CN112882248A - 一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，包括多视图显示结构、偏转孔径阵列和控制器件。其中多视图显示结构包括显示屏和分光器件，及采用背光式显示屏时提供背光的背光源组件，该分光器件约束引导显示屏上各像素组或子像素组分别向各自对应视区投射光信息。所述一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，利用偏转孔径的尺寸二次约束入射观察者眼睛各光束的发散角，并通过分别对应多个视区置放的多个偏转孔径，解决单个偏转孔径对视场的限制问题。进一步通过引入正交特性，降低所述显示模组投射光信息的串扰噪声，或/和增大所述显示模组投射视图的数量，以实现大视场、低噪声的可自然聚焦三维显示。

Description

一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组
技术领域
本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组。
背景技术
作为潜在的新一代移动终端平台，虚拟现实(VR)/增强现实(AR)在各个相关领域都有极其广阔的应用前景。但现有VR/AR系统大都是基于传统体视技术进行三维场景的呈现，通过向观察者双目分别投射一幅对应二维图像，利用双目视向于相应深度的空间交叉，触发观察者的深度感知。在此过程中，观察者各目需要聚焦于对应显示面，以看清楚各自对应二维图像，由此导致各目聚焦深度和双目会聚深度之间的不一致，也即聚焦-会聚冲突问题。该问题会导致观察者视觉不适，尤其是在进行近眼显示时，是阻碍三维显示推广应用的瓶颈问题。
目前，从多种技术路线出发，人们正在努力研究可以缓解或最终克服该瓶颈问题的各种方法。麦克斯韦投射(Maxwellian view)和单目多图像是其中两条可行的技术路线。前者采用孔径作为观察者各眼睛的视窗，利用孔径尺寸来降低观察者眼睛接收到的任一束光束的发散角，也即降低其沿深度方向上的光强分布梯度，从而降低该光束投射像素或其像对观察者眼睛焦点的相对牵引力，通过双目会聚的耦合作用，牵引观察者各目聚焦于双目会聚位置，在一定深度范围内实现单目聚焦位置和双目会聚位置的一致。单目多图像技术过观察者同一瞳孔的不同区域投射多于一个的不同图像，使过各显示物点至少两束不同矢向光束入射同一瞳孔，基于它们的空间叠加于各显示物点处分别形成叠加光点，这些叠加光点的光强分布，相对于各像素像或其像的光强分布，具有更优的焦点牵引能力，从而克服上述聚焦-会聚冲突问题。例如中国专利专利《一种单目多视图的三维显示方法》、专利公开号：CN109782453A、公开日：2019-05-21，利用呈现视图数量有限的多视图光学显示结构，通过在其显示视图和视区之间引入投影透镜，来放大显示视图，并缩小相邻视区间距，使两个或多个视图出射光信息可以通过相邻两个或多个视区入射观察者单目，实现单目多视图呈现。但是现有三维显示方法和三维显示结构难以实现像素或子像素的小发散角光束投射，观察者眼睛的大视角图像接收。
发明内容
本发明的目的是设计一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，通过分光器件对显示器件出射光的约束牵引，实现多个视图向各自对应视区的投射，并利用分别对应各视区放置的偏转孔径，二次约束入射观察者眼睛各光束的发散角，从而通过分别对应各视区放置的多个偏转孔径的共同作用，解决单个偏转孔径对视场的限制问题。对应观察者双目，各自对应设置一个该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组作为目镜，可基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)或/和单目多图像的技术路径，实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。
本发明提供一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，包括：
多视图显示结构，该多视图显示结构对应一个观察者眼睛放置，包括显示屏和分光器件，分光器件用于引导显示屏上不同像素组或子像素组各自向对应视区分别投射光信息，其中各像素组或子像素组的像素或子像素遍布显示屏排列；
偏转孔径阵列，由分别对应各视区的偏转孔径构成，各偏转孔径通过对入射光束的偏转，引导对应视区所对应像素组或子像素组投射光向观察者眼睛所处区域传输，其中各偏转孔径于观察者眼睛视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm；
控制器件，该控制器件与多视图显示结构连接，用于控制显示屏的信息加载，其中显示屏各像素或子像素于一个时间点加载的信息为待显示场景沿对应投影方向的反向上的投影光信息，其中各像素或子像素对应的投影方向，为沿该像素或子像素所投射的、于该时间点入射观察者眼睛所处区域的光束的传输方向；
该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组被设置为使得过待显示场景各显示物点，至少一束光束入射观察者眼睛。
进一步地，该多视图显示结构的显示屏为背光式显示器件，由背光源组件向该显示屏提供背光。
进一步地，该多视图显示结构的分光器件为条状光栅单元排列组成的一维光栅，该一维光栅被设置为能够分光生成沿一维方向排列的条状视区。
进一步地，该分光器件为柱透镜光栅或狭缝光栅。
进一步地，多视图显示结构的分光器件为偏转入射光束传播方向的微结构组成的微结构阵列；该微结构阵列型分光器件的各微结构和显示屏各像素或子像素一一对应，偏转对应像素或子像素的入射光或出射光的传输方向，引导显示屏上不同像素组或子像素组分别向各自对应视区投射光信息。
进一步地，多视图显示结构的分光器件为会聚型分光器件；该显示屏为背光式显示器件，由背光源组件时序投射多束背光，所述分光器件将该多束背光分别会聚至各自对应视区。
进一步地，该显示屏为背光式显示器件，向所述显示屏提供背光的背光源组件为光波导结构；
该光波导结构被设置为能够在各时间周期内的M个时间点，分别沿不同方向投射M束背光，其中M≧2。
进一步地，所述显示屏设有单向散射膜，沿一维方向散射显示屏各像素入射光或出射光。
进一步地，置会聚器件于显示屏前或后，该会聚器件用于对入射光束进行会聚。
进一步地，相邻视区对应偏转孔径分别允许具有不同正交特性的光偏转出射，各偏转孔径对应视区所对应像素组或子像素组仅投射该偏转孔径所允许偏转出射的正交特性光。
进一步地，各视区对应偏转孔径分别由N个分别允许N种互不相同正交特性光出射的子偏转孔径组成，该偏转孔径对应视区所对应像素组或子像素组，和该N个子偏转孔径一一对应地分为N个子-像素组或子-子像素组，各子-像素组或子-子像素组分别仅投射对应子偏转孔径所允许偏转出射的正交特性光，其中N≧2；
所述子偏转孔径被设置为其在观察者眼睛视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。
进一步地，所述正交特性，为偏振方向相互垂直的两个线偏正交态，或分别为左旋光和右旋光的两个旋偏正交态，或于不同时间点分别打开的时序正交态，或不同波长的颜色正交态，或该线偏正交态、该旋偏正交态、该时序正交态、该颜色正交态中的两种或两种以上的组合。
进一步地，该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组还包括中继器件，用于辅助引导多视图显示结构投射光经偏转孔径阵列向观察者眼睛所处区域传播；
各偏转孔径的尺寸被设置为使得：各偏转孔径关于该中继器件的像，于观察者眼睛视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。
进一步地，该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组还包括中继器件，用于辅助引导多视图显示结构投射光经偏转孔径阵列向观察者眼睛所处区域传播；各子偏转孔径的尺寸被设置为使得：各子偏转孔径关于该中继器件的像，于观察者眼睛视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。
进一步地，所述中继器件为能够投射多视图显示结构的像的透镜或透镜组。
进一步地，所述中继器件为通过反射引导光传播的镜片结构。
进一步地，所述中继器件为自由曲面器件。
进一步地，该背光源组件由大于一个的光波导结构组成，该各光波导结构分别向显示屏的不同部分投射背光。
进一步地，该偏转孔径阵列各偏转孔径具有调控出射光束发散角的相位调制功能。
进一步地，该偏转孔径阵列各子偏转孔具有调控出射光束发散角的相位调制功能。
进一步地，该偏转孔径阵列各偏转孔径分为L≧1组，对于每一个偏转孔径组，该偏转孔径组的所有偏转孔径共同投射多视图显示结构的像至该偏转孔径组对应深度。
进一步地，该偏转孔径阵列各子偏转孔径分为L≧1组，对于每一个偏转子孔径组，该子偏转孔径组的所有子偏转孔径共同投射多视图显示结构的像至该子偏转孔径组对应深度。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明设计一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，通过小尺寸偏转孔径或子偏转孔径，引导各像素或子像素投射光束以小发散角的形态沿特定方向入射观察者眼睛，在过各显示物点至少一束光束入射观察者眼睛的情况下，基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)或/和单目多图像的技术路径克服聚焦-会聚冲突问题。通过对应不同视区置放的多个偏转孔径或子偏转孔径，克服单个偏转孔径或子偏转孔径对视角的限制，并通过正交特性设计，实现噪声抑制，及进一步提高偏转孔径或子偏转孔径的数量。基于本发明设计，有望实现低噪声、大景深、大观察区域的舒适三维显示。
