CN107923600A - 使用移位多束衍射光栅对多视图显示器角度子像素渲染 - Google Patents

使用移位多束衍射光栅对多视图显示器角度子像素渲染 Download PDF

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Abstract

一种多视图显示器，包含背光体和用于形成多个多视图像素的屏幕。每个多视图像素包含多组光阀。背光体包含光学耦合到配置有多个多束衍射光栅的板光导的光源。每个多束衍射光栅对应于一组光阀，并相对于该组光阀的中心在空间上向多视图像素的中心偏移。多个多束衍射光栅还配置为从板光导衍射地耦合出具有不同的衍射角和角度偏移的光束，使得耦合出的光束的至少一部分交织并且在多视图显示器的不同视向上传播。

Description

使用移位多束衍射光栅对多视图显示器角度子像素渲染
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月5日提交的美国临时专利申请序列号62/214,970的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
电子显示器是用于向各种各样的设备和产品的用户传递信息的几乎无处不在的媒介。最常见的电子显示器是阴极射线管(CRT)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和主动式矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用了机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜器件、电润湿显示器等)等。通常，电子显示器可以被分类为主动式显示器(即，发光的显示器)或被动式显示器(即，对由另一个源提供的光进行调制的显示器)。主动式显示器的最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED等。在考虑发光时通常被归类为被动式的显示器是LCD和EP显示器。被动式显示器尽管经常表现出有吸引力的性能特性(包括但不限于固有的低功耗)，但由于缺乏发光能力，可能在许多实际应用中发现某种程度上有限的使用。
为了克服被动式显示器的与发光相关联的适用性限制，将许多被动式显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些否则为被动式的显示器发光并且基本上用作主动式显示器。这样的耦合的光源的示例是背光体。背光体是被放置在否则为被动式的显示器后面以对被动式显示器进行照明的光源(通常所谓的“板”光源)。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发出穿过LCD或EP显示器的光。由背光体发出的光由LCD或EP显示器调制，然后经调制的光继而从LCD或EP显示器发出。通常，背光体被配置为发出白光。然后，使用彩色滤光片(Color filter)将白光变换为显示器中使用的各种颜色。例如，彩色滤光片可以被放置在LCD或EP显示器的输出处(较不常见)、或者放置在背光体与LCD或EP显示器之间。
附图说明
参考以下结合附图中所示出的示例的详细描述，可以更容易地理解根据本文所描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中，相同的附图标记指定相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了由示例性多视图显示器产生的多视图图像的透视图
图1B示出了从多视图显示器的一点出射的光束的角分量的图形表示。
图2A示出了示例性多视图显示器的等距视图。
图2B示出了图2A中所示出的多视图显示器沿线I-I的横截面图视图。
图2C示出了图2A中所示出的多视图显示器的分解等距视图。
图3示出了图2B中所示出的多视图显示器在有光耦合到多视图显示器的板光导中情况下的横截面视图。
图4示出了全内反射的示例。
图5A-5B示出了啁啾透射模式多束衍射光栅的示例的横截面视图。
图6A-6B示出了啁啾反射模式多束衍射光栅的示例的横截面视图。
图7示出了多视图显示器的各组光阀和对应的空间上偏移的多束衍射光栅的平面视图。
