CN114755843B - 边界区域化的正交特性像素块阵列及其三维显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种边界区域化的正交特性像素块阵列及基于其的三维显示方法。边界区域化的正交特性像素块阵列包括多个正交特性像素块，且相邻正交特性像素块分别出射相异正交特性光，且相邻两个正交特性像素块的像素分布之间存在重叠区域，该正交特性像素块阵列对应设置一组正交特性孔径，或相互错位排列的、可时序激活的多组正交特性孔径，其中任一组正交特性孔径的各正交特性孔径和各正交特性像素块依次一一对应，通过一个正交特性孔径，观察者眼睛可以接收到其对应正交特性像素块所投射光信息，但却不能接受到对应正交特性像素块的相邻正交特性像素块所投射光信息。基于麦克斯韦图或单眼多图像的技术路径，实现无聚焦‑会聚冲突的三维显示。

Description

边界区域化的正交特性像素块阵列及其三维显示方法

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及一种边界区域化的正交特性像素块阵列及基于其的三维显示方法，利用各正交特性像素块经同一正交特性孔径组中各自对应正交特性孔径向对应主光线分布区域的光信息投射，通过对应观察者瞳孔的不同正交特性孔径组的时序激活，实现观察者眼睛对至少一幅二维拼合图像的接收，从而基于麦克斯韦图或单眼多图像的技术路径进行三维显示。

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，通过向观察者双眼分别投射各自对应的一幅二维图像，利用双眼视向于相应深度的空间交叉会聚，基于双目视差触发观察者的深度感知。在此过程中，来自对应显示屏的各像素或子像素的光束，均为发散角覆盖观察者瞳孔的锥状发散光束，该类锥状光束牵引观察者各目聚焦于对应显示屏，以看清楚各自对应二维图像，由此导致单眼固定的聚焦深度(显示屏或显示屏像所处深度)和双眼会聚深度(所注视显示场景的深度)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，是三维显示推广应用的瓶颈问题。

为了克服所述聚焦-会聚冲突问题，小尺寸近眼孔径常用来控制观察者眼睛所接收待显示场景二维图像对应光束的发散角和入射方向，从而基于麦克斯韦图(Maxwellianview)或单眼多图像的技术路径，实现自由聚焦显示，即单眼聚焦距离和双眼会聚距离一致的三维显示。其中，基于麦克斯韦图(Maxwellian view)进行显示时，所述小尺寸孔径沿各个方向都需要小于观察者瞳孔直径D_p；基于单眼多图像进行显示时，所述小尺寸孔径沿至少一个方向小于观察者瞳孔直径D_p，且过各显示物点，观察者各目分别需要接收到至少两束光束。但对实物的近眼孔径，眼睛和近眼孔径之间需要一定的空间距离，以容纳睫毛之类的眼睛附着组织。则，通过一定距离外的近眼孔径，观察者眼睛所能看到的二维图像视角受限。如图1，通过近眼孔径A₁，观察者眼睛仅能看到显示屏上的G₁G₂区域，该G₁G₂区域为近眼孔径A₁中点和观察者瞳孔边点连线于显示屏上的覆盖区域。考虑近眼孔径A₁的尺寸及衍射效应，在近眼孔径尺寸较小时，即使实际上所能看到区域会比G₁G₂区域稍大，但仍不足以支持合理的观察视角。通过将显示屏分为不同子屏，并设计相邻子屏出射相异正交特性光，中国发明专利《一种实现大视区小视点间距的三维显示方法》(公开号：CN112114437A、公开日：2020-12-22)以该类子屏作为正交特性像素块，设计和各正交特性像素块一一对应的正交特性孔径，组成正交特性孔径组，以展宽通过该正交特性孔径组所能看到二维图像的视角。其各正交特性孔径被设置为允许对应正交特性像素块投射光通过，但挡除对应正交特性像素块的相邻正交特性像素块所投射光，从而为观察者眼睛提供一个无噪声区域。该噪声是指各正交特性像素块经非对应正交特性孔径所投射光信息。如图2所例，显示屏沿x向分为M＝4个正交特性像素块10、10'、10”和10”'，依次对应正交特性孔径A₁、A₂、A₃和A₄。正交特性像素块10、10'、10”和10”'依次出射“-”、“·”、“-”、“·”光。其中“-”和“·”分别表示相异的正交特性，这里以水平偏光态和垂直偏光态为例。正交特性孔径A₁和A₃允许“-”光通过，但挡除“·”光，A₂和A₄允许“·”光通过，但挡除“-”光。此时各正交特性孔径允许对应正交特性光通过、挡除非对应正交特性光的功能，工程上可以通过附着对应偏光片来实现。图2中，各正交特性像素块等间距毗邻排列，相邻正交特性像素块有明确的边界线，例如点D₁、D₂、D₃所对应边界线；同组正交特性孔径等间距排列。各正交特性像素块中心点和对应正交特性孔径上一点(最优地选择该正交特性孔径的中心点)的连线相交于点VP。各正交特性像素块的像素和同组正交特性孔径中对应正交特性孔径中点的连线，于点VP处覆盖形成该正交特性孔径组的对应主光线分布区域LZ。在观察者眼睛瞳孔覆盖该主光线分布区域LZ的前提下，可以完整接收到各正交特性像素块通过对应正交特性孔径组所投射图像拼连而成的拼合图像。则，通过各眼分别对应正交特性孔径组，可以基于麦克斯韦图的技术路径实现克服聚焦-会聚冲突的三维显示。同时，因为可选用正交特性数量有限，为了获得较大视角的拼合图像投射，同组正交特性孔径数量M可以设置为较大值。当同组正交特性孔径数量M大于所选用正交特性数量时，一个正交特性像素块投射光可以通过非对应的正交特性孔径出射而形成噪声。如图2中，正交特性像素块10投射“-”光经非对应正交特性孔径A₃出射的噪声，正交特性像素块10'投射“·”光经非对应正交特性孔径A₄出射的噪声，正交特性像素块10”投射“-”光经非对应正交特性孔径A₁出射的噪声，正交特性像素块10”'投射“·”光经非对应正交特性孔径A₂出射的噪声。

