CN105759557A - 一种多视点三维显示系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维图像显示技术领域，具体涉及一种多视点三维显示系统和方法，该系统包括控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元，所有时分复用投影单元呈平面或曲面毗邻排列；所述时分复用投影单元包括显示屏、投影透镜及通光孔径阵列；通光孔径阵列由多个通光孔径组成并置于投影透镜孔径或其像面处；各通光孔径阵列空间错位排列；控制单元与显示屏及通光孔径阵列电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列的一个通光孔径，并控制显示屏刷新显示相应信息。通过控制单元控制各通光孔径阵列的通光孔径时序选通，基于视觉滞留，以实现多个视点的呈现。本发明一种多视点三维显示系统及方法，通过空间?时间联合复用，可以实现大量密集视点的呈现。

Description

一种多视点三维显示系统和方法

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及一种多视点三维显示系统和方法。

背景技术

由于二维显示难以清楚准确地表达第三维的深度信息，人们一直在致力于研究可显示立体场景的显示技术——三维图像显示技术。通过给观察者双目提供对应的视图，传统体视技术可以基于双目视差技术实现三维效果呈现，但传统体视技术受制于显示器件的空间分辨率，因此，传统体视技术所能提供的视点非常有限。为了获得更好的三维视觉体验，传统体视三维显示系统需要引入空间复用、时间复用等技术，以实现更多的视点呈现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多视点三维显示系统和方法，通过空间复用和时间复用的结合，在采用相同分辨率显示屏的情况下，基于视觉滞留效应，可以实现更多视点的呈现。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种多视点三维显示系统，包括：

控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元，所有时分复用投影单元呈平面或曲面毗邻排列；

每个时分复用投影单元包括显示屏、投影透镜及通光孔径阵列；显示屏用于显示光学图像信息；投影透镜用于将显示屏的像投射到投影面上；通光孔径阵列由多个通光孔径组成并置于投影透镜孔径处；

控制单元与显示屏及通光孔径阵列电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列的一个通光孔径，并控制显示屏刷新显示相应信息；

所述时分复用投影单元为I型时分复用投影单元、II型时分复用投影单元或III型时分复用投影单元：

所述I型时分复用投影单元，其显示屏和投影透镜之间的距离小于投影透镜的焦距，显示屏经投影透镜投射成放大的虚像于投影面；

所述II型时分复用投影单元，其显示屏和投影透镜之间的距离等于投影透镜的焦距；II型时分复用投影单元还包括辅助透镜及场镜；辅助透镜将显示屏成像于投影面上；场镜的中心设于投影面上，并用于将投影透镜成像于投影透镜像面；

所述III型时分复用投影单元，其显示屏和投影透镜之间的距离大于投影透镜的焦距，显示屏经投影透镜投射成实像于投影面；III时分复用投影单元还包括场镜，场镜的中心设于投影面上，并用于将投影透镜成像于投影透镜像面。

上述方案中，通过将多个相同类型的时分复用投影单元呈平面或曲面毗邻排列，并通过控制单元控制各投影透镜不同空间部分的时序选通及对应显示屏显示信息的同步刷新，实现密集视点的呈现。在采用相同分辨率显示屏的情况下，本发明一种多视点三维显示系统，通过空间复用和时间复用的结合，基于视觉滞留效应，可以实现更多视点的呈现。

进一步地，所述时分复用投影单元还包括挡光板；所述挡光板沿一维方向或二维方向包围显示屏和投影透镜，用于滤除显示屏出射光线中超过投影透镜孔径部分的光线，防止该光线对观察者的影响。

进一步地，所述II型时分复用投影单元或III型时分复用投影单元还包括附着于场镜放置的散射片，散射片用于散射入射光线。

进一步地，所述时分复用投影单元还包括与投影透镜相配合的导向器件，所述导向器件用于将平面排列的时分复用投影单元转换为等效的曲面排列的时分复用投影单元。

进一步地，所述投影透镜为曲面投影透镜。这样设置便于将所有时分复用投影单元呈曲面排列。

进一步地，所述投影透镜为透镜组或具有位相调制功能的衍射光学元件。

进一步地，所述显示屏上的像素为主动发光的像素；或所述显示屏设有对应光源，所述显示屏上的像素为被动发光的像素。

本发明的另一个目的是提供一种多视点三维显示方法，包括以下步骤：

S1.多个I型时分复用投影单元沿平面投影透镜或曲面投影透镜毗邻排列，各I型时分复用投影单元的显示屏和投影透镜间设置特定偏移量，以保证各I型时分复用投影单元都投影显示屏虚像于三维图像显示区；

