CN108681087A - 导向性平坦照射器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于从局部化光源提供大面积准直照射的光学阀或光阀及其用于2D、3D和/或自动立体显示器的系统和方法。光学阀可以包括台阶式结构，在所述台阶式结构中，台阶包括对于在第一方向上传播的光可以被光学地隐藏的分开的提取特征部分。在第二方向上传播的光可以被所述特征部分折射、衍射或反射，以提供从光学阀的顶面出射的照射射束。这样的受控照射可以提供高效的、多用户的自动立体显示器以及改进的2D显示功能。

Description

导向性平坦照射器

本申请是2011年11月18日递交的PCT国际申请PCT/US2011/061511于2013年7月19日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201180065590.0、发明名称为“导向性平坦照射器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开总地涉及光调制装置的照射，更具体地，涉及2D、3D和/或自动立体显示装置中使用的用于从局部化光源提供大面积导向照射的光导。

背景技术

空间复用的自动立体显示器通常使视差部件(比如，双凸透镜状屏幕或视差屏障)与在空间光调制器上被布置为第一组像素和第二组像素的图像阵列对齐。视差部件将来自每组像素的光导向到不同的各个方向，以在显示器的前面提供第一观看窗口和第二观看窗口。眼睛置于第一观看窗口中的观察者可以利用来自第一组像素的光看见第一图像，眼睛置于第二观看窗口中的观察者可以利用来自第二组像素的光看见第二图像。

这些显示器具有与空间光调制器的原始分辨率相比降低的空间分辨率，此外，观看窗口的结构由像素孔径形状和视差部件成像功能确定。例如用于电极的像素之间的间隙通常生成不均匀的观看窗口。不理想地，随着观察者相对于显示器横向移动，这样的显示器表现出图像闪烁，所以限制了显示器的观看自由度。这样的闪烁可以通过使光学元件离焦(defocus)来减小；然而，这样的离焦导致图像串扰的水平提高，并且增加了观察者的视觉疲劳。这样的闪烁可以通过调整像素孔径的形状来减小，然而，这样的改变会降低显示亮度，并且会将寻址电子器件包括在空间光调制器中。

发明内容

根据本公开，一种通过利用光学阀来引导光的方法可以允许光线在通过光学阀的第一方向上传播，并且该光可以以非常低的损失在第一方向上传播。另外，光学阀可以允许光线与光学阀的端面互相作用，并且还可以允许光线在通过光学阀的第二方向上传播，并且在第二方向上传播时，这些光线中的至少一些可以遇到至少一个提取特征部分，并且可以从光学阀被提取。

本发明的一个方面提供一种用于通过利用光学阀来引导光的方法，所述方法包括：允许光线在通过所述光学阀的第一方向上传播，其中所述光以非常低的损失在所述第一方向上传播；允许所述光线与所述光学阀的端面互相作用；以及允许所述光线在通过所述光学阀的第二方向上传播，其中所述光线中的至少一些遇到至少一个提取特征部分，并且从所述光学阀被提取。

在一些实施方案中，所述光线在第一端进入所述光学阀。

在一些实施方案中，所述端面被安置在所述光学阀的第二端。

在一些实施方案中，所述光学阀的第二端比所述光学阀的所述第一端厚。

在一些实施方案中，所述在第一方向上传播的光线从所述第一端传播到所述第二端，进一步地，其中所述在第二方向上传播的光线从所述第二端传播到所述第一端。

在一些实施方案中，所述第二端是反射表面。

在一些实施方案中，所述第二端是弯曲表面。

在一些实施方案中，所述遇到所述至少一个提取特征部分的光线还包括反射离开所述提取特征部分的光线。

在一些实施方案中，所述反射离开所述提取特征部分的光线还包括相对于z轴超过临界角的光线。

在一些实施方案中，用于通过利用光学阀来引导光的方法还包括允许所述光在所述第一方向上传播时基本上均匀化并且扩张。

在一些实施方案中，用于通过利用光学阀来引导光的方法还包括允许所述光在所述光学阀的所述第二端被光学地调整。

在一些实施方案中，所述光学地调整所述光的步骤还包括基本上局部地重导向所述光。

在一些实施方案中，所述光学地调整所述光的步骤还包括在所述光学阀的所述第二端使所述光成像。

在一些实施方案中，光由照射元件产生，并且所述光在所述光学阀的所述第一端进入。

在一些实施方案中，所述照射元件是LED。

在一些实施方案中，在所述第一方向上传播时所述光的xz角分布可以基本上保持不变。

在一些实施方案中，用于通过利用光学阀来引导光的方法还包括跨显示器提供基本上均匀的照射。

在一些实施方案中，用于通过利用光学阀来引导光的方法还包括通过基本上利用TIR反射来最优化所述光学阀的效率。

本发明的另一个方面提供一种用于引导光的光阀，所述光阀包括：第一光引导表面，其中所述第一光引导表面基本上是平面的；以及第二光引导表面，所述第二光引导表面与所述第一光引导表面相对，还包括多个引导特征部分和多个提取特征部分，其中所述提取特征部分和所述引导特征部分彼此连接并且彼此分别交替，进一步地，其中所述多个提取特征部分允许当光在第一方向上传播时所述光以非常低的损失通过，并且允许当光在第二方向上传播时所述光反射并离开所述光阀。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括第一端，其中光可以在所述第一端进入所述光阀。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括第二端，其中光可以与所述第二端互相作用，并且被重导向回向所述第一端。

在一些实施方案中，所述第一端比所述第二端薄。

在一些实施方案中，所述提取特征部分对于在第一方向上传播的光被光学地隐藏。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括用于产生在所述光阀的第一端进入的光的照射元件。

在一些实施方案中，所述照射元件是被配置来在所述光阀的第一端提供光的照射元件阵列。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的每个相对于所述多个引导特征部分中的每个大致成45度取向。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的每个是基本上细长的直线状表面。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的每个基本上是平面的。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的每个彼此基本上平行。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的每个分开基本上相同的距离。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的至少一个被覆盖反射覆层。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分具有在10-90度的大致范围内的倾角。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分具有在大约20度与50度之间的倾角。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分具有在大约30度与48度之间的倾角。

在一些实施方案中，所述引导特征部分基本上是平面的。

在一些实施方案中，所述引导特征部分基本上平行于所述第一光导向侧。

在一些实施方案中，所述引导特征部分与所述第一光导向侧相比具有楔角。

在一些实施方案中，所述第二端是凹面镜。

在一些实施方案中，所述第二端被覆盖反射覆层。

在一些实施方案中，所述第二端是柱面镜。

在一些实施方案中，所述柱面镜的光轴基本上正交于所述第一光引导表面的表面法线。

在一些实施方案中，每个引导特征部分具有导向在所述第一方向上传播的光线中的至少一些的表面法线方向。

在一些实施方案中，每个提取特征部分具有导向在所述第二方向上传播以在所述光阀外部的方向上被提取的光线中的至少一些的表面法线方向。

在一些实施方案中，所述被提取的光线从所述提取特征部分通过，并且通过所述第一光引导表面从所述光阀出射。

在一些实施方案中，所述第二光引导表面被配置来使得来自所述照射元件的光线在从所述第二端反射之后入射到所述光提取特征部分上。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分还包括：第一区域，其中所述第一区域的提取特征部分具有第一取向；以及第二区域，其中所述第二区域的提取特征部分具有第二取向，其中所述第一取向和所述第二取向彼此不同。

在一些实施方案中，所述第一光引导表面和所述第二光引导表面是透明的。

在一些实施方案中，所述提取特征部分的取向跨所述光学阀从所述第一端到所述第二端变化。

在一些实施方案中，所述第二端是几乎没有光学倍率的反射表面。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括菲涅耳透镜。

在一些实施方案中，所述菲涅耳透镜的形式是球形。

在一些实施方案中，所述菲涅耳透镜的轴与所述光学阀的中心相比是偏移的。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括垂直漫射器。

在一些实施方案中，所述垂直漫射器还包括非对称散射表面。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括漫射器和菲涅耳透镜，其中在所述漫射器与所述菲涅耳透镜之间提供间隙。

在一些实施方案中，所述光阀的边缘处的提取特征部分的密度低于所述光阀的中心的提取特征部分的密度。

在一些实施方案中，所述提取特征部分具有彼此可变的斜率和高度，其中所述斜率被调整来改变垂直漫射特性，并且所述高度被调整来改变从所述光阀提取的光量。

在一些实施方案中，所述提取特征部分中的至少一些具有凸面。

在一些实施方案中，所述提取特征部分的高度跨光阀的宽度变化。

在一些实施方案中，所述引导特征部分彼此不平行，并且不平行于所述第一光引导表面。

在一些实施方案中，所述提取特征部分是细长的，并且被随机地构造以减少莫尔条纹形成。

在一些实施方案中，光提取基本上通过所述光阀的提取特征部分处的折射来实现。

在一些实施方案中，用于引导光的光阀还包括气腔。

在一些实施方案中，所述提取特征部分是弯曲的。

在一些实施方案中，所述第二端是弯曲的背向反射表面。

在一些实施方案中，所述提取特征部分具有用于使光大致偏转为一组规定的水平角和垂直角的表面调制。

在一些实施方案中，所述提取特征部分基本上使所述光学系统的主光线聚焦到观看平面上。

本发明的另一个方面提供一种光学阀系统，所述光学阀系统包括：多个照射元件，所述多个照射元件至少与光学阀的第一端可操作地耦合，其中所述光学阀还包括：第一光引导表面，其中所述第一光引导表面基本上是平面的；以及第二光引导表面，所述第二光引导表面与所述第一光引导表面相对，还包括多个引导特征部分和多个提取特征部分，其中所述提取特征部分和所述引导特征部分彼此连接并且交替，进一步地，其中所述提取特征部分可以允许当光在第一方向上传播时所述光以非常低的损失通过，并且可以允许当光在第二方向上传播时所述光反射并离开所述光阀。

在一些实施方案中，所述多个照射元件是LED。

在一些实施方案中，所述多个照射元件被配置成阵列。

在一些实施方案中，所述多个照射元件的阵列是可寻址的LED阵列。

本发明的另一个方面提供一种光学阀，所述光学阀包括：输入侧，所述输入侧被安置在光学阀的第一端；反射侧，所述反射侧被安置在所述光学阀的第二端；第一光导向侧和第二光导向侧，所述第一光导向侧和所述第二光导向侧被安置在所述光学阀的输入侧与反射侧之间，其中所述第二光导向侧还包括多个引导特征部分和多个提取特征部分，其中所述多个引导特征部分连接各个提取特征部分。

