CN113495366B

CN113495366B - 基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法

Info

Publication number: CN113495366B
Application number: CN202010259368.5A
Authority: CN
Inventors: 滕东东; 刘立林
Original assignee: Park View Guangzhou Technology Co ltd
Current assignee: Park View Guangzhou Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: CN113495366A; WO2021196369A1

Abstract

本发明公开一种基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法。以显示器件子像素为基本显示单元，各出射同种颜色光的子像素分别单独作为一个子像素组或分为几个子像素组。在分光器件调控下，该多个子像素组投射待显示场景多于一个的图像入射观察者同一瞳孔，基于单目多视图实现单目可聚焦的三维场景显示。来自不同颜色子像素的投射光，沿各自对应矢向于各显示物点叠加形成空间彩色光点，将传统基于不同颜色子像素拼连而成面分布彩色像素进行的显示，转化为基于不同颜色子像素投射光束叠加而成空间分布彩色光点进行的显示。其中，分光器件引导来自各子像素的光束发散角受限地沿各自对应矢向，向各自所属子像素组的对应视区投射。

Description

基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，更具体涉及基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法。

背景技术

相较于传统二维显示，三维显示可以提供维度一致于人们所感知真实世界的光学信息，正受到越来多的关注。基于双目视差原理进行三维呈现的体视技术(包括自动体视)，向观察者双目分别投射各自对应的一幅二维图像，利用双目视向于出屏场景处的交叉触发观察者的深度感知。但观察者各眼睛为了看清楚各自对应的二维图像，需一直聚焦于二维图像显示面，由此导致聚焦-会聚冲突问题，即观察者单目聚焦深度和双目汇聚深度的不一致。这种单目聚焦深度和双目汇聚深度的不一致，有悖于自然情况下人们观察真实三维场景时单目聚焦深度和双目汇聚深度一致的生理习惯，由此导致观察者的视觉不适，是目前阻碍三维显示技术推广应用的瓶颈性问题。单目多视图是解决聚焦-会聚冲突问题的一种有效技术路径。其利用分光器件，引导显示器件向观察者同一眼睛投射至少两个待显示场景的二维图像，以引导过各显示物点存在至少两束光束入射观察者该同一眼睛，该至少两束光束于显示物点处叠加形成光斑的光强分布可以牵引观察者眼睛自由聚焦于该叠加光斑时，即实现聚焦-会聚冲突问题的克服。

发明内容

本发明提出一种基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，以显示器件子像素为基本显示单元，各出射同种颜色光的子像素分别单独作为一个子像素组或分为几个子像素组，由此形成的多个子像素组，投射待显示场景的多个图像入射观察者瞳孔所处区域，基于单目多视图实现单目可聚焦的三维场景显示。现有单目多视图显示技术，均是基于不同像素所投射具有彩色呈现能力的光束的空间叠加，形成单目可聚焦空间光点。其各像素投射光束所具有的彩色呈现能力来自于该像素所包含子像素分别出射的基本色光束的混合调制。一个该类空间光点的叠加形成，至少需要两个像素投射光束的空间叠加，例如PCT/CN2017/080874(THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASED ON DIVISION MULTIPLEXINGOF VIEWER'S ENTRANCE-PUPIL AND DISPLAY METHOD)和PCT/IB2017/055664(NEAR-EYESEQUENTIAL LIGHT-FIELD PROJECTOR WITH CORRECT MONOCULAR DEPTH CUES)所述。本专利所述方法，以不同子像素投射的基本色光束，于空间叠加形成单目可聚焦空间光点。相较于现有单目多视图技术至少所需的两个像素，形成一个单目可聚焦空间光点，本专利所述方法最少仅需要两个子像素。通过以子像素为基本显示单元，本专利基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，可有效提高显示器件的二维视图投射数量，更有利于观察者眼睛观影区域的扩展，或通过提升投射视图对应视区的空间密度扩展单目可聚焦显示场景的显示深度。进一步的，本专利利用投影器件投射显示器件的放大像，使所述方法的适用范围扩展至近眼显示；利用中继器件优化光学结构的空间结构分布。所述方法可以直接应用于双目三维显示光学引擎，也可以应用于针对单目的光学引擎。

以子像素作为显示单元，基于单目多视图实现单目可聚焦的三维显示，本发明提供如下方案：

基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，包括以下步骤：

(i)以显示器件各像素的子像素为基本显示单元，各出射相同颜色光的子像素，分别单独作为一个子像素组或分为若干个子像素组；

所述显示器件的子像素分属K′类出射光颜色互不相同的基本色子像素，包括K类基元色子像素，且各子像素组的子像素遍布该显示器件排列，其中K′≧2，K′≧K≧2；

其中，所述K类基元色子像素，按一一对应的方式，分别对应K类滤光片，各类基元色子像素出射光对对应滤光片和对其它(K-1)类基元色子像素对应各滤光片的透过率比值大于9，并定义基本色子像素出射光的颜色为基本色，共K′类基本色，定义基元色子像素出射光的颜色为基元色，共K类基元色；

(ii)沿显示器件各子像素出射光传输方向，设置分光器件于显示器件前，引导显示器件各子像素分别向其所属子像素组对应的视区投射光束，并限制该各投射光束的发散角，使该各投射光束于观察者瞳孔所处面上，沿至少一个方向，光强值大于峰值光强的50％的光分布尺寸小于观察者瞳孔直径；

(iii)由与显示器件连接的控制器件，控制各子像素组加载显示对应图像，其中各子像素所加载图像信息，为沿该子像素所投射并入射观察者瞳孔所处区域的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔所处面交点上的投影光信息；

其中，一个子像素组显示的图像为待显示场景的一个视图，不同子像素组的不同部分互补拼合所成拼合子像素组显示的图像为一个拼合视图；

其中，显示器件各子像素组对应视区的空间位置分布，被设置为使得总数至少为两个的视图或/和拼合视图信息入射同一观察者瞳孔。

进一步地，步骤(i)还包括以所述子像素组的子像素所出射光的颜色命名该子像素及其所属子像素组，例如绿色子像素及其所属的绿色子像素组。

进一步地，所述分光器件为对应观察者瞳孔置放的孔径阵列，该孔径阵列包含至少一组由K个孔径组成的孔径组，该K个孔径一一对应地附有K类基元色子像素分别对应的K类滤光片，各孔径对应类基元色子像素所成子像素组中，投射光通过该孔径的子像素组以该孔径为对应视区。

进一步地，所述孔径阵列包含M组孔径组，不同孔径组分别仅允许互不相同正交特性光通过，其中M≧2。

进一步地，所述互不相同正交特性，是于不同时间点不同时透射的时序正交特性、或偏振方向相互垂直的两个线偏特性、或旋转方向相反的两个旋光特性、或于不同时间点不同时透射的时序正交特性和偏振方向相互垂直的两个线偏特性的组合特性、或于不同时间点不同时透射的时序正交特性和旋转方向相反的两个旋光特性的组合特性。

进一步地，所述分光器件为对应观察者瞳孔置放的孔径阵列，该孔径阵列包含至少一组由K′个孔径组成的孔径组，该K′个孔径与K′类基本色子像素一一对应，各孔径对应类基本色子像素所成子像素组中，投射光通过该孔径的子像素组以该孔径为对应视区，其中对应K类基元色子像素的K个孔径分别附有对应的K类滤光片，其中K′﹥K；

其中，同一孔径组中，附有K类滤光片的K个孔径允许同一种正交特性光通过，其余(K′-K)个孔径分别仅允许其它(K′-K)种正交特性光中的各一种通过，该(K′-K+1)种正交特性互不相同，各孔径对应类基本色子像素所成子像素组中，投射光通过该孔径的子像素组以该孔径为对应视区。

进一步地，所述显示器件为具有背光源阵列的被动式显示装置，该背光源阵列包括至少一组分别投射K类基元色光的K个背光源所组成背光源组，所述分光器件为投射该背光源阵列各背光源的实像的光学器件，各背光源的实像的光分布区域作为投射光颜色一致于该背光源投射光颜色的子像素组中，投射光过该光分布区域的子像素组所对应视区。

进一步地，所述背光源阵列包含M组背光源组，不同背光源组分别出射互不相同正交特性光，其中M≧2。

进一步地，所述互不相同正交特性，是于不同时间点不同时投射的时序正交特性、或偏振方向相互垂直的两个线偏特性、或旋转方向相反的两个旋光特性、或于不同时间点不同时投射的时序正交特性和偏振方向相互垂直的两个线偏特性的组合特性、或于不同时间点不同时投射的时序正交特性和旋转方向相反的两个旋光特性的组合特性。

进一步地，所述显示器件为具有背光源阵列的被动式显示装置，该背光源阵列包括至少一组分别投射K′类基本色光的K′个背光源所组成背光源组，所述分光器件为投射该背光源阵列各背光源的实像的光学器件，各背光源的实像的光分布区域作为投射光颜色一致于该背光源投射光颜色的子像素组中，投射光过该光分布区域的子像素组所对应视区，其中K′﹥K；

其中，同一背光源组中，投射K类基元色光的K个背光源出射光具有同一种正交特性，其余(K′-K)个背光源出射光分别具有其它(K′-K)种正交特性中的各一种，该(K′-K+1)种正交特性互不相同。

进一步地，步骤(ii)还包括置投影器件于与显示器件对应的位置，成显示器件放大像。

进一步地，步骤(ii)还包括置中继器件于显示器件投射光传输路径上，引导显示器件投射光束入射观察者瞳孔所处区域。

进一步地，所述中继器件为反射面、或半透半反面、自由曲面组合、或光波导器件。

进一步地，步骤(iii)还包括将追踪器件与控制器件连接，通过追踪器件(70)实时确定观察者瞳孔的位置。

进一步地，步骤(iii)还包括根据观察者瞳孔的位置，对于投射光入射观察者瞳孔的各子像素，确定其所加载光信息，为沿该子像素所投射并入射观察者瞳孔的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔交点上的投影光信息。

进一步地，步骤(iii)还包括根据观察者瞳孔的位置，由控制器件确定投射光束入射观察者瞳孔的各子像素组，并仅驱动该各子像素组作为有效子像素组进行单目多视图显示。

本发明以子像素为基本显示单元，相对于以像素为显示单元的单目多视图显示方法，可以有效提高二维视图的投射数量，并结合分光器件的特性设计，通过结合空间复用或/和时间复用，进一步满足单目多视图显示对二维视图投射数量的较大要求。