对应观察者一只眼睛，也可以置放N≧2组正交特性孔径组。图3具体地以N＝2和x方向M＝3个正交特性像素块10、10'、10”为例，正交特性孔径A₁、A₂、A₃组成正交特性孔径组20，正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃组成正交特性孔径组20'，该两个正交特性孔径组错位地对应一个观察者眼睛排布。其中，对应正交特性像素块10的正交特性孔径A₁、A'₁仅允许“-”光通过，挡除“·”光；对应正交特性像素块10'的正交特性孔径A₂、A'₂仅允许“·”光通过，挡除“-”光；对应正交特性像素块10”的正交特性孔径A₃、A'₃仅允许“-”光通过，挡除“·”光。图3中，D₁和D₂为相邻子屏边界点，E和F为显示屏边点。图3所示为一个时间周期的时间点t₁，仅正交特性孔径组20的正交特性孔径A₁、A₂、A₃被打开，正交特性孔径组20'的正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃处于关闭状态。正交特性像素块10投射的“-”光通过打开的正交特性孔径A₁向围绕点VP的主光线分布区域LZ₁投射光信息，正交特性像素块10'投射的“·”光通过正交特性孔径A₂向围绕点VP的主光线分布区域LZ₁投射光信息，正交特性像素块10”投射的“-”光通过正交特性孔径A₃向围绕点VP的主光线分布区域LZ₁投射光信息。各正交特性像素块同步加载光信息，该光信息为待显示场景关于打开的对应正交特性孔径的视图。则，仅正交特性孔径组20的正交特性孔径A₁、A₂、A₃打开时，各正交特性像素块所投射待显示场景的视图拼连为一幅拼合图像，并投射至对应主光线分布区域LZ₁；在观察者眼睛瞳孔覆盖该主光线分布区域LZ₁的情况下，可以看到对应完整拼合图像，该拼合图像相对于通过仅一个孔径所观察的图像，视角得到有效扩展。同理，在该时间周期的另外一个时间点t₂，仅正交特性孔径组20'的正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃被打开(正交特性孔径组20的正交特性孔径A₁、A₂、A₃处于关闭状态)时，正交特性像素块阵列投射另一幅拼合图像至主光线分布区域LZ₂，在观察者眼睛瞳孔覆盖该主光线分布区域LZ₂的情况下，可以看到该另一幅的完整拼合图像。当该两个主光线分布区域间距及尺寸可以保证二者均被观察者眼睛瞳孔所覆盖时，即可基于单眼多图像进行显示。沿一个排列方向，同组正交特性孔径数量M大于所选用的正交特性数量时，一个正交特性像素块投射光可以通过非对应的正交特性孔径出射而形成噪声，从而出现图3所示噪声区域，及无该类噪声的无噪声区域。