附图说明
图1为光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组的基础结构示意图。
图2以光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组为目镜的近眼VR系统。
图3是以柱透镜光栅为分光器件的多视图显示结构。
图4对应一维排列条状视区的二维分布偏转孔径的空间排列示意图。
图5示出选用透镜型中继器件的模组结构范例I的示意图。
图6示出选用镜片型中继器件的模组结构范例I的示意图。
图7示出选用自由曲面型中继器件的模组结构范例I的示意图。
图8为对应一维排列条状视区的以线偏正交态为正交特性的偏转孔径排列示意图。
图9为对应一维排列条状视区的以时序正交态为正交特性的偏转孔径排列示意图。
图10为对应一维排列条状视区的以线偏正交态为正交特性的子偏转孔径排列示意图。
图11为对应一维排列条状视区的以时序正交态为正交特性的子偏转孔径排列示意图。
图12为对应一维排列条状视区的以颜色正交态为正交特性的子偏转孔径排列范例I的示意图。
图13为对应一维排列条状视区的以颜色正交态为正交特性的子偏转孔径排列范例II的示意图。
图14为对应一维排列条状视区的以颜色正交态为正交特性的子偏转孔径排列范例III的示意图。
图15为对应一维排列条状视区的相邻子偏转孔径具有不同正交特性的排列范例的示意图。
图16为子像素分光生成的一维排列条状视区示意图。
图17为子像素分光生成一维排列条状视区时的噪声抑制设计范例I。
图18为子像素分光生成一维排列条状视区时的噪声抑制设计范例II。
图19为同一条状视区对应子偏转孔径沿视区排列方向发生排列的范例。
图20是一维光栅型分光器件置于显示屏后的多视图显示结构范例的示意图。
图21是采用背光源模组的多视图显示结构示意图。
图22为投射平行背光的光波导结构型背光源组件结构范例I的示意图。
图23为采用时序光源的光波导结构型背光源组件结构范例的示意图。
图24为对应一束平行背光的像素出射光分光导向示意图。
图25为对应另一束平行背光的像素出射光分光导向示意图。
图26为是基于会聚型分光器件的多视图显示结构范例的示意图。
图27是基于微结构阵列型分光器件的多视图显示结构的示意图。
图28是对应二维排列视区的一种偏转孔径排列结构示意图。
图29是基于微结构阵列型分光器件的条状视区一维排列结构示意图。
图30为选用透镜型中继器件的模组结构范例II的示意图。
图31为选用镜片型中继器件的模组结构范例II的示意图。
图32为选用镜片型中继器件的模组结构范例III的示意图。
图33为选用自由曲面型中继器件的模组结构范例II的示意图。
图34为投射平行背光的光波导结构型背光源组件范例II的示意图。
图35采用光波导结构型背光源组件和微结构阵列型分光器件的多视图显示结构示意图。
图36为结合会聚器件投射会聚背光的光波导结构型背光源组件范例的示意图。
图37为采用会聚背光的多视图显示结构示意图。
图38为时序投射不同方向背光的光波导结构型背光源组件范例的示意图。
图39采用图38所示背光源组件的多视图显示结构投射视区分布示意图。
图40是微结构阵列型分光器件和光波导结构型背光源组件的空间位置关系示意图。
图41多视图显示结构和透镜型中继器件组建的目镜结构示意图。
图42多视图显示结构和镜片型中继器件组建的目镜结构示意图。
图43多视图显示结构和自由曲面型中继器件组建的目镜结构示意图。
图44为对应二维排列视区的以线偏正交态为正交特性的偏转孔径排列范例的示意图。
图45为对应二维排列视区的以时序正交态为正交特性的偏转孔径排列范例的示意图。
图46为对应二维排列视区的以时序正交态线偏正交态的混合为正交特性的偏转孔径排列范例的示意图。
图47为对应子像素分光所生成二维排列视区的偏转孔径排列示意图。
图48对应子像素分光所生成二维排列视区的以线偏正交态为正交特性的偏转孔径排列范例。
图49为对应子像素分光所生成二维排列视区的子偏转孔径排列范例I的示意图。
图50为对应子像素分光所生成二维排列视区的子偏转孔径排列范例II的示意图。
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、重复性结构及其说明可能省略是可以理解的。本发明设计多视图显示结构10，利用分光器件102，约束引导显示屏101上不同像素组或子像素组向各自对应视区投射，并通过对应不同视区置放的多个小尺寸偏转孔径或子偏转孔径所组成的偏转孔径阵列20，二次约束引导各像素或子像素投射光束以小发散角的形态向观察者眼睛40所处区域进行传输，如图1所示。通过多个偏转孔径相对空间位置的设计，实现观察者眼睛40对控制器件30控制加载的至少一幅大视角图像的完整接收，基于麦克斯韦投射(Maxwellianview)或单目多图像的技术路线，克服显示屏101或其像所在面对观察者单目焦点的强制牵引。该多视图显示结构10和偏转孔径阵列20所构建光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，可以作为头戴式VR/AR系统的一个目镜，由两个分别对应观察者双目的该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，搭建近眼VR/AR系统。图2所示为采用透射式偏转孔径时的近眼VR系统，各偏转孔径对透射光束的传输方向具有偏转功能。其中，多视图显示结构10/偏转孔径阵列20和多视图显示结构10'/偏转孔径阵列20'分别对应观察者的两只眼睛40和40'，它们共用控制器件30。图2中的各偏转孔径也可以是反射式偏转孔径，此时图2所示结构转变为AR系统。本发明设计的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，利用多视图显示结构10和偏转孔径阵列20的结合，既保证了各像素或子像素的小发散角光束投射，又可以实现观察者眼睛的大视角图像接收。在此基础上，设计正交特性偏转孔径，以实现对噪声的更好抑制或/和视区数量的扩展，最终实现大视角、低噪声、可自然聚焦的三维显示。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
以柱透镜为光栅单元一维排列组成的柱透镜光栅，作为分光器件102，如图3所示。该类分光器件称之为一维光栅型分光器件102。为了图示的清晰，图3仅示出两个光栅单元k和k+1，及该两个光栅单元对应的部分像素p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10、p11、p12、p13、p14。光栅单元沿x向排列。光栅单元k和k+1于xz面内的光心表示为Ok和Ok+1。显示屏101和分光器件102构成多视图显示结构10。其中，b为相邻光栅单元沿光栅单元排列方向x向的间距，p为沿x向显示屏101上相邻像素的间距，Db为显示屏101和光栅单元之间的距离，De为显示屏101和视区所在面Pvz之间的间距，e为视区沿排列方向x向的间距。它们之间的关系符合光栅分光公式：
Figure BDA0002900774340000081
和
Figure BDA0002900774340000082
则该多视图显示结构10实现M个图像向M个条状视区的一一对应投射，如图4所示的M＝9个条状视区：视区VZ1、视区VZ2、视区VZ3、…、视区VZ9。该类条状视区具有一个长向，该长向和该类条状视区的一维排列方向垂直。该M个图像由显示屏101上的M个像素组分别投射。各像数组之间无共用像素，且各像素组的像素遍布于显示屏101排列。也就是说，该M个像素组和M个视区一一对应。各像数组中的像素以该像素组对应的视区作为对应视区。显示屏101的像素沿x'向及垂直的y'向排列。常常地，x'向和光栅单元排列方向x不一致，如图4所示的夹角
Figure BDA0002900774340000083
这种设计是基于光栅分光进行显示时常用的方案，有利于得到小的p值及各投射视图分辨率于二维方向上的均匀化和摩尔条纹的抑制。这种情况下，相邻的分别被导向M个视区的M个像素所组成的一个像素周期结构，由显示屏101上二维分布的M个像素构建。例如，图3中的p1、p2、…、p9构建为一个像素周期结构。该像素周期结构的像素，于显示屏101上分布于一个二维区域内。而在图3中，于xz面上所示出一个像素周期结构的各像素，实际上有些是像素于xz面上的投影，它们于xz面上可能发生部分重叠。为了图示的清晰，图3中未示出它们可能的重叠。显示屏101的像素结构也可以设计为相邻行或/和相邻列像素之间存在一个尺度上小于像素间距大小的错位，该情况下像素排列方向x'和光栅单元排列方向x也可能被设计为一致。
