一种平视显示设备制造技术

本发明专利技术提供了一种平视显示设备，包括显示模块、透镜阵列模块和分光单元，其中，显示模块包括以阵列形式分布的多个显示单元，每个显示单元均发出光线显示一个子图像；透镜阵列模块包括以相同的阵列形式分布的多个透镜单元，平行设于显示模块一侧，每个透镜单元对应一个显示单元，用于接收该显示单元发出的光线，并将对应的子图像调制成像；分光单元用于反射经过透镜阵列模块调制后的出射光线；每个显示单元所显示的子图像的中心像素在对应的透镜单元的成像模型中的主光线经分光单元反射后交于同一点。该光场平视显示设备具有像面可调、结构紧凑、视觉舒适等特性。

【技术实现步骤摘要】
一种平视显示设备
本专利技术属于平视显示
，特别是指一种平视显示设备。
技术介绍
在汽车或飞机的驾驶过程中，驾驶员或飞行员通常需要观看仪表盘了解汽车或飞机的工作状态信息。由于车外环境与车内仪表，或机舱外环境与机舱内仪表并不能同时位于同一视线范围内，当驾驶员或飞行员的视线在外界环境和仪表之间切换时，不可避免地需要一段时间的视觉适应，这极容易分散驾驶员或飞行员对外界环境的注意力，造成安全隐患。平视显示设备(Head-upDisplay,HUD)采用透明或半透明光学材料将包含仪表图像信息的像源在驾驶员或飞行员视线前方成像，使图像信息能够叠加显示在真实的外界环境中，可在一定程度上避免驾驶员或飞行员由于视线的离开而导致的注意力分散。传统的HUD主要基于离轴折反式光学结构，仅能将像源的虚像成在驾驶员或飞行员视线前方特定距离处。对于汽车驾驶来说，多变的路况对HUD成像距离的可调节性提出了更高的要求。此外，基于折反式光路的HUD通常体积较大，会占用汽车或机舱内部较大空间，增大改装难度。同时，基于折反式光路的HUD视场角和眼瞳箱通常较小，导致HUD所能够显示的画面内容有限，且对驾驶员或飞行员的观察图像时的头部位置有比较严格的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种平视显示设备。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种平视显示设备，包括：显示模块，包括以阵列形式分布的多个显示单元，每个所述显示单元均发出光线显示一个子图像；透镜阵列模块，包括以相同的阵列形式分布的多个透镜单元，平行设于所述显示模块一侧，每个所述透镜单元对应一个所述显示单元，用于接收该显示单元发出的光线，并将对应的子图像调制成像；分光单元，用于反射经过所述透镜阵列模块调制后的出射光线；每个所述显示单元所显示的子图像的中心像素在对应的所述透镜单元的成像模型中的主光线经所述分光单元反射后交于同一点，所述子图像通过相机模型渲染。进一步的，所述平视显示设备通过各个所述显示单元所显示子图像中，表示同一虚拟信息的像素点之间的距离变化，实现在不同位置重聚焦。进一步的，所述平视显示设备的重聚焦精度通过如下公式进行计算：其中Δy为重聚焦错位量，其值越小表明重聚焦精度越高，DL为所述透镜单元的口径，LE为出瞳平面到所述透镜阵列模块的距离，Z、Z’分别为中心深度面、重聚焦像面到出瞳平面的距离。进一步的，所述重聚焦错位量的范围不超过3个连续像素被所述透镜阵列模块所成虚像的像高。进一步的，所述显示模块的显示平面位于所述透镜阵列模块的焦平面处或一倍焦距以内。进一步的，所述显示模块、所述透镜阵列模块为一体式结构或拼接式结构。进一步的，所述显示模块的显示屏为亮度超过10000cd/m2的OLED/miniLED型自发光屏或LCD液晶屏。进一步的，所述透镜单元采用具有旋转对称面型的透镜，其面型为球面或非球面。进一步的，所述分光单元的面型为平面或曲面。进一步的，所述分光单元为曲面时，所述显示模块用于根据所述分光单元的曲面结构对各子图像内容进行预校正。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种平视显示设备，该平视显示设备采用阵列形式分布的透镜单元和相应的光场图像实现集成成像，利用分光单元将包含仪表图像信息的像源投射至使用者视线前方，光场图像中不同像素点在不同位置发生重聚焦，眼瞳箱较大，并且像面位置可调节，打破了固定像面的限制，同时每个像素点的成像仅包括一次折射和一次反射，光程较小，结构紧凑，能够解决现有技术中平视显示设备像面位置不可调，观看受限且舒适度不佳，以及体积难以压缩，改装难度大的问题。附图说明图1是本专利技术实施例中的一种平视显示设备成像示意图；图2是本专利技术实施例中的成像系统结构示意图；图3是本专利技术实施例中显示模块边界处显示单元成像示意图；图4是本专利技术实施例中改变子图像中的像素点分布，实现不同深度重聚焦的示意图；图5是本专利技术实施例中描述用于三维渲染的相机模型的示意图。图中：1：成像系统；101：透镜阵列模块；1011：透镜单元；102：显示模块；1021：显示单元；1022：像素点；103：透镜阵列模块共轭像；1031：透镜单元共轭像；104：显示模块共轭像；1041：显示单元共轭像；2：分光单元；301：第一重聚焦点；302：第二重聚焦点；303：第三重聚焦点；4：眼瞳箱；401：有效观察区域；402：光轴；5：出瞳平面；6：中心深度面。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1至图4所示，本专利技术实施例提供的一种平视显示设备，包括成像系统1和分光单元2，其中成像系统1用于对仪表信息等待显示内容进行成像，分光单元2用于将成像系统1所成的像按照一定强度比例反射至使用者眼中，令使用者不需低头即可观察到成像。具体地，如图1所示，成像系统1包括显示模块102和透镜阵列模块101，其中：如图2所示，显示模块102包括以二维平面阵列形式分布的多个显示单元1021，用于显示光场图像。每个显示单元1021均发出光线显示一个子图像，将包含图像信息的光线向透镜阵列模块101方向出射。由于是通过透镜阵列成像的集成成像，显示模块102中每个显示单元1021所显示的子图像的具体内容可通过现有技术中的图像渲染程序来实现，具体渲染方法可采用例如OpenGL或同等渲染原理的相关描述，在此不再进一步说明。显示模块优选包括控制单元，与各个显示单元1021电连接，用于根据待显示内容，控制各个显示单元1021所显示的子图像的内容。透镜阵列模块101包括以与显示单元1021相同的二维平面阵列形式分布的多个透镜单元1011，各个透镜单元1011具有相同的焦距和焦平面位置。透镜阵列模块101平行设于显示模块102一侧，显示模块102的显示平面与透镜阵列模块101的焦平面平行。透镜阵列模块101中的透镜单元1011与显示模块102中的显示单元1021的数量相同，每个透镜单元1011对应一个显示单元1021，用于接收该显示单元1021发出的光线，并将对应的子图像调制成像。如图1所示，分光单元2设于透镜阵列模块101出射光线的一侧，用于反射经过透镜阵列模块101调制后的出射光线。分光单元2优选为透明光学元件，兼具反射光线与透射光线的能力，反射、透射的强度比例由分光单元2自身的光学性能决定，以调整使用者看到的成像画面亮度，达到易于观察的程度。并且，分光单元2对透射光线不引入额外的光焦度，以保证使用者观察时对真实环境有正常的视觉效果。如图1和图2所示，成像系统1中，各个透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平视显示设备，其特征在于，包括：/n显示模块，包括以阵列形式分布的多个显示单元，每个所述显示单元均发出光线显示一个子图像；/n透镜阵列模块，包括以相同的阵列形式分布的多个透镜单元，平行设于所述显示模块一侧，每个所述透镜单元对应一个所述显示单元，用于接收该显示单元发出的光线，并将对应的子图像调制成像；/n分光单元，用于反射经过所述透镜阵列模块调制后的出射光线；/n每个所述显示单元所显示的子图像的中心像素在对应的所述透镜单元的成像模型中的主光线经所述分光单元反射后交于同一点，所述子图像通过相机模型渲染。/n

