TWI649604B - 靜態多視角顯示器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的一種靜態多視角顯示器及其操作方法藉由使用繞射光柵以繞射地散射來自具有不同徑向方向的複數條引導的光束的光以提供一靜態多視角影像。該靜態多視角顯示器包含被配置以引導該複數條引導的光束的導光體和被配置以提供具有不同徑向方向的該複數條引導的光束的一光源。該靜態多視角顯示器進一步包含複數個繞射光柵，其被配置以從該引導的光束之一部分提供具有對應該靜態多視角影像之視角像素的強度和主要角度方向的定向性光束。

Description

靜態多視角顯示器及其操作方法
本發明涉及一種電子顯示器，尤其是一種靜態多視角顯示器及其操作方法。
顯示器，尤其是「電子」顯示器是用於向各種裝置和產品的使用者傳達訊息的幾乎無所不在的媒介。例如，可以在各種裝置和應用中找到電子顯示器，包括但不限於行動電話(例如智慧型手機)、手錶、平板電腦、行動電腦(例如筆記型電腦)、個人電腦和電腦監視器、汽車顯示控制台、相機顯示器、以及各種其他行動裝置、以及基本上不可移動的顯示器應用和裝置。電子顯示器通常使用像素強度的差異圖案(differential pattern of pixel intensity)來表示或顯示正在傳送的影像或類似訊息。像被動式電子顯示器的情況那樣，可以藉由反射入射在顯示器上的光來提供差異像素強度圖案。或者，電子顯示器可以提供或發射光以提供差異像素強度圖案。發光的電子顯示器通常被稱為主動式顯示器。
根據在此描述的原理的示例和實施例提供靜態或準靜態三維(3D)或多視角(multiview)影像的顯示器。具體來說，與所描述的原理一致的實施例藉由使用複數條定向性光束來顯示靜態或準靜態多視角影像。複數條定向性光束中的定向性光束的各個強度和方向依次對應於正在顯示的多視角影像的視角中的各種視角像素。根據各種實施例，各個強度以及在一些實施例中的定向性光束的各個方向是預定的或「固定的」。如此，所顯示的多視角影像可以被稱為靜態或準靜態多視角影像。
根據各種實施例，配置以顯示靜態或準靜態多視角影像的靜態多視角顯示器包括光學連接到導光體以提供具有各別的定向性光束強度和方向的定向性光束的繞射光柵。繞射光柵被配置成藉由或根據繞射地耦合或散射出從在導光體內被引導的光來發射或提供定向性光束，該光被引導作為複數條引導的光束。此外，複數條引導的光束中的引導的光束在導光體內在彼此不同的徑向方向上被引導。如此，複數個繞射光柵中的繞射光柵包括光柵特性，該光柵特性是入射在繞射光柵上的引導的光束的特定徑向方向的函數。更詳細地說，光柵特性可以是繞射光柵與被配置以提供引導的光束的光源的相對位置的函數。根據各種實施例，光柵特性被配置以作為引導的光束的徑向方向的函數，以確保由繞射光柵提供的發射的定向性光束與正在顯示的靜態或準靜態多視角影像的各種視角中的相關的視角像素之間的對應性。
在本文中，「多視角顯示器」被定義為被配置以在不同視角方向(view direction)上提供多視角影像(multiview image)的不同視角(different views)的電子顯示器或顯示系統。「靜態多視角顯示器」被定義為被配置以顯示預定的或固定的(亦即，靜態的)多視角影像的多視角顯示器，雖然是複數個不同的視角。「準靜態多視角顯示器」在本文中被定義為一種靜態多視角顯示器，其可以在不同的固定的多視角影像之間或在複數個多視角影像狀態之間切換，典型地作為時間的函數。例如，在不同的固定的多視角影像或多視角影像狀態之間切換可以提供活化(animation)的基本形式。此外，如本文中所定義的，準靜態多視角顯示器是一種靜態多視角顯示器。因此，純粹靜態的多視角顯示器或影像與準靜態多視角顯示器或影像之間沒有區別，除非這種區分對於正確理解是必要的。
圖1A根據與在此描述的原理一致的實施例說明在一示例中的多視角顯示器10的透視圖。如圖1A所示，多視角顯示器10包括在螢幕12上的繞射光柵，其被配置以顯示多視角影像16內的視角14(或者等同地，多視角顯示器10的視角14)中的視角像素。舉例而言，螢幕12可以是汽車、電話(例如手機、智慧型手機等等)、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦的電腦顯示器、相機顯示器、或基本上顯示任何其他裝置的電子顯示器的顯示螢幕。
多視角顯示器10相對於螢幕12在不同的視角方向18上(亦即，在不同的主要角度方向上)提供多視角影像16的不同的視角14。視角方向18被顯示為在各種不同的主要角度方向上從螢幕12延伸的箭頭。不同的視角14在箭頭(亦即，表示視角方向18)的終點處被顯示為陰影多邊形框。因此，當多視角顯示器10(例如，如圖1A所示)相對於y軸旋轉時，觀看者則看到不同的視角14。另一方面(如圖所示)，當圖1A中的多視角顯示器10相對於x軸旋轉時，所觀看的影像不變，直到沒有光到達觀察者的眼睛(如圖所示)。
所需注意者，雖然不同的視角14被繪示為在螢幕12上方，但是當多視角影像16被顯示在多視角顯示器10上並被觀看者觀看時，視角14實際上出現在螢幕12上或附近。如圖1A中所示，在螢幕12上方描繪多視角影像16的視角14僅為了易於說明，並且意在繪示從對應於特定視角14的相應的一個視角方向18觀看多視角顯示器10。此外，在圖1A中僅繪示了三個視角14和三個視角方向18，全部作為示例而不是限制。
按照在此所定義的，視角方向或等同地具有與多視角顯示器的視角方向相對應的方向的光束通常具有由角度分量給定的主要角度方向{θ,Φ}。角度分量θ在這裡被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量Φ被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角θ是垂直平面中的角度(例如，垂直於多視角顯示器的平面)，而方位角Φ是水平平面內的角度(例如，平行於多視角顯示器平面)。
圖1B根據與在此所述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有與多視角顯示器的視角方向(例如，圖1A中的視角方向18)相對應的特定主要角度方向的光束20的角度分量{θ,Φ}的示意圖。此外，根據本文的定義，光束20從特定點被發射或發出。也就是說，根據定義，光束20具有與多視角顯示內的特定原點相關聯的中心射線。圖1B還顯示了原點O的光束(或視角方向)。
此外，在術語「多視角影像」和「多視角顯示器」中使用的「多視角(multiview)」一詞被定義為在複數個視角之中的視角之間表示不同視角或包括視角的角度差異的複數個視角。另外，按照本文定義，本文中術語「多視角」明確地包括多於兩個不同視角(亦即，最少三個視角並且通常多於三個視角)。如此，本文中所使用的「多視角顯示器」一詞明確地與僅包括表示景 象或影像的兩個不同視角的立體顯示器區分開。惟需注意者，雖然多視角影像和多視角顯示器可以包括多於兩個視角，但是根據本文的定義，每次可以透過僅選擇多視角中的兩個視角來在多視角顯示器上觀看多視角影像作為立體影像對(例如，每隻眼睛一個視角)。
在多視角顯示器中，「多視角像素」在本文中被定義為在多視角顯示器的相似的複數個不同視角中的每一個中表示像素的一組或複數個視角像素。相同地，多視角像素可以具有對應或表示在要被多視角顯示器顯示的多視角影像的每個不同視角中的像素的單獨視角像素。此外，根據本文的定義，多視角像素的視角像素是所謂的「定向性(directional)像素」，因為每個視角像素與不同視角中相應的一個的預定視角方向相關聯。此外，根據各種示例和實施例，由多視角像素的視角像素表示的不同視角像素可以在每個不同視角中具有等同的或至少基本相似的位置或座標。例如，第一多視角像素可以具有對應位於在多視角影像的每個不同視角中的{x1,y1}處的單獨視角像素，而第二多視角像素可以具有對應位於在每個不同視角中的{x2,y2}處的單獨視角像素，等等。
