CN113557463B - 用于基于具有扩展焦深的光束的显示器的光学方法和系统 - Google Patents

Abstract

描述了用于提供诸如光场显示器的3D显示器的系统和方法。在一些实施例中，显示设备包括发光层，该发光层包括多个可单独控制的像素。透镜结构覆盖所述发光层。该透镜结构包括准直光学元件阵列。相位修改层位于所述发光层和所述透镜结构之间。所述发光层的像素用于生成空间发射图案，该空间发射图案与相位修改层一致地工作，以便生成通过所述准直光学元件的具有扩展的焦深的光束。多个光束用于在距显示表面的不同距离处产生体素，并且对于观察者具有正确的眼睛会聚。具有扩展的焦深的光束可以用于产生正确的眼睛视网膜聚焦提示。

Description

用于基于具有扩展焦深的光束的显示器的光学方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请是2019年3月8日提交的题为“Optical Method and System for LightField Displays Based on Beams with Extended Depth of Focus(用于基于具有扩展焦深的光束的光场显示器的光学方法和系统)”的美国临时专利申请No.62/815,853的非临时申请，并且按照35U.S.C.§119(e)要求其权益，该申请通过引用而被整体结合到本文中。

背景技术

不同的3D显示器可以基于它们的形状因子而被分类为不同的类别。头戴式设备(HMD)比无护目镜(goggleless)的解决方案占用更少的空间，这也意味着它们可以用更小的组件和更少的材料制成，使得它们成本相对低。然而，由于头戴式VR护目镜和智能眼镜是单用户设备，它们不允许如无护目镜解决方案那样自然地共享体验。立体(Volumetric)3D显示器从所有三个空间方向占据空间，并且通常需要大量物理材料，使得这些系统容易笨重、制造昂贵并且难以运输。由于大量使用材料，因此立体显示器还往往具有小的“窗口”和有限的视场(FOV)。基于屏幕的3D显示器通常具有一个大而平的组件(即，屏幕)和从一定距离将图像(一个或多个)投影到自由空间上的系统。这些系统可以被制造得更紧凑以便运输，并且它们还覆盖比例如立体显示器大得多的FOV。这些系统可能是复杂且昂贵的，因为它们需要投影子组件以及例如不同部件之间的精确对准，使得它们最适用于专业使用情况。平面形状因子3D显示器可能在两个空间方向上需要大量空间，但是由于第三方向仅仅是虚拟的，因此它们相对容易运输到不同环境中并在不同环境中组装。由于该设备是平的，所以其中使用的至少一些光学组件更可能以片或卷的形式制造，使得它们在大批量时成本相对较低。

人类的大脑部分地通过接收来自用于定向每只眼睛的肌肉的信号来感知和确定所观察的对象的深度。大脑将眼睛的相对角取向与所确定的焦深相关联。正确的聚焦提示(focus cue)引起在观察的焦平面之外的物体上的自然模糊和自然的动态视差效应。能够提供正确的焦点提示的一种类型的3D显示器使用能够在真实3D空间中产生3D图像的立体显示技术。3D图像的每个“体素”物理上位于其应该所处的空间位置，并且从该位置向观察者反射或发射光以在观察者的眼睛中形成实像。3D立体显示器的主要问题是它们的低分辨率、大的物理尺寸和昂贵的制造成本。这些问题使得它们太麻烦而不能在特殊情况(例如，产品展示、博物馆、展览等)之外使用。能够提供正确的视网膜聚焦提示的另一种类型的3D显示设备是全息显示器。全息显示的目的在于重建从自然环境中的物体散射的整个光波阵面。这种技术的主要问题是缺少可以用于产生非常详细的波阵面的适当的空间光调制器(SLM)组件。

能够提供自然视网膜聚焦提示的另一类型的3D显示技术被称为光场(LF)显示。LF显示系统被设计成产生所谓的光场，该光场表示在空间中向所有方向传播的光线。LF系统旨在控制空间域和角度域中的光发射，而不是像传统的立体3D显示器那样基本上只能控制具有较高像素密度的空间域。存在至少两种根本不同的方式来产生光场。在第一种方法中，在观看者的每只眼睛上产生视差，从而产生与正在观看的物体的3D位置相对应的正确视网膜模糊。这可以通过每单只眼睛呈现多个视图来完成。第二种方法是多焦平面方法，其中物体的图像被投影到与其3D位置相对应的适当焦平面。许多光场显示器使用这两种方法中的一种。

聚散度-调节冲突(VAC)是当前立体3D显示器的一个问题。平坦形状因子LF 3D显示器可以通过同时产生正确的眼睛会聚和正确的聚焦角度来解决这个问题。在当前的消费型显示器中，图像点位于显示器的表面上，并且仅需要双眼可见的一个照亮的像素来正确地表示该点。两只眼睛都聚焦并会聚到相同的点。在视差屏障3D显示器的情况下，照亮两个像素簇以正确地表示单个点。此外，来自这两个空间上分离的像素簇的光线的方向以这样的方式被控制，使得发射的光仅对于正确的眼睛是可见的，因此使得眼睛能够会聚到相同的单个虚拟点。

在当前的相对低密度的多视图成像显示器中，当观看者在该设备前面移动时，视图以粗略的步进方式改变。这降低了3D体验的质量，甚至可能导致3D感知的完全崩溃。为了减轻这个问题(与VAC一起)，已经用多达512个视图测试了一些超级多视图(SMV)技术。该思想是产生非常大量的视图，以便使两个视点之间的任何过渡非常平滑。如果来自至少两个图像的光从稍微不同的视点同时进入瞳孔，则会产生更加逼真的视觉体验。在这种情况下，由于大脑无意识地预测由于运动而引起的图像变化，因此运动视差效果更好地类似于自然条件。SMV条件可以通过将在正确观看距离处的两个视图之间的间隔减小到比眼睛瞳孔的尺寸更小的值而被满足。SMV显示器可以实现的最大角密度受衍射限制，并且在空间分辨率(像素尺寸)和角分辨率之间存在反比关系。衍射增加了通过孔径的光束的角展度，并且在设计非常高密度的SMV显示器时，可以考虑这种效应。

发明内容

在一些实施例中，图像显示装置包括多个投影单元。该投影单元可以以二维阵列布置。多个该投影单元包括：发光元件可寻址阵列；沿着从所述发光元件到所述显示装置的外部的光路的会聚光学元件(其可以是准直透镜)；以及沿着所述光路的相位修改光学元件。

所述相位修改元件可以是相位板，诸如立方相位板、四次相位板、指数相位板、对数相位板或正弦相位板。

在一些实施例中，所述相位修改光学元件具有矩形可分离形式的表面。在一些这样的实施例中，所述相位修改光学元件具有一表面，该表面具有可由以下表示的形式：z＝f(x)-f(y)，其中z是沿着光轴的位置，并且x和y是沿彼此正交且正交于z的轴的位置。

在一些实施例中，所述相位修改层具有2D矩形或多个扇形可分离形式的表面。

在一些实施例中，所述相位修改光学元件不是旋转对称的。

在一些实施例中，所述相位修改光学元件是一组合光学元件的第一表面，并且会聚透镜是该组合光学元件的第二表面。

一些实施例还包括用于阻挡相邻投影单元之间的光的挡板。

在一些实施例中，图像显示方法包括：从发光元件可寻址阵列中的至少一个发光元件选择性地发射光，利用相位修改光学元件修改所述光的相位，以及基本上准直所述经相位修改的光。

附图说明

图1A是示出了其中可以实施一个或多个所公开的实施例的示例性通信系统的系统示意图。

图1B是示出了根据实施例的可以在图1A所示的通信系统内部使用的示例性无线发射/接收单元(WTRU)的系统示意图。

图2描绘了来自显示器的光的光发射角度。

图3A描绘了一对眼睛以及由显示器针对在显示表面处形成的体素而产生的聚焦角度和会聚角度。

图3B描绘了一对眼睛以及由显示器为在显示表面后面形成的体素产生的聚焦角度和会聚角度。

图3C描绘了一对眼睛以及由显示器针对在显示表面之后的无限远距离处形成的体素而产生的聚焦角度和会聚角度。

图3D描绘了一对眼睛以及由显示器为在显示表面的前面形成的体素产生的聚焦角度和会聚角度。

图4A示出了由透镜的几何因子引起的光束发散。

图4B示出了由衍射引起的光束发散。

图5示出了不同光功率(optical power)的三个透镜的图像放大。

图6A示出了一个扩展光源(extended source)和小透镜孔径的几何因子和衍射的组合效应。

图6B示出了两个光源(source)和小透镜孔径的几何因子和衍射的组合效应。

图6C示出了一个光源和大透镜孔径的几何因子和衍射的组合效应。

图6D示出了两个光源和大透镜孔径的几何因子和衍射的组合效应。

图7示出了根据一些实施例的显示器的示例性观看几何结构。

图8A描绘了根据一些实施例的显示器的第一示例观看几何结构。

图8B描绘了根据一些实施例的显示器的第二示例观看几何结构。

图9A示意性地示出了由不具有相位板的成像光学器件所经过的光路。

图9B示意性地示出了具有相位板的成像光学器件所经过的光路。

图10是根据一些实施例的显示装置和从其发射的示例光束的示意性截面图。

图11A描绘了根据一些实施例的包括单色发光组件的示例光源矩阵。

图11B描绘了根据一些实施例的包括三种不同颜色的发光组件的示例光源矩阵。

图12A-12C示意性地示出了根据一些实施例的利用光源矩阵生成的示例空间发射图案。

图13是示出了根据一些实施例的体素形成的显示结构的示意性截面图。

图14A示出了在一些实施例中使用的幅度调制组件。

图14B是根据一些实施例的使用幅度调制组件的显示结构的示意性截面图。

图15描绘了根据一些实施例的壁挂式显示器的使用情况。

图16是根据一些实施例的显示结构的示意性横截面图。

用于实施例的实现的示例网络

图1A是示出了可以实施所公开的一个或多个实施例的示例性通信系统100的示意图。该通信系统100可以是为多个无线用户提供诸如语音、数据、视频、消息传递、广播等内容的多址接入系统。该通信系统100可以通过共享包括无线带宽在内的系统资源而使多个无线用户能够访问此类内容。举例来说，通信系统100可以使用一种或多种信道接入方法，例如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)、零尾唯一字DFT-扩展OFDM(ZT UW DTS-s OFDM)、唯一字OFDM(UW-OFDM)、资源块过滤OFDM以及滤波器组多载波(FBMC)等等。

