CN109425993A - 一种时空混合复用的三维显示系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时空混合复用的三维显示系统。该时空混合间复用的三维显示系统，通过时分混合复用，可以提高目标三维图像的信息呈现量，改善观察舒适度。本发明提出的导向器件，可以成像多个显示单元，并引导其像空间重叠或相交；经挡光板阵列，约束各显示单元出射光束经不同孔径出射；在同一时刻，通过一组通光孔径出射其分别对应的多个视图；在不同时刻，利用多组通光孔径的时序开关，投射更多更密集的视图，由此提高系统呈现视图的数目，降低各视图间的角间距，提升三维信息呈现效果。同时，本发明还提供时空混合复用的三维显示方法。
Description
技术领域
本发明涉及三维图像显示技术领域，特别涉及一种时空混合复用的三维显示系统及其方法。
背景技术
人们日常生活在三维的世界中，主流的二维显示无法清楚准确地表达第三维的深度信息，所以，人们一直在致力于可实现三维信息呈现的三维图像显示技术的研究。目前主要的三维技术主要是通过光栅，将显示屏的像素分别导向不同的视点，由此实现空间不同位置对应视图出的呈现。观察者在各视点对应的区域内，分别可以观察到对应视图。但这种技术仅通过像素的空间复用来增加视图数量，其所能呈现视图的数量和角密度高度受限于显示屏的像素密度。
本专利通过时空混合复用，在像素空间复用的基础上，由加入了时间复用，进一步提高的显示屏的有效复用度，可以有效提高呈现视图的数量和角密度，提升观察者的三维观感效果。
发明内容
针对传统三维显示技术仅通过像素的空间复用来显示多个视图时所面临的呈现视图数量和角密度非常有限的问题，本发明通过时空的混合复用，从时域上进一步提升复用度，相对于传统技术，可以有效提升呈现视图的数量和角密度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种时空混合复用的三维显示系统，包括：
显示单元阵列，该显示单元阵列的各显示单元由面排列像素组成，用于显示光学信息；
导向器件，该导向器件置于与显示单元阵列相对应的位置，用于成像各显示单元，并引导各显示单元的像在投影区或投影空间重叠或相交，命名该重叠或相交的像为对应显示单元的主像；
通光孔径阵列，该光孔径阵列沿显示单元阵列出射光束传输方向置于导向器件前，由可时序开关的至少两组的通光孔径子阵列组成，该通光孔径阵列的各通光孔径分别对应一个空间参考点，该通光孔径用于选通或截止过其对应空间参考点的、等效源自于显示单元主像的光线，其中，各通光孔径对应参考点被选取为使得过同一通光孔径子阵列各通光孔径对应参考点的、等效源自于显示单元主像的光线来自于显示单元阵列的不同像素；
控制单元，该控制单元与显示单元阵列以及通光孔径阵列连接，用于控制所述各组通光孔径子阵列的时序开关，并在一组通光孔径子阵列的的部分或全部通光孔径打开时，控制所述显示单元阵列的部分或全部像素同步加载对应光信息。具体地，该控制单元能够控制每组通光孔径子阵列的全部或者部分通光孔径时序性的打开或关闭。
在上述方案中，通过利用导向器件，可以成像多个显示单元，并引导其像空间重叠或相交；在同一时刻，通过一组通光孔径出射其分别对应的多个视图；在不同时刻，利用多组通光孔径的时序开关，投射更多更密集的视图，由此提高系统呈现视图的数目，降低各视图间的角间距，提升三维信息呈现效果。
优选地，还包括还包括导向器件选通单元，该导向器件选通单元包括可时序开关的P组光阑，相间排列的各组光阑可时序打开，各光阑分别对应不同的所述显示单元，并且只在打开时允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过；或该导向器件选通单元由至少两组具有排它性功能的光阑组成，各组光阑相间排列，各光阑分别对应不同的上述显示单元，允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过，但不允许其它组光阑对应显示单元出射光信息通过，其中P≧2。具体地，该导向器件选通单元可以直接通过人为控制，也可以与控制单元连接而由控制单元控制，从而控制该导向器件选通单元的每组光阑全部或者部分光阑时序性的打开或关闭。
优选地，所述时空混合复用的三维显示系统还包括挡光板阵列，该挡光板阵列置于所述显示单元阵列和所述导向器件之间，用于约束各显示单元出射光束分别经对应孔径出射。
优选地，所述时空混合复用的三维显示系统还包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置。
优选地，所述时空混合复用的三维显示系统还包括调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移。在更优选的实施方式中，该调节单元可以被设置为能够根据需要调整挡光板的空间姿态。
优选地，所述时空混合复用的三维显示系统还包括散射片，其沿一维方向散射入射光。
优选地，所述导向器件包括小透镜阵列和大尺寸凹透镜组成，所述导向器件包括小透镜阵列和大尺寸凹透镜，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，各显示单元处于对应小透镜的焦平面上，其中所述大尺寸凹透镜孔径覆盖小透镜阵列中的至少部分小透镜，该导向器件可以命名为I型导向器件。
优选地，所述导向器件包括小透镜阵列和一个大尺寸凸透镜，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，各显示单元处于对应小透镜的焦平面上，其中所述大尺寸凸透镜孔径覆盖小透镜阵列中的至少部分小透镜，该导向器件可以命名为II型导向器件。
优选地，所述导向器件包括小透镜阵列，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，且各显示单元经对应小透镜成虚像，该导向器件可以命名为III型导向器件。
优选地，所述导向器件包括小透镜阵列，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，且各显示单元经对应小透镜成实像，该导向器件可以命名为IV型导向器件。
优选地，所述导向器件还包括多个能够对小透镜所成的像进行折转或平移的偏移元件，以使各小透镜所成的像能够投影区或投影空间重叠或相交。
优选地，所述小透镜用等效的光学元件或光学组件代替，和/或所述大尺寸凹透镜用等效的光学元件或光学组件代替；或者所述小透镜阵列用等效的光学元件或光学组件代替，和/或所述大尺寸凸透镜用等效的光学元件或光学组件代替。
优选地，所述小透镜用等效的光学元件或光学组件代替，或者所述小透镜阵列用等效的光学元件或光学组件代替。其中，该光学元件可以是具有位相调制功能的衍射光学元件，该光学组件可以是具有位相调制功能的衍射光学组件。
优选地，所述时空混合复用的三维显示系统还包括辅助转向装置，置于所述显示单元阵列和导向器件之间，用于使各显示单元等效地置于对应小透镜的焦平面上、或平行于对应小透镜放置。更优选地，该辅助转向装置可以是辅助转向单元阵列，其功能在于允许显示单元阵列各显示单元和对应小透镜非平行放置，该辅助转向单元阵列置于所述显示单元阵列和导向器件之间，其辅助转向单元和所述显示单元阵列中的显示单元一一对应，对应辅助转向单元使各显示单元等效地置于对应小透镜的焦平面上、或平行于对应小透镜放置。
优选地，还包括辅助合成装置，该辅助成像装置置于所述显示单元阵列和导向器件之间，并在所述显示单元阵列的各显示单元由至少两个分立像素屏组成时，能够对各显示单元的该至少两个分立像素屏的出射光束进行合成，使其都入射所述导向器件。更优选地，该辅助合成装置可以是辅助合成单元阵列，其各辅助合成单元和上述显示单元阵列中的显示单元一一对应，在所述显示单元由至少分立的像素屏组成时，使该至少两个分立的像素屏出射光束经对应合成单元，入射对应小透镜。
本发明的另一个目的是提供以下时空混合复用的三维显示方法。
本发明的提供的第一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用所述任意一种方案所述的一种时空混合复用的三维显示系统，包括以下步骤：
s1将所述通光孔径阵列划分为N组通光孔径子阵列，对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像，其中N≧1；
s2在一个时间点，其中一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列的通光孔径关闭；
s3对步骤s2中所打开的各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；
s4对于相邻的N个时间点的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行s2～s3步骤。
优选地，上述第一种时空混合复用的三维显示方法，还包括步骤s5:重复步骤s4。
更优选地，上述第一种时空混合复用的三维显示方法中，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
所述时空混合复用的三维显示方法还包括步骤s6：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和上述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤s1～s5。
本发明提供的第二种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用上述任意一种方案所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其中所述三维显示系统包括导向器件选通单元，该导向器件选通单元包括可时序开关的P组光阑，相间排列的各组光阑可时序打开，各光阑分别对应不同的所述显示单元，并且只在打开时允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过；或该导向器件选通单元由至少两组具有排它性功能的光阑组成，各组光阑相间排列，各光阑分别对应不同的上述显示单元，允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过，但不允许其它组光阑对应显示单元出射光信息通过，其中P≧2；包括以下步骤：
