CN101491109A - 用于自动立体显示器的可控照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动立体显示器，其中从光调制器的激活照明元件发出的光被成像装置在所有情况下通过图像再现矩阵以平行光束导向观察者的一只眼睛作为可视区域。本发明的应用领域为自动立体显示器，用于多个观察者的图像信息籍此可以选择性地以2D或3D模式或者以混合模式展现。多个照明元件分配给成像装置的每个成像元件。这些照明元件确定为需要为当前观察者位置生成平行光束。激活的照明元件在数量上的轻微差异都会产生杂散光形式的成像干扰。杂散光不仅照明指定的透镜，而且还照明相邻的透镜，生成额外的第二平行光束。根据本发明，所述第二平行光束被两个在光路中隔开的有条纹的偏振片抑制，所述两个有条纹的偏振片具有交替的不同的偏振，偏振方向不同的条纹彼此叠合相对设置。

Description

用于自动立体显示器的可控照明装置

本发明涉及一种具有可控照明装置的透射式自动立体显示器，该可控照明装置含有发挥照明矩阵作用的光调制器。从上述光调制器发出的光被成像装置以平行光束通过图像再现矩阵投射，在所有情况下导向观察者的一只眼睛作为可视区域，从该区域中可以看到3D图像展现。技术背景及公知解决方案。

本发明的应用领域为自动立体显示器，诸如图像或图像序列的图像信息籍此可以选择性地以2D或3D模式或者以混合模式为多个观察者展现。

本申请文件中，显示器用来指代至少一个观察者不用额外的辅助就能观看3D图像展现的自动立体显示器。

基本上，显示器包括由排列成矩阵的多个成像元件组成的成像装置。与导向每个观察者眼睛的照明同步，相应的用于生成3D图像的立体图像在图像再现矩阵上展现。各个观察者眼睛的位置由测位仪确定。当观察者改变他(她)的位置时，通过改变控制单元的相应控制信号来将可视区域跟踪到观察者眼睛。

一个或多个观察者分别使他们的眼睛处在区域中的观察者空间中，在该区域中，可以三维地观看显示器上的图像信息，上述区域被称为可视区域。为了从这些可视区域观看，在3D展现期间，显示器上图像展现的均匀度要持续保证并且要避免对另一只眼睛的串扰。而且，当观察者在显示器前观察者空间中采用新的位置时，上述要求继续适用，以使他(她)可以得到持续优质的平面或立体图像内容信息。

这样的按时间顺序展现的自动立体显示器的结构和功能已被精确地公开，例如，在本申请人的WO 2005/060270 A1号专利中，在此进行部分地说明。

图1中，以俯视图示意性地表示显示器的工作原理，但该图既未按比例绘制，也未包含所有数量的光学元件。

成像矩阵110中的多个透镜元件111…114将照明矩阵120的可变换点状照明元件11…46投射到观察者眼睛ER、EL上。照明矩阵120被大面积光源130所照明，为每个透镜元件和观察者生成至少一个光束B1…B4，所述光束由于照明元件11…46被跟踪及图像控制器160选择性激活而叠加，在观察者眼睛位置形成二维最佳位置(可视区域)SR。成像矩阵110、照明矩阵120和光源130一起生成定向的背光形式的可控最佳位置单元，以渲染透射式LCD的图像，图像矩阵140可以从观察空间中的位置看到，该观察空间中的位置由跟踪及图像控制器160来定位。实践中，提供更多的透镜元件111…114和照明元件。LCD矩阵的像素或子像素分别方便地用作照明元件。

光束B1…B4在射向观察者的路径上穿透大面积的图像矩阵140，该图像矩阵140交替地仅包含图像信号PSS的立体图像序列中的一个图像。测位仪150确定显示器前观察者的数量及其眼睛位置ER，EL。因此，跟踪及图像控制器160激活实例中所示的照明元件13、24、35和46，以渲染可视图像序列的当前图像。如图1所示，照明元件13、24、35和46被相对于其后的透镜元件的光学轴线不同地定位。当观察者移动时，跟踪及图像控制器160将激活其他照明元件以根据眼睛位置的转换来跟踪各个最佳位置光束。为了交替展现立体图像，跟踪及图像控制器160通过与每个图像变化同步地变换照明元件来为一个或全部观察者的各个眼睛渲染随后的可视图像。对于其他眼睛，在这期间不照明图像，因此不能看到。如果由图像矩阵提供用于右眼和左眼的图像序列以及同步成像到各自眼睛被足够快地投射，观察者的眼睛就不再达到显示给他们的图像的时间分辨率。两只眼睛将图像序列感知成立体展现。

