1、一种在平板显示器及背投影显示器上基于视差微镜实现连续立体型、环视立体型及俯 仰环视立体型的自由立体视频显示器的实现方法，它采用虚像成像法、视差微镜控制法与时 分显示法分别进行平面、连视、环视及俯仰环视自由立体显示，它通过像素级折射控制能在 同一显示场景中进行任意两种或三种或全部混合显示；它通过增加分时或减少视点数还能实 现连视高清立体与环视高清立体显示；它通过相邻正交取向有效消除所述三种自由立体显示 中存在的重影，通过微柱镜光栅与微柱镜光筛分段同步消除串扰。
2、根据权利要求1，所述微柱镜光栅前置虚像成像方法，其特征是：
微柱镜光栅前置时，一空间物点Q，通过前置光栅的折射，被投影到摄影面上，把Q在 摄影面上所成的多个像点记录下来，Q点所成的各个像点本发明称之为Q点的同名点，Q点的 同名点的参数主要有在摄影面上的水平坐标、垂直坐标及对应的亮度与色度；Q点同时向空 间各个方向发光，观众可以从任意位置观看到Q点，Q点的光线分别进入左右眼，观看到Q 点的立体图像。把摄影面当成显示面，同名点按记录的坐标及色度与亮度对外发光时，根据 光路可逆性原理，此时Q点在显示面上的各个同名点所发的光折射后在Q点汇聚，通过Q点 后，又向四周延伸发散，观众可从任意位置看到Q点虚像，当同名点数量足够多时，此虚像 可从任意位置和角度观看，虚像的光线分别进入左右眼，观看到立体图像，就象观看真实自 然界的物体一样，同时虚像Q点凸出性的远离显示屏，物体的景深被完整地反应出来。
微柱镜光栅前置时，一空间物点P，通过前置光栅的折射，向空间各个方向发光，观众 可以从任意位置观看到P点，P点的光线分别进入左右眼，观看到P点的立体图像；同时P 点投影到摄影面上，把P在摄影面上所成的多个像点记录下来，P点所成的各个像点本发明 称之为P点的同名点，P点的同名点的参数主要有在摄影面上的水平坐标、垂直坐标及对应 的亮度与色度。把摄影面当成显示面，同名点按记录的坐标及色度与亮度对外发光时，根据 光路可逆性原理，此时P点在显示面上的各个同名点所发的光通过前置光栅折射向四周发散， 观众观看到一系列发散的光线，这些发散的光线反向延伸汇聚于P点，观众好象看到光线从 P点发出一样，从而形成一个在P点的虚像，当同名点数量足够多时，此虚像可从任意位置 和角度观看，虚像的光线分别进入左右眼，观看到立体图像，就象观看真实自然界的物体一 样，同时虚像P点凹进性的远离显示屏，物体的景深被完整地反应出来。
所述微柱镜光栅前置显示器可以是多种，如LCD液晶显示器或PDP等离子显示器或FED 场发射显示器或OLED有机电致光显示器或CRT超薄显示器或背投影显示器等。所述微柱镜光 栅的作用在于通过折射使得相邻像素的光线分离到左右眼。
3、根据权利要求1，所述微柱镜光栅后置虚像成像方法，其特征是：
微柱镜光栅后置时，一空间物点Q，被通过后置光栅的折射光线照亮，物点Q对空间发 光，其部分光线在摄影面上形成多个同名点，Q点的同名点的参数主要有在摄影面上的水平 坐标、垂直坐标及对应的亮度与色度；Q点同时向空间各个方向发光，观众可以从任意位置 观看到Q点，Q点的光线分别进入左右眼，观看到Q点的立体图像。把摄影面当成显示面， 透过后置光栅的光线使得各同名点按记录的坐标及色度与亮度对外发光时，根据光路可逆性 原理，此时Q点在显示面上的各个同名点所发的光在Q点汇聚，通过Q点后，又向四周延伸 发散，观众可从任意位置看到Q点虚像，当同名点数量足够多时，此虚像可从任意位置和角 度观看，虚像的光线分别进入左右眼，观看到立体图像，就象观看真实自然界的物体一样， 同时虚像Q点凸出性的远离显示屏，物体的景深被完整地反应出来。
在光栅后置时，一空间物点P，通过后置光栅的折射，被投影到摄影面上，形成P点的 多个同名点，P点的同名点的参数主要有在摄影面上的水平坐标、垂直坐标及对应的亮度与 色度；P点同时向空间各个方向发光，观众可以从任意位置观看到P点，P点的光线分别进入 左右眼，观看到P点的立体图像。
