Three-dimensional display devices using fan-rib-shaped light beams

Abstract

Systems and apparatuses for three-dimensional display. In some embodiments, a three-dimensional display device includes: a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; and a light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams corresponding to the plurality of light beams.

Description

THREE-DIMENSIONAL DISPLAY DEVICES USING FAN-RIB-SHAPED LIGHT BEAMSTECHNICAL FIELD

[0001] Embodiments of the present disclosure relate to three-dimensional display devices, more specifically three-dimensional display devices using fan-rib-shaped light beams and components therefor.BACKGROUND

[0002] In related technologies, naked eye three-dimensional displaying can be achieved based on principles such as holographic projection, lenticular gratings, and volumetric 3D.SUMMARY

[0003] Certain embodiments of the present disclosure provide a three-dimensional display device including a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; and a light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams corresponding to each light beam of the plurality of light beams, where two adjacent fan-rib-shaped light beams of the plurality of fan-rib-shaped light beams have an interval angle greater than five (5) milliradians.

[0004] Some embodiments of the present disclosure provide a grating apparatus for providing a uniform or Lambertian energy distribution for fan-rib-shaped light beams, the grating apparatus comprising a first grating comprising a light-receiving surface configured to receive light emitted by the projection unit, and the first grating further comprising a first internal surface opposite the light-receiving surface and configured to emit light from the first grating, the first internal surface comprising a plurality of first protrusions; and a second grating configured to receive light from the first grating, the second grating comprising a second internal surface facing the first internal surface of the first grating, the second internal surface comprising a plurality of second protrusions, and the second grating comprising a light-emitting surface configured to emit fan-rib-shaped beams of light with the uniform or Lambertian energy distribution from the second grating.

[0005] Certain embodiments of the present disclosure provide a light field display system comprises: a display device including: a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; and a light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams for each light beam of the plurality of light beams; an eye tracking system includes one or more sensors and configured to track eyes of a viewer and generate tracking information; and one or more processors configured to control the plurality of lighting elements based at in part on the tracking information.

[0006] While multiple embodiments are disclosed, still other embodiments of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description, which shows and describes illustrative embodiments of the disclosure. Accordingly, the drawings and detailed description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0007] FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional display device generating and using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure.

[0008] FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams of a three-dimensional display device generating and using fan-rib-shaped light beams, according to another embodiment of the present disclosure.

[0009] FIG. 3 is an exemplary graph of light intensity distribution after multi-beam interference.

[0010] FIGS. 4 and 5 are schematic diagram of an optical device and a light source for a three-dimensional display device using two sets of fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure.

[0011] FIG. 6 is an exploded schematic diagram of an optical device for a three-dimensional display device, according to an embodiment of the present disclosure.

[0012] FIG. 7 is a schematic diagram of the optical device of FIG. 6.

[0013] FIG. 8 is an exemplary virtual image formed using the optical device of FIG. 6, according to an embodiment of the present disclosure.

[0014] FIG. 9 is a schematic diagram of the direction of the beams used in connection with the optical device of FIG. 6, according to an embodiment of the present disclosure.

[0015] FIG. 10 is a schematic diagram of an optical device and a lighting element for a three-dimensional display device, according to an embodiment of the present disclosure.

[0016] FIG. 11 is a schematic diagram of an optical device and a lighting element for a three-dimensional display device, according to an embodiment of the present disclosure.

[0017] FIG. 12 is a schematic diagram of an optical device and a lighting element for a three-dimensional display device using two sets of fan-rib-shaped light beams and providing multiple imaging planes, according to an embodiment of the present disclosure.

[0018] FIG. 13 is a schematic diagram of a light interference element for a three-dimensional display device, according to an embodiment of the present disclosure.

[0019] FIG. 14 is a schematic diagram of a grating component for a three-dimensional display device, according to an embodiment of the present disclosure.

[0020] FIG. 15 is a graph of a viewing angle when a beam is incident normally on the grating component of FIG. 14, according to an embodiment of the present disclosure.

[0021] FIG. 16 is a graph of an azimuth angle when a beam is incident obliquely on the grating component of FIG. 14, according to an embodiment of the present disclosure.

[0022] FIG. 17 is a schematic diagram of a grating component for a three-dimensional display device, according to another embodiment of the present disclosure.

[0023] FIG. 18 is a graph of a viewing angle when a beam is incident normally on the grating component of FIG. 17, according to an embodiment of the present disclosure.

[0024] FIG. 19 is a graph of an azimuth angle when a beam is incident obliquely on the grating component of FIG. 17, according to an embodiment of the present disclosure.

[0025] FIG. 20 is a schematic diagram of a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure.

[0026] FIG. 21 is a schematic diagram of a relatively large aperture providing a relatively small depth of focus.

[0027] FIG. 22 is a schematic diagram of a relatively small aperture providing a relatively large depth of focus.

[0028] FIG. 23 is a schematic diagram of a three-dimensional display device for generating multiple images, according to an embodiment of the present disclosure.

[0029] FIGS. 24 and 25 are schematic diagrams illustrating an explanation of wave theory.

[0030] FIG. 26 is a schematic diagram illustrating differences between fan-rib-shaped light and fan-surface-shaped light, according to an embodiment of the present disclosure.

[0031] FIG. 27 is a schematic diagram illustrating of a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure, where two light beams do not enter the pupil of a viewer at the same time.

[0032] FIG. 28 is a schematic diagram illustrating a scattering angle issue where beams of an adjacent pixel are incident on the eyes of a viewer.

[0033] FIG. 29 is a schematic diagram illustrating two fan-rib-shaped light beams causing two eyes of a viewer to interact with each other, and the beams of an adjacent pixel are incident on the eyes of the viewer.

[0034] FIG. 30 is a schematic diagram of a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure.

[0035] FIG. 31 is a schematic diagram of a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to another embodiment of the present disclosure.

[0036] FIGS. 32 and 33 are schematic supplementary resolution diagrams of double fan-rib-shaped light beams generated by a three-dimensional display device, according to another embodiment of the present disclosure.

[0037] FIG. 34 is a schematic diagram of the opening direction of fan-rib-shaped light beams in an exemplary situation in which a vector pixel creates a virtual image, according to some embodiments of the present disclosure.

[0038] FIG. 35 is a schematic diagram of an exemplary situation in which a vector pixel creates a real image, according to some embodiments of the present disclosure.

[0039] FIG. 36 illustrates divergence angles of individual light beams and interval angles between adjacent light beams, according to some embodiments of the present disclosure.

[0040] FIG. 37 illustrates example parameters of light beams generated by a 3D display device, according to some embodiments of the present disclosure.

[0041] FIG. 38 illustrates example divergence angles of light beams generated by a 3D display device, according to some embodiments of the present disclosure.

[0042] FIG. 39 is a schematic diagram of a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams and utilizing eye tracking features, according to an embodiment of the present disclosure.

[0043] FIG. 40 is a schematic diagram of multipoint displays viewable by an eye of a viewer, according to an embodiment of the present disclosure.

[0044] FIG. 41 is a schematic diagram of systems incorporating three-dimensional display devices, according to embodiments of the present disclosure.

[0045] FIG. 42 is a schematic diagram illustrating components and processes of a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to some embodiments of the present disclosure.

[0046] While the present disclosure is amenable to various modifications and alternative forms, specific embodiments have been shown by way of example in the drawings and are described in detail below. The present disclosure, however, is not to limit the present disclosure to the particular embodiments described. On the contrary, the present disclosure is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the present disclosure as defined by the appended claims.DETAILED DESCRIPTION

[0047] The following detailed description is exemplary in nature and is not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the present disclosure in any way. Rather, the following description provides some practical illustrations for implementing exemplary embodiments of the present disclosure. Examples of constructions, materials, and / or dimensions are provided for selected elements. Those skilled in the art will recognize that many of the noted examples have a variety of suitable alternatives.

[0048] Unless otherwise indicated, all numbers expressing feature sizes, amounts, and physical properties used in the specification and claims are to be understood as being modified in  all instances by the term “about. ” Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the foregoing specification and attached claims are approximations that can vary depending upon the desired properties sought to be obtained by those skilled in the art utilizing the teachings disclosed herein. The use of numerical ranges by endpoints includes all numbers within that range (for example, 1 to 5 includes 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, and 5) and any number within that range.

[0049] Although illustrative methods may be represented by one or more drawings (for example, flow diagrams, communication flows, etc. ) , the drawings should not be interpreted as implying any requirement of, or particular order among or between, various steps disclosed herein. However, some embodiments may require certain steps and / or certain orders between certain steps, as may be explicitly described herein and / or as may be understood from the nature of the steps themselves (for example, the performance of some steps may depend on the outcome of a previous step) . Additionally, a “set, ” “subset, ” or “group” of items (for example, inputs, algorithms, data values, etc. ) may include one or more items and, similarly, a subset or subgroup of items may include one or more items. A “plurality” means more than one.

[0050] As used herein, the term “based on” is not meant to be restrictive, but rather indicates that a determination, identification, prediction, calculation, and / or the like, is performed by using, at least, the term following “based on” as an input. For example, predicting an outcome based on a particular piece of information may additionally, or alternatively, base the same determination on another piece of information. In some embodiments, the term “receive” or “receiving” means obtaining from a data repository (for example, database) , from another system or service, from another software, or from another software component in a same software. In certain embodiments, the term “access” or “accessing” means retrieving data or information, and / or generating data or information.

[0051] Three-dimensional display systems typically generate fan-shaped light beams in one of various manners, such as by opening collimated light with a one-way scattering device or by shaping spherically scattered light with a slit or a grating. For these systems, a viewer’s left eye and right eye are exposed to different fan-shaped light beams and receive disparate information when looking at the same point. Relatedly, the light emitted by these systems does not have depth information, and the focus of the eyes is fixed on the screen of these systems. As a result, the focus adjustment of the eyes does not match this sense of depth, leading to visual vergence- accommodation conflict (VAC) , also known as focusing conflict. This conflict is contrary to the physiological abilities of humans and, as a result, leads to visual fatigue and dizziness. In certain embodiments, devices according to the present disclosure address these issues by using fan-rib-shaped light beams.

