CN117555160A - 基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，该显示模组包括显示器件、二维调控器件、一维散射器件、及控制器件等。其中二维调控器件中二维排列的任一调控单元，引导显示器件上对应像素或子像素，分别向各自对应视点投射；设计视点排布结构，并通过一维散射器件沿x方向对像素或子像素投射光的散射扩束，实施沿x向尺寸大于观察者瞳孔直径但小于双瞳间距、沿不同于x向的另一方向间距小于观察者瞳孔直径2倍的条状矩形视区投射，从而基于超多视图原理实现克服聚焦‑会聚冲突的裸眼三维显示。

Description

基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统

技术领域

本发明涉及裸眼光场三维显示技术领域，更具体涉及一种基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统。

背景技术

随着技术发展，三维显示因其第三维度信息的呈现能力，而受到广泛关注。于三维显示的技术方案方面，目前市场上的三维显示系统主要是基于体视技术。体视技术的基本原理，是利用双眼视差，向观察者双眼分别投射各自对应的一幅二维图像，通过双眼视向于显示场景处的交叉，触发大脑的深度感知，以实现三维视觉的呈现。在该过程中，各像素投射光束为发散光束，其于对应眼睛处的光分布尺寸大于观察者瞳孔直径，观察者各眼睛为了清晰地看到各自对应二维投射图像，眼睛焦点需要对准显示面，该单目聚焦距离(显示面所处位置)不同于双眼视向交叉处(显示的出屏场景处)所对应的双眼会聚距离，即存在聚焦-会聚冲突问题。而自然环境下，观察者观察真实的空间场景时，单目聚焦距离和双眼会聚距离一致于观察者所关注的空间深度。所以，传统仅基于双眼视差进行的三维显示，其固有聚焦-会聚冲突有悖于人体自然进化的生理习惯，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。

集成成像(Integral Imaging)是一种可以解决聚焦-会聚冲突问题的三维显示方法。其利用光栅结构之类二维排列而成的二维调控器件，调控显示器件上的不同像素组，向观察区域沿不同方向投射不同的图像。其中，所述二维结构光栅的各光栅结构单元(即调控单元)，于显示器件上分别对应不同的像素块(也即集成成像中显示各子图像的像素)；各像素块上的不同像素，通过对应调控单元，分别沿对应方向投射光束至观察面上各自的对应像素视点。基于不同方向光束空间相交叠加，形成可聚焦空间光点的集成成像技术，为了实现“过任一显示物点，投射至少两条的光束至同一瞳孔”这一光场显示的前提条件及全视差显示，各像素块中，沿像素排列方向的两个维度方向，相邻像素对应的像素视点间距均需要小于观察者瞳孔直径D_p，即小间距像素视点。来自不同像素块的像素视点所共同覆盖区域，是集成成像显示的视区。则，合理视区尺寸前提下，各像素对应像素视点沿二维方向均小间距(<D_p)排列的要求，导致集成成像显示分辨率的急剧下降(显示分辨率＝显示器件分辨率/像素块的像素数目)。

发明内容

本发明提出一种基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，包括显示器件、二维调控器件和一维散射器件。其中显示器件和二维调控器件组成的二维分布视点生成结构中，各像素块经对应调控单元投射二维分布的像素视点。该二维分布视点生成结构不同于传统集成成像显示之处在于，其同一像素块对应的像素视点，沿不同排列方向间距大于观察者瞳孔直径D_p，或最多沿一个排列方向不大于观察者瞳孔直径D_p。所述一维散射器件仅沿一维x方向，对所述二维分布视点生成结构出射光进行散射。经该一维散射器件，各像素投射光于观察者面上的光分布区域(光强小于极大值50％的光分布区域)，其尺寸沿x方向扩展至D_p～D_p-p区域(D_p-p为观察者瞳孔间距)，从而形成条状矩形视区。所述x方向是预设的观察者双眼连线方向，即观察者在观影时的最优双眼连线方向。过程中，设计显示器件像素排列方向和x方向的夹角关系，使各调控单元对应条状矩形视区满足“x向间距：D_p<Δx<D_p-p，沿不同于x向的y向间距Δy<D_p”，基于超多视图实现克服聚焦-会聚冲突的3D显示。实际上，沿不同于x向的y向，视区区间稍微大于瞳孔直径，在保证连续视差的前提下，也可以于一定景深范围内获得无明显聚焦-会聚冲突所引发视疲劳效应。本发明中，将各调控单元对应条状矩形视区沿y向的间距设定为“沿不同于x向的y向间距Δy<2D_p”。所设计投射的条状矩形视区，尺寸类似于观察者双眼所占据条状矩形区域。相对集成成像显示各调控单元对应像素视点沿二维方向均为小间距排布的情况，本专利设计仅沿一维方向小间距排列的条状矩形视区，在保证多于一个图像对各眼投射以实现超多视图显示的前提下，可以有效提降低覆盖观察者双眼对视区数量的要求，提高最终的显示分辨率。本专利所述“条状矩形视区”中的“矩形”，仅是对其区域长宽尺寸均受限(沿双目连线方向小于D_p-p；沿另一方向同一像素块像素所对应条状矩形视区间距小于2D_p，其沿该方向对应的光分布尺寸也不大于观察者瞳孔直径)的一种描述，并不是强制要求该光分布区域为严格的矩形。项目也进一步，将以像素为投射光束的基本单元情况，扩展至以单个子像素为光束基本投射单元的情况，可以在不改变显示分辨率的情况下进一步提高所能呈现视点的数目，或在投射视点数目总体不变的情况下，进一步增大显示分辨率。

本发明提供如下方案：

基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，包括：

显示器件，包括多个像素或子像素，用于显示光信息；

二维调控器件，对应所述显示器件置放，由调控单元二维排列而成，各调控单元引导所述显示器件上的各对应像素或子像素，分别投射光束至观察面上的各自对应像素视点或子像素视点；

一维散射器件，沿x向散射所述二维调控器件的出射光或入射光，使任一像素或子像素经对应调控单元所投射光束，于观察面的对应条状矩形视区尺寸，沿x方向大于观察者瞳孔直径Dp，同时小于观察者双瞳间距D_p-p；

控制器件，该控制器件与显示器件连接，能够控制各像素或子像素所加载信息，为待显示场景沿该像素或子像素对应投影方向的投影信息；

其中，所述显示器件和二维调控器件组成二维分布视点生成结构，该二维分布视点生成结构的被设置为使得：经任一调控单元，其对应像素或子像素中，相邻像素或子像素所对应像素视点或子像素视点，最多沿一个排列方向间距小于观察者瞳孔直径Dp，且沿x向于该x向垂面上的最小投影间距小于观察者瞳孔直径Dp的2倍，其中x向为预设的观察者双眼连线方向；

其中，一个像素或子像素经对应调控单元和所述一维散射器件所投射光，于观察面上光强值不小于极大值50％的光分布区域，为该像素或子像素的对应条状矩形视区；

其中，一个像素或子像素的对应投影方向，为该像素或子像素经对应调控单元投射、入射对应条状矩形视区的光束的传播方向。具体地，该控制器件与显示器件信号连接。

优选地，所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统还包括与所述控制器件连接的追踪单元，用于实时获取观察者瞳孔位置，并实时确定一个像素或子像素的对应投影方向，为该像素或子像素经对应调控单元投射、入射观察者瞳孔的光束的传播方向。具体地，该控制器件与追踪单元信号连接。

优选地，所述二维调控器件是光学微透镜的二维阵列、超透镜的二维阵列、微纳结构的二维阵列、孔径的二维阵列。

优选地，所述微纳结构的二维阵列由微纳结构二维排列组成，各微纳结构和显示器件各像素或子像素一一对应置放，各微纳结构引导对应像素或子像素向各自对应像素视点或子像素视点投射光束。