如图1A所示，通信系统100可以包括无线发射/接收单元(WTRU)102a、102b、102c、102d、RAN 104、CN 106、公共交换电话网络(PSTN)108、因特网110以及其他网络112，然而应该了解，所公开的实施例设想了任意数量的WTRU、基站、网络和/或网络部件。WTRU 102a、102b、102c、102d每一者可以是被配置成在无线环境中工作和/或通信的任何类型的设备。举例来说，WTRU 102a、102b、102c、102d任何一者都可以被称为“站”和/或“STA”，其可以被配置成发射和/或接收无线信号，并且可以包括用户设备(UE)、移动站、固定或移动订户单元、基于签约的单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、智能电话、膝上型计算机、上网本、个人计算机、无线传感器、热点或Mi-Fi设备、物联网(IoT)设备、手表或其他可穿戴设备、头戴显示器(HMD)、运载工具、无人机、医疗设备和应用(例如远程手术)、工业设备和应用(例如机器人和/或在工业和/或自动处理链环境中工作的其他无线设备)、消费类电子设备、以及在商业和/或工业无线网络上工作的设备等等。WTRU 102a、102b、102c、102d中的任何一者可被可交换地称为UE。

所述通信系统100还可以包括基站114a和/或基站114b。基站114a、114b的每一者可以是被配置成通过以无线方式与WTRU 102a、102b、102c、102d中的至少一者无线对接来促使其接入一个或多个通信网络(例如CN 106、因特网110、和/或其他网络112)的任何类型的设备。例如，基站114a、114b可以是基地收发信台(BTS)、节点B、e节点B、家庭节点B、家庭e节点B、gNB、新无线电(NR)节点B、站点控制器、接入点(AP)、以及无线路由器等等。虽然基站114a、114b的每一者都被描述成了单个部件，然而应该了解，基站114a、114b可以包括任何数量的互连基站和/或网络部件。

基站114a可以是RAN 104的一部分，并且该RAN还可以包括其他基站和/或网络部件(未显示)，例如基站控制器(BSC)、无线电网络控制器(RNC)、中继节点等等。基站114a和/或基站114b可被配置成在名为小区(未显示)的一个或多个载波频率上发射和/或接收无线信号。这些频率可以处于授权频谱、未授权频谱或是授权与未授权频谱的组合之中。小区可以为相对固定或者有可能随时间变化的特定地理区域提供无线服务覆盖。小区可被进一步分成小区扇区。例如，与基站114a相关联的小区可被分为三个扇区。由此，在一个实施例中，基站114a可以包括三个收发信机，即，每一个收发信机都对应于小区的一个扇区。在实施例中，基站114a可以使用多输入多输出(MIMO)技术，并且可以为小区的每一个扇区使用多个收发信机。例如，通过使用波束成形，可以在期望的空间方向上发射和/或接收信号。

基站114a、114b可以通过空中接口116来与WTRU 102a、102b、102c、102d中的一者或多者进行通信，其中所述空中接口可以是任何适当的无线通信链路(例如射频(RF)、微波、厘米波、毫米波、红外线(IR)、紫外线(UV)、可见光等等)。空中接口116可以使用任何适当的无线电接入技术(RAT)来建立。

更具体地说，如上所述，通信系统100可以是多址接入系统，并且可以使用一种或多种信道接入方案，例如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA以及SC-FDMA等等。例如，RAN 104中的基站114a与WTRU 102a、102b、102c可以实施某种无线电技术，例如通用移动电信系统(UMTS)陆地无线电接入(UTRA)，其中所述技术可以使用宽带CDMA(WCDMA)来建立空中接口116。WCDMA可以包括如高速分组接入(HSPA)和/或演进型HSPA(HSPA+)之类的通信协议。HSPA可以包括高速下行链路(DL)分组接入(HSDPA)和/或高速UL分组接入(HSUPA)。

在实施例中，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以实施某种无线电技术，例如演进型UMTS陆地无线电接入(E-UTRA)，其中所述技术可以使用长期演进(LTE)和/或先进LTE(LTE-A)和/或先进LTE Pro(LTE-A Pro)来建立空中接口116。

在实施例中，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以实施某种可以使用新无线电(NR)建立空中接口116的无线电技术，例如NR无线电接入。

在实施例中，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以实施多种无线电接入技术。例如，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以共同实施LTE无线电接入和NR无线电接入(例如使用双连接(DC)原理)。由此，WTRU 102a、102b、102c使用的空中接口可以通过多种类型的无线电接入技术和/或向/从多种类型的基站(例如，eNB和gNB)发送的传输来表征。

在其他实施例中，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以实施以下的无线电技术，例如IEEE 802.11(即，无线高保真(WiFi))、IEEE 802.16(即，全球微波接入互操作性(WiMAX))、CDMA2000、CDMA2000 1X、CDMA2000EV-DO、临时标准2000(IS-2000)、临时标准95(IS-95)、临时标准856(IS-856)、全球移动通信系统(GSM)、用于GSM演进的增强数据速率(EDGE)、以及GSM EDGE(GERAN)等等。

图1A中的基站114b可以例如是无线路由器、家庭节点B、家庭e节点B或接入点，并且可以使用任何适当的RAT来促成局部区域中的无线连接，例如营业场所、住宅、运载工具、校园、工业设施、空中走廊(例如供无人机使用)以及道路等等。在一个实施例中，基站114b与WTRU 102c、102d可以通过实施IEEE 802.11之类的无线电技术来建立无线局域网(WLAN)。在实施例中，基站114b与WTRU 102c、102d可以通过实施IEEE 802.15之类的无线电技术来建立无线个人局域网(WPAN)。在另一实施例中，基站114b和WTRU 102c、102d可通过使用基于蜂窝的RAT(例如WCDMA、CDMA2000、GSM、LTE、LTE-A、LTE-A Pro、NR等等)来建立微微小区或毫微微小区。如图1A所示，基站114b可以直连到因特网110。由此，基站114b不需要经由CN 106来接入因特网110。

RAN 104可以与CN 106进行通信，所述CN可以是被配置成向WTRU 102a、102b、102c、102d的一者或多者提供语音、数据、应用和/或借助网际协议语音(VoIP)服务的任何类型的网络。该数据可以具有不同的服务质量(QoS)需求，例如不同的吞吐量需求、延时需求、容错需求、可靠性需求、数据吞吐量需求、以及移动性需求等等。CN 106可以提供呼叫控制、记账服务、基于移动位置的服务、预付费呼叫、因特网连接、视频分发等等，和/或可以执行用户认证之类的高级安全功能。虽然在图1A中没有显示，然而应该了解，RAN 104和/或CN106可以直接或间接地和其他那些与RAN 104使用相同RAT或不同RAT的RAN进行通信。例如，除了与使用NR无线电技术的RAN 104相连之外，CN 106还可以与使用GSM、UMTS、CDMA2000、WiMAX、E-UTRA或WiFi无线电技术的别的RAN(未显示)通信。

CN 106还可以充当供WTRU 102a、102b、102c、102d接入PSTN 108、因特网110和/或其他网络112的网关。PSTN 108可以包括提供简易老式电话服务(POTS)的电路交换电话网络。因特网110可以包括使用了公共通信协议(例如传输控制协议/网际协议(TCP/IP)网际协议族中的TCP、用户数据报协议(UDP)和/或IP)的全球性互联计算机网络设备系统。所述网络112可以包括由其他服务提供方拥有和/或运营的有线或无线通信网络。例如，所述网络112可以包括与一个或多个RAN相连的另一个CN，其中所述一个或多个RAN可以与RAN 104使用相同RAT或不同RAT。

通信系统100中的一些或所有WTRU 102a、102b、102c、102d可以包括多模能力(例如WTRU 102a、102b、102c、102d可以包括在不同无线链路上与不同无线网络通信的多个收发信机)。例如，图1A所示的WTRU 102c可被配置成与使用基于蜂窝的无线电技术的基站114a通信，以及与可以使用IEEE 802无线电技术的基站114b通信。

图1B是示出了示例性WTRU 102的系统示意图。如图1B所示，WTRU 102可以包括处理器118、收发信机120、发射/接收部件122、扬声器/麦克风124、数字键盘126、显示器/触摸板128、不可移除存储器130、可移除存储器132、电源134、全球定位系统(GPS)芯片组136和/或周边设备138。应该了解的是，WTRU 102还可以包括前述部件的任何子组合，同时保持与实施例相一致。

处理器118可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)以及状态机等等。处理器118可以执行信号译码、数据处理、功率控制、输入/输出处理、和/或其他任何能使WTRU102在无线环境中工作的功能。处理器118可以耦合至收发信机120，收发信机120可以耦合至发射/接收部件122。虽然图1B将处理器118和收发信机120描述成单独分量，然而应该了解，处理器118和收发信机120也可以一起集成在一电子分量或芯片中。

发射/接收部件122可被配置成经由空中接口116来发射或接收去往或来自基站(例如，基站114a)的信号。举个例子，在一个实施例中，发射/接收部件122可以是被配置成发射和/或接收RF信号的天线。作为示例，在实施例中，发射/接收部件122可以是被配置成发射和/或接收IR、UV或可见光信号的放射器/检测器。在另一实施例中，发射/接收部件122可被配置成发射和/或接收RF和光信号。应该了解的是，发射/接收部件122可以被配置成发射和/或接收无线信号的任何组合。

