CN115004287B - 多用户多视图显示器、系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种多用户多视图显示器、系统和方法，选择性地在一组用户在预定义观看区域内时提供多视图图像，或者在一组用户在预定义观看区域外时提供二维(2D)图像。多用户多视图显示器包括被配置为提供广角发射光的广角背光和被配置为提供定向发射光的多视图背光。多用户多视图显示器还包括光阀阵列，其被配置为调制广角发射光以提供2D图像，并调制定向发射光以在预定义观看区域内提供多视图图像。头部跟踪器可用于跟踪该组用户中的用户，以基于该组用户的位置确定是否提供多视图图像或2D图像。

Description

多用户多视图显示器、系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月20日提交的美国临时专利申请序列号62/963,493的优先权，其整体通过引用并入本文。

关于联邦资助研究或开发的声明

N/A

背景技术

电子显示器是一种几乎无处不在的媒介，用于向各种设备和产品的用户传达信息。最常见的电子显示器有阴极射线管(CRT)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。一般来说，电子显示器可分为有源显示器(即发光显示器)或无源显示器(即调制由另一光源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射光时，通常分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器虽然通常表现出吸引人的性能特征(包括但不限于固有的低功耗)，但由于缺乏发光能力，在许多实际应用中的使用可能会受到限制。

附图说明

参考以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据本文所述原理的示例和实施例的各种特征，其中类似的标号表示类似的结构元件，并且其中：

图1A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多视图显示器的透视图。

图1B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中具有特定主角度方向的光束的角分量的图形表示。

图2A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器的侧视图。

图2B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中图2A的多用户多视图显示器的侧视图。

图3A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器的横截面图。

图3B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中多用户多视图显示器的横截面图。

图3C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器的透视图。

图4示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中广角背光的横截面图。

图5示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器的横截面图。

图6示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示系统的框图。

图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器操作的方法的流程图。

某些示例和实施例可以具有作为上述参考图中所示特征的补充和替代之一的其他特征。下面参考上述参考图详细介绍这些和其他特征。

具体实施方式

根据本文所述原理的示例和实施例提供了向多用户多视图显示信息及其操作方法。具体地，根据本文所述的原理，多用户多视图显示器被配置为当一组用户在多用户多视图显示器的预定义观看区域内时选择性地提供多视图图像。相反地，当该组用户在预定义观看区域外时，多用户多视图显示器可以提供二维(2D)图像。通过基于该组用户是否在预定义观看区域内选择性地提供多视图图像或2D图像，可以确保为多用户多视图显示器的用户提供舒适的观看体验(其在多视图图像的角度观看范围内基本上没有跳跃和坏点)，根据各种实施例。本文所述的多用户多视图显示器和显示系统的用途包括但不限于移动电话(例如，智能手机)、手表、平板电脑、移动电脑(例如，笔记本电脑)、个人电脑和电脑监视器、汽车显示控制台、相机显示器，以及各种其他移动以及基本上非移动的显示应用和设备。

在本文中，‘二维显示器’或‘2D显示器’被定义为这样的显示器，不管从哪个方向观看图像(即，在2D显示器的预定义视角或范围内)，该显示器都被配置为提供基本相同的图像视图。在许多智能手机和计算机显示器中出现的液晶显示器(LCD)就是2D显示器的例子。本文中与此相反，‘多视图显示器’被定义为这样的电子显示器或显示系统，其被配置为在不同的视图方向上或从不同的视图方向提供多视图图像的不同视图。具体地，不同的视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。在一些情况下，多视图显示器也可以称为三维(3D)显示器，例如当同时观看多视图图像的两个不同视图时，可以提供观看三维图像的感觉。例如，多用户多视图显示器可以提供所谓的‘无眼镜’或自动立体图像的多视图图像。

图1A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括屏幕12，用于显示要观看的多视图图像。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示为在各种不同的主角度方向上从屏幕12延伸出的箭头；不同视图14被示为箭头末端的阴影多边形框(即，描绘视图方向16)；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，均为示例而非限制。注意，虽然图1A中所示的不同视图14位于屏幕上方，但当多视图图像显示在多视图显示器10上时，视图14实际上出现在屏幕12上或其附近。在屏幕12上方描绘视图14仅为简单说明，旨在表示从对应于特定视图14的视图方向16中的相应一个观看多视图显示器10。

视图方向或等效地具有与多视图显示器的视图方向相对应的方向的光束通常具有由角度分量{θ，φ}给出的主角度方向，根据本文的定义。角度分量θ本文称为光束的‘仰角分量’或‘仰角’。角度分量φ被称为光束的‘方位分量’或‘方位角’。根据定义，仰角θ是垂直平面中的角度(例如，垂直于多视图显示屏的平面)，而方位角φ是水平平面中的角度(例如，平行于多视图显示屏的平面)。

图1B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的光束20的角度分量的图形表示{θ，φ}，具有特定主角度方向或与示例中多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)相对应的简单‘方向’。此外，光束20从特定点发射或散发，根据本文的定义。即，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心光线。图1B还示出了光束(或观看方向)原点O。

在本文中，术语‘多视图图像’和‘多视图显示器’中使用的术语‘多视图’被定义为表示不同视角的多个视图，或包括多个视图的视图之间的角度差异。此外，术语‘多视图’明确包括两个以上的不同视图(即，至少三个视图，并且通常超过三个视图)，根据本文的定义。因此，本文中使用的‘多视图显示器’明确区别于仅包括两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器。然而应当注意，虽然多视图图像和多视图显示器可以包括两个以上的视图，根据本文的定义，通过一次仅选择两个多视图的视图观看(例如，每只眼睛一个视图)，可以将多视图图像(例如，在多视图显示器上)视为立体图像对。

本文将‘多视图像素’定义为多视图显示器的类似多个不同视图中的每个视图中的一组子像素或‘视图’像素。具体地，多视图像素可以具有对应于或代表多视图图像的不同视图中每一个的视图像素的各个视图像素。此外，多视图像素的视图像素是所谓的‘方向像素’，其中每个视图像素与不同视图中的对应一个的预定视图方向相关联，根据本文的定义。进一步地，根据各种示例和实施例，多视图像素的不同视图像素可以在每个不同视图中具有等效或至少基本相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以在多视图图像的不同视图中的每一个中具有位于{x₁ y₁}的各个视图像素，而第二多视图像素可以在不同视图中的每一个中具有位于{x₂ y₂}的各个视图像素，依此类推。在一些实施例中，多视图像素中的视图像素数可以等于多视图显示器的视图数。

在本文中，‘多视图图像’被定义为多个图像(即，多于三个图像)，其中多个中的每一个图像表示对应于多视图图像的不同视图方向的不同视图。这样，多视图图像是一些图像(例如，二维图像)的集合，例如当在多视图显示器上显示时，这些图像可能有助于深度的感知，并因此对于观看者来说似乎是3D场景的图像。

进一步在本文中，显示器的‘用户’被定义为正在或可能正在使用或观看显示器的人。这样，根据定义，多视图显示器的用户是多视图显示器的观看者，例如其可以观看在多视图显示器上或由多视图显示器显示的多视图图像。进一步地，术语‘用户’和‘观众’在本文中可以互换使用，以指代显示器的用户。此外，本文将‘一组用户’明确定义为一个或多个用户。