当主光线分布区域仅沿一个方向分布时，各正交特性孔径也可以是条状的，各正交特性孔径沿其排列方向垂向上，尺寸可以大于观察者瞳孔直径，以保证沿排列方向垂向上，观察者眼睛所能看到图像的视角足够大。在正交特性孔径沿各个方向的尺寸均小于观察者瞳孔直径时，为了沿二维方向均得到合理的视角，往往采用二维方向排列的正交特性孔径，例如图4所示的正交特性孔径A₁₁、A₁₂、…所组成的正交特性孔径组20。该情况下，若各正交特性孔径仅分别具有“-”或“·”的两种正交特性，则沿正交特性孔径排列的对角线方向，相邻正交特性孔径具有相同的正交特性，导致沿该对角线方向小的无噪声区。此时，采用更多的正交特性可以避免对角线方向上，相邻正交特性孔径之间的串扰，如图4对角线方向上具有相同“-”或“·”正交特性的相邻正交特性孔径，分别设计具有不同的时序特性。该时序特性是指具有不同时序特性的正交特性孔径，在不同时间点分别被打开，对应正交特性像素块同步激活并加载对应光信息。图4以t1和t2示出该二维排列的正交特性孔径分别于两个不同时间点打开。所述于各时间点激活或打开，往往包含有激活或打开后持续打开状态的时间段。

图3以两种正交特性“-”和“·”为例，各正交特性像素块出射光经非对应的、和对应正交特性孔径具有相同正交特性的正交特性孔径所投射噪声，形成图3所示噪声区域，及没有此类噪声分布的无噪声区域。实际上，所述各正交特性像素块投射光被对应正交特性孔径的相邻正交特性孔径被挡除，但该挡除可能不是100％挡除。所述噪声，是不考虑此类来自于“一个正交特性像素块经对应正交特性孔径的相邻正交特性孔径所出射光”的噪声，仅指来自于“一个正交特性像素块经和对应正交特性孔径具有相同正交特性的、非对应的正交特性孔径所出射光”的噪声。在沿一个排列方向，相邻更多个正交特性像素块分别出射互不相同正交特性光时，该方向上的无噪声区域会变大。也即是说，更大的无噪声区域要求选用更多种类的正交特性。

图3以一只眼睛对应的正交特性孔径组为例进行说明，一个正交特性像素块阵列对应的正交特性孔径组可以分为两组，分别对应设置给观察者双眼。如果一个正交特性像素块阵列对应的正交特性孔径组仅设置给一个眼睛，观察者双眼需要两个正交特性像素块阵列及其各自对应正交特性孔径组。

中国发明专利《基于光出射受限正交特性像素块-孔径对的三维显示模组》(公开号CN112925110A，公开日20210608)、《基于光出射受限正交特性像素块-孔径对的近眼显示模组》(公开号CN112925098A，公开日20210608)也基于正交特性像素块和对应的正交特性孔径组，分别设计了三维显示系统，其相邻正交特性像素块也设计为具有明晰的边界。

上述基于正交特性像素块阵列及其对应正交特性孔径组的显示系统中，相邻正交特性像素块之间明晰的边界和同组正交特性孔径的间距，导致盲区的出现，过该类盲区中的物点，无正确的投影光线通过；该类盲区内的待显示场景，对于无噪声区域内的观察者眼睛，将出现信息丢失的现象。如图3中xz面内的盲区1和盲区2。以盲区1为例，其为正交特性像素块10和10'边界点D₁和同组正交特性孔径A₁和A₂连线夹角所覆盖范围。过盲区1内的点C，将无正确的投射光束经A₁、A₂、A₃组成的正交特性孔径组20出射。

