用于基于光束转向对3D显示器进行连续校准的方法和系统与流程

用于基于光束转向对3d显示器进行连续校准的方法和系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是名称为“用于基于光束转向对3d显示器进行连续校准的方法和系统(method and system for continuous calibration of a 3d display based on beam steering”)”并于2019年7月1日提交的美国临时专利申请序列号62/869,478的非临时归档并且根据35 u.s.c.
§
119(e)要求该专利申请的权益，该专利申请通过引用的方式以其整体并入本文。


背景技术：

3.人脑部分地通过从用于定向每只眼睛的肌肉接收信号来感知并确定所观察的对象的深度。这种眼睛会聚使用简单的三角测量方法来估计物体距离。大脑将眼睛的相对角定向与所确定的焦点深度相关联。连接到单个眼睛晶状体的眼睛肌肉可自动调整晶状体形状，其方式为使得眼睛被聚焦到与两只眼睛会聚的距离相同的距离。正确视网膜聚焦提示对于所观察的焦平面之外的对象产生自然图像模糊以及产生自然动态视差效应。在自然设置中，眼睛会聚和视网膜聚焦提示是相干的。正确视网膜聚焦提示需要非常高的角密度光场，从而使构建能够发射必要光线的足够准确的3d显示器是大挑战。此外，人工图像的呈现通常可能需要以足够高的保真度来执行。


技术实现要素：

4.根据一些实施方案的示例性装置可包括：多个投影仪单元的矩阵，所述投影仪单元中的每一者可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，所述准直光学元件定位在所述发光元件中的一者或多者和所述光束转向元件之间，其中对于所述投影仪单元中的每一者，所述相应多个发光元件和所述相应光束转向元件可被配置为形成相应同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述投影仪单元的所述多个发光元件中的一者或多者发射，穿过所述投影仪单元的所述准直光学元件，并且由所述投影仪单元的所述光束转向元件转向的光。
5.对于示例性装置的一些实施方案，所述投影仪单元的矩阵可包括显示器像素的矩阵，并且所述显示器像素的矩阵的每个显示器像素可包括：所述多个可单独寻址的发光元件中的一者；和照明传感器，所述照明传感器被配置为检测反射光束的照明水平。
6.对于示例性装置的一些实施方案，所述光束转向元件中的至少一者可被配置为使多个光束同时转向。
7.示例性装置的一些实施方案还可包括传感器，所述传感器被配置为跟踪观看者的眼睛位置。
8.示例性装置的一些实施方案还可包括跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成用于调整图像显示参数的跟踪光束。
9.示例性装置的一些实施方案还可包括多个光传感器，使得所述跟踪光束发生器被配置为使所述跟踪光束从所述装置的观看者反射，并且使得所述多个光传感器被配置为测
量所述反射的跟踪光束。
10.对于示例性装置的一些实施方案，使得所述多个光传感器中的至少一者被进一步配置为测量所述反射的跟踪光束的至少一个颜色、角度、焦深或强度。
11.对于示例性装置的一些实施方案，使得所述跟踪光束发生器包括：一个或多个跟踪光束发光元件；跟踪光束光束转向元件；和跟踪光束准直光学元件，所述跟踪光束准直光学元件定位在所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件之间。
12.对于示例性装置的一些实施方案，使得所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件被配置为形成同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的光。
13.对于示例性装置的一些实施方案，使得所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件被配置为在观看者上形成校准点，所述校准点包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的光。
14.根据一些实施方案的示例性装置可包括：光学结构；处理器；和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述处理器执行时可操作以与所述光学结构协作地执行由所述示例性装置执行的任何过程的一部分。
15.根据一些实施方案的另一个示例性装置可包括：多个显示器像素；多个光束转向元件；准直层，该准直层包括定位在发光元件中的一者和光束转向元件中的一者之间的一个或多个准直元件；和跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为在目标上生成光束点。
16.对于另一个示例性装置的一些实施方案，所述多个显示器像素中的每一者可包括：一个或多个发光元件；和一个或多个光检测器。
17.另一个示例性装置的一些实施方案还可包括：眼睛跟踪传感器，所述眼睛跟踪传感器被配置为跟踪观看者的眼睛位置。
18.根据一些实施方案的另一个示例性装置可包括：光学结构；处理器；和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述处理器执行时可操作以与所述光学结构协作地执行由另一个示例性装置执行的任何过程的一部分。
19.根据一些实施方案的示例性方法可包括：将光束点投影在光场显示器的观看者上；确定从所述观看者反射的所述光束点的估计位置；检测从所述观看者反射的所述光束点的实际位置；以及基于对从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置的比较来确定图像校正参数。
20.对于示例性方法的一些实施方案，确定所述图像校正参数可包括：确定从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置之间的空间偏移；以及根据对应于空间偏移的角度量来改变光线转向元件的转向角。
21.示例性方法的一些实施方案还可包括：检测所述观看者的眼睛位置，其中将所述光束点投影在所述观看者上可以是基于所述观看者的所检测的眼睛位置。
22.对于示例性方法的一些实施方案，将所述光束点投影在所述观看者上可包括：将估计反射位置确定为所述观看者的所述眼睛位置上方的偏移；以及投影光束点以在估计反
射位置处从观看者反射。
23.示例性方法的一些实施方案还可包括：确定所述观看者的估计观看窗口；呈现将由所述观看者通过所述估计观看窗口看到的光场图像；以及通过所述光场显示器来显示所呈现的光场图像。
24.示例性方法的一些实施方案还可包括：使用所确定的图像校正参数来调整所述光场图像的强度水平，其中呈现所述光场图像使用所述已调整的强度水平。
25.对于示例性方法的一些实施方案，其中对从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置的所述比较可包括确定从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置之间的空间偏移，并且其中呈现所述光场图像可包括使用所述空间偏移来调整要显示的所述光场图像的位置。
26.对于示例性方法的一些实施方案，确定所述观看者的所述估计观看窗口可使用所述空间偏移来调整所述估计观看窗口的位置。
27.示例性方法的一些实施方案还可包括：在投影仪单元的活动时段期间利用照明光束来照明所述观看者；在所述投影仪单元的所述活动时段期间检测所述照明光束的反射；利用所述投影仪单元生成一定强度水平的光束；以及基于所检测的所述照明光束的反射来调整所述强度水平。
28.对于示例性方法的一些实施方案，调整所述强度水平可包括：确定所检测的所述照明光束的反射的强度水平；确定所检测的所述照明光束的反射的所述强度水平和所述照明光束的所述强度水平之间的强度水平偏移；以及根据与所述强度水平偏移成比例的量调整所述强度水平。
29.示例性方法的一些实施方案还可包括：改变到发光元件阵列的第一控制输入；改变到光线转向层的第二控制输入；以及协调所述第一控制输入的改变和所述第二控制输入的改变以引起所呈现图像的颜色、角度、焦深或强度中的至少一者的空间-时间改变。
30.对于示例性方法的一些实施方案，可针对对应于发光设备的子帧执行以下操作：投影所述光束点，确定所述估计位置，检测所述实际位置，以及确定所述图像校正参数。
31.根据一些实施方案的示例性装置可包括：光学结构；处理器；和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述处理器执行时可操作以与所述光学结构协作地执行由所述示例性装置执行的任何过程的所述方法的一部分。
32.根据一些实施方案的附加示例性装置可包括：投影仪单元的矩阵，所述投影仪单元中的每一者包括可控制发光元件阵列，所述可控制发光元件阵列被配置为生成包括多个子光束的光束；和光学元件堆叠，所述光学元件堆叠包括：准直光学层；和可控制光线转向层，所述可控制光线转向层被配置为改变传入光线的投影角。
33.对于附加的示例性装置的一些实施方案，到所述可控制发光元件阵列和到所述可控制光线转向层的控制输入可被配置为引起所呈现图像的颜色、角度、焦深或强度中的至少一者的空间-时间改变。
34.根据一些实施方案的另一示例性方法可包括：确定第一用户的眼睛的相对位置；投影校准光束以拦截在第一用户的投影区域内，该投影区域包括能够被显示装置的每个投影仪单元作为目标并检测到的区域；针对每个投影仪单元接收通过用于显示器照明的相应光路反射的所述校准光束作为反射校准图像；针对每个投影仪单元测量所接收的校准图像
的空间偏移；以及响应于针对每个投影仪单元的所接收的校准图像的所测量的空间偏移，针对相应投影仪单元对相应投影角度进行校准调整。
35.根据一些实施方案的另一个附加示例性装置可包括：投影仪单元的矩阵，每个投影仪单元包括被配置为生成光束的可控制发光元件阵列；和光学元件堆叠，所述光学元件堆叠包括：准直光学层；和可控制光线转向层，所述可控制光线转向层被配置为改变传入光线的投影角。
36.对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述装置可基于所呈现图像的颜色、角度、焦深和强度中的至少一者经由经协调的对到所述投影仪单元的所述发光元件阵列和到所述可控制光线转向层的控制输入的空间-时间改变来生成多个光束。
37.对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述光线转向层可被配置为使用通过所述装置的显示器光学器件成像并由光传感器元件记录的校准光束来校准。
38.对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述光线转向层的转向角可被配置为使用校准光束来连续地进行校准。
39.另一个附加示例性装置的一些实施方案还可包括：跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成跟踪光束；和传感器，所述传感器被配置为检测观看者的强度水平，其中所述可控制发光元件阵列中的至少一者可被配置为改变基于在相应投影仪单元的活动时段期间检测的所述强度水平而生成的所述光束的强度水平。
40.对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述可控制发光元件阵列中的至少一者可被配置为改变根据与在所述相应投影仪单元的所述活动时段期间检测的所述强度水平成比例的量而生成的所述光束的所述强度水平。
41.对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述装置可被配置为使用投影在观看者的目标区域上的校准光束来进行校准，所述校准光束与所述观看者的眼睛位置相对于所述装置的显示器的移动协调。
42.根据一些实施方案的另一示例性装置可包括：跟踪过程，所述跟踪过程被配置为跟踪观看者移动调整；和光场图像显示器结构，所述光场图像显示器结构被配置为使用所述观看者移动调整来显示光场图像。
43.对于另一示例性装置的一些实施方案，所述光场图像显示器结构可包括对应于相应发光元件的多个光束转向元件。
44.根据一些实施方案的另一个另外的附加示例性装置可包括：多个显示器像素；光束准直器层；多个光束转向元件；跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成跟踪光束；和多个传感器，该多个传感器被配置为检测跟踪光束的反射。
45.根据一些实施方案的示例性装置可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，该准直光学元件定位在发光元件中的一者或多者和光束转向元件之间，其中多个发光元件和光束转向元件可被配置为形成同步复合光束，该同步复合光束包括从多个发光元件中的一者或多者发射，穿过准直光学元件，并且由光束转向元件转向的光。
46.根据一些实施方案的示例性方法可包括：从投影仪单元的多个可单独寻址的发光元件中的每一者发射相应光束；使所述相应光束中的每一者穿过相应准直光学元件；利用相应光束转向元件使所述相应光束中的每一者转向；形成同步复合光束，所述同步复合光
束包括从所述投影仪单元的所述多个发光元件中的一者或多者发射的光，使得所述投影仪单元是包括多个投影仪单元的矩阵的一部分，并且使得所述相应准直光学元件中的每一者定位在所述多个发光元件中的一者或多者和所述相应光束转向元件之间。
47.对于示例性方法的一些实施方案，使得所述投影仪单元的矩阵可包括显示器像素的矩阵，并且使得所述显示器像素的矩阵的每个显示器像素可包括：所述多个可单独寻址的发光元件中的一者；和照明传感器，所述照明传感器被配置为检测反射光束的照明水平。
48.对于示例性方法的一些实施方案，利用相同的所述相应光束转向元件使得所述相应光束中的至少两者的转向可同时发生。
49.所述示例性方法的一些实施方案还可包括跟踪观看者的眼睛位置。
50.所述示例性方法的一些实施方案还可包括生成用于调整图像显示参数的跟踪光束。
51.所述示例性方法的一些实施方案还可包括使用多个光传感器来测量反射光束，使得生成所述跟踪光束可包括使所述跟踪光束从观看者反射以生成所述反射的跟踪光束。
52.对于示例性方法的一些实施方案，使得测量所述反射的跟踪光束可包括测量所述反射的跟踪光束的至少一个颜色、角度、焦深或强度。
53.对于示例性方法的一些实施方案，使得生成所述跟踪光束可包括：从一个或多个跟踪光束发光元件发射跟踪光束；使每个跟踪光束穿过跟踪光束准直光学元件；以及利用跟踪光束光束转向元件使每个跟踪光束转向，使得所述跟踪光束准直光学元件可定位在所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件之间。
54.对于示例性方法的一些实施方案，使得生成所述跟踪光束会生成同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的所述跟踪光束。
55.对于示例性方法的一些实施方案，使得生成所述跟踪光束在观看者上生成校准点，所述校准点包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的所述跟踪光束。
附图说明
56.图1a是示出根据一些实施方案的示例性通信系统的系统图。
57.图1b是示出根据一些实施方案的可在图1a所示的通信系统内使用的示例性无线发射/接收单元(wtru)的系统图。
58.图2是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性观看环境的示意性平面图。
59.图3a是示出根据一些实施方案的由第一几何因子引起的示例性光束发散的图示。
60.图3b是示出根据一些实施方案的由第二几何因子引起的示例性光束发散的图示。
61.图3c是示出根据一些实施方案的由第三几何因子引起的示例性光束发散的图示。
62.图3d是示出根据一些实施方案的由衍射和第一光圈尺寸引起的示例性光束发散的图示。
63.图3e是示出根据一些实施方案的由衍射和第二光圈尺寸引起的示例性光束发散的图示。
64.图3f是示出根据一些实施方案的由衍射和第三光圈尺寸引起的示例性光束发散
的图示。
65.图4a是示出根据一些实施方案的具有第一光学功率的示例性图像放大透镜的图示。
66.图4b是示出根据一些实施方案的具有第二光学功率的示例性图像放大透镜的图示。
67.图4c是示出根据一些实施方案的具有第三光学功率的示例性图像放大透镜的图示。
68.图5a是示出根据一些实施方案的示例性第一光源和透镜配置的图示。
69.图5b是示出根据一些实施方案的示例性第二光源和透镜配置的图示。
70.图5c是示出根据一些实施方案的示例性第三光源和透镜配置的图示。
71.图5d是示出根据一些实施方案的示例性第四光源和透镜配置的图示。
72.图6a是示出根据一些实施方案的具有第一焦距的示例性多视点3d显示器结构的图示。
73.图6b是示出根据一些实施方案的具有第二焦距的示例性多视点3d显示器结构的图示。
74.图6c是示出根据一些实施方案的具有第三焦距的示例性多视点3d显示器结构的图示。
75.图7是示出根据一些实施方案的具有光线转向的示例性光场显示器的示意图。
76.图8a至图8b是示出根据一些实施方案的针对观看窗口的示例性光线簇的示意性平面图。
77.图9是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性校准的示意图。
