CN108919492B - 一种近眼显示装置、系统及显示方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种近眼显示装置、系统及显示方法，其中近眼显示装置包括显示模块和光学模块；显示模块被配置为输出显示画面，并将显示画面的光线转换为准直光线；光学模块具有多个焦点，被配置为透过准直光线，将准直光线成像于各焦点对应的焦平面上，通过在各焦点对应的焦平面上成像可以还原出具有多个深度平面的场景信息，使单眼观看也能呈现立体视觉，并且在多焦平面上成像可以呈现较大深度的三维场景。

Description

一种近眼显示装置、系统及显示方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种近眼显示装置、系统及显示方法。

背景技术

近眼显示器通常佩戴在用户的眼部，通常以眼镜的形式呈现，虚拟现实(VirtualReality,VR)和增强现实(Augmented Reality，AR)都属于近眼显示的范畴，即将显示屏幕置于离用户的眼睛比较近的位置，使用户能在虚拟世界或者虚实结合的世界中遨游。目前有很多公司发布了虚拟现实和增强现实的近眼显示设备，如Oculus、SONY、HTC、三星、暴风影音、蚁视、华为等都推出了自己的VR设备；AR设备如Google的Google Projection Glass，Epson的BT-300智能眼镜，微软的Hololens，Lumus的几何光波导智能眼镜，国内灵犀的几何光波导眼镜，耐德佳的自由曲面增强现实眼镜等。

在当前的近眼显示装置中，其实现三维信息显示多为采用双目视差的原理，如VR近眼显示技术是在左右眼对应的近眼显示器上分别显示左右眼的图像，眼睛获取带有差异的信息后在脑海中可产生立体视觉。该种方式单眼无法呈现立体视觉，并且受限于大脑对图像的融合能力，无法实现大的景深和立体感。

发明内容

本发明提供及一种近眼显示装置、系统及显示方法，以使单眼观看呈现立体视觉，同时呈现较大景深的立体场景。

为了解决上述问题，本发明公开了一种近眼显示装置，包括：显示模块和光学模块；

所述显示模块，被配置为输出显示画面，并将所述显示画面的光线转换为准直光线；

所述光学模块，具有多个焦点，被配置为透过所述准直光线，将所述准直光线成像于各所述焦点对应的焦平面上。

可选的，所述显示模块包括：

显示元件，被配置为输出所述显示画面；

准直元件，被配置为将所述显示画面的光线转换为准直光线。

可选的，所述光学模块包括第一多焦点微透镜阵列，所述第一多焦点微透镜阵列由不同焦点的微透镜单元交替排布组成。

可选的，所述第一多焦点微透镜阵列由两种不同焦点的微透镜单元交替排布组成。

可选的，所述近眼显示装置还包括:

分光模块，被配置为将所述显示模块输出的所述准直光线反射至所述光学模块。

可选的，所述近眼显示装置还包括采集模块，所述光学模块还包括反射单元；

所述分光模块，还被配置为透过入射至所述分光模块的第一光线至所述光学模块的反射单元，反射入射至所述分光模块的第二光线至所述采集模块，其中，所述第一光线具有第一偏振方向，所述第二光线具有第二偏振方向，所述准直光线具有第二偏振方向；

所述光学模块的反射单元，被配置为将入射至所述反射单元的第一光线的偏振方向由第一偏振方向转换为第二偏振方向，得到第二光线，并将所述第二光线反射回所述分光模块；

所述采集模块，被配置为接收由所述分光模块反射的第二光线，采集所述第二光线对应的显示图像，并将所述显示图像输出至所述显示模块；

所述显示模块，还被配置对所述显示图像进行显示。

可选的，所述光学模块的反射单元包括第二多焦点微透镜阵列，所述第二多焦点微透镜阵列由不同焦点的微透镜单元交替排布组成。

可选的，所述采集模块包括会聚透镜和传感控制元件，

所述会聚透镜，被配置为接收由所述分光模块反射的第二光线，并对所述第二光线进行缩放；

所述传感控制元件，被配置为采集经所述会聚透镜缩放的第二光线对应的显示图像，并将所述显示图像输出至所述显示模块。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种近眼显示方法，应用于上述任一项所述的近眼显示装置，所述近眼显示方法包括：

