可变焦光学成像阵列系统、近眼显示装置及光学系统图像投射方法与流程

1.本技术大致涉及光学显示领域，尤其涉及一种可变焦光学成像阵列系统、近眼显示装置及光学系统图像投射方法。


背景技术：

2.随着计算机技术和显示技术的发展，通过计算机仿真系统来体验虚拟世界的虚拟现实(virtual reality，vr)技术以及将显示内容融合到真实环境背景中的增强现实(augmented reality，ar)技术和混合现实(mixed reality，mr)技术已经迅猛发展。
3.将vr、ar和mr技术与近眼显示结合的近眼vr、ar和mr显示技术是重要的新型显示技术，能够带来前所未有的视觉体验和人机交互感。近眼vr显示技术主要追求浸没式大视场的虚拟显示，而近眼ar和mr显示技术的目的是实现透视式的虚实融合。原则上，用于ar和mr的近眼显示装置，在阻挡外界环境光进入使用者眼睛的情况下，也叫做虚拟现实技术。
4.近眼显示装置通常构造为头盔或眼镜形态的显示装置，用于将微显示芯片显示的图像通过光学系统成像于远处，人眼直接通过该装置看到显示的放大的位于远处的图像，同时结合slam技术实现空间感知定位，通过手势识别、语音识别、眼球跟踪等技术实现交互，是具有重要潜在商业应用价值的、被认为有望“取代智能手机”的新型显示技术。
5.通常，在观看物体时，眼球的整个瞳孔均可作为进光面。来自被观看物体的光线(图像光)入射到瞳孔后，经折射发生汇聚并入射到视网膜上形成相应的像。对于正常视力的人而言，图像光经瞳孔折射后的汇聚点位于视网膜上，由此能够清楚地视物。然而对于近视的人而言，图像光经瞳孔折射后的汇聚点位于视网膜前方，待图像光经过汇聚点继续入射到视网膜上时已经由一个点发散为一个光圈，导致成像发虚，因此视物不清楚。此外，对于远视的人而言，图像光经瞳孔折射后的汇聚点位于视网膜后方，而在实际形成汇聚点前图像光即已入射到视网膜上形成光圈，由此造成视物模糊。
6.如果在被观看物体与瞳孔之间设置一个小孔，则在小孔的限制下，瞳孔接收到的图像光的光束尺寸减小，从而经瞳孔折射后的汇聚角度也相应减小。在此情况下，对于近视/远视的人而言，尽管图像光的汇聚点仍位于视网膜前方/后方，但由于其汇聚角度减小而在视网膜上形成的光圈变小，从而视物相对清楚。即，通过在被观看物体的光路上设置小孔，可使近视/远视的人观看到比不设置小孔时更清晰的像；并且小孔的孔径越小，则观看到的像的清晰度越高。
7.然而，小孔的存在使得大部分来自被观看物体的图像光被遮挡，进入瞳孔的进光量大幅下降，导致成像变暗，亮度不足，对视物效果造成不利影响；并且小孔的孔径越小，则观看到的像的亮度越低。由此可见，通过利用小孔改善近视/远视的人的视物效果，存在成像的清晰度与亮度之间的矛盾。
8.另一方面，在近眼显示下，无论对正常视力、近视或远视的人而言，来自被观看物体的图像光经瞳孔折射后的汇聚点均位于视网膜后方，并且在实际形成汇聚点前图像光即
已入射到视网膜上形成光圈，因此无法清楚地视物。与前述类似，当在被观看物体与瞳孔之间设置小孔时，经小孔遮挡的图像光在视网膜上形成的光圈变小，从而可在一定程度上改善成像的清晰度。然而，此时同样存在成像的清晰度与亮度难以兼顾的问题。在近眼显示下，为了使图像光在视网膜上形成的光圈减小至人眼识别的极限，从而无限接近一个点，将无可避免地导致成像的亮度过低而难以观看。
9.因此，迫切地需要开发一种光学组件，所述光学组件在使用小孔下能够兼顾成像的清晰度和亮度，改善不同视力水平的人在近眼显示下的视物效果，并且具有轻巧紧凑的结构。


技术实现要素：

10.本技术的目的是提供一种可变焦光学成像阵列系统以及基于该可变焦光学成像阵列系统的近眼显示装置和光学系统图像投射方法，其至少部分地解决了现有技术中存在的上述问题。
11.根据本技术的一个方面，提供一种可变焦光学成像阵列系统，包括：
12.光学成像阵列组件，包括微显示器阵列以及沿图像光传播方向位于其下游的小孔阵列和微透镜阵列，所述小孔阵列和微透镜阵列相邻设置，所述微显示器阵列、小孔阵列和微透镜阵列分别包括数量相同的多个微显示器、小孔和微透镜，所述多个微显示器、多个小孔和多个微透镜一一对应，形成相应的光通道，所述微显示器可发出图像光；
13.控制单元，与所述光学成像阵列组件耦合，并配置成可改变微显示器阵列与微透镜阵列的间距，以适用于不同视力水平的人；和
14.图像处理单元，与所述光学成像阵列组件耦合，并配置成可根据微显示器阵列与微透镜阵列的间距调整微显示器中的显示，使得每个微显示器发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后入射到瞳孔，在视网膜的预定区域处成像。
15.在本技术的一个实施方案中，所述微显示器阵列中的多个微显示器各自显示图像源经拆解后的多个子图像源，其中每个微显示器发出的显示对应子图像源的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后入射到瞳孔，在视网膜的预定区域处形成子图像，所述子图像组成与所述图像源对应的图像。
16.在本技术的一个实施方案中，所述图像处理单元配置成可根据微显示器阵列与微透镜阵列的间距变化，改变图像源的拆解方式，并将重新得到的多个子图像源在对应的微显示器中显示，使得所述子图像源各自形成的子图像仍组成与所述图像源对应的图像。
17.在本技术的一个实施方案中，所述可变焦光学成像阵列系统配置成，使得由图像源拆解的所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布。
18.在本技术的一个实施方案中，所述控制单元与微显示器阵列耦合，通过控制所述微显示器阵列移动而改变其与微透镜阵列的间距；
19.或者，所述控制单元与微透镜阵列耦合，通过控制所述微透镜阵列移动而改变其与微显示器阵列的间距；
20.或者，所述控制单元分别与微显示器阵列和微透镜阵列耦合，通过控制所述微显示器阵列和微透镜阵列移动而改变两者的间距。
21.在本技术的一个实施方案中，所述控制单元包括与微显示器阵列和/或微透镜阵列螺纹连接的螺杆，通过所述螺杆的旋转使所述微显示器阵列和/或微透镜阵列移动；
22.或者，所述控制单元包括与微显示器阵列和/或微透镜阵列耦合的微电机，通过所述微电机驱动所述微显示器阵列和/或微透镜阵列移动。
23.在本技术的一个实施方案中，所述图像处理单元包括测量模块、计算模块和拆解模块，其中，
24.所述测量模块配置成可测量微显示器阵列与微透镜阵列的间距；
25.所述计算模块配置成可将所述微显示器阵列与微透镜阵列的间距数据，转换为界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组；
26.所述拆解模块配置成可根据所述界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组，将图像源拆解为子图像源。
27.在本技术的一个实施方案中，所述测量模块配置成由微显示器阵列和微透镜阵列中之一者向另一者发射光束并接收经后者反射的光束，通过检测光束从发射到接收的时间或发射光与反射光的相位差来测量微显示器阵列与微透镜阵列的间距，其中所述光束选自激光或红外光。
28.在本技术的一个实施方案中，所述计算模块配置成接收来自测量模块的微显示器阵列与微透镜阵列的间距数据，并经计算将其转换为拟在微显示器阵列的微显示器中显示的区域的位置和尺寸的数组。
29.在本技术的一个实施方案中，所述拆解模块配置成接收来自计算模块的拟在微显示器阵列的微显示器中显示的区域的位置和尺寸的数组，依此将图像源拆解为具有预定间隔的多个部分，其中每个部分包含对应像素的颜色信息和/或亮度信息，由此形成多个子图像源。
30.在本技术的一个实施方案中，所述拆解模块与微显示器阵列耦合，将经由图像源拆解得到的子图像源在所述微显示器阵列的微显示器中显示。
31.在本技术的一个实施方案中，所述微显示器阵列与微透镜阵列沿垂直于两者的方向的距离可在f
±
δf的范围内改变，其中f表示所述微透镜阵列中的微透镜的焦距，在1～20mm的范围内；δf的范围为0<δf≤0.5f。
32.在本技术的一个实施方案中，所述微显示器阵列与微透镜阵列沿垂直于两者的方向的距离在0.5～30mm的范围内。
33.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，小孔阵列沿图像光传播方向位于微透镜阵列的上游或下游。
34.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，微显示器阵列位于微透镜阵列的焦平面处或焦平面附近，使得微显示器发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后，形成平行或近似平行的光束；
35.或者，微显示器阵列位于微透镜阵列的焦平面以内，使得微显示器发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后，形成相对于平行光束呈发散的光束；
36.或者，微显示器阵列位于微透镜阵列的焦平面以外，使得微显示器发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后，形成相对于平行光束呈汇聚的光束。
37.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，微显示器阵列包括整