S2.沿排列方向，将各I型时分复用投影单元投影透镜的孔径分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；

S3.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元投射的显示屏虚像分为n个子投影区域；

S4.对于各I型时分复用投影单元，沿光线传输方向，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面在该面后形成一个封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

S5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在I型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容；

S6.在同一时间点，各I型时分复用投影单元最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤S5确定；

S7.在相邻多个时间点，各I型时分复用投影单元的m个通光孔径依次打开，并根据步骤S6进行内容图像刷新加载；

S8.循环重复步骤S7。

本发明一种多视点三维显示方法的第二种替代方式，包括以下步骤：

SS1.多个II型时分复用投影单元沿平面曲面投影透镜或曲面投影透镜毗邻排列，经共用的辅助透镜成各II型时分复用投影单元显示屏的像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜或附有散射片的场镜，成像各II型时分复用投影单元投影透镜到对应投影透镜像面；

SS2.沿排列方向，将各II型时分复用投影单元投影透镜的孔径或投影透镜孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；

SS3.沿上述排列方向，将各II型时分复用投影单元投射的显示屏像分为n个子投影区域；

SS4.对于各II型时分复用投影单元，任一子投影区域两边点和任一通光孔径(或任一通光孔径的像)两边点连线和通光孔径所在面（或通光孔径的像所在面）在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

SS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在II型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容；

SS6.在同一时间点，各II型时分复用投影单元最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤SS5确定；

SS7.在相邻多个时间点，各II型时分复用投影单元的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SS6进行内容图像刷新加载；

SS8.循环重复步骤SS7。

本发明一种多视点三维显示方法的第三种替代方式，包括以下步骤：

SSS1.多个III型时分复用投影单元沿平面曲面投影透镜或曲面投影透镜毗邻排列，各III型时分复用投影单元显示屏和投影透镜间设置特定偏移量，以保证各III型时分复用投影单元都投影显示屏实像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜或附有散射片的场镜，成像各III型时分复用投影单元投影透镜于对应投影透镜像面；

SSS2.沿排列方向，将各III型时分复用投影单元投影透镜的孔径或投影透镜孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；

SSS3.沿上述排列方向，将各III型时分复用投影单元投射的显示屏像分为n个子投影区域；

SSS4.对于各III型时分复用投影单元，任一子投影区域两边点和任一通光孔径(或任一通光孔径的像)两边点连线和通光孔径所在面（或通光孔径的像所在面）在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

SSS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在III型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容为按步骤SSS4所确定视点对应视图的内容；

SSS6.在同一时间点，各III型时分复用投影单元最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤SSS5确定；

SSS7.在相邻多个时间点，各III型时分复用投影单元的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SSS6进行内容图像刷新加载；

SSS8.循环重复步骤SSS7。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将空间复用和时间复用相结合，通过控制单元控制各投影透镜不同空间部分的时序选通及对应显示屏显示信息的同步刷新，呈现更多的视点，以平滑移动视差，甚至在视点间较小时实现超多视图显示。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的第一种光路图，其中I型时分复用投影单元呈平面排列。

图2是第一种实施例中单个通光孔径选通时，对应投影面加载内容和视点关系示意图。

图3是第一种实施例中相邻的单个通光孔径选通时，对应投影面加载内容和视点关系示意图。

图4是第一种实施例中相邻两个通光孔径循环选通时，显示物点两个视图呈现原理示意图。

图5是本发明第一种实施例的第二种光路图，其中I型时分复用投影单元呈圆周曲面排列。

图6是图1中平面排列的I型时分复用投影单元经导向器件转换为等效曲面排列的结构示意图。

图7是本发明第二种实施例的第一种光路图，其中II型时分复用投影单元呈平面排列。

图8是本发明第二种实施例的第二种光路图，其中II型时分复用投影单元呈圆周曲面排列。

图9是本发明第三种实施例的第一种光路图，其中III型时分复用投影单元呈平面排列。

图10是本发明第三种实施例的第二种光路图，其中III型时分复用投影单元呈圆周曲面排列。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本发明通过时间复用的引入，提高光栅式三维显示技术所能呈现的视图数目，以获得更好的三维视觉体验。

