CN110402412A - 近眼显示面板和近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及一种近眼显示面板及近眼显示装置。该近眼显示面板包括球面显示部件，以及位于所述球面显示部件的出光侧的透镜阵列，所述透镜阵列中的透镜被布置为球面，所述透镜阵列与所述球面显示部件具有共同的球心，每个透镜与所述球面显示部件之间的距离被配置为使得从所述球面显示部件的每个像素点发出的光束通过所述透镜后变为准直光束。

Description

近眼显示面板和近眼显示装置

技术领域

本公开的实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种近眼显示面板和近眼显示装置。

背景技术

现代计算和显示技术已经促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中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。

发明内容

在本公开的一个方面，提供一种近眼显示面板。该近眼显示面板包括：

球面显示部件，以及位于所述球面显示部件的出光侧的透镜阵列，所述透镜阵列中的透镜被布置为球面。所述透镜阵列与所述球面显示部件具有共同的球心。每个透镜与所述球面显示部件之间的距离被配置为使得从所述球面显示部件的每个像素点发出的光束通过所述透镜后变为准直光束。

在本公开的一个或多个实施例中，所述球面显示部件由多个子显示部件拼接而成。

在本公开的一个或多个实施例中，所述多个子显示部件中的每一个为平面结构，并且各个子显示部件的顶点位于第一球面上。所述透镜阵列包括与所述多个子显示部件一一对应的多个单元阵列，各个单元阵列的顶点位于第二球面上。所述第一球面和所述第二球面具有共同的球心。

在本公开的一个或多个实施例中，所述子显示部件具有多边形形状。

在本公开的一个或多个实施例中，所述子显示部件的边数大于或等于4。

在本公开的一个或多个实施例中，所述子显示部件的边长取决于各个子显示部件的视场以及所述球面显示部件的半径；以及相邻所述子显示部件之间的夹角取决于各个子显示部件的视场角。

在本公开的一个或多个实施例中，所述球面显示部件包括一个正六边形子显示部件和拼接到所述正六边形子显示部件的周围的六个等腰梯形子显示部件。

在本公开的一个或多个实施例中，所述正六边形相对于所述球心的视场角等于所述等腰梯形相对于所述球心的视场角。所述正六边形子显示部件的边长A₁A₂和所述等腰梯形子显示部件的顶边边长相等，并满足关系式：

A₁A₂＝rsinα；

所述等腰梯形子显示部件的底边边长B₁B₂满足关系式：

B₁B₂＝2rsinα；

所述等腰梯形子显示部件的腰长A₁B₁满足关系式：

所述正六边形子显示部件和所述等腰梯形子显示部件之间的夹角∠A₀EF满足关系式：

相邻两个等腰梯形子显示部件之间的夹角∠C₂A₁C₆满足关系式：

其中，

r为所述球面显示部件的半径，α为所述正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的视场角。

在本公开的一个或多个实施例中，所述球面显示部件的总视场角FOA₁满足关系式：

在本公开的一个或多个实施例中，所述球面显示部件包括一个正五边形子显示部件和拼接到所述正五边形子显示部件的周围的五个正六边形子显示部件。

在本公开的一个或多个实施例中，所述正五边形子显示部件的边长a与所述正五边形子显示部件的视场角α₁满足关系式：

α₁＝2arcsin(1.618a/2r)；

所述正六边形子显示部件的边长等于所述正五边形子显示部件的边长，且所述正六边形子显示部件的视场角满足α₂关系式：

α₂＝2arcsin(a/r)；

所述球面显示部件的总视场角满足关关系式：

FOA₂＝2arcsin(1.732a/2r)+2arcsin(1.539a/2r)+2arcsin(a/2r)，

其中r为所述球面显示部件的半径。

在本公开的一个或多个实施例中，所述透镜的焦距f满足关系式：

所述透镜的曲率半径r’满足关系式：

所述透镜距所述曲面显示部件的距离t满足关系式：

所述透镜的口径D满足关系式：

其中，P表示所述显示部件的像素节距；Φ表示人眼瞳孔直径；N表示通过单个透镜能够进入单只眼的光束对应的像素数；L表示观看距离；Z表示成像景深；n表示所述透镜的折射率。

