CN108646412A - 近眼显示装置和近眼显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种近眼显示装置和近眼显示方法。近眼显示装置包括光源装置、导光装置、显示面板和分光装置,光源装置用于依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置;导光装置用于使光线在设定位置入射到显示面板;显示面板用于控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;分光装置用于使每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。本发明通过通过设置产生多种单色光的光源装置,使光线在设定位置入射到显示面板的导光结构,控制每个像素出射光线的颜色和灰阶的显示面板,以及对出光方向进行控制的分光装置,不仅实现了单眼多视点的近眼显示,而且大幅度提高了显示分辨率。

Description

近眼显示装置和近眼显示方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域,具体涉及一种近眼显示装置和近眼显示方法。
背景技术
近年来,虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)装置已逐步应用到显示、游戏、医疗等领域,近眼显示技术受到越来越多的关注和研究。目前,用于实现3D显示的近眼显示装置通常是将显示屏分成左右两个显示区域,左显示区域显示左眼图像,右显示区域显示右眼图像,通过在左右两个显示区域显示相同场景的不同视差画面,利用双眼视差实现3D显示效果。由于这种近眼显示装置是利用双眼视差,单眼的聚焦位置均处在显示屏上,而不是聚焦在所显示的3D场景上,因而会出现单眼的聚焦距离和双眼的汇聚距离不一致的问题,进而导致观看者出现眩晕等不适情况。为此,相关技术提出了单眼景深方案,将多个显示相同场景但不同视差的画面分别汇聚到观看者同一只眼睛的不同视点上,实现单眼聚焦3D显示效果。此时,单眼聚焦不再处在显示屏上,而是聚焦在所显示的3D场景上,因而避免了单眼的聚焦距离和双眼的汇聚距离不一致的问题。
为了实现单眼景深,至少要将显示屏的每个像素分割为多个显示区域,显示区域数量越多,视点数越多,观看效果越好。图1为单眼景深4视点方案中眼睛各视点的示意图,图2为单眼景深4视点方案中显示屏各视点的示意图。如图1和2所示,为达到4视点,每个像素需要划分成4个显示区域,即4个视点像素。如果将每个视点像素设计成原像素大小,那么每个像素的面积则为原像素面积的4倍,不仅显示分辨率大幅度降低,而且在近眼显示使用中,由于屏幕距离人眼很近,人眼很容易分辨出像素图案,因此会大大影响显示效果。如果将原像素分割成4部分,那么每个视点像素的面积为原像素面积的1/4,虽然不会影响显示分辨率和显示效果,但受制于现有工艺水平,难以实现像素尺寸的有效减小。
因此,对于单眼景深方案,如何提高显示分辨率是本领域丞待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是,提供一种近眼显示装置和近眼显示方法,以大幅度提高近眼显示的显示分辨率。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种近眼显示装置,包括:
光源装置,用于依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置;
导光装置,用于使光线在设定位置入射到显示面板;
显示面板,用于控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;
分光装置,用于使每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
可选地,所述光源装置包括:
光源单元,用于在一显示周期内依次出射多个不同颜色的单色光;
预准直单元,用于将所述单色光的光线以设定的角度入射到入光单元;
入光单元,用于使所述光线以设定的角度入射到所述导光装置中。
可选地,所述光源单元包括红色光源、绿色光源和蓝色光源;所述预准直单元包括透镜;所述入光单元包括入光面以及与所述入光面相对的反射面,所述反射面为锲形反射面或抛物线形反射面。
可选地,所述导光装置包括:
导光板,用于以全反射方式传输来自所述光源装置的光线;
取光阵列,用于在所述导光板的出光面形成多个取光口,使所述导光板中传输的光线在所述取光口位置入射到显示面板的每个像素。
