CN218524969U - 一种图像显示装置、交通工具 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种图像显示装置、交通工具，可用于在桌显、HUD等场景下缓解观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。本申请实施例提供的图像显示装置，包括：变焦像源组件，用于形成初始图像，将初始图像成像为第一虚像，并调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。光路折叠组件，用于将来自变焦像源组件的光反射到成像组件。成像组件用于将调节后的第一虚像放大为第二虚像，第二虚像与人眼之间的距离随第一虚像与变焦像源组件之间的距离的变化而变化。

Description

一种图像显示装置、交通工具

技术领域

本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像显示装置、交通工具。

背景技术

在三维(three dimensions，3D)显示技术中，一般采用视差技术，通过向人的左右眼显示同一物体不同角度拍摄的画面，利用双眼的辐辏作用成像于空间点来呈现立体的感觉。但是在增强现实(augmented reality，AR)或者虚拟现实(virtual reality，VR)的相关显示技术中，常常采用单一焦点的光学设计方案，这种方案所设计的图像对于人眼的像距是固定的，使得观看者在观看图像时无需进行屈光调节。此时，会发生辐辏冲突，双眼不断平衡调节，会出现诸如视力模糊、眼睛干涩、眩晕复视、羞光甚至恶心呕吐等视觉疲劳症状。

为了解决上述问题，一种3D显示装置中，能够提供同一场景下不同景深的两个图像，并形成与之对应的两个虚像。人的一个眼球通过调节焦距，接收这两个图像，从而在人脑中生成立体的图像，也即3D图像。在这种显示装置中，所能实现的虚像平面调节数量有限，导致虚像位置与人的视点位置不匹配，观看者在观看3D虚像过程中产生严重的视觉疲劳和眩晕等现象。

实用新型内容

本申请提供了一种图像显示装置、交通工具，在图像显示装置中，通过调节变焦像源组件的焦距，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离和第二虚像与人眼之间的距离，实现第二虚像到人眼之间的距离动态连续可调，缓解观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

本申请实施例第一方面提供了一种图像显示装置，包括变焦像源组件、光路折叠组件和成像组件。变焦像源组件能够形成2D的初始图像，并将初始图像成像为3D的第一虚像。变焦像源组件还能够改变焦距，从而调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。光路折叠组件将来自于变焦像源组件的光反射到成像组件上，成像组件将调节后的第一虚像放大为第二虚像，人眼所看到的3D图像即为第二虚像，且第二虚像与人眼之间的距离随着第一虚像与变焦像源组件之间的距离变化而变化。其中，第一虚像是具有景深的图像，也即为3D图像；相应地，第二虚像也是3D图像。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：图像显示装置中，通过调节变焦像源组件的焦距，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离和第二虚像与人眼之间的距离，从而实现第二虚像到人眼之间的距离动态连续可调，缓解观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。另外，设置了光路折叠组件，通过反射来自于变焦像源组件的光折叠光路，从而减小图像显示装置的体积，提升了图像显示装置的实用性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，图像显示装置还包括眼球追踪组件，用于捕捉人眼动作以确定人眼的视点位置。变焦像源组件，具体是根据视点位置调节第一虚像与像源之间的第一距离的。

本申请实施例中，通过在图像显示装置中设置眼球追踪组件，能够确认人眼的视点位置。根据视点位置实时改变焦距，调节第二虚像与人眼的距离，使得第二虚像与视点位置相匹配，更进一步缓解了观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

在第一方面的一种可能的实现方式中，变焦像源组件具体是根据视点位置和历史图像调节第一虚像与像源之间的距离。历史图像包括第一虚像或者调节前的第二虚像。具体来说，变焦像源组件首先将初始图像成像为第一虚像，变焦像源组件所发出的光路经过光路折叠组件和成像组件之后，成像为初始第二虚像(也即调节前的第二虚像)，如果此时的视点位置不在初始第二虚像的预设位置范围内，由于辐辏冲突，观看者在持续观看该位置的虚像时容易产生眩晕等视觉疲劳等生理现象。因此，变焦像源组件会改变焦距，以调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离，也就调节了第二虚像与人眼之间的距离，使得人眼的视点位置落在的最终成像的第二虚像的预设位置范围内。其中，第二虚像的预设位置范围包括第二虚像的实际成像范围和误差范围。

