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CN1591088A - 多视图方向性显示器 - Google Patents

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CN1591088A
CN1591088A CNA2004100769693A CN200410076969A CN1591088A CN 1591088 A CN1591088 A CN 1591088A CN A2004100769693 A CNA2004100769693 A CN A2004100769693A CN 200410076969 A CN200410076969 A CN 200410076969A CN 1591088 A CN1591088 A CN 1591088A
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Abstract

一种多视图显示器，包括在显示表面显示空间多重复用形式的第一和第二图像的显示器。所述显示器与诸如透镜状屏幕之类的视差光学元件协同工作，以便按照方向性显示子系统进行工作，将来自第一和第二图像的光引导向不同的观看方向。例如包括发散元件的透镜状屏幕的光学系统改变视角方向的分离角度，例如增加分离角度。

Description

多视图方向性显示器
技术领域
本发明涉及一种多视图方向性显示器，显示两幅或多幅图像，以至于每幅图像的可见方向不同。从而，从不同方向观看显示器的两个或多个观看者彼此将看到不同的图像。这样的一种显示器可用于，例如，自动立体(autostereoscopic)显示器或双视图显示器。
背景技术
多年来，传统的显示器设计成同时由多个用户进行观看。显示器的显示特性制作成使得观看者可以从相对于显示器的不同角度观看到相同的优质的图像质量。这在许多用户要求从显示器获得相同信息的应用中是有效的，例如显示机场和火车站中的出发信息。然而，存在许多应用，其中个别用户希望能够从同一显示器中看到不同信息。例如，在汽车中，驾驶员可能希望观看到卫星导航数据，而乘客可能希望观看电影。可以通过提供两个独立的显示器来满足这些相冲突的需求，但是这将占据额外的空间并增加成本。此外，如果在该例子中使用两个独立的显示器，那么如果驾驶员移动他或她的头，驾驶员将可能看到乘客的显示器，这对于驾驶员来说会分散其注意力。作为又一个例子，在用于两个或多个玩家的电脑游戏中的每个玩家可能希望从他或她自己的视角上观看游戏。目前，这是通过每个玩家在独立的显示器屏幕上观看游戏来实现的，以便每个玩家在其个人的屏幕上看到自己唯一的视角。然而，为每个玩家提供独立的显示器屏幕占据许多空间，昂贵且对于便携游戏是不实用的。
为解决这些问题，已开发了多视图方向性显示器。多视图方向性显示器的一个应用是作为可以同时显示两幅或多幅不同图像的、且每幅图像仅在特定的方向上可见的“双视图显示器”，从而，从一个方向上观看显示器的观看者将看到一幅图像，而从另一个不同的方向上观看显示器的观看者将看到不同的图像。与同使用两个或多个独立显示器相比较，可以向两个或多个用户显示不同图像的显示器提供了相当可观的空间和成本上的节省。
多视图方向性显示器的可能应用的例子已在上文给出，但仍存在许多其它应用。例如，它们可用于飞机上，其中向每位乘客提供其个人的飞行中娱乐节目。目前，向每位乘客提供一个人显示器，典型地是位于前排座位的背部。使用多视图方向性显示器可提供相当可观的成本、空间和重量上的节省，因此，一个显示器服务于两个或多个乘客，同时仍然允许每位乘客选取他们自己的影片将是可能的。
多视图方向性显示器的又一优点是能够避免用户看到彼此的视图。在例如银行或销售交易之类的要求安全性的应用中，例如使用自动取款机(ATM)，以及上面所述的电脑游戏的例子中，这是值得期待的。
多视图方向性显示器的又一优点是在制造三维显示器中。在正常视觉中，由于人的两眼在头部的位置不同，人的两眼从不同视角感知到世界的图像。然后通过大脑使用这两个视角以估计在一场景中各种对象的距离。为了构造出将有效地显示三维图像的显示器，必须重新创建该场景，并且提供一种所谓的“立体象对”(stereoscopic pair)图像，向观看者的每个眼睛提供一幅图像。
