一种基于正交特性像素块的近眼显示模组

摘要

本发明公开一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，以相邻像素块投射相互正交特性光的像素块阵列作为显示单元，近眼置放，各像素块投射光均入射视区。其中各像素块分别对应一个提供发散背光的点光源，各点光源所投射背光设置为被正交特性相异于其对应像素块的像素块所挡除；或各像素块分别对应一个针孔孔径，各针孔孔径被设置为挡除正交特性相异于其对应像素块的像素块所投射光。该近眼显示模组可基于超多视图实现克服聚焦‑会聚冲突(VAC)的三维显示。近眼置放的显示单元及点光源或针孔孔径，因观察者眼睛无法聚焦而对显示场景不产生明显干扰，同时正交特性设计为观察者眼睛提(56)对比文件WO 2021169065 A1,2021.09.02范海震.基于时序-偏光特性条状近眼孔径的 超多视图三维显示《.液晶与显示》.2022,第37卷(第5期),647-653.

权利要求

1.一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，包括：

包括M个像素块的显示单元（10），其中各像素块由像素或子像素排列组成，用于加载光信息，且相邻像素块投射光分别具有相异的正交特性，其中正整数M≧2；

点光源阵列（20），该点光源阵列（20）包括M个分别投射正交特性光的点光源，该M个点光源和M个像素块一一对应，各点光源所投射的正交特性发散背光，分别经各自对应像素块的出射光入射视区，并被正交特性相异于该点光源对应像素块的其它像素块挡除；

与显示单元（10）连接的控制器件（30），该控制器件（30）用于在各时间点，控制各像素或子像素加载对应光信息，其中各像素或子像素对应光信息，为沿其和对应点光源连线方向上待显示场景的投影光信息；

所述显示单元（10）和点光源阵列（20）被设置为使得，在各像素或子像素均有光信息加载的情况下，过各像素或子像素均有来自于对应点光源的投射光束入射观察者瞳孔。

2.根据权利要求1所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，该近眼显示模组包括T个点光源阵列，该近眼显示模组还包括与控制器件（30）连接的瞳孔定位单元（40），控制器件（30）能够在各时间点根据瞳孔定位单元（40）所确定的观察者瞳孔位置，激活对应的一个点光源阵列，在所有像素或子像素均加载信息的情况下，过各像素或子像素均有来自于被激活对应点光源的出射光束入射观察者瞳孔，其中正整数T≧2。

3.根据权利要求1所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，该近眼显示模组包括T个点光源阵列，在各时间周期的T个时间点，该T个点光源阵列能够被控制器件（30）时序激活，且一个时间点仅一个点光源阵列被激活；

其中，在各时间点，控制器件（30）能够同步刷新显示单元（10），在所有像素或子像素均加载信息的情况下，同一时间周期内，过各像素或子像素均有来自于被激活对应点光源的投射光束入射观察者瞳孔，其中正整数T≧2。

4.根据权利要求1‑3任一项所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，还包括投影器件（50），该投影器件（50）能够对显示单元（10）成虚像，对视区成实像，并以该视区实像作为有效视区；

其中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿其入射所述有效视区的投射方向，待显示场景的投影光信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，M个像素块沿平面排列，或沿曲面排列。

6.根据权利要求5所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，还包括和M个像素块一一对应的M个子投影器件所组成的投影器件（50），各像素块被各自对应子投影器件成放大虚像，且各点光源所投射的正交特性光，分别经各自对应像素块和子投影器件后入射视区，其中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿入射视区的投射方向，待显示场景的投影光信息。

7.根据权利要求1所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，还包括波面转换器件（201），该波面转换器件（201）由和M个点光源一一对应的M个波面转换单元组成，各点光源经各自对应波面转换单元转换为会聚光波，且各点光源所投射的正交特性光，分别经各自对应像素块和子投影器件后入射视区；

其中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿其入射所述视区的投射方向，待显示场景的投影光信息。

8.根据权利要求7所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，波面转换器件（201）的各波面转换单元为会聚透镜，或光波导器件，或会聚透镜和光波导器件的组合。

9.根据权利要求1所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，各点光源由G个出射不同颜色的、离散排列的子光源组成，各子光源出射颜色光经对应像素块中对应颜色子像素调制出射，被对应像素块中非对应颜色子像素挡除，其中正整数G≧2。

10.根据权利要求1所述的一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，其特征在于，所述正交特性为偏振态相互垂直的2个偏光正交特性，或旋向相反的2个旋光正交特性，或≧2个互不重叠时间段依次选通的时序正交特性，或偏光正交特性和时序正交特性的组合，或旋光正交特性和时序正交特性的组合。

说明书

一种基于正交特性像素块的近眼显示模组

技术领域

[0001] 本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及一种基于正交特性像素块的近眼显示模组。

