定向显示器的控制制造技术

技术编号:13956081 阅读:107 留言:0更新日期:2016-11-02 13:25
本发明专利技术公开了一种光引导阀设备,所述光引导阀设备包括成像定向背光源、照明器阵列和观察者跟踪系统,所述观察者跟踪系统被布置成实现对照明器阵列的控制,所述照明器阵列可在宽的横向和纵向观察范围内向观察者提供定向显示,其中作为观察窗向所述观察者呈现的光学窗的发光强度根据观察者的所述横向和纵向位置或速度而受控。此外,一种光学窗控制系统可包括对观察者手的检测。一种图像控制系统可包括用于提供图像的方法,所述图像可从具有第一亮度的第一模式切换成具有高亮度区域和低亮度区域的第二模式,其中第二低亮度区域的亮度与第一亮度相匹配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用:本申请涉及2013年10月14日提交的名称为“Control of directional display”(定向显示器的控制)的美国临时申请No.61/890,469(代理人参考号95194936.366000)并要求其优先权,该临时申请全文以引用方式并入本文。本申请涉及2011年11月18日提交的名称为“Directional flat illuminators”(定向平面照明器)的美国专利申请No.13/300,293(代理人参考号95194936.281001)和2013年5月17日提交的名称为“Controlling light sources of a directional backlight”(控制定向背光源的光源的方法)的美国专利申请No.13/896,870(代理人参考号95194936.348001),这两份专利申请均全文以引用方式并入本文。
本专利技术整体涉及光调制装置的照明,并且更具体地讲,涉及用于从局部光源提供大面积照明以便在2D、3D和/或自动立体显示装置中使用的光导。
技术介绍
空间多路复用自动立体显示器通常使视差组件(诸如柱状透镜屏幕或视差屏障)与图像阵列对准,所述图像阵列被布置成空间光调制器(例如LCD)上的至少第一组像素和第二组像素。视差组件将来自像素组的每组的光导向到相应的不同方向以在显示器前面提供第一观察窗和第二观察窗。眼睛置于第一观察窗中的观察者用来自第一组像素的光可看到第一图像;而眼睛置于第二观察窗中时用来自第二组像素的光可看到第二图像。与空间光调制器的原始分辨率相比,此类显示器具有降低的空间分辨率,并且此外,观察窗的结构由像素孔形状和视差组件成像功能确定。像素之间的间隙(例如对于电极而言)通常产生不均匀的观察窗。不期望的是,当观察者相对于显示器横向移动时,此类显示器呈现图像闪烁,因此限制了显示器的观察自由度。此类闪烁可通过使光学元件散焦而减少;然而,此类散焦导致图像串扰程度加大并增加观察者的视觉疲劳。此类闪烁可通过调整像素孔的形状而减少,然而,此类改变可降低显示器亮度并且可包括对空间光调制器中的电子设备进行寻址。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面,提供了一种定向背光源设备,该设备包括:包括波导和光源阵列的定向背光源,该波导包括相对的第一引导表面和第二引导表面,这些引导表面用于沿波导引导输入光,该光源阵列被布置成在跨越波导的横向方向上于不同输入位置处产生输入光,该波导还包括反射端,用来将输入光反射回穿过波导,第二引导表面被布置成将从反射端反射后的光作为输出光偏转穿过第一引导表面,并且波导被布置成根据输入光的输入位置沿着沿横向方向分布的输出方向将该输出光导向到光学窗中;传感器系统,该传感器系统被布置成检测观察者头部的位置;以及控制系统,该控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,以便引导光进入相邻光学窗的对应组,采用的方式为:根据检测到的观察者头部的位置,该组中光源的组成特性(identify)变化,并且就给定组的光源来说,光源的光通量变化。所述控制系统可被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:就给定的光源组来说,光源的光通量在检测到的观察者头部位置的整个过渡范围内变化。