CN115616795A - 基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，包括指向调控单元阵列、可控光阀阵列、控制器件、及背光组件。其中，指向调控单元阵列由指向调控单元组成，分为至少一个的指向调控单元组；可控光阀阵列由可控光阀组成，分为至少一个的可控光阀组；各可控光阀组和至少一个的指向调控单元组对应。相互对应的一个可控光阀组和一个指向调控单元组构建为一个视区投射结构，其各指向调控单元通过对对应可控光阀入射光或出射光的调控，向观察者瞳孔进行视区投射，以实施三维显示。同一视区投射结构中，指向调控单元和可控光阀被设置具有正交特性，以抑制互不对应的指向调控单元和可控光阀之间的光信息串扰。

Description

基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，更具体涉及一种基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组。

背景技术

相对于传统二维显示，三维显示可以提供更多的维度信息，正受到越来多的关注。对应各像素或子像素分别设置微调制器件，通过各像素(子像素)所投射光束的指向牵引生成多个视区而进行显示的三维显示系统，因其轻薄的光学结构、灵活的视区调控能力而受到关注。但像素(子像素)及微调制器件的小尺寸结构所导致衍射光，也包括像素(子像素)出射光发散角所对应发散光，于非对应的像素(子像素)和微调制器件之间引入串扰，而影响显示质量。

发明内容

本发明提出一种基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，以可控光阀作为等效的显示像素(子像素)，各可控光阀对应设置指向调控单元，以调控各可控光阀入射光或出射光的指向，实现多个视区的投射。其中，同一时间激活的相邻若干个指向调控单元，被设置为分别仅允许各自对应的不同正交特性光通过，同时各可控光阀设置为仅允许对应正交特性的光通过。从而，基于正交特性设计，抑制非对应可控光阀和指向调控单元之间的串扰。该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，可以直接向观察者两个瞳孔分别投射视图，也可以作为目镜，基于分别对应观察者双眼的两个该显示模组搭建双眼显示系统。向观察者各个瞳孔所投射视区间距，可以大于或等于观察者瞳孔直径，以基于体视技术或Maxwellian View进行三维显示；向观察者各个瞳孔所投射视区间距，也可以沿至少一个方向小于观察者瞳孔直径，以基于超多视图技术进行三维显示。其中体视技术和Maxwellian View都是向观察者各瞳孔分别投射一个视图的三维显示技术，即单眼单图像显示技术。体视技术中各视图对应的视区尺寸大于观察者瞳孔尺寸，但Maxwellian View中各视图对应视区尺寸小于观察者瞳孔尺寸。所述一个视区的光分布区域往往被设置为：该视区对应视图所包含任一光束于视区面上强度不低于光强极大值50％的光所覆盖区域的并集。超多视图是一种单眼多图像显示技术，向观察者任一瞳孔投射多于一个的图像。体视技术存在聚焦-会聚冲突问题，Maxwellian View和超多视图是为解决该聚焦-会聚冲突问题发展出来的。其中，Maxwellian View也常被称为视网膜投影技术，利用投射光束的小发散角，降低光束出射点(像素、或子像素、或它们的像)对观察者眼睛聚焦点的束缚，并通过双眼会聚对单眼焦点的耦合牵引，实现各眼聚焦点对双眼会聚点的跟随一致；超多视图中，过各显示物点，多于一束的光束通过不同视区入射观察者任一瞳孔，该多于一束的光束于显示物点处的叠加光强，结合双眼会聚对单眼焦点的耦合牵引，驱动单眼聚焦距离和双眼会聚距离的一致。

本发明提供如下方案：

基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，包括：

指向调控单元阵列，该可控光阀阵列由可调制入射光束出射方向的指向调控单元组成，该指向调控单元阵列的所有指向调控单元分为M个指向调控单元组，且同一指向调控单元组中，相邻O个指向调控单元一一对应地分别仅允许O种正交特性光出射，各指向调控单元阻挡非对应的(O-1)种正交特性光出射，其中M≧1，O≧2；

可控光阀阵列，该可控光阀阵列由可受控地改变入射光出射率的可控光阀组成，该可控光阀阵列的所有可控光阀分为N个可控光阀组，其中N≧1；

所述指向调控单元阵列任一指向调控单元组被设置为和可控光阀阵列的至少一个的可控光阀组对应，相互对应的一个指向调控单元组和一个可控光阀组构建成为一个视区投射结构，共K个视区投射结构，其中K≧1；

其中，同一视区投射结构中，各可控光阀仅允许对应指向调控单元所对应正交特性的光出射，各指向调控单元调控对应可控光阀入射光或出射光的指向，引导生成Z个视区，且通过Z个视区中的每个视区都能够观察到一个图像，其中Z≧1；

控制器件，该控制器件能够分别与指向调控单元阵列和可控光阀阵列连接并于任一时间点控制各可控光阀入射光出射率对应于待显示场景沿对应矢向的投影光信息强度，

其中，可控光阀阵列的任一可控光阀对应矢向为经该可控光阀所投射光束入射观察者瞳孔所处区域时的传输矢向；

背光组件，该背光组件于所述控制器件控制下能够沿T个方向，分别向所述正交特性指向调控单元阵列或可控光阀阵列投射背光，其中T≧1；

在K>1时，控制器件时序激活所述K个视区投射结构进行视区投射，或，该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组还包括与控制器件连接的瞳孔追踪器件，根据该瞳孔追踪器件所确定观察者瞳孔位置，控制器件仅激活一个视区投射结构或控制器件时序激活K1个视区投射结构进行视区投射，其中1<K1<K；

其中，一个视区投射结构的激活，是指该视区投射结构基于一个方向背光进行视区投射，或在多个时间点、时序基于不同方向背光进行视区投射；

该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组被设置为投射至少两个的视区。

在一个实施方案中，对应观察者同一瞳孔的视区，沿至少一个方向的间距小于观察者瞳孔直径。

在一个实施方案中，对应观察者同一瞳孔的视区，沿至少一个方向，以渐变的视区间距进行排列。

在一个实施方案中，所述正交特性，是在一个时间周期的不同时间点分别激活的时序特性、或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、或者对应不同波长的颜色特性、或者为一个时间周期的不同时间点分别激活的时序特性、偏振方向相互垂直的两种线偏特性、分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性、对应不同波长的颜色特性中的任意可能的两种或两种以上特性的组合。

在一个实施方案中，所述沿T个方向的背光为沿T个方向的平行背光。

在一个实施方案中，所述指向调控单元为微纳光栅结构，或超表面结构，或全息光栅结构。

在一个实施方案中，所述背光组件为波导结构。

在一个实施方案中，在背光组件投射背光直接入射可控光阀阵列的情况下，可控光阀阵列各可控光阀为选用主动发光型显示屏各像素或子像素的出光孔径，所选用显示屏各发光像素或子像素构建为背光组件；

其中，各可控光阀对入射光出射率的控制，由控制器件控制该可控光阀对应发光像素或子像素的出光率实施。

所述背光组件和可控光阀阵列的功能由主动发光型显示屏实施。

在一个实施方案中，在背光组件投射背光直接入射可控光阀阵列的情况下，可控光阀阵列各可控光阀为选用的光扫描装置所投射各光束于某个位置处、该光束于该位置处最大光强值50％所对应光强覆盖区域，并命名为等效可控光阀，选用的光扫描装置作为背光组件；

其中，各等效可控光阀对入射光出射率的控制，由控制器件控制该选用背光组件对应扫描出射光的出光率实施。

所述背光组件和可控光阀阵列的功能由光扫描装置实施。

在一个实施方案中，所述光扫描装置包含扫描器件和光源；

该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组被设置使得控制器件能够驱动光源向扫描器件投射光束被扫描出射至指向调控单元阵列，各扫描出射光束一一对应地入射指向调控单元阵列各指向调控单元。

在一个实施方案中，光扫描装置还包含准直单元；

该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组被设置使得控制器件能够驱动光源向扫描器件投射光束被扫描出射至准直单元，来自同一扫描器件的各扫描出射光束被该准直单元转换为相互平行的光束。

在一个实施方案中，于扫描器件扫描出射各光束传播路径上置放对应正交特性调制结构，赋予出射光束对应正交特性。

在一个实施方案中，所述基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组还包括辅助投影器件，和指向调控单元阵列共同向观察者瞳孔所处区域投射视区。

在一个实施方案中，所述辅助投影器件具有挡风玻璃形态的光学结构。

在一个实施方案中，光源向扫描器件沿不同方向投射多于一束的光束；

在一个实施方案中，至少一个的光扫描装置，投射光束经波导结构向指向调控单元阵列投射。

在一个实施方案中，各可控光阀为控制器件控制下灰度可调的液晶单元。

在一个实施方案中，所述基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组还包括投影器件，对指向调控单元阵列和可控光阀阵列组成的复合结构成放大虚像。

在一个实施方案中，所述基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组还包括偏转器件，通过偏转入射光出射方向，引导来自所述复合结构的光束向观察者瞳孔传输。

在一个实施方案中，所述基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组生成的视区覆盖同一观察者的两个瞳孔。

本申请还提供以下另一种技术方案。

一种双眼显示结构，该双眼显示结构包括如上所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组；

其中，所述双眼显示结构的各基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组生成的视区仅能覆盖同一观察者的一个瞳孔。

应当理解的是本方案中的双目显示结构，需要两个基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，且该两个基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组分别对应双瞳。需要说明的是，不同于本方案，在前述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组中，当投射视区覆盖两个瞳孔时，该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组本身可以作为一个双目系统。

