三维显示设备、三维成像设备、以及显示三维图像的方法与流程

本发明涉及显示技术，更具体地，涉及用于向视区提供多个视点的三维显示设备、用于分别向左眼和右眼提供多个视区的三维成像设备、以及利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的方法。

背景技术

已经开发了各种三维显示系统。三维显示系统的示例包括视差屏障系统、液晶快门式眼镜、偏光式眼镜等。为了显示三维图像，通常，在显示面板上显示左眼图像和右眼图像。使用诸如视差屏障系统的三维显示系统的观看者能够用他/她的左眼观看左眼图像，并且用他/她的右眼观看右眼图像，从而感知到三维图像。

技术实现要素：

在一方面，本发明提供了一种用于向视区提供多个视点的三维显示设备，包括：显示面板，其构造为分别在多个显示子区域显示多个第一子图像并且分别在所述多个显示子区域显示多个第二子图像，所述多个第一子图像和所述多个第二子图像以第一时间相继次序显示，使得在所述多个显示子区域中的同一个中显示的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个在不同时间点显示；主透镜，其位于所述显示面板与所述视区之间，并且构造为将所述多个第一子图像中的每一个聚焦至第一视点以及将所述多个第二子图像中的每一个聚焦至第二视点，从而显示三维图像，第一视点和第二视点位于同一视区内，第二视点不同于第一视点；和背光源，其包括多个第一光源和多个第二光源，所述多个第一光源构造为为显示面板提供背光以分别显示所述多个第一子图像，所述多个第二光源构造为为显示面板提供背光以分别显示所述多个第二子图像；其中，所述多个第一光源和所述多个第二光源构造为以与第一时间相继次序相对应的第二时间相继次序点亮。

可选地，三维显示设备还包括：位于显示面板与背光源之间的微透镜阵列；其中，微透镜阵列包括分别与所述多个显示子区域相对应的多个微透镜；所述多个第一光源分别大致位于所述多个微透镜的焦点处；所述多个第二光源分别大致位于所述多个微透镜的焦点处；所述多个微透镜中的每单独一个构造为将所述多个第一光源中的对应一个提供的背光聚焦至所述多个显示子区域中的对应一个，从而显示所述多个第一子图像中的对应一个，并且构造为将所述多个第二光源中的对应一个提供的背光聚焦至所述多个显示子区域中的所述对应一个，从而显示所述多个第二子图像中的对应一个。

可选地，所述多个微透镜中的每一个的焦距在约0.1mm至约5mm的范围内。

可选地，所述多个微透镜布置为微透镜的阵列，微透镜的阵列中的每个微透镜的截面具有实质上六边形形状。

可选地，所述多个第一光源和所述多个第二光源中的每一个包括第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件。

可选地，位于所述多个第一光源中的对应一个中的第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件构造为时间上顺序地点亮；并且，位于所述多个第二光源中的对应一个中的第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件构造为时间上顺序地点亮。

可选地，所述多个第一光源和所述多个第二光源中的每一个的尺寸在约10μm至约200μm的范围内。

可选地，通过所述多个显示子区域中的同一个中的两个不同像素集合产生与所述多个显示子区域中的该同一个相对应的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个，所述两个不同像素集合不具有共同的像素。

可选地，三维显示设备还包括：位于微透镜阵列与背光源之间的光阑(lensscreen)；光阑具有多个开口，其构造为分别使得从所述多个第一光源和所述多个第二光源发出的光从其透过。

可选地，三维显示设备还包括：实质上透明的光学材料层，其将微透镜阵列与背光源间隔开。

可选地，主透镜和显示面板被间隔开等于或小于5cm的距离。

可选地，同一视区是观看者的同一眼睛。

可选地，第一视点和第二视点被间隔开不大于2.5mm的距离。

可选地，显示面板为液晶显示面板。

在另一方面，本发明提供了一种用于分别向左眼和右眼提供多个视区的三维成像设备，包括：第一三维显示设备和第二三维显示设备，第一三维显示设备和第二三维显示设备中的每一个是本文描述的三维显示设备；其中，第一三维显示设备构造为将第一显示面板显示的多个第一子图像中的每一个聚焦至左眼的第一视点，并将第一显示面板显示的多个第二子图像中的每一个聚焦至左眼的第二视点；并且，第二三维显示设备构造为将第二显示面板显示的多个第一子图像中的每一个聚焦至右眼的第一视点，并将第二显示面板显示的多个第二子图像中的每一个聚焦至右眼的第二视点。

在另一方面，本发明提供了一种利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的方法；其中，所述三维显示设备包括：显示面板，其构造为分别在多个显示子区域中显示多个第一子图像并且分别在所述多个显示子区域中显示多个第二子图像；主透镜，其位于所述显示面板与所述视区之间，并且构造为将所述多个第一子图像中的每一个聚焦至第一视点以及将所述多个第二子图像中的每一个聚焦至第二视点，从而显示三维图像，第一视点和第二视点位于同一视区内，第二视点不同于第一视点；背光源，其包括多个第一光源和多个第二光源，所述多个第一光源构造为为显示面板提供背光以分别显示所述多个第一子图像，所述多个第二光源构造为为显示面板提供背光以分别显示所述多个第二子图像；其中，所述方法包括：通过以与第一时间相继次序相对应的第二时间相继次序点亮所述多个第一光源和所述多个第二光源来以第一时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像；以及，根据第一时间相继次序在不同时间点显示所述多个显示子区域中的同一个中所显示的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个。

