显示装置及其显示方法

专利名称：：显示装置及其显示方法
技术领域：
：本发明涉及一种显示装置及其显示方法，更具体的说，本发明涉及一种可近距离对人眼成像的显示装置及其显示方法。
背景技术：
：随着显示技术的发展，人们对显示装置的视觉效果和便携性都提出了越来越高的要求。一方面希望得到尽可能大的视野和三维立体的显示效果，另一方面又希望显示装置本身尽可能小巧易用。这两个方面的需求通常是矛盾的，目前已经发展出了多种各具特色的显示技术。就我们所关心的显示技术而言，主要可以分为头戴式和非头戴式两个大类，各种技术方案的缺点如下表所示分类<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>总之，上述各种显示装置和显示方法都具有视野小，无现场感，便携性差的缺陷；而且除激光全息技术外，都会产生视觉疲劳的问题。已有显示技术的共同特征在于它们都是在空间中某个特定的位置生成一个实像或虚像，再通过人眼主动地调节焦距去观察这个特定位置的实像或虚像，形成人的视觉感知。
发明内容本发明的目的是克服现有显示技术的缺陷，从而提供一种无需人眼主动调节焦距的显示装置。本发明的另一目的是提供一种上述显示装置的显示方法。本发明提供了一种显示装置，包括显示屏，其中，所述显示屏由激光器阵列构成，所述激光器阵列中的激光器根据待显示图像的像素发射相应角度的激光束射入人眼，并在人眼视网膜上成像。上述显示装置中，所述激光器发射光束的横截面直径小于500微米，优选1樣i米-lQQ孩i米。上述显示装置中，所述显示屏的每个像素由多个激光器构成。上述显示装置中，包括两个显示屏，每个显示屏分别对左眼和右眼成相同的或不同的(有视差的)像。进一步地，所述每个像素包括三个激光器，分别为RGB三基色激光器。t'、一所述显示屏的形状优选球面、柱面或平面，也可以为其他形状，如椭球面、抛物面或双曲面等。进一步地，所述球面形状的显示屏的半径为15-70mm;所述柱面形状的显示屏的半径为15mm-70mm;所述平面形状的显示屏到眼球中心的距离为15mm-70mm。进一步地，所述球面形状的显示屏对眼球球心在水平方向的张角小于180°，在垂直方向的张角小于180°进一步地，所述柱面形状的显示屏对眼球球心在水平方向的张角小于180°，在垂直方向的长度小于200腿。进一步地，所述平面形状的显示屏在水平方向的长度小于200腿，在垂直方向的宽度小于200mm。本发明还提供了一种上述显示装置的显示方法，首先输入图像信息，然后使显示屏中每个激光器显示与其角度相应的像素，根据该像素的亮度信息，输出对应激光束，即可对人眼形成一幅图像，所述图像信息中，包括每个图像像素的角度信息。本发明提供了另一种显示装置，包括显示屏，所述显示屏包括内层屏和外层屏，并且所述内层屏和外层屏位于人眼前方，所述外层屏与人眼的距离大于所述内层屏与人眼的距离；所述内层屏上设有通光孔阵列；所述外层屏上设有发光像素阵列；所述发光像素阵列根据待显示图像发光；所述外层屏上的发光像素与所述内层屏上的通光孔对应，所述发光像素所述内层屏上的通光孔可以根据待显示图像打开和闭合。所述发光像素的发光方式为被动发光。所述外层屏上的发光像素与所述内层屏上的通光孔一一对应。上述显示装置中，所述通光孔的直径为l微米-500微米。上述显示装置中，所述内层屏和外层屏中间设有透光介质，所述透光介质的折射率优选1-2.5。进一步地，所述介质的材料优选自空气、透明树脂和光学玻璃等介质。上述显示装置中，所述外层屏上像素的直径优选1微米-500微米，所述内层屏上通光孔的直径优选1微米-500微米。上述显示装置中，所述内层屏到人眼球表面的距离为0.1隱~50腿，所述外层屏与内层屏的距离为0.1隨~50隱。上述显示装置中，所述外层屏上没有发光像素的地方允许外界光线通过。进一步地，所述外层屏优选发光二极管显示屏、激光二极管显示屏、液晶显示屏、OLED屏，也可选择电子墨水等适于显示的装置。进一步地，所述液晶显示屏为不带有背光的液晶显示屏。所述内层屏优选液晶面板，也可选择电子墨水等可以形成允许或阻止光线通过的通光孔阵列的装置。所述外层屏可以为单色屏，也可以为彩色屏。所述内层屏和外层屏的形状优选球面、柱面或平面，也可以为其他形状，々0椭J求面、纟地物面或7又曲面等。进一步地，所述球面形状的内层屏的半径为15mm-40mm，外层屏的半径为18-70mm;所述柱面形状的内层屏的半径为15mm-40mm,外层屏的半径为18-70mm;所述平面形状的内层屏到眼球中心的距离为15mm-40mm。进一步地，所述球面形状的内层屏和外层屏对眼球球心在水平方向的张角小于180°，在垂直方向的张角小于180°。进一步地，所述柱面形状的内层屏和外层屏对眼球球心在水平方向的张角小于180°，在垂直方向的长度小于200mm。