專利名稱：用于自動(dòng)立體顯示器的可控照明裝置的制作方法
用于自動(dòng)立體顯示器的可控照明裝置
本發(fā)明涉及一種具有可控照明裝置的透射式自動(dòng)立體顯示器，該可控 照明裝置含有發(fā)揮照明矩陣作用的光調(diào)制器。從上述光調(diào)制器發(fā)出的光被 成像裝置以平行光束通過圖像再現(xiàn)矩陣投射，在所有情況下導(dǎo)向觀察者的
一只眼睛作為可視區(qū)域，從該區(qū)域中可以看到3D圖像展現(xiàn)。技術(shù)背景及 公知解決方案。
本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽詣?dòng)立體顯示器，諸如圖像或圖像序列的圖像信 息籍此可以選擇性地以2D或3D模式或者以混合模式為多個(gè)觀察者展現(xiàn)。
本申請(qǐng)文件中，顯示器用來指代至少一個(gè)觀察者不用額外的輔助就能 觀看3D圖像展現(xiàn)的自動(dòng)立體顯示器。
基本上，顯示器包括由排列成矩陣的多個(gè)成像元件組成的成像裝置。 與導(dǎo)向每個(gè)觀察者眼睛的照明同步，相應(yīng)的用于生成3D圖像的立體圖像 在圖像再現(xiàn)矩陣上展現(xiàn)。各個(gè)觀察者眼睛的位置由測(cè)位儀確定。當(dāng)觀察者 改變他(她)的位置時(shí)，通過改變控制單元的相應(yīng)控制信號(hào)來將可視區(qū)域 跟蹤到觀察者眼睛。
一個(gè)或 多個(gè)觀察者分別使他們的眼睛處在區(qū)域中的觀察者空間中，在 該區(qū)域中，可以三維地觀看顯示器上的圖像信息，上述區(qū)域被稱為可視區(qū) 域。為了從這些可視區(qū)域觀看，在3D展現(xiàn)期間，顯示器上圖像展現(xiàn)的均 勻度要持續(xù)保證并且要避免對(duì)另一只眼睛的串?dāng)_。而且，當(dāng)觀察者在顯示 器前觀察者空間中采用新的位置時(shí)，上述要求繼續(xù)適用，以使他(她)可 以得到持續(xù)優(yōu)質(zhì)的平面或立體圖像內(nèi)容信息。
這樣的按時(shí)間順序展現(xiàn)的自動(dòng)立體顯示器的結(jié)構(gòu)和功能已被精確地 公開，例如，在本申請(qǐng)人的WO 2005/060270 Al號(hào)專利中，在此進(jìn)行部分地說明。


圖1中，以俯視圖示意性地表示顯示器的工作原理，但該圖既未按比 例繪制，也未包含所有數(shù)量的光學(xué)元件。
成像矩陣110中的多個(gè)透鏡元件111…114將照明矩陣120的可變換 點(diǎn)狀照明元件11…46投射到觀察者眼睛ER、 EL上。照明矩陣120被大 面積光源130所照明，為每個(gè)透鏡元件和觀察者生成至少一個(gè)光束Bl… B4，所述光束由于照明元件11…46被跟蹤及圖像控制器160選擇性激活 而疊加，在觀察者眼睛位置形成二維最佳位置(可視區(qū)域)SR。成像矩陣 110、照明矩陣120和光源130 —起生成定向的背光形式的可控最佳位置 單元，以渲染透射式LCD的圖像，圖像矩陣140可以從觀察空間中的位 置看到，該觀察空間中的位置由跟蹤及圖像控制器160來定位。實(shí)踐中， 提供更多的透鏡元件111…114和照明元件。LCD矩陣的像素或子像素分 別方便地用作照明元件。