本发明具有以下技术效果：本发明利用相邻可控光阀及其对应指向调控单元之间的相异正交特性设计，抑制非对应可控光阀和指向调控单元之间的串扰，基于轻薄的指向调控单元阵列-可控光阀阵列组合结构，进行多个视区的投射，以实现高质量的三维显示效果。

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是本发明实施例1仅包含一个视区投射结构的显示模组系统结构图。

图2基于两个显示模组构建的双眼显示系统的结构示意图。

图3是一个波导型背光组件范例的结构示意图。

图4是另一个波导型背光组件范例的结构示意图。

图5为图4所示范例的一种等效结构的结构示意图。

图6是一个出射平行背光的背光组件范例的结构示意图。

图7是另一个出射平行背光的背光组件范例的结构示意图。

图8是一种投射非平行背光的背光组件范例的结构示意图。

图9为刻蚀有指向调控单元的波导型背光组件范例的结构示意图。

图10是基于颜色特性和线偏特性的视区投射结构示意图。

图11为一种二维排列视区分布示意图。

图12为另一种二维排列视区分布示意图。

图13为再一种二维排列视区分布示意图。

图14为指向调控单元调制光经可控光阀生成条形视区示意图。

图15是一种一维排列视区分布示意图。

图16是另一种一维排列视区分布示意图。

图17是再一种一维排列视区分布示意图。

图18是基于两种线偏特性的可控光阀二维排列示意图。

图19是基于线偏特性和时序特性的混合特性的可控光阀排列示意图。

图20是一个指向调控单元对应多于一个光阀的视区投射结构示意图。

图21是对应M＝1和N＝2的显示模组光学结构。

图22是对应M＝2和N＝1的显示模组光学结构。

图23是本发明实施例2仅包含一个视区投射结构显示模组光学结构示意图。

图24为本发明实施例2中对应T＝2的一个视区投射结构示意图。

图25为可控光阀出射光经指向调控单元生成条形视区示意图。

图26为本发明实施例2中对应M＝2和N＝1的显示模组光学结构的示意图。

图27为本发明实施例2中对应M＝1和N＝2的显示模组光学结构的示意图。

图28为实施背光组件和可控光阀阵列功能的光扫描装置范例I1的结构示意图。

图29为采用辅助投影器件的光扫描装置范例I2的结构示意图。

图30为采用另一种辅助投影器件的光扫描装置范例I3的结构示意图。

图31为实施背光组件和可控光阀阵列功能的光扫描装置-波导复合结构范例的结构示意图。

图32为扫描器件的另一种结构的示意图。

图33为实施背光组件和可控光阀阵列功能的光扫描装置范例II1的结构示意图。

图34为不同入射光束小夹角入射扫描器件的光扫描装置范例II2的结构示意图。

图35为实施背光组件和可控光阀阵列功能的光扫描装置范例III的结构示意图。

图36为实施背光组件和可控光阀阵列功能的光扫描装置-波导复合结构范例IV。

图37为引入投影器件的显示模组光学结构示意图。

图38为引入投影器件和偏转器件的显示模组光学结构示意图。

图39为投影器件和偏转器件的一种复合结构示意图。

具体实施方式

本发明基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，利用各指向调控单元调制对应可控光阀入射光或出射光的指向，引导各可控光阀调制光分别向各自对应视区投射，以生成多个视区进行三维显示。其中，相邻指向调控单元被设置赋予相异的正交特性，以抑制非对应可控光阀和指向调控单元之间的串扰，提高显示质量。通过视区形状和排布的设计，使基于体视技术、Maxwellian View、和超多视图的三维显示均可实施。

实施例1

图1为一个基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，该显示模组包括指向调控单元阵列100、可控光阀阵列200、背光组件30、控制器件40和瞳孔追踪器件50。背光组件30所投射背光，依次入射指向调控单元阵列100和可控光阀阵列200。其中的指向调控单元阵列100由可调制入射光束出射光指向的指向调控单元组成，所有指向调控单元分为M≧1个指向调控单元组10；可控光阀阵列200由可受控地改变入射光出射率的可控光阀组成，所有可控光阀分为N≧1个可控光阀组20。任一指向调控单元组和至少一个的可控光阀组对应，相互对应的一个指向调控单元组和一个可控光阀组构建成为一个视区投射结构。图1以简单的M＝1和N＝1为例进行说明，其指向调控单元阵列100作为M＝1个指向调控单元组10，其可控光阀阵列200作为N＝1个可控光阀组20，二者对应地构建K＝1个视区投射结构。图1所示视区投射结构中，指向调控单元和可控光阀一一对应地排列。指向调控单元组10中，相邻O≧2个指向调控单元一一对应地分别仅允许O种正交特性光出射。图1以偏振方向相互垂直的线偏特性作为O＝2正交特性，举例进行说明，分别用“·”和“-”表示该O＝2个线偏特性。具体地，指向调控单元m₁、m₃、m₅、m₇、…仅调控入射的“-”光并允许其出射，不允许非对应的“·”光出射，或者虽然也允许“·”光出射，但该出射的“·”光不入射观察者眼睛，或该出射的“·”光作为噪声对显示质量的影响可以被忽略；和指向调控单元m₁、m₃、m₅、m₇、…依次分别对应的可控光阀V₁、V₃、V₅、V₇、…也以“-”光作为对应正交特性光，仅允许该对应的“-”光通过，而挡除非对应的“·”光，或者虽然也允许“·”光出射，但该出射的“·”光不入射观察者眼睛，或该出射的“·”光作为噪声对显示质量的影响可以被忽略。不同地，指向调控单元m₂、m₄、m₆、m₈、…仅调控入射的“·”光并允许其出射，不允许非对应的“-”光出射，或者虽然也允许“-”光出射，但该出射的“-”光不入射观察者眼睛，或该出射的“-”光作为噪声对显示质量的影响可以被忽略；和指向调控单元m₂、m₄、m₆、m₈、…依次分别对应的可控光阀V₂、V₄、V₆、V₈、…也以“·”光为对应正交特性光，仅允许该对应的“·”光通过，而挡除非对应的“-”光，或者虽然也允许“-”光出射，但该出射的“-”光不入射观察者眼睛，或该出射的“-”光作为噪声对显示质量的影响可以被忽略。背光组件30向指向调控单元阵列100投射沿方向1的平行背光。间隔Z-1个指向调控单元的指向调控单元分别成子组，图1以Z＝5为例。沿x方向，m₁、m₆、m₁₁、…成子组，m₂、m₇、m₁₂、…成子组，m₃、m₈、m₁₃、…成子组，m₄、m₉、m₁₄、…成子组，m₅、m₁₀、m₁₅、…成子组，共Z＝5个指向调控单元子组。任一指向调控单元子组的各指向调控单元，分别对入射背光进行调控，引导各自调控光经对应可控光阀指向对应视区，如图1中分别对应Z＝5个指向调控单元子组的Z＝5个视区：VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅。各可控光阀也以对应指向调控单元所对应视区作为该可控光阀的对应视区。各可控光阀在控制器件40控制下，透过光信息为待显示场景沿其出射光传输方向上的投影光信息，例如以控制器件40控制下灰度可调的液晶单元作为各可控光阀。则于各视区，可以看到该视区对应可控光阀所显示二维图像，该二维图像为待显示场景关于该视区的二维视图。图1中，可控光阀等距排列情况下，各可控光阀及其对应视区和对应指向调控单元最优地在一条直线上的排列要求，使各指向调控单元的空间位置取决于对应可控光阀及对应视区的空间位置。图1仅以Z＝5为例进行说明，Z也可以取其它值。所投射视区可以对应观察者的两个瞳孔，也可以对应观察者的一个瞳孔。对于后者，需要两个所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，分别对应观察者双瞳，构建双眼显示系统。如图2所例，指向调控单元阵列100、可控光阀阵列200、背光组件30对应观察者右瞳，指向调控单元阵列100'、可控光阀阵列200'、背光组件30'对应观察者左瞳。图2及以下各图中，为了图示清晰，部分组件，如控制器件40和瞳孔追踪器件50，不再示出。

各指向调控单元尺寸及内部衍射结构，对入射光调制产生的衍射光，经其它非对应可控光阀出射，会产生串扰。正交特性的设计，可以抑制该类串扰。图1以指向调控单元m₅为例，其出射“-”光通过对应可控光阀V₅调控出射至对应视区VZ₅，但不能经相异正交特性的非对应可控光阀V₄和V₆(与对应可控光阀V₅最相邻)出射，从而避免指向调控单元m₅调制出射光经非对应可控光阀V₄和V₆出射而产生串扰。图1中用“×”表示对应串扰的截止抑制。该截至抑制，也可以不是100％的挡除，只要透过光对显示质量的影响可以被忽略。受制于所能选用正交特性种类数O，指向调控单元m₅调制出射光通过和对应可控光阀V₅距离更远的、具有同样正交特性的非对应可控光阀出射时，也会产生串扰。设计该类串扰不入射其它视区，或者入射其它视区，但光强较小，不对显示质量产生明显影响。明显地，更大的O值可以更好地抑制所述串扰。

对应观察者一个瞳孔的视区间距，可以设置为大于或等于观察者瞳孔直径，以基于体视技术或Maxwellian View进行三维显示；也可以设置为沿至少一个方向小于观察者瞳孔直径，以基于超多视图技术进行三维显示。背光单元30所投射背光，其“·”和“-”分量光强，最优地设置为相等。图1中，为了图示清晰，相邻指向调控单元之间和相邻可控光阀之间示为空白间隙。实际上，相邻指向调控单元和相邻可控光阀之间的区域最优地被设计为不透光，或者相邻指向调控单元和相邻可控光阀无缝隙地排列，以避免漏光而产生噪声。