进一步地，所述平面形状的内层屏和外层屏在水平方向的长度小于200mm，在垂直方向的宽度小于2G0mm。上述显示装置中，包括两个显示屏，并分别对左眼和右眼成像。进一步地，所述两个显示屏所成的像具有视差，从而实现立体显示。本发明还提供了一种上述具有双层屏结构的显示装置的显示方法，首先输入图像信息，然后根据输入的图像信息，遍历生成所有用于成像的光束，完成图像显示，所述图像信息中，包括每个图像像素的角度信息。上述显示方法中，可以在同一时间只产生一条用于成像的光束，也可以在同一时间产生多条用于成像的光束。进一步地，当在同一时间产生多条用于成像的光束时，在同一时间只打开一个通光孔。进一步地，当打开一个通光孔时，在同一时间生成通过该通光孔的显示该幅图像所需的所有光束。进一步地，当在同一时间产生多条用于成像的光束时，在同一时间打开多个通光孔。进一步地，将内层屏上所有的通光孔分成若干组，每组内的通光孔彼此不相干，在同一时间打开一组通光孔，遍历打开所有组，实现图像的显示。上述显示方法中，所述光束优选窄光束。上述各种显示方法中，所述图像信息中还可以包括每个图像像素的亮度、颜色和灰度等用于图像显示的信息中的一种或几种。本发明与已有显示技术一个显著区别在于在本发明中，显示装置使用可控的光束直接向人眼的视网膜写入需要显示的图像——这个图像是基于角度坐标的图像，而不是位于空间某个特定位置的图像；人眼有限的屈光度调节能力不再是重要因素，人眼不再须要主动调焦去观察图像，而只是被动地接收显示装置写入的图像，从而形成视觉感知。本发明的优点在于克服了以往显示技术视野小、临场感差的缺点，在扩大了视野的同时还能实现显示器的进一步小型化，而且它是面向个人的近眼式显示技术，保密性好，为显示器的便携式应用开辟了广阔的空间。例如便携式个人电子产品、可视化移动通信、单兵作战系统等。以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中图1是本发明的基本原理图2是利用辅光线成像的示意图3a是传统利用双眼视差成立体像的辐辏角示意图3b是本发明的显示装置利用视差成立体像的辐辏角示意图4是实施例1的成像方式示意图5是实施例2中显示屏的结构示意图6是实施例3中双层屏的结构示意图7是实施例4中具有高分辨率的双层屏结构显示装置成像示意图；图8是实施例4中显示装置的另两种成像方法示意图。图9-11是实施例4中三种显示方法的流程图。具体实施例方式首先，简要介绍一下人眼的光学模型实现对人眼睛光学成像的精确计算是困难的，因为眼睛是多个折射面的复杂光学系统，其间折射率又不相同。实际计算时常进行简化和近似处理，可得到几种眼睛的光学模型，其中有一种常用的眼睛光学模型为高尔斯特兰(A.Gullstrand)简化眼。高尔斯特兰筒化眼把眼睛看成单球面折射系统，认为眼睛只由一种介质组成，其折射率为1.33，折射面的曲率半径r为5.7mm，并可算出简化眼的前焦距f产17,lmm，后焦距f2=l.33xf>22.8mm,其屈光度D为58.48(nT1)。眼睛的前后焦距不等，是由于眼睛的物方、像方折射率不相等造成的，其成像公式为f/u+l.33xfVv-l(其中u为物距，v为像距)，亦可写成1/u+l.33/v=D。眼睛的光学模型在教学上，医学中及光学仪器设计中都有广泛的应用。我们根据眼科学公知的数据对这种简化眼的模型略加扩充对于调节能力，正常人眼的屈光度D可以在58-68(m。的范围内调节，因此成像公式中f,的范围约为14.71-17.24mm;对于分辨能力，正常人眼在明视距离250隨远处最小能分辨0.lmm的细节，代入成像公式得到u=250mm时v24mm,因此视网膜的最小空间分辨距离约为0.1/250x240.01(mm)=1xl0—5mo本发明的基本原理如图1所示，采用上述的人眼光学模型，设物距为u处有一个发光点，它发出的一束射向人眼的光束的发散角(锥顶角)为6。，在瞳孔上照亮的光斑直径为山，人眼屈光度为D,瞳孔到视网膜的距离为L(LG24m)，最终这束光在视网膜上照亮的光斑直径为dQ。本发明考虑6。很小的情况，此时有小角近似关系式6。"tg6产山/u，根据前述成像公式有d^d!x|l-(D—l/u)xL/1.331,代入L"0.024m,得到函凄史关系d。(D,u，6。)《6。x11+(1-0.018xD)xuI——(1)(1)式中6。的单位为弧度，D的单位为m—1，u的单位为m，在此仅讨论0<u<lm的情况。由于D在58-68(nf1)的范围内调节，所以(1)式中的绝对值符号其实可以省略掉。第一种情况是当6。和u的取值满足d。-6。x(1-0.044xu)<1xl(T5m时，无论人眼如何调节屈光度，图1中这一束光在视网膜上照亮的光斑直径d。