CN108196369A

CN108196369A - 一种近眼显示器

Info

Publication number: CN108196369A
Application number: CN201810143246.2A
Authority: CN
Inventors: 欧健; 龙盘
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2018-06-22
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: US10409065B2; CN104570352A; EP3232251A1; WO2016110162A1; CN108196369B; US20170299872A1; EP3232251A4; EP3232251B1; CN104570352B

Abstract

本发明实施例公开了一种近眼显示设备，包括：像素显示单元，用于显示通过扫描方式输出的每一帧图像中的多组像素，其中，每组像素包括多个子像素单元，每个子像素单元包括至少一个像素；多个半反射镜，每个半反射镜一一对应于像素显示单元显示的每一组像素，每个半反射镜包括按不同反射角度设置的多个内镀层，每个内镀层一一对应于与其所在的半反射镜对应的一组像素中的多个子像素单元；每个半反射镜用于在需要反射与其对应的一组像素时被激活，并通过其包括的所有内镀层向一个眼球球心方向反射与每个内镀层一一对应的每个子像素单元。

Description

一种近眼显示器

技术领域

本发明涉及显示器领域，尤其涉及一种近眼显示器。

背景技术

近眼显示器属于显示设备的一种，一般做成可穿戴式的设备形态(例如，做成眼镜，或者头戴式设备的形式)，通过近眼显示器，可以在距离眼睛1-5cm距离内实现显示，还可以与实景进行叠加。

以目前比较典型的近眼显示器Google Glass为例，其原理是通过一个投影仪将图像投影到一个棱镜，并通过内置在棱镜中的一个分光镜将投影的图像反射到用户眼睛。

Google Glass虽然实现了图像的显示，但并不能很好地实现图像的景深效果，从而影响了用户体验。

发明内容

为了解决现有技术中存在着的不能很好地实现图像的景深效果的问题，本发明实施例提供了一种近眼显示设备，具体的：

第一方面，本发明实施例提供了一种近眼显示设备，包括：

像素显示单元，用于显示通过扫描方式输出的每一帧图像中的多组像素，其中，每组像素包括多个子像素单元，每个子像素单元包括至少一个像素；

多个半反射镜，每个所述半反射镜一一对应于所述像素显示单元显示的每一组像素，每个半反射镜包括按不同反射角度设置的多个内镀层，每个内镀层一一对应于与其所在的半反射镜对应的一组像素中的多个子像素单元；

每个所述半反射镜用于在需要反射与其对应的一组像素时被激活，并通过其包括的所有内镀层向一个眼球球心方向反射与每个内镀层一一对应的每个子像素单元。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，

所述多个半反射镜投射到人眼的光线的角度覆盖整个眼球可接收光线的区域，并且，投射到人眼的光线所形成的水平角度及俯仰角度分别大于等于人眼视野的最大水平角度及俯仰角度。

结合第一方面或者第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，

所述像素显示单元具体包括第一侧像素显示单元以及第二侧像素显示单元，所述第一侧像素显示单元用于显示所述通过扫描方式输出的每一帧图像中位于图像第一侧的多组像素，所述第二侧像素显示单元用于显示所述通过扫描方式输出的每一帧图像中位于图像第二侧的多组像素；每一帧所述图像中位于所述图像第一侧的多组像素以及所述位于所述图像第二侧的多组像素构成一帧图像；

所述多个半反射镜具体包括多个第一侧半反射镜以及多个第二侧半反射镜；所述多个第一侧半反射镜与所述第一侧像素显示单元显示的多组像素分别对应，所述多个第二侧半反射镜与所述第二侧像素显示单元显示的多组像素分别对应；

所述显示器还包括：反射棱镜，用于反射所述第二侧显示单元显示的一组像素；

所述多个第一侧半反射镜中的每一个半反射镜用于在需要反射所述第一侧像素显示单元显示的一组像素时被激活，并在激活后通过各个内镀层将所述显示的一组像素反射到眼睛；

所述多个第二侧半反射镜中的每一个半反射镜用于在需要反射所述第二侧像素显示单元显示的一组像素时被激活，并在激活后通过各个内镀层将经过所述反射棱镜反射的所述第二侧像素显示单元显示的一组像素往眼球球心方向反射。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，

所述第一侧像素显示单元为左侧像素显示单元，所述第二侧像素显示单元为右侧像素显示单元；

所述第一侧像素显示单元用于显示所述通过扫描方式输出的每一帧图像中位于图像第一侧的多组像素时，具体用于：显示通过列扫描方式输出的每一帧图像中位于图像左侧的多组像素；

所述第二侧像素显示单元用于显示所述通过扫描方式输出的每一帧图像中位于图像第二侧的多组像素时，具体用于：显示通过列扫描方式输出的第一帧图像中位于图右侧的多组像素。

结合第一方面，或者第一方面第一至第三种任意一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，

所述像素显示单元采用列扫描方式输出每一帧图像的多组像素，每一组像素为一列或者多列像素；

当每一组像素为一列像素时，每个半反射镜中的内镀层个数与一列像素中像素的个数相等，每个内镀层分别对应于一列像素中的每个像素；

或者，当每一组像素为多列像素时，每个半反射镜中的内镀层个数与一列像素中的像素的个数相等，每个内镀层分别对应于多列像素中的每一行的多个像素；

或者，当每一组像素为多列像素时，每个半反射镜中的内镀层个数与多列像素中的像素的个数相等，每个内镀层一一对应于多列像素中的每个像素。

结合第一方面，或者第一方面第一至第四种任意一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，

所述多个半反射镜中的每个半反射镜在非激活时的位置不对发射到激活的半反射镜的光进行阻挡。

结合第一方面，或者第一方面第一至第五种任意一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，

所述半反射镜呈实质上为长条形的形状，所述多个内镀层沿所述长条形的长度方向排列。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，