所述指向调控单元，可以是对入射光具有调制能力的各种微结构，例如微纳光栅结构、超表面结构、全息光栅结构等。实际上，各指向调控单元，可以调控入射光的出射方向，也可以调控出射光的振幅、发散角等参数。各指向调控单元的正交特性，可以通过各种可行的光学设计方法来实现。例如，各指向调控单元对应附着偏光片(各附着偏光片于本专利中被作为对应指向调控单元的组成部分)，或超表面结构型指向调控单元本身对出射光偏振方向具有的调控能力可以实现各指向调控单元出射对应线偏特性光的目的。类似地，各可控光阀的正交特性，可以通过各种可行的光学设计方法来实现，例如通过附着的偏光片来实现其线偏特性设置(各附着的偏光片于本专利中被作为对应可控光阀的组成部分)。

于控制器件40控制下，背光组件30也可以沿大于一个的方向(对应T>1)，分别向投射背光。不同方向背光投射时，同一视区投射结构投射生成的视区发生位置偏移。如图1所示T＝2情况，背光组件30投射沿方向1的背光时，生成上述视区VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅；背光组件30投射沿方向1'的背光时，生成另外的视区VZ'₁、VZ'₂、VZ'₃、VZ'₄、VZ'₅。T取更大值时，同理。图1中，视区VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅和视区VZ'₁、VZ'₂、VZ'₃、VZ'₄、VZ'₅之间的偏移距离Δδ仅为示意，其可以取任意可能的值。该沿不同方向的背光，可以时序投射，各可控光阀同步对应加载信息，基于时序复用实现更多视区的投射；也可以引入瞳孔追踪器件50，根据该瞳孔追踪器件50所确定观察者瞳孔位置，控制器件仅激活一个或时序激活部分方向背光进行显示，该激活的一个或时序激活的部分方向背光所对应生成视区，应该实时地覆盖观察者瞳孔。也即在各时间点，对于瞳孔追踪器件50确定位置的观察者瞳孔，对应光信息不进入观察者瞳孔的视区，对显示没有贡献，可以不被激活。时序打开的、沿不同方向的背光，也可以是不同颜色的背光，例如R(红)、G(绿)、B(蓝)背光，以实现彩色显示。该不同颜色的背光，其对应的方向，可以特别地设计为沿同一方向，也可以是沿不同方向。后者情况下，最优的设计，要求观察者各瞳孔可以通过不同视区接收到过任一显示物点的不同颜色光束。背光组件30沿多个方向提供可选背光的情况，也同理适用于下文的各视区投射结构。下文关于视区投射结构的实施例说明，不再重复讨论多个方向背光情况下的显示，而仅以T＝1为例进行说明。

背光组件30可以采用投射背光的各种光学结构。例如图3所示包含一个光源301的波导结构。光源301出射光经准直器件302转换为平行光，经入瞳303入射光波导体304；被耦入器件305调制其出射方向后，通过反射面306a和306b的全反射，于光波导体304内传播；继而被耦出器件307调制，经出瞳308平行出射。图3的准直器件302示为透镜。图3所示波导结构，其具体结构也可采用其它各种可能的光学结构，例如具有一维扩瞳能力或二维扩瞳能力的各种几何光波导或衍射光波导，如中国发明专利“光波导矢向背光的三维显示模组”(公开号CN113126315A，公开日2021-07-16)所述各种波导结构。图4所示波导结构，通过T＝3个光源301a、301a、301a于控制器件40控制下的时序激活，可以沿T＝3个方向投射平行背光。图4所示T个光源分别对应投射不同方向背光的功能，也可用图5所示可控偏转器件309实现。于控制器件40控制下，该可控偏转器件309可以偏转光源301经透准直器件302所投射平行光束，沿不同方向入射入瞳303。该可控偏转器件309也可以是透射型器件，例如电控液晶偏转器件，通过相位调制入射光的出射方向。透射型可控偏转器件309可以置于图3所示的位置Po₁。偏转器件309也可以进一步置于波导结构出射光的传输路径上，如图3所示的位置Po₂或Po₃，代替T个光源的功能。明显地，多个光源也可以和偏转器件309相互结合，同时作用。多个上述各类波导结构，也可以多个一起叠放，以提供背光。例如叠放的不同波导结构，各自投射不同颜色的背光，以降低色散现象对显示质量的影响，或投射更多个方向的背光，或投射角度间隔更大的不同背光。

如图6所示为另一种背光组件30，包括光源301a、301b、301c和准直器件302'，各光源投射光经准直器件302'转换为平行背光。T＝3个光源301a、301b、301c，可以沿T＝3个方向投射背光。图6以T＝3为例。图7也是一种可选的背光结构，该背光结构包括多个准直器件和多个光源，通过多个准直器件302-1、302-2、302-3、302-4和各自对应光源的结合，例如准直器件302-1对应的光源301-1a和301-1b，进行平行背光的投射。图4所示背光组件30中，多个光源和准直器件302的组合结构，还见于其它专利中，如中国发明专利“光波导矢向背光的三维显示模组”(公开号CN113126315A，公开日2021-07-16)中时序开关光源阵列和中继器件的组合。该类组合结构，还可以由不胜枚举的、可以沿不同方向分别投射光束的其它各种光学结构所代替，例如图7所示结构，再例如图5中光源301、准直器件302和偏转器件309的组合。注意，图4具体以T＝3为例，图7具体以T＝2为例，图7所示结构代替图4中多个光源和准直器件302的组合结构，应该是T值相等的代替。实际上，背光组件30所投射背光，并不是强制性地要求是平行光，例如，图3至图7所示光源，可以是点光源，也可以是线状光源。在各光源为线光源的情况下，各光源对应背光仅沿一个方向为平行光，沿另一个方向为非平行光，有利于下文所述条状视区的生成。再例如图8所示多个光源组成的背光组件30，各指向调控单元均对应设置一个光源，该光源为其对应指向调控单元提供非平行的背光。具体地，光源30-1向对应的指向调控单元m₁投射非平行背光，光源30-2向对应的指向调控单元m₂投射非平行背光，如此类推。实际上，其它各种背光，例如会聚于某个点的背光，或从某个点出射的发散背光等，均可能作为本专利所述背光组件30提供的背光。进一步地，本专利所述背光组件30沿“一个方向”所投射背光，并不局限于各指向调控单元分别对应的入射背光指向相同，还可以指以下情况：各指向调控单元分别有沿对应方向的背光入射(该背光可以是平行光、或发散、或会聚光)，但不同指向调控单元对应背光的入射方向并不一定相同，该所有指向调控单元对应的背光组合为光组件30沿“一个方向”所投射的背光。

各指向调控单元也可以直接设置于背光组件30上，如图9所示，各微结构型的指向调控单元m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、…，直接刻蚀于波导结构的全反射面306a上，衍射部分入射光出射(其余部分继续基于全反射进行传输，以为其它微结构型指向调控单元提供背光)，作为该指向调控单元对应可控光阀的背光。

上述各实施例沿一维方向进行图示说明，可同理扩展至二维，例如二维排列的视区、背光组件30中二维排列的光源、二维扩瞳的波导结构。上述实施例中可控光阀示为平面排列，其也可以示曲面排列，对应的指向调控单元也可以曲面排列。

所述正交特性，也可以设置为不同波长的颜色特性，以进行彩色图像的显示。如图10所例，相邻O＝6个指向调控单元分别被赋予O＝6个混合特性：“R·”、“G·”、“B·”、“R-”、“G-”、“B-”。对应地，和任一指向调控单元对应的可控光阀被赋予同样的混合特性。图10所示生成K＝5个视区VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄和VZ₅情况下，若至少相邻三个视区同时入射一个瞳孔，对应眼睛接收到彩色信息。各指向调控单元和可控光阀的颜色特性，可以通过各种可能的设计进行实施，例如，通过附着对应滤色片实施。图10中，K取为3或3的倍数时，任一视区所通过光束可以设计为具有同一颜色。图10中，背光组件所投射背光，需要有R、G、B颜色分量。图10相邻三个对应相同线偏特性、不同颜色特性的指向调控单元，也可以重合为一个不具有颜色特性、仅具有对应线偏特性的指向调控单元，例如m₁、m₂、m₃以一个具有“-”但同时可允许R、G、B光通过的指向调控单元代替，且该指向调控单元对应的一个背光中，R、G、B分量可以沿指向可控光阀V₁、V₂、V₃的方向入射，或该指向调控单元投射背光覆盖可控光阀V₁、V₂、V₃。如上述，图10的背光组件也可以是可以时序入射的K个背光，时序入射以投射更多的视区，或结合瞳孔追踪器件50仅激活生成视区实时对应观察者瞳孔的背光。

