本發(fā)明涉及一種多觀看方向顯示器(multiple view directional display)，例如，當(dāng)用戶的頭部向左或向右移動(dòng)時(shí)可以保持3D效果的自動(dòng)立體(免戴眼鏡)3D系統(tǒng)。本發(fā)明與視差屏障系統(tǒng)和柱狀透鏡系統(tǒng)兼容。

背景技術(shù)：

多年來，人們一直在努力創(chuàng)造更好的自動(dòng)立體3D顯示器，而本發(fā)明在該領(lǐng)域中取得進(jìn)一步的進(jìn)展。自動(dòng)立體顯示器是在不需要用戶戴眼鏡的情況下給出立體深度的顯示器。這是通過向每只眼睛投射不同的圖像來實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)立體3D顯示器可以通過使用視差光學(xué)技術(shù)如視差屏障(parallax barrier)或柱狀透鏡(lenticular lenses)來實(shí)現(xiàn)。

用于觀看3D圖像的視差屏障技術(shù)的設(shè)計(jì)和操作在來自日本德島大學(xué)的文章(“Optimum parameters and viewing areas of stereoscopic full color LED display using parallax barrier”，Hirotsugu Yamamoto等人，IEICE Trans Electron，vol E83-c no 10Oct 2000)中有詳細(xì)披露。

在US20120229896中詳細(xì)披露了用于觀看3D圖像的柱狀透鏡技術(shù)的設(shè)計(jì)和操作。

圖1(a)和圖1(b)示出與用于創(chuàng)造3D顯示器的圖像顯示器結(jié)合使用的視差屏障技術(shù)的基本設(shè)計(jì)和操作。用于左眼和右眼的圖像在該圖像顯示器的交替像素列上交錯(cuò)。該視差屏障中的狹縫允許觀看者從其左眼的位置只看到左圖像像素，從其右眼的位置只看到右圖像像素。

固定的視差屏障或透鏡系統(tǒng)具有的缺點(diǎn)是觀看者只有在嚴(yán)格的觀看區(qū)域中才觀看到立體圖像。在這些區(qū)域之外，用于左眼的像素信息可能到達(dá)右眼，反之亦然。圖2(a)示出用戶怎樣才能看到正確的圖像，并且圖2(b)示出作為觀察者相對(duì)于顯示器側(cè)向移動(dòng)的結(jié)果，用戶如何可以看到幻視(pseudoscopic)圖像，其中每只眼睛看到來自錯(cuò)誤的像素區(qū)域的光。

可以通過跟蹤用戶眼睛的位置來調(diào)整系統(tǒng)，以便改變觀看區(qū)域的大小和位置。這些改進(jìn)可以通過改變像素值(即，改變提供給顯示器的像素的數(shù)據(jù)值)或者通過改變屏障參數(shù)或兩者的組合來實(shí)現(xiàn)。

機(jī)械跟蹤涉及相對(duì)于像素和屏幕物理地移動(dòng)視差屏障或光學(xué)器件。US6377295和US5083199描述了如何分別利用柱狀透鏡系統(tǒng)和視差屏障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。US6377295的作者注意到，機(jī)械跟蹤具有缺點(diǎn)。向系統(tǒng)添加機(jī)械元件可能增加總系統(tǒng)成本，而對(duì)移動(dòng)部件的依賴將降低系統(tǒng)魯棒性。另一個(gè)問題是機(jī)械系統(tǒng)的跟蹤速度可能不夠快，以至于不能應(yīng)對(duì)用戶位置的快速變化。

例如在EP0860729-B1中討論的電跟蹤可以通過使用由液晶構(gòu)成的視差屏障，并且對(duì)其進(jìn)行電尋址以便在空間上改變其透射特性來實(shí)現(xiàn)。這種屏障具有某些優(yōu)點(diǎn)：它不包含移動(dòng)部件，并且可以切換到透射狀態(tài)以便給出全分辨率2D模式。這種方法不是沒有缺點(diǎn)：制作高質(zhì)量的可切換LC屏障在技術(shù)上是非常具有挑戰(zhàn)性的?？扉T必須在小于顯示器像素的尺度上可控，這在技術(shù)上是復(fù)雜的?？扉T不能包括任何不透明特征，這可能導(dǎo)致在2D模式下底層顯示器具有云紋(Moire)問題。電子屏障的離散切換可能導(dǎo)致所得圖像的亮度均勻性的問題。

在固定透鏡或屏障下跟蹤像素值提供優(yōu)于跟蹤屏障設(shè)計(jì)的一些吸引人的優(yōu)點(diǎn)。由于不需要跟蹤屏障，所以系統(tǒng)可以更簡(jiǎn)單和更便宜--可以使用透明和不透明特征的印刷視差屏障代替昂貴且復(fù)雜的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)的跟蹤速度顯著取決于圖像顯示器的速度，但是為視頻內(nèi)容設(shè)計(jì)的移動(dòng)顯示器已經(jīng)以快速的幀速率運(yùn)行。跟蹤像素系統(tǒng)可以比跟蹤屏障型顯示器更容易放大到大顯示尺寸。

K Akiyama和N Tetsutani在“3-Dimensional Visual Communication”，ITEC'91,1991OTE Annual Convention中披露了早期的跟蹤像素3D顯示器。在該設(shè)計(jì)中，柱狀透鏡片按角度地復(fù)用來自顯示器上相鄰列的像素的光。位置檢測(cè)器監(jiān)視用戶的位置，使得顯示器在用戶從最初觀看窗口移出時(shí)切換在像素列上顯示的信息。該系統(tǒng)大大增加了頭部自由度，但當(dāng)用戶在觀看窗口之間切換時(shí)引入非常明顯的偽影。