图像显示装置的变焦像源组件具体根据视点位置和历史图像调节第一虚像与变焦像源组件之间的第一距离，使得视点位置落在调节后的第一虚像对应的第二虚像的预设位置范围内，调整更加准确，进一步缓解了观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

在第一方面的一种可能的实现方式中，变焦像源组件包括像源模块和变焦模块。像源模块，用于形成初始图像；变焦模块，用于将初始图像成像为第一虚像，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。

在第一方面的一种可能的实现方式中，变焦像源组件包括至少一个像源模块和M个变焦模块，M为正整数。至少一个像源模块中的每个像源模块对应这M个变焦模块中的至少一个变焦模块。至少一个像源模块，用于形成初始图像；M个变焦模块，用于将初始图像成像为第一虚像，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。

需要注意的是，变焦像源组件中，不同的像源模块对应的变焦模块的数量可以相同，也可以不同，具体此处不做限定。可选的，假设像源模块和变焦模块的数量相同，那么像源模块与变焦模块一一对应。可选的，假设像源模块的数量少于变焦模块的数量，那么像源模块与变焦模块的对应关系可以是有的像源模块对应一个变焦模块，有的像源模块对应多个变焦模块；也可以是每个像源模块均对应多个变焦模块，具体此处不做限定。

在第一方面的一种可能的实现方式中，像源模块与变焦模块之间的位置关系有多种可能。可选的，像源模块与像源模块对应的至少一个变焦模块可以是独立的(具体为至少一个变焦模块位于像源模块的显示侧)；可选的，像源模块对应的至少一个变焦模块可以集成在像源模块内；可选的，像源模块对应的至少一个变焦模块可以一部分集成在像源模块内，另一部分位于像源模块的显示侧，具体此处不做限定。变焦像源组件中，不同的像源模块与对应的变焦模块的位置关系可以相同，也可以不同，具体此处不做限定。

图像显示装置中，变焦像源组件中的像源模块和变焦组件的位置关系有多种可能，丰富了图像显示装置的结构，使得图像显示装置能够灵活适用于不同的需求，也提升了本申请技术方案的实用性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，像源模块可以是采用液晶显示器(liquidcrystal display，LCD)、有机发光显示器(organic light emitting display，OLED)、微米发光二极管(micro light emitting diode，micro LED)、硅基液晶(liquid crystal onsilicon，LCOS)、LCD、应用数字光处理技术(digital light processing，DLP)中的任意一种，具体此处不做限定。

本申请实施例中，像源模块的类型丰富，能够灵活适应不同的场景，更进一步地提升了本申请技术方案的灵活性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，假设变焦像源组件的焦距为第一焦距f1，图像显示装置的焦距为第二焦距f2。那么，在0＜f1/f2＜0.5或者1.9＜|f1/f2|＜2.2的情况下，第二虚像的显示效果清晰。

在第一方面的一种可能的实现方式中，光路折叠组件所使用的器件类型有多种可能，可以是半透半反镜，也可以是反射镜，或者其他能够反射像源所发出的光的器件，例如，反射型偏光片，具体此处不做限定。

在第一方面的一种可能的实现方式中，成像组件所使用的器件类型也有多种可能，包括但不限于曲面镜、透镜和透镜组中的至少一项。其中，曲面镜包括但不限于自由曲面镜、球面镜等能够反射光线的器件，具体此处不做限定。

在第一方面的一种可能的实现方式中，变焦模块的类型有多种可能，包括但不限于液体透镜、力致变形驱动变焦透镜、电致变形驱动变焦透镜、电磁驱动变焦透镜、基于压电驱动的变焦透镜、基于电活性聚合物的变焦透镜中的至少一项。

图像显示装置中，光路折叠组件、成像组件和变焦模块的器件类型均有多种可能，能够任意组合，进一步提升了本申请技术方案的实用性和灵活性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，图像显示装置还可以包括驱动组件，驱动组件用于改变至少一个变焦像源组件的位置，丰富本申请技术方案的灵活性。