实施例1

本发明一种基于I型时分复用投影单元进行构建的多视点三维显示系统的第一种方案的光路图如图1所示，所述I型时分复用投影单元呈平面排列，包括控制单元及若干个I型时分复用投影单元10，所有I型时分复用投影单元10呈平面毗邻排列；每个I型时分复用投影单元10包括显示屏11、投影透镜12及通光孔径阵列13；显示屏11用于显示光学图像信息；投影透镜12用于将显示屏11的像投射到投影面上；通光孔径阵列13由多个通光孔径组成并置于投影透镜12孔径处；控制单元与显示屏11及通光孔径阵列13电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列13的一个通光孔径，并控制显示屏11刷新显示相应信息；所述I型时分复用投影单元10，其显示屏11和投影透镜12之间的距离小于投影透镜12的焦距，显示屏11经投影透镜12投射成放大的虚像于投影面。

该三维系统的三维显示方法，包括以下步骤：

S1.多个I型时分复用投影单元10沿平面投影透镜12毗邻排列，各I型时分复用投影单元10的显示屏11和投影透镜12间设置特定偏移量，以保证各I型时分复用投影单元10都投影显示屏虚像于三维图像显示区；

S2.沿排列方向，将各I型时分复用投影单元10投影透镜12的孔径分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列13中的一个通光孔径；

S3.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元10投射的显示屏虚像分为n个子投影区域；

S4.对于各I型时分复用投影单元10，沿光线传输方向，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面在该面后形成一个封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

S5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在I型时分复用投影单元10各子投影区域上的显示内容设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容；

S6.在同一时间点，各I型时分复用投影单元10最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤S5确定；

S7.在相邻多个时间点，各I型时分复用投影单元10的m个通光孔径依次打开，并根据步骤S6进行内容图像刷新加载；

S8.循环重复步骤S7。

本实施例中以两个I型时分复用投影单元10为例进行说明，I型时分复用投影单元10的投影透镜12与I型时分复用投影单元10′的投影透镜12′的毗邻点为M _k ，M _k-1 和M _k+1 为另外两个边点。I型时分复用投影单元10中投影透镜12的光轴相对于显示屏11中心偏移量δ，I型时分复用投影单元10′中投影透镜12′的光轴相对于显示屏11′中心偏移量δ′，使显示屏11及显示屏11′放大虚像在投影面EF区域重叠，并将其分为n个子投影区域，这里以n=2为例，D为n=2子投影区域的连接点。三维图像显示区围绕EF区域。将毗邻排列的投影透镜12及投影透镜12′的孔径各自分为m个子选通区域，各子选通区域置一通光孔径，这里以m=3为例。该通光孔径的功能可以通过电控液晶片等实现，其通光孔径的尺寸可以小于、等于、或大于投影透镜孔径的1/m。

对于时分复用投影单元10，在时刻t,当一个通光孔径打开时，形成n=2个有效视点区域，如图2。此处以尺寸等于投影透镜孔径1/m的通光孔径为例。在该n=2有效视点区域取两点作为视点，如图2中VP _(k)1 和VP _(k)2 。此时，刷新显示屏11，使ED部分加载相对于VP _(k)2 的视图内容， DF部分加载相对于VP _(k)1 的视图内容。此时，空间光点P由图中点Pix1对应像素发出的、过VP _(k)2 的光线进行显示。

在时刻t+Δt/m, 时分复用投影单元10的另一个相邻通光孔径打开，基于相同原理，可以得到视点VP _(k)3 和VP _(k)4 ，如图3。此时，空间光点P由图中点Pix2对应像素发出的、过VP _(k)4 的光线进行显示。

上述两个通光孔径循环选通，则可实现P点两个视图的呈现，如图4。m个通光孔径按上述方式，依次重复打开，通过一个时分复用投影单元10，可以实现空间光点P的m个视图的时序呈现。

相邻时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′进行同样的时分复用，在一个时间点，由控制单元选通时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′各一个通光孔径，并由控制单元按上述方式同步刷新各自显示屏11及显示屏11′加载内容，当时间循环周期Δt足够小时，基于视觉滞留，可以实现显示光点更多视图的呈现。尤其当一个光点在相邻两个或更多通光孔径选通时，对应相邻显示光线夹角小至可以被观察者单目收集时，即可实现单个光点的超多视图三维显示。目标三维图像是由很多显示光点组成，上述原理对各个显示物点都是同样的，由此实现目标三维图像的超多视图显示。

