具有多视区的静态多视图显示器和方法

相关申请的交叉引用

不适用

关于联邦赞助研究或开发的声明

不适用

背景技术

电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传送信息的几乎无处不在的介质。通常，电子显示器可分为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。无源显示器虽然通常表现出吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但是由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能发现有些受限的用途。为了克服与发射光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器耦合到外部光源，例如背光。

附图说明

参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据本文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表示相同的结构元件，并且其中：

图1A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。

图1B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角方向的光束的角度分量的图形表示。

图2示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的截面图。

图3A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示器的截面图。

图3B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示器的顶视图。

图3C示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示器的透视图。

图4A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示器中的衍射光栅的顶视图。

图4B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示器中的衍射光栅的顶视图。

图5A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的透射模式衍射光栅耦合器的截面图。

图5B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的反射模式衍射光栅耦合器的截面图。

图5C示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的反射衍射光栅耦合器的透视图。

图6A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的抛物面反射器耦合器的截面图。

图6B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的抛物面反射器耦合器的透视图。

图7示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示器的框图。

图8示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视区多视图显示操作的方法的流程图。

某些示例和实施例具有作为上述附图中所示的特征的补充或替代之一的其它特征。这些和其它特征将在下面参考上述附图进行详细描述。

具体实施方式

根据本文所述原理的示例和实施例提供了一种多视区多视图显示器，其发射表示多视图图像或三维(3D)图像的定向光束。特别地，与本文描述的原理一致的实施例提供了具有从光源引导光的光导的多视区多视图显示器。光源可以包括在纵向方向上偏移的光学发射器。光源的光学发射器在光导内提供准直的被引导光束，该准直的被引导光束具有由光学发射器的纵向偏移确定的传播角度。此外，不同组的衍射光栅将准直的被引导光束的不同部分散射或衍射出作为表示多视图图像的不同的多个定向光束进入不同的视区。这些视区可具有不同的、非重叠的角度范围，其可由空白区分开。此外，多视图图像的方向是准直的被引导光束的颜色和传播角度两者的函数。注意，多视图图像可以彼此不同。

衍射光栅组中的每个衍射光栅的光栅特性确定定向光束的强度和主角方向，该定向光束对应于视区中的对应多视图图像的视图像素的强度和视图方向。光栅特性可以包括衍射光栅的光栅间距或特征间隔、衍射光栅的光栅取向或两者，其确定由衍射光栅提供的定向光束的主角方向。此外，光栅特性可以包括确定由衍射光栅提供的定向光束的强度的光栅深度、光栅尺寸(诸如长度或宽度)或两者。此外，衍射光栅组中的衍射光栅可以位于与光导的发射表面相同的表面上，准直的被引导光束的一部分通过该发射表面散射出作为多个定向光束。可替换地，衍射光栅组中的衍射光栅可以位于光导的与光导的发射表面相对的表面上。因此，光导和衍射光栅组对于在与纵向方向正交的垂直方向上传播的光是透明的。此外，多视区多视图显示器可以包括在光导的输入处的准直光耦合器。准直光耦合器将来自光源的光学发射器的光作为准直的被引导光束光学地耦合到光导输入中，其中光学发射器的纵向偏移是光学发射器在纵向方向上相对于准直光耦合器的位置。例如，准直光耦合器可以包括圆柱形光栅耦合器，诸如反射模式衍射光栅或透射模式衍射光栅。

因为多个定向光束具有强度和主角方向，所以多视区多视图显示器可以被配置为提供多视图图像。例如，衍射光栅组可以提供具有不同方向的多视图图像，并且因此，在多视图图像可见的视区中提供不同的角度范围。这种能力可以允许多视区多视图显示器同时向不同观看者提供不同的多视图图像。

在一些实施例中，光源可以包括具有不同颜色的多个光学发射器，其中选择纵向偏移使得由不同颜色的准直的被引导光束提供的多视图图像的组在角度范围中导致复合多视图图像。合成多视图图像可以具有表示不同颜色和不同光发射器的相对照明强度的组合的颜色。

本文描述的多视区多视图显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、平视显示器、相机显示器和各种其它移动以及基本上非移动显示应用和设备。例如，多视区多视图显示器可以通过汽车的挡风玻璃或窗户提供静态平视多视图图像。因此，如先前所提到的，本讨论中的多视区多视图显示器可以包括光导，该光导对于在与光导内的多个准直的被引导光束的传播方向正交的方向上传播的光是透明的，其中衍射光栅的集合被设置在光导的表面上以操纵或提供表示视区中的角度范围中的多视图图像的定向光束。

在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。图1A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括屏幕12上的衍射光栅，以在多视图图像中显示视图14中的视图像素。屏幕12可以是例如电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机监视器、相机显示器、平视显示器、汽车显示器或基本上任何其他设备的电子显示器的显示屏。多视图显示器10在相对于屏幕12上的衍射光栅的不同视图或主角方向16上提供多视图图像的不同视图14，视图方向16被图示为在各种不同主角方向上从屏幕12延伸的箭头；不同的视图14被图示为在箭头的末端处的多边形盒(即，描绘视图方向16)；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，所有这些都是示例性的而非限制性的。注意，虽然在图1A中将不同的视图14图示为在屏幕12上方，但是当在多视图显示器10上显示多视图图像时，视图14实际上出现在屏幕12上或其附近，在屏幕12上方描绘视图14仅仅是为了图示的简单，并且意在表示从与特定视图14对应的视图方向16中的相应一个观看多视图显示器10。

