CN113227883A - 具有可移动会聚面的多视图显示器、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种多视图显示器包括：多视图背光，其被配置为发射定向光束，所述定向光束被配置为在会聚平面内的点处会聚；以及光阀阵列，其被配置为在所述会聚平面处调制所述定向光束。多视图背光与光阀阵列之间的距离被配置为是可调整的，以相对于多视图显示器移动会聚平面的对应位置。

Description

具有可移动会聚面的多视图显示器、系统和方法
相关申请的交叉引用
不适用
关于联邦赞助研究或开发的声明
不适用
背景技术
电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传送信息的几乎无处不在的介质。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和电泳显示器。无源显示器虽然通常表现出吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但是由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能发现有些受限的用途。
为了克服与发射光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些无源显示器发光，并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的示例是背光。背光可以用作光源(通常为面板背光)，其被放置在无源显示器后面以照亮无源显示器。例如，背光可以耦合到LCD或电泳显示器。背光发射穿过LCD或电泳显示器的光。所发射的光由LCD或电泳显示器调制，然后调制的光又从LCD或电泳显示器发射。通常，背光源被配置成发射白光。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(较不常见)，或者放置在背光与LCD或EP显示器之间。或者，各种颜色可以通过使用不同颜色(例如原色)的显示器的场序照明来实现。
附图说明
参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
图1B图示了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。
图2A和2B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的侧视图。
图3A和3B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的包括两个多视图背光的多视图显示器。
图4示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的包括多视图背光的多视图显示器，该多视图背光包括光导。
图5示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示系统的框图。
图6示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有作为上述附图中所示的特征的补充或替代之一的其它特征。这些和其它特征将在下面参考上述附图进行详细描述。
具体实施方式
根据本文描述的原理的示例和实施例提供了一种应用于电子显示器的采用可调整会聚平面的多视图显示器。在与这里描述的原理一致的各种实施例中，提供了一种多视图显示器。多视图显示器被配置为发射定向光束，定向光束被配置为会聚在会聚平面内的与多视图图像的不同视图对应的点处。多视图背光与多视图显示器的光阀阵列之间的距离被配置为是可调整的，以相对于多视图显示器移动会聚平面的对应位置。
在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。图1A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括屏幕12，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被图示为在箭头的末端处的阴影多边形盒(即，描绘视图方向16)；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，所有这些都是示例性的而非限制性的。注意，虽然在图1A中将不同的视图14图示为在屏幕上方，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，观看方向或具有与多视图显示器的观看方向相对应的方向的等同光束通常具有由角分量
Figure BDA0003125133060000031
给出的主角方向。角分量θ在此被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量
