專利名稱：立體顯示裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體顯示裝置，包括-第一組用于發(fā)射光的照明源，照明源設(shè)置在第一表面上，每個(gè)照明源具有發(fā)光狀態(tài)和不發(fā)光狀態(tài)；-一用于引起特定照明源發(fā)光的光源；-一成像系統(tǒng)，其在觀察區(qū)域處使所述特定照明源成像；-一空間光調(diào)制器，其使用二維圖像調(diào)制特定照明源發(fā)出的光；以及-一控制部件，用于從第一組照明源中選擇特定的照明源，以便將所述特定照明源設(shè)定為發(fā)光狀態(tài)；本發(fā)明還涉及一種立體顯示系統(tǒng)，包括-一觀察者跟蹤系統(tǒng)，其用于跟蹤觀察者的位置；和-這種立體顯示裝置。
從歐洲專利申請(qǐng)EP 0656555可以得到開(kāi)頭段落中所描述的這種立體顯示系統(tǒng)的一個(gè)具體例子。在該申請(qǐng)中，公開(kāi)了在由可移動(dòng)光源通過(guò)會(huì)聚透鏡或反射鏡照射的LCD空間光調(diào)制器上顯示的左眼和右眼圖象。跟蹤系統(tǒng)跟蹤觀察者的位置，控制系統(tǒng)控制光源的位置。從而，透鏡或反射鏡形成的光源圖像隨觀察者而定。觀察者在距自動(dòng)立體顯示裝置預(yù)定距離范圍圍成的區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng)時(shí)觀察3D圖像。換言之，觀察者可相當(dāng)自由地例如水平和垂直移動(dòng)，不過(guò)觀察者的縱向移動(dòng)自由度有限，其中縱向移動(dòng)導(dǎo)致距立體顯示裝置的距離改變。
本發(fā)明的目的在于提供一種開(kāi)頭段落中所描述的立體顯示裝置，允許觀察者在觀察3D圖像時(shí)沿三個(gè)方向移動(dòng)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述立體顯示裝置實(shí)觀的，該立體顯示裝置包括第二組用于發(fā)射光的照明源，這些照明源設(shè)置在與第一表面不同的第二表面上，并且將控制部件設(shè)計(jì)成也是從第二組照明源中選擇特定照明源。本發(fā)明的主要方面在于，可以沿三個(gè)方向改變“有效(active)”照明源的相對(duì)位置?！坝行А闭彰髟粗柑幱诎l(fā)光狀態(tài)的照明源。另一方面在于，無(wú)需物理上移動(dòng)用于引起特定照明源發(fā)光的光源的位置即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。通過(guò)選擇特定照明源模擬光源的移動(dòng)。在EP 0656555中披露了可使用鄰接各可控光源的二維陣列沿二維方向改變“有效”照明源的相對(duì)位置。不過(guò)，其沒(méi)有披露可通過(guò)相同方法沿三個(gè)方向移動(dòng)“有效”照明源。甚至提到無(wú)需沿第三個(gè)方向即縱向移動(dòng)。沒(méi)有描述沿縱向改變“有效”照明源相對(duì)位置的方法，而說(shuō)明通過(guò)在照明器中采用附加的空間光調(diào)制器來(lái)調(diào)節(jié)“有效”照明源的有效尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的立體顯示裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，觀察者可以在距離立體顯示裝置相當(dāng)大的縱向距離范圍內(nèi)觀察3D圖像。根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置的實(shí)施例包括在三維體積內(nèi)在可控制的位置處發(fā)光的裝置。某些裝置相當(dāng)于立體顯示裝置本身。這類立體顯示裝置的缺點(diǎn)是縮放能力有限。這對(duì)于用作在三維體積內(nèi)受控位置處發(fā)光的裝置這種情形是毫無(wú)爭(zhēng)議的。
注意照明源是一個(gè)抽象概念。是發(fā)射光的位置?？梢栽谠撐恢锰幃a(chǎn)生光，不過(guò)在該文獻(xiàn)描述的許多情形中，光由位于其他某處的光源產(chǎn)生。通過(guò)反射或選擇吸收，所生成的光被引導(dǎo)到照明源和/或通過(guò)照明源引導(dǎo)。在后面所述的情形中，盡管來(lái)自于遙遠(yuǎn)的光源，不過(guò)光從照明源發(fā)射出。
