專利名稱：多視圖顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在顯示設(shè)備的視場內(nèi)提供多個視圖的多視圖顯示設(shè)備，其中所述顯示設(shè)備屬于包括顯示面板和成像設(shè)置的類型，所述顯示面板具有用于產(chǎn)生顯示器的像素并且所述成像設(shè)置用于將多個視圖引導(dǎo)到顯示設(shè)備的視場內(nèi)的不同空間位置。
背景技術(shù)：
多視圖顯示設(shè)備的第一個例子包括具有視差屏障的形式的成像設(shè)置，所述視差屏障具有其尺寸和位置關(guān)于由顯示面板的各列和各行像素構(gòu)成的下方陣列確定的狹縫。在二視圖設(shè)計中，如果觀看者的頭部處于固定位置則他/她能夠感知到3D圖像。視差屏障被放置在顯示面板前方，并且被設(shè)計成使得來自奇數(shù)和偶數(shù)像素列的光分別被導(dǎo)向觀看者的左眼和右眼。這種類型的二視圖顯示器設(shè)計的一個缺陷在于，觀看者必須處于固定位置，并且只能向左或向右移動近似3cm。在一個更加優(yōu)選的實(shí)施例中，在每一條狹縫下方不是存在兩個子像素列而是存在幾個子像素列。這樣就允許觀看者向左和向右移動，并且總是在他/她的眼中感知到立體圖像。視差屏障設(shè)置易于生產(chǎn)但是光效率不高，特別在視圖的數(shù)目增加時尤其如此。因此，一種優(yōu)選的替換方案是使用透鏡設(shè)置作為成像設(shè)置。舉例來說，可以提供彼此平行地延伸并且位于顯示面板像素陣列上方的細(xì)長雙凸透鏡元件陣列，并且透過這些雙凸透鏡元件來觀察顯示器像素。雙凸透鏡元件被提供為由各個元件構(gòu)成的薄板，其中的每一個元件包括細(xì)長的半圓柱透鏡元件，其細(xì)長軸垂直于該透鏡元件的曲率。雙凸透鏡元件沿著其細(xì)長軸在顯示面板的列方向上延伸，其中每一個雙凸透鏡元件位于對應(yīng)的一組兩個或更多個鄰近的顯示器像素列上方。在例如其中每一個小雙凸透鏡(Ienticule)與兩列顯示器像素相關(guān)聯(lián)的設(shè)置中，每一列中的顯示器像素提供對應(yīng)的二維子圖像的垂直切片。雙凸透鏡薄板將這兩個切片以及來自與其他小雙凸透鏡相關(guān)聯(lián)的顯示器像素列的相應(yīng)切片導(dǎo)向位于薄板前方的用戶的左眼和右眼，從而使得用戶觀察到單一立體圖像。因此，所述雙凸透鏡元件薄板就提供了光輸出引導(dǎo)功能。在其他設(shè)置中，每一個小雙凸透鏡與行方向上的一組四個或更多個鄰近的顯示器像素相關(guān)聯(lián)。每一組中的相應(yīng)的顯示器像素列被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，以便提供來自對應(yīng)的二維子圖像的垂直切片。隨著用戶的頭部從左向右移動，就感知到一系列相繼的不同立體視圖，從而產(chǎn)生例如環(huán)視印象。前面描述的設(shè)備提供了有效的三維顯示器。但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，為了提供立體視圖，在設(shè)備的水平分辨率方面做出了必要的犧牲。這一分辨率犧牲會隨著所生成的視圖數(shù)目的增加而加大。因此，使用大量視圖的一個重要缺陷在于，每個視圖的圖像分辨率被降低。必須在各個視圖之間分配可用像素的總數(shù)。在利用垂直(即關(guān)于觀看者指向垂直)雙凸透鏡的N視圖3D顯示器的情況中，沿著水平方向的每一個視圖的所感知到的分辨率將是相對于2D像素分辨率的N分之一。在垂直方向上的分辨率將保持與2D像素分辨率相同。在自動立體模式下，通過使用傾斜的屏障或雙凸透鏡可以減小水平與垂直方向上的分辨率之間的這一差異。在這種情況下，分辨率損失可以均勻地分配在水平和垂直方向之間。通過增加視圖的數(shù)目會因此改進(jìn)3D印象，但是會降低觀看者所感知到的3D圖像分辨率。各個單獨(dú)的視圖處于每一個所謂的觀·看錐體中，并且這些觀看錐體通常在視場上重復(fù)。觀看體驗(yàn)受到以下事實(shí)的束縛觀看者在選擇其從該處觀看3D顯示設(shè)備的位置方面不是完全自由的，因?yàn)樵谟^看錐體之間的邊界處沒有3D效果并且會出現(xiàn)重影(ghostimage)ο本發(fā)明就涉及這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的多視圖顯示設(shè)備。具體來說，所述設(shè)備允許減少錐體邊界。所述目的是通過如在獨(dú)立權(quán)利要求中限定的本發(fā)明而實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求提供了有利實(shí)施例。如在權(quán)利要求I中限定的多視圖顯示設(shè)備提供這樣一種顯示設(shè)備，其允許具有受控像素照明方向的輸出，從而可以避免視圖重復(fù)。因此，顯示設(shè)備的輸出在其視場內(nèi)可以是具有多個視圖的單一錐體。這樣就形成了部分顯示輸出，這或者是因?yàn)槠鋬H僅被導(dǎo)向較窄視場，或者是因?yàn)榘凑諘r間順序提供多個部分輸出以便增大分辨率。在其中所述部分顯示輸出是部分輸出區(qū)段的情況下，可以從該處觀看各個視圖的錐體的位置取決于背光的所激活的光源與顯示面板之間的關(guān)系。將透鏡陣列設(shè)置在顯示面板的前方，并且每一個像素的光基本上對一個透鏡進(jìn)行照明。這樣就避免了視圖重復(fù)，并從而避免了錐體邊界。所述透鏡陣列可以把顯示面板的像素平面成像到基本上無限遠(yuǎn)。所述透鏡陣列可以是可切換的，從而可以在2D與3D操作模式之間和/或多種3D操作模式之間切換顯示，其中所述多種模式通過其視圖數(shù)目進(jìn)行區(qū)分。在一個例子中，在所述設(shè)備的操作期間，利用圍繞一個共同方向的預(yù)定光散布來照明所有像素，從而在一次照明操作期間，在顯示設(shè)備的部分視場中生成一個或更多視圖。因此，在所期望的方向上提供了具有多個視圖的單一錐體。所選輸出區(qū)段的位置可以通過調(diào)節(jié)各個光源相對于顯示面板的位置來選擇。按照時間順序的方式可以建立更大的觀看范圍。當(dāng)所述設(shè)備還包括頭部跟蹤系統(tǒng)時這一設(shè)置特別有意義，并且基于接收自頭部跟蹤系統(tǒng)的輸入來選擇輸出方向。各個光源可以是獨(dú)立可控的，并且顯示設(shè)備輸出包括通過致動光源的子集而得到的顯示輸出，其中來自每一個所致動的光源的輸出照明顯示面板的一個對應(yīng)區(qū)段，其中沒有顯示面板的受操作區(qū)段由多于一個光源照明。對于光源設(shè)置的控制隨后可以確定在哪些方向上提供視圖。按照時間順序的方式同樣可以建立更大的觀看范圍。
