一种多视角方向显示器的制作方法

专利名称：一种多视角方向显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多视角方向显示器。该方向显示器可以同时显示两幅或多幅图片，其中各图片被显示于不同的方向上。本发明也涉及一种双视角显示器和一种自动立体显示器，其合并一个多视角方向显示器。
Strakes在“Int.J.Virtual Reality”Vol.1 No.2(1995)中描述了多视角方向显示器的概要原理，

图1中示出了常规的多视角方向显示器1的结构组合设计图。图1中的显示器1包括图像显示设备2和视差镜3。该图像显示设备2包括放置在第一和第二光传导衬底5、6之间的像素级图像显示层4。该像素级显示层4可能是，比如说一种液晶层，并且可以通过任意一种常规技术进行寻址来显示两幅或更多的隔行交织图像。图1示出了两幅在显示层4上显示出来的图像，此两幅图像被显示于交错的像素列上；一幅图像显示在像素列C1、C3、C5上，第二幅图像显示在像素列C2、C4、C6上。(像素列延展入纸平面)。该图像显示设备被光源(未示出)发出的光线7照亮。光源可以是任何合适的光源，例如，具有低空间一致性的散射源。器件8和9是线性偏振镜。
多视角方向显示器1的视差镜3的作用为分隔在图像显示层4上显示的两幅或多幅图像，这样每幅图像都在不同的方向上被显示。在图1里面视差镜由视差栅形成，该视差栅包括多个被不透明的区域11分隔开的透明缝隙10。该透明缝隙10并行地伸展到像素列上(因此在图1中垂直伸展到纸平面上)。视差栅可以被装配到透明衬底12上，用来提供物理支撑。
如图1所示，由于视差栅的图像分离效应，建立起了两个视窗13、14。在第一视窗13上，在像素列C1、C3、C5上显示的图像是可见的，而在像素列C2、C4、C6上显示的图像是不可见的，这是因为视差栅上的不透明区域11在第一视窗的方向上阻止了光线透过那些像素列；相反地，在第二视窗14上，在像素列C2、C4、C6上显示的图像是可见的，而在像素列C1、C3、C5上显示的图像是不可见的，这是因为视差栅3上的不透明区域11在第二视窗的方向上阻止了光线透过那些像素列。
图1显示了结合在自动立体显示器内的多视角方向显示器。使用的时候，观察者将调整他们的位置使他们的右眼正好对齐第二视窗14，并使他们的左眼正好跟第一视窗对齐——因此在图1中这些视窗将称作“右视窗”和“左视窗”。在图像显示设备1上将显示出立体图像对，右眼的图像显示在像素列C2、C4、C6上，左眼的图像显示在像素列C1、C3、C5上。观察者调整位置使他们的左眼和右眼正好分别与左视窗和右视窗重合，这样左眼会看到左眼图像，右眼会看到右眼图像，因此观察者将会感受到三维图像。
图1中的显示器1里的视差镜即为视差栅，由被不透明区域分隔的透明条纹组成。如我们所知此外还有其他类型的视差镜。比如，广为人知，也可以使用透镜阵列作为视差镜——透镜阵列通常包括多个圆柱形镜头，用来将像素级显示层4上不同区域的图像导向不同的方向上以获得定向效果。
作为另一种选择，多视角方向显示器也可以结合在“双面”显示器内。双面显示器用来给一位观察者显示一幅图像同时给另一位观察者显示一幅不同的图像。作为例子，在汽车中的双面显示器可以给汽车驾驶员显示地图，同时给乘客显示电视节目或者电影。双面显示器的原理概括地说跟自动立体显示器的原理相似，但是在双面显示器的图像显示层上显示的两幅图像将会是独立的图像，而不是立体图像对中的左眼和右眼图像。更进一步地，由于在双面显示器上显示的两幅图像是想用来为不同的观察者所见的，视角距V(即为这两幅图像的各自视窗中心之间的角距)，对于给定的观察距离而言，通常要求双面显示器的视角距大于自动立体显示器的视角距。
视角距V为两幅图像的各自视窗中心间的角距，因此也就是观察者在显示器上不同的视图之间转换需要移动的角度，对于使用视差镜作为视差栅的多视角显示器而言，视角距V，用弧度表示，近似被给出为V＝np/s (1)其中n为隔离视差栅3和图像显示层4的材料的折射率(在图1中，n为图像显示设备中的后部透明衬底5的折射率)，p为图像显示层的像素间距，s为在视差栅3和图像显示层4之间的分离距离。对于给定的图像质量(分辨率)，像素间距p是大致恒定的。方向显示器1的衬底通常由玻璃做成，对于绝大多数商业应用的相关玻璃来说，其折射率基本上不会有很大变化。
一种增加视角距的方法是减少该图像显示设备的后部衬底5的厚度，从而减少了视差镜3和图像显示层4之间的分离距离。然而，衬底5的厚度不能被显著减少到低于0.5mm，否则会易于损坏、难于制造、并且不能提供足够的结构支撑。因此，存在实质性的困难来减少后部衬底5的厚度使之能够产生实质性的视角增加。
另外也存在着需要降低视角距的一些情形。比如，当在很长的观察距离上想要观察显示器的时候，显示器的视角距可能大于需要的视角距。常规上通过使用增加衬底厚度，即增加s的方法来减少视角距，但这样显著增加了显示器的重量。
本发明的第一个方面提供了一种多视角方向显示器，包括视差镜；像素级图像显示层；以及一个成像装置，用来形成视差镜和图像显示层其中之一的图像，以使视差镜和图像显示层其中之一的图像跟视差镜和图像显示层中的另外一个之间的距离小于视差镜和图像显示层之间的距离，从而增加了显示器产生的两个视窗之间的角距。
在本发明的显示器中，视角距通过，一方面来说，视差镜和图像显示层其中之一上的图像，另一方面，视差镜和图像显示层中的另外一个未成像的，这两者之间的距离决定。通过使该距离小于视差镜和图像显示层之间的距离，就可以增加视角距。本发明不需要减小显示器中的任何衬底的厚度，这样就可以使用厚实的，结构坚固的衬底。
有很多内含成像装置的现有技术显示器。不过，现有技术显示器并没有为增加视角距而使用该成像装置来形成视差镜或图像显示板上的图像。
关于方向显示器中透镜的一般性现有技术(比如上面的Strake et al.的文章)描述了将透镜系统中的透镜本身用作图像分割器。换句话说，该透镜分隔了视图并且可以将多套像素成像到多个窗口中。因此，该透镜阵列的特征即为它在观察者眼睛的位置上将像素重成像到显示面上。
图2A为现有技术的方向显示器15的结构设计图，在EP-A-0 597 629有其描述，其结合了成像装置LS1。在此现有显示器中，两幅隔行交织图像显示在像素级显示板16上，并且被视差镜LS2分离。显示器被一个开关照明器18照亮，照明器传来的光线被成像装置LS1聚焦到散射体17上，并且，当此光线从成像装置LS1穿到散射体上时，被像素级显示板16调制。因此，在此现有技术显示器上，成像装置LS1在像素板上产生被大量衰减过的开关照明器18的图像。其意图是确保从扩展的照明器上的所有点上传来的光线都能够正确地穿过像素点和视差镜LS2。成像装置LS1对增加视角距没有贡献。
图2B示出了进一步的现有技术显示器15，在EP-A-0 597 629有其描述。其大体上相当于图2A的显示器，除了像素级显示板16被放置于开关照明器18和成像装置LS1之间。在这个显示器中，成像装置LS1将照明器重成像到散射面上，其再与跟照明器变化同步的时间顺序显示器一起给出全解析度的三维显示。透镜阵列LS2为图像分割器。
图3示出了另一个现有技术自动立体显示器，在EP-A-0 656 555有其描述。该显示器被一个拥有可移动照明器阵列的自动立体投影单元20所照亮。图像被投射到一个双透镜屏幕21上。屏幕21上的两个透镜阵列22，23具有不同的焦距，该透镜屏幕21改变了投影图像的视角距。在此现有技术显示器中，第一个透镜屏幕产生开关照明器18的图像。此现有技术显示器仅适用于内部组件为全异的、投影类型的显示器，并不适合更小的、整体式的“桌面”或“直观式”类型的显示器。
图4是更进一步的现有技术方向显示器24的结构设计图，其类型在“Reduction of the Thickness of Lenticular Stereoscopic Display Using Full ColourLED Panel”，Proc，SPIE Vol.4660，p236(2002)中被Yamamoto et al所描述。该显示器24为自动立体显示器，在其内部的非常大的海报大小的LED显示器27的前面放置了两个透镜阵列25，26。该显示器27具有很大的像素间距以及较短的观察距离，因此通常并不适合作为大屏海报/广告类型应用的自动立体显示器，这是因为在所需的(很长的)观察距离上，图像之间的间距将会大于人眼之间的平均间距。为减小视角距，第一个透镜栅25将显示板27上的像素点缩小，以形成所显示的具有小得多的像素间距的图像。第二个透镜板26将LED板上的两幅隔行交织图像分隔开，但是，由于减小了被成像的LED板上的像素间距，从而降低了视角距，这样这两幅图像就可能比较舒服地被观察者的左眼和右眼所观察到。
US 2002/008096揭示了一种使用多光源的用于测量体积的三维显示器。每一个光源被提供有一个光束扫描装置，比如镜子，以及微透镜单元，光源上的移动图像在观察者和显示器之间的空间中产生三维图象。此显示器不具有像素级图像显示层。
在“Analysis of viewing parameters for two display methods based on integralphotography”，Applied Optics Vol.40 No.29 p5217(2001)中，Park et al透露了一种工作在积分成像原理上的自动立体显示器。该原理包括使用透镜阵列使显示器上的小块图像区域(一个透镜对应于一块区域)成像到视图和显示器之间的图像板上。积分成像可以考虑被用于具有很高数量视图的多视角显示器，其中各视图间的距离远小于人眼的间距。其透镜阵列可被看成为一种视差镜，虽然该透镜只是将像素板区域聚焦到观察者和显示器之间的图像平面上，而不是聚焦到观察者的图像平面上。不过，此图像的位置并不会影响显示器的视角。
JP-10 206 795揭示了一种使用透镜阵列作为视差镜以产生两幅显示视图间角距的自动立体显示器。进一步来说，该显示器包括一个视差栅，用来限制通过透镜阵列的光线，从而减小串扰并帮助形成视窗。该视差栅和透镜阵列大约位于同一平面上。透镜阵列也是图像分割器，并且该视差栅通过限制光线通过透镜头来减小系统的串扰。该透镜并不对该视差栅或者像素重新成像(除了作为普通透镜会将像素成像到视图平面上)。
US-A-6 304 288揭示了一种可被跟踪的自动立体显示系统，它具有两个透镜栅，一个位于图像显示板的前方，另一个位于图像显示板的后方。显示器被一个光源阵列照亮，位于图像显示板后方的透镜栅将光源成分聚焦到像素板上。位于图像显示板前方的透镜栅产生在图像显示板上显示的两幅图像之间的角距。
US-A-6 061 179揭示了一种可在二维显示模式和三维显示模式之间切换的显示器。在一个实施例中，此显示器包括一个单一模片和一个单一透镜栅，显示模式间的切换通过移动透镜栅使之靠近或者远离模片来完成。
US-A-5 682 215揭示了一种具有单元内透镜的液晶显示板。这些透镜用来将光线重新导向，否则这部分光线将会遇到不透明组件例如门或者源线，以此来提高显示板的亮度。此显示器不是方向显示器。
EP-A-1 089 115揭示了一种提供有外部微透镜的液晶单元。此种显示器不是方向显示器，而且此种微透镜并不用来分隔视图。此种显示器更适合作为投影显示中使用的反射式显示器。
EP-A-0 721 132揭示了一种自动立体显示器，在其内部一个宏观透镜头和一个宏观投影镜头依照发出不同偏振光的两个光源以及像素级图像显示层形成两块窗口区域。该图像显示层被放置在宏观透镜头和投影镜头之间。像素图像被透镜屏幕重新投影出来。
本发明的第二个方面提供了一种多视角方向显示器，包括视差镜；像素级图像显示层；以及一个成像装置，用来形成该视差镜上的图像，以使视差镜的图像和图像显示层间的间隔小于或者大于视差镜和图像显示层之间的间隔，从而分别增加或减小了该显示器所产生的两幅视窗之间的角距。
本发明的第三个方面提供了一种多视角方向显示器，包括视差镜；像素级图像显示层；以及一个成像装置，用来形成视差镜和图像显示层其中之一的图像，以使视差镜或者图像显示层的图像的像素间距大体上相当于视差镜或者图像显示层上的像素间距。
依照本发明的第二或第三个方面的显示器既可以被用于减小也可以被用于增加视角距。特别地说，当观察者想要从离显示器较远的距离上观察显示器的情况下，它不需要使用很厚的玻璃衬底就可以减小视角距。当显示器从另一方面来说在给定的观察距离上不能提供足够的角距的情况下，本发明的这些方面也可以被用来增加视角距。
在依照第三个方面的显示器内，成像装置被用来产生视差镜或者图像显示层的图像，使其上的像素间距能够大体上相当于视差镜或者图像显示层的像素间距。在图4里的现有技术显示器24上，像素级显示层的图像的像素间距被特意地做得小于该显示层的像素间距以减小视角距。然而，如果视差镜(或者图像显示层)的图像的像素间距根本不同于视差镜(或者图像显示层)的像素间距，那么此显示器的可视属性，比如分辨率，就被改变了。因此就希望视差镜(或者图像显示层)的图像的像素间距与视差镜(或者图像显示层)的像素间距相同或者相当，因为这样可以使本发明在只将显示器的其它部件作最小改动的情况下获得实现。
依照第一或者第二个方面的显示器的成像装置可以被用来产生视差镜或者图像显示层的图像，并使其像素间距与视差镜或者图像显示层的像素间距大体上相同。
