CN109313350A - 基于观察者入瞳分割复用的三维显示***及方法 - Google Patents

Abstract

通过观察者入瞳分割复用，该技术和***向观察者各目分别投影两个或两个以上的视图。***（300，600，900，2000，2100）由各选择性孔径仅允许特定光通过的选择性孔径阵列（120，320，920，1120，2020，2120，2220，2520，2520'）、至少一个用以显示光学信息的显示屏（110，310，410，510，510'，510''，610，610'，910，910'，1110，2010，2110，2210，2510，2510'）和其它可选组件组成。至少一个显示屏（110，310，410，510，510'，510''，610，610'，910，910'，1110，2010，2110，2210，2510，2510'）上的光学信息或直接投射至选择性孔径阵列（120，320，920，1120，2020，2120，2220，2520，2520'），或经其它可选组件引导至选择性孔径阵列（120，320，920，1120，2020，2120，2220，2520，2520'）。通过具有时序特性或者排它特性的选择性孔径的选择性滤波，多个视图通过选择性孔径阵列（120，320，920，1120，2020，2120，2220，2520，2520'）被投射至观察者的一个眼睛。来自不同视图的光线叠加形成该眼睛可以自然聚焦的真实空间光点，实现聚焦‑会聚冲突的克服。

Description

基于观察者入瞳分割复用的三维显示***及方法

本申请要求2016年4月25日提交的中国专利申请201610257849.6和2016年5月10日提交的中国专利申请20160304663.1的优先权。每个上述专利申请的整体通过引用而并入本文，并作为本说明书的一部分。

技术领域

本发明涉及三维显示，更具体涉及一种可以克服聚焦-会聚冲突的三维显示技术和***。

背景技术

现有的三维显示主要是基于体视技术。体视技术通过向观察者双目分别仅投射一个视图，也即双目视差的原理，来实现三维显示，但没有考虑单目深度线索。为了清晰地看到双目各自对应的视图，观察者需要将他/她的眼睛聚焦于显示面。由此，在双目会聚距离和单目聚焦距离存在不一致。在自然观察真实物体的时候，来自于真实物点的圆锥状光束覆盖观察者双目。这种圆锥状光束使观察者眼睛自然聚焦于该物点。也即是说，自然情况下观察真实的空间场景，聚焦距离和会聚距离是一致的。所以，体视技术固有的聚焦-会聚冲突违反人体进化的生理习惯。实际上，这种聚焦-会聚冲突正是阻碍三维显示技术推广的瓶颈问题视疲劳的主要诱因。

发明内容

通过观察者入瞳分割复用，本发明提出了一种向观察者双目可以分别投射两个或更多视图的显示技术和***。对单个眼睛来说，通过瞳孔不同区域来自于两个或多个视图的光线叠加形成该眼睛可以自然聚焦的真实空间光点，由此实现聚焦-会聚冲突的克服。

一般而言，在一方面，本发明提出了一种全新的三维显示***。该显示***由选择性孔径阵列和加载光信息的至少一个显示屏组成，各选择性孔径仅允许具有相应特性的光通过。

在一些实施例中，显示***还包括一个或多个下述组件：投影上述至少一个显示屏的放大虚像的投影透镜，偏转上述至少一个显示屏出射光线的导向结构，将不同显示屏出射光引导至一个上述投影透镜的组合结构，调整上述至少一个显示屏出射光排它特性的调制器件，以及至少一个用来遮挡入射光束的挡光板。

该选择性孔径阵列可以基于时序特性而设计，即是选择性孔径时序打开，来自于至少一个显示屏的光线在某个时间点仅通过打开的选择性孔径；

该选择性孔径阵列可以基于排它特性而设计，比如正交偏振、对不同波长具有很大不同透过率的滤光片、正交自旋态，如此等等。在此种情况下，选择性孔径仅允许具有相应特性的光通过。

该选择性孔径阵列可以基于上述时序特性和排它特性的复合特性而设计，。该情况下，不同组的选择性孔径依次打开。当一组孔径被打开，这组孔径中的一个仅允许相应排它特性的光通过；