在一些實施例中，多視角像素中的視角像素的數量可以等於多視角顯示器的視角的數量。例如，多視角像素可以提供與具有8個不同視角的多視角顯示器相關聯的八(8)個視角像素。或者，多視角像素可以提供與具有64個不同視角的多視角顯示器相關聯的六十四(64)個視角像素。在另一個示例中，多視角顯示器可以提供八乘四的視角陣列(亦即，32個視角)，並且多視角像素可以包括三十二(32)個視角像素(亦即，每個視角一個)。再者，根據一些實施例，多視角顯示器的多視角像素的數量可基本上等於構成多視角顯示器的選擇的視角的像素的數量。
本文中，「導光體」被定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。具體地，導光體可以包括在導光體的工作波長處基本上透明的芯。在各種示例中，術語「導光體」通常是指採用全內反射來在導光體的介電材料與圍繞該導光體的材料或介質之間的界面處引導光的介電光波導。根據定義，全內反射的條件是導光體的折射率大於與導光體材料的表面鄰接的周圍介質的折射率。在一些實施例中，導光體可以包括除了上述折射率差異之外的或替代上述折射率差異的塗層，以進一步促進全內反射。例如，塗層可以是反射塗層。導 光體可以是幾個導光體中的任何一個，包括但不限於平板或厚板導光體和條導光體中的一個或兩個。
此外，術語「平板」在應用於導光體時如「平板導光體」被定義為分段的或微分地平面的層或片，其有時被稱為「厚板」導光體。具體地，平板導光體被定義為導光體，該導光體被構造成在由導光體的頂表面和底表面(亦即，相對的表面)界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本文的定義，頂部表面和底部表面都是彼此分離的，並且可以至少在微分的意義上基本上相互平行。也就是說，在平板導光體的任何微分地小的部分內，頂表面和底表面基本平行或共平面。
在一些實施例中，平板導光體可以是基本上平坦的(亦即，侷限為平面)，並且因此平板導光體是平面導光體。在其他實施例中，平板導光體可以在一個或兩個正交維度上彎曲。例如，平板導光體可以以單個維度彎曲以形成圓柱形平板導光體。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑以確保在平板導光體內保持全內反射以引導光。
本文中，「繞射光柵」通常被定義為設置成提供入射在繞射光柵上的光的繞射的複數個特徵部(亦即，繞射特徵部)。在一些示例中，複數個特徵部可以以在成對特徵部之間具有一個或多個光柵間隔的週期性或準週期性方式來設置。例如，繞射光柵可以包括設置成一維(1D)陣列的複數個特徵部(例如，材料表面中的複數個凹槽或脊部)。在其他示例中，繞射光柵可以是二維(2D)陣列的特徵部。例如，繞射光柵可以是材料表面上的凸塊或材料表面中的孔的二維陣列。根據各種實施例和示例，繞射光柵可以是在相鄰繞射特徵部之間具有光柵間隔或距離的次波長光柵，其小於要被繞射光柵繞射的光的波長。
如此，根據本文的定義，「繞射光柵」是提供入射在繞射光柵上的光的繞射的結構。如果光從導光體入射在繞射光柵上，則所提供的繞射或繞射地散射可以導致並且因此被稱為「繞射地耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出導光體。繞射光柵還藉由繞射(亦即，以繞射角)重定向或改變光的角度。特別地，由於繞射，離開繞射光柵的光通常具有與入射在繞射光柵上的光(亦即，入射光)的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射的光的傳導方 向的變化在這裡被稱為「繞射重定向」。因此，繞射光柵可以理解為包括繞射特徵部的結構，繞射特徵部繞射地重定向入射在繞射光柵上的光，並且如果光從導光體入射，則繞射光柵也可以繞射地耦合出來自導光體的光。
此外，根據本文的定義，繞射光柵的特徵部被稱為「繞射特徵部」，並且可以是在材料表面(亦即，兩種材料之間的邊界)處、之中、和之上的狀況中的一種或多種。例如，所述表面可以是導光體的表面。繞射特徵部可以包括繞射光的各種結構中的任何一種，包括但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、和凸塊中的一個或多個。例如，繞射光柵可以在材料表面中包括複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包括從材料表面上升起的複數個平行的脊部。繞射特徵部(例如，凹槽、脊部、孔洞、凸塊等等)可以具有提供繞射的各種橫截面形狀或輪廓中的任何一種，包括但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓(例如，二元繞射光柵)、三角形輪廓、和鋸齒輪廓(例如，閃耀光柵)。
如下文中進一步描述的，這裡的繞射光柵可以具有光柵特性，包括特徵部間隔或間距、方位、和大小(諸如繞射光柵的寬度或長度)中的一個或多個。此外，光柵特性可以被選擇或選取為繞射光柵上的光束的入射角、繞射光柵與光源的距離、或上述兩者的函數。更詳細地說，根據一些實施例，可以選擇繞射光柵的光柵特性以相關於光源的相對位置和繞射光柵的位置。通過適當改變繞射光柵的光柵特性，由繞射光柵繞射(例如，繞射地耦合出導光體)的光束(亦即，「定向性光束」)的強度和主要角度方向，對應於多視角影像的像素的強度和視角方向。
根據本文所述的各種示例，可以採用繞射光柵(例如，如下所述的多光束元件的繞射光柵)來將光從導光體(例如，平板導光體)繞射地散射出或耦合出作為光束。特別是，局部週期性繞射光柵的繞射角度θm或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角度θm可藉由等式(1)給定如：θm=sin-1(n sinθi-mλ/d) (1)其中λ是光的波長，m是繞射階數，n是導光體的折射率，d是繞射光柵的特徵部之間的距離或間隔，θi是繞射光柵上的光入射角。為了簡單起見，等式(1)假 設繞射光柵與導光體的表面鄰接並且導光體外部的材料的折射率等於1(亦即，nout=1)。通常，繞射階數m給定為整數。繞射角θm由繞射光柵產生的光束可以由其中繞射階數為正(例如，m>0)的等式(1)給定。例如，當繞射階數m等於1(亦即，m=1)時提供第一階繞射。
圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的繞射光柵30的橫截面圖。例如，繞射光柵30可以位於導光體40的表面上。另外，圖2顯示以入射角θi入射在繞射光柵30上的光束(或光束集合)50。光束50是在導光體40內的被引導的光束。在圖2中還顯示了由繞射光柵30繞射產生並耦合出的光束(或光束集合)60，作為入射光束50的繞射的結果。耦合出的光束60具有如等式(1)所示的繞射角度θm(或者，在此，「主要角度方向」)。例如，繞射角度θm可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」。
根據各種實施例，各種光束的主要角度方向由光柵特性確定，包括但不限於光柵的尺寸(例如，長度、寬度、或面積等等)、方位、和特徵部間隔中的一種或多種。由多光束元件產生的定向性光束具有由角分量給定的主要角度方向{θ,Φ}，如本文所定義，並且如上文關於圖1B所述。
本文中，「準直光」或「準直的光束」通常被定義為其中光束的光線在光束內彼此基本上平行的光束(例如，導光體中的被引導的光束)。此外，根據本文的定義，從準直的光束發散或散射的光線不被認為是準直的光束的一部分。此外，在本文中「準直器」被定義為基本上被配置以準直光的任何光學裝置或設備。
本文中，「準直因子」被定義為光被準直的程度。特別地，準直因子定義準直的光束內的光線的角展度。例如，準直因子σ可以指定準直的光束中的大部分光線在特定的角展度內(例如，相對於準直的光束的中心或主要角度方向的+/- σ度)。根據一些示例，準直的光束的光線可以具有角度方面的高斯分布，並且角展度可以是由準直的光束的峰值強度的一半所確定的角度。
