CN115997141A - 用于投影显示在显示器上的内容的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于投影显示在显示器上的内容的设备，所述设备可以包括第一微透镜的第一阵列，其包括多个第一微透镜；第二微透镜的第二阵列，与第一微透镜阵列间隔开并且包括多个第二微透镜；其中，每个第一微透镜和每个第二微透镜的宽度比所述显示器的像素间距小几倍；其中，所述第二微透镜的第二阵列位于所述显示器的共轭面处；其中，每个第二微透镜的焦平面位于对应的第一微透镜处；其中，所述设备被配置为投影位于距所述显示器不同距离处的所述显示器的不同图像；其中，所述显示器的每一幅图像包括多个图像片段；其中，每个图像片段的光路穿过一对专用的第二微透镜和对应的第一微透镜。

Description

用于投影显示在显示器上的内容的方法和设备

背景技术

现今，数字显示器非常流行。它们被用于移动电话、智能手机、可穿戴设备、平板电脑、电脑、汽车、数码相机、电视等。然而，在某些情况下，用户会遇到显著降低其观看体验的挑战。

大多数接近40岁或以上的人，由于他们的眼睛晶状体失去了柔韧性，因此失去了他们眼睛的自动聚焦能力。他们眼睛的焦点固定在某个位置，因此他们的清晰视野只是在一定的距离：他们中的大多数是“远视的”，看得清楚很远的距离(“无穷远”)，因此需要老花镜来近距离阅读。他们中的另一部分是“近视的”，近距离看得清楚，因此可以不戴眼镜阅读，但开车、看电视、看电影等远距离需要光学眼镜。

为了解决这个问题，“远视的”人使用老花镜，这使他们能够聚焦近处的物体。但是，他们不需要眼镜就能看到远处的图像。在典型的场景中，他们一天中大部分时间都不戴眼镜，因此当人们需要从他们的数字显示器(移动电话、平板电脑、数字手表等)上阅读信息时，他们需要的老花镜却找不到，这是很常见的。这很烦人，因为他们需要照看眼镜。有很多人不愿意在公共场合使用老花镜。提供无需眼镜即可阅读数字显示器的能力对这些人来说非常有吸引力。

此外，眼科医生警告过度使用笔记本电脑、平板电脑、蜂窝电话以及现在的智能手表对我们视力的影响。随着移动设备的日益普及，我们大多数人花费越来越多的时间在发光的小屏幕上与世界互动。

有大量证据表明，虽然让世界触手可及有很多好处，但花太多时间近距离聚焦可能会伤害我们的眼睛。有证据表明，由于在近几十年中尤其是儿童对显示器的使用呈指数增长以来，需要眼镜的儿童和成人的比例急剧上升，原因是每天他们的眼睛已经疲劳，因为他们的眼睛长时间聚焦于短距离的显示器。

越来越需要提供一种在上述情况下显著改善用户体验并减少眼睛疲劳的方法和设备。

发明内容

可以提供一种用于投影显示在显示器上的内容的设备和方法。

所述设备可以包括第一微透镜的第一阵列，其可以包括多个第一微透镜；第二微透镜的第二阵列可以与所述第一微透镜的第一阵列间隔开并且可以包括多个第二微透镜；其中，每个第一微透镜和每个第二微透镜的宽度可以比所述显示器的像素间距小几倍；其中所述第二微透镜的第二阵列可以位于所述显示器的共轭面处；其中，所述第二微透镜的焦平面可以位于所述第一微透镜处；其中，所述设备可以被配置为投影彼此各异的不同的平面并且可以位于所述第二微透镜的焦平面附近；其中每个平面承载可以包括多个片段的视觉信息；并且其中每个片段的光路穿过一对专用的第二微透镜和对应的第一微透镜。

所述几倍可以是四倍，可以少于四倍或多于四倍。

所述不同的平面可以位于所述第二微透镜的第二阵列的景深内。

不同的透镜对可以具有彼此不平行的光轴，其中，每个透镜对可以包括第二微透镜和对应的第一微透镜。

相邻的第二微透镜之间的距离可以小于对应的相邻的第一微透镜之间的距离。

不同的透镜对可以呈现彼此相交的光轴。

第二微透镜的面积可以小于对应的第一微透镜的面积。

第二微透镜的宽度(Dc2)与对应的第一微透镜的宽度(Dc1)之间的比率可以基本上等于L/(L+H1)，其中H1可以是所述第二微透镜和所述对应的第一微透镜之间的距离，其中L可以是所述显示器与不同的对的光轴之间的交点之间的距离。