可以在光源與顯示面板之間提供一個間隔器，其被設(shè)置成限制對應(yīng)于背光的每一個光源的所述對應(yīng)區(qū)段。背光還可以包括與每一個光源相關(guān)聯(lián)的透鏡以便提供經(jīng)過準(zhǔn)直的定向輸出。該定向輸出于是決定可以從該處觀看顯示器的輸出區(qū)段?？梢蕴峁┛汕袚Q的漫射器，以便將背光的輸出從定向輸出轉(zhuǎn)換成漫射輸出。這樣，所述設(shè)備可以被用來在所期望的方向上提供單一錐體輸出，或者漫射輸出導(dǎo)致更加傳統(tǒng)的多錐體設(shè)置。這對于在整個視場上有許多觀看者的情況可能更加適合。背光可以包括透明平板，其中所述平板的剖面被定形為具有切出部分的矩形形狀，其中所述切出部分被定位在光源之間的來自光源的光散布不到的區(qū)域中。這一設(shè)計通過去除對于背光的光學(xué)性能沒有貢獻(xiàn)的材料而減輕了背光的重量。如果像素平面與透鏡陣列之間的距離(其被轉(zhuǎn)換成穿過透鏡材料的有效光學(xué)距離)被定義為dl*，光源與像素平面之間的距離(其被轉(zhuǎn)換成穿過透鏡材料的有效光學(xué)距離)·被定義為d2*，則d2*=kdl*，其中k是整數(shù)。這在使用一個光源將顯示器的區(qū)段投影到多個透鏡時特別有意義，并且確保將可重復(fù)的像素圖案映射到每一個透鏡。在一種設(shè)置中，各個光源從顯示器的頂部到底部對準(zhǔn)各個透鏡的長軸延伸，并且每一個光源被分段成各個獨(dú)立可驅(qū)動的節(jié)段。這樣就允許將背光所提供的照明與顯示器的逐行尋址更好地匹配，從而確保在像素的驅(qū)動電平穩(wěn)定時對其進(jìn)行照明，并且可以在串?dāng)_出現(xiàn)之前停止照明。在所有的例子中，顯示面板可以包括液晶(LC)顯示器像素陣列，并且所述光源可以包括發(fā)光二級管(LED)點(diǎn)或線。本發(fā)明還提供一種操作本發(fā)明的多視圖顯示設(shè)備的方法，其中對顯示面板進(jìn)行控制并且對光源設(shè)置進(jìn)行控制從而提供部分顯示輸出，所述部分顯示輸出同時包括由至少三個2D視圖構(gòu)成的集合并且沒有各個單獨(dú)2D視圖的重復(fù)，并且其中每一個被照明的像素的光確切地到達(dá)一個透鏡。


下面將純粹通過舉例的方式參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖I是已知的自動立體顯示設(shè)備的示意性透視 圖2示出了雙凸透鏡陣列如何向不同的空間位置提供不同的視 圖3示出了多視圖自動立體顯示器的布局的剖面 圖4是圖3的特寫；
圖5示出了一個9視圖系統(tǒng)，其中在每一個錐體集合中產(chǎn)生的視圖是相等的；
圖6示出了本發(fā)明的顯示設(shè)備的第一實(shí)例；
圖7示出了對于圖6的設(shè)計的修改；
圖8示出了本發(fā)明的顯示設(shè)備的第二實(shí)例；
圖9示出了對于圖8的設(shè)計的修改；
圖10示出了對于圖8的設(shè)計的另一項(xiàng)可能的修改；
圖11示出了本發(fā)明的顯示設(shè)備的第三實(shí)例；
圖12示出了本發(fā)明的顯示設(shè)備的第四實(shí)例；圖13示出了利用參照圖12解釋的原理所可能實(shí)現(xiàn)的最大減重；
圖14示出了本發(fā)明的顯示設(shè)備的第五實(shí)例；
圖15示出了在已知的多錐體顯示器中如何把視圖映射到像素；
圖16示出了本發(fā)明的顯示設(shè)備，其中一個光源被用來照明多個透鏡，并且該圖被用來解釋所需的視圖映射；
圖17示出了對應(yīng)于圖16的設(shè)置的本發(fā)明的視圖映射；
圖18示出了可以被用在本發(fā)明的設(shè)備中的分段背光的第一實(shí)例；
圖19示出了具有一個被照明節(jié)段的圖18的背光； 圖20示出了對應(yīng)于圖18的背光的操作的時序圖；以及 圖21示出了可以被用在本發(fā)明的設(shè)備中的分段背光的第二實(shí)例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種多視圖顯示設(shè)備，其中背光包括光源設(shè)置，其中每一個光源在被接通時將光導(dǎo)向顯示面板的相關(guān)聯(lián)的區(qū)段。光源被設(shè)置在線條中。這些線條可以是連續(xù)的，但是也可以是分段的(從而形成點(diǎn)線或虛線)。光源線條可以是交錯的，以便匹配交錯的透鏡。來自光源的光散布在預(yù)定角度內(nèi)，從而形成顯示面板的視場內(nèi)的相關(guān)聯(lián)的輸出區(qū)段，從該處可以觀看到顯示面板的被光源照明的該區(qū)段。顯示控制器自適應(yīng)地控制光源設(shè)置，從而提供包括由至少三個2D視圖構(gòu)成的集合并且沒有各個單獨(dú)2D視圖的重復(fù)的部分顯示輸出?？梢酝ㄟ^順序地提供不同的部分顯示輸出而生成單個錐體輸出?？商鎿Q地，如果觀看者的位置是已知的，則可以只在所選方向上提供部分顯示輸出。在提供對于本發(fā)明的解釋之前，首先將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明所解決的問題。圖I是已知的直視自動立體顯示設(shè)備I的示意性透視圖。已知設(shè)備I包括有源矩陣類型的液晶顯示面板3，其充當(dāng)空間光調(diào)制器以產(chǎn)生顯示。顯示面板3具有由顯示器像素5的各行和各列構(gòu)成的正交陣列。為了清楚起見，在圖中僅僅示出了少量顯示器像素5。在實(shí)踐中，顯示面板3可能包括大約一千行和幾千列的顯示器像素5。在黑和白顯示面板中，術(shù)語“像素”應(yīng)當(dāng)被理解成意味著用于表示圖像的一部分的最小單元。在彩色顯示器中，像素表示全彩色像素的子像素。根據(jù)一般的術(shù)語，全彩色像素包括用于產(chǎn)生所顯示的最小圖像部分的所有顏色所必要的所有子像素。因此，例如全彩色像素可以具有紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)子像素，其可能利用白色子像素或者利用一個或更多其他原色子像素來增強(qiáng)。液晶顯示面板3的結(jié)構(gòu)是完全傳統(tǒng)式的。具體來說，面板3包括一對間隔開的透明玻璃基板，其間提供對準(zhǔn)的扭曲向列或其他液晶材料。所述基板在其面向的表面上攜帶透明氧化銦錫(ITO)電極圖案。還可以在基板的外表面上提供偏振層。每一個顯示器像素5包括基板上的相對電極以及其間插入的液晶材料。顯示器像素5的形狀和布局由電極的形狀和布局決定。各個顯示器像素5通過間隙彼此規(guī)則地間隔開。每一個顯示器像素5與開關(guān)元件相關(guān)聯(lián)，比如薄膜晶體管(TFT)或薄膜二極管(TFD)0顯示器像素被操作來產(chǎn)生顯示，這是通過向開關(guān)元件提供尋址信號實(shí)現(xiàn)的，并且適當(dāng)?shù)膶ぶ贩桨笇⑹潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。顯示面板3由光源7照明，光源7在本例中包括在顯示器像素陣列的區(qū)域上延伸的平面背光。來自光源7的光被引導(dǎo)穿過顯示面板3，其中各個單獨(dú)的顯示器像素5被驅(qū)動來對光進(jìn)行調(diào)制以及產(chǎn)生顯示。顯示設(shè)備I還包括設(shè)置在顯示面板3的顯示側(cè)的雙凸透鏡薄板9，其施行光引導(dǎo)功能連同視圖形成功能。雙凸透鏡薄板9包括彼此平行地延伸的一行雙凸透鏡元件11，為了清楚起見以夸大的規(guī)格示出 了僅僅其中一個。雙凸透鏡元件11采取分別具有垂直于所述元件的圓柱曲率延伸的細(xì)長軸12的圓雙凸凸透鏡的形式，并且每一個元件充當(dāng)光輸出引導(dǎo)裝置，以便從顯示面板3向位于顯示設(shè)備I前方的用戶的眼睛提供不同的圖像或視圖。