CN112368629A - 具有可动态地重新配置多视图像素的多视图显示器和方法 - Google Patents

Abstract

一种多视图显示器，其采用多光束元件阵列，多光束元件阵列被配置成提供具有与多视图显示器的不同视图方向相对应的不同主角方向的方向性光束。此外，多视图显示器包括光阀阵列，光阀阵列配置成将方向性光束调制为由多视图显示器显示的多视图图像，其中，多视图显示器的多视图像素包括光阀阵列的一组光阀，其对应于多个多光束元件中的多光束元件，并且被配置成调制来自多光束元件的方向性光束。此外，多视图像素的形状可动态地重新配置以提供具有动态视野(FOV)的多视图图像。可根据多视图显示器的监测方向、用户相对于多视图显示器的监测位置或两者来修改FOV。

Description

具有可动态地重新配置多视图像素的多视图显示器和方法

相关申请的交叉引用

N/A

关于联邦资助研究或开发的声明

N/A

背景技术

对于种类广泛的设备及产品的使用者而言，电子显示器是一个几乎无处不在的媒介，用于传递信息给使用者。其中最常见的电子显示器包含阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器EL)、有机发光二极管(OLED)、和有源式矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)，以及各种采用机电或电流体光调制(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等等)的显示器。在一般情况下，电子显示器可以分为有源显示器(即，会发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一个光源提供的光的显示器)的其中一个。在有源显示器的分类中，最明显的示例是CRT、PDP、及OLED/AMOLED。在以射出光进行考量的情况下，LCD及EP显示器一般是被归类在无源显示器中。无源显示器虽然经常表现出包含但不限于如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特征，但由于其缺乏发光的能力，在许多实际应用中无源显示器可能有使用上的限制。

为了克服与发射光相关的无源显示器的局限性，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合光源可以允许这些原本的无源显示器发射光，并且基本上起到有源显示器的作用。这种耦合光源的例子是背光体。背光体可以用作光源(通常是面板背光体)，其放置在原本是无源显示器的后面以照亮无源显示器。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发射光穿过LCD或EP显示器。发射光由LCD或EP显示器调制，然后依次从LCD或EP显示器发射调制光。通常背光体被配置成发射白光。然后使用滤色片将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，可以将滤色片放置在LCD或EP显示器的输出处(不太常见)，或者放置在背光体和LCD或EP显示器之间。或者，可以通过使用不同颜色(诸如原色)的显示器的场顺序照明来实现各种颜色。

附图说明

根据在本文所描述的原理的示例和实施例的各种特征可以参考以下结合附图的详细描述而更容易地理解，其中相同的参考符号表示相同的结构元件，并且其中：

图1A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。

图1B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。

图2示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中衍射光栅的横截面图。

图3A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的横截面图。

图3B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的平面图。

图3C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。

图4A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中具有动态可重组形状的多视图像素的平面图。

图4B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中具有动态可重组形状的多视图像素的平面图。

图4C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中具有动态可重组形状的多视图像素的平面图。

图4D示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中具有动态可重组形状的多视图像素的平面图。

图5A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中具有动态可重组形状的多视图像素的平面图。

图5B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中具有动态可重组形状的多视图像素的平面图。

图6A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多光束元件的横截面图。

图6B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中多光束元件的横截面图。

图6C示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中多光束元件的横截面图。

图6D示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中多光束元件的横截面图。

图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的框图。

图8示出了根据与所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器操作方法的流程图。

一些示例和实施例具有除了上述参考附图中所示的特征之外的其他特征，或代替以上参考附图中所示的特征的其他特征。下面将参照上述附图详细描述这些和其他特征。

具体实施方式

根据本文所述的原理的示例和实施例提供了一种采用可动态地重新配置的多视图像素的多视图或三维(3D)显示器。具体地，与本发明所描述的原理一致的实施例提供了采用多光束元件阵列的多视图显示器，多光束元件阵列被配置为提供具有与多视图显示器的不同视图方向对应的不同主角方向的方向性光束。根据各个实施例，这些多光束元件每个都包括衍射光栅、微反射元件及微折射元件中的一个或多个。此外，根据各种实施例，多视图显示器包含光阀阵列，光阀阵列被配置为将方向性光束调制为将由多视图显示器显示的多视图图像，其中，多视图显示器的多视图像素包含光阀阵列中的一组光阀，其对应于多个多光束元件中的多光束元件，并且被配置为调制来自多光束元件的方向性光束。此外，根据各种实施例，多视图像素的形状为可动态地重新配置(dynamically reconfigurable)的，以提供具有动态(dynamic)视野(field of view，FOV)的多视图图像。例如，可以基于所监测的多视图显示器的方位(orientation)、相对于多视图显示器所监测的用户位置或二者来调整视野。

在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向(view direction)提供多视图图像(multiview image)的不同视图(different views)的电子显示器或显示系统。图1A示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括用于显示要观看的多视图图像的屏幕12。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16如箭头所示，从屏幕12以各种不同的主角方向延伸。不同视图14在箭头(即，表示视图方向16)的终点处被显示为阴影多边形框，并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，这全都是作为示例而非限制。应注意，虽然不同的视图14在图1A中被显示为在屏幕上方，但是当多视图图像被显示在多视图显示器10上时，视图14实际上出现在屏幕12上或附近。在屏幕12上方描绘视图14仅是为了简化说明，并且意图表示从对应于特定视图14的相应的一个视图方向16观看多视图显示器10。

根据本文的定义，视图方向或等效地具有与多视图显示器的视图方向对应方向的光束，通常具有由角度分量{θ，φ}给出的主角方向。角度分量θ在本文被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角度分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面中的角度(例如，垂直于多视图显示器的屏幕平面)，而方位角是水平平面内的角度(例如，平行于多视图显示器的屏幕平面)。图1B是根据与本发明所描述的原理一致的实施例，示出了在示例中的具有与多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)相对应的特定主角方向的光束20的角度分量{θ，φ}的示意图。此外，根据本文的定义，光束20从特定点被发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心射线。图1B还显示了原点O的光束(或视图方向)。

此外在本文中，在术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图(multiview)”定义为在多个视图之中的视图之间表示不同视图或包含视图的角度差异的多个视图。另外，按照本文定义，本文中术语“多视图”明确地包含多于两个不同视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。如此，本文中所使用的“多视图显示器”一词明确地与仅包含表示景象或图像的两个不同视图的立体显示器区分开。应当注意的是，虽然多视图图像和多视图显示器包含多于两个视图，但是根据本文的定义，每次可以通过仅选择多视图中的两个视图来在多视图显示器上观看多视图图像作为立体图像对(例如，每只眼睛一个视图)。

在本文中，“多视图像素”被定义为一套或一组子像素(例如光阀)，其表示在多视图显示器的多个不同视图中的每一个视图的“视图”像素。具体地，多视图像素可具有个别子像素，其对应于或表示多视图图像的每个不同视图中的视图像素再者，根据本文的定义，多视图像素的子像素是所谓的“方向性(directional)像素”，因为每个子像素与不同视图中相应的一个的预定视图方向相关联。进一步地，根据各个示例及实施例，由多视图像素的子像素表示的不同视图像素在每个不同视图中可具有同等的或至少基本上相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以具有单独子像素，其对应位于多视图像素的每个不同视图中的{x₁,y₁}处的视图像素；而第二多视图像素可以具有单独子像素，其对应位于每个不同视图中的{x₂,y₂}处的视图像素，以此类推。

