CN109963142B - 视觉显示系统及方法，以及头戴显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种视觉显示系统及方法，以及头戴显示装置。视觉显示系统包括图像源，用于播放待播放的图像内容；光学器件，邻近所述图像源设置，使所述图像源播放的图像内容能够在所述光学器件中成像；以及并列设置的第一快门和第二快门，所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；其中，所述图像源用于交替地播放左眼图像内容及右眼图像内容，所述第一快门及所述第二快门能够交替地开启和关闭。上述的视觉显示系统借助所述第一快门及所述第二快门控制进入用户眼睛的光线通道，能够在进行立体显示时增大视场角，提高用户的视觉体验。

Description

视觉显示系统及方法，以及头戴显示装置

技术领域

本申请涉及光场显示领域，尤其涉及一种应用于光场显示的视觉显示系统及方法，以及头戴显示装置。

背景技术

随着科技的发展，机器智能化及信息智能化日益普及，通过机器视觉或者虚拟视觉等视觉装置来识别用户影像以实现人机交互的技术越来越重要。

头戴式显示器(HMD)长期以来被证明对于许多应用是非常有价值的，其跨越科学可视化、医学和军事训练、工程设计和原型设计、远程操纵和远程呈现以及个人娱乐系统的领域。在混合现实和增强现实系统中，光学透视HMD是将计算机生成的虚拟场景与真实世界场景的视图组合的基本方法之一。通常通过光学组合器，光学透视头戴式显示器(OST-HMD)将计算机生成的图像光学地覆盖到真实世界视图上，同时保持真实世界的直接的最小退化的视图。现代计算和显示技术已经促进了用于“虚拟现实(VR)”或“增强现实(AR)”体验的系统的开发，其中数字地再现的图像或其部分以它们看起来是真实的或者可被认为是真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。

现有的大部分AR/VR显示技术中，通常利用具有两个显示面的显示器进行投影，显示器的两个显示面同时向光学器件投影，并分别形成左眼图像和右眼图像，光学器件内成像的左眼图像和右眼图像分别投射至用户的左眼和右眼，从而形成双目立体视觉。然而，由于物理结构限制，上述的AR/VR显示技术中，需要形成双目立体视觉效果，其视场角(fieldangle of view，FOV)较小，且视场大致呈方形，很难带给用户比较好的沉浸感，且方形视场会给人一个窗口很窄的视觉体验，视觉感不佳。

申请内容

本申请实施例的目的在于提供一种具有较大视场角的视觉显示系统及方法，用于解决上述技术问题。还用必要提供一种应用上述视觉显示系统的头戴显示装置。

本申请实施例提供一种视觉显示系统，应用于AR/VR光场显示中。所述视觉显示系统包括：图像源，用于播放待播放的图像内容；光学器件，邻近所述图像源设置，使所述图像源播放的图像内容能够在所述光学器件中成像；以及并列设置的第一快门和第二快门，所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；其中，所述图像源用于交替地播放左眼图像内容及右眼图像内容，所述第一快门及所述第二快门能够交替地开启和关闭。

其中，在一些实施方式中，所述视觉显示系统还包括与所述第一快门及所述第二快门电连接的快门控制器，所述快门控制器用于在所述图像源播放所述左眼图像内容时，控制所述第一快门开启，并控制所述第二快门关闭；所述快门控制器还用于在所述图像源播放所述右眼图像内容时，控制所述第二快门开启，并控制所述第一快门关闭。

其中，在一些实施方式中，所述第一快门及所述第二快门均为液晶光阀。

其中，在一些实施方式中，所述光学器件为单凹面镜，所述光学器件的凹曲面朝向所述第一快门及所述第二快门设置。

其中，在一些实施方式中，所述光学器件包括两个焦点，两个所述焦点相对于所述光学器件的几何中心分别向所述光学器件的两侧偏移设置，并分别对应于所述第一快门及所述第二快门偏移。

其中，在一些实施方式中，所述光学器件为既可以反射光线又可以透射光线的凹面镜，所述图像源朝向所述光学器件的凹曲面设置。

其中，在一些实施方式中，所述光学器件的凹曲面包括多个微结构弧面，多个所述微结构弧面的曲率均相同，且多个所述微结构弧面紧密排列设置。

其中，在一些实施方式中，所述视觉显示系统还包括调节机构，所述调节机构连接于所述图像源，所述调节机构用于调节所述图像源与所述光学器件之间的距离。

其中，在一些实施方式中，所述视觉显示系统还包括变焦机构，所述变焦机构设置在所述图像源与所述光学器件之间。

本申请实施例还提供一种头戴显示装置，包括眼镜本体以及连接在所述眼镜本体上的穿戴固定件，还包括上述任一项的视觉显示系统，所述视觉显示系统设置在所述头戴显示装置上，所述光学器件装设于所述眼镜本体，并作为所述头戴显示装置的镜片显示器使用，所述图像源、所述第一快门及所述第二快门连接于所述眼镜本体。