ss1将所述通光孔径阵列划分为N组通光孔径子阵列，对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像，其中N≧1；
ss2在一个时间点，P组光阑的其中一组光阑的至少部分光阑打开，所述N组通光孔径子阵列的一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列中的通光孔径关闭；
ss3对步骤ss2中所打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息，其中至少对所述打开的光阑所对应的各显示单元的像素加载光信息；
ss4所述P组光阑分别只有一组选通时的P种状态和所述N组通光孔径子阵列分别只有一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径选通时的N种状态，组合成形成PN个状态，分别对应PN个相邻时间点，其中，对于该PN个相邻时间点中的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行ss2～ss3步骤。
优选地，上述第二种时空混合复用的三维显示方法，还包括步骤ss5：重复步骤ss4。
更优选地，上述第二种时空混合复用的三维显示方法中，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
所述时空混合复用的三维显示方法还包括步骤ss6：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤ss1～ss5。
本发明的提供的第三种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用上述任意一种方案所述的一种时空混合复用的三维显示系统，包括以下步骤：
sss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列；其中M≧1；
sss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
sss3在一个时间点，其中一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列的通光孔径关闭；
sss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，基准通光孔径行中打开的各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，其它行中打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中同列通光孔径所对应空间参考点对应像素加载的投影信息；
sss5对于相邻的M个时间点的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行sss3～sss4步骤。
优选地，上述第三种时空混合复用的三维显示方法，还包括步骤sss6：重复步骤sss5。
优选地，上述第三种时空混合复用的三维显示方法中，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
所述时空混合复用的三维显示方法还包括步骤sss6：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤sss1～sss5。
本发明的提供的第四种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用上述任意一种方案所述的一种时空混合复用的三维显示系统，所述时空混合复用的三维显示系统包括导向器件选通单元，该导向器件选通单元包括可时序开关的P组光阑，相间排列的各组光阑可时序打开，各光阑分别对应不同的所述显示单元，并且只在打开时允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过；或该导向器件选通单元由至少两组具有排它性功能的光阑组成，各组光阑相间排列，各光阑分别对应不同的上述显示单元，允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过，但不允许其它组光阑对应显示单元出射光信息通过，其中P≧2，包括以下步骤：
ssss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列；其中M≧1；
ssss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
ssss3选取相邻的PN个时间点中的一个时间点，P组光阑的其中一组光阑的至少部分光阑打开，所述N组通光孔径子阵列的一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它通光孔径子阵列中的通光孔径关闭；
ssss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，基准通光孔径行中打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，对其它行中各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中同列通光孔径所对应空间参考点对应像素加载的投影信息，其中至少对所述打开的光阑所对应的各显示单元的像素加载光信息；
ssss5所述P组光阑分别只有一组选通时的P种状态和所述N组通光孔径子阵列分别只有一组选通时的N种状态，组合成形成PN个状态，分别对应PN个相邻时间点，其中，对于该PN个相邻时间点中的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行ssss3～ssss4步骤。
优选地，上述第四种时空混合复用的三维显示方法，还包括步骤sssss6：重复步骤ssss5。
更优选地，上述第四种时空混合复用的三维显示方法中，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
所述时空混合复用的三维显示方法还包括步骤ssss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤ssss1～ssss6。
本发明的提供的第五种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用上述任意一种方案所述的一种时空混合复用的三维显示系统，包括以下步骤：
sssss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列，所有行通光孔径对应空间参考点沿行方向错位排列；其中M≧1；
sssss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
sssss3在一个时间点，其中一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列的通光孔径关闭；
sssss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，其各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，其它行中打开的各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，在沿列向虚拟平移对应空间参考点至基准通光孔径行的前提下，以平移后的虚拟空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；
sssss5相邻的M个时间点的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行sssss3～sssss4步骤。
优选地，上述第五种时空混合复用的三维显示方法，还包括步骤sssss6：重复步骤sssss5。
更优选地，上述第五种时空混合复用的三维显示方法中，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
所述时空混合复用的三维显示方法还包括步骤sssss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤sssss1～sssss6。
本发明的提供的第六种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用上述任意一种方案所述的一种时空混合复用的三维显示系统，所述时空混合复用的三维显示系统包括导向器件选通单元，该导向器件选通单元包括可时序开关的P组光阑，相间排列的各组光阑可时序打开，各光阑分别对应不同的所述显示单元，并且只在打开时允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过；或该导向器件选通单元由至少两组具有排它性功能的光阑组成，各组光阑相间排列，各光阑分别对应不同的上述显示单元，允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过，但不允许其它组光阑对应显示单元出射光信息通过，其中P≧2，包括以下步骤：
ssssss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列，所有行通光孔径对应空间参考点沿行方向错位排列；其中M≧1；
ssssss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
ssssss3选取相邻的PN个时间点中的一个时间点，P组光阑的其中一组光阑的至少部分光阑打开，所述N组通光孔径子阵列的一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列中的通光孔径关闭；
