CN113126315A - 光波导矢向背光的三维显示模组 - Google Patents

光波导矢向背光的三维显示模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光波导矢向背光的三维显示模组，由时序光源光波导矢向背光组件、波面转换器件、显示器件及其它组件组成，其中时序光源光波导矢向背光组件包括多于一个的时序开关光源、中继器件和光波导器件。各时序开关光源，通过中继器件、光波导器件及其它组件，依次向显示器件投射各自对应矢向光，观察者眼睛接收来自显示器件的调制光信息。时序光源光波导矢向背光组件控制显示器件各像素入射光束的矢向，并经对应像素调制入射观察者瞳孔，克服传统三维显示固有的聚焦‑会聚冲突问题。其中光波导器件的引入实现了薄结构的矢向背光组件，使本发明公开的光波导矢向背光的三维显示模组可以应用于各种便携式显示终端，比如手机、iPad、头戴式VR/AR等。

Description

光波导矢向背光的三维显示模组
技术领域
本发明涉及三维显示技术领域，更具体涉及一种光波导矢向背光的三维显示模组。
背景技术
相对于传统二维显示，具有深度信息呈现能力的三维显示，因为显示场景维度一致于人们生活的真实空间，而备受关注。但现有三维显示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各自对应的一幅视图，基于双目视差原理实现深度信息的呈现。在此过程中，观察者各目需要聚焦于显示面，以看清楚各自对应视图，而双目的视向交叉于出屏的显示场景以触发观察者的深度感，由此导致单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。而在自然情况下，观察者观察真实的三维场景时，单目聚焦深度和双目会聚深度一致于观察者关注的空间深度。由此，传统体视技术的聚焦-会聚冲突有悖于人体自然进化的生理习惯，会导致观察者视觉不适，是阻碍三维显示技术推广应用的瓶颈性问题。
目前，从多种技术路线出发，研究者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。其中，麦克斯韦投射(maxwellian view)(US2019/0204600,AUGMENTEDREALITY OPTICS SYSTEM WITH PINPOINT MIRROR)和单目多视图(PCTCN2017080874,THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASED ON DIVISION MULTIPLEXING OF VIEWER'SENTRANCE-PUPIL AND DISPLAY METHOD)是两种可行的技术路线。前者向观察者眼睛投射视图的各像素光束沿传播方向上具有较小的光强分布梯度，从而提高出屏点光强对观察者单目聚焦的吸引力，牵引观察者各目在一定深度范围内自然聚焦于双目会聚位置，实现单目聚焦位置和双目会聚位置的一致。后者向观察者瞳孔的不同位置分别投射的两个或多个视图，该两个或多个视图的视图像素所投射矢向光束空间叠加形成光点分布，这些叠加光点处的光强分布，相对于投影面上视图像素的光强分布，于一定深度范围内具有更优的牵引能力，可以牵引观察者眼睛自然聚焦于叠加光点，克服上述聚焦-会聚冲突问题。
发明内容
本发明提出一种光波导矢向背光的三维显示模组，可以直接作为双目三维显示系统向观察者双目呈现可自然聚焦的三维场景，也可以作为一个目镜向观察者的一个眼睛呈现可自然聚焦的三维场景，并采用两个该光波导矢向背光的三维显示模组构建双目三维显示系统。该光波导矢向背光的三维显示模组由时序光源光波导矢向背光组件、波面转换器件和显示器件组成。其中时序光源光波导矢向背光组件包括多于一个的时序开关光源所组成的时序开关光源阵列、中继器件和光波导器件。时序开关光源阵列的各时序开关光源，通过中继器件和光波导，依次循环向显示器件投射不同矢向特性的光，观察者眼睛接收经显示器件调制的矢向光信息。时序光源光波导矢向背光组件通过显示器件入射光的矢向控制，设计引导显示器件各像素调制光束以各自矢向经观察者瞳孔入射观察者瞳孔，基于单目多视图或麦克斯韦投射的显示机制进行显示。其中，光波导矢向背光的三维显示模组所采用时序光源光波导矢向背光组件具有薄的结构，使本发明公开的光波导矢向背光的三维显示模组可以应用于各种便携式显示终端，比如手机、iPad、头戴式VR/AR等。
为了克服聚焦-会聚冲突，利用光波导设计轻薄结构的矢向背光结构，基于麦克斯韦投射或/和单目多视图的显示机制实现单目可自然聚焦的三维显示，本发明提供如下方案：
光波导矢向背光的三维显示模组，包括：
时序光源光波导矢向背光组件，包括M个时序开关光源组成的时序开关光源阵列、中继器件和光波导器件，其中所述M个时序开关光源在相邻M个时间点依次开关，所述光波导器件由光波导体、入瞳、耦入器件、反射面、耦出器件和出瞳构建，所述中继器件调制各时序开关光源出射光，使其各自以对应矢向特性入射所述光波导器件的光波导体，其中M≧2；
该时序光源光波导矢向背光组件被设置为使得其各时序开关光源出射光经中继器件，过光波导器件的入瞳入射光波导体，然后经耦入器件引导和反射面反射，于光波导体内向耦出器件传播，并经耦出器件引导，由出瞳以各自对应矢向特性出射光波导体；
显示器件，由像素排列组成，时序以来自所述时序光源光波导矢向背光组件不同时序开关光源的不同矢向特性光作为背光，通过其像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；
波面转换器件，沿所述时序光源光波导矢向背光组件投射光的传输方向，置于所述显示器件前，成像所述显示器件各像素至对应像素虚像，并调制入射光，使来自所述时序光源光波导矢向背光组件的入射光以会聚的形态向观察者瞳孔所处区域进行传输；