在本文中，「光源」被定義為發出光的源頭(例如，被配置以產生和發射光的光學發射器)。例如，光源可以包括光學發射器，例如，發光二極體(LED)，其在被啟動或開啟時發光。特別地，在此，光源可以基本上是 任何光源，或者基本上包括任何光學發射器，包括但不限於發光二極體(LED)、雷射、有機發光二極體(OLED)、聚合物發光二極體，電漿型的光學發射器，螢光燈、白熾燈、以及實際上任何其他光源。由光源產生的光可以具有顏色(亦即，可以包括特定波長的光)，或者可以是波長範圍(例如，白光)。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。例如，光源可以包括一組或一群光學發射器，其中至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同波長的光，該顏色或等同波長不同於由該組或群的至少一個其它光學發射器產生的光所具有的一顏色或一波長。不同的顏色可以包括例如原色(例如，紅色、綠色、藍色)。「偏極」光源在本文中被定義為基本上產生或提供具有預定偏極的光的任何光源。例如，偏極光源可以包括在光源的光學發射器的輸出處的偏光板。
此外，如本文所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個或複數個」。例如，「一繞射光柵」是指一個或複數個繞射光柵，因此，「該繞射光柵」在本文中是指「該(等)繞射光柵」。此外，本文中對「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」並不意味著在作為限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞在應用於某個值時通常意味著在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以表示加減10%、或加減5%、或加減1%。此外，本文使用的術語「基本上」是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51%至約100%的範圍內的量。而且，這裡的示例僅僅是說明性的，並且是為了討論的目的而不是為了限制。
10‧‧‧多視角顯示器
12‧‧‧螢幕
14‧‧‧視角
14’‧‧‧第一視角
14”‧‧‧第二視角
14”’‧‧‧第三視角
16‧‧‧多視角影像
18‧‧‧視角方向
20‧‧‧光束
30‧‧‧繞射光柵
40‧‧‧導光體
50‧‧‧光束
60‧‧‧耦合出的光束
100‧‧‧靜態多視角顯示器
102‧‧‧定向性光束
102’‧‧‧定向性光束
102”‧‧‧定向性光束
102”’‧‧‧定向性光束
103‧‧‧傳導方向
110‧‧‧導光體
110’‧‧‧第一表面
110”‧‧‧第二表面
112‧‧‧引導的光束
112’‧‧‧反射的引導的光束
114‧‧‧邊緣、側面
114a‧‧‧側壁
114b‧‧‧側壁
116‧‧‧輸入位置
116a‧‧‧第一輸入位置
116b‧‧‧第一輸入位置
118‧‧‧徑向方向
118a‧‧‧徑向方向、第一組不同的徑向方向
118b‧‧‧徑向方向、第二組不同徑向方向
119‧‧‧吸收層
120‧‧‧光源
120a‧‧‧第一光源
120b‧‧‧第二光源
130‧‧‧繞射光柵
130a‧‧‧繞射光柵
130b‧‧‧繞射光柵
134‧‧‧照射體積
134a‧‧‧照射體積
134b‧‧‧照射體積
140‧‧‧多視角像素
200‧‧‧靜態多視角顯示器
202‧‧‧定向性光束
204‧‧‧引導的光束
210‧‧‧多視角像素
212‧‧‧繞射光柵
220‧‧‧導光體
230‧‧‧光源
300‧‧‧方法
310‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
D‧‧‧距離
O‧‧‧原點
Φ‧‧‧角度分量、方位角分量、方位角
γ‧‧‧光柵方位
θ‧‧‧角度分量、仰角分量、仰角
θi‧‧‧入射角
θm‧‧‧繞射角度
根據在此描述的原理的示例和實施例的各種特徵可以參考以下結合附圖的詳細描述而更容易地理解，其中相同的附圖標記表示相同的結構元件，並且其中：圖1A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視角顯示器的透視圖
圖1B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有與多視角顯示器的視角方向相對應的特定主要角度方向的光束的角分量的示意圖；圖2係根據與在此所描述的原理相一致的一實施例說明在一示例中的繞射光柵的剖視圖；圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器的平面圖；圖3B係根據與在此所描述的原理相一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器的一部分的剖視圖；圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器的透視圖；圖4係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器的平面圖；圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一在示例中包括錯誤反射減緩的靜態多視角顯示器的平面圖；圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一個實施例說明在一示例中包括錯誤反射減緩的靜態多視角顯示器的平面圖；圖6A係根據與在此所描述的原理相一致的一實施例說明在一示例中的多視角顯示器的平面圖；圖6B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在另一示例中的圖6A的靜態多視角顯示器的平面圖；圖7A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視角顯示器的繞射光柵的平面圖；圖7B係根據與在此所描述的原理一致的另一個實施例說明在一示例中被組織為多視角像素的一組繞射光柵的平面圖；圖8係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器的方塊圖；以及 圖9係根據與在此所描述的原理一致的一實施例繪示在一示例中的靜態多視角顯示器操作的方法的流程圖。
某些示例和實施例具有除了上述參考附圖中所示的特徵之外的其他特徵或代替以上參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下面將參照上述附圖詳細描述這些和其他特徵。
根據這裡描述的原理的一些實施例，提供了被配置以提供多視角影像並且，更詳細地說，提供靜態多視角影像(亦即，靜態多視角顯示器)的多視角顯示器。圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器100的平面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理相一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器100的一部分的剖視圖。更詳細地說，圖3B可以圖示穿過圖3A的靜態多視角顯示器100的一部分的剖視圖，剖視區域在xz平面中。圖3C係根據與在此所描述的原理相一致的實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器100的透視圖。根據一些實施例，所繪示的靜態多視角顯示器100被配置以純粹地提供靜態多視角影像，而在其他實施例中，靜態多視角顯示器100可以被配置以提供複數個多視角影像，並因此用作(或者係)準靜態多視角顯示器100。例如，如下所述，靜態多視角顯示器100可以在不同的固定多視角影像之間切換或等效地在複數個多視角影像狀態之間切換。
圖3A~3C所示的靜態多視角顯示器100被配置以提供複數條定向性光束102，複數條定向性光束102中的每一個具有強度和主要角度方向。同時，複數條定向性光束102表示由靜態多視角顯示器100被配置以提供或顯示的多視角影像的一組視角的各種像素。在一些實施例中，視角像素可被組織成多視角像素以表示多視角影像的各種不同視角。