Figure BDA0003125133060000032
被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面)中的角度，而方位角
Figure BDA0003125133060000033
是水平平面(例如，平行于多视图显示屏幕平面)中的角度。
图1B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的具有与多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)相对应的特定主角方向的光束20的角分量
Figure BDA0003125133060000034
的图形表示。此外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，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(或观察方向)的原点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)。
根据本文的定义，“多束元件”是产生包括多个定向光束的光的背光或显示器的结构或元件。根据本文的定义，由多束元件产生的多个定向光束中的定向光束(或“多个定向光束”)具有彼此不同的主角方向。具体地，根据定义，多个定向光束的定向光束具有与多个定向光束的另一定向光束不同的预定主角方向。根据一些实施例，多束元件的尺寸可以与在与多束元件相关联的显示器(例如，多视图显示器)中使用的光阀的尺寸相当。特别地，在一些实施例中，多束元件尺寸可以在光阀尺寸的约一半与约两倍之间。在一些实施例中，多束元件可以提供偏振选择性散射。
根据各种实施例，多个定向光束可表示光场。例如，多个定向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，组合的定向光束(即，多个定向光束)的预定角展度可以表示光场。
根据各种实施例，多个定向光束中的各种定向光束的不同主角方向由包括但不限于多波束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)以及其他特性的特性确定。例如，在衍射多束元件中，“光栅间距”或衍射特征间距以及衍射多束元件内的衍射光栅的取向可以是至少部分地确定各种定向光束的不同主角方向的特性。在一些实施例中，根据本文的定义，多束元件可以被认为是“扩展的点光源”，即，分布在多束元件的范围上的多个点光源。此外，由多波束元件产生的定向光束可以具有由角分量
Figure BDA0003125133060000041
给出的主角方向，如下面关于图1B所描述的。
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。术语“光导”通常是指采用全内反射以在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料的表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差之外或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，该涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一种，包括但不限于板或平板光导和条带光导中的一者或两者。
此外，在本文中，术语“板”当应用于如“板光导”中的光导时，被定义为分段或不同平面的层或片，其有时被称为“平板”光导。特别地，板光导被定义为被配置成在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且可以至少在差分意义上基本上彼此平行。即，在板光导的任何差分化的小部分内，顶表面和底表面基本上平行或共面。
在一些实施例中，板状光导可以是基本上平坦的(即，限制在一个平面上)，因此，该板状光导是平面光导。在其他实施例中，板状光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板状光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板状光导。然而，任何曲率具有足够大的曲率半径以确保全内反射被保持在板光导内以引导光。