根据本文的定义，观看方向或等效地具有与多视图显示器的观看方向相对应的方向的光束通常具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向。角度分量θ在此被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角度分量φ被称为光束的“方位分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是在垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面，而方位角φ是在水平平面(例如，平行于多视图显示屏幕平面)中的角度，图1B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的在示例中具有与多视图显示器的观看方向(例如，图1A中的观看方向16)相对应的特定主角方向的光束20的角度分量{θ,φ}的图形表示，另外，根据定义，光束20从特定点发射或发出。即，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心射线。图1B还示出了光束(或视图方向)原点O。

此外，在本文中，如在术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图”被定义为表示不同视角或包括多个视图的视图之间的角度视差的多个视图。另外，根据本文的定义，本文中的术语“多视图”明确地包括多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。因此，如本文所采用的“多视图显示器”明确地区别于仅包含两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器。然而，注意，虽然多视图图像和多视图显示器包括多于两个视图，但是根据本文的定义，通过一次仅选择多视图中的两个视图来观看(例如，在多视图显示器上)多视图图像可以作为立体图像对来观看(例如，每只眼睛一个视图)。

在多视图显示器中，多个衍射光栅中的每个衍射光栅可以构成多视图图像中的视图像素。具体地，每个衍射光栅可以提供表示由多视图显示器提供的多视图图像的特定视图中的视图像素的光束(具有强度和主角方向)。因此，在一些实施例中，衍射光栅中的每一个可以提供对多视图图像的视图有贡献的光束。在一些实施例中，多视图显示器包括640×480或307,200个衍射光栅。在其它实施例中，多视图显示器包括100×100或10,000个衍射光栅。

在此，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长下基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”一般指采用全内反射以在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料的表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差之外或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，该涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一种，包括但不限于板或平板光导和条带光导中的一者或两者。

此外，在本文中，术语“板”当应用于如“板光导”中的光导时，被定义为分段或不同平面的层或片，其有时被称为“平板”光导。特别地，板光导被定义为被配置成在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且可以至少在差分意义上基本上彼此平行。即，在板光导的任何差分化的小部分内，顶表面和底表面基本上平行或共面。

在一些实施例中，板状光导可以是基本上平坦的(即，被限制在平面)，并且因此，板状光导是平面光导。在其他实施例中，板状光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板状光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板状光导。然而，任何曲率具有足够大的曲率半径以确保在板光导内维持全内反射来引导光。

在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性或准周期性的方式布置，在特征对之间具有一个或多个光栅间距。例如，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽或脊)。在其它示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。衍射光栅可以是例如材料表面上的凸起或孔的2D阵列。

这样，根据这里的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并且因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射改变光的传播方向在这里被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征以衍射方式重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅还可以以衍射方式从光导耦合出光。

此外，通过本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是材料表面(即，两种材料之间的边界)处、材料表面中和材料表面上的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的多种结构中的任何一种，包括但不限于在表面上、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本上平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面突出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸块等)可以具有提供衍射的多种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。

如下面参照图4A和4B进一步描述的，这里的衍射光栅可以具有光栅特性，包括特征间隔或间距、取向和尺寸(诸如衍射光栅的宽度或长度)中的一个或多个。如下面参考图3A-3C进一步描述的，光栅特性可以是准直的被引导光束的传播角度、准直的被引导光束的颜色或这两者的函数。例如，衍射光栅的光栅特性可以取决于光源中的光学发射器的纵向偏移和衍射光栅的位置。通过适当地改变衍射光栅的光栅特性，由衍射光栅衍射的光束(有时被称为“定向光束”)的强度和主角方向对应于多视图图像的视图像素的强度和视图方向。

根据本文描述的各种示例，衍射光栅(例如，如下所述的多视图显示器的衍射光栅)可以被用于将光作为光束衍射地散射或耦合到光导(例如，板光导)之外。特别地，局部周期衍射光栅的衍射角θ

其中λ是光的波长(其对应于其颜色)，m是衍射级，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θ

图2示出了根据根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。另外，图2示出了以入射角θ

根据各种实施例，各种光束的主角方向由光栅特性确定，光栅特性包括但不限于衍射光栅的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)、取向、特征间隔和光栅深度中的一个或多个。此外，由衍射光栅产生的光束具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向，如本文定义的，并且如上文关于图1B所述。

如下面参考图3A-3C进一步描述的，多视图显示器可以基于从光导耦合出光的能力，并且特别地，基于在光导上的特定位置处使用衍射光栅在视区中的主角方向上操纵定向光束的能力。来自衍射光栅(具有强度和主角方向)的单个定向光束表示多视图显示器的多视图图像的特定视图中的视图像素。光导上的衍射光栅实际上是角度保持耦合结构，其中相对于入射角的发射角由光栅方程(即，方程(1))确定。因此，入射到衍射光栅的单个单色光束可以产生或输出用于衍射光栅的特定衍射级的单个定向光束。

