一种增强现实显示设备及其驱动方法、增强现实眼镜与流程

本发明涉及增强现实显示技术领域，特别涉及一种增强现实显示设备及其驱动方法、增强现实眼镜。

背景技术：

增强现实(augmentedeeality，ar)是一种通过计算机处理、并借助透视式的显示器或眼镜实现虚拟环境与真实环境的融合的技术。在增强显示技术中，真实环境和虚拟环境实时地叠加到一起，从而实现真实世界信息和虚拟世界信息的相互补充。增强现实使用户具有身临其境的沉浸感，与环境进行交互。

目前，提供一种结构简单且能够实现2d/3d切换的增强现实显示设备是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种增强现实显示设备及其驱动方法、增强现实眼镜，提供一种结构简单且2d/3d显示切换过程易实现的增强现实显示设备。

因此，本发明实施例提供了一种增强现实显示设备，包括依次层叠设置的微透镜阵列层、折射率调制板和成像结构，所述成像结构位于所述微透镜阵列层的一倍焦距内；其中，

在3d显示时，所述折射率调制板被配置为在所述微透镜阵列层成像时，改变所述折射率调制板的折射率，以调制所述微透镜阵列层成像时的物距。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，在2d显示时，所述折射率调制板的折射率固定。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，所述成像结构包括多个像素岛，所述微透镜阵列层包括与所述像素岛一一对应的多个凸透镜，所述像素岛位于对应的所述凸透镜的一倍焦距内。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，相邻所述像素岛之间以及相邻所述凸透镜之间均具有透光区域。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，所述折射率调制板包括相对设置的第一透明基板和第二透明基板，位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的折射率调制层，位于所述第一透明基板和所述折射率调制层之间的第一透明电极，以及位于所述第二透明基板和所述折射率调制层之间的第二透明极；其中，

所述折射率调制层的材料为液晶，或所述折射率调制层的材料为压电材料。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，所述第一透明电极为面状电极，所述第二透明电极包括多个块状电极。

相应地，本发明实施例还提供了一种增强现实眼镜，包括本发明实施例提供的上述任一项所述的增强现实显示设备。

相应地，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法，包括：

在3d显示时，在所述微透镜阵列层成像时，通过改变所述折射率调制板的折射率，以调制所述微透镜阵列层成像时的物距，以实现在不同景深处成像。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法中，所述折射率调制板的折射率越大，所述微透镜阵列层成像时的物距越大。

可选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法中，还包括：

在2d显示时，所述折射率调制板的折射率固定，以实现在同一景深处成像。

本发明实施例的有益效果：

本发明实施例提供的增强现实显示设备及其驱动方法、增强现实眼镜，由于微透镜阵列层成像时的物距与折射率调制板的折射率有关，折射率不同，微透镜阵列层成像时的物距不同，由于微透镜阵列层的焦距不变，根据成像公式其中，u为微透镜阵列层的物距，v为微透镜阵列层的像距，f为微透镜阵列层的焦距，因此，像距f随着物距u的改变而改变，可以实现在不同景深处成像。因此本发明通过调制折射率调制板的折射率，可以实现在微透镜阵列层的不同位置处具有不同的物距，从而微透镜阵列层的不同位置处的景深也不相同，从而实现3d显示。另外，本发明仅需增加一层折射率调制板即可实现3d显示，结构较简单。

附图说明

图1为本发明实施例提供的增强现实显示设备的结构示意图；

图2为采用本发明实施例提供的增强现实显示设备的3d效果示意图。

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实施例提供的增强现实显示设备及其驱动方法、增强现实眼镜的具体实施方式作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例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。

附图中各部件的形状和大小不反映增强现实显示设备的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供的一种增强现实显示设备，如图1所示，包括依次层叠设置的微透镜阵列层1、折射率调制板2和成像结构3，成像结构3位于微透镜阵列层1的一倍焦距f内；其中，