光束B1…B4在射向觀察者的路徑上穿透大面積的圖像矩陣140，該 圖像矩陣140交替地僅包含圖像信號(hào)PSS的立體圖像序列中的一個(gè)圖像。 測(cè)位儀150確定顯示器前觀察者的數(shù)量及其眼睛位置ER，EL。因此，跟蹤 及圖像控制器160激活實(shí)例中所示的照明元件13、 24、 35和46，以渲染 可視圖像序列的當(dāng)前圖像。如圖1所示，照明元件13、 24、 35和46被相 對(duì)于其后的透鏡元件的光學(xué)軸線不同地定位。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)，跟蹤及圖 像控制器160將激活其他照明元件以根據(jù)眼睛位置的轉(zhuǎn)換來跟蹤各個(gè)最佳 位置光束。為了交替展現(xiàn)立體圖像，跟蹤及圖像控制器160通過與每個(gè)圖 像變化同步地變換照明元件來為一個(gè)或全部觀察者的各個(gè)眼睛渲染隨后 的可視圖像。對(duì)于其他眼睛，在這期間不照明圖像，因此不能看到。如果 由圖像矩陣提供用于右眼和左眼的圖像序列以及同步成像到各自眼睛被 足夠快地投射，觀察者的眼睛就不再達(dá)到顯示給他們的圖像的時(shí)間分辨 率。兩只眼睛將圖像序列感知成立體展現(xiàn)。
光束B1…B4實(shí)際上以這樣的方式傳播，即每個(gè)激活的照明元件13、 24、 35和46投射到眼睛位置ER或EL的平面上，放大到至少數(shù)毫米的尺寸大小。為了簡(jiǎn)明說明工作原理，本發(fā)明的所有附圖中平行的光束形成 最佳位置(可視區(qū)域)。然而，實(shí)踐中光路輕微地偏離平行。無論如何，
最佳位置單元排列成使每個(gè)光束B1…B4覆蓋至少最佳位置區(qū)域的范圍， 該范圍至少與觀察者眼睛一樣大。這就允許觀察者以均勻的照明觀看圖像 矩陣的整個(gè)顯示面積。
為了達(dá)到上述顯示器的要求，需要一種持續(xù)檢測(cè)觀察者在顯示器前的 空間中盡可能大的空間區(qū)域內(nèi)移動(dòng)、并通過控制單元的控制信號(hào)獨(dú)立于每 個(gè)觀察者的當(dāng)前位置持續(xù)向他(她)提供正確的圖像信息的跟蹤系統(tǒng)。這 形成了對(duì)測(cè)位儀的精確度、顯示器的各個(gè)組件的質(zhì)量以及顯示器的成像質(zhì) 量的總的極高要求。
對(duì)于本發(fā)明來說，照明裝置是由多個(gè)自發(fā)光的照明元件組成還是由光 透射的照明元件組成都無關(guān)緊要。多個(gè)照明元件分配給每個(gè)成像元件。采 用逆光線跟蹤計(jì)算方法，照明元件確定為需要為當(dāng)前觀察者位置生成平行 光線。對(duì)于要激活的照明元件在數(shù)量上的輕微差異，也就是說，如果稍稍 過多的照明元件被激活，就會(huì)產(chǎn)生成像干擾。
實(shí)踐中，如果將透鏡陣列用作成像裝置，已發(fā)現(xiàn)其有以下缺點(diǎn)，即在 將激活的照明元件的光通過選擇的透鏡以平行光束投射時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)額外 的干擾雜散光(虛光)。激活的照明元件的光不僅照明特定的透鏡，還照 明特定透鏡左右鄰接的透鏡。該光產(chǎn)生額外的第二平行光束，其強(qiáng)度較弱， 但是也能到達(dá)觀察者眼睛。如果顯示器前有多個(gè)觀察者都想觀看3D展現(xiàn)， 上述第二平行光束對(duì)立體圖像的展現(xiàn)尤其不利。會(huì)發(fā)生本來用于右眼的平 行光束的第二平行光束落入旁邊觀察者的左眼，從而向這個(gè)左眼提供右眼 的立體圖像。
本發(fā)明的目的在于，在將自動(dòng)立體顯示器的光投射到觀察者眼睛時(shí)保 持盡可能小的光散射，以防止產(chǎn)生額外的可視區(qū)域并且避免用于相鄰觀察 者的眼睛的立體圖像相互影響，即串?dāng)_。振片得以解決，所述兩個(gè)有條 紋的偏振片在光路中排列成相互間隔一定距離。所用的偏振片設(shè)置成具有 不同偏振方向的間隔條紋。適宜地，第一和第二有條紋的偏振片的相同偏 振的條紋在光的方向上彼此疊合相對(duì)，以將光導(dǎo)向所需的方向，即導(dǎo)向選 擇的各個(gè)觀察者眼睛的當(dāng)前位置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一有條紋 的偏振片排列在用作照明矩陣的光調(diào)制器的出光側(cè)，第二有條紋的偏振片 排列在成像裝置前，最好是透鏡陣列前。