CN113359312B - 基于多光源的光波导显示模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多光源的光波导显示模组，包括时序正交特性光源阵列/时序非正交特性光源阵列、中继器件、正交特性显示器件/非正交特性显示器件、光波导器件、会聚器件、控制器件，其中时序正交特性光源阵列/时序非正交特性光源阵列包括多于一个的正交特性光源/非正交特性光源，各正交特性光源/非正交特性光源在相邻时间点组成的各循环周期内时序循环开关，且在一个时间点仅一个正交特性光源/非正交特性光源被打开。设计各光源经显示器件向观察者瞳孔所处区域所投射光束的空间分布，于一个循环周期内投射待显示场景的至少一个或至少两个二维投射图像至观察者瞳孔，基于麦克斯韦投射或单目多图像实现克服聚焦‑会聚冲突的三维显示。

Description

基于多光源的光波导显示模组

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多光源的光波导显示模组。

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。现有三维显示技术主要是利用双目视差原理，向观察者双目分别投射各自对应的一幅二维投射图像，通过双目视向的交叉激发大脑的深度感知，实现三维视觉的呈现。各目为了看清楚对应的二维投射图像，需一直聚焦于显示面，而双目的视向通过交叉于出屏的显示场景以实现深度感知，由此导致聚焦-会聚冲突问题，即观察者单目聚焦深度和双目会聚深度的不一致。自然情况下，观察者观察真实的三维场景时，单目聚焦深度和双目会聚深度一致于观察者关注点的空间深度。所以，传统仅基于双目视差实现三维显示的光学设备，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。

单目多图像(PCT/CN2017/080874,THREE-DIMENTIONAL DISPLAY SYSTEM BASEDON DIVISION MULTIPLEXING OF VIEWER'SENTRANCE-PUPIL AND DISPLAY METHOD)和麦克斯韦投射法(maxwellian view)(US2019/0204600,AUGMENTED REALITY OPTICS SYSTEMWITH PINPOINT MIRROR)是两种可以解决聚焦-会聚冲突问题的技术路径。前者，显示器件向观察者各目分别投射至少两个待显示场景的二维投射图像，以实现过各显示物点至少两束光束沿不同矢向入射观察者的任一瞳孔，该至少两束不同矢向的光束空间叠加形成光点，该叠加光点处的光强分布于一定深度范围内具有足够的牵引能力，可以牵引观察者眼睛自由聚焦于该叠加光点，克服上述聚焦-会聚冲突问题。后者，各像素向观察者眼睛投射一束小发散度的光束，沿传输方向上该光束具有较小的光强变化，从而，于传输路径上的一定深度范围内，该小发散度的光束于各深度上的光强分布对观察者单目聚焦的牵引能力差别不大，则双目会聚可以牵引观察者单目在该深度范围内自由聚焦于双目会聚深度，实现单目聚焦深度和双目会聚深度的一致。

发明内容

本发明提出一种基于多光源的光波导显示模组，可以作为目镜搭建无聚焦-会聚冲突的三维显示系统。该基于多光源的光波导显示模组包括时序正交特性光源阵列/时序非正交特性光源阵列、中继器件、正交特性显示器件或非正交特性显示器件、光波导器件、会聚器件、控制器件。其中时序正交特性光源阵列/时序非正交特性光源阵列包括多于一个的正交特性光源，各正交特性光源时序在相邻时间点组成的各循环周期依次循环开关，且在一个时间点仅一个正交特性光源/被打开；其中时序非正交特性光源阵列包括多于一个的正交特性光源/非正交特性光源，非正交特性光源时序在相邻时间点组成的各循环周期依次循环开关，且在一个时间点仅一个非正交特性光源被打开。各正交特性光源或非正交特性光源出射光被中继器件降低发散度后入射显示器件，经显示器件各像素调制，携带待显示场景的二维投射图像信息经由光波导器件和会聚器件，导向观察者瞳孔所处区域。设计显示器件向观察者瞳孔所处区域所投射的、对应于各不同正交特性光源或非正交特性光源的调制光束的空间分布，通过一个循环周期内投射待显示场景的至少一个或至少两个二维投射图像至观察者瞳孔，基于麦克斯韦投射或/和单目多图像实现克服聚焦-会聚冲突的三维显示。

为了克服聚焦-会聚冲突，引入时序正交特性光源阵列或时序非正交特性光源阵列至轻薄结构的光波导光学显示引擎，基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法实现单目可自由聚焦的显示，本发明提供如下方案：

基于多光源的光波导显示模组，包括：

时序正交特性光源阵列，包括M个正交特性光源，在相邻M个时间点组成的各循环周期内时序打开，且在一个时间点仅一个正交特性光源打开，其中M≧2；

其中，各正交特性光源分别由L个正交特性子光源组成，该L个正交特性子光源和L种正交特性一一对应，各正交特性子光源仅出射对应正交特性的光，其中L≧2；

中继器件，置于与时序正交特性光源阵列对应的位置，用于调制所述时序正交特性光源阵列出射光，降低其各正交特性子光源出射光的发散度；

正交特性显示器件，包括多个像素，该正交特性显示器件位于与中继器件对应的位置使得正交特性显示器件以经所述中继器件来自于时序正交特性光源阵列的光为背光，加载并投射光信息；

且在正交特性显示器件的像素中，沿至少一个方向，间隔(L-1)个像素的像素分别成组，使得正交特性显示器件的像素被划分为L个正交特性像素组，所述L个正交特性像素组和各正交特性光源的L个正交特性子光源分别一一对应，各正交特性像素组的像素仅允许对应正交特性子光源所投射光入射并加载、投射光信息，截止其它非对应正交特性子光源所投射光；

光波导器件，包括光波导体、入瞳、耦入器件、反射面、耦出器件和出瞳，该光波导器件置于与正交特性显示器件对应的位置使得正交特性显示器件投射的光能够经入瞳入射光波导体，该光波导器件通过耦入器件和反射面，引导经入瞳入射的所述正交特性显示器件投射光于光波导体内传输，并被耦出器件经出瞳耦出；

会聚器件，调制所述耦出器件耦出光，引导所述耦出器件耦出光向观察者瞳孔所处区域传输；

控制器件，该用于控制器件分别与所述时序正交特性光源阵列和所述正交特性显示器件连接，用于控制所述时序正交特性光源阵列的M个正交特性光源在相邻M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地依次打开，并控制同步加载对应光信息至所述正交特性显示器件各像素；

该基于多光源的光波导显示模组被设置为使得其正交特性显示器件各像素在一个时间点，最多仅投射一束光束入射观察者瞳孔，其对应加载光信息，为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔所处区域的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔所在面交点上的投影信息。

进一步地，所述各正交特性子光源为线光源，在各循环周期内，正交特性显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔的光束的束数，至少等于两个正交特性像素组所包含像素的个数。

进一步地，所述各正交特性子光源为点光源，在各循环周期内，正交特性显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔的光束的束数，至少等于一个正交特性像素组所包含像素的个数。

进一步地，所述会聚器件被复合于耦出器件。

进一步地，所述的基于多光源的光波导显示模组还包括辅助中继器件，置于正交特性显示器件和光波导器件之间，用于调制光波导器件的入射光。

进一步地，所述辅助中继器件为缩放器件，用于调整正交特性显示器件投射光于入瞳处的尺寸，引导正交特性显示器件投射光入射耦入器件。

进一步地，所述辅助中继器件为滤波组件，该滤波组件通过光学变换生成正交特性显示器件的谱面，并于该谱面上进行滤波。

进一步地，所述辅助中继器件为偏转引导器件，用于偏转引导正交特性显示器件投射光至入射耦入器件。

进一步地，所述的基于多光源的光波导显示模组还包括补偿单元，置于外部环境和光波导器件之间，消除会聚器件对外部环境入射光的影响。

进一步地，所述的基于多光源的光波导显示模组还包括与该控制器件连接的追踪器件，用于实时跟踪确定观察者瞳孔的空间位置。

进一步地，根据追踪器件所确定观察者瞳孔的空间位置，控制器件能够实时选择时序正交特性光源阵列的M个正交特性光源中的K个作为有效正交特性光源，控制器件能够控制该K个有效正交特性光源在相邻K个时间点组成的各有效循环周期内时序开关工作，并同步以对应光信息刷新正交特性显示器件各像素，其中2≦K<M。

进一步地，该控制器件能够在各时间点，根据追踪器件所确定观察者瞳孔的空间位置选择一个投射光入射观察者瞳孔500的正交特性光源作为有效正交特性光源，控制该有效正交特性光源的L个正交特性子光源打开，并同步以对应光信息刷新正交特性显示器件各像素。

另外，本发明还提供另外一种方案：

基于多光源的光波导显示模组，包括：

时序非正交特性光源阵列，包括M个非正交特性光源，在相邻M个时间点组成的各循环周期内时序打开，且在一个时间点仅一个非正交特性光源打开，其中M≧2；

中继器件，置于与时序非正交特性光源阵列对应的位置，用于调制所述时序非正交特性光源阵列出射光，降低其各非正交特性光源出射光的发散度；

非正交特性显示器件，包括多个像素，该非正交特性显示器件位于与中继器件对应的位置使得非正交特性显示器件以经所述中继器件来自于时序非正交特性光源阵列的光为背光，加载并投射光信息；