本发明具有以下技术效果：本发明基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，为无聚焦-会聚冲突三维显示提供一种实现方法。本专利基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，可有效提高显示器件的二维视图投射数量，更有利于观察者眼睛观影区域的扩展，或通过提升投射视图对应视区的空间密度扩展单目可聚焦显示场景的显示深度。进一步的，本专利利用投影器件投射显示器件的放大像，使所述方法的适用范围扩展至近眼显示；利用中继器件优化光学结构的空间结构分布。所述方法可以直接应用于双目三维显示光学引擎，也可以应用于针对单目的光学引擎。

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是现有以像素为显示单元的单目多视图显示原理示意图。

图2本专利基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法示意图。

图3是拼合子像素组的拼合规则说明图。

图4是无光束叠加发生的深度区域示意图。

图5是投影器件的成像功能示意图。

图6是中继器件偏折光传播路径的示例。

图7是孔径型分光器件分光原理示意图。

图8是基于线偏特性的孔径型分光器件工作原理说明图。

图9是基于时序正交特性的孔径型分光器件工作原理说明图。

图10是一种基于混合正交特性的孔径型分光器件工作原理说明图。

图11是另一种基于混合正交特性的孔径型分光器件工作原理说明图。

图12是基于孔径型分光器件的双目显示结构示意图。

图13是基于孔径型分光器件的近眼单目显示光学引擎示意图。

图14是基于孔径型分光器件的近眼双目显示光学引擎示意图。

图15是基于孔径型分光器件的复合结构型近眼单目光学引擎示例1。

图16是基于孔径型分光器件的复合结构型近眼单目光学引擎示例2。

图17是基于孔径型分光器件的复合结构型近眼单目光学引擎示例3。

图18是基于孔径型分光器件的复合结构型近眼单目光学引擎示例4。

图19是基于孔径型分光器件的轻薄化单目光学引擎的结构装配图。

图20是基于孔径型分光器件的复合结构型近眼单目光学引擎示例5。

图21是基于孔径型分光器件的自由曲面型中继器件范例示意图。

图22是基于孔径型分光器件的光波导型中继器件范例1示意图。

图23是多光波导堆叠结构示意图。

图24是基于孔径型分光器件的光波导型中继器件范例2示意图。

图25是基于孔径型分光器件的光波导型中继器件范例3示意图。

图26是成像型分光器件分光原理示意图。

图27是基于线偏特性的成像型分光器件工作原理说明图。

图28是基于时序正交特性的成像型分光器件工作原理说明图。

图29是一种基于混合正交特性的成像型分光器件工作原理说明图。

图30是基于成像型分光器件的双目显示结构示意图。

图31是背光源形状示意图。

图32是条状视区相对于观察者双目连线方向的倾斜排列示意图。

图33是复合结构型显示装置示意图。

图34是基于成像型分光器件的近眼单目显示光学引擎范例1示意图。

图35是基于成像型分光器件的近眼单目显示光学引擎范例2示意图。

图36是基于成像型分光器件的近眼双目显示光学引擎示意图。

图37是基于成像型分光器件的近眼单目显示光学引擎范例3示意图。

图38是基于成像型分光器件的近眼单目显示光学引擎范例4示意图。

图39是基于成像型分光器件的近眼单目显示光学引擎范例5示意图。

图40是基于成像型分光器件的近眼单目显示光学引擎范例6示意图。

图41是基于成像型分光器件的自由曲面型中继器件范例示意图。

图42是基于成像型分光器件的光波导型中继器件范例1示意图。

图43是基于成像型分光器件的光波导型中继器件范例2示意图。

具体实施方式

本发明基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，直接以子像素为基本显示单元，利用多个子像素组，向观察者同一瞳孔投射至少两个视图，基于来自不同视图的不同矢向光束的空间叠加，形成单目可聚焦显示光点，实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。

现有单目多视图技术都是以像素为基本显示单元，投射至少两个视图至观察者的同一瞳孔50，通过来自该至少两个视图的至少两束过显示物点光束的空间叠加，于显示物点处形成空间叠加光点。相对于各叠加光束于出射像素处的光强分布，该空间叠加光点的光强分布对观察者眼睛具有更大吸引力时，可以牵引观察者眼睛聚焦于该空间叠加光点，从而克服聚焦-会聚冲突。该过程中，于观察者瞳孔50所处面上，沿至少一个方向，各光束光强值大于峰值光强的50％的光分布尺寸要小于观察者瞳孔50直径D_p，以保证相对于各光束出射像素处的光强分布，空间叠加光点处的光强分布可以具有吸引观察者眼睛焦点的能力。所述的至少两个视图，来自于显示器件10上的至少两个像素组，该至少两个像素组在分光器件20的作用下，分别向各自对应视区投射关于该视区的对应视图。具体地如图1所示基于单目两视图的示例，其中显示器件10以薄结构显示器为例。像素组1投射光束携带视图1光信息经对应视区VZ₁，像素组2投射光束携带视图2光信息经对应视区VZ₂，分别入射观察者瞳孔50。x向为视区排列方向。于待显示物点P，来自像素组1的光束1和来自像素组2的光束2叠加形成空间叠加光点。该空间叠加光点的光强分布，可以吸引观察者瞳孔50对应眼睛聚焦于该物点P时，观察者眼睛焦点将不再被强制固定于光束1或光束2的出射像素处，也即观察者眼睛焦点将不再被强制固定于显示器件10上，从而实现聚焦-会聚冲突的克服。其它同理呈现的单目可聚焦显示物点，共同组成单目可聚焦三维场景。图1是为了说明单目多视图实现的基本原理和方法，没有涉及分光器件20的具体结构，以虚框代替分光器件20。且分光器件20相对于显示器件10空间位置，也是为了便于图示而示意性地示出，并不代表分光器件20采用不同形态的具体结构时，其和显示器件10之间的实际位置关系一定如图1所示。

实际上，提高视区的数量和分布密度，可以实现同一观察者瞳孔50的更多视图入射。这样，过各显示物点，将会有更多的叠加光束沿各自矢向入射观察者瞳孔50。该更多数量光束的叠加，可以提高空间叠加光点对观察者眼睛焦点的吸引能力，有利于更大出屏距离场景的显示。同时，更多的视区，也可以为观察者瞳孔50提供更大的观影区域，以便观察者瞳孔50于该更大观影区域内发生移动时，持续基于单目多视图原理看到无聚焦-会聚冲突的显示场景。基于单目多视图进行显示时，视区数量的增加意味着它们各自对应视图数量的增加，需要分光器件20分割显示器件10的像素为更多个像素组，以投射该更多的视图。显示器件10像素分割为像素组，往往是由分光器件20基于空间分割复用或时间分割复用来实现的。其中，空间分割复用将显示器件10的像素空间上分为对应不同视区的不同空间像素组，各空间像素组包含像素互不相同，更多的空间像素组意味着各空间像素组包含像素数量的下降，也即投射视图分辨率的下降。时间分割复用将显示器件10的像素时序上分为对应不同视区的不同时序像素组，各时序像素组包含像素相同，但在同一个时间周期内的不同时间点分别向不同的视区进行光信息投射，基于视觉滞留进行不同时序像素组投射光束间的空间叠加。基于时间分割复用生成更多的时序像素组，意味着基于视觉滞留显示一个场景时，于一个时间周期内需要时间点数目的增加，也即三维场景显示频率的相对下降。

图1为现有单目多视图显示方法的示意图，其各光束是由对应像素出射的。各像素分别包含大于一个的子像素。同一个像素的多于一个的子像素，分别出射不同颜色的光，该不同颜色光混合而成多色混合光，作为该像素的彩色出射光。各像素如此出射的彩色光，于单目多视图显示过程中，通过分光器件20的发散角约束和矢向引导，以发散角受限的矢向光束形态，空间叠加生成单目可聚焦空间叠加光点。图1所示过程所需的两个视图，由显示器件10像素经分光器件20分割而成的两个像素组投射。

不同于图1所示以像素为基本显示单元所进行的单目多视图显示，本专利以子像素作为基本显示单元进行单目多视图显示。各出射相同颜色光的子像素，分别单独作为一个子像素组或分成多个子像素组，并以各子像素出射光的颜色命名该子像素及其所属子像素组，例如绿色子像素和其所属绿色子像素组。图2以各像素分别由R(红)、G(绿)、B(蓝)三色子像素构成的显示器件10为例进行说明，R、G、B三色子像素为分别出射红色光、绿色光、蓝色光的三类子像素。本专利中，设定显示器件10的所有子像素分属K′类出射光颜色互不相同的基本色子像素，其中包括K类基元色子像素。所述K类基元色子像素，满足如下条件：按一一对应的方式，分别对应K类滤光片，各类基元色子像素出射光对对应滤光片和对其它(K-1)类基元色子像素对应滤光片的透过率比值大于9。此处，K′≧2，K′≧K≧2。定义基本色子像素出射光的颜色为基本色，共K′类基本色，定义基元色子像素出射光的颜色为基元色，共K类基元色。图2选用的显示器件10，其K′＝3类基本色子像素同时也是K＝3类基元色子像素。各像素中的三个子像素沿x向排列。图2以各基本色子像素分别被分割为两个子像素组为例，共2×3＝6个子像素组：红色子像素组1、绿色子像素组1、蓝色子像素组1、红色子像素组2、绿色子像素组2和蓝色子像素组2。该6个子像素组，在分光器件20引导下，一一对应地分别过6个视区VZ_R1、VZ_G1、VZ_B1、VZ_R2、VZ_G2和VZ_B2投射待显示场景的6个视图。其中，各子像素所加载的图像信息，为沿该子像素所投射并经其所属子像素组对应视区入射观察者瞳孔50所处区域的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔50所处面交点上的投影光信息。也即是说，各子像素组分别加载相对于各自对应视区的视图。需要指出，各子像素投射光为基本色，只能投射该基本色光信息，所述“沿该子像素所投射并经其所述子像素组对应视区入射观察者瞳孔50所处区域的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔50所处面交点上的投影光信息”中的投影光信息，仅指颜色一致于该子像出射光颜色的信息分量。这也适用于本专利其它部分。设计各视区间距，使过至少两个视区出射的至少两个视图的光信息入射同一观察者瞳孔50。如图2所示，经视区VZ_B1、VZ_R2、VZ_G2出射的三束分别来自于蓝色子像素组1、红色子像素组2、绿色子像素组2的光束息均入射观察者瞳孔50时，对各显示物点，如所示物点P，分别来自该三个基本色子像素组的三条矢向光束3、4、5叠加形成单目可聚焦显示光点。相较于以像素为基本显示单元的情况，以子像素为基本显示单元时，出射不同颜色光的子像素分别分组投射视图，可以增大显示器件10经分光器件20所能投射视图及对应视区的数量。图2是为了说明以子像素为基本显示单元实现单目多视图显示的原理和方法，不涉及分光器件20的具体结构，以虚框代替分光器件20。且分光器件20相对于显示器件10空间位置，也是为了便于图示而示意性地示出，并不代表分光器件20采用不同形态的具体结构时，其和显示器件10之间的实际位置关系一定如图2所示。对比图1和图2，如果图1所示结构和图2所示结构选用相同的显示器件10，在投射视图分辨率相同的情况下，采用子像素作为基本显示单元，可以将投射视图数量提升为以像素为基本显示单元时的K′＝3倍。也即是说，在不牺牲各投射视图分辨率和显示频率的前提下，本专利以子像素为基本显示单元的单目多视图显示方法，相对于现有以像素为基本显示单元的单目多视图显示，可以有效提升投射视图及对应视区的数目，从而可以利用更多视区为观察者瞳孔50提供更大的观影区域，或者通过提高视区分布密度扩展显示深度。图2中所示空间叠加光点P处于显示器件10和观察者瞳孔50之间，由来自不同子像素的光束真实叠加而成。实际上，于显示器件的另一边，也可以生成空间叠加光点。如图2中的点P′，由光束6、7、8的反向延长线相交而成。当观察者眼睛接收到光束6、7、8时，其看到的是光束6、7、8沿反向衍射传输所得等效光分布于点P′处的叠加光分布，本专利一样称之为点P′处的空间叠加光点，其于观察者眼睛视网膜上也对应真实的光点。本专利中，位于显示器件10两边的显示场景，对观察者而言，都是基于相同的原理生成的。在以下部分，仅以显示器件10出射光传输方向这一边的显示场景为例进行说明。

