CN114578555A - 一种光场显示装置、vr设备、显示装置以及显示方法 - Google Patents

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洪涛
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Abstract

本发明公开了一种光场显示装置、VR设备、显示装置以及显示方法，光场显示装置包括显示屏；设置在显示屏出光侧的微透镜阵列，微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，微透镜阵列在显示屏上的正投影覆盖显示屏，显示屏设置在各微透镜的焦面上；微透镜阵列的各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，以使得显示屏各发光点发出的光经所述微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值。本发明提供的光场显示装置通过将微透镜阵列中的各微透镜设置成焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，从而能够增大屏幕光场显示面积、并有效增大屏幕光场显示的可视角，具有广泛的应用前景。

Description

一种光场显示装置、VR设备、显示装置以及显示方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种光场显示装置、VR设备、显示装置以及显示方法。
背景技术
3D显示代替2D显示必然是未来的发展趋势，但是目前3D显示产品都是视差型的，存在人眼聚焦和辐辏的矛盾，人看了之后感觉眩晕，不能长时间观看，因此可以说视差型3D技术目前是不能够满足人对立体显示的需求的。即使目前在SID等各大展会上出现的光场显示的演示，视点数达到几十个，包含了几十个方向的信息，其实质上仍是视差型3D，是大脑融合出来的3D画面，并不是实际像点形成的画面，所以人眼聚焦和辐辏的矛盾，也只能弱化而不能消除。换句话说，基于视差型原理的3D显示产品无法完全满足人对立体显示的需求。
发明内容
为了解决上述问题至少之一，本发明第一个实施例提供一种光场显示装置，包括
显示屏；
设置在显示屏出光侧的微透镜阵列，微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，微透镜阵列在显示屏上的正投影覆盖显示屏，显示屏设置在各微透镜的焦面上；
微透镜阵列的各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，以使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值。
在一些可选的实施例中，
微透镜阵列的各微透镜的曲率半径自微透镜阵列的中心点向外依次增大，为：
R＝f×(n-1)；
其中，R为微透镜的曲率半径，f为微透镜的焦距，n为微透镜的折射率；和/或
微透镜阵列的各微透镜的拱高自微透镜阵列的中心点向外依次减小，满足：
Figure BDA0002808410150000021
其中，R为微透镜的曲率半径，plens为微透镜的口径，h为拱高。
在一些可选的实施例中，微透镜阵列包括多个独立的环状区域，各环状区域的圆心为微透镜阵列的中心点，各环状区域中的微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外呈区域性变化。
在一些可选的实施例中，相邻两个环状区域到人眼的视场角的差值为预设置的视场角步进值。
在一些可选的实施例中，微透镜阵列满足：
Figure BDA0002808410150000022
Figure BDA0002808410150000023
Figure BDA0002808410150000024
其中，plens为微透镜阵列中各微透镜的口径，e为单眼可移动范围，ppixel为显示屏的像素间距，a为微透镜的衍射系数，λ为显示屏显示的光的波长，L为人眼到微透镜阵列的距离，f为微透镜阵列的中心点的微透镜的焦距，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