背景技术

[0002] 头戴式三维显示系统作为新的显示终端，是目前显示领域发展的热点，在各个方面都有极其广阔的应用前景。但现有头戴式三维显示系统大都是基于传统体视技术进行三维场景的呈现，通过观察者双目各自对应目镜，向观察者双目分别投射对应的一幅视图，利用双目视向的空间交叉，形成三维感。在此过程中，观察者各目需要聚焦于显示面，以看清楚各自对应视图，由此导致单目聚焦深度和双目会聚深度之间的不一致，也即聚焦‑会聚冲突(VAC)问题。该问题会导致观察者视觉不适，尤其是在进行近眼显示时，是阻碍三维显示推广应用的瓶颈问题。

[0003] 克服聚焦‑辐辏冲突的技术路径，主要有基于衍射光学的全息显示、基于几何光学的麦克斯韦投射(Maxwellian View)和基于抽样的显示技术，如图1。其中，通过衍射进行场景呈现的全息显示，被认为是理想的三维显示技术，其衍射生成物点如真实物点一样出射锥状光束，仅在离焦模糊驱动下即可自然聚焦。受制于算法和现有显示屏的空间带宽积，全息显示的综合性能尚待提高。过各显示物点，麦克斯韦投射(Maxwellian View)向观察者各眼分别投射一束以几何光线为理想形态的光束，其小的发散角导致离焦模糊效应的弱化甚至缺失，从而由双眼会聚的耦合驱动牵引各眼焦点至双眼会聚深度。但其努力避免的离焦模糊也是自然观影所需要的。抽样技术，分为空间抽样和角抽样。前者以出射锥状光束的真实物点(或其像)作为体素，通过离散分布的体素来重建空间物点分布，被称为体三维显示技术。为了缓解体三维显示对空间体素数量的过高要求，多投影面技术仅于一定间距的有限个深度面上进行体素重建，限制聚焦‑辐辏冲突于无明显视疲劳的深度范围内，但其显示原理又回归至体视技术。角抽样技术中，过各显示物点，多于一条的小角间距抽样光束，经观察者同一瞳孔的不同区域入射；在双眼会聚耦合驱动的加持下，抽样光束叠加光分布对观察者眼睛焦点吸引力可以克服光束出射像素的牵制力时，牵引观察者各眼焦点一致于双眼会聚点。虽然具体抽样方法不同，三维显示领域的集成成像(Integral Imaging)、压缩光场(Compressive Light Field)和超多视图(Super Multi‑view)均是基于角抽样实现聚焦‑辐辏冲突的克服，从原理上可将其统称为多光束叠加技术。

发明内容

[0004] 本发明的目的是设计一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，两个该模组分别作为观察者的双目目镜，即可搭建头戴式VR或AR显示系统。该一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，包括由多个像素块组成的显示单元，其相邻像素块投射光具有不同的正交特性。各像素块分别对应一个提供背光的点光源，各点光源所投射的发散背光被正交特性相异于其对应像素块的像素块所挡除；或各像素块分别对应一个针孔孔径，各针孔孔径挡除正交特性相异于其对应像素块的像素块所投射光。则过观察者可观察深度范围内的各显示物点，多于一条的小发散角光束入射对应瞳孔时，可基于超多视图原理实现克服聚焦‑会聚冲突的三维显示。近眼置放的显示单元及点光源或针孔孔径，因观察者眼睛无法聚焦而对显示场景不产生明显干扰；同时，正交特性设计为观察者眼睛提供合理的无噪声缓冲区域，最终实现轻薄结构的近眼三维显示。

[0005] 本发明提供一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，包括：

[0006] 包括M个像素块的显示单元，其中各像素块由像素或子像素排列组成，用于加载光信息，且相邻像素块投射光分别具有相异的正交特性，其中正整数M≧2；

[0007] 点光源阵列，该点光源阵列包括M个分别投射正交特性光的点光源，该M个点光源和M个像素块一一对应，各点光源所投射的正交特性发散背光，分别经各自对应像素块的出射光入射视区，并被正交特性相异于该点光源对应像素块的其它像素块挡除；

[0008] 与显示单元连接的控制器件，该控制器件用于在各时间点，控制各像素或子像素加载对应光信息，其中各像素或子像素对应光信息，为沿其和对应点光源连线方向上待显示场景的投影光信息。

[0009] 其中，显示单元和点光源阵列被设置为使得，在各像素或子像素均有光信息加载的情况下，过各像素或子像素均有来自于对应点光源的投射光束入射观察者瞳孔。

[0010] 上述近眼显示模组的方案中，通过近眼设置的多个像素块作为显示单元，且各像素块分别对应一个提供发散背光的点光源，各点光源所投射背光设置为被正交特性相异于其对应像素块的像素块所挡除，则过观察者可观察深度范围内的各显示物点，多于一条的小发散角光束入射对应瞳孔时，可基于超多视图原理实现克服聚焦‑会聚冲突的三维显示。近眼置放的显示单元及点光源，因观察者眼睛无法聚焦而对显示场景不产生明显干扰，同时正交特性设计为观察者眼睛提供合理的无噪声缓冲区域，并实现轻薄结构的近眼三维显示。