本申请实施例还提供一种头戴显示装置，包括眼镜本体以及连接在所述眼镜本体上的穿戴固定件，还包括：图像源接口，所述图像源接口用于装设图像源，所述图像源用于播放待播放的图像内容；光学器件，邻近所述图像源接口设置，使所述图像源播放的图像内容能够在所述光学器件中成像；以及并列设置的第一快门和第二快门，所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；其中，装设于所述图像源接口的所述图像源用于交替地播放左眼图像内容及右眼图像内容，所述第一快门及所述第二快门能够交替地开启和关闭。

本申请实施例还提供一种视觉显示方法，应用于AR光场显示中，所述视觉显示方法包括：提供光学器件及图像源，使所述图像源能够向所述光学器件投射待播放的图像内容；提供并列设置的第一快门及第二快门，使所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；控制所述图像源交替播放左眼图像内容及右眼图像内容；以及控制所述第一快门及所述第二快门交替开启和关闭，且当所述图像源播放左眼图像内容时，开启所述第一快门并关闭所述第二快门，当所述图像源播放右眼图像内容时，开启所述第二快门并关闭所述第一快门。

其中，在一些实施方式中，所述图像源播放图像内容时，其画面帧数大于等于60fps。

其中，在一些实施方式中，在所述图像源播放图像内容之前，对待播放的图像内容进行畸变矫正。

其中，在一些实施方式中，在所述图像源播放图像内容之前，还包括：获取所述光学器件的光学参数；根据所述光学参数，计算用户观察的左眼图像内容的畸变与待播放的左眼图像内容之间的第一正向映射关系及第一反向映射关系；根据所述光学参数，计算用户观察的右眼图像内容的畸变与待播放的右眼图像内容之间的第二正向映射关系及第二反向映射关系；以及利用所述第一反向映射关系渲染待播放的左眼图像内容，利用所述第二方向映射关系渲染待播放的右眼图像内容。

相对于现有技术，本申请实施例所提供的视觉显示系统中采用了所述第一快门及所述第二快门控制进入用户眼睛的光线通道，使用户交替地看到左眼图像内容和右眼图像内容，所述图像源不需要分割成左眼图像部分及右眼图像部分，所述光学器件也不需分割成左眼显示部分及右眼显示部分，使所述图像源能够全屏显示左眼图像内容或/及右眼图像内容，扩大了所述视觉显示系统的视场角，使所述视觉显示系统能够具有更大的景深，提高用户的视觉体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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是本申请一实施例提供的视觉显示系统的示意图；

图2是图1所示的视觉显示系统的另一视角的示意图；

图3是图1所示的视觉显示系统的光学器件的截面示意图；

图4是图1所示的视觉显示系统的光学器件的凹曲面的结构示意图；

图5是图1所示的视觉显示系统的光学器件的成像光路示意图；

图6是本申请另一实施例提供的视觉显示系统的示意图；

图7是本申请又一实施例提供的视觉显示系统的示意图；

图8是本申请再一实施例提供的视觉显示系统的示意图；

图9是本申请又一实施例提供的视觉显示系统的示意图；

图10是本申请实施例提供的头戴显示装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本申请实施例提供一种视觉显示系统100，用于虚拟现实和/或增强现实的立体视觉的方法、系统和制品，具体地应用于虚拟现实、增强现实的应用，以及其它应用，诸如近眼显示、计算和显示应用、或甚至纯文本显示等等。

具体在图1所示的实施例中，所述视觉显示系统100包括图像源10、光学器件30以及快门50。所述光学器件30邻近所述图像源10设置，所述快门50设置于所述图像源10背离所述光学器件30的一侧，并与所述光学器件30相对。

所述视觉显示系统100工作时，所述图像源10播放待播放的图像内容，所述待播放的图像内容能够投射至所述光学器件30上，并在所述光学器件30上成像，使用户能够经由所述快门50观看到经所述光学器件30反射的图像内容，以建立光场显示。进一步地，所述快门50设置于用户的眼睛与所述光学器件30之间。

请同时参阅图2，在一些实施方式中，所述快门50为快门眼镜，所述快门50包括第一快门52、第二快门54以及快门控制器56，所述第一快门52及所述第二快门54并列设置，并分别用于对应用户的左眼及右眼。所述快门控制器56分别与所述第一快门52及所述第二快门56电连接，并用于控制所述第一快门52及所述第二快门56的开启和关闭。

所述第一快门52及所述第二快门54的开闭跟随所述图像源10的播放内容而设置。当所述图像源10播放左眼图像内容时，所述快门控制器56控制所述第一快门52开启，并控制所述第二快门52关闭，所述图像源10播放的左眼图像内容在所述光学器件30中成像后，经由所述第一快门52投射入用户的左眼。当所述图像源10播放右眼图像内容时，所述快门控制器56控制所述第二快门54开启，并控制所述第一快门52关闭，所述图像源10播放的右眼图像内容在所述光学器件30中成像后，经由所述第二快门54投射入用户的右眼。因此，用户在通过所述视觉现实系统100观看图像时，所述图像源10交替播放左眼图像内容和右眼图像内容，所述第一快门52及所述第二快门54交替开启和关闭，利用人眼视觉暂留的效果，用户的双眼看到的左眼图像内容和右眼图像内容相互叠加，从而使用户能够看到立体影像。进一步地，所述图像源10播放的左眼图像内容右眼图像内容的交替频率可以根据实际需要设置，例如，该交替频率可以为60HZ。

