显示设备和方法技术

一种显示设备（40），包括：显示面板（41），其包括像素集合（41R，41L），这些像素空间分布在显示面板上，并且每个像素用于提供光输出，该像素集合包括多个不同像素子集（41I），每个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素；成像单元（42），其被布置用于对像素子集的所述一个或多个像素成像以便在位于显示器之前的第一距离处的假想平面上的多个视图区域上形成像素图像，所述多个视图区域彼此不重叠，所述不同像素子集中的每一个的至少一个像素图像在所述多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有眼睛瞳孔直径的假想圆，并且该假想圆包围所述多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。显示系统可以仅仅用于观看者的一只眼睛或者用于观看者的双眼或者用于多个观看者的多只眼睛。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显示设备和方法
本专利技术涉及向观看者提供自由聚焦的显示设备和方法。特别地但非排他性地，本专利技术涉及立体显示设备和方法。
技术介绍
当今可用的大多数2D显示器（电视、计算机监视器以及手持式设备的显示屏幕）和3D（自动）立体显示器（无需使用观看者辅助工具以感知立体图像的显示器）向观看者提供了这样的图像显示，该图像显示不允许观看者以像观察真实生活场景时一样自然的方式（重新）聚焦于其选择的图像的部分。当从特定视点观看时，真实生活场景通常具有置于观看者附近的对象和置于远离观看者的位置的其他对象，即该场景具有深度。例如，在一种场景中，可能存在人形式的附近对象站在背景中的房子形式的远处对象之前。当观看者聚焦于附近对象时，不同深度处的其他对象在一定裕量内离焦。通过适应，即调节其眼睛晶状体的光功率以实现聚焦的变化，观看者可以选择使场景的哪些对象聚焦并且因而清晰地观看。在真实生活场景中，观看者具有可获得的自由聚焦。如前所述，大多数当前显示器不向观看者提供该自由聚焦选项。毕竟，真实生活场景通常被捕获（记录）和显示，使得具有特定深度范围的特定对象聚焦，而其他场景对象不聚焦。因此，例如，实例场景的人可以被捕获并且显示为聚焦，而房子不聚焦。示出该内容的显示器的观看者需要聚焦到屏幕上以便清晰地感知该内容，从而只有被记录为聚焦的对象被他清晰地感知。在其他对象在场景中不具有与聚焦的对象相同的深度位置的情况下，再适应不使它们聚焦。因此，自由聚焦对于观看者是不可用的，从而给予一定程度上不完整的观看体验。在（自动）立体显示器中，自动聚焦的缺乏是针对观看者的附加问题的原因。通常，立体和自动立体显示器通过立体图像向观看者提供深度信息，即观看者的左眼和右眼接收到从不同视点观察的场景的图像，这些图像通过观看者眼睛的距离而相互有关。美国专利6064424中公开了基于柱镜（lenticular）的自动立体显示器的一个实例。可用的不同视点信息给予观看者深度体验，其中不同深度处的场景对象例如不仅被感知为位于显示屏幕处，而且位于显示屏幕之前或者之后。然而，虽然表示场景的图像内容（对象）因此假定被感知为在屏幕之前或者之后，但是图像中的自由聚焦信息的缺乏迫使观看者聚焦（使其眼睛晶状体适应）于显示器的屏幕，而不管他需要聚焦于图像中的实际对象深度位置。这造成所谓的聚散-适应冲突，该冲突可能造成视觉不适。聚散度是观看者的双眼的视觉轴平行的程度，其中这些轴对于更接近观看者的对象而言更加会聚。在自然的人类视觉中，在清晰地观看给定距离处的对象所需的适应量与聚散量之间存在直接的联系。像美国专利6064424中的显示器那样的常规（自动）立体显示器迫使观看者通过在动态地改变聚散度的同时维持适应于固定的平面（显示屏幕）而去耦聚散与适应之间的这种联系。WO2006/017771中更详细地描述了聚散-适应。因此，提供自由聚焦于其显示的内容的能力的显示器不仅提供场景的更加自然或完整的图像（2D或3D），而且它也可以降低3D显示器中的由聚散适应问题造成的不适。聚焦于无穷远处，无穷远处的内容应当是清晰的，但是屏幕深度处的内容应当与显示器边框（bezel）一样模糊。全光照相机目前是已知的，并且这些照相机能够记录场景的2D图像，使得聚焦信息存在于生成的图像内容中。然而，虽然使用适当的软件在2D显示器上显示这样的内容可以向观看者提供可以清晰地观看2D图像的什么深度区的选择，但是这必须使用显示的图像的软件调节完成，同时它不能使用眼睛晶状体适应完成。因此，在当前专利技术的上下文中没有提供自由聚焦。WO2006/017771公开了一种3D显示器，该3D显示器试图通过提供使用变焦镜或透镜生成带有具有不同焦距的图像元的图像的系统而解决所述问题。全息显示器也解决了该问题。