CN113039476B - 情境光场显示系统、多视图显示器和方法 - Google Patents

Abstract

一种情境光场显示系统和情境光场多视图显示器，基于显示情境提供多个光场显示模式。该情境光场显示系统包括被配置为提供光场显示模式的多视图显示器，以及被配置为确定显示情境并且使用所确定的显示情境来选择光场显示模式的光场模式选择器。情境光场多视图显示器包括被配置为提供定向光束的多光束元件和被配置为将定向光束调制为多视图图像的光阀。可选择的光场显示模式可以包括立体三维(3D)显示模式、单向视差显示模式、全视差显示模式和二维(2D)显示模式。

Description

情境光场显示系统、多视图显示器和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月1日提交的美国临时专利申请序列号62/754,555的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

关于联邦政府赞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。最常用的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(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，数字微镜器件、电润湿显示器等)。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)。有源显示器的最明显的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射光时通常被分类为无源的显示器是LCD和EP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。

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示出了根据与在此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示出了具有与根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的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示出了根据与在此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示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的情境光场显示系统的框图。

图3B示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的情境光场显示系统的透视图。

图3C示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的另一个示例中的图3B的情境光场显示系统的平面图。

图4A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中与立体显示模式相对应的多视图显示器的视图布置的图形表示。

图4B示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中与单向视差显示模式相对应的多视图显示器的视图布置的图形表示。

图4C示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的另一示例中与单向视差显示模式相对应的多视图显示器的视图布置的图形表示。

图4D示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中与全视差显示模式相对应的多视图显示器的视图布置的图形表示。

图5A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的横截面视图。

图5B示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的平面图。

图5C示出了根据与在此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6A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件的多视图显示器的一部分的横截面视图。

图6B示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图显示器的一部分的横截面视图。

图7A示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图显示器的一部分的横截面视图。

图7B示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图显示器的一部分的横截面视图。

图8示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图显示器的一部分的横截面视图。

图9示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的多视图显示器的横截面视图。

图10示出了根据在此描述的原理的实施例的示例中的情境光场多视图显示器的框图。

图11示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的情境光场显示系统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

根据在此描述的原理的示例和实施例提供了一种被配置为创建用于用户的情境光场显示模式的系统和显示器。具体地，情境光场显示系统可以包括多视图显示器，其被配置为根据光场显示模式显示包括多视图或三维(3D)内容的多视图图像。可以使用光场模式选择器来选择光场显示模式，该光场模式选择器被配置为确定显示情境并且基于所确定的显示情境从多个光场显示模式中选择光场显示模式。根据各种实施例，光场显示模式可以包括多视图图像的不同视图的模式特定布置。例如，所选择的光场显示模式可以包括但不限于立体三维(3D)显示模式、单向视差显示模式、全视差显示模式和2D显示模式。

在此，“二维显示器”或“2D显示器”被定义为被配置为提供基本相同的图像视图的显示器，而不管从哪个方向观看图像(即，在2D显示器的预定视角或范围内)。在许多智能电话和计算机监视器中发现的液晶显示器(LCD)是2D显示器的示例。相比之下，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上或从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。特别地，不同视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。在一些实例中，多视图显示器也可以被称为三维(3D)显示器，例如，当同时观看多视图图像的两个不同视图时提供观看三维图像的感知。

图1A示出了根据与在此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，以显示要观看的多视图图像。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同观看方向16上提供多视图图像的不同视图14。观看方向16被图示为在各种不同的主角方向上从屏幕12延伸的箭头；不同的视图14被图示为在箭头(即，描绘视图方向16)的末端处的多边形盒；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)中的角度，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示出了根据与在此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)。

“多视图像素”在这里被定义为表示多视图显示器的多个不同视图的每个视图中的“视图”像素的子像素(例如光阀)的集合或组。具体地，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中的每一个中的视图像素的单独的子像素。此外，根据这里的定义，多视图像素的子像素是所谓的“定向像素”，因为每个子像素与不同视图中的对应一个视图的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的子像素表示的不同视图像素可以在不同视图中的每一个中具有等同的或至少基本上类似的位置或坐标。举例来说，第一多视图像素可具有对应于位于多视图图像的不同视图中的每一者中的{x₁,y₁}处的视图像素的个别子像素，而第二多视图像素可具有对应于位于不同视图中的每一者中的{x₂,y₂}处的视图像素的个别子像素，等等。

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为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，并且可以至少在差异意义上基本上彼此平行。即，在板光导的任何差别化的小部分内，顶表面和底表面基本上平行或共面。

在一些实施例中，板光导可以是基本上平坦的(即，被限制在平面)，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。

在此，“衍射光栅”被广义地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方式或准周期性方式布置。在其他示例中，衍射光栅可以是包括多个衍射光栅的混合周期衍射光栅，多个衍射光栅中的每个衍射光栅具有不同的周期性特征布置。此外，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)。或者，衍射光栅可包括二维(2D)特征阵列或以二维界定的特征阵列。衍射光栅可以是例如材料表面上的凸起或孔的2D阵列。在一些示例中，衍射光栅可以在第一方向或维度上是基本上周期性的，并且在跨衍射光栅或沿着衍射光栅的另一方向上是基本上非周期性的(例如，恒定的、随机的等)。

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，该衍射特征衍射地重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅还可以衍射地从光导耦合出光。

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处、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。

根据本文描述的各种示例，衍射光栅(例如，衍射多光束元件的衍射光栅，如下所述)可以用于将光作为光束衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)。特别地，局部周期衍射光栅的衍射角θ_m或由其提供的衍射角可由等式(1)给出为：

其中λ是光的波长，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_i是光在衍射光栅上的入射角。为了简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于一(即，n_out＝1)。通常，衍射级m由整数(即，m＝±1,±2,…)给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θ_m可以由等式(1)给出。当衍射级m等于一时(即m＝1)，提供一级衍射或更具体地提供一级衍射角θ_m。

图2示出根据与在此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_i入射到衍射光栅30上的光束50。入射光束50是光导40内的引导光束。图2中还示出了作为入射光束50衍射的结果，由衍射光栅30衍射地产生并耦合或散射到光导40之外的定向光束60。定向光束60具有由等式(1)给出的衍射角θ_m(或本文的“主角方向”)。例如，定向光束60可以对应于衍射光栅30的衍射级“m”。

此外，根据一些实施例，衍射特征可以是弯曲的，并且还可以具有相对于光的传播方向的预定取向(例如，倾斜或旋转)。衍射特征的曲线和衍射特征的取向中的一者或两者可被配置为控制例如由衍射光栅散射出的光的方向。例如，定向光的主角方向可以是在光入射到衍射光栅上的点处衍射特征相对于入射光的传播方向的角度的函数。

根据本文的定义，“多光束元件”是产生包括多个光束的光的背光或显示器的结构或元件。“衍射”多光束元件是根据定义通过或使用衍射耦合产生多个光束的多光束元件。特别地，在一些实施例中，衍射多光束元件可以光学耦合到背光的光导，以通过衍射地耦合出在光导中引导的光的一部分来提供多个光束。此外，根据本文的定义，衍射多光束元件包括在多光束元件的边界或范围内的多个衍射光栅。根据本文的定义，由多光束元件产生的多个光束(或“多个光束”)中的光束具有彼此不同的主角方向。特别地，根据定义，多个光束的光束具有与多个光束的另一光束不同的预定主角方向。根据各种实施例，衍射多光束元件的衍射光栅中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是亚波长的(即，小于被引导光的波长)。

尽管在以下讨论中使用具有多个衍射光栅的多光束元件作为说明性示例，但是在一些实施例中，可以在多光束元件中使用其他部件，诸如微反射元件和微折射元件中的至少一个。例如，微反射元件可以包括三角形反射镜、梯形反射镜、棱锥形反射镜、矩形反射镜、半球形反射镜、凹面镜和/或凸面镜。在一些实施例中，微折射元件可以包括三角形折射元件、梯形折射元件、棱锥形折射元件、矩形折射元件、半球形折射元件、凹折射元件和/或凸折射元件。

根据各种实施例，多个光束可以表示光场或“光场”。例如，多个光束可以被限制在空间的基本上圆锥形的区域，或者具有预定的角展度，其包括多个光束中的光束的不同主角方向。这样，组合的光束(即多个光束)的预定角展度可以表示光场。

根据各种实施例，多个光束中的各种光束的不同主角方向由包括但不限于衍射多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)连同衍射多光束元件内的衍射光栅的“光栅间距”或衍射特征间距和取向的特性确定。在一些实施例中，衍射多光束元件可以被认为是“扩展的点光源”，即，根据本文的定义，分布在衍射多光束元件的范围上的多个点光源。此外，由衍射多光束元件产生的光束具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向，如上文关于图1B所描述的，如本文定义的。

在此，“准直器”被定义为基本上任何被配置为对光进行准直的光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜、衍射光栅或其各种组合。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，垂直方向和水平方向)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，将σ表示的“准直因子”定义为光准直的程度。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，并且角展度可以是在准直光束的峰值强度的一半处确定的角度。

在本文中，“光源”被定义为光源(例如，被配置为产生和发射光的光学发射器)。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，在此，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，光源可以包括一组(set)或一组(group)光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该组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)。

根据定义，“广角”发射光被定义为具有大于多视图图像或多视图显示器的视图的锥角的光。特别地，在一些实施例中，广角发射光可以具有大于大约二十度(例如，＞±20°)的锥角。在其它实施例中，广角发射光锥角可以大于大约三十度(例如，>±30°)、或大于大约四十度(例如，>±40°)、或大于五十度(例如，>±50°)。例如，广角发射光的锥角可以是大约六十度(例如，＞±60°)。

在一些实施例中，广角发射光锥角可定义为与LCD计算机监视器、LCD平板、LCD电视或意图用于广角观看(例如，约±40-65°)的类似数字显示装置的观看角度大致相同。在其他实施例中，广角发射光还可以被表征或描述为漫射光、基本上漫射光、无方向性光(即，缺乏任何特定或限定的方向性)、或具有单个或基本上均匀方向的光。

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，“一元件”表示一个或多个元件，因此，在此，“该元件”表示“该元件(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实施例，提供了一种情境光场显示系统。图3A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的情境光场显示系统100的框图。图3B示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的情境光场显示系统100的透视图。图3C示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的在另一个示例中的图3B的情境光场显示系统100的平面图。另外，图3C示出了相对于固定框架或参考的两个不同旋转取向(例如，围绕中心轴的旋转)的情境光场显示系统100。图3C的左侧可以表示处于水平或横向取向的情境光场显示系统100，而右侧可以表示处于垂直或纵向取向的情境光场显示系统100。

根据各种实施例，情境光场显示系统100被配置为将多视图内容显示为多视图图像。此外，情境光场显示系统100便于情境光场显示系统100的用户101根据或通过情境光场显示系统100的各种光场显示模式来观看多视图内容并与其交互。具体地，在使用情境光场显示系统100时，可以向用户101呈现关于特定显示情境的多视图内容。显示情境继而可以用于选择包括多视图图像的不同视图的模式特定布置的光场显示模式，以便于根据显示情境观看多视图内容并与多视图内容交互。这样，根据各种实施例，可以以比在不存在情境光场显示系统100的情况下可能的方式更适当或者可能更引人注目的方式向用户101提供多视图内容。

如图3A所示，情境光场显示系统100包括多视图显示器110。多视图显示器110被配置为提供多个光场显示模式。此外，多视图显示器110被配置为根据光场显示模式中的选择的光场显示模式来显示多视图图像。特别地，所显示的多视图图像被配置为由情境光场显示系统100的用户101观看。根据各种实施例，多视图显示器110可以包括能够使用光场或“光场”将多视图内容显示为多视图图像的基本上任何电子显示器。例如，多视图显示器110可以是或者包括但不限于蜂窝电话或智能电话、平板计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、个人或台式计算机、上网本计算机、媒体播放器设备、电子书设备、智能手表、可穿戴计算设备、便携式计算设备、消费电子设备和显示耳机(诸如但不限于虚拟现实耳机)的各种多视图显示器或者在其中使用。例如，图3B和3C可以将情境光场显示系统100图示为包括多视图显示器110作为其显示器的智能电话或平板计算机。在一些实施例中(例如，下面参考图5A-5C描述的)，多视图显示器110采用被配置为提供多个定向光束的多光束元件以及被配置为调制定向光束作为多视图图像的不同视图的视图像素的光阀阵列。

图3A中所示的情境光场显示系统100还包括光场模式选择器120。光场模式选择器120被配置为确定显示情境。此外，光场模式选择器120被配置为基于所确定的显示情境，从多个光场显示模式中选择光场显示模式作为所选择的光场显示模式。根据各种实施例，多个光场显示模式中的光场显示模式包括多视图显示器110的多视图图像或等同物的不同视图的模式特定布置。

根据各种实施例，显示情境可以包括可以影响情境光场显示系统100的用户101可以如何最佳地观看图像的各种方面中的任何方面。具体地，本文中的“显示情境”可以被定义为至少包括多视图显示器110的任何物理配置或更广泛地情境光场显示系统、诸如但不限于多视图图像的显示图像的内容、以及物理配置和图像内容的任何组合。

例如，光场模式选择器120可以包括取向传感器，其被配置为检测多视图显示器的取向，显示情境是从多视图显示器的检测到的取向确定的。根据一些实施例，检测到的取向可以包括但不限于多视图显示器110的旋转和倾斜，并且取向传感器可以包括陀螺仪和加速度计中的一个或两者。在另一示例中，显示情境可为如在多视图情境中提供的多视图图像本身的取向。例如，多视图图像可以具有纵向或横向，显示情境从多视图图像的形状(即，纵向或横向)确定。在又一示例中，诸如三维(3D)内容或二维(2D)内容的多视图内容可以用于确定显示情境。3D内容可以仅包括如立体图像中的两个视图，或者包括如水平视差、垂直视差或全视差多视图图像中的一个或多于两个视图(例如，四个视图)。因此，在确定显示情境以及进而从多个光场显示模式中选择光场显示模式时可能涉及许多考虑。

在其他实施例中，光场模式选择器120可以包括被配置为监视用户101的头或手的位置、用户101的眼睛的位置和用户101所持有的物体的位置以确定显示情境的元件。为了在此讨论的简单起见，在理解头部或手可以表示可以被监视的用户101的任何身体部分或状况的情况下，描述用户101的术语“头部”和“手”。特别地，根据本文的定义，术语“手”将被理解为至少包括整只手以及该手的一个或多个手指。进一步根据本文的定义，监视“位置”包括但不限于监视位置和监视相对运动。在其他实施例中，光场模式选择器120被配置为从由情境光场显示系统100执行的应用接收输入，基于来自所执行的应用的输入来确定显示情境。

如前所述，情境光场显示系统100被配置为提供多个光场显示模式，每个光场显示模式具有视图的模式特定布置。此外，情境光场显示系统100被配置为使用光场模式选择器120和确定的显示情境来提供选择的光场显示模式。

在一些实施例中，所选择的光场显示模式可以是情境光场显示系统100的立体三维(3D)显示模式。在立体3D显示模式中，不同视图的模式特定布置被配置为提供多视图图像的立体表示。也就是说，立体3D显示模式可以提供例如与立体图像的不同左眼视图和右眼视图相对应的图像视差。

图4A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的在示例中与立体显示模式相对应的多视图显示器110的视图布置的图形表示。具体地，如图所示，立体3D显示模式包括一对视图，其中第一视图“1”对应于图像、对象或场景的“左眼”视图或透视，而第二视图“2”对应于图像、对象或场景的“右眼”视图或透视。如图所示，该对视图中的视图分布在多视图显示器110的可用视图上，使得第一视图1在唯一位于多视图显示器110上的中心左侧的一组可用视图中重复。同样，如图所示，第二视图2在唯一位于多视图显示器110上的中心右侧的一组可用视图中重复。在中心左侧的重复的第一视图1和在中心右侧的重复的第二视图2一起向在立体3D显示模式中观看多视图显示器110的用户101提供立体多视图图像。

在一些实施例中，所选择的光场显示模式可以是情境光场显示系统100的单向视差显示模式。在单向视差显示模式中，不同视图的模式特定布置被配置为提供多视图图像的单向视差表示。例如，单向视差表示可以是水平视差表示(例如，风景)和垂直视差表示(例如，肖像)中的一个。

图4B示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的在示例中与单向视差显示模式相对应的多视图显示器110的视图布置的图形表示。图4C示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的另一示例中的与单向视差显示模式相对应的多视图显示器110的视图布置的图形表示。特别地，图4B可以表示水平视差(风景)显示模式，而图4C可以表示垂直视差(或肖像)显示模式。如图4B和4C中所示，多视图图像包括四个不同的视图，标记为“1”、“2”、“3”和“4”，表示图像、对象或场景的四个不同的视角。在图4B中，四个不同的视图被布置在水平方向上，但是在垂直方向上重复。这样，例如，在图4B的水平视差显示模式中观看多视图图像的用户101可以在围绕垂直轴旋转多视图显示器110时感知水平视差。同样，例如，当围绕水平轴旋转多视图显示器110时，在图4C的垂直视差显示模式中观看多视图图像的用户101可以感知垂直视差。

在一些实施例中，所选择的光场模式可以是全视差显示模式。在全视差显示模式中，不同视图的模式特定布置对应于全视差视图布置，该全视差视图布置被配置为提供多视图图像的全视差表示。特别地，用户101可以感知多视图图像的视差，而不管视角的改变(例如，根据水平旋转和垂直旋转二者)。

图4D示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的在示例中与全视差显示模式相对应的多视图显示器110的视图布置的图形表示。具体地，作为示例而非限制，多视图图像可以包括表示图像、对象或场景的十六个不同视角的十六个不同视图。如所图示的，十六个不同的视图可以根据被标记为“11”、“12”、“13”、“14”、“21”、“22”等等的行和列而被布置在多视图显示器110上。也就是说，在水平方向和垂直方向中的每一个上，存在由全视差显示模式表示的图像、对象或场景的四个不同视点。因此，例如，在图4D的全视差显示模式中观看多视图显示器110上的多视图图像的用户101可以在围绕水平轴旋转多视图显示器110时感知到垂直视差，并且在围绕垂直轴旋转多视图显示器时感知到水平视差。注意，本文描述的视图的具体数量(例如，四个、十六个等)仅出于讨论目的而提供，而不是作为限制。

在一些实施例中(在图3A的框图中未明确示出)，情境光场显示系统100还可以包括处理子系统、存储器子系统、电源子系统和联网子系统。处理子系统可以包括被配置为执行计算操作的一个或多个设备，诸如但不限于微处理器、图形处理单元(GPU)或数字信号处理器(DSP)。存储器子系统可以包括用于存储数据和指令中的一个或二者的一个或多个设备，该数据和指令可以由处理子系统使用以提供和控制情境光场显示系统100的操作。例如，存储器子系统可以包括一种或多种类型的存储器，包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和各种形式的闪存。根据一些实施例，存储的数据和存储的指令可以包括但不限于数据和指令，当由处理子系统执行时，所述数据和指令被配置为一个或多个以在多视图显示器110上显示多视图内容作为多视图图像，处理要显示的多视图内容或多视图图像，响应于包括表示控制手势的用户101的手的位置的输入来控制多视图内容，以及提供触觉反馈。

此外，在一些实施例中，当由处理子系统执行时，存储子系统中的存储数据和存储指令可以被配置为实现光场模式选择器120的一部分或全部。例如，所存储的数据和所存储的指令可以被配置为从光场模式选择器120的取向传感器接收输入，并且根据所检测的取向来确定显示情境，如上所述。此外，所存储的数据和所存储的指令可以从可用的光场显示模式中进行选择，并且相应地向多视图显示器110提供关于不同视图的适当的特定于模式的布置的方向。