在一些实施例中，光导中的被引导光沿着纵向方向、垂直方向或这两者至少部分地被准直。例如，光源可以提供至少部分准直的光，光导可以至少部分地准直被引导光，和/或多视图显示器可以包括准直器。因此，在一些实施例中，多视图显示器中的一个或多个组件执行准直器的功能。

在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为光束的光线在光束内基本上彼此平行的光束(例如，光导中的准直的被引导光束)。此外，根据本文的定义，从准直的光束发散或散射的光线不被认为是准直的光束的一部分。此外，在此，“准直器”被定义为被配置成对光进行准直的基本上任何光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜及其各种组合。在一些实施例中，包括准直反射器的准直器可以具有由抛物曲线或抛物形状表征的反射表面。如下面参考图6A和6B进一步描述的，在另一示例中，准直反射器可以包括成形抛物面反射器。“成形抛物面”是指成形抛物面反射器的弯曲反射表面以确定实现预定反射特性(例如，准直度)的方式偏离“真正的”抛物面。类似地，准直透镜可以包括球形表面(例如，双凸球面透镜)。

在一些实施例中，准直器可以是连续反射器或连续透镜(即，具有基本上平滑、连续表面的反射器或透镜)。在其它实施例中，准直反射器或准直透镜可以包括基本上不连续的表面，例如但不限于提供光准直的菲涅耳反射器或菲涅耳透镜。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定程度或量变化。此外，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，纵向方向和垂直方向)中的一个或两个上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在两个正交方向中的一个或两个上的提供光准直的形状。

在此，“准直因子”被定义为光被准直的程度。特别地，根据本文的定义，准直因子定义了光线在准直光束中的角展度。例如，准直因子σ可指定准直光束中的大多数光线在特定角展度内(例如，围绕准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以具有就角度而言的高斯分布，并且角展度是由准直光束的峰值强度的一半确定的角度。

在本文中，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生和发射光的一个或多个光学发射器)。例如，光源可以包括光发射器，例如当被激活或开启时发光的发光二极管(LED)。特别地，这里的光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光学发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯和实际上任何其它光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定范围的波长(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一套(set)或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或波长的光。例如，不同颜色可以包括原色(例如，红色、绿色、蓝色)。

此外，如本文所用，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“衍射光栅”表示一个或多个衍射光栅，并且因此，“衍射光栅”在这里表示“衍射光栅(一个或多个)”。而且，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何参考不意图在本文中是限制。在本文中，术语“约”当应用于某一值时，通常是指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以是指加或减10％、或加或减5％、或加或减1％，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且出于讨论的目的而呈现，而不是作为限制。

根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种多视区多视图显示器。图3A图示了根据与这里描述的原理一致的实施例的多视区多视图显示器100的截面视图，图3B图示了多视区多视图显示器100的顶视图，并且图3C图示了在示例中的多视区多视图显示器100的透视图。多视区多视图显示器100可以包括光导110，诸如板光导。光导110可沿着光导110的纵向方向108引导光，作为准直的被引导光束112。例如，光导110可以包括被配置为光波导的介电材料。所述介电材料可具有大于围绕所述介电光波导的介质的第二折射率的第一折射率。例如，折射率的差异被配置为根据光导110的一个或多个引导模式促进准直的被引导光束112的全内反射。注意，纵向方向108可以限定准直被引导光束112的总体或净传播方向。

在一些实施例中，光导110可以是平板或板状光波导，其包括光学透明的电介质材料的延伸的基本上平面的片。基本上平面的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导准直的被引导光束112。根据各种示例，光导110的光学透明材料可以包括各种介电材料中的任何一种或由其制成，所述介电材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，二氧化硅玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，光导110还可以包括在光导110的表面的至少一部分(例如，顶表面和底表面中的一个或两者)上的包覆层(未示出)。根据一些示例，包覆层可以用于进一步促进全内反射。

此外，多视区多视图显示器100可以包括光源114(诸如光学发射器)，其具有在纵向方向108上的纵向位置118并且光学耦合到光导110。光源114可以在光导110内提供准直的被引导光束112，其具有由光源114的纵向位置118确定的非零传播角120。在一些实施例中，纵向位置118为零。此外，光源114可以位于光导110的入射表面或端部(输入端)附近，并且光源114可以提供通过准直光学耦合器124耦合到光导110中的光122，使得准直的被引导光束112具有非零传播角120(例如，大约30-35度)并且通常沿着纵向方向108(例如，沿着图3A中的x轴)远离输入端传播。

在各种实施例中，光源114可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于一个或多个发光二极管(LED)或激光器(例如，激光二极管)。在一些实施例中，光源114被配置成产生具有由特定颜色表示的窄带谱的基本上单色的光。特别地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，RGB颜色模型)的原色。或者，在一些实施例中，光源114中的多个光发射器可以在不同的纵向偏移或位置处，其可以产生具有不同颜色的光122，即，来自不同纵向偏移或位置处的光发射器的光122的颜色可以不同。因此，光源114可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光学发射器。此外，不同的光学发射器可以被配置为提供具有与不同颜色的光中的每个相对应的准直的被引导光112的不同的颜色特定的非零传播角120的光122。