虽然在图1B中将发射/接收部件122描述成是单个部件，但是WTRU 102可以包括任何数量的发射/接收部件122。更具体地说，WTRU 102可以使用MIMO技术。由此，在一个实施例中，WTRU 102可以包括两个或更多个通过空中接口116来发射和接收无线信号的发射/接收部件122(例如多个天线)。

收发信机120可被配置成对发射/接收部件122所要传送的信号进行调制，以及对发射/接收部件122接收的信号进行解调。如上所述，WTRU 102可以具有多模能力。因此，收发信机120可以包括允许WTRU 102借助多种RAT(例如NR和IEEE 802.11)来进行通信的多个收发信机。

WTRU 102的处理器118可以耦合到扬声器/麦克风124、数字键盘126和/或显示器/触摸板128(例如液晶显示器(LCD)显示单元或有机发光二极管(OLED)显示单元)，并且可以接收来自这些部件的用户输入数据。处理器118还可以向扬声器/麦克风124、键盘126和/或显示器/触摸板128输出用户数据。此外，处理器118可以从诸如不可移除存储器130和/或可移除存储器132之类的任何适当的存储器中存取信息，以及将信息存入这些存储器。不可移除存储器130可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘或是其他任何类型的记忆存储设备。可移除存储器132可以包括订户身份模块(SIM)卡、记忆棒、安全数字(SD)记忆卡等等。在其他实施例中，处理器118可以从那些并非实际位于WTRU 102的存储器存取信息，以及将数据存入这些存储器，作为示例，此类存储器可以位于服务器或家庭计算机(未显示)。

处理器118可以接收来自电源134的电力，并且可被配置分发和/或控制用于WTRU102中的其他分量的电力。电源134可以是为WTRU 102供电的任何适当设备。例如，电源134可以包括一个或多个干电池组(如镍镉(Ni-Cd)、镍锌(Ni-Zn)、镍氢(NiMH)、锂离子(Li-ion)等等)、太阳能电池以及燃料电池等等。

处理器118还可以耦合到GPS芯片组136，该GPS芯片组可被配置成提供与WTRU 102的当前位置相关的位置信息(例如经度和纬度)。作为来自GPS芯片组136的信息的补充或替换，WTRU 102可以经由空中接口116接收来自基站(例如基站114a、114b)的位置信息，和/或根据从两个或更多个附近基站接收的信号定时来确定其位置。应该了解的是，WTRU 102可以借助任何适当的定位方法来获取位置信息，同时保持与实施例相一致。

处理器118还可以耦合到其他周边设备138，其中所述周边设备可以包括提供附加特征、功能和/或有线或无线连接的一个或多个软件和/或硬件模块。例如，所述周边设备138可以包括加速度计、电子指南针、卫星收发信机、数码相机(用于照片和/或视频)、通用串行总线(USB)端口、振动设备、电视收发信机、免提耳机、模块、调频(FM)无线电单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块、因特网浏览器、虚拟现实和/或增强现实(VR/AR)设备、以及活动跟踪器等等。所述周边设备138可以包括一个或多个传感器，所述传感器可以是以下的一者或多者：陀螺仪、加速度计、霍尔效应传感器、磁强计、方位传感器、邻近传感器、温度传感器、时间传感器、地理位置传感器、高度计、光传感器、触摸传感器、磁力计、气压计、手势传感器、生物测定传感器和/或湿度传感器等。

WTRU 102可以包括全双工无线电设备，其中对于该无线电设备来说，一些或所有信号(例如与用于UL(例如对传输而言)和下行链路(例如对接收而言)的特定子帧相关联)的接收或传输可以是并发和/或同时的。全双工无线电设备可以包括借助于硬件(例如扼流线圈)或是凭借处理器(例如单独的处理器(未显示)或是凭借处理器118)的信号处理来减小和/或基本消除自干扰的干扰管理单元。在实施例中，WTRU 102可以包括传送和接收一些或所有信号(例如与用于UL(例如对传输而言)或下行链路(例如对接收而言)的特定子帧相关联)的半双工无线电设备。

虽然在图1A-1B中将WTRU描述成了无线终端，然而应该想到的是，在某些代表性实施例中，此类终端与通信网络可以使用(例如临时或永久性)有线通信接口。

在代表性实施例中，所述其他网络112可以是WLAN。

采用基础结构基本服务集合(BSS)模式的WLAN可以具有用于所述BSS的接入点(AP)以及与所述AP相关联的一个或多个站(STA)。所述AP可以接入或是对接到分布式系统(DS)或是将业务量送入和/或送出BSS的别的类型的有线/无线网络。源于BSS外部且去往STA的业务量可以通过AP到达并被递送至STA。源自STA且去往BSS外部的目的地的业务量可被发送至AP，以便递送到相应的目的地。处于BSS内部的STA之间的业务量可以通过AP来发送，例如在源STA可以向AP发送业务量并且AP可以将业务量递送至目的地STA的条件下。处于BSS内部的STA之间的业务量可被认为和/或称为点到点业务量。所述点到点业务量可以在源与目的地STA之间(例如，在其间直接)用直接链路建立(DLS)来发送。在某些代表性实施例中，DLS可以使用802.11e DLS或802.11z通道化DLS(TDLS))。举例来说，使用独立BSS(IBSS)模式的WLAN不具有AP，并且处于所述IBSS内部或是使用所述IBSS的STA(例如，所有STA)彼此可以直接通信。在这里，IBSS通信模式有时可被称为“自组织(ad-hoc)”通信模式。

在使用802.11ac基础结构工作模式或类似的工作模式时，AP可以在固定信道(例如，主信道)上传送信标。所述主信道可以具有固定宽度(例如，20MHz的带宽)或是动态设置的宽度。主信道可以是BSS的操作信道，并且可被STA用来与AP建立连接。在某些代表性实施例中，所实施的可以是具有冲突避免的载波感测多址接入(CSMA/CA)(例如，在802.11系统中)。对于CSMA/CA来说，包括AP在内的STA(例如，每一个STA)可以感测主信道。如果特定STA感测到/检测到和/或确定主信道繁忙，那么所述特定STA可以退避。在指定的BSS中，在任何指定时间都有一个STA(例如，只有一个站)进行传输。

高吞吐量(HT)STA可以使用宽度为40MHz的信道来进行通信(例如，借助于将宽度为20MHz的主信道与宽度为20MHz的相邻或不相邻信道相结合来形成宽度为40MHz的信道)。

甚高吞吐量(VHT)STA可以支持宽度为20MHz、40MHz、80MHz和/或160MHz的信道。40MHz和/或80MHz信道可以通过组合连续的20MHz信道来形成。160MHz信道可以通过组合8个连续的20MHz信道或者通过组合两个不连续的80MHz信道(这种组合可被称为80+80配置)来形成。对于80+80配置来说，在信道编码之后，数据可被传递并经过一个分段解析器，所述分段解析器可以将数据非成两个流。在每一个流上可以单独执行逆快速傅里叶变换(IFFT)处理以及时域处理。所述流可被映射在两个80MHz信道上，并且数据可以由执行传输的STA来传送。在执行接收的STA的接收机上，用于80+80配置的上述操作可以是相反的，并且组合数据可被发送至介质接入控制(MAC)。

802.11af和802.11ah支持1GHz以下的工作模式。相比于802.11n和802.11ac，在802.11af和802.11ah中使用信道工作带宽和载波有所缩减。802.11af在TV白空间(TVWS)频谱中支持5MHz、10MHz和20MHz带宽，并且802.11ah支持使用非TVWS频谱的1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz带宽。依照代表性实施例，802.11ah可以支持仪表类型控制/机器类型通信，例如宏覆盖区域中的MTC设备。MTC设备可以具有某种能力，例如包含了支持(例如，只支持)某些和/或有限带宽在内的受限能力。MTC设备可以包括电池，并且该电池的电池寿命高于阈值(例如，用于保持很长的电池寿命)。

对于可以支持多个信道和信道带宽的WLAN系统(例如，802.11n、802.11ac、802.11af以及802.11ah)来说，这些系统包含了可被指定成主信道的信道。所述主信道的带宽可以等于BSS中的所有STA所支持的最大公共工作带宽。主信道的带宽可以由某一个STA设置和/或限制，其中所述STA源自在支持最小带宽工作模式的BSS中工作的所有STA。在关于802.11ah的示例中，即使BSS中的AP和其他STA支持2MHz、4MHz、8MHz、16MHz和/或其他信道带宽工作模式，但对支持(例如，只支持)1MHz模式的STA(例如，MTC类型的设备)来说，主信道的宽度可以是1MHz。载波感测和/或网络分配向量(NAV)设置可以取决于主信道的状态。如果主信道繁忙(例如，因为STA(其只支持1MHz工作模式)对AP进行传输)，那么即使大多数的频带保持空闲并且可能是可用的，也可以认为整个可用频带繁忙。

在美国，可供802.11ah使用的可用频带是902MHz到928MHz。在韩国，可用频带是917.5MHz到923.5MHz。在日本，可用频带是916.5MHz到927.5MHz。依照国家码，可用于802.11ah的总带宽是6MHz到26MHz。

本文关于以下各项中的一项或多项描述的功能中的一者或多者或全部可以由一个或多个仿真设备(未示出)执行：WTRU 102a-d、基站114a-b、e节点B 160a-c、MME 162、SGW164、PGW 166、gNB 180a-c、AMF 182a-b、UPF 184a-b、SMF 183a-b、DN 185a-b和/或这里描述的任何其他设备(一个或多个)。这些仿真设备可以是被配置成模拟这里描述的一个或多个或所有功能的一个或多个设备。举例来说，这些仿真设备可用于测试其他设备和/或模拟网络和/或WTRU功能。