[0052] In certain embodiments, fan-rib-shaped light beams refer to a plurality of light beams having a convergent point and having an angle, also referred to as an interval angle, between two adjacent light beams at the convergent point. In some embodiments, each light beam in the fan-rib-shaped light beams has a divergence emission angle. In certain examples, each light beam in the fan-rib-shaped light beams has a divergence angle of around one (1) milliradian. In some embodiments, the fan-rib-shaped light beams can be generated using one or more light sources and one or more light interference elements. In certain embodiments, a light source includes one or more vector pixels. In some embodiments, vector pixels are optical devices that meet at least one of the following conditions: 1) generating narrow divergence angle (e.g., no more than one (1) milliradian, no more than two (2) milliradians, etc. ) light beams.

[0053] In some embodiments, relative to the larger display scale, a light source can be approximated as a luminous light source (for example, the light source only accounts for one thousandth of the display area) . In some examples, the majority of the beam emitted to space has the following properties: if the light intensity drops to 50%of the maximum light intensity of the beam for the beam boundary, the light source as the center, can include all the minimum space sphere angle is less than 10 degrees. In some embodiments, a vector pixel refers to a lighting element including an array of light emitting elements (e.g., one or more light emitting diodes (LEDs) , one or more microLEDs, one or more OLEDs (organic LED) , etc. ) and one or more optical components. In certain embodiments, one or more vector pixels and one or more optical components are integrated into a display chip. In certain embodiments, the vector pixel can be used to generate the aforementioned light beams in no less than 100 directions that can be distinguished. In some embodiments, the vector pixel can generate the above light beams emitting in two (2) or more directions concurrently (e.g., at the same time, within a small timeframe, with a sub-second timeframe) . In some embodiments, 3D display systems using fan-rib-shaped light beams can improve the quality of imaging, and specifically, generations of 3D images.

[0054] FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional (3D) display device (e.g., a 3D light-field display system) 100 generating and using fan-rib-shaped light beams 102, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments and as illustrated, the device 100 includes a light source 104, also referred to as a projection unit 104, for emitting light beams that ultimately provide images generated by the device 100. In certain embodiments, each light source 104 includes a lighting element 106 and an imaging lens 110. In some embodiments, the lighting element 106 (e.g., an optical and / or electrical element that can includeone or more imaging pixels (e.g., an imaging pixel array) , one or more LEDs, one or more microLEDs, one or more LCDs, one or more OLEDs, laser array, and / or the like. In some embodiments and as illustrated, the light source 104 includes the lighting element 106, one or more optical devices 108, and the imaging lens 110. In certain embodiments, each lighting element 106 emits light beams toward one of the optical devices 108, and each optical device 108 multiplexes light beams to supplement the pitch of the light beams, thereby facilitating completeness of the light-emitting angles of the beams and / or increasing resolutions of the display device 100. In some embodiments, the one or more optical devices 108 are integrated with the one or more lenses 110.

[0055] In some embodiments, each optical device 108 emits light beams toward one of the lenses 110, and each lens 110 focuses light beams. In certain embodiments, each lens 110 emits light beams 103 toward a light interference element 112, more specifically a grating element 112, also referred to as an optical film 112, that generate the fan-rib-shaped light beams 102. While the illustrated embodiment includes one light source 104 (e.g., a vector pixel) and one light interference element 112, the 3D display device 100 can include a plurality of light sources (e.g., 100 light sources) and an interference element 112 (e.g., an optical film, a continuous interference element 112 in a curved shape, a continuous interference element 112 in a flat shape, a continuous interference element 112 in a cylindrical shape, etc. ) .

[0056] In some embodiments, two or more fan-rib-shaped light beams 102 form an imaging point (e.g., on the imaging plane 116) , also referred to as a focal point or a display pixel. According to certain embodiments, a spatial position of an imaging point (e.g., a display pixel) of two or more fan-rib-shaped light beams 102 is determined by a distance between the lighting element 106 and the lens 110. In some embodiments, a position of the imaging plane 116 is determined by a distance between the lighting element 106 and the lens 110. In certain  embodiment, a first distance between the lighting element 106 and the lens 110 causes a first imaging point (e.g., a first display pixel) of the fan-rib-shaped light beams 102, and a second distance between the lighting element 106 and the lens 110 causes a second imaging point (e.g., a second display pixel) of the fan-rib-shaped light beams 102. In some embodiments, the first imaging point has a spatial position different from the second imaging point. In certain embodiments, the first imaging point has a first viewing distance from a viewer’s eye (e.g., pupil) different from a second viewing distance from the viewer’s eye.

[0057] According to some embodiments, a spatial position of an imaging point of two or more fan-rib-shaped light beams 102 is determined by a focal length of the lens 110. In certain embodiment, a first focal length of the lens 110 causes a first imaging point (e.g., a first display pixel) of the fan-rib-shaped light beams 102, and a second focal length of the lens 110 causes a second imaging point (e.g., a second display pixel) of the fan-rib-shaped light beams 102. In some embodiments, the first imaging point has a spatial position different from the second imaging point. In certain embodiments, the first imaging point has a first viewing distance from a viewer’s eye (e.g., pupil) different from a second viewing distance from the viewer’s eye.

[0058] According to certain embodiments, the grating component 112 may include a plurality of grooves which have a pitch (e.g., the distance between adjacent grooves) of no more than 50 micrometers. In some embodiments, the grating component 112 have a pitch of no more than 140 micrometers. In contrast, the grating component of existing three-dimensional display devices have a pitch of at least 200 micrometers that cannot generate fan-rib-shaped light beams. In certain embodiments, at least a part of the plurality of imaging pixels on the lighting element 106 each is configured to provide light beams to a plurality of pitches (e.g., a pitch of 50 micrometers) of the granting component 112. In some embodiments, for the existing 3D display devices, a plurality of imaging pixels on a lighting element are configured to provide light beams to a single pitch of a grating component (e.g., a pitch of 300 micrometers) .

[0059] In certain embodiments, the light beams 102 generated by the device 100 form one or more images (e.g., imaging planes) . For example, the 3D display device 100 generates a first image (e.g., a first imaging plane, a virtual image) 114 of the lighting element (s) 106 with respect to the optical device (s) 108 and a second image (e.g., a second imaging plane, a real image) 116 formed by the first image 114 with respect to the lens (es) 110.

[0060] FIG. 2A is a schematic diagram of a three-dimensional display device 200A generating and using fan-rib-shaped light beams 202A, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments and as illustrated, the device 200A includes a light source 204A (e.g., a projection unit) for emitting light beams that ultimately provide images generated by the device 200A. In certain embodiments, each light source 204A includes a lighting element 206A and an imaging lens 208A. In some embodiments, the lighting element 206A includes one or more imaging pixels (e.g., an imaging pixel array, an imaging pixel matrix, etc. ) , one or more LEDs, one or more microLEDs, one or more LCDs, one or more OLEDs, laser array, and / or the like. In certain embodiments, a vector pixel includes an array of light emitting elements. In some embodiments and as illustrated, the light source 204A includes one or more lighting elements 206A and one or more imaging lenses 208A. In certain embodiments, each lighting element 206A emits light beams toward one of the lenses 208A, and each lens 208A emits light toward a light interference element 210A that generates the fan-rib-shaped light beams 202A.

[0061] With continued reference to FIG. 2A, in certain embodiments, “fan-rib-shaped light beams” refer to light that is emitted from one point and propagates as separate light beams in several discrete directions, with an interval angle θ between adjacent light beams. In some embodiments, the interval angle θ is specified such that the beams on the closest viewing points at a viewing distance do not enter the same eye of a viewer at the same time. Stated another way, in certain embodiments a first light beam of two adjacent light beams of the fan-rib-shaped beams is incident on a pupil of a viewer and, at the same time, a second light beam of the two adjacent light beams of the fan-rib-shaped beams is not incident on the pupil of the viewer. For example and in certain embodiments, using an average diameter of 4mm of human eye pupils and a nearest viewing distance of 0.5m, and / or an average viewing distance of six (6) meters, the interval angle θ of the fan-rib-shaped light beams is greater than eight (8) milliradians. In some embodiments, the interval angle θ of the fan-rib-shaped light beams is greater than five (5) milliradians, greater than eight (8) milliradians, greater than ten (10) milliradians, or greater than thirteen (13) milliradians. As yet another example and in certain embodiments, the interval angle θ of the fan-rib-shaped light beams is different for different light beams 203A, for example, light beams of different optical properties (e.g., optical spectrum, color, intensity, etc. ) , from the lens  208A. In some embodiments, the interval angle of adjacent light beams is greater than twice the divergence angle of a light beam.

[0062] With continued reference to FIG. 2A and additional reference to FIG. 3, in some embodiments the fan-rib-shaped light beams are primarily formed by using the interference phenomenon of light. In certain embodiments, because the beam interval angles formed via the interference may vary for light of different colors, use of additional optical devices may be considered during design. In some embodiments, the interval angle formed by green (～520 nm) light beams is ten (10) milliradians, the interval angle formed by blue (450 nm) light beams is nine (9) milliradians, and the interval angle of red (630 nm) light beams thirteen (13) milliradians. In certain embodiments, high-speed movement of a portion of a 3D display system (e.g., the lighting element, the vector pixel, the light pole, the display screen, etc. ) movement to facilitate the light field display of fan-rib-shaped light beams provides one or more of the following advantages and considerations.

[0063] (A) In some embodiments, beams in different directions of the fan-rib-shaped light are focused at different positions on an imaging surface, also referred to as an imaging plane. If the eyes of a viewer are at different angles corresponding to different fan-rib-shaped light beams, the fan-rib-shaped beams can provide the human eye with visual information at the focus position of the fan-rib-shaped beams.

[0064] (B) In certain embodiments, if the interval angle of one set (e.g., a first set) of the fan-rib-shaped light beams is relatively large, another light source (e.g., a lighting element and a lens pair) may work with the light interference element to provide another set (e.g., a second set) of fan-rib-shaped light beams to supplement the interval angle, such that the first set of the fan-rib-shaped light beams and second set of the fan-rib-shaped light beams complement with each other, for example, to reach imaging completeness (e.g., a viewer can see a complete 3D image) . In some embodiments, the first set of the fan-rib-shaped light beams and the second set of the fan-rib-shaped light beams are interdigitated.

