定向顯示設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光引導(dǎo)閥設(shè)備，所述光引導(dǎo)閥設(shè)備包括成像定向背光源、照明器陣列和觀察者提取跟蹤系統(tǒng)，所述觀察者跟蹤系統(tǒng)被布置用于實(shí)現(xiàn)對(duì)照明器陣列的控制，所述照明器陣列可在寬的橫向和縱向觀察范圍內(nèi)向觀察者提供定向顯示，其中作為觀察窗向所述觀察者呈現(xiàn)的光學(xué)窗的數(shù)量根據(jù)觀察者的所述橫向和縱向位置或速度而受控。
【專利說(shuō)明】定向顯設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及光調(diào)制裝置的照明，并且更具體地講，涉及用于從局部光源提供 大面積照明的光導(dǎo)，以便在2D、3D和/或自動(dòng)立體顯示裝置中使用。

【背景技術(shù)】
[0002] 空間多路復(fù)用自動(dòng)立體顯示器通常使視差組件諸如透鏡狀屏幕或視差屏障與圖 像陣列對(duì)準(zhǔn)，所述圖像陣列被布置用于空間光調(diào)制器例如IXD上的至少第一組像素和第二 組像素。視差組件將來(lái)自所述組像素中每組的光導(dǎo)向至各自不同的方向以在顯示器前面提 供第一觀察窗和第二觀察窗。眼睛置于第一觀察窗中的觀察者用來(lái)自第一組像素的光可 看到第一圖像；并且眼睛置于第二觀察窗中的觀察者用來(lái)自第二組像素的光可看到第二圖 像。
[0003] 與空間光調(diào)制器的原始分辨率相比，此類顯示器具有降低的空間分辨率，并且此 夕卜，觀察窗的結(jié)構(gòu)由像素孔形狀和視差組件成像功能決定。像素之間的間隙（例如對(duì)于電 極而言）通常產(chǎn)生不均勻的觀察窗。不期望的是，當(dāng)觀察者相對(duì)于顯示器橫向移動(dòng)時(shí)，此類 顯示器呈現(xiàn)圖像閃爍，因此限制了顯示器的觀察自由度。此類閃爍可通過(guò)使光學(xué)元件散焦 而減少；然而，此類散焦會(huì)導(dǎo)致增加的圖像串?dāng)_水平并增加觀察者的視覺(jué)疲勞。此類閃爍可 通過(guò)調(diào)整像素孔的形狀而減少，然而，此類改變可降低顯示器亮度并且可包括對(duì)空間光調(diào) 制器中的電子設(shè)備進(jìn)行尋址。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供包括顯示裝置的定向顯示設(shè)備，該顯示裝置可包括 透射式空間光調(diào)制器。透射式空間光調(diào)制器可包括像素陣列，該像素陣列可被布置用于調(diào) 制從其中通過(guò)的光。顯示裝置也可包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有輸入端和用于沿波導(dǎo)引導(dǎo)光的相 對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面。相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面可從輸入端跨空 間光調(diào)制器延伸。顯示裝置也可包括在橫向方向上跨波導(dǎo)輸入端的不同輸入位置處的光源 陣列。波導(dǎo)可被布置用于將來(lái)自跨輸入端的不同輸入位置處的光源的輸入光作為輸出光導(dǎo) 向穿過(guò)第一引導(dǎo)表面，以供通過(guò)空間光調(diào)制器在分布在橫向方向中的輸出方向上進(jìn)入各自 的光學(xué)窗，所述輸出方向取決于輸入位置。自動(dòng)立體顯不設(shè)備也可包括傳感器系統(tǒng)和控制 系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)可被布置用于檢測(cè)觀察者相對(duì)于顯示裝置的位置，該控制系統(tǒng)可被布 置用于操作光源以基于被檢測(cè)到的觀察者的位置將光導(dǎo)向進(jìn)入包括至少一個(gè)光學(xué)窗的一 個(gè)或多個(gè)觀察窗中?？刂葡到y(tǒng)可被布置用于基于傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)更改一個(gè)或多個(gè)觀察 窗的光學(xué)窗的數(shù)量。
[0005] 通過(guò)更改用于形成觀察窗的光學(xué)窗的數(shù)量，定向顯示設(shè)備可以在減少顯示器閃爍 和控制功率消耗之間實(shí)現(xiàn)所需的平衡。
[0006] 定向顯示設(shè)備可為自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中控制系統(tǒng)還被布置用于控制空間光調(diào) 制器以使用時(shí)間多路復(fù)用左圖像和右圖像調(diào)制光，并且同步被布置用于基于被檢測(cè)到的觀 察者的位置操作光源以將通過(guò)左圖像和右圖像調(diào)制的光導(dǎo)向進(jìn)入左眼觀察窗和右眼觀察 窗，所述左眼觀察窗和右眼觀察窗包括在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中的至少一個(gè) 光學(xué)窗。在這種情況下，更改用于形成觀察窗的光學(xué)窗的數(shù)量可以減少顯示器閃爍同時(shí)基 本上保持減少的圖像串?dāng)_。
[0007] 控制觀察窗中的光學(xué)窗的數(shù)量可以基于多種方式的傳感器系統(tǒng)的輸出，其一些例 子如下。
[0008] 控制系統(tǒng)可以響應(yīng)于在橫向方向上被檢測(cè)到的觀察者的位置來(lái)更改一個(gè)或多個(gè) 觀察窗的光學(xué)窗的數(shù)量，例如通過(guò)響應(yīng)于被檢測(cè)到的觀察者的位置而使光學(xué)窗的數(shù)量增 力口，觀察者處于在橫向方向上以預(yù)先確定的量遠(yuǎn)離顯示裝置的法線移位的位置中。
[0009] 控制系統(tǒng)可以響應(yīng)于沿顯示裝置的法線的被檢測(cè)到的觀察者的位置來(lái)更改一個(gè) 或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗的數(shù)量，例如通過(guò)響應(yīng)于被檢測(cè)到的觀察者的位置而使光學(xué)窗的數(shù) 量增加，觀察者處于沿顯示裝置的法線以預(yù)先確定的量遠(yuǎn)離標(biāo)稱窗平面朝顯示裝置移位的 位置中。
[0010] 控制系統(tǒng)可以響應(yīng)于觀察者在橫向方向上離開顯示裝置的法線的速度或加速度 來(lái)更改一個(gè)或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗的數(shù)量，例如通過(guò)響應(yīng)于觀察者在橫向方向上離開顯示 裝置的法線的超過(guò)預(yù)先確定的量的速度或加速度而使光學(xué)窗的數(shù)量增加。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了可包括顯示裝置的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，該顯示裝 置包括：包括像素陣列的透射式空間光調(diào)制器，該像素陣列被布置用于調(diào)制從其中通過(guò)的 光。顯示裝置也可包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有輸入端和用于沿波導(dǎo)引導(dǎo)光的相對(duì)的第一引導(dǎo)表 面和第二引導(dǎo)表面，所述相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面從輸入端跨空間光調(diào)制器延 伸。顯示裝置也可包括在橫向方向上跨波導(dǎo)輸入端的不同輸入位置處的光源陣列。波導(dǎo)可 被布置用于將來(lái)自跨輸入端的不同輸入位置處的光源的輸入光作為輸出光導(dǎo)向穿過(guò)第一 引導(dǎo)表面，以供通過(guò)空間光調(diào)制器在分布在橫向方向中的輸出方向上進(jìn)入各自的光學(xué)窗， 所述輸出方向取決于輸入位置。自動(dòng)立體顯示設(shè)備還可包括傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)被 布置用于檢測(cè)觀察者相對(duì)于顯示裝置的位置。自動(dòng)立體顯示設(shè)備還可包括控制系統(tǒng)，該控 制系統(tǒng)被布置用于控制空間光調(diào)制器，以及基于被檢測(cè)到的觀察者的位置操作光源以將光 導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，該觀察窗包括在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中的至少一個(gè)光學(xué) 窗?？刂葡到y(tǒng)可被布置用于響應(yīng)于被檢測(cè)到的觀察者的位置（其位于圍繞顯示裝置的法線 的橫向位置的中心區(qū)域），通過(guò)控制空間光調(diào)制器以使用時(shí)間多路復(fù)用的左圖像和右圖像 來(lái)調(diào)制光，并且同步操作光源以將左圖像和右圖像導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，來(lái)提供3D圖像顯示， 該觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中?？刂葡到y(tǒng)還可被布置用于響應(yīng)于被檢測(cè) 到的觀察者的位置（其位于中心范圍之外的橫向位置），通過(guò)控制空間光調(diào)制器以使用2D 圖像來(lái)調(diào)制光，并且操作光源以將該2D圖像導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，來(lái)提供2D圖像顯示，該觀察 窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)窗畸變可由于光學(xué)像差而增加偏軸，例如其可在無(wú)補(bǔ)償布 置方式下形成不均勻的照明?？舍槍?duì)偏軸觀察位置來(lái)增加可被照明的光學(xué)窗的數(shù)量以補(bǔ) 償窗畸變，使得顯示區(qū)域針對(duì)偏軸觀察位置中的觀察者的相應(yīng)眼睛而保持基本上均勻地填 充。
[0013] 另外，在觀察區(qū)域邊緣處或其附近增加光學(xué)窗陣列的尺寸可在一定程度上補(bǔ)償光 學(xué)窗圖像的像差，并且可減少不期望的圖像閃爍的出現(xiàn)，特別是在光學(xué)系統(tǒng)的輸出處由于 視場(chǎng)像差的出現(xiàn)而引起的圖像閃爍。
[0014] 通過(guò)比較的方式，與可以方便地在空間多路復(fù)用顯示器中實(shí)現(xiàn)的窗寬度相比，可 以實(shí)現(xiàn)更寬的窗寬度，而無(wú)需增加在兩眼間區(qū)域中的窗之間的重疊。窗寬度可以變化，以增 加在朝向和遠(yuǎn)離顯示器的縱向方向上，以及在相對(duì)于顯示器的光軸的橫向方向上的觀察自 由度。
[0015] 可以類似于前述的方式在縱向跟蹤期間調(diào)節(jié)觀察窗的尺寸以增加觀察自由度。有 利的是，可通過(guò)較小的觀察窗在窗平面附近實(shí)現(xiàn)減小的串?dāng)_，而對(duì)于遠(yuǎn)離窗平面的觀察距 離而言，可以照明更遠(yuǎn)的光學(xué)窗以增加縱向觀察自由度以及提供較大的觀察窗?？赏ㄟ^(guò)控 制分立的發(fā)光元件來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)窗在觀察者位置之間的切換。注意，可對(duì)構(gòu)成觀察窗的光學(xué) 窗的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，而無(wú)需降低顯示器的空間分辨率。
[0016] 一個(gè)實(shí)施例可以在自動(dòng)立體觀察和2D觀察之間提供超過(guò)自動(dòng)立體觀察位置限制 的具有所需圖像質(zhì)量的基本上無(wú)縫的過(guò)渡。
[0017] 另外，在于縱向或橫向方向上達(dá)到觀察者位置之前，如果例如系統(tǒng)像差增至某個(gè) 程度，在該程度下顯示器照明均勻度或圖像串?dāng)_降到觀察者舒適度的期望限制以下，則可 使用如本文所討論的機(jī)構(gòu)來(lái)切換至2D(非自動(dòng)立體）觀察。
[0018] 在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)觀察者在顯示器前方的位置范圍內(nèi)時(shí)，顯示器可以處理用 戶位置以打開另外的2D背光源，使得可以保持照明顯示器的邊緣并且進(jìn)一步增加舒適的 觀察自由度。
[0019] 在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)觀察者接近限定的位置諸如觀察自由度的限制時(shí)，可采用 偏心加重電機(jī)。該加重電機(jī)可包括振動(dòng)模式，該振動(dòng)模式可以與手持式顯示器或可從手持 式控制臺(tái)或裝置操作的顯示器一起很好的工作。此外，用于檢測(cè)觀察者位置的裝置也可用 于通知觀察者已經(jīng)超過(guò)了自動(dòng)立體觀察的所需范圍。
[0020] 另外一種選擇是在自動(dòng)立體3D觀察區(qū)域之外具有2D觀察區(qū)域的自動(dòng)立體顯示 器，從而不在相應(yīng)觀察的3D觀察區(qū)域之外提供光。該顯示器可實(shí)現(xiàn)寬的觀察自由度，該寬 的觀察自由度確保在觀察3D時(shí)，圖像具有所需的圖像質(zhì)量。
[0021] 另外，該實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)對(duì)于兩個(gè)不同的觀察者而言將在整個(gè)屏幕上方同時(shí)觀察到 兩個(gè)不同的2D圖像通道，或?qū)τ谕挥^察者而言在不同的空間位置中的不同觀察。
[0022] 本發(fā)明的任何所述方面可以任意組合一起應(yīng)用。
[0023] 顯示器背光源通常采用波導(dǎo)和邊緣發(fā)射源。某些成像定向背光源具有將照明導(dǎo)向 穿過(guò)顯示面板進(jìn)入觀察窗的另外功能。成像系統(tǒng)可在多個(gè)光源與各自的窗圖像之間形成。 成像定向背光源的一個(gè)例子是可采用折疊光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)閥，因此也可以是折疊成像定向 背光源的例子。光可在基本上無(wú)損耗的情況下在一個(gè)方向上傳播穿過(guò)光學(xué)閥，同時(shí)反向傳 播光可通過(guò)反射離開傾斜小平面而被提取，如專利申請(qǐng)No. 13/300, 293中所述，所述專利 申請(qǐng)全文以引用方式并入本文。
[0024] 美國(guó)專利No. 6, 377, 295大體討論了由于跟蹤控制延遲，預(yù)測(cè)可用于校正坐標(biāo)，該 專利全文以引用方式并入本文。這將應(yīng)用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)視差光學(xué)元件，必須一直或連續(xù)控制 其位置。通過(guò)比較的方式，本實(shí)施例在由顯示器照明脈沖設(shè)定的限定的將來(lái)時(shí)間處提供預(yù) 測(cè)生成的觀察者位置，而不是跟蹤延遲。有利的是，其可能不適于連續(xù)地確定位置，而適于 在照明的分立的將來(lái)時(shí)間處確定位置。美國(guó)專利No. 5, 959, 664大體討論了觀察者的縱向 跟蹤以及通過(guò)調(diào)節(jié)顯示器SLM的內(nèi)容轉(zhuǎn)向，該專利全文以引用方式并入本文。通過(guò)比較的 方式，下文所述的實(shí)施例可以在無(wú)需調(diào)節(jié)或裁剪顯示器SLM上的圖像的情況下通過(guò)調(diào)節(jié)光 學(xué)閥的照明來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向跟蹤。
[0025] 本文的實(shí)施例可提供具有大面積和薄型結(jié)構(gòu)的自動(dòng)立體顯示器。此外，如將描述 的，本發(fā)明的光學(xué)閥可實(shí)現(xiàn)具有較大后工作距離的薄型光學(xué)組件。此類組件可用于定向背 光源，以提供包括自動(dòng)立體顯示器的定向顯示器。此外，實(shí)施例可提供受控照明器以便得到 高效的自動(dòng)立體顯示器。
[0026] 本發(fā)明的實(shí)施例可用于多種光學(xué)系統(tǒng)中。實(shí)施例可包括或利用各種投影儀、投影 系統(tǒng)、光學(xué)組件、顯示器、微型顯示器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、處理器、獨(dú)立成套的投影儀系統(tǒng)、視覺(jué)和 /或視聽系統(tǒng)以及電和/或光學(xué)裝置。實(shí)際上，本發(fā)明的方面可以跟與光學(xué)和電氣裝置、光 學(xué)系統(tǒng)、演示系統(tǒng)有關(guān)的任何設(shè)備，或者可包括任何類型的光學(xué)系統(tǒng)的任何設(shè)備一起使用。 因此，本發(fā)明的實(shí)施例可用于光學(xué)系統(tǒng)、視覺(jué)和/或光學(xué)呈現(xiàn)中使用的裝置、視覺(jué)外圍設(shè)備 等，并且可用于多種計(jì)算環(huán)境。
