CN112987295B - 近眼显示装置和虚拟/增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种近眼显示装置和虚拟/增强现实设备。近眼显示装置包括基底、设置在所述基底上的组合微透镜阵列以及位于所述基底远离眼睛一侧的像素岛阵列，所述组合微透镜阵列包括多个间隔设置的组合微透镜，所述像素岛阵列包括多个间隔设置的像素岛，每个像素岛对应于一个组合微透镜，所述像素岛设置在所对应的组合微透镜的焦点处；所述组合微透镜包括设置在所述基底朝向眼睛一侧表面上的第一微透镜和设置所述第一微透镜与像素岛之间的附加微透镜。本发明通过设置组合微透镜阵列，使得像素岛边缘部分的像素点能够形成有效视场，提高了每个透镜视场角下像素点的个数，在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高显示分辨率。

Description

近眼显示装置和虚拟/增强现实设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种近眼显示装置和虚拟/增强现实设备。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)及增强现实(Augmented Reality，AR)设备已逐步应用到显示、游戏、医疗等领域，用于实现VR/AR的近眼显示技术受到越来越多的关注和研究。近眼显示是一种使得观看者能够看清距离眼睛很近的内容的显示技术，利用光学系统将显示内容成像在眼睛的聚焦范围内，使眼睛能够看清显示内容。

传统的近眼显示装置通常采用微显示器和单透镜结构，由于现有工艺水平很难提高微显示器的分辨率，且受单个透镜相对孔径条件的限制，体积和重量较大，难以满足轻薄化要求。目前，相关技术提出了采用微透镜阵列和像素岛阵列组合实现近眼拼接成像的方案，但近眼显示分辨率较低，离实用性较远。

因此，如何在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高近眼显示分辨率，是本领域丞待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是，提供一种近眼显示装置和虚拟/增强现实设备，以解决现有近眼显示分辨率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种近眼显示装置，包括基底、设置在所述基底上的组合微透镜阵列以及位于所述基底远离眼睛一侧的像素岛阵列，所述组合微透镜阵列包括多个间隔设置的组合微透镜，所述像素岛阵列包括多个间隔设置的像素岛，每个像素岛对应于一个组合微透镜，所述像素岛设置在所对应的组合微透镜的焦点处；所述组合微透镜包括设置在所述基底朝向眼睛一侧表面上的第一微透镜和设置所述第一微透镜与像素岛之间的附加微透镜。

可选地，还包括设置在所述基底与像素岛之间的平坦化层；所述附加微透镜为多个第二微透镜，所述多个第二微透镜设置在所述基底朝向像素岛一侧的表面上，所述平坦化层覆盖所述第二微透镜。

可选地，所述多个第二微透镜相对于所述第一微透镜的视线轴对称设置，所述第一微透镜的视线轴为眼睛中心、第一微透镜中心和像素岛中心之间的连线。

可选地，所述第一微透镜和多个第二微透镜均为凸透镜，所述第二微透镜的曲率半径小于第一微透镜的曲率半径，所述第二微透镜的孔径小于第一微透镜的孔径。

可选地，所述第一微透镜的孔径为0.7mm～1.0mm，所述第二微透镜的孔径为第一微透镜的孔径的10％～50％。

可选地，还包括辅助基底、设置在所述基底与辅助基底之间的辅助平坦化层以及设置在所述辅助基底与像素岛之间的平坦化层；所述附加微透镜为一个第三微透镜，所述第三微透镜设置在所述辅助基底朝向第一微透镜一侧的表面上，所述辅助平坦化层覆盖所述第三微透镜。

可选地，所述第三微透镜的中心位于所述第一微透镜的视线轴上，所述第一微透镜的视线轴为眼睛中心、第一微透镜中心和像素岛中心之间的连线。

可选地，所述第一微透镜为凸透镜，所述第三微透镜为凹透镜，所述第二微透镜的孔径等于第一微透镜的孔径。

可选地，还包括设置在所述基底上的辅组合微透镜阵列，以及位于所述基底远离眼睛一侧的辅像素岛阵列；所述辅组合微透镜阵列包括多个间隔设置的辅组合微透镜，每个辅组合微透镜设置在两个相邻的组合微透镜之间；所述辅像素岛阵列包括多个间隔设置的辅像素岛，每个辅像素岛设置在两个相邻的像素岛之间；每个辅像素岛对应于一个辅组合微透镜，每个辅像素岛设置在相应辅组合微透镜的焦点处。