其中，所述时分复用投影单元10还包括挡光板14；所述挡光板14沿一维方向或二维方向包围显示屏11和投影透镜12，用于滤除显示屏11出射光线中超过投影透镜12孔径部分的光线，防止该光线对观察者的影响。

另外，所述投影透镜12为透镜组或具有位相调制功能的衍射光学元件。

其中，所述显示屏11上的像素为主动发光的像素；或所述显示屏11设有对应光源，所述显示屏11上的像素为被动发光的像素。

本发明一种基于I型时分复用投影单元进行构建的多视点三维显示系统的第二种方案的光路图如图5所示，其与实施例1的第一种方案的不同之处在于，所述I型时分复用投影单元呈圆周曲面排列，其中投影透镜12为曲面投影透镜12，此处以两个I型时分复用投影单元10为例进行说明。I型时分复用投影单元10的投影透镜12与I型时分复用投影单元10′的投影透镜12′的毗邻点为M _k ，M _k-1 和M _k+1 为另外两个边点。I型时分复用投影单元10的投影透镜12虚像分布区域EF和I型时分复用投影单元10′的投影透镜12′虚像分布区域E′F′，以O点为中心，以夹角⊿θ分布。将显示屏11的虚像投影面EF及显示屏11′的虚像投影面E′F′各自分为n个子投影区域，这里以n=2为例，O点为n=2子投影区域的连接点。三维图像显示区围绕EF和E′F′域确定。将毗邻排列的投影透镜12及投影透镜12′孔径各自分为m个子选通区域，各子选通区域置一通光孔径，这里以m=3为例。该通光孔径的功能可以通过电控液晶片等实现，其通光孔径的尺寸可以小于、等于、或大于投影透镜孔径的1/m。

同理第一种方案中图2到图4所遵循技术路线，通过时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′的同步时分复用，可以实现目标三维图像的多视点显示。第二种方案与第一种方案的不同之处在于：来自不同时分复用投影单元的显示屏虚像投影在以一定角度偏转的两个投影面上，即投影面10和投影面10′。本方案中，也可以通过导向器件50，如光学棱镜等光学器件，将平面排列的时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′转换为等效圆周曲面排列，如图6所示。

实施例2

本发明一种基于II型时分复用投影单元进行构建的多视点三维显示系统的第一种方案的光路图如图7所示，所述II型时分复用投影单元呈平面排列，其与实施例1的第一种方案的不同之处在于：所述时分复用投影单元10为II型时分复用投影单元，其显示屏11和投影透镜12之间的距离等于投影透镜12的焦距；II型时分复用投影单元10还包括辅助透镜20、场镜30及附着于场镜30放置的散射片40，散射片40用于散射入射光线；辅助透镜20将显示屏11成像于投影面上；场镜30的中心设于投影面上，并用于将投影透镜12成像于投影透镜像面。

该三维系统的三维显示方法，包括以下步骤：

SS1.多个II型时分复用投影单元10沿平面曲面投影透镜12毗邻排列，经共用的辅助透镜10成各II型时分复用投影单元10显示屏11的像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜30或附有散射片40的场镜30，成像各II型时分复用投影单元10投影透镜12到对应投影透镜像面；

SS2.沿排列方向，将各II型时分复用投影单元10投影透镜12的孔径或投影透镜12孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列13中的一个通光孔径；

SS3.沿上述排列方向，将各II型时分复用投影单元10投射的显示屏像分为n个子投影区域；

SS4.对于各II型时分复用投影单元10，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面或通光孔径的像所在面在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

SS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在II型时分复用投影单元10各子投影区域上的显示内容为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容；

SS6.在同一时间点，各II型时分复用投影单元10最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏11的加载显示内容由控制单元根据步骤SS5确定；

SS7.在相邻多个时间点，各II型时分复用投影单元10的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SS6进行内容图像刷新加载；

SS8.循环重复步骤SS7。

本实施例中以两个II型时分复用投影单元10为例进行说明，I型时分复用投影单元10的投影透镜12与I型时分复用投影单元10′的投影透镜12′的毗邻点为M _k ，M _k-1 和M _k+1 为另外两个边点。经公用的辅助透镜20，显示屏11及显示屏11′实像重合于辅助透镜20后焦面的EF区域。再经处于EF的场镜30，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′毗邻成像于投影透镜像面。此处EF区域等效于图2、图3、图4中的EF区域；此处通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′ 的像等效于图2、图3、图4中的通光孔径阵列13。同理实施例1中图2到图4所遵循技术路线，通过时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′的同步时分复用，可以实现目标三维图像的多视点显示。

