一种近眼可穿戴设备及其显示方法与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种近眼可穿戴设备及其显示方法。

背景技术：

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。目前的虚拟现实设备均是通过左右屏显示同一物体不同角度拍摄的画面，利用双眼看到的图像偏移来呈现立体的感觉。但是屏幕发出的光线并没有深度信息，眼睛的焦点就定在屏幕上，因而眼睛的焦点调节与这种纵深感是不匹配的，造成视觉辐辏调节冲突，导致视疲劳、重影、头疼、恶心等一系列症状。

光场显示技术可以模拟真实显示场景，可以完美解决上述问题，然而现阶段所使用的光场显示设备通常需要为左眼和右眼分别设置显示装置，而显示装置中的一些像素并不能发挥作用，造成使用面积的浪费也造成设备繁复笨重。

技术实现要素：

本发明提供了一种近眼可穿戴设备及其显示方法，用以实现光场显示，提高像素利用率。

第一方面，本发明提供一种近眼可穿戴设备，包括：第一显示面板，位于所述第一显示面板出光侧的第二显示面板，位于所述第二显示面板出光侧的多个棱镜，以及位于所述棱镜背离所述第二显示面板一侧的两个分别对应于双眼的成像透镜；其中，

两个所述成像透镜与所述第二显示面板之间的距离相等；

所述第二显示面板包括多个呈阵列排布的像素单元；各所述棱镜分别对应至少一列所述像素单元；

各所述棱镜均包括与所述第二显示面板的显示面呈设定夹角的倾斜平面；各所述棱镜中的部分棱镜，用于使倾斜平面接收对应的像素单元列的出射光，向左眼对应的成像透镜的方向透射；其它部分棱镜，用于使倾斜平面接收对应的像素单元列的出射光，向右眼对应的成像透镜的方向透射。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述近眼可穿戴设备中，向左眼对应的成像透镜透射光线的棱镜与向右眼对应的成像透镜透射光线的棱镜沿像素单元行的方向交替排列。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述近眼可穿戴设备中，一个所述棱镜对应一列所述像素单元。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述近眼可穿戴设备中，所述棱镜还包括：平行于所述第二显示面板显示面的底面，以及连接所述倾斜平面与所述底面的连接表面；所述连接表面为平面或弧面。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述近眼可穿戴设备中，相邻的两个所述棱镜以对应的像素单元列的中线为轴呈镜像对称。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述近眼可穿戴设备中，所述第一显示面板包括的像素单元的数量大于所述第二显示面板包括的像素单元的数量。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述近眼可穿戴设备中，所述近眼可穿戴设备为眼镜或头盔。

第二方面，本发明提供一种近眼可穿戴设备的显示方法，所述近眼可穿戴设备包括：第一显示面板以及位于所述第一显示面板出光侧的第二显示面板；所述第一显示面板及所述第二显示面板均包括多个像素单元；所述显示方法包括：

根据第一显示面板及第二显示面板中像素单元的数量以及所述第一显示面板中各所述像素单元与所述第二显示面板中各所述像素单元之间预先确定的对应关系，确定关于各所述像素单元之间对应光线的稀疏矩阵；

根据所述稀疏矩阵、所述第一显示面板及所述第二显示面板中各所述像素单元的透过率以及预先确定的目标图像对应的光场信息矩阵构建光场方程，求解各所述像素单元的透过率；

根据各所述像素单元的透过率确定各所述像素单元对应的数据信号；

以确定出的各所述像素单元的数据信号加载所述第一显示面板及所述第二显示面板显示所述目标图像。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述显示方法中，所述根据第一显示面板及第二显示面板的像素单元的数量以及所述第一显示面板中各所述像素单元与所述第二显示面板中各所述像素单元之间预先确定的对应关系，确定关于各所述像素单元对应关系的稀疏矩阵，包括：

分别对所述第一显示面板及所述第二显示面板中的各所述像素单元进行编码，得到各所述像素单元对应的编码向量；

将所述第一显示面板及所述第二显示面板的各所述像素单元对应的编码向量按照预先确定的像素单元之间的对应关系联立组合，得所述稀疏矩阵。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述显示方法中，所述求解各所述像素单元的透过率，包括：