US5959664公開了一種改進(jìn)的系統(tǒng)，其中圖像顯示器包含右眼數(shù)據(jù)、左眼數(shù)據(jù)和哪只眼睛都看不到的一些區(qū)域。這些冗余區(qū)域是非常重要的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S增加的Z容差和更平滑的跟蹤。代替執(zhí)行可見的左/右圖像數(shù)據(jù)交換，可以將適當(dāng)?shù)膱D像數(shù)據(jù)加載到觀察者還不可見的區(qū)域中。當(dāng)觀察者的頭部側(cè)向移動(dòng)時(shí)，可以看到正確的觀看信息，從而允許平滑跟蹤。

即使有了這些進(jìn)展，當(dāng)前的頭部跟蹤3D技術(shù)也遠(yuǎn)非完美。具體來說，針對(duì)用戶朝向或遠(yuǎn)離顯示器的移動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整仍然是主要未解決的問題。具有良好亮度均勻性的平滑跟蹤仍然是另一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

JP2012/053432提出一種立體圖像顯示裝置，其包括：顯示模塊，其中能夠分別顯示第一方向圖像和第二方向圖像的第一像素和第二像素在水平方向上交替排列；以及屏障模塊，其與顯示模塊間隔開預(yù)定距離，并且控制具有傾斜圖案的屏障的驅(qū)動(dòng)，所述傾斜圖案排列成使得觀看者的左眼和右眼分別選擇性地觀看像素單元中在水平方向上的第一像素和第二像素。第一像素和第二像素分別包括顯示紅色光、綠色光和藍(lán)色光的子像素，并且所述傾斜圖案配置為使得屏障設(shè)置在這樣的位置：當(dāng)觀看以矩陣形式依次排列的第一像素和第二像素時(shí)，在該位置的子像素單元以每個(gè)預(yù)定的豎直方向上的行數(shù)向左側(cè)或向右側(cè)連續(xù)移位。

WO2013/094192提出一種顯示裝置，包括：顯示部，其用于通過使用按矩陣排列的顯示元件來顯示要由左眼和右眼觀看的左圖像和右圖像的合成圖像。該顯示部限定分別用于顯示左圖像和右圖像的第一元件組和第二元件組。第一元件組包括位于彼此不同的第一和第二垂直位置的第一和第二高度組。第二元件組包括在水平方向上分別與第一和第二高度組相鄰的第一和第二相鄰組。第一和第二相鄰組包括分別與第一和第二高度組相鄰的第一和第二相鄰元件。第一相鄰元件發(fā)射與第二相鄰元件不同的發(fā)光顏色的光。

US2013135719提出一種立體顯示裝置，包括顯示面板和視差屏障面板。顯示面板包括具有像素單元的像素陣列，每個(gè)像素單元包括子像素。在顯示面板的一側(cè)的視差屏障面板包括第一基板、第一電極、第二電極、第二基板、第三電極、第四電極和雙折射介質(zhì)。第一電極和第二電極交替排列在第一基板上；第一電極和第二電極的延伸方向平行于X方向。第三電極和第四電極交替地排列在第二基板上；第三電極和第四電極的延伸方向不平行于X方向；第三電極和第四電極的延伸方向與Y方向之間的夾角基本上大于0°且小于45°。雙折射介質(zhì)設(shè)置在第一基板和第二基板之間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在現(xiàn)有技術(shù)中，還不存在這種提供具有這種良好跟蹤、良好亮度均勻性和低云紋的3D的系統(tǒng)。所提出的發(fā)明顯示了相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著改進(jìn)。具體來說，使用傾斜視差光學(xué)器件解決了云紋問題；使用整數(shù)子像素重復(fù)距離給出優(yōu)秀的亮度均勻性，最小化圖像重復(fù)距離給出良好的圖像質(zhì)量；使用3個(gè)子像素(R+G+B)的視差屏障狹縫寬度防止顏色偽影；并且使用用于利用傾斜屏障跟蹤的最小必要圖像冗余(3個(gè)像素)優(yōu)化跟蹤平滑度/亮度折衷。作為附加的好處，最終系統(tǒng)以比替代跟蹤系統(tǒng)更簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)更好的性能。

為了實(shí)現(xiàn)前述和相關(guān)目的，本發(fā)明包括在下文中充分描述并在權(quán)利要求中具體指出的特征。以下描述和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的某些說明性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例僅僅指示可以采用本發(fā)明的原理的各種方式中的幾種。本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將從結(jié)合附圖考慮的本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中變得明顯。