根据用于向眼睛提供不同视图的方法，三维显示器分为两种类型。立体显示器一般在宽阔的观看区域上显示立体图像对的两幅图像。通过例如颜色、偏振状态或显示时间来编码每幅视图。要求该用户戴上隔离视图并让每个眼睛仅看到针对于其的视图的眼镜的滤光器系统。
自动立体显示器在不同方向上显示右眼视图和左眼视图，以便每个视图仅从各自定义的空间区域上可见。称该空间区域为“观看窗口”，其中图像在越过整个显示有效范围内是可见的。如果定位观看者以便他们的左眼位于立体象对的左眼视图的观看窗口内，且他们的右眼在立体象对的右眼视图的观看窗口内，那么观看者的每个眼睛将看到正确的视图，并感知到三维图像。自动立体显示器不需要观看者佩戴观看辅助工具。
自动立体显示器在原理上同双视图显示器类似。然而，显示在自动立体显示器上的两幅图像是立体图像对的左眼和右眼图像，因此彼此相关。更进一步地，显示该两幅图像以至于对于单个的观看者是可见的，其中对于观看者的每个眼睛来说，一幅图像是可见的。
对于平板自动立体显示器，观看窗口的形成典型地归因于自动立体显示器的图像显示单元的图像元素(或“像素”)结构和光学元素(一般称为视差光学部件)的组合。视差光学部件的例子是视差栅栏，该视差栅栏是带有透射区域的筛网屏幕，透射区域通常为狭缝的形式，由不透明区域相隔。该筛网屏幕可置于具有二维图像元素阵列的空间光调制器(SLM)的前面或后面，以制造自动立体显示器。
图1是传统的多视图方向性显示器的平面图，以自动立体显示器为例。方向性显示器1包含一构成图像显示器的空间光调制器(SLM)4及视差栅栏5。图1的SLM采用具有源矩阵薄膜晶体管(TFT)基板6、对向基板7、以及配置在基板和对向基板之间的液晶层8的液晶显示器(LCD)的形式。该SLM配备有定义了多个独立可寻址的图像元素的寻址电极(未示出)，并还配备有用于定位液晶层的定位层(未示出)。在每个基板6、7的外表面上提供视角扩大膜9及线性偏光镜(polariser)10。照明11从背光(未示出)提供。
视差栅栏5包含具有基板12，在该基板的接近SLM 4的表面上形成有视差栅栏孔径阵列(aperture array)13。该孔径阵列包含由不透明部分14分隔的垂直伸展(即，伸展至图1的纸平面中去)的透明孔径15。抗反射(AR)涂层16形成在视差栅栏基板12的另一表面上(该表面形成了显示器1的输出表面)形成。
以行列方式排列SLM 4的像素，其中列延伸入图1的纸面中。像素节距(一个像素的中心到相邻像素的中心的距离)在行或水平方向是p。孔径阵列13的垂直伸展透射狭缝15的宽度是2w，并且透射狭缝15的水平节距是b。栅栏孔径阵列13的平面与液晶层8的平面相隔距离为s。
提供驱动设备20以向SLM 4提供适当的信号，以便其显示左眼和右眼图像。特别地，在SLM 4上像素的交替列上空间多重复用这些图像。
使用中，显示器1形成左眼图像和右眼图像，头部安置成使得左眼和右眼分别与左眼观看窗口2和右眼观看窗口3相一致的观看者将看到三维图像。左和右观看窗口2、3以离显示器希望的观看距离在窗口平面17中形成。窗口平面与孔径阵列13的平面相隔距离为r。。窗口2、3在窗口平面中是连接的，并且具有符合人的双眼间的平均间隔的节距e。从显示器的法线方向到每个窗口2、3的中心的半角是α。
选择视差栅栏5的狭缝15的节距以接近于SLM 4的像素节距的整数倍，从而像素列的组与视差栅栏的特定狭缝相关联。图1示出显示器中SLM 4的两个像素列与视差栅栏的一个透射狭缝15相关联。
图2示出了从SLM 4视差栅栏5产生的光的角区域(angular zone)，其中视差栅栏具有的像素列节距是像素列节距的确切整数倍。在这种情况中，来自显示平面表面的不同位置的角区域相互混合，并且不存在图像1或图像2(其中“图像1”和“图像2”代表SLM 4显示的两幅图像)的纯视图区域。为了强调这一点，较佳地是稍微减少视差栅栏的节距，使得它略小于像素列节距的整数倍。结果，角区域覆盖了显示器前部的预定平面(“窗口平面”)。这称为视点校正，并例示于附图3中，附图3示出了由SLM 4和修改的视差栅栏5’产生的图像区域。当通过这样的方式产生观看区域时，观看区域在平面图中大致为风筝形。