图8A示出了包括四组光阀的示例性多视图像素和对应的空间上偏移的多束衍射光栅的平面视图。
图8B示出了图8A中所示出的多视图像素沿线II-II的横截面视图。
图9A示出了作为三维(3D)物体的示例的字母“R”。
图9B示出了图9A中所示出的3D字母“R”字母的一系列二维(2D)图像。
图10示出了对应于图9B中的八个不同的2D图像的区域的示例性各组像素的放大视图。
图11示出了多视图显示器的三个相邻多视图像素的截面视图。
图12示出了从多视图显示器的多视图像素的各组光阀中的光阀出射的定向像素。
图13示出了显示多视图图像的方法的流程图。
某些示例和实施例可以具有除了以上参考附图中所示出的特征之外且替代这些特征中的特征的其他特征。下面参考上述附图描述这些和其他特征。
具体实施方式
根据本文所描述的原理的示例和实施例提供了使用移位多束衍射光栅在多视图显示器中的角度子像素渲染。如本文所描述的，多视图显示器是配置为提供多视图图像在不同的视向上的多个或若干个不同视图的电子显示器或显示器***。特别地，在术语“多视图图像”中使用的术语“多视图”是指表示不同透视图或包含许多不同视图的视图之间的角度差异的多个或若干个视图。此外，术语“多视图”包含多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且一般多于三个视图)。如此，“多视图显示器”区分于立体显示器，该立体显示器仅仅提供或显示两个不同的视图来表示场景或图像。然而注意，尽管多视图图像和多视图显示器包含多于两个视图，但是可以通过一次仅选择观看多视图视图中的两个视图(例如，每个眼睛一个视图)将多视图图像作为一对立体图像来观看(例如，在多视图显示器上)。
根据各种实施例，多视图显示器包括具有多个多视图像素的屏幕。每个多视图像素包括多组光阀。另外，根据各种实施例，多视图显示器包含背光体，该背光体包括光学耦合到板光导的光源，该板光导配置有多个多束衍射光栅。每个多束衍射光栅对应于一组光阀。此外，每个多束衍射光栅在空间上相对于每个对应组光阀的中心向多视图像素的中心偏移。这些组光阀对从相对应的多束衍射光栅衍射地耦合出的光进行调制。多束衍射光栅的空间偏移在从各组光阀出射的经调制光束中创建角度偏移。从与每个多视图像素相关联的各组光阀中出射的经调制的光束在距离屏幕的观看距离处交织以创建多视图图像。根据本文所描述的原理的各种实施例，具有交织经调制光束的多视图显示器可以提供多视图图像，该多视图图像具有被感知为高于多视图显示器的“固有”分辨率的分辨率，即，该分辨率高于在没有交织光束情况下的多视图显示器的分辨率。特别地，根据各种实施例，感知到的高于固有分辨率是由多视图显示器提供的交织经调制光束引起的角度子像素渲染的结果。
图1A示出了由示例性多视图显示器100产生的多视图图像的透视图。如图1A所示出的，多视图显示器100可以同时显示多个图像。每个图像从不同的视向(view direction)或视角提供场景或物体的不同视图。在图1A中，视向是由在各种不同的主要角方向上从多视图显示器100延伸的箭头示出的。不同的视图是由在箭头的终端的阴影多边形面板示出的。例如，在图1A中，四个多边形面板102-105表示多视图图像从不同的相对应的视向106-109的四个不同视图。假设多视图显示器100用于显示物体的多视图图像，例如，如下面关于图9A-9B所示出的三维字母“R”。在观看者在方向106上观看多视图显示器100时，观看者看到物体的视图102。然而，在观看者从方向109观看多视图显示器100时，观看者看到相同物体的不同的视图105。注意到，为了简化图示，在图1A中将不同的视图示出为在多视图显示器100上方。注意到，实践中，不同的视图实际上同时显示在多视图显示器100的屏幕上，使得观看者能够通过简单地改变观看者对多视图显示器100的视向来从不同的视向观看物体或场景。
视向或等效地具有与多视图显示器的视向相对应的方向的光束一般具有由角分量(α,β)给定的主要角方向。角分量α称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量β被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。仰角α是垂直平面(例如，垂直于多视图显示器的屏幕的平面)中的角度，而方位角β是水平面(例如，平行于多视图显示器的屏幕的平面)内的角度。
