本發(fā)明屬于三維圖像顯示領(lǐng)域，具體涉及一種頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)三維顯示裝置。

背景技術(shù)：

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息(視覺信息、聲音、味道、觸覺等)，通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。其中AR系統(tǒng)的特點(diǎn)之一：在三維尺度空間增添定位虛擬物體，是顯示技術(shù)的難點(diǎn)。

通常，利用全息干板記錄波陣面，并真實(shí)再現(xiàn)三維信息，不產(chǎn)生視覺疲勞，立體效果與觀察者的距離無關(guān)。全息記錄要求的分辨率極高，將三維圖像信息用計(jì)算編碼成位相分布，輸入到空間光調(diào)制器(如LCOS或CMOS)上，通過光學(xué)衍射過程來實(shí)現(xiàn)三維圖像的再現(xiàn)，計(jì)算全息使動(dòng)態(tài)三維顯示成為可能，但是迄今為止，全息顯示尚未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。用計(jì)算全息用空間光調(diào)制器(如LCOS或CMOS)代替干板再現(xiàn)全息圖的主要困難是，受限于工藝水平，空間光調(diào)制器單個(gè)像素尺寸難以小于4μm，重現(xiàn)的3D景象視角小，難以滿足高品質(zhì)圖像顯示要求，例如，用532nm波長光照明，空間光調(diào)制器再現(xiàn)的圖像視角小于8°，對比正常人單眼的視角范圍(約150度)，顯然是不夠的。

美國專利US008014050B2公開了一種用于三維顯示或光開關(guān)的 光學(xué)全息相位板。所描述相位板包含一個(gè)體衍射光柵結(jié)構(gòu)和一種光敏材料。通過電極陣列可控制單個(gè)像素單元的衍射效率和位相延遲，從而實(shí)現(xiàn)光場相位的快速調(diào)控。然而這種利用電極陣列實(shí)現(xiàn)相位調(diào)控的方法遇到了單個(gè)像素難以微小化的制約，其顯示效果難以滿足當(dāng)前消費(fèi)者對顯示精細(xì)度和舒適度的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明旨在基于全息原理，提供一種可實(shí)現(xiàn)無視覺疲勞的頭戴式現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)3D顯示方案和顯示裝置(AR)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)三維顯示裝置，包括圖像生成裝置，和對應(yīng)眼睛的透明光場鏡片，所述透明光場鏡片包括至少一層透明光場鏡片單元，所述透明光場鏡片單元設(shè)置有視角放大裝置，所述視角放大裝置具有會(huì)聚成像功能、且具有能實(shí)現(xiàn)匯聚光場視角放大功能即納米透鏡功能的納米光柵結(jié)構(gòu)，所述透明光場鏡片上的納米光柵結(jié)構(gòu)與圖像生成裝置輸出的圖像匹配，在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象；或該會(huì)聚波面與現(xiàn)實(shí)景象形成的波面疊加，得到真實(shí)世界信息和虛擬世界信息的融合。

利用具有能實(shí)現(xiàn)匯聚光場視角放大功能即納米透鏡功能的納米光柵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維虛擬信息的視角放大，并在人眼前投射，通過透明光場鏡片實(shí)現(xiàn)虛擬物體與現(xiàn)實(shí)景物的完美融合，由于視角得以放大，使得人眼觀察虛擬物體和現(xiàn)實(shí)景物融合的場景時(shí)難以察覺這是融合景象，使得體驗(yàn)更加真實(shí)，同時(shí)基于全息原理，可以方便的將計(jì)算全息與納米結(jié)構(gòu)功能光場鏡片相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)無視覺疲勞的、高亮度的、頭戴式3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示方案和裝置、也可方便的實(shí)現(xiàn)支持3D顯示圖像的動(dòng)態(tài)聚焦。

進(jìn)一步的，所述視角放大裝置包括按照納米透鏡結(jié)構(gòu)排布的納 米光柵，該納米光柵加工于一功能薄膜上，所述功能薄膜也稱為納米結(jié)構(gòu)功能薄膜設(shè)置于一個(gè)透明的鏡片基體上或透明的光波導(dǎo)器件上；或該納米光柵直接加工于一個(gè)透明的鏡片基體上或透明的光波導(dǎo)器件上。

為了能實(shí)現(xiàn)視角放大功能，且無需巨大的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，利用納米光柵組可以模擬構(gòu)建任意焦距的離軸納米菲涅爾透鏡的原理，采用按照模擬具有放大功能的透鏡進(jìn)行納米光柵的排布，實(shí)現(xiàn)視角放大裝置的小型化，其無論是加工于功能薄膜上，還是直接加工于透明的鏡片基體上或透明的光波導(dǎo)器件上，都幾乎不額外增加部件的體積，使產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，特別是滿足頭戴式裝置對體積小型化的嚴(yán)苛要求。

進(jìn)一步的，所述視角放大裝置包括兩組按照納米透鏡結(jié)構(gòu)排布的納米光柵，即第一光柵組和第二光柵組；兩組納米光柵均設(shè)置于光波導(dǎo)器件的同一反射面上或不同反射面上，并分別設(shè)置于光波導(dǎo)器件的兩端；或兩組光柵組分別設(shè)置于兩個(gè)光波導(dǎo)器件上的相同側(cè)面或不同側(cè)面，兩個(gè)光波導(dǎo)上下重疊并使兩組光柵組位于同一平面上或兩個(gè)平行平面上；其中第一光柵組接受光源或投影的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

創(chuàng)造性的利用兩級(jí)納米光柵組及光波導(dǎo)器件對視角進(jìn)行二次放大，大大提高了可視視角，提升體驗(yàn)質(zhì)量，使其更加貼合真實(shí)世界的觀看體驗(yàn)，同時(shí)產(chǎn)品的體積并未顯著增加，利于最終產(chǎn)品的小型化，輕量化。

進(jìn)一步的，所述視角放大裝置包括一組按照納米透鏡結(jié)構(gòu)排布的納米光柵組，該納米光柵組設(shè)置于光波導(dǎo)器件的第一反射面上，并設(shè)置于光波導(dǎo)器件的一端，所述光波導(dǎo)器件的另一端設(shè)有一個(gè)耦 合棱鏡或由第一反射面向第二反射面傾斜的反射斜面，該耦合棱鏡或反射斜面接受光源或投影的直接照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)耦合棱鏡或反射斜面反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向納米光柵組方向傳播，最后經(jīng)納米光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

第一反射面：如果將光波導(dǎo)器件的一面面對眼睛擺放，則遠(yuǎn)離眼睛的一面稱為第一反射面，距離眼睛近的一面為第二反射面。一般來說，頭戴式設(shè)備的光源或其它部件安裝于上部更加美觀方便，因此，為了獲得足夠的傳播距離，及足夠的照射面積(點(diǎn)光源的光野面積隨傳播距離而擴(kuò)大)，圖像信息或光從光波導(dǎo)器件的上部進(jìn)行入射(一般由第二反射面一側(cè)向第一反射面方向入射)，而納米光柵組設(shè)置在光波導(dǎo)器件的下部，這是一種利用一組納米光柵組進(jìn)行視角放大的實(shí)施方式，為了和納米光柵組進(jìn)行匹配，在光波導(dǎo)的上部制作一個(gè)斜面，使得入射光在斜面(反射斜面)的反射作用下，在光波導(dǎo)器件中由上而下進(jìn)行傳播，其角度使得光傳播到納米光柵組時(shí)，其光野剛好覆蓋整個(gè)納米光柵組，發(fā)射斜面可以直接在光波導(dǎo)器件上加工，也可以單獨(dú)加工一個(gè)耦合棱鏡與其進(jìn)行光耦合，其作用，實(shí)質(zhì)上和反射斜面一致。這里的納米光柵組實(shí)質(zhì)上與第二光柵組相當(dāng)，由反射斜面或耦合棱鏡代替了第一光柵組，只不過沒有實(shí)現(xiàn)二級(jí)放大而已。

進(jìn)一步的，所述圖像生成裝置為一全息投影裝置，所述全息投影裝置與所述透明光場鏡片之間還設(shè)有4f光學(xué)放大裝置，所述4f光學(xué)放大裝置為固態(tài)透明材質(zhì)制備的透鏡組成，或使用兩組、三組或三組以上納米光柵組設(shè)置于光波導(dǎo)器件上組成，或由固態(tài)透明材質(zhì)制備的透鏡與納米光柵組、光波導(dǎo)器件共同組成。