可选地，所述辅组合微透镜与相邻的组合微透镜的尺寸和光学参数相同，所述辅像素岛与相邻的像素岛的尺寸和颜色相同，眼睛中心、辅组合微透镜中心和辅像素岛中心共线，所述辅像素岛发出的光线经所述辅组合微透镜后进入眼睛的角度，与相邻的像素岛发出的光线经所述组合微透镜后进入眼睛的角度相同。

本发明实施例还提供了一种虚拟/增强现实设备，包括前述的近眼显示装置。

本发明实施例所提供的近眼显示装置和虚拟/增强现实设备，通过设置组合微透镜阵列，使得像素岛边缘部分的像素点能够形成有效视场，提高了每个透镜视场角下像素点的个数，在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高显示分辨率，解决了现有近眼显示分辨率较低的问题。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

图1为现有近眼显示装置的结构示意图；

图2为近眼显示的原理图；

图3为本发明实施例近眼显示装置结构示意图；

图4为本发明组合微透镜第一实施结构的示意图；

图5为本发明组合微透镜第一实施结构的工作原理图；

图6为本发明组合微透镜第一实施结构的仿真示意图；

图7为本发明组合微透镜第二实施结构的示意图；

图8为本发明近眼显示装置另一种实施结构的示意图；

图9为本发明近眼显示装置另一种实施结构的工作原理图。

附图标记说明:

10—基底； 20—微透镜阵列； 30—像素岛阵列；

40—组合微透镜阵列； 50—平坦化层； 60—辅助平坦化层；

11—辅助基底； 31—主像素岛阵列； 32—辅像素岛阵列；

41—第一微透镜； 42—第二微透镜； 43—第三微透镜；

44—主组合微透镜阵列； 45—辅组合微透镜阵列； 100—眼睛；

200—虚像面； 300—像素岛。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。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任意组合。

图1为现有近眼显示装置的结构示意图，图2为近眼显示的原理图。拼接成像型近眼显示的原理是采用视场拼接，利用微透镜阵列和像素岛阵列组合实现近眼拼接成像。如图1所示，拼接成像型近眼显示装置的主体结构包括基底10、微透镜阵列20和像素岛阵列30，微透镜阵列20设置在基底10邻近眼睛100的一侧，像素岛阵列30设置在基底10远离眼睛100的一侧。其中，微透镜阵列20包括多个微透镜，像素岛阵列30包括多个像素岛，每个像素岛都对应于一个微透镜，像素岛位于微透镜的焦点处。每个像素岛相当于一块微小的显示屏，多个像素岛可以按照眼睛100的观看需求排布。对于观看者要观看的完整画面，每个像素岛只显示该完整画面中一部分图像。像素岛显示的一部分图像经微透镜入射到观看者的眼睛100时，由于像素岛的设置位置是对应微透镜的一倍焦距内或焦点处，该图像会在眼睛100前某一景深处形成放大的虚像200，通过设计像素岛和微透镜的位置排布，可以使所有像素岛的虚像形成在同一景深处。这样，所有像素岛的图像形成的虚像200可以在同一景深处拼接成完整的虚像，实现视场拼接。

实现视场拼接时，需要相邻像素岛的边缘发出的光线进入眼睛时的角度相同。如图2所示，对于相邻的像素岛P₀和P₁，像素岛P₀的上边缘发出的光线经过对应微透镜产生进入眼睛的平行光的角度，要等于像素岛P₁的下边缘发出的光线经过对应微透镜产生的进入眼睛的平行光的角度。这是因为，对于微透镜和像素岛集合中的一个子集合(一个子集合包括多个像素岛)，如果它们均能产生一束某一角度的光线(如0°)，且这些光线均可以进入眼睛瞳孔，则这些光线对于眼睛而言，产生的是同一虚像点(如0°视场对应的无限远处的虚像点)。