所述半反射镜呈长条薄板状，所述多个反射镜中的每个反射镜在非激活时与其他反射镜以长边对齐的方式排列成一个第一平面，所述第一平面与像素显示单元显示的一组像素所形成的光线所构成的平面平行。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，

正常佩戴眼镜时，眼镜镜片所在的平面和一个垂直于水平面的一个矩形平面等效，其中，矩形平面包括两条长边以及两条短边，所述眼镜镜片的长边视为x轴，所述眼镜镜片的短边视为y轴，垂直于x轴和y轴构成的xy平面的一条线为z轴；

所述第一平面与x轴，y轴形成的平面平行。

结合第一方面第六到第八种中任意一种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，

在激活状态时，激活的半反射镜沿所述长条形的长边为轴翻转一定角度。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，

所述半反射镜呈长条薄板状，所述多个反射镜中的每个反射镜在非激活时与其他反射镜在厚度方向堆叠成一个立方体，所述立方体在厚度方向形成的第二平面与像素显示单元显示的一组像素所形成的光线所构成的平面平行。

结合第一方面第十种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，

在激活状态时，激活的半反射镜沿所述长条形的宽度方向移动一段距离；

所述第二平面与x轴，y轴形成的平面平行。

结合第一方面第六种可能的实现方式以及第十到第十一种中任意一种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，

在激活状态时，激活的半反射镜沿所述长条形的宽度方向移动一段距离。

结合第一方面，或者第一方面第一至第十二种任意一种可能的实现方式，在第十三种可能的实现方式中，所述近眼显示器还包括：处理器；

所述处理器用于控制所述像素显示单元通过扫描方式输出每一帧图像中的多组像素；

所述处理器还用于控制与所述像素显示单元输出的一组像素对应的一个半反射镜激活。

结合第一方面第十三种可能的实现方式，在第十四种可能的实现方式中，所述近眼显示器还包括：分光片以及感光器件阵列；

所述分光片用于将眼球反射的光反射到所述感光器件阵列；

所述感光器件阵列根据所述分光片反射过来的光生成对应的数据进行存储；

所述处理器还用于根据所述感光器件阵列中存储的数据进行眼球检测，并根据检测结果执行对应的操作动作。

结合第一方面，或者第一方面第一至第十四种任意一种可能的实现方式，在第十五种可能的实现方式中，

所述每一帧图像通过列扫描的方式输出，每一组像素为一列；

多个半反射镜的个数等于所述每一帧图像的列数。

结合第一方面，或者第一方面第一至第十五种任意一种可能的实现方式，在第十六种可能的实现方式中，每个内镀层只对光进行一次反射。

结合第一方面，或者第一方面第一至第十六种任意一种可能的实现方式，在第十七种可能的实现方式中，所述像素显示单元具体用于通过输出平行光的方式显示通过扫描方式输出的每一帧图像中的多组像素。

上述技术方案中具有如下的优点：

本发明实施例中，每个半反射镜反射一组像素时，通过多个内镀层将每个内镀层对应的一个或多个像素向眼球球心方向反射，这样，往眼球球心反射的光线之间并不平行，而是从多个角度往眼球球心反射，从而形成景深效果，提升了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术常用眼镜示意图；

图2为本发明实施例一提供的近眼显示器的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种像素显示单元的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种像素显示单元的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种像素显示单元的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的一种半反射镜结构示意图；

图7为本发明实施例三提供的一种多个半反射镜排列方式的结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的通过压电方式驱动半反射镜的示意图；

图9为本发明实施例四提供的近眼显示器的工作原理图；

图10为本发明实施例四提供的近眼显示器的工作原理图；

图11为本发明实施例四提供的另一近眼显示器的工作原理图；

图12为本发明实施例四提供的另一近眼显示器的工作原理图；

图13为本发明实施例五提供的半反射镜结构示意图；

图14为本发明实施例五提供的近眼显示器工作流程示意图；

图15为本发明实施例六提供的近眼显示器的工作原理图；

图16为本发明实施例六提供的近眼显示器的工作原理图；

图17为本发明实施例六提供的近眼显示器工作流程示意图；

图18为本发明实施例七提供的具有眼球检测功能的近眼显示器结构示意图；

图19为本发明实施例八提供的一种近眼显示器结构示意图；

图20为本发明实施例九提供的一种近眼显示器结构示意图。

具体实施方式

本发明所涉及的近眼显示器具体的形态本质上类似于图1眼镜的形态，包括用于眼睛观察的部件(如镜片)，用于佩戴的部件(如镜腿)以及将这些部分连接起来的结构件(如除镜腿之外的镜框部分)。在实际设计中，可以对不同的部件进行相应的改进，使之能够显示图像，例如，像Google Glass一样对镜腿部分进行改进，加入显示处理器件。为了更方便地对后续各个附图进行说明示意，图1基于普通眼镜的形态使用了坐标轴进行标识，具体的，参见图1，为正常佩带眼镜时眼镜所处的一个立体位置，由于实际中镜片四周具有一定的弧线，整体上也会呈现一定的弧度，为了说明方便，将镜片所在的平面等效成一个垂直于水平面的一个矩形平面，矩形平面包括两条长边以及两条短边，分别定义为x轴以及y轴，这个矩形平面可定义为xy平面，与镜面平面垂直的镜腿所在的方向为z轴，同时，为了方便示意，在图1及其他附图中，都不限定原点位置。本领域技术人员可以通过图1中的坐标系示意图并结合其他附图中的坐标系示意图来确定其他附图的具体视角。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参见图2，本发明实施例提供了一种近眼显示器，包括：