下面参照图5A-6B进一步描述可用作准直光学耦合器124的圆柱形光栅耦合器的实施例。在其它实施例中，准直光学耦合器124可以包括以下之一：透镜(诸如柱面透镜)、反射镜或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)和棱镜(未示出)可以例如便于将光耦合到光导110的输入端中作为平均非零传播角120的准直的被引导光束112。

光导110被配置为根据全内反射以光导110的第一表面136'(例如，“前”表面或侧)和第二表面136”(例如，“后”表面或侧)之间的平均非零传播角120引导准直的被引导光束112。具体地，准直的被引导光束112通过以非零传播角120在光导110的第一表面136'和第二表面136”之间反射或“反弹”零或更多次而传播。

如本文所定义的，“非零传播角”(例如传播角120)是相对于光导110的表面(例如，第一表面136'或第二表面136”)的角。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导110内的全内反射的临界角。例如，准直的被引导光束112的平均非零传播角120可以在约十(10)度和约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在约二十(20)度和约四十(40)度之间，或者在约二十五(25)度和约三十五(35)度之间。例如，非零传播角可以是约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角可以是约20度或约25度，或者约35度。此外，对于特定实施方式，可以(例如，任意地)选择特定的非零传播角，只要特定的非零传播角在光导110内小于全内反射的临界角。

如图3B所示，多视区多视图显示器100可以包括第一表面136'上的衍射光栅128的集合，例如第一衍射光栅集合中的衍射光栅128a、第二衍射光栅集合中的衍射光栅128b和第三衍射光栅集合中的衍射光栅128c。这些衍射光栅集合可以在光导110的表面(诸如表面136')上空间地散布或交错。例如，一组衍射光栅中的衍射光栅可以均匀地间隔开。虽然所描述的实施例示出了具有三组衍射光栅128的多视区多视图显示器100，但是在其他实施例中，可以存在更少或更多组衍射光栅。通常，多视区多视图显示器100可以包括两组或更多组衍射光栅128。返回参考图3A，衍射光栅128组发射表示多视图图像132(例如多视图图像132a、132b和132c)的定向光束130(例如定向光束130a、130b和130c)。注意，多视图图像132中的每一个具有中心视图方向134(诸如中心视图方向134a、134b和134c)中的相关联的一个，并且多视图图像132中的其他视图是相对于中心视图方向134的。此外，多视图图像132在具有角度范围146的对应的非重叠视区144中是排他性地可见的。因此，角度范围146可以是互斥的，并且多视图图像可以仅在对应的视区中可视。在一些实施例中，相邻的视区144被空白区148分开，在空白区中多视图图像132是不可见的。注意，视区144中的多视图图像132可以彼此不同，即，不同的多视图图像可以在不同的视区144中可视。

例如，由第一组衍射光栅发射的定向光束130a可以从侧面126照亮的透明光导110产生多视图图像132a(具有视区144a中的视图v1、v2和v3，以及角度范围146a中的中心视图方向134a)，这便于显示具有3D内容的信息。第一组衍射光栅中的每个衍射光栅从多个准直的被引导光束112的一部分准直的被引导光束提供定向光束130中的定向光束，该定向光束具有与多视图图像132a的视图像素的强度和视图方向相对应的强度和主角方向。在一些实施例中，根据一些实施例，衍射光栅128的集合中的衍射光栅通常不彼此相交、重叠或以其它方式接触。也就是说，衍射光栅128的集合中的每个衍射光栅通常与衍射光栅128的集合中的其他衍射光栅不同且分离。

定向光束130(诸如定向光束130a)可以至少部分地在与纵向方向108正交的方向上传播，即，在光导110内的多个准直的被引导光束112中的准直的被引导光束的平均传播方向上传播。特别地，在一些实施例中，光导110和间隔开的衍射光栅128的集合允许光通过第一表面136'和第二表面136"中的任一个或两个穿过光导110。因此，光导110对于在与多个准直的被引导光束112中的准直被引导光束的平均传播方向正交的方向上传播的光是透明的。通过衍射光栅128的集合中的衍射光栅的基本透明性可以至少部分地促进透明性。注意，来自单个衍射光栅(诸如衍射光栅128a)的定向光束的强度和主角方向可以对应于多视区多视图显示器100的视区144a中的多视图图像132a中的视图像素。

如前所述，衍射光栅128组中的每个衍射光栅具有相关的光栅特性，该相关的光栅特性取决于由衍射光栅衍射地耦合的准直的被引导光束112的至少一部分的颜色和传播角。换句话说，衍射光栅128的集合中的衍射光栅的相关联的光栅特性取决于准直的被引导光束112的至少一部分的颜色和传播角度。

通常，光栅特性可以包括衍射光栅的特征间隔或间距、光栅深度、取向和尺寸中的一个或多个。此外，衍射光栅128的集合中的每个集合中的衍射光栅的变化的光栅特性可以确保这些衍射光栅对对应的多视图图像132的相同匹配视图有贡献。这在图3B中通过空间坐标(x

在一些实施例中，衍射光栅耦合效率(诸如衍射光栅面积、槽深度或脊高度等)作为距侧面126的距离的函数而增加，以校正准直的被引导光束112的强度的减小。因此，由衍射光栅128组中的衍射光栅提供的并且对应于对应视图像素的强度的定向光束130的强度由衍射光栅128的衍射耦合效率确定。

