CN103246076B - 多人观看立体显示装置及立体显示方法 - Google Patents

Abstract

一种多人观看立体显示装置，包括显示单元、感应单元、光线传输控制单元、立体分光单元和同步控制单元；显示单元用于为一个或多个观察者在多个观看区域提供显示3D图像的多个视图图像的视图序列；光线传输控制单元用于控制光线传输到一个特定观看区域；立体分光单元用于为观察者观看3D显示分离多个视图图像；此外，同步控制单元用于同步刷新显示单元和光线传输控制单元，其中的显示单元的刷新频率等于光线传输控制单元的刷新频率，并基于一个或更多观察者的位置信息动态地调整视图序列。本发明适用于显示器的制造领域。

Description

多人观看立体显示装置及立体显示方法

技术领域

本发明涉及三维立体显示技术，尤其是涉及多人观看立体显示装置及立体显示方法。

背景技术

目前的立体显示技术可大致分为眼镜式立体显示（stereoscopic）和自动立体显示（auto-stereoscopic）。眼镜式立体显示需要佩戴某些类型的头盔显示器或眼镜以实现3D显示。自动立体显示，也称为不戴眼镜的立体显示或裸眼立体显示，不需要佩戴特殊设计的观看设备（例如，特殊设计的眼镜或头盔）。裸眼立体显示技术广泛应用于各个领域，为用户提供更多丰富多彩的、真实的和生活化的视觉娱乐体验。

裸眼立体显示技术可以使不佩戴3D眼镜的观察者在不同的观看地点观看3D图像。此外，裸眼立体显示系统利用光栅设备来控制观赏者左眼与右眼所接收到的影像。观察者左、右眼所观看的影像内容相同，但是具有不同的视差。

然而，这些传统的自动立体显示技术往往只是支持一个完美的视角或区域。图1显示了一个当前的3D系统。如图1所示，显示屏幕可以产生两个略有不同的图像，从不同的方向，进入观察者的左眼和右眼，以产生3D效果。当站在正视区内的位置A时，观察者可以捕获到完整的3D效果。但是，当站在反视区域内（正视区域以外）的观看位置B时，观察者的眼睛看到的是由左、右两个图像的部分内容组成的不正确的和幻视镜的图像。因此，由于反视区域的存在，为了观看3D图像，观察者被局限在具有理想距离和正确角度的观看区域内。

要解决上述问题，其他传统的3D显示技术通过增加显示屏播放立体视图的数量的方法。这样虽然能减小反视区域，但会使屏幕的分辨率大大降低，从而降低了显示画面的清晰度。本发明所公开的设备可以用来解决上述所列的一个或更多的问题以及其它相关的问题。

发明内容

本发明提供一种多人观看立体显示装置，该显示装置包括：

显示单元用于为一个或多个观察者在多个观看区域提供显示3D图像的多个视图图像的视图序列；

光线传输控制单元用于控制光线传输到一个特定观看区域；

立体分光单元用于为观察者观看3D显示分离多个视图图像；

同步控制单元用于同步刷新显示单元和光线传输控制单元，其中的显示单元的刷新频率等于光线传输控制单元的刷新频率，并基于一个或更多观察者的位置信息动态地调整视图序列。

进一步的，为实现N个观看区域，则显示单元的刷新频率至少需要N*60Hz。

进一步的，同步控制单元通过分时复用的方式进一步控制光线传输控制单元来显示视图到多个观看区域。

进一步的，感应单元用于确定是否有任何观察者位于两个相邻观看区域之间，并且传送观察者的位置信息到同步控制单元；其中同步控制单元进一步确定观察者是否在反视区，并当观察者在反视区时，调整视图序列到一个新的视图序列，从而使观察者不在反视区中。

可选的，新的视图序列采用第一扩展视图替换当前的视图序列中的最后一幅视图，或者采用第二扩展视图替换当前的视图序列中的第一幅视图来形成新的视图序列，使得观察者处于正视区。