ssssss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，基准通光孔径行中打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，对其它行中各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，在沿列向虚拟平移对应空间参考点至基准通光孔径行的前提下，以对应平移后的虚拟空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息,其中至少对所述打开的一组光阑所对应的各显示单元的像素加载光信息；
ssssss 5所述P组光阑分别只有一组选通时的P种状态和所述N组通光孔径子阵列分别只有一组选通时的N种状态，组合成形成PN个状态，分别对应PN个相邻时间点，其中，对于该PN个相邻时间点中的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行ssssss3～ssssss4步骤。
优选地，上述第六种时空混合复用的三维显示方法，还包括步骤sssssss6：重复步骤ssssss5。
优选地，上述第六种时空混合复用的三维显示方法中，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
所述时空混合复用的三维显示方法还包括步骤ssssss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤ssssss1～ssssss6。
本发明的有益效果是：本发明通过时空混合复用，在像素空间复用的基础上，由于加入了时间复用，进一步提高的显示屏的有效复用度，可以有效提高呈现视图的数量和角密度，提升观察者的三维观感效果。
附图说明
图1为本发明所述采用I型导向器件进行显示的三维显示系统光路图。
图2为本发明所述采用I型导向器件进行显示时单选区的设定原理示意图。
图3为本发明所述采用I型导向器件进行显示时视区分布示意图。
图4为本发明所述采用I型导向器件，观察者双目空间位置相对固定时，可切除区分布示意图。
图5为本发明所述辅助转向装置的一个单元结构图。
图6为本发明所述辅助合成装置的一个单元结构图。
图7基于正交偏振态的像素分立屏甄别示意图。
图8基于光束传输方向的像素分立屏甄别示意图。
图9为引入具有时序特性导向器件选通单元的、采用I型导向器件进行显示的系统光路图。
图10为时序特性导向器件选通单元选通I型导向器件不同组小透镜孔径时的工作原理示意图。
图11导向器件选通单元对显示面附近非主像的遮挡效应。
图12为本发明所述采用II型导向器件进行显示的三维显示系统光路图。
图13为本发明所述采用平面结构的III型导向器件进行显示的三维显示系统光路图。
图14为本发明所述采用III型导向器件进行显示时单选区的形成示意图。
图15为本发明所述采用平面结构的IV型导向器件进行显示的三维显示系统光路图。
图16为本发明所述采用曲面结构的III型导向器件进行显示的三维显示系统光路图。
图17为本发明所述采用曲面结构的IV型导向器件进行显示的三维显示系统光路图。
图18为本发明所述以平面排列结构实现曲面结构效果的小透镜/小棱镜组结构示意图。
10：显示单元阵列 11：显示单元
20：导向器件 21：小透镜
22：大尺寸凹透镜 23：大尺寸凸透镜
24：小棱镜 30：挡光板阵列
31：挡光板 40：通光孔径阵列
50：控制单元 60：追踪单元
70：调节单元 80：辅助转向装置
90：辅助合成装置 100：导向器件选通单元
110：散射片
具体实施方式
为了更详细的解释本专利所提出的一种时空混合复用的三维显示方法，以下结合附图，对本发明进行详细阐述。应当理解，此处所描述的实施例仅仅是用以解释本发明的设计，并不用于限定本发明。
实施例1：
采用小透镜阵列(21、21′等)和大尺寸凹透镜22组成的I型导向器件20，如图1所示，显示单元阵列10的各显示单元(11、11′等)和I型导向器件20的各小透镜(21、21′等)一一对应。显示单元位于对应小透镜的焦平面上(焦距f1)，各显示单元和各小透镜之间采用同样的相对空间位置关系放置。各显示单元也可以为一整块显示屏的各不同像素部分。各显示单元经对应小透镜和大尺寸凹透镜22所成像命名为其主像，各显示单元的主像重合于大尺寸凹透镜22焦平面上(焦距f2)的投影区，也即图1中所示像平面上的Px1Px2区域。若大尺寸凹透镜22的孔径无法收集所有显示芯片经对应小透镜出射的光，也即大尺寸凹透镜22的孔径无法完全覆盖所有小透镜，显示芯片上出射光束经对应小透镜未入射凹透镜的像素，在以下过程中作为无效像素。挡光板阵列30置于显示单元阵列10和I型导向器件20之间，如图1所示。经挡光板阵列30各挡光板(31、31′等)的遮挡，各显示单元只能通过各自对应小透镜的孔径出射光信息。沿显示单元阵列10出射光束的传输方向，通光孔径阵列40置于I型导向器件的前面，由多个通光孔径组成，各通光孔径分别对应一个空间参考点，其开关可以选通或截止过对应空间参考点的、等效源自显示单元阵列10显示单元主像的光线。通光孔径阵列40又分为两组或多组通光孔径子阵列，以图1为例，其3组通光孔径子阵列分别对应空间参考点VPx11、VPx12、VPx13、VPx14、VPx15、VPx16、VPx17、VPx18、VPx19，空间参考点VPx21、VPx22、VPx23、VPx24、VPx25、VPx26、VPx27、VPx28，和空间参考点VPx31、VPx32、VPx33、VPx34、VPx35、VPx36、VPx37、VPx38。这些空间参考点所具有的特性在于，过同一组通光孔径子阵列对应不同空间参考点、等效源自显示单元主像的光线，来源于显示单元阵列10上的不同像素。图1中，同一组通光孔径子阵列对应空间参考点中，相邻空间参考点，如VPx11和VPx12，相对于像平面上一点，如点Px1，的夹角在I型导向器件20的大尺寸凹透镜22所在面上覆盖尺寸等于或大于相邻小透镜间距时，过该组空间参考点、等效源自显示单元主像的光线，将源自显示单元阵列10上的不同像素。
图1中，各空间参考点置于了一个平面上。实际上，在满足过同一组通光孔径子阵列对应不同空间参考点、等效源自显示单元主像的光线来源于显示单元阵列10上的不同像素的前提条件下，各空间参考点可以是非共面的，这也适用于下述其它实施例。图1中，各空间参考点被置于对应通光孔径面上，且以下实例中，为了清晰简单的图示效果，空间参考点都被置于对应通光孔径面上。实际上，在本实施例及以下实施例中，在一个空间孔径的开关可以选通或截止过对应空间参考点的、等效源自显示单元主像的光线的前提下，各空间参考点也可以不在对应通光孔径面上，甚至各通光孔径本身就是非平面的，且各通光孔径可以为多种形状结构，甚至两个或多个任意形状孔的组合，这也适用于下述其它实施例。
相对于像平面上的一点，图1所示同组通光孔径子阵列对应空间参考点以近似均匀角间距的方式排列的，这种排列方式有利于获得较好的三维显示效果。但该均匀或近似均匀分布的排列方式也并不是强制性的。由同一显示单元出射，经对应小透镜入射大尺寸凹透镜22的光线中，经大尺寸凹透镜22后反向延长线分别会聚于该显示单元像在像平面上边点的两组平行光线，在大尺寸凹透镜22上共同覆盖一个区域，如图2中的区域。对应显示单元像的边点和区域边点的连线交于两点，如图2中的点q3和q4。命名区域为该显示单元对应的单选区(包含边线)。同理，各显示单元都分别对应一个单选区。只要同一通光孔径子阵列对应的各空间参考点分别位于不同单选区时，过该组通光孔径子阵列对应不同空间参考点、等效源自显示单元主像的光线，将分别来自显示单元阵列10的不同显示单元，也满足过同一组通光孔径子阵列对应不同空间参考点、等效源自显示单元主像的光线源自显示单元阵列10上的不同像素的要求。
图1和图2所示光学结构及其相关空间参考点的选取原理都是沿一维x方向(行方向)进行解释和说明的，同理可以扩展至第二维y方向(列方向)。
根据上述空间参考点的选取原理及通光孔径的设计原则，确定N(≧1)组通光孔径子阵列及其对应空间参考点。对各通光孔径，通过光线逆向追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列10上的来源像素及该来源像素经I型导向器件20在投影区上所成的像，也即各空间参考点对应的像素及其像。在一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径；各打开通光孔径对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，基于上步方法同步加载信息到显示单元阵列各像素。重复上述过程，过每一个空间参考点，像平面上即呈现一个对应该空间参考点的视图。当通光孔径子阵列的开关频率足够高，空间参考点的分布足够密集，基于视觉滞留，沿光束传输方向，在空间参考点的前面的一个区域内，即图3所示的视区内，即可观察到目标物体的三维信息。沿列方向同理。在该过程中，在一个时间点，也可以是一组通光孔径子阵列的部分通光孔径打开，此时该组通光孔径子阵列中未打开通光孔径对应空间参考点对应像素，在该时间点无需加载信息。
沿列方向的通光孔径阵列只由一组通光孔径子阵列组成时，也即沿列向一个显示单元只对应一个通光孔径时，或者说所有通光孔径子阵列是沿行方向划分的，此时存在另外一种信息加载方法：取一行通光孔径作为基准通光孔径行，其各通光孔径打开时，对应空间参考点所对应的像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；但属于其它非基准通光孔径行的各通光孔径打开时，其对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中同列通光孔径在打开时对应空间参考点对应像素加载的光信息。该种信息加载方式下，列方向不再显示三维视差信息，仅沿行方向向呈现三维信息。在该过程中，在一个时间点，也可以是一组通光孔径子阵列的部分通光孔径打开，此时该组通光孔径子阵列中未打开通光孔径对应空间参考点对应像素，在该时间点无需加载信息。
追踪单元60启用，可以确定观察者的双目位置。根据观察者的双目位置，可以控制系统仅显示双目处较小空间范围内需要的信息，降低信息计算量。当观察者双目对系统的空间位置相对固定的时候，对入射观察者双目的光线没有贡献、或贡献不是必须的相关器件，将对三维显示效果产生非必须的作用，可以去除，如图4中所示可切除区内的显示单元、小透镜，甚至大尺寸凹透镜22的部分。
