CN115480415A - 光学显示系统、控制方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种光学显示系统、控制方法及显示装置。光学显示系统，包括：显示面板和成像单元，其中，所述显示面板，被配置为显示二维图像，所述二维图像包括具有不同的深度值的多个显示对象；所述成像单元，包括：位于所述显示面板出光侧的第一透镜结构和位于所述第一透镜结构出光侧的第二透镜结构；其中，所述第一透镜结构，包括：与所述多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜区域，所述可调透镜区域的焦距和形状均可调；所述第一透镜结构，被配置为形成所述多个显示对象对应的多个第一虚像；所述第二透镜结构，被配置为放大所述多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像。

Description

光学显示系统、控制方法及显示装置

技术领域

本公开实施例涉及但不限于显示技术领域，尤其涉及一种光学显示系统、控制方法及显示装置。

背景技术

近年来随着三维(three dimensional，3D)技术的发展，光场显示(Light fielddisplay)技术作为能解决人眼辐辏冲突问题的3D显示方案，可以避免观看者在持续观看动态3D图像过程时出现眼疲劳和眩晕等不良体验，具有广泛的应用潜力，使得其越来越受到关注。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

第一方面，本公开实施例提供了一种光学显示系统，包括：显示面板和成像单元，其中，

所述显示面板，被配置为显示二维图像，所述二维图像包括具有不同的深度值的多个显示对象；

所述成像单元，包括：位于所述显示面板出光侧的第一透镜结构和位于所述第一透镜结构出光侧的第二透镜结构；其中，所述第一透镜结构，包括：与所述多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜区域，所述可调透镜区域的焦距和形状均可调；所述第一透镜结构，被配置为形成所述多个显示对象对应的多个第一虚像；所述第二透镜结构，被配置为放大所述多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像。

第二方面，本公开实施例提供了一种显示装置，包括：上述实施例中所述的显示系统。

第三方面，本公开实施例提供了一种控制方法，应用于上述实施例中所述的显示系统，所述控制方法包括：

获得包含多个显示对象的二维图像及其对应的深度图像，其中，所述多个显示对象具有不同的深度值；

将所述二维图像输出至显示面板进行显示；

基于所述深度图像，控制第一透镜结构形成与所述多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜区域，以使所述第一透镜结构形成所述多个显示对象对应的多个第一虚像，并且以使第二透镜结构放大所述多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像，其中，所述可调透镜区域的焦距和形状均可调。

本公开实施例提供的光学显示系统、控制方法及显示装置，通过设置第一透镜结构包括不同焦距的多个可调透镜区域并且设置第一透镜结构位于显示面板出光侧，并通过设置第二透镜结构位于第一透镜结构的出光侧，那么，显示面板发出的对应于二维图像中多个显示对象的光线可以入射到多个可调透镜区域，经不同焦距的多个可调透镜区域进行成像，可以形成与显示面板所显示的二维图像中多个显示对象对应的具有不同像距的多个第一虚像，即形成具有多个不同深度的第一虚像面；然后，从可调透镜区域出射的折射光线入射到第二透镜结构，经第二透镜结构对具有不同像距的多个第一虚像进行放大成像，可形成具有不同像距的多个第二虚像，即形成具有多个不同深度的第二虚像面。这样，显示面板所显示的二维图像经第一透镜结构和第二透镜结构成像后，在观察位置用户可以观看到该二维图像中的不同显示对象所对应于不同深度的光场图像，实现了光场显示。由于本公开示例性实施例所提供的光学显示系统在实现光场显示时每帧二维图像都可以得到对应的不同深度的多个虚像面，因此，不需要采用时分复用，从而，可以避免光场图像的分辨率降低，对显示面板的刷新率没有特殊要求，可以避免显示面板的分辨率损失，可以实现高分辨率的立体显示效果，可以实现多深度的显示效果。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

附图说明

附图用来提供对本公开技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。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公开内容。

图1为本公开示例性实施例中的光学显示系统的一种结构示意图；

图2为本公开示例性实施例中的第一透镜结构的一种结构示意图；

图3为本公开示例性实施例中的光学显示系统的另一种结构示意图；

图4为本公开示例性实施例中的第一透镜结构的另一种结构示意图；

图5为本公开示例性实施例中的菲涅耳透镜的电压分布图；

图6为本公开示例性实施例中的控制方法的流程示意图；

图7为本公开示例性实施例中的显示面板所显示的二维图像的示意图；

图8为图7所示的二维图像对应的深度图像的示意图；

图9为本公开示例性实施例中第一透镜结构中的可调透镜区域的分布示意图；

图10为本公开示例性实施例中可调透镜区域中液晶层的相位延迟量的分布示意图；

图11为本公开示例性实施例中第一透镜结构中的第一可调透镜区域的相位延迟量分布的示意图；

图12为本公开示例性实施例中第一透镜结构中的第二可调透镜区域的相位延迟量分布的示意图；

图13为本公开示例性实施例中第一透镜结构中可调透镜区域的电压分布的示意图；

图14为本公开示例性实施例中光学显示系统的光路示意图。

具体实施方式

本文描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，在本文所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在示例性实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本公开实施例的精神和范围内。