对应各视区，分别置放一个对应偏转孔径。各偏转孔径和对应视区对应的像素，也是对应关系。如图4所示，所有偏转孔径二维排列组成偏转孔径阵列20。图4中，对应视区VZ8的偏转孔径A8位于x轴上，其它偏转孔径A1、A2、…、A7和A9不在x轴上。对应地，图3中所示的xz面上，仅偏转孔径A8被示出。图4所示各偏转孔径为圆形，其也可以是其它形状。各偏转孔径置放于对应视区处是最优的置放方式。但，在保证该视区对应像素组不同像素投射的光束均可入射对应偏转孔径的情况下，各偏转孔径也可以置于对应视区的附近，例如沿垂直于xy面的z向偏离对应视区一定距离放置。本实施例以下部分多以偏转孔径最优地置放于对应视区处为例进行说明，但所述非最优的置放方式也可应用于本实施例以下部分，不再累述。则各像素组投射光信息通过对应偏转孔径，传输方向发生偏转后透射。控制器件30控制各像素加载待显示场景沿该像素对应投影方向的反向的投影光信息。在一个时间点，各像素对应的投影方向，为该像素所投射的、于改时间点入射观察者眼睛40所处区域的光束的传输方向。以图3中的像素p8为例，在图3所示时间点，其投射光由对应光栅单元k引导至对应视区VZ8，然后经置放于视区VZ8处的偏转孔径A8偏转，沿R8R'8方向向观察者眼睛40所处区域传播。其中，点R8为偏转孔径A8上的任一个空间点，最优地取为偏转孔径A8的几何中心点。R8R'8方向即为像素p8对应的投影方向。像素p8的加载光信息，为待显示场景沿R8R'8方向的反向，于该反向上一个点上的投影光信息。此处，“该反向上一个点”的选取，需要满足沿该反向，待显示场景位于该点和观察者眼睛之间的条件。此处的偏转孔径以透射型偏转孔径为例进行说明，对反射型偏转孔径，同理处理。本专利下述部分各处，各像素加载光信息，均基于该确定方法进行确定。则各像素组通过对应偏转孔径投射的图像，是待显示场景为关于该偏转孔径的视图。设计相邻偏转孔径于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影间距，小于该观察者眼睛40的瞳孔直径Dp。本专利所述于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影，即指沿观察者眼睛40视向方向，于该视向一个垂面上的投影。例如，图4中沿排列方向x'和y'方向上的相邻偏转孔径间距Dx'和Dy'，于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影长度小于观察者眼睛40的瞳孔直径Dp。则临近偏转孔径阵列的观察者眼睛40，可以接收到至少一个像素组投射的关于对应视区的完整视图。也即满足过待显示场景各显示物点，至少一束光束入射观察者眼睛40的设计目的。设计各偏转孔径于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影沿各个方向尺寸均小于2.5mm(人眼瞳孔平均直径的一半)，观察者眼睛40接收到的来自各像素的光束，受对应偏转孔径尺寸的约束，具有较小的发散角，也即沿光束传输方向上具有较小的光强梯度。则观察者眼睛仅接收到一个完整图像，即一个完整视图时，可通过图2所示双目系统基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)技术实现克服聚焦-会聚冲突的三维显示。随着相邻偏转孔径间距的缩小，会有多于一个的视图入射，也即过待显示场景各显示物点，多于一束光束入射观察者眼睛40的瞳孔。这时，可通过图2所示双目系统基于双目多图像技术路径实现克服了聚焦-会聚冲突的三维显示。
偏转孔径作为物理实体，其存在导致观察者眼睛40和偏转孔径阵列20之间需要一个空间上的距离，以避免观察者眼睛的组织结构，例如眼睫毛碰触到偏转孔径阵列20。随着和偏转孔径阵列20距离的增加，观察者眼睛40通过一个偏转孔径接收到的光信息从一个完整视图逐渐变换为部分视图。在通过一个偏转孔径不能接收到一个完整视图时，观察者眼睛40接收到的图像，可以是经相邻的两个或更多个偏转孔径偏转出射的不同视图的不同部分拼连而成的图像。该情况下，相邻偏转孔径间距于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影小于观察者眼睛40的瞳孔直径Dp的设计要求，可以进一步保证过各显示物点至少有一束或多于一束光束入射观察者眼睛40，从而基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)或单目多图像的技术路径实现聚焦-会聚冲突克服。当出现过某些显示物点仅一束光束通过，但过其它显示物点有多于一束光束通过的情况时，麦克斯韦投射(Maxwellian view)和单目多图像两种显示机制共同作用。
还可以引入，如图5所示的透镜作为中继器件50。该透镜型中继器件50对多视图显示结构10成放大虚像。相对于未引入透镜型中继器件50时，视区的分布也因为透镜型中继器件50的引入而发生变化。此时以多视图显示结构10的虚像为等效多视图显示结构，对应因透镜型中继器件50引入而变化后的视区分布，同理进行显示。图中所示透镜型中继器件50也可以是透镜组、相位器件等。
图1所示偏转孔径为透射式偏转孔径，如取为棱镜。偏转孔径阵列20的各偏转孔径，也可以是反射式偏转孔径，如取为反射面。该两种偏转孔径分别通过对应的相位调制引导入射光束偏转出射。图6中，反射式偏转孔径组成偏转孔径阵列20，并被置于具有镜片结构的中继器件50中。该镜片型中继器件50具有S1和S2两个面。显示屏101经分光器件102投射光，依次经S1和S2面的反射后，被偏转孔径阵列20各偏转孔径反射，最后经S1面透射至观察者眼睛40所处区域。镜片型中继器件50上，S1和S2面可以允许外界环境光入射。S1和S2面对显示屏10投射光的反射可以通过设计显示屏10投射光以较大入射角实现。而近似垂直入射的外部环境光和经偏转孔径阵列20反射而来的投射光，以较小入射角而透射S1和S2面。同样，各偏转孔径于观察者眼睛40视向垂面PR上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。同时，于观察者眼睛视向垂面PR上，相邻偏转孔径的正交投影间距设计为小于观察者瞳孔直径Dp。中继器件50也可以采用图7所示自由曲面组成的自由曲面器件。该自由曲面型中继器件50可以同时具有偏转引导和成像的作用。其中，S1面和S2面一起对多视图显示结构10成像。面S3补偿面S1和S2对外部环境光的影响。图7中，偏转孔径阵列20也可以设置于自由曲面S2上，或其它位置。在偏转孔径偏转出射光需要经中继器件50或其部分结构进行传输时，要求各偏转孔径关于中继器件50的像，于观察者眼睛40视向垂面PR上的正交投影，被设置为沿各个方向的尺寸均小于2.5mm，以抑制来自各像素的光束的发散角。同时，于观察者眼睛视向垂面PR上，各偏转孔径关于中继器件50的像的正交投影，被设置为以间距小于观察者瞳孔直径Dp的方式排列，以保证过各待显示物点至少一条的光束入射观察者眼睛40。
本专利各图中，多视图显示结构10投射的不同视区，以虚线作为边界示出。该虚线边界仅示出不同视区之间的相对关系，不表示各视区对应像素组或子像素组投射光的空间分布范围一定被约束于该虚线边界所示出的视区范围内。实际上，于视区所在面上，相邻视区各自对应像素组或子像素组出射光的分布区域是可能发生部分重叠的。也即是说，一个视区对应像素组或子像素组出射光，作为串扰噪声，可能部分进入相邻非对应视区。为了抑制该噪声，对应相邻视区置放的偏转孔径，可以设置为具有不同的正交特性。此时，各偏转孔径仅允许具有对应正交特性的光入射或出射，不允许具有非对应正交特性的光入射或出射。同时，各偏转孔径于显示屏101上对应像素出射光被设计为具有该偏转孔径所对应的正交特性。图8以偏振方向相互垂直的两个线偏正交态作为两个正交特性，图中分别以“·”和“-”表示。具体地，对应视区VZ1的偏转孔径A1具有“-”特性，对应视区VZ2的偏转孔径A2具有“·”特性，对应视区VZ3的偏转孔径A3具有“-”特性，对应视区VZ4的偏转孔径A4具有“·”特性，对应视区VZ5的偏转孔径A5具有“-”特性，对应视区VZ6的偏转孔径A6具有“·”特性，对应视区VZ7的偏转孔径A7具有“-”特性，对应视区VZ8的偏转孔径A8具有“·”特性，对应视区VZ9的偏转孔径A9具有“-”特性。各偏转孔径的线偏正交态可以通过置对应偏光片于该偏转孔径上实现。对应地，视区VZ1对应的像素组各像素仅出射“-”光，视区VZ2对应的像素组各像素仅出射“·”光，视区VZ3对应的像素组各像素仅出射“-”光，视区VZ4对应的像素组各像素仅出射“·”光，视区VZ5对应的像素组各像素仅出射“-”光，视区VZ6对应的像素组各像素仅出射“·”光，视区VZ7对应的像素组各像素仅出射“-”光，视区VZ8对应的像素组各像素仅出射“·”光，视区VZ9对应的像素组各像素仅出射“-”光。所述正交特性，也可以是分别为左旋光和右旋光的两个旋偏正交态，或分别于一个时间周期内的不同时间点允许光入射并出射的时序正交态。图9所示为以时序正交态作为正交特性的范例。于各个时间周期t～t+Δt内，取两个时间点t和t+Δt/2。该时间周期内时间点t，仅对应视区VZ1的偏转孔径A1、对应视区VZ3的偏转孔径A3、对应视区VZ5的偏转孔径A5、对应视区VZ7的偏转孔径A7、对应视区VZ9的偏转孔径A9允许对应光入射并出射，它们所处视区对应像素组各像素同步加载对应光信息，其它视区对应像素组的像素不加载光信息；同理，该时间周期内时间点t+Δt/2，仅对应视区VZ2的偏转孔径A2、对应视区VZ4的偏转孔径A4、对应视区VZ6的偏转孔径A6、对应视区VZ8的偏转孔径A8允许对应光入射并出射，它们所处视区对应像素组各像素同步加载对应光信息，其它视区对应像素组的像素不加载光信息。采用时序正交态作为正交特性时，需要各偏转孔径具有和控制器件30相连接的对应通光开关，例如和各偏转孔径一一对应的液晶开关，在控制器件30的控制下时序开关。图9以一个时间周期内取2个时间点为例进行说明，其也可以取更多个时间点。进一步地，正交特性也可以取上述各种具体特性的组合，也可以是其它类型的正交特性，只要具有一种该正交特性的偏转孔径对具有其它非对应正交特性的光具有阻断效应。且，正交特性的种类越多，越多个相邻视区对应像素组投射视图间的串扰噪声可以被抑制。