在操作过程中，显示屏出射光束可以直接入射选择性孔径阵列，或者经投影透镜入射选择性孔径阵列，或者由导向结构引导至选择性孔径阵列，或由投影透镜和导向结构共同引导至选择性孔径阵列；当两个或多个显示屏用来对应一个投影透镜时，该多个显示屏出射光束由组合结构引导至选择性孔径阵列，或由组合结构和导向结构共同引导至选择性孔径阵列，或由组合结构和投影透镜共同引导至选择性孔径阵列，或由组合结构，投影透镜和导向结构共同引导至选择性孔径阵列；经选择性孔径阵列出射光可以直接入射观察者的一个眼睛，或通过导向结构入射观察者的这个眼睛；

显示***的实施例可以包含以下特性。

显示屏可以是OLED显示屏，或者LED显示屏，或者液晶显示屏，或者数字光处理屏，或者一个反射入射光的反射屏，或者一个反射入射光的透射屏，或者一个衍射入射光的衍射屏。

所述投影透镜可以是透镜，或者具有透镜功能的光学元件，或者具有透镜功能的光学元件组；所述投影透镜可以是焦距可调透镜，以将所述至少一个显示屏时序投射至多个面。

投影投透镜、导向结构和组合结构中的两个或三个可以组合成一个光学器件，比如具有衍射、折射和反射中的一些或所有功能的多面光学结构。

一般而言，在另一方面，本发明描述了通过具有时序特性的选择性孔径阵列而投射两个或多个视图的三维显示方法，包括：

（i）将至少一个显示屏分成整数个子屏，包括整个显示屏被当作一个子屏的情况；且

（ii）在一个时间点，只打开一选择性孔径，而关闭其他选择性孔径；

（iii）各子屏相对于各自对应视点同步刷新显示视图，和子屏对应的视点为该子屏边点和打开选择性孔径边点连线包围而成区域（包括边线）上的点；且

（iv）在不同的时间点，依次打开不同的选择性孔径，至少一个显示屏同步刷新显示对应光信息；

本发明进一步描述了通过具有排它特性的选择性孔径阵列而投射两个或多个视图的三维显示方法，包括：

（i）将至少一个显示屏的像素分成不同像素组，每个像素组的全部像素出射具有预设特性的光束，该预设特性使该光束仅可通过具有相应排它特性的选择性孔径；且

（ii）将至少一个显示屏分为整数个子屏，包括整个显示屏作为一个子屏的情况；且

（iii）各子屏上各像素组的像素分别刷新显示相对于对应视点的视图，该对应视点为该子屏边点和该像素组对应选择性孔径边点连线包围而成区域（包括边线）上的点。

本发明进一步地描述了通过具有复合特性的选择性孔径阵列而投射两个或多个视图的三维显示方法，包括：

（i）将选择性孔径分成不同的组，各组内的选择性孔径具有不同的排它特性；

（ii）将至少一个显示屏的像素分成不同像素组，每个像素组所包含像素出射具有预设特性光束，该预设特性使该光束仅能通过各选择性孔径组中相应的一个选择性孔径；

（iii）将至少一个显示屏分为整数个子屏，包括整个显示屏作为一个子屏的情况；

（iv）在一个时间点，打开一组选择性孔径组，而关闭其他选择性孔径组；

（v）同步地，各子屏上各像素组的像素分别刷新显示相对于对应视点的视图，该对应视点为该子屏边点和该像素组对应选择性孔径边点连线包围而成区域上的点；

（vi）在不同的时间点，依次打开不同的选择性孔径组，各像素组同步刷新显示对应光信息。

本发明一个或多个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、附图和权利要求而变得更为明显。

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示出显示屏加载光信息的基本规则。

图2示出选择性孔径阵列和显示屏不平行。

图3为具有显示屏和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图4为具有显示屏、导向结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图5为具有三个显示屏、组合结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图6为具有两个显示屏、具有时序特性的选择性孔径和采用棱镜元件的组合结构的三维显示***的实施例。