[0027] 詳細(xì)進(jìn)行所公開的實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不將其應(yīng)用或形成限于所示 的具體布置方式的細(xì)節(jié)，因?yàn)楸景l(fā)明能夠采用其他實(shí)施例。此外，可以不同的組合和布置方 式來(lái)闡述本發(fā)明的各個(gè)方面，以限定實(shí)施例在其本身權(quán)利內(nèi)的獨(dú)特性。另外，本文使用的術(shù) 語(yǔ)是為了說(shuō)明的目的，而非限制。
[0028] 定向背光源通常通過(guò)調(diào)制布置在光學(xué)波導(dǎo)的輸入孔側(cè)的獨(dú)立LED光源，來(lái)提供對(duì) 從基本上整個(gè)輸出表面發(fā)出的照明的控制。控制發(fā)射光定向分布可實(shí)現(xiàn)安全功能的單人觀 察，其中顯示器可僅被單個(gè)觀察者從有限角度范圍看到；可實(shí)現(xiàn)高電效率，其中僅在小角度 定向分布內(nèi)提供照明；可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)序立體顯示器和自動(dòng)立體顯示器的左右眼交替觀察；以 及可實(shí)現(xiàn)低成本。
[0029] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本公開內(nèi)容全文后，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)及特 征將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 實(shí)施例通過(guò)舉例的方式在附圖中示出，其中類似的附圖標(biāo)號(hào)表示類似的部件，并 且其中：
[0031] 圖1A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了定向顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例中的光傳播 的正視圖；
[0032] 圖1B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了圖1A的定向顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例中的 光傳播的側(cè)視圖；
[0033] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以定向顯示裝置的另一個(gè)實(shí)施例中的光傳播的 頂視圖示出；
[0034] 圖2B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以圖2A的定向顯示裝置的正視圖示出了光傳 播；
[0035] 圖2C是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以圖2A的定向顯示裝置的側(cè)視圖示出了光傳 播；
[0036] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以定向顯示裝置的側(cè)視圖示出；
[0037] 圖4A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了定向顯示裝置中且包括彎曲光 提取結(jié)構(gòu)特征的觀察窗的生成；
[0038] 圖4B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了定向顯示裝置中且包括彎曲光 提取結(jié)構(gòu)特征的第一觀察窗和第二觀察窗的生成；
[0039] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了包括線性光提取結(jié)構(gòu)特征的定向顯示裝置 中的第一觀察窗的生成；
[0040] 圖6A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了在第一時(shí)隙中時(shí)間多路復(fù)用成像定向顯 示裝置中的第一觀察窗的生成的一個(gè)實(shí)施例；
[0041] 圖6B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了在第二時(shí)隙中時(shí)間多路復(fù)用定向顯示裝 置中的第二觀察窗的生成的另一個(gè)實(shí)施例；
[0042] 圖6C是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了在時(shí)間多路復(fù)用定向顯示裝置中的第一 觀察窗和第二觀察窗的生成的另一個(gè)實(shí)施例；
[0043] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了包括時(shí)間多路復(fù)用定向顯示裝置的觀察者 跟蹤自動(dòng)立體顯示設(shè)備；
[0044] 圖8是示意圖，其示出了多觀察者定向顯示裝置；
[0045] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了防窺定向顯示裝置；
[0046] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以側(cè)視圖示出了時(shí)間多路復(fù)用定向顯示裝置的 結(jié)構(gòu)；
[0047] 圖11A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了楔型定向背光源的正視圖；
[0048] 圖11B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了楔型定向背光源的側(cè)視圖；
[0049] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了包括顯示裝置和控制系統(tǒng)的定向顯示設(shè) 備；
[0050] 圖13是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以頂視圖示出了觀察窗的形成；
[0051] 圖14A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了第一觀察窗布置方式；
[0052] 圖14B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了用于移動(dòng)觀察者的第二觀察窗 布置方式；
[0053] 圖15是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了窗平面中圖14A的窗的外觀；
[0054] 圖16是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于移動(dòng)觀察者的窗平面中圖14B的窗的 外觀；
[0055] 圖17是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了用于移動(dòng)觀察者的不同尺寸的 窗；
[0056] 圖18是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于在第一方向上移動(dòng)的觀察者的觀察 窗的布置方式；
[0057] 圖19是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于在與第一方向相對(duì)的第二方向上移 動(dòng)的觀察者的觀察窗的布置方式；
[0058] 圖20是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了用于正在加速的觀察者的觀察 窗的第一布置方式；
[0059] 圖21是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了在觀察區(qū)域的邊緣處增大窗尺 寸；
[0060]圖22是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示意性地示出了圖21的觀察窗的布置方式； [0061]圖23A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了自動(dòng)立體顯示裝置的觀察區(qū)域 的第一布置方式；
[0062] 圖23B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了自動(dòng)立體顯示裝置的觀察區(qū)域 的另選的布置方式；
[0063] 圖23C是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了針對(duì)過(guò)于接近自動(dòng)立體顯示裝 置的觀察者切換到單個(gè)2D窗以跨整個(gè)顯示寬度進(jìn)行自動(dòng)立體觀察；
[0064] 圖23D是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了針對(duì)過(guò)于接近自動(dòng)立體顯示裝 置的觀察者切換到2D背光源照明以跨整個(gè)顯示寬度進(jìn)行自動(dòng)立體觀察；
[0065]圖23E是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了指示觀察者過(guò)于接近自動(dòng)立體顯示裝置 的方法；
[0066] 圖23F是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了指示觀察者相對(duì)于自動(dòng)立體顯示裝置的 觀察過(guò)于偏軸的方法；
[0067] 圖24A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了在自動(dòng)立體3D觀察區(qū)域之外具 有2D觀察區(qū)域的自動(dòng)立體顯示裝置；
[0068]圖24B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了可位于不同2D窗中的兩個(gè)觀察者；[0069]圖24C是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了 3D和2D圖像的區(qū)域；
[0070]圖24D是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了 3D和2D圖像的區(qū)域；
[0071] 圖24E是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了 3D和2D圖像的區(qū)域的另外的布置方式；
[0072] 圖24F是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了 3D和2D圖像的區(qū)域的另外的布置方式；
[0073] 圖25A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了當(dāng)跟蹤系統(tǒng)已獲得對(duì)觀察者的 鎖定時(shí)，由自動(dòng)立體顯示器生成的自動(dòng)立體觀察窗；
[0074] 圖25B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其以正視圖示出了當(dāng)跟蹤系統(tǒng)已丟失對(duì)觀察者的 鎖定時(shí)，由自動(dòng)立體顯示裝置生成的2D觀察窗；
[0075] 圖26是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示意性地示出了針對(duì)相對(duì)于窗取向具有傾斜的 眼位置的觀察者的觀察窗的布置方式；
[0076] 圖27A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了當(dāng)超過(guò)用于自動(dòng)立體3D觀察的限定觀察 區(qū)域時(shí)的窗布置方式；
[0077] 圖27B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了當(dāng)超過(guò)用于自動(dòng)立體3D觀察的限定觀察 區(qū)域時(shí)的另外的窗布置方式；
[0078] 圖28A是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于由多個(gè)觀察者同時(shí)進(jìn)行2D和3D觀 察的窗布置方式；
[0079] 圖28B是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于由多個(gè)觀察者同時(shí)進(jìn)行2D和3D觀 察的另選的窗布置方式；
[0080] 圖28C是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于由多個(gè)觀察者同時(shí)進(jìn)行2D和3D觀 察的另選的窗布置方式；
[0081] 圖29是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于2D定向顯示系統(tǒng)的另選的窗布置方 式，該2D定向顯示系統(tǒng)被布置用于根據(jù)觀察位置修改觀察窗結(jié)構(gòu)；以及
[0082] 圖30是根據(jù)本發(fā)明的示意圖，其示出了用于不同的觀察者距離的2D定向顯示系 統(tǒng)的另選的窗布置方式。

【具體實(shí)施方式】
[0083] 時(shí)間多路復(fù)用自動(dòng)立體顯示器可有利地通過(guò)在第一時(shí)隙中將來(lái)自空間光調(diào)制器 所有像素的光引導(dǎo)至第一觀察窗并在第二時(shí)隙中將來(lái)自所有像素的光引導(dǎo)至第二觀察窗， 而改善自動(dòng)立體顯示器的空間分辨率。因此眼睛被布置用于接收第一觀察窗和第二觀察窗 中的光的觀察者將經(jīng)多個(gè)時(shí)隙看到整個(gè)顯示器的全分辨率圖像。時(shí)間多路復(fù)用顯示器可有 利地通過(guò)使用定向光學(xué)元件將照明器陣列引導(dǎo)穿過(guò)基本上透明的時(shí)間多路復(fù)用空間光調(diào) 制器，而實(shí)現(xiàn)定向照明，其中定向光學(xué)元件在窗平面中基本上形成照明器陣列的圖像。
[0084] 觀察窗的均勻度可有利地與空間光調(diào)制器中像素的布置方式無(wú)關(guān)。有利地，此類 顯示器可提供具有低閃爍的觀察者跟蹤顯示器，且對(duì)于移動(dòng)觀察者的串?dāng)_水平較低。
[0085] 為在窗平面中實(shí)現(xiàn)高均勻度，期望的是提供具有高空間均勻度的照明元件陣列。 可例如通過(guò)尺寸為大約100微米的空間光調(diào)制器的像素與透鏡陣列的組合，提供時(shí)序照明 系統(tǒng)的照明器元件。然而，此類像素會(huì)遭受對(duì)于空間多路復(fù)用顯示器而言類似的困難。此 夕卜，此類裝置可具有較低效率和較高成本，需要另外的顯示組件。
[0086] 可便利地用宏觀照明器例如LED陣列與通常具有1_或更大尺寸的均勻化和漫射 光學(xué)元件的組合，實(shí)現(xiàn)高窗平面均勻度。然而，照明器元件的尺寸增加意味著定向光學(xué)元件 的尺寸成比例增加。例如，成像到65mm寬的觀察窗的16mm寬的照明器可需要200mm后工 作距離。因此，光學(xué)元件的厚度增加可妨礙有效應(yīng)用于例如移動(dòng)顯示器或大面積顯示器。 [0087] 為解決上述缺點(diǎn)，如共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 13/300, 293所述的光學(xué)閥有利 地可與快速切換透射空間光調(diào)制器組合布置，以在薄型封裝中實(shí)現(xiàn)時(shí)間多路復(fù)用自動(dòng)立體 照明，同時(shí)提供具有無(wú)閃爍觀察者跟蹤和低串?dāng)_水平的高分辨率圖像。描述了觀察位置或 窗的一維陣列，其可在第一（通常水平）方向上顯示不同圖像，但在第二（通常堅(jiān)直）方向 上移動(dòng)時(shí)包含相同圖像。
[0088] 常規(guī)非成像顯示器背光源通常采用光學(xué)波導(dǎo)并且具有來(lái)自光源諸如LED的邊緣 照明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，此類常規(guī)非成像顯示器背光源與本發(fā)明所討論的成像定向背光源之 間在功能、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和操作方面存在許多根本差別。
