CN112748585A - 一种小间距视区导引式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，更具体地，涉及一种小间距视区导引式三维显示系统和方法。该系统包括：显示屏、分光器件、导向器件、控制单元，及可选的开关器件、光阑阵列、追踪反馈单元和正交选通控制器件。分光器件用于引导显示屏上不同组像素出射光分别可见于不同初始视区；在其它系统组件的协助下，置入的导向器件偏转各初始视区对应像素组的不同像素子集出射光至不同导向视区集中的各对应导向视区。用于覆盖观察者不同眼睛的各导向视区集，相邻导向视区间距不大于观察者瞳孔直径。本发明的一种小间距视区导引式三维显示系统和方法，能够通过单目多视图呈现，克服聚焦‑会聚冲突，实现可自然聚焦的三维显示，提高三维视觉舒适度。

Description

一种小间距视区导引式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，涉及一种小间距视区导引式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。基于分光原理的多视图三维显示技术兼容于主流的平板显示器，是目前应用最为广泛的三维显示技术：通过光栅等分光器件引导显示屏不同组像素出射光分别至等距分布的不同视区，使不同视区可以看到各自对应像素组显示光信息，实现多视图呈现。但受显示屏有限分辨率的限制，光栅分光形成的视区数量有限。在生成视区完全覆盖包括观察者双目之间区域的全双目区域的前提要求下，该生成视区的相邻间距往往需要设计为大于观察者各目瞳孔直径，由此导致观察者各目分别只能看到一幅视图，也即是基于传统体视技术实现三维图像的呈现。单目单个视图的传统体视技术，其固有聚焦会聚冲突导致的视疲劳，是三维显示产业面临的瓶颈问题，亟待突破。

发明内容

本发明的目的在于克服现有体视技术的不足，提供一种小间距视区导引式三维显示系统和技术，通过引入导向器件至基于分光的多视图三维显示系统，在分光生成视区数量有限的情况下，通过优先将间距小于观察者瞳孔直径的小间距视区引导至观察者各个眼睛附近区域，而不是要求小间距视区必须同时覆盖观察者双目及其之间区域；或者通过分光器件、和/或导向器件、和/或开关器件的时分复用，产生足以覆盖观察者双目及其之间区域的小间距视区，实现单目多视图显示。该单目多视图显示，通过来自不同视图矢向光束的空间叠加，形成单目可自然聚焦空间物点，从而克服传统体视技术固有的聚焦-会聚冲突，提高三维视觉舒适度。

为达到上述目的，本发明提供一种小间距视区导引式三维显示系统，该小间距视区导引式三维显示系统包括：

显示屏，该显示屏包括由像素排列而成的像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，该显示屏用于显示光信息；

分光器件，该分光器件由多个分光单元排列组成，该分光器件具有分光功能，该分光器件沿显示屏像素出射光传输方向置于显示屏前，该分光器件能够将所述显示屏的不同像素组的出射光分别引导向不同初始视区，使显示屏上该不同像素组分别于对应初始视区内可视，该不同初始视区组成初始视区集；

导向器件，由能够偏转入射光束的多个导向单元排列组成，所述多个导向单元与所述多个分光单元一一对应，所述多个导向单元被分成L个导向子结构，每个导向子结构的各导向单元和与该导向单元对应的分光单元相配合，使得每个导向子结构分别将各初始视区对应像素组的一个像素子集的出射光引导至与该导向子结构的对应的一个导向视区集的各对应导向视区，L个导向子结构通过与分光器件配合能够对应地生成L个导向视区集，其中正整数L≧1；

控制单元，在不同时间点，同步刷新所述显示屏显示光信息；

其中，该显示屏与分光器件、导向器件配合，并被设置为使得，在所述L个导向视区集的各导向视区集所在空间区域内，存在相邻导向视区间距小于或等于观察者瞳孔直径。

进一步地，所述分光器件是柱透镜光栅、或狭缝光栅、或微透镜阵列、或者是其他能够控制显示屏各像素出射光传输方向的器件，所述导向器件为改变入射光束传输方向的棱镜阵列、或光栅结构阵列。

进一步地，所述分光器件或/和导向器件与控制单元连接，所述分光器件或/和导向器件具有时序特性，在不同时间点，其光学特性参数能够被控制单元时序调控。

进一步地，所述小间距视区导引式三维显示系统还包括与所述控制单元连接的开关器件，该开关器件位于与分光器件对应的位置，该开关器件由打开和关闭状态时序可控的孔径组成，在不同时间点，控制单元能够控制该开关器件各孔径的开关，使得该开关器件仅允许分光器件的多组分光单元中的一组分光单元通光。

进一步地，所述小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元，用于探测观察者各目位置，并向控制单元反馈。

进一步地，所述小间距视区导引式三维显示系统还包括与所述控制单元连接的正交选通控制器件，该正交选通控制器件由多个正交控制单元和多个正交检测单元构成，各正交控制单元和各正交检测单元一一对应组成多个正交控制单元-正交检测单元对，各正交控制单元-正交检测单元对和分光器件的各分光单元一一对应；

其中，所述正交检测单元约束分光器件相邻分光单元各自仅允许自己对应正交特性的光束通过，各对应正交控制单元将各分光单元于显示屏上对应像素出射光的光学特性调制为一致于该分光单元允许通过光束所需的正交特性，各正交控制单元-正交检测单元对使各分光单元允许对应像素出射光通过，但不允许相邻分光单元所对应像素出射光通过。

进一步地，所述正交特性为偏光态或时序态，即相邻正交检测单元允许通过光分别是偏光态相互垂直的两种线偏光的一种，或分别为左旋光和右旋光中的一种，或相邻正交检测单元不同时地允许通光。

进一步地，所述分光器件或/和导向器件的分光特性和导向特性能够被控制单元调制至失效状态，以将三维显示切换为二维显示。

进一步地，所述小间距视区导引式三维显示系统还包括与所述控制单元连接的光阑阵列，该光阑阵列各光阑与分光器件各分光单元对应，用于控制分光器件各分光单元通光孔径的尺寸大小。

本发明还提供一种小间距视区导引式三维显示方法，所述的小间距视区导引式三维显示方法应用所述小间距视区导引式三维显示系统，包括以下步骤：

S1.沿显示屏像素出射光传输方向，分光器件置于显示屏前，基于分光原理，生成多个初始视区，使显示屏不同组像素分别于各自对应初始视区内可视；

S2.置导向器件于与分光器件对应的位置，其导向单元和分光器件的分光单元一一对应，L个导向子结构中的任一导向子结构，引导各初始视区对应像素组L个像素子集中的对应像素子集出射光至L个导向视区集中的对应导向视区集的各对应导向视区，生成能够覆盖观察者眼睛的L个导向视区集；