在附图中，有时为了明确起见，夸大表示了每个构成要素的大小、层的厚度或区域。因此，本公开的一个方式并不一定限定于该尺寸，附图中每个部件的形状和大小不反映真实比例。此外，附图示意性地示出了理想的例子，本公开的一个方式不局限于附图所示的形状或数值等。

在本公开实施例中的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混同而设置，而不是为了在数量方面上进行限定的。

在本公开实施例中，为了方便起见，使用“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的词句以参照附图说明构成要素的位置关系，仅是为了便于描述本说明书和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。构成要素的位置关系根据描述每个构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于在说明书中说明的词句，根据情况可以适当地更换。

在本公开实施例中，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，或可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本公开中的含义。

在本公开实施例中，“电连接”包括构成要素通过具有某种电作用的元件连接在一起的情况。“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接的构成要素间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。“具有某种电作用的元件”例如可以是电极或布线，或者是晶体管等开关元件，或者是电阻器、电感器或电容器等其它功能元件等。

在本公开实施例中，晶体管是指至少包括栅电极(又可称为栅极或控制极)、漏电极(又可称为漏电极端子、漏区域或漏极)以及源电极(又可称为源电极端子、源区域或源极)这三个端子的元件。晶体管在漏电极与源电极之间具有沟道区域，并且电流能够流过漏电极、沟道区域以及源电极。注意，在本说明书中，沟道区域是指电流主要流过的区域。

在本公开实施例中，为了区分晶体管除控制极之外的两极，直接描述了其中一极为第一极，另一极为第二极，其中，第一极可以为漏电极且第二极可以为源电极，或者，第一极可以为源电极且第二极可以为漏电极。在使用极性相反的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下，“源电极”及“漏电极”的功能有时互相调换。因此，在本说明书中，“源电极”和“漏电极”可以互相调换。

在本公开实施例中，当描述到第三器件位于第一器件和第二器件之间时，在该第三器件与第一器件或第二器件之间可以存在中间器件，或者可以不存在中间器件。

在3D显示技术领域中，辐辏冲突(Vergence Accommodation Conflict，VAC)，又可以称为调焦冲突，是指人眼的辐辏转动与屈光调节之间产生了冲突，会导致观看者在持续观看动态3D图像过程时，容易出现眼疲劳和眩晕等不良体验。例如，虚拟现实(VirtualReality，VR)产品和增强现实(Augmented Reality，AR)产品，通常采用单一焦点的光学设计方案，这样会使得用户在观看图像时无需进行屈光调节，那么，人眼的辐辏转动与屈光调节之间就会产生了冲突。

光场显示技术能够将二维图像信息显示在多个不同空间深度(又可以称为深度或者景深等)，从而，可以解决辐辏冲突，产生真实的3D体验。目前的光场显示技术主要包括以下两种：

一种是指基于微透镜阵列实现的光场显示方案，主要是利用微透镜阵列把显示面板上的每个像素发出的光线准直成一根光线，产生一个光线场，用这个光线场来模拟还原真实世界中的无数条光线，来实现光场显示。由于还原的光线数量越多，显示效果才会越好，但是显示面板的分辨率越高，才能够实现还原的光线数量越多，因此，这种光场显示方案要求显示面板具有很高的分辨率。再者，由于每根光线都是经过微透镜准直得到的，也就是说，光线的直径即为微透镜的口径，则显示面板所显示的二维图像的分辨率也为微透镜的口径，使得这种技术的显示分辨率不高，立体显示效果较差。此外，对光线场的计算对显示系统的计算能力有很高要求，很难实现实时的渲染显示。因此，目前的基于微透镜阵列还原光线场实现的光场显示方案，存在计算复杂、分辨率较低以及立体显示效果比较粗糙的问题。