全息术是用光完整地捕获和复现场景。它基于电磁波的衍射。全息显示器既需要高分辨率，又需要不仅控制光的亮度而且控制光的相位的能力。计算全息术是虚拟场景的衍射图案的重新创建。为了计算完整的全息图，必须考虑每个像素-体元组合。假定应当存在至少与全HD像素一样多的体元并且场景分辨率是全HD分辨率的许多倍，那么这导致惊人的计算复杂度。SeeReal公司开发了一种更加实用的全息显示器解决方案，其使用结合眼睛跟踪的波束操纵以便提供仅仅针对瞳孔位置产生正确的全息图的全息显示器。S.Reicheltetal.,“Holographic3-DDisplays–Electro-holographywithintheGraspofCommercialization”,inAdvancesinLasersandElectroOptics,pp.683–710,ISBN978-953-307-088-9,2010中报告了这点。小的波束宽度允许较大的像素间距（30-70µm），不仅提高制造可行性，而且降低计算成本若干数量级。然而，所需的1TFLOP（每秒1万亿次浮点运算）看起来仍然是异乎寻常的。YasuhiroTakaki和NichiyoNago在ASOOpticsExpress，vol/18，No.9第8824页至8835页中描述了一种使用柱镜显示器的多投影构造256个视图而提供观看者的每眼睛瞳孔两个视图的256视图超级多视图立体显示器。该显示器需要16个单独的平板3D显示器。本专利技术解决了对于这样的显示设备的需求，该显示设备在观看者聚焦于由图像传达的深度处（或者更近）而不是聚焦于显示屏幕处的情况下并且附加地以使得显示的图像能够以降低的计算复杂度进行处理的方式允许实现真实的深度感知。当在3D显示器中使用时，本专利技术也旨在降低聚散适应问题的视觉不适。本专利技术允许利用具有相对较平坦的形状因子的显示屏幕实现这些目的。YasuhiroTakaki的论文“High-DensityDirectionalDisplayforGeneratingNaturalThree-DimenionalImages”,ProceedingsoftheIEEE,Vol.94,No.3,March2006公开了一种显示器，其中会聚功能和适应功能之间的不一致通过同时向观看者的眼睛提供多根光线而避免。
技术实现思路
前述目的利用依照本专利技术的显示设备和方法实现。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求提供了有利的实施例。像素集合优选地但不一定包括显示器的所有像素。空间分布的像素指的是在显示面板中像素彼此紧挨着布置，而不是布置在彼此之上。不同的像素子集指的是这样的像素子集位于显示面板的不同区域上。优选地，一个像素子集的一个或多个像素属于仅仅一个像素子集，从而所有像素子集彼此完全不同并且在显示面板上具有不同的空间位置。可替换地，当存在属于多个像素子集的至少一个像素时，这些子集可以仅仅部分地彼此重叠。成像单元可以跨显示面板布置，即布置在像素与假想平面之间。在这种情况下，可以使用如例如在OLED或者等离子体显示面板中的直接发射像素。可替换地，在面板具有诸如例如LCD面板的像素之类的透射像素的情况下，成像单元可以位于像素与照明单元（背光或者激光系统）之间。假想平面位于显示系统之前的视场内且在显示系统的工作距离处。假想圆和/或假想的另外的圆可以表示观看者的眼睛瞳孔。成像单元将像素图像提供给假想平面上的视图区域。像素图像区域基本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示设备（40），包括：‑ 显示面板（41），其包括像素集合（41R，41L），这些像素空间分布在显示面板上，并且每个像素用于提供光输出，该像素集合包括多个不同像素子集（41I），每个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素，‑ 成像单元（42），其被布置用于对像素子集的所述一个或多个像素成像以便在位于显示器之前的第一距离处的假想平面上的多个视图区域上形成像素图像，所述多个视图区域彼此不重叠，所述不同像素子集中的每一个的至少一个像素图像在所述多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有一定直径的假想圆，该直径等于或小于眼睛瞳孔的直径，并且假想圆包围所述多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.09 US 61/557,442;2011.11.14 US 61/559,3001.