根據(jù)本發(fā)明的立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括多個(gè)光源構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)，多個(gè)光源中的每一個(gè)的尺寸與多個(gè)光源中相鄰光源之間的距離相比相對(duì)較小。重要的是包含光源的體積基本透明。否則一部分光源將阻擋其中一個(gè)光源發(fā)射出的相當(dāng)大量的光。通過(guò)將光源設(shè)置成三維柵格，使光源之間具有相對(duì)較大距離，從而實(shí)現(xiàn)透明。基于同樣的原因，布線的尺寸也相對(duì)較小。最好這些光源為發(fā)光二極管(LED)。LED相對(duì)廉價(jià)，且能發(fā)射出相當(dāng)多的光。
根據(jù)本發(fā)明的立體顯示裝置的另一實(shí)施例，包括薄片疊層，每個(gè)薄片包括相鄰單獨(dú)可控照明源的二維陣列。最好使用包括下述材料的薄片，其光學(xué)性質(zhì)可通過(guò)在薄片上施加適當(dāng)?shù)碾妱?shì)差來(lái)調(diào)節(jié)。光學(xué)性質(zhì)為例如透明度、反射性和光吸收能力。這類薄片或板相對(duì)廉價(jià)，且對(duì)板的一部分進(jìn)行尋址相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易。
根據(jù)本發(fā)明的立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括可在基本透明的狀態(tài)與發(fā)光狀態(tài)之間切換的材料。從而受控照明源設(shè)置成在大體透明的第一狀態(tài)與發(fā)光的第二狀態(tài)之間切換。如上所述，對(duì)透明度的要求是為了防止一部分照明源吸收其中一個(gè)照明源發(fā)射的光。最好該材料包括LC聚合物凝膠?；蛘咴摨B層包括塑料薄片(plastic foil)顯示器。
在根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例中，光源設(shè)置在特定薄片的邊緣處，光在特定薄片中引導(dǎo)，并且光在特定薄片內(nèi)與特定照明源相應(yīng)的特定位置處朝向空間光調(diào)制器發(fā)射出。如同在玻璃光纖中一樣，光穿過(guò)特定薄片。在特定位置處，使材料暫時(shí)漫反射。結(jié)果光將在該特定位置處射出薄片。H.de Koning等人的文章“Dynamic contrast filterto improve the luminance contrast performance of cathode raytubes”(第七屆International Display Workshop的IDW 2000會(huì)議錄)中描述了聚合物L(fēng)C凝膠與墨水的混合物，其用于在兩種狀態(tài)透明和暗狀態(tài)之間切換。不使用墨水時(shí)可以在透明與漫射之間切換。
在根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置的另一實(shí)施例中，將光源設(shè)置成使光源產(chǎn)生的光在與特定照明源相應(yīng)的特定薄片的特定位置處朝向空間光調(diào)制器反射。最好使用用于產(chǎn)生漫射光的多個(gè)空間光源，以防止第一照明源對(duì)第二照明源產(chǎn)生陰影。
在根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置的另一實(shí)施例中，該特定薄片包括可以在大體透明的第一狀態(tài)與擋光的第二狀態(tài)之間切換的材料。換句話說(shuō)，將受控照明源設(shè)計(jì)成在大體透明的第一狀態(tài)與擋光的第二狀態(tài)之間切換。在此情形中，光源設(shè)置在疊層后面。最好該疊層包括液晶顯示器(LCD)。在歐洲專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)0928117中公開(kāi)了根據(jù)這一概念的三維顯示器。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的立體顯示裝置，包括這種三維顯示系統(tǒng)作為照明源。
根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置的另一實(shí)施例，包括光學(xué)透明材料實(shí)心體，和作為光源的兩個(gè)激光器，其中兩個(gè)激光器用于通過(guò)實(shí)心體發(fā)射不可見(jiàn)激光束，通過(guò)光子上轉(zhuǎn)換(photon upconversion)過(guò)程在激光束交點(diǎn)處產(chǎn)生可見(jiàn)光。該交點(diǎn)相當(dāng)于特定照明源。通常激光器為具有不同波長(zhǎng)的紅外激光器。在美國(guó)專利5956172中描述了這種發(fā)光原理。在該文獻(xiàn)中，披露了一種利用聚合物中雙光子上轉(zhuǎn)換的三維顯示系統(tǒng)。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的立體顯示裝置，包括這種三維顯示系統(tǒng)作為照明源。