体覆盖有像素点的微显示装置，所述微显示装置配置成可根据指令控制其指定区域中的像素点发光而其他区域中的像素点不发光，其中发光的区域对应于微显示器。
38.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，微显示器阵列中的多个微显示器沿第一方向以及与所述第一方向垂直的第二方向呈矩形排布。
39.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，小孔阵列与瞳孔的中心沿垂直于所述小孔阵列的方向的距离在5～30mm的范围内；
40.在所述光学成像阵列组件中，微显示器阵列包括的微显示器的总数量大于等于2，微显示器阵列在所述第一方向或第二方向上包括的微显示器的数量在1～10的范围内。
41.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，瞳孔的直径与串扰安全距离的比值在0.2～0.6的范围内，其中所述串扰安全距离表示瞳孔的中心与另一瞳孔的中心沿所述第一方向或第二方向的距离；
42.在所述光学成像阵列组件中，在所述第一方向或第二方向上，微显示器的长度与相邻微显示器的中点间距的比值在0.2～0.6的范围内。
43.在本技术的一个实施方案中，在所述光学成像阵列组件中，光通道之间设置有实体边界以减轻串扰。
44.根据本技术的另一个方面，提供一种近眼显示装置，包括如上所述的可变焦光学成像阵列系统。
45.在本技术的一个实施方案中，所述近眼显示装置包括两个所述可变焦光学成像阵列系统，分别用于为使用者的左眼和右眼显示相应的图像。
46.在本技术的一个优选实施方案中，所述两个可变焦光学成像阵列系统分别针对使用者的左眼和右眼的视力水平，独立地实施成像过程。
47.根据本技术的又一个方面，提供一种光学系统图像投射方法，包括以下步骤：
48.s1：提供微显示器阵列以及沿图像光传播方向位于其下游的小孔阵列和微透镜阵列，所述小孔阵列和微透镜阵列相邻设置，所述微显示器阵列、小孔阵列和微透镜阵列分别包括数量相同的多个微显示器、小孔和微透镜，所述多个微显示器、多个小孔和多个微透镜一一对应，形成相应的光通道；
49.s2：监测微显示器阵列与微透镜阵列的间距；
50.s3：根据微显示器阵列与微透镜阵列的间距，将图像源拆解为多个子图像源，在每个微显示器中显示其中一个子图像源；
51.s4：使每个微显示器发出的显示对应子图像源的图像光，经对应的小孔遮挡及微透镜调制后入射到瞳孔，各自在视网膜的预定区域处形成子图像；
52.s5：使所述子图像组成与所述图像源对应的图像。
53.在本技术的一个实施方案中，所述方法还包括以下步骤：
54.s6：改变微显示器阵列与微透镜阵列的间距；
55.s7：当监测到微显示器阵列与微透镜阵列的间距变化时，改变图像源的拆解方式，使得重新得到的多个子图像源各自形成的子图像仍组成与所述图像源对应的图像。
56.在本技术的一个实施方案中，所述步骤s2和s7各自包括：
57.由微显示器阵列和微透镜阵列中之一者向另一者发射光束并接收经后者反射的光束，通过检测光束从发射到接收的时间或发射光与反射光的相位差，测量微显示器阵列
与微透镜阵列的间距，其中所述光束选自激光或红外光。
58.在本技术的一个实施方案中，所述步骤s3和s7各自包括：
59.将微显示器阵列与微透镜阵列的间距数据转换为界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组；
60.根据所述界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组，将图像源拆解为具有预定间隔的多个部分，其中每个部分包含对应像素的颜色信息和/或亮度信息，形成多个子图像源。
61.在本技术的一个实施方案中，所述步骤s6包括：
62.通过与微显示器阵列和/或微透镜阵列螺纹连接的螺杆的旋转，或通过与微显示器阵列和/或微透镜阵列耦合的微电机的驱动，使所述微显示器阵列和/或微透镜阵列移动。
63.在本技术的一个实施方案中，所述方法通过如上所述的可变焦光学成像阵列系统或近眼显示装置实施。
64.根据本技术的光学成像阵列组件，其通过拆解图像源并利用小孔和微透镜阵列结构重新组合成像，可在确保近眼显示下成像清晰度的同时提高亮度，并使得不同视力水平的人均能够看到清晰的成像，此外还可显著减小光学模组的尺寸。
65.根据本技术的可变焦光学成像阵列系统，其通过将所述光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距构造为可变结构，并配合以预定方式拆解图像源，可实现对入射到瞳孔的图像光相对于平行光束的发散/汇聚程度的连续调节，从而能够同时满足不同视力水平的人的使用需求，具有改善的适用性和便利性。
附图说明
66.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
67.图1示出了使用不同的光学器件在近眼显示下的成像过程对比，其中(a)为使用小孔的成像过程，(b)为使用小孔 微透镜组合的成像过程；
68.图2示出了本技术中不同视力水平的人在近眼显示下的成像过程对比，其中(a)为正常视力的人的成像过程，(b)为近视的人的成像过程，(c)为远视的人的成像过程；
69.图3示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件的三维结构；
70.图4示出了根据本技术使小孔阵列和微透镜阵列相邻设置的具体方式，其中(a)中微透镜贴附在小孔边缘处，(b)中微透镜通过腔体容置整体置于小孔阵列相邻处，(c)中微透镜嵌入小孔中；
71.图5示出了根据本技术一个实施方案的微显示器阵列的正面结构；
72.图6示出了根据本技术一个实施方案的图像源拆解和组合成像的过程，其中(a)为由图像源拆解成子图像源，(b)为由子图像组成图像；
73.图7示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件由图像源形成图像的光路示意图；
74.图8示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件在视网膜上成像的视场角角度分解示意图；
75.图9示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件的结构参数；
76.图10示出了根据本技术一个实施方案的图像处理单元的结构，以及该图像处理单元与光学成像阵列组件的连接方式；
77.图11示出了根据本技术一个实施方案的可变焦光学成像阵列系统，其中控制单元与微显示器阵列耦合，以及该系统在不同视力水平的人使用下的成像过程，其中(a)为正常视力的人使用下的成像过程，(b)为近视的人使用下的成像过程，(c)为远视的人使用下的成像过程；和
78.图12示出了根据本技术一个实施方案的可变焦光学成像阵列系统，其中控制单元与微透镜阵列耦合，以及该系统在不同视力水平的人使用下的成像过程，其中(a)为正常视力的人使用下的成像过程，(b)为近视的人使用下的成像过程。
具体实施方式
79.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
80.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
81.本技术中，对于在近眼显示下观看物体，在利用小孔提高成像清晰度的同时，还在小孔的相邻处设置微透镜。根据本技术使用小孔 微透镜组合具有诸多有利之处：
82.第一，使用小孔 微透镜组合，与仅使用小孔相比，可更好地兼顾成像的清晰度和亮度。图1(a)示出了仅使用小孔在近眼显示下观看物体的成像过程。如图1(a)所示，物点o发出的图像光经小孔ch遮挡后形成以cl
a
和cl
b
为边界光线的发散光束，该光束入射到瞳孔并经其折射而发生汇聚。在近眼显示下，无论对正常视力、近视或远视的人而言，经折射的光束的汇聚点均位于视网膜后方，而在形成该汇聚点之前，折射光束即已入射到视网膜上并成像。参见图1(a)，边界光线cl
a
和cl
b
在视网膜上的入射点分别为cp
a
和cp
b
，由此对应于物点o，眼球实际看到的成像为由入射点cp
a
和cp
b
限定的光圈。图1(b)示出了使用小孔 微透镜组合在近眼显示下观看物体的成像过程，其中小孔h和微透镜m相邻设置，且小孔h的孔径大于图1(a)中的小孔ch。如图1(b)所示，物点o发出的图像光首先经小孔h遮挡形成以l
a
'和l
b
'为边界光线的发散光束，此时由于小孔h的孔径大于图1(a)中的小孔ch，该光束经瞳孔折射在视网膜上形成的光圈将相应大于图1(a)中由入射点cp
a
和cp
b
限定的光圈。即对应于物点o，仅增大小孔的孔径将看到清晰度下降的光圈。然而，图1(b)中，在小孔h的相邻处还设置有微透镜m，其使得以l
a
'和l
b
'为边界光线的光束沿图中箭头方向向内偏折，从而在穿过微透镜m后形成以l
a
和l
b
为边界光线的、发散角度减小的光束，并经瞳孔折射在视网膜上形成由入射点p
a
和p
b
限定的尺寸相应减小的光圈。通过对比可见，在合适设置下，图1(b)中由p
a
和p
b
限定的光圈与图1(a)中由cp
a
和cp
b
限定的光圈的尺寸可以相当；而由于图1(b)中小孔的孔径更大，因此其成像的亮度可高于图1(a)。由此，根据本技术使用小孔 微透镜组合，可在确保近眼显示的成像清晰度的同时改善成像的亮度。