78.图10是示出根据一些实施方案的发光层和观看窗口位置之间的示例性对应关系的示意性平面图。
79.图11是示出具有示例性光线转向层(rsl)的示例性光场成像显示器的示意性平面图。
80.图12是示出根据一些实施方案的具有另一个示例性光线转向层(rsl)的示例性光场显示器的示意性平面图。
81.图13是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性校准的示意性平面图。
82.图14是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性校准的示意性平面图。
83.图15是示出根据一些实施方案的示例性光场显示器系统的接口图。
84.图16是示出根据一些实施方案的示例性显示控制器过程周期的流程图。
85.图17是示出根据一些实施方案的用于校准的另一个示例性过程的流程图。
86.图18是示出根据一些实施方案的用于校准的另一示例性过程的流程图。
87.图19是示出根据一些实施方案的可用于扫描观看窗口的示例性光发射器图案的图示。
88.图20是示出根据一些实施方案的投影在面部上的示例性光发射器和传感器图案的示意性前视图。
89.图21a至图21b是示出根据一些实施方案的示例性显示发射器和传感器布局的示意性前视图。
90.图22a至图22b是示出根据一些实施方案的示例性光束扫描lf显示器几何形状的示意图。
91.图23a是示出根据一些实施方案的示例性显示发射器和传感器布局的示意性前视图。
92.图23b是示出根据一些实施方案的示例性光学显示器部件布局的示意性平面图。
93.图24是示出根据一些实施方案的示例性跟踪光束发生器光学结构的示意性平面图。
94.图25是示出根据一些实施方案的重叠在光感测层上的示例性校准点图像的示意性前视图。
95.图26是示出根据一些实施方案的示例性光线簇发生器结构的示意性平面图。
96.图27是示出根据一些实施方案的用于校准的示例性过程的流程图。
97.在各种附图中描绘并且结合各种附图描述的实体、连接、布置等以举例的方式而非限制的方式呈现。这样，可独立并脱离上下文解读为绝对并且因此为限制性的关于特定图“描绘”什么，特定图中的元件或实体“是”或“具有”什么的任何和所有陈述或其他指示以及任何和所有的类似陈述仅可被正确地解读为建议性地在条款之前，诸如“在至少一个实施方案中，...”。为了简洁和清楚地呈现起见，这种暗示的前导条款不会令人厌烦地在具体实施方式中重复。
具体实施方式
98.根据本文描述的一些实施方案，无线发射/接收单元(wtru)可例如用作光场显示器，和/或可包括光场显示器。
99.图1a是示出可实现一个或多个公开的实施方案的示例性通信系统100的图。通信系统100可以是多接入系统，该多接入系统向多个无线用户提供内容(诸如语音、数据、视频、消息收发、广播等)。通信系统100可使得多个无线用户能够通过共享系统资源(包括无线带宽)来访问此类内容。例如，通信系统100可采用一个或多个信道接入方法，诸如码分多址(cdma)、时分多址(tdma)、频分多址(fdma)、正交fdma(ofdma)、单载波fdma(sc-fdma)、零尾唯一字dft-扩展ofdm(zt uw dts-s ofdm)、唯一字ofdm(uw-ofdm)、资源块滤波的ofdm、滤波器组多载波(fbmc)等。
100.如图1a所示，通信系统100可包括无线发射/接收单元(wtru)102a、102b、102c、102d、ran 104/113、cn 106、公共切换电话网络(pstn)108、互联网110和其他网络112，但应当理解，所公开的实施方案考虑任何数量的wtru、基站、网络和/或网络元件。wtru 102a、102b、102c、102d中的每一者可以是被配置为在无线环境中操作和/或通信的任何类型的设备。举例来说，wtru 102a、102b、102c、102d(其中任一者可成为“站”或“sta”)可被配置为发射和/或接收无线信号，并且可包括用户装备(ue)、移动站、固定或移动订户单元、基于订阅的单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(pda)、智能手机、膝上型计算机、上网本、个人计算机、无线传感器、热点或mi-fi设备、物联网(iot)设备、手表或其他可穿戴设备、头戴式显示器(hmd)、车辆、无人机、医疗设备和应用(例如，远程手术)、工业设备和应用程序(例如，在工业和/或自动化处理链上下文中操作的机器人和/或其他无线设备)、消费电子设备、在商业和/或工业无线网络上操作的设备等。wtru 102a、102b、102c和102d中的任一者可互换
地称为ue。
101.通信系统100还可包括基站114a和/或基站114b。基站114a、114b中的每一者可以是被配置为与wtru 102a、102b、102c、102d中的至少一者进行无线接口连接以有利于访问一个或多个通信网络(诸如cn 106、互联网110和/或其他网络112)的任何类型的设备。举例来说，基站114a、114b可以是基础收发器站(bts)、节点b、enode b、家庭节点b、家庭enodeb、gnb、nr节点b、站点控制器、接入点(ap)、无线路由器等。虽然基站114a、114b各自被描绘为单个元件，但应当理解，基站114a、114b可包括任何数量的互连基站和/或网络元件。
102.基站114a可以是ran 104/113的一部分，其还可包括其他基站和/或网络元件(未示出)，诸如基站控制器(bsc)、无线电网络控制器(rnc)、中继节点等。基站114a和/或基站114b可被配置为在一个或多个载波频率上发射和/或接收无线信号，该一个或多个载波频率可被称为小区(未示出)。这些频率可处于许可频谱、未许可频谱、或许可频谱和未许可频谱的组合中。小区可向可相对固定或可随时间改变的特定地理区域提供用于无线服务的覆盖。小区可被进一步分成小区扇区。例如，与基站114a相关联的小区可被分成三个扇区。因此，在一个实施方案中，基站114a可包括三个收发器，即针对小区的每个扇区有一个收发器。在一个实施方案中，基站114a可采用多输入多输出(mimo)技术，并且可针对小区的每个扇区利用多个收发器。例如，光束成形可用于在期望的空间方向上发射和/或接收信号。
103.基站114a、114b可通过空中接口116与wtru 102a、102b、102c、102d中的一者或多者通信，该空中接口可以是任何合适的无线通信链路(例如，射频(rf)、微波、厘米波、微米波、红外线(ir)、紫外线(uv)、可见光等)。可使用任何合适的无线电接入技术(rat)来建立空中接口116。
104.更具体地，如上所述，通信系统100可以是多接入系统，并且可采用一个或多个信道接入方案，诸如cdma、tdma、fdma、ofdma、sc-fdma等。例如，ran 104/113中的基站114a和wtru 102a、102b、102c可实现无线电技术诸如通用移动电信系统(umts)陆地无线电接入(utra)，其可使用宽带cdma(wcdma)来建立空中接口116。wcdma可包括通信协议，诸如高速分组接入(hspa)和/或演进hspa(hspa+)。hspa可包括高速下行链路(dl)分组接入(hsdpa)和/或高速ul分组接入(hsupa)。
105.在一个实施方案中，基站114a和wtru 102a、102b、102c可实现无线电技术诸如演进umts陆地无线电接入(e-utra)，其可使用长期演进(lte)和/或lte-advanced(lte-a)和/或lte-advanced pro(lte-a pro)来建立空中接口116。
106.在一个实施方案中，基站114a和wtru 102a、102b、102c可实现无线电技术诸如nr无线电接入，其可使用新无线电(nr)来建立空中接口116。
107.在一个实施方案中，基站114a和wtru 102a、102b、102c可实现多个无线电接入技术。例如，基站114a和wtru 102a、102b、102c可例如使用双连接(dc)原理来一起实现lte无线电接入和nr无线电接入。因此，由wtru 102a、102b、102c利用的空中接口可通过多种类型的无线电接入技术和/或向/从多种类型的基站(例如，enb和gnb)发送的传输来表征。
108.在其他实施方案中，基站114a和wtru 102a、102b、102c可实现无线电技术，诸如ieee 802.11(即，无线保真(wifi)、ieee 802.16(即用于微波接入的世界范围互操作性)、cdma2000、cdma2000 1x、cdma2000 ev-do、中期标准2000(is-2000)、中期标准95(is-95)、中期标准856(is-856)、全球移动通信系统(gsm)、用于gsm演进的增强型数据速率(edge)、
gsm edge(geran)等。
109.例如，图1a中的基站114b可以是无线路由器、家庭节点b、家庭enode b、或接入点，并且可利用任何合适的rat来促进局部区域(诸如商业地点、家庭、车辆、校园、工业设施、空中走廊(例如，供无人机使用)、道路等)中的无线连接。在一个实施方案中，基站114b和wtru 102c、102d可实现诸如ieee 802.11的无线电技术以建立无线局域网(wlan)。在一个实施方案中，基站114b和wtru 102c、102d可实现诸如ieee 802.15的无线电技术以建立无线个人局域网(wpan)。在又另一个实施方案中，基站114b和wtru 102c、102d可利用基于蜂窝的rat(例如，wcdma、cdma2000、gsm、lte、lte-a、lte-apro、nr等)来建立皮小区或毫微微小区。如图1a所示，基站114b可具有与互联网110的直接连接。因此，基站114b可能不被要求经由cn 106接入互联网110。
110.ran 104/113可与cn 106进行通信，该cn可以是被配置为向wtru 102a、102b、102c、102d中的一者或多者提供语音、数据、应用程序和/或互联网协议语音(voip)服务的任何类型的网络。数据可具有不同的服务质量(qos)要求，诸如不同的吞吐量要求、延迟要求、误差容许要求、可靠性要求、数据吞吐量要求、移动性要求等。cn 106可提供呼叫控制、计费服务、基于移动位置的服务、预先付费的呼叫、互联网连接、视频分配等，和/或执行高级安全功能，诸如用户认证。尽管图1a中未示出，但应当理解，ran 104/113和/或cn 106可与采用与ran 104/113相同的rat或不同的rat的其他ran进行直接或间接通信。例如，除了连接到可利用nr无线电技术的ran 104/113之外，cn 106还可与采用gsm、umts、cdma 2000、wimax、e-utra、或wifi无线电技术的另一个ran(未示出)进行通信。
111.cn 106还可用作供wtru 102a、102b、102c、102d访问pstn 108、互联网110和/或其他网络112的网关。pstn 108可包括提供普通旧电话服务(pots)的电路切换电话网络。互联网110可包括使用公共通信协议诸如tcp/ip互联网协议套件中的发射控制协议(tcp)、用户数据报协议(udp)和/或互联网协议(ip)的互连计算机网络和设备的全球系统。网络112可包括由其他服务提供商拥有和/或操作的有线和/或无线通信网络。例如，网络112可包括连接到一个或多个ran的另一个cn，该一个或多个ran可采用与ran 104/113相同的rat或不同的rat。
112.通信系统100中的wtru 102a、102b、102c、102d中的一些或全部可包括多模式能力(例如，wtru 102a、102b、102c、102d可包括用于通过不同无线链路与不同无线网络通信的多个收发器)。例如，图1a所示的wtru 102c可被配置为与可采用基于蜂窝的无线电技术的基站114a进行通信，并且与可采用ieee 802无线电技术的基站114b进行通信。
113.图1b是示出示例性wtru 102的系统图。如图1b所示，wtru 102可包括处理器118、收发器120、发射/接收元件122、扬声器/麦克风124、小键盘126、显示器/触摸板128、不可移除存储器130、可移除存储器132、电源134、全球定位系统(gps)芯片组136和/或其他外围设备138等。应当理解，wtru 102可包括前述元件的任何子组合，同时保持与实施方案一致。
114.处理器118可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(dsp)、多个微处理器、与dsp核相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)电路、任何其他类型的集成电路(ic)、状态机等。处理器118可执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理和/或使得wtru102能够在无线环境中操作的任何其他功能。处理器118可耦接到收发器120，该收发器可耦接到发射/接收元
件122。虽然图1b描绘了处理器118和收发器120作为单独部件，但应当理解，处理器118和收发器120可集成在电子封装或芯片中。
115.发射/接收元件122可被配置为通过空中接口116向基站(例如，基站114a)发射信号或从其接收信号。例如，在一个实施方案中，发射/接收元件122可以是被配置为发射和/或接收rf信号的天线。在一个实施方案中，发射/接收元件122可以是被配置为例如发射和/或接收ir、uv、或可见光信号的发射器/检测器。在又一个实施方案中，发射/接收元件122可被配置为发射和/或接收rf和光信号两者。应当理解，发射/接收元件122可被配置为发射和/或接收无线信号的任何组合。
116.尽管发射/接收元件122在图1b中被描绘为单个元件，但wtru 102可包括任何数量的发射/接收元件122。更具体地，wtru 102可采用mimo技术。因此，在一个实施方案中，wtru 102可包括用于通过空中接口116发射和接收无线信号的两个或更多个发射/接收元件122(例如，多个天线)。
117.收发器120可被配置为调制要由发射/接收元件122传输的信号，并且解调由发射/接收元件122接收的信号。如上所述，wtru 102可具有多模式功能。因此，收发器120可包括用于使得wtru 102能够例如经由多个tat(诸如nr和ieee 802.11)进行通信的多个收发器。
118.wtru 102的处理器118可耦接到以下并且可从以下接收用户输入数据：扬声器/麦克风124、小键盘126和/或显示器/触摸板128(例如，液晶显示器(lcd)显示单元或有机发光二极管(oled)显示单元)。处理器118还可将用户数据输出到扬声器/麦克风124、小键盘126和/或显示器/触摸板128。另外，处理器118可访问来自任何类型的合适存储器(诸如非可移除存储器130和/或可移除存储器132)的信息并且在其中存储数据。非可移除存储器130可包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬盘或任何其他类型的存储器存储设备。可移除存储器132可包括订户身份模块(sim)卡、记忆棒、安全数字(sd)存储器卡等。在其他实施方案中，处理器118可访问来自不物理地位于wtru 102上(诸如服务器或家庭计算机(未示出)上)的存储器信息并且将数据存储在其中。
119.处理器118可从电源134接收电力，并且可被配置为分配和/或控制到wtru 102中的其他部件的电力。电源134可以是用于为wtru 102供电的任何合适的设备。例如，电源134可包括一个或多个干电池(例如，镍镉(nicd)、镍锌(nizn)、镍金属氢化物(nimh)、锂离子(li-ion)等)、太阳能电池、燃料电池等。
120.处理器118还可耦接到gps芯片组136，该gps芯片组可被配置为提供关于wtru 102的当前位置的位置信息(例如，经度和纬度)。除了来自gps芯片组136的信息之外或代替该信息，wtru 102可通过空中接口116从基站(例如，基站114a、114b)接收位置信息和/或基于从两个或更多个附近基站接收的信号的定时来确定其位置。应当理解，wtru 102可通过任何合适的位置确定方法来获取位置信息，同时保持与实施方案一致。
121.处理器118可进一步耦接到其他外围设备138，该外围设备可包括提供附加特征、功能和/或有线或无线连接的一个或多个软件和/或硬件模块。例如，外围设备138可包括加速度计、电子罗盘、卫星收发器、数字相机(用于照片和/或视频)、通用串行总线(usb)端口、振动设备、电视收发器、免提耳机、模块、频率调制(fm)无线电单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块、互联网浏览器、虚拟现实和/或增强现实(vr/ar)设备、活动跟踪器等。外围设备138可包括一个或多个传感器，传感器可以是以下中的一者或
多者：陀螺仪、加速度计、霍尔效应传感器、磁力计、定向传感器、接近传感器、温度传感器、时间传感器；地理位置传感器；测高计、光传感器、触摸传感器、磁力计、气压计、手势传感器、生物计量传感器和/或湿度传感器。
122.wtru 102可包括全双工无线电，针对全双工无线电的一些或全部信号(例如，与ul(例如，用于发射)和下行链路(例如，用于接收)的特定子帧相关联)的发射和接收可并发和/或同时。全双工无线电可包括干扰管理单元，其用于减小和/或基本上消除经由硬件(例如，节流)的自干扰或经由处理器(例如，单独的处理器(未示出)或经由处理器118)的信号处理。在一个实施方案中，wrtu 102可包括半双工无线电，针对半双工无线电的一些或全部信号(例如，与ul(例如，用于发射)或下行链路(例如，用于接收)的特定子帧相关联)的发射和接收可并发和/或同时。