视场拼接显示时，分辨率定义为眼睛的角分辨率α，为每个像素点对眼睛的张角，角分辨率α越小，即分辨能力越强，近眼显示分辨率越高。如图1所示，眼睛到微透镜的距离(也称之为出瞳距)为L，微透镜到显示面板的距离(也称之为放置高度)为H，相邻微透镜之间的中心间距为D，像素岛的尺寸为m*m，像素岛内包含的像素数为n*n，则角分辨率α为：

α＝2*arctan(m/2n(L+H))

从角分辨率公式可以看出，视场拼接显示的分辨率与像素点的大小m/n、放置高度H以及出瞳距L有关。因此，提高视场拼接显示的分辨率，可以采用如下方式：

1、在像素岛尺寸不变的情况下增加子像素的个数n，即相同像素岛尺寸下有更多数量的子像素。

2、增加显示面板的放置高度H。放置高度H是眼睛一侧透镜到像素岛出光面的距离，增加放置高度H可以减小透镜的成像放大倍数，从而提高成像能力。

3、增加出瞳距L。

受现有制备工艺的限制，显示面板的分辨率(Pixels Per Inch，PPI)短期内无法实现量级性的提高，因此通过增加显示面板的分辨率来提高近眼显示分辨率的方式受到很大限制。同时，由于增加放置高度H会增加近眼显示装置的厚度，与轻薄化近眼显示装置的发展方向相悖，因此放置高度H不能过大。作为近眼显示装置，受应用场景的限制，出瞳距通常为18mm～30mm，出瞳距不能过大，否则不利于观看者观看，失去近眼显示的使用价值。

经本申请发明人研究发现，不仅上述因素制约了近眼显示分辨率的提高，而且受限于微透镜的成像能力以及近眼显示装置的轻薄化要求较小的放置高度H，使得微透镜具有很高的放大倍率，放大倍率过高导致仅像素岛中心部分的像素点能够形成有效视场，而像素岛边缘部分的像素点无法利用，最终导致近眼显示的分辨率较低，离实用性较远。

为了在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高显示分辨率，本发明实施例提供了一种近眼显示装置。近眼显示装置包括基底、设置在所述基底上的组合微透镜阵列以及位于所述基底远离眼睛一侧的像素岛阵列，所述组合微透镜阵列包括多个间隔设置的组合微透镜，所述像素岛阵列包括多个间隔设置的像素岛，每个像素岛对应于一个组合微透镜，所述像素岛设置在所对应的组合微透镜的焦点处；所述组合微透镜包括设置在所述基底朝向眼睛一侧表面上的第一微透镜和设置所述第一微透镜与像素岛之间的附加微透镜。

在一个实施结构中，所述附加微透镜为多个第二微透镜，所述多个第二微透镜设置在所述基底朝向像素岛一侧的表面上，所述第一微透镜和多个第二微透镜均为凸透镜。

在另一个实施结构中，所述附加微透镜为一个第三微透镜，所述第三微透镜设置在辅助基底朝向第一微透镜一侧的表面上，所述第一微透镜为凸透镜，所述第三微透镜为凹透镜。

本发明实施例所提供的近眼显示装置，通过设置组合微透镜阵列，使得像素岛边缘部分的像素点能够形成有效视场，提高了每个透镜视场角下像素点的个数，在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高显示分辨率，解决了现有近眼显示分辨率较低的问题。

图3为本发明实施例近眼显示装置结构示意图。如图3所示，近眼显示装置的主体结构包括：基底10，设置在基底10上的组合微透镜阵列40，位于基底10远离眼睛100一侧的像素岛阵列30。其中，基底10用于承载组合微透镜阵列40，并实现光线透射，像素岛阵列30用于显示图像，组合微透镜阵列40用于对像素岛显示的图像进行成像。具体地，像素岛阵列30包括多个间隔设置的像素岛，组合微透镜阵列40包括多个间隔设置的组合微透镜，组合微透镜的排布方式与像素岛的排布方式相同，使得每个像素岛都对应于一个组合微透镜，像素岛设置在所对应的组合微透镜的焦点处。