如圖所示，靜態多視角顯示器100包括導光體110。例如，導光體可以是板型導光體(如圖所示)。導光體110被配置以沿著導光體110的長度引導光作為被引導的光或，更詳細地說，作為引導的光束112。例如，導光體110可以包括被配置為光波導的介電材料。介電質材料可以具有比圍繞介電質光波 導的介質的第二折射率大的第一折射率。例如，根據導光體110的一個或多個引導模式，折射率的差異被配置以促進被引導的光束112的全內反射。
在一些實施例中，導光體110可以是厚板或平板光波導，其包括延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片。基本上平坦的介電質材料片被配置以使用全內反射來引導被引導的光束112。根據各種示例，導光體110的光學透明材料可以包括或者由多種介電材料中的任何一種製成，該介電材料包括但不限於一種或多種各種類型的玻璃(例如石英玻璃、鹼-鋁矽酸鹽玻璃等等)和基本光學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」、聚碳酸酯等等)。在一些示例中，導光體110還可以在導光體110的表面(例如，頂表面和底表面中的一個或兩個)的至少一部分上包括包覆層(圖中未顯示)。根據一些示例，包覆層可以用於進一步促進全內反射。
根據各種實施例，導光體110被配置以根據在第一表面110’(例如，「前」表面)和第二表面110”(例如，「後」或「底」表面)之間的非零傳導角度的全內反射來引導被引導的光束112。更詳細地說，引導的光束112通過以非零傳導角度在導光體110的第一表面110’和第二表面110”之間反射或「跳動」而傳導。所需注意者，為了簡化說明，在圖3B中沒有明確地描繪非零傳導角度。然而，圖3B確實繪示了指向描繪引導的光束112沿導光體長度的總體傳導方向103的示圖平面內的箭頭。
如本文所定義，「非零傳導角度」是相對於導光體110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)的角度。此外，根據各種實施例，非零傳導角度均大於零且小於導光體110內的全內反射的臨界角度。例如，被引導的光束112的非零傳導角度可以在大約十(10)度和大約五十(50)度之間，或者在一些示例中，在大約二十(20)度和大約四十(40)度之間，或者約二十五(25)度和約三十五(35)度之間。例如，非零傳導角度可以是大約三十(30)度。在其他示例中，非零傳導角度可以是大約20度、或者大約25度、或者大約35度。此外，對於特定的實現，可以選擇(例如任意)特定的非零傳導角度，只要特定的非零傳導角度被選擇為小於導光體110內的全內反射的臨界角度即可。
如圖3A和3C所示，靜態多視角顯示器100還包括光源120。光源120位於導光體110上的輸入位置116處。例如，光源120可以位於導光體110的邊 緣或側面114附近，如圖所示。光源120被配置以在導光體110內提供光作為複數條被引導的光束112。此外，光源120提供光，使得複數條被引導的光束的各個引導的光束112具有彼此不同的徑向方向118。
更詳細地說，由光源120發射的光被配置以進入導光體110，並且作為複數條引導的光束112以徑向圖案傳導遠離輸入位置116，並且橫過或沿著導光體110的長度傳導。此外，由於遠離輸入位置116的傳導的徑向圖案的優點，複數條被引導的光束的個別的引導的光束112具有彼此不同的徑向方向。例如，光源120可以對接耦合到側面114。對接耦合的光源120可以便於以扇形圖案引入光，以提供各個引導的光束112的不同的徑向方向。根據一些實施例，光源120可以是或至少接近輸入位置116處的「點」光源，使得引導的光束112沿著不同的徑向方向118傳導(亦即，作為複數條引導的光束112)。
在一些實施例中，光源120的輸入位置116位於導光體110的一側面114上，靠近或大約位於側面114的中心或中間。更詳細地說，在圖3A和3C中，光源120被圖示在輸入位置116處，該輸入位置116大致居中於導光體110的側面114(亦即，「輸入側」)的中心(例如，在其中部)。可選地(圖中未顯示)，輸入位置116可以遠離導光體110的側面114的中部。例如，輸入位置116可以在導光體110的角落處。例如，導光體110可以具有矩形形狀(例如，如圖所示)，並且光源120的輸入位置116可以在矩形導光體110的角落處(例如，輸入側面114的角落)。
在各種實施例中，光源120可以包括基本上任何光源(例如，光學發射器)，包括但不限於一個或多個發光二極體(LED)或雷射(例如雷射二極體)。在一些實施例中，光源120可以包括被配置以產生具有由特定顏色表示的窄頻帶光譜的基本上單色的光的光學發射器。更詳細地說，單色光的顏色可以是特定顏色空間或顏色模型(例如，RGB顏色模型)的基色。在其他示例中，光源120可以是被配置以提供基本上寬頻帶或多色光的基本上寬頻帶的光源。例如，光源120可以提供白光。在一些實施例中，光源120可以包括被配置以提供不同顏色的光的複數個不同的光學發射器。不同的光學發射器可以被配置以提供具有與不同顏色的光中的每一個相對應的被引導的光的不同的、顏色特定的、非零傳導角度的光。
在一些實施例中，通過將來自光源120的光耦合到導光體110中而產生的引導的光束112可以未被準直或至少基本未被準直。在其他實施例中，引導的光束112可以是準直的(亦即，引導的光束112可以是準直的光束)。如此，在一些實施例中，靜態多視角顯示器100可包括在光源120與導光體110之間的準直器(圖中未顯示)。或者，光源120還可以包括準直器。準直器被配置以提供準直的導光體110內的引導的光束112。具體來說，準直器被配置以接收來自光源120的一個或多個光學發射器的基本尚未經準直的光，並且將基本未經準直的光轉換為準直的光。在一些示例中，準直器可以被配置以在基本上垂直於引導的光束112的傳導方向的平面(例如，「垂直」平面)中提供準直。也就是說，準直可以提供在垂直於導光體110的表面(例如，第一或第二表面110’、110”)的平面中具有相對較窄的角展度的準直的引導的光束112。根據各種實施例，準直器可以包括多種準直器中的任何一種，包括但不限於透鏡、反射器或反射鏡(例如，傾斜準直反射器)、或繞射光柵(例如基於繞射光柵的鏡桶準直器)，其被配置成準直例如來自光源120的光。
此外，在一些實施例中，準直器可以提供準直光，其具有非零傳導角及/或根據預定準直因數被準直。而且，當採用不同顏色的光學發射器時，準直器可以被配置以提供具有不同的、顏色特定的非零傳導角以及不同顏色特定的準直因子中的一個或兩個的準直光。在一些實施例中，準直器還被配置以將準直的光傳送到導光體110以傳導作為引導的光束112。
在一些實施例中，使用準直或未準直的光可能影響可由靜態多視角顯示器100提供的多視角影像。例如，如果引導的光束112在導光體110內被準直，則所發射的定向性光束102可以在至少兩個正交方向上具有相對較窄或受限的角展度。因此，靜態多視角顯示器100可以在具有兩個不同方向(例如，x方向和y方向)的陣列中提供具有複數個不同視角的多視角影像。然而，如果被引導的光束112基本上未被準直，則多視角影像可提供視角視差，但是可能不提供不同視角的完整的二維陣列。具體來說，如果引導的光束112未被準直(例如，沿著z軸)，則多視角影像可以在相對於y軸旋轉時提供展現「視差3D」的不同的多視角影像(例如，如圖1A所示)。另一方面，例如，如果靜態多視角顯示器100相對於x軸旋轉，則多視角影像及其視角可保持上基本不變或相同，因為複 數條定向性光束的定向性光束102在yz平面內具有寬的角展度。因此，提供的多視角影像可以是僅在一個方向而不是兩個方向上提供視角陣列的「僅視差」。
圖3A-3C所示的靜態多視角顯示器100還包括複數個繞射光柵130，其被配置以發射複數條定向性光束的定向性光束102。如上所述，根據各種實施例，由複數個繞射光柵130發射的定向性光束102可以表示多視角影像。更詳細地說，由複數個繞射光柵130發射的定向性光束102可以被配置以創建多視角影像以顯示訊息，例如具有3D內容的訊息。此外，如下面進一步描述的，當導光體110從側面114被光源120照射時，繞射光柵130可以發射定向性光束102。