83.第二，使用小孔 微透镜组合，与仅使用小孔相比，可提高成像的清晰度，并可改善针对不同视力水平的适应性。图2(a)示出了使用小孔 微透镜组合针对正常视力的人在近
眼显示下的成像过程，其中小孔h和微透镜m相邻设置，且微透镜m设置在距离物点o等于其1倍焦距(＝f)处。如图2(a)所示，物点o发出的图像光经小孔h遮挡后入射到微透镜m上，此时由于物点o位于微透镜m的1倍焦距处，因而其经调制形成平行光束，对于正常视力的人而言，该平行光束经瞳孔折射后汇聚到视网膜上的一点，由此形成清晰的像。图2(b)示出了使用小孔 微透镜组合针对近视的人在近眼显示下的成像过程，其中小孔h和微透镜m相邻设置，且微透镜m设置在距离物点o小于其1倍焦距(<f)处。对于近视的人而言，来自外界的平行光束通常经瞳孔折射后汇聚于视网膜前方，并在穿过汇聚点后继续发散入射到视网膜上，由此在视网膜上形成光圈。在此情况下，如图2(b)所示，可减小微透镜m与物点o的距离，使得物点o位于微透镜m的1倍焦距以内，因而其发出的图像光经小孔h遮挡后，经微透镜m调制形成相对于平行光束呈一定程度发散的光束。此时，该光束经瞳孔折射后形成的汇聚点相较于以平行光束入射向后方移动，由此在设置合适的情况下，可使汇聚点移动至视网膜上，从而形成清晰的像。图2(c)示出了使用小孔 微透镜组合针对远视的人在近眼显示下的成像过程，其中小孔h和微透镜m相邻设置，且微透镜m设置在距离物点o大于其1倍焦距(>f)处。对于远视的人而言，来自外界的平行光束通常经瞳孔折射后汇聚于视网膜后方，并在实际形成汇聚点前即已入射到视网膜上，由此在视网膜上形成光圈。在此情况下，如图2(c)所示，可增大微透镜m与物点o的距离，使得物点o位于微透镜m的1倍焦距以外，因而其发出的图像光经小孔h遮挡后，经微透镜m调制形成相对于平行光束呈一定程度汇聚的光束。此时，该光束经瞳孔折射后形成的汇聚点相较于以平行光束入射向前方移动，由此在设置合适的情况下，可使汇聚点移动至视网膜上，从而形成清晰的像。由此，根据本技术使用小孔 微透镜组合，可通过结构调整使得不同视力水平的人在近眼显示下均能够看到清晰的成像。
84.此外，使用小孔 微透镜组合，与使用常规透镜相比，可实现对光学模组的结构优化。通常，透镜的焦距与口径有关，即透镜的口径越大则焦距越大。在小孔 微透镜组合的情况下，首先通过小孔进行遮挡，使得图像源发出的图像光的光束尺寸大幅度降低；此时，即可选择使用微透镜对图像光进行调制，而无需使用常规透镜。由于微透镜的口径和焦距远小于常规透镜，因而允许将图像源设置得更近，从而可在很大程度上减小光学模组的尺寸(例如厚度)。由此，根据本技术使用小孔 微透镜组合，可有效改进光学模组的结构，从而有利于改善相关产品的外观、重量以及使用体验等。
85.最后，通过单个的小孔 微透镜组合所能够观看的物体尺寸仍然是相对有限的。当目标物体(例如图像源)的尺寸较大时，根据本技术，可将其拆解为多个部分，同时使用设置有多个小孔和多个微透镜的阵列结构，通过每个小孔 微透镜组合对目标物体的相应部分进行成像，并将这些成像重新组合为与目标物体对应的完整图像。本技术即基于上述发明构思作出。
86.本技术中，除非特别说明，表述“多个”通常意指为两个以上，即数量≥2。
87.本技术中，出于方便描述和理解考虑，采用如各附图所示的简化等效模型替代人眼的实际结构，其中将人眼的折光系统简化为一个整体单透镜，并将该整体单透镜的口径设置为等于人眼的瞳孔直径，使得瞳孔可理解为被整合至所述整体单透镜中而无需刻意区分。在此情况下，在本技术的上下文中，有时会以“瞳孔”代表上述整体单透镜或其中的相关部件以简化表述。例如，将光线经角膜和/或晶状体折射表述为“经瞳孔折射”，以及将所述整体单透镜的光心表述为“瞳孔中心”等，本领域技术人员对此应根据具体情况合适地理
解。
88.本技术的第一方面涉及一种光学成像阵列组件。所述光学成像阵列组件的三维结构如图3所示。
89.参见图3，光学成像阵列组件am包括微显示器阵列11、小孔阵列12和微透镜阵列13，其中小孔阵列12和微透镜阵列13相邻设置，且位于微显示器阵列11沿图像光传播方向的下游。
90.微显示器阵列11包括多个微显示器110，其中微显示器110排布形成阵列。小孔阵列12包括多个小孔120，其中小孔120的数量与微显示器110相同，并按照与微显示器110相同的方式排布形成阵列。微透镜阵列13包括多个微透镜130，其中微透镜130的数量与微显示器110相同，并且按照与微显示器110相同的方式排布形成阵列。微显示器110、小孔120和微透镜130一一对应，即每个微显示器110及其对应的小孔120和微透镜130形成一个光通道。
91.微显示器阵列11整体上显示图像源s，其中每个微显示器110显示图像源s经拆解后的一部分，即子图像源s
i
。微显示器110发出的显示子图像源s
i
的图像光经对应的小孔120遮挡及微透镜130调制后入射到瞳孔，并在视网膜的预定区域处形成子图像f
i
。所有子图像源s
i
各自形成的子图像f
i
组成图像f，与图像源s对应。
92.根据本技术，对于微显示器阵列11中微显示器110的类型没有特别限制。例如，微显示器110可为自身发光的led、oled或mled等。或者，微显示器110可为自身不发光的dmd、lcos或lcd等，在此情况下，需要配备用于外部照明的光源，包括但不限于例如激光光源、led光源或oled光源等。
93.根据本技术，对于小孔阵列12的实现方式没有特别限制，只要其能够合适地提供小孔120即可。在此基础上，可进一步通过优化设计来控制小孔120的尺寸和具体位置分布。在本技术的一个实施方案中，小孔阵列12以包括多个小孔120的光阑的形式实现。在本技术的一个实施方案中，小孔阵列12采用平面形式，其中所有小孔120均处于同一高度。
94.根据本技术，对于小孔阵列12和微透镜阵列13的设置顺序没有特别限制，只要使两者相邻设置即可。在本技术的一个实施方案中，沿图像光传播方向依次设置微显示器阵列11、小孔阵列12和微透镜阵列13。在本技术的另一个实施方案中，沿图像光传播方向依次设置微显示器阵列11、微透镜阵列13和小孔阵列12。下文中，将仅以图像光依次通过小孔阵列12和微透镜阵列13的情况进行描述。
95.根据本技术，对于使小孔阵列12和微透镜阵列13相邻设置的方式没有特别限制，只要能够将两者固定在对应位置处即可。在此基础上，可进一步通过优化设计来设置两者的具体位置，从而实现清晰的成像。作为一种具体实施方式，如图4(a)所示，可将微透镜130贴附(例如粘贴)在对应小孔120的边缘处。作为一种替换的实施方式，如图4(b)所示，可将微透镜130置于相应形状的透明腔体(例如塑料壳)中，并将所述腔体整体置于小孔阵列12的相邻处。或者，如图4(c)所示，还可将微透镜130从沿图像光传播方向的上游或下游嵌入对应的小孔120中。
96.根据本技术，当改变小孔阵列12和微透镜阵列13中之一者与微显示器阵列11的相对位置时，另一者应被理解为自然地随前者改变位置，后文中对此不再特别说明。
97.在本技术的一个实施方案中，微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面处或焦
平面附近，使得微显示器110发出的图像光经其对应的微透镜130调制后，形成平行或近似平行的光束。
98.在本技术的另一个实施方案中，微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面以内，使得微显示器110发出的图像光经其对应的微透镜130调制后，形成相对于平行光束呈一定程度发散的光束。
99.在本技术的又一个实施方案中，微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面以外，使得微显示器110发出的图像光经其对应的微透镜130调制后，形成相对于平行光束呈一定程度汇聚的光束。
100.在本技术的一个实施方案中，如图3所示，各微显示器110之间通过一定的间隔区域相互隔开，其中所述间隔区域例如为非透光区域。
101.图5示出了根据本技术一个实施方案的微显示器阵列11的正面结构，其中包括9个微显示器110，并按照3
×
3矩形排布。本领域技术人员应当理解，图5所示排布方式仅为举例。根据本技术，微显示器阵列11中的微显示器110可采用各种常见的排布方式，包括一维阵列排布的方式(例如全部微显示器110排布成一行)，也可以是二维阵列排布的方式；另外，该阵列可为规则排布的阵列(如图3和图5中所示地)，也可为非规则排布的阵列，本领域技术人员可根据实际的场景和需求来自由设定而无需付出创造性劳动。本技术中，优选采用矩形排布的方式。并且，在按照a
×
b矩形排布(其中a和b分别为沿图3中y轴和x轴方向的微显示器的数量)的情况下，a和b可相同或不同。当微显示器110按照a
×
b矩形排布时，将图像源s相应拆解为a
×
b个区域(即子图像源s
i
)，其中每个区域作为图像源s的一部分，由a
×
b个微显示器110中的一个显示。在设置合适的情况下，可使每个微显示器110显示的子图像源s
i
在视网膜的预定位置处形成对应的子图像f
i
，并且这些子图像f
i
组成与图像源s对应的完整图像f。
102.图6示出了根据本技术一个实施方案的图像源拆解和组合成像的过程，其中图6(a)示出了图像源s拆解成的9个子图像源s1～s9；图6(b)示出了通过本技术的光学成像阵列组件在视网膜上所形成的图像f，其实际上由f1～f9的9个子图像组成(图中虚线仅为出于示意性目的绘制)。