123.鉴于图1a至图1b，以及图1a至图1b的对应描述，本文关于以下中的一者或多者描述的功能中的一者或多者或全部可由一个或多个模拟设备(未示出)执行：wtru 102a-102d、基站114a-114b和/或本文描述的任何其他设备。模拟设备可以是被配置为模拟本文所述的功能中的一者或多者或全部的一个或多个设备。例如，模拟设备可用于测试其他设备和/或模拟网络和/或wtru功能。
124.模拟设备可被设计成实现对实验室环境和/或操作者网络环境中的其他设备的一个或多个测试。例如，一个或多个模拟设备可执行一个或多个或全部功能，同时完全或部分地被实现和/或部署为有线和/或无线通信网络的一部分以便测试通信网络内的其他设备。一个或多个模拟设备可执行一个或多个或全部功能，同时临时被实现/部署为有线和/或无线通信网络的一部分。模拟设备可直接耦接到另一个设备以用于测试的目的和/或可使用空中无线通信来执行测试。
125.一个或多个模拟设备可执行一个或多个(包括全部)功能，同时不被实现/部署为有线和/或无线通信网络的一部分。例如，可在测试实验室和/或非部署(例如，测试)有线和/或无线通信网络中的测试场景中利用模拟设备以便执行对一个或多个部件的测试。一个或多个模拟设备可以是测试装备。经由rf电路(例如，其可包括一个或多个天线)的直接rf耦接和/或无线通信可由模拟设备用于发射和/或接收数据。
126.显示视觉信息当前主要例如通过使用简单显示器来实现，该显示器控制向所有方向发光的多个小像素的颜色和照度。关于此类显示器上的三维场景的信息通常表示为3d场景的单个2d图像投影。这可能不是观看3d场景的最佳方式。尽管存在改善视觉体验的多个显示器范例，但可取决于例如期望的应用而认为的是，最佳视觉体验由可根据位置和观看方向产生亮度和颜色的任何任意分布的显示器产生。此亮度分布通常称为光场(lf)或全光函数。如果以足够的准确度产生光场，则人类观看者可能不会注意到合成光场和真实光场之间的差异。
127.可使用多种不同的光学方法来创建光场显示器。这些方法包括例如电全息图、积分成像、视差屏障和光束重定向。在电全息图中，密集空间光调制器(slm)用于调节相干单色光，这产生光场作为波前。在积分成像中，微透镜阵列放置在2d显示器的前面。这将潜在显示器的分辨率分为空间域和角度域。在视差屏障方法中，使用静态针孔或狭缝的阵列来选择性地阻挡光。也可使用动态屏障，其通常用slm或多个堆叠的slm来实现。视差屏障显示器还可包括通过在slm上显示多个不同图案(通常称为帧)来进行的时间多路复用，使得帧
由于视觉的持久性而集成在一起。在光束重定向方法中，顺序扫描光束，同时调制其强度。此方法可例如利用定向背光来实现，该定向背光的强度由slm调制。对于一些实施方案，此类方法可通过具有与光束重定向方法组合的强度控制光束发生器的阵列来实现。
128.视觉辐辏调节冲突(vac)可以是从立体3d显示器移动到高角度分辨率光场系统的原因。高质量3d lf显示器可以能够在没有vac的情况下产生正确的眼睛会聚和视网膜聚焦提示两者。在许多立体多视点显示器中，图像点位于显示器的表面上，并且仅两个照明像素(对于每只眼睛有一个可见)用于表示3d点。此方法使用眼睛会聚来创建3d视觉效应，但此方法可能无法产生正确视网膜聚焦提示，因为发射的光场的角度密度可能不足够高。
129.能够提供正确聚焦提示的一种类型的3d显示器使用可在真实3d空间中产生3d图像的体积显示技术。3d图像的每个体素物理位于空间位置处，它被认为是在该空间位置处并且朝向观看者反射或发射来自该位置的光以在观看者的眼睛中形成真实图像。有关3d体积显示器的一些问题可以是低分辨率、大物理尺寸和昂贵的制造成本。这些问题可使它们太麻烦而无法在特殊情况(诸如产品显示器、博物馆、表演等)之外使用。能够提供正确视网膜聚焦提示的另一个类型的3d显示设备是全息显示器。全息显示器旨在重建从自然环境中的物体散射的全光波前。有关全息显示器的一个问题可以是缺乏可用于创建极详细波前的合适空间光调制器(slm)部件。
130.图2是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性观看环境的示意性平面图。图2示出了与产生视网膜聚焦提示的光场(lf)显示器218相关联的光发射角的示例性几何形状和3d内容的多个观看者202、204、206与单个显示面板218。单个3d显示器表面218可对于单个用户的眼睛生成两个不同视图以创建粗略3d感知效应。大脑使用这两个不同图像以基于三角测量方法和瞳孔间距离来计算距离。两个视图可投影成单个用户视角(sva)212。另外，lf显示器218可在单眼瞳孔内部投影两个不同的视图以提供正确视网膜聚焦提示。
131.对于光学设计目的，可围绕观看者的眼睛瞳孔确定“眼箱”宽度208，以用于确定其中可形成可视图像的空间体积。在lf显示器的情况下，两个部分重叠的视图被投影在眼箱角度(eba)214内，在特定观看距离216处由眼箱覆盖。如果显示器218旨在由从不同视角观看显示器218的多个观看者202、204、206使用，则相同3d内容的若干视图可投影到覆盖整个预期多用户视角(mva)210的所有观看者202、204、206。对于一些实施方案，光可投影到观看者202、204、206，使得对象似乎在显示器后面，并且这样的光似乎从虚拟对象点220发出。
132.对于一些实施方案，可利用多个投影光束来生成高质量lf显示器，该多个投影光束将体素形成为与显示器相距不同焦距。为了创建更高分辨率的图像，每个光束都非常好地利用窄直径来准直。此外，理想情况下，光束腰可定位在与光束交叉的位置相同的点处以避免与眼睛的聚焦提示矛盾。如果光束直径为大的，则在光束交叉中形成的体素可被成像到眼睛视网膜作为大点。大发散值意味着光束变得更宽，因为体素和眼睛之间的距离变得更小。当眼睛分辨率由于紧密距离而变得更好时，虚拟焦平面空间分辨率变得更差。
133.图3a是示出根据一些实施方案的没有任何光束发散引起的一个或多个几何因子的完美准直的示例性理想情况的图示。图3b是示出根据一些实施方案的由一个或多个几何因子引起的示例性光束发散的图示。图3c是示出根据一些实施方案的由一个或多个几何因子引起的示例性光束发散的图示。对于图3a的理想透镜，可实现的光束准直取决于两个几何因子：光源的尺寸和透镜的焦距。没有任何光束发散的完美准直304仅在其中单个彩色点
源(ps)302被精确定位成与理想正透镜相距焦距距离的理论情况下才可实现。在图3a中描绘了这种情况。不幸的是，所有现实光源具有某种表面区域，光从该表面区域发射从而使它们为扩展源(es)312、322。由于光源的每个点由透镜单独成像，因此总光束最终由一组准直子光束组成，这些准直子光束在透镜之后传播到稍微不同的方向。如图3a至图3c所示，当源增长成更大的时，总光束发散314、324增加。通常无法利用任何光学手段来避免这种几何因子，并且它是关于相对较大的光源导致光束发散的主导特征。
134.导致光束发散的另一个非几何特征是衍射。该术语是指当波(光)遇到障碍物或狭缝时发生的各种现象。衍射是光在光圈的拐角周围弯曲到几何阴影区域中。衍射效应可在所有成像系统中出现，并且即使具有能够平衡所有光学像差的完美透镜设计，也无法被移除。能够达到最高光学质量的透镜通常被称为“衍射限制的”，因为图像中剩余的大部分模糊来自衍射。可根据等式1的式计算可利用衍射限制透镜实现的角度分辨率：
[0135][0136]
其中λ是光的波长，并且d是透镜光圈的直径。从等式可看出，光的颜色(波长)和透镜光圈尺寸(进入观看者的瞳孔的光的直径)是对衍射量具有影响的唯一事物。
[0137]
图3d是示出根据一些实施方案的由衍射和第一光圈尺寸引起的示例性光束发散的图示。图3e是示出根据一些实施方案的由衍射和第二光圈尺寸引起的示例性光束发散的图示。图3f是示出根据一些实施方案的由衍射和第三光圈尺寸引起的示例性光束发散的图示。图3d至图3f示出了当透镜光圈尺寸332、342、352减小时光束发散如何增加的示意图。此效应实际上可配制成为成像光学器件设计中的一般规则：如果设计是衍射限制的，则提高分辨率的唯一方式是使光圈更大。衍射通常是关于相对较小的光源导致光束发散的主导特征。
[0138]
如图3a至图3c所示，扩展源的尺寸对可实现的光束发散具有大影响。源几何形状或空间分布实际上被映射到光束的角分布，并且该特性可在源透镜系统的所得“远场图案”中看到。在实践中，这种性质意味着如果准直透镜被定位成与源相距焦距，则实际上将源成像到与透镜相距的相对较大距离，并且可根据系统“放大比”确定图像的尺寸。在单个成像透镜的情况下，可通过将透镜和图像之间的距离除以源和透镜之间的距离来计算该放大比，如等式2所示：
[0139][0140]
图4a是示出根据一些实施方案的具有第一光学功率的示例性图像放大透镜的图示。图4b是示出根据一些实施方案的具有第二光学功率的示例性图像放大透镜的图示。图4c是示出根据一些实施方案的具有第三光学功率的示例性图像放大透镜的图示。图4a至图4c针对透镜和图像之间的三个不同距离406、436、466示出了等式2，从而随着距离406、436、466增加而产生更大图像408、438、468。如果源(具有固定高度402、432、462)和透镜之间的距离404、434、464是固定的，则可通过利用透镜曲率改变透镜的光学功率来实现不同的图像距离。但是当图像距离与透镜焦距相比变得越来越大时，透镜光学功率的变化变得越来越小，从而接近以下情况：透镜有效地将发射光准直成具有映射到角分布中的源的空间分布的光束，并且源图像在无聚焦的情况下形成。
[0141]
在平坦形状因子无护目镜3d显示器中，显示器投影透镜通常具有非常小的焦距以便实现平坦结构，并且来自单个显示器光学器件单元的光束被投影到相对较大的观看距离。这意味着当光束传播到观看者时，源以高放大率有效地成像。例如，如果源尺寸为50μm
×
50μm，投影透镜焦距为1mm，并且观看距离为1m，则放大比为1000∶1，并且源几何图像为50mm
×
50mm。这意味着单个光发射器仅利用在该50mm直径眼箱内的一只眼睛可被看到。
[0142]
对于放大比为1000∶1的透镜，如果源具有100μm的直径，则所得图像的宽度为100mm，并且相同像素可同时对两只眼睛可见，因为眼睛瞳孔之间的平均距离仅为64mm。在后一种情况下，没有形成立体3d图像，因为两只眼睛看到相同图像。此示例性计算示出了几何参数(如光源尺寸、透镜焦距和观看距离)如何彼此绑定。
[0143]
当光束从lf显示器像素投影时，发散致使光束扩展。这种效应不仅适用于从显示器朝向观看者发射的实际光束，而且适用于似乎在显示器后面发射的虚拟光束，从而会聚到靠近显示器表面的单个虚拟焦点。在多视点显示器的情况下，这种效应是良好事物，因为发散扩展了眼盒的尺寸，并且仅必须注意观看距离处的光束尺寸不超过两只眼睛之间的距离(因为那样将破坏立体效应)。然而，如果创建到显示器表面外的具有两个或更多个交叉光束的虚拟焦平面的体素，则利用光束可实现的空间分辨率随着发散的增加而变得更差。如果观看距离处的光束尺寸大于眼睛瞳孔的尺寸，则瞳孔成为整个光学系统的限制光圈。
[0144]
几何效应和衍射效应两者一致地工作，并且lf显示器像素设计可平衡几何效应和衍射效应以实现特定体素分辨率。这利用非常小的光源来强调，因为光学系统测量变得更接近光的波长，并且衍射效应开始主导性能。图5a至图5d示出了几何效应和衍射效应如何在一个和两个扩展源以固定放大率成像到固定距离的情况下一起工作。图5a至图5d示出了针对不同几何放大率和衍射效应的光源点尺寸。
[0145]
图5a是示出根据一些实施方案的示例性第一光源和透镜配置的图示。对于图5a的示例性结构，扩展源(es)502被定位成与放大透镜相距10cm的焦距504。穿过示例性透镜光圈506的光束被分开5cm。光束具有指示为gi 508的几何图像。光源具有由di 510指示的衍射图像高度。图5a示出了相对较小的透镜光圈尺寸506，并且几何图像(gi)508由模糊围绕，该模糊来自在使衍射图像(di)510更大时的衍射。
[0146]
图5b是示出根据一些实施方案的示例性第二光源和透镜配置的图示。对于图5b的示例性结构，两个扩展源(es1(522)和es2(524))被定位成与放大透镜相距10cm的焦距526。穿过示例性透镜光圈528的光束被分开5cm。光束生成分别利用高度gi1(530)和gi2(532)来指示的相应图像。每个光源具有分别由di1(534)和di2(536)指示的相应衍射图像高度。图5b示出了两个扩展源并排放置并用相同小光圈透镜成像的情况。即使两个源的gi 530、532分开，两个源图像也无法被解析，因为衍射图像重叠。在实践中，这将意味着光源尺寸的减小可能不会改善可实现的体素分辨率，因为所得的源图像尺寸可与两个单独光源相同，其中一个较大源覆盖两个单独发射器的区域。为了将两个源图像解析为单独像素/体素，可增加成像透镜的光圈尺寸。
[0147]
图5c是示出根据一些实施方案的示例性第三光源和透镜配置的图示。对于图5c的示例性结构，扩展源(es)542被定位成与放大透镜相距10cm的焦距544。穿过示例性透镜光圈546的光束被分开10cm。光束生成利用高度gi(548)来指示的图像。光源具有由di(550)指示的衍射指数。与图5a相比，距离gi(548)在两个图中是相同的，但图5c中的衍射图像高度
550小于图5a中的衍射图像高度550。图5c示出了与图5a和图5b相同的焦距透镜，但是较大光圈546用于对扩展源542进行成像。减小了衍射，并且衍射图像可仅略大于几何图像，该几何图像保持相同尺寸，因为放大率是固定的。
[0148]
图5d是示出根据一些实施方案的示例性第四光源和透镜配置的图示。对于图5d的示例性结构，两个扩展源(es1(564)和es2(562))被定位成与放大透镜相距10cm的焦距566。穿过示例性透镜光圈568的光束被分开10cm。光束生成分别利用高度gi1(570)和gi2(572)来指示的相应图像。每个光源具有分别由di1(574)和di2(576)指示的相应衍射图像高度。与图5b相比，距离gi1(570)和gi2(572)在两个图中是相同的，但图5d中的衍射图像高度574、576小于图5b中的衍射高度532、536。在图5d中，可解析两个点，因为衍射图像574、576不重叠，由此使得能够使用两种不同源并且改善体素网格的空间分辨率。
[0149]
具有水平和竖直视差的整体成像显示器将源阵列或像素化2d显示器的分辨率分成空间角度域，其强度可通过控制光束生成矩阵的单独发射器来单独控制。此类显示器可经受空间和角度分辨率之间的折衷；角度视图的总数乘以空间分辨率等于使用的光源或像素的数量。可关于空间光源密度和总空间范围进行附加的折衷。具有相同数量的像素或源的较小显示器或源矩阵具有较高的空间密度。
[0150]
图6a是示出根据一些实施方案的具有第一焦距的示例性多视点3d显示器结构的图示。图6b是示出根据一些实施方案的具有第二焦距的示例性多视点3d显示器结构的图示。图6c是示出根据一些实施方案的具有第三焦距的示例性多视点3d显示器结构的图示。
[0151]
作为光学设计挑战的示例，图6a和图6b出了两个整体成像多视点显示器情况，其中透镜片材放置在光发射器阵列的前面。在图6a和图6b的示例中，发射器的数量和尺寸是相同的。柱状透镜可被设计成具有相同的焦距(fl)602、632，其是透镜表面和源之间的距离。柱状透镜的光学器件可以能够创建多个良好准直光束，这些光束用于向不同观看方向显示多视点图像。两个示例性情况具有相同的视场(fov)606、636，但当图6b的结构具有覆盖具有五个示出视图638、640、642、644、646的五个源的较大透镜光圈634(而不是覆盖具有三个示出视图608、610、612的三个源的图6a的透镜光圈604)时，角度分辨率为较高的。然而，当光圈较大时，空间分辨率为较低的。
[0152]
可关于角度视图密度和总角度范围或fov进行折衷。通过增加微透镜和发射器之间的距离并相应地减少微透镜的光学功率，可增加角度视图密度，但降低了fov。此折衷在图6b和图6c中描绘的显示器光学器件系统中示出。两个结构均具有相同的透镜光圈尺寸674、634，并且两个结构能够针对每个投影仪单元产生五个不同视图光束638、640、642、644、646、678、680、682、684、686。但是当图6c的结构的光学器件具有较长fl672时，光束678、680、682、684、686被投影到较低的fov 676并且角度密度增加。
[0153]
对于窄fov，可使用眼睛或面部跟踪和视图转向以防止观看者逃离窄观看区。如所理解的，根据欧洲专利申请ep 3 273 302和美国专利9,869,969，此类观看窗口转向可用于避免受限制的空间-角度分辨率的问题。关于眼睛跟踪的视图转向的时间多路复用可用于获得针对观看者的两只眼睛的单独观看窗口。在视图角度密度不高并且单视图覆盖观看距离处的自然相对较大眼箱区域的情况下，可能不使用这种跟踪系统。然而，旨在实现超多视点(smv)状况的许多无护目镜设备针对每个眼睛瞳孔生成至少两个视图，并且许多此类设备通常可能需要此类高角度准确度，从而旨在跟踪系统可以是必要的。如果与观看者更靠
screen based on lcmpa)”，55：28 applied optics(2016)中讨论的。第一有源lc层可夹在例如包含电极的两个玻璃片材的之间。第二无源层在玻璃或聚合物衬底和聚合物微棱镜片材之间形成。利用有源lc层发起切换，该有源lc层在施加电压时在垂直于光传播的方向上使入射光束线性偏振扭曲90