如先前所讨论的，准直的被引导光束112或等同地通过将光耦合到光导110中而产生的准直的被引导光束112可以是准直光束。在一些实施例中，多视区多视图显示器100可以包括准直器，诸如透镜、反射器或反射镜，如上所述，(例如，倾斜的准直反射器)，以准直例如来自光源的光。例如，光导110可以包括准直器，或者可以至少部分地准直被引导光束112。在一些实施例中，光源114包括准直器，例如LED上的透镜。提供给光导110的准直光是例如通过光源114和光导110之间的准直器(其将光有效地耦合到光导110中，例如外部透镜、反射器、抛物面反射器、衍射光栅、桶形准直器等)的准直的被引导光束112。在各种实施例中，准直的被引导光束112可以根据准直因子或具有准直因子而被准直，如上所述。

准直器可以被配置为从光源114接收基本上未准直的光。准直器还被配置为将基本上未准直的光转换为准直光。具体地，根据一些实施例，准直器可以提供具有非零传播角度120并且根据预定准直因子准直的准直光。此外，当在光源114中采用不同颜色的多个光学发射器时，准直器可以被配置为提供具有不同的颜色特定的非零传播角度中的一个或两个并且具有不同的颜色特定的准直因子的准直光。准直器还被配置为将准直光束传送到光导110，以作为准直的被引导光束112传播，如上所述。

如图3A-3C所示，衍射光栅128的集合中的衍射光栅可以位于第一表面136'处或附近，该第一表面是光导110的光束发射表面。例如，衍射光栅128的集合中的衍射光栅可以是透射模式衍射光栅，其被配置为通过第一表面136'衍射地耦合出被引导光部分作为方向光束130。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅128被配置成既衍射被引导光部分又将衍射的被引导光部分朝向第一表面136'反射以通过第一表面136'射出。在其它实施例(未示出)中，衍射光栅128可以位于光导110的表面之间，例如作为透射模式衍射光栅和反射模式衍射光栅中的一个或两个。注意，在这里描述的一些实施例中，耦合输出的定向光束130的主角方向可以包括由于耦合输出的定向光束130在光导表面处射出光导110而产生的折射效应。例如，作为示例而非限制，当衍射光栅128位于第二表面136”处或附近时，耦合输出的定向光束130可以由于随着耦合输出的定向光束130跨过第一表面136'折射系数的变化而被折射(例如，弯曲)。

在一些实施例中，使用衍射，例如使用衍射光栅128，来发射多视区多视图显示器100的定向光束130。图4A示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的多视区多视图显示器100中的第一衍射光栅集合中的衍射光栅128A的顶视图。此外，图4B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中的多视区多视图显示器100中的衍射光栅128的集合的顶视图。特别地，图4A和4B图示了多视区多视图显示器100的衍射光栅128。衍射光栅128被配置为衍射地耦合出准直的被引导光束112(其可以是单色光)的一部分作为多个定向光束130中的定向光束。此外，衍射光栅可以被分成多组，例如第一组衍射光栅150a、第二组衍射光栅150b和第三组衍射光栅150c，如前所述，这些衍射光栅对应于不同的视区144。

注意，衍射光栅128中的每一者包括通过衍射特征间距(其有时被称为“光栅间距”)或衍射特征或光栅节距而彼此间隔开的多个衍射特征，所述衍射特征间距或衍射特征或光栅节距被配置成提供从被引导光部分出来的衍射耦合。根据各种实施例，衍射光栅128中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是亚波长的(即，小于准直的被引导光束112的波长)。注意，虽然图4A和4B为了说明的简单而示出了具有单个光栅间距(即，恒定的光栅间距)的衍射光栅128。在各种实施例中，如下所述，衍射光栅128可以包括多个不同的光栅间距(例如，两个或更多个光栅间距)或可变光栅间距或节距，以提供图3A-3C中的定向光束130。因此，图4A和4B并不意味着单个光栅节距是衍射光栅128的实施例。

根据一些实施例，衍射光栅128的衍射特征可以包括彼此间隔开的凹槽和脊中的一者或两者。凹槽或脊可以包括光导110的材料，例如可以形成在光导110的表面中。在另一示例中，凹槽或脊可以由除了光导材料之外的材料形成，例如，光导110的表面上的膜或另一材料的层。

如前所述和图4A所示，衍射特征的配置包括衍射光栅128a的光栅特性。例如，衍射光栅的光栅深度可以被配置为确定由衍射光栅128a提供的定向光束的强度。替代地或另外地，如先前所论述且在图4B中所展示，光栅特性包括衍射光栅128a的光栅节距及衍射光栅128a的光栅定向γ中的一者或两者。结合准直的被引导光束112的入射角(即，传播角120)，这些光栅特性确定由衍射光栅128提供的定向光束的主角方向。

在一些实施例(未示出)中，被配置为提供定向光束130的衍射光栅128是或包括可变或啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是展现或具有跨啁啾衍射光栅的范围或长度变化的衍射特征的衍射间隔(即，光栅节距)的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。这样，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，多视区多视图显示器100的啁啾衍射光栅可以呈现衍射特征间隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或者以另一种基本上非均匀或随机但仍单调的方式变化的啁啾。也可采用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角或锯齿啁啾。也可以采用这些类型的啁啾的任意组合。

