CN114647086A - Ar显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AR显示装置，包括显示屏、控制单元、棱镜模组和焦距调节组件，其中控制单元与显示屏相连，控制单元确定显示信息并根据显示信息驱动显示屏进行显示；棱镜模组中设有与显示屏相适配的自由斜面，显示屏的显示图像通过自由斜面投射至焦距调节组件；焦距调节组件用于将显示图像反射至自由斜面以使自由斜面将显示图像反射至人眼，其中，控制单元控制焦距调节组件动作以改变焦距调节组件的焦距，以使AR显示装置输出AR显示图像。由此，能够使AR显示图像的视距可调，能实现对图像的高度3D还原显示，有效提高了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种AR显示装置。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息融合在一起的技术。相关技术中，AR显示设备的光学显示模组设计均为固定焦距，无法根据眼睛的视距进行焦距调节，其显示的3D(Three Dimensions)图片为固定焦距的视差图片，致使用户只能通过人眼的视差在大脑中想象出物体的3D景象，显示效果差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种AR显示装置，该AR显示装置能够使AR显示图像的视距可调，可以实现对图像的高度3D还原显示，有效提高了用户体验。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种AR显示装置，包括：显示屏和控制单元，控制单元与显示屏相连，控制单元确定显示信息并根据显示信息驱动显示屏进行显示；棱镜模组，棱镜模组中设有与显示屏相适配的自由斜面；焦距调节组件，显示屏的显示图像通过自由斜面投射至焦距调节组件，焦距调节组件用于将显示图像反射至自由斜面以使自由斜面将显示图像反射至人眼，其中，控制单元控制焦距调节组件动作以改变焦距调节组件的焦距，以使AR显示装置输出AR显示图像。
根据本发明实施例的AR显示装置，通过控制单元确定显示信息并根据显示信息驱动显示屏进行显示，并通过棱镜模组中设有与显示屏相适配的自由斜面，以及通过焦距调节组件将显示图像反射至自由斜面以使自由斜面将显示图像反射至人眼，并通过控制单元控制焦距调节组件动作以改变焦距调节组件的焦距，以使AR显示装置输出AR显示图像。由此，能够使AR显示图像的视距可调，可以实现对图像的高度3D还原显示，有效提高了用户体验。
根据本发明的一个实施例，棱镜模组具有相对的第一端和第二端，显示屏设于第一端和第二端中的一个，焦距调节组件设于第一端和第二端中的另一个。
根据本发明的一个实施例，焦距调节晶体和焦距调节件，焦距调节晶体设于棱镜模组和焦距调节件之间，焦距调节件与控制单元相连，控制单元通过焦距调节件调节焦距调节晶体变形以改变焦距调节组件的焦距。
根据本发明的一个实施例，控制单元通过向焦距调节件输出电压值和/或电流值控制焦距调节件伸缩以使焦距调节件调节焦距调节晶体变形。
根据本发明的一个实施例，焦距调节组件包括：焦距调节件构造为方向极化的压电薄膜。
根据本发明的一个实施例，焦距调节晶体与棱镜模组相对的表面构造为第一贴合平面，第一贴合平面贴合于棱镜模组。
根据本发明的一个实施例，焦距调节晶体与焦距调节件相对的表面构造为朝向焦距调节件凸出的第一贴合曲面，焦距调节件与焦距调节晶体相对的表面构造为与第一贴合曲面适配的第二贴合曲面，第二贴合曲面朝向远离焦距调节晶体方向凹陷。
根据本发明的一个实施例，第二贴合曲面构造为全反射的曲面镜面。
根据本发明的一个实施例，显示屏与棱镜模组相对的表面构造为第二贴合平面，第二贴合平面贴合于棱镜模组。
根据本发明的一个实施例，显示屏、焦距调节晶体粘接于棱镜模组。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的AR显示装置的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的AR显示装置的爆炸图；
图3a-3b为根据本发明一个实施例的AR显示装置的焦距变化的对比示意图；
