一种变焦成像装置以及变焦成像方法与流程

本申请涉及变焦成像，具体而言，涉及一种变焦成像装置以及变焦成像方法。

背景技术：

1、在增强现实（augmented reality，ar）和虚拟现实（virtual reality，vr）场景中，用户通常需要佩戴对应的ar设备或vr设备，这些设备具有屏幕，用户的眼睛与屏幕终处于较近距离，但屏幕中的画面通常具有不同景深的视觉效果。用户的视觉调节（弯曲眼睛晶状体以聚焦不同距离的对象）不会改变，但视觉辐辏（眼睛向内旋转以将每只眼睛的视图重叠成一个对齐图像）却会出现，导致视觉辐辏调节冲突，引起人眼不适、头晕恶心等问题。

2、为了解决上述问题，ar设备或vr设备可以通过变焦提供多个焦平面，降低视觉辐辏调节的冲突。通常，这些设备在进行变焦时可以使用液晶变焦透镜，但液晶变焦透镜在同一电压下，对不同波长（不同颜色）的光具有不同的衍射效率，导致成像画面存在杂光，并产生色偏，影响成像效果。

技术实现思路

1、本申请实施例至少提供一种变焦成像装置以及变焦成像方法，能够按照预设时序控制显示屏在同一时刻仅发出一种波长的光束，并通过控制器控制变焦透镜组件的电压，针对不同波长的光束采用不同电压，使变焦透镜组件在不同波长的光束下也能够保持较高的能量利用率（也即衍射效率），从而降低杂光、色偏等问题的出现，提高成像效果。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种变焦成像装置，包括：沿光路传播方向排列的显示屏、偏光组件、变焦透镜组件以及控制器；所述变焦透镜组件包括沿光路传播方向排列的液晶可变相位延迟器及液晶偏振透镜；所述显示屏包含多个像素点；所述像素点包含多种预设波长分别对应的子像素点；其中，

3、所述显示屏用于按照预设时序，控制所述像素点中各种预设波长分别对应的子像素点发出非偏振光束；在同一时刻发出非偏振光束的子像素点所对应的预设波长相同；

4、所述偏光组件用于将所述非偏振光束变为圆偏振光束；

5、所述液晶可变相位延迟器用于控制所述圆偏振光束的旋向；

6、所述液晶偏振透镜用于根据所述圆偏振光束的旋向控制所述液晶偏振透镜的焦距；

7、所述控制器用于控制所述偏光组件对应的电压；所述液晶偏振组件的电压与所述液晶偏振组件中圆偏振光束的波长匹配；所述液晶偏振组件中的器件相位延迟量，随所述液晶偏振组件电压的变化而变化。

8、一种可选的实施方式中，所述显示屏具体用于：

9、针对待展示的任一帧图像，按照所述预设时序指示的发光顺序，以及所述预设时序指示的发光持续时间，控制所述像素点中各种预设波长分别对应的子像素点发出非偏振光束。

10、一种可选的实施方式中，所述发光持续时长大于或等于第一持续时长，且小于或等于第二持续时长。

11、一种可选的实施方式中，所述偏光组件包括沿光路传播方向排列的偏振片以及四分之一波片；所述四分之一波片的光轴方向与所述偏振片的方向之间的夹角为45°；

12、所述偏振片用于将所述非偏振光束转换为线偏振光束；

13、所述四分之一波片用于将所述线偏振光束转换为圆偏振光束。

14、一种可选的实施方式中，所述液晶可变相位延迟器中第一液晶分子的长轴与入射光方向的夹角为；所述圆偏振光束的波长为λ，所述第一液晶分子的双折射率为，所述第一液晶分子的液晶盒厚度为，所述第一液晶分子的寻常光折射率为，所述第一液晶分子的非寻常光折射率为；

15、在所述液晶可变相位延迟器控制所述圆偏振光束的旋向发生改变的情况下，满足以下公式：

16、；

17、。

18、一种可选的实施方式中，所述液晶偏振透镜中第二液晶分子的长轴与入射光方向的夹角为；所述圆偏振光束的波长为λ，所述第二液晶分子的双折射率为，所述第二液晶分子的液晶盒厚度为，所述第二液晶分子的寻常光折射率为，所述第二液晶分子的非寻常光折射率为，所述液晶偏振透镜的衍射效率为η；所述η大于或等于预设阈值；

19、所述满足以下公式：

20、；

21、。

22、一种可选的实施方式中，所述控制器具体用于：

23、响应于所述液晶偏振组件中圆偏振光束的波长改变，控制所述液晶偏振组件对应的电压改变为与变化后的波长匹配的第一电压；

24、在满足预设条件时，控制所述液晶偏振组件对应的电压改变为与变化后的波长匹配的第二电压；所述第一电压大于所述第二电压。

25、一种可选的实施方式中，所述预设条件包括以下至少一种：

26、将所述液晶偏振组件对应的电压改变为与变化后的波长匹配的第一电压后，经过预设时长；

27、所述液晶偏振组件中的液晶分子的长轴与入射光方向的夹角大于预设角度。

28、一种可选的实施方式中，所述变焦透镜组件设置有多组。

29、第二方面，本申请实施例还提供一种变焦成像方法，应用于如上述第一方面中任一所述的变焦成像装置；所述方法包括：

30、利用所述显示屏，按照预设时序，控制所述像素点中各种预设波长分别对应的子像素点发出非偏振光束；在同一时刻发出非偏振光束的子像素点所对应的预设波长相同；

31、利用所述偏光组件，将所述非偏振光束变为圆偏振光束；

32、利用所述控制器，根据所述偏光组件中圆偏振光束对应的波长，控制所述偏光组件对应的电压；

33、利用所述液晶可变相位延迟器，控制所述圆偏振光束的旋向；

34、利用所述液晶偏振透镜，根据所述圆偏振光束的旋向控制所述液晶偏振透镜的焦距。

35、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种变焦成像装置，其特征在于，包括：沿光路传播方向排列的显示屏、偏光组件、变焦透镜组件以及控制器；所述变焦透镜组件包括沿光路传播方向排列的液晶可变相位延迟器及液晶偏振透镜；所述显示屏包含多个像素点；所述像素点包含多种预设波长分别对应的子像素点；其中，

2.根据权利要求1所述的变焦成像装置，其特征在于，所述显示屏具体用于：

3.根据权利要求2所述的变焦成像装置，其特征在于，所述发光持续时长大于或等于第一持续时长，且小于或等于第二持续时长。

4.根据权利要求1所述的变焦成像装置，其特征在于，所述偏光组件包括沿光路传播方向排列的偏振片以及四分之一波片；所述四分之一波片的光轴方向与所述偏振片的方向之间的夹角为45°；

5.根据权利要求1所述的变焦成像装置，其特征在于，所述液晶可变相位延迟器中第一液晶分子的长轴与入射光方向的夹角为；所述圆偏振光束的波长为λ，所述第一液晶分子的双折射率为，所述第一液晶分子的液晶盒厚度为，所述第一液晶分子的寻常光折射率为，所述第一液晶分子的非寻常光折射率为；

6.根据权利要求1所述的变焦成像装置，其特征在于，所述液晶偏振透镜中第二液晶分子的长轴与入射光方向的夹角为；所述圆偏振光束的波长为λ，所述第二液晶分子的双折射率为，所述第二液晶分子的液晶盒厚度为，所述第二液晶分子的寻常光折射率为，所述第二液晶分子的非寻常光折射率为，所述液晶偏振透镜的衍射效率为η；所述η大于或等于预设阈值；

7.根据权利要求1所述的变焦成像装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

8.根据权利要求7所述的变焦成像装置，其特征在于，所述预设条件包括以下至少一种：

9.根据权利要求1所述的变焦成像装置，其特征在于，所述变焦透镜组件设置有多组。

10.一种变焦成像方法，其特征在于，应用于如权利要求1~9任一所述的变焦成像装置；所述方法包括：

技术总结
本申请提供了一种变焦成像装置以及变焦成像方法，该变焦成像装置包括：沿光路传播方向排列的显示屏、偏光组件、变焦透镜组件以及控制器；所述变焦透镜组件包括沿光路传播方向排列的液晶可变相位延迟器及液晶偏振透镜；所述显示屏包含多个像素点；所述像素点包含多种预设波长分别对应的子像素点。该变焦成像装置能够按照预设时序控制显示屏在同一时刻仅发出一种波长的光束，并通过控制器控制变焦透镜组件的电压，针对不同波长的光束采用不同电压，使变焦透镜组件在不同波长的光束下也能够保持较高的能量利用率（也即衍射效率），从而降低杂光、色偏等问题的出现，提高成像效果。

技术研发人员：闫冠屹,杜芸梦
受保护的技术使用者：北京极溯光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27