把摄影面当成显示面，透过后置光栅的折射光线使得各同名点按记录的坐标及色度与亮 度对外发光时，根据光路可逆性原理，此时P点在显示面上的各个同名点所发的光向四周发 散，观众观看到一系列发散的光线，这些发散的光线反向延伸汇聚于P点，观众好象看到光 线从P点发出一样，从而形成一个在P点的虚像，当同名点数量足够多时，此虚像可从任意 位置和角度观看，虚像的光线分别进入左右眼，观看到立体图像，就象观看真实自然界的物 体一样，同时虚像P点凹进性的远离显示屏，物体的景深被完整地反应出来。
所述微柱镜光栅后置显示器只能用于LCD液晶显示器与背投影显示器，其优点在于可以 采用增强背光等措施，所述微柱镜光栅的作用是通过折射使得相邻像素的光线分离到左右眼。
4、根据权利要求1、权利要求2与权利要求3，所述连视立体与环视立体时分实现方法， 其特征是：
当同名点的数量为N时，显示器上要排列的象素数为平面显示的N倍，在显示面分辨率 一定的条件下，清晰度下降为平面图像的1/N，N个同名点，形成N个视点，由于像素与微柱 镜光栅均有一定的宽度，每个试点将形成一定宽度的视区，同名点的数量达到6-9个时，多 个视点形成的视区连续，基本可以满足连视与环视的立体的要求，但图像的清晰度下降为原 来的平面显示的1/6-1/9。
液晶等平板电视的刷新频率已达到120Hz，用于运动图像需要占用25Hz，在同名点数量 为8个时，采用4分时显示，在每一分时，平板显示器只要求显示2个同名点，其清晰度完 全可以做到与基本左右图像的一致，达到标清电视的程度，但实现了连视与环视功能；在同 名点的数量为9个时，采用3分时，在每一分时，同名点的数量只要求显示3个，清晰度可 基本满足要求。
在实现连视立体时，水平改变视点看到的是同一物体的同一形状的立体图像，同名点的 数量虽说有8-9个，但只有左右两种同名点，所有左同名点除坐标不同外其亮色信号是一样 的，所有右同名点除坐标不同外其亮色信号是一样的，图像显示源只需一对立体图像帧，即 左同名点图像帧与右同名点图像帧，在水平位置按同名点的坐标作平移形成多幅图像，图像 源的获取是通过一对平行相机获取的。当分时数为两次时，由两组微柱镜光栅交替显示；当 分时数为3次时，由3组微柱镜光栅交替显示，当分时数为4次时，由4组微柱镜光栅交替 显示。对于一个4分时的连视立体来说，其图像显示周期为：
1)、第1分时，第1组水平微柱镜光栅状态：
(1)、左同名点图像帧，
(2)、右同名点图像帧，
2)、第2分时，第2组水平微柱镜光栅状态：
(1)、左同名点图像帧，
(2)、右同名点图像帧，
3)、第3分时，第3组水平微柱镜光栅状态：
(1)、左同名点图像帧，
(2)、右同名点图像帧，
4)、第4分时，第4组水平微柱镜光栅状态：
(1)、左同名点图像帧，
(2)、右同名点图像帧。
在实现连视高清立体时，水平改变视点看到的是同一物体的同一形状的立体图像，只有 一对立体高清图像帧，即左同名点高清图像帧与右同名点高清图像帧；左同名点高清图像帧 分成左奇标清图像帧与左偶标清图像帧，右同名点高清图像帧分成右奇标清图像帧与右偶标 清图像帧，在采用分时显示时，实际分时数降低一半，重影点与单视点将增多，但清晰度提 高；随着刷新频率的提高，完全可以解决高清条件下的无重影连视立体显示；在实现背投高 清连视立体时，可以采用两个或多个投影器解决刷新频率不够问题，从而达到高清条件下的 无重影环视立体显示。当分时数为4次时，由2组微柱镜光栅交替显示，对于一个4分时的 连视立体来说，其图像显示周期一个实施例为：
1)、第1组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第1分时：左同名点奇图像帧，右同名点奇图像帧；
(2)、第2分时：左同名点偶图像帧，右同名点偶图像帧；
2)、第2组水平微柱镜光栅状态
(3)、第3分时：左同名点奇图像帧，右同名点奇图像帧；
(4)、第4分时：左同名点偶图像帧，右同名点偶图像帧。