在一些实施方式中，所述第一快门52及所述第二快门54可以为液晶屏，也称为液晶光阀。所述液晶屏在正向电压激励下通电变黑，因而能够阻挡进入人眼的光线，且所述液晶屏在反向电压激励下通电变透明，因而能够允许光线进入人眼，从而实现快门50的开启和关闭。可以理解的是，在其他的实施方式中，所述快门50可以为任何能够快速控制光线通断的器件。

可以理解的是，在其他的实施方式中，所述快门50的结构并不局限于快门眼镜结构。例如，在一些实施方式中，所述快门50可以为挡片结构，并包括所述第一快门52、所述第二快门54以及所述快门控制器56，而无需具备传统眼镜的镜框及镜腿。

由于所述视觉显示系统100采用了所述第一快门52及所述第二快门54控制进入用户眼睛的光线通道，使用户交替地看到左眼图像内容和右眼图像内容，所述图像源10不需要分割成左眼图像部分及右眼图像部分，所述光学器件30也不需分割成左眼显示部分及右眼显示部分，使所述图像源10能够全屏显示左眼图像内容或/及右眼图像内容，扩大了所述视觉显示系统100的视场角，使所述视觉显示系统100能够具有更大的景深，提高用户的视觉体验。同时，由于所述图像源10不需要分割成左眼图像部分及右眼图像部分，所述光学器件30也不需分割成左眼显示部分及右眼显示部分，用户在观看时，不会存在阻挡视线的纵条纹，进一步提高了用户的视觉体验。

所述图像源10用于交替地播放所述左眼图像内容及所述右眼图像内容。进一步地，所述图像源10播放图像内容时，其画面帧数大于等于60fps，例如，所述图像源10播放图像的画面帧数为120fps，使所述左眼图像内容及所述右眼图像内容能够高频交替，保证立体影像的显示效果。

在一些实施方式中，所述图像源10可以包括用于播放影像的任何类型的自发射或照明像素阵列，例如，所述图像源可以包括但不限于硅上液晶(LCoS)显示装置、液晶显示器(LCD)面板、有机发光显示器(OLED)、硅上铁电液晶(FLCoS)装置、数字镜装置(DMD)、基于前述这些的微投影仪或微型投影仪、诸如激光投影仪或光纤扫描器束的投影仪束，或任何其它合适类型的微型显示装置。

可以理解，在其他的一些实施方式中，所述光学显示系统100可以不包括所述图像源10，而由用户提供的图像源作为所述图像源10。此时，所述光学显示系统100可以包括图像源接口，所述图像源10为连接于所述图像源接口的显示器。在具体的实施方式中，所述图像源接口用于装设并连接用户提供的图像源10(或外接的图像源10)。

所述光学器件30用于呈现所述图像源10播放的图像内容。在本实施方式中，所述光学器件30为凹面镜，且其凹曲面32朝向所述快门50设置。进一步地，所述光学器件30为单凹面镜。

进一步地，请同时参阅图4，所述光学器件30的凹曲面32包括很多个微结构弧面321，所述微结构弧面321在肉眼下不可见。在本实施方式中，多个所述微结构弧面321的曲率均相同，且多个所述微结构弧面321紧密排列设置，使所述光学器件30的焦点可以为偏心焦点。

进一步地，所述光学器件30的焦点为偏心焦点，也即，所述光学器件30的焦点相对于所述光学器件30的几何中心偏移。请同时参阅图5，在一些实施例中，所述光学器件30具有两个焦点，且所述光学器件30的两个焦点分别朝向其相对的两个侧边偏移，以使两个焦点分别适应于用户的左眼和右眼，从而使用户无论是左眼或右眼观察，其从所述光学器件30中所看到的图像均是处于中间部位，进一步地提高所述视觉显示系统100的视觉效果。

进一步地，具体在图5所示的实施例中，所述光学器件30具有第一焦点F1和第二焦点F2。相对于所述光学器件30的几何中心，所述第一焦点F1和所述第二焦点F2分别朝向所述光学器件30的相对的两个侧边偏移。所述图像源10中的图像内容在所述光学器件30中形成虚像13，使用户能够通过所述快门50观察到所述虚像13。由于所述光学器件30的焦点为偏心焦点，使用户的左眼看到的左眼图像内容能够位于其左眼视场的中央，也即，所述虚像13的左边缘到用户左眼的光程L11等于所述虚像13的右边缘到用户左眼的光程L12；同样地，用户的右眼看到的右眼图像内容能够位于其右眼视场的中央，也即，所述虚像13的左边缘到用户右眼的光程L21等于所述虚像13的右边缘到用户右眼的光程L22。因此，用户无论是左眼或右眼观察，其从所述光学器件30中所看到的图像均是处于视场的中间部位，使用户能够获得良好的视觉体验。