控制器件，控制所述时序光源光波导矢向背光组件的M个时序开关光源在相邻M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地轮流打开，并同步加载对应光信息至所述显示器件各像素；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为使得其显示器件各像素在一个时间点，最多仅有一个矢向的光束入射，且其所加载光信息，为沿该像素在该时间点所调制光束入射观察者瞳孔所处区域时的传播方向的反向，待显示场景于该像素对应像素虚像上的投影信息。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组的时序光源光波导矢向背光组件的M个光源为线光源，在一个循环周期，所述显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，线光源经中继器件、光波导器件和波面转换器件所成像的线向的垂面内，分别沿至少两个矢向投射光信息至观察者瞳孔。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组的时序光源光波导矢向背光组件的M个光源为点光源，在一个循环周期，所述显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，分别沿至少一个矢向投射光信息至观察者瞳孔。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组的波面转换器件为球面透镜、非球面透镜或柱透镜。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括偏转器件，置于光波导器件出射光的传播路径上，偏转其传播路径的方向。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括补偿单元，置于外部环境和波面转换器件之间，消除波面转换器件对外部环境入射光的影响。
进一步地，所述波面转换器件为聚焦能力时序受控变化的变焦透镜；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为能够由控制器件驱动波面转换器件，时序在不同深度上形成显示器件的多个虚像，并由控制器件同步加载对应信息给显示器件各像素；
或，通过外部辅助器件实时跟踪观察者双目会聚深度，控制器件驱动波面转换器件投射显示器件的虚像于该聚焦深度或其附近的投影面，并同步驱动显示器件各像素加载对应信息。
进一步地，所述波面转换器件为焦距时序可控的液晶透镜，或多个液晶片叠加放置而成的复合液晶透镜；
其中，所述复合液晶透镜中不同液晶片的组合产生不同聚焦能力，不同液晶片的组合的驱动实现不同的聚焦能力。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括光路折叠结构，该光路折叠结构置于所述显示器件和波面转换器件之间，用于缩短显示器件和波面转换器件之间的空间距离。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括光路折叠结构，该光路折叠结构置于所述波面转换器件和瞳孔之间，用于缩短波面转换器件和瞳孔之间的空间距离。
进一步地，该光路折叠结构包括：第一光学特性调制片，半透半反片，第二光学特性调制片，选择性反射-透射器件，其中选择性反射-透射器件分别反射和透射具有不同光学特性的光束，定义透射对应光学特性为透射特性，反射对应光学特性为反射特性；
该光路折叠结构被设置为使得：入射光经第一光学特性调制片和第二光学特性调制片，以反射特性入射选择性反射-透射器件，并被选择性反射-透射器件反射，然后经第二光学特性调制片一次后再次被半反半透片反射，并再次入射第二光学特性调制片，两次过第二光学特性调制片的光束，对应光学特性由反射特性转换为透射特性，然后经透射选择性反射-透射器件出射。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括瞳孔定位单元，用于实时确定瞳孔空间位置，根据瞳孔空间位置，实时选择时序光源光波导矢向背光组件中投射光入射瞳孔的N个时序开关光源作为实时有效光源，由控制器件控制该N个实时有效光源时序开关工作，并同步以对应光信息刷新显示器件，其中M≧N≧2。
本发明还提供以下另一种方案：
光波导矢向背光的三维显示模组，包括：
时序光源光波导矢向背光组件，包括M个时序开关光源组成的时序开关光源阵列、中继器件和光波导器件，其中所述M个时序开关光源在相邻M个时间点依次开关，所述光波导器件由光波导体、入瞳、耦入器件、反射面、耦出器件和出瞳构建，所述中继器件调制各时序开关光源出射光各自以对应矢向特性入射所述光波导器件的光波导体，其中M≧2；
该时序光源光波导矢向背光组件被设置使得其各时序开关光源出射光经中继器件，过光波导器件的入瞳入射光波导体，然后经耦入器件引导和反射面(1303)反射，于光波导体内向耦出器件传播，并经耦出器件引导，由出瞳以各自对应矢向特性出射光波导体；
显示器件，由像素排列组成，时序以来自所述时序光源光波导矢向背光组件不同时序开关光源的不同矢向特性作为背光，通过其像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；
波面转换器件，沿所述时序光源光波导矢向背光组件投射光的传输方向，置于所述显示器件后，调制入射光，使来自所述时序光源光波导矢向背光组件的入射光以会聚的形态向观察者瞳孔所处区域进行传输；
控制器件，控制所述时序光源光波导矢向背光组件的M个时序开关光源在相邻的M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地轮流打开，并同步加载对应光信息至所述显示器件各像素；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为使得其显示器件各像素在一个时间点，最多仅有一个矢向的光束入射，且其所加载光信息，为沿该像素在该时间点所调制光束传播方向的反向，待显示场景于该像素上的投影信息。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组的时序光源光波导矢向背光组件的M个光源为线光源，在一个循环周期，所述显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，线光源经中继器件、光波导器件和波面转换器件所成像的线向的垂面内，分别沿至少两个矢向投射光信息至观察者瞳孔。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组的时序光源光波导矢向背光组件的M个光源为点光源，在一个循环周期，所述显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，分别沿至少一个矢向投射光信息至观察者瞳孔。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组的波面转换器件为球面透镜、非球面透镜或柱透镜。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括偏转器件，置于光波导器件出射光的传播路径上，偏转其传播路径的方向。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括补偿单元，置于外部环境和波面转换器件之间，消除波面转换器件对外部环境入射光的影响。
进一步地，所述波面转换器件为聚焦能力时序受控变化的变焦透镜；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为能够由控制器件驱动波面转换器件，时序在不同深度上形成显示器件的多个虚像，并由控制器件同步加载对应信息给显示器件各像素；