在实现环视立体时，水平改变视点看到的是同一物体不同形状的立体图像，有多少个同 名点，则有多少个图像帧，同名点的获取是通过多台平行相机进行拍摄获取的，也可将一对 平行相机获得的一对立体图源作视差预测，形成一系列视差图像帧，所述环视立体比连视立 体显示更加接近自然界的真实三维物体的显示。当分时数为两次时，由两组微柱镜光栅交替 显示；当分时数为3次时，由3组微柱镜光栅交替显示，当分时数为4次时，由4组微柱镜 光栅交替显示。对于一个4分时8帧图像的环视立体来说，其图像显示周期为：
1)、第1分时，第1组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第1组同名点图像帧；
(2)、第2组同名点图像帧；
2)、第2分时，第2组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第3组同名点图像帧；
(2)、第4组同名点图像帧；
3)、第3分时，第3组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第5组同名点图像帧；
(2)、第6组同名点图像帧；
4)、第4分时，第4组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第7组同名点图像帧；
(2)、第8组同名点图像帧。
在实现环视高清立体时，水平改变视点看到的是同一物体不同形状的立体图像，有多少 个同名点，则有多少个同名点高清图像帧，每个同名点高清图像帧分为奇标清图像帧与偶标 清图像帧，分两次显示，这样可以达到高清显示的效果，受显示器刷新频率的限制，在实现 环视高清立体时，同名帧的数量减少一半，重影点与单视点将增多，但清晰度提高；随着刷 新频率的提高，完全可以解决高清条件下的无重影环视立体显示；在实现背投高清连视立体 时，可以采用两个或多个投影器解决刷新频率不够问题，从而达到高清条件下的无重影环视 立体显示。当分时数为4次时，由2组光栅交替显示，对于一个4分时的环视高清来说，其 图像显示周期一个实施例为：
1)、第1组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第1分时：第1组同名点奇图像帧，第2组同名点奇图像帧；
(2)、第2分时：第1组同名点偶图像帧，第2组同名点偶图像帧；
2)、第2组水平微柱镜光栅状态：
(1)、第3分时：第3组同名点奇图像帧，第4组同名点奇图像帧；
(2)、第4分时：第3组同名点偶图像帧，第4组同名点偶图像帧。
由于图像显示是从上到下扫描显示的，一副显示画面内，上下部分显示的不是一帧图像， 实现连视与环视立体时，在微柱镜光栅转换状态的过渡区，须将微柱镜光栅与每一帧图像分 段，使得微柱镜光栅状态与帧图像相对应，以避免出现串扰问题。
在实现连视立体与环视立体时，各同名点图像帧与不同分时的微柱镜光栅呈不同的相对 平移位置，本发明将微柱镜光栅固定不变，采用在不同分时时，平移同名点图像帧的方式实 现与微柱镜光栅相对位置的改变。
所述一个同名点图像帧为一幅图像内不同像素的一个同名点组成的图像帧，所述奇标清 与偶标清图像帧与所述高清图像帧对比，只是水平清晰度降低了一半，而垂直清晰地不变。
5、根据权利要求1、权利要求2与权利要求3，所述俯仰环视立体时分实现方法，其特 征是：
它由垂直微柱镜光栅1与水平微柱镜光栅2组成，垂直微柱镜光栅1使得在水平方向改 变视点时，可以看到物体的不同图像；水平微柱镜光栅2使得在垂直方向改变视点时，可以 看到物体的不同图像。它可采用微柱镜正交光栅前置或后置，其实现方法与所述微柱镜光栅 前置及所述微柱镜光栅后置的基本一致。
为达到俯仰环视立体的要求，同名点的数量可为16个或18个或24个等。当同名点的数 量为24个时，水平方向的同名点数量可为6个，分两次显示，水平清晰度下降为1/3，垂直 方向同名点数量为4个，分两次显示，垂直清晰度下降为1/2。24个同名点时，通过24台矩 阵相机进行拍摄获取24个同名点，其中水平方向6个相机，垂直方向4个相机。此时由4组 光栅交替显示，其图像显示周期为：