根据各种实施例，多视图显示器可以具有角度观看范围，其被约束到多视图显示器上方半空间的子区域。与该角度观看范围相对应的子区域在本文中定义为‘预定义观看区域I’，并表示半空间的子区域，其中用户可以观看由多视图显示的多视图图像，而不会经历或实质上遇到与多视图显示器上或由多视图显示器显示的多视图图像相关联的图像跳跃或所谓的‘坏点’。

在本文中，‘光导’被定义为使用全内反射(TIR)在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长下基本透明的芯。在各种示例中，术语‘光导’通常指采用全内反射在光导的介质材料和围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，光导可以包括在上述折射率差之外或代替上述折射率差的涂层，以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一个，包括但不限于平板或板光导和条形光导中的一个或两个。

当应用于如本文中的‘平板光导’中的光导时，术语‘平板’被定义为分段或差异平面层或片，其有时被称为‘板’光导。具体地，平板光导被定义为被配置为在由光导的顶面和底面(即，相对表面)限定的两个基本正交方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶面和底面彼此分离，并且可以至少在微分意义上基本上彼此平行。也就是说，在平板光导的任何微分小部分内，顶面和底面基本平行或共面。

在一些实施例中，平板光导可以基本平坦(即，局限于平面)，并因此，平板光导是平面光导。在其他实施例中，平板光导可以在一个或两个正交维度中弯曲。例如，平板光导可以在单个维度中弯曲以形成圆柱形平板光导。然而，任何弯曲都具有足够大的曲率半径，以确保在平板光导内保持全内反射。

如本文所定义的，被引导光的‘非零传播角’是相对于光导的引导表面的角度。进一步地，根据本文的定义，非零传播角既大于零又小于光导内全内反射的临界角。此外，只要特定非零传播角小于光导内全内反射的临界角，就可以为特定实现选择(例如，任意地)特定非零传播角。在各种实施例中，可以导光的非零传播角将光引入或耦合到光导122中。

根据各种实施例，通过将光耦合到光导中而产生的被引导光或等效的引导‘光束’可以是准直光束。在本文中，‘准直光’或‘准直光束’通常被定义为一种光束其中光束的光线在光束内基本上彼此平行。进一步地，根据本文的定义，从准直光束发散或散射的光线不被视为准直光束的一部分。

在本文中，‘准直因子’被定义为光的准直程度。具体地，准直因子定义了准直光束内光线的角度扩散，根据本文的定义。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大多数光线在特定角度扩展内(例如，关于准直光束中心或主角度方向的+/-σ度数)。准直光束的光线在角度上可以具有高斯分布，并且角度扩展可以是由准直光束峰值强度的一半确定的角度，根据一些示例。

进一步地，在本文中将‘准直器’定义为基本上被配置为准直光的任何光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜、衍射光栅、锥形光导及它们的各种组合。根据各种实施例，准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例的在预定的度或量上发生变化。此外，准直器可以配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个方向上提供准直。也就是说，准直器可以在提供光准直的两个正交方向中的一个或两个方向上包括形状或类似准直特性，根据一些实施例。

根据本文的定义，‘多光束元件’是产生包括多个光束的光的背光或显示器的结构或元件。在一些实施例中，多光束元件可以光学耦合到背光的光导，以通过耦合或散射出光导中引导的一部分光来提供多个光束。进一步地，由多光束元件产生的多个光束的光束具有彼此不同的主角度方向，根据本文的定义。具体地，根据定义，该多个中的光束具有与光束多个的另一光束不同的预定主角度方向。这样，光束被称为‘定向光束’，根据本文的定义，光束多个可以被称为‘多个定向光束’。

此外，多个定向光束可以表示光场。例如，多个定向光束可以限制在基本上呈圆锥形的空间区域内，或者具有预定的角度扩展，其包括光束多个中光束的不同主角度方向。这样，组合的光束(即，多个光束)的预定角度扩展可以表示光场。

根据各种实施例，多个的各种定向光束的不同主角度方向由特征确定，该特征包括但不限于多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)。在一些实施例中，多光束元件可被视为‘扩展点光源’，即分布在多光束元件范围内的多个点光源，根据本文的定义。进一步地，由多光束元件产生的定向光束具有由角度分量给出的主角度方向{θ，φ}，根据本文的定义，以及上述关于图1B的描述。

在本文中，‘光源’被定义为光的源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例如，光源可以包括光发射器(诸如发光二极管(LED))，其在激活或开启时发光。具体地，本文中光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯，以及几乎任何其他光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是波长的范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一套或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生的光具有不同于该套或该组的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长的颜色或等效波长。例如，不同的颜色可以包括原色(例如，红色、绿色、蓝色)。‘偏振’光源在本文中被定义为基本上产生或提供具有预定偏振的光的任何光源。例如，偏振光源可以包括位于光源的光学发射器的输出处的偏振器。

根据本文的定义，‘广角’发射光被定义为具有大于多视图图像或多视图显示器视图锥角的锥角的光。具体地，在一些实施例中，广角发射光可以具有大于约二十度(例如，>±20°)。在其他实施例中，广角发射光锥角可以大于约三十度(例如，>±30°)，或大于约四十度(例如，>±40°)，或大于约五十度(例如，>±50°)。例如，广角发射光的锥角可能大于约六十度(例如，>±60°)。

在一些实施例中，广角发射光锥角可被定义为与用于广角观看的LCD电脑显示器、LCD平板电脑、LCD电视或类似数字显示设备的观看角大致相同(例如，约±40-65°)。在其他实施例中，广角发射光还可以被表征或描述为漫反射光、基本漫反射光、非定向光(即，缺乏任何特定或定义的方向性)，或具有单个或基本均匀方向的光。

与本文所述原理一致的实施例可以使用各种设备和电路来实现，包括但不限于一个或多个集成电路(IC)、超大规模集成电路(VLSI)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、图形处理器单元(GPU)和类似、固件、软件(诸如程序模块或一组指令)，以及上述两种或两种以上的组合。例如，实施例或其元件可以实现为ASIC或VLSI电路内的电路元件。采用ASIC或VLSI电路的实现是基于硬件的电路实现的示例。

在另一个示例中，实施例可以使用在操作环境或基于软件的建模环境(例如，MathWorks公司，马萨诸塞州内蒂克)中执行的计算机编程语言(例如，C/C++)实现为软件，其进一步由计算机执行(例如，存储在存储器中并由通用计算机的处理器或图形处理器执行)。注意，一个或多个计算机程序或软件可以构成计算机程序机制，并且编程语言可以被编译或解释，例如可配置或被配置(在本讨论中可以互换使用)，以由计算机的处理器或图形处理器执行。

在又一示例中，本文所述的装置、设备或系统(例如，图像处理器、相机等)的块、模块或元件可以使用实际或物理电路(例如，作为IC或ASIC)实现，而另一块、模块或元件可以在软件或固件中实现。具体地，根据本文的定义，例如一些实施例可以使用基本上基于硬件的电路方法或设备(例如，IC、VLSI、ASIC、FPGA、DSP、固件等)来实现，而其他实施例也可以实现为使用计算机处理器或图形处理器来执行软件的软件或固件，或者作为软件或固件和基于硬件的电路的组合。