各视区中的偏转孔径可以由两个或两个以上的、允许互不相同正交特性光出射的子偏转孔径组成。于观察者眼睛视向垂面PR上，各子偏转孔径或其关于中继器件50的像的正交投影，被设置为以间距小于观察者瞳孔直径Dp的方式排列。如图10中沿和x'向成π/4和3π/4的两个方向上，相邻子偏转孔径于观察者眼睛视向垂面PR上的正交投影间距小于观察者瞳孔直径Dp。同时向各子偏转孔径于观察者眼睛视向垂面PR上的正交投影尺寸小于2.5mm。一个视区对应像素组的所有像素，和该视区对应的子偏转孔径一一对应地分为相同数量个子-像素组，各子-像素组分别仅投射对应子偏转孔径所对应正交特性的光。相对于偏转孔径，子偏转孔径可以具有更高的分布密度或数量，以投射更多的图像入射观察者眼睛40，或为观察者眼睛提供更大的观察区域。图10以相互垂直的两个线偏正交态作为正交特性，对应一个视区置两个子偏转孔径，例如对应视区VZ1的子偏转孔径A11和A12分别仅允许“·”光和“-”光入射并出射，视区VZ1对应像素分为两个子-像素组，分别仅出射“·”光和“-”光。则该出射“·”光的子-像素组投射待显示场景关于子偏转孔径A11的视图，该出射“-”光的子-像素组投射待显示场景关于子偏转孔径A12的视图。对应其它视区的子偏转孔径同理。图11所示为具有时序正交态的正交特性子偏转孔径排列示意图。其中，同一视区对应的不同子偏转孔径，在不同的时间点依次由控制器件30被打开，且一个时间点仅一子偏转孔径被打开。各像素于各时间点加载信息，为该时间点待显示场景沿该像素对应投影方向的反向上的投影光信息。各像素于一个时间点的对应投影方向，为沿该像素所投射的、于该时间点入射观察者眼睛40所处区域的光束的传输方向。引入子偏转孔径后，各像素于一个时间点所投射，并入射观察者眼睛40所处区域的光束是经过该像素于该时间点对应子偏转孔径偏转出射的。对应地，上述以图3所示像素p8为例对各像素对应投影方向确定过程中，各像素于一个时间点所投射的、并入射观察者眼睛40所处区域的光束是经过该像素于该时间点对应偏转孔径偏转出射的。图12以颜色正交态作为对应同一视区的不同子偏转孔径所分别对应的正交特性，显示屏101各像素由分别出射R(红)光、G(绿)光、B(蓝)光的三个子像素组成，分别称之为R子像素、G子像素、B子像素。具体地，对应视区VZ1的三个子偏转孔径A1R、A1G、A1B分别仅允许R光、G光、B光入射并出射。各子偏转孔径的正交特性取颜色正交态，可以通过附对应滤光片于该子偏转孔径上来实现。例如，这里子偏转孔径A1R、A1G、A1B分别附着有仅允许R光、G光、B光通过的滤光片。则，视区VZ1对应像素组的所有R子像素组成R子-像素组，显示待显示场景关于A1R的视图的R分量，视区VZ1对应像素组的所有G子像素组成G子-像素组，显示待显示场景关于A1G的视图的G分量，视区VZ1对应像素组的所有B子像素组成B子-像素组，显示待显示场景关于A1B的视图的B分量。其它视区同理。该过程中，对应各视区的子偏转孔径分布，可以采用多种布局，例如图13所示布局，或图14所示布局。图13中，沿各视区的长向，具有不同颜色正交态的子偏转孔径依次排列，相邻视区对应的子偏转孔径相互之间具有一定错位地排列。图14中，沿各视区的长向，具有不同颜色正交态的子偏转孔径依次排列，相邻视区对应的子偏转孔径相互之间无错位地排列，但沿x'向相邻视区的子偏转孔径具有不同的正交特性。上述各种正交特性可以相互结合，对应一个视区设置更多数量的子偏转孔径。各子偏转孔径于观察者眼睛视向垂面PR上的正交投影尺寸沿各个方向均要小于2.5mm，且相邻子偏转孔径于观察者眼睛视向垂面PR上的正交投影间距也应满足沿排列方向小于观察者瞳孔直径Dp的要求。各子像素于一个时间点所加载光信息的确定方法，类似于前述各像素加载光信息的确定方法，为待显示场景沿该子像素对应投影方向反向上的投影光信息。类似地，各子像素对应投影方向，为沿该子像素所投射的、于该时间点入射观察者眼睛40所处区域的光束的传输方向。
对应一个视区设置一个以上的子偏转孔径时，对应一个视区的子偏转孔径，和对应相邻视区的子偏转孔径之间，也可以设置为具有不同的正交特性，以抑制邻近视区的子偏转孔径之间的相互影响。如图15所示范例，对应同一视区的两个子偏转孔径具有不同的时序正交态。具体以视区VZ1为例，于一个时间周期t～t+Δt，对应视区VZ1的子偏转孔径A11仅在时间点t允许该视区VZ1为对应像素组投射光入射并偏转出射至观察者眼睛40所处区域，对应视区VZ1的子偏转孔径A12仅在时间点t+Δt/2允许该视区VZ1为对应像素组投射光入射并偏转出射至观察者眼睛40所处区域。此时，同一视区对应的像素组的所有像素，于时序上分为两个子-像素组，该两个子-像素组于同一时间周期的不同时间点，分别向此时允许光入射并出射的子偏转孔径进行光信息投射。也即该情况下，对应同一视区的不同子偏转孔径所对应不同子-像素组，由相同的的像素组成，但于不同的时间分别进行光信息投射。对应相邻视区的子偏转孔径具有不同的线偏正交态，即图15中，相邻视区对应的子偏转孔径分别仅允许“·”光和“-”光入射出射。例如，对应视区VZ1的子偏转孔径A11和A12仅允许“-”光入射并出射，但不允许“·”光入射并出射；对应视区VZ2的子偏转孔径A21和A22仅允许“·”光入射并出射，但不允许“-”光入射并出射。对应地，视区VZ1的对应像素组各像素投射“-”光，视区VZ2的对应像素组各像素投射“·”光。其它各视区及其对应子偏转孔径同理设定。
上述各范例中，多视图显示结构10中，分光器件102引导显示屏101的不同像素组出射光至各自对应视区。进一步地，分光器件102可以引导显示屏101不同子像素组投射光至各自对应视区。如图16所示，以选用具有R、G、B三色子像素的显示屏101为例，其出射R光的R子像素分为三个子像素组，其投射光分别被分光器件102引导至视区VZ1R、VZ2R、VZ3R；出射G光的G子像素分为三个子像素组，其投射光分别被分光器件102引导至视区VZ1G、VZ2G、VZ3G；出射B光的B子像素分为三个子像素组，其投射光分别被分光器件102引导至视区VZ1B、VZ2B、VZ3B。类似地，对应各视区分别设置一个偏转孔径。该情况下，相邻视区的偏转孔径可设置具有不同的正交特性，以抑制相邻偏转孔径间相互的噪声影响。例如图17所示的三个颜色正交态构建的正交特性。以三个相邻视区VZ1R、VZ1G、VZ1B为例，它们分别对应的偏转孔径A1、A2、A3分别对应具有R、G、B三种颜色正交特性。也即偏转孔径A1仅允许R光入射并出射，但不允许G光和B光入射并出射，偏转孔径A2仅允许G光入射并出射，但不允许B光和R光入射并出射，偏转孔径A3仅允许B光入射并出射，但不允许R光和G光入射并出射。通过置对应滤色片于对应偏转孔径上可以上述目的，例如设计仅允许R光通过，但不允许G光和B光通过的滤色片于偏转孔径A1上。实现该功能。其它视区类似设计，可以通过颜色正交特性抑制相邻偏转孔径间相互的噪声影响。图18所示为三个颜色正交态和两个线偏正交态组成的混合正交特性。具体地，对应视区VZ1R的偏转孔径A1同时具有R颜色正交态和“-”线偏正交态，仅允许具有“-”态的R入射并出射，对应视区VZ1G的偏转孔径A2同时具有G颜色正交态和“-”线偏正交态，仅允许具有“-”态的G入射并出射，对应视区VZ1B的偏转孔径A3同时具有B颜色正交态和“-”线偏正交态，仅允许具有“-”态的B入射并出射。对应视区VZ2R的偏转孔径A4同时具有R颜色正交态和“·”线偏正交态，仅允许具有“·”态的R入射并出射，对应视区VZ2G的偏转孔径A5同时具有G颜色正交态和“·”线偏正交态，仅允许具有“·”态的G入射并出射，对应视区VZ2B的偏转孔径A6同时具有B颜色正交态和“·”线偏正交态，仅允许具有“·”态的B入射并出射。其它视区及对应偏转孔径同规律设计。则在各偏转孔径对应像素仅出射该偏转孔径所对应正交特性光时，则可以通过正交态抑制沿x'方向相邻6个偏转孔径之间可能发生的串扰噪声。进一步地，类似于图10和图11，对应各视区的偏转孔径也可以由大于一个的、具有各不相同正交特性的子偏转孔径组成，此时各子偏转孔径分别对应各自的一个子-子像素组。
上述各视区对应子偏转孔径的排列均示为沿视区排列方向的垂向排列。各视区对应子偏转孔径也可以沿其它方向排列，例如图19所示的各视区对应子偏转孔径沿视区排列方向和视区长向同时排列的情况。对应各视区设置具有颜色正交态和线偏正交态不同时相同的6个子偏转孔径。如视区VZ1对应的子偏转孔径A1R1同时具有R颜色正交态和“·”线偏正交态、子偏转孔径A1R2同时具有R颜色正交态和“-”线偏正交态、子偏转孔径A1G1同时具有G颜色正交态和“·”线偏正交态、子偏转孔径A1G2同时具有G颜色正交态和“-”线偏正交态、子偏转孔径A1B1同时具有B颜色正交态和“·”线偏正交态、子偏转孔径A1B2同时具有B颜色正交态和“-”线偏正交态。视区VZ1对应像素的所有R子像素组成的子像素组，分为两个子-子像素组，分别出射“·”光和“-”光，从而分别对应子偏转孔径A1R1和子偏转孔径A1R2；视区VZ1对应像素的所有G子像素组成的子像素组，分为两个子-子像素组，分别出射“·”光和“-”光，从而分别对应子偏转孔径A1G1和子偏转孔径A1G2；视区VZ1对应像素的所有B子像素组成的子像素组，分为两个子-子像素组，分别出射“·”光和“-”光，从而分别对应子偏转孔径A1B1和子偏转孔径A1B2。其它视区及其对应子偏转孔径同理设计。在“于观察者眼睛视向垂面PR上，各子偏转孔径或其关于中继器件50的像的正交投影，被设置为以间距小于观察者瞳孔直径Dp的方式排列”的前提下，相对于各视区对应子偏转孔径仅沿长向排列的设计，各视区对应子孔径同时沿视区排列方向排列的设计，允许分光器件102分光投射更大间距的视区。同时，在偏转孔径或子偏转孔径具有颜色正交态时，最优的是过各显示物点，有至少R色、G色、B色光束各一束被观察者眼睛40接收到。
上述范例，一维光栅型分光器件102取柱透镜光栅为例进行说明。该一维光栅型分光器件102也可以是狭缝光栅。在选用背光式显示屏101时，该一维光栅型分光器件102也可以沿光传输方向置于显示屏101的后面。图20以狭缝光栅作为分光器件102，背光源组件103投射背光经分光器件102，形成光带结构。此处所示背光源组件103可以是所有可以提供背光的光学结构，这里未示出具体范例，而是以虚框示意。沿光带排列方向，一个光带透射光被对应像素或子像素调控后，指向对应视区传播。同一个像素组的像素或子像素组的子像素投射光被引导至对应视区，从此生成不同视区。例如，图20中，光带B1引导来自于背光源组件103的一束光束经像素p1调制，并传播到对应像素p1的视区VZ1，光带B2引导来自于背光源组件103的一束光束经像素p2调制，并传播到对应像素p2的视区VZ2，光带B2引导来自于背光源组件103的一束光束经像素p3调制，并传播到对应像素p3的视区VZ1，光带B3引导来自于背光源组件103的一束光束经像素p4调制，并传播到对应像素p4的视区VZ2。为了简单清晰，图20仅示出几个像素和几个光带进行原理性说明，并仅以两个视区为例进行说明。则显示器件101的像素p1、p3、p5、p7、…投射光信息被引导至视区VZ1，像素p2、p4、p6、p8、…投射光信息被引导至视区VZ2。像素p5、p7、…和像素p6、p8、…于图20中未被示出，但可以根据图示规律明显想象出来。