依照第三方面的显示器，成像装置可以在使用中形成视差镜或者图像显示层的图像，使得视差镜和图像显示层两者其中之一的图像与视差镜和图像显示层两者中另外一个之间的间距小于或者大于视差镜和图像显示层之间的间距，从而分别增加或者减小该显示器产生的两幅视窗之间的角距。
该视差镜可以被放置在该图像显示层后面，而该成像装置可以被放置在该视差镜和图像显示层之间，在使用中，可以形成视差镜上的图像。或者，图像显示层可以被放置在视差镜的后面，而成像装置可以被放置在图像显示层和视差镜之间，在使用中，可以形成图像显示层上的图像。
在此使用的术语“后面”和“前面”指的是人们在该显示器所需的观察位置上观察显示器时所看到的组件的顺序。
成像装置可以被用来产生视差镜的单元或者图像显示层的像素的图像，并使其宽度大体上等于视差镜的单元或者图像显示层的像素的宽度。该成像装置可以被用来产生视差镜或者图像显示层的单元放大。
另一种选择，该成像装置可以被用来产生视差镜的单元或者图像显示层的像素的图像，并使其宽度大于视差镜的单元或者图像显示层的像素的宽度。该成像装置可以被用来产生视差镜的单元或者图像显示层的像素的图像，并使其宽度大体上整数倍于视差镜的单元或者图像显示层的像素的宽度。该成像装置可以被用来产生视差镜或者图像显示层的非单元放大(大于单元放大)。
另一种选择，该成像装置可以被用来产生视差镜的单元或者图像显示层的像素的图像，并使其宽度小于视差镜或者图像显示层的像素间距。它可以被用来产生视差镜的单元或者图像显示层的像素的图像，并使其宽度大体上等于视差镜的单元或者图像显示层的像素的宽度除以一个整数。该成像装置可以被用来产生视差镜或者图像显示层的非单元放大(小于单元放大或即缩小)。
该显示器可以包括屏蔽装置，用来屏蔽视差镜的一个或多个单元的图像。该屏蔽装置可以被用来阻止，比如，第二视窗的产生。
该屏蔽装置包括在成像装置和视差镜或者图像显示层两者其中之一之间延展的大量不透明区域。该不透明区域可以使成像装置的单元形成视差镜或者图像显示层中对应的单元的图像，但是屏蔽了该成像装置的单元和视差镜或者图像显示层中其余单元之间的光线通路。
该成像装置可以拥有可变的焦距，而且该显示器可以拥有一个控制器用来控制该成像装置的焦距。
该显示器可以包括一个散射层，该散射层的位置可使其正好跟视差镜的图像或者图像显示层的图像的平面重合。
此外，该显示器还可以包括第一跟踪装置以判断该显示器和观察者之间的距离，其中的控制器在使用中接收该跟踪装置的输出，从而基于该显示器和观察者之间的距离来控制成像装置的焦距。
该成像装置可以拥有可变的焦距和可变的放大率，而且该显示器可以拥有一个控制器以控制该成像装置的焦距和放大率。
此外，该显示器还可以包括一个散射层。在拥有可变焦距成像装置的显示器中提供散射层可被用于产生出这样一种显示器，其中通过控制该图像产生的位置，从而控制该散射层上的视差镜的单元的图像尺寸或者图像显示层的像素尺寸。这样就允许变化地控制视差镜单元的图像或者像素的图像的有效大小。
该成像装置可以包括透镜阵列。
该成像装置可以包括第一和第二可被禁止的透镜阵列，第一透镜阵列相对于第二透镜阵列横向放置；并且该显示器可以包括一个控制器，用于启用第一个透镜阵列或第二个透镜阵列中的一个，同时禁用第一和第二透镜阵列中的另一个。
该成像装置可以相对于视差镜和图像显示层其中之一进行横向移动。
该显示器可以包括第二跟踪装置，以确定观察者相对于显示器的横向位置。在使用中，控制器可以接收该第二跟踪装置的输出。成像装置相对于视差镜和图像显示层其中之一的横向位置可以基于该第二跟踪装置的输出进行控制。
该成像装置可以相对于视差镜和图像显示层其中之一而固定，并且可以相对于视差镜和图像显示层中的另一个而移动。该相对移动可能在横向和/或纵向上。该相对移动可以基于一种跟踪相对显示器的观察者的横向和/或纵向移动的观察者跟踪设备来进行控制。在此实施例中，该成像装置相对于其成像的组件的位置是固定的。举例来说，在成像装置对视差镜成像的实施例中，视差镜的图像相对于图像显示层的位置可以通过相对于图像显示层同时移动成像装置和视差镜来控制。
该显示器可以进一步包括用于鉴别该显示器的观察者的装置。
该成像装置可适用于产生视差镜或图像显示层的图像，在此该图像相对于图像显示层或者视差镜具有一个横向偏移量，从而在使用中，该显示器显示出第一和第二图像，其中该第一图像的角度范围不同于该第二图像的角度范围。
该成像装置可以是一种非对称的成像装置。这是用于形成具有不同角度范围的第一和第二图像的另一种方法。
该成像装置的每一单元都可以包括具有第一焦距的第一部分和第二焦距的第二部分，其中第二焦距不同于第一焦距。这会产生视差镜或者图像显示层的两幅图像，并且导致具有不同角度范围的第一和第二图像。
该成像装置可以被配置来使得视差镜或者图像显示层的图像为虚像。
视差镜或者图像显示层可以跟该成像装置协作产生具有非统一像素间距的视差镜或者图像显示层的图像。
视差镜或者图像显示层可以跟该成像装置协作产生出视差镜或图像显示层的图像，该图像位于该视差镜和图像显示层中的另一个到视差栅或者图像显示层的相反侧上。比如说，在视差栅位于图像显示层的后方，而且产生出视差栅的图像的显示器里，视差栅的图像可以位于该图像显示层到该视差栅的相反侧上。
视差镜或者图像显示层可以跟成像装置协作在显示器之外产生该视差镜或图像显示层的图像。
本发明的第四个实施例提供了一种多视角方向显示器，包括校准背光；像素级图像显示层；以及成像装置，用于在该图像显示层上或其附近产生该校准背光的图像。
该成像装置可以大体上在该图像显示层的平面上对校准背光成像。或者，该成像装置也可以在该背光和图像显示层之间的平面上，或者在该图像显示层到该背光的相反侧上对该校准背光成像。
该背光可以可选地工作在校准背光或者非校准背光中任一种上。这样就可允许选用定向显示模式或者二维显示模式。
本发明的第五个方面提供了一种光学设备，包括光传导衬底，它的一面与视差镜相连，另一面与透镜阵列相连。该视差镜可被构造于衬底的一面或与该面相邻。该透镜阵列可以被构造于衬底的另一面或与该面相邻。该衬底、该视差镜以及该透镜阵列可以被构造为一整体单元。
将参考伴随的附图通过说明性例子来描述本发明的优选实施例，其中；图1为现有技术多视角方向显示器的结构设计图；图2A和2B示出了进一步的现有技术方向显示器；图3示出了更进一步的现有技术方向显示器；图4示出了更进一步的现有技术方向显示器；
图5是依照本发明的第一实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图6举例说明了图5显示器的一种改进；图7A到7I是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图8A是依照本发明更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图，其具有可变焦距的成像装置；图8B和8C是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图9A是依照本发明更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图，其具有多镜头的体系；图9B是依照本发明的更进一步的实施例的结构设计剖面图，其具有两个分别可控的透镜阵列；图9C是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图，其具有一可横向移动的视差栅或成像系统；图9D是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图，其具有一可移动的视差栅和成像系统；图10是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图11是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图12是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图13A和13B是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图；图14是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图15是依照本发明的更进一步的实施例的方向显示器的结构设计剖面图；图16是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图；图17是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图；图18是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图；图19是依照本发明的更进一步的实施例的显示器的结构设计剖面图；图20举例说明了适用于本发明的显示器的背光；图21举例说明了另一个适用于本发明的显示器的背光；图22举例说明了另一个适用于本发明的显示器的背光；并且图23举例说明了另一个适用于本发明的显示器的背光。
贯穿说明书和附图，相同的参考数字表示相同的组件。
图5是依照本发明的第一实施例的多视角方向显示器28的结构设计剖面图；该显示器28包括一个包含像素级图像显示层4，比如，一个配置在第一和第二光传导衬底5、6之间的活性基质TFT液晶显示层的图像显示设备2。该显示器28由一个放置在该显示器后面的光源(未示出)发出的光线7所照亮，并且该图像显示层可以是任何传导性显示层；在此实施例中该图像显示层4是一个液晶层，而且该显示设备2包括分别放置在该图像显示层两边的第一和第二偏振镜8、9。此外，图像显示单元2还将包含诸如像素电极、开关单元等等的寻址装置，用来对该液晶层的像素寻址，不过这些可以是完全传统的，因而在图5中被省掉了。
此外，该显示器28还包括一个放置在图像显示单元2后面的视差镜3。在这个实施例中，视差镜3是一个具有延展入图5的纸平面的光传导缝10的视差栅，该视差栅为不透明部分11所分离。操作中，驱动装置(未示出)驱动该像素级显示层4显示两幅隔行交织图像，在图5中体现为间隔的像素列C1、C3、C5被涂上阴影来代表一幅图像，同时其他的像素列C2、C4、C6无阴影来代表另一幅图像(像素列延展到图5的纸平面里)。这是用来指出一幅图像是显示在像素列C1、C3、C5上，而第二幅图像是显示在另外的像素列C2、C4、C6上的。视差栅3产生显示在图像显示层4上的这两幅图像的角距，因此两个视窗依照图5所示被构建起来。显示在像素列C1、C3、C5上的图像在视窗13上可见，因而该窗口被填为灰色阴影。另一幅图像，显示在像素列C2、C4、C6上，在右边的视窗14上可见。
迄今为止，该显示器28的结构为常规的结构。
视差栅3被放置在第一光传导衬底12和第二光传导衬底12′之间。
依照本发明的显示设备进一步包括一个成像装置，用来形成视差镜3和图像显示层4其中之一的图像。在此本发明被应用于一个后栅显示器，其中视差镜被放置在图像显示单元2的后面，如图5中的情况，成像装置被放置在视差镜3和图像显示层4之间并且形成该视差镜3的图像。在图5中，该成像装置由一个透镜阵列29组成，并形成该视差栅3的图像30。透镜阵列29的各个透镜大体上平行伸展于图像显示层4的像素列C1...C6。
虽然图5示出了将透镜阵列作为成像装置，本发明并不仅仅被限制在此种类型的成像装置上。原则上，任何会聚的、衍射的或者折射的微结构(比如，菲涅耳透镜)都可被用于代替标准镜头。该成像装置还可以利用全息光学单元形成。
在没有成像装置的情况下，图5中显示器28形成的视角距将由图像显示层4的像素间距p、图像显示层4和视差镜3之间的间距s、以及分隔图像显示层4和视差镜3的材料的折射率决定。依照本发明，该视差镜的图像30的形成方式为，图像显示层4和该视差镜的图像30之间的间距，在图5中以s′表示，小于该图像显示层4和该视差镜3之间的间距——也就是说s′＜s。图5中显示器的视角距由视差镜的图像30和图像显示层之间的间距决定，依照V＝np/s′ (2)其中n为分离图像显示层4和视差镜的图像30的材料的折射率(所以在图5中，n即为衬底5的折射率)，p为图像显示层4的像素间距。
根据给定的方程式(2)，该衬底5的厚度并不影响视角距。因此衬底5可以相对较厚，以提供足够的结构强度。
视差镜的图像30的位置由该透镜阵列中的透镜的焦距(或者更一般地说，由该成像装置的成像能力)决定，还决定于视差镜3和该透镜阵列之间(或者，更一般地说，该视差镜和该成像装置之间)的间距。该成像装置和该视差镜之间的间距由分离视差镜3和该成像装置的衬底12′的厚度决定。从而该视差镜的图像30可以通过相应地选择成像装置的成像能力、以及成像装置和视差镜之间的间距，而被置于任何期望的垂直于该显示器的轴的平面上。
应该理解的是，图5中示出的第一光传导衬底12对于该显示器的工作来说不是必需的并可以被忽略。视差镜3、第二光传导衬底12′以及透镜阵列29最好作为一个整体单元制造。
图6示出了依照本发明的更进一步实施例的显示器28′的结构设计剖面图。这个实施例基本上类似于图5的实施例，在此将不重复该实施例的详细描述。
在图5的显示器里，视差镜的图像30被形成于图像显示层4到视差镜10的同一侧上。
