CN1206218A - 视频图象观看器和方法 - Google Patents

Abstract

一种视频图象观看器,包括有液晶层的第一和第二玻璃板。在第一玻璃板的一边缘有直线延伸的多个激光二极管选择地发光,光经全内反射传播穿过第一玻璃板,只在液晶折射率改变的区域进入液晶层,用水平带状电极来改变折射率。电极依次被通电以阻止全内反射,使光在对应于视频行的位置穿过液晶层进入第二玻璃板。一个或多个全息光学元件把进入的光衍射到预定方向,形成对单个通电电极对和通电激光二极管的每种组合唯一的虚象点位置。

Description

视频图象观看器和方法

本发明涉及视频图象观看器(装置)，特别涉及能适用于包括虚拟现实显示(virtual reality viewing)镜和视频监视器的各种应用的小型和轻型的视频观看器。

视频观看器件通常广泛用于各种应用。阴极射线管(“CRT”)显示器长期以来用于电视显示，特别是近来作为计算机监视器。用于显示视频图象的更小型器件，例如液晶显示(“LCD”)屏，已经作为CRT显示器的代替品发展起来。

最近，引入了小型、轻型头戴显示器作为用于“虚拟现实”系统的显示器件，通过为每只眼睛提供分离观看器件并适当改变通过每个器件的可视图象，就可以显示出高分辨率立体平面视频图象。

视频图象观看器件的另一类型是“平视显示器(heads up displays)”(“HUD”)，它能使喷气式战斗机飞行员随意处理飞机周围的空间和飞机的条件和特性的大量信息。这就发展为HUD′S被装入飞机的透明座舱罩里面，以及“头部安装显示器”和“头盔显示器”中。

所有上述HUD′S都需要从源显示器(例如液晶电视屏)发出光并穿过空气传输一段距离到达反射、折射或衍射表面，该表面将使光改变方向以形成源显示器的虚象。在这种显示器中，全息光学元件一般用作衍射表面，并且一般是高度颜色选择的。但是，仍然希望通过直接产生三维虚象而不需要光从源显示器穿过空气传输来显示视频图象，特别是三维图象。如果能发现不需要使光穿过空气传输实际距离的技术，那么观看器件就能大大缩小，并且甚至可以仿造普通的一副眼镜。这种观看器件的小型、轻型和不引人注目的特征将开劈许多新的应用，例如可以用于袖珍计算机的监视器、高级虚拟现实显示器件，或者作为对聋哑人显示从声音获得的提示信号的代用品。

本发明的观看器件适用于按照具有在每个视频帧中的多个视频行的视频信号显示虚象。沿着第一平板的表面在多个相应位置上光发生器选择地把光束导入第一透明板中。光束导入第一板的方式应使光束以全内反射穿过第一板传播。毗邻第一板设置折射率调制器。折射率调制器在光穿过第一板传播的方向上在彼此隔开的各个区域上具有多个调制元件。每个调制元件选择性地根据相应的控制信号控制第一折射率状态或第二折射率状态。第一折射率状态使调制元件具有足以与第一板的折射率不同的折射率，其中光束保持在调制元件区域中的第一板内的内反射。第二折射率状态应使调制元件具有与第一板相同的折射率，其中大部分光束在调制元件的区域中射出第一板。邻近折射率调制器设置的光学元件控制在调制元件区域中射出第一板的光在第一方向上的发散角。光发生器可以是沿着第一板的表面分隔开的连续发光的多个光源，或者是沿着第一板表面扫描的光束。彩色图象可以通过使用多颜色光发生器或者通过设置颜色选择调制元件来产生，其中光在射出折射率调制器时穿过颜色选择调制元件。折射率调制器最好是液晶层，控制液晶层折射率的调制元件是在液晶层两相对面上的电极。观看器件用视频控制电路来驱动，该视频控制电路根据多个视频行的每个视频图象的强度接收视频信号。视频控制电路根据每行视频信号的振幅控制每个光束的强度。视频控制电路也产生控制信号以使每个调制元件根据视频信号的相应行连续转换到它的高折射率状态。一对观看器件可以安装在框架上，使每个图象观看器件位于戴框架人的相应眼的前面的框中，从而容许立体显示。