图4是另一传统多视图方向性显示器1’的平面图。这总体上对应于图1的显示器1，不同的是视差栅栏5位于SLM 4的后面，从而它位于背光和SLM 4之间。该显示器的优点是视差栅栏对于观看者来说较不可见，并且显示器的像素更接近于显示器的前面。此外，虽然图1和图4分别示出了通过背光来照明透射型显示器，但是使用环境光(明亮的环境中)的反射型显示器也是已知的。在反透射性(transflective)显示器中，图4的背部视差栅栏将不吸收环境光。这在显示器具有使用反射光的2D模式时是有利的。
在图1和图4的显示器中，视差栅栏用作视差光学元件。其他类型的视差光学元件是已知的。例如，双凸透镜阵列可用于将交错的图像引导向不同的方向，以便形成立体图像对或形成两幅或多幅图像，每幅图像在不同的方向中被观看到。
图像分割的全息方法是已知的，但是实际上，这些方法具有视角问题、幻视区域(pseudoscopic zone)以及缺乏对图像的简单控制。
另一种类型的视差光学元件是微偏光镜(micropolariser)显示器，它使用偏振的方向性光源和与SLM的像素对准的图案化的高精度微偏光镜元件。这种显示器提供了高质量窗口图像的可能性、紧凑的设备、以及在2D显示模式和3D显示模式之间切换的能力。当使用微偏光镜显示器座位视差光学元件视，主要要求是需要在微偏光镜元件结合于SLM中时避免视差问题。
在要求彩色显示器的场合，SLM 4的每个像素一般配备有与三原色之一相关联的滤光器。通过控制三像素组，每个用不同的颜色滤光器进行控制，可以产生许多可见的色彩。在自动立体显示器中，每个立体图像通道必须包含足够的颜色滤光器，用于平衡式颜色输出。许多SLM具有以垂直列进行排列的颜色滤光器，这归因于制造方便，从而给定列中的所有像素具有与它们相关联的相同的颜色滤光器。如果视差光学元件配置于这种具有与视差光学元件的每个狭缝或透镜通孔(lenslet)相关联的三像素列的SLM上，则每个观看区域仅看到一种颜色的像素。必须注意颜色滤光器的布局，以避免此情况的发生。在EP-A-0752610中给出了合适的颜色滤光器布局的进一步细节。
在诸如图1和图4所示的方向性显示器中的视差光学元件的功能是将透射通过SLM 4的像素的光限制在特定的输出角度。这些限制规定了视差光学元件(如透射型狭缝等)的给定元件背后的每个像素列的视角。每个像素的视角范围由像素间距p、像素平面和视差光学元件的平面之间的分隔距离s、以及像素平面和视差光学元件的平面之间的材料(在图1的显示器中是基板7)的折射率n来确定。Yamamoto等人在2000年IEICE Trans.Electron第E83-C卷，第10号，1632页中的“Optimum parameters and viewing areas of stereoscopic full-colour LEDdisplays using parallax barrier”中揭示了自动立体显示器中的图像之间的分离角取决于显示像素和视差栅栏之间的距离。
图1或图4的半角α由下式给出：
sin α = n sin ( arctan ( p 2 s ) ) - - - - ( 1 )
许多现存的多视图方向性显示器中的一个问题是两幅图像之间的角度分离(angular separation)太小。原理上，观看窗口之间的角度2α可通过增加像素间距p、减少视差光学元件和像素之间的分隔距离s、或增加基板的折射率n来得到增加。
共同待决的UK专利申请号0315171.9描述了与标准视差栅栏一起使用的新颖的像素结构，它在多视图方向性显示器的观看窗口之间提供了较大的角度分离。然而，希望能够在多视图方向性显示器中使用标准的像素结构。
共同待决的UK专利申请号0306516.6和0315170.1提出了通过增加像素的有效节距来增加多视图方向性显示器的观看窗口之间的角度分离。
EP1089115揭示了使用外部微透镜来提高入射到为投影应用而专门设计的反射型显示器上的观看角度。