图1B示出了从多视图显示器100上的点发出或出射的光束110的角分量(α,β)的图形表示，该光束110具有与一视向(诸如图1A中的视向108)相对应的特定主要角方向。光束110具有与多视图显示器100内的特定原点“O”相关联的中心射线。
图2A示出了示例性多视图显示器200的等距视图。图2B示出了图2A中的多视图显示器200沿线I-I的横截面视图。图2C示出了多视图显示器200的分解等距视图。如图2A-2C所示出的，多视图显示器200包括背光体202和屏幕204，屏幕包括光阀阵列。光阀阵列中的光阀由正方形表示。例如，光阀由正方形206表示。背光体202包括板光导208和光学耦合于该板光导208边缘的光源210。由光源210产生的光沿着板光导208的与光源210相邻的边缘耦合到板光导208中。
板光导208可以是具有基本平坦的分别平行的第一和第二表面212和214的板或平板光学波导。板光导208可以包括若干不同的光学透明材料中的任意一种或者包括各种介电材料中的任意一种，包括但不限于：各种类型的玻璃(诸如二氧化硅玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃)和基本上光学透明的塑料或聚合物，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)或丙烯酸玻璃、以及聚碳酸酯中的一种或多种。在一些实施例中，板光导208可以包含在板光导208的表面的至少部分上的包覆层(未示出)以便于全内反射(TIR)。
光源210可以包括一个或多个光学发射器。光学发射器可以是发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、等离子体光发射器、荧光灯、白炽灯和任何其他光源。由光源210产生的光可以具有特定的波长(即，可以是特定的颜色)，或者可以跨越或包含一波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源210可以包含多组光发射器，其中每组光发射器产生特定波长或波长范围的光，该特定波长或波长范围不同于由其他组光发射器产生的波长或波长范围。例如，光源210可以包括多组光发射器，其中一个或多个光发射器的每一组产生基色(例如，红、绿和蓝)中的一种。
如图2A-2C所示出的，光阀阵列被分区为由虚线正方形划分的多组光阀。在图2A-2C的示例中，每组光阀包括十六个光阀的四乘四子阵列。例如，一组光阀216包括由虚线正方形划分的光阀的四乘四阵列。每组光阀对应于板光导208的一个多束衍射光栅218。在图2A-2C的示例中，多束衍射光栅218由在板光导208的第一表面212上的阴影块(patch)表示。
注意到，虽然本文参考如图2A-2C所示的包括光阀的四乘四子阵列(即，十六个光阀的子阵列)的各组光阀来示出和描述多视图显示器的示例和实施例，但是，用于形成各组光阀的光阀的数目可以为光阀的N乘N子阵列，其中N是大于或等于二的整数。各组光阀也可以是光阀的长方形N乘M子阵列，其中N是大于或等于二的整数，并且M是大于或等于零的整数。
可以对各组光阀进行分组，以形成多视图像素阵列的多视图像素。“多视图像素”是在多视图显示器的相似多个不同视图中的每一个中表示“视图”像素的多组光阀。特别地，多视图像素可以具有对应于或表示多视图图像的不同视图的每个视图中的视图像素的一组光阀。此外，多视图像素的各组光阀是所谓的“定向像素”，在于各组光阀中的每组光阀是与不同视图中的对应一个视图的预定视向相关联的。另外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的各组光阀表示的不同的视图像素可以在不同视图的每一个中具有等效的或至少基本相似的位置或坐标。例如，图2A和2C中所示出的屏幕204的二十四组光阀可以被分组以形成六个多视图像素的阵列，每个多视图像素包括四组光阀的二乘二阵列。在图2C中，包括四组光阀的二乘二阵列的示例性多视图像素由虚线正方形220描画轮廓。在某些实施例中，多视图像素阵列的多视图像素可以由九组光阀的三乘三阵列、十六组光阀的四乘四阵列和二十五组光阀的五乘五阵列形成。在其他的实施例中，多视图像素阵列的多视图像素可以由各组光阀的长方形阵列形成。通常，多视图像素阵列的多视图像素可以由K×L组光阀的K乘L阵列形成，其中K是大于或等于二的整数并且L是大于或等于一的整数。