图1是根据本发明一部分观看屏的优选实施例的等比例图。

图2是沿着图1的2-2线所得到的图1观看屏的截面图。

图3是图1观看屏的正面图。

图4是图1观看屏的等比例图，表示由光发生器产生的点光源的虚象位置和虚象随着观察者眼睛水平移动的移动方式。

图5是沿着图4的5-5线得到的图4观看屏的截面图，表示从观看屏发散的光的垂直发散性和虚象随着观察者的眼睛移动的移动方式。

图6是图1观看屏的等比例图，表示虚象线的位置和由观看屏产生的整个虚象。

图7是图1的观看屏的等比例图，表示容许观看屏产生彩色图象的另一技术。

图8是包括图1的观看屏和给观看屏提供信号的电子系统的观看系统的方块图。

图9是图1观看屏的等比例图，表示作为安装在观看屏上的集成电路的图8的电子系统。

图10是表示使用图1的一对观看屏的虚拟现实观看系统的等比例图和方块图。

图11是根据本发明的观看屏呈曲面的观看屏另一实施例的等比例图。

本发明的优选实施例如图1中所示为单个观看屏10，应该明白，为了立体平面显示目的，可以把观看屏配置在每个眼睛的前面，如下所述。图1中示出了观看屏10的一部分，观看屏10包括高折射率透明材料例如铅玻璃或含高铅成分的玻璃的底板12。在本发明优选实施例中，底板12的折射率为1．68，厚度为2mm，当然也可以使用具有与此不同的折射率或尺寸的底板。虽然图1中所示底板12是平面型的，但是如下所述，底板不一定必须是平面型的。

底板12具有前表面16和后表面18，前表面16是对着适于显示图象的位置的表面。细长的光发生器20沿着底板12的一边安装，从光发生器20，光选择性地从多个纵向隔开定位的区域的每个区域发射，其中每个区域都近似为点光源。光发生器20最好是由以合适间隔例如大约50微米间隔设置的直线阵列激光二极管22组成。但是，激光二极管22可以以其它间隔分隔开，光发生器20可以由其它装置组成，例如发光二极管(“LED”S)阵列。LED具有比激光二极管22宽的发射峰值，并且它们不具有与激光二极管22一样高的空间相干性。结果，当使用LED作为光发生器20时，与使用激光二极管22作为光发生器20的情况相比用观看屏10显示的图象可能不太鲜明。

为了确定空间关系的清晰性的目的，建立如图1所示的直角坐标系24，其中底板12的前表面16位于由X轴和Y轴确定的平面内，其厚度沿着Z轴方向延伸，光发生器沿着X轴延伸。

在光发生器20和底板12的下边之间设置可以用常规方式全息形成的衍射元件26。所制造的衍射元件26应使从光发生器20发射的光以足够的角度被衍射，从而使光从分别形成在前和后表面16和18的空气／玻璃界面以全内反射穿过底板12传播。在本发明的最佳实施例中，光被衍射到相对Z轴72度的角度，这个角度大于在玻璃和空气之间的界面全内反射的临界角。但是，其它衍射角也可以用，只要它们能足以提供全内反射即可。而且，也可以使用其它器件代替衍射元件，包括棱镜(未示出)或透镜(未示出)。另外，光发射器20和衍射元件26可以不设置在底板12的边缘位置上。例如，光发生器20和衍射元件26可以设置在盖板12毗邻一边缘的前表面16上或后表面18上，只要衍射元件26能把光以所要求的角度直射入底板12，并且折射率调制器能用所得到的内部反射光束角度工作即可折射率调制器30，例如常规全内反射(“TIR”)调制器，覆盖底板的前表面16。在本发明优选实施例中，折射率调制器30是设置在底板12和具有后表面42和前表面44的盖板40之间的液晶层。在底板12的前表面上形成单个导电电极50，同时在盖板40的后表面42上形成多个透明的水平带状电极52。每个带状电极52沿着X轴延伸，它们沿着Y轴彼此分隔开。电极50、52的位置也可以反过来，即带状电极52形成在底板12的前表面16上，而单个导电电极50形成在盖板40的后表面42上。电极50、52可以是由等于或小于1微米的薄层铟锡氧化物(“ITO”)制成，这种铟锡氧化物是导电的且透明的。在本发明优选实施例中，每个带状电极50宽约为45微米，厚约为100毫微米，并且它们以约5微米的间隙彼此分开。由于液晶34应该能够很快响应下述类型的调制，因此液晶34最好是铁电液晶。但是，也可以使用其它材料，例如包括：向列型液晶、电光介质、多量子阱介质、电子陷阱材料和光折射材料等。一般情况下，具有能在高和低状态之间转换的折射率的任何介质都能用作折射率调制30，代替液晶34。

用例如旋压涂覆、浸渍、弯液面(meniscus)涂覆或蒸发的合适方法在电极50上涂聚合材料的定向层58。在优选实施例中，定向层58的厚度为500毫微米，但也可以使用更厚或更薄层。定向层58的分子用合适方式被定向在预定方向上，例如用压毡辊(felt-covered roller)(未示出)抛光。这些分子被定向为离开Y轴的合适方向上，例如在X-Y平面内离开Y轴22度。当液晶34与定向层58接触时，它们自己与分子的取向对准。当它们被定向层58的分子校准时，液晶34具有各向异性的折射率。

虽然观看屏10的优选实例中使用具有按22度定向的分子的聚合材料层作为它的定向层58，但是应该明白，也可以使用其它定向角。在任何情况下，都应该为特殊的液晶优选抛光角，用于使相对于在底板12中传播的光的偏振测量的折射率的差值最大。而且，也可以使用其它方法定向液晶34。例如，带状电极52或高折射率涂层68的表面可以以适当角度抛光。而且，可以用以预定的定向角偏振的紫外光曝光来定向聚合物涂层(未示出)的分子。或者，带状电极52的表面可以用单层有机分子涂覆，然后用偏振的紫外光使有机分子交链。