所述设备可以包括位于第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的至少一个透明元件。

在所述至少一个透明元件和所述第一微透镜阵列之间可以存在气隙。

附图说明

被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别指出并明确要求保护。然而，本发明关于组织和操作方法，连同目的、特征和优点，通过参考以下详细描述并与附图一起阅读时，可以得到最好的理解，其中：

图1是设备和显示器的一个或多个零部件的示例；

图2是设备的一个或多个零部件的示例；

图3是设备的一个或多个零部件的示例；

图4、4A、5和6是设备、显示器的一个或多个零部件和各种光路的示例；和

图7是方法的示例。

具体实施方式

提供了一种方法和设备，可以消除使用老花镜来阅读数字显示器的内容的需要。

这是通过在所述显示器的顶部添加可以是特定形状和特定大小的薄膜的设备来完成的，该设备将所述显示器的图像转换为用户眼睛认为的对“远视的”用户好像它很远，在无穷远处以及对“近视”用户它在近距离，从而使“远视的”和“近视的”用户能够在不使用眼镜的情况下以高分辨率观看它。所述方法可以作为所述显示器的附加薄层嵌入，或者可以用作覆盖所述显示器的附加透明薄膜或设备。

所述方法和设备可以适用于“远视的”和“近视的”眼睛以及具有完美视力并且根本不需要眼镜的人。使用所提出的设备和方法，所述显示器将以高分辨率对大多数眼睛可见，并且不需要进一步的眼睛矫正。

所述方法和设备可以通过向位于正常阅读范围(～25-40cm)的显示器的用户提供无穷远的图像来防止眼睛疲劳，在放大率、分辨率、颜色、亮度和其他显示特征方面没有明显变化。

所述方法和设备克服了根据用户聚焦能力定制光学器件以看到远处物体的需要。此外，当所述显示器在阳光明媚的日子在户外使用时，所述方法和设备减少了太阳和背景场景的反射。

所述设备可以包括不同的光学层的组合，这些光学层可以作为附加物作为特殊薄膜嵌入在所述显示器的顶部，参见图1，或作为特殊层嵌入到所述显示器中，例如参见图6。

所述薄层由3D微透镜阵列(MLA)层组成，其横截面如图1所示。图2和图2A给出了矩形微透镜阵列的俯视图示例。需要说明的是，任何可以完全覆盖显示区域的形状的微透镜都可以考虑，例如三角形、矩形、六边形阵列等。为了描述的简单，我们以矩形为例。

参照图1，所述数字显示器105由红色-R、蓝色-B和绿色-G颜色亚像素104的阵列的组合组成。不失一般性并且为简单起见，它们沿着一条线绘制，但它们可以具有任何二维(2D)或三维(3D)配置。所述亚像素的相对强度的线性组合创建了像素的实际颜色。所述像素之间的间距取决于所述显示器的分辨率。在现今的手机中，所述间距约为40-80μm。像素阵列附接到玻璃盖片110，其典型光学厚度约为0.5-1mm。

这种配置对于各种类型的数字显示器来说是典型的。图1中，我们的薄层元件150附接到110上，以它由4层组成为例，如下：

a.层115可以由所述显示器和所述玻璃盖片之间的折射率匹配胶组成，其显著减少了所述玻璃盖片和下一个界面的反射。

b.第一微透镜阵列(MLA)层120，宽度为Dc1，焦距为f1。优选地，Dc1(MLA的单元大小)低于眼睛在正常阅读距离处的分辨能力。通常，Dc1可以在所述显示器的像素间距的数量级。

c.中间透明层130。它可以由透明固体层或气隙组成，以便于生产并消除对太小和无法生产的透镜半径的要求。气隙将确保在与透镜的界面上的折射率(Δn)有较大差异，从而确保更大的、可制造的半径。在一些透镜之间的部分拐角处的小且非常薄的柱可以用作间隔物132，参见图3，以整个微透镜阵列的填充因子的可忽略部分为代价。

d.第二微透镜阵列层135具有几乎相同的宽度Dc2和位于层130上的焦距f2。所述第二MLA透镜的焦平面在所述第一MLA透镜125的平面上，因此它将其图像投影到无穷远。Dc1和Dc2之间的优选关系将在后面解释。

