本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光場(chǎng)原理的三維顯示裝置及顯示方法。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality)技術(shù)是一種將虛擬信息更逼真地呈現(xiàn)在用戶面前，并達(dá)到“以假亂真”的效果的顯示技術(shù)，它通常屏蔽外界真實(shí)環(huán)境，使用戶沉浸于虛擬世界中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(augmentedreality)技術(shù)是一種將虛擬信息疊加到真實(shí)世界的顯示技術(shù)，它使用戶可以同時(shí)觀察外界真實(shí)環(huán)境。這些技術(shù)可廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、教育、制造、娛樂(lè)等領(lǐng)域。隨著相關(guān)技術(shù)的商用化推進(jìn)，vr/ar設(shè)備越來(lái)越被大眾所熟知，產(chǎn)品也逐漸往消費(fèi)市場(chǎng)蔓延。其中，ar設(shè)備被認(rèn)為具有更廣闊的應(yīng)用潛力，同時(shí)，當(dāng)ar設(shè)備集成了可選擇性遮擋現(xiàn)實(shí)世界光線的相關(guān)組件后，在某種程度上就兼具了vr設(shè)備的效果。因此，立足ar設(shè)備的特點(diǎn)，研究?jī)烧吖餐ǖ娜S顯示技術(shù)，變得很有意義。

目前，市場(chǎng)上的ar眼鏡設(shè)備種類繁多，其原理多是單深度的雙目視差系統(tǒng)，即：通過(guò)一個(gè)半透半反的結(jié)構(gòu)同時(shí)接收虛擬信息和真實(shí)世界場(chǎng)景；人眼在觀看真實(shí)世界場(chǎng)景時(shí)，真實(shí)空間自帶的三維信息給人眼提供了不同的深度線索，從而產(chǎn)生立體感；然而，在觀察虛擬信息時(shí)，虛擬信息的畫面其實(shí)是在同一個(gè)固定深度的平面上(單深度)，通過(guò)給雙眼提供具有視差的兩幅不同的畫面(雙目視差)達(dá)到立體效果，人眼調(diào)焦在該固定的深度位置接受虛擬信息，而無(wú)論虛擬信息是否包含了處于不同于該固定深度的虛擬點(diǎn)。在觀察那些處于不同于該固定深度的虛擬信息時(shí)，由于左右眼聚焦的位置并不重合，造成了視覺(jué)輻輳調(diào)節(jié)沖突(vergence-accommodationconflict)。這種沖突會(huì)引起視疲勞、頭痛等不良生理反應(yīng)，限制了裝備的長(zhǎng)時(shí)間佩戴，體驗(yàn)欠佳。

而且，同一時(shí)刻該固定深度的平面必須提供清晰的視差圖，因此其半透半反的結(jié)構(gòu)既要承擔(dān)對(duì)外部真實(shí)環(huán)境的通透，更要直接承擔(dān)對(duì)圖像源成清晰穩(wěn)定的虛擬像面的功能，這種雙重約束大大降低了光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度，提高了設(shè)計(jì)工作的難度；尤其對(duì)于大視場(chǎng)角(fieldofview)相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)，或要求半透半反結(jié)構(gòu)的厚度進(jìn)一步降低的設(shè)計(jì)，往往很難兼顧圖像源成像質(zhì)量的各種指標(biāo)。

公開號(hào)為cn103487938a的中國(guó)專利公開了一種頭戴顯示裝置，包括主體框架、透視式光學(xué)顯示系統(tǒng)、主控系統(tǒng)和雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)，透視式光學(xué)顯示系統(tǒng)包括圖像顯示模塊、光學(xué)放大系統(tǒng)和微調(diào)機(jī)構(gòu)；雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)拍攝人眼前方的目標(biāo)物，利用視差原理測(cè)距的方法，獲得目標(biāo)物到人眼的距離；主控系統(tǒng)根據(jù)得到的目標(biāo)物到人眼的距離，控制透視式光學(xué)顯示系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整虛像到人眼的距離，保證用戶在使用這些圖像顯示器時(shí)用眼的舒適度，緩解視野疲勞。但是該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)焦時(shí)涉及步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，很難在高速、高精度、低能耗等方面取得平衡。