优选地，所述观察面是平面，或曲面。

优选地，所述显示器件的像素或子像素平面排布，或曲面排布。

优选地，所述显示器件为背光型器件，该显示器件包括能够于控制器件驱动下沿不同方向时序投射背光的背光源结构。

优选地，所述显示器件为背光型器件，该显示器件包括能够沿多个方向分别投射不同背光的背光源结构；

其中，控制器件能够根据观察者瞳孔位置，控制背光源结构投射一个背光或时序投射多于一个的背光，使所投射条状矩形视区追踪覆盖观察者瞳孔。

优选地，所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统还包括由孔径构建的孔径阵列，其各孔径和所述二维调控器件各调控单元一一对应置放，用于控制各调控单元通光孔径的大小。

优选地，所述二维调控器件的相邻调控单元，分别仅允许不同特性的光通过，各调控单元对应像素或子像素仅出射该调控单元允许通过的特性光。

优选地，所述不同特性，是偏振方向相互垂直的线偏特性，或左旋偏振光和右旋偏振光组成的旋偏特性，或不同颜色的波长特性，或于不同时间分别通光的时序特性，或所述线偏特性、旋偏特性、波长特性、时序特性中的两者或者两种以上的组合。

优选地，所述二维调控器件的调控单元分为N个分别对应N种特性的调控单元组，显示器件的像素或子像素也一一对应地分为N个像素组或子像素组，各像素组或子像素组投射光仅能通过对应调控单元组，而被非对应调控单元组阻挡，其中N≥2。

优选地，不同的调控单元组，分别投射各自对应像素组或子像素组的像至不同深度。

优选地，所述二维调控器件的各调控单元在M种不同特性光入射时，分别投射对应像素组或子像素组的像至不同深度，且显示器件的像素或子像素分为M个分别出射所述M种特性光的像素组或子像素组，其中M≥2。

优选地，所述二维调控器件的各调控单元在S种不同特性光入射时，分别投射对应像素或子像素的像至不同深度，且显示器件的像素或子像素投射光包含该S种特性，其中S≥2；

所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统还包括时序选择器件，置于光传输路径中，在任一时间周期t～t+Δt的S个不同时间点，于控制器件控制下，分别仅允许该S种所述特性光中的各一种通过。

本发明还提供以下技术方案：

基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，包括：

显示器件，包括多个像素或子像素排列而成，用于显示光信息；

x向一维光栅阵列，由光栅结构单元沿x向一维排列而成，对应所述显示器件置放，其不同光栅结构单元，于所述显示器件上分别对应不同像素或子像素，

其中，所述x向为预设观察者双眼连线方向，一个像素或子像素经对应光栅结构单元所投射光，于观察面上光强值不大于极大值50％的光分布区域，为该像素或子像素经对应光栅结构单元投射光的光分布区域；

y向一维光栅阵列，由光栅结构单元沿不同于x向的y向一维排列而成，对应所述显示器件置放，其不同光栅结构单元，于所述显示器件上分别对应不同像素或子像素，

控制器件，该控制器件与显示器件连接，控制各像素或子像素所加载信息，为待显示场景沿该像素或子像素经对应光栅结构单元所投射光传播方向的投影信息；

其中，所述x向一维光栅阵列被设置为使得：显示器件像素或子像素经该x向一维光栅阵列调制，一个像素或子像素经对应光栅结构单元投射的光分布区域尺寸，沿x向小于观察者双瞳间距Dp-p，大于观察者瞳孔直径Dp；

其中，所述y向一维光栅阵列被设置为使得：显示器件像素或子像素经该所述y向一维光栅阵列调制，对应同一个光栅结构单元的相邻像素或子像素，经该光栅结构单元投射光的光分布区域，沿y向最小间距小于观察者瞳孔直径Dp的2倍。具体地，该控制器件与显示器件信号连接。

优选地，基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统还包括由孔径构建的孔径阵列，其各孔径和所述x向一维光栅阵列或/和y向一维光栅阵列各光栅结构单元对应置放，用于控制对应光栅结构单元通光孔径的大小。

优选地，所述x向一维光栅阵列和y向一维光栅阵列沿光传播方向贴连置放，或者沿光传播方向间隔置放。

优选地，所述x向一维光栅阵列或/和y向一维光栅阵列中，沿排列方向相邻光栅结构单元分别仅允许不同特性的光通过，各像素或子像素仅投射拟通过光栅阵列单元允许通过的特性光。

优选地，所述x向一维光栅阵列的光栅结构单元的屈光度和y向一维光栅阵列的光栅结构单元的屈光度不同。

优选地，所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统还包括与所述控制器件连接的追踪单元，用于实时获取观察者瞳孔位置，并实时确定一个像素或子像素的对应投影方向，为该像素或子像素经对应光栅结构单元投射、入射观察者瞳孔的光束的传播方向。具体地，该控制器件与追踪单元信号连接。

优选地，所述显示器件为背光型器件，该显示器件包括能够于控制器件驱动下沿多个方向时序投射不同背光的背光源结构。

优选地，所述显示器件为背光型器件，该显示器件包括能够沿多个方向分别投射不同背光的背光源结构；

其中，所述控制器件能够根据观察者瞳孔位置，控制背光源结构投射一个背光或时序投射多于一个的背光，使显示器件对应投射光信息追踪覆盖观察者瞳孔。

本发明具有以下有益效果：

本发明相对传统集成成像显示提出了改进，其中本发明利用显示器件和二维调控器件组成二维分布视点生成结构中，各像素块经对应调控单元投射二维分布的像素视点，。该二维分布视点生成结构不同于传统集成成像显示之处在于，其同一像素块对应的像素视点，沿不同排列方向间距大于观察者瞳孔直径D_p，或最多沿一个排列方向不大于观察者瞳孔直径D_p。所述一维散射器件仅沿一维x方向，对所述二维分布视点生成结构出射光进行散射。利用该二维分布视点和所述一维散射器件形成条状矩形视区，设计显示器件像素排列方向和x方向(所述x方向是预设的观察者双眼连线方向)的夹角关系，使各调控单元对应条状矩形视区满足“x向间距：D_p<Δx<D_p-p(D_p-p为观察者瞳孔间距)，沿不同于x向的y向间距Δy<D_p”，基于超多视图实现克服聚焦-会聚冲突的3D显示。相对集成成像显示各调控单元对应像素视点沿二维方向均为小间距排布的情况，本专利设计仅沿一维方向小间距排列的条状矩形视区，在保证多于一个图像对各眼投射以实现超多视图显示的前提下，可以有效提降低覆盖观察者双眼对视区数量的要求，提高最终的显示分辨率。另外，本发明的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统以像素为投射光束的基本单元情况，扩展至以单个子像素为光束基本投射单元的情况，可以在不改变显示分辨率的情况下进一步提高所能呈现视点的数目，或在投射视点数目总体不变的情况下，进一步增大显示分辨率。