当在带状电极52之一和单个电极50之间加上一个极性的电压时，邻近已通电的带状电极52的液晶34的分子会按照两不同的取向之一排列，这取决于电场的极性。当分子根据一个极性的电场按第一取向排列时，液晶34将具有在给定方向上传播并具有特殊偏振状态的光的相对高的折射率。当分子根据相反极性的电场按第二取向排列时，液晶34将具有在相同给定方向上传播的光的相对低的折射率。当液晶34的折射率相对低时，穿过底板12传播的光从底板12的前表面16和液晶34之间的界面反射。但是，当液晶34的折射率足够高时，在底板12中传播的光不再从底板／液晶界面反射。而是，光射出底板12并进入液晶34且穿过带电带状电极52。在本发明优选实施例中，液晶34的折射率在1．55和1．64之间转换，这足以使折射率调制器30从反射状态转换到传输状态。在电极50和每个带状电极52之间的电场最好是如此产生的：即电极50接地，给每个带状电极52加上正的或负的电压。但是，带状电极52中之一可以选择性地接地并且单个电极50被激励，或者单个电极50和带状电极52中之一可以同时用合适的电压激励。

盖板40最好具有高折射率，且最好是由高折射率玻璃制成。盖板40的折射率应该相对于液晶34的折射率足够高，从而使从液晶34发射出的光穿过盖板40传播而不是从液晶／盖板界面反射。为了进一步防止光从盖板40的后表面42反射，或者为了容许盖板40由具有相对低折射率的普通钠钙玻璃制成，在带状电极52下面的盖板40的后表面上形成全息光学元件60。全息光学元件60最好是以常规方式腐蚀盖板40的后表面42形成的。如上所述，光从底板12以例如72度的角度进入液晶34。全息光学元件60在接近于Z轴即相对Z轴较小角度的方向上衍射光，从而使光不会从盖板40的前表面反射。全息光学元件60的衍射角也控制在观看屏10上可看见的虚象的位置，这将在下面更详细地描述。在盖板40的前表面上可以形成另一个全息光学元件64，原因如下。全息光学元件60、64可以用本领域公知的合适方式形成。

在全息光学元件60和带状电极52之间的盖板40的后表面42上最好也形成高折射率涂层68。涂层64的作用是把光从液晶34耦合到盖板40。

虽然在观看屏10的优选实施例中折射率调制器30使用矩形带状电极52在规定区域上控制液晶34的折射率，但是除了矩形以外的图形也可以使用，包括圆点形、弯曲设计、字符特征、和其它形状都可以使用。

在工件中，每个激光二极管22沿着光发生器20依次被通电，以从沿着底板12的边缘扫描的基本点光源照亮底板12。但是，应该明白激光二极管22可以按照其它顺序点亮，例如交错图形。而且，一次可以不只点亮一个激光二极管22。实际上，由于每个激光二极管对应图象中的每个水平象素行的一个象素，因此，可以同时点亮所有的激光二极管。详细说明见下文，从激光二极管22发出的光的强度被调制到与使用观看屏10显示的图象的象素强度一致。

当光从一个或多个激光二极管22发出时，它将以例如72度的预定角度穿过底板12传播，如图2所示。由于光要进行全内反射，因此在它沿Y轴方向穿过底板12传播时，它从底板的表面16、18来回反射。

在光沿Y轴方向穿过底板12传播时，它将在X轴方向沿着底板12的宽度传播开，如图3所示。在光从光发生器20已经传播实际距离之后，不管激光二极管22是否已产生光，底板12的整个宽度都被点亮。但是，如观看屏10中显示的那样，光源即通电的激光二极管22的水平位置将会变化，这取决于哪个激光二极管22发光。本质上，如下面的进一步说明，图象中被照亮的象素的水平位置对应于发光的激光二极管22的水平位置。因为在优选实施例中光束是发散的，所以图象象素的水平位置取决于激光二极管的位置和通电电极的垂直位置。

再回到图2，光穿过底板12传播，直到它到达通电带状电极52。通电带状电极52在液晶34中产生具有使液晶34的折射率增加的极性的场。(为了清楚起见，图2中只示出该通电带状电极52)。结果，由于存在全息光学元件60，光穿过液晶34和通电带状电极52传播进入盖板40。进入盖板40的光穿过盖板40的前表面44，在那里，光被全息光学元件64衍射，如下面的详细说明。