的大小都不会超过视网膜最小空间分辨距离lxlO—V因此人眼在任意聚焦状态下都只能产生一个清晰的光斑的视觉感知，而且这已经是视网膜所能感知到的最小的光斑了。第二种情况是当6。和u的取值满足d。(58,u，6。)—d。(68，u，6。)《0.18xe。x"lxio-5m时，无i仑人眼如叶可调节屈光度，图1中这一束光在视网膜上照亮的光斑直径d。的变化范围都不会超过视网膜最小空间分辨距离lxl0、，因此人眼在任意聚焦状态下都只能产生一个清晰的亮斑的视觉感知，这时的亮斑比前一种情况中的大，但人眼在聚焦调节的范围内不足以感知其大小的变化。显然，正是由于视网膜空间分辨率的限制和人眼有限的屈光度调节能力，在上述两种情况下，无论人眼聚焦在何处，图1中这一束光在视网膜上照亮的小光斑对人的视觉感知而言都不会变得更大(模糊)或更小(清楚)了一一因此在本发明中，人的眼睛只是被动地接受我们使用满足上述第一种或第二种情况的光束写入视网膜的图像，而不再像传统方法那样须要主动调焦去"看"图像。本领域普通技术人员应当理解，上面叙述的只是为说明原理而构建的一种理论模型，在实际应用中，对于任意方式生成的一束入射光来说，只要它在视网膜上形成的光斑直径的大小或者光斑直径的变化范围与视网膜的最小空间分辨率处在同一数量级或者更小时，人眼的屈光调节能力就不足以使这样的小光斑变得更模糊或更清楚了。在本专利中我们就把像这样在视网膜上形成的光斑直径的大小或者光斑直径的变化范围与视网膜的最小空间分辨率处在同一数量级或更小的一束光称为一束窄光束或简称一条光线。本发明中显示装置的成像不必依赖人眼的主动调焦功能，而是依靠许多窄光束，直接向视网膜上写入一个个小斑点。每个小斑点代表一个像素，这很多个斑点密集排列在视网膜上，即组成了眼睛看到的影像。由于人眼晶状体的调节能力有限，只能略微改变这些斑点的大小，而视网膜的空间分辨率也是有限的，不足以感知这样微小的变化，所以无论眼睛聚焦在何处，视网膜感知到的影像几乎是不变的。可以说，在这里眼睛只是被动地接受我们写入的图像，而非主动地去"看"到它。在本发明中，我们把射向眼睛的光线分成延长线通过眼球球心的主光线和延长线不通过眼球球心的辅光线两类，这是因为它们在成像时起的作用不同。众所周知，眼球转动时，瞳孔的位置可以在眼球表面移动，当瞳孔移动到某一位置时，射入瞳孔的主光线最终照射在视网膜的黄斑附近，对应的是眼睛的中心视觉；而射入瞳孔的辅光线最终照射在视网膜上远离黄斑的地方，对应的是眼睛的余光。人眼获得三维信息的途径按距离从远到近分别为双眼视差(即两眼看到图像的微小区别，无穷远十米左右)，双眼辐辏(即两眼视线夹角，十米左右明视距离)，单眼聚焦(即晶状体聚焦时肌肉的紧张程度，明视距离~眼睛近点)——这些机制的适用范围并不严格，有^f艮大的交叉区域，通常情况下决定我们三维视觉感受的是双眼视差和双眼辐辏，当景物靠到人面前读写距离甚至更近的时候，单眼聚焦也会起作用。当人们使用两只眼睛同时观察外界景象时，可以形成立体视觉，但是，单眼由于无法形成双眼视差和双眼辐辏，仅仅依靠单眼聚焦是很难判断景物的距离的，因此对于单眼来讲，其看到仅仅是由来自不同角度的信息组成的图像，而没有距离的感知，因此，如果要对单眼成像，也只需让眼睛感知图像的角度信息即可，而无所谓距离。这样，如果要对单眼成像，只需提供图像中每个像素相对眼球的角度信息和其他如亮度、颜色等光学信息，而不必给出距离。单眼所配带的显示装置产生的一条主光线如果能射入瞳孔，就会在人眼的视网膜上形成一个光斑，如果一幅图像的每个像素都有其对应的主光线射入瞳孔，那么，在视网膜上就会形成该图像，人眼就"看，，到了这幅图像，并且，随着光斑直径的减小和主光线数目的增大，人眼看到的图像就会更清晰。如图2所示，在人眼注视某一特定方向的时候，由于人眼睹孔的限制，当只有主光线进行成像时，能看到的角度范围只有立体角n，该立体角的大小就约等于此时瞳孔对眼球球心所张的立体角的大小。为了扩大人眼的视野，还必须增加辅光线，如图2所示，延长线通过眼球球心的主光线L与延长线不通过眼球球心的辅光线La平行，它们在图像显示中代表同一像素的光学信息，但是，由于人眼瞳孔的限制，此时，主光线L是无法通过瞳孔进入人眼成像的，而代表同一像素光学信息的辅光线La却可以通过瞳孔进入人眼成像，因此，辅光线的使用可以使人眼在注视某一特定方向时接收到图像的视角大于立体角Q,从而获得更大的视野。使用本发明的显示装置进行图像显示时，首先，只需输入图像信息，该图像信息中，包括每个像素的亮度及其角度信息，然后使显示装置产生与该像素的亮度和角度信息相同的主光线和/或辅光线，即可对人眼形成一幅图像。本发明的实施例中都将采用球坐标进行描述，所述球坐标系的建立方法为以眼5求3求心为原点，相对于头部，向上为z轴，向前为y轴，向右为x轴，建立直角坐标系，并按照公知的标准球坐标-直角坐标变换规则定义该直角坐标系对应的球坐标系(6，4),r)。