CN107924062B - 双表面准直器以及使用它的采用基于光栅的背光照明的3d电子显示器 - Google Patents

双表面准直器以及使用它的采用基于光栅的背光照明的3d电子显示器 Download PDF

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Abstract

双向准直和双表面准直器以非零传播角提供双向准直光。双表面准直器包括均具有弯曲形状的入射表面和反射器表面。入射表面配置成折射入射光，并且反射器表面配置成朝着入射表面往回反射折射光。入射表面还配置成通过全内反射朝着输出孔径再反射反射光。入射表面和反射器表面的弯曲形状和相对取向组合配置成将入射光转换成具有非零传播角的双向准直光。三维(3D)显示器包括双表面准直器，板光导和多束衍射光栅的阵列以提供对应于显示器的不同3D视图的多个光束。

Description

双表面准直器以及使用它的采用基于光栅的背光照明的3D电 子显示器
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62/214,975的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
关于联邦资助的研究或开发的声明
不适用
背景技术
电子显示器是用于将信息传达给各种各样的装置和产品的用户的几乎无处不在的介质。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)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器，电泳显示器(EP)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜装置，电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(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)。有源显示器的最明显示例是CRT，PDP和OLED/AMOLED。LCD和EP显示器在考虑发射光时典型地被分类为无源。无源显示器尽管常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，但由于缺乏发光的能力，在许多实际应用中具有稍微有限的使用。
为了克服与光发射关联的无源显示器的适用性限制，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合光源可以允许这些另外的无源显示器发射光并且基本上用作有源显示器。这样的耦合光源的示例是背光源。背光源是放置在无源显示器后面以照射无源显示器的光源(通常称为“面板”光源)。例如，背光源可以耦合到LCD或EP显示器。背光源发射通过LCD或EP显示器的光。由背光源发射的光由LCD或EP显示器调制，然后调制的光又从LCD或EP显示器发射。通常背光源配置成发射白光。然后使用滤色器将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，滤色器可以放置在LCD或EP显示器的输出处(不常见)或背光源与LCD或EP显示器之间。
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中所述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标记表示相似的结构元件，并且其中：
图1示出了根据本文中所述的原理的示例的具有特定主角方向的光束的角分量
Figure GDA0001585930370000021
的图形视图。
图2示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的双表面准直器的横截面图。
图3示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的包括弯曲入射表面的双表面准直器的一部分的横截面图。
图4A示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的背光源的俯视图。
图4B示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的背光源的横截面图。
图4C示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的双表面准直器的输出孔径和板光导的输入孔径之间的对准的横截面图。
图4D示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的双表面准直器的输出孔径和板光导的输入孔径之间的对准的横截面图。
图5A示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的具有多束衍射光栅的背光源的一部分的横截面图。
图5B示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的具有多束衍射光栅的背光源的一部分的横截面图。
图5C示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的包括多束衍射光栅的图5A或图5B的背光源部分的透视图。
图6示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3D)电子显示器的框图。
图7示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的双向光准直的方法的流程图。
图8示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的3D电子显示器操作的方法的流程图。
某些示例具有作为以上参考的附图中示出的特征的附加或替代的特征。下面参考以上参考的附图详细描述这些和其他特征。
具体实施方式
根据本文中所述的原理的实施例和示例提供了双向准直和使用双向准直的显示器背光照明。特别地，本文中所述的原理的实施例使用具有弯曲入射表面和弯曲反射表面的准直器提供双向光准直。因而，准直器在本文中被称为“双表面”准直器。进入双表面准直器的光在弯曲入射表面处折射，并且在弯曲反射表面处朝着弯曲入射表面往回反射。反射光在弯曲入射表面处通过全内反射进一步反射或“再反射”。根据弯曲入射表面和弯曲反射表面的每一个的弯曲形状的光的折射、反射和再反射组合以将进入双表面准直器的光在双表面准直器的输出处转换或变换成双向准直光。另外，本文中所述的双向准直可以提供在与竖直方向对应的竖直平面中或等效地相对于水平面具有预定的、非零传播角的双向准直光。
根据各种实施例，来自光源(例如，多个LED)的光可以在用于双向准直的弯曲入射表面处耦合到双表面准直器中。根据一些实施例，来自双表面准直器的双向准直光可以耦合到在电子显示器中使用的背光源的光导(例如，板光导)中。例如，背光源可以是基于光栅的背光源，包括但不限于具有多束衍射光栅的基于光栅的背光源。在一些实施例中，电子显示器可以是用于显示3D信息的三维(3D)电子显示器，例如自动立体或“裸眼”3D电子显示器。