可选地，所述多个第一光源和所述多个第二光源中的每一个包括第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件；其中，所述方法包括：时间上顺序地点亮位于所述多个第一光源中的对应一个中的第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件；并且，时间上顺序地点亮位于所述多个第二光源中的对应一个中的第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件。

可选地，三维显示设备还包括：位于显示面板与背光源之间的微透镜阵列；其中，微透镜阵列包括分别与所述多个显示子区域相对应的多个微透镜；所述多个第一光源分别大致位于所述多个微透镜的焦点处；所述多个第二光源分别大致位于所述多个微透镜的焦点处；其中所述方法还包括：分别通过所述多个微透镜将所述多个第一光源提供的背光聚焦至所述多个显示子区域，从而显示所述多个第一子图像；以及，分别通过所述多个微透镜将所述多个第二光源提供的背光聚焦至所述多个显示子区域，从而显示所述多个第二子图像。

可选地，第一时间相继次序包括：在第一时间点显示所述多个第一子图像中的一个或多个但是不显示所述多个第二子图像中的任一个；在第二时间点显示所述多个第二子图像中的一个或多个但是不显示所述多个第一子图像中的任一个；其中，所述第二时间相继次序包括：在第一时间点点亮与所述多个第一子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第一光源中的一个或多个但是不点亮所述多个第二光源中的任一个；以及，在第二时间点点亮与所述多个第二子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第二光源中的一个或多个但是不点亮所述多个第一光源中的任一个。

可选地，第一时间相继次序包括：在第一时间点显示所述多个第一子图像中的一个或多个和所述多个第二子图像中的一个或多个的组合；以及，在第二时间点显示所述多个第二子图像中的一个或多个和所述多个第一子图像中的一个或多个的组合；其中，所述第二时间相继次序包括：在第一时间点点亮与所述多个第一子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第一光源中的一个或多个和与所述多个第二子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第二光源中的一个或多个的组合；以及，在第二时间点点亮与所述多个第二子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第二光源中的一个或多个和与所述多个第一子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第一光源中的一个或多个的组合。

可选地，同一视区是观看者的同一眼睛。

附图说明

以下附图仅为根据所公开的各种实施例的用于示意性目的的示例，而不旨在限制本发明的范围。

图1是示出根据本公开的一些实施例中的用于向视区提供多个视点的三维显示设备的结构的示意图。

图2a和图2b示出了根据本公开的一些实施例中的利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的过程。

图3a和图3b示出了根据本公开的一些实施例中的利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的过程。

图4示出了根据本公开的一些实施例中的人眼利用三维显示设备观察到的虚拟图像。

图5a是根据本公开的一些实施例中的微透镜阵列的三维示图。

图5b是根据本公开的一些实施例中的微透镜阵列的平面示图。

图6示出了根据本公开的一些实施例中的多个显示子区域之一。

图7a至图7f示出了根据本公开的一些实施例中的利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的过程。

图8是示出根据本公开的一些实施例中的三维成像设备的结构的示意图。

图9示出了根据本公开的一些实施例中的一对人眼利用三维成像设备观察到的虚拟图像。

具体实施方式

现在将参照以下实施例更具体地描述本公开。需注意，以下对一些实施例的描述仅针对示意和描述的目的而呈现于此。其不旨在是穷尽性的或者受限为所公开的确切形式。

在实际生活环境中，当人眼观看一定距离处的对象时，单眼会聚(convergence)位置实质上与双眼会聚位置相同，例如，两者均实质上处于所观看的对象。当观看者使用常规三维成像设备(例如，视差三维系统)观看三维图像时，显示屏幕仅对于双眼视差图像提供光场信息，而不提供单眼会聚所需的光场信息，例如，光线的方向。因此，在常规三维成像设备中，单眼会聚位置总是位于显示屏幕处，而双眼会聚距离位于处于一定距离远的虚拟对象处。单眼会聚距离与双眼会聚距离之间的这种不一致性导致观看不适，比如头晕。

因此，本公开特别提供了用于向视区提供多个视点的三维显示设备、用于分别向左眼和右眼提供多个视区的三维成像设备、以及利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的方法，其实质上避免了由于相关技术的局限和缺点而导致的问题中的一个或多个。在一方面，本公开提供了一种用于向视区提供多个视点的三维显示设备。在一些实施例中，三维显示设备包括：显示面板，其构造为分别在多个显示子区域显示多个第一子图像并且分别在所述多个显示子区域显示多个第二子图像，所述多个第一子图像和所述多个第二子图像以第一时间相继次序(timesequentialorder)显示，使得在所述多个显示子区域中的同一个中显示的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个在不同时间点显示；主透镜，其位于所述显示面板与所述视区之间，并且构造为将所述多个第一子图像中的每一个聚焦至第一视点以及将所述多个第二子图像中的每一个聚焦至第二视点，从而显示三维图像，第一视点和第二视点位于同一视区内，第二视点不同于第一视点；和背光源，其包括多个第一光源和多个第二光源，所述多个第一光源构造为为显示面板提供背光以分别显示所述多个第一子图像，所述多个第二光源构造为为显示面板提供背光以分别显示所述多个第二子图像。可选地，所述多个第一光源和所述多个第二光源构造为以与第一时间相继次序相对应的第二时间相继次序点亮。