在第一方面的一种可能的实现方式中，光路折叠组件也可以是可移动的组件，也就是说，光路折叠组件也可以连接驱动组件，使得光路折叠组件能够反射所有来自于变焦像源组件的光。

在第一方面的一种可能的实现方式中，眼球追踪组件包括但不限于红外摄像机。

在第一方面的一种可能的实现方式中，初始图像可以是通过时分或者空分的方式形成。如果是通过空分的方式形成的，那么图像显示装置包括的像源模块的数量为至少两个。

本申请实施例第二方面提供了一种交通工具，交通工具包括前述第一方面以及第一方面任一种实现方式所示的图像显示装置，该图像显示装置安装在交通工具上。

在第二方面的一种可能的实现方式中，交通工具还包括风挡。图像显示装置，用于向风挡投射成像光；风挡，用于将成像光反射至人眼中。

本申请实施例中，图像显示装置既可以单独使用，也可以用在交通工具中，提升了本申请技术方案的实用性。

附图说明

图1a为视觉辐辏的一个示意图；

图1b为屈光调节的一个示意图；

图2为本申请实施例提供的图像显示装置的一个结构示意图；

图3为本申请实施例提供的图像显示装置的另一个结构示意图；

图4为本申请实施例提供的图像显示装置的另一个结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第二虚像的预设位置范围的示意图；

图6为本申请实施例提供的图像显示装置的另一个结构示意图；

图7为本申请实施例提供的图像显示装置的另一个结构示意图；

图8为本申请实施例提供的图像显示装置的另一个结构示意图；

图9为本申请实施例提供的图像显示装置的另一个结构示意图；

图10为本申请实施例提供的应用场景的一个示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种图像显示装置、交通工具，在图像显示装置中，通过调节变焦像源组件的焦距，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离和第二虚像与人眼之间的距离，实现第二虚像到人眼之间的距离动态连续可调，缓解了观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，其目的在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。另外，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

首先，对本申请可能涉及的专有名词和相关概念进行说明。

1.视觉辐辏。

人眼在看某一点的时候，双眼会转动使得视点落在视网膜上相对应的位置上。如图1a所示，在看近处的无图时，双眼通常向内看；而在看远处的景物时，视轴会发散一些，这就产生了视觉辐辏。

2.屈光调节。

当人看现实中的实物时，除了视觉辐辏调节之外，还需要对不同距离的光进行屈光调节。光线由一种介质进入另一种不同折射率的介质所发生的方向改变的现象，在眼光学中称为“屈光”。如图1b所示，近处或者远处的物体发出或者反射的光线，经过眼的屈光系统后落在视网膜上，才会呈现清晰的图像。在这个过程中，晶状体聚焦在物体的过程又称为焦点调节。

3.虚像。

虚像是指能够被人眼看见，却不能在屏幕上呈现的图像。当人看虚像的时候，有光线进入人眼，但是该光线并不是虚像产生的，而是被光学器件反射或者折射所产生的光线。虚像的形成原因有多种，可以因为反射产生，也可以因为折射产生。

接下来，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的图像显示装置的一个结构示意图。

如图2所示，图像显示装置1000包括变焦像源组件100、光路折叠组件301和成像组件501。图2中所示的箭头指示变焦像源组件100发出的光线的传播路径，也即光路。

变焦像源组件100能够形成2D的初始图像，并将初始图像成像为3D的第一虚像。初始图像可以是通过时分或者空分的方式形成。

变焦像源组件100还能够改变焦距，从而调节第一虚像与变焦像源组件100之间的距离。光路折叠组件301将来自于变焦像源组件100的光反射到成像组件501上，成像组件501将调节后的第一虚像放大为第二虚像，人眼所看到的3D图像即为第二虚像。第二虚像与人眼之间的距离随着第一虚像与变焦像源组件100之间的距离的改变而改变。其中，第一虚像是具有景深的图像，也即为3D图像；相应地，第二虚像也是3D图像。

本申请实施例中，通过调节变焦像源组件的焦距，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离和第二虚像与人眼之间的距离，实现第二虚像到人眼之间的距离动态连续可调，缓解了观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