输出显示画面，并将所述显示画面的光线转换为准直光线；

透过所述准直光线，将所述准直光线成像于各所述焦点对应的焦平面上。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种近眼显示系统，所述近眼显示系统包括第一近眼显示装置和第二近眼显示装置，所述第一近眼显示装置和所述第二近眼显示装置均为上述任一项所述的近眼显示装置，

其中，所述第一近眼显示装置用于输出左眼显示画面，所述第二近眼显示装置用于输出右眼显示画面。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请提供了一种近眼显示装置、系统及显示方法，其中近眼显示装置包括显示模块和光学模块；显示模块被配置为输出显示画面，并将显示画面的光线转换为准直光线；光学模块具有多个焦点，被配置为透过准直光线，将准直光线成像于各焦点对应的焦平面上，通过在各焦点对应的焦平面上成像可以还原出具有多个深度平面的场景信息，使单眼观看也能呈现立体视觉，并且在多焦平面上成像可以呈现较大深度的三维场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请一实施例提供的一种近眼显示装置的结构示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的一种近眼显示装置具体实现方式的结构示意图；

图3示出了本申请一实施例提供的一种集成采集功能的近眼显示装置的结构示意图；

图4示出了本申请一实施例提供的一种近眼显示方法的步骤流程图；

图5示出了本申请一实施例提供的一种近眼显示系统呈现的具有多个深度平面的左右眼场景示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本申请一实施例提供了一种近眼显示装置，参照图1，该近眼显示装置可以包括：显示模块11和光学模块12；显示模块11被配置为输出显示画面，并将显示画面的光线转换为准直光线；光学模块12具有多个焦点F1、F2…，被配置为透过准直光线，将准直光线成像于各焦点F1、F2…对应的焦平面f1、f2…上。

具体的，显示模块11可以包括任意能够输出显示画面准直光线的装置，例如可以包括投影仪等显示元件和准直镜等准直元件。

光学模块12例如可以包括多焦点微透镜阵列等具有多个焦点的器件，可以将入射至光学模块12的准直光线成像于各焦点F1、F2…对应的焦平面f1、f2…上，从而可以还原出显示画面中多个深度平面的场景信息。

本实施例提供的近眼显示装置，通过在各焦点对应的焦平面上成像可以还原出具有多个深度平面的场景信息，使单眼观看也能呈现立体视觉，并且在多焦平面上成像可以呈现较大深度的三维场景。

参照图2，显示模块11可以包括：显示元件111，被配置为输出显示画面；准直元件112，被配置为将显示画面的光线转换为准直光线。

其中，显示元件111可以是投影仪、显示器等能够输出显示画面的器件。准直元件112可以是准直镜等能够将光线进行准直的器件。

光学模块12可以包括第一多焦点微透镜阵列，该第一多焦点微透镜阵列可以由不同焦点的微透镜单元交替排布组成。进一步的，该第一多焦点微透镜阵列可以由两种不同焦点的微透镜单元a、b交替排布组成。

其中，两种微透镜单元a、b具有不同的焦点，按照abab…的方式交替排布，得到具有不同焦点的微透镜阵列。为了提高准直光线的在第一多焦点微透镜阵列上的透过率，可以在第一多焦点微透镜阵列的表面镀制增透膜。

在上述各实施例中，显示模块11输出的准直光线可以直接输出至光学模块12，还可以间接输出至光学模块12，例如近眼显示装置还可以包括分光模块21，参照图2，该分光模块21被配置为将显示模块11输出的准直光线反射至光学模块12。其中，分光模块21可以包括反射镜等具有反射功能的器件。

