[发明专利]大景深近眼光场三维显示方法

说明书

本发明公开一种基于多层液晶的可连续清晰聚焦的大景深近眼光场三维显示装置，包括背光源、多层液晶屏、光开关、多焦距透镜和控制终端；背光源用于为多层液晶屏提供均匀亮度背光或者是方向性背光；多层液晶屏用于调制背光的强度并产生具有浅景深的光场；光开关用于控制不同深度优化的光场进入人眼；所述的多焦距透镜由同心的不同焦距的透镜条周期排列组成，相同焦距的透镜条将多层液晶屏产生的光场成像在特定的深度位置，从而形成由多个浅景深的三维光场组合而成的大景深三维近眼光场；所述的控制终端用于控制每层液晶屏上每个像素的RGB通道的透过率。本发明还公开一种基于多层液晶的可连续清晰聚焦的大景深近眼光场三维显示方法。

技术领域

本发明属于近眼三维显示技术领域，具体涉及一种基于多层液晶的可连续聚焦的大景深近眼光场显示装置和方法。

背景技术

近年来，随着光电技术以及计算机绘制技术的快速发展，近眼虚拟显示技术正在经历前所未有的发展，对构建可连续聚焦近眼虚拟显示的研究与应用也受到越来越多的重视。现有的近眼虚拟显示技术包括基于双目视差的虚拟显示技术和基于光场的虚拟显示技术。

对于非光场的显示技术，主要以谷歌眼镜和oculus为代表。这种技术通过向左右眼显示不同视角的场景以实现一个具有双目视差效果的虚拟场景。然而由于只显示了两个视角的信息，所以显示的场景的三维效果不佳。为了提高信息量，发展出了许多基于光场的近眼显示技术，首先是由inVida提出了一种基于multi-view的光场近眼显示技术。这项技术利用一层高分辨率的OLED和微透镜阵列来重构一个光场。它实现了近似的单眼聚焦效果，然而由于只有一层OLED提供光场信息，所以光场的信息量较少，在空间分辨率和角分辨率之间存在折中，分辨率较低。Schowengerdt.et al 提出了一种利用光纤扫描的光场近眼显示技术。这个技术利用光纤快速扫描来显示多视角的场景。显示的信息量和光纤的硬件特性有关，对于硬件设备要求较高。Gordon.et al提出了一种利用多层液晶重构光场的近眼显示技术。这项技术将大量的光场信息分解为可以用多层液晶屏显示的模式。实现了用较小信息量的显示器件实现较大信息量的光场显示。设备的信息利用率非常高。这项技术的设备简单，而且显示的光场信息量非常大，光场的分辨率高。然而由于受到多层液晶的物理特性的限制，基于多层眼睛的近眼光场显示只能达到近似的聚焦效果。然而聚焦辐辏冲突会引起观看者的视觉疲劳，甚至会引起幼儿的视觉疾病。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于多层液晶的可连续聚焦的大景深近眼光场显示装置和方法。利用多层液晶产生一个具有高分辨具有近似景深效果的近眼光场。然而这个光场的景深非常浅，并不能使得观看者获得较好的深度信息，为此我们通过利用多个透镜单元，将多层液晶成像在不同的深度，并且利用快速光开关实现隔断不同深度不同视场的光场串扰，从而实现了大景深的可连续聚焦的近眼光场显示。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于多层液晶的可连续聚焦的大景深近眼光场显示装置，包括背光源、多层液晶屏、光开关、多焦距透镜和控制终端；

所述的背光源，用于为多层液晶屏提供均匀亮度背光或者是方向性背光；

所述的多层液晶屏，用于调制背光的强度并产生具有浅景深的光场；

所述的光开关，用于控制不同深度优化的光场进入人眼；

所述的多焦距透镜由同心的不同焦距的透镜条周期排列组成，相同焦距的透镜条将多层液晶屏产生的光场成像在特定的深度位置，从而形成由多个浅景深的三维光场组合而成的大景深三维近眼光场；

所述的控制终端，连接每一层液晶屏的驱动板，依据优化方法计算出的衰减图案，不断刷新每层液晶上每个像素的RGB通道的透过率，最终实现基于多层液晶的近眼三维显示。