当显示屏101采用背光式显示器件时，常通过背光源组件103提供具有平行态的入射背光，如图21所示t时刻入射的沿x向为平行态的背光。图21中，一维光栅型分光器件102以柱透镜光栅为例，其光栅单元为柱透镜，背光沿方向Vec0入射。类似于图3，基于光栅分光实现5个视区的投射。背光源组件103可以选用轻薄的光波导结构，以薄化模组的光学结构。图22为光波导结构型背光源组件103一个常用光学结构，其包括：光源1031、准直器件1032、入瞳1033、光波导体1034、耦入器件1035、反射面1036a和1036b、耦出器件1037、出瞳1038。光源1031出射光经准直器件1032准直，过入瞳1033入射置于光波导体1034内的耦入器件1035，耦入器件1035引导入射光于光波导体1034内经反射面1036a和1036b反射传输，并被耦出器件1037耦出，经出瞳1038平行出射。其中，图22所示光波导结构型背光源组件103的耦出器件1037以由三个反射面1037a、1037b和1037c组成为例，其反射面1037a和1037b对入射光部分反射部分透射，以实现扩瞳功能。图22所示仅为一个光波导结构实例，其它各种光波导结构，均可能作为背光源组件103为显示屏101提供背光，例如采用浮雕结构、全息光栅等作为耦入器件1035或耦出器件1037的光波导结构。一维光栅型分光器件102分光生成视区沿一维方向排列。此时，图22中，背光源组件103的光源1031可以设计为条状，其长向一致于一维光栅型分光器件102的光栅单元长向。此时，显示屏101可以附着单向散射膜104，沿光栅单元长向散射各像素或子像素的入射光或出射光，使各视区内沿长向的光更均匀地分布。也可以置会聚器件105于显示屏103处，沿光栅单元长向对显示屏101各像素或子像素出射光进行会聚，使各视区内的光分布向偏转孔径阵列20覆盖区域会聚。图21中，单向散射膜104和会聚器件105沿光传输方向置于显示屏101前。单向散射膜104或/和会聚器件105也可以被置于显示屏101之后。当会聚器件105或/和单向散射膜104处于背光源组件103和显示屏101之间时，也可以集成于该光波导结构，例如它们的功能由光波导结构的全息光栅型耦出器件1037实现。在选用单向散射膜10或/和会聚器件105时，光源1031也可以设计为点状。背光源组件103也可以设计为多个光波导结构层叠而成的组合，例如该光波导结构组合中的不同光波导结构分别负责不同不同颜色背光的投射。
进一步的，光波导结构的背光源组件103，也可以设计M≧2个时序光源，以时序投射不同方向的背光。该M≧2个时序光源于各时间周期内的相邻M个时间点，由控制器件30控制，分别沿不同方向投射M束背光。如图23所示的M＝3个时序光源1031a、1031b和1031c。具体地，在一个时间内周期t～t+Δt的M＝3个时间点t，t+Δt/3和t+2Δt/3，时序光源1031a、1031b和1031c由控制器件30控制时序打开，且在一个时间点仅一个时序光源被打开。在时间点t，打开的时序光源1031a经背光源组件103的其它组成结构，投射沿方向Vec1的平行背光，如图24所示。则类似于图3，基于光栅分光实现多个5个视区VZ1、VZ2、VZ3、VZ4、VZ5的呈现。在时间点t+Δt/3，打开的的光源1031b经背光源组件103的其它组成结构投射沿方向Vec2的平行背光，如图25所示。方向Vec1和方向Vec2的夹角为θ。基于同样的光栅分光原理，各像素出射光被导向情况如图25，存在两种情况。第一种情况，一个像素于时间点t+Δt/3出射光，被导向视区和该像素于时间点t对应的视区一致，也即在该两个不同时间点，该像素对应的光栅单元不变。例如像素pl+1出射的光束，于时间点t对应光心为Ok的光栅单元k，沿路径1入射对应视区VZ3；于时间点t+Δt/3同样对应光心为Ok的光栅单元k，但沿路径2入射同样的对应视区VZ3。也即是说，在该两个时间点，像素pl+1出射光被导向的视区一样，但该像素对应的投影方向分别为路径1方向和路径2方向，对应加载信息随之不同。基于光栅单元的折射，在该两个时间点，接收到像素pl+1出射光的眼睛40，于显示屏101上观察到的像素pl+1所加载光信息的空间位置不同，由此等效于视区VZ3对应视图的分辨率基于时间复用增加了。另一种情况，一个像素于时间点t+Δt/3出射光，被导向视区和该像素于时间点t对应的视区不同，也即该像素于两个不同时间点对应的光栅单元不同。例如图24和图25中，像素pl+10出射光束，于时间点t对应光心为Ok+2的光栅单元k+2，沿路径3入射对应视区VZ4；于时间点t+Δt/3对应光心为Ok+3的光栅单元k+3，沿路径4入射未示出的新视区。在该两个时间点，像素pl+1出射光被导向的视区不一样，导致更多视区的出现。其它像素和其它时间点，类似地有该两种情况的可能。
实际上，在相邻时间点入射背光的入射方向夹角比较小时，例如图25所示的θ，甚至更小的夹角，各像素于不同时间点的出射光束，更倾向于入射相同的视区，从而基于时间复用增大各视区对应视图的分辨率。该情况下，通过设计增大各个时间点光栅分光生成视区的数量，然后基于所述时序光源的设计，通过时间复用增大各视区对应视图的分辨率，也可以间接增大有效呈现视区的数量。在相邻时间点入射背光的入射方向夹角比较大时，例如图25所示θ'，各像素于相邻时间点的出射光束，更倾向于入射不同的视区，从而基于时间复用直接增大呈现视区的数量。图25所示θ'，为假设时间点t+Δt/3时对应背光沿方向Vec2'入射，该方向和方向Vec1的夹角。图24和图25中，沿光传输方向，分光器件102被置放于显示屏101前，引导各像素投射光的传输方向。另外地，在采用背光源组件103为显示屏101提供背光的情况下，沿光传输方向，分光器件102也可以置放于显示屏101后，用来引导各像素入射光的传输方向。
在采用上述具有多个时序光源的光波导结构作为背光源组件103，本专利所述光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组投射生成的视区数量足够多时，可以在相邻视区间距小于观察者瞳孔直径的情况下实现对观察者双目的覆盖。此时，本专利所述一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，可以在去除偏转孔径阵列20的情况下，直接作为双目显示系统，基于单目多图像技术实现可自然聚焦的三维显示。此时，观察者眼睛40可以处于视区分布面上，即图25的P1面上。也可以偏离视区分布面，如位于图25的P2面上。例如，以背光式手机显示面板作为显示屏101，具有多个时序光源的光波导结构作为背光源组件103，并附着柱透镜阵列于手机显示面板作为分光器件102，设计相邻视区间距小于观察者瞳孔直径，则可以构建手持式三维显示系统，基于单目多视图进行三维场景显示。结合专利“基于光栅的三维显示方法201810031064.6”所申报技术，通过设计光栅排列方向和观察者双目连线之间较小的夹角，可以进一步扩大沿观察者双目连线方向上小间距视区的覆盖范围。另外，在显示屏101具有较大尺寸时，可以设计多于一个的光波导结构型背光源组件103为该显示屏101提供背光，各光波导结构型背光源组件103分别向该显示屏101的不同部分投射背光。显示屏101的该不同部分对应的视区之间，可以相处重合，也可以相互错位排列，只要能满足过各显示物点至少两束光束入射观察者任一眼睛40的前提。
采用背光式显示屏101时，若背光源组件103时序投射多束背光，也可以选用会聚型分光器件102，实现沿一维方向排列的不同条状视区的呈现，如图26所示。图26中，背光源组件103由M＝3个条状时序光源103a、103b和103c构成；会聚型分光器件102以透镜为例，其功能是分别成像条状时序光源103a、103b和103c至视区VZ1、VZ2和VZ3。此时，显示屏101可以附着单向散射膜104，沿条状视区的长向散射各像素或子像素的入射光或出射光，使各视区内沿长向的光更均匀地分布。也可以置会聚器件105于显示屏103前或后，沿视区排列方向的垂向对显示屏101各像素或子像素出射光进行会聚，使各视区内的光分布向偏转孔径阵列20覆盖区域会聚。图26中的背光源组件103，也可以由图23所示光波导结构代替。图23和图26中背光源组件103的各条状时序光源，也可以分别由空间分开的多个不同颜色条状光源代替。该不同颜色往往一致于显示屏101各子像素的颜色，例如分别出射R光、G光、B光的三条条状光源代替图23和图26中的各时序光源。在一个时间点，三个不同颜色的条状光源同时出射背光，可以生成类似于图16、图17和图18所示的视区。
实施例2
以微结构组成的微结构阵列作为分光器件102，如图27所示。该微结构阵列型分光器件102的各微结构和显示屏101的各像素一一对应，通过偏转来自对应像素的光束的投射方向，引导显示屏101上不同像素组各自地向对应视区投射光信息。显示屏101和分光器件102构成多视图显示结构10。各视区二维分布，如图28所示的9个视区：视区VZ1、视区VZ2、视区VZ3、视区VZ4、视区VZ5、视区VZ6、视区VZ7视区VZ8、视区VZ9，它们沿x向和y向二维排列。一一对应地，9个图像分别由显示屏101上的9个像素组在分光器件102的引导下向9个视区投射。各像数组之间无共用像素，且各像素组的像素遍布于显示屏101。也就是说，该9个像素组和9个视区一一对应。各像数组中的像素以该像素组对应的视区作为对应视区。
微结构阵列型分光器件102，分光形成的视区也可以是如图29所示的一维方向排列的条状视区，例如各微结构均沿该一维方向根据需要偏转入射光传播方向，沿该方向的垂向对入射光仅起扩散作用。类似地，也可以以子像素为显示单元，微结构阵列型分光器件102的各微结构和显示屏101的各子像素一一对应，分光形成针对子像素的一维方向排列的条状视区。这个时候，可以根据实施例1所述进行偏转孔径阵列20的正交特性设计。本实施例以下部分，仅以分光形成二维方向排列视区情况的为例进行说明。