当观察者双目移动到图3所示视区之外时，由追踪单元得到的观察者双目具体位置，通过图4所示调节单元70，调节显示单元阵列10中各显示单元和上述I型导向器件20间的相对位置，使显示单元阵列10各显示单元经I型导向器件20所成的像相对上述I型导向器件20平移，同时也使视区相对于导向器件20发生相对移动，以使双目一直处于显示系统的视区内。显示单元相对I型导向器件20的位置调节，可以通过移动显示单元阵列10实现，也可以通过移动I型导向器件20实现，在各显示单元为一整块显示屏的各不同部分像素时，甚至可以通过重新划分各小透镜对应的显示单元像素来实现。在这一过程中，挡光板阵列30的空间姿态也要随之改变。视区的移动，也可以通过改变上述I型导向器件20的光学性质来实现，比如当I型导向器件20中的小透镜是光心可变透镜时，根据观察者双目，改变各小透镜的光心，也可以使各显示单元的像和视区相对I型导向器件20发生平移。该追踪单元60和调节单元70同样适用于本发明专利的其它实施例。
上述图1-4对应的光学结构中，各显示单元和对应小透镜都是平行放置，以确保该显示单元处于对应小透镜的焦平面。以下实施例中相关各图中，所示显示单元也都是和I型导向器件20或其所包括的对应小透镜平行放置的，以确保该显示单元处于对应小透镜的焦平面或经对应小透镜成比较理想的成像。采用辅助转向装置8，辅助转向装置8包括一个或多个转向单元，在本发明所述系统中，其各转向单元可以使相对小透镜或I型导向器件20非平行放置的显示单元等效为平行放置，如图5所示。此处特例的辅助转向装置80为直角反射装置阵列，图5所示仅为其一个单元，更复杂的结构，比如曲面的折衍反器件、全息器件等，在实现转向功能的前提下，都可以作为辅助转向装置80或其单元。该辅助转向装置80同样适用于本发明专利的其它实施例。
上述图1-4所示光学结构中，当各显示单元是由两个或多个分立的像素屏组成时，辅助合成装置90可以使该两个或多个分立像素屏出射光束经对应合成单元，入射对应小透镜或I型导向器件20。以一个显示单元对应两个像素分立屏为例，如图6所示，此处特例的辅助合成装置为分光反射棱镜阵列，图6具体地以显示单元/分光反射棱镜对阵列中的一对来进解释辅助合成装置的工作原理。该显示单元对应的不同分立屏经对应分光反射棱镜，可以等效为以平行于小透镜的方式入射I型导向器件20，然后成像。不同的显示单元，其成像有两种情况：成像在不同深度和成像于相同深度。在第一种情况下，系统将在两个或多个不同深度面上形成多个像平面，各像平面分别负责显示该像平面附近区域的三维信息，从而增加系统的显示深度。在第二种情况下，过各小透镜孔径，该小透镜对应显示单元各分立像素屏的像可以等效看成重合于相同深度上的、可分别加载不同光信息的不同显示面。当各显示单元对应的不同像素分立屏经I型导向器件20，重合于同一像平面上时，同一显示单元不同像素分立屏要在同一时刻，显示不同信息给不同的通光孔径。也即是说，同一显示单元的q个像素分立屏，要在同一个时间点，分别排它性经q个孔径出射光信息。在这种情况下，各通光孔径子阵列进一步分为q组子子阵列，属于各子子阵列的通光孔径具有相同的特性，同一通光孔径子阵列的不同子子阵列的通光孔径，要具有甄别不同像素分光屏的能力，此处以图7所示辅助合成装置的一个特例单元为例进行说明，一个显示单元对应q＝2个像素分立屏，两个像素分立屏出射光信息经辅助合成装置中对应单元后分别具有水平“-”和竖直“﹒”方向两个正交的偏振态。通光孔径A1和A3打开时只允许水平偏振的光通过，A2和A4打开时只允许竖直偏振的光通过。该四个通光孔径中的两个不同特性的属于同一组通光孔径子阵列，例如A1和A2一起属于一组通光孔径子阵列，但同时不同特性的A1和A2又属于该子阵列的两个不同子子阵列；同样，A3和A4一起属于另一组通光孔径子阵列，但同时不同特性的A3和A4又属于该子阵列的两个不同子子阵列。在一个时间点，同属同一通光孔径子阵列的A1和A2打开，A1所在子子阵列对应的各空间参考点在分立屏1上对应的像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；A2所在子子阵列对应的各空间参考点在分立屏2上对应的像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；下一个相邻时间点，同属另一通光孔径子阵列的A3和A4打开，A3所在子子阵列对应的各空间参考点在分立屏1上对应的像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；A4所在子子阵列对应的各空间参考点在分立屏2上对应的像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；如此重复。其它显示单元也同理同步进行上述过程。在图7中所示例子中，像素分立屏1和像素分立屏2可以是本身出射光具有正交偏振态，也可以是经辅助合成装置中对应单元后具有正交的偏振态，比如辅助合成装置的单元为偏振分光镜。图7以偏振态为特性来甄别不同的像素分立屏，该特性也可以时其它正交特性，如自旋态、互补色等，只要各通光孔径子阵列中不同子子阵列的通光孔径可以在打开时排它性地通过来自不同像素分立屏的光信息。图8显示了一种通过光传输方向对显示单元不同像素分立屏进行甄别的原理。这里以辅助合成装置的一个特例单元为例进行说明，该单元为棱镜P1、P2、P3、P4组成的阵列。此处简单地令棱镜P2和P4的偏折角为0°。由于棱镜的折射作用，像素分立屏1经棱镜P2和P4的折射像和像素分立屏2经棱镜P1和P3的折射像重合，可以随后经导向器件10成像于像平面的投影区。同时，像素分立屏2经棱镜P2和P4的折射像、像素分立屏1经棱镜P1和P3的折射像，经过导向器件10后，将处于像平面上的投影区外，不影响三维显示内容。在这种情况下，各通光孔径子阵列中，属于相同子子阵列的各通光孔径置于同类棱镜的孔径上，属于不同子子阵列的各通光孔径分别置于不同类棱镜的孔径上，可以通过光传输方向来甄别同一显示单元对应的不同像素分立屏。该辅助合成装置90及同样适用于本发明专利的其它实施例。
图1、图4和图8相关实例中，沿显示单元/小透镜阵列排列方向，都是以显示单元尺寸不大于小透镜间距为例进行的说明。当引入具有时序特性的导向器件选通单元100时，如图9，各显示单元尺寸可以大于对应的小透镜尺寸。导向器件选通单元100由两组或多组光阑组成，用来在每个时刻点，选通导向器件20小透镜阵列的一组子阵列，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，各小透镜子阵列的小透镜是依次间隔排列的。以小透镜阵列分为P＝2组为例进行说明，如图9，两组小透镜子阵列的小透镜相间排列。在一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21、21″等所组成小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径；在其中的一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径；各打开通光孔径对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；该相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，基于上步方法同步加载信息到显示单元阵列各像素。在下一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21′、21″′等所组成小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，如图10；在其中的一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径；各打开通光孔径对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；该相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，基于上步方法同步加载信息到显示单元阵列各像素。相邻小透镜对应的显示单元发生空间重叠时，各显示单元为一整块显示屏的各不同部分像素，相邻小透镜对应的显示单元为不同时刻从整块显示屏上选用的部分重叠的不同区域像素。在上述过程中，PN＝2N时间点对应有2N个状态，该2N个状态的时序，可以也可以任意调整。若有小透镜阵列分为更多组子阵列，同理处理。上述过程，P在不同值间切换时，需要调节单元10根据需要调整挡光板阵列30各挡光板的空间姿态，如图9到图10的变化。
图1至图8相关实例中，挡光板阵列30用来使各显示单元出射光只经导向器件20中对应小透镜孔径出射。移除挡光板阵列30时，各显示单元出射光经非对应小透镜，同时会在主像所在区域外成像，虽然不会作为噪声叠加于投影区，但也可能进入观察者双目而影响显示。在该种情况下，时序特性的导向器件选通单元100通过间隔排列的不同组小透镜子阵列的时序相间关闭，可以去除主像所在投影区附近的无用非主像，提升显示效果。以小透镜阵列分为P＝2组为例进行说明，两组小透镜子阵列的小透镜相间排列，如图11。导向器件选通单元100选通导向器件20小透镜阵列的一组子阵列，同时遮挡其它小透镜的通光孔径。在一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21、21″等所组成小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，同时被遮挡小透镜对应的显示单元在该N个时间点不显示光学信息；在其中的一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径；各打开通光孔径对应空间参考点在选通各小透镜对应显示单元上所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息。在下一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21′、21″′等所组成小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，同时被遮挡小透镜对应的显示单元在该N个时间点不显示光学信息；N组通光孔径子阵列依次打开，基于上步方法同步加载信息到选通各小透镜对应显示单元阵列各像素。在此过程中，若各选通小透镜对应显示单元像素出射光束因发散角有限而无法入射同时选通小透镜中相邻小透镜时，在无挡光板阵列30的情况下，可以实现无非主像干扰存在的三维呈现。若某选通小透镜对应显示单元像素出射光束可以入射同时选通小透镜中相邻小透镜，其所形成的干扰性的非主像也离投影区较远，对三维显示的影响有限。上述PN＝2N个时间点对应有2N个状态，该2N个状态的时序，可以也可以任意调整。若有小透镜阵列分为更多组子阵列，同理处理。若采用排它性特性的导向器件选通单元100时，比如在图11中，导向器件选通单元100相邻光阑为通光方向正交的两个偏振片，相邻通显示单元出射光也分别具有对应的偏振态，各显示单元出射光能通过对应小透镜所对应光阑，不能通过对应小透镜相邻小透镜所对应光阑。由于各显示单元出射光无法穿过相邻的非对应小透镜，可以同理实现无非主像干扰、或非主像干扰距离投影区较远的三维显示。在该过程中，在一个时间点，也可以是一组光阑中的部分光阑和一组通光孔径子阵列的部分通光孔径打开，此时过打开通光孔径对应空间参考点对应像素，在对应主像上等效发出的光线被光阑遮挡时，该像素无需加载信息。
