CN108803025B - 一种实现多景深增强现实显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现多景深增强现实显示装置，包括：多个结构相同且用于发射单个像素的显示元件，每个显示元件均具有多个独立出射光束的出射区域，目镜系统，被配置为接收各显示元件出射的光束，将各显示元件出射的光束进行准直，并将各显示元件出射的光束引导至出射光瞳；变焦系统，其设置于所述出射光瞳处，变焦系统上设置有与单个显示元件的各出射区域一一对应的变焦部，近眼显示系统，其被配置为将变焦系统出射的光束引导至用户人眼。本发明每个像素的显示元件的多个出射区域可以分别被用于出射不同深度的投影图像并通过变焦系统上对应的变焦部的处理后最终在人眼处成像，从而使得显示装置具有显示光场深度的功能。

Description

一种实现多景深增强现实显示装置

技术领域

本发明涉及图像显示技术领域，尤其涉及一种实现多景深增强现实显示装置。

背景技术

目前，用于使观看者能够有立体感地观看图像的显示装置，通常是在显示装置上显示由具有视差的右眼和左眼图像组成的合成图像，并且使观看者的右眼只能看到右眼图像，左眼只能看到左眼图像，从而使得观看者能够得到纵深感，这种纵深感取决于右眼与左眼图像之间的视差量。但是，这种视差通常不会很大，以避免观看者会感到眼疲劳、眩晕感，并且由于分别感觉到左眼和右眼图像，观看者也许不能得到三维感。

现有的增强现实显示技术和虚拟现实显示技术大多采用双目视差实现3D图像的深度显示和感知，会存在视觉辐轴调节和感知深度的冲突，出现头晕，恶心的情况，难以满足市场消费者的需要。

发明内容

本发明实施例提供一种实现多景深增强现实显示装置，具有显示不同深度的功能，从而能够使观看者观察到富有纵深感的图像。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种实现多景深增强现实显示装置，其包括：

多个结构相同且用于发射单个像素的显示元件，每个显示元件均具有多个独立出射光束的出射区域，且同一显示元件的各出射区域出射的光束互不交叉，

目镜系统，被配置为接收各显示元件出射的光束，将各显示元件出射的光束进行准直，并将各显示元件出射的光束引导至出射光瞳；

变焦系统，其设置于所述出射光瞳处，变焦系统上设置有与单个显示元件的各出射区域一一对应的变焦部，每个变焦部均为一个具有独立焦距的光学元件，目镜系统被配置为将各显示元件上相同出射区域上出射的光束分别引导至与之相对应的同一变焦部，

近眼显示系统，其被配置为将变焦系统出射的光束引导至用户人眼。

从而每个像素的显示元件的多个出射区域可以分别被用于出射不同深度的投影图像并通过变焦系统上对应的变焦部的处理后最终在人眼处成像，从而每个像素都可以呈现不同深度的投影图像。每个变焦部均具有不同的焦距从而使得虚拟图像投影距离不同，通过近眼显示系统，人眼能够看到不同深度的图像。

每个显示元件的出射区域的数量不受限制，可以根据需求设置两个或两个以上的任意多个。

进一步的，每个出射区域出射不同景深的投影，当仅某个出射区域出射光束时，该出射区域出射的投影经过目镜系统进行准直后、经与之相对应的变焦部处理后、经近眼显示系统传导在用户人眼处成相应景深的图像。

可选的，各显示元件的多个独立出射光束的出射区域呈同心环带状分布，与之相对应的，变焦系统上的多个变焦部同样呈同心环带状分布。

可选的，各显示元件的多个独立出射光束的出射区域呈规则排布或不规则排布。

可选的，各显示元件的每个出射区域均出射锥形射束。

可选的，显示元件的各出射区域的形状均可以为圆形、方形，也均可以为任意其他形状的闭合区域。

可选的，所述的变焦系统包括渐进多焦点镜片或液晶变焦透镜。

可选的，所述的目镜系统包括一片正透镜或多片正负透镜组成的正光焦度系统。

可选的，所述的近眼显示系统包括平板衍射波导或几何阵列波导。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

每个像素的显示元件的多个出射区域可以分别被用于出射不同深度的投影图像并通过变焦系统上对应的变焦部的处理后最终在人眼处成像，从而每个像素都可以呈现不同深度的投影图像，使得显示装置具有显示光场深度的功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明显示元件的一种实施例的结构示意图；

图3为本发明与图2所示显示元件相对应的变焦系统的结构示意图；

图4为本发明显示元件的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例第一方面提供一种实现多景深增强现实显示装置，如图1所示，其包括：

多个结构相同且用于发射单个像素的显示元件1，每个显示元件1均具有多个独立出射光束的出射区域，且同一显示元件1的各出射区域出射的光束互不交叉，

目镜系统2，被配置为接收各显示元件1出射的光束，将各显示元件1出射的光束进行准直，并将各显示元件1出射的光束引导至出射光瞳3；

变焦系统4，其设置于所述出射光瞳3处，变焦系统4上设置有与单个显示元件1的各出射区域一一对应的变焦部，每个变焦部均为一个具有独立焦距的光学元件，目镜系统2被配置为将各显示元件1上相同出射区域上出射的光束分别引导至与该出射区域相对应的同一变焦部，

近眼显示系统5，其被配置为将变焦系统4出射的光束引导至用户人眼。

从而每个像素的显示元件1的多个出射区域可以分别被用于出射不同深度的投影图像并通过变焦系统4上对应的变焦部的处理后最终在人眼处成像，从而每个像素都可以呈现不同深度的投影图像。每个变焦部均具有不同的焦距从而使得虚拟图像投影距离不同，通过近眼显示系统5，人眼能够看到不同深度的图像。当仅某个出射区域出射光束时，该出射区域出射的投影经过目镜系统进行准直后、经与之相对应的变焦部处理后、经近眼显示系统传导在用户人眼处成相应景深的图像。