像素显示单元11，用于显示通过扫描方式输出的每一帧图像中的多组像素，其中，每组像素包括多个子像素单元，每个子像素单元包括至少一个像素；

例如，如果每组像素为1列600个像素，则可以将每个像素划分为一个子像素单元，共600个子像素单元，或者，一些子像素单元可以包括多个(如2个)，分成类似590个，580个之类数目的子像素单元。

多个半反射镜12，每个所述半反射镜一一对应于所述像素显示单元显示的每一组像素，每个半反射镜包括按不同反射角度设置的多个内镀层，每个内镀层一一对应于与其所在的半反射镜对应的一组像素中的多个子像素单元；

每个所述半反射镜用于在需要反射与其对应的一组像素时被激活，并通过其包括的所有内镀层向一个眼球球心13方向反射与每个内镀层一一对应的每个子像素单元。

实施例二

基于上述实施例，本发明实施例对像素显示单元进行具体介绍。本发明实施例中，像素显示单元显示图像的原理跟现有技术一致，即处理器通过扫描的方式将每帧图像分成多组像素输出到像素显示单元，由像素显示单元将这一组像素进行显示。需要说明的是，本发明各实施例中，为了方便描述，“显示/反射像素”跟“显示/反射像素的光(或者显示/反射像素对应的光)”表示的是同一个意思，并不进行区分。

本发明实施例在对需要显示的一帧图像进行分组时，如可以按“行”进行分组，将一行或者多行分成一组；也可以按“列”进行分组，将一列或者多列分成一组，或者也可以按其他自定义的方式进行分组，这里并不限定。例如，以显示分辨率为800*600的一帧图像为例，典型的一组像素可以是以600个像素构成的一列，或者由多个600个像素构成的多列。如果一组像素包括两列时，对应的像素显示单元可以一次显示两列像素，对应地，每个半反射镜一次往一个眼球球心方向反射两列像素。

像素显示单元具体可以通过多种方式实现，但不论通过哪种方式，其目的是一致的，都用于在处理器的控制下显示图像的像素，同时，通过平行光的方式(而非发散光线的方式)有效利用光源，从而达到更好的显示效果。

具体的，像素显示单元可以包括以下几种实现方式：

(1)DMD(Digital Micro mirror Device)数字微镜面器件+激光器+透镜组

参见图2，为使用本方案实现像素显示单元的示意图，本方案中，DMD器件连接处理器(如CPU)，用于接收并激活需要显示的一组像素，激光器以及透镜组用于给DMD提供背光，从而能将激活的像素进行显示，其中，透镜组包括图中所示的扩束透镜1以及扩束透镜2；

(2)液晶显示屏+激光器+透镜组+反射镜

参见图3，为使用本方案实现像素显示单元的示意图，本方案中，液晶显示屏连接处理器，用于接收并激活需要显示的一组像素，激光器以及透镜组用于给液晶显示屏提供背光，从而能将激活的像素进行显示；

(3)发光二极管阵列+凸透镜组+反射镜(可选)

参见图4、图5，为使用本方案实现像素显示单元的示意图，本方案中，多个发光二级管组成一个发光二级管阵列，每个发光二极管前方有一个凸透镜用于汇聚光线。由于发光二极管不需要背光也可以显示像素，因此，这里不需要提供背光，因此，可以省掉前述两种方式中的激光器、透镜组等用于提供背光的器件。此外，由于发光二极管阵列摆放的位置不同，可能需要通过一个或多个反射镜来对需要显示的像素进行反射。

本发明实施例，像素显示单元可以放置在显示器的一侧，以显示器为最常见的眼镜的形式为例，可以像Google Glass一样将像素显示单元放置在眼镜的镜腿部分。当然，在另一实施例中，也并不限定在其他位置进行放置，例如，放置在位于眼镜中间的鼻梁架的位置。

此外，为了实现全景显示功能，像素显示单元可以分成两部分来进行显示，其中，一部分用于显示一帧图像的其中多组像素，另一部分用于显示剩下的多组像素。例如，以列扫描输出图像为例，一部分像素显示单元(图4、图5中标“L”的部分)用于显示图像左半帧相关的像素，另一部分像素显示单元(图4、图5中标“R”的部分)用于显示图像右半帧相关的像素，同时，配合一个反射棱镜以及多个半反射镜来实现全景显示，具体可以参见实施例四中的描述。

需要说明的是，上述几种显示方式的具体实现都为现有技术，这里不再进行赘述。

实施例三

基于上述各个实施例，本发明实施例对多个半反射镜(为描述方便，下文也简称为“半反射镜组”)的具体实现进行介绍。

本发明实施例中，优选地，多个半反射镜中的每个半反射镜与像素显示单元输出的多组像素中的每组像素一一对应，即多个半反射镜的数目与多组像素的组数相同，并且一个半反射镜对应一组像素。例如，像素显示单元用于显示分辨率为800*600的每帧图像，通过列扫描的方式分成800组像素(每组即为由600个像素构成的一列)输出，则可以设置与800组像素分别对应的800个半反射镜，通过每个半反射镜来将与其对应的一组像素(即一列像素)反射到用户眼睛。如果分辨率为800*600的每帧图像通过列扫描的方式分成400组像素(每组即为由600个像素构成的两列)，则可以设置与400组像素分别对应的400个半反射镜。

