为克服非相干光源照明条件下基于全息光学元件的视网膜投影显示系统存在的色散、出瞳小、无法获得单眼调焦深度信息等局限，提出了一种基于双全息光学元件的3D视网膜投影显示器。用全息光学元件取代玻璃透镜，用发光二极管取代激光。用反射型体全息光栅和反射型体全息透镜构成的光学结构对系统的色散进行补偿，获得了清晰的图像，系统分辨率达到11.6 lp/mm。结合双全息光学元件结构，利用时分复用技术和角度复用技术实现了具有密集视点的3D视网膜投影显示。该结构可有效扩展系统的出瞳，解决视网膜投影显示系统出瞳小的问题。同时在0.45~2.0 m的深度范围内，实现具有单眼调焦深度信息的真3D显示，显示范围覆盖人眼的辐辏调焦响应敏感范围，可有效缓解辐辏调焦矛盾引起的眩晕和视觉疲劳问题。该系统结构紧凑、价格便宜且避免了散斑噪音和安全隐患，具有良好的应用前景。

为了实现低串扰、全分辨、多视点的三维显示效果，搭建了多指向型背光源的三维显示系统。本系统由人眼追踪模块获取双目位置并反馈到多指向型背光源和液晶显示屏，多指向型背光源和液晶显示屏协同时序产生快速切换的左右眼视差图像。由于人眼的视觉暂留效应，观看者可感知到三维图像。多指向型背光源主要由一列柱面光源和体全息光学器件实现，不同柱面光源经体全息光学器件将产生不同方向的衍射光束。为了改善本系统显示不均匀现象，提出了双LED式和扩散屏式两种方法。实验结果表明：本系统可提供全分辨的三维图像，且均匀度提高至80%，平均串扰值低至2.75%，实现了25个显示视点，满足了三维显示对串扰、分辨率、均匀度等方面的要求，观看者的视觉体验大幅提升。