CN104081257A - 空间-光学以及时间空间-光学定向光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了空间-光学定向光调制器和时间空间-光学定向光调制器。这些定向光调制器可以被用来产生具有延展的观看角度的3D显示器、超高分辨率2D显示器或者2D/3D可切换显示器。这些新颖的光调制器的实施例的时间空间-光学方面允许其在宽的观看角度内对其所发射的光的强度、颜色和方向进行调制。这些定向光调制器的固有的快速调制和宽角覆盖能力增大了可实现的观看角度和定向分辨率，从而使得由所述显示器产生的3D图像更加真实，或者替换地使得由所述显示器产生的2D图像具有超高分辨率。公开了替换实施例。

Description

空间-光学以及时间空间-光学定向光调制器
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月6日提交的美国临时专利申请号61/567,520的权益以及2012年3月27日提交的美国临时专利申请号61/616,249的权益。
技术领域
本发明涉及定向光调制、3D显示器、发射性微显示器、2D/3D可切换显示器以及2D/3D自动立体可切换显示器的领域。
背景技术
在3D显示器中，必须对所发射的光进行定向调制以便产生3D观看感知。在典型的3D显示器中，需要在多个照明方向上具有均匀照明的背光以从不同方向显示相同场景的图像，这是通过在空间光调制器中利用空间多路复用和时间多路复用的某种组合而实现的。在这些3D显示器中，通常来自定向背光的光通常在其到达空间光调制器像素之前由方向选择过滤器（诸如例如衍射板或全息光学板）处理，所述空间光调制器像素对光颜色和强度进行调制并且同时保持其方向性。
在一些可切换2D/3D显示器中，需要定向背光以将显示器操作在不同显示模式下。在2D显示模式下，需要具有均匀照明和大角度覆盖的背光以利用空间光调制器（诸如液晶显示器（LCD））显示单一图像。在3D显示模式下，需要具有均匀照明和多个照明方向的背光以从不同方向显示相同场景的图像，这是通过在空间光调制器中利用空间多路复用和时间多路复用的某种组合而实现的。
在2D和3D两种模式下，来自定向背光的光通常在其到达空间光调制器像素之前由方向选择过滤器（诸如衍射板、全息光学板等等）处理，以便均匀地扩展光束同时保持其方向性。
当前可用的定向光调制器是包括多个光源的照明单元与把从光源发射的光导向指定方向的定向调制单元的组合（参见图1、2和3）。如描绘出现有技术的几种变型的图1、2和3中所图示的，照明单元通常与诸如扫描镜或旋转隔板之类的机电移动器件相组合（例如参见美国专利号6,151,167、6,433,907、6,795,221、6,803,561、6,924,476、6,937,221、7,061,450、7,071,594、7,190,329、7,193,758、7,209,271、7,232,071、7,482,730、7,486,255、7,580,007、7,724,210和7,791,810以及美国专利申请公开号2010/0026960和2010/0245957），或者与诸如液体透镜或偏振切换之类的电光器件相组合（参见图1、2和3以及美国专利号5,986,811、6,999,238、7,106,519、7,215,475、7,369,321、7,619,807和7,952,809）。
在机电和电光调制的定向光调制器中都存在三个主要缺陷：
1、响应时间：机械移动或光学表面改变通常不是瞬时实现的，并且影响调制器响应时间。此外，这些操作的速度通常会占用图像帧时间的某一部分，这降低所能达到的显示亮度。　
2、体积方面：这些方法需要光源与定向调制器件之间的一定距离来工作，这增大显示器的总体积。　
3、光损失：将光耦合到移动中的镜面上会产生光损失，光损失继而使显示系统功率效率降级并且产生热量，必须通过合并庞大的冷却方法来消除所述热量，从而增加了更多体积并且增加了功率消耗。
除了慢、体积大并且在光学上有损失之外，现有技术的定向背光单元还需要具有窄频谱带宽、高准直以及单独可控性以便与方向选择过滤器组合用于3D显示目的。实现窄频谱带宽和高准直需要器件层级的创新和光学的光调节，从而增加了总体显示系统的成本和体积方面。实现单独可控性需要附加的电路和多个光源，从而增加了系统复杂度、体积和成本。
因此，本发明的目的是引入一种克服现有技术的缺陷的空间-光学光调制器，从而使得产生提供实际的体积和观看体验的3D显示器成为可行。本发明的另一个目的是引入一种克服现有技术的限制的延展角度覆盖的时间空间-光学光调制器，从而使得产生提供体积优点加上宽观看角度上的观看体验的3D和高分辨率2D显示器成为可行。根据后面参照附图进行的对于本发明优选实施例的详细描述，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。
附图说明
在附图的图中通过举例的方式而非通过限制的方式图示了本发明，附图中相同的附图标记指代类似的元件。
图1图示了使用液体透镜的现有技术定向光调制器。
图2图示了使用扫描镜面的现有技术定向光调制器。
图3图示了现有技术定向调制3D光调制器。
图4图示了时间空间-光学定向光调制器的空间-光学定向光调制方面。
图5是空间-光学定向光调制器的定向光调制原理的等距视图。
图6图示了空间-光学定向光调制器的示例性准直晶片层级光学元件设计。
图7图示了使用在图6中图示的晶片层级光学元件的示例性设计的空间-光学定向光调制器的示例性设计。
图8图示了时间空间-光学定向光调制器的一个空间调制像素组内的定向可寻址性的示例性实施例。
图9图示了时间空间-光学定向光调制器的一个空间调制像素组内的定向调制的示例性实施例。
图10是解释空间-光学定向光调制器的数据处理方框图的方框图。
图11图示了通过平铺多个空间-光学定向光调制器而实施的3D/2D可切换显示器的示例性实施例的等距视图。
图12图示了时间空间-光学定向光调制器的原理方面的等距视图。
图13A图示了通过时间空间-光学定向光调制器的时间铰接（temporal articulation）方面而成为可能的角度发射扩展。
图13B图示了时间空间-光学定向光调制器的角度时间铰接。
图14图示了时间空间-光学定向光调制器的已延展角度覆盖剖面。
图15图示了时间空间-光学定向光调制器的一个实施例的等距视图、侧视图和顶视图。
图16图示了时间空间-光学定向光调制器的另一个实施例的等距视图、侧视图和顶视图。
具体实施方式
后面的详细描述中对“一个实施例”或“某一实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在这个详细描述中的各处出现的短语“在一个实施例中”不一定全都指代相同的实施例。
近来已引入新类别的发射性微尺度像素阵列器件。这些器件的特征在于，在包括所欲驱动电路的非常小的单个器件尺寸中具有高亮度、非常快速的多色光强度以及空间调制能力。一个这样的器件的固态发光像素可以是发光二极管（LED）或激光二极管（LD），其开-关状态由包含在CMOS芯片（或器件）内的驱动电路控制，发射性微尺度像素阵列被结合在所述CMOS芯片（或器件）上。构成这样的器件的发射阵列的像素的尺寸通常将处于近似5-20微米的范围内，其中所述器件的典型的发射表面积处于近似15-150平方毫米的范围内。所述发射性微尺度像素阵列器件内的各个像素可以在空间、颜色和时间方面被单独寻址，这通常是通过其CMOS芯片的驱动电路而实现的。这样的器件的一个实例是在后面描述的示例性实施例中所提到的QPI器件（参见美国专利号7,623,560、7,767,479、7,829,902、8,049,231和8,098,265以及美国专利申请公开号2010/0066921、2012/0033113）。这样的器件的另一个实例是基于OLED的微显示器。但是应当理解的是，QPI器件仅仅是可以用在本发明的实施例中的各种类型的器件的实例。因此，在后面的描述中，对QPI器件的提及应当被理解为是出于所公开的实施例中的具体性的目的，而不是为了对本发明的任何限制。
本发明将QPI器件的发射性微像素阵列能力单独与无源晶片层级光学元件（WLO）相组合，或者与整个组件的铰接移动相组合，从而产生可以同时施行现有技术的定向光源和衍射板的功能的光调制器。如这里使用的，晶片层级或晶片意味着具有至少2英寸并且更加优选的是4英寸或更大的直径的器件或器件矩阵。WLO是利用紫外（UV）压印光刻以单片方式在来自聚合物的晶片上制作的。WLO的主要优点包括制作小特征微透镜阵列（MLA）的能力，以及能够将多个WLO微透镜阵列层精确地对准在一起并且与诸如CMOS传感器或QPI之类的光电子器件对准。典型的WLO制作技术所能实现的对准精度可以小于一微米。通过将QPI的发射性微发射器像素阵列的单独像素可寻址性与可以关于QPI的微发射器阵列精确对准的WLO微透镜阵列（MLA）相组合，消除了现有技术中所经历的、对在系统中具有方向选择过滤器的需要，同时放松了对于光源中的窄光谱带宽的需要，同时减小了系统体积、复杂度和成本。在本发明的某些实施例中，对于所发射的光的定向调制通过由WLO实现的光发散来实现，而在其他实施例中则通过由WLO实现的光发散与整个组件的铰接移动的组合来实现。