°
。这种扭曲选择在系统的第二部分中使用双折射无源lc层的折射率中的哪一者。在转向系统的第一状态中，无源lc层和微棱镜聚合物材料之间的折射率差如此小，使得没有发生光弯曲，而在第二状态中，折射率差导致使光线在界面处弯曲到预定角度。该角度通常相当小(约1
°
)，但角度可例如通过在lc层之后添加全息光栅(根据mcmanamon)，或通过堆叠若干基于偏振的光束转向部件以使得可以达到例如
±
15
°
的角度(根据pct专利申请wo2011/014743)来增加。
[0158]
第一液晶显示器(lcd)在1960年代的晚期开发，这意味着显示器行业已经使用lc材料达数十年。在这种密集研究历史之后，材料特性和处理方法是非常众所周知的。基于lc的光束转向方法的主要优点是以下事实：部件可利用当前可用的制造技术和装备来相当容易地产生，从而使得可大量地达到低成本。针对起始光束转向不需要机械移动的事实也是有利于在未来3d显示器中使用此类技术的一个大因素，这些显示器目标是设备将需要为低成本的、使用简单的和稳健的消费者市场。这已经导致在公开的3d显示原型和专利中利用基于lc的光束转向部件，尽管尚未发布商业设备。技术的缺点是使用线性偏振光，这降低了系统的光学效率并增加功耗。然而，由于当前的lcd显示器已经是偏振依赖性系统，因此新转向部件可被更容易地集成，而无需效率的高成本。在使用可用于无偏振依赖性的光束转向的胆甾相lc(代替更常见的向列相晶体)时，还存在一些最近开发，如在shang x等人的“具有偏振无关的快速开关胆甾相液晶光束偏转器(fast switching cholesteric liquid crystal optical beam deflector with polarization independence)”，7(1)scientific reports 6492(2017年7月26日)中描述的，从而使得也可以基于例如oled或μled来增加显示面板的部件透射率。
[0159]
在自动立体3d显示器中使用lc部件的最简单方式之一是使用它们作为电可切换视差屏障，如理解为在美国专利9,664,914中描述的。当lc层被激活时，黑色光栅结构阻挡一些显示器像素观看方向，并且可向观看者的两只眼睛示出不同图像。在没有激活光栅的情况下，显示器用作正常2d显示器。lc层还可用于通过用电流来重新定向一些lc材料分子来形成密集像素矩阵的顶部上的柱状透镜，如被理解为在美国专利9,709,851中描述的。这需要特殊电极设计，但其也可用于在2d和3d模式之间切换，因为lc透镜将像素图像投影到不同观看方向。在后一模式中，可利用空间分辨率的成本来获得多个视图，因为仅空间多路复用用于创建多视点图像。在y-p.huang等人的“具有扫描多电极驱动液晶(med-lc)透镜的自动立体3d显示器(autostereoscopic 3d display with scanning multi-electrode driven liquid crystal(med-lc)lens)”；1：1 3d research 39-42(2010)中描述的一种提出的系统通过显示器表面来扫描电形成的柱状lc透镜，从而增加时间多路复用的可能性。在这种情况下，与扫描动作同步的像素可在单个扫描时间帧内被激活若干次，从而创建若干附加视图。也存在对混合系统的描述，其中在刚性聚合物透镜片材结构之前(如被理解为由pct专利申请wo2012/025786描述)或之后(期刊论文xiangyu zhang等人的“新型空间-时间多路复用多视点3d显示器(a novel spatio-temporal multiplexing multi-view 3d display)”，ieee conference on lasers and electro-optics pacificrim(cleo-pr)
(2017))使用光束转向lc元件，从而使得可以在由像素位置和透镜光学器件确定的方向之间创建附加角度观看方向。在这些情况下，在3d多视点显示器中，时间多路复用与空间多路复用一起有效地使用。相同的基于lc的光束转向屏幕部件也可以与多个投影仪类似的方式使用，如在期刊论文x.xia等人的“具有投影仪阵列和转向屏幕的时间复用多视点三维显示器(time-multiplexed multi-view three-dimensional display with projector array and steering screen)”，26：12 optics express 15528-538(2018)中描述的。除了光束角转向之外，电润湿单元(如被理解为在美国专利6,369,954和期刊论文k.mishra等人的“光流控透镜技术的最新进展(recent developments in optofluidic lens technology)”；7(6)micromachines 102(2016)中描述的)以及具有混合结构的基于lc的部件(如被理解为在美国专利7,408,601和9,709,829及pct专利申请中wo2016/135434中描述的)可用于在没有机械移动的情况下调整光束聚焦。这种电子聚焦调整可特别地用于头戴式设备中，使得立体3d显示器虚拟图像可移动到距眼睛的不同焦距，从而使得图像看起来更自然，如在g.love等人的“高速可切换透镜实现体积立体显示器的开发(high-speed switchable lens enables the development of a volumetric stereoscopic display)”，17(18)optics express 15716-725(2009)中描述的。光束聚焦调整也可通过调整投影图像聚焦表面的位置或形状来用于无护目镜3d显示器，如在n.matsuda等人的“聚焦表面显示器(focal surface displays)”；36(4)acm transactions on graphics 1-14；(2017)中描述的。在专利和制品中描述的许多情况下，聚焦调整直接改变整个投影图像。
[0160]
图7是示出根据一些实施方案的具有光线转向的示例性光场显示器的示意图。图7示出了具有多个可重新定向的光线簇发生器的示例性显示系统。对于一些实施方案，单个光线簇发生器可包括多个光发射器710、准直微透镜712和可电控棱镜714(诸如电润湿棱镜)。微透镜712将发射光准直成由棱镜714转向的光线簇706。单独光线的亮度由光发射器710控制。显示器702可经由在观看窗口708中观看的光线簇706生成光场704。
[0161]
图8a至图8b是示出根据一些实施方案的针对观看窗口的示例性光线簇的示意性平面图。为了创建光场，在显示器的前面的特定距离处围绕观看者面部、眼睛或眼睛瞳孔形成观看窗口。光线簇从所有显示器表面位置引导朝向该观看窗口，并且形成仅从观看窗口可见的光场。在观看窗口中，所检测的亮度取决于观看窗口上的位置和观看方向而变化。窗口可由单独光线撞击观看窗口的位置而离散化。然而，因为可能难以确切地确定光线撞击的位置，因此相邻视图可被混合。该问题在图8a至图8b中示出。在图8a中，光线簇正确地从显示器802朝向预定义位置瞄准，其由观看窗口(眼箱)804表示。在图8b中，由于不准确的瞄准，来自显示器852的不同部分的光线簇略微偏移，从而致使视图在眼箱854处混合。图8a示出了示例性期望的光束对准，并且图8b示出了未校准的光束对准。
[0162]
此lf显示器可被视为分层结构，使得光线簇发生器后面的光发射器是2d显示单元的部分，准直透镜是微透镜阵列的部分，并且棱镜是较大光线转向层(rsl)的部分。关于该视点，如本文根据一些实施方案所用，2d显示单元将被称为发光层，并且微透镜阵列将称为准直层。
[0163]
通过为表面上的每个位置(x，y)和每个观看方向(θ，φ)给出照度或类似量，可在指定表面上对光场进行参数化。此过程将被称为光场的xyθφ参数化。表面通常将是观看窗口或显示器表面。如果xyθφ参数化的光场经受利用矩形采样点阵的离散化，则每个离散点
可被认为覆盖4d矩形域，其方式类似于2d显示器中的像素覆盖2d矩形的方式。来自空间方向和角度方向上的离散化的所得域分别被称为角度和空间域。
[0164]
图9是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性校准的示意图。图9示出了示例性光场显示器系统的示意图，该示例性光场显示器系统基于利用所呈现的光线瞄准方法的观看者跟踪、光束转向和连续图像校准。显示器902被分成能够朝向在观看者910的眼睛前方创建的观看窗口908引导光束簇的投影仪单元的矩阵。光在显示器结构内从小的可单独寻址的发射器(如μled或像素化oled)发射。相同层可包含交错光传感器，诸如有机印刷光传感器元件的光电二极管。具有束准直结构和光线转向元件的光学层用于将形成跟踪光束点906的lf图像投影到观看窗口908。刚性光学件可以是例如聚合物微透镜和棱镜片材，并且光线转向可以是例如电润湿微棱镜或基于lc的转向元件。具有光束投影904的集成眼睛跟踪模块可包括在设备中以跟踪观看者910的眼睛移动。
[0165]
对于一些实施方案，对位置和/或距离的观看者眼镜跟踪以及校准和跟踪照明光束点图案可使得能够使用在空间上分布并与显示器的照明元件共同定位的低分辨率校准传感器。对于一些实施方案，设备可确定观看者的观看窗口；呈现将针对观看窗口显示的光场图像；以及通过光场显示器来显示所呈现的光场图像。可使用眼睛跟踪过程来确定3d空间中的观看窗口位置，该眼睛跟踪过程可包括例如一个或多个发光元件、一个或多个图像传感器(诸如图像检测器)、一个或多个计算机处理器，以及用于控制利用发光元件来投影光、从图像传感器读取图像传感器数据和处理传感器数据的一个或多个软件功能。对于一些实施方案，此过程包括相机和独立的跟踪光束投影单元，其用于将校准点到达观看窗内的观看者面部区域。光电投影仪单元可以是例如聚合物或玻璃透镜和led或激光二极管。当向光敏部件通过单独的投影仪单元光学器件对该公共校准点进行成像时，可针对光线转向和lf图像两者确定误差校正信号。对于一些实施方案，光路是lf图像光束和校准测量信号两者共同的。这使得可以将3d图像呈现和投影到恰好正确方向，并且图像光束可利用直接反馈信号来连续校准到显示器的每个光束投影单元。跟踪系统检测所有三个空间坐标中的观看者位置，这些空间坐标用作图像呈现的输入数据。对于一些实施方案，将光束点投影在观看者上可包括：将估计反射位置确定为观看者的眼睛位置上方的偏移；以及投影光束点以在估计反射位置处从观看者反射。
[0166]
图10是示出根据一些实施方案的发光层和观看窗口位置之间的示例性对应关系的示意性平面图。可在发光层和观看窗口上的位置之间建立直接对应关系。如图10所描绘，左侧图示的发光层上的亮发射器点被成像到右侧图示的观看窗口上的对应点，反之亦然。发光层位置坐标x1(1002)与观看窗口位置x2(1004)通过等式3大致相关：
[0167]
h1x2≈-h2x1ꢀꢀꢀ
等式3
[0168]
变量h1(1006)是焦距。变量h2(1008)是观看距离。发光层位置和观看窗位置之间的这种对应关系可用于瞄准lf图像光线簇。
[0169]
对于一些实施方案，3d光场显示器包括具有窄可转向光线簇的整体成像光学系统。在每个光线簇生成结构内，一个或多个光电检测器元件可与显示器的发光元件交织。对于一些实施方案，具有相机和跟踪光束发生器的附加眼睛跟踪系统可用于检测观看者位置并且用校准点或图案来照明观看者面部的选定部分。对于一些实施方案，光检测器与显示器集成以测量校准点光的多少被反射并成像到其上。跟踪光束可扫描多个点以收集更多数
据。使用所收集的数据，可确定光线簇瞄准的真实位置。例如，可使用此数据来校正lf图像光线簇的瞄准并且校准例如光度值。
[0170]
具有准确瞄准的光线转向显示器可产生非常高的角度分辨率光场，从而提供例如眼睛的瞳孔内的多个视图。这种高瞄准准确度可能难以在没有主动校准的情况下实现，因为许多光学元件的特性易受误差源的影响，诸如制造中的未对准以及当显示器使用时的振动和/或温度变化。所呈现的主动校准方法可补偿这些误差源并且使得能够实现更高的角度分辨率。
[0171]
对于一些实施方案，光线转向显示器可使用光线簇来创建高分辨率lf图像。每个光线簇包含显示不同视图图像的体素的一组光线。一个簇内的光束可利用小且准确定位的发射器矩阵来彼此非常准确地对准。由于一个矩阵内的单独源通过具有单个光束转向部件的相同投影单元光学器件成像，因此可在簇内部实现非常高的角度分辨率。基于光束转向的许多其他显示器使用单光束显示器投影单元，如被理解为在美国专利9,207,459、美国专利申请2014/0035959和期刊论文jungmok中描述的。
[0172]
主动校准方法可用于降低高质量3d显示器的制造成本。因为校准在使用期间执行，所以在制造期间存在较少的单独设备测量和初始校准。主动校准方法还允许部件组装中的较宽松容差，因为光束主动被转向并且可用于补偿未对准。对于一些实施方案，所描述的过程中涉及的步骤非常快速，从而允许在对于观看者而言不可检测到的时间段内显示校准，并且允许在使用期间主动校准设备。主动校准使得能够调整图像以用于非常好质量的3d观看体验。
[0173]
图11是示出具有示例性光线转向层(rsl)的示例性光场成像显示器的示意性平面图。由于每个像素方法的单个光束1110，许多光束转向lf显示器在角度分辨率和空间分辨率方面受到限制。利用此类系统来实现高角度分辨率和空间分辨率会对于每个投影仪使用光学发射器的密集阵列，从而对于每个显示器投影仪单元产生多个光束。此类显示器使用与来自显示器的不同区域和具有紧密容差的复杂光学组件的对于每个眼睛瞳孔的多个视图的紧密控制和协调的光束对准。另外，有关窄的、高密度光束的传统光学挑战需要在多个投影仪内和跨越多个投影仪进行协调，以基于特定观看者的眼睛进行对准和照度水平校正，诸如相对于显示器表面的距离和角度。
[0174]
考虑到足够高的角度分辨率，视图转向系统可将多个视图放置观看者的瞳孔内，从而给出眼睛正确的单眼聚焦提示。作为示例，图11描绘了配备有附加光线转向层(rsl)1108的具有非常窄fov的整体成像系统，其将一组准直光束朝向观看者1114的眼睛转向。对于每个单元的一个光发射器1102可由挡板1104分离。光束可朝向光束准直器层1106和光线转向层1108发射以生成示例性单个光束1110。光束簇具有非常窄的fov，这意味着角度分辨率可能非常高，并且光束簇(其可以是单个宽光束1116)从3dlf显示器1112的不同部分以不同转向角(sa)1118、1120转向观看者1114的眼睛。这种类型的系统可以非常高的准确度使视图转向，因为甚至光线方向的轻微变化也可致使窄角度域混合。
[0175]
图12是示出根据一些实施方案的具有另一个示例性光线转向层(rsl)的示例性光场显示器的示意性平面图。图12示出了具有光束簇转向的示例性高角度分辨率3d lf显示器1212。对于一些实施方案，发光元件1202(例如，示例性发射器(在图12中出于解释目的示出了七个))的阵列发射光束。光束的簇由挡板1204粗略地准直。粗略准直光束簇穿过光束
准直器层1206以便被更精细地准直。精细准直的光束由光线转向层1208转向以产生转向的光束簇1210。图12示出了瞄准观看者1214的眼睛的两个相应示例性窄光束簇1216的示例性转向角sa1(1218)和sa2(1220)。
[0176]
对于一些实施方案，示例性装置可包括多个投影仪单元的矩阵。每个投影仪单元可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，该准直光学元件定位在发光元件中的一者或多者和光束转向元件之间。多个发光元件和光束转向元件可被配置为形成同步复合光束，该同步复合光束包括从投影仪单元的多个发光元件中的一者或多者发射，穿过投影仪单元的准直光学元件，并且由投影仪单元的光束转向元件(诸如光线转向层的一部分)转向的光。对于一些实施方案，转向角(诸如示例性sa1和sa2)可由光线转向层的一部分调整。对于一些实施方案，装置的光线转向层和相关联部分可被配置为使用校准光束来进行连续校准，诸如使用图17中描述的过程。对于一些实施方案，设备可包括光学结构、处理器和存储指令的非暂时性计算机可读介质，该指令在由处理器执行时可操作以与光学结构协作地执行由设备执行的过程的一部分。对于一些实施方案，设备可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，该准直光学元件定位在发光元件中的一者或多者和光束转向元件之间，其中多个发光元件和光束转向元件可被配置为形成同步复合光束，该同步复合光束包括从多个发光元件中的一者或多者发射，穿过准直光学元件，并且由光束转向元件转向的光。
[0177]
图13是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性校准的示意性平面图。对于一些实施方案，图13示出了集成和连续校准的显示器/光学器件系统的使用，该系统使用与3d lf显示器1314和系统的lf图像投影相同的光路来投影校准图案并且分析所接收的校准图案图像。对于一些实施方案，跟踪模块或过程1316(其可包括例如一个或多个发光元件1304、一个或多个图像传感器(诸如图像检测器)、一个或多个计算机处理器，以及用于控制利用发光元件1304来投影光、从图像传感器读取图像传感器数据和处理传感器数据的一个或多个软件功能)可生成跟踪光束1324，该跟踪光束在观看者1318上创建校准点1326。校准点1326作为反射校准光束(或信号)1312、1322从观看者反射。反射校准光束1312、1322可遵循与由光发射器元件1304的阵列投影的lf图像光束簇1310相同的路径。光发射器发射由光束准直器层1306准直并由光线转向层1308转向的光束以将lf图像光束簇投影在观看者1318处。反射校准光束1312、1322可由关于光发射器元件1304以多种图案分布的光传感器1302检测。图21a和图21b描述了光传感器的一些示例性分布图案。可使用光传感器1302来进行对反射校准光束(诸如颜色、角度、位置、焦深和强度)的测量。