图5说明了EP0656555中揭示的类型的自动立体显示器。该显示器是“光束组合器”(beam combiner)类型，其中显示器21和22产生的图像由光束组合器23组合，然后提供给投影透镜24。双透镜状屏幕(lenticular screen)角度放大器25用于放大视角分离角(viewing angle separation)。放大器25包括具有不同聚焦长度的两个透镜状屏幕或板(sheet)，用于改变投影的图像的视角分离角。在放大器25的光学元件内形成真实图像。此外，放大器25的小透镜状层(lenticule)必须相对远离显示器的剩余部分，因为要求它们对显示器21和22中各LCD的全体进行再成像。
EP0597629揭示了一种自动立体显示器，它使用两个双凸透镜阵列LS1和LS2来形成所谓的“混合夹层”(hybrid sandwich)26，如图6a和6b所示。采用开关发光体27的可控制的光源阵列或者如图6b所示地直接地照明SLM 28，或者如图6A所示地通过第一阵列LS1照明SLM 28。每个小透镜状层与SLM 28的各自的一列像素相关联，并通过该列将光聚焦到散射体(diffuser)29上。随后通过阵列LS2，有效地分离不同的视图，在所例示的例子中，阵列LS2对每个相邻对的像素列具有一个小透镜状层。有效地是，阵列LS2将形成在散射体29上的图像再成像到显示器的窗口平面中的观看位置30。
图7说明了Yamamoto等人在2002年Proc Spie第4660卷236页中的“Reduction of the Thickness of Lenticular Stereoscopic Display using FullColour LED Panel”中所揭示的类型的自动立体显示器。
该显示器包括非常大的“海报”尺寸的发光二极管(LED)面板31。采用第一和第二透镜板32和33形式的两个透镜阵列配置在面板31和观看者之间。该显示器具有相对较大的像素节距以及长的观看距离。为了减少视角分离角，第一透镜板32将面板31的像素成像并缩小成小得多的节距，以提供对第二透镜板33的较小的视角分离角。透镜板32和33的聚焦长度使得第一透镜板32将面板31聚焦到第一和第二板之间的区域中。第二板33然后将面板再成像到观看平面34。
WO0301542揭示了一种配置，用于提供一种使用双凸透镜的2D-3D可切换的液晶显示面板。
Schwerdtner等人在1998年SPIE第3295卷203页的“The Dresden 3D Display(D4D)”中揭示了在自动立体3D显示中使用棱镜结构。棱镜结构用于建立该显示器的观看窗口。
US5774262也揭示了使用棱镜结构来形成自动立体3D显示。该显示器要求使用准直光源。单独的棱镜与像素对准，并也用于建立显示器的观看窗口。
WO9827451揭示了一种自动立体3D显示器中的观看者跟踪系统。通过相对于采用视差栅栏和棱镜结构的固定的视差光学元件移动像素来进行跟踪。栅栏和棱镜的组合用于建立观看窗口。
Sasagawa等人在Mitsubishi Electric Corporation(三菱电气公司)的SID2003 Digest第399页中的“P-51：Dual Directional Backlight for StereoscopicLCD”中揭示了一种具有两个光源的方向性背光。在时序全解析度3D显示器中，一个光源照亮左眼，而另一个光源照亮右眼。棱镜结构与双凸透镜结合，接收来自+60度和-60度方向的光，并使光线改向到+10度和-10度方向。在该显示器中不使用视差光学元件。
WO03/015424揭示了形成多种3D或多视图显示器的一部分的光学切换装置。在各种情况下，显示器的光学切换部分是形成显示器的视差光学元件的被动式双折射透镜阵列。用于选择输出光的哪个偏振光的装置允许显示器在多视图模式和2D或非方向性模式之间切换。
发明内容
根据本发明，提供了一种多视图显示器，包括：配置成显示空间多重复用的第一和第二图像的显示器；配置成与所述显示器协同工作分别将来自第一和第二图像的光引导向第一和第二方向的视差光学元件，所述第一和第二方向具有第一分离角度；以及用于接收来自第一和第二方向的光、并用于将光分别引导向第一和第二观看方向的光学系统，所述第一和第二观看方向具有与所述第一分离角度不同的第二分离角度，所述视差光学元件和所述光学系统配置成仅在所述显示器的前面的显示观看距离处或该处附近形成真实图像。
