用于从可变观看角度观看来自显示器的三维图像的背光的制作方法
【专利说明】用于从可变观看角度观看来自显示器的三维图像的背光
[0001]背景
[0002]诸如在运动图片中看到的三维图像通常由于每一个观看者所佩戴的眼镜而可见。三维显示器产生三维图像的左眼和右眼视图。观看者佩戴在显示针对一只眼睛的视图时阻挡到另一只眼睛的光的眼镜。
[0003]概述
[0004]提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述既非旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用于限定要求保护的主题的范围。
[0005]对眼镜的使用可通过提供具有波导和可开关光栅的显示器来避免。波导和可开关光栅的组合以快速的相继交替将光线集中到左眼，然后右眼，以避免闪烁。
[0006]在一个实现中，来自激光器的光经由扫描仪注入到波导板的边缘。可开关光栅的空间阵列可控地将光从波导中射出。在一个实现中，光栅可通过使用电场将折射率匹配的流体汲取到光栅和波导之间的间隙中来变得可开关。
[0007]由此，为了提供三维显示器，激光束注入到波导板的角度被控制，并且光栅在波导表面上的衍射效率被在空间上调制。光栅可通过使用电场将折射率匹配的流体汲取到光栅和波导之间来打开和关闭。在每一个像素处引入的光栅的一部分可被用来创建图像，或者波导可被用作用于液晶显示器的背光。
[0008]通过使用扫描镜来设置光线在波导边缘的发射角并且通过在所需位置打开光栅以露出光线，能够控制光线在设备表面上的任何地方的位置、角度和强度。该配置允许三维图像被时间复用。
[0009]在以下描述中，对附图进行了参考，附图构成了实施方式的一部分且在其中作为示例示出了本发明技术的具体示例实现。可以理解，可以使用其它实施例并且可以做出结构上的改变而不背离本发明的范围。
[0010]附图简述
[0011]图1是用于三维显示器的示例性操作环境的框图。
[0012]图2是示出显示设备的示例实现的图示。
[0013]图3是示出显示设备的示例实现的更详细示意图。
[0014]图4是示出显示设备的另一示例实现的更详细示意图。
[0015]图5是如何在观看者的眼睛处引导光的图示。
[0016]图6是结合眼睛跟踪的系统的图示。
[0017]图7是在其中可以实现这一系统的示例计算设备的框图。
[0018]图8是描述用于控制显示系统的过程的流程图。
[0019]详细描述
[0020]以下章节提供了其中能够实现包括波导和可开关光栅的组合的显示系统的示例操作环境。
[0021]参考图1，一个或多个源100向显示系统104提供图像数据102以供显示。源可以是生成供三维观看的图像数据的任何图像生成装置。作为示例，源100可包括但不限于诸如以下结合图7描述的正在呈现三维图像的计算设备上的应用。作为另一示例，源100可包括诸如DVD播放器等将来自存储介质的视频数据回放到显示器的回放设备。
[0022]图像数据102可包括一个或多个图像，包括旨在作为运动视频回放的图像序列。每一个图像都具有要呈现给左眼和右眼以提供三维观看环境的数据，并且每一个图像可使用双通道数据(即，左和右)来表示。
[0023]显示系统104包括控制器106，该控制器在给定图像数据102的情况下控制来自激光器108的光114如何被注入到波导112中以及如何开关光栅110，以使得向用户显示的图像看上去具有二个维度。
[0024]应理解，控制器106可以在连接到显示器的计算设备(诸如以下结合图7描述的)上实现，或者可被结合到显示器中。显示系统104可采取各种形式，包括但不限于诸如移动电话或膝上型计算机显示器等计算设备上的显示器、或者诸如台式显示器、壁挂式显示器或平铺式显示器等独立显示器、或者连接到各种图像生成装置中的任一种的任何其他设备。显示器的外壳可包括控制器或者控制器可以在连接到显示器的独立计算设备中提供。
[0025]现在参考图2，现在将描述显示设备的更多细节。显示设备包括诸如波导板之类的可由其上能够形成晶体管的玻璃或其他材料制成的波导200。扫描镜202将来自激光器210的光204引导至波导200。可开关光栅206控制光204的反射以使得光离开波导。在一个实现中，光栅可压印在波导上。光栅被构造成在任何时间点在一个方向上衍射光。可开关光栅是多个部分212上包括的光栅，每一个部分可以在沿波导的一位置处单独寻址并且可以是打开或关闭的。当光栅在沿波导的一个位置处关闭时，光仍然在该位置引导穿过波导。当光栅在沿波导的一个位置处打开时，光在该位置衍射到波导之外。由此，波导和可开关光栅组合以提供能够控制光在何处衍射到波导之外的可线性寻址的设备。这些设备的阵列可用于提供二维显示器。