在其它实施例中，被配置成提供定向光束130的衍射光栅128是或包括多个衍射光栅。在一些实施例中，多个衍射光栅中的个别衍射光栅可彼此叠加。在其它实施例中，衍射光栅可以是彼此相邻布置的分离的衍射光栅，例如，作为阵列。

如图4B所示，衍射光栅150的集合中的衍射光栅128具有不同的光栅特性。例如，衍射光栅128具有不同的光栅取向。

如前所述，前述实施例中的衍射光栅128可以位于光导110的第一表面136'和/或第二表面136”。此外，衍射光栅128可以设置在第一表面136'、第二表面136”上或第一表面136'和第二表面136”之间。此外，衍射光栅可以是从第一表面136'和/或第二表面136”突出的“正特征”，或者它可以是凹入第一表面136'和/或第二表面136”的“负特征”。在一些实施例中，衍射光栅中的特征被直接压印在材料中，压印在旋涂在光导表面上的树脂层上，使用例如单独的辊对辊压印片材等层压到光导表面上。

如前所述，在一些实施例中，准直光学耦合器124是圆柱形光栅耦合器。图5A示出了根据与本文所述原理一致的示例的透射模式衍射光栅耦合器138的截面图。图5B示出根据与本文所述原理一致的另一示例的反射式模式衍射光栅耦合器140的截面图。图5C示出根据与本文所述原理一致的另一示例的反射式衍射光栅耦合器140的透视图。在图5A到5C中，光栅耦合光导110配置为将光122耦合到光栅耦合光导110中作为准直的被引导光112。光122例如可以由光源114(例如，基本上未准直的光源)提供。根据各种示例，光栅耦合光导110可以提供相对高的耦合效率。此外，根据各种示例，光栅耦合光导110可以将光122变换成在光栅耦合光导110内具有预定准直因子的准直的被引导光112(例如，被引导光束)。

特别地，根据一些示例，可以实现大于约百分之二十(20％)的耦合效率。例如，在透射配置(下面描述)中，光栅耦合光导110的耦合效率可以大于大约百分之三十(30％)或者甚至大于大约百分之三十五(35％)。例如，可以实现高达大约百分之四十(40％)的耦合效率。在反射配置中，光栅耦合光导110的耦合效率可以高达例如大约百分之五十(50％)，或者大约百分之六十(60％)或者甚至大约百分之七十(70％)。

根据各种示例，由光栅耦合光导110提供的并且在其内的预定准直因子可以提供具有受控的或预定的传播特性的准直引导光112的光束。特别地，光栅耦合光导110可以在“垂直”方向上，即在垂直于光栅耦合光导110的表面的平面中，提供受控的或预定的准直因子。此外，光122可以以基本上垂直于光栅耦合光导平面的角度从光源114接收，并且然后被变换成准直的被引导光112的光束，其在光栅耦合光导110内具有平均非零传播角120，例如，与光栅耦合光导110内的全内反射的临界角一致或小于该临界角的非零传播角。

根据一些实例，光栅耦合器可为透射式光栅耦合器138(即，透射模式衍射光栅耦合器)，而在其它实例中，光栅耦合器可为反射式衍射光栅耦合器140(即，反射模式衍射光栅耦合器)。特别地，如图5A所示，光栅耦合器138可以包括在光导110的与光源114相邻的表面处的透射模式衍射光栅。例如，光栅耦合器138的透射模式衍射光栅可以在光导110的底部(或第二)表面136”上，并且光源114可以从底部照射光栅耦合器138。如图5A所示，光栅耦合器138的透射模式衍射光栅被配置为衍射地重定向透射或穿过透射模式衍射光栅的光122。注意，沿着纵向方向108移动光源114的相对位置改变了衍射角，并且因此改变了光导110中的传播角。

或者，如图5B中所说明，光栅耦合器140可为反射式衍射光栅耦合器140，其在光导110的与邻近于光源114的表面相对的表面处具有反射模式衍射光栅。例如，光栅耦合器140的反射模式衍射光栅可以在光导110的顶部(或第一)表面136'上，并且光源114可以通过光导110的底部(或第二)表面136”的一部分照射光栅耦合器140。反射模式衍射光栅被配置成使用反射衍射(即，反射和衍射)将光122衍射地重定向到光导110中，如图5B所示。

根据各种实例，光栅耦合器138或140的衍射光栅可包含形成于或以其它方式提供于光导110的表面136'或136″上或中的衍射光栅的凹槽、脊或类似衍射特征。例如，凹槽或脊可以形成在光导110的光源相邻表面136″(例如，底部或第二表面)中或上，以用作透射光栅耦合器138的透射模式衍射光栅。类似地，例如，凹槽或脊可以形成或以其他方式设置在光导110的与光源相邻表面136”相对的表面136'中或上，以用作反射式衍射光栅耦合器140的反射模式衍射光栅。