我们称图1和图3的配置为孔径图像双微透镜阵列(AIDMLA)。

以下是针对一个MLA单元(见图4)提出的光学系统的简短描述：

所述第一微透镜阵列120的每个透镜产生尺寸为D的所述显示器的微小部分的图像。该图像形成在作为所述第二MLA的一部分的第二透镜135的平面上。它是D的倒置图像，放大倍数为M＝H1/H，填充第二透镜。因此，所述显示器成像部分的大小为D＝Dc2/M。为简单起见且不失一般性，H和H1是材料的“光学厚度”，分别包括它们的折射率。

所述第一透镜120位于所述第二透镜135的焦平面上，因此沿着光轴，所述第一透镜120的光圈图像被第二透镜投影到无穷远。该图像(所述第一透镜的光圈的)的每个点都接收来自所述显示器上D的每个点的光线，因此，这是构成它的RGB亚像素的完美融合。由于Dc1和Dc2(所述单元两侧的透镜尺寸)低于眼睛的分辨能力，所述显示器的观察者的眼睛，沿着光轴，将在显示器上看到一个不可分辨的、D的颜色的微小斑点，其成像到他/她的眼睛上。

如上所述，每个单元将显示器的尺寸为D的一小部分成像到无穷远，因此它向眼睛发射平行光线。这些光线在视网膜上聚焦到一个点。由于所述单元的尺寸比眼睛的输入瞳孔小得多(50-100μm与2-3mm相比)，几束这样的平行光线，它们来自所述显示器上的不同区域并且彼此平行，将从同一方向进入眼睛，因此将聚焦在所述视网膜上的同一点。这将导致来自所述显示器相邻但不同部分的颜色混合。这将导致模糊和分辨率损失。为了防止这种情况发生，对整个显示器进行成像的所有单元的光轴需要指向眼睛瞳孔的中心，而不是相互平行。换句话说，每对单元透镜的中心和眼睛瞳孔的中心必须在显示器的所有区域上位于同一条线上。

这通过以下方式实现：

假设：

a.所述观察者的眼睛位于主轴(从所述显示器中心出来的垂直线)上。

b.中心单元两侧的透镜的中心也位于该主轴上(见图4A)。

c.所述单元的内部尺寸为Dc1，所述单元的外部尺寸为Dc2。

d.所述显示器的一小块区域，其距中心(0,0)坐标为(X,Y)，通过每个MLA单元成像到所述观察者的眼睛上。

那么，对于眼睛的光轴和两个相关单元透镜的光轴位于一条直线上的要求，导致了内透镜的中心距主轴略高于(或低于)外透镜的高度的要求(见图4、4A)。

使用相似三角形关系，我们得到：Y1/Y2＝(L-H)/(L-H-H1)。那么，在距主轴距离为Y的某个单元的透镜之间所需的垂直偏移量(OSy)为：OSy＝Y1-Y2＝Y*H1/L。

令Ny＝Y/Dc2为位于所述显示器中心和Y之间的外透镜135的近似数量，则OSy＝(Y/Dc2)*Dc2*H1/L，则OSy＝Ny*Dc2*H1/L。

将该透镜的数量(Ny)乘以它们的尺寸差(Dc1-Dc2)等于在距中心高度Y处的透镜之间的总偏移量：OSy＝Ny*(Dc1-Dc2)。从上文替换OS，我们得到Ny*(Dc1-Dc2)＝Ny*Dc2*H1/L，则Dc1-Dc2＝Dc2*H1/L。且Dc1＝Dc2*(1+H1/L)。

沿X方向的类似评估导致相同的要求。这是内单元和外单元的尺寸之间的关系，因此在整个显示器上，每个单元的透镜对的所有中心，都将与眼睛位于一个光轴上。因此，将保持所述显示器的分辨率。