在本公开的一个或多个实施例中，N≥20。

在本公开的一个或多个实施例中，20mm≤L≤33.4873mm。

在本公开的一个或多个实施例中，所述近眼显示面板还包括位于所述球面显示部件和所述透镜阵列之间的多个调光元件。相邻两个子显示部件之间具有拼接部。所述调光元件与所述拼接部一一对应。所述拼接部位于所述调光元件在所述球面显示部件上的投影内。每个调光元件的折射率沿朝向相应拼接部中心的方向逐渐增大。

在本公开的一个或多个实施例中，所述多个调光元件被形成为一体。

在本公开的另一方面，提供一种近眼显示装置，包括根据本公开的近眼显示面板，诸如根据上面或下面详细公开的一个或多个实施例的近眼显示面板。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本公开的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围，其中：

图1示意性示出人眼观看真实世界时的调节深度和辐辏深度，其中，调节深度和辐辏深度一致；

图2示意性示出相关技术中基于双眼视差的立体显示装置的调节深度和辐辏深度，其中，调节深度和辐辏深度不一致；

图3示意性示出一种基于透镜阵列的光场显示装置；

图4示意性示出单透镜的最大视场；

图5示意性示出根据本公开的一些实施例的近眼显示面板的截面图；

图6示意性示出根据本公开的一些实施例的另一近眼显示面板的截面图；

图7示意性示出在本公开的一些实施例中的示例的球面显示部件的顶视图；

图8是用于计算图7所示的球面显示部件的各个子显示部件的边长的示意图；

图9A为用于计算图7所示的实施例中的正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的夹角的示意图；

图9B为正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的夹角的正面视图；

图10A是用于计算图7所示的实施例中的相邻两个等腰梯形子显示部件的夹角的辅助参数；

图10B是图10A中A₁A₂B₂B₁面的正视图；

图10C是图10A中A₂A₆B₆B₂面的正视图；

图11示意性示出在本公开的一些实施例中的另一示例的近眼显示面板的顶视图；

图12为在本公开的一些实施例中的用于计算透镜阵列的设计参数的示意图；

图13示意性示出在本公开的一些实施例中的随着眼球转动，通过单个透镜进入人眼的像素数的变化；

图14为在球面显示部件的视场为120°的情况下用于获取最小观看距离的示意图；

图15在球面显示部件的视场为120°的情况下用于获取最大观看距离的示意图；

图16示意性示出在本公开的一些实施例中的拼接的两个子显示部件511之间的拼接部；

图17为在本公开的一些实施例中的调光元件将光引导到球面显示部件的拼接部并拼接部出射的示意图；

图18调光元件相对于拼接部的折射率分布的示意图；以及

图19示意性示出根据本公开的一些实施例的示例的近眼显示装置的框图。

贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。

具体实施方式

现将参考附图详细描述各种实施例，其作为本公开的示例性示例而提供，以使得本领域技术人员能够实现本公开。值得注意的是，以下附图和示例并不意味着限制本公开的范围。在使用已知的组件(或方法或过程)可以部分或全部实现本公开的特定元件的情况下，将仅描述对理解本公开所需要的这种已知组件(或方法或过程)的那些部分，并且这种已知组件的其它部分的详细描述将被省略以便不会混淆本公开。进一步地，各种实施例通过说明的方式包含与在此涉及的组件等同的现在和未来已知的等同物。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。如本文所使用的，术语“具有(have)”、“包括(comprise)”和“包含(contain)”以及其语法变型以非排它的方式使用。因此，表述“A具有B”以及表达“A包括B”或“A包含B”可以指：除了B之外A包含一个或多个其它组件和/或构件的事实，以及除了B之外没有其他组件、构件或元素呈现在A中的情况。

人们在观看真实世界中的对象时，单眼调节(单眼调节深度)和双眼辐辏(双眼辐辏深度)在同一位置(如图1所示)，因而不会产生眼疲劳。然而，相关技术中的立体显示装置提供双眼视差，其支持在任何点上的会聚，但是仅允许观察者在显示表面上调节并且因此遭受调节-辐辏冲突(accommodation–vergence conflict)。如图2所示，当用户通过立体显示装置观看图像时，单眼调节被固定在显示平面上；而用户实际看到的立体图像并不位于显示平面上，而是位于不同的深度平面上，这就造成调节深度和辐辏深度不一致。当使用这种基于双眼视差的立体显示装置长时间观看时，用户通常会感到眩晕。

