一种自动立体多用户显示器，包括被跟踪和图像控制器（１６０）进行方向控制的最佳观看位置单元，其中照明矩阵（１２０）配置有可独立启动的若干个照明元件（１１…５６），以及用于交替成像有源照明元件的成像设备，以便借助于被引导的光束（Ｂ１Ｒ…Ｂ５Ｌ），使得扩展的最佳观看位置（ＳＲ１／ＳＲ２）对于观看透射图像矩阵（１４０）上交替图像或立体图像序列的若干个观看者的各个眼睛位置是可见的。根据本发明专利技术，该成像设备包括：成像矩阵（１１０），其配置有多个小焦距的透镜元件（１１１－１１５），使得有源照明元件以放大的方式成像在最佳观看位置（ＳＲＩ／Ｓ〈ＳＢ〉Ｒ２〈／ＳＢ〉）上；以及场镜（１０７），其设置在所述成像矩阵（１１０），以使相邻光束（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５）之间的启动的照明元件的距离尽可能保持恒定，从而有助于用照明矩阵（１２０）对光束进行方向（Ｄ１…Ｄ５）的选择。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种自动立体多用户显示器，具有最佳观看位置(sweetspot)单元和图像显示矩阵，该最佳观看位置单元用于将光聚焦，以形成射向一个或多个观看者的眼睛的若干个光线束，该图像显示矩阵用于用具有单视场或立体视场图像序列的二维图像交替调制该最佳观看位置单元的光。在本文中，术语“多用户显示器”指的是可以被多个观看者使用、用来同时地和独立地观看3D景象形式的图像序列的交替图像的设备。本专利技术利用了若干个单图像对观看者每个眼睛的暂时交错。当采用这种显现法时，分辨率被保持而且不会被表现透视数目的因素减少，如同用空间交错法的情形那样。该分辨率与图像显示矩阵的分辨率相同。自动立体多用户显示器应当满足以下条件支持多个观看者的能力，单个观看者在宽广观看空间内自由和独立移动的可能性，以及有选择地以2D和3D模式选择访问几个图像序列。其它希望的特性还有高图像质量、鲁棒性、可靠性、小深度、支持实践中所有普通图像和视频格式(包括照相机和立体照相机)、以及低成本。通常，如果观看者的眼睛位于预定位置上时，观看者使用立体显示器仅能够觉察到立体图像而没有串扰。这些位置在文献中也称作最佳观看位置。本专利技术的解决方案旨在将均匀的、大面积的光分布聚焦在扩展的最佳观看位置上，从而根据观看者眼睛的移动并根据当前显现的右或左图像，使用跟踪和图像控制器可以跟踪这些最佳观看位置。
技术介绍
EP0 881 844A2披露了一种带有光源跟踪的单用户显示器。这种显示器以顺序模式工作。光源对的两个相邻分段设置用于观看者的左眼和右眼。如果用于右眼的分段开启，那么第一双凸透镜(lenticular)将该分段以多个图像的方式投射到漫射板上。现在，该漫射板用作第二光源，由于漫射板的漫射性质，光透过图像显示矩阵，且右图像穿过第二双凸透镜的所有透镜，借此，光被聚焦在观看者的右眼上。对于随后的图像，光源对被切换到用于左眼的分段，图像矩阵切换到左图像。如果观看者移动出立体区域之外，那么第二光源对开启，其对应于当前的区域。然而，使用漫射板是不利的，因为它通常阻止了多用户操作，这是由于具有多个第二光源的漫射板被表现在通过第二双凸透镜周期性的延续中。WO 03/019952A1披露了一种用于多个观看者的具有2D和3D呈现的解决方案以及一种跟踪系统。从观看者来看，在图像显示矩阵上，显示器容纳着受控引导单元，该可控引导单元具有包括光闸的两个透镜阵列，以将图像的每个像素分开地聚焦在一个或多个观看者的眼睛上。每个透镜阵列包括用于图像矩阵的每个像素的独立透镜元件，所述透镜元件将像素的调制光聚焦在光闸上。光闸对每个像素都具有多个细微的分段开口，以便对于每个观看者，每个透镜元件根据他眼睛的位置打开一个分段。这些分段通过设置在光闸背后的第二透镜阵列的相应第二透镜元件，投射到观看者的眼睛上。如果观看者移动，位置探测器发送观看者的新位置，从而仅打开对应于这个位置的光闸分段，以确保像素保持聚焦在眼睛上。在使用时间复用法的立体操作期间，右图像和左图象被一个接一个地引导到各个眼睛上。如果存在着多个观看者，那么启动多个分段。在单视场操作期间，所有的光闸分段都可以被打开。然而，这种多用户显示器实际实现起来相当困难，因为需要高分辨率的光闸。举例来说，在该文献的一个实施例中具有观看者的100个可能的角位置，假设典型的像素间距为0.25mm，那么该实施例需要2.5μm的分段宽度。假设存在1,600列，则将需要具有每行160,000个分段的光闸。另外，当制造透镜元件、光闸开口以及图像矩阵的像素时，以及当装配期间校准这些部件时，这些部件的匹配需要极其精确。而已有的像素或分段尺寸的很小偏差或稍微不对准都可能会导致功能故障。此外，还需要装配的显示器对环境影响(例如温度波动或摆动)有很强的抵抗力。另外一个主要的缺点表现为显示部件不能被单个替换这样的事实。图像显示矩阵、透镜阵列以及光闸必须经常在它们的几何结构、分辨率以及制造容差方面进行精确调和。WO 03/053072A1披露了一种具有3D跟踪系统并且顺序表现立体图像的多用户显示器。该装置包括依次地一个位于另一个之后的三维可寻址背光、用于聚焦的单个大面积、容积大的成像透镜、以及作为图像显示矩阵的空间光调制器。