通过设计各指向调控单元相对于对应可控光阀的空间位置，及其出射光束指向及光分布，可以设计生各种形状及排列分布的视区。如图11所示二维均匀排列分布的视区：…VZ_nm、VZ_nm+1、VZ_nm+2、VZ_nm+3、VZ_nm+4、…，…、VZ_n+1m、VZ_n+1m+1、VZ_n+1m+2、VZ_n+1m+3、VZ_n+1m+4、…，…。其中，各个视区的下标，第一个表示所在行，第二个表示所在列，例如视区VZ_n+1m+2表示处于第n+1行和m+2列的视区。图11中，以圆形表示各视区，且相邻视区之间示为存在空隙。实际上，所示圆形表示对应视区的位置；同时，相邻圆形之间的空隙，也仅是为了清晰地示出相邻视区之间的相互位置关系，并不表示一个视区对应的光分布区域与相邻视区对应光分布区域之间存在该空隙。该说明也适用于后续其它形状视区的图示。本专利文件中，任一视区于视区面上的分布区域设置为：该视区对应视图所包含任一光束于视区面上强度不低于光强极大值50％的光所覆盖区域的并集。本专利文件中，一个视区的形状，指其于视区面上的分布区域形状。图1和图10中，各视区对应可控光阀出射光束被图示为会聚至该视区的一点。实际上，任一视区对应所有可控光阀出射光束，并不要求必需会聚于一点。往往地，一个视区对应视图所包含任一光束于视区面上强度不低于光强极大值50％的光所覆盖区域，可以均和同一瞳孔相交情况下，即可认为该视区有效生成。对应一个瞳孔的视区，间距可以大于观察者瞳孔直径D_p，其中在各视区区域尺寸小于D_p时基于Maxwellian View进行显示，在各视区区域尺寸不小于D_p时基于体视技术进行显示；对应一个瞳孔的视区，间距也可以沿至少一个方向小于D_p，以基于超多视图技术进行显示。

图12所示为视区的另一种二维排列方式。在生成视区数量不是足够多的情况下，将有限数量视区分为两个集合，分别对应观察者双瞳。具体地，视区VZ_nm、VZ_nm+1、VZ_nm+2、VZ_n+1m、VZ_n+1m+1、VZ_n+1m+2、VZ_n+2m、VZ_n+2m+1、VZ_n+2m+2对应观察者左瞳，视区VZ'_nm、VZ'_nm+1、VZ'_nm+2、VZ'_n+1m、VZ'_n+1m+1、VZ'_n+1m+2、VZ'_n+2m、VZ'_n+2m+1、VZ'_n+2m+2对应观察者右瞳。图12中，对应同一瞳孔的相邻视区间距示为小于观察者瞳孔直径，其也可以设计为其它情况。

图13中，二维排布的各视区形状示为非对称的长条状，具体的为视区：…VZ_nm、VZ_nm+1、VZ_nm+2、…，…、VZ_n+1m、VZ_n+1m+1、VZ_n+1m+2、…，…。该设计最优地适用于超多视图显示。基于观察者双瞳间距远大于单个瞳孔直径D_p的生物学特性，沿双瞳连线较大的视区间距大于>D_p且小于双瞳间距、沿双瞳连线垂向小于D_p的视区间距，有利于降低超多视图显示对视区需求数量的过高要求。例如图13中，沿双瞳连线方向x向，任意两个相邻视区，如视区VZ_n+1m和视区VZ_n+1m+1的间距期大于>D_p且小于双瞳间距；沿双瞳连线垂向y向，任意两个相邻视区，如视区VZ_n+1m+1和视区VZ_n+2m+1的间距期小于D_p。在指向调控单元m_i投射光经对应可控光阀V_j入射视区情况下，可控光阀V_j出射光束于视区VZ_mj上的分布区域(该光束于视区面上强度不低于光强极大值50％的光所覆盖区域)成形为长条状，可以通过指向调控单元m_i的形状或/和指向调控单元m_i的相位调制来实现，如图14所示。另外，于各可控光阀后置放对应的单向散射片结构，或设计采用条状光源(例如图3至图7所示光源为条状光源)，也可以用来实现长条状视区。

图15为沿一维方向均匀排列的长条状视区…VZ_m、VZ_m+1、VZ_m+2、…VZ_k、VZ_k+1、VZ_k+2、…。相邻视区间距可以大于、等于、小于观察者瞳孔直径D_p。图15以相邻视区间距小于瞳孔直径D_p为例。该情况下，由于观察者双瞳间距远大于瞳孔直径D_p，连续地完全覆盖观察者双瞳，需要较多的小间距(<D_p)视区数量。图16所示情况下，小间距(<D_p)视区…VZ_m、VZ_m+1、VZ_m+2、VZ_m+3、VZ_m+4、VZ_m+5、VZ_m+6、…的一维排列方向和双瞳连线的锐角夹角于[0，90°]内具有较大值(相对于图15较小的锐角夹角)，有利于以较小数量的小间距视区覆盖观察者双瞳。但在图16所示情况下，要注意避免同一观察者不同瞳孔和同一视区相交情况的发生。图17所示为一种非均匀的视区排布范例，或者说间距渐变的视区排布。该情况下，瞳孔经常出现的地方，视区间距设置较小，有利于视区数量不足以支持全部小间距视区覆盖整个观察区域情况下，显示质量的提高。此时，也可以通过瞳孔追踪器件50，在瞳孔偏离视区小间距排布区域时，由控制器件40提醒观察者进行位置调整，或者控制背光组件30改变入射背光，以保证视区小间距排布区域对对应瞳孔的追随。图17仅示出对应一个瞳孔的视区排布，包括视区…、VZ_m、VZ_m+1、VZ_m+2、VZ_m+3、VZ_m+4、VZ_m+5、VZ_m+6、VZ_m+7、…，它们的间距渐变。各个视区的区域尺寸，沿排列方向，可以相同，也可以不同。图17中各个视区的区域尺寸沿排列方向也示例为不同。同理，在生成视区需要对应观察者双瞳的情况下，可以设计对应另一个瞳孔的、间距渐变的视区排布。各视区区域形状，不限于上述各图所示，也可以是其它任何形状。

仅以O＝2个线偏特性作为正交特性，基于其的二维排列可控光阀阵列如图18所示。沿x向和y向，相邻两个可控光阀分别对应相异正交特性；但沿和x向成45°的两个方向，相邻可控光阀只能对应相同的正交特性。为了避免相邻可控光阀之间来自对方所对应指向调控单元调制出射光的串扰，需要更多的正交特性。所述正交特性光，是指可以相互排它性地分别选通的不同特性光。例如，在一个时间周期的不同时间点分别投射的时序特性光，可以通过各自对应液晶开关仅于对应时间点同步打开实现它们的各自选通；举例地，一个指向调控单元的时序特性可以通过附着于该指向调控单元的液晶开关于控制器件40操控下的关闭或打开来实施(该附着的液晶开关于本专利中作为对应指向调控单元的组成部分)。再例如偏振方向相互垂直的两种线偏特性光，举例地，一个指向调控单元或一个可控光阀的线偏特性。可以通过对应附着的偏光片实施对对应线偏特性光的选通，挡除非对应线偏特性光。例如分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性光，举例地，一个指向调控单元或一个可控光阀的旋偏特性，可以通过对应附着的波片和偏光片的组合实施对对应旋偏特性光的选通，挡除非对应旋偏特性光。再例如，对应不同波长的颜色特性，举例地，一个指向调控单元或一个可控光阀的颜色特性，可以通过各自对应附着的滤色片实施对对应颜色特性光的选通，挡除非对应的颜色特性光分别选通。这些正交特性的相互组合，也可以形成更多种类的正交特性。举例地，图19采用两个时序特性和两个线偏特性的组合，则沿x向、y向、和该两个方向分别成45°的两个方向，相邻两个可控光阀均具有互不相同正交特性。其中，t₁指该可控光阀在任一时间周期的t₁时刻被激活，在其另一时刻t₂被关闭；t₂指该可控光阀在任一时间周期的t₂时刻被激活，在其另一时刻t₁被关闭。该处所说各时刻，是指包含该时刻的一个时间段。和各可控光阀对应的指向调控单元仅在对应可控光阀被激活时，才允许让背光入射。其背光入射的允许和不允许，举例地可以由附着于该指向调控单元的液晶开关(由控制器件40控制)来实施。

进一步的，各指向调控单元可以分别对应大于一个的可控光阀。此时，入射任一指向调控单元的光束，基于指向调控单元的衍射，沿多个方向出射多阶衍射光，该多阶衍射光分别作为背光入射不同的可控光阀。同时，要保证相邻可控光阀对应不同的正交特性。此时，任一指向调控单元和对应的多个可控光阀被设置为具有相同的正交特性，相邻指向调控单元具有不同的正交特性。具体以采用O＝4个正交特性(时序特性和线偏特性混合而成)的图20为例，其简单地包含K＝1个视区投射结构。具有正交特性(t₁和·)的指向调控单元m₁，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₁、V₅＝V₁₊₄、V₉＝V₅₊₄；具有正交特性(t₁和-)的指向调控单元m₂，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₂、V₆＝V₂₊₄、V₁₀＝V₆₊₄；具有正交特性(t₂和·)的指向调控单元m₃，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₃、V₇＝V₃₊₄、V₁₁＝V₇₊₄；具有正交特性(t₂和-)的指向调控单元m₄，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₄、V₈＝V₄₊₄、V₁₂＝V₈₊₄。在所示O＝4个位置确定的指向调控单元m₁、m₂、m₃、m₄的基础上，继续设置后继O＝4指向调控单元m₅、m₆、m₇、m₈的位置，以满足如下要求：具有正交特性(t₁和·)的指向调控单元m₅，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₁₃、V₁₇＝V₁₃₊₄、V₂₁＝V₁₇₊₄；具有正交特性(t₁和-)的指向调控单元m₆，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₁₄、V₁₈＝V₁₄₊₄、V₂₂＝V₁₈₊₄；具有正交特性(t₂和·)的指向调控单元m₇，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₁₅、V₁₉＝V₁₅₊₄、V₂₃＝V₁₉₊₄；具有正交特性(t₂和-)的指向调控单元m₈，衍射出射的3束不同阶衍射光，分别指向同正交特性的对应可控光阀V₁₆、V₂₀＝V₁₆₊₄、V₂₄＝V₂₀₊₄。在所示2×O＝8个位置确定的指向调控单元m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、m₆、m₇、m₈的基础上，同理继续设置后继O＝4个指向调控单元m₉、m₁₀、m₁₁、m₁₂的位置，如此重复。这可实现3×O＝12个视区的生成。在一个指向调控单元同时为多个可控光阀提供背光的情况下，作为不同可控光阀背光的各阶衍射光，其出射光最优地设计为比较接近或相等；而其它阶衍射光需要尽量小。