图7为具有两个显示屏、融合了导向结构和组合结构功能的器件以及具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图8为显示屏或者显示屏的像空间分离的三维显示***的实施例。

图9为具有显示屏、投影透镜和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***。

图10为具有三个显示屏、投影透镜、导向结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例，该***可以作为头戴式虚拟现实***的一个目镜。

图11为具有显示屏、具有多个自由表面的多面光学器件、导向结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例，该***可以作为头戴式增强现实***的一个目镜，其中的多面光学器件融合了组合结构和投影透镜的功能。

图12为具有显示屏、投影透镜、导向结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图13为具有三个显示屏、投影透镜、组合结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图14为具有两个显示屏、投影透镜、采用棱镜元件的组合结构和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图15为具有两个显示屏、融合了导向结构和组合结构功能的器件和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图16为具有显示屏、融合了投影透镜和导向结构功能的器件和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图17为具有三个显示屏、融合了投影透镜和组合结构功能的器件和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图18为具有两个显示屏、融合了投影透镜、导向结构和组合结构功能的器件和具有时序特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图19为采用焦距可调投影透镜的三维显示***的实施例。

图20为具有显示屏和具有排它特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图21为具有显示屏和具有复合特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图22为具有显示屏、调制元件和具有复合特性的选择性孔径的三维显示***的实施例。

图23示出采用调制器件的***在选择性孔径A1和A2同时打开时间点上的工作状态。

图24示出采用调制器件的***在选择性孔径A2和A3同时打开时间点上的工作状态。

图25示出两个上述实施例的结构作为两个单元沿直线排列的光学结构，其中引入挡光板。

图26示出两个上述实施例的结构作为两个单元沿曲线排列的光学结构，其中引入挡光板。

图27示出两个上述实施例的结构作为两个单元沿另一种曲线排列的光学结构。

具体实施方式

本发明所述***通过观察者入瞳的分割复用实现三维显示。通过具有选择特性的孔径阵列，孔径阵列附近不同视点对应的视图被投射。合理设计相邻视点间距，靠近该孔径阵列的那个眼睛，通过其瞳孔的不同区域，接收来至于两个或多个视图的光线。这些光线叠加形成该眼睛可以自然聚焦的空间光点，由此克服聚焦-会聚冲突。

图1示出一个显示屏上光信息加载需要遵循的规则。这里，以N=3个选择性孔径组成孔径阵列120为例进行讲解。这三个选择性孔径分别命名为A1、A2和A3。显示屏110沿着选择性孔径的排列方向分成M个子屏。为了简单，这里以M=2为例进行说明，E1、D1和F1是三个子屏的边点。连接任意子屏m两边点和任意选择性孔径An两边点，这些连线包围形成视点选择区域ZV _mn ，如图1中x-z面内的ZV ₁₁ 。该视点选择区域包含其边界。视点选择区域ZV _mn 内任意点VP _mn 可以选作视点，如图1中的VP ₁₁ 。其第一个下标对应相应子屏的顺序号，第二个下标对应相应选择性孔径的顺序号。在任意子屏m上，出射光束可以通过孔径An的像素组显示以VP _mn 为视点的视图在子屏m区域内的部分。选择性孔径An对应M个子屏上的不同部分视图，拼接为一个和选择性孔径An对应的合成视图。其它选择性孔径同理。对于具有时序特性的选择性孔径，当一个选择性孔径打开时，对应合成视图被显示。对于具有排它特性的选择性孔径，一个选择性孔径总是允许对应合成视图的光信息通过。设计相邻选择性孔径的间距足够小，以保证经过一个显示光点的、来自于不同视图的两条或多条光线，可以被选择性孔径阵列附近的那个眼睛接收。这样，这些光线在显示光点处会聚成该眼睛可以聚焦的空间光点，从而克服了聚焦-会聚冲突。在该过程中，M的值可以设为1。在这种情况下，整个显示屏就等于是一个子屏，上述光信息加载规则同样生效。在图1中，显示屏是平行于选择性孔径阵列放置的。实际上，它们也可以是非平行放置，如图2所示。进一步的，图1和图2中，选择性孔径是沿一维直线排列的。实际上，它们也可以沿一维曲线排列，甚至在二维平面或二维曲面内沿两个方向排列。上述显示屏可以是平面屏，也可以是曲面屏。并且不同的显示屏，或者不同显示屏的像可以平行放置，或者非平行放置。另外一个可扩展之处在于选择性孔径的孔径尺寸。图1中，各选择性孔径的孔径尺寸被设置为孔径间距。事实上，孔径尺寸可以不同于孔径间距。在下面的实施例中，仅毗邻排列的一维选择性孔径和平行于选择性孔径阵列放置的显示屏/显示屏的像被常用来描述我们的实施例。

