3D显示装置、方法和应用制造方法及图纸

一种3D显示装置和方法解决聚散‑调节冲突。显示屏组件包括显示屏像素阵列，所述显示屏像素阵列适配成显示显示屏图像，微透镜成像组件包括与显示屏像素阵列相对应的微透镜阵列，所述微透镜成像组件可以形成显示屏图像的虚拟或真实的图像，以及可控制运动组件耦合到成像组件或显示屏，其中，成像组件和显示屏相对于彼此可控制地可移动，进一步地，其中，在成像组件相对于显示屏进行受控的移动时，虚拟图像或真实图像沿光轴的位置被可控制地改变。

3D Display Device, Method and Application

A 3D display device and method for resolving the collision of convergence and dispersion and adjustment. The display module includes a display screen pixel array adapted to display screen image, a microlens imaging module includes a microlens array corresponding to the display screen pixel array, and the microlens imaging module can form a virtual or real image of the display screen image, as well as a controllable motion component. Coupled to an imaging component or a display screen, where the imaging component and the display screen are movable relative to each other controllably, further, where the position of the virtual image or the real image along the optical axis is controllably changed when the imaging component is controlled to move relative to the display screen.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D显示装置、方法和应用相关申请数据本申请要求于2016年3月15日提交的美国临时申请第62/308,308号和于2016年5月9日提交的美国临时申请第62/333,420号的优先权，所述申请的全部主题事项通过引用纳入本申请。
本专利技术的方面和实施例最通常涉及视觉显示装置和系统、图像显示方法以及应用。更具体地说，方面和实施例是针对用于虚拟现实(VR)和增强现实(AR)系统的3D近眼显示系统、与其相关的方法及其应用。
技术介绍
用于VR和/或AR应用的常规3D近眼显示器通过将两个偏移图像分别呈现给观看者的左眼和右眼来使用立体方法实现3D成像效果。通常，一个微显示器(如OLED、LCOS等)或便携式显示器(诸如分成两个部分的智能手机屏幕等)(下文中称为“显示器”)与合适的光学器件一同被用作图像源以形成通过每只眼睛可视的虚拟图像。图1示出了GoogleCardboardVR观看器的示例，其中，智能手机屏幕被分成两个部分以提供两个偏移图像。图像显示器通常由作为最小的显示源元件的像素的阵列(例如，1080×1200)组成。对于VR应用，显示器和光学器件位于每只眼睛的前方以形成近眼显示器。对于AR应用，显示器和光学器件通常不直接位于每只眼睛的前面；相反虚拟图像通过部分反射器(或用作部分反射器的衍射元件)重新定向到眼睛，使得眼睛也可以看到现实世界。图2a和2b分别针对VR和AR应用示出了用于观看者一只眼睛的近眼显示器。在立体观看期间，两个近眼显示器呈现给观看者；一个用于左眼，另一个用于右眼。两只眼睛分别聚焦在每个虚拟屏幕上，以看到两个偏移图像，所述偏移图像的光路交叉以形成3D图像。图3a和3b分别示出了自然观看和立体观看之间的差异。在自然观看中，聚散(vergence)距离和聚焦(focal)距离是相等的。观看者调整眼睛的聚散度以观看物体，并且眼睛聚焦以锐化视网膜图像。由于自然观看中的紧密相关性，聚散和调节(accommodation)是神经耦合的。具体而言，调节性变化引起聚散(调节性聚散)的变化，并且聚散变化引起调节(聚散调节)的变化。在传统立体显示器上的立体观看中，聚焦距离固定在从眼睛到显示屏的距离处，而聚散距离根据在显示器上模拟的距离而变化。因此，当观看立体显示器时产生聚散-调节冲突。为了清楚地看到物体并且没有复视，观看者必须抵抗聚散和调节之间的神经耦合以适应与眼睛必须会聚的距离不同的距离。当观看者试图适当地调整聚散和调节时，会出现视觉疲劳和不适。文献将舒适区(ZoC)描述为聚散距离与屏幕距离(调节距离)之间的关系。某些VR/AR应用程序(例如计算平台)建议3D图像的聚散距离应小于0.5米，使得观看者的手可以容易地到达所述3D图像。为了0.5米的舒适聚散距离，ZoC建议虚拟屏幕的调节距离应小于一米。目前可用的VR/AR设备或不符合或不能符合这一要求。专利技术人已经意识到聚散调节问题的解决方案带来的优点和益处，所述解决方案由本文中请求保护的专利技术实现。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是3D显示装置。在非限制示例性实施例中，所述3D显示装置包括：显示屏组件，所述显示屏组件包括适配成显示显示屏图像的显示屏像素阵列；微透镜成像组件，所述微透镜成像组件包括对应于显示屏像素阵列的微透镜阵列，微透镜阵列与显示屏组件相邻设置，使得所述微透镜成像组件可以形成显示屏图像的虚拟图像或真实图像；以及可控制运动部件，所述可控制运动部件耦合到所述成像部件和所述显示屏中的至少一者，其中，所述成像部件和所述显示屏相对于彼此可控制地可移动，进一步地，其中，在成像部件相对于显示屏进行受控的移动时，虚拟图像或真实图像沿光轴的位置被可控制地改变。在各种非限制示例性方面中，如本领域技术人员将理解，所实施的装置可以单独或组合地包括以下特征、限定和/或特点中的部分或全部：-其中，所述显示屏位于固定位置，微透镜成像部件是可移动的；-其中，所述微透镜成像组件在显示屏前方沿光学z轴可移动；-其中，所述微透镜成像组件在显示屏前方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动；-其中，所述微透镜成像组件处于固定位置，并且所述显示屏是可移动的；-其中，所述显示屏在微透镜成像组件后方沿光学z轴可移动；-其中显示屏在微透镜成像组件后方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动；-其中，所述微透镜成像组件和所述显示屏都是可移动的；-其中，所述微透镜成像组件在显示屏前方沿光学z轴可移动，并且显示屏在微透镜成像组件后方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动；-其中，微透镜成像部件在显示屏前方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动，并且所述显示屏在微透镜成像组件后方沿光学z轴可移动；-其中，每个微透镜的横向尺寸在单个显示像素的横向尺寸的0.5倍到2倍之间；-其中，每个微透镜的横向尺寸等于单个相应的显示像素的横向尺寸；-其中，所述微透镜的间距等于或大于每个微透镜的横向尺寸。本专利技术的一个方面是近眼显示系统。在非限制示例性实施例中，近眼显示系统包括3D显示装置和观看透镜，所述3D显示装置包括显示屏组件，所述显示屏组件包括适配成显示显示屏图像的显示屏像素阵列；微透镜成像组件，所述微透镜成像组件包括对应于显示屏像素阵列的微透镜阵列，所述微透镜阵列与显示屏组件相邻设置，使得所述微透镜成像组件可以形成显示屏图像的虚拟图像或真实图像；以及可控制运动部件，所述可控制运动部件耦合到所述成像组件和所述显示屏中的至少一者，其中，成像组件和显示屏相对于彼此可控制地可移动，所述观看透镜设置在微透镜成像组件附近，其中，观看者可观看到的显示器的最终虚拟图像将与所述微透镜成像组件的可移动位置相关地由观看透镜形成在与所述观看透镜相距可控的可变距离Di处，其中Di是观看者眼睛的调节距离。在各种非限制示例性方面中，如本领域技术人员将理解，所实施的系统可以单独或组合地包括以下特征、装置、组件、限定和/或特点中的部分或全部：-其中，所述观看透镜是正透镜系统，正透镜系统包括至少一片正透镜，所述至少一片正透镜包括菲涅耳透镜或用于形成正透镜组的一组透镜；-其中，对所述微透镜成像组件沿z轴的移动进行时间调制(z(t))，使得来自观看透镜的相应的最终虚拟图像可以形成由观看者可观看的3D图像。本专利技术的一个方面是一种用于显示图像的方法。在非限制示例性实施例中，所述方法包括提供近眼显示系统的步骤，所述近眼显示系统包括近眼显示装置和观看透镜，近眼显示装置进一步包括显示屏组件，所述显示屏组件包括适配成显示显示屏图像的显示屏像素阵列；微透镜成像组件，所述微透镜成像组件包括对应于显示屏像素阵列的微透镜阵列，微透镜阵列与显示屏组件相邻设置，使得微透镜成像组件可以形成显示屏图像的虚拟图像或真实图像；和可控制运动部件，所述可控制运动部件耦合到成像部件和显示屏中的至少一者，其中，微透镜成像部件和显示屏相对于彼此可控制地可移动，且观看透镜固定设置在微透镜成像元件附近，使得在与观看透镜相距可控制的可变距离Di处形成显示器的最终虚拟图像；以及相对于显示屏组件移动微透镜成像组件以改变距离Di，从而可控制地改变观看者眼睛的调节距离的步骤。在各种非限制示例性方面中，如本领域技术人员将理解，所实施的方法可以单独或组合地包括以下步骤、特征、装置、组件、限定和/或特点中的部分或全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D显示装置，包括：显示屏组件，所述显示屏组件包括适配成显示显示屏图像的显示屏像素阵列；微透镜成像组件，所述微透镜成像组件包括对应于所述显示屏像素阵列的微透镜的阵列，所述微透镜的阵列与所述显示屏组件相邻设置，使得所述微透镜成像组件能够形成所述显示屏图像的虚拟图像或真实图像；以及可控制运动部件，所述可控制运动部件耦合到所述微透镜成像组件和所述显示屏组件中的至少一者，其中，所述微透镜成像组件和所述显示屏组件相对于彼此可控制地可移动，而且其中，在所述微透镜成像组件相对于所述显示屏组件进行受控的移动时，所述虚拟图像或真实图像沿光轴的位置被可控制地改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.15 US 62/308,308;2016.05.09 US 62/333,4201.一种3D显示装置，包括：显示屏组件，所述显示屏组件包括适配成显示显示屏图像的显示屏像素阵列；微透镜成像组件，所述微透镜成像组件包括对应于所述显示屏像素阵列的微透镜的阵列，所述微透镜的阵列与所述显示屏组件相邻设置，使得所述微透镜成像组件能够形成所述显示屏图像的虚拟图像或真实图像；以及可控制运动部件，所述可控制运动部件耦合到所述微透镜成像组件和所述显示屏组件中的至少一者，其中，所述微透镜成像组件和所述显示屏组件相对于彼此可控制地可移动，而且其中，在所述微透镜成像组件相对于所述显示屏组件进行受控的移动时，所述虚拟图像或真实图像沿光轴的位置被可控制地改变。2.根据权利要求1所述的3D显示装置，其中，所述显示屏组件位于固定位置，并且所述微透镜成像组件是可移动的。3.根据权利要求2所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件在所述显示屏组件的前方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动。4.根据权利要求2所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件在所述显示屏组件的前方沿光学z轴可移动。5.根据权利要求4所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件在所述显示屏组件的前方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动。6.根据权利要求1所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件位于固定位置，并且所述显示屏组件是可移动的。7.根据权利要求6所述的3D显示装置，其中，所述显示屏组件在所述微透镜成像组件的后方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动。8.根据权利要求6所述的3D显示装置，其中，所述显示屏组件在所述微透镜成像组件的后方沿光学z轴可移动。9.根据权利要求8所述的3D显示装置，其中，所述显示屏组件在所述微透镜成像组件的后方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动。10.根据权利要求1所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件和所述显示屏组件都是可移动的。11.根据权利要求10所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件在所述显示屏组件的前方沿光学z轴可移动，并且所述显示屏组件在所述微透镜成像组件的后方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动。12.根据权利要求10所述的3D显示装置，其中，所述微透镜成像组件在所述显示屏组件的前方，在垂直于光学z轴的平面x-y中可移动，并且所述显示屏组件在所述微透镜成像组件的后方沿光学z轴可移动。13.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其中，每个所述微透镜的横向尺寸在单个显示像素的横向尺寸的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐竞，
申请(专利权)人：深见有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US