根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置的另一實(shí)施例，包括具有反射表面的旋轉(zhuǎn)片，其旋轉(zhuǎn)速度與光源所產(chǎn)生光的脈沖發(fā)射同步。照明源處于薄片的旋轉(zhuǎn)固體內(nèi)。在名為專利JP2000287225的文獻(xiàn)中披露了根據(jù)該原理的三維顯示器。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的立體顯示裝置包括這種三維顯示系統(tǒng)作為照明源。
立體顯示裝置的變型及其改變相當(dāng)于所述立體顯示系統(tǒng)的變型和改變。
根據(jù)下面所述的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施例以及參照附圖，顯然可以得出和說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明立體顯示裝置和立體顯示系統(tǒng)的這些和其他方面，其中

圖1A和圖1B示意地表示三個(gè)觀察者分別用其右眼和左眼觀看時(shí)自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖2示意地表示具有3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光包括多個(gè)光源構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)；圖3示意地表示具有3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光包括設(shè)置在薄片疊層的薄片邊緣處的光源；圖4A示意地表示包括3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光基于薄片的反射；圖4B示意地表示圖4A實(shí)施例的光源；圖5示意地表示包括3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光基于光的選擇性傳輸；圖6A示意地表示具有3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光包括光學(xué)透明材料實(shí)心體和兩個(gè)紅外激光器；圖6B示意地表示具有3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光包括光學(xué)透明材料實(shí)心體和紅外激光器的兩個(gè)二維陣列；圖7A示意地表示具有3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光包括具有反射表面的旋轉(zhuǎn)片；圖7B和7C分別示意地表示對(duì)于旋轉(zhuǎn)片的第一和第二位置光的發(fā)射方向。
在所有附圖中相同附圖標(biāo)記具有相同含義。
圖1A和1B示意地表示三個(gè)觀察者110-114分別用其右眼和左眼觀看圖像時(shí)自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。該自動(dòng)立體顯示裝置100包括-用于發(fā)射光的3D背光102，例如在時(shí)隙t＝1，3，5，7，...和t＝2，4，6，8期間分別通過(guò)照明源101、103、105和107、109、111發(fā)射光。從而，根據(jù)時(shí)隙以及觀察者位置選擇哪個(gè)或哪幾個(gè)照明源必須“有效”。
-作為成像系統(tǒng)104的透鏡，其用于將照明源101成像到觀察區(qū)域。在此情形中使用菲涅耳(Fresnel)透鏡。
-作為空間光調(diào)制器106的LCD，其使用二維圖像對(duì)來(lái)自于照明源101、103、105、107、109和111的光進(jìn)行調(diào)制；-控制部件108，其用于控制“有效”照明源101、103、105、107、109和111相對(duì)于透鏡104的相對(duì)位置。適應(yīng)觀察者的自動(dòng)立體顯示裝置100，能在觀察者和圖像選擇基礎(chǔ)上，以時(shí)間復(fù)用合成輸入視頻流信號(hào)VSS的方式向n＝1，2，...或N個(gè)觀察者顯示M個(gè)(一般M＝1)原始3D視頻或TV節(jié)目，下面將要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。進(jìn)入顯示裝置100中的M個(gè)原始3D視頻或TV節(jié)目中的每一個(gè)由通過(guò)2D左眼和右眼圖像形成的K個(gè)原始3D圖像組成，每一個(gè)2D左眼和右眼圖像聚焦在觀察點(diǎn)VP1-VP3處預(yù)定觀察者110-114的相應(yīng)眼睛處。