发明内容

本发明的目的为解决上述现有技术存在的问题，即各盲区从正交特性孔径组一直延伸至正交特性像素块的问题，而设计一种边界区域化的正交特性像素块阵列；于任意相邻两个正交特性像素块的临近处，设计该两个正交特性像素块像素分布重叠区域，基于该重叠区域的存在向正交特性孔径方向压缩盲区；并对应观察者眼睛设置正交特性孔径组，通过其向观察者眼睛投射至少一幅的二维拼合图像，从而基于麦克斯韦图或单眼多图像的技术路径，实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种边界区域化的正交特性像素块阵列，包括沿一维或二维排列的M个正交特性像素块，其中各正交特性像素块包括多个像素，相邻正交特性像素块出射光分别具有相异的正交特性，对于任意两个相邻正交特性像素块，该两个相邻正交特性像素块的像素分布存在重叠区域，其中M≧2；

该正交特性像素块阵列为观察者眼睛对应设置N个正交特性孔径组，各正交特性孔径组包括一一对应于M个正交特性像素块的M个正交特性孔径，各正交特性像素块能够通过同一正交特性孔径组中各自对应的正交特性孔径，向该正交特性孔径组所对应的主光线分布区域投射光信息，且，各正交特性像素块的出射光对各对应正交特性孔径的同组相邻正交特性孔径的出射率低于10％，其中N≧2；

其中，各正交特性孔径组所对应的主光线分布区域，为各正交特性像素块出射的、过该正交特性孔径组中各自对应正交特性孔径上一点的光线所共同覆盖区域，且对应同一眼睛的主光线分布区域沿至少一个方向的间距小于或等于观察者瞳孔直径。

上述方案中，通过设计该相邻正交特性像素块的像素分布重叠区域，能够向正交特性孔径方向有效压缩该类盲区，以减小或避免待显示场景和各盲区的重叠。

优选地，各正交特性像素块的出射光对各对应正交特性孔径的同组相邻正交特性孔径的出射率低于10％。

优选地，所述正交特性，是在不同时间点分别投射光信息的时序特性、或光偏振方向相互垂直的两种线偏特性、或分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性、或者为在不同时间点分别投射光信息的时序特性、光偏振方向相互垂直的两种线偏特性、偏光态分别为左旋和右旋的两种旋偏特性中任意两种或两种以上特性的组合。

优选地，所述正交特性，是指各正交特性像素块投射光覆盖各自对应的N个正交特性孔径。

优选地，所述正交特性，是指各正交特性像素块投射光时序指向各自对应的N个正交特性孔径。

优选地，所述各像素包括K个出射不同颜色光的子像素，各像素所属正交特性像素块所对应各正交特性孔径分别包括K个子正交特性孔径，该K个子正交特性孔径一一对应地分别仅允许所述K种颜色光通过。

优选地，各正交特性像素块等间距分布，在N个正交特性孔径组中，同组的正交特性孔径等间距分布。

优选地，各正交特性像素块为不同的像素组合经光学器件所成的像。

进一步优选地，所述光学器件为透镜或反射光学元件。具体的，该反射光学元件可以为反射面。

本发明还提供以下方案；

基于上文所述的边界区域化的正交特性像素块阵列的三维显示方法，包括以下步骤：

S1.在一个点，仅激活一个正交特性孔径组，各正交特性像素块同步刷新加载待显示场景关于激活的对应正交特性孔径的视图信息；

S2.在一个时间周期的N个时间点，时序激活N个正交特性孔径组，在每个时间点执行步骤S1；

S3.在各时间周期，重复步骤S2。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过相邻正交特性像素块之间临近区域内，来自不同正交特性像素块的像素之间的穿插排布设计，将上述盲区沿深度方向向正交特性孔径处压缩，减小或避免显示场景和盲区的交叠，以提高显示质量。

附图说明

图1为单个近眼孔径对应的受限视角示意图。

图2为基于一个正交特性孔径组的视角扩展原理示意图。

图3为对应两个正交特性孔径组的主光线分布区域示意图。

图4为二维正交特性孔径组示意图。

图5实施例1的相邻正交特性像素块之间存在像素分布重叠区域情况下的盲区收缩示意图。

图6为两束来自同一个拼合图像光束过一个显示物点的情况示意图。

图7为实施例2的对应同一眼睛的N＝2个正交特性孔径组的排布示意图。

图8为实施例3的各正交特性像素块出射光仅覆盖对应正交特性孔径的正交特性像素块阵列范例的示意图。

图9为实施例4的相邻正交特性像素块对应正交特性孔径发生穿插排布情况下，各正交特性像素块出射光覆盖对应正交特性孔径的正交特性像素块阵列范例的示意图。

图10为实施例5的各正交特性像素块出射光时序指向对应正交特性孔径的正交特性像素块阵列范例的示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；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。