图1是示出根据本公开的一些实施例中的用于向视区提供多个视点的三维显示设备的结构的示意图。参照图1，在一些实施例中，三维显示设备包括：显示面板10，其具有多个显示子区域(例如，c1、c2、c3、c4、c5和c6)；主透镜40，其位于显示面板10与视区vz之间；以及背光源20，其包括多个第一光源21和多个第二光源22。可选地，视区vz包括多个视点，例如，第一视点vp1和第二视点vp2，如图1所示。所述多个第一光源21构造为分别向显示面板10的所述多个显示子区域提供背光(如虚线所示)，并且所述多个第二光源构造为分别向显示面板10的所述多个显示子区域提供背光(如实线所示)。所述多个显示子区域中的每单独一个对应于所述多个第一光源21中的对应一个和所述多个第二光源22中的对应一个，例如，所述多个第一光源21中的所述对应一个和所述多个第二光源22中的所述对应一个构造为向所述多个显示子区域中的同一个提供背光。可选地，所述多个显示子区域实质上彼此不重叠，例如，所述多个显示子区域中的相邻显示子区域不共享任何共同的子像素。

在一些实施例中，显示面板10构造为通过分别为所述多个显示子区域点亮所述多个第一光源21而显示多个第一子图像(例如，a1、a2、a3、a4、a5、a6、...)，以及构造为通过分别为所述多个显示子区域点亮所述多个第二光源22而显示多个第二子图像(例如，b1、b2、b3、b4、b5、b6、...)。可选地，所述多个第一子图像和所述多个第二子图像以第一时间相继次序显示。根据第一时间相继次序，在不同时间点显示所述多个显示子区域中的同一个中的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个。例如，参照图1，子图像a1和子图像b1在同一个显示子区域c1中显示，但是它们在不同时间点显示。主透镜40构造为将显示面板10显示的所述多个第一子图像中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将显示面板10显示的所述多个第二子图像中的每一个聚焦至第二视点vp2，从而显示三维图像。

各种适当显示面板可用于当前三维显示设备中。可选地，显示面板为需要背光的显示面板。可选地，显示面板为自发光显示面板。适当显示面板的示例包括液晶显示面板、有机发光二极管显示面板、微发光二极管显示面板、硅上液晶(liquidcrystalonsilicon)显示面板。可选地，液晶显示面板包括彩膜。可选地，液晶显示面板不包括彩膜，并且液晶显示面板的背光包括不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的多个发光元件。

如图1所示，分别从与所述多个显示子区域中的同一个相对应的所述多个第一光源21中的对应一个和所述多个第二光源22中的对应一个发出的光以不同发光角度传输，使得与所述多个显示子区域中的该同一个相对应的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个被主透镜分别聚焦至第一视点vp1和第二视点vp2。例如，与显示子区域c1相对应的所述多个第一光源21中的一个和所述多个第二光源22中的一个以不同发光角度发光。通过所述多个第一光源21中的该一个提供的背光而产生的子图像a1和通过所述多个第二光源22中的该一个提供的背光而产生的子图像b1被主透镜分别聚焦至第一视点vp1和第二视点vp2。

在一些实施例中，所述多个第一光源21和所述多个第二光源22构造为以与第一时间相继次序相对应的第二时间相继次序点亮。因此，显示面板10构造为以第一时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像。例如，在两个相继的时间点分别显示第一组子图像和第二组子图像。可选地，第一组子图像专有地包括所述多个第一子图像中的一个或多个，并且第二组子图像专有地包括所述多个第二子图像中的一个或多个。可选地，第一组子图像包括所述多个第一子图像中的一个或多个和所述多个第二子图像中的一个或多个的组合，例如，第一组子图像包括所述多个第一子图像中的至少一个和所述多个第二子图像中的至少一个。可选地，第二组子图像包括所述多个第二子图像中的一个或多个和所述多个第一子图像中的一个或多个的组合，例如，第二组子图像包括所述多个第一子图像中的至少一个和所述多个第二子图像中的至少一个。

在一些实施例中，显示面板10构造为以第一时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像。例如，在两个相继的时间点分别显示第一组子图像和第二组子图像。可选地，第一组专有地包括所述多个第一子图像中的一个或多个，并且第二组专有地包括所述多个第二子图像中的一个或多个。可选地，第一组包括所述多个第一子图像中的一个或多个和所述多个第二子图像中的一个或多个的组合。可选地，第二组包括所述多个第二子图像中的一个或多个和所述多个第一子图像中的一个或多个的组合。

图2a和图2b示出了根据本公开的一些实施例中的利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的过程。参照图2a，在第一时间点，分别在所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6中产生的第一子图像a1、a2、a3、a4、a5和a6同时地显示。主透镜40将第一子图像a1、a2、a3、a4、a5和a6中的每一个聚焦至第一视点vp1。参照图2b，在第二时间点，分别在所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6中产生的第二子图像b1、b2、b3、b4、b5和b6同时地显示，并且主透镜40将第二子图像b1、b2、b3、b4、b5和b6中的每一个聚焦至第二视点vp2。通过以时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像，并且在同一视区中形成多个视点，可以在视区vz中实现近眼光场(neareyelightfield)，从而实现三维显示。