特别地，3D电子显示器可以采用具有多束衍射光栅的阵列的基于光栅的背光源。多束衍射光栅可以用于耦合来自光导的光并且提供对应于3D电子显示器的像素的耦合输出光束。例如，耦合输出光束可以具有彼此不同的主角方向(也被称为“不同方向的光束”)。根据一些实施例，由多束衍射光栅产生的这些不同方向的光束可以被调制，并且用作与“裸眼”3D电子显示器的3D视图对应的3D像素以显示3D信息。在这些实施例中，由双表面准直器提供的双向准直可以用于产生在光导内基本均匀(即，没有条纹)的输出双向准直光。进而，根据本文所述的原理，可以提供多束衍射光栅的均匀照明。
在本文中，“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处基本上透明的芯。术语“光导”通常是指采用全内反射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邻近光导材料的表面的周围介质的折射率。在一些实施例中，光导可以包括作为上述折射率差异的附加或替代的涂层以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一个，包括但不限于板或片光导和条光导之一或两者。
进一步在本文中，如在“板光导”中应用于光导时术语“板”被定义为分段或不同平面的层或片，其有时被称为“片”光导。特别地，板光导被定义为配置成在由光导的顶表面和底表面(即，相对的表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文中的定义，顶表面和底表面都是彼此分离的，并且可以至少在微分意义上基本上彼此平行。也就是说，在板光导的任何微分小部段内，顶表面和底表面基本上平行或共面。
在一些实施例中，板光导可以是基本上平坦的(即，限制于平面)，并且因此，板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板光导。然而，任何曲率具有足够大的曲率半径以确保在板光导内保持全内反射以引导光。
根据本文中所述的各种实施例，可以采用衍射光栅(例如，多束衍射光栅)以将光从光导(例如，板光导)散射或耦合输出作为光束。在本文中，“衍射光栅”通常被定义为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，可以以周期性或准周期性的方式布置多个特征。例如，衍射光栅的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽)可以布置成一维(1-D)阵列。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2-D)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或材料表面中的孔的2-D阵列。
因而，并且根据本文中的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射在衍射光栅上，则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从光导耦合输出。衍射光栅也通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角。特别地，由于衍射，离开衍射光栅(即，衍射光)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本文中被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以理解为包括衍射特征的结构，其重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地将光从光导耦合输出。
此外，根据本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是表面处、表面中和表面上的一个或多个(即，其中“表面”是指两种材料之间的边界)。该表面可以是板光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的各种结构中的任何一种，包括但不限于凹槽，脊，孔和凸起中的一个或多个，并且这些结构可以是表面处、表面中和表面上的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个平行凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面升起的多个平行脊。衍射特征(无论凹槽，脊，孔，凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦轮廓，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)。
根据本文中的定义，“多束衍射光栅”是产生包括多个光束的耦合输出光的衍射光栅。此外，根据本文中的定义，由多束衍射光栅产生的多个光束具有彼此不同的主角方向。特别地，根据定义，由于通过多束衍射光栅产生的入射光的衍射耦合和衍射重定向，多个光束中的一个光束具有与多个光束中的另一个光束不同的预定主角方向。多个光束可以表示光场。例如，多个光束可以包括具有八个不同的主角方向的八个光束。例如，组合的八个光束(即，多个光束)可以表示光场。根据各种实施例，各种光束的不同主角方向由光栅节距或间隔与相应光束的原点处的多束衍射光栅的衍射特征相对于入射在多束衍射光栅上的光的传播方向的取向或旋转的组合确定。
特别地，根据本文中的定义，由多束衍射光栅产生的光束具有由角分量
Figure GDA0001585930370000052
Figure GDA0001585930370000051
给出的主角方向。角分量θ在本文中被称为光束的“高度分量”或“高度角”。角分量
Figure GDA0001585930370000053
被称为光束的“方位分量”或“方位角”。根据定义，高度角θ是竖直平面(例如，垂直于多束衍射光栅的平面)中的角，而方位角是水平面(例如，平行于多束衍射光栅平面)内的角。图1示出了根据本文中所述的原理的示例的具有特定主角方向的光束10的角分量
Figure GDA0001585930370000054
另外，根据本文中的定义，光束10从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束10具有与多束衍射光栅内的特定原点关联的中心光线。图1也示出了光束原点O。使用指向原点O的粗箭头12在图1中示出了入射光的示例性传播方向。
根据各种实施例，可以使用多束衍射光栅及其特征(即，衍射特征)的特性来控制光束的角方向性和多束衍射光栅关于一个或多个光束的波长或颜色选择性之一或两者。可以用于控制角方向性和波长选择性的特性包括但不限于以下的一个或多个：光栅长度，光栅间距(特征间隔)，特征的形状，特征的尺寸(例如，凹槽宽度或脊宽度)，以及光栅的取向。在一些示例中，用于控制的各种特性可以是在光束的原点的附近局部的特性。
进一步根据本文中所述的各种实施例，通过衍射光栅(例如，多束衍射光栅)从光导耦合输出的光表示电子显示器的像素。特别地，具有多束衍射光栅以产生多个具有不同主角方向的光束的光导可以是电子显示器的或与电子显示器结合使用的背光源的一部分，电子显示器例如是、但不限于“裸眼”三维(3D)电子显示器(也被称为多视图或“全息”电子显示器或自动立体显示器)。因而，通过使用多束衍射光栅从光导耦合输出引导光而产生的不同方向的光束可以是或表示3D电子显示器的“像素”。此外，3D像素对应于3D电子显示器的不同3D视图或3D视角。