根據各種實施例，複數個繞射光柵的繞射光柵130被配置以從複數條引導的光束的引導的光束112的一部分提供複數條定向性光束的定向性光束102。此外，繞射光柵130被配置以提供具有對應於多視角影像的視角像素的強度和視角方向的強度和主要角度方向的定向性光束102。在一些實施例中，根據一些實施例，複數個繞射光柵的繞射光柵130通常不相交、重疊、或以其他方式彼此接觸。也就是說，根據各種實施例，複數個繞射光柵的每個繞射光柵130通常與繞射光柵130中的其他繞射光柵不同並且分離。
如圖3B所示，定向性光束102可以，至少部分地，在與導光體110內的引導的光束112的平均或大致的傳導方向103不同的方向上傳導，並且在一些實施例中與方向103正交。例如，如圖3B所示，根據一些實施例，來自繞射光柵130的定向性光束102可以基本上被限製到xz平面。
根據各種實施例，複數個繞射光柵的繞射光柵130中的每一個具有相關的光柵特性。每個繞射光柵的相關的光柵特性取決於下列因素、由所述因素界定、或為所述因素的函數，所述因素係由光源120入射在繞射光柵上的引導的光束112的徑向方向118。此外，在一些實施例中，相關的光柵特性進一步由繞射光柵130與光源120的輸入位置116之間的距離確定或界定。例如，如圖3A所示，相關的特性可以是繞射光柵130a與輸入位置116之間的距離D和入射在繞射光柵130a上的引導的光束112的徑向方向118a的函數。換句話說，複數個繞射光柵130中的繞射光柵130的相關的光柵特性取決於光源的輸入位置116和相對於輸入位置116在導光體110的表面上的繞射光柵130。
圖3A繪示了具有不同的空間座標(x1,y1)和(x2,y2)的兩個不同的繞射光柵130a和130b，它們還具有不同的光柵特性以補償或歸因於入射在繞射光柵130上的來自光源120的複數條引導的光束112的不同徑向方向118a和118b。類似地，兩個不同的繞射光柵130a和130b的不同的光柵特性歸因於由不同的空間座標(x1,y1)和(x2,y2)確定的從光源輸入位置116起算的各個繞射光柵130a、130b的不同距離。
圖3C繪示了可以由靜態多視角顯示器100提供的複數條定向性光束102的示例。具體來說，如圖所示，複數個繞射光柵的不同組的繞射光柵130被繪示為發射具有彼此不同的主要角度方向的定向性光束102。根據各種實施例，不同的主要角度方向可對應於靜態多視角顯示器100的不同視角方向。例如，第一組繞射光柵130可繞射地耦合出入射的引導的光束112的部分(如虛線所示)以提供具有對應於靜態多視角顯示器100的第一視角方向(或第一視角)的第一主要角度方向的第一組定向性光束102’。類似地，分別具有對應於靜態多視角顯示器100的第二視角方向(或第二視角)和第三視角方向(或第三視角)的主角度方向的第二組定向性光束102”和第三組定向性光束102”’可以藉由相應的第二組和第三繞射光柵130通過繞射地耦合來提供入射的引導的光束112的部分等等，如所示的那樣。在圖3C中還繪示了可以由多視角顯示器100提供的多視角影像16的第一視角14’、第二視角14”、和第三視角14”’。所繪示的第一、第二和、第三視角14’、14”、14”’表示物件的不同透視視角並且整體地是所顯示的多視角影像16(例如，等同於圖1A中所示的多視角影像16)。
通常，繞射光柵130的光柵特性可以包括繞射光柵的繞射特徵部間隔或間距、光柵方位、和光柵尺寸(或範圍)中的一個或多個。此外，在一些實施例中，繞射光柵耦合效率(諸如繞射光柵面積、凹槽深度、或脊部高度等等)可以是從輸入位置116到繞射光柵的距離的函數。例如，繞射光柵耦合效率可以被配置成作為距離的函數而增加，部分地用於校正或補償與徑向擴展和其他損耗因子相關聯的引導的光束112的強度的總體降低。因此，根據一些實施例，由繞射光柵130提供並且對應於相應視角像素的強度的定向性光束102的強度可以部分地由繞射光柵130的繞射地耦合效率來確定。
圖4係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器100的平面圖。在圖4中，顯示了與在導光體110的側面114處的光源120的輸入位置116的距離D的角度空間中的照射體積134。請注意，隨著複數條引導的光束112的傳導的徑向方向以遠離y軸且朝向x軸的角度改變，照射體積具有更寬的角度尺寸。例如，照射體積134b比照射體積134a寬，如圖所示。
再次參考圖3B，如圖所示，複數個繞射光柵130可位於作為導光體110的光束發射表面的導光體110的第一表面110’處或附近。例如，繞射光柵130可以是透射模式繞射光柵，其被配置以繞射地耦合出被引導的光的部分通過第一表面110’作為定向性光束102。或者，複數個繞射光柵130可位於與導光體110的光束發射表面(亦即，第一表面110’)相對的第二表面110”處或附近。更詳細地說，繞射光柵130可以是反射模式繞射光柵。作為反射模式繞射光柵，繞射光柵130被配置以繞射被引導的光的部分並且反射被引導的光的部分被引導的光的部分朝向第一表面110’以通過第一表面110’離開作為繞射地散射或耦合輸出的定向性光束102。在其他實施例(圖中未顯示)中，繞射光柵130可以位於導光體110的表面之間，例如作為透射模式繞射光柵和反射模式繞射光柵中的其中之一或二者。
在本文描述的一些實施例中，定向性光束102的主要角度方向可以包括由於定向性光束102在導光體表面離開導光體110而產生的折射效應。作為例子而不是限制，例如，當繞射光柵130位於第二表面110”處或與第二表面110”相鄰時，定向性光束102可以折射(亦即，彎曲)，因為定向性光束102穿過第一表面110。
在一些實施例中，可以設置防範措施以減緩並且在一些情況下甚至基本上消除靜態多視角顯示器100內的引導的光束112的各種錯誤反射(spurious reflection)源，尤其是當那些錯誤反射源可能導致不希望的定向性光束，並且繼而由靜態多視角顯示器100產生不想要的影像。各種潛在的錯誤反射源的例子包括但不限於可以產生引導的光束112的二次反射的導光體110的側壁。來自靜態多視角顯示器100內的各種錯誤反射源的反射可以通過許多方法中的任何一種來減緩，該方法包括但不限於對該錯誤反射的吸收和控制的重定向。
圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中包括錯誤反射減緩的靜態多視角顯示器100的平面圖。圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中包括錯誤反射減緩的靜態多視角顯示器100的平面圖。更詳細地說，圖5A和圖5B繪示了包括導光體110、光源120、和複數個繞射光柵130的靜態多視角顯示器100。還繪示了複數條引導的光束112，其中複數條引導的光束112中的至少一條引導的光束112入射在導光體110的側壁114a、114b上。藉由側壁114a、114b導致的引導的光束112的潛在錯誤反射由代表反射的引導的光束112’的虛線箭頭繪示。
在圖5A中，靜態多視角顯示器100還包括在導光體110的側壁114a、114b處的吸收層119。吸收層119被配置以吸收來自引導的光束112的入射光。吸收層可以包括基本上任何光學吸收體，包括但不限於例如施加到側壁114a、114b的黑色塗料。如5A所示，作為示例而非限制，吸收層119被施加到側壁114b，而側壁114a沒有吸收層119。吸收層119攔截並吸收入射的引導的光束112，有效地防止或減緩了從側壁114b產生潛在的錯誤反射。另一方面，入射到側壁114a上的引導的光束112反射，導致反射的引導的光束112’的產生，以作為示例而非限制的方式繪示。
圖5B說明使用控制的反射角度的錯誤反射減緩。更詳細地說，圖5B中所示的靜態多視角顯示器100的導光體110包括傾斜的側壁114a、114b。傾斜側壁具有傾斜角度，傾斜角度被配置以較佳地將反射的引導的光束112’基本上定向遠離繞射光柵130。如此，反射的引導的光束112’不會作為不需要的定向性光束而繞射地耦合出導光體110。如圖所示，側壁114a、114b的傾斜角度可以在xy平面內。在其他示例中(圖中未顯示)，側壁114a、114b的傾斜角可以位於另一平面(例如xz平面)中，以將反射的引導的光束112’引導出導光體110的頂部或底部表面。注意，圖5B以舉例而非限制的方式繪示了僅沿著其一部分傾斜的側壁114a、114b。