图3示出具有显示屏310和时序特性的选择性孔径阵列320的显示***300的实施例。本实施例中，我们以N=4选择性孔径为例进行说明。在***运行过程中，这些选择性孔径顺序并循环开关。在每一个时间点，显示屏310按图1所述规则进行光信息加载。在这种情况下，在任一时间点，显示屏上所有像素出射光都可以通过那个打开的选择性孔径进行传输。在图3中，这N=4选择性孔径可以两两分为两组，每一组各自对应观察者的一个眼睛，两组间距设计一致于观察者双目间距。

显示***也可以引入导向结构440，如图4所示。从显示屏410出射的光线通过充当导向结构440的反射镜引导至选择性孔径阵列420。在这种情况下，显示屏410的镜像等效于图1的显示屏110。当导向结构440是半透半反镜时，显示的三维场景可以和通过该半透半反镜看到的真实场景融合在一起。

如图5所示，显示***可引入组合结构550。这里的组合结构包括垂直放置的两个半透半反镜。在图5所示情况下，显示屏510和显示屏510″的像作为等效显示屏和显示屏510′一起工作。

图6示出具有两个显示屏610和610′、时序特性的选择性空孔径阵列320以及导向结构的显示***600的另一个实施例。相对于图5中的反射镜，该导向结构是由更轻的两个棱镜组成，它们附着于4个选择性孔径中的两个上。通过棱镜，显示屏610的像被折射至围绕着显示屏610′的显示区。当眼睛只注意显示区时，显示屏610′通过无棱镜的选择性孔径A2和A4呈现光信息，显示屏610通过附着有棱镜的选择性孔径A1和A3呈现光信息。这也意味着两个显示屏被组合到了具有选择性孔径阵列的***。

移除图5中的显示屏510′，显示的场景将会和透过半透半反镜的真实场景混合在一起。此时的半透半反镜同时具有导向结构和组合结构的功能，如图7所示。

在图5、图6和图7所示的实施例中，显示屏和/或显示屏的像具有三种图像加载方式。第一种，当显示屏或显示屏的像相互之间重叠，或者以一定的倾角相交时，不同的显示屏时序激活，然后各显示屏在被激活时，根据图1所述规则加载光信息。第二种，当各显示屏或各显示屏的像沿垂直于选择性孔径阵列深度方向上重合，但沿像素排列方向发成一定错位时，或者当各显示屏或各显示屏的像以一定倾角相交，且各像素和对应视点的连线不在同一条直线上时，各显示屏在一个时间点，对应各自对应打开的选择性孔径，同时根据图1所述规则进行光信息加载。第三种，当不同的显示屏或不同显示屏的像空间上是分离的时，如仅以两个显示屏为例进行说明的图8所示，各显示屏相对于打开的一个选择性孔径，同时根据图1所述规则进行光信息加载。在第三种情况下，各显示屏可以用来显示来自整个目标场景的信息，也可以仅显示整个目标场景在该显示屏或该显示屏像附近的部分场景。实际上，图8也可以用距选择性孔径阵列不同距离上的透明显示屏来实现。