103.根据本技术，微显示器阵列11及其包括的微显示器110可以多种方式实现。在本技术的一个实施方案中，微显示器阵列11通过将多个独立的微显示器110设置在基底上而得到。在由图像源s拆解的各子图像源s
i
的数量、位置和尺寸均唯一的情况下，可简单地将同样数量、位置和尺寸的微显示器110固定在基底上。然而在更多情况下，为了适用不同的图像源拆解方式(子图像源s
i
的数量、位置和/或尺寸发生变化)，需增大微显示器阵列11中可用于显示的区域，使得其中各微显示器110的尺寸不小于待显示的子图像源s
i
的最大尺寸，且各微显示器110的间距不大于待显示的子图像源s
i
的最小间距。就此而言，在本技术的一个优选实施方案中，微显示器阵列11通过指定整体覆盖有像素点的微显示装置中的部分区域工作而其他区域不工作的方式实现，其中，微显示器阵列11根据接收到的指令控制其特定区域中的像素点发光而其他区域中的像素点不发光，此处发光的区域即相当于所述微显示器，不发光的区域即相当于所述间隔区域。
104.因此，本技术中对于微显示器诸如数量、位置和尺寸等参数的描述，通常也可理解为对于该微显示器所对应的子图像源的相应参数的描述。下文中，除非特别说明，对于有关
“
微显示器”和“子图像源”的描述不作单独区分，例如术语“微显示器尺寸”与“子图像源尺寸”、“微显示器间距”与“子图像源间距”以及“微显示器的数量”与“子图像源的数量”等均可互换使用，本领域技术人员对此应当灵活地理解。
105.以下将描述本技术的光学成像阵列组件在视网膜上成像的光学过程。本领域技术人员能够理解，在图3所示的z-y坐标系和z-x坐标系下的光学成像过程是相同或相似的。下文中，出于表述方便，将仅在二维平面(z-y坐标系)下进行描述和限定。在此情况下，有时可能会出于简明的目的而省略诸如“沿z轴方向”和“沿y轴方向”等表述，本领域技术人员对此应当灵活地理解。
106.另外，由于本技术的光学成像阵列组件在图3所示的z-y坐标系和z-x坐标系下的光学成像原理是相通的，因此在不引入坐标系的描述下，也可将图3中的y轴方向和x轴方向中的任一个非特指地表述为“第一方向”，此时两者中的另一个自然表述为“第二方向”，本领域技术人员对此应当合适地理解。
107.图7示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件由图像源形成图像的光路过程。如图7中所示，光学成像阵列组件am包括沿图像光传播方向依次设置的微显示器阵列11、小孔阵列12和微透镜阵列13，其中微显示器阵列11包括微显示器111、112和113，分别显示子图像源s1、s2和s3，小孔阵列12包括小孔121、122和123，微透镜阵列13包括微透镜131、132和133，所述微显示器、小孔和微透镜一一对应。以微显示器111为例，其中一个像素点首先发出光束l1；光束l1在穿过小孔121的过程中经其遮挡形成光束尺寸减小的光束l2；光束l2随后入射到微透镜131上，经其调制形成平行或近似平行的光束l3；光束l3其后入射到瞳孔，经瞳孔折射在视网膜上的k1区域形成相应的像点。如此，微显示器111中的全部像素点在视网膜上k1区域共同形成子图像f1。与上述过程类似地，显示子图像源s2的微显示器112发出的图像光经小孔122遮挡及微透镜132调制，在视网膜上的k2区域形成子图像f2；显示子图像源s3的微显示器113发出的图像光经小孔123遮挡及微透镜133调制，在视网膜上的k3区域形成子图像f3。
108.基于相同的原理，在z-x坐标系下的成像过程与上述在z-y坐标系下类似。由此，本技术的光学成像阵列组件能够实现沿y轴方向和x轴方向对图像源进行拆解并在视网膜上重新组合成像的光学过程。
109.此处需要说明的是，图7所示实施方案示出的是微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面处或焦平面附近，从而适用例如正常视力的人的情况。然而，本技术并不局限于此。根据本技术，光学成像阵列组件am也可设置为其中微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面以内/以外，使得图7中的光束l2经微透镜131调制后形成相对于平行光束呈一定程度发散/汇聚的光束，从而适用于例如近视/远视的人。这些实施方案均在本技术的范围内，其与图7所示的实施方案在原理上是相通的。下文中，将同样出于表述简明的目的而仅就适用正常视力的人的情况进行描述，对于适用其他视力水平的人的实施方案，可如上所述地通过改变微显示器阵列与微透镜阵列的间距以及调制光束的发散/汇聚程度而相应得到。
110.本领域技术人员应当理解，在上述光学成像过程中，为了能够显示与图像源完全对应的图像，在视网膜上形成的各个子图像的边界需要合适地彼此对接。如果子图像的间距过小，则可能观看到重叠图像区域；如果子图像的间距过大，则可能观看到无图像区域。
为此，需要对本技术的光学成像阵列组件的结构和参数进行合理设置。
111.从视场角(fov)的角度而言，眼球能够观看到清晰、完整的图像，可理解为在以瞳孔为顶点的视场角范围内，由图像源发出的光线形成入射角度的连续分布。本技术中，将图像源拆解为多个子图像源，其中每个子图像源发出的光线通过对应的小孔和微透镜入射到瞳孔，构成瞳孔接收的整个入射角度的一部分。即，根据本技术，由图像源拆解的每个子图像源在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成一个角度分量，这些角度分量的总和构成整个视场角。在此情况下，同样要求所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布。
112.具体而言，在以瞳孔为顶点的视场角范围内，相邻的角度分量之间应恰好对接，既不能有空白角度分量(导致子图像间距过大而观看到无图像区域)，也不能有重叠角度分量(导致子图像间距过小而观看到重影区域)。因此，为了能够观看到与图像源完全对应的图像，应使得构成视场角的每个角度分量的边界光线与相邻角度分量的边界光线重合。
113.图8示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件在视网膜上成像的视场角角度分解。如图8所示，光学成像阵列组件am包括沿图像光传播方向依次设置的微显示器阵列11、小孔阵列12和微透镜阵列13，其中小孔阵列12和微透镜阵列13相邻设置。微显示器阵列11包括微显示器111、112和113，小孔阵列12包括小孔121、122和123，微透镜阵列13包括微透镜131、132和133，所述微显示器、小孔和微透镜一一对应。图像源s拆解为3个子图像源s1、s2和s3，分别在微显示器111、112和113中显示。
114.参见图8，微显示器111发出的图像光经小孔121遮挡及微透镜131调制后入射到瞳孔，其边界光线分别为l
11
和l
12
。由边界光线l
11
和l
12
限定的图像光的主方向与眼轴ao的夹角为α1，且边界光线l
11
和l
12
与眼轴ao的夹角分别为和
115.此处及下文中，术语“眼轴”可一般性地理解为人眼观看物体时的视线的主方向或中心方向。
116.图8中还以虚线绘制了光线l
11
'，其为通过瞳孔中心(相当于单透镜光心)且与光线l
11
平行的光线。l
11
'通过瞳孔中心后沿图像光传播方向的延长线与视网膜的交点为a1，此时由于l
11
和l
11
'为平行光线，两者通过瞳孔后将汇聚于一点，即a1点。类似地，以虚线绘制的光线l
12
'通过瞳孔中心且与光线l
12
平行，其在通过瞳孔中心后沿图像光传播方向的延长线与视网膜的交点为a2，从而光线l
12
通过瞳孔后汇聚于a2点。
117.由此，微显示器111发出的由边界光线l
11
和l
12
限定的图像光在成像上，可等效于由边界光线l
11
'和l
12
'所限定的光束，该等效光束的顶点为瞳孔中心，且在以瞳孔为顶点的视场角范围内的角度分量为至并且，微显示器111发出的由边界光线l
11
和l
12
限定的图像光在视网膜上的入射区域为a1点与a2点之间，其在该区域内形成子图像f1，与子图像源s1对应。
118.与上述类似地，微显示器112发出的图像光经小孔122遮挡及微透镜132调制后入射到瞳孔，其边界光线分别为l
21
和l
22
。由边界光线l
21
和l
22
限定的图像光的主方向与眼轴ao的夹角为α0，且边界光线l
21
和l
22
与眼轴ao的夹角分别为和以虚线绘制的光线l
21
'和l
22
'通过瞳孔中心且分别与光线l
21
和l
22
平行，其通过瞳孔中心后沿图像光传播方向的延长线与视网膜的交点分别为b1和b2，从而光线l
21
和l
22
通过瞳孔后分别汇聚于b1点
和b2点。由此，微显示器112发出的由边界光线l
21
和l
22
限定的图像光在成像上，可等效于由边界光线l
21
'和l
22
'所限定的光束，该等效光束的顶点为瞳孔中心，且在以瞳孔为顶点的视场角范围内的角度分量为至并且，微显示器112发出的由边界光线l
21
和l
22
限定的图像光在视网膜上的入射区域为b1点与b2点之间，其在该区域内形成子图像f2，与子图像源s2对应。
119.与上述类似地，微显示器113发出的图像光经小孔123遮挡及微透镜133调制后入射到瞳孔，其边界光线分别为l
31
和l
32
。由边界光线l
31
和l
32
限定的图像光的主方向与眼轴ao的夹角为α-1