[0026]该显示设备的示例实现将结合图3-4更详细地描述。
[0027]在一个实现中，可开关光栅使用通过对电容器板施加电压来移动电容器板之间的流体的技术。在另一实现中，可使用被称为“电润湿”的移动流体的技术。使用染料的电润湿的实现在 M.G.Pollack, R.B.Fair 和 A.D.Shenderov 的 “Electrowetting-basedactuat1n of liquid droplets for microfluidic applicat1ns，，，Applied PhysicsLetters, Vol.77, pp.1725-6，2000中描述。可通过导致或不导致光通过光栅衍射的流体存在或不存在来引起折射率的变化，而不是使用染料。
[0028]如图3所示，这一可开关光栅对于该光栅中的每一个可寻址位置包括包含流体302的储液器300。在左侧，流体302在储液器300中；在右侧，流体302在间隙中。流体是折射率匹配的，因为流体具有与波导的折射率匹配的折射率。流体可以是例如在这些电润湿应用中通常使用的材料，诸如油、水或折射率非常高的流体。在不存在流体的情况下，间隙可以用空气或油或具有与该流体不同的折射率的液体来填充。示例流体是具有1.47的折射率的GE/Bayer SF1555硅脂。在光栅310和波导312之间提供间隙。光栅可以是紫外光固化丙烯酸脂，其使用模具来压印在波导(可以是玻璃)上并在移除模具之前用紫外光来照射。光栅被构造成在任何时间点在一个方向上衍射引导的光线。扫描镜314将光注入到波导的边缘，并且控制注入的角度。透光导体304和306位于间隙的任一侧上。作为示例，导体可以由铟锡氧化物制成，厚度大约为十微米且宽度为一毫米。
[0029]导体304和306连接到电压源308。根据电压源向透光导体施加的电压，光栅被打开或关闭。
[0030]图3示出了其中通过将流体汲取到间隙中来打开光栅的一个实现。具体而言，当光栅关闭时，流体保持在储液器中的间隙之外。光然后沿着波导向下引导。当光栅打开时，流体被汲取到间隙中。光离开波导，穿过流体并从光栅反射，并且被引导至显示器之外，如320所示。
[0031]在图4中，可开关光栅对于该光栅中的每一个可寻址位置包括包含流体402的储液器400。透光导体404和406位于间隙的任一侧上。光栅410和波导412位于间隙的一侧上。扫描镜414将光注入到波导的边缘，并且控制注入的角度。导体404和406连接到电压源408。
[0032]图4示出了其中通过将流体汲取到间隙外来打开光栅的另一个实现。在该实现中，流体是折射率匹配的，因为流体具有与光栅的折射率匹配的折射率。具体而言，当光栅关闭时，流体被汲取到间隙中。光可离开波导，穿过光栅和流体，并反射回到波导中。光沿着波导向下引导。当光栅打开时，流体被汲取到间隙外。光离开波导，并且从光栅反射，以便被引导至显示器之外，如420所示。
[0033]在这些实现中，扫描镜(例如314、414)允许设置光线在波导边缘的发射角。可开关光栅允许设置将露出光线的位置。由此，扫描镜和可开关光栅允许控制光线在该设备的表面上的任何地方的位置、角度和强度。控制这些参数允许在该设备上对三维图像进行时间复用。
[0034]因此，给定包括用于左和右图像的数据的图像数据，可控制扫描镜和可开关光栅以呈现图像。基于电润湿的可开关光栅可允许每I到2毫秒改变光栅状态。为了减少用于显示图像的数据量，只调制诸如在图5中的500和502所示的很有可能进入观看者504的每一只眼睛的瞳孔的光线是可能的。具体而言，如果光线平行地离开光导，则只由来自波导的小区域的光线500和502将在任何时刻进入观看者504的瞳孔。如果该小区域中的光栅此刻是打开的，则观看者将看见相应的图像。光线的强度可以在其角度被扫描时调制，并且图像将看上去是虚拟的，在此意义上在任何时刻离开显示器表面的光线将会是平行的。或者，激光可保持在恒定强度，并且每一个光栅在对眼睛可见时打开的程度可被改变。由此，可显示看上去是三维的图像。
[0035]为了只调制很有可能被引导至观看者的眼睛的那些光线，可使用眼睛跟踪技术来确定观看者的眼睛的位置。如图6所示，眼睛跟踪模块600处理观看者的图像606以便向控制器106提供指示观看者604的眼睛位置的数据602。给定眼睛位置的知识，可控制发射角、强度和光栅以便将光608引导至所需眼睛位置。可以为每一只眼睛(左和右)的每一个数据通道(左和右)提供该控制。注意，只有对于其需要三维模拟的图像部分是以此方式控制的。图像的其余部分(诸如背景)能够以常规方式显示。
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