每个显示元件1的出射区域的数量不受限制，可以根据需求设置两个或两个以上的任意多个。

本发明的一些实施例中，如图2所示，各显示元件1的多个独立出射光束的出射区域呈同心环带状分布，与之相对应的，如图3所示，变焦系统4上的多个变焦部同样呈同心环带状分布。出射区域的数量不受限制，可以根据需求设置两个或两个以上的任意多个。如图2所示的一个实施例中，各显示元件1均出射锥形射束，通过控制出射锥形射束的锥角，各显示元件1均具有三个多个独立出射光束的出射区域，每个显示元件1上的三个出射区域呈同心环带状分布，每个出射环带均用于出射不同深度的投影，例如但不限于：位于中心位置的环带111出射的为近景阶投影，位于环带111外围的环带112出射的为中景阶投影，位于环带112外围的环带113出射的为远景阶投影；变焦系统4上的三个变焦部同样成同心环带状分布，包括位于中心的变焦部41、位于变焦部41外围的变焦部42和位于变焦部42外围的变焦部43。从而环带111出射的近景阶投影经过目镜系统2进行准直后、经变焦部41处理后、经近眼显示系统5传导在用户人眼处成近景阶图像，环带112出射的中景阶投影经过目镜系统2进行准直后、经变焦部42处理后、经近眼显示系统5传导在用户人眼处成中景阶图像，环带113出射的远景阶投影经过目镜系统2进行准直后、经变焦部43处理后、经近眼显示系统5传导在用户人眼处成远景阶图像。从而每个显示元件均可以在其对应的像素处可选择的显示某个景深的图像，以上述使实施例为例，当某个像素需要显示近景阶图像时，该像素对应的显示元件1仅环带111出射光束而环带112和环带113不出射光束。同理，当仅环带112出射光束时，该显示元件1对应的像素显示中景阶图像；当仅环带113出射光束时，该显示元件1对应的像素显示远景阶图像。由上述可知，显示元件1在用户人眼处呈现的景深的可调节度是由该显示元件1的出射区域数量决定的，显示元件1所具有的出射区域数量越多，其可显示的深度差异越丰富。

本发明的另一些实施例中各显示元件1的多个独立出射光束的出射区域呈规则排布或不规则排布，各显示元件1的各出射区域的形状均可以为圆形、方形，也均可以为任意其他形状的闭合区域。优选的，各显示元件1的每个出射区域均出射锥形射束。例如但不限于：每个显示元件1均具有5个圆形的出射区域，如图4所示，其中一个出射区域121位于中心位置处，其余四个出射区域122环列于外围，与之相对应的变焦系统4具有5个变焦部，5个变焦部的布局结构与所述5个出射区域的布局结构相同。每个出射区域出射不同景深的投影，当仅某个出射区域出射光束时，该出射区域出射的投影经过目镜系统2进行准直后、经与之相对应的变焦部处理后、经近眼显示系统5传导在用户人眼处成相应景深的图像。

本发明的一些实施例中所述的变焦系统4包括渐进多焦点镜片或液晶变焦透镜。

本发明的一些实施例中所述的目镜系统2包括一片正透镜或多片正负透镜组成的正光焦度系统。

本发明的一些实施例中所述的近眼显示系统5包括平板衍射波导或几何阵列波导中的任意一种。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

每个像素的显示元件的多个出射区域可以分别被用于出射不同深度的投影图像并通过变焦系统上对应的变焦部的处理后最终在人眼处成像，从而每个像素都可以呈现不同深度的投影图像，使得显示装置具有显示光场深度的功能。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，包括：

多个结构相同且用于发射单个像素的显示元件，每个显示元件均具有多个独立出射光束的出射区域，且同一显示元件的各出射区域出射的光束互不交叉，

目镜系统，被配置为接收各显示元件出射的光束，将各显示元件出射的光束进行准直，并将各显示元件出射的光束引导至出射光瞳；

变焦系统，其设置于所述出射光瞳处，变焦系统上设置有与单个显示元件的各出射区域一一对应的变焦部，每个变焦部均为一个具有独立焦距的光学元件，目镜系统被配置为将各显示元件上相同出射区域上出射的光束分别引导至与出射区域相对应的同一变焦部，

近眼显示系统，其被配置为将变焦系统出射的光束引导至用户人眼；

每个出射区域出射不同景深的投影，当仅某个出射区域出射光束时，该出射区域出射的投影经过目镜系统进行准直后、经与之相对应的变焦部处理后、经近眼显示系统传导在用户人眼处成相应景深的图像。

2.如权利要求1所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，每个显示元件的出射区域的数量为两个或两个以上的任意多个。

3.如权利要求1或2所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，各显示元件的多个独立出射光束的出射区域呈同心环带状分布，变焦系统上的多个变焦部同样呈同心环带状分布。

4.如权利要求1或2所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，各显示元件的多个独立出射光束的出射区域呈规则排布或不规则排布。

5.如权利要求1或2所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，各显示元件的每个出射区域均出射锥形射束。

6.如权利要求1或2所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，显示元件的各出射区域的形状均可以为圆形、方形，也均可以为任意其他形状的闭合区域。

7.如权利要求1所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，所述的变焦系统包括渐进多焦点镜片或液晶变焦透镜。

8.如权利要求1所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，所述的目镜系统包括一片正透镜或多片正负透镜组成的正光焦度系统。

9.如权利要求1所述的一种实现多景深增强现实显示装置，其特征在于，所述的近眼显示系统包括平板衍射波导或几何阵列波导。

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