在一些可选的实施方式中，图像显示装置还可以包括眼球追踪组件，下面对这种情况进行说明。请参阅图3，图3为本申请实施例提供的图像显示装置的结构示意图。

如图3所示，图像显示装置1000除了包括变焦像源组件100、光路折叠组件301和成像组件501之外，还包括眼球追踪组件401。与图2类似，图3中所示的箭头指示变焦像源组件100发出的光线的传播路径，也即光路。变焦像源组件100发出的光线经由光路折叠组件301反射至成像单元501，成像单元501将光线反射至人眼，使得人眼看到第二虚像。眼球追踪组件401实时捕捉人眼的动作，从而确定人眼的视点位置，使得变焦像源组件100改变焦距，从而改变第一虚像与像源之间的距离，进而改变第二虚像与人眼之间的距离。可选的，眼球追踪组件401包括但不限于红外摄像机。

本申请实施例中，通过在图像显示装置中设置眼球追踪组件，能够确认人眼的视点位置。根据视点位置实时改变焦距，调节第二虚像与人眼的距离，使得第二虚像与视点位置相匹配，更进一步缓解了观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

在一些可选的实施方式中，变焦像源组件，具体用于根据视点位置和历史图像调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。其中，历史图像包括第一虚像或者调节前的第二虚像(也即初始第二虚像)。

在一些可选的实施方式中，在第一方面的一种可能的实现方式中，变焦像源组件包括像源模块和变焦模块。像源模块，用于形成初始图像；变焦模块，用于将初始图像成像为第一虚像，调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。

在一些可选的实施方式中，图像显示装置中的变焦像源组件包括至少一个像源模块和M个变焦模块，M为正整数。至少一个像源模块中每个像源模块对应这M个变焦模块中的至少一个变焦模块。至少一个像源模块，用于形成所述初始图像；M个变焦模块，用于将初始图像成像为第一虚像，并调节第一虚像与变焦像源组件之间的距离。

需要注意的是，变焦像源组件中，不同的像源模块对应的变焦模块的数量可以相同，也可以不同，具体此处不做限定。可选的，假设像源模块和变焦模块的数量相同，那么像源模块与变焦模块一一对应。可选的，假设像源模块的数量少于变焦模块的数量，那么像源模块与变焦模块的对应关系可以是有的像源模块对应一个变焦模块，有的像源模块对应多个变焦模块；也可以是每个像源模块均对应多个变焦模块，具体此处不做限定。

接下来，以变焦像源组件包括一个像源模块和一个变焦模块为例，对本申请实施例提供的图像显示装置的调节过程进行说明。请参阅图4，图4为本申请实施例提供的图像显示装置的一个结构示意图。

如图4所示，图像显示装置1000包括变焦像源组件100、光路折叠组件301、眼球追踪组件401和成像组件501；变焦像源组件100包括像源模块101和变焦模块201。图4中所示的箭头指示像源模块101发出的光线的传播路径，也即光路。

像源模块101能够形成2D的初始图像，变焦模块201将初始图像成像为3D的第一虚像。初始图像可以是通过时分或者空分的方式形成。具体来说，像源模块101中包括多个像素单元，每一个像素单元包括多个子像素。变焦模块201设置在像源模块101的显示侧。变焦模块201包括多个成像单元，每个成像单元与至少一个子像素的位置对应，子像素所显示的2D的图像，经过对应的成像单元进行成像，形成3D的虚像。

如图4所示，像源模块101发出的光经过变焦模块201成像为第一虚像，再经过光路折叠组件301和成像组件501后，反射到人眼中，所对应的虚像位置在初始第二虚像的位置。如果人眼追踪组件401确定此时人眼的视点位置并不在初始第二虚像的预设位置范围内，由于辐辏冲突，容易产生眩晕等视觉疲劳等生理现象。

因此，变焦模块201会调节自身的焦距，改变第一虚像与像源模块101之间的距离，也就调节了第二虚像与人眼之间的距离，使得视点位置落在的最终成像的第二虚像的预设位置范围内。其中，第二虚像对应于调节后的第一虚像。

需要注意的是，图4所示的调节过程可以发生在极短的时间之内，对于用户来说，可能并不会感知到第二虚像的变化过程，也就是说，对于人眼来说，一直看到的都是清晰的3D虚像。历史图像这个概念，是对于图像显示装置而言的，在极短的时间(可能是一帧画面的时间以内)，变焦模块201调整了焦距，使得人眼的视点位置落在最终成像的第二虚像的预设位置范围内。