在一些可选的实施例中，显示屏包括阵列排布的多个像素集，各像素集与各微透镜一一对应，像素集包括的发光点个数满足：
Figure BDA0002808410150000025
其中，M为像素集的发光点个数，e为单眼可移动范围，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
在一些可选的实施例中，
微透镜为正六边形结构，各微透镜紧密设置；
或者
微透镜为正多边形结构，各微透镜紧密设置，微透镜阵列还包括设置在相邻微透镜之间的遮光材料。
本发明第二方面提供一种VR设备，包括如本发明第一方面所述的光场显示装置。
在一些可选的实施例中，微透镜阵列包括6个环状区域，相邻两个环状区域到人眼的视场角的差值为5°。
在一些可选的实施例中，6个环状区域中从微透镜阵列的中心点开始向外的相邻三个环状区域的焦距相同、曲率半径相同、以及拱高相同。
本发明第三方面提供一种显示装置，包括如本发明第一方面所述的光场显示装置。
本发明第四方面一种利用本发明第一方面所述的光场显示装置的光场显示方法，包括：
在显示屏的出光侧设置微透镜阵列，微透镜阵列在显示屏上的正投影覆盖显示屏，微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，微透镜阵列的各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，显示屏设置在各微透镜的焦面上；
通过微透镜阵列将显示屏各发光点发出的光透射到人眼瞳孔中，并且在人眼瞳孔中形成的光束宽度小于预设宽度阈值。
在一些可选的实施例中，在显示屏的出光侧设置微透镜阵列进一步包括：微透镜阵列满足：
Figure BDA0002808410150000031
Figure BDA0002808410150000032
Figure BDA0002808410150000033
其中，plens为微透镜阵列中各微透镜的口径，e为单眼可移动范围，ppixel为显示屏的像素间距，a为微透镜的衍射系数，λ为显示屏显示的光的波长，L为人眼到微透镜阵列的距离，f为微透镜阵列的中心点的微透镜的焦距，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
本发明的有益效果如下：
本发明针对目前现有的问题，制定一种光场显示装置、VR设备、显示装置以及显示方法，并通过设计微透镜阵列使得微透镜阵列中的各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，从而使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值，从而能够增大屏幕光场显示面积、并有效增大屏幕光场显示的可视角，提高在光场显示中显示屏幕的像素利用率，因此达到提高屏幕利用率的目的，具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为示出现有技术的真光场显示时屏幕边缘像素和屏幕中心像素出射光束的示意性仿真图。
图2为根据本申请的实施例在光场显示装置的示意性剖视图。
图3为示出微透镜的拱高与曲率半径几何关系的示意图。
图4为根据本申请实施例建立的视点铺满人眼瞳孔模型。
图5为根据本申请实施例建立的眼动范围模型。
图6为根据本申请实施例建立的真光场微透镜清晰成像模型。
图7为示出根据本申请实施例的光场显示装置的微透镜阵列区域划分的示意图。
图8至图11为示出对根据本申请实施例的光场显示装置对真光场显示改善效果相对于现有技术的仿真对比。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在现有技术中，通常使用真光场显示解决视差型3D存在的问题，真光场显示是空间实际像点形成的图像，与真实世界呈现原理相似，所以不会存在人眼聚焦和辐辏的矛盾，是目前显示的发展方向。