這樣，額外產(chǎn)生的發(fā)光較弱的第 二平行光束被抑制。此外，還需要兩個(gè)偏振片的條紋寬度等于透鏡陣列的 透鏡的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，成像裝置由含有多個(gè)平行排列的球面透鏡的透 鏡陣列組成，在各種情況下將每個(gè)照明元件的光通過透鏡陣列的一個(gè)透鏡 以平行光束投射。成像裝置還可以是條紋形式的微透鏡的矩陣狀排列，這 也處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。有條紋的偏振片應(yīng)該類似排列。
要激活的照明元件的位置通過逆光線跟蹤計(jì)算方便地從每個(gè)觀察者 眼睛確定，從而同時(shí)確定成像裝置要被射穿的成像元件的位置。
本發(fā)明用于抑制第二光束的解決方案簡(jiǎn)單、有效，已經(jīng)被證實(shí)在用于 多個(gè)觀察者的自動(dòng)立體顯示器中是成功的。因此，提高了跟蹤多個(gè)觀察者
的精確度，并且提高了對(duì)各個(gè)單獨(dú)的觀察者3D展現(xiàn)的質(zhì)量。
以下，對(duì)按時(shí)間順序展現(xiàn)的自動(dòng)立體顯示器的可控照明裝置進(jìn)行更詳
細(xì)的說明。附圖中，以俯視圖表示
圖l示意性表示公知技術(shù)的自動(dòng)立體顯示器的工作原理；
圖2表示顯示器的一部分的示意圖，其具有導(dǎo)向觀察者眼睛的平行光 束和兩個(gè)額外產(chǎn)生的第二平行光束；以及
圖3表示具有根據(jù)本發(fā)明在光路中排列的用于抑制第二平行光束的 裝置的圖2部分的示意圖。本發(fā)明基于其工作原理已在公知技術(shù)中根據(jù)圖l進(jìn)行了說明的自動(dòng)立 體顯示器，本發(fā)明能夠通過該范圍理解。
圖2中，示意性地部分表示了顯示器中的照明光路。
用1標(biāo)示的照明矩陣通過具有多個(gè)代表照明元件的矩陣狀排列的單元 的光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。照明矩陣l中的黑色區(qū)域?yàn)槲醇せ畹脑?。然后，在?的方向上，成像裝置排在設(shè)置成具有平行鄰接的球面透鏡3的透鏡陣列2 之后。來自照明元件的光按列入射到透鏡陣列2上。要激活的照明元件根 據(jù)當(dāng)前觀察者位置通過逆光線跟蹤計(jì)算確定。所示三個(gè)球面透鏡3的中間 的透鏡將光以平行光束4分別導(dǎo)向觀察者的右眼或左眼(此處未表示)， 在每個(gè)眼睛中生成用于3D展現(xiàn)的可視區(qū)域。然而，激活的照明元件的光 還引發(fā)強(qiáng)度較弱的第二平行光束5。第二平行光束5的光與平行光束4具 有相同的起始點(diǎn)。但是，根據(jù)圖2，第二平行光束5與平行光束4成角度 向右和向左發(fā)射。如果多個(gè)觀察者想要觀看3D展現(xiàn)，它們可以導(dǎo)致上述 的對(duì)投射質(zhì)量的劣化。也就是說，例如，如果平行光束4同時(shí)按時(shí)間順序 展現(xiàn)受控的右立體圖像，第二觀察者的左眼可以接收到第一觀察者的右立 體圖像。出現(xiàn)立體展現(xiàn)的串?dāng)_。
根據(jù)圖3，為了解決這一問題，在自動(dòng)立體顯示器的光路中設(shè)置兩個(gè) 有條紋的偏振片。第一偏振片6設(shè)置在照明矩陣1的出光區(qū)域的前方光路 中，第二偏振片6設(shè)置在透鏡陣列2前方。為了抑制第二平行光束5，第 一和第二偏振片6的偏振方向相同的條紋疊合地排列成彼此相對(duì)。兩個(gè)偏 振片6的條紋寬度都與透鏡陣列2的透鏡3的寬度相等。從激活的照明元 件發(fā)出的箭頭表示可能的光傳播方向。第一偏振片6用作偏光器，第二偏 振片用作檢偏器。當(dāng)光通過第一偏振片6時(shí)被偏振化，并作為平行光束4 通過第二偏振片6。當(dāng)雜散光入射到第二偏振片6中畫陰影線的區(qū)域上時(shí)， 不允許偏振化的光在該位置通過，因?yàn)槠渚哂胁煌钠?。因此不?huì)生成 其他的第二平行光束5，因?yàn)橄乱粋€(gè)偏振方向相同的區(qū)域相距足夠遙遠(yuǎn)， 因而實(shí)際上沒有雜散光能夠碰到它們。