实施例1

图5以沿x方向M＝3个正交特性像素块10、10'、10”为例进行说明，它们组成正交特性像素块阵列。相邻正交特性像素块出射光分别具有相异的正交特性，例如图5中正交特性像素块10出射“-”光，正交特性像素块10'出射“·”光，正交特性像素块10”出射“-”光。“-”和“·”分别表示相异的正交特性，这里以“-”为水平偏光态、“·”为垂直偏光态为例进行说明。任意两个相邻正交特性像素块临近处，该两个相邻正交特性像素块的像素分布区域发生重叠，如图5中正交特性像素块10和10'之间的重叠区域D₁₁D₁₂，正交特性像素块10'和10”之间的重叠区域D₂₂D₂₃。具体以放大的重叠区域D₂₂D₂₃为例，其属于正交特性像素块10'的、出射“·”光的像素p_i4、p_j1、p_j3，和属于正交特性像素块10”的、出射“-”光的像素p_i3、p_i5、p_j2间或排列。这里，重叠区域D₂₂D₂₃内，分别来自正交特性像素块10'、10”的像排列密度相同。当然，同一重叠区域内，具有不同正交特性的像素的排列密度也可以是变化的。另外地，当相邻正交特性像素块仅具有不同的时序特性时，其对应重叠区域内的像素，可以全部地在不同时间点分别属于不同的正交特性孔径块。更进一步地，各正交特性像素块也可以是不同的像素组合经光学器件，例如透镜、反射面等，所成的像。对应所述正交特性像素块阵列设正交特性孔径A₁、A₂、A₃组成的正交特性孔径组20。其中正交特性孔径A₁对应正交特性像素块10，在打开状态下允许正交特性像素块10所投射“-”光通过，挡除“·”光；正交特性孔径A₂对应正交特性像素块10'，在打开状态下允许正交特性像素块10'所投射“·”光通过，挡除“-”光；正交特性孔径A₃对应正交特性像素块10”，在打开状态下允许正交特性像素块10”所投射“-”光通过，挡除“·”光。本专利中所述的“挡除”，并不指0％的通过率，而是指通过率对显示效果不产生明显影响的挡除，例如≦10％的通过率。正交特性像素块10加载待显示场景关于对应正交特性孔径A₁的视图，正交特性像素块10'加载待显示场景关于对应正交特性孔径A₂的视图，正交特性像素块10”加载待显示场景关于对应正交特性孔径A₃的视图，这些视图拼连为该正交特性孔径组20对应的拼合图像。最优地设计各正交特性像素块等间距分布，同组的正交特性孔径等间距分布，则各正交特性像素块中点和对应正交特性孔径中点连线相较于点VP点。处于点VP处的观察者眼睛，在正交特性孔径组20所对应主光线分布区域LZ被该眼睛瞳孔覆盖的前提下，可以通过正交特性孔径组20看到正交特性像素块阵列投射的对应完整拼合图像。正交特性孔径组20对应的主光线分布区域LZ，为各正交特性像素块出射的、过该正交特性孔径组20中的对应正交特性孔径上一点的光线所共同覆盖区域。所述“对应正交特性孔径上一点”最优地取为“对应正交特性孔径中点”，如图5所示情况。在相邻正交特性像素块之间存在重叠区域时，会导致盲区沿远离正交特性像素块阵列方向收缩，如图5所示的盲区1和盲区2，它们的顶点沿指向正交特性孔径的方向离开正交特性像素块阵列，该离开的距离L'＝wL/(δ+w)。其中，w为重叠区域的尺寸，δ为同组正交特性孔径的间距。