S3.分光器件和导向器件中的对应分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对，各分光单元-导向单元对在显示屏上对应的各像素，通过控制单元加载显示目标场景关于对应的导向视区的视图信息。

进一步地，所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元，用于探测观察者各目位置，并向控制单元反馈，步骤S3还包括：追踪反馈单元实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元，控制单元改变各分光单元-导向单元对在显示屏上具体对应的像素分布，引导各初始视区及其对应各导向视区空间位置的变化，使L个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元所反馈位置的观察者各目。

本发明还提供一种小间距视区导引式三维显示方法，所述的小间距视区导引式三维显示方法应用所述小间距视区导引式三维显示系统，包括以下步骤：

SS1.沿显示屏像素出射光传输方向，置分光器件于显示屏前，将导向器件放置于与显示屏对应位置，其导向单元和分光器件的分光单元实时地一一对应；

SS2.时间点T+(m-1)×Δt/M，在假设导向器件不存在的情况下，基于分光原理，显示屏出射光经分光器件，生成多个初始视区，使显示屏不同组像素分别于各自对应初始视区内可视，其中m，M为正整数，M≧2，且m≤M；

SS3.分光器件和导向器件中的对应分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对，L个导向子结构中的任一导向子结构，引导各初始视区对应像素组L个像素子集中的对应像素子集出射光至L个导向视区集中的对应导向视区集的各对应导向视区，各分光单元-导向单元对在显示屏上的各对应像素，通过控制单元60加载显示目标场景关于各自对应导向视区的视图信息；

SS4.在一个时间周期Δt内，以Δt/M为间隔的相邻各时间点，控制单元时序调控分光器件、和/或导向器件的光学特性参数，并在各时间点执行步骤SS2～SS3，形成能够覆盖观察者眼睛的M×L个导向视区集；

SS5.在相邻时间周期Δt内，重复步骤SS4。

进一步地，所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元，用于探测观察者各目位置，并向控制单元反馈，步骤SS4还包括：在各时间点，追踪反馈单元实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元，控制单元调制分光器件、和/或导向器件的光学特性参数，以引导一个时间周期Δt内产生的M×L个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元所反馈位置的观察者各目。

进一步地，所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元，用于探测观察者各目位置，并向控制单元反馈，步骤SS4还包括：在各时间点，追踪反馈单元实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元，控制单元改变各分光单元-导向单元对在显示屏上对应的像素分布，引导各初始视区及其对应各导向视区空间位置的变化，使一个时间周期Δt内产生的M×L个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元所反馈位置的观察者各目。

本发明还提供一种小间距视区导引式三维显示方法，所述的小间距视区导引式三维显示方法应用所述小间距视区导引式三维显示系统，包括以下步骤：

SSS1.沿显示屏像素出射光传输方向，置分光器件于显示屏前，并引入导向器件和开关器件，该导向器件的导向单元、该开关器件的各组成孔径与分光器件的分光单元实时地一一对应，分光器件和导向器件中实时对应的分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对，开关器件各孔径置于各分光单元-导向单元对处；

SSS2.开关器件的各组成孔径分为N组，在时间段T+(n-1)×Δt～T+n×Δt，仅第n组打开，选通其对应的分光单元-导向单元对，其中n，N为正整数，N≧2且n≤N；

SSS3.时间点T+(n-1)×Δt+(m-1)×Δt/M，在假设导向器件不存在的情况下，基于分光原理，显示屏出射光经开关器件的第n组孔径和分光器件中的对应分光单元，生成多个初始视区，使显示屏不同组像素分别于各自对应初始视区内可视，其中，m，M为正整数，且m≤M；

SSS4.导向器件中和开关器件第n组孔径对应的L′个导向子结构中的任一导向子结构，引导各初始视区对应像素组L′个像素子集中的对应像素子集出射光至L′个导向视区集中对应导向视区集的各对应导向视区，各选通的分光单元-导向单元对在显示屏上各对应像素，通过控制单元加载显示目标场景关于各自对应导向视区的视图信息，其中，L′为正整数，且L′≤L；

SSS5.在T+(n-1)×Δt～T+n×Δt内的M个以Δt/M为间隔的各时间点，控制单元时序调控分光器件、和/或导向器件的光学特性参数，分别执行步骤SSS3～SSS4，形成M×L′个导向视区集；

SSS6.在T～T+(N-1)×Δt内N个相邻Δt，分别执行步骤SSS2～SSS5，最终生成N×M×L′个能够覆盖观察者各目的导向视区集；

SSS7.在相邻以NΔt为间隔的时间周期内，反复执行步骤SSS6。

进一步地，所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元，用于探测观察者各目位置，并向控制单元反馈，步骤SSS6还包括：在各时间点，追踪反馈单元实时获取观察者各目位置，控制单元调制分光器件、和/或导向器件、和/或开关器件的光学特性参数，以引导一个时间周期NΔt内产生的N×M×L′个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元所反馈位置的观察者各目。

进一步地，所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元，用于探测观察者各目位置，并向控制单元反馈，步骤SSS6还包括：在各时间点，追踪反馈单元实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元，控制单元改变各分光单元-导向单元对在显示屏上具体对应的像素分布，引导各初始视区及其对应各导向视区空间位置的变化，使一个时间周期NΔt内产生的N×M×L′个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元所反馈位置的观察者各目。

进一步地，在步骤SSS6中，在时间周期NΔt内的N×M个以Δt/M为间隔的时间点，不同时间点之间的状态能够互换，该互换状况下开关器件不同组孔径的打开和关闭状态变化频率小于或等于M×N次/NΔt。具体地，所述不同时间点之间的的状态是指在不同时间点开关器件的不同组孔径的打开/关闭状态及显示屏对应像素的信息加载状态。

与现有多视图三维显示技术相比，本发明的有益效果是：通过引入导向器件，通过优先将间距小于观察者瞳孔直径的小间距视区引导至观察者各眼睛所在区域，而不是要求小间距视区必须完整覆盖观察者双目之间区域，在分光生成视区数目有限的情况下实现单目多视图，或者通过分光器件、和/或导向器件、和/或开关器件的时分复用，提高小间距视区的生成数量，以生成覆盖观察者双目及其之间区域的小间距视区，从而实现单目多视图的光场显示，克服聚焦-会聚冲突，提高三维视觉舒适度。