以最小二乘法求解各所述像素单元的透过率。

本发明有益效果如下：

本发明提供的近眼可穿戴设备及其显示方法，包括：第一显示面板，位于第一显示面板出光侧的第二显示面板，位于第二显示面板出光侧的多个棱镜，以及位于棱镜背离第二显示面板一侧的两个分别对应于双眼的成像透镜；其中，两个成像透镜与第二显示面板之间的距离相等；第二显示面板包括多个呈阵列排布的像素单元；各棱镜分别对应至少一列像素单元；各棱镜均包括与第二显示面板的显示面呈设定夹角的倾斜平面；各棱镜中的部分棱镜，用于使倾斜平面接收对应的像素单元列的出射光，向左眼对应的成像透镜的方向透射；其它部分棱镜，用于使倾斜平面接收对应的像素单元列的出射光，向右眼对应的成像透镜的方向透射。棱镜的倾斜平面可将入射光线朝着该倾斜平面的倾斜方向折射，那么将两个上述棱镜相对设置时，可以使其对应的像素单元列的发向朝着相对的两个方向出射，实现将不同的像素单元列的发光分别向左眼对应的成像透镜和右眼对应的成像透镜的方向出射，达到左眼图像和右眼图像分离的目的，经过大脑的图像融合可以观看到三维立体影像。本发明实施例对双眼仅需要设置一套显示设备即可实现光场显示，并且双眼对于第一显示面板及第二显示面板中的部分像素单元可以共用，提高像素单元的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的近眼可穿戴设备的立体结构示意图；

图2为沿图1中i-i’截得的近眼可穿戴设备的截面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的棱镜成像原理示意图之一；

图4为本发明实施例提供的棱镜成像原理示意图之二；

图5为本发明实施例提供的棱镜的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的近眼可穿戴设备的截面结构示意图之二；

图7为本发明实施例提供的近眼可穿戴设备的成像原理图；

图8为本发明实施例提供的近眼可穿戴设备的显示方法的流程图；

图9为本发明实施例提供的像素单元对应关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的近眼可穿戴设备及其显示方法。

本发明实施例的第一方面，提供一种近眼可穿戴设备，如图1所示，该近眼可穿戴设备，包括：第一显示面板11，位于第一显示面板11出光侧的第二显示面板12，位于第二显示面板12出光侧的多个棱镜13，以及位于棱镜13背离第二显示面板12一侧的两个分别对应于双眼的成像透镜14r和14l。其中，14r表示右眼对应的成像透镜，14l表示左眼对应的成像透镜。沿图1中的i-i’方向截得的近视眼可穿戴设备的截面结构示意图参见图2。

如图2所示，两个成像透镜14r和14l与第二显示面板12之间的距离相等；第二显示面板12包括多个呈阵列排布的像素单元121；各棱镜13分别对应至少一列像素单元(在图2中一个棱镜13对应两列像素单元121)。

各棱镜13均包括与第二显示面板12的显示面呈设定夹角的倾斜平面131；各棱镜中的部分棱镜，用于使倾斜平面131接收对应的像素单元列的出射光，向左眼对应的成像透镜14l的方向透射；其它部分棱镜，用于使倾斜平面131接收对应的像素单元列的出射光，向右眼对应的成像透镜14r的方向透射。

棱镜13对像素单元121出射光线的成像原理如图3所示。在本发明实施例中，将棱镜131接收对应的像素单元列的出光表面设置为平面，且该平面与显示面呈一定的夹角，那么根据光的折射原理，棱镜131的倾斜平面131可将入射光线朝着该倾斜平面131的倾斜方向折射，那么将两个上述棱镜131相对设置时，可以使其对应的像素单元列的发向朝着相对的两个方向出射，实现将不同的像素单元列的发光分别向左眼对应的成像透镜14l和右眼对应的成像透镜14r的方向出射，达到左眼图像和右眼图像分离的目的，经过大脑的图像融合可以观看到三维立体影像。那么，本发明实施例对双眼仅需要设置一套显示设备即可实现光场显示，并且双眼对于第一显示面板及第二显示面板中的部分像素单元可以共用，提高像素单元的利用率。

进一步地，将上述接收像素单元发光的棱镜的出光面设置为平面，不会影响入射到棱镜的光线的聚散性质，可以保留光线原始的出射性质，使最终的成像还原真实场景。在实际应用中，棱镜13的倾斜平面131的朝向可以灵活设置，如图3和图4所示，当采用如图3所示的结构时，上排棱镜用于向上侧的成像透镜偏折光线，下排棱镜用于向下侧的成像透镜偏折光线；而采用如图4所示的结构时，上排棱镜用于向下侧的成像透镜偏折光线，下排棱镜用于向上侧的成像透镜偏折光线。

如图3-图5所示，位于第二显示面板出光侧的各棱镜13还包括：平行于第二显示面板显示面的底面，以及连接倾斜平面与底面的连接表面；该连接表面可采用如图3和图4所示的弧面，也可以采用如图5所示的平面。本发明实施例对棱镜的连接表面的形状不做限制，在实际应用中，该连接表面的位置对应着像素单元的非开口区所在的位置，因此人眼并不能通过该连接表面观看到图像。