因为根据本发明的显示原理，图像的显示只要知道每个图像像素在球坐标中的角度信息即可，球坐标的半径r并不是本发明所关心的内容，所以下面的描述和讨论中一般只给出角度信息(6，巾)，不再提及半径r。此处建立的球坐标系只是为了本发明的描述方便，本领域普通技术人员应当理解，也可以使用其他的坐标系进行描述，当然下面的具体表述会进行相应变动，但并不影响本发明的实质内容。下面结合具体实施例对本发明的显示装置和显示方法做进一步的解释和"i兌明。实施例1本实施例的显示装置如图4所示，主要包括安装有激光器阵列的平面激光显示屏S,以及用于将所述激光器阵列固定在人眼前方的屏幕固定装置，其中，所述激光器阵列由600x400个固体激光器构成，每个激光器作为显示屏的一个发光像素，其发出激光束的横截面直径为5微米75微米，本实施例中选用25孩i米；激光束波长为0.77孩i米~0.39孩￡米，本实施例中选用0.514微米；所述激光显示屏的尺寸为60mmx45腿，与眼球球心的距离为个激光器发射的激光都直接射向眼球球心。使用本实施例的显示器进行图像显示时，由于显示屏中每个激光器发射的激光束的角度已经固定，首先，只需输入图像信息，该图像信息中，包括每个像素的角度信息，然后使显示屏中每个激光器显示与其角度相同的像素，根据该像素的亮度信息，输出对应激光束，即可对人眼形成一幅图像。上述的图像信息中还可以包括每个图像像素的亮度、颜色、灰度等用于图像显示的信息中的一种或几种。本领域技术人员能够理解，当输入的待显示图像不满足上述要求时，可以通过图像转换将其转换成以像素的角度等信息表示的图像，然后再传输给所述激光显示屏进行图像的显示。上述的显示屏为单色显示屏，为了实现彩色显示，只需把上述单色显示屏中的每个激光器都用多个不同波长的激光器替代即可，例如，使用RGB三基色激光器。上述的显示屏是用于对单只眼睛显示的显示屏，为了实现双眼立体显示，只须为左右两只眼睛分别配置一个上述显示屏，并各自显示带有视差的图像即可。一般来说，所有激光器元件的面积可以小于激光显示屏的总面积，因此，使用通光孔等方式。这种设计的好处在于，人眼可以通过所述激光显示屏上的透光区域观察到外界景象，甚至可以实现显示屏显示的图像与外界真实景象的叠加，这对虚拟现实技术而言是极其重要的。本实施例使用的是平面的激光显示器阵列作为显示屏，但是，根据实际显示的需要，也可以将屏幕的形状制作成球面、柱面或其他任何合适的形状，如椭球面、抛物面或双曲面等。其中，平面形状的显示屏在水平方向的长度一般小于200mm,在垂直方向的宽度一般小于200mm,随着显示屏尺寸和分辨率的不同，所述半导体激光器发射的光束的横截面直径可以在1微米-500微米之间取值；球面形状的显示器对眼球球心的张角一般小于180°;柱面形状的显示器对眼球球心在水平方向的张角一般也小于180°，且其在垂直方向的长度一般小于200mm。各种形状显示屏的中心与眼球球心的距离在15mm-70mm之间均可。实施例2本实施例与实施例1的差别在于，除了出射激光指向眼球球心的半导体激光器外，还包括其出射激光束射入眼球表面，但不通过眼球球心的半导体激光器，其具体设置的位置如图5所示，图5中，在实施例l原有的激光器阵列基础上，在每一个原激光器Ai,j(i-l,2,3，"'，600，j=l，2，3，…，400)周围增加8个激光器B^，分别为BL。、Bu、B。j、B-u、B—l。、B—^、B。,—,、B^，(m=l，0，-1,『1,0,-l)且这9个激光器排列成3x3矩阵，其中，原激光器Au保持原来的出射方向，激光器B^的出射方向与原激光器阵列中激光器A(i,),u+,n)的出射方向相同，本领域技术人员根据上面的教导，也可以采用其他合适的方法来增加激光器。本实施例显示装置的显示方法与实施例1也是相同的，使用本实施例的显示器进行图像显示时，由于显示屏中每个激光器发射的激光束的角度已经固定，首先，只需输入图像信息，该图像信息中，包括每个像素的亮度及其角度信息，然后使显示屏中每个激光器显示与其角度相同的像素，根据该像素的亮度信息，输出对应激光束，即可对人眼形成一幅图像。在人眼注视某一特定方向的时候，由于人眼瞳孔的限制，当只有通过眼球球心的光线进行成像时，能看到的角度只有立体角D,该立体角的大小就约等于此时瞳孔对眼球球心所张的立体角的大小。本实施例中，增加了其出射激光束射入眼球表面，但不通过眼球球心的半导体激光器La,如图2所示，半导体激光器U发射的通过眼球球心的激光束与第一半导体激光器La发射的不经过眼球球心的光束平行，它们在图像显示中代表同一像素的光学信息，但是，由于人眼瞳孔的限制，此时，第二半导体激光器L发射的激光束是无法通过瞳孔进入人眼成像的，而代表同一像素光学信息的第一半导体激光器La发射的激光束却可以通过瞳孔进入人眼成像，因此，本实施例的显示装置可以使人眼在注视某一特定方向时接收到图像的视角大于立体角Q,从而获得更大的视野。