顯示設(shè)備具有控制背光和顯示面板的控制器13。圖I中所示的自動立體顯示設(shè)備I能夠在不同方向上提供幾個不同的透視圖，也就是說其能夠?qū)⑾袼剌敵鲆龑?dǎo)到顯示設(shè)備的視場內(nèi)的不同空間位置。具體來說，每一個雙凸透鏡元件11處于每一行中的一小組顯示器像素5上方，在本例中，行垂直于雙凸透鏡元件11的細(xì)長軸延伸。雙凸透鏡元件11將一組當(dāng)中的每一個顯示器像素5的輸出投影在不同的方向上，從而形成幾個不同的視圖。隨著用戶的頭部從左向右移動，他/她的眼睛將依次接收到所述幾個視圖當(dāng)中的不同視圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，必須結(jié)合前面描述的陣列使用光偏振裝置，這是因?yàn)橐壕Р牧鲜请p折射的，其中折射率切換僅僅適用于具有特定偏振的光。所述光偏振裝置可以被提供為所述設(shè)備的顯示面板或成像設(shè)置的一部分。圖2示出了前面所詳細(xì)描述的雙凸透鏡類型的成像設(shè)置的操作原理，并且在剖面圖中示出了背光20、顯示設(shè)備24、液晶顯示面板和雙凸透鏡陣列28。圖2示出了雙凸透鏡設(shè)置28的雙凸透鏡27如何把一組像素當(dāng)中的像素26’、26’ ’和26’ ’ ’的輸出引導(dǎo)到顯示設(shè)備前方的對應(yīng)的三個不同空間位置22’、22’’和22’’’。所述不同位置22’、22’’和22’’’是三個不同視圖的一部分。按照類似的方式，顯示器像素26’、26’’和26’’’的相同輸出通過設(shè)置28的雙凸透鏡27’被引導(dǎo)到對應(yīng)的三個其他不同的空間位置25’、25’ ’和25’ ’ ’。三個空間位置22’到22’ ’ ’定義了第一觀看區(qū)或錐體29’，而三個空間位置25’到25’ ’ ’則定義了第二觀看錐體29’’。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，取決于能夠引導(dǎo)例如由像素26’到26’’’形成的一組像素的輸出的陣列的雙凸透鏡的數(shù)目，存在更多的這種錐體(未示出)。所述錐體填充顯示設(shè)備的整個視場，正如同樣關(guān)于圖5所解釋的那樣。前面的視圖引導(dǎo)原理導(dǎo)致在從一個觀看錐體行進(jìn)到另一個觀看錐體時發(fā)生的視圖重復(fù)，這是因?yàn)樵诿恳粋€錐體內(nèi)，相同的像素輸出被顯示在特定視圖中。因此，在圖2的例子中，空間位置22’ ’和25’ ’提供相同的視圖，但是分別處于不同的觀看錐體29’和29’ ’中。換句話說，特定視圖在所有觀看錐體中都顯示出相同的內(nèi)容。本發(fā)明就涉及這種視圖重復(fù)。圖3示出了關(guān)于圖I和2描述的多視圖自動立體顯示器的布局的更加詳細(xì)的剖面圖。特定雙凸透鏡(例如27)下方的每一個像素311到31νπ將對視圖321到32VI當(dāng)中的特定視圖做出貢獻(xiàn)。該透鏡下方的所有這些像素將一同對視圖錐體做出貢獻(xiàn)，其邊界由線371和37π表示。例如用觀看錐體角度(Φ )33表示的該錐體的寬度由幾個參數(shù)的組合決定，比如從像素平面到雙凸透鏡的平面的距離(D) 34和透鏡間距(PJ 35，正如從一般光學(xué)原理所能明顯看出的那樣。圖4示出了與圖3相同的剖面圖，其中示出由顯示面板24的像素3Iiv發(fā)出(或調(diào)制)的光被最靠近該像素的雙凸透鏡27收集以便導(dǎo)向觀看錐體29’的視圖32IV，而且還示出其被雙凸透鏡設(shè)置的相鄰?fù)哥R27’和27’’收集從而變?yōu)閷?dǎo)向不同觀看錐體29’’和29’’’的相同視圖32IV。這就是出現(xiàn)相同視圖的重復(fù)錐體的起源。在每一個錐體中產(chǎn)生的相應(yīng)視圖是相等的。在圖5中針對一個9視圖系統(tǒng)(即每一個錐體中有9個視圖)示意性地示出了這一效果。在這里，顯示設(shè)備53的整個視場50被劃分成多個觀看錐體51 (總共11個，其中僅僅通過附圖標(biāo)記51標(biāo)示出四個)，每一個觀看錐體具有相同的多個視圖52 (在本例中是9個，其僅僅針對其中一個觀看錐體被標(biāo)示出來)。為了獲得3D效果與分辨率懲罰之間的可以接受的折中，視圖的總數(shù)通常被限制·到9個或15個。這些視圖當(dāng)中的每一個具有通常1° -2°的角度寬度?，F(xiàn)在，觀看者54處于一個觀看錐體內(nèi)，并且只要他停留在所述一個觀看錐體內(nèi)就根據(jù)視圖內(nèi)的正確視差信息在他的眼中接收視圖。因此，他能夠觀察到?jīng)]有失真的3D圖像。因此，對于處在其中一個觀看錐體51內(nèi)的每一個觀看者都可以獲得相同的3D感知。但是視圖和觀看錐體的屬性在于其沿著視場具有周期性。如果用戶圍繞顯示器走動，則他在某點(diǎn)將跨越鄰近的觀看錐體之間的至少其中一條邊界，正如例如針對處在觀看錐體511和5111的邊界處的觀看者55所標(biāo)示出的那樣。在這樣的區(qū)段內(nèi)，兩只眼睛內(nèi)的圖像將不會正確地匹配。因此，例如在觀看者55的該位置處并且對于本例的9視圖系統(tǒng)，左眼將接收到例如觀看錐體511的第9圖像，并且右眼將接收到例如觀看錐體5111的第I圖像。但是由于左和右圖像被反轉(zhuǎn)，因此這些視圖具有錯誤的視差信息，這意味著圖像是幻視的。此外并且更加嚴(yán)重的是，在所述圖像之間存在非常大的差異，也就是說所述視圖彼此相距8個視圖。這被稱作“超幻視”觀看。在觀看者移動跨越錐體邊界時會觀察到不連續(xù)的跳躍。本發(fā)明提供顯示設(shè)備內(nèi)的可控光源，以便控制將觀看錐體投影到用戶的方向。這一點(diǎn)可以被用來操縱觀看錐體從而使得已知位置處的觀看者接近觀看錐體的中心，或者提供由多個時間順序的觀看錐體構(gòu)成的顯示輸出并且其中在錐體邊界處沒有圖像過渡。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第一顯示設(shè)備，其中在一個或更多不同的所期望的方向上投影一個或更多觀看錐體。同樣存在雙凸透鏡設(shè)置28和例如液晶顯示面板24之類的空間光調(diào)制器。在本例中，這些元件與前面關(guān)于圖I到5描述的相應(yīng)元件相同。將光源60 (例如發(fā)光二級管(LED)條帶)的集合放置在背光中，其中透鏡62處于其前方。透鏡62可以是一維的，從而其輸出是經(jīng)過準(zhǔn)直的光柱63的集合。在本例中，所述光柱垂直于圖6的附圖的平面延伸。如果透鏡是二維的，也就是說沿著兩條相交軸具有透鏡化功能，則后面在系統(tǒng)中需要發(fā)生漫射動作，例如空間光調(diào)制器上的球面透鏡，以便減輕其中一個軸方向上的透鏡化動作，從而再次具有經(jīng)過準(zhǔn)直的光柱集合。在背光設(shè)置的輸出側(cè)并且在準(zhǔn)直透鏡62之上提供可切換漫射器64。這是一項(xiàng)可選特征，其允許在本發(fā)明的單錐體模式與傳統(tǒng)的多錐體模式之間切換所述設(shè)備。