图9示出具有显示屏910、投影透镜930和一个时序特性的选择性孔径阵列920的显示***900的实施例。此处以4个选择性孔径为例进行说明。在运行过程中，选择性孔径时序循环时序打开。经投影透镜930，显示屏910的像等效为显示屏。在各时间点，根据图1所述光信息加载规则，显示屏910相对于打开的选择性孔径进行光信息加载。实际上，图9所示结构可以作为头戴式虚拟现实***的一个目镜。两个这样的结构可以搭建克服了聚焦-会聚冲突的头戴式虚拟显示***。在图9所示结构中，在选择性孔径阵列的后面引入一个半透半反镜，真实场景可以通过该半反半透镜传入人眼。该半反半透镜起导向结构1040的功能，如图10所示。如此一来，显示的三维场景会和真实世界融合在一起。图11是显示了另外一种可以作为头戴式增强现实一个目镜的光学结构。不同于图10，在图11所示***中，一个由四个自由曲面组合而成的多面光学器件被置于显示屏1110和选择性孔径阵列1120之间。自由曲面2是一个半透半反镜，具有反射功能。同时，结合自由曲面1和3，它也具有对显示屏1110成像的功能。自由曲面4是一个补偿面，用以消除自由曲面2和3对真实场景的影响。类似地，后面的实施例中的结构，一些可以作为头戴式虚拟现实的一个目镜，一些可以通过在选择性孔径阵列和显示屏之间增加导向结构或图11所示的多面镜，使之可以成为头戴式增强现实的一个目镜。

类似地，当选择性孔径阵列被选择性孔径阵列和投影透镜的组合替换时，图4、图5、图6和图7所示实施例也可以工作，分别如图12、图13、图14和图15所示。尤其是，导向结构，投影透镜和组合结构中其中两个或全部三个的功能，可以被一个混合器件实现，比如图16、图17和图18中的多面光学器件。

在图13、图14、图15、图17和图18所示实施例中，显示屏像可以被设计处于距选择性孔径阵列不同距离处，导致和图5、图6和图7同样的情况。类似于图8的情况也可以通过距离投影透镜不同位置处放置透明的显示屏来实现。另外一种可能的办法时是采用可快速变焦的投影透镜1930，如图19所示。图19仅显示了投影投透镜1930的两个变焦位置。这种投影透镜也可以应用于图10到图15所示的实施例。图19也可以用另外一种投影透镜来实现，这种透镜对不同特性的光具有不同的焦距。例如，投影透镜对左旋偏振光具有一焦距，对右旋偏振光具有另一焦距。

在上面使用时序选择性孔径的实施例中，孔径尺寸可以大于孔径间距。这也意味着相邻孔径的部分重叠。例如，使用电控液晶像素阵列作为选择性孔径阵列可以使时序打开的相邻孔径部分重叠。

图20示出具有显示屏2010和具有排它特性的选择性孔径2020的三维显示***2000的实施例。此处，以N=4个选择性孔径为例进行说明。其中孔径A1仅允许具有水平偏振方向的红光通过，孔径A2仅允许具有水平偏振方向的兰光通过，孔径A3仅允许具有垂直偏振方向的红光通过，孔径A4仅允许具有垂直偏振方向的兰光通过。沿孔径排列的x方向，把间隔N-1=3个像素的像素作为一个像素组，其像素出射光具有的特性，仅允许其通过一种相应的选择性孔径。所有的N=4组像素组，分别对应N=4个选择性孔径。在图20中，以沿x方向的一行像素为例，像素p_i+1,p_i+5,p_i+9…组成对应选择性孔径A2的像素组2，其像素出射水平偏振的兰光。按这个道理，设定N=4个像素组的各自特性。根据图1所示的光信息加载规则，在每一个子屏上，不同像素组的像素各自显示对应的部分视图。这样，多个视图经选择性孔径阵列受控地显示出来。图20中的选择性孔径可以两两分成间距等于双目间距的两组，分别各自对应观察者的一个眼睛。

