具有观察者跟踪功能的显示器制造技术

本发明专利技术涉及一种显示器，尤其是自由立体或全息显示器，用于呈现优选的三维信息，其中，在运动区域的多个地带中以精细分级的方式，全息编码的对象的立体视图或重建可被跟踪至一个或多个观察者的相关眼睛的运动。在这种情况下，这些地带由可切换的偏振光栅的激活来选择。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有观察者跟踪功能的显示器
本专利技术涉及一种显示器，尤其涉及一种用于更好地表现三维信息的自由立体或全息显示器，其中，全息编码的对象的立体影像或重建可被跟踪至一个或多个观察者的相关眼睛的运动。
技术介绍
用于显示三维信息的显示器已从多个实施例中获知。除了需要额外的帮助——例如，用于观察空间场景的快门或偏光眼镜——的实施例，自由立体显示器不需要这种帮助。没有额外的测量，然而，在后者的显示器中，3-D场景仅在狭窄的空间区域——所谓的观察者区域——中可被观察到。为了使3-D场景在大的水平角度范围内也可被方便地看到，允许所述观察者区域被跟踪至观察者的眼睛的装置已经研发出来。这种系统已经被，例如，专利文献DE10339076B4的申请人所描述。该申请人也同样描述了一系列全息显示装置，例如，在专利文献EP1563346B1或EP1792234B1中，其中，3-D场景可通过编码在空间光调制器中的全息衍射图在狭窄地划定界限的观察者区域中被感知为强度分布的空间重建。在这里，对观察者区域被跟踪至一个或多个观察者的眼睛的运动是有利的。为此，这种装置具有确定观察者的眼睛的位置和将该数据发送给系统控制器的识别系统。该识别系统通常以基于照相机的方式运行，其中，眼睛的位置通过图像处理算法确定。根据各自的眼睛位置，系统控制器控制机械的或电子的光偏转装置，这样，分配给各自的眼睛位置的观察者区域的中心以最大程度尽可能的对应于各自的眼睛位置。如果需要或有必要，3-D场景的图像内容或重建可与此同时被适应于新的眼睛位置。在这种显示器中，照明单元产生最大程度平行的光，其具有所需的波长谱，通过该波长谱，立体视图被写入或者全息信息被编码进其中的空间光调制器被照明。在全息显示器的情况下，光必须另外能够至少在用于编码3-D场景的像素所需的区域中干涉，即，所述光必须充分地相干。光偏转装置可位于空间光调制器的上游和/或下游。照明单元也可以以可控的方式配置，这样，其可以在预设的空间方向上引导光。为此，例如，可替换的照明列可位于直接靠近柱面透镜阵列的焦平面上游的位置。照明列可被可控制地选择，例如，从有效的光源矩阵，其可被实施，例如，作为OLED矩阵。也可使用平面光源，在其前面设置了狭缝光阑的阵列，就其水平位置而言，其以可驱动的方式是可变的。这种光阑阵列，例如，可被配置作为LCD矩阵。在这种情况下，每个柱形成辅助光源，其照明被分配给其的柱面透镜阵列的柱面透镜。照明列相对于分配的柱面透镜的中心线的水平位置确定偏光束的水平角，该水平角由各自的柱面透镜射出，所述偏光束最大程度地平行。在这种情况下，多个照明列也可被同时激活，以便增加射出的角度范围和由此的分配的观察者区域的尺寸。此外，照明列的位置相对于分配的柱面透镜的中心线的水平偏差可在柱面透镜阵列的区域中变化，以便，例如，实现额外的场透镜功能，并由此使分配的观察者区域的水平直径适应于观察者的距离。柱面透镜阵列可具有光阑阵列，其避免分配给柱面透镜的照明列和相邻的柱面透镜之间的串扰。不需要的辅助观察者区域可因此被避免。分配给柱面透镜的照明列的数量确定可能的水平偏转角的数量。该数量不能任意增加，因为主和/或辅助光源已经在技术上决定了最小尺寸。而且，所需的亮度增加，尺寸变得越小。对于也可以使多个观察者位于其中的大的水平运动区域来说，然而，需要大量的细致地顺次排列的光偏转角用于观察者跟踪。因此，已经提出了一系列额外的测量用于增加所述的运动区域以及由此的可能的偏转角的数量。举例来说，在美国专利文献US7791813B2中，针对射束偏转使用了电控的电润湿单元的阵列。然而，这种阵列的生产很复杂，并且因为单元高度具有限制孔径。同样被提出的机械偏转装置，例如，偏转镜或可旋转的棱镜反应缓慢并且需要大的结构体积。
技术实现思路
因此，本专利技术基于具体说明和研发一种上述类型的显示器的目的，该显示器能够克服上述问题。尤其是，本专利技术旨在对于一个或多个观察者来说，使观察者能够在最好是重叠的多个运动地带中以精细分级的方式跟踪，而不使用机械式光偏转装置。通过下述技术方案的教导实现本专利技术的目的：根据本专利技术，提供了一种显示器，尤其是一种自由立体或全息显示器，其中，全息编码对象的图像视图或重建可被跟踪至与至少一个观察者的相关眼睛的运动，该显示器具有包含用于产生具有可预设的发射特性、被最大程度准直的光的光源的照明单元；至少一个偏振光栅堆栈，其具有包含至少两个可切换的或可控的偏振光栅的光学组件的堆栈，其中每个偏振光栅包含用于光偏转的可以开启的光栅结构；空间光调制器，其用于调制显示图像信息或重建编码的全息信息的照明单元的光；用于确定与至少一个观察者相关联的眼睛的位置的识别系统；和用于驱动和同步可切换且可控的元件的系统控制器，其中，根据观察者的眼睛的当前位置，照明单元和偏振光栅堆栈可以由系统控制器照明单元的光在观察者的眼睛的方向上可偏转的方式驱动。在这种情况下，照明单元的发射特性由显示器的类型确定。对于全息显示器，优选使用由具有良好相干性的窄带光源，例如，由激光光源构成。对于自由立体显示器，可以使用，例如，无机或有机的发光二极管，其具有较宽的波长谱。