本實用新型涉及虛擬現(xiàn)實顯示設備領域，更具體的涉及一種基于光場成像的頭戴式虛擬現(xiàn)實立體顯示設備。

背景技術：

計算設備，是指諸如個人電腦、筆記本電腦、平板電腦、智能手機等其他可以接入互聯(lián)網的電子設備。隨著計算設備的處理器芯片和傳感器芯片發(fā)展的日新月異，人們對融合電子產品產生的信息和用戶對物理世界感知的增強現(xiàn)實這兩部分更加感興趣，慢慢催生了一些基于融合技術的電子產品或設備的研發(fā)和技術演進。計算設備，尤其以可穿戴設備為代表的電子產品正越來越流行于現(xiàn)代生活的各個方面。

通過穿著感知位置、環(huán)境和生命體征的計算設備，用戶增強了現(xiàn)實體驗，我們把這樣的計算設備稱為“可穿戴”設備，可穿戴設備被用來測量和分析用戶的所處位置、環(huán)境和生命體征，并且反饋用戶信息和體驗。可穿戴設備通過獲取用戶的地理位置、使用照相機和∕或光電傳感器來檢測用戶視野內目標，使用麥克風和∕或傳感器來檢測用戶正在聽的和正在說的，以及使用各種其他傳感器來收集關于用戶周圍環(huán)境的信息，來感測用戶的周圍?，F(xiàn)在更多的應用是用集成生物傳感器的可穿戴設備來實時檢測用戶的生命體征，然后分析采集到的數(shù)據以呈現(xiàn)給用戶所檢測到的結果。可穿戴設備產品形態(tài)非常豐富，其中包括一種用戶佩戴的頭戴式顯示器（HMD）的可穿戴設備。HMD是一種通常固定在接近用戶眼睛位置的微型顯示器裝置，因此HMD也被稱為“近眼”顯示器。HMD根據顯示器數(shù)量分為單眼和雙眼顯示器。HMD通常在用戶感知的物理世界上覆蓋計算機產生的圖形（例如，文本、圖像、視頻等）。

而目前傳統(tǒng)的HMD的顯示屏是單一固定的，也就是說物距是固定的，因此在用戶觀看圖像的過程中人眼的聚焦是不會發(fā)生變化的，人眼很快就會感覺視覺疲勞，而顯示內容的視差會讓雙眼的匯聚距離產生不斷的變化，這種固定的顯示聚焦距離和隨時改變的雙目匯聚距離，會造成這兩種神經相連的運動強行分離，帶來“焦距紊亂”或稱“調節(jié)沖突（Vergence-accommodation conflict）”，導致大腦產生混亂。這些都不符合自然界人眼接收圖像的規(guī)律，長時間就會引起惡心暈眩等癥狀。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于光場成像的頭戴式虛擬現(xiàn)實立體顯示設備。

本實用新型解決上述技術問題采用的技術方案是：一種基于光場成像的頭戴式虛擬現(xiàn)實立體顯示設備，包括：頭戴式殼體以及依次嵌裝于殼體的驅動電路板、TFT液晶顯示屏和用于放大視頻圖像的目鏡，所述TFT液晶顯示屏包括液晶顯示模組和背光板，所述液晶顯示模組和目鏡位于同一光軸上，液晶顯示模組包括都是由液晶層和薄膜晶體管構成的第一液晶屏幕和第二液晶屏幕，在兩個所述液晶屏幕之間設有用于隔開的支架件；

距離目鏡較近的第一液晶屏幕顯示形成第一虛擬像，第二液晶屏幕顯示形成第二虛擬像，所述第一虛擬像的像距比第二虛擬像的像距短。

作為優(yōu)選方案，所述第一液晶屏幕上依次設有彩色濾光片和第一偏光膜，第二液晶屏幕下依次設有第二偏光膜、第一擴散膜、增亮膜、第二擴散膜、導光板和反射膜。

作為優(yōu)選方案，所述增亮膜設置有兩層。

作為優(yōu)選方案，所述目鏡采用菲涅耳透鏡。

作為優(yōu)選方案，所述第一液晶屏幕和第二液晶屏幕采用時分交替式顯示第一虛擬像和第二虛擬像。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果：本實用新型提供了一種基于光場成像的頭戴式虛擬現(xiàn)實立體顯示設備，可用于3D游戲、3D視頻播放等領域應用。本實用新型所采用的顯示屏包括雙層液晶屏幕，而傳統(tǒng)的顯示屏只具有一層液晶屏幕，因此本實用新型能夠消除用戶在使用頭戴式虛擬現(xiàn)實立體顯示設備過程中出現(xiàn)的頭暈、惡心以及視覺疲勞等問題，能夠呈現(xiàn)給用戶一個更加真實、立體、景深體驗的4D沉浸式虛擬現(xiàn)實場景；同時本實用新型通過對小屏顯示的圖像進行多倍放大，實現(xiàn)了視頻圖像的清晰化和大視場角（field of view, FOV）的顯示。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，其中：

圖1為本實用新型較佳實施例的剖面結構示意圖；

圖2為本實用新型較佳實施例的TFT液晶顯示屏結構示意圖；

圖3為本實用新型較佳實施例的工作原理示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖以及具體實施方式，對本實用新型做進一步描述。較佳實施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等用語，僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。