通過沿著方向66關(guān)于透鏡62移動光源60，或者接通及關(guān)斷不同的光源60或光源60的不同集合以便例如模擬這樣的移動，可以關(guān)于顯示設(shè)備的法向68調(diào)節(jié)準(zhǔn)直方向。準(zhǔn)直方向的這一變化可以在離散的步驟中實(shí)施，或者可以按照連續(xù)的方式實(shí)施所述調(diào)節(jié)。頭部跟蹤設(shè)備被提供來確定觀看者的數(shù)目和位置。這是公知的設(shè)備，并且在圖6中示出了攝影機(jī)67以便示意性地表示頭部跟蹤系統(tǒng)。如果存在單個觀看者，則把可切換漫射器64切換到透明狀態(tài)，并且調(diào)節(jié)背光從而使得該觀看者接收到視圖集合。這樣就提供了本發(fā)明的單錐體設(shè)置。對于背光設(shè)置的調(diào)節(jié)基本上包括將光源60放置在關(guān)于透鏡62的正確位置。所述調(diào)節(jié)于是使得觀看錐體被引導(dǎo)成使得觀看者不處于觀看錐體的邊界處，而是完全處于所引導(dǎo)的觀看錐體內(nèi)。這一調(diào)節(jié)可以通過偏移光源或者通過接通或關(guān)斷特定光源而實(shí)現(xiàn)。后一種情況例如可以通過使用分段背光并且提供具有正確時間順序的電驅(qū)動而實(shí)現(xiàn)。替換地或附加地，可以例如利用具有偏振光源的漸變折射率透鏡(GRIN)技術(shù)來移動透鏡。例如在國際專利申請公開號W02007/072330中描述了這樣的移動或者透鏡的側(cè)向移位，該申請被全文合并在此以作參考。該技術(shù)允許偏移透鏡位置，并且可以被應(yīng)用于本發(fā)明的準(zhǔn)直透鏡。將會明顯看出并且可以使用實(shí)施準(zhǔn)直透鏡與背光源的所述相對位置偏移的其他方式?！ぴ趫D6所示的例子中，具有視圖I到9的觀看錐體69被引導(dǎo)在方向61上，從而針對所示出的觀看者如圖所示與法向68成一定角度65。方向61不需要觀看者二等分所述觀看錐體角度。所述方向使得觀看者完全處于觀看錐體內(nèi)就足夠了。因此，他的右眼必須至少被提供所引導(dǎo)的觀看錐體的視圖1，或者他的左眼必須被提供所引導(dǎo)的觀看錐體的視圖9。對于單個觀看者，這些觀看錐體方向調(diào)節(jié)可以在秒的長度標(biāo)度上進(jìn)行。觀看者跟蹤僅僅需要能夠在觀看者正在移動時跟隨他/她?？梢酝ㄟ^移動電話(蜂窩電話)的一個或更多攝影機(jī)或者其他手持式設(shè)備來實(shí)現(xiàn)觀看者跟蹤器。一般來說，移動電話或手持式設(shè)備僅僅由一個觀看者觀察到，因此觀看者跟蹤器可以有利地總是為所述一個觀看者提供最優(yōu)的視圖集合。因?yàn)閷τ谝粋€觀看者來說錐體調(diào)節(jié)不需要快速響應(yīng)，因此考慮到空間和有限的電力供給，在手持式設(shè)備中可以有利地避免復(fù)雜的驅(qū)動器和計算設(shè)備。如果存在更多觀看者，則系統(tǒng)確定每一個觀看者是否可以接收由定向背光設(shè)置生成的獨(dú)立無重疊的視圖集合。這一評估是基于觀看者的位置與觀看錐體的已知角度寬度的組合。如果可以為所有觀看者提供無重疊的觀看錐體，則按照時間順序驅(qū)動背光就像其是空間光調(diào)制器。因此就按照時間順序的方式在關(guān)于顯示設(shè)備的法向68的所期望的方向上生成不同的觀看錐體。隨后在提供特定圖像的驅(qū)動循環(huán)(幀)的不同子循環(huán)(子幀)內(nèi)生成不同的觀看錐體。換句話說，用于提供一個視頻幀或一幅圖像的顯示幀(時間)可以被劃分成各個子幀(時間)。不同的觀看錐體現(xiàn)在顯示視圖內(nèi)容，從而使得每一個對應(yīng)的觀看者不會體驗(yàn)到錐體過渡。因此，對應(yīng)于每一個觀看者的視圖被提供成使得每一個觀看者位于觀看錐體內(nèi)而不處在觀看錐體過渡上。這樣就可以減少或者避免觀看錐體過渡。一些觀看者可以共享觀看錐體，或者實(shí)際上所有觀看者(如果其靠近在一起的話)可能由單個觀看錐體服務(wù)。對于觀看者來說需要最小幀速率，通常是50Hz。這意味著如果存在需要單獨(dú)的觀看錐體的2個觀看者，則時間順序系統(tǒng)需要運(yùn)行在100Hz，并且如果存在3個人的話則是150Hz。因此系統(tǒng)的能力將存在一個物理極限，該極限取決于對于特定顯示設(shè)備硬件實(shí)現(xiàn)方式(例如包括空間光調(diào)制器)所能實(shí)現(xiàn)的幀速率。如果空間光調(diào)制器是基于液晶操作，則這樣的液晶單元的切換速度將是這方面的一個重要限制因素。如果所存在的觀看者多于所述時間順序系統(tǒng)鑒于有限幀速率所可能保持的情況，則可以接通漫射器64以便減少或去除對于光的準(zhǔn)直。所述系統(tǒng)于是轉(zhuǎn)向關(guān)于圖I到5所解釋的具有重復(fù)觀看錐體的標(biāo)準(zhǔn)多視圖性能。因此應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明的顯示器不需要具有漫射器來允許提供受引導(dǎo)的觀看錐體。背光可以被引導(dǎo)成使得視圖集合(即觀看錐體)的中心與觀看者最為接近。在這種情況下，觀看者可以在有限距離內(nèi)快速移動他的頭部而不會與所述視圖集合失去接觸，其間將不需要附加的觀看錐體方向調(diào)節(jié)。在另一個實(shí)施例中，其中顯示設(shè)備對于其光學(xué)設(shè)計足夠快(光學(xué)錐體尺寸由玻璃厚度和透鏡間距限定)，則顯示設(shè)備也可以不使用觀看者跟蹤，而是簡單地運(yùn)行在固定的時 間順序模式下。在這種情況下，顯示設(shè)備的整個視場上的所有視圖可能是不同的。完整的視場由多個觀看錐體填充，但是各個觀看錐體的所有視圖顯示不同的圖像信息。因此，位于觀看錐體邊界處的觀看者可以在子幀中用一只眼睛看到一幅圖像，并且在時間上鄰近的一個子幀中用另一只眼睛看到所述圖像，從而在觀看錐體邊界處避免了前面描述的(超)幻視成像。這就需要圖像數(shù)據(jù)編碼多出許多的視圖，并且可以有效地限定單個觀看錐體顯示，但是其中輸出會隨著子幀建立。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明顯看到，可能存在其中按照上述方式解決了特定錐體邊界同時其他錐體邊界則保持就位的情況。這樣就在特定方向上有效地擴(kuò)大了觀看錐體。顯示器前方的雙凸透鏡正如眾所周知的那樣降低了分辨率。對于一些應(yīng)用來說，有必要使得顯示器能夠顯示高分辨率2D圖像(例如在顯示文字信息時)而沒有任何分辨率損失。在這種情況下，顯示設(shè)備的光引導(dǎo)設(shè)置可以是在一種模式下具有光引導(dǎo)功能并且在另一種模式下具有透明的非光引導(dǎo)功能的設(shè)置?？梢郧袚Q的此類光引導(dǎo)設(shè)置可以通過多種方式來實(shí)施，例如像在國際專利申請公開號W01998/021620、W02008/126049、W02004/07045U W02004/070467, TO2005/006774、W02003/034748 或 TO2003/071335 中所公開那樣，其中的每一項(xiàng)被全文合并在此以作參考。基于對應(yīng)的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠毫無困難地實(shí)施其中每一種所公開的設(shè)置。