上述实施例均以M＝1和N＝1为例。图21和图22分别对应M＝1、N＝2和M＝2、N＝1。图21所示的一维方向，具有线偏特性的指向调控单元阵列100作为M＝1个指向调控单元组10，可控光阀阵列200间隔一个的可控光阀分别成组，包含N＝2个可控光阀组。具体地，可控光阀V₁、V₂、V₃、V₄、…组成可控光阀组20，可控光阀V'₁、V'₂、V'₃、V'₄、…组成可控光阀组20'。则指向调控单元组10和可控光阀组20构建为一个视区投射结构，指向调控单元组10和可控光阀组20'构建为另一个视区投射结构，共K＝2个视区投射结构。不同的视区投射结构对应不同的背光，如图21所示沿方向2和3的K＝2束背光。不同的视区投射结构，可以于不同时间时序激活；或者根据瞳孔追踪器件50所确定瞳孔位置，仅激活一个或时序激活部分(在K＝2情况下也是一个)的视区投射结构，并使所激活视区投射结构所生成视区可以覆盖观察者瞳孔。一个视区投射结构的激活，是指该视区投射结构在一个背光投射或多个背光时序投射的情况下的视区投射。图21简单地以各视区投射结构对应T＝1个背光为例。图22以沿一维方向为例，具有线偏特性的指向调控单元阵列100，间隔一个的指向调控单元成组，包含M＝2个指向调控单元组。具体地，指向调控单元m₁、m₂、m₃、m₄、…组成指向调控单元组10，可控光阀m'₁、m'₂、m'₃、m'₄、…组成指向调控单元组10'。可控光阀阵列200作为一个可控光阀组20。则指向调控单元组10和可控光阀组20构建为一个视区投射结构，指向调控单元组10'和可控光阀组20构建为另一个视区投射结构，共K＝2个视区投射结构。不同于图21所示情况，图22中，相异视区投射结构可以对应相同的背光，如图22所示沿方向1的背光。该情况下，不同视区投射结构于不同的时间时序激活，或者根据瞳孔追踪器件50所确定瞳孔位置，仅激活一个或时序激活部分K'(1<K'<K，在K＝2情况下K'＝1)个视区投射结构，并确保激活的视区投射结构所生成视区可以实时覆盖观察者瞳孔。一个视区投射结构的激活，是指该视区投射结构在仅一个方向背光，或在多个方向背光时序投射下的视区投射。图22简单地以各视区投射结构对应T＝1个背光为例。图21和图22均以K＝2为例，K同理可以扩展至>2的情况，例如M>1、N>1的情况。同时，也可以进一步扩展至各视区投射结构对应T>2的情况。

实施例2

图23为实施例2的一个基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组。该显示模组包括指向调控单元阵列100、可控光阀阵列200、背光组件30、控制器件40和瞳孔追踪器件50。其中的控制器件40和瞳孔追踪器件50类似于图1所示，图23未示出。背光组件30所投射背光，依次入射可控光阀阵列200和指向调控单元阵列100。其中的可控光阀阵列200由受控地改变入射光出射率的可控光阀组成，所有可控光阀分为N≧1个可控光阀组20；指向调控单元阵列100由可调制入射光束出射指向的指向调控单元组成，所有指向调控单元分为M≧1个指向调控单元组10。任一指向调控单元组和至少一个的可控光阀组对应，相互对应的一个指向调控单元组和一个可控光阀组构建成为一个视区投射结构。图23以简单的M＝1和N＝1为例进行说明，其指向调控单元阵列100作为M＝1个指向调控单元组10，其可控光阀阵列200作为N＝1个可控光阀组20，二者对应地构建为K＝1个视区投射结构。图23所示K＝1视区投射结构中，指向调控单元和可控光阀一一对应地排列。可控光阀组20中，相邻O≧2个可控光阀一一对应地分别仅允许O种正交特性光出射。图23以偏振方向相互垂直的线偏特性为例，以其作为O＝2个正交特性进行说明，分别用“·”和“-”表示。具体地，可控光阀V₁、V₃、V₅、V₇、…仅允许对应的“-”光入射并出射，不允许非对应的“·”光出射，或者虽然也允许“·”光出射，但该出射的“·”光不入射观察者眼睛，或者虽然也允许“·”光出射，但该出射的“·”光对显示质量的影响于可容忍范围内。和可控光阀V₁、V₃、V₅、V₇、…依次分别对应的指向调控单元m₁、m₃、m₅、m₇、…也以“-”光作为对应正交特性光，仅允许该对应的“-”光入射并调制出射，而挡除非对应的“·”光，或者虽然也允许“·”光出射，但该出射的“·”光不入射观察者眼睛，或者虽然也允许“·”光出射，但该出射的“·”光对显示质量的影响于可容忍范围内。不同地，可控光阀V₂、V₄、V₆、V₈、…仅允许对应的“·”光入射并出射，不允许非对应的“-”光出射，或者虽然也允许“-”光出射，但该出射的“-”光不入射观察者眼睛，或者虽然也允许“-”光出射，但该出射的“-”光对显示质量的影响于可容忍范围内。和可控光阀V₂、V₄、V₆、V₈、…依次分别对应的指向调控单元m₂、m₄、m₆、m₈、…也以“·”光为对应正交特性光，仅允许该对应的“·”光入射并调制出射，而挡除非对应的“-”光，或者虽然也允许“-”光出射，但该出射的“-”光对显示质量的影响于可容忍范围内。也即是说，这里所说的“挡除”，也不是100％的截至，而是透过率不明显影响显示效果的挡除。背光组件30向可控光阀阵列200阵列投射沿方向1的平行背光。间隔Z-1个可控光阀的可控光阀分别成子组，图23以Z＝5和沿x方向为例。可控光阀V₁、V₆、V₁₁、…成子组，V₂、V₇、V₁₂、…成子组，V₃、V₈、V₁₃、…成子组，V₄、V₉、V₁₄、…成子组，V₅、V₁₀、V₁₅、…成子组，共Z＝5个可控光阀子组。来自背光组件30的背光，经任一可控光阀子组的各可控光阀，入射对应指向调控单元，被该对应指向调制单元调制引导至对应视区，例如图23中分别对应Z＝5个可控光阀子组的Z＝5个视区：VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅。各指向调控单元也以对应可控光阀所对应视区作为该指向调控单元的对应视区。各可控光阀在控制器件40控制下，使其透过光携带信息为待显示场景沿其投射光入射对应视区时传输方向上的投影光信息。例如以电控液晶单元作为各可控光阀，可以于控制器件40控制下进行对应信息加载。则于各视区，可以看到该视区对应可控光阀子组所显示二维图像，该二维图像为待显示场景关于该视区的二维视图。图23中，可控光阀等距排列情况下，指向调控单元可以非等间距地排列。实际情况下，可控光阀也可以非等距地排列，而指向调控单元可能等间距地排列。图23以Z＝5为例进行说明，Z也可以取其它值。所投射视区可以对应观察者的两个瞳孔，也可以对应观察者的一个瞳孔。对于后者，需要两个该所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，分别对应观察者双瞳，构建双眼显示系统，类似于图2所示。为了图示清晰，部分组件，如图1所示控制器件40和瞳孔追踪器件50，于图23及以下相关各图中未示出。

各可控光阀的孔径及其内部结构，对入射光调制产生衍射光；该衍射光经其它非对应的可控光阀出射，可能带来串扰。正交特性的设计，可以抑制该类串扰。图23以可控光阀V₅为例，其出射“-”光通过对应指向调控单元m₅调控出射至对应视区VZ₅，但不能经相异正交特性的非对应指向调控单元m₄和m₆(与对应指向调控单元m₅最相邻)出射，从而避免可控光阀V₅出射光经非对应指向调控单元m₄和m₆所产生的串扰。图23中用“×”表示对对应串扰的截止抑制。受制于所能选用正交特性种类数O，可控光阀V₅出射光通过和对应指向调控单元m₅距离更远的、具有同样正交特性的非对应指向调控单元出射时，会产生串扰，例如图23中可控光阀V₅出射光经非对应指向调控单元m₃或m₇所出射的串扰。该串扰噪声需要设计为不入射各视区，或者虽然入射视区，但光强较小，不对显示效果产生明显影响。明显地，更大的O值可以更好地抑制所述串扰。

对应观察者一个瞳孔的视区间距，可以设置为大于或等于观察者瞳孔直径，以基于体视技术或Maxwellian View进行三维显示。背光单元30所投射背光，其“·”和“-”分量光强，最优地设置为相等。图23中，为了清晰，相邻指向调控单元之间和相邻可控光阀之间示为空白间隙。实际上，相邻指向调控单元和相邻可控光阀之间的区域最优地设计为不透光，或者相邻指向调控单元和相邻可控光阀无缝隙地排列，以避免漏光而产生噪声。

所述指向调控单元，可以是对入射光具有调制能力的各种微结构，例如微纳光栅结构、超表面结构、全息光栅结构等。其可以调控入射光的出射方向，也可以调控出射光的相位分布、振幅分布、发散角等参数。各指向调控单元的正交特性，可以通过各种可能的光学设计方法来实现。例如各指向调控单元对应附着偏光片，或利用超表面结构型指向调控单元本身对出射光偏振方向的调控能力，实现各指向调控单元线的线偏特性。各可控光阀的正交特性，可以通过各种可行的光学设计方法来实现，例如通过附着的偏光片来实现其线偏特性设置。