如果采用傳統(tǒng)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)組成4f光學(xué)放大裝置，其體積可能會(huì)過大，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)頭戴式裝置困難或者不夠美觀輕便，因此可 以采用兩級(jí)或兩級(jí)以上納米光柵組來代替?zhèn)鹘y(tǒng)透明材質(zhì)透鏡(如玻璃透鏡)，則可以實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化，現(xiàn)有技術(shù)中，沒有相關(guān)的技術(shù)啟示?；蛘吒鶕?jù)需要，由固態(tài)透明材質(zhì)制備的透鏡與納米光柵組、光波導(dǎo)器件共同組成。

進(jìn)一步的，所述圖像生成裝置為一全息投影裝置，所述全息投影裝置從透明光場鏡片側(cè)面直接投影或通過設(shè)置一光耦合器件投影至第一光柵組，實(shí)現(xiàn)圖像在Y軸上的放大，然后經(jīng)光波導(dǎo)器件投射到第二光柵組上，實(shí)現(xiàn)圖像在X軸方向的放大，并在人眼前的空間中投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片為兩層、三層、四層或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成，所有的第一光柵組、第二光柵組分別對齊平行排列；其中所有的第一光柵組均接受同一光源或投影的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

多層結(jié)構(gòu)一可以實(shí)現(xiàn)更多的匯聚視點(diǎn)，提高分辨率，也為實(shí)現(xiàn)彩色三維顯示提供了基礎(chǔ)。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片為三層、四層、或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成，所述圖像生成裝置設(shè)有分頻控制裝置，即對應(yīng)采用三基色、四基色或四色以上色彩分頻掃描，將三種波長、四種波長或四種以上波長的光或圖像依次分別向各透明鏡片單元的第一光柵組投射，即每一種波長的光信息或圖像信息分別與各層透明光場鏡片的第一光柵組一一對應(yīng)；各波長的光信息或圖像信息經(jīng)對應(yīng)的第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大且融合為彩色的三維虛擬景象。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片為兩層、三層、四層或四層以上 透明光場鏡片單元重疊而成；其中距離眼睛最遠(yuǎn)的一層透明光場鏡片單元只設(shè)有第二光柵組，其余透明光場鏡片單元均設(shè)有第一光柵組和第二光柵組；且所有第二光柵組均對齊平行排列，第一光柵組按照距離眼睛越遠(yuǎn)，位置越低的方式排布，即距離眼睛越遠(yuǎn)，第一光柵組越靠近其對應(yīng)的第二光柵組；在距離眼睛最近的一層透明光場鏡片單元的頂端設(shè)有一光耦合器件，該光耦合器件接受光源或投影的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)光耦合器件進(jìn)入距離眼睛最近的一層透明光場鏡片單元的光波導(dǎo)器件內(nèi)部，再向各層的第一光柵組傳播，經(jīng)第一光柵組后再向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，對于距離眼睛最遠(yuǎn)的一層透明光場鏡片單元，則直接經(jīng)其對應(yīng)的光波導(dǎo)器件傳播給它對應(yīng)的第二光柵組，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片為三層、四層、或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成，所述圖像生成裝置設(shè)有分頻控制裝置，即對應(yīng)采用三基色、四基色或四色以上色彩分頻掃描，將三種波長、四種波長或四種以上波長的光或圖像依次分別向各透明鏡片單元的第一光柵組投射，即每一種波長的光信息或圖像信息分別與各層透明光場鏡片的第一光柵組一一對應(yīng)；各波長的光信息或圖像信息經(jīng)對應(yīng)的第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，對于距離眼睛最遠(yuǎn)的一層透明光場鏡片單元，則直接經(jīng)其對應(yīng)的光波導(dǎo)器件傳播給它對應(yīng)的第二光柵組，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大且融合為彩色的三維虛擬景象。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片包括兩個(gè)透明光場鏡片單元，且兩個(gè)透明光場鏡片單元左右對稱排布，以分別對應(yīng)于左右眼睛；其納米光柵組也對稱排布，并分別對應(yīng)于左右眼睛，且均位于光波導(dǎo)器件遠(yuǎn)離眼睛的一面；兩個(gè)透明光場鏡片單元的耦合棱鏡或反射斜 面分別設(shè)置于遠(yuǎn)離眼睛的另一端；所述圖像生成裝置設(shè)有兩個(gè)分別對應(yīng)于兩個(gè)耦合棱鏡或反射斜面的光源、全息投影裝置或微型投影儀；兩個(gè)耦合棱鏡或反射斜面分別接受對應(yīng)光源、全息投影裝置或微型投影儀的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)耦合棱鏡或反射斜面反射后在對應(yīng)光波導(dǎo)器件內(nèi)部向?qū)?yīng)第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)兩個(gè)第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片包括兩組透明光場鏡片單元，且兩組透明光場鏡片單元左右對稱排布，以分別對應(yīng)于左右眼睛；其第二光柵組也對稱排布，并分別對應(yīng)于左右眼睛，且均位于光波導(dǎo)器件遠(yuǎn)離眼睛的一面；所述每組透明光場鏡片單元均為兩層、三層、四層或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成；兩組透明光場鏡片單元的第一光柵組或光耦合器件分別設(shè)置于遠(yuǎn)離眼睛的另一端；所述圖像生成裝置設(shè)有兩個(gè)分別對應(yīng)于兩組第一光柵組或光耦合器件的光源、全息投影裝置或微型投影儀；兩組第一光柵組或光耦合器件分別接受對應(yīng)光源、全息投影裝置或微型投影儀的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)兩組第一光柵組或光耦合器件反射后在對應(yīng)光波導(dǎo)器件內(nèi)部向?qū)?yīng)第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

本發(fā)明在眼球前方的空間中會(huì)聚視角圖像，形成虛擬景象，其和現(xiàn)實(shí)景物在人眼中成像的原理一致，因此長時(shí)間觀看的視覺疲勞度比傳統(tǒng)的三維顯示技術(shù)大大降低。

本發(fā)明中所述透明光場鏡片(也稱為指向性功能鏡片)在人眼視窗內(nèi)形成多個(gè)視點(diǎn)，使單眼能夠看到兩幅以上視角圖像，實(shí)現(xiàn)單眼視差效果，及連續(xù)的動(dòng)態(tài)視差；所述納米結(jié)構(gòu)為納米級(jí)尺寸的納米光柵，所述每一個(gè)納米光柵即為一個(gè)納米光柵像素，每個(gè)視角圖像由多個(gè)納米光柵像素會(huì)聚而成，各視角圖像對應(yīng)的納米光柵像素 通過互相嵌套的方式排列在透明光場鏡片上；

根據(jù)光柵方程，納米光柵像素的周期、取向角滿足以下關(guān)系：

(1)tanφ₁＝sinφ/(cosφ-n sinθ(Λ/λ))

(2)sin²(θ₁)＝(λ/Λ)²+(n sinθ)²-2n sinθcosφ(λ/Λ)

其中，光線以一定的角度入射到XY平面，θ₁和φ₁依次表示衍射光的衍射角和衍射光的方位角，θ和入依次表示光源的入射角和波長，□和φ依次表示納米衍射光柵的周期和取向角，n表示光波在介質(zhì)中的折射率，其中，衍射角為衍射光線與z軸正方向夾角；方位角為衍射光線與x軸正方向夾角；入射角為入射光線與z軸正方向夾角；取向角為槽型方向與y軸正方向夾角。

所述指向性功能鏡片即透明光場鏡片在人眼視窗內(nèi)形成多個(gè)視點(diǎn)，使單眼能夠看到兩幅以上視角圖像，實(shí)現(xiàn)單眼視差效果，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)態(tài)視差，使觀看效果更加自然；所述納米結(jié)構(gòu)為納米級(jí)尺寸的納米光柵，所述每一個(gè)納米光柵即為一個(gè)納米光柵像素，如果進(jìn)一步將單個(gè)視角圖像的對應(yīng)的納米光柵像素分布與視軸角度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即與該視角圖像對應(yīng)的納米光柵像素在該視角對應(yīng)視軸附近的排布密度大于遠(yuǎn)離該視軸區(qū)域的排布密度；各視角圖像對應(yīng)的納米光柵像素通過互相嵌套的方式非均勻排列在指向性功能鏡片表面。其優(yōu)點(diǎn)為充分利用人眼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用較少納米光柵像素?cái)?shù)即可獲得較高圖像質(zhì)量。