在一些实施方案中，所述第一光导向侧基本上是平面的。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分中的每个提取特征部分的表面法线方向不同于所述多个引导特征部分中的各个相邻的引导特征部分中的每个的表面法线方向。

在一些实施方案中，所述第一光导向侧和所述第二光导向侧的间隔从输入侧到反射侧增大。

本发明的另一个方面提供一种导向性显示系统，所述导向性显示系统包括：照射器阵列，所述照射器阵列向光学阀提供光线，所述光学阀包括：所述光学阀的第一光引导表面，其中所述第一光引导表面基本上是平面的；以及所述光学阀的第二光引导表面，所述第二光引导表面与所述第一光引导表面相对，还包括多个引导特征部分和多个提取特征部分，其中所述多个提取特征部分还包括第一区域和第二区域，进一步地，其中所述第一区域和所述第二区域的提取特征部分具有各自的取向，以使得来自第一照射器的光线中的至少一些被导向到所述光学阀外部的第一观看窗口，并且来自第二照射器的光线中的至少一些被导向到所述光学阀外部的与所述第一观看窗口不同的第二观看窗口。

在一些实施方案中，所述提取特征部分被配置来使得与第二反射端互相作用的光提供所述照射器阵列的实像。

在一些实施方案中，所述提取特征部分具有提供漫射功能的微观可变的表面法线方向。

在一些实施方案中，所述提取特征部分具有跨第二光引导表面的表面变化的间距。

在一些实施方案中，所述提取特征部分具有跨光学阀的长度变化的高度，以跨所述第一光引导表面提供基本均匀的亮度输出。

在一些实施方案中，所述光学阀的厚度在从所述光学阀的第一端到第二端的第一方向上增大，并且在从所述光学阀的中心到边缘的第二方向上增大，其中所述第二方向在基本上正交于所述第一方向的方向上。

在一些实施方案中，导向性显示系统还包括将来自所述照射器元件的光导向到各个观看窗口的透镜。

在一些实施方案中，所述透镜是菲涅耳透镜。

在一些实施方案中，所述多个提取特征部分还包括：第一区域，其中所述第一区域的提取特征部分具有第一取向；以及第二区域，其中所述第二区域的提取特征部分具有第二取向，其中所述第一取向和所述第二取向彼此不同。

在一些实施方案中，导向性显示系统还包括漫射器，其中所述漫射器在基本上正交于所述第一取向的第一方向上漫射。

本发明的另一个方面提供一种跟踪观察者的自动立体显示器，所述跟踪观察者的自动立体显示器包括：光学阀；照射元件阵列，所述照射元件阵列向所述光学阀提供光；以及传感器，所述传感器用于检测在所述光学阀的观看窗口附近的观察者；以及照射器控制器，所述照射器控制器用于确定所述照射元件阵列的设置，其中所述设置确定与第一观看窗口对应的第一组照射器元件的第一照射阶段，并且所述设置确定与第二观看窗口对应的第二组照射器元件的第二照射阶段。

在一些实施方案中，所述照射控制器根据观察者的位置来调整照射元件。

在一些实施方案中，所述第一照射阶段对应于显示器上的左眼图像，并且所述第二照射阶段对应于所述显示器上的右眼图像

根据本公开的另一方面，一种用于引导光的光阀可以包括第一光引导表面和第二光引导表面，其中第一光引导表面基本上是平面的，第二光引导表面可以与第一光引导表面相对，并且还可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。提取特征部分和引导特征部分可以彼此连接并且彼此分别交替，并且所述多个提取特征部分可以允许当光在第一方向上传播时该光以非常低的损失通过，并且可以允许当光在第二方向上传播时该光反射并离开光阀。

根据本公开的又另一方面，一种光学阀系统可以包括至少与光学阀的第一端可操作地耦合的多个照射元件，其中光学阀可以包括第一光引导表面，第一光引导表面可以基本上是平面的。光学阀还可以包括第二光引导表面，第二光引导表面与第一光引导表面相对，并且可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。提取特征部分和引导特征部分可以彼此连接并且彼此交替。提取特征部分可以允许当光在第一方向上传播时该光以非常低的损失通过，并且可以允许当光在第二方向上传播时该光反射并离开光阀。

根据本公开的另一方面，一种光学阀可以包括输入侧(side)、反射侧以及第一光导向侧和第二光导向侧，输入侧可以被安置在光学阀的第一端，反射侧可以被安置在光学阀的第二端，第一光导向侧和第二光导向侧可以被安置在光学阀的输入侧与反射侧之间。第二光导向侧可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。所述多个引导特征部分可以连接各个提取特征部分。

根据本公开的另一方面，一种导向性显示系统可以包括可以向光学阀提供光线的照射器阵列(illuminator array)。光学阀可以包括光学阀的第一光引导表面，其中第一光引导表面可以基本上是平面的。光学阀还可以包括光学阀的第二光引导表面，第二光引导表面与第一光引导表面相对，并且可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。多个提取特征部分可以包括第一区域和第二区域。第一区域和第二区域的提取特征部分可以具有各自的取向，以使得来自第一照射器的光线中的至少一些可以被导向到光学阀外部的第一观看窗口，并且来自第二照射器的光线中的至少一些可以被导向到光学阀外部的与第一观看窗口不同的第二观看窗口。

根据本公开的另一方面，一种跟踪观察者的自动立体显示器可以包括：光学阀；照射元件阵列，其可以向光学阀提供光；传感器，其用于检测光学阀的观看窗口附近的观察者；以及照射器控制器，其用于确定用于照射元件阵列的设置，其中所述设置可以确定可以与第一观看窗口对应的第一组照射器元件的第一照射阶段，并且所述设置可以确定可以与第二观看窗口对应的第二组照射器元件的第二照射阶段。

一般地，光阀或光学阀可以从局部化光源提供大面积照射。术语光阀和光学阀在本文中可以互换使用。光学阀在一个实施例中可以是波导，并且可以包括台阶式结构(steppedstructure)，在该台阶式结构中，台阶可以是对于可以在第一方向上传播的被引导光可以被有效地光学地隐藏的提取特征部分。可以在第二方向上传播的返回光可以被这些提取特征部分折射、衍射和/或反射，以提供可以从光学阀的顶面出射的照射。这样的受控照射可以提供高效的、多用户的自动立体显示器以及改进的2D显示功能。

完整地阅读本公开后，本公开的这些优点和特征以及其他优点和特征对于本领域的普通技术人员将变得明白。

附图说明

实施方案在附图中以举例的方式被图示说明，在附图中相似的标号指示类似的部件，其中：

图1A是示出常规的波导背光照射器的俯视图的示意图；

图1B是示出图1A的常规的波导背光照射器的侧视图的示意图；

图2A是示出已知的自动立体显示器的俯视图的示意图；

图2B是示出图2A的自动立体显示器的侧视图的示意图；

图3A是示出已知的楔形波导结构的俯视图的示意图；

图3B是示出图3A的楔形波导结构的侧视图的示意图；

图4A是示出根据本公开的光学阀的俯视图的示意图；

图4B是示出根据本公开的图5A的光学阀结构的侧视图的示意图；

图5A是示出根据本公开的光学阀结构的俯视图的示意图，该俯视图图示说明yz平面中的导向输出；

图5B是示出根据本公开的图5A的光学阀结构的第一侧视图的示意图；

图5C是示出根据本公开的图5A的光学阀结构的第二侧视图的示意图；

图6是在截面中图示说明根据本公开的光学阀的示意图；

图7A是在示意性平面图中图示说明根据本公开的可以被第一照射元件照射并且包括弯曲的光提取特征部分的光学阀的示意图；

图7B是在示意性平面图中图示说明根据本公开的可以被第二照射元件照射的光学阀的示意图；

图7C是在示意性平面图中图示说明根据本公开的可以包括直线状光提取特征部分的光学阀的示意图；

图8是图示说明使用根据本公开的光学阀的自动立体显示设备的示意图；

图9是图示说明根据本公开的包括平面反射侧的光学阀的示意图；

图10A是图示说明根据本公开的包括菲涅耳透镜的光学阀的示意图；

图10B是图示说明根据本公开的包括另一菲涅耳透镜的光学阀的示意图；

图10C是图示说明根据本公开的包括另一菲涅耳透镜的又一光学阀的示意图；

图11是图示说明根据本公开的具有菲涅耳等效反射表面的光学阀的示意图；

图12是图示说明根据本公开的包括垂直漫射器的光学阀的示意图；

图13是在截面中图示说明根据本公开的自动立体显示器的示意图；

图14是图示说明根据本公开的包括分开的细长光提取特征部分的光学阀的示意图；

图15是图示说明根据本公开的包括具有可变斜率和高度的光提取特征部分的光学阀的截面的示意图；

图16A是图示说明根据本公开的包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的多个反射面)的光学阀的截面的示意图；

图16B是图示说明根据本公开的包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的凸面(convex facet))的光学阀的截面的示意图；

图16C是图示说明根据本公开的包括光提取特征部分(具有用于这些提取特征部分的凸面和凹面(concave facet))的光学阀的截面的示意图；

图16D是图示说明根据本公开的包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的不规则面)的光学阀的截面的示意图；