图3示出了多视图显示器200的横截面视图，其中由光源210产生的光302被输入到或被耦合到板光导208中。光302以相对于板光导208的第一和第二表面212和214的非零传播角(例如，约30-35度)被耦合到板光导208中。多视图显示器200可以包含一个或多个透镜、反射镜或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)，并且一个或多个棱镜(未示出)可以被用于将由光源210产生的光以非零传播角耦合到板光导208中。光302可以作为准直光输入到板光导208中。
板光导208根据TIR以非零传播角在板光导208的第一表面212和第二表面214之间引导光302。图4示出了可以在板光导208内传播并且入射到板光导208的表面402(例如，表面402可以是第一表面212或第二表面214)的相同点的两束光的轨迹。如所示出的，表面402是板光导208和空气404之间的边界，空气404具有比板光导208低的折射率。虚线406表示表面402的法线方向，并且θC指示相对于法线方向406的临界角。入射角是相对于法线方向406测量的。以大于临界角度θC入射在表面402上的光经历TIR。例如，因为由方向箭头408表示的光以大于临界角θC的角度入射在表面402上，所以光如方向箭头410所表示的内部地反射。如方向箭头412所表示的以小于临界角θC的角度入射在表面402的光如方向箭头414所表示的透射。
每个多束衍射光栅218包括被配置为对入射光进行衍射的多个衍射特征(diffractive features)。在一些示例中，多个衍射特征可以以周期的或准周期的方式布置。例如，多束衍射光栅可以包含布置成一维(1D)阵列的多个衍射特征(例如，材料表面中的多个凹槽或脊)。在其他的示例中，多束衍射光栅可以是衍射特征的二维(2D)阵列。多束衍射光栅218可以是板光导208的材料表面上的凸块或材料表面内的孔洞的二维阵列。多束衍射光栅218可以使用许多不同的微制造技术中的任何一种来形成，其包含但不限于湿法蚀刻、离子铣削、光刻、各向异性蚀刻和等离子体蚀刻。
根据一些实施例，多束衍射光栅218可以是啁啾(chirp)光栅或非均匀衍射光栅。啁啾多束衍射光栅的衍射特征间隔在啁啾多束衍射光栅的延伸或长度上是变化的。在一些实施例中，啁啾多束衍射光栅可以具有随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。因此，通过在此的定义，啁啾多束衍射光栅是一种“线性啁啾”多束衍射光栅。在其他的实施例中，啁啾多光束衍射光栅可以具有随距离非线性变化的衍射特征间隔的啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包含但不限于：指数啁啾、对数啁啾或以另一种基本上不均匀或随机但仍然以单调的方式变化的啁啾。也可以采用非单调啁啾，诸如但不限于：正弦啁啾或三角啁啾或锯齿啁啾。多束衍射光栅218也可以是任何一个或多个线性和/或非线性啁啾光栅的组合，其衍射地耦合出具有不同衍射角的光。
入射在多束衍射光栅218上的光被衍射。在光从板光导208内入射到多束衍射光栅218上时，多束衍射光栅218通过从板光导208衍射地耦合出光；来提供透射衍射，并且被称为“透射模式”多束衍射光栅。多束衍射光栅也通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，衍射使得从多束衍射光栅218耦合出的光以与入射到多束衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向传播。通过衍射改变光的传播方向上被称为“衍射重定向”。结果，多束衍射光栅218可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征衍射地重定向入射在多束衍射光栅218上的光，并且如果在板光导208内传播的光入射在多束衍射光栅上，多束衍射光栅还可以从板光导208衍射地耦合出光。由多束衍射光栅从板光导208衍射地散射出的光的形式取决于衍射特征的结构和配置。
图5A-5B示出了形成在板光导208的第一表面212的啁啾透射模式多束衍射光栅的示例的横截面视图。在图5A中，多束衍射光栅502的衍射特征间隔d相对于x方向上的距离而变化。在此示例中，当光在递增的特征间隔d的一般方向504上传播时，衍射地耦合出的光506以发散的衍射角从多束衍射光栅502出射(即，光506展开)。入射在多束衍射光栅502上的光穿过多束衍射光栅502衍射地透射出或衍射地耦合出板光导208。