所述圖像生成裝置包括投影裝置，所述投影裝置在投影時(shí)按照多景深顯示方案通過時(shí)序掃描法實(shí)現(xiàn)單眼的三維顯示效果；即對所投影的圖像進(jìn)行分割，在圖像分割時(shí)，被分割圖像被投影至人眼前不同距離，形成距離、大小與現(xiàn)實(shí)場景吻合的虛像，從而構(gòu)成多景深三維圖像。

采用多景深的三維顯示技術(shù)。在投影時(shí)按照多景深顯示方案通 過時(shí)序掃描法實(shí)現(xiàn)單眼的三維顯示效果?？紤]到人眼對近距離物體的遠(yuǎn)近分辨能力強(qiáng)于對遠(yuǎn)距離物體的遠(yuǎn)近分辨能力。在圖像分割時(shí)，可對近距離物體進(jìn)行細(xì)致分割，對遠(yuǎn)距離物體進(jìn)行大致分割。被分割圖像被投影至人眼前不同距離，形成距離、大小與現(xiàn)實(shí)場景吻合的虛像，形成多景深三維圖像。使觀察者既有沉浸感，又與現(xiàn)實(shí)景物有效融合。由此，當(dāng)觀察者通過調(diào)節(jié)可將眼睛聚焦到單一或鄰近距離的景物，而非聚焦平面上的景物成模糊像。亦可將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，獲得多視點(diǎn)多景深的三維顯示方案，提高三維效果體驗(yàn)。

對于第二納米光柵組，其納米光柵的分布基于以下原則：圖像生成裝置經(jīng)所述納米光柵在眼球前方的空間中不同空間位置會(huì)聚的視點(diǎn)與人眼眼球的移動(dòng)位置相匹配；其中，眼球前方近處空間對應(yīng)透明光場鏡片的下方區(qū)域，眼球前方中間空間對應(yīng)透明光場鏡片的中間區(qū)域，眼球前方上方空間，對應(yīng)透明光場鏡片的上方區(qū)域，眼球前方的左右空間分別對應(yīng)透明光場鏡片的相應(yīng)區(qū)域；從而會(huì)聚在眼球前方空間中的視點(diǎn)形成距離、大小與現(xiàn)實(shí)場景吻合的虛像，構(gòu)成光視場和不同景深三維圖像；通過調(diào)節(jié)眼睛聚焦到鄰近和遠(yuǎn)距離的景物，獲得對應(yīng)清晰的3D顯示。

進(jìn)一步的，透明光場鏡片為一單一整體或左右兩個(gè)分別對應(yīng)兩個(gè)眼球的獨(dú)立透明光場鏡片；根據(jù)雙目視差特性，在單一整體的透明光場鏡片上或左右兩個(gè)透明光場鏡片上匹配左、右眼相應(yīng)視點(diǎn)對應(yīng)的納米光柵的分布和位置，且匹配對應(yīng)的輸出視圖信息，從而獲得符合自然習(xí)慣的三維顯示體驗(yàn)。

進(jìn)一步的，所述圖像生成裝置為微型投影儀，或空間光調(diào)制器及光源組成。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對 實(shí)施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是人眼結(jié)構(gòu)圖。

圖2和圖3是結(jié)構(gòu)尺度在納米級(jí)別的衍射光柵在XY平面和XZ平面下的結(jié)構(gòu)圖。

圖4a和圖4b為包括一組納米光柵組的透明光場鏡片的示意圖。

圖5a為上述包括兩組納米光柵組的透明光場鏡片示意圖。

圖5b為上述只設(shè)有一組納米光柵組(也可以是一塊納米結(jié)構(gòu)功能薄膜)的透明光場鏡片示意圖。

圖6a-j是多種含有像素化納米光柵的功能薄膜示意圖。

圖7a-f是含有納米光柵像素結(jié)構(gòu)的功能薄膜與鏡片基材構(gòu)成鏡片(透明光場鏡片)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施方式下的一種實(shí)現(xiàn)會(huì)聚光場的納米結(jié)構(gòu)分布示意圖。

圖9是利用納米結(jié)構(gòu)功能薄膜構(gòu)筑新波前的示意圖。

圖10是微全息投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明實(shí)施方式下的一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示方案圖。

圖12是本發(fā)明實(shí)施方式下分頻實(shí)現(xiàn)多景深的一種現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)顯示方案圖。

圖13a-d是一種虛擬景物多景深分割示意圖。

圖14a-c是微全息投影系統(tǒng)與光波導(dǎo)器件耦合的方案圖。

圖15a-b是本專利實(shí)施方案下另一種微全息投影系統(tǒng)與光波導(dǎo)器件組成的透明光場鏡片耦合的方案圖。

圖16是本發(fā)明實(shí)施方式下基于光波導(dǎo)器件的一種現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)顯示方案圖。

圖17a為3層透明光場鏡片單元疊加的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖17b為三層透明光場鏡片單元疊加的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖18是兩組透明光場鏡片單元左右對稱排布的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖19是一種空間光調(diào)制器輸出圖像的過程示意圖。

圖20是一種利用本文所述透明光場鏡片實(shí)現(xiàn)三維景象的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖21a和圖21b是基于透明光場鏡片的一種頭戴式3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置示意圖。

圖22是基于光場鏡片的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)方案示意圖。

圖23是基于光場鏡片的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)方案示意圖。

圖24是佩戴式3D顯示裝置與其他移動(dòng)設(shè)備或終端可通過云網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交互的示意圖。

圖25-圖33是本發(fā)明的多種應(yīng)用場景示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1和圖2，圖1是人眼結(jié)構(gòu)圖。人的眼睛近似球體，眼球包括虹膜101、角膜102、晶狀體103、視網(wǎng)膜104、黃斑105；眼睛視線的軸線稱為視軸11。

眼球1具有光學(xué)成像功能的組織是角膜102和晶狀體103。視網(wǎng)膜104位于眼睛后端，是視覺形成的神經(jīng)信息傳遞的第一站。眼睛中的虹膜呈圓盤狀，中間有一個(gè)小圓孔，即瞳孔101。瞳孔直徑正常值是2-5mm，在亮光處縮小，在暗光處散大。視網(wǎng)膜104上的 視錐細(xì)胞是的主要感光神經(jīng)元，在視軸11正對終點(diǎn)。根據(jù)視錐細(xì)胞的分布，視錐細(xì)胞分布極不均勻，在黃斑105中心凹處最密集，在視網(wǎng)膜104其他位置少量分布。因此，中心凹是視覺最敏銳的區(qū)域，其直徑約為1～3mm。考慮到正常人眼的明視距離為無窮遠(yuǎn)至人眼前方25cm，本發(fā)明所涉及的三維顯示裝置也應(yīng)在該范圍內(nèi)成虛像。并考慮個(gè)體差異，該可視范圍可做適當(dāng)調(diào)整。

本發(fā)明采用基于衍射效應(yīng)、由含有納米光柵的像素組成納米透鏡，來放大光場的視角。單個(gè)納米結(jié)構(gòu)與光相互作用，改變其相位。參見圖2和圖3，圖2和圖3是結(jié)構(gòu)尺度在納米級(jí)別的衍射光柵在XY平面和XZ平面下的結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)光柵方程，衍射光柵像素101的周期、取向角滿足以下關(guān)系：

(1)tanφ₁＝sinφ/(cosφ-n sinθ(Λ/λ))

(2)sin²(θ₁)＝(λ/Λ)²+(n sinθ)²-2n sinθcosφ(λ/Λ)

其中，光線以一定的角度入射到XY平面，θ₁和φ₁依次表示衍射光線202的衍射角和衍射光202的方位角，θ和λ依次表示光源的入射角和波長，□和φ依次表示納米衍射光柵101的周期和取向角，n表示光波在介質(zhì)中的折射率，其中，衍射角為衍射光線202與z軸正方向夾角；方位角為衍射光線202與x軸正方向夾角；入射角為入射光線與z軸正方向夾角；取向角為槽型方向與y軸正方向夾角。