光场显示可以作为能解决调节-辐辏冲突问题的显示方案。“光场”指定空间内所有光线信息的总和，包括颜色、光线亮度、光线的方向、光线距离等等。光场显示技术的关键在于，除了可以像普通屏幕那样显示基本的图像信息外，还能显示景深信息。光场是最接近人眼观看自然环境的成像方式，将人眼睫状肌从固定的屈张水平中解放出来，消除了眩晕，减轻了人眼疲劳。

在相关技术中，多种技术手段可以用于实现光场成像，其中基于透镜阵列的光场成像技术受到人们的广泛研究。图3示意性示出一种基于透镜阵列的光场显示装置。如图3所示，该光场显示装置包括显示面板31和透镜阵列32，显示面板31可以布置在透镜阵列32的焦平面上，使得透镜阵列32可以更改从每个像素点出射的光束的方向(例如，使来自各个像素点的光束准直)，从而形成光场信息。具体而言，可以将显示面板31布置在透镜阵列32的焦平面上，根据像素和透镜的分布可以得到各个像素的出光方向在空间上的分布，通过已知的光线方向信息，确定出成像点与显示面板的像素的对应位置关系，从而加载相应的显示信息，以得到光场图像。

本领域技术人员可以理解，本文中术语“透镜阵列的焦平面”可以是透镜的等效焦平面，在该等效焦平面处的像素发射的光束经过透镜后能够变成准直光。该等效焦平面不一定是将透镜放置在空气中时透镜的焦平面，因为在实际应用中，透镜阵列和显示面板之间通常不完全是空气层，还可能具有其他介质层(例如，基板)。

然而，利用透镜阵列实现光场显示的光学装置的成像视场很难达到令人满意的效果。通常，光场显示装置的成像视场取决于单透镜的视场。图4示意性示出单透镜的最大视场。如图4所示，光场显示装置的视场等于单透镜的最大视场。由于单透镜使光束准直的最大视场一般不超过±10°，因此，光场成像的视场也被限制在±10°以内。

在本文中，术语“单透镜的视场”可以表示为某个像素(即，像素点)与能够使来自该像素的光束进入人眼的透镜的中心的连线和该透镜的法线之间的夹角；术语“单透镜的最大视场”可以表示为显示面板的边缘像素与能够使来自该边缘像素的光束进入人眼的透镜的中心的连线和该透镜的法线之间的夹角。

在本公开的实施例中，提供一种近眼显示面板，其能够增大基于透镜阵列的光场成像的视场。

图5示意性示出根据本公开的一些实施例的近眼显示面板的截面图。如图5所示，该近眼显示面板包括球面显示部件51，以及位于球面显示部件51的出光侧的透镜阵列52，该透镜阵列52包括被布置为球面的多个透镜521，该透镜阵列52与球面显示部件51具有共同的球心O。每个透镜521与球面显示部件51之间的距离被配置为使得从球面显示部件51的每个像素点发出的光束通过透镜521后变为准直光束。根据本公开的实施例，球面显示部件51包括本领域公知的各种显示部件，例如，包括但不限于，液晶显示部件、OLED显示部件、电泳显示部件等等。

本领域技术人员可以理解，在本公开的一些实施例中，具有不大于预定准直度(即，发散角)的光束都可以被称为“准直光束”。作为示例，准直度小于0.505°的光束都可以被认为是准直光束。

另外，如上所述，在本公开的一些实施例中，在球面显示部件51和透镜阵列52之间不设置任何其他部件(它们之间为空气层)的情况下，可以将球面显示部件51设置在透镜阵列52的焦平面上；在球面显示部件51和透镜阵列52之间具有任何其他部件(例如基板等)的情况下，球面显示部件51设置在透镜阵列52的等效焦平面上，该等效焦平面位于使得从球面显示部件51的每个像素点发出的光束通过透镜后变为准直光束的位置处。

在示例的实施例中，为了获得较好的显示效果，球面显示部件51和透镜阵列52可以被设计为使得在使用状态下它们的共同球心基本上位于用户的瞳孔位置。

需要说明的是，在本公开的一个或多个实施例中，“球面”是指具有球形轮廓的广义上的球面，其可以包括整体圆滑的表面的情况，也可以包括具有局部不平滑的表面的情况，例如由多个平面拼接而成的具有球形轮廓的面。