该视差镜的图像30也可以被形成于该图像显示层4到该视差镜10的相反侧上，此即为图6中的显示器的情况。进而，在图6的显示器28′中，成像装置(由透镜阵列29组成)的成像能力以及分隔视差镜3和图像显示层4的衬底12′、5的厚度被设置为使得该视差镜的图像30不是被形成于显示器28′的内部，而是被形成于该显示器和观察者之间。此实施例中的可视间距仍然由该视差镜的图像30和图像显示层4之间的间距确定，在此仍表示为s′。假如该视差镜的图像30的位置使得s′＜s，其中s为图像显示层4和视差镜3之间的距离，图6中的实施例将会获得一个增加的视角距。或者，如果该视差镜的图像30的位置使得s′＞s，此实施例可产生一个减小的视角距。这可用在当该显示器被用于需要很大观察距离的应用从而要求较小的视角距的时候，因为本发明避免了现有技术使用的很厚的、沉重的玻璃衬底。
值得注意的是，由于图5和6中的视差镜的图像被形成于图像显示层的相反侧，此两幅图像的像素列的分配在该两幅图中是不一样的。比如，穿过图5中的有阴影的像素栏C1、C3、C5的光线被导向左侧视窗13，而穿过图6中的有阴影的像素栏C1、C3、C5的光线被导向右侧视窗14。相应地图5中的左侧视窗13有阴影，而图6中的右侧视窗14有阴影。
在图5和6中的显示器里，成像装置被设置为使视差镜的图像的像素间距等同或者大体上等于视差镜的像素间距——因此在视差镜的图像30中，视差镜的图像30中的小孔10′之间的间距b′大体上等于原来的视差镜3的间距b。此外，该视差镜的单元图像的宽度近似相等于此单元的宽度——所以，图5和6中的栅缝的图像10′的宽度w′近似相等于此视差栅的能传送的缝10的宽度w。不过，本发明并不受限于视差镜的图像(或者图像显示层的图像，在成像装置形成此图像显示层的图像的实施例中)和原来的视差镜相比没有被显著放大的显示器。图7A为依照本发明的另一个显示设备28″的设计剖面图，其中视差镜的图像与原来的视差镜相比被放大了(在此情形中，大于一)。
图7A的显示设备28″大致对应于图5的显示设备28，因此将不详细描述。不过，在该显示设备28″中，在此实施例中依然是透镜阵列29的成像装置对视差镜3成像，并使得该视差镜的单元图像与原来的单元相比被放大了。此放大通过使用透镜阵列29来获得，该透镜阵列的焦距可使该透镜阵列和该视差镜的图像30之间的距离大于该视差镜和该透镜阵列之间的距离。在图7A中示出的显示器中的视差镜为具有被不透明的区域11所分隔的能传送的缝10的视差栅3，虽然本发明的此实施例不局限于视差镜的此种特殊方式。
更详细地说，视差栅的能传送的缝10的图像10的宽度w′大于原视差栅3中的能传送的缝10的宽度w。不过，此视差栅的图像30的像素间距b′等于或者近似相等于原视差栅3的间距b，因为各透镜段可使其特定的小孔成像。该透镜阵列的像素间距最好跟该视差栅的像素间距b相同。
在一个特别的优选方案中，视差栅缝的图像10′的宽度w′近似相等于该视差栅3的传输缝10的宽度w的整倍数。在图7A中，视差栅图像30中的传输缝的图像10′的宽度w′大约两倍于该视差栅3中的传输缝10的宽度w，不过任何近似的整倍数都能被使用。使传输缝的图像10′的宽度w整倍数于该视差栅的传输缝10的宽度w意味着次视窗31不会与主视窗13、14重叠。因此观察者可以观察显示器28″而不用经历串扰。使传输缝的图像10′的宽度w′大于，而不是整数倍于，视差栅3的传输缝10的宽度w会导致串扰。比如，如果左眼影像形成的次视窗(就自动立体显示器来说)与针对右眼影像的主视窗重叠，观察者就将经历到一些串扰，因为他们的右眼将看到左眼和右眼影像的混合物。
不过，在一些应用中，可以使用传输缝宽度的非整倍放大，假定串扰被降低到一个可接受的程度。
图7B是一个更进一步的显示器28″的结构设计剖面图。其仍然大致类似于图5和7A的显示器，因此将不详细描述。
图7B的显示器28″的成像装置，其仍然是透镜阵列29，产生该显示器的视差镜的图像30。该视差镜仍然为视差栅3。透镜阵列产生该视差栅的图像30，其中的传输缝的图像10′的宽度w′小于该传输缝的宽度w。此外，该视差栅图像的像素间距b′小于视差栅3的像素间距b。也就是说，W′＜w且b′＜b，缝宽和栅距都减少了同样的值。
图7B中视差栅3的传输缝的图像10的宽度w′近似为视差栅3的缝隙10的宽度w的一半。
使该传输缝的图像10′的宽度w′小于该视差栅的传输缝10的宽度w意味着视差栅3中的传输缝的图像的空间范围被减少了，如果图像显示层4的像素的宽度较小的话，这将增加该显示器的亮度——如果该缝隙比像素孔宽，光线就会损失在显示层的黑色印记中，所以减少缝隙10的图像宽度w′可允许更多的光线穿越像素。并且，通常，更小的像素孔和栅缝会导致串扰减小。此外，如果该传输缝的图像10′的宽度w被做得比较小，光线的发散性将会增加，于是该显示器的视角范围也会被做得更大。
虽然成像装置以小于一的放大倍数产生视差镜图像会带来上述好处，同时，一个明显的缺点为，由于该视差栅的图像30的像素间距b′也被减少了，将会产生与主窗重叠的次视窗，这将会导致串扰。
比如，在图7B中，视差栅的传输缝10的图像10′a产生出一个标记为A的主视窗。该视差栅的传输缝10的相邻图像10′b产生出一个标记为B的次视窗。从图7B可以看出，这两个视窗重叠了，位于重叠区域的观察者将会经历串扰。
图7C是依照本发明的更进一步的实施例的显示设备32的结构设计剖面图。图7C的显示器大致对应于7B的显示器并且，特别地，该成像装置(在此实施例中为透镜阵列29)产生近似于一半的放大倍数，从而该视差镜的单元的图像宽度近似为该视差镜的单元宽度的一半。
在图7C中该视差镜被表示为一个具有传输缝10和不透明的部分11的视差栅；在该视差栅的图像30中，传输缝的图像10′的宽度w′近似为视差栅3的传输缝10的宽度w的一半。在图7C中相当于图7B中显示器28″的显示器的单元将不再描述。
此外，图7C的显示器32还包括用来屏蔽视差镜中一个或多个单元的屏蔽装置。在图7C的显示器32中，该屏蔽装置屏蔽视差栅3中传输缝10的间隔图像。从而，该视差栅的图像30由传输区域10′组成，该传输区域10的宽度w′近似相等于该视差栅的传输区域10的宽度w的一半，而该视差栅的图像30的像素间距b′等于或者近似等于该视差栅本身的像素间距b(w′≈1/2w，b′≈b)。因为该缝隙的图像10′具有小于此视差栅的缝隙10的宽度，上述关于图7B中提高亮度和改善视角的好处也适合于图7C中的显示器32。不过，因为传输缝10的图像10′的像素间距等同于或者近似相等于此视差栅的传输缝10的像素间距，所以删除了次视窗，仅保留了主视窗13、14。图7B中的存在于显示器28″显示的图像中的串扰就已经被消除了。因此，图7C中的显示器32特别适合于作为自动立体显示器来使用，其中主窗口13、14各自对应于左眼和右眼的视窗。
在图7C中屏蔽装置包括一个模板式偏振镜33和一个模板式半波阻尼器34。模板式偏振镜33和偏振镜8、9中的阴影方向指示了此偏振镜的传输轴的方向，在此实施例中，该偏振镜为线性偏振镜。可以看出，模板式偏振镜33的单元的传输轴被设置为交替平行于或者90°于图像显示单元2的后部偏振镜8的传输轴。也就是说，位于传输缝10A后面的该模板式偏振镜的区域33A其传输轴与后部偏振镜8的轴平行，覆盖该视差栅的缝隙10B的区域33B其传输轴90°于后部偏振镜8的传输轴等等。
模板式半波阻尼器34由具有零阻尼的区域34B间隔半波阻尼的区域34A、34C组成。该模板式阻尼器34的各区域34A、34B、34C大致分别对应于该透镜阵列中的透镜。在图7C中穿过视差栅3的中央裂缝10B的光线将穿越后部偏振镜8的中部——它穿过传输轴为+45°的模板式偏振镜的一部分，该光线穿越一个零阻尼的区域，然后照到传输轴为+45°的偏振镜8上。不过，图7C中的穿越上面或者下面缝隙10A、10C的光线由模板式偏振镜上面或者下面的单元33A、33C在-45°极化，然后穿越一个零阻尼区域再被传输轴在+45°的偏振镜8阻挡。从而，该视差栅的缝隙的各间隔图像也被阻挡住。
图7D示出了依照本发明的另一个显示器32′。它大体上类似于图7C中的显示器，因此仅描述两显示器之间的差异。
图7D中的显示器32′仍然包括一个用来屏蔽视差镜中选定单元的图像的屏蔽装置。该视差镜仍然是一个视差栅，该屏蔽装置的效果是，使该视差栅的图像30包括了该视差栅的缝隙10的，宽度约为此视差栅缝隙的宽度一半的图像10′，而且其像素间距等于，或者近似等于该视差栅的像素间距。不过，在图7D的实施例中，透明缝隙的图像10′的位置可以不产生主窗，而产生左边和右边的次视窗35、36。一块在其中无法看见图象的黑暗区域37分隔开左边和右边的次视窗。因此图7D中的显示器32特别适用于想用来对两位不同观察者显示两幅独立图像的双视图显示器。
当显示器32′被用作双视图显示器时，一位观察者将位于左边的次视窗36并将看到一幅图像，同时第二位观察者将位于右边的次视窗35并将看到一幅不同的图像。中央黑暗区域的存在可防止观察者在移动或者转头时无意中看到不正确的图像。
图7D显示器32′中的屏蔽装置仍然由其内部不同区域具有正交传输轴的模板式线性偏振镜33，以及模板式半波阻尼器34形成。该模板式线性偏振镜33位于光线穿越该视差栅的传输缝10的路径上，该模板式半波阻尼器位于偏振镜8的相邻位置。该屏蔽装置工作在类似于图7C的屏蔽装置的方式上。
图7E是依照本发明的更进一步的显示器28的结构设计剖面图。此实施例大体上相当于图7B中的显示器28；特别地，该成像装置(在此实施例中为透镜阵列29)产生出视差镜的图像，其中视差单元的宽度、以及该视差镜的像素间距近似被减少了一半。图7E中的显示器28大体上类似于图7B中的显示器28″，在此仅描述其中的差异。
图7E中的显示器28中，视差镜即为具有被不透明的部分11分离的传输缝10的视差栅3。在此实施例中，该视差栅的隙缝宽度和像素间距被设置为可产生出该缝隙的图像10′的期望宽度以及视差栅的图像30的期望像素间距。在图7E中示出的情形下，透镜阵列29产生一个具有近似一半放大倍数的图像，因而视差栅3的缝隙宽度w近似两倍于期望缝隙宽度。这样可保证该视差栅的图像30中的缝隙图像10′的宽度w′将具有所期望的宽度。类似地，视差栅3的像素间距近似为期望间距的两倍，从而使该视差栅的图像30的像素间距b′等于期望间距，次视窗受到抑制，串扰也被消除。不过，由于该视差栅的图像30中的缝隙图像10′的宽度w′也被减小，所以保留了更高的亮度以及更高的散射光的好处。
图7F示出了依照本发明的更进一步实施例的显示器60。图7F中的显示器60大体上对应于图7B中的显示器28″，仅描述其中的差异。图7F中的显示器60包括在视差镜3和成像装置29″之间延展的不透明的“凸边”57。该凸边大体上平行延展于该显示器的轴线，并大体上延展到该显示器的整个垂直高度上(也就是说，它们延展入图7F的纸平面)。相邻凸边57之间的距离d等于成像装置29′的像素间距。
凸边57可以使该成像装置的各单元29a、29b 29c形成该视差镜3的唯一对应单元10a、10b、10c的图像。在图7F中，视差镜3显示为具有传输孔10a、10b、10c的视差栅，并且该成像装置显示为一组具有透镜单元29a、29b、29c的透镜阵列。比如，图7F中示出的中央透镜单元29b能够形成该视差栅的中央传输孔10b的图像，如图中所示。然而，该透镜阵列的中央透镜29b不能形成该视差栅中上面或者下面的孔10a、10c的图像，由于凸边57阻止了穿过视差镜中上面或者下面的小孔10A、10C的光线到达该透镜阵列的中央透镜29b。类似地，该透镜阵列的上部透镜单元29a仅可以形成该视差栅的上部缝隙10a的图像，并且该透镜阵列的下部透镜29c仅可以形成该视差栅的下部缝隙10c的图像。
结果，在该视差栅的图像30中，各传输缝10a、10b、10c的图像10′经由该透镜阵列的放大率(在图7F中该透镜阵列提供近似一半的放大率，不过该实施例可以被用于任何小于1的放大率上)在宽度上被降低了。因而，此前给出的与图7B中的显示器相关的优点被保留了。然而，不透明的凸边57的存在表明该视差栅图像的像素间距等同于或者近似相等于原来的视差栅3的像素间距b。因此，阻止了次视窗的产生，并且串扰也减少了。由于不存在次视窗，在主视带以外该显示器为全黑，当本发明被用于保密显示屏时这可以成为一个优点。相应地，凸边57作为屏蔽装置，以阻止该成像装置的各单元形成该视差镜的超过一个单元的图像。图7C中的实施例里的模板式偏振镜33和模板式半波阻尼器34会产生同样的效果。
衬底12′可以由几个玻璃块形成，各块之间放置不透明层来形成凸边。或者，衬底上可以做出很深的切口，各切口里填充上不透明材料以形成凸边57。
图7G示出了更进一步的依照本发明的实施例的显示器62。图7G中的显示器62大体上对应于图5中的显示器28和图7A中的显示器28″，在此仅描述其中的差异。在图7G的实施例中，成像装置29包括一个弱聚光镜，它并不在成像装置29的前面将视差栅3成像，而是在成像装置29的后面产生视差栅3的虚像30，该视差栅图像30和显示层4之间的间距s′大于实际的视差栅3和显示层4之间的间距s。这会导致视角距窄于不存在成像装置29时由实际的视差栅3和显示层4所产生的视角距。