通常，真光场显示的要求，理论上1个视点在人眼入瞳的光线束宽度不能大于2mm，单眼入瞳至少2个视点，才能在空间形成不同景深的像面。微透镜阵列具有将子像素发出的光线进行汇聚的功能，所以通过设计可以实现真光场显示，但是由于微透镜是单透镜因而存在像差，所以普通的微透镜阵列与显示屏贴合在一起显示的时候，如图1所示，其中图1中的左图为屏幕边缘像素的发出的光线，右图为屏幕中心像素发出的光线，可见微透镜接近光轴(中心位置)的光束宽度很小，能够满足真光场显示的要求，但是向边缘发散的光线光束宽度较宽，无法满足真光场显示的要求，这就导致人站在中心看的时候，接近显示屏幕中心的像素可以形成真光场，屏幕其他边缘像素无法形成真光场，屏幕的光场显示面积小且像素利用率很低，可视角度很小，例如通常3.2in屏幕的利用率仅为18％。
针对上述问题，本申请第一个实施例提供一种光场显示装置，包括
显示屏；
设置在显示屏出光侧的微透镜阵列，微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，微透镜阵列在显示屏上的正投影覆盖显示屏，显示屏设置在各微透镜的焦面上；
微透镜阵列的各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，以使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值。
在本实施例中，通过设计微透镜阵列使得微透镜阵列中的各微透镜的焦距自所述微透镜阵列的中心点向外依次增大，从而使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值，从而能够增大真光场显示的显示面积，增加真光场显示的可视角，提高在真光场显示中显示屏幕的像素利用率，因此达到提高屏幕利用率的目的，具有广泛的应用前景。
在一个具体的示例中，如图2所示，根据本申请的光场显示装置包括显示屏100和设置在显示屏100的出光侧的微透镜阵列200，微透镜阵列200包括阵列排布的多个微透镜，微透镜阵列200在显示屏100上的正投影覆盖显示屏100，显示屏100设置在各个微透镜的焦面上，这样，显示屏100的各发光点发出的光线经过微透镜后可以转换成准直光束。微透镜阵列200的各微透镜的焦距f自微透镜阵列的中心点向外依次增大，以使得显示屏100各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值。值得说明的是，发光点为最小发光单元，子像素可以包括多个发光点，当子像素为最小发光单元时发光点为子像素。
在本申请中，为了实现真光场显示，通常入射到人眼瞳孔的光束宽度应小于2mm。因此，预设宽度阈值可以取2mm，2mm只是实现真光场显示的最大光束宽度，为了实现更好的真光场显示效果，在设计时，也可以适当调整宽度阈值，使其在满足工艺设置的情况下取小于2mm的值。因此，这里对宽度阈值并不具体限定，只要可以实现真光场显示，都是可以的。
另外，需要注意的是，尽管此处以微透镜的焦距f作为限定条件，本领域技术人员应理解，对于微透镜来说，其焦距、拱高和曲率半径是具有数学上的明确相关性的，当描述焦距的变化规律时，相应地，拱高和曲率半径也具有明确的变化规律，对焦距的限定条件，也是对拱高和曲率半径的限定条件。即，以曲率半径R和拱高h表征焦距f。
具体地，限定各微透镜的焦距f自微透镜阵列的中心点向外依次增大，也就是限定各微透镜的曲率半径R自微透镜阵列的中心点向外依次增大，具体为：
R＝f×(n-1)； (1)
其中，R为微透镜的曲率半径，f为微透镜的焦距，n为微透镜的折射率。
同时，参照图3所示，AO＝BO＝曲率半径R，AD为微透镜口径plens，BC为拱高h，ΔAOC构成直角三角形，因为AO2＝AC2+CO2，因此，拱高满足：
Figure BDA0002808410150000061
其中，R为微透镜的曲率半径，plens为微透镜的口径，h为拱高。因此，根据表达式(2)的关系，当限定各微透镜的焦距f自微透镜阵列的中心点向外依次增大时，也是限定各微透镜的拱高h自微透镜阵列的中心点向外依次减小，即如图2所示，具有依次减小的拱高h1、h2……h6。
在一些可选的实施例中，微透镜阵列200包括多个独立的环状区域，各环状区域的圆心为微透镜阵列200的中心点，各环状区域中的微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外呈区域性变化。