換言之，在規(guī)定好入射光線202波長、入射角以及衍射光線202衍射角和衍射方位角之后，就可以通過上述兩個(gè)公式計(jì)算出所需的納米光柵101的周期(空頻)和取向角。如，650nm波長紅光以60°角在波導(dǎo)中入射，光的衍射角為10°、衍射方位角為45°，對應(yīng)的納米衍射光柵101周期為550nm，取向角為-5.96°。

按照上述原理，將每一個(gè)納米光柵視為一個(gè)像素(即納米光柵像素)。該納米光柵的取向和周期共同決定了光場角度和光譜的調(diào)制特性。納米光柵結(jié)構(gòu)的周期(空頻)和取向在各亞像素之間按照設(shè)計(jì)需求連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)對光場的調(diào)控和變換。含有納米光柵的像素尺寸范圍5-100微米。

基于上述理論，我們得以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的訴求：

一種頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)三維顯示裝置，包括圖像生成裝置，和對應(yīng)眼睛的透明光場鏡片，所述透明光場鏡片包括至少一層透明光場鏡片單元，所述透明光場鏡片單元設(shè)置有視角放大裝置，所述視角放大裝置具有會(huì)聚成像功能、且具有能實(shí)現(xiàn)匯聚光場視角放大功能即納米透鏡功能的納米光柵結(jié)構(gòu)，所述透明光場鏡片上的納米光柵結(jié)構(gòu)與圖像生成裝置輸出的圖像匹配，在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象；或該會(huì)聚波面與現(xiàn)實(shí)景象形成的波面疊加，得到真實(shí)世界信息和虛擬世界信息的融合。

利用具有能實(shí)現(xiàn)匯聚光場視角放大功能即納米透鏡功能的納米光柵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維虛擬信息的視角放大，并在人眼前投射，通過透明光場鏡片實(shí)現(xiàn)虛擬物體與現(xiàn)實(shí)景物的完美融合，由于視角得以放大，使得人眼觀察虛擬物體和現(xiàn)實(shí)景物融合的場景時(shí)難以察覺這是融合景象，使得體驗(yàn)更加真實(shí)，同時(shí)基于全息原理，可以方便的將計(jì)算全息與納米結(jié)構(gòu)功能光場鏡片相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)無視覺疲勞的、高亮度的、頭戴式3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示方案和裝置、也可方便的實(shí)現(xiàn)支持3D顯示圖像的動(dòng)態(tài)聚焦。

在一些實(shí)施例中，所述視角放大裝置包括按照納米透鏡結(jié)構(gòu)排布的納米光柵，該納米光柵加工于一功能薄膜上，所述功能薄膜也稱為納米結(jié)構(gòu)功能薄膜設(shè)置于一個(gè)透明的鏡片基體上或透明的光 波導(dǎo)器件上；或該納米光柵直接加工于一個(gè)透明的鏡片基體上或透明的光波導(dǎo)器件上。

參見圖4a和圖4b，圖4a和圖4b為包括一組納米光柵組22的透明光場鏡片。圖4(a)-(b)分別為投影照明和波導(dǎo)照明方式下的透明光場鏡片。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，我們使納米光柵組22具備光信息的放大功能，實(shí)現(xiàn)會(huì)聚光場的視角放大功能，即納米光柵組具有納米透鏡作用。根據(jù)光柵方程設(shè)計(jì)并制作納米結(jié)構(gòu)功能薄膜，并將納米結(jié)構(gòu)功能薄膜貼合在透明鏡片21上或光波導(dǎo)器件5上，如圖4a-b所示；或直接在透明鏡片基體或光波導(dǎo)器件上制作這些納米光柵組。

為了能實(shí)現(xiàn)視角放大功能，且無需巨大的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，利用納米光柵組可以模擬構(gòu)建任意焦距的離軸納米菲涅爾透鏡的原理，采用按照模擬具有放大功能的透鏡進(jìn)行納米光柵的排布，實(shí)現(xiàn)視角放大裝置的小型化，其無論是加工于功能薄膜上，還是直接加工于透明的鏡片基體上或透明的光波導(dǎo)器件上，都幾乎不額外增加部件的體積，使產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，特別是滿足頭戴式裝置對體積小型化的嚴(yán)苛要求。

進(jìn)一步的，所述視角放大裝置包括兩組按照納米透鏡結(jié)構(gòu)排布的納米光柵，即第一光柵組和第二光柵組；兩組納米光柵均設(shè)置于光波導(dǎo)器件的同一反射面上或不同反射面上，并分別設(shè)置于光波導(dǎo)器件的兩端；或兩組光柵組分別設(shè)置于兩個(gè)光波導(dǎo)器件上的相同側(cè)面或不同側(cè)面，兩個(gè)光波導(dǎo)上下重疊并使兩組光柵組位于同一平面上或兩個(gè)平行平面上；其中第一光柵組接受光源或投影的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

參見圖5a，圖5a為上述包括兩組納米光柵組(也可以是兩塊納米結(jié)構(gòu)功能薄膜)的透明光場鏡片示意圖。通過第一納米光柵組將照明光耦合進(jìn)入光波導(dǎo)傳播層。根據(jù)光柵方程設(shè)計(jì)并制作的兩組納米光柵組，將光場耦合出光波導(dǎo)器件，在人眼前方獲得視場角放大的會(huì)聚光場。圖5a中第一納米光柵組和第二納米光柵組設(shè)置于光波導(dǎo)器件的同一反射面上。而圖14c所示為設(shè)置于不同反射面上的情形。如何選擇，根據(jù)實(shí)際需要來確定。

創(chuàng)造性的利用兩級(jí)納米光柵組及光波導(dǎo)器件對視角進(jìn)行二次放大，大大提高了可視視角，提升體驗(yàn)質(zhì)量，使其更加貼合真實(shí)世界的觀看體驗(yàn)，同時(shí)產(chǎn)品的體積并未顯著增加，利于最終產(chǎn)品的小型化，輕量化。當(dāng)然，根據(jù)需要，可以設(shè)置三組、甚至三組以上納米光柵組，進(jìn)行多級(jí)放大，原理一樣，就不再贅述。

進(jìn)一步的，所述視角放大裝置包括一組按照納米透鏡結(jié)構(gòu)排布的納米光柵組，該納米光柵組均設(shè)置于光波導(dǎo)器件的第一反射面上，并設(shè)置于光波導(dǎo)器件的一端，所述光波導(dǎo)器件的另一端設(shè)有一個(gè)耦合棱鏡或由第一反射面向第二反射面傾斜的反射斜面，該耦合棱鏡或反射斜面接受光源或投影的直接照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)耦合棱鏡或反射斜面反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向納米光柵組方向傳播，最后經(jīng)納米光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

參見圖5b，圖5b為上述只設(shè)有一組納米光柵組(也可以是一塊納米結(jié)構(gòu)功能薄膜)的透明光場鏡片示意圖。通過耦合棱鏡或反射斜面將照明光耦合進(jìn)入光波導(dǎo)傳播層。根據(jù)光柵方程設(shè)計(jì)并制作的這一組納米光柵組，將光場耦合出光波導(dǎo)器件，在人眼前方獲得視場角放大的會(huì)聚光場。

第一反射面：如果將光波導(dǎo)器件的一面面對眼睛擺放，則遠(yuǎn)離眼睛的一面稱為第一反射面，距離眼睛近的一面為第二反射面。一 般來說，頭戴式設(shè)備的光源或其它部件安裝于上部更加美觀方便，因此，一般來說，為了獲得足夠的傳播距離，及就夠的照射面積(點(diǎn)光源的光野面積隨傳播距離而擴(kuò)大)，圖像信息或光從光波導(dǎo)器件的上部進(jìn)行入射(一般由第二反射面一側(cè)向第一反射面方向入射)，而納米光柵組設(shè)置在光波導(dǎo)器件的下部，這是一種利用一組納米光柵組進(jìn)行視角放大的實(shí)施方式，為了和納米光柵組進(jìn)行匹配，在光波導(dǎo)的上部制作一個(gè)斜面，使得入射光在斜面(反射斜面)的反射作用下，在光波導(dǎo)器件中由上而下進(jìn)行傳播，其角度使得光傳播到納米光柵組時(shí)，其光野剛好覆蓋整個(gè)納米光柵組，發(fā)射斜面可以直接在光波導(dǎo)器件上加工，也可以單獨(dú)加工一個(gè)耦合棱鏡與其進(jìn)行光耦合，其作用，實(shí)質(zhì)上和反射斜面一致。這里的納米光柵組實(shí)質(zhì)上與第二光柵組相當(dāng)，由反射斜面或耦合棱鏡代替了第一光柵組，只不過沒有實(shí)現(xiàn)二級(jí)放大而已。