或，通过外部辅助器件实时跟踪观察者双目会聚深度，控制器件驱动波面转换器件投射显示器件的虚像于该聚焦深度或其附近的投影面，并同步驱动显示器件各像素加载对应信息。
进一步地，所述波面转换器件为焦距时序可控的液晶透镜，或多个液晶片叠加放置而成的复合液晶透镜；
其中，所述复合液晶透镜中不同液晶片的组合产生不同聚焦能力，不同液晶片的组合的驱动实现不同的聚焦能力。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括光路折叠结构，该光路折叠结构置于所述波面转换器件和瞳孔之间，用于缩短波面转换器件和瞳孔之间的空间距离。
进一步地，该光路折叠结构包括：第一光学特性调制片，半透半反片，第二光学特性调制片，选择性反射-透射器件，其中选择性反射-透射器件分别反射和透射具有不同光学特性的光束，定义透射对应光学特性为透射特性，反射对应光学特性为反射特性；
该光路折叠结构被设置为使得：入射光经第一光学特性调制片和第二光学特性调制片，以反射特性入射选择性反射-透射器件，并被选择性反射-透射器件反射，然后经第二光学特性调制片一次后再次被半反半透片反射，并再次入射第二光学特性调制片，两次过第二光学特性调制片的光束，对应光学特性由反射特性转换为透射特性，然后经透射选择性反射-透射器件出射。
进一步地，所述光波导矢向背光的三维显示模组还包括瞳孔定位单元，用于实时确定瞳孔空间位置，根据瞳孔空间位置，实时选择时序光源光波导矢向背光组件中投射光入射瞳孔的N个时序开关光源作为实时有效光源，由控制器件控制该N个实时有效光源时序开关工作，并同步以对应光信息刷新显示器件，其中M≧N≧2。
通过点状背光源投射光的矢向特性设计，控制显示器件各像素调制光传播方向，时序牵引过显示物点的两个或多个不同矢向光束入射观察者瞳孔，可以基于单目多视图的显示机制实现聚焦-会聚冲突的克服，比如PCT公布文本WO2018/091984A1(NEAR-EYESEQUENTIAL LIGHT-FIELD PROJECTOR WITH CORRECT MONOCULAR DEPTH CUES)所述。但点状背光源透射光覆盖显示器件，需要一定的传播距离，由此导致PCT公布文本WO2018/091984A1所述系统结构臃肿，不利其实用化。
本发明利用光波导结构传导背光源投射光，从而薄化背光结构，并设计不同背光源时序投射背光各自的矢向特性，基于单目多视图或麦克斯韦投射的显示机制，实现呈现单目可自然聚焦三维场景的显示模组搭建。
本发明具有以下技术效果：本发明光波导矢向背光的三维显示模组，借助薄结构的光波导进行矢向背光的传导，克服传统矢向背光的结构厚重问题，使之可以应用于各种屏幕及便携式显示终端，比如头戴式VR、AR、手机、iPad等；并基于单目多视图或麦克斯韦投射的显示机制，实现单目聚焦和双目会聚距离的一致。
本发明实施例的细节在附图或以下描述中进行体现。本发明的其它特性、目的和优点通过下述描述、附图而变得更为明显。
附图说明
附图用于帮助更好地理解本发明，也是本说明书的一部分。这些对实施例进行图解的附图和描述一起用以阐述本发明的原理。
图1是光波导矢向背光的三维显示模组的基本结构。
图2是基于单目多视图机制进行显示的原理示意图。
图3是某个时间点所有像素投射光非全部入射观察者瞳孔的情况示意图。
图4是基于麦克斯韦投射机制进行显示的原理示意图。
图5是基于双光波导矢向背光的三维显示模组的显示系统结构图。
图6是基于单光波导矢向背光的三维显示模组的显示系统结构图。
图7是采用分立子结构的偏转器件示例。
图8是采用单一结构的偏转器件示例。
图9是综合了偏转器件、补偿单元和波面转换器件功能的复合结构示例。
图10是一种光路折叠结构示意图。
图11是平行态光出射光波导器件的一种耦出器件设计方案示意图。
图12是平行态光出射光波导器件的另一种耦出器件设计方案示意图。
图13是采用两个时序光源光波导矢向背光组件10的结构示意图。
图14是非平行光束于光波导器件内的传输示意图。
图15是采用反射型显示器件的光波导矢向背光的三维显示模组。
图16是其它可用的光波导器件范例。
图17是沿光传输方向显示器件置于波面转换器件前的结构示意图。
图18是波面转换器件和耦出器件复合的光波导矢向背光的三维显示模组结构示意图。
图19是波面转换器件和出瞳复合的光波导矢向背光的三维显示模组结构示意图。
具体实施方式
本发明所述光波导矢向背光的三维显示模组，通过背光矢向特性设计，引导显示器件投射信息沿特定矢向入射观察者瞳孔，基于单目多视图或麦克斯韦投射的显示机制，实现观察者眼睛可自然聚焦的空间场景呈现。相较于现有基于矢向背光的三维显示光机，本发明通过光波导的引入实现背光结构的轻薄化，使矢向背光可以更方便地应用于各种三维显示屏幕及便携式三维显示终端。
图1所示为光波导矢向背光的三维显示模组的基本结构。其包括时序光源光波导矢向背光组件10、显示器件20、波面转换器件30、控制器件40。其中，时序光源光波导矢向背光组件10又包括由M≧2个时序开关光源组成的时序开关光源阵列11、中继器件12和光波导器件13。图1以M＝3为例。时序开关光源阵列11的M＝3个时序开关光源1101、1102和1103在相邻M＝3个时间点t、t+Δt/3和t+2Δt/3依次开关，且在一个时间点仅一个时序开关光源被打开。Δt为一个时间周期，在相邻的各时间周期内，M＝3个时序开关光源同样地依次开关。光波导器件13由光波导体1301、入瞳1305、耦入器件1302、反射面1303、耦出器件1304和出瞳1306构建。中继器件12置于时序开关光源阵列11和光波导器件13之间，调制各时序开关光源出射光，使其各自以对应矢向特性入射所述光波导器件13。图1具体地以球面透镜为中继器件12，M＝3时序开关光源1101、1102和1103置于透镜型中继器件12的焦面上，经透镜型中继器件12调制，其投射光分别以各自对应矢向的平行光这一矢向特性，经光波导器件13的入瞳1305入射光波导体1301，然后经耦入器件1302引导和反射面1303反射，于光波导体1301内向耦出器件1304传播，并经耦出器件1304调制，由出瞳1306沿各自对应的矢向平行出射。图1以t时刻时序开关光源1101打开的情况为例，说明其以对应矢向平行出射出瞳1306的矢向特性。其它时序开关光源在其它时间点所投射光，类似地以各自对应矢向平行出射出瞳1306。根据几何光学，不同时序开关光源投射光，其出射出瞳1306时的矢向各不相同。图1具体的以反射面作为偶入器件1302，以多个半透半反面1304a、1304b和1304c作为耦出器件1304，图示来自一个时序开关光源1101的光沿对应矢向平行地出射出瞳1306。其中，以多个半透半反面1304a、1304b和1304c构建耦出器件1304的目的是进行扩瞳，以保证出瞳出射光的分布范围足够覆盖后继的光学器件，如显示器件20和波面转换器件30。