公開號(hào)為us201704574的美國(guó)專利公開了一種緊湊型頭戴顯示系統(tǒng)，包括一片結(jié)構(gòu)復(fù)雜的波導(dǎo)鏡片和成像棱鏡，但其視場(chǎng)角較小。公開號(hào)為wo2016081664a1的專利公開了一種大視場(chǎng)角頭戴顯示系統(tǒng)，包含圖像源和自由曲面反射鏡面罩，但是體積龐大；公開號(hào)為cn101359089的中國(guó)專利公開了一種自由曲面棱鏡頭戴顯示系統(tǒng)，包括微顯示器及自由曲面棱鏡，但其裝置鏡片較厚且需要補(bǔ)償鏡，不利于生產(chǎn)使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種光場(chǎng)顯示裝置及顯示方法，可以避免視覺(jué)輻輳調(diào)節(jié)沖突，緩解視疲勞，便于長(zhǎng)時(shí)間使用，且其光學(xué)設(shè)計(jì)自由度較高。

一種光場(chǎng)顯示裝置，包括：

圖像源，根據(jù)控制模塊的控制信號(hào)產(chǎn)生表征虛擬信息的圖像；

混合模塊，用于調(diào)整圖像源光線的光路和外部環(huán)境光線的光路；圖像源光線經(jīng)混合模塊和透射型空間光調(diào)制器透射入人眼，形成虛擬信息光路；外部環(huán)境光線經(jīng)混合模塊和透射型空間光調(diào)制器透射入人眼，形成外部環(huán)境光路；

透射型空間光調(diào)制器，具有若干獨(dú)立單元，所述的透射型空間光調(diào)制器根據(jù)控制模塊的控制信號(hào)，有序地打開或關(guān)閉不同獨(dú)立單元，形成對(duì)相應(yīng)光線的不同程度的透射或遮擋，從而對(duì)將要進(jìn)入人眼的圖像源光線和外部環(huán)境光線進(jìn)行調(diào)制；其中，“打開”指一系列狀態(tài)，對(duì)應(yīng)不同程度的透光率；其中，“關(guān)閉”指一種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)某種程度的光遮擋率。

控制模塊，基于透射型空間光調(diào)制器的不同獨(dú)立單元、圖像源顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息之間的映射關(guān)系，同步控制透射型空間光調(diào)制器和圖像源，令透射型空間光調(diào)制器的不同獨(dú)立單元被有序地打開或關(guān)閉，而圖像源則有序地顯示對(duì)應(yīng)的圖像，從而使光場(chǎng)顯示裝置對(duì)人眼呈現(xiàn)所需呈現(xiàn)的虛擬信息。

本發(fā)明中，所述的圖像源由二維或三維像素陣列構(gòu)成；優(yōu)選的，所述的圖像源的主體部分為面狀顯示器，如oled、lcd、lcos、dlp或其組合。

作為優(yōu)選，所述的圖像源由三維像素陣列構(gòu)成；所述的三維像素陣列為多層透明面狀顯示器以堆疊的方式組合成的多層顯示器。

所述的三維像素陣列可以是透明面狀顯示器如透明oled與其它顯示器及光學(xué)機(jī)構(gòu)的組合，如以堆疊的方式組合成多層顯示器，其目的是針對(duì)同一個(gè)混合模塊形成多個(gè)面狀顯示器的等效位置，進(jìn)而擴(kuò)大這些等效位置的總體深度跨度。這樣可以提高虛擬信息分辨率的優(yōu)化自由度，特別是在較大的深度跨度下，使虛擬信息在不同深度的分辨率得到平衡或提高。對(duì)本發(fā)明光場(chǎng)顯示裝置的光場(chǎng)呈現(xiàn)效果具有增益效應(yīng)。