在本文中，“准直”反射器被定义为具有弯曲形状的反射器，其配置成准直由准直反射器(例如，准直镜)反射的光。例如，准直反射器可以具有由抛物曲线或形状表征的反射表面。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”意味着成形抛物面反射器的弯曲反射表面以确定为实现预定反射特性(例如，准直度)的方式偏离“真实”抛物曲线。在一些实施例中，准直反射器可以是连续反射器(即，具有基本平滑的、连续反射表面)，而在其他实施例中，准直反射器可以包括提供光准直的菲涅耳反射器或菲涅耳反射镜。根据各种实施例，由准直反射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，准直反射器可以配置成在两个正交方向(例如，竖直方向和水平方向)中的一个或两个方向上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直反射器可以包括在两个正交方向中的一个或两个方向上的抛物线形状。
在本文中，“光源”被定义为光源(例如，发光的装置或设备)。例如，光源可以是激活时发光的发光二极管(LED)。光源可以是基本上任何光源或光发射器，包括但不限于以下的一种或多种：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，基于等离子体的光发射器，荧光灯，白炽灯，以及实际上任何其他光源。由光源产生的光可以具有颜色或者可以包括特定波长的光。因而，“多个不同颜色的光源”在本文中明确地定义为一套或一组光源，其中光源中的至少一个产生的光具有的颜色或等效波长不同于由所述多个光源中的至少一个其他光源产生的光的颜色或波长。而且，“多个不同颜色的光源”可以包括相同或基本相似颜色的一个以上光源，只要多个光源中的至少两个光源是不同颜色的光源(即，产生至少两个光源之间不同的光的颜色)。因此，根据本文中的定义，多个不同颜色的光源可以包括产生第一颜色的光的第一光源和产生第二颜色的光的第二光源，其中第二颜色不同于第一颜色。
此外，如本文中所使用的，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，“一光栅”是指一个或多个光栅，并且因此，“光栅”在本文中表示“(一个或多个)光栅”。而且，本文中对“顶”，“底”，“上部”，“下部”，“上”，“下”，“前”，“后”，“第一”，“第二”，“左”或“右”的引用并非旨在本文中限制。在本文中，术语“约”在应用于某个值时通常表示在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以表示加或减10％，或加或减5％，或加或减1％，除非另有明确规定。此外，如本文中所使用的术语“基本上”表示大部分，或几乎全部，或全部，或约51％至约100％的范围内的量。而且，本文中的示例旨在仅仅是示例性的，并且是为了讨论的目的而不是作为限制被提供。
根据本文中所述的原理的一些实施例，提供了一种双表面准直器。图2示出了根据本文中所述的原理的实施例的示例中的双表面准直器100的横截面图。双表面准直器100配置成接收光并且在至少两个不同的方向上或相对于至少两个不同的方向准直接收的光。特别地，根据一些实施例，接收的光可以在水平方向和竖直方向上被准直。
特别地，双表面准直器100配置成从光源104接收光102。如图2中所示，根据各种实施例，光源104是在双表面准直器100的外部。在一些示例中，来自外部光源104的光102可以基本上未准直的光，例如来自产生基本未准直的光的光源104。在另一示例中，光102可以由外部光源提供104作为部分准直光102。例如，光源104可以包括透镜或另一准直装置以提供部分准直光102。因而，由双表面准直器100接收的光102可以是未准直的或部分准直的光。
示出的双表面准直器100还配置成使用下面描述的折射和反射来准直从外部光源104接收的光102以产生准直光106并且将准直光106引导到双表面准直器100的输出或输出孔径108。输出孔径108也可以被称为双表面准直器100的输出端口，输出平面，输出表面等。根据各种实施例，在双表面准直器输出孔径108处提供的准直光106大体上被准直或在至少两个方向上至少基本上被准直。因而，准直光106可以被称为“双向”准直光106。
特别地，根据本文中的定义，“双向”准直光106是在大体上与双向准直光106的传播方向正交的两个方向上准直的光。此外，根据本文中的定义，两个准直方向彼此相互正交。例如，双向准直光106可以在水平方向上或相对于水平方向(例如，在平行于x-y平面的方向上)并且也在竖直方向上或相对于竖直方向(例如，z方向)准直。因而，作为示例而非限制，由双表面准直器100提供的双向准直光106可以被称为水平准直且竖直准直或等效地被称为在水平方向和竖直方向上都准直(例如，原因是可以相对于任意参考系确定水平和竖直方向)。
此外，根据各种实施例，双表面准直器100还配置成为双表面准直器输出孔径108处的双向准直光106提供也在下面进一步描述的非零传播角θ'。如本文中所定义的，“非零传播角”是相对于平面(例如，水平面或x-y平面)或等效地相对于光导的表面(例如，与水平面平行的表面)的角。例如，非零传播角θ'可以是相对于或关于双表面准直器100的水平面限定的角。在一些示例中，双向准直光106的非零传播角θ'可以在约十(10)度至约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在约二十(20)度至约四十(40)度之间，或者在约二十五(25)度至约三十五(35)度之间。例如，非零传播角θ'可以为约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角θ'可以为约20度，或约25度，或约35度。此外，根据一些实施例，非零传播角θ'既大于零又小于光导内的全内反射的临界角，如下所述。
如图2中所示，双表面准直器100包括具有弯曲形状的入射表面110。弯曲入射表面110配置成折射入射在入射表面110上的光(即，从z方向入射，如图所示)。特别地，根据各种实施例，入射表面110可以配置成折射来自光源104的入射光102。在由入射表面110折射之后，光变成在双表面准直器100中传播的折射光102'。
图2将入射光102示出为在入射点112(即，对应于入射光线的箭头与入射表面110相交的点)处入射在入射表面110上的箭头。在双表面准直器100中远离入射点112传播的折射光102'也在图2中示出为另一箭头。例如，图2中的箭头可以表示中心光线102、102'。通常，入射光102包括多个入射光线102，每个光线以不同的入射角和不同的入射点112入射到入射表面110上。由多个入射光线的折射产生的折射光102'产生远离入射点112传播的双表面准直器100内的类似的多个折射光线102'。此外，远离入射表面110传播的每个折射光线具有由入射表面110的弯曲形状和相应入射光线的入射角确定的折射角。
根据各种实施例，入射表面110可以包括形成于双表面准直器100的材料的表面中的弯曲。例如，双表面准直器100可以包括材料，例如但不限于，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)。在其它示例中，在其中形成入射表面110的弯曲的双表面准直器材料可以包括但不限于各种类型的玻璃中的一种或多种(例如，石英玻璃，碱金属铝硅酸盐玻璃，硼硅酸盐玻璃等)。