根據一些實施例，靜態多視角顯示器100可以包括彼此橫向偏置的複數個光源120。光源複數個的光源120的橫向偏置可以提供各個繞射光柵130處或各個繞射光柵130之間的各種引導的光束102的徑向方向上的差異。根據一 些實施例，該差異又可以有助於提供所顯示的多視角影像的活化。因此，在一些實施例中，靜態多視角顯示器100可以是準靜態多視角顯示器100。
圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器100的平面圖。圖6B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例的另一示例中的圖6A的靜態多視角顯示器100的平面圖。圖6A和圖6B中所示的靜態多視角顯示器100包括具有複數個繞射光柵130的導光體110。另外，靜態多視角顯示器100還包括複數個光源120，這些光源彼此橫向偏置並且被配置以分開地提供具有彼此不同的徑向方向118的引導的光束112，如圖所示。
更詳細地說，圖6A和6B繪示了在導光體110的側面114上的第一輸入位置116a處的第一光源120a和位於第二輸入位置116b處的第二光源120b。第一輸入位置116a和第二輸入位置116b沿側面114(亦即，沿x方向)彼此橫向地偏置或移位以提供相應的第一光源120a和第二光源120b的橫向偏置。另外，複數個光源120的第一和第二光源120a、120b中的每一個提供具有彼此不同的徑向方向的不同的複數條引導的光束112。例如，第一光源120a可以提供具有第一組不同的徑向方向118a的第一複數條引導的光束112a，並且第二光源120b可以提供具有第二組不同徑向方向118b的第二複數條引導的光束112b，分別如圖6A和6B所示。此外，第一和第二複數條引導的光束112a、112b通常具有二組不同的徑向方向118a、118b，由於第一和第二光源120a、120b的橫向偏置的功效，如圖所示。
因此，複數個繞射光柵130發射表示不同的多視角影像的定向性光束，該不同的多視角影像在視角空間中彼此移位(例如，在視角空間中角度移位)。因此，通過在第一和第二光源120a、120b之間切換，靜態多視角顯示器100可以提供多視角影像的「活化」，諸如時間順序的活化。具體來說，例如，通過在不同的連續時間間隔或時段期間順序地照射第一光源120a和第二光源120b，靜態多視角顯示器100可以被配置以在不同時間週期期間位移多視角影像的外觀位置。根據一些實施例，由活化提供的外觀位置的這種位移可以表示將靜態多視角顯示器100作為準靜態多視角顯示器100來提供複數個多視角影像狀態的示例。
根據各種實施例，如上面關於圖3A~3C所描述的，使用繞射(例如，通過繞射地散射或繞射地耦合)來發射靜態多視角顯示器100的定向性光束102。在一些實施例中，複數個繞射光柵130可以被組織為多視角像素，每個多視角像素包括一組繞射光柵130，繞射光柵130包括來自複數個繞射光柵的一個或多個繞射光柵130。此外，如上所述，繞射光柵130具有繞射特性，該繞射特性是導光體110上的徑向位置的函數，並且是被繞射光柵130發射的定向性光束102的強度和方向的函數。
圖7A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視角顯示器的繞射光柵130的平面圖。圖7B係根據與在此所描述的原理一致的另一個實施例說明在一示例中組織為多視角像素140的一組繞射光柵130的平面圖。如圖7A和7B所示，每個繞射光柵130包括根據繞射特徵部間隔(有時被稱為「光柵間隔」)或光柵間距而彼此間隔開的複數個繞射特徵部。繞射特徵部間隔或光柵間距被配置以提供來自導光體內的被導光的部分的繞射地耦合輸出或散射。在圖7A~7B中，繞射光柵130位於多視角顯示器的導光體110的表面上(例如，圖3A~3C所示的靜態多視角顯示器100)。
根據各種實施例，繞射光柵130中的繞射特徵部的間隔或光柵間距可以是次波長(亦即，小於引導的光束112的波長)。需要注意的是，為了簡化說明，圖7A和7B繪示了具有單一或均勻光柵間隔(亦即，恆定的光柵間距)的繞射光柵130。在各種實施例中，如下所述，繞射光柵130可以包括複數個不同的光柵間隔(例如，兩個或更多個光柵間隔)或可變的繞射特徵部間隔或光柵間距，以提供定向性光束102，例如在圖3A~6B中不同地繪示。因此，圖7A和7B並不意味著單一光柵間距是繞射光柵130的唯一實施例。
根據一些實施例，繞射光柵130的繞射特徵部可以包括彼此間隔開的凹槽和凸脊部中的一者或兩者。凹槽或脊部可以包括導光體110的材料，例如，凹槽或脊部可以形成在導光體110的表面中。在另一個示例中，凹槽或脊部可以由除了導光材料以外的材料形成，例如在導光體110的表面上的另一種材料的膜或層。
如之前所討論的和圖7A中所示，繞射特徵部的配置包括繞射光柵130的光柵特性。例如，繞射光柵的光柵深度可以被配置以確定由繞射光柵130 提供的定向性光束102的強度。可選地或附加地，如先前討論的以及圖7A~7B所示，光柵特性包括繞射光柵130的光柵間距和光柵方位(例如，圖7A中所示的光柵方位γ)中的一個或兩個。結合引導的光束的入射角，這些光柵特性決定了由繞射光柵130提供的定向性光束102的主要角度方向。
在一些實施例(圖中未顯示)中，被配置成提供定向性光束的繞射光柵130包括作為光柵特性的可變或啁啾(chirped)繞射光柵。根據定義，「啁啾」繞射光柵是一種繞射光柵，其展示或具有在啁啾繞射光柵的範圍或長度上變化的繞射特徵部的繞射間隔(亦即，光柵間距)。在一些實施例中，啁啾繞射光柵可以具有或表現出隨距離線性變化的繞射特徵部間隔的啁啾。因此，啁啾繞射光柵根據定義是「線性啁啾」繞射光柵。在其他實施例中，多視角像素的啁啾繞射光柵可以呈現繞射特徵部間隔的非線性啁啾。可以使用各種非線性啁啾，包括但不限於指數啁啾、對數啁啾、或基本上不均勻或隨機但仍然單調的方式變化的啁啾。也可以使用非單調的啁啾，例如但不限於正弦啁啾、或三角形、或鋸齒啁啾。任何這些類型的啁啾的組合也可以被使用。
在其它實施例中，配置成提供定向性光束102的繞射光柵130是或包括複數個繞射光柵(例如，子光柵)。例如，繞射光柵130的複數個繞射光柵可以包括被配置以提供定向性光束102的紅色部分的第一繞射光柵。此外，繞射光柵130的複數個繞射光柵可以包括被配置以提供定向性光束102的綠色部分的第二繞射光柵。此外，繞射光柵130的複數個繞射光柵可以包括被配置以提供定向性光束102的藍色部分的第三繞射光柵。在一些實施例中，複數個繞射光柵的各個繞射光柵可以彼此疊加。在其它實施例中，繞射光柵可以是彼此相鄰排列的單獨的繞射光柵，例如作為陣列。
更一般地，靜態多視角顯示器100可以包括多視角像素140的一個或多個實例，多視角像素140各自包括來自複數個繞射光柵130的多組繞射光柵130。如圖7B所示，組成多視角像素140的組的繞射光柵130可以具有不同的光柵特性。例如，多視角像素的繞射光柵130可以具有不同的光柵方位。更詳細地說，多視角像素140的繞射光柵130可以具有由多視角影像的對應的一組視角確定或指示的不同的光柵特性。例如，多視角像素140可以包括一組八(8)個繞射光柵130，其依次對應於靜態多視角顯示器100的8個不同的視角。而且，靜態多視 角顯示器100可以包括複數個多視角像素140。例如，可以有複數個具有多組繞射光柵130的多視角像素140，每個多視角像素140對應於8個不同視角中的每一個中的2048×1024像素中的不同像素。
在一些實施例中，靜態多視角顯示器100可以是透明的或基本上透明的。具體來說，在一些實施例中，導光體110和間隔開的複數個繞射光柵130可允許光在與第一表面110’和第二表面110”兩者正交的方向上穿過導光體110。因此，導光體110以及更一般地靜態多視角顯示器100可以對在與複數條引導的光束的引導的光束112的一般傳導方向103正交的方向上傳導的光是透明的。此外，透明度可以至少部分地通過繞射光柵130的基本透明度來促進。
根據這裡描述的原理的一些實施例，提供了一種多視角顯示器。多視角顯示器被配置以發射由多視角顯示器提供的複數條定向性光束。此外，基於包括在多視角顯示器中的一個或多個多視角像素中的複數個繞射光柵的光柵特性，發射的定向性光束可以優先地被定向至多視角顯示器的複數個視角。而且，繞射光柵可以在定向性光束中產生不同的主要角度方向，這對應於多視角顯示器的多視角影像的一組視角中的不同視角的不同視角方向。在一些示例中，多視角顯示器被配置以提供或「顯示」3D或多視角影像。根據各種示例，不同的定向性光束可以對應於與多視角影像相關聯的不同「視角」的單獨像素。例如，不同的視角可以在由多視角顯示器顯示的多視角影像中提供訊息的「無眼鏡」(例如，自動立體)表示。
圖8係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的靜態多視角顯示器200的方塊圖。根據各種實施例，靜態多視角顯示器200被配置以根據在不同的視角方向上的不同的視角顯示多視角影像。更詳細地說，由靜態多視角顯示器200發射的複數條定向性光束202被用於顯示多視角影像，並且可以對應於不同視角的像素(亦即，視角像素)。定向性光束202被繪示為從圖8中的一個或多個多視角像素210發出的箭頭。在圖8中還繪示了可以由靜態多視角顯示器200提供的多視角影像16的第一視角14’、第二視角14”、和第三視角14”’。
所需注意者，與多視角像素210中的一個相關聯的定向性光束202是靜態的或準靜態的(亦即，不被主動調變)。相反地，多視角像素210在被照 射時提供定向性光束202，或者當它們未被照射時不提供定向性光束202。此外，根據各種實施例，所提供的定向性光束202的強度以及那些定向性光束202的方向定義了由靜態多視角顯示器200顯示的多視角影像16的像素。此外，根據各種實施例，多視角影像16內的顯示的視角14’，14”，14”‘是靜態的或準靜態的。
圖8中所示的靜態多視角顯示器200包括多視角像素210的陣列。陣列的多視角像素210被配置以提供靜態多視角顯示器200的複數個不同視角。根據各種實施例，陣列的多視角像素210包括複數個繞射光柵212，繞射光柵212被配置以繞射地耦合出或發射複數條定向性光束202。複數條定向性光束202可以具有主要的角度方向，其對應於靜態多視角顯示器200的一組視角中的不同視角的不同視角方向。此外，繞射光柵212的光柵特性可以基於入射到繞射光柵212的入射光束的徑向方向、到提供入射光束的光源的距離、或兩者來改變或選擇。在一些實施例中，繞射光柵212和多視角像素210可以分別基本上類似於上述靜態多視角顯示器100的繞射光柵130和多視角像素140。
如圖8所示，靜態多視角顯示器200還包括被配置以引導光的導光體220。在一些實施例中，導光體220可以基本上類似於上面關於靜態多視角顯示器100描述的導光體110。根據各種實施例，各種多視角像素210的多視角像素210，或者更詳細地說，繞射光柵212被配置以將一部分導光(或者等效地如所示的「引導的光束204」)散射或耦合出導光體220作為複數條定向性光束202(亦即，所引導的光可以是上面討論的入射光束)。更詳細地說，多視角像素210光學連接到導光體220，以通過繞射地散射或繞射地耦合來散射或耦合出引導的光(亦即，引導的光束204)的一部分。
在各種實施例中，繞射光柵212的光柵特性基於或取決於繞射光柵212處的入射的引導的光束204的徑向方向、與提供引導的光束204的光源距離、或上述二者。以此方式，來自多視角像素中的不同繞射光柵212的定向性光束202可對應於由靜態多視角顯示器200提供的多視角影像的視角的像素。
圖8中所示的靜態多視角顯示器200還包括光源230。光源230可以被配置以將光提供給導光體110。具體來說，所提供的光(例如，由圖8中的光源230發出的箭頭所示)由導光體110來引導作為複數條引導的光束204。根據各種實施例，複數條引導的光束中的引導的光束204在導光體220內具有彼此不同 的徑向方向。例如，在一些實施例中，引導的光束204被提供有非零傳導角度，並且在一些實施例中具有準直因子以在導光體220內提供引導的光束204的預定的角展度。根據一些實施例，光源230可以與如上所述的靜態多視角顯示器100的一個或多個光源120基本類似。例如，光源230可以對接耦合到導光體220的輸入邊緣。光源230可以扇形或徑向圖案輻射光，以提供具有不同徑向方向的複數條引導的光束204。
根據這裡描述的原理的其它實施例，提供了一種靜態多視角顯示器操作的方法。圖9係根據與本文所描述的原理一致的一實施例繪示在一示例中的靜態多視角顯示器操作的方法300的流程圖。根據各種實施例，靜態多視角顯示器操作的方法300可被用於提供靜態多視角影像的顯示器以及準靜態多視角影像的顯示器中的一個或兩個。
如圖9所示，靜態多視角顯示器操作的方法300包括沿著導光體引導光作為具有共同的原點和彼此不同的徑向方向的複數條引導的光束(310)。更詳細地說，複數條引導的光束中的一引導的光束根據定義具有與複數條引導的光束中的另一引導的光束不同的徑向傳導方向。此外，根據定義，複數條引導的光束中的每個引導的光束具有共同的原點。在一些實施例中，原點可以是虛擬原點(例如，超出引導的光束的實際原點的點)。例如，原點可以在導光體之外，因此是虛擬的原點。根據一些實施例，引導光(310)的導光體以及在其中被引導的引導的光束可以分別基本上類似於導光體110和引導的光束112，如上面參照靜態多視角顯示器100。
圖9所示的靜態多視角顯示器操作的方法300還包括使用複數個繞射光柵發射320複數條定向性光束，該複數條定向性光束表示多視角影像(320)。根據各種實施例，複數個繞射光柵中的繞射光柵繞射地耦合或散射來自複數條引導的光束的光作為複數條定向性光束中的定向性光束。此外，耦合或散射出的定向性光束具有多視角影像的相應視角像素的強度和主要角度方向。更詳細地說，由發光產生的複數條定向性光束(320)可以具有對應於多視角影像的一組視角中的不同視角像素的主要角度方向。此外，複數條定向性光束中的定向性光束的強度可以對應於多視角影像的各個視角像素的強度。在一些實施例中，每個繞射光柵在單一主要角度方向上產生單一定向性光束，並且 所述單一定向性光束具有對應於在多視角影像的一個視角中特定視角像素的單一強度。在一些實施例中，所述繞射光柵包括複數個繞射光柵(例如，子光柵)。此外，在一些實施例中，可以將一組繞射光柵設置為靜態多視角顯示器的多視角像素。
在各種實施例中，發射(320)的定向性光束的強度和主要角度方向由繞射光柵的光柵特性來控制，該繞射光柵的特性基於(亦即，取決於)繞射光柵相對於共同原點的位置。更詳細地說，複數個繞射光柵的光柵特性可以基於或相當於取決於在繞射光柵處的入射的引導的光束的徑向方向、從繞射光柵到提供引導的光束的光源的距離、上述兩者而變化。
根據一些實施例，如上所述，複數個繞射光柵可以基本上類似於靜態多視角顯示器100的複數個繞射光柵130。此外，在一些實施例中，發射(320)的複數條定向性光束可以基本上類似於上面也描述的複數條定向性光束102。例如，控制主要角度方向的光柵特性可以包括繞射光柵的光柵間距和光柵方位中的一個或兩個。此外，由繞射光柵提供的並且對應於相應的視角像素的強度的定向性光束的強度可以由繞射光柵的繞射耦合效率來確定。也就是說，在一些示例中，控制強度的光柵特性可以包括繞射光柵的光柵深度、光柵的尺寸等等。
如圖所示，靜態多視角顯示器操作的方法300還包括使用光源提供光被引導作為複數條引導的光束。更詳細地說，藉由使用光源，光被提供給導光體，作為具有複數個的不同徑向傳導方向的引導的光束。根據各種實施例，用於提供光(330)的光源位於導光體的一側，光源位置是複數條引導的光束的共同原點。在一些實施例中，如上所述，光源可以基本上類似於靜態多視角顯示器100的(一個或多個)光源120。更詳細地說，光源可以對接耦合到導光體的邊緣或側面。此外，在一些實施例中，光源可以接近表示共同原點的點。
在一些實施例中(圖中未顯示)，靜態多視角顯示器操作的方法還包括通過在第一時間週期期間引導第一複數條引導的光束並且在第二時間週期引導第二複數條引導的光束來活化多視角影像。第一複數條引導的光束可以具有與第二複數條引導的光束的共同原點不同的共同原點。例如，光源可以包括複數個橫向偏置的光源，例如被配置以提供活化，如上所述。根據一些實施例，活化可以包括在第一和第二時間週期期間多視角影像的外觀位置的移位。
在一些實施例中，所提供(330)的光基本未被準直的。在其他實施例中，提供(330)的光可以是準直的(例如，光源可以包括準直器)。在各種實施例中，所提供(330)的光可以在導光體的表面之間的導光體內以非零傳導角度被引導具有不同的徑向方向。當在導光體內準直時，所提供(330)的光可以根據準直因子被準直以建立導光體內的引導的光的預定角展度。
因此，已經描述了靜態多視角顯示器的示例和實施例以及具有繞射光柵的靜態多視角顯示器操作的方法，該繞射光柵被配置以從具有彼此不同的徑向方向的引導的光束提供複數條定向性光束，該複數條定向性光束表示靜態或準靜態多視角影像。應該理解的是，上述示例僅僅是說明代表在此描述的原理的許多具體示例中的一些示例。顯然，本領域的技術人員可以很容易地設計出許多其他的配置，而不偏離由所附權利要求界定的範圍。
本申請案主張於2017年9月27日提交的國際專利申請號PCT/2017/053817的優先權，該專利申請案在此全部引用以作為參考。

Claims (19)

  1. 一種靜態多視角顯示器，其包含：一導光體，被配置以引導複數條光束；一光源，在該導光體上的一輸入位置，該光源被配置以在該導光體內提供該複數條引導的光束，該複數條引導的光束具有彼此不同的徑向方向；以及複數個繞射光柵，被配置以發射表示一靜態多視角影像的複數條定向性光束，各該繞射光柵被配置以從該複數條引導的光束中的該引導的光束的一部分提供該定向性光束，該定向性光束具有一強度和一主要角度方向，對應該靜態多視角影像之一視角像素之一強度和一視角方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之靜態多視角顯示器，其中，該光源之該輸入位置在該導光體之一側上的大約一中心點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之靜態多視角顯示器，其中，該繞射光柵之一光柵特性被配置以確定該定向性光束之該強度和該主要角度方向，該光柵特性係在該導光體之表面上的該繞射光柵之一位置和在該導光體之一側上的該光源之該輸入位置兩者之一函數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之靜態多視角顯示器，其中，該光柵特性包含該繞射光柵之光柵間距和該繞射光柵的光柵方位的其中之一或二者，該光柵特性被配置以確定由該繞射光柵提供的該定向性光束之主要角度方向。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之靜態多視角顯示器，其中，該光柵特性包含一光柵深度，被配置以確定由該繞射光柵提供的該定向性光束之該強度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之靜態多視角顯示器，其中，該複數個繞射光柵位於與該導光體之一光束發射表面相對的該導光體之一表面上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之靜態多視角顯示器，其進一步包含一準直器，在該光源與該導光體之間，該準直器被配置以準直由該光源發射的光，該複數條引導的光束包含準直的光束。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之靜態多視角顯示器，進一步包含另一光源，在該導光體上的另一橫向偏置輸入位置，該另一光源被配置以提供另外的複數條引導的光束，其中，該複數條引導的光束和該另外的複數條引導的光束具有彼此不同的徑向方向，以及其中，在該光源和該另一個光源之間的切換被配置以活化該靜態多視角影像，該靜態多視角顯示器係準靜態多視角顯示器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之靜態多視角顯示器，其中，該導光體對於在與該導光體內的該複數條引導的光束中的該引導的光束之一傳導方向正交的一方向上的光傳導係透明的。
  10. 一種靜態多視角顯示器，包含：一板型導光體；一光源，被配置以在該板型導光體內提供具有彼此不同的徑向方向的複數條引導的光束；以及一多視角像素陣列，被配置以提供一靜態多視角影像之複數個不同的視角，一多視角像素包含複數個繞射光柵，該複數個繞射光柵被配置以繞射地耦合出來自該複數條引導的光束的光，以提供表示該多視角像素之視角像素的定向性光束，其中，由該複數個繞射光柵中的該繞射光柵提供的該定向性光束之一強度和一主要角度方向二者皆係一光柵特性之一函數，該光柵特性係該繞射光柵與該光源之一相對位置之一函數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之靜態多視角顯示器，其中，該光柵特性包含該繞射光柵之光柵間距和光柵方位的其中之一或兩者。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之靜態多視角顯示器，其中，由該繞射光柵提供並且對應一對應視角像素之一強度的該定向性光束之一強度由該繞射光柵之一繞射耦合效率確定。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之靜態多視角顯示器，其中，該光源包含第一光學發射器，該第一光學發射器沿該導光體之一側從一第二光學發射器橫向偏置，該第一光學發射器被配置以提供第一複數條引導的光束，該第二光學發射器被配置以提供第二複數條引導的光束。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之靜態多視角顯示器，其中，該導光體在與該導光體內的該複數條引導的光束中的的該引導的光束之傳導方向正交的一方向上係透明的。
  15. 一種靜態多視角顯示器之操作方法，其包含：在一導光體中引導具有一共同原點和彼此不同的徑向方向的複數條引導的光束；以及使用複數個繞射光柵發射表示一靜態多視角影像的複數條定向性光束，該複數個繞射光柵中的該繞射光柵繞射地耦合出來自該複數條引導的光束的光，作為該複數條定向性光束中的該定向性光束，該定向性光束具有該靜態多視角影像之一對應視角像素之一強度和一主要角度方向，其中，該發射的定向性光束之該強度和該主要角度方向由基於相對於該共同原點的該繞射光柵之一位置的該繞射光柵之一光柵特性來控制。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之靜態多視角顯示器之操作方法，其中，控制該主要角度方向的該光柵特性包含該繞射光柵之一光柵間距和一光柵方位的其中之一或二者。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之靜態多視角顯示器之操作方法，其中，控制該強度的該光柵特性包含該繞射光柵之一光柵深度。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之靜態多視角顯示器之操作方法，進一步包含使用一光源提供要被引導的光作為該複數條引導的光束，該光源位於該導光體之一側，其中，該光源位置係該複數條引導的光束之該共同原點。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之靜態多視角顯示器之操作方法，進一步包含藉由在一第一時間週期期間引導第一複數條引導的光束而且在一第二時間週期期間引導第二複數條引導的光束來活化該靜態多視角影像，該第一複數條引導的光束具有與該第二複數條引導的光束之一共同原點不同的一共同原點，其中，該活化包含在該第一時間週期和該第二時間週期期間該靜態多視角影像之一明顯位置中的一位移。
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