可选的，通过平移视图序列来获得新的视图序列。

进一步的，感应单元进一步确定是否有相邻观察者位于相邻观看区域；

同步控制单元进一步用于，当相邻的观看区域中有一个相邻的观察者时，通过调整在当前观看区域中离相邻的观察者最远的视图来将反视区变为正视区。

进一步的，光线传输控制单元进一步包括：

液晶狭缝，用于在光线传输控制单元的控制下开启狭缝的某个位置来显示相应的视区，形成与该视区相对应的狭缝周期。

进一步的，光线传输控制单元包括：

和视区总数相等的方向控制单元，每个方向控制单元用于控制光线投射到不同的观看区域。

进一步的，方向控制单元的单个结构包括：

第一种材料由单折射率为n₁的光学各向同性的材料构成；

第二种材料由具有两个不同折射率的光学各向异性的材料构成：普通的折射率n₀和特殊的折射率n_e。，其中n₁=n₀,和n₀>n_e；

当第一方向的偏振光射入光线传输控制单元时，第一种材料的折射率与第二种材料的折射率相同，偏振光不会折射；

当第二方向的偏振光射入光线传输控制单元时，第一种材料的折射率与第二种材料的折射率不同，偏振光会折射。

进一步的，光线传输控制单元包括：

偏振光转换装置用于控制视图的光的偏振方向，选择地具有第一方向和第二方向。

本发明还提供一种立体显示方法，用于实现上述多人光看立体显示装置的显示，其特征在于，该方法包括：

使用光线传输控制单元控制光线传输到一个特定观看区域；

分离多个图像视图而使多个观察者观看3D显示；

通过分时复用的方式同步刷新显示单元和光线传输控制单元把多个图像视图显示到多个观看区域，其中显示单元的刷新频率等于光线传输控制单元的刷新频率，并基于一个或更多观察者的位置信息动态地调整视图序列。

进一步的，为实现N个观看区域，则显示单元的刷新频率至少需要N*60Hz。

进一步的，动态地调整视图序列包括：

确定是否有任何观察者位于两个相邻观看区域之间；

提供观察者的位置信息；

确定观察者是否在反视区；

观察者在反视区时，调整视图序列到一个新的视图序列，这样使观察者不在反视区中。

可选的，新的视图序列采用第一扩展视图替换当前的视图序列中的最后一幅视图，或者采用第二扩展视图替换当前的视图序列中的第一幅视图来形成新的视图序列，使得观察者处于正视区。

可选的，通过平移视图序列获得新的视图序列。

进一步的，所述方法还包括：

确定是否有相邻观察者位于相邻观看区域；

当相邻的观看区域中有一个相邻的观察者时，通过调整在当前观看区域中离相邻的观察者最远的视图来将反视区变为正视区。

本发明通过分时复用的方式可以实现多人观看的立体显示效果。

基于本披露的说明书、权利要求书和附图，本领域技术人员应当理解本披露的其他方面。

附图说明

图1表示了一种目前的立体显示系统示意图；

图2表示了一种与披露的实施例相一致的多人观看立体显示装置的框图；

图3表示了一种与披露的实施例相一致的感应单元的框图；

图4表示了一种与披露的实施例相一致的同步控制单元的框图；

图5表示了一种与披露的实施例相一致的一种立体显示方法的流程图；

图6表示了与披露的实施例相一致的立体显示装置的一种工作过程；

图7表示了与披露的实施例相一致的立体显示装置的另一种工作过程；

图8表示了一种与披露的实施例相一致的一个立体显示装置的结构；

图9表示了一种与披露的实施例相一致的另一个立体显示装置的结构。

具体实施方式

下面将详细地参考如附图所示的本发明的示意实施例。在可能的情况下，附图中的各个部分提到的相同或相似的部分将采用相同的参考标记。

图2表示了一种与披露的实施例相一致的多人观看立体显示装置的框图200。如图2中所示，该显示装置包括显示单元202、光线传输控制单元204、立体分光单元206、同步控制单元208和感应单元210。在不脱离披露的实施例的主旨的前提下，多人观看立体显示装置200可以添加其他器件或删除某些器件。另外，所示各个组件之间的空间是为了说明的目的，所公开的实施例可能会或可能不会有这样的空间。

多人观看立体显示装置200用于显示可供多人观看的高分辨率的3D图像。显示单元202可为观察者的左眼和右眼分别提供图像集。每个图像可来源于不同的视点。例如，一个立体（两个视点）3D图像可包括一幅为观察者左眼的图像（即一幅左图或左视图）和一幅为观察者右眼的图像（即一幅右图或右视图），并且左图与右图之间保持一定的视差。

多人观看立体显示装置200还可以显示高分辨率二维（2D）图像，并可以在2D显示模式和3D显示模式之间动态切换。此外，多人观看立体显示装置200也可以同时在相同的显示单元上实现2D显示和3D显示。例如，当在显示单元202上打开多个显示窗口时，某个显示窗口或某些显示窗口可以显示3D图像，而某些显示窗口可以显示2D图像，并且每个显示窗口可以从2D显示模式动态切换到3D显示模式或从3D显示模式动态切换到2D显示模式。