這種由輸入連接器120提供的時(shí)間復(fù)用合成輸入視頻流信號(hào)VSS，包括載有3D圖像IMij中二維(2D)左眼和右眼圖象V1ij和Vrij的像素?cái)?shù)據(jù)的成對(duì)圖像的周期性序列，其中i＝1，2，……K，為構(gòu)成視頻節(jié)目j的K個(gè)3D圖像序列編號(hào)，j＝1，2，……，M，M為提供給空間光調(diào)制器106的3D TV節(jié)目的總數(shù)?？臻g光調(diào)制器106將左眼和右眼圖象V1ij和Vrij的圖像索引數(shù)據(jù)i，j提供給控制部件108，其使3D背光102與空間光調(diào)制器106的操作同步?；蛘呖商峁﹩蜗窆軘?shù)據(jù)(monoscopic data)取代立體數(shù)據(jù)。
自動(dòng)立體顯示裝置100通過(guò)其輸入連接器122連接至用于跟蹤觀察者110-114位置VP1，VP2和VP3的觀察者跟蹤系統(tǒng)。觀察者跟蹤系統(tǒng)具有3D眼睛定位器118，用于在自動(dòng)立體顯示裝置100的觀察范圍內(nèi)分別檢測(cè)所有觀察者眼睛的xyz坐標(biāo)。用超聲跟蹤系統(tǒng)可以檢測(cè)每個(gè)觀察者的位置，或者每個(gè)觀察者110-114可以攜帶一磁鐵來(lái)指示其相對(duì)于磁跟蹤系統(tǒng)的位置。在另一實(shí)施例中，可以用一臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)掃描觀察區(qū)域以確定每個(gè)觀察者的位置，例如將圖像數(shù)據(jù)輸送給用于識(shí)別各觀察者110-114的眼睛的系統(tǒng)。在又一實(shí)施例中，每個(gè)觀察者110-114攜帶一反射電磁能如紅外能量的反射器。掃描紅外源和紅外探測(cè)器或者廣角紅外源和掃描紅外探測(cè)器確定每個(gè)反射器的位置，反射器最好戴在觀察者110-114的眼睛之間。
3D眼睛定位器118與視點(diǎn)控制信號(hào)產(chǎn)生器116相連，視點(diǎn)控制信號(hào)產(chǎn)生器116將代表控制信號(hào)的視點(diǎn)提供給控制部件108?？刂撇考?08使用代表控制信號(hào)的視點(diǎn)以及圖像索引數(shù)據(jù)i，j產(chǎn)生方向控制信號(hào)，通過(guò)空間光調(diào)制器106提供給控制部件108。在方向控制信號(hào)的控制下，適當(dāng)位置處的3D背光102發(fā)光，即通過(guò)照明源101、103、105、107、109和111發(fā)光。結(jié)果，載有左眼和右眼圖象V1ij和Vrij的像素?cái)?shù)據(jù)的光束，傳輸?shù)奖皇跈?quán)觀看上述視頻或TV節(jié)目j的預(yù)定觀察者的相應(yīng)眼睛處?？刂撇考?08獨(dú)立地決定每個(gè)眼睛是否可以看見(jiàn)圖像。3D眼睛定位器118將所有眼睛的xyz坐標(biāo)提供給控制部件108，從而通過(guò)控制部件108可適當(dāng)調(diào)節(jié)3D背光102。
為了清楚起見(jiàn)，將參照?qǐng)D1A和1B在由一系列3D圖像IM1到IMK構(gòu)成的單個(gè)3D視頻或TV節(jié)目的基礎(chǔ)上描述本發(fā)明，其中3D視頻或TV節(jié)目被傳輸至處于視點(diǎn)VP1-VP3的三個(gè)觀察者110-114。假設(shè)每個(gè)3D圖像IM1到IMK分別由2D左眼圖象V11到V1K及2D右眼圖象Vr1到VrK組成，以在上述時(shí)間復(fù)用的偶數(shù)時(shí)隙t＝0，2，4，...和奇數(shù)時(shí)隙t＝1，3，5，...中分別產(chǎn)生的偶數(shù)和奇數(shù)圖像的交替序列的形式提供給空間光調(diào)制器106，將輸入視頻流信號(hào)VSS合成。從而在偶數(shù)時(shí)隙中，將空間光調(diào)制器106設(shè)定為左視圖模式，僅通過(guò)接通107、109和111處理左眼圖象V1i(i＝1.....K)，如圖1B中所示。在奇數(shù)時(shí)隙中，將空間光調(diào)制器106設(shè)定為右視圖模式，僅處理右眼圖象Vri(i＝1.....K)，如圖1A中所示。