通過使得雙凸透鏡可切換會把分辨率恢復(fù)到顯示設(shè)備的顯示面板的原生像素分辨率，但是在沒有時間順序掃描的定向背光的情況下，無法從所有角度都看到2D圖像，這是因?yàn)楸彻庠O(shè)置由于其光準(zhǔn)直也是定向的。這對于單用戶應(yīng)用可能是可以接受的，但是在一些應(yīng)用中(例如具有多個用戶)，則希望有廣角2D圖像。于是可以把可切換漫射器64切換到漫射狀態(tài)，以便把背光輸出轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)漫射光輸出。在這種模式下，顯示設(shè)備從而操作為常規(guī)的2D顯示設(shè)備。本發(fā)明的顯示設(shè)備具有類似于圖I中的現(xiàn)有技術(shù)控制器13的控制器，其控制背光和顯示面板。根據(jù)本發(fā)明的顯示設(shè)備在多視圖模式下優(yōu)選地需要提供良好地準(zhǔn)直的光束的背光設(shè)置。如果光不是足夠地準(zhǔn)直的，則通過特定(子)像素調(diào)制的光將對光引導(dǎo)裝置的多于一個透鏡有貢獻(xiàn)，從而在相鄰觀看錐體中給出重復(fù)視圖。使得背光設(shè)置提供良好地對準(zhǔn)的光通常需要可能昂貴或低效的復(fù)雜設(shè)計。針對這一問題的一種解決方案是使用提供略微沒有那么良好地準(zhǔn)直的光的背光，以及將光屏障陣列42放置在光引導(dǎo)設(shè)置28的透鏡40之間，正如圖7中所示出的那樣。如前所述，可以利用發(fā)光二級管(LED)形成用于提供經(jīng)過準(zhǔn)直的光的背光。此外還可以使用復(fù)合拋物線收集器(CPC)，其被放置成具有指向LC面板的不同角度。在前面的例子中，背光輸出的方向被控制成使得為顯示設(shè)備提供有限的觀看錐體輸出，其中所有視圖可以顯示不同的內(nèi)容。如果可以把觀看錐體投影到觀看者的已知位置，則作為顯示設(shè)備的視場，所述有限觀看錐體可能就是全部所需要的?？商鎿Q地，按照前面解釋的那樣可以通過時間順序的方式建立更大的視場。使用可控背光的一種替換方式是允許背光輸出覆蓋法向角度范圍(即直到在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)存在全內(nèi)反射為止，例如參見示出內(nèi)反射的圖4)，但是僅僅照明一些背光部分，從而使得每一個像素僅僅朝向光引導(dǎo)裝置中的一個透鏡被照明。在圖8中示出了這種方法，其中示出了具有光調(diào)制器24 (在本例中是液晶面板)與如前文中所述的具有透鏡27的光引導(dǎo)設(shè)置28相組合的顯示器。在特定時間t只有一個背光部分80在照明光調(diào)制器24，以便為 光引導(dǎo)元件提供光調(diào)制器輸出。按照時間順序的方式一個接一個地照明其他背光部分82。因此，背光包括可以被單獨(dú)地接通或關(guān)斷的線條光源80到82的集合。每一個視頻幀被分解成幾個子幀。在每一個子幀中，內(nèi)容被寫入到空間光調(diào)制器面板，并且背光中的其中一個線條光源被接通。各個子幀之間的差別在于，不同的線條光源被接通，并且利用不同內(nèi)容尋址LC面板。該不同內(nèi)容使得圖像的分辨率被順序地增大。舉例來說，與受照明光源相關(guān)聯(lián)的僅僅一個像素對被法向投影到顯示器的圖像有貢獻(xiàn)。每次使用不同的光源集合時，不同的像素集合對該視圖有貢獻(xiàn)，從而分階段增大圖像分辨率。舉例來說，空間光調(diào)制器完全像素間距可以是大約250微米。雙凸透鏡可以是傾斜tana為1/6的15視圖設(shè)置，但是也可以使用其他傾斜角度來獲益。線條光源寬度可以是近似I毫米，并且模塊的厚度大約是6厘米。背光接通及關(guān)斷線條光源，從而使得穿過像素的光基本上照明單個透鏡。與對應(yīng)于每一次光源照明事件改變像素數(shù)值的快速空間光調(diào)制器顯示面板相組合，可以獲得沒有觀看錐體過渡的單個觀看錐體體驗(yàn)。在利用前面的方法操作的顯示設(shè)備中所需要的光源的數(shù)目可以通過測試所述設(shè)備來確定，比如利用最小數(shù)目的光源顯示全白色圖像。雙凸透鏡陣列具有漫射效果，并且如果各個線條光源足夠靠近在一起，則可以省略通常所存在的背光中的漫射器。通過要求穿過像素的光基本上照明單個透鏡給出了光源與顯示器的距離、光源的寬度與透鏡間距之間的關(guān)系。如果所期望的配置意味著一些像素可能仍然會照明幾個透鏡，則可以關(guān)斷這些像素以便去除偽像。因此，一些像素不處于“操作中”，并且沒有顯示面板的“操作中”的區(qū)段由多于一個光源照明。不處于操作中的區(qū)段被設(shè)定到吸收(即黑色)狀態(tài)。傳統(tǒng)的背光包括漫射器以便提供均勻輸出。對于這種設(shè)計，優(yōu)選的是用光吸收層來替代背部漫射器，或者將漫射器放置成與光源非?？拷?。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的漫射器將阻礙本應(yīng)用中所需要的來自單個方向范圍的像素照明。因此，由于穿過像素的光不應(yīng)當(dāng)過于發(fā)散，因此優(yōu)選地在背光中不使用反射偏振器。當(dāng)前常見的是關(guān)于顯示器傾斜雙凸透鏡，以便改進(jìn)水平3D分辨率。線條光源的長軸在線條光源的線條方向上延伸，并且可以按照與各個小雙凸透鏡相同的方式傾斜光源，從而使得在雙凸透鏡細(xì)長軸與光源線條長軸之間存在更好的映射。這樣可以減少光學(xué)上的光偽像。在圖8中，單個光源(例如80)的光基本上在所有方向上發(fā)散。為了將來自面板24的像素的光投影到單個透鏡(例如27)，每次接通一個光源。由于各條被照明的燈線條的間隔使得子像素處的光是來自僅僅一個燈線條，因此在一個子幀中生成的分辨率非常低。為了獲得良好的分辨率，在將被同時操作的燈線條的間隔之間應(yīng)當(dāng)提供許多燈線條，從而得到許多子幀。這就需要對應(yīng)于空間光調(diào)制器面板24的高刷新/幀速率。為了降低幀速率，可以在背光中提供吸收壁以便限定各個節(jié)段。每一個節(jié)段于是可以被同時驅(qū)動，并且子幀的數(shù)目對應(yīng)于每一個節(jié)段中的背光光源的數(shù)目。在圖9中示出了這種設(shè)置，其具有關(guān)于圖8所描述的完全相同的單元，并且其中吸收壁被顯示為90。在所示出的設(shè)置中，每一個節(jié)段有兩個背光光源，并因此僅有兩個子幀。通過圍繞光源放置偏振敏感準(zhǔn)直器可以獲得相同的效果。在準(zhǔn)直器的出口處可以提供反射偏振器，從而使得LC面板接收到偏振光。這樣會提高效率。優(yōu)選的是準(zhǔn)直器也像CPC那樣展度守恒(etendue conserving)。這種設(shè)置在圖10中示意性地示出，其中鏡面反·射壁被顯示為100，并且無漫射反射偏振器被顯示為102。在圖9的例子中，提供吸收器以便限制光的發(fā)散，從而降低幀速率。在圖11的設(shè)置中，在光源112、114之間提供間隔器110，并且LC面板24是透明的并且具有高于周圍介質(zhì)的折射率。所述間隔器充當(dāng)光導(dǎo)，其被放置在光源112、114正上方并且與LC面板24直接鄰近，從而限制光的發(fā)散。