[0089] 一般而言，例如，根據(jù)本發(fā)明，成像定向背光源被布置用于將來(lái)自多個(gè)光源的照明 沿至少一個(gè)軸線導(dǎo)向穿過(guò)顯示面板到達(dá)各自的多個(gè)觀察窗。每個(gè)觀察窗通過(guò)成像定向背光 源的成像系統(tǒng)沿光源的至少一個(gè)軸線基本上形成為圖像。成像系統(tǒng)可在多個(gè)光源與各自的 窗圖像之間形成。這樣，來(lái)自多個(gè)光源每者的光對(duì)于處于各自觀察窗之外的觀察者眼睛而 言基本上不可見。
[0090] 相比之下，常規(guī)非成像背光源或光引導(dǎo)板（LGP)用于2D顯示器的照明。參見例如， Kalil KiilanUir et al. , Backlight Unit With Double Surface Light Emission, J. Soc. Inf. Display, Vol. 12, Issue 4, pp. 379-387 (Dec. 2004) ( KiUilKiiHinliir 等人，雙面發(fā)光的 背光源單元，《信息顯示協(xié)會(huì)雜志》，第12卷，第4期，第379-387頁(yè)，2004年12月）。非成 像背光源通常被布置用于將來(lái)自多個(gè)光源的照明引導(dǎo)穿過(guò)顯示面板進(jìn)入對(duì)于多個(gè)光源每 者而言基本上公共的觀察區(qū)，以實(shí)現(xiàn)寬視角和高顯示均勻度。因此，非成像背光源不形成觀 察窗。這樣，來(lái)自多個(gè)光源每者的光對(duì)于處于整個(gè)觀察區(qū)的基本上所有位置的觀察者眼睛 而言可以是可見的。此類常規(guī)非成像背光源可具有一定方向性，例如以便與朗伯照明相比 增加屏幕增益，這可通過(guò)增亮膜諸如得自3M的BEF?提供。然而，此類方向性對(duì)于各自光源 每者而言可基本上相同。因此，出于這些原因以及對(duì)于普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)顯而易見的其他 原因，常規(guī)非成像背光源不同于成像定向背光源。邊緣照明式非成像背光源照明結(jié)構(gòu)可用 于液晶顯示系統(tǒng)，諸如2D膝上型計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器和電視中看到的那些。光從有損耗波導(dǎo)的 邊緣傳播，所述有損耗波導(dǎo)可包括稀疏結(jié)構(gòu)特征；通常為引導(dǎo)件的表面中的局部壓痕，所述 局部壓痕引起光損耗而不論光的傳播方向如何。
[0091] 如本文所用，光學(xué)閥是這樣的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其可以是稱為例如光閥、光學(xué)閥定向背光 源和閥定向背光源（"v-DBL"）的光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)或裝置的類型。在本發(fā)明中，光學(xué)閥不同于空 間光調(diào)制器（其有時(shí)稱為"光閥"）。成像定向背光源的一個(gè)例子是可采用折疊光學(xué)系統(tǒng)的 光學(xué)閥。光可在基本上無(wú)損耗的情況下在一個(gè)方向上傳播穿過(guò)光學(xué)閥，可入射到成像反射 器上，并且可反向傳播，使得光可通過(guò)反射離開傾斜的光提取結(jié)構(gòu)特征而被提取，并導(dǎo)向至 觀察窗，如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 13/300,293中所述，所述專利申請(qǐng)全文以引用方式并入本文。 [0092] 如本文所用，成像定向背光源的例子包括階梯式波導(dǎo)成像定向背光源、折疊成像 定向背光源、楔型定向背光源或光學(xué)閥。
[0093] 另外，如本文所用，階梯式波導(dǎo)成像定向背光源可為光學(xué)閥。階梯式波導(dǎo)是用于成 像定向背光源的波導(dǎo)，其包括用于引導(dǎo)光的波導(dǎo)，其可包括第一光引導(dǎo)表面和與第一光引 導(dǎo)表面相對(duì)的第二光引導(dǎo)表面，還包括散布有被布置為階梯的多個(gè)提取結(jié)構(gòu)特征的多個(gè)光 引導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征。
[0094] 此外，如所用的，折疊成像定向背光源可為楔型定向背光源或光學(xué)閥中的至少一 者。
[0095] 在操作中，光可在示例性光學(xué)閥內(nèi)在第一方向上從輸入端傳播到反射端并且可在 基本上無(wú)損耗的情況下傳輸。光可在反射端反射并且在與第一方向基本上相對(duì)的第二方向 上傳播。當(dāng)光在第二方向上傳播時(shí)，光可入射到光提取結(jié)構(gòu)特征上，所述光提取結(jié)構(gòu)特征可 操作以將光重新導(dǎo)向到光學(xué)閥之外。換句話說(shuō)，光學(xué)閥一般允許光在第一方向上傳播并且 可允許光在第二方向上傳播時(shí)被提取。
[0096] 光學(xué)閥可實(shí)現(xiàn)大顯示面積的時(shí)序定向照明。另外，可采用比光學(xué)元件后工作距離 更薄的光學(xué)元件以將來(lái)自宏觀照明器的光導(dǎo)向到標(biāo)稱窗平面。此類顯示器可使用光提取結(jié) 構(gòu)特征陣列，其被布置用于提取沿基本上平行的波導(dǎo)反向傳播的光。
[0097] 用于與IXD -起使用的薄型成像定向背光源具體實(shí)施已由如下提出和說(shuō)明：3M的 例如美國(guó)專利No. 7, 528, 893 ;微軟公司（Microsoft)的例如美國(guó)專利No. 7, 970, 246,其在 本文可稱為"楔型定向背光源";RealD的例如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 13/300, 293,其在本文可稱 為"光學(xué)閥"或"光學(xué)閥定向背光源"，所有這些專利全文以引用方式并入本文。
[0098] 本發(fā)明提供了階梯式波導(dǎo)成像定向背光源，其中光可在例如階梯式波導(dǎo)的內(nèi)面之 間來(lái)回反射，所述階梯式波導(dǎo)可包括第一側(cè)面和第一組結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)光沿著階梯式波導(dǎo)的 長(zhǎng)度傳播時(shí)，光可基本上不改變相對(duì)于第一側(cè)面和第一組表面的入射角，因此在這些內(nèi)面 處可不達(dá)到介質(zhì)的臨界角。光提取可有利地由第二組表面（階梯"立板"）實(shí)現(xiàn)，所述第二 組表面斜向于第一組表面（階梯"踏板"）。應(yīng)當(dāng)注意，第二組表面可不為階梯式波導(dǎo)的光 引導(dǎo)操作的部分，但可被布置用于由該結(jié)構(gòu)提供光提取。相比之下，楔型成像定向背光源可 允許光在具有連續(xù)內(nèi)表面的楔形輪廓波導(dǎo)內(nèi)引導(dǎo)。因此，光學(xué)閥不是楔型成像定向背光源。
[0099] 圖1A是示意圖，其示出了定向顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例中的光傳播的正視圖，并且 圖1B是示意圖，其示出了圖1A的光學(xué)閥結(jié)構(gòu)中的光傳播的側(cè)視圖。
[0100] 圖1A示出了在定向顯示裝置的定向背光源的xy平面中的正視圖，并且包括可用 于照明階梯式波導(dǎo)1的照明器陣列15。照明器陣列15包括照明器元件15a至照明器元件 15n (其中n是大于1的整數(shù)）。在一個(gè)例子中，圖1A的階梯式波導(dǎo)1可為階梯式的、顯示器 大小的波導(dǎo)1。照明器元件15a至照明器元件15n為可為發(fā)光二極管（LED)的光源。雖然 LED在本文作為照明器元件15a至照明器元件15n討論，但可使用其他光源，諸如但不限于 二極管光源、半導(dǎo)體光源、激光源、局域場(chǎng)致發(fā)射光源、有機(jī)發(fā)射體陣列等。另外，圖1B示出 了在xz平面中的側(cè)視圖，并且包括如圖所示布置的照明器陣列15、SLM(空間光調(diào)制器）48、 提取結(jié)構(gòu)特征12、引導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征10和階梯式波導(dǎo)1。圖1B中提供的側(cè)視圖是圖1A中所示 的正視圖的替代視圖。因此，圖1A和圖1B的照明器陣列15彼此對(duì)應(yīng)，并且圖1A和圖1B 的階梯式波導(dǎo)1可彼此對(duì)應(yīng)。
[0101]此外，在圖1B中，階梯式波導(dǎo)1可具有較薄的輸入端2和較厚的反射端4。因此， 波導(dǎo)1在接收輸入光的輸入端2與將輸入光穿過(guò)波導(dǎo)1反射回的反射端4之間延伸。在跨 波導(dǎo)的橫向方向上的輸入端2的長(zhǎng)度大于輸入端2的高度。將照明器兀件15a至照明器兀 件15n設(shè)置在跨輸入端2的橫向方向上的不同輸入位置。
[0102] 波導(dǎo)1具有相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面，所述引導(dǎo)表面在輸入端2與反 射端4之間延伸，用于通過(guò)全內(nèi)反射沿波導(dǎo)1來(lái)回引導(dǎo)光。第一引導(dǎo)表面是平坦的。第二引 導(dǎo)表面具有多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)特征12,所述光提取結(jié)構(gòu)特征面向反射端4并傾斜以在多個(gè)方 向上反射穿過(guò)波導(dǎo)1從反射端引導(dǎo)回的光的至少一些，所述多個(gè)方向破壞第一引導(dǎo)表面處 的全內(nèi)反射并且允許穿過(guò)第一引導(dǎo)表面（例如圖1B中朝上）輸出，所述輸出提供至SLM48。
[0103]在該例子中，光提取結(jié)構(gòu)特征12是反射小平面，但可使用其他反射結(jié)構(gòu)特征。光 提取結(jié)構(gòu)特征12不會(huì)將光引導(dǎo)穿過(guò)波導(dǎo)，而光提取結(jié)構(gòu)特征12之間的第二引導(dǎo)表面的中 間區(qū)域在不提取光的情況下引導(dǎo)光。第二引導(dǎo)表面的這些區(qū)域是平坦的并且可平行于第一 引導(dǎo)表面或以相對(duì)較低的傾角延伸。光提取結(jié)構(gòu)特征12橫向延伸到那些區(qū)域，使得第二引 導(dǎo)表面具有階梯式形狀，所述階梯式形狀包括光提取結(jié)構(gòu)特征12和中間區(qū)域。光提取結(jié)構(gòu) 特征12被取向?yàn)樵趶姆瓷涠?反射后使來(lái)自光源的光反射穿過(guò)第一引導(dǎo)表面。
[0104]光提取結(jié)構(gòu)特征12被布置用于將來(lái)自在跨輸入端的橫向方向上的不同輸入位置 的輸入光在相對(duì)于第一引導(dǎo)表面的不同方向上導(dǎo)向，所述不同方向取決于輸入位置。由于 照明元件15a至照明元件15n被布置在不同輸入位置處，來(lái)自各自照明元件15a至照明元 件15n的光在這些不同方向上反射。這樣，照明元件15a至照明元件15n每者在分布在橫 向方向中的輸出方向上將光導(dǎo)向進(jìn)入各自的光學(xué)窗，所述輸出方向取決于輸入位置。對(duì)于 輸出光而言，輸入位置分布在其中的跨輸入端2的橫向方向?qū)?yīng)于第一引導(dǎo)表面法線的橫 向方向。如輸入端2處限定且對(duì)于輸出光而言的橫向方向在該實(shí)施例中保持平行，其中反 射端4和第一引導(dǎo)表面處的偏轉(zhuǎn)大體與橫向方向正交。在控制系統(tǒng)的控制下，照明器兀件 15a至照明器元件15n可選擇性地操作以將光導(dǎo)向進(jìn)入可選擇光學(xué)窗。
[0105]在本發(fā)明中，光學(xué)窗可對(duì)應(yīng)于窗平面中的單光源的圖像，所述窗平面為其中跨整 個(gè)顯示裝置形成光學(xué)窗的標(biāo)稱平面?；蛘撸鈱W(xué)窗可對(duì)應(yīng)于一起驅(qū)動(dòng)的一組光源的圖像。有 利地，此組光源可增加陣列121的光學(xué)窗的均勻度。
[0106] 通過(guò)比較的方式，觀察窗是其中提供光的窗平面中的區(qū)域，包括來(lái)自整個(gè)顯示區(qū) 域的基本上相同的圖像的圖像數(shù)據(jù)。因此，觀察窗可由單個(gè)光學(xué)窗或由多個(gè)光學(xué)窗形成。
[0107] SLM 48延伸跨波導(dǎo)，其為透射性的并調(diào)制從其中穿過(guò)的光。雖然SLM 48可為液晶 顯示器（IXD)，但這僅僅作為例子，并且可使用其他空間光調(diào)制器或顯示器，包括LCOS、DLP 等，因?yàn)樵撜彰髌骺梢苑瓷浞绞焦ぷ?。在該例子中，SLM 48跨波導(dǎo)的第一引導(dǎo)表面設(shè)置并 調(diào)制在從光提取結(jié)構(gòu)特征12反射后穿過(guò)第一引導(dǎo)表面的光輸出。
[0108] 可提供一維觀察窗陣列的定向顯示裝置的操作在圖1A中以正視圖示出，且其側(cè) 面輪廓在圖1B中示出。在操作中，在圖1A和圖1B中，光可從照明器陣列15發(fā)出，所述照 明器陣列諸如為沿著階梯式波導(dǎo)1的薄端側(cè)面2的表面x = 0位于不同位置y的照明器元 件15a至照明器元件15n的陣列。光可在階梯式波導(dǎo)1內(nèi)在第一方向上沿著+x傳播，與此 同時(shí)，光可在xy平面中成扇形射出并且在到達(dá)遠(yuǎn)處彎曲端側(cè)面4時(shí)可基本上或完全填充彎 曲端側(cè)面4。在傳播時(shí)，光可在xz平面中展開成一組角度，該組角度最多至但不超過(guò)引導(dǎo)材 料的臨界角。連接階梯式波導(dǎo)1的底部側(cè)面的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征10的提取結(jié)構(gòu)特征12可具有 大于臨界角的傾斜角，因此在第一方向上沿著+x傳播的基本上所有光都可能錯(cuò)過(guò)提取結(jié) 構(gòu)特征12,確保了基本上無(wú)損耗的前向傳播。
[0109] 繼續(xù)討論圖1A和圖1B，階梯式波導(dǎo)1的彎曲端側(cè)面4可制成反射性的，通常通過(guò) 用反射性材料例如銀涂布而實(shí)現(xiàn)，但可采用其他反射技術(shù)。光可因此在第二方向上重新導(dǎo) 向，順著引導(dǎo)件在-x方向上返回并且可在xy或顯示器平面中基本上準(zhǔn)直。角展度可在主 要傳播方向相關(guān)的xz平面中基本上保持，這可允許光射在立板邊緣上并反射出引導(dǎo)件。在 具有大約45度傾斜的提取結(jié)構(gòu)特征12的實(shí)施例中，可將光有效地導(dǎo)向至大約垂直于xy顯 示器平面，且xz角展度相對(duì)于傳播方向基本上保持。當(dāng)光通過(guò)折射離開階梯式波導(dǎo)1時(shí)， 該角展度可增大，但根據(jù)提取結(jié)構(gòu)特征12的反射特性，該角展度也可稍微減小。
[0110]在具有未帶涂層的提取結(jié)構(gòu)特征12的一些實(shí)施例中，當(dāng)全內(nèi)反射（TIR)失效時(shí)反 射可減少，從而壓縮xz角輪廓并偏離法向。然而，在具有帶銀涂層或金屬化的提取結(jié)構(gòu)特 征的其他實(shí)施例中，增大的角展度和中心法線方向可保持。繼續(xù)描述具有帶銀涂層的提取 結(jié)構(gòu)特征的實(shí)施例，在XZ平面中，光可大約準(zhǔn)直地離開階梯式波導(dǎo)1，并且可與照明器陣列 15中的各照明器元件15a至照明器元件15n離輸入邊緣中心的y位置成比例地導(dǎo)向偏離法 向。沿著輸入邊緣2具有獨(dú)立照明器元件15a至照明器元件15n進(jìn)而能夠使光從整個(gè)第一 光導(dǎo)向側(cè)面6離開并以不同外角傳播，如圖1A中所示。
[0111] 在一個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置可包括階梯式波導(dǎo)或光閥，其繼而可包括可被布置用 于通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光的第一引導(dǎo)表面。光閥可包括第二引導(dǎo)表面，該第二引導(dǎo)表面可具 有多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)特征，該多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)特征傾斜以在多個(gè)方向上反射引導(dǎo)穿過(guò)波導(dǎo)的 光，從而允許作為輸出光穿過(guò)第一引導(dǎo)表面離開。第二引導(dǎo)表面也可具有介于光提取結(jié)構(gòu) 特征之間的區(qū)域，所述區(qū)域可被布置用于將光導(dǎo)向穿過(guò)波導(dǎo)而不提取光。
[0112] 在另一個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置可包括具有至少第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面的波 導(dǎo)，該第一引導(dǎo)表面可被布置用于通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光，該第二引導(dǎo)表面可為基本上平坦 的并且以某個(gè)角度傾斜以在破壞全內(nèi)反射的多個(gè)方向上反射光，以便穿過(guò)第一引導(dǎo)表面輸 出光，顯示裝置可包括跨波導(dǎo)的第一引導(dǎo)表面延伸的偏轉(zhuǎn)元件以便朝向SLM 48的法線偏 轉(zhuǎn)光。