[0011] 优选地，该近眼显示模组包括T个点光源阵列，该近眼显示模组还包括与控制器件连接的瞳孔定位单元，在各时间点，根据瞳孔定位单元所确定的观察者瞳孔位置，由控制器件激活对应的一个点光源阵列，在所有像素或子像素均加载信息的情况下，过各像素或子像素均有来自于被激活对应点光源的出射光束入射观察者瞳孔，其中正整数T≧2。

[0012] 优选地，该近眼显示模组包括T个点光源阵列，在各时间周期的T个时间点，该T个点光源阵列被控制器件能够时序激活，且一个时间点仅一个点光源阵列被激活；

[0013] 其中，在各时间点，控制器件能够同步刷新显示单元，在所有像素或子像素均加载信息的情况下，同一时间周期内，过各像素或子像素均有来自于被激活对应点光源的投射光束入射观察者瞳孔，其中正整数T≧2。

[0014] 优选地，还包括投影器件，该投影器件能够对显示单元成虚像，对视区成实像，并以该视区实像作为有效视区；

[0015] 其中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿其入射所述等效视区的投射方向，待显示场景的投影光信息。

[0016] 优选地，M个像素块沿平面排列，或沿曲面排列。

[0017] 优选地，该近眼显示模组还包括和M个像素块一一对应的M个子投影器件所组成的投影器件，各像素块被各自对应子投影器件成放大虚像，且各点光源所投射的正交特性光，分别经各自对应像素块和子投影器件后入射视区，其中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿入射视区的投射方向，待显示场景的投影光信息。

[0018] 优选地，该近眼显示模组还包括波面转换器件，其由和M个点光源一一对应的M个波面转换单元组成，各点光源经各自对应波面转换单元转换为会聚光波，且各点光源所投射的正交特性光，分别经各自对应像素块和子投影器件后入射视区；

[0019] 其中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿其入射所述视区的投射方向，待显示场景的投影光信息。

[0020] 优选地，波面转换器件的各波面转换单元为会聚透镜，或光波导器件，或会聚透镜和光波导器件的组合。

[0021] 优选地，该近眼显示模组各点光源由G个出射不同颜色的、离散排列的子光源组成，各子光源出射颜色光经对应像素块中对应颜色子像素调制出射，被对应像素块中非对应颜色子像素挡除，其中正整数G≧2。

[0022] 优选地，所述正交特性为偏振态相互垂直的2个偏光正交特性，或旋向相反的2个旋光正交特性，或≧2个互不重叠时间段依次选通的时序正交特性，或偏光正交特性和时序正交特性的组合，或旋光正交特性和时序正交特性的组合。

[0023] 本发明还提供以下方案：

[0024] 一种基于正交特性像素块的近眼显示模组，包括：

[0025] 包括M个像素块的显示单元，其中各像素块由像素或子像素排列组成，用于加载光信息，且相邻像素块投射光分别具有不同的正交特性，其中正整数M≧2；

[0026] 针孔孔径阵列，由M个针孔孔径组成，该M个针孔孔径和M个像素块一一对应，各像素块出射光分别经各自对应针孔孔径的透射光束入射视区，且各像素块投射光被正交特性相异于该像素块的其它像素块所对应针孔孔径挡除；

[0027] 与显示单元连接的控制器件，该控制器件用于在各时间点，控制各像素或子像素加载对应光信息，其中各像素或子像素对应光信息，为沿其和对应针孔孔径连线方向上待显示场景的投影光信息。

[0028] 上述近眼显示模组的方案中，通过近眼设置的多个像素块作为显示单元，且各像素块分别对应一个针孔孔径，各针孔孔径被设置为挡除正交特性相异于其对应像素块的像素块所投射光，则过观察者可观察深度范围内的各显示物点，多于一条的小发散角光束入射对应瞳孔时，可基于超多视图原理实现克服聚焦‑会聚冲突的三维显示。近眼置放的显示单元及针孔孔径，因观察者眼睛无法聚焦而对显示场景不产生明显干扰，同时正交特性设计为观察者眼睛提供合理的无噪声缓冲区域，并实现轻薄结构的近眼三维显示。