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是本发明显示系统的一种基本光学结构示意图。

图2是本发明一个调控单元对应像素和其对应像素视点之间的空间对称关系示意图。

图3为一个调控单元对应像素视点分布范例及各像素视点对应条状矩形视区示意图。

图4是平行式二维分布视点生成结构的示意图。

图5是会聚式二维分布视点生成结构的示意图。

图6为一个调控单元对应像素视点分布的另一种范例及各像素视点对应条状矩形视区示意图。

图7为一个调控单元对应像素视点沿一个方向间距小于观察者瞳孔直径的分布范例。

图8调控单元通光孔径对像素投射光于观察面上光分布尺寸的影响示意图。

图9是本发明相邻调控单元相异特性设计的串扰噪声抑制示意图。

图10二维排布调控单元相异特性设计范例的示意图。

图11是基于偏振特性调控单元组/像素组的等效二维分布视点生成结构的示意图。

图12是基于时序特性调控单元组/像素组的等效二维分布视点生成结构的示意图。

图13是基于对不同特性光呈现不同调控特性的显示系统光学结构范例的示意图。

图14是采用时序选择器件的等效二维分布视点生成结构的示意图。

图15为基于x向一维光栅阵列和y向一维光栅阵列的显示系统光学结构范例的示意图。

图16为图15的局部放大图。

图17为基于x向一维光栅阵列和y向一维光栅阵列的显示系统光学结构的另一范例的示意图。

图18为图17的局部放大图。

具体实施方式

本发明基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，设计沿观察者双眼连线方向x向尺寸大于观察者瞳孔直径、沿另一方向y向间距小于观察者瞳孔直径2倍的条状矩形视区。其中，沿x向大于观察者瞳孔直径的尺寸设计，可通过大间距(例如间距等于条状矩形视区尺寸)的视区排列，沿该方向以少量个数(最少2个)的条状矩形视区实现对观察者双眼的覆盖；沿双眼连线方向小于双瞳间距的尺寸设计，是为了避免来自同一像素的出射光，同时入射观察者双眼。沿另一方向小于观察者瞳孔直径的视区间距设计，是为了满足超多视图显示的前提条件：多于一幅的图像入射观察者任一眼睛。则，合理数量的条状矩形视区，即可克服聚焦-会聚冲突，实现舒适视觉的裸眼超多视图三维显示。例如，任一调控单元投射，最少的，沿x向间距等于(D_p-p-D_p)的2个、沿x向垂向间距为(D_p/2)的2个，共2×2＝4个条状矩形视区；则设计来自不同调控单元的条状矩形视区相互重叠时，在观察者各眼分别正好对准沿x向垂向的2个条状矩形视区的情况下，即可实现超多视图显示。实际上，本发明要求同一调控单元对应条状矩形视区间距，沿不同于x向的另一方向小于观察者瞳孔直径2倍，在即使不能实现超多视图显示的情况下，也可以在获得连续视差的情况下，得到较为舒适的3D观影效果。

实施例1

图1为基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统的基本光学结构，包括但不限于显示器件10、二维调控器件20、一维散射器件30、和控制器件40。显示器件10投射光，经二维调控器件20和一维散射器件30向观察者眼睛瞳孔所在的观察面投射。图1中，沿光传播方向z向，一维散射器件30被置于二维调控器件20之前。二者位置也可以互换，以下部分不再重复该说明。本专利中，x向被预设为观察者双眼连线方向。D_p-p为观察者双眼间距，D_p为观察者眼睛观察者瞳孔直径。二维调控器件20由调控单元二维排列组成，各调控单元于显示器件10上各自对应像素组成对应像素块；各像素经对应调控单元所投射光，与观察面相交于该像素对应的像素视点。图1以光学微透镜作为调控单元，各光学微透镜于显示器件10上对应像素，组成一个像素块。所述光学微透镜当然也可以是非球面微透镜。则一个像素块上的任一像素，经对应光学微透镜型调控单元的光心所出射光线，与观察面的交点作为该像素的对应像素视点。具体以图2为例，像素P₁、P₂、P₃、P₄、…组成调控单元201所对应像素块。像素P₁、经对应光学微透镜型调控单元201的光心O所投射光线，与观察面交点作为像素P₁的对应像素视点Vp₁；像素P₂、经对应光学微透镜型调控单元201的光心O所投射光线，与观察面交点作为像素P₂的对应像素视点Vp₂；像素P₃、经对应光学微透镜型调控单元201的光心O所投射光线，与观察面交点作为像素P₃的对应像素视点Vp₃；如此类推，确定各像素的对应像素视点。也即是说，各像素和对应像素视点，存在空间上的一一对应关系。图2以闭合虚线所示像素块的分布区域形状，仅为示意，不代表一个像素块的真实分布区域形状。

一个像素块经对应调控单元，于观察面上形成该调控单元对应的像素视点分布，如图3所例。如上所述，x向为预设的观察者双眼连线方向，y向为不同x向的一个方向。常设y向垂直于x向，但是并不强制性要求y向一定要垂直于x向。显示器件10的像素沿x'向和y'向排列。同样，y'向常垂直于x'向，但也并不强制性要求y'向一定要垂直于x'向。图3以y向垂直于x向，y'向垂直于x'向为例进行说明。图3中，像素视点沿x'向间距Δx'、沿y'向间距Δy'均大于观察者瞳孔直径D_p，Δx'可以等于Δy'，Δx'也可以不等于Δy'。其中，Δx'＝Δy'对应像素间距沿x'向和y'向相等的常见情况。设计x'向和x向夹角θ，图3以Δx'＝Δy'和tan(θ)＝Δy'/(cΔx')＝Δy'/(4Δx')为例，其中c＝4为例。使经任一调控单元，其对应像素中，相邻像素所对应像素视点沿x向于该x向垂面上的最小投影间距，小于观察者瞳孔直径D_p。具体图3中，以一个像素视点1和其周边八个相邻的像素视点2、3、4、5、6、7、8、9为例，它们沿y向的间距，以像素视点1和像素视点2之间间距，或像素视点1和像素视点6之间间距最小，为Δx'sin(θ)。图2中，y向垂直于x向。则所述Δx'sin(θ)作为沿y向的像素视点间距：Δy＝Δx'sin(θ)，称之为y向视点间距。Δx'和θ的设置需要满足Δy<D_p。沿平行于x向的一条直线上，相邻像素视点间距Δx＝Δy'/sin(θ)，称之为x向视点间距。具体图3中，例如像素视点9和像素视点10之间间距，即为x向视点间距。在Δx'＝Δy'情况下，y向视点间距Δy＝Δx'sin(θ)≈0.24Δx'，x向视点间距Δx＝Δy'/sin(θ)≈4.1Δy'。明显地，较小的θ值，使像素视点沿x方向的间距变大，沿y方向的间距变小，即可满足本专利以尽量少像素视点实现超多视图显示的要求：沿y方向的像素视点间距小于观察者瞳孔直径D_p，沿x向的像素视点间距大于观察者瞳孔直径D_p的需求。此处tan(θ)＝Δy'/(cΔx')＝Δy'/(4Δx')中的c＝4，仅是一个特例，参数c可以根据情况取其它值，包括其它非整数值。参数c取非整数值时，同样要求一个像经对应调控单元投射的光分布区域尺寸，沿x向小于观察者双瞳间距D_p-p，大于观察者瞳孔直径D_p；同时，还要求于观察者瞳孔于观察面上可能出现的任一位置，沿y向瞳孔可以和对应同一调控单元的至少两个像素所对应光分布区域相交。一维散射器件30，沿x向以预设的散射角散射所述二维调控器件20的出射光或入射光，使任一像素经对应调控单元所投射光束，于观察面上形成对应条状矩形视区。该条状矩形视区尺寸沿x方向大于观察者瞳孔直径D_p，同时小于观察者双瞳间距D_p-p，以避免来自同一像素出射光，同时入射观察者双眼而形成串扰噪声。本专利中，一个像素经对应调控单元和所述一维散射器件30所投射光，于观察面上光强值大于极大值50％的光分布区域，为该像素的对应条状矩形视区。沿一维方向具有预设散射角的各种光学元件，例如全息器件、一维排列的微纳光栅结构等，均可作为本专利的一维散射器件30。明显地，一个像素视点对应一个条状矩形视区。所述“避免”，并不是绝对的100％避免，可以是一个像素投射的、以入射一只眼睛为目的光，对另外一只眼睛于串扰噪声允许强度范围内的入射。图3中，为了避免沿x向相邻条状矩形视区之间出现尺寸大于观察者瞳孔直径的空白，要求一个像素视区沿x向的尺寸W_x≥(Δx-D_p)。为了保证眼睛在条状矩形视区分布区域内得到比较均匀的光强，最优地设置W_x＝Δx。图3中，为了图示的清晰，W_x被示为略小于Δx。图3所示条状矩形区域覆盖观察者双眼瞳孔情况下，沿y向，观察者各瞳孔至少和两个条状矩形视区相交；沿x向，可仅和一个条状矩形视区相交，也可能和两个相邻的条状矩形视区相交。为了图示的清晰，图3中，一个像素视区沿y向的尺寸也被示为略小相邻视区沿y向的间距，其也可以为等于或大于。相对于集成成像小于观察者瞳孔直径的x向视点间距，本专利中x向视点间距Δx大于观察者瞳孔直径D_p的设计优点在于，以更少的像素视点覆盖观察者双眼，也即一个调控单元对应的像素数可以变小。图3所示仅为一个像素块的像素，经对应调控单元所对应像素视点及散射而成条状矩形视区的分布。同理，各像素块经各自对应调控单元，形成各自对应的像素视点及条状矩形视区分布。来自各像素块的条状矩形视区共同覆盖区域，作为视区，该视区内的任一眼睛，可以接收到至少两个的图像。观察者眼睛也可以偏离设定的观察面，观察者实际双眼连线方向也可以偏离x向，只要在离焦-会聚冲突导致明显不适的出屏范围内，过任一待显示物点，有经不同条状矩形视区的至少两条光束入射观察者同一眼睛，即可满足超多视图显示所需前提条件。根据图2所示像素和像素视点之间的几何对应关系，由图3所示一个调控单元的像素视点分布，可以反推该调控单元对应像素的分布。调控单元的形状尺寸，也可以根据对应像素分布区域的形成尺寸来确定。