[0113] 在又一個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置可包括波導(dǎo)，該波導(dǎo)可具有面向輸入端的反射端，以 便將來(lái)自輸入光的光穿過(guò)波導(dǎo)反射回來(lái)。波導(dǎo)還可被布置用于在從反射端反射之后穿過(guò)第 一引導(dǎo)表面輸出光。
[0114] 用此類裝置照明SLM 48諸如快速液晶顯示器（IXD)面板可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)立體3D，如 圖2A中的頂視圖或從照明器陣列15末端觀察的yz-平面、圖2B中的正視圖和圖2C中的 側(cè)視圖所示。圖2A是以頂視圖示出光在定向顯示裝置中的傳播的示意圖，圖2B是以正視 圖示出光在定向顯示裝置中的傳播的示意圖，并且圖2C是以側(cè)視圖示出光在定向顯示裝 置中的傳播的示意圖。如圖2A、圖2B和圖2C所示，階梯式波導(dǎo)1可位于顯示順序右眼圖像 和左眼圖像的快速（例如，大于l〇〇Hz)IXD面板SLM 48的后方。在同步中，可選擇性打開 和關(guān)閉照明器陣列15的具體照明器元件15a至照明器元件15n (其中n是大于一的整數(shù)）， 從而借助系統(tǒng)的方向性提供基本上獨(dú)立地進(jìn)入右眼和左眼的照明光。在最簡(jiǎn)單的情況中， 一起打開照明器陣列15的各組照明器元件，從而提供在水平方向上具有有限寬度但在堅(jiān) 直方向上延伸的一維觀察窗26或光瞳，其中水平間隔的兩只眼均可觀察到左眼圖像；并提 供另一個(gè)觀察窗44,其中兩只眼均可主要觀察到右眼圖像；并提供中心位置，其中兩只眼 均可觀察到不同圖像。這樣，當(dāng)觀察者的頭部大約居中對(duì)準(zhǔn)時(shí)可觀察到3D。遠(yuǎn)離中心位置 朝側(cè)面移動(dòng)可導(dǎo)致場(chǎng)景塌縮在2D圖像上。
[0115] 反射端4在跨波導(dǎo)的橫向方向上可具有正光焦度。在通常反射端4具有正光焦度 的實(shí)施例中，光軸可參照反射端4的形狀限定，例如為穿過(guò)反射端4的曲率中心的直線并且 與末端4圍繞x軸的反射對(duì)稱的軸線重合。在反射表面4平坦的情況下，光軸可相對(duì)于具 有光焦度的其他組件例如光提取結(jié)構(gòu)特征12 (如果它們是彎曲的話）或下文所述的菲涅耳 透鏡62類似地限定。光軸238通常與波導(dǎo)1的機(jī)械軸重合。在通常在末端4處包括大致 圓柱形反射表面的本發(fā)明實(shí)施例中，光軸238為穿過(guò)末端4處的表面的曲率中心的直線并 且與側(cè)面4圍繞x軸的反射對(duì)稱的軸線重合。光軸238通常與波導(dǎo)1的機(jī)械軸重合。末端 4處的圓柱形反射表面可通常包括球形輪廓以優(yōu)化軸向和離軸觀察位置的性能?？墒褂闷?他輪廓。
[0116] 圖3是以側(cè)視圖示出定向顯示裝置的示意圖。此外，圖3示出了可為透明材料的 階梯式波導(dǎo)1的操作的側(cè)視圖的另外細(xì)節(jié)。階梯式波導(dǎo)1可包括照明器輸入端2、反射端 4、可基本上平坦的第一光導(dǎo)向側(cè)面6、以及包括引導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征10和光提取結(jié)構(gòu)特征12的 第二光導(dǎo)向側(cè)面8。在操作中，來(lái)自可例如為可尋址LED陣列的照明器陣列15(圖3中未 示出）的照明器元件15c的光線16,可通過(guò)第一光導(dǎo)向側(cè)面6的全內(nèi)反射和引導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征 10的全內(nèi)反射，在階梯式波導(dǎo)1中引導(dǎo)至可為鏡面的反射端4。雖然反射端4可為鏡面并 可反射光，但在一些實(shí)施例中光也可以穿過(guò)反射端4。
[0117] 繼續(xù)討論圖3,反射端4所反射的光線18可進(jìn)一步通過(guò)反射端4處的全內(nèi)反射在 階梯式波導(dǎo)1中引導(dǎo)，并且可被提取結(jié)構(gòu)特征12反射。入射在提取結(jié)構(gòu)特征12上的光線 18可基本上遠(yuǎn)離階梯式波導(dǎo)1的引導(dǎo)模式偏轉(zhuǎn)并且可如光線20所示導(dǎo)向穿過(guò)側(cè)面6到達(dá) 可形成自動(dòng)立體顯示器的觀察窗26的光瞳。觀察窗26的寬度可至少由照明器的尺寸、側(cè) 面4和提取結(jié)構(gòu)特征12中的輸出設(shè)計(jì)距離和光焦度決定。觀察窗的高度可主要由提取結(jié)構(gòu) 特征12的反射錐角和輸入端2處輸入的照明錐角決定。因此，每個(gè)觀察窗26代表相對(duì)于 與標(biāo)稱觀察距離處的平面相交的SLM 48的表面法線方向而言的一系列單獨(dú)的輸出方向。
[0118] 圖4A是以正視圖示出定向顯示裝置的示意圖，所述定向顯示裝置可由第一照明 器元件照明并且包括彎曲的光提取結(jié)構(gòu)特征。在圖4A中，定向背光源可包括階梯式波導(dǎo)1 和光源照明器陣列15。此外，圖4A以正視圖示出了來(lái)自照明器陣列15的照明器元件15c 的光線在階梯式波導(dǎo)1中的進(jìn)一步引導(dǎo)。每條輸出光線從各自照明器14朝相同觀察窗26 導(dǎo)向。因此，光線30可與光線20相交于窗26中，或在窗中可具有不同高度，如光線32所 示。另外，在各種實(shí)施例中，波導(dǎo)的側(cè)面22、24可為透明表面、鏡面或涂黑表面。繼續(xù)討論 圖4A，光提取結(jié)構(gòu)特征12可為延長(zhǎng)的，并且光提取結(jié)構(gòu)特征12在光導(dǎo)向側(cè)面8 (在圖3中 示出但未在圖4A中示出的光導(dǎo)向側(cè)面8)的第一區(qū)域34中的取向可不同于光提取結(jié)構(gòu)特 征12在光導(dǎo)向側(cè)面8的第二區(qū)域36中的取向。
[0119] 圖4B是以正視圖示出定向顯示裝置的示意圖，所述定向顯示裝置可由第二照明 器元件照明。此外，圖4B示出了來(lái)自照明器陣列15的第二照明器元件15h的光線40, 42。 側(cè)面4和光提取結(jié)構(gòu)特征12上的反射表面的曲率可與來(lái)自照明器元件15h的光線配合產(chǎn) 生與觀察窗26橫向間隔的第二觀察窗44。
[0120] 有利地，圖4B中所示的布置方式可在觀察窗26處提供照明器元件15c的實(shí)像，其 中反射端4中的光焦度和可由延長(zhǎng)光提取結(jié)構(gòu)特征12在區(qū)域34與36之間的不同取向所 引起的光焦度配合形成實(shí)像，如圖4A所示。圖4B的布置方式可實(shí)現(xiàn)照明器元件15c到觀 察窗26中橫向位置的成像的改善像差。改善像差可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)立體顯示器的擴(kuò)展觀察自由 度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低串?dāng)_水平。
[0121] 圖5是以正視圖示出定向顯示裝置的實(shí)施例的示意圖，所述定向顯示裝置包括具 有基本上線性的光提取結(jié)構(gòu)特征的波導(dǎo)1。此外，圖5示出了與圖1類似的組件布置方式 (且對(duì)應(yīng)的元件是類似的），并且其中一個(gè)差別是光提取結(jié)構(gòu)特征12為基本上線性的且彼 此平行。有利地，此類布置方式可在整個(gè)顯示表面上提供基本上均勻的照明，并且與圖4A 和圖4B的彎曲提取結(jié)構(gòu)特征相比可更便于制造。
[0122] 圖6A是示意圖，其示出了在第一時(shí)隙中時(shí)間多路復(fù)用成像定向顯示裝置（即光學(xué) 閥設(shè)備）中的第一觀察窗的生成的一個(gè)實(shí)施例。圖6B是示意圖，其示出了在第二時(shí)隙中 時(shí)間多路復(fù)用成像定向背光源設(shè)備中的第二觀察窗的生成的另一個(gè)實(shí)施例。圖6C是示意 圖，其示出了在時(shí)間多路復(fù)用成像定向顯示裝置中的第一觀察窗和第二觀察窗的生成的另 一個(gè)實(shí)施例。此外，圖6A示意性地示出了由階梯式波導(dǎo)1生成觀察窗26。照明器陣列15 中的照明器元件組31可提供朝觀察窗26導(dǎo)向的光錐17。圖6B示意性地示出了照明窗44 的生成。照明器陣列15中的照明器元件組33可提供朝觀察窗44導(dǎo)向的光錐19。在與時(shí) 間多路復(fù)用顯示器配合的情況下，可按順序提供窗26和44,如圖6C所示。如果對(duì)應(yīng)于光方 向輸出來(lái)調(diào)整SLM 48 (圖6A、圖6B、圖6C中未示出）上的圖像，則對(duì)于處于適當(dāng)位置的觀 察者而言可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)立體圖像。用本文所述的所有定向背光源和定向顯示裝置可實(shí)現(xiàn)類似 的操作。應(yīng)當(dāng)注意，照明器元件組31、33各自包括來(lái)自照明元件15a至照明元件15n的一 個(gè)或多個(gè)照明元件，其中n為大于一的整數(shù)。
[0123] 圖7是示意圖，其示出了包括時(shí)間多路復(fù)用定向背光源的觀察者跟蹤自動(dòng)立體定 向顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例。如圖7所示，沿著軸線29選擇性地打開和關(guān)閉照明器元件15a 至照明器元件15n提供了觀察窗的定向控制。頭部45位置可用相機(jī)、運(yùn)動(dòng)傳感器、運(yùn)動(dòng)檢 測(cè)器或任何其他適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)、機(jī)械或電氣裝置監(jiān)控，并且可打開和關(guān)閉照明器陣列15的適 當(dāng)照明器元件以便為每只眼提供基本上獨(dú)立的圖像，而不必考慮頭部45位置。頭部跟蹤系 統(tǒng)（或第二頭部跟蹤系統(tǒng)）可提供不止一個(gè)頭部45、47 (頭部47未在圖7中示出）的監(jiān)控， 并且可為每個(gè)觀察者的左眼和右眼提供相同的左眼圖像和右眼圖像，從而為所有觀察者提 供3D。同樣地，用本文所述的所有定向背光源和定向顯示裝置可實(shí)現(xiàn)類似的操作。
[0124] 圖8是示意圖，其示出了多觀察者定向顯示裝置（作為例子，包括成像定向背光 源）的一個(gè)實(shí)施例。如圖8所示，至少兩幅2D圖像可朝一對(duì)觀察者45、47導(dǎo)向，使得每個(gè) 觀察者可觀看SLM 48上的不同圖像。圖8的這兩幅2D圖像可與相對(duì)于圖7所述的類似方 式生成，因?yàn)檫@兩幅圖像將按順序且與光源同步顯示，所述光源的光朝這兩個(gè)觀察者導(dǎo)向。 一幅圖像在第一階段中呈現(xiàn)于SLM 48上，并且第二圖像在不同于第一階段的第二階段中 呈現(xiàn)于SLM 48上。對(duì)應(yīng)于第一階段和第二階段調(diào)整輸出照明以分別提供第一觀察窗26和 第二觀察窗44。兩只眼處于窗26中的觀察者將感知到第一圖像，而兩只眼處于窗44中的 觀察者將感知到第二圖像。
[0125] 圖9是示意圖，其示出了包括成像定向背光源的防窺定向顯示裝置。2D圖像顯示 系統(tǒng)也可利用定向背光源以用于安全和效率目的，其中光可主要導(dǎo)向于第一觀察者45的 眼睛，如圖9所示。此外，如圖9所示，雖然第一觀察者45可能夠觀察到裝置50上的圖像， 但光不朝第二觀察者47導(dǎo)向。因此，防止第二觀察者47觀察到裝置50上的圖像。本發(fā)明 的每個(gè)實(shí)施例可有利地提供自動(dòng)立體、雙重圖像或防窺顯示器功能。
[0126] 圖10是示意圖，其以側(cè)視圖示出了時(shí)間多路復(fù)用定向顯示裝置（作為例子，包括 成像定向背光源）的結(jié)構(gòu)。此外，圖10以側(cè)視圖示出了自動(dòng)立體定向顯示裝置，其可包括階 梯式波導(dǎo)1和菲涅耳透鏡62,它們被布置用于為跨階梯式波導(dǎo)1輸出表面的基本上準(zhǔn)直的 輸出提供觀察窗26。堅(jiān)直漫射體68可被布置用于進(jìn)一步延伸觀察窗26的高度。然后可通 過(guò)SLM 48對(duì)光成像。照明器陣列15可包括發(fā)光二極管（LED)，其可例如為磷光體轉(zhuǎn)換藍(lán)色 LED，或可為單獨(dú)的RGB LED。或者，照明器陣列15中的照明器元件可包括被布置用于提供 單獨(dú)照明區(qū)域的均勻光源和SLM 48?；蛘撸彰髌髟砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)激光源。激光輸 出可通過(guò)掃描，例如使用振鏡掃描器或MEMS掃描器，而導(dǎo)向到漫射體上。在一個(gè)例子中，激 光可因此用于提供照明器陣列15中的適當(dāng)照明器元件以提供具有適當(dāng)輸出角度的基本上 均勻的光源，并且還提供散斑的減少?；蛘撸彰髌麝嚵?5可為激光發(fā)射元件的陣列。另 外在一個(gè)例子中，漫射體可為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換磷光體，使得可在不同于可見輸出光的波長(zhǎng)處照明。
[0127] 圖11A是示意圖，其示出了另一個(gè)成像定向顯示裝置（如圖所示，楔型定向背光 源）的正視圖，并且圖11B是示意圖，其示出了相同楔型定向顯示裝置的側(cè)視圖。楔型定向 背光源由名稱為"Flat Panel Lens"（平板透鏡）的美國(guó)專利No. 7, 660, 047大體討論，所 述專利全文以引用方式并入本文。該結(jié)構(gòu)可包括楔型波導(dǎo)1104,所述楔型波導(dǎo)具有可優(yōu)先 地用反射層1106涂布的底部表面并且具有也可優(yōu)先地用反射層1106涂布的末端波紋表面 1102。如圖11B所示，光可從局部光源1101進(jìn)入楔型波導(dǎo)1104,并且在反射離開末端表面 之前光可在第一方向上傳播。光可在其返回路徑上時(shí)離開楔型波導(dǎo)1104,并且可照明顯示 面板1110。作為與光學(xué)閥的比較，楔型波導(dǎo)通過(guò)錐形提供提取，所述錐形減小了傳播光的入 射角，使得當(dāng)光以臨界角入射到輸出表面上時(shí)，光可逃逸。楔型波導(dǎo)中以臨界角逃逸的光基 本上平行于表面?zhèn)鞑ィ钡奖恢匦聦?dǎo)向?qū)?108諸如棱鏡陣列偏轉(zhuǎn)。楔型波導(dǎo)輸出表面上的 誤差或粉塵可改變臨界角，從而形成雜散光和均勻度誤差。此外，使用反射鏡折疊楔型定向 背光源中的光束路徑的成像定向背光源可采用帶小平面的反射鏡，所述反射鏡偏置楔型波 導(dǎo)中的光錐方向。此類帶小平面的反射鏡一般制造復(fù)雜，并且可導(dǎo)致照明均勻度誤差以及 雜散光。
[0128] 楔型定向背光源和光學(xué)閥進(jìn)一步以不同方式處理光束。在楔型波導(dǎo)中，以適當(dāng)角 度輸入的光將在主表面上的限定位置處輸出，但光線將以基本上相同的角度且基本上平行 于主表面離開。作為比較，以特定角度輸入光學(xué)閥的階梯式波導(dǎo)的光可以由輸入角所決定 的輸出角從整個(gè)第一側(cè)面上的位點(diǎn)輸出。有利地，光學(xué)閥的階梯式波導(dǎo)可不需要另外的光 重新導(dǎo)向膜以朝觀察者提取光，并且輸入的角不均勻度可能不會(huì)造成整個(gè)顯示表面上的不 均勻度。
[0129] 下文對(duì)一些定向顯示設(shè)備進(jìn)行了描述，所述定向顯示設(shè)備包括定向顯示裝置和控 制系統(tǒng)，其中定向顯示裝置包括定向背光源，定向背光源包括波導(dǎo)和SLM。在以下描述中，波 導(dǎo)、定向背光源和定向顯示裝置基于上面圖1至圖11B的結(jié)構(gòu)并且包含所述結(jié)構(gòu)。除了現(xiàn) 在將描述的修改和/或其他特征之外，上面的描述同樣適用于以下波導(dǎo)、定向背光源和顯 示裝置，但為了簡(jiǎn)明起見將不再重復(fù)。
[0130] 圖12是示意圖，其示出了包括顯示裝置100和控制系統(tǒng)的定向顯示設(shè)備。控制系 統(tǒng)的布置方式和操作現(xiàn)在將進(jìn)行描述并且在加以必要的變更的情況下可適用于本文所公 開的每個(gè)顯示裝置。如圖12所示，定向顯示裝置100可包括本身可包括階梯式波導(dǎo)1和光 源照明器陣列15的定向背光源裝置。如圖12所示，階梯式波導(dǎo)1包括光導(dǎo)向側(cè)面8、反射 端4、引導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征10和光提取結(jié)構(gòu)特征12。定向顯示裝置100還可包括SLM 48。
[0131] 波導(dǎo)1按照上文所述那樣布置。反射端4會(huì)聚反射光。菲涅耳透鏡62可被布置 用于與反射端4配合以在觀察者99所觀察的觀察平面106處實(shí)現(xiàn)觀察窗26。透射式SLM 48可被布置用于接收來(lái)自定向背光源的光。另外，可提供漫射體68以基本上移除波導(dǎo)1與 SLM 48的像素以及菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)62之間的莫爾條紋跳動(dòng)（Moir6beating)。