可选地,所述取光阵列包括设置在所述导光板的出光面上矩阵排布的多个取光块,所述取光块的折射率大于或等于所述导光板的折射率,每个取光块形成一个取光口;所述导光板的折射率大于与所述导光板相接触膜层的折射率。
可选地,所述取光口的位置与所述显示面板上每个像素的位置一一对应。
可选地,所述显示面板包括相对设置的第一基板和第二基板,以及设置在所述第一基板和第二基板之间的液晶层,所述第一基板和第二基板均不设置彩膜层。
可选地,所述分光装置包括设置在所述显示面板出光面上矩阵排列的多个分光镜,每个分光镜的位置与所述显示面板上每个像素的位置一一对应,所述显示面板上不同位置的像素所对应的分光镜的结构不同。
可选地,所述分光镜包括多个规则排布的子镜,每个子镜将像素出射的光线射向人眼的一个视点。
本发明实施例还提供了一种虚拟/增强现实设备,包括前述的近眼显示装置。
为了解决上述技术问题,本发明实施例还提供了一种近眼显示方法,包括:
光源装置依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置;
导光装置使光线在设定位置入射到显示面板;
显示面板控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;
分光装置控制每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
可选地,光源装置包括光源单元、预准直单元和入光单元,光源装置依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置,包括:
在一显示周期内,光源单元依次出射多个不同颜色的单色光;
预准直单元使所述单色光的光线以设定的角度入射到入光单元;
入光单元通过锲形或抛物线形反射面使所述光线以设定的角度入射到所述导光装置。
可选地,在一显示周期内,光源单元依次出射多个不同颜色的单色光,包括:
在一帧显示周期内的多个发光时段,每个发光时段有一种颜色的单色光出射。
可选地,导光装置包括导光板和取光阵列,导光装置使光线在设定位置入射到显示面板,包括:
导光板以全反射方式传输光线;
取光阵列使导光板中传输的光线在所述取光阵列所形成的取光口位置入射到显示面板的每个像素。
可选地,显示面板控制每个像素出射光线的颜色和灰阶,包括:所述显示面板通过数据信号调整每个像素一显示周期内不同发光时段出射光线的灰阶,实现每个像素在一显示周期内出射光线的颜色和灰阶的控制。
本发明实施例所提供的近眼显示装置和近眼显示方法,通过设置产生多种单色光的光源装置,使光线在设定位置入射到显示面板的导光结构,控制每个像素出射光线的颜色和灰阶的显示面板,以及对出光方向进行控制的分光装置,不仅实现了单眼多视点的近眼显示,而且大幅度提高了显示分辨率。
当然,实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述,并且,部分地从说明书实施例中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案,并不构成对本发明技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例,目的只是示意说明本发明内容。
图1为单眼景深4视点方案中眼睛各视点的示意图;
图2为单眼景深4视点方案中显示屏各视点的示意图;
图3为本发明实施例近眼显示装置的结构示意图;
图4为本发明第一实施例光源装置和导光装置的结构示意图;
图5为本发明第一实施例预准直单元光路的示意图;
图6为本发明第一实施例近眼显示装置的结构示意图;
图7为本发明第一实施例近眼显示装置的工作原理图;
图8为本发明第二实施例近眼显示装置的结构示意图;
图9为本发明近眼显示方法的流程图。
附图标记说明:
1—光源装置; 2—导光装置; 3—显示面板;
4—分光装置; 10—基底; 11—光源单元;
12—预准直单元; 13—入光单元; 21—导光板;
22—取光阵列; 23—填充层; 110—灯条;
111—红色光源; 112—绿色光源。 113—蓝色光源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
