，本实施例可减少或移除对并入菲涅尔透镜62以便在窗平面处实现观察窗26的 需求，因此减少厚度并降低成本。
[0145] 图22是示意图，其示出了超透镜的侧视图。此超透镜可布置在显示装置中且进一 步包括安置在第一和第二透镜阵列502、504之间的第三透镜阵列515。第三透镜阵列515 的透镜各自在相应的第一子午线310中具有正光焦度且在垂直于第一子午线的相应第二 子午线308中不具有光焦度。第三透镜阵列515具有与第一和第二透镜阵列502和504相 同的间距，且被布置成将第一透镜阵列502的孔成像到第二透镜阵列504的孔上。因此，通 过布置有空气隙511的透镜阵列515将离轴光线512成像到阵列502,使得所有光线被导向 为光束370。这具有以下效果：第三透镜阵列515可将入射光束512更完全地重新导向为 输出束519。有利的是，这会减少进入侧瓣束的光损耗。有利的是，本实施例可针对较广范 围的输入角度514实现单个输出束。此类布置可用于防窥显示器，其中例如，与通过不具有 超透镜500的波导1提供的LED间距相比修改了 LED间距，以便降低成本。
[0146] 图23A是示意图，其示出了包括波导1、可切换超透镜500和透射式SLM 48的自 动立体显示装置的侧视图。所述超透镜是美国专利7, 059, 252中所描述的可切换双折射透 镜阵列，所述美国专利以全文引用的方式并入本文。来自阵列15的光入射在包括线性偏光 器600、衬底602、606和可切换液晶层604的偏光切换元件上。因此，波导1的输出可布置 有第一和第二偏光状态612、618,其可为基本上线性的偏光状态。偏光入射到将参考图23B 来描述的超透镜500上。
[0147] 图23B是示意图，其示出了可切换超透镜的侧视图。超透镜500是可在第一状态 (针对偏光状态612的光）与第二状态（针对偏光状态618的光）之间切换的光学元件， 在所述第一状态中，第一和第二阵列502、504的透镜在第一子午线310中具有所述正光焦 度，在所述第二状态中，第一和第二阵列502、504的透镜在所述第一子午线310中不具有光 焦度。此类透镜阵列可由具有第一折射率的各向同性材料503形成。诸如具有第一和第二 折射率的液晶聚合物等液晶层608、610可形成于阵列502、504的表面上。液晶材料608、 610的导向器可例如通过阵列502、504的表面上的对准层而基本上平行于第一子午线310 对准。材料503的折射率可基本上与液晶材料的常光折射率相同，且不同于非常光折射率。 偏光612的光因此经历阵列502处的折射率台阶，且存在用于光线614的透镜，从而形成具 有如其他地方所描述的超透镜500的性质的输出束616。偏光618的光在阵列502处未经 历折射率台阶，且因此光束620未被超透镜500偏转以形成具有不同于光束616的定向性 质的光束622 (尤其对于超透镜500的离轴照明而言）。因此有利的是，可实现可切换超透 镜。
[0148] 图24是示意图，其示出了包括在第一操作模式中的波导1和可切换超透镜500的 自动立体显示装置的正视图。图25是示意图，其示出了包括在第二操作模式中的光学阀设 备、可切换超透镜的相同自动立体显示器的正视图。存在上文参考图23A和23B所描述的 偏光切换元件，但为了便于阐释，在图24和25中未示出。
[0149] 因此，可布置显示装置，其中空间光调制器48的像素阵列以具有两条垂直的镜面 对称轴的形状布置在孔中。在此例子中，超透镜500经取向以使得第二子午线与波导1的 光学轴成非零锐角而延伸。此角度被选择成实现围绕空间光调制器的法线旋转观察窗，使 得输出观察窗以相对于孔形状的所述轴中的一者以下列角度延伸：范围在65度到115度， 更优选在80度到100度，或理想地90度。
[0150] 显示装置被布置成使得在光学元件的第一状态中（对应于偏光状态612的照明且 通过实线502、504示出），观察窗624跨所述镜面对称轴中的一者分布，且在光学元件的第 二状态中（对应于偏光状态618的照明且通过虚线502、504示出），光学元件被布置成围 绕空间光调制器48的法线旋转观察窗624,使得观察窗624跨所述镜面对称轴中的另一者 分布。举例来说，使超透镜以与竖线成例如45度的角度取向可因此在第一和第二透镜阵列 502和504具有相同的焦距的情况下实现90度的窗旋转。因此，当透镜经历入射偏光状态 612时，输出窗可水平地布置，且当透镜经历入射偏光状态618时，窗不旋转且竖直地布置。 以此方式，可实现可在横向和纵向取向两者中观察的显示器。有利的是，在两种操作模式 中，窗是竖直的，以便增加竖直方向上的观察自由度而不需要头部跟踪操作。
[0151] 一般来说，超透镜500可被取向以使得第二子午线可与波导1的光学轴成非零锐 角而延伸，所述角度如下被选择以实现围绕SLM 48的法线旋转观察窗。
[0152] 图26是示意图，其示出了与菲涅尔透镜62对准且与平行于竖直延伸的光源528 的轴对准的嘉宝超透镜524的操作。此类布置用于阐释旋转的嘉宝超透镜操作。因此，向 超透镜524提供基本上在第一（水平）方向上准直的光束。因此，超透镜将光导向到中央 观察窗542中，且一些光将归因于源528的有限宽度而落入侧瓣观察窗543中。如将预期 到的那样，观察窗是竖直的（平行于透镜轴）。
[0153] 图27是示意图，其示出了操作嘉宝超透镜524以围绕SLM 48的法线旋转观察窗， 所述法线与嘉宝超透镜524的光学轴对准。通过考虑观察窗528中的两个点552和557来 示出所述旋转。在图27中，嘉宝超透镜524的透镜阵列502、504的几何轴（第一子午线） 平行于方向526而延伸，所述方向与波导的光学轴（图27中的竖线）成角度551 (如果焦 距相等，其可为22. 5度）倾斜。照明器处的点555与嘉宝超透镜524的光学轴对准，且因 此被导向到窗平面中的也与嘉宝超透镜524的光学轴对准的点550,使得不发生横向偏转。 点557位于窗中的点555正下方，且因此与嘉宝超透镜524的几何轴（第一子午线）成横 向角度554倾斜。在平行于几何轴（第一子午线）的方向526上解析，不存在点557的偏 转，这是因为嘉宝超透镜524在所述方向上不具有光焦度。在平行于第二子午线的方向527 上解析，点557偏转了横向角度554的两倍。这等效于图16B中所示的离轴光束512相对 于嘉宝超透镜524的光学轴516偏转两倍角度514。因此，横向偏转是角度554的两倍。此 外，菲涅尔透镜62翻转了透镜的竖直取向，使得将点557成像到点552。因此，在此例子中， 点557的总横向偏转是透镜的倾斜角度551的两倍，其中嘉宝超透镜524的透镜阵列具有 相等的焦距。如可从图27看到，点552围绕嘉宝超透镜524的光学轴旋转，且因此还围绕 SLM 48的法线旋转。观察窗528中的每个点都发生类似的旋转，结果是整体地旋转了观察 窗528。如果阵列502、504的焦距不同，那么窗528的旋转角度将不同于角度551的两倍。
[0154] 因此，显示装置可布置有超透镜，其中每个阵列的透镜均具有与波导的光学轴成 非零锐角延伸的平行的第一子午线。空间光调制器48的像素的阵列可以具有两条垂直的 镜面对称轴的形状布置在孔中，且包括超透镜500的光学元件被布置成围绕空间光调制器 48的法线9旋转观察窗624,且输出观察窗624以相对于孔形状的所述轴中的一者以下列 角度延伸：在〇度与90度之间的任何角度，优选范围在65度到115度中的角度，更优选80 度到100度，或最优选90度。可例如通过以与波导1的光学轴成45度布置的子午线轴310 布置超透镜来实现此类旋转。
[0155] 图28是示意图，其示出了被布置成补偿包括嘉宝超透镜500的自动立体显示器中 的渐晕效应的控制系统。此控制系统是图11中所示且在上文所描述的控制系统的修改形 式。因此，除了修改之外，以上描述均适用且出于简明起见而不再重复。
[0156] 通过诸如相机等传感器706来观察观察者708,且通过诸如图像处理系统等系统 704来确定头部位置。光源控制器702确定要驱动哪个光源且相应地命令光源阵列15驱动 器 700。
[0157] 图29是示意图，其示出了被布置成补偿包括嘉宝超透镜500的自动立体显示器中 的渐晕效应的离轴补偿光源的操作。
[0158] 在针对离轴光的操作中，操作单个驱动线714以操作提供给定邻近观察窗711的 给定光源，然而，分光还导致将光导向到另一个观察窗中，且因此给定的观察窗的强度被渐 晕减弱。可通过减小驱动线714上的功率来补偿显示器的强度，然而，那样可获得降低的显 示器亮度。作为替代，执行以下控制系统来操作进一步分开的光源以将补偿光导向到给定 观察窗中。具体来说，操作驱动线716以操作进一步分开的光源，所述光源主要将光导向到 高角度瓣窗712中，但还具有对应于给定观察窗710的侧瓣，所述侧瓣可用于增加那个窗 710中的强度，如图29中所示。因此，光束512在所需方向上实现输出锥518以及进入锥 520的非所要的光。然而，如果超透镜500被光束718照明，那么则在与光束518相同的方 向上生成输出束720。因此，通过驱动线716,可增加主中央瓣的强度损耗。此外，所述技术 可用于以减少数目的光源增加显示器的横向观察自由度，从而降低成本和复杂度。
[0159] 因此，显示设备可进一步包括控制系统，所述控制系统被布置成控制阵列15的光 源，使得当光从给定光源导向到给定观察窗中时，在由于穿过第二阵列504的不同透镜进 行分光而使来自所述给定光源的光被导向到除所述给定观察窗之外的观察窗中的情况下， 操作进一步分开的光源以将补偿光导向到所述给定观察窗中。
[0160] 在另外的实施例中，超透镜500可与图8的双视图设备布置在一起。可有利地提 供此类布置以从单个光源实现至少第一和第二观察位置。具体来说，控制系统被布置成进 行控制以将相同的显示图像从单个光源导向到处于第一和第二观察位置的观察窗中。
[0161] 图30是示意图，其示出了包括光学阀设备和超透镜500的自动立体显示器的正视 图，所述光学阀设备包括弯曲光提取特征12,且图31示出一实施例，其中反射端4包括具有 与图30中的侧面4类似的光学功能但具有减小的大小的菲涅尔镜。因此，用于引导光的光 阀包括：第一光引导表面，其中所述第一光引导表面是基本上平坦的；以及第二光引导表 面，其与所述第一光引导表面相对，其进一步包括多个引导特征和多个细长提取特征，所述 多个细长提取特征沿着所述细长提取特征为细长的方向是弯曲的，其中所述提取特征和所 述引导特征分别彼此连接且彼此交替，另外其中所述多个提取特征允许光在光在第一方向 上传播时基本上没有损耗地通过，且允许光在光在第二方向上传播时反射或折射且离开光 阀。弯曲提取特征被布置成与凹入弯曲端4协作地实现观察窗，如先前所描述。
[0162] 超透镜500可被布置成旋转观察窗以提供横向和纵向操作，如先前所描述。有利 的是，可降低装置的复杂度和厚度。
[0163] 所述光阀可包括第一端和第二端，光可在所述第一端处进入光阀且在所述第一方 向上传播，所述第二端是反射表面，其被布置成重新导向在所述第一方向上传播的光以朝 向所述第一端在所述第二方向上往回传播。所述第一端可比所述第二端薄。所述第二端可 为凹入的弯曲反射表面、凹入的弯曲反射表面的菲涅尔等效物，或不具有光焦度的反射表 面。第二光引导表面可具有阶梯式结构，其可包括：多个提取特征，所述多个提取特征沿着 它们为细长的方向是弯曲的；以及多个引导特征，所述多个引导特征连接相应的提取特征。 所述提取特征可允许光穿过第一光引导表面离开光阀。所述光阀可被布置成将从照明元件 进入光阀的光导向到观察窗中。提取特征可被布置成将光学系统的主要光线基本上聚焦到 观察平面上。提取特征的曲率可具有与反射端4的曲率的方向相反的方向。
[0164] 光学阀系统可包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的光阀，且进一步包括 多个照明元件，所述多个照明元件被配置成将光提供到所述光阀中且可进一步包括被布置 成从所述光阀接收光的菲涅尔透镜。漫射体可被布置成从光阀接收光。漫射体可包括竖直 漫射体，其包括非对称散射表面。超透镜500可进一步与光学阀系统一起布置以实现对观 察窗26结构的进一步控制。
[0165] 定向显示器可包括：光学阀系统；超透镜；及透射式空间光调制器，其被布置成被 光学阀系统照明。
[0166] 观察者跟踪显示器可包括：定向显示器；传感器，其用于检测与光学阀的观察窗 靠近的观察者的位置；超透镜阵列；及照明器控制器，其用于依据由传感器检测到的观察 者的位置来确定照明元件的设定。
[0167] 观察者跟踪显示器可为观察者跟踪自动立体显示器，其中所述设定确定了对应于 第一观察窗的第一组照明元件的第一照明阶段，且所述设定确定了对应于第二观察窗的第 二组照明元件的第二照明阶段。第一和第二透镜阵列可沿着它们为细长的方向是弯曲的。
[0168] 图32是示意图，其示出了包括光学阀设备和超透镜500的自动立体显示器的正视 图，所述光学阀设备包括线性光提取特征12,所述超透镜包括弯曲透镜502、504,所述弯曲 透镜沿着它们为细长的方向是弯曲的。透镜502、504可被布置成实现将来自阵列15的光 聚焦到窗平面中的观察窗26。有利的是，可降低装置的复杂度，且降低成本。
[0169] 图33是示意图，其示出了包括光学阀设备和超透镜的自动立体显示器的正视图， 所述光学阀设备包括线性光提取特征，所述超透镜包括弯曲倾斜透镜。弯曲倾斜透镜502、 504可提供到窗平面的聚焦以及窗平面中的窗的旋转，这对于L-P操作是有利的。
[0170] 图34是