图16E是图示说明根据本公开的包括被布置来在成像方向上提供有限散射的光提取特征部分的光学阀的截面的示意图；

图17是图示说明根据本公开的可变横向厚度的光学阀的略图的示意图；

图18是图示说明根据本公开的包括光学阀的导向性显示器的平面图的示意图，该光学阀具有被布置来提供莫尔条纹形成的减少的多个分开的光提取特征部分；

图19是图示说明根据本公开的用于反射侧的选择方式的示意图；

图20是图示说明根据本公开的光学阀中的光线路径的示意图；

图21是图示说明根据本公开的在第一光导向侧与第二光导向侧的引导特征部分之间包括进一步倾斜的光学阀的示意图；

图22是在截面中图示说明根据本公开的具有基本平行的侧的光学阀中的光线的示意图；

图23是在截面中图示说明根据本公开的锥形光学阀中的光线的示意图；

图24是图示说明根据本公开的自动立体显示器的示意图，在该自动立体显示器中，光提取可以通过在光学阀的光提取特征部分处的折射来实现；

图25是图示说明根据本公开的包括气腔的光学阀的示意图；

图26A是示出根据本公开的光学阀结构的俯视图的示意图；

图26B是示出根据本公开的图26A的光学阀结构的侧视图的示意图；

图27是图示说明根据本公开的提取特征部分关于不同的x偏移的曲线的曲线图；

图28是图示说明根据本公开的与提取特征部分的反射面的z轴相距的倾角的曲线图，该倾角为沿着特征部分的y位置的函数；

图29图示说明根据本公开的来自平面端面的发散光传播；

图30A是图示说明根据本公开的关于具有平面顶面的发散光学阀的提取器曲线和面角的曲线图；

图30B是图示说明根据本公开的关于具有平面顶面的发散光学阀的提取器曲线和面角的曲线图；

图31是图示说明根据本公开的右眼图像和左眼图像如何分别与第一照射源和第二照射源同步地显示的立体显示器实施方案的示意图；

图32是图示说明根据本公开的图像可以如何被选择性地呈现给一个用户、而不呈现给其他用户的显示器实施方案的示意图；

图33是图示说明根据本公开的板上装置所检测的装置和头部或眼睛位置可以如何向控制系统提供输入的示意图，该控制系统基本上自动地使自动立体显示器上的左眼图像和右眼图像的显示同步；以及

图34是示出根据本公开的可以如何通过使用检测器找出眼睛的位置、从而使用于左眼视图和右眼视图的照射LED同步来提供多观众立体观看的示意图。

具体实施方式

总的来讲，在本公开中，一种通过利用光学阀来引导光的方法可以允许光线在通过光学阀的第一方向上传播，并且该光可以以非常低的损失在第一方向上传播。另外，光学阀可以允许光线与光学阀的端面互相作用，并且还可以允许光线在通过光学阀的第二方向上传播，并且在第二方向上传播时，这些光线中的至少一些可以遇到至少一个提取特征部分，并且可以从光学阀被提取。

根据本公开的另一方面，一种用于引导光的光阀可以包括第一光引导表面和第二光引导表面，其中第一光引导表面基本上是平面的，第二光引导表面可以与第一光引导表面相对，并且还可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。提取特征部分和引导特征部分可以彼此连接并且彼此分别交替，并且所述多个提取特征部分可以允许当光在第一方向上传播时该光以非常低的损失通过，并且可以允许当光在第二方向上传播时该光反射并离开光阀。

根据本公开的又另一方面，一种光学阀系统可以包括至少与光学阀的第一端可操作地耦合的多个照射元件，其中光学阀可以包括第一光引导表面，第一光引导表面可以基本上是平面的。光学阀还可以包括第二光引导表面，第二光引导表面与第一光引导表面相对，并且可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。提取特征部分和引导特征部分可以彼此连接并且彼此交替。提取特征部分可以允许当光在第一方向上传播时该光以非常低的损失通过，并且可以允许当光在第二方向上传播时该光反射并离开光阀。

根据本公开的另一方面，一种光学阀可以包括输入侧、反射侧以及第一光导向侧和第二光导向侧，输入侧可以被安置在光学阀的第一端，反射侧可以被安置在光学阀的第二端，第一光导向侧和第二光导向侧可以被安置在光学阀的输入侧与反射侧之间。第二光导向侧可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。所述多个引导特征部分可以连接各个提取特征部分。

根据本公开的另一方面，一种导向性显示系统可以包括可以向光学阀提供光线的照射器阵列。光学阀可以包括光学阀的第一光引导表面，其中第一光引导表面可以基本上是平面的。光学阀还可以包括光学阀的第二光引导表面，第二光引导表面与第一光引导表面相对，并且可以包括多个引导特征部分和多个提取特征部分。多个提取特征部分可以包括第一区域和第二区域。第一区域和第二区域的提取特征部分可以具有各自的取向，以使得来自第一照射器的光线中的至少一些可以被导向到光学阀外部的第一观看窗口，并且来自第二照射器的光线中的至少一些可以被导向到光学阀外部的与第一观看窗口不同的第二观看窗口。

根据本公开的另一方面，一种跟踪观察者的自动立体显示器可以包括：光学阀；照射元件阵列，其可以向光学阀提供光；传感器，其用于检测光学阀的观看窗口附近的观察者；以及照射器控制器，其用于确定用于照射元件阵列的设置，其中所述设置可以确定可以与第一观看窗口对应的第一组照射器元件的第一照射阶段，并且所述设置可以确定可以与第二观看窗口对应的第二组照射器元件的第二照射阶段。

一般地，光阀或光学阀可以从局部化光源提供大面积照射。术语光阀和光学阀在本文中可以互换使用。光学阀在一个实施例中可以是波导，并且可以包括台阶式结构，在该台阶式结构中，台阶可以是对于可以在第一方向上传播的引导光可以被有效地、光学地隐藏的提取特征部分。可以在第二方向上传播的返回光可以被提取特征部分折射、衍射和/或反射，以提供可以从光学阀的顶面出射的照射。这样的受控照射可以提供高效的、多用户的自动立体显示器以及改进的2D显示功能。

一般地，光学阀可以是可以引导和/或导向光的光学结构或者任何类型的光学装置。光可以在光学阀内在从输入侧到反射侧的第一方向上传播，并且可以被基本上没有损失地透射。光可以在反射侧被反射，并且可以在基本上与第一方向相对的第二方向上传播。当光在第二方向上传播时，光可以入射在光提取特征部分上，这些光提取特征部分可以将光提取或重导向到光学阀的外部。换句话讲，光学阀可以允许光在第一方向上传播，并且可以允许光在第二方向上传播时被提取。

在一个实施方案中，光学阀可以用作光学阀导向性背光，并且可以实现大显示面积的时间顺序的导向性照射。时间复用的自动立体显示器可以通过下述方式来有利地改进自动立体显示的空间分辨率，即，在第一时隙内将来自空间光调制器的基本上所有的像素的光导向到第一观看窗口，并且在第二时隙内将来自基本上所有这些像素的光导向到第二观看窗口。因此，眼睛被安排来接收第一观看窗口和第二观看窗口中的光的观察者可以在多个时隙内跨显示器看见全分辨率图像。时间复用的显示器可以通过下述方式来实现导向性照射，即，使用导向性光学元件来通过基本上透明的时间复用的空间光调制器来导向照射器阵列，其中导向性光学器件在窗口平面中基本上形成照射器阵列的图像。此外，观看窗口的均匀性可以有利地独立于空间光调制器中的像素的布置。有利地，这样的显示器可以提供具有低闪烁的并且对于移动的观察者串扰水平低的跟踪观察者的显示器。

为了在窗口平面中实现高均匀性，可能可取的是提供具有高空间均匀性的照射元件阵列。时间顺序照射系统的照射器元件可以例如由空间光调制器的尺寸约为100微米的像素与透镜阵列组合来提供。然而，这样的像素可能遭受与空间复用显示器相同的困难。此外，这样的装置可能具有低效率和较高的成本，要求额外的显示部件。

高窗口平面均匀性可以用宏观照射器(例如，约为1mm或更大的光学元件)来方便地实现。然而，大小增大的照射器元件可能意味着导向性光学元件的大小会成比例地增大。例如，被成像到宽约65mm的观看窗口的、宽约16mm的照射器可以导致大约200mm的背向工作距离。因此，厚度增大的光学元件可能妨碍例如对于移动显示器或大面积显示器是有用的应用。

另外，可以利用比光学元件的背向工作距离薄的光学元件来将来自宏观照射器的光导向到窗口平面。薄可以是相对于光学阀照射器来讨论的，该光学阀照射器可以与光学阀在z方向上的厚度相关，并且可以在0.1mm至25mm的大致范围内。这样的显示器可以使用被配置来提取在基本平行的光学阀中在第二方向上传播的光的面阵列。

本文的实施方案可以提供具有大面积的薄结构的自动立体显示器。此外，如将描述的，本公开的光学阀可以实现具有大的背向工作距离的薄光学部件。这样的部件可以用在导向性背光中来提供包括自动立体显示器的导向性显示器。此外，一个实施方案可以提供用于高效的自动立体显示的目的的受控照射器。另外，一个实施方案可以涉及一种导向性背光设备和可以包括该导向性背光设备的导向性显示器。这样的设备可以用于自动立体显示、隐私显示和其他导向性显示应用。

在一个实施方案中，导向性背光的光学功能可以由可以被集成到光学阀结构中的非直线状光提取特征部分来提供，从而降低成本和复杂度。光学功能的组合可以有利地在提取特征部分中提供，以减少可以用于从照射结构提供观看窗口的附加的光学膜的数量。显示器的照射的均匀性与直线状提取特征部分相比可以得到提高。此外，可以减少边缘反射器的下垂部分，以使得可以缩小导向性背光的挡板的大小，从而改进挡板的视觉外观。有利地，可以减少导向性背光与面板之间的莫尔条纹。另外，可以针对观看位置范围来优化显示器的像差，以提高观看自由度。

应该指出，本公开的实施方案可以用在各种光学系统、显示系统和投影系统中。实施方案可以包括各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自备投影仪的系统、视觉和/或视听系统以及电气装置和/或光学装置，或者可以与这些装置或系统一起工作。本公开的方面可以与以下设备一起使用：与光学装置和电气装置、光学系统、显示系统、娱乐系统、呈现系统相关的几乎任何设备，或者可以包含任何类型的光学系统的任何设备。因此，本公开的实施方案可以用在光学系统、视觉和/或光学呈现中所使用的装置、视觉外设等中以及若干计算环境下。

在详细地进入所公开的实施方案之前，应该理解，本公开在其应用或创建中不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够实现其他实施方案。而且，本发明的方面可以按不同的组合和布置来进行阐述，以定义其自身独特的实施方案。此外，本文所使用的术语是出于描述的目的，而非限制的目的。

图1A和1B分别是示出常规的波导背光照射器的俯视图和侧视图的示意图。图1A的俯视图150包括可以用于照射楔形波导160的LED 155。具有散射特征部分的楔形波导常用于LED照射。俯视图150在xy平面中被图示说明。