在一些实施例中，多视图像素中的子像素的数量可等于多视图显示器的不同视图的数量。例如，多视图像素可以提供与具有六十四(64)个不同视图的多视图显示器相关联的64个子像素。在另一示例中，多视图显示器可提供4乘8的视图的阵列(即，32个视图)，且多视图像素可包含32个子像素(即，每个视图一个)。此外，例如，每个不同的子像素可包括关联方向(例如，光束的主角方向)，其对应相应于64个不同视图的视图方向中不同的一个。进一步地，根据一些实施例，多视图显示器的多视图像素的数量大致上可等于多视图显示器的“视图”像素的数量(即，构成所选视图的像素)。例如，如果视图包含640乘480的视图像素(即，640x480的视图分辨率)，则多视图显示器可具有三十万七千二百(307200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包含100乘100的像素时，多视图显示器可包含总共为一万(即，100x100＝10000)个多视图像素。

在随后的讨论中，多视图像素的形状可以是可动态地重新配置的，例如，基于所监测的多视图显示器的方位、相对于多视图显示器所监测的用户位置、以及多视图显示器上显示的内容中的一个或多个。因此，多视图像素可以具有在离散的光阀阵列上可以实现的任意形状(例如，任意的阶梯形状)。

在本文中，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包含在光导的工作波长处基本上透明的核心。在各种示例中，术语“光导”一般指的是介电质的光波导，其利用全内反射在光导的介电材料的物质和围绕光导的物质或介质之间的界面引导光。根据定义，全内反射的条件是光导的折射系数大于与光导材料的表面邻接的周围介质的折射系数。在一些实施例中，光导可以在利用上述的折射系数差之外另外包含涂层，或者利用涂层取代前述的折射系数差，从而进一步促成全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几种光导中的任何一种，包含但不限于平板(plate)或厚平板(slab)光导和条状(strip)光导中的一个或两个。

此外，在本文中，在应用于光导时，如“平板光导”中的术语“平板”被定义为分段的或微分平面(differentially planar)的层或片，其有时被称为“厚平板”光导。具体地，平板光导被定义为光导，被配置为由光导的上表面和下表面(即，相对的表面)界定的两个基本正交的方向上引导光。此外，根据本文的定义，上表面和下表面都是彼此分开的，并且可以至少在微分的意义上基本上相互平行。也就是说，在平板光导的任何微分地小的部分内，上表面和下表面大致上为平行或共平面的。

在一些实施例中，平板光导可以是基本上平坦的(即，局限为平面)，并且因此平板光导是平面的光导。在其他实施例中，平板光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，平板光导可以单一维度弯曲以形成圆柱型的平板光导。然而，任何曲率都需具有足够大的曲率半径，以确保平板光导中能保持全内反射来引导光。

本文中，“衍射光栅”广义上被定义为布置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性的方式或准周期性的方式设置。在其他示例中，衍射光栅可以是混合周期型衍射光栅，其包含多个衍射光栅，多个衍射光栅中的每一个衍射光栅具有不同的周期性结构的排列。例如，衍射光栅可以包含布置在一维(one-dimensional，ID)阵列中的多个特征(例如，在材料表面中的多个凹槽或脊部)。或者，衍射光栅可包括二维(two-dimensional，2D)特征阵列或限定在二维中的特征阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸部或材料表面中的孔洞的二维阵列。在一些示例中，衍射光栅在第一方向或维度上基本上可以是周期性的，并且在穿过或沿着衍射光栅的另一个方向上基本上是非周期性的(例如，固定的、随机的等)。

因此，根据本文的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射在衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射地散射可以导致并且因此被称为“衍射地耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，由于衍射，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射的光的传播方向的变化在这里被称为“衍射地重定向”。因此，衍射光栅可被理解为包含衍射特征的结构，其经由衍射方式将入射在衍射光栅上的光重定向，以及，如果光是由光导入射，则衍射光栅也可将来自光导的光衍射地耦合出。

此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、之中、和之上的其中一个或多个。例如，所述表面可以是光导的表面。衍射特征可以包含衍射光的各种结构中的任何一种，包含但不限于在表面处、表面中、或表面上的凹槽、凸脊、孔洞、和凸部中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包含在材料表面内的多个基本上平行的凹槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包含从材料表面上突出的多个平行的凸脊。衍射特征(例如：凹槽、凸脊、孔洞、凸部等等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包含但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓、和锯齿轮廓中的一个或多个(例如，炫耀光栅(blazed grating))。

根据本发明中所描述的各种实施例，衍射光栅(例如，衍射多光束元件的衍射光栅，如下文所述)可以被用于将光衍射地散射，或者将光耦合出光导(例如，平板光导)作为光束。具体来说，局部周期性衍射光栅的衍射角θ_m或由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θ_m可通过等式(1)给定：

其中λ是光的波长，m是衍射阶数，n是光导的折射系数，d是衍射光栅的特征之间的距离或间距，θ_i是衍射光栅上的光入射角。为了简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面邻接并且光导外部的材料的折射系数等于1(即n_out＝1)。通常，衍射阶数m由整数给出(即，m＝±1,±2,…)。衍射光栅产生的光束的衍射角θ_m可以由等式(1)给定。当衍射阶数m等于1(即，m＝1)时，提供第一阶衍射或更具体地提供第一阶衍射角θ_m。

图2示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中衍射光栅30的横截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。另外，图2示出了以入射角θ_i入射在衍射光栅30上的光束20。光束20是光导40内的被引导光束。图2中还示出了由于入射光束20的衍射，衍射光栅30衍射地产生并耦合出或散射出方向光束50。方向性光束50具有如等式(1)所示的衍射角θ_m(或者，在本文中称为“主角方向”)。例如，方向性光束50可以对应于衍射光栅30的衍射阶数“m”。

此外，根据一些实施例，衍射特征可以是弯曲的，并且还可以具有相对于光的传播方向的预定方向(例如，倾斜或旋转)。例如，衍射特征的曲线和衍射特征的取向中的一个或两个可以被配置为控制由衍射光栅散射出的光的方向。例如，方向性光的主角方向可以是在光入射到衍射光栅上的点处的衍射特征相对于入射光的传播方向的角度的函数。

根据本文的定义，“多光束元件”是产生包含多个光束的光的背光体或显示器的结构或元件。根据定义，“衍射”多光束元件是通过衍射或使用衍射耦合产生多个光束的多光束元件。具体来说，在一些实施例中，衍射多光束元件可光学地耦合至背光体的光导，以通过衍射地耦合出在所述光导中的一部分被引导光而提供多个光束。此外，根据本文的定义，衍射多光束元件包括在多光束元件的边界或范围内的多个衍射光栅。根据本文的定义，由多光束元件产生的多个光束(或“复数个光束”)中的光束具有彼此不同的主角方向。更具体，根据定义，多个光束中的光束具有不同于所述多个光束中的另一光束的预定主角方向。根据各种实施例，衍射多光束元件的衍射光栅中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是子波长(即，小于被引导光的波长)。

虽然具有多个衍射光栅的多光束元件被用作下文中的讨论的说明性示例，在一些实施例中，其他组件可以用在多光束元件中，例如微反射元件和微折射元件中的至少一个。例如，微反射元件可包含三角形镜、梯形镜、锥形镜、矩形镜、半球形镜、凹面镜和/或凸面镜。在一些实施例中，微折射元件可包含三角形折射元件、梯形折射元件、锥形折射元件、矩形折射元件、半球形折射元件、凹折射元件和/或凸折射元件。

根据各种实施例，多个光束可以表示光场。例如，多个光束可被限制在基本上为圆锥形的空间区域中，或者具有预定的角展度(angular spread)，其包含所述多个光束中的光束的不同主角方向。因此，光束的预定角展度组合起来(即，多个光束)可表示光场。

根据各种实施例，多个光束中的各种光束的不同主角方向由包含但不限于衍射多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)、以及“光栅间距”或衍射特征间距、和衍射多光束元件内的衍射光栅的方向的特来决定。在一些实施例中，根据本文的定义，衍射多光束元件可被视为“扩展点光源”，即，多个点光源分布在衍射多光束元件的范围上。此外，由衍射多光束元件产生的光束具有由角度分量{θ,φ}给出的主角方向，如本文所定义，并且如上文关于图1B所述。