为了大幅度提高近眼显示的显示分辨率,本发明实施例提供了一种近眼显示装置。图3为本发明实施例近眼显示装置的结构示意图,如图3所示,近眼显示装置的主体结构包括光源装置1、导光装置2、显示面板3和分光装置4,其中,光源装置1用于依次出射多个不同颜色的单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置2;导光装置2用于使光线在设定位置入射到显示面板3;显示面板3用于控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;分光装置4用于使每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
其中,光源装置1所提供的多个不同颜色的单色光,是在一显示周期内依次出射的。优选地,所述显示周期可以是一帧显示周期,一帧显示周期被分割为多个发光时段,每个发光时段有一种颜色的单色光出射。导光装置2用于使来自光源装置1的光线在设定的取光口位置入射到显示面板3的每个像素,导光装置2的每个取光口的位置与显示面板3的每个像素的位置一一对应。优选地,取光口的面积与像素中有效显示区域的面积相同。进一步,导光装置2用于使光线在设定的取光口位置以设定的方向入射到显示面板3的每个像素,所述设定的方向为垂直于显示面板的准直方向。显示面板3设置在导光装置的出光面,可以采用不设置彩膜层的液晶面板,显示面板用于通过数据信号调整每个像素在一显示周期内不同发光时段出射光线的灰阶,进而控制每个像素在一帧显示周期内出射光线的颜色和灰阶。分光装置4设置在显示面板3的出光面,用于将显示面板3上每个像素出射的光线分割成多部分,使多部分光线分别射向人眼的多个视点。
本发明实施例提供了一种近眼显示装置,通过设置光源装置、导光装置、显示面板和分光装置,不仅实现了单眼多视点的近眼显示,而且大幅度提高了显示分辨率。
本发明实施例近眼显示装置可以采用多种方式实现,下面通过具体实施例详细说明本发明实施例的技术方案。
第一实施例
图4为本发明第一实施例光源装置和导光装置的结构示意图。如图4所示,本实施例光源装置包括光源单元11、预准直单元12和入光单元13,光源单元11包括依次设置的多个单色光源,预准直单元12设置在光源单元11的出光侧,用于将光源单元11发出的不同颜色的单色光进行预准直处理,使每个单色光以设定的角度入射到入光单元13中。入光单元13设置在预准直单元12的出光侧,用于使每个单色光以设定的角度入射到导光装置中。本实施例中,光源单元11可以包括灯条110以及依次设置在灯条上的红色(R)光源111、绿色(G)光源112和蓝色(B)光源113。实际实施时,光源单元也可以设置其它颜色的光源或光源数量多于3个,当采用RGB光源时,红色光源、绿色光源和蓝色光源可以分别采用红色发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、绿色LED和蓝色LED。
图5为本发明第一实施例预准直单元光路的示意图。如图5所示,以预准直单元12采用焦距为F的透镜为例,将三色光源设置在灯条110上,且均位于透镜的焦点面上,焦点面是位于透镜焦点处与透镜平行的平面。其中,绿色光源112位于透镜的焦点,蓝色光源113位于绿色光源112的一侧,位置与绿色光源112的距离为b,红色光源111位于绿色光源112的另一侧,位置与绿色光源112的距离为也为b。这样,经过透镜的预准直之后,所有的绿色光线的方向相同,均为垂直于透镜平面的方向(图中密虚线),所有的红色光线的方向相同,红色光线与绿色光线的夹角为α(图中点划线),所有的蓝色光线的方向相同,蓝色光线与绿色光线的夹角也为α(图中疏虚线)。这样,预准直单元12使得每种颜色的单色光均以相同的角度入射到入光单元13中,而不同颜色光线的入射角度不同。根据几何关系可知:
tanα=b/F (1)
如图4所示,本实施例入光单元13的入光面与预准直单元12的出射面贴合,与入光面相对的面设置成锲形反射面,使预准直单元12出射的光线通过该锲形反射面的反射进入导光装置。根据光反射原理,由于红色光线、绿色光线和蓝色光线出射到入光单元13的角度不同,因此经过锲形反射面的反射,不同颜色的光线进入导光装置的角度也不同,但每种颜色的单色光进入导光装置的角度均相同。