类似于图4、图5、图6和图7，导向结构和组合结构也可以被引入到图20所示显示***。当多个显示屏被用于采用了排它特性选择性孔径阵列的***，显示屏或者显示屏的像可以有三种信息加载模式。第一种，当显示屏或显示屏的像相互之间重叠，或者以一定的倾角相交时，不同显示屏或其像上的像素可以被设计具有不同的排它特性，然后各显示屏在被激活时，根据图1所述规则加载光信息。第二种，当各显示屏或各显示屏的像沿垂直于选择性孔径阵列深度方向上重合，但沿像素排列方向发成一定错位时，或者当各显示屏或各显示屏的像以一定倾角相交，且各像素和对应视点的连线不共线时，各显示屏在一个时间点，对应各自对应的选择性孔径，同时根据图1所述规则进行光信息加载。第三种，当不同的显示屏或不同显示屏的像空间上是分离的时，如仅以两个显示屏为例进行说明的图8所示，各显示屏根据图1所述规则进行光信息加载。在第三种情况下，各显示屏可以用来显示来自整个目标场景的视图，也可以仅显示整个目标场景在该显示屏或该显示屏像附近部分场景的视图。实际上，图8也可以用距选择性孔径阵列不同距离上的透明显示屏来实现。

类似的，图9-19所示光学结构也可以应用于采用了排它特性选择性孔径阵列的显示***。

图21示出具有显示屏2110和复合特性选择性孔径阵列2120的三维显示***2100的实施例。复合特性选择性孔径是指该孔径同时具有排它特性和时序特性。且各孔径的排它特性和时序特性都不完全一样。图21以N=4各选择性孔径为例进行说明。其中，孔径A1和A3仅允许具有一种排它特性的光通过，比如仅允许水平偏振光通过。孔径A2和A4仅允许具有另外一种排它特性的光通过，比如仅允许垂直偏振光通过。另一方面，A1和A2作为一组同时开/关，A3和A4作为一组同时开/关，且它们两组时序轮流打开。也即是说，N₁=2种排它特性和N₂=2种时序特性组成了N=4种复合特性。当具有不同排它特性的两个选择性孔径同时打开时，间距为N₁-1=1个像素的像素组合为一个像素组，共存在两个不同的像素组。来自不同像素组像素的光，分别通过两个打开的选择性孔径。图21中，我们用沿x方向的一行像素来进行举例说明。像素p_i,p_i+2,p_i+4…组成对应孔径A1和A3的像素组1，出射水平偏振光。像素p_i+1,p_i+3,p_i+5…组成对应孔径A2和A4的像素组2，出射垂直偏振光。根据图1所述规则，在各子屏上，属于不同像素组的像素，显示各自对应部分视图，实现多个视图经选择性孔径阵列的受控出射。

类似于图4、图5、图6和图7，导向结构和组合结构也可以引入到图21所示的显示***。当在采用了复合特性选择性孔径的***中，使用多个显示屏时，显示屏或显示屏的像可以有三种信息加载模式。第一种，当显示屏或显示屏的像相互之间重叠，或者以一定的倾角相交时，不同显示屏或显示屏的像具有不同的时序特性或/和不同的排它特性，前者意味着它们在不同的时间点被激活，后者意味着它们的出射光分别仅能通过具有不同排它特性的孔径；第二种，当各显示屏或各显示屏的像沿垂直于选择性孔径阵列深度方向上重合，但沿像素排列方向发成一定错位时，或者当各显示屏或各显示屏的像以一定倾角相交，且各像素和对应视点的连线不共线时，不同的显示屏相对于打开的选择性孔径，根据图1所述规则，同时加载光信息。第三种，当不同的显示屏或不同显示屏的像空间上是分离的时，如仅以两个显示屏为例进行说明的图8所示，各显示屏相对于打开的选择性孔径，根据图1所述规则同步进行光信息加载。在第三种情况下，各显示屏可以用来显示来自整个目标场景的视图，也可以仅显示整个目标场景在该显示屏或该显示屏像附近部分场景的视图。实际上，图8也可以用距选择性孔径阵列不同距离上的透明显示屏来实现。

