合表面，如下所述。由此类复合表面提供的折射与在棱镜的另一个倾斜表面处提供的反射配合并与由小透镜提供的折射配合，使得光从膜140出现作为第一输出光束310。输出光束310来源于从跨越膜140的每个小透镜142发出的单独输出光束或“小光束(beamlet) ”的总和。在图3中示出三个此类代表性的小光束:在140的几何中心处发出或靠近该几何中心发出的小光束310-0，在膜140的第一末端或边缘处发出或靠近该第一末端或边缘发出的小光束310-1，以及在膜140的第二末端或边缘处发出或靠近该第二末端或边缘发出的小光束310-2。在例示的实施例中，单独光束或小光束的角扩展或宽度标称地与总输出光束310的角扩展或宽度相同，因为小光束的角分布可以都是基本上相同的。在其它实施例中，单独光束或小光束的角扩展可一定程度地不同于总输出光束310的角扩展。
[0070]如果第一光源134关闭，并且第二光源132打开，那么系统300产生第二输出光束，其通过带有两个尖锐边缘的角分布来表征。第二输出光束通常覆盖与第一输出光束不同的角范围，并且两个输出光束的角分布可以重叠或者可以不重叠。图4A示出可使用相同的双面的光学膜按照与图3的第一输出光束一致的方式产生的典型的第二输出光束。图4B示出可以通过修改双面的光学膜的设计产生的替代的第二输出光束。
[0071]因此，在图4A中，在与图3坐标系一致的坐标系的背景下示出照明系统400a。系统400a可与照明系统300相同或类似，不同的是光源134未被通电(关闭)，并且光源132被通电(打开)。由于光导150的特性、双面的光学膜140的特性以及光导与光学膜之间的交互作用，来自光源132的光产生从光学膜出现的第二输出光束410a，该第二输出光束410a在x-z平面内具有不同的角分布并且在与图3的第一输出光束310不同的方向上传播。
[0072]来自通电光源132的光透过第二侧面150d进入光导150。该光大体在负x方向上沿光导150移动，该光从主表面150a、150b反射以提供第一引导光束132-1。随着光束132-1传播，所述光中的一些从主表面150a折射或以其他方式被提取以提供斜光束132-2，通过在x-z平面内的表示最大光强度方向的倾斜取向的箭头来表示。斜光束132-2通常在主表面150a的基本上整个表面区域上发出，即不仅在主表面150a的几何中心，还在其边缘或接近其边缘处，并在两者之间的中间位置处，如通过多个斜箭头所示。斜光束132-2具有与负X方向最密切对齐的最大光强度方向。光束132-2的最大光强度的方向可以按例如30度或更小、或者20度或更小、或者15度或更小、或者10度或更小的角度偏离负X方向。
[0073]由于斜光束132-2的方向性，来自光源132的光主要穿过在膜140的较低结构化表面上的每个棱镜141的仅第二倾斜侧表面进入双面的光学膜140，该第二倾斜表面与结合图3所使用的倾斜表面相对。第二倾斜侧表面也可以是具有至少不同顶端部分、基部部分以及中间部分的复合表面，如下所述。由复合第二倾斜表面提供的折射与在棱镜的另一个倾斜表面处提供的反射配合并与由小透镜提供的折射配合，使得光从膜140出现作为第二输出光束410a。输出光束410a来源于从跨越膜140的每个小透镜142发出的单独输出光束或“小光束”的总和。在图4A中示出三个此类代表性的小光束:在膜140的几何中心处发出或靠近该几何中心发出的小光束410-0a，在膜140的第一末端或边缘发出或靠近该第一末端或边缘发出的小光束410-la，以及在膜140的第二末端或边缘处发出或靠近该第二末端或边缘发出的小光束410-2a。在例示的实施例中，单独光束或小光束的角扩展或宽度标称地与总输出光束310的角扩展或宽度相同，因为小光束的角分布可以都基本上相同。