图1B的侧视图100在xz平面中被图示说明，并且包括LED 105、波导110、LCD 120、漫射器130和反射元件140。图1B的侧视图100是图1A的俯视图150的替代视图。因此，图1B的LED 105可以对应于LED 155，并且图1B的波导110可以对应于图1A的波导160。

如图1B所示，LED 105可以照射波导110的较厚边缘107，并且光可以在波导110内传播。一定比例的传播光周期性地遇到比如点145处的反射元件140，反射元件140可以使光线散射。具有超过波导110的临界角的传播角的散射光线出射以通过漫射器130，然后照射LCD 120。其余的散射光线随着光线朝向波导110的薄端109行进而被楔形轮廓稳定地压缩。光线遇到波导110中的位置146和147处所示的越来越多的散射特征部分，直到大部分照射光离开波导110为止。以这种方式，逐渐的光泄漏使来自局部化源的光沿着波导110的x轴扩展，以照射LCD 120。如图1A所示，LED 155可以被安放为彼此相邻，使得光可以沿着y轴在波导的与其楔形轮廓正交的方向上传播。如图1B所图示说明的，漫射器130还可以用于使照射漫射。

尽管这种常规方法提供照射，但是光的出射光线角不受控制并且不被导向。在不控制照射的情况下，用于高效、隐私和自动立体应用的机会是不可能的。

图2A和2B是示出已知的自动立体显示器的俯视图和侧视图的示意图。图2A的俯视图250在xy平面中被图示说明，并且包括可以用于照射波导210的LED 255a和255b。另外，图2B的侧视图200在xz平面中被图示说明，并且包括LED 205a和205b、LCD 220、3M膜230、波导210以及反射元件240。图2B的侧视图200是图2A的俯视图250的替代视图。因此，图2B的LED205a和205b可以对应于图2A的LED 255a和255b，并且图1B的波导110可以对应于图2A的波导260。

最近，如Nelson等人在美国专利No.7,750,982中所讨论的，开发了具有角控制的输出照射，该专利通过引用被并入本文。在这个已知的示例中，如图2A和2B所图示说明的，LED 255a和255b以及205a和205b分别被安置在波导的左边和右边，并且可以被独立地调制。如图2B所示，从右侧LED 205b发射的光沿着双楔形波导210向下传播，逐渐地增大其光线角，直到当全内反射(TIR)失败时一些光线角超过临界角为止。这些光线然后离开波导，并且在外部以与波导法线或z轴接近90°的窄的角度范围朝向显示器传播。在图2B中被图示说明为3M膜230的微型棱镜膜(其中集成透镜(integral lenses)被安置在波导210与LCD220之间)以高达(但不超过)垂直传播的角展度沿着z轴导向该光。

继续图2B的讨论，通过将LCD 220直接安放在3M膜230的顶部，当正常地(normally)观看显示器时，被完全照射的LCD将仅在左眼中被看见。这个图像仅在左眼中存留，因为显示器围绕垂直线顺时针旋转，直到它开始出现在右眼中为止。此刻，显示器表现为常规的2D显示器。对于从图2B的左侧LED 205a发射的光，在右眼中获得对称情形。与供给显示器的交替的左眼图像和右眼图像同步地调制左眼LED 205a和右眼LED 205b于是允许观众在正常地观看时看见高分辨率的立体效果。使显示器远离法线旋转提供2D图像，避免了比如当左眼立体图像在右眼中被看见(反之亦然)时更传统的双凸透镜状屏幕或视差屏障方法所创建的令人不愉快的幻视感觉。此外，与常规方法不同，3D图像是全分辨率，并且当所有LED都被开启时，它可以默认为常规的2D显示器。这种已知的立体显示解决方案是受限的，因为仅两个射束被独立控制，从而阻止多个独立调制的射束可以允许的自动立体系统中的隐私高效照射模式和头部移动的自由度。

图3A和3B是示出另一种已知的自动立体显示器的俯视图和侧视图的示意图。图3A的俯视图350在xy平面中被图示说明，并且包括可以用于照射楔形波导360的LED 355。如图3A所示，楔形波导360可以具有反射波纹表面362。另外，图3B的侧视图300在xz平面中被图示说明，并且包括LED 305、LCD 320、重导向膜330以及波导310。图3B的侧视图300是图3A的俯视图350的替代视图。因此，图3B的LED 305可以对应于图3A的LED 355，并且图3B的楔形波导310可以对应于图3A的楔形波导360。类似图1A、1B、2A和2B的波导，图3B的楔形波导310也具有薄端307和厚端309。

如图3A和3B所示，可以如Travis的美国专利No.7,660,047中所教导的那样利用楔形波导，该专利的全部内容通过引用被并入本文。图3A和3B的方法利用可以表现出小的光学广度或扩展量的单个LED发射器。

楔形波导可以在波导的xy平面中提供常规的准直，并且利用楔形波导由于TIR失败而导致的逐渐泄漏所提供的xz准直。此外，通过将前向传播用于射束扩张并且将后向准直的传播射束用于沿着同一波导向下的泄漏光，xy准直可以在反射中实现。如图3A和3B所示，倾斜的弯曲反射边缘表面在反射时提供准直和角偏差。

图3A和3B的楔形波导的一个问题是需要使出射的照射射束远离波导表面偏转。这通过使用复合膜来高效且均匀地进行。此外，独立式楔形的对称性意味着泄漏有可能发生在顶面和底面这两个表面处。另外，减小内部传播光线角的展度，最终增大用于任何给定LED源的楔形厚度。另一问题涉及必须被形成波纹以避免接近这个边缘的不均匀照射的反射边缘。这样的波纹形成很昂贵，因为它必须满足紧密的设计公差。

一般地，楔形波导无法用作阀。可以从楔形波导的薄端传播到厚端的光如果被直接从厚端反射，则可以返回而不被提取。主要借助于通过反射离开倾斜的或形成波纹的末端反射镜进行的角度调整，光可以以高得足以被提取的角度背向传播。

一般地，对于被光学阀和楔形波导这两者照射的显示器，效率可以通过例如下述方式来改进，即，通过如题目为“像素内照射系统(Intra-pixel illumination system)”的共同拥有的美国公开No.2009/0160757(该公开的全部内容通过引用被并入本文)中所教导的，向像素提供局部受控的有色照射，从而避免对于滤色器阵列(“CFA”)的需要，或者通过将照射仅聚集到观众的眼睛所驻留的区域中。隐私应用也可以通过将照射仅聚集到观众的眼睛所驻留的区域中来提供，因为没有照射光到达可能的偷听者的眼睛。通过分别与左眼图像呈现和右眼图像呈现同步地对到达左眼和右眼的那些照射射束进行调制，还可以不需要眼镜来传递立体信息。这后一种自动立体方法可以用于手持3D装置。

图4A和4B是图示说明光学阀的一个实施方案的相应的俯视图和侧视图的示意图。总的来讲，图4A和4B的实施方案可以作为光学阀操作。图4A和4B的光学阀410仅出于讨论的目的、而非限制，可以被这样提及。

图4A和4B是图示说明光学阀的一个实施方案的相应的俯视图和侧视图的示意图。图4A的俯视图450在xy平面中被图示说明，并且包括可以用于照射光学阀410的LED 405。尽管对于本文讨论的实施方案，LED作为光源来进行论述，但是可以使用任何光源，比如，但不限于，激光源、局部场发射源、有机发射器阵列等。另外，图4B的侧视图400在xz平面中被图示说明，并且包括LED 405、LCD 420、提取特征部分430和光学阀410。图4B的侧视图400是图4A的俯视图450的替代视图。因此，图4A和4B的LED 405可以彼此对应，并且图4A和4B的光学阀410可以彼此对应。此外，在图4B中，光学阀410可以具有薄端407和厚端409。尽管本文可以出于讨论的目的提及LCD 420，但是可以使用其他显示器，包括，但不限于，LCOS、DLP装置(因为这个照射器可以在反射中工作)等。

在图4A和4B的实施方案中，在第一方向上传播的光可以没有大量损失地被引导通过光学阀410，并且在第二方向上传播的光可以通过利用提取特征部分430而从光学阀410被提取。本文将更详细地讨论提取特征部分430。如图4B所示，光可以在第一方向上传播，第一方向可以是从光学阀410的薄端407到厚端409。另外，在反射离开光学阀410的末端之后，光可以在第二方向上传播，其中第二方向可以是从厚端409朝向薄端407。当光在第二方向上行进时，光可以遇到提取特征部分430，并且从光学阀410被朝向LCD 420提取。另外，提取特征部分可以在光学阀的抬起部分(risers)中对于在第一方向上传播的光被有效地光学地隐藏。

进一步讨论图4B的光学阀410，光可以进入第一端(例如，图4B的薄端407)，沿着光学阀的长度传播，反射离开第二端(例如，图4B的厚端409)，并沿着光学阀的长度朝向第一端传播，并且在沿着光学阀的长度的一些位置处，光可以通过与提取特征部分430的互相作用而从光学阀被提取。

继续本实施方案的讨论，在光反射离开非平面表面并且在第二方向上传播时而被提取之前，该光在第一方向上传播时可以均匀化和扩张。非平面表面可以像柱面透镜那样执行，允许光在窗口平面中形成源的图像。在一个实施例中，源成像可以通过将类似的柱面反射端面用于楔形波导来实现，而无需进行昂贵的形成波纹。通过比较，Travis的美国专利No.7,660,047中的楔形波导的反射端必须被形成波纹。

光学阀可以是独立式单个模制单元，其厚度可以被适当地调整以用于不同的显示平台。此外，权衡之处可以是光学效率的损失与减小的厚度。另外，可以实现厚度相对低的低成本的自动立体显示器，并且可以减少自动立体显示器中所用的光学部件的数量，而改进光学质量。此外，在一个实施方案中，可以缩小边缘挡板区域的大小或者光学阀的合适的超大宽度大小来以缩小体积。提取特征部分对于从第一输入侧到第二反射侧通过光学阀的光基本上不具有光导向功能，因此可以实现光反射侧的长的背向工作距离，并且还可以实现厚度小的光学阀。另外，将弯曲表面引入到提取特征部分可以在功能上取代弯曲端面，使光学阀结构的最终外部尺寸与小型手持装置更加兼容。本文将更详细地讨论具有弯曲表面的提取特征部分。