实际中，可以结合要显示图像的分辨率、显示器所能允许的最多半反射镜个数来综合决定每一帧图像分成几组像素以及设置几个对应的半反射镜。具体的，由于显示器大小有限，且受半反射镜制造工艺限制，在有限的范围内，只可能容纳个数为“最大理论值”数目的半反射镜，此时，以列扫描为例，如果显示的图像分辨率很高，单独将每一列分成一组的话，对应的半反射镜个数可能会超过最大理论值，此时，就可以将几列像素分成一组，从而减少分组数目，对应地，也减少半反射镜的数量(当然，相应地要增加每个半反射镜反射的像素的数量)。

本发明实施例中，近眼显示器可以做成类似普通眼镜的样子，在这种情况下，距离人眼球表面约1cm(如近眼显示器为眼镜时，镜片所在位置)，人眼的可视范围约为宽5cm，高4cm构成的矩形区域，以5cm计算的话，如果要显示分辨率为4096*2160的4K高清图像，当采用列扫描时，优选的方式是每一列像素对应一个半反射镜，此时，需要半反射镜共4096个，每个半反射镜的宽度为5cm除以4096约等于12微米，这个数量级的半反射镜可以通过现有的工艺进行加工制造。如果显示更低分辨率的话，对工艺要求也会更加低。

优选地，多个半反射镜可以与输出的多组输出的像素按顺序一一对应，即按顺序排列的多个半反射镜的第1个对应于按顺序排列的多组像素中的第1组，多个半反射镜的第2个对应于多组像素中的第2组……依次类推；当然，在另一实施例中，也可以并非按顺序一一对应，例如，按顺序排列的多个半反射镜的第1个对应于按顺序排列的多组像素中的第2组，多个半反射镜中的第2个对应于多组像素中的第1组，或者其他能够实现反射像素显示单元通过扫描方式输出的多组像素目的的对应方式。

参见图6，为半反射镜的结构示意图，本发明实施例中，半反射镜呈实质上为长条形的形状，这里的“实质上为长条形”是指接近长条薄板的形状，主要有几个特点：首先，需要有一个相对较长的长边，其次，有一个相对较小的厚度，最后，整体要接近长方体的形状。在基于上述主要特点而形成的多种小的变形的形状也属于“实质上为长条形”，例如，多个直角被制造成具有一定的弧度的长方体，或者某些平面并不严格平整(如有一定的弧度、凹陷)的长方体等等。本领域技术人员可以结合上下文选用适合本发明实施例的“实质上为长条形”的半反射镜。优选地，半反射镜的形状可以选用图6所示的，对制造工艺要求相对低的长条薄板状，当多个半反射镜整体组成显示屏时，可以根据产品对形态的要求对周边形状进行相应的设计，例如，类似现有普通眼镜的镜片形状，将四周设计成具有一定的弧度以增加美感，或对平面增加一定的弧度，但这些小的改变并不影响半反射镜的实质特点，这种情况每个半反射镜的形状仍可认为是“长条薄板状”。

每个半反射镜包括基材以及内镀层两部分，基材使用透明的材料(如塑料、树脂、玻璃等)制成，镀层分光比可以为50:50(也可以根据需求选用其他的分光比，如40:60)；由于其透明的特性，因此，用户也可以通过半反射镜看到实景。各个半反射镜之间可以有一定的间隔，例如间隔数十纳米。

内镀层为嵌入在基材内部的半反射镀层，其分光比也可以为50:50或者其他分光比，每个内镀层与一组像素中的一个或多个像素分别一一对应，用于将与其对应的一个或多个像素往眼球球心方向反射。内镀层为一个平面，只对光进行一次反射，因此，当平行光射入到内镀层时，各个光线并不会沿同一重复的线路进行反射。本发明实施例中，多个内镀层在“实质上为长条形”的半反射镜内部沿长度方向排列，各个内镀层之间也可以间隔一定的距离，例如数十纳米。

多个内镀层的数目可以根据不同情况灵活选择，只要能够达到设计时要求达到的“景深”效果即可，例如：

如果一组像素为一列像素，则可以设置多个内镀层的个数跟这一列像素包括的像素个数相同。需要说明的是，这里的“相同”是指并非指完全相同，而是指“实质相同”，即在相同作为最优的方式下，有一定的误差可以调整，但这个调整的量不会引起显示效果的质变，例如尽量控制在10％以内的误差，以尽可能地达到更好的效果。

例如，针对一帧800*600分辨的图像，通过列扫描的方式时，由于每列有600个像素，因此，可以设置600个内镀层，多个内镀层按顺序依次排列，用于反射也按顺序排序的一列像素(如第1个内镀层用于反射这一列像素中的第1个像素，第2个内镀层用于反射这一列像素中的第2个像素，依次类推)；在另一实施例中，也可以不设置600个，而是设置成599，595之类的数目，此时，可以将其中一个或多个内镀层的面积做得大一些，从而可以反射多个像素，在这种情况下，如果这个调整的量占总量的比重很小，那么对于用户来说，这种调整对体验几乎没有影响。

或者，如果一组像素为两列像素，则仍然可以设置多个内镀层的个数跟一列像素包括的像素个数实质相同，此时，一个内镀层可以一次性同时反射两个像素，如第一个内镀层可以一次性同时反射第1列像素和第2列像素中的第一个像素，依次类推；这里的“实质相同”含义跟上一种情形一致，这里不再赘述。