[0074]在图4B的另选实施例中，单独光束或小光束的角扩展与总输出光束的角扩展不同，因为小光束的角分布在双面的膜表面上变化。即，在膜中心处的小光束角分布与在膜的一个末端或端点处的小光束的角分布不同，其继而与在膜的一个末端或端点处的小光束的角分布不同。该小光束方向的非一致性可以通过用经修改的光学膜140b替换图3和图4a的光学膜140来实现。膜140b可以通过再次具有在第一结构化表面中形成的延伸的复合棱镜140b和在第二结构化表面中形成的延伸的小透镜142b而类似于膜140，但可以通过将棱镜间距和/或小透镜间距修改为彼此不同和/或通过将棱镜140b和/或小透镜142b调节为具有在膜表面上改变的斜率或旋转度而与膜140不同。作为位置的函数的非均匀小光束方向也产生具有会聚特性的总输出光束，其中光束腰或最小光束直径或尺寸位于远离光学膜的有限距离处。(应注意，通过修改的膜140b，通过将光源132关闭并将光源134打开而产生的输出光束通常也将具有会聚特性，或至少也将具有作为在膜上位置的函数的非均匀小光束方向。)
[0075]因此，在图4B中，在与先前附图的坐标系一致的坐标系的背景下示出照明系统400bο系统400b可与照明系统300类似，不同的是双面的光学膜140被替换为经修改的光学膜140b，并且光源134未被通电(关闭)而光源132被通电(打开)。由于光导150的特性、光学膜140的特性以及光导与光学膜之间的交互作用，来自光源132的光产生从双面的光学膜出现的第二输出光束410b，该第二输出光束410b在x-z平面内也具有通过在其两侧上的尖锐过渡或边缘来表征的角分布。
[0076]正如图4A所示，来自通电光源132的光透过第二侧面150d进入光导150。该光通常在负X方向上沿光导150移动，该光从主表面150a、150b反射以提供第一引导光束132-1。随着光束132-1传播，所述光中的一些从主表面150a折射或以其他方式被提取以提供斜光束132-2，该斜光束132-2可与上面描述的图4A的斜光束132-2相同或类似。
[0077]由于斜光束132-2的方向性，来自光源132的光主要透过在膜140较低的结构化表面上的棱镜141b中的每个棱镜的仅第二倾斜侧表面而进入双面的光学膜140，该第二倾斜表面与结合图3所使用的倾斜表面相对。第二倾斜侧表面也可以是具有至少不同的顶端部分、基部部分以及中间部分的复合表面，如下所述。由复合第二倾斜表面提供的折射与在棱镜的另一个倾斜表面处提供的反射配合并与由小透镜提供的折射配合，使得光从膜140出现作为第二输出光束410b。输出光束410b来源于从跨越膜140b的每个小透镜142发出的单独输出光束或“小光束”的总和。在图4B中示出三个此类代表性的小光束:在膜140b的几何中心处发出或靠近该几何中心发出的小光束410-0b，在膜140b的第一末端或边缘处发出或靠近该第一末端或边缘发出的小光束410-lb，以及在膜140b的第二末端或边缘处发出或靠近该第二末端或边缘发出的小光束410-2b。在例示的实施例中，小光束410-0b、410-lb、410-2b在不同的方向上进行取向，如图所示，这导致第二输出光束410b在其从膜140出现时会聚。第二光束410b在光束腰410b’处实现最小光束宽度(对于在x-z平面内的光分布)，光束410b越过该光束腰410b’发散。光束腰410b’可以比作透镜的焦点，并且我们开可以将距离f限定为从膜140到光束腰410b’或到中心位于光束腰410b’内的点415的轴向距离。我们可以通过控制扩展角和由复合棱镜/小透镜对产生的小光束的倾斜角、通过继而控制跨越膜140b的棱镜141b和小透镜142b的相对间距和/或倾斜角分布来调节距离f。