显示单元202可以包括任何适当类型的具有高速刷新能力的显示屏，如等离子体显示面板（PDP）的显示屏、阴极射线管（CRT）显示屏、液晶显示（LCD）的显示屏、有机发光二极管（OLED）显示屏、或其他类型的显示屏。当显示单元202是PDP显示屏、OLED显示屏和其他类型的显示屏时，需要在显示单元202后面加一层相应的偏光片，使其能够产生所需偏振方向的线偏振光。

显示单元202用于提供具有视差的视图序列，是具有高速刷新能力的显示单元。此处所使用的显示单元（如液晶显示屏）的刷新频率是指每秒在显示单元上绘制给定数据的次数。例如，液晶显示屏常用的刷新频率是60Hz。高速刷新频率可以使得图像更新或绘制速度加快，大幅降低了运动模糊效果。在本实施例，显示单元202（在光线传输控制单元204的控制下）的刷新频率要高于或等于240Hz。显示单元202和光线传输控制单元204控制不同视差的图像显示在不同的观看区域（或视区）。

光线传输控制单元204可以用于控制光线传输方向，进一步，还可以控制显示控制功能。例如，光线传输控制单元204可以调整屏幕显示视角。屏幕显示视角是3D显示能够达到所需视觉性能的最大观看角度。具体而言，光线传输控制单元204可以实现在不同时刻控制从显示单元202发出的光线分别只到达观看范围的指定区域。也就是说，在不同的视区的视图采用分时复用的方式，使得在特定时刻只有一个视区被显示。在这种配置中，可以大大减少同时显示视图的总数。

为了形成多个指定观看区域，多人观看立体显示装置200具有较高的刷新频率，也即显示单元和光线传输控制单元具有较高刷新率。比如，为形成2个观看区域，刷新频率至少需要120Hz；又如为形成3个观看区域，则刷新频率至少需要180Hz。以此类推，为形成N个观看区域，则至少需要N*60Hz的刷新频率。

光线传输控制单元204可以包括多个光栅单元，从而使3D图像在多个观看区域内显示。每个光栅单元可以采用柱镜光栅配合狭缝光栅来实现。本结构中所使用的狭缝光栅为可切换透光与非透光区域的动态可控狭缝光栅。柱镜光栅在特定时刻将透过狭缝射出的光线传输到特定的观看区域内。

立体分光单元206可以包括任何适当的能够产生3D效果的光学装置，其通过分离3D图像的视图而在显示区域内为一个或多个观察者产生立体效果。该立体分光单元206可以对不同的视图进行分光，而使不同的视图从不同的人眼位置观看以实现3D效果。例如，立体分光单元206可以包括视差屏障（如狭缝光栅）或柱镜光栅为观察者将视图的光线分成不同的方向。此外，立体分光单元206也可以包括其他类型的结构。

感应单元210可以包括任何能检测观察者位置信息的适当设备。例如，感应单元210可以是一个人眼跟踪单元，用于跟踪一人或多人的移动位置。在本实施例中，感应单元210用来监测多个观察者的眼睛的运动，并确定观察者在显示单元上观看的地方，如注视、扫视和回归等等。图3表示了一种与披露的实施例相一致的感应单元210的框图。

如图3所示，感应单元210可以是一个人眼跟踪单元，包括图像采集设备302和图像处理设备304。图像采集设备302可以包括任何适当的设备，用于实时捕获观察者的眼睛位置，如一个或多个摄像机或网络摄像头。图像处理设备304可以使用某些预先确定的算法来计算、提取和分析通过图像采集设备302捕获的的实时数据。因此，感应单元210可以确定观察者在特定的时间正在观看的地方，观察者的眼睛（或头）如何从一个位置移动到视区中的另一个位置。感应单元210向同步控制单元208发送观察者的位置信息。

同步控制单元208可以包括任何适当的设备，用于实现对包括显示单元202、光线传输控制单元204和立体分光单元206在内的多人观看立体显示装置200的控制。例如，同步控制单元208可以控制显示单元202和光线传输控制单元204之间的同步。也就是可以通过同步控制单元208，使得显示单元202的刷新和光线传输控制单元204的刷新同步。更进一步地说，显示单元202与光线传输控制单元204具有相同的刷新频率。这里可以使用任何类型的刷新频率。

在本实施例中，显示单元202和（或）光线传输控制单元204的刷新率指的是帧率，即每秒钟可以显示的图像数。在这种情况下，在每次刷新期间，显示单元202所显示的每个图像由光线传输控制单元204控制进入观看区域，并且通过控制显示单元202和光线传输控制单元204刷新图像形成视图序列。刷新可以导致视图被显示在与当前观看区域相邻的下一个观看区域中。