圖像源的尺寸為市面上能購(gòu)買到的小型尺寸。

所述的混合模塊可以是棱鏡、波導(dǎo)、光柵等光電器件及其組合，其目的是使人眼同時(shí)能接收到來(lái)自圖像源的虛擬信息和來(lái)自外部環(huán)境的真實(shí)信息。作為優(yōu)選，所述的混合模塊具有大視場(chǎng)角、大出瞳直徑及長(zhǎng)出瞳距的特點(diǎn)。對(duì)本發(fā)明光場(chǎng)顯示裝置的光場(chǎng)呈現(xiàn)效果具有增益效應(yīng)。

所述的透射型空間光調(diào)制器含有許多獨(dú)立單元，每個(gè)獨(dú)立單元的尺寸較小。作為優(yōu)選，所述的透射型空間光調(diào)制器的各個(gè)獨(dú)立單元排列成單維陣列或多維陣列。

每個(gè)獨(dú)立單元都可以獨(dú)立地接受光學(xué)信號(hào)或電學(xué)信號(hào)的控制，利用各種物理效應(yīng)(泡克爾斯效應(yīng)、克爾效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、半導(dǎo)體的自電光效應(yīng)、光折變效應(yīng)等)改變自身的光學(xué)特性，從而對(duì)照明在其上的光波進(jìn)行調(diào)制。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的透射型空間光調(diào)制器基于電致變透光率的材料或器件(如液晶)制成。其每個(gè)獨(dú)立單元對(duì)任意自然光或非自然光(如特定波長(zhǎng)、特定偏振態(tài)、特定相干性等)的光線可以形成電致可調(diào)的不同透過(guò)率，其透過(guò)率調(diào)節(jié)范圍可以是完全范圍，即上限100％(全透明)至下限0％(全遮擋)，也可以是不完全范圍，即上限小于等于100％而下限大于等于o％，其調(diào)節(jié)方式可以是連續(xù)調(diào)節(jié)，也可以是離散(階躍式)調(diào)節(jié)，可以是單次調(diào)節(jié)，也可以是按特定方案持續(xù)調(diào)節(jié)。

作為優(yōu)選，所述的光場(chǎng)顯示裝置還包括眼球追蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)透射型空間光調(diào)制器調(diào)制范圍的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。進(jìn)一步提高虛擬信息的顯示質(zhì)量。

本發(fā)明還提供了一種光場(chǎng)顯示方法，包括：

(1)控制模塊根據(jù)所需呈現(xiàn)的虛擬信息，基于透射型空間光調(diào)制器打開的獨(dú)立單元、圖像源顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息之間的映射關(guān)系，同步控制透射型空間光調(diào)制器和圖像源，令透射型空間光調(diào)制器的不同獨(dú)立單元被有序地打開或關(guān)閉，而圖像源則有序地顯示對(duì)應(yīng)的圖像；

(2)圖像源根據(jù)控制模塊的控制信號(hào)產(chǎn)生的表征虛擬信息的圖像光線，由混合模塊調(diào)整其傳播方向，并經(jīng)過(guò)透射型空間光調(diào)制器調(diào)制后進(jìn)入人眼，從而使光場(chǎng)顯示裝置對(duì)人眼呈現(xiàn)所需呈現(xiàn)的虛擬信息；外部環(huán)境光線透過(guò)混合模塊和透射型空間光調(diào)制器后進(jìn)入人眼。

所述的映射關(guān)系通過(guò)透射型空間光調(diào)制器打開的獨(dú)立單元、圖像源顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息之間的光學(xué)關(guān)系計(jì)算得到。