对应各视区分别对应设置一个偏转孔径，各偏转孔径和对应视区对应的像素，也是对应关系。所有偏转孔径排列组成偏转孔径阵列20。图28中各偏转孔径示为圆形，它们也可以是其它形状。各偏转孔径置放于对应视区处是最优的置放方式。但，在保证该视区对应像素组投射的所有光束均可入射对应偏转孔径的情况下，各偏转孔径也可以偏离对应视区置放。本实施例以下部分，以所述偏转孔径的最优置放方式为例进行说明，但所述非最优的置放方式也可应用于本实施例以下部分，不再累述。图28以虚线圆示出各视区，但该虚线圆并不一定完全覆盖对应视区的真实光分布区域。各像素组投射光信息仅通过对应偏转孔径，折射后透射或被反射。控制器件30控制各像素或子像素加载的信息为待显示场景沿对应投影方向反向上的投影光信息。其中各像素或子像素对应的投影方向，为该像素或子像素所投射的、入射观察者眼睛40所处区域的光束的传输方向。则各像素组通过对应偏转孔径投射的的图像，是待显示场景为关于该偏转孔径的视图。设计相邻偏转孔径于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影，以小于该观察者眼睛40的瞳孔直径Dp的间距排列。如图28中沿排列方向x向和y向上，相邻偏转孔径间距Dx和Dy于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影长度小于观察者瞳孔直径Dp。则位于视区分布面PVZ处的观察者眼睛40，可以接收到至少一个像素组投射的关于对应视区的完整视图。也即满足过待显示场景各显示物点，投射至少一束光束入射观察者眼睛40的目的。设计各偏转孔径于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影尺寸沿各个方向均小于2.5mm(人眼瞳孔平均直径的一半)，观察者眼睛40接收到的来自各像素的光束，受对应偏转孔径的约束，具有较小的发散角，也即沿光束传输方向上具有较小的光强梯度。则观察者眼睛仅接收到一个完整图像，即一个完整视图时，可通过图2所示双目系统基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)技术路径实现克服了聚焦-会聚冲突的三维显示。随着相邻偏转孔径间距的缩小，会有多于一个的视图入射，也即过待显示场景各显示物点，多于一束光束入射观察者眼睛40的瞳孔。这时，可通过图2所示双目系统基于双目多图像技术路径实现克服了聚焦-会聚冲突的三维显示。
实际上，偏转孔径作为物理实体，其存在导致观察者眼睛40需要距离偏转孔径阵列20一定的距离。随着观察者眼睛40和偏转孔径阵列20距离的增加，其通过一个偏转孔径接收到的光信息从一个完整视图逐渐变换为部分视图。在通过一个偏转孔径不能接收到一个完整视图时，观察者眼睛40接收到的图像，可以是过相邻的两个或更多个偏转孔径出射的不同视图的不同部分拼连而成的图像。该情况下，观察者眼睛40视向垂面上，相邻偏转孔径正交投影的间距小于观察者瞳孔直径Dp的设计要求，可以进一步保证过各显示物点至少有一束光束入射观察者眼睛40，从而基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)或单目多图像的技术路径实现聚焦-会聚冲突克服。当出现过某些显示物点仅一束光束通过，但过其它显示物点有多于一束光束通过的情况时，麦克斯韦投射(Maxwellian view)和单目多图像共同作用。
还可以引入中继器件50，如图30所示的透镜。该透镜型中继器件50对多视图显示结构10成放大虚像。相对于未引入透镜型中继器件50时，视区的分布也因为透镜型中继器件50的引入而发生变化。此时以多视图显示结构10的虚像为等效多视图显示结构，对应因透镜型中继器件50引入而变化后的视区分布，同理进行显示。图中所示透镜型中继器件50也可以是透镜组、相位器件等。
偏转孔径阵列20的各偏转孔径，也可以是反射式偏转孔径，例如反射面，通过反射引导入射光束出射。图31所示由反射式偏转孔径组成的偏转孔径阵列20，置于具有镜片结构的中继器件50中。该镜片型中继器件50具有S1和S2两个面。多视图显示结构10投射光，依次经S1和S2面的两次反射后，被偏转孔径阵列20各偏转孔径反射，最后经S1面透射至观察者眼睛40所处区域。镜片型中继器件50上，S1和S2面可以允许外界环境光入射。S1和S2面对多视图显示结构10投射光的反射可以通过设计显示屏10投射光以较大入射角实现。而近似垂直入射的外部环境光及偏转孔径阵列20反射光，是以较小入射角入射，可以透射S1面。为了使各光束小发散角入射观察者眼睛40，各偏转孔径于观察者眼睛40视向垂面PR上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。同时，于观察者眼睛视向垂面PR上，各偏转孔径的正交投影需要以间距小于观察者瞳孔直径Dp的方式排列。由于分光器件102各微结构对对应像素各自独立调控的特性，相对于多视图显示结构10，各像素组对应视区可以被设计为具有不同的距离。如图32所示，各视区及其对应偏转孔径被设计位于S2面上。中继器件50也可以采用图33所示自由曲面组成的自由曲面器件。该自由曲面型中继器件50可以同时具有偏转引导和成像的作用。其中，S1面和S2面一起对多视图显示结构10成像，偏转孔径阵列20置于S2面上。面S3补偿面S1和S2对外部环境光的影响。图33中，偏转孔径阵列也可以设置于自由曲面S1上。
实际上，在相邻视区以小于瞳孔直径Dp的间距排列时，如图27中沿x和y方向上的相邻视区间距均小于Dp，图27所示的多视图显示结构10可以直接作为一个目镜。基于分别对应观察者双目的两个该目镜，构建近眼VR系统，基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)或单目多图像的技术路径进行无聚焦-会聚冲突的三维显示。进一步地，图27所示的多视图显示结构10中也可以和图30～33所示的各种中继器件结合。在多视图显示结构10生成视区于观察者眼睛40视向垂面上的正交投影，以小于观察者瞳孔直径Dp的间隔排列时，该多视图显示结构10和中继器件的组合，也可以直接作为一个目镜，如图30至图33中任一图所示光学结构移除偏转孔径阵列20之后直接作为一个目镜。基于分别对应观察者双目的两个该目镜，构建近眼VR系统，可通过麦克斯韦投射(Maxwellian view)或/和单目多图像的技术路径进行无聚焦-会聚冲突的三维显示。另外，在显示结构10单独作为一个目镜，或显示结构10和中继器件的组合作为一个目镜的情况下，分光器件102分光形成的视区也可以是一维方向排列的条状视区，例如各微结构均沿该一维方向根据需要偏转入射光传播方向，沿该方向的垂向对入射光仅起扩散作用。
图27中的显示屏101可以是自发光式显示器件，也可以是需要背光源组件103的背光式显示器件。当显示屏101采用背光式显示器件时，其显示屏101的背光源组件103也可以是光波导结构。如图34所示，该光波导结构型背光源组件103包括光源1031、准直器件1032、入瞳1033、光波导体1034、耦入器件1035、反射面1036a和1036b、耦出器件1037、出瞳1038。光源1031出射光经准直器件1032准直，过入瞳1033入射置于光波导体1034内的耦入器件1035，耦入器件1035引导入射光于光波导体1034内、经反射面1036a和1036b反射传输，并被耦出器件1037偏振，经出瞳1038平行出射。其中，图34所示光波导结构型背光源组件103的耦出器件1037以浮雕光栅为例，具有扩瞳功能。采用图34所示光波导结构型背光源组件103的多视图显示结构10如图35所示，显示屏101各像素调制来自光波导结构型背光源组件103的水平入射光束后，加载了光信息的出射光被分光器件102中对应微结构引导向对应视区。例如图35中，来源于光波导结构型背光源组件103的光束L1入射像素p1，像素p1加载光信息后，经分光器件102中对应微结构1201牵引，向视区VZ1传播；来源于光波导结构型背光源组件103的光束L2入射像素p2，像素p2加载光信息后，经分光器件102中对应微结构1202牵引，向视区VZ2传播，像素p3加载光信息后，经分光器件102中对应微结构1203牵引，向视区VZ3传播，像素p4加载光信息后，经分光器件102中对应微结构1204牵引，向视区VZ4传播，像素p5加载光信息后，经分光器件102中对应微结构1205牵引，向视区VZ5传播。同理，其他像素加载光信息后，经分光器件102中对应微结构牵引，向对应视区传播，从而形成9个视区。光波导结构型背光源组件103也可以和会聚器件105结合，提供会聚背光，如图36所示。图36中，来组于光波导结构型背光源组件103的平行光经会聚器件105会聚于点Fo。该会聚背光也可以会聚于点Fo附件的一个空间范围内，而不是一定会聚于点Fo。该图37所示为采用图36所示光波导结构型背光源组件103+会聚器件105的多视图显示结构10。会聚器件105可以集成于光波导结构型背光源组件103，例如图37所示的会聚器件105的功能被复合于耦出器件1037。对比于图35，图37中，各像素的背光沿不同方向入射。图34和图36所示光波导结构型背光源组件，也可以设计M≧2个时序光源，该M个时序光源时序打开。以图38为例，其一个时间周期内依次打开的M＝3个时序光源1031a、1031b和1031c，分别于该时间周期的M＝3时间点依次向显示屏101投射不同方向的平行背光。图38中的上图所示为时间周期t～t+Δt内的时间点t+Δt/3时，仅时序光源1031b打开，光波导结构型背光源组件103提供沿一个方向传播的平行背光的状态；下图所示为时间周期t～t+Δt内的时间点t+2Δt/3时，仅时序光源1031c打开，光波导结构型背光源组件103提供沿另一个方向传输的平行背光的状态。设计该M＝3个平行背光的传播放方向，可以基于时间复用生成更多的视区，如图39所示。图39的左图和右图，对应于不同时刻生成视区之间不同的排列方式。这里仅以一维方向上排列的视区为例进行说明。图36所示的光波导结构，耦出器件1037以全息器件为例。实际上，图34和图36所示仅是两种常见光波导结构。它们可以被其它类型光波导结构代替。