本发明实施例中，基底10采用透明材料，如玻璃、陶瓷、石英等，还可以使用由硅构成的化合物，如氮化硅Si₃N₄等。为了减小整个近眼显示装置的重量，基底10优选采用较轻的透明材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)，又称为亚克力或有机玻璃。像素岛阵列30用于显示图像，包括多个间隔设置的像素岛，每个像素岛包括多个相同颜色的像素点(一个像素点包括至少一个子像素)，形成一个像素点簇，相当于由像素点簇组成的一块微小的显示屏。对于观看者要观看的完整画面，每个像素岛只显示该完整画面中一部分图像，每个像素岛显示的一部分图像经组合微透镜阵列40形成放大的虚像面200并进行拼接，形成观看者看到的完整画面。像素岛与像素岛之间的间隔作为近眼显示的透明区，用于外部光线的进入。本实施结构中，像素岛阵列30可以是有机发光二极管OLED显示或微发光二极管(micro-LED)显示等。

图4为本发明组合微透镜第一实施结构的示意图。如图3和图4所示，本实施结构中，每个组合微透镜包括第一微透镜41和作为附加微透镜的多个第二微透镜42，第一微透镜41和多个第二微透镜42均为凸透镜，一个第一微透镜41设置在基底10朝向眼睛100一侧的第一表面上，用于对像素岛的图像进行成像，多个第二微透镜42设置在基底10朝向像素岛阵列30一侧的第二表面上，用于对像素岛发出的光线进行发散。

组合微透镜中的每个第一微透镜41都对应于一个像素岛300，眼睛100的中心、每个第一微透镜41的中心和每个像素岛300的中心三点共线，眼睛中心、第一微透镜中心和像素岛中心三点的连线称之为第一微透镜的视线轴，像素岛300发出的光线经所对应的第一微透镜41后，在某一景深处形成放大的虚像，通过设计眼睛与第一微透镜41之间的距离(出瞳距L)以及第一微透镜41与像素岛300之间的距离(放置高度H)，可以得到某一景深处连续放大的虚像。组合微透镜中的多个第二微透镜42对应于一个第一微透镜41，第二微透镜42的数量和光学参数与第一微透镜41的光学参数有关。本实施结构中，第二微透镜42的曲率半径小于第一微透镜41的曲率半径，第二微透镜42的孔径小于第一微透镜41的孔径，多个第二微透镜42相对于第一微透镜的视线轴对称设置，实现将像素岛发出的光线进行发散。其中，像素岛的边长为0.4mm～1mm，第一微透镜的孔径为0.7mm～1.0mm，第二微透镜的孔径设置为第一微透镜的孔径的10％～50％。优选地，第二微透镜的孔径为第一微透镜的孔径的25％，即每个组合微透镜包括1个第一微透镜41和4个第二微透镜42。

如图3和图4所示，本实施结构的组合微透镜阵列40还包括平坦化层50，平坦化层50设置在基底10朝向像素岛阵列30一侧的第二表面上，覆盖第二微透镜42，用于填平第二微透镜42给基底10第二表面造成的不平，便于像素岛300设置在平坦化层50上，并调整像素岛300与组合微透镜之间的距离。由于像素岛300需要设置在组合微透镜的焦点处，而基底10的厚度不一定等于组合微透镜的焦距，因而可以通过调整平坦化层50的厚度，使基底10和平坦化层50的厚度之和等于组合微透镜的焦距。本实施结构中，平坦化层50采用透明材料，且平坦化层50的折射率为低折射率。优选地，平坦化层50的折射率为1.0～1.2，接近空气折射率。