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，“光阀”表示一个或多个光阀，因此，在此，“光阀”表示“光阀(多个光阀)”。而且，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何参考不意图在本文中是限制。在本文中，术语“约”当应用于某一值时，通常是指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以是指加或减10％、或加或减5％、或加或减1％，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且出于讨论的目的而呈现，而不是作为限制。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种多视图显示器。图2A和2B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器100的侧视图。多视图显示器100包括多视图背光110。多视图背光110被配置为发射作为具有不同主角方向的定向光束102的光。定向光束102的不同主角方向对应于多视图图像的相应不同视图方向。图2A和2B将定向光束102图示为被描绘为远离多视图背光110的第二(或底部)表面110”定向的多个发散箭头，特别地，定向光束被配置为会聚在会聚平面120内的与多视图图像的不同视图的位置相对应的点处，会聚平面120表示用户的最佳观看位置，特别地，会聚平面120表示用户的眼睛应当位于其中以获得多视图图像的最佳视图的平面。如图2A和2B所示会聚平面120是平行于多视图背光110的第一(或顶部)平面110'的平面。
多视图显示器100还包括光阀阵列140。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140，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。光阀阵列140被配置成将定向光束102调制为会聚平面120处的多视图图像的不同视图。
多视图背光110和光阀阵列140之间的距离d被配置为是可调整的，以相对于多视图显示器100移动会聚平面120的相应位置。图2B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的在示例中具有相对于图2A的移动会聚平面120的多视图显示器100的侧视图。在所示的图中，距离d表示发射定向光束102的多视图背光110的底表面110”和光阀140之间的距离，在其他实施例中，距离d可以表示多视图背光110的顶表面110'和光阀阵列140之间的距离。回到图2B，多视图背光110和光阀阵列140之间的距离d已经从如图2A中所示的较小距离d1调整到如图2B中所示的较大距离d2。相应地，会聚平面120相对于多视图显示器100的位置d'已经从多视图显示器100的距离d1'移动到距多视图显示器100的距离d2'。会聚平面120和多视图显示器100之间的距离d'因此可以增加以使会聚平面120进一步远离多视图显示器100，或者减小以使会聚平面120更靠近多视图显示器100。
由于会聚平面120表示任何配置中的多视图图像的最佳观看位置，所以如图2A和2B中所示从多视图显示器100向上或向下移动会聚平面120保持了会聚平面120的不同位置之间的多视图图像的属性。特别地，多视图图像的不同视图之间的视图间间距i被配置为作为多视图背光110和光阀阵列的光阀140之间的可调整距离d的函数而恒定。等同地，视图间距离i也被配置为作为会聚平面120相对于多视图显示器100的对应位置d'(例如，d1'和d2')的函数而恒定。因此，如图2A和2B中所示，在位于距多视图显示器100距离d1'处的图2A的会聚平面120中，多视图图像的视图之间的距离i与在位于距多视图显示器100距离d2'处的图2B的会聚平面120中的相同。
会聚平面120处的视图间间距i与多视图显示器100的用户的眼间距离相当。这个特征使得会聚平面120成为用户的最佳观看距离。当会聚平面120如前所述移动时，视图之间的距离i保持与用户眼睛之间的距离相当，确保用户可以继续观看由会聚平面120的每个位置处的两个不同视图(每只眼睛一个)的组合提供的三维图像。
可以以各种方式调整多视图背光110和光阀阵列140之间的距离d。在一些实施例中，该调整可以包括多视图背光110相对于光阀阵列140的机械运动。机械运动可以由被配置为将多视图背光110移动远离或靠近光阀阵列的机械、电、机电或其他类型的致动器产生。
在一些实施例中，可以使用多个多视图背光来调整多视图显示器的多视图背光与光阀阵列140之间的距离。图3A和3B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的包括一对多视图背光的多视图显示器100。特别地，如图3A-3B中所示，多视图背光110是多视图背光对的第一多视图背光110。如图所示，第一多视图背光110位于光阀阵列140附近。图3A-3B中所示的多视图显示器100还包括该对多视图背光中的第二多视图背光115。第二多视图背光115位于第一多视图背光110的与第一多视图背光110的邻近光阀140的一侧相对的一侧。因此，第一多视图背光110位于第二多视图背光115和多视图显示器100的光阀阵列140之间。此外，如图所示，第一和第二多视图背光110、115相对于光阀阵列具有不同的位置。