本發(fā)明提供一種多觀看方向顯示器，包括：圖像顯示面板，其具有按行和列排列的像素或子像素的矩陣；視差光學(xué)器件，其設(shè)置在穿過所述圖像顯示面板的光的路徑中；以及控制單元，其用于尋址所述像素或子像素；其中所述控制單元配置為尋址所述圖像顯示面板以在第一組X個(gè)相鄰像素列或子像素列上顯示第一圖像，并且在不同于所述第一組的第二組X個(gè)相鄰像素列上顯示第二圖像；其中所述視差光學(xué)器件包括視差元件，所述視差元件配置為允許所述圖像顯示面板的具有Y個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度的第一區(qū)域?qū)τ谟^看者的左眼可見，其中所述第一區(qū)域包括所述第一組X個(gè)相鄰列的子組，并且允許所述圖像顯示面板的第二區(qū)域?qū)τ谒鲇^看者的右眼可見，所述圖像顯示面板的所述第二區(qū)域不同于所述第一區(qū)域，并且具有Y個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度，其中所述第二區(qū)域包括所述第二組X個(gè)相鄰列的子組；其中Y≥3并且X-Y≥3；并且其中所述視差光學(xué)器件的視差元件相對(duì)于所述圖像顯示面板的像素列或子像素列傾斜。構(gòu)成所述圖像顯示面板的所述第一(第二)區(qū)域的所述Y個(gè)相鄰像素列或子像素列是其上顯示所述第一(第二)圖像的所述X個(gè)相鄰像素列或子像素列的子組。由于觀看者的左眼和右眼看到所述圖像顯示面板的不同區(qū)域，因此本發(fā)明的顯示器可以通過適當(dāng)?shù)貙ぶ穲D像顯示面板而作為自動(dòng)立體3D顯示器來操作。

所述視差元件可以配置為使得所述圖像顯示面板的所述第一區(qū)域優(yōu)選地對(duì)于所述觀看者的右眼不可見，并且所述圖像顯示面板的所述第二區(qū)域優(yōu)選地對(duì)于所述觀看者的左眼不可見，以便于提供高質(zhì)量的自動(dòng)立體3D顯示。

附圖說明

在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件或特征：

[圖1]現(xiàn)有技術(shù)

[圖2]兩個(gè)窗口跟蹤系統(tǒng)

[圖3]NPX-Y交錯(cuò)圖案

[圖4]用于各種屏障系統(tǒng)的可見顯示區(qū)

[圖5]云紋效應(yīng)

[圖6]傾斜的屏障

[圖7]全色域‘像素’位置

[圖8]亮度偽影

[圖9]最小冗余

[圖10]3D跟蹤系統(tǒng)

[圖11]用于多面透鏡系統(tǒng)的可見顯示像素(子像素)

[圖12]NP6-3 3D頭部跟蹤系統(tǒng)中的可見顯示像素(子像素)

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是針對(duì)高質(zhì)量3D設(shè)計(jì)的3D顯示器。它被開發(fā)以優(yōu)化已知影響3D顯示質(zhì)量的許多沖突因素之間的折衷。

用于交錯(cuò)圖案(interlacing patterns)的命名約定基于“雙視圖顯示器的開發(fā)(Development of Dual View Displays)”中使用的命名約定(Mather，2007)。對(duì)于NPX-Y系統(tǒng)，‘X’表示像素或子像素的重復(fù)圖像單元尺寸，對(duì)于可以是視差屏障(parallax barrier)或柱狀透鏡(lenticular)(透鏡)陣列或棱鏡陣列的給定視差光學(xué)器件，‘Y’表示一只眼睛可見的像素或子像素的數(shù)量。在視差光學(xué)器件是視差屏障狹縫(aperture)陣列的情況下，就像素間距或子像素間距而言的視差屏障狹縫的寬度等于或基本等于Y。NP1系統(tǒng)具有圖案LRLR...，其中L是具有左視圖數(shù)據(jù)的像素或子像素，R是具有右視圖數(shù)據(jù)的像素或子像素。這在圖3a中示出。NP2系統(tǒng)是LLRRLLRR...。圖3b示出在大多數(shù)商業(yè)平板顯示器中使用的類型的矩形子像素上的NP1、NP3、NP4和NP6交錯(cuò)圖案。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于自動(dòng)立體顯示的優(yōu)選系統(tǒng)是可以被描述為“NP6-3 stag 1”系統(tǒng)的系統(tǒng)?！?”表示左/右交錯(cuò)的子像素的重復(fù)數(shù)量，即六個(gè)連續(xù)的左眼像素或子像素，后跟六個(gè)連續(xù)的右眼像素或子像素?！?”表示視差光學(xué)器件所包括的視差元件配置為允許圖像顯示面板的具有3個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度的第一區(qū)域?qū)τ谟^看者可見。例如，在視差光學(xué)器件包括視差屏障的顯示器中，“3”表示就子像素間距(即，3個(gè)子像素間距的屏障狹縫寬度)而言的屏障狹縫寬度?！皊tag 1”表示視差光學(xué)器件的視差元件相對(duì)于像素列或子像素列以每行像素1:1像素的斜率或每行子像素1:1子像素的斜率傾斜或錯(cuò)開。除非另有說明，否則假定像素的非有效部分可以被忽略，使得像素的“寬度”是指像素間距。除非另有說明，否則假定子像素的非有效部分可以被忽略，使得子像素的“寬度”是指子像素間距。除非另有說明，否則術(shù)語像素和子像素是可互換的。

這種設(shè)計(jì)是廣泛的規(guī)劃、建模和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果。它代在表亮度、云紋、圖像分辨率、顏色偽影和亮度均勻性之間的折衷。