上述过程，任一调控单元对应像素中，相邻像素所对应像素视点沿x向于该x向垂面上的最小投影间距，以小于观察者瞳孔直径D_p为要求进行说明，以实现超多视图显示。实际上，本发明所述系统，要求同一调控单元对应像素视点，沿y向的对应条状矩形视区间距小于观察者瞳孔直径2倍，在即使不能实现超多视图显示的情况下，也可以在实现近乎连续视差的前提下，得到较为舒适的3D观影效果。本专利以下部分，包括其它的实施例，均以沿y向的条状矩形视区间距不大于瞳孔直径为例，即以实现超多视图显示为目的进行说明。所述情况，均可扩展至沿y向该条状矩形视区间距不大于瞳孔直径2倍的情况。本发明以下部分，包括其它实施例，均不再对该扩展进行重复说明。例如，取平均瞳孔直径D_p＝5mm，本发明要求同一调控单元对应像素视点沿y向的对应条状矩形视区间距，小于2D_p＝10mm。

二维调控器件20取光学微透镜阵列为例，不同像素块对应像素视点分布区域于观察面上可以错位排布，如图4所示光学结构。图4以x'向为例，9个像素P₁、P₂、P₃、…、P₈、P₉组成对应调控单元201的像素块(沿二维方向，该像素块将包含更多的像素)，9个像素P₁₀、P₁₁、P₁₂、…、P₁₇、P₁₈组成对应调控单元202的像素块(沿二维方向，该像素块将包含更多的像素)。图4中，调控单元间距dx'等于像素块间距，即9p_x'＝dx'，相邻调控单元对应像素视点分布区域沿x'向偏移dx'。显示器件10和二维调控器件20的该类组合，称之为平行式二维分布视点生成结构。根据图4所示几何关系，p_x'/Δx'＝D_b/(D_e-D_b)。p_x'为x'向像素间距，Δx'为x'向相邻像素对应像素视点之间的距离，D_b为像素和二维调控器件间距，D_e为像素和观察面间距。一个像素经对应光学微透镜型调控单元光心，投射光线至对应像素视点，例如像素P₁₆经对应调控单元202(即光学微透镜l+1)光心O_l+1投射的对应像素视点V_p16x'，像素P₁经对应调控单元201(即光学微透镜l)光心O_l投射的对应像素视点V_p1x'。根据图示，相邻调控单元所对应像素视点分布区域发生依次错位，所有调控单元对应像素视点分布区域的重叠区域，为显示的观察区域。于该区域内的任一只眼睛，可以接收到多于一幅的图像信息。二维调控器件20取光学微透镜阵列为例，不同像素块对应像素视点分布区域于观察面上可以重叠排布，如图5所示会聚式二维分布视点生成结构。类似于图4，同样以x'向为例进行说明，9个像素P₁、P₂、P₃、…、P₈、P₉组成对应调控单元201的像素块(沿二维方向，该像素块将包含更多的像素)，9个像素P₁₀、P₁₁、P₁₂、…、P₁₇、P₁₈组成对应调控单元202的像素块(沿二维方向，该像素块将包含更多的像素)。图5中，p_x'/Δx'＝D_b/(D_e-D_b)，dx'/(9p_x)＝(D_e-D_b)/D_e。于该种几何关系下，不同调控单元对应的像素视点分布区域相互重叠。例如，像素P₁经对应调控单元201的对应像素视点(即像素P₁经光学微透镜光心O_l所投射光线和观察面的交点)，和像素P₁₀经对应调控单元202的对应像素视点(即像素P₁₀经光学微透镜光心O_l+1所投射光线和观察面的交点)，重合于点V_p1p10x'。相对于图4所示平行式二维分布视点生成结构，图5所示会聚式二维分布视点生成结构有利于以得到更大的视区。实际上，p_x'和Δx'之间的关系，还适用于除图4、图5所示情况外的其它情况，例如(D_e-D_b)/D_e<dx'/(9p_x)<1。此处数值9仅是特例，可以根据情况去取其它值。图4和图5仅示出一维方向的情况，沿另一方向，同理。

控制器件40控制各像素同步加载信息，为待显示场景沿该像素对应投影方向的投影信息。一个像素的对应投影方向，为该像素经对应调控单元投射、入射对应条状矩形视区光束中，任一光线的传播方向。例如，一个像素的对应投影方向，取为该像素经对应调控单元投射、入射对应像素视点的光线的传播方向。实际上，本专利的条状矩形视区，沿x向尺寸大于观察者瞳孔直径。可以引入追踪单元50，如图1所示，实时获取观察者瞳孔位置，并实时确定一个像素对应的投影方向，为该像素经对应调控单元投射、入射观察者瞳孔光线的传播方向，以更好地显示场景。

图1至图3以二维排列的光学微透镜阵列作为二维调控器件20，所述二维调控器件20，也可以是超透镜列、孔径阵列、或者功能类似于二维排列光学微透镜阵列的全息器件等，所需其基本功能为：对应像素经该调控单元，分别沿不同方向投射光斑至显示面上的不同位置。像素所对应像素视点，尤其是在调控单元不存在对应光心的情况下，还可以是像素经对应调控单元投射至观察面光束中的任一光线于观察面上的投射点，常选用经调控单元几何中心所投射的光线于观察面上的投射点。例如以孔径作为调控单元时，孔径无光心，但可以选其几何中心，来自一个对应像素的、过该几何中心的光线投射于观察面上的对应像素视点。所述二维调控器件20，也可以由微纳结构二维排列组成，各微纳结构和显示器件10各像素一一对应置放，引导对应像素向各自对应像素视点投射光束。该情况下，一个像素块所有像素对应的微纳结构组合为对应微纳结构型调控单元，一个像素对应的像素视点，为该像素经对应微纳结构投射的任一条光线，与观察面的交点。经常地，取为该像素经对应微纳结构，于观察面上所投射光分布区域的几何中心作为该像素的对应像素视点。

一个调控单元对应的像素视点，也可以是其它排布，例如图6所示排布。图3和图6所示一个调控单元所对应像素视点，其沿x'和y'向的间距均大于观察者瞳孔直径D_p。也可以存在另外一种情况，一个调控单元所对应像素视点，仅沿一个排列方向小于观察者瞳孔直径D_p，如图7所示。图7中，同一调控单元对应的像素视点，沿x'向间距Δx'大于观察者瞳孔直径D_p，沿y'向间距Δy'小于观察者瞳孔直径D_p。该情况下，可以直接设置x向重合于x'向(即θ＝0)，y向重合于y'向。一维散射器件30沿x向对入射光束进行预设散射角地扩束，使任一像素对应的条状矩形视区尺寸沿x方向大于观察者瞳孔直径D_p，同时小于观察者双瞳间距D_p-p，该尺寸最优地等于Δx'。图7中，明显地，x向相对于x'向，也可以被设置为偏转不为零的θ角。该θ角的值需要保证，沿y向相邻条状矩形视区间距Δy小于观察者瞳孔直径D_p，沿x向相邻条状矩形视区间距Δx大于观察者瞳孔直径且小于双目间距D_p-p。此时，同样地，一维散射器件30沿x向对入射光束进行预设散射角地扩束，使任一像素对应的条状矩形视区尺寸沿x方向大于观察者瞳孔直径D_p，同时小于观察者双瞳间距D_p-p，该尺寸最优地等于Δx。