图7H示出了依照本发明的更进一步实施例的显示器63。图7H中的显示器63大体上对应于图7G中的显示器62，在此仅描述其中的差异。在图7H的实施例中，成像装置29包括一个发散透镜，可在成像装置29后面，并且在此实施例中也在视差栅3的前面，产生视差栅3的虚像30，该视差栅图像30和显示层4之间的间距s′小于实际的视差栅3和显示层4之间的间距s。这会导致视角距宽于不存在成像装置29时由实际的视差栅3和显示层4所产生的视角距。
图7I示出了依照本发明的更进一步的实施例的显示器64。图7I中的显示器64大体上对应于图7H中的显示器63，在此仅描述其中的差异。图7I的实施例中，相邻图像显示层4，成像装置29被布置在光传导衬底5的正面，而不是光传导衬底12′的正面。成像装置29包括发散透镜，其可在成像装置29的后面，在此实施例中，也在视差栅3的前面且在光传导衬底5的内部，产生出视差栅3的虚像30。该视差栅图像30和显示层4之间的间距s′小于实际的视差栅3和显示层4之间的间距s。这会导致视角距宽于不存在成像装置29时由实际的视差栅3和显示层4所产生的视角距。弱聚光镜还可以被用于成像装置29中。成像装置29还可以与图像显示层4一起被整体形成；比如成像装置可以由像素板本身内部的微观结构形成。
图8A是依照本发明的更进一步实施例的显示器的结构设计剖面图；图8A中的显示器38大体上对应图5中的显示器28，在此仅描述其中的差异。
在图8A中的显示器38中，成像装置(在此实施例中形成视差镜的图像)具有可变焦距。该成像装置的焦距由控制器40控制。因此，有可能控制该视差栅图像的位置，并从而控制图像显示层4和该视差栅图像之间的间距。这样可允许该显示器的视角距受控。比如，如果设定焦距使该视差栅的图像被形成于位置30a，该图像和图像显示层4之间的间距会相对较低，因此获得了较宽的视场角——对于该显示器工作为双视图显示器，其图像需要被不同的观察者观看的情况来说这是需要的。相反地，如果该视差栅的图像被形成在另一个位置30b，该视差栅的图像和图像显示层4之间的间距会更大(虽然仍然小于该视差栅和该图像显示层之间的间距)，与该视差栅的图像位于第一个位置30a相比这将导致一个更低的视场角——这可能适合于想要被用作自动立体显示器的显示器，此时视场角必须使得图象间距对应于人眼间距。因此，通过适当地控制成像装置的焦距，有可能改变显示器38的视场角——这允许为适合特定的应用而调节视场角，尤其是，允许该显示器在双视图显示模式和自动立体显示模式之间切换。也有可能在后栅模式和前栅模式之间切换，后栅模式中视差镜的图像被放置在图像显示层4的后面，前棚模式中视差镜的图像被放置在图像显示层4的前面。
任何适当的具有可变焦距的成像装置都可以被用于图8A中的显示器38。比如，模态液晶透镜、像素级液晶透镜，或者填充了液晶的微透镜结构都可以被使用。在所有情况下，这些透镜的焦距都会随穿过该液晶透镜的外加电压而改变。此时控制器40将会控制穿过该透镜阵列的外加电压。从而，该成像装置的焦距可以简单地通过使用控制器40控制穿过该透镜的外加电压的大小来控制。
图8B是依照本发明的更进一步的显示器38′的结构设计剖面图。图8B中的显示器38′大体上类似于图8A中的显示器38，在此仅描述其中的差异。
此外，图8B中的显示器38′还拥有用来判断该显示器和观察者之间的纵距的跟踪装置41。用来控制该成像装置的焦距的控制器40接收，作为输入，跟踪装置41的指示出在该显示器和观察者之间的纵距的输出信号。因此，基于观察者和该显示器之间的纵距，控制器40能改变该成像装置的焦距，从而改变该视差镜的图像30的位置。当该显示器被用于自动立体显示模式时，视角距可以基于显示器38′和观察者之间的纵距而被改变，这可使左边和右边的视窗之间的间距持续相等于观察者的眼间距。相反，常规的自动立体显示器被设定为观察者从距显示器固定的距离上观看，视角距被设成可以在那个距离上正确地为观察者分隔左眼和右眼影像。然而，如果该观察者接近或者远离该显示器，视窗之间的横向间隔就会减小或者增加，从而不再等于观察者的眼间距。
图8C是更进一步的依照本发明的实施例的显示设备38″的结构设计剖面图。在此实施例中，成像装置仍然是具有可变焦距的成像装置，它的焦距通过一个适当的控制器40来控制。
在图8C中的显示器38″中，视差镜就是视差栅3。可变焦距的成像装置39被设置成使得它可以在图像显示层4的平面上产生该视差栅的图像。此外，该视差栅的宽度和像素间距，以及由成像装置39产生的放大率，被设置成使得视差栅30的图像不会在图像显示层4的平面上或者图像显示层4的平面后形成黑色区域，正如在图8C中示意的那样。(在图8C中，该视差栅具有一个2:1的黑色区域传输缝比率和位于位置30C的该视差栅的图像被放大了一个约为3的因子)。因此，可以有效地禁用视差栅3，从而可获得一种二维显示模式。从而，此显示设备可以通过控制该成像装置在三维显示模式和二维显示模式之间切换以提供视差栅3的适当的图像。当该视差栅的图像在像素平面后面形成黑色区域时，如图8C中的30B所示，将会如图5或者6所示的那样导致一种三维显示模式。
进一步地，图8C中的显示设备38″可以在不同的三维显示模式之间切换。比如，参照上面图8B所解释的，透镜阵列39的焦距可以被控制来产生双视图显示模式或者自动立体显示模式，以及一种二维显示模式(虽然这可能需要更复杂的光学系统诸如，举例来说，图9A中示出的光学系统)。
图9A是依照本发明的更进一步实施例的显示设备42的结构设计剖面图；此实施例大体上相当于图5中的显示设备28，在此仅描述其中的差异。
图9A中的显示设备42包括一个由多层透镜组成的成像装置。在图9A中显示了43、44和45三个层次，各层共同组成一个透镜阵列。其中的两层包括具有可变焦距的透镜，它们为中央透镜44和一个其他的透镜层(在图9A中该中央透镜层和右手边的透镜层44、45是可控制的)。具有可变焦距的该透镜可以是液晶透镜，如上所述，相对于图8A中的显示器而言。该变焦距透镜层44，45通过一个适当的控制器(未示出)彼此独立地被控制。此实施例允许独立控制焦距和该成像装置的放大率。因而，显示器42可以在二维和三维显示模式之间，以及/或在不同的三维显示模式之间切换，参照上面图8A到8C所述。
由于图9A中的该实施例提供了该成像装置的焦距以及放大率两者的独立控制，因此有可能保证该视差镜(或者图像显示层)图像的像素间距总是等于该视差镜(或者图像显示层)的像素间距，不管该图像的位置在哪里。相反，在8A、8B以及8C的实施例中，仅成像装置的焦距可以被控制，实际上，改变该成像装置的焦距有可能导致使该成像装置的放大率产生一个伴随变化，此时该视差镜(或者图像显示层)图像的像素间距会随着该图像的位置而轻微地改变。对于该视差镜(或者图像显示层)图像的一些位置来说，这可以引起次视窗的产生；这些次视窗可以使用，举例来说，图7C、7D或者7F中的方法来消除。
图9B示出了依照本发明的更进一步的实施例的显示器46。此实施例的显示器46可以用来对关于该显示器做横向移动的观察者进行跟踪。
显示器46的成像装置包含两个可被禁止的透镜阵列47、48，其中一个被放置在另一个的后面。在图9B中，这两个透镜阵列47、48具有相同的像素间距，不过彼此之间相对横向偏移了大约八分之一个像素间距。这两个透镜阵列的焦距基本相同，因此阵列47、48可产生出视差镜3的各自图像30A、30B，它们的纵向位置相同而彼此之间相对横向偏移了四分之一的像素间距。(在图9B中，两幅视差镜的图像30A、30B显示为具有纵向偏移，不过这只是为了描绘清楚——更准确地说，这两幅图像30A、30B处于相同的平面上)。
依靠控制器40，两个透镜阵列47、48可被独立地控制。特别地，控制器40可以启用透镜阵列47、48中的任一个以及禁用另一个。
更进一步地，显示器46包括一个跟踪装置41，用于跟踪相对于该显示器的观察者的横向位置。该控制器40作为输入接收一个该跟踪装置41产生的关于观察者横向位置信息的输出信号。依据相对于该显示器的观察者的横向位置，控制器40可以选择透镜阵列47、48中的任一个。由于通过这两个透镜阵列而产生的该视差镜的图像30A、30B相对横向偏移了四分之一的像素间距，透镜阵列47产生的视窗从透镜阵列48产生的视窗上转移了一个角度。在图9B中，由透镜阵列47产生的主视窗的中心位置以实线表示，而由透镜阵列48产生的视窗的中心位置以虚线表示。
因此，通过从一个透镜阵列切换到另一个，有可能使视窗横向转移，以跟随观察者的移动。
现在将描述一种产生可切换的透镜阵列47、48的方法。此方法中，各透镜阵列由被放置在比如玻璃的传输衬底47b、48b里的液晶透镜47a、48a组成。如果透镜47a、48a的折射率与其周围的衬底47b、48b的折射率相匹配，该透镜就被有效地禁用且不会产生透镜效果，而如果透镜47a、48a的液晶材料的折射率不同于各自的衬底47b、48b的折射率，那么就会产生出透镜效果。因此，通过施加一个适当的电压穿过透镜47a、48a的液晶材料并进而控制他们的折射率，就有可能选择该透镜阵列中的一个而禁用另一个透镜阵列。
在一个另外的实施例(未示出)中，透镜阵列47、48不可被控制。在此实施例中，针对一种偏振方向的光线，一个透镜阵列被设置为使其液晶材料的折射率与环绕其的衬底相匹配，针对具有正交偏振状态的光线，另一个透镜阵列48被设置为使该透镜阵列的折射率与环绕其的衬底相匹配。此时，可以通过控制一个适当的极化开关(未示出)，以控制照射到该透镜阵列上的光线的极性，从而选择该透镜阵列中的某一个。
图9C示出了依照本发明的更进一步的显示器49。此显示器49仍然能够改变视窗的角位置以跟随，比如说，观察者的横向运动。
在图9C的显示器中，成像装置，这里显示为一个常规的透镜阵列29，被设置成可关于该视差镜横向移动。在图9C中，该成像装置显示为可进行机械移动，不过除该成像装置之外或者代替该成像装置，该视差栅也可能做横向移动。通过改变该成像装置相对于视差镜的横向位置，该视差镜的单元图像的横向位置也被改变了。举例来说，当该视差镜就是视差栅时，改变成像装置相对于该视差栅的横向位置将会导致该视差栅的传输缝10的图像10′的横向位置改变。如关于图9B的解释那样，这将会反过来改变该显示器49产生的视窗的角位置。
控制器40作为输入接收跟踪器41跟踪相对于显示器49的观察者的横向位置的输出信号。该成像装置的横向位置，相对于该视差栅，由控制器40基于跟踪器41的输入来控制，以改变视窗的角位置，从而跟随观察者的横向运动。
该显示器49的其余组件对应于图5中的显示器28中的相应部分，并将不再做更进一步的描述。
在此实施例的一个改型中，视差栅3内嵌了一个空间光调制器诸如，举例来说，一个液晶板。在此实施例中，该视差栅的横向运动通过对该空间光调制器重新寻址来模拟，从而使该视差栅的传输缝的横向位置进行横向移动。
图9D是本发明的更进一步的多视角方向显示器49′的设计剖面图。该显示器49′大体上对应于图9C中的显示器49，该显示器49′中和图9C中的显示器49一样的特点将会再次被描述。
在图9D中的显示器中，这里显示为一个常规的透镜阵列29的成像装置的位置，相对于视这里显示为一个视差栅的差镜3是固定的。这可以通过装配该成像装置到该视差镜的衬底12′中的一个上面去来实现。相对于图像显示设备2，该成像装置和视差镜是可共同活动的。在图9D中该成像装置和视差镜显示为可机械移动，不过除该成像装置之外或者代替该成像装置，该图像显示设备也将可能是可移动的。
相对于图像显示设备2，成像装置29和视差镜3可以一起横向并且/或者纵向地活动。通过改变该成像装置和视差镜的相对于该图像显示设备的横向位置，该视差镜的单元图像的横向位置也被改变了。正如对于图9B的解释，这将会反过来改变由显示器49′产生的视窗的角位置，从而允许该显示器跟踪观察者相对于该显示器的横向移动。
通过改变该成像装置和视差镜的相对于该图像显示设备的纵向位置，该视差镜的单元图像的纵向位置也被改变了。正如对于图8B的解释，这将会反过来改变由显示器49′产生的视窗的视角距，从而允许该显示器跟踪观察者相对于该显示器的纵向移动。该显示器可以提供一个视窗之间的恒定横向间隔而不管该显示器和观察者之间的纵距是多少。
该成像装置和视差镜相对于该图像显示设备的横向和/或纵向运动由控制器40控制。其中该成像装置和视差镜可以相对于该显示器作横向和纵向两个方向的移动，控制器40最好能够独立地分别控制横向运动和纵向运动。
控制器40可以作为输入接收观察者跟踪装置41发出的跟踪观察者相对于显示器49′的纵向和/或横向位置的输出信号。基于观察者跟踪装置41的输出，该控制器40能够控制该成像装置和视差镜相对于该图像显示设备的纵向和/或横向位置。
图10是本发明的更进一步的显示器28″″的设计剖面图。在此实施例中，本发明被应用于一个前栅显示器，其中视差镜被放置在像素级显示层的前面，而不是视差镜的图像的前面。
在图10中，视差镜显示为一个视差栅3，其具有由不透明的区域11分隔的光传导缝10。该成像装置显示为一个透镜阵列，其像素间距大体上等于或者整数倍于像素级显示层4的像素间距。该透镜阵列29形成图像显示层4的图像，使得视差栅3和图像显示层4的图像30之间的纵向间隔s′小于视差栅3和图像显示层4之间的纵向间隔s。因而增加了视角距，正如对于图5的上述解释。