[0078]为了理解由所公开双面的膜产生的输出光束(即在其两侧上具有尖锐角过渡或边缘的输出光束)的独特特性中的一些，我们在这里包括图5和图5A以用于比较目的。图5是已知3D光重定向膜的示意图，并且图5A是模拟辐射率相对观察角的图，该观察角用于从已知光重定向膜部分的一部分发出的光，所述光重定向膜部分包括具有复合曲率的相同透镜特征部并且还具有对应的相同棱镜特征部，所述透镜特征部不具有倾斜(a =0)并且棱镜特征部也不具有倾斜(β = O);基本上从专利申请公开US 2012/0236403 (Sykora等人)摘录这些附图。其棱镜特征部不具有复合倾斜表面。
[0079]在图5中，示出了用于自动立体显示系统的三维(3D)光重定向膜500。膜500包括幅材510基底，幅材510基底具有相对的第一表面520和第二表面530。第一微复制结构525和第二微复制结构535分别施用到这些第一表面520和第二表面530。第一微复制结构525包括可为柱面透镜的多个弧形或透镜特征部526。第二微复制结构535包括多个锯齿形或锥形棱镜特征部536。这些棱镜特征部不具有复合倾斜表面。
[0080]第一特征部526和第二特征部536具有相同的间距或重复周期P。所示出的特征部具有沿平面内X轴的无限长度。(就这一点而言，在图5中所示的Cartesian x_y_z坐标系与本文其它地方所示的坐标系取向不同，由于在图5中，是X轴而不是y轴平行于棱镜和小透镜的伸长轴。)相对的微复制特征部526、536为成对的或匹配的，以形成多个光学元件540。每个光学元件540的性能取决于各自的相对特征部529、539的对齐。膜500在一些情况下可包括第一基体部分527和第二基体部分537。膜500的进一步的细节可见于‘403Sykora等人公开。
[0081]图5A是图5所示类型的双面的光学膜的模拟性能的图。光学膜的透镜特征部和棱镜特征部均被假设为不具有旋转或倾斜，即α = β = 0。建模生成了斜入射在光学膜的棱镜侧上的两个不同的输入光束，并计算出由光学膜产生的对应输出光束的角分布。光学膜的进一步细节以及由模型使用的斜光注入的细节可见于‘403Sykora等人公开。建模结果示于图5A中，其中“L”标示从3D膜发出的“左眼光束”，并且“R”标示从3D膜发出的“右眼光束”。需注意，这些输出光束中的每个不具有两个尖锐过渡，即无输出光束在光束的两侧具有尖锐过渡。
[0082]我们现在讨论示例性双面的光学膜的设计细节，所述双面的光学膜允许膜产生输出光束，诸如图3至图4B中所示出的那些输出光束，这些输出光束的角分布在特定观察平面内具有在输出光束两侧的尖锐过渡或边缘。一般来讲，此类膜具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面，第一结构化表面具有形成于其中的多个延伸的棱镜，并且第二结构化表面具有形成于其中的多个延伸的小透镜。棱镜和小透镜被布置成棱镜与小透镜处于一一对应关系中。值得注意的是，在第一结构化表面中形成的棱镜中的全部或大多数或至少一些是复合棱镜。复合棱镜是其相对的倾斜表面是复合的棱镜，即每个此类倾斜表面具有不同顶端部分、基部部分以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分。复合棱镜也具有通过其两个倾斜表面的顶端部分形成的尖锐顶点。对于复合棱镜的给定倾斜表面，中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状。为了实现带有两个尖锐边缘的期望输出光束，各个部分的斜率或倾角被选定成使得第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形，或者第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。
[0083]膜的结构化表面可使用任何已知的微复制技术(例如，通过压印或热成形聚合物膜)或使用连续浇铸-固化方法来制备。在后一种情况下，可固化的聚合物材料或聚合物前体材料可以被施加在透明载体膜和适当配置的结构化表面工具之间。该材料然后被固化并与工具分开以提供粘结到载体膜并且具有期望的微结构外形的层。一个该层可以被施加在载体膜的一侧以形成复合棱镜(参见例如图3中的棱镜141)，并且另一个该层可以被施加在载体膜的相对侧以形成小透镜(参见例如图3中的小透镜142)。在某种程度上微复制技术用于膜的制造，它们期望以这样的方式被采用，从而使得在膜的背对的结构化表面上的元件(例如给定小透镜和给定棱镜)的相对位置可以被控制，并且使得它们之间的轴向距离也可被控制，例如通过适当地选择膜厚度和涂层厚度。参考专利申请公开US2005/0052750 (King等人)，其描述除了其中微复制结构可如何在制品的相对两侧上对齐。双面的光学膜可以使用载体膜来制备，所述载体膜由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯或任何其它合适的透光性聚合物或其它材料制成。
[0084]另选地或除此之外，所公开的双面的光学膜的结构化表面以及所公开的光导的结构化表面可以使用已知的增材制造技术制成，有时称为三维打印或3D打印。
[0085]图6是一个示例性双面的光学膜640的一部分的示意图。该膜具有相对的第一结构化表面640a和第二结构化表面640b。相对于与除图5之外的先前附图中的坐标一致的Cartesian x_y_z坐标系示出膜640。第一结构化表面640a具有形成于其中的多个棱镜641。棱镜641各自沿平行于Y轴的伸长轴延伸。每个棱镜641具有两个倾斜侧表面642、643，所述两个倾斜侧表面在被标记为Vprism的棱镜的峰或顶点处相交。相邻棱镜641的倾斜表面在被标记为Bprism的棱镜的基部处相交。因此，每个倾斜表面从一个基准点Bprism向一个顶点Vprism延伸。在图6中棱镜的基部示为尖的或V形；然而，也可以使用非尖的和非V形侧面，例如截顶侧面。每个棱镜641具有通过顶点角来表征的尖锐顶点。典型的顶点角在50度到90度的范围内，例如63.5度，但这不应理解为不当地限制。无论顶点角如何，顶点是尖锐的而不是截顶的或倒圆的，例如，具有不超过3微米、或不超过2微米、或不超过I微米的曲率半径。在图6中的倾斜侧表面642、643都被示为具有复合构造，即每个此类表面具有可分辨的具有明显不同斜率或倾角的顶端部分、基部部分和中间部分，其中中间部分具有与顶端部分和基部部分的斜率或倾角不同的斜率或倾角，以便形成带有那两个部分的独立凹形侧面形状和凸形侧面形状。在分离的情况下，倾斜表面642、643的不同部分(例如顶端、基部、中间)可以各自为平坦的或不平坦的，例如一定程度上弯曲的。棱镜641可共同地通过间距pi (参见例如下面的图15或16)来表征。该间距可从相邻棱镜的中心至中心、或从边缘到边缘进行测量。间距在结构化表面640a的范围上通常是均勾的，但在一些情况下其可以不是均匀的。下面结合图8和下文讨论复合棱镜的进一步细节。
[0086]第二结构化表面640b具有形成于其中的多个小透镜644。这些小透镜644也沿平行于y轴的伸长轴延伸。小透镜644可以具有单个均匀的曲率，即每个小透镜的曲面可以是直立圆柱的一部分，或者它们可以具有非均匀曲率，例如在中心部分中具有较小曲率半径并在靠近边缘处具有较大曲率半径的连续可变曲率，或反之亦然。具有非均匀曲率的小透镜被认为具有复合曲率。小透镜644可共同地通过间距p2(参见例如下面的图15或16)来表征。该间距可从相邻棱镜的中心至中心或边缘到边缘进行测量。该间距在结构化表面640b的范围上通常是均匀的，但在一些情况下，它可以不是均匀的。间距p2可以等于pl，于是小透镜644与棱镜641的对准程度在沿X轴的膜640的相关区域上方是保持恒定的或基本上恒定的。另选地，p2可以略大于或小于pl，于是小透镜644与棱镜641的对准程度在沿X轴的膜640的相关区域上改变。
[0087]膜640被示为包括三个组成层或元件645、646、647，但也可以想到更多或更少的层。层647可以是载体膜，并且层645、647可以是(例如使用浇铸-固化过程或其它合适的过程)粘结到载体膜的层。膜640及其组成层被假设为包括整个可见光谱内的高光学透射和低吸收的基本上透明的材料，但在一些情况下，膜640或其组成层中的一个或多个可以包含染料、颜料和/或其它吸收剂，以向膜640提供有色和/或灰度色调。用于膜的示例性材料是透光性聚合物材料，然而，也可使用其它合适的透光性材料。膜和/或其组成组件中的一些或全部可具有在1.4到1.7、或1.5到1.7的范围内的可见波长的折射率(例如对于载体膜为1.67的折射率，并且对于形成层646和/或645的树脂为1.51的折射率)，但这些范围应当被认为是示例性的而不是不当限制的。
[0088]图6A是可由双面的光学膜诸如图6的双面的光学膜产生的两个假设输出光束的角分布图。该图表示由膜640发出的光在x-z观察平面内的作为极角Θ的函数的角分布，所述极角是相对于正交于膜平面的轴即相对于z轴，并且相对于在膜的相关部分上的合适参考点(例如中心位于结构化表面640b上的点)进行测量的。实曲线表示当膜親接到沿第一方向行进的斜光源时例如当耦接到图2的光导250 (其中光源设置在其相对两端，并且第一光源打开且第二光源关闭)时由膜640发出的光。虚曲线表示当膜耦接到沿第二方向(例如与第一方向相反)行进的斜光源时例如当耦接到图2的光导250 (其中第一光源关闭并且第二光源打开)时由膜640发出的光。如可容易地从附图中看出，实曲线限定第一输出光束610并且虚曲线限定第二输出光束612。这些光束中的每个具有两个尖锐过渡或边缘，为方便起见将这两个尖锐过渡或边缘称为左光束边缘和右光束边缘。因此，光束610具有左光束边缘610L和右光束边缘610R，并且光束612具有左光束边缘612L和右光束边缘612R。在每个输出光束的两侧上的光束边缘是作为在x-z平面内的角Θ的函数的锐缘。
[0089]出于本申请的目的，为了量化光束边缘的“锐度”的概念，并且为了阐明与输出光束相关的其它概念，我们转向图7。该图示出了如本文所公开的由假设的双面的光学膜发出的光在垂直于棱镜641的伸长轴的观察平面内(即在x-z平面内)的角强度分布(强度对极角Θ)。光强度限定具有左光束边缘710L和右光束边缘710R的输出光束710。输出光束710通过单个连续的频带(沿极角轴)来表征，该频带具有相对于背景或基线强度的增强强度。在附图中被标记为Ibaseline的基线强度可以是或可以不是零强度。输出光束710具有最大带内强度Imax和最小带内强度Imin。输出光束710的左边缘被认为在左边缘极角Θ w处出现，并且输出光束710的右边缘被认为在右边缘极角Θ吧处出现。下面进一步描述这些边缘角和Θ RE。边缘角可以用于限定光束710的中心或中心角0CENTER，以及光束710的角扩展或宽度△ θ B。左光束边缘和右光束边缘的锐度分别由差分值△ Θ LE和Δ Θ RE限定。
[0090]为了限定这些各种角参数，我们对图7的强度分布执行以下分析。我们识别基线强度Ibaseline和最大强度Imax。然后我们确定在Ibaseline和Imax之间的10%和90%的强度值，并且我们分别参考并标记这些值IlO和190。因此，IlO =Ibaseline+0.1* (Imax-1baseline)，并且 190 = I...