考虑与多束衍射光栅502相互作用的特定波长λ的光。当光从多束衍射光栅502出射时，通过衍射特征，光在不同的方向上透射和散射，但是因为光波以不同的相位从多束衍射光栅502中出射，所以这些波相长干涉且相消干涉，从而在这些波相长干涉处创建光波束。例如，当从相邻衍射特征出射的波之间的路径差是波长的一半(即，λ/2)时，这些波不同相位地出射并且可以通过相消干涉而被抵消。另一方面，当从相邻衍射特征出射的波之间的路径差等于波长λ时，这些波相长干涉创建了具有最大强度的出射光束。从多束衍射光栅502以最大强度出射的光在图5A中由方向箭头506表示，并且每个光束从多束衍射光栅502相对于第一表面212的法线方向508出射的衍射角可以根据衍射公式来计算：
其中
m是衍射顺序(即，m＝...，-2，-1，0，1，2，...)；
n是板光导208的折射率；
θi是光相对于法线方向508的入射角；以及
θm是从板光导208衍射地耦合出的第m个光束相对于法线方向508的衍射角。
在图5B中，多束衍射光栅510的衍射特征间隔d也在x方向上变化。在此示例中，当入射在多束衍射光栅510上的光沿递减的特征间隔d的方向504上传播时，衍射地耦合出的光512在会聚区域514中会聚，并且在会聚区域514之外发散。
图6A-6B示出了形成在板光导208的第二表面214中的啁啾反射模式多束衍射光栅的示例的横截面视图。多束衍射光栅602和604是形成在板光导208的第二表面214中的啁啾衍射光栅图案，并且在多束衍射光栅602和604的凹槽和凹口中沉积有对应的反射材料606，诸如但不限于银或铝。在图6A中，多束衍射光栅602的衍射特征间隔d在x方向上变化。在此示例中，当光在递增的特征间隔d的方向610上传播时，以发散的衍射角创建衍射光612，并且反射材料606将衍射光612朝向第一表面212反射。由于板光导208与周围空气的折射率之间的差异，从板光导208沿着第一表面212出射的光614被折射。可以对衍射特征(例如，衍射特征间隔d)进行配置，以引起(account for)折射。在图6B中，多束衍射光栅604的衍射特征间隔d也在x方向上变化。在此示例中，当光在递减的特征间隔d的方向610上传播时，创建衍射光616，并且反射材料608将光616朝向第一表面212反射。从板光导208沿着第一表面212出射的光618被折射，并在会聚区域620会聚，并且在会聚区域620之外发散。
如上参考图2C所述，多视图像素的阵列可以由各组光阀的阵列形成。根据各种实施例，与多视图像素的每组光阀相关联的多束衍射光栅可以在空间上向多视图像素的中心偏移。
图7示出了多视图显示器700的示例性十六组光阀和对应的多束衍射光栅的平面视图。如所示出的，多视图显示器700中的每组光阀包括由虚线正方形划分的光阀的四乘四阵列。例如，一组光阀702包括光阀的四乘四阵列。在图7中，将示例性十六组光阀分组以形成四个多视图像素，每个多视图像素包括四组光阀的二乘二阵列。例如，将四组光阀702-705分组以形成多视图像素706。图7包含从四组光阀702-705形成的多视图像素706的放大视图。多视图像素706的放大视图揭示了与对应的各组光阀702-705相关联的四个多束衍射光栅708-711在空间上向多视图像素706的中心712偏移。
在图7的示例中，每个多束衍射光栅在空间上在x和y方向上向多视图像素的中心偏移距离dx/p，其中dx是光阀的长度，并且p是大于1的数。在其他的实施例中，衍射多束元件从对应组光阀的中心的空间偏移距离可以仅在x和y方向中的一个方向上。空间偏移距离可以是光阀的长度dx的任何适当的分数。例如，空间偏移距离可以是光阀的长度的任何整数分数，诸如但不限于dx/2、dx/3、dx/4、dx/5和dx/6。多视图显示器700的平面视图还揭示了：对应于三个其他的多视图像素716-718的四组光阀的四个多束衍射光栅也在空间上向该三个多视图像素716-718的中心偏移。四乘四的各组光阀中的每组(诸如各组光阀702-705)创建十六个不同的视图。结果，多视图像素706、716-718中的每一个以约4×dx的分辨率创建64个视图。