图4为根据本发明一个实施例的AR显示装置的成像示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，3D图像显示是一种新型显示技术，与普通2D图像显示相比，3D技术可以使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕的平面上，仿佛能够走出屏幕外面，让观众有身临其境的感觉。对于AR(Augmented Reality，增强现实)技术来说，其是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容融合在一起的技术。其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息，在电脑等科学技术的基础上实施模拟仿真处理，将虚拟信息内容叠加在真实世界中加以应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。然而在相关技术中，AR显示设备的光学显示模组设计均为固定焦距，无法根据眼睛的视距进行焦距调节，其显示的3D图片为固定焦距的视差图片，致使用户只能通过人眼的视差在大脑中想象出物体的3D景象，显示效果差。
基于此，本申请提供了一种AR显示装置，能够使AR显示图像的视距可调，可以实现对图像的高度3D还原显示，有效提高了用户体验。
下面参考附图描述本发明实施例提供的AR显示装置。
图1为根据本发明一个实施例的AR显示装置的结构示意图，参考图1所示，该AR显示装置100包括：显示屏110、控制单元(图中未示出)、棱镜模组120和焦距调节组件130。其中，控制单元与显示屏110相连，控制单元确定显示信息，并根据显示信息驱动显示屏110进行显示；棱镜模组120中设有与显示屏110相适配的自由斜面121；显示屏110的显示图像通过自由斜面121投射至焦距调节组件130，焦距调节组件130用于将显示图像反射至自由斜面121以使自由斜面121将显示图像反射至人眼，其中，控制单元控制焦距调节组件130动作以改变焦距调节组件130的焦距，以使AR显示装置100输出AR显示图像。
具体来说，AR显示装置100中的显示屏110用于显示信息；控制单元用于确定显示信息并驱动显示屏110进行显示，从而可以将待显示的3D物体进行多焦点处理，转换为在不同焦距上显示的图像；棱镜模组120用于改变成像光的传播方向；焦距调节组件130用于在控制单元的控制下改变焦距。在工作过程中，通过控制单元确定显示信息，并根据显示信息驱动显示屏110进行显示，并通过棱镜模组120中设有与显示屏110相适配的自由斜面121，以及通过焦距调节组件130在控制单元的控制下改变焦距，并将显示图像反射至自由斜面121以使自由斜面121将显示图像反射至人眼，从而使AR显示装置100输出AR显示图像。由此，能够使AR显示图像的视距可调，能实现对图像的高度3D还原显示，有效提高了用户体验。
可以理解的是，显示屏110可以是AMOLED(Active-matrix organic light-emitting diode，有源矩阵有机发光二极管)显示器，也可以是OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)显示器，还可以是其他微型显示器。
在一个实施例中，继续参考图1所示，棱镜模组120具有相对的第一端和第二端，显示屏110设于第一端和第二端中的一个，焦距调节组件130设于第一端和第二端中的另一个。也就是说，棱镜模组120可以具有相对设置的两端，显示屏110设于其中的一端，焦距调节组件130设于其中的另一端。在具体示例中，上述的两端的端面可以平行设置。
图2为根据本发明一个实施例的AR显示装置的爆炸图，参考图2所示，焦距调节组件130包括焦距调节晶体131和焦距调节件132，焦距调节晶体131设于棱镜模组120和焦距调节件132之间，焦距调节件132与控制单元相连，控制单元通过焦距调节件132调节焦距调节晶体131变形，以改变焦距调节组件130的焦距。也就是说，焦距调节组件130可以由焦距调节晶体131和焦距调节件132构成，其中焦距调节晶体131可以为透明材料，焦距调节件132为非透明材料，其内表面(即与焦距调节晶体131相对的表面)可以向焦距调节晶体131反射光线。焦距调节件132可以在控制单元的控制下，使焦距调节晶体131发生形变，从而实现调节焦距调节组件130的焦距。