[0065] (C) In some embodiments, different display pixels are formed on the display panel at different positions after the fan-rib-shaped light beams pass through the lenses 208A and the light interference element 210A.

[0066] (D) In certain embodiments, to avoid display pixel interference if there are multiple viewers, there is only one viewpoint at the same time in the opening direction of the fan-rib-shaped light beams, and there are multiple viewpoints in the direction perpendicular to the opening direction of the fan-rib-shaped light beams.

[0067] With continued reference to FIG. 2A, in certain embodiments, the light interference element 210A is a grating component 210A, also referred to as an optical film. In some embodiments, the grating component 210A only includes a single layer, or is a monolithically constructed component. In certain embodiments, the grating component 210A includes a planar light-receiving surface 212A and a non-planar light-emitting surface 214A. In some embodiments, the non-planar light-emitting surface 214A includes a plurality of elongated protrusions 216A. In certain embodiments, the protrusions 216A are convex protrusions. In some embodiments, the protrusions 216A are curved protrusions. In certain embodiments, the protrusions 216A are semi-spherical protrusions. In some embodiments, for example, those in which the protrusions 216A are semi-spherical protrusions, the grating component 210A may be referred to as a lenticular grating component.

[0068] According to certain embodiments, the protrusions 216A of the grating component 210A have a pitch (e.g., the distance between adjacent grooves) of less than 50 micrometers. In some embodiments, the protrusions 216A of the grating component 210A have a pitch (e.g., the distance between adjacent grooves) of less than 100 micrometers. In contrast, protrusions of grating components of previous three-dimensional display devices have a pitch of at least 200 micrometers that cannot generate fan-rib-shaped light beams. In certain embodiments, at least a part of the plurality of imaging pixels on the lighting element 206A each is configured to provide light beams to a plurality of pitches of the granting component 210A. In some embodiments, for the previous 3D display devices, a plurality of imaging pixels are configured to provide light beams to a single pitch of a grating component.

[0069] FIG. 2B is a schematic diagram of a three-dimensional (3D) display device 200B generating and using fan-rib-shaped light beams. In some embodiments, the 3D display device 200B includes one or more lighting elements 206B, one or more lens 208B, and a light interference element (e.g., a grating element) 212B to generate a plurality of sets of fan-rib-shaped light beams 202B. In certain embodiments, the lighting element 206B includes an imaging pixel 206B_1 and an imaging pixel 206B_2, and optional other imaging pixel (e.g.,  imaging pixels in a matrix) . In some embodiments, the imaging pixel 206B_1 via the lens 208B generates the light beams 203B_1_1 and 203B_1_2, and possibly other light beams. In certain embodiments, the light beams 203B_1_1 and 203B_1_2 hit on different pitches of the light interference element 212B. In some embodiments, the imaging pixel 206B_1 via the lens 208B can generate light beams hit 3 or more pitches of the light interference element 212B. In certain embodiments, the imaging pixel 206B_1 via the lens 208B can generate light beams hit 5 or more pitches of the light interference element 212B. In some embodiments, the imaging pixel 206B_2 via the lens 208B generates the light beams 203B_2_1 and 203B_2_2, and possibly other light beams. In certain embodiments, the light beams 203B_2_1 and 203B_2_2 hit on different pitches of the light interference element 212B. In some embodiments, the imaging pixel 206B_2 via the lens 208B can generate light beams hit 3 or more pitches of the light interference element 212B. In certain embodiments, the imaging pixel 206B_2 via the lens 208B can generate light beams hit 5 or more pitches of the light interference element 212B.

[0070] According to some embodiments, the imaging pixel 206B_1 on the lighting element 206 via the light interference element 212B generates a first set of fan-rib-shaped light beams 202B_1_1 and a second set of fan-rib-shaped light beams 202B_1_2. In certain embodiments, the imaging pixel 206B_2 on the lighting element 206 via the light interference element 212B generates a first set of fan-rib-shaped light beams 202B_2_1 and a second set of fan-rib-shaped light beams 202B_2_2. In some embodiments, a set of fan-rib-shaped light beams (e.g., 202B_1_1, 202B_1_2, 202B_2_1, 202B_2_2, etc. ) corresponding to an image pixel is configured to generate one or more imaging points (e.g., focal points) . For example, the set of fan-rib-shaped light beams 202B_1_1 can generate an imaging point 220B_1. As an example, the set of fan-rib-shaped light beams 202B_2_1 can generate an imaging point 220B_2.

[0071] In some embodiments, a fan-rib-shaped light beam corresponding to the imaging pixel 206B_1 and a fan-rib-shaped light beam corresponding to the imaging pixel 206B_2 can generate an imaging point 220B_3. In certain embodiments, at least two of the imaging points 220B_1, 220B_2, 220B_3 have different spatial positions. In some embodiments, at least two the imaging points 220B_1, 220B_2, 220B_3 have different distances from a viewer’s eye (e.g., a pupil of the viewer) . In some embodiments, the imaging pixel 206B_1 and the imaging point 206B_2 are on different lighting elements. In certain embodiments, the imaging pixel 206B_1 is  on the lighting element 206B and a second imaging pixel (not show) is on a second lighting pixel different from the lighting element 206B.

[0072] FIG. 4 illustrates an optical device 300, more specifically a V-shaped lens 300, and a lighting element 302 for generating one or more light beams to be used by a three-dimensional display device, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the optical device 300 is integrated with an imaging lens. In certain embodiments, the V-shaped lens 300 includes a first lens component 304 and a second lens component 306, one or both of which may be constructed from flat glass. In some embodiments, the first lens component 304 and the second lens component 306 are adhered to each other. In certain embodiments, a light-blocking sheet 308 is disposed between the first lens component 304 and the second lens components 306 to inhibit light from passing between the components 304, 306. In some embodiments, the first lens component 304 and the second lens component 306 form an angle greater than 90 degrees and less than 180 degrees. In certain embodiments, the first lens component 304 has a first refraction index and the second lens component 306 has a second refraction index different from the first refraction index. In some embodiments, the first refraction index is about 1.5 and the second refraction index is about 1.8. In some embodiments, the lighting element 302 has a general surface 310, the first lens component 304 has a first angle from the general surface 310 and the second lens component 306 has a second angle from the general surface 310, and the first angle and / or the second angle is greater than 0 degrees and less than 90 degrees. In certain embodiments, the first angle and the second angle are generally equal. In certain embodiments, the first angle and the second angle are different. In some embodiments, the first angle and the second angle are both about 15 degrees.

[0073] With further reference to FIG. 4 and additional reference to FIG. 5, in some embodiments the general surface 310 defines an XY plane and a Z direction is perpendicular to the general surface 310. In certain embodiments, the light of a first pixel 312 forms a first virtual image point 314 and a second virtual image point 316 after passing through the first lens component 304 and the second lens component 306, respectively. In some embodiments, the first virtual image point 314 and the second virtual image point 316 are both offset from the first pixel 312 in the Y and Z directions. In certain embodiments, the distance between the first virtual image point 314 and the second virtual image point 316 in the Y direction is h, and the distance between the first virtual image point 314 and the second virtual image point 316 in the Z  direction is d. In some embodiments, when the beams forming the virtual images pass through an imaging lens behind the V-shaped lens 300, two imaging points are created. In certain embodiments, an interval angle between the two imaging points is determined by h such that within a viewing distance range of 0.5m to 6m, the two beams of light do not simultaneously incident into both eyes of a viewer, assuming a pupil spacing of 60mm. In some embodiments, d determines the position difference between the two imaging points of the beam. In some embodiments and for example, if the imaging lens has a focal distance of f=3mm, the beam corresponding to the first virtual image point 314 if d=22.6μm can be imaged 0.5m away from the lens, and the second virtual image point 316 is set on the focal plane of the imaging lens, and the image is at -2m; that is, the imaging type (such as real or virtual images at the same time, or one virtual image and one real image) of the first virtual image point 314 and the second virtual image point 316 after passing through the imaging lens can be modified by modifying the size of d.In some embodiments, the V-shaped lens 300 acts similar to a bifocal lens; that is, double fan-rib-shaped beams are achieved with single pixel. In certain embodiments, the imaging position can be modified by modifying the angle and index of refraction of the V-shaped lens 300. In some embodiments, by adjusting the included angle of the V-shaped lens 300 and the Y direction, the resolution in the Y and X directions, respectively, are supplemented.

[0074] FIGS. 6 and 7 illustrate an optical device 400, more specifically a multifocal lens 400, and even more specifically a bifocal lens 400, for a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the optical device 400 is integrated with an imaging lens. In certain embodiments, a lighting element has a fixed pixel size and a certain aperture ratio, and as a result the beams emitted from the imaging lens are discontinuous during imaging. In some embodiments, therefore, in the motion scanning direction of the lens, the beams of the display pixels are discrete, and the light-emitting angle of the pixels may be incomplete. In certain embodiments, the optical device 400 increases the density of the beams emitted from the imaging lens to facilitate imaging completeness of the display pixels. In certain embodiments, the bifocal lens 400 is constructed by cutting the middle of a complete lens and thereby forming a first semi-spherical lens portion 402 and a second semi-spherical lens portion 404, also referred to as half-moon shapes 402 and 404, blackening the cutting surfaces and adhering them together, where the  centers of the first semi-spherical lens portion 402 and the second semi-spherical lens portion 404 are a predetermined distance apart.

[0075] With continued reference to FIGS. 6 and 7 and additional reference to FIGS. 8 and 9, in some embodiments, after a beam emitted by a pixel passes through the first semi-spherical lens portion 402 and the second semi-spherical lens portion 404, there are two imaging points on a virtual image 406. In certain embodiments, the distance between the left and right imaging points is (n+1 / 2) *pitch. In some embodiments, there are also two imaging points after the two imaging points on the left and right pass through an imaging lens 408. In certain embodiments, after passing through a light interference element, the imaging beams from the two imaging points form two fan-rib-shaped light beams on the left and right. In certain embodiments, modifying the center distance of the first semi-spherical lens portion 402 and the second semi-spherical lens portion 404 inhibits the two fan-rib-shaped light beams from being visible to a viewer’s eyes at the same time within a predetermined viewing distance.