如图2所示，本发明实施例提供的上述近眼可穿戴设备中，向左眼对应的成像透镜14l透射光线的棱镜与向右眼对应的成像透镜14r透射光线的棱镜沿像素单元行的方向交替排列。并且，向左眼对应的成像透镜14l透射光线的棱镜与向右眼对应的成像透镜14r透射光线的棱镜的结构相同，仅在设置方向上有所不同。在具体实施时，将相邻的两个棱镜13(即向左眼对应的成像透镜14l透射光线的棱镜和向右眼对应的成像透镜14r透射光线的棱镜)以对应的像素单元列的中线为轴呈镜像对称设置，这样可以使相邻两个棱镜对应的像素单元列分别用于左眼和右眼的成像。

在实际应用中，一个棱镜13可以对应多列像素单元，各列像素单元可以显示相同的图像也可以显示不同的图像，当采用一个棱镜对应多列像素单元的结构时，可以减小棱镜的使用数量。在另一种可实施的方式中，如图6所示，一个棱镜13可以对应一列像素单元，每列像素单元均用于显示不同的图像，这样设置可以提高图像分辨率。

如图7所示，本发明实施例提供的上述近眼可穿戴设备的成像原理图，双眼通过成像透镜以及棱镜的成像可以观看到两个虚像面。这两个虚像面分别为第一显示面板和第二显示面板的成像所在的位置。双眼对于两个显示面板中的像素可以共用，使得两个成像透镜对于同一个显示面板的成像存在重叠部分。其中，图7中的实线箭头的位置为第二显示面板12所成虚像的位置，图7中虚线箭头的位置为第一显示面板11所成虚像的位置，两个虚像面形成景深，在两个虚像面之间形成光场，实现三维显示。在具体实施时，由于第一显示面板11的成像距离观看者较远，第一显示面板中的每个像素单元的成像相较于第二显示面板都有所增大，为了与前方的第二显示面板12的成像融合，图像分辨率相互匹配，可设置第一显示面板11包括的像素单元的数量大于第二显示面板12包括的像素单元的数量。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述近眼可穿戴设备可为眼镜或头盔。除此之外，该近眼可穿戴设备还可用于其它显示配件，在此不做限定。相比于现有技术中的三维立体显示的眼镜或头盔，本发明实施例提供的上述三维立体显示眼镜或头盔佩戴更加轻便，且具有较佳的显示效果。上述第一显示面板11可采用液晶显示面板、有机发光二极管显示面板、微型发光二极管显示面板中的一种，第二显示面板12可采用液晶显示面板或其它透射型显示面板，在此不做限定。

本发明实施例提供的第二方面，提供一种近眼可穿戴设备的显示方法。该显示方法适用的近眼可穿戴设备包括：第一显示面板以及位于第一显示面板出光侧的第二显示面板；第一显示面板及第二显示面板均包括多个像素单元。

如图8所示，本发明实施例提供的近视眼可穿戴设备的显示方法，可以包括：

s10、根据第一显示面板及第二显示面板中像素单元的数量以及第一显示面板中各像素单元与第二显示面板中各像素单元之间预先确定的对应关系，确定关于各像素单元之间对应光线的稀疏矩阵；

s20、根据稀疏矩阵、第一显示面板及第二显示面板中各像素单元的透过率以及预先确定的目标图像对应的光场信息矩阵构建光场方程，求解各像素单元的透过率；

s30、根据各像素单元的透过率确定各像素单元对应的数据信号；

s40、以确定出的各像素单元的数据信号加载第一显示面板及第二显示面板显示目标图像。

本发明实施例提供的上述显示方法适用于上述近眼可穿戴设备，第一显示面板中各像素单元出射的光线穿过第二显示面板中对应的像素单元向成像透镜的方向入射。假设第一显示面板和第二显示面板均为液晶显示面板，背光透过第一显示面板的第i行第j列像素的透过率为f(i,j)；透射光线再透过第二显示面板的第k行第l列像素的透过率为g(k,l)。则该光线达到人眼的强度为l(i,j,k,l)＝f(i,j)·g(k,l)。该公式可以看作背光穿过第一显示面板及第二显示面板中对应像素点的光线的一个方程。由于光场中可能有多条光线穿过同一像素，因此光场空间中所建立的光场方程数要远大于所要求解的像素透过率未知数。因此，该方程组为超定方程组，会造成多解或无解。而通过第二显示面板出光面的棱镜阵列将光线分别透射给左眼和右眼，相当放宽了光场的约束条件，有助于求解。

如图9所示，假设第一显示面板11包括三行三列的9个像素单元p11-p19，第二显示面板12包括两行两列的4个像素单元p21-p24，且第一显示面板中的各像素单元与第二显示面板中的各像素单元之间的对应关系预先确定，那么可以根据该对应关系确定出稀疏矩阵。