[0029] 优选地，针孔孔径阵列所在面上置有挡板以用于挡除各针孔孔径之间区域的光透射传输。

[0030] 优选地，M个像素块沿平面排列，或沿曲面排列。

[0031] 优选地，各针孔孔径由G'个离散排列的子针孔孔径组成，各子针孔孔径分别允许对应像素块中对应颜色子像素投射光通过，其中正整数G'≧2。

[0032] 优选地，所述正交特性为偏振态相互垂直的2个偏光正交特性，或旋向相反的2个旋光正交特性，或≧2个互不重叠时间段依次选通的时序正交特性，或所述偏光正交特性和所述时序正交特性的组合，或所述旋光正交特性和所述时序正交特性的组合。

[0033] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

[0034] 本发明所述近眼显示模组中，近眼置放的显示单元及点光源或针孔孔径可以实现轻薄的头戴式显示结构，过各显示物点，投射沿不同矢向的光束入射观察者瞳孔，从而基于超多视图原理克服聚焦‑会聚冲突问题；同时，相邻像素块的正交特性设计，可以有效抑制甚至避免各像素或子像素沿非目标矢向投射的噪声，保证低串扰三维显示的实现。

附图说明

[0035] 图1克服聚焦‑会聚冲突的显示技术分类示意图。

[0036] 图2为点光源阵列型近眼显示模组的光学结构示意图。

[0037] 图3为点光源阵列型近眼显示模组的显示原理示意图。

[0038] 图4为采用多个点光源阵列的近眼显示模组光学结构示意图。

[0039] 图5为显示点光源出射光受限发散角对噪声区的抑制的原理示意图。

[0040] 图6为引入投影器件的点光源阵列型近眼显示模组光学结构示意图。

[0041] 图7为二维排列点光源阵列对正交特性数量的需求示意图。

[0042] 图8为像素块曲面排列时的点光源阵列型近眼显示模组结构示例的示意图。

[0043] 图9为对应曲面排列像素块的子投影器件排列示意图。

[0044] 图10为针孔孔径阵列型近眼显示模组的光学结构示意图。

[0045] 图11为针孔孔径阵列型近眼显示模组的显示原理示意图。

[0046] 图12为像素块曲面排列时的针孔孔径阵列型近眼显示模组结构示例示意图。

[0047] 图13为引入透镜型波面转换器件的点光源阵列型近眼显示模组的结构示意图。

[0048] 图14为引入光波导型波面转换器件的点光源阵列型近眼显示模组示意图。

具体实施方式

[0049] 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。本发明设计出射正交特性光的像素块，利用和它们一一对应的、具有对应正交特性的点光源或针孔孔径，在过各像素或子像素最少仅有一束光入射观察者瞳孔的情况下，设计基于超多视图原理实现无聚焦‑会聚冲突的近眼显示模组。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0050] 实施例1

[0051] 采用点光源阵列的点近眼显示模组如图2所示，称之为点光源阵列型近眼显示模组。M≧2个像素块…、10i‑1、10i、10i+1、10i+2、…组成显示单元10，M个点光源…、20i‑1、20i、20i+1、20i+2、…组成点光源阵列20。其中各像素块和各点光源一一对应排列。…、Mi‑2、Mi‑1、Mi、Mi+1、Mi+2、…为各像素块沿x方向的边界点。具体地，点光源20i‑1对应像素块10i‑1，点光源
20i对应像素块10i，点光源20i+1对应像素块10i+1，点光源20i+2对应像素块10i+2，依次类推。各像素块由像素或子像素组成，可在控制器件30的驱动下进行信息加载。相邻N≧2个像素块出射光分别具有相异的正交特性，于本发明中也叙述为相邻像素块分别对应于不同的正交特性；各点光源投射和对应像素块对应的正交特性发散背光，该正交特性背光入射对应像素块，并被调制出射，但被正交特性相异于该点光源所对应像素块的像素块所挡除。具体以N＝2、偏光方向相互垂直的两个偏光特性 和“●”作为相异正交特性为例，图2示出的点光源20i‑1、20i、20i+1、20i+2分别出射“●”、 “●”、 光；像素块10i‑1、10i、10i+1、
10i+2分别允许“●”、 “●”、 光入射并调制其出射，但分别不允许 “●”、
“●”光通过。物理上，各点光源可以是MiniLED、刻蚀于光波导耦出面上的点状微结构等；各像素块对非对应正交特性光的挡除，可以通过置放于其背光入射面上的偏光片、其像素或子像素本身具有的偏光膜等来实现。各点光源所投射发散光，经对应像素块的出射光束，入射视区。图2中，各像素块投射的非噪声光束于尺寸为Dv的视区内相互重合。图2中，d1为面PD上各像素块的尺寸，d2为点光源间距，DL为各点光源和对应像素块的距离，De为像素块所在面PD和观察面PE的距离。各点光源所在面为PL。则相关光学参数设计，满足如下关系：

[0052] d1/Dv＝DL/(DL+De)        (1)，

[0053] 和

[0054] d2/Dv＝DL/De        (2)。

[0055] 则，观察者瞳孔可以接收到经视区Dv投射的全部光束时，例如观察者瞳孔于面PE上覆盖该视区时，可以实现向该瞳孔的光学信息投射。如图3，对于距离面PD较远(大于z1)的显示物点，如图3中的点DPj，有来自于两个点光源的光束，经各自于对应像素块中对应像素的调制，入射观察者瞳孔，从而基于超多视图的原理进行克服聚焦‑会聚冲突的显示。其中，[0056] z1/(DL+z1)＝d2/(2d1)              (3).