如果所有的激光二极管22同时发光，那么在对应通电带状电极52的位置上，穿过盖板40可见到水平光带。但是，如果只有单个激光二极管22发光，那么穿过通电带状电极52显示的发光的激光二极管22的虚象是具有对应该激光二极管22水平位置的水平位置的一个光点。通过依次点亮每个激光二极管22，穿过通电带状电极52显示的光点沿着X轴穿过盖板40的前表面44水平扫描。用类似于阴极射线管光栅扫描的方法，由激光二极管22发出的光的强度可以调制，以控制水平扫描光点的强度，从而形成图象的一行象素。虽然可以用其它方式例如交错图形来给带状电极52通电，但仍可以通过依次给每个带状电极52通电来连续扫描各行。但是，通常一次只给一条带状电极52通电，不管是一个或多个激光二极管22发光。发光的激光二极管22的视在光源即激光二极管22的虚象70，在如图4中所示的位置。在观看屏10后面的虚象70的距离相当于在光分别从底板12的前表面16和后表面18来回反射时，光从激光二极管22传输的总距离，以及从盖板40发散的光的发散角。发光的激光二极管22的虚象70的水平位置与发光的激光二极管22的水平位置一致。但是，因为从发光的激光二极管22发出的光在穿过底板12传播时会发散，即变宽，所以从盖板40射出的光水平发散，从而在水平位置范围内可见到虚象70。在观察者的眼睛76从一边移向另一边时，即从位置76到位置76′，虚象70的水平位置不会相对于显示器变化，在正常使用过程中，当眼睛76或76′的位置相对于观看器件保持静止时，虚象70的水平位置相对眼睛将保持静止。这样，当眼睛76或76′静止时，在一特定水平线中的虚象点70的水平位置将只随着发光的激光二极管22的水平位置变化。

发光的激光二极管22的虚象70的垂直位置对应于光从盖板40发射的角度。但是，在没有全息光学元件60、64时，从盖板40射出的光不会显著发散，从而使虚象70基本上只从一个垂直位置可以看到。当眼睛76处于如图4中所示位置时，将能看到虚象70，且位于70处。但是，当眼睛位于76′位置时，不能看到虚象70。而且，当给另一带状电极52′通电时，在眼睛位于76位置时也看不到虚象70。而只有当眼睛76处于穿过虚象70和通电的带状电极52′延伸的平面内时才能看到虚象70。

为了用观看屏10显示图象，在激光二极管22被选择通电且所有带状电极被选择通电时，一定可以看到激光二极管22的虚象。然而，在每个带状电极52被通电以把眼睛76放在显示虚象70的校正垂直位置上时，观察者不能移动他的或她的头。为此，设计全息光学元件64和任选的全息光学元件60，从而在整个垂直发散角80的范围衍射从盖板40射出的光，如图5所示，只要眼睛76位于发散角80范围内，就可看见虚象70。虚象70的垂直位置将随着观察者的眼睛76上下移动而改变。这样，当眼睛76在76′和76″之间移动时，虚象70将相应地在76′和76″之间移动。但是，在正常使用过程中，当眼睛76的位置相对于观看器件保持静止时，虚象70的垂直位置将保持静止。这样，当眼睛76静止时，虚象70的垂直位置将只随着通电的带状电极52的垂直位置变化。

在优选实施例中，全息光学元件64的构成应使在带状电极52区域中穿过盖板40射出的光从观看屏10后面10英尺的点出现发散。但是也可以使用其它的发散角和虚象距离。这样，当激光二极管22以变化的强度依次发光，同时单个带状电极52被通电时，如图6所示，将会在观看屏10后面10英尺处产生虚象行90。当激光二极管22依次发光且每个带状电极52依次被通电时，如图6所示，将在观看屏10后面10英尺处产生虚象屏94。只要适当调制从激光二极管22发射的光强度，就可以在虚象屏94上产生相应于视频信号的图象。

但是，实际上，器件的场深度应很大，以使穿过一个眼睛显示的虚象将出现在从几英尺到无限远的预定距离内。深度的实际外部特性几乎完全取决于从提供给两只眼睛的不同图象获得的立体信号。

用在光发生器20中的激光二极管22可以是单颜色的，从而产生单色图象。但是，如可以使用具有不同颜色，例如红、绿和蓝的激光二极管22以产生彩色图象。也可以通过其它方式产生彩色图象，例如，通过使用发白光或至少含红、蓝和绿颜色的光的光发生器20。参照图7，每个带状电极52分成三个子电极98a，98b，98c，它们每个分别使盖板40发红、绿和蓝光。(为清楚起见，图7中只示出一个带状电极52)。由盖板40在每个子电极98a，98b，98c，的区域中发出的颜色可以通过全息光学元件64的特性来控制，或者通过在各个子电极98a，98b，98c，上设置不同颜色滤光器来控制。光发生器20为每个子电极分别调制以改变在虚象94的每个象素中的红、蓝和绿的相对浓度。