透射型空間光調(diào)制器打開的獨(dú)立單元、圖像源顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息之間具有一定的光學(xué)關(guān)系，三者之間通過(guò)圖像源發(fā)出的表征虛擬信息的圖像光線形成映射，且滿足條件：(a)所需呈現(xiàn)的虛擬信息位于所述圖像光線透入打開的獨(dú)立單元前的最后一段直線傳播路徑的反向延長(zhǎng)線上；(b)所需呈現(xiàn)的虛擬信息的顏色與對(duì)應(yīng)圖像源顯示的圖像顏色相同。具體的，某時(shí)刻透射型空間光調(diào)制器上打開的某一特定的獨(dú)立單元的中心如果有表征虛擬信息的圖像光線透過(guò)，則該圖像光線集合內(nèi)的任意特定的光線表征了虛擬信息中的某一特定的虛擬點(diǎn)，由于該特定的光線必定來(lái)源于圖像源上的某一特定的像素，因此，該特定的獨(dú)立單元、該特定的虛擬點(diǎn)、該特定的像素，三者通過(guò)該特定的光線形成映射，且符合如下條件：(1)虛擬點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的獨(dú)立單元的中心的連線，與所述特定的光線部分重合，重合部分為該特定的光線在透入該獨(dú)立單元前的最后一段直線傳播路徑；基于這個(gè)前提，通過(guò)虛擬信息光路的溯源追蹤，可以找出該特定像素在圖像源上的位置。(2)虛擬點(diǎn)的顏色與圖像源上對(duì)應(yīng)的像素的顏色相同；基于這個(gè)前提，可以決定該特定像素的在特定時(shí)刻的顏色。作為優(yōu)選，控制模塊通過(guò)查找事先存儲(chǔ)的信息得到所述的映射關(guān)系，事先存儲(chǔ)的信息為符合光學(xué)關(guān)系的透射型空間光調(diào)制器打開的獨(dú)立單元、圖像源顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息的集合。這樣可以節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間，提高控制模塊的響應(yīng)速度。

人眼能感受到的圖像刷新頻率一般為30hz，當(dāng)刷新頻率較高時(shí)(如不小于60hz)，則察覺(jué)不到高頻閃爍。當(dāng)透射型空間光調(diào)制器以足夠高的調(diào)制速度有序地打開或關(guān)閉不同獨(dú)立單元時(shí)，表征某一虛擬點(diǎn)的光線有序地以不同方向射向人眼，這些光線對(duì)人眼的入射方向的反向延長(zhǎng)線均交叉于該虛擬點(diǎn)，因此，當(dāng)人眼聚焦到該交叉點(diǎn)時(shí)，該虛擬點(diǎn)在視網(wǎng)膜上成清晰且無(wú)法察覺(jué)其閃爍的像，否則，則成模糊的像。這與人眼觀察真實(shí)世界時(shí)的視覺(jué)機(jī)制保持一致，即晶狀體聚焦的點(diǎn)與大腦所認(rèn)為的觀察點(diǎn)保持一致；對(duì)于雙眼而言，即左右眼聚焦的點(diǎn)為同一點(diǎn)，同為觀察點(diǎn)。

作為優(yōu)選，當(dāng)控制模塊有序地打開或關(guān)閉透射型空間光調(diào)制器的不同獨(dú)立單元時(shí)，一個(gè)完整的調(diào)制周期不長(zhǎng)于1/30秒。

每次打開或關(guān)閉透射型空間光調(diào)制器的單個(gè)或若干個(gè)不同獨(dú)立單元，其數(shù)目和所在透射型空間光調(diào)制器上的位置由控制模塊控制。

作為優(yōu)選，控制模塊針對(duì)人眼視網(wǎng)膜所能接收的光場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行透射型空間光調(diào)制器調(diào)制范圍的優(yōu)化和圖像源圖像的優(yōu)化。進(jìn)而提高虛擬信息的顯示質(zhì)量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置通過(guò)透射型空間光調(diào)制器有序地快速打開/關(guān)閉不同獨(dú)立單元，使射向人眼的虛擬信息光線均能反向延長(zhǎng)至其所表征的相應(yīng)的虛擬點(diǎn)，從而構(gòu)建了虛擬信息的模擬光場(chǎng)，當(dāng)人眼處于該模擬光場(chǎng)中觀察其代表的虛擬信息時(shí)，不存在輻輳調(diào)節(jié)沖突(vergence-accommodationconflict)，從而避免了由此導(dǎo)致的人眼疲勞及其它生理不適，使得本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置更符合人眼的視覺(jué)習(xí)慣，更易于被長(zhǎng)時(shí)間佩戴。