在本实施例中，考虑到实际应用中的工艺水平，每个环状区域中的多个微透镜具有相同的焦距，即也具有相同的曲率半径和拱高。换句话说，位于一个环状区域中的各微透镜的参数为相同的第一参数，位于另一个环状区域的各微透镜的参数为相同的第二参数，具体表现为各环状区域中的微透镜的焦距在自微透镜阵列的中心点向外满足依次性变化的基础上呈现区域性变化，从而在满足工艺水平限制的情况下，实现良好的真光场显示效果。
具体地，根据本申请实施例的光场显示装置，按照相邻两个环状区域到人眼的视场角的差值满足预设置的视场角步进值划分环状区域，例如，以5°视场角步进值设置微透镜阵列200的环状区域。
为了进一步理解本申请实施例的光场显示装置的结构，下面参照图4到图6描述本申请光场显示装置的微透镜阵列的设计原理。需要说明的是，本申请的微透镜阵列中的各微透镜的口径是相等的，本实施例以光场显示装置应用于VR设备为例进行说明，但这并不旨在限定应用场景，其他实现真光场显示的场景同样适用。
首先获取微透镜阵列的中心位置处的微透镜的参数。
第一，参照图4，为了实现真光场显示，单眼入瞳的视点数至少两个，建立视点铺满人眼瞳孔模型为：
Figure BDA0002808410150000071
其中，Φ为瞳孔直径，N为进入人眼瞳孔的视点数，ppixel为显示屏的像素间距，L为微透镜阵列到瞳孔的距离，f为微透镜的焦距。
第二，参照图5，建立眼动范围模型，图中以e表示人眼可移动范围。这里建立模型的前提为以人眼瞳孔为光线接收器而不是人眼。则眼动范围模型为：
Figure BDA0002808410150000072
值得说明的是，本实施例中e表示单眼能够移动观看的范围，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的观看范围，在此不再赘述。
第三，参照图6，为了使得真光场显示能够清晰成像，建立微透镜清晰成像模型。图中示出了自显示屏的各发光点出射的图像光线经过微透镜阵列入射到人眼瞳孔，从而形成了具有景深为L_depth的图像，两个像点之间的间隔为d。
为了能够清晰成像，至少需要满足像斑半径≤像点间隔，像斑半径为r，r≤d，，在本申请中的像斑不仅考虑到几何像斑，同时考虑到颜色像斑，即，满足几何像斑与颜色像斑r均可以分离。
在满足上述条件的基础上，建立的微透镜清晰成像模型为：
Figure BDA0002808410150000073
其中，Φ为瞳孔直径，N为进入单眼瞳孔的视点数，λ为显示屏显示的光的波长，plens为微透镜的口径，1.22为衍射系数。该波长λ对应于微透镜下子像素的颜色。当显示屏中包括各种颜色的子像素时，该λ可以取所有颜色中的中间颜色的中心波长，例如绿色的中心波长555nm，但λ也并不限于此，当显示屏中包括单一颜色的子像素时，则可以去该颜色子像素的中心波长，这里并不旨在作具体限制。
近眼观看时，L<<L_depth，表达式(5)可以简化为：
Figure BDA0002808410150000074
利用表达式(3)和(4)对表达式(6)进行简化，得到简化后的微透镜口径为：
Figure BDA0002808410150000075
通过上述，可以得到在像斑能够分离的情况下微透镜口径的最小值。微透镜的口径越大则像斑越容易分离，但在实际应用中，显示屏尺寸有限的情况下，每个微透镜口径plens越小，分辨率越高。因此，优选地，微透镜口径plens取表达式(7)中的最小值，因为该式中均为已知变量，因此得到微透镜阵列中的中心透镜的透镜口径。
进一步，将微透镜口径plens回待到表达式(4)，微透镜阵列的中心点的微透镜的焦距为：
Figure BDA0002808410150000081
进一步将焦距f带入表达式(3)，得到经过该中心点微透镜的入眼视点数为：
Figure BDA0002808410150000082
值得说明的是，在本申请的实施例的光场显示装置中，显示屏包括阵列排布的多个像素集，各像素集与各微透镜一一对应，像素集包括的发光点个数对应于该入眼视点数N。值得说明的是，发光点为最小发光单元，子像素可以包括多个发光点，当子像素为最小发光单元时发光点为子像素。因而，每个像素集包括的发光点的个数满足：
Figure BDA0002808410150000083