在3d显示时，折射率调制板2被配置为在微透镜阵列层1成像时，改变折射率调制板2的折射率，以调制微透镜阵列层1成像时的物距u。

本发明实施例提供的上述增强现实显示设备，由于微透镜阵列层成像时的物距与折射率调制板的折射率有关，折射率不同，微透镜阵列层成像时的物距不同，由于微透镜阵列层的焦距不变，根据成像公式其中，u为微透镜阵列层的物距，v为微透镜阵列层的像距，f为微透镜阵列层的焦距，因此，像距f随着物距u的改变而改变，可以实现在不同景深处成像。因此本发明通过调制折射率调制板的折射率，可以实现在微透镜阵列层的不同位置处具有不同的物距，从而微透镜阵列层的不同位置处的景深也不相同，从而实现3d显示。另外，本发明仅需增加一层折射率调制板即可实现3d显示，结构较简单。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，在2d显示时，折射率调制板的折射率固定，则微透镜阵列层的物距相同，从而可以实现在同一景深处成像，即2d显示。具体地，2d显示的显示原理在后续实施例中进行详细介绍。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，如图1所示，成像结构3可以包括多个像素岛31，微透镜阵列层1可以包括与像素岛31一一对应的多个凸透镜11，像素岛31位于对应的凸透镜11的一倍焦距内。具体地，像素岛31的尺寸可以设置成小到人眼4不可分辨从而不影响人眼4正常观察外界环境(接收环境光)，相邻像素岛31之间以及相邻凸透镜11之间均具有透光区域。例如，像素岛31的宽度可以小于1mm，像素岛31之间存在较大的空隙(透光区域)，使得环境光能够穿过该空隙入射到人眼4。每个像素岛31显示局部的虚拟图像，所有局部虚拟图像拼接成完整的虚拟图像。在人眼4从微透镜阵列层1一侧看向成像结构3一侧时，人眼4、凸透镜11和像素岛31在同一条直线上，像素岛31发出的光线经所对应的凸透镜11后在某一景深处形成放大的虚像(像素岛31的位置在一倍焦距内)，通过设计人眼4与凸透镜11的间距和第二透明基板22的厚度可以得到某一景深处连续放大的虚像bb’，如图1所示。

具体地，每一个像素岛包括多个像素，相当于一个像素簇。像素岛可以包括多种颜色的像素(如r、g、b)，也可以仅包括一种颜色的像素。每个像素通过驱动电路来控制，像素岛间隔的排布在第一透明基板上，每个像素岛相当于一块显示局部虚拟图像的微小显示屏，每个像素岛发出的光线经过对应的凸透镜后形成局部虚拟图像，由于本发明实施例是凸透镜成像，且凸透镜成像的物距小于一倍焦距，以折射率调制板为参考，像素岛发出的光线经过凸透镜后在远离折射率调制板的一侧的某一景深处形成放大的虚像，通过设置像素岛的尺寸、凸透镜的光学属性、像素岛与凸透镜的相对位置、以及增强现实显示设备距离人眼的距离以及第二基板的厚度等参数，可以将各个像素岛形成的局部虚拟图像拼接在一起，从而形成完整的虚拟图像。可以通过像素渲染算法控制像素岛的发光强度，使得像素岛发出的光与环境光相融合，从而不影人眼对环境光的观察。

具体地，像素岛的像素可以是oled、lcd或micro-led等。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，如图1所示，折射率调制板2包括相对设置的第一透明基板21和第二透明基板22，位于第一透明基板21和第二透明基板22之间的折射率调制层23，位于第一透明基板21和折射率调制层23之间的第一透明电极24，以及位于第二透明基板22和折射率调制层23之间的第二透明电极25；其中，