如图5所示，第二虚像的预设位置范围包括第二虚像的实际成像范围和误差范围。当视点位置落在误差范围内时，观看者并不会产生严重的视觉疲劳或者眩晕等问题，设置误差范围能够避免频繁调节焦距，保持画面的稳定。

需要注意的是，由于第二虚像是3D图像，所以第二虚像的实际成像范围和误差范围也是三维的范围，图5只是以二维画面进行示例性的说明。

需要注意的是，图4是以变焦模块201为凸透镜为例进行的说明，在实际应用中，也可以使用凹透镜作为变焦模块201，具体此处不做限定。根据虚像的成像规律可知，在通过透镜成虚像时，如果是凸透镜，虚像与物体是凸透镜的两侧(所以图4中第一虚像的位置与像源模块101分别在变焦模块201的两侧)；如果是凹透镜，虚像与物体在凹透镜的同侧。

本申请实施例中，图像显示装置的变焦组件具体根据视点位置和历史图像调节第一虚像与像源之间的距离，使得视点位置落在调节后的第一虚像对应的第二虚像的预设位置范围内，调整更加准确，进一步缓解了观看者在持续观看3D虚像过程中产生的视觉疲劳和眩晕。

需要注意的是，图4所示实施例中，是以图像显示装置包括一个像源模块和一个变焦模块为例，对本申请实施例提供的图像显示装置进行的示意。在实际应用中，变焦像源组件中还可以包括更多数量的像源模块和变焦模块，像源模块和变焦模块之间的位置关系也有多种可能，下面，结合示意图进行进一步的说明。

请参阅图4、图6至图8，图4、图6至图8均为本申请实施例提供的图像显示装置的结构示意图。

在一些可选的实施方式中，像源模块与像源模块对应的至少一个变焦模块可以是独立的(具体为至少一个变焦模块位于像源模块的显示侧)。

示例性的，如图4所示，像源模块101与变焦模块201即为独立的。需要注意的是，图4只是对变焦像源组件包括一个外部对应有变焦模块的像源模块的示例。在实际应用中，变焦像源组件还可以包括更多数量的像源模块，每个像源模块的外部还可以有更多数量的变焦模块，具体此处不做限定。

在一些可选的实施方式中，像源模块对应的至少一个变焦模块可以集成在像源模块内。

示例性的，如图6所示，变焦模块201集成在像源模块101中。需要注意的是，图6只是对变焦像源组件包括一个内部集成了变焦模块的像源模块的示例。在实际应用中，变焦像源组件还可以包括更多数量的内部集成了变焦模块的像源模块，每个像源模块的内部还可以集成更多数量的变焦模块，具体此处不做限定。

在一些可选的实施方式中，像源模块对应的至少一个变焦模块可以一部分集成在像源模块内，另一部分位于像源模块的显示侧。示例性的，如图7所示，变焦模块201集成在像源模块101中，变焦模块202在像源模块101的外部。需要注意的是，图7只是对变焦像源组件包括一个内外部均有对应的变焦模块的像源模块的示例。在实际应用中，变焦像源组件还可以包括更多数量的内外部均有变焦模块的像源模块，且像源模块的内部和/或外部还可以有更多数量的变焦模块，具体此处不做限定。

需要注意的是，在变焦像源组件中，不同的像源模块与对应的变焦模块的位置关系可以相同，也可以不同，具体此处不做限定。

示例性的，如图8所示，像源模块101对应于变焦模块201，变焦模块201集成在像源模块101的内部；像源模块102对应于变焦模块202和变焦模块203，变焦模块202集成在像源模块102的内部，变焦模块203位于像源模块102的外部。

需要注意的是，图8只是对变焦像源组件包括一个内外部均有对应的变焦模块的像源模块，和一个内部集成了变焦模块的像源模块的示例。在实际应用中，变焦像源组件还可以包括更多数量的像源模块和/或变焦模块，具体此处不做限定。