参照图4和5，与包括2维微透镜阵列MLA 220的每一个微透镜元件400相关联的是单独可寻址QPI像素（p 1 ,p 2 , ..., p n ）的组，由此从该像素组当中的每一个像素发射的光将被折射到其相关联的微透镜元件的数值孔径（角度范围）内的一个独特方向(d 1 , d 2 ,..., d n )上。QPI器件210的整个微像素阵列将包括多个QPI像素组(G 1 , G 2 ,...,G N )，其在这里也被称作像素调制组，由此每一个调制组G i 将与一个2维阵列MLA 220透镜元件相关联，并且然后各个像素调制组(G 1 , G 2 ,...,G N )合起来将表示本发明的空间-光学定向光调制器的空间调制阵列。利用图12中图示的时间铰接以及每一个像素组内的单独像素p 1 ,p 2 , ..., p n 与发光方向(d 1 , d 2 ,..., d n )的一对一关联，在图12中以概念方式图示的本发明的时间空间-光学定向光调制器可以将其像素组G i 的每一个与多个时间上多路复用的方向(d 1i , d 2i ,..., d ni );i=1,2,...相关联，可以通过对于每一个像素组(G 1 , G 2 ,...,G N )内的各个单独像素（p 1 ,p 2 , ..., p n ）的时间寻址来单独寻址每一个所述方向。与图12的2维阵列MLA 220相关联的多个QPI像素组(G 1 , G 2 ,...,G N )然后将表示本发明的时间空间-光学定向光调制器的空间调制阵列，其中各个时间上多路复用的方向(d 1i , d 2i ,..., d ni );i=1,2,...表示多个光调制方向，通过构成每一个像素调制组的QPI器件210的各个像素p 1 ,p 2 , ..., p n 的时间可寻址性可以对所述多个光调制方向进行单独寻址。换句话说，所述时间空间-光学定向光调制器将能够通过各个QPI像素组(G 1 , G 2 ,...,G N )的可寻址性对光进行空间调制，并且通过构成每一组的各个像素（p 1 ,p 2 , ..., p n ）的时间可寻址性在各个方向(d 1i , d 2i ,..., d ni );i=1,2,...上对从每一个像素组发射的光进行定向调制。因此，图12中图示的时间空间-光学定向光调制器将能够生成可以被空间调制和定向调制的光，由此从等同于各个QPI像素组(G 1 , G 2 ,...,G N )的发射区域的每一个空间位置发射的光能够通过各个像素组的可寻址性而被单独寻址，并且可以通过每一个像素组内的单独像素的空间可寻址性而被定向寻址。
图5图示了本发明的空间和定向调制原理。图5图示了包括多个QPI器件像素组G1, G2,..., GN的2维阵列，其中每一个这样的像素组与晶片层级微透镜阵列（MLA）的一个微透镜相关联。利用每一组内的各个单独像素p1,p2,...,pn与发光方向d1,d2,...,dn的一对一关联，图5中图示的发光器件可以生成可以被空间和定向调制的光。因此，光可以从各个QPI器件像素组G1, G2,..., GN的发射区域中的每一个空间位置发射，并且可以通过各个像素组的可寻址性而被单独寻址，以及可以通过每一个像素组内的单独像素的可寻址性而被定向寻址。QPI器件的各个单独像素可以被调制以使得MLA中的每一个透镜向多个方向同时发射光。由于单独像素控制，可以通过QPI器件像素的单独可寻址性来单独调节从每一个微透镜发射的光幅度、发光持续时间、特定光方向以及光方向的总数。
对于本领域技术人员明显的是，通过选择透镜类型（即双凸透镜阵列或两轴透镜阵列），通过透镜的定向调制可以在单一轴上进行，或者可以在两个轴上进行。但是透镜阵列与像素化光源的精确对准以及小像素尺寸（几微米或者10微米或更小的数量级）的可实现性一直以来使得无法实现能够生成产生高清晰度3D显示器所需的定向光调制能力的定向光调制器。在本发明中，通过利用QPI器件的发射性微像素阵列获得高像素分辨率，其可以达到小于10微米的像素间距，并且通过晶片层级光学元件使得可以小于一微米的透镜阵列的高精度对准成为可能。这样允许空间-光学光调制器达到足以实现高清晰度3D显示器的空间以及定向调制分辨率。
图6和7示出了本发明的一个示例性实施例。参照该示例性实施例的图6，从像素组Gi内的每一个单独像素发射的光从QPI器件发射表面行进到包括三个光元件610、620和630的微透镜的出口孔径。从像素组Gi内的每一个单独像素发射的光将被准直和放大以填充WLO微透镜阵列220的出口孔径，并且以Θ=                                                15°内的角度发散在特定方向上穿越。实质上，WLO微透镜阵列220将把从构成QPI器件的二维像素组Gi的各个单独像素发射的光映射到三维体积内的各个单独的方向中，所述各个单独的方向由WLO微透镜阵列220的Θ=15°的角度发散定义。
参照图示了一个示例性实施例的图6和7，制作多个光学元件610、620和630以形成微透镜阵列层710、720和730，所述微透镜阵列层将相对于彼此并且相对于QPI器件像素组G1, G2,..., GN的相关联阵列精确地对准。图7中所示的示例性实施例还包括QPI器件210及其相关联的QPI器件覆盖玻璃760。光学元件610、620和630的设计将考虑到QPI器件覆盖玻璃760的厚度和光学特性，以便对QPI器件覆盖玻璃760的发射表面进行成像。图7的示例性实施例图示了空间-光学定向光调制器的完整组件。图7中所示的本发明的空间-光学定向光调制器的该示例性实施例的典型的总厚度将是小于5毫米。定向光调制器的这样的紧凑性不可能通过现有技术的定向光调制技术来实现。
图8和图9图示了空间-光学定向光调制器的操作原理。图8图示了由QPI器件的发射像素的（nxn）的二维阵列构成的一个调制组Gi的示例性实施例，由此为了方便起见，沿着一个轴的像素组Gi的尺寸将被选择成n=2m。参照图8，可由像素组Gi实现的定向调制可寻址性将通过构成调制组Gi的各个像素的可寻址性沿着其两个轴x和y当中的每一个利用m比特字来完成。图9图示了把从构成QPI器件像素组Gi的(nxn)个像素发射的光映射到三维体积内的各个单独的方向上，所述各个单独的方向由相关联的WLO微透镜（诸如示例性实施例600的那个）的Θ角度发散定义。作为一个说明性实例，当QPI器件的各个单独像素的尺寸为(5x5)微米并且QPI器件像素组由(nxn)=(28x28)=(256x256)的像素阵列构成并且相关联的WLO微透镜的角度发散是Θ=15°时，则在QPI器件发射表面处，从尺寸为(1.28x1.28)毫米的QPI器件二维调制像素组Gi的每一个将有可能生成跨越Θ=15°的角度发散的(256)2=65536个单独可寻址的定向光束，由此在所述65536个方向当中的每一个方向上生成的光又可以在颜色和强度方面被单独调制，这通常是利用每一个像素颜色分量的相对高频率的脉冲宽度调制而实现的，但是如果期望的话也可以使用其他控制技术，诸如比例控制。
利用由(NxM)个定向调制组Gi构成的阵列来实现（诸如在先前的设计实例中所描述的该定向调制组Gi），对于基于QPI器件的空间-光学定向光调制器的任何期望空间和定向调制能力将是可能的。例如如果需要产生提供(256)2=65536的定向调制分辨率的、具有N=320乘以M=240的空间调制分辨率的空间-光学定向光调制器，则空间-光学定向光调制器将包括由(320x240)个定向调制组构成的阵列，并且当使用具有(5x5)微米像素尺寸的QPI器件时，空间-光学定向光调制器的总尺寸将是近似41x31cm。从这样的空间-光学定向光调制器发射的光可以在(320x240)的分辨率下被空间调制，并且在与其WLO微透镜阵列相关联的角度发散Θ（例如针对示例性实施例600的Θ=15°）内以65536的分辨率被定向调制，并且还可以在每一个方向上受到颜色和强度调制。
光调制器在晶片层级微透镜阵列的Θ角度发散内的单独可寻址方向的数目方面的定向调制分辨率将通过选择发射性微发射器阵列QPI器件的像素间距或者通过选择晶片层级微透镜阵列的透镜间距来决定，或者通过二者的组合来决定。对本领域技术人员明显的是，透镜系统（诸如在图6中图示那个）可以被设计成允许更宽或更窄的角度发散Θ。对本领域技术人员还明显的是，每一个调制组Gi内的更少或更多的像素数目用于生成任何所期望的定向调制分辨率。
取决于所使用的QPI器件的总像素分辨率，这样的空间-光学定向光调制器可以利用包括多个QPI器件的平铺阵列来实施。例如如果使用具有(1024x1024)像素分辨率的QPI器件，则每一个这样的QPI器件可以被用来实施(2x2)调制组Gi的阵列，并且具有(6x6)空间光调制分辨率和65536定向光调制分辨率的空间-光学定向光调制器将利用例如图11的图示中的那样的QPI器件的(3x3)平铺阵列来实施。