根据一些实施例，每个多束衍射光栅218的尺寸大于屏幕204的光阀的尺寸。例如，上述尺寸可以是长度、宽度或面积。如图7中所示出的，每个多束衍射光栅的尺寸大于光阀的尺寸。在图7中，多束衍射光栅的尺寸可以由多束衍射光栅的一边的长度S或多束衍射光栅的面积S×S给定。另一方面，光阀的尺寸可以由光阀的一边的长度dx或光阀的面积dx×dx给定。每个多束衍射光栅的长度S(或面积S×S)大于光阀中的每一个的长度dx(或面积dx×dx)。多束衍射光栅的尺寸可以是光阀的尺寸的倍数。例如，在图7中，多束衍射光栅的长度S大约为2dx(即，S＝2dx)。通常，多束衍射光栅的长度S可以由S＝p×dx给定，其中p是大于1的数。
多束衍射光栅相对于多视图像素的对应各组光阀的空间偏移以不同的衍射角和角度偏移(或倾斜)从板光导衍射地耦合出光。图8A示出了包括由虚线正方形标识的四组光阀802-805的示例性多视图像素800和四个对应的多束衍射光栅806-809的平面视图。图8B示出了图8A所示出的多视图像素800沿线II-II的横截面视图。在图8A中，多束衍射光栅806-809包括如上参考图5-6所述的啁啾衍射光栅，其配置为从板光导208衍射地耦合出具有不同的衍射角的光，并且其如方向箭头(诸如方向箭头812)所指示的在空间上向多束像素800的中心810偏移。在图8B中，如方向箭头816和817所表示的，在板光导208中传播的光302入射在多束衍射光栅807和808上。多束衍射光栅807和808被配置为如参考图5-6所述的衍射地耦合出具有不同的衍射角的光。方向箭头818表示从多束衍射光栅807衍射地耦合出的光的路径。光818穿过一组光阀803中的光阀。方向箭头819表示从多束衍射光栅808衍射地耦合出的光的路径。光819穿过一组光阀804中的光阀。穿过各组光阀的光看起来是由单独的虚拟光源(诸如虚拟光源820和821)产生的。多束衍射光栅(或等效于虚拟光源)的空间偏移创建了相对于屏幕204位于每组光阀中心处的法线方向的角度偏移dθ。通常，角度偏移dθ基本上同样地应用于与特定各组光阀相关联的所有光束。例如，在图8B中，点划线822和823分别表示屏幕204在各组光阀803和804的中心处的法线方向。点划线表示多束衍射光栅807的中心的法线方向。光是从多束衍射光栅807以相对于法线方向824的衍射角θm耦合出的，并且包括相对于该组光阀803的法线方向822的角度偏移dθ。
如在图8B所示出的，从多束衍射光栅衍射地耦合出的光穿过对应组光阀中的光阀。从多视图像素的各组光阀出射的经调制光束在屏幕204之外的距离处交织。可以对各组光阀中的光阀进行调制，以创建如上参考图1A所述的和如下参考图9-12所述的多视图图像的不同视图。
图9-12示出使用多视图像素的各组光阀投射多视图图像的不同视图。图9A示出作为要被投射在多视图图像的不同视图中的三维(3D)物体的示例的字母“R”。字母R存在于xy平面内，并在z方向上突出。标记为1-8的方向箭头表示沿着存在于xz平面内的曲线902的、3D字母R的八个不同的视向。图9B示出了标记为1-8的3D字母“R”的一系列八个不同的二维(2D)图像。每个2D图像显示在图9A中示出的字母R的八个不同的视图中的一个。图9B的图像1-8表示当观看者的眼睛904沿曲线902在对应的视向上观看3D字母R时观看者将会看到的字母R的离散视图。换言之，图像1-8沿曲线902形成2D字母R的多视图图像。例如，图9B的2D图像3显示了字母R在图9A的视向3上的视图。该系列图像1-8是连续的，或者是以对应于图9A的视向1-8在空间上连续布置的。例如，观看者注意力从图9B中的图像3改变到图像2或4中的任一个等效于图9A中的视向3改变到视向2或4中的任一个。
图9B中示出的2D图像中的每一个包括一组像素。每个像素在图像中具有强度和对应的地址或坐标位置(例如，像素等于(x,y,像素强度))。图10示出了对应于图9B的图像1-8的区域911-918的示例性八组像素1001-1008的放大视图。例如，图10的像素组1001是图9B中图像1的区域911中的像素的放大视图。在图10中，各组像素1001-1008在图9B的对应的图像1-8中具有相同的地址或坐标位置。例如，像素组1001中标记为1a、1b和1c的三个相邻像素具有与像素组1005中标记为5a、5b和5c的三个相邻像素相同的坐标(x，y)。为简化起见，在图10的示例中，像素的强度是二元的(即，黑色和白色)，其中散列标记(hash-marked)的像素对应于图9B的区域911-918中字母R的边缘。在其他的实施例中，像素可以是彩色像素，诸如红色、绿色和蓝色，并且可以对强度进行调制以控制从每个像素发射的光量。