如图4所示,本实施例导光装置包括导光板21、取光阵列22和填充层23,导光板21设置在基底10上,用于以全反射方式传输来自入光单元13的光线,取光阵列22设置在导光板21的出光面,用于在导光板21的出光面上形成多个取光口,使导光板21中传输的光线在取光口位置以相同的准直角度出射,填充层23也设置在导光板21的出光面并覆盖取光阵列22,用于使导光板21中的光线实现全反射传输。其中,基底10和填充层23的折射率小于导光板21的折射率,即导光板21的折射率大于与导光板21相接触膜层的折射率,使导光板21内传输的光线分别在导光板21与基底10的接触面和导光板21与填充层23的接触面发生全反射。本实施例中,取光阵列22包括矩阵排布的多个取光块,每个取光块的折射率大于或等于导光板21的折射率,在导光板21的出光面上形成多个取光口,使导光板21中传输的光线在取光口位置以相同的准直角度入射到显示面板的每个像素。实际实施时,导光板和取光块可以采用相同的材料分别制备,也可以采用一体结构的导光板和取光块,例如,通过本领域常用的工艺在导光板的表面处理成取光阵列。此外,导光装置的导光板和光源装置的入光单元可以采用相同的材料分别制备,也可以采用设置成一体结构,例如,将导光板的一侧形成具有锲形反射面的入光结构。
本发明实施例中,光路可以根据光栅方程来设计。如图4所示,根据几何关系θ+ε=90°,γ+ε+β=90°,有:
γ=θ-β。
根据几何关系θ+ε=90°,ε=β+α或β-α,有:
θ=90°-ε=90°-β+α或=90°-β-α。
则:
γ=θ-β=90°-2β-α,或者γ=θ-β=90°-2β+α (2)
其中,β为入光单元13锲形反射面与水平面的夹角,ε为入射光与锲形反射面的夹角,θ为入射光与锲形反射面法线的夹角,γ为光线与导光板21出光面(水平面)法线的夹角。
光线在导光板中传播时,导光板21的折射率n1,基底10和填充层23的折射率n2,有:
n1sinγ=n2
因此,导光板上下表面(导光板21与填充层23的接触面、导光板21与基底10的接触面)全反射临界角γ0为:
γ0=arcsin(n2/n1) (3)
为了使光线在导光板上下表面实现全反射,则要求:
γ≥γ0=arcsin(n2/n1) (4)
理论上,对于取光阵列22和导光板21形成的类似于光栅耦合器的结构,光栅的m级衍射波的衍射角γ’由光栅周期Λ、入射光线的波长λ以及入射角γ决定,本实施例的取光阵列和导光板采用相同的材料,光栅周期Λ固定,有:
sinγ–sinγ’=mλ/Λ(m=0,±1,±2,…) (5)
其中,衍射角γ’为经过取光阵列22的出射光线与水平面法线的夹角,对于垂直于水平面的准直出射,γ‘=0,因此有:
sinγ=mλ/Λ(m=0,±1,±2,…) (6)
根据前述公式(1)、(2)、(4)和(6)可计算出光源之间的距离b和锲形反射面与水平面的夹角β,并依此进行光源装置设计。通过前述光路分析可以看出,通过调整三色光源的相对位置,即光源之间距离b,可以实现不同颜色(波长)的光线以不同角度α入射到导光结构中,通过调整光源之间距离b和锲形反射面的锲形角β,可以实现不同颜色(波长)的光线在导光结构的取光口位置以相同的准直角度出射。
本实施例中,考虑到红色光的波长较大,因而可以设置一个较小的入射角,而蓝色光的波长较小,因而可以设置一个较大的入射角,最终实现各个波长的光线都以准直的角度出射。实际实施时,衍射角γ’也可以不设置成垂直于水平面的准直出射,而是朝向人眼位置,由专业的光学仿真软件进行精确设计,每个像素的出光方向由像素位置与眼睛位置两者的相对关系决定,但由于每个像素的出光方向是固定的,因此每个像素的衍射角γ’是固定的。
图6为本发明第一实施例近眼显示装置的结构示意图。如图6所示,本实施例近眼显示装置的主体结构包括光源装置1、导光装置2、显示面板3和分光装置4。其中,显示面板3采用不设置彩膜层的液晶面板,设置在导光装置2的出光面,用于控制每个像素在一显示周期内出射光线的颜色和灰阶,分光装置4设置在显示面板3的出光面,用于使每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。其中,显示面板的主体结构包括相对设置的第一基板和第二基板,以及设置在第一基板与第二基板之间的液晶层。其中,第一基板可以包括多条栅线和多条数据线,多条栅线和多条数据线垂直交叉限定多个矩阵排列的像素,每个像素设置有薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)和像素电极。第二基板可以包括黑矩阵和公共电极,第一基板和第二基板均不设置彩膜层。由于本实施例光源装置分别出射红色光、绿色光和蓝色光,因此本实施例的显示面板不需要产生颜色的彩膜结构。实际实施时,本实施例的显示面板可以采用现有结构形式。
本实施例中,导光装置形成的每个取光口的位置与显示面板上每个像素的位置一一对应,每个取光口的面积与每个像素中有效显示区域的面积相同。这样,在取光口位置以相同的准直角度出射的光线可以全部进入像素中有效显示区域,光线经过显示面板,即可实现对显示颜色的控制。