其中，M为像素集的发光点个数，e为单眼可移动范围，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
接下来参照图7，可以对微透镜阵列进行区域划分，图中示出的示例为3.2in显示屏幕的尺寸划分，其中表明了各个区域的尺寸大小，具体的，8.80表示区域1圆形的直径为8.80mm，17.60表示区域2圆形的直径为17.60mm，26.80表示区域3圆形的直径为26.30mm，36.40表示区域4圆形的直径为36.40mm，46.60表示区域5圆形的直径为46.60mm。
可选地，如上文所述，可以以预设置的视场角步进值将微透镜阵列划分为多个环状区域。如图7所示的示例中，考虑到现有微透镜的制作工艺，将微透镜阵列以5°为预设置的视场角步进值划分为6个环状区域1-6，图中示出的区域1为微透镜阵列中心点往外的5°视场角范围，即微透镜阵列的中心区域，该区域的各微透镜的透镜参数相同，各微透镜的焦距即为通过上述表达式(7)和(8)求取的中心微透镜的焦距。
本领域技术人员应理解，在本申请实施例中的VR显示装置的近场观看距离，取值为60°视场角，即以30°半视场角设置环状区域的整体范围。但是本领域技术人员应理解，这并不是限制性的，当将本申请的光场显示装置应用于其他观看场景、或在其他应用情况下需要将光场显示装置的显示屏与人眼之间的距离更改，则划分区域的总体视场角范围也可以改变，例如，当显示屏远离人眼时，视场角可以小于60°。
根据图7所示的方式对微透镜阵列进行区域划分后，根据本申请的实施例中，自微透镜阵列的中心点向外，各个区域的微透镜的焦距依次增大。本领域技术人员可以根据中心微透镜的焦距f，根据仿真试验获取，例如按照自微透镜阵列的中心点向外各个区域的微透镜的焦距依次增大的原则，以使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值为仿真目的，得出其他各个区域的微透镜的焦距f、曲率半径和拱高。在表1给根据一个示例的微透镜阵列中各个区域的曲率半径和拱高的对应取值，该示例是以上述设计原理，以3.2in显示屏幕的尺寸为例进行说明。但本领域技术人员应理解，该表中的具体取值并不在于限制本申请，本领域技术人员可以根据实际的示例，在以上本申请设计的装置结构条件下，按照现有技术中的常规仿真试验方式合理确定各个区域的具体取值。
表1
Figure BDA0002808410150000091
值得说明的是，表1所示的示例中，区域1、区域2、区域3中的微透镜的焦距、曲率半径和拱高参数非常接近，在考虑工艺限制的情况下，将三个区域调整为参数相同，其他区域自微透镜阵列的中心点向外，各个区域的微透镜的焦距依次增大。
在一些可选的实施例中，微透镜是正六边形结构，各微透镜紧密设置，各个微透镜的边缘紧密接触。
在一些可选的实施例中，微透镜为正多边形结构，各微透镜紧密设置，此时，由于制作工艺限制，相邻的各个微透镜之间无法做到紧密接触，此时，微透镜阵列还包括设置在相邻微透镜之间的遮光材料，即通过遮光材料满足各微透镜紧密设置。
通过以上方式，参照图8至图11的光场显示装置对真光场显示改善效果的仿真图可见，其中图8示出在现有设计中未被改善的真光场显示装置中半视场角27.5°的区域中单个微透镜覆盖的中心子像素的光斑，图9示出在现有设计中未被改善的真光场显示装置中半视场角27.5°的区域中单个微透镜覆盖的左边缘子像素的光斑，图10示出在本申请实施例的改善的光场显示装置中半视场角27.5°的区域中单个微透镜覆盖的中心子像素的光斑，图11示出在本申请实施例的改善的光场显示装置中半视场角27.5°的区域中单个微透镜覆盖的左边缘子像素的光斑。由图中可见，相对于现有技术，本申请中的光场显示装置中，通过设计微透镜阵列使得其中的各微透镜的焦距自所述微透镜阵列的中心点向外依次增大，在显示装置的显示屏中对应于半视场角27.5°的区域中的微透镜覆盖的子像素，各个中心子像素与左边缘子像素的光斑均形成具有清晰边界的小光斑，也就是降低了向边缘发散的光线光束宽度。
基于同一个发明构思，相应于本申请的光场显示装置，本申请的实施例还提供一种VR设备，包括如上文实施例所述的光场显示装置。该VR设备解决问题的原理与前述光场显示装置相似，因此该VR设备的具体实施方式可以参见前述光场显示装置的实施方式，重复之处在此不再赘述。