于控制器件40控制下，背光组件30也可以沿大于一个的方向(对应T>1)，分别向投射背光。不同方向背光投射时，经同一可控光阀沿不同方向入射对应指向调控单元，并被该指向调控单元调控出射，会导致各视区投射结构投射生成的视区发生偏移。如图24所示T＝2情况，背光组件30投射沿方向4的背光时，生成上述对应视区VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅；背光组件30投射沿方向4'的背光时，生成另外的视区VZ'₁、VZ'₂、VZ'₃、VZ'₄、VZ'₅。T取更多值时，同理。图24中，视区VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅和视区VZ'₁、VZ'₂、VZ'₃、VZ'₄、VZ'₅之间的偏移距离Δδ仅为示意，其可以取任意可能的值。该不同方向的背光，可以时序投射，各可控光阀同步加载对应信息，基于时序复用实现更多视区的投射；也可以引入瞳孔追踪器件50，根据该瞳孔追踪器件50所确定观察者瞳孔位置，在生成视区可以实时覆盖对应瞳孔的前提下，仅激活一个背光，或时序激活部分背光进行视区投射。时序打开的、沿不同方向的背光，也可以是不同颜色的背光，例如R(红)、G(绿)、B(蓝)背光，以实现彩色显示。该不同颜色的背光，其对应的方向，可以特别地设计为沿同一方向，也可以是沿不同方向。后者情况下，观察者瞳孔通过不同视区接收到过任一显示物点的不同颜色光束是最优设计。背光组件30沿多个方向提供可选背光的情况，也同理适用于下文的各视区投射结构。下文关于各视区投射结构的说明，不再重复讨论多方向背光情况下的显示，而仅以T＝1为例进行说明。

背光组件30可以采用投射背光的各种光学结构。如实施例1所描述各波导结构。其中，图3所示包含一个光源的301的波导结构，图4所示另一种多个光源的波导结构，图5所示采用可控偏转器件309的波导结构。同样地，多个所述各类波导结构，也可以叠放地提供背光，例如各自投射不同颜色的背光，以降低色散现象对显示质量的影响，或投射更多个方向的背光，或投射角度间隔更大的不同背光。实施例1中图6至图9所示光学结构也可以作为本实施例的背光组件。实际上，其它各种背光，例如会聚某个点的背光，或从某个点出射的发散背光等，均可能作为本专利所述背光组件30提供的背光。进一步地，本专利所述背光组件30沿“一个方向”所投射背光，并不局限于各可控光阀分别对应的入射背光指向相同，还包含以下情况：各可控光阀分别有沿一个方向的对应背光入射(该背光可以是平行光、或发散、或会聚光)，但不同可控光阀分别对应背光的入射方向并不一定相同，该所有可控光阀各自对应的背光组合为背光组件30沿“一个方向”所投射的背光。

各指向调控单元可以灵活调控来自对应可控光阀的入射光，从而生成各种形状及排列分布的视区。本专利文件中，任一视区于视区面上的分布区域设置为：该视区对应视图所包含任一光束于视区面上强度不低于光强极大值50％的光所覆盖区域的并集。本专利文件中，一个视区的形状，指其于视区面上的分布区域形状。类似于实施例1中图11至图13、图15-图17所示的各种视区分布。图23中，各视区对应可控光阀出射光束被图示为会聚至该视区的一点。实际上，任一视区对应各可控光阀出射光束，并不必需地会聚于一点。往往地，一个视区对应视图所包含任一光束于视区面上强度不低于其光强极大值50％的光所覆盖区域，可以均和同一瞳孔相交情况下，即可认为该视区有效生成。图11中，视区间距可以大于观察者瞳孔直径D_p，其中在各视区区域尺寸小于D_p时基于Maxwellian View进行显示，在各视区区域尺寸不小于D_p时基于体视技术进行显示。也可以沿至少一个方向小于D_p，以基于超多视图进行显示。在实施超多视图显示时，各视区区域尺寸最优地设计为小于D_p。各视区区域形状，不限于上述各图所示，也可以是其它任何形状。

在可控光阀V_i投射光经对应指向调控单元m_j入射视区情况下，指向调控单元m_j出射光束于视区上的分布区域(于视区面上强度不低于光强极大值50％的光所覆盖区域)可以为包括长条状的各种形状。该各种形状，可以直接通过指向调控单元m_j对入射光的调制得到，如图25所示。另外，也可以通过其它方式实现，例如于可控光阀V_j后置放对应的单向散射片结构来实现长条状视区，或者通过设置各光源为条状来实现。

上述实施例以O＝2个线偏特性作为正交特性，二维排列的该特性可控光阀阵列如图18所示。如果沿x向和y向，相邻两个可控光阀分别对应相异正交特性；则，沿和x向成45°的两个方向，相邻可控光阀只能对应相同的正交特性。为了克服相邻指向调控单元之间来自对方所对应可控光阀出射光的串扰，需要更多的正交特性。所述正交特性光，是指可以相互排它性地分别选通的不同特性光。例如，在一个时间周期的不同时间点分别投射的时序特性光，可以通过各自对应液晶开关仅于对应时间点同步打开实现它们的各自选通；举例地，一个指向调控单元的时序特性可以通过附着于该指向调控单元的液晶开关于控制器件40操控下的关闭或打开来实施(该附着的液晶开关于本专利中作为对应指向调控单元的组成部分)。再例如偏振方向相互垂直的两种线偏特性光，举例地，一个指向调控单元或一个可控光阀的线偏特性可以通过对应附着的偏光片实施对对应线偏特性光的选通，挡除非对应线偏特性光。例如分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性光，举例地，一个指向调控单元或一个可控光阀的旋偏特性可以通过对应附着的波片和偏光片的组合实施对对应旋偏特性光的选通，挡除非对应旋偏特性光。再例如，对应不同波长的颜色特性，举例地，一个指向调控单元或一个可控光阀的颜色特性，可以通过各自对应附着的滤色片实施对对应颜色特性光的选通，挡除非对应的颜色特性光分别选通。这些正交特性的相互组合，也可以形成更多种类的正交特性。图19以两个时序特性和两个线偏特性的组合特性为例，则沿x向、y向、及和二者成45°的两个方向，相邻两个可控光阀均具有互不相同正交特性。其中，t₁指该可控光阀在任一时间周期的t₁时刻被激活，在其另一时刻t₂被关闭；t₂指该可控光阀在任一时间周期的t₂时刻被激活，在其另一时刻t₁被关闭。和各可控光阀对应的指向调控单元仅在对应可控光阀被激活时，才允许让背入射。其背光入射的允许和不允许，举例地可以由附着于该指向调控单元的的液晶开关的(由控制器件40控制)开启和关闭来实施。

上述实施例均以M＝1和N＝1为例。图26和图27分别为对应M＝2、N＝1和M＝1、N＝2。图26以沿一维方向为例，具有线偏特性的指向调控单元阵列100，间隔一个的指向调控单元成组，包含M＝2个指向调控单元组。具体地，指向调控单元m₁、m₂、m₃、m₄、…组成指向调控单元组10，指向调控单元m'₁、m'₂、m'₃、m'₄、…组成指向调控单元组10'。相邻的、分别属于不同指向调控单元组的两个指向调控单元具有相同线偏特性。可控光阀阵列200作为一个可控光阀组20。则指向调控单元组10和可控光阀组20构建为一个视区投射结构，指向调控单元组10'和可控光阀组20构建为另一个视区投射结构，共K＝2个视区投射结构。图26中，相异视区投射结构分别对应沿方向5和方向6的不同背光。沿方向5的背光所对应视区投射结构，在激活时对应生成视区是VZ₁、VZ₂、VZ₃、VZ₄、VZ₅。若沿方向6的背光入射示，对应视区投射结构生成视区偏移至VZ_1'、VZ_2'、VZ_3'、VZ_4'、VZ_5'。不同视区投射结构于不同的时间点时序激活，或者根据瞳孔追踪器件50所确定瞳孔位置，仅激活一个或时序激活1<K'<K个视区投射结构，并使激活的视区投射结构所生成视区可以实时覆盖观察者瞳孔。一个视区投射结构的激活，是指该视区投射结构在仅一个方向背光入射，或在时序多个方向背光入射情况下的视区投射。图26中，一个视区投射结构被示为仅对应沿T＝1个方向的背光。如上所述，各视区投射结构可以进一步地对应沿多个方向的背光(T>1)。图27也以沿一维方向为例，具有线偏特性的指向调控单元阵列100作为M＝1个指向调控单元组10，可控光阀阵列200间隔一个的可控光阀分别成组，包含N＝2个可控光阀组。具体地，可控光阀V₁、V₂、V₃、V₄、…组成可控光阀组20，可控光阀V'₁、V'₂、V'₃、V'₄、…组成可控光阀组20'。则指向调控单元组10和可控光阀组20构建为一个视区投射结构，指向调控单元组10和可控光阀组20'构建为另一个视区投射结构，共K＝2个视区投射结构。不同的视区投射结构对应不同的背光，如图21所示两个视区投射结构分别对应沿方向7和方向8的K＝2个背光。不同视区投射结构于不同时间点时序激活，或者根据瞳孔追踪器件50所确定瞳孔位置，仅激活一个或时序激活1<K'<K个视区投射结构，此时激活的视区投射结构所生成视区可以实时覆盖观察者瞳孔。图27中，一个视区投射结构被示为仅对应沿T＝1个方向的背光。如上所述，各视区投射结构可以进一步地对应沿多个方向的背光(T>1)。同一视区投射结构对应的不同背光，可以于不同时间时序激活；或者根据瞳孔追踪器件50所确定瞳孔位置，仅激活一个或时序激活部分不同方向的背光。一个视区投射结构的激活，是指该视区投射结构在仅一个方向背光，或在时序多个背光入射情况下的视区投射。图21简单地以T＝1为例。图26和图27均以K＝2为例，K同理可以扩展至>2的情况，例如M>1、N>1的情况。