另一种是指基于变焦透镜或多层显示面板堆叠实现的光场显示方案，也可称为多焦面显示(multi-focal display)方案，主要是把3D场景按照深度切分为多个二维切片图像，利用多层显示面板堆叠或变焦透镜(又可称为可变焦透镜，其中，变焦透镜的焦距可调)，把每个深度对应的切片图像成像到不同的深度，形成多深度的立体显示。这种技术通常需要采用时间复用或空间复用，其中，采用时间复用要求显示面板具有很高的刷新率，而采用空间复用会牺牲显示面板的分辨率，从而导致生成的深度面(又可称为景深面)越多则需要的刷新率越高或牺牲的分辨率越多，很难准确还原3D场景，只能利用几个有限的离散深度面来近似还原。而且，所能够得到景深面数量较少，每个景深面的深度是固定的不可调。因此，目前的基于变焦透镜或多层显示面板堆叠实现的光场显示方案，存在需要采用时间复用或空间复用，需要显示面板有极高的刷新率，分辨率较低以及立体显示效果较差的问题。

本公开实施例提供一种光学显示系统。图1为本公开示例性实施例中的光学显示系统的一种结构示意图。如图1所示，该光学显示系统可以包括：显示面板11和成像单元，其中，

显示面板11，被配置为显示二维图像，二维图像可以包括具有不同的深度值的多个显示对象；

成像单元，可以包括：位于显示面板11出光侧的第一透镜结构12和位于第一透镜结构12出光侧的第二透镜结构13；其中，第一透镜结构12，可以包括：与多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜(tunable lens)区域120，可调透镜区域120的焦距和形状均可调；第一透镜结构12，被配置为形成多个显示对象对应的具有不同的像距的多个第一虚像；第二透镜结构13，被配置为放大多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像。

其中，焦距，也可以称为焦长，是光学系统中衡量光线的聚集或发散的度量方式，可以是指当光线入射至透镜时从透镜光心(又可称为透镜中心)到光线聚集之焦点的距离。例如，可调透镜区域的焦距可以是指当显示面板发出的对应于二维图像中显示对象的光线入射至可调透镜区域时，从可调透镜区域的光心到光线聚集之焦点的距离。

其中，虚像，可以是指光线经透镜折射后，其反向延长线的交点的集合点。例如，根据成像原理，第一虚像可以是指从显示面板发出的对应于二维图像中显示对象的光线入射到可调透镜区域，经可调透镜区域进行成像所形成的像。例如，第二虚像可以是指从显示面板发出的对应于二维图像中显示对象的光线经可调透镜区域折射后，从可调透镜区域出射的折射光线入射到第二透镜结构，经第二透镜结构进行成像所形成的像。

其中，像距，可以是指透镜所形成的像(例如，虚像)到透镜光心的距离。例如，第一虚像的像距可以是指第一虚像到可调透镜区域的光心的距离。例如，第二虚像的像距可以是指第二虚像到第二透镜结构的光心的距离。

在一种示例性实施例中，光学显示系统可以用于形成AR(Augmented Reality，增强现实)显示装置，或者，可以用于形成VR(Virtual Reality，虚拟现实)显示装置。这里，本公开实施例对光学显示系统的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，显示面板可以包括但不限于为：液晶显示(LiquidCrystal Display，LCD)面板、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)显示面板、量子点发光二极管(QuantumDot Light Emitting Diodes，QLED)显示面板和数字光处理(Digital Light Processing，DLP)显示面板中的任意一种。当然，显示面板还可以为其它显示面板，例如，微型发光二极管(Micro Light-Emitting Diode，Micro LED)显示面板、次毫米发光发光二极管(MiniLight-Emitting Diode，Mini LED)显示面板、微型有机发光二极管(Micro OLED)显示面板或者硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)显示面板等。这里，本公开实施例对显示面板的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，显示面板可以为柔性显示面板(例如，可弯折或可弯曲的显示面板)或者非柔性显示面板(例如，刚性显示面板)。这里，本公开实施例对显示面板的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，显示面板可以为透明显示面板。这里，本公开实施例对显示面板的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，多个第一虚像可以具有不同的像距，对应的，多个第二虚像可以具有不同的像距。其中，第二虚像的像距可以大于对应的第一虚像的像距。

在一种示例性实施例中，第一虚像的像距可以小于对应的显示对象的深度值，第二虚像的像距可以等于对应的显示对象的深度值。

在一种示例性实施例中，显示面板可以位于第一透镜结构的一倍焦距以内，多个第一虚像可以位于第二透镜结构的一倍焦距以内。

在一种示例性实施例中，第二透镜结构可以包括但不限于为：球面透镜(又可称为球透镜)、非球面透镜、自由曲面透镜和胶合透镜中的任意一种。这里，本公开实施例对第二透镜结构的类型不做限定，可任意设置，能够实现对第一虚像进行放大成像即可。