折射率调制层23的材料为液晶，或折射率调制层23的材料为压电材料。

具体地，当折射率调制层23的材料为液晶时，通过给第一透明电极24和第二透明电极25施加电压，液晶会发生偏转，施加的电压不同，偏转的程度不同，不同位置处的折射率调制层23的折射率也不相同，由于凸透镜成像的物距u与折射率有关，从而不同位置处的凸透镜成像的物距u也不相同，因此不同位置处的凸透镜成像的像距f也不同，从而实现3d显示。在进行2d显示时，不给第一透明电极24和第二透明电极25施加电压，液晶不会发生偏转，折射率调制层23的折射率不变，从而不同位置处的凸透镜11成像的物距不变，对应的不同位置处的凸透镜成像的像距也不变，从而实现2d显示。当折射率调制层23的材料为压电材料时，压电材料具有逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变，通过给第一透明电极24和第二透明电极25施加电压，压电材料会发生形变导致折射率调制层23的厚度发生变化，施加的电压不同，不同位置处的折射率调制层23的厚度也不同，厚度不同，折射率也不相同，由于凸透镜成像的物距u与折射率有关，从而不同位置处的凸透镜成像的物距u也不相同，因此不同位置处的凸透镜成像的像距f也不同，从而实现3d显示。在进行2d显示时，不给第一透明电极24和第二透明电极25施加电压，压电材料不会发生形变，不同位置处的折射率调制层23的厚度不变，从而不同位置处的凸透镜成像的物距不变，对应的不同位置处的凸透镜成像的像距也不变，从而实现2d显示。

在具体实施时，液晶优选大折射率差(δn)的液晶，压电材料优选压电应变常数较大的压电材料。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备中，第一透明电极可以为面状电极，第二透明电极可以包括多个块状电极。具体地，块状电极与像素岛一一对应，这样可以单独控制各个像素岛对应位置的折射率调制板的折射率，从而可以实现在微透镜阵列层的不同位置处具有不同的物距，从而微透镜阵列层的不同位置处的景深也不相同，从而实现3d显示。

在具体实施时，第一透明基板和第二透明基板的材料可以为常用tft-lcd的上下基板材料如si3n4等材料，为了减小增强现实显示设备的重量，第一透明基板和第二透明基板的材料可以选用pmma等较轻的透明材料。

在具体实施时，第一透明电极的材料和第二透明电极的材料可以为ito等透明材料。

下面通过两个实施例分别以折射率调制层的材料为液晶和折射率调制层的材料为压电材料为例，对本发明实施例图1提供的增强现实显示设备进行2d/3d切换显示的显示原理进行详细说明。

实施例一：折射率调制层的材料为液晶。

具体地，如图2所示，在3d显示时，通过第一透明电极21和第二透明电极22给材料为液晶的折射率调制层23施加电压，液晶发生偏转，材料为液晶的折射率调制层23的等效折射率neff发生变化，通过改变材料为液晶的折射率调制层23的等效折射率neff，使得光通过材料为液晶的折射率调制层23的等效光程neffd3发生改变(neff：材料为液晶的折射率调制层23的等效折射率，d3：材料为液晶的折射率调制层23的厚度)，根据凸透镜根据成像公式可知，凸透镜的焦距f不变，物距u(n1d1+neffd3+n2d2，n1：第一透明基板的折射率，d1：第一透明基板的厚度，n2：第二透明基板的折射率，d2：第二透明基板的厚度，)发生变化(u<f)，从而像距v发生变化，实现在不同景深处成像。通过对不同像素岛31位置处的折射率调制层23施加不同电压，使得在不同位置处的凸透镜11有不同的物距u，因此不同位置处的景深也不一样，从而实现3d显示，如图2所示。

在2d显示时，材料为液晶的折射率调制层23不施加电压，材料为液晶的折射率调制层23的初始等效折射率与透明基板的折射率相同，此时材料为液晶的折射率调制层23相当于透明基板，通过设计凸透镜的曲率半径，使得凸透镜的焦距大于第一透明基板21、第二透明基板22和折射率调制层23的厚度和，即物距u小于一倍焦距f，此时，像素岛31发出的光线经过凸透镜11后在某一景深处形成放大的虚像，合理的排布凸透镜11的间距和像素岛31的间距可以使像素岛31阵列在同一景深处形成连续放大的虚像bb’，如图1所示。