所述第二分离角度可大于所述第一分离角度。
所述光学系统可包括光学元件阵列。每个元件可以是非对称的。每个元件可包括透镜。每个透镜可以是发散透镜。所述透镜阵列可与视差光学元件相组合。所述光学系统还可包括会聚透镜的透镜阵列。
每个元件可包括棱镜。
每个元件可包括楔形和平面非倾斜区域。
所述阵列可具有非平面表面，该表面与具有可控折射率的材料的第一层的匹配表面相接触。所述第一层可具有可控的折射率范围，包括所述阵列的折射率。所述第一层的材料可以是液晶材料。
所述阵列可具有非平面表面，该表面与双折射材料的第二层的匹配表面相接触。所述双折射材料的折射率之一可实质上等于所述阵列的折射率。所述双折射材料可以是聚合液晶材料。所述显示器可包括用于选择性地切换偏振光通过所述第二层的偏振开关。所述显示器可包括用于接收来自所述偏振开关的光的偏光镜。
所述显示器可包括液晶显示器。
所述显示器可包括用于驱动所述显示器以便显示多重复用的第一和第二图像的驱动设备。
从而能够提供一种多视图显示器，其中可容易地控制或选择分离角度。显示器和视差光学元件有效地形成了多视图方向性显示器，座位具有如先前所述那样确定的视角分离角度的子系统，并且可选择光学系统的参数，以便改变视角分离角，以符合显示器的要求。可把光学系统制造成单独的组件，从而可以是子系统标准化，并用于要求不同的视角分离角度的一系列的应用范围中。因此，仅仅需要添加或附加适当的光学系统来实现所需的视角分离角度。在显示器的安装期间，可调整光学系统，例如相对于显示器和视差光学元件调整其位置，以便获得所需的视角分离角度和所需的视角。光学系统可以是可调整的，以便改变视角分离角度和观看方向，例如允许观看者进行调整以在可能的观看位置的范围内使得图像朝向他。
可增加或减少视角分离角度。如果减少视角分离角度，这会导致所显示的图像更高的亮度，并允许在视差光学元件和显示器之间使用相对较大的分隔距离。
附图说明
图1是已知类型的前面栅栏自动立体3D显示器的水平方向截面图；
图2例示出具有图1所示的类型的显示器的非视点校正的观看区域的形成的概图；
图3例示出视点校正的使用；
图4是已知类型的背面视差栅栏自动立体显示器的水平方向截面图；
图5至图7是已知类型的显示器的平面图；
图8例示出构成本发明的实施例的多视图方向性显示器的汽车应用的两个例子；以及
图9a至19c是构成本发明的实施例的多视图显示器的截面图。
具体实施方式
图8例示出在相对较窄的小汽车41和相对较宽的卡车中的显示器40的安装。该多视图显示器是双视图类型，并且例示出它包含液晶显示器(LCD)43，液晶显示器具有显示左侧观看者图像L和右侧观看者图像R的交错垂直带的交替像素列。采用透镜状屏幕44的形式的视差光学元件与LCD 43的像素平面之间相隔距离为LCD基板和相关层的厚度，在该例子中为大约0.7毫米。该显示器为前面视差光学元件类型，但是在下文中所描述的所有实施例的情况中，它也可以是背面视差光学元件类型。
光学系统45配置在透镜状屏幕44的前面，并包括采用平凹(plano-concave)透镜形式的发散透镜，透镜状屏幕44的透镜或小透镜状层是平凸(plano-convex)透镜。LCD 43与透镜状屏幕44的组合形成了方向性显示子系统，它将来自左右视图的光分别定向到具有由LCD 43和透镜状屏幕44的参数确定的角度分离的不同的方向。特别地，来自该子系统的观看方向之间的角度分离相对较小，并且小于各图像分别被驾驶员46和前座乘客47看到所要求的角度。在该例子中，采用发散光学元件或透镜的光学系统45将观看方向之间的角度分离增加到所例示的40度，使得驾驶员46和乘客47只看到针对于他或她的视图，而另一视图基本不可见。
在宽卡车42的情况中，要求更大的视角分离角。为了实现该目的，与不同的或不同放置的光学系统45一起使用相同的显示子系统，以便在该例子中，如卡车42中的驾驶员46和乘客47的位置所要求的那样，提供80度的视角分离角。