期望最小化屏障與顯示器的比率以便最大化顯示器的亮度。圖4示出NP3-1系統(tǒng)如何使33％的像素或子像素通過視差光學(xué)器件可見，該視差光學(xué)器件可以是視差屏障31，因?yàn)榫哂?個(gè)子像素的尺寸的重復(fù)單元和具有1個(gè)子像素的寬度的屏障狹縫的組合需要具有兩個(gè)子像素的寬度的不透明屏障區(qū)域。換句話說，對(duì)于每一群的6個(gè)子像素，左眼看到第一子像素，而右眼看到不同于第一子像素的第二子像素，因此6個(gè)子像素中的2個(gè)子像素是觀看者可見的。NP4-2系統(tǒng)和NP6-3系統(tǒng)的50％的像素或子像素通過視差光學(xué)器件可見，該視差光學(xué)器件可以是視差屏障31。在此基礎(chǔ)上，NP4-2和NP6-3系統(tǒng)同樣好，并且兩者都優(yōu)于NP3-1系統(tǒng)。對(duì)于具有視差屏障的NPX-Y系統(tǒng)，較高的Y:X比率將導(dǎo)致由視差屏障引起的光損失較少，并因此導(dǎo)致更亮的顯示。

圖4和圖12示出在視差光學(xué)器件41由具有等于3個(gè)子像素(或像素)的狹縫寬度的視差屏障31組成的NP6-3系統(tǒng)中，具有3個(gè)相鄰子像素(或像素)列的寬度的第一組子像素(或像素)對(duì)于觀看者的左眼是可見的，而具有3個(gè)相鄰子像素(或像素)列的寬度的不同于第一組的第二組子像素(或像素)對(duì)于觀看者的右眼是可見的。視差屏障的間距是2X(在該示例中＝12)個(gè)子像素(或像素)列。

圖4和圖12中的NP6-3系統(tǒng)的重復(fù)單元包括總共12個(gè)子像素(或像素)，具有用于左眼(L)的6個(gè)子像素(或像素)和用于右眼(R)的6個(gè)子像素(或像素)。這12個(gè)子像素(或像素)在圖12中被標(biāo)記為1、2、3等等。在每個(gè)給定子像素(或像素)上示出圖像數(shù)據(jù)“L”(左眼)或“R”(像素)。每個(gè)相應(yīng)子像素(或像素)上的圖像數(shù)據(jù)L或R可以隨著頭部位置改變，以確保對(duì)于所有頭部位置，左眼圖像數(shù)據(jù)被觀看者的左眼21看到，并且右眼圖像數(shù)據(jù)被觀看者的右眼22看到。觀看者的左眼可見的第一組子像素(或像素)可以包括3個(gè)子像素(或像素)，所有這些子像素對(duì)于觀看者的左眼是完全可見的，或可以包括4個(gè)子像素(或像素)，其中兩個(gè)對(duì)于觀看者的左眼完全可見，并且兩個(gè)對(duì)于觀看者的左眼部分可見，但是像素化顯示器的對(duì)于觀看者的左眼可見的區(qū)域總是具有等于3個(gè)子像素(或像素)的寬度，如圖4和圖12中的“Y”所示。參考圖12A，對(duì)于第一給定頭位置，如果以周期的方式將子像素(或像素)標(biāo)記為1至12(圖12A中示出了一個(gè)完整的周期和前一周期的最后一個(gè)子像素(或像素))，則左眼圖像被尋址到子像素(或像素)1到6，右眼圖像被尋址到子像素(或像素)7至12。子像素(或像素)1對(duì)于觀看者是不可見的，子像素(或像素)2的一半對(duì)于觀看者的左眼21是可見的，所有子像素(或像素)3對(duì)于觀看者的左眼21都是可見的，所有子像素(或像素)4對(duì)于觀看者的左眼21都是可見的，子像素(或像素)5的一半對(duì)于觀看者的左眼21是可見的，子像素(或像素)6對(duì)于觀看者是不可見的。因此，對(duì)于該第一給定頭部位置，4個(gè)子像素(或像素)對(duì)于觀看者(L2、L3、L4和L5)是可見的，但是觀看者的左眼可見的顯示器的寬度正好是3個(gè)子像素(或像素)--可見的寬度等于L2的寬度的一半+L3的寬度+L4的寬度+L5的寬度的一半。通過對(duì)稱和類似的論證，觀看者的右眼22可見的顯示器的寬度正好是3個(gè)子像素(或像素)，并且包括R8的寬度的一半+R9的寬度+R10的寬度+R11的寬度的一半。參考圖12B，對(duì)于不同于第一頭部位置的第二給定頭部位置，不同的一組子像素(或像素)對(duì)于觀看者的左眼21可能是可見的。如圖12B中所示，對(duì)于觀察者的左眼21，L1的寬度的一半+L2的寬度+L3的寬度+L4的寬度的一半是可見的。通過對(duì)稱和類似的論證，觀察者的右眼22可見的顯示器的寬度正好是3個(gè)子像素(或像素)，并且包括R7的寬度的一半+R8的寬度+R9的寬度+R10的寬度的一半。如圖12A和圖12B中所示，控制單元(未示出)已經(jīng)響應(yīng)于觀看者的頭部從圖12A中的第一頭部位置和圖12B中的第二頭部位置的移動(dòng)而改變了左眼(L)和右眼(R)的圖像數(shù)據(jù)。在圖12A和圖12B所示的頭部位置之間是第三頭部位置，由此恰好3個(gè)子像素(或像素)對(duì)于觀看者的左眼(L2、L3和L4)可見，并且恰好3個(gè)子像素(或像素)對(duì)于觀看者的右眼(R8、R9和R10)可見。在NP6-3系統(tǒng)中，存在像素化顯示器的對(duì)于觀看者的左眼可見的具有Y個(gè)子像素(或像素)的寬度的第一區(qū)域和像素化顯示器的不同于第一區(qū)域的對(duì)于觀看者的右眼可見也具有Y個(gè)子像素(或像素)的寬度的第二區(qū)域。