第一个示例

a.Dc2＝100μm，H1＝1mm，L＝250mm，则Dc1＝100.4mm

b.为简单起见，在下面的讨论中，我们将用Dc1和Dc2的平均值来近似：Dc＝(Dc1+Dc2)/2

所有上述光学概念对于两个MLA层的所有透镜对都是相似的。

所述眼睛的入瞳中心和第二(外)MLA的每个透镜的中心构成光轴，沿着所述光轴，所述显示器的上文所述部分(大小为D的正方形)在视网膜作为显示器该区域的正确颜色处的不可分辨的斑点成像。

所述眼睛的光轴和外部MLA的相邻透镜形成方向略有不同的光轴，因此，眼睛视网膜上所有斑点的图像的集合形成了在视网膜上整体显示的完美成像复制品。

预计所述显示器的外观对视角(相对于显示器的垂直方向)不敏感。

所述眼睛视网膜上的图像的分辨元素是D，并且如上所述，它的大小是D＝Dc/M。由于M＝H1/H，可以分析三种情况：

a.假设H1＝H，M＝1且D＝Dc。在这种情况下，分辨元素的大小与MLA的单元大小(Dc)相同，只要保持远低于眼睛的分辨能力，就会保持显示图像的分辨率。进入观察者眼睛的MLA光线非常接近平行，因此，所述显示器的视亮度没有显著变化。

b.假设H1<H，M<1和D>Dc。在这种情况下，MLA的相邻透镜的成像区域可能部分重叠，因此分辨元素为～D。通过最小化H1的尺寸，这种情况可能用于实际原因，以避免显示器上方的MLA元件过厚。此外，通过部分混合相邻单元的图像，锯齿和莫尔伪影的风险被最小化。此外，由于在视网膜上成像的光源的更大区域(D)和从MLA发出的相同量的光的更大立体角的补偿效果，所述显示器的视亮度得以保留。只要D远低于眼睛的分辨能力，就会保留显示图像的分辨率。

c.假设H1>H、M>1和D<Dc。在这种情况下，单元之间存在未成像的间隙。这可能会导致显示亮度的损失以及更厚的MLA和更高的锯齿和莫尔伪影风险，因此，这种情况是不可取的。

总之，只要将D保持在眼睛的分辨能力以下，就可以保持显示器的分辨率。

此外，如将在以下一些示例中详述的，如果观察者的眼睛失去其自动聚焦能力(例如，对于需要老花镜的老年人)并且被固定聚焦在与无穷远不同的距离处，则眼睛视网膜上的显示图像仍然是完美的，因为它将从一个非常接近的平面绘制图像，在所述外透镜的焦平面的焦深内(在纳米范围内......)(参见图4和5)。在图4我们指的是图1的透镜阵列的一个单元。

所述亚像素104混合在透镜120上以成为有色斑点，其中斑点的强度及其颜色沿光轴几乎相同，在所述透镜120的平面附近，并记为平面121-126。

平面121-126是不同平面的示例，它们彼此不同并且位于所述第二微透镜的第二阵列的一个第二微透镜的焦平面附近。每个平面121-126都承载着代表由显示器显示的视觉信息的视觉信息，但不是所述显示器的图像。所述平面彼此靠近——例如在微米级或亚毫米级的距离内。所述视觉信息具有片段——每个片段穿过包括第一微透镜和第二微透镜的一对透镜。

固定聚焦在无穷远的用户A的眼睛从第二透镜的焦平面530获取其图像。该图像由所述第二透镜135投影到无穷远，并且所述用户眼睛510的晶状体将其聚焦到其视网膜515上。

在图5中，我们指的是用户固定聚焦在近距离的情况(“近视的”)。在这种情况下，他的眼睛将从稍微靠近透镜135并且在透镜120前面的平面520接收到清晰的图像。这个平面的图像在所述视网膜515上是清晰的。