或者，如果一组像素为两列像素，可以设置多个内镀层的个数与两列像素包括的像素个数实质相同，此时，可以设置两层内镀层，每层内镀层包括的内镀层个数与每列像素包括的像素个数相同，每一层内镀层中的各个内镀层用于反射一列像素中的各个像素。这里的“实质相同”含义跟上两种情形一致，这里不再赘述。

当然，本发明实施例并不限定上述几种方式，例如，在另一实施例中，也可以设计不同部分的内镀层用于反射不同数目的像素(如某一部分反射1个像素，某1部分反射2个像素，某一部分反射3个像素)，本领域技术人员可以根据上述几种具体的示例并结合实际情况来具体设计内镀层。只要能够取得系统要求的“景深”效果即可。

带有内镀层的半反射镜的制造技术可以采用多个现有的成熟技术，这里对其中一种制造方法进行简单介绍，例如，可以先制作一个高精度模具(如激光，或者蚀刻)，利用模具进行高精度注塑制造，生成带有斜面(即没镀膜的内镀层)的镜片，然后再对斜面进行镀膜，镀膜完成后，再进行注塑，将镜面填平，然后切割成需要的形状。

本发明实施例中，每个反射镜有激活以及非激活两种状态，每个反射镜在非激活时的位置不影响其他激活的半反射镜对需要反射的一组像素进行反射。可以通过不同的驱动方式来实现激活与非激活状态的改变。

例如：

参见图2至图5，一种可选的实现方式为：半反射镜呈长条薄板状，多个反射镜中的每个反射镜在非激活时与其他反射镜以长边对齐的方式排列成一个第一平面(如图2至图5中的xy平面)，第一平面与像素显示单元显示的一组像素所形成的光线所构成的平面平行，像素显示单元显示的像素并不会射到半反射镜中引起反射；在激活状态时，激活的半反射镜沿所述长条形的长边为轴翻转一定角度，用于将像素显示单元显示的一组像素往用户眼球球心方向反射。以图2至图5为例，由于像素显示单元显示的一组像素位于图中半反射镜组形成的平面的上方，因此，激活的半反射镜通过往上翻转的方式来反射光线，反之，如果显示的一组像素位于图中半反射镜组形成的平面的下方时，则激活的半反射镜通过往下翻转的方式来反射光线。

参见图7，另一种可选的实现方式为：半反射镜呈长条薄板状，多个反射镜中的每个反射镜在非激活时与其他反射镜在厚度方向堆叠成一个立方体，立方体在厚度方向形成的第二平面(xy平面)与像素显示单元显示的一组像素所形成的光线所构成的平面平行。此时，像素显示单元显示的一组像素所形成的光线不会被任何一个半反射镜阻挡后往眼球球心方向反射；在激活状态时，激活的半反射镜在宽度方向移动一段距离，用于将像素显示单元显示的一组像素往用户眼球球心方向反射。以图7为例，由于像素显示单元显示的一组像素位于图中立方体下表面的下方，因此，激活的半反射镜通过往下移动一段距离来反射光线，反之，如果显示的一组像素位于图中半反射镜组形成的立方体上表面的上方时，则激活的半反射镜通过往上移动一段距离来反射光线。

本发明实施例中，每个半反射镜与一个驱动装置(如微机电系统Micro Electro-Mechanic System，MEMS)相连，每个驱动装置与处理器连接，通过接收处理器的指令来驱动半反射镜进入激活或者非激活状态。例如，以上述两种实现方式为例，可以驱动半反射镜转动一定的角度，或者在垂直方向移动一段距离。具体驱动方式可以选用公知技术中的压电器件驱动、电磁器件驱动、静电驱动等方式中的任何一种或多种。例如，参见图8，以通过压电器件驱动为例，左侧为未激活时的状态，右侧为激活时的状态，当通过加一定的电压后，压电器件长度增加h，使得半反射镜沿着转轴翻转一定的角度。如果要实现不同的角度，只需要加不同的电压即可。

如果本发明例中近眼显示器做成类似普通眼镜的形式，则驱动装置可以做到眼镜的上镜框或下镜框中。驱动装置的制造以及与半反射镜之间的连接方式都可以根据现有的制造方式以及连接方式(如粘接)实现，这里不再赘述。

实施例四

基于上述各实施例，进一步地，本发明实施例对如何实现全景显示的方法进行介绍。本发明实施例中的“全景”是指近眼显示器(具体指多个半反射镜)的投射到人眼的光线的角度可以覆盖整个眼球可接收光线的区域，并且，水平角度及俯仰角度分别大于等于人眼视野的最大水平角度及俯仰角度(如人眼视角是个椭球面，最大水平角度为155度，最大俯仰角度为135度)。当然，上述限定是比较理想的限定，实际当中，也可以根据对“全景”的具体指标要求来进行适应性调整，例如，可以适当减少一些水平角度或者俯仰角度，虽然效果会稍微下降，但从用户体验看，这种下降可能并不能感知，因此，也可以认为是“全景”。这些适应性调整为本领域技术人员所公知的技术，均应包含在本发明的保护范围之内。