图4表示了一种与披露的实施例相一致的同步控制单元208的框图。如图4所示，控制单元208可包括一个处理器402、一个随机存取存储器（RAM）单元404、一个只读存储器（ROM）单元406、一个通信接口408、一个输入/输出接口单元410和一个驱动单元412。在不脱离披露的实施例的主旨的前提下，控制器208可以添加其他器件或删除某些器件。

处理器402可包括任何合适类型的图形处理单元（GPU）、通用微处理器、数字信号处理器（DSP）或微控制器、专用集成电路（ASIC）等。处理器402可执行的一序列计算机程序指令，处理各种与显示系统有关的进程。处理器402将计算机程序指令从只读存储器406调入随机存取存储器404以处理各种3D图像。

通过使用不同的通信协议的计算机网络或其它通信链路，例如传输控制协议/因特网协议（TCP/IP）和超文本传输协议（HTTP），通信接口408可提供通信连接以便显示系统可以被访问和/或与其他处理器或系统进行通信。

输入/输出接口410可提供给用户以输入信息给3D显示系统或从多人观看立体显示装置200接收信息。例如，输入/输出接口410可包括任何合适的输入设备，例如远程控制、键盘、鼠标、电子写字板、语音通信设备、或任何其它光学或无线输入设备。另外，驱动单元412包括任何合适的驱动电路来驱动各种装置，例如显示装置和光学设备。

在操作期间，多人观看立体显示装置200（例如处理器402）可以执行某些过程来控制3D显示。

图5表示了一种与披露的实施例相一致的一种立体显示方法的流程图。

如图5所示，在开始时，同步控制单元208分析感应单元210（例如人眼跟踪单元）发送的观察者的位置信息（S510）。根据分析结果，同步控制单元208可以确定是否有观察者改变了位置或观察者是否位于两个相邻观看区域之间（S520）。如果同步控制单元208确定没有任何观察者改变位置和（或）没有任何观察者位于两个相邻观看区域之间（S520；否），同步控制单元208在步骤S510中继续分析感应单元210发送的观察者的位置信息。

如果同步控制单元208确定有观察者的位置发生改变和（或）有观察者位于两个相邻观看区域之间（520；是），同步控制单元208判断观察者是否位于反视区（S530）。例如，同步控制单元208可以确定观察者是否已经位于反视区，或观察者移动到反视区内。

如果同步控制单元208确定观察者不位于反视区（S530；否），同步控制单元208在步骤S510中继续分析由感应单元210发送的观察者的位置信息。

另一方面，如果同步控制单元208确定观察者位于反视区（S530；是），同步控制单元208可以调整或重新排列相应视区的三维图像的多个视图（S540）。也就是说，某些视区的视图序列由同步控制单元208重新排列一个新的视图序列，这样使观察者位于正视区内。

不同的视图与不同视区看到的不同的图像相对应。一个视图序列是指一系列图像按照一定的次序排列所形成的一个立体视点图像或视图。例如，在四个视图的一个序列中有第一视图（1view）、第二视图（2view）、第三视图（3view）和第四视图（4view）。在同一序列中任何两个相邻视图之间的视差是相同的。视图1view和2view之间的视差和视图2view和3view之间的视差是相同的。视图2view和3view之间的视差和视图3view和4view之间的视差是相同的。当视区或观看区域变化时，视图序列也需要进行变化以确保所需的观看体验。

当形成新的视图序列时，可以采用第一扩展视图替换当前的视图序列中的最后一幅视图，或者采用第二扩展视图替换当前的视图序列中的第一幅视图来形成新的视图序列。在这个新的视图序列中任何两个相邻视图之间的视差是相同的。例如，采用扩展视图（5view）代替视图序列中的第一视图（1view）后形成一个新的视图序列（2view，3view，4view，5view）。在这个新的视图序列（2view，3view，4view，5view）中任何两个相邻视图之间的视差是相同的。或者采用扩展视图（0view）代替视图序列中的第四个视点图像（4view）后形成一个新的视图序列（0view，1view，2view，3view）。在这个新的视图序列（0view，1view，2view，3view）中任何两个相邻视点图像之间的视差是相同的。

初始的视图序列可表示为{I view}I=1，2，...，N，其中视图个数N是大于或等于2的自然数，Iview是第I个视点图像（例如，第1个视图是1view，第n个视图是Nview）。采用扩展视图0view代替视图序列中的Nview后形成一个新的视图序列（0view，1view，2view，......，N-1view）。或采用扩展视图N+1view代替视图序列中1view后形成一个新的视图序列（2view，......，Nview，N+1view）。在新的视图序列中任何两个相邻视图之间的视差是相同的。