[0178]
对于一些实施方案，光显示器结构可执行一种过程，该过程包括基于所呈现图像的颜色、角度、焦深和强度中的至少一者经由经协调的对发光元件阵列和可控制光线转向层的控制输入的空间-时间改变来生成多个光束或子光束。对于一些实施方案，一个或多个光发射器元件的阵列可用于生成多个光束或子光束。对于一些实施方案，反射校准光束的测量值可用于调整投影光束的颜色、角度、焦深和/或强度，该投影光束可用于呈现图像。对于一些实施方案，光图像显示器结构包括对应于相应发光元件的多个光束转向元件。对于一些实施方案，可改变到发光元件阵列和光线转向阵列的控制输入，使得控制输入的改变被协调以引起对所呈现图像的颜色、角度、焦深或强度中的至少一者的空间-时间改变。
[0179]
图14是示出根据一些实施方案的光场显示器的示例性校准方法的示意性平面图。
图14示出了用于瞄准光线簇并校准显示器1414的示例性装置。发光层具有示例性像素，该像素具有光发射器1404和光传感器1402两者的能力。光束由光发射器1404发射，由光束准直器层1406准直，并且由光线转向层1408转向以生成lf图像光束簇1410。眼睛跟踪结构可用于确定观看者1418的位置。由跟踪模块1416生成的良好准直跟踪光束1424用于照明观看者面部区域上的小校准点1426。对于一些实施方案，校准点1426可以是针对光线发生器中的每一者成像到观看者1418上并且朝向光发射和感测层反射的公共点。可诸如通过从反射图像数据中提取测量值来确定反射点1426的位置。取决于校准点1426在观看者1418上放置的位置以及投影lf图像光束簇瞄准的位置，可计算光发射和感测层上的校准点1418的最佳位置。基于反射校准信号1412、1422的测量值，可将这种最佳位置与实际检测的位置进行比较，并且可由光线转向层1408施加校正以减少该差异。可基于反射校准点信号1422来校准投影lf图像光度值，并且可进行校正以处理由光学部件缺陷引起的小误差。
[0180]
对于一些实施方案，光束转向元件中的至少一者(诸如光线转向层的一部分)被配置为使多个光束(其可以是光场图像光束簇)同时转向。对于一些实施方案，跟踪过程可被配置为生成用于调整图像显示参数的跟踪光束。跟踪过程可用于执行上述校准方法的一部分。对于一些实施方案，lf显示器结构可包括：多个显示器像素；多个光束转向元件；准直层，该准直层包括定位在发光元件中的一者和光束转向元件中的一者之间的一个或多个准直元件；和跟踪光束过程，该跟踪光束过程被配置为生成校准跟踪光束点。对于一些实施方案，lf显示器结构可包括：投影仪单元的矩阵，每个投影仪单元包括被配置为生成包括多个子光束的光束的可控制发光元件阵列；和光学元件堆叠，该光学元件堆叠可包括：准直光学层；和可控制光线转向层，该可控制光线转向层被配置为改变通过的光束的投影角。对于一些实施方案，lf显示器结构可基于所呈现图像的颜色、角度、焦深和强度中的至少一者经由经协调的对发光元件阵列和可控制光线转向层的控制输入的空间-时间改变来生成多个子光束。对于一些实施方案，lf显示器结构可包括投影仪单元的矩阵。每个投影仪单元可包括：可控制发光元件阵列，该可控制发光元件阵列被配置为生成光束；和光学元件堆叠，该光学元件堆叠包括：准直光学层；和可控制光线转向层，该可控制光线转向层被配置为改变通过的光束的投影角。
[0181]
对于一些实施方案，投影仪单元可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，该准直光学元件定位在发光元件中的一者或多者和光束转向元件之间，其中多个发光元件和光束转向元件被配置为形成同步复合光束，该同步复合光束包括从多个发光元件中的一者或多者发射，穿过准直光学元件，并且由光束转向元件转向的光。对于一些实施方案，光场显示器结构可包括一个或多个投影仪单元的矩阵。对于一些实施方案，光束转向元件可以是光束转向元件的阵列的一部分，诸如光线转向层。对于一些实施方案，设备可包括光学结构、处理器和存储指令的非暂时性计算机可读介质，该指令在由处理器执行时可操作以与光学结构协作地执行由设备执行的过程的一部分。对于一些实施方案，设备可包括：多个显示器像素；光束准直器层；多个光束转向元件；跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成跟踪光束；和多个传感器，该多个传感器被配置为检测跟踪光束的反射。
[0182]
图15是示出根据一些实施方案的示例性光场显示器系统的接口图。对于一些实施方案，在图15中示出了光场显示器结构的控制器1502。控制器1502连接到显示器的子部件
和显示器的用户1508。对于一些实施方案，用户1508可包括控制输出显示设置和显示的图像的一个或多个过程。对于一些实施方案，用户1508可包括计算机应用程序(诸如膝上型计算机或智能电话应用程序)，并且控制器1502可包括被配置为执行一个或多个功能和过程的一个或多个处理器。对于一些实施方案，控制器1502从眼睛跟踪相机系统(其可包括相机系统1504)接收成像输入数据。光感测层1506(其可包括光传感器的阵列)可向控制器1502发送输入信号(其可包括指示例如颜色、角度、焦距和强度的数据)。用户应用程序可向控制器1502发送用户输入(诸如关于要呈现的输入光场图像的偏好)。对于一些实施方案，控制器单元1502输出控制信号以控制跟踪/校准光束发生器1510、光线转向层(rsl)1512和发光层(lel)1514。
[0183]
对于一些实施方案，传感器可被配置为跟踪观看者的眼睛位置。此类传感器可以是跟踪光束发生器1510的一部分。对于一些实施方案，眼睛跟踪过程可被配置为跟踪观看者(用户1508)的眼睛位置。眼睛跟踪过程可包括与发光元件和成像传感器和/或光检测器接口连接的软件功能。对于一些实施方案，可使用图像校正参数来调整光场图像的强度水平(其可例如根据光感测层输入信号来确定)。对于一些实施方案，光场显示器结构可包括：跟踪光束发生器1510，该跟踪光束发生器被配置为生成跟踪光束；和观看者照明水平传感器，该观看者照明水平传感器被配置为感测观看者的照明水平，使得可控制发光元件阵列中的至少一者被配置为改变基于在相应投影仪单元的活动时段期间感测到的照明水平来生成的光束的强度。对于一些实施方案，相机系统1504可包括眼睛跟踪传感器。对于一些实施方案，眼睛跟踪传感器可以是相机。
[0184]
图16是示出根据一些实施方案的示例性显示控制器过程周期的流程图。对于一些实施方案，校准方法可包括检测1602光场显示器前面的观看者(诸如通过从由跟踪相机系统生成的图像数据中检测观看者的图像)。对于一些实施方案，校准方法可包括创建1604扫描计划以生成观看者的观看窗口。对于一些实施方案，扫描计划可包括指示光束转向方向如何针对显示周期改变的扫描图案。扫描计划可指示每个光束转向元件(包括跟踪光束发生器转向系统)如何针对显示周期改变。
[0185]
对于一些实施方案，扫描计划可包括大致生成期望扫描图案的扫描图案信号的初始值集。例如在电润湿棱镜的情况下，这些扫描图案信号可指示电润湿单元中的电极的电压。初始值可基于例如转向元件的功能的理论模型。对于一些实施方案，扫描图案是以周期性时间间隔或时间帧给出的转向方向。在每个时间帧内，对于一些实施方案，转向方向可以是恒定的。扫描所花费的总时间可足够小，使得观看者的视觉系统由于视觉持久性而看到平均光场。
[0186]
对于一些实施方案，可校准1606跟踪光束扫描图案。显示器控制器过程周期可包括校准1608光线转向层(rsl)扫描图案。显示器控制器过程周期可包括呈现1610光场并更新1612观看窗口。对于一些实施方案，显示器控制器过程周期可连续重复，从而循环回到校准跟踪光束扫描图案并继续。
[0187]
对于一些实施方案，光线转向层可被配置为使用通过装置的显示器光学器件成像并由光传感器元件记录的校准光束来校准。校准光束可从观看者反射并遵循类似于由光发射器元件阵列投影的光束的路径。对于一些实施方案，光场显示器结构可包括：跟踪过程，该跟踪过程被配置为跟踪观看者移动调整；和光图像显示器结构，该光图像显示器结构被
配置为使用观看者移动调整来显示光场图像。对于一些实施方案，可通过跟踪反射校准光束的移动来跟踪观看者移动。
[0188]
对于一些实施方案，可将示例性扫描图案总工作周期时间设置为16μs，并且工作周期可被分成四个时间帧，每个时间帧具有4μs的长度。当然，可使用其他时间。在第一时间帧期间，可将跟踪光束瞄准到观看者的右眼上方的点，并且光线转向层(rsl)中的光束转向以右眼为目标。对于第二帧，可将跟踪光束瞄准右眼下方，并且rsl可保持在与第一帧相同的位置。在第三时间帧期间，可将跟踪光束瞄准观看者的左眼上方，并且rsl以左眼为目标。在第四时间帧期间，跟踪光束可移动到左眼下方的点，并且可将rsl瞄准左眼。此扫描图案使得rsl能够在两只眼睛前面生成观看窗口，并且跟踪光束发生器可为生成的观看窗口提供两个校准点。
[0189]
对于一些实施方案，在控制器已创建扫描计划之后，显示器结构可重复执行多个扫描计划任务。这些扫描计划任务可包括校准跟踪光束扫描图案、校准rsl扫描图案、呈现光场，以及更新观看窗口。对于一些实施方案，可从工作周期中省略这些任务，例如如果未检测到未对准或者如果显示器结构确定保持状态，例如，如果观看者尚未移动和/或所示的lf图像是静止图像。这些扫描计划任务可以任何顺序、任何次数进行，并且对于一些实施方案可并行进行。
[0190]
校准跟踪光束发生器的扫描图案可用于利用显示器跟踪光束发生器本身来检测、测量和/或校正误差，例如如果光束发生器由于施加到显示器的机械应力或撞击而未对准。例如，可在每次显示器启动时进行此任务，或者可在显示器的使用期间以规则间隔进行此任务。对于一些实施方案，控制器根据转向计划向跟踪光束发生器发送信号，并且根据由跟踪相机系统提供的数据记录所得的扫描图案。可将所得的扫描图案与期望的扫描图案进行比较，并且可将校正应用于信号以校准扫描图案。
[0191]
校准rsl扫描图案可被重复，并且可包括rsl中的光线转向元件中的每一者或光线转向元件的一部分。为了校准rsl扫描图案，如果跟踪光束处于可见光范围内并且存在显示器光感测层(lsl)可充有来自图像形成光束的杂散光的风险，则可关断发光层(lel)中的光发射器。对于一些实施方案，如果跟踪光束由近红外(nir)光制成并且lsl元件具有阻挡可见光的带通滤波器，lel可保持有效。控制器向rsl发送扫描计划中指示的扫描计划信号，并且跟踪光束发生器使用lsl来检测校准点在lsl上投影的位置。在一些实施方案中，如果完美地执行扫描计划，则控制器计算校准点可被最佳投影的位置。可将最佳位置与实际位置进行比较，并且为了使该误差最小化，可对发送到rsl的信号应用校正。
[0192]
为了呈现光场，控制器可从用户检索光场图像数据。对于一些实施方案，控制器单元可计算在每个时间帧期间的lel中的每个发光元件的颜色和/或强度值。对于每个时间帧和发光元件，确定预期针对相应元件发射光的方向。该方向可以是扫描计划中指示的方向，或者如果存在关于rsl的实际转向方向的可用数据，则方向可以是校正的方向。可对期望的光场进行采样以确定针对预期发射方向的颜色和/或强度值。对于每个时间帧，可确定颜色和/或强度值。显示器可将扫描信号发送到rsl，并且显示器结构可使用所计算的数据来调制lel发射。观看者可看到所呈现的光场图像。
[0193]
为了更新观看窗口，控制器单元可确定观看者的位置，并且可更新扫描计划以覆盖新的观看窗口。控制器可类似于之前那样调整扫描信号，或者控制器可使用来自先前校
准运行的累积数据来生成更准确的初始值集。如果观看窗口尚未移位很多并且校准校正不会非常不同于先前计算情况，则先前校准数据可为足够准确的。
[0194]
图17是示出根据一些实施方案的用于校准的另一个示例性过程的流程图。对于一些实施方案，可使用示例性校准过程来处理每个投影仪单元的低密度的传感器元件。校准过程可与例如颜色滤波、校准点尺寸的测量和/或强度水平的测量一起使用以减小环境噪声滤波的量。对于一些实施方案，可调整校准点的位置以在任何时间点由每个投影仪单元可见。
[0195]
图17示出了示例性lf显示器校准过程的流程图。对于一些实施方案，眼睛跟踪相机可检测1702观看者位置并控制跟踪过程以将两个跟踪光束投影1704到一个或多个面部目标区域(诸如每个眼睛上方)，该面部目标区域可以是预定的。相机可检测1706相对于观看者的眼睛的实际点位置，并且可将校正(或反馈)信号发送到跟踪光束投影仪。此反馈回路确保：如果观看者移动，则校准点相对于观看者的眼睛保持在正确位置。如果已经检测1706粗略观看者眼睛位置，则可制定1708每个光束投影仪单元的显示光束转向部件的初始设置。可呈现初始光场图像并将其配合1712到眼睛周围的观看窗口(诸如图9所示的观看窗口)。可相对于初始lf图像计算每个光线发生器单元的理想校准点图像位置和辐照度值。对于一些实施方案，集成到每个光束投影单元中的校准点传感器可检测1710实际反射点位置和辐照度值。对于一些实施方案，可利用lf图像数据来估计1714校准点位置。可比较1716这两个数据集(例如，实际反射校准点位置对比估计反射校准点位置；或实际反射校准点位置对比一些实施方案的“理想”反射校准点位置)，并且可针对显示器中的每个光束投影单元的光线转向和lf图像校准计算校正信号矩阵。对于一些实施方案，可利用所检测的点信息来校准1718lf图像(例如，接收的lf图像数据)。如果校准了lf图像，则可针对每个投影仪单元以经校正的转向参数将lf图像投影1720到观看窗口，诸如通过激活和调整经校正的发射器像素。对于一些实施方案，跟踪和显示子系统可作为独立过程并行运行，其中跟踪子系统将更新信号发送到显示子系统而不会中断图像呈现和投影过程。
[0196]
对于一些实施方案，校准过程可包括检测观看者的眼睛位置，其中估计反射校准点的位置可基于所检测的观看者的眼睛位置。对于一些实施方案，对从观看者反射的校准点的估计位置和实际位置的比较可包括确定从观看者反射的校准点的估计位置和实际位置之间的校准空间偏移，并且呈现光场图像可包括使用校准空间偏移来调整要显示的光场图像的位置。
[0197]
对于一些实施方案，确定观看者的观看窗口可使用校准空间偏移来调整观看窗口的位置。对于一些实施方案，校准过程可包括：确定第一用户的眼睛的相对位置；投影校准光束以拦截在第一用户的投影区域内，该投影区域包括能够被显示装置的每个投影仪单元作为目标并检测到的区域；通过用于显示器照明的相应光路，针对每个投影仪单元接收反射的校准光束作为反射校准图像；针对每个投影仪单元测量所接收的校准图像的空间偏移；以及响应于针对每个投影仪单元的所接收的校准图像的所测量的空间偏移，针对相应投影仪单元对相应投影角度进行校准调整。对于一些实施方案，光场显示器结构可被配置为使用投影在观看者的面部上的校准光束来进行校准，该校准光束与观看者的眼睛位置相对于光场显示器结构的显示器的移动协调。
[0198]
对于一些实施方案，校准方法可使用可从显示器外部检测的跟踪光束。可从显微
镜外部检测单独投影仪单元内的集成显示器传感器像素，因为检测器表面可通过透明光束转向元件可见。对于一些实施方案，由光场显示器结构使用的若干有源光电模块可组装在一起并同步。因为校准方法允许在使用期间校准单独显示器投影单元，所以配合在一起的模块上的机械容差可更大。
[0199]
对于一些实施方案，确定图像校正参数可包括：确定从观看者反射的光束点的估计位置和实际位置之间的空间偏移；以及根据对应于空间偏移的角度量来改变光线转向元件的转向角。从观看者反射的光束点可以是投影在观看者面部上并从观看者反射的校准光束。
[0200]
图18是示出根据一些实施方案的用于校准的另一示例性过程的流程图。对于一些实施方案，可针对使用时变光场的光线转向显示器执行校准过程。显示器以称为帧频率的周期性速率更新光场。这些更新之间的间隔将被称为帧。每个帧被分成多个较小的时间段，称为子帧。每个子帧具有相等长度。对于一些实施方案，在每个子帧开始时，显示器更新例如光线转向层(rsl)中的光线转向元件的转向方向、校准点位置和发光层(lel)中的光发射器的发射率。对于一些实施方案，每个子帧的总长度被设置为比光线转向元件达到稳定所花费的时间长得多，因此显示器使子帧的大部分处于稳定状态。对于一些实施方案，红外光束(诸如nir光束)用于校准。
[0201]
示例性校准过程可使用由跟踪相机系统提供的数据来确定或检测1802观看者的位置。过程选择1804围绕观看者眼睛的观看窗口区域，并且为rsl创建1806转向计划(例如，通过确定用于跟踪光束和rsl的扫描信号)。通过调制lel，可生成光场，该光场由观看者通过观看窗口进行查看而可见。
[0202]
对于一些实施方案，转向计划包括扫描图案和扫描信号。扫描图案可包括针对每个子帧的rsl中的转向元件的转向方向，以及跟踪光束发生器的转向方向。扫描信号可包括可用于生成rsl和跟踪光束发生器的扫描图案的信号。对于一些实施方案，扫描信号是可用于产生rsl和跟踪光束发生器两者的正确扫描图案的信号的近似值。
[0203]