当上述的视觉显示系统100应用于近眼显示，如应用于头戴显示装置(图10)时，所述光学器件30的焦距可以较小。例如，所述光学器件30的焦距可以大于或等于1厘米。此时，所述快门50与人眼之间的距离可以尽可能小，以更好地遮挡用户的视线并保证所述视觉显示系统100具有尽可能大的视场角，使用户的左眼仅看到左眼图像内容，右眼仅看到右眼图像内容，从而提高所述视觉显示系统100的显示效果。例如，所述快门50与人眼之间的距离可以小于等于5厘米。当上述的视觉显示系统100应用于普通的AR光场显示，或者裸眼3D显示时，所述光学器件30的焦距可以较大，例如，所述光学器件30的焦距范围可以为一厘米至几米范围不等。可以理解的是，所述光学器件30的焦距范围可以根据实际使用需求设置，并不局限于本说明书所描述。

进一步地，所述光学器件30为既可以反射光线又可以透射光线的透反凹面镜，以使所述图像源10播放的图像内容能够在所述光学器件30中形成虚像，且用户能够透过所述光学器件30观察前方的真实环境，从而使得所述光学器件30上的所述播放内容能够更自然地与真实环境融合叠加。

进一步地，所述光学器件30为既可以反射光线又可以透射光线的透反凹面镜时，其对光线的透射率范围为：大于0％且小于100％，具体根据实际需求设计。

请同时参阅图3，在一些实施方式中，所述光学器件30包括镜片本体34以及透反膜层36。所述透反膜层36设置在所述镜片本体34上朝向所述快门50的一侧，使所述图像源10中播放的图像内容能够直接被所述透反膜层36反射，并进入用户的眼睛，从而避免所述光学器件30的厚度对光线折射带来的影响，有利于提高所述视觉显示系统100的显示效果。

在一些实施方式中，所述透反膜层36可以为增反膜，也可以为薄反射膜。所述透反膜层36为薄反射膜时，所述薄反射膜为纳米级厚度膜，其厚度约为几十纳米到百纳米。可以理解的是，所述透反膜层36可以覆盖所述镜片本体34的部分区域，也可以完全覆盖所述镜片本体34的全部表面。可以理解，在一些实施方式中，所述透反膜层36还可以设置在所述镜片本体34上背离所述的一侧。

相对于现有技术，本申请实施例提供的所述视觉显示系统100采用了所述第一快门52及所述第二快门54控制进入用户眼睛的光线通道，使用户交替地看到左眼图像内容和右眼图像内容，所述图像源10不需要分割成左眼图像部分及右眼图像部分，所述光学器件30也不需分割成左眼显示部分及右眼显示部分，使所述图像源10能够全屏显示左眼图像内容或/及右眼图像内容，扩大了所述视觉显示系统100的视场角，使所述视觉显示系统100能够具有更大的景深，提高用户的视觉体验。

可以理解的是，在具体的实施方式中，所述图像源10的具体设置位置不受限制，而保证所述图像源10与所述快门50位于所述光学器件30的同一侧，使用户能够透过所述快门50在所述光学器件30中观察到所述图像源10中播放的图像内容的虚像。同样可以理解的是，在其他的实施方式中，所述光学器件30也可以为凹面镜以外的结构，例如，平面镜，凸透镜等等。甚至，在一些实施方式中，所述图像源10与所述快门50可以位于所述光学器件30的不同侧，而使用户能够透过所述快门50在所述光学器件30中观察到所述图像源10中播放的图像内容即可。

例如，请再次参阅图1，所述光学器件30为凹面镜，所述图像源10的显示屏11朝向所述光学器件30的凹曲面32设置，所述快门50与所述图像源10位于所述光学器件30的同一侧。进一步地，所述图像源10的显示屏11大致垂直于所述光学器件30的光轴31设置。

又如，请参阅图6，所述光学器件30为凹面镜，所述图像源10的显示屏11朝向所述光学器件30的光轴31设置，所述图像源10播放的图像内容经由一反射件12反射至所述光学器件30中，所述快门50与所述图像源10位于所述光学器件30的同一侧。进一步地，所述图像源10的显示屏11大致平行于所述光学器件30的光轴31设置。

又如，请参阅图7，所述光学器件30为凹面镜，所述图像源10的显示屏11背离所述光学器件30的光轴31设置，所述图像源10播放的图像内容经由一反射件14反射至所述光学器件30中，所述快门50与所述光学器件30相对设置。

又如，请参阅图8，所述光学器件30为平面镜，所述图像源10的显示屏11朝向所述光学器件30设置，所述图像源10播放的图像内容经由一凸透镜16投射至所述光学器件30中，所述快门50与所述图像源10大致位于所述光学器件30的同一侧。

再如，请参阅图9，所述光学器件30为透镜，所述图像源10的显示屏11朝向所述光学器件30设置，所述快门50与所述图像源10分别位于所述光学器件30的两侧，使所述光学器件30位于所述图像源10与所述快门50之间。所述图像源10播放的图像内容透过所述光学器件30及所述快门50投射至人眼中。进一步地，所述图像源10、所述光学器件30及所述快门50依次沿着所述光学器件30的光轴设置。此时，所述视觉显示系统100可以应用于VR显示装置中。