在本文中，“准直器”被定义为被配置为用于准直光的基本上任何光学设备或元件。举例来说，准直器可以包括但不限于，准直镜或反射器、准直透镜、或上述的各种组合。在一些实施例中，准直器包括准直反射器，该准直反射器的反射表面可以具有抛物线曲线或抛物线形状的特性。在另一实例中，准直反射器可以包括类抛物面(shaped parabolic)反射器，“类抛物面”在此指类抛物面反射器的反射曲面与“真正”的抛物曲线有所偏离，从而获得预定的反射特性(例如，准直度)。类似地，准直透镜可以包括球形的表面(例如，双凸球面透镜)。

在一些实施例中，准直器可为连续反射器或连续透镜(即，具有基本上平滑、连续表面的反射器或透镜)。在其他实施例中，准直反射器或准直透镜可包括基本上为不连续的表面，例如，可包括但不限定于，用于提供光的准直的菲涅耳(Fresnel)反射器或菲涅耳透镜。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定的角度或数量变化。进一步地，准直器可被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向以及水平方向)中的一个或两个方向上提供准直。换言之，根据本发明的一些实施例，准直器可包含用于提供光准直的两个正交方向中的一个或两个中的形状。

在本文中，“准直因子”表示为σ，被定义为光被准直的程度。具体地，如本文所定义，准直因子定义为准直光束内的光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定一束准直光中的大部分光线在特定的角展度内(例如，相对于准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线在角度方面可以具有高斯分布(Gaussian distribution)，并且角展度可以是在准直光束的峰值强度的一半处所确定的角度。

在本文中，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生和发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光学发射器，诸如当激活或打开时发射光的发光二极管(LED)。具体地，在本文中，光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光学发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯以及几乎任何其他光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有色彩(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光学发射器。例如，光源可以包括一套或一组光学发射器，其中至少一个光学发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其他光学发射器产生的光的色彩或波长不同的色彩或等效波长的光。例如，不同的色彩可以包括原色(例如，红、绿、蓝)。

此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的通常含义，即“一个或多个”。例如，“元件”指一个或多个元件，同样地，“所述元件”在本文中意指“所述(多个)元件”。此外，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”、或“右”并不意味着在作为限制。本文中，当应用到一个值时，除非有另外特别说明，“大约”一词在应用于某个值时通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以表示加减10％、或加减5％、或加减1％。此外，本文使用的术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。并且，这里的示例仅仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而不是为了限制。

根据本文所述的原理的一些实施例，提供了一种多视图显示器。图3A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器100的横截面图。图3B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器100的平面图。图3C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器100的透视图。图3C中的透视图被显示为部分切除，仅为便于在本文中讨论。

图3A至图3C示出的多视图显示器100被配置为提供具有彼此不同的主角方向的多个方向光束102(例如，作为光场)。更具体来说，根据各种实施例，所提供的多个方向性光束102被散射出，并以与多视图显示器的各个视图方向对应的不同主角方向往远离多视图显示器100的方向定向。在一些实施例中，可以调制方向性光束102(例如，使用光阀，如下所述)以便于显示具有多视图内容的信息，例如多视图图像。图3A至图3C还示出了包括子像素和光阀130的阵列的多视图像素106，其在下文进一步详细描述。应注意的是，如图所示，多视图像素106的子像素等效于光阀阵列中的光阀130。

如图3A-3C所示，多视图显示器100包括光导110。光导110被配置为沿着光导110的长度引导光，作为被引导光104(即，被引导光束104)。例如，光导110可以包括被配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有大于围绕介电光波导的介质的第二折射率的第一折射率。折射率的差被配置为例如根据光导110的一个或多个引导模式来促进被引导光104的全内反射。

在一些实施例中，光导110可以是包括延伸的、基本上是平坦的光学透明电介质材料的片或板光波导(即板光导)。基本上平坦的电介质材料片被配置为使用全内放射来引导被引导光束104。根据各种示例，光导110的光学透明的电介质材料可以包括各种电介质材料中的任何一种，或者由各种电介质材料中的任何一种构成，电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)，以及基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，光导110还可以在光导110的表面的至少部分处(例如，上表面和下表面中的一个或两个)包括涂覆层(未示出)。根据一些实施例，涂覆层可用于进一步促进全内反射。

此外，根据一些实施例，光导110被配置为根据全内反射在光导110的第一表面110’(例如，“前”表面或侧)和第二表面110”(例如，“后”表面或侧)之间以非零传播角引导被引导光束104。具体地，被引导光104通过以非零传播角在光导110的第一表面110’和第二表面110”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，包括不同色彩的光的多个被引导光束104可以由光导110以不同的色彩特定的、非零传播角中的相应的非零传播角来引导。为了简化说明，图3A-3C中未示出非零传播角。然而，在图3A中，描绘传播方向103的粗体箭头示出了沿着光导长度的被引导光104的一般传播方向。

如本文所定义的，“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导110内的全内反射的临界角。例如，被引导光束104的非零传播角可以在大约十(10)度到大约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在大约二十(20)度到大约四十(40)度之间，或者在大约二十五(25)度到大约三十五(35)度之间。例如，非零传播角可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角可以是大约20度，或大约25度，或大约35度。此外，只要选择特定的非零传播角小于光导110内的全内反射的临界角，则可以为特定的实现选择(例如，任意地)特定的非零传播角。

光导110中的被引导光束104可以以非零传播角(例如，约30-35度)引入或耦合到光导110中。在一些示例中，耦合结构(例如但不限于透镜、镜子或类似反射器(例如，倾斜的准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出))以及它们的各种组合可以促进以非零传播角将光耦合到的光导110的输入端作为被引导光束104。在其它示例中，可以将光直接引入光导110的输入端，而不使用或基本上不使用耦合结构(即，可以使用直接耦合或“对接”耦合)。一旦耦合到光导110中，被引导光束104被配置为在通常远离输入端的传播方向103中沿着光导110传播(例如，在图3A中用沿着x轴的粗体箭头示出)。

此外，根据各种实施例，通过将光耦合到光导110中而生成的被引导光104(或等效的被引导光束104)可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为其中光束的光线在光束(例如，被引导光束104)内基本上相互平行的光束。此外，根据本文中的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的部分。在一些实施例中(未示出)，多视图显示器100可包括准直器，例如如上所述的透镜、反射器或镜子(例如，倾斜的准直反射器)，以准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源本身包括准直器。提供给光导110的准直光是准直的被引导光束104。在各种实施例中，可以根据准直因子σ对被引导光束104进行准直，或者被引导光104可以具有准直因子σ。可选地，在其它实施例中，被引导光束可以是未被准直的。

在一些实施例中，光导110可以被配置为“循环使用”的被引导光104。具体地，沿着光导长度被引导的被引导光104可以沿着该长度在与传播方向103不同的另一传播方向103’上重新定向。例如，光导110可以在与光源相邻的输入端相对的光导110的一端包括反射器(未示出)。反射器可以被配置为将被引导光104作为循环使用的被引导光反射回输入端。在一些实施例中，替代光的循环使用(例如，使用反射器)或者除了光的循环使用之外，另一光源可在另一传播方向103’上提供被引导光104。循环使用被引导光104、以及使用另一光源来提供具有另一传播方向103’的被引导光104中的一个或两个都可以通过使被引导光例如对多光束元件可用多次来增加多视图显示器100的亮度(例如，增加方向性光束102的强度)，如下所述。

在图3A中，指示回收的被引导光的传播方向103’的粗体箭头(例如，以负x方向定向)示出了在光导110内回收的被引导光的一般传播方向。可替代地(例如，与回收的被引导光相反)，可通过将具有另一传播方向103’的光引入光导110中来提供沿另一传播方向103’传播的被引导光104(例如，除了具有传播方向103的被引导光104之外)。