本实施例中，背光组件30投射光入射可控光阀阵列200后，再经指向调控单元阵列100调控。该情况下，背光组件30和可控光阀阵列200的功能，可以由一个背光型显示屏实施，例如LCD显示屏。此时，各可控光阀为选用显示屏各像素或子像素，所选用显示屏的背光结构作为背光组件30。背光组件30和可控光阀阵列200的功能，也可以由主动发光型显示屏进行实施，例如OLED显示屏、mini-LED显示屏、LED显示屏等。此时，所述显示屏的各像素或子像素的出光孔径，为可控光阀阵列200各可控光阀，选用显示屏各发光像素或子像素构建为背光组件30，各可控光阀对入射光出射率的控制，由控制器件40控制该可控光阀对应发光像素或子像素的出光率实施。但有别于常规显示屏，所述显示屏，其相邻像素或子像素应满足本专利所要求的排列方式：相邻像素或子像素对应相异正交特性。

上述背光组件30和可控光阀阵列200的功能，也可以由光扫描装置进行实施，例如图28所示包含扫描器件2001、扫描光源2002、准直单元2003的光扫描装置。该光扫描装置中，扫描器件2001于控制器件40驱动下，旋转扫描。其扫描光源2002包括红(R)光光源2002R、绿(G)光光源2002G、蓝(B)光光源2002B。本专利所述光扫描装置的各个光源，可以是(准)激光光源，也可以是非激光光源。它们出射光分别经蓝(B)光反射镜2002MB、绿(G)光反射镜2002MG、红(R)光反射镜2002MR，合为一束合成光束入射扫描器件2001。其中，绿(G)光反射镜2002MG允许蓝光通过，红(R)光反射镜2002MR允许蓝光和绿光通过。控制器件40控制所述扫描器件2001时序偏转，将入射的合成光束沿不同方向扫描投射至准直单元2003，准直单元2003将不同方向入射的扫描出射光束调制为平行光束，并一一对应地入射指向调控单元阵列100的各指向调控单元。图28以焦距为f的透镜作为准直单元2003，其也可以是其它各种具有准直功能的关光学器件。光扫描装置扫描出射各光束于某个位置处、该光束于该位置处最大光强值50％所对应光强覆盖区域，作为一个可控光阀，该虚拟的可控光阀被命名为等效可控光阀，扫描光源2002和光扫描装置2001作为背光组件30。图28中，各等效可控光阀的位置，设置于准直单元2003处，如图28所标注。明显地，各等效可控光阀的位置，也可以设置于对应光束上的其它点。各等效可控光阀对入射光出射率的控制，由控制器件40控制扫描器件2001所扫描出射对应光束的出光率实施。即，控制器件40通过于对应时间点各对应光源出射光强度来设置各等效可控光阀出射光的光信息(包括光强或/和颜色)。图28中，扫描器件2001沿二维方向进行扫描，以生成二维分布的等效可控光阀。若扫描器件2001对入射光束沿一个方向的时序偏转角间距为β，在该角间距较小的情况下，沿该方向上相邻等效可控光阀的间距近似为ftan(β)。图28中入射扫描器件2001的合成光束，也可以是其它颜色光的组合。图28所示结构的特点在于，采用(准)激光特性光源情况下，各等效可控光阀出射光的发散角可以较小，有利于在可选用正交特性种类有限的情况下，降低各等效可控光阀出射光对非对应指向调控单元的串扰，且光源的单色性也有利于各指向调控单元衍射调控过程中色散效应的抑制。图28所示光扫描装置中，所采用的准直单元2003，可以被去除，此时光扫描装置沿不同方向扫描出射光束，直接入射各自对应的指向调控单元。该准直单元2003也可以被辅助投影器件80代替，如图29。扫描器件2001扫描出射光束经指向调控单元阵列100和该辅助投影器件80，向观察者瞳孔所处区域投射视区。图29中，辅助投影器件80举例为挡风玻璃形态的反射型光学面，其也可以为其它形态光学结构，例如图30所示反射曲面801和802所构建而成的结构，再例如平面反射面等。辅助投影器件80在反射来自光扫描装置的光束的同时，也可以允许外部环境光入射。例如，辅助投影器件80具有半透半反特性，或对不同偏光态光的分别透射和反射，且光扫描装置出射光具有被辅助投影器件80反射的特性。图29和图30所示结构的显示模组，可以应用于车载抬头显示，向驾驶员的双瞳投射视区；也可以设置两个，甚至更多的该类显示模组，分别向驾驶员的两个瞳孔及该两个瞳孔所处区域投射视区。如上所述，所投射视区可以设计为各种形状(包括条状)及排列分布，类似于实施例1相关图11至图13、图15-图17所示的各种视区分布。

图28所示光扫描装置，还可以和波导结构组合，实施背光组件30和可控光阀阵列200的功能，如图31所例。图31中，扫描器件2001时序扫描出射光束，由准直单元2003准直后，经入瞳303入射光波导体304；被耦入器件305调制其出射方向后，通过反射面306a和306b的全反射，于光波导体304内传播；来自各等效可控光阀(如图28所示意)的光束，设计为分别入射反射面306a上的各自对应指向调控单元，被调制后分别向各自对应视区投射。图31中所示指向调控单元的出射光，分别沿各自对应方向传输，只是简单地示为夹角较小地出射。此处，指向调控单元也可以被设计置于波导结构中其它位置，各指向调控单元出射光束也可以反射地经过光波导体304出射。最优地，来自任一等效可控光阀的光束，经对应指向调控单元后，不再继续于光波导体内传输，或虽然于光波导体内继续传输，但不会入射非对应视区，或虽然入射非对应视区，但作为噪声对应显示质量的影响在可容忍范围内。图31中，准直单元2003也是所述波导结构的准直器件302。图28和图31所示扫描器件2001沿二维方向扫描，以获得二维分布的等效可控光阀。该扫描器件2001也可以采用图32所示结构。图32中，两个分别沿不同方向扫描的一维扫描器件2001a和2001b分别置于两个同轴透镜2004和2005的前后焦面上，该两个透镜间距等于它们焦距之和f₁+f₂。

图28至图31所示结构中，各等效可控光阀对应的正交特性设置，例如RGB的颜色特性或时序特性，可以通过控制器件40对各扫描光源2002各光源的驱动控制实施。而线偏特性或旋偏特性，可以通过于各等效可控光阀处置放对应偏光片或偏光片+波片来实施。此处，所述各偏光片或偏光片+波片，在相互之间不发生空间冲突的情况下，尺寸最优地大于对应等效可控光阀的尺寸。线偏特性或旋偏特性，也可以通过于各光源后置对线偏特性或旋片特性可以实时进行转变的器件，根据需要同步调制入射扫描器件2001的合成光束的线偏特性或旋偏特性。另外地，也可以通向同一个扫描器件2001投射多于一条的合成光束，或采用多于一个的扫描器件2001和扫描光源2002的组合，实现一些正交特性的设置。例如图33至图36所示可以实施线偏特性的光学结构范例。图33中，来自光源2002R、光源2002G和光源2002B的、包含“R·”、“G·”和“B·”光的合成光束，来自光源2002R”、光源2002G”和光源2002B”的、包含“R-”、“G-”和“B-”光的合成光束，分别沿两个方向以夹角θ入射扫描器件2001。为了得到较小的θ值，可以设计图34所示反射镜2006a和透反镜2006b。设计该两个合成光束入射扫描器件2001的夹角，令经扫描器件2001扫描出射的各线偏特性光束，分别入射各自对应的指向调控单元。实际上，图34所示两条合成光束，也可以进一步地沿同一路径(θ＝0)入射扫描器件2001。该情况下，该两条光束要依次投射，而不能同时投射。来自同一扫描光源的不同光源的光束，也可以分别沿各自对应方向入射扫描器件2001。例如，来自光源2002R、光源2002G和光源2002B的“R·”光束、“G·”光束和“B·”光束，分别沿不同方向入射扫描器件2001。图35设置两个扫描器件2001和2001”'对应同一个准直单元2003，该两个扫描器件2001和2001”'各自对应扫描光源分别出射“·”光束和“-”光束，它们于准直单元2003上出射点处的光分布区域，分别作为对应“·”特性或“-”特性的等效可控光阀。图36设置两个扫描器件2001和2001'，它们扫描出射光束经各自对应准直器件302和302'准直后，分别经入瞳303和303'，各自入射对应耦入器件305和305'。各光束于光波导体内传输，并分别入射各自对应指向调控单元。

图33至图36中，向同一个扫描器件2001投射多于一条的合成光束，或向多于一个的扫描器件2001分别投射的合成光束，也可以设计为具有相同特性。例如，图33和图34中入射扫描器件2001的两束合成光束无线偏特性的差异，图35和图36中分别入射不同扫描器件的不同合成光束无线偏特性差异。此时，向同一个扫描器件2001投射多于一条的合成光束，或向多于一个的扫描器件2001所分别投射的合成光束的设计，可以增大对应等效可控光阀的数量。图36中，分别入射扫描器件2001和扫描器件2001'的两束合成光束无线偏特性的差异，此时，不同扫描器件的扫描出射光束所对应指向调控单元，可以交错排布，也可以分别覆盖不同区域的指向调控单元，以增大指向调控单元覆盖面积。明显地，在后者情况下，图36中的指向调控单元可以不再设置具有不同的线偏特性。