为了方便起见，包括LCD 43和视差光学元件44的显示子系统可按照标准项目进行生产，以用于要求不同视角分离角的更广泛的应用范围中。在安装过程中，对每个显示器进行适配或配置，以通过安装合适的光学系统45和/或设置光学系统来提供所需的视角分离角。因此，没有必要制造具有不同视角分离角的一系列完整的显示器。
图9a例示出图8中所例示的类型的双视图显示器，它包含LCD 43、采用透镜状屏幕44形式的视差透镜阵列、以及采用“附加”透镜阵列45形式的光学系统。阵列44的透镜将LCD 43聚焦到阵列45的外侧，透镜阵列44和45的组合在显示器的观看平面处或附近形成LCD的真实图像，该观看平面是预期观看者所位于的显示器的前部的平面。从而，SLM的像素平面实质上聚焦在显示器前面的用户平面中。视角分离角中的增加取决于透镜阵列44和45的聚焦长度和它们之间的分隔距离。因此，选择这些参数以便实现所需要的视角分离角，以及离显示器40所需要的用户观看距离。
可按照透镜阵列44形成的视差光学元件的节距实质上相同的方式来使得阵列45的透镜的节距最优化，所述视差光学元件可以是视差栅栏或任何其他适用的视差光学元件。这样要求是为了实现形成良好的观看窗口。在所例示的实施例中，阵列45的每个透镜与阵列44的对应透镜相关联，但是这并不是必须的，可以使用其他配置。
图9b中所示的显示器40与图9a所示的显示器的不同之处在于透镜阵列44和45组合成单个元件或板。
图10中所示的显示器40与图9a所示的显示器的不同之处在于图10的附加透镜阵列或透镜状屏幕45包括例示为平凸柱面透镜的会聚透镜。它的效果在于减小图10的显示器中的视角分离角。
图11a的显示器与图9a中所示的显示器的不同之处在于光学系统包括两个附加透镜状屏幕45a和45b，这两个附加透镜状屏幕协作来产生与包括LCD 43和透镜状屏幕44的显示子系统产生的视角分离角中的增加相同的效果。透镜状屏幕44a和44b例示为包括透镜状屏幕44的视差光学元件与形成透镜状屏幕45b的会聚透镜阵列之间的发散元件阵列45a。这种配置结构可能允许降低对单个透镜或元件的聚焦长度的规范要求，并可能允许更为容易地克服系统中的失真。
如图11b所示，透镜状屏幕45a和45b可组合成单个元件或板45。
图12a和12b例示出图9a所示类型的显示器处于双视图工作模式和处于常规或单视图非方向性工作模式。透镜状屏幕45的发散透镜与透镜状屏幕44的透镜之间隔有空腔，空腔中含有一层折射率可变或可控的材料。该层例示为液晶层50，并可配备有适当的控制装置，如对向电极和用于在电极间施加可变电压的装置，以便控制层50的折射率。
在图12a所例示的双视图工作模式中，对层50进行控制，使得其具有的折射率不同于屏幕44和45的折射率，从而在界面处发生折射，并且显示器40如前所述的那样进行工作。在图12b所例示的“常规”或非方向性工作模式中，对层50进行控制使得其具有的折射率与屏幕44和45的折射率基本相同。从而，在层50与屏幕44和45的界面处实质上不发生折射，从而显示器按照非方向性显示器工作。单幅图像可由LCD或空间光调制器(SLM)43显示，并可在垂直和水平的观看角度的整个范围内进行观看。
层50的折射率可在上述的两个值之间切换，以便在双视图模式和常规模式之间切换。可选地，可对折射率进行控制，以使其具有其它离散值或连续值范围内的任一值，以便改变折射，并因此改变透镜状屏幕44和45的光强度。这可用于控制显示器40，例如来提供不同的视角、不同的视角分离角和/或不同的观看距离。从而，可控制显示器，以在以视角和观看距离的范围设置的范围中提供改善的或最优的显示质量。如果提供观看者跟系统中，这可用于根据观看者的位置来控制层50的折射率。
图13a和13b例示出显示器40的双视图和常规模式，该显示器40与图12a和12b所示的显示器的不同之处在于层50被以聚合液晶为例的双折射材料的层52替代。此外，提供了偏振开关53和偏光镜54和55。聚合液晶层52具有用于第一偏振方向的光通过的第一折射率，该第一折射率与透镜状屏幕44和45的折射率相匹配。层52还具有用于正交偏振方向的光通过的第二折射率，该第二折射率与透镜状屏幕44和45的折射率不相匹配。从而，具有第一偏振方向的光不被透镜折射，从而显示器40如图13b所示的那样按照常规模式中的非方向性显示器工作。正交偏振方向的光被屏幕44和45的透镜折射，从而显示器40按照前述的双视图模式工作。
