CN108873325A - 一种头戴式/护罩式/手持式显示方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近眼微型显示方法及显示装置，目的是提供一种头戴式/护罩式/手持式显示方法及显示装置，其解决了大视角虚拟显示的前提下，设备无法小型化，体积明显大于人们所佩戴普通眼镜的技术问题。本发明近眼微型显示装置包括头戴式/护罩式/手持式显示屏、挡光屏、凹面反射镜；显示屏为透明的两面发光显示屏，挡光屏贴合在显示屏背面，挡光屏的任意区域可在透明与不透明之间切换，凹面反射镜设置在显示屏前方，凹面反射镜为全反或半透半反反射镜，所述显示屏和挡光屏位于凹面反射镜的焦距内。本发明的近眼微型显示装置具有可视角度大、生产成本低、生产工艺要求低、对头部压力小、时尚轻巧的优点。

Description

一种头戴式/护罩式/手持式显示方法及显示装置

技术领域

本发明涉及一种近眼微型显示方法及显示装置。

背景技术

近眼显示装置，主要分为头戴式、护罩式、手持式显示装置，是一种贴近人眼的，可实现单目或双目成像的小型显示设备，通常被使用在增强现实或虚拟现实中，目前市场上已有多种解决方案。其中，头戴式近眼显示装置主要是针对增强现实(AR)、虚拟现实(VR)及混合现实(MR)等技术方向。

但是，现有近眼显示装置存在着以下缺点：

1、可视角度是整个行业的瓶颈，现有方案是通过增大设备体积，牺牲佩戴舒适性来提高可视角度的。目前尚未出现接近人眼可视角度的头戴显示方案。

2、精细化工艺要求高，无法大批量生产，导致生产成本极高。

3、体积大、重量大，佩戴舒适性极差，对头部造成较大压力，无法长时间使用，更无法满足便携需求。

发明内容

本发明目的是提供一种头戴式/护罩式/手持式显示方法及显示装置，其解决了大视角虚拟显示的前提下，设备无法小型化，体积明显大于人们所佩戴普通眼镜的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种头戴式/护罩式/手持式显示方法，包括以下步骤：

1)将一段影像的每一帧，按设定规则，分割为n个画面，n为大于1的自然数；

2)透明的两面发光显示屏显示当前帧的其中一个画面，显示屏其余区域透明；与透明显示屏背面贴合的挡光屏，同步同位置遮挡透明显示屏的显示内容，挡光屏其余区域透明；

3)显示屏的画面向前发出的光线被半透半反或全反的凹面镜反射；

4)反射的光线穿过显示屏及挡光屏的透明区域后，在人眼中成放大画面；

5)在当前帧的播放时长内，重复步骤2至4，直至所分割的n个画面向前发出的光线经反射后在人眼中拼接成一幅完整的当前帧；

6)重复步骤2-5，依次播放该段影像所有帧的所有画面。

为了实现影响增强，还可包括以下步骤：外部景物的光线穿过半透半反镜片、显示屏及挡光屏的透明区域后，进入人眼，与当前画面的成像实时叠加。

上述步骤1)中的设定规则，可以采用以下规则中的一种或几种：

1)纵向交替n等分；

2)横向交替n等分；

3)斜向交替n等分；

4)黑白棋盘式n等分；

5)蜂窝图形交替n等分；

6)不规则图形交替n等分。

上述的头戴式/护罩式/手持式显示方法中的n优选2或3；当优选3时，显示画面和透明区域的分割面积比为2:1或1:2。

一种头戴式/护罩式/手持式显示装置，包括头戴式/护罩式/手持式显示屏，其特殊之处是：还包括挡光屏、凹面反射镜；所述显示屏为透明的两面发光显示屏；所述挡光屏贴合在显示屏背面；所述挡光屏的任意区域可在透明与不透明之间切换；所述凹面反射镜设置在显示屏前方；所述凹面反射镜为全反或半透半反反射镜；所述显示屏和挡光屏位于凹面反射镜的焦距内。