1)、第1组水平微柱镜光栅与第1组垂直微柱镜光栅组成的微柱镜光筛状态：
(1)、第Aa组同名点图像帧；
(2)、第Ab组同名点图像帧；
(3)、第Ba组同名点图像帧；
(4)、第Bb组同名点图像帧；
(5)、第Ca组同名点图像帧；
(6)、第Cb组同名点图像帧；
2)、第2组水平微柱镜光栅与第1组垂直微柱镜光栅组成的微柱镜光筛状态：
(1)、第Da组同名点图像帧；
(2)、第Db组同名点图像帧；
(3)、第Ea组同名点图像帧；
(4)、第Eb组同名点图像帧；
(5)、第Fa组同名点图像帧；
(6)、第Fb组同名点图像帧；
3)、第1组水平微柱镜光栅与第2组垂直微柱镜光栅组成的微柱镜光筛状态：
(1)、第Ac组同名点图像帧；
(2)、第Ad组同名点图像帧；
(3)、第Bc组同名点图像帧；
(4)、第Bd组同名点图像帧；
(5)、第Cc组同名点图像帧；
(6)、第Cd组同名点图像帧；
4)、第2组水平微柱镜光栅与第2组垂直微柱镜光栅组成的微柱镜光筛状态：
(1)、第Dc组同名点图像帧；
(2)、第Dd组同名点图像帧；
(3)、第Ec组同名点图像帧；
(4)、第Ed组同名点图像帧；
(5)、第Fc组同名点图像帧；
(6)、第Fd组同名点图像帧。
由于图像显示是从上到下扫描显示的，一副显示画面内，上下部分显示的不是一帧图 像，实现俯仰环视立体时，在微柱镜光筛转换状态的过渡区，须将微柱镜光筛与每一帧图像 分段，使得微柱镜光筛状态与帧图像相对应，以避免出现串扰问题；所述微柱镜光筛不进行 位移，对每一视差同名点帧进行位移，使得二者呈相对位移状态，从而获得4组微柱镜光筛 相对状态。随着显示器刷新频率的提高，可望提高俯仰环视立体显示的清晰度，在实现背投 俯仰环视立体时，可通过增加投影器的数量提高俯仰环视立体显示的清晰度。
6、根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4与权利要求5，所述视差微 镜的特征是：
它由显示屏1、第1相邻正交取向层2、薄微凸透镜柱镜光栅3、微凹透镜柱镜光栅4、 透明薄膜晶体管层5及第2相邻正交取向层6组成；所述微凹透镜柱镜光栅6由双折射率材 料组成，其寻常光折射率No与微凸透镜柱镜光栅5的折射率Na相同，其非寻常光折射率Ne 电极层，控制信号加在透明的导电公共电极层与透明薄膜 晶体管层5上，控制微凹透镜柱镜光栅6中每个单元的双折射率材料的偏振方向。所述第1 相邻正交取向层2与所述第2相邻正交取向层6的相邻块之间的偏振方向相互正交，二者对 应块的偏振方向一致，在立体显示时，可以消除重影。
在实现平面显示时，控制信号使得进入所述微凹透镜柱镜光栅4的光呈寻常光偏振方向， 微凸透镜柱镜光栅3与微凹透镜柱镜光栅4互补，光线不发生折射，如图中光线a1、a2与 a3所示，从而显示平面图像；在实现连视、环视与俯仰立体显示时，控制信号使得使得进入 所述微凹透镜柱镜光栅6的光呈非寻常光偏振方向，微凸透镜柱镜光栅5与微凹透镜柱镜光 栅6总的效果呈加大折射，如图中光线b1、b2与b3所示，从而更好地进行立体显示。本发 明可以实现对每一个像素的视线偏振光扭转控制，从而在同一显示画面内，部分区域可以实 现平面显示，部分区域可以实现连视立体显示，部分区域可以实现环视立体显示，部分区域 可以实现俯仰环视立体图像的兼容性显示，从而实现了平面图像、连视立体图像、环视立体 图像与俯仰环视立体图像的混合性显示；实现对每帧图像的的视线偏振光扭转总体控制，从 而实现平面图像、连视立体图像、环视立体图像与俯仰环视立体图像的兼容性显示。