[0132] 控制系統(tǒng)可包括傳感器系統(tǒng)，其被布置用于檢測(cè)觀察者99相對(duì)于顯示裝置100的 位置。傳感器系統(tǒng)包括位置傳感器70諸如相機(jī)，和頭部位置測(cè)量系統(tǒng)72,所述頭部位置測(cè) 量系統(tǒng)可例如包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖像處理系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)還可包括照明控制器74和圖像控 制器76,這兩者均提供有由頭部位置測(cè)量系統(tǒng)72提供的被檢測(cè)到的觀察者的位置。
[0133] 照明控制器74選擇性地操作照明器元件15以配合波導(dǎo)1將光導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗 26。照明控制器74根據(jù)頭部位置測(cè)量系統(tǒng)72所檢測(cè)到的觀察者的位置，來(lái)選擇要操作的 照明器元件15,使得光導(dǎo)向進(jìn)入其中的觀察窗26處于對(duì)應(yīng)于觀察者99的左眼和右眼的位 置。這樣，波導(dǎo)1的橫向輸出方向性對(duì)應(yīng)于觀察者位置。
[0134] 圖像控制器76控制SLM 48以顯示圖像。為提供自動(dòng)立體顯示器，圖像控制器76 和照明控制器74可按照如下方式操作。圖像控制器76控制SLM 48以顯示時(shí)間上多路復(fù) 用的左眼圖像和右眼圖像。照明控制器74操作光源15以將光導(dǎo)向進(jìn)入各自觀察窗中對(duì)應(yīng) 于觀察者左眼和右眼的位置，并且同時(shí)顯示左眼圖像和右眼圖像。這樣，使用時(shí)分多路復(fù)用 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)立體效果。
[0135] 圖13是示意圖，其以正視圖示出了觀察窗的形成。另外，圖13以頂視圖示出了圖 12的實(shí)施例。顯示器100可在窗平面106 (其為標(biāo)稱平面）中產(chǎn)生光錐102的扇形和觀察 窗104的陣列。具有鼻部位置112的觀察者99可以看到來(lái)自顯示器100的照明。當(dāng)左眼 110大約與窗116對(duì)齊，并且右眼108大約與窗114對(duì)齊，并且存在于窗114和116中的圖 像數(shù)據(jù)為立體像對(duì)時(shí)，則自動(dòng)立體3D圖像可被觀察者所感知?；蛘撸?14和116可以顯 示基本上相同的數(shù)據(jù)，因此顯示裝置100可以用作2D圖像顯示裝置。窗114和116可以同 步于左眼和右眼圖像數(shù)據(jù)的面板上的顯示而在單獨(dú)的時(shí)隙中被照明。
[0136] 現(xiàn)在將描述觀察窗的各種布置方式?？赏ㄟ^(guò)如上所述的控制系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)牟僮鱽?lái) 提供這些布置方式中的每一者，例如通過(guò)選擇性地操作照明器元件15以同步于SLM 48上 的圖像的顯示而將光導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗26。定向顯示設(shè)備可為可操作的，以在相同或不同的 時(shí)間處例如以定向顯示設(shè)備的不同操作模式來(lái)提供這些觀察窗布置方式中的任一種，或這 些觀察窗布置方式的任何組合。
[0137] 在示出觀察窗的布置方式的各個(gè)附圖中，光學(xué)窗的結(jié)構(gòu)示出了光學(xué)窗的標(biāo)稱位 置，而不是可采用各種形式以及可重疊的實(shí)際光分布。
[0138] 圖14A和圖14B不出了控制系統(tǒng)基于響應(yīng)于觀察者移動(dòng)的傳感器系統(tǒng)的輸出而執(zhí) 行的控制。圖14A是示意圖，其以正視圖示出了第一觀察窗布置方式。另外，圖14A以正視 圖示出了圖12的實(shí)施例。觀察者99被示出為稍微在垂直于顯示器100的近似中心的平面 118的右側(cè)。因此，左眼觀察窗114和右眼觀察窗116可被生成在顯示器的稍微右側(cè)。在 圖14B中，觀察者99被示出為在方向120上重新定位在右側(cè)，因此窗114、116可以作為響 應(yīng)轉(zhuǎn)向右側(cè)。圖14B是示意圖，其以正視圖示出了用于移動(dòng)觀察者的第二觀察窗布置方式。 有利的是，在觀察者移動(dòng)期間，觀察者的左眼和右眼可用左眼和右眼圖像數(shù)據(jù)照明。
[0139] 可通過(guò)與觀察者99在窗平面106中的移動(dòng)相對(duì)應(yīng)的照明器陣列15的機(jī)械移動(dòng)來(lái) 提供窗移動(dòng)。然而，此類移動(dòng)是復(fù)雜且昂貴的。因此，期望在控制系統(tǒng)的控制下，通過(guò)切換 分立的照明器元件來(lái)實(shí)現(xiàn)照明器陣列15的照明器元件的移動(dòng)的成本和復(fù)雜性的降低。
[0140] 圖15是示意圖，其示出了窗平面106中圖14A的窗的外觀。另外，圖15示意性 地示出了光學(xué)窗的陣列121 (其也可被稱為子窗），其可被布置用于實(shí)現(xiàn)觀察窗的可切換陣 列。陣列121的每個(gè)光學(xué)窗可對(duì)應(yīng)于窗平面106中的圖像，諸如在圖12和圖13中示出的 照明器陣列15的照明器元件，如上所述。
[0141] 窗平面106中的光學(xué)窗陣列121的照明結(jié)構(gòu)可大約對(duì)應(yīng)于如圖14A所示的觀察 者99的橫向位置。在本實(shí)施例中，用于左眼的觀察窗116可包括光學(xué)窗122和光學(xué)窗陣列 134。右眼觀察窗114可包括光學(xué)窗124和光學(xué)窗陣列136。光學(xué)窗126和128可不被照 明，使得相應(yīng)的照明器元件可不被照明。
[0142] 圖16是示意圖，其示出了用于移動(dòng)觀察者的窗平面中圖14B的窗的外觀。另外，圖 16示出了光學(xué)窗陣列121的細(xì)節(jié)，所述細(xì)節(jié)大約對(duì)應(yīng)于在沿方向120移動(dòng)之后如圖14B中 所示的觀察者99的位置。左眼觀察窗116可被布置為包括光學(xué)窗126和光學(xué)窗陣列134。 因此，光學(xué)窗122可被關(guān)閉。對(duì)于右眼觀察窗而言相似的是，光學(xué)窗128可被打開并且光學(xué) 窗124可被關(guān)閉，使得右眼觀察窗114被布置為包括光學(xué)窗128和光學(xué)窗陣列136。
[0143] 有利的是，此類實(shí)施例可關(guān)閉遠(yuǎn)離觀察者眼睛的光學(xué)窗，使得當(dāng)觀察者99移動(dòng) 時(shí)，可實(shí)現(xiàn)具有大大增強(qiáng)的觀察自由度的顯示裝置100的外觀。光學(xué)窗，諸如可大致對(duì)應(yīng)于 眼睛之間的位置的光學(xué)窗124,例如可被關(guān)閉以改善顯示圖像的串?dāng)_。低串?dāng)_可有利地提高 3D立體圖像的感知質(zhì)量。
[0144] 另外，觀察者的二維或三維位置和運(yùn)動(dòng)特性（諸如速度、加速度、方向和頭部取 向）可由傳感器70和控制單元72確定。這繼而可用于在將來(lái)的照明時(shí)隙中生成可能的觀 察者眼位置。因此，可以確定光學(xué)窗的陣列121的適當(dāng)照明結(jié)構(gòu)，以在給定照明時(shí)隙中優(yōu)化 來(lái)自顯示器100的光的輸出方向性，并且可通過(guò)設(shè)置該時(shí)隙的照明器陣列15的各自照明器 元件的照明結(jié)構(gòu)來(lái)確定。另外，SLM 48上的圖像數(shù)據(jù)可被調(diào)整為有利地實(shí)現(xiàn)如本文所述的 環(huán)視功能、二維圖像或其他圖像特性。
[0145] 圖17是示意圖，其以正視圖示出了用于移動(dòng)觀察者的不同尺寸的窗。圖17示出 了由控制系統(tǒng)基于傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)執(zhí)行控制的例子，在該例子中，響應(yīng)于觀察者99在 橫向方向上離開顯示裝置1〇〇的光軸118的速度或加速度來(lái)更改觀察窗114和116中的光 學(xué)窗的數(shù)量，所述光軸也是顯示裝置100的法線。具體地講，光學(xué)窗的數(shù)量響應(yīng)于觀察者99 在橫向方向上超過(guò)預(yù)先確定的量的速度或加速度而增加。在示例性例子中，該預(yù)先確定的 量可為0. OSmjr1的速度或0. 05mjT2的加速度。例如，在低于0. OSmjr1的速度下，觀察窗116 可包括間距為1〇_的四個(gè)光學(xué)窗。在預(yù)先確定的速度和/或加速度下，在用于左眼的觀察 窗116中可照明五個(gè)光學(xué)窗。對(duì)于右眼觀察窗114而言，在預(yù)先確定的速度下增加的光學(xué) 窗的數(shù)量可為相同的。另外，在第二預(yù)先確定的速度〇. lms_1下，可沿傳播方向120在觀察 窗114中照明其他光學(xué)窗，而拖尾觀察窗116可具有與速度大于5ms 4的情況相同數(shù)量的 光學(xué)窗，使得觀察窗116包括五個(gè)光學(xué)窗并且觀察窗114包括七個(gè)光學(xué)窗。另外，圖17以 正視圖示出了觀察者99在橫向于顯示裝置100的光軸118的方向120上快速移動(dòng)的例子。 在速度或加速度超過(guò)預(yù)先確定的量的情況下，窗114和116 "打開"以包括增加數(shù)量的光學(xué) 窗，使得觀察者99保持基本上位于可被制作得更大的觀察窗114和116內(nèi)。觀察窗116可 上升到鼻部位置或剛好超過(guò)鼻部位置，而基本上不增加串?dāng)_。另外，可沿運(yùn)動(dòng)方向增加觀察 窗尺寸。注意，觀察窗114和116可以至少部分地在空間上重疊，因?yàn)樗鼈冊(cè)诓煌臅r(shí)間處 照明。這對(duì)于移動(dòng)觀察者99而言可能尤為如此。
[0146] 圖18是示意圖，其示出了用于在第一方向移動(dòng)的觀察者的觀察窗的布置方式，并 且圖19是示意圖，其示出了用于在與第一方向相對(duì)的第二方向上移動(dòng)的觀察者的觀察窗 的布置方式。另外，圖18示意性地示出了對(duì)應(yīng)于圖17的光學(xué)窗陣列121的結(jié)構(gòu)，并且圖19 示出了當(dāng)觀察者的移動(dòng)方向120反向時(shí)，在觀察者99的相同空間位置處的窗結(jié)構(gòu)。
[0147]有利的是，可形成各個(gè)觀察窗114U16的光學(xué)窗的數(shù)量和布置方式可以進(jìn)行更 改，具體取決于觀察者99的位置、速度和加速度中的任一者或全部。這樣，觀察者99的眼睛 可以保持基本上位于觀察窗內(nèi)，使得可以減小閃爍效應(yīng)。相似地，可在觀察者變慢或變得靜 止時(shí)減小觀察窗的尺寸，例如如圖15所示。減小觀察窗寬度可以改善顯示器的串?dāng)_性能并 且還可有利地減小功率消耗?？商峁┯糜谠O(shè)置每個(gè)用戶在串?dāng)_和閃爍之間的權(quán)衡的參數(shù)。 有利的是，這可調(diào)節(jié)顯示參數(shù)以適合用戶偏好。任選地，該調(diào)節(jié)可以是自動(dòng)的并且可隨正在 顯示圖像的類型而改變。另外，如果例如視覺(jué)系統(tǒng)被用作跟蹤傳感器，則顯示器可識(shí)別和確 定各個(gè)用戶，使得可以調(diào)節(jié)顯示器性能以適合將來(lái)時(shí)間處的特定用戶。高對(duì)比度的緩慢移 動(dòng)圖像可提供低串?dāng)_，并且低對(duì)比度的快速移動(dòng)圖像可以提供較高的串?dāng)_容差。
[0148] 圖20示出了由控制系統(tǒng)基于傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)執(zhí)行控制的另一個(gè)例子，在該 例子中，響應(yīng)于觀察者99在橫向方向上離開顯示裝置100的光軸118的速度或加速度來(lái)更 改觀察窗114和116中的光學(xué)窗的數(shù)量，所述光軸也是顯示裝置100的法線。具體地講，光 學(xué)窗的數(shù)量響應(yīng)于觀察者99在橫向方向上超過(guò)預(yù)定的量的速度或加速度而增加。圖20為 示意圖，其以正視圖示出了用于正在加速觀察者的觀察窗的第一布置方式。另外，圖20以 正視圖示意性地示出了用于從操作的靜止相變?yōu)橐苿?dòng)相的觀察者的觀察窗的一個(gè)過(guò)渡。當(dāng) 觀察者不移動(dòng)或緩慢移動(dòng)時(shí)，可以使用"低速"尺寸觀察窗114、116,并且當(dāng)觀察者高速移動(dòng) 或加速移動(dòng)時(shí)，可選擇包括增加數(shù)量的光學(xué)窗的一組較大的觀察窗144和140。
[0149] 圖21示出了由控制系統(tǒng)基于傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)執(zhí)行控制的例子，在該例子中， 響應(yīng)于在橫向方向上相對(duì)于顯示裝置100的光軸118的觀察者99的檢測(cè)位置來(lái)更改觀察 窗114和116中的光學(xué)窗的數(shù)量，所述光軸也是顯示裝置100的法線。具體地講，光學(xué)窗的 數(shù)量響應(yīng)于處于某一位置的觀察者99而增加，觀察者處于在橫向方向上以預(yù)先確定的量 遠(yuǎn)離顯示裝置100的法線移位的位置中。在示例性例子中，觀察窗可各自包括五個(gè)光學(xué)窗， 窗平面106中的每個(gè)標(biāo)稱間距均為10mm。當(dāng)觀察者的最偏軸的眼睛被布置為與裝置100的 法線118成20° (其可為預(yù)先確定的量）的角度119時(shí)，則觀察窗146可包括六個(gè)光學(xué)窗， 并且觀察窗144可包括八個(gè)光學(xué)窗。圖21是示意圖，其以正視圖示出了觀察區(qū)域的邊緣處 增大觀察窗尺寸。另外，圖21以正視圖示意性地示出了常規(guī)觀察窗114和116可根據(jù)觀察 者99在相對(duì)于顯示裝置100的法線的方向上的位置而在尺寸（S卩，形成觀察窗的光學(xué)窗的 數(shù)量）上有所變化，具體地講，當(dāng)觀察者99處于以預(yù)定的量在橫向方向上移位的位置時(shí)，增 加形成觀察窗144和146的光學(xué)窗的數(shù)量，所述觀察窗在橫向于顯示裝置100的法線移位 的位置處。當(dāng)觀察者99偏軸移動(dòng)時(shí)，陣列121的光學(xué)窗中的像差可增加，從而導(dǎo)致扭曲的 光學(xué)窗圖像。圖22在窗平面中示出了這一現(xiàn)象。另外，圖22是示意圖，其示意性地示出了 圖21的觀察窗的布置方式。圖21中的光學(xué)窗陣列結(jié)構(gòu)示出了光學(xué)窗的標(biāo)稱位置，而不是 實(shí)際光分布。或者，當(dāng)窗在較大的橫向位置的上方呈現(xiàn)時(shí)，光學(xué)窗模糊可偏軸增加，使得可 被照明的光學(xué)窗的數(shù)量可以減小以補(bǔ)償光學(xué)窗結(jié)構(gòu)模糊。
[0150] 圖21和圖22首先示出了觀察者99在相對(duì)于顯示裝置100的第一位置中的情況， 該第一位置設(shè)置在顯示裝置100的法線上。顯示裝置100可提供第一對(duì)左眼和右眼觀察窗 114、116,如圖所示。圖21和圖22接著示出了觀察者99在相對(duì)于顯示裝置100的第二位置 中的情況，該第二位置從顯示裝置100的法線橫向移位，在該例子中，稍微在顯示裝置100 的近似中心的法線的右側(cè)。換句話說(shuō)，觀察者99相對(duì)于顯示裝置100的第二位置偏移至顯 示裝置100的右側(cè)。在這種情況下，顯示裝置100可于之后提供第二對(duì)左眼和右眼觀察窗 146、144,其也被定向到顯示裝置100的右側(cè)。與第一對(duì)左眼和右眼觀察窗114、116相比， 第二對(duì)左眼和右眼觀察窗146、144由增加數(shù)量的光學(xué)窗形成。這示出了觀察窗可根據(jù)觀察 者99相對(duì)于顯示裝置100的橫向位置而在尺寸上有所變化。在圖21中，觀察窗144可以 與上述圖18中的情況類似的方式而大于觀察窗146。另外，當(dāng)觀察者99將位置更改至相對(duì) 于顯示裝置100的左側(cè)時(shí)，左眼觀察窗可變得大于右眼觀察窗。
[0151] 有利的是，在觀察區(qū)域邊緣處或其附近增加光學(xué)窗陣列144的尺寸可在一定程度 上補(bǔ)償光學(xué)窗圖像的像差，并從而減少不期望的圖像閃爍的出現(xiàn)，特別是在光學(xué)系統(tǒng)的輸 出處由于視場(chǎng)像差的出現(xiàn)而引起的圖像閃爍。