上面给出的两个实施例都使用激光器阵列作为本发明的显示屏，其目的就是为了利用激光器可以产生具有特定出射方向和出射光束横截面直径较小的优点，其实，除了使用激光器产生这种光束外，还可以使用下面介绍的双层屏结构来实现。所述双层屏的设计是指显示器的结构包括外层屏和内层屏，其中，所述外层屏距离人眼表面距离大于所述内层屏与人眼表面的距离。外层屏的作用是产生可控的像素点，内层屏的作用是用可控的通光孔把来自像素点的光限制成为具有特定出射方向和较小横截面直径(一般小于0.5mm)的出射光束，即原理中所述的窄光束。内层屏上的通光孔和外两层屏上的发光像素各自形成一个二维阵列，每个阵列中的通光孔或发光像素可由下标(i,j)唯一确定。外屏光点仏，J2)通过内屏通光孔(h，jJ所产生的从内层屏射向眼睛的窄光束由数组(i,，j1;i2，j》唯一确定。下面所有实施例都基于双层屏的设计。当内层屏上的通光孔和外两层屏上的发光像素数目相同而且——对应时，内外屏上一对儿对应通光孔和发光像素的下标相同。设计要求所有的光束(i,j;i，j)从内层屏到眼球表面之间线段的延长线经过眼球球心，即主光线，而且这些延长线在上述以眼球球心为原点的球坐标系中的角度坐标(6i，cj)j)是等间隔均匀分布的，间隔分别为A^6i+「6i，A^cf)」+广ct)j。在给定主光线的角度坐标后，本领域的技术人员就可以根据内层屏形状和位置算出主光线与内层屏的交点即为内层屏上的通光孔位置，再根据外层屏的形状和位置以及屏间介质的折射率n，就可以计算出外层屏上所有的发光像素位置。实施例3本实施例的显示装置结构如图6所示，屏幕由内层屏和外层屏组成，所述内层屏采用60mmx45mm的平板，其上分布有20x15个透光微孔，每个透光微孔的直径为20微米，外层屏采用70隨x70隨的OLED平面显示屏，其上分布有20xl5个发光像素，每个发光像素的直径为20微米，内层屏与外层屏的间距为5mm。内层屏位于人眼正前方，距离眼5求球心27mm，且其四个顶点到眼球中心的距离相等；同样，外层屏位于人眼正前方，距离眼球球心32mm,且其四个顶点到眼^^中心的距离也相等。所述通光孔和所述发光^^素——对应，相对应的通光孔和发光像素的位置如图6所示的那样，以眼球球心为原点的球坐标系中，射线簇Kp,q(45。+(90°/19)p，-37。+(74。/14)q)所含的20x15条射线与所述内层屏和外层屏分别相交于20x15个交点，其中，p=0，1,…，19，q=0,1,…，14,所述交点的位置即为所述通光孔或所述发光像素的位置。这种通光孔和发光像素的稀疏的分布方式保证了外层屏上每个发光像素发射的光经过其对应的通光孔后成为一束直接射向眼球球心的窄光束，而该发光像素发射的光经过其他通光孔而形成的窄光束则不会射入眼球表面。使用本实施例的显示器进行图像显示时，由于双层显示屏中延长线通过眼球球心的窄光束的角度已经固定，首先，只需输入图像信息，该图像信息中，包括每个图像像素的亮度及其角度信息，然后使外层屏中每个发光像素显示与由该发光像素形成的射向眼球球心的窄光束的角度相同的图像像素，根据该图像像素的亮度信息进行显示，即可对人眼形成一幅图像。本实施例的装置中，所述外层屏还可以优选发光二极管显示屏、激光二极管显示屏和液晶显示屏，也可选择电子墨水(傅相锴，罗伟，《功能材料》2005年第10期(36巻)，1477-1481页)等适于显示的装置，这些屏幕可以为单色屏，也可以使用彩色屏。其中，外层屏所使用的液晶显示屏可以是普通的具有背光的主动发光型液晶显示器，也可以是没有背光的被动发光型液晶显示器，该被动发光型液晶显示器使用日光或环境光作为背光，同样具有很好的显示效果。所述被动发光是指发光像素本身并不发光，而是依靠外界的背景光来显示^f象素。本实施例的内层屏还可以选择液晶面板和电子墨水等可以形成允许或阻止光线通过的通光孔阵列的装置，但是优选液晶面板。内层屏上的通光孔直径一般应当小于500微米，优选1微米-IOO微米，外层屏上像素的直径一般应当小于500微米，优选1微米-100微米，所述内层屏到人眼球表面的距离为0.l腿-50mm,所述外层屏与内层屏的距离为0.1mm50mm。外层屏和内层屏的形状还可以为球面、柱面或平面，也可以为其他形状，如椭球面、抛物面或双曲面等。对于球面形状的显示屏，内层屏的半径为15mm-40mm，外层屏的半径为18-70mm，所述内层屏和外层屏对眼球球心的张角小于180°;对于柱面形状的显示屏，内层屏的半径为15mm-40mm，外层屏的半径为18-70mm，所述内层屏和外层屏对眼球球心在水平方向的张角小于180°,在垂直方向的长度小于200mm;对于平面形状的显示屏，内层屏到眼球中心的距离为15mm-40mm，内层屏和外层屏在水平方向的长度小于200mm,在垂直方向的宽度小于200mm。