在一种示例性实施例中，第二透镜结构可以为固体透镜。例如，固体透镜可以采用玻璃或光敏树脂等材料制成。这里，本公开实施例对第二透镜结构的材料不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，第二透镜结构可以为凸透镜。例如，以第二透镜结构为球面透镜为例，第二透镜结构可以为双凸球面透镜或者平凸球面透镜。这里，本公开实施例对第二透镜结构的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，第一透镜结构中具有不同的焦距的多个可调透镜区域与二维图像中具有不同的深度值的多个显示对象可以为一一对应的关系。例如，可调透镜区域的焦距可以根据对应的显示对象的深度值调整。例如，可调透镜区域的形状可以根据对应的显示对象的外轮廓的形状调整。例如，多个可调透镜区域的总个数与二维图像中不同深度的多个显示对象的总个数可以相等，即多个可调透镜区域的总个数可以根据二维图像中不同深度的多个显示对象的总个数调整。

在一种示例性实施例中，第一透镜结构中多个可调透镜区域中第i个可调透镜区域的焦距可以满足如下公式(1)所示的关系式：

在公式(1)中，fi表示第i个可调透镜区域的焦距，f0表示第二透镜结构的焦距，H表示第i个可调透镜区域的物距，Si表示多个显示对象中与第i个可调透镜区域对应的第i个显示对象的深度值，L0表示第i个可调透镜区域与第二透镜结构之间的距离，i为1至N之间的正整数，N为多个可调透镜区域的总个数。

其中，第i个可调透镜区域的物距，可以是指显示面板到第一透镜结构中第i个可调透镜区域的光心的距离。例如，第一透镜结构的多个可调透镜区域的物距可以相同，即，多个可调透镜区域的物距可以均为显示面板到第一透镜结构的光心的距离(也即第一透镜结构相对于显示面板的放置高度)。

在一种示例性实施例中，第一透镜结构可以设置在显示面板的出光侧，安装方式可以包括但不限于贴附、固接或者间隔设置等。这里，本公开实施例对第一透镜结构的安装方式不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，第一透镜结构可以包括但不限于为：液晶透镜结构和电润湿透镜结构中的任意一种。这里，本公开实施例对第一透镜结构的类型不做限定，可任意设置，能够实现对第一透镜结构进行分区形成可调透镜区域，并实现调整可调透镜区域的焦距、形状和数量等参数即可。

在一种示例性实施例中，以第一透镜结构为液晶透镜结构为例，可调透镜区域可以包括但不限于为：菲涅耳液晶透镜、球面液晶透镜、非球面液晶透镜和自由曲面液晶透镜中的任意一种。这里，本公开实施例对可调透镜区域的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，以第一透镜结构为液晶透镜结构为例，如图2所示，第一透镜结构可以包括：对盒设置的第一基板121和第二基板122、以及设置在第一基板121和第二基板122之间的液晶层123。

在一种示例性实施例中，第一基板和第二基板可以为由相同材料制成的透明基板。例如，透明基板的材料可以包括但不限于为玻璃。这里，本公开实施例对第一基板和第二基板的材料不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，液晶层可以包括：常光折射率(no)约为1.5且非常光折射率(ne)约为1.8的液晶材料。

在一种示例性实施例中，液晶层的材料可以包括但不限于为向列相液晶材料等。这里，本公开实施例对此不做限定。

在一种示例性实施例中，如图2所示，第一透镜结构还可以包括：位于第一基板121的靠近液晶层123的一侧的第一电极124和位于第二基板122的靠近液晶层123的一侧的第二电极125。其中，第一电极和第二电极被配置为形成电场以驱动液晶层中的液晶分子旋转以及调节多个可调透镜区域的焦距、形状和数量。

在一种示例性实施例中，如图2所示，第一透镜结构还可以包括：配向层，其中，配向层可以包括：位于液晶层123的靠近第一基板121的一侧的第一配向层126和位于液晶层123的靠近第二基板122的一侧的第二配向层127，其中，配向层，被配置为在第一电极124和第二电极125之间未加电压的情况下，对液晶层123中的液晶分子进行配向。

在一种示例性实施例中，第一电极和第二电极中的一种可以为公共电极(或者，可以称为共用电极)，第一电极和第二电极中的另一种可以为像素电极。例如，如图2所示，第一电极为公共电极(或者，可以称为共用电极)，第二电极为像素电极。这里，本公开实施例对第一电极和第二电极的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，第一电极和第二电极中的至少一种可以包括：呈阵列排布的多个块状电极。例如，第一电极和第二电极的一种可以为呈阵列排布的多个块状电极，第一电极和第二电极中的另一种可以为整块的面状电极。如此，通过对不同的可调透镜区域内的块状电极施加不同的电压，可以实现精准调控液晶层，可以使得精准调控液晶层形成可调透镜区域。