根据一些示例，光栅耦合器138或140可以包括在光导表面上或光导表面中的光栅材料(例如，光栅材料层)。在一些示例中，光栅材料可以基本上类似于光导110的材料，而在其他示例中，光栅材料可以与光导材料不同(例如，具有不同的折射率)。在一些示例中，光导表面中的衍射光栅凹槽可以填充有光栅材料。例如，透射式光栅耦合器138或反射式衍射光栅耦合器140的衍射光栅的凹槽可填充有不同于光导110的材料的介电材料(即，光栅材料)。根据一些示例，光栅耦合器138或140的光栅材料可以包括例如氮化硅，而光导110可以是玻璃。也可以使用其它光栅材料，包括但不限于氧化铟锡(ITO)。

在其它实例中，透射式光栅耦合器138或反射式衍射光栅耦合器140可包含沉积、形成或以其它方式提供于光导110的相应表面上以充当特定衍射光栅的脊、凸块或类似衍射特征。例如，可在沉积于光导110的相应表面上的介电材料层(即，光栅材料)中形成(例如，通过蚀刻、模制等)脊或类似衍射特征。在一些实例中，反射式衍射光栅耦合器140的光栅材料可包含反射性金属。例如，反射式衍射光栅耦合器140可以是或包括反射金属层，例如但不限于金、银、铝、铜和锡，以便于反射模式衍射光栅的反射。

注意，透射式光栅耦合器138和反射式衍射光栅耦合器140中的衍射光栅可以沿y方向是均匀的。这在图5C中示出，其提供了根据与本文所述原理一致的另一示例的反射模式衍射光栅耦合器140的透视图。

虽然图5A-5C示出衍射光栅耦合器的使用，但是在其它实施例中，可以使用其它类型的光耦合器。例如，图6A示出了根据与本文所述原理一致的示例的抛物线反射式耦合器142的横截面图。图6B示出了根据与本文所述原理一致的另一示例的抛物线反射式耦合器142的透视图。如图6B所示，抛物线反射式耦合器142可以沿y方向是均匀的。

根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种多视区多视图显示器。多视区多视图显示器被配置为发射由多视区多视图显示器提供的多个定向光束。此外，基于包括在多视区多视图显示器中的衍射光栅组的光栅特性，可以将发射的定向光束优先地引向多视区多视图显示器的不同视区中的多个视图。此外，衍射光栅集合中的衍射光栅可以在定向光束中产生不同的主角方向，其对应于多视区多视图显示器的视区中的多视图图像的不同视图的不同观看方向。在一些示例中，多视区多视图显示器被配置为提供或“显示”两个或更多个3D多视图图像。根据各种示例，定向光束中的不同定向光束可以对应于与不同视区中的多视图图像相关联的不同“视图”的各个视图像素。例如，不同视图可以提供由多视区多视图显示器显示的多视图图像中的信息的“无眼镜”(例如，自动立体)表示。

图9示出了根据符合这里描述的原理的实施例的示例中的多视区多视图显示器200的框图。根据各种实施例，多视区多视图显示器200被配置为根据不同观看方向上的不同视图来显示多视图图像232，所述不同观看方向在具有角度范围218的互斥视区216中。特别地，由多视区多视图显示器200发射的多个定向光束202用于显示多视图图像232，并且可以对应于不同视区216中的不同视图的像素(即，视图像素)。定向光束202被示出为从光导206中的衍射光栅204(其可以包括衍射光栅组)发出的箭头。注意，与衍射光栅204相关联的定向光束202是准静态的(即，未被调制)。相反，与衍射光栅204相关联的定向光束202在它们被照射时提供定向光束202，或者在它们未被照射时不提供定向光束202。在一些实施例中，相邻的视区216被空白区220分开，其中多视图图像232对于观看者是不可见的。

图9中所示的多视区多视图显示器200包括衍射光栅204。衍射光栅204被配置为在视区216中提供多视区多视图显示器200的多视图图像232的多个不同视图。根据各种实施例，衍射光栅集合中的衍射光栅被配置为将多个定向光束202中的定向光束衍射地耦合出或发射到对应于视区(诸如视区216a)的角度范围(诸如角度范围218a)中。多个定向光束202可以具有主角方向，其对应于多视区多视图显示器的不同视区216中的多视图图像232的不同视图方向。此外，衍射光栅204中的衍射光栅的光栅特性可以基于入射光束到衍射光栅的传播角和颜色(即，由准直光耦合器210提供的准直的被引导光束208)而变化。在一些实施例中，衍射光栅204中的衍射光栅基本上类似于上面关于多视区多视图显示器100以及例如图4A和4B中描述的衍射光栅128。

在具有衍射光栅204的实施例中，多视区多视图显示器200还可以包括被配置为引导准直的被引导光束208的光导206。根据这些实施例，衍射光栅204可以被配置为将准直的被引导光208的一部分从光导206耦合出作为多个定向光束202(即，准直的被引导光208可以是上文讨论的入射光束)。具体地，衍射光栅204中的衍射光栅可以光学地连接到光导以耦合出准直的被引导光208的部分。在一些实施例中，衍射光栅204中的衍射光栅的光栅特性可以基于入射准直的被引导光208到衍射光栅的传播角、准直的被引导光的颜色或这两者而变化。以此方式，来自衍射光栅集合中的不同衍射光栅的定向光束202可以对应于由多视区多视图显示器200提供的视区中的多视图图像的相同视图。在一些实施例中，多视区多视图显示器200的光导206可以基本上类似于上面关于多视区多视图显示器100描述的光导110。

