[发明专利]具有谐振子波长透镜层的用于多个观众的无需眼镜的3D显示器

说明书

背景技术

已经出现向观众提供三维(“3D”)真实世界场景的更准确的视觉再现而无需专门的观察眼镜的光场显示器。这种显示器对光场进行仿真，所述光场表示朝四面八方行进通过空间中的每个点的光的量。目标是通过使用显示屏捕获穿过物理表面的光场并且发射相同的光场来使得多个观众能够同时地从多个视点体验到真实的3D立体效果。这样做具有引起如娱乐、商业、医学以及艺术等等这样多样的领域中的许多基于视觉的应用的巨大变化的潜力。

当前可用的光场显示器的示例包括基于全息光栅、视差障碍或柱状透镜的那些显示器。全息显示器常常需要非常大的数据速率并且由于它们使用干涉来引导光而遭受光无效。它们还在被用不同波长照射时产生模糊的图像，并且因此迄今为止在商业应用中具有有限的使用。基于视差和柱镜的显示器依靠现有二维(“2D”)显示技术，并且因此实现起来不太昂贵，但同样遭受差图像质量和有限的视角。

视差障碍具有控制光的方向并且还阻挡来自像素的大部分光的窄孔径，这使得它们在使用大量的视点时变得非常低效。柱状透镜通过光学界面处的常规折射来引导光并且由于球面像差而需要相对较长的焦距。这限制视角并且还因为来自相邻像素的光进入错误的透镜而导致串扰(重影)。

这些显示器之中的公共主题是制造具有如下光场的显示器的困难：所述光场以像素级的精确度被控制以便针对宽广范围的视角实现良好的图像质量。

附图说明

连同结合附图进行的以下详细说明一起可以更全面地理解本申请，在附图中相同的附图标记贯穿附图指代相似的部分，并且在附图中：

图1图示了依照各种实施例的光场显示器的示意图；

图2图示了依照各种实施例的图1的示例光场显示器的更具体的示意图；

图3图示了示出多个像素的图2的示例光场显示器的示意图；

图4图示了依照各种实施例的图1的光场显示器的另一示例的更具体的示意图；

图5图示了示出多个像素的图4的示例光场显示器的示意图；

图6图示了示例RSL的示意图；

图7A-B图示了示出示例RSL的等距视图和顶视图的示意图；

图8图示了示出光如何透射通过RSL的示意图；

图9是用于设计具有RSL层的光场显示器的流程图；以及

图10图示了依照各种实施例的具有与像素层相结合的RSL层的光显示屏。

具体实施方式

公开了用于多个观众和视角的无需眼镜的3D显示器。所述显示器由包括谐振子波长透镜(“RSL”)的阵列以便改变入射光的波前的新颖谐振子波长透镜形成。如在本文中一般地描述的那样，RSL包括基底和由从基底的平面表面垂直延伸的柱的薄二维阵列构成的子波长光栅(“SWG”)。这些柱被配置在具有小于入射光的波长的周期的SWG图案中(“子波长”命名由此而来)并且由高指数材料的薄膜制造而成，所述高指数材料诸如例如非晶硅(“a-Si”)、氮化硅(“Si3N4”)等等。基底可以由与SWG中的柱相比具有相对较低的折射率的材料形成，所述材料诸如例如石英、二氧化硅(“SiO₂”)、氧化铝(“Al₂O₃”)或聚合物等等。

RSL上的入射光子被暂时存储在光栅中并且以取决于RSL中的柱的尺寸、折射率以及光的波长的相位被重新发射。通过改变RSL中的柱的尺寸，入射光能够被引导(在相位线性变化的情况下)或者聚焦(针对抛物线变化)。

在各种实施例中，RSL层被提供在像素层之上以使在像素平面中的给定位置处发射的入射光准直和或偏转到具有受控的垂直和水平角度扩展的特定输出角度。像素层由形式为子像素的阵列的多个像素形成，其中每个子像素对应于可独立寻址的单个彩色元件。RSL和像素层可以被设计为使得每个像素或子像素以定义明确的方向或视角提供不同的图像或不同的视点。使用RSL阵列代替标准微透镜或柱镜阵列降低了引起重影的像素之间的串扰，提高了效率，限制了像差，并且简化了制造和组装过程。

应认识到的是，在以下描述中，许多特定的细节被阐述以提供对实施例的透彻理解。然而，应认识到的是，可以在不限于这些特定的细节的情况下实践实施例。在其它实例中，众所周知的方法和结构可能未被详细地描述以避免不必要地混淆对实施例的描述。另外，可以彼此相结合地使用所述实施例。