偏振开关与偏光镜55一起选择性地使第一或第二偏振方向的光透过，并从而用于在双视图模式和常规工作模式之间切换。例如，偏振开关53可包括液晶材料和电极，以及控制设备，允许在正交偏振方向的光通过的模式之间切换。
至少在该实施例中，使用偏振开关53在双视图模式和常规模式之间进行切换还具有的效果是，在显示器的标准黑和标准白LC模式之间切换。因此，当切换模式时，提供给SLM 43的数据被反转以进行补偿。
图14所示的显示器与图9a所示的显示器的不同之处在于视差光学元件44采用具有诸如44a之类的垂直平行的均匀间隔的狭缝的视差栅栏的形式，并且透镜阵列被形成光学系统45的棱镜结构所替代。棱镜结构45增加了包括SLM 43和视差光学元件44的显示子系统的视角分离角度。可选择或优化以a、b和c例示的距离，从而例如减少或使串扰最小，并从而实现所需要的视角分离角度。
在所示的相同基本类型的背面视差阵列显示器中，例如在图14中，棱镜结构45可由菲涅耳(Fresnel)棱镜替代，可置于SLM 43的像素平面中。
图15例示出的显示器40与图14中所示的显示器的不同之处在于，棱镜结构45被反转，以便减少视角分离角而不是增加。在该实施例中，虽然例示了发散照明，但是可使用会聚光来减少图像混合或串扰。
图16例示出了图15所示类型的显示器40，但不同之处在于它还包括图12a和12b所示类型的有源液晶层50。如前文所述，可控制层50的折射率以便在双视图和常规模式之间切换，和/或以便改变视角分离角度的变化。图16中示出基板58用于封装层50的液晶。
图17所示的显示器采用图15所示的类型，但不同在于它包含如图13a和13b所示的聚合液晶层52、偏振开关53和偏光镜54和55。图17的显示器选择双视图模式和常规模式的操作如前文所述，不同之处在于当视差光学元件44是在常规或单视图工作模式中继续起作用的视差栅栏时，该模式的水平视角范围是受限的。然而，视差栅栏44可采用的类型可以是在视差栅栏模式和视差栅栏结构实质上不起作用或不可见的模式之间可切换，以便允许在单视图工作模式中有较宽的视角范围。
图18所示的显示器是图14所示的显示器的类型，不同在于视差栅栏或光学元件44的类型是狭缝中具有颜色滤光器。SLM 43包含颜色过滤，从而每个像素有效地透过单色光，如红、绿或蓝。栅栏44的每个狭缝与一对像素列协同工作，其中左列像素L显示一个颜色的左图像带(image strip)，右列像素R显示另一颜色的右图像带。每个狭缝包括用于使来自左图像像素L的光透过而实质上阻隔来自右图像像素R的光的滤光器60、和用于使来自右图像像素R的光通过而实质上阻隔来自左图像像素L的光的滤光器61。这种结构实质上确保了仅仅来自左图像像素L的光到达结构45的每个棱镜的左侧面62。类似地，该结构实质上确保了仅仅来自左图像像素R的光到达结构45的每个棱镜的左侧面63。
图19a例示出显示器40以及另一类型的光学系统45，其形式为发散元件包括具有楔形部分65和平面非倾斜部分66的单个光学元件。这种结构提供了相对于显示器表面的法线方向左右非对称的观看方向。例如，如图19a中所示，诸如67的像素对汽车驾驶员显示图像，其中显示器40安装成以针对驾驶员的图像可被观看的角度范围的形式提供“驾驶员窗口68”。来自诸如67的像素的光通过楔形微结构层45的每个元件的平面部分66并受到非发散折射。
来自诸如69的像素的光通过楔形部分或结构65并受到发散折射，用于显示针对乘客的图像。这建立了乘客窗口70，乘客窗口比驾驶员窗口宽，其视角范围更大，从而可在更宽的观看范围内观看到针对乘客的图像。
图19b例示出图19a所示类型的显示器，它包括图12a和12b所示类型的层50。图19b中示出了用于控制层50的折射率的电极71和电压控制器72。该显示器的在单和双视图工作模式时间切换或改变视角分离角度的操作如前文所述。