当使用第一个扩展视图或者第二个扩展视图时，可以在以前的视图序列中生成或者添加一个新的视图，以获得新的视图序列。或者，通过在当前视图序列中移位一个偏移量也可获得一个新的视图序列。也就是，通过当前视图序列的移位或平移，反视区可以从观察者所处位置移出，这样观察者就位于新的视图序列的正视区中（即被移位的当前视图序列）。也可以使用其他的方法获得新的视图序列，只要这些方法可以使观察者在获得新的视图序列后位于正视区内就可以。

视图序列被重新排列后，多人观看立体显示装置200或同步控制单元208可以使用新的视图序列代替以前的视图序列显示视点图像（S550）。

虽然同步控制单元208可以判定观察者的位置是否发生变化和（或）是否有观察者位于两个相邻的观看区域之间，但是这个判定也可以由感应单元210来执行。也就是，基于观察者的位置信息和（或）其他系统信息，感应单元210可以确定观察者的位置是否发生变化和（或）是否有观察者位于两个相邻的观看区域之间。

如果感应单元210确定观察者的位置发生变化或者有观察者位于两个相邻的观看区域之间，同步控制单元208可以进一步确定观察者是否位于反视区。感应单元210因此可以包括检测单元和传输单元（未显示在图中）。检测单元可用于检测。例如，检测是否有观察者位于两个相邻的观看区域之间。当有观察者位于两个相邻的观看区域之间时，传输单元可以用于获取观察者的位置信息，并进一步将位置信息发送到同步控制单元208。

为了排列视图序列，视区的视图光线由光线传输控制单元204控制，以确保视图显示在视区（观看区域）内观察者的位置。图6表示了一种立体显示装置200的工作过程。

如图6所示，偏振光从显示单元202射出后，经过光线传输控制单元204传递或调制，然后光线在光线传输控制单元204的作用下在不同时刻分别投射到空间的不同视区。例如，假设光线在第1时刻投射到区域1内，则区域2和区域3内在第1时刻没有图像显示。当光线在第2时刻投射到区域2内，则区域1和区域3内在第2时刻没有图像显示。类似的，光线在第3时刻投射到区域3内，则区域1和区域2内在第3时刻没有图像显示。

观看区域的显示是采用分时复用。为避免人眼感觉到区域切换的变化，各个区域间的切换时间应小于人眼能够察觉的闪烁间隔（视觉暂留）。因此显示单元202的刷新频率应基于视区的数目来设置。随着视区数目的增多，屏幕的刷新频率也越高。如前所述，三个观看区域的刷新频率至少需要标准刷新频率60Hz的3倍，也就是，显示单元202的刷新频率是N*60Hz，其中N是观看区域的数目并且N=1，2，3，......。为实现3个观看区域，则至少需要60Hz*3=180Hz的刷新频率。

特别地，同步控制单元208按照分时的顺序控制光线传输控制单元204，将光线在不同时刻投射到各个观看区域。且确保完成一次所有观看区域的刷新所用时间低于1/60s，即每个观看区域都具有60Hz以上的刷新频率。虽然在本例中使用的刷新频率为60Hz，只要保持观看区域在分时复用的模式下显示，也可以使用其他频率。

通过这种分时复用的机制，光线传输控制单元204把3D图像投射到各个观看区域中。这可以通过改变光线传输控制单元204内部某些光学设备的特征（例如光线传输控制单元204内狭缝光栅开口位置）来实现将光线投射到空间的不同观看区域。当光线传输控制单204将光线投射到某个观看区域内时，显示单元202和立体分光单元206完成该区域内的立体排图的显示。由同步控制单元208统一协调显示单元202、立体分光单元206和（或）光线传输控制单元204的操作以实现动态显示3D图像。

例如，当同步控制单元208向光线传输单元204发送显示信号时，它还同时向显示单元202和立体分光单元206发送相应的排图信号和控制信号，再在显示单元202中通过光线传输控制单元204所控制的观看区域中完成相应的3D图像显示。

进一步，在下一个刷新时刻，光线传输控制单元204将光线投射到下一个观看区域，此时为实现在区域交界处立体图像的顺序连接，同步控制单元208会根据上一个观看区域最后一个排图视图的内容，确定该观看区域内第一个排图视图的内容。图7表示了一种视区排图的工作过程。