[0057] 具体地，经显示物点DPj，来自点光源20i‑1的光束经像素pj1调制、来自点光源20i的光束经像素pj2调制，经视区被观察着瞳孔接收到，从而基于超多视图原理实现可自然聚焦的物点DPj显示。其中，像素pj1为物点DPj和点光源20i‑1连线与像素块10i‑1交点处像素，像素pj2为物点DPj和点光源20i连线与像素块10i交点处的像素。过距离面PD更远的显示物点，例如距离面PD的距离大于z2的显示物点，将可能有更多的光线沿不同矢向入射观察者瞳孔。其中，

[0058] z2/(DL+z2)＝2d2/(3d1)        (4)。

[0059] 上面所述光束经显示物点，实际上指对应光束的反向延长线经该显示物点。

[0060] 根据图3所示几何关系，也存在一些距离面PD较近的点，无光束通过，如图3中的点DPi。实际上，距离面PD较近的点，往往处于观察者眼睛的可聚焦范围之外而无法观察到，因此也不在显示场景的深度范围内。另外，也存在一些显示物点，可能仅有一束光束通过。例如图3中仅示出的三个像素块组成显示单元10的情况下，过显示物点DPk将仅有一个过点光源20i+2的光束DPkpk通过。其中pk为点DPk和点光源20i+2连线与像素块10i+2交点处像素。

[0061] 在各点光源出射光具有较大出射角时，其出射光被对应像素块的相邻像素块挡除，形成无光信息分布的缓冲区，如图2所示的缓冲区L和缓冲区R。但同时，但各点光源出射光进入和对应像素块同正交特性的其它像素块时，会作为噪声出射，于面PE上形成噪声区，如图2所示的噪声区R。实际上，沿‑x方向，存在另外一个噪声区，为了图示的清晰，图2中未示出。图2中，各像素块投射非噪声光束均于面PE上覆盖尺寸为Dv的视区。此时噪声区之间的空间区域尺寸最大，有利于观察者瞳孔和视区的对准。实际上，各像素块出射的非噪声光束于视区内可以不完全重叠，只要各像素或子像素经对应针孔孔径投射光均可入射观察者瞳孔。

[0062] 图2所示点光源阵列型近眼显示模组对应观察者的一个瞳孔对应放置，控制器件30控制下，各像素经所加载信息为沿该像素和对应点光源连线方向，待显示场景的投影信息。观察者者双目各自对应设计一个该点光源阵列型近眼显示模组，可实现头戴式VR三维显示系统的搭建。若各像素块为透射型器件，允许外部环境光透射，其也可做为头戴式AR三维显示系统。

[0063] 图2以偏光方向相互垂直的偏光特性 和“●”作为相异正交特性为例。实际上，可以被相邻像素块分别允许通过和禁止通过的光特性，均可以作为正交特性。例如，旋向相反的2个旋光正交特性，或≧2个互不重叠时间段分别选通的时序正交特性，或偏光正交特性和时序正交特性的组合，或旋光正交特性和时序正交特性的组合等。其中，相邻像素块在各时间周期的不同时间段分别被激活，被激活像素块对应点光源同步投射背光，未被激活像素块对应点光源同步不投射背光，可以作为时序正交特性。另外地，所述像素块对入射光的挡除或禁止通过，也不是严格意义上的100％挡除，而是透过率对显示质量的影响在可接受范围内的挡除或禁止通过。

[0064] 进一步地，可以设计T≧2个点光源阵列，如图4所示。图4以T＝2为例。在各时间点，根据瞳孔定位单元40所确定的观察者瞳孔位置，由控制器件30激活对应的一个点光源阵列，使经其对应视区投射的光束，均为该位置处的观察者瞳孔所接受到。也即通过不同点光源阵列对应视区对观察者瞳孔对追踪对应，实现观察者视区的展宽。图4以T＝2为例，点光源…、20i‑1、20i、20i+1、20i+2、…所组成点光源阵列20对应视区1，点光源…、20'i‑1、20'i、20'i+1、20'i+2、…所组成点光源阵列20'对应视区2。