本实施例上述结构中，可以以大尺寸凸透镜代替I型导向器件中的大尺寸凹透镜，也即采用II型导向器件，如图12。基于本实施例中上述的类似方法和过程，采用II型导向器件的系统也可以同样实现三维显示。
采用II型导向器件时，各显示单元主像为实像，可以置一维散射片110于显示单元主像重合的显示区，如图12中沿垂向散射的入射光的散射片110。沿水平x轴，一行显示单元/小透镜对如图12排列；沿垂直y向，相同结构的多行显示单元/小透镜对依次排列，但不同行显示单元/小透镜对对应的空间参考点，沿水平方向依次错位排列。在一个时间点，一组通光孔径子阵列的通光孔径打开，其它通光孔径关闭；取沿x轴的通光孔径作为基准通光孔径行，其各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以该空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，其它行所打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，在沿列向虚拟平移该空间参考点至基准通光孔径行的前提下，以平移后的虚拟空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息。在相邻的多个时间点，多组通光孔径子阵列依次打开，如上同步加载信息。重复此过程，并经散射片110沿y向的散射，最终实现仅有x向视差的三维呈现。类似于图10相关应用，在图12所示结构中同样可以引入导向器件选通单元100，经导向器件选通单元100和通光孔径阵列40的共同选通，在对应像素上同步加载信息。且类似地，一个时间点，一种通光孔径子阵列和导向器件选通单元100一组光阑中都可以是部分被打开。
实施例2：
图13所示III型导向器件20由平面排列的小透镜阵列(21、21′等)组成，显示单元阵列10的各显示单元(11、11′等)和导向器件20的各小透镜(21、21′等)一一对应。各显示单元相对对应小透镜以物距u放置，各显示单元/小透镜对以特定偏心距离放置，如图13中的δ1、δ2、δ3等，以使各显示单元的关于对应小透镜的主像重合于像平面的投影区Px1Px2区域。图13所示的特例中，中间位置的显示单元/小透镜对中显示单元中心和小透镜光轴间的偏心距离设为了δ5＝0。实际上，各偏心距离的值可以设为其它的值，只要各偏心距离的设置可以保证使各显示单元的像重合于像平面一共同区域。导向器件选通单元100各光阑分别处于导向器件20的各小透镜孔径上，若采用时序特性的导向器件选通单元100，对应导向器件选通单元100各组光阑的各组小透镜子阵列将被时序选通，若采用排它性特性的导向器件选通单元100，各显示单元出射光需要具有只能通过其对应小透镜所对应光阑，也能通过该光阑的同组光阑，但不能通过与该光阑不同组的光阑的特性。沿显示单元阵列10出射光束的传输方向，通光孔径阵列40置于导向器件的前面，由多个通光孔径组成，各通光孔径分别对应一个空间参考点，其开关可以选通或截止过对应空间参考点的、等效源自显示单元阵列10显示阵列主像的光线。通光孔径阵列40又分为两组或多组通光孔径子阵列，以图13为例，其3组通光孔径子阵列分别对应空间参考点VPx11、VPx12、VPx13、VPx14、VPx15、VPx16、VPx17、VPx18、VPx19，空间参考点VPx21、VPx22、VPx23、VPx24、VPx25、VPx26、VPx27、VPx28，和空间参考点VPx31、VPx32、VPx33、VPx34、VPx35、VPx36、VPx37、VPx38。这些空间参考点所具有的特性在于，过同一组通光孔径子阵列对应不同空间参考点的、等效源自显示单元主像的光线，来源于显示单元阵列10上的不同像素。以图13所示为例，同一组通光孔径子阵列对应空间参考点中，相邻空间参考点，如VPx11和VPx12，相对于像平面上一点，如点Px1，的夹角在导向器件20的小透镜所在面上覆盖尺寸等于或大于相邻小透镜间距时，过该组空间参考点的光线，将源自显示单元阵列10上的不同像素。
图13中，各空间参考点置于了一个平面上。实际上，在满足过同一组通光孔径子阵列对应各空间参考点的光线来源于显示单元阵列10上的不同像素的前提条件下，各空间参考点可以是非共面的，这也适用于下述其它实施例。图13中，各空间参考点被置于对应通光孔径面上，且以下实例中，为了清晰简单的图示效果，空间参考点都被置于对应通光孔径面上。实际上，在本实施例及以下实施例中，在一个空间孔径的开关可以选通或截止过对应空间参考点的、来源于显示单元阵列10的光线的前提下，各空间参考点也可以不在对应通光孔径面上，甚至各通光孔径本身就是非平面的，这也适用于下述其它实施例。
相对于像平面上的点，图13所示同组通光孔径子阵列对应空间参考点是以近似均匀角间距的方式排列的，这种排列方式有利于获得较好的三维显示效果。但均匀或近似均匀角间距的排列方式也并不是强制性的。令小透镜21′的边点为q1和q2，如图14所示，连线该两点与该小透镜对应显示单元像的两边点，即图11中的点Px1和Px1，交于点q3和q4。命名区域为该显示单元对应的单选区(含边界)。同样道理各显示单元都分别对应一个单选区。只要同一通光孔径子阵列对应的各空间参考点分别位于不同单选区时，无论其是否采用等角间距排列的方式，过该组通光孔径子阵列对应不同空间参考点的、等效源自显示单元主像的光线，将源自显示单元阵列10上的不同像素。在相邻小透镜毗邻放置时，相临小透镜的边点是重合的，此时，相邻单选区会出现一个重合点，如图14中的点q1和q2。在这种情况下，处于不同单选区的各空间参考点的选取，要以不重合为前提进行选取。该空间参考点的选取原则，也适用于以下的各实例。图13中各小透镜为凸透镜，在经对应小透镜，各显示单元成重合虚像的前提下，图13中各小透镜也可以是凹透镜。
图13和图14所示光学结构及其相关空间参考点的选取都是沿一维x方向(行方向)进行解释和说明的，同理可以扩展至第二维y方向(列方向)。
根据上述空间参考点的选取原理及通光孔径的设计原则，确定N(≧1)组通光孔径子阵列和对应空间参考点。对各通光孔径，通过光线逆向追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列10上的来源像素及其经导向器件20在显示单元主像上所成的像。在一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径，各打开通光孔径对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；在采用排它性特性导向器件选通单元100时，相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，同理加载信息到显示单元阵列各像素。重复上述过程，过每一个空间参考点，投影区上即呈现一个对应该空间参考点的视图。当通光孔径子阵列的开关频率足够高，空间参考点的分布足够密集，基于视觉滞留，沿光束传输方向，在空间参考点的前面的一个区域内，即类似于图3所示的视区内，即可观察到目标物体的三维信息。沿y方向同理类似。在该过程中，在一个时间点，也可以是一组通光孔径子阵列的部分通光孔径打开，此时该组通光孔径子阵列中未打开通光孔径对应空间参考点对应像素，在该时间点无需加载信息。
在采用时序特性导向器件选通单元100时，以其包含P＝2组光阑为例，小透镜阵列也分为P＝2组子阵列，两组小透镜子阵列的小透镜相间排列，如图13。导向器件选通单元100选通导向器件20小透镜阵列的一组子阵列，同时遮挡其它小透镜的通光孔径。在一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21、21″等所组成小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，同时被遮挡小透镜对应的显示单元在该N个时间点不显示光学信息；在其中的一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径；各打开通光孔径对应空间参考点在选通各小透镜对应显示单元上所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息。在下一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21′、21″′等所组成小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，同时被遮挡小透镜对应的显示单元在该N个时间点不显示光学信息；N组通光孔径子阵列依次打开，基于上步方法同步加载信息到选通各小透镜对应显示单元阵列各像素。重复上述过程，同理实现三维显示。在上述过程中，也允许相邻小透镜对应的显示单元空间上相互重叠，类似于图9和图10所示情况。当导向器件选通单元100移除时，上述过程不再考虑导向器件20各小透镜的开关，只要考虑N组通光孔径子阵列的时序开关。相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，采用上述同样的原理加载信息到显示单元阵列各像素。重复上述过程，过每一个空间参考点，投影区上即呈现一个对应该空间参考点的视图。当通光孔径子阵列的开关频率足够高，空间参考点的分布足够密集，基于视觉滞留，沿光束传输方向，在空间参考点的前面的一个区域内，即类似于图3所示的视区内，即可观察到目标物体的三维信息。在此时，各显示单元经对应小透镜相邻透镜所成的非主像，作为无用信息呈现于离主像所在的投影区较近的位置。进一步在系统中置入挡光板阵列30，类似于图1所示，挡光板阵列30各挡光板将挡除各显示单元的非主像。基于图9和图10所示原理，在图13所示系统中，也可以通过引入时序特性的导向器件选通单元100，使各小透镜对应显示单元具有较大尺寸。