附图说明

图1是多视区分光生成原理示意图。

图2显示本发明中分光单元排列方向和显示屏像素排列方向间的一种可能关系。

图3是本发明基于导向器件产生不同导向视区集的原理示意图。

图4是本发明中正交选通控制器件结构示意图。

图5是采用光学特性时序可调的分光器件和导向器件，基于时分复用增加导向视区的原理示意图。

图6是基于时序可调分光器件，通过导向视区集重叠实现视区密度提高的原理示意图。

图7是通过导向视区集重叠实现视图分辨率提高的原理示意图。

图8是导向器件在一个时间点仅偏转生成一组导向视区集的时序复用原理示意图。

图9是在一个时间点，仅分光器件存在时生成视区示意图。

图10是仅通过分光单元的时序调制实现视区密度提升示意图。

图11是引入开关器件时，一个孔径组打开时的工作状态示意图；

图12是引入开关器件时，不同孔径组对应的分光单元非均匀穿插排列示意图。

图13是选用曲面显示屏时，分光器件和导向器件排列结构示意图。

图14是导向单元和分光单元通过一个光学结构实现的结构示意图。

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。本发明通过引入导向器件等组件，在分光生成视区数目有限的情况下，优先将间距小于观察者瞳孔直径的两个或多个小间距视区引导至观察者各目所处位置，而不是强制性地要求小间距视区无差别地覆盖观察者双目及其之间区域，或者通过光学特征参数时序可调的分光器件、和/或导向器件、和/或开关器件的时分复用，生成足以覆盖观察者双目及其之间区域的小间距视区，从而通过单目多视图实现自然聚焦，克服传统体视技术面临的视疲劳问题。

本发明是在基于分光原理实现多视图呈现的三维显示系统和方法基础上进行的。以柱透镜光栅作为分光器件20为例，分光生成4个视区的原理如图1所示，O_k+1、O_k+2、O_k+3、O_k+4分别为分光单元柱透镜k+1、k+2、k+3、k+4在x轴上的光心。根据图1中所示光栅分光几何关系式

D_b/(D_e-D_b)＝p_e/e (1)，

显示器10上的不同像素组经分光器件20被导向不同视区。其中，D_e是显示屏10和视区所在面间距，D_b是显示屏10和分光器件20间距，p_e是沿分光器件20分光单元排列方向上显示屏10相邻像素的间距，e为分光产生视区间距。具体地，像素P_l+1、P_l+5、P_l+9、P_l+13、…组成的像素组被导向点V_op1所在位置处的视区,像素P_l+2、P_l+6、P_l+10、P_l+14、…组成的像素组被导向点V_op2所在位置处的视区,像素P_l+3、P_l+7、P_l+11、P_l+15、…组成的像素组被导向点V_op3所在位置处的视区,像素P_l+4、P_l+8、P_l+12、P_l+16、…组成的像素组被导向点V_op4所在位置处的视区。这些视区被命名为初始视区。本发明以下部分的图中，以视区内的一个点来表示该视区，比如图1中的4个初始视区，分别被称为初始视区V_op1、V_op2、V_op3、V_op4。图1以柱透镜光栅为分光器件20进行的说明，该分光器件20也可以是通过分光生成多个视区的其它光学器件，比如狭缝光栅、微透镜阵列。为了简便，如下实施例中，我们多是以柱透镜光栅为例进行说明。

图1中，沿分光单元排列的x向，所绘相邻像素依次非重叠排列。实际应用中，显示器10像素排列方向和分光单元排列方向之间的倾角，可以根据需要而定，如图2所示。在图2所示情况下，沿分光单元排列的x向，相邻像素间可能存在重叠。为了图的清晰简单，在以下实施例中，将不再累述该问题，相邻像素都按非重叠排列的方式绘出。

以下基于上述初始视区分光生成原理，通过实施例说明本发明所述一种小间距视区导引式三维显示系统和方法。

实施例1

如图3，以柱透镜光栅和生成4个初始视区为例，沿显示屏10像素出射光传输方向，分光器件20置于显示屏10前，基于分光原理，生成初始视区V_op1，V_op2，V_op3，和V_op4。在仅显示屏10和分光器件20存在时，显示屏10的像素P_l+1、P_l+5、P_l+9、P_l+13、…所组成像素组于初始视区V_op1内可视，像素P_l+2、P_l+6、P_l+10、P_l+14、…所组成像素组于初始视区V_op2内可视，像素P_l+3、P_l+7、P_l+11、P_l+15、…所组成像素组于初始视区V_op3内可视，像素P_l+4、P_l+8、P_l+12、P_l+16、…所组成像素组于初始视区V_op4内可视。置导向器件30与分光器件20位置对应放置，导向器件30的各导向单元和分光器件20各分光单元一一对应地组成分光单元-导向单元对。这里，导向单元以可以偏转入射光束传输方向的棱镜为例进行说明，具有偏转入射光传输方向的各种光学结构，比如位相渐变的波片、具有光束偏转能力的光栅结构等，都可以作为导向单元。为了简单，在后面所述实施例中，多以棱镜作为导向单元为例进行说明。导向器件30分成L个导向子结构，如图3的L＝2个导向子结构。各导向单元偏转入射光传输方向，将过其对应分光单元指向各初始视区的光束，偏转至对应导向视区。其中各分光单元和对应导向单元沿+z向的前后关系，可以互换，对本专利所述实施例是等效的，以下部分均以分光单元位于对应导向单元的前面情况进行例证。同一导向子结构的各导向单元，可以偏转过其对应分光单元的光束至同一导向视区集的不同导向视区。比如，图3中，导向子结构1的各导向单元偏转各自对应分光单元的入射光分别至导向视区V_1p1、V_1p2、V_1p3、V_1p4组成的导向视区集1，导向子结构2的各导向单元偏转各自对应分光单元的入射光至导向视区V_2p1、V_2p2、V_2p3、V_2p4组成的导向视区集2。由此，该L＝2个导向子结构，偏转各初始视区对应像素组的L＝2个像素子集出射光至L＝2个导向视区集中的各对应导向视区。具体举例，图3中，初始视区V_op1对应的像素组P_l+1、P_l+5、P_l+9、P_l+13、…中，像素子集P_l+1、P_l+9、…被偏转至导向视区集1的导向视区V_1p1，像素子集P_l+5、P_l+13、…被引导至导向视区集2的导向视区V_2p1。其它初始视区对应像素出射光，同理被偏转至两个导向视区集中各自对应的导向视区。设计两个导向视区集的间距为观察者瞳孔间距，或接近观察者瞳孔间距，可以通过两个导向视区集对观察者双目，即图中所示左眼和右眼的覆盖，在各导向视区集所包含导向视区为小于或等于观察者瞳孔直径的小间距视区时，可以实现观察者各目两个或多个视图的呈现。该过程中，两个导向视区集之间，可以存在无导向视区分布的区域。在生成小间距导向视区数量有限时，通过导引有限的导向视区于观察者各目所处位置，而不是覆盖观察者双目及其之间的全部区域，实现单目多视图显示。L个导向子结构，偏转各初始视区对应像素组的L个像素子集出射光至L个导向视区集中的各对应导向视区，造成各导向视区接收到的视图，分辨率减小到导向器件30不存在时初始视区所接收视图分辨率的1/L。