光波导器件，包括光波导体、入瞳、耦入器件、反射面、耦出器件和出瞳，通过耦入器件和反射面，该光波导器件置于与非正交特性显示器件对应的位置使得非正交特性显示器件投射的光能够经瞳入射光波导体，该光波导器件引导经入瞳入射的所述非正交特性显示器件投射光于光波导体内传输，并被耦出器件经出瞳耦出；

会聚器件，调制所述耦出器件耦出光，引导所述耦出器件耦出光向观察者瞳孔所处区域传输；

控制器件，该用于控制器件分别与所述时序非正交特性光源阵列和所述非正交特性显示器件连接，用于控制所述时序非正交特性光源阵列的M个非正交特性光源在相邻M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地依次打开，并控制同步加载对应光信息至所述非正交特性显示器件各像素；

该基于多光源的光波导显示模组被设置为使得其非正交特性显示器件各像素在一个时间点，最多仅投射一束光束入射观察者瞳孔，其对应加载光信息，为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔所处区域的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔所在面交点上的投影信息，且在各循环周期内，非正交特性显示器件各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至少两束光束入射观察者瞳孔。

进一步地，所述各非正交特性光源为线光源。

进一步地，所述各非正交特性光源为点光源。

进一步地，所述会聚器件被复合于耦出器件。

进一步地，所述基于多光源的光波导显示模组还包括辅助中继器件，置于非正交特性显示器件和光波导器件之间，用于调制光波导器件的入射光。

进一步地，所述辅助中继器件为缩放器件，用于调整正交特性显示器件投射光于入瞳处的尺寸，引导正交特性显示器件投射光入射耦入器件。

进一步地，所述辅助中继器件为滤波组件，该滤波组件通过光学变换生成正交特性显示器件的谱面，并于该谱面上进行滤波。

进一步地，所述辅助中继器件为偏转引导器件，用于偏转引导正交特性显示器件投射光入射耦入器件。

进一步地，所述基于多光源的光波导显示模组还包括补偿单元，置于外部环境和光波导器件之间，用于消除会聚器件对外部环境入射光的影响。

进一步地，所述基于多光源的光波导显示模组还包括与该控制器件连接的追踪器件，用于实时跟踪确定观察者瞳孔的空间位置。

进一步地，根据该追踪器件所确定瞳孔的空间位置，所述控制器件能够实时选择时序非正交特性光源阵列的M个非正交特性光源中的K个作为有效非正交特性光源，控制器件能够控制该K个有效非正交特性光源在相邻K个时间点组成的各有效循环周期内时序开关工作，并同步以对应光信息刷新非正交特性显示器件各像素，其中2≦K<M。

本发明具有以下技术效果：本发明利用时序打开的光源，沿不同矢向投射目标场景的不同二维投射图像，并通过线光源的设计，缓解对光源数量的过高要求，通过正交特性的设计，提高二维投射图像的呈现数量。最后光波导器件和会聚器件引导至观察者瞳孔，搭建可以基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法进行显示的显示模组。本发明基于多光源的光波导显示模组，具有轻薄结构，适用于作为目镜搭建双目显示系统，且通过聚焦-会聚冲突的克服，可以有效提升三维视觉舒适度。

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是采用时序正交特性光源阵列的显示模组光学结构示意图。

图2是采用线状光源的显示模组的另一种会聚器件范例示意图。

图3以基于多光源的光波导显示模组为目镜的双目显示结构一示意图。

图4是采用多组件型耦出器件的显示模组一结构图。

图5是采用另外类型耦入器件和耦出器件的光波导器件一示意图。

图6是复合了会聚器件的耦出器件及显示模组一结构图。

图7是采用多组件型会聚器件的显示模组一结构示意图。

图8是复合了多组件型会聚器件的多组件型耦出器件及显示模组一结构图。

图9是基于正交特性基元模组的堆叠型显示模组结构示意图。

图10是辅助中继器件一范例示意图。

图11是正交特性像素组的另一种像素成组方式示意图。

图12是采用时序非正交特性光源阵列的显示模组光学结构示意图。

图13以基于多光源的光波导显示模组为目镜的双目显示结构二示意图。

图14是采用多组件型耦出器件的显示模组二结构图。

图15是采用另外类型耦入器件和耦出器件的光波导器件二示意图。

图16是复合了会聚器件的耦出器件及显示模组二结构图。

图17是采用多组件型会聚器件的显示模组二结构示意图。

图18是复合了多组件型会聚器件的多组件型耦出器件及显示模组二结构图。

图19是基于非正交特性基元模组的堆叠型显示模组结构示意图。

图20是辅助中继器件二范例示意图。

具体实施方式

本发明基于多光源的光波导显示模组，通过引入时序正交特性光源阵列/时序非正交特性光源阵列出射光作为光波导光学显示引擎的矢向背光，向观察者瞳孔所处区域投射待显示场景的多个二维投射图像，基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法实现可自由聚焦三维场景的呈现。利用所述基于多光源的光波导显示模组作为两个目镜搭建双目显示结构，可实现单目聚焦深度和双目会聚深度的一致。

实施例1

图1所示为基于多光源的光波导显示模组的基本结构，包括时序正交特性光源阵列110、中继器件20、正交特性显示器件310、光波导器件40、会聚器件50和控制器件60，控制器件60分别与所述时序正交特性光源阵列110和所述正交特性显示器件310连接。其中，时序正交特性光源阵列110包括M≧2个正交特性光源，各个正交特性光源分别由L≧2个正交特性子光源组成。各正交特性光源的L个正交特性子光源，分别和L种正交特性一一对应。各正交特性子光源仅出射对应正交特性的光。图1以M＝3和L＝2为例。M＝3个正交特性光源OS₁、OS₂、OS₃各自对应包括L＝2个正交特性子光源OS₁₁和OS₁₂、OS₂₁和OS₂₂、OS₃₁和OS₃₂。图1中，L＝2个正交特性以偏光方向相互垂直的两个线向偏光态为例，分别用“·”和“-”表示。具体地，正交特性子光源OS₁₁、OS₂₁和OS₃₁出射“-”光，正交特性子光源OS₁₂、OS₂₂和OS₃₂出射“·”光。M＝3个正交特性光源在相邻M＝3个时间点组成的各循环周期内，由控制器件60控制，时序开关。且在一个时间点，仅一个正交特性光源的L＝2个正交特性子光源被控制器件60控制同时打开，向中继器件20投射出射光。具体地，在时间点t，仅正交特性光源OS₁的正交特性子光源OS₁₁和OS₁₂打开，OS₂₁、OS₂₂、OS₃₁和OS₃₂均关闭；在时间点t+Δt/3，仅正交特性光源OS₂的正交特性子光源OS₂₁和OS₂₂打开，OS₁₁、OS₁₂、OS₃₁和OS₃₂均关闭；如此类推。中继器件20降低各正交特性子光源出射光的发散度。图1中，中继器件20具体地取为透镜，和时序正交特性光源阵列110的间距设置为等于该中继器件20的焦距。各正交特性子光源的发光点所投射光，经中继器件20均转化为发散度为零的平行光。经中继器件20调制的光作为矢向背光，入射正交特性显示器件310。正交特性显示器件310由像素排列组成，各像素通过调制对应入射光，进行光信息加载和投射。在该正交特性显示器件310的像素中，沿至少一个方向，间隔(L-1)＝1个像素的像素分别组成像素组，因此该正交特性显示器件310的像素被划分为L＝2个像素组。该L＝2个像素组和各正交特性光源的L＝2个正交特性子光源分别一一对应，各像素组的像素仅允许对应正交特性子光源投射光入射调制，截止其它非对应正交特性子光源投射光。如图1左下所示，以“-”标识的像素仅允许“-”光入射，然后加载对应光信息并投射携带了所加载信息的光束，截止“·”光；以“·”标识的像素仅允许“·”光入射，然后加载对应光信息并投射携带了所加载信息的光束，截止“-”光。正交特性显示器件310中，以“-”标识的像素所成像素组命名为“-”像素组，以“·”标识的像素所成像素组命名为“·”像素组。则在一个时间点，打开的L＝2个正交特性子光源经中继器件20投射的矢向背光，分别被各自对应像素组的像素加载光信息并投射，互不关联。也即是说，正交特性显示器件310的L＝2个像素组，可以作为L个相互独立的等效显示屏，分别互不相关地以来自对应正交特性子光源的光作为矢向背光，加载并投射光信息。不同正交特性子光源相对于中继器件20的不同位置，导致不同像素组对应不同矢向的背光，同一像素组在一个循环周期的不同时间点也对应不同矢向的背光。光波导器件40包括光波导体401、入瞳405、耦入器件402、反射面403a,403b、耦出器件404和出瞳406，引导正交特性显示器件投射光经出瞳406耦出。会聚器件50置于耦出器件404耦出光的传输路径上，引导其向观察者瞳孔500所处区域会聚传输。图1中，耦入器件402和耦出器件404均以反射面为例，入瞳405和出瞳406以虚线表示，会聚器件50具体地以透镜为例。本实施例所述的“截止”，是指具有非对应正交特性的光入射像素后，该像素无出射光。该所谓的“无出射光”并不是绝对概念，是指相对于具有对应正交特性的入射光，该像素对具有非对应正交特性的入射光的出射率不超过前者的10％，以保证其作为噪声对显示质量的影响不明显。