具体地，在上述步骤s10中，根据第一显示面板及第二显示面板的像素单元的数量以及第一显示面板中各像素单元与第二显示面板中各像素单元之间预先确定的对应关系，确定关于各像素单元对应关系的稀疏矩阵，可以包括：

分别对第一显示面板及第二显示面板中的各像素单元进行编码，得到各像素单元对应的编码向量；

将第一显示面板及第二显示面板的各像素单元对应的编码向量按照预先确定的像素单元之间的对应关系联立组合，得稀疏矩阵。

仍以图9所示的两个显示面板结构为例进行说明，在第一显示面板11中：

像素单元p11可表示为向量[100000000]；

像素单元p12可表示为向量[010000000]；以此类推……，

像素单元p19可表示为向量[000000001]。

同理，在第二显示面板中：

像素单元p21可表示为向量[1000]；

像素单元p22可表示为向量[0100]；

像素单元p23可表示为向量[0010]；

像素单元p24可表示为向量[0001]。

为了得到两个显示面板中各像素单元之间对应的光线，将上述两组编码得到的向量联立组合，其中，第二显示面板中的像素单元数量少于第一显示面板中的像素单元的数量，因此第二显示面板中的各像素单元对应多个第一显示面板中的像素单元，具体的对应关系由近眼可穿戴设备中的棱镜、成像透镜的光学特性决定。联立组合后得到的向量阵列如下：

[1000000001000]

[0100000001000]

[0010000000100]

[0000000010001]

根据上述向量阵列可得到稀疏矩阵t如下：

对于上述的光场方程中，两个显示面板中的各像素单元的透过率为需要求解的未知数x，第一显示面板的分辨率为3×3，第二显示面板的分辨率为2×2，若将该未知数x用向量表示，则该未知数x的向量的维数为13维，若以tp11表示第一显示面板中像素单元p11的透过率，tp12表示像素单元p12的透过率，以此类推……，tp19表示像素单元p19的透过率；同样地，以tp21表示第二显示面板中像素单元p21的透过率，tp22表示像素单元p22的透过率，以此类推……，tp24表示像素单元p24的透过率，则上述的关于透过率的向量x可表示为：

将表征各像素单元之间光线的稀疏矩阵t与要求解的关于透过率的向量x相乘既得到目标光场l，该目标光场即为目标图像对应的光场信息向量。l中的值为目标光场内容的已知量。将上述各参数按照光场方程tx＝l联立，可以得到方程如下：

该方程tx＝l的可采用最小二乘法来求解，最小二乘解集和法方程t^ttx＝t^tl的非空解集一致。采用高维度线性最小二乘算法，根据液晶特性给定透过率变化范围[lmax,lmin]，并根据光场中的一组截图给定初始值x0，通过多次迭代求出线性超定方程组tx＝l的一组最优解。即为所求两个显示面板中各像素单元的透过率。

在得到各像素单元的透过率之后，可以根据该透过率确定出各像素单元需要加载的数据信号，那么以确定出的各像素单元的数据信号加载第一显示面板及第二显示面板中的各像素单元可以显示出上述目标图像。该近眼可穿戴设备在显示任何一幅画面时均可采用上述方式确定数据信号。

本发明实施例提供的近眼可穿戴设备及其显示方法，包括：第一显示面板，位于第一显示面板出光侧的第二显示面板，位于第二显示面板出光侧的多个棱镜，以及位于棱镜背离第二显示面板一侧的两个分别对应于双眼的成像透镜；其中，两个成像透镜与第二显示面板之间的距离相等；第二显示面板包括多个呈阵列排布的像素单元；各棱镜分别对应至少一列像素单元；各棱镜均包括与第二显示面板的显示面呈设定夹角的倾斜平面；各棱镜中的部分棱镜，用于使倾斜平面接收对应的像素单元列的出射光，向左眼对应的成像透镜的方向透射；其它部分棱镜，用于使倾斜平面接收对应的像素单元列的出射光，向右眼对应的成像透镜的方向透射。棱镜的倾斜平面可将入射光线朝着该倾斜平面的倾斜方向折射，那么将两个上述棱镜相对设置时，可以使其对应的像素单元列的发向朝着相对的两个方向出射，实现将不同的像素单元列的发光分别向左眼对应的成像透镜和右眼对应的成像透镜的方向出射，达到左眼图像和右眼图像分离的目的，经过大脑的图像融合可以观看到三维立体影像。本发明实施例对双眼仅需要设置一套显示设备即可实现光场显示，并且双眼对于第一显示面板及第二显示面板中的部分像素单元可以共用，提高像素单元的利用率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。