本發(fā)明不限于視差光學(xué)器件41包括視差屏障31的顯示器，而是可以應(yīng)用于具有其他形式的視差光學(xué)器件的顯示器。例如，代替圖4中所示的視差屏障31，可以使用柱狀透鏡陣列朝向觀看者的眼睛將子像素成像，其中每個(gè)柱狀透鏡具有平行于圖像顯示面板的基本上2X個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度(使得視差光學(xué)器件具有基本上2X個(gè)相鄰像素列或子像素列的間距)，以便允許圖像顯示面板的具有Y個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度的第一區(qū)域?qū)τ谟^看者的左眼可見并且圖像顯示面板的不同于第一區(qū)域的并且也具有Y個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度的第二區(qū)域?qū)τ谟^看者的右眼可見。

每個(gè)柱狀透鏡可以由多個(gè)面組成。這些面可以是直的或彎曲的。

圖11示出具有多面透鏡10的NP6-3系統(tǒng)。該透鏡由相等寬度的4個(gè)面(11、12、13和14)組成。每個(gè)面的寬度可以等于Y(在該示例中Y＝3)個(gè)子像素的寬度。如果每個(gè)面的寬度等于Y個(gè)子像素(或像素)的寬度，則對(duì)于每個(gè)頭部位置，存在像素化顯示器的對(duì)于觀看者的左眼21可見的具有Y個(gè)子像素(或像素)的寬度的第一區(qū)域以及像素化顯示器的不同于第一區(qū)域的對(duì)于觀看者的右眼22可見的具有Y個(gè)子像素(或像素)的寬度的第二區(qū)域。每個(gè)面的寬度可以具有非常小的校正，以對(duì)觀看離軸子像素進(jìn)行補(bǔ)償(即，間距校正)。通常，間距校正因子＜1％，因此面的寬度基本上等于3個(gè)子像素的寬度。每個(gè)面的寬度可以基本上等于圖4和圖12的NP6-3設(shè)計(jì)中所示的視差屏障狹縫的寬度。圖11示出在NP6-3系統(tǒng)中，對(duì)于每一群的12個(gè)子像素，左眼21看到第一組三個(gè)子像素，而右眼22看見不同于第一組的第二組3個(gè)子像素。第一組子像素通過每個(gè)透鏡面(11、12、13和14)成像到觀看者的左眼21。圖11中示出第一組子像素通過透鏡面13的成像。為了圖的簡(jiǎn)化，在圖11中未示出第一組子像素通過透鏡面11、12和14的成像。第二組子像素通過每個(gè)透鏡面(11、12、13和14)成像到觀看者的右眼22。圖11中示出第二組子像素通過面12的成像。為了圖的簡(jiǎn)化，圖11中未示出第二組子像素通過面11、13和14的成像。使用圖11中所示的NP6-3的多面透鏡系統(tǒng)能夠比使用圖4中所示的NP6-3的視差屏障系統(tǒng)看到更亮的圖像。對(duì)于該給定的頭部位置，該群的12個(gè)子像素中的其他6個(gè)子像素未被成像到觀看者的任一只眼睛。

圖11示出NP6-3系統(tǒng)，其中視差光學(xué)器件由多面透鏡組成，具有3個(gè)子像素(或像素)列的寬度的第一組子像素(或像素)對(duì)于觀看者的左眼21是可見的，而不同于第一組的具有3個(gè)子像素(或像素)列的寬度的第二組子像素(或像素)對(duì)于觀看者的右眼22是可見的。

云紋是由具有相似重復(fù)間距的兩個(gè)圖案疊加而產(chǎn)生的視覺偽影。顯示面板中的不透明視差屏障和不透明電子器件可產(chǎn)生強(qiáng)烈的云紋效應(yīng)。傾斜屏障顯著降低了云紋。圖5示出云紋的問題。圖6示出可用于減少云紋的各種“stag”交錯(cuò)圖案。在圖6的“stag”圖案中，在每個(gè)示例中，視差屏障的不透明區(qū)域的邊緣相對(duì)于像素列以每行子像素1個(gè)子像素的斜率傾斜。將屏障的斜率減小超過1:1(其中“減小”意味著相對(duì)于例如圖6，使得斜率更接近水平)對(duì)于豎向取向的子像素可能是不期望的，因?yàn)檫@增加了被部分遮擋的子像素的數(shù)量，從而使得交錯(cuò)圖案的重復(fù)尺寸增加。

“stag”概念和設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于許多類型的視差光學(xué)器件41。例如，“stag”概念和設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于視差屏障陣列31或者包括柱狀透鏡元件陣列的視差光學(xué)器件41?！皊tag”概念和設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于包括多面柱狀透鏡元件10的陣列的視差光學(xué)器件41。