图1以正交特性光源OS₁的正交特性子光源OS₁₁和OS₁₂被打开的t时刻为例进行说明。正交特性子光源OS₁₁和OS₁₂出射光经中继器件20、光波导器件40和会聚器件50，分别会聚至各自对应的会聚点I_OS11和I_OS12。来自该两个正交特性子光源OS₁₁和OS₁₂的背光分别被“-”像素组和“·”像素组的像素调制。为了图示的清晰，图1中仅示出了“·”像素组的三个像素p₁、p₂和p₃，及其分别对应调制的光束的传输路径。以像素p₁为例，来自正交特性子光源OS₁₂的入射光束被调制后，经光波导器件40的入瞳405入射光波导体401，于光波导体401内经耦入器件402和反射面403a、403b引导，入射到耦出器件404，并经耦出器件404调制，过出瞳406后，经会聚器件50，沿矢向“1”向会聚点I_OS12传输。会聚点所处区域也是观察者瞳孔500所处区域，则像素p₁投射光束也是沿矢向“1”向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_OS12投射。类似地，像素p₂和p₃调制光束经各组件，向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_OS12分别沿矢向“2”和“3”进行投射。其它各未示出的像素均同理调制来自对应正交特性子光源的入射光束，并沿对应矢向向观察者瞳孔500所处区域的对应会聚点投射。各像素调制对应入射光束所加载光信息，为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔500所处区域的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔500所在面交点上的投影信息。一个像素组的各像素所加载光信息，是待显示场景的一个二维投射图像。则，在t时刻，正交特性子光源OS₁₂出射光被“·”像素组各像素调制，携带待显示场景的一个二维投射图像向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_OS12投射；同时，正交特性子光源OS₁₁出射光被“-”像素组各像素调制，携带待显示场景的另一个二维投射图像信息向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_OS11投射。

同理，在t+Δt/3时刻，正交特性显示器件310向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_OS21和I_OS22分别投射二维投射图像；在t+2Δt/3时刻，正交特性显示器件310向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_OS31和I_OS32分别投射二维投射图像。则，在M＝3个时间点组成的一个循环周期内，正交特性显示器件310向观察者瞳孔500所处区域的M×L＝3×2＝6个会聚点分别投射6个不同的二维投射图像。

其它各循环周期内，上述过程同理进行。

正交特性子光源分为两类。第一类为线光源，时序正交特性光源阵列110的M×L＝6个线状正交特性子光源沿一维方向排列。如图1右下角虚线框①所示，M×L＝6个正交特性子光源沿x向排列，各正交特性子光源为沿y向的线光源。图1中，观察者瞳孔500处于各正交特性子光源的会聚点所处面。在正交特性子光源为线状时，各正交特性子光源所对应会聚点，仅沿正交特性子光源的排列方向为点状，沿正交特性子光源的线向表现为线状。所以，沿x向排列的各线状正交特性子光源投射光的会聚点，本实施例特别称之为x向会聚点。实际上，考虑光强，各线状光源也可能会被有意设计为具有一定的宽度，也即为粗线光源。再考虑像素结构的衍射效应，各像素出射光束传输时，会具有一定的x向发散角，由此导致沿x向排列的各正交特性子光源所对应x向会聚点，即图1中的I_OS11、I_OS12、I_OS21、I_OS21、I_OS31、I_OS32，沿x向并不是严格意义的点，而具有一定的尺寸。该“x向发散角”，是指沿x向和光传输方向所成面内的发散角。各像素出射光束的x向发散角应设计为足够小，小到可以保证，各像素所投射并入射观察者瞳孔500所处区域的光束，沿x向光强值大于50％光强极大值的光分布区域尺寸小于观察者瞳孔500直径D_p。在这种情况下，至少两个x向会聚点相交于观察者瞳孔500时，也即相邻x向会聚点的间距小于观察者瞳孔500直径D_p时，该至少两个x向会聚点所对应的至少两个二维投射图像所对应光信息，经观察者瞳孔500被对应眼睛接收。则，过一个显示物点，至少两束光束入射观察者瞳孔500，从而基于单目多图像实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。图1中，x向会聚点I_OS11、I_OS12、和I_OS31落入观察者瞳孔500，基于单目多图像进行显示。实际上，观察者瞳孔500也可以偏离x向会聚点所处面。此时，观察者瞳孔500可能无法完整接收到两个像素组的像素所投射全部光束。实际上，不同二维投射图像的不同部分可以拼连形成拼合型二维投射图像。该类拼合型二维投射图像所包含像素的数目，最优地等于二维投射图像的像素数目，其像素分布范围和二维投射图像的像素分布范围大概一致，偏差不超过像素间距的K倍。实现单目多图像显示，要求在一个循环周期内，投射至观察者瞳孔500至少两个二维图像，该两个二维图像中的各二维图像，可以为二维投射图像，也可以是拼合型二维投射图像。或者说，要求“在各循环周期内，正交特性显示器件310各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔500的光束的束数，至少等于两个正交特性像素组所包含像素的个数”。此时，过一个显示物点，也会有两束光束入射观察者瞳孔500，从而基于单目多图像进行显示。

线状正交特性子光源的存在，使各像素所投射并入射观察者瞳孔500所处区域的光束，于y向是发散的，即为y向发散光束。本实施例所说的“y向发散光束”，指光束于传输方向和y向所成面内具有发散角，即y向发散角。各像素所投射的、入射观察者瞳孔500所处区域的光束沿y向的束腰位置，沿深度z向最优的应尽量设计为靠近显示场景，或者直接处于显示场景范围内。所说的沿y向的束腰，指于y向和光束传播方向所成面内的束腰，其也是“虚”的，是眼睛接收到该光束时所感受到的束腰。这样的好处在于，来自不同像素的光束叠加形成光点时，其叠加光斑沿y向的尺寸较小，有利于提高该点对观察者单目聚焦的吸引力，并提升显示场景沿y向分辨率。各像素所投射发散光束的y向束腰位置被设置为靠近甚至置于显示场景处，可以通过光学设计来实现，例如各像素经光波导器件所成像落于透镜型会聚器件50的焦距内，被会聚器件50成虚像。再例如，采用如图2所示由y向凹面柱透镜501和凸透镜502构建的会聚器件50，其y向凹面柱透镜仅沿y向进行位相调制。来自各像素的y向发散光束，经y向凹面柱透镜镜501发散，调制引导该y向发散光束的y向束腰至凸透镜502的焦距范围内而成虚像。需要注意的是，y向凹面柱透镜501和凸透镜502所组成的会聚器件50，将导致各像素不再有严格意义上的对应像。此时，单目多图像显示的实现，也要求遵循上述要求：“一个循环周期内，投射至观察者瞳孔500的光束的束数，至少等于两个正交特性像素组所包含像素的个数”。此时，某像素所投射光束的矢向，例如上述矢向“1”，于y向和传输方向所组成面内的矢向分量，往往选择指向观察者瞳孔500，或观察者瞳孔500最常出现的位置。

另一类正交特性子光源的为点光源。如图1右下角虚线框②所示，M×L＝6个点状正交特性子光源沿x向排列。该M×L＝6个点状正交特性子光源OS₁₁、OS₁₂、OS₂₁、OS₂₂、OS₃₁、OS₃₂投射光束分别会聚于各自对应会聚点I_OS11、I_OS12、I_OS21、I_OS21、I_OS31、I_OS32。观察者瞳孔500处于会聚点所处面。不同于线状正交特性子光源的情况，采用点状正交特性子光源时，各正交特性子光源经会聚器件的会聚点沿x向和y向均为点状。为了图示的清晰可见，图1中以较大的圆圈“○”表示各点状正交特性子光源。考虑像素结构导致的衍射和实际的物理光源并不可能是理想的点光源，各像素出射光束传输时，会具有一定的发散角。实际上，考虑光强，各点状光源可能会有意设计为具有一定的尺寸。该发散角应设计为足够小，小到可以保证各像素所投射并入射观察者瞳孔500所处区域的光束，于xy面内，其光强值大于50％光强极大值的光分布区域尺寸小于观察者瞳孔500尺寸。该情况下，若至少两个正交特性子光源投射光束的会聚点被观察者瞳孔500覆盖时，也即正交特性子光源投射光束的相邻会聚点间距小于观察者瞳孔500直径D_p时，该至少两个正交特性子光源对应的至少两个二维投射图像所携带光信息，经观察者瞳孔500被对应眼睛接收。则，过一个显示物点，至少两束光束入射观察者瞳孔500，从而基于单目多图像实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。图1中，会聚点I_OS11、I_OS12、和I_OS31落入观察者瞳孔500的情况，可基于单目多图像进行显示。

如果仅有一个点状正交特性子光源投射光束的会聚点落入观察者瞳孔500时，也即相邻会聚点间距大于观察者瞳孔500直径D_p时，该正交特性子光源对应二维投射图像经观察者瞳孔500被对应眼睛接收。可基于麦克斯韦投射进行于聚焦-会聚冲突的克服。

实际上，观察者瞳孔500也可以偏离会聚点所处面。此时，观察者瞳孔500可能无法接收到一个像素组的所有像素所投射光束。实际上，不同二维投射图像的不同部分可以拼连形成拼合型二维投射图像，如上所述。该类拼合型二维投射图像所包含像素的数目，最优地等于二维投射图像的像素数目，其像素分布范围和二维投射图像的像素分布范围大概一致，偏差不超过像素间距的K倍。实现单目多图像显示，要求在一个循环周期内，投射至观察者瞳孔500至少两个二维图像，该两个二维图像中的各二维图像，可以为二维投射图像，也可以是拼合型二维投射图像。或者说，要求“在各循环周期内，正交特性显示器件310各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔500的光束的束数，至少等于两个正交特性像素组所包含像素的个数”。当投射至观察者瞳孔500的光束的束数介于一个正交特性像素组所包含像素的个数和一个正交特性像素组所包含像素的个数之间时，单目多图像和麦克斯韦投射两种机制共同作用，也可以实现单目的自由聚焦。

