CN104777616B - 透视头戴式光场显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透视头戴式光场显示装置,包括设置于人双眼上方额头处的显示屏,在所述显示屏的前方设有微透镜阵列,在所述微透镜阵列前方设有用于反射部分微透镜阵列光线和将环境光线透过进入人双眼的半反半透镜面,所述半反半透镜面设置在人双眼的前方,还设有与所述显示屏相连接的处理器。本发明的结构简单、使用方便快捷,其可有效的减少体积结构和重量,扩大可视角,实现具有景深立体感的3D图像,适用性好,实用性强,结构紧凑合理。

Description

透视头戴式光场显示装置
技术领域
本发明属于头戴设备技术领域,具体涉及一种透视头戴式光场显示装置。
背景技术
目前现有头戴显示器体积大重量重,复眼光场类头显也无法透视,在显示和光学技术上的只能实现平面3D显示,一般可视角都比较小,从而视野小成像不真实体验不好。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明是提供一种结构简单、使用便捷且体积小巧的透视头戴式光场显示装置。
实现本发明目的的技术方案是:一种透视头戴式光场显示装置,包括设置于人双眼上方额头处的显示屏,在所述显示屏的前方设有微透镜阵列,在所述微透镜阵列前方设有用于反射部分微透镜阵列光线和将环境光线透过进入人双眼的半反半透镜面,所述半反半透镜面设置在人双眼的前方,还设有与所述显示屏相连接的处理器;
显示屏用于显示微透镜阵列对应的像素群,其中不同的像素通过微透镜形成不同方向的光束,光束通过半反半透镜面汇聚后形成空间光场进入双眼模拟出具有景深立体感的图像。
所述半反半透镜面为调节型镜面,根据需要将半反半透镜面调节成透明至不透明之间状态。
所述显示屏为平面型或是曲面型液晶屏。
所述微透镜阵列为平直或是曲面微透镜阵列。
所述半反半透镜面为平面或凹面自由曲面,可以将光束汇聚成两组针对左右双眼的光场。
所述微透镜阵列为单个方型透镜以矩形阵列布设。或所述微透镜阵列为单个圆形透镜以六边形阵列布设。
所述微透镜阵列到显示屏的距离范围是0.3倍微透镜焦距至2倍微透镜焦距之间。
本发明具有积极的效果:本发明的结构简单、使用方便快捷,其可有效的减少体积结构和重量,扩大可视角,实现具有景深立体感的3D图像,适用性好,实用性强,结构紧凑合理。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中:
图1为本发明的原理侧视图;
图2为本发明的自由曲面侧视图;
图3为图2的正视图;
图4为本发明的曲面型液晶屏和曲面微透镜阵列的正视图。
具体实施方式
(实施例1)
图1至图4显示了本发明的一种具体实施方式,其中图1为本发明的原理侧视图;图2为本发明的自由曲面侧视图;图3为图2的正视图;图4为本发明的曲面型液晶屏和曲面微透镜阵列的正视图。
见图1至图4,一种透视头戴式光场显示装置,包括设置于人双眼上方额头处的显示屏1,在所述显示屏1的前方设有微透镜阵列2,在所述微透镜阵列2前方设有用于反射部分微透镜阵列光线和将环境光线透过进入人双眼的半反半透镜面3,所述半反半透镜面3设置在人双眼的前方,还设有与所述显示屏1相连接的处理器4;
显示屏用于显示微透镜阵列对应的像素群,其中不同的像素通过微透镜形成不同方向的光束,光束通过半反半透镜面汇聚后形成空间光场进入双眼模拟出具有景深立体感的图像。
本实施例中,附图中标号5为人的眼睛。
所述半反半透镜面为调节型镜面,根据需要将半反半透镜面调节成透明至不透明之间状态。配合调节屏幕背光亮度,用于适应***环境光线的强弱。
所述显示屏为平面型或是曲面型液晶屏。可以在头戴设备内扩大横向显示投影角度。
所述微透镜阵列为平直或是曲面微透镜阵列。以配合曲面液晶屏。
所述半反半透镜面为平面或凹面自由曲面,可以将光束汇聚成两组针对左右双眼的光场。凹面自由曲面配合曲面型液晶屏和曲面透镜阵列可以实现180度以上大视角的透视头显。
所述微透镜阵列为单个方型透镜以矩形阵列布设。或所述微透镜阵列为单个圆形透镜以六边形阵列布设。
所述微透镜阵列到显示屏的距离范围是0.3倍微透镜焦距至2倍微透镜焦距之间。可以通过局部调节微透镜阵列到显示屏的距离来调整虚像成像面的场曲。
其它案例一:可操作优化显示屏1中的像素群6和透镜阵列2的横向视场比,包含更多立体双眼信息,可用于调节瞳距和像差。
其它案例二:可操作透镜阵列2上的不同透镜实现不同焦距同时调节显示屏1的距离和角度,配合反半半透镜面3用于矫正像差和景深,也可通过处理器4操作像素群6来改善像差和景深。
其它案例三:可操作电控反半透镜面3,作为局部外减光,使得显示个内容区域不受外界光学叠加干扰,实现更逼真在现实增强效果。
本发明的结构简单、使用方便快捷,其可有效的减少体积结构和重量,扩大可视角,实现具有景深立体感的3D图像,适用性好,实用性强,结构紧凑合理。
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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
进一步参考附图1至图4,本发明的所述透视头戴式光场显示装置包括一显示屏1、一微透镜阵列2、一半反半透镜面3以及一处理器4,其中所述显示屏1和所述处理器4相连接,所述微透镜阵列2被设置在所述显示屏1的前方,所述半反半透镜面3被设置在所述微透镜阵列2的前方。当所述透视头戴式光场显示装置被戴在人的头部时,所述显示屏1位于人的双眼5的上方额头处,所述半反半透镜面3设置在人的双眼5的前方,其中所述半反半透镜面3用于反射所述显示屏1产生的且透过所述微透镜阵列2的光线进入人的双眼5,和所述半反半透镜面3允许环境光线透过后进入人的双眼5。
所述显示屏1用于像素群,其中所述显示屏1的像素群对应于所述微透镜阵列2,所述显示屏1的像素群的不同像素通过所述微透镜阵列2后可以形成不同方向的光束,并且光束在通过所述半反半透镜面3的汇聚后形成空间光场进入人的双眼5模拟出具有景深立体感的图像。
也就是说,参考附图3和图4,当所述透视头戴式光场显示装置被戴在人的头部时,人的双眼5能够同时对应于同一个所述半反半透镜面3,即,人的双眼5能够对应于同一个藉由所述半反半透镜面3形成的自由曲面,从而使所述显示屏1的像素群的每个像素产生的光线在通过所述微透镜阵列2后形成不同方向的光束,且光束在通过所述半反半透镜面3的汇聚后形成空间光场,以使人的双眼5同时看到同一个空间光场的内容,从而模拟出具有景深立体感的图像。
可以理解的是,人的双眼5对应于同一个所述半反半透镜面3,即,人的双眼5对应于同一个藉由半反半透镜面3形成的自由曲面,以使得所述透视头戴式光场显示装置能够提供更大的视场角和画面,从而让人获得更佳的观看体验。
正如前文所描述的那样,本发明的所述透视头戴式光场显示装置的所述半反半透镜面3为调节型镜面,根据需要可以将所述半反半透镜面3的透明度在透明状态和不透明状态之间调节,以使所述半反半透镜面3的透明度能够配合所述显示屏1的亮度,从而适应***环境的光线的强弱。也就是说,人在带着所述透视头戴式光场显示装置时,能够根据所述显示屏1的来个难度和***环境的强弱来调节所述半反半透镜面3的透明度,从而提高所述透视头戴式光场显示装置的环境适应能力。另外,随着所述透视头戴式光场显示装置的***环境的变化,也可以调节所述显示屏1的背光亮度和调节所述半反半透镜面3的透明度,从而使得所述透视头戴式光场显示装置能够适应***环境的光线强弱,这样可以使所述半反半透镜面3能够作为局部外减光,使得所述透视头戴式光场显示装置在人的双眼5前形成的所述空间光场不受外界光学叠加干扰,实现更逼真的现实增强效果。
优选地,所述显示屏1可以为平面型或者曲面型液晶屏,其可以在所述透视头戴式光场显示装置的内部扩大横向显示投影角度。
优选地,所述微透镜阵列2为平直或者曲面的微透镜阵列,以配合所述显示屏1的形状。
优选地,所述半反半透镜面3为具有平面或者凹面的自由曲面的半反半透镜面,如图1所示,所述半反半透镜面3的截面形状可以是平面,如图2所示,所述半反半透镜面3的截面形状可以是凹面。所述半反半透镜面3可以将所述显示器1产生的光线在透过所述微透镜阵列2后形成的光束汇聚成两组分别针对人的双眼5的左眼和右眼的光场,如图3和图4所示。
更优选地,被实施为具有凹面自由曲面的所述半反半透镜面3能够配合被实施为曲面型液晶屏的所述显示器1和被实施为曲面微透镜阵列的所述微透镜阵列2可以实现180度以上大视角的空间光场,这对于提高所述透视头戴式光场显示装置的用户体验来说特别的有效。
另外,所述微透镜阵列2可以为单个方型透镜以矩形阵列布设,也可也为单个圆形透镜以六边形阵列布设。也就是说,所述微透镜阵列2的每个透镜的形状可以是方型的,其中所述微透镜阵列2的每个被实施为方型的所述透镜能够以矩形阵列被设置的方式形成所述为透镜阵列2。另外,所述微透镜阵列2的每个透镜的形状可以是圆形的,其中所述微透镜阵列2的每个被实施为圆形的所述透镜能够以六边形阵列的方式形成所述微透镜阵列2。
可以确定的是,所述显示屏1具有以像素排列组成的像素群,所述微透镜阵列2具有以透镜阵列形成的透镜群,因为所述微透镜阵列2被设置在所述显示屏1的前方,如图1至图4所示,因此,所述微透镜阵列2的每个透镜和所述显示屏1的每个像素分别对应,以使所述显示屏1的每个像素产生的光线能够在穿过所述微透镜阵列2的每个透镜后形成光束。
所述微透镜阵列2到所述显示屏1的距离范围可以是0.3倍的微透镜焦距到2倍的微透镜焦距之间,以通过调节所述微透镜阵列2上的不同透镜和所述显示屏1的距离和角度的方式以及通过调节所述微透镜阵列2上的不同透镜实现不同教具的方式,配合所述半反半透镜面3的透明度的调节,矫正所述头戴式显示装置的像差和景深。当然,也可以通过所述处理器4操作所述显示屏1的像素群来改善所述头戴式显示装置的像差和景深。
优选地,所述微透镜阵列2到所述显示屏1的距离可以实现局部调节,即,可以仅调节所述微透镜阵列2中的部分透镜和所述显示屏1的距离,以通过局部调节所述微透镜阵列2到所述显示屏1的距离的方式来调节虚像成像面的场曲。
优选地,所述显示屏1中的像素群和所述微透镜阵列2的横向视场比可以被优化,以使得所述头戴式显示装置能够包含更多立体双眼信息,可用于调节瞳距和像差。

Claims (8)

1.一种透视头戴式光场显示装置,其特征在于:包括设置于人双眼上方额头处的显示屏,在所述显示屏的前方设有微透镜阵列,在所述微透镜阵列前方设有用于反射部分微透镜阵列光线和将环境光线透过进入人双眼的半反半透镜面,所述半反半透镜面设置在人双眼的前方,还设有与所述显示屏相连接的处理器;
显示屏用于显示微透镜阵列对应的像素群,其中不同的像素通过微透镜形成不同方向的光束,光束通过半反半透镜面汇聚后形成空间光场进入双眼模拟出具有景深立体感的图像,其中所述半反半透镜面为调节型镜面;其中所述微透镜阵列的局部到所述显示屏的距离被可调。
2.根据权利要求1所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于,根据需要将半反半透镜面调节成透明至不透明之间状态。
3.根据权利要求2所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于:所述显示屏为平面型或是曲面型液晶屏。
4.根据权利要求3所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于:所述微透镜阵列为平直或是曲面微透镜阵列。
5.根据权利要求4所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于:所述半反半透镜面为平面或凹面自由曲面。
6.根据权利要求5所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于:所述微透镜阵列为单个方型透镜以矩形阵列布设。
7.根据权利要求5所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于:所述微透镜阵列为单个圆形透镜以六边形阵列布设。
8.根据权利要求1至7中任一所述的透视头戴式光场显示装置,其特征在于:所述微透镜阵列到显示屏的距离范围是0.3倍微透镜焦距至2倍微透镜焦距之间,配合镜片进行调节。
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