可单目立体显示的增强现实显示装置及其显示方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可单目立体显示的增强现实显示装置，包括：壳体；微显示器、液体透镜、一面镀有分光膜的分光平板和偏振组件设置在壳体上，微显示器用于显示二维图像；分光平板的镀有分光膜的一面朝向微显示器的显示面倾斜设置，用于接收并反射二维图像；液体透镜用于将二维图像放大并成像在一定距离处；偏振组件包括依次叠加设置的偏振片Ⅰ、液晶盒和偏振片Ⅱ，且偏振片Ⅰ和偏振片Ⅱ的透光轴方向相垂直。本发明专利技术提供的可单目显示的增强现实立体显示装置，可根据液体透镜有无光焦度、微显示器是否显示和偏振组件是否透光的配合，实现微显示器显示的虚拟景象与真实环境的景象交替投射入人眼，改进了立体场景的显示方式，实现立体场景的清晰显示。

Augmented Reality Display Device with Monocular Stereoscopic Display and Its Display Method

The invention discloses an augmented reality display device capable of monocular stereoscopic display, which includes: a shell; a micro-display, a liquid lens, a spectroscopic plate and a polarization component coated with a spectroscopic film are arranged on the shell; a micro-display is used for displaying two-dimensional images; a side of the spectroscopic plate coated with a spectroscopic film is inclined towards the display surface of the micro-display for receiving and reflecting two-dimensional images. Image; liquid lens is used to magnify and image two-dimensional image at a certain distance; polarization components include polarizer I, liquid crystal cell and polarizer II, which are superimposed in turn, and polarizer I and polarizer II are perpendicular to their light transmission axis. The augmented reality stereo display device provided by the present invention can alternately project the virtual scene displayed by the micro-display into the human eye according to whether the liquid lens has focal power or not, whether the micro-display is displayed, and whether the polarization component transmits light, thus improving the display mode of the stereo scene and realizing the clear display of the stereo scene.

【技术实现步骤摘要】
可单目立体显示的增强现实显示装置及其显示方法
本专利技术涉及光学显示
，特别涉及一种可单目立体显示的增强现实显示装置及显示方法。
技术介绍
增强现实技术(AugmentedReality,AR)是将真实世界与虚拟显示结合起来的技术，可将虚拟信息叠加在真实世界，在各行各业有广泛的应用。目前用于增强现实的头戴式显示设备在显示图像时，单目仅能进行二维显示，进行立体显示时需要采用双目显示有一定视差的图像来实现，但是这种立体显示的实现方式会导致人眼的双目辐辏冲突，长时间佩戴易导致头晕等不适感。虽然美国MagicLeap公司近期发布的产品MagicLeapOne单目可以显示距离人眼两个距离的像面https://www.ifixit.com/Teardown/Magic+Leap+One+Teardown/112245)，但是存在显示深度数量少、显示深度不连续的问题；也有公司采用液体透镜来实现单目立体显示(专利号为CN201610770922-真三维全息显示头戴式可视设备)，因为这种显示方式液体透镜位于人眼前面，会导致人所看到真实世界的物体变形，无法实现光学穿透式的增强现实显示，且立体场景的深度图像分割方式无法实现清晰的三维显示。因此，仍然需要对可实现单目立体显示的增强现实显示设备进行研发，以便为使用者提供更为逼真、舒适的体验。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种可单目立体显示的增强现实显示装置，通过将包含深度信息的深度图像按不同深度转化为多个二维图像并成像在与深度相对应的距离处，可实现单目的立体显示，使显示的内容更为接近真实世界的场景，且长时间佩戴也不会导致头晕等不适感，有效提高用户体验。本专利技术还有一个目的是提供一种可单目立体显示的增强现实显示装置的显示方法，即将包含深度信息的深度图像转化为多个二维图像，并将转化而来的二维图像成像在与深度对应的距离的实现方法，从而实现单目立体显示的功能。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种可单目立体显示的增强现实显示装置，其特征在于，包括：壳体，用于支持、固定其他部分；微显示器，其设置在所述壳体上，用于显示二维图像；一面镀有分光膜的分光平板，其设置在壳体上，且镀有分光膜的一面朝向所述微显示器的显示面倾斜设置，用于接收并反射所述微显示器显示的二维图像；液体透镜，其设置在所述壳体上，用于将分光平板反射来的二维图像放大并成像在一定距离处，且所述液体透镜的光轴垂直于或经反射转折后垂直于所述微显示器显示区域；偏振组件，其设置在所述壳体上，且偏振组件和所述液体透镜分设在所述分光平板的两侧；所述偏振组件包括依次叠加设置的偏振片Ⅰ、含有二分之一波长相位延迟量液晶的液晶盒和偏振片Ⅱ，且偏振片Ⅰ和偏振片Ⅱ的透光轴方向相垂直，不施加电压时液晶的光轴与偏光片的透光轴成45°夹角，施加一定电压时液晶的光轴平行于偏光片I或II的透光轴；其中，当液体透镜有光焦度时，所述微显示器显示二维图像,所述分光平板的镀有分光膜的一面与液体透镜光轴不平行，分光平板用于将来自微显示器的二维图像的光线反射后经液体透镜成像在一定距离处并投射入人眼，此时液晶盒施加合适的电压，使液晶盒中液晶的光轴平行于偏振片I的透光轴，此时真实世界的自然光经过偏振片I后变为偏振光且振动方向平行或垂直于液晶盒中液晶的光轴，因而通过液晶盒后偏振方向不变，到达偏振片II时，由于两个偏振片的透光轴方向垂直，光线将无法透过偏振片II，真实世界的光线无法透过偏振组件进入人眼；当液体透镜无光焦度时，所述微显示器不显示二维图像,液晶盒不通电，真实世界的自然光经过偏振片I后变为偏振光，进而通过液晶盒后经过液晶的偏振态转换，偏振方向改变为与偏振片II透光轴平行的方向，因而到达偏振片II时光线将透过偏振片II，真实世界的光线无法透过偏振组件进入人眼；使得微显示器显示的虚拟景象与真实环境的景象交替投射入人眼。优选的是，还包括：光学组件，其设置在所述分光平板和所述微显示器之间，用于辅助液体透镜对微显示器显示的二维图像进行放大并成像在一定距离。优选的是，所述微显示器为硅基液晶微显示器、有机发光二极管微显示器、液晶微显示器或发光二极管微显示器或其他微显示器，或未来开发的新型显示器。优选的是，所述光学组件包括光学透镜、反射镜、棱镜中的一种或两种以上的组合。优选的是，所述液体透镜为电湿润式液体透镜，介电式液体透镜或液体充填式液态透镜；分光平板为玻璃材质或光学塑料材质。优选的是，所述壳体为镜架、具有可视窗的头盔或手持式支架。优选的是，所述具有可视窗的头盔还包括：头盔本体；多个弹性片，其均匀分散开设置在所述头盔本体的内侧壁上，且任一弹性片体的中部向头盔本体的轴线方向突起设置，且任一弹性片体的一端固定至头盔本体的内侧壁上，另一端为自由端；多个长条形筒体，其开设在多个弹性片体的自由端与头盔本体的内侧壁的接触处；且多个弹性片体的自由端可伸缩的对应插设在多个长条形筒体的容纳腔内；以及第一框体和第二框体，其对应设置在所述头盔本体的可视窗处，且第一框体靠近头盔本体的内侧设置，第一框体用于支撑固定所述液体透镜和分光平板，第二框体靠近所述头盔本体的外侧设置，第二框体用于支撑固定偏振组件。一种可单目立体显示的增强现实显示装置的显示方法，包括以下步骤：步骤一、将包含深度信息的深度图像按照不同的深度进行分割，从而将一个包含大深度范围的深度图像分割为多个包含不同深度范围的层深度图像；步骤二、将各层深度图像投影成二维图像；步骤三、在所述微显示器连续显示步骤二中生成的二维图像，每张二维图像显示的时间相等，以所有二维图像均显示一次为一周期，显示次序不限，一个周期的时长不得大于视觉暂留时间；在显示一副二维图像的同时，根据对应层深度图像的深度范围，调节液体透镜的电压，改变其光焦度，从而将该二维图像成像在与深度范围对应的距离范围内；步骤四、实时检测液体透镜是否有光焦度，若“是”，所述分光平板的镀有分光膜的一面与液体透镜光轴不平行，分光平板用于将来自微显示器的二维图像的光线反射后经液体透镜成像在一定距离处并投射入人眼；若“否”，真实环境的景象透过所述偏振组件和所述液体透镜后投射入人眼；使得微显示器显示的虚拟景象与真实环境的景象交替投射入人眼。优选的是，一个周期的时长不大于1/24秒。优选的是，还包括以下步骤：实时检测所述液体透镜是否有光焦距的具体判定方法为：实时检测所述电压输出模块是否有电压输出，若“是”，则所述液体透镜有光焦距；若“否”，则所述液体透镜无光焦距。本专利技术的目的是提出一个可实现单目立体显示功能的显示装置，与之配套的电路、硬件、软件不在本专利技术的涵盖范围之内。本专利技术至少包括以下有益效果：当微显示器显示二维图像时(液体透镜有光焦度时)，由于在人眼视觉暂留时间内将不同深度范围的深度图像显示在了不同的距离上，对于人的视觉感受来说，等效于同时看到了各个位于不同距离的二维图像，每个二维图像是显示与距离对应深度范围内的图像，会有较为强烈的立体感，使显示的内容(物体)更为接近真实世界的场景，可以实现立体场景的清晰显示，此时，不改变经偏振片Ⅰ或偏振片Ⅱ入射入液晶盒中的偏振光线的偏振方向，进而导致外界真实场景的光线不能透过偏振组件，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可单目立体显示的增强现实显示装置，其特征在于，包括：壳体，用于支持、固定其他部分；微显示器，其设置在所述壳体上，用于显示二维图像；一面镀有分光膜的分光平板，其设置在壳体上，且镀有分光膜的一面朝向所述微显示器的显示面倾斜设置，用于接收并反射所述微显示器显示的二维图像；液体透镜，其设置在所述壳体上，用于将分光平板反射来的二维图像放大并成像在一定距离处，且所述液体透镜的光轴垂直于或经反射转折后垂直于所述微显示器显示区域；偏振组件，其设置在所述壳体上，且偏振组件和所述液体透镜分设在所述分光平板的两侧；所述偏振组件包括依次叠加设置的偏振片Ⅰ、含有二分之一波长相位延迟量液晶的液晶盒和偏振片Ⅱ，且偏振片Ⅰ和偏振片Ⅱ的透光轴方向相垂直，不施加电压时液晶的光轴与偏光片的透光轴成45°夹角，施加一定电压时液晶的光轴平行于偏光片I或II的透光轴；其中，当液体透镜有光焦度时，所述微显示器显示二维图像,所述分光平板的镀有分光膜的一面与液体透镜光轴不平行，分光平板用于将来自微显示器的二维图像的光线反射后经液体透镜成像在一定距离处并投射入人眼，此时液晶盒施加合适的电压，使液晶盒中液晶的光轴平行于偏振片I的透光轴，此时真实世界的自然光经过偏振片I后变为偏振光且振动方向平行或垂直于液晶盒中液晶的光轴，因而通过液晶盒后偏振方向不变，到达偏振片Ⅱ时，由于两个偏振片的透光轴方向垂直，光线将无法透过偏振片Ⅱ，真实世界的光线无法透过偏振组件进入人眼；当液体透镜无光焦度时，所述微显示器不显示二维图像,液晶盒不通电，真实世界的自然光经过偏振片I后变为偏振光，进而通过液晶盒后经过液晶的偏振态转换，偏振方向改变为与偏振片Ⅱ透光轴平行的方向，因而到达偏振片Ⅱ时光线将透过偏振片Ⅱ，真实世界的光线无法透过偏振组件进入人眼；使得微显示器显示的虚拟景象与真实环境的景象交替投射入人眼。...

【技术特征摘要】
1.一种可单目立体显示的增强现实显示装置，其特征在于，包括：壳体，用于支持、固定其他部分；微显示器，其设置在所述壳体上，用于显示二维图像；一面镀有分光膜的分光平板，其设置在壳体上，且镀有分光膜的一面朝向所述微显示器的显示面倾斜设置，用于接收并反射所述微显示器显示的二维图像；液体透镜，其设置在所述壳体上，用于将分光平板反射来的二维图像放大并成像在一定距离处，且所述液体透镜的光轴垂直于或经反射转折后垂直于所述微显示器显示区域；偏振组件，其设置在所述壳体上，且偏振组件和所述液体透镜分设在所述分光平板的两侧；所述偏振组件包括依次叠加设置的偏振片Ⅰ、含有二分之一波长相位延迟量液晶的液晶盒和偏振片Ⅱ，且偏振片Ⅰ和偏振片Ⅱ的透光轴方向相垂直，不施加电压时液晶的光轴与偏光片的透光轴成45°夹角，施加一定电压时液晶的光轴平行于偏光片I或II的透光轴；其中，当液体透镜有光焦度时，所述微显示器显示二维图像,所述分光平板的镀有分光膜的一面与液体透镜光轴不平行，分光平板用于将来自微显示器的二维图像的光线反射后经液体透镜成像在一定距离处并投射入人眼，此时液晶盒施加合适的电压，使液晶盒中液晶的光轴平行于偏振片I的透光轴，此时真实世界的自然光经过偏振片I后变为偏振光且振动方向平行或垂直于液晶盒中液晶的光轴，因而通过液晶盒后偏振方向不变，到达偏振片Ⅱ时，由于两个偏振片的透光轴方向垂直，光线将无法透过偏振片Ⅱ，真实世界的光线无法透过偏振组件进入人眼；当液体透镜无光焦度时，所述微显示器不显示二维图像,液晶盒不通电，真实世界的自然光经过偏振片I后变为偏振光，进而通过液晶盒后经过液晶的偏振态转换，偏振方向改变为与偏振片Ⅱ透光轴平行的方向，因而到达偏振片Ⅱ时光线将透过偏振片Ⅱ，真实世界的光线无法透过偏振组件进入人眼；使得微显示器显示的虚拟景象与真实环境的景象交替投射入人眼。2.如权利要求1所述的可单目立体显示的增强现实显示装置，其特征在于，还包括：光学组件，其设置在所述分光平板和所述微显示器之间，用于辅助液体透镜对微显示器显示的二维图像进行放大并成像在一定距离。3.如权利要求1所述的可单目立体显示的增强现实显示装置，其特征在于，所述微显示器为硅基液晶微显示器、有机发光二极管微显示器、液晶微显示器或发光二极管微显示器或其他微显示器，或未来开发的新型显示器。4.如权利要求2所述的可单目立体显示的增强现实显示装置，其特征在于，所述光学组件包括光学透镜、反射镜、棱镜中的一种或两种以上的组合。5.如权利要求1所述的可单目立体显示的增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张自应，温雨，
申请(专利权)人：北京谷东网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11