散射片40可以附着于场镜30，可以实现两行甚至多行时分复用投影单元10的空间复用，此时，通过容纳更多时分复用投影单元10，同行中时分复用投影单元10的通光孔径阵列13中通光孔径数量不变的前提下，可以实现更小的子通光区域，提高视点密度。

本实例中，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′也可直接置于投影透镜的像面上。

本发明一种基于II型时分复用投影单元进行构建的多视点三维显示系统的第二种方案的光路图如图8所示，其与实施例2的第一种方案的不同之处在于，所述II型时分复用投影单元呈圆周曲面排列，其中投影透镜12为曲面投影透镜12，此处以两个II型时分复用投影单元10为例进行说明。I型时分复用投影单元10的投影透镜12与I型时分复用投影单元10′的投影透镜12′的毗邻点为M _k ，M _k-1 和M _k+1 为另外两个边点。经公用的辅助透镜20，显示屏11及显示屏11′实像分别呈现于辅助透镜20后焦面的EF区域和E′F′区域。再经处于EF的场镜30，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′毗邻并以一定角度成像于两个投影透镜像面。此处EF区域和E′F′区域分别等效于图2、图3、图4中的EF区域；此处通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′的像分别等效于图2、图3、图4中的通光孔径阵列13。同理实施例1中图2到图4所遵循技术路线，通过时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′的同步时分复用，可以实现目标三维图像的多视点显示。

实施例3

本发明一种基于III型时分复用投影单元进行构建的多视点三维显示系统的第一种方案的光路图如图9所示，所述III型时分复用投影单元呈平面排列，其与实施例1的第一种方案的不同之处在于：所述时分复用投影单元10为III型时分复用投影单元，其显示屏11和投影透镜12之间的距离大于投影透镜12的焦距，显示屏11经投影透镜12投射成实像于投影面；III时分复用投影单元10还包括场镜30及附着于场镜30放置的散射片40，散射片40用于散射入射光线，场镜30的中心设于投影面上，并用于将投影透镜12成像于投影透镜像面。

该三维系统的三维显示方法，包括以下步骤：

SSS1.多个III型时分复用投影单元10沿平面曲面投影透镜12毗邻排列，各III型时分复用投影单元10显示屏11和投影透镜12间设置特定偏移量，以保证各III型时分复用投影单元10都投影显示屏11实像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜30或附有散射片40的场镜30，成像各III型时分复用投影单元10投影透镜12于对应投影透镜像面；

SSS2.沿排列方向，将各III型时分复用投影单元10投影透镜12的孔径或投影透镜孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；

SSS3.沿上述排列方向，将各III型时分复用投影单元（10）投射的显示屏像分为n个子投影区域；

SSS4.对于各III型时分复用投影单元10，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面或通光孔径的像所在面在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

SSS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在III型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容为按步骤SSS4所确定视点对应视图的内容；

SSS6.在同一时间点，各III型时分复用投影单元10最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤SSS5确定；

SSS7.在相邻多个时间点，各III型时分复用投影单元10的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SSS6进行内容图像刷新加载；

SSS8.循环重复步骤SSS7。

本实施例中以两个III型时分复用投影单元10为例进行说明，III型时分复用投影单元10的投影透镜12与III型时分复用投影单元10′的投影透镜12′的毗邻点为M _k ，M _k-1 和M _k+1 为另外两个边点。III型时分复用投影单元10中投影透镜12的光轴相对于显示屏11中心偏移量δ，III型时分复用投影单元10′中投影透镜12′的光轴相对于显示屏11′中心偏移量δ′，以实现显示屏11及显示屏11′实像在投影面EF区域的重叠。经置于投影面的公用场镜30，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′毗邻成像于投影透镜像面。此处EF区域等效于图2、图3、图4中的EF区域；此处通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′ 的像等效于图2、图3、图4中的通光孔径阵列13。同理实施例1中图2到图4所遵循技术路线，通过时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′的同步时分复用，可以实现目标三维图像的多视点显示。

散射片40可以附着于场镜30，可以实现两行甚至多行时分复用投影单元10的空间复用，此时，通过容纳更多时分复用投影单元10，同行中时分复用投影单元10的通光孔径阵列13中通光孔径数量不变的前提下，可以实现更小的子通光区域，提高视点密度。