基于像素显示单元设置的不同位置，相应地，可以采用不同的方法来控制多个半反射镜激活与非激活，从而将显示的像素反射到用户眼睛。下面分别针对几个情况进行示例性说明：

(1)像素显示单元设置在一侧

在这种情况下，本发明实施例像素显示单元可以包括两部分，分别用于显示图像的两侧(如左右侧，或上下侧)，这里分别命名为第一侧像素显示单元以及第二侧像素显示单元。其中，第一侧像素显示单元用于显示一帧图像的其中一侧(如左侧)的像素，第二侧像素显示单元用于显示一帧图像的另一侧(如右侧)的像素，优选地，两侧显示的一帧图像的范围都一样大(例如，各自都显示800*600分辨率图像的400*600区域)。需要说明的是，在本实施例及其他各实施例中，这两部分在物理实现时并非要求完全独立的两部分器件实现，而是可以共同一部分器件，例如，以图9中采用DMD器件+透镜组+激光器实现像素显示单元为例，此时，可以共用透镜组和激光器，而将DMD器件设计成可以分别显示两部分像素的器件。

与之对应地，多个半反射镜也分成两部分，分别命名为第一侧半反射镜组以及第二侧半反射镜组，每侧半反射镜组都包括多个半反射镜。其中，第一侧半反射镜组中半反射镜的数量跟第一侧像素显示单元用于显示的多组像素的组数相同且分别对应；第二侧半反射镜中半反射镜的数量跟第二侧像素显示单元用于显示的多组像素的组数相同且分别对应。优选地，两侧半反射镜组以一个眼球的球心为中心实质上对称地分布在两侧，这里“实质上对称”是指在实际中并非严格地对称，而是可以有一定误差以及冗余度，例如，可以做两组个数相同且中心对称的半反射镜，但由于每个人头型、人眼位置、人眼大小都会存在一定差异，因此，在实际中放置这两组镜片组时，无法做到针对每个佩戴者都以每个佩戴者眼球的球心严格对称，佩戴后，整体偏离一定小的角度(如10％以内的角度)都是可以的；或者，两组半反射镜的个数也可以有一些小的差异，例如，一组比另一组几个反射镜。

同时，本发明实施例还加入了一个反射棱镜，本实施例中的反射棱镜的作用是将平行射入的光经过反射棱镜内部反射后以相反的方向平行地反射出去，反射棱镜的位置设置在跟像素显示单元相对的一侧。

图9为近眼显示器在xz平面的视图，如图9所示，在需要显示一帧图像时，当第一侧像素显示单元显示一组像素时，通过激活多个第一侧半反射镜组中与这组像素对应的一个半反射镜来将显示的像素直接反射到眼睛；图10仍为近眼显示器在xz平面的视图，如图10所示，当第二侧像素显示单元显示一组像素时，并不直接通过第二侧半反射镜来将显示的一组像素反射到眼睛，而是借助于反射棱镜进行反射，即先通过反射棱镜将第二侧像素显示单元反射到第二侧半反射镜组中的一个半反射镜，然后再通过该半反射镜反射到眼睛。

通过配合反射棱镜，可以让第二侧像素显示单元显示的一组像素折射回来，再射到第二侧半反射镜组中的半反射镜，而第二侧半反射镜组相对于第一侧半反射镜组来说是位于眼球的另一侧，从而使得眼球可以接受另一侧角度反射过来的光，扩大了眼球平面接收光的角度，很好地实现了全景显示。

(2)像素显示单元在两侧

参见图11、图12，针对一个眼球，像素显示单元也可以分别位于眼球的两侧，例如，以眼镜为例，其中一个位于镜腿，另一个位于鼻梁架。

针对这种情况，相比于第(1)种情况，其中一侧的像素显示单元相当于第(1)种情况中的第一侧像素显示单元，另一侧的像素显示单元相当于第(1)种情况中的第二侧像素显示单元；与之对应的，也可以分别设置沿眼球对称的两侧半反射镜组。

此时，可以省去反射棱镜，而通过两侧的像素显示单元分别显示多组像素，让对应侧的半反射镜组来反射的方式实现将光从多个角度反射到眼球，例如，图11中，左侧像素显示单元显示的多组像素通过右侧半反射镜组来反射，图12中，右侧像素显示单元显示的多组像素通过左侧半反射镜组来反射，从而实现全景显示。

以上举例的为几种常见的实现方式，在其他实施例中，像素显示单元以及多个半反射镜也可以设置在其他位置，本领域技术人员可以结合上述实施例来对其他实施例中的一些方式进行适合性调整，使之能够达到全景显示的效果。

实施例五

基于上述各个实施例，本发明实施例基于一种具体的实现方式对近眼显示器的工作原理进行具体介绍，本实施例中的近眼显示器被设计成常规眼镜的形状，用户可以通过眼镜本身的镜片来观察实景，并且，还可以通过本实施例中提供的显示方式来观看眼镜本身发出的图像。

本发明实施例中的近眼显示器中的像素显示单元像素设置在近眼显示器的一侧(图中的右侧，实际中一个镜腿的位置)，包括DMD器件、激光器、扩速透镜1以及扩速透镜2，用于显示以列扫描方式进行输出图像，图中标“L”的部分表示显示图像的左侧部分，图中标“R”的部分表示显示图像的右侧部分。为了表述方便，这里并未将处理器等其他器件在图中示意。

本明实施例中的多个半反射镜在非激活状态时，多个半反射镜排列成一个平面，在激活时偏转一个角度来反射像素。如图9、图10所示，多个半反射镜以经过眼睛的轴线为中心分成两部分，左侧部分用于反射图像显示单元显示的图像的左侧部分，右侧部分用于反射图像显示单元显示的图像的右侧部分。为了配合右侧部分的反射，这里还加了一个反射棱镜，即图中所示的R侧反射棱镜。