所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，还可以包含由孔径构建的孔径阵列60，如图1所示。所述孔径阵列60各孔径，和二维调控器件20的各调控单元一一对应置放，用于控制各调控单元通光孔径的大小。调控单元通光孔径尺寸，影响对应像素经该调控单元，于观察面上投射光的分布区域尺寸。如图8所示，像素P_e经对应光学微透镜型调控单元201，会聚于非观察面上的点I_pe。孔径阵列60的孔径601对应所述调控单元201置放。简单地根据几何光学，沿图8所示x”向，当孔径601尺寸为a时，像素P_e投射光于观察面上覆盖尺寸为a'；当孔径601尺寸为不同于a的b时，像素P_e投射光于观察面上覆盖尺寸为不同于a'的b'。再例如，像素P_e经对应光学微透镜型调控单元201平行出射，孔径601尺寸不同时，像素P_e投射光于观察面上覆盖尺寸(该覆盖尺寸和对应调制矩形视区的尺寸相关联)也不同。类似情况下，所述孔径阵列60最终将和所述一维散射器件30一起，决定各像素对应条状矩形视区的尺寸。明显地，在观察面、调控单元、像素相对于距离不变的情况下，调控单元焦距的改变，也可以导致像素投射光于观察面上覆盖尺寸的不同。

上述显示器件10可以是主动发光型器件，也可以是背光型器件。若所述显示器件10为背光型器件，对应有背光源结构101。当该背光源结构101投射指向性光背光时，显示器件10各像素沿特定方向出射光束，可以抑制甚至避免各像素出射光对非对应调控单元的入射，即抑制串扰噪声。同时，背光源结构101于控制器件40驱动下，也可以沿不同方向时序投射背光。在任一方向背光入射时，所述二维分布视点生成结构根据上述过程实施显示。该过程中，不同方向背光入射时，同一像素对应的调控单元可能发生改变，或者说一个调控单元所对应像素，可能会随着指向性背光入射方向的不同，而发生变化。则，不同背光入射时，各调控单元对应的像素视点分布区域不同，从而基于时序复用，增大了各调控单元对应像素视点的覆盖区域，有利于最终观察区域的增大。各种提供指向性背光的光学结构，均可作为所述背光源结构101，例如公开号为CN113126315 A、公开日为2020-01-16的中国发明专利,即公开号为US2021223462 A1、公开日为2021-07-22的美国发明专利所描述光波导背光结构。

所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，还可以引入追踪单元50，以实时获取观察者瞳孔位置。在任一时刻，根据所获得的观察者瞳孔位置，实时确定一个像素对应投影方向，为该像素经对应调控单元投射、入射观察者眼睛瞳孔的光束的传播方向。其中，一个像素对应的调控单元，可以根据观察者眼睛位置的变化，而发生变化。或者说，通过瞳孔位置和一个调控单元位置的连线，确定该瞳孔位置情况下，该调控单元对应的像素。控制器件40根据各像素实时沿对应投影方向，加载信息。这样可以避免如下情况：一个像素投射至观察者瞳孔的光信息，是待显示场景沿来自该像素的、虽然入射对应条状矩形视区但不入射该瞳孔的一条光线的投影信息。该避免功能可以改善显示效果。

在某一时间点，控制器件40根据观察者瞳孔的实时位置，还可以选择性地控制背光源结构101投射一个或时序投射多于一个的背光。被选择背光对应的观察区域，可以实现对观察者瞳孔的追踪覆盖。

所述二维调控器件20的相邻调控单元，可以设计为分别仅允许不同特性的光通过，各调控单元对应像素仅出射该调控单元允许通过的特性光。如图9所例，沿一个排列方向，相邻的调控单元分别仅允许“·”光和“﹣”光通过。这里，“·”和“﹣”表示偏振方向相互垂直的两种偏振特性。调控单元201仅允许“·”光通过，挡除“﹣”光；调控单元202仅允许“﹣”光通过，挡除“·”光；调控单元203仅允许“·”光通过，挡除“﹣”光，如此类推。对应地，调控单元201对应的、分布于M_i-1M_i区域的像素，仅对应出射“·”光；调控单元202对应的、分布于M_iM_i+1区域的像素，仅对应出射“﹣”光；调控单元203对应的、分布于M_i+1M_i+2区域的像素，仅对应出射“·”光；如此类推。则一个调控单元对应像素出射光，将不能通过该调控单元的相邻调控单元，抑制了串扰噪声。如果仅采用“·”和“﹣”两个特性，可以保证沿两个方向，相邻调控单元之间的串扰噪声抑制，如图10左图所示，沿调控单元202、205、208排列方向，和调控单元204、205、206排列方向，相邻调控单元之间的串扰噪声，基于“·”和“﹣”的如上设计得到抑制。但对于二维排列的调控单元，如果希望沿调控单元201、205、209排列方向(即图10中的一个对角线方向)，或沿调控单元203、205、207排列方向(即图10中的另一个对角线方向)，相邻调控单元之间的串扰噪声也得到抑制，需要更多的特性，如图10右图所示范例。图10右图中，各调控单元在被赋予同样“·”和“﹣”特性的同时，还被赋予了时序特性。具体地，调控单元201、204、207、203、206、209在任一时间周期t～t+Δt的一个时间点t被激活，它们对应像素在该时间点，于控制器件40驱动下加载对应信息；在该时间点t，调控单元202、205、208被关闭，对应像素不加载信息。调控单元202、205、208在任一时间周期t～t+Δt的另一个时间点t+Δt/2被激活，它们对应像素在该时间点，于控制器件40驱动下加载对应信息；在该时间点t+Δt/2，调控单元201、204、207、203、206、209被关闭，对应像素不加载信息。即，各调控单元被设计赋予了4个特性，包含“·”和“﹣”特性及两个时序特性，以实现任一调控单元和所有相邻调控单元之间的串扰噪声抑制。该过程中，各像素或各调控单元“·”和“﹣”特性可以通过附着的辅助器件实现，例如一个像素或一个调控单元对应附着有一个特定偏光片，或其它可能的方式实现，例如一个像素本身出射光就是“·”光或“﹣”光；一个调控单元的激活和关闭，可以通过其它辅助器件来实现，例如各调控单元附着的液晶孔径，可以在控制器件40驱动下，关闭或开启各调控单元的通光孔径。该类辅助器件，本专利中当做有二维调控器件20自带，未单独示出。以特性“·”和“﹣”为例，相邻调控单元，通过附着偏光片等设计，可以分别允许对应“·”光或“﹣”通过，但挡除非对应的“﹣”或“·”光，称此类特性为可识别特性。除了图10所示的“·”、“﹣”、时序特性，其它可以实现相互识别的光特性，均可应用于本专利。例如，左旋偏振和右旋偏振特性，不同颜色的波长特性(可以通过附着的滤色片实现)，所述不同特性的组合等。