本实例中，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′也可直接置于投影透镜的像面上。

本发明一种基于III型时分复用投影单元进行构建的多视点三维显示系统的第二种方案的光路图如图10所示，其与实施例3的第一种方案的不同之处在于，所述III型时分复用投影单元呈圆周曲面排列，其中投影透镜12为曲面投影透镜12，此处以两个II型时分复用投影单元10为例进行说明。I型时分复用投影单元10的投影透镜12与I型时分复用投影单元10′的投影透镜12′的毗邻点为M _k ，M _k-1 和M _k+1 为另外两个边点。III型时分复用投影单元10投影透镜12像分布区域EF和III型时分复用投影单元10′投影透镜12′像分布区域E′F′，以O点为中心，以夹角⊿θ分布。经过O点的公用场镜30，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′毗邻成像于各自像面。此处EF或E′F′区域等效于图2、图3、图4中的EF区域；此处通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′的像等效于图2、图3、图4中的通光孔径阵列13。同理实施例1中图2到图4所遵循技术路线，通过时分复用投影单元10及时分复用投影单元10′的同步时分复用，可以实现目标三维图像的多视点显示。

本实例中，通光孔径阵列13及通光孔径阵列13′也可直接置于投影透镜12的像面上。

上述实例中，当各显示物点相邻两条或更多条呈现光线可以被观察者单个瞳孔接收时，可以实现超多视图显示，以克服传统光栅式三维显示技术辐辏-聚焦冲突带来的视觉不适，呈现自然的三维视觉效果。

Claims (10)

1.一种多视点三维显示系统，其特征在于，包括控制单元及若干个相同类型的时分复用投影单元（10），所有时分复用投影单元（10）呈平面或曲面毗邻排列；

每个时分复用投影单元（10）包括显示屏（11）、投影透镜（12）及通光孔径阵列（13）；显示屏（11）用于显示光学图像信息；投影透镜（12）用于将显示屏（11）的像投射到投影面上；通光孔径阵列（13）由多个通光孔径组成并置于投影透镜（12）孔径处；

控制单元与显示屏（11）及通光孔径阵列（13）电连接，在一个时间点，控制单元选通通光孔径阵列（13）的一个通光孔径，并控制显示屏（11）刷新显示相应信息；

所述时分复用投影单元（10）为I型时分复用投影单元（10）、II型时分复用投影单元（10）或III型时分复用投影单元（10）：

所述I型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离小于投影透镜（12）的焦距，显示屏（11）经投影透镜（12）投射成放大的虚像于投影面；

所述II型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离等于投影透镜（12）的焦距；II型时分复用投影单元（10）还包括辅助透镜（20）及场镜（30）；辅助透镜（20）将显示屏（11）成像于投影面上；场镜（30）的中心设于投影面上，并用于将投影透镜（12）成像于投影透镜像面；

所述III型时分复用投影单元（10），其显示屏（11）和投影透镜（12）之间的距离大于投影透镜（12）的焦距，显示屏（11）经投影透镜（12）投射成实像于投影面；III时分复用投影单元（10）还包括场镜（30），场镜（30）的中心设于投影面上，并用于将投影透镜（12）成像于投影透镜像面。

2.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述时分复用投影单元（10）还包括挡光板（14）；所述挡光板（14）沿一维方向或二维方向包围显示屏（11）和投影透镜（12），用于滤除显示屏（11）出射光线中超过投影透镜（12）孔径部分的光线。

3.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述II型时分复用投影单元（10）或III型时分复用投影单元（10）还包括附着于场镜（30）放置的散射片（40），散射片（40）用于散射入射光线。

4.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述时分复用投影单元（10）还包括与投影透镜（12）相配合的导向器件（50），所述导向器件（50）用于将平面排列的时分复用投影单元（10）转换为等效的曲面排列的时分复用投影单元（10）。

5.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述投影透镜（12）为曲面投影透镜（12）。

6.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述投影透镜（12）为透镜组或具有位相调制功能的衍射光学元件。

7.根据权利要求1所述的一种多视点三维显示系统，其特征在于，所述显示屏（11）上的像素为主动发光的像素；或所述显示屏（11）设有对应光源，所述显示屏（11）上的像素为被动发光的像素。

8.一种多视点三维显示方法，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的多视点三维显示系统，包括以下步骤：