如上所述，光场模式选择器120可以被配置为从由情境光场显示系统100(例如，处理器子系统)执行的应用接收输入，并且基于来自所执行的应用的输入来确定显示情境。所执行的应用可作为指令和数据中的一者或两者存储在存储器子系统中。此外，在一些实施例中，从应用接收输入的光场模式选择器120的部分也可以是存储器子系统中存储的数据和指令中的一个或两者。

在一些实施例中，存储在存储器子系统中并由处理子系统使用的指令包括但不限于例如程序指令或指令集和操作系统。例如，程序指令和操作系统可以由处理子系统在情境光场显示系统100的操作期间执行。注意，一个或多个计算机程序可以构成计算机程序机制、计算机可读存储介质或软件。此外，存储器子系统中的各种模块中的指令可以用高级过程语言、面向对象的编程语言和汇编或机器语言中的一种或多种来实现。此外，根据各种实施例，编程语言可以被编译或解释，例如，可配置或配置(其可以在本讨论中互换地使用)以由处理子系统执行。

在各种实施例中，电源子系统可以包括一个或多个能量存储部件(诸如电池)，其被配置为向情境光场显示系统100中的其他部件提供电力。联网子系统可包括被配置为耦合到有线和无线网络中的一者或两者并在其上通信(即，执行网络操作)的一个或多个设备和子系统或模块。例如，联网子系统可包括蓝牙^TM联网系统、蜂窝联网系统(例如，3G/4G/5G网络，如UMTS、LTE等)、通用串行总线(USB)联网系统、基于IEEE 802.12中描述的标准的联网系统(例如，WiFi联网系统)、以太网联网系统中的任何或全部。

注意，虽然前述实施例中的一些操作可以用硬件或软件来实现，但是一般而言，前述实施例中的操作可以用各种各样的配置和体系结构来实现。因此，前述实施例中的一些或所有操作可以以硬件、软件或两者来执行。例如，显示技术中的至少一些操作可以使用程序指令、操作系统(诸如显示子系统的驱动程序)或以硬件来实现。

图5A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的横截面视图。图5B示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的平面图。图5C示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的透视图。图5C中的透视图被示出为局部剖开以便于仅在此讨论。根据一些实施例，图5A-5C中所示的多视图显示器200可以用作情境光场显示系统100的多视图显示器110。

如图5A-5C所示，多视图显示器200被配置为提供具有彼此不同的主角方向的多个定向光束202(例如，作为光场)。具体地，根据各种实施例，所提供的多个定向光束202可以被散射出并且在与多视图显示器的相应视图方向相对应的不同主角方向上被引导远离多视图显示器200。在一些实施例中，定向光束202可以被调制(例如，使用光阀，如以下描述的)以促进具有多视图内容(例如，多视图图像)的信息的显示。图5A-5C还示出了包括子像素和光阀阵列230的多视图像素206，其将在下面进一步详细描述。

如图5A-5C所示，多视图显示器200包括光导210。光导210被配置为沿着光导210的长度引导光作为被引导光204(即，被引导光束)。例如，光导210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210的一个或多个引导模式促进被引导光204的全内反射。

在一些实施例中，光导210可以是包括光学透明的介电材料的延伸的基本上平面片的板(slab)或板(plate)光波导(即，板光导)。基本上平面片的电介质材料被配置为使用全内反射来引导被引导光204。根据各种示例，光导210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210还可以包括在光导210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，根据一些实施例，光导210被配置为根据全内反射以光导210的第一表面210'(例如，“前”表面或侧)和第二表面210”(例如，“后”表面或侧)之间的非零传播角度引导被引导光束204(例如，作为被引导光束)。特别地，被引导光束204通过以非零传播角度在光导210的第一表面210'和第二表面210”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，作为包括不同颜色的光的多个被引导光束的被引导光束204可以由光导210引导，每个被引导光束以多个不同的特定颜色的非零传播角度中的相应一个被引导。为了简化说明，图5A-5C中未示出非零传播角。然而，粗箭头描绘了被引导光204沿着图5A中的光导长度的传播方向203。

如本文所定义的，“非零传播角”是相对于光导210的表面(例如，第一表面210'或第二表面210”)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导210内的全内反射的临界角。例如，被引导光204的非零传播角可以在约十(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，对于特定实现，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被选择为小于光导210内全内反射的临界角。

光导210中的被引导光204可以以非零传播角(例如，大约30-35度)被引入或耦合到光导210中。在一些示例中，诸如但不限于透镜、反射镜或类似反射器(例如，倾斜准直反射器)、衍射光栅和棱镜以及它们的各种组合之类的耦合结构可以便于将光耦合到光导210的输入端中作为非零传播角度处的被引导光204。在其他示例中，可以在不使用或基本不使用耦合结构的情况下将光直接引入到光导210的输入端中(即，可以采用直接或“对接”耦合)。一旦耦合到光导210中，被引导光204被配置为在可以通常远离输入端的传播方向203上沿着光导210传播(例如，由沿着图5A中的x轴指向的粗箭头示出)。

此外，根据各种实施例，通过将光耦合到光导210中而产生的被引导光204可以是准直光束。在此，“准直光”或“准直光束”通常被定义为光束的光线在光束(例如，被引导光束204)内基本上彼此平行的光束。同样根据本文的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例(未示出)中，多视图显示器200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。在一些实施例中，光源本身包括准直器。提供给光导210的准直光是准直的引导光束。在一些实施例中，被引导光204可以根据准直因子被准直或具有该准直因子σ。可替换地，在其他实施例中，被引导光204可以是未准直的。

在一些实施例中，光导210可以被配置为“回收”被引导光204。特别地，已经沿着光导长度引导的被引导光204可以沿着该长度在不同于传播方向203的另一传播方向203'上被重定向回。例如，光导210可以包括在光导210的与邻近光源的输入端相对的端部处的反射器(未示出)。反射器可以被配置为将被引导光204朝向输入端反射回去作为回收的被引导光。在一些实施例中，代替光回收或除了光回收(例如，使用反射器)之外，另一光源可以在另一传播方向203'上提供被引导光204。回收被引导光204和使用另一光源以提供具有另一传播方向203'的被引导光204中的一个或两个可以通过使得被引导光例如对于下面描述的多光束元件可用多于一次来增加多视图显示器200的亮度(例如，增加定向光束202的强度)。在图5A中，指示回收的被引导光(例如，在负x方向上引导)的传播方向203'的粗箭头示出了回收的被引导光在光导210内的大致传播方向。

如图5A-5C所示，多视图显示器200还包括沿着光导长度彼此间隔开的多个多光束元件220。特别地，多个多光束元件220彼此分开有限空间，并且表示沿着光导长度的单独的、不同的元件。也就是说，根据本文的定义，多个多波束元件220根据有限的(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，多个多光束元件220通常不彼此相交、重叠或以其他方式接触。也就是说，多个多光束元件220中的每个多光束元件220通常与多光束元件220中的其他多光束元件不同并且分离。

根据一些实施例，多个多光束元件220可以以一维(1D)阵列或二维(2D)阵列来布置。例如，多光束元件220可以被布置为线性1D阵列。在另一个示例中，多光束元件220可以被布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。特别地，多波束元件220之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间隔)可以在整个阵列上基本上是均匀的或恒定的。在其他示例中，多光束元件220之间的元件间距离可以在阵列上和沿着光导210的长度中的一个或两个上变化。

根据各种实施例，多个多光束元件中的多光束元件220被配置为提供、耦合出或散射出被引导光204的一部分作为多个定向光束202。例如，根据各种实施例，可以使用衍射散射、反射散射和折射散射或耦合中的一个或多个来耦合出或散射出被引导光部分。图5A和5C将定向光束202示出为多个发散箭头，所述发散箭头描绘为从光导210的第一(或前)表面210'定向。此外，根据各种实施例，多光束元件220的尺寸与多视图像素206的子像素的尺寸(或者等效地，光阀230的尺寸)相当，如图5A-5C中所示。在此，“尺寸”可以以多种方式中的任何一种来限定，包括但不限于长度、宽度或面积。例如，子像素或光阀230的尺寸可以是其长度，并且多波束元件220的相当的尺寸也可以是多波束元件220的长度。在另一示例中，该尺寸可以指这样的面积，使得多光束元件220的面积可以与子像素或光值230的面积相当。

在一些实施例中，多光束元件220的尺寸与子像素尺寸相当，使得多光束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之五十(50％)和大约百分之二百(200％)之间。例如，如果多波束元件大小被表示为“s”，并且子像素大小被表示为“S”(例如，如图5A中所示)，则多波束元件大小s可以由下式给出

在其他示例中，多光束元件尺寸在大于子像素尺寸的大约百分之六十(60％)、或大于子像素尺寸的大约百分之七十(70％)、或大于子像素尺寸的大约百分之八十(80％)、或大于子像素尺寸的大约百分之九十(90％)、并且小于子像素尺寸的大约百分之一百八十(180％)、或小于子像素尺寸的大约百分之六十(160％)、或小于子像素尺寸的大约百分之一百四十(140％)、或小于子像素尺寸的大约百分之一百二十(120％)的范围内。例如，通过“相当的尺寸”，多光束元件尺寸可以在子像素尺寸的大约百分之七十五(75％)和大约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，多光束元件220可以在尺寸上与子像素相当，其中多光束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之一百二十五(125％)和大约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择多光束元件220和子像素的相当的尺寸以减少或在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的暗区。此外，可以选择多光束元件220和子像素的相当的尺寸以减少并且在一些示例中最小化多视图显示器200的视图(或视图像素)之间的重叠。

图5A-5C中所示的多视图显示器200还包括光阀阵列230，其被配置为调制多个定向光束的定向光束202。如图5A-5C所示，具有不同主角方向的不同定向光束202通过光阀阵列中的不同光阀230，并且可以被这些不同光阀调制。此外，如所图示的，阵列的光阀230对应于多视图像素206的子像素，并且光阀230的集合对应于多视图显示器的多视图像素206。特别地，光阀阵列的不同组光阀230被配置为从多光束元件220中的相应一个接收和调制定向光束202，即，如图所示，对于每个多光束元件220存在一个唯一的光阀230组。在各种实施例中，不同类型的光阀可以用作光阀阵列的光阀230，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一个或多个。

如图5A所示，第一光阀组230a被配置为接收和调制来自第一多光束元件220a的定向光束202。此外，第二光阀组230b被配置为接收和调制来自第二多光束元件220b的定向光束202。因此，光阀阵列中的每个光阀组(例如，第一和第二光阀组230a、230b)分别对应于不同的多光束元件220(例如，元件220a、220b)和不同的多视图像素206，其中光阀组的各个光阀230对应于各个多视图像素206的子像素，如图5A所示。

在一些实施例中，多光束元件220和对应的多视图像素206(即，子像素组和对应组的光阀230)之间的关系可以是一对一的关系。也就是说，可以存在相等数量的多视图像素206和多光束元件220。图5B通过示例的方式明确地示出了一对一关系，其中包括不同组光阀230(和相应的子像素)的每个多视图像素206被示出为由虚线围绕。在其他实施例(未示出)中，多视图像素206的数量和多光束元件220的数量可以彼此不同。

在一些实施例中，多个多光束元件220中的一对多光束元件之间的元件间距离(例如，中心到中心距离)可以等于例如由光阀集合表示的多视图像素206的对应对之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图5A所示，第一多光束元件220a和第二多光束元件220b之间的中心到中心距离d基本上等于第一光阀组230a和第二光阀组230b之间的中心到中心距离D。在其他实施例(未示出)中，多光束元件对220和相应的光阀集合的相对中心到中心距离可以不同，例如，多光束元件220可以具有元件间间隔(即，中心到中心距离d)，其大于或小于表示多视图像素206的光阀集合之间的间隔(即，中心到中心距离D)。

在一些实施例中，多光束元件220的形状类似于多视图像素206的形状，或者等同地，类似于与多视图像素206相对应的光阀230的集合(或“子阵列”)的形状。例如，多光束元件220可以具有正方形形状，并且多视图像素206(或对应的一组光阀230的布置)可以基本上是正方形。在另一个示例中，多光束元件220可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向尺度的长度或纵向尺度。在该示例中，对应于多光束元件220的多视图像素206(或者等效地，该组光阀230的布置)可以具有类似的矩形形状。图5B图示了包括方形组的光阀230的方形多光束元件220和对应的方形多视图像素206的顶视图或平面图。在又一示例(未示出)中，多光束元件220和对应的多视图像素206具有各种形状，包括但不限于三角形、六边形和圆形，或至少近似于这些形状。因此，在这些实施例中，通常在多光束元件220的形状和多视图像素206的形状之间可能不存在关系。

此外(例如，如图5A中所示)，根据一些实施例，每个多光束元件220被配置为基于当前被分配给特定多视图像素206的子像素集合在给定时间向一个且仅一个多视图像素206提供定向光束202。特别地，对于多光束元件220中的给定一个和子像素集合到特定多视图像素206的当前分配，具有与多视图显示器的不同视图对应的不同主角方向的定向光束202基本上被限制到单个对应的多视图像素206及其子像素，即，与多光束元件220对应的单个光阀集合230，如图5A中所示。这样，多视图显示器200的每个多光束元件220提供具有与多视图显示器的当前不同视图相对应的一组不同主角方向的对应的一组定向光束202(即，该组定向光束202包含具有与当前不同视图方向中的每一个相对应的方向的光束)。

再次参考图5A，多视图显示器200还包括光源240。根据各种实施例，光源240被配置为提供要在光导210内引导的光。特别地，光源240可以位于光导210的入射表面或端部(输入端)附近。在各种实施例中，光源240可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于LED、激光器(例如，激光二极管)或其组合。在一些实施例中，光源240可以包括光学发射器，其被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光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，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其他示例中，光源240可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带光源。例如，光源240可以提供白光。在一些实施例中，光源240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。不同的光学发射器可以被配置为提供具有与光的不同颜色中的每个相对应的被引导光的不同的颜色特定的非零传播角度的光。

在一些实施例中，光源240还可以包括准直器。准直器可以被配置为从光源240的一个或多个光发射器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并且根据预定准直因子准直的准直光。此外，当采用不同颜色的光发射器时，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210以作为被引导光204传播，如上所述。

在一些实施例中，多视图显示器200被配置为对于在与被引导光204的传播方向203、203'正交(或基本上正交)的通过光导210的方向上的光基本上透明。特别地，在一些实施例中，光导210和间隔开的多光束元件220允许光通过第一表面210'和第二表面210”两者穿过光导210。由于多光束元件220的相对小的尺寸和多光束元件220的相对大的元件间间隔(例如，与多视图像素206一一对应)，可以至少部分地促进透明度。此外，根据一些实施例，多光束元件220还可以对于正交于光导表面210'、210”传播的光基本上透明。

图6A示出了根据与在此描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件220的多视图显示器200的一部分的横截面视图。图6B示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件220的多视图显示器200的一部分的横截面视图。特别地，图6A-6B示出了包括衍射光栅222的多光束元件220。衍射光栅222被配置为将被引导光204的一部分衍射地散射出作为多个定向光束202。衍射光栅222包括通过衍射特征间距或衍射特征或光栅节距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为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222中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是亚波长的(即，小于被引导光的波长)。

在一些实施例中，多光束元件220的衍射光栅222可以位于或邻近多视图显示器200的光导210的表面。例如，衍射光栅222可以在光导210的第一表面210'处或附近，如图6A所示。光导第一表面210'处的衍射光栅222可以是透射模式衍射光栅，其被配置为将被引导光部分作为定向光束202衍射地散射通过第一表面210'。在另一实例中，如图6B所示，衍射光栅222可位于或邻近光导210的第二表面210”。当位于第二表面210”时，衍射光栅222可以是反射模式衍射光栅。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅222被配置为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210'反射以作为衍射定向的光束202通过第一表面210'离开。在其它实施例(未示出)中，衍射光栅可以位于光导210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者。

根据一些实施例，衍射光栅222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210的材料，例如可以形成在光导210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210的表面上的另一材料的膜或层。

在一些实施例中，多波束元件220的衍射光栅222是均匀的衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个衍射光栅222中是基本上恒定的或不变的。在其它实施例中，衍射光栅222是啁啾衍射光栅。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，光栅间距)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，多光束元件220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。

图7A示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件220的多视图显示器200的一部分的横截面视图。图7B示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件220的多视图显示器200的一部分的横截面视图。特别地，图7A和7B示出了包括微反射元件的多光束元件220的各种实施例。用作或用于多光束元件220中的微反射元件可以包括但不限于采用反射材料或其层(例如，反射金属)的反射器或基于全内反射(TIR)的反射器。根据一些实施例(例如，如图7A-7B所示)，包括微反射元件的多光束元件220可以位于或邻近光导210的表面(例如，第二表面210″)，在其他实施例中(未示出)，微反射元件可以位于光导210内的第一和第二表面210'、210″之间。

例如，图7A示出了包括具有位于光导210的第二表面210”附近的反射小面的微反射元件224(例如，“棱镜”微反射元件)的多光束元件220，所示棱镜微反射元件224的小面被配置为将被引导光204的一部分反射(即，反射性地耦合)到光导210之外。例如，小面可以相对于被引导光204的传播方向倾斜或偏斜(即，具有倾斜角)以将被引导光部分反射到光导210之外。根据各种实施例，小面可以使用光导210内的反射材料形成(例如，如图7A所示)或者可以是第二表面210”中的棱镜腔体的表面。在一些实施例中，当采用棱镜形腔体时，腔体表面处的折射率变化可提供反射(例如，TIR反射)，或者形成小平面的腔体表面可涂覆有反射材料以提供反射。

在另一示例中，图7B示出了包括微反射元件224的多光束元件220，该微反射元件2224具有基本上平滑的弯曲表面，例如但不限于半球形微反射元件224。微反射元件224的特定表面曲线可以被配置为例如根据被引导光204与其接触的弯曲表面上的入射点在不同方向上反射被引导光部分。如图7A和7B所示，通过示例而非限制的方式，从光导210反射散射出的被引导光部分从第一表面210'出射或发射。如同图7A中的棱镜微反射元件224，图7B中的微反射元件224可以是光导210内的反射材料或形成在第二表面210”中的腔(例如，半圆形腔)，如图7B中通过示例而非限制的方式所示，图7A和7B也通过示例而非限制的方式示出了具有两个传播方向203、203'(即，示出为粗箭头)的被引导光204。

图8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包括多光束元件220的多视图显示器200的一部分的横截面视图。特别地，图8示出了包括微折射元件226的多光束元件220。根据各种实施例，微折射元件226被配置为从光导210折射地耦合出被引导光204的一部分。即，微折射元件226被配置为采用折射(例如，与衍射或反射相反)以将被引导光部分从光导210耦合或散射出作为定向光束202，如图8所示，微折射元件226可以具有各种形状，包括但不限于半球形、矩形或棱柱形(即，具有倾斜小面的形状)。根据各种实施例，微折射元件226可延伸或突出到光导210的表面(例如，第一表面210')之外，如所图示的，或可为表面中的腔(未图示)。此外，在一些实施例中，微折射元件226可以包括光导210的材料。在其他实施例中，微折射元件226可以包括与光导表面相邻并且在一些示例中与光导表面接触的另一种材料。

根据一些实施例，情境光场显示系统100还包括被配置为显示2D图像的二维(2D)显示器。在这些实施例中，由光场模式选择器选择的光场显示模式是被配置为显示2D图像的单个广角视图的2D显示模式。与选择2D显示模式相对应的所确定的显示情境可以检测具有要显示的图像文件的2D情境。特别地，根据一些实施例，多视图显示器200(例如，表示情境光场显示系统100的多视图显示器110的实施例)还可以包括与光导210相邻的广角背光。例如，广角背光可以用于促进在2D显示模式中显示2D图像。

图9示出了根据与在此描述的原理一致的另一实施例的示例中的多视图显示器200的截面图。如图9中所示，多视图显示器200包括光导210、多个多光束元件220、光阀230的阵列和光源240，如上所述。光导210、多光束元件220和光源240一起可以用作多光束背光，该多光束背光被配置为发射多个定向光束202。图9所示的多视图显示器200还包括广角背光250。广角背光250位于多光束背光的与邻近光阀阵列的一侧相对的一侧上。特别地，广角背光250邻近光导210的与第一表面210'相对的第二表面210”，如图所示。根据各种实施例，广角背光250被配置为在2D显示模式期间提供广角发射光208。

如图9中所示，多视图显示器200的多光束背光被配置为对于从广角背光250发射的广角发射光208是光学透明的。特别地，至少光导210连同多光束背光的多个多光束元件220被配置为对于在通常从光导210的第二表面210”到第一表面210'的方向上传播的广角发射光208是光学透明的。因此，广角发射光208可以从广角背光250发射，然后穿过多光束背光的厚度(或等效地穿过光导210的厚度)。因此，来自广角背光250的广角发射光208可以通过光导210的第二表面210”接收，透射通过光导210的厚度，然后从光导210的第一表面210'发射。根据一些实施例，由于多光束背光被配置为对于广角发射光208光学透明，所以广角发射光208基本上不受多光束背光的影响。

根据各种实施例，图9的多视图显示器200可以选择性地在2D显示模式或多视图光场显示模式(多视图)中的一个或多个中操作，如上所述。在2D显示模式中，多视图显示器200被配置为发射由广角背光250提供的广角发射光208。继而，广角发射光208可以由光阀230调制以在2D显示模式期间提供2D图像。这样，情境光场显示系统100的光场模式选择器120可以选择性地采用图9的多视图显示器200的广角背光250，以在2D显示模式期间显示2D图像，如由显示情境所确定的。可替换地，当显示情境指示要显示多视图图像时，光场模式选择器120可以采用图9中的多视图显示器200的多光束背光来发射定向光束202，其然后可以由光阀230调制以根据所选择的多视图光场显示模式提供多视图图像。

根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种情境光场多视图显示器。情境光场多视图显示器被配置为根据多个光场显示模式来显示图像(例如，多视图图像)。具体地，多个光场显示模式可以包括但不限于被配置为显示2D图像内容的二维(2D)显示模式、被配置为显示立体3D图像内容的立体三维(3D)显示模式、单向视差光场显示模式、全视差显示模式。

图10图示了根据本文描述的原理的实施例的示例中的情境光场多视图显示器300的框图。如所图示的，情境光场多视图显示器300包括光导310。光导310被配置为引导光作为被引导光。在一些实施例中，光导310可以基本上类似于上面关于多视图显示器200描述的光导210。

图10中所示的情境光场多视图显示器300还包括多光束元件320的阵列。多光束元件阵列的多光束元件320被配置为将被引导光的一部分散射出作为具有与多视图图像的不同视图对应的方向的定向光束302。在一些实施例中，多光束元件阵列的多光束元件320可以基本上类似于上述多视图显示器200的多光束元件220。例如，多光束元件320可以包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，如上所述。

如图10中所示，情境光场多视图显示器300还包括光阀阵列330。光阀阵列330被配置为调制定向光束以提供多视图图像。根据各种实施例，多视图图像的不同视图根据多个光场显示模式中的光场显示模式被布置在矩形阵列中。在一些实施例中，光阀阵列330可以基本上类似于如上所述的多视图显示器200的光阀阵列230。此外，在一些实施例中，多光束元件阵列的多光束元件320的尺寸可以在光阀阵列的光阀230的尺寸的一半和光阀尺寸的两倍之间。

根据各种实施例，图10的情境光场多视图显示器300还包括光场模式选择器340。光场模式选择器340可以基本上类似于上面关于情境光场显示系统100描述的光场模式选择器120。特别地，光场模式选择器340被配置为基于确定的显示情境从多个光场显示模式中选择光场显示模式。此外，根据各种实施例，多视图图像被配置为由情境光场多视图显示器300根据所选择的光场显示模式来显示。

在一些实施例中，所选择的光场显示模式可以是被配置为将多视图图像表示为立体图像对的立体三维(3D)显示模式。根据各种实施例，在立体3D显示模式中，多视图图像内的不同视图的矩形阵列的第一半内的不同视图被配置为表示立体图像对的第一图像，而不同视图的矩形阵列的第二半内的不同视图被配置为表示立体图像对的第二图像。在一些实施例中，所选择的光场显示模式可以是单向视差显示模式和全视差显示模式中的一个。

在一些实施例中，光场模式选择器340包括取向传感器，其被配置为检测情境光场多视图显示器的取向。在这些实施例中，可以根据情境光场多视图显示器的所检测的取向来确定显示情境。在一些实施例中，光场模式选择器340被配置为确定显示情境，并且基于多视图图像的内容和来自应用的采用情境光场多视图显示器的输入中的一个或两个来选择光场显示模式。

在一些实施例(未示出)中，情境光场多视图显示器300还包括广角背光。特别地，广角背光可以位于与光导310的一侧相邻，该光导的一侧与光导310的与光阀阵列相邻的一侧相对。在各种实施例中，广角背光被配置为在情境光场多视图显示器300的二维(2D)光场模式期间提供广角发射光。此外，在这些实施例中，光导310和多光束元件阵列可以被配置为对于广角发射的光是透明的。另外，根据各种实施例，情境光场多视图显示器300被配置为在2D光场模式期间显示2D图像。

根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种情境光场显示系统操作的方法。图11图示了根据符合在此描述的原理的实施例的示例中的情境光场显示系统操作的方法400的流程图。如图11所示，情境光场显示系统操作的方法400包括使用光场模式选择器根据或基于确定的显示情境从多个光场显示模式中选择410光场显示模式。在一些实施例中，光场模式选择器可以基本上类似于上述情境光场显示系统100的光场模式选择器120。此外，根据一些实施例，所选择的光场显示模式可以包括但不限于立体三维(3D)显示模式、单向视差显示模式和全视差显示模式中的一个。此外，根据各种实施例，多个光场显示模式中的选择的光场显示模式包括多视图图像的不同视图的模式特定矩形布置。

情境光场显示系统操作的方法400还包括使用多视图显示器根据所选光场显示模式来显示420多视图图像。特别地，显示420多视图图像采用被配置为提供多个光场显示模式的多视图显示器。在一些实施例中，在显示420多视图图像中使用的多视图显示器可以基本上类似于上面关于情境光场显示系统100描述的多视图显示器110。

在一些实施例(未示出)中，情境光场显示系统操作的方法400还包括使用被配置为2D显示器的多视图显示器来显示二维(2D)图像。例如，当根据所确定的显示情境确定光场显示模式是2D显示模式时，可以显示2D图像。被配置为2D显示器的多视图显示器可以包括采用与广角背光250基本上类似的广角背光，如上面关于多视图显示器200所描述的。

因此，已经描述了根据确定的显示情境提供在多个光场显示模式中的选择的情境光场显示系统、情境光场多视图显示器和情境光场显示系统操作的方法的示例和实施例。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。

Claims (18)

1.一种情境光场显示系统，包括：

多视图显示器，被配置为提供多个光场显示模式，并且根据所述光场显示模式中的选择的光场显示模式来显示多视图图像；以及

光场模式选择器，被配置为确定显示情境，并且基于所确定的显示情境从所述多个光场显示模式中选择光场显示模式作为所述选择的光场显示模式，

其中，所述多个光场显示模式中的光场显示模式包括所述多视图图像的相对于所述多视图显示器的屏幕的不同视图方向的不同视图的模式特定布置，

其中，所述显示情境是从所述多视图图像本身的检测的纵向或横向形状来确定的并被用于从所述多个光场显示模式中对所述选择的光场显示模式进行选择。

2.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述选择的光场显示模式是所述情境光场显示系统的立体三维(3D)显示模式，所述不同视图的所述模式特定布置被配置为提供所述多视图图像的立体表示。

3.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述选择的光场显示模式是所述情境光场显示系统的单向视差显示模式，所述不同视图的所述模式特定布置被配置为提供所述多视图图像的单向视差表示。

4.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述选择的光场显示模式是所述情境光场显示系统的全视差显示模式，所述不同视图的所述模式特定布置对应于全视差视图布置，所述全视差视图布置被配置为提供所述多视图图像的全视差表示。

5.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述多视图显示器包括：

光导，其被配置为在沿着所述光导的长度的传播方向上引导光作为被引导光；以及

多个多光束元件，其沿着所述光导的所述长度分布，所述多个多光束元件中的多光束元件被配置为将被引导光的一部分从所述光导散射出，作为具有对应于所述不同视图的主角方向的多个定向光束。

6.如权利要求5所述的情境光场显示系统，其中，所述多视图显示器包括光阀阵列，所述光阀阵列被配置为调制所述多个定向光束的定向光束以提供所述不同视图，所述多光束元件的尺寸在所述光阀阵列的光阀尺寸的一半到所述光阀尺寸的两倍之间。

7.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，还包括被配置为显示2D图像的二维(2D)显示器，由所述光场模式选择器选择的光场显示模式是被配置为显示所述2D图像的单个广角视图的2D显示模式。

8.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述取向传感器包括陀螺仪和加速计中的一个或两个。

9.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述光场模式选择器被配置为从由所述情境光场显示系统执行的应用接收输入，所述显示情境基于来自所执行的应用的输入来确定。

10.根据权利要求1所述的情境光场显示系统，其中所述光场模式选择器被配置为基于所述图像的内容，确定所述显示情境并且选择所述光场显示模式。

11.一种情境光场多视图显示器，包括：

光导，其被配置为引导光作为被引导光；

多光束元件的阵列，其被配置为将所述被引导光的一部分散射出作为具有与多视图图像的不同视图对应的方向的定向光束；

光阀阵列，其被配置为调制所述定向光束以提供所述多视图图像，所述多视图图像的相对于所述情境光场多视图显示器的屏幕的不同视图方向的不同视图根据多个光场显示模式中的光场显示模式被布置在矩形阵列中；以及

光场模式选择器，被配置为基于确定的显示情境从所述多个光场显示模式中选择所述光场显示模式，所述多视图图像根据选择的光场显示模式被显示，

其中，所述显示情境是从所述多视图图像本身的检测的纵向或横向形状来确定的并被用于从所述多个光场显示模式中对所述选择的光场显示模式进行选择。

12.根据权利要求11所述的情境光场多视图显示器，其中所述选择的光场显示模式是被配置为将所述多视图图像表示为图像的立体对的立体三维(3D)显示模式，所述矩形阵列的第一半内的不同视图被配置为表示所述立体图像对的第一图像，并且所述矩形阵列的第二半内的不同视图被配置为表示所述立体图像对的第二图像。

13.根据权利要求11所述的情境光场多视图显示器，其中所述选择的光场显示模式是单向视差显示模式和全视差显示模式之一。

14.根据权利要求11所述的情境光场多视图显示器，其中所述光场模式选择器被配置为基于所述多视图图像的内容和来自应用的输入中的一个或两个来确定所述显示情境并且选择所述光场显示模式，所述应用采用所述情境光场多视图显示器。

15.根据权利要求11所述的情境光场多视图显示器，还包括广角背光，所述广角背光与所述光导的一侧相邻，所述光导的所述一侧与所述光导的与所述光阀阵列相邻的一侧相对，所述广角背光被配置为在所述情境光场多视图显示器的二维(2D)光场模式期间提供广角发射光，其中所述光导和多光束元件阵列被配置为对所述广角发射光透明，所述情境光场多视图显示器被配置为在所述2D光场模式期间显示2D图像。

16.一种情境光场显示系统操作的方法，所述方法包括：

使用光场模式选择器，基于确定的显示情境从多个光场显示模式中选择光场显示模式；以及

使用被配置为提供所述多个光场显示模式的多视图显示器，根据选择的光场显示模式来显示多视图图像，

其中所述多个光场显示模式中的所述选择的光场显示模式包括所述多视图图像的相对于所述多视图显示器的屏幕的不同视图方向的不同视图的模式特定矩形布置，

其中，所述显示情境是从所述多视图图像本身的检测到的纵向或横向形状来确定的并被用于从所述多个光场显示模式中对所述选择的光场显示模式进行选择。

17.根据权利要求16所述的情境光场显示系统操作的方法，其中所述选择的光场显示模式包括立体三维(3D)显示模式、单向视差显示模式和全视差显示模式之一。

18.根据权利要求16所述的情境光场显示系统操作的方法，还包括当根据所确定的显示情境将所述光场显示模式确定为二维(2D)显示模式时，使用被配置为2D显示器的所述多视图显示器来显示2D图像。