在一些可选的实施例中，微透镜阵列包括6个环状区域，相邻两个环状区域到人眼的视场角的差值为5°，从而可以实现良好的近眼观看效果。
在一些可选的实施例中，6个环状区域中从微透镜阵列的中心点开始向外的相邻三个环状区域的焦距相同、曲率半径相同、以及拱高相同。考虑到工艺限制以及自中心开是向外的相邻三个环状区域的焦距、曲率半径和拱高参数非常接近，将三个环状设计为参数相同的情况下仍在误差的可接受范围内。因此，既可以满足设计要求又可以简化工艺步骤，具有良好的应用价值。
基于同一个发明构思，本申请的实施例还提供一种显示装置，包括如上文实施例所述的光场显示装置。该显示装置解决问题的原理与前述光场显示装置相似，因此该显示装置的具体实施方式可以参见前述光场显示装置的实施方式，重复之处在此不再赘述。
在具体实施时，显示装置可以为任何具有3D显示功能的产品或部件。对于该显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员所理解的，在此不再赘述，也不应作为对本申请的限制。
基于同一个发明构思，本申请的实施例还提供一种上文实施例所述的光场显示装置的光场显示方法，包括：
在显示屏的出光侧设置微透镜阵列，微透镜阵列在显示屏上的正投影覆盖所述显示屏，微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，微透镜阵列的各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，显示屏设置在各微透镜的焦面上；
通过微透镜阵列将显示屏各发光点发出的光透射到人眼瞳孔中，并且在人眼瞳孔中形成的光束宽度小于预设宽度阈值。
在本实施例中，通过利用显示屏出光侧设置的微透镜阵列中各微透镜的焦距自微透镜阵列的中心点向外依次增大，从而使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值，从而使得在光场显示时能够增大真光场显示的显示面积，增加真光场显示的可视角，提高在真光场显示中显示屏幕的像素利用率，因此达到提高屏幕利用率的目的，具有广泛的应用前景。
在一些可选的实施例中，具体地，在显示屏的出光侧设置微透镜阵列进一步包括：微透镜阵列满足：
Figure BDA0002808410150000111
Figure BDA0002808410150000112
Figure BDA0002808410150000113
其中，plens为微透镜阵列中各微透镜的口径，微透镜阵列中各微透镜的口径相同，e为单眼可移动范围，ppixel为显示屏的像素间距，a为微透镜的衍射系数，λ为显示屏显示的光的波长，L为人眼到微透镜阵列的距离，f为微透镜阵列的中心点的微透镜的焦距，N为进入单眼瞳孔的视点数。
通过以上设置，可以有效增大显示屏的真光场显示的显示区域，同时，在显示屏的尺寸有限的情况下，兼顾清晰显示和像素分辨率。
本发明针对目前现有的问题，制定一种光场显示装置、VR设备、显示装置以及显示方法，并通过设计微透镜阵列使得微透镜阵列中的各微透镜的焦距自所述微透镜阵列的中心点向外依次增大，从而使得显示屏各发光点发出的光经微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值，从而能够增大真光场显示的显示面积，增加真光场显示的可视角，提高在真光场显示中显示屏幕的像素利用率，因此达到提高屏幕利用率的目的，具有广泛的应用前景。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (13)

1.一种光场显示装置，其特征在于，包括
显示屏；
设置在所述显示屏出光侧的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，所述微透镜阵列在所述显示屏上的正投影覆盖所述显示屏，所述显示屏设置在各微透镜的焦面上；
所述微透镜阵列的各微透镜的焦距自所述微透镜阵列的中心点向外依次增大，以使得所述显示屏各发光点发出的光经所述微透镜阵列入射到人眼瞳孔的光束宽度小于预设宽度阈值。
2.根据权利要求1所述的光场显示装置，其特征在于，
所述微透镜阵列的各微透镜的曲率半径自所述微透镜阵列的中心点向外依次增大，为：