在一些实施例中，入射表面110的弯曲形状(或者简称为“弯曲”)可以配置成从光源104散布光102，从而例如用折射光102'均匀地照射双表面准直器100的反射器表面120(下面描述)。在一些实施例中，入射表面110的弯曲形状可以配置成差分折射从多个不同光源(例如，产生不同颜色的光的光源)入射的光。在一些实施例中，入射表面110的弯曲可以配置成部分地准直折射光102'，例如，在与双表面准直器输出孔径108处的双向准直光106的方向对应的方向上准直。在一些实施例中，入射表面110的弯曲形状还配置成修改光源104的虚拟位置。修改的虚拟位置可以相对于下面描述的双表面准直器100的反射器表面(例如，反射器表面120)的焦点。根据一些实施例，入射表面110可以具有所谓的双弯曲形状。在本文中，“双弯曲”形状或表面被定义为在两个不同方向(例如，彼此正交的两个方向)上都弯曲的形状或表面。类似地，“单弯曲”形状或表面被定义为基本上在一个方向上弯曲的形状或表面。
在各种实施例中，入射表面110的曲线的特定形状可以配置(例如，调节，优化或以其他方式“成形”)成增强或调整其折射特性。例如，入射表面110的弯曲形状可以具有所谓的“成形圆柱形”轮廓或所谓的“成形球形”轮廓，其被配置或“优化”以提供入射表面110的目标折射特性(例如，折射角)(例如，为了提供光扩散等)。此外，在一些实施例中，成形球形轮廓可以优化以解决或减轻光源的特性，包括但不限于由光源104产生的入射光102的方向性失真或部分(尽管非理想或不希望的)准直。
图2中所示的双表面准直器100还包括与具有另一弯曲表面的入射表面110相对的反射器表面120。根据本文中的定义，“相对”表示反射器表面120在来自入射表面110的双表面准直器材料的另一表面上或形成于其中。进一步根据定义，“相对”表示反射器表面120是双表面准直器材料的另一表面，其定位成接收来自入射表面110的折射光102'。作为示例而非限制，图2示出了反射器表面120相对于入射表面110的相对位置的示例。
根据各种实施例，反射器表面120配置成反射折射光102'。特别地，反射器表面120配置成在反射点122处反射每个折射光线102'。此外，反射器表面120配置成将折射光102'朝着入射表面110往回反射作为反射光102”。图2将反射光102”示出为远离反射器表面120朝着入射表面110指向的箭头。
在一些实施例中，反射器表面120的弯曲形状可以具有抛物线形状或大致抛物线形状(或轮廓)。在各种实施例中，反射器表面120的弯曲的特定形状(例如，抛物线形状)可以配置(例如，调节，优化或以其他方式“成形”)成增强或调整其折射特性。例如，反射器表面120的弯曲形状可以具有所谓的“成形抛物线”轮廓，其被“优化”或配置以提供反射器表面120的目标反射特性(例如，反射角)(例如，为了提供光扩散等)。因而，反射器表面120的弯曲形状可以沿着反射器表面120从一个反射点122到另一反射点变化。根据一些实施例，反射器表面120可以具有双弯曲形状(例如，在两个正交方向上都弯曲)。例如，反射器表面120可以是双弯曲、成形抛物表面。
根据一些实施例，反射器表面120可以被金属化或以其他方式涂覆有反射材料以提供光学反射。因此，根据一些实施例，反射点122可以包括反射涂层。例如，用于涂覆反射器表面120的抛物线形表面的反射材料可以包括但不限于铝，铬，镍，银或金。在其他实施例中，由反射器表面120在反射点122处产生的反射可以通过双表面准直器100的材料与例如但不限于双表面准直器100外部(即，超出反射器表面120)的空气之间的折射率的变化被提供。
在一些实施例中，反射器表面120还可以包括倾斜角(即，反射器表面120可以以倾斜角倾斜)。例如，倾斜角可以配置成提供双向准直光106或其一部分的非零传播角θ'。在又一示例中，可以通过提供入射光102的光源104的位置相对于弯曲反射器表面120(例如，如由弯曲入射表面所示)的焦点的位移来提供或进一步提供倾斜角。
再次参考图2并且具体地参考入射表面110，根据各种实施例，入射表面110还配置成朝着双表面准直器100的输出孔径108再反射反射的光102”。特别地，反射光102”可以根据全内反射(TIR)由入射表面110或在入射表面110处再反射。而且，来自入射表面110的再反射光102”作为双向准直光106在朝着输出孔径108的方向上再反射。应当注意，根据各种实施例，不同于反射器表面120，入射表面110通常不包括反射涂层，特别地，根据各种实施例，由于在双表面准直器100的材料和双表面准直器100的外部的材料(例如，空气)之间的边界上的折射率差异，通过TIR产生的再反射发生在入射表面110的内侧114处。
根据各种实施例，双表面准直器100配置成使得入射表面110处的折射和再反射的每一个与反射器表面120处的反射一起用于将入射光102转换成双向准直光106。特别地，根据各种实施例，入射表面110和反射器表面120的弯曲形状和相对取向组合配置成将入射光102在输出孔径108处转换成双向准直光106。因此，入射表面110和反射器表面120的弯曲和取向可以是基本上任意的，只要由入射表面110的弯曲形状产生的入射光102的折射、由反射器表面120的弯曲形状产生的折射光102'的反射以及通过TIR由入射表面110的弯曲形状产生的反射光102”的再反射在输出孔径108处提供双向准直光106。
根据一些实施例，入射和反射器表面110、120的各种弯曲可以通过在双表面准直器100的模拟中同时优化来实现。例如，光线跟踪模拟可以与优化结合使用以调节或调整各种弯曲。根据光线追踪模拟，当模拟入射光102在输出孔径108处转换成模拟的双向准直光106时，可以终止优化。此外，可以在优化期间调节或调整各种弯曲或弯曲形状以实现双准直光106的模拟的非零传播角θ'，例如，相对于水平面的非零传播角。
在一些实施例中，入射表面110的弯曲或弯曲形状配置成从反射器表面120的端部附近基本延伸到表示双表面准直器100的输出孔径108的表面或边界附近。例如，入射表面110的弯曲可以包括反射器表面120和输出孔径108之间的入射表面的大于约百分之三十(30％)，或大于约百分之五十(50％)，或大于约百分之七十(70％)或大于约百分之九十(90％)。例如，图2示出了从反射器表面120的一个端部附近基本上延伸到输出孔径108的一个端部附近的入射表面弯曲以表示入射面110的约百分之一百(100％)。
在一些实施例中，例如，入射表面110的弯曲形状还可以配置成形成可以封闭光源104的腔(例如，弯曲形状可以是凹弯曲形状)。图3示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的包括弯曲入射表面110的双表面准直器100的一部分的横截面图。如图所示，双表面准直器100例如在分别与反射器表面120和输出孔径108相邻的弯曲入射表面110的端部处的接触点130'、130”处与基板130接触。此外，在一些示例中，光源104安装到基板。如图所示，入射表面110的弯曲形状配置成在弯曲入射表面110和基板130之间形成腔132，其由接触点130'、130”界定。而且，腔132配置成将光源104基本上封闭在基板130上。例如，腔132可以封闭光源104以提供对光源104的保护。特别地，在一些实施例中，光源104可以包括安装到基板130的表面的发光二极管(LED)。例如，通过由入射表面110的弯曲形状形成的腔132来封闭表面安装的LED可以提供保护，包括但不限于机械磨损保护和环境保护(例如，防潮，防碎屑等)。