图5所示正交特性孔径组对应于观察者的一只眼睛设置。考虑观察者的双眼，存在两种设计。第一种设计，采用一个正交特性像素块阵列10，观察者的两只眼睛分别对应设置一个正交特性孔径组；它们时序激活，各正交特性像素块同步刷新显示关于激活状态的对应正交特性孔径的视图。第二种设计，观察者各眼分别对应一个正交特性像素块阵列和一个正交特性孔径组，它们同步激活。该情况下，可以基于麦克斯韦图的技术路径进行显示。此时正交特性像素块需要二维排列，正交特性孔径也对应二维排列。则，沿对角线方向相邻正交特性孔径之间正交特性设计为相异时，类似于如图4所示，有利于沿该对角线方向无噪声区域的扩展。双眼对应所有正交特性孔径全部激活所需时间段作为一个时间周期，各时间周期，重复上述过程。

在各眼对应仅接收到一幅拼合图像的情况下，也可以基于单眼多图像的技术路径进行显示，如图6所示。图6以2δ>Δ情况为例，沿-z方向，距离正交特性像素块阵列大于Z_S-M范围内的显示物点，可能基于单眼多图像进行显示。其中，δ为同组正交特性孔径间距，Δ为相邻正交特性像素块间距。Z_S-M由几何关系Δ/(2δ)＝Z_S-M/(Z_S-M+L)决定。如过图6中的A点，有两条光线分别经正交特性孔径A_j和A_j+1入射主光线分布区域LZ。而过距离正交特性像素块阵列小于Z_S-M范围内的显示物点，可能有两束光束入射主光线分布区域LZ，从而基于单眼多图像进行显示，如A'点；也可能仅一束光束入射主光线分布区域LZ，从而基于麦克斯韦图进行显示，如A”点。为了图示的清晰，图6中相邻正交特性孔径块图示为毗邻排列，存在明确的边界。例如，D_j为正交特性像素块S_j和S_j+1于xz面内的边界点，D_j+1为正交特性像素块S_j+1和S_j+2于xz面内的边界点。其它情况下，例如非2δ>Δ情况下的显示物点，类似地，过一个显示物点，可能仅一束光束入射对应主光线分布区域LZ，也可能有两束光束入射对应主光线分布区域LZ。

过任意显示物点，均至少有两束光束可以经不同正交特性孔径入射观察者任一眼睛情况下，设计各正交特性孔径沿至少一个方向尺寸小于观察者瞳孔直径。当过至少部分显示物点，仅有一束光束入射观察者任一眼睛情况下，设计各正交特性孔径沿各个方向的尺寸均需要小于观察者瞳孔直径。

实施例2

本实施例中，正交特性像素块阵列包括M＝3个正交特性像素块10、10'、10”，该正交特性像素块10、10'、10”的设置和排布基本与实施例1类似。本实例中，对应观察者的一只眼睛，设置大于一个的正交特性孔径组，如图7所例两个正交特性孔径组：正交特性孔径A₁、A₂、A₃组成的正交特性孔径组20，正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃组成的正交特性孔径组20'，对应一只观察者眼睛置放。该两组正交特性孔径组于各时间周期内时序激活，各正交特性像素块同步刷新显示关于激活的对应正交特性孔径的视图，可实现向观察者一只眼睛大于一个的拼合图像的投射。该大于一个的拼合图像各自对应的主光线分布区域的间距沿至少一个方向足够小情况下，过各显示物点有至少两束光束经不同正交特性孔径入射该观察者眼睛，可以基于单眼多图像进行显示。当该大于一个的拼合图像各自对应的主光线分布区域的间距，不足以保证过各显示物点均有至少两束光束经不同正交特性孔径入射该观察者眼睛时，可以基于麦克斯韦图，或基于麦克斯韦图和单眼多图像的联合进行显示，但该大于一个的拼合图像各自对应的主光线分布区域可以为该眼睛提供更大的观察区域。当然地，各眼对应可以设置多于两个的正交特性孔径组。

上述各实施例以光偏振方向相互垂直的两种线偏特性作为正交特性来进行说明。其它可以实现一个正交特性孔径允许对应正交特性光通过，挡除非对应正交特性光的性质，均可作为本发明的正交特性。例如，不同时间点分别投射的时序特性、或者分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性、或者为在不同时间点分别投射的时序特性、光偏振方向相互垂直的两种线偏特性、偏光态分别为左旋和右旋的两种旋偏特性中任意两种或两种以上特性的组合，均可作为本发明的正交特性孔径。