由于通过发射性QPI器件和相关联的WLO所能实现的紧凑性，平铺QPI器件的阵列以实施空间-光学定向光调制器成为可能。举例来说，对于诸如图7中所示的实现方式，将有可能制作分别具有5.12x5.12x5毫米的宽度、高度和厚度的诸如图7中所示那样的QPI器件/WLO组件，以便实现先前实例的(2x2)调制组空间-光学定向光调制器。还将有可能实施这样的QPI器件/WLO组件，其中其电接口是位于其发射表面的相对侧的微球栅阵列（MBGA），这样将允许QPI器件/WLO组件的整个顶表面构成所述器件的发射表面，继而将使得可以无缝地平铺多个这样的QPI器件/WLO组件，从而实施任何所期望尺寸的空间-光学定向光调制器。图11是平铺多个QPI器件/WLO组件以实施任意尺寸的空间-光学定向光调制器的图示。
将参照图8和9的图示来描述空间-光学定向光调制器的操作原理。图8图示了利用用于定向调制的m比特分辨率的每一个调制组Gi的二维可寻址性。正如前面所解释的那样，从调制组Gi的nxn阵列中的(2mx2m)个单独像素发射的光通过其相关联的WLO元件被映射到相关联的WLO微透镜的Θ角度发散内的22m个光方向上。利用每一个调制组Gi内的各个单独像素的(x,y)维坐标，所发射的光束的角坐标(θ, )由下面的等式给出：
其中，角度(θ, )是极轴处在平行于调制组Gi的发射表面的z轴的θ=0处的球面坐标，并且m=log2n是被用来表示调制组Gi的x和y像素分辨率的比特数。
空间-光学定向光调制器的空间分辨率简单地由构成总体空间-光学定向光调制器的调制组的二维阵列内的每一个单独的调制组Gi的坐标定义。当然在一组的像素与针对邻近组的微透镜之间存在一些串扰。但是所述串扰通过以下设计方面而被显著减少。首先，由于QPI器件的固有准直光发射，从QPI器件像素发射的光对于QPI器件像素是发光二极管的情况通常被限制到17°的锥体，或者对于QPI器件像素是激光二极管的情况通常被限制到5°的锥体。因此，通过如图6中所示那样把晶片层级光学元件（WLO）准直透镜元件放置得靠近QPI器件的覆盖玻璃660，将使得从每一个调制组边缘像素发射的大部分光被限制到其相关联的WLO透镜元件600。其次，作为附加措施，关闭每一个像素组中的几个（一些）边缘像素以进一步避免WLO微透镜阵列的邻近透镜之间的漏光（串扰）。举例来说，给定其像素是发光二极管的QPI器件的17受限发射以及如图6中所示那样的第一微透镜元件的靠近放置，仿真示出包括少至仅仅5个像素的围绕调制组的外边缘的暗环将把串扰减少到1%以下。当QPI器件像素是激光二极管时，所需关闭像素的数目甚至将更少并且甚至可能不需要关闭，这是因为在这种情况下，QPI器件像素光发射被限制到窄得多的5°锥体。最终结果可能是阵列中的各个QPI器件的活跃像素之间的一些（几个）非活跃的、空白的或熄灭的像素位置。当然在期望时可以使用挡板和/或频带限制光漫射器，但是其往往会使得光调制器的设计复杂化并且导致过多光损失。
图10图示了本发明的空间-光学定向光调制器的数据处理方框图的一个示例性实施例。去到空间-光学定向光调制器的输入数据将被格式化在多比特字中，由此每一个输入字包含三个数据字段；一个字段是构成空间-光学定向光调制器的调制组阵列内的调制组Gi的地址，而剩余的两个数据字段提供将从该调制组发射的光的在其颜色、强度和方向方面的数据表示。参照图10，数据处理方框120对输入数据的调制组地址字段进行解码，并且把光调制数据字段路由到与所指定的调制组相关联的QPI器件。数据处理方框130对所路由的调制组地址字段进行解码，并且将其映射到所指定的调制组的地址。数据处理方框140对定向调制数据字段进行解码，并且将其映射到调制组内的指定像素地址的地址中。数据处理方框150将所得到的像素地址与输入数据的相关联的光强度和颜色数据字段串联。数据处理方框160对所指定的像素地址进行解码，并且将光调制数据路由到构成空间-光学定向光调制器的指定QPI器件内的指定像素。
在使用16比特来表示定向调制以及典型的24比特来表示每一个方向上的已调光强度和颜色时，将表示针对每一个调制组的调制数据字的总比特数目将是40比特。在不损失一般性的情况下假设这样的40比特的字将被输入到空间-光学定向光调制器，用于顺序地对其各个组成调制组进行寻址；也就是说顺序寻址使来输入调制组数据40比特的字，图10的方框120将负责把顺序地输入的数据字路由到所指定的QPI器件。图10的方框130将负责把调制数据路由到所指定的调制组。图10的方框140将负责把16比特定向调制数据字段映射到指定调制组内的像素的指定地址。图10的方框150将负责把24比特光强度和颜色数据与所映射的像素组地址串联。图10的方框160将负责把24比特光强度和颜色调制数据路由到构成空间-光学定向光调制器的指定QPI器件内的指定像素。利用对40比特字顺序数据输入的该示例性数据处理流程，空间-光学定向光调制器将基于编码在其输入数据内的信息，在强度、颜色和方向方面对从其孔径发射的光进行调制。光强度和颜色调制例如可以是多色像素的开/关时间的脉冲宽度调制，以便控制光的平均强度并且控制构成得到的颜色的每一个颜色分量的强度，但是在期望时也可以使用其他控制技术。在任何情况下，方向和强度都被控制，并且在多色系统中，颜色、方向和强度被控制。
可能的应用包括
本发明的空间-光学定向光调制器可以被用作用以实施3D显示器的液晶显示器（LCD）的背光。所述空间-光学定向光调制器本身可以被用来实施任意尺寸的3D显示器，其例如被实现为多个QPI器件/WLO组件的平铺阵列（诸如图11中所示的那个）。所述光调制器还可以被操作为2D高分辨率显示器。在这种情况下，QPI器件的各个单独像素将被用来调制颜色和强度，而其集成WLO则将被用来填充显示器的观看角度。光调制器还可以从2D切换到3D显示模式，这是通过将其输入数据的格式适配成与所期望的操作模式相称而实现的。当光调制器被用作2D显示器时，其光角度发散将与其WLO微透镜阵列Θ相关联，并且将利用单独调制组Gi的像素分辨率来获得更高的空间分辨率。
图12在概念上图示了另一个实施例，时间空间-光学定向光调制器。如图12中所示，所述定向光调制器由发射性微阵列QPI器件210构成，其中WLO微透镜阵列（MLA）220被直接安放在所述QPI器件的发射表面之上，其中整个组件围绕至少一个轴在时间上铰接，并且优选地围绕其全部两个x和y轴分别以处于 α x 和 α y 范围内的角度在时间上铰接。如图12中所示的QPI/MLA组件230的铰接将通过将整个组件放置在2轴万向节（gimbal）上而实现，由此所述万向节的x轴在时间上致动达 α x 范围内的角度，并且所述万向节的y轴在时间上致动达 α y 范围内的角度。由2轴万向节提供的x轴和y轴时间铰接将使得从QPI/MLA组件230发射的光的定向调制角度在时间上围绕x方向延展达2α x 并且围绕y方向延展达2α y ，超出由MLA 220（参见图4）的微透镜元件提供的角度范围。这里所使用的词语“万向节”和“两轴万向节”是在一般意义下使用的，并且意味着将允许在任何时间围绕任何两个正交轴当中的任一个或全部两个至少旋转经过有限角度的任何结构。因此，同心圆环、球窝接合（ball joint）以及将提供那个能力的任何其他结构包括在所述定义内。
如图12中所示的QPI/MLA组件230的x轴和y轴铰接将使得在方向(d 1 , d 2 ,..., d n )上发射的光在时间上被多路复用到多个光方向(d 1i , d 2i ,..., d ni );i=1,2,...上，所述光方向延展超过由MLA 220的透镜元件提供的角度范围在x方向上达2α x 并且在y方向上达2α y 。这一点在图13A中图示，该图出于说明的目的示出了QPI/MLA组件230角度发射范围沿着一个铰接轴的时间扩展。参照图13A，角度Θ表示MLA 220的一个透镜元件的角度范围，并且角度α表示分别作为围绕x轴和y轴的角度达α x (t)和α y (t)的万向节铰接的结果的该透镜元件的复合瞬时铰接角度。如图12中所示并且通过图13A解释的QPI/MLA组件230的铰接使得QPI器件210的发射微尺度阵列内的各个像素（其可以通过QPI驱动电路被单独寻址）能够发射在空间、颜色和方向方面都被调制的光，由此经过定向调制的光的角度范围在时间上被扩展在x方向上达角度2α x 并且在y方向上达角度2α y ，其超出MLA 220的透镜元件的角度范围Θ（或数值孔径）。此外，时间空间-光学定向光调制器200的时间铰接将在时间上增加光方向(d 1 , d 2 ,..., d n )的数目达每一个铰接方向上角度范围扩展的比值，表达为(Θ+α x )(Θ+α y )/Θ 2 。
时间空间-光学定向光调制器200的QPI/MLA组件230的2轴铰接可以在时间上是连续的或离散的（步进）。图13B出于解释的目图示了当所述铰接在时间上连续时1310以及当所述致动在时间上离散时1320的一个轴上的QPI/MLA组件230的复合时间铰接角度αt。当时间空间-光学定向光调制器200的时间铰接是离散或步进时（1320），典型的角度步长优选地将与MLA 220的角度范围Θ和QPI/MLA组件230的空间分辨率的比值成比例。如图13A和13B中所示，时间空间-光学定向光调制器的QPI/MLA组件230的时间铰接通常将是重复性（或周期性）的，并且围绕所述2轴当中的每一个轴是独立的。时间空间-光学光调制器的铰接的重复周期通常将与显示器输入数据帧持续时间成比例并且与之同步（出于参考的目的，针对典型显示器的图像输入数据以60帧每秒到达，并且常常被称作60Hz帧速率输入）。图13A和13B中所示的时间铰接的最大数值 αxmax将决定由时间空间-光学定向光调制器提供的扩展角度范围，扩展角度范围由数值 (Θ+αmax)决定，其中角度Θ表示MLA 220的透镜元件的角度范围。x轴和y轴铰接的周期性总体上通常将被选择成实现处于所需显示器输入帧速率内的时间空间-光学定向光调制器200的所期望的扩展角度范围的时间覆盖。
