观察者跟踪自动立体显示器制造技术

本发明专利技术提供一种空间多路复用自动立体显示器，其被布置用于实现横式操作和竖式操作。可通过空间多路复用和时间多路复用技术提供多个光学窗。将一对快速响应透镜阵列与快速响应空间光调制器对准，并且同时地赋予第一组图像和第二组图像以相应的第一方向性和第二方向性，从而提供相应的第一组光学窗和第二组光学窗。所述第一组光学窗和第二组光学窗可各自在每个观看瓣中包括两个或更多个光学窗。所述光学窗可被布置成相对于垂直方向具有25度至65度的倾斜。观察者跟踪系统可被布置用于针对所述显示器的横式取向和竖式取向将左眼图像数据和右眼图像数据分别导向至观察者的左眼和右眼。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】观察者跟踪自动立体显示器
本公开整体涉及用于导向来自空间光调制器的光的装置，并且更具体地讲，涉及自动立体显示设备。
技术介绍
空间多路复用自动立体显示器通常使视差组件例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。视差组件将来自所述组像素中每组的光导向至相应不同的方向以在显示器前面提供第一观看窗和第二观看窗。眼睛置于第一观看窗中的观察者用来自第一组像素的光可看到第一图像；而眼睛置于第二观看窗的观察者用来自第二组像素的光可看到第二图像。然而，与空间光调制器的原始分辨率相比，此类显示器的空间分辨率有所降低，此外观看窗的结构由像素开口形状和视差组件成像功能决定。像素之间的间隙(例如，由于电极的原因)通常产生不均匀的观看窗。不合乎需要的是，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看自由度。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。
技术实现思路
需要增大自动立体显示器的观看自由度，使得观察者的头部位置被约束在狭窄角度范围内。观察者跟踪可用于增大观看自由度，使得根据所测得的观察者位置来调整每个图像的方向性。电子观察者跟踪自动立体显示器可提供多个观看窗并且基于这些观看窗在显示器前方的位置将正确数据导向至观察者，如美国专利5,959,664中所描述，该专利全文以引用方式并入本文。可用快速光学开关和无源双折射透镜阵列形成可被布置成可高速切换的透镜阵列，如美国专利7,058,252中所描述，该专利全文以引用方式并入本文。美国专利7,215,415中描述了多种2D/3D切换双折射透镜，并且美国专利7,750,981中描述了时间多路复用双折射透镜，这两个专利均以引用方式并入本文。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于自动立体显示装置的显示设备，该显示设备包括：空间光调制器，其包括像素阵列；第一透镜阵列和第二透镜阵列，它们各自与空间光调制器对准并且可操作以将来自空间多路复用像素子阵列的光导向至窗平面内具有至少三个光学窗的阵列中，所述第一透镜阵列的光学窗与所述第二透镜阵列的光学窗在空间上偏置；以及透镜切换装置，其能够使所述透镜阵列在第一模式与第二模式的操作之间切换，其中在第一模式下，第一透镜阵列工作而第二透镜阵列基本上没有光学效果，而在第二模式下，第一透镜阵列基本上没有光学效果而第二透镜阵列工作。与等效显示设备相比此类显示设备可用来改善空间分辨率，其中单个透镜阵列将来自空间多路复用像素子阵列的光导向至窗平面内具有至少三个光学窗的阵列中。这通过设置透镜切换装置而实现，该透镜切换装置能够使所述透镜阵列在第一模式与第二模式的操作之间切换，其中在第一模式下，第一透镜阵列工作而第二透镜阵列基本上没有光学效果，而在第二模式下，第一透镜阵列基本上没有光学效果而第二透镜阵列工作。由于第一透镜阵列的光学窗与第二透镜阵列的光学窗在空间上偏置，透镜切换装置的操作可用于改善空间分辨率。在用于实现此操作的一种可能技术中，所述显示设备可被装入自动立体显示装置中，该自动立体显示装置还包括：传感器系统，其被布置用于检测观察者相对于所述显示设备的位置；以及控制系统，其被布置用于依赖于所检测到的观察者的位置来控制透镜切换装置切换透镜阵列，以使时间多路复用操作处于第一模式和第二模式并且同时使所述显示设备在像素子阵列上显示左眼图像和右眼图像，以将左眼图像和右眼图像导向至对应于观察者的左眼和右眼的光学窗。