应当理解的是，本申请实施例提供的上述视觉显示系统100，可以应用于虚拟现实和/或增强现实的立体视觉的方法、系统和制品中，还可以应用于裸眼3D显示、AR光场显示、近眼显示等技术中。

例如，在一些具体的实施方式中，所述视觉显示系统100可以应用于AR光场显示，所述光学器件30作为半透明显示屏使用，所述图像源10作为播放器使用，而所述快门50则作为适于用户佩戴的快门眼镜使用。

进一步地，为了便于控制所述播放内容在所述光学器件30中的成像，所述视觉显示系统100还可以包括调节机构(图中未示出)，所述调节机构用于调节所述图像源10在所述光学器件30前的物距，以及调整所述播放内容的成像深度。具体而言，所述调节机构连接于所述图像源10，所述调节机构可以为电动马达机构或其他合适的机构。进一步地，为了便于调整所述播放内容在所述光学器件30中的成像大小或者清晰度、成像平面深度/距离等参数，所述视觉显示系统100还可以包括变焦机构(图中未示出)。所述变焦机构可以设置在所述图像源10与所述光学器件30之间。具体而言，所述变焦机构可以为手动变焦机构或电动变焦机构，且所述变焦机构通常可以包括透镜组件，本说明书不作一一赘述。

又如，在其他的一些具体的实施方式中，所述视觉显示系统100可以应用于近眼显示，如应用于图10所示的头戴显示装置200当中。

同时，本申请实施例还提供一种头戴显示装置200，请同时参阅图1及图10，所述头戴显示装置200包括眼镜本体201以及连接在所述眼镜本体201上的穿戴固定件203，在本实施方式中，所述穿戴固定件203为可调节弹性带。所述视觉显示系统100设置在所述头戴显示装置200内，具体地，所述光学器件30设置在所述眼镜本体201的前方，并作为所述头戴显示装置200的镜片显示器使用，所述图像源10以及所述快门50连接于所述眼镜本体201或设置于所述眼镜本体201内。

在本实施例中，为了便于调整播放内容在所述光学器件30中的成像大小或者清晰度、成像平面深度/距离等参数，所述视觉显示系统100还可以包括变焦机构(图中未示出)。所述变焦机构设置在所述眼镜本体201内，并可以位于在所述图像源10与所述光学器件30之间。具体而言，所述变焦机构可以为手动变焦机构或电动变焦机构，且所述变焦机构通常可以包括透镜组件，本说明书不作一一赘述。

进一步地，所述头戴显示装置200还包括设置于所述眼镜本体201上的控制器205。所述控制器205设置在所述眼镜本体201的侧面，用于控制所述视觉显示系统100，并提供用户操作所述头戴显示装置200的操作部位。在一些实施方式中，所述控制器205可以包括操作面板2051以及显示面板2053，所述操作面板2051可以为按键面板，其用于控制播放内容、成像深度、显示色彩、显示亮度、播放音量等，相应地，所述操作面板2051可以包括播放内容选择按键、成像深度调节按键、显示色彩调节按键、显示亮度调节按键、音量调节按键。所述显示面板2053用于显示所述头戴显示装置200的当前状态，如，播放内容、成像深度、显示色彩及显示亮度，或/及，当前时间、当前电量、当前音量等等。

可以理解，在其他的一些实施方式中，在所述头戴显示装置200中，所述光学显示系统100可以不包括所述图像源10，而由用户提供的图像源(例如，智能播放设备如手机等)作为所述图像源10。此时，所述光学显示系统100包括图像源接口90，所述图像源接口90用于装设并连接用户提供的图像源10。使用时，用户将其自备的图像源10直接插在所述图像源接口90上使用。

进一步地，所述头戴显示装置200还包括图像生成处理器(图中未示出)，所述图像生成处理器内置于所述控制器205中，其用于控制所述光学显示系统100的播放内容。具体而言，在一些具体实施方式中，所述图像生成处理器能够将与所述播放内容相关联的图像或视频转换为可以投射到所述光学器件30的格式。例如，在生成3D内容时，所述播放内容可能需要被格式化，以使得特定图像的一部分在特定深度平面上显示，而其它部分在其它深度平面处显示(即，控制同一幅图像中不同部位的成像深度)；或者，可以在特定深度平面处生成所有图像；或者，所述图像生成处理器可以用于向用户的左右眼分别呈现略微不同的图像，以生成上述的左眼图像内容和右眼图像内容，使得当用户的两只眼睛一起观察时，所述播放内容是连贯且舒适的，也能够呈现更为逼真的立体影像；或者，所述图像生成处理器可以用于对待播放的图像内容进行畸变矫正，以提高所述视觉显示系统100的立体效果。

进一步地，所述图像生成处理器可以进一步包括存储器、CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)以及用于图像生成和处理的其它电路。图像生成处理器可以被编程有待向虚拟现实或增强现实系统的用户呈现的期望的所述播放内容。