如图3A-3C所示，多视图显示器100还包括沿光导长度互相隔开的多个多光束元件120。具体来说，多个多光束元件120中的多光束元件120通过有限空间互相隔开，并且沿着光导长度表示单独的、不同的元件。也就是说，根据本文的定义，多个多光束元件中的多光束元件120根据有限(即，非零)的元件间距离(例如，有限的中心至中心距离)互相隔开。此外，根据一些实施例，多个多光束元件120通常不相交、重叠或彼此接触。因此，多个多光束元件120中的每一个多光束元件120通常是不同的且与多光束元件120中的其他多光束元件分离。

根据一些实施例，多个多光束元件120可以布置为一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。例如，多光束元件120可以布置为线性1D阵列。在另一示例中，多个多光束元件120可以布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即1D或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。具体地，多光束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间距)可以在整个阵列中基本上均匀或恒定。在其他示例中，多光束元件120之间的元件间距离可以在穿过阵列和沿着光导110的长度的一个或两个中变化。

根据各种实施例，多个多光束元件120中的多光束元件被配置为提供、将被引导光104的一部分耦合出或散射出作为多个方向性光束102。例如，根据各种实施例，可以使用衍射散射、反射散射、和折射散射或耦合中的一种或多种来耦合出或散射出部分被引导光。图3A和图3C将方向性光束102显示为多个发散箭头，其描绘为从光导110的第一表面(或前表面)110’定向离开。此外，根据各种实施例，如上文所定义并在下文进一步描述且在图3A-3C中所示，多光束元件120的尺寸与多视图像素106的子像素(或等同光阀130)的尺寸相当。在本发明中，“尺寸”可以包含但不限于，长度、宽度、或面积的各种方式中的任何一种来定义。例如，光阀130或子像素的尺寸可以是其长度，并且多光束元件120的相当尺寸也可以是多光束元件120的长度。在另一示例中，尺寸可以指面积，使得多光束元件120的面积可以与子像素的面积(或光阀130)相当。

在一些实施例中，多光束元件120的尺寸可以与子像素尺寸相当，使得多光束元件尺寸介于子像素尺寸的百分之五十(50％)至百分之两百(200％)之间。例如，如果多光束元件尺寸被表示为“s”并且子像素尺寸被表示为“S”(如图3A中所示)，则多光束元件尺寸s可用以下等式给定：

在其他例子中，多光束元件尺寸大于子像素尺寸的约百分之六十(60％)，或约百分之七十(70％)，或大于子像素尺寸的约百分之八十(80％)，或大于子像素尺寸的约百分之九十(90％)，且多光束元件尺寸小于子像素尺寸的约百分之一百八十(180％)，或小于子像素尺寸的约百分之一百六十(160％)，或小于子像素尺寸的约百分之一百四十(140％)，或小于子像素尺寸的约百分之一百二十(120％)。例如，通过“相当尺寸”，多光束元件尺寸可在子像素尺寸的约百分之七十五(75％)及约百分之一百五十(150％)之间。在另一例子中，多光束元件120在尺寸上可以与子像素相当，其中，多光束元件尺寸在子像素尺寸的约百分之一百二十五(125％至百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择多光束元件120和子像素的相当尺寸，以减少多视图显示器的视图之间的暗区域，或在一些示例中将所述暗区域最小化。此外，可以选择多光束元件120和子像素的相当尺寸，以减少多视图显示器的视图(或视图像素)之间的重叠，并且在一些示例中将所述重叠最小化。

图3A至图3C中所示的多视图显示器100还包括光阀130的阵列，被配置为调制多个方向性光束中的方向性光束102。如图所示，具有不同主角方向不同的方向性光束102穿过并且可通过光阀阵列中不同的光阀130来调制。此外，如图所示，光阀阵列中的光阀130对应于多视图像素106的子像素，并且一组光阀130对应于多视图显示器的多视图像素106。具体地，光阀阵列中不同组的光阀130被配置为接收及调制来自多光束元件120中对应的多光束元件120的方向性光束102，即，如图所示，对于每一个多光束元件120，具有一组唯一的光阀130。在各种实施例中，不同种类的光阀可被用作光阀阵列中的光阀130，这些光阀的种类包含但不限于，液晶光阀、电泳光阀，以及基于电润湿的光阀中的一个或多个。

如图3A所示，第一光阀组130a被配置为接收并调制来自第一多光束元件120a的方向性光束102。此外，第二光阀组130b被配置为接收并调制来自第二多光束元件120b的方向性光束102。因此，如图3A中所示，光阀阵列中的光阀组中的每一组(例如，第一光阀组130a及第二光阀组130b)分别对应于不同的多光束元件120(例如，元件120a、元件120b)，并且对应于不同的多视图像素106，其中光阀组中的单独光阀130对应于相应多视图像素106的子像素。

应注意的是，如图3A所示，多视图像素106的子像素的尺寸可对应于光阀阵列中的光阀130的尺寸。在其他例子中，子像素尺寸可被定义为光阀阵列中相邻的光阀130之间的距离(例如，中心至中心距离)。例如光阀130可小于光阀阵列中光阀130之间的中心至中心距离。例如，子像素尺寸可被定义为光阀130的尺寸或对应于光阀130之间的中心至中心距离的尺寸。

在一些实施例中，多光束元件120与对应的多视图像素106(即，子像素组和对应的光阀130的组)之间的关系可以是一对一的关系。即，可以存在相同数量的多视图像素106和多光束元件120。图3B以示例的方式明确地示出了一对一的关系，其中包括不同组的光阀130(以及对应的子像素)的每个多视图像素106被示出为被虚线包围。在其他实施例中(未示出)，多视图像素106与多光束元件120的数量可以彼此不同。

在一些实施例中，多个多光束元件中的一对多光束元件120之间的元件间距离(例如，中心至中心距离)可等于对应的多一对多视图像素106之间的像素间距离(例如，中心至中心距离)，例如，由多个光阀组表示。例如，如图3A中所示，第一多光束元件120a及第二多光束元件120b之间的中心至中心距离d基本上等同于第一光阀组130a及第二光阀组130b之间的中心至中心距离D。在另一实施例中(未示出)，一对多光束元件120及对应光阀组的相对中心至中心距离可不同，例如，多光束元件120可具有大于或小于表示多视图像素106的光阀组之间的间距(例如，中心至中心距离D)的元件间间距(即，中心至中心距离d)。

在一些实施例中，多光束元件120的形状可以类似于多视图像素106的形状，或者等同的，类似于与多视图像素106对应的一组(或“子阵列”)光阀130的形状。例如，多光束元件120可以具有正方形的形状，并且多视图像素106(或对应的一组光阀130的布置)可以基本上是方形的。在另一示例中，多光束元件120可具有长方形的形状，即，可具有大于宽度或横向(transverse)尺寸的长度或纵向(longitudinal)尺寸。在此示例中，对应于多光束元件120的多视图像素106(或等效地，该组光阀130的布置)可具有类似矩形的形状。图3B示出了正方形多光束元件120和对应的正方形多视图像素106的俯视图或平面图，多视图像素106包括正方形的多组光阀130。在其他示例中(未示出)中，多光束元件120和对应的多视图像素106具有各种形状，包含或至少近似但不限于，三角形、六角形、和圆形。此外，如先前所述并在下文中进一步描述，多视图像素106的形状(即，子像素组)可以是可动态地重新配置的，以提供动态视野。因此，在这些实施例中，多光束元件120的形状与多视图像素106的形状之间通常不具有关联。