此外，在这些实施例的一些中，多视区多视图显示器200还可以包括准直光耦合器210。准直光耦合器210可以被配置成接收来自光源214中的光学发射器的光束212，并且可以准直入射光束以将准直的光束208提供给光导206。因此，在一些实施例中，准直光耦合器210根据准直因子来准直入射光束212，以提供准直的被引导光208在光导206内的预定角展度。根据一些实施例，准直光耦合器210可以基本上类似于上文描述的多视区多视图显示器100中的光耦合器124。

另外，在这些实施例的一些中，多视区多视图显示器200还可以包括光源214。光源214可以被配置为向光导206提供光束212，这基于光源214中的光学发射器的纵向偏移而导致准直的被引导光208的非零传播角。在一些实施例中，例如，由光源214提供的光束212根据准直因子被准直，以提供准直的被引导光208在光导206内的预定角展度。根据一些实施例，光源214可以基本上类似于如上所述的多视区多视图显示器100的光源114。

根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种多视区多视图显示操作的方法。图10示出了根据符合这里描述的原理的实施例的示例中的多视区多视图显示操作的方法300的流程图。如图10所示，多视区多视图显示操作的方法300包括使用第一组衍射光栅将来自光导的准直的被引导光束的一部分衍射地散射出320，作为引导到第一视区中的定向光束，以表示在第一视区中可见的第一多视图图像。此外，多视区多视图显示操作的方法300包括使用第二组衍射光栅将来自光导的准直被引导光束的另一部分衍射地散射出330，作为被引导到第二视区中的定向光束，以表示在第二视区中可见的第二多视图图像，其中第一视区和第二视区具有彼此不同的角度范围。此外，第一多视图图像和第二多视图图像可以彼此不同。例如，汽车中的乘客和驾驶员可以在第一视区和第二视区中观看不同的多视图图像。另外，第一多视图图像可以仅在第一视区中可见，并且第二多视图图像可以仅在第二视区中可见。在一些实施例中，第一视区与第二视区被空白区分隔开。这可以提供隐私并且可以要求更少的像素，这可以提高空间-角分辨率。注意，第一组衍射光栅、第二组衍射光栅和视区可以基本上类似于上述多视区多视图显示器100的衍射光栅150和视区144的集合。

此外，由第一衍射光栅组和第二衍射光栅组中的衍射光栅衍射地散射出的定向光束的主角方向可以由衍射光栅的光栅间距和光栅取向确定，并且定向光束的强度可以由衍射光栅的光栅深度确定。此外，由第一衍射光栅组和第二衍射光栅组的衍射光栅衍射地散射出的定向光束的主角方向可以是准直的被引导光束的颜色和传播角度两者的函数。特别地，根据一些实施例，在散射出被引导光的部分320和其他部分330中使用的衍射光栅可以包括光耦合到光导的衍射光栅，以衍射地耦合出准直的被引导光部分作为一个或多个定向光束。注意，由第一组衍射光栅和第二组衍射光栅产生的多个定向光束可以具有与第一视区和第二视区中的多视图图像的不同视图相对应的不同主角方向。每个衍射光栅在对应于多视图图像中的视图像素的单个主角方向上产生单个定向光束。在各种实施例中，多个衍射光栅的光栅特性可以基于传播角度和入射准直的被引导光束到衍射光栅的颜色而变化。以此方式，来自衍射光栅集合中的不同衍射光栅的定向光束可以对应于由多视区多视图显示器提供的多视图图像的视图。

在一些实施例中，多视区多视图显示操作的方法300还包括在光导内提供310准直的被引导光束。例如，提供310准直的被引导光束可以涉及使用光源中的光学发射器来向光导提供具有颜色的光。光发射器可以在纵向方向上偏移。所提供的光可以是单色的。所提供的光可以变成在光导内具有非零传播角的准直的被引导光束。特别地，可以至少部分地基于光源中的光学发射器的纵向偏移来确定光导内的所得准直的被引导光束的传播角度。所提供的光可以根据准直因子在光导内被准直(诸如通过光耦合器)，以提供准直的被引导光束在光导内的预定角展度。在一些实施例中，光源可以基本上类似于如上所述的多视区多视图显示器100的光源114。

在一些实施例中，提供310准直的被引导光束可以涉及使用准直光耦合器将光耦合到光导中作为准直的被引导光束。例如，来自光源中的光学发射器的光可以作为准直的被引导光束耦合到光导中。此外，准直的被引导光束可以具有由光学发射器的纵向偏移确定的传播角度。在一些实施例中，光耦合器准直来自光源的入射光。此外，光耦合器可以基本上类似于上述多视区多视图显示器100的光耦合器124。

因此，已经描述了多视区多视图显示器、多视区多视图显示操作的方法以及具有衍射光栅的多视区多视图显示器的示例和实施例。多视区多视图显示器、方法和多视区多视图显示器采用衍射光栅来提供定向光束。所述多个定向光束对应于不同视区中的多视图图像的视图。此外，衍射光栅组被配置成在多个定向光束中提供多个主角方向。主角方向对应于在与多视区多视图显示器的视区对应的角度范围内的多视图图像的视图。应当理解，上述示例仅仅是表示本文所述原理的许多具体示例中的一些示例的说明。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其它布置，而不偏离由所附权利要求限定的范围。