图5为本发明组合微透镜第一实施结构的工作原理图。本实施结构中，像素岛300发出的光线先经过第二微透镜42发散后再经过第一微透镜准直进入眼睛。如图5所示，若没有设置第二微透镜42，则像素岛300中的第二像素点2发出的光线(图5中虚线)经过第一微透镜准直后，以一定的角度(如第一角度)平行进入眼睛。但由于第一微透镜的放大倍率过高，第二像素点2之外第一像素点1的光线经过第一微透镜后不能进入眼睛(超出眼睛视场范围)，即像素岛300边缘部分的像素点不能形成有效视场，无法利用。本实施结构中，通过设置第二微透镜42，则像素岛300中的第一像素点1(图5中实线)先被第二微透镜42发散，然后再经过第一微透镜准直后，光线以同样的第一角度(第二像素点2发出的光线经过第一微透镜后的角度)进入眼睛。这样，通过设置第二微透镜42，可以在相同视场角下实现像素岛更大范围的成像。图5所示的像素岛300中虚线范围为没有设置第二微透镜时像素岛的实际成像范围，实线范围则是设置了第二微透镜后像素岛的实际成像范围，实际成像范围的增加使像素岛成像中有更多的像素点，从而提升了分辨率。同样，像素岛300中第四像素点4和第五像素点5的光线传输与第一像素点1和第二像素点2原理相同。

本发明实施例中，视场角θ定义为相邻像素岛对眼睛的张角，也是每个像素岛对眼睛的张角(如图1所示)，则像素岛中每个像素点对眼睛的张角(即角分辨率)α为θ/m。这样，在单个透镜视场角θ一定时，对应视场角θ下像素岛的尺寸越大，则角分辨率α越高。现有结构中，虽然像素岛的尺寸为m*m，但由于单个微透镜放大倍率很高，因而像素岛的实际成像范围小于m*m，约为(0.6～0.8)m*(0.6～0.8)m左右，实际成像范围小，成像中的像素点也少。相比之下，本发明实施例通过设置组合的第一微透镜和第二微透镜，使得像素岛边缘部分的像素点能够形成有效视场，扩大了像素岛的实际成像范围，相当于增加了像素岛的尺寸，像素岛尺寸的增加意味着像素点个数的增多，因而提高每个透镜视场角下像素点的个数，进而提升了拼接显示的分辨率。

本实施结构通过设置组合微透镜阵列，利用第二微透镜的发散作用使得像素岛边缘部分的像素点能够形成有效视场，在视场角不变的情况下增加了像素岛成像中的像素点，有效提升了近眼显示分辨率。通过简单的几何关系可知，视场角与放置高度有关，视场角不变意味着在放置高度不变，在视场角不变的情况下提升了近眼显示分辨率，即是在放置高度不变的情况下提升了近眼显示分辨率。因此，本实施结构实现了在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高显示分辨率。

仿真结果证实了本实施结构提升近眼显示分辨率的技术效果，与理论分析结果一致。图6为本发明组合微透镜第一实施结构的仿真示意图，其中，图6中的左侧图为单个像素岛所对应的视场成像图，图6中的右侧图为像素岛区域的局部放大图。在进行仿真设计时，采用光路倒追的模式，即从眼睛处发出平行光，平行光经过组合微透镜阵列后在面板位置处成像，可以准确得到像素岛的位置和大小。如图6所示，上侧边缘处的光线和下侧边缘处的光线为边缘视场，仿真单个像素岛所对应的视场成像可以看出，通过本实施结构的组合微透镜阵列，使得上侧边缘处的光线在面板上的成像点向上偏移，下侧边缘处的光线在面板上的成像点向下偏移，实现了更大的像素岛实际成像范围。

图7为本发明组合微透镜第二实施结构的示意图。如图3和图7所示，本实施结构组合微透镜阵列包括多个规则排布的组合微透镜，组合微透镜的排布方式与像素岛的排布方式相同，使得每个像素岛都对应于一个组合微透镜，像素岛设置在组合微透镜的焦点处。每个组合微透镜包括第一微透镜41和作为附加微透镜的一个第三微透镜43，一个第一微透镜41设置在基底10朝向眼睛100一侧的第一表面上，用于对像素岛300的图像进行成像，一个第三微透镜43设置在基底10与像素岛300之间，用于对像素岛发出的光线进行发散，降低组合微透镜的放大倍数。具体地，本实施结构组合微透镜包括基底10、辅助基底11、平坦化层50、辅助平坦化层60、第一微透镜41和第三微透镜43，第一微透镜41设置在基底10朝向眼睛100一侧的第一表面上，用于对像素岛的图像进行成像，第三微透镜43设置在辅助基底11朝向第一微透镜41一侧的第一表面上，用于降低组合微透镜的放大倍数，平坦化层50设置在辅助基底11朝向像素岛300一侧的第二表面上，便于像素岛300与辅助基底11的贴合，辅助平坦化层60设置在辅助基底11朝向第一微透镜41一侧的第一表面上，覆盖第三微透镜43，用于填平第三微透镜43给辅助基底11造成的不平，便于辅助基底11与基底10的第二表面贴合。