图12、13和14图示了时间空间-光学定向光调制器200的QPI/MLA组件230的角度覆盖剖面510，其由MLA透镜元件的多个时间角度覆盖剖面520构成。QPI/MLA组件230分别围绕其x轴和y轴的适当选择的时间铰接α x (t)和α y (t)将生成由MLA 220透镜元件的多个时间多路复用的角度覆盖构成的角度覆盖。取决于QPI/MLA组件230围绕其x轴和y轴的角度铰接α x 和α y 的量值，可以在长宽比方面调整所述角度覆盖剖面的形状。围绕x和y方向的铰接速率将足以确保所述角度覆盖内的在时间上生成的光方向在输入图像数据的调制帧内具有足够的占空比（调制持续时间）。举例来说，当输入图像数据的调制帧是60图像帧每秒时（其通常被称作60Hz图像帧速率），图14中所示的每一个时间角度覆盖内的每一个光方向将需要每帧被调制一次，从而使得生成图14中所示的角度覆盖所需的铰接速率围绕x轴或y轴至少是180Hz。换句话说，对于图14中所示的角度覆盖实例，其中时间角度覆盖的尺寸是每一个轴上的角度覆盖尺寸的三倍，对应于图14的图示的围绕x或y方向的铰接速率将需要是输入图像数据帧速率的至少三倍。MLA透镜元件的角度覆盖可以重叠或无重叠。一般来说，围绕x或y轴的QPI/MLA组件230的铰接速率将必须至少等于输入图像数据的调制帧速率乘以一个因数，所述因数等于沿着每一个轴的角度覆盖的尺寸（以度数计）与沿着相同轴的角度覆盖的尺寸（以度数计）的比值。
参照图14，利用具有所述角度覆盖并且包括对应于构成QPI器件210的多个像素所发射的多道定向调制的光的时间空间-光学定向光调制器200的QPI/MLA组件230的时间铰接，将随着一些定向调制光束按照流水线方式在时间上散去（drop off）而连续地添加新的定向调制光束集合，直到时间空间-光学定向光调制器200的扩展角度范围被完全覆盖。在任何给定时刻，将利用QPI/MLA组件230的完全发射孔径在任何给定方向上当该方向在时间上保持在铰接孔径的覆盖之内时累积（调制）所期望的光束强度（通常是通过脉冲宽度调制，但是如果期望也可以使用比例控制）。作为多道定向调制光束的这一时间空间-光学流水线化的结果，可以使得时间空间-光学光调制器的响应时间以最小等待时间与图像数据输入速率相称。给定方向保持在所述角度覆盖之内的持续时间将决定用于调制该方向上的光强度的可用调制时间，并且因此，除非得到补偿，否则处于所述扩展角度覆盖的外围区域内的方向的强度可能低于所述角度覆盖的内部区段。这一强度边缘远距离递减效应在某种程度上将类似于通常在光学系统的边缘处遇到的菲涅耳（Fresnel）损失，但是在时间空间-光学光调制器的情况下，这样的效应可以通过适当地选择时间空间-光学定向光调制器200的QPI/MLA组件230的时间铰接的速率而得到补偿。
作为一种替换方案，再次利用3X3实例，如果Θ x 表示一个透镜元件围绕x轴的角度范围（半角）并且Θ y 表示一个透镜元件围绕y轴的角度范围，并且如果α x 等于2Θ x 并且α y 等于2Θ y ，则包括铰接的总角度范围将是一个微透镜元件的角度范围的三倍（3乘以2Θ x 或者3乘以2Θ y ）。举例来说，对于x轴，这三个邻接角度范围将是：
(-α x -Θ x )到(-Θ x )
(-Θ x )到(Θ x )，以及
(Θ x )到(Θ x +α x )
每一个角度范围还构成铰接中的角度增量。
每一个方向上的三个邻接的单独角度范围可以被视为如下的二维角度范围矩阵：
1,2,3
4,5,6
7,8,9
这种替换方案是一种离散技术，也就是说显示角度范围1达分配时间，然后围绕第一轴前进一个角度增量并且然后显示角度范围2达相同的分配时间，然后再前进一个角度增量并且显示角度范围3达所述分配时间，然后在另一个轴上前进一个角度分量以便显示范围6达所分配的时间，然后在该轴上后退一个角度增量并且显示角度范围5达所述分配时间，等等。在显示了角度范围9达所述分配时间之后，人们可以重复9（继续显示达两倍所述分配时间并且然后原路返回以便避免一个轴上的一次多于一个角度增量，但是除非使用更高的速率，否则这样预期将会产生闪烁）。一种更好的方法将是从角度范围9继续到角度范围1，同时在2个轴上跳越两个角度增量。但是在2个轴上两个角度增量的跳跃不应当花费在一个轴上一个角度增量的角度改变的时间长度的两倍，因为x和y轴将是彼此独立的，并且任何改变都包括角度加速和然后的角度减速，因此对应于两个角度增量的改变的平均速度高于对应于一个角度增量的改变的平均速度。而且其他的替换方案可以包括离散和连续技术的组合。重点是可以存在人们可以从中选择的许多替换方案，全部替换方案落在本发明的范围内。
在图15中图示了在这里被称作1500的本发明的一个实施例，图中包括该实施例的等距视图、顶视图和侧视图图示。如图15中所示，时间空间-光学定向光调制器通过在2轴万向节组件1520的顶侧上结合QPI/MLA组件230（在图12中描绘）而实现，所述2轴万向节组件1520是利用多个硅基板层制作的；即铰合层1521、间隔物层1528和基底层1530。如图15中所示，2轴万向节组件1520的铰合层1521由外部框架1522、内部圆环1523和QPI/MLA组件230将被结合在其上的内部节段1525构成（1525在后面也被同义地称作器件结合衬垫1525）。外部框架1522、内部圆环1523和内部节段1525之间的间隙将利用标准半导体光刻技术来蚀刻。内部节段1525通过两条硅铰链1524沿着x轴物理地连接到内部圆环1523，每一条硅铰链通常近似处于0.3-0.5mm宽的范围内，其将充当x轴铰链，并且还将定义万向节的中性x轴位置并且充当用于x轴铰接的机械阻力弹簧。内部圆环1523通过两条硅铰链1526沿着y轴连接到外部框架1522，每一条硅铰链通常近似处于0.3-0.5mm宽的范围内，其将充当y轴铰链，并且还将定义万向节的中性y轴位置并且充当用于y轴铰接的机械阻力弹簧。两对硅铰链1524和1526构成将围绕其来施行x和y铰接的2轴万向节的枢轴点。2轴万向节组件1520的铰合层1521的内部节段1525包含多个接触衬垫，将利用诸如倒装芯片焊料球之类的标准焊接技术把QPI/MLA组件230结合到所述接触衬垫，从而使得内部节段1525成为将把QPI/MLA组件230结合在其上的结合衬垫。在2轴万向节组件1520的铰合层1521的内部节段1525内嵌入多条金属轨道，所述金属轨道把内部节段1525顶侧上的接触衬垫集合经由x轴和y轴硅铰链1524和1526连接到沿着外部框架1522的外围放置的器件接触衬垫1527的集合。内部节段1525的顶侧上的接触衬垫集合是将提供去到QPI/MLA组件230的背侧的电接触和物理接触的接触衬垫。
参照图15的侧视图图示，QPI/MLA组件230被示出为结合到内部节段1525的顶侧。正如前面所解释的那样，这将是利用焊料或易熔球栅阵列类型的结合所实现的内部节段1525的顶侧上的接触衬垫与QPI/MLA组件230的背侧处的接触衬垫之间的电接触和物理接触两者。在图15的侧视图中还图示了间隔物层1528，其将利用苯并环丁烯（BCB）聚合物粘合剂结合等等在晶片层级与基底层1530的顶侧以及与铰合层的背侧结合。间隔物层1528的高度（或厚度）将被选择成容纳内部节段1525连同所结合的QPI/MLA组件230的角落在最大致动角度下的垂直位移。举例来说，如果内部节段1525的对角线总共测量是5mm，并且所述角落处的最大铰接角度是15°，则间隔物层1528的厚度测量应当近似0.65mm，以便容纳内部节段1525的角落在最大铰接下的垂直位移。
参照图15的侧视图图示，内部节段1525与所结合的QPI/MLA组件230的铰接将利用在内部节段1525的背侧的四个角落处放置的电磁体1535的集合以及与内部节段1525的背侧的四个角落对准放置在基底层1530的顶侧上的永磁体1536的集合来完成。电磁体1535将是具有金属芯的线圈，其利用多层压印光刻在内部节段1525的背侧上形成。永磁体1536将是通常由钕磁体（Nd2Fe14B）等等制成的薄磁性条带。如前面所描述的内部节段1525与所结合的QPI/MLA组件230的铰接将通过利用电信号驱动电磁体1535的集合来完成，所述电信号具有适当的时间幅度变化从而实现电磁体1535的集合与永磁体1536之间的磁引力的适当的时间变化，其将使得内部节段1525与所结合的QPI/MLA组件230如前面所描述的那样在时间上铰接。针对电磁体1535的集合的驱动电信号由QPI器件210生成并且经由如前所述的合并在内部节段1525中的金属轨道和接触件被供应到电磁体1535的集合，该驱动电信号将被使得与由QPI器件210施行的像素调制同步达到如下程度：将实现对于从QPI器件210的像素阵列发射的经过强度和颜色调制的光的所期望的定向调制。针对电磁体1535的集合的驱动电信号的时间变化将被选择成实现如图15中所示的围绕其x轴和y轴两者的内部节段1525与所结合的QPI/MLA组件230的时间角度铰接。取决于铰合层1521的硅基板的厚度以及所选择的硅铰链1524和1526的宽度，通过本发明的实施例1500所能实现的图13B中所示的时间角度铰接α(t)的最大值 α max 通常将处在15°到17°的范围内。