在一些實(shí)施例中，所述圖像生成裝置為一全息投影裝置，所述全息投影裝置與所述透明光場鏡片之間還設(shè)有4f光學(xué)放大裝置，所述4f光學(xué)放大裝置為固態(tài)透明材質(zhì)制備的透鏡組成，或使用兩組、三組或三組以上納米光柵組設(shè)置于光波導(dǎo)器件上組成，或由固態(tài)透明材質(zhì)制備的透鏡與納米光柵組、光波導(dǎo)器件共同組成。作為頭戴式產(chǎn)品，需要采用微型全息投影裝置。其中的4f光學(xué)系統(tǒng)可以采用傳統(tǒng)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，為了進(jìn)一步優(yōu)化其體積，實(shí)現(xiàn)頭戴式裝置美觀輕便，還可以采用兩級(jí)或兩級(jí)以上納米光柵組來代替?zhèn)鹘y(tǒng)透明材質(zhì)透鏡(如玻璃透鏡)，現(xiàn)有技術(shù)中，沒有相關(guān)的技術(shù)啟示。或者根據(jù)需要，由固態(tài)透明材質(zhì)制備的透鏡與納米光柵組、光波導(dǎo)器件共同組成。有些微型全息投影裝置本身就配置有空間光調(diào)制器和4f光學(xué)系統(tǒng)，這可以看做是第一級(jí)視角放大裝置，不影響其與后續(xù)的視角放大裝置的匹配進(jìn)行多級(jí)放大。

參見圖10，圖10是微全息投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。將需再現(xiàn) 的圖像通過計(jì)算生成位相分布，實(shí)時(shí)顯示在空間光調(diào)制器(如LCOS器件等)上。光波照射在空間光調(diào)制器上，通過投影光學(xué)系統(tǒng)和空間傳播形成成像。例如，該光學(xué)系統(tǒng)為4f系統(tǒng)，在4f系統(tǒng)兩透鏡間的頻譜平面上設(shè)置光闌，讓光闌只允許形成實(shí)像的頻譜通過。更進(jìn)一步地，通過高頻刷新空間光調(diào)制器上的位相分布，在不同景深處三維成像，獲得多景深的三維景象重建。然而，受到空間光調(diào)制器像素?cái)?shù)和像素尺寸限制，該系統(tǒng)的成像視場角是受限的。因此，需后繼光學(xué)系統(tǒng)和透明光場鏡片的視場放大成像。這里照明的光源可以是相干光源或者部分相干的或者非相干的。對應(yīng)與振幅圖像輸入，光源可以是非相干或者部分相干光源，對于位相分布輸入，光源是相干的。

參見圖11，圖11是本發(fā)明實(shí)施方式下的一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示方案圖。該系統(tǒng)至少包括一個(gè)微全息投影系統(tǒng)和一個(gè)透明光場鏡片。透明光場鏡片上至少包含一組納米結(jié)構(gòu)功能薄膜(圖示是一組，也可以采用兩組、三組及三組以上，兩組的示意圖參見圖5a，兩組以上同理)。微全息投影系統(tǒng)中，通過計(jì)算生成的位相分布圖實(shí)時(shí)刷新在空間光調(diào)制器(如LCOS器件、DLP器件等)上。光波照射在空間光調(diào)制器上，通過空間射傳播，在空間形成成像。在該實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)為具有一定放大率的4f系統(tǒng)。然而受到空間光調(diào)制器像素?cái)?shù)和像素尺寸限制，該實(shí)像的視場角受限。為此，通過透明光場鏡片的納米透鏡，將放大的虛像呈現(xiàn)在人眼觀察區(qū)域。

在一些實(shí)施例中，所述圖像生成裝置為一全息投影裝置，所述全息投影裝置從透明光場鏡片側(cè)面直接投影或通過設(shè)置一光耦合器件投影至第一光柵組，實(shí)現(xiàn)圖像在Y軸上的放大，然后經(jīng)光波導(dǎo)器件投射到第二光柵組上，實(shí)現(xiàn)圖像在X軸方向的放大，并在人眼前的空間中投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

同理，也可以根據(jù)需要，用納米光柵組代替圖10與圖11中的 光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步減小體積與重量。

參見圖14a-c，圖14a-c是微全息投影系統(tǒng)與光波導(dǎo)器件耦合的方案圖。該系統(tǒng)包括微全息投影系統(tǒng)和透明光場鏡片。圖14a和圖14c中透明光場鏡片上至少包含兩組納米結(jié)構(gòu)功能薄膜(圖示中以兩組為例41和42，兩組納米結(jié)構(gòu)功能薄膜實(shí)質(zhì)上就是兩組納米光柵組)和一層光波導(dǎo)。在微全息投影系統(tǒng)中，通過計(jì)算生成的位相分布實(shí)時(shí)刷新在空間光調(diào)制器(如LCOS器件、DLP器件等)上。光波照射在空間光調(diào)制器上，通過空間衍射和光學(xué)系統(tǒng)形成成像。在該實(shí)施例中，微全息投影系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)為具有一定光學(xué)縮放功能的4f系統(tǒng)。光場通過光耦合器件傾斜進(jìn)入透明光場鏡片，圖像在y方向上放大，并照射到納米功能薄膜。設(shè)計(jì)納米功能薄膜的像素化納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)x方向上的圖像放大，納米功能薄膜通過衍射效應(yīng)，在人眼前方實(shí)現(xiàn)會(huì)聚視點(diǎn)。圖14b中，則是微全息投影系統(tǒng)與圖5b所示的透明光場鏡片結(jié)合的情形，這個(gè)示例中，只設(shè)有一組納米光柵組。

參見圖15a-b，圖15a-b是本專利實(shí)施方案下另一種微全息投影系統(tǒng)與光波導(dǎo)器件組成的透明光場鏡片耦合的方案圖。該系統(tǒng)包括微全息投影系統(tǒng)和透明光場鏡片。透明光場鏡片上包含三組納米結(jié)構(gòu)功能薄膜，和一層光波導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)。在微全息投影系統(tǒng)中，包括空間光調(diào)制器和4f光學(xué)系統(tǒng)，通過計(jì)算生成的位相分布實(shí)時(shí)刷新在空間光調(diào)制器(如LCOS器件、DLP器件等)上。光波照射在空間光調(diào)制器上，通過光學(xué)系統(tǒng)，形成實(shí)像。在該實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)為具有一定光學(xué)縮放功能的4f系統(tǒng)。光場通過在y方向上有透鏡會(huì)聚功能的納米功能薄膜(3組納米光柵組中的一組)，耦合進(jìn)入光波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)圖像y方向上的放大，并照射x方向有會(huì)聚功能的納米功能薄膜(3組納米光柵組中的第二組)。通過設(shè)計(jì)兩組納米功能薄膜的像素化納米結(jié)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)x和y方向上的圖像放大， 組成x和y方向的納米透鏡。最終通過衍射效應(yīng)，在人眼前方實(shí)現(xiàn)會(huì)聚視點(diǎn)。