对于一些实施方案，显示器获得1808要从用户投影的目标光场，该用户是例如lf图像呈现引擎。显示器可执行迭代循环，该迭代循环在所有子帧上迭代。对于一些实施方案，对于迭代循环的第一循环，将当前子帧索引设置为1810到1。在迭代循环的每个循环期间，显示器确定1812与特定子帧相关联的发光元件的正确光发射率值。对于每个子帧，可对与子帧相关联的发光元件所生成的光场的一部分进行采样以确定相关联的发光元件的光发射率是否正确。对于一些实施方案，在完成采样时，显示器结构等待1814同步时钟“瞬间”(其可以是以子帧频率生成脉冲的周期性脉冲信号)。
[0204]
在接收到同步时钟“瞬间”之后，显示器可将转向计划中指定的信号发送1816到rsl和跟踪光束发生器。显示器还可设置与子帧相关联的每个光发射器的光发射率值。显示器等待1818小稳定时间以使rsl和跟踪光束发生器稳定，在此之后显示器测量1820和记录lsl的光敏元件的入射红外光强度值并且确定将用于发送到rsl的信号的校准量。显示器还可基于来自相机系统的图像数据来确定校准点是否处于正确位置。在完成与特定子帧相关联的任务之后，显示器通过将1822当前子帧与最后子帧索引值进行比较来开始准备下一个子帧。如果当前子帧不是最后子帧，则使当前子帧索引递1824增1并且迭代循环重复。否则，利用跟踪相机来检测1826观看者位置。确定1828观看者位置变化的量。如果观看者位置已
改变太多(例如，观看者位置变化超过阈值)，则选择1804观看窗口以及针对跟踪光束和rsl的扫描图案。否则，基于从最后运行获得的数据将校正1830应用于lf图像以及针对校准光束和rsl的扫描信号，并且从用户获得1808待呈现的lf图像。
[0205]
在显示器已经在所有子帧上迭代之后，跟踪相机再次检测观看者位置，并且将数据与先前检测的位置进行比较。如果位置已经改变太多从而使得观看窗口不再处于眼睛上方，如果校准点位于不良位置，或者如果校准点远离最佳位置移动超过阈值，则过程可重新启动以确定观看窗口以及针对跟踪光束和rsl的扫描图案，并且确定针对跟踪光束和rsl的扫描信号。如果观看者位置保持几乎相同，则显示器可基于在先前扫描期间获得的数据对跟踪光束和rsl信号应用校正。
[0206]
对于一些实施方案，光场显示器结构可执行包括以下的过程：在投影仪单元的活动时段期间用照明光束来照明观看者；在投影仪单元的活动时段期间检测照明光束；利用所述投影仪单元生成一定强度水平的光束；以及基于所检测的照明光束来调整强度水平。对于一些实施方案，可针对对应于发光设备的子帧执行以下操作：投影校准点、估计反射校准点的位置、检测反射校准点的实际位置，以及确定图像校正参数。
[0207]
对于一些实施方案，调整由发光元件投影的光束的强度水平可包括：确定在观看者上照明的照明光束的所检测的反射的强度水平；确定照明光束的所检测的反射的强度水平和在观看者上照明的照明光束的强度水平之间的强度水平偏移；以及根据与强度水平偏移成比例的量调整由发光元件投影的光束的强度水平。对于一些实施方案，可控制发光元件阵列可被配置为改变根据与在对应于可控制发光元件阵列的相应投影仪单元的活动时段期间检测的强度水平成比例的量而生成的光束的强度水平。
[0208]
图19是示出根据一些实施方案的可用于扫描观看窗口的示例性光发射器图案的图示。对于一些实施方案，光发射和感测层中的每个像素具有一个或多个发光元件。具有更多发光元件允许覆盖观看窗口的更大区域和/或允许在一个循环中对观看窗口进行更密集的采样。如果不能在一个循环中覆盖整个观看窗口，则可使用rsl的时间多路复用来增加覆盖范围，这可使用快速rsl。观看窗口可以是例如在观看者面部或眼睛前面的矩形或圆形形状。观看窗口还可包括各自放置在观看者的眼睛前面的两个独立区域。如果存在多个观看者，则观看窗口可包括甚至更多的独立区域。
[0209]
在图19中示出了一些示例性观看窗扫描图案。在左侧示例性图案中，不使用时间多路复用帧，并且观看窗口1902直接对应于光发射器图案1904。在中心示例性图案中，时间多路复用帧用于扫描比光发射器图案1908大四倍的观看窗口1906，并且比使用单个帧的扫描大四倍。中心示例性图案1908示出了四个帧的扫描，每个帧包括观看窗口1906的象限。例如，第一帧(用“1”指示)可以是左上象限，第二帧(用“2”指示)可以是左下象限，第三帧(用“3”指示)可以是右下象限，并且第四帧(用“4”指示)可以是右上象限。在图19的右侧示例性图案中，使用时间多路复用帧来通过交错增加观看窗口1912的采样密度。图19示出了将观看窗口1910分成4帧棋盘图案的示例性棋盘交错图案。对于一些实施方案，可使用其他图案。对于一个极端的一些实施方案，时间多路复用可使用每个光线簇发生器中的仅一个光发射器，这将扫描观看窗口中的所有点。对于另一个极端的一些实施方案，根本没有使用时间多路复用。
[0210]
图20是示出根据一些实施方案的投影在面部上的示例性光发射器和传感器图案
的示意性前视图。对于一些实施方案，光发射和感测层(在许多公开的示例中，参见例如图13和图14，并且例如以下的图21a至图21b、图23a至图23b)使用一个或多个光感测元件2004以进行校准。这些光感测元件2004可位于与发光元件2002相同的位置处或位于靠近发射器2002的不同位置处。虽然rsl是活动的，但光线簇发生器的背面处的所有元件可投影到观看者面部上，如图20所描绘，其示出了光传感器和光发射器投影的几个示例性布局。左侧和中心面部示出了在面部的独立区域中的光发射器2002和光传感器2004。右侧面部示出了组合的光发射器和传感器2006。发射器被投影到目标观看窗口所在的位置，而光传感器被投影到跟踪光束被引导的区域。面部上的针对校准点的良好目标区域是面部的平坦和突出特征，诸如鼻梁或前额。阴影位置或从显示器的所有位置不可见的位置是不太最佳的。如果所有光传感器都投影到可能不总是可见的区域(例如，图20，右侧)，则跟踪光束可被对准不同的时间多路复用位置以使得至少一个校准点针对所有光线簇发生器始终都是可见的。多个时间多路复用校准点也可用于减小光传感器的数量。由校准传感器感测的反射照明水平可用于调整显示器发射器的照度水平。
[0211]
图21a至图21b是示出根据一些实施方案的示例性显示发射器和传感器布局的示意性前视图。光发射和感测层的示例性物理具体实施可具有在如图21a中描绘的光传感器阵列的顶部上的半透明μled显示器。对于一些实施方案，小面积μled(例如，蓝色2106、绿色2108和红色2110)可结合到具有透明ito电极和布线的透明衬底箔。具有光电二极管或cmos传感器2104的稍微较大面积矩阵的第二非透明结构层可位于发光层后面。此光感测层可暴露于从跟踪光束反射回来并且通过发射器部件之间的μled层空间透射的光。对于一些实施方案，完整颜色和感测像素2102可包括所示的4μled和4传感器图案。对于一些实施方案，像素中的4个μled可以是蓝色、绿色、红色和白色μled。
[0212]
对于一些实施方案，印刷oled(例如，蓝色2156、绿色2158和红色2160)的阵列有如图21b所示的交错有机感测元件2154。对于一些实施方案，完整颜色发射和感测像素2152可附接到相同的衬底或透明衬底箔可用于发射器，并且感测元件可在第二衬底层上放置在发射器后面。这两个层可以是柔性的，这可允许例如结构的弯曲显示器。
[0213]
在集成发射器-传感器情况下，光传感器可涂覆有带通滤波器，该带通滤波器允许仅窄光谱范围传递到检测器。如果校准点具有窄光谱范围(例如，使用激光二极管)，则这些滤波器可用作阻挡滤波器以阻挡杂散光，并且从显示源发射的光可由滤波涂层吸收。
[0214]
共定位/交错lf图像创建发射器和校准传感器使用相同的光学路径。对于一些实施方案，照明器/传感器的阵列可与光束转向光路对准。根据一些实施方案的“投影仪单元”的此示例可以单个转向棱镜角度设置照亮观看窗口。
[0215]
对于一些实施方案，光场显示器结构可包括显示器像素矩阵，使得显示器像素矩阵中的每一者包括至少一个可单独寻址的发光元件和被配置为检测反射光束的照明水平的照明传感器。对于一些实施方案，每个显示器像素可包括：一个或多个发光元件和一个或多个光检测器。
[0216]
光线转向层(rsl)使传入光线朝向选定方向偏转。对于示例性校准方法，rsl可双向工作，这意味着如果其方向反转，光遵循相同路径。至少在某种程度上，这种双方向性状况应用于大多数光束转向方法。在例如mcmanamon中包括的用于光束转向的多种方法中，液晶棱镜、微镜和小透镜阵列转向可用于一些实施方案。而且，相控阵列方法或可电控制偏振
光栅诸如液晶偏振光栅(lcpg：s)可用于一些实施方案。微镜也可用于通过使用两个镜(如被理解为在美国专利申请2014/0035959中描述的)来透射地使光束偏转。使用反射元件添加了无颜色分散的益处。
[0217]
一些实施方案可针对光线转向层使用电润湿棱镜。期刊论文jungmok示出了ew棱镜的阵列可以高准确度产生。根据y.takai等人的“电润湿菲涅耳透镜(electrowetting fresnel lenticular)”，proc.of the ieee int’l conf.on micro electro mechanical systems(mems)(2012)(“takai”)，电润湿透镜表现出小于1ms的快速切换时间，从而允许时间多路复用。电润湿棱镜还可包括根据soraya terrab等人的“应性电润湿透镜-棱镜元件(adaptive electrowetting lens-prism element)”，23：20 optics express 25838-845，(2015)的可适配聚焦，因此准直层可与rsl组合。这种方法可通过使用校准点来优化聚焦。棱镜阵列可被设计成与准直透镜匹配，或者对于一些实施方案可在多个透镜上延伸。
[0218]
如果选定转向方法不能产生足够大的角度动态范围以便覆盖两只眼睛上方的所需区域和某种头部移动容差，则可使用静态转向元件，诸如透镜、菲涅耳透镜或平铺棱镜阵列来施加固定的转向几何形状。在近距离观看相对较大的显示器以及显示器边缘处的投影方向将需要朝向中心轴线转向以便与来自显示器表面的所有部分的正确视图重叠的情况下，这是特别需要的。用于与视图重叠的另一个示例性技术是使显示器以被设计为特定观看距离的半径弯曲。如果选定光线转向方法无法连续地使光束转向，但在步骤中，可能无法在期望的确切位置获得光线簇。在该情况下，图像数据可相反地移位以匹配光线簇的所检测的位置。
[0219]
跟踪光束发生器过程可用于检测观看者并且生成针对面部上的选定位置的一个或多个光束。这种方法可用于生成用于校准的光的亮点。例如，面部检测系统可具有立体相机对，其图像数据被处理以检测观看者。来自独立光束发生器的光可针对观看者的面部上的选定点，其中对于一些实施方案，跟踪相机用于瞄准。对于一些实施方案，相机可以能够检测所有三维中的观看者位置。深度分辨率可与观看窗口中的投影图像光束的采样分辨率在数量级上相同。由于来自显示器表面的不同部分的投影光束簇将需要确切地重叠在观看者眼睛处，因此观看窗口可定位在正确的深度位置处并且可使用相对较高的分辨率深度测量值。
[0220]
跟踪光束发生器可产生多个光束，或者单个光束可扫描多个位置。对于一些实施方案，可能存在多于一个光束发生器，该光束发生器可通过越过观看者目标区域距离处的光束来创建公共校准点。在这种情况下，两个点之间的分离可用于确定观看者距离。此外，所生成的跟踪光束可以是像散的或以其他方式优化以随距离改变形状，在这种情况下，它们可通过以足够的准确度对反射点进行成像以完成点形状检测而用于进一步的观看者距离测量，即使用单个相机也是如此。可例如利用具有放置成与led、激光二极管(ld)、μled或oled发射器相距焦距的聚合物或玻璃透镜的发生器来生成跟踪光束。如果使用发射器矩阵，则可在没有任何机械移动的情况下通过激活矩阵中的产生正确光束方向的一个或一些部件来完成光束扫描动作。对于一些实施方案，机械或机电微镜可用于扫描动作或电润湿微棱镜。
[0221]
跟踪光束投影过程和显示lf光束簇投影单元都可具有光学器件，该光学器件具有确定在特定距离处的投影光束(跟踪和图像)点尺寸的特定光学放大比。因为两个光束类型
都可良好地被准直，所以两个放大比可随着距观看者的距离而线性变化，并且其相应比率可保持相同。换句话说，跟踪光束点的尺寸随距离而增加，但显示器投影单元的放大率也增加，并且最终结果是成像的校准点尺寸在集成传感器阵列处保持相同且仅改变强度。校准点可在所有距离处具有相当清晰的边缘，但该特性可与小源和良好准直光束共存，因为光束将源空间分布成像到光学远场作为角分布。然而，如果校准传感器上的点图像尺寸保持相同，则比较当前情况和先前情况的相对校准测量可能甚至相对于例如看起来“模糊”的高斯点为足够的，只要光束强度分布随距离线性缩放即可。
[0222]
非球面成像透镜光学器件可用于从小发射器阵列制造良好准直光束，如下所述。对于一些实施方案，不同光束转向系统(诸如电润湿棱镜)可与多于一个准直透镜一起使用。对于一些实施方案，可添加例如跟踪光束聚焦调整。校准点图像质量的益处可与添加的技术复杂性平衡。集成在显示器投影仪单元中的传感器阵列的空间分辨率可能不是非常高的，并且因此针对校准点的要求也不是那样高的。一个校准点图像可落在单个显示器投影单元上的至少三个传感器像素上，以便能够看到校准点相对于预期观看窗口的确切位置。
[0223]
根据一些实施方案，可存在对于观看者可与显示器相距的距离的一些物理限制，如由光线转向层准确度和图像光束点尺寸确定的。随着距离变得较大，例如，光束簇中的单个光束可能无法正确覆盖眼睛瞳孔并且图像分辨率可开始减少。这意味着根据一些示例性实施方案，对于观看者可能存在特定距离范围，其中图像分辨率可高于其他距离。跟踪光束发生器在设计(例如，较大光圈尺寸和焦距)方面具有比显示器投影仪单元更多的自由度，并且它们可被设计成与具有刚好较大的简单光学部件的显示光束投影仪相比具有更好的性能。与内置到显示器投影仪单元中的传感器阵列相比，观看者跟踪相机系统还可具有更好的空间分辨率，从而使得可以精细调整校准点位置和精细面部特征以用于例如用户识别。然而，如果可对投影仪单元进行非常精细的传感器像素图案，则集成传感器阵列可用于利用例如超分辨率技术来进行良好质量成像。对于一些实施方案，显示器投影仪阵列可被认为是低空间分辨率相机的大阵列，其中可组合来自相同观看窗口区域的图像，并且可获得较高分辨率图像。集成显示器传感器阵列可用于例如用户识别，因为集成显示器传感器阵列与低空间分辨率和非常高角度分辨率的光场相机类似地起作用，并且即使空间域不足够，相机也可检测角度域中的可识别精细特征。
[0224]
如果环境照明使得难以检测校准点，则可使用光束发生器的脉冲操作，使得环境照明可与校准点信号分离。对于一些实施方案，如激光二极管(ld)的非常窄光谱范围源可用于光束生成。对于一些实施方案，显示器传感器阵列可涂覆有针对特定波长选择的窄带通滤波材料。此滤波方法可极大地增加信噪比。源也可处于近红外(nir)区域，在这种情况下，校准点将对肉眼不可见，并且跟踪光束和lf图像光束之间的光谱带可被分离。
[0225]
可实现光场质量的通常重要的决定性因素是从显示器发射的光束的宽度和角度扩展。对于一些实施方案，整体成像显示器可具有放置在远离光束准直微透镜的焦距处的光发射器。在显示器的fov内，所产生的光场可具有多个4d域，使得亮度可由特定像素确定。因为发光层处于投影仪透镜的焦距，所以域在光场的xyθφ参数化表示中为4d矩形。这些域对应于显示器产生的光的光束。像素宽度以及从透镜到发光层的距离确定光线的角度扩展。在显示器表面处的光束的空间宽度仅由透镜光圈宽度确定。在与显示器相距的另外距离处，光束宽度也由来自发射器尺寸和投影透镜焦距的角度扩展确定。通过调谐这些几何
和光学参数，可选择光场的期望离散化，具有某种密度的角度域和空间域。
[0226]
光场采样可能由发光元件的尺寸限制。光场采样可由于光的波特性而受到限制，因为如果微透镜被制成太小，则可能存在光的附加角度扩展，从而导致离散域的强度混合，继而减小对比度。这致使这种显示器可实现的光场的最大质量具有理论上极限。然而，此理论极限可能非常高，远超过整体成像显示器的能力。例如，显示器可具有1m的观看距离以及显示平面和观看窗口两者中的亚毫米采样。
[0227]
可通过减小光束边缘处的光束强度来减小由衍射引起的角度域之间的混合。示例性强度分布可以是高斯形状，对于一些实施方案，其可通过向准直层添加具有空间变化透射率的静态强度调节层来生成。这种部件的一个示例是区板，其与成像透镜光圈共同定位并且包括具有不同宽度透射率的同心环。由于准直层基本上调制光的相位，因此它们一起形成一种类型的相位和振幅调制层。振幅调制层的目的可以是改善光场的对比度。
[0228]
折射光学部件具有颜色分散，这意味着它们使不同波长的光折射不同量。这可能导致针对非常高的角度分辨率的显示器的问题。例如，在准直层中，一些波长可被太强地聚焦，而其他波长被不足够地聚焦。这可导致角度扩展和对比度损失。由于聚焦微透镜的功率可为相对较低的，因此与角度域的尺寸相比，此角度扩展可被认为是小的。因此，准直层中的分散不太可能是问题。然而，对于一些实施方案，rsl可非常强烈地折射光束，并且因此更易于分散。即使光发射器具有相对窄的光谱，光束也可在转向方向上成角度地扩散。为了减轻颜色分散问题，rsl可被设计成通过例如将衍射结构集成到补偿折射材料中的颜色分散的转向层来具有低分散。还可以使用具有非常窄光谱的光发射器(诸如激光二极管)，或在发射器前面使用附加的窄带光谱滤波器。
[0229]
对于一些实施方案，彩色显示器可使用不同颜色的光发射器。即使不同颜色的光发射器本身具有足够窄的光谱，不同的颜色也可被折射不同量。对于一些实施方案，rsl可具有非常低的分散。对于一些实施方案，可利用空间或时间多路复用使不同颜色单独地转向。在空间多路复用中，不同颜色的发射器可放置到不同的光线簇发生器中。在时间多路复用中，不同颜色的发射器可在不同时间被激活，从而允许rsl单独适应每种颜色的转向。对于一些实施方案，红色、绿色和蓝色部件的有序矩阵可使得能够使用时间延迟常数以用于发射器激活，因为转向元件扫描通过角度范围。对于一些实施方案，呈现的图像数据可取决于颜色通道略微移位。不同颜色的观看窗口的位置可为不同的，但在观看窗口将重叠的任何地方，可看到完全着色的图像。
[0230]
对于彩色显示器的一些实施方案，不同颜色中的每一者可使用与颜色匹配的独立校准信号。对于一些实施方案，一种颜色的折射方向数据可用于计算其他颜色的折射方向，并且一个校准信号可为足够的。跟踪光束可具有比红色图像光束稍高的波长。对于一些实施方案，校准信号可位于近红外区域中并且可无法用肉眼检测。因为光束波长可接近图像光束波长，所以投影仪单元的光学部件可具有相同的光学功能和转向角的校准，并且呈现图像可以高准确度来执行。
[0231]
光发射器应仅将光朝向直接位于其前方的准直器发送光。如果光发射器将光发送到其他方向，则该光可通过相邻的准直器离开，从而生成不需要的杂散光，这可能是一个问题。如果显示器不使用时间多路复用，则杂散光可以不是问题，因为通过错误准直器离开的所有光都可被引导到观看窗口外部的区域。如果时间多路复用用于rsl方向切换，则杂散光
可导致问题，因为杂散光可撞击观看窗口。此外，可存在致使杂散光进入观看窗口的一些其他非理想行为。例如，如果光以大角度进入rsl，则光可能以非预期方式反射。
[0232]
对于一些实施方案，可通过将光吸收挡板放置在光线簇发生器之间来阻挡杂散光。对于一些实施方案，这些挡板可通过具有在其中钻出孔的黑色材料块来共同形成，其中孔位置对应于光线簇发生器。对于一些实施方案，可使用多个堆叠的黑色片材，从而生成更好的光俘获特性。对于一些实施方案，可使用取决于入射角阻挡光的干涉滤波器。对于一些实施方案，可使用在期望方向上发射大部分光的光发射器。
[0233]
如果光发射器层和准直层之间的距离较大，则如果与杂散光的量相比，离开显示器的预期光的总量可非常低。例如，如果准直器透镜是成形有0.5mm边的正方形，并且光发射器层和准直层之间的距离为2cm，则覆盖的立体角为0.0125弧度。如果光发射器在整个前半球上均匀地发送光，则仅朝向期望方向发射0.01％的光。这种百分比可似乎为非常小的量，但因为光发射器层和准直层之间存在较大距离，所以存在非常小角度fov，并且光非常有效地朝向观看者引导。有效地，由观看者检测的亮度因此不会降低，但当两层之间的距离变化时保持恒定。因此，光线转向显示器可看起来与任何其他整体成像显示器一样明亮。然而，杂散光的量和期望光的量之间存在可能的差异。
[0234]
如果光束的宽度非常窄，则每个光线簇发生器可被制造成朝向观看者的瞳孔仅引导一个光束。如果可以极端准确度和速度来完成此瞄准，则可以仅照明眼睛的入射瞳孔的中心点，从而消除基于聚焦调节和视网膜模糊的所有深度提示。这将(错误地)致使图像始终在视网膜上聚焦，但仍然消除vac。另外，因为可利用眼睛跟踪方法来检测观看者的聚焦深度，例如根据duchowski，andrew；“眼睛跟踪方法：理论与实践，第3版(eye tracking methodology：theory and practice，3rd edition)”(2017)，所以可将模糊直接呈现到图像数据。
[0235]
此方法可能需要极快的光线转向以保持光束固定在瞳孔中心处。然而，根据takai，一些ew棱镜的速度约为1ms，其小于眼睛飞快扫视的时间跨度。实际图像呈现可具有更多延迟，因为与眼睛飞快扫视相关联的视点(瞳孔中间点)的变化非常小。
[0236]
可利用小于瞳孔尺寸的采样间隔来制备观看窗口的离散化，使得多个离散化点落入每个瞳孔内。由于光束的有限宽度，相同亮度分布在围绕离散化点的小区域上将是可见的。通常，除非观看到的虚拟对象处于与观看者相距无限距离，否则此亮度分布对于除离散化点之外的点是不正确的。由于这些错误的光线可能导致不正确的模糊效应，因此消除它们可以是更好的。这可通过使用其中具有多个针孔的眼镜来完成。眼镜表面被制成与观看窗口匹配，并且针孔被制成与观看窗口的采样点匹配。因此，仅使“正确”光线通过，从而有效地使靠近观看者的对象看起来更清晰。
[0237]
具有传输控制空间光调制器(slm)诸如液晶slm的主动快门护目镜可用于增加观看窗口的采样分辨率。如果不使用快门眼镜，则观看窗口处的光束的宽度限定观看窗口的最大分辨率。通过选择性地阻挡光场的部分，可增加观看窗口的采样分辨率。
[0238]
如果发光层由发射器的连续2d阵列形成，则可以通过省略挡板并且替代地将附加slm放置到准直层来延伸观看窗口。由于省略了挡板，因此可允许来自不直接低于单个准直器(例如，微透镜)的发射器的光通过该准直器发射光。这致使光线簇发生器将光线发送到较大的角度场。slm可用于阻挡不需要的光线；顺序地所有准直器光圈都被制成透明的，而
相邻准直器光圈是不透明的。
[0239]
图22a至图22b是示出根据一些实施方案的示例性光束扫描lf显示器几何形状的示意图。对于一些实施方案，示出了针对校准方法的利用示例性观看几何形状(出于解释目的)的示例性显示系统。26
″
(例如，324mm
×
576mm)台式3d显示器2204为位于例如600mm的观看距离2206处的单个观看者2202生成光场图像。图22b示出了对于一些实施方案的包括立体相机和光束投影仪的集成跟踪模块2254(或对于一些实施方案为过程)。观看窗口尺寸2260是例如60mm
×
60mm，并且观看窗口2262可由观看者2252的两只眼睛扫描。示例性光束转向结构被内置到显示器结构中。转向系统能够在水平和竖直方向上通过例如
±
10
°
扫描观看窗口2262以跟踪光束点2258，这意味着观看者眼睛可位于与(例如，26
″
)lf显示器2256相距观看距离的例如270mm
×
270mm的区域内。观看区域可被认为对于单个观看者是足够的，从而允许头部和眼睛移动。具有立体相机对和跟踪光束投影仪的眼睛跟踪系统可用于检测观看者眼睛位置。
[0240]
图23a是示出根据一些实施方案的示例性显示发射器和传感器布局的示意性前视图。图23a示出了对于一些实施方案的示例性光发射和感测结构布局。全彩色发射器像素2302可包括三个独立oled像素，其各自具有例如6μm
×
6μm的尺寸2314并且可印刷到具有8μm间距的透明聚合物衬底箔。全彩色发射器像素2302可具有例如16μm的间距2312。每个全颜色发射器集群2302中可存在一个红色(r)2310、一个蓝色(b)2306、一个绿色(g)2308oled和一个传感器(s)2304。衬底可包括透明ito电极，其可允许对每个发射器部件的单独控制。光传感器元件可印刷在第二刚性衬底上，并且元件尺寸可与光发射器相同为6μm
×
6μm。传感器元件之间的间距可以是16μm。连续薄膜截止滤波器可涂覆在光传感器元件背板的顶部上，从而仅允许具有660nm(nir)或更大的波长的光通过。半透明发射器箔可以高准确度对准层压在传感器阵列的顶部上。全彩色和感测像素可在每个显示光投影仪单元下以具有12
×
12个全像素的集群进行图案化。这意味着每个投影仪单元能够在任何时间点产生144个全彩色全视差光束。
[0241]
图23b是示出根据一些实施方案的示例性光学显示器部件布局的示意性平面图。图23b示出了分层光学显示器结构。对于一些实施方案，光发射器和传感器2352可包括oled。从oled像素发射的光可利用微透镜阵列(mla)2356来进行准直，该微透镜阵列具有例如约2mm的焦距以及例如300μm
×
300μm的光圈尺寸2366。通过将7层(例如，250μm厚)的聚合物箔与100μm宽的印刷挡板图案对准和层压在一起，可在每个投影仪单元之间使用光吸收挡板结构2354。这些印刷线网格一起形成每个投影仪单元的长且窄的开口，该开口抑制朝向相邻微透镜发射的杂散光。对于一些实施方案，聚合物箔和mla可结合在一起以形成具有例如2000μm的宽度2364的结构。电润湿棱镜2358可位于mla 2356和棱镜箔2360之间。对于一些实施方案，电润湿棱镜2358中的每一者可对应于微透镜阵列中的微透镜。定制棱镜箔可在光束转向层的顶部上用于引导从每个显示单元朝向观看距离处的中心位置投影的中心观看方向。mla和棱镜层都可以是例如具有压花光学特征的250μm厚的聚合物箔。mla和棱镜层都可包含补偿折射材料的色差的衍射特征。单个投影仪单元的光圈尺寸2362可以是例如由挡板和电润湿电池结构确定的约200μm。
[0242]
对于一些实施方案，可在光发射和感测层上用一个oled像素创建单色图像光束。光束转向元件可通过在稍微不同的时间点覆盖彩色光束来用于时间顺序颜色生成。当像素
较小并且投影仪单元fov较窄(例如，约5.7
°
)时，角度分辨率可为非常高的。mla焦距是例如约2mm并且观看距离为600m，这对应于约200∶1的几何放大率。这意味着，如果瞳孔尺寸是例如4mm的平均值，则一个例如6μm大小的源被成像到观看者眼睛作为例如约1.8mm的点，并且两个相邻的视图可同时投影到一个眼睛瞳孔中。所描述的lf投影系统可实现超多视点(smv)状况。此外，显示器表面上的显示器投影仪单元间距是例如0.3mm，这意味着26
″
显示器2d分辨率是全hd 1920
×
1080pix。
[0243]
图24是示出根据一些实施方案的示例性跟踪光束发生器光学结构的示意性平面图。图24示出了安装在壳体2402上的跟踪光束发生器的示例性光学器件几何形状。对于一些实施方案，跟踪光束发生器可包括670nm的nir μled光发射器和准直透镜的23
×
23矩阵。发射器部件可以是例如15μm
×
15μm并且可具有例如17μm的间距。对于一些实施方案，μled 2406放置在透镜2404的焦平面上以准直光束。聚合物非球面透镜2404可具有1mm的焦距2408和例如0.5mm的光圈尺寸2410。跟踪光束发生器可以能够将23
×
23个束的矩阵投影到例如
±
12
°
(总共24
°
)的水平和垂直fov2412中。跟踪光束可被投影到比集成显示器传感器元件能够针对电润湿棱镜扫描角度检测的图案稍微更宽的图案，从而为两个投影角度区域的重叠产生某个容差。每个观看者位置的跟踪光束可通过启用来自阵列的对应发射器来选择。对于一些实施方案，没有发生机械移动以进行光束扫描。图24所示的尺寸是示例，并且可使用其他尺寸和配置。
[0244]
图25是示出根据一些实施方案的重叠在光感测层上的示例性校准点图像的示意性前视图。对于一些实施方案，校准点可作为具有例如约9mm的尺寸的点投影到观看者面部目标区域。当扫描图像光束时，此点被反射回并且通过显示器投影仪单元结构成像到每个投影仪单元感测元件。校准点2504、2506可被反射回并且在感测元件阵列处具有例如约30μm的直径2506，这意味着至少3个感测像素能够始终看到点图像。传感器元件的测量相对辐照度值可用于相对于单个投影单元转向角更准确地评估光束位置。作为示例，图25示出了重叠在光发射和感测层的顶部上的两个光束点图像2504、2506。针对通过例如16μm的示例性中心到中心距离2508分开的像素，左上角附近的第一点2504可由四个传感器像素检测。右下角附近的第二点2506可由三个传感器像素检测。对于一些实施方案，由三个传感器面板进行的检测是用于在2d矩阵内准确定位点的最小数量的传感器检测。
[0245]
对于一些实施方案，显示器投影仪单元以这样的方式扫描两只眼睛的四个略微不同的转向方向，使得扫描方向形成遵循与光发射和感测元件像素相同的图案的正方形。这意味着蓝色、红色和绿色发射器像素可顺序地投影到观看窗口内的选定点上，并且可用感测元件检测每个点。通过时间多路复用，可在观看窗口内的每个位置中产生完整的全彩光束，并且显示器投影仪单元还可检测所有相同位置中的校准点。
[0246]
对于一些实施方案，每个图像循坏可具有八个光束投影时间帧，四个时间帧针对两只眼睛中的每一者。当针对单眼产生图像时，扫描一只眼睛上方的四个位置可使用非常小的转向角度来实现。对于一些实施方案，转向角可在每个眼睛时间帧之间改变例如约0.23
°
度。对于一些实施方案，可使用三个转向角移位来覆盖所有角度方向。如果每个移位在电润湿棱镜准备好执行之前使用约1ms的时间，则可在约3ms内进行眼睛扫描。在创建单眼图像之后，光束转向元件可使较大的角移位从一只眼睛到另一只眼睛进行。对于64mm的平均瞳孔间距离，此角移位可以是约6.1
°
。对于一些实施方案，可使用电润湿棱镜在约5ms
中始终执行此移位。因此，两只眼睛的图像循环的总时间跨度为约16ms(每个眼睛的2
×
3ms移位+眼睛之间的2
×
5ms移位)，并且可铜鼓约60hz的刷新频率来更新显示图像。单个发射器可以高8倍的刷新频率(约500z)驱动以用于对子帧进行成像。
[0247]
对于一些实施方案，可将两个校准点放置在每只眼睛的眉毛上方。这样，显示器传感器可以能够在任何给定时间看到单个校准点，因为观看窗口尺寸可围绕单眼为60mm
×
60mm。可检查两个点位置，并且可利用具有反馈回路的眼睛跟踪系统在校准过程内在相机和跟踪光束投影仪之间改变位置。这种配置可确保即使观看者移动，光束也处于每只眼睛上方的正确位置。因为校准点调整和光束转向校准循环是独立的，所以两个控制系统可能不会彼此完全同步。对于一些实施方案，当投影图像光束从一只眼睛移位到另一只眼睛时，可改变用于显示精细调整的校准点。如果较大角度移位使用中间检查点以获得更好的瞄准准确度，则对于一些实施方案，可在两只眼睛之间的前额上投影第三点。
[0248]
当然，应理解，本文使用的示例性距离、测量值、角度、厚度、尺寸、示例性特征或元件的数量、矩阵尺寸等(例如，如图4a至图4c、图5a至图5d、图11至图14、图19、图21a至图21b、图22a至图22b、图23a至图23b、图24、图25、图26等所示的和参考其解释的)仅是出于解释的目的(例如，根据一些示例性实施方案)并且可使用其他值。
[0249]
图26是示出根据一些实施方案的示例性光线簇发生器结构的示意性平面图。通过使用窄光束来构造光场的显示器可产生的分辨率取决于光束的宽度以及光束包含的角度扩展的量。因此，首先讨论了影响这些参数的变量。为了获得更具体的理解，将假设光束由图26的示例性结构生成。结构可包含小光源的阵列、透镜和棱镜。为简单起见，光源现在被假定为μled并且发射准直到透镜中的光束。准直光通过以一定量重新引导光的棱镜结构。
[0250]
考虑从几何光学器件的观点可看到的因素，而不考虑光的波特性。靠近棱镜，所产生的光束具有约等于透镜宽度的宽度。远离棱镜移动，由于led的有限宽度而引起的角度扩展可影响光束宽度。如果开始宽度a由于小尺寸而可被忽略，则沿着路径放置漫反射屏幕，其中光束在距离d领先，所检测的照明分布宽度约为数学上，更正确的是采取两个分布的卷积，但如果仅近似于尺寸的上限，则光束宽度可以是两个贡献的总和：例如，此等式允许进行以下计算。假设led具有c＝5μm的物理宽度2606，距离b＝10cm(2604)，透镜直径2602是a＝0.5mm，并且屏幕的距离是d＝1m，总扩展如等式4中所示：
[0251][0252]
其主要由来自透镜宽度的贡献主导。这种光束宽度仍然可允许在瞳孔内放置多个视图，因为人类瞳孔的宽度是几毫米。
[0253]
接下来，考虑光束的多色度性质的影响。如果微透镜由色散材料制成，则不同的波长可在表面上被偏转不同量。这意味着透镜功率对于不同波长将是不同的，从而产生角度扩展。透镜光学功率可近似于与透镜的曲率半径和参数n-na成比例，其中n是材料的折射率，并且na是周围材料的折射率。因为曲率半径对于所有波长保持恒定，所以仅考虑折射率的变化。例如，假设微型led产生在450nm至500nm的范围内的波长，根据来自opticsstudio的针对示例性玻璃类型(n-bk7)的目录数据，光学功率可对于一些实施方案变化0.5％。光
学功率p通过等式5与焦距相关：
[0254][0255]
其中f1是前焦距并且f2是后焦距。对于完全准直光，背焦距为无穷大，并且为零。此状况可仅针对一个波长保证，因为光学功率可具有0.5％的偏差。最佳波长的总光学功率为因为led在焦平面上。相对该光学功率的0.5％的变化在等式6中示出：
[0256][0257]
这意味着后焦平面处于f
′2＝20m的距离处而不是无穷大。这种状况将致使光线具有角度扩展，使得在边缘处穿过透镜的光线(边缘光线)将在偏转方向上具有最大误差。基于最坏情况光线，误差尺寸可被估计为如等式7中所示：
[0258][0259]
该误差小于之前从其他源获得的误差，因此在示例性显示器中，分散效应不会太坏。然而，分散也将影响棱镜处的折射，这比弱准直透镜更强烈地折射光线。
[0260]
假设，对于一些实施方案，显示器具有α＝30
°
的fov，光线转向棱镜还可以能够使光转向这种量。可假设棱镜是大透镜的小部分，使得折射力中的相对误差转换为转向角2608中的成比例相对误差。转向角的误差可为δα＝30
°
·
0.5％＝0.15
°
左右。在观看者的距离处，点位置的误差可使用等式8来近似：
[0261]
δα
·
d＝0.15
°
·
1m＝2.6mm
ꢀꢀꢀ
等式8
[0262]
与已经讨论的其他效应的扩散相比，其为相对较大的误差。取决于用于构建光场的质量的高度，这种扩散可能是或可能不是问题。对于高质量光场的一些实施方案，光线转向系统可具有极少的分散和/或光源可具有非常窄的光谱线宽。
[0263]
对于一些实施方案，迄今为止讨论的误差源中的每一者可通过使透镜直径a更小或通过增加距离b来最小化。可能似乎光场质量没有上限。事实当然不是这样，因为迄今为止已经忽略光的波特性。如果透镜宽度为小的，则波以较不类似光的“光线”的方式传播。如果光圈更小，则光束的角度扩展增加。扩散的宽度可用高斯光束证明，高斯光束是单色光的基本传播模式。高斯光束的性质是光束的“宽度”根据行进距离z变化，如等式9中所示：
[0264][0265]
其中w0是最窄点处的分布的“宽度”(称为光束的“腰部”)并且所谓的瑞利范围如等式10中所示：
[0266][0267]
其中λ是根据william t.sifvast的“激光基础(laser fundamentals)”cambridge university press(1996)，338理解的光的波长。假设系统发射其腰部处于透镜位置并且其腰部宽度等于透镜尺寸的高斯光束，使得w0＝a。假设波长是λ＝500nm。根据这些参数，瑞利
范围在等式11中示出：
[0268][0269]
这指定了在屏幕或眼睛距离处的光束的宽度，如等式12中所示：
[0270][0271]
因此，由于波特性而存在光束宽度的0.1mm增加。基于此处描述的示例性光束转向系统，如果光束转向系统足够准确并且在由发光元件产生的波长范围内具有足够低的分散，则可使用瞳孔的亚毫米级采样。
[0272]
图27是示出根据一些实施方案的用于校准的示例性过程的流程图。对于一些实施方案，可执行过程2700，其可包括将光束点投影2702在光场显示器的观看者上。对于一些实施方案，过程2700还可包括确定2704从观看者反射的光束点的估计位置。对于一些实施方案，过程2700还可包括检测2706从观看者反射的光束点的实际位置。对于一些实施方案，过程2700还可包括基于对从观看者反射的光束点的估计位置和实际位置的比较来确定2708图像校正参数。对于一些实施方案，比较可类似于图17所示的示例性过程。对于一些实施方案，图像校正参数可包括例如图像中心位置、照明水平、强度水平、颜色、焦深、视角和图像取向。
[0273]
对于一些实施方案，由具有处理器以及存储在由处理器执行时可操作的指令的非暂时性计算机可读介质的设备执行的过程可包括执行图27所示的过程。
[0274]
根据一些实施方案的示例性装置可包括：多个投影仪单元的矩阵，所述投影仪单元中的每一者可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，所述准直光学元件定位在所述发光元件中的一者或多者和所述光束转向元件之间，其中对于所述投影仪单元中的每一者，所述相应多个发光元件和所述相应光束转向元件可被配置为形成相应同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述投影仪单元的所述多个发光元件中的一者或多者发射，穿过所述投影仪单元的所述准直光学元件，并且由所述投影仪单元的所述光束转向元件转向的光。
[0275]
对于示例性装置的一些实施方案，所述投影仪单元的矩阵可包括显示器像素的矩阵，并且所述显示器像素的矩阵的每个显示器像素可包括：所述多个可单独寻址的发光元件中的一者；和照明传感器，所述照明传感器被配置为检测反射光束的照明水平。
[0276]
对于示例性装置的一些实施方案，所述光束转向元件中的至少一者可被配置为使多个光束同时转向。
[0277]
示例性装置的一些实施方案还可包括传感器，所述传感器被配置为跟踪观看者的眼睛位置。
[0278]
示例性装置的一些实施方案还可包括跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成用于调整图像显示参数的跟踪光束。
[0279]
示例性装置的一些实施方案还可包括多个光传感器，使得所述跟踪光束发生器被配置为使所述跟踪光束从所述装置的观看者反射，并且使得所述多个光传感器被配置为测量所述反射的跟踪光束。
[0280]
对于示例性装置的一些实施方案，使得所述多个光传感器中的至少一者被进一步
配置为测量所述反射的跟踪光束的至少一个颜色、角度、焦深或强度。
[0281]
对于示例性装置的一些实施方案，使得所述跟踪光束发生器包括：一个或多个跟踪光束发光元件；跟踪光束光束转向元件；和跟踪光束准直光学元件，所述跟踪光束准直光学元件定位在所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件之间。
[0282]
对于示例性装置的一些实施方案，使得所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件被配置为形成同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的光。
[0283]
对于示例性装置的一些实施方案，使得所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件被配置为在观看者上形成校准点，所述校准点包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的光。
[0284]
根据一些实施方案的示例性装置可包括：光学结构；处理器；和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述处理器执行时可操作以与所述光学结构协作地执行由所述示例性装置执行的任何过程的一部分。
[0285]
根据一些实施方案的另一个示例性装置可包括：多个显示器像素；多个光束转向元件；准直层，该准直层包括定位在发光元件中的一者和光束转向元件中的一者之间的一个或多个准直元件；和跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为在目标上生成光束点。
[0286]
对于另一个示例性装置的一些实施方案，所述多个显示器像素中的每一者可包括：一个或多个发光元件；和一个或多个光检测器。
[0287]
另一个示例性装置的一些实施方案还可包括：眼睛跟踪传感器，所述眼睛跟踪传感器被配置为跟踪观看者的眼睛位置。
[0288]
根据一些实施方案的另一个示例性装置可包括：光学结构；处理器；和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述处理器执行时可操作以与所述光学结构协作地执行由另一个示例性装置执行的任何过程的一部分。
[0289]
根据一些实施方案的示例性方法可包括：将光束点投影在光场显示器的观看者上；确定从所述观看者反射的所述光束点的估计位置；检测从所述观看者反射的所述光束点的实际位置；以及基于对从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置的比较来确定图像校正参数。
[0290]
对于示例性方法的一些实施方案，确定所述图像校正参数可包括：确定从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置之间的空间偏移；以及根据对应于空间偏移的角度量来改变光线转向元件的转向角。
[0291]
示例性方法的一些实施方案还可包括：检测所述观看者的眼睛位置，其中将所述光束点投影在所述观看者上可以是基于所述观看者的所检测的眼睛位置。
[0292]
对于示例性方法的一些实施方案，将所述光束点投影在所述观看者上可包括：将估计反射位置确定为所述观看者的所述眼睛位置上方的偏移；以及投影光束点以在估计反射位置处从观看者反射。
[0293]
示例性方法的一些实施方案还可包括：确定所述观看者的估计观看窗口；呈现将
由所述观看者通过所述估计观看窗口看到的光场图像；以及通过所述光场显示器来显示所呈现的光场图像。
[0294]
示例性方法的一些实施方案还可包括：使用所确定的图像校正参数来调整所述光场图像的强度水平，其中呈现所述光场图像使用所述已调整的强度水平。
[0295]
对于示例性方法的一些实施方案，其中对从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置的所述比较可包括确定从所述观看者反射的所述光束点的所述估计位置和所述实际位置之间的空间偏移，并且其中呈现所述光场图像可包括使用所述空间偏移来调整要显示的所述光场图像的位置。
[0296]
对于示例性方法的一些实施方案，确定所述观看者的所述估计观看窗口可使用所述空间偏移来调整所述估计观看窗口的位置。
[0297]
示例性方法的一些实施方案还可包括：在投影仪单元的活动时段期间利用照明光束来照明所述观看者；在所述投影仪单元的所述活动时段期间检测所述照明光束的反射；利用所述投影仪单元生成一定强度水平的光束；以及基于所检测的所述照明光束的反射来调整所述强度水平。
[0298]
对于示例性方法的一些实施方案，调整所述强度水平可包括：确定所检测的所述照明光束的反射的强度水平；确定所检测的所述照明光束的反射的所述强度水平和所述照明光束的所述强度水平之间的强度水平偏移；以及根据与所述强度水平偏移成比例的量调整所述强度水平。
[0299]
示例性方法的一些实施方案还可包括：改变到发光元件阵列的第一控制输入；改变到光线转向层的第二控制输入；以及协调所述第一控制输入的改变和所述第二控制输入的改变以引起所呈现图像的颜色、角度、焦深或强度中的至少一者的空间-时间改变。
[0300]
对于示例性方法的一些实施方案，可针对对应于发光设备的子帧执行以下操作：投影所述光束点，确定所述估计位置，检测所述实际位置，以及确定所述图像校正参数。
[0301]
根据一些实施方案的示例性装置可包括：光学结构；处理器；和非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述处理器执行时可操作以与所述光学结构协作地执行由所述示例性装置执行的任何过程的所述方法的一部分。
[0302]
根据一些实施方案的附加示例性装置可包括：投影仪单元的矩阵，所述投影仪单元中的每一者包括可控制发光元件阵列，所述可控制发光元件阵列被配置为生成包括多个子光束的光束；和光学元件堆叠，所述光学元件堆叠包括：准直光学层；和可控制光线转向层，所述可控制光线转向层被配置为改变传入光线的投影角。
[0303]
对于附加的示例性装置的一些实施方案，到所述可控制发光元件阵列和到所述可控制光线转向层的控制输入可被配置为引起所呈现图像的颜色、角度、焦深或强度中的至少一者的空间-时间改变。
[0304]
根据一些实施方案的另一示例性方法可包括：确定第一用户的眼睛的相对位置；投影校准光束以拦截在第一用户的投影区域内，该投影区域包括能够被显示装置的每个投影仪单元作为目标并检测到的区域；针对每个投影仪单元接收通过用于显示器照明的相应光路反射的所述校准光束作为反射校准图像；针对每个投影仪单元测量所接收的校准图像的空间偏移；以及响应于针对每个投影仪单元的所接收的校准图像的所测量的空间偏移，针对相应投影仪单元对相应投影角度进行校准调整。
[0305]
根据一些实施方案的另一个附加示例性装置可包括：投影仪单元的矩阵，每个投影仪单元包括被配置为生成光束的可控制发光元件阵列；和光学元件堆叠，所述光学元件堆叠包括：准直光学层；和可控制光线转向层，所述可控制光线转向层被配置为改变传入光线的投影角。
[0306]
对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述装置可基于所呈现图像的颜色、角度、焦深和强度中的至少一者经由经协调的对到所述投影仪单元的所述发光元件阵列和到所述可控制光线转向层的控制输入的空间-时间改变来生成多个光束。
[0307]
对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述光线转向层可被配置为使用通过所述装置的显示器光学器件成像并由光传感器元件记录的校准光束来校准。
[0308]
对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述光线转向层的转向角可被配置为使用校准光束来连续地进行校准。
[0309]
另一个附加示例性装置的一些实施方案还可包括：跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成跟踪光束；和传感器，所述传感器被配置为检测观看者的强度水平，其中所述可控制发光元件阵列中的至少一者可被配置为改变基于在相应投影仪单元的活动时段期间检测的所述强度水平而生成的所述光束的强度水平。
[0310]
对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述可控制发光元件阵列中的至少一者可被配置为改变根据与在所述相应投影仪单元的所述活动时段期间检测的所述强度水平成比例的量而生成的所述光束的所述强度水平。
[0311]
对于另一个附加示例性装置的一些实施方案，所述装置可被配置为使用投影在观看者的目标区域上的校准光束来进行校准，所述校准光束与所述观看者的眼睛位置相对于所述装置的显示器的移动协调。
[0312]
根据一些实施方案的另一示例性装置可包括：跟踪过程，所述跟踪过程被配置为跟踪观看者移动调整；和光场图像显示器结构，所述光场图像显示器结构被配置为使用所述观看者移动调整来显示光场图像。
[0313]
对于另一示例性装置的一些实施方案，所述光场图像显示器结构可包括对应于相应发光元件的多个光束转向元件。
[0314]
根据一些实施方案的另一个另外的附加示例性装置可包括：多个显示器像素；光束准直器层；多个光束转向元件；跟踪光束发生器，所述跟踪光束发生器被配置为生成跟踪光束；和多个传感器，该多个传感器被配置为检测跟踪光束的反射。
[0315]
根据一些实施方案的示例性装置可包括：多个可单独寻址的发光元件；光束转向元件；和准直光学元件，该准直光学元件定位在发光元件中的一者或多者和光束转向元件之间，其中多个发光元件和光束转向元件可被配置为形成同步复合光束，该同步复合光束包括从多个发光元件中的一者或多者发射，穿过准直光学元件，并且由光束转向元件转向的光。
[0316]
根据一些实施方案的示例性方法可包括：从投影仪单元的多个可单独寻址的发光元件中的每一者发射相应光束；使所述相应光束中的每一者穿过相应准直光学元件；利用相应光束转向元件使所述相应光束中的每一者转向；形成同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述投影仪单元的所述多个发光元件中的一者或多者发射的光，使得所述投影仪单元是包括多个投影仪单元的矩阵的一部分，并且使得所述相应准直光学元件中的每一者
定位在所述多个发光元件中的一者或多者和所述相应光束转向元件之间。
[0317]
对于示例性方法的一些实施方案，使得所述投影仪单元的矩阵可包括显示器像素的矩阵，并且使得所述显示器像素的矩阵的每个显示器像素可包括：所述多个可单独寻址的发光元件中的一者；和照明传感器，所述照明传感器被配置为检测反射光束的照明水平。
[0318]
对于示例性方法的一些实施方案，利用相同的所述相应光束转向元件使得所述相应光束中的至少两者的转向可同时发生。
[0319]
所述示例性方法的一些实施方案还可包括跟踪观看者的眼睛位置。
[0320]
所述示例性方法的一些实施方案还可包括生成用于调整图像显示参数的跟踪光束。
[0321]
所述示例性方法的一些实施方案还可包括使用多个光传感器来测量反射光束，使得生成所述跟踪光束可包括使所述跟踪光束从观看者反射以生成所述反射的跟踪光束。
[0322]
对于示例性方法的一些实施方案，使得测量所述反射的跟踪光束可包括测量所述反射的跟踪光束的至少一个颜色、角度、焦深或强度。
[0323]
对于示例性方法的一些实施方案，使得生成所述跟踪光束可包括：从一个或多个跟踪光束发光元件发射跟踪光束；使每个跟踪光束穿过跟踪光束准直光学元件；以及利用跟踪光束光束转向元件使每个跟踪光束转向，使得所述跟踪光束准直光学元件可定位在所述一个或多个跟踪光束发光元件和所述跟踪光束光束转向元件之间。
[0324]
对于示例性方法的一些实施方案，使得生成所述跟踪光束会生成同步复合光束，所述同步复合光束包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的所述跟踪光束。
[0325]
对于示例性方法的一些实施方案，使得生成所述跟踪光束在观看者上生成校准点，所述校准点包括从所述一个或多个跟踪光束发光元件发射，穿过所述跟踪光束准直光学元件，并且由所述跟踪光束光束转向元件转向的所述跟踪光束。
[0326]
需注意，所描述的实施方案中的一者或多者的各种硬件元件被称为“模块”，其进行(即，执行、实行等)本文结合相应模块描述的各种功能。如本文所用，模块包括硬件(例如，一个或多个处理器、一个或多个微处理器、一个或多个微控制器、一个或多个微芯片、一个或多个专用集成电路(asic)、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、一个或多个存储器设备)，其被相关领域的技术人员认为是适合于给定具体实施的。每个所描述的模块还可包括可执行以用于执行被描述为由相应模块执行的一个或多个功能的指令，并且应注意，那些指令可采取硬件(即，硬连线)指令、固件指令、软件指令等的形式或包括它们，并且可存储在任何合适的一个或多个非暂时性计算机可读介质(诸如通常被称为ram、rom等)中。
[0327]
尽管上文具体地描述特征和元件，但本领域的普通技术人员将会知道，每个特征或元件可单独使用或与其它特征和元件以任何组合使用。此外，本文描述的方法可在计算机程序、软件或固件中实现，该计算机程序、软件或固件结合在计算机可读介质中以供计算机或处理器执行。计算机可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、寄存器、高速缓存存储器、半导体存储器设备、磁性介质(诸如内部硬盘和可移除磁盘)、磁光学介质和光学介质(诸如cd-rom盘)，以及数字通用光盘(dvd)。与软件相关联的处理器可用于实现用于wtru、ue、终端、基站、rnc或任何主机计算机的射频收发器。