基于多于一束光束的叠加形成单目可聚焦空间光点，要求各叠加光束于观察者瞳孔50所处面上，沿至少一个方向，光强值大于峰值光强的50％的光分布尺寸小于观察者瞳孔50直径，以保证相对于各光束出射子像素处的光强，空间叠加光点的光强分布可以具有吸引观察者眼睛焦点的能力。各子像素投射光束，经其所属子像素组的对应视区入射观察者瞳孔50所处区域。该各对应视区的形状，有两种情况。第一种情况，沿一个方向，视区尺寸小于观察者瞳孔50直径D_p，但存在其它方向，沿该其它方向，视区尺寸不小于观察者瞳孔50直径D_p，本专利称此类视区为条状视区；第二种情况，沿各个方向，视区尺寸均小观察者瞳孔50直径D_p，本专利称此类视区为点状视区。采用条状视区时，各视区沿一维方向排列；采用点状视区时，各视区可以沿一维方向排列，也可以沿二维方向排列。

图2中，观察者瞳孔50靠近视区所在面放置。当观察者瞳孔沿光束传输方向，向前或向后偏离各视区所在面时，观察者瞳孔50可能无法完全接收到至少两个视图的全部光束。如图3所示位置处的观察者瞳孔50，可以接收到经视区VZ_B1入射的完整视图，其是由该视区VZ_B1对应的蓝色子像素组1投射的。但处于该位置的观察者瞳孔50仅能接收红色子像素组2于M_s2M_r1区域上的子像素经视区VZ_R2所投射的部分视图，及绿色子像素组1于M_s1M_r2区域上的子像素经视区VZ_G1所投射的部分视图。图中，M_p1、M_p2为观察者瞳孔50沿视区排列方向x向的两个边点，M_s1、M_s2为显示器件10沿视区排列方向x向的两个子像素分布区域边点，M_r1是M_p2和视区VZ_R2的-x向边点连线与显示器件10的交点，M_r2是M_p1和视区VZ_G1的x向边点连线与显示器件10的交点。M_s2M_r1区域和M_s1M_r2区域发生重叠，取它们空间互补的各自一部分M_s2M_t和M_tM_s1，拼连为拼合子像素组，其上显示图像为待显示场景的一个拼合视图。其中，M_t为重叠区域M_r1M_r2内的一个点。图3所示位置的观察者瞳孔50，可以接收到一个视图和一个拼合视图，过各显示物点，将会有至少两束分别来自该一个视图和一个拼合视图的光束入射观察者瞳孔50，在一定出屏范围内，可基于单目多视图原理叠加形成单目可聚焦的空间光点。同理类推，随着观察者瞳孔50和视区所在面距离的增大，其所能观察到的拼合子像素组，将会由更多个子像素组的不同部分互补拼合而成。

在现有各种显示技术中，往往通过多个基本色的合成进行彩色光信息呈现。各种显示器彩色光信息的像素呈现，就是通过子像素所出射K′类基本色混色而实现的。常见的显示器对应的K′类基本色是R、G、B或R、G、B、W(白)。如前所述，当过各显示物点，以最少的两束光束叠加进行单目多视图显示时，该两束光束于一定出屏距离内虽然可以叠加形成单目可聚焦空间叠加光点，但其颜色的呈现却因为基本色的缺失而失准。考虑色彩的准确呈现，基于各子像素投射光束的空间叠加进行单目多视图显示时，过各显示物点的叠加光束，最优的为至少K′束基本色光束。也即是说，观察者瞳孔50接收到的视图，最优的包括投射光颜色分别为K′类基本色的总数为K′个的视图或/和拼合视图。沿排列方向，经相邻K′个视区出射的光的颜色分别为K′类基本色是常见设计。需要注意，即使观察者瞳孔50接收到至少K′个分别出射K′类基本色的视图或/和拼合视图，于显示器件10附近的一定范围内，也会出现由于子像素的离散分布和视区的离散分布而导致的叠加光束数小于K′的显示物点。如图4所示子像素和视区排布情况下，点P_r和点P_l之间为无光束叠加区域。该无光束叠加区域内各显示点最多仅有一束光通过，无法基于光束重叠进行显示。其中，点P_r为相邻两个子像素向两个相邻视区交叉投射光束的交点，P_l为相邻子像素向间距最大视区非交叉投射光束反向延长线的交点。该无光束叠加区域空间上位于显示器件10附近，于该范围内聚焦-会聚冲突导致的视觉不适比较轻微，该范围内的情况，在下述部分不再考虑和讨论。

图2所示各视区，以视区之间存在一定的空间间隙为例进行示出。实际上，相邻视区也可以毗邻排列，也可以部分重叠排列。以下部分常以毗邻排列方式或间隙排列方式示出，但不意味着相邻视区之间必须以示出的排列方式进行排列。

以子像素为显示单元进行单目多视图显示时，还可以利用如图2中所示的追踪器件70，实时获取观察者瞳孔50的位置。其作用在于，第一，各子像素所投射并入射观察者瞳孔所处区域的光束，其光分布尺寸沿某个方向大于观察者瞳孔直径D_p时，根据观察者瞳孔50的位置，确定各子像素所加载图像信息，为沿该子像素所投射并入射观察者瞳孔50的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔50所处面交点上的投影光信息；第二，在视区观察者瞳孔50可以在一定区域内发生移动时，根据观察者瞳孔50的位置，由控制器件30确定投射光束入射观察者瞳孔50的子像素组，并以这些子像素组作为有效子像素组进行单目多视图显示。

显示器件10通过分光器件20投射的视区数量足够多，可以向观察者的两个瞳孔分别各投射至少两个视图或/和拼合视图时，基于本专利所述基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法进行显示的光学结构，可以作为双目显示光学引擎。如果显示器件10通过分光器件20投射的视区，仅支持向观察者的单个瞳孔投射至少两个视图或/和拼合视图时，基于本专利所述基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法进行显示的光学结构，仅能作为单目显示光学引擎，例如头戴式虚拟现实(VR)/增强现实(AR)的一个目镜。此时，引入投影器件40，可以投射影显示器件10的放大像I₁₀，如图5所示。显示器件10关于投影器件40的像I₁₀，可以作为由各等效子像素组组成的等效显示器件，其中各等效子像素组分别为显示器件10各子像素组关于投影器件40的像。各子像素组对应视区关于投影器件40的像存在时，例如红色子像素组2对应视区VZ_R2的像I_VZR2，其作为红色子像素组2对应的等效子像素组(红色子像素组2的像)所对应的等效视区。则，在引入投影器件40时，可以直接基于等效显示器件各等效子像素组及其分别对应的等效视区进行信息加载和单目多视图显示，完全类似于上述未引入投影器件40时，基于显示器件10各子像素组及其分别对应视区进行的信息加载和单目多视图显示。在等效视区存在时，上述对视区的尺寸约束，转为对其对应等效视区的尺寸约束。此时，等效视区可以为条状，其尺寸沿一个方向小于观察者瞳孔50直径D_p，但沿其它某个方向，等效视区尺寸不小于观察者瞳孔50直径D_p。等效视区也可以为点状，沿各个方向，等效视区尺寸均小观察者瞳孔50直径D_p。所述沿某个方向上的等效视区尺寸，是指该方向上，光强为峰值光强的50％的区域所覆盖尺寸。等效视区为条状时，各等效视区沿一维方向排列；等效视区为点状是，各等效视区可以沿一维方向排列，也可以沿二维方向排列。在各子像素组分别对应各视区关于投影器件40的像不存在时，可以直接基于等效显示器件各等效子像素组及其分别对应视区进行信息加载和单目多视图显示，也完全类似于上述未引入投影器件40时，基于显示器件10各子像素组及其分别对应视区进行的信息加载和单目多视图显示。另外，投影器件40相对分光器件20的位置，和分光器件20的具体结构有关，根据分光器件20的具体结构，投影器件40也可以置于图5中所示位置P_o2，或置于分光器件20不同组件之间的位置P_o3。