此外(例如，如图3A所示)，根据一些实施例，每个多光束元件120被配置为基于分配给特定多视图像素106的子像素组，在给定时间向一个且仅一个多视图像素106提供方向性光束102。具体来说，对于给定的一个多光束元件120以及将子像素组对特定多视图像素106的当前分配，具有与该多视图显示器的不同视图相对应的不同主角方向的方向性光束102基本上限于单个对应的多视图像素106及其子像素，即，对应于多光束元件120的单组光阀130，如图3A中所示。因此，多视图显示器100的每个多光束元件120提供具有对应于多视图显示器当前的不同视图的一组不同主角方向的对应的一组方向光束102(即，该组方向光束102包含具有对应于当前的每个不同视图方向的方向的光束)。通过动态地和选择性地将多组子像素分配给多视图像素106并且因此分配给特定视图方向，多视图显示器100可以动态地选择性地改变视野。例如，当多视图显示器100具有横向方向(landscapeorientation)时，可以选择性地将视野改变为相对更宽和更短。此外，当多视图显示器100具有竖向方向(portrait orientation)时，可以选择性地将视野改变为相对更窄和更高。

根据各种实施例，多视图显示器100包括具有可动态地重新配置形状的多个多视图像素106。具体地，多个多视图像素106中的多视图像素包括一组光阀130，被配置为调制方向性光束以提供多视图图像。另外，根据各种实施例，多个多视图像素106中的多视图像素具有可动态地重新配置的各种形状，以基于多视图显示器100的条件提供具有动态视野的多视图图像。

根据与本文所述原理一致的实施例，图4A至图4D示出了具有可动态(例如，实时或“即时”)重组的形状132(使用虚线示出以描绘形状132的轮廓)的多视图像素106的平面图。具体来说，作为示例而非限制的，在图4A至图4D中，多视图像素106中的每一个调制来自多光束元件120的散射光并提供32个视图。然而，在图4A至图4D中所示的各种多视图像素106中的每一个中，数组光阀130的形状132以及因此由多视图像素106提供的相应的FOV彼此不同。此外，对于多视图显示器100在使用时的不同方向或其他条件，不同的FOV可能是有用的。例如，当多视图显示器具有横向方向或以横向模式使用时，可以使用图4A中的形状132(例如，宽度134大于长度136。具体来说，多视图像素106的这种配置可以沿着x轴(例如水平方向或纵向)提供比沿着y轴(例如垂直方向)更宽的FOV。此外，此更宽的FOV可以在与x轴相对应的方向上或沿着与x轴相对应的方向中包含更多视图或视图方向，即，当观看者绕着y轴旋转视线时。或者，当多视图显示器具有纵向方向或以纵向模式使用时，可以使用图4B中的形状132(宽度134小于长度136)。多视图像素106的这种配置可以沿着y轴提供比沿着x轴更宽的FOV。如前所述，较宽的FOV可以包含更多的视图或视图方向，但是在这种情况下，是在y轴中或沿y轴，也就是当观看者围绕x轴旋转他们的视线时。此外，根据一些实施例，多视图显示器可以被配置为在操作期间在图4A和图4B中的每一个中的形状132之间切换，以提供形状132和FOV的动态地重新配置。

一般来说，代替矩形形状132，多视图像素106可以具有任意的阶梯形状或等效的可拼接(tileable)的形状。这在图4C和图4D中作为示例而非限制的方式示出。具体来说，图4C和4D示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的具有动态可重组形状132的多视图像素106的平面图。

在一些实施例中，多视图像素106的形状132可用于为沿x轴和y轴中的每一个的不同视图提供均衡的或类似的FOV，例如，当多视图显示器100处于横向或竖向时。图5A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中具有可动态地重新配置形状132(如上图以虚线显示)的多视图像素106的平面图。具体地，图5A中所示的多视图像素106具有对称的菱形形状132。应注意的是，图5A中示出的多视图像素106的对称菱形形状132可以通过多视图显示器中的至少一些光值130的灰度或占空比调制来实现。因此，通过动态再分配或重组多视图像素106中的子像素，可以获得不同的形状132，并且因此可以获得不同的FOV。或者，可以使用可拼接的近似形状来实现对称菱形132。图5B示出根据与本文所述原理一致的实施例的示例中以近似形状来实现具有可动态地重新配置形状132的多视图像素106的平面图。如图所示，近似或等效的阶梯形状132可以提供如图5A中所示的对称菱形132的实际实施方式。

如上所述并如图4A至图5B所示，多视图像素106的形状132可以为在多视图显示器的平面中可拼接，即，多视图像素106可以彼此相邻地定位而在相邻于的多视图像素106之间不存在空间。虽然在图4A至图5B中示出了特定形状132，但是形状132可以包括：菱形、正方形、水平矩形、垂直矩形、或阶梯形状。

根据各种实施例，多视图像素106的动态适应或重组(以及因此FOV的动态适应或重组)可以基于多视图显示器100的条件。所述的条件可以(至少部分地)包含用户或观看者相对于多视图显示器100的位置、用户的注视方向、或用户头部的头部跟踪中的一个或多个。例如，多视图显示器100或包括多视图显示器100的电子设备可以追踪或监测用户相对于多视图显示器100的位置。在一些实施例中，所述追踪涉及对一个或多个图像的分析。替代地或另外地，所述监测可以使用超声波、无线信号、或其他类型的量测方式来执行。

此外，在一些实施例中，多视图像素106的动态适应或重组(以及因此FOV的动态适应或重组)可以基于(至少部分地)包含多视图显示器的监测方位的条件。例如，可以使用陀螺仪、加速度计、和另一种类型的方向测量(例如，使用相机或图像传感器获取的图像的分析)中的一个或多个来确定方位。因此，可以至少部分地基于使用包含在多视图显示器100中的至少一个传感器或者包含多视图显示器100的电子设备执行的测量来重组动态FOV。

此外，在一些实施例中，多视图像素106的动态适应或重组(以及因此FOV的动态适应或重组)可以基于(至少部分地)包括要在多视图显示器100上呈现的多视图图像的内容的条件。例如，如果所述内容包含具有较宽的宽度或轴的全景场景，则动态视野可以重组以沿宽度或轴提供更多数量的视图。更一般地，可以分析所述内容以确定沿着一个或多个不同轴(例如长度和宽度)的信息空间密度，并且可以重组动态视野以沿着具有最高信息空间密度的轴提供更多数量的视图。

再次参照图3A，多视图显示器100可还包括光源140。根据各种实施例，光源140被配置为提供在光导110内被引导的光。具体地，光源140可以位于相邻于光导110的入口表面或入口端(输入端)。在各种实施例中，光源140可包括基本上任何光源(例如，光学发射器)，其包含但不限于LED、激光器(例如，激光二极管)或其组合。在一些实施例中，光源140可以包括光学发射器，被配置为产生代表特定颜色的具有窄频光谱的基本上为单色的光。具体来说，该单色光的颜色可为特定颜色空间或特定颜色模型的原色(例如，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)。在其他示例中，光源140可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本宽频带光源。例如，光源140可提供白光。在一些实施例中，光源140可以包括多个不同的光学发射器，其被配置为提供不同颜色的光。不同的光学发射器可以被配置为提供具有与不同光色中的每一个相对应的被引导光的不同的、颜色特定的、非零值传播角度的光。

在一些实施例中，光源140可还包括准直器。准直器可以被配置为接收来自光源140的一个或多个光学发射器的大致非准直光。准直器进一步被配置为将大致非准直光转换为准直光。具体来说，根据一些实施例，准直器可提供具有非零传播角度并且根据预定准直因子准直的准直光。而且，当采用不同颜色的光学发射器时，准直器可被配置为提供具有不同的、颜色特定的非零传播角以及不同颜色特定的准直因子中的一个或两个的准直光。如上文所述，准直器进一步被配置为将准直光束传送到光导110，以将其传播为被引导光104。

在一些实施例中，多视图显示器100被配置为对于在与被引导光104的传播方向103、103’正交(或基本上正交)的方向上通过光导110的光为基本上透明。具体来说，在一些实施例中，光导110和间隔开的多光束元件120允许光通过第一表面110’和第二表面110”以穿过光导110。由于多光束元件120的相对小的尺寸和多光束元件120的相对大的元件间间距(例如，与多视图像素106的一一对应关系)，使得透明度可以至少部分地被增强。此外，根据一些实施例，多光束元件120的衍射光栅122对于与光导表面110’、110”正交传播的光也可以是基本透明的。