进一步地，如本文所用，冠词‘一个’在专利领域中具有其普通含义，即‘一个或多个’。例如，‘一个多光束元件’是指一个或多个多光束元件，并且因此‘多光束元件’在本文中是指‘(多个)多光束元件’。此外，本文中对‘顶部’、‘底部’、‘上部’、‘下部’、‘上’、‘下’、‘前’、‘后’、‘第一’、‘第二’、‘左’或‘右’的任何引用均不构成对本文的限制。在本文中，术语‘约’当应用于一个值时通常是指在被用于产生值的设备的公差范围内，或可以是指正负10％，或正负5％，或正负1％，除非另有明确规定。进一步地，本文中使用的术语‘基本上’是指大多数、或几乎全部、或全部或在约51％到约100％范围内的数量。此外，本文中的示例仅仅是说明性的并且呈现以供讨论而非限制的目的。

根据本文所述原理的一些实施例，提供了一种多用户多视图显示器。图2A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器100的侧视图。图2B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中图2A的多用户多视图显示器100的侧视图。如图所示，多用户多视图显示器100被配置为选择性地提供多视图图像100a或二维(2D)图像100b以供一组用户A、B、C观看。具体地，多用户多视图显示器100被配置为当该组用户A、B、C在多用户多视图显示器100的预定义观看区域I内时提供多视图图像100a，如图2A中所示。也就是说，根据各种实施例，如果用户A、B、C的位置对应于在预定义观看区域I内，则可以认为或确定该组用户A、B、C在预定义观看区域I内。

替代地，当该组用户A、B、C在预定义观看区域I外时，如图2B中所示，多用户多视图显示器100被配置为提供2D图像100b。根据各种实施例，当一个或多个用户A、B、C不在预定义观看区域I内时，即一个或多个用户A、B、C的位置不对应于在预定义观看区域I内时，可以确定或认为该组用户A、B、C在预定义观看区域I外。图2B举例而非限制性地示出了预定义观看区域I外的该组用户A、B、C中的至少一些用户A、B、C。

图3A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器100的横截面图。图3B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中多用户多视图显示器100的横截面图。图3C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器100的透视图。具体地，图3A示出了被配置为提供或显示2D图像的多用户多视图显示器100。图3B和3C示出了被配置为提供或显示多视图图像的多用户多视图显示器100。根据各种实施例，图3A-3C中所示的多用户多视图显示器100可用于选择性地向多用户多视图显示器100的一组用户(例如，一组用户A、B、C)提供2D图像或多视图图像，如上面关于图2A-2B所述。

如图所示，多用户多视图显示器100被配置为提供或发射光作为发射光102。反过来，发射光102被用于照亮多用户多视图显示器100的光阀阵列(例如，下面所述的光阀130)。根据各种实施例，光阀阵列被配置为调制发射光102，作为或提供在多用户多视图显示器100上或由多用户多视图显示器100显示的图像。此外，多用户多视图显示器100被配置为通过调制发射光102来选择性地显示二维(2D)图像或多视图图像。如上所述，根据各种实施例，可以基于该组用户A、B、C相对于多用户多视图显示器100的位置选择性地提供或显示2D图像和多视图图像。

特别地，由多用户多视图显示器100发射的光作为发射光102可以包括定向或基本上非定向的光，这取决于要显示的是多视图图像还是2D图像。例如，如下面更详细地描述的，多用户多视图显示器100被配置为提供发射光102作为广角发射光102’，其由光阀阵列调制以提供2D图像。替代地，多用户多视图显示器100被配置为提供发射光102作为定向发射光102”，其由光阀阵列调制以提供多视图图像。

根据各种实施例，定向发射光102”包括多个具有彼此不同的主角度方向的定向光束。进一步地，定向发射光102”的定向光束具有与多视图图像的不同视图方向相对应的方向。相反地，广角发射光102’基本上是非定向的，并且此外通常具有大于与多用户多视图显示器100相关联或由多用户多视图显示器100显示的多视图图像的视图的锥角的锥角，根据各种实施例。

在图3A中，为了便于说明，广角发射光102’被示为虚线箭头。然而，代表广角发射光102’的虚线箭头并不意味着暗示发射光102的任何特定方向性，而是仅代表光的发射和透射(例如从多用户多视图显示器100)。类似地，图3B和3C将定向发射光102”的定向光束示出为多个发散箭头。如上所述，定向发射光102”的定向光束的不同主角度方向对应于多视图图像或多用户多视图显示器100的相应视图方向。进一步地，在各种实施例中，定向光束可以是或表示光场。

如图3A-3C中所示，多用户多视图显示器100包括广角背光110。所示广角背光110具有平面或基本平面的发光表面110’，其被配置为提供广角发射光102’(例如，参见图3A)。根据各种实施例，广角背光110基本上可以是具有发光表面110’的任何背光，该发光表面被配置为提供光以照亮显示器的光阀阵列。例如，广角背光110可以是直接发射或直接照明的平面背光。直接发射或直接照明的平面背光包括但不限于采用冷阴极荧光灯(CCFL)、霓虹灯或发光二极管(LED)的平面阵列的背光面板，其被配置为直接照明平面发光面110’并提供广角发射光102’。电致发光面板(ELP)是直接发射平面背光的另一个非限制性示例。在其他示例中，广角背光110可以包括采用间接光源的背光。此类间接照明背光可包括但不限于各种形式的边缘耦合或所谓的‘边缘照明’背光。

图4示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中广角背光110的横截面图。如图4中所示，广角背光110是边缘照明背光，并且包括耦合到广角背光110边缘的光源112。边缘耦合光源112被配置为在广角背光110内产生光。进一步地，如示例所示而非限制，广角背光110包括引导结构114(或光导)，其具有平行相对表面的基本矩形横截面(即，矩形引导结构)以及多个提取特征114a。图4中所示的广角背光110包括广角背光110的引导结构114的表面(即，顶面)处的提取特征114a，作为示例而非限制。来自边缘耦合光源112并在矩形引导结构114内引导的光可以通过提取特征114a从引导结构114重定向、散射出或以其他方式提取，以提供广角发射光102’，根据各种实施例。例如，图4所示的广角背光110可以通过开启边缘耦合光源112来激活，例如也在图3A中使用光源112的交叉阴影所示。

在一些实施例中，广角背光110，无论是直接发射还是边缘照明(例如，如图4中所示)，可以还包括一个或多个附加层或膜，包括但不限于扩散器或扩散层、亮度增强膜(BEF)和偏振回收膜或层。例如，当与仅由提取特征114a提供的发射角相比时，可以将扩散器配置为增加广角发射光102’的发射角。在一些示例中，亮度增强膜可用于增加广角发射光102’的整体亮度。亮度增强膜(BEF)例如可作为VikuitiBEF II从3M光学系统部(明尼苏达州，圣保罗)获得，其是利用棱柱结构提供高达60％的亮度增益的微复制增强膜。偏振回收层可以被配置为选择性地使第一偏振通过，同时将第二偏振反射回矩形引导结构114。例如，偏振回收层可以包括反射偏振器膜或双亮度增强膜(DBEF)。DBEF膜的示例包括但不限于3M Vikuiti双亮度增强膜，可从3M光学系统部(明尼苏达州，圣保罗)获得。在另一示例中，可以使用高级偏振转换膜(APCF)或亮度增强和APCF膜的组合作为偏振回收层。

图4示出了广角背光110，其还包括与引导结构114相邻的扩散器116和广角背光110的平面发光表面110’。进一步地，图4中示出了亮度增强膜117和偏振回收层118，两者也与平面发光表面110’相邻。在一些实施例中，广角背光110还包括反射层119，其邻近与平面发光表面110’(即，在背面)相对的引导结构114的表面，例如如图4中所示。反射层119可以包括各种反射膜中的任一种，包括但不限于反射金属层或增强镜面反射(ESR)膜。ESR薄膜的示例包括但不限于Vikuiti增强镜面反射膜，可从3M光学系统部(明尼苏达，圣保罗)获得。

再次参考图3A-3C，多用户多视图显示器100还包括多视图背光120。如图所示，多视图背光120包括多光束元件124的阵列。根据各种实施例，多光束元件的阵列中的多光束元件124在多视图背光120上彼此间隔开。例如，在一些实施例中，多光束元件124可以布置在一维(1D)阵列中。在其他实施例中，多光束元件124可以布置在二维(2D)阵列中。此外，在多视图背光120中可以使用不同类型的多光束元件124，包括但不限于有源发射器和各种散射元件。根据各种实施例，多光束元件的阵列中的每个多光束元件124被配置为提供多个具有与多视图图像的不同视图方向相对应的方向的定向光束。

在一些实施例中(例如，如图所示)，多视图背光120还包括被配置为引导光作为被引导光104的光导122。在一些实施例中，光导122可以是平板光导。根据各种实施例，光导122被配置为根据全内反射沿光导122的长度引导被引导光104。光导122内的被引导光104的一般传播方向103如图3B中的粗箭头所示。在一些实施例中，被引导光104可在传播方向103上以非零传播角引导，并可包括具有或根据预定准直因子σ准直的准直光，如图3B中所示。

在各种实施例中，光导122可以包括被配置为光波导的介质材料。介质材料的第一折射率可以大于介质光波导周围介质的第二折射率。例如，折射率差被配置为根据光导122的一个或多个引导模式促进被引导光104的全内反射。在一些实施例中，光导122可以是板或平板光波导，包括由光学透明介质材料制成的延伸的、基本上平面的薄片。根据各种示例，光导122的光学透明材料可以包括或由各种介质材料中的任一种组成，包括但不限于一种或多种不同类型的玻璃(例如，二氧化硅玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或‘亚克力玻璃’、聚碳酸酯等)。在一些示例中，光导122还可以在光导122的至少一部分表面(例如，顶面和底面中的一个或两个)上包括包覆层(未示出)。根据一些示例，包覆层可用于进一步促进全内反射。

在包括光导122的实施例中，多光束元件的阵列中的多光束元件124可被配置为从光导122内散射出一部分被引导光104，并将散射出的部分从光导122的第一表面122’或发射表面或者多视图背光120的第一表面的等效物上引导，以提供定向发射光102”，如图3B中所示。例如，被引导光的一部分可由多光束元件124通过第一表面122’散射出去。进一步地，如图3A-3C中所示，与第一表面相对的多视图背光120的第二表面可以与广角背光110的平面发光表面110’相邻，根据各种实施例。

注意，如图3B中所示，定向发射光102”的多个定向光束为或表示具有不同主角度方向的多个定向光束，如上所述。也就是说，定向光束与定向发射光102”的其他定向光束具有不同的主角度方向，根据各种实施例。进一步地，多视图背光120可以基本透明(例如，至少在2D模式下)，以允许来自广角背光110的广角发射光102’通过或被发射穿过多视图背光120的厚度，如图3A中由源自广角背光110并随后通过多视图背光120的虚线箭头所示。换而言之，由广角背光110提供的广角发射光102’被配置为穿过多视图背光120发射，例如凭借多视图背光透明度。

例如，光导122和隔开的多个多光束元件124可以允许光通过光导122，穿过第一表面122’和第二表面122”。由于多光束元件124的相对较小尺寸和多光束元件124的相对较大的元件间距，可以至少部分地提高透明度。进一步地，特别是当多光束元件124包括如下所述的衍射光栅时，多光束元件124还可以对正交于光导面122’、122”传播的光基本透明，在一些实施例中。因此例如，来自广角背光110的光可以在正交方向上通过具有多视图背光120的多光束元件的阵列的光导122，根据各种实施例。

在一些实施例中(例如，如图3A-3C中所示)，多视图背光120可以还包括光源126。因此，多视图背光120例如可以是边缘照明背光。根据各种实施例，光源126被配置为提供要在光导122内引导的光。具体地，光源126可位于邻近光导122的入口表面或端部(输入端)的位置。在各种实施例中，光源126可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于一个或多个发光二极管(LED)或激光器(例如，激光二极管)。在一些实施例中，光源126可以包括光发射器，其被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本单色光。具体地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其他示例中，光源126可以是配置为提供基本宽带或多色光的基本宽带光源。例如，光源126可以提供白光。在一些实施例中，光源126可以包括多个不同的光发射器，它们被配置为提供不同颜色的光。不同的光发射器可以被配置为提供具有不同的、特定于颜色的、非零的被引导光传播角(对应于不同颜色的光中的每一种)的光。如图3B中所示，多视图背光120的激活可以包括激活光源126，如使用交叉阴影所示。

在一些实施例中，光源126还可以包括准直器(未示出)。准直器可以被配置为从光源126的一个或多个光发射器接收基本上未准直的光。准直器还被配置为将基本未准直的光转换为准直光。具体地，准直器可以提供具有非零传播角并根据预定准直因子进行准直的准直光，根据一些实施例。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可以被配置为提供具有一个或两个不同的、特定于颜色的、非零传播角并具有不同的特定于颜色的准直因子的准直光。

如图3A-3C中所示，多用户多视图显示器100还包括光阀130的阵列。在各种实施例中，可以采用各种不同类型的光阀中的任一种作为光阀阵列的光阀130，包括但不限于一个或多个液晶光阀、电泳光阀和基于或使用电润湿的光阀。进一步地，如图所示，对于多光束元件的阵列中的每个多光束元件124，可以有一组唯一的光阀130。例如，该光阀130的唯一组可以对应于多用户多视图显示器100的多视图像素130’。反过来，光阀可以对应于或是多视图像素130’的子像素。

如上所述并且根据各种实施例，多视图背光120包括多光束元件124的阵列。根据一些实施例(例如，如图3A-3C中所示)，多光束元件的阵列中的多光束元件124可位于光导122的第一表面122’(例如，与多视图背光120的第一表面相邻)。在其他实施例(未示出)中，多光束元件124可位于光导122的第二表面122”或其上(例如，与多视图背光120的第二表面相邻)。在其他实施例(未示出)中，多光束元件124可位于第一和第二表面122’、122”之间的光导122内，并与它们间隔开。如图3A-3C中所示，当发射光102穿过该表面发射时，可将第一表面122’称为发射表面，如图所示。进一步地，多光束元件124的尺寸与多用户多视图显示器100的光阀130的尺寸相当。