R＝f×(n-1)；
其中，R为微透镜的曲率半径，f为微透镜的焦距，n为微透镜的折射率；
和/或
所述微透镜阵列的各微透镜的拱高自所述微透镜阵列的中心点向外依次减小，满足：
Figure FDA0002808410140000011
其中，R为微透镜的曲率半径，plens为微透镜的口径，h为拱高。
3.根据权利要求2所述的光场显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括多个独立的环状区域，各环状区域的圆心为所述微透镜阵列的中心点，各环状区域中的微透镜的焦距自所述微透镜阵列的中心点向外呈区域性变化。
4.根据权利要求3所述的光场显示装置，其特征在于，相邻两个环状区域到人眼的视场角的差值为预设置的视场角步进值。
5.根据权利要求1所述的光场显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列满足：
Figure FDA0002808410140000012
Figure FDA0002808410140000013
Figure FDA0002808410140000014
其中，p1ens为微透镜阵列中各微透镜的口径，e为单眼可移动范围，ppixel为所述显示屏的像素间距，a为微透镜的衍射系数，λ为所述显示屏显示的光的波长，L为人眼到所述微透镜阵列的距离，f为微透镜阵列的中心点的微透镜的焦距，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
6.根据权利要求5所述的光场显示装置，其特征在于，所述显示屏包括阵列排布的多个像素集，各像素集与各微透镜一一对应，所述像素集包括的发光点个数满足：
Figure FDA0002808410140000021
其中，M为像素集的发光点个数，e为单眼可移动范围，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
7.根据权利要求1所述的光场显示装置，其特征在于，
所述微透镜为正六边形结构，各微透镜紧密设置；
或者
所述微透镜为正多边形结构，各微透镜紧密设置，所述微透镜阵列还包括设置在相邻微透镜之间的遮光材料。
8.一种VR设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的光场显示装置。
9.根据权利要求8所述的VR设备，其特征在于，所述微透镜阵列包括6个环状区域，相邻两个环状区域到人眼的视场角的差值为5°。
10.根据权利要求9所述的VR设备，其特征在于，所述6个环状区域中从所述微透镜阵列的中心点开始向外的相邻三个环状区域的焦距相同、曲率半径相同、以及拱高相同。
11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的光场显示装置。
12.一种利用权利要求1-7中任一项所述的光场显示装置的光场显示方法，其特征在于，包括：
在显示屏的出光侧设置微透镜阵列，所述微透镜阵列在所述显示屏上的正投影覆盖所述显示屏，所述微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜，所述微透镜阵列的各微透镜的焦距自所述微透镜阵列的中心点向外依次增大，所述显示屏设置在各微透镜的焦面上；
通过所述微透镜阵列将所述显示屏各发光点发出的光透射到人眼瞳孔中，并且在人眼瞳孔中形成的光束宽度小于预设宽度阈值。
13.根据权利要求12所述的光场显示方法，其特征在于，所述在显示屏的出光侧设置微透镜阵列进一步包括：所述微透镜阵列满足：
Figure FDA0002808410140000031
Figure FDA0002808410140000032
Figure FDA0002808410140000033
其中，p1ens为微透镜阵列中各微透镜的口径，e为单眼可移动范围，ppixel为所述显示屏的像素间距，a为微透镜的衍射系数，λ为所述显示屏显示的光的波长，L为人眼到所述微透镜阵列的距离，f为微透镜阵列的中心点的微透镜的焦距，N为进入单眼瞳孔的视点数，Φ为人眼瞳孔的直径。
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