沿光传播方向，波面转换器件30置于时序光源光波导矢向背光组件10前，对来自时序开关光源的光进行会聚。具体地，图1中，来自时序开关光源1101、1102和1103的光经波面转换器件30，将分别被会聚到点V1、V2和V3，即分别向对应点会聚的矢向特性。显示器件20由像素排列组成，置于时序光源光波导矢向背光组件10和波面转换器件30之间，以来自时序光源光波导矢向背光组件10的矢向光作为背光，通过其像素对各自入射光束的调制进行光信息加载。经波面转换器件30，显示器件20各像素的放大虚像被投影至显示器件20的虚像I20，加载光信息分别向点V1、V2和V3传播。观测观察者瞳孔50处于点V1、V2和V3所在区域。图中，Ms1和Ms2为x方向上，显示器件20的虚像I20的边点。控制器件40控制时序光源光波导矢向背光组件10的M＝3个时序开关光源的时序开关，并在一个时序光源打开时，控制显示器件20同步加载光信息。在任一时间点，显示器件20各像素所加载光信息，为沿该像素调制光束过所述波面转换器件30后的传播方向的反向，待显示场景于该像素对应像素虚像上的投影信息。
图2以M＝3的具体情况，示例说明基于单目多视图机制进行显示的实现方法。为了图示简洁清晰，图2中光波导器件13的部分组件省略而未绘出，以下其它示图也可能出现这种省略。M＝3个时序开关光源投射光分别沿各自对应矢平行出射出瞳1306，经波面转换器件30分别会聚于点V1、V2和V3，形成M＝3个时序开关光源的像。点V1、V2和V3落于观察者的瞳孔50上。对一个显示物点P，其和点V1、V2和V3的连线交显示器件20的虚像I20于点Ip1、Ip2和Ip3。点Ip1、Ip2、Ip3和像素p1、p2、p3对应，分别是像素p1、p2、p3在I20上的像素虚像。则像素p1、p2、p3在一个时间周期内的不同时间点出射的矢向光束，可以等效的认为是像素虚像Ip1、Ip2、Ip3在一个时间周期内的不同时间点出射的光束，Ip1V1、Ip2V2、Ip3V3。时序出射的等效矢向光束Ip1V1、Ip2V2、Ip3V3于点P叠加，在时间周期Δt足够小的情况下，基于视觉滞留形成眼睛可以自然聚焦的显示物点P。显示场景的各物点，均同理显示。控制器件40控制M＝3个时序开关光源在相邻的M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地轮流打开，并同步加载对应光信息至所述显示器件20各像素，实现显示场景的可自然聚焦。其中，显示器件20各像素在一个时间点，仅有一个矢向光束入射，其所加载光信息，为沿该像素实时调制光束传播方向的反向，待显示场景于该像素对应像素虚像上的投影信息。以像素p1为例，其加载光信息为沿V1指向Ip1的方向，待显示场景于Ip1的上的投影信息。
图1和图2，以点V1、V2和V3均置于观察者瞳孔50为例进行说明。当观察者瞳孔50沿光传播方向偏离点V1、V2和V3时，在满足单目多视图的条件时，即“在任一时间点，过显示器件20各像素，分别最多有一个矢向的光束入射观察者瞳孔50；在任一时间周期内，过显示器件20各像素，分别至少有两条不同矢向的光束入射观察者瞳孔50”，则同样可以实现单目多视图的三维显示。在该情况下，一个时间周期内的某个时间点，显示器件20的像素所投射光束，可以不完全入射甚至不入射观察者瞳孔50。如图3所示示例，观察者瞳孔50偏离点V1、V2和V3，t时刻显示器件20各像素所投射过V1点的光束，全部入射观察者瞳孔50。t+Δt/3时刻，I20上S2Ms1区域内各像素虚像于显示器件20上的对应像素投射光束不入射观察者瞳孔50；t+2Δt/3时刻，I20上S3Ms2区域内像素虚像于显示器件20上的对应像素投射光束不入射观察者瞳孔50。其中，S2是观察者瞳孔50边点Me2和V2连线于I20的交点；S3是观察者瞳孔50边点Me1和V3连线于I20的交点。则，在该时间周期内，各像素至少沿两个矢向投射光信息给观察者瞳孔50，也可以实现单目多视图显示。其中，I20上S2S3区域内像素虚像于显示器件20上的对应像素沿三个矢向投射光信息入射观察者瞳孔50。本文件“一个矢向的光束”、“两条不同矢向的光束”等类似的描述中，以一个光束中的一条理想光线的传播方向做为该光束的矢向。
基于单目多视图进行显示时，各时序开关光源可以是点光源，也可以是线光源，如图2左下角所示。需要注意的是，采用线光源时，实现单目多视图显示所要求的“在任一时间点，过显示器件20各像素，分别最多有一个矢向的光束入射观察者瞳孔50；在任一时间周期内，过显示器件20各像素，分别至少有两条不同矢向的光束入射观察者瞳孔50”中所说的“矢向”，指的是线光源出射光经其它组件会聚而成线状像的线向的垂面内的矢向。以图1为例，当光源1101、1102、1103是沿y向的线光源时，经中继器件12、耦入器件1302、反射面1303、耦出器件1304、波面转换器件30，它们的出射光于xz面上分别对应的会聚像点V1、V1、V1，沿y向是线状。该情况下，像素p1的像素虚像Ip1于xz面内的等效投射光束Ip1V1,在yz面内将由不同矢向的光组成。此时，“在任一时间点，过显示器件20各像素，分别最多有一个矢向的光束入射观察者瞳孔50；在任一时间周期内，过显示器件20各像素，分别至少有两条不同矢向的光束入射观察者瞳孔50”中所说的“矢向”，不包含yz面内的矢向，而是仅指光束向xz面(y向垂面)投影所得的投影“矢向”。时序开关光源采用点光源时，实现单目多视图显示所要求的“在任一时间点，过显示器件20各像素，分别最多有一个矢向的光束入射观察者瞳孔50；在任一时间周期内，过显示器件20各像素，分别至少有两条不同矢向的光束入射观察者瞳孔50”中所说的“矢向”，则指的是三维空间内的矢向。各时序开关光源选用线光源时，中继器件12也可以选择柱透镜，其轴向平行于线光源的线向放置。这里，沿一个方向离散分布的点光源集合，也可以认为是等效的线光源。另外，如果以各时序开关光源为点光源，但中继器件12采用柱透镜时，各时序开关光源不能仅沿柱透镜的轴向分布，最优的是沿垂直于柱透镜轴向进行排列。在时序开关光源选用线光源或中继器件12选用柱透镜时，前述的“矢向”，按如下方法确定：以虚拟球面透镜代替原有中继器件12，沿时序开关光源排列方向垂向，设置两个虚拟点光源于虚拟球面透镜的焦平面上，即各虚拟点光源出射光沿各自对应矢向平行地入射光波导体1301，然后经其余组件，两个虚拟点光源会聚形成像点，所述“矢向”是指光束传输方向于该两个虚拟点光源会聚像连线垂面上的投影矢向。具体到图2，即为光束矢向于xz面上投影矢向。