，且边界光线l
31
和l
32
与眼轴ao的夹角分别为和以虚线绘制光线l
31
'和l
32
'通过瞳孔中心且分别与光线l
31
和l
32
平行，其通过瞳孔中心后沿图像光传播方向的延长线与视网膜的交点分别为c1和c2，从而光线l
31
和l
32
通过瞳孔后分别汇聚于c1点和c2点。由此，微显示器113发出的由边界光线l
31
和l
32
限定的图像光在成像上，可等效于由边界光线l
31
'和l
32
'所限定的光束，该等效光束的顶点为瞳孔中心，且在以瞳孔为顶点的视场角范围内角度分量为至并且，微显示器113发出的由边界光线l
31
和l
32
限定的图像光在视网膜上的入射区域为c1点与c2点之间，其在该区域内形成子图像f3，与子图像源s3对应。
120.由图8可见，等效光线l
11
'、l
12
'、l
21
'、l
22
'、l
31
'和l
32
'均通过瞳孔中心，且共同构成以瞳孔为顶点的视场角范围。显然，为使由图像源拆解的所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布，其中相邻的角度分量之间恰好对接，应通过调整使得等效光线l
12
'与l
21
'重合以及等效光线l
22
'与l
31
'重合，从而使得视网膜上a2点与b1点重合以及b2点与c1点重合。在此情况下，微显示器111、微显示器112和微显示器113发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成的入射光束，等效于以瞳孔为顶点且以等效光线l
11
'和l
32
'为边界的入射角度连续分布的入射光束；并且其在视网膜上的a1点与c2点之间的区域内形成由子图像f1、f2和f3共同组成的图像，该图像与图像源中的子图像源s1、s2和s3对应，且不含无图像区域或重影区域。
121.在图8所示的实施方案中，本技术的光学成像阵列组件包括3个微显示器以及对应的小孔和微透镜，并且具有对称结构。然而本领域技术人员应当理解，上述结构仅是出于方便描述考虑示出的简化情况。在该结构的基础上，微显示器(以及对应的小孔和微透镜)的数量不限于3个，也可包括更多或更少数量的微显示器(以及对应的小孔和微透镜)。并且，本技术的光学成像阵列组件在结构上并非必须对称，例如其中各个微显示器和小孔的尺寸和间距可以相同或不同。当然，从诸如结构规整性以及加工效率等方面考虑，将各个微显示器和小孔的尺寸和间距设置成相同可能是优选的。尽管如此，那些基于上述基本结构的简单变形和局部调整均在本技术的范围内。
122.通过以上关于图像源拆解及组合成像的描述，本领域技术人员能够理解，为了实现预期的光路，即使得由图像源拆解的所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布，需要对本技术的光学成像阵列组件的结构和参数进行合理设置。
123.图9示出了根据本技术一个实施方案的光学成像阵列组件的结构参数。如图9所示，光学成像阵列组件am包括沿图像光传播方向依次设置的微显示器阵列11、小孔阵列12
和微透镜阵列13，其中微显示器阵列11包括微显示器111、112和113，小孔阵列12包括小孔121、122和123，微透镜阵列13包括微透镜131、132和133，所述微显示器、小孔和微透镜一一对应，各自形成光通道。
124.图9中标示的结构参数的含义说明如下：d1表示微显示器沿y轴方向的长度(以下简称微显示器尺寸)；p1表示相邻微显示器的中点沿y轴方向的距离(以下简称微显示器间距)；p0表示相邻小孔的中点沿y轴方向的距离(以下简称小孔间距)；l
da
表示微显示器阵列与小孔阵列(微显示器与小孔)沿z轴方向的距离(以下简称微显示器-小孔间距)；l0表示小孔阵列与瞳孔中心沿z轴方向的距离(以下简称小孔-瞳孔间距)；d
e
表示瞳孔直径；d
c
表示瞳孔中心与另一瞳孔中心沿y轴方向的距离(以下简称串扰安全距离)。
125.将沿y轴方向的微显示器(以及对应的小孔和微透镜)的数量定义为n。此处，由于本技术中微显示器、小孔和微透镜一一对应，其数量相等，因此关于术语“微显示器(以及对应的小孔和微透镜)的数量n”，有时会出于简明的目的而将其表述为“微显示器的数量n”、“小孔的数量n”、“微透镜的数量n”等，其具有相同或等同的含义。
126.并且，如前所述，本技术中对于有关“微显示器”和“子图像源”的描述不作特别区分。因此，d1也可理解为子图像源沿y轴方向的长度(简称子图像源尺寸)；p1也可理解为相邻子图像源的中点沿y轴方向的距离(简称子图像源间距)；n也可理解为沿y轴方向的子图像源的数量。
127.此外，如前所述，本技术中，使小孔阵列和微透镜阵列相邻设置且无顺序限制，并且当两者之一的位置改变时另一者自然地随前者改变位置。因此，本技术中对于微显示器阵列与小孔阵列/微透镜阵列的间距亦不作特别区分，l
da
也可理解为微显示器阵列与微透镜阵列(微显示器与微透镜)沿z轴方向的距离(简称微显示器-微透镜间距)。
128.首先，在本技术的光学成像阵列组件的结构和参数设置中，应考虑防止发生诸如串扰等不期望的光路问题。参见图9，以微显示器112为例来说明。根据本技术，微显示器112与小孔122和微透镜132形成光通道，其显示的子图像源的图像光经小孔122遮挡及微透镜132调制后入射到瞳孔，并在视网膜上形成子图像。实际情况下，由于微显示器112发出的图像光为发散光，其不仅入射通过小孔122和微透镜132，还可能入射通过其他小孔和微透镜，例如图9中所示地与小孔123和微透镜133形成非期望的光通道。当同一微显示器发出的图像光经由多个小孔和微透镜形成多条入射光束，并且这些光束同时入射到同一瞳孔时，即出现导致图像重叠的串扰现象。为防止发生该问题，应确保由微显示器112发出的图像光中，仅通过小孔122和微透镜132形成的光束能够入射到瞳孔，而通过其他小孔和微透镜形成的光束不能入射到瞳孔。
129.关于小孔-瞳孔间距l0，本技术对于l0的数值范围没有特别限制。然而，当将本技术的光学成像阵列组件应用于例如近眼显示领域时，过大的l0并不具有实际意义。出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，l0在5～30mm的范围内，优选在10～20mm的范围内。
130.关于瞳孔直径d
e
，本技术对于d
e
的数值范围没有特别限制。宽泛而言，人的瞳孔直径d
e
可在2～5mm的范围内。在本技术的一个实施方案中，作为相对普遍的情况，d
e
为约3mm。
131.关于微显示器-小孔间距l
da
，理论上，其变化总可以通过对其他参数(例如微显示器尺寸d1和微显示器间距p1)的相应调节来进行平衡。例如当l
da
增大或减小时，可通过相应增大或减小d1和p1来保持成像。然而，一方面，l
da
作为直接影响光学模组厚度的参数应越小
越好，那么d1也需相应设置得尽可能小，但受显示器单像素尺寸(r0)限制，当d1减小时子图像源的分辨率亦随之降低，从而导致成像的质量下降；另一方面，如果l
da
设置得过大，则光学模组厚度相应增加，从而导致产品的尺寸过大。鉴于此，出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，l
da
在0.5～30mm的范围内，优选在1.4～13mm的范围内。
132.关于微显示器尺寸d1，其应设置在合理的数值范围内。在其他条件给定的情况下，如果d1过大，则微显示器发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成的入射光束无法被瞳孔全部接收，或由于过度增加微显示器-小孔间距l
da
而导致光学模组的整体厚度过大；而如果d1过小，则如前所述地会因子图像源的分辨率降低而导致成像的质量下降。进一步地，根据图9所示的基本几何关系，可得到如下关系式：
[0133][0134]
式(1)中，d
e
和l0本身具有相对确定的数值范围，同时结合上文中对l
da
的限定，则可相应限定d1的数值范围。在本技术一个实施方案中，d1在0.5～5mm的范围内，优选在1～3mm的范围内。
[0135]
在本技术的光学成像阵列组件中，如前所述，微显示器阵列包括的微显示器的总数量≥2。在此前提下，所述微显示器阵列沿图3中的y轴方向和x轴方向中的任一个方向所包括的微显示器数量至少为1，即微显示器的数量n的数值范围的下限为1。在此基础上，对于给定的图像源，微显示器的数量n与微显示器尺寸d1定性地成反比关系。因此，如果n设置得过小，则如前所述地会因d1过大而导致瞳孔无法接收全部入射光束，或导致光学模组厚度过大而对产品外观、重量等造成不利影响。另一方面，如果n设置得过大，则如前所述地会因d1过小而导致子图像源的分辨率过低，从而影响成像质量。在实际应用中，过低的分辨率显然是不被期望的和价值有限的。出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，以640
×
480作为子图像源的最低分辨率，在确定n的数值范围时需将其纳入考虑。由此，在本技术的一个实施方案中，在微显示器的总数量≥2的条件下，微显示器阵列在所述第一方向或第二方向上包括的微显示器的数量n在1～10的范围内，优选在2～5的范围内。
[0136]
关于串扰安全距离d
c