参照图8，观看系统10包括观看屏10和电子系统104，电子系统104通过例如电缆106等合适装置耦合到观看屏10上。电子系统104包括视频信号发生器110，信号发生器110可以是例如电视接收机、视频录象机、计算机等。视频发生器110在线路112上提供视频信号，例如常规NTSC视频信号。线路112上的视频信号输入与激光二极管22和带状电极52耦合的处理单元116。处理单元116的设计是本领域熟练人员很容易做出的，为简便起见不再详细说明。例如，NTSC视频信号可以用由时钟122驱动的常规取样和保持(“S／H”)电路120连续取样，而每个样值用于调制各个激光二极管22a-m的强度。也接收视频信号的行计数器124在每个视频帧开始时复位，并由NTSC视频信号中的水平回扫脉冲增值。对应于行计数器124中计数的数字信号输入具有多个输出的解码器126，其每个输出与各个带状电极52a-n耦合。解码器126在对应数字信号的计数值的一个输出上产生带状电极信号。当来自行计数器124的数字信号的值用每个水平回扫脉冲依次增加时，带状电极52依次被通电。在每个带状电极52被通电的过程中，每个激光二极管22对应来自S／H电路120的它的各个样值在某一强度依次被通电，以产生相应的扫描光栅行。在显示彩色图象时，可以用常规装置从视频信号获得分离的红、蓝和绿调制信号，并用于分别驱动红、蓝和绿激光二极管22。

激光二极管22和带状电极52的寻址速度当然取决于存在于观看屏10中的激光二极管22和带状电极52的数量和为以可接受的水平保持荧光屏闪烁所需要的图象更新速度。激光二极管22和带状电极52的寻址速度应该很快，从而足以使虚象以每秒多于24次地被更新。为了用3种颜色的激光二极管22形成800×600分辨率的全彩色图象，需要每1／30秒给800个带状电极52通电，或者以1／(24000)，即1／(30×800)的速度，也就是每个带状电极52所用时间约为42微秒。这个速度是在铁电液晶的转换速度范围内的。在每个42微秒过程中，需要调制1800个激光二极管，即600×3种颜色，这就需要以每个激光二极管22大约23毫微秒的速度，但是如果用于形成每个象素的3个激光二极管的所有3个同时通电，则每个激光二极管22的时间仅约为70毫微秒。由激光二极管22发出的光的强度可以用适当方法控制，例如通过控制加在激光二极管22的驱动电压的幅度或负载周期。

虽然在每个带状电极52通电时并在给下一个带状电极52通电之前，电子系统104最好驱动光发生器20中的每个激光二极管，但是电子系统104也可以采用其它工作模式。例如，如上所述，激光二极管22的发光和带状电极52的通电可以交错进行，即：先依次选择所有偶数的二极管22和／或电极52，接下来再选择所有奇数的二极管22和／或电极52。而且，在驱动下一激光二极管22之前驱动光发生器20中的一个激光管22时，电子系统104可以给每个带状电极52通电，虽然这种方法使从NTSC视频信号获得的并施加于激光二极管22的信号复杂化。

虽然电子系统104可以通过电缆106耦合到观看屏10，如图8所示，但是最好由作为直接连接到盖板40上的集成电路芯片120来完成，如图9所示。这种结构不需要使用体积庞大和笨重的连接器和多芯电缆，并消除了它们附带的可靠性问题。视频信号可以通过合适的装置例如同芯电缆132、光纤、无线电或红外耦合器件，耦合到集成电路芯片130上。

一对观看屏10特别适用于虚拟现实观看系统140中，如图10所示。观看系统140包括具有一对观看屏10a，10b的虚拟现实观看器件142，观看屏10a，10b安装在合适的框架144中并通过合适装置146耦合到电子系统104上，包括上述耦合器件。本领域内众所周知，给观看屏10a和10b加上不同视频信号，观察者就能看见不同的图象，这些图象一起产生三维或立体图象。虚拟现实观看器件142最好还包括常规传感器148，它能产生指示观看器件140的位置和方向的信号。这个信号利用合适的装置150耦合到电子系统104上，最好是利用把与视频信号耦合到观看屏10上的方法相同的方法。与电子系统104(或一部分电子系统104)耦合的计算机156用于调节视频信号，从而使立体平面图象对应于虚拟现实观看器件142的位置和方向。能产生立体平面视频信号的计算机和软件是公知的，它们可以用在观看系统140中。

图1-10中所示的观看屏10使用了平面形的底板12和盖板40。但是，如图11所示，观看屏160可以使用曲面而不是平面形的底板162和盖板164。如果光发生器166发出的光被用作参考光束，以形成盖板164上的全息光学元件168，那么底板162中的变形或非均匀性将会自动校正。因而，即使底板162变形，曲面观看屏160也能显示基本不变形的图象。

形成全息光学元件168的方法也可见图11。光发生器162发出的光用作参考光束170以与从光源发出的物光束172干涉，其中光源发出的光相对于光发生器162发出的光是相干的。盖板164上的摄影记录介质174记录参考光束170和物光束172之间的干涉，并且所得到的记录的干涉用作全息光学元件168。用作全息光学元件168的记录干涉图形结合盖板164中的变形，包括那些由盖板164的曲率引起的变形。当全息光学元件168被光发生器162发出的光连续照射时，光发生器162的虚象就以最小的变形再现出来。