图3中的点V1、V2和V3间距变大时，会发生仅一个点落入观察者瞳孔50的情况，如图4所示的仅V1落入观察者瞳孔50的情况。此时，来自时序开关光源1101的光以平行光形态从出瞳1306出射，并入射显示器件20，然后经显示器件20各像素调制后，以一定会聚角入射观察者瞳孔50。当各像素调制出射光束的发射角小到其出射光束于观察者瞳孔50处的光斑小于观察者瞳孔50的直径时，于该像素的像素虚像附近一定深度范围内，等效光束沿深度上的光强分布梯度满足麦克斯韦投射显示机制的要求，观察者瞳孔50对应的眼睛对该深度范围内显示的场景自然聚焦，克服聚焦-会聚冲突问题。此时，虽然点V2和V3对应光信息不起作用，但点V2和V3的存在，允许观察者瞳孔50对应眼睛在一定范围内移动，也即为观察者瞳孔50对应眼睛提供了一个观察区域。图2和图3中所示补偿单元60，靠近光波导体1301置于外部环境和波面转换器件30之间，消除波面转换器件30对外部环境入射光的影响，在所采用显示器件20为透明器件时，实现增强显示。
当观察者瞳孔50沿光束传播方向或其反方向，偏离点V1、V2和V3时，只要过各像素均有一个矢向的光束入射观察者瞳孔50，即可基于麦克斯韦投射显示机制进行显示。类似于图3对应的情况，此时，入射观察者瞳孔50的光束，可能于一个时间周期内的不同时间点来自于不同的时序开关光源。在一个时间周期内，若过部分像素仅有一个时间点透射的一个矢向的光束入射观察者瞳孔50，而过其它像素有不同时间点透射的不同矢向的光束入射观察者瞳孔50时，会发生麦克斯韦投射和单目多视图共同生效的情况。当一个时间周期内，过各像素均有不同时间点透射的不同矢向的光束入射观察者瞳孔50时，则转换为完全基于单目多视图进行的显示。当基于麦克斯韦投射进行显示时，时序开关光源仅能为点光源，如图4左下角所示，波面转换器件30也不能为柱面镜。
图1至图4所示光波导矢向背光的三维显示模组，示为仅对应观察者的一只眼睛。搭建双目显示系统，需要两个分别对应观察者左瞳孔50和右瞳孔50′的两个光波导矢向背光的三维显示模组，如图5所示。为了图示简洁清晰，图5中各光波导矢向背光的三维显示模组的组件未全部示出。
同时，光波导矢向背光的三维显示模组也可以直接用于向观察的两个瞳孔分别进行信息投射，独立作为双目显示系统，如图6。此时，过显示器件20各像素，透射光束分别时序入射观察者各目。基于单目多视图进行显示时，在一个时间周期内，过显示器件20的各像素，分别至少沿两个矢向，时序透射调制光束入射观察者的各瞳孔；基于麦克斯韦投射进行显示时，在一个时间周期内，过显示器件20的各像素，分别沿一个矢向，透射调制相应光束入射观察者各瞳孔。对观察者的瞳孔50或50′，当部分像素透射调制两条光束，其它像素透射调制一条光束入射时，将会基于麦克斯韦投射和单目多视图的混合机制进行显示。
所采用时序开关光源数量的增加，过各显示物点可以投射更多的矢向光束进观察者瞳孔50，提升显示效果，或者通过投射光束覆盖更大的范围，为观察者瞳孔50提供更大的放置区域。但同时，也要求显示器件20具有更高的刷新频率，以避免因显示场景的显示频率不足所出现闪烁效应的情况。针对这种情况，可以引入瞳孔定位单元90。如图6所示，用于实时确定瞳孔50或/和瞳孔50′的空间位置，根据瞳孔50或/和瞳孔50′的空间位置，实时选择时序光源光波导矢向背光组件10中投射光入射瞳孔50或/和瞳孔50′的N个时序开关光源作为有效光源，由控制器件40控制仅被选择的N个有效光源在N个相邻时间点组成的各时间周期时序开关工作，并同步以对应光信息刷新显示器件20进行显示。同时关闭其它时序开关光源，以降低显示对显示器件20刷新频率的要求。
进一步地，还可以置偏转器件70于光波导矢向背光的三维显示模组的光束传播路径上，对光束传输路径进行偏转，如图7和图8。其中，图7所示情况为偏转器件70由M＝3个分立的偏转镜70a、70b和70c，分别置于时序开关光源1101a、1101b和1101c的会聚点上，分立偏转镜70a、70b和70c的尺寸可以比较小，而它们之间的空隙，允许外部环境光入射。分立偏转镜70a、70b和70c也可以允许外部环境光透射，以增减环境光的透过度。图8所示偏转器件70是一个完整的偏转镜，偏离各时序开关光源的会聚点放置，该位置上，来自时序开关光源1101a、1101b和1101c的光可以发生混杂。偏转器件70也同时可以允许外部环境光透射。引入偏转器件70时，上述过程中，确定显示器件20各像素加载信息时，所述的显示器件20的虚像，就变成显示器件20经波面转换器件30和偏转器件70所成虚像。
光波导矢向背光的三维显示模组中的不同器件的功能，也可以综合到一个复合结构，如图9所示综合了偏转器件70、补偿单元60和波面转换器件30的功能的自由曲面复合结构。其中，自由曲面复合结构的曲面F1为透射面，曲面F3为反射面，曲面F2为半反半透面，曲面F4为透射面。其中曲面F1、F3、F2和F4共同参与对未示出像素阵列110的成像，起波面转换器件30的功能；曲面F5消除曲面F2和F4对外部环境入射光的影响，起补偿单元60的功能；曲面F3和F2起偏转器件70功能。
本专利光波导矢向背光的三维显示模组中，其波面转换器件30也可以为聚焦能力时序受控变化的变焦透镜，受控制器件40驱动，时序在不同深度上形成显示器件20的多个虚像，并由控制器件40同步加载对应信息给显示器件20各像素，然后在每个深度的显示器件20虚像上，再基于上述方法在该深度附近一定范围内进行场景的呈现，基于视觉滞留效应提高显示场景的景深。也可以通过外部辅助器件实时跟踪观察者双目会聚深度，控制器件40驱动波面转换器件30投射显示器件20的虚像于该深度或接近该深度的投影面，并同步驱动显示器件20各像素加载对应信息。上述的变焦透镜，可以是焦距时序可控的液晶透镜，或多个液晶片叠加放置而成的复合液晶透镜，其不同液晶片的组合产生不同聚焦能力，时序驱动不同液晶片的组合实现聚焦能力的时序变化。
进一步地，沿光传播路径，还可以置光路折叠结构80于波面转换器件30和瞳孔20之间，用于缩短波面转换器件30和瞳孔50之间的空间距离。图10所示为一种光路折叠结构80，置于显示器件20和波面转换器件30之间，由第一光学特性调制片804、半透半反片803、第二光学特性调制片802、选择性反射-透射器件801组成。其中选择性反射-透射器件801分别反射和透射具有不同光学特性的光，定义透射对应光学特性为透射特性，反射对应光学特性为反射特性。入射光经第一光学特性调制片804和第二光学特性调制片802，以反射特性入射选择性反射-透射器件801，并被选择性反射-透射器件801反射，然后经第二光学特性调制片802一次后被半反半透片803反射，并再次入射第二光学特性调制片802，两次过第二光学特性调制片802的光，对应光学特性由反射特性转换为投射特性，然后经透射选择性反射-透射器件301出射。通过光传播路径的折返，缩短了显示器件20和波面转换器件30之间的空间距离，有利于光波导矢向背光的三维显示模组的结构薄化。具体地，图10以
Figure BDA0002370437940000141
态偏振作为透射特性。和
Figure BDA0002370437940000142