沿y方向的通光孔径阵列只由一组通光孔径子阵列组成时，也即沿y向一个显示单元只对应一个通光孔径时，也存在另外一种信息加载方法：取一行通光孔径作为基准通光孔径行，其各通光孔径打开时，其对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；但属于其它非基准通光孔径行的各通光孔径打开时，其对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中同列通光孔径在打开时所对应空间参考点对应像素加载的光信息。该种信息加载方式下，y方向不再显示三维视差信息，仅沿x方向呈现三维信息。
若追踪单元60启用，则可以确定观察者的双目位置。根据观察者的双目位置，可以控制系统仅显示双目处较小空间范围内需要的信息，降低信息计算量。当观察者双目对系统的空间位置相对固定的时候，图13结构中，可以将部分显示单元/小透镜对去除，只保留全部或部分对进入观察者双目的光学信息有贡献的显示单元/小透镜对。
实施例1中图5～8所述的辅助转向装置80和辅助合成装置90，同理可用于图13所示系统。
图13中平面排列各显示单元经对应小透镜成实像时，也即采用平面结构的IV型导向器件时，如图15，通过类似的上述过程，可以同样地实现三维显示。
采用IV型导向器件时，各显示单元主像为实像，可以置一维散射片110于显示单元主像重合的显示区，如图15中沿垂向散射的入射光的散射片110。沿水平x轴，一行显示单元/小透镜对如图15排列；沿垂直y向，相同结构的多行显示单元/小透镜对依次排列，但不同行显示单元/小透镜对对应的空间参考点，沿水平方向依次错位排列。在一个时间点，一组通光孔径子阵列的通光孔径打开，其它通光孔径关闭；取沿x轴的通光孔径作为基准通光孔径行，其各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以该空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，其它行所打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，在沿列向虚拟平移该空间参考点至基准通光孔径行的前提下，以平移后的虚拟空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息。在相邻的多个时间点，多组通光孔径子阵列依次打开，如上同步加载信息。重复此过程，并经散射片110沿y向的散射，最终实现仅有x向视差的三维呈现。
实施例3：
III型导向器件20可以采用曲面排列小透镜阵列(21、21′等)，如图16，显示单元阵列10的各显示单元(11、11′等)和导向器件20的各小透镜(21、21′等)一一对应。各显示单元经对应小透镜所成主像在O点相交。为了图像的清楚可视，图16仅以两组显示单元/小透镜对为例进行说明。导向器件选通单元100各光阑分别处于导向器件20的各小透镜孔径上，若采用时序特性的导向器件选通单元100，不同组的小透镜子阵列将被时序选通，若采用排它性特性的导向器件选通单元100，各显示单元出射光需要具有只能通过其对应小透镜所对应光阑所在组光阑，但不能通过与其它组光阑的特性。沿显示单元阵列10出射光束的传输方向，通光孔径阵列40置于导向器件的前面，由多个通光孔径组成，各通光孔径分别对应一个空间参考点，其开关可以选通或截止过对应空间参考点的、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的光线。通光孔径阵列40又分为两组或多组通光孔径子阵列，以图16为例，其3组通光孔径子阵列分别对应空间参考点VPh11、VPh12，空间参考点VPh21、VPh22，和空间参考点VPh31、VPh32。这些空间参考点所具有的特性在于，过同一组通光孔径子阵列所对应不同空间参考点、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的光线，来源于显示单元阵列10上的不同像素。以图16所示为例，同一组通光孔径子阵列对应空间参考点中，相邻空间参考点，如VPh11和VPh12，相对于O点夹角等于或大于相邻显示单元/小透镜对相对于O点夹角时，过该组空间参考点、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的光线，将源自显示单元阵列10上的不同像素。
图16中，各空间参考点被置于对应通光孔径面上，且以下实例中，为了清晰简单的图示效果，空间参考点都被置于对应通光孔径面上。实际上，在本实施例中，在一个空间孔径的开关可以选通或截止过对应空间参考点的、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的前提下，各空间参考点也可以不在对应通光孔径面上，甚至各通光孔径本身就是非平面的。
相对于点O，图16所示同组通光孔径子阵列对应空间参考点以均匀角间距的方式排列的，这种排列方式有利于获得较好的三维显示效果。但该近似均匀角间距的排列方式也并不是强制性的。令小透镜21的边点为q1和q2，如图16所示，连线该两点与该小透镜对应显示单元像的两边点，即图16中的点E和F，交于点q3和q4。命名区域为显示单元11所对应的单选区(含边线)。同理，各显示单元都分别对应一个单选区。只要同一通光孔径子阵列对应的各空间参考点分别位于不同单选区时，无论其是否采用均匀角间距的排列方式，过该组通光孔径子阵列对应不同空间参考点、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的光线，将分别来自显示单元阵列10的不同显示单元，满足过同一组通光孔径子阵列对应不同空间参考点、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的光线源自显示单元阵列10上的不同像素的要求。
图16所示光学结构及其相关空间参考点的选取原理都是一维方向(行方向)进行解释和说明的，同理可以扩展至另一维的列方向。沿列方向，小透镜阵列可以沿直线排列，也可以沿曲线排列；其中沿直线排列时，各显示单元中心相对于对应小透镜光轴沿列向具有特定的空间偏移，以保证列向上各显示单元的像重合；沿列向曲线排列时，类似图13所示的行向曲面排列的情况。
根据上述空间参考点的选取原理及通光孔径的设计原则，确定N(≧1)组通光孔径子阵列和对应空间参考点。对各通光孔径，通过光线逆向追踪，确定过其对应空间参考点、等效来源于显示单元阵列10显示单元主像的各光线在显示单元阵列10上的来源像素及其经导向器件20在显示单元主像上所成像。
在一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径，各打开通光孔径对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；在采用排它性特性导向器件选通单元100时，相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，同理加载信息到显示单元阵列各像素。重复上述过程，过每一个空间参考点，像平面上即呈现一个对应该空间参考点的视图。当通光孔径子阵列的开关频率足够高，空间参考点的分布足够密集，基于视觉滞留，沿光束传输方向，在空间参考点的前面的一个区域内，即图3所示的视区内，即可观察到目标物体的三维信息。沿另一维列向方向，同理类似。
在采用时序特性导向器件选通单元100时，以其包含P＝2组光阑为例进行说明，小透镜阵列也分为P＝2组子阵列。如图16，两个小透镜分属不同的子阵列。导向器件选通单元100选通导向器件20小透镜阵列的一组子阵列，同时遮挡其它小透镜的通光孔径。在一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21所在小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，同时被遮挡小透镜对应的显示单元在该N个时间点不显示光学信息；在其中的一个时间点，打开一组通光孔径子阵列，同时关闭其它通光孔径，各打开通光孔径对应空间参考点在选通各小透镜对应显示单元上所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息。在下一组相邻的N个时间点，导向器件选通单元100允许小透镜21′所在小透镜子阵列各小透镜的孔径通光，同时遮挡其它小透镜的通光孔径，同时被遮挡小透镜对应的显示单元在该N个时间点不显示光学信息；N组通光孔径子阵列依次打开，基于上步方法同步加载信息到选通各小透镜对应显示单元阵列各像素。重复上述过程，同理实现三维显示。当导向器件选通单元100移除时，在上述过程不再考虑导向器件20各小透镜的开关，只要考虑N组通光孔径子阵列的时序开关。相邻的N个时间点，N组通光孔径子阵列依次打开，采用上述同样的原理加载信息到显示单元阵列各像素。重复上述过程，过每一个空间参考点，像平面上即呈现一个对应该空间参考点的视图。当通光孔径子阵列的开关频率足够高，空间参考点的分布足够密集，基于视觉滞留，沿光束传输方向，在空间参考点的前面的一个视区内，即可观察到目标物体的三维信息。在此时，各显示单元经对应小透镜相邻透镜所成的非主像，作为无用信息呈现于离主像所在的投影区较近的位置。进一步在系统中置入挡光板阵列30，类似于图1所示，挡光板阵列30各挡光板将挡除各显示单元的非主像。