进一步,可以利用中继器件60，引导显示器件10显示光信息经偏折路径投射至观察者瞳孔所处区域，如图6所示。这里中继器件60以半透半反面为例。此时，等效显示器件为显示器件10关于投影器件40和中继器件60的像，如图6中的I₁₀；各等效子像素组为各子像素组关于投影器件40和中继器件60的像；各视区的像存在时，其作为对应等效视区也是各视区关于投影器件40和中继器件60的像，如图6中的I_VZR1、I_VZB1等。图6中所示分光器件20、投影器件40、中继器件60的位置关系，也仅是一种示意，它们沿显示器件10投射光传输方向的前后位置关系，可以根据实际光学器件的选用不同而改变。基于本专利所述基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法进行显示的光学结构，作为单目显示光学引擎时，双目光学引擎的搭建，需要与观察者双目分别对应的两个该单目显示光学引擎。上述各图中，为了图示的简单，显示器件10均取薄结构的显示器为例，其可以是主动式显示器，也可以具有背光源的被动式显示器。图1至图6不涉及分光器件20的具体结构，均以虚框代替分光器件20。且分光器件20相对于显示器件10空间位置，也是为了便于图示而示意性地示出，并不代表分光器件20采用不同形态的具体结构时，其和显示器件10之间的实际位置关系一定如图1至图6所示。

下面，以分光器件20取具体器件为例，进一步例证解释本专利所述基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法。

实施例1

以孔径阵列为分光器件20，命名为孔径型分光器件20，对应显示器件10放置，如图7所示。显示器件10以常见的RGB显示器为例。各像素由分别出射R、G、B光的三个子像素沿x方向排列组成，沿与x向垂直的y方向，出射相同颜色光的子像素相邻成列排列。图7仅以x向的一行子像素为例，各子像素分别以它们出射光颜色R、G、B来标识。例如子像素SP_Bn1以下标B标识其出射光蓝光。该K′＝3类出射光颜色互不相同的基本色子像素，同时都是基元色，即K′＝K＝3。它们分对应红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片。出射相同颜色光的子像素，单独作为一个子像素组，即显示器件10的子像素被分组为红色子像素组、绿色子像素组和蓝色子像素组。沿显示器件10各子像素出射光传输方向，设置包含K′＝3个孔径的孔径阵列作为分光器件20，其K′＝3个孔径分别附有红色滤光片F_R、绿色滤光片F_G和蓝色滤光片F_B。则，红色子像素组出射光经附有红色滤光片F_R的孔径出射，绿色子像素组出射光经附有绿色滤光片F_G的孔径出射，蓝色子像素组出射光经附有蓝色滤光片F_B的孔径出射。本专利限定，各类基元色子像素出射光对对应滤光片和对其它基元色子像素对应滤光片的透过率比值大于9，这时，各子像素出射基元色光经其它类基元色光对应滤光片的透射光作为噪声，对显示质量的影响处于可容忍范围内。该前提下，以下部分不再讨论该噪声，并认为各类基元色子像素投射光不能经过其它类基元色子像素对应滤光片透射。则，附有红色滤光片F_R的孔径即是红色子像素组对应的孔径视区VZ_R，其下标中的R表示该视区附有红色滤光片；附有绿色滤光片F_G的孔径即是绿色子像素组对应的孔径视区VZ_G，其下标中的G表示该视区附有绿色滤光片；附有蓝色滤光片F_B的孔径即是蓝色子像素组对应的孔径视区VZ_B，其下标中的B表示该视区附有蓝色滤光片。这种以下标表示视区所附滤光片对应颜色的表示方法，适用于本实施例下述部分。根据图2所述原理，当相邻视区间距足够小时，可以有至少两个视图或/和拼合视图入射观察者瞳孔50，实现单目多视图显示。

为了实现显示场景色彩的准确呈现，最优的应该三个基元色视图均入射观察者瞳孔50。这种情况下，仅K′＝3个视区的呈现，导致观察者瞳孔50相对于孔径型分光器件20的位置被约束于较小的空间区域。希望更多的视区，以允许观察者瞳孔可以有一定的移动空间。引入正交特性至孔径型分光器件20，可以有效地解决该问题。该正交特性可以是偏振方向相互垂直的两个线偏特性。如图8所示，其孔径型分光器件20包含M＝2组孔径组，各孔径组均包含分别附有红色滤光片F_R、绿色滤光片F_G和蓝色滤光片F_B的K′＝3个孔径。且该M＝2组孔径组分别允许两个相互垂直的线偏光“-”光和“·”光通过。具体地，孔径视区VZ_B1、VZ_G1、VZ_R1分别仅允许蓝色、绿色、红色“·”光通过，孔径视区VZ_B2、VZ_G2、VZ_R2分别仅允许蓝色、绿色、红色“-”光通过。此处，线偏光“-”光和“·”的选择通过，可以通过附着偏振片于各孔径来实现。对应地，各出射相同颜色光的子像素，也对应地分别空间分割为M＝2组，一组出射“·”光，另一组出射“-”光。例如，图8中，子像素SP_Bn1、SP_Bn3、SP_Bn5、…组成空间蓝色子像素组1，子像素SP_Bn2、SP_Bn4、…组成空间蓝色子像素组2。为了保证各子像素组的子像素遍布显示器件10排列，出射相同颜色光的M＝2个子像素组的子像素，最优地沿子像素排列方向相间排列，例如图8中，沿x向相邻M＝2同色子像素分属不同子像素组。如此，共K′×M＝6个子像素组和6个孔径一一对应，各孔径作为对应子像素组的视区，仅允许对应子像素组投射光通过。图8中所示两个相互垂直的线偏态，也可以用两个旋向相反的旋光态代替。

上述正交特性，也可以是不同时间点不同时透射的时序正交特性。如图9所示，其孔径阵列包含M＝2组孔径组，各孔径组分别包含分别附有红色滤光片F_R、绿色滤光片F_G和蓝色滤光片F_B的K′＝3个孔径，且该M＝2组孔径组分别在一个时间周期Δt的两个时间点t和t+Δt/2，由控制器件30控制，不同时地打开。具体地，孔径VZ_B1、VZ_G1、VZ_R1在时间点t打开，孔径VZ_B2、VZ_G2、VZ_R2在时间点t+Δt/2打开。图9所示为时间点t对应情况。对应地，出射相同颜色光的子像素，从时间上分割为两组时序子像素组，该两组时序子像素组的子像素于空间上完全一样，但于时间上，分别于点t和点t+Δt/2工作，其各子像素确定对应加载信息时，所属子像素组对应视区不同。例如，在时间点t，SP_Bn1、SP_Bn2、SP_Bn3、…组成的时序蓝色子像素组1以孔径VZ_B1作为其对应孔径视区，在时间点t+Δt/2,SP_Bn1、SP_Bn2、SP_Bn3、…组成的时序蓝色子像素组2以孔径VZ_B2作为其对应孔径视区。基于时序复用，同样可以实现K′×M＝6个视区的投射。更大的M值要求显示器件10具有更高的帧频，以避免闪烁效应的出现。图8和图9中，在最优地投射至少K′个基本色视图或/和拼合视图至观察者同一瞳孔50的前提下，各视区的空间位置可以互换。所述时序正交特性的实现，可以通过采用和控制器30有信号连接的可控液晶面作为孔径阵列来实现。

进一步地，上述正交特性，也可以是混合特性，例如时序正交特性和线偏特性的混合特性。如图10所示，仅允许“·”光通过的孔径VZ_R1、VZ_G1、VZ_B1分别附有对应基元色R、G、B的滤波片，仅在在一个时间周期t～t+Δt的t时刻打开，在t+Δt/2时刻关闭；仅允许“·”光通过的孔径VZ_R2、VZ_G2、VZ_B2分别附有对应基元色R、G、B的滤波片，仅在在一个时间周期t～t+Δt的t+Δt/2时刻打开，在t时刻关闭；仅允许“-”光通过的孔径视区VZ_R3、VZ_G3、VZ_B3分别附有对应基元色R、G、B的滤波片，仅在在一个时间周期t～t+Δt的t时刻打开，在t+Δt/2时刻关闭；仅允许“-”光通过的孔径视区VZ_R4、VZ_G4、VZ_B4分别附有对应基元色R、G、B的滤波片，仅在在一个时间周期t～t+Δt的t+Δt/2时刻打开，在t时刻关闭。对应地，出射光颜色相同的各子像素，空间上分为两个子像素相间排列的空间子像素组，各空间子像素组，于一个时间周期内又时序地分为两个时序子像素组。则，一个时间周期t～t+Δt内，各出射光颜色相同的子像素的四个相互独立的子像素组，可以向各自对应的四个孔径视区分别投射四个视图，最终共生成12个视区。其它时间周期同理重复，则基于视觉滞留，该12个视区可以给观察者瞳孔50提供更密集的投射视图和更大的观影空间。

图10所示混合特性示例中，同一子像素组的各子像素出射光具有相同的正交特性。也存在同一子像素组的各子像素不具有完全一致的正交特性的设置方式。如图11，以将显示器件10沿x向分为BN＝3个区域块为例(BN≧2)，该B₁、B₂、B₃三个区域块中，相邻区域块的子像素出射不同正交态的光。例如，区域块B₁上子像素均出射“·”光；区域块B₂上子像素均出射“-”光；区域块B₃上子像素均出射“·”光。出射光颜色相同的子像素分别作为一组子像素组。各子像素组于不同区域块上的子像素，虽然出射光的颜色相同，但具有不同的线偏光特性，分别对应不同的孔径。以出射蓝光的子像素组为例，其于B₁上子像素于一个时间周期t～t+Δt内的t时刻，对应此时打开的孔径视区VZ_B1，于t+Δt/2刻，对应此时打开的孔径视区VZ_B2；其于B₂上子像素于一个时间周期t～t+Δt内的t时刻，对应此时打开的孔径视区VZ_B3，于t+Δt/2刻对应此时打开的孔径视区VZ_B4；其于B₃上子像素于一个时间周期t～t+Δt内的t时刻，对应此时打开的孔径视区VZ_B5，于t+Δt/2刻对应此时打开的孔径视区VZ_B6。这样，出射蓝光的子像素组，其于不同区域块上的子像素，分别通过不同的对应视区进行光信息投射。每个视区对应的子像素分布区域变小，可以缓解尺寸有限孔径视区对可视子像素分布区域的限制而导致的视区受限。如图11所示，其它各子像素组于BN＝3个区域块的子像素，也于各时间点，分别通过BN＝3个孔径视区进行信息投射。该子像素及视区设置方式，导致一个子像素组对应的视区不再是一个，而是BN(≧2)个，此时，各子像素对应视区，为其所属子像素组对应BN个视区中的一个。受制于可选正交特性数量的限制，例如，线偏特性中只存在偏光方向相互垂直的两个正交偏光态，可能会出现一个区域块上的子像素出射光可以通过非相邻区域块上同组子像素对应视区出射而导致的噪声，如图11中子像素SP_Bn1投射光经视区VZ_B5透射的噪声，子像素SP_Gn2投射光经视区VZ_G5透射的噪声等。但由于时序正交复用和线偏正交复用的采用，上述噪声可以通过视区的分布设计而无法入射观察者瞳孔50。例如，图11中，VZ_B1和VZ_B5之间间隔了11个视区，子像素SP_Bn1经对应视区VZ_B1投射的有用光束和其经非对应视区VZ_B5投射的噪声光束之间具有比较大的间隔角，该较大的间隔可以保证噪声不能入射处于观察区域内的观察者瞳孔50。