如前所讨论的，一个实施方案的结构在图4A和4B中被示出，并且包括在薄端407具有两个或更多个LED发射器并且在另一厚端409或反射端具有反射弯曲表面的光学阀。如图4A和4B所示，进入光学阀结构的光可以沿着x方向传播，并且可以在y方向上扩张。提取特征部分430可以不影响光，并且可以不影响光如何被引导，因为提取特征部分430对于不能超过临界角θc的光线可以被光学地隐藏，其中，相对于z轴：

θc＝sin^-1(1/n))

并且其中n是光学阀材料的折射率。与关于图3A和3B所描述的楔形波导结构相反，光的xz角分布可以基本上保持不变。在远离光源的远端或者光学阀410的厚端409，光可以入射在可以基本上平行于z轴、但是在xy平面中弯曲的端面上。弯曲部分可以用于在基本上保持正交的xz角分布的同时使光在同一xy平面中沿着角度成像。光可以形成发散射束，并且可以损失光或者形成会聚射束并且不能照射边缘，从而使大的挡板或超大宽度大小合适。

从所述结构的对称轴输入的、沿着原始光源的y轴的偏移可以使第二方向上的大致准直的返回光线相对于-x轴成角度～ψ传播。返回光线可以反射离开提取特征部分的表面，这可以引起朝向z轴的偏转和从波导的提取。从提取特征部分的大致45°取向的表面的反射可以基本上保持被引导光的xz角展度θ/n(≈θ，在空气中)和偏斜角ψ，尽管被引导光的偏斜角ψ可以使光靠近z轴、而不是-x轴传播。大致45°反射还可以大致使光在xz平面中以出射面的法线为中心，该法线可以约为φ＝0°。xz角分布可以被稍微修改，因为入射在提取特征部分表面上的高角光线可以由于TIR失败而衰减。在一个实施例中，与x轴相距可以在大约-50°与大约5°之间的光线可以以良好的效率反射，并且可以大约大于5°的光线可以突破提取特征部分，并且可以光学地损失。光学地损失的光线可以是高角光线。给底部镀银可以改进高角光线的提取效率，改进高角光线的提取效率可以是以在引导光时的传播损失为代价的。将至少关于图5A、5B和5C更详细地讨论被引导光的偏斜角ψ。

图5A是示出光学阀结构的俯视图的示意图，该俯视图图示说明yz平面中的导向输出，图5B是图示说明图5A的光学阀结构的第一侧视图的示意图，图5C是示出图5A的光学阀结构的第二侧视图的示意图。

图5A的俯视图550在xy平面中被图示说明，并且包括可以用于照射光学阀510的LED 505。图5C的第二侧视图500在xz平面中被图示说明，并且包括LED 505、LCD 520和光学阀510。图5B的侧视图525是图5A的俯视图550的替代视图，并且还包括LED 505、LCD 520、提取特征部分530以及光学阀510。因此，图5A、5B和5C的LED 505可以彼此对应，并且图5A、5B和5C的光学阀510可以彼此对应。此外，如图5B所示，光学阀510可以具有薄端507和厚端509。厚端509因此可以形成凹镜或凸镜。

如图5C所图示说明的，光学阀510的入口的厚度t、还有光学阀510的厚度T分别可以至少由系统扩展量和效率来确定。如图5B所示，yz平面中的系统扩展量可以由出射光瞳或眼睛盒(eyebox)的垂直y广度来确定。举例说明，可能可取的是垂直窗口广度约为Δ/2，其中Δ可以大致为眼睛与显示器之间的距离，通常为300mm。xz角广度θ于是可以约为2.tan^-1(1/4)或者约为30°，其可以转化为围绕x轴的大约20°的大致θ/n展度的内部xz角。LED在空气中的典型输出展度可以约为100°，在波导中可以约为65°。因此，为了大致匹配，LED角广度被大致减半。扩展量守恒(etendue conservation)可以提供的是，假设使用合适的扩束器(比如，锥形波导)，波导入口的大致尺寸t则可以约为LED发射面积大小的两倍。用于小型平台的典型LED可以约为0.5mm宽，这可以将入口孔径的大小大致提供为t＝～1mm。

出射孔径大小T与入口大小t的比率可以用于确定效率损失，因为射入入口孔径的返回光可以从系统高效率地损失。对于大约50％的效率，最小大小于是可以约为2mm，尽管T～3mm可以提供更好的效率/厚度权衡。

提取特征部分的数量可以主要受制造之后的提取特征部分的所得形式限制。实际的提取特征部分可以包括来自使用实际的制造方法的制造误差。这些误差通常可以具有与例如制作模具的切割工具的大小相关的有限大小。在提取特征部分小的情况下，误差可以是整个提取特征部分的较大部分，并且可以引起比最佳性能差的性能。提取特征部分的可感知大小因此可以被选择为使得提取特征部分大小可以与预期的最终形式或保真度兼容。提取特征部分的数量越少，特征部分大小越大，并且边缘被相对少地倒圆。圆形边缘可以趋向于扩大光学阀内的传播光的角广度，并且可以引起不想要的泄漏。假设可行的台阶大小δ约为10μm，台阶的数量Ns于是可以约为(T-t)/δ～200。在景观立体模式的移动电话显示器的实施例中，台阶间距(pitch)p可以是d/Ns～250μm。典型的移动电话可以具有78μm的像素间距，所以可以引入输出光沿着x的漫射来避免莫尔条纹效应。为了大致使出射光瞳的垂直广度保持到一阶、但是扰乱输出光学场，大约30°的漫射角可以是足够的。例如Luminit(以加利福尼亚的托仑斯为基地的公司)的1D全息漫射器可以用于实现这个效果。

弯曲的镜像表面可以类似于1D成像元件那样执行。局部化光盒或出射光瞳可以通过不同的LED的一维成像而被形成在观众平面中。假设弯曲的反射表面的垂度最小(这也可以被称为薄透镜假设)，则成像条件可以用通常的公式1/u+1/v＝1/f来大致描述。其中f是弯曲的反射表面的焦距(可以约等于其曲率半径r的一半)，u是LED到端面的距离d，v是到观众的光路长度(可以约为n.Δ)。曲率半径于是可以为：

对于典型的移动电话值，r可以约为90mm。

在弯曲表面的垂度显著的另一种情况下，曲率半径可以为：

图5A、5B和5C中所示的实施方案可以创建眼睛盒，该眼睛盒可以有效地为LED的放大版本。再次根据几何透镜考虑，眼睛盒大小的比率Σ/s可以约等于几何比率nΔ/d～5。眼睛盒的位置可以类似地从大致LED位置缩放，所述大致LED位置可以根据Ω/ω＝Σ/s～5确定。为了提供头部位置灵活性，在两个LED的发射区域之间的间隙最小的情况下，眼睛盒可以约为眼间距离的宽度或者约为65mm。在这种实施例的情况下，每个LED发射区域可以从薄端的中间延展到大约65/5或者大约13mm。弯曲的柱面透镜表面可以被如图11中所示的菲涅耳等同形式取代，本文将更详细地讨论这个菲涅耳等同形式。然而，尽管这可以缩小端面可以超过最终显示区域的广度，但是它也会增加成本。

图6是在光学阀的截面中图示说明另一实施方案的示意图。图6在截面中示出包括光学阀601的实施方案，光学阀601可以是透明材料。在图6的实施方案中，光学阀601具有照射输入侧602、反射侧604、第一光导向侧606以及第二光导向侧608，第一光导向侧606是平面，第二光导向侧608包括引导特征部分610和光提取特征部分612。如图6所示，来自照射元件阵列615的照射元件614的光线616可以在光学阀601中通过侧606的全内反射和引导特征部分610的全内反射被基本上引导到反射侧604，反射侧604可以是镜面。照射元件阵列615在一个实施例中可以是可寻址的LED阵列。总的来讲，在图6-25中，类似编号的元件可以彼此对应。例如，图6中的光学阀可以被标记为601，图7A中的光学阀可以被标记为701，图13的光学阀可以被标记为1301，以此类推。

继续图6的讨论，光线618可以被侧604反射，并且可以在光学阀601中通过侧604的全内反射被进一步基本上引导，并且被引导特征部分612反射。可以入射在提取特征部分612上的光线618可以被偏转远离光学阀的引导模式，并且如所示那样被光线620导向基本上通过侧604到达光瞳，该光瞳可以形成自动立体显示的观看窗口626。观看窗口626的宽度可以主要由照射器的大小、侧604和特征部分612中的输出设计距离和光学倍率来确定。观看窗口的高度可以主要由特征部分612的反射圆锥角和在输入侧输入的照射圆锥角来确定。

图6的光学阀可以例如通过一整件地进行模制或者通过将包括特征部分610、512的模制膜附连到具有末端602、604的楔形结构来形成。光学阀601可以仅使用比如玻璃的材料或者聚合物材料(比如，但不限于，丙烯酸或PET)来形成，或者组合使用这些材料来形成。有利地，本实施方案的光学阀可以用低成本被形成具有高透射率。

图7A是在示意性平面图中图示说明被第一照射元件照射并且包括弯曲光提取特征部分的光学阀的示意图。图7A在平面图中图示说明来自发光元件714的光线在光学阀701中的进一步引导。每个输出光线可以从相应的照射器714被朝向同一观看窗口726导向。因此，图7A的光线730可以在窗口726中与光线720交叉，或者可以在窗口中具有如光线732所示的不同的高度。光学阀的侧722、724可以是，但不限于，透明的、镜像的、呈锯齿状的、暗化(blackened)的表面等等。

继续图7A的讨论，光提取特征部分712可以是细长的且弯曲的，并且光提取特征部分712在光导向侧708的第一区域734中的取向可以不同于光提取特征部分712在光导向侧708的第二区域736中的取向。

图7B是在示意性平面图中图示说明被第二照射元件照射的光学阀的示意图。图7B包括来自阵列715的第二照射器元件738的光线740、742。侧704上的镜的弯曲部分和光提取特征部分可以合并来用来自照射器738的光生成第二观看窗口744，第二观看窗口744可以与观看窗口726横向分开。

图7A和7B的实施方案可以在观看窗口726处提供照射器元件714的实像，而该实像可以通过反射侧704中的光学倍率和可以由区域734与736之间的细长光提取特征部分712的不同取向引起的光学倍率的合作来形成。此外，图7A和7B的实施方案可以实现发光元件714到观看窗口726中的横向位置的成像的改进像差。改进像差可以在实现低串扰水平的同时对自动立体显示器实现延展的观看自由度。在一个实施例中，延展的观看自由度可以包括更大的角度(超过该角度，可以以良好的性能观看3D)或者低串扰(可以小于大约5％)。