除了液晶分子的电场对准效应外，折射率调制器还可以使用其它现象。实际上，任何影响折射率的现象都可以使用，例如电泳现象、光折射效应、温度-控制折射率、化学变化、压缩(compression)。在优选实施例中使用液晶，是因为液晶调制器已经达到商业发生的高水平。但是，与光偏振无关的效应将以更宽的视角提供显示。

Claims (66)

1、一种图象显示装置，包括：

由透明材料构成并且有第一折射率的第一板；

沿着第一板的表面在多个相应位置上把光束选择性地导入第一板的光发生器，其方式是，使光束按在第一板中全内反射沿着第一板传播的方式，将该光束导入第一板；

毗邻第一板设置的折射率调制器，该折射率调制器在第一方向上在彼此分开的各个区域上具有多个调制元件，每个调制元件根据对应的控制信号选择性地控制到第一折射率状态，或第二折射率状态，第一折射率状态，使调制元件具有足以低于第一板折射率的折射率，从而使光束在调制元件的区域内保持在第一板中的内部反射，而第二折射率状态，使调制元件具有足以高于第一板折射率的折射率，从而使光束在调制元件区域中射出第一板；和

毗邻折射率调制器设置的光学元件，该光学元件用于控制在调制元件区域中射出第一板的光的偏转角。

2、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，调制元件包括彼此相邻设置的多条带，每个调制元件具有一般垂直于第一方向的纵轴。

3、如权利要求2的图象显示装置，其特征在于，图象显示装置还包括接收视频信号的视频控制电路，该视频信号具有对应于在多个视频行中每行视频图象的强度调制的振幅，视频控制电路根据每行的视频信号的振幅控制光束的强度，视频控制电路还产生控制信号，以使每个调制元件根据相应的视频信号行被依次转换到它的高折射率状态。

4、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光发生器包括沿着第一板的表面分隔开的多个光源，每个光源根据光激励信号产生各自的光束。

5、如权利要求4的图象显示装置，其特征在于，还包括与光源耦合的控制电路，该控制电路依次给每个光源施加光激励信号，由此使光束沿着第一板的表面扫描。

6、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光发生器包括产生光束的光源，和接收光束的光束转向器件，该光束转向器件根据光控制信号控制光束的传播方向，以使光束沿着第一板的表面扫描。

7、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光发生器包括直线阵列的多个光发射器。

8、如权利要求7的图象显示装置，其特征在于，光发射器包括发射第一颜色光的第一组光发射器、发射第二颜色光的第二组光发射器、和发射第三种颜色光的第三组光发射器，每套中的光发射器彼此分散设置，从而沿着光发射器的列，从每个彼此分开的多个定位区域可以发射出三种不同颜色的光。

9、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光发生器包括产生含有至少三种颜色的光的光源，每个调制元件是由毗邻各个颜色选择元件设置的至少三个子调制元件构成，以使在每个调制元件的每个子调制元件的区域内从折射率调制器发散的光穿过不同颜色选择元件。

10、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光发生器包括激光二极管的直线阵列。

11、如权利要求10的图象显示装置，其特征在于，激光二极管包括多个激光二极管类型，每个类型发射相应的颜色，不同类型的激光二极管彼此分散设置，从而沿着激光二极管的列从多个彼此分开的定位区域的每个区域可以发射出多种不同颜色的光。

12、如权利要求4的图象显示装置，其特征在于，光学元件包括衍射光学元件，其构成应使从每个调制元件的区域射出的光在第一板后面的位置形成光源的虚象。

13、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光学元件包括全息光学元件。

14、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，光学元件包括衍射穿过每个调制元件的区域的光的全息光学元件。

15、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，还包括毗邻折射率调制器设置的第二光学透明板，该折射率调制器设置在第一和第二板之间。

16、如权利要求15的图象显示装置，其特征在于，光学元件固定到第二板上。

17、如权利要求15的图象显示装置，其特征在于，还包括设置在折射率调制器和第二板之间的中间折射率材料层，以便把通过折射率调制器的光耦合到第二板。

18、如权利要求15的图象显示装置，其特征在于，制成光学元件，以具有在对着第二板的第一方向上延伸的分量的角度衍射穿过折射率调制器的光，以增加向第二板上的正常入射的角度，由此便于把光从具有高折射率的调制元件耦合到第二板。

19、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，折射率调制器包括设置在第一和第二组电极之间的液晶层，两组电极分别在液晶层的两相反表面上，在第一和第二组的每组中至少一个电极选择性地被通电以改变液晶的折射率。

20、如权利要求19的图象显示装置，其特征在于，还包括毗邻于带有设置在第一和第二板之间的液晶层的折射率调制器设置的第二光学透明板，并且第一组电极置于第一板上，第二组电极置于第二板上。

21、如权利要求19的图象显示装置，其特征在于，第二组电极包括设置在对着液晶层的第二板表面上的、基本上透明的材料的多个导电带，该导电带在第一方向彼此分隔开并且各自的纵轴垂直于第一方向延伸。