根据各种实施例，第二多视图背光115可以基本上类似于上文描述的多视图背光110。特别地，第二多视图背光115被配置成提供定向光束116，其在第二会聚平面120”内会聚在第二会聚平面120”处的多视图图像的不同视图的对应位置的点处。此外，第一多视图背光110对于由第二多视图背光115提供的定向光束116是透明的。因此，由第二多视图背光115提供的定向光束116被发射通过第一多视图背光110的厚度，以被调制为由光阀阵列140发射的定向光。
可选择性地激活(一次一个)图3A和3B的多视图显示器100的多视图背光以提供多视图图像。因为第一和第二多视图背光110、115位于距光阀阵列140的不同距离d1和d2处，所以第一和第二多视图背光110、115中的每一者的选择性激活改变多视图背光和光阀阵列的光阀140之间的距离d。如前所述，由于调整光阀阵列和多视图显示器100的背光之间的距离d使会聚平面120距光阀阵列的距离d'移动，所以第一和第二多视图背光110、115的选择性激活使会聚平面120的距离d'移动。
图3A和3B示出了多视图显示器100的第一和第二多视图背光110、115的选择性激活，以及所得到的多视图显示器100的会聚平面120从距离d1'到距离d2'的移动。在这两个图中，激活的背光用实线描绘，而非激活的背光用虚线描绘。因此，再次参考图3A，如图所示，第一多视图背光110是激活的，而第二多视图背光115是非激活的。因此，有源第一多视图背光110和光阀140的距离是d1，并且相应地，多视图显示器的会聚平面120是对应于有源第一多视图背光110的第一会聚平面120'。此外，在图3A中，第一会聚平面120'位于距光阀140距离d1'处。
在图3B中，第一多视图背光110被去激活，而第二多视图背光115是激活的。因此，有源第二多视图背光115和光阀阵列之间的距离是d2。进而，多视图显示器100的会聚平面120现在已经移动到由在活动的第二多视图背光115和光阀阵列之间的距离d2产生的第二会聚平面120”，此外，如所图示的，根据各种实施例，第二会聚平面120”相对于多视图显示器100的位置不同于第一会聚平面120'的位置。也就是说，距离d2'由于第一多视图背光110或第二多视图背光115的选择性激活而不同于距离d1'。
在一些实施例中，多视图背光110包括光导111。图4图示了根据与这里描述的原理一致的实施例的在示例中包括多视图背光110的多视图显示器100，该多视图背光包括光导111。光导111被配置为沿着光导的长度引导光作为被引导光104(即，被引导光束104)。例如，光导111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111的一个或多个引导模式促进被引导光104的全内反射。
在一些实施例中，光导111可以是包括光学透明的电介质材料的延伸的基本上平面的片的光学波导的板或片(即，片光导)。基本上平面的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导被引导光104。根据各种示例，光导111的光学透明材料可以包括各种电介质材料中的任何一种或者由各种电介质材料中的任何一种制成，这些电介质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者聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或者“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或者多种。在一些示例中，光导111还可以包括在光导111的表面(例如，第一表面和第二表面中的一个或两个)的至少一部分上的包覆层(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111被配置为根据全内反射以光导111的第一表面111'(例如，前表面或顶表面或侧面)和第二表面111”(例如，后表面或底表面或侧面)之间的非零传播角引导被引导光104。具体地，被引导光104通过以非零传播角在光导111的第一表面111'和第二表面111”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，被引导光104可以包括具有不同颜色的光的多个被引导光束。具有不同颜色的光的多个被引导光束的被引导光束可以以不同的颜色特定的非零传播角度中的相应传播角度被光导111引导。注意，为了简化说明，图4中未示出非零传播角。然而，描绘传播方向103的粗箭头示出了被引导光104沿着图4中的光导长度的一般传播方向。