[0076] With continued reference to FIGS. 6-9, in some embodiments the pixel interval of the virtual image 406 after bifocal imaging of a lighting element is encrypted in the horizontal direction. In certain embodiments, the two columns of pixels 410 are images formed after the same column of pixels of the lighting element pass through the bifocal lens 400. In some embodiments, the number of beams emerging from these images after passing through the imaging lens 408 is also doubled compared with the number of beams of the lighting element directly imaged by a lens. In certain embodiments, one light beam of a display pixel passes through the bifocal lens 400, the imaging lens 408 and the light interference element to form two unidirectional fan-rib-shaped beams.

[0077] FIG. 10 illustrates an optical device 500, more specifically a multifocal lens 500, and even more specifically a bifocal lens 500, and a lighting element 502 for a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, if a first focal length of the bifocal lens 500 equals a second focal length of the bifocal lens 500, or f1=f2, one light beam of a first pixel 504 of the lighting element 502 forms two fan-rib-shaped light beams after passing through the bifocal lens 500 and an imaging lens. In certain embodiments, there are two imaging points on an image surface. In some embodiments, the arrangement direction of the two imaging points is parallel to the connecting line of focal points of the bifocal lens 500, thereby forming two fan-rib-shaped light  beams to increase the resolution in the movement direction and / or increase the resolution in the direction perpendicular to the movement direction.

[0078] FIG. 11 illustrates an optical device 600, more specifically a multifocal lens 600, and even more specifically a bifocal lens 600, and a lighting element 602 for a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the bifocal lens 600 has an angular rotation from the bifocal lens 500 in FIG. 10, which can increase the vertical resolution of a display panel.

[0079] FIG. 12 illustrates an optical device 700, more specifically a multifocal lens 700, and even more specifically a bifocal lens 700, and a lighting element 702 for a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure. In certain embodiments, if a first focal length of the bifocal lens 700 is different than a second focal length of the bifocal lens 700, or f1≠f2, one light beam of a display pixel will form two imaging points 704 and 706 after passing through the bifocal lens 700 and an imaging lens. In some embodiments and as illustrated, the two imaging points can include a virtual image and a real image. In certain embodiments, the two imaging points can both be real pixels. In some embodiments, the two imaging points can both be virtual pixels.

[0080] FIG. 13 illustrates a light interference element 800, more specifically a grating component 800, and even more specifically a conjugate grating component 800, for a three-dimensional display device using fan-rib-shaped light beams, according to an embodiment of the present disclosure. In certain embodiments, the grating component 800 generates a uniform or Lambertian energy distribution for fan-rib-shaped beams of light when receiving a light beam having the small divergence angle emitted by a lighting element and an optical element. In some embodiments, the grating component 800 includes a first lenticular grating 802 (also referred to as a first grating) and a second lenticular grating 804 (also referred to as a second grating) . In some embodiments, the first lenticular grating 802 includes a light-receiving surface 806 configured to receive light emitted by the lighting element. In certain embodiments, the first lenticular grating further includes a first internal surface 808 opposite the light-receiving surface 806 and configured to emit light from the first lenticular grating 802. In some embodiments, the first internal surface 808 includes a plurality of first protrusions 810. In certain embodiments and as illustrated, one or more protrusions of the plurality of first protrusions 810 are spherical protrusions. In certain embodiments, one or more protrusions of the plurality of first protrusions  810 are non-spherical protrusions, such as protrusions with curved shapes, paraboloids, free-form surfaces, and / or the like. In some embodiments, the second lenticular grating 804 is configured to receive light from the first lenticular grating 802. In certain embodiments, the second lenticular grating 804 includes a second internal surface 812 that faces the first internal surface 808 of the first lenticular grating 802. In some embodiments, the second internal surface 812 includes a plurality of second protrusions 814. In certain embodiments and as illustrated, one or more protrusions of the plurality of second protrusions 814 are spherical protrusions. In certain embodiments, one or more protrusions of the plurality of second protrusions 814 are non-spherical protrusions, such as protrusions with curved shapes, paraboloid, free-form surface, and / or the like. In certain embodiments, each protrusion of the plurality of second protrusions 814 is aligned with one protrusion of the plurality of first protrusions 810. In some embodiments, the second lenticular grating 804 includes a light-emitting surface 816 configured to emit fan-rib-shaped beams of light beams with a uniform energy distribution from the second lenticular grating 804. In some embodiments, the first internal surface 808 and the second internal surface 812 are spaced apart by a relatively short distance to maintain beam quality. In certain embodiments, the first internal surface 808 and the second internal surface 812 are spaced apart by less than 10μm.

[0081] With continued reference to FIG. 13, in some embodiments the grating component 800 further includes a plurality of apertures 818, formed by a plurality of light blocks 817 (e.g., light blocks not allowing the light beams to go through) disposed between the first lenticular grating 802 and the second lenticular grating 804. In certain embodiments, the apertures 818 ensure that light emerges from each of the plurality of first spherical protrusions 810 and is incident on a corresponding one of the plurality of second spherical protrusions 814 and inhibit light from being incident on non-corresponding ones of the plurality of second spherical protrusions 814. In some embodiments, the grating component 800 includes a grating intercept 815, at least one of the plurality of apertures 818 includes an aperture size, and the grating intercept and the aperture size are selected to ensure high-quality oblique beams and a high light energy utilization rate. In certain embodiments, the aperture size is less than the grating intercept 815. In certain embodiments, the aperture size is less than one half of the grating intercept. In some embodiments, the aperture size is less than one third of the grating intercept. In certain  embodiments, the grating intercept is approximately 50μm and the aperture size is approximately 40μm.

[0082] With continued reference to FIG. 13 and additional reference to FIGS. 14-19, in some embodiments when a beam is incident obliquely on a conjugate grating, the beam divergence angle does not change significantly from the one-way opening angle when the beam is incident normally on the conjugate grating. In certain embodiments and as shown in FIGS. 16 and 19, only the beam opening azimuth angle changes. In some embodiments, the radius of curvature of a grating component may be selected based on a desired display viewing angle. In certain embodiments, if a large viewing angle is not needed, a grating component 900 with a large radius of curvature R may be used to advantageously increase the light energy per unit angle and make the screen appear brighter. In some embodiments, the radius of curvature R may be about 78μm. In certain embodiments, to provide a large viewing angle, a grating component 1000 with a small radius of curvature r may be used. In certain embodiments, the radius of curvature r may be about 52μm.

[0083] FIG. 20 is a schematic diagram of a three-dimensional display device unit 1100 using fan-rib-shaped light beams 1102, according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments and as illustrated, the device 1100 includes a light source 1104 and a light interference element 1110. In certain embodiments, a light source 1104 includes one or more lighting elements 1106 and one or more imaging lenses 1108. In some embodiments, the lighting element 1106 includes one or more imaging pixels, one or more LEDs, one or more microLEDs, one or more OLEDs, one or more LCDs, laser array, and / or the like. In certain embodiments, when the fan-rib-shaped light is split into multiple beams, the original wavefront is nearly maintained. In some embodiments, the wavefront of each beam of light is determined by the incident light. In certain embodiments, by adjusting the imaging lens 1108, a real image or a virtual image is provided at a fixed position. In some embodiments, the image position can be from a virtual image at infinity to a real image relatively close to a viewer, with a large adjustment range –stated another way, a viewer can see images in the distance even if the viewer is relatively close to the screen. In certain embodiments, such an image differs from that created by fan-surface-shaped light, which can only be formed on an optical device or film.

[0084] In some embodiments, three-dimensional display devices according to the present disclosure provide a relatively large depth of focus. In certain embodiments, one fan-rib-shaped  light beam is a narrow light beam (e.g., a light beam with a divergence angle of 1 milliradian) , whereas fan-surface-shaped light is only narrow in one direction. In some embodiments, when the viewer is relatively close to the screen, the beam incident on the viewer’s pupil can be smaller than the pupil diameter, thereby providing a greater depth of focus. In certain embodiments, the depth of focus is related to the light beam diameter; more specifically and as shown in FIG. 21, a smaller light beam diameter 1200 provides greater depth of focus 1202 and, as shown in FIG. 22, a larger light beam diameter 1300 provides smaller depth of focus 1302. In some embodiments, a narrow beam and large depth of focus reduce the position restriction of monocular focusing, so that the viewer’s perception of three dimensions is largely guided by binocular parallax and motion aberration, which reduces visual VAC and improves viewing comfort.

[0085] In some embodiments, three-dimensional display devices according to the present disclosure provide multiple-layer images. Referring to FIG. 23, in some embodiments when realizing a light field display device 1400 via movement (e.g., a moving light source, one or more moving lighting element, a moving high-speed light source (e.g., projector) , a moving display screen, etc. ) , vector pixels configured to have different imaging positions may be used to simultaneously achieve multiple imaging planes with different depths of field, thereby permitting a viewer to obtain more accurate depth information. In certain embodiments and as illustrated, the device 1400 creates multiple images (for example, a first image 1402 and a second image 1404) with different depths of focus.

[0086] In some embodiments, if the relative density of fan-rib-shaped lights beams is sufficiently large, two or more beams can be combined to form an image. For example, in certain embodiments two beams are found that pass through a target imaging point and are incident on the same pupil of a viewer. In some embodiments, the viewer’s visual luminous point is the target imaging point. In certain embodiments, when two narrow light beams cross and enter the eyes, the eyes focus on the intersection position of the light beams, and the resolution is the spot size at the intersection point. FIGS. 24 and 25 illustrate beams 1500 and beams 1600, respectively, and an explanation of wave theory: a beam synthesized by two beams of parallel light with different wavefronts enters the eyes. In certain embodiments, the synthesized wave front is a curved approximately spherical wave front 1502 or 1602, and the focal point is the intersection point of the two light beams. In some embodiments, one or more spatial display  pixels are formed by two beams of fan-rib-shaped light. In certain embodiments, any two narrow beams can be spliced together according to the position of the display pixel, which can provide light field display pixels.