图3a和图3b示出了根据本公开的一些实施例中的利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的过程。参照图3a，在第一时间点，同时地显示第一子图像a1、a2和a5以及第二子图像b3、b4和b6。主透镜40将第一子图像a1、a2和a5中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二子图像b3、b4和b6中的每一个聚焦至第二视点vp2。参照图3b，在第二时间点，同时地显示第二子图像b1、b2和b5以及第一子图像a3、a4和a6。主透镜40将第二子图像b1、b2和b5中的每一个聚焦至第二视点vp2，并且将第一子图像a3、a4和a6中的每一个聚焦至第一视点vp1。通过以时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像，并且在同一视区中形成多个视点，可以在视区vz中实现近眼光场(neareyelightfield)，从而实现三维显示。

在一些实施例中，第一时间相继次序包括多于两个时间相继点。在一个示例中，第一时间相继次序包括第一时间点、第二时间点和第三时间点。在一个示例中，在第一时间点，同时地显示第一子图像a1和a2以及第二子图像b3和b4，主透镜40将第一子图像a1和a2聚焦至第一视区vp1并将第二子图像b3和b4聚焦至第二视区vp2。在第二时间点，同时地显示第一子图像a3和a4以及第二子图像b5和b6，主透镜40将第一子图像a3和a4聚焦至第一视区vp1并将第二子图像b5和b6聚焦至第二视区vp2。在第三时间点，同时地显示第一子图像a5和a6以及第二子图像b1和b2，主透镜40将第一子图像a5和a6聚焦至第一视区vp1并将第二子图像b1和b2聚焦至第二视区vp2。

再次参照图1，在一些实施例中，主透镜40具有大于或者等于显示面板10的面积的面积，例如，主透镜40在包含显示面板10的主表面的平面上的正投影完全覆盖显示面板10在同一平面上的正投影。主透镜40与显示面板10的主表面实质上平行地布置，并且与显示面板10间隔开距离d。主透镜40可以与显示面板10间隔开任何适当距离。距离d越大，视区vz接收到的杂散光越少。可选地，距离d不大于5cm，例如，在约1cm至约5cm的范围内。

主透镜40可设计为具有各种适当的焦距f1。任何适当分辨率的显示面板10可以用在当前三维显示设备中。焦距f1越大，对显示面板10的分辨率的要求越低。可选地，显示面板10的分辨率大于或等于阈值分辨率。可选地，可以通过将视区vz的角分辨率(例如，人眼的角分辨率，其大约是0.02度)转换为主透镜40所处位置的空间分辨率来导出阈值分辨率。阈值分辨率大约为视点数量与如上所述地获取的空间分辨率的乘积。

在一些实施例中，主透镜40是单个透镜，如图1所示。可选地，主透镜40包括多个子透镜，其构造为将所述多个第一子图像分别聚焦至第一视点vp1，并且构造为将所述多个第二子图像分别聚焦至第二视点vp2。

图1示出了两个视点，例如，第一视点vp1和第二视点vp2。可选地，在每个视区中可以形成多个视点(例如，多于两个视点)。可以用任何方式布置所述多个视点。可选地，所述多个视点具有线性布置。可选地，所述多个视点布置为具有方形图案。可选地，所述多个视点布置为具有放射图案。可选地，所述多个视点布置为具有螺旋图案。在一些实施例中，所述多个视点彼此间隔开不大于普通人的瞳孔的直径的距离。视区中的多个视点的数量越多，眼动范围(eyebox)越大。然而，大数量的多个视点导致分辨率降低。

在一些实施例中，三维显示设备构造为向单个视区(例如，单眼)提供n个视点，n是大于等于2的正整数。显示面板构造为显示分别与n个视点相对应的n个子图像集合。可选地，背光源20包括n个光源集合，其分别构造为为显示面板提供背光以分别显示n个子图像集合。以第一时间相继顺序显示n个子图像集合，并且以与第一时间相继顺序相对应的第二时间相继顺序点亮n个光源集合。

图4示出了根据本公开的一些实施例中的人眼利用三维显示设备观察到的虚拟图像。参照图4，本公开提供的三维显示设备构造为向人眼的第一视点vp1提供多个第一子图像，并且向人眼的第二视点vp2提供多个第二子图像，从而向人眼呈现三维虚拟图像。

在一些实施例中，三维显示设备还包括：微透镜阵列，其位于显示面板的背离主透镜的一侧。参照图1，在一些实施例中，三维显示设备还包括：微透镜阵列30，其位于显示面板10的背离主透镜40的一侧，例如，位于显示面板10与背光源20之间。微透镜阵列30包括分别与所述多个显示子区域相对应的多个微透镜31。所述多个第一光源21分别大致位于所述多个微透镜31的焦点fp处，所述多个第二光源22分别大致位于所述多个微透镜31的焦点fp处。所述多个微透镜31中的每单独一个构造为将所述多个第一光源21中的对应一个提供的背光聚焦至所述多个显示子区域中的对应一个，从而显示所述多个第一子图像中的对应一个，并且构造为将所述多个第二光源22中的对应一个提供的背光聚焦至所述多个显示子区域中的对应一个，从而显示所述多个第二子图像中的对应一个。