[0065] 所述T个点光源阵列，也可以在各时间周期的T个时间点，由控制器件30时序轮流激活，且一个时间点仅一个点光源阵列被激活，各像素块同步刷新。其中，在任一时间点，各像素加载信息为沿该像素和被激活对应点光源连线方向，待显示场景的投影信息。这时，T个点光源阵列对应的视区时序轮流出现，可以基于视觉滞留，为观察者提供更大的视区。需要注意之处在于，在图2所示的噪声区存在的情况下，不同点光源阵列对应噪声区的时序轮流出现，会导致噪声分布区域之间非噪声区域的缩小；此时，T个视区的分布区域应该控制在非噪声区域内。如果各点光源出射光的发散角受到约束，不入射和对应像素块同正交特性的其它像素块，如图5中点光源20i出射光发散角不大于θ时，上述噪声区将不再出现。其中图所示θ角是各点光源对应像素块及相邻非同类正交特性像素块对该点光源的张角。实际上，若各点光源出射光通过和对应像素块同正交特性的其它像素块所产生的噪声，对显示效果的影响可以被容忍，可以归类为“各点光源出射光不入射和对应像素块同正交特性的其它像素块”。图2所示仅一个点光源阵列情况下，观察者瞳孔置于面PE时，其面PE上的视区尺寸Dv≦观察者瞳孔直径Dp。而在多个点光源阵列于任一时间周期内依次循环激活的情况下，观察者的瞳孔直径Dp可以小于一个点光源阵列对应视区的尺寸Dv，例如图5所示情况。此时，要求于任一时间周期内，在显示单元10所有像素或子像素均一直有光信息加载的前提下，过各像素或子像素均有来自于对应点光源的光束入射观察者瞳孔。在该前提下，观察者瞳孔也可以置于其它位置，例如图2中沿z向面PE之前或之后的位置。

[0066] 所述基于正交特性像素块的近眼显示模组中，还可以引入投影器件50，其对显示单元10成虚像，对视区成实像，如图6置于Po1处的透镜。此时，以显示单元10关于该投影器件50的像作为等效显示单元，以视区关于该投影器件50的实像作为有效视区。各点光源投射背光经对应像素块所出射光束，被投影器件50调制后，均入射该有效视区。则基于等效显示单元和等效视区，同理进行光信息的加载和显示。

[0067] 上述各图仅沿一维方向进行说明。实际上，其可以同理扩展至二维情况。此时，需要注意的是，二维排列的像素块及同一点光源阵列中二维排列的点光源，沿对角线方向和沿排列方向，相邻像素块及相邻点光源均需要具有相异正交特性。此时，仅两个正交特性，将不能满足该要求。例如图7所示的 “●(t)”、 “●(t+Δt/2)”四个正交特性才能最低地满足该要求。其中(t)和(t+Δt/2)分别表示对应的点光源仅在任一时间周期t～t+Δt的时间点t和时间点t+Δt/2被激活，而分别在时间点t+Δt/2和时间点t处于关闭状态。

[0068] 上述各图，以平面排列的点光源和像素块为例进行说明。它们也可以沿曲面排列，如图8所示范例。各点光源投射背光，经对应像素块出射光束，入射视区。该情况下，引入投影器件50时，其可以设计为由与M个像素块一一对应的M个子投影器件组成，各子投影器件沿曲面排列，各自对对应像素块成放大虚像，如图9所示。图9中，子投影器件…、50i、50i+1、50i+2、…组成投影器件50。

[0069] 上述各图中，也可以以子像素为基本显示单元，各点光源用对应G种颜色子像素的G个分别投射对应颜色的子点光源代替。其中要求该G种颜色子像素中的任一颜色子像素不允许同其它G‑1种颜色光通过。此时，和M个像素块对应的M个出射相同颜色的子点光源作为一个子点光源组，对应一个视区；不同颜色子点光源组对应的视区相互之间可以存在错位。

[0070] 实施例2

[0071] 采用针孔孔径阵列的点光源阵列型近眼显示模组如图10所示，称之为针孔孔径型近眼显示模组。M≧2个像素块…、10i、10i+1、10i+2、…组成显示单元10，M个针孔孔径…、60i、60i+1、60i+2、…组成针孔孔径阵列60。其中各像素块和各针孔孔径一一对应排列。图10中具体地，针孔孔径60i对应像素块10i，针孔孔径60i+1对应像素块10i+1，针孔孔径60i+2对应像素块10i+2，依次类推。各像素块由像素或子像素组成，可在控制器件30的驱动下进行信息加载。相邻N≧2个像素块出射光分别具有相异的正交特性，于本发明中也叙述为相邻像素块分别对应于不同的正交特性；各针孔孔径具有和对应像素块对应的正交特性，在打开状态下，允许对应像素块投射光通过，但挡除正交特性相异于对应像素块的其它像素块所投射光。具体以N＝2、偏光方向相互垂直的两个偏光特性 和“●”为例，图10中示出的像素块10i、10i+1、10i+2分别仅出射“●”光、 光和“●”光；针孔孔径60i、60i+1、60i+2在打开状态下分别仅允许“●”光、 光和“●”光通过，但分别挡除 光、“●”光和 光。
物理上，各针孔孔径可以通过附着的偏光片实现对不同偏振光的选通。各像素块经对应针孔孔径所投射光束均入射观察者瞳孔情况下，进行显示。