如图7所示，假设在T1时间，光线传输控制单元204将所有图像都投射到区域1内，此时立体分光单元206会将图像在区域1内形成若干个视图，彼此顺序排开，如光线形成区域1内所示的1view和2view两个视图。在本实施例中，视图的数量较少以便保证视图有较高的分辨率。视图数目越少，反射区出现的可能性越大，但是同步控制单元208可以动态调整视图序列以避免出现多个反视区。

在时间T1的操作完成后，在T2时间，光线传输控制单元204将所有光线都投射到区域2内。此时立体分光单元206会将图像在区域2内形成若干个视图，彼此顺序排开，如光线形成区域2内所示的3view和4view两个视图。此外，在本区域内的3view和区域1内的2view彼此衔接，可以提供连续的视图分布，使观察者在不同的观看区域内观察视图时，不会感觉到明显的区域变化。

因此，在立体显示装置屏幕前的不同区域内，观察者可以观看到不同视差的图像。在一个视区内，则观察者只能看到固定视差的图像。例如，当观察者在观看区域1时，只能观看到图像1，而其他区域中的其他人不能观看图像1。同样，当观察者在观看区域2时可以观看图像2。不同视图图像按照上述描述的排图算法显示在显示单元202上，再由光线传输控制单元204内对应分离到相应视区。

进一步，当观察者在显示单元202前从一个位置移动到另一个位置时，感应单元210捕获观察者位置的变化。如果观察者位于反视区，同步控制单元208调整3D图像的显示顺序或视图序列。

例如，如图7所示，在初始状态，观察者处于观看区域1，并且有两个视图1R和1L。反视区位于1L和2R之间。然后，观察者从1R移动到1L。为确保观察者在移动到1L时可以看到正确的视图，同步控制单元208确定新的排图序列（例如通过平移视图序列），并由光线传输控制单元204调整视区。，把反视区位置移动到2R和2L之间。即视图序列重新排列后，多人观看立体显示装置200或同步控制单元208可以使用新的视图序列代替以前的视图序列来显示，保证视图1L和2R处于正常观看状态，。这样就能保证所有观察者都能看到正常的3D图像。

另外，同步控制单元208可以判断处于反视区内观察者的左右两边是否有相邻观察者，如果反视区的一侧有相邻观察者，则同步控制单元208对反视区内靠近另一侧的一个视图区进行调整，使反视区变为正视区，并将反视区移到另一侧，因为这个区域内没有观察者。即反视区改变成为正视区，正视区的另一侧可能会改变成为反视区。

另外（可选地），如果在调整当前观看区域（即有观察者的观看区域）来避免反视区的出现时，在相邻的观看区域中有一个相邻的观察者，则视图序列的调整可以在当前观看区域中通过调整离相邻的观察者最远的视图来实现。

图8表示了一种与披露的实施例相一致的一个立体显示装置的结构。如图8所示，多人观看立体显示装置800包括分光单元802、偏振光转换装置804、同步控制单元806、光线传输控制单元808和显示单元810。此外也可以使用其他类型的设计或配置。

分光单元802可以包括透镜单元、狭缝光栅单元或2D/3D切换透镜单元。此外也可以包括其他设备。分光单元802和偏振光转换装置804共同构成立体分光单元，用于形成各个观看区域内的立体显示图像。

当分光单元802配置为2D/3D切换透镜单元时，2D/3D切换透镜单元802可以执行动态的2D和3D模式之间的切换。偏振光转换装置804被配置为将射出的偏振光的方向转换为分光单元802所需的偏振状态。此外，光线传输控制单元808可以包括液晶狭缝光栅单元和透镜单元，实现光线从显示单元810投射到不同的观看区域。

首先该装置以显示单元810的刷新帧率为准，3D图像的每个帧之间的时间被划分为时间段。在每个时间段内，控制单元806根据多个人的观看位置对立体图像进行一次调整。也就是说，通过对由感应单元得到的位置信息，控制单元806重新排列在一个视区内每个时间段的各个视图内容，使所有人获得正常的3D图像观看效果。

具体而言，如第1时刻，同步控制单元806获得从感应单元传送过来的观察者的位置信息并且生成控制信号，从而控制各个单元对区域1的图像进行显示。此时显示单元810输出经过排图的该区域1的视图序列。

光线传输控制单元808从同步控制单元806得到区域1的显示信号，从而控制光线传输控制单元808的液晶狭缝装置。例如，光线传输控制单元808可以控制液晶狭缝装置的开放状态，即如果要显示某个区域就开启狭缝的相应位置，形成对应区域的狭缝周期结构。