图10中的该显示器28″″的其余单元大体上对应于图5中的显示器28的那些部分，为此这里将不再重复对它们的描述。然而，应当指出，此实施例的图像显示层4可以是一个由背光(未示出)照明的传导性图像显示层或者一个诸如等离子体或者有机发光设备(OLED)的放射性显示层。
在图10中的显示器里，图像显示层的图像30被形成于该显示器内部，其透镜阵列具有固定焦距，并且产生一个约为1的放大率。不过，原则上，图6-9C中的实施例可被全部应用于图10中示出类型的前栅显示器(虽然实际上将图7C和7D中的显示器归入前栅显示器可能存在困难，因为其主像可能会与对立像素的次像相重叠)。
在图10中的显示器里，图像显示层的图像30所形成的像素间距大体上与图像显示层4的像素间距相同。也存在这种可能性使透镜阵列29具有与图像显示层4不同的像素间距，或者多或者少。如果该透镜阵列29的像素间距被设置成具有很大的像素间距，那么该图像显示层的图像30的最终像素间距将会大于该图像显示层4的像素间距，导致视角距的更进一步增加。
图11示出了依照本发明的更进一步实施例的显示器50。该显示器50的特征简而言之和图5中的显示器28一样，在此将不再描述。
此实施例中，成像装置包括一个透镜阵列51。该透镜阵列的透镜52的平面没有被设置成垂直于该显示器的轴。相反地，该透镜52被配置在微结构53上，从而该透镜52的平面与该显示器的纵轴有一个角度。
该透镜52的焦距被设置成可使它们产生视差镜的单元图像(此时为视差栅3的传输缝10的图像10′)，其正好与像素级显示层4的像素54重合。也就是说，传输缝的图像10′处于像素级显示层4的平面上，并且重合于或者大体上重合于图像显示层4的像素54的显示区域。
缝隙10的图像10′与图像显示层4的平面成一个角度，如图11中大略所示。这是透镜52被配置到微结构53上的结果。于是，该显示器50可以在相对于该显示器垂直轴的较大角度上提供优质的视窗。图11的显示器50中，在常规显示器中发生在宽视度上的典型畸变会被显著地消除或者减少。该缝隙的图像10′将聚焦在该图像显示层的平面上，因为存在着两个透镜分别对应于每一个栅缝。如果该缝隙的图像10′处于该图像显示层的前面，或者后面，通常两倍数量的该缝隙的图像和三维视窗将会被淹没。
图11中的实施例也可以被概括在一个前栅显示器里，其中视差镜被放置在图像显示层4的前面。
如上所述的实施例中，由该透镜光线的虚光描绘的观察锥角将会决定可视的最大视场角。这些线条标记在关于该实施例的图中。值得注意的是，就被放大的图像来说，其图像大小大于原来的隙缝宽度，从而其锥角也被减少了。这就是如上所述的关于图7D中该实施例其后隐藏的部分基本原理。
图12是依照本发明的更进一步实施例的显示器55的结构设计剖面图；该显示器55的特征简而言之和图5中的显示器28一样，在此将不再描述。
在此实施例中，图像显示设备2的其中一个衬底内部放置了一个散射层56。在图12中该散射层56显示为位于第一衬底5的内部，相应地形成了两个衬底5a、5b，该散射层即夹在它们之间，不过该散射层56也可以在该图像显示单元的第二衬底6的内部提供。
该扩散层大体上与该显示器的轴垂直。图1 2中的显示器55是一个后栅显示器，其中成像装置(在图12中为一个透镜阵列29)形成该视差镜的图像30。在此实施例中，扩散层位于可使该视差镜的图像30大体上正好与该扩散层相重合的位置上。在图12中该视差镜和该扩散层56的图像30显示为被纵向地分隔开，不过这是为了说明清楚，该扩散层最好位于可使该视差镜的图像30正好与该扩散层的平面相重合的位置上。
该显示器的锥角依赖于聚焦在聚焦面上的光线的扩张角，超过此角度将会出现虚光。配备扩散层56可以改善该显示器的视角。
图12中的扩散层56可以被应用于任何如上所述的实施例中，其中成像装置产生视差镜的图像，并且具有一个固定的成像能力，从而该视差镜的图像位置也是固定的，其中该视差镜的图像被形成于该显示器内部。图12中的该实施例也可以被应用于前栅实施例内，其中成像装置产生一个图像显示层4的图像，假如该成像装置的成像能力是固定的，那么该图像显示层的图像位置也是固定的。
图12中的扩散层也可以被应用于可在三维模式和二维模式之间切换的显示器。比如，该扩散层56可以被并入图8C中示出类型的显示器中，也就是说可操作在三维或者双视图显示模式以及二维显示模式上。在三维或者双视图显示模式中，该扩散层将位于可使其与该视差镜的图像正好重合的位置上，于是在三维或者双视图显示模式中将可获得一个增加的视角。在二维模式内，该视差栅的图像从该扩散层上将会很好地形成，从而在二维显示模式中该散射层变成了一个标准的背光。
图13A是依照本发明的更进一步的多视角方向显示器58的结构设计剖面图。该显示器58大体上对应于图12中的显示器55，在此将不再描述这两个显示器中共有的特征。
在图13A中的显示器58中，成像装置29具有一个可变焦距并且可以是，举例来说，一个具有如图13A所示的可变焦距的透镜阵列。
视差镜3和成像装置29被设置来产生该视差镜的图像，其中该视差镜单元的图像较小。此处该视差镜就是一个视差栅，比如，一个具有相对窄缝的视差栅可以被用在这里。进一步地，或者换种方法，一个具有小于一的放大率的成像装置可以被用在这里，从而该视差栅的图像30中的缝隙10′的图像窄于该视差栅中的缝隙10，参照上述图7B到7E的描述。
使用一个适当的控制器(未示出)可控制该成像装置的焦距以改变该视差镜的图像30的位置。从而有可能使该视差镜的图像30被形成于散射层的后面，或者在该散射层平面上。因此，通过控制该视差镜的图像30的位置，有可能改变位于该散射层上的该视差镜单元的图像尺寸，并从而改变该视差镜单元的图像的有效尺寸——从而可制造一个其中的视差镜单元的有效尺寸可控的显示器。不管该视差镜单元的有效尺寸是多少，视角距总是恒定的，并由该散射层和该图像显示层之间的间距决定。
图13A中的显示器58也可以工作于二维显示模式，通过控制该成像装置的焦距，使得该视差镜的图像被形成于远离散射层56的位置，从而该散射层成为一种标准背光。
图13A中的显示器58也可以工作在二维显示模式上，如果该成像装置29是可被禁止的话。通过禁用该成像装置，将不会形成视差栅图像。从该视差栅3上来的光线被散射层56扩散开，从而可重新获得一种二维显示模式，如图13B所示。此实施例的可被禁止的成像装置可以由，比如，图9B实施例中可被禁止的透镜阵列47、48组成。
图12和13中的实施例也可以被应用于一个前栅显示器里，其中视差镜被放置在图像显示层4的前面。
在图8A到13中的实施例中，该视差镜的图像(或者该图像显示层的图像)的像素间距等同于或者大体上等于该视差镜(或者图像显示层)的像素间距。
包含一个观察者跟踪器的图8B、9B、9C和9D中的实施例可以更进一步的具有用于鉴别该显示器的用户的装置。比如，该显示器可以具有一个可以跟踪用户眼睛的位置，并还可以鉴别用户的跟踪/鉴别设备26。比如，图8B、9B、9C或者9D中的跟踪装置41可以包含虹膜传感器和/或指纹传感器，其具有该显示器的授权用户的虹膜或者指纹模板信息。
当有人企图激活该装置时，跟踪装置41判断此人是否为该系统的一个授权用户，并将让该系统仅被授权用户激活。此外，该跟踪装置41可以储存最经常被各授权用户使用的显示模式的有关信息——当该系统被激活时，该跟踪装置41将会尽可能地指示控制器40将该显示器设置到该用户最常用的显示模式上。
在上述的显示器中，衬底、偏振镜、视差栅以及透镜阵列可以由任何适当的材料制造。原则上，该图像显示层4可以是任何像素级显示层。在图像显示层被放置在视差镜之前任何的实施例中，任何传导性图像显示层都可以被使用，而在图像显示层被放置在视差镜之后的实施例中，任何传导性或者放射性图像显示层都可以被使用。
依靠该图像显示层4的自然属性，可以不需要图像显示设备2的偏振镜8、9。
本发明也可以被用来获得非对称视窗——也就是说，提供一种显示器，其中的一个视窗的角范围不同于另一个视窗的角范围。这可以通过利用一种成像系统来实现，该成像系统产生相对于图像显示层具有横向偏移的视差镜的图像，或者产生相对于视差镜具有横向偏移的图像显示层的图像。这可以通过对该成像装置进行适当的横向校准来实现。
在共同未决的英国专利申请0320365中描述了非对称视窗的制作。在此共同未决的申请中揭示的用于获得非对称视窗的一种技术将使用一种大体上相对于该图像显示层存在位移的视差栅。大家都知道，为提供“视点校正”，需要使视差栅的像素间距稍微小于像素级图像显示板的像素间距，并且此类显示器中在视差栅的小孔和图像显示板的像素(或者像素列)之间会有一些小的位移。不过，在上述共同未决的申请中，视差栅和图像显示层之间的位移明显大于当前所知的显示器中的。比如，有代表性地，在该显示器中心，一种视差栅的小孔被放置在距离对齐位置大约20°的地方。此位移的效果是使一个视窗变小，由此产生具有彼此不同角范围的视窗。
在本发明的上述实施例中，通过成像装置的合适的横向位置，有可能产生出相对于图像显示层具有大体上位移的视差镜的图像(或者产生出相对于视差镜具有大体上位移的图像显示层的图像)，从而以共同未决的英国专利申请No.0320365.0中教导的方式产生出非对称视窗。
图9C中的实施例可以提供一种可受控产生对称视窗或者非对称视窗中任一个的显示器。如果该透镜阵列与该视差镜正确对准，该视差镜的图像将会与该图像显示层对准，于是将会获得对称视窗。通过相对于该视差镜横向移动透镜阵列，有可能产生出相对于图像显示层具有明显位移的视差镜图像，从而产生出非对称视窗。这也可应用于图9C中的前栅改型。
图14示出了一种本发明的多视角方向显示器59，它可以产生出非对称视窗。该显示器59大体上对应于图5中的显示器28，在此仅描述图14中的显示器和图5中的显示器之间的差异。
在图14中的显示器59里，成像装置是非对称的，该成像装置的各单元上的成像能力是不恒定的。在图14中示出的特定成像装置里，该成像装置就是一种具有非对称式镜头的透镜阵列29。每个透镜都包括具有较长焦距的部件29a以及具有较短焦距的部件29b。因此，该透镜阵列29可产生出该视差栅的两幅图像。该视差栅的第一幅图像30a由该透镜阵列的透镜的长焦部件29a产生。该视差栅的第二幅图像30b由该透镜阵列的透镜的短焦部件29b形成，因而该视差栅的第二幅图像30b处于该视差栅的第一幅图像30a和该透镜阵列29之间。该视差栅的这两幅图像30a、30b彼此相互横向对准。此外，这两幅图像大体上彼此大小一样。
这两幅图像以隔行交织的方式被显示于图像显示层上，图14示出了显示在像素列C1、C3、C5上的左眼图像，以及显示在像素列C2、C4、C6上的右眼图像。显示左眼图像的像素列为穿过该透镜的短焦区域29b的光线所照亮，而显示右眼图像的像素列为穿过该透镜的长焦区域29a的光线所照亮。因而，图像显示层4和该视差栅的图像之间的间距与左眼图像和右眼图像之间的距离不同。用于左眼图像的间距(sL)等于该视差栅的短焦图像30b和图像显示层4之间的间距，而用于右眼图像的间距(sr)就是该视差栅的长焦图像30a和图像显示层4之间的间距，从而sL＞sR。所以，用于右眼图像的视窗14具有比用于左眼图像的视窗13大的角范围。
图14中的实施例也可以被应用于这种显示器，其中成像装置形成图像显示层的图像。
图15是依照本发明的更进一步实施例的多视角方向显示器63的设计剖面图。该显示器63包括一种图像显示设备，其中包含被放置在光传导衬底5上的像素级图像显示层4。该显示器63由放置在该显示器之后的光源(未示出)发出的光线7所照亮。此图像显示层可以是任何传导性的显示层；在此实施例中，图像显示层4是一种液晶层诸如，举例来说，一种活性基质TFT液晶显示层。该图像显示设备还将包括诸如放置在该图像显示层4的各边的第一和第二偏振镜、放置在图15中示出的该图像显示层4到衬底5的对边上的第二透明衬底，以及诸如像素电极、开关单元等等用于对液晶层的像素寻址的寻址装置，不过这些本来应该是很普通的，因此在图15中被忽略掉了。
此外，该显示器63还包括一种被放置在图像显示单元之后的视差镜3。在此实施例中，视差镜3是一种视差栅，其具有延展入图15中的纸平面的，由不透明的部件11分隔的光传导缝隙10。工作中，驱动装置(未示出)驱动该像素级显示层4显示两幅隔行交织图像，在图15中这通过把相隔的像素列C1、C3、C5标识为“R”来代表一幅图像，同时把其他的像素列C2、C4、C6标识为“L”来代表另一幅图像(该像素列延展入图15中的纸平面)来指示。这是想用来指出一幅图像显示在像素列C1、C3、C5上，并且在右视窗上可见。第二幅图像显示在像素列C2、C4、C6上，并且在左视窗上可见。
此外，显示器63还包括在视差栅3和图像显示层4之间提供的两个成像装置60、61。在图15中的实施例里，各成像装置60、61是由一种透镜阵列组成的。各透镜阵列的每个透镜大体上与图像显示层4的像素列C1...C6平行延展。图15中示出的这两个透镜阵列形成于公共光传导衬底62的相对面上，不过原则上每个透镜阵列都可以被形成于单独的衬底上。
虽然图15示出了作为成像装置的透镜阵列，本发明并不仅仅被限制在此种类型的成像装置上。原则上，任何会聚的、衍射的或者折射的微结构(比如，菲涅耳透镜)都可被用于代替标准镜头。该成像装置还可以利用全息光学单元形成。