22、如权利要求19的图象显示装置，其特征在于，第一组电极包括设置在对着液晶层的第一板表面上的基本上透明材料的导电层。

23、如权利要求19的图象显示装置，其特征在于，还包括在至少一组电极上的定向层，定向层的分子沿预定方向取向，并使与该定向层接触的液晶相对于定向层分子的方向校准。

24、如权利要求23的图象显示装置，其特征在于，第一组电极包括设置在对着液晶层的第一板表面上的基本上透明的材料的导电层，并且定向层叠置在基本上透明的材料的导电层上。

25、如权利要求23的图象显示装置，其特征在于，定向层包括具有沿预定方向对准的分子的聚合材料层。

26、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，第一板是平面形的。

27、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，第一平板是曲形的。

28、如权利要求1的图象显示装置，其特征在于，一对图象显示装置安装在框架上，该框架适于使每个图象显示装置位于戴框架的人相应眼的前面。

29、一种图象显示系统，包括：

图象显示装置和电子系统，其中图象显示装置包括：

由透明材料构成并具有第一折射率的第一板；

在沿着第一板的表面的多个相应位置上把光束选择性地导入第一板的光发生器，以使光束按在第一板中按在全内反射沿着第一板传播的方式，将是光束导入第一板中；

毗邻第一板设置的折射率调制器，该折射率调制器在第一方向上在彼此分开的各个区域上具有多个调制元件，每个调制元件根据相应的控制信号选择地控制到第一折射率状态或第二折射率状态，第一折射率状态，使调制元件具有足以低于第一板折射率的折射率，以使光束在调制元件区域内保持在第一板中的内部反射，而第二折射率状态，使调制元件具有足够高的折射率，以容许光束在调制元件的区域射出第一板；和

毗邻折射率调制器设置的光学元件，该光学元件用于控制在调制元件的区域中射出第一板的光在第一方向的发散角；

电子系统按照在每个视频图象帧中具有多个视频行的视频信号给光发生器和折射率调制器提供信号，该电子系统包括：

与光发生器耦合的光控制电路，该控制电路使光发生器在各个位置产生的光强度对应于在每个视频行中的对应点的视频信号的振幅；和

与折射率调制器耦合的折射率调制器控制电路，该折射率调制器控制电路对折射率调制器施加控制信号，从而根据在视频信号的每个视频图象帧中的对应视频行选择地使每个调制元件处于第二折射率状态。

30、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，调制元件包括彼此相邻设置的多个带，每个调制元件的纵轴一般垂直于第一方向。

31、如权利要求30的图象显示系统，其特征在于，图象显示装置还包括接收对应于多个视频行的每行中的视频图象强度的视频信号的视频控制电路，该视频控制电路根据视频信号的强度在每行中的对应位置上控制每个光束的强度，该视频控制电路还产生控制信号，以使调制元件根据视频信号的对应行被依次转换到高折射率状态。

32、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光发生器包括沿着第一板的表面分隔开的多个光源，每个光源根据光激励信号产生相应的光束。

33、如权利要求32的图象显示系统，其特征在于，还包括与光源耦合的控制电路，该控制电路依次给每个光源施加光激励信号，由此使光束沿着第一板的表面扫描。

34、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光发生器包括产生光束的光源和接收光束的光束转向器件，该光束转向器件根据光控制信号控制光束的传播方向，以使光束沿着第一板表面扫描。

35、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光发生器包括光发射器的直线阵列。

36、如权利要求35的图象显示系统，其特征在于，发射器包括发射第一种颜色光的第一组光发射器、发射第二种颜色光的第二组光发射和发射第三种颜色光的第三组光发射器，每组中的激光二极管彼此分散设置，从而沿着发射器的列从多个被彼此分隔开的定位区域的每个区域可以发射三种不同颜色的光。

37、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光发生器包括产生多种颜色光的光源，而且每个调制元件由毗邻相应的颜色选择层设置的相应的多个子调制元件构成，从而在每个调制元件的每个子调制元件的区域中从折射率调制器发散的光穿过不同颜色选择层。

38、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光发生器包括激光二极管的直线阵列。

39、如权利要求38的图象显示系统，其特征在于，激光二极管包括发射第一种颜色光的第一组激光二极管，发射第二种颜色光的第二组激光二极管和发射第三种颜色光的第三组激光二极管，每一组中的激光二极管彼此分散设置，从而沿着激光二极管的阵列从彼此分开的多个定位区域的每个区域可以发射三种不同颜色的光。

40、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光学元件包括衍射光学元件，其构成应使射出每个调制元件区域射出的光在第一板后面的位置形成光点的虚象。

41、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，光学元件包括全息光学元件。

42、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，还包括毗邻折射率调制器设置的第二光学透明板，折射率调制器设置在第一和第二板之间。