所述仿真设备可被设计成在实验室环境和/或运营商网络环境中实施关于其他设备的一项或多项测试。例如，所述一个或多个仿真设备可以在被完全或部分作为有线和/或无线通信网络一部分实施和/或部署的同时执行一个或多个或所有功能，以便测试通信网络内部的其他设备。所述一个或多个仿真设备可以在被临时作为有线和/或无线通信网络的一部分实施或部署的同时执行一个或多个或所有功能。所述仿真设备可以直接耦合到别的设备以执行测试，和/或可以使用空中无线通信来执行测试。

所述一个或多个仿真设备可以在未被作为有线和/或无线通信网络一部分实施或部署的同时执行包括所有功能在内的一个或多个功能。例如，该仿真设备可以在测试实验室和/或未被部署(例如测试)的有线和/或无线通信网络的测试场景中使用，以便实施关于一个或多个分量的测试。所述一个或多个仿真设备可以是测试设备。所述仿真设备可以使用直接的RF耦合和/或借助RF电路(例如，该电路可以包括一个或多个天线)的无线通信来发射和/或接收数据。

具体实施方式

本发明涉及显示设备，尤其涉及用于显示三维(3D)图像的显示设备。图2是示出朝向显示设备的不同观看者的示例性光发射角度的示意性平面图。图2中的显示器在单个平坦形状因子面板中产生期望的视网膜聚焦提示和3D内容的多个视图。单个3D显示表面300向每个用户的两只眼睛投射至少两个不同的视图，以便创建粗略的3D感知效果。大脑使用这两个不同的眼睛图像来确定3D距离。逻辑上，这是基于三角测量和瞳孔间距。为了提供这种效果，如图2所示，从光源318将至少两个视图投影到单用户视角(SVA)310中。此外，在至少一个实施例中，显示器在单眼瞳孔内投影至少两个不同的视图，以便提供正确的视网膜聚焦提示。为了光学设计的目的，如果确定在其中形成可观看图像的空间体积，则可以在观看者眼睛瞳孔周围定义“眼箱(eye-box)”308。在显示器的一些实施例中，至少两个部分重叠的视图被投影在某个观看距离316处由所述眼箱覆盖的眼箱角(EBA)314内。在一些实施例中，显示器由从不同视角观看该显示器的多个观看者302、304、306观看。在这样的实施例中，相同3D内容的若干不同视图被投影到覆盖整个预期多用户视角(MVA)312的相应观看者。

图2示出了可能期望显示器同时覆盖三个不同的角度范围：一个范围用于覆盖单只眼睛的瞳孔，一个范围用于覆盖单个用户的两只眼睛，以及一个范围用于多用户情况。在这三个角度范围中，后两个可以例如通过使用在双凸透镜或视差屏障结构下的若干发光像素或者通过使用具有公共屏幕的若干投影仪来解决。这些技术可适合于产生在产生多个视图中利用的相对大的光发射角度。然而，可能优选的是，解决覆盖眼睛瞳孔的范围，以便产生正确的视网膜聚焦提示并克服VAC。

期望平坦形状因子高质量3D显示器能够同时产生眼睛会聚(CA)角和视网膜聚焦(FA)角。

图3A描绘了一示意性平面图，其示出了根据一些实施例的一对眼睛以及由显示器针对在显示表面处形成的体素而产生的聚焦角度(FA)和会聚角度(CA)。对于平坦形状因子高质量3D显示器，可能期望能够同时产生眼睛会聚角(CA)424和视网膜聚焦角(FA)422。图3A-D示出了在四种不同的3D图像内容情况下的这些角度。在图3A所示的第一种情况下，图像点420位于显示器405的表面上，并且只需要一个对于双眼410可见的照亮的显示像素。两只眼睛410聚焦并会聚到相同点420。

图3B描绘了一示意性平面图，其示出了根据一些实施例的一对眼睛以及由显示器针对在显示表面后面形成的体素而产生的FA和CA。在如图3B所示的第二种情况下，虚拟图像点(体素)430在显示器405后面，并且两个像素簇432被照亮。另外，来自这两个显示像素簇432的光线的方向以这样的方式被控制，使得发射的光仅对正确的眼睛可见，因此使得眼睛410能够会聚到相同的单个虚拟点430。

图3C描绘了一示意性平面图，其示出了根据一些实施例的一对眼睛以及由显示器为在显示表面之后的无限距离处形成的体素产生的FA和CA。在如图3C所示的第三种情况下，虚像440在屏幕405之后的无穷远处，并且仅有平行光线从两个像素簇442从显示表面发射。

图3D描绘了一示意性平面图，其示出了根据一些实施例的一对眼睛以及由显示器为在显示表面的前面形成的体素产生的FA和CA。在如图3D所示的最后一种情况下，图像点或体素450在显示器405的前面，两个像素簇452被激活，并且发射的光束在它们聚焦的相同点450处交叉。在最后三个所呈现的一般化情况(图3B、3C和3D)中，显示设备使用所发射光的空间和角度控制这两者以便产生针对3D图像内容的自然眼睛响应的会聚角度和聚焦角度这两者。

平板型多视图显示器可以仅基于空间复用。发光像素的行或矩阵(其可以被称为子像素)可以位于双凸透镜片或微透镜阵列之后，并且每个像素可以被投影到显示结构前面的唯一的观看方向或有限的一组观看方向。在每个光束准直部件后面的发光层上存在的像素越多，可以生成的视图就越多。这导致在所生成的唯一视图的数目与空间分辨率之间的直接折衷情形。如果从3D显示器期望更小的像素尺寸，则可以减小各个子像素的尺寸；或者可替换地，可以生成更少数量的观看方向。由于缺少合适的组件，子像素尺寸可能被限制在相对大的区域。希望高质量显示器同时具有高空间分辨率和角分辨率。在满足SMV条件时，需要高的角分辨率。

为了使用交叉光束在不同焦平面处产生具有足够分辨率的3D图像，优选地，利用窄直径对每个光束进行良好的准直。在一些实施例中，准直水平与正被显示的焦平面的位置有关。例如，光束可以基本上准直但稍微发散，以用于显示器后面的焦平面的显示，并且光束可以基本上准直但稍微会聚，以用于显示器前面的焦平面的显示。

此外，可能优选的是，光束腰(beam waist)被定位在光束交叉的相同光点(spot)处，以便避免眼睛的焦点提示矛盾。如果光束直径大，则在光束交叉中形成的体素作为大光点成像到眼睛视网膜。大的发散值意味着(对于显示器和观看者之间的中间图像)随着体素和眼睛之间的距离变小，光束变宽。在距离较小的情况下，眼睛以较高的细节分辨图像。然而，虚拟焦平面的空间分辨率随着距离的减小而变差。位于显示表面后面的体素由发射光束的虚拟扩展形成，并且更宽的光束是可接受的，因为眼睛的分辨率在更长的距离处也变得更差。为了在显示表面的前面和后面都具有高分辨率，优选的是，分离的光束具有可调节的焦点。在没有可调焦点的情况下，光束具有设定最小可实现体素尺寸的单个固定焦点。然而，因为眼睛分辨率在较大距离处较低，所以可以允许光束虚拟扩展在显示器后面变宽，并且光束焦点可以被设置为3D图像的最接近的指定观看距离。在一些实施例中，焦面分辨率也可以在整个体积中被平衡，其中图像通过组合若干相邻光束以试图使体素尺寸均匀而形成。

图4A描绘了示出由几何因子引起的增加的光束发散度的示例的示意图。在理想透镜的情况下，可实现的光束准直取决于两个几何因子：光源的尺寸和透镜的焦距。只有在单色点光源(PS)502精确地位于距理想正透镜焦距距离处的理论情况下，才可以实现没有任何光束发散的完美准直。这种情况在图4A的顶部示出。不幸的是，所有现实生活光源都具有一些表面区域，光从该表面区域发射，使得它们成为扩展的光源(ES)504、506。由于光源的每个点由透镜分别成像，总光束最终由一组准直的子光束组成，这些子光束在透镜之后传播到稍微不同的方向。并且如图4A中所示，利用一系列透镜配置500，随着光源502、504、506变大，总光束发散度508、510、512增大。这种几何因子不能用任何光学装置来避免，并且它是导致相对大的光源的光束发散的主要特征。

引起光束发散的另一个非几何特征是衍射。该术语是指当(光的)波遇到障碍物或狭缝时发生的各种现象。它可以被描述为光在孔径的角周围弯曲到几何阴影区域中。衍射效应可以从所有成像系统中发现，并且即使利用能够抵消所有光学像差的完美透镜设计，它们也不能被去除。实际上，能够达到最高光学质量的透镜通常被称为“衍射受限的”，因为图像中剩余的大部分模糊来自衍射。衍射受限透镜可实现的角分辨率可以由公式sinθ＝1.22*λ/D计算，其中λ是光的波长，D是透镜的入射光瞳的直径。从该等式可以看出，光的颜色和透镜孔径尺寸对衍射的量有影响。图4B示出了当透镜孔径尺寸减小时，光束发散度如何增加的示意性表示。这种效应可以被公式化为成像光学设计中的一般原理：如果该设计是衍射受限的，则提高分辨率的方法是使孔径更大。衍射是引起利用相对小的光源的光束发散的主要特征。

图4B描绘了示出根据一些实施例的由衍射引起的增加的光束发散度的示例的示意图。图4B示出了点光源602、604、606的示意性表示600，其示出了如果减小透镜孔径尺寸614、616、618，则光束发散608、610、612如何增加。这种效应可以被公式化为成像光学设计中的一般原理：如果该设计是衍射受限的，则提高分辨率的方法是使孔径更大。衍射是引起利用相对小的光源的光束发散的主要特征。