图8至图11所示结构中，视区可以分为两组，也即是孔径型分光器件20的孔径分为两组，分别对应观察者的左瞳孔50′和右瞳孔50处放置，如图12，将本专利所述方法直接应用于观察者双目。更进一步地，视区分为的组数可以对应多于一个的观察者的双目时，则可进行多人的双目显示。

上述各图中，各孔径可以是只能沿一维方向排列的长条状孔径，沿排列方向，各孔径尺寸小于观察者瞳孔直径D_p，沿其它某个方向，其尺寸大于观察者瞳孔直径D_p。另一种情况，各孔径沿各个方向，其尺寸均小于观察者瞳孔直径D_p的称点状孔径，可以沿一维方向排列，也可以沿二维方向排列。当采用点状孔径时，上述以一维方向排列孔径的示例，可以扩展至点状孔径沿二维方向排列的情况。

上述各图示例中，相邻子像素都是空间错位排列的。实际上，K′个基本色子像素也可以空间上重叠于一点，例如通过色轮向空间上相同的一个子像素时序投射K′种颜色背光的显示方法。这时上述过程显示一个图像的一个时间段，例如t～t+Δt/2段，需要进一步分为K′个子时间段，分别让该K′种颜色的背光轮流入射，对应等效为K′个不同颜色的子像素时序对应加载光信息。

在K′＝3个分别具有不同基元色的视图或/和拼合视图入射观察者同一瞳孔50，进行三维场景搭建时，也存在显示场景为单一基元色的情况，例如待显示场景或部分场景为绿色的情况。该情况下，若仅有来自一个绿色子像素组的一束过该待显示绿色空间光点的光束入射观察者瞳孔50，则无法实现至少两束过该绿色空间光点的光束入射观察者瞳孔的要求，破环单目聚焦的实现。可将该待显示绿色空间光点的光信息，设计为白色W(R+G+B)+绿色B，其呈现需要分别来自出射基元色光的三个子像素组的各一束光束的叠加，以避免上述现象的出现。

上述显示器件10取K′＝K＝3为例。实际上，本专利所述方法的应用，不受限于K′和K的取值。例如，对常见的由R、G、B、W四个子像素组成一个像素的显示器，可以同样基于上述原理和方法进行单目多视图显示。此时，K′＝4，K＝3。其中的白色子像素，其出射光可以通过其它三类基元色对应的滤光片。为了避免白色子像素投射光透射其它三类基元色对应滤光片而产生的噪声，需要出白色子像素组所对应的允许白光透射的孔径视区，和其它三类基元色子像素组所对应孔径视区，具有不同的正交特性，以保证各子像素组出射光分别具有仅透射对应孔径视区。例如，出射基元色光的像数组和出射白光的像数组时序错位投射光信息，它们对应孔径视区也对应地时序错位打开。又例如，出射基元色光的像数组和出射白光的像数组所出射光分别为左旋光和右旋光，它们对应孔径视区也对应地分别仅允许左旋光和右旋光通过。

另外，本专利所述属方法并不约束显示器件10的子像素的形状，例如现有显示器件中常见的矩形子像素，也可以是子像素设计为方形的显示器。各子像素的排列方式，也可以设计为除上述RGB排列方式的其它排列方式，例如pencil排列方式。另外，上述各图中，显示器件10均选用薄结构的显示器示范。实际上，显示器件10也可以是其它各种类型的显示器，比如，具有较厚结构的需要背光源的透射型或反射型显示器。孔径型分光器件20中的各孔径，也可以是反射型孔径。

上述图7至图11所示各结构中，可以引入投影器件40，例如图5中置于位置Po1处的投影器件40。采用孔径型分光器件20，引入的投影器件40和分光器件20可以以较小距离放置，如图13。图13中投影器件40和分光器件20的位置也可以互换。该情况下，以显示器件10关于投影器件40的像I₁₀作为等效显示器件，代替前述显示器件10，既可基于同样方法和过程进行单目多视图显示。图13中，以两组孔径组为例示出。其也可以是仅一组，或者更多组。其不同组之间可具有图7至图11所述不同正交特性，例如不同的时序特性，或者不同的旋光特性，或者复合特性等。引入投影器件40的结构，常被作为近眼显示光学引擎的一个目镜，两个该类目镜搭建一个双目显示光学结构，如图14。

图13所示结构，还可以进一步地扩展为复合结构，以优化其显示性能和光学结构尺寸。图15所示结构，通过两个显示器件关于各自对应投影器件的像的重合，提高投射视图的数量和密度；图16所示结构，通过两个显示器件关于各自对应投影器件的像的无缝拼合所成的拼连像I₁₀+I₁₀′，增大显示视角；图17类似于图16，但其拼连像采用曲面拼合的方式。图18引入辅助成像器件80，对各显示器件经各自对应投影器件所成像的拼连像，二次成像为二次拼连像。如图18中，像I₁₀和像I₁₀′拼合为拼连像I₁₀+I₁₀′，其中像I₁₀是显示器件10经投影器件40所成像，像I_10′是显示器件10′经投影器件40′所成像。辅助成像器件80对该拼连像I₁₀+I₁₀′再次成像，得到I₁₀的像I_I10和I_10′的像I_I10′所成二次拼连像I_I10+I_I10′。图18所示结构的特点在于，其中各对应的显示器件、投影器件和孔径型分光器件的组合结构，例如显示器件10、投影器件40和孔径型分光器件20所成组合结构，在显示器件10的尺寸很小的前提下，其整体尺寸可以设计的比较小，置于图19所示薄目镜结构中的小孔内，使显示结构真正轻薄化。其中补偿器件801用以消除辅助成像器件80对外部环境光的影响，使外部环境光无畸变或小畸变地入射观察者瞳孔50。在无需外部环境光入射的情况下，补偿器件801可以去除。辅助成像器件80和补偿器件801之间为支撑介质，例如光学玻璃，为显示器件、投影器件和孔径型分光器件组合结构的安装提供支持体。实际上，当对应显示器件、投影器件和孔径型分光器件所成组合结构中，投影器件所投影对应显示器件的像足够大时，也即上述拼连像足够大时，无需二次成像所得二次拼连像，辅助成像器件80和补偿器件801可以去除。进一步地，更多的显示器件、投影器件和孔径型分光器件所成组合结构，可以实现更多拼连像的投射，这些拼连像可以重叠，也可以部分重叠，也可以位于不同深度上。图20中，显示器件10和显示器件10″的像拼合为拼连像I₁₀+I_10″，显示器件10′和显示器件10″′的像拼合为拼连像I_10′+I_10″′。这两个拼连像于深度上可以重叠，也可以错位；于深度垂面上，可以完全重叠，也可以错位地部分重叠。为了清晰，图中部分组件未标识。图20中的两个拼连像，示例为沿深度方向错位、于深度垂面上错位地部分重合。图18和图20中的辅助成像器件80，也可以置于各投影器件和各分光器件之间的位置，各组合结构也可以分别沿曲面排列，也可以扩展至沿二维面排列。上述各图中，也可包含更多的组合结构。

图13所示结构中，还可以引入中继器件60，以引导各子像素投射光向观察者瞳孔50所处区域进行传播，如图6的半透半反面。中继器件60可以选用其它各种的光学器件或光学器件组件。当中继器件60有多个组件组成时，该中继器件60可以和投影器件40各自独立放置，也可以和投影器件40共用部分组件。例如图21所示的自由曲面组合器件。该自由曲面组合器件由透射曲面FS1、反射曲面FS2、半透半反曲面FS3、透射曲面FS4、透射曲面FS5构成。其中FS1、FS2、FS3、FS4一起执行投影器件40的功能，FS2、FS3执行中继器件60的功能，FS5具有补偿调制功能，允许外部环境光不受FS3、FS4影响地入射观察者瞳孔50。

所述中继器件60也可以选用光波导器件，称之为光波导型中继器件60。图22所示结构中，光波导型中继器件60置于显示器件10和孔径型分光器件20组之间，包括入瞳611，耦入器件612，光波导体613，反射面614a和614b，耦出器件615和出瞳616。投影器件40包括透镜40a和透镜40b两个组件。显示器件10上的一个子像素，例如子像素p₀，出射光经投影器件40的组件40a转化为平行光；然后经光波导型中继器件60的入瞳611入射至耦入器件612；耦入器件612引导来自子像素p₀的平行光于光波导体613内，基于反射面614a和614b的反射，向耦出器件615传播；耦出器件615调制入射光束，引导其经出瞳616入射投影器件40的组件40b；投影器件40的组件40b引导子像素p₀投射来的光向孔径型分光器件20传播，并调制其反向汇聚于虚像p′₀。该虚像p′₀即为子像素p₀的虚像。同样，p′₁对应为子像素p₁的对应虚像。p′₀、p′₁等子像素像形成显示器件10的像I₁₀。耦出器件615可以具有扩瞳功能，一方面引导入射光束部分地向出瞳投射，另一方面又允许入射光部分地继续沿原来的传输路径传输，并经反射面614b反射后再次入射耦出器件615进行耦出和反射，并如此重复，直至来自各子像素的光束覆盖出瞳616。则，以显示器件10的像I₁₀作为等效显示器件，即可基于上述原理和方法进行单目多视图显示。补偿器件801用于补偿投影器件40的组件40b对外部环境入射光的影响，在无需外部环境光时可以去除。图中的投影器件组件40b，也可以复合于耦出器件615，例如采用全息器件置于耦出器件615于图中的位置，起耦出器件615和投影器件组件40b的功能。当该复合投影器件组件40b的耦出器件615具有角度选择性时，即仅对由耦入器件612传播过来的光束起调制作用，对从外部入射的环境光不起作用时，补偿器件801也可以去除。图22仅以一个常用的光波导器件为例进行说明，现有各种结构的光波导器件，实际上均可作为本专利的光波导型中继器件60，例如耦入器件612为反射面的光波导器件，采用多个半透半反面进行扩瞳的光波导器件等。其中，针对光波导器件的色散问题，也可以采用多光波导堆叠结构，如图23所示，三个光波导器件组件分别负责R、G、B色光束的传播和引导，它们的耦入器件和耦出器件可以针对自己负责传输光束的波长进行设计，降低色散效应。