为满足不同使用需求，上述显示屏为可适用于单眼的一个显示装置，或为可适用于双眼的一个或一对显示装置。

为适应不同视频资源，上述凹面反射镜为球面、非球面、自由曲面反射镜。

为满足近视用户需求，上述凹面镜为带屈光度的半透半反镜片，或者挡光屏背面设置有带屈光度的镜片。

本方发明的有益效果：

1、本发明可视角度大。本发明采用透明显示屏，根据视觉残留原理，实现了接近人眼的可视角度范围内的头戴显示方案，且显示装置的体积明显减小，佩戴舒适性有了很大提高。

2、本发明装置采用普通头戴式/护罩式/手持式显示屏结构，对精细化工艺要求低，可以大批量生产，生产成本明显降低。

3、本发明体积小、重量轻，佩戴舒适性好，对头部压力小，可长时间使用，方便携带。而且可根据需求做出各种形状、时尚的小型眼镜。

附图说明

图1为本发明装置眼镜形态示意图；

图2为本发明装置头盔形态示意图；

图3为本发明装置手持设备示意图；

图4为本发明装置眼镜形态分解图；

图5为本发明方法中影像的1帧画面示意图；

图6为本发明方法n＝2的横向分割方法示意图；

图7为本发明方法n＝2的黑白棋盘式分割方法示意图；

图8为本发明方法n＝3的纵向1:2分割方法示意图；

图9为本发明方法n＝3的纵向2:1分割方法示意图；

图10为本发明装置的核心部分结构原理示意图；

图11为本发明装置使用凹面镜矫正镜片的结构示意图；

图12为本发明装置加装屈光矫正镜片的结构示意图；

附图标记：1-挡光屏；2-透明的双面发光显示屏；3-凹面镜；4-显示屏发出的光线；5-凹面镜反射的光线；6-凹面镜的焦点；7-外部景物的光线。

具体实施方式

参见图1至图4，本发明头戴式/护罩式/手持式显示装置，包括头戴式/护罩式/手持式显示屏、挡光屏、凹面反射镜；显示屏为两面透明的发光显示屏，具体为可适用于单眼或双眼使用的一个或一对显示装置，该装置可以固定在头盔上(护罩式)，也可以做成眼镜形式(头戴式)，还可以做成放大镜央视(手持式)；挡光屏贴合在显示屏背面；挡光屏可以是一种，只需在软件控制下其任意区域能在透明与不透明状态之间切换；凹面反射镜设置在显示屏前方；凹面反射镜为全反或半透半反反射镜，具体为球面、非球面、自由曲面反射镜；使用不同的镜片，主要是考虑解决反射画面的畸变问题，不同的反射镜片需配合软件进行不同的画面反畸变处理方法。显示屏和挡光屏位于凹面反射镜的焦距内。

凹面镜还可采用带屈光度的半透半反镜片，或者挡光屏背面可加装带屈光度的镜片。使用带屈光度的半透半反镜片(参见图11)，可在基本不增加设备体积的情况下，根据使用者眼睛的生理情况进行矫正屈光度的定制。加装带屈光度的镜片(参见图12)，可根据使用者眼睛的生理情况进行矫正屈光度的定制，但不改变设备原有的基础结构，利于批量化生产、减少成本。

参见图10，本发明头戴式/护罩式/手持式显示方法，包括以下步骤：

1)将一段影像的每一帧，按设定规则，分割为n个按顺序显示的画面，n为大于1的自然数，分割后的每个画面均为多个分散的小画块，小画块之间为空白；

2)两面发光的透明显示屏显示第一帧的第一个画面，其余部分透明；与透明显示屏背面贴合的挡光屏，同步同位置变黑，从而遮挡透明显示屏反面的显示内容，挡光屏其余部分透明；

3)显示屏正面向前发出的光线被半透半反或全反的凹面镜反射；

4)反射的光线穿过透明显示屏及挡光屏的透明区域后，在人眼中成像；

5)透明显示屏显示下一个画面，其余部分透明；与透明显示屏背面贴合的挡光屏，同步同位置遮挡透明显示屏的显示内容，其余部分透明；

6)在第一帧的播放时长内，重复上述显示步骤，直至连续n个画面光线，通过视觉残留原理，在人眼中拼接成一幅完整的第一帧；

7)依次播放该段影像所有的帧的所有分割画面。

本发明方法原理是，将双面显示透明显示屏上的一帧画面(参见图5)按规则分为多幅画面(图6、7为一分为二，图8、9为一分为三)，然后按顺序显示。同时，挡光屏遮挡住显示屏背面的光线，使之无法进入人眼。

由于每幅画面都有透明的区域，通过视觉残留原理，最后可以使显示屏显示出背面观察是半透明状态，正面观察是一张完整画面的显示效果；

在显示屏显示画面的前面，设置一个凹面反射镜，人眼透过背面半透明的显示屏，观察到凹面反射镜内放大的显示屏正面的画面；凹面反射镜同时调节人眼的焦距，使人眼能够看到眼前近距离的画面(参见图10)；

重复以上播放帧的方法，播放不同的、连续的帧，就形成了连续的影像；

人眼、显示屏、凹面镜处于同轴位置，这样的方法能够大幅度提高虚拟影像的可视角度范围，并且大幅度减小该显示装置的体积，从而实现设备小型化和接近人眼可视角度的虚拟成像，且不降低画面的分辨率。