根据本文中所述的原理的一些实施例，提供了采用双向准直的背光源。图4A示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的背光源200的俯视图。图4B示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的背光源200的横截面图。图4C示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的背光源200的透视图。
如图4A-4C中所示，背光源200包括双表面准直器210。在一些实施例中，双表面准直器210可以基本上类似于上述的双表面准直器100。特别地，在一些实施例中，双表面准直器210(例如，如图4B中所示)包括入射表面212和反射器表面214，其中的每一个可以基本上类似于双表面准直器100的入射表面110和反射器表面120中的相应的一个。例如，图4A示出了从上面看到的双表面准直器210的多个反射器表面214。例如，多个反射器表面的每个反射器表面214可以基本上类似于反射器表面120。而且，例如，图4A-4C中所示的反射器表面214可以表示双弯曲形状的反射器(例如，成形抛物面反射器)。在一些示例中，例如在图4B的横截面图中示出的入射表面212可以基本上类似于图2的入射表面110。在一些实施例中，入射表面212可以包括多个入射表面，其中多个入射表面的每个入射表面212配置成将光引导到多个反射器表面的对应反射器表面214。例如，多个入射表面的每个入射表面212可以具有独立的、双弯曲形状(例如，用于每个入射表面212的独立球形)。在其他实施例中，入射表面212是跨越多个反射器表面214的长度的基本上连续的弯曲表面。例如，入射表面212可以是跨越双表面准直器210的宽度(即，在y方向上，如图所示)的单弯曲的、基本上连续的、圆柱形的表面。
参考图4B，根据各种实施例，双表面准直器210配置成接收光202(例如，从下面描述的光源230)，并且在双表面准直器210的输出216处提供双向准直光204。此外，根据各种实施例，双表面准直器210配置成在双表面准直器输出216处提供相对于水平x-y平面具有非零传播角的双向准直光204。在一些实施例中，由双表面准直器210提供的双向准直光204可以基本上类似于由双表面准直器100提供的双向准直光106，如上所述。
示出的背光源200还包括耦合(例如，光学耦合)到双表面准直器210的输出216的板光导220。板光导220配置成接收并以非零传播角引导双向准直光204。特别地，板光导220可以在板光导220的输入端或等效地在输入孔径处接收双向准直光204.根据各种实施例，板光导220还配置成从板光导220的表面发射引导的、双向准直光204的一部分。在图4B中，发射光示出为远离板光导表面延伸的多个光线(箭头)。
在一些实施例中，板光导220可以是片或板光波导，其包括基本光学透明的、介电材料的延伸、平面片。介电材料的平面片配置成使用全内反射引导来自双表面准直器210的双向准直光204作为引导光束。介电材料具有的第一折射率可以大于围绕介电光波导的介质的第二折射率。折射率的差异配置成根据板光导220的一个或多个引导模式促进引导光束的全内反射。
根据各种示例，板光导220的基本上光学透明的材料可以包括多种介电材料中的任何一种或由其组成，包括但不限于各种类型的玻璃(例如，硅酸盐玻璃，碱硅铝酸盐玻璃，硼硅酸盐玻璃等)和基本上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，板光导220还可以包括在板光导220的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两者)的至少一部分上的包覆层(未示出)。根据一些示例，可以使用包覆层来进一步促进全内反射。
在一些实施例中，(例如，如图4A中所示)，板光导220可以与双表面准直器210成一体。特别地，板光导220和双表面准直器210可以由相同材料形成并因此包括相同材料。例如，板光导220可以是双表面准直器210的输出216(或输出孔径)的延伸部。在其他实施例(例如，如图4B中所示)中，双表面准直器210和板光导220是独立的，并且胶粘剂或粘合剂层，另一界面材料或甚至输出216与板光导220的输入之间的空气提供双表面准直器210和板光导220的耦合(例如，光耦合和机械耦合之一或两者)。例如，双表面准直器210可以包括聚合物或塑料材料，并且板光导220可以包括玻璃。双表面准直器210和板光导220可以使用其间的合适的粘合剂层222(例如，光学匹配的胶粘剂)彼此固定，例如，如图4B中所示。
根据一些实施例，背光源200还可以包括光源230。光源230配置成向双表面准直器210提供光202。特别地，光源230位于双表面准直器210的入射表面212附近(例如，下面如图4B-4C中所示)，并且配置成提供入射表面弯曲形状上的入射光202。在各种实施例中，光源230可以包括基本上任何光源，包括但不限于一个或多个发光二极管(LED)。在一些实施例中，光源230可以包括配置成产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本单色光的光学发射器。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，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在一些实施例中，光源230可以包括配置成提供不同颜色的光的多个不同的光源。例如，不同的光源可以彼此偏移。根据一些实施例，不同光源的偏移可以配置成提供与光的不同颜色的每一种对应的双向准直光204的不同的、颜色特定的、非零传播角。特别地，例如，该偏移可以将额外的非零传播角分量添加到由双表面准直器210提供的非零传播角。在一些实施例中，上面关于双表面准直器100描述的光源104和光源230可以基本上类似。
在一些实施例中，双表面准直器210的输出216的竖直范围大于板光导220的输入孔径的竖直范围。根据一些实施例，板光导输入孔径和双表面准直器输出216之间的对准可以配置成调节在输入孔径处耦合到板光导220中的双向准直光204的特性。例如，耦合到板光导220中的双向准直光204的强度可以通过选择特定对准(即，板光导220相对于双表面准直器210的竖直位置)进行调节。在另一示例中，耦合到板光导220中的双向准直光204的各种颜色的相对量可以通过对准来控制。特别地，当双向准直光204包括不同的、颜色特定的、非零传播角上的不同颜色的光时，孔径对准可以用于依靠这些不同的、颜色特定的、非零传播角控制不同颜色的每一个的相对量。
图4D示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的双表面准直器210的输出216与板光导220的输入孔径224之间的对准的横截面图。特别地，图4D示出了双表面准直器输出216具有的竖直范围大于板光导输入孔径224的竖直范围。粗双头箭头相应地示出了输出216和输入孔径224之间的对准的调节(例如，上或下)。三个延伸箭头(例如，具有实线，大虚线和小虚线)示出了以三个不同的、颜色特定的、非零传播角传播的三个不同颜色的双向准直光204。根据各种实施例，板光导输入孔径224相对于双表面准直器210的输出216的特定对准或等效特定竖直位置的选择可以影响耦合到板光导220中的双向准直光的三种不同颜色的每一种的相对量。