图28至图36所示光学结构，采用(准)激光特性光源情况下，各指向调控单元对应入射光，具有小的发散角及较好的单色性；这些特性有利于各扫描出射光对非对应指向调控单元串扰的降低，及各指向调控单元出射光对非对应视区串扰的抑制。此时，在各扫描出射光束对非对应指向调控单元的串扰不明显情况下，相邻指向调控单元可以“不再被赋予相异正交特性”，同理进行多个视区的投射，并基于该多个视区进行本专利上述的三维显示。此时，各对应等效可控光阀同样不再被赋予对应正交特性。

实施例3

本实施例是在实施例1或实施例2所述基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组中，进一步地引入投影器件60，对指向调控单元阵列100、可控光阀阵列200组成的复合光学结构成放大虚像。并基于放大后的指向调控单元阵列100、可控光阀阵列200作为有效的指向调控单元阵列100和有效的可控光阀阵列200，同理进行显示。图37以透镜作为投影器件60。投影器件60可以是具有成像功能的其它各种器件，例如菲涅尔透镜，或全息透镜，或相位平板等。包含投影器件60的显示模组，可以作为近眼目镜，两个对应观察者双眼的该近眼目镜可以搭建头戴式双目显示系统(头戴式VR)。图37所示结构中还可以进一步的引入偏转器件70，如图38所示的半透半反面，其可以允许外部环境光入射(头戴式AR)。投影器件60和偏转器件70也可以复合到一个光学结构中，如图39所示的自由曲面组合结构。其中，自由曲面器件的曲面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，曲面F5为透射面。其中曲面F1、F3、F2和F4实施投影器件60的功能，曲面F3和F2同实施偏转器件70的功能。曲面F5、F2和F4允许外部环境光不受器件影响地入射。

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，凡设计相邻可控光阀和相邻指向调控单元相异正交特性，利用指向调制单元对各自对应可控光阀出射光或入射光进行指向调制而生成多个视区，并基于正交特性抑制非对应指向调控单元和可控光阀之间串扰的构思，均落入本发明的保护范围之内。例如，中国发明专利“一种光束发散角偏转孔径二次约束的显示模组”(公开号CN112882248A，公开日2021-06-01)中，和显示屏像素或子像素一一对应的微结构阵列型分光器件的各微结构，在其对应像素或子像素(对应本专利的可控光阀)被赋予正交特性时，也可以设置该微结构具有对应正交特性，以基本本专利所述思想，抑制各像素或子像素和非对应微结构之间的串扰。本专利实施例仅列出部分背光组件范例，其它不胜枚举的各类能提供所需背光的光学结构，例如可以投射背光的各种波导结构，均可作为本专利的背光组件；可以对入射光进行调控的、无法穷举的各种微结构，均可作为本专利的指向调控单元。本专利所述正交特性仅以线偏特性、颜色特性、时间特性，或其混合特性为例，其也可以是其它可能特性，只要该特性可以被相互排它性地分别选通。相应地，所有相关实施例都落入本发明的保护范围内。

Claims (21)

1.基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，包括：

指向调控单元阵列(100)，该可控光阀阵列(200)由可调制入射光束出射方向的指向调控单元组成，该指向调控单元阵列(100)的所有指向调控单元分为M个指向调控单元组(10)，且同一指向调控单元组中，相邻O个指向调控单元一一对应地分别仅允许O种正交特性光出射，各指向调控单元阻挡非对应的(O-1)种正交特性光出射，其中M≧1，O≧2；

可控光阀阵列(200)，该可控光阀阵列(200)由可受控地改变入射光出射率的可控光阀组成，该可控光阀阵列(200)的所有可控光阀分为N个可控光阀组(20)，其中N≧1；

所述指向调控单元阵列(100)任一指向调控单元组被设置为和可控光阀阵列(200)的至少一个的可控光阀组对应，相互对应的一个指向调控单元组和一个可控光阀组构建成为一个视区投射结构，共K个视区投射结构，其中K≧1；

其中，同一视区投射结构中，各可控光阀仅允许对应指向调控单元所对应正交特性的光出射，各指向调控单元调控对应可控光阀入射光或出射光的指向，引导生成Z个视区，且通过Z个视区中的每个视区都能够观察到至少一个的图像，其中Z≧1；

控制器件(40)，该控制器件(40)能够分别与指向调控单元阵列(100)和可控光阀阵列(200)连接并于任一时间点控制各可控光阀入射光出射率对应于待显示场景沿对应矢向的投影光信息强度，

其中，可控光阀阵列(200)的任一可控光阀对应矢向为经该可控光阀所投射光束入射观察者瞳孔所处区域时的传输矢向；

背光组件(30)，该背光组件(30)于所述控制器件(40)控制下能够沿T个方向，分别向所述正交特性指向调控单元阵列(100)或可控光阀阵列(200)投射背光，其中T≧1；

在K>1时，控制器件(40)时序激活所述K个视区投射结构进行视区投射，或，该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组还包括与控制器件(40)连接的瞳孔追踪器件(50)，根据该瞳孔追踪器件(50)所确定观察者瞳孔位置，控制器件(40)仅激活一个视区投射结构或控制器件(40)时序激活K₁个视区投射结构进行视区投射，其中1<K₁<K；

其中，一个视区投射结构的激活，是指该视区投射结构基于一个方向背光进行视区投射，或在多个时间点、时序基于不同方向背光进行视区投射；

该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组被设置为投射至少两个的视区。

2.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，对应观察者同一瞳孔的视区，沿至少一个方向的间距小于观察者瞳孔直径。

3.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，对应观察者同一瞳孔的视区，沿至少一个方向，以渐变的视区间距进行排列。

4.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组其特征在于，所述正交特性，是在一个时间周期的不同时间点分别激活的时序特性、或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、或者对应不同波长的颜色特性、或者为一个时间周期的不同时间点分别激活的时序特性、偏振方向相互垂直的两种线偏特性、分别为左旋光和右旋光的两种旋偏特性、对应不同波长的颜色特性中的任意可能的两种或两种以上特性的组合。

5.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于所述沿T个方向的背光为沿T个方向的平行背光。

6.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于所述指向调控单元为微纳光栅结构，或超表面结构，或全息光栅结构。

7.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，所述背光组件(30)为波导结构。

8.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，在背光组件(30)投射背光直接入射可控光阀阵列(200)的情况下，可控光阀阵列(200)各可控光阀为所选用主动发光型显示屏各像素或子像素的出光孔径，所选用显示屏各发光像素或子像素构建为背光组件(30)；

其中，各可控光阀对入射光出射率的控制，由控制器件(40)控制该可控光阀对应发光像素或子像素的出光率实施。

9.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，在背光组件(30)投射背光直接入射可控光阀阵列(200)的情况下，可控光阀阵列(200)各可控光阀为选用的光扫描装置所投射各光束于某个位置处、该光束于该位置处最大光强值50％所对应光强覆盖区域，并命名为等效可控光阀，选用的光扫描装置作为背光组件(30)；

其中，各等效可控光阀对入射光出射率的控制，由控制器件(40)控制该选用背光组件对应扫描出射光的出光率实施。

10.根据权利要求9所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，所述光扫描装置包含扫描器件(2001)和光源(2002)；

该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组被设置使得控制器件(40)能够驱动光源(2002)向扫描器件(2001)投射光束被扫描出射至指向调控单元阵列(100)，各扫描出射光束一一对应地入射指向调控单元阵列(100)各指向调控单元。

11.根据权利要求10所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，光扫描装置还包含准直单元(2003)；

该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组被设置使得控制器件(40)能够驱动光源(2002)向扫描器件(2001)投射光束被扫描出射至准直单元(2003)，来自同一扫描器件(2001)的各扫描出射光束被该准直单元(2003)转换为相互平行的光束。

12.根据权利要求10或11所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，于扫描器件(2001)扫描出射各光束传播路径上置放对应正交特性调制结构，赋予出射光束对应正交特性。

13.根据权利要求10或11所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，还包括辅助投影器件(80)，和指向调控单元阵列(100)共同向观察者瞳孔所处区域投射视区。

14.根据权利要求13所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，所述辅助投影器件(80)具有挡风玻璃形态的光学结构。

15.根据权利要求10或11所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，光源(2002)向扫描器件(2001)沿不同方向投射多于一束的光束。

16.根据权利要求10或11所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，至少一个的光扫描装置，投射光束经波导结构向指向调控单元阵列(100)投射。

17.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，各可控光阀为控制器件(40)控制下灰度可调的液晶单元。

18.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，还包括投影器件(60)，对指向调控单元阵列(100)和可控光阀阵列(200)组成的复合结构成放大虚像。

19.根据权利要求18所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，还包括偏转器件(70)，通过偏转入射光出射方向，引导来自所述复合结构的光束向观察者瞳孔传输。

20.根据权利要求1所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组，其特征在于，该基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组生成的视区覆盖同一观察者的两个瞳孔。

21.一种双眼显示结构，其特征在于，该双眼显示结构包括两个根据权利要求1-19任一项所述的基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组；

其中，所述双眼显示结构的各基于正交特性指向调控单元阵列的三维显示模组生成的视区仅能覆盖同一观察者的一个瞳孔。

Images