在一些实施例中，所述多个微透镜31具有实质上相同的大小、实质上相同的表面积、实质上相同的形状、以及实质上相同的尺寸。所述多个微透镜31中的每一个可具有任何适当形状。所述多个微透镜31中的每一个的适当形状的示例包括方形、六边形、矩形、三角形、圆形等。图5a是根据本公开的一些实施例中的微透镜阵列的三维示图。图5b是根据本公开的一些实施例中的微透镜阵列的平面示图。参照图5a和图5b，在一些实施例中，所述多个微透镜31中的每一个具有六边形形状，所述多个微透镜31形成密堆积微透镜的阵列。可选地，微透镜阵列中的所述多个微透镜31具有间距p。可选地，间距p在约0.8mm至约3.0mm的范围内。

可使用各种适当光学材料来制作微透镜阵列30。用于制作微透镜阵列30的适当光学材料的示例包括透明树脂、玻璃、石英、氮化硅等。

参照图1，所述多个微透镜31中的每一个具有焦距f2。焦距f2可为任何适当值。可选地，焦距f2在约0.1mm至约5mm的范围内，例如，约1mm。

可选地，所述多个第一光源21和所述多个第二光源22中的每一个的尺寸在在约10μm至约200μm的范围内，例如，在约10μm至约50μm的范围内、在约50μm至约100μm的范围内、在约100μm至约150μm的范围内、以及在约150μm至约200μm的范围内。

在第二时间相继次序的一个示例中，在两个相继时间点(例如，第一时间点和第二时间点)分别点亮第一组光源和第二组光源。可选地，第一组光源专有地包括所述多个第一光源21中的一个或多个，并且第二组光源专有地包括所述多个第二光源22中的一个或多个。可选地，第一组光源包括所述多个第一光源21中的一个或多个和所述多个第二光源22中的一个或多个的组合，例如，第一组光源包括所述多个第一光源21中的至少一个和所述多个第二光源22中的至少一个。可选地，第二组光源包括所述多个第二光源22中的一个或多个和所述多个第一光源21中的一个或多个的组合，例如，第二组光源包括所述多个第二光源22中的至少一个和所述多个第一光源21中的至少一个。

第二时间相继次序实质上对应于第一时间相继次序。例如，在第一时间点，同时点亮第一组光源，使得同时显示第一组子图像；在第二时间点，同时点亮第二组光源，使得同时显示第二组子图像。可选地，第一组光源专有地包括所述多个第一光源21中的一个或多个，并且第一组子图像专有地包括所述多个第一子图像中的一个或多个；第二组光源专有地包括所述多个第二光源22中的一个或多个，并且第二组子图像专有地包括所述多个第二子图像中的一个或多个。可选地，第一组光源包括所述多个第一光源21中的一个或多个和所述多个第二光源22中的一个或多个的组合，第一组子图像包括所述多个第一子图像中的一个或多个和所述多个第二子图像中的一个或多个的组合；第二组光源包括所述多个第二光源22中的一个或多个和所述多个第一光源21中的一个或多个的组合，第二组子图像包括所述多个第二子图像中的一个或多个和所述多个第一子图像中的一个或多个的组合。

在一些实施例中，从所述多个第一光源21中的每单独一个发出的光以一定方向传输，使得主透镜40将通过所述多个第一光源21提供的背光而在所述多个显示子区域中显示的所述多个第一子图像中的每一个聚焦至第一视点vp1；并且，从所述多个第二光源22中的每单独一个发出的光以一定方向传输，使得主透镜40将通过所述多个第二光源22提供的背光而在所述多个显示子区域中显示的所述多个第二子图像中的每一个聚焦至第二视点vp2。根据第二时间相继次序，通过顺序地打开或关闭上述第一组光源和第二组光源，来实现时间顺序的显示。

参照图2a，在第一时间点，同时地点亮与所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6分别对应的所述多个第一光源21，从而向所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6提供背光。同时地显示分别在所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6中产生的第一子图像a1、a2、a3、a4、a5和a6。主透镜40将所述多个第一子图像a1、a2、a3、a4、a5和a6中的每一个聚焦至第一视点vp1。参照图2b，在第二时间点，同时地点亮与所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6分别对应的所述多个第二光源22，从而向所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6提供背光。同时地显示分别在所述多个显示子区域c1、c2、c3、c4、c5和c6中产生的第二子图像b1、b2、b3、b4、b5和b6，并且主透镜40将所述多个第二子图像b1、b2、b3、b4、b5和b6中的每一个聚焦至第二视点vp2。通过以第二时间相继次序点亮所述多个第一光源21和所述多个第二光源22，并且通过以第一时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像以在同一视区中形成多个视点，可以在视区vz中实现近眼光场(neareyelightfield)，从而实现三维显示。

参照图3a，在第一时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第一光源21和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第二光源22。同时地显示第一子图像a1、a2和a5以及第二子图像b3、b4和b6。主透镜40将第一子图像a1、a2和a5中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二子图像b3、b4和b6中的每一个聚焦至第二视点vp2。参照图3b，在第二时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第二光源22和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第一光源21。同时地显示第二子图像b1、b2和b5以及第一子图像a3、a4和a6。主透镜40将第二子图像b1、b2和b5中的每一个聚焦至第二视点vp2，并且将第一子图像a3、a4和a6中的每一个聚焦至第一视点vp1。通过以第二时间相继次序点亮所述多个第一光源21和所述多个第二光源22，并且通过以时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像，并在同一视区中形成多个视点，可以在视区vz中实现近眼光场(neareyelightfield)，从而实现三维显示。