态偏振正交的“●”态偏振为反射特性。第二光学特性调制片802取为四分之一波片。过第一光学特性调制片804，来自显示器件20的光调制为旋光出射，然后经半透半反片803透射后，被第二光学特性调制片802调制为“●”态偏振光入射选择性反射-透射器件801，并被反射。被入射选择性反射-透射器件801反射的●”态偏振光，经第二光学特性调制片802后被半透半反片803反射，再一次入射第二光学特性调制片802，两次经过第二光学特性调制片802的“●”态偏振光，被转换为透射特性的
Figure BDA0002370437940000143
态偏振光，并出射选择性反射-透射器件801。
同样地，光路折叠结构80也可以置于波面转换器件30和观察者瞳孔50之间。或者两个光路折叠结构80分别置于形转换器件30和瞳孔50之间，和波面转换器件30和观察者瞳孔50之间。本专利中，光波导矢向背光的三维显示模组，是为了获取时序的矢向背光。以时序开关光源阵列11和光路折叠结构80的组合代替时序光源光波导矢向背光组件10，也可以实现结构薄化的矢向背光模组。
上述范例中，各时序开关光源投射光，以平行态入射光波导体1301进行传输，并以平行态出射。为使该出射光覆盖显示器件20各像素，光波导器件13的耦出器件1304需要进行设计。图11为入射光连续覆盖光波导器件13的反射面1302的情况，此时沿x方向，耦出器件1304的各半透半反面间距最大临界情况为相邻的半透半反面首尾依次连接，如图11中沿x向的连接点A和B。图中，光线1和2为各时间点，经入瞳1305入射光沿x向的两个最边缘光线。相邻半透半反面沿x向间距大于该距离，一个时间点，显示器件20的部分像素出现无入射光的情况。当光波导器件13的反射面1303上，入射光无法全部覆盖时，为了保证显示器件20所有像素在一个时间点均有对应入射光束，耦出器件1034的各反射面设计如图12所示。半透半反面1304a透射光于光波导器件13的反射面1303上只能覆盖到A点，则从A点引入半透半反面1304b；然后半透半反面1304b透射光于光波导器件13的反射面1303上只能覆盖到B点，则从B点引入半透半反面1304c，如此类推。若半透半反面的密度大于图11和12所示密度，当然也可视实现显示。在光波导器件13的反射面1303上，入射光无法全部覆盖时，也可以利用多于一个的时序光源光波导矢向背光组件10，互补性地覆盖显示器件20各像素。图13以采用两个时序光源光波导矢向背光组件10和10′进行举例，在同一个时间点，来自不同时序光源光波导矢向背光组件的光，各自覆盖显示器件20像素的各一个部分，且该两个部分互补地毗邻拼合。当该两个时序光源光波导矢向背光组件10和10′向显示器件20的一个像素上投射光束矢向完全一致时，上述两个部分也可以发生重叠，只是要求重叠区域的各像素，其来自该不同时序光源光波导矢向背光组件的入射光束矢向完全一致。
实际上，在一个时间点，来自对应时序开关光源10的光不能完全覆盖显示器件20各像素时，所述光波导矢向背光的三维显示模组在满足“在各间周期内，过任一像素最少有两个矢向的光束入射观察者瞳孔50”时，也是可以基于单目多视图显示机制进行显示的；在满足“在各时间周期内，过任一像素有一个矢向的光束入射观察则瞳孔50”时，也是可以基于麦克斯韦投射显示机制进行显示的。也即是说，对显示器件20的一个像素，即使在一个或若干个时间点无背光光束入射，但只要在一个时间周期内的其它时间点，有背光光束入射，且满足单目多视图或麦克斯韦投射显示实现的要求，即可以实现可自然聚焦的三维显示。并不强制要求在一个时间点，显示器件20各像素都要有各自对应的有一个矢向的背光光束入射。
上述各图，以光波导器件13出射光为沿某个特定矢向的平行光这一矢向特性为例进行说明。光波导器件13出射光也可以为非平行光。例如，如图14所示，时序开关光源以非平行态入射光波导器件14，反射传输并出射光波导器件13的光，也是非平行光。且，经出瞳1306出射的非平行光，其不同部分可能会聚于该时序开光光源的不同像，比如经出瞳1306出射的非平行光的不同部分分别经不同的反射次数时。在该情况下，在“过任一像素在一个时间点最多仅一个矢向的光束通过，且在各时间周期内，过任一像素最少有两个矢向的光束入射观察者瞳孔50”的前提下，可基于单目多视图进行显示；在“过任一像素在一个时间点最多仅一个矢向的光束通过，且在各时间周期内，过任一像素一个矢向的光束入射观察则瞳孔50”的前提下，可基于麦克斯韦投射显示机制进行显示；在“过任一像素在一个时间点最多仅一个矢向的光束通过，且在各时间周期内，过部分像素仅有一个矢向的光束入射观察者瞳孔50，过另外的像素有两个或多个矢向的光束入射观察者瞳孔50”的前提下，基于麦克斯韦投射和单目多视图的混合机制进行显示。也即是说，该显示规则，光波导器件13出射光在一个时间点无法全部覆盖显示器件20时，同样成立。
上述各图，以显示器件20为透射型器件为例进行说明。显示器件20也可以是反射型器件，如图15所示。
上述各图，均以反射面作为光波导器件13耦入器件1302，以半透半反面作为光波导器件13耦出器件1304的子结构。实际上，用于实现光传播的各种光波导结构均可作为本专利的光波导器件13，比如以中空的腔体型光波导结构，比如采用其它偶入或耦出结构的光波导结构。例如，图16示的光波导结构，其偶入器件1302为光栅器件或全息元件，其耦出器件1304也是光栅器件或全息元件。在需要扩瞳时，其耦出器件1304在光入射时，也需将其一部分的光能导向出瞳1306，另一部分的光能继续被反射。并，上述各图所示光波导器件13，其反射面1303均示为沿±z向的两个面。实际上，光波导器件13的反射面1303也可以包括更多的面，比如沿±y向的两个面。
上述各图中，沿光传输方向，波面转换器件30设置为处于显示器件20之前，对显示器件20成放大虚像。显示器件20也可以置于波面转换器件30之前，如图17所示。该情况和波面转换器件30设置为处于显示器件20之前时的区别，仅在于各像素加载信息的确定方法。显示器件20置于波面转换器件之前时，在一个时间点，一个像素对应加载信息，为沿该像素实时调制光束传播方向的反向，待显示场景于该像素上的投影信息。当引入偏转器件70时，上述过程中，在一个时间点，一个像素对应加载信息，为沿该像素实时调制光束经偏转器件70反射后的传播方向的反向，待显示场景于该像素关于偏转器件70的像素虚像上的投影信息。
显示器件20置于波面转换器件30之前时，波面转换器件30可以和光波导器件13的耦出器件1304复合，如图18；也可以和光波导器件13的出瞳1306复合，如图19。
本发明的核心思想是以光波导结构，时续引导不同矢向的光入射显示器件20，通过同步加载对应光信息于显示器件20，使各像素时序沿不同矢向投射光信息至观察者瞳孔50，从而基于单目多视图或/和麦克斯韦投射的显示机制实现可自然聚焦的三维显示。
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。相应地，所有相关实施例都落入本发明的保护范围内。