为了能实现虚拟增强技术，本发明还包括影像增强的步骤：通过半透半反反射镜，外部自然光线穿过半透半反镜片及透明显示屏，进入人眼，与该段影像叠加。显示屏为半透明，凹面反射镜也可为半透明，半透明显示屏和凹面镜都为平光镜，这样人眼可以透过它们观察到正常的现实中的景物。

步骤1)中的设定规则，是指可根据影像的不同采用以下规则中的一种或几种对画面进行分割，以满足特殊的使用需求：

1)纵向交替n等分；

2)横向交替n等分；

3)斜向交替n等分；

4)黑白棋盘式n等分；

5)蜂窝图形交替n等分；

6)不规则图形交替n等分。

在优选n＝2的情况下(图6、7)，画面呈现50％的透明状态，此时需求显示屏的显示频率是播放影像频率的2倍，这种情况下对硬件的需求最低。一般情况下，频率超过60hz，即可产生连续的画面，越高的频率，人眼越察觉不到画面的闪烁。

在优选n＝3的情况下(图8、9)，且显示画面和透明区域为2:1或1:2；此时需求显示屏的显示频率是播放影像频率的3倍，且有两种显示方法(主要适用于增强现实AR)：1:2的情况下(图8)，显示屏呈现2/3的透明状态，显示屏每次显示1/3的画面，分3次显示出影像完整1帧的画面，这种情况下显示屏的透明度提高了，现实中如果光线较弱，可选择这种方法显示；2:1的情况下(图9)，显示屏呈现1/3的透明状态，显示屏每次显示2/3的画面，每两幅画面重合1/3，这种情况下影像的亮度提高了，现实中如果光线较强，可选择这种方法显示。

Claims (10)

1.一种头戴式/护罩式/手持式显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将一段影像的每一帧，按设定规则，分割为n个画面，n为大于1的自然数；

2)透明的两面发光显示屏显示当前帧的其中一个画面，显示屏其余区域透明；与透明显示屏背面贴合的挡光屏，同步同位置遮挡透明显示屏的显示内容，挡光屏其余区域透明；

3)显示屏的画面向前发出的光线被半透半反或全反的凹面镜反射；

4)反射的光线穿过显示屏及挡光屏的透明区域后，在人眼中成放大画面；

5)在当前帧的播放时长内，重复步骤2至4，直至所分割的n个画面向前发出的光线经反射后在人眼中拼接成一幅完整的当前帧；

6)重复步骤2-5，依次播放该段影像所有帧的所有画面。

2.根据权利要求1所述的头戴式/护罩式/手持式显示方法，其特征在于，还包括影像增强的步骤：外部景物的光线穿过半透半反镜片、显示屏及挡光屏的透明区域后，进入人眼，与当前的放大画面实时叠加。

3.根据权利要求1或2所述的头戴式/护罩式/手持式显示方法，其特征在于：

所述步骤1)中的设定规则，采用以下规则中的一种或几种：

1)纵向交替n等分；

2)横向交替n等分；

3)斜向交替n等分；

4)黑白棋盘式n等分；

5)蜂窝图形交替n等分；

6)不规则图形交替n等分。

4.根据权利要求3所述的头戴式/护罩式/手持式显示方法，其特征在于：

所述n＝2。

5.根据权利要求3所述的头戴式/护罩式/手持式显示方法，其特征在于：

所述n＝3，且显示画面和透明区域的分割面积比为2:1或1:2。

6.一种头戴式/护罩式/手持式显示装置，包括头戴式/护罩式/手持式显示屏，其特征在于：

还包括挡光屏、凹面反射镜；所述显示屏为透明的两面发光显示屏；所述挡光屏贴合在显示屏背面；所述挡光屏的任意区域可在透明与不透明之间切换；所述凹面反射镜设置在显示屏前方；所述凹面反射镜为全反或半透半反反射镜；所述显示屏和挡光屏位于凹面反射镜的焦距内。

7.根据权利要求6所述的头戴式/护罩式/手持式显示装置，其特征在于：

所述显示屏为可适用于单眼的一个显示装置，或为可适用于双眼的一个或一对显示装置。

8.根据权利要求6所述的头戴式/护罩式/手持式显示装置，其特征在于：

所述凹面反射镜为球面或非球面或自由曲面反射镜。

9.根据权利要求8所述的头戴式/护罩式/手持式显示装置，其特征在于：

所述凹面反射镜为带屈光度的半透半反镜片。

10.根据权利要求6所述的头戴式/护罩式/手持式显示装置，其特征在于：

所述挡光屏背面设置有带屈光度的镜片。