在一些实施例中，第一时间相继次序包括多于两个时间相继点,并且第二时间相继次序包括多于两个时间相继点。在一个示例中，第一时间相继次序包括第一时间点、第二时间点和第三时间点，相应地，第二时间相继次序包括第一时间点、第二时间点和第三时间点。在一个示例中，在第一时间点，同时地点亮与显示子区域c1和c2相对应的多个第一光源21和与显示子区域c3和c4相对应的多个第二光源22。同时地显示第一子图像a1和a2以及第二子图像b3和b4。主透镜40将第一子图像a1和a2中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二子图像b3和b4中的每一个聚焦至第二视点vp2。在第二时间点，同时地点亮与显示子区域c3和c4相对应的多个第一光源21和与显示子区域c5和c6相对应的多个第二光源22。同时地显示第一子图像a3和a4以及第二子图像b5和b6。主透镜40将第一子图像a3和a4中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二子图像b5和b6中的每一个聚焦至第二视点vp2。在第三时间点，同时地点亮与显示子区域c5和c6相对应的多个第一光源21和与显示子区域c1和c2相对应的多个第二光源22。同时地显示第一子图像a5和a6以及第二子图像b1和b2。主透镜40将第一子图像a5和a6中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二子图像b1和b2中的每一个聚焦至第二视点vp2。

在一些实施例中，通过两个不同像素集合产生与所述多个显示子区域中的同一个相对应的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个。图6示出了根据本公开的一些实施例中的多个显示子区域之一。参照图6，在一些实施例中，所述多个显示子区域中的该一个包括多个第一像素p1和多个第二像素p2。所述多个第一像素p1构造为产生所述多个第一子图像中的与所述多个显示子区域中的该一个相对应的一个第一子图像。所述多个第二像素p2构造为产生所述多个第二子图像中的与所述多个显示子区域中的该一个相对应的一个第二子图像。因此，在一些实施例中，与所述多个显示子区域中的该同一个相对应的所述多个第一子图像中的该对应一个和所述多个第二子图像中的该对应一个不共享任何共同的像素。可选地，与所述多个显示子区域中的该同一个相对应的所述多个第一子图像中的该对应一个和所述多个第二子图像中的该对应一个是两个不同的图像(例如，一个前景图像和一个背景图像)。可选地，与所述多个显示子区域中的该同一个相对应的所述多个第一子图像中的该对应一个和所述多个第二子图像中的该对应一个是相同图像(但是以不同角度发出并且利用不同像素集合产生)。

在一些实施例中，每个光源(例如，所述多个第一光源21和所述多个第二光源22中的每一个)包括一个或多个发光元件，例如，一个或多个发光二极管。可选地，各光源中的每单独一个中的所述多个发光元件构造为发出同一颜色的光。可选地，各光源中的每单独一个中的所述多个发光元件构造为发出不同颜色的光。在一些实施例中，所述多个第一光源21和所述多个第二光源22中的每一个包括第一颜色的第一发光元件和第二颜色的第二发光元件，例如，第一颜色的第一发光二极管和第二颜色的第二发光二极管。可选地，所述多个第一光源21和所述多个第二光源22中的每一个至少包括三个发光元件，其分别构造为发出三种不同颜色的光，例如，红光、绿光和蓝光。

在一些实施例中，以第三时间相继次序点亮第一颜色的第一发光元件和第二颜色的第二发光元件。可选地，以第三时间相继次序点亮第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件。可选地，第三时间相继次序与上述第一时间相继次序和第二时间相继次序组合地应用。图7a至图7f示出了根据本公开的一些实施例中的利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的过程。参照图7a，在第一时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第一光源21中的红色发光元件和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第二光源22中的红色发光元件。同时地显示第一红色子图像a1-r、a2-r和a5-r以及第二红色子图像b3-r、b4-r和b6-r。主透镜40将第一红色子图像a1-r、a2-r和a5-r中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二红色子图像b3-r、b4-r和b6-r中的每一个聚焦至第二视点vp2。参照图7b，在第二时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第一光源21中的绿色发光元件和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第二光源22中的绿色发光元件。同时地显示第一绿色子图像a1-g、a2-g和a5-g以及第二绿色子图像b3-g、b4-g和b6-g。主透镜40将第一绿色子图像a1-g、a2-g和a5-g中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二绿色子图像b3-g、b4-g和b6-g中的每一个聚焦至第二视点vp2。参照图7c，在第三时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第一光源21中的蓝色发光元件和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第二光源22中的蓝色发光元件。同时地显示第一蓝色子图像a1-b、a2-b和a5-b以及第二蓝色子图像b3-b、b4-b和b6-b。主透镜40将第一蓝色子图像a1-b、a2-b和a5-b中的每一个聚焦至第一视点vp1，并且将第二蓝色子图像b3-b、b4-b和b6-b中的每一个聚焦至第二视点vp2。参照图7d，在第四时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第二光源22中的红色发光元件和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第一光源21中的红色发光元件。同时地显示第二红色子图像b1-r、b2-r和b5-r以及第一红色子图像a3-r、a4-r和a6-r。主透镜40将第二红色子图像b1-r、b2-r和b5-r中的每一个聚焦至第二视点vp2，并且将第一红色子图像a3-r、a4-r和a6-r中的每一个聚焦至第一视点vp1。参照图7e，在第五时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第二光源22中的绿色发光元件和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第一光源21中的绿色发光元件。同时地显示第二绿色子图像b1-g、b2-g和b5-g以及第一绿色子图像a3-g、a4-g和a6-g。主透镜40将第二绿色子图像b1-g、b2-g和b5-g中的每一个聚焦至第二视点vp2，并且将第一绿色子图像a3-g、a4-g和a6-g中的每一个聚焦至第一视点vp1。参照图7f，在第六时间点，同时地点亮与显示子区域c1、c2和c5相对应的多个第二光源22中的蓝色发光元件和与显示子区域c3、c4和c6相对应的多个第一光源21中的蓝色发光元件。同时地显示第二蓝色子图像b1-b、b2-b和b5-b以及第一蓝色子图像a3-b、a4-b和a6-b。主透镜40将第二蓝色子图像b1-b、b2-b和b5-b中的每一个聚焦至第二视点vp2，并且将第一蓝色子图像a3-b、a4-b和a6-b中的每一个聚焦至第一视点vp1。