本实施例中，所述内层屏和外层屏中间还可以设有透光介质，所述透光介质的折射率一燕:优选为1-2.5,透光介质的材料优选自透明树脂和光学玻璃等介质，本领域技术人员应当理解，在内层屏和外层屏中间设有透光介质的情况下，为了保证由外层屏上发光像素发射的光线经过透光介质的折射和内层屏的通光孔后，仍然成为一束射向眼球球心的光束，需要对外层屏上发光像素的位置做适当的调整，这对本领域技术人员而言是熟知的。上述显示装置中，所述外层屏上没有发光像素的地方允许外界光线通过。例如使用透光材料制作外层屏或者外层屏材料虽然不透光，但是设有许多通光孔，也可实现允许外界光线通过的目的。上述的双层显示屏是用于对单只眼睛显示的一组显示屏，为了实现双眼立体显示，只须为左右两只眼睛分别配置一组上述显示屏，并各自显示带有视差的图像即可。实施例4上述实施例3中的显示器分辨率只有20x15,并且用于成像的光线只有主光线，为了显示更高清晰度的图像和扩大人眼的视野，必须提高显示器的分辨率，并充分利用辅光线，最简单的办法是增加外层屏上发光像素和内层屏通光孔的数目，这不仅增加了主光线的数目，而且还可以生成许多辅光线用于成像。但是，随着外层屏的发光像素或内层屏的通光孔数目的增加，如图7所示，Yl是为了显示图像而生成的一条窄光束，由于通光孔A和通光孔B的距离较小，当外层屏上的发光像素D发出光经过通光孔A形成窄光束Y1时，同时也会经过通光孔B形成窄光束Y2，且Y2所携带的亮度、颜色等光学信息与Y1相同，但是，根据前面的叙述可以知道，窄光束Y2在成像时代表角度为(62,cj)2)的像素，显然，在图像显示中，角度为(62,cj)2)的像素未必与Yl所代表的角度为(61,d)l)的像素相同，因此，窄光束Y2是应该避免产生的，实施例3的结构已经不再适用，必须能够控制内层屏上通光孔的打开和关闭，在图7所示的情况下，当需要产生窄光束Y1时，只要关闭通光孔B，就可以避免Y2的产生。基于上面的陈述，本实施例提供了一种显示装置，其外层屏的OLED平面显示屏上分布有800x600个发光像素，每个发光像素的直径为20jam,内层屏采用分辨率为800x600的液晶屏，液晶格点的直径为20jum,其他参数和结构与实施例3相同。在讲述本实施例的显示方法之前，先介绍相干孔和相关区域的概念，所述一个通光孔在外层屏上的相关区域是指，只有该区域内的发光像素发射的光经过该通光孔后形成的窄光束才能入射到人眼表面；如图8所示，通光孔El和通光孔E2的相关区域分别为Kl和K2,当Kl和K2有/^共像素时，我们称通光孔El和E2为相干通光孔。本实施例的双层屏显示装置中，首先输入图像信息，然后根据输入的图像信息，遍历生成所有用于成像的窄光束，完成图像显示；所述图像信息中，包括每个图像像素的角度信息，也还可以包括亮度、颜色和灰度等用于图像显示的信息；上述显示方法中，对于遍历生成所有用于成像的窄光束，可以在同一时间只产生一条用于成像的窄光束，也可以在同一时间产生多条用于成像的窄光束；并且当在同一时间产生多条用于成像的窄光束时，可以在同一时间只打开一个通光孔，也可以在同一时间打开多个通光孔。当在同一时间只打开一个通光孔时，可以在同一时间生成通过该通光孔的显示该幅图像所需的多条窄光束，优选方案是在同一时间生成通过该通光孔的显示该幅图像所需的所有窄光束。当在同一时间打开多个通光孔时，可以将内层屏上所有的通光孔分成若干组，每组内的通光孔彼此不相干，在同一时间打开一组通光孔，遍历打开所有组，实现图^f象的显示。为了进一步详细解释和说明本实施例的显示方法，下面给出三种具体的显示方法第一种显示方法是根据输入的图像信息，每次只产生一条窄光束进行成像，当所有用于成像的窄光束都产生过一遍后，由于人眼的视觉残留现象，就可以观察到一幅完整的图像；该方法的流程图如图9所示，步骤如下(1)首先输入一幅以角度(6i，cj)j)为坐标的数字化的待显示图像；(2)然后在内层屏上选中一个通光孔H;(3)接下来打开选中的孔H，找出孔H在外层屏上的相关区域K，以及区域K内所有像素的集合C;(4)然后从集合C中选中一个像素P;(5)点亮选中的像素P，由P和H搭配所形成的光束角度为(6,小)，像素P的亮度、颜色等光学信息就等于输入的待显示图像在最接近(e，cj))的角度坐标(6i,d)j)上的像素的亮度、颜色等光学信息；(6)判断集合C中全部像素是否都点亮过一次了；如果结论为否，则在集合C中另外选择一个未被点亮过的像素，记为新的像素P，并重复上述步骤(5);如果结论为是，则进行步骤(7);(7)判断内层屏上全部通光孔是否都打开过一次了；如果结论为否，则在内层屏上另外选择一个未被打开过的通光孔，记为新的通光孔H，并重复上述步骤(3)-(6);如果结论为是，则结束显示，该幅图^^的显示完成。