各导向视区对应的视图，为待显示场景关于该导向视区在显示屏上的投影，但其显示像素为该导向视区对应像素。例如，如图3中，视区V_1p4对应的像素为P_l+4、P_l+12、…，它们加载的信息却分别是显示场景沿连线V_1p4O_(k+1)在显示屏10上的投影信息、显示场景沿连线V_1p4O_(k+3)在显示屏10上的投影信息、…。此处以L＝2为例进行说明，当L取更大值时，可以生成更多的导向视区集，用以为观察者各目提供更多的导向视区分布空间，或者用以覆盖更多观察者的眼睛。

各分光单元-导向单元对所对应像素发生改变时，会导致对应各初始视区集各导向视区位置的变化。例如，图3中，分光单元k+1所在分光单元-导向单元对所对应像素由(P_l+1、P_l+2、P_l+3、P_l+4)变为(P_l+2、P_l+3、P_l+4、P_l+5)，分光单元k+2所在分光单元-导向单元对所对应像素由(P_l+5、P_l+6、P_l+7、P_l+8)变为(P_l+6、P_l+7、P_l+8、P_l+9)，依次类推。则生成新的初始视区集中，新的初始V′_1p1从图3的V_1p1改变到图3的V_1p2，新的初始V′_1p2从图3的V_1p2改变到图3的V_1p3，如此类推。也即是说，各分光单元-导向单元对应像素发生一个像素的平移时，产生的初始视区随之发生e的平移。进一步的，各分光单元-导向单元对应像素发生一个像素整数倍的平移时，产生的初始视区随之发生e的整数倍的平移，对应各导向视区的空间位置也会发生变化。引入追踪反馈单元70至所述一种小间距视区导引式三维显示系统，可以探测观察者各目位置并向控制单元60反馈。然后根据反馈的结果，控制单元60计算并调整各分光单元-导向单元对所对应像素，引导生成的L个导向视区集追踪覆盖移动观察者的各目。通过各分光单元-导向单元对所对应像素发生改变，来改变生成导向视区集的空间位置，以更好地覆盖观察者双目的方法，可以同理引入下述实施例，下文不再累述。

各分光单元对应像素出射光经其它分光单元出射，会作为噪声处于初始视区集之外的区域，特别是经导向单元偏转进入其它导向视区时，会影响显示效果。其中，各分光单元对应像素出射光经相邻分光单元出射所产生的噪声最为明显。为了抑制该噪声，可以在系统中置入正交选通控制器件80，正交选通控制器件80包括多个正交控制单元801和多个正交检测单元802，各正交控制单元801和正交检测单元802一一对应组成正交控制单元-正交检测单元对，并和分光器件20的分光单元一一对应。具体如图4所示，和分光单元k+1对应的正交控制单元801a和正交检测单元802a组成正交控制单元-正交检测单元对a，和分光单元k+2对应的正交控制单元801b和正交检测单元802b组成正交控制单元-正交检测单元对b，和分光单元k+3对应的正交控制单元801c和正交检测单元802c组成正交控制单元-正交检测单元对c，和分光单元k+4对应的正交控制单元801d和正交检测单元802d组成正交控制单元-正交检测单元对d，…。为了清晰，图4中没有画出导向器件。以线偏光态作为正交光学特性，正交检测单元802a、802c、…仅允x向偏振光通过，正交检测单元802b、802d、…仅允许y向偏振光通过，x向垂直于y向。则正交控制单元801a、801c、…约束分光单元k+1对应的像素组(P_l+1、P_l+2、P_l+3、P_l+4)、分光单元k+3对应的(P_l+9、P_l+10、P_l+11、P_l+12)、…出射光过该正交控制单元801后，偏光状态为x向偏振光，正交控制单元801b、801d、…约束分光单元k+2对应的像素组(P_l+1、P_l+2、P_l+3、P_l+4)、分光单元k+4对应的(P_l+9、P_l+10、P_l+11、P_l+12)、…出射光过该正交控制单元801后，偏光状态为y向偏振光。在图4中进一步引入图3所示导向器件30，其中分光单元k+1和k+3对应的导向单元属于一个导向子结构，分光单元k+2和k+4对应的导向单元属于另外一个导向子结构，则两个导向子结构通过导向功能产生的两个导向视区集接收光束的偏光特性就是正交的，一个导向视区集对应像素出射光将不会通过相邻的非对应分光单元/导向单元对，对另外一个导向视区集接收的光信息形成串扰。由此，该正交选通控制器件80通过不同导向视区集接收光光学特性的正交约束，可以抑制像素出射光经非对应分光单元传输形成的串扰。上述正交光学特性也可以是左旋光和右旋光。正交选通控制器件80可以同理引入下述实施例，下文不再累述。

实施例2

采用时序可控的分光器件20和/或时序可控的导向器件30，在以Δt/M为间隔的相邻M个时间点，依次循环出现M组不同的分光单元20和导向单元30对。在每个时间点上的导向器件30由L组导向子结构组成，且导向器件30各导向单元和分光器件20各分光器件一一对应，组成分光单元-导向单元对。则可以通过时分复用的方法，在Δt时间内形成更多的L×M个导向视区集。如图5，以L＝2和M＝2为例。在时间周期T～T+Δt内的时间点T，类似于实施例1所述过程，经L＝2个导向子结构，产生两个导向视区集，导向视区集1和导向视区集2。然后，在时间周期T～T+Δt内的时间点T+Δt/2，分光器件20和导向器件30的光学特性在控制单元60的驱动下发生变化，比如伴随着对应导向单元位置和对入射光偏转角的相应调整的各分光单元光心的平移，或者各分光单元不变情况下各对应导向单元对入射光偏转角的调整。经光学特定发生变化后的分光器件20和导向器件30，基于实施例1所述过程，经L＝2个新的导向子结构，产生两个新的导向视区集，导向视区集3和导向视区集4。在该M＝2个时间点，产生L×M＝4个由间距小于或等于观察者瞳孔直径的导向视区组成的导向视区集。设计该4个导向视区集的位置，可以覆盖两个观察者的四只眼睛，或者4个导向视区集，其中两个毗连分布，另外两个毗连分布，分别为一个观察者两只眼睛提供更大的自由移动空间。在随后相邻的各个时间周期Δt内，重复上述过程，在Δt小于人眼的闪烁融合时间，比如1/16秒时，基于视觉滞留，可以实现L×M个导向视区集的呈现。该过程中，不同时间点，导向器件30所含导向子结构的数目也可以不同，最后所产生总的导向视区集的数目为时间周期Δt内各时间点所产生导向视区集数目的总和。类似于实施例1所述方法，可以结合通过各分光单元-导向单元对所对应像素发生改变，进一步地改变生成导向视区集的空间位置，更好地追踪覆盖观察者双目。