可以以任何适当方式将第三时间相继次序与上述第一时间相继次序和第二时间相继次序组合地应用。例如，图7a至图7f中示出的光源点亮和图像显示方案可以以任何适当的时间相继次序实践。在一个示例中，光源点亮和图像显示方案可以以如上所述的从图7a至图7f的时间相继次序实践。在另一示例中，光源点亮和图像显示方案可以以如下相继次序实践：从图7a至图7d，然后从图7d至图7b，然后从图7b至图7e，然后从图7e至图7c，然后从图7c至图7f。在另一示例中，光源点亮和图像显示方案可以以如下相继次序实践：从图7a至图7e，然后从图7e至图7c，然后从图7c至图7d，然后从图7d至图7b，然后从图7b至图7f。

在一些实施例中，同时地点亮各光源中相同的单独一个中的发光元件。在一个示例中，在第一时间点同时地实践图7a至图7c中的光源点亮和图像显示方案，然后在第二时间点同时地实践图7d至图7e中的光源点亮和图像显示方案。

通过以时分模式操作所述三维显示设备，可以提高显示分辨率，例如，提高至少三倍。在一些实施例中，像素的第一颜色的子像素、第二颜色的子像素和第三颜色的子像素可以共享共同的物理空间(例如，液晶显示面板中的单个子像素)，但是以时间相继次序操作，例如，在同一物理空间中在不同时间点分别显示与第一颜色的子像素、第二颜色的子像素和第三颜色的子像素相对应的各图像。参照图7a至图7f，显示子区域c1中的任何子像素可以用于示出三维显示设备的时分操作模式。参照图7a至图7c，显示子区域c1中的与第一视点vp1相对应的第一子像素在第一时间点被位于多个第一光源21中的与显示子区域c1相对应的对应一个中的红色发光元件照亮、在第二时间点被位于多个第一光源21中的与显示子区域c1相对应的对应一个中的绿色发光元件照亮、并且在第三时间点被位于多个第一光源21中的与显示子区域c1相对应的对应一个中的蓝色发光元件照亮。在第一子像素中以时间相继次序顺序地显示红色图像、绿色图像和蓝色图像，从而形成彩色显示的复合图像。类似地，参照图7d至图7f，显示子区域c1中的与第二视点vp2相对应的第二子像素在第四时间点被位于多个第二光源22中的与显示子区域c1相对应的对应一个中的红色发光元件照亮、在第五时间点被位于多个第二光源22中的与显示子区域c1相对应的对应一个中的绿色发光元件照亮、并且在第六时间点被位于多个第二光源22中的与显示子区域c1相对应的对应一个中的蓝色发光元件照亮。在第二子像素中以时间相继次序顺序地显示红色图像、绿色图像和蓝色图像，从而形成彩色显示的复合图像。由于可以在单个子像素中实现像素中的彩色显示，因此可以增强显示分辨率。此外，在该模式中，可以实现三维显示设备中的彩色显示而无需彩膜。

再次参照图1，在一些实施例中，三维显示设备还包括：位于微透镜阵列30与背光源20之间的光阑60。光阑60具有多个开口o，其构造为分别使得从所述多个第一光源21和所述多个第二光源22发出的光从其透过。

在一些实施例中，三维显示设备还包括：实质上透明的光学材料层50，其将微透镜阵列30与背光源20间隔开。可使用各种适当光学材料来制作实质上透明的光学材料层50。用于制作实质上透明的光学材料层50的适当光学材料的示例包括透明树脂、玻璃、石英、氮化硅等。实质上透明的光学材料层50的厚度使得所述多个第一光源21分别大致位于所述多个微透镜31的焦点fp处，并且所述多个第二光源22分别大致位于所述多个微透镜31的焦点fp处。

