本發(fā)明是關(guān)于一種近眼顯示裝置。

背景技術(shù)：

我們生活在三維的世界，然而傳統(tǒng)的顯示技術(shù)僅僅提供缺少深度信息的二維顯示。二維顯示大大限制了人們對(duì)豐富多彩世界獲取認(rèn)知的信息量。電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和光電子技術(shù)等的快速發(fā)展促進(jìn)了三維顯示技術(shù)發(fā)展。三維顯示技術(shù)提供顯示物體的深度信息，契合現(xiàn)代人對(duì)于信息獲取的需求。所以三維技術(shù)在學(xué)術(shù)界和商業(yè)界得到廣泛的關(guān)注。

光場(chǎng)近眼顯示技術(shù)是實(shí)現(xiàn)三維顯示的一種最簡(jiǎn)便的方法。在近眼顯示中引入了光場(chǎng)重構(gòu)的概念，對(duì)于任一三維重構(gòu)點(diǎn)至少有二根光線進(jìn)入瞳孔，從而人眼可以方便地對(duì)不同深度的圖像進(jìn)行自由調(diào)焦，使得觀看更加接近真實(shí)和自然。現(xiàn)有的光場(chǎng)近眼顯示技術(shù)采用空間多任務(wù)(spatial-multiplex)方法，其利用透鏡陣列產(chǎn)生多個(gè)視角的影像來(lái)達(dá)到光場(chǎng)效果，但此方法也降低了影像的分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式提供一種近眼顯示裝置，采用時(shí)間多任務(wù)(time-multiplex)方法與多個(gè)具有不同反射圖案的孔徑編碼模塊，而達(dá)到光場(chǎng)效果?？讖骄幋a模塊具有多個(gè)編碼，編碼孔徑依時(shí)序組成不同的反射圖案，而依時(shí)序形成多個(gè)對(duì)應(yīng)反射圖案的影像，進(jìn)而提升景深。于部份實(shí)施方式中，可以設(shè)計(jì)反射圖案彼此獨(dú)立，將所有獨(dú)立的視角信息加總而構(gòu)成光場(chǎng)。或者，于部份實(shí)施方式中，可以設(shè)計(jì)反射圖案彼此相依且編碼，將所有相依的視角信息加總而構(gòu)成光場(chǎng)，而進(jìn)一步提升影像亮度。

本發(fā)明的一態(tài)樣提供一種近眼顯示裝置，包含至少一投影系統(tǒng)。投影系統(tǒng)用以將影像投影至目標(biāo)位置，其中投影系統(tǒng)包含影像輸出模塊、物鏡組、孔徑 編碼模塊以及目鏡組。影像輸出模塊用以提供影像。物鏡組用以接收該影像的光線，其中物鏡組包含第一透鏡群與第二透鏡群?？讖骄幋a模塊用以接收來(lái)自第一透鏡群的該影像的光線并將該影像的光線傳送至第二透鏡群，其中孔徑編碼模塊時(shí)序性地提供多個(gè)編碼圖案，以使物鏡組將影像時(shí)序性地轉(zhuǎn)換為多個(gè)中繼像。目鏡組用以將中繼像傳送至目標(biāo)位置。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)包含第一內(nèi)全反射鏡。第一內(nèi)全反射鏡用以將來(lái)自第一透鏡群的光線傳送至孔徑編碼模塊且將來(lái)自孔徑編碼模塊的反射光線傳送至第二透鏡群。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，影像輸出模塊包含固態(tài)光源陣列以及微顯示單元。微顯示單元用以接收來(lái)自固態(tài)光源陣列的光線，并產(chǎn)生影像。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，影像輸出模塊更包含第二內(nèi)全反射鏡。第二內(nèi)全反射鏡用以將來(lái)自固態(tài)光源陣列的光線傳送至微顯示單元且將來(lái)自微顯示單元的反射光線傳送至物鏡組。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，微顯示單元與孔徑編碼模塊皆為數(shù)字微型反射鏡元件(digitalmicromirrordevice；dmd)。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，每一編碼圖案為一反射圖案。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，編碼圖案的反光區(qū)域不在同一位置上。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，編碼圖案的至少部份反光區(qū)域在同一位置上。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，影像輸出模塊包含至少一種固態(tài)光源，影像輸出模塊的固態(tài)光源的種類的數(shù)量為a，影像輸出模塊的每秒傳輸量為b，編碼圖案的數(shù)量小于b/a/60。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)更包含反射鏡，用以接收來(lái)自物鏡組的光線并將該光線反射至該目鏡組。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)的數(shù)量為二個(gè)。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，孔徑編碼模塊包含多個(gè)編碼孔徑(codedaperture)以時(shí)序性地提供該些編碼圖案，編碼孔徑位于孔徑編碼模塊的不同位置。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，編碼孔徑以二維陣列排列。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的部分實(shí)施方式的近眼顯示裝置的平面示意圖。