所述控制系统可被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:在检测到的观察者头部位置的所述整个过渡范围内,将新光源作为该组的组成部分来操作,该新光源的光通量随着检测到的观察者头部位置朝与该新光源对应的输出方向移动而增大。所述控制系统可被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:在检测到的观察者头部位置的整个所述过渡范围内,操作位于该组的与所述新光源相对的末端处的光源,该光源的光通量随着检测到的观察者头部位置朝与所述新光源对应的输出方向移动而减小。所述控制系统可被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:在检测到的观察者头部位置的紧邻所述过渡范围的整个范围内,该组中光源的组成特性和光通量保持不变。所述第一引导表面可被布置成通过全内反射来引导光,所述第二引导表面可包括多个光提取结构特征和位于这些光提取结构特征之间的中间区域,所述光提取结构特征被取向为对被引导穿过波导的光进行引导,所沿的引导方向允许光穿过第一引导表面作为输出光离开,所述中间区域被布置成引导光穿过波导。所述第二引导表面可具有阶梯式形状,这种阶梯式形状包括小平面(即所述光提取结构特征)和所述中间区域。光提取结构特征可在横向方向上具有正光焦度。所述第一引导表面可被布置成通过全内反射引导光,所述第二引导表面可为基本上平坦的,并以一定角度倾斜从而沿打破全内反射的多个方向导向光以用于穿过第一引导表面输出光,并且显示装置还可包括在波导的整个第一引导表面上延伸的偏转元件,用于使光朝第一引导表面的法线偏转。反射端可在横向方向上具有正光焦度。根据本专利技术的另一个方面,提供了一种显示设备,该显示设备包括:根据第一方面所述的背光源设备;以及透射式空间光调制器,该透射式空间光调制器被布置成接收来自波导的第一引导表面的输出光并对其进行调制,从而显示图像。该显示设备可为自动立体显示设备,其中控制系统被进一步布置成控制空间光调制器以显示时间上多路复用的左图像和右图像,并且同步选择性地操作相邻光源组,以引导所显示的左图像和右图像进入位于与观察者左右眼对应的位置的相邻光学窗的相应组中。有利的是,移动观察者相对于定向显示器的闪烁可减少。另外,纵向观察自由度可扩展,并在不期望水平的闪烁出现之前,可被容许的最大观察者速度可提高。可实现令人满意的图像闪烁的观察窗尺寸可增大,这样,便可减少定向显示器中提供的光源数量,从而降低成本,并延长光源阵列的使用寿命。在高亮度2D显示器中,可减少被照亮光源的数量,从而优化给定功耗下的显示器亮度,并增大明亮环境中的对比度。在自动立体3D显示器中,串扰可减少。根据本专利技术的另一个方面,提供了一种定向显示设备,该设备包括:定向显示装置,该定向显示装置能够选择性地沿在整个显示装置上分布的输出方向引导输出光进入一组光学窗中的一些光学窗;以及控制系统,该控制系统被布置成控制所述显示装置引导输出光进入该组光学窗中的至少一个所选光学窗,所述定向显示设备被布置成感测观察者的手的放置,所述控制系统被布置成响应于感测到的观察者的手的放置,来改变对所述显示装置的控制。所述控制系统可被布置成响应于定向显示设备感测到观察者的手在整个显示装置上沿输出方向所分布的方向移动,跨整组光学窗移动所述至少一个所选光学窗。所述控制系统可被布置成响应于定向显示设备感测到观察者的手在整个显示装置上沿与输出方向所分布的方向垂直的方向移动,改变所述至少一个所选光学窗的亮度。所述控制系统可被布置成响应于定向显示设备感测到观察者的所述手的手指分开距离的变化,改变所选光学窗的数量。所述定向显示设备可被布置成借助定向显示装置感测观察者的手的放置,该定向显示装置为触敏定向显示装置,该触敏定向显示装置被布置成感测靠近所述定向显示装置的观察者的手的放置。所述定向显示设备可包括图像传感器系统,该图像传感器系统被布置成感测观察者的手的放置。有利的是,定向显示器可具有对观察窗的控制,无需头部跟踪器,从而降低了头部跟踪系统的处理功率和成本。