可以看出，即使在稍微偏移的平面上，沿着光轴，每个单元的图像包含的颜色仍然是显示器的该部分颜色的极好表示(参见图1和图3中的104)，代表所述透镜120周围的颜色斑点。因此，本发明提出了一种解决方案，该解决方案消除了对具有任何屈光度处方矫正的阅读眼镜的要求，即使在双眼需要不同矫正的情况下。需要注意的是，可以只使用上述层的一部分，或者以不同的顺序组织它们，也可以添加更多层或将这些层合并为一层。

所述方法和设备还可以减少环境光反射的影响。如上所述，在图1和3中，外表面由微透镜阵列135组成，每个微透镜都低于人眼的分辨率。该表面作为附近非常明亮的图像的完美扩散器，将其分散并防止其干扰当前情况下显示的图像。虽然所述外表面是一个完美的扩散器，但它可以让观看者通过它完美地看到显示器，甚至不需要阅读眼镜。

该AIDMLA提出的成像系统是稳健的并且对所述层和玻璃的厚度的微小变化不敏感。从下面的例子中可以看出。

所述系统对透镜半径、它们的形状和表面的微小误差也不敏感。由于其光学元件的小尺寸(显示像素间距的数量级)，低于完美眼睛的分辨能力，所提出的发明消除了对其光学元件的可能的光学像差(色差、球面象差、彗形像差等)校正的要求。所述发明的这一特征保证了其开发和生产的低价。

AIDMLA示例和分析(M＝1)。

示例A：近视眼聚焦在0.5m

a.以下是一个简短的推理和计算：

b.假设所述系统由以下子系统组成：

c.1000μm厚的玻璃盖片、100μm的PET底座、由UV树脂A制成的第一MLA和由UV树脂B制成的第二MLA：

d.注意：为简单起见，我们使用平面元件(玻璃盖片、底座、粘合剂等)的光学厚度(厚度除以折射率)。

e.第一透镜距显示器的最小距离就是玻璃的厚度：1000μm+100μm(PET底座)+100μmUVRA(UV树脂A)和2f＝1200μm，那么f＝600μm就是第一透镜的焦距。

f.第一透镜的半径为：R1＝f*(n2-n1)＝600*(1.62-1.52)＝60μm。如果使用气隙131，如图3所示。

g.R＝f*(1.52-1)＝600*0.52＝312μm。

h.第二层的厚度和焦距为F＝2f＝1200μm

i.我们可以对外层使用相同的UVRA。

j.在这种情况下，R2＝F*(1.52-1)＝1200*0.52＝624μm。

k.总箔片厚度：100(PET)+100(UVRA)+1200＝1.4mm

对所需视力矫正量的敏感度：

假设眼睛被固定地矫正到0.5m距离并且从0.25m处观看显示器。这意味着图像是在距第二(投影)透镜U＝0.25m处的虚构图像。通过使用牛顿透镜公式，我们发现物平面比焦平面更靠近透镜，更靠近的距离为

参见图4和5。

在最坏的情况下，我们假设RGB不同的亚像素颜色沿着一条占据整个单元大小的线对齐，因此，R颜色和B颜色之间的最大距离为Dc。从每个点，光锥以稍微不同的角度照射到第一透镜125上，参见图4和5。在透镜120的平面上，彩色锥体重叠并进行完美融合。当我们从该平面沿光轴移动距离x到利用上述未矫正眼睛的最清晰图像的平面时，RGB锥体的横截面有轻微的分离，这可能会导致该单元的颜色的轻微改变。参见图5。从简单的几何形状中，我们可以发现两个R和B颜色锥体横截面之间的最大相对间距S为S＝x/F，其中F是第二(外)透镜的焦距。

从上面的公式中代入x，我们得到S＝F/U。在我们的例子中，我们得到S＝624/250000S＝0.0025＝0.25％。这种最坏情况的分离比颜色明显变化(3％)的限制小一个数量级。因此，如图4和5所示，平面530周围的104的颜色几乎相同。

这也意味着焦距和层厚度的大约10-15μm(～10*x)的误差也是可以容忍的，因此，该系统是稳健且可制造的。

第二个示例

假设所述系统与上述类似，但现在，虚构的图像应该在距显示器的距离U＝2.25m-0.25m＝2m处。

代入上述公式，我们得到

和最大颜色间距S＝624/2000000＝0.03％，这甚至比颜色明显变化(3％)低两个数量级。

AIDMLA示例和分析(M＝0.5)

a.按照上述计算的方法，还可以表明，对于较小的放大率，例如M＝0.5，我们得到f＝300μm，总箔片厚度为100(PET)+100(UVRA)+600＝0.8mm。这种较低的厚度可能更容易作为所述显示器的玻璃保护器或作为显示器的集成内部部分来处理。其余特征将与上述示例中的说明类似。

总之，所提出的AIDMLA提供了以下重要特征和优点——分辨率和不需要对所述观察者的眼睛进行屈光校正。

所述分辨率由单元尺寸和放大率确定。

由于与所述单元的大小相比，眼睛处于相对较远的距离，每个单元确定其对眼睛的视线，并且由于所述单元的大小低于人类分辨率，因此保持了所述显示器的原始分辨率。从25cm的观察距离来看，完美眼睛的分辨元素大于90μm。

该分辨率在宽角度范围内是相似的。由于视线从所述显示器的垂直方向移动，部分光线可能来自相邻的内透镜，但由于它们是相同的，因此所述显示器的分辨率和颜色不会改变。

每种类型的眼睛都会看到外MLA(135)的稍微不同的物平面的清晰图像，但是，如上所述，所述显示器的颜色不会显著改变。

图1是图2中的一排的横截面。需要注意的是，图2显示了元件阵列的俯视图，每个元件都是一个尺寸为DcxDc的3D元件。Dc的典型值可能在微米级。在某些情况下，对于电视等大型显示器，Dc也可以在mm范围内。Dc可以在像素间距的数量级上以保持所述显示器的分辨率，但有些不同，以避免可能的莫尔伪影。

作为多层方法的示例，我们使用由矩形微元件阵列组成的层，如图2所示。需要注意的是，任何可以完全覆盖显示区域的形状都可以考虑，例如三角形、矩形、六边形等的阵列。也可以应用其它几何形状(圆形等...)，但它们将具有所述元件之间的死区，因此将具有较低的显示器能量传输效率。在图1和图2中，我们展示了矩形的情况，每个尺寸为d1*d2和高度为H1的元件由透明元件130组成。优选地，d1和d2的尺寸低于人眼的分辨率。

层135具有两个功能：

a.将来自平面120的光线重新准直为进入观察者眼睛的平行光线，并在无穷远处产生平面120的图像。

b.由于重复的、可能的凸或凹的外部元件的间距大约为显示像素的间距(低于人眼的分辨率)，它还充当哑光面并漫射进入的环境光，并且将抵抗划痕和指纹痕迹。

应当注意，可以以不同方式组合这些层或使用这些层的一部分。提供这种层结构作为如何实现系统和方法的示例。所提出的方法可以作为特殊层150嵌入到所述设备的显示器内，或者可以用作覆盖显示器的附加透明元件。

图6展示了所述AIDMLA如何嵌入手机的示例。有多种选择可以做到这一点。我们提出了一个示例，其中我们的设备150位于所述显示器和玻璃盖片之间、位于玻璃盖片下方。所述数字显示器105由R、G、B颜色亚像素104的阵列的组合组成，其中三个亚像素的组合代表像素的颜色。需要说明的是，可以使用不同的彩色亚像素配置，以这种配置为例。在如今的手机中，所述间距约为40-80微米。像素阵列连接到图6的薄层元件150。所述玻璃盖片110连接到150上。

作为示例，所述设备150由4层组成，如下所示：

a.层115可以由透明间隔物以及所述显示器和透镜阵列层120之间的折射率匹配胶组成。

b.微透镜阵列层120，每个透镜的方形孔径为Dc1，焦距为f1。

c.中间透明层130。

d.第二透镜阵列层135具有宽度为Dc2的方形孔径和位于层130上的焦距f2，该层将光线和像平面125重新准直到在适合用户的眼睛137的无穷远或所需像距处的观察者的眼睛。

所述微透镜阵列135的焦距f2等于H1，这确保了位于透镜120中心的平面125被投影到无穷远。给定H和H1，选择120的焦距f1将显示器105成像到外部MLA135上，放大倍数为M＝H1/H。

图7图示了方法300。方法300可以包括步骤310，通过设备投影彼此不同的不同平面并且位于所述设备的第二微透镜的第二阵列的一个第二微透镜的焦平面附近。其中所述设备还包括第一微透镜的第一阵列，其中第二微透镜的第二阵列与第一微透镜的第一阵列间隔开，其中每个第一微透镜和每个第二微透镜的宽度比所述显示器的像素间距小几倍，其中所述第二微透镜的第二阵列位于所述显示器的共轭面处，其中所述第二微透镜的焦平面位于所述第一微透镜处；其中每个平面承载包括多个片段的视觉信息；并且其中每个片段的光路穿过一对专用的第二微透镜和对应的第一微透镜。

所述设备可以被添加到所述显示器、与所述显示器集成、可以是所述显示器的附加装置等。

在详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、步骤和组件，以免混淆本发明。

被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别指出并明确要求保护。然而，本发明关于组织和操作方法，连同其目的、特征和优点，可以通过参考以下详细描述并在阅读附图时得到最好地理解。

应当理解，为了说明的简单和清晰，图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大了。此外，在认为适当的情况下，附图中的附图标记可以重复以标示对应或类似的元件。

因为本发明的所示实施例大部分可以使用本领域技术人员已知的电子元件和电路来实现，所以将不会以比如上所述认为必要的任何更大的程度来解释细节，以理解和领会本发明的基本概念，并且为了不模糊或分散本发明的启示。

说明书中对方法的任何引用应当经过必要修改后应用于能够执行所述方法的设备。

说明书中对设备的任何引用应当经过必要的修改后应用于可以由所述设备执行的方法。

术语“和/或”是附加地或替代地。

在前述说明书中，已经参考本发明的实施例的具体示例描述了本发明。然而，显然可以在其中做出各种修改和改变而不背离如所附权利要求中阐述的本发明的更广的精神和范围。

此外，说明书和权利要求中的术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“在……上方”、“在……下方”等(如果存在)用于说明性的目的，并不一定用于描述永久的相对位置。应当理解，所使用的术语在适当情况下可以互换，使得本文描述的本发明的实施例例如能够以除了本文所示或以其他方式描述的那些定位之外的其他定位进行操作。

实现相同功能的组件的任何布置被有效地“关联”，从而实现期望的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现期望的功能，而与架构或中间组件无关。同样，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”，以实现期望的功能。

此外，本领域技术人员将意识到，上述操作之间的界限仅仅是说明性的。多个操作可以组合成单个操作，单个操作可以分布在附加操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且可以在各个其他实施例中改变操作的顺序。

然而，其他修改、变化和替代也是可能的。因此，所述说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

短语“可以是X”表示可以满足条件X。这句短语还表明条件X可以不满足。例如——任何提到设备包括某个组件也应该涵盖该设备不包括某个组件的场景。

术语“包括”、“包含”、“具有”、“组成”和“基本上由……组成”以可互换的方式使用。例如，任何方法可以包括至少包括在附图和/或说明书中的步骤，仅包括在附图和/或说明书中的步骤。这同样适用于设备和移动计算机。

应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大了。此外，在认为适当的情况下，附图标记可以在附图中重复以标示对应或类似的元件。

然而，其他修改、变化和替代也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

在权利要求中，位于括号之间的任何参考符号不应被解释为限制权利要求。“包含”一词不排除权利要求中列出的那些元素或步骤之外的其他元素或步骤的存在。此外，如本文所用的术语“一”(“a”或“an”)被定义为一个或一个以上。此外，在权利要求中使用诸如“至少一个”和“一个或多个”这样的介绍性短语不应被解释为意味着通过不定冠词“一”(“a”或“an”)引入另一个权利要求元素将任何特定的包含此类引入的权利要求要素的权利要求限制为仅包含一个此类要素的发明，即使同一权利要求包括所述介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，例如“一”(“a”或“an”)。同样适用对于定冠词的使用。除非另有说明，否则“第一”和“第二”等术语用于任意区分这些术语所描述的元素。因此，这些术语不一定旨在表示这些元素的时间或其他优先级，仅在相互不同的权利要求中列举某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。

虽然本文已经说明和记载了本发明的某些特征，但是本领域技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入本发明真正精神内的所有这些修改和变化。

可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中示出的任何组件和/或设备单元的任何部件的任何组合。

可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中示出的任何设备的任何组合。

可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中示出的步骤、操作和/或方法的任何组合。

可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中示出的任何操作组合。

可以提供在任何附图和/或说明书和/或权利要求中示出的方法的任何组合。

此外，虽然本文已经记载了说明性实施例，但本领域技术人员基于本公开将理解具有等同要素、修改、省略、组合(例如，跨各个实施例的方面)、适应和/或更改的任一和所有实施例的范围。权利要求中的限制应基于权利要求中使用的语言进行广义地解释，而不限于本说明书中或在申请期间描述的示例。这些示例将被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开方法的步骤，包括通过重新对步骤排序和/或插入或删除步骤。因此，旨在将说明书和示例仅视为说明性的，真实范围和精神由以下权利要求及其等同物的全部范围表明。

Claims (19)

1.一种用于投影显示在显示器上的内容的设备，所述设备包括：

第一微透镜的第一阵列，包括多个第一微透镜；

第二微透镜的第二阵列，与所述第一微透镜的第一阵列间隔开并且包括多个第二微透镜；

其中，每个第一微透镜和每个第二微透镜的宽度比所述显示器的像素间距小几倍；

其中，所述第二微透镜的第二阵列位于所述显示器的共轭面处；其中，所述第二微透镜的焦平面位于所述第一微透镜处；

其中，所述设备被配置为投影彼此不同的并且位于所述第二微透镜的焦平面附近的不同平面；

其中，每个平面承载包括多个片段的视觉信息；和

其中，每个片段的光路穿过一对专用的第二微透镜和对应的第一微透镜。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述几倍是四倍。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述不同平面位于所述第二微透镜的第二阵列的景深内。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，不同的透镜对具有彼此不平行的光轴，其中每个透镜对包括第二微透镜和对应的第一微透镜。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，相邻的第二微透镜之间的距离小于对应的相邻的第一微透镜之间的距离。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，不同的透镜对呈现彼此相交的光轴。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，第二微透镜的面积小于对应的第一微透镜的面积。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，第二微透镜的宽度(Dc2)与对应的第一微透镜的宽度(Dc1)之间的比率基本上等于L/(L+H1)，其中H1是第二微透镜与对应的第一微透镜之间的距离，以及其中L为所述显示器与不同的透镜对的光轴的交点之间的距离。

9.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的至少一个透明元件。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，在所述至少一个透明元件和所述第一微透镜阵列之间存在气隙。

11.一种用于投影显示在显示器上的内容的方法，所述方法包括：

通过设备投影彼此不同且位于所述设备的第二微透镜的第二阵列中的第二微透镜的焦平面附近的不同平面；其中，所述设备还包括第一微透镜的第一阵列，其中第二微透镜的第二阵列与所述第一微透镜的第一阵列间隔开，其中每个第一微透镜和每个第二微透镜的宽度比所述显示器的像素间距小几倍，其中所述第二微透镜的第二阵列位于所述显示器的共轭面处，其中所述第二微透镜的焦平面位于所述第一微透镜处；

其中，每个平面承载包括多个片段的视觉信息；和

其中，每一片段的光路穿过一对专用的第二微透镜和对应的第一微透镜。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述几倍是四倍。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，不同的透镜对具有彼此不平行的光轴，其中每个透镜对包括第二微透镜和对应的第一微透镜。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，相邻的第二微透镜之间的距离小于对应的相邻的第一微透镜之间的距离。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，不同的透镜对呈现彼此相交的光轴。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，第二微透镜的面积小于对应的第一微透镜的面积。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，第二微透镜的宽度(Dc2)与对应的第一微透镜的宽度(Dc1)之间的比率基本上等于L/(L+H1)，其中H1是第二微透镜与对应的第一微透镜之间的距离，以及其中L为所述显示器与不同的透镜对的光轴的交点之间的距离。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述设备还包括位于所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的至少一个透明元件。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述至少一个透明元件和所述第一微透镜阵列之间存在气隙。

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