[0087] In certain embodiments, the imaging pixels 1510 and 1512 form a display pixel 1520. In some embodiments, the imaging pixels 1610 and 1612 form a display pixel 1620, where the display pixel 1520 has a distance from the eye different from the distance between the display pixel 1620 and the eye. In some embodiments, the imaging pixel 1510 is the same as the imaging pixel 1610. In some embodiments, the display pixel 1520 is different from the display pixel 1620. In certain embodiments, the display pixel 1520 is formed by at least two fan-rib-shaped light beams corresponding to the imaging pixels 1510 and 1512 respectively. In some embodiments, the display pixel 1520 is formed by the two sets of fan-rib-shaped light beams corresponding to the imaging pixels 1510 and 1512 respectively. In certain embodiments, the display pixel 1620 is formed by at least two fan-rib-shaped light beams corresponding to the imaging pixels 1610 and 1612 respectively. In some embodiments, the display pixel 1620 is formed by the two sets of fan-rib-shaped light beams corresponding to the imaging pixels 1610 and 1612 respectively. In certain embodiments, a display controller (e.g., the display control system 2802 and / or the display correction system 2806) is determined to turn on and / or turn off the imaging pixels (e.g., the imaging pixels 1510, 1512, 1610, 1612, etc. ) .

[0088] In certain embodiments, three-dimensional display devices according to the present disclosure provide light beams with a higher energy concentration and at a higher energy utilization rate than previous three-dimensional display devices. Referring to FIG. 26, in certain embodiments when a narrow beam (of about one (1) milliradian) completely enters the pupil, the light energy utilization rate is relatively high. In some embodiments, on the other hand, a sparse duplicated beam also reduces a wasted beam. In certain embodiments and for example, forming fan-rib-shaped light beams and fan-surface-shaped light beams using the normal incidence of the same pixel to establish the same viewing angle, the cross-section of the fan-surface-shaped light beams is a large spot, while the fan-rib-shaped light beams have several discrete small spots. In some embodiments, when beams with the same energy form fan-rib-shaped light and fan-surface-shaped light, the energy density of the former is several times that of the latter, and the brightness of the pixels seen by a viewer under the fan-rib-shaped light is much greater than that of the fan-surface-shaped light.

[0089] In certain embodiments, three-dimensional display devices according to the present disclosure provide fan-rib-shaped light beams that are relatively sparse, to inhibit degradation of the wavefront reaching the eyes of viewers. Referring to FIG. 27, in some embodiments and particularly when a viewer is very close to a display surface, two beams 1700 of the fan-rib-shaped light formed by pixels 1702 at the same point do not enter the pupil at the same time. In certain embodiments, sparse fan-rib-shaped beams may cause poor display resolution. In some embodiments, the resolution may be increased in two manners: including duplicate components or incorporating optical devices to form multiple fan-rib-shaped beams. In certain embodiments, if the designed viewing distance from the screen is 0.5m-6m, the interval angle of the double fan-rib-shaped beams may be such that only one fan-rib-shaped beam enters the pupil at a close distance, and for two fan-rib-shaped beams with the same display pixel in the distance, one enters one eye of the viewer, and the other will not enter the other eye of the viewer. In certain embodiments, calculating based on the average pupil diameter of 4mm and the average interpupillary distance of 65mm, the interval angle of the double fan-rib-shaped beams may be eight (8) milliradians to 10.8 milliradians. In some embodiments and using, as an example, an interval angle of ten (10) milliradians for the fan-rib-shaped beams, the viewing distance is less than 6m, and the double fan-rib-shaped beams do not both eyes of the viewer at the same time. In certain embodiments, if an image from 0.5m in front of the screen to 2m behind the screen is viewed from a viewing distance greater than 6m, the eyes lose the ability to distinguish the depth of field, and the resolution capabilities for the display may be reduced. As a result and as shown in FIGS. 28 and 29, in certain embodiments if a single fan-rib-shaped light beam 1800 is in the distance and causes a scattering angle issue (FIG. 28) or two fan-rib-shaped light beams 1900 cause two eyes to interact with each other (FIG. 29) , the beams of the adjacent pixel can be incident on the eyes.

[0090] In some embodiments, the shortcomings described above may be addressed by adding one or more light sources to each display device. For example and as illustrated in FIG. 30, two light sources 2000 and 2002 are positioned in a staggered arrangement relative to a light interference element 2004, to facilitate imaging completeness of the light-emitting angles of the pixel points on an imaging surface ( “completeness” and variations thereof referring to when viewing in the designed viewing area, within the designed display area, there are no missing points under the designed and / or giving resolution (the design resolution can be reduced at large  angles) ) . Stated another way, in certain embodiments, thin beams of multiple light sources are spliced into a continuous light-emitting angle, and there are alignment requirements for such display devices.

[0091] In some embodiments, the shortcomings described above may be addressed by adding optical devices to a display device to form multiple fan-rib-shaped light beams. For example and as illustrated in FIG. 31, the optical devices 2100, which may be any of the optical devices contemplated herein, such as the V-shaped lenses and / or the multifocal lenses, may be incorporated between a lighting element 2102 and an imaging lens 2104. In some embodiments, the imaging lens 2104 emits beams toward a light interference element 2106. In certain embodiments, in a motion scanning display mode, both V-shaped lenses and / or the multifocal lenses may improve the resolution in the direction parallel to or perpendicular to the movement direction. In some embodiments, the resolution in the depth of focus direction can also be achieved by using multiple fan-rib-shaped beams with different depths of field in virtual or real images. In certain embodiments, if using a V-shaped lens or a multifocal lens, to make the imaging brightness of the double fan-rib-shaped beams consistent, the optical device 2100 is positioned near the aperture stop of the lens 2104 such that the imaging beams can be evenly distributed to two imaging points.

[0092] FIGS. 32 and 33 are exemplary schematic supplementary resolution diagrams of double fan-rib-shaped light beams generated by a three-dimensional display device 2200, according to another embodiment of the present disclosure. In certain embodiments, the display device 2200 includes vector pixels 2202 and a grating 2204 that generate images 2206. In some embodiments, the display pixel pitch is 3μm*3μm. In certain embodiments, the pixel light-emitting surface (P) is 1.5μm*1.5μm. In some examples, the lens effective focal length (EFL) is 3mm if the image distance (v) is 2meter, and the magnification (M) is about 667. In certain embodiments, F. no>2, for example, F. no=2, and the light emitting aperture EPD (entrance pupil diameter) =EFL / F. no=1.5mm. In some embodiments, the display pixel size is about 1mm (1.5μm*667) .

[0093] In certain embodiments, because P=1.5μm and pitch=3m, the display pixel pitch P0=2mm, P1, P2... are the pixel positions of the display screen in the instantaneous movement direction of the vector pixels 2202, and the positions of P1, P3, P5... show the images formed by luminous surfaces of display pixels in the direction perpendicular to the instantaneous movement  direction of the vector pixels 2202, and display image points can be seen at these positions, but there are no image points at P2, P4, P6, P8. In certain embodiments, the average diameter of the human pupil EPD about 4mm, the average angular resolution of the human eyes θ0=1.22*λ / EPD=0.2 milliradians, the relationship between the minimum resolution of the human eyes and the viewing distance d=L*θ0, for example, if L=8m, the minimum resolution size that the eyes can clearly distinguish is 0.2*8000=1.6mm. In some embodiments, because the lens EFL=3mm, pitch=3 μm, and P=1.5 μm, the angular resolution of the image from the luminous surface is θ2 ～ P / EFL=0.5 milliradians, and accordingly the angular resolution of the display screen at infinity is defined as 0.5 milliradians.

[0094] With continued reference to FIGS. 32 and 33, in some embodiments, instantaneous movement direction of vector pixels is as indicated. In certain embodiments, the angular resolution of pixel imaging (pitch between adjacent pixels) is θ1～pitch / EFL=1 milliradians. In some embodiments, if the imaging distance is far or infinite, a viewer’s eyes see that the pixel size is the same as the lens aperture, which is close to 1.5mm and smaller than the minimum resolution size 1.6mm of the eyes. In certain embodiments, the eyes can see a display screen with retina quality, but with the beam divergence angle there may be display pixels missing from some view points, and double fan-rib-shaped beams are used to supplement the display pixels and ensure that the light-emitting angles of the pixels on the display surface are configured to generate complete imaging (e.g., complete 3D images) for one or more viewers. In some embodiments, if the distance between the binocular imaging point and the human eye is smaller than a certain value (for example, 8m) , the angular resolution can be further improved through a mobile display control strategy, as illustrated FIG. 32. In certain embodiments, the mobile display control strategy includes the following: if the eyes view pixels on the pixel surface through the grating 2204 and vector pixels 2202, in the instantaneous scanning movement direction of the display pixel, the opening angle of adjacent display pixels to the eye is less than the designed display resolution of 0.5 milliradians, and the beam divergence angle  milliradians, beam divergence angle the vector pixels 2202 provide display pixels P1 for the eyes and can provide display pixels for the eye after moving by 1mm to position P2. In some embodiments, the brightness of P2 is similar to that of P1, which both improves the resolution in the movement direction like the double fan-rib-shaped beams and also be used as a backup display resource if tracking deviations occur.

[0095] With continued reference to FIGS. 32 and 33, in certain embodiments for the direction perpendicular to the instantaneous movement direction of the vector pixels 2202, because P0=2mm, if there is only one display module 2208 (bifocal lens, imaging lens) , the imaging beam is expanded by the grating 2204 into two beams of fan-rib-shaped light, as specifically shown in FIG. 33, the viewer’s eye passes through the fan-rib-shaped light beams and only sees the display pixels in the column direction of Q1, Q3, Q5..., but there are no display pixels in other positions. In some embodiments, another display module 2210 is therefore added in the direction perpendicular to the movement direction of the display light pole 2212. In certain embodiments, the relative imaging positions of the display pixels of each module differ by 1mm, so as to achieve display pixels at positions Q2, Q4, Q6..., thereby supplementing the display pixels in the direction perpendicular to the instantaneous movement direction of vector pixels 2202. In some embodiments, additional display modules may be positioned correspondingly the display modules 2208 and 2210 to increase the display brightness and reduce the requirements for the control frame rate of the lighting elements.

[0096] In certain embodiments, the manner for supplementing the resolution with multiple fan-rib-shaped beams and the manner supplementing the resolution by increasing physical units described hereinabove may enhance the resolution in the instantaneous movement direction of the vector pixel or the direction perpendicular to the instantaneous movement direction of the vector pixel.

[0097] In some embodiments, further details of imaging completeness of light-emitting angles of pixels of three-dimensional display devices according to some embodiments of the present disclosure are as follows. FIG. 34 is a schematic diagram of the opening direction of fan-rib-shaped light beams in an exemplary situation in which a vector pixel 2300 creates a virtual image, according to some embodiments of the present disclosure. The pupil size of the human eye is typically 4mm during normal viewing. In some embodiments, because the lens EFL=3mm, P=1.5μm, the angular resolution of the luminous surface imaging is θ2～P / EFL=0.5 milliradian, if the interval angle of the fan-rib-shaped light beams generated by the grating 2302 is 13 milliradian (considering that the maximum interval angle of the red fan-rib-shaped light beams can also meet the viewing standards after the RGB three-color beams pass through the same film) . In certain embodiments, if the vector pixel 2300 is 100mm away from the grating 2302, at least one pixel of fan-rib-shaped light can be seen by a viewer’s eye within the opening  angle θ1 (the opening angle of the pixel relative to the eye; for example, about one (1) milliradian) if  (13) milliradians; that is, the pixels on the imaging surface 2304 are fully illuminated and can be observed by the viewer’s eyes. In some embodiments, from the given parameters it may be calculated that all pixels on the imaging surface 2304 can be seen within 4.15m. In certain embodiments, as the depth resolution of the human eye decreases when viewing at a longer distance, if f=2 of the lens is selected, the diameter of the beam incident on the grating 2302 from the lens is about 1.3mm.

[0098] In some embodiments, if the viewing distance is greater than 4m, a viewer’s eye viewing the 1.5mm pixels of the grating 2302 is nevertheless sufficiently close to the retinal resolution of the display. In some embodiments, because the pixel resolution is 0.5 milliradians, the divergence angle of the fan-rib-shaped beam is one (1) milliradian. In certain embodiments, provided that the opening angle of the human eye relative to any point on the grating 2302 is greater than 0.5 milliradians (that is, the viewing distance of the eye is less than 8m) , there will be at least two different pixels of fan-rib-shaped beams that are emitted from the grating 2302 and can enter the pupil. In some embodiments, the eye’s visual focus is on the grating 2302 and, at this time, the pixels on the imaging surface 2304 are on the grating 2302 to provide stereoscopic images with parallax for both eyes. In certain embodiments, if the viewing distance is greater than 8m, the spot diameter is greater than 8mm, and is already larger than the pupil diameter, the fan-rib-shaped spots of the same order in adjacent pixels overlap, the eye’s visual focus is on the grating 2302, and the lens is incident on the grating 2302 with the spot of about one (1) millimeter (mm) , so that parallax display is provided for both eyes, and the display resolution is consistent with retinal resolution of the display.

[0099] In some embodiments, complete imaging of pixels on the imaging surface 2304 means that the light beams (e.g., fan-rib-shaped light beams) providing a display have no gap greater than the designed angular resolution. In certain embodiments, a control method for the vertical direction uses a best-matching control strategy; that is, the beam with the smallest intersection angle with the target light direction is used. In certain embodiments, the direction of the beam is the direction of the main light ray of the beam. In some embodiments, the target light ray refers to the light ray that provides display pixels for the position of the viewer’s eye as determined via eye tracking. In certain embodiments, the main light ray of the beam refers to the fan-rib-shaped beam in the direction of emergent beams as determined based on the imaging  relationship between the display pixels and the lens; that is, the level-0 beam formed after the imaging beam passes through the grating 2302.

[0100] FIG. 35 is a schematic diagram of an exemplary situation in which a vector pixel 2400 creates a real image on an imaging surface 2402, according to some embodiments of the present disclosure. The pupil size of the human eye is typically 4mm during normal viewing. In some embodiments, if the imaging distance is 0.5m, as EFL=3mm, and P=1.5μm, the angular resolution of the luminous surface imaging is θ2～P / EFL=0.5 milliradians. In certain embodiments, if the fan-rib-shaped beam formed by the grating 2404 is thirteen (13) milliradians, a minimum  (13) milliradian ensures that the fan-rib-shaped beam can enter the pupil within θ1 (for example, about one (1) milliradian) to provide a display beam for the pixel. In some embodiments and according to this calculation, the greatest viewing distance is 1.54m. In certain embodiments, if the viewing distance is greater than 1.54m, due to the incomplete light-emitting angles of beams of the real image, pixels may be absent during viewing. In some embodiments, as a result if the viewing distance is greater than 1.54m, only a distant virtual image is displayed and the real image is not displayed. In certain embodiments, a layer of virtual images is generated.

[0101] In some embodiments and referring to FIGS. 36-38, the relatively small spectral width (Δλ) of light source (s) of three-dimensional display devices according to some embodiments of the present disclosure ensures that the fan-rib-shaped light has a relatively large viewing angle, and the imaging distance does not shift significantly. For example, FIG. 37 illustrates an example configuration for a 3D display device. In certain embodiments, to ensure a relatively large viewing angle, the fan-rib-shaped light has a relatively large opening angle. In some embodiments, according to the grating equation of multi-slit interference (d*sin (θ) =±Kλ) , the opening angle of fan-rib-shaped light is proportional to K and inversely proportional to d. In some embodiments, the interval angle θ of fan-rib-shaped light beams at different orders K inside the fan-rib-shaped light beam is related to K and the main wavelength of the light source. In certain embodiments, because the wavelength of the light source usually has a certain spectral width (Δλ) , each fan-rib-shaped beam has a certain divergence angle. In some embodiments and as illustrated, the size of the divergence angle α is proportional to the spectral width (Δλ) of the pixel –when Δλ is larger, it causes beams at adjacent orders within the fan-rib-shaped light to overlap and lose shape.

[0102] In certain embodiments, therefore, if the values of d and K of the grating are specified to provide a certain opening angle for viewing, and a smaller value of Δλ is used to form fan-rib-shaped light beams. In some embodiments, when Δλ is relatively small, according to the grating equation, each interference spot of the beam incident on the grating is separated independently, and the spot size is smaller than the pupil. In certain embodiments, when the spot interval is much larger than the pupil, another display unit is used to supplement the interval of a display unit, to ensure the completeness of the light-emitting angles of the display pixels, and the viewer’s eyes can see a complete image.

[0103] With continued reference to FIGS. 36-38, in certain embodiments, if Δλ is relatively small, the fan-rib-shaped light nearly maintains its original wavefront, with a small divergence angle and a large depth of field. In some embodiments, the image seen by the viewers eye does not need to be on a grating. In certain embodiments, the position of the image is determined by the imaging lens and the grating. In some embodiments, if the spectrum of the light source has a certain width, grating scattering and other phenomena may cause the wavefront of the fan-rib-shaped beam to change slightly. In certain embodiments, the imaging position of the fan-rib-shaped beam is offset from the imaging position of the imaging lens. In some embodiments, the actual imaging position should be used in the display design.

[0104] In certain embodiments, a lighting element in a light source of a three-dimensional display device may include one or more imaging pixels, one or more LEDs, one or more microLEDs, one or more OLEDs, laser array, or the like. In some embodiments, if the lighting element is a non-laser device, a narrowband filter is included in the optical path. In some embodiments, narrowband filters are arranged between the surface of the display light source and the first lens element of the lens. In certain embodiments, a narrowband filter causes loss of light intensity. In some embodiments, however, testing demonstrates that a ten (10) nanometers (nm) narrowband filter arranged in the light path between the light sources and a grating with a grating constant of 50μm and a radius of curvature of 52μm provides fan-rib-shaped light with an opening angle of 76 degrees.

[0105] In certain embodiments, exemplary details of components for providing fan-rib-shaped light beams are as follows: the central wavelength of the light source is 520 nm, the open half-angle is 40 degrees, for the grating K=63 and d=50 μm, and the wave width of the light source needed is less than 16 nm. As illustrated in FIG. 38, in some embodiments, a first set of  fan-rib-shaped light beams (e.g., light beams A) and a second set of fan-rib-shaped light beams (e.g., light beams B) can be interdigitated. In certain embodiments, the interdigitated fan-rib-shaped light beams can increase the resolutions corresponding to viewers. For example, a viewer at a position A can see the light beams A, and a viewer at a position B can see the light beams B.

[0106] Three-dimensional display devices according to some embodiments of the present disclosure utilize high-precision eye tracking, correction, and control features to provide uniform resolution and brightness for multiple viewers. In certain embodiments and as shown in FIG. 39, because the display device 2500 actively illuminates the eyes with narrow beams emitted by pixels, so that both eyes can see images with parallax, a more accurate eye tracking system is employed to detect, calculate, and provide information regarding the position of a viewer’s eyes in real time to ensure that when a light source moves to a certain position and illuminated, it can provide light to the eyes.

[0107] In some embodiments, if the movements of the viewer render eye tracking inaccurate, multiple devices may be used to expand the beam projection area. In certain embodiments, due to the speed of the eye or tracking accuracy issues, a tracking system may not accurately track the position of the viewer’s eyes. In some embodiments, if there is a certain deviation between the actual position of the eyes and the tracking position, the fan-rib-shaped light beams of a single pixel may not accurately enter the pupils (for example, none or only half of the light spot enters the pupils) , resulting in missing pixels or reduced brightness of the display device being viewed. In certain embodiments, to address the issues described above and as shown in FIG. 40, multiple display units may be used to expand the light projection area. In some embodiments, if a light source moves to a specific position, its display pixels can provide beams of target pixels in the display near the tracking position 2603. In certain embodiments, multiple display pixels 2600, three of which are identified in FIG. 40, are distributed at and around the pupil 2602. In certain embodiments, the multiple display pixels 2600 can compensate and / or reduce the effects of eye tracking errors. In some embodiments, if the pupil is located at any position in the area, there is a display pixel 2600 that can enter the pupil 2602 to avoid missing pixels in the display or reduced pixel brightness of the display. In certain embodiments and stated another way, the display provides display resources for the position and its nearby area offered by the eye tracking system. In some embodiments, the display can be viewed even if there is a deviation in tracking. In some embodiments, the display resources (e.g., display pixels) at different locations do not  affect each other. In certain embodiments, if there are different display resources located in the vertical direction, the display resources in the vertical direction do not have the same pixels of the display. In some embodiments, a fan-rib-shaped light beam that conforms to the relative position of the pixel relative to the lens and the direction of the outgoing beam is defined as a main beam (K=0) . In certain embodiments, the other beams duplicated by the grating are secondary beams (K’0) . In some embodiments, during display, different display resources are displayed using only the main beam to ensure that the display resources do not interfere with each other.