图像显示装置中，像源模块和变焦模块的数量有多种可能，像源模块与变焦模块之间的对应关系和位置关系也有多种可能，丰富了图像显示装置的结构，使得图像显示装置能够灵活适用于不同的需求，也提升了本申请技术方案的实用性。

在一些可选的实施方式中，像源模块可以作为显示屏，采用液晶显示器(liquidcrystal display，LCD)、有机发光显示器(organic light emitting display，OLED)、微米发光二极管(micro light emitting diode，micro LED)中的任意一项，具体此处不做限定。在这种情况下，像源模块也可以称为直接成像像源。

在一些可选的实施方式中，像源模块可以作为投影成像像源，采用LCD、硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)、应用数字光处理技术(digital light processing，DLP)中的任意一项，具体此处不做限定。

本申请实施例中，像源模块的类型丰富，能够灵活适应不同的场景，更进一步地提升了本申请技术方案的灵活性。

假设变焦组件的焦距为第一焦距f1，图像显示装置的焦距为第二焦距f2。那么，在0＜f1/f2＜0.5或者1.9＜|f1/f2|＜2.2的情况下，第二虚像的显示效果清晰。

在一些可选的实施方式中，如果至少一个像源模块均采用LCD、OLED、micro LED中的任意一项，即为直接成像像源，那么在第一焦距f1和第二焦距f2的关系满足0＜f1/f2＜0.5的情况下，第二虚像的显示效果清晰。

示例性的，在图像显示装置的焦距为200～300mm条件下，本申请实施例提供的图像显示装置可以实现第二虚像距离在3～4m内连续可调。具体地，以图6所示的结构为例，假设图6所示的图像显示装置1000中的像源模块101为直接成像像源，变焦模块201的焦距为700mm、图像显示装置1000的焦距为248mm时，第二虚像与观看者之间的距离为3m。变焦模块201的焦距为891mm、图像显示装置1000的焦距为223mm时，第二虚像与观看者之间的距离为4m。通过实现第二虚像与观看者之间的距离在3～4m连续可调，可以实现辐辏冲突(vergence-accommodation conflict，VAC)≤±0.04D，缓解了传统显示屏的3D眩晕感。其中，D表示的是屈光度，屈光度是屈光力的大小单位，屈光力越强，焦距越短。

在一些可选的实施方式中，如果至少一个像源模块均采用LCD、LCOS、DLP中的任意一项，即为投影成像像源，那么在第一焦距f1和第二焦距f2的关系满足1.9＜|f1/f2|＜2.2的情况下，第二虚像的显示效果清晰。

示例性的，在图像显示装置的焦距为-200～-100mm条件下，本申请实施例提供的图像显示装置可以实现第二虚像距离在1～5m内连续可调。具体地，以图6所示的结构为例，假设图6所示的图像显示装置1000中的像源模块101为投影成像像源，在变焦模块201焦距为78mm、图像显示装置1000的焦距为-164.9mm时，第二虚像与观看者之间的距离为1m。变焦模块的201焦距为80mm、图像显示装置1000的焦距为-168.7mm时，第二虚像与观看者之间的距离为5m。通过实现第二虚像与观看者之间的距离在1～5m连续可调，可以实现辐辏冲突VAC≤±0.4D，缓解传统显示屏的3D眩晕感。

本申请实施例提供的图像显示装置中，各个组件所使用的器件类型也有多种可能，下面分别进行说明。

在一些可选的实施方式中，光路折叠组件所使用的器件类型有多种可能，可以是半透半反镜，也可以是反射镜，或者其他能够反射像源所发出的光的器件，例如，反射型偏光片，具体此处不做限定。

在一些可选的实施方式中，在前文图像显示装置的示意图(也即图2至图4以及图6至图8所示实施例)中，光路折叠组件301可以是一个半反半透镜。可选的，光路折叠组件301的上半部分用于反射来自于像源的光，下半部分用于透过成像组件反射的光。可选的，光路折叠组件301也可以是按照一定的比例对来自于像源的光进行反射和对来自于成像组件的光进行透射，反射和透射的比例可以是各一半，也可以不是一半，具体此处不做限定。

在实际应用中，光路折叠组件的体积也可以更小，下面对这种情况进行说明。请参阅图9，图9为本申请实施例提供的图像显示装置的结构示意图。

在像源模块101的位置固定的情况下，像源模块101所能发出的光的范围也是固定的。图9所示的阴影部分表示的光束的传播范围。在这种情况下，光路折叠组件301可以反射来自于像源模块101的光，相较于前面的示意图中，能够减小光路折叠组件的体积。

在一些可选的实施方式中，成像组件包括能够将光路折叠组件所反射的光反射至人眼，并将第一虚像放大为第二虚像的组件。成像组件所使用的器件类型也有多种可能，包括但不限于曲面镜、透镜和透镜组中的至少一项，具体此处不做限定。其中，曲面镜包括但不限于自由曲面镜、球面镜等能够反射光线的器件，具体此处不做限定。

在一些可选的实施方式中，变焦模块包括能够透过来自于像源的光，并将像源的初始图像成像为第一虚像的模块。变焦模块的类型有多种可能，包括但不限于液体透镜、力致变形驱动变焦透镜、电致变形驱动变焦透镜、电磁驱动变焦透镜、基于压电驱动的变焦透镜、基于电活性聚合物的变焦透镜中的至少一项，具体此处不做限定。

其中，液体透镜包括但不限于液晶透镜、充液型变焦透镜、流体变焦透镜等，具体此处不做限定。

另外，同一个像源模块对应的多个变焦模块的类型可以相同，也可以不同；不同的像源模块可以对应相同或者不同类型的变焦模块，具体此处不做限定。

图像显示装置中，光路折叠组件、成像组件和变焦模块的器件类型均有多种可能，能够任意组合，进一步提升了本申请技术方案的实用性和灵活性。

在一些可选的实施方式中，图像显示装置还可以包括驱动组件，驱动组件用于改变至少一个变焦像源组件的位置，具体来说，可以是改变变焦像源组件中像源模块的位置。示例性的，假设图像显示装置中，变焦模块、光路折叠组件和成像组件的位置都是固定不变的，基于像源模块目前的位置，所呈现的第二虚像并不是完整的图像。那么驱动组件会改变像源模块的位置，使得像源模块的初始图像能够被变焦组件成像为完整的第一虚像，并且来自于像源模块的光均能被光路折叠组件反射到成像组件，得到完整的第二虚像，从而确保成像结果的完整性。同时也能够丰富本申请技术方案的灵活性。

在一些可选的实施方式中，光路折叠组件也可以是可移动的组件，也就是说，光路折叠组件也可以连接驱动组件，使得光路折叠组件能够反射所有来自于像源模块的光。其中，连接光路折叠组件的驱动组件与连接像源模块的驱动组件可以是同一个驱动组件，也可以是不同的驱动组件，具体此处不做限定。

需要注意的是，本申请实施例提供的图像显示装置，其产品形态可以是桌显装置，也可以是抬头显示(head up display，HUD)装置，具体此处不做限定。

本申请实施例中，还提供了一种交通工具，该交通工具包括上述任意一种或者多种实施方式所描述的图像显示装置，图像显示装置作为HUD装置安装在交通工具上。需要注意的是，交通工具上所安装的图像显示装置中，光路折叠组件和成像组件均为反射器。

在一些可选的实施方式中，交通工具上包括风挡，风挡可以理解为图像显示装置中的成像组件。图像显示装置，用于向风挡投射成像光；风挡，用于将成像光反射至人眼中。

请参阅图10，图10为本申请实施例提供的一个应用场景示意图。

如图10所示，在HUD场景中，反射器件为挡风玻璃。变焦像源组件输出成像光，成像光经过光路折叠组件等光学器件，投射到风挡上。风挡将成像光反射至人眼，在人眼上呈现出成像。

需要注意的是，风挡的用途是将成像光反射至人眼中，在交通工具上，风挡可以为挡风玻璃。如果在其他场景中，还可以使用其他材质的反射器，具体此处不做限定。另外，在实际应用中，图像生成装置中还可以包括更多或者更少数量的光路折叠组件，具体此处不做限定。