根据一些实施例(例如，如图4B中所示)，背光源200还可以包括在板光导220的表面处的多束衍射光栅240。多束衍射光栅240配置成从板光导220衍射地耦合输出引导、双向准直光204的一部分作为多个光束206。多个光束206(即，图4B中所示的多个光线(箭头))表示发射光。在各种实施例中，多个光束的光束206具有的主角方向不同于多个光束的其它光束206的主角方向。
在一些实施例中，多束衍射光栅240是多束衍射光栅240的阵列中的构件或布置在多束衍射光栅240的阵列中。在一些实施例中，背光源200是三维(3D)电子显示器的背光源，并且光束206的主角方向对应于3D电子显示器的视向。
图5A示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的具有多束衍射光栅240的背光源200的一部分的横截面图。图5B示出了根据与本文中所述的原理一致的另一实施例的示例中的具有多束衍射光栅240的背光源200的一部分的横截面图。图5C示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的包括多射束衍射光栅240的图5A或图5B的背光源部分的透视图。作为示例而非限制，图5A中所示的多束衍射光栅240包括板光导220的表面中的凹槽。图5B示出了包括从板光导表面突出的脊的多束衍射光栅240。
如图5A-5B中所示，多束衍射光栅240是啁啾衍射光栅。特别地，衍射特征240a在多束衍射光栅240的第一端部240'处比在第二端部240”处更靠近在一起。此外，所示的衍射特征240a的衍射间隔d从第一端部240'到第二端部240”变化。在一些实施例中，多束衍射光栅240的啁啾衍射光栅可以具有或呈现随距离线性变化的衍射间隔d的啁啾。因而，多束衍射光栅240的啁啾衍射光栅可以被称为“线性啁啾”衍射光栅。
在另一实施例中，多束衍射光栅240的啁啾衍射光栅可以呈现衍射间隔d的非线性啁啾。可以用于实现啁啾衍射光栅的各种非线性啁啾包括但不限于指数啁啾，对数啁啾，或以另一基本上非均匀的或随机的，但仍然单调的方式变化的啁啾。也可以采用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角或锯齿啁啾。在多束衍射光栅240中也可以使用任何这些类型的啁啾的组合。
如图5C中所示，多束衍射光栅240包括位于板光导220的表面之中、之处或之上的衍射特征240a(例如，凹槽或脊)，其是啁啾和弯曲的(即，多束衍射光栅240是弯曲、啁啾衍射光栅，如图所示)。在板光导220中引导的作为引导光束的双向准直光204具有相对于多束衍射光栅240和板光导220的入射方向，如图5A-5C中的粗箭头所示。也示出了在板光导220的表面处远离多束衍射光栅240指向的多个耦合输出或发射光束206。示出的光束206以多个不同的预定主角方向发射。特别地，发射光束206的不同的预定主角方向在方位和高度上都不同(例如，以形成光场)。
根据各种示例，衍射特征240a的预定义啁啾和衍射特征240a的弯曲都可以负责发射光束206的相应的多个预定的不同主角方向。例如，由于衍射特征弯曲，多束衍射光栅240内的衍射特征240a可以具有相对于板光导220内的引导光束的入射方向的变化取向。特别地，在多束衍射光栅240内的第一点或位置处的衍射特征240a的取向可以不同于在另一点或位置处的衍射特征240a相对于引导光束入射方向的取向。关于耦合输出或发射的光束206，光束206的主角方向
Figure GDA0001585930370000161
的方位分量
Figure GDA0001585930370000162
可以由光束106的原点处(即，引导光束耦合输出的点处)的衍射特征240a的方位取向角
Figure GDA0001585930370000163
确定或与其对应。因而，至少在其相应的方位分量
Figure GDA0001585930370000164
方面，多束衍射光栅240内的衍射特征240a的变化取向产生具有不同的主角方向
Figure GDA0001585930370000165
的不同光束206。
特别地，在沿着衍射特征240a的弯曲的不同点处，与弯曲衍射特征240a关联的多束衍射光栅240的“下面的衍射光栅”具有不同的方位角取向角
Figure GDA0001585930370000166
“下面的衍射光栅”表示多个非弯曲衍射光栅的衍射光栅，其在叠加时产生多束衍射光栅240的弯曲衍射特征240a。因此，在沿着弯曲衍射特征240a的给定点处，弯曲具有特定的方位取向角
Figure GDA0001585930370000171
其大体上不同于沿着弯曲衍射特征240a的另一点处的方位取向角
Figure GDA0001585930370000172
此外，特定的方位取向角
Figure GDA0001585930370000175
导致从给定点发射的光束206的主角方向
Figure GDA0001585930370000173
的相应方位分量
Figure GDA0001585930370000174
在一些示例中，衍射特征240a(例如凹槽，脊等)的弯曲可以表示圆的一部分。该圆可以与光导表面共面。在其他示例中，弯曲可以表示椭圆的一部分或例如与光导表面共面的另一弯曲形状。
在其他实施例中，多束衍射光栅240可以包括“分段”弯曲的衍射特征240a。特别地，尽管衍射特征240a本身可能不描述沿着多束衍射光栅240内的衍射特征240a的不同点处的基本上平滑或连续弯曲，但是衍射特征240a仍然可以相对于双向准直光204的引导光束的入射方向以不同角定向。例如，衍射特征240a可以是包括多个基本笔直段的凹槽，每个段具有与相邻段不同的取向。根据各种实施例，段的不同角可以一起近似弯曲(例如，圆的一部分)。在另外的其他示例中，衍射特征240a可以仅具有相对于多束衍射光栅240内的不同位置处的引导光的入射方向的不同取向，而不近似特定弯曲(例如，圆或椭圆)。
在一些实施例中，可以将形成衍射特征240a的凹槽或脊蚀刻、铣削或模制到板光导表面中。因而，多束衍射光栅240的材料可以包括板光导220的材料。如图5B中所示，例如，多束衍射光栅240包括从板光导220的表面突出的脊，其中脊可以基本上彼此平行。在图5A(和图4B)中，多束衍射光栅240包括穿透板光导220的表面的凹槽，其中凹槽可以基本上彼此平行。在其他示例(未示出)中，多束衍射光栅240可以包括施加或固定到光导表面的膜或层。由多束衍射光栅240提供的在不同主角方向上的多个光束206配置成在电子显示器的视向上形成光场。特别地，采用双向准直的背光源200配置成提供与电子显示器的像素对应的信息，例如3D信息。
根据本文中所述的原理的一些实施例，提供了三维(3D)电子显示器。图6示出了根据本文中所述的原理的实施例的示例中的三维(3D)电子显示器300的框图。3D电子显示器300配置成产生包括光束的定向光，所述光束具有不同的主角方向，并且在一些实施例中，也具有多种不同的颜色。例如，3D电子显示器300可以在不同的预定主角方向上提供或生成从3D电子显示器300导出和远离的多个不同光束306(例如，作为光场)。此外，不同的光束306可以包括具有不同颜色的光的光束306。进而，根据一些实施例，多个光束的光束306可以调制为调制光束306'以便于显示包括颜色信息的信息(例如，当光束306是彩色光束时)。