针对电磁体1535的集合的驱动电信号由QPI器件210生成并且经由如前所述的合并在内部节段1525中的金属轨道和接触件被供应到电磁体1535的集合，该驱动电信号将由基本分量和校正分量构成。针对电磁体1535的集合的驱动电信号的基本分量将表示标称数值，并且校正分量将从由传感器集合生成的角度铰接误差数值导出，所述传感器集合具有四个位于内部节段1525的背侧上与硅铰链1524和1526对准的传感器。这些传感器将是放置在内部节段1525的背侧上的红外（IR）检测器阵列，与放置在基底层1530的顶侧上的四个IR发射器对准。这四个IR检测器阵列的输出数值将同样经由如前所述的合并在内部节段1525中的金属轨道和接触件被路由到QPI器件，并且被用来计算所导出的铰接角度与实际的铰接角度之间的误差的估计，其将作为针对由QPI器件提供到电磁体1535的集合的驱动信号的校正被合并。位于内部节段1525的背侧上的传感器还可以是被适当地对准以便检测沿着万向节的2个轴当中的每一个轴的致动角度的微尺度陀螺仪。
在图16中图示了本发明的另一个实施例，其在这里被称作1600。图16包括该实施例的等距视图和侧视图图示。如图16中所示，本发明的实施例1600由2轴万向节组件1620连同结合在其上的QPI/MLA组件230构成。图16还示出了实施例1600的分解等距视图，其中示出了该实施例的2轴万向节组件1620的组成层。如图16中所示，通过将QPI/MLA组件230（图12中所描绘的）结合在2轴万向节组件1620的顶侧上来实现所述时间空间-光学定向光调制器，其中2轴万向节组件1620利用多个硅基板层来制作；即衬垫层1621、弹簧层1625和基底层1630。衬垫层1621的顶侧合并有多个接触衬垫，将利用例如倒装芯片焊料球之类的标准焊接技术将QPI/MLA组件230结合到所述接触衬垫，从而使得衬垫层1621的顶侧成为将在其上结合QPI/MLA组件230的结合层/接触衬垫1623。衬垫层1621的背侧合并有球形枢轴1635，其将通过在晶片层级利用UV压印光刻等等将聚碳酸酯聚合物压纹在衬垫层1621的背侧上而形成。衬垫层1621连同压纹在其背侧上的球形枢轴1635将被称作铰合衬垫1621/1635。球形枢轴1635的中心的高度决定角度偏转的x和y轴的高度。基底层1630的顶侧合并有球形承窝1636，其将通过在晶片处把聚碳酸酯聚合物压纹在基底层1630的顶侧上而形成。基底层1630连同压纹在其顶侧上的球形承窝1636将被称作底座1630/1636。合并在衬垫层1621的背侧上的球形枢轴1635以及合并在基底层1630的顶侧上的球形承窝1636的表面弯曲将被匹配，以便允许铰合衬垫1621/1635在被放置于底座1630/1636之上时使其成为2轴铰接衬垫。虽然球形枢轴1635和球形承窝1636的压纹表面在表面粗糙度方面将具有几纳米RMS量级的光学质量，但是通过在球形枢轴1635和球形承窝1636的表面涂覆石墨薄层（50-100nm），将会减少由于铰接移动而在两个表面之间引起的可能摩擦。
铰合衬垫1621/1635通过弹簧层1625在底座1630/1636的表面弯曲内被保持就位，所述弹簧层1625在其四个角落当中的每一个角落处包含被蚀刻到弹簧层1625中的单一螺旋状弹簧1626。如图16的分解等距视图中所示，所述四个螺旋状弹簧当中的每一个的内端合并有内结合衬垫1627，其对应于位于衬垫层1621的背侧的完全相同的接触衬垫1622。在螺旋状弹簧1626内嵌入了多条金属轨道，其被用来把来自其内结合衬垫1627的电接口信号路由到位于弹簧层1625的背侧的外围边缘处的边缘接触件/衬垫1628的集合。弹簧层1625的外端的背侧的边缘接触件/衬垫1628对应于位于基底层1630的外围边缘处的结合衬垫1629的匹配集合。基底层1630顶侧上的边缘接触件经由嵌入在基底层内的金属轨道连接到位于基底层1630背侧上的器件接触衬垫1631的集合。在图16的侧视图中所示的本发明的实施例1600的最终组件中，当弹簧层1625的边缘接触件/衬垫1628的背侧被结合到基底层1630的结合衬垫1629的顶侧并且螺旋状弹簧1626的内结合衬垫1627被结合到衬垫层1621的背侧上的相应的接触衬垫1622时，四个螺旋状弹簧1626将被扩展。当弹簧层1625如刚刚所解释的那样通过螺旋状弹簧1626被结合到衬垫层1621的背侧并且被结合到基底层1630的顶侧时，所述四个螺旋弹簧变为完全扩展，并且在该完全扩展配置中其服务于以下多个目的：（1）产生将球形枢轴1635保持在球形承窝1636内所需的弹簧负载阻力；（2）产生维持铰合衬垫1621/1635的中性位置所需的机械平衡；以及（3）将来自器件接触衬垫1631的电接口信号路由到QPI/MLA组件230的结合层/接触衬垫1623。参照图16的侧视图图示，QPI/MLA组件230被示出为结合到衬垫层1621的顶侧结合层/接触衬垫1623。这将是利用焊料或易熔球栅阵列类型的结合实现的结合层/接触衬垫1623与QPI/MLA组件230的背侧处的接触衬垫之间的电和物理接触结合两者。在操作配置中，完整的器件组件1600将利用位于基底层的背侧上的接触衬垫1631被结合到基板或印刷电路板，这是利用焊料或易熔球栅阵列类型的结合而实现的。
在图16的侧视图中还图示了球形承窝1636的延展高度，其将被选择成容纳铰合衬垫1621/1635连同所结合的QPI/MLA组件230的角落在最大致动角度下的垂直位移。举例来说，如果铰合衬垫1621/1635连同所结合的QPI/MLA组件230的对角线测量是5mm，并且所述角落处的最大致动角度是30°，则球形承窝1636的延展高度的厚度应当测量近似1.25mm，以便容纳铰合衬垫1621/1635连同所结合的QPI/MLA组件230的角落在最大致动角度下的垂直位移。
衬垫层1621连同所结合的QPI/MLA组件230的致动将利用嵌入在球形枢轴1635内的电磁体集合以及嵌入在球形承窝1636内的永磁体集合来实现。致动电驱动信号将被路由到嵌入在球形枢轴1635内的电磁体，以便实现在前面的段落中描述的致动移动。针对嵌入在球形枢轴1635内的电磁体的致动电驱动信号的基本分量将表示标称数值以及将从由传感器集合生成的角度铰接误差数值导出的校正分量，所述传感器集合包括位于衬垫层1621的背侧上的四个传感器。这些传感器是放置在衬垫层1621的背侧上的红外（IR）检测器阵列，与放置在基底层1630的顶侧上的四个IR发射器对准。这四个IR检测器阵列的输出数值将同样经由前面所述的合并在衬垫层1621中的金属轨道和接触件被路由到QPI器件，并且被用来计算所导出的铰接角度与实际的铰接角度之间的误差的估计，其将作为针对由QPI器件提供到嵌入在球形枢轴1635内的电磁体集合的驱动信号的校正而被合并。位于衬垫层1621的背侧上的传感器还可以是被适当地对准以便检测沿着万向节的2个轴当中的每一个轴的致动角度的微尺度陀螺仪。
嵌入在球形承窝1636内的永磁体将是通常由钕磁体（Nd2Fe14B）等等制成的薄磁棒或磁线，并且将被定形成横跨球形承窝1636的弯曲空腔提供均匀的磁场。如前面所描述的衬垫层1621连同所结合的QPI/MLA组件230的致动将通过利用电信号驱动嵌入在球形枢轴1635内的电磁体集合来实现，所述电信号具有适当的时间幅度变化从而实现嵌入在球形枢轴1635内的电磁体集合与嵌入在球形承窝1636内的永磁体之间的磁引力的适当的时间变化，该变化将使得衬垫层1621连同所结合的QPI/MLA组件230如前面所描述的那样在时间上铰接。针对嵌入在球形枢轴1635内的电磁体集合的集合的驱动电信号由QPI器件生成并且经由如前所述的合并在衬垫层1621上的金属轨道和接触件被路由，该驱动电信号将被使得与由QPI器件施行的像素调制同步到如下程度：将实现对从QPI器件的像素阵列发射的经过强度和颜色调制的光的所期望的定向调制。针对嵌入在球形枢轴1635内的电磁体集合的驱动电信号的时间变化将被选择成实现如图15中所示的沿着其x轴和y轴两者的衬垫层1621连同所结合的QPI/MLA组件230的时间角度铰接。取决于控制衬垫层1621连同所结合的QPI/MLA组件230的角落的最大垂直位移的球形承窝1636的延展高度，通过本发明的实施例1600所能实现的图15中所示的时间角度铰接α(t)的最大值 α max 通常将处在从30°到35°的范围内。
本领域技术人员将认识到，在前面的段落中描述的本发明的实施例1500和1600的万向节致动器可以被实施成通过交换所述电磁体和永磁体的位置而实现基本上相同的目的。