以此方式，这种自动立体显示装置通过结合左眼图像和右眼图像的时间和空间多路复用来改善空间分辨率。另外，可减少在观察者移动过程中的图像闪烁，因为已经增加了光学窗的数目，因此将具有较大准确度的光导向至相应的观察者眼睛。根据本专利技术的第二方面，提供一种观察者跟踪自动立体显示器，其包括：第一透镜阵列和第二透镜阵列；透镜切换装置，其被布置用于将第一透镜阵列切换成在第一相位工作并且将第二透镜阵列切换成在第二相位工作；空间光调制器，其被布置用于在第一相位和第二相位显示图像数据并且包括与第一透镜阵列和第二透镜阵列对准的像素阵列；其中第一透镜阵列与像素阵列相配合而产生具有至少三个观看窗的阵列，并且第二透镜阵列与像素阵列相配合而产生具有至少三个观看窗的阵列；并且其中第一观看窗阵列和第二观看窗阵列在空间上交错。本文公开的原理为实现一种自动立体显示器而准备，其中利用空间和时间多路复用提供多个光学窗。一对快速响应的透镜阵列与快速响应空间光调制器对准，并且被同步以向第一组图像和第二组图像提供相应的第一方向性和第二方向性，从而提供相应的第一组光学窗和第二组光学窗。所述第一组光学窗和第二组光学窗可各自在每个观看瓣中包括两个或更多个光学窗。所述光学窗可被布置成相对于垂直方向倾斜25度至65度、优选地35度至55度，并且在有利的实施例中基本上倾斜45度。观察者跟踪系统可被布置成针对显示器的横式取向和竖式取向将左眼图像数据导向至观察者的左眼并将右眼图像数据导向至观察者的右眼。优选地，观察者跟踪系统可被布置成针对给定观察者位置将单个左眼图像导向至左眼并将单个右眼图像导向至右眼。根据本专利技术的第三方面，提供一种自动立体显示装置，其包括：显示设备，其包括被布置在形状为具有两个镜面对称的正交轴线的开口中的像素阵列以及被布置用于将来自空间多路复用像素子阵列的光导向至窗平面内的相应光学窗中的视差元件，所述光学窗具有不同位置并且以相对于所述开口的矩形形状的一条轴线为25至65度的范围内的角度延伸；传感器系统，其被用于跨所述显示设备检测观察者在两个维度上的位置以及观察者的观看取向；以及控制系统，其被布置用于依赖于所检测到的观察者的位置和所检测到的观看取向来控制显示设备在像素子阵列上显示左眼图像和右眼图像，以将左眼图像和右眼图像导向至对应于观察者的左眼和右眼的光学窗。本专利技术的第三方面受益于对这样的角度的选择，所述光学窗在该角度上相对于其中阵列像素的开口的形状的轴线延伸。显示设备最通常地被接近于对称轴线中的一条轴线的视角观察，也即在矩形开口的情况下以横式或竖式取向来观察。在观看窗沿着或接近于对称轴线延伸的情况下，仅当显示设备在该对称轴线为竖直时观察才提供图像的自动立体显示，而当显示设备被旋转90度以使得另一对称轴线为竖直时不提供图像的自动立体显示，因为此时单个观看窗延伸跨观察者的双眼。相比之下，在本专利技术的第三方面，所述窗以45度左右的范围内的角度延伸，例如从25至65度、更优选地35至55度、或40至50度。当依赖于所检测到的观察者的位置和所检测到的观看取向来控制时，此类倾斜的观看窗可用于在显示设备的各种取向下提供图像的自动立体显示。具体地讲，由于倾斜的窗沿两条轴线分开，所以当以任一轴线在竖直方向上或其附近的取向观察显示装置时，可将左眼图像和右眼图像导向为在对应于观察者的左眼和右眼的位置的观看窗中的显示图像。本文的实施例可实现具有大面积和薄结构、宽视角、高分辨率2D和3D模式、低串扰、横式和竖式观看几何条件、无移动部件、低成本以及高效率和高亮度的自动立体显示器。此类显示器可尤其非常适合于单观察者显示器。可呈现具有高图像保真性的文字和图形信息。本专利技术的实施例可用于多种光学系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自动立体显示装置的显示设备，所述显示设备包括：空间光调制器，所述空间光调制器包括像素阵列；第一透镜阵列和第二透镜阵列，它们各自与所述空间光调制器对准并且可操作以将来自空间多路复用像素子阵列的光导向至窗平面内具有至少三个光学窗的阵列中，所述第一透镜阵列的所述光学窗与所述第二透镜阵列的所述光学窗在空间上偏置；以及透镜切换装置，所述透镜切换装置能够使所述透镜阵列在第一模式与第二模式的操作之间切换，其中在所述第一模式下，所述第一透镜阵列工作而所述第二透镜阵列基本上没有光学效果，而在所述第二模式下，所述第一透镜阵列基本上没有光学效果而所述第二透镜阵列工作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.23 US 61/674,735;2012.10.02 US 61/709,0511.