图7为本发明第一实施例近眼显示装置的工作原理图。如图7所示,导光装置包括红色光源(BL R)、绿色光源(BL G)和蓝色光源(BL B),显示面板包括栅线输出的栅(Gate)信号和数据线输出的数据(Data)信号。将显示面板的一帧显示周期分割为三个发光时段,每个发光时段有一个颜色的光源发光,三个光源的出光强度相同,每个光源的出光强度恒定。具体地,在第一个发光时段内,红色光源出射红光,红光经过预准直单元和入光单元进入导光板,在导光板进行全反射传输中在取光口位置以准直角度入射到显示面板的每个像素,同时通过显示面板数据线的数据信号调整该时段内像素的显示灰阶。在第二个发光时段内,绿色光源出射绿光,绿光经过预准直单元和入光单元进入导光板,在导光板进行全反射传输中在取光口位置以准直角度入射到显示面板的每个像素,同时通过显示面板数据线的数据信号调整该时段内像素的显示灰阶。在第三个发光时段内,蓝色光源出射蓝光,蓝光经过预准直单元和入光单元进入导光板,在导光板进行全反射传输中在取光口位置以准直角度入射到显示面板的每个像素,同时通过显示面板数据线的数据信号调整该时段内像素的显示灰阶。这样,显示面板的每个像素,在第一个发光时段以调整的第一灰阶显示红色,在第二个发光时段以调整的第二灰阶显示绿色,在第三个发光时段以调整的第三灰阶显示蓝色,在一帧显示周期内,每个像素呈现的颜色是由不同灰阶的红色、绿色和蓝色组成的。相关技术中,显示面板是通过彩膜层形成红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素,通过控制透过红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素光线的灰阶来调整像素的颜色,因而需要三个子像素才能形成像素的颜色。本实施例中,通过在一帧显示周期内分别显示红色、绿色和蓝色的时分方式形成像素的颜色,只需要一个子像素就可呈现所需的颜色。因此,与现有结构相比,本实施例一个像素的面积是相关技术像素面积的三分之一,因而将显示分辨率提升了3倍。
本实施例中,实现像素在一帧显示周期内呈现不同的颜色,可以通过调整数据线输入的数据Data电压值来实现。例如,在第一个发光时段,数据Data信号为第一电压值,在第二个发光时段,数据Data信号为第二电压值,在第三个发光时段,数据Data信号为第三电压值,第一、第二和第三电压可以相同也可以不同,根据所需显示的颜色和灰阶确定。也就是说,显示面板上的数据Data信号的电压值在一帧显示周期内是可调的,每个发光时段对应相应的电压值,不同电压值的组合对应不同的颜色和不同的灰阶,第一、第二和第三电压值的组合控制一帧显示周期内像素出射光线的颜色和灰阶。
如图6所示,本实施例分光装置4设置在显示面板3的出光面,用于将每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。本实施例中,分光装置可以采用矩阵排列的多个分光镜,每个分光镜的位置与显示面板上每个像素的位置一一对应,每个分光镜的面积与显示面板上每个像素有效显示区域的面积相同,显示面板上不同位置的像素所对应的分光镜的结构不同,以使所有像素出射的光线经过分光镜后均指向人眼。每个分光镜包括多个规则排布的子镜,每个子镜将像素出射的光线射向人眼的一个视点。例如,对于单眼4视点,每个分光镜包含4个子镜,4个子镜可以按照图1所示的4个视点方式布置,4个子镜分别位于所对应像素的4个位置,不同位置处的子镜的结构不同,以使不同位置子镜出射的光线指向人眼的不同视点。在每个像素的对应位置设置4个子镜,相当于将每个像素分割成4个视点像素,每个视点像素的光线射向人眼的一个视点,即第一子镜将像素的第一视点像素出射的光线射向人眼的第一视点,第二子镜将像素的第二视点像素出射的光线射向人眼的第二视点,第三子镜将像素的第三视点像素出射的光线射向人眼的第三视点,第四子镜将像素的第四视点像素出射的光线射向人眼的第四视点。每个子镜的结构可以根据子镜位置、子镜所对应像素相对人眼的位置进行设计。这样,每个像素出射的光线,通过其对应的分光镜控制出光方向,实现单眼的多视点显示。
实际实施时,分光镜可以采用纳米镜,构成分光镜的子镜可以采用凸透镜结构,如纳米微透镜,利用凸透镜结构的光线汇聚作用,对其透过的光线进行设定方向的汇聚,从而使光线射向人眼的视点,在控制光线方向的同时,还可以提高显示亮度。此外,子镜也可以采用纳米微棱镜结构,利用棱镜的折射作用控制光线方向,使光线射向人眼的视点。纳米镜、纳米微透镜和纳米微棱镜均为本领域已知的光学镜,这里不再赘述。
通过本实施例上述描述可以看出,本实施例通过设置产生多种单色光的光源装置、使光线以全反射方式传输并在取光口位置以相同的准直角度出射的导光结构、对像素出射光线进行颜色和灰阶调整的显示面板、对出光方向进行控制的分光装置,不仅实现了单眼多视点的近眼显示,而且大幅度提高了显示分辨率。具体地,通过调节红色光源、绿色光源和蓝色光源之间的位置关系,可实现不同颜色的光线以设定的角度入射到导光装置中。通过设置导光板和取光阵列,可以使光线在导光板中以全反射方式传输,并在设定的取光口位置以相同的准直角度出射。通过显示面板调节每个像素呈现的颜色和灰阶,以及分光装置控制光线的出射方向,使每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点,实现了单眼的多视点显示,且将显示分辨率提高了三倍。
第二实施例
图8为本发明第二实施例近眼显示装置的结构示意图。如图8所示,本实施例近眼显示装置的主体结构包括光源装置1、导光装置2、显示面板3和分光装置4,其中显示面板3和分光装置4的结构和工作原理与前述第一实施例相同,导光装置包括导光板21、取光阵列22和填充层23,其结构和工作原理与前述第一实施例相同,光源装置包括光源单元11、预准直单元12和入光单元13,光源单元11和预准直单元12的结构和工作原理与前述第一实施例相同,所不同的是,本实施例入光单元13采用抛物线形反射面结构。具体地,入光单元13设置在预准直单元12的出光侧,用于使每个单色光以设定的角度入射到导光装置2中,入光单元13的入光面与预准直单元12的出射面贴合,与入光面相对的面设置成抛物线形反射面,使预准直单元12出射的光线通过该抛物线形反射面反射进入导光装置2。根据光反射原理,由于红色光线、绿色光线和蓝色光线射入入光单元13的角度不同,因此,经过抛物线形反射面的反射,不同颜色的光线进入导光结构的角度也不同,但每种颜色的单色光进入导光装置的角度均相同。
根据实际光路需要,与入光单元13入光面相对的面可以设置成反射抛物面和反射平面的组合结构,可以使光源装置满足多种结构形式的要求,适应多种应用场景需求。
第三实施例
本实施例近眼显示装置的结构与前述第一、第二实施例相同,所不同的是,本实施例红色光源、绿色光源和蓝色光源的出光强度是可调节的,即一方面调节红色光源、绿色光源和蓝色光源出光强度,另一方面调节显示面板的数据线信号,通过组合控制满足各种设计场景和应用场景的需求。
本实施例结构与前述实施例相同,所不同的是,每个发光时段有一个颜色的光源发光,且每个颜色光的出光强度是可调整的。实际实施时,可以通过调整施加在各LED上的电压值来调节出光强度。
第四实施例
基于前述实施例的技术构思,本发明实施例还提供了一种近眼显示方法。图9为本发明近眼显示方法的流程图。如图9所示,近眼显示方法包括:
S1、光源装置依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置;
S2、导光装置使光线在设定位置入射到显示面板;
S3、显示面板控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;
S4、分光装置控制每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
其中,光源装置包括光源单元、预准直单元和入光单元,步骤S1包括:
S11、在一显示周期内,光源单元依次出射多个不同颜色的单色光;
S12、预准直单元使所述单色光的光线以设定的角度入射到入光单元;
S13、入光单元通过锲形或抛物线形反射面使所述光线以设定的角度入射到导光装置。
其中,显示周期可以是一帧显示周期,一帧显示周期被分割为多个发光时段,在一帧显示周期内的多个发光时段,每个发光时段有一种颜色的单色光出射。
其中,导光装置包括导光板和取光阵列,步骤S2包括:
S21、导光板以全反射方式传输光线;
S22、取光阵列使导光板中传输的光线在取光口位置入射到显示面板的每个像素。
其中,步骤S3包括:所述显示面板通过数据信号调整每个像素一帧显示周期内不同发光时段出射光线的灰阶,实现每个像素在一帧显示周期内出射光线的颜色和灰阶的控制。
其中,所述分光装置包括设置在所述显示面板出光面上矩阵排列的多个分光镜,每个分光镜的位置与所述显示面板上每个像素的位置一一对应,所述显示面板上不同位置的像素所对应的分光镜的结构不同,步骤S4包括:分光装置的多个子镜将像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
本实施例中,光源装置、导光装置、显示面板和分光装置的结构和工作原理与前述实施例相同,这里不再赘述。
第五实施例