一种显示设备（40），包括：-显示面板（41），其包括像素集合（41R，41L），这些像素空间分布在显示面板上，并且每个像素用于提供光输出，该像素集合包括多个不同像素子集（41I），每个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素，-成像单元（42），其被布置用于对像素子集的所述一个或多个像素成像以便在位于显示器之前的第一距离处的假想平面上的多个视图区域上形成像素图像，所述多个视图区域彼此不重叠，所述不同像素子集中的每一个像素子集的至少一个像素图像在所述多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有一定直径的假想圆，该直径等于或小于眼睛瞳孔的直径，并且假想圆包围所述多个视图区域中的至少两个视图区域的至少一部分，其中在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的所述至少两个视图区域就其中的所述像素图像中的至少一个像素图像而言彼此不同。2.如权利要求1所述的显示设备，其中-像素子集的所述一个或多个像素中的第一像素的光输出在重新配置时间间隔内可从第一光输出重新配置为与第一光输出不同的第二光输出和/或反之亦然，该重新配置时间间隔等于或者短于1/30秒或1/45秒或1/60秒，并且-成像单元可重新配置用于在第一时间间隔内将像素子集的所述一个或多个像素中的第一像素成像到所述视图区域中的第一视图区域，并且用于在与第一时间间隔不同的第二时间间隔内将第一像素成像到所述视图区域中的第二视图区域，其中第一和第二时间间隔短于所述重新配置时间间隔。3.如权利要求1所述的显示设备，其中像素子集包括两个像素，每个像素成像到所述多个视图区域中的仅仅一个视图区域。4.如权利要求3所述的显示设备，其中像素子集的超过一个像素布置在s列和t行像素的阵列中，其中s和t为整数。5.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中所述多个视图区域包括三个视图区域，并且所述假想圆包围这三个视图区域的至少一部分，并且其中所述三个视图区域被布置成在假想平面上形成二维模式。6.如权利要求1-4中任何一项所述的显示设备，其中所述多个视图区域中的至少两个完全被所述假想圆包围。7.如权利要求3所述的显示设备，其中每像素子集的像素数量与所述多个视图区域中的视图区域数量相同。8.如权利要求1所述的显示设备，其中成像单元包括：-多个成像子单元，每个成像子单元用于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的至少一部分成像，并且其中每个成像子单元包括透镜和/或棱镜形式的光学元件。9.如权利要求8所述的显示设备，其中存在超过一个用于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的所述至少一部分成像的成像子单元。10.如权利要求8所述的显示设备，其中成像子单元包括第一光学元件和第二光学元件，其中第一和第二光学元件被布置成使得第一光学元件用于将仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的所述至少一部分的光输出定向到第二光学元件，并且第二光学元件用于将接收自第一光学元件的光输出的所述至少一部分定向到假想平面。11.如权利要求9-10中任何一项所述的显示设备，其中所述光学元件为透镜并且成像子单元布置在成像子单元阵列中。12.如权利要求9-10中任何一项所述的显示设备，其中每个成像子单元可单独地控制以便实现希望的波束操纵功能。13.如权利要求1-4和7-10中任一项所述的显示设备，其中每个像素包括具有相互不同的颜色的多个子像素，并且这些子像素在显示面板上堆叠在彼此之上，使得它们至少部分地重叠。14.如权利要求1-4和7-10中任一项所述的显示设备，其中每个像素包括具有相互不同的颜色的多个子像素，并且这些子像素空间分布在显示面板上，使得它们不重叠。15.如权利要求14所述的显示设备，其中像素内的子像素数量等于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的所述至少一部分成像的成像子单元的数量。16.如权利要求1-4和7-10中任一项所述的显示设备，其中每个像素或子像素包括布置成一维或二维光照部分阵列的多个光照部分。17.如权利要求1-4和7-10中任一项中任何一项所述的显示设备，其中像素子集之间的距离大于像素子集的像素或子像素之间的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：B克鲁恩，MPCM克利恩，FJ德布鲁伊恩，MT约翰逊，PS纽顿，BA萨特斯，ST德滋瓦特，JHM科斯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL