CN112042186A - 具有增强偏角分离的超立体显示器 - Google Patents

Abstract

一种具有增强偏角分离的超立体显示器，包括第一光源；光学耦合到第一光源的柱状透镜，其与第一光源一起生成具有观看角度相关性的第一光输出；和光学耦合到柱状透镜的高折射率光学体。

Description

具有增强偏角分离的超立体显示器

相关申请的交叉引用

本发明要求于2018年7月24日提交的美国专利申请第16/044,355号、于2018年2月27日提交的美国临时申请第62/635,728号和于2018年4月23日提交的美国临时申请第62/661,605号的权益，所有这些申请文件通过这个引用以其整体并入。

技术领域

本发明大体上涉及图像显示领域，并且更具体地涉及具有增强偏角分离(off-angle separation)的新的且有用的超立体显示器。

背景

图像显示器是现代生活的重要部分。从电视到监视器，再到智能手机和平板电脑屏幕，图像显示器为用户提供了查看以各种形式呈现的信息并与之交互的能力。

三维显示器的出现使用户能够体验到比二维显示器更逼真的图像；然而，绝大多数3D显示器需要使用头戴式显示器(HMD)或其他笨重的外围设备。

自由空间3D显示器消除了对HMD的需求，允许多个用户在共享体验中查看和操纵内容。不幸的是，现有的少数自由空间3D显示器受限于许多问题，包括尺寸、有限的观看角度、低分辨率和亮度、场景失真以及高成本。因此，在图像显示领域中，存在对创建具有增强偏角分离的新的且有用的超立体显示器的需求。本发明提供了这种新的且有用的显示器。

附图简述

图1是发明实施例的显示器的自顶向下视图；

图2A和图2B是三维图像的立体视图；

图3A和图3B是发明实施例的显示器的截面图；

图4是发明实施例的显示器的视差发生器(parallax generator)的截面图；

图5A是发明实施例的显示器的拉伸配置的柱状透镜(lenticular lens)的截面图；

图5B是发明实施例的显示器的压缩配置的柱状透镜的截面图；

图6A是从发明实施例的显示器的光源投射的图像的光路图；

图6B是从光源投射并穿过发明实施例的显示器的高折射率(high-index)光学体的图像的光路图；

图7是发明实施例的显示器的自顶向下视图；

图8是发明实施例的高折射率光学体和感知的附加体积的透视图；

图9A、图9B和图9C是发明实施例的显示器的各种透视图；和

图10A和图10B是根据发明实施例的显示器的观看距离的图像视图的自顶向下视图。

发明实施例的描述

本发明的发明实施例的以下描述并非旨在将本发明限制于这些发明实施例，而是旨在使本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。

1.具有增强偏角分离的超立体显示器

如图1所示，具有增强偏角分离的超立体显示器100包括光源110、视差发生器120和高折射率光学体140。显示器100可以附加地或替代地包括偏振器130、四分之一波片131、光学体引导件141、机载计算机150和/或背景照明系统160。

如图1所示，显示器100用于使观看者能够同时从多个视角看到二维和/或三维图像数据。显示器100生成依赖于角度的观看体验，其可用于(经由立体观测)提供三维观看体验和/或根据观看角度向不同角度的观看者提供不同图像(而不需要引起深度感知)。示例如图2A和图2B中所示。虽然显示器100能够在多个角度处产生相同的3D图像(例如，观看者1的眼睛在0度和5度处，分别看到图像1和图像2；观看者2的眼睛在20度和25度处，分别看到图像1和图像2)，但是显示器100优选地产生连续的完整场景(例如，0度处的图像1，5度处的图像2，……，5(N-1)度处的图像N，其中N是整数)，以更好地提供沉浸式观看体验。可选地，显示器100可以为任何目的利用任何一组图像。

优选地，通过高折射率光学体140实现增强偏角分离；由于其高折射率和形状，光学体140可以使为特定观看角度的观看者准备的主图像看起来比其他情况下(没有光学体140)更靠近观看者，增加了光源110产生的图像“漂浮”出屏幕的感觉。为了进一步增强这种效果，对于相对于特定观看角度的观看者而言离轴的图像，该图像可能看起来不像同轴图像那样靠近，在观看者看来是在空间上将同轴图像和离轴图像分离。在关于高折射率光学体140的章节中将更详细地讨论这种现象。

光源110用于生成图像(即，根据图像数据生成的光)，以供显示器100显示。光源110优选地是包括一组可单独寻址的像素的平面二维显示器，但是可以附加地或替代地是任何合适的显示器。例如，光源110可以包括一个或更多个可移动光源；例如可以扫描一组位置的激光，以模拟多个光源的出现(即显示器多路复用)。

光源110优选地是RGB彩色光源(例如，每个像素包括红色、绿色和蓝色子像素)，但是可以附加地或替代地是基本上单色的光源或任何其他光源(例如，白色光源)。

光源110优选地是投影仪或投影仪光引擎(例如，DLP、激光、LCoS和/或LCD投影仪)，但是可以附加地或替代地是任何合适的显示器(例如，LCD监视器/TV显示器、OLED显示器、电子墨水显示器、LED阵列、旋转LED显示器、电子墨水显示器、电致发光显示器、氖显示器等)。在优选实施例的一个变型中，光源110包括具有准直背光的液晶面板。

显示器100优选地包括单个光源110，但是可以附加地或替代地包括多个光源110。例如，分别如图3A和图3B所示，多个光源110可以串联和/或并联放置。注意，光源110、偏振器130、四分之一波片131和/或附加光学器件(例如，反射镜、透镜等)的任何组合可以在显示器100中被使用。在利用多个光源110的配置中，光源110可以是偏移的、成角度的、旋转的、弯曲的或者以任何方式配置。

光源110可以包括用于将光耦合到视差发生器120和/或高折射率光学体140中的光学元件(例如，透镜、反射镜、波导、滤光器)。例如，光源110可以包括准直透镜，该准直透镜被设计成增加光源110输出的准直。作为第二示例，光源110可以包括被设计成缩放(或以其他方式扭曲(distort))光源110的输出(例如，减小尺寸或增加尺寸)的透镜。这种透镜可以均匀地(例如，在两个图像维度上都减小2倍)或非均匀地(例如，第一图像维度不减小，另一图像维度减小4倍)缩放光源110的输出。作为第三示例，光源110可以包括操纵所观看图像的焦平面的透镜；这种透镜可以是可调谐的(允许扫描景深)。如果这种透镜是高速可调谐的，那么这可以向观看者提供扩展的感知景深。

光源110可以附加地或替代地包括任何无源或有源光学元件，以准备供显示器100用于任何其他目的的光。例如，光源110可以包括滤光器或分光器。作为更具体的示例，如果光源110的自然输出是非偏振的，则光源110可以包括偏振滤光器。作为另一示例，光源110可以包括微透镜阵列和/或菲涅耳透镜。

视差发生器120用于根据光源110的输出生成角度相关视图。视差发生器120可以是能够生成这种角度相关视图的任何结构(例如，柱状透镜、微球透镜、视差光栅等)。

在第一示例中，视差发生器120是柱状透镜。柱状透镜结合光源110生成角度相关视图，光源110基于柱状透镜在光源110上的定位来显示不同的像素(或图像片段)。例如，如图4所示，以三个角度向观看者显示的图像分别由标记为1、2和3的像素组成。

基于柱状透镜的属性(例如，间距、材料、结构、取向和相对于光源110的定位)和期望的观看特性(例如，观看者的数量、视距、期望的视图数量、观看模式等)，显示器100可以修改光源110的输出以产生期望的结果。

在一个示例实施例中，由显示器100提供的不同视图的数量足以在某个观看距离进行超立体观看；也就是说，观看者的每只眼睛从显示器100接收不同的图像，并且当观看者在显示器100周围移动时，视图(随着观看角度)改变。例如，处于角度1的观看者可以用右眼看到场景1，用左眼看到场景2，其中场景1和场景2创建一个或更多个对象的立体三维视图。在观看者从角度1移动到角度2之后，观看者现在用右眼看到场景2，用左眼看到场景3，产生一个或更多个对象的第二立体三维视图。以这种方式，观看者在给定观看角度下感知三维图像(由于立体效果)，并且当观看者在显示器100周围移动时，(由于变化的视图，其对应于一个或更多个对象的旋转视图)这种感知被保持，如图2A(对应于第一视图)和图2B(对应于第二视图)所示。以这种方式产生一个以上立体三维视图的显示器可以被称为超立体显示器。

柱状透镜可以具有任何合适的配置和结构，并且可以由任何合适的材料制成。柱状透镜优选地是一维的(例如，以列排列的柱面透镜)，但是可以附加地或替代地是二维柱状透镜、复眼透镜阵列或整体成像透镜阵列。注意，虽然光源110的可寻址段(例如，像素)和柱状透镜之间优选地存在相关性，但是柱状透镜的透镜列不需要相对于光源110处于特定取向。例如，虽然柱状透镜的列可以与像素列对齐，但是它们也可以以一个角度偏移(这允许将由于图像切片而导致的分辨率损失分摊到图像像素的列和行上，而不是仅分摊到其中之一上)。美国专利US 6,064,424进一步描述了这种技术。(光源110的输出的)图像切片或分割可以以任何方式实现，以获得期望的观看结果。图像的处理优选地由机载计算机150执行，但是可以附加地或替代地由任何计算机系统控制。

注意，柱状透镜可以重新配置以改变透镜的光学特性。例如，柱状透镜可以由柔性或半柔性材料制成，使得透镜可以被物理压缩或加压以改变透镜的间距，如图5A(拉伸)和图5B(压缩)所示，并且像素到透镜的映射可以相应地被改变。附加地或替代地，透镜的光学特性可以通过另外的机制(例如，通过修改柱状透镜的折射率)来改变。作为另一示例，可以使用分层液晶阵列(作为整个透镜或者与固定折射透镜结合)来实现柱状透镜，使得能够动态配置柱状透镜。

显示器100可以包括多个柱状透镜和/或其他透镜，以产生期望的光学效果。例如，1D柱状透镜可以以不同取向堆叠，以产生2D角视图相关性。

在第二示例中，视差发生器120是针孔阵列或视差光栅。在第三示例中，视差生成可以由多个光源110提供。例如，一组不同角度的投影仪和观看角度相关的薄膜或表面(一起用作视差发生器120和光源110)可用于产生与单个光源110和叠加的视差发生器120相似的观看效果。

偏振器130和四分之一波片131可用于增强显示器100的图像输出的质量。例如，在图1所示的配置中，偏振器130和四分之一波片131可以(通过抑制错误反射)增加感知的图像对比度或亮度。例如，可以使用相同的效果来减少由视差发生器120引起的任何图像重影(在这种情况下，“重影”图像可以具有与预期/同轴图像不同的偏振)。

虽然偏振器130和四分之一波片131可以层叠在光学体140上，但是可能希望这些(和其他)光学部件被某种材料(或空气/真空)分隔开，以防止来自光学体140的光可能由受抑全内反射(FTIR)而造成的损失，因为偏振器130/四分之一波片131可以具有在光学体140和周围空气之间的折射率。

高折射率光学体140用于通过增强正角视图(on-angle view)(即，主视图)和偏角视图(off-angle views)之间的感知分离来增强显示器100的观看。

高折射率光学体140优选地是光学透明材料(例如，丙烯酸、玻璃、聚碳酸酯)的实心矩形棱镜，但是附加地或替代地可以是能够透射光并且折射率大于一的(以任何结构由任何材料制成的)任何三维体。例如，高折射率光学体可以是丙烯酸，并且具有1.49的相对折射率。

如图6A所示，光源110本身可以在观看者的眼睛上产生图像。在结合高折射率光学体140之后，在观看者的眼睛上形成的图像更小，这表明在适合的位置具有光学体140的感知图像比没有光学体时更近(例如，如图像的感知位置所示)或更大。给定适当的相对尺寸线索(size clues)(例如，显示器的物理边界)，观看者可能感觉图像更近(例如，“漂浮”在光学体140内)，如图6B所示。光学体140可以(通过使光向同轴观看弯曲)具有增加显示器100的观看角度的额外好处。

如图7所示，在光学体140的一些配置中(例如，均匀折射率的矩形棱镜)，这种效应在离轴观看角度(例如，不垂直于光源110和光学体140)下不太突出。这可以导致正角视图和偏角视图之间的分离，进一步增强由立体图像实现的深度效应。

显示器100可以另外包括光学体引导件141，其用于增强光学体140内的图像的“浮动”效果。光学体引导件141优选地是在光学体140上(或者在光源110的光路内)可见的标记，其吸引观看者的眼睛以帮助向显示器100的图像提供深度感觉。

光学体引导件141可以是存在于不同于(且优选地平行于)定位由观看者观看到的主图像/同轴图像的感知平面的平面中的任何可见二维或三维结构。例如，光学体引导件141可以被蚀刻、涂漆、粘附或印刷到光学体140的表面上。附加地或替代地，光学体引导件141可以位于单独的光导、基底或任何其他部件上。

在本发明实施例的一个实施方式中，光学体引导件141在至少一个表面上是反射性的。在该实施方式中，系统100包括反射偏振器130(或其他反射或部分反射表面)，以创建光学体引导件141的虚像，从而创建比光学体140的原始感知尺寸更大(例如两倍大)的体积的感知，如图8所示(由于使用高折射率材料，光学体140的原始感知尺寸可能小于其实际尺寸)。

注意，光学体引导件141的使用还可以使显示器100的三维效果在(二维)视频记录中比其他显示器更好地被感知，从而允许对显示器100的全部影响在胶片上被更好地传达。

如图9A所示，显示器100可以附加地或替代地使用不透明元件(例如，不透明外壳的部分)来包围或部分包围光学体140的侧面，进一步增强深度感知(并且潜在地还减少不希望的光的存在)。该示例实施方式的附加视图如图9B和图9C所示(包括可选的光学体引导件141)。

同样，显示器100可以与其他显示器100以任何方式(例如，以2×2或3×3的阵列，背对背)一起使用。

机载计算机150用于在光源110显示之前对显示器100接收的图像数据执行图像处理。例如，机载计算机可以将3D模型信息分成将由光源110投影的切片。机载计算机150可以附加地或替代地用于以任何方式准备用于体素表示的3D图像数据。例如，机载计算机150可以基于视差发生器120的结构/配置生成2D立体视图。作为另一示例，如果显示器100执行光折叠(即，图像被切片且各向异性缩放)，则机载计算机150可以执行像素值之间的插值以确定新的变换像素值。作为另一示例，机载计算机150可以执行抖动(dithering)以模拟图像边缘处的模糊。作为第三示例，机载计算机可以(例如，向背景照明系统160)发送控制命令。

机载计算机150可以附加地或替代地用于控制光源110的或显示器100的其他方面的一般属性；例如，机载计算机150可以控制光源110像素的亮度，以模拟显示图像中不透明度(opacity)的变化。

注意，被描述为由机载计算机150执行的功能可以附加地或替代地由另一个计算机系统(例如，云中的分布式计算系统)来执行。

在本发明实施例的一个实施方式中，机载计算机150通过有线和/或无线通信连接与另一个电子设备(例如，智能手机、平板电脑、膝上型计算机、台式计算机等)通信。在该实施方式中，数据可以在机载计算机150和另一电子设备之间流动或以其他方式通信。例如，智能手机可以将视频信息传输到机载计算机，在机载计算机处由机载计算机150将视频信息分割成深度切片。附加地或替代地，深度切片可以由所述另一电子设备来执行。通常，图像处理的任务可以在与机载计算机150通信的任意数量的电子设备之间执行和/或划分。

背景照明系统160用于用光照射显示器100的外围(或附近区域)，其中该光意在匹配或显得像被编程到由显示器100显示的数字图像中的照明条件。通过这样做，背景照明系统160可以为一些用户“锁定”现实世界中的图像；例如，可以照亮用户的手，以匹配用户的手附近的数字场景的特定部分的照明。这可以大大增加沉浸感。

背景照明系统160可以基于数字图像中的明确指令来控制照明属性(例如，颜色、持续时间、强度、方向、聚焦度、准直等)。附加地或替代地，背景照明系统160可以以任何方式控制照明属性。例如，背景照明系统160可以(针对没有明确的背景照明指令的数字图像)可以使在图像子集上的颜色平均，并用该光照亮显示器100。

背景照明系统160可以包括任何数量和/或类型的照明设备；例如颜色可控的LED。

背景照明系统160优选地由机载计算机150控制，但是可以附加地或替代地由任何控制器或计算机系统控制。

显示器100还可以包括用于交互跟踪的装置。例如，显示器100可以包括深度相机，其跟踪用户与显示器100的交互，允许基于如由深度相机测量的观看者和显示器100之间的手势和/或其他交互来控制和/或操纵所显示的图像。作为另一示例，显示器100可以包括透明触摸传感器，其跟踪观看者在显示器100的表面上的触摸交互。

在优选实施例的一个实施方式中，显示器100包括超声触觉反馈模块和头部跟踪器(例如，相机或跟踪头部位置、取向和/或运动的其他设备)。在该实施方式中，经由触觉反馈模块的触觉反馈可以根据头部跟踪数据(或其他数据，例如，手跟踪数据、身体跟踪数据、视频/音频捕获数据等)来修改。触觉反馈也可以由触觉手套提供，该触觉手套通过机载计算机150调节以提供与系统的视觉反馈一致的触觉反馈。

在优选实施例的另一实施方式中，显示器100包括用于与空中显示(aerialdisplay)交互的红外不透明棒(例如，该棒是气隙或含水的，或者是阻挡IR但对可见光透明的塑料或玻璃)。(除了用户的赤手之外)这种棒用作交互工具，其可以被深度相机读取，但是在交互延伸超过空中图像的平面的情况下，它不像可见光交互工具或手那样阻挡空中图像的光。附加地或替代地，棒可以具有红外反射器和/或光发射器的特征，以更好地实现跟踪。在一些示例中，棒可以包括内部陀螺仪和加速度计，以提供六自由度跟踪。

显示器100可以附加地或替代地包括语音控制(例如，经由自动助理，例如亚马逊的Alexa)。

跟踪和交互优选地由机载计算机150控制，但是可以附加地或替代地由任何控制器或计算机系统控制。

注意，虽然显示器100的部件以特定配置示出，但是应当理解，显示器100的部件可以以任何方式耦合/排序，以产生如本申请中所述的效果。

2.超立体显示器图像处理

在传统的立体显示器中，显示器通常针对设定距离处的固定数量的观看者进行优化。例如，在以柱状透镜为特征的传统立体显示器中，(就沿观看轴的观看距离和垂直于观看轴的距离而言)观看者必须保持在有限的体积内。这对这些系统来说是一个巨大的缺点。随着头部跟踪(或当用户的眼睛在空间中移动时推断它们的位置的其他机构)的出现，一些立体显示器修改投影图像以扩展观看体积。

显示器100能够以明显更加稳定的方式解决这个问题。例如，显示器100可以通过在机载计算机150处修改投影到视差发生器120的图像(和/或通过修改视差发生器120本身的光学属性)来补偿观看距离(如由头部跟踪器或用于确定观看者与显示器100的距离的其他机构(诸如相机)所确定的)。观看距离很重要，因为柱状透镜投射的光遵循恒定角度(因此光线之间的横向间距随着观看距离而增加)。这样的示例如图10A和图10B中所示。在第一观看距离处，用户可以用一只眼睛感知第一图像(例如，对应于像素列0、10、20等)，并且用另一只眼睛感知第二图像(例如，对应于像素列1、11、21等)。这类似于在最佳观看距离处观看传统的基于柱状透镜的立体显示器。在第二更近的距离处，用户可以用每只眼睛感知几个图像(因为视图之间的横向距离更近)。例如，用户可以用第一只眼睛感知三个图像(例如，对应于0、10、20.....；1、11、21......；2、12、22)，并且用第二只眼睛感知三个图像(例如，对应于2、12、22......；3、13、23......；4、14、22)，注意，图像在近距离处可能重叠。显示器100能够以一种或更多种方式适应观看角度的这种变化。例如，显示器100可以使对于单个观看者的双眼来说看起来是明亮的像素列变暗或关闭。即使视图没有重叠，请注意，在较近的观看距离中，每只眼睛能够看到更多的像素。显示器100可以以几种方式中的任何一种来适应这种情况；例如，显示器100可以通过选择更高分辨率的源经由插值，或者如果图像是实时生成的则通过改变生成的图像的分辨率，来增加显示图像的分辨率，而不改变拍摄的场景。改变观看距离的另一个问题在于柱状透镜会以观看距离相关的方式明显扭曲图像(例如，水平拉伸它们或者以其他方式改变纵横比)。显示器100可以通过垂直或水平地重新缩放显示的图像以校正观看者在设定距离处感知到的纵横比来适应这个问题。

还要注意，(由于立体图像的分离的差异)观看距离影响感知深度；显示器100可以附加地或替代地修改图像输出以保持给定的深度感知。

在视差发生器120水平改变视图的程度上(例如，如同圆柱的柱状透镜(columnarlenticular lens))，还可能希望修改显示器100显示的视图以反映垂直移动(例如，用户改变观看高度)。显示器100可以通过检测y轴观看差异(例如，相对于某个参考的观看高度)并相应地改变显示图像的视角来实现这一点。例如，观看高度高于参考的用户可能从稍微升高的角度观看场景，而当该用户蹲下时，用户可能从平的或降低的角度观看场景。如果显示器100正在从3D源实时生成视图，则这可以像改变光源110的2D输出以反映角度的变化一样简单。如果源受限于可能的视角，则显示器100可以附加地或替代地扭曲光源110的2D输出，以基于用户观看高度来模拟高度的变化。

这些是显示器100在跟踪用户头部时可以做出的调节的例子。显示器100还可以同时跟踪多个观看者。在某种意义上，这类似于单用户情况，正如“视图”(以不同角度投影的不同图像)可以根据观看距离分配给单个用户的眼睛一样，它们通常可以分配给多个用户。在单个用户的情况下，通常在感知范围外的视图的主要问题是串扰，即，用户可能看到并不预期到达他们眼睛的图像(因为他们是偏角的)。虽然重影图像通常比主图像(旨在到达用户眼睛的图像)更暗，但它们仍可能导致模糊。在单个用户情况下，可以只关闭导致重影的视图(或者到达观看者眼睛的时间复用视图)。这在多用户情况下也是可能的，但是对于一个人的“重影”视图可能是对另一个人的主视图，因此这是一个更复杂的问题。关于视图的另一个主要问题是在“自然”视图和“人工”视图之间的区别。当个人横向移动他或她的头部时，用户依次看到不同视图(即使这些视图可能是相同的)——这是柱状透镜的功能——但是最终向用户显示的视图重复，除非显示器100的光输出(由于被称为光线交叉的效应)改变。这些视图(那些不改变显示器100的光输出而存在的视图)是“自然”视图。另外，显示器100可以修改显示器100的光输出，以提供甚至跨越“自然视图”区的边界的连续视图。换句话说，显示器100可以(基于用户观看位置)跟踪向用户显示了哪些视图，并且当用户接近视图边界时更新显示输出。例如，在具有十个像素列的周期的柱状透镜中，当用户接近第十个像素列时，显示器100可以改变像素列1的输出以显示为“像素列11”(假设目标是保持场景周围的连续视图)。

这一原理也适用于多用户场景，不同之处在于视图现在在用户之间被划分(不同图像需要显示给不同的用户的程度，例如他们是否处于不同的观看距离、观看高度或想要观看不同的内容)。显示器100可以以任何方式在多个用户之间划分视图，并且可以将上述各种图像细化技术应用于以任何方式呈现给这些用户的视图。

显示器100可以附加地或替代地平滑这些图像细化的应用之间的过渡。在“视图崩溃(view crash)”的情况下，当先前以修改方式被显示图像(例如，被投影以提供对第一观看高度的感知)的一个用户移动到正被显示该图像的不同视角(例如，被投影以提供对第二不同观看高度的感知)的另一个用户的自然视图区中时，这可能尤其重要。在这种情况下，显示器100可以检测到视图崩溃可能发生，并且可以改变呈现给一个或更多个用户的输出，以(理想地)随着用户的视图“崩溃”(即，开始相交)，将呈现给不同用户的视图统一起来。

作为过渡平滑的另一示例，显示器100可以抑制过渡。这在头部跟踪产生错误值的情况下特别有用：如果出现错误值，则过渡抑制可以防止视图快速改变。此外，如果显示器100失去对观看者的头部跟踪锁定，则显示器100可以尝试执行航位推测，直到锁定被重新获得。

附加地或替代地，可以基于环境因素(例如，温度、湿度、海拔高度等)来修改显示图像的各个方面。还可以修改显示的图像的各方面，以在以多个光源为特征的显示器100的实施方式中保持图像之间的兼容性(例如，如在显示器100的阵列中)。

注意，如图7所示，(由于光在高折射率体积中以一定角度行进的距离不同，至少对于非径向对称的体积而言)高折射率体积中的离轴视图可能出现在不同的感知深度，因此上面的图像细化技术(以及一般的显示器)可以被另外修改以考虑高折射率光学体140的几何形状和光学特性(特别是折射率)。

如本领域中的技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求中认识到的，可在不偏离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下对本发明的优选的实施方式进行修改和改变。

Claims (21)

1.一种具有增强偏角分离的超立体显示器，所述超立体显示器包括：

第一光源；

柱状透镜，所述柱状透镜光学耦合到所述第一光源，所述柱状透镜与所述第一光源一起生成具有观看角度相关性的第一光输出；和

高折射率光学体，所述高折射率光学体光学耦合到所述柱状透镜；其中，所述光学体的折射率大于1；

其中，所述第一光源将所述第一光输出传输到所述高折射率光学体；其中，所述高折射率光学体将所述第一光输出传输到自由空间；其中，在被所述高折射率光学体传输之后，所述第一光输出包括在第一观看角度的第一可见图像和在第二观看角度的与所述第一可见图像不相同的第二可见图像、以及在第三观看角度的与所述第一可见图像和所述第二可见图像不相同的第三可见图像，所述第二观看角度与所述第一观看角度相隔第一非零角度，所述第三观看角度与所述第二观看角度相隔第二非零角度；其中，所述第一可见图像、第二可见图像和第三可见图像对应于第一三维图像的视图，并且实现对所述第一三维图像的超立体观看。

2.根据权利要求1所述的超立体显示器，其中，所述高折射率光学体减小了所述第一可见图像、第二可见图像和第三可见图像的感知观看距离，使得所述第一可见图像、第二可见图像和第三可见图像看起来位于所述高折射率光学体内。

3.根据权利要求2所述的超立体显示器，其中，所述高折射率光学体是由折射率大于1.4的透明聚合物组成的矩形棱镜。

4.根据权利要求2所述的超立体显示器，还包括位于所述高折射率光学体的第一表面处的一组光学体引导件；其中，所述一组光学体引导件增强了所述显示器所显示的图像的深度感知。

5.根据权利要求4所述的超立体显示器，其中，所述光学体引导件被蚀刻到所述高折射率光学体的表面中。

6.根据权利要求4所述的超立体显示器，还包括位于所述高折射率光学体的与所述第一表面相对的第二表面处的反射器；其中，所述反射器产生所述光学体引导件的虚像，从而产生了所述高折射率光学体比所述高折射率光学体在除此之外的情况下看起来要更大的感知。

7.根据权利要求1所述的超立体显示器，其中，所述柱状透镜是平行于所述第一光源的可寻址列的一维柱状透镜；其中，所述一维柱状透镜垂直于所述第一光源的可寻址行。

8.根据权利要求7所述的超立体显示器，其中，所述柱状透镜是相对于所述第一光源的可寻址列以大于零但小于90度的角度取向的一维柱状透镜，导致分辨率损失在所述第一光源的可寻址列和可寻址行上的分摊。

9.根据权利要求7所述的超立体显示器，其中，所述柱状透镜是由堆叠两个一维柱状透镜产生的二维柱状透镜。

10.根据权利要求7所述的超立体显示器，还包括跟踪传感器，其中，所述第一光源基于对应于第一观看者并由所述跟踪传感器捕获的头部或眼睛跟踪数据修改所述第一光输出，以实现所述观看者对所述第一三维图像的超立体观看。

11.根据权利要求10所述的超立体显示器，其中，所述第一光源还响应于所述第一观看者移动得更靠近所述显示器，而修改所述第一光输出以减少视图重影。

12.根据权利要求10所述的超立体显示器，其中，所述第一光源还响应于所述第一观看者移动得更靠近所述显示器，而修改所述第一光输出以校正纵横比失真。

13.根据权利要求10所述的超立体显示器，其中，所述第一光源还响应于所述第一观看者移动得更靠近所述显示器，修改所述第一光输出以校正深度感知变化。

14.根据权利要求10所述的超立体显示器，其中，所述第一光源响应于头部或眼睛跟踪数据的变化来抑制对所述第一光输出的修改。

15.根据权利要求7所述的超立体显示器，其中，所述第一光源基于对应于第一观看者和第二观看者并由所述跟踪传感器捕获的头部或眼睛跟踪数据修改所述第一光输出，以实现所述观看者的超立体观看。

16.根据权利要求15所述的超立体显示器，其中，所述第一光源修改所述第一光输出，以实现所述第一观看者对所述第一三维图像的超立体观看；其中，所述第一光源修改所述第一光输出，以实现所述第二观看者对第二三维图像的超立体观看。

17.根据权利要求16所述的超立体显示器，其中，所述第一三维图形和所述第二三维图像是相同的。

18.根据权利要求17所述的超立体显示器，其中，所述第一光源基于所述第一观看者的观看角度、观看距离和观看高度来修改所述第一光输出，以向所述第一观看者提供所述第一三维图像的第一视角。

19.根据权利要求17所述的超立体显示器，其中，所述第一光源基于所述第二观看者的观看角度、观看距离和观看高度来修改所述第一光输出，以向所述第二观看者提供所述第一三维图像的第二视角；其中所述第一视角和第二视角不相同。

20.根据权利要求19所述的超立体显示器，其中，所述第一光源最初修改所述第一光输出，使得所述第一视角被修改以反映所述第一观看者的第一观看高度，并且使得所述第二视角被修改以反映所述第二观看者的第二观看高度；其中，所述第一观看高度和第二观看高度不相同。

21.根据权利要求20所述的超立体显示器，其中，所述第一光源随后响应于所述第二观看者向所述第一观看者移动而修改所述第一光输出，使得所述第一视角和第二视角二者都反映所述第一观看者的第一观看高度。

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