图中所示的各个参数的含义如下：

Wm：半反射镜宽度，包括半反射镜物理宽度以及两个半反射镜之间的间距；

θ(i)：第i个(i为大于等于0的整数)半反射镜单元激活时与水平面呈的夹角，正对眼球球心的半反射镜单元编号为0，向左右两侧依次递增；

Wma：镜面阵列宽度，其数值等于半反射镜单元数量乘以Wm；

Wp：一组像素宽度，为每次一个半反射镜单元激活时，DMD器件上显示的一组像素的总宽度；

D：半反射镜组平面距离眼球球心的距离；

T：整个近眼显示器眼前部分厚度；

Tm：半反射镜厚度；

Wg：半反射镜间隙；

各参数间满足如下关系式：

θ(i)＝45(deg)；i＝0 (公式12)

Wg≥Tm (公式15)

其中，

公式11、12用于限定每个半反射镜片激活时会将显示的一组像素往眼球球心的方向反射；

公式13用于限定整个眼镜镜片厚度要满足放置反射棱镜的要求；

公式14用于限定半反射镜的镜片的宽度和像素列宽的关系，如果不满足的话，像素会显示不全；

公式15用于限定半反射镜的镜片间距和厚度，如果不满足这个要求，无法实现翻转。

参见图13，为本发明实施例中半反射镜在y、z截面的视图。如图b所示，半反射镜单元采用内置反射镀层的方式，半反射镜基材采用折射率为n的材料制成，厚度为Tm。内镀层被划分为水平方向宽度为Wr，间隔Wrg(i)的斜置平面单元，一共包含2N+1个单元，内镀层单元索引i以中轴处为0，分别向左、右递增。第i个内镀层的平面与图示水平面的夹角以及与上一个单元的间隔Wrg(i)由公式21，22以及23推导得到。所有水平入射光将被聚焦到图示中轴线上，距离镜面Df的焦点上。

内镀层斜置不会对透射光造成畸变影响，仅会对反射光进行聚焦，聚焦到焦点F处。在半反射镜组中，第i片半反射镜单元的焦距Df(i)满足公式24：

参见图14，基于上述条件，本发明实施例中一帧图像的扫描过程包括：

S301、进入初始态，所有半反射镜单元处于非激活态，DMD所有像素非激活，执行S302；

S302、置变量i＝N/2(N为半反射镜单元总数)，执行S303；

S303、左侧像素激活：向DMD器件L部分送第i列像素信息，R部分保持全黑；执行S304；

S304、判断i是否等于0，如果是，执行S309，如果否，执行S305；

S305、左侧第i个半反射镜激活，角度如公式11所示；执行S306；

S306、左侧像素去激活：DMD器件全部像素为全黑；执行S307；

S307、左侧第i个半反射镜去激活，恢复到水平状态；执行S308；

S308、置i等于i-1；执行S303；

S309、中轴处半反射镜激活，角度等于45度；执行S310；

S310、左侧像素去激活：DMD器件全部像素为全黑状态；执行S311；

S311、中轴处半反射镜去激活，恢复到水平状态；执行S312；

S312、i＝i+1；执行S313；

S313、右侧像素激活：向DMD器件R部分送第i列像素信息，L部分保持全黑；执行S314；

S314、右侧第i个半反射镜激活，角度如公式11所示；执行S315；

S315、右侧像素去激活：DMD器件全部像素为全黑状态；执行S316；

S316、右侧第i个反射镜去激活，恢复到水平状态；执行S317；

S317、判断i是否等于N/2，如果是，执行S318，如果否执行S312；

S318、单帧图像显示扫描周期结束。

通过本发明实施例，由于是在镜片本身基本上再进行图像显示，因此，可以实现实景与显示图像的叠加，同时，由于每个半反射镜都能通过内置的镀层来将一组像素进行反射，从而可以实现很好的景深效果；再者，本发明实施例配合一个反射棱镜来实现在一个大的视野范围内将光线往眼球球心方向反射，从而很好地实现了全景效果。

实施例六

参见图7，图15以及图16，基于上述各个实施例，本发明实施例基于一种具体的实现方式对近眼显示器的工作原理进行具体介绍。本实施例中的近眼显示器与实施例五中的基本相同，但多个半反射镜部分使用实施例三中介绍的，如图7所示的垂直对齐排列的方式来反射。

其中，图15为反射左侧光时在xz平面的原理示意图，图16为反射右侧光时在xz平面的原理示意图，两个中的各个参数及其关系如下：

Wm：半反射镜宽度，跟上一个实施例不同，这里不包括间距；

θ(i)：第i(i为大于等于0的整数)个半反射镜单元内镀层单元与水平面呈的夹角；正对眼球球心的半反射镜单元编号为0，向左右两侧依次递增；

Wma：镜面阵列宽度，其数值等于半反射镜单元数量乘以(Wm+Wg)；

D：半反射镜组平面距离眼球球心的距离。

T：整个近眼显示器眼前部分厚度

Tm：半反射镜厚度；

Wg：半反射镜间隙；

n：镜片材料折射率；

各个参数之间满足以下公式：

θ(i)＝45(deg)；i＝0 (公式32)

Wg≥Tm (公式34)