在本公开的一些实施例中，通过将近眼显示面板的显示部件和透镜阵列设计为具有一定弧度的球面轮廓，可以增大近眼显示面板的成像视场。

在本公开的一个或多个实施例中，球面显示部件可以由多个子显示部件拼接而成。

图6示意性示出根据本公开的一些实施例的另一近眼显示面板的截面图。如图6所示，该近眼显示面板51可以由多个子显示部件511拼接而成，每个子显示部件511为平面结构，并且各个子显示部件511的顶点位于第一球面61上。在该实施例中，透镜阵列52包括与多个子显示部件511一一对应的多个单元阵列522，各个单元阵列522的顶点位于第二球面62上。在本公开的实施例中，每个单元阵列522包括多个透镜。

在本公开的一些实施例中，每个单元阵列522与相应的子显示部件511可以具有相同的形状。在这种情况下，每个单元阵列522中包含的多个透镜也被布置为平面结构，以使得子显示部件511位于相应的单元阵列522中的每个透镜的等效焦平面处。通过这种配置，从像素点出射的光束经过单个透镜后可以形成基本上准直的光束，从而满足光场成像的要求。

如上所述，透镜阵列52与球面显示部件51具有共同的球心，因此，第二球面62和第一球面61具有共同的球心。作为示例，可以设计第一球面61和第二球面62的曲率，使得在使用状态下它们的球心O基本上位于瞳孔的位置，从而使得各个子显示部件511的成像视场满足单透镜的成像能力，并且各个子显示部件511的成像视场可以拼接以形成整个拼接显示部件的成像视场(ω1、ω2、ω3)，进而可以增大整个近眼显示面板的成像视场(ω＝ω1+ω2+ω3)。

在示例的实施例中，各个子显示部件511可以具有多边形形状。作为示例，每个子显示部件511的边数可以大于或等于4。

在本公开的一些实施例中，子显示部件的边长取决于各个子显示部件的视场以及球面显示部件的半径；相邻子显示部件之间的夹角可以取决于各个子显示部件的视场角。

以下结合附图7-11说明根据本公开的实施例的两个示例的球面显示部件的配置。

图7示意性示出在本公开的一些实施例中的示例的球面显示部件的顶视图。如图7所示，该近眼显示面板的球面显示部件51可以包括一个正六边形子显示部件1和拼接到正六边形子显示部件的周围的六个等腰梯形子显示部件2。

图8是用于计算图7所示的球面显示部件的各个子显示部件的边长的示意图。如图8所示，一个正六边形子显示部件和六个等腰梯形子显示部件拼接形成的立体结构是六棱台，该六棱台的顶点位于以O为球心的球面上。六棱台的顶面和底面均为正六边形。正六边形子显示部件相对于球面显示部件的球心的视场角α等于等腰梯形子显示部件相对于该球心O的视场角(例如，20°)，因此六棱台的底面正六边形边长是顶面正六边形边长的2倍。A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆为顶面正六边形的顶点，A₀为顶面正六边形外接圆的圆心，B₁、B₂、B₃、B₄、B₅、B₆为底面正六边形的顶点，并且B₀为底面正六边形外接圆的圆心，则有B₁B₂＝2A₁A₂。

球面显示部件的半径(观看距离，即在使用状态下，人眼距球面显示部件的距离)为r，正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的视场角为α。

如图7和8所示，正六边形子显示部件的边长A₁A₂和等腰梯形子显示部件的顶边的边长相等，并满足关系式：

A₁A₂＝rsinα (1)

等腰梯形子显示部件的底边边长B₁B₂满足关系式：

B₁B₂＝2rsinα (2)

根据几何关系，并且∠B₁OA₁＝∠B₁OB₀-α，由此可得，等腰梯形子显示部件的腰长A₁B₁满足关系式：

图9A为用于计算图7所示的实施例中的正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的夹角的示意图。图9B为正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的夹角的正面视图。如图9A和9B所示，∠A₀EF等效为正六边形屏与等腰梯形屏的夹角。根据图9A和9B所示的几个关系，可以得到以下关系式：

OA₀＝rcosα (5)

根据关系式(5)-(8)，可导出正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的夹角∠A₀EF满足关系式：

图10A示出了用于计算图7所示的实施例中的相邻两个等腰梯形子显示部件的夹角的辅助参数；图10B是图10A中A₁A₂B₂B₁面的正视图；以及图10C是图10A中A₂A₆B₆B₂面的正视图。如图10A、图10B、图10C所示，∠C₂A₁C₆为相邻两个等腰梯形子显示部件之间的夹角。根据图10A、图10B、图10C中所示的几何关系可得到以下关系式：