本发明的两个示例性实施例1500和1600的主要差异在于每一个实施例所能实现的时间角度铰接α(t)的最大值α max ，以及在于每一个实施例所需要的超出QPI/MLA组件230的边界的外部区域。首先，如图16中所示，在该发明的实施例1600中，2轴万向节被完全容纳在QPI/MLA组件230的覆盖区域内（这在后面被称作零边缘特征），而如图15中所示，在该发明的实施例1500中，2轴万向节被容纳在QPI/MLA组件230外部边界的外围处。其次，实施例1600所能实现的时间角度铰接α(t)的最大值α max 可能是实施例1500所能提供的两倍大。当然，实施例1600所能实现的时间角度铰接α(t)的更大的最大值α max 的代价是需要大于实施例1500的垂直高度。实施例1600的零边缘特征使其更加适合于平铺产生大面积显示器，而实施例1500的低轮廓（低高度）特征则使其更加适合于产生用于移动应用的紧凑显示器。
通过微透镜系统610、620和630的折射表面的适当设计选择或者通过增加或减少其光学元件的数目，可以使得MLA 220微透镜系统610、620和630的角度范围Θ大于或小于图6的示例性实施例的15°。但是应当提到的是，对于像素调制组G i 内的像素数目方面的给定分辨率，改变MLA 220微透镜系统的角度范围Θ将导致由本发明的时间空间-光学定向光调制器的QPI/MLA组件230发射的定向调制光束之间的角度分辨率（分隔）的改变。例如对于先前的示例性实施例的Θ=15°的角度范围，如果像素组G i 包括(128x128)个像素，则由本发明的时间空间-光学定向光调制器的QPI/MLA组件230发射的定向调制光束之间的角度分辨率将是近似δΘ=0.23°。这一δΘ=0.23°的相同角度分辨率数值还可以通过将MLA 220微透镜系统的角度范围减小到Θ=7.5°以及将构成像素组G i 的像素数目减少到(64x64)个像素来实现。一般来说，利用MLA 220微透镜系统的更高的F/#（即角度范围Θ的更小数值）将允许利用更小的像素调制组G i 尺寸实现给定的角度分辨率数值，这继而将导致在QPI器件210的给定像素分辨率内有更多像素可用于产生更多像素组G i ，并且因此可以由本发明的时间空间-光学定向光调制器的QPI/MLA组件230实现更高的空间分辨率。这一设计折衷将允许选择MLA 220微透镜系统设计参数的F/#与可由QPI/MLA组件230实现的空间分辨率之间的适当平衡。在另一方面，当MLA 220微透镜系统的F/#被增大以便提高空间分辨率时，可由本发明的时间空间-光学定向光调制器的QPI/MLA组件230实现的角度范围将被减小。在这一点上，时间角度铰接α(t)的最大值α max 将成为用以恢复为了提高空间分辨率而损失的角度范围的设计折衷的部分。在铰接角度的最大值α max 被选择成α max =7.5°的先前实例中，所述时间空间-光学定向调制器将能够利用(64x64)像素的像素组G i 实现(α max +Θ)= 15°的扩展角度范围。实质上对于给定角度分辨率数值δΘ，铰接角度的最大数值α max 作为一项参数加入到所述折衷中，该参数可以被用来增大时间空间-光学定向调制器所能实现的定向调制的角度范围或者提高其空间分辨率。
应当提到的是，不同于使用扫描镜对光束进行时间-定向调制的现有技术，本发明的时间空间-光学光调制器在一个非常重要的方面的不同在于：其在任何给定时刻生成同时被定向调制的多道光束。在本发明的时间空间-光学光调制器的情况下，所述多道定向调制的光束将通过装有万向节的QPI/MLA组件230的铰接在时间上被多路复用，以便扩展定向调制分辨率和角度范围。如前所解释的（参见图14），随着装有万向节的QPI/MLA组件230被铰接，将随着一些定向调制光束在时间上按照流水线方式散去（drop off）而添加新的定向调制光束集合，直到由时间空间-光学定向光调制器所提供的扩展角度范围被完全覆盖。相应地，在任何给定时刻，当该方向在时间上保持在QPI/MLA组件230的铰接孔径的覆盖之内时，利用装有万向节的QPI/MLA组件230的完全发射孔径在任何给定方向上累积所期望的强度。作为多道定向调制光束的这一时间流水线化的结果，可以使得本发明的时间空间-光学光调制器的响应时间以最小等待时间与图像数据输入速率相称。此外，可以按照无停止模式进行本发明的时间空间-光学定向光调制器的装有万向节的QPI/MLA组件230的铰接，无停止模式将导致：当横跨在本发明的时间空间-光学光调制器的扩展角度范围来铰接装有万向节的QPI/MLA组件230时，所述装有万向节的QPI/MLA组件230的发射孔径的空白（blanking）最小或者没有空白。因此，通过本发明的时间空间-光学光调制器基本上克服了所有现有技术定向光调制器的响应时间缓慢、效率低下和体积庞大的缺陷。
图8和图9图示了时间空间-光学定向光调制器的操作原理。图8图示了由QPI器件210的发射像素的二维阵列(nxn)构成的一个像素组G i 的示例性实施例，由此为了方便起见将把沿着一个轴的像素组G i 的尺寸选择成n=2m。参照图8，可由像素组G i 实现的定向调制可寻址性将通过构成像素组G i 的(nxn)个像素沿着其两个轴x和y当中的每一个的可寻址性利用m比特字来实现。图9图示了把从构成QPI像素调制组G i 的(nxn)个像素发射的光映射到三维体积内的各个单独的方向上，所述各个单独的方向由相关联的MLA 220微透镜元件的角度范围Θ（诸如图6中所示的示例性实施例的那个）定义。作为说明性实例，当QPI的各个单独像素的尺寸为(5x5)微米并且QPI像素组G i 由(nxn)=(27x27)=(128x128)像素阵列构成并且相关联的MLA 220微透镜元件的角度范围是Θ=15°时，则在QPI发射表面处，从每一个尺寸为(0.64x0.64)毫米的QPI二维调制像素组G i ，将可以生成跨越Θ=15°的角度范围的(128)2=16384道单独可寻址的定向光束，由此在所述16384个方向当中的每一个方向上生成的光还可以在颜色和强度方面被单独调制。当QPI/MLA组件230如前面所描述的那样利用实施例1500和1600的2轴万向节被铰接时（参见图12和图13A），由QPI/MLA组件230的透镜元件提供的定向调制角度范围将在时间上被延展达所述万向节提供的最大铰接角度 α max 。因此，由本发明的时间空间-光学定向光调制器提供的定向调制角度范围将在时间上在总共（Θ+α max ）的角度覆盖上延展。举例来说，当MLA 220透镜元件的角度范围是Θ=15°并且最大铰接角度为α max =30°时，则将由时间空间-光学定向光调制器提供的扩展角度范围将是（Θ+α max ）=45°，并且其在时间上将能够生成的光调制方向将是 [nΘ+αmax /Θ]2=可由QPI/MLA组件230生成的光调制方向的数目的9倍（参见图14）；也就是9(128)2=147456个光调制方向。这意味着可由本发明的时间空间-光学定向光调制器生成的光调制方向的数目将是(3nx3n)，其中(nxn)是与MLA 220透镜元件中的一个相关联的像素组G i 的以QPI像素的数目计的尺寸。因此，对于该实例，时间空间-光学定向光调制器将给出达到9倍于由QPI/MLA组件230提供的定向调制分辨率的扩展定向调制分辨率。一般来说，由时间空间-光学定向光调制器提供的定向调制分辨率将是处于在(Θ+αmax)的角度上扩展的角度范围内的[n(Θ+αmax)/Θ]2。
除了本发明的时间空间-光学定向光调制器的定向调制能力之外，利用QPI像素调制组G i 的(NxM)阵列（诸如在先前的设计实例中描述的那个）的空间调制也是可能的。举例来说，如果需要产生提供先前实例的(9x128)2=147456定向调制分辨率的具有N=16乘以M=16空间调制分辨率的本发明的定向光调制器，本发明的时间空间-光学定向光调制器将包括定向调制组G i 的(16x16)阵列，并且当使用具有(5x5)微米像素尺寸的QPI时，所述时间空间-光学定向光调制器的总尺寸将是近似10.24x10.24mm。利用先前的实例的角度范围数值，从本发明的此类空间-光学定向光调制器发射的光可以在(16x16)的分辨率下被空间调制，并且在角度范围45°内在147456的分辨率下被定向调制，并且还可以在每一个方向上在颜色和强度方面被调制。
如先前的实例所示，所述时间空间-光学光调制器在给定角度范围内的单独可寻址的方向数目方面的空间和定向调制分辨率将通过选择以下各项来决定：发射性微发射器阵列QPI器件210的分辨率和像素间距、MLA 220透镜元件的间距、MLA 220透镜元件的角度范围，以及调制器万向节的最大铰接角度。对本领域技术人员明显的是，MLA透镜系统可以被设计成允许更宽或更窄的角度范围，万向节设计可以被选择成允许更宽或更窄的铰接角度，并且每一个调制组内的像素数目可以被选择成更少或更多，以便遵循在前面的讨论中提供的教导产生能够实现任何所期望的空间和定向调制能力的时间空间-光学定向光调制器。