进一步地，控制单元通过向焦距调节件132输出电压值和/或电流值控制焦距调节件132伸缩，以使焦距调节件132调节焦距调节晶体131变形。也就是说，控制单元通过控制输出电压值，或控制输出电流值，或控制输出电流值和电压值的大小，来驱动焦距调节件132伸缩，而焦距调节件132的伸缩可以使焦距调节晶体131的形状发生变化，进而改变图像在人眼的等效视距。
可选地，焦距调节件132可以构造为方向极化的压电薄膜。具体来说，作为焦距调节件132的压电薄膜，可以随电压的占空比进行同步收缩，且其舒张的幅值与电流成正比，因此可以通过控制加载在压电薄膜材料上的电压频率和占空比电信号，实现对压电薄膜伸缩幅度和频率的调节。而焦距调节晶体131附着在压电薄膜上，其轴向距离可以随压电薄膜的形变进行伸缩，从而改变焦距调节组件130的焦距，使得显示屏110发出的图像经过棱镜模组120传播至焦距调节组件130，而后由焦距调节晶体131的反射面反射，并经过棱镜模组120的自由斜面121反射，传播至观察者眼睛。
具体地，图3a-3b为根据本发明一个实施例的AR显示装置的焦距变化的对比示意图，参考图3a-3b所示，经焦距调节件132(即压电薄膜)伸缩调节后，焦距调节晶体131对应产生不同形变。其中，3a图中焦距调节件132向外围伸展，使得焦距调节晶体131压缩，等效曲率半径变大，由于曲率为曲率半径的倒数，因此曲率变小，等效视距变近，显示屏110投射显示近处的图层；3b图为焦距调节件132在控制模块的控制下调整为收缩状态，使得焦距调节晶体131晶体舒张，等效曲率半径变小，等效曲率变大，等效视距变远，显示屏110投射显示远处的图层。由此可见，通过显示屏110和焦距调节件132的对应显示关系，可以对不同焦距的图层完成扫描显示，最终在人眼中合成为一幅体全息的AR图像，从而实现AR的全息3D显示效果。
在一个实施例中，参考图2所示，焦距调节晶体131与棱镜模组120相对的表面构造为第一贴合平面1311，第一贴合平面1311贴合于棱镜模组120。也就是说，焦距调节晶体131通过第一贴合平面1311与棱镜模组120贴合设置。可选地，焦距调节晶体131可以粘接于棱镜模组120，即焦距调节晶体131可以通过第一贴合平面1311与棱镜模组120无缝粘接。
在一个实施例中，继续参考图2所示，焦距调节晶体131与焦距调节件132相对的表面构造为朝向焦距调节件132凸出的第一贴合曲面1312，焦距调节件132与焦距调节晶体131相对的表面构造为与第一贴合曲面1312适配的第二贴合曲面1321，第二贴合曲面1321朝向远离焦距调节晶体131方向凹陷。也就是说，焦距调节件132通过第二贴合曲面1321与焦距调节晶体131贴合设置，对于内表面可以反射光线的焦距调节件132来说，其相当于一个凹面镜，可以对传播至其表面的光进行反射。可选地，第二贴合曲面1321可以构造为全反射的曲面镜面。
在一个实施例中，显示屏110与棱镜模组120相对的表面构造为第二贴合平面111，第二贴合平面111贴合于棱镜模组120。可选地，显示屏110可以粘接于棱镜模组120，即显示屏110可以通过第二贴合平面111与棱镜模组120无缝粘接。可选地，第二贴合平面111可以与第一贴合平面1311平行设置。
下面通过一个具体的实施例对本发明作进一步地解释和说明。
图4为该具体实施例的AR显示装置的成像示意图，参考图4所示，AR显示装置100对显示屏110显示的图像O进行多焦点处理，获取四张不同焦距的图像，从左到右依次标记为A、B、C、D，且图像的尺寸从左到右依次减小。具体的成像处理步骤如下：
步骤S201：先在显示屏上显示图像A，根据图像A的焦距确定对应的电压，并根据该电压控制压电薄膜形变，压电薄膜形变引起焦距调节晶体形变，此时显示屏的图像经棱镜模组投射至焦距调节晶体，并反射至棱镜，然后经自由斜面反射进入人眼，使人眼获取处理后的图像A信息。
步骤S202：在显示屏上显示图像B，根据图像B的焦距确定对应的电压，并根据该电压控制压电薄膜形变，压电薄膜形变引起焦距调节晶体形变，此时显示屏的图像经棱镜模组投射至焦距调节晶体，并反射至棱镜，然后经自由斜面反射进入人眼，使人眼获取处理后的图像B信息。