图22所示结构中，光波导型中继器件60置于显示器件10和孔径型分光器件20中间。光波导型中继器件60也可以沿光束传输方向，置于孔径型分光器件20前，如图24所示。各子像素出射光经投影器件40的组件40a转化为平行光后入射孔径型分光器件20；然后经光波导型中继器件60的入瞳611入射至耦入器件612；耦入器件612引导来自各子像素的平行光于光波导体613内，基于反射面614a和614b的反射，向耦出器件615传播；耦出器件615调制入射光束，引导其经出瞳616入射投影器件40的组件40b；投影器件40的组件40b引导各子像素投射来的光向孔径型分光器件20传播，并调制其反向汇聚于虚像，由此基于组件40a和40b组成的投影器件40和波导型中继器件60生成显示器件10的虚像I₁₀。孔径型分光器件20上各点透射光为发散光。为了保证各子像素出射光仅会沿唯一矢向入射观察者瞳孔，可以要求孔径型分光器件20上点经光波导性中继器件60和投影器件40的组件40b，产生唯一的像，并由它们组合为孔径型分光器件20的唯一像。分光器件20的像I₂₀被投射位置，和光学结构各组件的具体参数有关，例如可能是图24所示位置。以显示器件10的像I₁₀作为有效显示器件，以I₂₀上各孔径像作为有效视区，基于前述原理和方法实现单目多视图显示。此时，若光波导型中继器件60具有扩瞳功能，因扩瞳会生成孔径型分光器件20的多个像。该情况下，要求各子像素于同一个时间点，所投射过孔径型分光器件20的不同像的不同矢向光束，具足够大的角间距，以保证它们不同时入射观察者瞳孔。这时，需要利用追踪器件70实时确定观察者瞳孔50的位置，并由控制器件30根据该位置确定各子像素投射并入射观察者瞳孔50的唯一矢向光束，基于该光束的矢向，根据前述方法确定该子像素的加载光信息。图中，孔径型分光器件20也可以处于所示位置Po5。图24取反射面作为耦入器件612和耦出器件615。图24也可以选用图22所选用的光波导器件，或其它光波导器件。也可以引入补偿器件801，也可以将投影器件40的组件40b复合于耦出器件615。

光波导型中继器件60沿光束传输方向置于孔径型分光器件20之前时，也可以设计孔径型分光器件20上各点所透射光以平行态入射光波导型中继器件60。如图25，设计组件40c、40d、40e组成投影器件40。则经40c、40d、中继器件60各组件和40e，形成孔径型分光器件20的像I₂₀。其中各子像素投射光经投影器件40组件40c转换为平行态，孔径型分光器件20上各点透射发散光经投影器件40的组件40d，以平行态入射光波导中继器件60。投影器件40的组件40e会聚孔径型分光器件20上各点投射过来的平行光，形成孔径型分光器件20的像I₂₀。为了保证各子像素出射光仅会沿唯一矢向入射观察者瞳孔，可以要求图25所示光学结构使各子像素投射光，经40c、40d、光波导型中继器件60各组件和40e，仅对应唯一的像，并由它们组合为显示器件10的像I₁₀。I₁₀的位置和光路的具体参数有关，例如图25所示位置。光波导型中继器件60具有扩瞳功能时，各子像素会因扩瞳生成多个像。该情况下，要求各子像素于同一个时间点对应的不同像，需要具足够大的间距，以保证它们不同时入射观察者瞳孔50。这时，需要利用追踪器件70实时最终观察者瞳孔50的位置，并由控制器件30根据该位置确定各子像素投射并入射观察者瞳孔50的光束，基于该光束的矢向，根据前述方法确定该子像素的加载信息。图25中，投影器件40的组件40c也可以去除。采用光波导型中继器件60时，图22、图24和图25以孔径型分光器件各点透射光被转化为平行光入射光波导型中继器件60，或显示器件10各子像素出射光被转换为平行光入射光波导型中继器件60的情况为例进行说明。实际上，在保证实现至少两个视图或/拼合视图光信息入射观察者同一瞳孔50的前提下，图22、图24和图25中相关各组件的位置关系也可以变动，或引入新的组件，甚至在孔径型分光器件各点透射光或子像素出射光均以非平行光的形态入射光波导型中继器件60。

实施例2

显示器件10选用需要背光源的被动式显示器，所需多个背光源组成背光源阵列110。以成像背光源阵列110各背光源的成像器件为分光器件20，命名为成像型分光器件20，如图26所示。显示器件10以常见的RGB显示器为例，各像素由分别调制投射R(红)、G(绿)、B(蓝)光的三个子像素沿x方向排列组成。图26仅以x向的一行子像素为例，各子像素分别以它们所投射光的颜色R、G、B来标识。例如子像素SP_Bn1以下标B标识其投射光为蓝光。该K′＝3类出射光颜色互不相同的基本色子像素，同时都是基元色，即K′＝K＝3。图26的背光源阵列110由一组K′＝3个背光源BS_B、BS_G和BS_R组成，该K′＝3个背光源分别出射K′＝3种基本色光。具体地，背光源BS_B出射B光，背光源BS_G出射G光，背光源BS_R出射R光。出射相同颜色光的子像素，单独作为一个子像素组，即显示器件10的子像素被分组为红色子像素组、绿色子像素组和蓝色子像素组。沿各背光源出射光传输路径，置成像各背光源实像的成像器件作为成像型分光器件20，其K′＝3个背光源的像对应标示为I_BSB、I_BSG和I_BSR。图26具体地以透镜作为成像型分光器件20的范例。由于各像素组仅调制对应颜色的入射光，该K′＝3个背光源分别成为各自对应像素组的背光源。即BS_B是对应蓝色子像素组的背光源，BS_G是对应绿色子像素组的背光源，BS_R是对应红色子像素组的背光源。其中，各背光源投射光透过非对应子像素组也可能会因为存在一定值的透光率而产生噪声。在出射光为基元色的背光源及其对应子像素组之间，该噪声可以忽略，并认为背光源出射的基元色光不透射非对应类基元色子像素。根据物像关系，于各背光源的像处，该背光源对应子像素组所投射光信息可见，也就是说，各背光源的像的光分布区域，即为该背光源对应子像素组所对应视区。任一子像素组的各子像素出射光，均经成像型分光器件20被导向该子像素组所对应视区。根据图2所述原理，当相邻视区间距足够小时，可以有至少两个视图或/和拼合视图入射观察者瞳孔50，实现单目多视图显示。此处，各视区是对应背光源通过成像型分光器件所成像，其沿某个方向上的尺寸，是指该方向上对应背光源像的光分布范围内，光强值大于光强峰值50％的光分布区域所占据尺寸。图中所示显示器件10和成像型分光器件20的相对位置关系并不是强制性的，在保证各背光源投射光可以覆盖显示器件10时，显示器件10也可以置于图中的位置Po2、Po3或Po4。

为了实现显示场景色彩的准确呈现，最优的应该K′个基本色视图均入射观察者瞳孔50。这种情况下，仅K′个视区的呈现，导致观察者瞳孔50相对于成像型分光器件20的位置比较有限。希望更多的视区，以允许观察者瞳孔可以有一定的移动空间。引入正交特性至背光源阵列110，可以有效地解决该问题。该正交特性可以是偏振方向相互垂直的两个线偏特性。如图27所示，其背光源阵列110包含M＝2组背光源组，各背光源组均包含出射K′＝3种基本色光的K′＝3个背光源。且该M＝2组背光源组分别出射相互垂直的线偏光“-”光和“·”光。“-”和“·”为偏光方向相互垂直的两个正交线偏态。具体地，背光源BS_B1、BS_G1、BS_R1分别投射蓝色、绿色、红色“·”光，背光源BS_B2、BS_G2、BS_R2分别投射蓝色、绿色、红色“-”光。对应地，各出射相同颜色光的子像素，也对应地分别空间分割为M＝2个空间子像素组，一组仅接收并调制“·”光，另一组仅接收并调制“-”光。如图，子像素SP_Bn1、SP_Bn3、…组成蓝色子像素组1，子像素SP_Bn2、…组成蓝色子像素组2；子像素SP_Gn1、SP_Gn3、…组成绿色子像素组1，子像素SP_Gn2、…组成绿色子像素组2；如此类推。为了保证各空间子像素组的子像素遍布显示器件10排列，出射相同颜色光的M＝2个空间子像素组的子像素，最优地沿子像素排列方向相间排列，例如图27中，沿x向相邻M＝2同色子像素分属不同子像素组。如此，共K′×M＝6个空间子像素组和6个背光源一一对应，各背光源经成像型分光器件20所成像，作为该背光源对应空间子像素组的视区，仅有对应空间子像素组各子像素投射光通过。图27中所示两个相互垂直的线偏态，也可以用两个旋向相反的旋光态代替。

上述正交特性，也可以是不同时间点不同时透射的时序正交特性。如图28所示，其背光源阵列110包含M＝2组背光源组，各背光源组均包含出射K′＝3种基本色光的K′＝3个背光源。该M＝2组背光源组分别在一个时间周期Δt的M＝2个时间点t和t+Δt/2，由控制器件30控制，不同时地投射背光。具体地，背光源BS_B1、BS_G1、BS_R1所组成背光源组在时间点t投射背光，在时间点t+Δt/2不投射；背光源BS_B2、BS_G2、BS_R2所组成背光源组在时间点t+Δt/2打开，在时间点t不投射。图28所示为时间点t对应情况。对应地，出射相同颜色光的子像素，从时序上分割为两组时序子像素组，该两组时序子像素组的子像素于空间上完全一样，但于时间上，分别于点t和点t+Δt/2进行信息加载时，其对应视区不同。例如，在时间点t,SP_Bn1、SP_Bn2、SP_Bn3、…组成的蓝色子像素组以VZ_B1作为其对应视区；在时间点t+Δt/2,SP_Bn1、SP_Bn2、SP_Bn3、…组成的蓝色子像素组以VZ_B2作为其对应视区。其它各子像素组同理。基于时序复用，可以实现K′×M＝6个视区对应视图的投射。更大的M值要求显示器件10具有更高的帧频，以避免闪烁效应的出现。图27和图28中，在最优地投射至少K′个基本色视图或/和拼合视图至观察者同一瞳孔50的前提下，各背光源的空间位置可以互换。所述时序正交特性的实现，可以通过控制器30，控制各光源组的开关，并以相应光信息同步刷新显示器件10各子像素来实现。