偏振光栅堆栈的偏振光栅由系统控制器驱动，这样，各个光栅激活并以预定的方向引导光，以便因此产生运动区域的地带。可切换的偏振光栅可配置为，例如，可切换的液晶偏振光栅。为此，液晶取向层具有用于局部地改变确定穿过的光的偏振的液晶取向的周期性重复结构。该周期越短，衍射角和因此的针对光的预定波长的光偏转角越大。通过施加电压给被分配给液晶层的电极，由液晶取向层引起的液晶分子的取向有可能被相互抵消，并且因此使偏振光栅被关闭。光之后在没有偏转的情况下穿过该光栅。光栅周期可局部地改变，以便，例如，另外允许场透镜功能。照明单元的光源可在主光源的阵列中被设置为光源矩阵，其单独或成列地可切换或可控。所述光源可以是，例如，LED、OLED或激光二极管。光源可由系统控制器根据其亮度被分别控制，以便，例如，补偿光束路径中的局部不同的透明度或改进显示图像信息时的对比度。为了形成彩色显示器，优选使用不同的光源，其在它们的发出的波长谱方面不同，尤其是聚焦波长(focuswavelength)，并且其是可以单独操作的。各种颜色可因此以时分复用的形式产生，即，以时间连续的方式。为此，系统控制器使各个颜色的驱动与将相关的颜色信息写入到空间光调制器中同步。针对右眼和左眼的不同的图像内容或编码信息可以同样被系统控制器以同步的方式随时间顺序地写入。在这种情况下，用于产生相关的观察者区域的所需的偏转方向针对每只眼被分别设置。也有可能，在多个观察者的情况下，针对每只观察者的眼睛写入专用视图或编码信息项。颜色和视图的变化可被适当地组合，这样，尽可能避免对于观察者可见的干扰，尤其是令人不安的闪烁。可控的光阑阵列，其被配置为，例如，可控的狭缝光阑的阵列，其可被设置在偏振光栅堆栈的上游。该阵列可被集成在照明单元中。光阑阵列优选由平面光源照明。这种光阑阵列可由，例如，单独地可驱动的液晶单元的矩阵组成。所述元件可以成列设置。然而，也可使用可控的元件的二维矩阵布置，其中，正确的列通过驱动系统控制器的相关的单元来选择，并因此形成辅助柱状光源。通过使用光源矩阵或狭缝光阑的阵列，可以设置光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示器，尤其是自由立体或全息显示器，其特征在于，全息编码的对象的图像视图或重建可被跟踪至至少一个观察者的相关眼睛的运动，·包含照明单元(100)，其包含用于产生具有可预设的发射性能、被最大程度准直的光的光源，·包含至少一个偏振光栅堆栈(300)，其具有包含至少两个可切换的或可控的偏振光栅(310、340)的光学组件的堆栈，每个偏振光栅(310、340)包含用于光偏转的可以开启的光栅结构，·包含空间光调制器(510)，其用于调制照明单元(100)的光，以用于显示图像信息或重建编码的全息信息，·包含识别系统，以用于确定与至少一个观察者的眼睛相关联的位置，并且·包含系统控制器，以用于驱动和同步可切换且可控的元件，·其中，根据观察者的眼睛的当前位置，照明单元(100)和偏振光栅堆栈(300)可以由系统控制器以照明单元(100)的光在观察者的眼睛的方向上可偏转的方式驱动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.26 DE 102012201166.8;2012.06.22 DE 10201211.一种显示器，其为自由立体或全息显示器，其特征在于，全息编码的对象的图像视图或重建可被跟踪至至少一个观察者的相关眼睛的运动，包含：·照明单元(100)，其用于产生具有可预设的发射性能、被最大程度准直的光，所述照明单元的光具有可预设的圆偏振，·至少一个偏振光栅堆栈(300)，其具有包含至少两个可切换的或可控的偏振光栅(310、340)的光学组件的堆栈，每个偏振光栅(310、340)包含用于光偏转的可以开启的光栅结构，·空间光调制器(510)，其用于调制照明单元(100)的光，以用于显示图像信息或重建编码的全息信息，·识别系统，以用于确定与至少一个观察者的眼睛相关联的位置，并且·系统控制器，以用于驱动和同步可切换且可控的元件，·根据观察者的眼睛的当前位置，照明单元(100)和偏振光栅堆栈(300)可以由系统控制器以照明单元(100)的光在观察者的眼睛的方向上可偏转的方式驱动。2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，偏振光栅堆栈(300)额外地包含作为光学组件的至少一个可切换或可控的双折射延迟层(320)。3.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，额外的双折射延迟层(410)位于偏振光栅堆栈(300)的下游，以便将圆偏振光转换成线偏振光。4.根据权利要求3所述的显示器，其特征在于，偏振滤光器(420、520)位于额外的双折射延迟层(410)的下游，所述偏振滤光器抑制开启的偏振光栅(310、340)的零衍射级的线偏振光。5.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，具有可变的光栅周期的可控的偏转光栅(700)被设置在偏振光栅堆栈(300)的上游或下游或设置在偏振光栅堆栈(300)中。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：诺伯特·莱斯特，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU