基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组制造技术

本发明专利技术公开一种基于光出射受限像素块

【技术实现步骤摘要】
基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组


[0001]本专利技术涉及三维图像显示
，更具体地，涉及一种基于光出射受限像素块-孔径对的显示模组。

技术介绍

[0002]包括VR/AR的三维显示系统作为潜在的新一代移动终端平台，是目前显示领域发展的热点，在各个方面都有极其广阔的应用前景。但现有三维显示大都是基于传统体视技术进行三维场景的呈现，通过观察者双目各自对应目镜，向观察者双目分别投射对应视图，通过双目视向于相应深度的空间交叉，形成三维感。在此过程中，观察者各目需要聚焦于显示面，以看清楚各自对应视图，由此导致聚焦深度和双目会聚深度之间的不一致，也即聚焦-会聚冲突问题。该问题会导致观察者视觉不适，尤其是在进行近眼显示时，是阻碍三维显示推广应用的瓶颈问题。
[0003]目前，从多种技术路线出发，研究者正在努力研究可以缓解或最终克服该瓶颈问题的各种方法。麦克斯韦投射(maxwellian view)(US2019/0204600,AUGMENTED REALITY OPTICS SYSTEM WITH PINPOINT MIRROR)和单目多视图(PCTCN2017080874,THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASED ON DIVISION MULTIPLEXING OF VIEWER'S ENTRANCE-PUPIL AND DISPLAY METHOD)是其中两个可以用于近眼显示的技术路线。前者采用尺寸小于观察者瞳孔尺寸的孔径作为观察者各眼睛观看该眼睛所对应单个视图的窗口，利用孔径尺寸来降低接收到的视图各对应像素出射光束沿深度方向上的光强分布梯度，从而降低投影面上视图像素本身对观察者单目聚焦的吸引，通过双目会聚对单目聚焦的耦合，牵引观察者各目实时聚焦于双目会聚位置，在一定深度范围内实现单目聚焦位置和双目会聚位置的动态一致。但降低各视图像素出射光束的光强分布梯度，要求较小的孔径尺寸，由此导致单个孔径所能看到的视图区域有限，即有限的视区。为了获得合理的视区，需要采用多个孔径分别对应多个视图区域。但在该多孔径情况下，通过相邻孔径各自看到的视图区域会发生空间重叠。该重叠视图区域内各视图像素投射光，经该相邻孔径形成两束或多束光入射观察者瞳孔，其中一束包含正确矢向信息，其余束是错误的矢向信息，作为噪声入射观察者瞳孔。该噪声的存在，导致重叠视图区域像素出射的、被观察者单目接收到的两束或多束光，趋向于向视图所在面强制牵引观察者眼睛的焦点，从而降低麦克斯韦投射技术对聚焦-会聚冲突克服的效果。单目多视图技术向观察者的一个眼睛投射视点不同的两个或多各视图，该两个或多个视图的视图像素所投射光束空间叠加形成光点分布，这些叠加光点处的光强分布，相对于其各叠加光束于投影面上对应视图像素的光强分布，具有更优的牵引能力，因此克服上述聚焦-会聚冲突问题。但实现不同矢向光束于空间显示点的叠加，需要观察者通过瞳孔的不同区域分别接收光束，才能实现叠加光束的各自矢向性，由此导致各像素投射光束于观察者瞳孔处，至少一个方向上的尺寸要小于观察者瞳孔直径。该尺寸限制也同样导致观察者接收单目多视图技术显示场景时有限的视区。类似于PCTCN2017080874所述方法，引入多个具有时序复用度的时序孔径可以进行视区展宽，但所
引入时序复用度的数量，严重受制于现有显示器件的刷新频率，现有显示器件的刷新频率，还不足以支持实现大视区的单目多视图显示。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是设计一种基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，两个该模组分别作为观察者双目各自对应的目镜，可以搭建VR或AR等近眼显示系统。该基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，通过多个像素块-孔径对的空间排列复用，解决所述视区有限问题，利用投射光束发散角和传播矢向的引解决不同孔径对应像素块呈现信息间的串扰问题，最终基于麦克斯韦投射技术路径或单目多视图技术路径，在避免对显示器件刷新频率过高要求的同时，实现大视角低噪声的、无聚焦-会聚冲突的近眼三维显示。其中，通过像素块各像素投射光束的发散角约束和投射方向引导，结合像素块-孔径对之间空间间隔对光串扰的隔离或其它光组件对光传播的矢向导引，各像素块-孔径对的像素块所投射光束仅通过同属该像素块-孔径对的对应孔径出射传输，搭建适用于双目的显示模组，实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。
[0005]本专利技术提供一种基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，包括：
[0006]M个光出射受限像素块-孔径对，依次排列，各光出射受限像素块-孔径对包括：像素块、孔径、像素投射光调控器件，同一光出射受限像素块-孔径对的各组件之间相互对应，其中正整数M≧2；
[0007]其中，所述像素块由像素排列组成，用于加载光信息，各光出射受限像素块-孔径对的像素块的像素组合为像素阵列；各光出射受限像素块-孔径对的孔径于孔径面上组建为孔径阵列；各光出射受限像素块-孔径对的像素投射光调控器件由像素投射光调控单元组成，各像素投射光调控单元和对应像素块的各像素一一对应，引导对应像素沿特定方向以有限发散角向该像素所属光出射受限像素块-孔径对中的对应孔径投射光束；
[0008]投影器件，沿像素阵列各像素投射光传输方向置于像素阵列前，调制来自各像素光束，使各像素的虚像呈现于投影面，各像素块的像素的虚像构建对应像素块虚像，所有M个像素块的像素的虚像构建像素阵列虚像，定义各像素于投影面上的虚像为该像素的像素虚像，各像素投射光束为其对应像素虚像的等效投射光束；
[0009]控制器件，在各时间点，控制各像素加载对应光信息，各像素对应光信息为待显示场景关于该像素对应孔径于该像素的像素虚像上的投影信息；
[0010]在所述M个光出射受限像素块-孔径对中，像素投射光调控单元被设置为使得各像素投射光束经对应像素投射光调控单元后，所述投射光束的投射方向和发散角被限定以使该光束覆盖其投射像素所属光出射受限像素块-孔径对中的对应孔径，并于其它光出射受限像素块-孔径对中的非对应孔径处无光强度分布，由此使各像素投射光束仅能通过其所属光出射受限像素块-孔径对中的对应孔径向观察者瞳孔所在区域进行传输。
[0011]进一步地，各光出射受限像素块-孔径对还包括挡板，各光出射受限像素块-孔径对的挡板以部分围绕的方式绕该光出射受限像素块-孔径对放置，用以挡除其孔径周边部分非孔径区域的光通。
[0012]进一步地，所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组还包括中继器件，沿像素阵列各像素投射光传输方向置于像素阵列之前，引导像素阵列各像素投射光束
向观察者瞳孔传播，各像素投射光束经对应像素投射光调控单元和该中继器件，被设置为使得该光束于其它光出射受限像素块-孔径对中的非对应孔径处无光强度分布。
[0013]进一步地，各光出射受限像素块-孔径对还包括分光光栅器件，沿该光出射受限像素块-孔径对的像素块投射光的传输方向，置于该像素块前，对应引导其G组像素投射光束分别至G个区域，其中各区域分别置一个孔径；
[0014本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，包括：M个光出射受限像素块-孔径对(10)，依次排列，各光出射受限像素块-孔径对(10)包括：像素块(11)、孔径(12)、像素投射光调控器件(13)，同一光出射受限像素块-孔径对(10)的各组件之间相互对应，其中正整数M≧2；其中，所述像素块(11)由像素排列组成，用于加载光信息，各光出射受限像素块-孔径对(10)的像素块(11)的像素组合为像素阵列(110)；各光出射受限像素块-孔径对(10)的孔径(12)于孔径面(200)上组建为孔径阵列(120)；各光出射受限像素块-孔径对(10)的像素投射光调控器件(13)由像素投射光调控单元组成，各像素投射光调控单元和对应像素块(11)的各像素一一对应，引导对应像素沿特定方向以有限发散角向该像素所属光出射受限像素块-孔径对中的对应孔径(12)投射光束；投影器件(20)，沿像素阵列(110)各像素投射光传输方向置于像素阵列(110)前，调制来自各像素光束，使各像素的虚像呈现于投影面(100)，各像素块(11)的像素的虚像构建对应像素块虚像，所有M个像素块的像素的虚像构建像素阵列虚像，定义各像素于投影面(100)上的虚像为该像素的像素虚像，各像素投射光束为其对应像素虚像的等效投射光束；控制器件(40)，在各时间点，控制各像素加载对应光信息，各像素对应光信息为待显示场景关于该像素对应孔径(12)于该像素的像素虚像上的投影信息；在所述M个光出射受限像素块-孔径对(10)中，像素投射光调控单元被设置为使得各像素投射光束经对应像素投射光调控单元后，所述投射光束的投射方向和发散角被调制以使该光束覆盖其投射像素所属光出射受限像素块-孔径对中的对应孔径(12)，并于其它光出射受限像素块-孔径对中的非对应孔径(12)处无光强度分布，由此使各像素投射光束仅能通过其所属光出射受限像素块-孔径对(10)中的对应孔径(12)向观察者瞳孔(50)所在区域进行传输。2.根据权利要求1所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，各光出射受限像素块-孔径对(10)还包括挡板(15)，各光出射受限像素块-孔径对(10)的挡板(15)以部分围绕的方式绕该光出射受限像素块-孔径对(10)放置，用以挡除其孔径(12)周边部分非孔径区域的光通。3.根据权利要求1所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，还包括中继器件(30)，沿像素阵列(110)各像素投射光传输方向置于像素阵列(110)之前，引导像素阵列(110)各像素投射光束向观察者瞳孔(50)传播，各像素投射光束经对应像素投射光调控单元和该中继器件(30)，被设置为使得该光束于其它光出射受限像素块-孔径对中的非对应孔径(12)处无光强度分布。4.根据权利要求1所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，各光出射受限像素块-孔径对(10)还包括分光光栅器件(18)，沿该光出射受限像素块-孔径对(10)的像素块(11)投射光的传输方向，置于该像素块(11)前，对应引导其G组像素投射光束分别至G个区域，其中各区域分别置一个孔径(12)；其中，各光出射受限像素块-孔径对(10)的像素块(11)所对应的G个孔径(12)中，该像素块(11)的各像素分别仅对应自身投射光束被导向的孔径(12)，其它(G-1)孔径(12)为该像素的非对应孔径，其中正整数G≧2。5.根据权利要求4所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在
于，还包括中继器件(30)，沿像素阵列(110)各像素投射光传输方向置于像素阵列(110)之前，引导像素阵列(110)各像素投射光束向观察者瞳孔(50)传播，各像素投射光束经对应像素投射光调控单元、分光光栅器件(18)，和该中继器件(30)，被设置为使得该光束于其它光出射受限像素块-孔径对中的非对应孔径处无光强度分布。6.根据权利要求1所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，其特征在于，各光出射受限像素块-孔径对(10)还包正交生成器件(14)和正交检测器件(16)，正交检测器件(16)覆盖该光出射受限像素块-孔径对(10)的所有G个孔径，使该G个孔径分别仅允许具有G种正交特性中的一种正交特性的光通过，不允许其它(G-1)种正交特性的光通过，且该G个孔径允许通过光所具有正交特性互不相同，正交生成器件(14)置于该光出射受限像素块-孔径对(10)的像素块(11)处，沿孔径(11)排列方向，依次间隔(G-1)个像素的像素构建正交特性像素组，共G个正交特性像素组和G个孔径一一对应，经该正交生成器件(14)，各特正交性像素组投射光分别具有对应正交特性检测器件(16)允许通过光的正交特性，其中正整数G≧2。7.根据权利要求1至6任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述孔径(12)的尺寸小于观察者瞳孔(50)的尺寸。8.根据权利要求4至6任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，观察者瞳孔(50)通过其至少2M个孔径(12)接收到像素虚像等效投射的光束，沿孔径(12)的排列方向，所述孔径(12)的尺寸小于观察者瞳孔(50)直径D
p
。9.根据权利要求1、3和5任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述来自一个像素的光束于其它光出射受限像素块-孔径对(10)中的非对应孔径(12)处无光强度分布，该无光强度分布指该像素投射光经该非对应孔径(12)透射光强度值小于其经对应孔径(12)透射光强度值的10％。10.根据权利要求1至6任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述孔径(12)为透射型孔径，或反射型孔径。11.根据权利要求1至6任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述各孔径(12)具有调制功能，能够分别成像对应像素块(11)，各像素块(11)被对应具有调制功能的孔径(12)所投射像，定义为等效像素块，各等效像素块相对于孔径的张角被设置为无空隙地拼连。12.根据权利要求11项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述等效像素块分成两组或多组，各组等效像素块的特征在于，其各等效像素块相对于孔径的张角被设置为无空隙地拼连，且该拼连张角覆盖待显示场景对孔径的张角。13.根据权利要求6所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述正交特性为偏振态相互垂直的2个偏光正交特性，或旋向相反的2个旋光正交特性，或至少两个互不重叠时间段依次选通的时序正交特性，或偏光正交特性和时序正交特性的组合，或旋光正交特性和时序正交特性的组合。14.根据权利要求1至6任一项所述基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述投影器件(20)为调焦能力时序受控变化的光学器件；该基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组被设置为能够由控制器件(40)驱动投影器件(20)，时序在不同深度上形成多个投影面(100)，并由控制器件(40)同步加载对应
信息给各像素，各像素对应信息为待显示场景关于该像素对应孔径(12)于该像素对应像素虚像上的投影信息；或，通过外部辅助器件实时跟踪观察者双目会聚深度，控制器件(40)驱动投影器件(20)投射最接近该深度的投影面(100)，并同步驱动各像素加载对应信息，该投影面(100)上各像素虚像对应像素加载信息，为待显示场景关于该像素对应孔径(12)于该像素虚像上的投影信息。15.根据权利要求14所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，所述投影器件(20)为焦距时序可控的液晶透镜，或多个液晶片叠加放置而成的复合液晶透镜；其中，所述复合液晶透镜中不同液晶片的组合产生不同调焦能力，不同液晶片的组合的时序驱动实现不同的时序焦距。16.根据权利要求3和5任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，中继器件(30)为改变光束传播方向的光偏转器件。17.根据权利要求3和5任一项所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，中继器件(30)为能够缩短所述三维显示模组结构厚度的光路折叠结构。18.根据权利要求17所述的基于光出射受限像素块-孔径对的三维显示模组，其特征在于，该光路折叠结构包括：选择性反射-透射器件(301)，光学特性调制片(302，302
′
)，反射片(305，305
′
)，其中选择性反射-透射器件(301)分别反射和透射具有不同光学特性的光束，定义透射对应光学特性为透射特性，反射对应光学特性为反射特性；该光路折叠结构被设置为使得：来自各光出射受限像素块-孔径对(10)的具有透射特性的光束入射选择性反射-透射器件(301)时，被选择性反射-透射器件(301)透射，然后经特光学特性调制片(302)一次后再次被反射片(305)反射，并再次入射光学特性调制片(302)，两次过光学特性调制片(302)的光束，对应光学特性由透射特性转换为反射特性，然后经透射选择性反射-透射器件(301)反射后，继续向观察者瞳孔(50)所处区域传播，并且，来自各光出射受限像素块-孔径对(10)的具有反射特性的光束入射选择性反射-透射器件(301)时，被选择性反射-透射器件(301)反射，然后经特光学特性调制片(302
′
)一次后再次被反射片(305
′
)反射，并再次入射光学特性调制片(302
′
)，两次过光学特性调制片(302
′
)的光束，对应光学特性由反射特性转换为透射特性，然后经选择性反射-透射器件(301)透射后，继续向观察者瞳孔(50)所处区域传播。19.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立林，滕东东，
申请(专利权)人：驻景广州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：