43、如权利要求42的图象显示系统，其特征在于，光学元件固定于第二板上。

44、如权利要求42的图象显示系统，其特征在于，光学元件安装在第二板的表面上，所述表面对着折射率调制器。

45、如权利要求44的图象显示系统，其特征在于，还包括固定于远离折射率调制器的第二板表面上的第二光学元件，从而第一和第二光学元件安装于第二板的两相对表面上，第二光学元件使穿过第二板上每点的光在远离所述光源的虚象的方向被衍射。

46、如权利要求44的图象显示系统，其特征在于，还包括设置在折射率调制器和第二板之间的中间折射率材料层，以便于把光从折射率调制器耦合到第二板。

47、如权利要求44的图象显示系统，其特征在于，制成光学元件，以具有在朝向第二平板的第一方向上延伸的分量的角度衍射穿过折射率调制器的光，以增加光在第二板上的入射的角度，由此便于把光从具有高折射率的调制元件耦合到第二板。

48、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，折射率调制器包括设置在第一和第二组电极之间的液晶层，第一和第二组电极位于液晶层的两相反表面上，第一和第二组的每组中的至少一个电极被选择地通电以改变液晶的折射率。

49、如权利要求48的图象显示系统，其特征在于，还包括毗邻于带有设置在第一和第二板之间的液晶层的折射率调制器设置的第二光学透明板，并且第一组电极置于第一板上，第二组电极置于第二板上。

50、如权利要求48的图象显示系统，其特征在于，第二组电极包括设置在对着液晶层的第二板的表面上的基本上透明材料的多个导电带，这些导电带在第一方向上彼此分隔开并且它们各自的纵轴垂直于第一方向延伸。

51、如权利要求48的图象显示系统，其特征在于，第一组电极包括设置在对着液晶层的第一板表面上的基本上透明材料的导电层。

52、如权利要求48的图象显示系统，其特征在于，还包括涂覆在至少一组电极上的定向层，该定向层的分子沿预定方向取向，并使与该定向层接触的液晶根据该定向层分子的取向对准。

53、如权利要求52的图象显示系统，其特征在于，第一组电极包括设置在对着液晶层的第一板表面上的基本上透明材料的导电层，并且定向叠置于该基本上透明材料的单个导电层上。

54、如权利要求52的图象显示系统，其特征在于，定向层包括具有沿预定方向对准的分子的聚合材料层。

55、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，每一板是平面形的。

56、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，第一板是曲面形的。

57、如权利要求29的图象显示系统，其特征在于，图象显示装置和第二图象显示装置一起安装在框架中，该框架适于在各个耐用框架的相应眼的前面配置每个图象显示装置，并且电子系统还包括第二图象显示装置的光控制电路和折射率调制器控制电路，每个图象显示器的光控制电路和折射率调制器控制电路用于接收相应的第一和第二视频信号，该电子系统还包括产生第一和第二视频信号的处理系统，从而通过图象显示装置可见到立体平面图象。

58、一种对应于在每个视频图象帧中具有多个视频行的视频信号显示图象的方法，包括：

从沿着第一路径扫描的点光源产生光，在每个扫描过程中光的强度与在每个视频行中的视频信号的振幅一致；

把光耦合到一般垂直于第一路径延伸的第二路径；和

对应视频信号的每个视频图象帧中视频行的位置，在距离第一路径一段距离的地方从第二路径耦合光，光从第二路径被耦合到适于观看的最后路径。

59、如权利要求58的方法，其特征在于，从点光源产生沿着第一路径扫描的光的步骤包括：

提供沿着第一路径延伸的多个光发射器件；和

选择地使光发射器发光。

60、如权利要求58的方法，其特征在于，从点光源产生沿着第一路径扫描的光的步骤包括：

产生光束；

使光束转向，以使其沿着第一路径扫描。

61、如权利要求58的方法，其特征在于，从点光源产生沿着第一路径扫描的光的步骤包括：

产生沿着第一路径扫描的具有多种颜色的光，在每个扫描过程中每种颜色光的强度与每个视频行中视频信号的振幅对应，所产生的光的颜色与每个视频行中视频信号中的颜色信息相对应。

62、如权利要求58的方法，其特征在于，从第二路径耦合光的步骤包括把光从第二路径穿过至少三种颜色选择介质中的一种耦合，按照每个视频行内视频信号中的颜色信息，通过颜色选择介质耦合光。

63、如权利要求58的方法，其特征在于，从第二路径耦合光的步骤还包括衍射光，从而使其具有围绕第二路径方向的预定发散角。

64、如权利要求58的方法，其特征在于，从第二路径耦合光的步骤包括：

穿过光传输介质沿第二方向耦合光，光传输介质具有相对于环境折射率的折射率，以使光在光传输介质中全内反射；和

在沿着第二路径的位置选择地改变环境折射率，以使光在传输介质中不再全内反射。

65、如权利要求58的方法，其特征在于，从第二路径耦合光的步骤包括：

66如权利要求58的方法，其特征在于，第一和第二路径分别为直线。

67、如权利要求58的方法，其特征在于第一路径是曲线。

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