多视图背光110还包括多个多束元件112。多个多束元件112沿着光导长度彼此间隔开。多个多束元件112可以位于光导111的第一(或“顶”)表面111'处或附近。在一些实施例中，多个多束元件112可以位于光导111的第二(或“底”)表面111”上，例如，如图4中所示。在一些实施例中，多个多束元件112可以位于第一表面111'和第二表面111”之间的光导111内部。
多视图背光110的多束元件112被配置为将来自光导111的光散射为具有与多视图图像的视图方向相对应的主角方向的多个定向光束。根据各种实施例，多束元件112可以包括被配置为散射出被引导光104的一部分的多个不同结构中的任何结构。例如，不同的结构可以包括但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合。在一些实施例中，包括衍射光栅的多束元件112被配置为将被引导光的部分衍射地散射出作为具有不同主角方向的多个定向光束。在其他实施例中，包括微反射元件的多束元件112被配置为将被引导光部分反射地散射出作为多个定向光束，或者包括微折射元件的多束元件112被配置为通过或使用折射将被引导光部分散射出作为多个定向光束(即，折射地散射出被引导光部分)。
在一些实施例中，多束元件112的尺寸与多视图显示器100的光阀140的尺寸相当。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，光阀140的尺寸可以是其长度，并且多束元件112的可比尺寸也可以是多束元件112的长度。在另一示例中，尺寸可以指这样的面积，使得多束元件112的面积可以与光阀140的面积相当。
在一些实施例中，头部跟踪器可以与多视图显示器100一起被采用作为多视图显示系统的一部分。头部跟踪器被配置为确定多视图显示器100与用户之间的距离。例如，头部跟踪器可以被配置为确定多视图显示器100与用户的头部之间的距离，或者更具体地，确定多视图显示器100与用户的一只或两只眼睛之间的距离。使用所确定的多视图显示器100和用户之间的距离，多视图显示系统可以根据这里描述的原理来调整多视图背光110和光阀阵列140之间的距离，以将会聚平面移位到用户眼睛的水平。多视图显示系统因此可以基于用户的运动来调整会聚平面以跟随用户的眼睛并且确保最佳观看体验。
根据各种实施例，提供头部跟踪(或等效地跟踪用户的位置)的各种设备、系统和电路中的任何设备、系统和电路可以被用作多视图显示系统的头部跟踪器。例如，在一些实施例中，头部跟踪器可以包括被配置为捕获用户相对于多视图显示器100的屏幕的图像的相机。此外，头部跟踪器可以包括图像处理器(或被编程为图像处理器的通用计算机)，其被配置为确定用户在所捕获的图像内相对于多视图显示器100的屏幕的位置。用户相对于多视图显示器100的屏幕的位置可以由图像处理器使用各种技术从所捕获的图像确定，所述技术包括但不限于例如图像识别或模式匹配。头部跟踪器的输出可以用于修改多视图显示系统的操作。例如，可以将所确定的用户位置提供给致动器以调整图2A和2B的多视图显示器100的多视图背光110和光阀阵列140之间的距离d。在另一个例子中，可以向图3A和3A的多视图显示器100提供确定的用户位置，以选择性地激活和/或去激活第一多视图背光110和第二多视图背光115之一。头部跟踪器实现的其它示例可包括各种二维(2D)和三维(3D)对象跟踪系统中的任一种。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种多视图显示系统200。图5示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示系统200的框图。多视图显示系统200包括多视图背光210。多视图背光210基本上类似于先前描述的多视图显示器100的多视图背光110。这样，多视图背光210被配置为提供具有与多视图图像的不同视图的相应不同视图方向相对应的不同主角方向的定向光束202。多视图背光210可以被成形为包括两个基本上平行且相对的平面表面(即，顶表面和底表面)的基板的“板”或基本上平坦的块。
多视图显示系统200还包括光阀240的阵列。光阀阵列240基本上类似于前面描述的多视图显示器100的光阀阵列140。这样，不同类型的光阀可以用作光阀阵列的光阀，包括但不限于一个或多个液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀。光阀阵列240被配置为调制定向光束以在多视图显示系统的会聚平面220处提供多视图图像。会聚平面220是平行于光阀阵列的平面，并且表示用户的最佳观看位置。特别地，会聚平面220表示用户的眼睛应当位于其中以获得多视图图像的最佳视图的平面。