參見圖16，圖16是本發(fā)明實(shí)施方式下基于光波導(dǎo)器件的一種現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)顯示方案圖。該系統(tǒng)包括微全息投影系統(tǒng)和透明光場鏡片。鏡片上至少包含一組納米結(jié)構(gòu)功能薄膜，和一層光波導(dǎo)器件。在微全息透明系統(tǒng)中，包括空間光調(diào)制器和4f光學(xué)系統(tǒng)，通過將待顯示的圖像經(jīng)過計(jì)算生成的位相分布，實(shí)時(shí)刷新在空間光調(diào)制器(如LCOS器件、DLP器件等)上。光波照射在空間光調(diào)制器上，通過空間傳播和光學(xué)系統(tǒng)，形成成像。在該實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)為具有一定光學(xué)縮放功能的4f系統(tǒng)。在4f系統(tǒng)兩透鏡間的頻譜平面上設(shè)置光闌，讓光闌只允許形成物體實(shí)像的頻譜通過。光場通過光耦合器件進(jìn)入光場鏡片，沿波導(dǎo)傳播。在光線出射區(qū)域，納米結(jié)構(gòu)功能薄膜將光場耦合至人眼前方，并增大視場角，將放大的虛像呈現(xiàn)在人眼觀察區(qū)域。更進(jìn)一步地，利用分頻掃描的方式，實(shí)現(xiàn)多幅位相分布的實(shí)時(shí)掃描，使其在微全息顯示系統(tǒng)的像空間形成景深不同的實(shí)像。這些景深不同的實(shí)像組成全息動(dòng)態(tài)三維實(shí)象。最終，通過光場鏡片，在人眼可視范圍內(nèi)形成動(dòng)態(tài)三維虛擬景像。

需要指出，上述空間光調(diào)制器也可刷新振幅(強(qiáng)度)分布圖像，通過微全息投影系統(tǒng)與光場鏡片共同構(gòu)成虛像成像系統(tǒng)，利用納米波導(dǎo)透鏡的功能產(chǎn)生更大視場。一般地，微投影光學(xué)系統(tǒng)和光波導(dǎo)波導(dǎo)器件的視場角為30度左右，通過透明光場鏡片上的納米光柵組，可將視場擴(kuò)大到60度以上。

這種符合人眼調(diào)焦習(xí)慣的立體顯示方式使三維景象觀看效果更加自然。納米結(jié)構(gòu)功能鏡片可視作一個(gè)離軸菲涅爾透鏡。在近軸條件下，其成像關(guān)系可簡單近似為：

其中，u和u’分別為物距和像距，f為納米光柵組所構(gòu)建的菲涅爾透鏡的焦距。通過數(shù)字全息投影系統(tǒng)呈現(xiàn)的不同景深實(shí)像，通過透明光場鏡片在人眼前方投影出多景深的虛像。值得注意的是，垂軸放大率(像高與物高之比)也將隨之改變：

因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)通過計(jì)算，獲得景物大小和畸變數(shù)據(jù)，使所成虛像大小比例合適，使觀察者既有沉浸感，又與現(xiàn)實(shí)景物有效融合。當(dāng)人眼通過調(diào)節(jié)聚焦到近距離景象時(shí)，遠(yuǎn)距離景象模糊，反之，當(dāng)人眼聚焦到遠(yuǎn)距離景象時(shí)，近距離景象模糊。這種符合人眼調(diào)焦習(xí)慣的立體顯示方式使三維景象觀看效果更加自然。將這種多景深3D效果和雙眼視差3D效果結(jié)合，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，獲得眼部肌肉調(diào)焦立體效果和視差立體效果的融合，使觀看效果更加自然。同時(shí)，與微型投影系統(tǒng)相比，數(shù)字全息顯示系統(tǒng)不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)即可通過分頻掃描的方面實(shí)現(xiàn)多景深的三維景物，更加便利。

參見圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e、圖6f、圖6g、圖6h、圖6i和圖6j，圖6a-j，是多種含有像素化納米光柵的功能薄膜示意圖。光柵結(jié)構(gòu)可由單種材料組成，亦可由多種材料組成，其材質(zhì)可為樹脂、塑料、橡膠、玻璃、聚合物、光折變晶體、金屬、金屬氧化物等。納米光柵結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是光學(xué)折射率在微納米尺度空間內(nèi)周期性變化并可與光作用發(fā)生衍射效應(yīng)。本發(fā)明提出的上述納米結(jié)構(gòu)功能薄膜，其中納米光柵像素(在本文中即納米光柵)可以采用紫外連續(xù)變空頻光刻技術(shù)以及納米壓印進(jìn)行制作，該紫外連續(xù)變空頻光刻技術(shù)參照申請?zhí)枮镃N201310166341.1的中國專利申請記載 的光刻設(shè)備和光刻方法。需要指出的是，在本發(fā)明中，可以采用光刻方法在光滑表面制作出各個(gè)不同指向的納米光柵。波導(dǎo)層厚度為100um-3mm，其結(jié)構(gòu)可以是浮雕型的，通過上述納米光刻方法制作納米結(jié)構(gòu)，再做出能夠用于壓印的模板，然后通過納米壓印批量壓印出納米光柵構(gòu)成的像素陣列。亦可是折射率調(diào)制型，通過納米光刻在折射率調(diào)制型記錄材料(如光致聚合物薄膜、光折變晶體玻璃等)上曝光制備。

參見圖7a-f，圖7a-f是含有納米光柵像素結(jié)構(gòu)的功能薄膜與鏡片基材構(gòu)成鏡片(透明光場鏡片)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7a、圖7b和圖7c所示，通過在光場鏡片基材表面制備納米結(jié)構(gòu)功能層(圖示為在鏡片基片上制備納米結(jié)構(gòu)功能薄膜，當(dāng)然，在光波導(dǎo)器件上制備的原理一樣)，或在鏡片基材內(nèi)部嵌入納米結(jié)構(gòu)功能層(圖7d、圖7e)獲得光場鏡片。需要指出的是，制作單層和多層疊合的納米光柵結(jié)構(gòu)時(shí)(圖7e、圖7f)，或需在光柵結(jié)構(gòu)表面蒸鍍、貼合一層與基底折射率不同的透明介質(zhì)層或者空氣間隔層，保護(hù)納米光柵結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光特性。

為了實(shí)現(xiàn)納米透鏡的功能，一種實(shí)施方式可以如圖8所示，圖8是本發(fā)明實(shí)施方式下的一種實(shí)現(xiàn)會(huì)聚光場的納米結(jié)構(gòu)分布示意圖(及納米光柵組的全部或一部分)。圖中所示的這一組納米光柵組相當(dāng)于單個(gè)離軸納米菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，可以使圖像匯聚于視點(diǎn)1。單個(gè)視點(diǎn)1可以視為一個(gè)子像素，通過對各納米光柵組納米光柵的排布的不同安排，可以獲得不同焦距和/或焦點(diǎn)位置的離軸菲涅爾透鏡，可由n×m個(gè)這樣的納米光柵組構(gòu)成n×m個(gè)不同焦點(diǎn)的離軸菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)。此外，通過設(shè)計(jì)單個(gè)像素復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)，可使出射光線對入射光波長不敏感，即通過漸變納米結(jié)構(gòu)，可使多波長入射光獲得相同會(huì)聚效果。圖上像素不限于矩形像素，也可以是圓形，菱形，六邊形等像素結(jié)構(gòu)組成。圖上像素亦可互相分立，適當(dāng)設(shè)計(jì) 像素間距，可使之滿足照明空隙要求。此外，通過調(diào)節(jié)圖上各像素的像素大小、結(jié)構(gòu)或槽深等結(jié)構(gòu)參數(shù)依空間分布變化，可使各像素點(diǎn)獲得理想的衍射效率，達(dá)到均勻照明的目的。

參見圖9，圖9是利用納米結(jié)構(gòu)功能薄膜構(gòu)筑新波前的示意圖。在自然觀看情況下，自然景物向四周發(fā)射漫反射光。而景物投射到人眼的光線被角膜和晶狀體成像。同樣地，由光場鏡片上的納米結(jié)構(gòu)功能薄膜構(gòu)筑的新波前需符合自然觀看條件，即：由納米結(jié)構(gòu)功能薄膜構(gòu)筑的新波前應(yīng)為會(huì)聚波面，在眼睛前方形成會(huì)聚光場，將觀察區(qū)域內(nèi)所有光信息收集至人眼。眼睛應(yīng)位于會(huì)聚光場的觀察區(qū)域內(nèi)，從而使人眼在觀看虛擬物體時(shí)處于放松和舒服的狀態(tài)。考慮到頭戴式可視設(shè)備屏幕距人眼距離通常為10mm-50mm，應(yīng)優(yōu)化納米結(jié)構(gòu)功能薄膜的納米結(jié)構(gòu)的分布，使得形成的光場的焦距處于眼睛的最佳觀察范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，所述透明光場鏡片為兩層、三層、四層或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成，所有的第一光柵組、第二光柵組分別對齊平行排列；其中所有的第一光柵組均接受同一光源或投影的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。圖17a為3層透明光場鏡片單元疊加的情形。