正交特性子光源为点光源时，正交特性光源的排列，也可以扩展至二维方向。本实施例中，正交特性光源沿一维或二维分布的描述中，所述“一维或二维”中的“维”，可以是沿直线的维度，也可以是沿曲线的维度。

上述过程中，当M×L较小时，所投射M×L个二维投射图像包含的光束中，入射察者瞳孔500的部分可能无法达到进行单目多图像或麦克斯韦投射显示的要求，例如上述观察者瞳孔500偏离正交特性子光源投射光束会聚点或x向聚点所处面较远时。这时，更大的M×L可以在一个循环周期内的更多时间点，向观察者瞳孔500所处区域引导投射更多二维投射图像，以利于单目多图像或麦克斯韦投射显示要求的面满足。另外，向观察者瞳孔500所处区域引导投射更多二维投射图像，其对应光束可以于观察者瞳孔500附近覆盖更大的空间，从而为观察者瞳孔500构建空间更大的视区(eye-box)，以保证观察者瞳孔500发生一定的位移时，单目多视图或麦克斯韦投射显示的要求依然能满足。本专利所述“观察者瞳孔所处区域”，指的是包含了该所述视区的区域。实际上，各像素投射光入射观察者瞳孔500所处区域时的矢向、位置，和光源投射光经中继器件20后的形态(平行光、发散光、会聚光)、正交特性显示器件310各像素的特性、正交特性显示器件310相对于光波导器件40的空间位置、光波导器件40特性(包括耦入器件402和耦出器件404对入射光的调制特性、光波导体401的厚度等)等因素均有关系，需要基于光线追踪等方法进行设计，以更优地满足本实施例实现单目多图像或/和麦克斯韦投射法显示的要求。

本实施例所述基于多光源的光波导显示模组作为目镜，对应观察者的一只瞳孔。由两个基于多光源的光波导显示模组作为分别对应观察者左瞳孔500和右瞳孔500′的两个目镜，可以搭建如图3所示的双目显示结构，作为三维显示光学系统，基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法实现无聚焦-会聚冲突的双目三维显示。图3中所示各基于多光源的光波导显示模组，部分组件仅以方框代替，比如时序正交特性光源阵列110、中继透镜20和正交特性显示器件310；另有部分组件或直接省略，比如光波导器件40的部分组件。此类简化，对于本领域相关技术人员来说，易于理解，在本实施例以下部分示图中也会出现，不再特意说明。

图1所示光波导器件40，也可以采用由多个组件组成的耦出器件404，以实现扩瞳。此类耦出器件，本专利称之为多组件型耦出器件404。如图4中的半透半反面404a和反射面404b，是多组件型耦出器件404的两个组件。同一像素投射光经多组件型耦出器件404的不同组件，因出射点不同而成为不同矢向的光束。本专利中，矢向不同或空间位置不同的光束，均被当作不同的矢向光束。对于从显示场景出射的光束，不同矢向光束对应不同的光学信息。而一个光束经多组件型耦出器件404不同组件所耦出的不同光束，携带相同的光信息，需要避免其同时入射观察者瞳孔500。所以，本专利基于多光源的光波导显示模组，要求“各像素在一个时间点，最多仅投射一束光束入射观察者瞳孔500”。在进行扩瞳时，需要来自同一像素、被多组件型耦出器件404的不同组件耦出的不同光束，其于观察者瞳孔500所处面上具有具够大的空间间距，以保证它们不能同时入射观察者瞳孔500。如图4所示，来一个像素的、分别经半透半反面404a和反射面404b、沿矢向“4”和“4′”出射的光束，其于观察者瞳孔500所在面上的间距d₁要大于观察者瞳孔500的直径D_p。此时，所述基于多光源的光波导显示模组需要引入追踪器件90，该追踪器件与控制器件连接，用于实时跟踪确定观察者瞳孔500的空间位置，对各像素，于该像素投射光经所述多组件型耦出器件404的不同组件所耦出的不同光束中，具体确定哪一束入射观察者瞳孔500，然后根据该入射观察者瞳孔500的光束的矢向，确定该像素的加载信息：各像素所加载信息为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔500的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔500所在面交点上的投影信息。另外，如上所述，某像素所投射光束的矢向，于y向和传输方向所组成面内的矢向分量，往往选择指向观察者瞳孔500，此处观察者瞳孔500的位置也需要由该追踪器件90确定。

上述各图中，耦入器件402和耦出器件404分别以半透半反面和反射面为例进行说明。实际上，所述基于多光源的光波导显示模组中的光波导器件40，可以采用其它各种类型的光波导器件，如图5中以光栅或全息器件作为耦入器件402和耦出器件404的光波导器件。此时，若进行扩瞳，耦出器件404也同样需要被设计为多组件型耦出器件，其相邻组件可以毗邻连接，也可以重叠，甚至部分共用地发生重叠。一个像素投射光入射多组件型耦出器件404的一个组件时，部分被耦出器件404耦出，沿相应矢向入射观察者瞳孔500所处区域，另一部分遵循反射规律被反射面403a,403b反射，然后再次入射多组件型耦出器件404的其它组件，如此重复。该相邻两次被耦出的光束，于观察者瞳孔500所处面上的间距要设计为大于观察者瞳孔500直径D_p。基于多光源的光波导显示模组中还可以进一步引入补偿单元80，置于外部环境和光波导器件40之间，如图5，用于在会聚器件50对外部环境入射光产生影响时，消除该影响。

会聚器件50的功能也可以被复合到其它组件，比如具有反射凹透镜功能的全息器件可以作为复合了会聚器件50的耦出器件404，如图6所示耦出器件404。耦出器件404，包括复合了会聚器件50的耦出器件404，可以设计为仅对沿光波导体401由反射面403a,403b反射传输而来的光起调制作用，对外部环境沿其它角度入射而来的光不起调制作用，即具有角度选择特性。图6中耦入器件402取为反射面。

值得注意的是，考虑扩瞳时，各像素所投射光经多组件型耦出器件404所耦出的至少两束光束，经会聚器件50可能存在无法避免地同时入射观察者瞳孔500的情况。例如，图4中，光束矢向“4”和“4′”经会聚器件50将会聚于其焦平面。若观察者瞳孔500恰好处于该焦平面，则无法避免该像素因扩瞳所投射的非单一光束同时入射观察者瞳孔500。采用多组件型会聚器件50，可以帮助解决该问题。所述多组件型会聚器件50由多个组件组成，例如由多个透镜作为组件组成，如图7所示的透镜50a和透镜50b。该多组件型会聚器件50的各组件和多组件型耦出器件404的各组件一一对应，多组件型会聚器件50的各组件分别对应引导多组件型耦出器件404的各组件所耦出光。通过设计各像素因扩瞳所投射非单一光束的空间分布，确保各像素所投射的两束或多束光束不同时入射观察者瞳孔500。图7所示示例中，透镜50a和50b为多组件型会聚器件50的两个组件，透镜50a负责引导多组件型耦出器件404的组件反射面404a所耦出光，透镜50b负责引导多组件型耦出器件404的组件反射面404b所耦出光。合理设计下，各像素出射光因扩瞳所投射的、分别经透镜50a和50b的两束光束，如图7中的5和5′，可以不同时入射观察者瞳孔500。同样，多组件型会聚器件50也可以复合于多组件型耦出器件404。此时，多组件型会聚器件50的各组件对应复合于多组件型耦出器件404的各组件，如图8中的404a和404b。该情况下，若复合了多组件型会聚器件50的多组件型耦出器件404具有角度选择特性，例如以全息器件作为该复合了多组件型会聚器件50的多组件型耦出器件404，其仅对沿光波导体401由反射面403a,403b反射而来的光起调制作用，对外部环境沿其它角度入射而的光不起调制作用，则所述基于多光源的光波导显示模组，可以无需补偿单元80地用做AR光学系统的目镜

图1所示实例中，各正交特性子光源的发光点出射光经中继器件20，以对应平行光的形态入射正交特性显示器件310。实际上，各正交特性子光源的发光点出射光经中继器件20也可以时非平行光。例如，正交特性子光源的发光点出射光经中继器件20以会聚光入射光波导器件40，可以将各正交特性子光源出射光的会聚点向会聚器件50拉近。