相比具有固定光学窗的显示器本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种定向背光源设备,所述定向背光源设备包括:定向背光源,所述定向背光源包括:波导,所述波导包括用于沿所述波导引导输入光的相对的第一引导表面和第二引导表面,以及被布置成在跨所述波导的横向方向上的不同输入位置处产生所述输入光的光源阵列,所述波导还包括反射端,用来将输入光反射回穿过所述波导,所述第二引导表面被布置成将从所述反射端反射后的光偏转穿过所述第一引导表面作为输出光,并且所述波导被布置成在输出方向上将所述输出光导向到光学窗中,所述输出方向根据所述输入光的所述输入位置在横向方向上分布;以及传感器系统,所述传感器系统被布置成检测观察者头部位置;以及控制系统,所述控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,以便将光导向到相邻光学窗的对应组中,采用的方式为:根据检测到的观察者头部位置,所述组中所述光源的组成特性变化,并且就给定组的光源来说,所述光源的光通量变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.14 US 61/890,4691.一种定向背光源设备,所述定向背光源设备包括:定向背光源,所述定向背光源包括:波导,所述波导包括用于沿所述波导引导输入光的相对的第一引导表面和第二引导表面,以及被布置成在跨所述波导的横向方向上的不同输入位置处产生所述输入光的光源阵列,所述波导还包括反射端,用来将输入光反射回穿过所述波导,所述第二引导表面被布置成将从所述反射端反射后的光偏转穿过所述第一引导表面作为输出光,并且所述波导被布置成在输出方向上将所述输出光导向到光学窗中,所述输出方向根据所述输入光的所述输入位置在横向方向上分布;以及传感器系统,所述传感器系统被布置成检测观察者头部位置;以及控制系统,所述控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,以便将光导向到相邻光学窗的对应组中,采用的方式为:根据检测到的观察者头部位置,所述组中所述光源的组成特性变化,并且就给定组的光源来说,所述光源的光通量变化。2.根据权利要求1所述的定向背光源设备,其中所述控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:就给定组的光源来说,所述光源的所述光通量跨所述检测到的观察者头部位置的过渡范围变化。3.根据权利要求2所述的定向背光源设备,其中所述控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:跨所述检测到的观察者头部位置的所述过渡范围,将新光源作为所述组的组成部分来操作,所述新光源的光通量随着所述检测到的观察者头部位置朝与所述新光源对应的所述输出方向移动而增大。4.根据权利要求3所述的定向背光源设备,其中所述控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:跨所述检测到的观察者头部位置的所述过渡范围,操作位于所述组的与所述新光源相对的末端处的光源,所述光源的光通量随着所述检测到的观察者头部位置朝与所述新光源对应的所述输出方向移动而减小。5.根据权利要求2至4中任一项所述的定向背光源设备,其中所述控制系统被布置成选择性地操作相邻光源组,采用的方式为:跨所述检测到的观察者头部位置的紧邻所述过渡范围的范围,所述组中所述光源的所述组成特性和所述光通量保持不变。6.根据权利要求1至5中任一项所述的定向背光源设备,其中所述第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光,并且所述第二引导表面包括多个光提取结构特征以及位于所述光提取结构特征之间的中间区域,所述光提取结构特征被取向为在允许作为所述输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上导向被引导穿过所述波导的光,所述中间区域被布置成将光引导穿过所述波导。7.根据权利要求6所述的定向背光源设备,其中所述第二引导表面具有阶梯式形状,其包括作为所述光提取结构特征的小平面、以及所述中间区域。8.根据权利要求6或7所述的定向背光源设备,其中所述光提取结构特征在所述横向方向上具有正光焦度。9.