如上所述，通过时分复用，数量增加的导向视区集导致导向视区数量的增加。数量增加的导向视区，存在两种可能的空间分布方式：第一种，不同导向视区集之间，存在无视区分布区域，观察者不同眼睛需要被不同导向视区集覆盖；第二种，不同的导向视区集毗邻排列，在其数量足够大的情况下，小间距的导向视区完全覆盖观察者双目及其之间区域。该两种分布方式，在不同的应用环境下，可以根据具体情况进行选择，下述实施例中不再累述。

图5中，显示屏10像素的显示内容刷新，以及分光器件20和/或时序可控的导向器件30的时序控制，由控制单元60控制实现。且在采用时序可控的分光器件20和/或时序可控的导向器件30的情况下，可以引入追踪反馈单元70，实时追踪观察者眼睛位置，并通过分光器件20和/或时序可控的导向器件30光学特性的实时调控，实现导向视区集对观察者眼睛的追踪覆盖。观察者眼睛位置的变化，包括深度方向的变化和深度垂向上的变化。导向视区集对观察者眼睛的追踪覆盖，需要根据图1所示几何关系D_b/(D_e-D_b)＝p_e/e及导向视区集和初始视区集间的偏转关系，调控分光器件20和/或时序可控的导向器件30光学特性。举例来说，观察者眼睛位置仅在深度垂向上的变化时，在D_e和D_b不变前提下，则可以仅需平移分光器件20及其光心，或改变导向器件30各导向单元对入射光束的偏转角，分光器件20的分光单元间距可以不变；若观察者眼睛位置沿深度变化时，在在D_e和D_b不变前提下，需要改变分光单元的间距。在本专利下述实施例中，可以根据需要同理引入控制单元60和/或追踪反馈单元70，结合分光器件20和/或时序可控的导向器件30的时序控制，实现导向视区集对观察者眼睛的追踪覆盖。在另一方面，该追踪反馈单元70也可以在产生的小间距导向视区没有覆盖观察者双目时，通过语音、显示屏10上提示图案的闪烁等方法，提示观察者移动双目或显示系统，以使观察者双目各自进入小间距导向视区覆盖区域。关于追踪反馈单元70的功能应用，下述内容不再累述。

不同导向视区集之间，可以不发生重叠，如图5所示情况。不同导向视区集也可以发生重叠，如图6。后者情况下，重叠的两个导向视区集，它们各自的导向视区依次穿插错位排列，由此产生增加导向视区分布密度的功能。在这种情况下，一个导向视区集内的相邻导向视区间距，可以大于观察者瞳孔直径，只要一个导向视区集分布区域内，所有的导向视区中相邻导向视区间距小于或等于观察者瞳孔直径即可，此时所述一个导向视区集的导向视区分布区域内，还有来自其它导向视区集的导向视区。此处所述不同导向视区集的导向视区之间的空间排列关系，可以应用于本专利所述所有实施例，包括上述的实施例1。实际上，在一些显示系统中，通过两个或多个导向视区集的穿插错位排列来增大导向视区的密度是非常必要的。比如观察者在约800mm(D_e＝800mm)的位置观看p_e＝0.1mm的电脑屏所显示场景，要想实现最低单目两个视图的呈现，以人的平均瞳孔直径5mm为参考，需要取e＝2.5mm。根据图1中所示几何关系D_b/(D_e-D_b)＝p_e/e，推得D_b＝29mm，该数值才能实现2.5mm视区间距的初始视区集生成，使对应的各导向视区集中相邻视区对应视图出射光线被观察者瞳孔收集，实现单目两视图的光场显示。但间距显示屏10和分光器件20之间29mm的距离，不但导致结构尺寸过大，更导致各像素出射光较多光强地入射非对应分光单元，而导致明显的串扰噪声。这种情况下，通过两个或多个导向视区集的穿插错位排列来增大导向视区的密度，等效于允许一个更大的初始视区间距e值，基于几何关系D_b/(D_e-D_b)＝p_e/e，可以通过这种方法来降低D_b值，以便更合理地搭建显示系统。

更进一步的，不同导向视区集的导向视区也可以发生过度重叠，甚至完全的重叠，如图7所示。在该情况下，发生重叠的各导向视区，其对应视图在显示屏10的显示像素不同，从而在该重叠导向视区处所接收到的视图分辨率得到提高。图7以分光器件20光学特性保持不变，导向器件30各导向单元位置不变，仅导向器件30各导向单元对入射光偏转角度发生时序变化为例进行说明。根据实施例1所述过程，在t＝T，导向视区集1由分光单元k+1、k+3、…对应像素出射光经分光单元k+1、k+3、…和各自对应导向单元导引形成，在t＝T+0.5Δt，导向视区集3由分光单元k+2、k+4、…对应像素出射光经分光单元k+2、k+4、…和各自对应导向单元导引形成。导向视区集1和导向视区集3完全重合，导向视区集2和导向视区集4完全重合。在一个完全重叠的具体的导向视区，比如导向视区集1和重叠导向视区集3的某个完全重叠的导向视区，其对应像素，相对于非重叠的一个导向视区，分辨率发生提升。图6和图7仅以简单具体的导向子结构数目L＝2和时分复用数目M＝2为例进行说明，其数量都可以取其它值。图8所示为L＝1&M＝2的情况。这种情况下，在一个时间点，所有的导向结构作为一个导向子结构，偏转各初始视区对应像素出射光至一个导向视区集中的各对应导向视区。也即在一个时间点，仅生成一个导向视区集，更多导向视区集的形成，需要借助时分复用来实现。

图8引入了光阑阵列50，用来控制各分光单元通光孔径的大小，也有减少相邻分光孔径边界引入的杂散光的功能，各光阑对应置于分光器件20各分光单元处，或导向器件30各导向单元处。光阑阵列50可以引入到本发明的其它结构图，并起到同样作用。光阑阵列50可以和其它器件进行功能性合并，比如狭缝光栅为分光器件20时，液晶可控狭缝光栅中光栅参数的设计本身就包含了光阑阵列50的功能。