上述各种采用光波导结构型背光源组件103的多视图显示结构10中，分光器件102总是对显示屏101各像素的调制出射光进行方向偏转。分光器件102也可以通过偏转显示屏101各像素入射光的方向来生成多个视区。例如图40的左图所示，分光器件102设置于光波导结构型背光源组件103和显示屏101之间，即可以偏转显示屏101上各像素入射光束的方向。此时，分光器件102也可以制作于光波导结构型背光源组件103上。例如图40的中图所示，分光器件102被集成制作于光波导结构型背光源组件103的出瞳1038上。再例如图40的右图所示，分光器件102被集成制作于光波导结构型背光源组件103的耦出器件1037上。
如上述，在沿排列方向视区以小于瞳孔直径Dp的间距排列时，图27所示多视图显示结构10可以直接作为一个目镜，无需偏转孔径阵列20，由两个该目镜搭建系统进行麦克斯韦投射(Maxwellian view)或单目多图像。图27所示多视图显示结构10也可以和图30～33所示的各种中继器件50结合，在多视图显示结构10生成视区于观察者眼睛40视向垂面上的投影沿排列方向以小于观察者瞳孔直径Dp的间隔排列时，无需偏转孔径阵列20，也可以直接作为一个目镜，如图41至图43所示的目镜结构。两个该目镜搭建系统进行麦克斯韦投射(Maxwellian view)或单目多图像显示。这些目镜中的显示屏101，也可以是配置了图34、图36、图38所示任一种光波导结构型背光源组件、或其它类似光波导结构型背光源组件的背光式显示器件。且它们的分光器件，也可以如图40所示位置进行置放，通过偏转显示屏各像素入射光以生成多个视区。此时，分光器件102分光形成的视区也可以是一维方向排列的条状视区，例如各微结构均沿该一维方向根据需要偏转入射光传播方向，沿该方向的垂向对入射光仅起扩散作用。
多视图显示结构10生成的相邻视区间，存在串扰噪声。为了抑制该噪声，置于相邻视区的偏转孔径，可以设置为具有相互不同正交特性的偏转孔径。其中，各偏转孔径分别仅允许具有对应正交特性的光入射或出射，不允许具有非对应正交特性的光入射或出射。同时，各偏转孔径于显示屏101上对应像素出射光被设计为具有该偏转孔径所具有的正交特性。图44以偏振方向相互垂直的两个线偏正交态作为两个正交特性，图中分别以“·”和“-”表示。具体地，对应视区VZ1的偏转孔径A1具有“·”特性，对应视区VZ2的偏转孔径A2具有“-”特性，对应视区VZ3的偏转孔径A3具有“·”特性，对应视区VZ4的偏转孔径A4具有“-”特性，对应视区VZ5的偏转孔径A5具有“·”特性，对应视区VZ6的偏转孔径A6具有“-”特性，对应视区VZ7的偏转孔径A7具有“·”特性，对应视区VZ8的偏转孔径A8具有“-”特性，对应视区VZ9的偏转孔径A9具有“·”特性。各偏转孔径的线偏正交态可以通过置对应偏光片于该偏转孔径上实现。对应地，视区VZ1对应的像素组各像素出射“·”光，视区VZ2对应的像素组各像素出射“-”光，视区VZ3对应的像素组各像素出射“·”光，视区VZ4对应的像素组各像素出射“-”光，视区VZ5对应的像素组各像素出射“·”光，视区VZ6对应的像素组各像素出射“-”光，视区VZ7对应的像素组各像素出射“·”光，视区VZ8对应的像素组各像素出射“-”光，视区VZ9对应的像素组各像素出射“·”光。所述正交特性，也可以是分别为左旋光和右旋光的两个旋偏正交态，或于不同时间点分别打开的时序正交态。图45所示为以时序正交态作为正交特性的范例。于各个时间周期t～t+Δt内，取两个时间点t和t+Δt/2。在时间点t，仅对应视区VZ1的偏转孔径A1、对应视区VZ3的偏转孔径A3、对应视区VZ5的偏转孔径A5、对应视区VZ7的偏转孔径A7、对应视区VZ9的偏转孔径A9允许对应光入射并出射，它们对应像素组各像素同步加载对应光信息，其它视区对应像素组的像素不加载光信息；同理，该时间周期内时间点t+Δt/2，仅对应视区VZ2的偏转孔径A2、对应视区VZ4的偏转孔径A4、对应视区VZ6的偏转孔径A6、对应视区VZ8的偏转孔径A8允许对应光入射并出射，它们对应像素组各像素同步加载对应光信息，其它视区对应像素组的像素不加载光信息。采用时序正交态作为正交特性时，需要各偏转孔径具有和控制器件30相连接的对应通光开关，例如和各偏转孔径一一对应的液晶开光，在控制器件30的控制下时序开关。图45以一个时间周期内取2各时间点为例进行说明，其也可以取更多个时间点。进一步地，正交特性也可以取上述各种具体特性的组合，如图46所示为线偏正交态和时序正交态的结合。这种结合可以提高正交特性的数量，更好地进行噪声抑制。如图44和图45所示情况下，沿视区排列方向x向和y向，相邻偏转孔径具有不同的正交特性。但由于它们均仅采用两种正交特性，沿对x向或y向偏转45°的方向，相邻偏转孔径就不再具有不同的正交特性，各偏转孔径对应像素组出射光，就可能通过该方向上的相邻非对应偏转孔径，导致串扰噪声。在图46所示情况下，通过线偏正交态和时序正交态的结合的结合，增大了正交特性种类，在沿对x向或y向偏转45°的方向上，也让相邻偏转孔径具有不同的正交特性，可以更有效地进行噪声抑制。
上述各范例中，多视图显示结构10中，分光器件102引导显示屏101的不同像素组出射光至各自对应视区。进一步地，分光器件102可以引导显示屏101不同子像素组投射光至各自对应视区。如图47所示，以选用具有R、G、B三色子像素的显示屏101为例，其R子像素分为三个子像素组，其投射光分别被分光器件102引导至视区VZ1R、VZ2R、VZ3R，G子像素分为三个子像素组，其投射光分别被分光器件102引导至视区VZ1G、VZ2G、VZ3G，B子像素分为三个子像素组，其投射光分别被分光器件102引导至视区VZ1B、VZ2B、VZ3B。类似地，对应各视区分别设置一偏转孔径，从而基于麦克斯韦(Maxwellian view)或单目多图像进行显示。类似地，相邻视区的偏转孔径可设置具有不同的正交特性，以抑制相邻偏转孔径间的串扰噪声，例如图47所示各偏转孔径附着有对应滤色片，该滤色片仅允许该偏转孔径对应视区所对应子像素出射颜色光通过。图48所示各偏转孔径对应正交特性为三个颜色正交态和两个线偏正交态组成的混合正交特性。图47和图48中，各偏转孔径所附着滤色片允许入射并出射光的颜色，由该视名称下标第二个字母表明。例如图48中的偏转孔径A1R，附着的滤色片仅允许R光通过，不允许G光和B光通过。且该偏转孔径A1R仅允许“·”光入射并出射。
上述对应各视区的偏转孔径，也可以由多于一个的子偏转孔径代替，以增加有效投射视图的视点密度。其中，同一视对应的子偏转孔径中，不同子偏转孔径具有不同的正交特性，且各子孔径于其所属视区对应像素组或子像素组中的对应像素或子像素，仅出射具有该子偏转孔径对应正交特性的光。如图49，其所示视区一致于图48所示视区。但同一视区内的有K＝2个子偏转孔径。具体地以视区VZ1R为例，其对应K＝2个子偏转孔径A1Rt1和A1Rt2。子偏转孔径A1Rt1具有颜色正交态和时序正交态的组合正交特性。以一个时间周期t～t+Δt为例进行说明，该时间周期内，子偏转孔径A1Rt1仅在时间点t仅允许“·”态R光通过，不允许G光和B光通过，也不允许“-”态R光通过，且在该时间周期内的其它时间点不允许光入射并出射；子偏转孔径A1Rt2仅在时间点t+Δt/K＝t+Δt/2仅允许“·”态R光通过，不允许G光和B光通过，也不允许“-”态R光通过，且在该时间周期内的其它时间点不允许光入射并出射。同时，相邻对应相同颜色的视区，例如对应R色光的相邻视区VZ1R和VZ4R，对应的子偏转孔径的线偏特性相互正交，即VZ4R对应的子偏转孔径A4Rt1和A4Rt2仅可能允许“-”态光通过。其它视区对应子偏转孔径，根据类似规则进行设计。则，同一视区对应的各子偏转孔径，其对应子像素为该子偏转孔径对应视区所对应子像素组的全部子像素，但仅限于该子偏转孔径允许光入射并出射的时间点。也即在一个时间周期内的K个时间点，一个视区所对应子像素组的全部子像素时序地一一对应该视区所对应K个子偏转孔径。图49以颜色正交态、偏光正交态和时序正交态的组合，设计不同子偏转孔径的正交特性。各子偏转孔径具有的正交特性还可以是其它类型的组合，例如图50所示颜色正交态、偏光正交态的组合设计。
上述各实施例中的各偏转孔径或子偏转孔径，可以设计为具有调控各入射光束发散角的相位调制功能，用来进一步约束入射观察者眼睛所处区域各光束的发散角。例如，各反射式孔径或子孔径的反射面设计为曲面，具有类似于反射式会聚透镜的反射会聚功能，在反射入射光束的同时，抑制各反射光束的发散。偏转孔径阵列20各偏转孔径(偏转孔径阵列20各偏转孔径可以视为是L＝1个偏转孔径组)也可以共同具有一个透射式或反射式成像透镜的功能，共同投射多视图显示结构10的像。例如，虚拟放置一透射式或反射式成像透镜于偏转孔径阵列20处，设计各偏转孔径于各自对应空间区域内的相位调制函数，一致于该虚拟放置的透射式或反射式成像透镜于该空间区域内的相位调制函数，则所有偏转孔径共同履行该虚拟放置的透射式或反射式成像透镜的功能。进一步地，偏转孔径阵列20各偏转孔径也可以分L>1组，其中，各组偏转孔径分别设计为共同具有一个对应透射式或反射式成像透镜的功能，该不同偏转孔径组分别投射多视图显示结构10的像至空间上各自对应的不同深度位置，用以扩展显示场景的深度。同样，不同空间组投射的显示结构10的像，也可以设计为沿角分布方向拼连覆盖更大的视角，用以扩展显示场景的视角。上述偏转孔径的相位设计，也可以类似地应用于子偏转孔径。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这是可以实现的。因此无法对所有的实施方式予以穷举。例如，其它可以引导显示屏上不同像素组或不同子像素组出射光分别至各自对应视区的分光结构，均可以作为本专利所述的分光器件。再例如，所述偏转孔径或子偏转孔径本身也可具有相位调制功能，以进一步优化出射光束发散角。又例如，本专利所描述光波导结构，仅以若干个具体结构为例，但凡是能提供本专利所要求的背光的各种光波导结构，及其它光学结构，均可作为本专利的背光源组件。本专利所述结构也可以和其它专利所述方法进行结合。例如，本专利针对偏转孔径进行设计，该偏转孔径对入射光具有折射或反射功能。若进一步地和专利“允许时间复用的光栅式三维显示系统和方法201510910629.4”所申报内容相结合，通过引入本专利所述子孔径和/或正交特性的设计方法至专利201510910629.4，将本专利所描述偏转孔径扩展至通孔的的情况。实际上，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，其基本方法是显示屏出射光经分光器件形成相邻视区或其像于观察者眼睛视向垂面内的投影间距小于观察者瞳孔直径的视区分布，置小尺寸偏转孔径于各视区来约束入射观察者眼睛光束的发散角，并通过多个视区内的多个偏转孔径，实现观察者眼睛至少一幅视图像的入射，从而基于麦克斯韦投射(Maxwellian view)或单目多图像进行的显示，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，包括：
