[发明专利]光束成形设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种光束成形设备，其在光束成形状态之间是可控制 的，每种状态都允许光沿着与该光束成形设备相垂直的方向通过该光束 成形设备。

背景技术

有源光束成形对于从一般照明到特殊照明应用的各种应用都是有 用的，如视频动画(video flash)，其中将照相机的变焦功能与有源光 学元件的光束宽度控制功能结合。液晶光学系统看来似乎适合于这一个 目的。通过向液晶盒(cell)中的液晶分子施加电场，能够控制液晶盒 中液晶分子的排列取向。液晶分子的这种重新取向产生折射率梯度，这 导致正在通过该液晶盒的光线的重定向。因此，能够在以电学方式控制 光束的方向和/或形状。

光束成形设备的一种特别感兴趣的应用是在自动立体显示设备的 领域中，该自动立体显示设备包括显示面板和成像装置，显示面板具有 用于进行显示的显示像素阵列，该成像装置用于将不同的视图引导到不 同的空间位置。将彼此平行延伸且叠加在该显示像素阵列上而提供的细 长微透镜元件的阵列用作成像装置是众所周知的，通过这些微透镜元件 来观察这些显示像素。

在例如使每个微透镜都与两列显示像素相关联的设置中，每一列中 的显示像素都提供各自的二维子图像的垂直部分。微透镜板将这两个部 分以及相应部分从与其他微透镜相关联的显示像素列引导到位于该板 前面的用户的左眼和右眼，这样用户便观察到单个立体图像。微透镜元 件的板从而提供光输出引导功能。

在其他设置中，每个微透镜都与在行方向上的一组四个或更多个相 邻显示像素相关联。每一组中的显示像素的对应列适当地设置成提供来 自各自的二维子图像的垂直部分。当用户的头从左移向右移动时，感觉 出一系列连续的不同的立体视图，形成例如环顾的印象。

上述设备提供了一种有效的三维显示器。但是要理解，为了提供立 体视图，必须牺牲该设备的水平分辨率。对于某些应用(例如用于从近 距离观看的对小文本符号的显示)来说，牺牲分辨率是不能接受的。为 此，已经提议提供一种显示设备，其可在二维模式和三维(立体)模式 之间切换。

实现这种显示设备的一种方式是提供电学上可切换的微透镜阵列。 在二维模式中，可切换设备的微透镜元件在“穿过”模式下工作，即，这 些微透镜元件按照与光学透明材料的平板相同方式而起作用。最终的显 示具有高分辨率，该高分辨率等于该显示面板的固有分辨率，其适合于 从近的观察距离显示小的文本符号。二维显示模式当然不能提供立体图 像。

在三维模式中，如上面所述，可切换设备的微透镜元件提供光输出 引导功能。最终的显示能够提供立体图像，但是具有上面提及的不可避 免的分辨率损失。

为了提供可切换的显示模式，可以将可切换设备的微透镜元件形成 为电光材料的光束成形装置，所述电光材料如液晶材料，其具有可在两 个值之间切换的折射率。然后通过向在这些微透镜元件上面和下面提供 的平面电极施加适当的电势来使该设备在模式之间切换。电势相对于相 邻光学透明层的折射率改变了微透镜元件的折射率。

对可切换设备的结构和操作的更详细的描述可以在美国专利 US6069650中得到。

已知的将可切换的液晶材料用于可切换的2D/3D显示器采用复制 技术来形成透镜形状，透镜形状然后充满液晶材料。这个过程和与LCD 制造工艺相关的其他工艺布骤不相容，因此明显增加了生产该显示设备 的成本。

液晶光学系统的更一般的例子在JP 07-043656中公开，其中将光束 耦合器设置成使光束对准选定的光纤并且设置成调整束斑尺寸。在该耦 合器中，液晶层提供在透明衬底之间。向衬底之一提供接地平面，并向 另一个衬底提供许多可单独控制的电极。通过改变这些电极相对于接地 平面的电势，透过该耦合器的光束被对准以撞击选定的光纤。

尽管能够使光束偏转一段短距离，但是在JP07-043656中公开的设 备看来似乎不适于更宏观的光束成形应用，在这个应用中通常期望大的 光束发散和/或会聚。

发明内容

鉴于上面提及的和其他现有技术的缺陷，本发明总的目的是提供一 种改进的光束成形设备，特别是一种能够使光束更有效地发散和/或会聚 的光束成形设备。