請參見圖1和圖2，本實用新型較佳實施例中設計的一種基于光場成像的頭戴式虛擬現(xiàn)實立體顯示設備，其具體包括：殼體10以及依次固定嵌裝在殼體10上的驅動電路板50、TFT液晶顯示屏和目鏡20，殼體10能夠穿戴在用戶的頭上，目鏡20采用菲涅耳透鏡，用于放大視頻圖像，目鏡20正對著用戶的眼睛，TFT液晶顯示屏用于顯示視頻圖像，TFT液晶顯示屏主要由液晶顯示模組30和背光板40所構成，液晶顯示模組30和目鏡20位于同一光軸上。

本實用新型的液晶顯示模組30的結構區(qū)別于傳統(tǒng)顯示模組結構，其采用雙層液晶屏幕結構，具體地，液晶顯示模組30從上到下依次包括：第一偏光膜301、彩色濾光片302、第一液晶層303、第一薄膜晶體管（TFT）304、第二液晶層305、第二薄膜晶體管（TFT）306、第二偏光膜307、第一擴散膜308、兩層增亮膜309、第二擴散膜310、導光板311和反射膜312，第一液晶層303和第一薄膜晶體管304構成了第一液晶屏幕31，第二液晶層305和第二薄膜晶體管306構成了第二液晶屏幕32，在第一液晶屏幕31和第二液晶屏幕32之間設置有支架件33，支架件33的作用是相隔開兩個液晶屏幕，使得兩個液晶屏幕之間留有一定間距。TFT液晶顯示屏的工作原理：由驅動電路板50驅動兩個液晶屏幕工作，向兩個液晶屏幕同時輸出經過處理的不同的圖像或視頻，背光板40用于點亮兩個液晶屏幕，使其成像。

當我們在看一個現(xiàn)實世界中的物體時，眼睛會產生兩種自然調節(jié)機制：

（1）聚焦。眼睛的晶狀體是一個雙凸面透明組織，它會調節(jié)屈光度使看遠或看近時眼球聚光的焦點都能準確地落在視網膜上，這時物體距離晶狀體的距離成為聚焦距離。

（2）匯聚。在每只眼睛聚焦的同時，兩只眼球還會通過旋轉運動向同一目標物接收圖像，兩眼視線的交點到眼球的晶狀體的距離稱為匯聚距離。

在人眼看真實物體的時候，聚焦和匯聚的距離總是相等的。

請參見圖3，由于兩個液晶屏幕和目鏡20的距離有所不同，故在人眼中呈現(xiàn)的圖像就會產生一定的視覺差距，也就是使人認為較近的第一液晶屏幕31上的圖像距離自己較近，較遠的第二液晶屏幕32上的圖像距離自己較遠。兩個液晶屏幕在人眼中呈現(xiàn)的畫面物體之間就會產生一定的距離差異，我們稱為景深，也就是使人眼能看出圖像中的物體距離自己有遠近之分，眼睛在觀看圖像的過程中，眼睛的焦距就會根據所關注的圖像中不同物體而進行相應的調節(jié)改變，所以用此立體顯示設備觀看視頻圖像會感覺非常舒適，不宜疲勞。

兩個液晶屏幕顯示的內容是經過電腦或高性能圖像處理器處理過的圖像或視頻，采用左右格式（side by side）的3D圖像內容。距離目鏡20較近的第一液晶屏幕31顯示圖像中近處的物體是聚焦和清晰的，遠處的物體是模糊和暗淡的，形成第一虛擬像60；而較遠的第二液晶屏幕32顯示圖像中遠處的物體是聚焦和清晰的，近處的物體是模糊和暗淡的，形成第二虛擬像70。由于兩個液晶屏幕和目鏡20之間的物距不同，兩個液晶屏幕顯示的像距也相距較大，所以用戶在觀看視頻圖像時，第一虛擬像60的像距比第二虛擬像70的像距短，因此為了看清不同遠近的物體，人眼就會自動調節(jié)屈光度來適應，所以用戶在用此設備觀看視頻圖像時，聚焦和匯聚的距離總是相對應的，不容易發(fā)生視覺疲勞等不良癥狀。

當背光板40被驅動點亮后，第一液晶屏幕31和第二液晶屏幕32可以采用時分的方式進行工作，即在奇數(shù)時刻，第一液晶屏幕31顯示圖像，第二液晶屏幕32狀態(tài)是全透，把第一液晶屏幕31的圖像透過；在偶數(shù)時刻，第一液晶屏幕31狀態(tài)是全透，點亮第二液晶屏幕32，第二液晶屏幕32顯示圖像，根據人眼的視覺暫留特性，奇數(shù)時刻和偶數(shù)時刻顯示的內容可以完全疊加在一起，形成一個具有景深的4D光場顯示效果，而當兩個液晶屏幕的刷新頻率達到60幀∕秒（fps）、90幀∕秒甚至120幀∕秒時，未來甚至可以達到120幀∕秒以上，這樣顯示的圖像就不會出現(xiàn)卡頓和余暉現(xiàn)象。

本實用新型的顯示屏結構方案可以用于微顯示器的產品設計，其中TFT液晶顯示屏也可根據需要選用其他具有可設計成雙顯示屏幕的顯示屏，包括但不限于：液晶附硅，也稱為硅基液晶（LCoS）顯示裝置；液晶顯示（LCD）面板等。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡介修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。