[0108] Referring to FIG. 41, three-dimensional display devices according to some embodiments of the present disclosure may be incorporated into various types of three-dimensional display systems. In certain embodiments, one or more lighting elements 2700, such as vector pixels 2700 or the like, may be coupled to a rotating and / or disc-shaped light pole 2702 or a translatable and / or straight light pole 2710. In some embodiments, the lighting elements 2700 carried by the rotating and / or disc-shaped light pole 2702 emit fan-rib-shaped light beams to a light interference element 2704, such as a grating 2704, and the light interference element 2704 emits fan-rib-shaped light beams to a curved display 2706 or a flat display 2708. In certain embodiments, the light interference element (e.g., an optical film) 2704 forms a curved element conformed to the curved display 2706. In some embodiments, the light inference element (e.g., an optical film) 2704 forms a flat element conformed to the flat display 2708.

[0109] In certain embodiments, the lighting elements 2700 carried by the translatable and / or straight light pole 2710 emit fan-rib-shaped light beams to a light interference element 2712, such as a grating 2712, and the light interference element 2712 emits fan-rib-shaped light beams to a flat display 2714, a cylindrical outer surface display 2716, and / or a cylindrical inner surface display 2718. In some embodiments, the light interference element (e.g., an optical film) 2712 forms a curved element conformed to the cylindrical outer surface display 2716 and / or cylindrical inner surface display 2718. In certain embodiments, the light inference element (e.g., an optical film) 2704 forms a flat element conformed to the flat display 2714.

[0110] FIG. 42 is a schematic diagram illustrating one or more components and processes of a three-dimensional (3D) display system 2800, according to some embodiments of the present disclosure. In certain embodiments, the system 2800 includes a display control system 2802 that receives (1) eye position information from an eye tracking system 2804, and (2) display  correction information from a display correction system 2806, via a parameters table 2808. In some embodiments, based on the received information from the eye tracking system 2804, the display control system 2802 determines pixel coordinates, display time, grayscale aspects, and the like 2810 for generating observable three-dimensional images 2812 via a display device. In certain embodiments, various components of the 3D display system 2800 are described throughout the present disclosure.

[0111] In certain embodiments, the eye tracking system 2840 includes one or more sensors and one or more processors to determine eye (e.g., pupil) positions of one or more viewers. In some embodiments, the one or more sensors include image sensors and / or optical sensors (e.g., infrared sensors) . In certain embodiments, the one or more processors in the eye tracking system 2840 are configured to determine eye positions and / or pupil positions based on tracking information (e.g., images) generated and / or indirectly provided by the one or more sensors. In some embodiments, the tracking information indicates the eye spatial position of a viewer. In certain embodiments, the 3D display system 2800 is configured to generate a plurality of display pixels approximate to the eye spatial position. In some embodiments, the display correction system 2806 and / or the display control system 2802 are configured to control the lighting elements for generating the 3D images.

[0112] In certain embodiments, the display correction system 2806 is configured to modify one or more parameters in the parameter table 2802 and / or provide one or more compensation parameters, for example, associated with the display content, the activation of one or more vector pixels, and / or the like. In some embodiments, the 3D display system 2800 causes the plurality of fan-rib-shaped light beams to form a plurality of display pixels approximate to the eye spatial position, for example, as shown in FIG. 40. In some embodiments, various components of the system 2800 (e.g., the eye tracking system 2840, the display control system 2802, the display correction system 2806, etc. ) are described in U.S. Pat. No. 11,650,418, entitled “OPTICAL FIELD DISPLAY SYSTEM, ” which is hereby incorporated by reference in its entirety.

[0113] According to embodiments, various components of the 3D display system 2800 may be implemented on one or more computing devices (e.g., processors, microprocessors) . A computing device may include any type of computing device suitable for implementing embodiments of the disclosure. Examples of computing devices include specialized computing devices or general-purpose computing devices such as workstations, servers, laptops, portable  devices, desktop, tablet computers, hand-held devices, central processing units (CPUs) , graphics processing units (GPUs) , tensor processing units (TPUs) and the like, all of which are contemplated within the scope of with reference to various components of the system 2800.

[0114] In some embodiments, a computing device includes a bus that, directly and / or indirectly, couples the following devices: a processor, a memory, an input / output (I / O) port, an I / O component, and a power supply. Any number of additional components, different components, and / or combinations of components may also be included in the computing device. The bus represents what may be one or more busses (such as, for example, an address bus, data bus, or combination thereof) . Similarly, in some embodiments, the computing device may include a number of processors, a number of memory components, a number of I / O ports, a number of I / O components, and / or a number of power supplies. Additionally, any number of various components of the system 2800 may be distributed and / or duplicated across a number of computing devices.

[0115] In some embodiments, the system 2800 includes memory. The memory includes computer-readable media in the form of volatile and / or nonvolatile memory, transitory and / or non-transitory storage media and may be removable, nonremovable, or a combination thereof. Media examples include Random Access Memory (RAM) ; Read Only Memory (ROM) ; Electronically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) ; flash memory; optical or holographic media; magnetic cassettes, magnetic tape, magnetic disk storage or other magnetic storage devices; data transmissions; and / or any other medium that can be used to store information and can be accessed by a computing device such as, for example, quantum state memory, and / or the like. In some embodiments, the memory stores computer-executable instructions for causing a processor (e.g., a processor in a computing device) to implement aspects of embodiments of system components discussed herein and / or to perform aspects of embodiments of methods and procedures discussed herein.

[0116] Computer-executable instructions may include, for example, computer code, machine-useable instructions, and the like such as, for example, program components capable of being executed by one or more processors associated with a computing device. Program components may be programmed using any number of different programming environments, including various languages, development kits, frameworks, and / or the like. Some or all of the functionality contemplated herein may also, or alternatively, be implemented in hardware and / or  firmware.

[0117] In some embodiments, the memory may include a data repository may be implemented using any one of the configurations described below. A data repository may include random access memories, flat files, XML files, and / or one or more database management systems (DBMS) executing on one or more database servers or a data center. The data repository may be, for example, a single relational database. In some cases, the data repository may include a plurality of databases that can exchange and aggregate data by data integration process or software application. In an exemplary embodiment, at least part of the data repository may be hosted in a cloud data center. In some cases, a data repository may be hosted on a single computer, a server, a storage device, a cloud server, or the like. In some other cases, a data repository may be hosted on a series of networked computers, servers, or devices. In some cases, a data repository may be hosted on tiers of data storage devices including local, regional, and central.

[0118] Various components of the system 2800 can communicate via or be coupled to via a communication interface, for example, a wired or wireless interface. The communication interface includes, but not limited to, any wired or wireless short-range and long-range communication interfaces. The wired interface can use cables, umbilical cables, and the like. The short-range communication interfaces may be, for example, local area network (LAN) , interfaces conforming known communications standard.

[0119] According to certain embodiments, a three-dimensional display device includes: a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; and a light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams corresponding to each light beam of the plurality of light beams, where two adjacent fan-rib-shaped light beams of the plurality of fan-rib-shaped light beams have an interval angle greater than five (5) milliradians.

[0120] In some embodiments, the light source further comprises a plurality of optical devices. In certain embodiments, at least one optical device of the plurality of optical devices includes a V-shaped lens. In certain embodiments, the V-shaped lens includes a first lens component and a second lens component, wherein the first lens component and the second lens component form an angle greater than 90 degrees and less than 180 degrees. In some  embodiments, the first lens component has a first refraction index and the second lens component has a second refraction index different from the first refraction index. In certain embodiments, at least one of the lighting elements of the plurality of lighting elements has a general surface, wherein the first lens component has a first angle from the general surface and the second lens component has a second angle from the general surface, wherein the first angle or the second angle is greater than 0 degrees and less than 90 degrees. In some embodiments, at least one optical device of the plurality of optical devices includes a multifocal lens.

[0121] In certain embodiments, the multifocal lens is a bifocal lens. In some embodiments, the bifocal lens comprises a first semi-spherical lens portion and a second semi-spherical lens portion. In certain embodiments, the light interference element includes a grating component. In some embodiments, the grating component is a conjugate grating component. In certain embodiments, the grating component includes: a first grating comprising a light-receiving surface configured to receive light emitted by the light source, and the first grating further comprising a first internal surface opposite the light-receiving surface and configured to emit light from the first lenticular grating, the first internal surface comprising a plurality of first protrusions; and a second grating configured to receive light from the first grating, the second grating comprising a second internal surface facing the first internal surface of the first grating, the second internal surface comprising a plurality of second protrusions, and the second grating comprising a light-emitting surface configured to emit the fan-rib-shaped light beams with a uniform or Lambertian energy distribution from the second grating. In certain embodiments, the grating component further includes a plurality of apertures disposed between the first grating and the second grating.

[0122] In some embodiments, the grating component includes a grating intercept, at least one aperture of the plurality of apertures comprises an aperture size, and the aperture size is less than the grating intercept. In certain embodiments, the aperture size is less than one half of the grating intercept. In some embodiments, the aperture size is less than one third of the grating intercept. In certain embodiments, the grating intercept is approximately 50μm and the aperture size is approximately 40μm. In some embodiments, the first internal surface and the second internal surface are spaced apart by less than 10μm. In certain embodiments, the light source includes a vector pixel. In some embodiments, the plurality of fan-rib-shaped light beams includes a set of fan-rib-shaped light beams forming a display pixel, wherein a spatial position of  the display pixel is determined by a distance between a lighting element of the plurality of lighting elements and a corresponding lens or a focal length of the corresponding lens.

[0123] In some embodiments, the first set of fan-rib-shaped light beams and the second set of fan-rib-shaped light beams are interdigitated. In certain embodiments, the lighting element includes a first imaging pixel and a second imaging pixel, wherein the plurality of fan-rib-shaped light beams include a first set of fan-rib-shaped light beams corresponding to the first imaging pixel and a second set of fan-rib-shaped light beams corresponding to the second imaging pixel, wherein at least a first fan-rib-shaped light beam in the first set of fan-rib-shaped light beams and a second fan-rib-shaped light beam in the second set of fan-rib-shaped light beams form a display pixel.