如图4A所示，扩展光源的尺寸对可实现的光束发散具有大的影响。源几何结构或空间分布被映射到光束的角分布，并且这可以在光源-透镜系统的所得“远场图案”中看到。实际上，这意味着如果准直透镜位于距光源焦距处，则该光源被成像到距透镜相对大的距离处，并且图像的尺寸可以根据系统“放大率”来确定。在简单的成像透镜的情况下，这个比率可以通过将透镜和图像之间的距离除以光源和透镜之间的距离来计算，如图5所示。如果光源和透镜之间的距离是固定的，则可以通过随着透镜曲率改变透镜的光学功率来实现不同的图像距离。但是，当像距与透镜焦距相比变得越来越大时，透镜光功率的所需变化变得越来越小，接近这样一种情况：透镜有效地将发射的光准直成具有映射到角分布的光源的空间分布的光束并且在不聚焦的情况下形成光源图像。

图5示出了具有各种放大率的三个示例透镜。在简单的成像透镜的情况下，所述放大率可以通过将透镜712、742、772与图像714、744、774之间的距离704、734、764除以光源710、740、770与透镜712、742、772之间的距离702、732、762来计算，如图5所示。如果光源710、740、770与透镜712、742、772之间的距离702、732、762是固定的，则可以通过随着透镜曲率改变透镜704、734、764的光功率来实现不同的图像距离704、734、764。但是，如果像距704、734、764与透镜焦距702、732、762相比变得越来越大，则透镜光功率的所需变化变得越来越小，接近这样一种情况：透镜有效地将发射的光准直成具有被映射到角分布中的光源的空间分布的光束并且在不聚焦的情况下形成光源图像。在透镜配置700、730、760的集合中，随着光源706、736、766变大，投影图像高度708、738、768增加。

在平坦形状因子无护目镜显示器中，像素投影透镜具有非常小的焦距对于以下可能是有帮助的：实现平坦结构并且以便允许来自单个投影单元的光束被投影到相对大的观看距离。这意味着当光束传播到观察者时，光源可以高放大率有效地成像。例如，如果光源尺寸为50μm×50μm，投影透镜焦距为1mm，观看距离为1m，则得到的放大率为1000:1，并且光源几何图像的尺寸为50mm×50mm。这意味着在该50mm直径的眼箱内仅用一只眼睛就可以看到单个光发射器。如果所述光源具有100μm的直径，则所得图像将为100mm宽，并且由于眼睛瞳孔之间的平均距离仅为64mm，所以同一像素可同时被两只眼睛看到。在后一种情况下，将不会形成立体3D图像，因为双眼将看到相同的图像。示例计算示出了如光源尺寸、透镜焦距和观看距离的几何参数如何彼此联系。

当光束从LF显示像素被投射时，发散导致光束扩展。这不仅适用于从显示器向观看者发射的实际光束，而且适用于看起来在显示器后面发射、会聚到靠近显示表面的单个虚焦点的虚拟光束。在多视图显示器的情况下，这可能是有帮助的，因为发散扩大了眼箱的尺寸。然而，提供不超过两只眼睛之间的距离的光束尺寸可能是有用的，因为这可能破坏立体效果。如果希望利用显示表面之外的任何地方的两个或更多交叉光束来创建虚拟焦平面的体素，则随着发散度增加，利用光束可实现的空间分辨率变差。还可以注意到，如果在观看距离处的光束尺寸大于眼睛瞳孔的尺寸，则瞳孔成为整个光学系统的限制孔径。

在LF显示器的设计中，利用了几何和衍射效应，以便实现体素分辨率的最佳解决方案。在非常小的光源的情况下，光学系统测量变得更接近于光的波长，并且衍射效应变得更显著。图6A-D的示意图示出了在情况800、820、850、870中几何和衍射效果如何一起工作，使得一个扩展光源802、852或两个扩展光源822、824、872、874以固定放大率成像到固定距离。图6A示出了情况800，其中透镜孔径尺寸804相对较小，并且扩展光源802位于远离透镜的焦距810处。在图6A中，几何图像(GI)806被来自衍射的模糊包围，使得衍射图像(DI)808大得多。

图6B示出了情况820，其中两个扩展光源822、824被并排放置在距透镜焦距836处，并且利用具有相同的小孔径尺寸826的透镜成像。即使两个光源822、824的GI 828、830被清楚地分离，但由于衍射图像832、834重叠，所以不能分辨这两个光源图像。实际上，这种情况将意味着光源尺寸的减小将不会提高可实现的体素分辨率，因为所得到的源图像尺寸将与采用两个单独的光源的情况相同，因为较大的光源覆盖两个单独的发射器的区域。为了将两个光源图像分辨为单独的像素/体素，应当增加成像透镜的孔径尺寸。

图6C示出了透镜具有相同焦距860但使用更大的孔径854来对扩展光源852进行成像的情况850。现在衍射减少，DI 858仅稍大于GI 856，其在放大倍数固定时保持不变。

图6D示出了情况870，其中两个扩展光源872、874位于距离透镜的焦距886处，孔径尺寸876等于该透镜的尺寸。DI 882、884仅稍大于GI 878、880。现在分辨这两个光点，因为DI 882、884不再重叠，使得能够使用两个不同的光源872、874并提高体素栅格的空间分辨率。

基于交叉光束的显示器的光学设计特征

一些实施例提供了创建显示器的能力。在一些实施例中，该显示器可以用作能够呈现3D图像的多个焦平面同时解决聚散度-调节冲突(VAC)问题的光场显示器。

在一些实施例中，显示器向观看者的双眼投射发射器图像，而在3D显示器与观看者之间没有光散射介质。为了通过创建位于显示表面外部的体素来创建立体图像，显示器被配置为使得与该体素相关联的显示器内部的发射器对于两只眼睛不同时可见可能是有用的。因此，对于所发射的光束丛(beam bundle)的视场(FOV)来说，覆盖双眼可能是有用的。对于单光束来说，具有使它们比在观看距离处的两个眼睛瞳孔之间的距离(平均约64mm)更窄的FOV也是有用的。一个显示部分的FOV以及单个发射器的FOV可能受发射器行/发射器的宽度和成像光学器件的放大率的影响。可以注意到，只有当光束在焦点之后继续传播并在指定的观察距离处进入眼睛瞳孔时，用聚焦光束创建的体素才可以是眼睛可见的。对于体素的FOV来说，同时覆盖两只眼睛可能是特别有用的。如果体素仅对单只眼睛可见，则可能不形成立体效果，并且可能看不到3D图像。因为单个显示发射器一次仅对一只眼睛可见，所以通过将来自多于一个显示发射器的多个交叉光束引导至人的视觉暂留(POV)时间帧内的相同体素来增加体素FOV可能是有用的。在一些实施例中，总体素FOV是各个发射器光束FOV的总和。

为了使局部光束丛FOV在它们相关的指定观察距离重叠，一些实施例可以包括具有一定半径的弯曲显示器。在一些实施例中，例如使用平的菲涅耳透镜片，投射光束方向可以转向特定点。如果FOV未被配置为重叠，则3D图像的一些部分可能不被形成。由于显示设备的实际尺寸限制和可能的焦距的实际限制，可以在显示设备的前面和/或后面形成与3D图像可见的特定区域相对应的图像区域。

图7是示出根据一些实施例的可用于3D显示结构的示例性观看几何结构的示意性平面图。图7示出了可以基于交叉光束的使用而利用3D显示结构902实现的示例观看几何结构的示意性呈现900。在弯曲显示器902的前面，3D图像区域904的界限可以被认为是在合理空间分辨率的情况下距离显示器的最远焦距。图像区域904也可以被认为是由整个显示器的FOV 906限制。为了在最小像距处获得最大分辨率，显示器光学特征可以被设计成将源图像聚焦到该区域的最远边缘。在一些实施例中，在显示器后面还可以存在由所发射的光束的虚拟延伸形成的另一图像区域。在一些实施例中，显示器902后面的体素可以具有更大的可允许尺寸，因为观看者位于更远的位置并且因为眼睛分辨率在更大的距离处可能更低。在一些实施例中，可以基于扩展光束虚拟扩展可实现的最小可接受分辨率来选择最大图像距离。

图7示出了根据一些实施例的显示器902的示例性观看几何结构。特别地，图7中所示的显示面是弯曲的，其半径与指定的观看距离相同。在该示例中，重叠光束丛FOV 910形成围绕观看者912的面部区域的观看区域。该观看区域的尺寸可以影响观看者头部所允许的移动量。为了使立体图像成为可能，将两个瞳孔(以及瞳孔之间的距离914)同时定位在该区域内可能是有用的。所述观看区域的尺寸可以通过改变光束丛FOV 908来选择。可以基于特定的使用情况来选择该特定的设计。

图8A-8B是示出根据一些实施例的3D显示器的示例性观看几何场景的示意性平面图。图8A-8B示出了两个不同的示例观看几何情况1000、1100的示意性表示。

如图8A所示，第一场景1000描绘了在显示器前面的单个观看者1004的场景以及其中小观看区域覆盖了双眼瞳孔的对应观看几何结构。这可以使用窄光束丛FOV 1002来实现。该区域的最小功能宽度可以受眼睛瞳孔距离的影响。例如，平均瞳孔距离可以是大约64mm。小的宽度也意味着对于观看距离变化的小的容限，因为窄FOV 1002倾向于在最佳观看位置的前面和后面以增加的距离彼此快速分离。

如图8B所示，第二场景1100描绘了具有更宽光束丛FOV1102的观看几何结构。这种观看几何结构可以使得多个观看者1104处于观看区域内并且处于不同的观看距离。在该示例中，位置容限可以很大。

可以通过增加每个显示光束丛的FOV来增加所述观看区域。这例如可以通过增加光发射器行的宽度或者通过改变光束准直光学器件的焦距来完成。较小的焦距可导致较大的体素，因此增加焦距以实现较好的分辨率可能是有用的。可以在光学设计参数和设计需要之间找到折衷。因此，不同的使用情况可以在这些因素之间进行不同的平衡。

使用微LED光源的示例实施例

一些实施例使用μLED。这些是用与标准LED芯片相同的基本技术和相同的材料制造的LED芯片。然而，μLED是小型化的组件，并且它们可以被制成小至1μm-10μm的尺寸。迄今为止制造的一种致密矩阵具有以3μm间距组装的2μm x 2μm芯片。μLED已被用作电视中的背光组件。当与OLED相比时，μLED是稳定得多的组件，且其可达到非常高的光强度。