在本文中，‘尺寸’可以以各种方式中的任何一种来定义，以包括但不限于长度、宽度或面积。例如，光阀阵列的光阀130的尺寸可以是其长度，并且多光束元件124的相当尺寸也可以是多光束元件124的长度。在另一个示例中，尺寸可以是指使得多光束元件124的面积可以与光阀130的面积相当的面积。在一些实施例中，多光束元件124的尺寸与光阀尺寸相当，使得多光束元件尺寸为光阀尺寸的约百分之二十五(25％)到约百分之两百(200％)之间。例如，如果多光束元件尺寸表示为‘s’，并且光阀尺寸表示为‘S’(例如，如图3B中所示)，则多光束元件尺寸s可由等式(1)给出

在其他示例中，多光束元件尺寸大于光阀尺寸的约百分之五十(50％)、或光阀尺寸的约百分之六十(60％)、或光阀尺寸的约百分之七十(70％)、或大于光阀尺寸的约百分之八十(80％)、或大于光阀尺寸的约百分之九十(90％)，并且多光束元件小于光阀尺寸的约百分之一百八十(180％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百六十(160％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百四十(140％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百二十(120％)。例如，通过‘相当尺寸’，多光束元件尺寸可能在光阀尺寸的约百分之七十五(75％)到约百分之一百五十(150％)之间。在另一个示例中，多光束元件124的尺寸可以与光阀相当，其中多光束元件尺寸在光阀尺寸的约百分之一百二十五(125％)到约八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择多光束元件124和光阀的相当尺寸来减少(或在一些示例中最小化)多用户多视图显示器100的视图之间的暗区，同时减少(或在一些示例中最小化)多用户多视图显示器100或等效多视图图像的视图之间的重叠。

注意，如图3B中所示，多光束元件124的尺寸(例如，宽度)可对应于光阀阵列中光阀130的尺寸(例如，宽度)。在其他示例中，多光束元件尺寸可以被定义为光阀阵列的相邻光阀130之间的距离(例如，中心到中心的距离)。例如，光阀130可以小于光阀阵列中光阀130之间的中心到中心距离。进一步地，多光束元件的阵列的相邻多光束元件之间的间距可以与多用户多视图显示器100的相邻多视图像素之间的间距相当。例如，一对相邻多光束元件124之间的发射器间距离(例如，中心到中心的距离)可以等于对应的相邻多视图像素对之间的像素间距离(例如，中心到中心的距离)，例如由光阀130阵列的光阀组表示。这样，多光束元件尺寸可以例如被定义为光阀130本身的尺寸或与光阀130之间的中心到中心距离相对应的尺寸。

在一些实施例中，多个中的多光束元件124和对应的多视图像素130’(例如，光阀130的组)之间的关系可以是一对一的关系。也就是说，可以有相同数量的多视图像素130’和多光束元件124。图3C通过示例明确示出了一对一关系，其中包括不同光阀130的组的每个多视图像素130’被示出为由虚线包围。在其他实施例(未示出)中，多视图像素130’和多光束元件124的数量可以彼此不同。

在一些实施例中，多个中的相邻多光束元件124之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离)可以等于对应的相邻多视图像素130’之间的像素间距离(例如，中心到中心的距离)，例如由光阀组表示。在其他实施例(未示出)中，多光束元件124对和对应光阀组的相对中心到中心的距离可能不同，例如多光束元件124可以具有元件间间距(即，中心到中心的距离)，该间距是大于或小于表示多视图像素130’的光阀组之间的间距(即，中心到中心的距离)中的一个。

进一步地(例如，如图3B中所示)，每个多光束元件124可被配置为向一个且仅一个多视图像素130’提供定向发射光102”，根据一些实施例。具体地，对于多光束元件124中的给定一个，具有与多用户多视图显示器100的不同视图相对应的不同主角度方向的定向发射光102”基本上局限于单个对应的多视图像素130’及其光阀130，即与多光束元件124相对应的单个光阀130组，如图中3B所示。这样，广角背光110的每个多光束元件124提供定向发射光102”的对应多个定向光束，其具有一组与多视图图像的不同视图相对应的不同主角度方向(即，定向光束组包含具有与每个不同观看方向对应的方向的光束)。

注意，图2A-2B还示出了多用户多视图显示器100，包括广角背光110、多视图背光120和光阀130的阵列。如图2A中所示，如使用交叉阴影所示激活多视图背光120，并且使用光阀130的阵列调制来自激活的多视图背光120的定向发射光来提供多视图图像100a。在图2B中，如使用交叉阴影所示激活广角背光110，并且通过使用光阀130的阵列调制来自激活的广角背光110的广角发射光来提供2D图像100b。再次参考图3A-3B，多用户多视图显示器100可以还包括头部跟踪器140，在一些实施例中。头部跟踪器140被配置为确定该组用户A、B、C的用户A、B、C相对于多用户多视图显示器100的预定义观看区域I的位置。头部跟踪器140还被配置为基于用户A、B、C的确定位置选择性地激活广角背光110或多视图背光120中的一个。使用光源112的交叉阴影在图3A中示出了广角背光110的选择性激活。通过图3B中光源126的交叉阴影示出了多视图背光120的选择性激活。当头部跟踪器140确定该组用户A、B、C在预定义观看区域I内时，多视图背光120可以依次由头部跟踪器140和选择性提供的多视图图像100a选择性地激活。替代地，当该组用户在预定义观看区域外时，激活广角背光并提供2D图像。例如，头部跟踪器140可以是显示控制器(图2A-3C未示出)的一部分。具体地，头部跟踪器140或包括头部跟踪器140的显示控制器还可以控制光阀130的阵列，以基于广角背光110或多视图背光120中的哪一个被激活来协调2D图像或多视图图像的显示。

根据各种实施例，头部跟踪器140可以包括光检测和测距传感器、飞行时间传感器和相机中的一个或多个，被配置为确定该组用户A、B、C中的用户A、B、C的位置。例如，头部跟踪器140可以包括被配置为周期性捕获该组用户A、B、C的图像的相机。头部跟踪器140可以还包括图像处理器，其被配置为确定该组用户A、B、C(或该组用户A、B、C的等效物)的用户A、B、C在周期性捕获的图像中的位置，以提供该组用户A、B、C相对于多用户多视图显示器100的预定义观看区域I的周期性位置测量。在一些实施例中，头部跟踪器140可以还包括运动传感器，其被配置为在周期性位置测量之间的时间间隔内跟踪多用户多视图显示器100的相对运动，以确定多用户多视图显示器100的相对运动。根据一些实施例，相对运动可用于在周期性位置测量之间的时间间隔内提供对该组用户A、B、C的位置的估计。