进一步地，所述正交特性也可以是混合特性，例如时序正交特性和线偏特性的混合特性。如图29所示，在一个时间周期t～t+Δt内，出射“·”光的背光源BS_R1、BS_G1、BS_B1在t时刻打开，在t+Δt/2时刻关闭；出射“-”光的背光源BS_R2、BS_G2、BS_B2在t时刻打开，在t+Δt/2时刻关闭；出射“·”光的背光源BS_R3、BS_G3、BS_B3在t+Δt/2时刻打开，在t时刻关闭；出射“-”光的背光源BS_R4、BS_G4、BS_B4在t+Δt/2时刻打开，在t时刻关闭。对应地，出射光颜色相同的各子像素，空间上分为两个空间子像素组，该两个空间子像素组分别仅接收并调制“·”光和“-”光。且，各空间子像素组，于时间周期t～t+Δt内又时序地分为两个时序子像素组。则，一个时间周期t～t+Δt内，各出射光颜色相同的子像素的四个相互独立的子像素组，分别以各自对应背光源的像作为对应视区，投射关于各自对应视区的视图。例如，SP_Bn1、SP_Bn3、…组成的蓝色子像素组于t时刻向VZ_B1投射关于VZ_B1的视图，在t+Δt时刻向VZ_B3投射关于VZ_B3的视图，SP_Bn2…组成的蓝色子像素组于t时刻向VZ_B2投射关于VZ_B2的视图，在t+Δt时刻向VZ_B4投射关于VZ_B4的视图。其它时间周期同理重复。则基于视觉滞留，所生成的12个视区。可以给观察者瞳孔50提供更密集的视区分别和更大的观影空间。

图27至图29所示视区的数量随着复用度的提高而提高。当生成视区数量足够时，所生成视区可以于空间上分为两组，于空间上分别对应观察者的左瞳孔50′和右瞳孔50放置，如图30，将本专利所述方法直接应用于观察者双目。对应地，背光源阵列110各背光源的空间位置分布也相应改变。更进一步地，视区分组的数目可以对应多于一个的观察者的双目时，则可进行多人的双目显示。

上述各图中，各背光源可以是只能沿一维方向排列的条状背光源，各背光源的像沿排列方向，尺寸小于观察者瞳孔直径D_p，沿其它某个方向，其尺寸大于观察者瞳孔直径D_p。也可以是另一种情况，沿各个方向，各背光源像的尺寸均小于观察者瞳孔直径D_p的，称之为点状背光源，可以沿一维方向排列，也可以沿二维方向排列。也即是说。各背光源可以具有一定的尺寸。如图31的左图所示的条状背光源和右图所示的点状背光源，它们的像，作为视区，其光分布尺寸满足上述描述。此处所述各背光源的像沿某个方向上的尺寸，指该方向上，该背光源像的光分布范围内，光强值大于光强峰值50％的光分布区域所占据尺寸。当采用点状孔径时，上述仅以一维方向排列背光源的示例，可以扩展至点状孔径沿二维方向排列的情况。

在选用条状背光源时，也可以通过另外一种设计方式，实现视区对观察者双目的空间覆盖。如图32，通过设计视区排列方向偏离观察者双目连线方向更大的角度，增大过各视区投射光信息沿观察者双目连线方向x′向的覆盖范围。图32以观察者的瞳孔50和瞳孔50′恰好处于视区分布面时的情况为例。显示器件10各子像素组经分光器件20分别投射光至视区VZ_R1、VZ_G1、VZ_B1、…。该多个视区沿排列方向x向于所在面上覆盖尺寸以D_cv表示，设计视区排列方向x向偏离观察者双目连线方向x′向越大角度，也即图中所示

角越小，视区沿x′向覆盖尺寸

越大，越有利于视区沿沿双目连线方向x′向提供更大的观影区域。图中以x向沿顺时针方向旋转偏离x′向为例，其同样也可以沿逆时针方向旋转偏离x′向。同时，各视区的分布，还同样要求沿x向相邻视区间距小于观察者瞳孔直径D_p。甚至在D_cv<D_e-e时，

角的设计也可以满足观察者双目的同时单目多视图呈现。D_e-e为观察者双目间距。实际上，观察者双目不在视区分布面上时，上述越小的

角一样可以增大视区沿观察着双目连线方向的覆盖范围，只是在该情况下，观察者各目接收到的视图可能是拼合视图。上述过程中，

角的极小值也要受到约束，以避免经同一视区出射的光信息同时入射观察者双目。

上述各示例图中，相邻子像素都是空间错位排列的。实际上，K′个基本色子像素也可以空间上重叠于一点，这时，要求背光源阵列110各背光源组中的K′个背光源时序轮流投射K′种基本色。该情况下，上述过程显示一个图像的一个时间段，例如t～t+Δt/2段，需要进一步分为K′个子时间段，分别让该K′种颜色的背光轮流入射，对应等效为K′个不同颜色的子像素时序对应加载光信息。

在K＝3个分别具有K＝3种基元色的视图或/和拼合视图入射观察者同一瞳孔50而进行三维场景呈现时，也存在显示场景为单一基元色的情况，例如待显示场景或部分场景为绿色的情况。该情况下，若仅有来自一个绿色子像素组的一束过该待显示绿色空间光点的光束入射观察者瞳孔50，则无法实现至少两束过该绿色空间光点的光束入射观察者瞳孔的要求，破环单目聚焦的实现。可将该待显示绿色空间光点的光信息，设计为白色W(R+G+B)+绿色B，其呈现需要三条基元光束的叠加，而不再是仅一条绿色光束，以避免上述现象的出现。

上述各图中的显示器件10取K′＝K＝3为例。实际上，本专利所述方法的应用，不受限于K′和K的取值。例如，取常见的由R、G、B、W(白)K′＝4个子像素组成一个像素的显示器作为显示器件10时，背光源阵列110至少一组的背光源组，包含出射光分别为R、G、B、W光的K′＝4个背光源。此时，K＝3。其中的白色子像素，其对应W光背光源投射的白光，会透射其它三类基元色子像素而产生噪声。为了避免该噪声，需要W光背光源所投射白光和其它K＝3类基元色背光源所投射光具有不同的正交特性。例如，出射基元色光的背光源和出射白光的背光源被控制器件30时序错位地打开并出射背光，它们对应的子像素组各自同步对应加载光信息。又例如，出射基元色光的背光源和出射白光的背光源所出射光，分别为左旋光和右旋光，它们对应子像素组相应地分别仅接收并调制左旋光和右旋光。

另外，本专利所述方法允许显示器件10的子像素选择不同的形状，例如可以是现有显示器件中常见的矩形，也可以设计为方形等。各子像素的排列方式，也可以设计为各种方式，例如pencil型排列。另外，上述各图中，显示器件10均以透射式显示器件10为例，实际上，显示器件10也可以是反射式显示装置。各背光源的空间位置，也不受限于平面排列，它们也可以沿深度上错位排列。

上述各结构，还可以作为基本结构，两个或多个该基本结构组合为复合结构，以增大视角。如图33，以两个基本结构为例，背光源阵列110、显示器件10和成像型分光器件20组成基本结构，背光源阵列110′、显示器件10′和成像型分光器件20′组成另一个基本结构。两个基本结构所生成视区均置于观察者瞳孔50前，它们的显示器件毗邻排列，可以实现显示视角的扩展。

上述图26至图30所示各结构及图33所示各基本结构中，可以引入投影器件40，投射显示器件10的像。由于成像型分光器件20和投影器件40均具有成像功能，二者之间存在相互影响，往往存在共用的组件。如图34，组件21和22构成成像型分光器件20，其组件22同时又是投影器件40，成像显示器件10的放大虚像I₁₀。图34中，成像型分光器件20的组件21和组件22均取透镜为范例，且背光源阵列110各背光源置于组件21的前焦面上。实际上，背光源阵列110各背光源所处面和组件21的距离可以不等于组件21的焦距，背光源阵列110各背光源甚至可以沿出射光传输方向处于不同的深度上。在实现成像背光源阵列110各背光源和投射显示器件10像的前提下，组件22和组件21可以是其它的实物光学器件。图35中，成像型分光器件20和投影器件40用一个透镜器件即可实现。

图34和图35中，以显示器件10关于投影器件40的像I₁₀作为等效显示器件，代替前述显示器件10，既可基于同样方法和过程进行单目多视图显示。引入投影器件40的结构，常被作为近眼显示光学引擎的一个目镜，两个该类目镜搭建一个双目显示光学结构，如图36。

上述图34和图35所示各结构中，还可以引入中继器件60，以引导各子像素投射光向观察者瞳孔50所处区域进行传播，如图6的半透半反面。中继器件60也可以选用其它各种的光学器件或光学器件组件。例如，图37中置于各视区处的反射镜61a、61b、61c构建的中继器件60；图38中，反射镜62、63a、63b、63c构建的中继器件60；图39中，半透半反面64、反射面65a、反射面65b、反射面65c构建的中继器件60；图40中，角度特性面66、反射面67a、反射面67b、反射面67c构建的中继器件60。图39和图40中，显示器件10选用反射式显示装置。其中，图40中的角度特性面66，对接近垂直入射的来自背光源的光，具有透射性质，对由显示器件10反射而来的以较大入射角入射的光束，具有反射性质。图41所示为采用自由曲面组合器件的光学结构。该自由曲面组合器件由透射曲面FS1、反射曲面FS2、半透半反曲面FS3、透射曲面FS4、透射曲面FS5构成。其中FS1、FS2、FS3、FS4一起执行成像型分光器件20和投影器件40的功能，FS2、FS3执行中继器件60的功能，FS5具有补偿调制功能，允许外部环境光不受FS3、FS4影响地入射观察者瞳孔50。图中，背光源阵列110和显示器件10之间也可以置于透镜，作为成像型分光器件20的组件，对各背光源出射光进行会聚。图34至图41中，背光源阵列110包含背光源组数目，以包括较少的一组或两组背光源组为例示出。其也可以包含更多组的背光源组。其不同组之间可具有图27至图29所述不同正交特性，例如不同的时序特性，或者不同的旋光特性，或者不同的偏光特性，或者复合特性。