在另一方面，本公开提供了一种用于分别向左眼和右眼提供多个视区的三维成像设备。在一些实施例中，所述三维成像设备包括：第一三维显示设备和第二三维显示设备，第一三维显示设备和第二三维显示设备中的每一个是如上所述的三维显示设备(例如，图1和图4中的三维显示设备)。图8是示出根据本公开的一些实施例中的三维成像设备的结构的示意图。参照图8，在一些实施例中，三维成像设备包括第一三维显示设备100和第二三维显示设备200。第一三维显示设备100构造为将第一显示面板10显示的多个第一子图像中的每一个聚焦至左眼(vz1)的第一视点vp1，并将第一显示面板10显示的多个第二子图像中的每一个聚焦至左眼(vz1)的第二视点vp2。第二三维显示设备200构造为将第二显示面板10’显示的多个第一子图像中的每一个聚焦至右眼(vz2)的第一视点vp1’，并将第二显示面板10’显示的多个第二子图像中的每一个聚焦至右眼(vz2)的第二视点vp2’。可选地，第一显示面板10和第二显示面板10’构造为在同一时间点显示同一图像。可选地，三维成像设备为虚拟现实成像设备。可选地，三维成像设备为增强现实成像设备。

图9示出了根据本公开的一些实施例中的一对人眼利用三维成像设备观察到的虚拟图像。参照图9，本公开提供的三维成像设备构造为向右眼的第一视点提供多个第一子图像，并且向右眼的第二视点提供多个第二子图像。类似地，该三维成像设备还构造为向左眼的第一视点提供多个第一子图像，并且向左眼的第二视点提供多个第二子图像。在该三维成像设备中，每个单独眼睛的单眼会聚距离与左眼和右眼的双眼会聚距离实质上相同。通过使得单眼会聚距离匹配双眼会聚距离，当前的三维成像设备避免了与常规三维成像设备相关联的问题(例如，观看头晕)。

在另一方面，本公开提供了一种利用用于向视区提供多个视点的三维显示设备显示三维图像的方法。所述三维显示设备是上述三维显示设备(例如，图1所示的三维显示设备)。在一些实施例中，所述方法包括：通过以与第一时间相继次序相对应的第二时间相继次序点亮所述多个第一光源和所述多个第二光源来以第一时间相继次序显示所述多个第一子图像和所述多个第二子图像。可选地，根据第一时间相继次序在不同时间点显示所述多个显示子区域中的同一个中的所述多个第一子图像中的对应一个和所述多个第二子图像中的对应一个。可选地，所述方法包括：分别通过所述多个微透镜将所述多个第一光源提供的背光聚焦至所述多个显示子区域，从而显示所述多个第一子图像；以及，分别通过所述多个微透镜将所述多个第二光源提供的背光聚焦至所述多个显示子区域，从而显示所述多个第二子图像。

在一些实施例中，第一时间相继次序包括：在第一时间点显示所述多个第一子图像中的一个或多个但是不显示所述多个第二子图像中的任一个，并且在第二时间点显示所述多个第二子图像中的一个或多个但是不显示所述多个第一子图像中的任一个。可选地，所述第二时间相继次序包括：在第一时间点点亮与所述多个第一子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第一光源中的一个或多个但是不点亮所述多个第二光源中的任何一个，并且在第二时间点点亮与所述多个第二子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第二光源中的一个或多个但是不点亮所述多个第一光源中的一个或多个。

在一些实施例中，第一时间相继次序包括：在第一时间点显示所述多个第一子图像中的一个或多个和所述多个第二子图像中的一个或多个的组合，并且在第二时间点显示所述多个第二子图像中的一个或多个和所述多个第一子图像中的一个或多个的组合。可选地，所述第二时间相继次序包括：在第一时间点点亮与所述多个第一子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第一光源中的一个或多个和与所述多个第二子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第二光源中的一个或多个的组合，并且在第二时间点点亮与所述多个第二子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第二光源中的一个或多个和与所述多个第一子图像中的所述一个或多个相对应的所述多个第一光源中的一个或多个的组合。

在一些实施例中，所述多个第一光源和所述多个第二光源中的每一个包括第一颜色的第一发光元件和第二颜色的第二发光元件。可选地，以时间相继次序点亮第一颜色的第一发光元件和第二颜色的第二发光元件。可选地，所述多个第一光源和所述多个第二光源中的每一个包括第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件。可选地，所述方法还包括：时间上顺序地点亮位于所述多个第一光源中的对应一个中的第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件；以及，时间上顺序地点亮位于所述多个第二光源中的对应一个中的第一颜色的第一发光元件、第二颜色的第二发光元件和第三颜色的第三发光元件。

出于示意和描述目的已示出对本发明实施例的上述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式或示例性实施例。因此，上述描述应当被认为是示意性的而非限制性的。显然，许多修改和变形对于本领域技术人员而言将是显而易见的。选择和描述这些实施例是为了解释本发明的原理和其最佳方式的实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明适用于特定用途或所构思的实施方式的各种实施例及各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式限定，其中除非另有说明，否则所有术语以其最宽的合理意义解释。因此，术语“发明”、“本发明”等不一定将权利范围限制为具体实施例，并且对本发明示例性实施例的参考不隐含对本发明的限制，并且不应推断出这种限制。本发明仅由随附权利要求的精神和范围限定。此外，这些权利要求可涉及使用跟随有名词或元素的“第一”、“第二”等术语。这种术语应当理解为一种命名方式而非意在对由这种命名方式修饰的元素的数量进行限制，除非给出具体数量。所描述的任何优点和益处不一定适用于本发明的全部实施例。应当认识到的是，本领域技术人员在不脱离随附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行变化。此外，本公开中没有元件和组件是意在贡献给公众的，无论该元件或组件是否明确地记载在随附权利要求中。