在一些实施例中(未示出)，预定义观看区域I可以被配置为动态地调整或倾斜。可以通过改变光阀130的阵列的多视图像素相对于多光束元件的阵列内对应多光束元件124的位置来提供预定义观看区域I的动态调整或倾斜。例如，可以通过改变驱动光阀130以提供多视图图像的方式来改变多视图像素的位置。可以动态调整预定义观看区域I，以将该组用户A、B、C保持在预定义观看区域I内，根据一些实施例。具体地，预定义观看区域可以向该组用户A、B、C的确定位置动态地调整或倾斜。在一些实施例中，当该组用户A、B、C超出预定义观看区域I的调整范围时，可以专门提供或显示2D图像。例如，给定多用户多视图显示器100的特定实现，可以存在预定观看区域I的最大调整范围或倾斜。当超过最大调整范围或倾斜时，当该组用户A、B、C的确定位置超出最大调整范围或倾斜时，可以提供或显示2D图像。

图5示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器100的横截面图。具体地，图5示出了图3B的多用户多视图显示器100，其中光阀130的阵列的多视图像素130’的相对位置相对于对应的多光束元件124已发生变化以倾斜定向发射光102”，并且同样地倾斜预定义观看区域I(例如，倾斜可能朝向该组用户(未示出))。可以通过头部跟踪器140或显示控制器(未示出)或控制光阀阵列的另一控制机构(例如，通过软件)来改变多视图像素130的相对位置以倾斜预定义观看区域I。这样，可以在不对多用户多视图显示器100进行物理更改的情况下提供预定义观看区域I中的倾斜，根据一些实施例。图5中的粗箭头示出了多视图像素130’位置的变化。

根据各种实施例，多视图背光120的多光束元件124可以包括多个不同结构中的任一个，这些结构被配置为散射出一部分被引导光104。例如，不同结构可以包括但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或它们的各种组合。在一些实施例中，包括衍射光栅的多光束元件124被配置为衍射地耦合或散射出被引导光的一部分，作为包括具有不同主角度方向的多个定向光束的定向发射光102”。在其他实施例中，包括微反射元件的多光束元件124被配置为反射地耦合或散射出被引导光的一部分作为多个定向光束。在一些实施例中，包括微折射元件的多光束元件124被配置为通过或使用折射来耦合或散射出被引导光的一部分作为多个定向光束(即，折射地散射被引导光的一部分)。

在一些实施例中，多光束元件的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个包括布置在多光束元件边界内的多个子元件。例如，衍射光栅的子元件可以包括多个衍射子光栅。类似地，微反射元件的子元件可以包括多个微反射子元件，而微折射元件的子元件可以包括多个微反射子元件。

根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种多用户多视图显示系统。多用户多视图显示系统被配置为基于该组用户中用户的位置选择性地提供二维(2D)图像或多视图图像。具体地，多用户多视图显示系统被配置为发射与包括2D信息(例如，2D图像、文本等)的2D图像的像素相对应或表示其的调制光。多用户多视图显示系统还被配置为为发射与多视图图像的不同视图的像素(视图像素)相对应或代表不同视图(视图像素)的像素的调制的定向发射光。基于该组用户是在多用户多视图显示系统的预定义观看区域外还是内来确定是否提供2D图像或多视图图像。

例如，当显示或提供多视图图像时，多用户多视图显示系统可以表示自动立体或无眼镜3D电子显示器。具体地，定向发射光的调制的、不同方向光束的不同的光可对应于与多视图信息或多视图图像相关联的不同‘视图’，根据各种示例。例如，不同的视图可以提供由多用户多视图显示系统显示的信息的‘无眼镜’(例如，自动立体、全息等)表示。

图6示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示系统200的框图。多用户多视图显示系统200可被用于将2D信息和多视图信息(诸如但不限于2D图像、文本和多视图图像)结合显示为合成图像，根据各种实施例。具体地，图6中所示的多用户多视图显示系统200被配置为发射调制光202，其包括调制的广角发射光202’(调制的广角发射光202’提供2D图像(2D))。进一步地，图6中所示的多用户多视图显示系统200被配置为发射包括调制的定向发射光202”的调制光202，其包括具有表示定向像素的不同主角度方向的定向光束，以提供多视图图像(多视图)。具体地，不同的主角度方向可以对应于由多用户多视图显示系统200显示的多视图图像(多视图)的不同视图的不同视图方向。

如图6中所示，多用户多视图显示系统200包括广角背光210。广角背光210被配置为提供广角发射光204。当将显示2D图像(2D)时，当被调制为调制的广角发射光202’时可以提供广角发射光204。在一些实施例中，广角背光210可以基本上类似于多用户多视图显示器100的广角背光110，如上所述。例如，广角背光可以包括具有光提取层的光导，该层被配置为从矩形光导提取光，并将提取的光通过扩散器重引导为广角发射光204。

图6中所示的多用户多视图显示系统200还包括多视图背光220。如图所示，多视图背光220包括光导222和彼此间隔的多光束元件224的阵列。多光束元件224的阵列被配置为当要显示多视图图像(多视图)时散射出来自光导222的被引导光作为定向发射光206。根据各种实施例，由多光束元件224发阵列的单个多光束元件224提供的定向发射光206包括多个具有不同主角度方向的定向光束，它们对应于由多用户多视图显示系统200显示的多视图图像(多视图)的视图方向。

在一些实施例中，多视图背光220可以基本上类似于上述多用户多视图显示器100的多视图背光120。具体地，光导222和多光束元件224可以分别与上述光导122和多光束元件124基本类似。例如，光导222可以是平板光导。此外，光导可被配置为将光引导为具有或根据准直因子的准直被引导光。进一步地，根据各种实施例，多光束元件224的阵列中的多光束元件224可以包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，微反射元件和微折射元件光学连接到光导222，以散射出作为定向发射光206的被引导光。

如图所示，多用户多视图显示系统200还包括光阀阵列230。光阀阵列230被配置为调制广角发射光204以提供2D图像(2D)，并调制定向发射光206以提供多视图图像(多视图)。具体地，光阀阵列230被配置为接收和调制广角发射光204，以提供调制的广角发射光202’。类似地，光阀阵列230被配置为接收和调制定向发射光206，以提供调制的定向发射光202”。在一些实施例中，光阀阵列230可以基本上类似于上面关于多用户多视图显示器100描述的光阀130的阵列。例如，光阀阵列的光阀可以包括液晶光阀。进一步地，在一些实施例中，多光束元件224的阵列中的多光束元件224的尺寸可以与光阀阵列230的光阀的尺寸相当(例如，在光阀尺寸的四分之一到两倍之间)。

在各种实施例中，多视图背光220位于广角背光210和光阀阵列230之间。多视图背光220可位于广角背光210附近，并由窄间隙隔开。进一步地，在一些实施例中，堆叠多视图背光220和广角背光210，使得在一些实施例中，广角背光210的顶面基本上平行于多视图背光220的底面。这样，来自广角背光210的广角发射光204可以从广角背光210的顶面发射进入并穿过多视图背光220。多视图背光220对由广角背光210发射的广角发射光204透明，根据各种实施例。

图6中所示的多用户多视图显示系统200还包括显示控制器240。显示控制器240被配置为当多用户多视图显示系统200的一组用户的位置被确定为在多用户多视图显示系统200的预定义观看区域内时，控制多用户多视图显示系统200以提供多视图图像(多视图)。否则，显示控制器240被配置为控制多用户多视图显示系统200以提供2D图像(2D)。