Claims (23)

1.光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，包括：
时序光源光波导矢向背光组件(10)，包括M个时序开关光源组成的时序开关光源阵列(11)、中继器件(12)和光波导器件(13)，其中所述M个时序开关光源在相邻M个时间点依次开关，所述光波导器件(13)由光波导体(1301)、入瞳(1305)、耦入器件(1302)、反射面(1303)、耦出器件(1304)和出瞳(1306)构建，所述中继器件(12)调制各时序开关光源出射光，使其各自以对应矢向特性入射所述光波导器件(13)的光波导体(1301)，其中M≧2；
该时序光源光波导矢向背光组件(10)被设置为使得其各时序开关光源出射光经中继器件(12)，过光波导器件(13)的入瞳(1305)入射光波导体(1301)，然后经耦入器件(1302)引导和反射面(1303)反射，于光波导体(1301)内向耦出器件(1304)传播，并经耦出器件(1304)引导，由出瞳(1306)以各自对应矢向特性出射光波导体(1301)；
显示器件(20)，由像素排列组成，时序以来自所述时序光源光波导矢向背光组件(10)不同时序开关光源的不同矢向特性光作为背光，通过其像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；
波面转换器件(30)，沿所述时序光源光波导矢向背光组件(10)投射光的传输方向，置于所述显示器件(20)前，成像所述显示器件(20)各像素至对应像素虚像，并调制入射光，使来自所述时序光源光波导矢向背光组件(10)的入射光以会聚的形态向观察者瞳孔(50)所处区域进行传输；
控制器件(40)，控制所述时序光源光波导矢向背光组件(10)的M个时序开关光源在相邻M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地轮流打开，并同步加载对应光信息至所述显示器件(20)各像素；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为使得其显示器件(20)各像素在一个时间点，最多仅有一个矢向的光束入射，且其所加载光信息，为沿该像素在该时间点所调制光束入射观察者瞳孔(50)所处区域时的传播方向的反向，待显示场景于该像素对应像素虚像上的投影信息。
2.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，其时序光源光波导矢向背光组件(10)的M个光源为线光源，在一个循环周期，所述显示器件(20)各像素在有对应光信息加载的情况下，线光源经中继器件(12)、光波导器件(13)和波面转换器件(30)所成像的线向的垂面内，分别沿至少两个矢向投射光信息至观察者瞳孔(50)。
3.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，其时序光源光波导矢向背光组件的M个光源为点光源，在一个循环周期，所述显示器件(20)各像素在有对应光信息加载的情况下，分别沿至少一个矢向投射光信息至观察者瞳孔(50)。
4.根据权利要求1-3任一项所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，其波面转换器件(30)为球面透镜、非球面透镜或柱透镜。
5.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括偏转器件(70)，置于光波导器件(13)出射光的传播路径上，偏转其传播路径的方向。
6.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括补偿单元(60)，置于外部环境和波面转换器件(30)之间，消除波面转换器件(30)对外部环境入射光的影响。
7.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，所述波面转换器件(30)为聚焦能力时序受控变化的变焦透镜；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为能够由控制器件(40)驱动波面转换器件(30)，时序在不同深度上形成显示器件(20)的多个虚像，并由控制器件(40)同步加载对应信息给显示器件(20)各像素；
或，通过外部辅助器件实时跟踪观察者双目会聚深度，控制器件(40)驱动波面转换器件(30)投射显示器件20的虚像于该聚焦深度或其附近的投影面，并同步驱动显示器件(20)各像素加载对应信息。
8.根据权利要求7所述的光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，所述波面转换器件(30)为焦距时序可控的液晶透镜，或多个液晶片叠加放置而成的复合液晶透镜；
其中，所述复合液晶透镜中不同液晶片的组合产生不同聚焦能力，不同液晶片的组合的驱动实现不同的聚焦能力。
9.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括光路折叠结构(80)，该光路折叠结构(80)置于所述显示器件(20)和波面转换器件(30)之间，用于缩短显示器件(20)和波面转换器件(30)之间的空间距离。
10.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括光路折叠结构(80)，该光路折叠结构(80)置于所述波面转换器件(30)和瞳孔(20)之间，用于缩短波面转换器件(30)和瞳孔(50)之间的空间距离。
11.根据权利要求9至10任一项所述的光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，该光路折叠结构(80)包括：第一光学特性调制片(804)，半透半反片(803)，第二光学特性调制片(802)，选择性反射-透射器件(801)，其中选择性反射-透射器件(801)分别反射和透射具有不同光学特性的光束，定义透射对应光学特性为透射特性，反射对应光学特性为反射特性；
该光路折叠结构被设置为使得：入射光经第一光学特性调制片(804)和第二光学特性调制片(802)，以反射特性入射选择性反射-透射器件(801)，并被选择性反射-透射器件(801)反射，然后经第二光学特性调制片(802)一次后再次被半反半透片(803)反射，并再次入射第二光学特性调制片(802)，两次过第二光学特性调制片(802)的光束，对应光学特性由反射特性转换为透射特性，然后经透射选择性反射-透射器件(801)出射。