為了顯示單個(gè)3D圖像IMK，在時(shí)隙2(k-1)和2k-1中分別產(chǎn)生其2D左眼圖象V1k和2D右眼圖象Vrk，控制部件108控制3D背光102，將攜帶偶數(shù)時(shí)隙2(k-1)中左眼圖像V1k的像素?cái)?shù)據(jù)的所有光束聚焦成左視圖焦點(diǎn)，或者與觀察者110-114的左眼視點(diǎn)VP1-VP3一致的頂點(diǎn)，并且將攜帶奇數(shù)時(shí)隙2k-1中右眼圖象V1k的象素?cái)?shù)據(jù)的所有光束聚焦成與觀察者110-114的右眼視點(diǎn)VP1-VP3一致的右視點(diǎn)頂點(diǎn)。用空間光調(diào)制器106提供給控制部件108的圖像索引數(shù)據(jù)i，通過(guò)從空間光調(diào)制器106向3D背光102時(shí)間復(fù)用傳輸?shù)?D左眼圖象V1i和2D右眼圖象Vri，實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制器106從左視圖模式交替地切換到右視圖模式的同步。通過(guò)使用上述代表視點(diǎn)跟蹤器VT所提供控制信號(hào)的視點(diǎn)，動(dòng)態(tài)地將左視點(diǎn)和右視點(diǎn)調(diào)節(jié)到每個(gè)觀察者眼睛的實(shí)際位置，在每個(gè)觀察者110-114的眼睛上獲得所有3D圖像IM1到IMK的2D左眼圖象V1和2D右眼圖象Vr的正確、清晰的焦點(diǎn)，導(dǎo)致在所有三個(gè)視點(diǎn)VP1-VP3處獲得完整3D視頻或TV節(jié)目的正確的3D圖像感覺(jué)，與觀察者的視點(diǎn)和在自動(dòng)立體顯示裝置100觀察范圍內(nèi)的移動(dòng)無(wú)關(guān)。
圖2示意地表示具有3D背光102的自動(dòng)立體顯示裝置200的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光102包括作為照明源101、103、105、107、109和111的多個(gè)光源的三維結(jié)構(gòu)。3D背光102包括一塊透光材料。該材料可以包括玻璃或者透明塑料，如Perspex。在塊材中形成多個(gè)空腔。在每個(gè)孔腔中設(shè)置一個(gè)陰極熒光管。光源可以設(shè)置成規(guī)則柵格。不過(guò)并非必須如此?？墒谷齻€(gè)方向中連續(xù)光源的數(shù)量彼此相等。不過(guò)最好水平方向中特定光源的數(shù)量與其它方向中設(shè)置的光源相比相對(duì)較高。觀察者在水平方向移動(dòng)的可能性相對(duì)較大。除此之外，在存在多個(gè)觀察者的情況下，有可能這些觀察者的眼睛幾乎處于相同高度。在例如在垂直方向設(shè)置更少光源的情形中，這些光源在垂直方向應(yīng)當(dāng)較大。
其他可能使用的光源包括發(fā)光二極管，激光器，白熾光源，發(fā)光聚合物，熒光和等離子體光源。與照明源107和109相應(yīng)的光源交替地接通。在時(shí)隙t＝1，3，5，7，...期間，照明源109接通。在時(shí)隙t＝2，4，6，8，...期間，照明源107接通。如果沒(méi)有觀察者同時(shí)進(jìn)行觀看，則在這些時(shí)隙間沒(méi)有其他照明源發(fā)射光。這使得自動(dòng)立體顯示裝置200能量效率高僅對(duì)于特定方向產(chǎn)生光。換句話說(shuō)由于“按照要求”發(fā)光，從而不浪費(fèi)能量。在圖2中，希望照明源107和109產(chǎn)生的光通過(guò)透鏡104引導(dǎo)，并且強(qiáng)度受空間光調(diào)制器106的調(diào)制。
圖3示意地表示具有3D背光102的自動(dòng)立體顯示裝置300的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光102包括處于薄片疊層中薄片312-320邊緣處的光源302-310。在圖3中表明，兩個(gè)觀察者同時(shí)觀看自動(dòng)立體顯示裝置300產(chǎn)生的圖像。表示時(shí)隙t＝1，3，5，7，...時(shí)光的發(fā)射。對(duì)于觀察者110來(lái)說(shuō)，光由光源302產(chǎn)生，引導(dǎo)到薄片312中并沿薄片312傳播，在照明源103的位置處發(fā)射。對(duì)于觀察者112來(lái)說(shuō)，光由光源304產(chǎn)生，引導(dǎo)到薄片314中，并沿薄片314傳播，在照明源107的位置發(fā)射。薄片312和314該部分的光學(xué)性質(zhì)與薄片312和314其它部分不同，即在與照明源103，107相應(yīng)的位置，使材料漫射，在其它位置處材料基本透明。結(jié)果在薄片312-320邊緣處引導(dǎo)到這些薄片中的光，在沿薄片傳播時(shí)保持在薄片內(nèi)部。在使材料漫反射的位置，光射出薄片。由此，光通過(guò)成像系統(tǒng)104和空間光調(diào)制器106沿觀察者110或112眼睛的方向傳播?；蛘叨鄠€(gè)光源固定于薄片，例如在薄片每端處固定一個(gè)光源?；蛘叨鄠€(gè)薄片共享一個(gè)光源。