交錯(cuò)圖案以多種方式影響系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。隨著子像素重復(fù)數(shù)量增加，左圖像區(qū)域和右圖像區(qū)域變得在空間上分離，導(dǎo)致系統(tǒng)分辨率降低。然而，小的重復(fù)圖案可能具有不同類型的問題，其中各個(gè)圖像區(qū)域相對(duì)緊密地間隔，但是每行包含不平衡數(shù)量的子像素。為了顯示全色域，需要三個(gè)顏色子像素，因此有效全色域“像素”變得分布在多個(gè)行和/或列上。圖7示出當(dāng)與相同的子像素尺寸的NP3-1 stag1(NP3-1s)或NP4-2 stag1(NP4-2s)系統(tǒng)比較時(shí)，NP6-3 stag1系統(tǒng)(NP6-3s)如何具有優(yōu)異的子像素空間密度。圖7示出對(duì)于軸上觀察者的NP3-1s、NP4-2s和NP6-3s的屏障位置。圖7還示出對(duì)于給定屏障位置，軸上觀看者的每只眼睛看到的像素。在NP 3-1s系統(tǒng)中，在每行像素中，對(duì)于每只眼睛，只有1個(gè)子像素在屏障狹縫中可見，因此全色域的三個(gè)顏色子像素分布在三行(或多列)子像素上。在NP4-2中，在每行像素中，對(duì)于每個(gè)眼睛，只有兩個(gè)子像素在屏障狹縫中可見，因此全色域的三個(gè)顏色子像素也分布在多于一行(或多列)的子像素上。然而，在NP6-3s系統(tǒng)中，在每一行中，對(duì)于左眼和右眼二者，有三個(gè)子像素(紅色、綠色和藍(lán)色)在每個(gè)屏障狹縫中可見。

優(yōu)選系統(tǒng)的屏障狹縫寬度應(yīng)該接近子像素間距的整數(shù)倍。圖8示出此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。圖像子像素通常在其整個(gè)區(qū)域上不透射(或反射或半透射)，并且通常包含不發(fā)射光，反射光或透射光的一些區(qū)域(例如，黑色遮擋矩陣)(即，顯示器的不直接參與光調(diào)制過程的區(qū)域)。如果屏障狹縫寬度等于子像素間距的整數(shù)倍，則移動(dòng)的觀察者總是看到整個(gè)子像素透射(或反射或半透射)區(qū)域，而與側(cè)向頭部位置無關(guān)。換句話說，并且參考圖8中的左手側(cè)圖，其示出屏障狹縫寬度等于子像素間距的整數(shù)倍(在這種情況下n＝1)，在軸上和離軸，觀察者看到子像素的區(qū)域A，并且對(duì)于所有側(cè)向頭部位置，顯示器呈現(xiàn)相同的亮度。如果屏障狹縫寬度顯著小于(或大于)整數(shù)個(gè)子像素間距，則側(cè)向用戶移動(dòng)將導(dǎo)致可見的透射(或反射或半透射)子像素的區(qū)域的量變化。換句話說，并且參考圖8中的右手側(cè)圖，觀察者在軸上看到子像素的區(qū)域B，在離軸看到不等于B的區(qū)域，并且對(duì)于所有橫向頭部位置，顯示器不呈現(xiàn)相同的亮度，其結(jié)論是顯示亮度隨著用戶移動(dòng)而變化，因?yàn)槌上竦接^看者的眼睛的黑色遮擋區(qū)域的量是頭部位置的函數(shù)?？梢酝ㄟ^用戶跟蹤來補(bǔ)償這種亮度變化，但是它對(duì)用戶位置非常敏感，并且存在顯著的問題。

圖像冗余對(duì)于平滑用戶跟蹤是優(yōu)選的。冗余子像素在這里是指對(duì)于觀察者的特定位置而言用戶的任一個(gè)眼睛都看不見的子像素。這些子像素可以預(yù)先加載有圖像數(shù)據(jù)，使得當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)，適當(dāng)?shù)难劬?shù)據(jù)變得可見。對(duì)于參考圖12A所示的觀察者頭部位置，子像素(或像素)1、6、7和12是冗余的。對(duì)于參考圖12B所示的觀察者頭部位置，子像素(或像素)5、6、11和12是冗余的。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須在觀察者當(dāng)前可見的子像素的任一側(cè)都存在至少一個(gè)子像素。具有超過最小數(shù)量的冗余子像素是浪費(fèi)的，因?yàn)檫@導(dǎo)致圖像面板的分辨率和亮度不必要的降低。圖9示出針對(duì)軸上觀察者的NP3-1s、NP4-2s和NP6-3s的屏障位置。圖9還示出針對(duì)軸上觀察者的由右眼觀察到的NP3-1s、NP4-2s和NP6-3s的像素。圖9示出針對(duì)向左的小的側(cè)向頭部運(yùn)動(dòng)，右眼觀察到的NP3-1s的像素將包括左眼像素(由左眼像素的左下角的箭頭80指示)。圖9示出針對(duì)向左的小的橫向頭部運(yùn)動(dòng)，右眼觀察到的NP4-2s的像素將包括左眼像素(由左眼像素的左下角的箭頭80指示)。圖9示出針對(duì)向左的小的橫向頭部運(yùn)動(dòng)，右眼觀察到的NP6-3s的像素將包括右眼像素(由右眼像素的左下角的箭頭81b指示)。圖9示出對(duì)于向右的小的側(cè)向頭部運(yùn)動(dòng)，右眼觀察到的NP6-3s的像素將包括右眼像素(由右眼像素的右上角的箭頭81a指示)。因此，圖9示出只有NP6-3s系統(tǒng)包含足夠的冗余，并且NP3-1s和NP4-2s系統(tǒng)不滿足冗余準(zhǔn)則。換句話說，箭頭80示出顯示對(duì)于向左的任何可感知的頭部運(yùn)動(dòng)，觀看者的右眼都看得到的左眼圖像的子像素的角。用右眼觀看左眼圖像(反之亦然)導(dǎo)致質(zhì)量差的3D圖像(3D串?dāng)_)。對(duì)于完美的跟蹤，NP6-3s系統(tǒng)是能夠完美跟蹤的最小重復(fù)距離。圖9中的NP6-3s示出向左或向右的小的但可測(cè)量的頭部運(yùn)動(dòng)將僅使具有右眼圖像的另一子像素對(duì)右眼露出。