12.根据权利要求1所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括瞳孔定位单元(90)，用于实时确定瞳孔(50)空间位置，根据瞳孔(50)空间位置，实时选择时序光源光波导矢向背光组件(10)中投射光入射瞳孔(20)的N个时序开关光源作为实时有效光源，由控制器件(40)控制该N个实时有效光源时序开关工作，并同步以对应光信息刷新显示器件(20)，其中M≧N≧2。
13.光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，包括：
时序光源光波导矢向背光组件(10)，包括M个时序开关光源组成的时序开关光源阵列(11)、中继器件(12)和光波导器件(13)，其中所述M个时序开关光源在相邻M个时间点依次开关，所述光波导器件(13)由光波导体(1301)、入瞳(1305)、耦入器件(1302)、反射面(1303)、耦出器件(1304)和出瞳(1306)构建，所述中继器件(12)调制各时序开关光源出射光各自以对应矢向特性入射所述光波导器件(13)的光波导体(1301)，其中M≧2；
该时序光源光波导矢向背光组件(10)被设置为使得其各时序开关光源出射光经中继器件(12)，过光波导器件(13)的入瞳(1305)入射光波导体(1301)，然后经耦入器件(1302)引导和反射面(1303)反射，于光波导体(1301)内向耦出器件(1304)传播，并经耦出器件(1304)引导，由出瞳(1306)以各自对应矢向特性出射光波导体(1301)；
显示器件(20)，由像素排列组成，时序以来自所述时序光源光波导矢向背光组件(10)不同时序开关光源的不同矢向特性作为背光，通过其像素对各自对应入射光束的调制，进行光信息加载；
波面转换器件(30)，沿所述时序光源光波导矢向背光组件(10)投射光的传输方向，置于所述显示器件(20)后，调制入射光，使来自所述时序光源光波导矢向背光组件(10)的入射光以会聚的形态向观察者瞳孔(50)所处区域进行传输；
控制器件(40)，控制所述时序光源光波导矢向背光组件(10)的M个时序开关光源在相邻的M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地轮流打开，并同步加载对应光信息至所述显示器件(20)各像素；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为使得其显示器件(20)各像素在一个时间点，最多仅有一个矢向的光束入射，且其所加载光信息，为沿该像素在该时间点所调制光束传播方向的反向，待显示场景于该像素上的投影信息。
14.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，其时序光源光波导矢向背光组件(10)的M个光源为线光源，在一个循环周期，所述显示器件(20)各像素在有对应光信息加载的情况下，线光源经中继器件(12)、光波导器件(13)和波面转换器件(30)所成像的线向的垂面内，分别沿至少两个矢向投射光信息至观察者瞳孔(50)。
15.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，其时序光源光波导矢向背光组件的M个光源为点光源，在一个循环周期，所述显示器件(20)各像素在有对应光信息加载的情况下，分别沿至少一个矢向投射光信息至观察者瞳孔(50)。
16.根据权利要求13至15任一项所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，其波面转换器件(30)为球面透镜、非球面透镜或柱透镜。
17.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括偏转器件(70)，置于光波导器件(13)出射光的传播路径上，偏转其传播路径的方向。
18.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括补偿单元(60)，置于外部环境和波面转换器件(30)之间，消除波面转换器件(30)对外部环境入射光的影响。
19.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，所述波面转换器件(30)为聚焦能力时序受控变化的变焦透镜；
该光波导矢向背光的三维显示模组被设置为能够由控制器件(40)驱动波面转换器件(30)，时序在不同深度上形成显示器件(20)的多个虚像，并由控制器件(40)同步加载对应信息给显示器件(20)各像素；
或，通过外部辅助器件实时跟踪观察者双目会聚深度，控制器件(40)驱动波面转换器件(30)投射显示器件20的虚像于该聚焦深度或其附近的投影面，并同步驱动显示器件(20)各像素加载对应信息。
20.根据权利要求19所述的光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，所述波面转换器件(30)为焦距时序可控的液晶透镜，或多个液晶片叠加放置而成的复合液晶透镜；
其中，所述复合液晶透镜中不同液晶片的组合产生不同聚焦能力，不同液晶片的组合的驱动实现不同的聚焦能力。
21.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括光路折叠结构(80)，该光路折叠结构(80)置于所述波面转换器件(30)和瞳孔(20)之间，用于缩短波面转换器件(30)和瞳孔(50)之间的空间距离。
22.根据权利要求21所述的光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，该光路折叠结构(80)包括：第一光学特性调制片(804)，半透半反片(803)，第二光学特性调制片(802)，选择性反射-透射器件(801)，其中选择性反射-透射器件(801)分别反射和透射具有不同光学特性的光束，定义透射对应光学特性为透射特性，反射对应光学特性为反射特性；
该光路折叠结构被设置为使得：入射光经第一光学特性调制片(804)和第二光学特性调制片(802)，以反射特性入射选择性反射-透射器件(801)，并被选择性反射-透射器件(801)反射，然后经第二光学特性调制片(802)一次后再次被半反半透片(803)反射，并再次入射第二光学特性调制片(802)，两次过第二光学特性调制片(802)的光束，对应光学特性由反射特性转换为透射特性，然后经透射选择性反射-透射器件(801)出射。
23.根据权利要求13所述光波导矢向背光的三维显示模组，其特征在于，还包括瞳孔定位单元(90)，用于实时确定瞳孔(50)空间位置，根据瞳孔(50)空间位置，实时选择时序光源光波导矢向背光组件(10)中投射光入射瞳孔(20)的N个时序开关光源作为实时有效光源，由控制器件(40)控制该N个实时有效光源时序开关工作，并同步以对应光信息刷新显示器件(20)，其中M≧N≧2。
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