圖4A示意地表示包括3D背光102的自動(dòng)立體顯示裝置400的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光102基于薄片412-420對(duì)光的反射。將通過(guò)例子說(shuō)明該實(shí)施例的工作方式。在時(shí)隙t＝1，3，5，7，...期間，除了使薄片412的一部分暫時(shí)反射以外，所有薄片都是透明的。該部分與照明源103相應(yīng)。結(jié)果，光源402-408其中之一產(chǎn)生的光被該位置反射，即在照明源103處反射，并且通過(guò)透鏡104和空間光調(diào)制器106沿觀察者110眼睛的方向引導(dǎo)。最好光源402-408為產(chǎn)生擴(kuò)散光的空間光源。圖4B示意地表示圖4A實(shí)施例的光源402-408。將光源402-408設(shè)置成使反射光沒(méi)有被這些光源402-408阻擋而到達(dá)觀察者110。這表明光源402-408設(shè)置成一種“環(huán)形”結(jié)構(gòu)，其直徑大于薄片的尺寸。
圖5示意地表示包括3D背光102的自動(dòng)立體顯示裝置500的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光102基于光的選擇透過(guò)。3D背光包括LCD512-520的疊層。LCD單元512-520可以在透明與阻光之間切換。通過(guò)將LCD元件518的大部分，即除小部分以外的整個(gè)區(qū)域，切換到阻光狀態(tài)，并且一個(gè)特定單元是透明的，光可以有選擇地通過(guò)。僅由該特定單元例如照明源103發(fā)射出光。為了防止LCD例如518阻擋更靠近于光源502的照明源發(fā)射出的光，在控制多個(gè)LCD時(shí)可以執(zhí)行時(shí)間復(fù)用。在多個(gè)觀察者觀看自動(dòng)立體顯示裝置500所產(chǎn)生的圖像時(shí)一般需要執(zhí)行時(shí)間復(fù)用。在此情形中例如，對(duì)于觀察者110的右眼來(lái)說(shuō)在時(shí)隙t＝1，5，9，13，...時(shí)可從第一LCD512發(fā)射光，在時(shí)隙t＝3，7，11，15，..時(shí)可從第二LCD514發(fā)射光。在此情形中，假設(shè)兩個(gè)觀察者在朝向自動(dòng)立體顯示裝置500方向的距離相差較大，以致于僅使用一個(gè)LCD例如512用于兩個(gè)觀察者的右眼，不能產(chǎn)生令人滿意的3D圖像。并且對(duì)于左眼應(yīng)當(dāng)應(yīng)用相同的時(shí)間復(fù)用。
圖6A示意地表示具有3D背光102的自動(dòng)立體顯示裝置600的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光102包括光學(xué)透明材料實(shí)心體(solid volume)610和兩個(gè)紅外激光器602和604。激光器602和604產(chǎn)生的不可見(jiàn)光通過(guò)反射鏡例如606和608引導(dǎo)到實(shí)心體中。反射鏡和激光器的位置和旋轉(zhuǎn)自由度，使激光束612和614可以通過(guò)整個(gè)實(shí)心體引導(dǎo)。在實(shí)心體內(nèi)激光束612，614的交點(diǎn)處，通過(guò)雙光子上轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生可見(jiàn)光。該可見(jiàn)光通過(guò)透鏡104和空間光調(diào)制器106朝向觀察者110發(fā)射。
圖6B示意地表示具有3D背光的自動(dòng)立體顯示裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光包括光學(xué)透明材料實(shí)心體610和紅外激光器的兩個(gè)二維陣列616，618。通過(guò)以下方式表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中去除了激光束的偏轉(zhuǎn)掃描，以及所有相關(guān)的定位反饋和精度要求，并且用垂直腔面發(fā)射激光二極管的二維陣列616，618取代。陣列616，618中每個(gè)單獨(dú)的發(fā)射器可獨(dú)立尋址，從而簡(jiǎn)單地調(diào)制成開(kāi)或關(guān)來(lái)尋址實(shí)心體610中的三維像素。二維陣列616，618設(shè)置在實(shí)心體610的正交表面上。