需要注意的是，HUD处理可以应用在车辆、飞机等交通工具上之外，还可以应用在中控室、建筑景观、广告投放等场景下，具体此处不做限定。

在一些可选的实施方式中，本申请实施例提供的图像显示装置作为桌显装置时，可以应用在交互系统中。在实际应用中，通过图像显示装置，人眼能看到3D的虚像，可以应用在不同的场景中：例如，在办公、教育、医疗、娱乐、广告投放、建筑装饰、赛事转播，以及工艺品、藏品等的展出，话剧、歌剧、演唱会等演出的放映等场景。

示例性的，在视频播放场景中，实现裸眼3D的效果，该效果类似于传统的戴上3D眼镜后观看3D电影的效果。不同之处在于，本申请实施例提供的交互系统不需要观看者配带3D眼镜，且观看者所看到的是3D虚像。

示例性的，在VR或者AR场景中，本申请实施例提供的交互系统，不需要用户佩戴3D设备，通过本申请实施例提供的图像显示装置，裸眼就能感受到虚拟现实或者增强现实的效果。

在一些可选的实施方式中，交互系统中还可以包括控制装置，该控制装置能够接收来自于用户的指令，与图像显示装置进行交互，改变图像显示装置所显示的画面内容。同样的，包括了控制装置和图像显示装置的交互系统，也可以应用在不同的场景中。

示例性，在人机交互的游戏场景中，游戏玩家操作控制装置(比如游戏手柄)，对玩家裸眼看到的3D游戏画面进行控制，包括但不限于修改画面内容、触发游戏任务、与游戏中的虚拟任务对话等，能够增强游戏体验。

所属领域的技术人员可以清楚地了解，在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

Claims (13)

1.一种图像显示装置，其特征在于，包括：

变焦像源组件，用于形成初始图像，将所述初始图像成像为第一虚像，调节所述第一虚像与所述变焦像源组件之间的距离；

光路折叠组件，用于将来自于所述变焦像源组件的光反射到成像组件；

所述成像组件，用于将所述第一虚像放大为第二虚像，所述第二虚像与人眼之间的距离随所述第一虚像与所述变焦像源组件之间的距离的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，还包括：

眼球追踪组件，用于捕捉人眼动作以确定所述人眼的视点位置；

所述变焦像源组件，具体用于根据所述视点位置调节所述第一虚像与所述变焦像源组件之间的距离。

3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，所述变焦像源组件，具体用于根据所述视点位置和历史图像调节所述第一虚像与所述变焦像源组件之间的距离。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，所述变焦像源组件包括像源模块和变焦模块；

所述像源模块，用于形成所述初始图像；

所述变焦模块，用于将所述初始图像成像为所述第一虚像，调节所述第一虚像与所述变焦像源组件之间的距离。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，所述变焦像源组件包括至少一个像源模块和M个变焦模块，M为正整数；

所述至少一个像源模块中每个像源模块对应所述M个变焦模块中的至少一个变焦模块；

所述至少一个像源模块，用于形成所述初始图像；

所述M个变焦模块，用于将所述初始图像成像为所述第一虚像，调节所述第一虚像与所述变焦像源组件之间的距离。

6.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，所述像源模块采用液晶显示器、有机发光显示器、微米发光二极管、硅基液晶、数字光处理技术中的任意一种。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，所述变焦像源组件的焦距为第一焦距f1，所述图像显示装置的焦距为第二焦距f2；

0＜f1/f2＜0.5，或者，1.9＜|f1/f2|＜2.2。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，所述光路折叠组件包括半透半反镜、反射镜或者反射型偏光片。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，所述成像组件包括曲面镜片、透镜和透镜组中的至少一项。

10.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，所述变焦模块包括液体透镜、力致变形驱动变焦透镜、电致变形驱动变焦透镜、电磁驱动变焦透镜、基于压电驱动的变焦透镜、基于电活性聚合物的变焦透镜中的至少一项。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，包括驱动组件，用于改变至少一个所述变焦像源组件的位置。

12.一种交通工具，其特征在于，包括权利要求1至6和10中任一项所述的图像显示装置，所述图像显示装置安装在所述交通工具上。

13.根据权利要求12所述的交通工具，其特征在于，所述交通工具还包括风挡；

所述图像显示装置，用于向所述风挡投射成像光；所述风挡，用于将所述成像光反射至人眼。

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