本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置通過(guò)混合模塊調(diào)整圖像源光線，但此種調(diào)整并不直接承擔(dān)對(duì)圖像源成清晰像面的功能，減輕了設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，增加了設(shè)計(jì)的自由度，相應(yīng)地降低了其它設(shè)計(jì)需求(如fov、體積等)所面臨的約束條件。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的光場(chǎng)顯示方法的原理示意圖，其中：

圖2(a)不同時(shí)刻的光場(chǎng)顯示狀態(tài)；

圖2(b)一個(gè)完整的調(diào)制周期內(nèi)人眼覺(jué)察到的光場(chǎng)顯示狀態(tài)；

圖3為透射型空間光調(diào)制器上打開的獨(dú)立單元、虛擬信息、圖像源之間的映射關(guān)系示意圖；

圖4為單深度的雙目視差系統(tǒng)與本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置的顯示原理對(duì)比圖，其中：

圖4(a)單深度的雙目視差系統(tǒng)的顯示原理示意圖；

圖4(b)本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置的顯示原理示意圖；

圖5為透射型空間光調(diào)制器輸出的模擬光場(chǎng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置包括圖像源5、混合模塊4、透射型空間光調(diào)制器3以及控制模塊6。圖像源5為0.5英寸的lcd，可選擇市售產(chǎn)品；混合模塊4為半透半反的薄型平板；透射型空間光調(diào)制器3為液晶型空間光調(diào)制器并在靠近眼球一側(cè)配備一片偏振片，厚度為1mm，尺寸與所采用的混合模塊4一致并緊貼混合模塊4放置，透射型空間光調(diào)制器3的各個(gè)獨(dú)立單元排列成二維陣列。

圖像源5產(chǎn)生的用于表征虛擬信息的圖像光線的光路由混合模塊4調(diào)整，并經(jīng)過(guò)透射型空間光調(diào)制器3調(diào)制后射向人眼晶狀體2，繼而成像到人眼視網(wǎng)膜1；同時(shí)外部環(huán)境光線透過(guò)混合模塊4和透射型空間光調(diào)制器3后射向人眼晶狀體2，繼而成像到人眼視網(wǎng)膜1；控制模塊6同步控制透射型空間光調(diào)制器3和圖像源5，使得某時(shí)刻透射型空間光調(diào)制器3上打開的獨(dú)立單元9、圖像源5顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息7之間滿足特定的映射關(guān)系，如圖3所示，使得透射型空間光調(diào)制器3對(duì)來(lái)自混合模塊4的虛擬信息的光線進(jìn)行持續(xù)調(diào)制后，輸出表征所需呈現(xiàn)的虛擬信息7的模擬光場(chǎng)，如圖5所示，模擬光場(chǎng)中透過(guò)晶狀體2的光線成像在人眼視網(wǎng)膜1，與外界光線所成的像一起，形成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)視覺(jué)。

透射型空間光調(diào)制器3接收控制模塊6的控制信號(hào)后，快速依次地打開或關(guān)閉不同獨(dú)立單元，經(jīng)過(guò)調(diào)制的虛擬信息的光線和外部環(huán)境光線透過(guò)透射型空間光調(diào)制器3射向人眼晶狀體2，繼而成像到人眼視網(wǎng)膜1。

如圖2(a)、圖2(b)、圖3、圖4(a)、圖4(b)以及圖(5)所示，虛擬信息7可以理解為若干虛擬點(diǎn)(如a、b、c)的集合，不同的虛擬信息即為不同的虛擬點(diǎn)的集合。