圖7A示意地表示包括3D背光102的自動(dòng)立體顯示裝置700的一個(gè)實(shí)施例，其中3D背光102包括具有反射表面的旋轉(zhuǎn)片704。圖7B和7C分別示意地表示對(duì)于旋轉(zhuǎn)片704的第一和第二位置的光發(fā)射方向。自動(dòng)立體顯示裝置700還包括光源701，703，705，707構(gòu)成的二維陣列702，706。將光源設(shè)置成針對(duì)預(yù)定的時(shí)隙產(chǎn)生光。這些時(shí)隙與旋轉(zhuǎn)片704的角位置有關(guān)。從而光的產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)速度同步。結(jié)果在旋轉(zhuǎn)片704的旋轉(zhuǎn)實(shí)心體710內(nèi)的位置，通過(guò)反射而發(fā)光。在圖7B中表明，由光源701產(chǎn)生光。在與照明源103相應(yīng)的位置處光被旋轉(zhuǎn)片704反射。反射光經(jīng)過(guò)透鏡104和空間光調(diào)制器106朝向視點(diǎn)VP1處觀察者110的右眼傳播。只要觀察者110處于視點(diǎn)VP1，則在時(shí)隙t＝1，3，5，7，...期間光源701產(chǎn)生光。圖7C中表示光源707產(chǎn)生光。在與照明源107相應(yīng)的位置處光被旋轉(zhuǎn)片704反射。反射光經(jīng)過(guò)透鏡104和空間光調(diào)制器106朝向處于視點(diǎn)VP1的觀察者110的左眼傳播。顯然通過(guò)同時(shí)或者時(shí)間復(fù)用地采用多個(gè)光源701，703，705，707，多個(gè)觀察者可以觀看3D圖像?；蛘哂脝我还庠慈〈庠搓嚵?02，706，其中該單一光源可以旋轉(zhuǎn)，或者發(fā)射光通過(guò)反射鏡和透鏡被偏轉(zhuǎn)。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離所附權(quán)利要求范圍的條件下可以設(shè)計(jì)出其他實(shí)施方式。在權(quán)利要求中，圓括號(hào)內(nèi)的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求的限定。術(shù)語(yǔ)“包括”不排除存在權(quán)利要求中并未列出的元件或步驟。元件前面的詞語(yǔ)“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這類元件。本發(fā)明可以通過(guò)包括多個(gè)獨(dú)立元件的硬件和通過(guò)適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉多個(gè)裝置的裝置權(quán)利要求中，用一個(gè)和相同的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝置。
透鏡104和空間光調(diào)制器106的順序也可以與圖中所示不同。除了披露了基于時(shí)間復(fù)用的實(shí)施方式以外，也可以通過(guò)例如采用多個(gè)3D背光，多個(gè)空間調(diào)制器，多個(gè)透鏡和反射鏡來(lái)觀看多個(gè)圖像。
權(quán)利要求
1.一種立體顯示裝置(100，200，300，400，500，600，700)，包括-用于發(fā)光的第一組照明源(101，103，105)，照明源設(shè)置在第一表面上，每個(gè)照明源具有發(fā)光狀態(tài)和不發(fā)光狀態(tài)；-光源(302-310，402-408，502，602，604，616，618，701-703，705-707)，用于引起特定照明源發(fā)光；-一成象系統(tǒng)(104)，用于在觀察區(qū)域處將特定照明源成象；-一空間光調(diào)制器(106)，其使用二維圖像調(diào)制特定照明源發(fā)出的光；-一控制部件(108)，其從第一組照明源(101，103，105)中選擇特定照明源，以便使特定照明源處于發(fā)光狀態(tài)；其特征在于該立體顯示裝置(100，200，300，400，500，600，700)包括用于發(fā)光的第二組照明源(107，109，111)，這些照明源設(shè)置在與第一表面不同的第二表面上，并且控制部件(108)用于從第二組照明源中選擇特定照明源。
2.如權(quán)利要求1所述的立體顯示裝置(100，200)，其特征在于包括多個(gè)光源構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)，多個(gè)光源中的每一個(gè)的尺寸與多個(gè)光源中相鄰光源之間的相互距離相比相對(duì)較小。