显示器63的工作原理是视差栅3和第一成像装置60产生定向照明的区域。在图15中的实施例里，第一成像装置60就是一个透镜阵列，穿越视差栅3的小孔10的部分光线照射到双面凸透镜的部件60R上，并基本上被转向右视窗，另一部分光线照射到相邻的双面凸透镜的部件60L上，并基本上被转向左视窗。(涉及该显示器方向的术语“右”、“左”指的是观察者从正常观察位置观看该显示器时所看到的。)第二成像装置61使定向照明的图案成像，该定向照明由视差栅3和在图像显示层4(或者在接近于该图像显示层平面的平面)上的第一成像装置60产生。于是，显示左侧图像的像素列C2、C4、C6等等，主要由传向左视窗的光线照亮，而显示右侧图像的像素列C1、C3、C5等等，主要由传向右视窗的光线照亮。这两幅图像显示在不同的方向，从而产生出一种多视角显示器。
图15中的显示器63可提供(与标准视差栅显示器相比)更高的图像亮度。在图1示出类型的常规显示器中，图像显示层的像素由指向左边和右边的光线照亮，不管该像素是否显示左侧图像或者右侧图像。不过，在图15中的显示器63里，透镜阵列将穿越视差栅3的传导性的区域10的光线重新分配，从而显示左侧(或右侧)图像的图像显示层的像素主要由指向左边(或者右边)的光线照亮。这可使该视差栅的传导区域10比常规的视差栅显示器更宽。图15中的该显示器63的更进一步的优点是可减少串扰。
由于显示左侧(或者右侧)图像的像素列主要由指向左边(或者右边)的光线照亮，该显示器63还可产生更小的图象混合地带。此外，几乎没有光线被第一成像装置导向到该显示器的轴方向上，这样提供了左侧图像和右侧图像之间的一块低亮度区域。
成像装置60、61的最适当的焦距可以使第一成像装置60在第二成像装置61的平面上形成栅栏3的图像，并且第二成像装置61在图像显示层4的平面上形成第一成像装置60的图像。相应地，该视差栅的图像和该图像显示层之间的间距小于该和该图像显示层之间的间距，从而左视图和右视图之间的角距如早先的实施例中描写的那样被增加了。这样当该成像装置和视差栅3相对远离于该图像显示层时，就可以在视图间取得较宽的角距。这可以使系统的制造变得更容易，比如，可使该成像装置的衬底5和衬底62都被做得相对厚且结实。举例来说，衬底5、62可以有大约0.5mm的厚度。
该透镜的最佳的像素间距可以使第一成像装置60的像素间距大约与图像显示层4的像素间距相同，并且第二成像装置61的像素间距与图像4的像素间距相比大约相同，或者约为其两倍。
第二成像装置的单元最好与第一成像装置的单元对齐。比如，当成像装置由透镜阵列组成时，第二透镜阵列的透镜61a最好与对应的第一透镜阵列的透镜60a直接对齐。不过，其他的结构也是有可能的。视差镜3的像素间距最好为第一成像装置的像素间距的两倍。该视差镜的各单元与第一成像装置60的两个单元之间的边界大致对齐，所以当该视差镜为视差栅并且第一成像装置为透镜阵列时，如图15所示，该视差栅3的每个传导区域10的中心与第一透镜阵列60的两个透镜单元之间的边界大致对齐。
图15中示出的视差镜的对齐方式、第一透镜阵列和第二透镜阵列提供了关于该显示器的垂直轴对称排列的左右视窗。该视差镜、第一透镜阵列或者第二透镜阵列其中任意间的横向位移将不会影响此两视窗的位置，不过它将会导致两视窗之间的串扰。
一种隔离物(未示出)可以被提供来保证第一成像装置60和视差栅3之间的间距维持在期待值上。比如，第一成像装置60可以具有(在不定的空间间隔内的)隔离列以维持第一成像装置60和视差栅3之间的间距。
该视差栅3可以是一种固定视差栅，其中光传导衬底(未示出)上堆积了不透明区域11。换句话说，它可以是一种可被禁用的视差栅——比如透明的区域10和不透明的区域11可以被定义在一种可寻址层上诸如，举例来说，一种其栅栏可以通过开关液晶而被禁用的液晶层，以使其区域上具有同一标准的透射率。使用可被禁用的视差栅让该显示器63可被切换到常规的二维显示模式。
图16是本发明的更进一步的显示器63′的结构设计剖面图。该显示器63′在许多方面对应于图15中的显示器63，在此将仅描述此两显示器之间的差异。
在图16中的显示器63′中，不存在图15中的视差栅3和分离的背光。相反地，该显示器63′具备一种由波导管64和沿波导管侧面排列的一个或多个光源65组成的背光66。图16中示出的两个光源65，沿该波导管64的相对面排列，不过本发明并不局限于图16中示出的特定的背光结构、单光源、或者两个以上光源都能被使用。该光源65最好沿着该波导管所有的或者大体上所有的相应侧面延展，并且可以是，比如荧光管。
众所周知，光源65发出的光线进入波导管64并在该波导管64内经全内反射现象而被捕获——光线在该波导管内传播，照射到该波导管64的前表面67或者后表面68上，经历全内反射且没有从该波导管散发出去。
依照图16中的实施例，在该波导管的背面68的选定区域69上产生了散射点。如果在该波导管内传播的光线照射到该波导管背面68的，其上有散射点的区域69上，该光线不会在背面68发生镜面反射，而是被该散射点散射，正如图16中所述。因此，一些散射光跟正常情况成一定角度照射到该波导管的正面67上，其角度小于临界角，并因此被折射出该波导管而射向图像显示层4。
光线仅于存在散射点的区域69被散射出波导管64，在波导管64上没有散射点的部分没有光线发出。因此该波导管64具有发光的区域(对应于存在散射点的区域69)以及不明显发光的区域。如果具有散射点的区域69由延展入图16的纸平面的条纹形成，那么该波导管64的发光区域在大小、形状以及位置上对应于图15中的视差栅3的传导区域10，并且该波导管64的不发光区域在大小、形状以及位置上对应于图15中的视差栅3的不透明区域11。从而图16中的显示器的背光66结合了常规的背光和图15中的显示器的视差镜3，并且第二透镜阵列可以被看成在对视差镜成像。该视差镜的图像和图像显示层之间的间距小于该视差镜和图像显示层之间的间距，从而左视图和右视图之间的角距如先前的实施例中描写的那样被增加了，于是获得了先前的实施例中的优点。
波导管64的没有散射点的区域69可以被一种吸收材料包裹，以确保没有光线由此区域散射。这可减少对应于图15中视差栅3的不透明区域11的该波导管区域发出的光强度。
该散射点可以配备在该波导管的正面67上，而不是，或者以及，该波导管的背面68上。
该散射点可以由散射结构、衍射结构或者微折射结构组成。它们的精确结构并不重要，只要光线在有散射点的区域69散射以及在无散射点的区域没有明显的散射。
图17是本发明的更进一步的显示器63″的结构设计剖面图。该显示器63″大体上对应于图15中的显示器63，在此仅描述其中的差异。
图17中的显示器63″仍然拥有一种由波导管64和沿着该波导管64的侧面64a、64b排列的至少两个光源65a、65b组成的背光66。图16中示出的两个光源65a、65b沿着波导管64的相对面排列，不过本发明并不局限于此背光的此种特定配置。该光源65a、65b最好沿着该波导管所有的或者大体上所有的相应侧边延展，并且可以是，比如荧光管。
该背光66包括至少一个在可见光谱范围内发光的光源65b。此外，它还包括至少一个光源65a，其在可见光谱范围内不发光，而仅仅在可见光谱范围外的波长上发光，比如仅在光谱紫外线区域的波长上。可见光源65b和可见光谱外光源65a可互相独立地被控制。
在该背光66中，该波导管64的背面68不是平滑的，而是被制造得很粗糙，从而使在波导管64内传播，从而照射到该波导管背面68的光线被散射开而不是被镜面反射。于是，当源65b发出可见光时(并且另一个光源65a被关掉)，波导管64从它的前表面以一种在其区域上大体上均匀一致的强度发出可见光。从而该显示器63″成为一种常规的二维显示器并且没有方向效应。
在该波导管70的背面68的选定区域上，还提供一种材料70，当它被处于可见光谱外的源65a上的光线照射时会发出可见光。在光源65a发出紫外线的实施例中，材料70可以是，举例来说，一种可发荧光且当被紫外线照射时可发出可见光的材料。最好选择可见光源65b发出的光线的光谱和该材料70使当仅仅由可见光源65b照明时，该材料70完全无效。
当光源65a打开并且可见光源65b关掉时，紫外线进入该波导管并照射到材料70的区域上。该材料70发出可见光，但是在不存在该材料70的区域71上没有可见光发出。于是，可见光仅仅从该波导管64上存在该材料70的地方发出，而在该波导管64上不存在该材料70的地方没有可见光发出。因此该波导管64具有发出可见光的区域(对应于存在该材料70的区域)以及不明显发出可见光的区域71。如果具有该材料70的区域由延展入图17的纸平面的条纹形成，那么该波导管64的发可见光的区域在大小、形状以及位置上对应于图15中的视差栅3的传导区域10，并且该波导管64的不发可见光的区域在大小、形状以及位置上对应于图15中的视差栅3的不透明区域11。从而图16中的显示器的背光66结合了常规背光和图15中显示器的视差镜3的功能，该显示器工作在定向模式，并且第二透镜阵列61可以被看成在对视差镜成像。该视差镜的图像和图像显示层之间的间距小于该视差镜和图像显示层之间的间距，从而获得了前述优点。
该材料70可以配备在该波导管的正面67上而不是，或者以及，该波导管的背面68上。适用于作为该材料70的荧光带在共同未决的英国专利申请No.0401064.1中描述，其作为参考资料结合在此处。
提供于图17实施例中的波导管67上的材料70不局限于荧光物质，换句话说，可以是，比如，一种发磷光物质。
显示器63″可以很容易地从二维显示模式切换到定向显示模式。通过打开可见光源65b并关掉另一个光源65a，它可以工作在二维模式上，或者通过关掉可见光源65b并打开另一个光源65a，它可以工作在定向模式上。
图18是本发明的更进一步的显示器72的结构设计剖面图。该显示器72在许多方面对应于图15中的显示器63，在此仅描述其中的差异。
在图18中的显示器72里，不存在图15中的视差栅3和分离的背光。相反地，该显示器72具有背光73，或者被背光73所照亮，该背光73发出一种最好沿该显示器72的轴平行的光线。
图18的显示器72中，不存在图15中显示器的第一成像装置60。相反地，一种光线导向单元60′被用来将平行光从该背光上大致导向到右视窗或者左视窗中的任一个上。此外，该光线导向单元和第二成像装置61被设置成可使指向右视窗的光线穿越显示右边图像的像素列C1、C3、C5等等，而且指向左视窗的光线穿越显示左边图像的像素列C2、C4、C6等等。因而，图18中的显示器具有一种改善了的亮度，参照以前关于图15中的显示器63的描述。
在图18的实施例中，光线导向单元60′是一排延展入图18纸平面的棱镜。该棱镜阵列的像素间距Pp最好近似为图像显示层4的像素间距的两倍。进入该棱镜阵列的表面76的光线被直接转至透镜阵列61的一个或多个单元上，该透镜阵列61的各单元再将光线聚焦到各自的像素上。该光线可以被聚焦在像素平面上的点77上，或者该透镜阵列和像素4的平面之间的平面里的点77上。
背光传来的光线聚焦到点77上，该点77此时也作为光传导缝。点77之间的区域是黑暗的。左侧图像和右侧图像之间的角距决定于点77的平面和图像显示层4之间的间距Sv。因而，此实施例允许在视图之间产生出较宽的角距，同时允许衬底5和成像装置的衬底75两者都可被制造得相对厚而且坚固。
举例来说，衬底5、75可以有大约0.5mm的厚度。
该光线导向单元不局限于棱镜阵列，换句话说，比如，可以由透镜阵列组成。
在图18中的实施例中，该光线导向单元60′以及第二成像装置61显示为具有公共的光传导衬底62。也有可能使光线导向单元60′和第二成像装置61具有分离的衬底。
在一种最优方案中，背光73可在发出平行光的校准模式和发出非平行光的非校准模式之间切换。当背光发出非平行光时，该光线导向单元不能将光线仅仅导入左和右视窗里，于是该显示器工作在常规的二维模式中。因而，在此最优方案中，通过调整背光分别发出非平行光或者平行光，图18中的显示器72可以工作在二维显示模式或者方向显示器模式中的任意一种。这可以通过在该背光73的前面配备一种可开关的散射体来实现。当该散射体被关掉时，该背光的平行特性被保留，于是如上所述获得了一种定向显示模式。当该散射体被打开时，该背光的平行特性被破坏，于是获得了一种二维显示模式。
图19是本发明的更进一步的显示器72′的结构设计剖面图。正如图18的实施例，此实施例的显示器72′具有发出平行光，且最好沿该显示器72′的轴而平行的光的背光73，或者被其所照亮。
成像装置74被用来将该背光73传来的光线聚焦。该成像装置74将背光73传来的光线聚焦到大量横向分隔的点77上，其中的各点被放置于该背光73和图像显示层4之间。在图19中的显示器里，成像装置由形成在光传导衬底75上的透镜阵列形成。每一个透镜阵列中的每一个透镜大体上平行延展于图像显示层4的像素列C1...C6，并且将该背光的相应区域上传来的光线聚焦到点76中的一个上。
背光传来的光线聚焦到点77上，该点77此时也作为光传导缝。点77之间的区域是黑暗的。左侧图像和右侧图像之间的角距决定于点77的平面和图像显示层4之间的间距Sv。因而，此实施例允许在视图之间产生出较宽的角距，同时允许衬底5和成像装置的衬底75两者都可被制造得相对厚而坚固。举例来说，衬底5、75可以有大约0.5mm的厚度。
在图19中其上聚焦有背光光线的点77位于背光73和图像显示层4之间。其上聚焦有背光光线的点77也可以位于图像显示层4到背光73的对边上。如果其上聚焦有背光光线的点77位于图像显示层4到背光73的对边上，那它们可以处于该显示器的另一个衬底内部，或者它们可以处于该显示器和观察者之间(按图6中视差栅的图像30′的类似方式)。在图19中显示为被分配给左侧图像的像素将，如果其上聚焦有背光光线的点77在图像显示层4到背光73的对边上，将被分配给右侧图像，反之亦然，参照图6中的描述。
在一个优选实施例中，该成像装置的横向像素间距约为该图像显示层的像素间距的两倍。此最优方案有如下好处，显示左侧(或者右侧)图像的像素列主要由指向左边(或者右边)的光线照亮，所以该显示器72′可进一步产生更小的图象混合地带以及更明亮的视窗。
在更进一步的优选实施例中，图19中的该显示器72′的背光73可在发出平行光的校准模式以及发出非平行光的非校准模式之间切换。当该背光发出非平行光时，该成像装置74无法将背光光线聚焦到点76上，于是该显示器工作在常规的二维模式中。因而，在此最优方案中，通过调整背光分别发出非平行光或者平行光，图19中的显示器72′可以工作在二维显示模式或者方向显示器模式中的任意一种。这可以通过在该背光73的前面配备一种可开关的散射体来实现。当该散射体被关掉时，该背光的平行特性被保留，于是如上所述一种获得了一种定向显示模式。当该散射体被打开时，该背光的平行特性被破坏，于是获得了一种二维显示模式。
虽然图19示出了将透镜阵列作为成像装置，本发明并不仅仅被限制在此种类型的成像装置上。原则上，任何会聚的、衍射的或者折射的微结构(比如，菲涅尔透镜)都可被用于代替标准镜头。该成像装置还可以利用全息光学单元形成。
在图15到19的实施例中，各透镜阵列60、61、61′可以是或者不是与衬底62集成在一起。如果透镜阵列60、61、61′没有与该衬底62集成，该透镜阵列的折射率可以与该衬底62的折射率相同或者不同。该衬底62可以是，比如，玻璃衬底。
在图15到19的实施例中，成像装置60、60′、61(例如该图中示出的透镜或者棱镜层)可以通过使用一种粘合剂附属于该图像显示板的衬底5和/或背光73上。该粘合剂的折射率最好与该透镜或者棱镜层的材料的折射率相比低得多。该透镜或者棱镜层可以由任何合适的材料例如，举例来说，玻璃或者塑性材料来制造。
上述实施例包含一种标准形式的视差栅，其中的缝隙排列整齐地反复横越该栅栏。共同未决的英国专利申请nos.0228644.1、0306516.6以及0315170.1揭示了具有非标准结构视差栅的显示器。比如，共同未决的申请No.0306516.6揭示了一种视差栅，其中的缝隙被设置在由一种组间间隔分开的重复组中，各组中的缝隙再被一种小于组间间隔的组内间隔分开。通过确认视差镜和成像装置合作产生视差镜的图像具有该要求的非标准结构，此类非标准视差栅可以被整合入本发明的实施例中。这可以由以下方式实现(a)具有非标准设计的视差镜3结合如前所述的标准透镜阵列29；(b)具有如前所述的标准视差镜3结合非标准透镜阵列29；该非标准透镜阵列29可以适当地具有不一定是圆柱形、不一定笔直的透镜的样式或者可以在透镜面上包含有不透明斑点；或者(c)兼备非标准视差镜3和非标准透镜阵列29。
在上述任何一个包括透镜阵列的实施例中，该透镜阵列可以是GRIN(渐变折射率)透镜。
图20显示了图16中的显示器63′背光的一种改型。图20中的该背光包括第一波导管94和一个或多个沿第一波导管侧面排列的第一光源95。图20中示出了两个第一光源95，它们沿第一波导管94的相对侧面94a、94b排列，不过本发明并不局限于这种特定配置，也可以仅有一个光源或者具有两个以上的光源。该光源95最好为沿第一波导管的所有或者大体上所有的相应的侧面延展并且可以是，比如荧光管。
在第一波导管94的背面94c的选定区域84上配备了散射点。在该区域84上存在散射点的地方可以，举例来说，是条纹状的并延展入图20的纸面，如果在第一波导管内传播的光线照射到该波导管正面94c的区域84中具有散射点的地方，该光线将不被镜面反射而是被散射出第一波导管，正如以上关于图16的解释(在图20中观察者假定位于该页的最高处，而且被散射出第一波导管94的光线大致在向上的方向上)。
此外，该背光还包括第二波导管94′以及一个或多个沿第一波导管的边排列的第二光源95′。第二波导管94′被放置在第一波导管94之后，并大致上与其平行；第二波导管94′在大小与形状上大致对应于第一波导管94。图20中示出的两个光源95′沿着第二波导管94的相对侧94a′、94b′排列，不过本发明并不局限于此特定配置，也可使用仅仅一个第二光源或者两个以上第二光源。该光源95′最好沿着第二波导管所有的或者大体上所有的相应侧面延展，并且可以是，比如荧光管。
散射点大体上位于第二波导管94的所有正面94d′上。相应地，当第二光源95′照射时，光线在第二波导管的前表面94d′的大部分区域上被散射出去。
因而图20中的背光可在“模板模式”和“统一模式”之间切换。在“模板模式”中，第一光源95进行照明而第二光源95′没有照明。光线仅仅在第一波导管94中传播，该背光具有发光区域(此区域对应于区域84中存在散射点的的地方)，以及不发光的区域(此区域对应于不存在散射点的区域)。在“统一模式”中，第二光源95进行照明而且光线在第二波导管中传播。由于散射点89大体上位于第二波导管94′的整个正面94d′上，在该“统一模式”中，该背光大体上在其整个面积上提供均匀照明。通过将背光从″模板模式″切换到″统一模式″，图20中的拥有该背光的显示器可以从方向显示器模式切换到常规二维显示模式。
在“统一模式”中，第一光源95可以进行照明或者可以不照明。如果需要，第一光源可以被持续打开，于是通过分别打开或者关上第二光源95′该背光可处于“统一模式”或者“模板模式”(保持模板波导管在统一模式下照明可能导致横越该背光区域的光强度发生一些变化，不过在一些应用中，相比于这种可能的缺点，更需要仅仅对第二光源95′进行开关)。
为确保内部反射发生在第一波导管的后侧面94c上，有必要使第一波导管94和第二波导管94′之间的空间具有低于第一波导管94的折射率。这可以通过在第一波导管94和第二波导管94′之间设置一个空气间隙，或者也可以在第一波导管94和第二波导管94′中的空间内填充上一种具有低折射率的光传导材料来很方便地实现。
第一波导管94上配备了散射点的区域84的后表面可以被制造得具有反射性，比如，通过采用金属外套。如果做到这点，任何被散射点散射向第二波导管94′的光线将被反射回朝向观察者的方向。(如果第一波导管94上配备了散射点的区域84的后表面被制造得具有反射性，就有必要使第一光源和第二光源进行照明以获得统一模式，因为反射镜将会屏蔽从第二波导管94′响上散射的光线。)各波导管可以拥有一种抗反射涂层(未示出)。
图21示出了本发明的另一种背光。该背光包括波导管94和一个或多个沿该波导管侧边排列的光源95。图21中示出的两个光源95，沿着波导管94的相对侧面94a、94b排列，不过本发明并不局限于此特定配置，也可使用仅仅一个光源或者两个以上光源。该光源95最好沿着该波导管所有的或者大体上所有的相应侧面延展，并且可以是，比如荧光管。
该波导管94包括夹在两个光传导衬底92、93之间的液晶材料层87。该液晶层是可寻址的，比如依靠电极(未示出)产生应用在该液晶层87上的电场。该液晶层的区域87A、87B(在图21中以虚线指示)是可相互独立寻址的，比如通过适当地利用可将电场应用到该液晶层的选定区域上的模板电极。该液晶层的区域87A、87B可以是，举例来说，条纹状的并延展入图21的纸平面。
该液晶层的区域87A、87B可以被切换到一种散射模式或者一种清晰的、光传导模式上。如果所有的液晶区域都被切换到光传导模式上，光线将在该波导管内以最小散射的方式传播——光线在上部衬底92的顶面92a经历内部反射，穿越该上部衬底92和液晶层87进入下部衬底93，在下部衬底93的底面93b上经历内部反射并被反射回上部衬底92等等。该波导管几乎不发出任何光线。
为了从该波导管中发出光线，一个或多个液晶区域被切换来形成图21中图示为85的散射区域。当在第一波导管内传播的光线照射到该散射区域85上时，光线被散射出波导管，参照此前图16中所解释的内容(在图21中观察者假定位于该页的最高处，并且光线在大致朝上的方向上被散射出波导管94)。
图21显示了间隔的液晶区域87A被切换来产生散射区域85的波导管。另一液晶区域87B被切换使其具有非散射性。光线仅仅从大致对应于该散射区域85的波导管94的正面区域发出，且该背光工作于“模板模式”。
如果所有的液晶区域87A、87B都被切换来形成散射区域，该液晶层87将大体上在它的全部面积上散射光线，从而光线大体上从该波导管94的全部面积上被发出。因而，当所有的液晶区域87A、87B都被切换来形成散射区域时，该背光则工作于“统一模式”。因此，通过相应地切换液晶区域，该背光可以在“模板模式”和“统一模式”之间切换。通过将背光从″模板模式″切换到″统一模式″，图21中的拥有该背光的显示器可以从方向显示器模式切换到常规二维显示模式。
在图21中的背光的一种实现方式中，上部衬底92的背面92b平滑覆盖它的全部面积。此实现方式要求层87包含一种液晶材料，比如，诸如聚合体发散液晶(PDLC)，它可以在传导光线时不发生明显散射的状态和散射光线的状态之间切换。通过将该液晶层区域切换到散射模式，从而获得了散射区域85。
因而，举例来说，该液晶层的区域87A被切换到散射模式以产生散射区域85；从上部衬底92穿越至该液晶层的区域87A的光线被该液晶散射，一些光线被向上反射并可穿出该波导管94的正面。相反地，该液晶层的区域87B被切换到非散射模式；从上部衬底92穿越至该液晶层的区域87B的光线没有被该液晶散射，只是简单地穿入下部衬底。当该液晶层的区域87B处于非散射模式时，该背光处于“模板模式”。
为得到该背光的“统一模式”，该液晶层的所有区域87A、87B都被切换到它们的散射模式上。于是该波导管94的背面大体上散射到它的整个面积上。
在此实现方式中，有可能改变散射区域85以及非散射区域的尺寸和位置。比如，将有可能把两个相邻液晶区域切换到散射模式，下一个液晶区域切换到非散射模式，下两个液晶区域切换到散射模式，再下一个液晶区域切换到非散射模式等等，以模拟一种具有2∶1小孔∶栅比率的视差栅。
作为选择，对应于散射区域85的期望位置的上部衬底92的背面92b的区域可以被制造得很粗糙，从而这些区域将总是散射光线。通过将该液晶区域分别切换到散射模式或者非散射模式，该背光可以在“统一模式”以及“模板模式”之间切换。
作为更进一步的选择，在光学上，上部衬底的背面92b可以在其整个面积上都是粗糙的。此实施例需要一种具有可变折射率的液晶材料层87。通过切换对应的液晶区域87A，可得到散射区域85，从而使该液晶的折射率与波导管94的折射率不匹配。在上部衬底内传播的光线将会“看见”该上部衬底的背面的光学粗糙面，并将被散射出去。
通过切换对应的液晶区域87B，可得到一种非散射区域，从而区域87B中的液晶的折射率与上部衬底92的折射率相匹配，在上部衬底内传播的光线将不会“看见”光学粗糙面，并将会没有散射地(随后在下部衬底的后侧面93b被内部反射)进入该液晶层。
在散射区域85的后面可以配置一种反射镜，如果该散射区域的位置固定的话，如图21中所示。任何被散射区域85散射向后部衬底93的光线将被该反射镜86反射向观察者。
图22示出了更进一步的背光。该背光包括波导管94和一个或多个沿该波导管侧边排列的光源95。图22中示出的两个光源95，沿着波导管94的相对侧面94a、94b排列，不过本发明并不局限于此特定配置，也可使用仅仅一个光源或者两个以上光源。该光源95最好沿着该波导管所有的或者大体上所有的相应侧面延展，并且可以是，比如荧光管。
在波导管94的背面94c的选定区域84上配置了散射点。在该区域84上存在散射点的地方可以，举例来说，是条纹状的并延展入图20的纸面，如果在第一波导管内传播的光线照射到该波导管正面94c的区域84中具有散射点的地方，该光线将不被镜面反射而是被散射出第一波导管，正如以上关于图16的解释(在图22中观察者假定位于该页的最高处，而且被散射出第一波导管94的光线大致在向上的方向上)。
在波导管94的前面放置了一个透镜阵列88。该透镜阵列将波导管94发出的光线大部分导入第一方向(或者方向的第一范围)90以及第二方向(或者方向的第二范围)91。第一方向(或者方向的第一范围)90和第二方向(或者方向的第二范围)91最好通过包括标准方向的方向的第三范围分隔开。由于光线被大部分导向第一和第二方向(或者方向的第一和第二范围)90、91，第一和第二方向(或者方向的第一和第二范围)上的光强度大于在方向的第三范围上的强度。第一方向(或者方向的第一范围)90和第二方向(或者方向的第二范围)91位于标准方向的相对侧，并最好大体上相对于该标准方向对称。
图22中的背光特别适用于方向显示器。一个典型的双视图显示器，比如，沿着标准方向的相对侧显示两幅图像。图22中的背光将光线大部分导入双视图显示器显示两幅图像的方向，从而产生出很明亮的图像。相反，常规背光的最大亮度是沿着标准方向的，于是当从离轴方向观察时，其亮度较低。
一个四视图照明系统可以使用二维微透镜阵列以及二维散射点阵列产生，这将会产生出四幅视图，其中两幅视图位于另两幅视图之上，从而产生出具有水平以及垂直间隔的视图。