图7C是在示意性平面图中图示说明可以包括直线状光提取特征部分的光学阀的示意图。图7C示出与图4A和4B类似的布置，其中光提取特征部分是直线状的，并且基本上彼此平行。图7C的实施方案可以提供跨显示器表面的基本均匀的照射，并且可以比图7A和7B的弯曲的特征部分更方便制造。

图8是图示说明使用光学阀的自动立体显示设备的示意图。图8示出跟踪观察者的自动立体显示设备。如图8所示，照射元件阵列815和光学阀801可以被布置来提供观看窗口阵列846。传感器850(比如，CCD或CMOS传感器)可以用于感测窗口附近的观察者，并且跟踪观察者的系统852可以用于计算观察者位置。照射器控制器854可以确定照射器阵列的正确设置，使得与观看窗口组856对应的照射器元件可以在第一照射阶段期间被照射，并且与观看窗口组858对应的照射器元件可以在第二照射阶段中被照射。控制器854可以根据观察者的位置来调整阵列815的哪些照射元件被照射。图像显示可以由透射型空间光调制器显示器848(比如，LCD)提供，并且可以被安置在光学阀801与观看窗口阵列846之间。在可以与窗口阵列856的照射对应的第一照射阶段中，左眼图像可以被呈现在显示器848上，并且在可以与窗口阵列858的照射对应的第二阶段中，右眼图像可以被呈现在显示器848上。

图8的实施方案可以实现对于移动的观察者闪烁水平低的宽大观看自由度跟踪观察者的自动立体显示器。阵列846的窗口的光学质量可以通过跨光学阀的提取特征部分812的变化取向来改进。因此，除了对于观察者的串扰之外，窗口平面中的照射均匀性也可以被优化。本实施方案可以提供可以被配置为薄包装中的具有LCD的导向性背光的薄光学阀。此外，图8的实施方案可以不利用附加的光转向膜，因为输出可以被导向在基本上前向的方向上。另外，光学阀的效率可以通过大部分使用TIR反射而不是来自金属化表面的反射来改变。光提取可以基本上通过光导向侧804，因为通过光侧808的光损失可以低很多。

图9是图示说明包括平面反射侧的光学阀的示意图。图9示出包括平面反射侧904的光学阀的另一实施方案。光提取特征部分912可以被配置来将来自发光元件阵列915的光线960基本上导向到窗口阵列946。然而，侧904可以是可以具有很少光学倍率或者不具有光学倍率的反射表面(比如，反射镜)，所以光学倍率可以由光提取特征部分912提供。图9的实施方案可以实现可以大致与空间光调制器的面积匹配的、总面积小的光学阀。这可以缩小显示器总大小。具体地，侧904的弯曲部分的下垂部分下面的大致区域可以被基本上消除。

图10A是图示说明包括菲涅耳透镜的光学阀的示意图，图10B也是图示说明包括另一种菲涅耳透镜的光学阀的示意图。图10A和10B示出其中附加的菲涅耳透镜1062可以被安放在分别具有平面侧和弯曲侧1004的光学阀的输出处的另外的实施方案。菲涅耳透镜可以被配置来与侧1004和光提取特征部分1012合作来将来自照射元件阵列1015的光基本上导向到观看窗口阵列(图中未示出)。菲涅耳透镜可以具有球形或柱形形式，其中该形式可以取决于窗口(图中未示出)的垂直高度。另外，光学阀的光学倍率可以在侧1004、光偏转特征部分1012与菲涅耳透镜之间分布，这可以降低窗口阵列(图中未示出)中的窗口结构的劣化，所以提高观看自由度并且减小图像串扰，同时在窗口平面中保持对移动的观察者的低水平的闪烁。

图10C是图示说明包括另一种菲涅耳透镜的另一光学阀的示意图。在图10C中，菲涅耳透镜1062的轴与光学阀的中心相比可以偏斜，使得显示器的中心的轴1064可以在与透镜的中心的轴1066不同的位置上。图10C的实施方案可以将来自提取特征部分的标称输出光方向移位为比其他可能情况更多地在轴上(on-axis)。此外，图10C的实施方案可以提供更亮的显示器，因为它可以不利用垂直漫射来提供足够的轴上亮度。

图11是图示说明具有替代的反射端的光学阀的示意图。如图11所示，光学阀可以具有弯曲的表面或者常规的准直楔形部分1110，其可以被菲涅耳等同形式1120取代。

图12是图示说明包括垂直漫射器的光学阀的示意图。图12示出其中垂直漫射器1268可以被布置来提供输入光线1220到锥形角1270中的漫射(这可以增大窗口的垂直高度，而不显著地增加水平方向上的散射)的另一实施方案。另外，可以增大垂直观看角，而不增大阵列1246中的相邻窗口之间的串扰。垂直漫射器可以是各种类型的材料，包括，但不限于，非对称散射表面、浮雕结构、双凸透镜状屏幕等。垂直漫射器可以被布置来与可以对于围绕水平轴的旋转提供高显示均匀性的菲涅耳透镜合作。

图13是在截面中图示说明自动立体显示器的示意图。图13示出包括光学阀1、菲涅耳透镜1362、垂直漫射器1368以及透射型空间光调制器1348的自动立体显示器可以被布置来从照射器阵列1314的照射器元件提供自动立体观看窗口1326。可以在漫射器1368与菲涅耳透镜1362之间提供间隙，以减少空间光调制器1348与菲涅耳透镜1362和光提取特征部分1312的结构之间的莫尔条纹跳动(Moire beating)。

在一些实施方案中，光学阀1301的边缘处的区域中的光提取特征部分1312的密度可以低于光学阀1301的中心中的密度。这样的布置可以导致跨显示设备的面积的不均匀强度。图14是图示说明包括分开的细长光提取特征部分的光学阀的示意图。图14示出附加的分开的细长光提取特征部分1472可以被布置在例如连续的光提取特征部分1474之间以有利地实现更高的显示强度均匀性。

图15是图示说明包括具有可变斜率和高度的光提取特征部分的光学阀的截面的示意图。图15在截面中示出光提取特征部分1576和引导特征部分1578的示意性布置，其中光提取特征部分的高度和斜率可以跨第二光导向侧1508变化。有利地，斜率可以被调整来提供垂直漫射特性，而高度可以被改变来对特定区域调整可以从光学阀提取的光量。

图16A是图示说明包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的多个反射面)的光学阀的截面的示意图。图16A是其中光提取特征部分1673可以由多个平面表面提供的实施方案。图16B是图示说明可以包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的凸面)的光学阀的截面的示意图。图16B示出凸形光提取特征部分1675的一种结构，而图16C图示说明凸形光提取特征部分1675和凹形光提取特征部分1677的组合。图16C是图示说明包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的凸面和凹面)的光学阀的截面的示意图。图16D是图示说明包括光提取特征部分(具有用于这些光提取特征部分的不规则面)的光学阀的截面的示意图。图16D示出提供不规则特征部分1612形状的一个实施方案。图16A、16B、16C和16D的实施方案可以提供垂直漫射特性，而不利用垂直漫射器1668，从而降低成本和复杂度。

图16E是图示说明包括被布置来在成像方向上提供有限散射的光提取特征部分的光学阀1690的截面的示意图。图16E示出其中光提取特征部分在提取器面上具有表面调制部分1695的另一实施方案，表面调制部分1695这可以是出于光漫射的目的，并且被布置为使得可以在窗口平面中实现横向漫射。漫射的锥形角可以用于提供窗口结构的一些横向模糊，但是可以比用于垂直漫射的锥形角低得多。这样的布置可以用于提高窗口均匀性并且减小对于移动的观察者的显示闪烁。

图17是图示说明可变横向厚度的光学阀的略图的示意图。图17示出光学阀1701(未标记)的示意性布置，在光学阀1701中，提取特征部分1712的高度可以跨光学阀1701的宽度变化，这可以跨侧1706的区域提供更高的提取均匀性。因此，特征部分1712在光学阀1701的边缘处的高度1778可以大于光学阀1701的中心中的高度1780。在图17的实施方案中，光引导特征部分1724可以不彼此平行或者不平行于表面1706。特征部分1712的取向可以被调整来补偿光引导特征部分1710的表面法线方向上的这样的变化。

图18是图示说明包括光学阀的导向性显示器的平面图的示意图，该光学阀可以具有多个分开的光提取特征部分，并且可以被布置来提供莫尔条纹形成的减少。图18示意性地示出细长光提取特征部分的随机布置，这些细长光提取特征部分被布置为使得这些特征部分可以减少光提取特征部分与像素化的空间光调制器之间的莫尔条纹。当两个周期性半透明结构被非常靠近地放置时，莫尔条纹形成可以可见。提取特征部分的引入和随机放置可以破坏和/或中断任何周期性，并且可以减少可见的莫尔条纹效应。

图19是图示说明由弯曲的反射侧提供的光成像选择方式的示意图。图19图示说明主光线的光准直的三个不同实施例。图19的实施例a图示说明会聚的主光线，实施例b图示说明被准直的主光线，实施例c图示说明发散的主光线，所有这些主光线都可以在反射离开反射侧之后在第二方向上传播。另外，图19示出反射侧1904的曲率可以被调整来基本上控制在光学阀1901内反射的光的准直和/或去准直。有利地，如图19C中所示的发散射束可以对光学阀1901的离轴观看提供最大的面积利用率。

图20是图示说明光学阀中的光线路径的示意图。图20的几何形状可以用于确定光学阀2001的提取特征部分的曲率和斜率，这些提取特征部分使被准直的主光线聚焦到观看平面a处的、离显示器距离为V的迫近位置中。另外，图20示意性地示出本实施方案的光学阀2001结构的表面法线和光线方向。

图21是图示说明在第一光导向侧与第二光导向侧的引导特征部分之间包括进一步倾斜的光学阀的示意图。

图22是在截面中图示说明侧基本上平行的光学阀中的光线的示意图。图22在截面中示出在第一光导向表面2206与第二光导向侧的引导特征部分2210之间没有倾角的实施方案。