背光容许关于观看者与显示器之间的距离的跟踪。聚焦的光穿过图像显示矩阵，该图像显示矩阵交替地调制用于观看者的各个眼睛的左图像和右图像。这种装置的缺点是亮度低，因为只有局部可选的点光源的光才可用来照亮整个图像，以及大的成像透镜和由三维背光引起的显示器的大深度。为了限制在光轴之外这种大透镜的像差，焦距必须足够大，从而使得设备非常深。另外，三维背光很难制作。很多专利的特征都在于分配给投影系统的附加场镜，该透镜被放置在光路的各个位置上，从而具有各种功能。申请人申请的在先专利申请WO 2005/027534(在本申请的申请日时还未公布)也描述了一种多用户显示器。该显示器包含了最佳观看位置单元、用于跟踪和图像控制的装置以及根据眼睛位置跟踪最佳观看位置的方法。图1是解释工作原理的顶视图，但并未按比例绘制也并未示出所有的光学元件。成像装置110的多个透镜元件111-114将照明矩阵120的可切换点照明元件11-46成像在观看者的眼睛ER、EL上。当被大面积光源130照明时，照明矩阵120为每个透镜元件和观看者产生光线B1-B4之至少一束，由于用跟踪和图像控制器160有选择地启动照明元件11-46，所述光线束被叠加，以在观看者眼睛的位置处形成二维最佳观看位置SR。成像装置110、照明矩阵120以及背光源130形成可控的最佳观看位置单元，该单元产生定向背光以呈现从在观看空间内某些光斑位置可见的、透射LCD图像显示矩阵140的图像，所述的位置由跟踪和图像控制器160确定。在实践中，尤其设置了更多的透镜元件111-114和照明元件。LCD矩阵的子像素优选被用作照明元件。在到达观看者的路径上，多束光线B1-B4透过图像显示矩阵140的若干块大面积，该图像显示矩阵140交替地包含图像信号PSS的立体图像序列的唯一一个图像。位置探测器150确定在显示器前的观看者的数目以及他们眼睛的位置ER、EL。相应地，跟踪和图像控制器160启动(在所示的例子中)照明元件13、24、35和46，以呈现从眼睛位置ER可见的立体图像序列的当前图像。如图1所示，照明元件13、24、35和46相对于透镜元件的光轴不同地定位。如果观看者移动，跟踪和图像控制器160将启动其它的照明元件，以便根据眼睛的转换位置跟踪最佳观看位置束。为了交替表现的立体图像，跟踪和图像控制器160通过与图像(位于图像矩阵内)的每次变化同步地切换照明元件，呈现对一个或所有观看者的相应眼睛可见的随后图像。在这个时间周期内，对另一个眼睛而言图像是不可见的，因为那个眼睛处于称作暗点的位置上。如果由图像显示矩阵提供的用于右眼和左眼的图像序列和到各个眼睛上的同步投射以充分高的频率交替，那么这些眼睛就不能辨别呈现给它们的单个图像。两个眼睛都会觉察到该图像序列为立体显示，而不会有串扰效应。多束光线B1-B4实际上沿着每个有源照明元件13、24、35和46被投射到眼睛位置ER或EL的平面上这样的路径传播，并被放大成至少几个毫米的直径。为了简化说明工本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自动立体多用户显示器，具有被跟踪和图像控制器（１６０）进行方向控制的最佳观看位置单元，其中所述最佳观看位置单元具有照明矩阵（１２０，１３０）和成像设备，所述照明矩阵包括可以被单个地启动的多个照明元件，所述成像设备具有若干个透镜元件（１１１－１１５），这些透镜元件用于将若干个有源照明元件以若干个定向光线束的形式交替地成像在对应于不同眼睛位置（Ｅ↓［Ｌ１］／Ｅ↓［Ｒ１］，Ｅ↓［Ｌ２］／Ｅ↓［Ｒ２］）的若干个扩展最佳观看位置（Ｓ↓［Ｒ］／Ｓ↓［Ｌ］）上，使得在透射图像显示矩阵（１４０）上提供的立体图像序列的右图像和左图像可以被呈现为在若干个观看者的右／左眼睛位置（Ｅ↓［Ｌ１］／Ｅ↓［Ｒ１］，Ｅ↓［Ｌ２］／Ｅ↓［Ｒ２］）上可见，由此，通过对每个眼睛位置（Ｅ↓［Ｌ１］／Ｅ↓［Ｒ１］，Ｅ↓［Ｌ２］／Ｅ↓［Ｒ２］）、透镜元件（１１１－１１５）以及线启动该照明矩阵（１２０，１３０）的至少一个照明元件，所述跟踪和图像控制器（１６０）为每束光线（Ｂ１－Ｂ５）确定方向（Ｄ１，Ｄ２，…或Ｄ５），使得所有的光线束（Ｂ１－Ｂ５）重合在该最佳观看位置（Ｓ↓［Ｒ］／Ｓ↓［Ｌ］）的位置上，其中所述成像设备包括：成像装置（１１０），具有多个短焦距的透镜元件（１１１－１１５），使得所述有源照明元件以放大的方式成像在所述最佳观看位置（Ｓ↓［Ｒ］／Ｓ↓［Ｌ］）上；及场镜（１０７），沿光传播方向设置在所述成像装置（１１０）后面并具有比所述透镜元件（１１１－１１５）长得多的焦距，以使相邻光线束（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５）之间的距离保持恒定且最小，从而用照明矩阵（１２０）维持对所述光线束的方向（Ｄ１－Ｄ５）的限定。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿明施韦尔特纳，
申请(专利权)人：视真技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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