实施例2

图1所示基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统的基本光学结构，及实施例1所述其它光学结构中，可以进一步将所述二维调控器件20的调控单元分为N≥2个对应不同特性的调控单元组，各调控单元组仅允许自己对应的特性光通过，挡除其它调控单元组对应的特性光。该情况下，不同调控单元组，可以设计具有互不相同光学性能。例如，采用光学微透镜型调控单元情况下，不同调控单元组对应不同的焦距。如图11所例，调控单元201、203、205(未示出，由图示的排列规律明显可知)、…组成一个“·”特性调控单元组，调控单元202、204(未示出)、206(未示出)、…组成另一个“﹣”特性调控单元组，它们分别仅允许“·”和“﹣”N＝2种特性光通过。同样，这里“·”和“﹣”表示偏振方向相互垂直的N＝2种偏振特性。显示器件10的像素，也对应分为分别仅出射“·”光和“﹣”光的像素组。具体地，图11所示像素P₁、P₃、P₅、P₇、…出射“·”光，对应“·”特性调控单元组，像素P₂、P₄、P₆、P₈、…出射“﹣”光，对应“﹣”特性调控单元组。“·”特性调控单元组的各调控单元，对应具有焦距f₁，“﹣”特性调控单元组的各调控单元，对应具有焦距f₂，f₁≠f₂。图11仅沿一维示出，以列命名该一维方向。二维分布情况下，沿以行命名的另一方向，同样中相邻调控单元可以分属不同调控单元组，也可以整行调控单元属于同一调控单元组，相邻行调控单元分属两个不同组。则，出射“·”光的像素，经各自对应调控单元，被成像至·像素面，出射“﹣”光的像素，经各自对应调控单元，被成像至不同的﹣像素面。“﹣”特性调控单元组和对应像素，作为一个等效二维分布视点生成结构，按实施例1所述过程进行显示；“·”特性调控单元组和对应像素，作为另一个等效二维分布视点生成结构，按实施例1所述过程进行显示。则图11所示结构，相当于N＝2个等效二维分布视点生成结构，它们像素出射光分别以·像素面和﹣像素面作为束腰所在深度，可以分别结合一维散射器件30进行超多视图显示，以增大显示景深。这里，相邻调控单元，通过附着偏光片等设计，可以分别允许对应“·”光或“﹣”通过，但挡除非对应的“﹣”或“·”光。称此类特性为可识别特性。如实施例1所述，其它可以实现相互识别的特性，均可同理应用于图1的类似结构。图12所示，为基于时序特性增大显示景深的系统结构范例，调控单元201、203、205(未示出，由图示的排列规律明显可知)、…组成一个t特性调控单元组，调控单元202、204(未示出)、206(未示出)、…组成另一个t+Δt/2特性调控单元组，它们分别仅在任一时间周期t～t+Δt的两个时间点t和t+Δt/2激活。显示器件10的像素在t～t+Δt的时间点t，对应t特性调控单元组，组成一个等效二维分布视点生成结构，进行显示；显示器件10的像素在t～t+Δt的时间点t+Δt/2，对应t+Δt/2特性调控单元组，组成另一个等效二维分布视点生成结构，进行显示。同样地，该N＝2个调控单元组，分别被设计具有不同焦距，可以同理实现景深的增大。图11和12为了简单，均采用N＝2进行说明。明显地，所采用可识别特性数N越大，越有利于景深的增大。

各调控单元，本身也可以对M≥2种不同特性入射光，表现M种不同的光学性能，其中M≥2，。如图13所示，各调控单元对“·”光具有焦距f₁，对“﹣”光具有焦距f₂。例如，以微纳结构(比如超透镜)作为调控单元，就可以具有该特性。显示器件10的像素，间隔M-1＝1个像素的像素分别成组，分为M＝2个像素组，分别仅出射“·”光和“﹣”光。则出射“﹣”光的像素组和二维调控器件20组成一个等效二维分布视点生成结构，出射“·”光的像素和二维调控器件20组成另一个等效二维分布视点生成结构，分别实施显示，同样可以实现景深的增大。图13所示系统结构中，各像素投射光分别投射“·”光和“﹣”光。进一步地，任一像素投射光，也可以同时包含S≥2种不同特性，而各调控单元对应该S种特性光，表现为不同的光学性能，例如不同的焦距，如图14所例。图14同样以“·”和“﹣”S＝2种特性为例，各调控单元对该S＝2种光，分布表现为焦距f₁和焦距f₂。其中S≥2。这时，任一像素经对应调控单元，分别被成像至不同的像素面。为了避免同一像素同时被成像至不同深度后均投射光进入观察者眼睛，引入时序选择器件70，置于光传输路径中，如图14所示。其中时序选择器件70和一维散射器件30的位置可以互换。在任一时间周期t～t+Δt的S＝2个不同时间点t和t+Δt/2，于控制器件40控制下，时序选择器件70允许该S＝2种所述特性光分别通过。则图14所示结构，等效为于任一时间周期的S＝2个不同时间点，S＝2个二维分布视点生成结构，结合一维散射器件30，分别进行显示，以增大景深。图11至图14，分别仅以2个可识别特性进行说明，同理可以采用更多可识别特性。

实施例3

图1中的二维调控器件20，也可以被图15所示的x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22代替。此时，所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统光学结构，包括显示器件10、x向一维光栅阵列21、y向一维光栅阵列22、和控制器件40。显示器件10投射光，经x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22，向观察者眼睛瞳孔所在的观察面投射。本专利中，x向被预设为观察者双眼连线方向。D_p-p为观察者双眼间距，D_p为观察者眼睛观察者瞳孔直径。x向一维光栅阵列21由光栅结构单元沿x向一维排列而成，对应所述显示器件10置放，其不同光栅结构单元，在同一时间点，于所述显示器件10上分别对应不同像素或子像素。显示器件10像素经该x向一维光栅阵列21调制，一个像素经对应光栅结构单元投射光的光分布区域尺寸W_x，沿x向小于观察者双瞳间距D_p-p，大于观察者瞳孔直径D_p。其中，一个像素经对应调控单元所投射光，于观察面P_ob上光强值大于极大值50％的光分布区域，为该像素经对应光栅结构单元投射光的光分布区域。y向一维光栅阵列22，由光栅结构单元沿不同于x向的y向一维排列而成，对应所述显示器件10置放，其不同光栅结构单元，在同一时间点，于所述显示器件10上分别对应不同像素。显示器件10像素经该所述y向一维光栅阵列22调制，对应同一个光栅结构单元的相邻像素，经该光栅结构单元投射光的光分布区域，沿y向最小间距Δy小于观察者瞳孔直径D_p。图15中，x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22均以柱透镜光栅阵列为例，其光栅结构单元为柱透镜，包括球面柱透镜、非球面柱透镜等。实际上，它们也可以是其它形式的一维光栅阵列，只要其具有类似于柱透镜光栅阵列的分光能力，例如狭缝光栅阵列、全息器件等。