根据各种实施例，多光束元件120可包括被配置为散射出被引导光104的一部分的多个不同结构中的任何一种。例如，不同结构可以包含但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件、或其各种组合。在一些实施例中，多光束元件120包括衍射光栅，其被配置为衍射地耦合出被引导光的一部分，作为具有不同主角方向的多个方向性光束102。在其他实施例中，多光束元件120包括微反射元件，被配置为将被引导光的一部分反射地耦合为多个方向性光束102，或者多光束元件120包括微折射元件，被配置为通过或利用折射将被引导光的一部分耦合为多个方向性光束102(即，折射地耦合出被引导光的部分)。

图6A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多光束元件120的横截面图。图6B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中多光束元件120的横截面图。具体来说，图6A至图6B示出了多视图显示器100的多光束元件120，其包括衍射光栅122。衍射光栅122被配置为将被引导光104(其可以是白光或RGB)的一部分衍射地耦合或散射出，作为多个方向性光束102。应注意，衍射光栅122包括多个衍射特征，其通过衍射特征间距(有时也称为“光栅间距”)、或衍射特征、或光栅间距互相隔开，所述衍射特征被配置为提供衍射地耦合出的被引导光的部分。根据各种实施例，衍射光栅122中的衍射特征的间距或光栅间距可为子波长(即，小于被引导光的波长)。应注意的是，为了简化说明，图6A至图6B示出了具有单一光栅间距(即，恒定的光栅间隔)的衍射光栅122。在各种实施例中，衍射光栅122可包含多个不同的光栅间距(例如，两个或更多个光栅间距)或可变的光栅间距或光栅间隔，以提供图6A至图6B中所示的方向性光束。

在一些实施例中，多光束元件120的衍射光栅122可被定位在或相邻于光导110的表面。例如，如图6A所示，衍射光栅122可以位于光导110的第一表面110’处或位于光导110的第一表面110’的附近。第一表面110’处的衍射光栅122可以是透射模式衍射光栅，被配置为将引导光的部分通过第一表面110’衍射地耦合为或散射为多个方向性光束102。在另一示例中，如图6B所示，衍射光栅122可被定位于或相邻于光导110的第二表面110”。当位于第二表面110”时，衍射光栅122可以是反射模式衍射光栅。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅122被配置为衍射被引导光的部分并且反射被引导光的部分，使其朝向第一表面110’以通过第一表面110’离开，作为衍射地散射的多个方向性光束102。

在其他实施例(未示出)中，衍射光栅可以位于光导110的表面之间，例如作为透射模式衍射光栅和反射模式衍射光栅中的其中的一个或两个。应注意，在本文描述的一些实施例中，多个方向性光束102的主角方向可以包含由于多个方向性光束102在光导表面处离开光导110而产生的折射效应。例如，作为示例而非限制，图6B示出了当散射出的多个方向性光束102穿过第一表面110’时由于折射系数的变化而导致散射出的多个方向性光束102的折射(即，弯曲)。

根据一些实施例，衍射光栅122的衍射特征可以包括互相隔开的凹槽和凸脊中的一个或两个。凹槽或凸脊可以包括光导110的材料，例如，可以形成在光导110的表面中。在另一个示例中，凹槽或凸脊可以由除了导光材料以外的材料形成，例如在光导110的表面上的另一种材料的膜或层。当多光束元件120位于光导110的后侧或第二表面110”上并且包括多个被配置为反射模式衍射光栅的衍射光栅122时(例如，如图6B所示)，通过蚀刻将多个光栅的各个衍射光栅形成到第二表面110”中，并且可以使用包括银的反射层来增强反射，所述反射层被设置到光导110的第二表面110”以覆盖衍射光栅，并且基本上填充其衍射特征(例如，凹槽)。具体来说，如图6B所示，衍射光栅122可包括衍射光栅122a和反射层122b。反射层122b可包括反射材料或反射层，例如但不限于反射金属层。应注意的是，根据一些实施例，光栅特性(例如光栅间距、凹槽深度、凸脊高度等)和/或衍射光栅的密度可用于补偿光导110内的被引导光104的光强度随着传播距离的变化。

在一些实施例中，多光束元件120的衍射光栅122是均匀的衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个衍射光栅122中大致上是恒定或不变的。在一些实施例(未示出)中，被配置为提供方向性光束102的衍射光栅122是或包括可变衍射光栅或啁啾(chirped)衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是一种衍射光栅，其表现出或具有随着啁啾衍射光栅的范围或长度而变化的衍射特征的衍射间距(即，光栅间距)。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。因此，啁啾衍射光栅根据定义是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，多光束元件120的啁啾衍射光栅可表现出衍射特征间距的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包含但不限于指数啁啾、对数啁啾、或以其它基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的啁啾。也可以使用非单调的啁啾，例如但不限于正弦啁啾、或三角形、或锯齿啁啾。任何这些类型的啁啾的组合也可以被使用。

虽然前文的讨论将多光束元件120示出为衍射光栅，但在其他实施例中，使用各种各样的光学组件来产生方向性光束102，包含微反射组件和/或微折射组件。例如，微反射组件可包含三角形镜、梯形镜、锥形镜、矩形镜、半球形镜、凹面镜和/或凸面镜。应注意的是，这些光学组件可以位于光导110的第一表面110’和/或第二表面110”处。而且，光学组件可以设置在第一表面110’上、第二表面110”上、或第一表面110’和第二表面110”之间。此外，光学组件可以是从第一表面110’和/或第二表面110”突出的“正特征”，或者它可以是凹入第一表面110’和/或第二表面110”的“负特征”。

图6C示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中多光束元件120的横截面图。具体来说，图6C示出了包括微反射元件124的多光束元件120的各种实施例。用作多光束元件120或在多光束元件120中的微反射元件可包含但不限于，采用反射材料或其膜的反射器(例如，反射金属)或基于全内反射(total internal reflection，TIR)的反射器。根据一些实施例(例如，如图6C所示)，包括微反射元件124的多光束元件120可以位于光导110的表面(例如，第二表面110”)或位于所述表面的附近。在其他的实施例中(未示出，微反射元件124可以位于第一表面110’与第二表面110”之间的光导110内。

例如，图6C示出了包括微反射元件124的多光束元件120，微反射元件124具有位于光导110的第二表面110”附近的反射刻面(facet)(例如，“棱镜式(prismatic)”微反射元件)。所示的棱镜式微反射元件124的刻面被配置为将被引导光104的一部分反射(即，反射地耦合)出光导110。例如，刻面可以相对于被引导光104的传播方向倾斜或偏斜(即，具有倾斜角)，以将一部分的被引导光反射出光导110。根据各种实施例，刻面可以利用光导110内的反射材料(例如，如图6C所示)形成，或者可以是第二表面110”中的棱柱形空腔的表面。在一些实施例中，当采用棱柱形空腔时，空腔表面处的折射系数变化可以提供反射(例如，TIR反射)，或者形成刻面的空腔表面可以被反射材料涂覆以提供反射。做为示例而非限制，图6C示出了具有两个传播方向103、103’的被引导光104(即，由粗箭头示出)。例如，利用两个传播方向103、103’可助于对多个方向性光束102提供对称的主角方向。在另一示例(未示出)中，微反射元件可具有基本上光滑的弯曲表面，例如但不限于半球形微反射元件124。

图6D示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中的多光束元件120的横截面图。具体来说，图6D示出了包括微折射元件126的多光束元件120。根据各种实施例，微折射元件126被配置为将来自光导110的被引导光104的一部分折射地耦合出。也就是说，如图6D所示，微折射元件126被配置为利用折射(例如，相对于衍射或反射)将一部分的被引导光从光导110耦合出，作为方向性光束102。微折射元件126可具有各种形状，其形状包括但不限于，半球形形状、矩形形状或棱柱形状(即，具有倾斜面的形状)。根据各种实施例，微折射元件126可从光导110的表面(例如，第一表面110’)延伸或突出，如图所示，或可为所述表面中的空腔(未示出)。进一步地，在一些实施例中，微折射元件126可包括光导110的材料。在其他实施例中，微折射元件126可包括相邻于光导表面的另一材料，并且在一些例子中，微折射元件126可包括与光导表面接触的另一材料。

根据本文所描述的原理的一些实施例，提供了一种多视图显示器。多视图显示器被配置为发射调制光束，作为多视图显示器的像素。所发射的调制光束具有彼此不同的主角方向(本文中，也称为“不同引导的光束”)。此外，所发射的调制光束可以优先地指向多视图显示器的多个视图方向。在非限制性示例中，多视图显示器可以包含四乘四(4x4)、四乘八(4x8)、或八乘八(8x8)个视图以及相应数量的视图方向。在一些示例中，多视图显示器被配置为提供或“显示”多视图图像。根据各种实施例，调制的不同引导光束中的不同的光束可以对应于与多视图图像相关联的不同“视图”的各个像素。例如，在由多视图显示器显示的多视图图像中，不同视图可提供信息的“裸眼”(glasses free)表示(例如自动立体)。

此外，根据各种实施例，多视图显示器包括具有可动态地重新配置形状的多个多视图像素。具体来说，多个多视图像素中的多视图像素包括一组光阀，被配置为调制方向性光束以提供多视图图像。另外，根据各种实施例，多个多视图像素中的多视图像素具有可动态地重新配置的各种形状，以基于多视图显示器的条件提供具有动态FOV的多视图图像。

图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的框图。根据各种实施例，所示的多视图显示器200被配置为提供或显示在不同视图方向上具有不同视图的多视图图像。具体地，由多视图显示器200发射的调制光束202可以被用于显示多视图图像，且可对应于不同视图的像素(即，视图像素)。调制光束202被显示为从图7中的多视图显示器200发出的箭头。虚线被用于发射的调制光束202的箭头，以通过示例而非限制的方式强调其调制。

图7中所示的多视图显示器200包括可动态地重新配置多视图像素230的阵列。阵列中的可动态地重新配置多视图像素230被配置为提供多视图显示器200的多个不同视图。根据各种实施例，阵列中的可动态地重新配置多视图像素230包括多个子像素，其被配置为调制多个光束204并产生被发射的调制光束202。在一些实施例中，阵列中的可动态地重新配置多视图像素230基本上类似于如上文中关于多视图显示器100所述的包括子像素组的多视图像素106。此外，在一些实施例中，可动态地重新配置多视图像素230基本上类似于如上文关于多视图显示器100所述的光阀130的阵列中的一组光阀130。具体来说，可动态地重新配置多视图像素230的子像素可包括与上述光阀130基本上类似的光阀。也就是说，根据各种实施例，多视图显示器200的可动态地重新配置多视图像素230可包括一组光阀(例如，一组光阀130)，并且可动态地重新配置多视图像素230的子像素可包括光阀组的光阀(例如，单个光阀130)。

如图7所示，多视图显示器200还包括光导210。光导210被配置为引导光。在各种实施例中，光可以根据全内反射被引导，例如作为被引导光束。例如，光导210可以是平板光导，其被配置为将来自其光输入端的光引导为被引导光束。在一些实施例中，多视图显示器200的光导210可以基本上类似于上文关于多视图显示器100描述的光导110。

根据各种实施例，图7中所示的多视图显示器200还包括多光束元件220的阵列。阵列中的每个多光束元件220都被配置为将多个光束204提供给对应的可动态地重新配置多视图像素230。具体来说，多光束元件被配置为将来自光导的被引导光的部分耦合出或散射出，以作为多个光束204。多个光束204中的光束204具有互相不同的主角方向。此外，根据各种实施例，光束204的不同主角方向对应于多视图显示器200的不同视图中的各个视图的不同视图方向。

根据各种实施例，多光束元件阵列中的多光束元件220的尺寸与可动态地重新配置多视图像素230中的多个子像素的子像素的尺寸相当。例如，在一些实施例中，多光束元件220的尺寸可大于子像素尺寸的一半，并且小于子像素尺寸的二倍。另外，根据一些实施例，多光束元件阵列中的多光束元件220之间的元件间距离可对应于多视图像素阵列的可动态地重新配置多视图像素230之间的像素间距离。此外，在多视图像素阵列中的可动态地重新配置多视图像素230与多光束元件阵列中的多光束元件220之间可以存在一对一的对应关系。具体来说，在一些实施例中，多光束元件220之间的元件间距离(例如，中心到中心)可以基本上等于可动态地重新配置多视图像素230之间的像素间距离(例如，中心到中心)。因此，可动态地重新配置多视图像素230中的每一个子像素每个都可以被配置为调制由对应的多光束元件220所提供的多个光束204中的不同的光束204。此外，根据一些实施例，每个可动态地重新配置多视图像素230都可以被配置为从一个且仅一个多光束元件220接收和调制光束204。

在一些实施例中，多光束元件阵列的多光束元件220可以大致与上文中所述的多视图显示器100的多光束元件120相似。例如，多光束元件220可以包括与上述的多个衍射光栅122基本上相似的多个衍射光栅。具体来说，根据各种实施例，多光束元件220可以光学耦合到光导210并且被配置为将来自光导的被引导光的一部分耦合出或散射出，以作为多个光束204，将多个光束204提供给多视图像素阵列中的相应的可动态地重新配置多视图像素230。

此外，在一些实施例中，多视图显示器中的可动态地重新配置多视图像素230的形状可以是可动态地重新配置的，以提供具有动态视野的多视图图像。例如，可动态地重新配置多视图像素230的形状可以与上述的形状132基本类似。在一些实施例中，可以基于所监测的多视图显示器的方位、以及相对于多视图显示器所监测的用户位置或二者来调整视野。替代地或另外地，可以基于所显示的内容或要在多视图显示器上显示的内容来修改FOV。

在这些实施例中的一些实施例中(图7中未示出)，多视图显示器200可还包括光源。例如，光源可以被配置为以非零值传播角度向光导210提供光，并且在一些实施例中，根据准直因子对光进行准直，以在光导210内提供被引导光的预定角展度。根据一些实施例，光源可以基本上相似于如上文中关于多视图显示器100所述的光源140。在一些实施例中，可以采用多个光源。例如，可以在光导210的两个不同边缘或末端处(例如，相对的末端)使用一对光源，以将光提供给光导210。在一些实施例中，多视图显示器200包括多视图显示器100。

根据本文所描述的原理的其它实施例，提供了一种多视图显示器操作的方法。图8示出了根据与所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器操作方法300的流程图。如图8所示，多视图显示器的操作方法300包括使用互相隔开的多个多光束元件提供310方向性光束，所述的方向性光束具有与多个多视图图像的不同视图方向对应的不同主角方向。应注意的是，多个多光束元件中的多光束元件可以被配置为将来自光导的被引导光的一部分散射为多个方向性光束。在一些实施例中，多光束元件基本上类似于如上文所述的多视图显示器100的多光束元件120。例如，多光束元件120可包括衍射光栅、微反射元件、或微折射元件中的一个或多个，其基本上类似于上文所述的多视图显示器100的衍射光栅122、微反射元件124、和微折射元件126。

图8中所示的多视图显示器的操作方法300包括使用光阀阵列调制320方向性光束以显示多视图图像。应注意的是，光阀阵列中的一组光阀可以对应于多个多光束元件中的多光束元件，其被布置为多视图像素并且可以被配置为调制来自多光束元件的方向性光束。根据一些实施例，光阀阵列中的光阀对应于多视图像素的子像素。也就是说，例如，光阀可以具有与子像素的尺寸相当的尺寸，或者与多视图像素的子像素之间的中心间距相当的尺寸。根据一些实施例，多个光阀可以基本上类似于上文关于多视图显示器100的图3A至图3C所述的光阀130的阵列。具体来说，如上所述，不同组的光阀可以对应于不同的多视图像素，其对应关系类似于第一光阀组130a和第二光阀组130b与不同多视图像素106的对应关系。此外，光阀阵列的各个光阀可以对应于多视图像素的子像素，如同上文所述的光阀130对应于图3A至图3C的上述参考讨论中的子像素。

如图8所示，多视图显示器的操作方法300还包括根据多视图显示器的条件动态地重新配置330多视图像素的形状，以基于该条件提供具有动态视野的多视图图像。根据各种实施例，多视图像素可包含多个子像素。在一些实施例中，多视图像素的形状基本上类似于上文所述的形状132的其中一个。例如，动态地重新配置多视图像素的形状可以包括在宽度大于长度的第一矩形形状和宽度小于长度的第二矩形形状之间进行切换。第一矩形形状可以在水平方向上提供更多数量的视图，并且第二矩形形状可以在垂直方向上提供更多数量的视图。应注意的是，多视图像素形状可以为在光阀阵列中可拼接。

在一些实施例(未示出)中，多视图显示器的操作方法300包括监测多视图显示器的方位和监测用户相对于多视图显示器的位置中的一个或两个以提供多视图显示器的条件，其中，多视图像素的形状的动态地重新配置采用所监测的方位和所监测的用户位置中的一个或两个来决定多视图图像的动态视野。替代地或另外地，可以通过在多视图显示器上显示的多视图图像的内容来确定多视图显示器的条件。

在一些实施例(未示出)中，多视图显示器的操作方法还包括使用光源向光导提供光。所提供的光可为以下中的一个或两个：可以在光导内具有非零值传播角度；此外可以准直被引导光，例如，可根据预定的准直因子进行准直。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上文关于多视图显示器100所述的光导110。具体来说，根据各种实施例，可以根据光导内的全内反射来引导光。

在一些实施例(未示出)中，多视图显示器的操作方法还包括沿着光导将光引导为被引导光。在一些实施例中，光可以非零传播角度被引导。此外，可以准直被引导光，例如，可根据预定的准直因子进行准直。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上文关于多视图显示器100所述的光导110。具体来说，根据各种实施例，可以根据光导内的全内反射来引导光。

因此，已经描述了采用可动态地重新配置的多视图像素来提供多视图图像的多视图显示器的示例和实施例、多视图显示器的操作方法，以及多视图显示器。应该理解的是，上述示例仅仅是说明代表本文所描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，本领域技术人员可以在不偏离本发明的以下权利要求所限定的范围的情况下很容易地设计出许多其他的配置。

Claims (20)

1.一种多视图显示器，包括：

多个多光束元件，其互相隔开并且配置为提供方向性光束，所述方向性光束具有与所述多视图显示器的不同视图方向对应的不同主角方向；以及

光阀阵列，其被配置为将所述方向性光束调制为将由所述多视图显示器显示的多视图图像，所述多视图显示器的多视图像素包括所述光阀阵列中的一组光阀，其对应于所述多个多光束元件中的多光束元件，并且配置为调制来自所述多光束元件的所述方向性光束，

其中，所述多视图像素的形状可动态地重新配置，以提供具有动态视野的所述多视图图像。

2.根据权利要求1所述的多视图显示器，还包括光导，其被配置为在沿着所述光导的传播方向上引导光作为被引导光，所述多个多光束元件中的多光束元件配置为将所述被引导光的部分散射出，作为多个所述方向性光束，其中所述多光束元件的尺寸与所述光阀阵列中的光阀的尺寸相当。

3.根据权利要求2所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件包括衍射光栅、微反射元件、和微折射元件中的一个或多个，配置为散射出所述被引导光的部分。

4.根据权利要求2所述的多视图显示器，还包括光学地耦合到所述光导的输入端的光源，所述光源配置为向所述光导提供所述光，所述被引导光为以下一个或两个：具有非零值传播角，和根据预定准直因子被准直。

5.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图像素的形状为在所述光阀阵列上可拼接。

6.根据权利要求5所述的多视图显示器，其中，可拼接的所述多视图像素的形状包括菱形、正方形、水平矩形、垂直矩形、或阶梯形状中的一种。

7.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图显示器配置为监测用户相对于所述多视图显示器的位置，所述多视图像素的形状基于所监测的所述位置可动态地重新配置。

8.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图显示器配置为监测所述多视图显示器的方位，所述多视图像素基于所监测的所述方位可动态地重新配置。

9.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图像素的形状基于所述多视图显示器要显示的所述多视图图像的内容可动态地重新配置。

10.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图像素的形状在宽度大于长度的第一矩形形状和宽度小于长度的第二矩形形状之间可动态地重新配置，所述第一矩形形状配置为在水平方向上提供更多数量的视图，并且所述第二矩形形状配置为在垂直方向上提供更多数量的视图。

11.一种多视图显示器，包括：

光导，其配置为沿着所述光导的长度引导光作为被引导光；

多个多光束元件，其配置为将所述被引导光的部分散射出所述光导作为方向性光束，所述方向性光束具有与所述多视图显示器的不同视图方向相对应的不同主角方向；以及

多个多视图像素，其包括配置为将所述方向性光束调制为多视图图像的光阀集合，所述多个多视图像素中的多视图像素的形状可动态地重新配置，以基于所述多视图显示器的条件提供具有动态视野(FOV)的所述多视图图像。

12.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多视图显示器被配置为监测用户相对于所述多视图显示器的位置和监测所述多视图显示器的方位中的一个或两个，所述多视图像素的形状基于所监测的位置和方位中的一个或两个可动态地重新配置。

13.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件的尺寸与所述光阀组中的光阀的尺寸相当，所述多光束元件包括衍射光栅、微反射元件、和微折射元件中的一个或多个，配置为散射出所述被引导光的一部分。

14.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多视图像素的形状基于所述多视图显示器要显示的所述多视图图像的内容可动态地重新配置。

15.一种多视图显示器的操作方法，包括：

使用互相隔开的多个多光束元件提供方向性光束，所述方向性光束具有与多视图图像的不同视图方向对应的不同主角方向；

使用光阀阵列调制所述方向性光束以显示所述多视图图像，所述光阀阵列中的一组光阀对应于所述多个多光束元件中的多光束元件，其被布置为多视图像素并且配置为调制来自所述多光束元件的所述方向性光束；以及

根据所述多视图显示器的条件动态地重新配置所述多视图像素的形状，以基于所述条件提供具有动态视野(FOV)的所述多视图图像。

16.根据权利要求15所述的多视图显示器的操作方法，还包括将光沿着光导引导为被引导光，其中所述多个多光束元件中的多光束元件配置为将所述被引导光的部分散射出所述光导，作为多个所述方向性光束，所述多光束元件的尺寸与所述光阀阵列中的光阀的尺寸相当。

17.根据权利要求15所述的多视图显示器的操作方法，其中，所述多视图像素的形状为在所述光阀阵列上可拼接。

18.根据权利要求15所述的多视图显示器的操作方法，还包括监测所述多视图显示器的方位和监测用户相对于所述多视图显示器的位置中的一个或两个，以提供所述多视图显示器的条件，其中，动态地重新配置所述多视图像素的形状采用所监测的方位和所监测的用户位置中的一个或两个来决定所述多视图图像的所述动态视野。

19.根据权利要求15所述的多视图显示器的操作方法，其中，所述多视图显示器的条件由在所述多视图显示器上显示的所述多视图图像的内容决定。

20.根据权利要求15所述的多视图显示器的操作方法，其中，动态地重新配置所述多视图像素的形状包括在宽度大于长度的第一矩形形状和宽度小于长度的第二矩形形状之间切换，所述第一矩形形状在水平方向上提供更多数量的视图，并且所述第二矩形形状在垂直方向上提供更多数量的视图。

Images