多视图显示结构(10)，该多视图显示结构(10)对应一个观察者眼睛(40)放置，包括显示屏(101)和分光器件(102)，分光器件(102)用于引导显示屏(101)上不同像素组或子像素组各自向对应视区分别投射光信息，其中各像素组或子像素组的像素或子像素遍布显示屏(101)排列；
偏转孔径阵列(20)，由分别对应各视区的偏转孔径构成，各偏转孔径通过对入射光束的偏转，引导对应视区所对应像素组或子像素组投射光向观察者眼睛(40)所处区域传输，其中各偏转孔径于观察者眼睛(40)视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm；
控制器件(30)，该控制器件(30)与多视图显示结构(10)连接，用于控制显示屏(101)的信息加载，其中显示屏(101)各像素或子像素于一个时间点加载的信息为待显示场景沿对应投影方向的反向上的投影光信息，其中各像素或子像素对应的投影方向，为沿该像素或子像素所投射的、于该时间点入射观察者眼睛(40)所处区域的光束的传输方向；
该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组被设置为使得过待显示场景各显示物点，至少一束光束入射观察者眼睛(40)。
2.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，多视图显示结构(10)的显示屏(101)为背光式显示器件，由背光源组件(103)向该显示屏(101)提供背光。
3.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，多视图显示结构(10)的分光器件(102)为条状光栅单元排列组成的一维光栅，该一维光栅被设置为能够分光生成沿一维方向排列的条状视区。
4.根据权利要求3所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该分光器件(102)为柱透镜光栅或狭缝光栅。
5.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，多视图显示结构(10)的分光器件(102)为偏转入射光束传播方向的微结构组成的微结构阵列，该微结构阵列型分光器件(102)的各微结构和显示屏(101)各像素或子像素一一对应，偏转对应像素或子像素的入射光或出射光的传输方向，引导显示屏(101)上不同像素组或子像素组分别向各自对应视区投射光信息。
6.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，多视图显示结构(10)的分光器件(102)为会聚型分光器件；
该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组的显示屏(101)为背光式显示器件，由背光源组件(103)时序投射多束背光，所述分光器件(102)将该多束背光分别会聚至各自对应视区。
7.根据权利要求3、5和6任一项所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该显示屏(101)为背光式显示器件，向所述显示屏(101)提供背光的背光源组件(103)为光波导结构；
该光波导结构被设置为能够在各时间周期内的M个时间点，分别沿不同方向投射M束背光，其中M≧2。
8.根据权利要求7所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，所述显示屏(101)设有单向散射膜(104)，沿一维方向散射显示屏(101)各像素入射光或出射光。
9.根据权利要求7所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，置会聚器件(105)于显示屏(101)前或后，该会聚器件(105)用于对入射光束进行会聚。
10.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，相邻视区对应偏转孔径分别允许具有不同正交特性的光偏转出射，各偏转孔径对应视区所对应像素组或子像素组仅投射该偏转孔径所允许偏转出射的正交特性光。
11.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，各视区对应偏转孔径分别由N个分别允许N种互不相同正交特性光出射的子偏转孔径组成，该偏转孔径对应视区所对应像素组或子像素组，和该N个子偏转孔径一一对应地分为N个子-像素组或子-子像素组，各子-像素组或子-子像素组分别仅投射对应子偏转孔径所允许偏转出射的正交特性光，其中N≧2；
所述子偏转孔径被设置为使得其在观察者眼睛(10)视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。
12.根据权利要求10和11任一项所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，所述正交特性，为偏振方向相互垂直的两个线偏正交态，或分别为左旋光和右旋光的两个旋偏正交态，或于不同时间点分别打开的时序正交态，或不同波长的颜色正交态，或该线偏正交态、该旋偏正交态、该时序正交态、该颜色正交态中的两种或两种以上的组合。
13.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组还包括中继器件(50)，用于辅助引导多视图显示结构(10)投射光经偏转孔径阵列(20)向观察者眼睛(40)所处区域传播；
各偏转孔径的尺寸被设置为使得：各偏转孔径关于该中继器件(50)的像，于观察者眼睛(10)视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。
14.根据权利要求11所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组还包括中继器件(50)，用于辅助引导多视图显示结构(10)投射光经偏转孔径阵列(20)向观察者眼睛所处区域(40)传播；
各子偏转孔径的尺寸被设置为使得：各子偏转孔径关于该中继器件(50)的像，于观察者眼睛(10)视向垂面上的正交投影，沿各个方向的尺寸均小于2.5mm。
15.根据权利要求13和14任一项所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，所述中继器件(50)为能够投射多视图显示结构(10)的像的透镜或透镜组。
16.根据权利要求13和14任一项所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，所述中继器件(50)为通过反射引导光传播的镜片结构。
17.根据权利要求13和14任一项所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，所述中继器件(50)为自由曲面器件。
18.根据权利要求7所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，其背光源组件(103)由大于一个的光波导结构组成，该各光波导结构分别向显示屏(101)的不同部分投射背光。
19.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该偏转孔径阵列(20)各偏转孔径具有调控出射光束发散角的相位调制功能。
20.根据权利要求11所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该偏转孔径阵列(20)各子偏转孔具有调控出射光束发散角的相位调制功能。
21.根据权利要求1所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该偏转孔径阵列(20)各偏转孔径分为L组，L≧1；
其中，对于每一个偏转孔径组，该偏转孔径组的所有偏转孔径共同投射多视图显示结构(10)的像至该偏转孔径组所对应的深度。
22.根据权利要求11所述的一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组，其特征在于，该偏转孔径阵列(20)各子偏转孔径分为L组，L≧1；
其中，对于每一个偏转子孔径组，该子偏转孔径组的所有子偏转孔径共同投射多视图显示结构(10)的像至该子偏转孔径组所对应的深度。
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