例如，以第一电极为公共电极，第二电极为像素电极为例，如图2和图3所示，第一电极124可以为整块的面状电极，第二电极125可以包括：沿第一方向DR1和第二方向DR2呈阵列排布的多个块状电极，其中，第一方向DR1和第二方向DR2交叉(例如，第一方向DR1和第二方向DR2垂直)。那么，如图4所示，多个块状电极可以与显示面板中呈阵列排布的多个像素一一对应。如此，第一液晶结构中块状电极的密度等于显示面板中的像素的密度，有利于实现第一液晶结构的分区可调功能，便于针对不同的二维图像形成不同的可调透镜区域(即第一液晶结构的可调透镜区域的数量、焦距和形状不同)，从而，便于形成深度不固定的景深面，便于形成数量不固定的景深面，提升立体显示效果。

在一种示例性实施例中，如图4所示，以第二电极125可以包括：沿第一方向DR1和第二方向DR2呈阵列排布的多个块状电极，在平行于显示面板的平面，每个块状电极的截面形状可以为四边形，例如，正方形。这里，本公开实施例对块状电极的形状不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，第一电极和第二电极可以为由相同材料制成的透明电极。例如，该透明电极可以采用如铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或者铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)等透明的导电材料制成。例如，第一电极和第二电极均可采用ITO材料形成，如此，可以使得第一透镜结构具有较高的透光性，从而，可使光学显示系统的透光率更高。这里，本公开实施例对第一电极和第二电极的材料不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，以第一透镜结构为液晶透镜结构为例，如图3所示，光学显示系统还可以包括：调节模块30，其中，调节模块50可以被配置为在第一电极124和第二电极125之间施加与二维图像对应的深度图像对应的电压，控制液晶层123中液晶分子偏转，形成多个可调透镜区域。如此，调节模块对第一透镜结构的第一电极和第二电极施加电压时，第一透镜结构的液晶层中的液晶分子可以发生旋转，从而，可以使得液晶层的折射率发生变化，进而使得液晶层对光线的相位延迟量也随之发生变化。这样，通过调节模块可以使第一透镜结构的可调透镜区域内的液晶层的折射率分布模拟透镜的相位延迟量分布，则可调透镜区域可实现透镜的功能。

在一种示例性实施例中，可调透镜区域中液晶层的相位延迟量的分布形式可以呈菲涅耳透镜的相位延迟量的分布形式。对应地，当相位延迟量分布采取菲涅耳透镜的形式时，形成此相位延迟量分布的可调透镜区域所需的加在第一电极和第二电极之间电压分布可以采取如图5所示的菲涅耳透镜的形式。如此，所形成的可调透镜区域可以等效于菲涅耳透镜。其中，相位延迟是指由于光的相位在透过具有二相性或多向性的物质时发生偏转所产生的相位的延后作用。

在一种示例性实施例中，调节模块可以由一个存储器和一个处理器来实现，处理器可以被配置为调用存储器中的程序指令，实现如下步骤：基于二维图像对应的深度图像，获取多个显示对象的深度值；基于多个显示对象的深度值，按照上述公式(1)，确定多个显示对象一一对应的多个可调透镜区域的焦距；基于多个可调透镜区域的焦距，确定多个可调透镜区域的相位延迟量；根据预先存储的液晶的相位延迟量与电压之间映射关系，确定多个可调透镜区域的相位延迟量对应的电压；在第一电极和第二电极之间施加多个可调透镜区域的相位延迟量对应的电压，控制液晶层中液晶分子偏转，以形成多个可调透镜区域。例如，存储器和控制器可以为显示面板中已有的存储器和控制器，或者，可以为第一透镜结构中增设的存储器和控制器。

在一种示例性实施例中，调节模块可以由微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)来实现。例如，MCU可以为显示面板中已有的，或者，可以为第一透镜结构中增设的。