參考圖6、圖7和圖9，將會(huì)理解，一些像素(或子像素)對(duì)于給定頭部位置具有可見的第一區(qū)域和不可見的第二區(qū)域。換句話說，傾斜的視差屏障將像素(或子像素)細(xì)分。如果大比例的像素(或子像素)被細(xì)分，則該3D系統(tǒng)可以具有高水平的冗余。高水平的冗余可能有利于頭部自由，但可能不利于感知的分辨率。傾斜的屏障是避免云紋問題的良好解決方案。顏色偽影是視差光學(xué)器件間距和濾色器間距的函數(shù)。發(fā)現(xiàn)NP6-3s系統(tǒng)是同時(shí)優(yōu)化冗余、顏色偽影和云紋的參數(shù)的令人驚訝的良好解決方案。換句話說，發(fā)現(xiàn)NP6-3s系統(tǒng)是同時(shí)優(yōu)化良好的頭部自由度、良好的感知分辨率和最小的圖像偽影，如云紋和顏色偽影，的令人驚訝的良好解決方案。

NP6-3s系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是操作所需的資源開銷低。與其他現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比，需要更少的圖像處理。這主要是由于整數(shù)的子像素寬度屏障導(dǎo)致的亮度均勻性和冗余準(zhǔn)則導(dǎo)致的對(duì)用戶位置的容限。為了實(shí)現(xiàn)可比性能，其他系統(tǒng)必須更準(zhǔn)確地跟蹤用戶并且更頻繁地更新顯示。相比之下，NP6-3s系統(tǒng)運(yùn)行起來更簡(jiǎn)單，并且可以用更便宜的硬件來構(gòu)建。

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)立體顯示器的例子。觀察者跟蹤與用于確定觀察者(例如相機(jī))的位置的裝置結(jié)合使用，該裝置向控制單元提供關(guān)于觀察者位置的信息，例如包括合適的圖像處理硬件。該顯示器包括具有視差光學(xué)器件的3D顯示器。該3D顯示器的圖像顯示層可以由控制單元(圖像處理硬件)以6個(gè)子像素重復(fù)交錯(cuò)圖案來尋址，并且該顯示器可以具有以每行像素1個(gè)像素(或者每行子像素1個(gè)子像素)的斜率傾斜的視差光學(xué)器件，并且在視差屏障的情況下，3個(gè)像素(或3個(gè)子像素)的狹縫寬度給出“NP6-3stag1”自動(dòng)立體顯示，并且如上所述，這給出非常好的跟蹤性能。如圖12A和圖12B中所示，控制單元(未示出)已經(jīng)響應(yīng)于觀看者的頭部從圖12A中的第一頭部位置和圖12B中的第二頭部位置的移動(dòng)，改變了左眼(L)和右眼(R)的圖像數(shù)據(jù)。如圖12A中所示，對(duì)于第一頭部位置，左眼(L)圖像數(shù)據(jù)被尋址到編號(hào)為1、2、3、4、5和6的像素，右眼(R)圖像數(shù)據(jù)被尋址到編號(hào)為7、8、9、10、11和12的像素。如圖12B中所示，對(duì)于第二頭部位置，左眼(L)圖像數(shù)據(jù)被尋址到編號(hào)為1、2、3、4、5和12的像素并且右眼(R)圖像數(shù)據(jù)被尋址到編號(hào)為6、7、8、9、10和11的像素。響應(yīng)于觀看者的頭部從圖12A中的第一頭部位置和圖12B中的第二頭部位置的移動(dòng)，像素6上的左眼圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)被控制單元改變?yōu)橛已蹐D像數(shù)據(jù)。響應(yīng)于觀看者的頭部從圖12A中的第一頭部位置和圖12B中的第二頭部位置的移動(dòng)，像素12上的右眼圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)被控制單元改變?yōu)樽笱蹐D像數(shù)據(jù)。良好的頭部跟蹤3D性能部分是由于最初對(duì)用戶隱藏的并且可以預(yù)先加載視圖信息的“冗余”子像素。當(dāng)用戶移動(dòng)并且這些隱藏的子像素被露出時(shí)，可以為每只眼睛保持正確的視圖信息。

在第二實(shí)施例中，本發(fā)明可以利用可切換視差系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，在一種模式下，該可切換視差系統(tǒng)提供NP6-3 stag 1顯示。該屏障可以例如在液晶(或其他電光材料)面板中實(shí)現(xiàn)，該液晶面板可以利用用于控制空間透射率的電極以離散方式來切換。然后可以移動(dòng)屏障特征以跟蹤用戶的位置。這種視差屏障可以是可禁用的，也就是說，可以切換到透射模式，使得在2D顯示模式下看到基本圖像顯示面板的全分辨率。這樣的系統(tǒng)還可以提供優(yōu)于固定屏障設(shè)計(jì)的亮度優(yōu)點(diǎn)。

雖然已經(jīng)關(guān)于某個(gè)或某些實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是在閱讀并理解本說明書和附圖之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到等同的變化和修改。特別是關(guān)于由上述元件(部件、組件、裝置、組合物等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這些元件的術(shù)語(包括對(duì)“裝置”的引用)旨在對(duì)應(yīng)于，除非另有說明，執(zhí)行所描述的元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同)，即使在結(jié)構(gòu)上不等同于執(zhí)行本發(fā)明的在本文中的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例中的功能的所公開的結(jié)構(gòu)。另外，雖然上文僅關(guān)于一個(gè)或幾個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明的特定特征，但是這樣的特征可以與其他實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其他特征組合，這對(duì)于任何給定或特定應(yīng)用可能是期望的和有利的。