可以利用本发明的空间-光学定向光调制器实现任何所期望的空间和定向调制能力。前面的实例图示了如何能够利用单一10.24x10.24mm的QPI器件210实施具有(16)2空间分辨率和(3x128)2定向分辨率的本发明的空间-光学定向光调制器。为了实现更高的空间分辨率，可以利用包括多个较小空间分辨率的本发明的时间空间-光学定向光调制器的平铺阵列来实施本发明的时间空间-光学定向光调制器。举例来说，当如图11中所示的那样平铺先前实例的时间空间-光学定向光调制器的(3x3)阵列时，所得到的时间空间-光学定向光调制器将提供(3x16)2空间分辨率和(3x128)2定向分辨率。由于其紧凑的体积尺寸，为了实现更高空间分辨率版本而平铺多个本发明的时间空间-光学定向调制器是可能的。举例来说，使用单一QPI器件210（其本身将分别具有10.24x10.24x5mm的示例性宽度、高度和厚度）的先前实例的时间空间-光学定向光调制器可以被用来产生图11中所示的更大分辨率版本，其在宽度、高度和厚度方面分别将具有3.07x3.07x0.5cm的尺寸。例如如果所述平铺被扩展到包括较小分辨率的时间空间-光学定向光调制器的(30x30)阵列，则所得到的时间空间-光学定向光调制器将具有(30x16)2的空间分辨率和(3x128)2的定向分辨率，并且在宽度、高度和厚度方面将分别测量为30.07x30.07x0.5cm。将可以通过利用位于微球栅阵列（MBGA）背侧上的微球栅阵列的电接触件把多个先前实例的时间空间-光学定向光调制器结合到背板而实施图11中所示的这个发明的时间空间-光学定向光调制器的更高空间分辨率版本，这在给定实施例1600的零边缘特征的情况下将使得可以实现多个此类定向光调制器器件的无缝平铺，从而实施任何所期望的尺寸的时间空间-光学定向光调制器。当然可以把图11中所示的时间空间-光学定向光调制器的阵列尺寸增大到实现任何所期望的空间分辨率所需的程度。还可以针对更高的空间分辨率对时间空间-光学定向光调制器的定向分辨率进行折衷。举例来说，如果像素调制组尺寸被减小到(64x64)，则图11中所示的(3x3)阵列将提供(3x32)2的空间分辨率和(3x64)2的定向分辨率。值得注意的是，通过前面所描述的本发明的时间空间-光学定向光调制器实施例1600的零边缘特征，使得给出图11中所示的扩展空间孔径的时间空间-光学定向光调制器的阵列成为可能。
将参照图8和9的图示来描述时间空间-光学定向光调制器的操作原理。图8图示了对于定向调制使用m比特分辨率的每一个调制组Gi的二维可寻址性。如前所解释的，从调制组Gi的(2mx2m)个单独像素发射的光被其相关联的MLA 220元件映射到相关联的MLA微透镜元件的 Θ角度范围内的22m个光方向上。利用每一个调制组Gi内的各个单独像素的（x、y）维坐标，所发射的光束的角坐标(θ,)由下面的等式给出：
其中，α x (t)和α y (t)分别是在时间时期（epoch）t围绕x轴和y轴的铰接角度的数值；角度θ(t)和 (t)是时间时期t处的定向调制球面坐标的数值，其中θ=0处的极轴平行于调制组G i 的发射表面的z轴，并且m=log2n是被用来表达调制组G i 内的x和y像素分辨率的比特数。时间空间-光学定向光调制器的空间分辨率由构成总体时间空间-光学定向光调制器的调制组的二维阵列内的每一个单独的调制组G i 的坐标（X,Y）定义。实质上，时间空间-光学光调制器将能够在时间上生成（调制）由空间坐标（X,Y）和方向坐标(θ,)描述的光场，所述空间坐标（X,Y）由其调制组阵列定义，所述方向坐标由调制组G i 内的发射像素的坐标（x,y）的数值以及如前面通过等式3和4定义的时间空间-光学定向光调制器的铰接角度的时间数值定义。
图示空间-光学定向光调制器的数据处理方框图的示例性实施例的图10还适用于本发明的时间空间-光学实施例。前面关于使用16比特来表示定向调制以及使用典型的24比特来表示每一个方向上的经过调制的光强度和颜色的描述还适用于本发明的时间空间-光学实施例。
可能的应用包括：
本发明的时间空间-光学定向光调制器可以被用来实施具有任意尺寸的3D显示器，其例如被实现为多个时间空间-光学定向光调制器器件的平铺阵列（诸如在图11中图示的那个）。可以由时间空间-光学定向光调制器实现的扩展角度范围将使得可以实现在体积上紧凑并且提供大观看角度的3D显示器，而无需使用体积较大以及高成本的光学组件。时间空间-光学定向光调制器所能实现的体积紧凑性水平将使得可以实现桌面式以及可能的移动式3D显示器两者。此外，时间空间-光学定向光调制器的扩展定向调制能力使得其能够在其扩展角度范围内以与人类视觉系统眼睛角度分隔相称的角度分辨率数值δΘ调制多个视图，从而使其成为将不需要使用眼镜来观看其所显示的3D内容的3D显示器。实际上，鉴于本发明的时间空间-光学定向光调制器所能生成的大量独立调制的光束，其将能够在所生成的多个视图之间以足够大的角度分辨率数值调制3D图像，从而将消除通常会妨碍3D显示器的性能以及导致视觉疲劳的转向适应冲突（VAC）。换句话说，本发明的时间空间-光学定向光调制器的角度分辨率能力使其能够生成将不会导致观看者的视觉疲劳的无VAC的3D图像。时间空间-光学定向光调制器的光场调制能力还使其成为可以被用来实施合成全息3D显示器的3D光场显示器的底层基础。
所述时间空间-光学定向光调制器还可以被用作用以实施3D显示器的液晶显示器（LCD）的背光。时间空间-光学定向光调制器还可以被操作为2D高分辨率显示器。在这种情况下，QPI器件210的各个单独像素将被用来调制颜色和强度，而MLA 220则将被用来填充显示器的观看角度。还可以将时间空间-光学光调制器从2D切换到3D显示模式，这是通过将其输入数据的格式适配成与所期望的操作模式相称而实现的。当时间空间-光学定向光调制器被用作2D显示器时，其光角度范围将是与其MLA 220微透镜元件相关联的角度范围加上其万向节的铰接角度（Θ+α max ），其中利用单独调制组G i 的像素分辨率来实现更高的空间分辨率。
因此，本发明具有若干方面，可以按照期望单独实践或者通过各种组合或子组合来实践所述方面。虽然在这里出于说明而非出于限制的目的公开并描述了本发明的特定优选实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不背离由所附权利要求书的完全广度限定的本发明的精神和范围的情况下，在其中可以在形式和细节方面做出各种修改。

Claims (48)

1.一种光调制器，包括：
具有像素的微阵列的发射性微发射器阵列器件；以及
微透镜阵列，所述微透镜阵列中的每一个微透镜跨越所述发射性微发射器阵列的像素组，由此微透镜阵列中的微透镜将在不同方向上引导来自对应的像素组中的每一个发射性微发射器的照明。
2.根据权利要求1的光调制器，其中，每一个像素组是二维像素组。
3.根据权利要求2的光调制器，其中，所述发射性微发射器阵列器件的像素的每一个是单独可寻址的固态光发射器，所述固态光发射器是从由发光二极管和激光二极管构成的组中选择的。
4.根据权利要求3的光调制器，其中，所述发射性微发射器阵列器件的每一个像素可以发射多种颜色的光，并且每一个像素能够被单独寻址以便发射所选颜色和强度的光。
5.根据权利要求3的光调制器，其中，所述发射性微发射器阵列器件的像素具有十微米或更小的线性尺寸。
6.根据权利要求3的光调制器，其中，所述微透镜阵列由多个层叠的微透镜阵列构成。
7.根据权利要求4的光调制器，其中，所述光调制器的方向、颜色和强度可寻址性利用针对光调制器的多字段数据输入而实现，由此对于像素组的空间阵列内的每一个指定的像素组地址，至少一个输入数据字段被用来规定所发射的光的方向，并且至少一个字段被用来规定在所述指定方向上发射的光的颜色和强度。
8.根据权利要求4的光调制器，多个所述光调制器构成光调制器的平铺阵列。
9.根据权利要求4的光调制器，多个所述光调制器构成平铺阵列中的光调制器的总体集合，其中在每一个光调制器中，所述发射性微发射器阵列器件的各个像素是多色像素并且能够被单独寻址以便发射具有所选颜色和强度的光，所述微透镜阵列由多个层叠的微透镜阵列构成，所述微透镜阵列的透镜中的每一个与对应的发射性微发射器阵列器件的对应像素组内的多个像素相关联并且对准，其中每一个透镜把从所述多个像素发射的光在光学上映射到该透镜的数值孔径内的对应的离散方向集合中，以便实现在所述离散方向集合中的每一个单独方向上发射的光的颜色和强度，从而使得所述光调制器能够横跨跨越所述光调制器的总体集合的整个孔径生成在颜色、强度和方向方面受到调制的光。
10.根据权利要求4的光调制器，其中，所述光调制器的每一个像素的方向、颜色和强度可寻址性利用针对各个单独光调制器的多字段数据输入来实现，由此对于像素组的空间阵列内的每一个指定的像素组地址，至少一个输入数据字段被用来规定所发射的光的空间方向，并且至少一个字段被用来规定在所述指定方向上发射的光的颜色和强度。
11.根据权利要求4的光调制器，其中，通过将所述多字段数据输入的格式适配成与所期望的操作模式相称，所述光调制器可以被切换成作为3D显示器操作或作为高分辨率2D显示器操作。
12.根据权利要求4的光调制器，在液晶显示器中作为用以产生3D显示器或2D显示器的液晶显示器的背光。
13.根据权利要求1到12当中的任一项的光调制器，其中，来自各个发射性微发射器的不同照明方向定义一角度范围，并且其中所述发射性微发射器阵列器件和微透镜阵列被组装在一起并且关于至少一个轴作为单一组件被角度铰接，以便在所述发射性微发射器阵列的发射表面的平面内并且在正和负最大角度铰接的范围内发射光。