本实施结构中，眼睛的中心、第一微透镜的中心、第三微透镜的中心和像素岛的中心四点共线。由于第三微透镜43用于降低组合微透镜的放大倍数，因而第三微透镜43为凹透镜，而第一微透镜41仍为凸透镜，第三微透镜43的孔径等于第一微透镜41的孔径，第一微透镜41和第三微透镜43的曲率半径可以根据组合微透镜的焦距来确定，利用两层相同孔径的正负透镜形成组合微透镜。

透镜的成像公式为：1/r′+1/r＝1/f，其中，f为焦距，r为物距，即微透镜到像素岛的距离(放置高度)，r′为像距，成像放大倍率为β＝r′/r。根据成像公式可知，在像距r′一定时，焦距f增大则物距r增大，而物距r增大则会减少放大倍率。放大倍率越小，对透镜的成像能力要求越低，在相同视场角下可实现更高的成像质量。现有结构中，由于单个微透镜具有过高的放大倍率，使得仅有像素岛中心部分的像素点能够形成有效视场，而像素岛边缘部分的像素点无法利用，像素岛的实际成像范围小于像素岛的实际尺寸。本实施结构通过设置凹透镜的第三微透镜，利用第三微透镜的发散功能，降低了组合微透镜的放大倍率，使得像素岛边缘部分的像素点也能够形成有效视场，扩大了像素岛的实际成像范围，相当于增加了像素岛的尺寸，像素岛尺寸的增加意味着像素点个数的增多，因而提高每个透镜视场角下像素点的个数，进而提升了拼接显示的分辨率。同样，本实施结构在视场角不变的情况下提升了近眼显示分辨率，即是在放置高度不变的情况下提升了近眼显示分辨率，本实施结构同样实现了在满足近眼显示轻薄化要求的前提下提高显示分辨率。

本实施结构中，第一微透镜和第三微透镜的孔径相同，为0.7mm～1.0mm，第一微透镜和第三微透镜的曲率半径可以根据组合微透镜的焦距来确定。

本发明近眼显示装置可以实现单色显示，也可以实现彩色显示。当实现单色显示时，每个相邻的像素岛所负责的视角不同，利用相同角度入射的光线经眼睛后在眼睛视网膜上汇聚为同一点的原理实现视场的无缝拼接，即相邻像素岛的相邻边的像素发出的光线经过与之对应的组合微透镜后，进入眼睛光线的角度相同，从而可以确保能够实现拼接成像。当实现彩色显示时，可以采用三种或四种颜色的像素岛，每个像素岛内像素点的颜色相同，每个颜色所对应的像素岛的大小和组合微透镜的光学参数相同，仅是将不同颜色的像素岛以及对应组合微透镜整体平移适当距离，利用相同角度入射的光线经眼睛后在眼睛视网膜上汇聚为同一点的原理实现三色叠加，从而实现彩色显示。