圖2為圖1的近眼顯示裝置的孔徑編碼模塊的平面圖。

圖3為圖2的孔徑編碼模塊的操作示意圖。

圖4為圖1的近眼顯示裝置的多個(gè)元件的操作示意圖。

圖5為本發(fā)明的部份實(shí)施方式的孔徑編碼模塊于另一實(shí)施方式中的操作示意圖。

圖6為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的近眼顯示裝置的平面示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

100：投影系統(tǒng)

110：影像輸出模塊

112：固態(tài)光源陣列

114：微顯示單元

116：第二內(nèi)全反射鏡

120：物鏡組

122：第一透鏡群

124：第二透鏡群

130：孔徑編碼模塊

130a～130i：反射圖案

131～136：編碼孔徑

140：目鏡組

150：第一內(nèi)全反射鏡

170：反射鏡

p1：目標(biāo)位置

rm：中繼像

ned：近眼顯示裝置

具體實(shí)施方式

以下將以圖式揭露本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，為明確說(shuō)明起見(jiàn)，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說(shuō)明。然而，應(yīng)了解到，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用 以限制本發(fā)明。也就是說(shuō)，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡(jiǎn)化圖式起見(jiàn)，一些習(xí)知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在圖式中將以簡(jiǎn)單示意的方式為之。

圖1為本發(fā)明的部分實(shí)施方式的近眼顯示裝置ned的平面示意圖。近眼顯示裝置ned包含至少一投影系統(tǒng)100。投影系統(tǒng)100用以將影像投影至目標(biāo)位置p1(例如用戶的視網(wǎng)膜上)。投影系統(tǒng)100包含影像輸出模塊110、物鏡組120、孔徑編碼模塊130以及目鏡組140。影像輸出模塊110用以提供影像。物鏡組120用以接收影像，其中物鏡組120包含第一透鏡群122與第二透鏡群124?？讖骄幋a模塊130用以接收來(lái)自第一透鏡群122的光線并將該光線傳送至第二透鏡群124之間，其中孔徑編碼模塊130時(shí)序性地提供多個(gè)編碼圖案，以使物鏡組120將影像時(shí)序性地轉(zhuǎn)換為多個(gè)中繼像rm。目鏡組140用以將這些中繼像rm傳送至目標(biāo)位置p1，以構(gòu)成光場(chǎng)。

本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)孔徑編碼模塊130依時(shí)序具有多個(gè)不同的編碼圖案，不同的編碼圖案決定不同的視角信息。舉例而言，本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式中，孔徑編碼模塊130可為數(shù)字微型反射鏡元件(digitalmicromirrordevice；dmd)，孔徑編碼模塊130的編碼圖案為反射圖案。數(shù)字微型反射鏡元件是一個(gè)由許多微小的反射鏡片組成的距陣，每個(gè)鏡片代表了一個(gè)像素。每個(gè)鏡片都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制元件可以將每一個(gè)微鏡分別設(shè)置在開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)，決定是否要將光射入預(yù)定位置(例如物鏡組120)中。如此一來(lái)，可以依時(shí)序設(shè)計(jì)孔徑編碼模塊130具有多個(gè)不同的反射圖案。于其他實(shí)施方式中，孔徑編碼模塊130可為硅基液晶(liquidcrystalonsilicon；lcos)。應(yīng)了解到，于部份實(shí)施方式中，孔徑編碼模塊130可以是穿透的編碼圖案，不應(yīng)以以下實(shí)施方式中所述的反射圖案限制本發(fā)明的范圍。

