用于定向顯示器的超透鏡組件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明整體涉及光調制裝置的照明，并且更具體地講，涉及對來自用于通過局部 光源提供大面積照明的光導的光的修改，以便在2D、3D和/或自動立體顯示裝置中使用。
【背景技術】
[0002] 空間多路復用自動立體顯示器通常使視差組件（諸如柱狀透鏡屏幕或視差屏障） 與圖像陣列對準，所述圖像陣列被布置成空間光調制器（例如LCD)上的至少第一組像素和 第二組像素。視差組件將來自像素組的每組的光導向到相應的不同方向以在顯示器前面提 供第一觀察窗和第二觀察窗。眼睛看向第一觀察窗的觀察者可以使用來自第一組像素的光 看到第一圖像；且眼睛看向第二觀察窗的觀察者可以使用來自第二組像素的光看到第二圖 像。
[0003] 與空間光調制器的原始分辨率相比，此類顯示器具有降低的空間分辨率，并且此 外，觀察窗的結構由像素孔形狀和視差組件成像功能確定。像素之間的間隙（例如對于電 極而言）通常產生不均勻的觀察窗。不期望的是，當觀察者相對于顯示器橫向移動時，此類 顯示器呈現圖像閃爍，因此限制了顯示器的觀察自由度。可通過使光學元件散焦來減少此 類閃爍；然而，此類散焦會導致增加的圖像串擾水平并且增加觀察者的視覺疲勞。此類閃爍 可通過調整像素孔的形狀而減少，然而，此類改變可降低顯示器亮度并且可包括對空間光 調制器中的電子設備進行尋址。

【發明內容】

[0004] 根據本發明，定向照明設備可包括用于導向光的成像定向背光源、用于將光提供 至成像定向背光源的照明器陣列以及改變成像定向背光源的光學系統以重新導向并且控 制自動立體顯示器系統的觀察窗的附加光學元件。成像定向背光源可包括用于引導光的波 導以及超透鏡光學組件。波導可包括第一光引導表面以及與第一光引導表面相對的第二光 引導表面。
[0005] 顯示器背光源一般采用波導和邊緣發光源。某些成像定向背光源具有將照明導向 穿過顯示器面板進入觀察窗的另外的能力。成像系統可在多個光源與相應的窗圖像之間形 成。成像定向背光源的一個例子是可采用折疊式光學系統的光學閥，因此也可以是折疊式 成像定向背光源的例子。光可在基本上無損耗的情況下在一個方向上傳播穿過光學閥，同 時反向傳播光可通過反射離開傾斜小平面而被提取，如專利申請序列No. 13/300, 293中所 述，所述專利申請全文以引用方式并入本文。
[0006] 授予嘉寶（Gabor)的美國專利2, 351，034描述了由微透鏡組成的光學系統且示出 了對準的第一和第二微透鏡屏幕陣列。
[0007] 顯示器背光源的觀察窗可以較高的質量布置在定向顯示器的前面，所述定向顯示 器可用于自動立體顯示器、防窺顯示器或高亮度顯示器。將期望從背光源進一步控制觀察 窗以提供對觀察窗的結構的進一步修改，例如，以便增加觀察窗的數目、旋轉觀察窗、改變 光源陣列中的光源的間距、實現可切換的橫向和縱向操作模式，和/或移除或部分移除軸 外觀察的空隙區域。
[0008] 根據本發明，提供一種顯示器裝置，其包括：透射式空間光調制器，其包括布置成 調制穿過其的光的像素陣列；波導，其具有輸入端和用于沿著波導引導光的第一和第二相 對的引導表面，所述第一和第二相對的引導表面從所述輸入端跨空間光調制器而延伸，其 中所述波導被布置成通過所述第一引導表面輸出光以用于通過所述空間光調制器進行供 應，所述波導被布置成從不同的輸入位置在相對于所述第一引導表面的法線的取決于所述 輸入位置的輸出方向上跨所述輸入端導向輸入光；及光學元件，其安置在所述波導與所述 空間光調制器之間，包括第一和第二透鏡陣列，所述第一和第二透鏡陣列是各自在相應的 第一子午線中具有正光焦度且在垂直于所述第一子午線的相應的第二子午線中不具有光 焦度的透鏡，所述第一和第二透鏡陣列布置有垂直于所述空間光調制器的法線在所述第一 和第二透鏡陣列之間的中間延伸的相應的焦平面，每一陣列的透鏡具有平行的第二子午 線。
[0009] 所述光學元件能夠操作以在下文描述的實施例中提供各種有利效果。具體來說， 所述光學元件修改從波導傳送至空間光調制器的光。此效果可以用于控制觀察窗在各種輸 出方向上的形式。
[0010] 本文的實施例可提供具有大面積和薄型結構的自動立體顯示器。另外，如將描述， 本發明的光學閥可實現具有較大后工作距離的薄型光學組件。此類組件可用于定向背光源 中，以提供包括自動立體顯示器的定向顯示器。此外，實施例可提供受控照明器以便得到高 效的自動立體顯示器。
[0011] 本發明的實施例可用于多種光學系統中。實施例可包括或利用各種投影儀、投影 系統、光學組件、顯示器、微型顯示器、計算機系統、處理器、獨立成套的投影儀系統、視覺和 /或視聽系統以及電和/或光學裝置。實際上，本發明的方面可以跟與光學和電氣裝置、光 學系統、演示系統有關的任何設備，或者可包括任何類型的光學系統的任何設備一起使用。 因此，本發明的實施例可用于光學系統、視覺和/或光學演示中使用的裝置、視覺外圍設備 等，并且可用于多種計算環境。
[0012] 在詳細討論所公開的實施例之前，應當理解，本發明并不將其應用或形成限于所 示的具體布置的細節，因為本發明能夠采用其他實施例。此外，可以不同的組合和布置來闡 述本發明的各個方面，以限定實施例在其本身權利內的獨特性。另外，本文使用的術語是為 了說明的目的，而非限制。