具体以图15为例，y向一维光栅阵列22的光栅结构单元沿y轴排列，该y轴平行于y向。y向一维光栅阵列22对应的一个基本像素周期结构，由N₁×N₂个像素组成，这里以N₁×N₂＝3×3为例，其中N₁≥2，N₂≥2。比如，像素P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉组成的一个基本像素周期结构对应y向一维光栅阵列22的光栅结构单元k+1。根据一维光栅分光的基本规律，沿y向，相邻光栅结构单元k+2对应另外的一个基本像素周期结构，和像素P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉组成的基本像素周期毗邻且不共用像素。沿x向，对光栅结构单元k+1，其它类似的基本像素周期结构处重复出现。y向一维光栅阵列22的其它光栅结构单元对应像素，同理存在对应的、沿x向重复出现的基本像素周期结构。则根据一维光栅的分光分光原理，同一基本像素周期结构的不同像素沿z向投射光，经对应光栅结构单元的光轴，于观察面P_ob上所投射的对应像素视点，沿y向以Δy为间距排列，如图15左下小图所例。具体地，像素P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉设向y轴的投影分别表示为点P_1y、P_2y、P_3y、P_4y、P_5y、P_6y、P_7y、P_8y、P_9y。，这些投影也对应光栅结构单元k+1。为了清晰，图中仅示出了相邻的P_7y和P_4y。于yz面内，点P_1y、P_2y、P_3y、P_4y、P_5y、P_6y、P_7y、P_8y、P_9y和光栅结构单元k+1光心分别连线，得到像素P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉对应像素视点于yz面和观察面交线上的投影，如像素P₃对应的点V_yp3，它们最小间距即为光栅结构单元k+1对应像素视点的y向间距Δy。即，对应同一个光栅结构单元的相邻像素，经该光栅结构单元投射光的光分布区域，沿y向最小间距为y向间距Δy。设置y向一维光栅阵列22的光栅结构单元间距d_y、y向一维光栅阵列22和显示器件10的距离D_by、显示器件10和观察面P_ob的距离D_e，像素间距p_x'、p_y'，及像素排列方向x'向和x向的夹角θ，使Δy<D_p。图15中，y向被示为垂直于x向，该垂直设置不是强制性要求。x'和y'向为像素排列方向。进一步置x向一维光栅阵列21于显示器件10前，如图15。x向一维光栅阵列21的光栅结构单元间距dx，以如下目的进行设计：x向一维光栅阵列21的一个光栅结构单元所对应像素周期结构，沿x向包含N₃个y向一维光栅阵列22对应的基本像素周期结构，其中N₃≥2。图15具体以N₃＝4为例。则，N₃个y向一维光栅阵列22对应的基本像素周期结构，沿x向对应x向一维光栅阵列21的一个光栅结构单元。具体到图15，以P₁、P₁₀、P₁₁、P₁₂为顶点像素的N₃＝4上述基本像素周期结构，作为对应光栅结构单元l一个基本像素周期结构。其中，像素P₁、P₁₀、P₁₁、P₁₂沿x向共线。像素P₁、P₁₀、P₁₁、P₁₂经对应光栅结构单元l的光轴所投射像素视点，沿x向间距为Δx，如图15的右上子图所示。为了图示的清晰，图15的部分，放大作为图16示出。设置x向一维光栅阵列21的光栅结构单元间距d_x、x向一维光栅阵列21和显示器件10的距离D_bx、x向一维光栅阵列21和观察面P_ob的距离D_e，像素间距p_x'、p_y'，及像素排列方向x'和x的夹角θ，在保证Δy<D_p的同时，使D_p<Δx<D_p-p。则可得到类似于图3或图6所示的像素视点分布。设计x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22沿光传输方向z向的间距(D_bx-D_by)、或/并设计x向一维光栅阵列21光栅结构单元和y向一维光栅阵列22光栅结构单元不同的焦距(即不同的屈光度)、甚至通过进一步地引入一维散射器件30沿x向对入射光的预定发散角散射，将各像素向对应像素视点处投射光的光分布区域调制为条状，即一个像素经对应光栅结构单元投射的光分布区域尺寸，沿x向小于观察者双瞳间距D_p-p，大于观察者瞳孔直径D_p。在引入一维散射器件30情况下，一个像素仅经对应光栅结构单元投射的光分布区域尺寸沿x向也可以小于观察者瞳孔直径D_p，只要其投射光经对应光栅结构单元和该一维散射器件30后，可以满足“光分布区域沿x向小于观察者双瞳间距D_p-p，大于观察者瞳孔直径D_p”的要求。图8所示，对于沿一个方向有相位调控能力的光栅结构单元，其焦距及相对于像素和观察者的相对位置变化，会导致像素经该光栅结构单元投射至观察面的光分布，分布区域沿该一个方向上的尺寸变化。其中，(D_bx-D_by)值可以为零，对应x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22紧密贴连置放的情况，也可以不等为零，对应x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22沿光传输的z向，间隔一定距离地置放。上述过程中，不同光栅结构单元对应的N₁、N₂值也可以发生变化，N₃也可以取为非整数值。此时，同样要求一个像素经对应光栅结构单元投射的光分布区域尺寸，沿x向小于观察者双瞳间距D_p-p，大于观察者瞳孔直径D_p；同时，还要求于观察面上观察者瞳孔可能出现的任一位置，沿y向，瞳孔可以和x向一维光栅阵列21任一光栅结构单元对应同一像素周期结构中的至少两个像素所对应光分布区域相交。

图15中，还可以引入孔径阵列60。为了图示清晰，图15中未示出该孔径阵列60。此时，所述孔径阵列60于图15中的功能，同理其于图1中的功能，孔径阵列60的各孔径，用于控制x向一维光栅阵列21或/y向一维光栅阵列22的通光孔径。通过它们通光孔径尺寸的控制，影响对应像素经该调控单元，于观察面上投射光的分布区域尺寸。

类似于图9所示，所述x向一维光栅阵列21或/和y向一维光栅阵列22中，沿排列方向相邻光栅结构单元也可以被设计为具有相异特性，分别仅允许不同特性的光通过，各光栅结构单元对应像素仅出射该调控单元允许通过的特性光，以抑制串扰噪声。本实施例情况下，仅x向一维光栅阵列21，或仅y向一维光栅阵列22的相邻光栅结构单元被设计具有相异特性时，一个光栅阵列单元的整体，对应同一特性。但当x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22中，各自相邻光栅结构单元均需要被设计具有相异特性时，显示器件10的像素需要被分为二维排列的像素块。一个像素块于x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22中分别对应一个光栅结构单元；该像素块出射光于该两个光栅结构单元上的覆盖部分，作为一个等效的等效调控单元，其特性设计，类似于图10所示。同一个光栅结构单元，不同部分可能被设计为具有不同特性。

类似于实施例1，本实施例所述系统光学结构中，也可以引入追踪单元50，以实时获取观察者眼睛瞳孔位置。根据观察者眼睛瞳孔的位置，实施确定一个像素的对应投影方向，为该像素经对应光栅结构单元投射、入射观察者瞳孔的光束的传播方向。所述显示器件10也可以是背光型器件，对应有背光源结构101，该背光源结构101可以于控制器件40驱动下，沿多个方向时序投射不同指向性背光，显示器件10于控制器件40驱动下，时序投射条状矩形视区，以获得更大的观察区域。同时，也可以由追踪单元50确定的观察者眼睛瞳孔位置，控制器件40控制背光源结构101投射一个背光或时序投射多于一个的背光，使该一个背光或多以一个的背光时序入射情况下，所投光信息可以追踪覆盖观察者眼睛瞳孔。

相对于图15，图17以狭缝光栅作为x向一维光栅阵列21，其各光束结构单元的缝宽w_x，可以影响各像素向观察面所投射条状矩形视区的x向尺寸W_x。图17所示的狭缝光栅型x向一维光栅阵列21，沿排列方向相邻光栅结构单元(狭缝)被设计为具有相异特性，分别仅允许不同特性的光通过，各光栅结构单元对应像素仅出射该调控单元允许通过的特性光，同样可以有效抑制串扰噪声。

本实施例中，二维调控器件20，x向一维光栅阵列21和y向一维光栅阵列22的前后位置关系也可以互换。

上述各实施例，以像素作为基本显示单元，其也可以以子像素作为基本显示单元，同理实施显示。各子像素经对应调控单元，投射光束至对应子像素视点。该情况下，为了实现彩色场景呈现，各子像素对应的条状矩形视区的分布设计，最优地要使任一待显示出屏物点，对应存在不同颜色子像素，该不同颜色子像素经各自对应调控单元所投射光束，过该待显示出屏物点并入射观察者同一眼睛瞳孔。

上述实施例中，显示器件10被示为平面，其像素或子像素，也可以是曲面排布；观察面均被示为平面，其也可以是曲面。

上述实施例中，θ值的设定，使调控单元或光栅结构单元对应的像素，恰好周期性地结构排列。例如实施例1中的tan(θ)＝Δy'/(4Δx')，其中所例的4为整数。该数字4也可以取其它整数，但也可以取非整数值。后者对应调控单元或光栅结构单元对应像素非严格周期排布的情况，也可以进行显示。本专利的方法，也可以应用于像素或子像素非严格等间距排列的显示器件。

本专利中，命名一个像素或子像素经对应调控单元，或对应光栅结构单元，于观察面上的投射光分布区域为条状矩形区域，但该所述“矩形”仅是对其区域长宽尺寸均受限(沿双目连线方向小于D_p-p，沿另一方向条状矩形视区间距小于D_p，其沿该方向对应的光分布尺寸不大于观察者瞳孔直径)的一种描述，并不是强制要求该光分布区域为严格的矩形。

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，凡利用分光器件，将任一像素或子像素投射光，于观察面上的分布区域调制为长宽均受限的条状，且沿观察者双目连线大间距(大于等于观察者瞳孔直径)排列，沿另一方向小间距(小于观察者瞳孔直径2倍)排列，以实现裸眼超多视图显示的构思，均落入本发明的保护范围之内。本专利所述二维调控器件或一维光栅结构也不能穷举；可以沿一维方向，以确定发散角散射入射光的光学元件，均可作为本专利的一维散射器件。同时，各种可识别特性，均可应用于本专利。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.基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，包括：