成像系統(tǒng)的景深與其光圈的大小有關(guān)。于此，設(shè)計(jì)孔徑編碼模塊130的編碼圖案的尺寸可以小于原本光線分布的范圍，而作為近眼顯示裝置ned的光圈，進(jìn)而提升近眼顯示裝置ned的景深。此外，藉由組合孔徑編碼模塊130的多個(gè)不同的編碼圖案所對(duì)應(yīng)的影像，可以構(gòu)成一完整的光場(chǎng)。如此一來(lái)，使用者可以在該光場(chǎng)內(nèi)體驗(yàn)到具有景深的立體視覺(jué)的效果。以下先詳細(xì)介紹本實(shí)施方式的投影系統(tǒng)100的具體架構(gòu)，稍后再詳細(xì)說(shuō)明孔徑編碼模塊130的操作方式。

參照?qǐng)D1，于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)100還包含第一內(nèi)全反射鏡(totalinternalreflectionprism；tirprism)150。第一內(nèi)全反射鏡150用以將來(lái)自第一透鏡群122的光線傳送至孔徑編碼模塊130且將來(lái)自孔徑編碼模塊130的反射光線傳送至第二透鏡群124。通過(guò)第一內(nèi)全反射鏡150能耦合第一透鏡群122與第二透鏡群124的操作光線路徑。

于此，采用第一內(nèi)全反射鏡150以將來(lái)自第一透鏡群122的光線經(jīng)過(guò)孔徑編碼模塊130傳送至第二透鏡群124，但應(yīng)了解到不應(yīng)以此限制本發(fā)明的范圍。于其他實(shí)施方式中，可以采用該領(lǐng)域其他常見(jiàn)的方式以將入射與反射自孔徑編碼模塊130的光線路徑區(qū)分開(kāi)來(lái)，舉例而言，當(dāng)光線為偏振光時(shí)，例如孔徑編碼模塊130為硅基液晶時(shí)，可以采用偏振分光鏡與四分之一波板的配置，而取代第一內(nèi)全反射鏡。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，影像輸出模塊110包含固態(tài)光源陣列112、微顯示單元114、第二內(nèi)全反射鏡116。固態(tài)光源陣列112可以包含至少一種固態(tài)光源，例如紅光光源、綠光光源或藍(lán)光光源，其可以由發(fā)光二極管或有機(jī)發(fā)光二極管所組成。第二內(nèi)全反射鏡116用以將來(lái)自固態(tài)光源陣列112的光線傳送至微顯示單元114且將來(lái)自微顯示單元114的反射光線傳送至物鏡組120。微顯示單元114用以接收來(lái)自固態(tài)光源陣列112的光線。如同孔徑編碼模塊130，微顯示單元114亦可為數(shù)字微型反射鏡元件。微顯示單元114可對(duì)應(yīng)選擇性地反射光線，以形成預(yù)定的影像。于其他實(shí)施方式中，微顯示單元114可為硅基液晶。

同樣地，本實(shí)施方式中，采用第二內(nèi)全反射鏡116將來(lái)自固態(tài)光源陣列112的光線經(jīng)過(guò)微顯示單元114調(diào)整后傳送至物鏡組120，但應(yīng)了解到不應(yīng)以此限制本發(fā)明的范圍。于其他實(shí)施方式中，可以采用該領(lǐng)域其他常見(jiàn)的方式以將入射與反射自微顯示單元114的光線路徑區(qū)分開(kāi)來(lái)，舉例而言，當(dāng)光線為偏振光時(shí)，可以采用偏振分光鏡與四分之一波板的配置，而取代第二內(nèi)全反射鏡。

固態(tài)光源陣列112與第二內(nèi)全反射鏡116之間還可以配置其他光學(xué)元件，例如圖中繪示透鏡與反射鏡，透鏡可將光線聚集到孔徑編碼模塊130的各個(gè)單元上，反射鏡可壓縮光路所占據(jù)的空間，進(jìn)而縮小投影系統(tǒng)100的體積。

于本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，雖然微顯示單元114與孔徑編碼模塊130可以皆是數(shù)字微型反射鏡元件，但兩者所提供的功效并不相同。微顯示單元 114用以選擇性地反射光線，以形成預(yù)定的影像?？讖骄幋a模塊130用以提供編碼圖案作為光圈。該技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者可以以其他具有相同功效的元件取代本實(shí)施方式的設(shè)置。