在一些实施例中，显示控制器240可以基本上类似于包括多用户多视图显示器100的头部跟踪器140的显示控制器，如上所述。在这些实施例中，显示控制器240包括头部跟踪器，以确定该组用户中用户的位置。显示控制器240还被配置为激活多视图背光220的光源以提供定向发射光206的定向光束，并控制光阀阵列230以在用户位置被确定为在预定义观看区域内时提供多视图图像(多视图)。进一步地，显示控制器240被配置为以其他方式激活广角背光210的光源以提供广角发射光204，并且控制光阀阵列230以在用户位置被确定为在预定义观看区域外时提供2D图像(2D)。

在一些实施例中，显示控制器240还被配置为通过改变光阀阵列的多视图像素相对于多光束元件的阵列的对应多光束元件224的位置来动态调整预定义观看区域。在这些实施例中，显示控制器240动态地调整预定义观看区域，以将该组用户保持在预定义观看区域内。进一步地，仅当该组用户超出预定义观看区域的调整范围时，才提供2D图像(2D)，根据这些实施例。

在一些实施例中，显示控制器240的头部跟踪器可以基本上类似于上述多用户多视图显示器100的头部跟踪器140。例如，头部跟踪器可以包括包括了被配置为确定该组用户中用户的位置的光检测和测距传感器、飞行时间传感器和相机中的一个或多个的头部跟踪器。根据各种实施例，显示控制器240可以使用基于硬件的电路和软件或固件中的一个或两个来实现。具体地，显示控制器240可以被实现为包括电路(例如，ASIC)的硬件和包括软件或固件的模块(它们由处理器或类似电路执行以实现显示控制器240的各种操作特性)中的一个或两个。

根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种多用户多视图显示器操作的方法。图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中多用户多视图显示器操作的方法300的流程图。如图7中所示，多用户多视图显示器操作的方法300包括使用头部跟踪器确定多用户多视图显示器的一组用户中的用户位置(310)。在一些实施例中，确定该组用户中用户的位置(310)包括使用头部跟踪器跟踪每个用户的位置，并将该组用户的每个用户的位置与预定义观看区域进行比较，以确定该组用户的每个用户是否共同位于预定义观看区域内或外。在一些实施例中，头部跟踪器可以基本上类似于上面关于多用户多视图显示器100描述的头部跟踪器140。例如，头部跟踪器可以包括被配置为确定该组用户中用户的位置的光检测和测距(LIDAR)传感器、飞行时间传感器和相机中的一个或多个。在其他实施例中，确定用户的位置(310)可以包括使用基本上类似于多用户多视图显示系统200的显示控制器240的显示控制器，如上所述。

图7中所示的多用户多视图显示器操作的方法300还包括当该组用户中用户的位置被确定在多用户显示器的预定义观看区域内时，提供多视图图像(320)。预定义观看区域可以基本上类似于图2A-2B中所示的多用户多视图显示器100的预定义观看区域I，在一些实施例中。例如，可以通过使用光阀阵列调制来自多视图背光的定向发射光来提供多视图图像。在一些实施例中，多视图背光和光阀阵列可以基本上类似于上面关于多用户多视图显示器100描述的多视图背光120和光阀130的阵列。例如，多视图背光可以包括被配置为将光引导为具有预定准直因子的被引导光的光导。多视图背光可以还包括在光导上彼此间隔的多光束元件的阵列，多光束元件的阵列中的每个多光束元件被配置为从光导散射出一部分被引导光作为定向发射光的定向光束。进一步地，在一些实施例中，多光束元件的阵列中的多光束元件的尺寸在光阀阵列的光阀尺寸的百分之二十五到百分之二百之间。

多用户多视图显示器操作的方法300还包括当该组用户的用户的位置在预定义观看区域外时提供二维(2D)图像(330)。根据各种实施例，通过使用光阀阵列调制来自广角背光的广角发射光来提供2D图像(330)。在一些实施例中，广角背光和广角发射光可以基本上类似于上面关于多用户多视图显示器100描述的广角背光110和广角发射光102’。

在一些实施例中(未示出)，多用户多视图显示器操作的方法300还包括通过将来自多视图背光的定向发射光向该组用户倾斜来动态调整预定义观看区域。在这些实施例中，可以动态调整预定义观看区域，以将该组用户的用户保持在预定义观看区域内。进一步地，仅当该组用户超出预定义观看区域的调整范围时才提供2D图像，根据这些实施例。在一些实施例中，倾斜定向发射光包括改变光阀阵列的多视图像素相对于多光束元件的阵列的对应多光束元件的位置。

因此，已经描述了一种多用户多视图显示器、一种多用户多视图显示系统以及一种多用户多视图显示器操作的方法的示例与实施例，其当一组用户在预定义观看区域内时提供多视图图像，并且当该该组用户在预定义观看区域外时提供2D图像。应当理解，上述示例仅是表示本文所述原理的许多具体示例和实施例中的一些示例。显然，本领域技术人员可以在不脱离以下权利要求所定义的范围的情况下容易地设计许多其他布置。

Claims (22)

1.一种多用户多视图显示器，包括：

广角背光，被配置为提供广角发射光；

多视图背光，被配置为提供定向发射光，其包括具有与多视图图像的不同视图方向相对应的方向的定向光束；

光阀阵列，被配置为调制所述广角发射光以提供二维(2D)图像，并调制所述定向发射光以在所述多用户多视图显示器的预定义观看区域内提供所述多视图图像；以及

头部跟踪器，被配置为确定一组用户中用户相对于所述多用户多视图显示器的所述预定义观看区域的位置，所述头部跟踪器包括运动传感器，被配置为在周期性位置测量之间跟踪所述多用户多视图显示器的相对运动，以确定所述多用户多视图显示器的所述相对运动，

其中所述多用户多视图显示器被配置为选择性地当该组用户在所述预定义观看区域内时提供所述多视图图像，或者当该组用户在所述预定义观看区域外时提供所述二维图像，以及

其中所述相对运动被用于在所述周期性位置测量之间提供该组用户的所述位置的估计。

2.根据权利要求1所述的多用户多视图显示器，其中所述多视图背光被布置在所述广角背光和所述光阀阵列之间，所述多视图背光对所述广角发射光是光学透明的。

3.根据权利要求1所述的多用户多视图显示器，其中所述多视图背光包括：

光导，被配置为将光引导为具有预定准直因子的被引导光；以及

在所述光导上彼此间隔的多光束元件的阵列，所述多光束元件的阵列中的每个多光束元件被配置为从所述光导散射出所述被引导光的一部分作为所述定向发射光的所述定向光束，

其中所述多光束元件的阵列中的多光束元件的尺寸在所述光阀阵列的光阀尺寸的百分之二十五到百分之二百之间。

4.根据权利要求3所述的多用户多视图显示器，其中所述多光束元件的阵列中的多光束元件包括被配置为衍射地散射出所述被引导光的衍射光栅、被配置为反射地散射出所述被引导光的微反射元件、以及被配置为折射地散射出所述被引导光的微折射元件中的一个或多个。