【技术特征摘要】
1.一种平视显示设备，其特征在于，包括：
显示模块，包括以阵列形式分布的多个显示单元，每个所述显示单元均发出光线显示一个子图像；
透镜阵列模块，包括以相同的阵列形式分布的多个透镜单元，平行设于所述显示模块一侧，每个所述透镜单元对应一个所述显示单元，用于接收该显示单元发出的光线，并将对应的子图像调制成像；
分光单元，用于反射经过所述透镜阵列模块调制后的出射光线；
每个所述显示单元所显示的子图像的中心像素在对应的所述透镜单元的成像模型中的主光线经所述分光单元反射后交于同一点，所述子图像通过相机模型渲染。


2.根据权利要求1所述的平视显示设备，其特征在于：所述平视显示设备通过各个所述显示单元所显示子图像中，表示同一虚拟信息的像素点之间的距离变化，实现在不同位置重聚焦。


3.根据权利要求2所述的平视显示设备，其特征在于：所述平视显示设备的重聚焦精度通过如下公式进行计算：



其中Δy为重聚焦错位量，其值越小表明重聚焦精度越高，DL为所述透镜单元的口径，LE为出瞳平面到所述透镜阵列模块的距离，Z、Z’分别为中心深度面、重聚焦像面到...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚成，程德文，
申请(专利权)人：北京耐德佳显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11