光束B1…B4实际上以这样的方式传播，即：每个激活的照明元件13、24、35和46投射到眼睛位置ER或EL的平面上，放大到至少数毫米的尺寸大小。为了简明说明工作原理，本发明的所有附图中平行的光束形成最佳位置(可视区域)。然而，实践中光路轻微地偏离平行。无论如何，最佳位置单元排列成使每个光束B1…B4覆盖至少最佳位置区域的范围，该范围至少与观察者眼睛一样大。这就允许观察者以均匀的照明观看图像矩阵的整个显示面积。

为了达到上述显示器的要求，需要一种持续检测观察者在显示器前的空间中尽可能大的空间区域内移动、并通过控制单元的控制信号独立于每个观察者的当前位置持续向他(她)提供正确的图像信息的跟踪系统。这形成了对测位仪的精确度、显示器的各个组件的质量以及显示器的成像质量的总的极高要求。

对于本发明来说，照明装置是由多个自发光的照明元件组成还是由光透射的照明元件组成都无关紧要。多个照明元件分配给每个成像元件。采用逆光线跟踪计算方法，照明元件确定为需要为当前观察者位置生成平行光线。对于要激活的照明元件在数量上的轻微差异，也就是说，如果稍稍过多的照明元件被激活，就会产生成像干扰。

实践中，如果将透镜阵列用作成像装置，已发现其有以下缺点，即在将激活的照明元件的光通过选择的透镜以平行光束投射时，就会出现额外的干扰杂散光(虚光)。激活的照明元件的光不仅照明特定的透镜，还照明特定透镜左右邻接的透镜。该光产生额外的第二平行光束，其强度较弱，但是也能到达观察者眼睛。如果显示器前有多个观察者都想观看3D展现，上述第二平行光束对立体图像的展现尤其不利。会发生本来用于右眼的平行光束的第二平行光束落入旁边观察者的左眼，从而向这个左眼提供右眼的立体图像。

本发明的目的在于，在将自动立体显示器的光投射到观察者眼睛时保持尽可能小的光散射，以防止产生额外的可视区域并且避免用于相邻观察者的眼睛的立体图像相互影响，即串扰。

根据本发明，问题通过两个有条纹的偏振片得以解决，所述两个有条纹的偏振片在光路中排列成相互间隔一定距离。所用的偏振片设置成具有不同偏振方向的间隔条纹。适宜地，第一和第二有条纹的偏振片的相同偏振的条纹在光的方向上彼此叠合相对，以将光导向所需的方向，即导向选择的各个观察者眼睛的当前位置。根据本发明的一个实施例，第一有条纹的偏振片排列在用作照明矩阵的光调制器的出光侧，第二有条纹的偏振片排列在成像装置前，最好是透镜阵列前。这样，额外产生的发光较弱的第二平行光束被抑制。此外，还需要两个偏振片的条纹宽度等于透镜阵列的透镜的宽度。

根据本发明的实施例，成像装置由含有多个平行排列的球面透镜的透镜阵列组成，在各种情况下将每个照明元件的光通过透镜阵列的一个透镜以平行光束投射。成像装置还可以是条纹形式的微透镜的矩阵状排列，这也处于本发明的范围内。有条纹的偏振片应该类似排列。

要激活的照明元件的位置通过逆光线跟踪计算方便地从每个观察者眼睛确定，从而同时确定成像装置要被射穿的成像元件的位置。

本发明用于抑制第二光束的解决方案简单、有效，已经被证实在用于多个观察者的自动立体显示器中是成功的。因此，提高了跟踪多个观察者的精确度，并且提高了对各个单独的观察者3D展现的质量。