在显示阶段，显示元件111输出显示画面并经过准直元件112进行准直，向分光模块21输出准直光线，分光模块21将准直光线反射至光学模块12的第一多焦点微透镜阵列，经第一多焦点微透镜阵列透过并成像于第一多焦点微透镜阵列的多个焦平面上，从而呈现出显示元件111所显示图像所记录的多个深度平面的场景信息，使单眼观看呈现立体视觉，同时呈现较大景深的立体场景。

在本申请另一实施例中，参照图3，近眼显示装置还可以包括采集模块31，光学模块12还可以包括反射单元32；分光模块21还被配置为透过入射至分光模块21的第一光线至光学模块12的反射单元32，反射入射至分光模块21的第二光线至采集模块31，其中，第一光线具有第一偏振方向，第二光线具有第二偏振方向，准直光线具有第二偏振方向；光学模块12的反射单元32，被配置为将入射至反射单元32的第一光线的偏振方向由第一偏振方向转换为第二偏振方向，得到第二光线，并将第二光线反射回分光模块21；采集模块31，被配置为接收由分光模块21反射的第二光线，采集第二光线对应的显示图像，并将显示图像输出至显示模块11；显示模块11，还被配置对显示图像进行显示。

本实施例提供的近眼显示装置，将其显示功能和图像采集功能集成为一体，无需再额外配置摄像装置，降低成本的同时，提高了用户体验。

其中，分光模块21可以为分光镜等能够透过第一偏振方向的光线，并且反射第二偏振方向的光线的器件。第一偏振方向例如可以是P光，第二偏振方向例如可以是S光。

光学模块12的反射单元32可以为能够将入射光线反射并改变入射光线偏振状态的器件。为了在图像采集过程中能够记录实物场景的深度信息，本实施例中光学模块12的反射单元32可以包括第二多焦点微透镜阵列，第二多焦点微透镜阵列由不同焦点的微透镜单元交替排布组成，如图3中所示出的。并且，为了提高入射光线在第二多焦点微透镜阵列表面的反射率，可以在第二多焦点微透镜阵列的表面镀制反射膜层。

具体的，采集模块31可以包括会聚透镜311和传感控制元件312，会聚透镜311，被配置为接收由分光模块21反射的第二光线，并对第二光线进行缩放；传感控制元件312，被配置为采集经会聚透镜311缩放的第二光线对应的显示图像，并将显示图像输出至显示模块11。

其中，传感控制元件312可以包括CCD、CMOS等能够采集图像的器件。

在图像采集阶段，实物场景的光线入射至分光模块21，分光模块21透过入射光线中具有第一偏振方向如P光的第一光线，第一光线入射至反射单元32的第二多焦点微透镜阵列，经第二多焦点微透镜阵列反射得到具有第二偏振方向如S光的第二光线，第二光线经分光模块21反射至采集模块31的会聚透镜311，会聚透镜311根据按照传感控制元件312与实物场景的比例对第二光线进行缩放后输出至传感控制元件312；传感控制元件312采集经过缩放后的光线的显示图像，并输出至显示模块11，由显示模块11对显示图像进行显示。

本实施例提供的近眼显示装置，通过第二多焦点微镜阵列采集实物场景的多个深度平面上的信息，并将其记录于显示图像中，然后由显示模块将该显示图像进行显示并输出准直光线，准直光线透过第一多焦点微透镜阵列成像于第一多焦点微透镜阵列的多个焦平面上，从而还原出具有多个深度平面的场景信息，使单眼观看呈现立体视觉，同时呈现较大景深的立体场景。

本申请另一实施例还提供了一种近眼显示方法，应用于上述任一实施例所述的近眼显示装置，参照图4，该近眼显示方法可以包括：

步骤401：输出显示画面，并将所显示画面的光线转换为准直光线。

具体的，该步骤可以由近眼显示装置中的显示模块执行。

步骤402：透过准直光线，将准直光线成像于各焦点对应的焦平面上。

具体的，该步骤可以由近眼显示装置中的光学模块执行。

本申请另一实施例还提供了一种近眼显示系统，该近眼显示系统可以包括第一近眼显示装置和第二近眼显示装置，第一近眼显示装置和第二近眼显示装置均为上述任一实施例所述的近眼显示装置，其中，第一近眼显示装置用于输出左眼显示画面，第二近眼显示装置用于输出右眼显示画面。