所述中继器件60也可以选用光波导器件，称之为光波导型中继器件60，包括入瞳611，耦入器件612，光波导体613，反射面614a和614b，耦出器件615和出瞳616。图42所示结构中光波导型中继器件60置于背光源阵列110和显示器件10之间，引导背光源阵列110各背光源投射光以各自对应矢向特性入射显示器件10。背光源阵列110的各背光源，例如背光源BS_B1，出射光经成像型分光器件20的组件21，转化为平行光；然后经光波导型中继器件60的入瞳611入射至耦入器件612；耦入器件612引导来自背光源BS_B1的平行光于光波导体613内，基于反射面614a和614b的反射，向耦出器件615传播；耦出器件615调制入射光束，引导其经出瞳616入射显示器件10；成像型分光器件20的组件22，也是投影器件40，将背光源BS_B1对应子像素组所投射视图，向背光源BS_B1的像会聚投射，该背光源BS_B1的像即为背光源BS_B1对应子像素组的视区VZ_B1。成像型分光器件20的组件22同时也是投影器件40，投射显示器件10的像I₁₀。其中，光波导型中继器件60也参与了背光源的成像和显示器件10的成像。由部分反射入射光的面615a、615b、615作为组件构建的耦出器件615可以具有扩瞳功能，耦出器件615的各组件一方面引导入射光束部分地向出瞳投射，另一方面又允许入射光部分地继续沿原来的传输路径传输，并经反射面614b反射后再次入射下一个耦出器件615的组件进行耦出和反射，并如此重复，直至来自各背光源的光束覆盖显示器件10。则，以显示器件10的像I₁₀作为等效显示器件，即可基于上述原理和方法进行单目多视图显示。图中的投影器件组件40b，也可以复合于耦出器件615。

光波导型中继器件60也可以沿光传播方向置于显示器件10之前。如图43，各背光源出射光经分光器件20的组件21，转为为平行光入射显示器件10，然后经光波导型中继器件60引导进入分光器件20的组件22，会聚导到该倍光源的像，形成该背光源对应子像素组的视区。分光器件20的组件22同时也是投影器件40。其中，光波导型中继器件60也参与了背光源的成像和显示器件10的成像。图43中，分光器件20的组件21和显示器件10的前后位置关系也可以互换。

本实例例上述各图中，各背光源出射光经其它器件转化为平行光时，说的是各背光源为点光源的情况。当背光源是上述具有一定尺寸的点状光源或条状光源时，对各背光源，对应的情况是该背光源上各点出射光被转化为沿对应矢向传播的平行光。采用光波导型中继器件60时，图42和图43以背光源各点出射光被转化为平行光入射光波导型中继器件60的情况为例进行说明。实际上，在保证实现至少两个视图或/拼合视图光信息入射观察者同一瞳孔50的前提下，图42和图43中相关各组件的位置关系也可以变动，或至引入新的组件，使背光源各点出射光以非平行光的状态入射光波导型中继器件60，包括显示器件10各子像素出射光被转换为平行光入射光波导型中继器件60的情况或显示器件10各子像素出射光也不被转换为平行光入射光波导型中继器件60的情况。

本发明的核心思想是以子像素为基本显示单元，通过子像素投射光束的空间叠加显示单目可聚焦空间场景。显示器件10出射不同颜色光的K′类子像素中，分属不同类的K′个子像素投射光即刻可叠加形成彩色空间光点。相较于现有以像素为基本显示单元的单目多视图显示方法，本专利所述方法可以提高视区呈现数量(K′-1)倍，有效提升单目多视图技术的可实现性。

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

1.基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

(i)以显示器件(10)各像素的子像素为基本显示单元，各出射相同颜色光的子像素，分别单独作为一个子像素组或分为若干个子像素组；

所述显示器件(10)的子像素分属K′类出射光颜色互不相同的基本色子像素，包括K类基元色子像素，且各子像素组的子像素遍布该显示器件(10)排列，其中K′≧2，K′≧K≧2；

(ii)沿显示器件(10)各子像素出射光传输方向，设置分光器件(20)于显示器件(10)前，引导显示器件(10)各子像素分别向其所属子像素组对应的视区投射光束，并限制该各投射光束的发散角，使该各投射光束于观察者瞳孔(50)所处面上，沿至少一个方向，光强值大于峰值光强的50％的光分布尺寸小于观察者瞳孔(50)直径；

(iii)由与显示器件(10)连接的控制器件(30)，控制各子像素组加载显示对应图像，其中各子像素所加载图像信息，为沿该子像素所投射并入射观察者瞳孔(50)所处区域的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔(50)所处面交点上的投影光信息；

其中，显示器件(10)各子像素组对应视区的空间位置分布，被设置为使得总数至少为两个的视图或/和拼合视图信息入射同一观察者瞳孔(50)。

2.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述分光器件(20)为对应观察者瞳孔(50)置放的孔径阵列，该孔径阵列包含至少一组由K个孔径组成的孔径组，该K个孔径一一对应地附有K类基元色子像素分别对应的K类滤光片，各孔径对应类基元色子像素所成子像素组中，投射光通过该孔径的子像素组以该孔径为对应视区。

3.根据权利要求2所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述孔径阵列包含M组孔径组，不同孔径组分别仅允许互不相同正交特性光通过，其中M≧2。

4.根据权利要求3所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述互不相同正交特性，是于不同时间点分别透射的时序正交特性、或偏振方向相互垂直的两个线偏特性、或旋转方向相反的两个旋光特性、或于不同时间点不同时透射的时序正交特性和偏振方向相互垂直的两个线偏特性的组合特性、或于不同时间点不同时透射的时序正交特性和旋转方向相反的两个旋光特性的组合特性。

5.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述分光器件(20)为对应观察者瞳孔(50)置放的孔径阵列，该孔径阵列包含至少一组由K′个孔径组成的孔径组，该K′个孔径与K′类基本色子像素一一对应，各孔径对应类基本色子像素所成子像素组中，投射光通过该孔径的子像素组以该孔径为对应视区，其中对应K类基元色子像素的K个孔径分别附有对应的K类滤光片，其中K′﹥K；

其中，同一孔径组中，附有K类滤光片的K个孔径允许同一种正交特性光通过，其余(K′-K)个孔径分别仅允许其它(K′-K)种正交特性光中的各一种通过，且(K′-K+1)种正交特性互不相同，各孔径对应类基本色子像素所成子像素组中，投射光通过该孔径的子像素组以该孔径为对应视区。

6.根据权利要求5所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述孔径阵列包含M组孔径组，不同孔径组分别仅允许互不相同正交特性光通过，其中M≧2。

7.根据权利要求5和6任一项所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，互不相同正交特性，是于不同时间点分别透射的时序正交特性、或偏振方向相互垂直的两个线偏特性、或旋转方向相反的两个旋光特性、或于不同时间点不同时透射的时序正交特性和偏振方向相互垂直的两个线偏特性的组合特性、或于不同时间点不同时透射的时序正交特性和旋转方向相反的两个旋光特性的组合特性。

8.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述显示器件(10)为具有背光源阵列(110)的被动式显示装置，该背光源阵列(110)包括至少一组分别投射K类基元色光的K个背光源所组成背光源组，所述分光器件(20)为投射该背光源阵列(110)各背光源的实像的光学器件，各背光源的实像的光分布区域作为投射光颜色一致于该背光源投射光颜色的子像素组中，投射光过该光分布区域的子像素组所对应视区。

9.根据权利要求8所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述背光源阵列(110)包含M组背光源组，不同背光源组分别出射互不相同正交特性光，其中M≧2。

10.根据权利要求9所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述互不相同正交特性，是于不同时间点不同时投射的时序正交特性、或偏振方向相互垂直的两个线偏特性、或旋转方向相反的两个旋光特性、或于不同时间点不同时投射的时序正交特性和偏振方向相互垂直的两个线偏特性的组合特性、或于不同时间点不同时投射的时序正交特性和旋转方向相反的两个旋光特性的组合特性。

11.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述显示器件(10)为具有背光源阵列(110)的被动式显示装置，该背光源阵列(110)包括至少一组分别投射K′类基本色光的K′个背光源所组成背光源组，所述分光器件(20)为投射该背光源阵列(110)各背光源的实像的光学器件，各背光源的实像的光分布区域作为投射光颜色一致于该背光源投射光颜色的子像素组中，投射光过该光分布区域的子像素组所对应视区，其中K′﹥K；

其中，同一背光源组中，投射K类基元色光的K个背光源出射光具有同一种正交特性，其余(K′-K)个背光源出射光分别具有其它(K′-K)种正交特性中的各一种，且(K′-K+1)种正交特性互不相同。

12.根据权利要求11所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述背光源阵列(110)包含M组背光源组，不同背光源组分别出射互不相同正交特性光，其中M≧2。

13.根据权利要求11和12任一项所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，互不相同正交特性，是于不同时间点不同时投射的时序正交特性、或偏振方向相互垂直的两个线偏特性、或旋转方向相反的两个旋光特性、或于不同时间点不同时投射的时序正交特性和偏振方向相互垂直的两个线偏特性的组合特性、或于不同时间点不同时投射的时序正交特性和旋转方向相反的两个旋光特性的组合特性。

14.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，步骤(ii)还包括置投影器件(40)于与显示器件(10)对应的位置，成显示器件(10)放大像。

15.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，步骤(ii)还包括置中继器件(60)于光传输路径上，引导显示器件(10)投射光束入射观察者瞳孔(50)所处区域。

16.根据权利要求15所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，所述中继器件(60)为反射面、或半透半反面、自由曲面组合、或光波导器件。

17.根据权利要求1所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，步骤(iii)还包括将追踪器件(70)与控制器件(30)连接，通过追踪器件(70)实时确定观察者瞳孔(50)的位置。

18.根据权利要求17所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，步骤(iii)还包括根据观察者瞳孔(50)的位置，对于投射光入射观察者瞳孔(50)的各子像素，确定其所加载光信息，为沿该子像素所投射并入射观察者瞳孔(50)的光束的传输矢向，待显示场景于该传输矢向所处直线与观察者瞳孔(50)交点上的投影光信息。

19.根据权利要求17所述的基于子像素出射光空间叠加的三维显示方法，其特征在于，步骤(iii)还包括根据观察者瞳孔(50)的位置，由控制器件(30)确定投射光束入射观察者瞳孔(50)的各子像素组，并仅驱动该各子像素组作为有效子像素组进行单目多视图显示。