各个半反射镜单元中各个内镀层的设置与实施例五中一样，本领域技术人员可以参见图13，公式21-24及相关描述进行设置，这里不再赘述。

参见图17，基于上述条件，本发明实施例中一帧图像的扫描过程包括：

S501、进入初始态，所有半反射镜单元处于非激活态，DMD所有像素非激活，执行S502；

S502、置变量i＝N/2(N为半反射镜单元总数)，执行S503；

S503、左侧像素激活：向DMD器件L部分送第i列像素信息，R部分保持全黑；执行S504；

S504、判断i是否等于0，如果是，执行S509，如果否，执行S505；

S505、左侧第i个半反射镜激活，角度如公式11所示；执行S506；

S506、左侧像素去激活：DMD器件全部像素为全黑；执行S507；

S507、左侧第i个半反射镜去激活，恢复到水平状态；执行S508；

S508、置i等于i-1；执行S503；

S509、中轴处半反射镜激活，角度等于45度；执行S510；

S510、左侧像素去激活：DMD器件全部像素为全黑状态；执行S511；

S511、中轴处半反射镜去激活，恢复到水平状态；执行S512；

S512、i＝i+1；执行S513；

S513、右侧像素激活：向DMD器件R部分送第i列像素信息，L部分保持全黑；执行S514；

S514、右侧第i个半反射镜激活，角度如公式11所示；执行S515；

S515、右侧像素去激活：DMD器件全部像素为全黑状态；执行S516；

S516、右侧第i个反射镜去激活，恢复到水平状态；执行S517；

S517、判断i是否等于N/2，如果是，执行S518，如果否执行S512；

S518、单帧图像显示扫描周期结束。

与实施例五一样，本发明实施例也能在实现实景与图像的叠加，并且通过全景且立体的方式显示图像，更好地提升用户体验。

实施例七

参见图18，基于上述各实施例，本发明实施例提供了一种带有眼球检测功能的近眼显示器。

还设置有分光片以及感光器件阵列，分光片用于将眼球反射的光反射到感光器件阵列，感光器件阵列根据分光片反射过来的光生成对应的数据进行存储；此时，会在感光器件阵列中保存的数据能够反映出一份眼球的图像，与之相连的处理器可以根据感光器件阵列中存储的数据来进行眼球检测，识别出眼处于的位置、状态，并根据眼球的位置、状态等各处信息来执行不同的操作动作。例如，如果识别到人眼处于长时间闭合时，关闭近眼显示器，或者，识别到人眼快速闪动时，暂停视频播放等。

实施例八

参见图19，基于上述各实施例，本发明实施例提供了一种近眼显示器，本实施例中，针对左右眼各设置一套近眼显示系统(如都包括像素显示单元，多个半反镜，反射棱镜)，如图19所示，两套系统对称设置，如果需要获得很好的全景显示效果，可以如上述实施例中的让左右两套系统都先显示一帧图像的一部分(如左侧)，再显示另一部分(如右侧)。此时，图19中右侧一套近眼显示系统的工作原理可以按实施例五中的举例的进行工作，左侧一套近眼显示系统可以进行适应性调整，即先通过反射棱镜以及左侧多个半反射镜将左侧图像的像素反射到眼睛，再通过右侧多个半反射镜(不经过反射棱镜)将右侧图像的像素反射到眼睛。

本发明实施例中，由于双眼都能够观察，因此，在前述各个实施例所能达到的效果之上，进一步增强了视觉体验。

实施例九

参见图20，基于上述各个实施例，本发明实施例提供了一种近眼显示器，包括：

多个半反射镜93，每个反射镜可由一个驱动装置94驱动；

像素显示单元92；

处理器91，存储器95，存储器用于存储处理器执行程序所需的代码以及运行时的数据；

处理器与像素显示单元以及每个驱动装置相连，通过执行程序，一方面用于控制像素显示单元以上述各个实施例描述的方式显示像素，另一方面，在需要激活的半反射镜的时候，控制驱动装置(如MEMS)来驱动半反射镜处于激活状态，使之能够反射像素到眼睛。

其中，有关半反射镜、驱动装置、像素显示单元的具体介绍可以参见前述各个实施例，这里不再赘述。

在具体形态上，近眼显示器可以被做成眼镜的样子，其中，镜腿中放置像素显示单元、处理器以及存储器，镜片由所述多个半反射镜构成，驱动装置可放置在镜框上部或下部。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的近眼显示器，其特征在于：

3.如权利要求1-2任一所述的近眼显示器，其特征在于：

4.如权利要求3所述的近眼显示器，其特征在于：

5.如权利要求1-4任一所述的近眼显示器，其特征在于：

6.如权利要求1-5任一所述的近眼显示器，其特征在于：

7.如权利要求1-6任一所述的近眼显示器，其特征在于：

8.如权利要求7所述的近眼显示器，其特征在于：

9.如权利要求8所述的近眼显示器，其特征在于：

所述第一平面与x轴，y轴形成的平面平行。

10.如权利要求7-9任一所述的近眼显示器，其特征在于：

11.如权利要求7所述的近眼显示器，其特征在于：

12.如权利要求11所述的近眼显示器，其特征在于：

所述第二平面与x轴，y轴形成的平面平行。

13.如权利要求7、11-12任一所述的近眼显示器，其特征在于：

14.如权利要求1-13任一所述的近眼显示器，其特征在于：所述近眼显示器还包括：处理器；

15.如权利要求14所述的近眼显示器，其特征在于，所述近眼显示器还包括：分光片以及感光器件阵列；

所述分光片用于将眼球反射的光反射到所述感光器件阵列；

16.如权利要求1-15任一所述的近眼显示器，其特征在于：

多个半反射镜的个数等于所述每一帧图像的列数。

17.如权利要求1-16任一所述的近眼显示器，其特征在于：

每个内镀层只对光进行一次反射。

18.如权利要求1-17任一所述的近眼显示器，其特征在于：

所述像素显示单元具体用于通过输出平行光的方式显示通过扫描方式输出的每一帧图像中的多组像素。