类似地，图4-7和图9-19中所示的光学结构也可以采用复合特性的选择性孔径阵列。

图21所示实施例中，不同像素组的像素是相互间隔排列的。事实上，这种间隔排列方式并不是唯一的。以于22所示采用两个像素组和三个选择性孔径的情况为例进行说明。子屏1上的所有像素组合成像素组1，它们仅出射水平偏振光。子屏2上的所有像素组合成像素组2，它们仅出射垂直偏振光。孔径A1和A3仅允许水平偏振光通过，孔径A2仅允许垂直偏振光通过。调制器件2260至于显示屏2210和选择性孔径阵列2220之间。在时间点t，仅A1和A2打开，且调制器件2260让入射光保持原有偏振状态通过。然后，如图23所示，观察点1附近可以接收整个显示屏2210所显示光信息。在下一个时间点t+Δt，仅A2和A3打开，且调制器件2260使入射光的偏光方向旋转90°通过。如图24，观测点2附近可以接收整个显示屏2210在此时显示的光信息。其中视点1和视点2是孔径边点和子屏边点连线的交点，如图23和24。这里，调制器件有选择地改变来自于显示屏光线的排它特性。根据图1所述规则，在每一个时间点，显示屏的两个像素组同步相对于打开的两个对应孔径加载光信息。如果通过三个选择性孔径的光信息都能被一只眼睛接收，且时间间隔Δt足够小，通过一个显示光点的两束光叠加形成真实的空间光点。类似于上述实施例，图22所示***也可以引入投影透镜，导向结构和组合结构。

申请人此前的专利申请US 14/825,854中，平面排列或曲面排列的多个受限投影单元用以实现具有连续运动视差的三维显示。其受限投影单元由一个显示屏和一个指向性成像结构（投影透镜）组成。本申报文件中描述的具有投影透镜的光学***，可以类似于专利US 14/825,854的受限投影单元，多个该光学***按专利US 14/825,854所述方式进行排列。其中需要用挡光板把显示屏出射光入射非对应投影透镜的光束遮挡掉。以上述实施例所述光学***作为一个单元，图25描述了两个这样的单元并列排列的情况，其中使用了一个挡光板2570。这两个单元各自按上述原理和过程进行图像加载显示。这里，一个单元仅简单地由一个显示屏2510（2510′），一个投影透镜2530（2530′）和一个选择性孔径这列2520（2520′）组成。实际上，这个单元可以被上述各实施例描述的光学结构所代替。进一步地，三个或则更多个这样的单元同理排列，只是需要更多的挡光板。当想让来自不同单元显示屏的像空间重叠时，在每一个单元里，投影透镜和相应显示屏间需要不同的错位。这些错位也可以使显示屏的像部分地重叠，或者毗邻排列，或者空间完全分开放置。这些单元也可以沿曲线方向排列，如图26和图27所示。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。比如，用以只允许特定特性光通过的排它特性，并不局限于前文所述的特性。任何具有正交态的特性均可用做排它特性。另外，可以实现显示屏成像的光学组件，可以改变入射光束传输方向的光学器件，可以将来自于多个显示屏的光束合并到一起的器件，都可以引入到上述实施例中。任何透镜，衍射元件或全息光学元件的组合，或其它控光器件都可以使用。相应地，所有相关实施例都要处于下述权利要求项限定范畴内。

Claims (9)

1.基于观察者入瞳分割复用的三维显示***，包括：

选择性孔径阵列，每一个孔径仅允许某种预设特性光通过，和用来显示光信息的至少一个显示屏；

其中该选择性孔径阵列基于时序特性、排它特性或时序特性和排它特性的复合特性而设计，

其中该时序特性是指选择性孔径时序打开，来自于至少一个显示屏的光线在某个时间点仅通过打开的选择性孔径；且

该排它特性是指选择性孔径仅允许相应特定属性的光通过；且

时序特性和排它特性的复合特性是指依次打开不同组的孔径，当一组孔径被打开时，该组各孔径仅允许相应特定属性的光通过。

2.根据权利要求1所述观察者入瞳分割复用的三维显示***，进一步包括一个或多个如下组件：用来投射所述至少一个显示屏的放大虚像的投影透镜，偏转所述至少一个显示屏出射光束的导向结构，将不同显示屏引导至所述投影透镜的组合结构，调整所述至少一个显示屏出射光束排它特性的调制器件，以及至少一个用来遮挡入射光束的挡光板；