显示器件(10)，包括多个像素或子像素，用于显示光信息；

二维调控器件(20)，对应所述显示器件(10)置放，由调控单元二维排列而成，各调控单元引导所述显示器件(10)上的各对应像素或子像素，分别投射光束至观察面上的各自对应像素视点或子像素视点；

一维散射器件(30)，沿x向散射所述二维调控器件(20)的出射光或入射光，使任一像素或子像素经对应调控单元所投射光束，于观察面的对应条状矩形视区尺寸，沿x方向大于观察者瞳孔直径D_p，同时小于观察者双瞳间距D_p-p；

控制器件(40)，该控制器件(40)与显示器件(10)连接，能够控制各像素或子像素所加载信息，为待显示场景沿该像素或子像素对应投影方向的投影信息；

其中，所述显示器件(10)和二维调控器件(20)组成二维分布视点生成结构，该二维分布视点生成结构的被设置为使得：经任一调控单元，其对应像素或子像素中，相邻像素或子像素所对应像素视点或子像素视点，最多沿一个排列方向间距小于观察者瞳孔直径D_p，且沿x向于该x向垂面上的最小投影间距小于观察者瞳孔直径D_p的2倍，其中x向为预设的观察者双眼连线方向；

其中，一个像素或子像素经对应调控单元和所述一维散射器件(30)所投射光，于观察面上光强值不小于极大值50％的光分布区域，为该像素或子像素的对应条状矩形视区；

其中，一个像素或子像素的对应投影方向，为该像素或子像素经对应调控单元投射、入射对应条状矩形视区的光束的传播方向。

2.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，还包括与所述控制器件(40)连接的追踪单元(50)，用于实时获取观察者瞳孔位置，并实时确定一个像素或子像素的对应投影方向，为该像素或子像素经对应调控单元投射、入射观察者瞳孔的光束的传播方向。

3.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述二维调控器件(20)是光学微透镜的二维阵列、超透镜的二维阵列、微纳结构的二维阵列、孔径的二维阵列。

4.根据权利要求3所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述微纳结构的二维阵列由微纳结构二维排列组成，各微纳结构和显示器件(10)各像素或子像素一一对应置放，各微纳结构引导对应像素或子像素向各自对应像素视点或子像素视点投射光束。

5.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述观察面是平面，或曲面。

6.根据权利要求1所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述显示器件(10)的像素或子像素平面排布，或曲面排布。

7.根据权利要求1所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述显示器件(10)为背光型器件，该显示器件(10)包括能够于控制器件(40)驱动下沿不同方向时序投射背光的背光源结构(101)。

8.根据权利要求2所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述显示器件(10)为背光型器件，该显示器件(10)包括能够沿多个方向分别投射不同背光的背光源结构(101)；

其中，控制器件(40)能够根据观察者瞳孔位置，控制背光源结构(101)投射一个背光或时序投射多于一个的背光，使所投射条状矩形视区追踪覆盖观察者瞳孔。

9.根据权利要求1或2所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，还包括由孔径构建的孔径阵列(60)，其各孔径和所述二维调控器件(20)各调控单元一一对应置放，用于控制各调控单元通光孔径的大小。

10.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述二维调控器件(20)的相邻调控单元，分别仅允许不同特性的光通过，各调控单元对应像素或子像素仅出射该调控单元允许通过的特性光。

11.根据权利要求10所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述不同特性，是偏振方向相互垂直的线偏特性，或左旋偏振光和右旋偏振光组成的旋偏特性，或不同颜色的波长特性，或于不同时间分别通光的时序特性，或所述线偏特性、旋偏特性、波长特性、时序特性中的两者或者两种以上的组合。

12.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述二维调控器件(20)的调控单元分为N个分别对应N种特性的调控单元组，显示器件(10)的像素或子像素也一一对应地分为N个像素组或子像素组，各像素组或子像素组投射光仅能通过对应调控单元组，而被非对应调控单元组阻挡，其中N≥2。

13.根据权利要求12所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，不同的调控单元组，分别投射各自对应像素组或子像素组的像至不同深度。

14.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述二维调控器件(20)的各调控单元在M种不同特性光入射时，分别投射对应像素组或子像素组的像至不同深度，且显示器件(10)的像素或子像素分为M个分别出射所述M种特性光的像素组或子像素组，其中M≥2。

15.根据权利要求1所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述二维调控器件(20)的各调控单元在S种不同特性光入射时，分别投射对应像素或子像素的像至不同深度，且显示器件(10)的像素或子像素投射光包含该S种特性，其中S≥2；

所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统还包括时序选择器件(70)，置于光传输路径中，在任一时间周期t～t+Δt的S个不同时间点，于控制器件(40)控制下，分别仅允许该S种所述特性光中的各一种通过。

16.基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，包括：

显示器件(10)，包括多个像素或子像素，用于显示光信息；

x向一维光栅阵列(21)，由光栅结构单元沿x向一维排列而成，对应所述显示器件(10)置放，其不同光栅结构单元，于所述显示器件(10)上分别对应不同像素或子像素，

其中，所述x向为预设观察者双眼连线方向，一个像素或子像素经对应光栅结构单元所投射光，于观察面上光强值不大于极大值50％的光分布区域，为该像素或子像素经对应光栅结构单元投射光的光分布区域；

y向一维光栅阵列(22)，由光栅结构单元沿不同于x向的y向一维排列而成，对应所述显示器件(10)置放，其不同光栅结构单元，于所述显示器件(10)上分别对应不同像素或子像素，

控制器件(40)，该控制器件(40)与显示器件(10)连接，控制各像素或子像素所加载信息，为待显示场景沿该像素或子像素经对应光栅结构单元所投射光传播方向的投影信息；

其中，所述x向一维光栅阵列(21)被设置为使得：显示器件(10)像素或子像素经该x向一维光栅阵列(21)调制，一个像素或子像素经对应光栅结构单元投射的光分布区域尺寸，沿x向小于观察者双瞳间距D_p-p，大于观察者瞳孔直径D_p；

其中，所述y向一维光栅阵列(22)被设置为使得：显示器件(10)像素或子像素经该所述y向一维光栅阵列(22)调制，对应同一个光栅结构单元的相邻像素或子像素，经该光栅结构单元投射光的光分布区域，沿y向最小间距小于观察者瞳孔直径D_p的2倍。

17.根据权利要求16所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，还包括由孔径构建的孔径阵列(60)，其各孔径和所述x向一维光栅阵列(21)或/和y向一维光栅阵列(22)各光栅结构单元对应置放，用于控制对应光栅结构单元通光孔径的大小。

18.根据权利要求16所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述x向一维光栅阵列(21)和y向一维光栅阵列(22)沿光传播方向贴连置放，或者沿光传播方向间隔置放。

19.根据权利要求16所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述x向一维光栅阵列(21)或/和y向一维光栅阵列(22)中，沿排列方向相邻光栅结构单元分别仅允许不同特性的光通过，各像素或子像素仅投射拟通过光栅阵列单元允许通过的特性光。

20.根据权利要求16所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述x向一维光栅阵列(21)的光栅结构单元的屈光度和y向一维光栅阵列(22)的光栅结构单元的屈光度不同。

21.根据权利要求16所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，还包括与所述控制器件(40)连接的追踪单元(50)，用于实时获取观察者瞳孔位置，并实时确定一个像素或子像素的对应投影方向，为该像素或子像素经对应光栅结构单元投射、入射观察者瞳孔的光束的传播方向。

22.根据权利要求16所述的基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述显示器件(10)为背光型器件，该显示器件(10)包括能够于控制器件(40)驱动下沿多个方向时序投射不同背光的背光源结构(101)。

23.根据权利要求21所述基于条状矩形视区的裸眼超多视图显示系统，其特征在于，所述显示器件(10)为背光型器件，该显示器件(10)包括能够沿多个方向分别投射不同背光的背光源结构(101)；

其中，所述控制器件(40)能够根据观察者瞳孔位置，控制背光源结构(101)投射一个背光或时序投射多于一个的背光，使显示器件(10)对应投射光信息追踪覆盖观察者瞳孔。