根据权利要求1至5中任一项所述的定向背光源设备,其中所述第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光,并且所述第二引导表面是基本上平坦的并且以一定角度倾斜以在打破所述全内反射的方向上导向光,以用于穿过所述第一引导表面输出光,并且显示装置还包括跨所述波导的所述第一引导表面延伸的偏转元件,以用于使光朝所述第一引导表面的法线偏转。10.根据权利要求1至9中任一项所述的定向背光源设备,其中所述反射端在所述横向方向上具有正光焦度。11.一种显示设备,所述显示设备包括:根据权利要求1至10中任一项所述的背光源设备;以及透射式空间光调制器,所述透射式空间光调制器被布置成接收来自所述波导的所述第一引导表面的所述输出光并对所述输出光进行调制,从而显示图像。12.根据权利要求11所述的显示设备,所述显示设备为自动立体显示设备,其中所述控制系统被进一步布置成控制所述空间光调制器以显示时间上多路复用的左图像和右图像,并且同步地来选择性地操作相邻光源组,以将所显示的左图像和右图像导向到位于与观察者左右眼对应的位置处的相邻光学窗的相应组中。13.一种定向显示设备,所述定向显示设备包括:定向显示装置,所述定向显示装置能够在跨所述显示装置分布的输出方向上选择性地将输出光导向进入一组光学窗中的光学窗;以及控制系统,所述控制系统被布置成控制所述显示装置将输出光导向进入所述组中的至少一个所选光学窗,所述定向显示设备被布置成感测观察者的手的放置,所述控制系统被布置成响应于感测到的所述观察者的所述手的所述放置,来改变对所述显示装置的控制。14.根据权利要求13所述的定向显示设备,其中所述控制系统被布置成响应于所述定向显示设备感测到的所述观察者的所述手跨所述显示装置在所述输出方向所分布的方向上的移动,跨整组光学窗移动所述至少一个所选光学窗。15.根据权利要求14所述的定向显示设备,其中所述控制系统被布置成响应于所述定向显示设备感测到的所述观察者的所述手跨所述显示装置在与所述输出方向所分布的所述方向垂直的方向上的移动,改变所述至少一个所选光学窗的亮度。16.根据权利要求13至15中任一项所述的定向显示设备,其中所述控制系统被布置成响应于所述定向显示设备感测到的所述观察者的所述手的手指分开的变化,改变所选光学窗的数量。17.根据权利要求13至16中任一项所述的定向显示设备,其中所述定向显示设备被布置成借助于所述定向显示装置感测观察者的手的放置,所述定向显示装置为触敏定向显示装置,所述触敏定向显示装置被布置成感测接近所述定向显示装置的所述观察者的所述手的所述放置。18.根据权利要求13至17中任一项所述的定向显示设备,其中所述定向显示设备包括被布置成感测观察者的手的放置的图像传感器系统。19.根据权利要求13至18中任一项所述的定向显示设备,其中所述定向显示设备包括:定向背光源,所述定向背光源能够选择性地将输出光导向到所述光学窗中;以及透射式空间光调制器,所述透射式空间光调制器被布置成接收来自所述定向背光源的所述输出光并且对所述输出光进行调制以显示图像。20.根据权利要求19所述的定向显示设备,其中所述定向背光源包括:波导,所述波导包括用于沿所述波导引导输入光的相对的第一引导表面和第二引导表面;被布置成在跨所述波导的横向方向上的不同输入位置处产生所述输入光的光源阵列,所述波导还包括反射端,用来将输入光反射回穿过所述波导,所述第二引导表面被布置成将从所述反射端反射后的光偏转穿过所述第一引导表面作为输出光,并且所述波导被布置成在输出方向上将所述输出光导向到光学窗中,所述输出方向根据所述输入光的所述输入位置在跨所述显示装置的横向方向上分布。21.根据权利要求20所述的定向显示设备,其中所述第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光,并且所述第二引导表面包括多个光提取结构特征以及位于所述光提取结构特征之间的中间区域,所述光提取结构特征被取向为在允许作为所述输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上导向被引导穿过所述波导的光,...

【专利技术属性】
技术研发人员:G·J·伍德盖特M·G·鲁宾逊A·J·希尔
申请(专利权)人:瑞尔D股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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