图11示出了如上所述的多视图显示器200的三个相邻多视图像素1101-1103的横截面视图，并且示出了将2D图像的像素强度分配给多视图像素的光阀。虚线1104和1105表示在多视图像素1101-1103之间的边界。点划线1106-1108表示构成多视图像素1101-1103的各组光阀之间的边界。例如，多视图像素1101包括一组光阀1109和一组光阀1110。图11示出将图10中所示出的三个相邻像素的像素强度分配到多视图像素1101-1103的各组光阀中的一行光阀。如图11所示的，在图像1-8中具有相同坐标的三个相邻像素中的像素被分配到相同的多视图像素图像。例如，在图11中，像素1a、2a、3a、4a、5a、6a、7a和8a在图10的图像1-8中具有相同的坐标，并且都被分配到多视图像素1101。像素1b、2b、3b、4b、5b、6b、7b和8b在图像1-8中具有相同的坐标并被分配到多视图像素1102。像素1c、2c、3c、4c、5c、6c、7c和8c在图像1-8中具有相同的坐标并被分配到多视图像素1103。连续图像中具有相同坐标的像素的强度按交替顺序分配到多视图像素的各组光阀中的光阀。方向箭头(诸如方向箭头1112-1115)表示交替顺序，其中分配到多视图像素1102的像素的强度被分配到两组光阀1109和1110中的光阀。例如，方向箭头1112表示将图像1中的像素1b的像素强度分配到该组光阀1109中的第一像素。方向箭头1113表示将图像2(相邻于图像1)中的像素2b的像素强度分配到该组光阀1110中的第一像素。方向箭头1114表示将图像1中的像素3b的像素强度分配到该组光阀1109中的第二像素。方向箭头1115表示将图像2中的像素4b的像素强度分配到该组光阀1110中的第二像素。可以通过对光阀的强度进行调制将图像1-8中的像素的强度分配到一组光阀中的光阀，以基本上匹配像素的强度。例如，调制各组光阀1109和1110中的光阀1116和1117，以基本上分别匹配像素1b和6b的强度。
从板光导的多束衍射光栅衍射地耦合出的光传播到对应的一组光阀。透射过一组光阀的经调制光阀的光创建远离于多视图显示器200的屏幕204而传播的经调制光束。由如上参考图11所述的多视图像素的各组光阀所创建的某些经调制光束远离于屏幕204而交织，从而在多视图图像中创建图像的定向像素。
图12示出从图11的多视图像素1102的各组光阀1109和1110的光阀发出的定向像素。如上参考图8A-8B所述，多束衍射光栅1201和1202从对应的一组光阀1109和1110衍射地耦合出光。实线方向箭头1204表示衍射地耦合出来的光，其从如上参考图11所述的该组光阀1109中的光阀作为调制光束而出射。虚线方向箭头1206表示衍射地耦合出来的光，其从如上参考图11所述的该组光阀1110中的光阀作为调制光束而出射。如图12所示出的，对应于像素2b、3b、4b、5b、6b和7b的定向像素在观看距离1208以内或在观看距离1208交织。在观看距离1208内，对应于像素1b和8b的经调制光束可以不与从该组光阀1109和1110输出的其他经调制光束交织。换言之，在观看距离1208内，对应于该系列图像1-8中的第一图像和最后图像的像素的调制光束可以不与对应于该系列图像2-7中的图像的像素的经调制光束交织。从各组光阀1109和1110输出的调制光束的交织对像素重新排列，以在大约视图距离1208处匹配图像1-8的顺序。当观看者的眼睛1210在x方向上在屏幕204上移动时，来自经调制光束的光以与该系列图像1-8相同的顺序进入观看者的眼睛。在其他多视图像素以相同方式操作时，当观看者的眼睛从观看距离1208在屏幕204上移动时，观看者以连续顺序看见图像1-8，从而重新创建如上参考图1A所述的多视图图像体验。
图13示出了显示多视图图像的方法的流程图。在方框1301中，如上参考图2和图3所述，光学耦合到板光导的光源产生的光被光学耦合到板光导中。在方框1302中，如上参考图10和图11所述，将多视图图像的一系列二维(2D)图像的像素强度分配到多视图像素的多组光阀中的光阀。在方框1303中，如上参考图6所述，从板光导的多个多束衍射光栅衍射地耦合出在板光导中传播的光的一部分。如上参考图8和12所述，调制光束具有不同的衍射角和角度偏移，以便交织调制光束。在方框1304中，如上参考图12所述，根据所分配到的像素强度，在多视图像素的多组光阀的光阀处调制耦合出的光束。已交织和经调制的光束是对应于多视图图像的不同视图的定向像素。