特别地，具有不同的预定主角方向的调制光束306'可以形成3D电子显示器300的多个像素。在一些实施例中，3D电子显示器300可以是所谓的“裸眼”3D电子显示器(例如，多视图，“全息”或自动立体显示器)，其中光束306'对应于与3D电子显示器300的不同“视图”关联的像素。作为示例，在图6中使用虚线箭头示出调制光束306'，而调制之前的不同光束306示出为实线箭头。
图6中所示的3D电子显示器300包括双表面准直器310(在图6中缩写为“双表面准直器”)。双表面准直器310配置成提供具有竖直准直和水平准直的双向准直光。特别地，竖直和水平准直相对于双表面准直器310的竖直方向(例如，z方向)或竖直平面(例如，y-z平面)和水平方向(例如，x方向)或水平面(x-y平面)。此外，双表面准直器310配置成提供相对于双表面准直器310的水平面成非零传播角的双向准直光。
在一些实施例中，双表面准直器310基本上类似于上述双表面准直器100。特别地，双表面准直器310包括弯曲入射表面和弯曲反射器表面。弯曲反射器表面与弯曲入射表面相对，例如在双表面准直器310的材料的相对侧。此外，根据一些实施例，弯曲入射表面可以基本上类似于具有弯曲形状的入射表面110，并且弯曲反射器表面可以基本上类似于上面关于双表面准直器100描述的具有弯曲形状的反射器表面120。
特别地，双表面准直器310的弯曲入射表面可以配置成朝着弯曲反射器表面折射入射光。进而，弯曲反射器表面可以配置成将折射光朝着弯曲入射表面往回反射，并且弯曲入射表面还可以配置成将来自弯曲反射器表面的反射光朝着板光导(例如，板光导320，如下所述)再反射以提供双向准直光。根据一些实施例，弯曲入射表面和弯曲反射器表面的每一个的相对取向和弯曲形状的组合配置成将入射光准直并重定向为具有非零传播方向的双向准直光。
在一些实施例中，弯曲反射器表面包括具有抛物线形状或大致抛物线形轮廓的光反射器。抛物线形状可以配置成在双表面准直器的输出处确定或提供双向准直光的非零传播角。此外，例如，双表面准直器310的弯曲反射器表面可以包括具有抛物线形状的光反射器。例如，抛物线形状可以被成形(例如，通过优化)。
如图6中所示，3D电子显示器300还包括板光导320。板光导320配置成以非零传播角作为引导光束引导双向准直光。特别地，引导光束可以相对于板光导320的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两者)以非零传播角被引导。表面可以在一些实施例中平行于水平面。根据一些实施例，板光导320可以基本上类似于上面关于背光源200描述的板光导220。
根据各种实施例并且如图6中所示，3D电子显示器300还包括位于板光导320的表面处的多束衍射光栅330的阵列。根据一些实施例，该阵列的多束衍射光栅330可以基本上类似于上面关于背光源200描述的多束衍射光栅240。特别地，该阵列的多束衍射光栅330配置成衍射地耦合输出引导光束的一部分作为具有不同的主角方向并且表示图6中的光束306的光束。而且，根据各种实施例，由多束衍射光栅330耦合输出的光束306的不同主角方向对应于3D电子显示器300的不同3D视图。在一些实施例中，多束衍射光栅330包括具有弯曲衍射特征的啁啾衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅的啁啾是线性啁啾。
在一些实施例中，3D电子显示器300(例如，如图6中所示)还包括配置成向双表面准直器310的输入提供光的光源340。在一些实施例中，光源340可以基本上类似于上述的背光源200的光源230。特别地，光源340可以包括配置成提供不同颜色的光的多个不同的发光二极管(LED)(为了简化讨论，被称为“不同颜色的LED”)。在一些实施例中，不同颜色的LED可以彼此偏移(例如，横向偏移)。不同颜色的LED的偏移配置成提供来自双表面准直器310的双向准直光的不同的、颜色特定的、非零传播角。此外，不同的、颜色特定的、非零传播角可以对应于由光源340提供的光的不同颜色的每一种。
在一些实施例(未示出)中，光的不同颜色可以包括红-绿-蓝(RGB)颜色模型的红色，绿色和蓝色。此外，板光导320可以配置成在板光导320内以不同的颜色相关非零传播角引导不同的颜色作为光束。例如，根据一些实施例，第一引导颜色光束(例如，红色光束)可以以第一颜色相关、非零传播角被引导，第二引导颜色光束(例如，绿色光束)可以以第二颜色相关非零传播角被引导，并且第三引导颜色光束(例如，蓝色光束)可以以第三颜色相关、非零传播角被引导。
如图6中所示，3D电子显示器300还可以包括光阀阵列350。根据各种实施例，光阀阵列350配置成将多个光束的耦合输出光束306调制为调制光束306'以形成或用作对应于3D电子显示器300的不同3D视图的3D像素。在一些实施例中，光阀阵列350包括多个液晶光阀。在其他实施例中，例如，光阀阵列350可以包括另一光阀，包括但不限于电润湿光阀，电泳光阀，其组合，或液晶光阀与另一种光阀类型的组合。
根据本文中所述的原理的其他实施例，提供了一种双向光准直的方法。图7示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的双向光准直的方法400的流程图。如图7中所示，双向光准直的方法400包括折射410入射在并通过双表面准直器的入射表面的光。根据各种实施例，入射表面具有弯曲形状。在一些实施例中，入射表面基本上类似于上面关于双表面准直器100描述的具有弯曲形状的入射表面110。例如，入射表面可以具有弯曲形状，其基本上包括入射表面的整个范围。在其他示例中，弯曲形状包括入射表面的范围的一部分。另外，在各种实施例中，入射表面弯曲形状可以是单弯曲的或双弯曲的。
双向光准直的方法400还包括在双表面准直器的反射器表面处反射420折射光。根据各种实施例，反射器表面具有另一弯曲形状。例如，反射器表面的另一弯曲形状可以与入射表面的弯曲形状不同。在一些实施例中，反射器表面基本上类似于上面关于双表面准直器100所述的具有弯曲形状的反射器表面120。例如，反射器表面可以具有抛物线形状。在另一示例中，反射器表面可以包括双弯曲表面。
图7中所示的双向光准直的方法400还包括使用全内反射在入射表面处再反射430反射光。根据各种实施例，来自再反射430的再反射光指向双表面准直器的输出孔径。此外，根据各种实施例，入射表面和反射器表面的弯曲形状和相对取向组合配置成在输出孔径处提供双向准直光。而且，根据各种实施例，双向准直光具有相对于水平面的非零传播角。
例如，非零传播角可以基本上类似于上面关于双表面准直器100描述的非零传播角。在一些实施例中，反射器表面弯曲形状包括具有倾斜角的抛物线形状，其配置成提供或至少部分地提供双向准直光的非零传播角。此外，在一些实施例中，反射器表面可以涂覆有反射涂层。
根据本文中所述的原理的其他实施例，提供了三维(3D)电子显示器操作的方法。图8示出了根据与本文中所述的原理一致的实施例的示例中的3D电子显示器操作的方法500的流程图。如图8中所示，3D电子显示器操作的方法500包括提供510具有非零传播角的双向准直光。根据各种实施例，使用双表面准直器提供510双向准直光。双表面准直器可以基本上类似于上述的双表面准直器100。在一些实施例中，可以根据上述的双向光准直的方法400提供510双向准直光。而且，双向准直光可以基本上类似于上面相应地针对双表面准直器100或背光源200描述的双向准直光106或204。
3D电子显示操作的方法500还包括在板光导中引导520双向准直光。特别地，在板光导内以非零传播角引导520双向准直光。根据一些实施例，板光导可以基本上类似于背光源200的板光导220，如上所述。