這一限制是由于當(dāng)光進(jìn)入光導(dǎo)110時會發(fā)生折射。該間隔器包括背光光學(xué)平板/基板?？梢栽诠庠磁c間隔器110之間提供氣隙，這同樣是為了限制基板內(nèi)部的最大光射線角度。該臨界角度被定義為氣隙的折射率與基板的折射率的比值的反正弦。由于光射線角度范圍受到限制，因此IXD中的固定數(shù)目的像素被照明。這些被照明的像素對應(yīng)于總體3D雙凸透鏡中的特定圓柱透鏡中的3D視圖。圖12示出了類似于圖11的設(shè)置，但是其中每一個背光光源120的角度輸出覆蓋單個雙凸透鏡。背光平板/基板和LCD面板處于光學(xué)接觸中，并且示出了氣隙122。(例如)圖12中的陰影區(qū)124對于定向背光的光學(xué)功能沒有貢獻(xiàn)。因此，可以從陰影區(qū)124和其他等效區(qū)段去除基板材料。在圖13中示出了經(jīng)過整形的定向背光基板/平板?；宓淖畲笾亓繙p輕與從所述板上消除的區(qū)表面的數(shù)量有關(guān)。在理論上可以獲得最大50%的重量減輕。在實(shí)踐中，如圖14中所示，必須有用以保持單塊基板具有足夠機(jī)械剛度的最小聞度h。在這種情況下，最大體積減小是
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在這里，h是對應(yīng)于機(jī)械剛度所必需的最小高度，H是總的基板厚度。舉例來說，對于最小厚度h為5mm的4cm厚的基板，仍然可以獲得48%的重量減輕。在圖14中，使得側(cè)壁126具有光學(xué)吸收性。側(cè)壁還可以具有其他光學(xué)功能，比如CPC反射鏡曲率并且替換地具有反射屬性。如果對應(yīng)于(如在前面的例子中解釋的)時間順序的操作每個圓柱透鏡必須有多個LED線條(例如N個)，則基板中的可能重量減輕減少1/(2N)的因數(shù)。在前面的例子中，背光被設(shè)計成使得穿過像素的光將實(shí)質(zhì)上擊中單個透鏡。為此，來自背光的光是源自諸如燈線條之類的集中位置。將沒有像素每次被多于一個燈線條照明。為了優(yōu)化設(shè)計，要求對應(yīng)于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則具有降低呈現(xiàn)芯片的計算能力的目標(biāo)，從而降低3D套裝的成本。圖15被用來解釋在呈現(xiàn)顯示時所面對的困難，并且示出了如何在傳統(tǒng)設(shè)備中呈現(xiàn)9個視圖。優(yōu)選的是，將雙凸透鏡傾斜arctan (1/3)或arctan (1/6)的角度，以便改進(jìn)3D顯示器的像素結(jié)構(gòu)。此外，透鏡間距下方的子像素的數(shù)目具有優(yōu)選的數(shù)值。其中一個最為常見的數(shù)值是在arctan (1/6)的傾斜角度下對應(yīng)于4. 5個子像素的透鏡間距，從而給出9視圖3D顯示器。這種配置在圖15中示出，并且被用于解釋設(shè)計優(yōu)化?！?br> 在具有法向背光的9視圖系統(tǒng)中(即多錐體實(shí)現(xiàn)方式)，視圖數(shù)目由透鏡下方的子像素的位置決定，或者由子像素中心到透鏡軸的距離決定。對于9視圖系統(tǒng)，該距離是[-2.5，-2，-I. 5, -I, -O. 5, O, O. 5, I, I. 5, 2]*p，其中 p 是子像素的間距。這些距離對應(yīng)于視圖編號I到9。如果光穿過相鄰?fù)哥R，則視圖數(shù)目將由于視圖重復(fù)而是相同的。對于如前所描述的單錐體顯示，情況是不同的。由于沒有視圖重復(fù)，因此有更多可尋址視圖。這特別與其中燈線條與多個透鏡相關(guān)聯(lián)的本發(fā)明的例子有關(guān)。因此，每一個像素照明僅僅一個透鏡，但是一組透鏡由一個燈線條照明(例如參見圖8、9和11)。來自燈線條并且穿過像素的射線可能擊中不處于所述像素的正上方的透鏡，從而在大于法向觀看錐體的角度下產(chǎn)生光(例如如圖9中所示)。由于其光學(xué)構(gòu)造，在某些時間將沒有光射線可以到達(dá)像素上方的透鏡。因此，可以利用對應(yīng)于大角度的圖像信息來呈現(xiàn)該像素。取決于燈線條的間隔以及透鏡和子像素的間距，顯示器將生成N個視圖，并且可以從視圖O處的最大負(fù)值角度開始對于遞增角度對這些視圖進(jìn)行遞增編號。如果沒有采取特殊預(yù)防措施，則所生成的視圖與子像素之間的對應(yīng)性不像對應(yīng)于9視圖顯示器的情況那樣處于固定的重復(fù)模式下。呈現(xiàn)圖像的方式取決于幾何結(jié)構(gòu)，并且可以從射線追蹤找到視圖映射并且可以將其存儲在查找表中。但是這是代價相當(dāng)高昂的操作，因?yàn)槠溽槍γ恳幌袼財?shù)都需要幀緩沖和查找動作。與此同時，畫面質(zhì)量和像素結(jié)構(gòu)對于所有觀看角度是否相同也是成問題的。因此將希望為顯示器提供更加可預(yù)測的結(jié)構(gòu)，從而降低計算能力和成本。圖16示出了一種實(shí)現(xiàn)方式，其中對于透鏡160與像素平面162之間的距離(屯)和像素平面162與燈線條164之間的距離(d2)使用已定義的比值。圖16a示出了穿過單行的剖面圖，并且圖16b示出了擊中相同的透鏡從而行為類似的由6個子像素構(gòu)成的子集。作為一項(xiàng)基本假設(shè)，假設(shè)雙凸透鏡的間距和傾斜使得在雙凸透鏡的每一個透鏡下方存在按照相同方式定位的由M個子像素構(gòu)成的整數(shù)集合。如果這樣的顯示器雙凸透鏡組合與傳統(tǒng)的背光一起使用，則3D顯示器將生成M個視圖。數(shù)目M被定義為
M = Miw X P> e ir P[等式 I]Plens是雙凸透鏡的間距，P是子像素間距，nrow是其后透鏡軸將處于子像素上方的相同位置的行數(shù)。例如對于1/6的傾斜，nrow將是2。為了進(jìn)行高效地呈現(xiàn)，需要行為類似的像素塊。對于圖16的所提出的光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)來說，這樣的塊可以由來自其中的光在相同的小雙凸透鏡中折射的像素構(gòu)成。可以利用相繼的視圖編號來呈現(xiàn)該塊中的像素。為了使其行為類似，擊中相同透鏡的像素數(shù)目應(yīng)當(dāng)是恒定的并且是整數(shù)。直接明了的幾何計算表明，如果下式成立則該條件得到滿足
(hhmm .= K (N是整數(shù))[等式2]