于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)100更包含反射鏡170，用以接收來(lái)自物鏡組120的光線并將光線反射至目鏡組140，以縮小投影系統(tǒng)100的體積。此外，目鏡組140由多個(gè)透鏡組成，以將中繼像rm縮小并傳送至目標(biāo)位置p1，以在目標(biāo)位置p1形成光場(chǎng)。

圖2為圖1的近眼顯示裝置ned的孔徑編碼模塊130的平面圖。圖3為圖2的孔徑編碼模塊130的操作示意圖。同時(shí)參照?qǐng)D1至圖3，于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，孔徑編碼模塊130包含多個(gè)編碼孔徑131～135(codedaperture)，編碼孔徑131～135位于130孔徑編碼模塊的不同位置，分別可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)而反射或不反射光線。藉由編碼孔徑131～135，孔徑編碼模塊130可依時(shí)序提供多個(gè)編碼圖案(在此指反射圖案130a～130e)，以將影像依時(shí)序轉(zhuǎn)換為多個(gè)中繼像rm。中繼像rm經(jīng)過(guò)目鏡組140后成像于使用者的視網(wǎng)膜上，多個(gè)中繼像rm組合而形成具有高分辨率的影像。

詳細(xì)而言，可以設(shè)計(jì)圖中孔徑編碼模塊130的編碼孔徑131～135依序開(kāi)啟，而使孔徑編碼模塊130依時(shí)序具有五個(gè)不同的反射圖案130a～130e，即編碼孔徑131～135依序?yàn)檫@些反射圖案130a～130e的反光區(qū)域，且這些反射圖案130a～130e的反光區(qū)域不在同一位置上，即這些反射圖案130a～130e彼此互相獨(dú)立?？讖骄幋a模塊130的反射圖案130a～130e依序產(chǎn)生多個(gè)中繼像rm，這些中繼像rm經(jīng)過(guò)目鏡組140成像于視網(wǎng)膜上，而使視網(wǎng)膜上依序具有不同的視角信息。于此，由此這些反射圖案的反光區(qū)域彼此互相獨(dú)立，視網(wǎng)膜上的視角信息也大致互相獨(dú)立，組合后可呈現(xiàn)完整的光場(chǎng)信息。

本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式中通過(guò)上述的孔徑編碼模塊110可以提高景深。請(qǐng)參考景深計(jì)算公式：d2b/(a±bd)，其中b是容許模糊圈直徑，a是光圈的孔徑寬度，即孔徑編碼模塊130的反射圖案的反光區(qū)域的寬度，d是透鏡的焦距。由于本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式中，降低了孔徑編碼模塊130的孔徑寬度(即a)，因此可以提高景深。舉例而言，于此依序開(kāi)啟編碼孔徑131～135，根據(jù)第3圖的孔徑編碼模塊130的反射圖案130a～130e，其反光區(qū)域大約為孔徑編碼模塊130完整面積的的一半，可以提高兩倍的景深。

但應(yīng)了解到不應(yīng)以此限制本發(fā)明的范圍，于部份實(shí)施方式中，反射圖案彼此可以不互相獨(dú)立，其可以具有適當(dāng)?shù)木幋a，可以參考后續(xù)圖5的實(shí)施方式。

圖4為圖1的近眼顯示裝置ned的多個(gè)元件的操作示意圖。同時(shí)參照?qǐng)D1、圖3以及圖4。于此，以影像輸出模塊110包含三種固態(tài)光源，紅光光源、綠光光源以及藍(lán)光光源為例，圖4中以r、g以及b分別表示紅光光源、綠光光源以及藍(lán)光光源的操作。如圖所示，第4圖中依序開(kāi)啟紅光光源、綠光光源以及藍(lán)光光源，以達(dá)到較佳的分辨率。

為了使人眼能觀察到動(dòng)態(tài)的連續(xù)影像，設(shè)計(jì)上每秒呈現(xiàn)60張動(dòng)態(tài)變化的影像。有鑒于本實(shí)施方式中孔徑編碼模塊130的反射圖案130a～130e的數(shù)量為五個(gè)，為了使每張影像皆能通過(guò)反射圖案130a～130e形成各個(gè)視角的信息，且為了提升整體的分辨率采用時(shí)序性輸出不同顏色的影像，則影像輸出模塊110的每秒傳輸量應(yīng)至少設(shè)計(jì)為900張(5乘以3乘以60)。