，其可理解为同一微显示器发出的图像光经由相邻小孔和微透镜形成的入射光束不同时入射到同一瞳孔的最小光束间距，即作为不发生串扰的量度。图9示出了使用本技术的光学成像阵列组件观看由图像源形成的图像的实际眼球e，以及位于实际眼球e沿y轴方向附近处的假想眼球e'。以微显示器112为例来说明，其发出的一部分图像光经由小孔122和微透镜132入射到实际眼球e的瞳孔，而另一部分图像光经由小孔123和微透镜133入射到假想眼球e'的瞳孔。由此，d
c
可等同于实际眼球e的瞳孔中心与假想眼球e'的瞳孔中心的最小距离。在此情况下，本领域技术人员能够理解，d
c
只要不小于d
e
即可在理论上满足上述条件。然而在实际应用中，将d
c
设置为在一定程度上大于d
e
从而更稳妥地防止诸如串扰等光路重叠问题可能是必要的。
[0137]
因此，在不小于d
e
的前提下，本技术对于d
c
的数值范围下限原则上没有限制。出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，d
c
的数值范围下限选自5mm、5.5mm、6mm、6.5mm和7mm，优选为6mm。
[0138]
换言之，本技术对于d
e
/d
c
的数值范围的上限原则上没有限制，只要其≤1即可。出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，d
e
/d
c
≤0.6，优选地≤0.5。
[0139]
另一方面，d
e
/d
c
的数值过小同样是不合适的。根据图9所示的基本几何关系，还可得到如下关系式：
[0140][0141]
由式(2)和式(3)结合式(1)，经推导可进一步得到如下关系式：
[0142][0143]
由式(4)可见，d
e
/d
c
与d1/p1在数值上是相等的。d1/p1作为微显示器尺寸与微显示器间距的比值，其可反映微显示器阵列中的发光区域与不发光区域的占比，因而可作为微显示器阵列的发光效率的量度。通常而言，微显示器阵列的发光效率在合理范围内尽可能高是有利的，而过低的发光效率则是不期望的。同时，这也解释了d
e
/d
c
的数值不宜设置得过小的原因。
[0144]
因此，本技术对于d1/p1的数值范围的下限原则上没有限制。然而出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，d1/p1≥0.2，优选地≥0.4。
[0145]
相应地，在本技术的一个实施方案中，d
e
/d
c
≥0.2，优选地≥0.4。
[0146]
相应地，在本技术的一个实施方案中，d1/p1≤0.6，优选地≤0.5。
[0147]
关于小孔间距p0，其应设置在合理的数值范围内。在其他条件给定的情况下，如果p0过小，则相对容易产生诸如串扰等导致光路重叠的问题；而如果p0过大，则可能会导致子图像源在视网膜上形成的子图像的间距过大而观看到无图像区域。进一步地，根据式(3)，在l0本身具有相对确定的数值范围，同时结合上文中对l
da
和d
c
的限定的情况下，可以相应限定p0的数值范围。在本技术的一个实施方案中，p0在1～5mm的范围内，优选在2～4mm的范围内。
[0148]
另外，关于小孔的孔径，其同样应设置在合理的数值范围内。如前所述，在其他条件给定的情况下，如果孔径过小，则微显示器发出的图像光经小孔遮挡后形成的光束的光强过低，导致成像过暗而影响观看；而如果孔径过大，则通过小孔遮挡降低微显示器发出的图像光的光束尺寸的作用被削弱，并且由于微透镜的口径和焦距相应增大而造成光学模组的尺寸(例如厚度)增加。根据本技术，孔径的选择原则上应在确保成像亮度的前提下尽可能减小尺寸。鉴于当前商业购得的微显示装置的亮度水平，出于实用性考虑，在本技术的一个实施方案中，小孔的孔径在0.2～3mm的范围内，优选在0.5～2mm的范围内。
[0149]
尽管以上出于方便理解的目的对本技术的光学成像阵列组件的主要结构参数逐一进行了分解说明，本领域技术人员应当理解，作为一个整体性系统，这些结构参数之间是相互影响和制约的，其数值范围的确定和调节涉及整个系统的统筹协调，而非仅通过对个别参数的有限变动所能够容易地实现。
[0150]
此外，如前所述，根据本技术，光学成像阵列组件中的每个微显示器及其对应的小孔和微透镜形成一个光通道；而如果某个微显示器发出的图像光照射到并非与其对应小孔和微透镜上，则可能发生诸如串扰等导致光路重叠的问题。为消除或至少减轻串扰等问题，除根据上述进行结构和参数设置外，在本技术的一个实施方案中，还可以在各个光通道之间形成实体边界。例如，可在微显示器阵列与小孔阵列/微透镜阵列之间设置间隔件，所述
间隔件可预设有对应于各个光通道的通孔，从而能够对所述光通道进行限定和分割。这样的间隔件例如可通过3d打印技术制作，并可根据需要涂黑以形成消光筒。
[0151]
以上描述了根据本技术第一方面的光学成像阵列组件的结构和光学成像过程。下文中，将对根据本技术第二方面的可变焦光学成像阵列系统进行描述。
[0152]
根据本技术，通过拆解图像源并利用小孔和微透镜阵列结构重新组合成像，由此得到的光学成像阵列组件在近眼显示下，不仅可在确保成像清晰度的同时提高亮度，而且可显著减小光学模组的尺寸。特别是，在满足本技术的成像条件，即由图像源拆解的所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布的前提下，通过将所述光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距设置为小于/大于微透镜阵列的焦距，可使经其入射到瞳孔的图像光相应地发散/汇聚，由此改善近视/远视的人的视物效果。因此，对于某一视力水平的人，其总可通过本技术的设置有特定结构和参数的光学成像阵列组件观看到清晰的成像。在此基础上，如果将所述光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距构造为可变结构，使得经其入射到瞳孔的图像光相对于平行光束的发散/汇聚程度可连续调节，则能够同时满足不同视力水平的人的使用需求，这对于改善产品的适用性和便利性具有重要的意义。
[0153]
鉴于此，本技术的第二方面涉及一种可变焦光学成像阵列系统。所述可变焦光学成像阵列系统通过将如前所述的光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距设置为可调，同时相应改变图像源的拆解方式，由此能够适用不同视力水平的人，在应用中的适用性和便利性方面获得了改善。
[0154]
根据本技术第二方面的可变焦光学成像阵列系统包括根据本技术第一方面的光学成像阵列组件，以及与所述光学成像阵列组件耦合的控制单元和图像处理单元，其中所述控制单元配置成可改变光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距；所述图像处理单元配置成可根据光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距调整微显示器中的显示，例如根据微显示器阵列与微透镜阵列的间距变化改变图像源的拆解方式，并将得到的子图像源在对应的微显示器中显示。
[0155]
在本技术的可变焦光学成像阵列系统中，微显示器阵列与微透镜阵列的间距的改变是通过控制单元调节微显示器阵列和微透镜阵列的相对位置而实现的。在本技术的一个实施方案中，使控制单元与微显示器阵列耦合，通过控制微显示器阵列移动而改变其与微透镜阵列的间距。在本技术的另一个实施方案中，使控制单元与微透镜阵列耦合，通过控制微透镜阵列移动而改变其与微显示器阵列的间距。在本技术的又一个实施方案中，使控制单元分别与微显示器阵列和微透镜阵列耦合，通过控制微显示器阵列和微透镜阵列移动而改变两者的间距。
[0156]
根据本技术，对于通过控制单元移动微显示器阵列和/或微透镜阵列的方式没有特别限制，只要能够使得微显示器阵列与微透镜阵列的间距改变即可。举例而言，可通过诸如机械、电气等方式实现对微显示器阵列和/或微透镜阵列的移动。在本技术的一个实施方案中，控制单元包括与微显示器阵列和/或微透镜阵列螺纹连接的螺杆，通过所述螺杆的旋转使微显示器阵列和/或微透镜阵列移动。在本技术的另一个实施方案中，控制单元包括与微显示器阵列和/或微透镜阵列耦合的微电机，通过所述微电机驱动微显示器阵列和/或微透镜阵列移动。
[0157]
在本技术的一个具体实施方案中，所述控制单元包括控制器和致动器件。所述控制器与所述致动器件耦合，使用者可通过操作控制器实现对致动器件的控制。所述致动器件即对应于例如上文中与微显示器阵列和/或微透镜阵列螺纹连接的螺杆，或与微显示器阵列和/或微透镜阵列耦合的微电机。
[0158]
本领域技术人员应当理解，以上实施方案仅为根据本技术通过控制单元移动微显示器阵列和/或微透镜阵列的一些示例性方式，本领域技术人员能够想到采用其他方式调节微显示器阵列和微透镜阵列的相对位置，由此得到的可变焦光学成像阵列系统均落入本技术的范围内。
[0159]
如本技术的第一方面所述，当微显示器阵列与微透镜阵列的间距改变时，为确保满足本技术的成像条件，即由图像源拆解的所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布，需对光学成像阵列组件的结构参数(例如微显示器尺寸d1和微显示器间距p1)作相应调节。换言之，根据本技术，当通过控制单元移动微显示器阵列和/或微透镜阵列时，需根据微显示器阵列与微透镜阵列的新的间距重新拆解图像源，形成与该新的间距匹配的、位置和尺寸相应改变的子图像源。在本技术的可变焦光学成像阵列系统中，上述过程是通过图像处理单元实现的。