該等式基本上要求對所述子像素的圖像進(jìn)行縮放(縮放因數(shù)為(C^d2)M2),從而使得整數(shù)個子像素配合到透鏡寬度中。利用相繼的編號來呈現(xiàn)各個子像素塊。然而相鄰塊被類似地呈現(xiàn)，但是是利用增大或減小的視圖編號來呈現(xiàn)。該視圖編號將高出或低出(M-N)。這將繼續(xù)到來自燈線條的·光到達(dá)最后一個子像素為止，隨后將由下一個燈線條接管，并且呈現(xiàn)再次開始于視圖編號O0下面將參照圖16c進(jìn)一步對此進(jìn)行解釋。這是基于沒有傾斜的9視圖系統(tǒng)的最簡單的例子。因此M=9 (每一個透鏡下方9個子像素)，并且距離dl和d2使得6個子像素將照明相同的小雙凸透鏡。在這種情況下，如圖所示I、2、3、4、5、6相繼地呈現(xiàn)照明透鏡WO1的6個子像素。在左側(cè)與子像素I相鄰的子像素165仍然處在具有透鏡軸A的相同透鏡160:的正下方，但是來自線光源的光穿過該像素WO1將擊中具有透鏡軸A’的左側(cè)相鄰的小雙凸透鏡1602。透鏡中心與子像素中心之間的距離決定視圖編號。對于所示出的像素165是視圖9。和標(biāo)記為6的子像素與透鏡軸A’的子像素間距相比，像素165與透鏡軸的子像素間距是其(M-N)(=3)倍遠(yuǎn)。所述(M-N)跳躍也將發(fā)生在下一個透鏡邊界。對于正確地工作的3D顯示器，每一個視圖編號應(yīng)當(dāng)針對每一個燈線條至少出現(xiàn)一次，以便避免特定觀看角度下的畫面中的黑暗區(qū)段。如果(M-N) <=N則該條件得以滿足。但是還有另一個條件需要滿足，即某一視圖編號被呈現(xiàn)的次數(shù)對于每一個視圖編號是相同的。如果下面的等式成立，則該條件得到滿足
= Ir 和 &fK[等式 3]
通過把等式2代入到3中則得到下式
[等式4]
因此，從燈線條到像素平面的間隔是從像素平面到雙凸透鏡陣列的間隔的整數(shù)倍。為了說明這些條件,選擇具有M=9和N=6的3D顯示器的例子。通過選擇Plens=4. 5*p和nMWS=2可以獲得M=9個視圖(參見等式I)。根據(jù)等式2,當(dāng)(^=2* 時，N=6。在圖16a中已經(jīng)使用了這些參數(shù)，并且該圖表明4. 5個子像素的透鏡間距導(dǎo)致來自三個相繼子像素的光擊中同一個透鏡。由于1/6的傾斜，處于下方的顯示器行包含由擊中該透鏡的3個子像素構(gòu)成的另一個集合。在圖16b中示出了由6個子像素構(gòu)成的各個塊如何定位。該圖示出了透鏡下方的像素的位置，即像素位置I最靠近透鏡左邊界，并且像素位置6最靠近透鏡右邊界。透鏡的兩側(cè)邊界被顯示為164。
本發(fā)明的該方面是基于認(rèn)識到并不需要按照前述方式呈現(xiàn)視圖，而是需要利用前面參照圖16c解釋的M-N視圖偏移來呈現(xiàn)視圖。圖17被用來解釋如何呈現(xiàn)像素。如前所述，各個塊中的子像素被相繼地編號，并且相鄰塊的像素的視圖編號相差3個視圖。對于光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)的這種選擇的結(jié)果是每一個子像素將對于每一個燈線條出現(xiàn)兩次。一般來 說，除了對于處在最大觀看角度下的視圖有貢獻(xiàn)的像素之外，每一個像素出現(xiàn)k次。在像素出現(xiàn)兩次的情況下，沒有重復(fù)的最大觀看角度下的視圖數(shù)目將是(M-N)個，這是因?yàn)?M-N)的偏移將意味著最先的(M-N)個視圖沒有重復(fù)。因此，在圖17中，視圖
1、2、3將不會出現(xiàn)兩次。對應(yīng)于這些視圖的潛在圖像失真不成問題，因?yàn)槠湓诜浅４蟮慕嵌认鲁霈F(xiàn)。在出現(xiàn)k次的像素的最一般的情況下，k由等式3定義。參照前面的圖9的實(shí)施例，燈線條與像素不是通過折射率η>1的介質(zhì)分開以便限制角度發(fā)散，而是通過空氣分開。使用吸收壁來限制光到達(dá)像素的角度。其結(jié)果是，應(yīng)當(dāng)通過乘以η來適配用在等式2-4中的d2的定義
dZ = d2K H[等式 5]
可以通過不同的方式來說明這一點(diǎn)，即距離d2*應(yīng)當(dāng)?shù)扔跓艟€條與像素之間的遂鏡分廣中游有效光學(xué)路徑長度，并且該距離d2*是距離dl*的整數(shù)倍，其中距離dl*是像素與透鏡之間的遂鏡分質(zhì)中游有效光學(xué)路徑長度。在圖9上標(biāo)出了距離d2*。參照圖10的實(shí)施例，使用準(zhǔn)直器來限制光到達(dá)顯示器的角度。在本例中，d2應(yīng)當(dāng)是準(zhǔn)直器的端面與像素平面之間的光學(xué)距離。這在圖10上標(biāo)出。針對背光使用燈線條還導(dǎo)致涉及驅(qū)動方案的其他問題。這方面特別涉及其中將不同的燈線條集合順序地接通的實(shí)現(xiàn)方式。燈線條被設(shè)置在交替接通的(至少兩個)線條的集合中。所出現(xiàn)的問題在于，顯示器的尋址通常是從上到下，并且燈線條基本上在該相同的方向上延伸。其結(jié)果是，沿著燈線條生成的光將到達(dá)在前一個或下一個子幀中尋址的像素，從而導(dǎo)致串?dāng)_。為了解決這一問題，可以對燈線條進(jìn)行分段，并且相應(yīng)地改動驅(qū)動方案。在前面描述的按照時間順序的方式提供視圖的設(shè)置中，例如可以通過參照圖11所解釋的那樣使用兩個燈線條集合而使得顯示器的分辨率加倍。對于行尋址的顯示器，比如可以買到的IXD顯示器，會出現(xiàn)串?dāng)_問題。對顯示器進(jìn)行逐行尋址，并且在尋址了第一幀的最后一行之后，將開始尋址下一幀的第一行。因此只有一個時刻是利用一幀的所有信息對顯示器進(jìn)行尋址。但是該時刻的持續(xù)時間過短，因此無法從燈線條生成足夠的光以便從顯示器得到足夠的亮度。與此同時，顯示器的最后幾行已被尋址，但是LC沒有足夠的時間來切換到所期望的狀態(tài)。其結(jié)果是，在顯示器的下部顯示的信息不正確。針對這一問題的一種解決方案是從上到下分段掃描燈線條。為此，對燈線條進(jìn)行分段，并且與對于顯示器的驅(qū)動同時實(shí)施對于各個節(jié)段的驅(qū)動。切換節(jié)段的定時應(yīng)當(dāng)使得當(dāng)LC切換到其所期望的狀態(tài)時接通燈線條。對于顯示器的時間順序驅(qū)動可能會出現(xiàn)另一個問題，其類似于可以在交織顯示器中觀察到的線條爬行(line crawling)偽像。燈線條的驅(qū)動方法也可以減輕線條爬行的影響。在圖18中示出了所使用的背光的示意圖。所述背光由在與顯示器(未示出)前方的雙凸透鏡相同的方向上傾斜的燈線條構(gòu)成。所述燈線條被劃分成在圖中分別由I和2表示的兩個集合。燈線條可以被劃分成能夠被單獨(dú)驅(qū)動的各個部分(在這里被標(biāo)記為a. . .m)。意味著來自集合I中的所有燈線條的節(jié)段(a)的所有節(jié)段al互連,正如a2、bl、b2等等一樣。為了進(jìn)行說明，圖19示出了僅僅其中一個節(jié)段190被接通的背光。所述節(jié)段對應(yīng)于第2組燈線條和節(jié)段d。由于光在其傳播方向上受到燈線條與像素平面之間的光學(xué)板的限制，因此光將僅僅照明顯示器的一部分。這由白色區(qū)域190標(biāo)示。圖中表示出由燈線條照明的顯示器中的最低行(rowm)和最高行(rown)?？雌饋矸线壿嫷淖龇▽⑹蔷o接在尋址r0Wm之后接通所述節(jié)段。但是這沒有考慮到LC的切換時間。如果燈線條在此時被切換，則來自先前子幀的數(shù)據(jù)將仍然處于該像素上?！び捎谠谠撟訋薪油瞬煌臒艟€條，因此圖像內(nèi)容相當(dāng)不同，從而導(dǎo)致顯著的串?dāng)_。通過考慮到切換時間τ，應(yīng)當(dāng)在尋址了該行經(jīng)過時間τ之后接通燈線條。一旦尋址了最高行ι·ο η，就應(yīng)當(dāng)關(guān)斷燈線條節(jié)段d2。作為結(jié)論，可以得出下面的規(guī)則集合