14.根据权利要求13的光调制器，其中，所述发射性微发射器阵列器件和微透镜阵列被配置成关于两个正交轴在关于对应的轴的正和负最大角度铰接的范围内作为单一组件被角度铰接。
15.根据权利要求14的光调制器，其中，所述角度铰接被配置成增加不同方向之间的角度分辨率，或者增加来自所述发射性微发射器的照明的不同方向的角度范围。
16.根据权利要求13的光调制器，其中，所述平铺阵列中的邻近光调制器在邻近像素组的活跃像素之间具有一些非活跃边缘像素。
17. 根据权利要求3的光调制器，其中：
所述发射性微发射器阵列器件的各个像素是多色像素并且能够被单独寻址，以便发射具有所选颜色和强度的光；
所述微透镜阵列具有多个层叠的微透镜阵列，所述微透镜阵列中的每一个透镜与所述发射性微发射器阵列器件的像素组内的多个像素相关联并且对准，其中每一个透镜把从相应的多个像素发射的光在光学上映射到相应透镜的数值孔径内的对应的离散方向集合中，以便实现在所述离散方向集合的每一个单独方向上发射的光的颜色和强度；
从而使得光调制器能够生成在颜色、强度和方向方面受到调制的光。
18.根据权利要求1的光调制器，多个所述光调制器构成光调制器的平铺阵列。
19.根据权利要求1的光调制器，其中，通过将所述多字段数据输入的格式适配成与所期望的操作模式相称，所述光调制器可以被切换成作为3D显示器操作或作为高分辨率2D显示器操作。
20.一种定向光调制器，包括：
二维发射性微发射器阵列器件；
微透镜元件的微透镜阵列；
所述二维发射性微发射器阵列器件和微透镜阵列被组装在一起，并且作为单一组件被角度铰接，以便在所述发射性微发射器阵列的发射表面的平面内并且在每个相应的轴上的正和负最大角度铰接的范围内围绕两个轴发射光。
21.根据权利要求20的定向光调制器，其中，所述二维发射性微发射器阵列包括像素阵列，其中每一个像素是单独可寻址的固态光发射器。
22.根据权利要求21的定向光调制器，其中，所述二维发射性微发射器阵列的每一个像素具有不超出20乘20微米的尺寸。
23.根据权利要求21的定向光调制器，其中，每一个像素能够被单独寻址以便在颜色和强度两方面对其发射的光进行调制。
24.根据权利要求20的定向光调制器，其中，所述角度铰接由用于所述二维发射性微发射器阵列器件和微透镜阵列的组装的万向节支持件提供，以便通过所述万向节支持件的角度铰接在时间上扩展所述两个轴当中的每一个轴上的角度范围，从而沿着所述两个轴当中的每一个在时间上扩展所述光方向集合。
25.根据权利要求24的定向光调制器，其中，时间上扩展的角度范围在时间上是连续的或离散的，并且具有与图像输入数据帧速率成比例并且同步的重复速率，由此围绕所述两个轴当中的每一个轴的最大角度铰接决定所述定向光调制器的扩展角度范围、角度覆盖、形状和长宽比。
26.根据权利要求25的定向光调制器，其中，围绕所述两个轴当中的每一个的角度铰接至少等于输入图像数据的帧速率乘以一个因数，所述因数等于沿着每一个相应轴的扩展角度范围与角度范围的比值。
27.根据权利要求24的定向光调制器，其中，每一个像素的可寻址性利用对于所述定向光调制器的多字段数据输入来实现，由此对于像素组的空间阵列内的每一个指定的像素组地址，至少一个输入数据字段被用来规定所发射的光的方向，并且至少一个字段被用来规定在所述指定方向上发射的光的颜色和强度。
28.根据权利要求20的定向光调制器，通过将输入数据的格式适配成与所期望的模式相称，其被用作能够切换成在3D显示模式下操作或者在高分辨率2D显示模式下操作的显示器。
29.根据权利要求20的定向光调制器，其被用作能够被切换成作为3D显示器操作或者作为高分辨率2D显示器操作的液晶显示器（LCD）的背光。
30.根据权利要求20的定向光调制器，其能够在其扩展角度范围内利用与人类视觉系统眼睛角度分隔相称的角度分辨率数值调制多个视图，从而使其成为将不需要使用眼镜来观看其所显示的3D内容的3D显示器。
31.一种定向光调制器，包括：
包括多个像素的发射性微发射器阵列器件；
与所述发射性微发射器阵列器件对准并且物理结合的微透镜阵列；以及
两轴万向节，其具有与所述万向节的两个轴对准的两个电磁致动器集合，以便实现围绕万向节的两个轴的所述结合衬垫的时间角度铰接。
32.根据权利要求31的定向光调制器，其中，所述两轴万向节利用用以实现万向节的两轴枢轴的多个硅基板层以及定义万向节相对于万向节基底的中性位置的机械阻力弹簧来实施。
33.根据权利要求32的定向光调制器，其中，对于所述电磁致动器的驱动电信号提供时间角度铰接，所述时间角度铰接在时间上是连续的或离散的，并且具有与通过器件接口接触件提供的图像输入数据帧速率成比例并且同步的重复速率，并且其中所述驱动电信号包括由结合到所述接触衬垫的背侧和万向节的基底层的顶侧的传感器集合提供的校正数值。
34.根据权利要求31的定向光调制器，其中，所述两轴万向节包括处于结合衬垫的背侧上的球形枢轴和处于万向节基底的顶侧上的匹配球形承窝。
35.根据权利要求31的定向光调制器，其中，在所述微透镜阵列中，其组成透镜的每一个与像素组的二维阵列内的相应的多个像素相关联并且精确地对准，其中每一个组成透镜把从相应的多个像素发射的光在光学上映射到由相应的组成透镜的数值孔径定义的角度范围内的对应的离散方向集合中。
36.根据权利要求31的定向光调制器，多个所述定向光调制器被用来形成具有扩展空间孔径的定向光调制器的平铺阵列。
37.根据权利要求36的定向光调制器，其中，在所述微透镜阵列中，其组成透镜的每一个与像素组的二维阵列内的相应的多个像素相关联并且精确地对准，其中每一个组成透镜把从相应的多个像素发射的光在光学上映射到由相应的组成透镜的数值孔径定义的角度范围内的对应的离散方向集合中，并且还由像素组的空间阵列的总体集合构成，由此每一个像素组内的每一个像素能够被单独寻址以便生成在颜色、强度和方向方面受到调制的光，从而使得所述扩展空间孔径定向光调制器器件能够横跨跨越所述空间阵列的总体集合的空间孔径生成受到空间调制的光，其在颜色、强度和方向方面也受到调制。
38.根据权利要求37的定向光调制器，其被用作产生3D显示器或2D显示器的液晶显示器（LCD）的背光，所述液晶显示器可以被切换成作为3D显示器操作或者作为高分辨率2D显示器操作。
39.根据权利要求37的定向光调制器，其能够在其扩展角度范围内利用与人类视觉系统眼睛角度分隔相称的角度分辨率数值调制多个视图，从而使其成为将不需要使用眼镜来观看其所显示的3D内容的3D显示器。
40.根据权利要求31的定向光调制器，其被用作产生3D显示器或2D显示器的液晶显示器（LCD）的背光，所述液晶显示器可以被切换成作为3D显示器操作或者作为高分辨率2D显示器操作。
41.根据权利要求31的定向光调制器，其中，所述定向光调制器的光场调制能力使其成为可以被用来实施合成全息3D显示器的3D光场显示器的底层基础。
42.一种形成定向光调制器的方法，包括：
提供发射性微发射器阵列器件；
提供微透镜元件的微透镜阵列；
将所述微透镜阵列与发射性微发射器阵列器件对准成定向光调制器子组件，从而使得微透镜阵列的每一个微透镜元件与发射性微发射器阵列器件的微发射器的二维阵列内的对应的多个微发射器相关联并且对准，以便围绕两个轴在所述发射性微发射器阵列的发射表面的平面内在正或负最大角度范围的范围内发光，由此每一个微透镜元件把从对应的多个微发射器发射的光在光学上映射到由每一个微透镜元件的数值孔径定义的角度范围内的对应的离散方向集合中；
关于所述组件的平面中的至少第一轴在时间上铰接所述定向光调制器子组件，以便响应于所述角度铰接扩展所述离散方向集合。
43.根据权利要求42的方法，其中，所述定向光调制器子组件还关于所述组件的平面内的第二轴被铰接，以便响应于所述角度铰接进一步扩展所述离散方向集合，其中第二轴垂直于第一轴。
44.根据权利要求43的方法，其中：
提供发射性微发射器阵列器件包括在单一基板上提供微发射器阵列器件的矩阵；
提供微透镜阵列包括提供微透镜阵列的矩阵；
将所述微透镜阵列的矩阵安放到微发射器阵列器件的矩阵上，从而形成定向光调制器的矩阵；并且
将所述定向光调制器的矩阵切块以便提供多个单独的定向光调制器。
45.根据权利要求44的方法，其中，利用半导体晶片层级对准技术把所述微透镜阵列的矩阵相对于所述微发射器阵列器件的矩阵对准，从而形成定向光调制器的矩阵。
46.根据权利要求44的方法，其中，提供所述微透镜阵列的矩阵包括提供多个微透镜阵列层，其中各个微透镜阵列层被安放在层叠中并且相对于彼此对准，从而形成所述微透镜阵列的矩阵。
47.根据权利要求44的方法，其中，每一个微发射器能够被单独寻址以便控制其颜色和亮度。
48.根据权利要求47的方法，其中，从对应的多个微发射器发射到由每一个微透镜元件的数值孔径定义的角度范围内的对应的离散方向集合中的光形成对应的像素组，每一个像素组内的各个像素与经过时间扩展的方向集合之间的关联连同单独像素可寻址性实现经过时间扩展的方向集合的单独可寻址性，由此所述定向光调制器生成在构成经过时间扩展的光方向集合的任何方向上受到定向调制的光。
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