当然，调节模块包括但不限于上述列出的两种实现方式，能够实现其功能即可，这里，本公开实施例对调节模块的实现方式不做限定。

由上述内容可知，在本公开示例性实施例所提供的光学显示系统中，通过设置第一透镜结构包括不同焦距的多个可调透镜区域并且设置第一透镜结构位于显示面板出光侧，并通过设置第二透镜结构位于第一透镜结构的出光侧，那么，显示面板发出的对应于二维图像中多个显示对象的光线可以入射到多个可调透镜区域，经不同焦距的多个可调透镜区域进行成像，可以形成与显示面板所显示的二维图像中多个显示对象对应的具有不同像距的多个第一虚像，形成多个不同深度的第一虚像面(即第一虚像所在的垂直于可调透镜区域的主光轴的平面)；然后，从可调透镜区域出射的折射光线入射到第二透镜结构，经第二透镜结构对具有不同像距的多个第一虚像进行放大成像，可形成具有不同像距的多个第二虚像(即多个显示对象对应的放大的虚像)，形成多个不同深度的第二虚像面(即第二虚像所在的垂直于第二透镜结构的主光轴的平面)。这样，显示面板所显示的二维图像经第一透镜结构和第二透镜结构成像后，在观察位置用户可以观看到该二维图像中的不同显示对象所对应于不同深度的光场图像，实现了光场显示。从而，由于本公开示例性实施例所提供的光学显示系统在实现光场显示时每帧二维图像都可以得到对应的不同深度的多个虚像面(即景深面)，不需要采用时分复用，可以避免光场图像的分辨率降低，对显示面板的刷新率没有特殊要求，可以避免显示面板的分辨率损失，可以实现高分辨率的立体显示效果。并且，每帧二维图像可以对应的多个虚像面(即景深面)，每个虚像面(即景深面)的深度都可调，可以实现多深度(即景深)的显示效果。

此外，本公开实施例中的光学显示系统除了可以包括上述的显示面板、第一透镜结构和第二透镜结构等结构以外，还可以包括其它必要的组成和结构，例如，像素驱动电路等，本领域技术人员可根据该显示面板的种类进行相应地设计和补充，在此不再赘述。

本公开实施例还提供一种显示装置。该显示装置可以包括：上述一个或多个示例性实施例中的显示系统。

在一种示例性实施例中，该显示装置可以包括但不限于为：虚拟现实显示装置或者增强现实显示装置。这里，本公开实施例对显示装置的类型不做限定，可任意设置。

在一种示例性实施例中，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑或者导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。这里，本公开实施例对显示装置的类型不做限定，可任意设置。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应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本公开的限制。

对于本公开显示装置实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照本公开光学显示系统实施例中的描述而理解，这里不再赘述。

本公开实施例还提供一种控制方法，该控制方法可以应用于如上述一个或多个示例性实施例中的显示系统。

图6为本公开示例性实施例中的控制方法的流程示意图，如图6所示，该控制方法可以包括：

步骤601：获得包含多个显示对象的二维图像及其对应的深度图像，其中，多个显示对象具有不同的深度值；

步骤602：将二维图像输出至显示面板进行显示；

步骤603：基于二维图像对应的深度图像，控制第一透镜结构形成与多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜区域，以使第一透镜结构形成多个显示对象对应的多个第一虚像，并且以使第二透镜结构放大多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像，其中，可调透镜区域的焦距和形状均可调。

在一种示例性实施例中，步骤603可以包括：基于二维图像对应的深度图像，获取多个显示对象的深度值；基于多个显示对象的深度值，按照上述公式(1)，确定多个显示对象一一对应的多个可调透镜区域的焦距；基于多个可调透镜区域的焦距，确定多个可调透镜区域的相位延迟量；根据预先存储的液晶的相位延迟量与电压之间映射关系，确定多个可调透镜区域的相位延迟量对应的电压；在第一电极和第二电极之间施加多个可调透镜区域的相位延迟量对应的电压，控制液晶层中液晶分子偏转，以形成多个可调透镜区域。

下面以第一透镜结构为液晶透镜结构为例，并以第一透镜结构中第一电极为公共电极，第二电极为像素电极，像素电极包括：沿第一方向DR1和第二方向DR2呈二维阵列排布的多个正方形的块状电极为例，结合附图，对如何基于显示面板所显示的二维图像及其对应的深度图像形成可调透镜区域进行说明。

例如，图7为本公开示例性实施例中的显示面板所显示的二维图像的示意图。如图7所示，该显示面板所显示的二维图像可以包括：树71和房子72。其中，为了便于描述，在图7中，显示面板所显示的二维图像仅以两个显示对象为例进行示意，这里，本公开实施例对二维图像的内容不做限定，可任意设置。

例如，图8为图7所示的二维图像对应的深度图像的示意图。如图8所示，树71的深度值和房子72的深度值不相同，即在待呈现的3D场景中，树71到观看者的距离与房子72到观看者的距离是不同的。其中，为了便于描述，在图8所示深度图像中，树71的深度值和房子72的深度值采用不同灰阶的颜色来表示。这里，本公开实施例对深度图像不做限定，可任意设置。