图23是在截面中图示说明锥形光学阀中的光线的示意图。图22的实施方案包括光学阀内的引导光线，这些引导光线可以入射在光导向侧2308(包括特征部分2310、2312)的光提取特征部分2212上，其中侧2206可以基本上平行于引导特征部分2210。光线2282可以入射在提取特征部分2212上，并且可以被面偏转，但是然后可以通过光学阀2201中侧2206处的TIR被捕获。光线2284可以如所示那样被提取；然而，光线2286还可以透射穿过光提取特征部分，结果可以被光学地损失。在特征部分2310与侧2306之间提供楔形部分可以提供如图23所示的附加的输出耦合光。在这种情况下，倾斜不太陡的光提取特征部分2312可以被布置为使得所有三个入射光线的光基本上被导向回光学阀中。当光学阀对于在图23中所图示说明的方向上行进的光线可以是窄锥形时，于是可以入射在侧2306上的光线可以不超过临界角，因此可以从光学阀输出。此外，输出耦合膜2388可以被布置来将靠近侧2306的表面的光重导向到显示器的轴上方向。有利地，这样的布置可以实现比侧平行的光学阀倾斜更陡的特征部分。这样的特征部分可以在光学阀内反射更多的被波导的锥形角，而不利用附加的金属化覆层，因此可以更有效率。

图24是图示说明其中光提取可以通过光学阀的光提取特征部分处的折射来实现的自动立体显示器的示意图。图24示出其中光提取特征部分2412可以被布置来使光在光学阀2401中折射的另一实施方案。光偏转结构2492可以包括棱镜阵列，该棱镜阵列可以被布置来将提取的光线2490导向到可以基本上垂直于面板输出方向的方向。如前所述，菲涅耳透镜2462和漫射器2468还可以被进一步布置来将光导向到面板2448上，使得可以形成观看窗口2426。在一个实施例中，面角可以约为90度。有利地，这样的实施方案可以实现从特征部分2412的高水平的光提取。

图25是图示说明包括气腔的光学阀的示意图。图25示出其中光学阀可以包括具有第一光导向侧2506和第二光导向侧2508的气腔2598的另一实施方案。第一光导向侧2506和第二光导向侧2508可以分别被布置在支承基板2594和2596上。除了在提取特征部分2512上之外，侧2506和特征部分2510可以被金属化，使得光在第二方向上传播时、而不是在第一方向上传播时可以被提取。有利地，这样的布置在处置期间可以比图24的全内反射波导光学阀2401更难被损坏。

图26A和26B是分别示出光学阀结构的俯视图和侧视图的示意图。图26A和26B图示说明可以利用可以允许平面反射端面的弯曲的提取特征部分的另一实施方案。此外，在又另一实施方案中，可以包括弯曲的背向反射表面和弯曲的提取特征部分2610，弯曲的背向反射表面和弯曲的提取特征部分2610在减小后边缘外弯曲部分的同时避免因缺乏准直而导致的边缘处的过度光损失。而且，其他实施方案可以将提取特征部分分解为更小的隔离的特征部分，以基本上避免与面板的混叠问题。每个特征部分仍可以构成设计的面，该面可以在基本上不影响前向传播的被引导光的同时对成像条件提供近似正确的反射角。

光学阀系统的提取特征部分可以形成一系列分开的面。这些分开的面可以以光学阀表面处的全内反射(TIR)可能失败并且光可以被提取的这样的方式改变被引导光的传播角。在一个实施例中，提取特征部分可以被分开以使得倾斜的特征部分可以具有第一斜率并且可以被分开具有第二斜率的引导特征部分的间隔，其中第二斜率可以是不同于倾斜特征部分的第一斜率的斜率。

另一功能可以包括以针对角度受控的照射进行优化的基本上规定的方式导向光。在关于至少图5和6的讨论中，提取特征部分被假定为基本上是直线状的、均匀倾斜的台阶，这些台阶可以用于根据斜率角将传播方向从-x变换到～z。比如聚焦、重导向、漫射等的功能可以由一个或更多个外部膜提供，这些外部膜可以包括，但不限于，漫射器和菲涅耳透镜。将这样多种功能合并到提取特征部分中可以降低成本并且改进性能。

在又另一实施方案中，漫射器可以被合并到本文讨论的任一光学阀变化方式中。如图5中所图示说明的那样将表面调制引入到提取器面可以将光大致偏转为一组规定的水平角和垂直角，这可以有效地使照射光漫射。漫射可以用于使LED发射区域之间的物理间隙的成像模糊。它对于混合相邻LED源之间的光以最小化颜色不均匀性也可以是有用的。与这样的漫射表面调制相关联的空间尺寸可以足够小，以至于表面调制可以不被系统分辨，或者引起对被照射的显示器的周期性像素的空间干扰。空间干扰可以部分地通过使任何调制为非周期性的和伪随机的来缓解。

光阀导向性背光系统的提取特征部分可以形成一系列分开的斜面，这些斜面可以以引导表面处的全内反射(TIR)可以基本上失败并且允许光逸出的这样的方式改变被引导光的传播角。术语分开的、倾斜的、分离的、断开的等可以在本文中用于描述提取特征部分相对于彼此的结构。在一个实施例中，提取特征部分可以通过引导特征部分而彼此分开。次要功能可以是以针对基本上角度受控的照射进行优化的规定的方式导向光。在至少关于图4A、4B、5A、5B、5C的讨论中，提取特征部分被假定为基本上是直线状的、均匀地倾斜的台阶，这些台阶可以根据斜率角将传播方向从-x变换到～z。比如聚焦、重导向、漫射等的功能可以由一个或更多个外部膜提供，这些外部膜可以包括漫射器和菲涅耳透镜，但是可以根据提取特征部分轮廓的设计来提供。

在一个实施方案中，提取特征部分可以基本上将系统的主光线聚焦到观看平面上，这可以避免除较小漫射器之外使用任何额外的膜。系统的主光线可以是基本上以系统中的任何位置处设置的光学光线为中心的光线。例如，从光学阀的一端的外观小的LED源传播的光可以在xy平面中提供扇形的主光线，这些主光线可以朝向末端反射器传播。当从末端反射器反射时，这些光线可以在xy平面中以修改的角度向回传播，以提供如图19A、19B和19C中所示的会聚、准直或发散。图19A、19B和19C是图示说明由弯曲的反射侧提供的光成像选择方式的示意图。

会聚主光线(比如，图19A中所示的那些主光线)可以远离边缘移动，并且可能不能照射光学阀表面区域，但是可以能够通过基本上为直线状的提取特征部分在观看平面中基本上水平地找出被提取的光线。显示器的均匀照射于是可能需要包括波导的水平过大大小。发散光线(比如，图19C中描绘的那些光线)可以被重导向来向局部眼瞳提供光，但是甚至从离轴LED大量填充所需的照射区域。光线越发散，照射器可能越不亮，因为光对于光学阀的边缘可以光学地损失。比如图19B所描绘的近乎准直的传播主光线可以实现合适的折衷。

图20的实施方案被提供为实施例，而非限制，并且对于x和y维度，假设大约150×200mm的照射面积。另外，计算假设如图20所示坐标原点大致以显示区域的中间为中心。

可以用于将被准直的主光线聚焦到观众平面中的一个点的提取特征部分的曲率和斜率可以从图20中所图示说明的结构推导。被准直的光线可以在遇到位置(x,y)处的提取特征部分之前以以下传播矢量沿着x轴向回传播，

这个点处的提取特征部分的面具有表面法线矢量n(x,y)，使得被反射光可以以规范化的传播矢量基本上直接朝向焦点(0,0,V)行进：

V是观看距离与波导的折射率的乘积，观看距离可以约为500mm，波导的折射率可以约为1.5。在这个实施例中，V可以约为750mm。

反射定律可以指示通过k0使以ki传播的光线偏转为1的表面法线n(x,y)约为：

连续的提取特征部分曲线可以遵循xy平面中的可以与其面法线正交的路径。在数学上：

其中dx和dy可以是沿着该曲线的无限小的移位。对这个表达式进行评估可以得到该曲线在xy平面中的局部梯度：

图27示出从波导的中心(y＝0)到边缘(y＝100mm)的提取特征部分曲线x(x0,y)，这些曲线可以从以上局部梯度等式推导。可以不利用覆盖y的负值的完整曲线，因为根据物理对称性，该曲线关于y轴可以是对等的。

提取特征部分的表面法线n可以用其相对于xy平面的倾角来描述，因为同一xy平面中的表面法线取向可以由提取特征部分的曲率来确定。从z轴起的表面倾角θ可以由以下等式给出：

θ＝acos(n·k)

其中k可以为常规的z轴方向矢量。

在一个实施方案中，其中的n在上面进行了阐述：

图28示出大致以x＝-50、0和50mm为中心的三个提取特征部分的倾角。

在另一实施方案中，设计可以集中于使传播主光线发散。在一个实施例中，设计可以不具有弯曲的端面。在这个实施方案中，平面的镀银表面可以反射光，并且可以在原始LED发射的xy平面中基本上保持发散性。优点可以包括易于制造、任何曲线下垂部分下面的不完整照射所浪费的区域较小以及当所有源都被开启时为了更大的角偏转和基本均匀的“类似2D的”性能而用LED源填充入口边缘的能力。图29图示说明从平面端面的发散光传播。图29中所示的几何形状可以将任何位置(xy)处的主光线传播ki给予为：

其中，L可以是光学阀的x尺寸。在这个实施方案中，L约为150mm。

继续以上分析，这种情况下的提取器曲线的局部梯度可以变为：

再次，可以针对在x0处截取x轴的曲线推导曲线分布x(x0,y)。

相对于z轴的提取器面法线于是可以为：

推导的提取器分布和表面倾斜值在图30A和30B中被图示说明。

本文描述的实施方案可以将轴上源所发射的光朝向观众平面中的单个点导向。可以使用光学设计包(比如，Zemax、FRED、ASAP等)来进一步优化这些设计以适应多个源。