第二种显示方法是每次只打开内层屏上的一个通光孔，如图8所示，在使用本实施例的显示装置进行成像时，打开单个通光孔El可以同时生成多条成像所需的窄光束，例如U、LS1、LH1，其中，窄光束Lw、Lei、U分别代表不同角度的像素信息，它们是由外层屏上发光像素Fl、Gl、HI配合通光孔E生成的，所有这样的F1、Gl、HI都位于一个相关区域K1内。这样，每打开一个通光孔，就同时生成通过该通光孔的显示该幅图像所需的所有窄光束，这些窄光束是由外层屏上该通光孔的相关区域内的像素产生的，只要将内层屏上的所有通光孔逐个打开一遍，就完成一幅图像的显示。该显示方法的流程图如图10所示，包括以下步骤(1)输入一幅以角度(6i,cj)j)为坐标的数字化的待显示图像；(2)在内层屏上选中一个通光孔H;(3)打开选中的孔H，找出孔H在外层屏上的相关区域K，以及区域K内所有像素的集合C;(4)依次或者在同一时间内点亮集合C中所有的像素Pk，由Pk和H搭配所形成的光束角度为(6k,d)k),每个像素Pk的亮度、颜色等光学信息等于输入的待显示图像在最接近(6k，4)J的角度坐标(6ik,chk)上的像素的亮度、颜色等光学信息；(5)判断内层屏上全部通光孔是否都打开过一次了，如果结论为否，则在内层屏上另外选择一个未被打开过的通光孔，记为新的通光孔H，并重复上述步骤(3)和(4);如果结论为是，则结束显示，该幅图像的显示完成。第三种显示方法仍可参考图8。为了提高显示的效率，应当在在同一时间内打开尽可能多的通光孔，然而，如果在同一时间内打开相干的通光孔，其结果就会如图7所示那样，产生错误的窄光束，所以，只有不相干的通光孔才能在同一时间内打开。例如，可以将内层屏上所有的通光孔分成若干组，每一组内的通光孔都彼此不相干，进行图像显示时，在同一时间内打开这样的一组通光孔，并通过外层屏上相关区域像素的发光产生显示该幅图像所需的窄光束，只要将内层屏上的所有通光孔逐组打开，就完成了一幅图像的显示。该显示方法的流程图如图11所示，包括以下步骤(1)输入一幅以角度(ei,cf)j)为坐标的数字化的待显示图像；(2)选择内层屏上的一组(多个)彼此无关的通光孔Hq;(3)在同一时间内打开所有选中的通光孔H,,分别找出每个孔Hq在外层屏上的相关区域Kq,以及每个区域Kq内所有像素的集合Cq;(4)对每个集合Cq，依次或者在同一时间内点亮Cq中所有的像素Pqk,由Pqk和Hq搭配所形成的光束角度为(6qk,Cj)qk),每个像素Pqk的亮度、颜色等光学信息等于输入的待显示图像在最接近(e,k,c])j的角度坐标(e一cj)J上的像素的亮度、颜色等光学信息；(5)判断内层屏上全部通光孔是否都打开过一次了，如果结论为否，则在内层屏上另外选择一组(多个)未被打开过的彼此无关的通光孔，记为新的通光孔Hq,并重复上述步骤(3)和(4);如果结论为是，则结束显示，该幅图像的显示完成。本领域技术人员应当能够理解，对于输入的以球坐标的角度来表示的图像，其角度坐标是离散化的，而上述实施例3和实施例4所述的双层屏由于其结构上的原因，所生成的窄光束角度很难恰巧完全等于离散的角度坐标值，例如，输入的图像信息中，相邻的两个像素PI和P2的坐标分別为(10。，20°)和(ll。，20°)，而双层屏所能产生的某窄光束角度为(10.2°,20°)，则本领域技术人员可以根据设计的需要，选择使用该窄光束表示像素PI或不产生该窄光束，或者可以加入图像转换装置，将输入的图像转换成显示屏输入端所能接受的形式，如釆用差值的计算方法，这对本领域技术人员都是熟知的，这里就不再赘述。本领域技术人员还应当理解，虽然实施例l-4给出的都是针对单眼成像的显示装置，但是，只要使用两个本发明的显示装置分别在双眼前方，就可以实现双眼显示，如果使两个显示装置所显示的图像具有一定的视差，就可以实现立体显示。在传统的三维立体显示技术中，人工产生的立体视觉无法达到与自然状态下人眼得到的真实三维视觉完全相同的感觉，从而造成视觉疲劳的困难。其中一大原因是双眼辐辏角和焦点调节不一致。在如图3(a)所示的例子中，三维立体图像中的一个点P3D在分别呈现给左右眼的视差图像中对应Pl和Pr,左眼El到Pl的連幾与右眼Ek到Pa的连线相交于空间点P3。的位置，其夹角5即为双眼辐辏角。辐辏角5引导着眼肌调节焦距到较近的Pm的位置，但为了看清像点，却需要把左右两眼的焦距调节到较远的^和Pk的位置一一正是这一矛盾造成人眼的不适和疲劳。本发明采用近眼窄光束的办法生成像点，人眼只是被动接收光线，其焦距在可能的范围内任意调节对成像质量的影响都是可忽略的。