例如，盡管已經(jīng)主要參照包括具有由交替的透射區(qū)域(“狹縫”)和不透明區(qū)域(“屏障”)構(gòu)成的視差元件的視差屏障狹縫陣列的NP6-3 stage 1顯示器描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于該特定視差系統(tǒng)。本發(fā)明可以例如利用NP6-3 stag 1顯示器來實(shí)現(xiàn)，在NP6-3 stag 1顯示器中，視差光學(xué)器件包括柱狀透鏡陣列(其中柱狀透鏡元件的軸或透鏡列的軸，在單獨(dú)的透鏡與每個(gè)像素或子像素相關(guān)聯(lián)的情況下，相對(duì)于像素列或子像素列傾斜)。該柱狀透鏡陣列可以是多面型，例如US20120229896所描述的。

還應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不僅限于NP6-3 stag 1顯示器，而是可以更一般地應(yīng)用于NPX-Y stag顯示器，其中Y≥3并且X-Y≥3。例如X-Y>3的顯示器比NP6-3 stag 1顯示器包含更多的“冗余”像素或子像素，這些“冗余”像素或子像素可用于預(yù)加載圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)觀察者的頭部移動(dòng)時(shí)，該圖像數(shù)據(jù)將變得可見。如所指出的，更大數(shù)量的“冗余”像素將導(dǎo)致亮度的更加減小和分辨率的更加減小，因此，通常希望將冗余像素的數(shù)量保持為允許圖像數(shù)據(jù)的預(yù)加載所需的最小值，即X-Y＝3。然而，原則上可能存在這樣的應(yīng)用，其中由具有X-Y>3的顯示器提供給移動(dòng)觀察者的改進(jìn)的3D圖像質(zhì)量將勝過較大的亮度和分辨率損失。

在本發(fā)明的顯示器中，視差光學(xué)器件的視差元件可以相對(duì)于圖像顯示面板的像素列或子像素列，以每行像素1個(gè)像素或每行子像素1個(gè)子像素的斜率傾斜。比這更大的傾斜可能是不期望的，特別是在具有豎向格式的子像素的情況下，因?yàn)樗黾颖徊糠终诒蔚淖酉袼氐臄?shù)量，這又使交錯(cuò)圖案的重復(fù)尺寸增加。

X-Y可以等于3。這使得對(duì)于具有以每行像素1個(gè)像素或者每行子像素1個(gè)子像素傾斜的元件的視差光學(xué)器件，在圖像顯示面板的通過視差光學(xué)器件的元件可見的區(qū)域的每一側(cè)存在一個(gè)且僅一個(gè)“冗余”像素或子像素。這是需要預(yù)先加載觀察者移動(dòng)其頭部時(shí)變得可見的圖像數(shù)據(jù)的“冗余”像素或子像素的最小數(shù)量，從而向移動(dòng)的觀察者提供改進(jìn)的3D圖像質(zhì)量。僅提供最小數(shù)量的“冗余”像素使得由提供“冗余”像素引起的亮度和分辨率的降低最小化。

Y可以等于3。在具有三種不同顏色的子像素的全色顯示的情況下，這在單個(gè)行或列的子像素上提供全色像素色域。

X可以等于6，并且Y可以等于3。

該視差光學(xué)器件可以是視差屏障狹縫陣列。在這種情況下，視差屏障狹縫陣列的透射狹縫可以具有Y個(gè)像素列或子像素列的寬度。視差光學(xué)間距可以基本上等于2X—通常發(fā)現(xiàn)該間距提供良好的顯示質(zhì)量。

或者，該視差光學(xué)器件可以是柱狀透鏡式視差光學(xué)器件。在這種情況下，視差光學(xué)器件的透鏡或柱狀透鏡元件可以具有平行于圖像顯示面板的2X個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度。視差光學(xué)間距也可以基本上等于2X。在X＝6和Y＝3的情況下，2X的視差光學(xué)器件間距等于4Y。

視差光學(xué)器件可以包括多面透鏡陣列。每個(gè)透鏡可以包括4個(gè)面，并且每個(gè)面可以具有平行于圖像顯示面板的Y個(gè)相鄰像素列或子像素列的寬度。這提供等于4Y個(gè)像素列或子像素列的透鏡寬度，允許視差光學(xué)器件間距基本上等于4Y，也就是說，在X＝6和Y＝3的情況下，允許視差光學(xué)器件間距基本上等于2X。

該視差光學(xué)器件可以是可禁用的。這允許顯示器通過禁用視差光學(xué)器件并尋址圖像顯示層以顯示單個(gè)圖像而以常規(guī)2D模式操作。

該控制單元可以配置為尋址圖像顯示面板，以在各組X個(gè)相鄰像素列或子像素列上顯示左眼圖像和右眼圖像。

該顯示器可以包括用于確定觀察者的位置的觀察者跟蹤裝置。

該控制單元可以配置為根據(jù)該觀察者跟蹤裝置所確定的觀察者的位置來尋址圖像顯示面板。

工業(yè)上的可利用性

該系統(tǒng)可用于提供高質(zhì)量的跟蹤式自動(dòng)立體3D。