通过时分复用增大导向视区集数量过程，可以单独通过分光器件20或单独通过导向器件30光学特性的时序调控来实现，也可以通过二者光学特性的联合时序调控来实现。图5所示情况为分光器件20和导向器件30同时发生时序调控，其中分光器件20各分光单元光心位置和导向器件30各导向单元对入射光的偏转角度，时序改变。其中分光单元光心位置的时序改变包括相邻光心间距不变的平移和相邻光心间距发生变化的平移，前者往往对应于导向视区在深度垂向上的位置改变，后者往往包含导向视区在深度方向上的位置改变。图6至图8所示情况为仅导向器件30各导向单元的光学特性发生时序调控，分光器件20各分光单元的光学特性在不同时间点保持不变。而导向器件30各导向单元的光学特性保持时序不变，仅分光器件20各分光单元的光学特性发生时序调控时，包括分光器件20分光单元间距的改变和分光单元光心的平移。分光单元间距的改变伴随着导向视区集在深度上的变化。如果分光单元间距不变时，仅存在分光单元光心的平移，不同时间点，同一组导向子结构在不同时间点产生的导向视区集之间的偏转距离往往比较小，如图9和图10所示。这里以M＝2为例进行说明，同一时间周期内的不同时间点，分光单元光心发生小于分光单元间距的位移。为了清晰，图9和图10中没画出导向器件30，也等效于导向器件30对入射光的偏转角度为零的情况下。时间点T时分光单元的光心O_(k+1)1、O_(k+2)1、O_(k+3)1、O_(k+4)1、…，在T+0.5Δt时调整至错位的O_(k+1)2、O_(k+2)2、O_(k+3)2、O_(k+4)2、…，由此产生错位的视区V_o1p1、V_o2p1、V_o1p2、V_o2p2、V_o1p3、V_o2p3、V_o1p4、V_o2p4…，起到视点密度的效果，类似图6所示方法达到的效果。进一步的，一个周期内，不同时间点相邻光心位移为同一时间点相邻分光单元光心间距的1/M时，可以实现图7所示的提高导向视区所能获取视图分辨率的类似效果。

实施例3

在上述系统中，可以进一步的引入由N组可控开关孔径组成的开关器件40。同样，沿显示屏10像素出射光传输方向，置分光器件20于显示屏10前。引入导向器件30和开关器件40，该导向器件30的导向单元、该开关器件30的各组成孔径与分光器件20的分光单元实时地一一对应，分光器件20和导向器件30中实时对应的分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对。开关器件40的各组成孔径分为N组，在一个Δt的时间段内，开关器件40N组孔径中的一组打开，选通和该组孔径一一对应的分光单元-导向单元对。具体的，在t＝T+(n-1)×Δt～T+n×Δt(n，N为正整数，且n≤N)时间范围内，第n组孔径打开。图11以N＝2和n＝1为例，在T～T+Δt时间段内，选通分光单元(k+1)1、(k+2)1、(k+3)1、(k+4)1…。然后，在m＝1～M的各时间点T+(m-1)×Δt/M(m，M为正整数，且m≤M)，利用导向器件30中被选通的导向单元的L′个导向子结构及各对应的分光单元，基于实施例2所述过程，通过时序调控，生成L′×M个导向视区集。图11以L′＝1为例进行说明，其值可以取其它正整数。在相邻的N个Δt，N组孔径依次打开，并在各Δt的M个时间点，同理类似地重复T～T+Δt内间段内的操作过程，生成L′×M×N个导向视区集。上述过程是分成N个Δt时间段进行的。实际上，在时间周期NΔt内的N×M个以Δt/M为间隔的时间点，不同时间点之间的状态可以互换，该互换状况下开关器件40不同组孔径的状态变化频率最大可至M×N次/NΔt。为了利用视觉滞留，此处的NΔt应小于人眼的闪烁融合时间，比如1/16秒时。类似于实施例3生成导向视区集之间的空间位置关系，所生成L′×M×N个导向视区集之间可以不发生视区重叠，也可以发生视区重叠。其中发生视区重叠时，重叠的两个导向视区集，它们各自的导向视区可以是依次错位排列的，也可以是依次完全重叠的。类似于实施例1所述方法，可以结合通过各分光单元-导向单元对所对应像素发生改变，进一步地改变生成导向视区集的空间位置，更好地追踪覆盖观察者双目。

图11所示系统中,不同组孔径选通的分光单元可以交替均匀间隔排列，如图11中的分光单元组(k+1)1、(k+2)1、(k+3)1…和相邻分光单元组(k+1)2、(k+2)2、(k+3)2…的光心是等间距穿插排列的。同时，不同组孔径选通的分光单元也可以交替非均匀间隔排列，如图12中的分光单元组(k+1)1、(k+2)1、(k+3)1…和相邻分光单元组(k+1)2、(k+2)2、(k+3)2…的光心是非等间距穿插排列的，即O_(k+1)1和O_(k+1)2的间距不等于O_(k+1)2和O_(k+2)1的间距。为了更清晰的图示，图12中未绘出导向器件30，等效于导向器件30的偏转角度为零，且图中以N＝2为例进行的绘制。

类似于实施例1所述，本实施例所述系统中可以通过置入正交选通控制器件80，以抑制像素出射光经非对应分光单元传输形成串扰对导向视区集的影响。但在分光器件20和/或导向器件30具有时序特性时，正交选通控制器件80的各正交控制单元801和各正交检测单元802的位置，需要随着对应分光单元-导向单元对的空间位置变化而变化，该变化可以时机械式的，比如偏光片的移动，也可以式非机械式的，比如可控液晶偏光片的信号控制实现。

系统引入可控开关孔径组成的开关器件40时，正交选通控制器件80用到的正交光学特性也可以是时序态，比如相邻J个分光单元，由开关器件40的可控开关孔径进行选通控制，在相邻J个时间点，依次分别仅打开一个该相邻J个分光单元中的一个，且未打开分光单元对应像素同步被关闭，则可通多时序特性抑制像素出射光经非对应分光单元传输形成串扰对导向视区集的影响。其中整数J≧2。这种情况下，上述过程的一个循环周期变成了JNΔt。

如上实施例中，显示屏10均以平面显示屏为例进行说明，其也可以是曲面显示屏，对应的分光器件20、导向器件30的几何结构随之进行改变，如图13。

如上实施例中，选用光学特性参数可时序调控的分光器件20或/和导向器件30时，根据需要，可以关闭其分光和导向功能，即可以通过控制单元60分光器件20或/和导向器件30的分光特性调制至失效状态，以实现三维显示向二维显示的切换。

如上实施例中，分光器件20、导向器件30、光阑阵列50和开关器件40中的两个或者多个，也可以由一个实际的光学器件实现，比如液晶阵列，其每个单元开关器件40的孔径、分光器件20的分光单元(如柱透镜)、导向器件30的导向单元(如棱镜)的功能可以由一个可控液晶单元实现。还比如，以柱透镜光栅作为分光器件20和取棱镜阵列作为导向器件30时，一个柱透镜单元和一个棱镜单元也可以集合到一个光学结构上，如图14。