如圖2(a)所示，在不同時(shí)刻：t(t1)、t(t2)、…t(tj)，透射型空間光調(diào)制器3的不同獨(dú)立單元被依次打開處于狀態(tài)：on(t1)、on(t2)、…on(tj)，選擇性地使部分光線能被透過(guò)，從而對(duì)于需要呈現(xiàn)的虛擬信息7中的某個(gè)虛擬點(diǎn)a來(lái)說(shuō)，眼球接收到表征該虛擬點(diǎn)的不同方向的光線：ray(t1，a)、ray(t2，a)、…ray(tj，a)，其反向延長(zhǎng)線均交叉于同一點(diǎn)，即虛擬點(diǎn)a所在的位置，值得注意的是，這些光線繼續(xù)延伸至圖像源等效位置8后，則位于不同位置p(t1，a)、p(t2，a)、…p(tj，a)，即由不同的圖像源像素分時(shí)發(fā)光，這與單深度的雙目視差系統(tǒng)中，表征同一個(gè)虛擬點(diǎn)的光線均同時(shí)來(lái)自同一個(gè)左眼圖像源像素和右眼圖像源像素，有著顯著不同。如圖4(a)所示，在單深度的雙目視差系統(tǒng)中，表征虛擬點(diǎn)c的光線均同時(shí)來(lái)自同一個(gè)圖像源像素：pleft(c)(左眼圖像源)和pright(c)(右眼圖像源)；如圖4(b)所示，而本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置則使表征虛擬點(diǎn)c的光線分時(shí)來(lái)自不同的圖像源像素：pleft(ti，c)、pleft(tj，c)、pleft(tk，c)(左眼圖像源)和pright(ti，c)、pright(tj，c)、pright(tk，c)(右眼圖像源)。如圖2(b)所示，當(dāng)控制模塊6針對(duì)虛擬信息7指定的一個(gè)完整的調(diào)制周期：結(jié)束后，虛擬信息7則被完整地表征了一次，即被呈現(xiàn)了一完整幀，其中n為虛擬信息7在該周期內(nèi)被指定調(diào)制的次數(shù)，每一次代表虛擬信息7被分時(shí)地呈現(xiàn)了一分解幀；在持續(xù)調(diào)制的狀態(tài)下，若任意一個(gè)完整的調(diào)制周期不長(zhǎng)于1/30秒時(shí)，虛擬信息7被呈現(xiàn)的完整幀的幀率即達(dá)到30hz以上，此時(shí)人眼視網(wǎng)膜1便無(wú)法分辨完整幀的高頻閃爍，當(dāng)人眼晶狀體2聚焦到虛擬點(diǎn)a所在的空間位置時(shí)，虛擬點(diǎn)a在視網(wǎng)膜上成清晰且無(wú)法察覺(jué)其閃爍的像，而處于不同深度位置的虛擬點(diǎn)b則在視網(wǎng)膜上成模糊的像，這種視覺(jué)機(jī)制和效果與人眼觀察真實(shí)世界時(shí)的視覺(jué)機(jī)制和效果保持一致，避免了輻輳調(diào)節(jié)沖突(vergence-accommodationconflict)，及由此導(dǎo)致的人眼疲勞和其它生理不適，使得本發(fā)明的光場(chǎng)顯示裝置更符合人眼的視覺(jué)習(xí)慣，更易于被長(zhǎng)時(shí)間佩戴。

本發(fā)明還提供了一種光場(chǎng)顯示方法，包括：

(1)控制模塊根據(jù)所需呈現(xiàn)的虛擬信息，基于透射型空間光調(diào)制器打開的獨(dú)立單元、圖像源顯示的圖像以及所需呈現(xiàn)的虛擬信息之間的映射關(guān)系，同步控制透射型空間光調(diào)制器和圖像源，令透射型空間光調(diào)制器的不同獨(dú)立單元被依次地打開/關(guān)閉，而圖像源則依次地顯示對(duì)應(yīng)的圖像；

(2)圖像源根據(jù)控制模塊的控制信號(hào)產(chǎn)生的表征虛擬信息的圖像光線，由混合模塊調(diào)整其傳播方向，并經(jīng)過(guò)透射型空間光調(diào)制器調(diào)制后進(jìn)入人眼，從而使光場(chǎng)顯示裝置對(duì)人眼呈現(xiàn)所需呈現(xiàn)的虛擬信息；外部環(huán)境光線透過(guò)混合模塊和透射型空間光調(diào)制器后進(jìn)入人眼。