多视图显示系统200还包括头部跟踪器250。头部跟踪器250基本上类似于先前描述的与多视图显示器100一起使用的头部跟踪器。这样，头部跟踪器250被配置成确定用户距多视图显示系统200的距离。提供头部跟踪的各种设备、系统和电路中的任何一种可以被用作多视图显示系统200的头部跟踪器，包括各种二维(2D)和三维(3D)头部跟踪系统中的任何一种。例如，头部跟踪器250可以包括被配置为使用视差估计来确定用户距离的多个相机和被配置为使用由用户反射的信号的传播时间来确定距离的飞行时间传感器中的一个或两者。由飞行时间传感器发射的信号可以包括但不限于声学信号(例如，声学测距仪)和光学信号(例如，由激光器发射)。在另一示例中，头部跟踪器250可包括光学传感器，该光学传感器被配置成使用从被扫描的区域中的一个或多个对象反射的激光来测量到多个点的距离。例如，头部跟踪器250可以包括3D相机，其组合了2D相机、第二红外相机和红外激光投影仪。2D相机被配置为捕获扫描区域的2D图像，而红外激光投影仪和第二红外相机作为距离传感器协同工作以收集扫描区域内的距离信息。Intel
Figure BDA0003125133060000111
和
Figure BDA0003125133060000112
是美国加利福尼亚州圣克拉拉市Intel公司的注册商标。
多视图背光210和光阀阵列280之间的距离被配置为根据所确定的用户距离是可调整的，以将会聚平面220的位置移动为对应于所确定的用户距离。基于用户距多视图背光210的距离的会聚平面220的移动基本上如图2A和2B中所示并且关于多视图显示器100所描述的那样操作。具体地，增加多视图背光210和光阀阵列240之间的距离以增加会聚平面220和光阀阵列之间的距离。类似地，多视图背光210和光阀阵列之间的距离被减小以减小会聚平面220和光阀阵列之间的距离。
由于会聚平面220表示任何配置中的多视图图像的最佳观看位置，所以如图2A和2B中所示从多视图显示器100向上或向下移位会聚平面220保持了会聚平面220的不同位置之间的多视图图像的属性。特别地，会聚平面220处的不同视图的视图间间距被配置为随着会聚平面220的移位而恒定。此外，会聚平面220内的视图间间距与用户的眼间距离相当。结果，即使在会聚平面220改变位置时眼睛也保持在会聚平面220上的多视图显示系统200的用户可以在会聚平面220的各个位置上具有基本上类似的观看体验。
在一些实施例中，多视图显示系统200包括多个多视图背光。包括多个多视图背光的多视图显示器系统基本上类似于图3A和3B的多视图显示器100。这样，第一多视图背光位于距光阀阵列240第一距离处，并且第二多视图背光位于距光阀阵列第二距离处，第二距离不同于第一距离。具体地，第一多视图背光位于光阀阵列和第二多视图背光之间。因为每个多视图背光位于距光阀阵列240不同距离处，所以多视图显示系统200的会聚平面220具有取决于哪个多视图背光是激活的位置。因此，为了移动会聚平面220的位置，选择性地激活第一和第二多视图背光之一。
在一些实施例中，多视图背光210包括光导211。光导211被配置为在沿着光导的长度的传播方向上引导光作为被引导光。光导211可以基本上类似于先前描述的多视图显示器100的光导111。根据各种实施例，光导211可以被配置为使用全内反射来引导被引导光。此外，可以由光导211或在光导内以非零传播角引导被引导光。在一些实施例中，被引导光可以是准直的或者可以是准直光束。特别地，在各种实施例中，被引导光可以根据准直因子s被准直或具有该准直因子。
多视图背光210还包括沿着光导长度彼此间隔开的多个多束元件212。多个多束元件212基本上类似于先前描述的多视图显示器100的多束元件112。多个多束元件212被配置为将被引导光的一部分散射出作为与多视图显示系统200相关联的定向发射光。定向发射光包括具有与多视图显示系统200的相应不同视图方向对应的主角方向的多个定向光束202。多个多束元件212可以位于光导211的表面上或内部。
多个多束元件中的多束元件的尺寸中的一个或多个尺寸与光阀阵列的光阀240的尺寸相当。在一些实施例中，多束元件212的尺寸与光阀尺寸相当，使得多束元件尺寸在光阀尺寸的大约百分之五十(50％)和大约百分之二百(200％)之间。
根据本文描述的原理的一些实施例，公开了多视图显示操作的方法300。图6图示了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示操作的方法300的流程图。方法300包括使用多视图背光作为具有与多视图图像的相应不同视图方向对应的不同主角方向的定向光束来发射310光。多视图背光基本上类似于先前描述的多视图显示器100的多视图背光110。定向光束在会聚平面内的与多视图图像的不同视图的位置相对应的点处会聚。会聚平面是平行于多视图背光的平面，并且表示用户的最佳观看位置。具体地，会聚平面表示用户的眼睛应当位于其中以获得多视图图像的最佳视图的平面。
方法300还包括使用光阀阵列调制320定向光束以在会聚平面处提供多视图图像的不同视图。光阀阵列基本上类似于前面描述的多视图显示器100的光阀阵列140。这样，不同类型的光阀可以用作光阀阵列的光阀，包括但不限于一个或多个液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀。具有不同主角方向的不同定向光束被配置成通过光阀阵列中的不同光阀并由其调制。
方法300还包括调整330多视图背光与光阀阵列之间的距离以相对于多视图显示器移动会聚平面的位置。基于调整多视图背光与光阀阵列之间的距离的会聚平面的位置的移动基本上如图2A和2B所示并且关于多视图显示器100所描述的那样操作。具体地，增加多视图背光和光阀阵列之间的距离以增加会聚平面和多视图显示器之间的距离。类似地，多视图背光与光阀阵列之间的距离被减小以减小会聚平面与多视图显示器之间的距离。
在一些实施例中，使用多视图背光发射光310包括在光导中引导光作为被引导光。可以在光导的相对内表面之间以非零传播角引导光。使用多视图背光发射光310还包括使用多束元件阵列将被引导光的一部分作为定向光束散射到光导之外。阵列的多束元件可以基本上类似于多视图显示器100的多束元件122。这样，多束元件可以包括被配置为衍射地散射出被引导光的一部分的衍射光栅、被配置为反射地散射出被引导光的一部分的微反射结构、以及被配置为折射地散射出被引导光的一部分的微折射结构中的一个或多个。此外，多束元件可以具有与光阀阵列的光阀的尺寸相当的尺寸。
在一些实施例中，调整多视图背光与光阀阵列之间的距离包括相对于光阀阵列机械地移动多视图背光。机械运动可以由被配置为将多视图背光移动远离或靠近光阀阵列的机械、电、机电或其他类型的致动器产生。
在一些实施例中，方法300还包括使用头部跟踪器来确定用户距多视图显示器的距离，并且调整多视图背光和光阀阵列之间的距离以使会聚平面位置移动以对应于所确定的用户距离。头部跟踪器可以基本上类似于先前描述的多视图显示器100的头部跟踪器。因此，提供头部跟踪的各种设备、系统和电路中的任何一种可以被用作多视图显示器的头部跟踪器，包括各种二维和三维头部跟踪系统中的任何一种。此外，头部跟踪器的输出可以用于修改多视图显示器的操作。例如，可以将所确定的用户位置提供给致动器以调整多视图背光与多视图显示器的光阀阵列之间的距离(或者选择性地激活多视图显示器中的一个或多个多视图背光)以使会聚平面移动。
在一些实施例中，使用头部跟踪器确定用户距多视图显示器的距离可以包括使用多个相机捕获用户的图像和采用视差估计来确定用户距多视图显示器的距离以及采用飞行时间传感器来根据由飞行时间传感器发射并且由用户反射的信号的传播时间确定用户距多视图显示器的距离中的一个或两个。由飞行时间传感器发射的信号可以包括但不限于声学信号和光学信号(例如，由激光器发射的)。
因此，已经描述了具有可调整会聚平面的多视图显示器和多视图显示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 (20)

1.一种多视图显示器，包括：
多视图背光，其被配置为发射作为具有与多视图图像的相应不同视图方向对应的不同主角方向的定向光束的光，所述定向光束被配置为会聚在会聚平面内的与所述多视图图像的不同视图的位置对应的点处；以及
光阀阵列，其被配置为将所述定向光束调制为在所述会聚平面处所述多视图图像的所述不同视图，
其中，所述多视图背光和所述光阀阵列之间的距离被配置为是可调整的，以相对于所述多视图显示器移动所述会聚平面的对应位置。
2.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图图像的不同视图之间的视图间间距被配置为作为所述多视图背光与所述光阀阵列之间的所述可调整距离和所述会聚平面的所述对应位置的函数而恒定。
3.根据权利要求2所述的多视图显示器，其中，所述会聚平面处的所述视图间间距与所述多视图显示器的用户的眼间距离相当。
4.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图背光和所述光阀阵列之间的距离是可调整的，包括所述多视图背光相对于所述光阀阵列的机械运动。
5.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图背光是第一多视图背光，并且所述会聚平面是所述多视图显示器的第一会聚平面，所述多视图显示器还包括第二多视图背光，所述第二多视图背光被配置为提供在第二会聚平面内会聚在所述第二会聚平面处的所述多视图图像的不同视图的对应位置的点处的定向光束，所述第二会聚平面相对于所述多视图显示器的位置不同于所述第一会聚平面的位置。
6.根据权利要求5所述的多视图显示器，其中，所述第一多视图背光位于所述第二多视图背光和所述光阀阵列之间，所述第一多视图背光对于由所述第二多视图背光提供的所述定向光束是透明的，并且所述多视图背光和所述光阀阵列之间的所述可调整距离包括选择性地激活所述第一多视图背光和所述第二多视图背光中的一个，以在所述第一会聚平面和所述第二会聚平面内的相应一个内提供所述多视图图像。
7.根据权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图背光包括：