權(quán)利要求
1. 用于自動(dòng)立體顯示器的可控照明裝置，其中從光調(diào)制器的激活照明元件發(fā)出的光被成像裝置在所有情況下通過圖像再現(xiàn)矩陣以平行光束成像到觀察者的一只眼睛上，籍此—測(cè)位儀確定各個(gè)觀察者眼睛的位置；—成像裝置含有多個(gè)排列成矩陣的照明元件，平行光束通過至少一個(gè)成像元件投射；以及—與各照明同步，相應(yīng)的立體圖像展現(xiàn)在顯示器上生成3D圖像，其特征在于，在光路上設(shè)置兩個(gè)互相間隔一定距離的有條紋的偏振片(6)，兩個(gè)偏振片(6)的條紋間隔地具有不同的偏振方向，偏振方向相同的條紋疊合地排列成彼此相對(duì)，以抑制額外產(chǎn)生的發(fā)光較弱的第二平行光束(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控照明裝置，其特征在于，第一有條紋的偏振片(6)設(shè)置在光調(diào)制器的出光側(cè)，第二有條紋的偏振片(6)設(shè)置在成像裝置前。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控照明裝置，其特征在于，成像裝置為包括多個(gè)平行設(shè)置的透鏡(3)的透鏡陣列(2)，每個(gè)平行光束穿透透鏡陣列(2)的一個(gè)透鏡(3)，透鏡(3)通過逆光線跟蹤計(jì)算確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控照明裝置，其特征在于，兩個(gè)偏振片(6)的條紋寬度等于透鏡陣列(2)的透鏡(3)的寬度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控照明裝置，其特征在于，通過使用始于觀察者眼睛的逆光線跟蹤計(jì)算，還確定要激活的照明元件的位置和成像裝置中要穿透的成像元件的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)立體顯示器，其中從光調(diào)制器的激活照明元件發(fā)出的光被成像裝置在所有情況下通過圖像再現(xiàn)矩陣以平行光束導(dǎo)向觀察者的一只眼睛作為可視區(qū)域。本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽詣?dòng)立體顯示器，用于多個(gè)觀察者的圖像信息籍此可以選擇性地以2D或3D模式或者以混合模式展現(xiàn)。多個(gè)照明元件分配給成像裝置的每個(gè)成像元件。這些照明元件確定為需要為當(dāng)前觀察者位置生成平行光束。激活的照明元件在數(shù)量上的輕微差異都會(huì)產(chǎn)生雜散光形式的成像干擾。雜散光不僅照明指定的透鏡，而且還照明相鄰的透鏡，生成額外的第二平行光束。根據(jù)本發(fā)明，所述第二平行光束被兩個(gè)在光路中隔開的有條紋的偏振片抑制，所述兩個(gè)有條紋的偏振片具有交替的不同的偏振，偏振方向不同的條紋彼此疊合相對(duì)設(shè)置。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101491109SQ200780027464
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者塞巴斯提安·安姆龍 申請(qǐng)人:視瑞爾技術(shù)公司