裸μLED芯片可发射光谱宽度为～20-30nm的特定颜色。通过用磷光体层涂覆所述芯片可以产生白光源，该磷光体层将由蓝色或UV LED发射的光转换成更宽的白光发射光谱。全色光源也可以通过并排放置单独的红、绿和蓝LED芯片来产生，因为当人类视觉系统组合单独的颜色发射时，这三种原色的组合产生了全色像素的感觉。前面提到的非常密集的矩阵将允许制造具有低于10μm(3×3μm间距)的总宽度的自发光全色像素。

来自半导体芯片的光提取效率是确定LED结构的电-光效率的参数之一。存在若干方法，其旨在提高所述提取效率，并因此允许基于LED的光源尽可能有效地使用可用的电能，这对于具有有限电源的移动设备是有用的。一些方法使用直接集成在LED芯片顶部上的成形塑料光学元件。由于较低的折射率差，与芯片被空气包围的情况相比，塑料形状的集成从芯片材料提取更多的光。所述塑料形状还以增强从塑料件的光提取并使发射图案更具方向性的方式来引导所述光。其它方法将芯片本身成形为有利于光发射角度更垂直于半导体芯片的前端面的形式，并且使光更容易逸出高折射率材料。这些结构还引导从芯片发射的光。

用于扩展图像焦深的相位调制

在一些实施例中，波前编码用于扩展焦深。波前编码利用相位调制掩模和图像处理的组合，以便达到扩展的聚焦深度图像。波前编码技术的例子可以在以下找到：E.D.Dowski和W.T.Cathey,“Extended depth of field through wave-front coding(通过波前编码的扩展景深),”Applied Optics(应用光学)卷34,第11期,1859-1866页,(1995)，以及US 6842297和US 7436595。在一些实施例中，相位调制掩模可以被实现为刚性注塑聚合物板，或者被实现为直接集成到透镜结构或透明孔径板中的浅表面特征。可以实现波前编码以便扩展相机焦深，而不需要移动部件或大的附加硬件成本。专用于波前编码的图像处理可以用于从要显示的图像中减少或去除相位调制掩模的影响。

在一些实施例中，波前编码用于以使得图像场变得在某种程度上不受聚焦影响的方式来修改图像场。在一些实施例中，波前调制元件被添加在成像系统主平面(孔径光阑)附近，以便产生其中图像可能不处于精确锐聚焦的深度范围，而是其中光能分布几乎相同的深度范围变得被扩展。图9A-9B示意性地示出了这种光学功能。

图9A示出了在没有相位板的情况下聚焦的效果。来自光源1902的光被透镜1904聚焦为焦平面1906中的清晰图像。然而，在从焦平面稍微偏移的平面1908和1910处，光源1902的图像模糊得多。图9B示出了与图9A相同的布置，除了图9B的布置包括相位板1912。因为图9B的布置包括在透镜1904前面的相位板1912，所以光源1902在所有三个图像平面中被聚焦到相当清晰的图像(尽管这些图像可能看起来在它们周围具有“光的遮蔽物”或“光晕”)。通过使用相位板1912，可以从在图像平面中的任一个处或者甚至在它们之间拍摄的单个图像辨别不同的对象，而不需要距离调整。图9B的系统可以被描述为具有扩展的焦深。

波前编码方法可以产生围绕更亮的“聚焦”光点的“光晕”。每个图像光点周围的模糊区域可能导致原始图像的对比度的劣化。在一些实施例中，所述光晕效应可以利用合并光学点扩散函数(PSF)的电子处理来减轻。因为该PSF在具有扩展景深相机模块透镜的特定扩展深度范围上基本保持恒定，所以相同的“解码”操作可以用于所有图像深度。如果相位调制组件是有源的(active)，例如相位SLM，则还可以在不同的时间点利用不同的相位掩模获得若干图像，并且利用WO2015083162中描述的技术在时间上复用这些不同深度图像。该方法可以进一步增加相机系统的聚焦范围。在一些实施例中，波前编码可以用于放宽光学元件的容限。例如，表面形状或元件厚度的小变化可以用模块的扩展的聚焦范围来补偿。在一些实施例中，由于颜色的不同焦深可以用解码算法来固定，因此可以使用波前编码技术来补偿颜色色散(横向颜色)。

示例光学结构和功能

描述了用于提供诸如光场显示器的3D显示器的系统和方法。在一些实施例中，显示设备包括发光层，该发光层包括多个可单独控制的像素。在一些实施例中，光学方法和光学系统的构造用于利用交叉光束产生高分辨率3D LF图像。光从具有可单独控制的小发射器(例如μLED)的层发射。透镜结构(例如聚碳酸酯微透镜片)覆盖所述发射器。该透镜结构将所述光聚焦成一组光束，该组光束用于在多个观察方向上形成体素。在一些实施例中，所述发射器和透镜形成彼此分离的一系列投影单元。在一些实施例中，所述投影单元由不透明挡板结构分离，该不透明挡板结构抑制相邻单元之间的串扰。相位修改层将光束腰从由透镜焦距确定的单个聚焦光点延伸到沿光束传播路径的深度值范围，在该范围中，聚焦光点尺寸保持几乎恒定。光源矩阵可以用于生成与所述相位修改元件一致地工作的不同空间发射图案。当该元件修改所述光束腰内部的光束能量分布时，利用该光源矩阵做出的发射图案用于能量峰值的主动平衡。

在一些实施例中，所述光学系统可以使用交叉光束来形成体素。在一些实施例中，体素可以形成在距显示器的表面的各种距离处。体素可以例如形成在显示表面的前面、后面和/或上面。具有扩展的焦深的单光束可以用于产生正确的眼睛视网膜聚焦提示。在体素位置处交叉的多个光束可以用于覆盖观看者眼睛对的更大视场。这种配置可以帮助视觉系统校正眼睛会聚。

一些实施例提供了创建能够呈现3D图像的多个焦平面的显示器(诸如，光场(LF)显示器)的能力。一些实施例可以操作以减少或克服聚散度-调节冲突(VAC)问题。一些实施例提供了利用薄光学器件来创建诸如光场显示器的显示器而不需要移动部件的能力。

在一些实施例中，提出了一种系统和方法，以使用相位调制光学元件结合时空显示控制来扩展光投影的焦深。

在一些实施例中，波前编码方法通过扩展每个光束的聚焦范围而允许LF显示器的光学组件的较宽松的容限。在一些实施例中，波前编码方法允许补偿LF显示器中的色散。

一些实施例提供了一种光学方法和光学系统的构造，其可以用于利用交叉光束来创建高分辨率3D图像。图10描绘了根据一些实施例的3D显示结构1050及其功能。如图10中的示例所示，光从层1052发射，该层可以是发光元件1054的可寻址二维阵列，该发光元件1054可以是诸如μLED的可单独控制的小发射器。覆盖所述发射器的透镜结构1056(例如聚碳酸酯微透镜片)将所述光收集并聚焦成一组光束，该组光束用于在不同的观察方向形成图像。所述发射器和透镜形成一系列投影单元1060，它们通过抑制相邻单元之间串扰的不透明挡板结构1058彼此分离。

置于所述投影单元光学器件的主平面(孔径光阑)附近的相位修改层1062将光束腰从由透镜焦距确定的单个聚焦光点延伸到沿光束传播路径的深度值范围1064，在该范围中，聚焦光点尺寸保持基本恒定，从而导致扩展的光束腰。所述相位修改层可以通过例如在柔性衬底上由UV可固化光学材料纳米压印或通过用光学聚合物注射成型来制造。在一些实施例中，所述相位修改层被集成到准直透镜结构中。例如，该层可以在准直透镜结构的制造过程中被集成，或者可以通过将两个片或箔层压在一起来集成。在后一种情况下，两个主要光学特征位置在组件制造阶段中固定，这在显示器的组装中可能是有益的。在一些实施例中，所述相位修改光学特征对于所有投影单元是相同的。在一些实施例中，投影单元的相位修改光学特征可以被不同地配置，以便调谐显示表面上的光束属性。这在平坦大屏幕的情况下可能是有用的，其中光束方向可以被转到观看者方向，例如，对于更靠近显示器边缘的投影单元，以更大的角度被转向。相位板形状可以包括例如立方、四次、指数、对数、正弦或自由形式。在一些实施例中，所述相位修改层可以是有源的，例如通过使用液晶SLM，其中可以根据例如用户跟踪来优化每个光束的相位修改。

在一些实施例中，所述发光层包括可以被单独激活的像素矩阵。发光元件可包括例如μLED、OLED或小像素LCD面板。图11A-B描绘了根据一些实施例的示例光源矩阵结构。图11A描绘了包括单色发射器的矩阵，例如具有白色磷光体涂层的蓝色μLED，其以间距1102布置。图11B描绘了包括三种不同颜色(红、绿和蓝)的发光组件的示例性光源矩阵，所述发光组件被组装到具有清楚限定的全色像素尺寸和间距1104的矩阵中。在使用全色像素的一些实施例中，所述相位修改元件可以混合所述光束腰中的空间分离的颜色并且生成全色光束。在使用单色发射器并且它们产生白光的一些实施例中，可以在投影透镜的前面设置单独的有源颜色掩模(例如，LCD面板)。如果所述相位修改元件在整个单元孔径上操作，则这种配置可能要求颜色像素尺寸显著小于所述投影单元孔径尺寸。

在一些实施例中，所述光源矩阵可以用于生成与所述相位修改元件一致地工作的不同空间发射图案。由于所述相位修改元件修改了所述光束腰内部的光束能量分布，所以利用所述光源矩阵制成的发射图案可以用于平衡能量峰值。在一些实施例中，对于每个光束，图案是固定的。在一些实施例中，可以基于体素距离或观看者位置，主动地修改所述图案。