S1.多个I型时分复用投影单元（10）沿平面投影透镜（12）或曲面投影透镜（12）毗邻排列，各I型时分复用投影单元（10）的显示屏（11）和投影透镜（12）间设置特定偏移量，以保证各I型时分复用投影单元（10）都投影显示屏虚像于三维图像显示区；

S2.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元（10）投影透镜（12）的孔径分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列（13）中的一个通光孔径；

S3.沿上述排列方向，将各I型时分复用投影单元（10）投射的显示屏虚像分为n个子投影区域；

S4.对于各I型时分复用投影单元（10），沿光线传输方向，任一子投影区域两边点和任一通光孔径两边点连线和通光孔径所在面在该面后形成一个封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

S5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在I型时分复用投影单元（10）各子投影区域上的显示内容设置为按步骤S4所确定视点对应视图的内容；

S6.在同一时间点，各I型时分复用投影单元（10）最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤S5确定；

S7.在相邻多个时间点，各I型时分复用投影单元（10）的m个通光孔径依次打开，并根据步骤S6进行内容图像刷新加载；

S8.循环重复步骤S7。

9.一种多视点三维显示方法，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的多视点三维显示系统，包括以下步骤：

SS1.多个II型时分复用投影单元（10）沿平面曲面投影透镜(12)或曲面投影透镜(12)毗邻排列，经共用的辅助透镜（20）成各II型时分复用投影单元（10）显示屏（11）的像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜（30）或附有散射片（40）的场镜（30），成像各II型时分复用投影单元（10）投影透镜（12）到对应投影透镜像面；

SS2.沿排列方向，将各II型时分复用投影单元（10）投影透镜（12）的孔径或投影透镜（12）孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列（13）中的一个通光孔径；

SS3.沿上述排列方向，将各II型时分复用投影单元（10）投射的显示屏像分为n个子投影区域；

SS4.对于各II型时分复用投影单元（10），任一子投影区域两边点和任一通光孔径(或任一通光孔径的像)两边点连线和通光孔径所在面（或通光孔径的像所在面）在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

SS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在II型时分复用投影单元（10）各子投影区域上的显示内容为按步骤SS4所确定视点对应视图的内容；

SS6.在同一时间点，各II型时分复用投影单元（10）最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏（11）的加载显示内容由控制单元根据步骤SS5确定；

SS7.在相邻多个时间点，各II型时分复用投影单元（10）的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SS6进行内容图像刷新加载；

SS8.循环重复步骤SS7。

10.一种多视点三维显示方法，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的多视点三维显示系统，包括以下步骤：

SSS1.多个III型时分复用投影单元（10）沿平面曲面投影透镜(12)或曲面投影透镜(12)毗邻排列，各III型时分复用投影单元（10）显示屏（11）和投影透镜（12）间设置特定偏移量，以保证各III型时分复用投影单元（10）都投影显示屏（11）实像于三维图像显示区，再经置于三维图像显示区的场镜（30）或附有散射片（40）的场镜（30），成像各III型时分复用投影单元（10）投影透镜（12）于对应投影透镜像面；

SSS2.沿排列方向，将各III型时分复用投影单元（10）投影透镜（12）的孔径或投影透镜孔径的像分为m个子选通区域，各子选通区域对应设置通光孔径阵列中的一个通光孔径；

SSS3.沿上述排列方向，将各III型时分复用投影单元（10）投射的显示屏像分为n个子投影区域；

SSS4.对于各III型时分复用投影单元（10），任一子投影区域两边点和任一通光孔径(或任一通光孔径的像)两边点连线和通光孔径所在面（或通光孔径的像所在面）在该面后形成一封闭三角形区域，该三角形区域减去其和其它各同类区域重叠部分得到有效视点区域，取有效视点区域内一点，作为该通光孔径和子投影区域共同对应的视点；

SSS5.任一通光孔径打开时，该通光孔径所在III型时分复用投影单元各子投影区域上的显示内容为按步骤SSS4所确定视点对应视图的内容；

SSS6.在同一时间点，各III型时分复用投影单元（10）最多一个通光孔径由控制单元选通，对应显示屏的加载显示内容由控制单元根据步骤SSS5确定；

SSS7.在相邻多个时间点，各III型时分复用投影单元（10）的m个通光孔径依次打开，并根据步骤SSS6进行内容图像刷新加载；

SSS8.循环重复步骤SSS7。