根据上式(15)、(18)和(19)可计算出相邻两个等腰梯形之间的夹角∠C₂A₁C₆。

在图7所示的实施例中，近眼显示面板的总视场FOA₁等于由一个正六边形子显示部件和六个等腰梯形子显示部件拼接而成的球面显示部件的总视场，其可以由以下关系式得出：

在各个子显示部件的视场为20°的情况下，根据式(20)，由一个正六边形子显示部件和六个等腰梯形子显示部件拼接而成的球面显示部件的总视场可以达到40.64°。

表1中列出了对于观看距离分别为r＝22mm和r＝33mm，以及各个子显示部件的视场20°时，图7所示的实施例中球面显示部件的各个子显示部件的示例的参数。

表1

应理解，在上述表1中，子显示部件的尺寸是显示部件上的任意两个点之间的最大距离。

图11示意性示出在本公开的一些实施例中的另一示例的近眼显示面板的顶视图。如图11所示，该近眼显示面板的球面显示部件可以包括一个正五边形子显示部件3和拼接到正五边形子显示部件3的周围的五个正六边形子显示部件4。在图11所示的实施例中，该正五边形子显示部件3的边长a与该正五边形子显示部件3的视场角α₁满足关系式：

α₁＝2arcsin(1.618a/2r) (21)

该正六边形子显示部件4的边长等于该正五边形子显示部件3的边长，且该正六边形子显示部件4的视场角满足α₂关系式：

α₂＝2arcsin(a/r) (22)

由该正五边形子显示部件3和该五个正六边形子显示部件4拼接而成的该球面显示部件的总视场角FOA₂(即，近眼显示面板的总视场角)满足关关系式：

FOA₂＝2arcsin(1.732a/2r)+2arcsin(1.539a/2r)+2arcsin(a/2r) (23)

在式(21)至(23)中，r为球面显示部件的半径。

表2中列出了对于观看距离分别为r＝22mm和r＝33mm时，图11所示的实施例中球面显示部件的各个子显示部件的示例的参数。

表2

在各个子显示部件的边长与观看距离满足a/r＝0.412的情况下，根据式(21)可得正五边形子显示部件的视场角α₁＝38.9°；根据式(22)可得正六边形子显示部件的视场角α₁＝48.6°；根据式(23)可得球面显示部件的总视场角为102.6°。

以下结合附图12-15说明透镜阵列的设计参数。

图12为根据本公开的一些实施例的用于计算透镜阵列的设计参数的示意图。如图12所示，P表示球面显示部件的像素节距；Φ表示人眼的瞳孔直径；N表示通过单个透镜能够进入单只眼的光束对应的像素数(也称单透镜的视图数)；L表示观看距离，即，人眼与透镜阵列之间的距离；n表示透镜阵列的折射率；f表示透镜的焦距；r’表示透镜的曲率半径；t表示透镜的放置高度，即，透镜阵列和球面显示部件(特别地，球面显示部件的像素面)之间的实际距离；D表示每个透镜的口径。

如上已经描述的，在本公开的实施例中，在透镜阵列52和球面显示部件51间没有其他部件(即，透镜阵列52和球面显示部件51之间为空气层)的情况下，透镜的放置高度t基本上等于透镜的焦距。然而，实际上，在透镜阵列52和球面显示部件51之间通常还设置有其他的部件(例如基底)，在这种情况下，为了使得从球面显示部件51的每个像素点发出的光束通过透镜后变为准直光束，需要透镜的放置高度t等于透镜的等效焦距。

在图12中，“等效空气层像素面”表示在透镜和球面显示部件之间为空气层的情况下，为了使球面显示部件的每个像素点发出的光束通过所述透镜后变为准直光束，球面显示部件的像素面所处的位置。通常，“等效空气层像素面”位于透镜的在空气中的焦平面处。

根据图12中的几何关系以及光学成像关系，可以得出：

由式(24)和(25)可以导出透镜的焦距f：

透镜的曲率半径r’可以表示为：

r'＝(n-1)f (27)