如上所述，本实施例基于多光源的光波导显示模组于各循环周期，可以投射待现实场景的的M×L个二维投射图像。更大的M值，要求正交特性显示器件310具有更高的刷新频率，以保证足够的显示频率(显示频率＝正交特性显示器件310刷新频率/M)来避免闪烁效应；更大的L值，需要更多的正交特性。除了上述偏振方向互相垂直线偏光对应的L＝2个正交特性，及常用的左旋光和右旋光对应的L＝2个正交特性，虽然还有类似于水平线偏+蓝光、水平线偏+红光、垂直线偏+蓝光、垂直线偏+蓝光对应的L＝4个正交特性，但此类正交特性不利于显示色彩效果的提升。在现有情况下，保证显示效果前提下的正交特性类型是非常受限的。为了进一步增大本实施例基于多光源的光波导显示模组所能投射的二维投射图像的数目，可以进一步的利用N≧2个基于多光源的光波导显示模组作为基元模组，堆叠搭建堆叠型基于多光源的光波导显示模组，提高所能投射的二维投射图像的数目至N×M×L。以N＝2个基于多光源的光波导显示模组作为基元模组为例，堆叠型基于多光源的光波导显示模组如图9所示。时序正交特性孔径阵列110和110′的各M＝3个正交特性光源，分别由L＝2个正交特性子光源组成，在三个相邻时间点组成的循环周期内，分别时序打开。也即在一个时间点，分别来自N＝2基元模组的N＝2个正交特性光源的N×L＝4个正交特性子光源，同步打开，正交特性显示器件310和310′的各像素按上述方法同步进行信息加载。则在一个时间点，向观察者瞳孔500所处区域投射的二维投射图像数量增加了N-1＝1倍，然后进行麦克斯韦投射或单目多图像显示。堆叠型基于多光源的光波导显示模组中，根据需要，各基元模组可以共用控制器件60、会聚器件50、补偿器件80。图9中的基元模组，其耦出器件404也可以为多组件型耦出器件，进一步地，其会聚器件50也可以是多组件型会聚器件。对最后一种情况，多组件型会聚器件50复合于多组件型耦出器件404时，所述基于多光源的光波导显示模组的结构最为简单。

M个正交特性光源中，观察者瞳孔500仅需要其中K个正交特性光源作为背光源所投射的二维投射图像，即可实现麦克斯韦投射或单目多图像显示时，根据追踪器件90所确定观察者瞳孔500空间位置，由控制器件60实时选择所需要的K个正交特性光源的正交特性子光源作为有效正交特性子光源，此处2≦K<M。控制器件60控制该K×L个有效正交特性子光源在相邻K个时间点形成的各有效循环周期内时序开关，并同步以对应光信息刷新正交特性显示器件310各像素，也可以降低对正交特性显示器件310刷新频率和正交特性数目的要求。当然，该方法也可以扩展至堆叠型基于多光源的光波导显示模组，从N×M个正交特性光源中选择K个正交特性光源作为有效正交特性子光源，此时K的取值范围也相应调整为2≦K<N×M。还存在一种情况，即在一个时间点，仅一个正交特性光源的L个正交特性子光源即可满足单目多视图或麦克斯韦投射显示的要求。该情况下，根据追踪器件90所确定观察者瞳孔500的空间位置，由控制器件60实时确定可以实现单目多图像或麦克斯韦投射显示的该一个正交特性光源作为有效正交特性光源，控制器件60控制该有效正交特性光源的L个正交特性子光源投射光束，并同步以对应光信息刷新正交特性显示器件310各像素。

正交特性显示器件310和光波导器件40之间还可以置入辅助中继器件70，更好地引导正交特性显示器件310投射光入射光波导器件40。该辅助中继器件70可以是缩放器件701，由图10所示透镜701a和透镜701b组建，用以调整正交特性显示器件310投射光于入瞳405处的尺寸。其中透镜701a和透镜701b之间的距离最优地等于它们的焦距f₁和f₂之和。所述辅助中继器件70也可以是滤波组件702，由图10所示透镜701a、透镜701b和滤波孔径阵列701c组建。其中透镜701a和透镜701b之间的距离等于它们的焦距f₁和f₂之和，滤波孔径阵列701c置于透镜701a和透镜701b共同焦平面上，其各孔径分别对应各正交特性子光源，用来滤除对应正交特性子光源所投射背光入射正交特性显示器件310时所产生的高阶衍射项。对于点状光源，滤波孔径阵列701c的孔径为小孔；对于线状光源，滤波孔径阵列701c的孔径设计为狭缝。其中701a和透镜701b之间的距离也可以不等于它们的焦距f₁和f₂之和，只要滤波孔径阵列701c被置于透镜701a的焦平面，可以进行滤波。所述辅助中继器件70也可以是偏转引导器件703，例如反射镜，反射偏转来自正交特性显示器件310的投射光，引导其入射入瞳405。

上述相关各图中，正交特性显示器件310各像素组的成组方式，也可以是沿二维方向，分别间隔N-1个像素的像素成组，如图11所示；不同孔径对应的正交特性子孔径也可以穿插排列。另外，正交特性显示器件310也可以是反射式显示器件，此时时序正交特性孔径阵列110和中继器件20需要相应调整和正交特性显示器件310之间的空间方位关系。

实施例2

图12所示为另一种基于多光源的光波导显示模组的基本结构，包括时序非正交特性光源阵列120、中继器件20、非正交特性显示器件320、光波导器件40、会聚器件50和控制器件60，该控制器件60分别与所述时序非正交特性光源阵列120和所述非正交特性显示器件320连接。其中，时序非正交特性光源阵列120包括M≧2个非正交特性光源。图12以M＝3为例。M＝3个非正交特性光源在相邻M＝3个时间点组成的各循环周期内，由控制器件60控制，时序开关。且在一个时间点，仅一个非正交特性光源打开，向中继器件20投射出射光。具体地，在时间点t，仅非正交特性光源S₁打开，S₂和S₃均关闭；在时间点t+Δt/3，仅非正交特性光源S₂的打开，S₁和S₃均关闭；如此类推。中继器件20降低各非正交特性光源出射光的发散度。图12中，中继器件20具体地取为透镜，和时序非正交特性光源阵列120的间距设置为等于中继器件20的焦距。各非正交特性光源的发光点所投射光，经中继器件20均转化为发散度为零的平行光。经中继器件20调制的光作为矢向背光，入射非正交特性显示器件320。非正交特性显示器件320由像素排列组成，各像素通过调制对应入射光，进行光信息加载并投射光信息。不同非正交特性光源相对于中继器件20的不同位置，导致非正交特性显示器件320在一个循环周期的不同时间点对应不同矢向的背光。光波导器件40包括光波导体401、入瞳405、耦入器件402、反射面403a,403b、耦出器件404和出瞳406，引导非正交特性显示器件投射光经出瞳406耦出。会聚器件50置于耦出器件404耦出光的传输路径上，引导其向观察者瞳孔500所处区域会聚传输。图12中，耦入器件402和耦出器件404均以反射面为例，入瞳405和出瞳406以虚线表示，会聚器件50具体地以透镜为例。

图12以非正交特性光源S₁打开的t时刻为例进行说明。非正交特性光源S₁出射光经中继器件20、光波导器件40和会聚器件50，会聚至对应的会聚点I_S1。为了图示的清晰，图12中仅示出三个像素p₁、p₂和p₃，及其分别对应调制的光束的传输路径。以像素p₁为例，来自非正交特性光源S₁的入射光束被调制后，经光波导器件40的入瞳405入射光波导体401，于光波导体401内经耦入器件402和反射面403a,403b引导，入射到耦出器件404，并经耦出器件404调制，过出瞳406后，经会聚器件50，沿矢向“1”向会聚点I_S1传输。会聚点所处区域也是观察者瞳孔500所处区域，则像素p₁投射光束也是沿矢向“1”向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_S1投射。类似地，像素p₂和p₃调制光束经各组件，向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_S1分别沿矢向“2”和“3”进行投射。其它各未示出的像素均同理调制来自对应非正交特性光源的入射光束，并沿对应矢向向观察者瞳孔500所处区域的对应会聚点投射。各像素调制对应入射光束所加载光信息，为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔500所处区域的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔500所在面交点上的投影信息。非正交特性显示器件320各像素所加载光信息，是待显示场景的一个二维投射图像。则，在t时刻，非正交特性光源S₁出射光被非正交特性显示器件320各像素调制，携带待显示场景的一个二维投射图像信息向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_S1投射。

同理，在t+Δt/3时刻，非正交特性显示器件320向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_S2投射二维投射图像；在t+2Δt/3时刻，非正交特性显示器件320向观察者瞳孔500所处区域的会聚点I_S3投射二维投射图像。则，在M＝3个时间点组成的一个循环周期内，非正交特性显示器件320向观察者瞳孔500所处区域的M＝3个会聚点分别投射3个不同的二维投射图像。

其它各循环周期内，上述过程同理进行。

非正交特性光源分为两类。第一类为线光源，时序非正交特性光源阵列120的M＝3个线状非正交特性光源沿一维方向排列。如图12右下角虚线框①所示，M＝3个非正交特性光源沿x向排列，各非正交特性光源为沿y向的线光源。图12中，观察者瞳孔500处于各非正交特性光源的会聚点所处面。在非正交特性光源为线状时，各非正交特性光源所对应会聚点，仅沿非正交特性光源的排列方向为点状，沿非正交特性光源的线向表现为线状。所以，沿x向排列的各线状非正交特性光源投射光的会聚点，于本实施例中，特别实际上，考虑光强，各线状光源也可能会被有意设计为具有一定的宽度，也即为粗线光源。再考虑像素结构的衍射效应，各像素出射光束传输时，会具有一定的x向发散角，由此导致沿x向排列的各非正交特性光源所对应x向会聚点，即图12中的I_S1、I_S2、I_S3，沿x向并不是严格意义的点，而具有一定的尺寸。该“x向发散角”，是指沿x向和光传输方向所成面内的发散角。各像素出射光束的x向发散角应设计为足够小，小到可以保证，各像素所投射并入射观察者瞳孔500所处区域的光束，沿x向光强值大于50％光强极大值的光分布区域尺寸小于观察者瞳孔500直径D_p。在这种情况下，至少两个x向会聚点相交于观察者瞳孔500时，也即相邻x向会聚点的间距小于观察者瞳孔500直径D_p时，该至少两个x向会聚点所对应的至少两个二维投射图像所对应光信息，经观察者瞳孔500被对应眼睛接收。则，过一个显示物点，至少两束光束入射观察者瞳孔500，基于单目多图像实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。图12中，x向会聚点I_S1、和I_S2落入和观察者瞳孔500，基于单目多图像进行显示。实际上，观察者瞳孔500也可以偏离x向会聚点所处面。此时，观察者瞳孔500可能无法接收到两个像素组的像素所投射全部光束。实际上，不同二维投射图像的不同部分可以拼连形成拼合型二维投射图像。该类拼合型二维投射图像所包含像素的数目，等于二维投射图像的像素数目，其像素分布范围和二维投射图像的像素分布范围一致。实现单目多图像显示，要求在一个循环周期内，投射至观察者瞳孔500至少两个二维图像，该两个二维图像可以是二维投射图像，也可以是拼合型二维投射图像。或者说，要求“在各循环周期内，非正交特性显示器件320各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔500的光束的束数，至少等于两个非正交特性像素组所包含像素的个数”。此时，过一个显示物点，也会有两束光束入射观察者瞳孔500，从而基于单目多图像进行显示。

