[发明专利]基于光出射受限像素块-孔径对的近眼显示模组

说明书

本发明公开一种基于光出射受限像素块‑孔径对的近眼显示模组，包括多于一个的光出射受限像素块‑孔径对，通过各光出射受限像素块‑孔径对中的像素块各像素投射光束的发散角约束和/或矢向引导，结合相邻像素块‑孔径对之间光学特性的互不相容，使各光出射受限像素块‑孔径对的像素块投射光仅通过该像素块‑孔径对的孔径出射传输。基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)的技术路径或/和单目多视图的技术路径，克服聚焦‑会聚冲突。多个光出射受限像素块‑孔径对的空间排列复用，解决近眼显示模组有限孔径尺寸对视角限制的问题；各光出射受限像素块‑孔径对的光出射受限特性解决其呈现信息间的串扰问题，二者结合使近眼显示模组具有大视角、低噪声的显示特性。

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，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。

背景技术

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。

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 REALITYOPTICS SYSTEM WITH PINPOINT MIRROR)和单目多视图(PCTCN2017080874,THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASED ON DIVISION MULTIPLEXING OF VIEWER'SENTRANCE-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。

发明内容