例如，如图4所示，第一透镜结构中正方形的块状电极(例如，第二电极125作为像素电极)与显示面板中的像素可以一一对应，将图7所示的二维图像发送给显示面板以直接显示在显示面板上，并将图8所示的深度图像输入调节模块，那么，如图9所示，调节模块可以给第一透镜结构中的公共电极(例如，第一电极)与多个第一块状电极(例如，第二电极125中与显示面板中显示树71的像素对应的块状电极)之间提供与树71的深度值对应的电压，可以实现在第一透镜结构中形成与树71对应的第一可调透镜区域91；调节模块可以给第一透镜结构中公共电极与多个第二块状电极(例如，第二电极125中与显示面板中显示房子72的像素对应的块状电极)之间提供与房子72的深度值对应的电压，可以实现在第一透镜结构中形成与房子72对应的第二可调透镜区域92。如此，通过调节模块在第一电极和第二电极之间施加与深度图像对应的电压，可以实现将第一透镜结构进行分区，并对两个分区的焦距进行调节，实现了在第一透镜结构中形成与树71对应的第一可调透镜区域91，并形成与房子72对应的第二可调透镜区域92。

例如，图10为本公开示例性实施例中可调透镜区域中液晶层的相位延迟量的分布示意图。如图10所示，第一曲线101(左侧曲线)，也可称为液晶的V-Re曲线，表示液晶的相位延迟量Re与第一电极和第二电极之间所加电压V的关系，其中，通常液晶的V-Re曲线不是线性关系，第一曲线101的横轴表示第一电极和第二电极(例如，作为像素电极)之间所加电压V，第一曲线101的纵轴表示液晶的相位延迟量Re。第二曲线102(右侧曲线)表示形成具有透镜功能的可调透镜区域时液晶层的相位延迟量分布形式，其中，第一电极和第二电极(例如，作为像素电极)之间加载的电压可根据液晶的V-Re曲线得到。这里，为清晰起见，图10中只示意出了一个可调透镜区域对应的一半的像素电极。

例如，图11为本公开示例性实施例中第一透镜结构中与树71对应的第一可调透镜区域91的相位延迟量分布的示意图，图12为本公开示例性实施例中第一透镜结构中与房子72对应的第二可调透镜区域92的相位延迟量分布的示意图，如此，第一透镜结构中可调透镜区域的相位延迟量分布为菲涅耳透镜的形式，即第一透镜结构中可调透镜区域可以等效于菲涅耳透镜，从而，可以降低液晶透镜结构(即第一透镜结构)的盒厚。

例如，以第一透镜结构中可调透镜区域可以等效于菲涅耳透镜为例，图13为本公开示例性实施例中第一透镜结构中可调透镜区域的电压分布的示意图。当可调透镜区域中液晶层的相位延迟量分布采取菲涅耳透镜的形式时，根据液晶的V-Re曲线可以得到为形成此相位延迟量分布所需的加在第一电极和第二电极之间电压分布形式如图13所示，第一透镜结构中可调透镜区域的电压分布可以包括：第一可调透镜区域91的电压分布和第二可调透镜区域92的电压分布。如此，第一透镜结构中的不同可调透镜区域的电压分布不同，可以使得第一透镜结构中的不同可调透镜区域的相位延迟量分布不同，进而，可以使得第一透镜结构中的不同可调透镜区域等效于不同焦距的菲涅耳透镜。其中，在图13中，不同的灰度值表示不同的电压值。

图14为本公开示例性实施例中光学显示系统的光路示意图。如图14所示，第一透镜结构可以包括：与树对应的第一可调透镜区域和与房子对应的第二可调透镜区域，对于第一可调透镜区域和第二可调透镜区域来说，第一可调透镜区域的物面和第二可调透镜区域的物面均为显示面板所在的平面，即第一可调透镜区域的物距和第二可调透镜区域的物距均为显示面板11到第一透镜结构的光心的距离H，f0表示第二透镜结构的焦距，f1表示第一可调透镜区域的焦距，f2表示第二可调透镜区域的焦距，L0表示第一透镜结构与第二透镜结构之间的距离。以树为例来说，经过第一透镜结构中焦距f1的透镜(即第一可调透镜区域)成像在一级虚像面(即第一虚像面)，树的第一虚像的像距为s1，同时此虚像又作为第二透镜结构的物面，物距为s1+L0，经焦距f0的第二透镜结构成像在二级虚像面(即第二虚像面)，树的第二虚像的像距为S1。以房子为例来说，经过第一透镜结构中焦距f2的透镜(即第二可调透镜区域)成像在一级虚像面(即第一虚像面)，房子的第一虚像的像距为s1，同时此虚像又作为第二透镜结构的物面，物距为s2+L0，经焦距f0的第二透镜结构成像在二级虚像面(即第二虚像面)，房子的第二虚像的像距为S2。根据成像的高斯公式，使人眼经第二透镜结构看到的树最终成像在S1处，并且，人眼经第二透镜结构看到的房子最终成像在S2处，那么，第一可调透镜区域的焦距f1可以如下公式(2)所示，第二可调透镜区域的焦距f2可以如下公式(3)所示：