多層結(jié)構(gòu)一可以實(shí)現(xiàn)更多的匯聚視點(diǎn)，提高分辨率，也為實(shí)現(xiàn)彩色三維顯示提供了基礎(chǔ)。

當(dāng)所述透明光場鏡片為三層、四層、或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成，所述圖像生成裝置設(shè)有分頻控制裝置，即對應(yīng)采用三基色、四基色或四色以上色彩分頻掃描，將三種波長、四種波長或四種以上波長的光或圖像依次分別向各透明鏡片單元的第一光柵組投射，即每一種波長的光信息或圖像信息分別與各層透明光場 鏡片的第一光柵組一一對應(yīng)；各波長的光信息或圖像信息經(jīng)對應(yīng)的第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大且融合為彩色的三維虛擬景象。

在另一些實(shí)施例中可以采用另外的一種結(jié)構(gòu)，所述透明光場鏡片為兩層、三層、四層或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成；其中距離眼睛最遠(yuǎn)的一層透明光場鏡片單元只設(shè)有第二光柵組，其余透明光場鏡片單元均設(shè)有第一光柵組和第二光柵組；且所有第二光柵組均對齊平行排列，第一光柵組按照距離眼睛越遠(yuǎn)，位置越低的方式排布，即距離眼睛越遠(yuǎn)，第一光柵組越靠近其對應(yīng)的第二光柵組；在距離眼睛最近的一層透明光場鏡片單元的頂端設(shè)有一光耦合器件，該光耦合器件接受光源或投影的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)光耦合器件進(jìn)入距離眼睛最近的一層透明光場鏡片單元的光波導(dǎo)器件內(nèi)部，再向各層的第一光柵組傳播，經(jīng)第一光柵組后再向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，對于距離眼睛最遠(yuǎn)的一層透明光場鏡片單元，則直接經(jīng)其對應(yīng)的光波導(dǎo)器件傳播給它對應(yīng)的第二光柵組，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。圖17b為三層透明光場鏡片單元疊加的情形。其它數(shù)量透明光場鏡片單元疊加同理。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片為三層、四層、或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成，所述圖像生成裝置設(shè)有分頻控制裝置，即對應(yīng)采用三基色、四基色或四色以上色彩分頻掃描，將三種波長、四種波長或四種以上波長的光或圖像依次分別向各透明鏡片單元的第一光柵組投射，即每一種波長的光信息或圖像信息分別與各層透明光場鏡片的第一光柵組一一對應(yīng)；各波長的光信息或圖像信息經(jīng)對應(yīng)的第一光柵組反射后在光波導(dǎo)器件內(nèi)部向其對應(yīng)的第二光柵組方向傳播，對于距離眼睛最遠(yuǎn)的一層透明光場鏡片單元，則直 接經(jīng)其對應(yīng)的光波導(dǎo)器件傳播給它對應(yīng)的第二光柵組，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大且融合為彩色的三維虛擬景象。

參見圖12，圖12是本發(fā)明實(shí)施方式下分頻實(shí)現(xiàn)多景深的一種現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)顯示方案圖。該系統(tǒng)包括微全息顯示系統(tǒng)和透明光場鏡片。透明光場鏡片上至少包含一組納米結(jié)構(gòu)功能薄膜。在數(shù)字全息顯示系統(tǒng)中，通過計(jì)算生成的位相分布圖實(shí)時(shí)顯示在空間光調(diào)制器(如LCOS器件、DLP器件等)上。光波照射在空間光調(diào)制器上，通過微全息顯示系統(tǒng)中設(shè)有的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，形成實(shí)像。在該實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)為具有一定放大率的4f系統(tǒng)，然后再通過一個(gè)透明光場鏡片，實(shí)現(xiàn)視場角的增大，最終將放大的虛像呈現(xiàn)在人眼觀察區(qū)域。利用分頻掃描的方式，實(shí)現(xiàn)多幅全息圖實(shí)時(shí)掃描，使其在微全息顯示系統(tǒng)的像空間形成景深不同的實(shí)像。這些景深不同的實(shí)像組成全息動(dòng)態(tài)三維實(shí)象。最終，通過光場鏡片，在人眼可視范圍內(nèi)形成動(dòng)態(tài)三維虛擬景像。

參見圖13a-d，圖13a-d是一種虛擬景物多景深分割示意圖。以13(a)所示圖像為例，可根據(jù)景物遠(yuǎn)近關(guān)系分割成若干圖像(圖13(b)、圖13(c)、圖13(d))。考慮到人眼對近距離物體的遠(yuǎn)近分辨能力優(yōu)于對遠(yuǎn)距離物體的遠(yuǎn)近分辨能力。在圖像分割時(shí)，可對近距離物體進(jìn)行細(xì)致分割，對遠(yuǎn)距離物體進(jìn)行大致分割。被分割圖像被投影至人眼前不同距離，形成多景深三維圖像。

進(jìn)一步的，所述透明光場鏡片包括兩個(gè)透明光場鏡片單元，且兩個(gè)透明光場鏡片單元左右對稱排布，以分別對應(yīng)于左右眼睛；其納米光柵組也對稱排布，并分別對應(yīng)于左右眼睛，且均位于光波導(dǎo)器件遠(yuǎn)離眼睛的一面；兩個(gè)透明光場鏡片單元的耦合棱鏡或反射斜面分別設(shè)置于遠(yuǎn)離眼睛的另一端；所述圖像生成裝置設(shè)有兩個(gè)分別對應(yīng)于兩個(gè)耦合棱鏡或反射斜面的光源、全息投影裝置或微型投影 儀；兩個(gè)耦合棱鏡或反射斜面分別接受對應(yīng)光源、全息投影裝置或微型投影儀的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)耦合棱鏡或反射斜面反射后在對應(yīng)光波導(dǎo)器件內(nèi)部向?qū)?yīng)第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)兩個(gè)第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象。

在另一些實(shí)施例中，所述透明光場鏡片包括兩組透明光場鏡片單元，且兩組透明光場鏡片單元左右對稱排布，以分別對應(yīng)于左右眼睛；其第二光柵組也對稱排布，并分別對應(yīng)于左右眼睛，且均位于光波導(dǎo)器件遠(yuǎn)離眼睛的一面；所述每組透明光場鏡片單元均為一層、兩層、三層、四層或四層以上透明光場鏡片單元重疊而成；兩組透明光場鏡片單元的第一光柵組或光耦合器件分別設(shè)置于遠(yuǎn)離眼睛的另一端；所述圖像生成裝置設(shè)有兩個(gè)分別對應(yīng)于兩組第一光柵組或光耦合器件的光源、全息投影裝置或微型投影儀；兩組第一光柵組或光耦合器件分別接受對應(yīng)光源、全息投影裝置或微型投影儀的照射，光源或投影投射的光信息經(jīng)兩組第一光柵組或光耦合器件反射后在對應(yīng)光波導(dǎo)器件內(nèi)部向?qū)?yīng)第二光柵組方向傳播，最后經(jīng)所有的第二光柵組在人眼前方投射出會(huì)聚波面，形成視角放大的三維虛擬景象，如圖18所示。這里的每組透明光場鏡片單元組可以采用前述的各種透明光場鏡片的結(jié)構(gòu)，以及與圖形生成裝置進(jìn)行對應(yīng)的光學(xué)匹配即可。

參見圖19。圖19是一種空間光調(diào)制器輸出圖像的過程示意圖。為獲取待顯示物體的三維信息，并使之與真實(shí)景物融合，需獲取現(xiàn)實(shí)場景三維景物和云端的三維建模數(shù)據(jù)。GPU通過計(jì)算處理，對三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用抽樣定理將其離散化。最后控制空間光調(diào)制器，輸出計(jì)算出的位相分布。這是現(xiàn)有技術(shù)，就不在贅述。