图23示出了更进一步的背光。此背光类似于图22中的背光，它具有一个用于将发射光导入两个最佳方向(或者方向范围)90、91的透镜阵列。此外，图23中的背光还包括沿第二波导管95的相应边排列的第二波导管94′和第二光源95′。大体上在第二波导管95′的整个正面都配置有散射点89。图23中的第二波导管95′大致对应于图20中的第二波导管95′。图23中的背光可以以上述用于图20中背光的方式在“模板模式”和“统一模式”之间切换。
图20到23中的背光可以并入，比如，图16中的显示器63′或者图17中的显示器63″。
在图20到23的实施例中，可以调节散射点的密度以改变空间照明的均匀性，以补偿因为距光源95的距离增加而减少的波导管内传播的光线的强度。这可以被应用于图20和23的实施例中的两个波导管上。
在图20到23的实施例中，散射点可以由诸如棱镜、突点等等的微反射结构来替代。举例来说，这可以被用于控制从配置了散射点的波导管区域上发射光线的方向。
上述实施例可以在很多方面变化而仍然处于附加的权利要求的范畴内。可能的变化包括，但并不局限于下列在所有的实施例中，提供一种由单个透镜阵列形成的成像装置，在该实施例中针对该成像装置的位置来说，该成像装置也可以由一组实际的透镜阵列组成，该透镜阵列的有效等价物是具有相同有效焦距的单个透镜阵列。
在所有上述实施例中，该成像装置形成该视差镜的图像，该显示器可以包括一个以上视差镜。该成像装置对一个第一视差镜成像，如上所述。可以配置另一个视差镜以改变光线来改善串扰或者消除次视窗。配置一个第二视差镜将会提供一个针对，比如，图7B中描述的问题的解决方案。可以连同上述的其他技术使用第二视差镜以减小串扰或者次视窗。
上述显示器显示两幅视图，不过没有一个所描述的实施例被限制于仅仅显示两幅视图，两幅以上的视图也可以被显示。此外，上述显示器产生横向分隔的视窗，不过本发明可以被应用于产生垂直分隔的视窗，或者产生横向分隔视窗和垂直分隔视窗的显示器中。
图9D中的显示器的成像装置也可以按类似于图9A中显示器的成像装置的形成方式由三个透镜阵列构成。
图11中的显示器可以具有一个类似于图7F中的显示器所拥有的不透明凸边的百叶窗布置，以消除扭曲的次视窗。
权利要求
1.一种多视角方向显示器包括视差镜(3)；像素级图像显示层(4)；以及成像装置(29；29′；39；43；44；45；47；48；61)，用于对该视差镜(3)和该图像显示层(4)中的一个成像，使得在该视差镜和该图像显示层中的一个的图像和该视差镜和该图像显示层中的另一个之间的间距小于该视差镜和该图像显示层之间的间距，由此增加在该显示器产生的两幅视窗(13、14)之间的角距。
2.一种多视角方向显示器包括视差镜(3)；像素级图像显示层(4)；以及成像装置(29；29′；39；43；44；45；47；48；61)，用于对该视差镜(3)成像，使得在该视差镜(3)的图像(30、30′)和该图像显示层(4)之间的间距小于或者大于该视差镜(3)和该图像显示层(4)之间的间距，由此分别增加或者降低在该显示器产生的两幅视窗(13、14)之间的角距。
3.一种多视角方向显示器包括视差镜(3)；像素级图像显示层(4)；以及成像装置(29；29′；39；43；44；45；47；48；61)，用于对该视差镜(3)和该图像显示层(4)中的一个成像，使得该视差镜或者该图像显示层的图像具有的像素间距大体上等于该视差镜或者图像显示层的像素间距。
4.如权利要求1或2中所述的显示器，其中成像装置被设置成可产生该视差镜或者该图像显示层的图像，该图像的像素间距大体上等于该视差镜或者图像显示层的像素间距。
5.如权利要求3中所述的显示器，其中在使用中，成像装置形成该视差镜或者图像显示层的图像，使得在该视差镜和该图像显示层其中之一的图像和该视差镜和该图像显示层中的另一个之间的间距小于或者大于在该视差镜和该图像显示层之间的间距，由此分别增加或者减少在该显示器产生的两幅视窗之间的角距。
6.如权利要求1到5中任意一个权利要求所述的显示器，其中该视差镜(3)被放置在该图像显示层(4)之后，并且其中该成像装置被放置在该视差镜(3)和该图像显示层(4)之间并在使用中，形成该视差镜(3)的图像(30、30′)。
7.如权利要求1到5中任意一个权利要求所述的显示器，其中该图像显示层(4)被放置在该视差镜(3)之后，并且其中该成像装置被放置在该图像显示层(4)和该视差镜(3)之间并在使用中，形成该图像显示层的图像。
8.如权利要求1到7中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置被设置成产生该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的图像，其宽度大体上等于该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的宽度。
9.如权利要求1到7中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置被设置成产生该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的图像，其宽度大于该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的宽度。
10.如权利要求9中所述的显示器，其中该成像装置被设置成产生该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的图像，其宽度大体上是该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的宽度的整数倍。
11.如权利要求1到7中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置被设置成产生该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的图像，其宽度小于该视差镜或者该图像显示层的宽度。
12.如权利要求11中所述的显示器，其中该成像装置被设置成产生该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的图像，其宽度大体上等于该视差镜的单元或者该图像显示层的像素的宽度除以一个整数。
13.如权利要求11或者12中所述的显示器，此外还包括用于屏蔽该视差镜的一个或多个单元的图像的屏蔽装置。
14.如权利要求13中所述的显示器，其中该屏蔽装置包括大量的延展于该成像装置和该视差镜以及该图像显示层中的一个之间的不透明区域。
15.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，包括一个散射层，该散射层的位置可使其与该视差镜的图像或者该图像显示层的图像的平面大体上重合。
16.如权利要求1到14中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置具有可变焦距。
17.如权利要求16中所述的显示器，其具有一个用于控制该成像装置焦距的控制器。
18.如权利要求17中所述的显示器，此外还包括用于确定在该显示器和观察者之间距离的第一跟踪装置，其中该控制器在使用中，接收来自该跟踪装置的输出，并由此基于在该显示器和观察者之间的距离来控制该成像装置的焦距。
19.如权利要求1到14中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置具有可变焦距以及可变放大率。
20.如权利要求19中所述的显示器，其具有一个用于控制该成像装置的焦距和放大率的控制器。
21.如权利要求16到20中任意一个权利要求所述的显示器，此外还包括一个散射层。
22.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，其中该成像装置包括一个透镜阵列。
23.如权利要求1到15中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置包括第一和第二可被禁用的透镜阵列，第一透镜阵列被相对于第二透镜阵列横向移位；并且其中该显示器包括一个控制器，用于启动第一透镜阵列或者第二透镜阵列之中的任一个，同时禁用第一和第二透镜阵列中的另一个。
24.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，其中该成像装置相对于该视差镜和该图像显示层中的一个可横向移动。
25.如权利要求23或者24中所述的显示器，并且包括第二跟踪装置，用于判断观察者相对于该显示器的横向位置。
26.如权利要求23中所述的显示器，并且包括第二跟踪装置，用于确定观察者相对于该显示器的横向位置，其中该控制器在使用中接收第二跟踪装置的输出。
27.如权利要求24中所述的显示器，包括第二跟踪装置，用于判断观察者相对于该显示器的横向位置，其中该成像装置相对于该视差镜和图像显示层中的一个的横向位置可基于第二跟踪装置的输出而被控制。
28.如权利要求18到27中任意一个权利要求所述的显示器，此外还包括用于鉴别该显示器的观察者的装置。
29.如权利要求1到15中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置相对于该视差镜和该图像显示层中的一个固定，并且相对于该视差镜和该图像显示层中的另一个可移动。
30.如权利要求1到22中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置可适应于产生该视差镜或者图像显示层的图像，该图像相对于该图像显示层或者该视差镜具有横向偏移，借此该显示器在使用中显示第一和第二图像，使得第一图像的角范围不同于第二图像的角范围。
31.如权利要求1到22中任意一个权利要求所述的显示器，其中该成像装置是一种非对称成像装置。
32.如权利要求31中所述的显示器，其中该成像装置的各单元包括一个具有第一焦距的第一部件和一个具有不同于第一焦距的第二焦距的第二部件。
33.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，其中该成像装置被设置成使得该视差镜或者图像显示层的图像是一个虚像。
34.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，其中该视差镜或者图像显示层与该成像装置协作产生该视差镜或者图像显示层的具有不均匀的像素间距的图像。
35.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，其中该视差镜或者图像显示层与该成像装置协作产生该视差镜或者图像显示层的图像，该图像位于该视差镜和该图像显示层中的另一个到该视差镜或者图像显示层的面的相对侧上。
36.如此前任意一个权利要求中所述的显示器，其中该视差镜或者图像显示层与该成像装置协作在该显示器以外产生该视差镜或者图像显示层的图像。
37.一种多视角方向显示器包括校准背光(73)；像素级图像显示层(4)；以及成像装置(61、74)，用于在该图像显示层上或其附近产生该校准背光的图像。
38.如权利要求37中所述的显示器，其中该成像装置(61、74)大体上在该图像显示层的平面上产生该校准背光的图像。
39.如权利要求37中所述的显示器，其中该成像装置(61、74)在该背光和该图像显示层之间的平面上产生该校准背光的图像。
40.如权利要求37中所述的显示器，其中该成像装置(61、74)在该图像显示层到该背光面的相对侧平面上产生该校准背光的图像。
41.如权利要求37、38、39或者40中所述的显示器，其中该背光可有选择地工作在校准背光或者非校准背光上。
42.一种光学装置，包括一个光传导衬底，其上一面与一个视差镜相联，另一面与一个透镜阵列相联。
43.如权利要求42中所述的光学装置，其中该视差镜被形成于该衬底的一面上或与该面相邻。
44.如权利要求42或者43中所述的光学装置，其中该透镜阵列被形成于该衬底的另一面上或与该面相邻。
45.加权利要求42、43或者44上所述的光学装置，其中该衬底、该视差镜以及该透镜阵列被作为整体单元形成。
全文摘要
一种多视角方向显示器包括视差镜(3)、像素级图像显示层(4)以及用于对该视差镜和该图像显示层中的一个成像的成像装置(29)。该图像可以被形成使得在该图像和该视差镜和该图像显示层之间的另一个之间的间距小于该视差镜和该图像显示层之间的间距，由此增加该显示器产生的两幅视窗之间的角距。该成像装置(29)可以形成该视差镜的图像，使该图像和该图像显示层之间的间距小于或者大于该视差镜和该图像显示层之间的间距，由此增加或者减少该显示器产生的两幅视窗之间的角距。该成像装置(29)可以形成该视差镜和该图像显示层其中之一的图像，使该视差镜或者该图像显示层的图像的像素间距大体上等于该视差镜或者图像显示层的像素间距。
文档编号H04N13/04GK1607418SQ20041010050
公开日2005年4月20日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年8月30日
发明者D·J·蒙特格米里, J·马色, A·M·S·贾克布斯, G·布西尔, G·R·琼斯 申请人:夏普株式会社