图31是利用受控背光的立体显示系统的示意图。图31包括观众3105、右眼图像3110、左眼图像3120以及显示系统3130。在图31中，右眼图像3110和左眼图像3105可以分别与第一照射源和第二照射源(比如，LED)基本上同步地显示。另外，显示系统3130和如本文所讨论的显示器可以是各种类型的装置，包括，但不限于，蜂窝电话、智能电话、PDA、游戏系统、笔记本、膝上型电脑、电视系统、显示器等。在图31的实施例中，两个LED每个均可以提供可以被观众对齐以分别照射每个眼睛的出射光瞳或光盒。基本上与提供交替的左眼立体图像和右眼立体图像的显示系统3130同步地调制LED可以允许3D观看。显示单元的材料成本可以与2D显示器的材料成本是可比的。另外，可以显著地改进2D模式的显示系统3130的效率或者当显示器可以被常规更新时的效率，因为光可以不被浪费在远离观众3105的眼睛的照射区域上。

图32是图示说明图像可以如何被选择性地呈现给一个用户而不呈现给其他用户的显示实施方案的示意图。图32包括第一观众3210、第二观众3220和显示器3230。在图32的实施方案中，显示器3230可以提供隐私，因为其他用户可以不能观看其中基本上没有照射光存在的显示器3230。在图32的实施例中，第一观众3210可以能够观看立体图像或常规的2D图像，而在不同位置(比如，当使用公共交通时的相邻座位)上的第二观众3220可以不能观看显示器3230上第一观众3210可以观看的内容。

引入两个或更多个LED可以提供多个眼睛盒，解放头部和/或装置移动，并且可以提供多观众选择方式。在一个实施例中，观众的眼睛的位置可以使用板内的面向外的CCD检测器来获得，该CCD检测器可以常见于手持装置和膝上型电脑上。图33和图34中概略地描述了这两种系统功能。

图33是示出装置和头部或眼睛位置可以如何被板上装置检测的示意图。图33包括装置3310、第一取向3320、第二取向3330、第一组照射光瞳3325以及第二组照射光瞳3335。如图33所示，第一组照射光瞳3325可以包括可以与右眼同步的图像，并且还可以包括可以与左眼同步的图像。在这种情况下，装置3310可以被安置在第一取向3320，第一组照射光瞳3325可以包括更少的可以与右眼同步的图像和更多的可以与左眼同步的图像。类似地，在图33中所示的另一种情况下，装置3310可以被安置在第二取向3330，第二组照射光瞳3335可以包括更少的可以与左眼同步的图像和更多的可以与右眼同步的图像。

继续图33的讨论，板上装置可以是CCD照相机，并且可以向自动地、基本上使自动立体显示器3310上的左眼图像和右眼图像的显示同步的控制系统提供输入。LED同步可以通过使用板上CCD照相机的眼睛跟踪输入来确定。在图33的实施例中，装置和/或头部位置输入可以被提供给控制系统，该控制系统控制可以基本上与交替显示的左眼图像和右眼图像同步的多个LED照射器。另外，可以根据观看角度来改变立体图像，以实现运动视差，而不增加显示带宽。

图34是示出可以如何通过使用检测器找出眼睛的位置、从而基本上使用与左眼视图和右眼视图的照射LED同步来提供多观众立体观看的示意图。图34包括装置3410、第一观众3420和第二观众3430。如图34所图示说明的，在至少第一观众3420和第二观众3430观看装置3410的情况下，装置3410可以在一个位置上。在这个实施例中，可以被安置在装置3410中的CCD照相机可以找出观众3420和3430的眼睛位置。继续图34的实施例，控制器然后可以控制装置3410中的照射LED，以经由光学阀在朝向第一观众3420的左眼和第二观众3430的左眼的特定方向上提供左眼视图。另外，可以经由光学阀在另一特定方向上朝向第一观众3420的右眼和第二观众3430的右眼提供右眼视图。尽管图34中仅包括两个观众，但是更多观众可以观看装置3410，并且两个观众仅仅是出于讨论的目的、而非限制而使用的。

尽管所描述的系统实施方案假设手持移动平台，但是这样的示例不应被认为是限制性的。这种受控照射方法可以适用于小型LCD平台和大型LCD平台(比如，包括膝上型电脑、电视应用等)。

如本文可以使用的，术语“基本上”和“大致”对其对应的术语和/或项目之间的相对性提供行业接受的容限。这样的行业接受的容限的范围从小于百分之一到百分之十，并且这样的行业接受的容限对应于，但不限于，分量值、角度等。项目之间的这样的相对性的范围在小于百分之一到百分之十之间。

尽管以上已描述了根据所公开的原理的各种实施方案，应理解这些实施方案仅以举例的方式被提出，而非限制性的。因此，本发明的宽度和范围不应受上述任一示例性实施方案限制，而应仅根据本公开公布的任何权利要求以及它们的等同形式来限定。而且，以上优点和特征在所描述的实施方案中提供，但不应将这些公布的权利要求的应用限制为实现以上任一优点或全部优点的方法和结构。

此外，本文的段落标题是被提供来与37CFR 1.77的建议一致，或者用于提供结构线索。这些标题不应限制或表征可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个发明。具体地并且以举例的方式，尽管标题指“技术领域”，这些权利要求不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的领域。进一步，“背景”中的技术的描述不是要被解读为承认某项技术是该公开中的任何一个或多个实施方案的现有技术。“发明内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个实施方案的特征描述。另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个实施方案、以及它们的等同形式。在所有例子中，这些权利要求的范围应根据该公开按照这些权利要求本身的实质来考虑，而不应被本文所陈述的标题限制。

Claims (39)

1.一种导向性显示器，所述导向性显示器包括：

用于引导光的光阀；

照射元件的阵列，所述照射元件的阵列被配置来在第一方向上通过第一端将光输入到所述光阀，

所述光阀包括：

第一光引导表面，其中所述第一光引导表面基本上是平面的；

第二光引导表面，所述第二光引导表面与所述第一光引导表面相对；以及

反射端，所述反射端被布置来将在所述第一方向上传播的光重导向回来在第二方向上通过所述光阀，其中所述反射端是弯曲表面或者弯曲的反射表面的菲涅尔等同形式，

所述第二光引导表面包括多个引导特征部分和多个细长的提取特征部分，所述多个细长的提取特征部分沿它们为细长的方向是弯曲的，其中所述提取特征部分和所述引导特征部分彼此连接并且彼此分别交替，进一步地，其中所述多个提取特征部分允许当光在所述第一方向上传播时所述光基本上没有损失地通过，并且允许当光在所述第二方向上传播时所述光反射并通过所述第一光引导表面朝向观看平面离开所述光阀，并且其中所述提取特征部分与所述反射端的弯曲部分合并来将聚焦的光导向到所述观看平面的各个观看窗口中；其中所述提取特征部分和所述反射端具有相反的相对取向；以及

透射型空间光调制器，所述透射型空间光调制器被布置为由离开所述光阀的所述光照射。

2.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述输入端比所述反射端薄。

3.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述多个提取特征部分中的每个相对于所述多个引导特征部分中的每个大致成45度取向。

4.如权利要求1所述的导向性显示器，所述多个提取特征部分中的每个彼此基本上平行。

5.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述多个提取特征部分中的至少一个被覆盖反射覆层。

6.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述多个提取特征部分具有在10-90度的大致范围内的倾角。

7.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述多个提取特征部分具有在大约20度与50度之间的倾角。

8.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述多个提取特征部分具有在大约30度与48度之间的倾角。

9.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述引导特征部分基本上是平面的。

10.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述引导特征部分基本上平行于所述第一光导向侧。

11.如权利要求1所述的导向性显示器，所述引导特征部分与所述第一光导向侧相比具有楔角。

12.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述反射端是凹面镜。

13.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述反射端被覆盖反射覆层。

14.如权利要求1所述的导向性显示器，其中每个引导特征部分具有导向在所述第一方向上传播的光线中的至少一些的表面法线方向。

15.如权利要求1所述的导向性显示器，其中每个提取特征部分具有导向在所述第二方向上传播以在所述光阀外部的方向上被提取的光线中的至少一些的表面法线方向。

16.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述第一光引导表面和所述第二光引导表面是透明的。

17.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分的取向跨所述光阀从所述输入端到所述反射端变化。

18.如权利要求1所述的导向性显示器，还包括被布置来从所述光阀接收光的菲涅耳透镜。

19.如权利要求18所述的导向性显示器，其中所述菲涅耳透镜的形式是球形。

20.如权利要求18所述的导向性显示器，其中所述菲涅耳透镜的轴与所述光阀的中心相比是偏移的。

21.如权利要求1所述的导向性显示器，还包括垂直漫射器。

22.如权利要求21所述的导向性显示器，其中所述垂直漫射器还包括非对称散射表面。

23.如权利要求1所述的导向性显示器，还包括漫射器和菲涅耳透镜，其中在所述漫射器与所述菲涅耳透镜之间提供间隙。

24.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述光阀的边缘处的提取特征部分的密度低于所述光阀的中心的提取特征部分的密度。

25.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分具有彼此可变的斜率和高度，其中所述斜率被调整来改变垂直漫射特性，并且所述高度被调整来改变从所述光阀提取的光量。

26.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分中的至少一些具有凸面。

27.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分的高度跨光阀的宽度变化。

28.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述引导特征部分彼此不平行，并且不平行于所述第一光引导表面。

29.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分被随机地构造以减少莫尔条纹形成。

30.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分具有用于使光大致偏转为一组规定的水平角和垂直角的表面调制。

31.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述提取特征部分基本上使所述光学系统的主光线聚焦到观看平面上。

32.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述光阀被布置来将进入所述光阀的光从照射元件导向到观看窗口中。

33.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述第二光引导表面具有台阶式结构，包括所述多个细长的提取特征部分和连接各自的提取特征部分的所述多个引导特征部分。

34.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述光阀的第一光导向侧基本上是平面的。

35.如权利要求1所述的导向性显示器，其中所述多个照射元件是LED。

36.如权利要求35所述的导向性显示器，其中所述多个照射元件被配置成阵列。

37.如权利要求36所述的导向性显示器，其中所述多个照射元件的阵列是可寻址的LED阵列。

38.如权利要求1所述的导向性显示器，所述导向性显示器是跟踪观察者的自动立体显示器，并且还包括：

传感器，所述传感器用于检测在所述光阀的观看窗口附近的观察者；以及

照射器控制器，所述照射器控制器被布置来在第一阶段照射与第一观看窗口对应的第一组照射器元件并且在第二阶段照射与第二观看窗口对应的第二组照射器元件。

39.如权利要求38所述的导向性显示器，其中所述照射器控制器依据观察者的位置调整照射元件。