滤波，并传输至第二透镜。

本发明实施例还提供了一种头戴式虚拟显示头盔，包括本发明实施例提供的上述显示装置。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的具有第一焦距的第一透镜，用于滤波的空间滤波部件，以及具有第二焦距的第二透镜。本发明实施例提供的上述显示装置通过利用空间滤波部件和两个焦距不同的透镜组合，可以实现减弱因显示面板的屏幕分辨率问题引起的“纱窗效应”，从而提升虚拟现实VR的观看体验。

附图说明

图1为现有技术中显示装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图；

图3为用平行相干光束照明一张细丝网格后的虚像成像示意图；

图4为光线通过孔径光阑的原理图；

图5为本发明实施例提供的显示装置的简易结构示意图；

图6为头戴式虚拟显示头盔中的虚像成像示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例提供的显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔的具体实施方式进行详细地说明。

其中，附图中各结构的大小和形状不反映显示装置的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供了一种显示装置，如图2所示，包括：显示面板1，依次设置在显示面板1出光侧的具有第一焦距的第一透镜2，用于滤波的空间滤波部件3，以及具有第二焦距的第二透镜4。

在本发明实施例提供的上述显示装置中设置有显示面板，依次设置在显示面板出光侧的具有第一焦距的第一透镜，用于滤波的空间滤波部件，以及具有第二焦距的第二透镜。本发明实施例提供的上述显示装置通过利用空间滤波部件和两个焦距不同的透镜组合，可以实现减弱因显示面板的屏幕分辨率问题引起的“纱窗效应”，从而提升虚拟现实VR的观看体验。

需要说明的是，空间滤波是光学信息处理的一种重要技术。阿贝波特实验是空间滤波的典型实验。它虽然早在1893年和1906年就分别由阿贝和波特首先提出和完成，但因为它极为形象地验证和演示了阿贝成像原理，是傅立叶光学的最基础的实验，因而很有必要重复这个实验。

阿贝成像原理认为透镜的成像过程可以分为两个步骤：第一步骤是通过物的衍射光在透镜的后焦面(即频谱面)上形成空间频谱，这是衍射所引起的“分频”作用；第二步骤是代表不同空间频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的“合成”作用。成像过程的这两个步骤本质上就是两次傅立叶变换。如果这两次傅立叶变换是完全理想的，即信息没有任何损失，则像和物应完全相似。如果在频谱面上设置各种空间滤波部件，挡去频谱中某一些空间频率成份，则将会使像发生变化。也就是说，空间滤波就是在光学系统的频谱面上放置各种空间滤波部件，去掉(或选择通过)某些空间频率或者改变它们的振幅和位相，就可以使二维物体的像按照要求得到改善。

如图3所示，用平行相干光束照明一张细丝网格，在成像透镜的后焦平面(即频谱面)上出现周期性网格的傅里叶频谱，由于这些傅里叶频谱分量的再结合，从而在像平面上再现网格的像。若把各种遮挡物(如光圈、狭缝、小光屏)放在频谱面上，就能以不同方式改变像的频谱，从而在像平面上得到由改变后的频谱分量重新组合得到的对应的像。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了能够使空间滤波部件可以选择性地滤波，如图2所示，空间滤波部件3可以选取为具有可调孔径大小的光阑，这样在使用的过程中，可以调整光阑的孔径大小，通过人眼观看，权衡虚像像素颗粒感问题和虚像整体画面清晰度问题，以达到最佳的观看体验，进一步确保减弱“纱窗效应”。

一般地，如图4所示，孔径光阑可以看成一个适当宽度的狭缝装置，其作用是只允许零级光谱通过，所以其孔径的大小与摆放位置及正负1级的光线夹角。

需要说明的是，为方便描述，上述“具有可调孔径大小的光阑”，以下可以简称为可调光阑。

可调光阑的结构可以由多个弧形叶片组成，该系列可调光阑，结构设计精巧，通过良好的装配工艺，保证叶片之间阻尼适中，不会生涩，也不会松动。安装底座分为两种，一种是半月形开口式结构，用两个锁紧手轮夹持可调光阑，结构简单，使用方便。另一种属于封闭式封装，外圈可有刻度，但由于弧形叶片结构调整时，变化量和调整量不是完全线性关系，所以刻度为参考值。

一般地，可变光阑的调节是通过套装在外镜筒上的光阑调节圈来进行的。光阑调节圈一段可以加工成滚花手轮，一段刻制光圈分划和数字。转动手轮可以调节镜筒可变光阑的孔径，按照刻制的数字装定所需要的光圈大小。

可变光阑的孔径形状可以有多种，如方形或圆形，即可变光阑的种类可以分为方孔可变光阑或圆孔可变光阑。较佳地，圆孔可变光阑的基本结构可以包括活动环、固定环和光阑片；工作原理是光阑机构工作时固定环不动，插入其销孔内的固定销只能绕销孔中心转动，当活动环绕光阑中心旋转时，其上的滑槽拨动活动销，使光阑片以固定销钉中心为支点摆动，由光阑片内圆弧边组成的通光孔便由大变小或由小变大。光阑活动环还可以通过一定的传动链与自动调节系统的执行电机相连，这样就可以根据自动测光系统的控制信号实现光阑孔径的自动连续调节。