基于前述的技术构思,本发明实施例还提供了一种虚拟/增强现实设备,包括前述的近眼显示装置。虚拟/增强现实设备可以是虚拟/增强现实头戴显示器,也可以是其它具有近眼3D显示功能的装置或设备。
在本发明实施例的描述中,需要理解的是,术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种近眼显示装置,其特征在于,包括:
光源装置,用于依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置;
导光装置,用于使光线在设定位置入射到显示面板;
显示面板,用于控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;
分光装置,用于使每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
2.根据权利要求1所述的近眼显示装置,其特征在于,所述光源装置包括:
光源单元,用于在一显示周期内依次出射多个不同颜色的单色光;
预准直单元,用于将所述单色光的光线以设定的角度入射到入光单元;
入光单元,用于使所述光线以设定的角度入射到所述导光装置中。
3.根据权利要求2所述的近眼显示装置,其特征在于,所述光源单元包括红色光源、绿色光源和蓝色光源;所述预准直单元包括透镜;所述入光单元包括入光面以及与所述入光面相对的反射面,所述反射面为锲形反射面或抛物线形反射面。
4.根据权利要求1所述的近眼显示装置,其特征在于,所述导光装置包括:
导光板,用于以全反射方式传输来自所述光源装置的光线;
取光阵列,用于在所述导光板的出光面形成多个取光口,使所述导光板中传输的光线在所述取光口位置入射到显示面板的每个像素。
5.根据权利要求4所述的近眼显示装置,其特征在于,所述取光阵列包括设置在所述导光板的出光面上矩阵排布的多个取光块,所述取光块的折射率大于或等于所述导光板的折射率,每个取光块形成一个取光口;所述导光板的折射率大于与所述导光板相接触膜层的折射率。
6.根据权利要求4所述的近眼显示装置,其特征在于,所述取光口的位置与所述显示面板上每个像素的位置一一对应。
7.根据权利要求1~6任一所述的近眼显示装置,其特征在于,所述显示面板包括相对设置的第一基板和第二基板,以及设置在所述第一基板和第二基板之间的液晶层,所述第一基板和第二基板均不设置彩膜层。
8.根据权利要求1~6任一所述的近眼显示装置,其特征在于,所述分光装置包括设置在所述显示面板出光面上矩阵排列的多个分光镜,每个分光镜的位置与所述显示面板上每个像素的位置一一对应,所述显示面板上不同位置的像素所对应的分光镜的结构不同。
9.根据权利要求8所述的近眼显示装置,其特征在于,所述分光镜包括多个规则排布的子镜,每个子镜将像素出射的光线射向人眼的一个视点。
10.一种虚拟/增强现实设备,其特征在于,包括如权利要求1~9中任一项所述的近眼显示装置。
11.一种近眼显示方法,其特征在于,包括:
光源装置依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置;
导光装置使光线在设定位置入射到显示面板;
显示面板控制每个像素出射光线的颜色和灰阶;
分光装置控制每个像素出射的光线分别射向人眼的多个视点。
12.根据权利要求11所述的近眼显示方法,其特征在于,光源装置包括光源单元、预准直单元和入光单元,光源装置依次出射多个单色光,每个单色光的光线以设定的角度入射到导光装置,包括:
在一显示周期内,光源单元依次出射多个不同颜色的单色光;
预准直单元使所述单色光的光线以设定的角度入射到入光单元;
入光单元通过锲形或抛物线形反射面使所述光线以设定的角度入射到所述导光装置。
13.根据权利要求12所述的近眼显示方法,其特征在于,在一显示周期内,光源单元依次出射多个不同颜色的单色光,包括:
在一帧显示周期内的多个发光时段,每个发光时段有一种颜色的单色光出射。
14.根据权利要求11所述的近眼显示方法,其特征在于,导光装置包括导光板和取光阵列,导光装置使光线在设定位置入射到显示面板,包括:
导光板以全反射方式传输光线;
取光阵列使导光板中传输的光线在所述取光阵列所形成的取光口位置入射到显示面板的每个像素。
15.根据权利要求11~14任一所述的近眼显示方法,其特征在于,显示面板控制每个像素出射光线的颜色和灰阶,包括:
所述显示面板通过数据信号调整每个像素一显示周期内不同发光时段出射光线的灰阶,实现每个像素在一显示周期内出射光线的颜色和灰阶的控制。
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