线状非正交特性光源的存在，使各像素所投射并入射观察者瞳孔500所处区域的光束，于y向是发散的，即为y向发散光束。本实施例所说的“y向发散光束”，指光束于传输方向和y向所成面内具有发散角，即y向发散角。各像素所投射的、入射观察者瞳孔500所处区域的光束沿y向的束腰位置，沿深度z向最优的应尽量设计为靠近显示场景，或者直接处于显示场景范围内。这样的好处在于，来自不同像素的光束叠加形成光点时，其叠加光斑沿y向的尺寸较小，有利于提高该点对观察者单目聚焦的吸引力，并提升显示场景沿y向分辨率。此处所说的沿y向的束腰，指于y向和光束传播方向所成面内的束腰，其也是“虚”的，是眼睛接收到该光束时所感受到的束腰。各像素所投射发散光束的y向束腰位置被设置为靠近甚至置于显示场景处，可以通过光学设计来实现，例如各像素经光波导器件所成像落于透镜型会聚器件50的焦距内，被会聚器件50成虚像。再例如，采用如图2所示由y向凹面柱透镜501和凸透镜502构建的会聚器件50，其y向凹面柱透镜仅沿y向进行位相调制。来自各像素的y向发散光束，经y向凹面柱透镜镜501发散，调制引导该y向发散光束的y向束腰至凸透镜502的焦距范围内而成虚像。需要注意的是，y向凹面柱透镜501和凸透镜502所组成的会聚器件50，将导致各像素不再有严格意义上的对应像。此时，单目多图像显示的实现，也要求遵循上述要求：“一个循环周期内，投射至观察者瞳孔500的光束的束数，至少等于两个非正交特性像素组所包含像素的个数”。此时，某像素所投射光束的矢向，例如上述矢向“1”，于y向和传输方向所组成面内的矢向分量，往往选择指向观察者瞳孔500，或观察者瞳孔500最常出现的位置。

另一类非正交特性光源的为点光源。如图12右下角虚线框②所示，M＝3个点状非正交特性光源沿x向排列。该M＝3个点状非正交特性光源S₁、S₂、S₃投射光束分别会聚于各自对应会聚点I_S1、I_S2、I_S3。观察者瞳孔500处于会聚点所处面。不同于线状非正交特性光源的情况，采用点状非正交特性光源时，各非正交特性光源经会聚器件的会聚点沿x向和y向均为点状。为了图示的清晰可见，图12中以较大的圆圈“○”表示各点状非正交特性光源。考虑像素结构导致的衍射和实际的物理光源并不可能是理想的点光源，各像素出射光束传输时，会具有一定的发散角。实际上，考虑光强，各点状光源可能会有意设计为具有一定的尺寸。该发散角应设计为足够小，以保证各像素所投射并入射观察者瞳孔500所处区域的光束，于xy面内，其光强值大于50％光强极大值的光分布区域尺寸小于观察者瞳孔500尺寸。该情况下，若至少两个非正交特性光源投射光束的会聚点被观察者瞳孔500覆盖时，也即非正交特性光源投射光束的相邻会聚点间距小于观察者瞳孔500直径D_p时，该至少两个非正交特性光源对应的至少两个二维投射图像所携带光信息，经观察者瞳孔500被对应眼睛接收。则，过一个显示物点，至少两束光束入射观察者瞳孔500，从而基于单目多图像实现无聚焦-会聚冲突的三维显示。图12中，会聚点I_S1和I_S2落入观察者瞳孔500的情况，可基于单目多图像进行显示。

如果仅有一个点状非正交特性光源投射光束的会聚点落入观察者瞳孔500时，也即相邻会聚点间距大于观察者瞳孔500直径D_p时，该非正交特性光源对应二维投射图像经观察者瞳孔500被对应眼睛接收。可基于麦克斯韦投射进行于聚焦-会聚冲突的克服。

实际上，观察者瞳孔500也可以偏离会聚点所处面。此时，观察者瞳孔500可能无法接收到一个完整二维投射图像对应的所有光束，例如偏离该二维投射图像对应会聚点较远时。实际上，不同二维投射图像的不同部分可以拼连形成拼合型二维投射图像，该类拼合型二维投射图像所包含像素的数目，最优地等于二维投射图像的像素数目，其像素分布范围和二维投射图像的像素分布范围一致。实现单目多图像显示，要求在一个循环周期内，投射至观察者瞳孔500至少两个二维图像，该两个二维图像中的各二维图像，可以为二维投射图像，也可以是拼合型二维投射图像。或者说，要求“在各循环周期内，非正交特性显示器件320各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔500的光束的束数，至少等于两个非正交特性像素组所包含像素的个数”。当投射至观察者瞳孔500的光束的束数介于一个非正交特性像素组所包含像素的个数和一个非正交特性像素组所包含像素的个数之间时，单目多图像和麦克斯韦投射两种机制共同作用，也可以实现单目的自由聚焦。

非正交特性光源为点光源时，非正交特性光源的排列，也可以扩展至二维方向。本实施例中，非正交特性光源沿一维或二维分布的描述中，所述“一维或二维”中的“维”，可以是沿直线的维度，也可以是沿曲线的维度。

上述过程中，当M较小时，所投射M个二维投射图像包含的光束中，入射察者瞳孔500部分可能无法达到进行单目多图像或麦克斯韦投射显示的要求，例如上述观察者瞳孔500偏离非正交特性光源投射光束的会聚点或x向聚点所处面较远时。这时，更大的M可以在一个循环周期内的更多时间点，向观察者瞳孔500所处区域引导投射更多二维投射图像，以利于单目多图像或麦克斯韦投射显示要求的面满足。另外，向观察者瞳孔500所处区域引导投射更多二维投射图像，其对应光束可以于观察者瞳孔500附近覆盖更大的空间，从而为观察者瞳孔500构建空间更大的视区(eye-box)，以保证观察者瞳孔500发生一定的位移时，单目多视图或麦克斯韦投射显示的要求依然能满足。本实施例所述“观察者瞳孔所处区域”，指的是包含了该所述视区的区域。实际上，各像素投射光入射观察者瞳孔500所处区域时的矢向、位置，和光源投射光经中继器件20后的形态(平行光、发散光、会聚光)、非正交特性显示器件320各像素的特性、非正交特性显示器件320相对于器件40的空间位置、光波导器件40特性(包括耦入器件402和耦出器件404对入射光的调制特性、光波导体401的厚度等)等因素均有关系，需要基于光线追踪等方法进行设计，以更优地满足本专利实现单目多图像或/和麦克斯韦投射法显示的要求。

本实施例所述基于多光源的光波导显示模组作为目镜，对应观察者的一只瞳孔。由两个基于多光源的光波导显示模组作为分别对应观察者左瞳孔500和右瞳孔500′的两个目镜，可以搭建如图13所示的双目显示结构，作为三维显示光学系统，基于单目多图像或/和麦克斯韦投射法实现无聚焦-会聚冲突的双目三维显示。图13中所示各基于多光源的光波导显示模组，部分组件仅以方框代替，比如时序非正交特性光源阵列120、中继透镜20和非正交特性显示器件320分别用方框代替；部分组件或直接被省略，比如光波导器件40的部分组件。此类简化，易于理解，在本实施例以下部分示图中也会出现，不再特意说明。

图12所示光波导器件40，也可以采用由多个组件组成的耦出器件40，以实现扩瞳。此类耦出器件，本专利称之为多组件型耦出器件40。如图14中的半透半反面404a和反射面404b，是多组件型耦出器件40的两个组件。同一像素投射光经多组件型耦出器件40的不同组件，因出射点不同而成为不同矢向的光束。本专利中，矢向不同或空间位置不同的光束，均被当作不同的矢向光束。对于从显示场景出射的光束，不同矢向光束对应不同的光学信息。而一个光束经多组件型耦出器件40不同组件所耦出的不同光束，携带相同的光信息，需要避免其同时入射观察者瞳孔500。所以，本专利基于多光源的光波导显示模组，要求“各像素在一个时间点，最多仅投射一束光束入射观察者瞳孔500”。在进行扩瞳时，需要来自同一像素、被多组件型耦出器件404的不同组件耦出的不同光束，其于观察者瞳孔500所处面上具有具够大的空间间距，以保证它们不能同时入射观察者瞳孔500。如图14所示，来一个像素的、分别经半透半反面404a和反射面404b、沿矢向“4”和“4′”出射的光束，其于观察者瞳孔500所在面上的间距d₁要大于观察者瞳孔500的直径D_p。此时，所述基于多光源的光波导显示模组需要引入追踪器件90，实时跟踪确定观察者瞳孔500的空间位置，对各像素，于该像素投射光经所述多组件型耦出器件404的不同组件所耦出的不同光束中，具体确定哪一束入射观察者瞳孔500，然后根据该入射观察者瞳孔500的光束的矢向，确定该像素的加载信息：各像素所加载信息为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔500的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔500所在面交点上的投影信息。