一种用于自动立体显示装置的显示设备，所述显示设备包括：空间光调制器，所述空间光调制器包括像素阵列；第一透镜阵列和第二透镜阵列，它们各自与所述空间光调制器对准并且可操作以将来自空间多路复用像素子阵列的光导向至窗平面内具有至少三个光学窗的阵列中，所述第一透镜阵列的所述光学窗与所述第二透镜阵列的所述光学窗在空间上偏置；以及透镜切换装置，所述透镜切换装置能够使所述透镜阵列在第一模式与第二模式的操作之间切换，其中在所述第一模式下，所述第一透镜阵列工作而所述第二透镜阵列没有光学效果，而在所述第二模式下，所述第一透镜阵列没有光学效果而所述第二透镜阵列工作；其中所述像素阵列被布置在形状为具有两个镜面对称的正交轴线的开口中，并且所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列各自被布置成可将来自空间多路复用像素子阵列的光导向至窗平面内的相应光学窗中，所述光学窗具有不同位置并且以相对于所述开口的所述形状的所述轴线之一为25至65度的范围内的角度延伸。2.根据权利要求1所述的显示设备，其中每个光学窗阵列包括至少五个光学窗。3.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述第一透镜阵列的所述光学窗具有与所述第二透镜阵列的所述光学窗相同的节距，并且所述第一透镜阵列的所述光学窗与所述第二透镜阵列的所述光学窗偏置半个所述节距。4.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述透镜阵列中的至少一者包括无源双折射透镜阵列。5.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列包括相应的无源双折射透镜阵列，所述相应的无源双折射透镜阵列被布置用于将垂直偏振分量的光导向至窗平面内相应的具有至少三个光学窗的阵列中；并且所述透镜切换装置包括偏振开关，所述偏振开关可操作来将从所述显示设备输出的光的偏振在对应于所述垂直偏振分量的偏振之间切换。6.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述无源双折射透镜阵列包括表面起伏双折射透镜阵列。7.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述无源双折射透镜包括渐变折射率双折射透镜阵列。8.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述第一透镜阵列和所述第二透镜阵列包括相应的有源双折射透镜阵列，它们各自能够在第一状态与第二状态之间切换，其中在所述第一状态下所述透镜阵列将光导向至窗平面内相应的具有至少三个光学窗的阵列中，而在所述第二状态下所述透镜阵列没有光学效果，并且所述透镜切换装置被布置用于在所述第一模式下将所述第一透镜阵列切换至其第一状态并将所述第二透镜阵列切换至其第二状态，并且在所述第二模式下将所述第一透镜阵列切换至其第二状态并将所述第二透镜阵列切换至其第一状态。9.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述空间光调制器是发射式、透射式或反射式空间光调制器。10.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述范围为从30至60度、从35至55度、或从40至50度。11.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述像素被排列在与所述光学窗延伸的方向成非零角度并且与所述开口的所述形状的所述轴线成非零角度的方向上。12.一种自动立体显示装置，所述自动立体显示装置包括：用于自动立体显示装置的显示设备，所述显示设备包括：空间光调制器，所述空间光调制器包括像素阵列；第一透镜阵列和第二透镜阵列，它们各自与所述空间光调制器对准并且可操作以...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·伍德盖特，M·G·鲁宾逊，J·哈罗德，
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