[0124] According to some embodiments, a grating apparatus for providing a uniform or Lambertian energy distribution for fan-rib-shaped light beams, the grating apparatus comprises: a first grating comprising a light-receiving surface configured to receive light emitted by a light source, and the first grating further comprising a first internal surface opposite the light-receiving surface and configured to emit light from the first grating, the first internal surface comprising a plurality of first protrusions; and a second grating configured to receive light from the first grating, the second grating comprising a second internal surface facing the first internal surface of the first grating, the second internal surface comprising a plurality of second protrusions, and the second grating comprising a light-emitting surface configured to emit fan-rib-shaped beams of light with the uniform or Lambertian energy distribution from the second lenticular grating.

[0125] In certain embodiments, the grating apparatus further includes a plurality of apertures disposed between the first grating and the second grating. In some embodiments, the grating apparatus comprises a grating intercept, at least one aperture of the plurality of apertures comprises an aperture size, and the aperture size is less than the grating intercept. In certain embodiments, the aperture size is less than one half of the grating intercept. In some embodiments, the aperture size is less than one third of the grating intercept. In certain embodiments, the grating intercept is approximately 50μm and the aperture size is approximately 40μm. In certain embodiments, the first internal surface and the second internal surface are spaced apart by less than 10μm.

[0126] According to certain embodiments, a light field display system comprises: a display device including: a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; and a light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams for each light beam of the plurality of light beams; an eye tracking system includes one or more sensors and configured to track eyes of a viewer and generate tracking information; and one or more processors configured to control the plurality of lighting elements based at in part on the tracking information.

[0127] In some embodiments, the tracking information indicates an eye spatial position, wherein the plurality of fan-rib-shaped light beams form a plurality of display pixels approximate to the eye spatial position. In certain embodiments, the display device is configured to generate a first imaging plane and a second imaging plane different from the first imaging plane. In some embodiments, two adjacent fan-rib-shaped light beams of the plurality of fan-rib-shaped light beams have an interval angle greater than five (5) milliradians. In certain embodiments, the light source further comprises a plurality of optical devices. In some embodiments, at least one optical device of the plurality of optical devices includes a V-shaped lens. In certain embodiments, the V-shaped lens includes a first lens component and a second lens component, wherein the first lens component and the second lens component form an angle greater than 90 degrees and less than 180 degrees.

[0128] In some embodiments, the first lens component has a first refraction index and the second lens component has a second refraction index different from the first refraction index. In certain embodiments. At least one of the lighting elements of the plurality of lighting elements has a general surface, wherein the first lens component has a first angle from the general surface and the second lens component has a second angle from the general surface, wherein the first angle or the second angle is greater than 0 degrees and less than 90 degrees. In some embodiments, at least one optical device of the plurality of optical devices includes a bifocal lens. In certain embodiments, the bifocal lens comprises a first semi-spherical lens portion and a second semi-spherical lens portion.

[0129] In some embodiments, the light field display system further comprises: a display correction system configured to provide one or more compensation parameters to the one or more processors. In certain embodiments, the light interference component includes a grating component. In some embodiments, the grating component is a conjugate grating component.  In certain embodiments, the grating component includes: a first grating comprising a light-receiving surface configured to receive light emitted by the light source, and the first grating further comprising a first internal surface opposite the light-receiving surface and configured to emit light from the first lenticular grating, the first internal surface comprising a plurality of first protrusions; and a second grating configured to receive light from the first grating, the second grating comprising a second internal surface facing the first internal surface of the first grating, the second internal surface comprising a plurality of second protrusions, and the second grating comprising a light-emitting surface configured to emit the fan-rib-shaped beams of light beams with a uniform or Lambertian energy distribution from the second grating.

[0130] In certain embodiments, the grating component further includes a plurality of apertures disposed between the first grating and the second grating. In some embodiments, the grating component includes a grating intercept, at least one aperture of the plurality of apertures comprises an aperture size, and the aperture size is less than the grating intercept. In certain embodiments, the aperture size is less than one half of the grating intercept. In some embodiments, the aperture size is less than one third of the grating intercept. In certain embodiments, the grating intercept is approximately 50μm and the aperture size is approximately 40μm. In some embodiments, the first internal surface and the second internal surface are spaced apart by less than 10μm.

[0131] In some embodiments, the lighting source includes a vector pixel. In certain embodiments, the plurality of fan-rib-shaped light beams includes a set of fan-rib-shaped light beams forming a display pixel, wherein a spatial position of the display pixel is determined by a distance between a lighting element of the plurality of lighting elements and a corresponding lens or a focal length of the corresponding lens. In some embodiments, the first set of fan-rib-shaped light beams and the second set of fan-rib-shaped light beams are interdigitated. In some embodiments, the lighting element includes a first imaging pixel and a second imaging pixel, wherein the plurality of fan-rib-shaped light beams include a first set of fan-rib-shaped light beams corresponding to the first imaging pixel and a second set of fan-rib-shaped light beams corresponding to the second imaging pixel, wherein at least a first fan-rib-shaped light beam in the first set of fan-rib-shaped light beams and a second fan-rib-shaped light beam in the second set of fan-rib-shaped light beams form a display pixel.

[0132] Various modifications and additions can be made to the exemplary embodiments discussed without departing from the scope of the present disclosure. For example, while the embodiments described above refer to particular features, the scope of this disclosure also includes embodiments having different combinations of features and embodiments that do not include all of the described features. Accordingly, the scope of the present disclosure is intended to embrace all such alternatives, modifications, and variations as fall within the scope of the claims, together with all equivalents thereof.

Claims

1.A three-dimensional display device comprising:a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; anda light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams corresponding to each light beam of the plurality of light beams;wherein two adjacent fan-rib-shaped light beams of the plurality of fan-rib-shaped light beams have an interval angle greater than five (5) milliradians.2.The three-dimensional display device of claim 1, wherein the light source further comprises a plurality of optical devices.3.The three-dimensional display device of claim 2, wherein at least one optical device of the plurality of optical devices comprises a V-shaped lens.4.The three-dimensional display device of claim 3, wherein the V-shaped lens comprises a first lens component and a second lens component, wherein the first lens component and the second lens component form an angle greater than 90 degrees and less than 180 degrees.5.The three-dimensional display device of claim 4, wherein the first lens component has a first refraction index and the second lens component has a second refraction index different from the first refraction index.6.The three-dimensional display device of claim 4, wherein at least one lighting element of the plurality of lighting elements has a general surface, wherein the first lens component has a first angle from the general surface and the second lens component has a second angle from the general surface, wherein the first angle or the second angle is greater than 0 degrees and less than 90 degrees.7.The three-dimensional display device of claim 2, wherein at least one optical device of the plurality of optical devices comprises a bifocal lens.8.The three-dimensional display device of claim 1, wherein the light interference element comprises a grating component.9.The three-dimensional display device of claim 8, wherein the grating component comprises a grating intercept no more than 140μm.10.The three-dimensional display device of claim 8, wherein the grating component comprises:a first grating comprising a light-receiving surface configured to receive light emitted by the light source, and the first grating further comprising a first internal surface opposite the light-receiving surface and configured to emit light from the first grating, the first internal surface comprising a plurality of first protrusions; anda second grating configured to receive light from the first grating, the second grating comprising a second internal surface facing the first internal surface of the first grating, the second internal surface comprising a plurality of second protrusions, and the second grating comprising a light-emitting surface configured to emit the plurality of fan-rib-shaped light beams with a uniform or Lambertian energy distribution from the second grating.11.The three-dimensional display device of claim 1, wherein the plurality of fan-rib-shaped light beams comprises a set of fan-rib-shaped light beams forming a display pixel, wherein a spatial position of the display pixel is determined by a distance between a lighting element of the plurality of lighting elements and either a corresponding one of the plurality of lenses or a focal length of a corresponding one of the plurality of lenses.12.The three-dimensional display device of claim 11, wherein the set of fan-rib-shaped light beams comprises a first set of fan-rib-shaped light beams and a second set of fan-rib-shaped light beams, and the first set of fan-rib-shaped light beams and the second set of fan-rib-shaped light beams are interdigitated.13.The three-dimensional display device of claim 1, wherein the lighting element comprises a first imaging pixel and a second imaging pixel, wherein the plurality of fan-rib-shaped light beams comprise a first set of fan-rib-shaped light beams corresponding to the first imaging pixel and a second set of fan-rib-shaped light beams corresponding to the second imaging pixel, wherein at least one first fan-rib-shaped light beam in the first set of fan-rib-shaped light beams and a second fan-rib-shaped light beam in the second set of fan-rib-shaped light beams form a display pixel.14.A grating apparatus for providing a uniform or Lambertian energy distribution for fan-rib-shaped light beams, the grating apparatus comprising:a first grating comprising a light-receiving surface configured to receive light emitted by a light source, and the first grating further comprising a first internal surface opposite the light-receiving surface and configured to emit light from the first grating, the first internal surface comprising a plurality of first protrusions; anda second grating configured to receive light from the first grating, the second grating comprising a second internal surface facing the first internal surface of the first grating, the second internal surface comprising a plurality of second protrusions, and the second grating comprising a light-emitting surface configured to emit the fan-rib-shaped light beams with the uniform or Lambertian energy distribution from the second grating.15.The grating apparatus of claim 14, further comprising a plurality of apertures disposed between the first grating and the second grating.16.The grating apparatus of claim 15, wherein the grating apparatus comprises a grating intercept, at least one aperture of the plurality of apertures comprises an aperture size, and the aperture size is less than the grating intercept.17.A light field display system comprising:a display device including:a light source comprising a plurality of lighting elements, and a plurality of lenses configured to generate a plurality of light beams; anda light interference element configured to generate a plurality of fan-rib-shaped light beams corresponding to the plurality of light beams;an eye tracking system comprises one or more sensors and configured to track eyes of a viewer and generate tracking information; andone or more processors configured to control the plurality of lighting elements based, at least in part, on the tracking information.18.The light field display system of claim 17, wherein the tracking information indicates an eye spatial position, wherein the plurality of fan-rib-shaped light beams form a plurality of display pixels approximate to the eye spatial position.19.The light field display system of claim 17, wherein the display device is configured to generate a first imaging plane and a second imaging plane different from the first imaging plane.20.The light field display system of claim 17, further comprising:a display correction system configured to provide one or more compensation parameters to the one or more processors.

Images