以下，对按时间顺序展现的自动立体显示器的可控照明装置进行更详细的说明。附图中，以俯视图表示：

图1示意性表示公知技术的自动立体显示器的工作原理；

图2表示显示器的一部分的示意图，其具有导向观察者眼睛的平行光束和两个额外产生的第二平行光束；以及

图3表示具有根据本发明在光路中排列的用于抑制第二平行光束的装置的图2部分的示意图。

本发明基于其工作原理已在公知技术中根据图1进行了说明的自动立体显示器，本发明能够通过该范围理解。

图2中，示意性地部分表示了显示器中的照明光路。

用1标示的照明矩阵通过具有多个代表照明元件的矩阵状排列的单元的光调制器实现。照明矩阵1中的黑色区域为未激活的元件。然后，在光的方向上，成像装置排在设置成具有平行邻接的球面透镜3的透镜阵列2之后。来自照明元件的光按列入射到透镜阵列2上。要激活的照明元件根据当前观察者位置通过逆光线跟踪计算确定。所示三个球面透镜3的中间的透镜将光以平行光束4分别导向观察者的右眼或左眼(此处未表示)，在每个眼睛中生成用于3D展现的可视区域。然而，激活的照明元件的光还引发强度较弱的第二平行光束5。第二平行光束5的光与平行光束4具有相同的起始点。但是，根据图2，第二平行光束5与平行光束4成角度向右和向左发射。如果多个观察者想要观看3D展现，它们可以导致上述的对投射质量的劣化。也就是说，例如，如果平行光束4同时按时间顺序展现受控的右立体图像，第二观察者的左眼可以接收到第一观察者的右立体图像。出现立体展现的串扰。

根据图3，为了解决这一问题，在自动立体显示器的光路中设置两个有条纹的偏振片。第一偏振片6设置在照明矩阵1的出光区域的前方光路中，第二偏振片6设置在透镜阵列2前方。为了抑制第二平行光束5，第一和第二偏振片6的偏振方向相同的条纹叠合地排列成彼此相对。两个偏振片6的条纹宽度都与透镜阵列2的透镜3的宽度相等。从激活的照明元件发出的箭头表示可能的光传播方向。第一偏振片6用作偏光器，第二偏振片用作检偏器。当光通过第一偏振片6时被偏振化，并作为平行光束4通过第二偏振片6。当杂散光入射到第二偏振片6中画阴影线的区域上时，不允许偏振化的光在该位置通过，因为其具有不同的偏振。因此不会生成其他的第二平行光束5，因为下一个偏振方向相同的区域相距足够遥远，因而实际上没有杂散光能够碰到它们。

Claims (5)

1.用于自动立体显示器的可控照明装置，其中从光调制器的激活照明元件发出的光被成像装置在所有情况下通过图像再现矩阵以平行光束成像到观察者的一只眼睛上，籍此

—测位仪确定各个观察者眼睛的位置；

—成像装置含有多个排列成矩阵的照明元件，平行光束通过至少一个成像元件投射；以及

—与各照明同步，相应的立体图像展现在显示器上生成3D图像，

其特征在于，在光路上设置两个互相间隔一定距离的有条纹的偏振片(6)，两个偏振片(6)的条纹间隔地具有不同的偏振方向，偏振方向相同的条纹叠合地排列成彼此相对，以抑制额外产生的发光较弱的第二平行光束(5)。

2.根据权利要求1所述的可控照明装置，其特征在于，第一有条纹的偏振片(6)设置在光调制器的出光侧，第二有条纹的偏振片(6)设置在成像装置前。

3.根据权利要求1所述的可控照明装置，其特征在于，成像装置为包括多个平行设置的透镜(3)的透镜阵列(2)，每个平行光束穿透透镜阵列(2)的一个透镜(3)，透镜(3)通过逆光线跟踪计算确定。

4.根据权利要求3所述的可控照明装置，其特征在于，两个偏振片(6)的条纹宽度等于透镜阵列(2)的透镜(3)的宽度。

5.根据权利要求3所述的可控照明装置，其特征在于，通过使用始于观察者眼睛的逆光线跟踪计算，还确定要激活的照明元件的位置和成像装置中要穿透的成像元件的位置。

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