[0160]
可选地，所述图像处理单元包括测量模块，其配置成可测量微显示器阵列与微透镜阵列的间距。本技术对于所述测量模块的结构和形式等没有特别限制，其可采用本领域中公知的任何方式实现。在本技术的一个实施方案中，测量模块配置成由微显示器阵列和微透镜阵列中之一者向另一者发射光束并接收经后者反射的光束，通过检测光束从发射到接收的时间或发射光与反射光的相位差来测量微显示器阵列与微透镜阵列的间距，其中所述光束可选自激光、红外光等。
[0161]
可选地，所述图像处理单元包括计算模块，其配置成可将微显示器阵列与微透镜阵列的间距数据转换为界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组。在本技术的一个实施方案中，计算模块配置成接收来自测量模块的微显示器阵列与微透镜阵列的间距数据，并经计算将其转换为拟在微显示器阵列的微显示器中显示的区域的位置和尺寸的数组，例如该区域的中心点坐标和边线坐标。
[0162]
可选地，所述图像处理单元包括拆解模块，其配置成可根据界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组将图像源拆解为子图像源。在本技术的一个实施方案中，拆解模块配置成接收来自计算模块的拟在微显示器阵列的微显示器中显示的区域的中心点坐标和边线坐标，依此将图像源拆解为具有预定间隔的多个部分，其中每个部分包含对应像素的颜色信息和/或亮度信息，由此形成多个子图像源。另外，在本技术的一个实施方案中，使图像处理单元中的拆解模块与微显示器阵列耦合，将经由上述过程得到的子图像源在所述微显示器阵列的微显示器中显示。
[0163]
图10示出了根据本技术一个实施方案的图像处理单元的结构，以及该图像处理单元与光学成像阵列组件的连接方式。如图10中所示地，光学成像阵列组件am包括沿图像光传播方向依次设置的微显示器阵列11、小孔阵列12和微透镜阵列13，其中小孔阵列12和微透镜阵列13相邻设置。图像处理单元15包括测量模块151、计算模块152和拆解模块153，其中，测量模块151测量微显示器阵列11与微透镜阵列13的间距(l
da
)，并发送到计算模块152；计算模块152将接收的微显示器阵列11与微透镜阵列13的间距数据转换为界定微显示器阵
列11的微显示器中的显示区域的数组，发送到拆解模块153；拆解模块153与微显示器阵列11耦合，其根据所接收的界定微显示器阵列11的微显示器中的显示区域的数组将图像源s拆解为子图像源s
i
，在微显示器阵列11的微显示器中显示。
[0164]
在本技术的一个具体实施方案中，关于所述图像处理单元根据微显示器阵列与微透镜阵列的间距将图像源拆解为子图像源的过程描述如下，其中图像处理单元包括测量模块、计算模块和拆解模块，以微显示器阵列包括9个微显示器为例进行说明。
[0165]
首先，测量模块测量微显示器阵列与微透镜阵列的间距，将间距数据l
da1
发送到计算模块。计算模块将所接收的间距数据l
da1
根据预定的算法转换为与微显示器阵列上各位点对应的坐标值(x1,y1)，(x2,y2)
……
(x
n
,y
n
)，其中所述坐标值分为9组，分别界定了拟在微显示器阵列的9个微显示器中显示的9个区域的边界，并发送到拆解模块；其中该9个区域的边界可使得：对应于间距数据l
da1
，这9个区域通过小孔阵列和微透镜阵列以及人眼的瞳孔，在视网膜上形成的子图像能够拼接成一幅完整的图像，各子图像之间不含无图像区域或重影区域。拆解模块根据所接收的坐标值确定待显示区域的尺寸和位置，依此将图像源相应拆解为9个部分，并根据已确定的尺寸和位置信息调整这些拆解部分的分辨率和间隔距离，由此得到9个子图像源。
[0166]
当微显示器阵列与微透镜阵列的间距改变时，测量模块将新的间距数据l
da2
发送到计算模块。计算模块将所接收的间距数据l
da2
根据预定的算法转换为新的坐标值(x1',y1')，(x2',y2')
……
(x
n
',y
n
')，其中所述坐标值同样分为9组，但其界定区域的边界与此前不同，并发送到拆解模块。拆解模块根据所接收的新的坐标值重新确定待显示区域的尺寸和位置，并依此调整图像源各拆解部分的分辨率和间隔距离，由此重新得到9个子图像源。
[0167]
图11示出了根据本技术的一个实施方案的可变焦光学成像阵列系统as，包括光学成像阵列组件am以及与光学成像阵列组件am耦合的控制单元14和图像处理单元15。
[0168]
光学成像阵列组件am包括沿图像光传播方向依次设置的微显示器阵列11、小孔阵列12和微透镜阵列13，其中小孔阵列12和微透镜阵列13相邻设置。微显示器阵列11包括微显示器111、112和113，小孔阵列12包括小孔121、122和123，微透镜阵列13包括微透镜131、132和133，所述微显示器、小孔和微透镜一一对应。
[0169]
控制单元14与光学成像阵列组件am中的微显示器阵列11耦合，其可使得微显示器阵列11沿z轴方向移动，改变微显示器阵列11与微透镜阵列13的间距(l
da
)。
[0170]
图像处理单元15可测量微显示器阵列11与微透镜阵列13的间距(l
da
)，并由此确定图像源s的拆解方式，得到3个子图像源s1、s2和s3。图像处理单元15与光学成像阵列组件am中的微显示器阵列11耦合，将子图像源s1、s2、s3分别在微显示器阵列11的微显示器111、112和113中显示。
[0171]
如图11所示的可变焦光学成像阵列系统as，图11(a)示出了其在正常视力的人使用下的成像过程。如前所述，对于正常视力的人而言，来自外界的平行光束经瞳孔折射后汇聚到视网膜上的一点，由此形成清晰的像。参见图11(a)，在正常视力的人使用下，通过控制单元14调节微显示器阵列11沿z轴方向移至位置p
e
，其位于微透镜阵列13的焦平面处(即等于1倍焦距(＝f))，使得微显示器中显示子图像源s
i
的每个像素点发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成平行光束，并经眼球e
n
的瞳孔折射后汇聚到视网膜上的一点。在设置合适的情况下，子图像源s1、s2和s3的成像可满足本技术的成像条件，即由图像源
拆解的所有子图像源发出的图像光在以瞳孔为顶点的视场角范围内形成入射角度的连续分布，由此能够使得正常视力的人在近眼显示下观看到与图像源s对应的清晰图像。
[0172]
如图11所示的可变焦光学成像阵列系统as，图11(b)示出了其在近视的人使用下的成像过程。如前所述，对于近视的人而言，来自外界的平行光束经瞳孔折射后汇聚于视网膜前方，并在穿过汇聚点后继续发散入射到视网膜上形成光圈；通过将入射的平行光束调制为以一定程度发散的光束，可使得该光束经瞳孔折射后的汇聚点相较于以平行光束入射向后方移动，并且在调制合适的情况下可移至视网膜上，从而形成清晰的像。参见图11(b)，在近视的人使用下，通过控制单元14将微显示器阵列11从图11(a)中的位置p
e
沿z轴方向与微透镜阵列13逐渐接近。在此过程中，微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面以内(即小于1倍焦距(<f))，因此微显示器中显示子图像源s
i
的每个像素点发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成相对于平行光束呈一定程度发散的光束。当微显示器阵列11移至某一特定位置p
e
'时，以相应程度发散的光束经眼球e
s
瞳孔折射后可汇聚到视网膜上的一点。此时，通过与图11(a)对比可见，当微显示器阵列11从位置p
e
(以虚线绘制)移至p
e
'时，为确保各成像光路仍满足本技术的成像条件，需减小子图像源s1、s2和s3的尺寸和间距。为此，图像处理单元15首先测量微显示器阵列11所在位置p
e
'与微透镜阵列13的间距l
da
，然后根据其对应的子图像源尺寸和间距拆解图像源s，将新形成的子图像源s1、s2和s3分别在微显示器111、112和113中显示。由此，图11所示的可变焦光学成像阵列系统能够使得近视的人在近眼显示下观看到与图像源s对应的清晰图像。
[0173]
如图11所示的可变焦光学成像阵列系统as，图11(c)示出了其在远视的人使用下的成像过程。如前所述，对于远视的人而言，来自外界的平行光束经瞳孔折射后汇聚于视网膜后方，并在实际形成汇聚点前即已入射到视网膜上形成光圈；通过将入射的平行光束调制为以一定程度汇聚的光束，可使得该光束经瞳孔折射后的汇聚点相较于以平行光束入射向前方移动，并且在调制合适的情况下可移至视网膜上，从而形成清晰的像。参见图11(c)，在远视的人使用下，通过控制单元14将微显示器阵列11从图11(a)中的位置p
e
沿z轴方向与微透镜阵列13逐渐远离。在此过程中，微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面以外(即大于1倍焦距(>f))，因此微显示器中显示子图像源s
i
的每个像素点发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成相对于平行光束呈一定程度汇聚的光束。当微显示器阵列11移至某一特定位置p
e
"时，以相应程度汇聚的光束经眼球e
l
瞳孔折射后汇聚到视网膜上的一点。此时，通过与图11(a)对比可见，当微显示器阵列11从位置p
e
(以虚线绘制)移至p
e