[0072] 具体以图10为例，各像素块经对应针孔孔径出射光，于观察面PE上覆盖尺寸为Dv的视区。图10中，各像素块所对应视区重合。此时：

[0073] d2/d1＝(De‑DL)/De        (5)，

[0074] 和

[0075] d2/Dv＝DL/De        (6)。

[0076] 其中，d1为面PD上各像素块的尺寸，d2为针孔孔径间距，DL为各针孔孔径和对应像素块的距离，De为像素块所在面PD和观察面PE的距离。各针孔孔径所在面为PA。则，观察者瞳孔可以接收到经视区投射的全部光束时，例如观察者瞳孔于面PE上覆盖视区时，可以实现向该瞳孔的光学信息投射。如图11，对于距离面PD较远(大于z3)的显示物点，如图11中的物点DPj，过该物点有分别来自于两个像素块上的两个像素、经各自对应针孔孔径的光束入射观察者瞳孔，从而基于超多视图的原理进行克服聚焦‑会聚冲突的显示。其中，

[0077] z3/(DL+z3)＝d1/(2d1)           (7).

[0078] 具体地，过显示物点DPj，来自像素块10i的像素pj1的光束经针孔孔径60i、来自像素块10i+1的像素pj2的光束经针孔孔径60i+1入射观察者瞳孔，从而基于超多视图原理实现可自然聚焦的的物点DPj显示。其中，像素pj1为物点DPj和针孔孔径60i连线与像素块10i交点处像素，像素pj2为物点DPj和针孔孔径60i+1连线与像素块10i+1交点处的像素。过显示物点DPi，基于类似分析，将有三条光束入射观察者瞳孔。沿x或‑x方向，靠近显示场景边缘处的物点，或距离PD面较近的物点，可能仅有一束光束通过。

[0079] 各像素块出射光被对应针孔孔径的相邻针孔孔径挡除，形成无噪声的缓冲区，如图10所示缓冲区L和缓冲区R。各像素块出射光经正交特性相同于对应针孔孔径的其它针孔孔径出射，将作为噪声形成噪声区，例如图10种的噪声区L。明显地，沿+x方向，存在另外一个未示出的噪声区R。图10所示情况下，各像素块对应视区于面PE上重合，此时噪声区之间的空间区域尺寸最大，有利于观察者瞳孔和视区的对准。实际上，各像素块对应视区于观察面PE上可以不完全重叠，只要各像素或子像素经对应针孔孔径投射光均可入射观察者瞳孔。

[0080] 各针孔孔径所在面上可以置放挡板70，如图10所示，挡除各针孔孔径之间区域的光透射传输。

[0081] 图10所示针孔孔径型近眼显示模组对应观察者的一个瞳孔对应放置，控制器件30控制下，各像素经所加载信息为沿该像素和对应针孔孔径连线方向，待显示场景的投影信息。观察者者双目各自对应置放一个点光源阵列型近眼显示模组，可实现头戴式VR三维显示系统的搭建。

[0082] 图10中以偏光方向相互垂直的偏光特性 和“●”作为相异正交特性。实际上，可以被相邻针孔孔径分别块允许通过和禁止通过的光特性，均可以作为正交特性。例如，旋向相反的2个旋光正交特性，或≧2个互不重叠时间段依次激活的时序正交特性，或偏光正交特性和时序正交特性的组合，或旋光正交特性和时序正交特性的组合等。另外地，所述针孔孔径对来自于对应像素块的相邻像素块投射光的挡除，也不是严格意义上的100％挡除，而是透过率对显示质量的影响在可接受范围内的挡除。