5.根据权利要求4所述的多用户多视图显示器，其中所述多光束元件的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个包括布置在所述多光束元件边界内的多个子元件。

6.根据权利要求3所述的多用户多视图显示器，其中所述预定义观看区域被配置为通过改变所述光阀阵列的多视图像素相对于所述多光束元件的阵列内对应多光束元件的位置来动态地调整，动态地调整所述预定义观看区域以将该组用户保持在所述预定义观看区域内。

7.根据权利要求6所述的多用户多视图显示器，其中当该组用户超出所述预定义关联区域的调整范围时仅提供所述二维图像。

8.根据权利要求1所述的多用户多视图显示器，其中所述头部跟踪器还被配置为基于所述确定的位置选择性地激活所述广角背光或所述多视图背光中的一个，当确定该组用户在所述预定义观看区域内时，由所述头部跟踪器激活所述多视图背光并提供所述多视图图像，并且当确定该组用户在所述预定义观看区域外时，由所述头部跟踪器激活所述广角背光并提供所述二维图像。

9.根据权利要求8所述的多用户多视图显示器，其中所述头部跟踪器包括：

相机，被配置为周期性地捕获该组用户的图像；以及

图像处理器，被配置为确定该组用户在所述周期性地捕获的图像中的位置，以提供该组用户相对于所述多用户多视图显示器的所述预定义观看区域的周期性位置测量。

10.一种多用户多视图显示系统，包括：

广角背光，被配置为提供广角发射光；

多视图背光，包括多光束元件的阵列，被配置为提供定向发射光，所述定向发射光包括具有与多视图图像的不同视图方向相对应的方向的定向光束；

光阀阵列，被配置为调制所述广角发射光以提供二维(2D)图像，并调制所述定向发射光以提供所述多视图图像；

头部跟踪器，被配置为确定一组用户中用户相对于所述多用户多视图显示系统的预定义观看区域的位置，所述头部跟踪器包括运动传感器，被配置为在周期性位置测量之间跟踪所述多用户多视图显示系统的相对运动，以确定所述多用户多视图显示系统的所述相对运动；

显示控制器，被配置为当所述多用户多视图显示系统的该组用户的所述位置被确定为在所述多用户多视图显示系统的所述预定义观看区域内时，控制所述多用户多视图显示系统以提供所述多视图图像，否则提供所述二维图像，以及

其中所述相对运动被用于在所述周期性位置测量之间提供该组用户的所述位置的估计。

11.根据权利要求10所述的多用户多视图显示系统，其中所述多视图背光还包括：

光导，被配置为将光引导为被引导光，

其中所述多光束元件的阵列在所述光导上彼此间隔，所述多光束元件的阵列中的每个多光束元件被配置为从所述光导散射出所述被引导光的一部分作为所述定向光束。

12.根据权利要求11所述的多用户多视图显示系统，其中所述光导被配置为根据准直因子引导所述被引导光作为准直被引导光，并且其中所述多光束元件的阵列中的每个多光束元件的尺寸在所述光阀阵列的光阀尺寸的四分之一到两倍之间。

13.根据权利要求11所述的多用户多视图显示系统，其中所述多光束元件的阵列中的每个多光束元件包括：被配置为衍射地散射出所述被引导光的衍射光栅、被配置为反射地散射出所述被引导光的微反射元件、以及被配置为折射地散射出所述被引导光的微折射元件中的一个或多个。

14.根据权利要求10所述的多用户多视图显示系统，其中所述显示控制器还被配置为：

当所述用户位置被确定在所述预定义观看区域内时，激活所述多视图背光的光源以提供定向光束，并控制所述光阀阵列以提供所述多视图图像；并且

否则当所述用户位置被确定为在所述预定义观看区域外时，激活所述广角背光的光源以提供所述广角发射光，并控制所述光阀阵列以提供所述二维图像。

15.根据权利要求10所述的多用户多视图显示系统，其中所述显示控制器还被配置为为通过改变所述光阀阵列的多视图像素相对于所述多光束元件的阵列的对应多光束元件的位置来动态地调整所述预定义观看区域，所述预定义观看区域由所述显示控制器动态地调整以将该组用户保持在所述预定义观看区域内，并且仅当该组用户超出所述预定义观看区域的调整范围时才提供所述二维图像。

16.根据权利要求14所述的多用户多视图显示系统，其中所述头部跟踪器包括：被配置为用于确定该组用户中用户的所述位置的光检测和测距传感器、飞行时间传感器和相机中的一个或多个。

17.一种操作多用户多视图显示器的方法，所述方法包括：

使用头部跟踪器确定在所述多用户多视图显示器的一组用户中用户的位置，其中所述头部跟踪器包括运动传感器，被配置为在周期性位置测量之间跟踪所述多用户多视图显示器的相对运动，以确定所述多用户多视图显示器的所述相对运动；

当该组用户的所述用户的所述位置被确定在所述多用户多视图显示器的预定义观看区域内时提供多视图图像，通过使用光阀阵列调制来自多视图背光的定向发射光来提供所述多视图图像；并且

当该组用户的所述用户的所述位置在所述预定义观看区域外时提供二维(2D)图像，通过使用所述光阀阵列调制来自广角背光的广角发射光来提供所述二维图像，以及

其中所述相对运动被用于在所述周期性位置测量之间提供该组用户的所述位置的估计。

18.根据权利要求17所述的操作多用户多视图显示器的方法，其中确定该组用户中所述用户的位置包括：

使用所述头部跟踪器跟踪每个所述用户的位置；并且

将该组用户的每个所述用户的所述位置与所述预定义观看区域进行比较，以确定所述用户是否共同位于所述预定义观看区域之内或之外。

19.根据权利要求18所述的操作多用户多视图显示器的方法，其中所述头部跟踪器包括：被配置为用于确定该组用户中所述用户的所述位置的光检测和测距(LIDAR)传感器、飞行时间传感器和相机中的一个或多个。

20.根据权利要求17所述的操作多用户多视图显示器的方法，其中所述多视图背光包括：

光导，被配置为将光引导为具有预定准直因子的被引导光；以及

在所述光导上彼此间隔的多光束元件的阵列，所述多光束元件的阵列中的每个多光束元件被配置为从所述光导散射出所述被引导光的一部分作为所述定向发射光的所述定向光束，

其中所述多光束元件的阵列中的多光束元件的尺寸在所述光阀阵列的光阀尺寸的百分之二十五到百分之二百之间。

21.根据权利要求17所述的操作多用户多视图显示器的方法，所述方法还包括：

通过将来自所述多视图背光的所述定向发射光向该组用户倾斜来动态地调整所述预定义观看区域，动态地调整所述预定义观看区域以将该组用户的所述用户保持在所述预定义观看区域内，

其中仅当该组用户超出所述预定义观看区域的调整范围时才提供所述二维图像。

22.根据权利要求21所述的操作多用户多视图显示器的方法，其中所述多视图背光包括多光束元件的阵列，并且其中倾斜所述定向发射光包括改变所述光阀阵列的多视图像素相对于所述多光束元件的阵列的对应多光束元件的位置。