上述各图中，耦入器件402和耦出器件404均以反射面或半透半反面为例进行说明。实际上，所述基于多光源的光波导显示模组中的光波导器件40，可以采用其它各种类型的光波导器件，如图15中以光栅或全息器件作为耦入器件402和耦出器件404的光波导器件。此时，若进行扩瞳，耦出器件404也同样需要被设计为多组件型耦出器件，其相邻组件可以毗邻连接，也可以重叠，甚至部分共用地发生重叠。一个像素投射光入射多组件型耦出器件404的一个组件时，部分被耦出器件404耦出，沿相应矢向入射观察者出瞳500所处区域，另一部分遵循反射规律被反射面403a,403b反射，然后再次入射多组件型耦出器件404的其它组件，如此重复。该相邻两次被耦出的光束，于观察者瞳孔500所处面上的间距要设计为大于观察者瞳孔500直径D_p。基于多光源的光波导显示模组中还可以进一步引入补偿单元80，置于外部环境和光波导器件40之间，如图15，用于在会聚器件50对外部环境入射光产生影响时，消除该影响。

会聚器件50的功能也可以被复合到其它组件，比如具有反射凹透镜功能的全息器件可以作为复合了会聚器件50的耦出器件404，如图16所示器件404。耦出器件404，包括复合了会聚器件50的耦出器件404，可以设计为仅对沿光波导体401由反射面403a,403b反射传输而来的光起调制作用，对外部环境沿其它角度入射而来的光不起调制作用，即具有角度选择特性。图16中耦入器件402取为反射面。

值得注意的是，考虑扩瞳时，各像素所投射光经多组件型耦出器件404所耦出的至少两束光束，经会聚器件50可能存在无法避免地同时入射观察者瞳孔500的情况。例如，图14中，光束矢向“4”和“4′”经会聚器件50将会聚于其焦平面。若观察者瞳孔500恰好处于该焦平面，则无法避免该像素因扩瞳所投射的非单一光束同时入射观察者瞳孔500。采用多组件型会聚器件50，可以帮助解决该问题。所述多组件型会聚器件50由多个组件组成，例如由多个透镜作为组件组成，如图17所示的透镜50a和透镜50b。该多组件型会聚器件50的各组件和多组件型耦出器件404的各组件一一对应，多组件型会聚器件50的各组件分别对应引导多组件型耦出器件404的各组件所耦出光。通过设计各像素因扩瞳所投射非单一光束的空间分布，确保各像素所投射的两束或多束光束不同时入射观察者瞳孔500。图17所示示例中，透镜50a和50b为多组件型会聚器件50的两个组件，透镜50a负责引导多组件型耦出器件404的组件反射面404a所耦出光，透镜50b负责引导多组件型耦出器件404的组件反射面404b所耦出光。合理设计下，各像素出射光因扩瞳所投射的、分别经透镜50a和50b的两束光束，如图17中的5和5′，可以不同时入射观察者瞳孔500。同样，多组件型会聚器件50也可以复合于多组件型耦出器件404。此时，多组件型会聚器件50的各组件对应复合于多组件型耦出器件404的各组件，如图18中的404a和404b。该情况下，若复合了多组件型会聚器件50的多组件型耦出器件404具有角度选择特性，例如以全息器件作为该复合了多组件型会聚器件50的多组件型耦出器件404，其仅对沿光波导体401由反射面403a,403b反射而来的光起调制作用，对外部环境沿其它角度入射而的光不起调制作用，则所述基于多光源的光波导显示模组，可以无需补偿单元80地用做AR光学系统的目镜

图12所示实例中，各非正交特性光源的发光点出射光经中继器件20，以对应平行光的形态入射非正交特性显示器件320。实际上，各非正交特性光源的发光点出射光经中继器件20也可以时非平行光。例如，非正交特性光源的发光点出射光经中继器件20以会聚光入射光波导器件40，可以将各非正交特性光源出射光的会聚点向会聚器件50拉近。

如上所述，本实施例基于多光源的光波导显示模组于各循环周期，可以投射待现实场景的的M个二维投射图像。更大的M值，要求非正交特性显示器件320具有更高的刷新频率，以保证具够的显示频率(显示频率＝非正交特性显示器件320刷新频率/M)来避免闪烁效应。为了进一步增大本实施例基于多光源的光波导显示模组所能投射的二维投射图像的数目，可以进一步的利用N≧2个基于多光源的光波导显示模组作为基元模组，堆叠搭建堆叠型基于多光源的光波导显示模组，提高所能投射的二维投射图像的数目至N×M。以N＝2个基于多光源的光波导显示模组作为基元模组为例，堆叠型基于多光源的光波导显示模组如图19所示。时序非正交特性孔径阵列120和120′的各M＝3个非正交特性光源，在三个相邻时间点组成的循环周期内，分别时序打开。也即在一个时间点，N＝2个分别来自N＝2基元模组的非正交特性光源，同步打开，非正交特性显示器件320和320′的各像素按上述方法同步进行信息加载。则在一个时间点，向观察者瞳孔500所处区域投射的二维投射图像数量增加了N-1＝1倍，然后进行麦克斯韦投射或单目多图像显示。堆叠型基于多光源的光波导显示模组中，根据需要，各基元模组可以共用控制器件500、会聚器件50、补偿器件80。图19中的基元模组，其耦出器件404也可以为多组件型耦出器件，进一步地，其会聚器件50也可以是多组件型会聚器件。对最后一种情况，多组件型会聚器件50复合于多组件型耦出器件404时，所述基于多光源的光波导显示模组的结构最为简单。

M个非正交特性光源中，观察者瞳孔500仅需要其中K个非正交特性光源作为背光源所投射的二维投射图像，即可实现麦克斯韦投射或单目多图像显示时，根据追踪器件90所确定观察者瞳孔500空间位置，由控制器件60实时选择所需要的K个非正交特性光源作为有效非正交特性光源，此处2≦K<M。控制器件60控制该K个有效非正交特性光源在相邻K个时间点形成的各有效循环周期内时序开关，并同步以对应光信息刷新非正交特性显示器件320各像素，也可以降低对非正交特性显示器件320刷新频率和非正交特性数目的要求。当然，该方法也可以扩展至堆叠型基于多光源的光波导显示模组，从N×M个非正交特性光源中选择K个非正交特性光源作为有效非正交特性光源，此时K的取值范围也相应调整为2≦K<N×M。

非正交特性显示器件320和光波导器件40之间还可以置入辅助中继器件70，更好地引导非正交特性显示器件320投射光入射光波导器件40。该辅助中继器件70可以是缩放器件701，由图20所示透镜701a和透镜701b组建，用以调整非正交特性显示器件320投射光于入瞳405处的尺寸。其中透镜701a和透镜701b之间的距离最优地等于它们的焦距f₁和f₂之和。所述辅助中继器件70也可以是滤波组件702，由图20所示透镜701a、透镜701b和滤波孔径阵列701c组建。其中透镜701a和透镜701b之间的距离等于它们的焦距f₁和f₂之和，滤波孔径阵列701c置于透镜701a和透镜701b共同焦平面上，其各孔径分别对应各非正交特性光源，用来滤除对应非正交特性光源所投射背光入射非正交特性显示器件320时所产生的高阶衍射项。对于点状光源，滤波孔径阵列701c的孔径为小孔；对于线状光源，滤波孔径阵列701c的孔径设计为狭缝。其中701a和透镜701b之间的距离也可以不等于它们的焦距f₁和f₂之和，只要滤波孔径阵列701c被置于透镜701a的焦平面，可以进行滤波。所述辅助中继器件70也可以是偏转引导器件703，例如反射镜，反射偏转来自非正交特性显示器件320的投射光，引导其入射入瞳405。

上述相关各图中，非正交特性显示器件320也可以是反射式显示器件，此时时序非正交特性光源阵列120和中继器件20需要相应调整和非正交特性显示器件320之间的空间方位关系。本实施例2中，非正交特性光源和非正交特性显示器件的命名，仅是基于实施例1所述正交特性光源和正交特性显示器件，相对命名的，并不是强制要求它们不得具有某些特性。实际上，在一个时间点，一个光源所投射光作为背光入射时，显示器件上所有像素均可通过调制入射光束，加载并投射光信息，则该光源和显示器件即为所述非正交特性光源和非正交特性显示器件。

本发明的核心思想是引入时序开关的光源阵列至光波导显示引擎中，通过光源的时序复用，向观察者瞳孔500投射待显示场景的一个或至少两个二维投射图像，搭建基于麦克斯韦投射法或单目多图像实现聚焦-会聚冲突的克服的显示模组，其中部分地利用线状光源的设计缓解该显示模组对光源数量的过高要求，部分利用正交特性的设计提高该显示模组所能投射二维投射图像数量，并利用光波导器件的轻薄结构，薄化所述显示模组的结构。