參見圖20，圖20是一種利用本文所述透明光場鏡片實(shí)現(xiàn)三維景象的結(jié)構(gòu)示意圖。GPU將計(jì)算全息圖像輸出至微全息投影系統(tǒng)， 出射光場經(jīng)過光學(xué)耦合系統(tǒng)照射至光場鏡片(即透明光場鏡片)的納米結(jié)構(gòu)功能薄膜，實(shí)現(xiàn)光場變換，放大視場角，在人眼觀察區(qū)域呈現(xiàn)放大虛像。需指出，上述空間光調(diào)制器也可刷新振幅(強(qiáng)度)分布圖像，通過微全息投影系統(tǒng)與光場鏡片共同構(gòu)成虛像成像系統(tǒng)，利用納米波導(dǎo)透鏡的功能產(chǎn)生更大視場。

參見圖21，圖21是基于透明光場鏡片的一種頭戴式3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置示意圖。外界信息采集傳感器，例如：現(xiàn)實(shí)三維場景采集傳感器(3001)、頭部運(yùn)動(dòng)識(shí)別傳感器(3002)、眼部運(yùn)動(dòng)識(shí)別傳感器(3004)等，集成在頭戴式便攜裝置上。其具體位置分布可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要改變。虛擬三維景象通過設(shè)置有納米結(jié)構(gòu)功能薄膜的光場鏡片和圖像輸出裝置(3003)添加至特定位置。各部件具體位置可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要調(diào)整和修改。

將上述利用設(shè)置納米結(jié)構(gòu)功能薄膜的光場鏡片實(shí)現(xiàn)的佩戴式3D顯示裝置與外界信息采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)結(jié)合，可用于虛擬現(xiàn)實(shí)和現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)領(lǐng)域。

參見圖22.，圖22是基于光場鏡片的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)方案示意圖。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)傳感器(或圖像采集器)對真實(shí)世界和觀察者進(jìn)行信息采集，主要包括但不局限于：觀察者頭部運(yùn)動(dòng)、眼部運(yùn)動(dòng)識(shí)別、手勢識(shí)別等。采集信息與云端信息、終端信息匹配、處理、交互，最終通過光場鏡片在虛擬三維尺度空間特定位置呈現(xiàn)虛擬物體或信息。

參見圖23，圖23是基于光場鏡片的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)方案示意圖。在現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)中，多個(gè)傳感器(或圖像采集器)對真實(shí)世界和觀察者進(jìn)行信息采集，主要包括但不局限于：真實(shí)場景三維信息識(shí)別、觀察者頭部運(yùn)動(dòng)、眼部運(yùn)動(dòng)識(shí)別、手勢識(shí)別等。采集信息與云端收集信息匹配、處理、交互，最終通過光場鏡片在現(xiàn)實(shí)三維尺度空間特定位置增加虛擬物體或信息。

參見圖24，圖24是佩戴式3D顯示裝置與其他移動(dòng)設(shè)備或終端可通過云網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交互的示意圖。頭戴式移動(dòng)裝置(3100)、腰戴式移動(dòng)裝置(3101)、腕戴式移動(dòng)裝置(3102)與便攜式移動(dòng)裝置(3103、3104)可通過云端便捷地實(shí)現(xiàn)信息交互。

本發(fā)明在眼球前方的空間中會(huì)聚視角圖像，形成虛擬景象，其和現(xiàn)實(shí)景物在人眼中成像的原理一致，因此長時(shí)間觀看的視覺疲勞度比傳統(tǒng)的三維顯示技術(shù)大大降低。

該專利所涉及的虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)，可應(yīng)用到諸如視頻游戲、事件直播、視頻娛樂、醫(yī)療保健、房地產(chǎn)、零售、教育、工程和軍事(圖25-33)等社會(huì)活動(dòng)中。

圖25是本發(fā)明應(yīng)用于交通駕駛的示意圖，通過本發(fā)明的裝置，將虛擬圖像(圖中示例的是“600米后文星路”的圖文提示和實(shí)際路面上的右轉(zhuǎn)行駛標(biāo)識(shí))，該虛擬圖像通過焦距的調(diào)整，準(zhǔn)確的投影到與實(shí)景匹配的位置，使虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)景物有機(jī)的融合到一起，自然且準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)顯示，可有效避免現(xiàn)有車載導(dǎo)航系統(tǒng)中，視覺場景切換導(dǎo)致的交通事故。

圖26是本發(fā)明應(yīng)用于兒童教育的示意圖(當(dāng)然可以是其他任何多媒體信息展示領(lǐng)域及電影、電視等領(lǐng)域)，兩位小朋友通過本發(fā)明的裝置，一起觀看或分享關(guān)于恐龍的咨詢，包括文字顯示和恐龍的立體顯示。

圖27是本發(fā)明應(yīng)用于游戲娛樂、軍事訓(xùn)練、戰(zhàn)爭等領(lǐng)域的示意圖，其中的建筑、人物可以是全虛擬的，也可以是虛擬和現(xiàn)實(shí)事物融合的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)模式。應(yīng)用于游戲娛樂和軍事訓(xùn)練，可以大大提高游戲及軍事訓(xùn)練的擬真度，提高游戲的樂趣和可玩性，提高軍事訓(xùn)練的實(shí)戰(zhàn)效果。應(yīng)用于軍事作戰(zhàn)，通過云端信息采集與信息交互，使士兵快速獲得戰(zhàn)場上敵軍、我軍的位置、運(yùn)動(dòng)、作戰(zhàn)特性等信息，以及戰(zhàn)場形貌信息，大大提高士兵的信息采集能力、實(shí)時(shí)判斷準(zhǔn)確 性、以及統(tǒng)一作戰(zhàn)協(xié)調(diào)性，提高軍隊(duì)整體戰(zhàn)斗力。

圖28是本發(fā)明應(yīng)用于購物領(lǐng)域或產(chǎn)品展示?？梢詳M真的全面了解產(chǎn)品的外觀信息，并結(jié)合文字、聲音信息，實(shí)現(xiàn)全新的購物體驗(yàn)或展示效果。

圖29是本發(fā)明應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的示意圖，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生與病患的更加豐富的資訊交流，如圖中，醫(yī)生可以讓病患直觀的看到自己病牙的立體信息，了解病況，視窗中還同步顯示診斷結(jié)果等文字信息。

圖30是本發(fā)明應(yīng)用于家庭影音娛樂領(lǐng)域的示意圖，可獲得近乎于身臨其境的視覺體驗(yàn)，又大大減輕視覺疲勞的癥狀。

圖31是本發(fā)明應(yīng)用于服飾虛擬試穿的示意圖，通過對試穿者的三維掃描或多角度拍照進(jìn)行三維合成，然后再將服裝與試穿者的三維虛像融合，得到穿上新服飾的三維影像，試穿者可以實(shí)時(shí)的觀察自己的試穿效果，通過本發(fā)明的頭戴式三維顯示裝置，可以獲得近乎于照鏡子的真實(shí)視覺體驗(yàn)。

圖32是本發(fā)明應(yīng)用于商務(wù)會(huì)議領(lǐng)域的示意圖，真實(shí)而生動(dòng)的展示需要討論的產(chǎn)品或文案，相比于傳統(tǒng)的ppt，更具直觀的優(yōu)勢。對于大型設(shè)備展示來說，更是如此。

圖33是本發(fā)明應(yīng)用于遠(yuǎn)程交互領(lǐng)域的示意圖，在圖中，以父女兩人通過本發(fā)明進(jìn)行遠(yuǎn)程互動(dòng)下國際象棋的例子，在本方案中，每一方只需要擺放己方的棋子，然后通過本發(fā)明上增設(shè)的數(shù)碼攝像機(jī)將己方的棋子動(dòng)態(tài)、甚至是連同下棋人本人全貌一同拍攝(可以是三維掃描、多角度錄像或拍照等方式)，并進(jìn)行三維轉(zhuǎn)換，最終通過本發(fā)明投射到對方眼前，使得相互之間如同面對面在一起，具有高度的擬真感，如果再加上現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)，幾乎察覺不到彼此本來遙遠(yuǎn)的距離了，這對于遠(yuǎn)程交互來說，可以是一次革命性的飛躍。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人 員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。