[0013] 定向背光源通常通過調制布置在光學波導的輸入孔側的獨立LED光源，來提供對 從基本上整個輸出表面發出的照明的控制。控制所發射的光定向分布可實現：用于安全功 能的單人觀察，其中僅可由單個觀察者在有限的角度范圍內看到顯示器；較高的電效率，其 中在較小的角度定向分布上提供照明；用于時序立體和自動立體顯示器的交替的左眼和右 眼觀察；以及低成本。
[0014] 本領域的普通技術人員在閱讀本
【發明內容】
全文后，本發明的這些和其他優點以及 特征將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0015] 實施例通過舉例的方式在附圖中示出，其中類似的附圖標號表示類似的組件，并 且其中：
[0016] 圖1A是根據本發明的示意圖，其示出了光學閥設備的一個實施例中的光傳播的 正視圖；
[0017] 圖1B是根據本發明的示意圖，其示出了圖1A的光學閥設備的一個實施例中的光 傳播的側視圖；
[0018] 圖2A是根據本發明的示意圖，其示出了光學閥設備的另一實施例中的光傳播的 俯視圖；
[0019] 圖2B是根據本發明的示意圖，其以圖2A的光學閥設備的正視圖示出了光傳播；
[0020] 圖2C是根據本發明的示意圖，其以圖2A的光學閥設備的側視圖示出了光傳播；
[0021] 圖3是根據本發明的示意圖，其以光學閥設備的側視圖示出；
[0022] 圖4A是根據本發明的示意圖，其以正視圖示出了位于光學閥設備中并且包括彎 曲光提取特征的觀察窗的生成；
[0023] 圖4B是根據本發明的示意圖，其以正視圖示出了位于光學閥設備中并且包括彎 曲光提取特征的第一和第二觀察窗的生成；
[0024] 圖5為根據本發明的示意圖，其示出了包括線性光提取特征的光學閥設備中第一 觀察窗的生成；
[0025] 圖6A是根據本發明的示意圖，其示出了時間多路復用成像定向背光源設備中的 第一觀察窗的生成的一個實施例；
[0026] 圖6B是根據本發明的示意圖，其示出了在第二時隙中時間多路復用光學閥設備 中的第二觀察窗的生成的另一個實施例；
[0027] 圖6C是根據本發明的示意圖，其示出了在時間多路復用光學閥設備中的第一觀 察窗和第二觀察窗的生成的另一個實施例；
[0028] 圖7是根據本發明的示意圖，其示出了包括時間多路復用光學閥設備的觀察者跟 蹤自動立體顯示設備；
[0029] 圖8是根據本發明的示意圖，其示出了包括時間多路復用光學閥設備的多觀察者 顯不設備；
[0030] 圖9是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備的防窺顯示設備；
[0031] 圖10A是根據本發明的示意圖，其以側視圖示出了時間多路復用光學閥設備的結 構；
[0032] 圖10B是根據本發明的示意圖，其以正視圖示出了時間多路復用光學楔形定向背 光源設備的結構；
[0033] 圖10C是根據本發明的示意圖，其以側視圖示出了時間多路復用光學楔形定向背 光源設備的結構；
[0034] 圖11是根據本發明的示意圖，其示出了能夠在水平和豎直方向上提供觀察者跟 蹤且包括定向背光源和透射式空間光調制器的觀察者跟蹤自動立體顯示器的側視圖；
[0035] 圖12是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備、超透鏡和透射式空間光 調制器的觀察者跟蹤自動立體顯示器的側視圖；
[0036] 圖13是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學楔形定向背光源、超透鏡和透射 式空間光調制器的觀察者跟蹤自動立體顯示器的側視圖；
[0037] 圖14是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備和透射式空間光調制器 的觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0038] 圖15是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備、超透鏡和透射式空間光 調制器的觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0039] 圖16A是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的正視圖；
[0040] 圖16B是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0041] 圖16C是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0042] 圖17是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0043] 圖18A是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0044] 圖18B是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0045] 圖19A是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第一觀察位置的光學閥設備的 觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0046] 圖19B是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第二觀察位置的光學閥設備的 觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0047] 圖19C是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第三觀察位置的光學閥設備的 觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0048] 圖20A是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第一觀察位置的光學閥設備和 超透鏡的觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0049] 圖20B是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第二觀察位置的光學閥設備和 超透鏡的觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0050] 圖20C是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第三觀察位置的光學閥設備和 超透鏡的觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0051] 圖20D是根據本發明的示意圖，其示出了包括用于第三觀察位置的光學閥設備和 超透鏡的觀察者跟蹤自動立體顯示器的正視圖；
[0052] 圖21是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0053] 圖22是根據本發明的示意圖，其示出了超透鏡的側視圖；
[0054] 圖23A是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備、可切換超透鏡和透射 式空間光調制器的自動立體顯示器的側視圖；
[0055] 圖23B是根據本發明的示意圖，其示出了可切換超透鏡的側視圖；
[0056]圖24是根據本發明的示意圖，其示出了包括在第一操作模式中的光學閥設備和 可切換超透鏡的自動立體顯示器的正視圖；
[0057]圖25是根據本發明的示意圖，其示出了包括在第二操作模式中的光學閥設備和 可切換超透鏡的自動立體顯示器的正視圖；
[0058] 圖26是根據本發明的示意圖，其示出了包括豎直取向的超透鏡和透射式空間光 調制器的自動立體顯示器的正視圖；
[0059] 圖27是根據本發明的示意圖，其示出了包括傾斜取向的超透鏡和透射式空間光 調制器的自動立體顯示器的正視圖；
[0060] 圖28是根據本發明的示意圖，其示出了包括控制系統的自動立體顯示器的正視 圖，所述控制系統被布置成使用多個觀察瓣中的光來尋址自動立體顯示器；
[0061] 圖29是根據本發明的示意圖，其示出了具有多個觀察瓣中的光的超透鏡的側視 圖；
[0062] 圖30是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備和超透鏡的自動立體顯 示器的正視圖，所述光學閥設備包括彎曲光提取特征；
[0063] 圖31是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備和超透鏡的自動立體顯 示器的正視圖，所述光學閥設備包括彎曲光提取特征和菲涅爾鏡；
[0064] 圖32是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備和超透鏡的自動立體顯 示器的正視圖，所述光學閥設備包括線性光提取特征，所述超透鏡包括彎曲透鏡；
[0065]圖33是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備和超透鏡的自動立體顯 示器的正視圖，所述光學閥設備包括線性光提取特征，所述超透鏡包括彎曲傾斜透鏡；以及 [0066] 圖34是根據本發明的示意圖，其示出了包括光學閥設備和超透鏡的自動立體顯 示器的正視圖，所述光學閥設備包括彎曲光提取特征，所述超透鏡包括彎曲透鏡。
【具體實施方式】
[0067]時間多路復用自動立體顯示器可有利地通過在第一時隙中將來自空間光調制器 所有像素的光引導至第一觀察窗并在第二時隙中將來自所有像素的光引導至第二觀察窗， 而改善自動立體顯示器的空間分辨率。因此，眼睛被布置成接收第一觀察窗和第二觀察窗 中的光的觀察者將通過多個時隙看