在实现连视与环视立体显示时，形成水平方向的微柱镜光栅，分时时，每次分时时的微 柱镜光栅状态，对应不同的图象帧，微柱镜光栅与对应的图像帧在水平方向存在一定的相对 位移；在实现俯仰环视立体显示时，形成交替的水平与垂直微柱镜光栅组成的微柱镜光筛， 分时时，每一次分时的微柱镜光栅在水平方向与垂直方向存在一定的位移，每次分时时微柱 镜的光筛状态，对应不同的图象帧，微柱镜光栅与对应的图像帧在水平方向与垂直方向存在 一定的相对位移。
视差微镜可采用前置与后置两个方案，所述视差微镜前置可广泛用于LCD液晶显示器、 PDP等离子显示器、FED场发射显示器、OLED有机电致光显示器、CRT超薄显示器及背投影显 示器等。由于光线每通过一次取向层亮度将降低，在视差微镜前置时，利用液晶显示面板的 出光面取向层，取消第1取向层，形成相邻正交取向显示屏，从而保证亮度达到要求。
在视差微镜后置时，利用液晶显示面板的入光面取向层，取消第2取向层，形成相邻正 交取向显示屏，从而保证亮度达到显示的要求。所述视差微镜后置只能用于液晶电视与背投 电视但有利于采用增强亮度措施。
7、根据权利要求6，所述视差微镜薄膜晶体管层的特征是：
它由m条控制线Si、n扫描控制线Ki、m×n个薄膜晶体管1及m×n个液晶显示电极2 组成，所述液晶显示电极由透明导电材料组成，公共电极也由透明导电材料组成，在显示电 极与公共电极之间施加电场，可以改变两电极之间的液晶分子扭曲方向，从而控制光线的折 射，当液晶分子的扭曲方向与第2取向层一致时，光线为寻常光，不发生折射；当液晶分子 的扭曲方向与第2取向层垂直时，为非寻常光，发生折射。这里薄膜晶体管的源极S接公共 电极，栅极G与Ki扫描控制线相连，漏极D与Si控制线相连，Si控制线的信号只有高低电 平两种状态，Ki扫描控制线上的信号也是高低电平两种状态，它依次将每一行的薄膜晶体管 打开，Si为高电平或低电平，视差像素微镜打开或关闭，光线为寻常光与非寻常光，实现对 像素级的视差像素微镜折射控制，从而实现平面图像与多种立体图像的混合兼容显示，所述 视差像素微镜控制只需针对每一个像素点，无需针对每一个像素点的红绿蓝子像素，从而实 现简单，另外为消除重影，所述视差微镜偏振方向呈相邻正交，从而Si控制信号不同。
8、根据权利要求1与权利要求6，所述视差微镜相邻正交取向消重影方法，其特征是：
视差微镜前置时，它由像素取向偏振面1、前置视差微镜2及前置取向偏振面3组成， 在不采用相邻正交取向时，在每一分时状态，像素1在观看面内的位置为I1至I2，像素2 在观看面内的位置为I3至I4，二者重叠，存在重影区，利用双眼视觉暂留，仍然存在立体 与重影区相互重叠，导致图像模糊及立体显示效果不强。本发明使得相邻视差微镜的透光偏 振态相互正交，像素1在观看面内的位置为I11至I21，像素2在观看面内的位置为I31至 I41，二者重叠可完全消除，从而不存在重影区；在显示连视与环视立体时，呈水平方向相邻 正交取向；在显示俯仰环视立体时，呈水平方向与垂直方向的相邻正交取向；在实现平面与 立体混合与兼容显示时，由于液晶层的扭转作用，所述像素取向偏振面1与所述前置取向偏 振面3的对应偏振取向单元的偏振方向一致。它还可增加视差挡板，视差微镜与视差挡板的 共同作用，能更好的实现立体视差光线的分离。
视差微镜后置时，它由像素取向偏振面1、后置视差微镜2及后置取向偏振面3组成， 其消重影原理法与所述视差微镜前置相邻正交取向消重影原理一致。它还可增加视差挡板， 视差微镜与视差挡板的共同作用，能更好的实现立体视差光线的分离。
9、根据权利要求1、权利要求6与权利要求8，所述4分时视差微镜相邻正交取向板的 特征是：
取向板由若干个取向片组成，每2个像素对应一个取向片，它只针对像素级，而不针对 红绿蓝子像素级，相邻取向片在水平方向的光偏振方向相互正交；在2分时时，相邻正交取 向板的每个取向片对应1个像素的宽度。
10、根据权利要求1、权利要求6与权利要求8，所述4分时视差微镜水平与垂直相邻 正交取向板的特征是：取向板由若干个取向片组成，每个像素对应一个取向片，它只针对像 素级，而不针对红绿蓝子像素级，相邻取向片在水平与垂直两个方向的光偏振方向相互正交。