左眼显示画面通过第一近眼显示中的显示模块输出，然后经过第一近眼显示中的第一双焦点微透镜阵列还原出具有多个个深度平面的左场景信息，右眼显示画面通过第二近眼显示中的显示模块输出，然后经过第二近眼显示中的第一双焦点微透镜阵列还原出具有多个个深度平面的右场景信息；然后在大脑的融合作用下，通过左右眼观看，可以看到合并了左场景信息和右场景信息的较大深度的三维场景，参照图5所示。

本申请实施例提供了一种近眼显示装置、系统及显示方法，其中近眼显示装置包括显示模块和光学模块；显示模块被配置为输出显示画面，并将显示画面的光线转换为准直光线；光学模块具有多个焦点，被配置为透过准直光线，将准直光线成像于各焦点对应的焦平面上，通过在各焦点对应的焦平面上成像可以还原出具有多个深度平面的场景信息，使单眼观看也能呈现立体视觉，并且在多焦平面上成像可以呈现较大深度的三维场景。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种近眼显示装置、系统及显示方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：显示模块和光学模块；

所述显示模块，被配置为输出显示画面，并将所述显示画面的光线转换为准直光线；

所述光学模块，具有多个焦点，被配置为透过所述准直光线，将所述准直光线成像于各所述焦点对应的焦平面上；

其中，所述光学模块包括第一多焦点微透镜阵列，所述第一多焦点微透镜阵列由不同焦点的微透镜单元交替排布组成；

所述光学模块还包括反射单元，所述光学模块的反射单元包括第二多焦点微透镜阵列，所述第二多焦点微透镜阵列由不同焦点的微透镜单元交替排布组成；

所述近眼显示装置还包括：

分光模块，被配置为将所述显示模块输出的所述准直光线反射至所述光学模块；

所述近眼显示装置还包括采集模块；

所述分光模块，还被配置为透过入射至所述分光模块的第一光线至所述光学模块的反射单元，反射入射至所述分光模块的第二光线至所述采集模块，其中，所述第一光线具有第一偏振方向，所述第二光线具有第二偏振方向，所述准直光线具有第二偏振方向；

所述光学模块的反射单元，被配置为将入射至所述反射单元的第一光线的偏振方向由第一偏振方向转换为第二偏振方向，得到第二光线，并将所述第二光线反射回所述分光模块；

所述采集模块，被配置为接收由所述分光模块反射的第二光线，采集所述第二光线对应的显示图像，并将所述显示图像输出至所述显示模块；

所述显示模块，被配置对所述显示图像进行显示。

2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述显示模块包括：

显示元件，被配置为输出所述显示画面；

准直元件，被配置为将所述显示画面的光线转换为准直光线。

3.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一多焦点微透镜阵列由两种不同焦点的微透镜单元交替排布组成。

4.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述采集模块包括会聚透镜和传感控制元件，

所述会聚透镜，被配置为接收由所述分光模块反射的第二光线，并对所述第二光线进行缩放；

所述传感控制元件，被配置为采集经所述会聚透镜缩放的第二光线对应的显示图像，并将所述显示图像输出至所述显示模块。

5.一种近眼显示方法，应用于权利要求1至4任一项所述的近眼显示装置，其特征在于，所述近眼显示方法包括：

输出显示画面，并将所述显示画面的光线转换为准直光线；

透过所述准直光线，将所述准直光线成像于各所述焦点对应的焦平面上。

6.一种近眼显示系统，其特征在于，所述近眼显示系统包括第一近眼显示装置和第二近眼显示装置，所述第一近眼显示装置和所述第二近眼显示装置均为权利要求1至4任一项所述的近眼显示装置，

其中，所述第一近眼显示装置用于输出左眼显示画面，所述第二近眼显示装置用于输出右眼显示画面。

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