图8为本发明近眼显示装置另一种实施结构的示意图。本实施结构近眼显示装置的主体结构包括：基底10，设置在基底10上的主组合微透镜阵列44，以及位于基底10远离眼睛100一侧的主像素岛阵列31，以及平坦化层50。其中，主组合微透镜阵列44包括多个间隔设置的主组合微透镜441～445，每个主组合微透镜441～445即为前述第一实施结构和第二实施结构的组合微透镜。主像素岛阵列31包括多个间隔设置的主像素岛311～315，每个主像素岛311～315即为前述第一实施结构和第二实施结构中的像素岛。主组合微透镜441～445与主像素岛311～315一一对应，每个主像素岛设置在相应主组合微透镜的焦点处。具体地，第一主像素岛311对应于第一主组合微透镜451，第一主像素岛311设置在第一主组合微透镜441的焦点处；第二主像素岛312对应于第二主组合微透镜442，第二主像素岛312设置在第二主组合微透镜442的焦点处，依次类推。本实施结构基底和平坦化层的结构与前述第一实施结构和第二实施结构中的基底和平坦化层的结构相同，这里不再赘述。

本实施结构中，还包括设置在基底10上的辅组合微透镜阵列45，以及位于基底10远离眼睛100一侧的辅像素岛阵列32。其中，辅组合微透镜阵列45包括多个间隔设置的辅组合微透镜451～454，每个辅组合微透镜设置在两个相邻的主组合微透镜之间。辅像素岛阵列32包括多个间隔设置的辅像素岛321～324，每个辅像素岛设置在两个相邻的主像素岛之间。辅组合微透镜451～454与辅像素岛321～324一一对应，每个辅像素岛设置在相应辅组合微透镜的焦点处。具体地，第一辅组合微透镜451设置在第一主组合微透镜441与第二主组合微透镜442之间，第一辅组合微透镜451与第一主组合微透镜441的尺寸和光学参数相同；第二辅组合微透镜452设置在第二主组合微透镜442与第三主组合微透镜443之间，第二辅组合微透镜452与第二主组合微透镜442的尺寸和光学参数相同，依次类推。第一辅像素岛321设置在第一主像素岛311与第二主像素岛312之间，第一辅像素岛321与第一主像素岛311的尺寸和颜色相同；第二辅像素岛322设置在第二主像素岛312与第三主像素岛313之间，第二辅像素岛322与第二主像素岛312的尺寸和颜色相同，依次类推。

这样，本实施结构通过设置辅组合微透镜阵列和辅像素岛阵列，实现了视场复用。本实施结构视场复用是在相邻的主像素岛之间插入相同颜色的辅像素岛，且对应地在相邻的主组合微透镜之间插入光学参数相同的辅组合微透镜，如在第一主像素岛311与第二主像素岛312之间，插入一个与第一主像素岛311相同大小和颜色的第一辅像素岛321，在第一主像素岛311对应的第一主组合微透镜441与第二主像素岛312对应的第二主组合微透镜442之间，插入一个与第一主组合微透镜441光学参数相同的第一辅组合微透镜451，使得第一主像素岛311发出的光线经第一主组合微透镜441后进入眼睛的角度，与第一辅像素岛321发出的光线经第一辅组合微透镜451后进入眼睛的角度相同，从而保证第一主像素岛311和第一辅像素岛321两者在相同的位置成像，相当于在相同的位置处成像两次，且两次的成像大小相同。当不同位置处的微透镜以相同的角度入射到眼睛时，在眼睛视网膜上成像为同一点，因而不同位置处的像素岛成像在相同的位置。由于第一主像素岛311和第一辅像素岛321在相同的位置成像，在眼睛视网膜上会重叠为同一区域，通过调节两个像素岛中像素点的亮度，即可实现相同的刷新率下灰阶的成倍提升。

图9为本发明近眼显示装置另一种实施结构的工作原理图。如图9所示，单色拼接视场复用时，若每个组合微透镜负责的成像视场为4°，则眼睛正对中心的主像素岛1所成像的视场为(-2°，2°)，主像素岛2所成像的视场为(2°，6°)，主像素岛3所成像的视场为(6°，10°)，依次类推，多个主像素岛的视场拼接成完整画面，如图9中的实线所示。本实施结构通过在相邻的主像素岛之间插入相同颜色的辅像素岛，且对应地在相邻的组合微透镜之间插入相同的辅组合微透镜，则中间插入的辅像素岛1′所成像的视场为(0°，4°)，中间插入的辅像素岛2′所成像的视场为(4°，8°)，如图9中的虚线所示。这样，主像素岛所成像的视场为(-2°，2°)、(2°，6°)和(6°，10°)，辅像素岛所成像的视场为(0°，4°)和(4°，8°)，则视场(0°，2°)和(4°，6°)即为重复利用的视场，实现了视场复用。