步骤S203：在显示屏上显示图像C，根据图像C的焦距确定对应的电压，并根据该电压控制压电薄膜形变，压电薄膜形变引起焦距调节晶体形变，此时显示屏的图像经棱镜模组投射至焦距调节晶体，并反射至棱镜，然后经自由斜面反射进入人眼，使人眼获取处理后的图像C信息。
步骤S204：在显示屏上显示图像D，根据图像D的焦距确定对应的电压，并根据该电压控制压电薄膜形变，压电薄膜形变引起焦距调节晶体形变，此时显示屏的图像经棱镜模组投射至焦距调节晶体，并反射至棱镜，然后经自由斜面反射进入人眼，使人眼获取处理后的图像D信息。
步骤S205：显示屏根据设定的刷新频率(可以为120Hz)进行图像的A、B、C、D的快速替换，使得人眼能够连续且快速地接收到处理后的A、B、C、D图像信息，进而在大脑中形成3D图像效果。
可以理解的是，可以通过两套上述的AR显示装置组成双目立体显示系统，也就是说，用户的两只眼睛各对应采用一套显示装置，并交替显示经多焦点处理后的图像，例如，左眼设备显示处理图像A，右眼设备显示处理图像B，左眼设备显示处理图像C，右眼设备显示处理图像D，从而通过左右眼交替循环接收相邻两个抛面的物体分层影像，在大脑中形成更接近真实的3D图像。
综上所述，根据本发明实施例的AR显示装置，通过控制单元确定显示信息并根据显示信息驱动显示屏进行显示，并通过棱镜模组中设有与显示屏相适配的自由斜面，以及通过焦距调节组件将显示图像反射至自由斜面以使自由斜面将显示图像反射至人眼，并通过控制单元控制焦距调节组件动作以改变焦距调节组件的焦距，以使AR显示装置输出AR显示图像。由此，能够使AR显示图像的视距可调，可以实现对图像的高度3D还原显示，有效提高了用户体验。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种AR显示装置，其特征在于，包括：
显示屏和控制单元，所述控制单元与所述显示屏相连，所述控制单元确定显示信息并根据所述显示信息驱动所述显示屏进行显示；
棱镜模组，所述棱镜模组中设有与所述显示屏相适配的自由斜面；
焦距调节组件，所述显示屏的显示图像通过所述自由斜面投射至所述焦距调节组件，所述焦距调节组件用于将所述显示图像反射至所述自由斜面以使所述自由斜面将所述显示图像反射至人眼，其中，所述控制单元控制所述焦距调节组件动作以改变所述焦距调节组件的焦距，以使所述AR显示装置输出AR显示图像。
2.根据权利要求1所述的AR显示装置，其特征在于，所述棱镜模组具有相对的第一端和第二端，所述显示屏设于所述第一端和所述第二端中的一个，所述焦距调节组件设于所述第一端和所述第二端中的另一个。
3.根据权利要求2所述的AR显示装置，其特征在于，所述焦距调节组件包括：焦距调节晶体和焦距调节件，所述焦距调节晶体设于所述棱镜模组和所述焦距调节件之间，所述焦距调节件与所述控制单元相连，所述控制单元通过所述焦距调节件调节所述焦距调节晶体变形以改变所述焦距调节组件的焦距。
4.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，所述控制单元通过向所述焦距调节件输出电压值和/或电流值控制所述焦距调节件伸缩以使所述焦距调节件调节所述焦距调节晶体变形。
5.根据权利要求3或4所述的AR显示装置，其特征在于，所述焦距调节件构造为方向极化的压电薄膜。
6.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，所述焦距调节晶体与所述棱镜模组相对的表面构造为第一贴合平面，所述第一贴合平面贴合于所述棱镜模组。
7.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，所述焦距调节晶体与所述焦距调节件相对的表面构造为朝向所述焦距调节件凸出的第一贴合曲面，所述焦距调节件与所述焦距调节晶体相对的表面构造为与所述第一贴合曲面适配的第二贴合曲面，所述第二贴合曲面朝向远离所述焦距调节晶体方向凹陷。
8.根据权利要求7所述的AR显示装置，其特征在于，所述第二贴合曲面构造为全反射的曲面镜面。
9.根据权利要求2所述的AR显示装置，其特征在于，所述显示屏与所述棱镜模组相对的表面构造为第二贴合平面，所述第二贴合平面贴合于所述棱镜模组。
10.根据权利要求3所述的AR显示装置，其特征在于，所述显示屏、所述焦距调节晶体粘接于所述棱镜模组。
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