由式(26)和(27)可以导出透镜的曲率半径r’：

当透镜阵列和球面显示部件之间的部件的折射率等于透镜的折射率的情况下，透镜的放置高度t可以通过如下等式计算：

本领域技术人员可以理解，当人眼的眼球转动时，通过透镜进入人眼光束对应的像素数会产生变化。图13示意性示出在本公开的一些实施例中的随着眼球转动，通过单个透镜进入人眼的像素数的变化。如图13所示，进入人眼的完整像素数产生N＝N→N-1→N→N-1的交替变化，这会导致光场所成图像的灰阶随眼球的转动发生变化，从而产生图像跳变感。通常，人眼对比度分辨率极限值为0.026，因此人眼移动时，当最大灰阶亮度与最小灰阶亮度形成的对比度小于0.026时，人眼不会察觉出有明暗变化现象。即：

由式(30)可导出N≥19.73。在本公开的一些实施例中，N可以被设计为：N≥20。

图14为在球面显示部件的视场为120°的情况下用于获取最小观看距离的示意图。如图14所示，通常，人眼的睫毛的长度范围为6-12mm，因此观看距离L≥20mm。这样，在佩戴时，只要眼长轴的不超过32mm，人眼的睫毛不会接触到观看物体。图15在球面显示部件的视场为120°的情况下用于获取最大观看距离的示意图。如图15所示，通常人眼的两个瞳孔之间的距离的范围为58-64mm，为了使得佩戴在双眼前方的两个球面显示部件的图像不产生相互干涉，则观看距离L可以被设计为：L≤33.4873mm。

因此，在本公开的一些实施例中，20mm≤L≤33.4873mm。

需要说明的是，在本文中，在眼睁开的时候，眼睛类似椭圆形，该类椭圆形的长轴即为上面描述的“眼长轴”。

表3中列出一种透镜阵列的设计实例。

表3

如本文已经描述的，球面显示部件51可以由多个子显示部件511拼接而成。由于各个子显示部件511具有边框，拼接后会在两个子显示部件之间形成拼接部(也称为拼缝)161。该拼接部通常是不透明的且不具有像素，因此不能正常显示图像。图16示意性示出在本公开的一些实施例中的拼接的两个子显示部件511之间的拼接部。如图16所示，由于拼接的两个子显示部件511之间存在不能正常显示图像的拼接部，所以在显示时，在光场像面162的对应于拼接部161的位置处形成一定宽度的显示暗区163。

在本公开的一些实施例中，近眼显示面板还可以包括位于拼接的球面显示部件和透镜阵列之间的多个调光元件，调光元件与拼接部一一对应，拼接部位于调光元件在球面显示部件上的投影内，并且每个调光元件的折射率沿朝向相应拼接部的中心的方向逐渐增大。通过在拼接部处设置调光元件，可以将拼接部附近的光引导到拼接部，并从拼接部出射，因此，在拼接部处也可以显示图像。

在本公开的示例的实施例中，多个调光元件被形成为一体。作为示例，多个调光元件可以被形成为周期性变化的折射率的基板，基板的每个周期对应拼接的球面显示部件的一个拼接部，在每个周期内，折射率从两边向中间逐渐增大。

图17为在本公开的一些实施例中的调光元件将光引导到球面显示部件的拼接部并拼接部出射的示意图；图18调光元件相对于拼接部的折射率分布的示意图。如图17和18所示，调光元件181的折射率n₁＜n₂＜n₃…，光束由光疏介质到光密介质传播，在调光元件中折射的光线与调光元件181和拼接部161之间的界面的法线的夹角逐渐减小，使得出射光线的反向延长线相交于拼接部161，因此在感观上认为拼接部也存在图像。

在本公开的另一方面，公开一种近眼显示装置。可选地，该近眼显示装置可以包括根据本公开的近眼显示面板，诸如根据上面详细公开的一个或多个实施例的近眼显示面板。因此，对于该近眼显示装置的可选实施例，可以参考近眼显示面板的实施例。

图19示意性示出根据本公开的一些实施例的示例的近眼显示装置的框图。如图19所示，该近眼显示装置1900可以包括近眼显示面板1901。

本领域技术人员可以理解，除了近眼显示面板1901之外，根据本公开的近眼显示装置根据需要还可以包括其他部件或组件，诸如图像处理装置、存储装置等。还可以理解，图像处理装置和存储装置可以是独立于近眼显示面板的独立的部件，也可以集成到近眼显示面板中。

以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本公开，并且所有这些修改都包含在本公开的范围内。

Claims (17)