[0152] 圖23A和圖23B示出了由控制系統(tǒng)基于傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)執(zhí)行控制的例子，在 該例子中，響應(yīng)于沿顯示裝置100的法線的觀察者99的檢測(cè)位置來(lái)更改觀察窗114和116 中的光學(xué)窗的數(shù)量。具體地講，光學(xué)窗的數(shù)量響應(yīng)于觀察者99的檢測(cè)位置而增加，觀察者 處于沿顯示裝置100的法線以預(yù)定的量遠(yuǎn)離標(biāo)稱窗平面朝顯示裝置100移位的位置中。圖 23A是示意圖，其以正視圖示出了自動(dòng)立體顯示裝置的觀察區(qū)域的第一布置方式。另外，圖 23A以正視圖示出了對(duì)應(yīng)于窗平面106中的觀察窗116U14的菱形觀察區(qū)域152、150。注 意，當(dāng)觀察者99在方向154上移動(dòng)（沿顯示裝置100的法線從窗平面106移位并朝向顯示 裝置100)時(shí)，觀察區(qū)域的橫向?qū)挾瓤蓽p小直到大約位于位置156處，在該位置處可能幾乎 沒(méi)有觀察自由度。這可在選擇觀察窗中的光學(xué)窗的數(shù)量時(shí)通過(guò)受控制系統(tǒng)影響的控制來(lái)實(shí) 現(xiàn)。
[0153] 圖23B是示意圖，其以正視圖示出了自動(dòng)立體顯示裝置的觀察區(qū)域的另選的布置 方式。另外，圖23B示出了通過(guò)增加窗平面中的觀察窗的尺寸（S卩，形成觀察窗的光學(xué)窗的 數(shù)量），在方向154上的觀察自由度可例如響應(yīng)于檢測(cè)觀察者99以預(yù)先確定的量朝向顯示 裝置100移動(dòng)到近似位置157而增加。有利的是，與可以方便地在空間多路復(fù)用顯示器中 實(shí)現(xiàn)的觀察窗寬度相比，本發(fā)明的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)更寬的觀察窗寬度，而無(wú)需增加在兩眼 間區(qū)域中的觀察窗之間的重疊。
[0154] 換句話講，圖23A示出了觀察者99在相對(duì)于顯示裝置100的第一位置處的情況下 的觀察窗的形成，該第一位置設(shè)置在窗平面106上。在這種情況下，顯示裝置100可提供第 一對(duì)左眼和右眼觀察窗114、116,如圖所示。圖23B示出了觀察者99在相對(duì)于顯示裝置100 的第二位置處的情況下的觀察窗的形成，該第二位置沿顯示裝置100的法線從窗平面106 移位，在該例子中朝向顯示裝置100到位置157。在這種情況下，顯示裝置100可于之后提 供第二對(duì)左眼和右眼觀察窗114、116,與圖23A中所示的第一對(duì)左眼和右眼觀察窗114、116 相比，該第二對(duì)左眼和右眼觀察窗由增加數(shù)量的光學(xué)窗形成。這示出了觀察窗可根據(jù)觀察 者99沿顯示裝置100的法線相對(duì)于顯示裝置100的縱向位置而在尺寸上有所變化。
[0155] 在示例性例子中，寬度為300mm的顯示器可使用介于顯示裝置100和窗平面106 之間的500mm標(biāo)稱觀察距離布置。在窗平面中，每個(gè)觀察窗114、116可包括八個(gè)光學(xué)窗。當(dāng) 觀察者在100mm的距離155 (其可為預(yù)先確定的量）處到達(dá)觀察平面156時(shí)，則每個(gè)觀察窗 114、116中的光學(xué)窗的數(shù)量可增加至九。
[0156] 有利的是，觀察窗114、116的尺寸可以變化，以增加在朝向顯示裝置100的方向 154上的縱向觀察自由度，而不是僅在圖20所示的橫向上增加?？稍谟^察者99沿遠(yuǎn)離顯 示裝置100的法線從窗平面106遠(yuǎn)離顯示裝置100移位時(shí)，通過(guò)以相同的方式控制觀察窗 114U16的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)類似的優(yōu)點(diǎn)，但這并非是必需的，并且可僅在觀察者99朝向顯示裝 置100移位時(shí)來(lái)執(zhí)行所述控制。
[0157] 這可在選擇觀察窗中的光學(xué)窗的數(shù)量時(shí)通過(guò)受控制系統(tǒng)影響的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。在觀 察者99的檢測(cè)位置沿顯示裝置100的法線縱向移位的情況下，該控制可為另選的，或者除 在觀察者99的檢測(cè)位置從顯示裝置100的法線橫向移位的情況下進(jìn)行控制以外，可例如如 結(jié)合圖20所述進(jìn)行控制，使得左圖像和右圖像被導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，該觀察窗可包括多個(gè)光 學(xué)窗，該多個(gè)光學(xué)窗在觀察者99的檢測(cè)位置縱向和橫向移位的兩種情況下均增加。
[0158] 可以類似于前述的方式在縱向跟蹤期間調(diào)節(jié)觀察窗的尺寸以增加觀察自由度。有 利的是，可通過(guò)如圖23A所示的較小的窗在窗平面106附近實(shí)現(xiàn)減小的串?dāng)_，而對(duì)于遠(yuǎn)離窗 平面的觀察距離而言，可以照明更遠(yuǎn)的光學(xué)窗以增加縱向觀察自由度?？赏ㄟ^(guò)控制照明器 陣列15的分立照明器元件來(lái)實(shí)現(xiàn)觀察者位置之間的光學(xué)窗的切換。
[0159] 在這些光學(xué)閥實(shí)施例中并且通過(guò)與空間多路復(fù)用顯示器比較的方式，重要的是可 以調(diào)節(jié)構(gòu)成窗的光學(xué)窗的數(shù)量，而不減小顯示裝置100的空間分辨率。
[0160] 圖23C是示意圖，其以正視圖示出了針對(duì)過(guò)于接近自動(dòng)立體顯示裝置的觀察者切 換到單個(gè)2D窗以跨整個(gè)顯示寬度進(jìn)行自動(dòng)立體觀察。另外，圖23C以正視圖示出了這樣的 實(shí)施例，在該實(shí)施例中，觀察者99已在方向158上沿顯示裝置100的法線越過(guò)位置156移 動(dòng)到位置160。在該點(diǎn)處，對(duì)于觀察者99而言，可能無(wú)法在顯示裝置100的整個(gè)顯示區(qū)上看 到自動(dòng)立體圖像。然而，如果開啟光學(xué)窗陣列121的多個(gè)或全部光學(xué)窗并且在顯示裝置100 的空間光調(diào)制器48上呈現(xiàn)單個(gè)圖像，則可以舒適地觀察2D圖像。此類實(shí)施例可以有利地 在自動(dòng)立體觀察和2D觀察之間提供超過(guò)自動(dòng)立體觀察限制的基本上無(wú)縫的過(guò)渡。
[0161] 有利的是，如果例如左眼圖像和右眼圖像之間的圖像視差可使立體像對(duì)的定影變 得困難，則前述機(jī)構(gòu)可用于在到達(dá)位置156之前切換到2D觀察。另外，對(duì)于方向158上的 位置而言可行的是，切換的發(fā)生可隨圖像顯示的類型而改變。具體地講，其可為圖像視差因 變量和/或觀察者因變量。有利的是，這可實(shí)現(xiàn)這樣的顯示器，該顯示器可針對(duì)一系列具有 不同視覺(jué)調(diào)節(jié)范圍的觀察者產(chǎn)生舒適的和合適的圖像。
[0162] 移動(dòng)至比位置160更接近顯示裝置100可導(dǎo)致顯示器的邊緣開始變暗。圖23D示 出了這樣的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，提供另外的2D背光源布置方式168并且其可針對(duì)比位 置160更接近的觀察者而被激活。圖23D是示意圖，其以正視圖示出了針對(duì)過(guò)于接近自動(dòng) 立體顯示裝置的觀察者切換到2D背光源照明以跨整個(gè)顯示寬度進(jìn)行自動(dòng)立體觀察。當(dāng)例 如觀察者99在方向164上移動(dòng)至比位置160更接近顯示裝置100時(shí)，背光源168可在方向 170上產(chǎn)生光，所述光可在可能無(wú)法被圖12的照明器陣列15照明的顯示裝置100的邊緣中 實(shí)現(xiàn)填充。
[0163] 有利的是，當(dāng)觀察者99大約在顯示裝置100和位置160之間時(shí)，包括顯示裝置100 的顯示設(shè)備可以處理用戶位置以打開另外的2D背光源，使得可以保持照明顯示器的邊緣 并且進(jìn)一步增加舒適的觀察自由度。
[0164] 圖23E是示意圖，其示出了指示觀察者過(guò)于接近自動(dòng)立體顯示裝置的方法。另外， 圖23E示出了可響應(yīng)于觀察者過(guò)于接近屏幕所采取的示例性動(dòng)作（諸如顯示屏幕上信息）。 或者，例如顯示裝置可變黑或變白，或淡入淡出為黑色或白色，或低對(duì)比度的圖像，或它們 的任何組合。在另外的實(shí)施例中，顯示裝置可生成聲音指示，諸如蜂鳴音。
[0165] 圖23F是示意圖，其示出了指示觀察者相對(duì)于自動(dòng)立體顯示裝置過(guò)于偏軸的方 法。另外，圖23F示出了當(dāng)觀察者被檢測(cè)為例如向右移動(dòng)過(guò)遠(yuǎn)時(shí)顯示設(shè)備可采取動(dòng)作的方 式的另一個(gè)例子。與圖23E描述的選項(xiàng)一樣，顯示裝置可被形成為在觀察者接近限定位置 (諸如觀察自由度的限值）時(shí)振動(dòng)，例如，使用偏心加重電機(jī)。有利的是，振動(dòng)模式很好地與 手持式顯示裝置或通過(guò)手持式控制臺(tái)或裝置操作的顯示裝置配合。此外，觀察者位置檢測(cè) 裝置可實(shí)現(xiàn)增加的顯示裝置觀察自由度和觀察范圍，此外，其也可用于通知觀察者已經(jīng)超 過(guò)了范圍。
[0166] 圖24A是示意圖，其以正視圖示出了在提供3D圖像顯示的自動(dòng)立體3D觀察區(qū)域 之外具有提供2D圖像顯示的2D觀察區(qū)域的自動(dòng)立體顯示裝置。另外，圖24A示出了這樣 的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，觀察者99在方向120上移動(dòng)超過(guò)顯示裝置100的可接受的3D自 動(dòng)立體圖像性能的范圍172。響應(yīng)于觀察者99的位置的檢測(cè)，在區(qū)域174、176中，可調(diào)節(jié)光 學(xué)窗陣列121以實(shí)現(xiàn)針對(duì)該觀察者的2D圖像顯示。例如，圖12的照明器陣列15可在照明 器元件陣列的任一側(cè)包括不分段的照明區(qū)域。
[0167] 如上所述，自動(dòng)立體顯示裝置可包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被布置用于控制SLM 48,以及操作光源以將光導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗。觀察窗可包括在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的 位置中的至少一個(gè)光學(xué)窗，這取決于被檢測(cè)到的觀察者的位置?？刂葡到y(tǒng)可被布置用于響 應(yīng)于所檢測(cè)到的在預(yù)先確定的區(qū)域中的觀察者的位置來(lái)提供3D圖像顯示。
[0168] 例如，如圖24A所示，可響應(yīng)于在相對(duì)于顯示裝置100大致居中定位的區(qū)域172中 的觀察者99來(lái)提供3D圖像顯示。在圖24A中，當(dāng)觀察者99在區(qū)域172中時(shí)，顯示裝置可 向觀察者99提供3D圖像顯示。該3D圖像顯示可通過(guò)以下方式提供：控制SLM 48以使用 時(shí)間多路復(fù)用的左圖像和右圖像來(lái)調(diào)制光，并且基本上同步操作光源以將左圖像和右圖像 導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，該觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中。
[0169] 另外，控制系統(tǒng)可被布置用于響應(yīng)于在預(yù)先確定的區(qū)域172之外的位置中（例如 在區(qū)域174和176中）的被檢測(cè)到的觀察者的位置來(lái)提供2D圖像顯示。2D圖像顯示可通 過(guò)以下方式提供：控制SLM 48以使用2D圖像調(diào)制光，以及操作光源以將該2D圖像導(dǎo)向進(jìn) 入觀察窗，該觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中。例如并且如圖24A所示，可響 應(yīng)于在方向120上向右移動(dòng)的觀察者99來(lái)提供2D圖像顯示。一旦觀察者99位于預(yù)先確 定的區(qū)域172之外的位置，則觀察者可在區(qū)域174、176中的任一者中觀察2D圖像。
[0170] 在該實(shí)施例的例子中，預(yù)先確定的區(qū)域172可為相對(duì)于顯示裝置100的法線橫向 位置的主要中心范圍。作為在圖23C中示出的例子中示出的替代形式并且如上所述，預(yù)先 確定的區(qū)域可為相對(duì)于顯示裝置100的法線的縱向位置的范圍?；蛘?，可響應(yīng)于橫向和縱 向移動(dòng)來(lái)提供所述控制，使得預(yù)先確定的區(qū)域可為相對(duì)于顯示裝置100的法線的橫向和縱 向位置的中心區(qū)域。
[0171] 有利的是，當(dāng)超過(guò)3D范圍時(shí)，這可實(shí)現(xiàn)替代形式以將圖像切換為黑色，并且可實(shí) 現(xiàn)寬觀察自由度顯示，該寬觀察自由度顯示確保在觀察3D時(shí)圖像具有高質(zhì)量。
[0172] 圖24B是示意圖，其示出了可位于不同2D窗中的兩個(gè)觀察者。另外，圖24B示出 了另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，兩個(gè)觀察者99和98可位于不同的2D窗176、174內(nèi)。不 同于圖24A，可能不能在可為黑色的區(qū)域172中提供中心3D圖像。
[0173] 有利的是，該實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)對(duì)于兩個(gè)不同的觀察者而言將在整個(gè)屏幕上方同時(shí)觀 察到兩個(gè)不同的2D圖像通道，或?qū)τ谕挥^察者而言在不同的空間位置中的不同觀察。
[0174] 圖24C以頂視圖示意性地示出了這樣的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，定向自動(dòng)立體顯 示設(shè)備5100包括定向顯示裝置和控制系統(tǒng)。相機(jī)5102可檢測(cè)區(qū)域5116上的邊界5108內(nèi) 的觀察者（未示出）的位置，例如所述區(qū)域5116可由相機(jī)5102的收集錐角5106限定。顯 示系統(tǒng)5100可實(shí)現(xiàn)具有邊界5115的自動(dòng)立體觀察區(qū)域5114,其表示可接受的3D觀察區(qū)域 5114。可接受的3D觀察區(qū)域可例如為這樣的區(qū)域，在該區(qū)域中，串?dāng)_低于特定值，或在該區(qū) 域中，對(duì)于被跟蹤的觀察者的雙眼而言，顯示均勻度高于特定值。
[0175] 如圖24C所示，邊界5115可為菱形或風(fēng)箏形。在邊界5115之外，提供具有邊界 5111的區(qū)域5112,其中可在整個(gè)顯示寬度（其中顯示器為多個(gè)窗26提供圖像）上看到可 接受的2D圖像?？山邮艿?D觀察區(qū)域5112可例如為這樣的區(qū)域，在該區(qū)域中，對(duì)于觀察 者的雙眼而言，顯示均勻度高于特定值。如圖所示，窗平面5104可為近似平面，其中2D觀 察區(qū)域5112和3D觀察區(qū)域5114兩者可為最寬。