可调光阑可做空间滤波部件的最大的好处是可以连续调整中心开孔的大小，更容易使频谱面上一个或一部分频率分量通过，而挡住了其它频率分量，即通过特设的孔径来控制成像光束的大小，从而改变了像面上图像的频率成分。因此，空间滤波部件选取为可调光阑时，根据每个人的观看效果来调整孔径的大小，考虑到每个人对黑色条纹的感知敏感度不一样，所以考虑可调光阑进行个性化调整，通过可调光阑的低通滤波技术设计，对高频信号的过滤，改善显示中的“纱窗效应”，进而提升VR体验。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，如图5所示，显示面板1与第一透镜2之间的距离等于第一焦距f1，即显示面板1可以设置在第一透镜2的前焦面上。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，如图5所示，光阑与第一透镜3之间的距离等于第一焦距f1；光阑与第二透镜4之间的距离等于第二焦距f2。也就是说，光阑位于中间频谱面的位置，这样既能满足傅里叶变换透镜的要求，又起到放大成像的作用。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了进一步满足放大成像的要求，第二焦距f2可以设置为大于第一焦距f1，即f2＞f1。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了使虚像成像在人眼的明视距离内，第一焦距f1可以设置为50mm至70mm。具体地，对于第一焦距大小的设置，可以根据实际情况而定，在此不做限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了汇聚光线，如图2所示，第一透镜2和第二透镜4均可以设置为凸透镜。图2中的第一透镜2和第二透镜4远离屏幕出光侧的一面均可以设置为凸面的正弯月形状。具体地，对于第一透镜和第二透镜的形貌，可以根据实际情况而定，在此不做限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，如图2所示，第一透镜2和第二透镜4具有同一主光轴L；且光阑上的孔径的中心点O可以位于主光轴L上。根据人眼在显示装置侧的正中间位置，通过调节光阑的孔径大小，可以确保看到最清晰的图像。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，显示面板可以为液晶显示面板或电致发光显示面板。对于显示面板的种类，可以根据实际情况而定，在此不做限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述显示装置的显示方法，由于该方法解决问题的原理与前述一种显示装置相似，因此该方法的实施可以参见显示装置的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的显示装置的显示方法，具体包括以下步骤：

通过调整空间滤波部件，将经第一透镜处理后的显示面板的出射光线进行滤波，并传输至第二透镜。

需要说明的是，在具体实施时，在调整空间滤波部件的过程中，需要通过人眼观看，考虑到每个人对黑色条纹的感知敏感度不一样，权衡虚像像素颗粒感问题和虚像整体画面清晰度问题，进一步确保减弱“纱窗效应”，以达到最佳的VR观看体验。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种头戴式虚拟显示头盔，包括本发明实施例提供的上述显示装置。

如图6所示，现有的头戴式虚拟显示头盔主要是由显示屏10和光学透镜20两部分组成。由于头戴式虚拟显示头盔中所使用的显示屏10离用户眼睛的距离很近，并且使用的光学透镜20必须能够放大图像，向用户的双眼提供尽可能宽的视野。由于人眼的明视距离约为25cm，因此一般光学透镜20在眼前的距离为2-3cm处，显示屏10与光学透镜20之间的距离a为3-6cm，此时虚像成像在眼前的距离b为25cm－50cm左右。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述头戴式虚拟显示头盔中，设组合透镜(第一透镜和第二透镜的组合)焦距f为7cm，物距c(显示面板距离组合透镜的距离，这里可以认为大约是显示面板与第一透镜之间的距离)为5.5cm，计算出像距d(像距离组合透镜的距离，这里可以认为大约是像与第二透镜之间的距离)，此时d＝－1/(1/f-1/a)＝25.66cm，正好是明视距离左右。

为此，在进行使用时，需要调整可调光阑的大小，通过人眼观看，需要权衡虚像像素颗粒感问题和虚像整体画面清晰度问题，这样就可以实现减弱因显示面板的屏幕分辨率问题引起的“纱窗效应”，以达到最佳的观看体验。

对于该头戴式虚拟显示头盔的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。该头戴式虚拟显示头盔的实施可以参见上述显示装置的实施例，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的一种显示装置及其显示方法、头戴式虚拟显示头盔，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的具有第一焦距的第一透镜，用于滤波的空间滤波部件，以及具有第二焦距的第二透镜。本发明实施例提供的上述显示装置通过利用空间滤波部件和两个焦距不同的透镜组合，可以实现减弱因显示面板的屏幕分辨率问题引起的“纱窗效应”，从而提升虚拟现实VR的观看体验。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：显示面板，依次设置在所述显示面板出光侧的具有第一焦距的第一透镜，用于滤波的空间滤波部件，以及具有第二焦距的第二透镜。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述空间滤波部件为具有可调孔径大小的光阑。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板与所述第一透镜之间的距离等于所述第一焦距。

4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述光阑与所述第一透镜之间的距离等于所述第一焦距；

所述光阑与所述第二透镜之间的距离等于所述第二焦距。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二焦距大于所述第一焦距。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一焦距为50mm至70mm。

7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜均为凸透镜。

8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜具有同一主光轴；且所述光阑上的孔径的中心点位于所述主光轴上。

9.如权利要求1-8任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板为液晶显示面板或电致发光显示面板。

10.一种头戴式虚拟显示头盔，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的显示装置。

11.一种如权利要求1-9任一项所述显示装置的显示方法，其特征在于，包括：

通过调整空间滤波部件，将经第一透镜处理后的显示面板的出射光线进行滤波，并传输至第二透镜。