对于本公开控制方法实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照本公开光学显示系统实施例中的描述而理解，这里不再赘述。

虽然本公开所揭露的实施方式如上，但上述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属领域内的技术人员，在不脱离本公开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，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种光学显示系统，其特征在于，包括：显示面板和成像单元，其中，

所述显示面板，被配置为显示二维图像，所述二维图像包括具有不同的深度值的多个显示对象；

所述成像单元，包括：位于所述显示面板出光侧的第一透镜结构和位于所述第一透镜结构出光侧的第二透镜结构；其中，所述第一透镜结构，包括：与所述多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜区域，所述可调透镜区域的焦距和形状均可调；所述第一透镜结构，被配置为形成所述多个显示对象对应的多个第一虚像；所述第二透镜结构，被配置为放大所述多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像。

2.根据权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述可调透镜区域的焦距根据对应的显示对象的深度值调整。

3.根据权利要求2所述的光学显示系统，其特征在于，所述可调透镜区域的形状根据对应的显示对象的外轮廓的形状调整。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光学显示系统，其特征在于，所述多个可调透镜区域中第i个可调透镜区域的焦距满足如下关系式：

其中，fi表示第i个可调透镜区域的焦距，f0表示所述第二透镜结构的焦距，H表示第i个可调透镜区域的物距，Si表示所述多个显示对象中与第i个可调透镜区域对应的第i个显示对象的深度值，L0表示第i个可调透镜区域与所述第二透镜结构之间的距离，i为1至N之间的正整数，N为所述多个可调透镜区域的总个数。

5.根据权利要求1至3任一项所述的光学显示系统，其特征在于，所述显示面板位于所述第一透镜结构的一倍焦距以内，所述多个第一虚像位于所述第二透镜结构的一倍焦距以内。

6.根据权利要求1至3任一项所述的光学显示系统，其特征在于，所述第一虚像的像距小于对应的显示对象的深度值，所述第二虚像的像距等于对应的显示对象的深度值。

7.根据权利要求1至3任一项所述的光学显示系统，其特征在于，所述第一透镜结构为液晶透镜结构和电润湿透镜结构中的一种。

8.根据权利要求7所述的光学显示系统，其特征在于，所述液晶透镜结构包括：对盒设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层、位于所述第一基板的靠近所述液晶层的第一电极以及位于所述第二基板的靠近所述液晶层的第二电极。

9.根据权利要求8所述的光学显示系统，其特征在于，还包括：调节模块，被配置为在所述第一电极和所述第二电极之间施加与所述二维图像对应的深度图像对应的电压，控制所述液晶层中液晶分子偏转，形成所述多个可调透镜区域。

10.根据权利要求9所述的光学显示系统，其特征在于，所述可调透镜区域中液晶层的相位延迟量的分布形式呈菲涅耳透镜的相位延迟量的分布形式。

11.根据权利要求9所述的光学显示系统，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的至少一种包括：呈阵列排布的多个块状电极，其中，所述多个块状电极与所述显示面板中呈阵列排布的多个像素一一对应。

12.根据权利要求11所述的光学显示系统，其特征在于，所述多个块状电极的形状为正多边形。

13.一种显示装置，其特征在于，包括：如权利要求1至12中任一项所述的显示系统。

14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为虚拟现实显示装置或者增强现实显示装置。

15.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至12中任一项所述的显示系统，所述控制方法包括：

获得包含多个显示对象的二维图像及其对应的深度图像，其中，所述多个显示对象具有不同的深度值；

将所述二维图像输出至显示面板进行显示；

基于所述深度图像，控制第一透镜结构形成与所述多个显示对象对应的具有不同的焦距的多个可调透镜区域，以使所述第一透镜结构形成所述多个显示对象对应的多个第一虚像，并且以使第二透镜结构放大所述多个第一虚像，形成具有不同的像距的多个第二虚像，其中，所述可调透镜区域的焦距和形状均可调。

Images