換一個(gè)方式來(lái)說(shuō)，于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，反射圖案的數(shù)量應(yīng)依據(jù)影像輸出模塊110的固態(tài)光源的種類以及影像輸出模塊110的每秒傳輸量而設(shè)計(jì)。具體而言，若欲以每秒60張影像成像的速率于視網(wǎng)膜上，且影像輸出模塊110的固態(tài)光源的種類的數(shù)量為a，影像輸出模塊110的每秒傳輸量為b，則編碼口徑的反射圖案的數(shù)量可設(shè)計(jì)小于b/a/60。

圖5為本發(fā)明的部份實(shí)施方式的孔徑編碼模塊130于另一實(shí)施方式中的操作示意圖。本實(shí)施方式與第5圖的實(shí)施方式相似，差別在于：本實(shí)施方式的孔徑編碼模塊130依時(shí)序具有不同的反射圖案130f～130i，且這些反射圖案130f～130i并非互相獨(dú)立(或者稱為相依)。更明確地說(shuō)，至少部份反射圖案130f～130i的部份反光區(qū)域在同一位置上。于此，這些不互相獨(dú)立的反射圖案130f～130i可以經(jīng)過(guò)編碼，而使同一反射圖案帶有多個(gè)視角的信息。這些視角的信息經(jīng)過(guò)目鏡140于視網(wǎng)膜上重合，而產(chǎn)生完整的光場(chǎng)信息。此外，藉由這些相依的視角信息，可以降低反射圖案130f～130i的數(shù)量，進(jìn)而提升光場(chǎng)的亮度與分辨率。

于本實(shí)施方式中，孔徑編碼模塊130的編碼孔徑136是為方形，且以二維陣列排列而依序形成反射圖案130f～130i。當(dāng)然不應(yīng)以此限制本發(fā)明的范圍，編碼孔徑136亦可以是以一維陣列或同心環(huán)狀方式排列。本實(shí)施方式的其他細(xì)節(jié)大致上如前所述，在此不在贅述。

圖6為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的近眼顯示裝置ned的平面示意圖。本實(shí)施方式與圖1的實(shí)施方式相似，差別在于：本實(shí)施方式的近眼顯示裝置ned包含二個(gè)投影系統(tǒng)100。于此，兩個(gè)投影系統(tǒng)100的影像輸出模塊110可以分別提供左眼與右眼不同的影像信息，左眼與右眼的影像信息在用戶的大腦中組合，進(jìn)而產(chǎn)生立體影像的效果。

如前所述，投影系統(tǒng)100通過(guò)孔徑編碼模塊130用以對(duì)影像進(jìn)行編碼，以在不同時(shí)序產(chǎn)生多個(gè)不同的中繼像rm。目鏡組140將這些中繼像rm傳送至目標(biāo)位置p1、p2，以構(gòu)成光場(chǎng)。

于本實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)100的影像輸出模塊110僅簡(jiǎn)單繪示為直接采用能提供影像的顯示模塊。應(yīng)了解到，影像輸出模塊110可以采用第1圖的配置方式。本實(shí)施方式的其他細(xì)節(jié)大致上如第1圖的實(shí)施方式所述，在此不再贅述。

本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式提供一種近眼顯示裝置，采用時(shí)間多任務(wù)(time-multiplex)方法與多個(gè)具有不同反射圖案的孔徑編碼模塊，而達(dá)到光場(chǎng)效果。孔徑編碼模塊具有多個(gè)編碼，編碼孔徑依時(shí)序組成不同的反射圖案，而依時(shí)序形成多個(gè)對(duì)應(yīng)反射圖案的影像，進(jìn)而提升景深。于部份實(shí)施方式中，可以設(shè)計(jì)反射圖案彼此獨(dú)立，將所有獨(dú)立的視角信息加總而構(gòu)成光場(chǎng)。或者，于部份實(shí)施方式中，可以設(shè)計(jì)反射圖案彼此相依且編碼，將所有相依的視角信息加總而構(gòu)成光場(chǎng)，而進(jìn)一步提升影像亮度。

雖然本發(fā)明已以多種實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，但這些更動(dòng)與潤(rùn)飾均應(yīng)包含于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。