图8的三维电子显示器操作的方法500还包括使用多束衍射光栅从板光导衍射地耦合输出530引导双向准直光的一部分以产生多个光束。根据一些实施例，多束衍射光栅位于板光导的表面处。根据各种实施例，衍射地耦合输出530引导双向准直光部分配置成在多个不同的主角方向上提供远离板光导定向的多个光束。特别地，多个不同的主角方向对应于3D电子显示器的不同3D视图的方向。根据一些实施例，多束衍射光栅基本上类似于背光源200的多束衍射光栅240，如上所述。多个光束的衍射耦合输出530光束对应于上面相应地关于背光源200或3D电子显示器300描述的光束206或306。
根据各种实施例，图8中所示的3D电子显示器操作的方法500还包括使用光阀的阵列调制540多个光束的光束。根据各种实施例，经调制540的光束在3D视向上形成3D电子显示器的3D像素。在一些实施例中，光阀的阵列可以基本上类似于上面关于3D电子显示器300描述的光阀阵列350。
在一些实施例(未示出)中，3D电子显示器操作的方法500还包括提供将在双向上准直的光。例如，光可以是提供给双表面准直器(例如，可以用于提供510双向准直光的双表面准直器)的非准直光。例如，可以在双表面准直器的入射表面的输入处使用光源提供光。此外，在一些实施例中，光源可以基本类似于上面关于背光源200描述的光源230。
因此，已描述了双表面准直器，采用双表面准直器的背光源和3D电子显示器，双向准直的方法以及采用双向准直的3D电子显示器操作的方法的示例。应当理解的是，上述示例仅仅是说明表示本文中所述的原理的许多具体示例中的一些。显然，本领域的技术人员可以容易地设计许多其他的布置而不脱离由以下权利要求限定的范围。

Claims (21)

1.一种双表面准直器，其包括：
具有弯曲形状的入射表面，所述入射表面配置成折射来自光源的入射光；以及
与所述入射表面相对并且具有另一弯曲形状的反射器表面，所述反射器表面配置成朝着所述入射表面往回反射折射光，所述入射表面还配置成通过全内反射朝着所述双表面准直器的输出孔径再反射反射光，
其中所述入射表面和所述反射器表面的弯曲形状和相对取向组合配置成将入射光转换成在所述输出孔径处的双向准直光，所述双向准直光具有相对于所述双表面准直器的水平面的非零传播角。
2.根据权利要求1所述的双表面准直器，其中所述入射表面的弯曲形状配置成修改所述光源的虚拟位置，经修改的虚拟位置相对于所述反射器表面的焦点，所述光源配置成提供入射在所述入射表面上的光。
3.根据权利要求1所述的双表面准直器，其中所述入射表面的弯曲形状配置成大体上从所述反射器表面延伸到所述双表面准直器的输出孔径。
4.根据权利要求1所述的双表面准直器，其中所述入射表面的弯曲形状是凹形的并且配置成形成腔以基本上封闭基板上的所述光源。
5.根据权利要求1所述的双表面准直器，其中所述反射器表面弯曲形状涂覆有反射涂层。
6.一种背光源，其包括根据权利要求1所述的双表面准直器，所述背光源还包括：
耦合到所述双表面准直器的输出孔径的板光导，所述板光导具有配置成接收双向准直光的输入孔径，所述板光导配置成以非零传播角引导双向准直光，
其中所述板光导还配置成从所述板光导的表面发射引导的双向准直光的一部分。
7.根据权利要求6所述的背光源，其中所述双表面准直器输出孔径的竖直范围大于所述板光导输入孔径的竖直范围，所述板光导输入孔径与所述双表面准直器输出孔径之间的对准配置成调节将在所述输入孔径处耦合到所述板光导中的双向准直光的特性。
8.根据权利要求6所述的背光源，其还包括配置成向所述双表面准直器提供光的光源，所述光源位于所述弯曲入射表面附近以提供入射光。
9.根据权利要求8所述的背光源，其中所述光源包括配置成提供不同颜色的光的多个不同的光源，所述不同的光源彼此偏移，其中所述不同的光源的偏移配置成提供对应于所述不同颜色的光的每种的双向准直光的不同的、颜色特定的、非零传播角。
10.根据权利要求6所述的背光源，其还包括在所述板光导表面处的多束衍射光栅，所述多束衍射光栅配置成从所述板光导衍射地耦合输出引导的、双向准直光的一部分作为从所述板光导表面发射的多个光束，所述多个光束的光束具有与所述多个光束中的其他光束的主角方向不同的主角方向。
11.一种三维电子显示器，其包括根据权利要求10所述的背光源，所述三维电子显示器还包括：
调制所述多个光束的光束的光阀，所述光阀与所述多束衍射光栅相邻，
其中所述光束的主角方向对应于所述三维电子显示器的视向，经调制的光束表示在视向上的所述三维电子显示器的像素。
12.一种三维电子显示器，其包括根据权利要求1所述的双表面准直器，所述三维电子显示器还包括：
板光导，所述板光导配置成以非零传播角引导双向准直光作为引导光束；以及
在所述板光导的表面处的多束衍射光栅的阵列，所述阵列的多束衍射光栅配置成衍射地耦合输出引导光束的一部分作为具有对应于所述三维电子显示器的不同三维视图的方向的不同主角方向的多个耦合输出光束。
13.根据权利要求12所述的三维电子显示器，其中所述多束衍射光栅的阵列包括具有弯曲衍射特征的啁啾衍射光栅。
14.根据权利要求13所述的三维电子显示器，其中所述啁啾衍射光栅是线性啁啾衍射光栅。
15.根据权利要求12所述的三维电子显示器，其还包括：
光源，所述光源配置成将入射光提供给所述双表面准直器的弯曲入射表面；以及
光阀阵列，所述光阀阵列配置成选择性地将所述多个耦合输出光束的耦合输出光束调制为对应于所述三维电子显示器的不同三维视图的三维像素。
16.根据权利要求15所述的三维电子显示器，其中所述光阀阵列包括多个液晶光阀。
17.根据权利要求16所述的三维电子显示器，其中所述光源包括配置成提供不同颜色的光的多个不同的发光二极管，所述不同的发光二极管彼此偏移，其中所述不同的发光二极管的偏移是配置成提供双向准直光的不同颜色特定的非零传播角，不同颜色特定的非零传播角对应于不同颜色的光的每种。
18.根据权利要求17所述的三维电子显示器，其中所述双表面准直器的输出孔径的竖直范围大于所述板光导的输入孔径的竖直范围，所述板光导配置成接收双向准直光，所述板光导输入孔径与所述双表面准直器输出孔径之间的对准配置成根据所述不同的、颜色特定的、非零传播角调节将由所述板光导输入孔径接收的不同颜色的光的相对量。
19.一种双向光准直的方法，所述方法包括：
折射入射在双表面准直器的入射表面上并穿过其中的光，所述入射表面具有弯曲形状；
在所述双表面准直器的反射器表面处反射折射光，所述反射器表面具有另一弯曲形状；以及
使用全内反射在入射表面处再反射反射光，再反射光指向所述双表面准直器的输出孔径，
其中所述入射表面和所述反射器表面的弯曲形状和相对取向组合配置成在所述输出孔径处提供双向准直光，所述双向准直光具有相对于所述双表面准直器的水平面的非零传播角。
20.根据权利要求19所述的光准直的方法，其中所述反射器表面弯曲形状涂覆有反射涂层。
21.一种三维电子显示器操作的方法，其包括根据权利要求19所述的双向光准直的方法，所述三维电子显示器操作的方法还包括：
以非零传播角在板光导中引导来自输出孔径的双向准直光；
使用在所述板光导的表面处的多束衍射光栅衍射地耦合输出引导的双向准直光的一部分以在对应于三维电子显示器的不同三维视图的方向的多个不同的主角方向上产生远离所述板光导定向的多个光束；以及
使用光阀的阵列调制所述多个光束的光束，经调制的光束在不同的三维视向上形成所述三维电子显示器的三维像素。
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