3.如權(quán)利要求2所述的立體顯示裝置(100，200)，其特征在于所述多個(gè)光源為發(fā)光二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的立體顯示裝置(100，300，400，500)，其特征在于包括薄片(312-320，412-420，512-520)的疊層，每個(gè)薄片(312-320，412-420，512-520)包括鄰接的各個(gè)可控照明源(101，103，105，107，109，111)的二維陣列。
5.如權(quán)利要求4所述的立體顯示裝置(100，300，400，500)，其特征在于特定薄片(312-320，412-420，512-520)包括可以在基本透明狀態(tài)與發(fā)光狀態(tài)之間切換的材料。
6.如權(quán)利要求4所述的立體顯示裝置(100，300，400，500)，其特征在于該材料為L(zhǎng)C聚合物凝膠。
7.如權(quán)利要求4所述的立體顯示裝置(100，300，400，500)，其特征在于該疊層包括塑料薄片顯示器。
8.如權(quán)利要求5所述的立體顯示裝置(100，300)，其特征在于光源(302-310)設(shè)置在特定薄片(312-320)的邊緣處，將光引導(dǎo)到特定薄片(312-320)中，并且在與特定照明源(101，103)相應(yīng)的特定薄片的位置處朝向空間光調(diào)制器(106)發(fā)射光。
9.如權(quán)利要求5所述的立體顯示裝置(100，400)，其特征在于該光源(402-408)設(shè)置成使光源(402-408)產(chǎn)生的光在與特定照明源(103)相應(yīng)的特定薄片的特定位置處朝向空間光調(diào)制器(106)反射。
10.如權(quán)利要求4所述的立體顯示裝置(100，500)，其特征在于該特定薄片(512-520)包括可以在基本透明的第一狀態(tài)與阻光的第二狀態(tài)之間切換的材料。
11.如權(quán)利要求10所述的立體顯示裝置(100，500)，其特征在于該疊層包括液晶顯示器。
12.如權(quán)利要求1所述的立體顯示裝置(100，600)，其特征在于包括光學(xué)透明材料實(shí)心體(610)，和作為光源的兩個(gè)激光器(602，604)，這兩個(gè)激光器(602，604)通過(guò)實(shí)心體(610)發(fā)射激光束(612，614)以通過(guò)光子上轉(zhuǎn)換過(guò)程在激光束交點(diǎn)處產(chǎn)生可見(jiàn)光，其中該交點(diǎn)與特定照明源(103)相應(yīng)。
13.如權(quán)利要求1所述的立體顯示裝置(100，700)，其特征在于包括具有反射面的旋轉(zhuǎn)片(704)，其旋轉(zhuǎn)速度與光源(702)所產(chǎn)生的光的脈沖發(fā)射同步。
14.一種立體顯示系統(tǒng)，包括-用于發(fā)光的第一組照明源(101，103，105)，照明源設(shè)置在第一表面上，每個(gè)照明源具有發(fā)光狀態(tài)和不發(fā)光狀態(tài)；-用于引起特定照明源發(fā)光的光源(302-310，402-408，502，602，604，616，618，701-703，705-707)；-一成象系統(tǒng)(104)，其用于在觀察區(qū)域處使特定照明源成象；-一空間光調(diào)制器(106)，其使用二維圖像調(diào)制特定照明源發(fā)出的光；-一控制部件(108)，其從第一組照明源(101，103，105)中選擇特定照明源，將特定照明源設(shè)定為發(fā)光狀態(tài)；以及-一觀察者跟蹤系統(tǒng)(116，118)，用于跟蹤觀察者(110，112，114)的位置；其特征在于該立體顯示系統(tǒng)包括用于發(fā)射光的第二組照明源(107，109，111)，這些照明源設(shè)置在與第一表面不同的第二表面上，并且控制部件(108)設(shè)計(jì)成用于從第二組照明源中選擇特定照明源。
全文摘要
立體顯示裝置(300)包括用于發(fā)射光的照明源(101，103)，用于在觀察區(qū)域處使照明源成象的成象系統(tǒng)(104)，使用二維圖像調(diào)制照明源(101，103)發(fā)射的光的空間光調(diào)制器(106)，以及用于控制“有效”照明源(101，103)相對(duì)成象系統(tǒng)(104)的相對(duì)位置的控制部件(108)。該立體顯示裝置(300)還包括沿彼此垂直的三個(gè)方向改變“有效”照明源(101，103)相對(duì)位置的裝置，無(wú)需物理上移動(dòng)用于引起照明源(101，103)發(fā)光的光源(302－310)。
文檔編號(hào)G02B27/00GK1605215SQ02824908
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月14日
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