[0176] 在一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)立體顯示裝置可包括透射式SLM 48。透射式SLM 48可包括 像素陣列，該像素陣列被布置用于調(diào)制從其中通過(guò)的光。自動(dòng)立體顯示裝置可包括波導(dǎo)，該 波導(dǎo)可具有輸入端和用于沿波導(dǎo)引導(dǎo)光的相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面，所述相對(duì) 的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面從輸入端跨SLM 48延伸。自動(dòng)立體顯示裝置可包括照明 器元件陣列，該照明器元件陣列位于跨波導(dǎo)的輸入端的不同輸入位置處。波導(dǎo)可被布置用 于對(duì)來(lái)自跨輸入端的不同輸入位置的光源的輸入光作為輸出光導(dǎo)向穿過(guò)第一引導(dǎo)表面，以 供通過(guò)SLM 48在輸出方向上進(jìn)入光學(xué)窗。輸出方向可以相對(duì)于第一引導(dǎo)表面的法線并且 可主要基于輸入位置。自動(dòng)立體顯示器還可包括傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)被布置用于檢 測(cè)觀察者相對(duì)于顯示裝置和控制系統(tǒng)的位置?？刂葡到y(tǒng)可被布置用于控制SLM 48,以及操 作光源以將光導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗。觀察窗可包括在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中的至 少一個(gè)光學(xué)窗，這取決于被檢測(cè)到的觀察者的位置?？刂葡到y(tǒng)也可被布置用于響應(yīng)于在預(yù) 先確定的區(qū)域中的被檢測(cè)到的觀察者的位置來(lái)提供3D圖像顯示。該3D圖像顯示可通過(guò)以 下方式提供：控制SLM 48以使用時(shí)間多路復(fù)用的左圖像和右圖像來(lái)調(diào)制光，并且同步操作 光源以將左圖像和右圖像導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，該觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置 中?？刂葡到y(tǒng)還可被布置用于響應(yīng)于在預(yù)先確定的區(qū)域之外的位置中的被檢測(cè)到的觀察者 的位置來(lái)提供2D圖像顯示。2D圖像顯示可通過(guò)以下方式提供：控制SLM 48以使用2D圖 像調(diào)制光，以及操作光源以將該2D圖像導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，該觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼 和右眼的位置中。在一個(gè)例子中，預(yù)先確定的區(qū)域可為相對(duì)于顯示裝置100的法線的縱向 位置的近似范圍。在另一個(gè)例子中，預(yù)先確定的區(qū)域可為相對(duì)于顯示裝置100的法線的橫 向和縱向位置的中心區(qū)域。
[0177] 用于3D觀察的預(yù)先確定的區(qū)域可為這樣的區(qū)域，在該區(qū)域上，觀察者的雙眼可以 看到具有可接受的圖像質(zhì)量水平的自動(dòng)立體圖像的各自的圖像。圖像質(zhì)量可包括但不限于 針對(duì)移動(dòng)觀察者的串?dāng)_、圖像均勻度和圖像閃爍的評(píng)估。此類可接受的限制可例如通過(guò)結(jié) 合人類心理需求的知識(shí)測(cè)量顯示特性來(lái)確定。在示例性實(shí)施例中，顯示器可在窗平面5104 中具有+/-25度的區(qū)域5114的寬度，其中窗平面5104中區(qū)域5112的寬度為+/-50度。相 機(jī)5102的收集錐角5106可由此被設(shè)定為+/-50度或更大。在另外的示例性實(shí)施例中，具 有500mm窗平面距離的15"對(duì)角線顯不器可在于窗平面中具有+/-150mm的橫向?qū)挾群?+/-100mm的軸向縱向觀察自由度的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)3D圖像。在由這些參數(shù)限定的邊界之外，可 呈現(xiàn)2D圖像。
[0178] 在時(shí)間多路復(fù)用顯示系統(tǒng)中，2D圖像可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：調(diào)整照明器陣列15的 多個(gè)發(fā)光元件的相使其與在SLM 48上顯示的圖像中的一者同步。有利的是，控制系統(tǒng)可以 不與顯示系統(tǒng)5100的圖形系統(tǒng)交互。另外，為了減小從3D過(guò)渡到2D觀察處的閃爍偽影， 2D圖像的亮度可被布置為與3D圖像的亮度基本上相同?；蛘撸琒LM 48可針對(duì)兩個(gè)照明相 僅顯示一個(gè)圖像，或第一相中的2D圖像和第二相中的黑色圖像。
[0179] 繼續(xù)圖24C的討論，在邊界5111之外，圖像可具有一些形式的偽影，因此，可切換 顯示器以在區(qū)域5116中顯示例如黑色或非照明圖像。有利的是，可針對(duì)這些觀察區(qū)域關(guān)閉 顯示器照明。另外有利的是，如果例如區(qū)域5118中的觀察者被檢測(cè)到位于區(qū)域5116內(nèi)但 在區(qū)域5114、5112之外，則可關(guān)閉顯示器或?qū)⑵淝袚Q至功率節(jié)省"綠色模式"。如果相機(jī)未 檢測(cè)到觀察者，則顯示器可被設(shè)置為例如黑色或可被設(shè)置為低功率2D模式，使得顯示器在 相機(jī)感測(cè)誤差的情況下繼續(xù)發(fā)揮作用。
[0180] 有利的是，相機(jī)5102和跟蹤系統(tǒng)可與顯示器5100配合，使得可響應(yīng)于所確定的觀 察者的位置來(lái)修改所顯示的圖像和相應(yīng)的照明。因此，觀察者可以看到基本上沒(méi)有不期望 偽影的合適的圖像。顯示器可在觀察者重新進(jìn)入感測(cè)區(qū)時(shí)自動(dòng)打開。顯示器可在處于感測(cè) 區(qū)5108中的觀察者轉(zhuǎn)身遠(yuǎn)離顯示器時(shí)關(guān)閉照明，并在觀察者回頭看時(shí)自動(dòng)地重新照明顯 示器，從而進(jìn)一步降低功率消耗。在感測(cè)空間5116內(nèi)，相機(jī)5102可與顯示器5100配合以將 相同或不同形狀的觀察區(qū)實(shí)施為例如風(fēng)箏形邊界5111，以生成減小的觀察區(qū)域防窺顯示。
[0181] 圖24D以頂視圖示意性地示出了另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，自動(dòng)立體定向顯 示設(shè)備5100包括定向顯示裝置和控制系統(tǒng)。在2D觀察區(qū)域5112之外，其中雙眼基本上看 到相同的圖像，提供具有相應(yīng)外部邊界5134、5140的另外的區(qū)域5136、5138。當(dāng)所測(cè)量的 觀察者位置（其例如可涉及鼻部位置或可為眼部位置）跨過(guò)邊界5111時(shí)，立體像對(duì)圖像 中的一者被關(guān)閉，同時(shí)另一者保持打開。如前所述，可通過(guò)切換相應(yīng)的光源或通過(guò)切換SLM 48上的圖像或這兩者來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的切換。具體地講，當(dāng)所測(cè)量的觀察者位置穿過(guò)邊界5111 朝左側(cè)移動(dòng)時(shí)，可在區(qū)域5136中關(guān)閉左眼圖像，而右眼圖像可保持打開。與區(qū)域5138中相 似，可關(guān)閉右眼圖像同時(shí)左眼圖像可保持打開。在邊界5134、5140之外，可關(guān)閉兩種圖像。
[0182] 在操作中，向左側(cè)移動(dòng)的觀察者將看到左眼圖像在右眼圖像之前關(guān)閉。此類效應(yīng) 類似于向窗框左側(cè)移動(dòng)的體驗(yàn)；從而感知的圖像將保持具有基本上類似的亮度。另外，從 2D圖像到3D的過(guò)渡將較少突然地發(fā)生并且可提供增強(qiáng)的用戶體驗(yàn)。有利的是，在光學(xué)閥 中，觀察者看不到偽影諸如成像的三角形偽影（在圖64中有所描述），或用于有限寬度照明 器的條紋邊界。在其他顯示系統(tǒng)諸如透鏡狀顯示系統(tǒng)中，觀察者在由最偏軸眼睛體驗(yàn)的較 大觀察角度處感知不到增加的串?dāng)_和圖像模糊。
[0183] 有利的是，本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)給定的照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展的觀察自由度，并且通 ?？稍诖捌矫嫣帉?shí)現(xiàn)大約130_的額外自由度（針對(duì)65_的典型兩眼間間隔）。
[0184] 圖24E示出了另外的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，3D區(qū)域5114和2D區(qū)域5112在窗平 面5104中具有基本上相同的寬度。有利的是，這可最大化用于該類型顯示器的3D觀察區(qū) 域，同時(shí)實(shí)現(xiàn)可接受的3D觀察區(qū)域和用于2D觀察的擴(kuò)展的縱向觀察自由度。
[0185] 圖24F示出了另外的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，在區(qū)域5112、5114之間的過(guò)渡處引入 受控量的滯后。例如，對(duì)于移出區(qū)域5114的觀察者而言，3D區(qū)域5114的邊界可在5115處， 并且對(duì)于移入?yún)^(qū)域5114的觀察者而言，所述邊界可在5120處。相似地，對(duì)于移出區(qū)域5112 進(jìn)入?yún)^(qū)域5116的觀察者而言，2D區(qū)域5114的邊界可在5111處，并且對(duì)于從區(qū)域5116移入 區(qū)域5112的觀察者而言，所述邊界可在5122處。有利的是，滯后可以減小在相應(yīng)區(qū)域的邊 界處或其附近看到的所感知的顯示器閃爍的量。
[0186] 圖25A是示意圖，其以正視圖示出了當(dāng)跟蹤系統(tǒng)已獲得對(duì)觀察者的鎖定時(shí)，由自 動(dòng)立體顯示裝置生成的自動(dòng)立體觀察窗，并且圖25B為示意圖，其以正視圖示出了當(dāng)跟蹤 系統(tǒng)已丟失對(duì)觀察者的鎖定時(shí)，由自動(dòng)立體顯示裝置生成的2D觀察窗。另外，圖25A示出 了觀察窗114、116,所述觀察窗響應(yīng)于觀察者99、觀察者檢測(cè)傳感器70、控制系統(tǒng)72和照明 控制器74由光轉(zhuǎn)向系統(tǒng)針對(duì)觀察者99創(chuàng)建。在圖25B的正視圖中，觀察者99被示出為轉(zhuǎn) 身離開顯示裝置100的表面。這可通過(guò)傳感器70檢測(cè)，并且在這種情況下，可將顯示器切 換至2D模式，例如通過(guò)在窗平面中形成單個(gè)較大的2D窗178,直至觀察者回頭看向顯示裝 置100時(shí)，并且可由跟蹤系統(tǒng)重新獲得，同時(shí)可恢復(fù)3D窗114、116。較大窗178的創(chuàng)建也可 在跟蹤系統(tǒng)丟失觀察者的位置時(shí)發(fā)生，或在觀察者的眼位置的生成誤差隨后由位置測(cè)量確 定為具有超過(guò)閾值的誤差時(shí)發(fā)生。
[0187] 圖26是示意圖，其示意性地示出了針對(duì)相對(duì)于窗取向具有傾斜的眼位置的觀察 者的觀察窗的布置方式。另外，圖26示出了這樣的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，光學(xué)窗陣列121 可響應(yīng)于另外檢測(cè)到的觀察者的位置而更改圖15的窗114、116。在該實(shí)施例中，觀察者被 示出為與光學(xué)窗成一角度，并且可以調(diào)節(jié)窗180和178以進(jìn)行補(bǔ)償。另外，在環(huán)視系統(tǒng)中， 可以調(diào)節(jié)在SLM 48上顯示的圖像以提供立體透視圖。另外，可以調(diào)節(jié)所述環(huán)視以在至少一 個(gè)軸線（例如朝向顯示裝置100的方向）上提供放大的透視圖。有利的是，跟蹤和轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)可將觀察自由度耐受性實(shí)現(xiàn)為一定程度的頭部?jī)A斜。
[0188] 圖27A是示意圖，其示出了當(dāng)超過(guò)用于自動(dòng)立體3D觀察的限定觀察區(qū)域時(shí)的窗布 置方式。另外，圖27A示出了具有光學(xué)窗陣列121的實(shí)施例，該實(shí)施例適用于當(dāng)跟蹤系統(tǒng)檢 測(cè)到觀察者99的位置中存在較大誤差或較大不確定度時(shí)的情況。如前所述，這可通過(guò)將用 于將來(lái)照明脈沖時(shí)間處的眼睛的已生成位置值與隨后在該時(shí)間處或附近接收的位置進(jìn)行 比較來(lái)完成。有利的是，可產(chǎn)生較大的2D窗182,而不是顯示可能較差的3D圖像。當(dāng)跟蹤 誤差減小時(shí)，可將顯示器切換回3D。這樣，可保持觀察舒適度而無(wú)明顯的顯示器閃爍。
[0189] 與檢測(cè)觀察者位置中的高不確定度或誤差的條件一樣，跟蹤系統(tǒng)也可完全檢測(cè)觀 察者位置的丟失。這是與高誤差條件不同的情況。這是觀察者轉(zhuǎn)身或甚至離開時(shí)的情況。 當(dāng)檢測(cè)到該條件時(shí)，可將顯示裝置有利地切換至具有非常寬的2D窗，如圖27B中的184處 所示。圖27B是示意圖，其示出了當(dāng)超過(guò)用于自動(dòng)立體3D觀察的限定觀察區(qū)域時(shí)的另外的 窗布置方式。例如，顯示裝置可被設(shè)置為視情況自動(dòng)獲取或重新獲取觀察者的位置，并且一 旦完成這一點(diǎn)，則可將窗從圖案184切換回圖15的那些。
[0190] 圖28A是示意圖，其示出了用于由多個(gè)觀察者同時(shí)進(jìn)行2D和3D觀察的窗布置方 式。另外，圖28A示出了這樣的例子，在該例子中，不止一個(gè)觀察者共享所述顯示裝置。在 這種情況下，中心觀察者99看到窗188和186并且感知3D圖像。偏軸觀察者97可完全位 于窗186內(nèi)并且可觀察2D圖像。區(qū)域190可被關(guān)閉。
[0191] 圖28B是不意圖，其不出了用于由多個(gè)觀察者同時(shí)進(jìn)行2D和3D觀察的另選的窗 布置方式。另外，圖28B示出了另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，窗194和192可被布置用于 實(shí)現(xiàn)用于觀察者99的中心3D圖像和用于兩個(gè)2D觀察者95、97的偏軸觀察。有利的是，相 同的顯示裝置可實(shí)現(xiàn)用于不止一個(gè)觀察者的可用觀察，即使可用窗的數(shù)量對(duì)于所有觀察者 進(jìn)行可靠的自動(dòng)立體觀察是不足的。
[0192] 圖28C是不意圖，其不出了用于由多個(gè)觀察者同時(shí)進(jìn)行2D和3D觀察的另選的窗 布置方式。另外，圖28C示出了不止一個(gè)觀察者可通過(guò)提供多個(gè)右眼窗194、193和左眼窗 192U95來(lái)觀看3D圖像。觀察者95、97、99可與顯示器以及彼此進(jìn)行配合。觀察者跟蹤系 統(tǒng)可能夠檢測(cè)此類沖突并執(zhí)行動(dòng)作。此類動(dòng)作可包括為觀察者給出方向建議或?qū)⒁粋€(gè)或多 個(gè)觀察者切換至2D圖像。如果跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)到用于自動(dòng)立體觀察的合適的條件，則可針對(duì) 一個(gè)或多個(gè)觀察者自動(dòng)重新使用3D模式。
[0193] 圖29是示意圖，其示出了用于2D定向顯示設(shè)備的另選的窗布置方式，該2D定向 顯示設(shè)備被布置用于根據(jù)觀察位置修改觀察窗結(jié)構(gòu)。例如，如圖8所述，此類顯示器可適用 于防窺操作模式以及高效率和高亮度模式。對(duì)于定位為鼻部基本上與顯示系統(tǒng)的光軸118 對(duì)齊的觀察者99而言，觀察窗300可由光學(xué)窗陣列形成，所述光學(xué)窗陣列包括中心光學(xué)窗 陣列306和另外的邊緣光學(xué)窗302、304,所述另外的邊緣光學(xué)窗被布置用于實(shí)現(xiàn)顯示區(qū)的 均勻填充。當(dāng)觀察者移動(dòng)到偏軸位置時(shí)，觀察窗308可包括擴(kuò)展數(shù)量的光學(xué)窗，所述擴(kuò)展數(shù) 量的光學(xué)窗包括組310、312,所述組在寬度上大于光學(xué)窗302、304。有利的是，將每個(gè)觀察 位置中的光學(xué)窗的數(shù)量最小化，從而優(yōu)化顯示效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)SLM 48的填充和針對(duì)移動(dòng)觀 察者的低閃爍。因此，對(duì)降低光學(xué)窗的再現(xiàn)性的偏軸像差進(jìn)行補(bǔ)償。
[0194] 圖30是示意圖，其示出了用于不同的觀察者距離的2D定向顯示設(shè)備的另選的窗 布置方式。因此，針對(duì)在窗平面106處的觀察者99通過(guò)控制系統(tǒng)提供觀察菱形320,而可針 對(duì)在平面322處的更近的觀察者生成菱形322,從而產(chǎn)生窗平面106處的觀察區(qū)域324 (部 分示出）和相交的寬的寬度（表示窗寬度，并通過(guò)光學(xué)窗的數(shù)量給出）。從幾何方面考慮， 當(dāng)觀察者移動(dòng)接近顯示器時(shí)，需要以圖23A和圖23B中所示類似的方式來(lái)增加窗平面106 處的觀察窗的寬度。從而可針對(duì)給定的觀察距離和橫向位置使照明的光學(xué)窗的數(shù)量最小 化，優(yōu)化效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)均勻的顯示填充。
[0195] 如本文可能所用，術(shù)語(yǔ)"基本上"和"大約"為其相應(yīng)的術(shù)語(yǔ)和/或術(shù)語(yǔ)之間的相 關(guān)性提供了行業(yè)可接受的容差。此類行業(yè)可接受的容差在0%至10%的范圍內(nèi)，并且對(duì)應(yīng) 于但不限于分量值、角度等等。各項(xiàng)之間的此類相關(guān)性在大約0%至10%的范圍內(nèi)。