沿列向的通光孔径阵列只由一组通光孔径子阵列组成时，也即沿列向一个显示单元只对应一个通光孔径时，也存在另外一种信息加载方法：沿行方向，取一行通光孔径作为基准通光孔径行，其各通光孔径打开时，其对应空间参考点所对应各像素，以该空间参考点为视点，由控制单元50同步加载目标物体在其像上的投影信息；但属于其它非基准通光孔径行的各通光孔径打开时，其对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中沿列向同列的通光孔径在打开时，所对应空间参考点对应像素加载的光信息。该种信息加载方式下，列向方向不再显示三维视差信息，仅沿行向呈现三维信息。
若追踪单元60启用，则可以确定观察者的双目位置。根据观察者的双目位置，可以控制系统仅显示双目处较小空间范围内需要的信息，降低信息计算量。当观察者双目对系统的空间位置相对固定的时候，图13结构中，可以将部分显示单元/小透镜对去除，只保留全部或部分对进入观察者双目的光学信息有贡献的光组件。
实施例1中图5～8所述的辅助转向装置80和辅助合成装置90，同理可用于图16所示系统。
图16中各显示单元经对应小透镜成实像时，也即采用IV型导向器件时，如图17，通过类似的上述方法和过程，也可以实现三维显示。
在图16和图17所示系统中，小透镜是曲面排列的。以一个小透镜和一个对该小透镜所成像进行折转或平移的偏移元件，如棱镜，代替III型导向器件或IV导向器件中的小透镜，可以以平面排列的显示单元阵列10完成图16或图17所示曲面排列的的显示单元阵列10所实现的显示效果。图18所示为平面排列的小透镜/小棱镜对代替图14所示曲面排列的小透镜时的光学结构。
综上所述，本发明的特点在于导向器件20成像显示单元阵列10各显示单元到重合或相交区域，并经一组通光孔径子阵列，由显示单元阵列10上不同像素呈现三维目标物体的一组视图；利用可时序开关的不同组通光孔径子阵列，在不同的时间点，通过不同组的通光孔径子阵列的时序开关，呈现大量视图，基于视觉滞留，实现三维效果呈现。由于时序开关的通光孔径阵列40的引入，相对于传统的三维显示方法，本专利所提出技术，通过时间复用，进一步提高三维信息的呈现量，有效提高三维显示效果。
Claims (28)
1.一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，包括：
显示单元阵列，该显示单元阵列的各显示单元由面排列像素组成，用于显示光学信息；
导向器件，该导向器件置于与显示单元阵列相对应的位置，用于成像各显示单元，并引导各显示单元的像在投影区或投影空间重叠或相交，命名该重叠或相交的像为对应显示单元的主像；
通光孔径阵列，该通光孔径阵列沿显示单元阵列出射光束传输方向置于导向器件前，由可时序开关的至少两组的通光孔径子阵列组成，该通光孔径阵列的各通光孔径分别对应一个空间参考点，该通光孔径用于选通或截止过其对应空间参考点的、等效源自于显示单元主像的光线，其中，各通光孔径对应参考点被选取为使得过同一通光孔径子阵列各通光孔径对应参考点的、等效源自于显示单元主像的光线来自于显示单元阵列的不同像素；
控制单元，该控制单元与显示单元阵列以及通光孔径阵列连接，用于控制所述各组通光孔径子阵列的时序开关，并在一组通光孔径子阵列的部分或全部通光孔径打开时，控制所述显示单元阵列的部分或全部像素同步加载对应光信息。
2.根据权利要求1所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，还包括导向器件选通单元，该导向器件选通单元包括可时序开关的P组光阑，相间排列的各组光阑可时序打开，各光阑分别对应不同的所述显示单元，并且只在打开时允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过；或该导向器件选通单元由至少两组具有排它性功能的光阑组成，各组光阑相间排列，各光阑分别对应不同的上述显示单元，允许对应显示单元主像等效出射的光信息通过，但不允许其它组光阑对应显示单元出射光信息通过，其中P≧2。
3.根据权利要求1所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，还包括
挡光板阵列，该挡光板阵列置于所述显示单元阵列和所述导向器件之间，用于约束各显示单元出射光束分别经对应孔径出射；和/或
追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和/或
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；和/或
散射片，其沿一维方向散射入射光。
4.根据权利要求1所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，所述导向器件包括小透镜阵列和大尺寸凹透镜，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，各显示单元处于对应小透镜的焦平面上，其中所述大尺寸凹透镜孔径覆盖小透镜阵列中的至少部分小透镜；或者
所述导向器件包括小透镜阵列和一个大尺寸凸透镜，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，各显示单元处于对应小透镜的焦平面上，其中所述大尺寸凸透镜孔径覆盖小透镜阵列中的至少部分小透镜。
5.根据权利要求1所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，所述导向器件包括小透镜阵列，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，且各显示单元经对应小透镜成虚像；或者
所述导向器件包括小透镜阵列，其中小透镜阵列各小透镜和所述显示单元阵列各显示单元一一对应，且各显示单元经对应小透镜成实像。
6.根据权利要求5所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，所述导向器件还包括多个能够对小透镜所成的像进行折转或平移的偏移元件。
7.根据权利要求4所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，所述小透镜用等效的光学元件或光学组件代替，和/或所述大尺寸凹透镜用等效的光学元件或光学组件代替；或者所述小透镜阵列用等效的光学元件或光学组件代替，和/或所述大尺寸凸透镜用等效的光学元件或光学组件代替。
8.根据权利要求5所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，所述小透镜用等效的光学元件或光学组件代替，或者所述小透镜阵列用等效的光学元件或光学组件代替。
9.根据权利要求2-8任一项所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，还包括辅助转向装置，该辅助转向装置置于所述显示单元阵列和导向器件之间，用于使各显示单元等效地置于对应小透镜的焦平面上、或平行于对应小透镜放置。
10.根据权利要求1-8任一项所述的时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，还包括辅助合成装置，该辅助成像装置置于所述显示单元阵列和导向器件之间，并在所述显示单元阵列的各显示单元由至少两个分立像素屏组成时，能够对各显示单元的该至少两个分立像素屏的出射光束进行合成，使其都入射所述导向器件。
11.一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用如权利要求1至10所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，包括以下步骤：
s1 将所述通光孔径阵列划分为N组通光孔径子阵列，对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像，其中N≧1；
s2 在一个时间点，其中一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列的通光孔径关闭；
s3 对步骤s2中所打开的各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；
s4 对于相邻的N个时间点的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行s2~s3步骤。
12.根据权利要求11所述的时空混合复用的三维显示方法，该其特征在于，还包括步骤s5: 重复步骤s4。
13.根据权利要求12所述的时空混合复用的三维显示方法，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
其特征在于，还包括步骤s6：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和上述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤s1~s5。
14.一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用如权利要求2至10所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于：
ss1 将所述通光孔径阵列划分为N组通光孔径子阵列，对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像，其中N≧1；
ss2 在一个时间点，P组光阑的其中一组光阑的至少部分光阑打开，所述N组通光孔径子阵列的一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列中的通光孔径关闭；
ss3 对步骤ss2中所打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息，其中至少对所述打开的光阑所对应的各显示单元的像素加载光信息；