图19c例示出图19a所示一般类型的显示器，但是不同在于，如前所述，采用视差栅栏44的视差光学元件和包含像素67和69的LCD被大量制造成“双视图面板”75。在显示器安装以用于特定应用的时候或之前或之后，可把不同的光学系统附加于面板75。特别地，可选择不同的光学系统来为不同的应用实现所需的视角分离角度、观看角度和/或观看距离。图19c例示出两种不同类型的光学系统的各元件的结构。一个元件采用如图19a所示的非对称楔形结构45a，而另一个元件45b是采用两种不同发散透镜结构76a和76b的形式的非对称发散透镜元件。这种结构允许大量制造相对较为昂贵的面板75，而可相对较便宜地制造用于特定应用的光学系统。

Claims (20)

1.一种多视图显示器，其特征在于，包括：配置成显示空间多重复用的第一和第二图像的显示器；配置成与所述显示器协同工作分别将来自第一和第二图像的光引导向第一和第二方向的视差光学元件，所述第一和第二方向具有第一分离角度；以及用于接收来自所述第一和第二方向的光、并用于分别将所述光分别引导向第一和第二观看方向的光学系统，所述第一和第二观看方向具有与所述第一分离角度不同的第二分离角度，所述视差光学元件和所述光学系统配置成仅在所述显示器的前面的显示观看距离处或该处附近形成真实图像。
2.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述第二分离角度大于所述第一分离角度。
3.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述光学系统包括光学元件阵列。
4.如权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述元件的每一个是非对称的。
5.如权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述元件的每一个包括透镜。
6.如权利要求5所述的显示器，其特征在于，所述透镜是发散透镜。
7.如权利要求5所述的显示器，其特征在于，所述透镜阵列与所述视差光学元件相组合。
8.如权利要求6所述的显示器，其特征在于，所述光学系统还包括会聚透镜的透镜阵列。
9.如权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述元件的每一个包括棱镜。
10.如权利要求4所述的显示器，其特征在于，所述元件的每一个包括楔形和平面非倾斜区域。
11.如权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述阵列具有非平面表面，所述显示器包括折射率可控制的材料层，所述材料层具有与所述非平面表面相匹配和相接触的表面。
12.如权利要求1 1所述的显示器，其特征在于，所述材料层具有可控的折射率范围，包括所述阵列的折射率。
13.如权利要求11所述的显示器，其特征在于，所述材料层的材料是液晶材料。
14.如权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述阵列具有非平面表面，所述显示器包括双折射材料层，所述双折射材料层具有与所述非平面表面相匹配和相接触的表面。
15.如权利要求14所述的显示器，其特征在于，所述双折射材料层具有第一和第二折射率，所述第一和第二折射率之一实质上等于所述阵列的折射率。
16.如权利要求14所述的显示器，其特征在于，所述双折射材料是聚合液晶材料。
17.如权利要求14所述的显示器，其特征在于，包括用于选择性地切换偏振光通过所述层的偏振开关。
18.如权利要求17所述的显示器，其特征在于，包括用于接收来自所述偏振开关的光的偏光镜。
19.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述显示器包括液晶显示器。
20.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，包括用于驱动所述显示器以显示所述多重复用的第一和第二图像的驱动设备。
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