CN111624774B - 增强现实显示光学系统及显示方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种增强现实显示光学系统及显示方法，包括图像编码器获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV激光器；UV准直激光器接收图像编码器的编码信息，并根据编码信息向显示屏幕发射UV激光；显示屏幕上阵列分布有多个像素块，每个像素块包括量子点发光层，量子点发光层远离人眼观测位置的一侧设有反光层，靠近人眼观测位置的一侧设有微透镜层。根据本申请实施例提供的技术方案，通过受图像编码器的控制，发射UV激光，该UV激光按照要求进行频率的变化和方向的改变照射不同的像素块，形成不同的信息，多个像素块的信息进行拼接，汇聚到观察者的眼睛中形成整个需要显示的图像。
Description
技术领域
本发明一般涉及增强现实领域，尤其涉及增强现实显示光学系统及显示方法。
背景技术
随着科技的发展，增强现实显示技术在军事，工业，和个人消费方向都将有着重要的应用，也很有可能成为下一代主流显示手段。但是目前的增强现实显示的光学系统，即AR(Augmented Reality，增强现实)光学系统，普遍存在体积巨大，光效能低的特点，这就严重制约了AR显示技术的实际应用。
常规的AR光学系统按照光学原理举例，主要有：自由曲面棱镜式，显示屏光纤经过自由曲面棱镜的多次反射最终被人眼接受，这种方案一般棱镜厚度和体积较大，难以实现轻薄的眼镜显示；另外代表性的还有光波导式，显示屏的光线经过光学系统准直后入射至波导平板内，经过微结构的作用可实现光线在波导内的方向折转和耦合出射，实现出瞳扩展，这种方式虽然镜片较薄，但是光线经过微结构多次折转和传播后，最终入射至人眼的光亮度很低，光能利用率较低。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种增强现实显示光学系统及显示方法。
第一方面，提供一种增强现实显示光学系统，包括图像编码器和UV准直激光器，所述图像编码器用于获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV准直激光器，所述编码信息至少包括扫描方向、扫描频率和扫描角度；
所述UV准直激光器用于接收所述图像编码器的编码信息，并根据所述编码信息向显示屏幕发射UV激光；
和显示屏幕，所述显示屏幕上阵列分布有多个像素块，每个所述像素块包括量子点发光层，所述量子点发光层远离人眼观测位置的一侧设有反光层，靠近人眼观测位置的一侧设有微透镜层。
第二方面，提供一种增强现实显示光学系统的显示方法，包括步骤：图像编码器获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV激光器，所述编码信息至少包括扫描方法、扫描频率和扫描角度；
UV准直激光器接收编码信息，并发射设定频率的UV激光至每个像素块，每个所述像素块接收所述UV激光并进行显示。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过受图像编码器的控制，发射UV激光，该UV激光按照要求进行频率的变化和方向的改变照射不同的像素块，形成不同的信息，多个像素块的信息进行拼接，汇聚到观察者的眼睛中形成整个需要显示的图像；采用像素级的微透镜层、量子点发光层和反光层，能够实现高亮度和高色域的显示。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实施例中增强现实显示光学系统结构示意图；
图2为本实施例中像素块结构示意图；
图3为本实施例中光学系统原理示意图；
图4为本实施例中显示方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1和图2，本实施例提供一种增强现实显示光学系统，包括图像编码器1和UV准直激光器2，所述图像编码器1用于获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV准直激光器2，所述编码信息至少包括扫描方向、扫描频率和扫描角度；