"时，为确保各成像光路仍满足本技术成像条件，需增大子图像源s1、s2和s3的尺寸和间距。为此，图像处理单元15首先测量微显示器阵列11所在位置p
e
"与微透镜阵列13的间距l
da
，然后根据其对应的子图像源尺寸和间距拆解图像源s，并将新形成的子图像源s1、s2和s3分别在微显示器111、112和113中显示。由此，图11所示的可变焦光学成像阵列系统能够使得远视的人在近眼显示下观看到与图像源s对应的清晰图像。
[0174]
图12示出了根据本技术的一个实施方案的可变焦光学成像阵列系统as，与图11所示类似，其同样包括光学成像阵列组件am以及与光学成像阵列组件am耦合的控制单元14和图像处理单元15；并且，图像处理单元15与光学成像阵列组件am中的微显示器阵列11耦合，其可通过测量微显示器阵列11与微透镜阵列13的间距确定图像源s的拆解方式，并将3个子图像源s1、s2和s3分别在微显示器阵列11的微显示器111、112和113中显示。但与图11中所示
不同的是，在图12所示的可变焦光学成像阵列系统as中，控制单元14与光学成像阵列组件am中的微透镜阵列13耦合，其可使得微透镜阵列13沿z轴方向移动，改变微透镜阵列13与微显示器阵列11的间距(l
da
)。
[0175]
如图12所示的可变焦光学成像阵列系统as，图12(a)示出了其在正常视力的人使用下的成像过程。与图11所示类似，参见图12(a)，在正常视力的人使用下，通过控制单元14调节微透镜阵列13沿z轴方向移至位置p
f
，使得微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面处(即等于1倍焦距(＝f))。此时，微显示器中显示子图像源s
i
的每个像素点发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成平行光束，并经眼球e
n
的瞳孔折射后汇聚到视网膜上的一点。在满足本技术的成像条件的情况下，图12所示的可变焦光学成像阵列系统能够使得正常视力的人在近眼显示下观看到与图像源s对应的清晰图像。
[0176]
如图12所示的可变焦光学成像阵列系统as，图12(b)示出了其在近视的人使用下的成像过程。与图11所示类似，参见图12(b)，在近视的人使用下，通过控制单元14将微透镜阵列13从图12(a)中的位置p
f
沿z轴方向与微显示器阵列11逐渐接近。在此过程中，微显示器阵列11位于微透镜阵列13的焦平面以内(即小于1倍焦距(<f))，因此微显示器中显示子图像源s
i
的每个像素点发出的图像光经对应的小孔遮挡及微透镜调制后形成相对于平行光束呈一定程度发散的光束；并且当微透镜阵列13移至某一特定位置p
f
'时，以相应程度发散的光束经眼球e
s
的瞳孔折射后可汇聚到视网膜上的一点。此时，为确保各成像光路仍满足本技术的成像条件，图像处理单元15首先测量微透镜阵列13所在位置p
f
'与微显示器阵列11的间距l
da
，然后根据其对应的子图像源尺寸和间距拆解图像源s，形成与图12(a)(以虚线绘制)相比尺寸和间距减小的子图像源s1、s2和s3，并分别在微显示器111、112和113中显示。由此，图12所示的可变焦光学成像阵列系统能够使得近视的人在近眼显示下观看到与图像源s对应的清晰图像。
[0177]
同样，图12所示的可变焦光学成像阵列系统能够使得远视的人在近眼显示下观看到与图像源s对应的清晰图像，其过程和原理可参考上文，此处不再赘述。
[0178]
由此，当使用本技术的可变焦光学成像阵列系统时，使用者可通过对其中微显示器阵列与微透镜阵列的间距进行连续调节，从而适用于自身的近视或远视的视力状况，直至看到最清晰的图像。
[0179]
由以上关于图11和图12的描述可知，对于不同视力水平的人，均可通过调节本技术的可变焦光学成像阵列系统中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距而实现其所期望的视物效果。理论上，对于任何视力水平(包括高度近视/高度远视)的人而言，只要将微显示器-微透镜间距l
da
设置得足够小/大，均能够观看到清晰的像。然而，如本技术的第一方面所定性描述地，当微显示器-微透镜间距l
da
过小时，子图像源s
i
尺寸的相应减小导致其分辨率过低；而当微显示器-微透镜间距l
da
过大时，光学模组厚度的相应增加导致产品的尺寸过大。
[0180]
在本技术的可变焦光学成像阵列系统中，对于给定的微透镜焦距f，微显示器-微透镜间距l
da
可在f
±
δf的范围内改变，以适用不同视力水平的人。例如，相对于正常视力的人在l
da
等于或接近f的情况下使用，不同近视/远视程度的人可分别通过在f-δf/f δf的范围内进行调节以确定合适的l
da
值。
[0181]
可选地，f在1～20mm的范围内，其中f的上限选自20mm、19mm、18mm、17mm、16mm、
15mm、14mm、13mm、12mm、11mm、10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm和2mm，下限选自1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm和19mm。在本技术的一个实施方案中，f在2～10mm的范围内。
[0182]
可选地，δf的范围为0<δf≤0.5f，其中δf的上限选自0.5f、0.45f、0.4f、0.35f、0.3f、0.25f、0.2f、0.15f、0.1f、0.05f和0.03f，下限选自0.01f、0.03f、0.05f、0.1f、0.15f、0.2f、0.25f、0.3f、0.35f、0.4f和0.45f。在本技术的一个实施方案中，δf的范围为0.05f≤δf≤0.3f。
[0183]
可选地，l
da
在0.5～30mm的范围内。在本技术的一个实施方案中，l
da
在1.4～13mm的范围内。
[0184]
由此，本技术的可变焦光学成像阵列系统通过将其光学成像阵列组件中的微显示器阵列与微透镜阵列的间距构造为可变结构，并配合以预定方式拆解图像源，可实现对入射到瞳孔的图像光相对于平行光束的发散/汇聚程度的连续调节，从而能够同时满足不同视力水平的人(例如正常视力以及各种近视和远视程度的人)的使用需求，具有改善的适用性和便利性。
[0185]
本技术的第三方面涉及一种近眼显示装置。所述近眼显示装置包括如上所述的可变焦光学成像阵列系统。
[0186]
在本技术的一个实施方案中，所述近眼显示装置包括两个所述可变焦光学成像阵列系统，分别用于为使用者的左眼和右眼显示相应的图像。优选地，所述两个可变焦光学成像阵列系统分别针对使用者的左眼和右眼的视力水平，独立地实施成像过程。在此情况下，即使使用者的左眼和右眼的视力水平不同，仍可通过本技术的可变焦光学成像阵列系统观看到清晰的图像。
[0187]
本技术的第四方面涉及一种光学系统图像投射方法。所述光学系统图像投射方法包括以下步骤：
[0188]
s1：提供微显示器阵列以及位于其沿图像光传播方向下游且相邻设置的小孔阵列和微透镜阵列，所述微显示器阵列、小孔阵列和微透镜阵列分别包括数量和排布方式相同的多个微显示器、小孔和微透镜，所述微显示器、小孔和微透镜一一对应，各自形成光通道；
[0189]
s2：监测微显示器阵列与微透镜阵列的间距；
[0190]
s3：根据微显示器阵列与微透镜阵列的间距，将图像源拆解为多个子图像源，每个子图像源构成所述图像源的一部分，在对应的微显示器中显示；
[0191]
s4：使每个微显示器发出的显示对应子图像源的图像光，经对应的小孔遮挡及微透镜调制后入射到瞳孔，各自在视网膜的预定区域处形成子图像；
[0192]
s5：使所述子图像组成与所述图像源对应的图像。
[0193]
可选地，所述光学系统图像投射方法还包括以下步骤：
[0194]
s6：改变微显示器阵列与微透镜阵列的间距；
[0195]
s7：当监测到微显示器阵列与微透镜阵列的间距变化时，改变图像源的拆解方式，使得重新得到的多个子图像源各自形成的子图像仍组成与所述图像源对应的图像。
[0196]
在本技术的一个实施方案中，所述步骤s2和s7各自包括：
[0197]
由微显示器阵列和微透镜阵列中之一者向另一者发射光束并接收经后者反射的光束，通过检测光束从发射到接收的时间或发射光与反射光的相位差，测量微显示器阵列
与微透镜阵列的间距，其中所述光束选自激光、红外光等。
[0198]
在本技术的一个实施方案中，所述步骤s3和s7各自包括：
[0199]
将微显示器阵列与微透镜阵列的间距数据转换为界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组；
[0200]
根据所述界定微显示器阵列的微显示器中的显示区域的数组，将图像源拆解为具有预定间隔的多个部分，其中每个部分包含对应像素的颜色信息和/或亮度信息，形成多个子图像源。
[0201]
在本技术的一个实施方案中，所述步骤s6包括：
[0202]
通过与微显示器阵列和/或微透镜阵列螺纹连接的螺杆的旋转，或通过与微显示器阵列和/或微透镜阵列耦合的微电机的驱动，使所述微显示器阵列和/或微透镜阵列移动。
[0203]
在本技术的一个实施方案中，所述光学系统图像投射方法通过如上所述的可变焦光学成像阵列系统或包括如上所述的可变焦光学成像阵列系统的近眼显示装置实施。
[0204]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。