如上实施例所绘各图中，为了便于图示，显示屏10各像素之间是按毗邻排列的方式绘制的，从图上看，每个像素通光尺寸等于像素间距p_e。实际上，各像素有效通光尺寸和像素间距p_e间的比值，也可以是任意的非零值，包括大于1的值。

上诉实施例所述实施过程，以视区沿一维方向分布为例进行的说明，可以同理扩展至二维方向，比如以微透镜阵列作为分光器件20的情况。

上述实施例中，未限制观察者双目连线方向和一维方向上视区排列方向的夹角取值。尤其在采用一维光栅的系统中，观察者双目连线方向和一维方向上视区排列方向的夹角选取，会影响系统的设计方案。例如，观察者双目连线方向和视区排列方向夹角ɑ设计为接近90°的值，是该领域常用的系统设计方法，在该种情况下，如果需要小间距视区完全覆盖观察者双目及其双目之间区域，大约70mm的范围，需要70cos(ɑ)/e个小间距视区。取常用的ɑ＝12°和e＝2.5，需要一个较大数量的小间距导向视区，约27个。此时，本专利中所述小间距视区仅覆盖观察者双目，避开双目之间区域的方案是优化的设计方案。当观察者双目连线方向和视区排列方向夹角设计为较大地偏离90°时，取ɑ＝80°和e＝2.5时，仅需7个小间距视区即可实现观察者双目及其之间区域的覆盖情况下的单目两视图显示。这种情况下，以小间距视区覆盖观察者双目及其之间区域，然后通过本专利所述方法增大视区目密度，或/并增加视区数量的方案为优化的设计方案。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。比如，所采用的分光光栅，并不局限于前文所述一维柱透镜光栅、一维狭缝光栅和二维微透镜阵列光栅。所述相应地，所有相关实施例都要处于下述权利要求项限定范畴内。又比如，所述正交选通控制器件80可以应用于其它各种基于光栅分光原理进行的显示系统中，抑制这些系统中显示器件(对应本专利的显示屏10)的像素出射光经非对应光栅单元(对应本专利的分光单元)出射形成串扰的影响。

Claims (18)

1.一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，包括：

显示屏(10)，该显示屏(10)包括由像素排列而成的像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，该显示屏(10)用于显示光信息；

分光器件(20)，该分光器件(20)由多个分光单元排列组成，该分光器件(20)具有分光功能，该分光器件(20)沿显示屏(10)像素出射光传输方向置于显示屏(10)前，该分光器件(20)能够将所述显示屏(10)的不同像素组的出射光分别引导向不同初始视区，使显示屏(10)上该不同像素组分别于对应初始视区内可视，该不同初始视区组成初始视区集；

导向器件(30)，由能够偏转入射光束的多个导向单元排列组成，所述多个导向单元与所述多个分光单元一一对应，所述多个导向单元被分成L个导向子结构，每个导向子结构的各导向单元和与该导向单元对应的分光单元相配合，使得每个导向子结构分别将各初始视区对应像素组的一个像素子集的出射光引导至与该导向子结构的对应的一个导向视区集的各对应导向视区，L个导向子结构通过与分光器件(20)配合能够对应地生成L个导向视区集，其中正整数L≧1；

控制单元(60)，在不同时间点，同步刷新所述显示屏(10)显示光信息；

其中，该显示屏(10)与分光器件(20)、导向器件(30)配合，并被设置为使得，在所述L个导向视区集的各导向视区集所在空间区域内，存在相邻导向视区间距小于或等于观察者瞳孔直径。

2.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，所述分光器件(20)是柱透镜光栅、或狭缝光栅、或微透镜阵列，所述导向器件(30)为改变入射光束传输方向的棱镜阵列、或光栅结构阵列。

3.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，所述分光器件(20)或/和导向器件(30)与控制单元(60)连接，所述分光器件(20)或/和导向器件(30)具有时序特性，在不同时间点，其光学特性参数能够被控制单元(60)时序调控。

4.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，还包括与所述控制单元(60)连接的开关器件(40)，该开关器件(40)位于与分光器件(20)对应的位置，该开关器件(40)由打开和关闭状态时序可控的孔径组成，在不同时间点，控制单元(60)能够控制该开关器件(40)各孔径的开关，使得该开关器件(40)仅允许分光器件(20)的多组分光单元中的一组分光单元通光。

5.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，还包括与控制单元(60)连接的追踪反馈单元(70)，用于探测观察者各目位置，并向控制单元(60)反馈。

6.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，还包括与所述控制单元(60)连接的正交选通控制器件(80)，该正交选通控制器件(80)由多个正交控制单元(801)和多个正交检测单元(802)构成，各正交控制单元(801)和各正交检测单元(802)一一对应组成多个正交控制单元-正交检测单元对，各正交控制单元-正交检测单元对和分光器件(20)的各分光单元一一对应；

其中，所述正交检测单元(802)约束分光器件(20)相邻分光单元各自仅允许自己对应正交特性的光束通过，各对应正交控制单元(801)将各分光单元于显示屏(10)上对应像素出射光的光学特性调制为一致于该分光单元允许通过光束所需的正交特性，各正交控制单元-正交检测单元对使各分光单元允许对应像素出射光通过，但不允许相邻分光单元所对应像素出射光通过。

7.根据权利要求6所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，所述正交特性为偏光态或时序态，即相邻正交检测单元(802)允许通过光分别是偏光态相互垂直的两种线偏光的一种，或分别为左旋光和右旋光中的一种，或相邻正交检测单元(802)不同时地允许通光。

8.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，所述分光器件(20)或/和导向器件(30)的分光特性和导向特性能够被控制单元(60)调制至失效状态，以将三维显示切换为二维显示。

9.根据权利要求1所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，其特征在于，还包括与所述控制单元(60)连接的光阑阵列(50)，该光阑阵列(50)各光阑与分光器件(20)各分光单元对应，用于控制分光器件(20)各分光单元通光孔径的尺寸大小。

10.一种小间距视区导引式三维显示方法，其特征在于，所述的小间距视区导引式三维显示方法应用权利要求1至9任一项所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，包括以下步骤：

S1.沿显示屏(10)像素出射光传输方向，分光器件(20)置于显示屏(10)前，基于分光原理，生成多个初始视区，使显示屏(10)不同组像素分别于各自对应初始视区内可视；

S2.置导向器件(30)于与分光器件(20)对应的位置，其导向单元和分光器件(20)的分光单元一一对应，L个导向子结构中的任一导向子结构，引导各初始视区对应像素组L个像素子集中的对应像素子集出射光至L个导向视区集中的对应导向视区集的各对应导向视区，生成能够覆盖观察者眼睛的L个导向视区集；