[0083] 类似于实施例1的T≧2个点光源阵列，针孔孔径型近眼显示模组中也可以设置T≧2个针孔孔径阵列。第一种情况，根据瞳孔定位单元40所确定的观察者瞳孔位置，由控制器件30激活对应的一个针孔孔径阵列，并同步刷新显示单元10，使显示单元10经激活针孔孔径阵列60所投射光束，均为该位置处的观察者瞳孔所接收到。也即通过不同针孔孔径阵列对应视区对观察者瞳孔的追踪对应，实现观察者视区的展宽。第二种情况，该T个针孔孔径阵列，在各时间周期的T个时间点，由控制器件30时序激活，且一个时间点仅一个针孔孔径阵列被激活，各像素块同步刷新。此时，T个针孔孔径阵列对应视区时序轮流出现，可以基于视觉滞留，为观察者提供更大的视区。需要注意之处在于，在图10所示的噪声区存在的情况下，不同针孔孔径阵列对应噪声区的时序出现，会导致噪声分布区域之间非噪声区域的缩小；此时，T个针孔孔径阵列对应视区的分布区域，应该控制在非噪声区域内。如果像素或子像素出射光的发散角收到约束，不入射和对应针孔孔径同正交特性的其它针孔孔径，上述噪声区将不再出现。实际上，若各像素或子像素出射光通过和对应针孔孔径同正交特性的其它针孔孔径的光作为噪声，对显示效果的影响可以被容忍，可以认为也是“各像素块出射光不入射和对应针孔孔径同正交特性的其它针孔孔径”。

[0084] 本实施例上述各图，以一维排列像素块为例进行说明。实际上，其可以同理扩展至二维情况。此时，需要注意的是，二维排列的像素块及同一阵列的针孔孔径，沿对角线方向和沿排列方向，相邻像素块及相邻针孔孔径均需要具有相异正交特性，需要至少4个的正交特性，类似实施例1图7所示情况。针孔孔径的时序特性，或针孔孔径的激活和关闭，可以通过附着其上的、和控制器件30信号连接的可控开关光阀实现，或者针孔孔径阵列60本身就是可控液晶器件。同时,各针孔孔径也可以具有相位调制功能，例如具有投影对应像素块的功能。此时，以各像素块的像作为有效像素块进行显示。各像素块之间也可以存在间隙。

[0085] 上述各图，以平面排列的像素块和针孔孔径为例进行说明。它们也可以沿曲面排列，如图12所示范例。图12仅示出部分像素块和针孔孔径，

[0086] 本实施例也可以以子像素为基本显示单元，各针孔孔径由对应G'种颜色子像素的G'个子针孔孔径代替。各针孔孔径在打开状态下，分别仅允许对应颜色光通过，不允许其它非对应G'‑1种颜色光通过。

[0087] 实施例3

[0088] 在实施例1所述采用点光源阵列的点光源阵列型近眼显示模组中，进一步地引入波面转器件201。波面转换器件201由和各点光源一一对应的波面转换单元组成，各波面转换单元将对应点光源出射光向对应会聚点会聚。如图13所示，以透镜作为波面转换单元…、201i、201i+1、201i+2、…，它们依次分别对应点光源…、20i、20i+1、20i+2、…。点光源20i、20i+1和
20i+2分别经对应波面转换单元201i、201i+1和201i+2、会聚至点Ci、Ci+1和Ci+2。则，点Ci、Ci+1和Ci+2的功能即等效于图10中的针孔孔径，同理进行显示。图13的波面转换单元…、201i、
201i+1、201i+2、…和成显示单元10的空间位置也可以互换。

[0089] 图14示出另外的一种波面转换器件201，其各波面转换单元为光波导结构，引导各像素块对应点光源投射光会聚入射该像素块，并向对应会聚点会聚。如图14，光波导型波面转换单元…、201i、201i+1、201i+2、…组成波面转换器件201。其中，点光源20i投射光经对应光波导型波面转换单元201i，入射对应像素块10i，并会聚至点Ci；点光源20i+1投射光经对应光波导型波面转换单元201i+1，入射对应像素块10i+1，并会聚至点Ci+1；点光源20i+2投射光经对应光波导型波面转换单元201i+2，入射对应像素块10i+2，并会聚至点Ci+2。其它未示出结构类似。则，点Ci、Ci+1和Ci+2的功能即等效于图10中的针孔孔径，同理进行显示。图13的一个透镜和图14的一个光波导结构也可以一起作为一个波面转换单元。

[0090] 图13和图14中，各像素或子像素加载光信息，为来自于对应点光源入射光经该像素或子像素后，沿其出射方向待显示场景的投影光信息。

[0091] 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。这是可以实现的。因此无法对所有的实施方式予以穷举。例如，设计不同具体光学元器件的各种光波导器件，均可作为光波导型波面转换单元。本发明所属结构也可以和其它专利所述方法进行结合。本发明的基本原则是，以相邻像素块出射相异正交特性光的像素块阵列作为近眼置放的显示单元，通过和各像素块对应的正交特性点光源或和各像素块一一对应的各一个针孔孔径所组成的针孔孔径阵列，过各显示物点投射两束或更多束的光束至观察者瞳孔，基于超多视图的原理进行克服聚焦‑会聚冲突的三维显示。其中正交特性的设计，围绕视区生成无噪声的缓冲区，为观察者瞳孔提供合理的无噪声区域，以利于观察者瞳孔对视区的对准。实际上，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。