进一步，偏振光转换装置804此时将射出的偏振光方向转换为2D/3D切换透镜802所需的偏振状态，并通过透镜光栅后完成区域1内的观看区域的分布，多人观看立体显示装置800完成对区域1内的3D图像显示。

到第2时刻，同步控制单元806生成区域2的控制信号，控制各个单元对区域2的图像进行显示。其中，显示单元810输出区域2的排图。显示单元810生成与区域1内最后一个视图相对应的下一个视图的图像以及之后的视图。

光线传输控制单元808从同步控制单元806得到区域2的显示信号，并控制液晶狭缝装置。例如，光线传输控制单元808控制液晶狭缝开关的开放状态，形成对应区域2的狭缝周期结构。

进一步，偏振光转换装804此时将射出的偏振光方向转换为2D/3D切换透镜802所需的偏振状态，并通过透镜光栅后完成区域2内的观看区域的分布，多人观看立体显示装置800完成对区域2内的3D图像显示。

类似的，对于其他时间T3，....，视图可以显示在观看区域3，......。最后，视图序列将显示在所有观看区域，并由同步控制单元806控制各个单位，对于所有观看区域重复上述过程。在完成一次所有区域的立体显示之后，同步控制单元806会根据感应单元传送过来的观察者位置的变化，进行一次排图的调整，再用新的视图序列进行该时刻之后的显示。

图9表示了一种与披露的实施例相一致的另一个立体显示装置的结构。如图9所示，多人观看立体显示装置900包括2D/3D切换透镜902、光线方向控制单元904、光线方向控制单元910、偏振光转换装置906、电极908、显示单元912和同步控制单元914。其他器件也可以添加进来或某些器件也可以被省略。

光线方向控制单元910可以对不同偏振方向的入射光具有改变光线传输方向或不改变光线传输方向的作用。光线方向控制单元904、偏振光转换装置906、电极908和光线方向控制单元910共同构成光线传输控制单元，用于在特定时刻将光线投射到特定观看区域内。

光线传输控制单元中的光线方向控制单元904和光线方向控制单元910的单个结构由两种材料构成。第一种材料由单折射率为n₁的光学各向同性的材料构成。第二种材料由具有双折射率性质的光学各向异性的材料构成，即光学各向异性材料有两个不同的折射率：普通的折射率n_o和特殊的折射率n_e。

与第二种材料的光学轴垂直的偏振光的折射率为n_o；而与第二种材料的光学轴平行的偏振光的折射率为n_e。进一步，n₁=n₀,和n₀>n_e.因此，当第一种材料的折射率与第二种材料的折射率相同时，这两种材料结构不会改变光线传输方向。当第一种材料的折射率与第二种材料的折射率不同时，这两种材料结构改变光线传输方向到相应的观看区域。

因此单个光线方向控制单元就可以实现一个观看区域的控制，要实现多个区域的控制，则需要多个光线方向控制单元。偏振光转换装置906可以用于改变偏振光的方向，这样与偏振光转换装置906相邻的光线方向控制单元可以控制光线传输方向。

因此，如图9所示，光线方向控制单元904和光线方向控制单元910可以分别控制光的折射。例如，其中一个有折射而另一个没有折射，两者都有折射或者两者都没有折射。因而，光线方向控制单元904和光线方向控制单元910可以在两个区域内实现4个视图。此外也可以使用其他配置。

与前面所述图8的例子比较，图9的结构无需采用狭缝结构来形成空间的显示区域，因此进一步提高了立体显示时的光线利用效率，减少了功耗，达到节能环保的目的。

通过本实施例所述的装置和方法，可以实现供多人观看的高分辨率的立体视图显示。本实施例所述的的系统根据感应单元得到的初始观察者信息进行排图，使所有观察者都处于正常的视区范围内，并且采用相对较少的视图数进行排图。由于采用较少的视图数进行排图，因此每个观看区域内的清晰度则显著提高，即使增加了反视区的数目，也可以被本实施例的结构和算法进一步解决。

通过本实施例所述的装置和方法，当感应单元发现某个观察者的位置发生变化时，会将相应信息传送给控制单元。控制单元根据该观察者位置变化的具体数值，判断出该观察者是否处于目前立体排图情况下的反视区域。如果该观察者仍处于正视区域，则不改变空间排图状态。如果该观察者进入了反视区域，则控制单元会通过改变排图顺序（即视图序列），将反视区域移动到没有任何观察者的位置上。这样所有观察者都能看到正常的立体效果。