图12A-12C描绘了根据一些实施例的可以利用光源矩阵生成的示例空间发射图案。例如，通过在水平和垂直方向上移位所述图案，可以调整光束方向。例如，与图12B的空间发射图案相比，图12A的图案在垂直方向上移位，而图12C的图案在水平方向上移位。在使用μLED的实施例中，这些光源的高动态范围可有助于改进可由相位修改元件降低的图像对比度。在一些实施例中，可以采用对各个分量发射图案的主动调整，以创建良好质量的图像。在一些实施例中，不同的图案可以用于不同的光束，所述不同的光束用于不同的焦平面。在一些实施例中，当渲染不同焦平面处的体素时，通过主动地使输出变暗或变亮，μLED可以用于焦平面的时间复用。该功能可以用于有限的光束位置扫描，并且通过在光束上随所述图案移动能量最高的光点，可提高体素分辨率。

图13是根据一些实施例的使用显示器的体素形成的示意性表示。如该实例所示，体素可以使用多个交叉光束形成。例如，体素可以形成在位置1070、1072和1074处。体素可以在显示器的前面和后面以不同的距离形成以及在显示表面上形成。具有扩展的焦深的单光束可以用于产生正确的眼睛视网膜聚焦提示。优选地，各个光束的FOV保持较小。在体素位置处交叉的多个光束可以用于覆盖观看者一对眼睛的较大FOV。这种配置可以帮助视觉系统校正眼睛会聚。这样，在光学结构中，用于单眼视网膜聚焦提示的小发光角度的生成和用于立体效果所需的眼睛会聚的较大发光角度的生成彼此分离。该布置使得可以利用显示器的光学设计来分别控制两个角域。体素距离可以在光束扩展腰部范围内自由选择。这种构造可用于提供连续的深度位置。因为可以用单个发射器光束来创建单眼视网膜聚焦提示，所以在一些实施例中，可以通过仅利用来自两个发射器的两个光束来形成一体素。这种布置可以有助于简化渲染任务。在一些实施例中，体素可以通过利用更多数量的光束来形成。例如，如果需要更宽的眼箱或观看区域，则可以使用更多的光束。

在3D显示结构的设计中要考虑的一个因素是光学材料将具有不同波长的光折射到不同的角度(色散)。这意味着如果使用三种颜色像素(例如红色、绿色和蓝色)，则不同颜色的光束被倾斜并聚焦到距离折射特征稍微不同的方向和距离。在一些实施例中，可以通过使用混合层在结构本身中补偿色散，其中例如衍射特征用于颜色校正。由于颜色子像素可以在发光层上空间分离，所以颜色光束投影角也可以有一些小的角度差。如果光源组件的投影图像在焦面层上保持足够小，则三个颜色像素将被彼此相邻地成像，并且以与利用其中颜色子像素被空间分离的2D屏幕看到的方式类似的方式被眼睛组合成全色体素。3D显示结构的颜色子像素图像是高度定向的，并且确保所有三种不同颜色的光束通过瞳孔进入眼睛可能是有用的。

如前所述，例如，在光发射器和微透镜孔径尺寸非常小的情况下，衍射也可以影响可实现的分辨率。利用光场显示和渲染方案可实现的深度范围可能受到来自每个子像素的光束准直的质量的影响。发光像素的尺寸、发射图案的尺寸和光聚焦特征的有效焦距是可能影响准直质量的三个参数。在一些实施例中，发光层上的连续发射器矩阵允许非常宽的FOV。为了减少杂散光效应，挡板结构可以在每个投影单元内部实现。这可能将矩阵尺寸限制到投影单元的覆盖区域。在这种情况下，单个单元FOV的FOV可能不容易扩展。在一些实施例中，可以使用像电润湿微棱镜或基于LC的组件之类的附加光转向层来减轻这个问题，因为它们可以允许光束倾斜到更大的角度。

3D显示渲染方案

几种不同类型的渲染方案可以与所给出的显示结构和光学方法一起使用。根据所选择的渲染方案，所实现的显示设备可以是具有多个视图和焦面的3D光场显示器或常规2D显示器。

在一些实施例中，除了多个观看方向之外，3D渲染方案在物理显示表面的前面或后面在(一个或多个)观看者前面创建若干焦点或焦面。为每个体素产生至少两个投影光束可能是有用的。使用至少两个光束的原因可以包括：(i)显示器内部的单个发射器应当具有在任何给定时间仅对一只眼睛可见的FOV，以及(ii)所创建的体素应当具有同时覆盖两只眼睛以便创建立体视图的FOV。当同时使用多于一个光束时，体素FOV可以被创建为各个光束FOV的总和。对于显示器和观察者之间的所有体素，使会聚光束在显示器前面以正确的体素距离交叉可能是有帮助的。以类似的方式，对于位于比显示器离观察者更远的距离处的体素而言，具有实际上在显示器后面交叉的光束对可能是有帮助的。(至少)两个光束的交叉有助于产生不是仅在显示表面的焦点(或表面)。使分离的光束聚焦到它们交叉的相同光点可能是有用的。

在一些实施例中，为了提供连续的深度范围而不降低分辨率，扩展光束腰。在一些实施例中，通过采用使用发射器图案定位以用于正确的光束角选择的渲染方法来创建足够的视网膜聚焦提示。相位调制光学特征和整个波前编码方法的使用可能导致对比度降低。图像渲染可用于减轻这种影响。例如，基于体素深度的有源光源矩阵图案调整可以用于优化亮中心光点与围绕它的对比度降低遮蔽物之间的关系。μLED的极高动态范围使其成为用于此特定用途的理想组件。

在3D显示器上渲染深度的真正连续范围可能涉及大量的计算。在一些实施例中，3D数据可被缩减到某些离散深度层以便降低计算要求。在一些实施例中，离散的深度层可被安排成彼此足够接近以向观察者的视觉系统提供连续的3D深度体验。基于所估计的人类视觉系统平均深度分辨率，覆盖从50cm到无穷大的视觉范围可以花费大约27个不同的深度层。在一些实施例中，所提出的方法和光学硬件允许创建可以同时(或在视觉系统POV时间帧内)显示的多个焦面。在一些实施例中，可以在设备中主动地检测观察者位置，并且可以仅将体素渲染到观察者所位于的那些方向。在一些实施例中，主动观察者眼睛跟踪用于检测观察者位置(例如，使用近红外(NIR)光，其中相机在显示结构周围或在显示结构中)。

可以在空间/角度和深度分辨率之间找到与渲染方案相关联的一种折衷情形。在有限数量的像素和组件切换速度的情况下，强调高的空间/角分辨率可能要以具有更少焦平面(更低深度分辨率)的代价。相反，具有更多的焦平面以获得更好的深度分辨率可能带来更多像素化图像(低空间/角分辨率)的代价。相同的权衡可以应用于系统级的数据处理，因为更多的焦平面可以涉及更多的计算和更高的数据传输速度。在人类视觉系统中，深度分辨率随着距离而对数地降低，这可以允许在对象更远时，减少深度信息。另外，随着图像平面变得更远，眼睛仅可以分辨更大的细节，这可以允许远距离处的分辨率的降低。在一些实施例中，通过在距观看者的不同距离处产生不同的体素分辨率来优化渲染方案，以便降低图像渲染的处理要求。还可以基于所呈现的图像内容来解决与渲染方案相关的折衷，从而实现例如更高的分辨率或图像亮度。

在一些实施例中，在发光层上实现三种不同颜色的像素，以便创建全色图像。颜色渲染方案可以包括用于适应于以下事实的系统和/或方法：不同颜色在光学组件处被折射到稍微不同的角度方向。除了特殊的颜色渲染方案之外，可以利用硬件去除这种色散中的一些，例如通过集成用于颜色校正的衍射结构。这在补偿不同的光束焦距时尤其有用，但是波前编码方法在这个任务中有很大的帮助。根据一些实施例，示例性的颜色渲染方案是将三种不同颜色的组件的输出与相位修改层组合。在这种情况下，可以利用LEL层控制来选择光束颜色。

用于焦深扩展的幅度调制组件

在一些实施例中，幅度调制用于扩展所述光束腰。这种组件的一个例子是图14A中所示的正弦波带片图案。图14B描绘了一种替代的显示器光学结构。该带片可以使用衍射来聚焦光。带片和聚焦光学器件的适当组合可以被用于扩展焦深。图14B中所示的可选显示结构的幅度调制元件可以位于靠近投影单元孔径光阑的位置。示例显示结构中的所述调制元件的定位可以类似于前面参照图10描述的相位调制元件的定位。该幅度调制元件可以作为选择性吸收光的特殊掩模来操作。相反，所述相位调制元件使所有入射光通过，因为它们操作以使光改变方向而不是吸收光。

图14B描绘了根据一些实施例的3D显示结构1450及其功能。如图14B中的实例所示，光从层1452发射，该层可以是发光元件1454的可寻址二维阵列，该发光元件1454可以是可单独控制的小发射器，例如μLED。覆盖所述发射器的透镜结构1456(例如，聚碳酸酯微透镜片)将所述光收集并聚焦成一组光束，该组光束用于在不同的观看方向形成图像。所述发射器和透镜形成一系列投影单元1460，它们用不透明的挡板结构1458彼此分开，该挡板结构抑制相邻单元之间的串扰。

一层靠近所述投影单元光学器件的主平面(孔径光阑)放置的振幅调制元件1462将光束腰从由透镜焦距确定的单个聚焦光点延伸到沿光束传播路径的深度值范围1464，在该范围中，聚焦光点尺寸保持几乎恒定，从而导致扩展的光束腰。

实现示例

图15描绘了根据一些实施例的壁挂式3D显示器1500的使用情况。在该示例中，从2m的距离观看大的87”壁挂式3D显示器。该设备以2000mm的半径弯曲，以便使单个显示器像素发射图案在观看者位置处重叠。单个投影单元可以将光发射到大约9°的视场中。在观看者眼睛周围形成大约320mm宽的观看窗口，允许单个使用者的充分的头部和眼睛运动。所述显示器可以是单色的，并且它可以用作例如复杂3D CAD制图的设计辅助。

图16是根据一些实施例的显示结构1650的光学设计的示意性表示。图16的示例示出了从μLED阵列1652发射的光，其中组件尺寸为2μm×2μm，间距为3μm。在每个投影单元矩阵1660中有总共267×267个绿色μLED芯片，其具有0.8mm的总宽度。旋转对称准直微透镜1656置于距μLED4.9 mm距离处。该阵列由光学塑料COP(环烯烃聚合物)制成，作为热压印的0.8mm厚的片。所述准直透镜的孔径尺寸为1mm，它们的焦距为5mm。利用这种测量，F#5光学系统对每个单元给出9.1°的总FOV。水平和垂直光束都可以用该结构产生。

在图16的示例中，相位板结构1662作为具有与准直透镜相同的1mm间距的阵列而被直接集成到微透镜片的背面。该相位板的这种表面形状是立方的，并且其垂度通过使用以下方程而遵循光学设计软件OpticStudio 18的扩展多项式函数，

其中参数值c＝0；r＝0；k＝0(平坦基面)；N＝3(立方表面)；归一化半径＝1.121；X3Y0＝0.037；X0Y3＝-0.037；以及所有其它XNYN组合＝0。在一些实施例中，所述垂度方程可以表示为：

z＝(0.037)(x/1.21mm)³-(0.037)(y/1.21mm)³

其中x，y以mm为单位。

应当注意，该方程是作为示例提供的，并且在不同实施例中可以使用具有不同垂度方程的其它相位板结构。在一些实施例中，所述相位板的光学器件不是旋转对称的。在一些实施例中，所述相位板的表面可以具有能够由仅x的第一函数和仅y的第二函数之和描述的形式，例如，z＝f_x(x)+f_y(y)，其中x和y轴彼此正交并且正交于光轴(z)。具有这种形式的表面可以被称为具有矩形可分离的形式。所述函数可以是单项或多项式函数、三角函数(例如，正弦、余弦、正切和其逆)、指数或对数函数或其它函数。在一些这样的实施例中，f_x(x)＝-f_y(y)，使得所述相位板的表面可以由下式表示：z＝f(x)-f(y)。

上面的图12A-12C描绘了根据一些实施例的示例像素发射图案，诸如可以与立方相位板一起使用的图案。该图案包含μLED矩阵，并且一次仅激活其中的一些以产生一个扩展景深光束。在该图案中，一组中心μLED组件具有比延伸到该矩阵的右侧和底侧的两个”臂“中的组件更大的强度。

为了测试结构功能性和虚拟图像平面上可实现的分辨率，用光学模拟软件OpticStudio 18执行一组模拟。所给出的光学结构被放置在距简化的眼睛模型2m的距离处。一光束被引导至直径为5mm的眼模型瞳孔。将目镜聚焦到五个不同的距离(1.25m、1.625m、2.5m、3m和5m)，以便测试利用该光学系统以及利用显示器周围的不同眼睛适应距离可以获得什么种类的视网膜图像。模拟了三种不同的光源-透镜配置，以便与仅使用一μLED和准直透镜而不使用相位板的简单设置相比，看到所述相位板形状和发射器图案的效果。在后一种情况下，准直透镜与所提出的光学结构的设计的透镜相同。

没有相位板的单个2μm×2μm光源的模拟产生了模拟的视网膜图像，其尺寸强烈地依赖于眼睛焦距。用相同的光源和相同的透镜但增加了集成的立方相位调制形状的模拟产生了模拟的视网膜图像，其具有更复杂的形状，但也具有非常小的区域，在该区域中大部分光能被集中。该中央光点的尺寸在整个模拟眼睛聚焦范围内保持几乎恒定。这些模拟表明，所述相位板已经使光束在扩展的聚焦范围内很大程度上不发生聚焦变化。还模拟了与图12A-12C中所示的那些类似的光源图案。这些图案提供具有清晰内部结构的光点，其中强度最大值也根据眼睛焦距而处于稍微不同的位置。该模拟表明，通过适当地平衡图案中的μLED强度，可以在一定程度上抵消光点尺寸差异，以获得整个深度范围内更均匀的体素分辨率。这还表明，为了更好的体素定位精度，可以将最高强度位置稍微移位到眼睛视网膜上。

其他实施例

虽然一些示例实施例在上文中被描述为用于提供光场显示器，但是应当注意，其他实施例可以用在其他类型的显示器中，诸如多视图显示器或其他定向显示器。

在一些实施例中，提供了一种用于图像显示的装置。该装置包括发光元件可寻址阵列；相位修改层；以及准直光学元件阵列。所述相位修改层被布置在所述发光元件可寻址阵列与所述准直光学元件阵列之间。

在一些实施例中，所述发光元件可寻址阵列包括多组发光元件；其中所述准直光学元件阵列的每个准直光学元件与所述多组发光元件中的特定一组发光元件相关联。

在一些实施例中，该装置还包括挡板，用于阻挡来自每组发光元件的光到达除了与所述特定一组发光元件相关联的所述准直光学元件之外的准直光学元件。

在一些实施例中，所述相位修改层包括多个相位板，例如立方相位板。

在一些实施例中，所述图像显示装置包括多个投影单元，每个投影单元包括：发光元件可寻址阵列；会聚或发散光学元件，其沿着从所述发光元件到所述显示装置的外部的光路；以及沿着所述光路的相位修改光学元件。

在一些实施例中，所述多个投影单元被布置成二维阵列。所述会聚光学元件可以包括准直透镜。在一些实施例中，所述相位修改光学元件是组合光学元件的第一表面，并且所述会聚透镜是所述组合光学元件的第二表面。

在一些实施例中，所述相位修改光学元件包括相位板。该相位板可以是立方相位板、四次相位板、指数相位板、对数相位板、正弦相位板或自由形式相位板。

在一些实施例中，一种图像显示方法包括：从发光元件可寻址阵列发射光；用相位修改层修改所述光的相位；以及准直所述经相位修改的光。

注意，所描述的一个或多个实施例的各种硬件元件被称为“模块”，其执行(实施、运行等)在此结合相应模块描述的各种功能。如本文所使用的，模块包括本领域技术人员认为适合于给定实现的硬件(例如，一个或多个处理器、一个或多个微处理器、一个或多个微控制器、一个或多个微芯片、一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个存储器设备)。每个所描述的模块还可以包括可执行用于执行被描述为由相应模块执行的一个或多个功能的指令，并且注意，这些指令可以采取硬件(例如，硬连线的)指令、固件指令、和/或软件指令等的形式或包括它们，并且可以存储在任何适当的非暂时性计算机可读介质或媒体中，诸如通常被称为RAM、ROM等。

尽管上述按照特定组合描述了特征和元素，但是本领域技术人员将理解，每个特征或元素可以被单独使用或以与其它特征和元素的任何组合来使用。此外，于此描述的方法可以在嵌入在计算机可读介质中由计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实施。计算机可读存储媒体的示例包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、诸如内部硬盘和可移除磁盘之类的磁媒体、磁光媒体、以及诸如CD-ROM碟片和数字多用途碟片(DVD)之类的光媒体。与软件相关联的处理器可以用于实施在WTRU、UE、终端、基站、RNC或任意主计算机中使用的射频收发信机。

Claims (15)

1.一种光场显示装置，包括：

多个投影单元，被配置为生成相应光束，其中该多个投影单元中的单元(1060)包括：

发光元件可寻址阵列(1054)，被配置为选择性地从所述发光元件之一发射光；

准直透镜(1056)，沿着从所述发光元件到所述显示装置的外部的光路，被配置为生成具有由所述透镜的焦距所决定的焦深值(1906)的光束；以及

相位修改光学元件，沿着所述光路，被配置为通过修改所发射的光的相位来沿着所述光束的传播路径扩展束腰，其中所述束腰从由所述透镜的所述焦距所决定的所述焦深值(1906)扩展到一焦深值范围(1064、1908至1910)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述相位修改光学元件包括相位板。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述相位板选自由立方相位板、四次相位板、指数相位板、对数相位板和正弦相位板组成的组。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述相位修改光学元件具有矩形可分离形式的表面。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述相位修改光学元件具有一表面，所述表面具有能够由以下表示的形式：z＝f(x)-(y)，其中z是沿着光轴的位置并且x和y是沿着彼此正交且正交于z的轴的位置。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述相位修改光学元件不是旋转对称的。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述相位修改光学元件是一组合光学元件的第一表面，并且所述透镜是所述组合光学元件的第二表面。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，还包括用于阻挡相邻投影单元之间的光的挡板。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述多个投影单元的单元以二维阵列布置。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，要显示的体素通过以下而被形成在所述焦深值范围(1064)内的深度值处：使得在所述深度值处的所述光束与由所述多个投影单元中的另一单元生成的另一光束交叉。

11.一种光场显示方法，包括：

从发光元件可寻址阵列中的发光元件(1054)选择性地发射光；

由相应透镜(1056)对所发射的光进行准直，生成具有由所述相应透镜的焦距所决定的焦深值(1906)的光束；以及

通过利用相位修改光学元件(1062)修改所发射的光的相位，沿着所述光束的传播路径扩展束腰，其中所述束腰从由所述相应透镜的所述焦距所决定的所述焦深值(1906)扩展到一焦深值范围(1064、1908至1910)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述相位修改光学元件包括相位板。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述相位板选自由立方相位板、四次相位板、指数相位板、对数相位板和正弦相位板组成的组。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述相位修改光学元件具有矩形可分离形式的表面。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，还包括：

通过以下而在所述焦深值范围内的深度值处形成要显示的体素：使得在所述深度值处的所述光束与由相应透镜从由所述发光元件可寻址阵列(1054)中的发光元件选择性发射的光生成的另一光束交叉。