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。现有的各种光波导显示引擎，均为作为本专利的光波导器件使用，例如用由三个单色光波导器件堆叠而成的、可进行彩色光信息投射的光波导显示引擎。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.基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，包括：

时序正交特性光源阵列(110)，包括M个正交特性光源，在相邻M个时间点组成的各循环周期内时序打开，且在一个时间点仅一个正交特性光源打开，其中M≧2；

其中，各正交特性光源分别由L个正交特性子光源组成，该L个正交特性子光源和L种正交特性一一对应，各正交特性子光源仅出射对应正交特性的光，其中L≧2；

中继器件(20)，置于与时序正交特性光源阵列(110)对应的位置，用于调制所述时序正交特性光源阵列(110)出射光，降低其各正交特性子光源出射光的发散度；

正交特性显示器件(310)，包括多个像素，该正交特性显示器件(310)位于与中继器件(20)对应的位置，使得正交特性显示器件(310)以经所述中继器件(20)来自于时序正交特性光源阵列(110)的光为背光，加载并投射光信息；

且在正交特性显示器件(310)的像素中，沿至少一个方向，间隔(L-1)个像素的像素分别成组，使得正交特性显示器件(310)的像素被划分为L个正交特性像素组，所述L个正交特性像素组和各正交特性光源的L个正交特性子光源分别一一对应，各正交特性像素组的像素仅允许对应正交特性子光源所投射光入射并加载、投射光信息，截止其它非对应正交特性子光源所投射光；

光波导器件(40)，包括光波导体(401)、入瞳(405)、耦入器件(402)、反射面(403a,403b)、耦出器件(404)和出瞳(406)，该光波导器件(40)置于与正交特性显示器件(310)对应的位置使得正交特性显示器件(310)投射的光能够经入瞳(405)入射光波导体(401)，该光波导器件(40)通过耦入器件(402)和反射面(403a,403b)，引导经入瞳(405)入射的所述正交特性显示器件(310)投射光于光波导体(401)内传输，并被耦出器件(404)经出瞳(406)耦出；

会聚器件(50)，置于与耦出器件(404)对应的位置，用于调制所述耦出器件(404)的耦出光，引导来自所述时序正交特性光源阵列(110)的任一正交特性光源的、经所述耦出器件(404)的耦出光向观察者瞳孔(500)所处区域会聚传输；

控制器件(60)，该控制器件(60)分别与所述时序正交特性光源阵列(110)和所述正交特性显示器件(310)连接，用于控制所述时序正交特性光源阵列(110)的M个正交特性光源在相邻M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地依次打开，并控制同步加载对应光信息至所述正交特性显示器件(310)各像素；

该基于多光源的光波导显示模组被设置为使得其正交特性显示器件(310)各像素在一个时间点，最多仅投射一束光束入射观察者瞳孔(500)，其对应加载光信息，为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔(500)所处区域的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔(500)所在面交点上的投影信息。

2.根据权利要求1所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，所述各正交特性子光源为线光源，在各循环周期内，正交特性显示器件(310)各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔(500)的光束的束数，至少等于两个正交特性像素组所包含像素的个数。

3.根据权利要求1所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，所述各正交特性子光源为点光源，在各循环周期内，正交特性显示器件(310)各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至观察者瞳孔(500)的光束的束数，至少等于一个正交特性像素组所包含像素的个数。

4.根据权利要求1所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，所述会聚器件(50)被复合于耦出器件(404)。

5.根据权利要求2-3任一项所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，还包括辅助中继器件(70)，置于正交特性显示器件(310)和光波导器件(40)之间，用于调制光波导器件(40)的入射光。

6.根据权利要求5所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，辅助中继器件(70)为缩放器件(701)，用于调整正交特性显示器件(310)投射光于入瞳(405)处的尺寸，引导正交特性显示器件(310)投射光入射耦入器件(402)。

7.根据权利要求5所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，辅助中继器件(70)为滤波组件(702)，该滤波组件(702)通过光学变换生成正交特性显示器件(310)的谱面，并于该谱面上进行滤波。

8.根据权利要求5所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，辅助中继器件(70)为偏转引导器件(703)，用于偏转引导正交特性显示器件(310)投射光入射耦入器件(402)。

9.根据权利要求2-3任一项所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，还包括补偿单元(80)，置于外部环境和光波导器件(40)之间，消除会聚器件(50)对外部环境入射光的影响。

10.根据权利要求2-3任一项所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，还包括与该控制器件(60)连接的追踪器件(90)，用于实时跟踪确定观察者瞳孔(500)的空间位置。

11.根据权利要求10所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，根据追踪器件(90)所确定观察者瞳孔(500)的空间位置，由控制器件(60)实时选择时序正交特性光源阵列(110)的M个正交特性光源中的K个作为有效正交特性光源，由控制器件(60)控制该K个有效正交特性光源在相邻K个时间点组成的各有效循环周期内时序开关工作，并同步以对应光信息刷新正交特性显示器件(310)各像素，其中2≦K<M。

12.根据权利要求10所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，该控制器件(60)能够在各时间点，根据追踪器件(90)所确定观察者瞳孔(500)的空间位置选择一个投射光入射观察者瞳孔500的正交特性光源作为有效正交特性光源，控制该有效正交特性光源的L个正交特性子光源打开，并同步以对应光信息刷新正交特性显示器件(310)各像素。

13.基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，包括：

时序非正交特性光源阵列(120)，包括M个非正交特性光源，在相邻M个时间点组成的各循环周期内时序打开，且在一个时间点仅一个非正交特性光源打开，其中M≧2；

中继器件(20)，置于与时序非正交特性光源阵列(120)对应的位置，用于调制所述时序非正交特性光源阵列(120)出射光，降低其各非正交特性光源出射光的发散度；

非正交特性显示器件(320)，包括多个像素，该非正交特性显示器件(320)位于与中继器件(20)对应的位置，使得各时间点，该非正交特性显示器件(320)被经所述中继器件(20)的、来自于所述时序非正交特性光源阵列(120)的背光覆盖，加载并投射光信息；

光波导器件(40)，包括光波导体(401)、入瞳(405)、耦入器件(402)、反射面(403a,403b)、耦出器件(404)和出瞳(406)，该光波导器件(40)置于与非正交特性显示器件(320)对应的位置使得非正交特性显示器件(320)投射的光能够经瞳(405)入射光波导体(401)，该光波导器件(40)通过耦入器件(402)和反射面(403a,403b)，引导经入瞳(405)入射的所述非正交特性显示器件(320)投射光于光波导体(401)内传输，并被耦出器件(404)经出瞳(406)耦出；

会聚器件(50)，置于与耦出器件(404)对应的位置，调制所述耦出器件(404)的耦出光，引导来自所述时序非正交特性光源阵列(120)的任一非正交特性光源的、经所述耦出器件(404)的耦出光向观察者瞳孔(500)所处区域会聚传输；

控制器件(60)，该控制器件(60)分别与所述时序非正交特性光源阵列(120)和所述非正交特性显示器件(320)连接，用于控制所述时序非正交特性光源阵列(120)的M个非正交特性光源在相邻M个时间点组成的各循环周期，一个时间点仅一个地依次打开，并控制同步加载对应光信息至所述非正交特性显示器件(320)各像素；

该基于多光源的光波导显示模组被设置为使得其非正交特性显示器件(320)各像素在一个时间点，最多仅投射一束光束入射观察者瞳孔(500)，其对应加载光信息，为沿该像素所投射的、入射观察者瞳孔(500)所处区域的光束的矢向，待显示场景于该矢向与观察者瞳孔(500)所在面交点上的投影信息，且在各循环周期内，非正交特性显示器件(320)各像素在有对应光信息加载的情况下，投射至少两束光束入射观察者瞳孔(500)。

14.根据权利要求13所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，所各非正交特性光源为线光源。

15.根据权利要求13所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，所述各非正交特性光源为点光源。

16.根据权利要求13所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，所述会聚器件(50)被复合于耦出器件(404)。

17.根据权利要求13所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，还包括辅助中继器件(70)，置于非正交特性显示器件(320)和光波导器件(40)之间，用于调制光波导器件(40)的入射光。

18.根据权利要求17所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，辅助中继器件(70)为缩放器件(701)，用于调整正交特性显示器件(310)投射光于入瞳(405)处的尺寸，引导正交特性显示器件(310)投射光入射耦入器件(402)。

19.根据权利要求17所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，辅助中继器件(70)为滤波组件(702)，该滤波组件(702)通过光学变换生成正交特性显示器件(310)的谱面，并于该谱面上进行滤波。

20.根据权利要求17所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，辅助中继器件(70)为偏转引导器件(703)，用于偏转引导正交特性显示器件(310)投射光入射耦入器件(402)。

21.根据权利要求13所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，还包括补偿单元(80)，置于外部环境和光波导器件(40)之间，用于消除会聚器件(50)对外部环境入射光的影响。

22.根据权利要求13所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，还包括与该控制器件(60)连接的追踪器件(90)，用于实时跟踪确定观察者瞳孔(500)的空间位置。

23.根据权利要求22所述的基于多光源的光波导显示模组，其特征在于，根据该追踪器件(90)所确定观察者瞳孔(500)的空间位置，所述控制器件(60)能够实时选择时序非正交特性光源阵列(120)的M个非正交特性光源中的K个作为有效非正交特性光源，控制器件(60)能够控制该K个有效非正交特性光源在相邻K个时间点组成的各有效循环周期内时序开关工作，并同步以对应光信息刷新非正交特性显示器件(320)各像素，其中2≦K<M。