另外，本申请实施例还提供一种视觉显示方法，所述视觉显示方法可以应用于上述实施例中的任意一种视觉显示系统，或/及，头戴显示装置中。其中，所述视觉显示系统包括图像源、光学器件以及快门，所述快门包括并列设置的第一快门以及第二快门。所述图像源用于向所述光学器件投射待播放的图像内容，所述快门设置在所述光学器件的成像一侧，所述第一快门及所述第二快门分别用于对应用户的左眼及右眼。所述视觉显示方法包括步骤：

步骤S101：提供光学器件，使所述光学器件的光轴与用户视线之间成预设夹角设置。

进一步地，所述第一预设夹角的范围为：大于0度且小于90度。其中，在一些实施例中，所述光学器件为既可以反射光线又可以透射光线的透反凹面镜，其对光线的透射率范围为：大于0％且小于100％。所述光学器件包括镜片本体以及透反膜层，所述透反膜层设置在所述镜片本体的凹曲面一侧。

步骤S103：提供图像源，使所述图像源的显示屏能够向所述光学器件投射待播放的图像内容。

进一步地，设置所述图像源时，使所述图像源的显示屏朝向所述光学器件设置。其中，在一些实施例中，所述图像源的显示屏朝向所述光学器件上具有所述透反膜层的凹曲面设置。

步骤S105：提供快门，使所述快门设置于所述光学器件的成像一侧。

所述快门包括第一快门、第二快门及快门控制器，所述第一快门及所述第二快门并列设置，且所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置。所述第一快门用于对应用户的左眼，所述第二快门用于对应用户的右眼，所述快门控制器用于控制所述第一快门及所述第二快门的开启和关闭。进一步地，设置所述快门时，使所述快门位于所述光学器件与用户的眼睛之间，并使所述第一快门对应用户的左眼，所述第二快门对应用户的右眼。

步骤S107：控制所述图像源交替播放左眼图像内容及右眼图像内容。

进一步地，所述图像源播放图像内容时，其画面帧数大于等于60fps，例如，所述图像源播放图像的画面帧数为120fps，使所述左眼图像内容及所述右眼图像内容能够高频交替，保证立体影像的显示效果。

在一些实施方式中，所述图像源播放图像内容之前，对图像内容进行畸变矫正，以避免用户的单眼观察对应的图像内容时，看到的图像内容边缘产生畸变，从而消除或/及降低用户最终看到的图像内容的边缘的重影现象。具体而言，对图像内容进行畸变矫正时，分别对待播放的图像内容进行反畸变处理，使用户的在单眼观察对应的图像内容时，看到的图像内容均是横平竖直的画面，从而消除在人眼中最终成像的重影，并能够提高图像的立体显示效果。上述的畸变矫正，可以包括以下步骤：

步骤S1072：获取所述光学器件的光学参数，根据所述光学参数，计算用户左眼观察的左眼图像内容的畸变与原始的左眼图像内容的第一正向映射关系；

在一些实施方式中，所述光学参数为所述光学器件的焦点参数。可以理解，在其他的一些实施方式中，所述光学参数可以为光学器件的曲率参数或/及焦点参数等；

步骤S1073：计算原始的左眼图像内容与用户左眼观察的左眼图像内容的畸变的第一反向映射关系；

步骤S1074：利用函数模拟上述的第一正向映射关系以及第一反向映射关系；观察模拟的用户左眼观察的左眼图像内容相对于原始的左眼图像内容的畸变程度，若畸变程度在误差允许范围内，则确认第一正向映射关系以及第一反向映射关系，若畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算第一正向映射关系以及第一反向映射关系；

步骤S1075：根据所述光学参数，确认用户右眼观察的右眼图像内容的畸变与原始的右眼图像内容之间的第二映射关系；

步骤S1076：计算原始的右眼图像内容与用户右眼观察的右眼图像内容的畸变的第二反向映射关系；

步骤S1077：利用函数模拟上述的第二正向映射关系以及第二反向映射关系；观察模拟的用户右眼观察的右眼图像内容相对于原始的右眼图像内容的畸变程度，若畸变程度在误差允许范围内，则确认第二正向映射关系以及第二反向映射关系，若畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算第二正向映射关系以及第二反向映射关系；以及

步骤S1078：利用所述第一反向映射关系渲染待播放的左眼图像内容，利用所述第二方向映射关系渲染待播放的右眼图像内容。

步骤S109：控制所述第一快门及所述第二快门交替开启和关闭，当所述图像源播放左眼图像内容时，开启所述第一快门并关闭所述第二快门，当所述图像源播放右眼图像内容时，开启所述第二快门并关闭所述第一快门。

进一步地，当所述图像源播放左眼图像内容时，所述快门控制器控制所述第一快门开启，并控制所述第二快门关闭，所述图像源播放的左眼图像内容在所述光学器件中成像后，经由所述第一快门投射入用户的左眼。当所述图像源播放右眼图像内容时，所述快门控制器控制所述第二快门开启，并控制所述第一快门关闭，所述图像源播放的左右眼图像内容在所述光学器件中成像后，经由所述第二快门投射入用户的右眼。因此，用户在通过所述视觉现实系统观看图像时，所述图像源交替播放左眼图像内容和右眼图像内容，所述第一快门及所述第二快门交替开启和关闭，利用人眼视觉暂留的效果，用户的双眼看到的左眼图像内容和右眼图像内容相互叠加，从而使用户能够看到立体影像。

本申请提供的上述的视觉显示系统100中，采用了所述第一快门52及所述第二快门54控制进入用户眼睛的光线通道，可以应用于虚拟现实和/或增强现实的立体视觉的方法、系统和制品中，还可以应用于裸眼3D显示、AR光场显示、近眼显示等技术中。由于能够实现图像源10全屏显示单个画面，且采用单凹面镜作为光学器件30，使上述的视觉显示系统100及其快门50有别于传统的3D快门眼镜，并能够克服传统3D快门眼镜的3D效果的缺陷，上述的视觉显示系统100具有更大的视场角及景深范围，其呈现的视觉效果相对较好。

同时，由于采用光学器件30作为成像元件，图像源10播放的图像内容能够在光学器件30中成像，其像距可以达到一米甚至多米之外，使用户无需固定地近距离观看传统的3D显示屏幕，能够有效地缓解用户的用眼疲劳，提高用户体验。

进一步地，上述的头戴显示装置100用于供用户戴在头上使用，无论用户采用何种姿势、身处于何处，用户的眼睛的位置相对于视觉现实系统100始终大致是固定的，使视觉显示系统100呈现的立体视觉效果得到良好的保证，从而避免了传统3D显示需要用户坐/立于一个固定位置时的不便。

进一步地，上述的视觉显示系统100能够应用于AR领域，允许用户搭配头部跟踪器使用，有利于实现更逼真的立体视觉效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种头戴显示装置，应用于AR/VR光场显示中，其特征在于，包括眼镜本体以及连接在所述眼镜本体上的穿戴固定件；

所述头戴显示装置还包括视觉显示系统，所述视觉显示系统包括：

图像源，用于播放待播放的图像内容；

光学器件，邻近所述图像源设置，使所述图像源播放的图像内容能够在所述光学器件中成像；以及

并列设置的第一快门和第二快门，所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；其中，所述图像源用于交替地播放左眼图像内容及右眼图像内容，所述第一快门及所述第二快门能够交替地开启和关闭；所述光学器件为单凹面镜，所述单凹面镜的凹曲面朝向所述第一快门及所述第二快门设置；

所述单凹面镜的凹曲面包括两个焦点和多个微结构弧面，两个所述焦点相对于所述单凹面镜的几何中心分别向所述单凹面镜的两侧偏移设置，并分别对应于所述第一快门及所述第二快门偏移；多个所述微结构弧面的曲率均相同，且多个所述微结构弧面紧密排列设置，以使所述焦点为偏心焦点；以及

所述头戴显示装置还包括图像生成处理器，所述图像生成处理器用于生成所述待播放的图像内容，并对所述待播放的图像内容进行畸变矫正；

其中，所述对待播放的图像内容进行畸变矫正，包括：

获取所述光学器件的光学参数；

根据所述光学参数，计算用户观察的畸变的左眼图像内容与待播放的左眼图像内容之间的第一正向映射关系及第一反向映射关系；

基于所述第一正向映射关系和所述第一反向映射关系模拟用户左眼观察的畸变的左眼图像内容相对于原始的左眼图像内容的第一畸变程度，若所述第一畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算所述第一正向映射关系以及所述第一反向映射关系；

根据所述光学参数，计算用户观察的畸变的右眼图像内容与待播放的右眼图像内容之间的第二正向映射关系及第二反向映射关系；

基于所述第二正向映射关系和所述第二反向映射关系模拟用户右眼观察的畸变的右眼图像内容相对于原始的右眼图像内容的第二畸变程度，若所述第二畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算第二正向映射关系以及第二反向映射关系；

利用所述第一反向映射关系渲染待播放的左眼图像内容，利用所述第二反向映射关系渲染待播放的右眼图像内容。

2.如权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，所述视觉显示系统还包括与所述第一快门及所述第二快门电连接的快门控制器，所述快门控制器用于在所述图像源播放所述左眼图像内容时，控制所述第一快门开启，并控制所述第二快门关闭；所述快门控制器还用于在所述图像源播放所述右眼图像内容时，控制所述第二快门开启，并控制所述第一快门关闭。

3.如权利要求2所述的头戴显示装置，其特征在于，所述第一快门及所述第二快门均为液晶光阀。

4.如权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，所述光学器件为既可以反射光线又可以透射光线的凹面镜，所述图像源朝向所述光学器件的凹曲面设置；

或/及，所述视觉显示系统还包括调节机构，所述调节机构连接于所述图像源，所述调节机构用于调节所述图像源与所述光学器件之间的距离；

或/及，所述视觉显示系统还包括变焦机构，所述变焦机构设置在所述图像源与所述光学器件之间。

5.如权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，所述视觉显示系统设置在所述头戴显示装置上，所述光学器件装设于所述眼镜本体，并作为所述头戴显示装置的镜片显示器使用，所述图像源、所述第一快门及所述第二快门连接于所述眼镜本体。

6.一种头戴显示装置，应用于AR/VR光场显示中，包括眼镜本体以及连接在所述眼镜本体上的穿戴固定件，其特征在于，还包括：

图像源接口，所述图像源接口用于装设图像源，所述图像源用于播放待播放的图像内容；

光学器件，邻近所述图像源接口设置，使所述图像源播放的图像内容能够在所述光学器件中成像；以及

并列设置的第一快门和第二快门，所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；其中，装设于所述图像源接口的所述图像源用于交替地播放左眼图像内容及右眼图像内容，所述第一快门及所述第二快门能够交替地开启和关闭；所述光学器件为单凹面镜，所述单凹面镜的凹曲面朝向所述第一快门及所述第二快门设置；

所述单凹面镜的凹曲面包括两个焦点和多个微结构弧面，两个所述焦点相对于所述单凹面镜的几何中心分别向所述单凹面镜的两侧偏移设置，并分别对应于所述第一快门及所述第二快门偏移；多个所述微结构弧面的曲率均相同，且多个所述微结构弧面紧密排列设置，以使所述焦点为偏心焦点；以及

图像生成处理器，用于生成所述待播放的图像内容，并对所述待播放的图像内容进行畸变矫正；其中，所述对待播放的图像内容进行畸变矫正，包括：

获取所述光学器件的光学参数；

根据所述光学参数，计算用户观察的畸变的左眼图像内容与待播放的左眼图像内容之间的第一正向映射关系及第一反向映射关系；

基于所述第一正向映射关系和所述第一反向映射关系模拟用户左眼观察的畸变的左眼图像内容相对于原始的左眼图像内容的第一畸变程度，若所述第一畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算所述第一正向映射关系以及所述第一反向映射关系；

根据所述光学参数，计算用户观察的畸变的右眼图像内容与待播放的右眼图像内容之间的第二正向映射关系及第二反向映射关系；

基于所述第二正向映射关系和所述第二反向映射关系模拟用户右眼观察的畸变的右眼图像内容相对于原始的右眼图像内容的第二畸变程度，若所述第二畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算第二正向映射关系以及第二反向映射关系；

利用所述第一反向映射关系渲染待播放的左眼图像内容，利用所述第二反向映射关系渲染待播放的右眼图像内容。

7.一种视觉显示方法，其特征在于，应用于AR光场显示中，所述视觉显示方法包括：

提供光学器件及图像源，使所述图像源能够向所述光学器件投射待播放的图像内容；

提供并列设置的第一快门及第二快门，使所述第一快门及所述第二快门与所述光学器件相对设置；所述光学器件为单凹面镜，所述单凹面镜的凹曲面朝向所述第一快门及所述第二快门设置；所述单凹面镜的凹曲面包括两个焦点和多个微结构弧面，两个所述焦点相对于所述单凹面镜的几何中心分别向所述单凹面镜的两侧偏移设置，并分别对应于所述第一快门及所述第二快门偏移；多个所述微结构弧面的曲率均相同，且多个所述微结构弧面紧密排列设置，以使所述焦点为偏心焦点；

控制所述图像源交替播放左眼图像内容及右眼图像内容；以及

控制所述第一快门及所述第二快门交替开启和关闭，且当所述图像源播放左眼图像内容时，开启所述第一快门并关闭所述第二快门，当所述图像源播放右眼图像内容时，开启所述第二快门并关闭所述第一快门；

在所述图像源投射所述待播放的图像内容之前，所述方法还提供图像生成处理器，使所述图像生成处理器生成所述待播放的图像内容，并对待播放的图像内容进行畸变矫正；所述对待播放的图像内容进行畸变矫正，具体包括：

获取所述光学器件的光学参数；

根据所述光学参数，计算用户观察的畸变的左眼图像内容与待播放的左眼图像内容之间的第一正向映射关系及第一反向映射关系；

基于所述第一正向映射关系和所述第一反向映射关系模拟用户左眼观察的畸变的左眼图像内容相对于原始的左眼图像内容的第一畸变程度，若所述第一畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算所述第一正向映射关系以及所述第一反向映射关系；

根据所述光学参数，计算用户观察的畸变的右眼图像内容与待播放的右眼图像内容之间的第二正向映射关系及第二反向映射关系；

基于所述第二正向映射关系和所述第二反向映射关系模拟用户右眼观察的畸变的右眼图像内容相对于原始的右眼图像内容的第二畸变程度，若所述第二畸变程度不在误差允许范围内，则重新计算第二正向映射关系以及第二反向映射关系；

利用所述第一反向映射关系渲染待播放的左眼图像内容，利用所述第二反向映射关系渲染待播放的右眼图像内容。

8.如权利要求7所述的视觉显示方法，其特征在于，所述图像源播放图像内容时，其画面帧数大于等于60fps。