其中显示屏出射光束直接入射选择性孔径阵列，或者经投影透镜入射选择性孔径阵列，或者由导向结构引导至选择性孔径阵列，或由投影透镜和导向结构共同引导至选择性孔径阵列；当两个或更多个显示屏用来对应一个投影透镜时，该多个显示屏出射光束由组合结构引导至选择性孔径阵列，或由组合结构和导向结构共同引导至选择性孔径阵列，或由组合结构和投影透镜共同引导至选择性孔径阵列，或由组合结构、投影透镜和导向结构共同引导至选择性孔径阵列；经选择性孔径阵列出射的光直接入射观察者的一个眼睛，或通过导向结构入射观察者的这个眼睛。

3.根据权利要求2所述观察者入瞳分割复用的三维显示***，其中所述显示屏是主动发光式显示屏，或者被动式发光式显示屏，或者是反射入射图像的反射屏，或者是透射入射图像的透射屏，或者是衍射入射图像的衍射屏。

4.根据权利要求3所述观察者入瞳分割复用的三维显示***，其中所述主动式显示屏是OLED显示屏，或者LED显示屏；所述被动式显示屏是液晶显示屏，或者数字光处理屏。

5.根据权利要求2所述观察者入瞳分割复用的三维显示***，其中所述投影透镜是一个透镜，或者具有透镜功能的光学元件，或者具有透镜功能的光学元件组；所述投影透镜是焦距可调透镜，以将所述至少一个显示屏时序投射至多个面。

6.根据权利要求2所述观察者入瞳分割复用的三维显示***，其中所述投影透镜、导向结构、组合结构中两个或三个的功能合并到一个光学结构，包括具有衍射功能、折射功能、反射功能中至少一项功能的多面光学器件。

7.通过具有时序特性的选择性孔径阵列而投射两个或多个视图的三维显示方法，包括：

（i）将至少一个显示屏分成至少一个子屏；且

（ii）在一个时间点，打开一个选择性孔径，而关闭其他选择性孔径；且

（iii）各子屏相对于各自对应视点刷新显示视图，和子屏对应的视点为该子屏边点和打开选择性孔径边点连线包围而成区域上的点；且

（iv）在不同的时间点，依次打开不同的选择性孔径，至少一个显示屏同步刷新显示相应信息。

8.通过具有排它特性的选择性孔径阵列而投射两个或多个视图的三维显示方法，包括：

（i）将至少一个显示屏的像素分成不同像素组，每个像素组的像素出射具有预设特性的光束，该预设特性使该光束仅通过相应的选择性孔径；且

（ii）将至少一个显示屏分为至少一个子屏；且

（iii）各子屏上各像素组的像素分别刷新显示相对于对应视点的视图，该对应视点为该子屏边点和该像素组对应选择性孔径边点连线包围而成区域上的点。

9.通过具有复合特性的选择性孔径阵列而投射两个或多个视图的三维显示方法，包括：

（i）将选择性孔径分成不同的组，各组内的选择性孔径具有不同的排它特性；

（ii）将至少一个显示屏的像素分成不同像素组，每个像素组所包含像素出射具有预设特性的光束，该预设特性使该光束仅通过各选择性孔径组中相应的选择性孔径；

（iii）将至少一个显示屏分为至少一个子屏；

（iv）在一个时间点，仅打开一组选择性孔径组，而关闭其它选择性孔径组；

（v）各子屏上各像素组的像素分别刷新显示相对于对应视点的视图，该对应视点为该子屏边点和该像素组对应选择性孔径边点连线包围而成区域上的点；

（vi）在不同的时间点，依次打开不同的选择性孔径组，各像素组同步刷新显示相应信息。