1.一种近眼显示面板，包括：

球面显示部件，以及

位于所述球面显示部件的出光侧的透镜阵列，所述透镜阵列中的透镜被布置为球面，所述透镜阵列与所述球面显示部件具有共同的球心，每个透镜与所述球面显示部件之间的距离被配置为使得从所述球面显示部件的每个像素点发出的光束通过所述透镜后变为准直光束。

2.根据权利要求1所述的近眼显示面板，其中，所述球面显示部件由多个子显示部件拼接而成。

3.根据权利要求2所述的近眼显示面板，其中，所述多个子显示部件中的每一个为平面结构，并且各个子显示部件的顶点位于第一球面上，所述透镜阵列包括与所述多个子显示部件一一对应的多个单元阵列，各个单元阵列的顶点位于第二球面上，所述第一球面和所述第二球面具有共同的球心。

4.根据权利要求3所述的近眼显示面板，其中，所述子显示部件具有多边形形状。

5.根据权利要求4所述的近眼显示面板，其中，所述子显示部件的边数大于或等于4。

6.根据权利要求5所述的近眼显示面板，其中，所述子显示部件的边长取决于各个子显示部件的视场以及所述球面显示部件的半径；以及相邻所述子显示部件之间的夹角取决于各个子显示部件的视场角。

7.根据权利要求6所述的近眼显示面板，其中，所述球面显示部件包括一个正六边形子显示部件和拼接到所述正六边形子显示部件的周围的六个等腰梯形子显示部件。

8.根据权利要求7所述的近眼显示面板，其中，所述正六边形相对于所述球心的视场角等于所述等腰梯形相对于所述球心的视场角，

所述正六边形子显示部件的边长A₁A₂和所述等腰梯形子显示部件的顶边边长相等，并满足关系式：

A₁A₂＝rsinα；

所述等腰梯形子显示部件的底边边长B₁B₂满足关系式：

B₁B₂＝2rsinα；

所述等腰梯形子显示部件的腰长A₁B₁满足关系式：

所述正六边形子显示部件和所述等腰梯形子显示部件之间的夹角∠A₀EF满足关系式：

相邻两个等腰梯形子显示部件之间的夹角∠C₂A₁C₆满足关系式：

其中，

r为所述球面显示部件的半径，α为所述正六边形子显示部件和等腰梯形子显示部件的视场角。

9.根据权利要求8所述的近眼显示面板，其中，所述球面显示部件的总视场角FOA₁满足关系式：

10.根据权利要求6所述的近眼显示面板，其中，所述球面显示部件包括一个正五边形子显示部件和拼接到所述正五边形子显示部件的周围的五个正六边形子显示部件。

11.根据权利要求9所述的近眼显示面板，其中，所述正五边形子显示部件的边长a与所述正五边形子显示部件的视场角α₁满足关系式：

α₁＝2arcsin(1.618a/2r)；

所述正六边形子显示部件的边长等于所述正五边形子显示部件的边长，且所述正六边形子显示部件的视场角满足α₂关系式：

α₂＝2arcsin(a/r)；

所述球面显示部件的总视场角满足关关系式：

FOA₂＝2arcsin(1.732a/2r)+2arcsin(1.539a/2r)+2arcsin(a/2r)，

其中r为所述球面显示部件的半径。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的近眼显示面板，其中，

所述透镜的焦距f满足关系式：

所述透镜的曲率半径r’满足关系式：

所述透镜距所述曲面显示部件的距离t满足关系式：

所述透镜的口径D满足关系式：

其中，P表示所述显示部件的像素节距；Φ表示人眼瞳孔直径；N表示通过单个透镜能够进入单只眼的光束对应的像素数；L表示观看距离；Z表示成像景深；n表示所述透镜的折射率。

13.根据权利要求12所述的近眼显示面板，其中，N≥20。

14.根据权利要求12所述的近眼显示面板，其中，20mm≤L≤33.4873mm。

15.根据权利要求2所述的近眼显示面板，还包括位于所述球面显示部件和所述透镜阵列之间的多个调光元件，其中，相邻两个子显示部件之间具有拼接部，所述调光元件与所述拼接部一一对应，所述拼接部位于所述调光元件在所述球面显示部件上的投影内，并且每个调光元件的折射率沿朝向相应拼接部中心的方向逐渐增大。

16.根据权利要求15所述的近眼显示面板，其中，所述多个调光元件被形成为一体。

17.一种近眼显示装置，包括权利要求1至16中任一项所述的近眼显示面板。