通过本实施例所述的装置和方法，控制单元会对处于反视区域的观察者位置进行判断，判断其左右两边是否有相邻观察者，如果一侧有相邻观察者，则控制单元对反视区内靠近另一侧的一个视图区进行调整，使其反视区变为正视区，而相邻的这一侧正视区也因此变为反视区，由于这个反视区内没有观察者，而控制单元对其他视区的排图方法没有改变，因此也就不会影响其他视区内其他观察者的观看效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对多人观看的立体显示装置做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种多人观看立体显示装置，该显示装置包括：

显示单元用于为一个或多个观察者在多个观看区域提供显示3D图像的多个视图图像的视图序列；

光线传输控制单元用于控制光线传输到一个特定观看区域；

立体分光单元用于为观察者观看3D显示分离多个视图图像，在所述特定观看区域形成多个视图，彼此顺序排开；

同步控制单元用于同步刷新显示单元和光线传输控制单元，其中的显示单元的刷新频率等于光线传输控制单元的刷新频率，并基于一个或更多观察者的位置信息动态地调整视图序列。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

为实现N个观看区域，则显示单元的刷新频率至少需要N*60Hz。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

同步控制单元通过分时复用的方式进一步控制光线传输控制单元来显示视图到多个观看区域。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

感应单元用于确定是否有任何观察者位于两个相邻观看区域之间，并且传送观察者的位置信息到同步控制单元；其中同步控制单元进一步确定观察者是否在反视区，并当观察者在反视区时，调整视图序列到一个新的视图序列，从而使观察者不在反视区中。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

新的视图序列采用第一扩展视图替换当前的视图序列中的最后一幅视图，或者采用第二扩展视图替换当前的视图序列中的第一幅视图来形成新的视图序列，使得观察者处于正视区。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

通过平移视图序列来获得新的视图序列。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

感应单元进一步确定是否有相邻观察者位于相邻观看区域；

同步控制单元进一步用于，当相邻的观看区域中有一个相邻的观察者时，通过调整在当前观看区域中离相邻的观察者最远的视图来将反视区变为正视区。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，光线传输控制单元进一步包括：

液晶狭缝，用于在光线传输控制单元的控制下开启狭缝的某个位置来显示相应的视区，形成与该视区相对应的狭缝周期。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，光线传输控制单元进一步包括：

和视区总数相等的方向控制单元，每个方向控制单元用于控制光线投射到不同的观看区域。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，方向控制单元的单个结构包括：

第一种材料由单折射率为n₁的光学各向同性的材料构成；

第二种材料由具有两个不同折射率的光学各向异性的材料构成：普通的折射率n₀和特殊的折射率n_e，其中n₁＝n₀，和n₀>n_e；

当第一方向的偏振光射入光线传输控制单元时，第一种材料的折射率与第二种材料的折射率相同，偏振光不会折射；

当第二方向的偏振光射入光线传输控制单元时，第一种材料的折射率与第二种材料的折射率不同，偏振光会折射。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，光线传输控制单元包括：

偏振光转换装置用于控制视图的光的偏振方向，选择地具有第一方向和第二方向。

12.一种立体显示方法，用于实现如权利要求1所述的多人观看立体显示装置的显示，其特征在于，该方法包括：

使用显示单元为一个或多个观察者在多个观看区域，提供显示3D图像的多个视图图像的视图序列；

使用光线传输控制单元控制光线传输到一个特定观看区域；

分离多个图像视图而使多个观察者观看3D显示，在所述特定观看区域形成多个视图，彼此顺序排开；

通过分时复用的方式同步刷新显示单元和光线传输控制单元，把多个图像视图显示到多个观看区域，其中显示单元的刷新频率等于光线传输控制单元的刷新频率，并基于一个或更多观察者的位置信息动态地调整视图序列。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

为实现N个观看区域，则显示单元的刷新频率至少需要N*60Hz。

14.根据权利要求12所述的方法，其中动态地调整视图序列进一步包括：

确定是否有任何观察者位于两个相邻观看区域之间；

提供观察者的位置信息；

确定观察者是否在反视区；

观察者在反视区时，调整视图序列到一个新的视图序列，这样使观察者不在反视区中。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：

新的视图序列采用第一扩展视图替换当前的视图序列中的最后一幅视图，或者采用第二扩展视图替换当前的视图序列中的第一幅视图来形成新的视图序列，使得观察者处于正视区。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：

通过平移视图序列获得新的视图序列。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：

确定是否有相邻观察者位于相邻观看区域；

当相邻的观看区域中有一个相邻的观察者时，通过调整在当前观看区域中离相邻的观察者最远的视图来将反视区变为正视区。