实施例3

在本实施例中，正交特性像素块阵列包括M＝3个正交特性像素块10、10'、10”，该正交特性像素块10、10'、10”的排布基本与实施例1类似。各正交特性像素块出射光仅覆盖对应正交特性孔径的性质，也是一种所述的正交特性。在本实施例中，如图8，正交特性像素块10上任一像素p_i出射光仅覆盖对应正交特性孔径A₁和A'₁；正交特性像素块10'上任一像素p_j出射光仅覆盖对应正交特性孔径A₂和A'₂；正交特性像素块10”上任一像素p_k出射光仅覆盖对应正交特性孔径A₃和A'₃。此时，各正交特性孔径的正交特性，体现在其空间位置。相邻正交特性像素块对应的正交特性孔径相互穿插排布时，各正交特性像素块出射光仅覆盖对应正交特性孔径的同时，也会覆盖相邻正交特性像素块所对应正交特性孔径。

实施例4

本实施例与实施例3基本一致，不同之处在于：如图9，正交特性像素块10上任一像素p_i出射光覆盖对应正交特性孔径A₁、A'₁和A”₁的同时，也覆盖正交特性像素块10'的对应正交特性孔径A₂。此时，相邻正交特性像素块还应该具有其它种类的不同正交特性，以避免各正交特性像素块投射光经非对应正交特性孔径向主光线分布区域投射噪声光束。例如图9所示，正交特性像素块10和10”出射“-”，正交特性像素块10'出射“·”光。各正交特性孔径分别被赋予对应特性，仅允许对应正交特性像素块投射的“-”光或“·”出射。

实施例5

各正交特性像素块的正交特性，也可以是其出射光时序指向各自对应的N个正交特性孔径的性质。如图10，本实施以对应一只眼睛的三个正交特性孔径组为例，正交特性孔径A₁、A₂、A₃所成正交特性孔径组20，正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃所成正交特性孔径组20'，正交特性孔径A”₁、A”₂、A”₃所成正交特性孔径组20”。正交特性孔径A₁、A'₁、A”₁对应正交特性像素块10，正交特性孔径A₂、A'₂、A”₂对应正交特性像素块10'，正交特性孔径A₃、A'₃、A”₃对应正交特性像素块10”。同组正交特性孔径同间距排列，不同正交特性孔径组之间同偏移距离排布。图10所示情况下，相邻组正交特性孔径之间发生穿插。正交特性像素块阵列对应设置背光结构101，其包括会聚器件101a和点光源101b-1、101b-2、101b'-1、101b-3、101b'-2、101b”-1、101b'-3、101b”-2和101b”-3。点光源101b-1、101b-2、101b'-1、101b-3、101b'-2、101b”-1、101b'-3、101b”-2和101b”-3所投射背光经会聚器件101a，分别覆盖对应的正交特性像素块10、10'、10、10”、10'、10、10”、10'和10”；并分别依次会聚至对应的正交特性孔径A₁、A₂、A'₁、A₃、A'₂、A”₁、A'₃、A”₂和A”₃。则在一个正交特性孔径组被激活时，例如图10所示仅正交特性孔径组20'的正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃被激活时，仅对应点光源101b'-1、101b'-2、101b'-3出射光，并分别会聚至正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃。此时，10、10'、10”分别同步加载待显示场景关于正交特性孔径A'₁、A'₂、A'₃的视图，则该三个视图拼连而成的拼合图像被投射至正交特性孔径组20'的对应主光线各分布区域。在各时间周期内，对应观察者一只眼睛的三个正交特性孔径组20、20'、20”在不同的时间点依次被激活，同理按上述过程，实现该周期内对应该眼睛的3个拼合图像的投射。但在像素分布重叠区域内，各像素对应的、来自两个点光源的入射背光，会投射该像素所加载光信息至两个正交特性瞳孔；为了避免像素分布重叠区域内各像素投射光经非对应正交特性孔径出射，相邻正交特性像素块需要设计具有其它不同的正交特性，例如分别出射“-”或“·”光。此时，各正交特性孔径也分别设置为仅允许对应的“-”或“·”光出射。

上述各实施例，均以像素为基本显示单元。也可以各像素所包含的K个子像素作为基本显示单元。各正交特性孔径对应地由K个子正交特性孔径组成，且一个正交特性孔径的K个子正交特性孔径，仅一一对应地分别允许所述K种子像素所出射的K种颜色光通过。则，各子正交特性像素块，于其所属正交特性孔径块对应的各正交特性孔径中，分别对应一个子正交特性孔径。则，一组正交特性孔径所包含子正交特性孔径被激活时，各子正交特性孔径块分别向激活的对应子正交特性孔径投射关于该子正交特性孔径的视图信息。可以类似地进行显示。

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，是可以实现的。例如，本发明实施例各图中，各正交特性像素块阵列均示为平面，且它们的排列示为平面排列，各正交特性孔径的排列也示为平面排列，它们也可沿曲面排列。再例如，本发明所述边界区域化的正交特性像素块阵列，可以代替中国发明专利《一种实现大视区小视点间距的三维显示方法》(公开号：CN112114437A、公开日：2020-12-22)、《基于光出射受限正交特性像素块-孔径对的三维显示模组》(公开号CN112925110A，公开日2021-06-08)、《基于光出射受限正交特性像素块-孔径对的近眼显示模组》(公开号CN112925098A，公开日2021-06-08)中的正交特性像素块阵列进行显示，也可代替其它光学结构中有明晰边界正交特性像素块所组成的正交特性像素块阵列。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种边界区域化的正交特性像素块阵列，包括沿一维或二维排列的M个正交特性像素块(10)，其中各正交特性像素块(10)包括多个像素，相邻正交特性像素块(10)出射光分别具有相异的正交特性，其特征在于：

对于任意两个相邻正交特性像素块(10)，该两个相邻正交特性像素块(10)的像素分布存在重叠区域，在重叠区域中，来自两个相邻正交特性像素块(10)的像素穿插排布，其中M≧2；

该正交特性像素块阵列为观察者眼睛对应设置N个正交特性孔径组(20)，各正交特性孔径组(20)包括一一对应于M个正交特性像素块(10)的M个正交特性孔径，各正交特性像素块(10)能够通过同一正交特性孔径组(20)中各自对应的正交特性孔径，向该正交特性孔径组(20)所对应的主光线分布区域投射光信息，其中N≧2；

其中，各正交特性孔径组(20)所对应的主光线分布区域，为各正交特性像素块(10)出射的、过该正交特性孔径组(20)中各自对应正交特性孔径上一点的光线所共同覆盖区域，且对应同一眼睛的主光线分布区域沿至少一个方向的间距小于或等于观察者瞳孔直径。

2.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，各正交特性像素块(10)的出射光对各对应正交特性孔径的同组相邻正交特性孔径的出射率低于10％。

3.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，所述正交特性，是在不同时间点分别投射光信息的时序特性、或光偏振方向相互垂直的两种线偏特性、或分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性、或者为在不同时间点分别投射光信息的时序特性、光偏振方向相互垂直的两种线偏特性、偏光态分别为左旋和右旋的两种旋偏特性中任意两种或两种以上特性的组合。

4.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，所述正交特性，是指各正交特性像素块(10)投射光覆盖各自对应的N个正交特性孔径。

5.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，所述正交特性，是指各正交特性像素块(10)投射光时序指向各自对应的N个正交特性孔径。

6.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，所述各像素包括K个出射不同颜色光的子像素，各像素所属正交特性像素块(10)所对应各正交特性孔径分别包括K个子正交特性孔径，该K个子正交特性孔径一一对应地分别仅允许所述K种颜色光通过。

7.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，各正交特性像素块等间距分布，在N个正交特性孔径组(20)中，同组的正交特性孔径等间距分布。

8.根据权利要求1所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，各正交特性像素块为不同的像素组合经光学器件所成的像。

9.根据权利要求8所述的边界区域化的正交特性像素块阵列，其特征在于，所述光学器件为透镜或反射光学元件。

10.基于权利要求1-9任一项所述的边界区域化的正交特性像素块阵列的三维显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在一个点，仅激活一个正交特性孔径组(20)，各正交特性像素块(10)同步刷新加载待显示场景关于激活的对应正交特性孔径的视图信息；

S2.在一个时间周期的N个时间点，时序激活N个正交特性孔径组，在每个时间点执行步骤S1；

S3.在各时间周期，重复步骤S2。