(i)在利用當(dāng)前子幀的信息尋址了由所述節(jié)段照明的最低行經(jīng)過時間τ(毫秒量級)之后接通該節(jié)段；
(ii)在利用下一幀的信息尋址了由所述節(jié)段照明的最高行時關(guān)斷該節(jié)段；
(iii)對于顯示器的最低節(jié)段，不存在由所述節(jié)段照明的物理最低行。在這里，應(yīng)當(dāng)在對接下來的各個子幀的第一行的其中之一進(jìn)行尋址時尋址所述節(jié)段。該行可以被如下計算
權(quán)利要求
1.一種用于在顯示器的視場內(nèi)提供多個視圖的多視圖顯示設(shè)備，其包括 -包括像素的顯示面板(24)； -包括窄而長的光源(30)的設(shè)置的背光，其中每一個光源在被接通時照明相關(guān)聯(lián)的像素區(qū)段； -設(shè)置在顯示面板(24)前方的透鏡(28)的陣列，其中每一個被照明像素的光確切地到達(dá)一個透鏡；以及 -被適配成控制顯示面板(24 )和光源(30 )的設(shè)置的顯示設(shè)備控制器，從而提供同時包括由至少三個2D視圖構(gòu)成的集合并且沒有各個單獨(dú)的2D視圖的重復(fù)的部分顯示輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，透鏡(28)的陣列把顯示面板的像素平面成像到基本上無限遠(yuǎn)。
3.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，在所述設(shè)備的操作期間，利用圍繞一個共同方向的預(yù)定光散布來照明所有像素，從而使得在一次照明操作期間，在顯示設(shè)備的部分視場內(nèi)生成所述由至少三個2D視圖構(gòu)成的集合。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其還包括頭部跟蹤系統(tǒng)(35)，并且其中顯示設(shè)備的所述部分視場是基于接收自頭部跟蹤系統(tǒng)(35 )的輸入來選擇的。
5.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備,其中，所述背光還包括與每一個光源(30)相關(guān)聯(lián)的透鏡(32)以用于提供經(jīng)過準(zhǔn)直的定向輸出。
6.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述光源(30)是獨(dú)立可控的，并且所述部分顯示輸出包括由致動所述光源(30)的子集而得到的顯示輸出，其中來自每一個所致動的光源的輸出照明顯示面板(24)的對應(yīng)區(qū)段，并且沒有顯示面板的受操作區(qū)段由多于一個光源(30)照明。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其還包括光源與顯示面板之間的間隔器(70)，其被設(shè)置成限制對應(yīng)于背光的每一個光源(50 )的所述對應(yīng)區(qū)段。
8.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其還包括偏振敏感的準(zhǔn)直光學(xué)設(shè)備和反射偏振器，所述偏振敏感的準(zhǔn)直光學(xué)設(shè)備和反射偏振器被設(shè)置成使得來自一種偏振的光源的光的路徑基本上不發(fā)生改變，同時垂直于所述偏振的偏振則基本上被朝向光源反射。
9.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，被轉(zhuǎn)換成穿過透鏡材料的有效光學(xué)距離的像素平面與透鏡陣列之間的距離是dl*，被轉(zhuǎn)換成穿過透鏡材料的有效光學(xué)距離的光源與像素平面之間的距離是d2*，并且d2*=kdl*，其中k是整數(shù)。
10.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述光源從顯示器的頂部到底部對準(zhǔn)各個透鏡的長軸延伸，并且其中每一個光源被分段成各個獨(dú)立可驅(qū)動的節(jié)段。
11.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述顯示面板(24)包括LC顯示器像素的陣列，并且其中所述光源(30)包括LED條帶。
12.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其還包括可切換漫射器(34)以用于把背光的輸出從定向輸出轉(zhuǎn)換成漫射輸出。
13.如任一條在前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述背光包括透明平板，其中所述平板的剖面被定形為具有切出部分(84)的矩形形狀，其中所述切出部分被定位在光源(50)之間的來自光源的光散布不到的區(qū)域中。
14.一種操作用于在顯示器的視場內(nèi)提供多個視圖的多視圖顯示設(shè)備的方法，所述顯示設(shè)備包括各個像素、背光以及設(shè)置在顯示面板(24)前方的透鏡(28)的陣列，其中所述背光包括窄而長的光源(30)的設(shè)置，其中每一個光源在被接通時照明相關(guān)聯(lián)的像素區(qū)段，其中，所述方法包括 對顯示面板(24)和光源(30)的設(shè)置進(jìn)行控制從而提供部分顯示輸出，所述部分顯示輸出同時包括由至少三個2D視圖構(gòu)成的集合并且沒有各個單獨(dú)2D視圖的重復(fù)，并且其中每一個被照明像素的光確切地到達(dá)一個透鏡。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中 -在所述設(shè)備的操作期間，利用圍繞一個共同方向的預(yù)定光散布來照明所有像素，從而在顯示設(shè)備的部分視場(36)內(nèi)生成一個或更多視圖；或者 -在所述設(shè)備的操作期間，致動所述光源(30)的子集，其中來自每一個所致動的光源的輸出照明顯示面板的對應(yīng)區(qū)段，并且沒有顯示面板的受操作區(qū)段由多于一個光源照明。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多視圖照明設(shè)備，其包括像素化顯示面板和背光，所述背光包括光源(30)的設(shè)置，其中每一個光源在被接通時照明顯示面板的相關(guān)聯(lián)的像素區(qū)段。顯示控制器被適配成控制像素化顯示面板和光源設(shè)置，從而提供同時包括由至少三個2D視圖構(gòu)成的集合并且沒有各個單獨(dú)的2D視圖的重復(fù)的部分顯示輸出。這種設(shè)置提供具有像素的受控照明方向的輸出，從而避免了視圖重復(fù)。所述輸出可以是單個視圖錐體，并且可以從該處觀看所述視圖錐體的位置取決于背光的被激活的光源與顯示面板之間的關(guān)系。
文檔編號G02B27/22GK102906627SQ201180025274
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者F.皮爾曼, O.H.威廉森, L.R.R.德斯梅特, M.斯魯伊特, S.T.德滋瓦特, M.P.C.M.克里恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司