在如图3(b)所示的例子中，三维立体图像中的一个点P3D'是由左右两个近眼显示屏Mt和MR产生的两条光线的反向延长线相交得到的，两光线夹角5'即为双眼辐辏角。辐辏角5'引导眼肌调节焦距到P犯的位置，如前所述，眼睛在这种调焦情形下看到的像也是清晰的，所以此时由双眼辐辏和焦距调节两种机制得到的距离感是完全相同的，这跟自然状态下人眼观察真实三维景物的感觉没有区别，因此不会疲劳，这也是本发明的显示方法带来的另一个有益效果。本发明的显示装置和显示方法是一种强有力的三维立体显示技术，与传统三维显示技术相比，它从原理上消除了双眼辐辏角和焦点调节相矛盾所引起的视觉疲劳，不仅大大拓宽了视野范围、带来强烈的临场感，而且还实现了虚拟世界和真实世界的嵌合显示，是多种虚拟现实应用的基础。在可视化工程设计、科学研究、教育、娱乐、艺术创作、医学诊疗、机器人作业、监控、抢险救灾等诸多领域都大有用武之地。上面只是具体描述了显示装置中显示屏的结构，本领域普通技术人员应当理解，对于具体的一个显示装置，根据各种功能和设计的需要，还可以增加各种功能模块，如用于将输入的图像转换成本发明显示装置所需图像格式的图像转换模块、用于输出/输入声音的音频模块、用于控制和协调显示装置中各个模块工作的控制模块、用于与其他设备之间进行视频、音频等数据交换的无线通信模块、用于对显示装置提供电源的电源模块，用于感知头部和/或肢体运动的传感器模块、以及相关的输入设备等各种功能模块。本发明的显示装置可以作为电视、手机、电脑等数据终端的显示，还可以制作成头戴式显示装置，在便携式个人电子产品、可视化移动通信、单兵作战系统、可视化工程设计、科学研究、教育、娱乐、艺术创作、医学诊疗、机器人作业、监控、抢险救灾等诸多领域都大有用武之地。上面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行了详尽的说明和解释，本领域的技术人员应当理解，上述实施例并非对本发明保护范围的限制，本发明的保护范围以权利要求为准。权利要求1.一种显示装置，包括显示屏，其中，所述显示屏由激光器阵列构成，所述激光器阵列中的激光器根据待显示图像的像素发射相应角度的激光束射入人眼，并在人眼视网膜上成像。2.根据权利要求1所述显示装置，其特征在于，所述激光器发射激光束的横截面直径小于500微米。3.—种权利要求1或2所述显示装置的显示方法，首先输入图像信息，然后使显示屏中每个激光器显示与其角度相应的像素，根据该像素的亮度信息，输出对应激光束，即可对人眼形成一幅图像，所述图像信息中，包括每个图像像素的角度信息。4.一种显示装置，包括显示屏，所述显示屏包括内层屏和外层屏，并且所述内层屏和外层屏位于人眼前方，所述外层屏与人眼的距离大于所述内层屏与人眼的距离；所述内层屏上设有通光孔阵列；所述外层屏上设有发光像素阵列；所述发光像素阵列根据待显示图像发光；所述外层屏上的发光像素与所述内层屏上的通光孔对应，所述发光像素5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述内层屏上的通光孔可以根据待显示图像打开和闭合。6.—种权利要求3-5任一项所述具有双层屏结构的显示装置的显示方法，首先输入图像信息，然后根据输入的图像信息，遍历生成所有用于成像的光束，完成图像显示，所述图像信息中，包括每个图像像素的角度信息。7.根据权利要求6所述的显示方法，其特征在于，在同一时间只产生一条用于成像的光束。8.根据权利要求3或6-7任一项中所述具有双层屏结构的显示装置的显示方法，其特征在于，所述图像信息中还包括每个图像像素的亮度、颜色和灰度信息中的一种或几种。9.一种头戴式显示器，包括两个显示装置，该显示装置为权利要求l-2及权利要求4-5任一所述的显示装置，且分别位于左右眼前方。10.权利要求9所述的头戴式显示器的显示方法，其特征在于，所述两个显示屏分别对左右眼成像。全文摘要本发明提供了一种显示装置及其显示方法，该显示方法中只需输入图像信息，然后根据输入的图像信息，遍历生成所有用于成像的光束，完成图像显示，所述图像信息中，包括每个图像像素的角度信息；本发明的显示装置和显示方法是一种强有力的三维立体显示技术，与传统三维显示技术相比，它从原理上消除了双眼辐辏角和焦点调节相矛盾所引起的视觉疲劳，不仅大大拓宽了视野范围、带来强烈的临场感，而且还实现了虚拟世界和真实世界的嵌合显示，是多种虚拟现实应用的基础。在可视化工程设计、科学研究、教育、娱乐、艺术创作、医学诊疗、机器人作业、监控、抢险救灾等诸多领域都大有用武之地。文档编号G09F9/30GK101414425SQ20071017593公开日2009年4月22日申请日期2007年10月16日优先权日2007年10月16日发明者宋学锋,李江亮申请人:宋学锋;李江亮