当像素岛阵列采用发光二极管LED显示时，受LED驱动原理的限制，像素岛阵列的灰阶与刷新率存在一种权衡(trade off)，不能在实现高灰阶的同时实现高刷新率。本发明实施例通过设置辅组合微透镜阵列和辅像素岛阵列，实现了视场复用，在不改变刷新率的情况下，实现了高灰阶显示。

本发明实施例还提供了一种虚拟/增强现实设备，包括前述的近眼显示装置。虚拟/增强现实设备可以是虚拟/增强现实头戴显示器，也可以是其它具有近眼显示功能的装置或设备。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种近眼显示装置，其特征在于，包括基底、设置在所述基底上的组合微透镜阵列以及位于所述基底远离眼睛一侧的像素岛阵列，还包括设置在所述基底上的辅组合微透镜阵列，以及位于所述基底远离眼睛一侧的辅像素岛阵列；所述组合微透镜阵列包括多个间隔设置的组合微透镜，所述像素岛阵列包括多个间隔设置的像素岛，每个像素岛对应于一个组合微透镜，所述像素岛设置在所对应的组合微透镜的焦点处；所述组合微透镜包括设置在所述基底朝向眼睛一侧表面上的第一微透镜和设置所述第一微透镜与像素岛之间的附加微透镜；所述辅组合微透镜阵列包括多个间隔设置的辅组合微透镜，每个辅组合微透镜设置在两个相邻的组合微透镜之间；所述辅像素岛阵列包括多个间隔设置的辅像素岛，每个辅像素岛设置在两个相邻的像素岛之间；每个辅像素岛对应于一个辅组合微透镜，每个辅像素岛设置在相应辅组合微透镜的焦点处；所述辅组合微透镜与相邻的组合微透镜的尺寸和光学参数相同，所述辅像素岛与相邻的像素岛的尺寸和颜色相同，眼睛中心、辅组合微透镜中心和辅像素岛中心共线，所述辅像素岛发出的光线经所述辅组合微透镜后进入眼睛的角度，与相邻的像素岛发出的光线经所述组合微透镜后进入眼睛的角度相同，使得辅像素岛与相邻的像素岛两者在相同的位置处成像两次，且两次的成像大小相同。

2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，还包括设置在所述基底与像素岛之间的平坦化层；所述附加微透镜为多个第二微透镜，所述多个第二微透镜设置在所述基底朝向像素岛一侧的表面上，所述平坦化层覆盖所述第二微透镜。

3.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其特征在于，所述多个第二微透镜相对于所述第一微透镜的视线轴对称设置，所述第一微透镜的视线轴为眼睛中心、第一微透镜中心和像素岛中心之间的连线。

4.根据权利要求2所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一微透镜和多个第二微透镜均为凸透镜，所述第二微透镜的曲率半径小于第一微透镜的曲率半径，所述第二微透镜的孔径小于第一微透镜的孔径。

5.根据权利要求4所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一微透镜的孔径为0.7mm～1.0mm，所述第二微透镜的孔径为第一微透镜的孔径的10%～50%。

6.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，还包括辅助基底、设置在所述基底与辅助基底之间的辅助平坦化层以及设置在所述辅助基底与像素岛之间的平坦化层；所述附加微透镜为一个第三微透镜，所述第三微透镜设置在所述辅助基底朝向第一微透镜一侧的表面上，所述辅助平坦化层覆盖所述第三微透镜。

7.根据权利要求6所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第三微透镜的中心位于所述第一微透镜的视线轴上，所述第一微透镜的视线轴为眼睛中心、第一微透镜中心和像素岛中心之间的连线。

8.根据权利要求6所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一微透镜为凸透镜，所述第三微透镜为凹透镜，所述第三微透镜的孔径等于第一微透镜的孔径。

9.一种虚拟/增强现实设备，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的近眼显示装置。

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