所述UV准直激光器2用于接收所述图像编码器1的编码信息，并根据所述编码信息向显示屏幕3发射UV激光；
和显示屏幕3，所述显示屏幕3上阵列分布有多个像素块4，每个所述像素块4包括量子点发光层43，所述量子点发光层43远离人眼观测位置5的一侧设有反光层41，靠近人眼观测位置5的一侧设有微透镜层42。
本实施例通过受图像编码器的控制，UV准直激光器发射UV激光，该UV激光按照要求进行频率的变化和方向的改变照射不同的像素块，形成不同的信息，多个像素块的信息进行拼接，汇聚到观察者的眼睛中形成整个需要显示的图像；采用像素级的微透镜层、量子点发光层和反光层，能够实现高亮度和高色域的显示。
本实施例的显示屏幕包括阵列分布的像素块，图1中仅仅进行了示意，实际上包括多个像素块形成的阵列，每个像素块显示一个角度的图像信息，但所有像素阵列均进行图像信息的显示时，能够形成一个完整的需要显示的图像，并且像素块进行排列的阵列方式也可以多样化，可以形成格子型的排列方式，或者岛型的结构，根据实际需要进行设置即可；
同时，本实施例中的像素块4依次包括微透镜层41、量子点发光层43和反光层42，采用UV激光激发不同颜色的量子点，进而发出特定颜色波长的光，设置在量子点发光层后的反光层能够将光线进行反射，一方面保证需要进行显示的图像信息不被泄漏，只向人眼观测位置进行显示，另一方面，被反光层反射回来的光能够再次进行利用，增加了整个光学系统的光利用率；同时通过微透镜层将量子点受激发后发射的光进行准直聚焦，向人眼所在的方向发射，保证形成的图像信息比较清晰。
进一步的，所述量子点发光层43包括顺次排列的红色量子点431、绿色量子点432和蓝色量子点433。
如图2所示，每个像素块的量子点发光层均包括红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点，通过该三色量子点发光进行图像信息的显示，同时，本实施例中采用UV激光对量子点进行激发。
进一步的，相邻所述量子点之间设有间隙。
本实施例中需要保护的是增强现实的光学系统，在进行图像显示的同时还不能影响使用者对现实环境的观察，因此，本实施例中将相邻的量子点之间设置一定的间隙，不进行黑矩阵的设置，保证增强显示显示和外界交互功能能够同时实现。
进一步的，所述微透镜层42包括阵列分布的多个微透镜，每个所述微透镜对应一个所述量子点设置。
如图2和图3所示，本实施例中设置的微透镜层采用多个微透镜组成，每个所述微透镜对应一个量子点，使得每个量子点在发光的时候，通过与之对应的微透镜将每个量子点发出的光进行准直聚焦，使得图像显示具有更好的效果。本实施例中的反光层可以制备成一整层的结构，也可以制备成多个反光层排列的结构，图2中示出的是设置了多个反光层，多个反光层同层设置，每个量子点对应一个反光层结构，上述两种情况均可进行使用。
进一步的，所述显示屏幕3距离人眼观测位置5的距离不大于250mm。
本实施例中为了不影响使用者对于现实环境的观察，不影响使用者对外界环境的感受，将显示屏幕设置在距离人眼250mm之内，该显示屏幕设置在人眼明视距离以内，配合较小的尺寸，完全排除该显示屏幕对人眼观看外界环境的影响，保证增强现实显示与外界交互的功能。
进一步的，所述扫描方向为横扫描或者列扫描。
本实施例中通过UV准直激光器对阵列分布的像素块进行扫描，实现图像的显示，可以采用横扫描或者列扫描的方式进行，该扫描方式易于实施，且能够保证阵列分布的像素块均能被扫描到，很难出现遗漏的情况。
如图4所示，本实施例还提供一种增强现实显示光学系统的显示方法，包括步骤：图像编码器获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV激光器，所述编码信息至少包括扫描方法、扫描频率和扫描角度；
UV准直激光器接收编码信息，并发射设定频率的UV激光至每个像素块，每个所述像素块接收所述UV激光并进行显示。