[0196] 雖然上文描述了根據(jù)本文所公開的原理的多個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，它們僅以舉 例的方式示出，而并非限制。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)受到任何上述示例性實(shí)施例的 限制，而應(yīng)該僅根據(jù)產(chǎn)生于本發(fā)明的任何權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。另外，所描述的實(shí)施 例中提供了上述優(yōu)點(diǎn)和特征，但不應(yīng)將此類公開的權(quán)利要求的應(yīng)用限于實(shí)現(xiàn)任何或全部上 述優(yōu)點(diǎn)的方法和結(jié)構(gòu)。
[0197] 另外，本文的章節(jié)標(biāo)題是為了符合37 CFR 1.77下的建議或者提供組織線索。這 些標(biāo)題不應(yīng)限制或表征可產(chǎn)生于本公開的任何權(quán)利要求中所列出的實(shí)施例。具體地和以舉 例的方式，雖然標(biāo)題是指"【技術(shù)領(lǐng)域】"，但權(quán)利要求不應(yīng)受到在該標(biāo)題下選擇用于描述所謂 的領(lǐng)域的語(yǔ)言的限制。此外，"【背景技術(shù)】"中對(duì)技術(shù)的描述不應(yīng)被理解為承認(rèn)某些技術(shù)對(duì)本 發(fā)明中的任何實(shí)施例而言是現(xiàn)有技術(shù)。"
【發(fā)明內(nèi)容】
"也并非要被視為公開的權(quán)利要求中所述 的實(shí)施例的表征。另外，該公開中對(duì)單數(shù)形式的"發(fā)明"的任何引用不應(yīng)被用于辯稱在該公 開中僅有一個(gè)新穎點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)生于本發(fā)明的多項(xiàng)權(quán)利要求來(lái)提出多個(gè)實(shí)施例，并且此 類權(quán)利要求因此限定由其保護(hù)的實(shí)施例和它們的等同物。在所有情況下，應(yīng)根據(jù)本發(fā)明基 于權(quán)利要求書本身來(lái)考慮其范圍，而不應(yīng)受本文給出的標(biāo)題的約束。
【權(quán)利要求】
1. 一種定向顯不設(shè)備，包括： 顯示裝置，所述顯示裝置包括： 透射式空間光調(diào)制器，所述透射式空間光調(diào)制器包括像素陣列，所述像素陣列被布置 用于調(diào)制從所述像素陣列中通過(guò)的光； 波導(dǎo)，所述波導(dǎo)具有輸入端和用于沿所述波導(dǎo)引導(dǎo)光的相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二 引導(dǎo)表面，所述相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面從所述輸入端跨所述空間光調(diào)制器延 伸；以及 光源陣列，所述光源陣列在跨所述波導(dǎo)的輸入端的橫向方向上的不同輸入位置處，所 述波導(dǎo)可被布置用于將來(lái)自跨所述輸入端的所述不同輸入位置處的光源的輸入光作為輸 出光導(dǎo)向穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面，以供通過(guò)所述空間光調(diào)制器在分布在所述橫向方向中的 輸出方向上進(jìn)入各自的光學(xué)窗，所述輸出方向取決于所述輸入位置， 所述定向顯示設(shè)備還包括： 傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)被布置用于檢測(cè)觀察者相對(duì)于所述顯示裝置的位置；以 及 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被布置用于操作所述光源以基于被檢測(cè)到的觀察者的位置將 光導(dǎo)向進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)觀察窗，所述一個(gè)或多個(gè)觀察窗包括至少一個(gè)光學(xué)窗， 其中所述控制系統(tǒng)被布置用于基于所述傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)更改所述一個(gè)或多個(gè)觀 察窗的光學(xué)窗數(shù)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)被布置用于響應(yīng)于在所述 橫向方向上被檢測(cè)到的觀察者的位置來(lái)更改所述一個(gè)或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗數(shù)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)被布置用于響應(yīng)于被檢測(cè) 到的觀察者的位置而增加所述一個(gè)或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗數(shù)量，所述觀察者處于在所述橫 向方向上以預(yù)先確定的量遠(yuǎn)離所述顯示裝置的法線移位的位置中。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)被布置用于響 應(yīng)于沿所述顯示裝置的法線的被檢測(cè)到的觀察者的位置來(lái)更改所述一個(gè)或多個(gè)觀察窗的 光學(xué)窗數(shù)量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)被布置用于響應(yīng)于被檢測(cè) 到的觀察者的位置來(lái)增加所述一個(gè)或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗數(shù)量，所述觀察者處于沿所述顯 示裝置的法線以預(yù)先確定的量遠(yuǎn)離標(biāo)稱窗平面朝向所述顯示裝置的移位的位置中。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)被布置用于響 應(yīng)于所述觀察者在所述橫向方向上離開所述顯示裝置的法線的速度或加速度來(lái)更改所述 一個(gè)或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗數(shù)量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)被布置用于響應(yīng)于所述觀 察者在所述橫向方向上離開所述顯示裝置的法線的超過(guò)預(yù)先確定的量的速度或加速度來(lái) 增加所述一個(gè)或多個(gè)觀察窗的光學(xué)窗數(shù)量。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定向顯示設(shè)備，其中所述第一引導(dǎo)表面被布置用 于通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光，并且所述第二引導(dǎo)表面包括多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)特征，所述光提取結(jié) 構(gòu)特征被取向?yàn)樵诙鄠€(gè)方向上反射被引導(dǎo)穿過(guò)所述波導(dǎo)的光，從而允許作為所述輸出光穿 過(guò)所述第一引導(dǎo)表面離開。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定向顯示設(shè)備，其中所述第二引導(dǎo)表面具有介于所述光提取 結(jié)構(gòu)特征之間的中間區(qū)域，所述中間區(qū)域被布置用于引導(dǎo)光穿過(guò)所述波導(dǎo)，而不對(duì)光進(jìn)行 提取。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的定向顯示設(shè)備，其中所述第二引導(dǎo)表面具有階梯式形狀，所 述階梯式形狀包括構(gòu)成所述光提取結(jié)構(gòu)特征的小平面和所述中間區(qū)域。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的定向顯示設(shè)備，其中所述第一引導(dǎo)表面被布 置用于通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光，并且所述第二引導(dǎo)表面為基本上平面的并且以一定的角度傾 斜，以在破壞所述全內(nèi)反射的多個(gè)方向上反射光，以便穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面輸出光， 所述顯示裝置還包括偏轉(zhuǎn)元件，所述偏轉(zhuǎn)元件跨所述波導(dǎo)的第一引導(dǎo)表面延伸，以便 使光朝所述空間光調(diào)制器的法線偏轉(zhuǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的定向顯示設(shè)備，其中所述波導(dǎo)具有面向所述 輸入端的反射端，以便將來(lái)自所述輸入光的光穿過(guò)所述波導(dǎo)反射回，所述波導(dǎo)被布置用于 在從所述反射端反射之后穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面輸出光。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的定向顯示設(shè)備，其中所述反射端在所述橫向方向上具有正 光焦度。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定向顯示設(shè)備，其中所述控制系統(tǒng)進(jìn)一步被布 置用于控制所述空間光調(diào)制器以使用時(shí)間多路復(fù)用的左圖像和右圖像調(diào)制光，并且同步被 布置用于基于被檢測(cè)到的觀察者的位置操作所述光源以將通過(guò)所述左圖像和所述右圖像 調(diào)制的光導(dǎo)向進(jìn)入左眼觀察窗和右眼觀察窗，所述左眼觀察窗和所述右眼觀察窗包括在對(duì) 應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中的至少一個(gè)光學(xué)窗。
15. -種自動(dòng)立體顯示設(shè)備，包括： 顯示裝置，所述顯示裝置包括： 透射式空間光調(diào)制器，所述透射式空間光調(diào)制器包括像素陣列，所述像素陣列被布置 用于調(diào)制從所述像素陣列中通過(guò)的光； 波導(dǎo)，所述波導(dǎo)具有輸入端和用于沿所述波導(dǎo)引導(dǎo)光的相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二 引導(dǎo)表面，所述相對(duì)的第一引導(dǎo)表面和第二引導(dǎo)表面從所述輸入端跨所述空間光調(diào)制器延 伸；以及 光源陣列，所述光源陣列在跨所述波導(dǎo)的輸入端的橫向方向上的不同輸入位置處，所 述波導(dǎo)可被布置用于將來(lái)自跨所述輸入端的所述不同輸入位置處的光源的輸入光作為輸 出光導(dǎo)向穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面，以供通過(guò)所述空間光調(diào)制器在分布在所述橫向方向中的 輸出方向上進(jìn)入各自的光學(xué)窗，所述輸出方向取決于所述輸入位置， 所述自動(dòng)立體顯示設(shè)備還包括： 傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)被布置用于檢測(cè)觀察者相對(duì)于所述顯示裝置的位置；以 及 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被布置用于控制所述空間光調(diào)制器，以及基于被檢測(cè)到的觀 察者的位置操作所述光源以將光導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，所述觀察窗包括在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼 和右眼的位置中的至少一個(gè)光學(xué)窗， 所述控制系統(tǒng)被布置用于響應(yīng)于在預(yù)先確定的區(qū)域中的被檢測(cè)到的觀察者的位置，通 過(guò)控制所述空間光調(diào)制器以使用時(shí)間多路復(fù)用的左圖像和右圖像來(lái)調(diào)制光，并且同步操作 所述光源以將所述左圖像和所述右圖像導(dǎo)向進(jìn)入各自的觀察窗，來(lái)提供3D圖像顯示，所述 觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和右眼的位置中，并且 所述控制系統(tǒng)被布置用于響應(yīng)于在所述預(yù)先確定的區(qū)域之外的位置中的被檢測(cè)到的 觀察者的位置，通過(guò)控制所述空間光調(diào)制器以使用2D圖像來(lái)調(diào)制光，并且操作所述光源以 將所述2D圖像導(dǎo)向進(jìn)入觀察窗，來(lái)提供2D圖像顯示，所述觀察窗在對(duì)應(yīng)于觀察者的左眼和 右眼的位置中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述預(yù)先確定的區(qū)域?yàn)樵谙鄬?duì)于 所述顯示裝置的法線的所述橫向方向上的橫向位置的中心范圍。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述預(yù)先確定的區(qū)域?yàn)樵谙鄬?duì)于 所述顯示裝置的法線的縱向位置的范圍。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述預(yù)先確定的區(qū)域?yàn)樵谙鄬?duì)于 所述顯示裝置的法線的所述橫向方向上的橫向位置和縱向位置的中心區(qū)域。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述第一引導(dǎo)表面 被布置用于通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光，并且所述第二引導(dǎo)表面包括多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)特征，所述 光提取結(jié)構(gòu)特征被取向?yàn)樵诙鄠€(gè)方向上反射被引導(dǎo)穿過(guò)所述波導(dǎo)的光，從而允許作為所述 輸出光穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面離開。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述第二引導(dǎo)表面具有介于所述 光提取結(jié)構(gòu)特征之間的中間區(qū)域，所述中間區(qū)域被布置用于引導(dǎo)光穿過(guò)所述波導(dǎo)，而不對(duì) 光進(jìn)行提取。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述第二引導(dǎo)表面具有階梯式形 狀，所述階梯式形狀包括構(gòu)成所述光提取結(jié)構(gòu)特征的小平面和所述中間區(qū)域。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述第一引導(dǎo)表面 被布置用于通過(guò)全內(nèi)反射引導(dǎo)光，并且所述第二引導(dǎo)表面為基本上平面的并且以一定的角 度傾斜，以在破壞所述全內(nèi)反射的多個(gè)方向上反射光，以便穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面輸出光， 所述顯示裝置還包括偏轉(zhuǎn)元件，所述偏轉(zhuǎn)元件跨所述波導(dǎo)的第一引導(dǎo)表面延伸，以便 使光朝所述空間光調(diào)制器的法線偏轉(zhuǎn)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述波導(dǎo)具有面向 所述輸入端的反射端，以便將來(lái)自所述輸入光的光穿過(guò)所述波導(dǎo)反射回，所述波導(dǎo)被布置 用于在從所述反射端反射之后穿過(guò)所述第一引導(dǎo)表面輸出光。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述反射端在所述橫向方向上具 有正光焦度。
【文檔編號(hào)】G02F1/1335GK104487877SQ201380026064
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】J·哈羅德, M·G·魯賓遜, G·J·伍德蓋特, M·H·舒克, A·J·希爾 申請(qǐng)人:瑞爾D股份有限公司