S3.分光器件(20)和导向器件(30)中的对应分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对，各分光单元-导向单元对在显示屏(10)上对应的各像素，通过控制单元(60)加载显示目标场景关于对应的导向视区的视图信息。

11.根据权利要求10所述的一种小间距视区导引式三维显示方法，其中所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元(70)，用于探测观察者各目位置，并向控制单元(60)反馈，步骤S3还包括：追踪反馈单元(70)实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元(60)，控制单元(60)改变各分光单元-导向单元对在显示屏(10)上具体对应的像素分布，引导各初始视区及其对应各导向视区空间位置的变化，使L个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元(70)所反馈位置的观察者各目。

12.一种小间距视区导引式三维显示方法，其特征在于，所述的小间距视区导引式三维显示方法应用权利要求1至9任一项所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，包括以下步骤：

SS1.沿显示屏(10)像素出射光传输方向，置分光器件(20)于显示屏(10)前，将导向器件(30)放置于与显示屏(10)对应位置，其导向单元和分光器件(20)的分光单元实时地一一对应；

SS2.时间点T+(m-1)×Δt/M，在假设导向器件(30)不存在的情况下，基于分光原理，显示屏(10)出射光经分光器件(20)，生成多个初始视区，使显示屏(10)不同组像素分别于各自对应初始视区内可视，其中m，M为正整数，M≧2，且m≤M；

SS3.分光器件(20)和导向器件(30)中的对应分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对，L个导向子结构中的任一导向子结构，引导各初始视区对应像素组L个像素子集中的对应像素子集出射光至L个导向视区集中的对应导向视区集的各对应导向视区，各分光单元-导向单元对在显示屏(10)上的各对应像素，通过控制单元60加载显示目标场景关于各自对应导向视区的视图信息；

SS4.在一个时间周期Δt内，以Δt/M为间隔的相邻各时间点，控制单元60时序调控分光器件(20)、和/或导向器件(30)的光学特性参数，并在各时间点执行步骤SS2～SS3，形成能够覆盖观察者眼睛的M×L个导向视区集；

SS5.在相邻时间周期Δt内，重复步骤SS4。

13.根据权利要求12所述的一种小间距视区导引式三维显示方法，其中所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元(70)，用于探测观察者各目位置，并向控制单元(60)反馈，步骤SS4还包括：在各时间点，追踪反馈单元(70)实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元(60)，控制单元(60)调制分光器件(20)、和/或导向器件(30)的光学特性参数，以引导一个时间周期Δt内产生的M×L个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元(70)所反馈位置的观察者各目。

14.根据权利要求12所述的一种小间距视区导引式三维显示方法，其中所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元(70)，用于探测观察者各目位置，并向控制单元(60)反馈，步骤SS4还包括：在各时间点，追踪反馈单元(70)实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元(60)，控制单元(60)改变各分光单元-导向单元对在显示屏(10)上对应的像素分布，引导各初始视区及其对应各导向视区空间位置的变化，使一个时间周期Δt内产生的M×L个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元(70)所反馈位置的观察者各目。

15.一种小间距视区导引式三维显示方法，其特征在于，所述的小间距视区导引式三维显示方法应用包括权利要求1至9任一项所述的一种小间距视区导引式三维显示系统，包括以下步骤：

SSS1.沿显示屏(10)像素出射光传输方向，置分光器件(20)于显示屏(10)前，并引入导向器件(30)和开关器件(40)，该导向器件(30)的导向单元、该开关器件(30)的各组成孔径与分光器件(20)的分光单元实时地一一对应，分光器件(20)和导向器件(30)中实时对应的分光单元和导向单元组成分光单元-导向单元对，开关器件(40)各孔径置于各分光单元-导向单元对处；

SSS2.开关器件(40)的各组成孔径分为N组，在时间段T+(n-1)×Δt～T+n×Δt，仅第n组打开，选通其对应的分光单元-导向单元对，其中n，N为正整数，N≧2且n≤N；

SSS3.时间点T+(n-1)×Δt+(m-1)×Δt/M，在假设导向器件(30)不存在的情况下，基于分光原理，显示屏(10)出射光经开关器件(40)的第n组孔径和分光器件(20)中的对应分光单元，生成多个初始视区，使显示屏(10)不同组像素分别于各自对应初始视区内可视，其中，m，M为正整数，且m≤M；

SSS4.导向器件(30)中和开关器件(40)第n组孔径对应的L′个导向子结构中的任一导向子结构，引导各初始视区对应像素组L′个像素子集中的对应像素子集出射光至L′个导向视区集中对应导向视区集的各对应导向视区，各选通的分光单元-导向单元对在显示屏(10)上各对应像素，通过控制单元(60)加载显示目标场景关于各自对应导向视区的视图信息，其中，L′为正整数，且L′≤L；

SSS5.在T+(n-1)×Δt～T+n×Δt内的M个以Δt/M为间隔的各时间点，控制单元(60)时序调控分光器件(20)、和/或导向器件(30)的光学特性参数，分别执行步骤SSS3～SSS4，形成M×L′个导向视区集；

SSS6.在T～T+(N-1)×Δt内N个相邻Δt，分别执行步骤SSS2～SSS5，最终生成N×M×L′个能够覆盖观察者各目的导向视区集；

SSS7.在相邻以NΔt为间隔的时间周期内，反复执行步骤SSS6。

16.根据权利要求15所述的一种小间距视区导引式三维显示方法，其中所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元(70)，用于探测观察者各目位置，并向控制单元(60)反馈，步骤SSS6还包括：在各时间点，追踪反馈单元70实时获取观察者各目位置，控制单元(60)调制分光器件(20)、和/或导向器件(30)、和/或开关器件(40)的光学特性参数，以引导一个时间周期NΔt内产生的N×M×L′个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元(70)所反馈位置的观察者各目。

17.根据权利要求15所述的一种小间距视区导引式三维显示方法，其中所述的一种小间距视区导引式三维显示系统还包括与控制单元连接的追踪反馈单元(70)，用于探测观察者各目位置，并向控制单元(60)反馈，步骤SSS6还包括：在各时间点，追踪反馈单元(70)实时获取观察者各目位置并反馈给控制单元(60)，控制单元(60)改变各分光单元-导向单元对在显示屏(10)上具体对应的像素分布，引导各初始视区及其对应各导向视区空间位置的变化，使一个时间周期NΔt内产生的N×M×L′个导向视区集覆盖处于追踪反馈单元(70)所反馈位置的观察者各目。

18.根据权利要求15-17所述的一种小间距视区导引式三维显示方法，其特征在于，在步骤SSS6中，在时间周期NΔt内的N×M个以Δt/M为间隔的时间点，不同时间点之间的状态能够互换，该互换状况下开关器件(40)不同组孔径的打开和关闭状态变化频率小于或等于M×N次/NΔt。

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