本实施例中首先对图像进行编码，将图像变成可供UV准直激光器接收的信号，随后UV准直激光器根据编码信息对像素块进行扫描激发，每个像素块显示出当前视场角的图像信息，当所有像素块均被扫描激发后，所有的图像信息汇聚到人眼，形成不同视场角图像信息的拼接，观察者能够看到整个图像的信息。
其中，图像的编码信息至少包括扫描方法、扫描频率和扫描角度，该扫描方法即为横向扫描或者列扫描，该扫描角度即是每个像素块对应的角度，在此称为视场角，不同视场角的像素块进行显示，所有视场角的图像进行拼接，形成需要显示的图像信息；同时，为了保证观察者在观看图像时能有一个完整的图像信息，需要控制该扫描频率在120Hz以上，保证整个图像的完整性。
进一步的，所述“发射设定频率的UV激光至每个像素块”具体为：所述UV准直激光器按照预定方向依次扫描所述像素块，并对每个像素块发射设定频率的UV激光。
进一步的，所述预定方向为横向或者列向。
本实施例中进行显示具体为：某一频率的UV激光束经过像素级微透镜层被发散，进而照射像素级量子点发光层，量子点被激发进而发出特定颜色波长的光；像素级反光层将光线反射；这些由量子点受激发射的光经过微透镜层的准直聚焦作用，向人眼方向发射，形成带有第一视场角信息的光束，被人眼接收；
经过图像编码器调制的对应下一个视场角的另一频率的UV激光束，经过像素级微透镜层，像素级量子点发光层，像素级反光层后，形成带有第二视场角信息的光束，被人眼接收；
以此类推，其他方向的光束，汇聚到人眼，最终实现了视场拼接，观察者可以看到整个画面，该扫描方向可以是横向或者列向。
本实施例提供的增强现实显示光学系统一般为眼镜结构，将显示屏幕设置在眼镜的镜片上，UV准直激光器设置在眼镜的镜腿上，能够增强现实显示和外界交互功能的实现，不影响人眼观看外界环境的同时，实现增强现实显示的功能。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (6)
1.一种增强现实显示光学系统，其特征在于，包括图像编码器和UV准直激光器，所述图像编码器用于获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV准直激光器，所述编码信息至少包括扫描方向、扫描频率和扫描角度；
所述UV准直激光器用于接收所述图像编码器的编码信息，并根据所述编码信息向显示屏幕发射UV激光；
和显示屏幕，所述显示屏幕上阵列分布有多个像素块，每个所述像素块包括量子点发光层，所述量子点发光层远离人眼观测位置的一侧设有反光层，靠近人眼观测位置的一侧设有微透镜层，所述量子点发光层包括顺次排列的红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点，相邻所述红色量子点、所述绿色量子点和所述蓝色量子点之间设有间隙，所述微透镜层包括阵列分布的多个微透镜，每个所述微透镜对应一个所述红色量子点或者所述绿色量子点或者所述蓝色量子点设置，相邻的两个微透镜之间间隔设置；
所述增强现实显示光学系统为眼镜，所述显示屏幕设置在所述眼镜的镜片上，所述UV准直激光器设置在所述眼镜的镜腿上。
2.根据权利要求1所述的增强现实显示光学系统，其特征在于，所述显示屏幕距离人眼观测位置的距离不大于250mm。
3.根据权利要求1所述的增强现实显示光学系统，其特征在于，所述扫描方向为横扫描或者列扫描。
4.一种权利要求1-3任一所述的增强现实显示光学系统的显示方法，其特征在于，包括步骤：图像编码器获取需要显示的图像并将图像进行编码处理，将编码信息发送至UV激光器，所述编码信息至少包括扫描方法、扫描频率和扫描角度；
UV准直激光器接收编码信息，并发射设定频率的UV激光至每个像素块，每个所述像素块接收所述UV激光并进行显示。
5.根据权利要求4所述的显示方法，其特征在于，所述“发射设定频率的UV激光至每个像素块”具体为：所述UV准直激光器按照预定方向依次扫描所述像素块，并对每个像素块发射设定频率的UV激光。
6.根据权利要求5所述的显示方法，其特征在于，所述预定方向为横向或者列向。
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