[发明专利]动态全三维显示

说明书

提供了一种光学显示系统，包括光源、控制单元和至少两个并置的双光栅元件（DGE1，DGE2）的阵列，该元件中的每一个包括彼此隔开恒定距离的第一光栅（G1）和第二光栅（G2），该两个光栅中的每一个具有至少两个边缘并且包括至少一个多条线的序列，其中线之间的间隔从光栅的一个边缘到另一个边缘逐渐改变，并且其中第一光栅将来自光源的光波（W1，W2）朝向第二光栅衍射，并且该光波被第二光栅进一步衍射作为给定方向上的输出光波。

技术领域

本发明涉及新颖的动态显示源，并且特别地涉及实行不能通过目前可用的技术来实行的操作的显示器。

可以实现本发明以在大量成像应用以及非成像应用中获利，该成像应用诸如动态全三维显示器、紧凑且高效的微显示器、傅里叶变换无透镜显示器，该非成像应用诸如用于彩色连续显示器的背光照射。

背景技术

在快速扩张的消费者电子设备市场中最期望和寻求的设备之一是动态真实三维显示器，亦即，所需设备应为能够将具有全彩色、高分辨率和超常性能的动态三维显示投影到观看者的眼睛中的显示器。目前存在着众多实现立体显示的技术，它们同时向观看者的左眼和右眼提供不同的图像。其结果是，观看者具有在看着立体物体的错觉。这些技术包括头戴式显示器（HMD）、立体影片、基于偏振的显示器、日蚀方法、干涉滤光片技术以及其他技术。该族显示器的主要缺点在于仅将来自物体的两个视点投影到观看者的眼睛中，而且图像对头部或观看者眼睛的移动不敏感。此外，通常需要诸如一副特别专用的眼镜之类的另一外部附件来完全实现立体显示。

针对具有向观看者的眼睛投影完整以及动态三维图像的能力的显示器的奋斗已经得到若干不同的复杂光学解决方案，包括：体积的（volumetric）、全息且整体的显示器，其全部要么不是真正地动态的，要么替换地不能投影全三维显示。另外，这些技术通常仅针对比较小或中等的设备可以实现。其结果是，目前不存在能够在具有令人满意的性能的宽屏幕上提供真实动态以及全三维显示的现有技术。

皆以本申请人的名义的美国专利号7,460,302和8,811,823中所包括的教导通过引用并入本文中。

发明内容

本发明促进了除其他应用之外的用于动态全三维显示的新的显示器族的设计和制造。本发明即使针对大屏幕显示器也允许高性能和全彩色。由本发明提供的光学系统由于以下原因而特别地有利：其可以提供具有不能在现有技术实现方式中找到的独特特性的显示，但是其甚至可以容易地并入到利用可获得的制造技术的具有专门配置的光学系统中。

本发明的另一目标是要提供一种紧凑、高效且背照式的微显示器。在当今的微显示器市场中，设备是数字光处理（DLP）（其使任一前照式复杂化，诸如系统的硅基液晶（LCoS）和数字光光学设计），或者具有非常低的效率，诸如液晶显示器（LCD）。其他微显示源固有地受到较低可实现的最大亮度的影响。本发明使得能够实现一种具有简单的背照方法的微显示系统，其具有针对高效率以及实际地不受限的最大亮度的潜能。

本发明的另一目标是要提供相对便宜且简单的傅里叶变换显示器，亦即，一种其中在所投影的显示中的每个点由照准光波而不是来自单一像素的发散光波（如常规显示器中的情况那样）进行呈现的显示器。这种显示器对于其中要求照准图像的诸如HMD之类的光学系统而言特别有利。利用傅里叶变换显示器而不是常规显示器将避免对复杂且笨重的照准模块的需要。

本发明的仍另一目标是要提供一种用于彩色连续显示的新颖的照射方法，其中背光有效地照射红色、绿色和蓝色（RGB）子像素，而无需在该子像素的前面使用滤色片将系统的亮度减少至三分之一。

因此，本发明的广义目标是要缓解现有技术的紧凑光学显示设备的缺点并且根据具体需要提供具有经改进的性能的其他光学部件和系统。