实施例二：折射率调制层的材料为压电材料。

具体地，如图2所示，在3d显示时，通过第一透明电极21和第二透明电极22给材料为压电材料的折射率调制层23施加电压，折射率调制层23发生形变，折射率调制层23的厚度发生变化，从而折射率调制层23的等效折射率neff发生变化，通过改变材料为压电材料的折射率调制层23的等效折射率neff，使得光通过材料为压电材料的折射率调制层23的等效光程neffd2发生改变(neff：材料为液晶的折射率调制层23的等效折射率，d2：材料为液晶的折射率调制层23的厚度)，根据凸透镜根据成像公式可知，凸透镜的焦距f不变，物距u(n1d1+neffd3+n2d2，n1：第一透明基板的折射率，d1：第一透明基板的厚度，n2：第二透明基板的折射率，d2：第二透明基板的厚度，)发生变化(u<f)，从而像距v发生变化，实现在不同景深处成像。通过对不同像素岛31位置处的折射率调制层23施加不同电压，使得在不同位置处的凸透镜11有不同的物距u，因此不同位置处的景深也不一样，从而实现3d显示，如图2所示。

在2d显示时，材料为压电材料的折射率调制层23不施加电压，材料为压电材料的折射率调制层23不发生形变，其初始等效折射率与透明基板的折射率相同，此时材料为压电材料的折射率调制层23相当于透明基板，通过设计凸透镜的曲率半径，使得凸透镜的焦距大于第一透明基板21、第二透明基板22和折射率调制层23的厚度和，即物距u小于一倍焦距f，此时，像素岛31发出的光线经过凸透镜11后在某一景深处形成放大的虚像，合理的排布凸透镜11的间距和像素岛31的间距可以使像素岛31阵列在同一景深处形成连续放大的虚像bb’，如图1所示。

综上所述，本发明实施例提供的增强现实显示设备可以实现2d/3d显示的切换，且结构较简单。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法，包括：

在3d显示时，在微透镜阵列层成像时，通过改变折射率调制板的折射率，以调制微透镜阵列层成像时的物距，以实现在不同景深处成像。

本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法，通过调制折射率调制板的折射率，可以实现在微透镜阵列层的不同位置处具有不同的物距，从而微透镜阵列层的不同位置处的景深也不相同，从而实现3d显示。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法中，折射率调制板的折射率越大，微透镜阵列层成像时的物距越大。因此像距越小，从而凸透镜成像的物距和像距相差较大，从而3d显示的效果较好。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述增强现实显示设备的驱动方法中，还包括：

在2d显示时，折射率调制板的折射率固定，以实现在同一景深处成像。

具体地，上述增强现实显示设备的驱动方法的实施可以参见上述增强现实显示设备的实施例，重复之处不再赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种增强现实眼镜，包括本发明实施例提供的上述任一种增强现实显示设备。由于该增强现实眼镜解决问题的原理与前述一种增强现实显示设备相似，因此该增强现实眼镜的实施可以参见前述增强现实显示设备的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的增强现实显示设备及其驱动方法、增强现实眼镜，由于微透镜阵列层成像时的物距与折射率调制板的折射率有关，折射率不同，微透镜阵列层成像时的物距不同，由于微透镜阵列层的焦距不变，根据成像公式其中，u为微透镜阵列层的物距，v为微透镜阵列层的像距，f为微透镜阵列层的焦距，因此，像距f随着物距u的改变而改变，可以实现在不同景深处成像。因此本发明通过调制折射率调制板的折射率，可以实现在微透镜阵列层的不同位置处具有不同的物距，从而微透镜阵列层的不同位置处的景深也不相同，从而实现3d显示。另外，本发明仅需增加一层折射率调制板即可实现3d显示，结构较简单。

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。