如圖3所示，某時(shí)刻t(tj)透射型空間光調(diào)制器3上開啟的某一特定的獨(dú)立單元9的中心如果有表征虛擬信息7的光線透過(guò)，則該光線集合{…ray(tj，a)，ray(tj，b)，ray(tj，c)，…}內(nèi)的任意特定的光線，以ray(tj，a)為例，表征了虛擬信息中的某一特定的虛擬點(diǎn)a，由于該特定的光線ray(tj，a)必定來(lái)源于圖像源上的某一特定的像素p(tj，a)，因此，該特定的獨(dú)立單元9、該特定的虛擬點(diǎn)a、該特定的像素p(tj，a)，三者通過(guò)該特定的光線ray(tj，a)形成映射，且符合如下條件：(1)該虛擬點(diǎn)a與該獨(dú)立單元9中心的連線，與該光線ray(tj，a)部分重合，重合部分為該光線在透入該獨(dú)立單元前的最后一段直線傳播路徑?；谶@個(gè)前提，通過(guò)對(duì)ray(tj，a)的虛擬信息光路的溯源追蹤10，可以找出該特定像素在圖像源上的位置。(2)該虛擬點(diǎn)的顏色對(duì)應(yīng)了該像素的顏色，即color(p(tj，a))＝color(a)?；谶@個(gè)前提，可以決定該特定像素的在特定時(shí)刻的顏色。

將符合上述光學(xué)關(guān)系的虛擬點(diǎn)、打開的獨(dú)立單元以及圖像源上顯示的像素的集合事先存儲(chǔ)在控制模塊中，根據(jù)所需顯示的虛擬點(diǎn)，控制模塊通過(guò)查找找出相應(yīng)的需要打開的獨(dú)立單元以及圖像源上需要顯示的像素。

人眼能感受到的圖像刷新頻率一般為30hz，當(dāng)刷新頻率較高時(shí)(如不小于60hz)，則察覺(jué)不到高頻閃爍。如圖2(a)和圖2(b)所示，當(dāng)透射型空間光調(diào)制器3以足夠高的調(diào)制速度依次打開/關(guān)閉不同獨(dú)立單元時(shí)，表征某一虛擬點(diǎn)，如a，的光線依次以不同方向射向人眼，這些光線對(duì)人眼的入射方向的反向延長(zhǎng)線均交叉于該虛擬點(diǎn)a，因此，當(dāng)人眼聚焦到該交叉點(diǎn)時(shí)，該虛擬點(diǎn)a在視網(wǎng)膜上成清晰且無(wú)法察覺(jué)其閃爍的像，否則，則成模糊的像。這與人眼觀察真實(shí)世界時(shí)的視覺(jué)機(jī)制保持一致，即晶狀體聚焦的點(diǎn)與大腦所認(rèn)為的觀察點(diǎn)保持一致；對(duì)于雙眼而言，即左右眼聚焦的點(diǎn)為同一點(diǎn)，同為觀察點(diǎn)，如圖4(b)所示。

當(dāng)控制模塊依次打開/關(guān)閉透射型空間光調(diào)制器的不同獨(dú)立單元時(shí)，一個(gè)完整的調(diào)制周期不長(zhǎng)于1/30秒。

本發(fā)明的光場(chǎng)顯示方法，如圖5所示，l(x，y，θ，φ)描述了透射型空間光調(diào)制器3左側(cè)表面的光場(chǎng)函數(shù)，x，y，為任意光線透過(guò)相應(yīng)的空間光調(diào)制器3所在平面的空間坐標(biāo)，θ，φ，為該任意光線的傳播方向?？刂颇K6可以針對(duì)人眼視網(wǎng)膜1所能接收的光場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行透射型空間光調(diào)制器調(diào)制范圍的優(yōu)化，從而減少打開/關(guān)閉透射型空間光調(diào)制器3的不同獨(dú)立單元的次數(shù)，縮短一個(gè)完整的調(diào)制周期的時(shí)間，進(jìn)而提高虛擬信息被呈現(xiàn)的完整幀的幀率；光場(chǎng)顯示裝置集成眼球追蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)透射型空間光調(diào)制器調(diào)制范圍的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，進(jìn)一步提高虛擬信息被呈現(xiàn)的完整幀的幀率。

以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。