ss4 所述P组光阑分别只有一组选通时的P种状态和所述N组通光孔径子阵列分别只有一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径选通时的N种状态，组合成形成PN个状态，分别对应PN个相邻时间点，其中，对于该PN个相邻时间点中的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行ss2~ss3步骤。
15.根据权利要求14所述的时空混合复用的三维显示方法，其特征在于，还包括步骤ss5：重复步骤ss4。
16.根据权利要求15所述的时空混合复用的三维显示方法，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
其特征在于，还包括步骤步骤ss6：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤ss1~ss5。
17.一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用如权利要求1至10所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，包括以下步骤：
sss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列；其中M≧1；
sss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
sss3在一个时间点，其中一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列的通光孔径关闭；
sss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，基准通光孔径行中打开的各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，其它行中打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中同列通光孔径所对应空间参考点对应像素加载的投影信息；
sss5对于相邻的M个时间点的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行sss3~sss4步骤。
18.根据权利要求17所述的时空混合复用的三维显示方法，其特征在于，还包括步骤sss6：重复步骤sss5。
19.根据权利要求18所述的时空混合复用的三维显示方法，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
其特征在于，还包括步骤sss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤sss1~sss6。
20.一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用如权利要求2至10所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，包括以下步骤：
ssss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列；其中M≧1；
ssss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
ssss3选取相邻的PN个时间点中的一个时间点，P组光阑的其中一组光阑的至少部分光阑打开，所述N组通光孔径子阵列的一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它通光孔径子阵列中的通光孔径关闭；
ssss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，基准通光孔径行中打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，对其它行中各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，同步加载基准通光孔径行中同列通光孔径所对应空间参考点对应像素加载的信息，其中至少对所述打开的光阑所对应的各显示单元的像素加载光信息；
ssss5所述P组光阑分别只有一组选通时的P种状态和所述N组通光孔径子阵列分别只有一组选通时的N种状态，组合成形成PN个状态，分别对应PN个相邻时间点，其中，对于该PN个相邻时间点中的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行ssss3~ssss4步骤。
21.根据权利要求20所述的时空混合复用的三维显示方法，其特征在于，还包括步骤ssss6：重复步骤ssss5。
22.根据权利要求21所述的时空混合复用的三维显示方法，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
其特征在于，还包括步骤ssss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤ssss1~ssss6。
23.一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用如权利要求1至10所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，包括以下步骤：
sssss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列，所有行通光孔径对应空间参考点沿行方向错位排列；其中M≧1；
sssss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
sssss3 在一个时间点，其中一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列的通光孔径关闭；
sssss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，其各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，其它行中打开的各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，在沿列向虚拟平移对应空间参考点至基准通光孔径行的前提下，以平移后的虚拟空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息;
sssss5相邻的M个时间点的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行sssss3~sssss4步骤。
24.根据权利要求23所述的时空混合复用的三维显示方法，其特征在于，还包括步骤sssss6：重复步骤sssss5。
25.根据权利要求24所述的时空混合复用的三维显示方法，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
其特征在于，还包括步骤sssss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤sssss1~sssss6。
26.一种时空混合复用的三维显示方法，该方法使用如权利要求2至10所述的一种时空混合复用的三维显示系统，其特征在于，包括以下步骤：
ssssss1将所述通光孔径阵列沿一维行方向划分为M组通光孔径子阵列，所有行通光孔径对应空间参考点沿行方向错位排列；其中M≧1；
ssssss2对各通光孔径，通过光线追踪，确定过其对应空间参考点、等效源自显示单元主像的各光线在显示单元阵列上的来源像素及其在显示单元主像上的像，也即各空间参考点对应的像素及其像；
ssssss3选取相邻的PN个时间点中的一个时间点，P组光阑的其中一组光阑的至少部分光阑打开，所述N组通光孔径子阵列的一组通光孔径子阵列的至少部分通光孔径打开，其它组通光孔径子阵列中的通光孔径关闭；
ssssss4取一行通光孔径作为基准通光孔径行，基准通光孔径行中打开各通光孔径对应空间参考点所对应的像素，以对应空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息；同时，对其它行中各打开通光孔径对应空间参考点所对应的像素，在沿列向虚拟平移对应空间参考点至基准通光孔径行的前提下，以对应平移后的虚拟空间参考点为视点，同步加载目标物体在其像上的投影信息, 其中至少对所述打开的光阑所对应的各显示单元的像素加载光信息；
ssssss5所述P组光阑分别只有一组选通时的P种状态和所述N组通光孔径子阵列分别只有一组选通时的N种状态，组合成形成PN个状态，分别对应PN个相邻时间点，其中，对于该PN个相邻时间点中的至少部分时间点，分别在该至少部分时间点的每个时间点，对应地执行ssssss3~ssssss4步骤。
27.根据权利要求26所述的时空混合复用的三维显示方法，其特征在于，还包括步骤ssssss6：重复步骤ssssss5。
28.根据权利要求27所述的时空混合复用的三维显示方法，所述三维显示系统包括追踪单元，该追踪单元用于追踪和确定观察者双目的空间位置；和
调节单元，该调节单元用于调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述导向器件间的相对位置，或用于改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件发生平移；
其特征在于，还包括步骤ssssss7：根据观察者双目所在位置，通过调节单元调节所述显示单元阵列中各显示单元和所述述导向器件间的相对位置，或改变所述导向器件的光学性质，使所述显示单元阵列各显示单元经所述导向器件所成主像相对所述导向器件平移，以保证位置发生了变化的观察者双目可以接收到系统出射光信息，并针对显示单元和导向器件间新的位置关系，重新执行步骤ssssss1~ssssss6。
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