光导，其配置为在沿着所述光导的长度的传播方向上引导光；以及
多个多束元件，所述多个多束元件沿着所述光导长度彼此间隔开，所述多束元件中的多束元件具有与所述光阀阵列的光阀的尺寸相当的尺寸，并且被配置为将被引导光的一部分从所述光导散射出作为所述定向光束。
8.根据权利要求7所述的多视图显示器，其中，所述多束元件包括光学地连接到所述光导的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，所述衍射光栅被配置为衍射地散射出所述被引导光的所述部分，所述微反射元件被配置为反射地散射出所述被引导光的所述部分，并且所述微折射元件被配置为折射地散射出所述被引导光的所述部分。
9.一种多视图显示系统，包括根据权利要求1所述的多视图显示器，所述多视图显示系统还包括头部跟踪器，所述头部跟踪器被配置为确定所述多视图显示器与用户之间的距离，其中，所述多视图背光和所述光阀阵列之间的距离被配置为根据所确定的所述多视图显示器与所述用户之间的距离来调整，以使所述会聚平面位置移动以对应于所述用户相对于所述多视图显示器的位置。
10.一种多视图显示系统，包括：
多视图背光，被配置为提供具有与多视图图像的不同视图的相应不同视图方向相对应的不同主角方向的定向光束；
光阀阵列，其被配置为调制所述定向光束以在所述多视图显示系统的会聚平面处提供所述多视图图像；以及
头部跟踪器，被配置为确定用户距所述多视图显示系统的距离，
其中，所述多视图背光和所述光阀阵列之间的距离被配置为根据所确定的用户距离可调整，以将所述会聚平面的位置移动为对应于所确定的用户距离。
11.根据权利要求10所述的多视图显示系统，其中，所述会聚平面处的不同视图的视图间间距被配置为随着所述会聚平面移动而保持恒定，并且其中所述会聚平面内的视图间间距与所述用户的眼间距离相当。
12.根据权利要求10所述的多视图显示器系统，其中，所述多视图背光是在距所述光阀阵列第一距离处的所述多视图显示器系统的第一多视图背光，所述多视图显示器系统还包括在距所述光阀阵列第二距离处的第二多视图背光，所述第一距离不同于所述第二距离，并且其中，所述会聚平面位置被配置为通过选择性地激活所述第一多视图背光和所述第二多视图背光中的一个来移动。
13.根据权利要求10所述的多视图显示器系统，其中，所述多视图背光还包括：
光导，其配置为在沿着所述光导的长度的传播方向上引导光；以及
多个多束元件，所述多个多束元件沿着所述光导长度彼此间隔开，所述多个多束元件中的多束元件具有与所述光阀阵列的光阀的尺寸相当的尺寸，并且被配置为将被引导光的一部分从所述光导散射出作为所述定向光束。
14.根据权利要求10所述的多视图显示器系统，其中，所述头部跟踪器包括被配置为使用视差估计来确定用户距离的多个相机以及被配置为使用由所述用户反射的信号的传播时间来确定距离的飞行时间传感器中的一个或多个。
15.一种多视图显示操作的方法，所述方法包括：
使用多视图背光发射光作为具有与多视图图像的相应不同视图方向对应的不同主角方向的定向光束，所述定向光束在会聚平面内的与所述多视图图像的不同视图的位置对应的点处会聚；
使用光阀阵列调制所述定向光束以在所述会聚平面处提供所述多视图图像的所述不同视图；以及
调整所述多视图背光和所述光阀阵列之间的距离以相对于所述多视图显示器移动所述会聚平面的位置。
16.根据权利要求15所述的多视图显示操作的方法，其中，使用多视图背光发射光包括：
在光导中引导光作为被引导光；以及
使用多束元件阵列将被引导光的一部分作为定向光束散射出所述光导，所述多束元件阵列的多束元件的尺寸与所述光阀阵列的光阀的尺寸相当。
17.根据权利要求16所述的多视图显示操作的方法，其中，所述多束元件包括光学地连接到所述光导的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，所述衍射光栅衍射地散射出所述被引导光的所述部分，所述微反射元件反射地散射出所述被引导光的所述部分，并且所述微折射元件折射地散射出所述被引导光的所述部分。
18.根据权利要求15所述的多视图显示操作的方法，其中，调整所述多视图背光与所述光阀阵列之间的距离包括相对于所述光阀阵列机械地移动所述多视图背光。
19.根据权利要求15所述的多视图显示操作的方法，还包括使用头部跟踪器确定用户距所述多视图显示器的距离，并且调整所述多视图背光和所述光阀阵列之间的距离以移动所述会聚平面位置以对应于所确定的用户距离。
20.根据权利要求19所述的多视图显示操作的方法，其中，使用头部跟踪器确定所述用户距所述多视图显示器的距离包括以下中的一个或多个：
使用多个相机捕获所述用户的图像并且采用视差估计来确定所述用户距所述多视图显示器的距离；以及
采用飞行时间传感器来根据由所述飞行时间传感器发射并且由所述用户反射的信号的传播时间确定所述用户距所述多视图显示器的所述距离。
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