应该理解的是，提供了所公开的实施例的先前描述，以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本公开。对于本领域技术人员而言，对这些实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可将本文定义的一般原理应用于其他实施例。因此，本公开并不旨在限于本文中所示出的实施例，而是应被赋予与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最广泛范围。

Claims (15)

1.一种多视图显示器，包括：
具有多组光阀的多视图像素；以及
具有多个多束衍射光栅的板光导，每个多束衍射光栅对应于所述多视图像素的不同一组光阀并且具有相对于该组光阀的中心向所述多视图像素的中心的空间偏移，
其中所述多个空间上偏移的多束衍射光栅配置为从所述板光导衍射地耦合出具有不同的衍射角和相对于对应组光阀的中心的角度偏移，使得所述各组光阀提供在所述多视图显示器的观看距离处交织以产生多视图图像的定向视图的经调制光束。
2.如权利要求1所述的多视图显示器，其中所述多个多束衍射光栅包括形成在所述板光导的表面中的啁啾多束衍射光栅。
3.如权利要求2所述的多视图显示器，其中所述啁啾多束衍射光栅包括线性啁啾多束衍射光栅。
4.如权利要求2所述的多视图显示器，其中所述啁啾多束衍射光栅包括非线性啁啾多束衍射光栅。
5.如权利要求1所述的多视图显示器，其中所述多束衍射光栅的尺寸大于光阀的尺寸。
6.如权利要求1所述的多视图显示器，其中所述相对于该组光阀的中心的空间偏移包括等于光阀尺寸的分数的距离。
7.如权利要求1所述的多视图显示器，其中所述多束衍射光栅包括透射模式多束衍射光栅。
8.如权利要求1所述的多视图显示器，其中所述多束衍射光栅包括反射模式多束衍射光栅。
9.一种多视图显示器，包括：
具有多个多视图像素的屏幕，每个多视图像素具有多组光阀；以及
具有多个多束衍射光栅的背光体，每个多束衍射光栅对应于一组光阀并且具有相对于该组光阀的中心向多视图像素的中心的空间偏移，
其中所述多个空间上偏移的多束衍射光栅配置为从所述背光体衍射地耦合出具有不同的衍射角和角度偏移的光，使得所述各组光阀产生在所述多视图显示器的观看距离处交织以产生多视图图像的定向视图的经调制光束。
10.如权利要求9所述的多视图显示器，其中所述背光体包括：
板光导，所述板光导具有形成在所述板光导表面处的所述多个多束衍射光栅；以及
光源，所述光源耦合到所述板光导的边缘，所述光源用以产生耦合入所述板光导的光，
其中，所述多束衍射光栅将所述耦合入的光的一部分衍射地耦合出所述板光导。
11.如权利要求9所述的多视图显示器，其中所述多个多束衍射光栅包括形成在板光导的表面中的啁啾多束衍射光栅。
12.如权利要求9所述的多视图显示器，其中所述相对于该组光阀的中心的空间偏移包括等于光阀长度的分数的距离。
13.一种显示多视图图像的方法，所述方法包括：
将由光源产生的光光学耦合入板光导；
将多视图图像的一系列二维(2D)图像的像素强度分配到多视图像素的多组光阀中的光阀；
从所述板光导的多个多束衍射光栅衍射地耦合出所述光的一部分，每个多束衍射光栅对应于一组光阀并且具有相对于该组光阀的中心向多视图像素的中心的空间偏移；以及
根据所分配的像素强度使用所述多视图像素的多组光阀中的光阀调制所述耦合出的光部分，其中从所述光阀出射的经调制光束在距各组光阀的观看距离处交织以产生多视图图像的定向视图。
14.如权利要求13所述的方法，其中分配所述多视图图像的该系列2D图像的像素强度包括：
将所述2D图像的具有对应像素坐标的像素分配到所述多视图像素；以及
以交替顺序将连续2D图像中具有对应像素坐标的像素的像素强度分配到所述多视图像素的多组光阀中的光阀。
15.如权利要求13所述的方法，其中该系列2D图像中的每个2D图像具有一个或多个三维(3D)物体或3D场景的不同视图。
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