專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)立體鏡顯示器的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及自動(dòng)立體鏡顯示器。這種顯示器可以包括自動(dòng)立體鏡三維(3D)顯示器，例如，可以用于3維電視、醫(yī)學(xué)成象、計(jì)算機(jī)游戲、電話(huà)、科學(xué)目測(cè)、虛擬實(shí)事以及辦公自動(dòng)設(shè)備。
2.現(xiàn)有技術(shù)的描述在附圖的

圖1中示出自動(dòng)立體鏡3維顯示器的已知類(lèi)型。所述顯示器包括放置在，例如，按液晶顯示器(LCD)形式的，空間光調(diào)制器(SLM)2后面的散射背景光1。SLM 2包括圖象單元(象素)的陣列，例如，如在歐洲專(zhuān)利第0,625,861號(hào)中所揭示，其中，把象素安排成列，致使在橫向或水平方向上相鄰列實(shí)質(zhì)上相互接近。
例如，把如在圖1中以圖形示出的按凹凸屏形式的視差鏡片3放置在SLM 2的前面。使視差鏡片3的視差單元6與各個(gè)成對(duì)的SLM 2的象素列對(duì)準(zhǔn)。控制象素列，使之為觀看者的左和右眼分別交替地顯示左和右兩維(2D)垂直條。例如，在4處表示的象素顯示左眼圖象的單元，而在5處表示的象素顯示右眼圖象的單元。
在第一波瓣(lobe)7中通過(guò)相關(guān)聯(lián)的視差單元6使來(lái)自包括象素4和5的列的光成象。通過(guò)視差單元6使來(lái)自以8和9表示的相鄰象素列的光分別成象在波瓣10和11上。此外，通過(guò)視差單元6使來(lái)自以12和13表示的下一個(gè)列的光成象在再有的波瓣14和15上。
為了提供視點(diǎn)校正顯示器致使觀看者的每只眼睛看到跨越整個(gè)顯示器的相同的圖象，視差鏡片3的視差單元的間距稍小于SLM 2的象素列的間距的兩倍。另一方面，可以把視差鏡片放置在背景光1和SLM 2之間，在這種情況下，視差鏡片的視差單元的間距應(yīng)該稍大于象素列間距的兩倍。
這產(chǎn)生了在數(shù)個(gè)波瓣中重復(fù)的觀看區(qū)。假如觀看者的左和右眼分別位于波瓣中的一個(gè)波瓣的左和右觀看區(qū)中，則跨越整個(gè)顯示器，左眼只看到打算給左眼看的2維圖象，而右眼只看到打算給右眼看的2維圖象。把觀看區(qū)的最寬的部件稱(chēng)為觀看窗，并且所述最寬部件位于公共平面中以16表示處。在離開(kāi)顯示器預(yù)定觀看距離處形成觀看窗16。
假如觀看者的左和右眼分別繼續(xù)處于左和右眼觀看區(qū)中，則觀看者看到無(wú)畸變的顯示，并且看到正確的3維圖象。把這種觀看區(qū)稱(chēng)為無(wú)畸變的觀看區(qū)，并且在17到20處表示無(wú)畸變觀看的觀看窗位置。然而，如果使觀看者的左和右眼分別位于右和左觀看區(qū)中，則觀看者看到幻視的圖象。在圖1中的22到25處表示幻視觀看窗位置?；靡晥D象產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兘?jīng)?？磥?lái)好象具有一些深度，盡管深度信息是誤導(dǎo)性的或是不真實(shí)的。因此，觀看者處于錯(cuò)誤的位置處經(jīng)常是不明顯的。此外，已知幻視觀看會(huì)導(dǎo)致頭痛以及視覺(jué)緊張的其它癥狀。
此外，當(dāng)觀看者橫向移動(dòng)時(shí)，眼睛可能移動(dòng)到一個(gè)位置，例如，在該位置處右眼看到的內(nèi)容包括左眼波瓣的重要部分。這再次導(dǎo)致一個(gè)不理想的觀看位置，已知該位置會(huì)導(dǎo)致頭痛以及視覺(jué)緊張的其它癥狀。
1996年在日本的kobe的國(guó)際會(huì)議中心，E.Nakayama等人的“Proceedings of Third International Display Workshop(第三屆國(guó)際顯示器研討會(huì)事項(xiàng))”，第二卷，1996年11月27-29日，揭示了輔助觀看者尋找附圖的圖1中所示類(lèi)型的自動(dòng)立體鏡3維顯示器的適當(dāng)觀看區(qū)的一種3維指示。在附圖的圖2中示出指示器，所述指示器包括具有前縫27以及包括發(fā)光二極管(LED)28到32的光一驗(yàn)證盒26。LED 28、30和32發(fā)射綠光，而LED 29和31發(fā)射紅光?？p27的尺寸和LED 28到32相對(duì)于縫27的幾何形狀是如此的，致使當(dāng)觀看者的雙眼位于無(wú)畸變位置17到21中時(shí)，可以通過(guò)縫27看到分別來(lái)自L(fǎng)ED 32到28的光。因此，當(dāng)觀看者的雙眼在無(wú)畸變位置17到21中的一個(gè)位置處時(shí)，只可看到綠色LED或只可看到紅色LED。當(dāng)觀看者移動(dòng)而離開(kāi)無(wú)畸變位置時(shí)，就變成可以看到來(lái)自綠色LED和紅色LED兩者的光。因此，觀看者必須使他自己定位，以致通過(guò)指示器的縫27可以只看到單色的光。
制造指示器作為自動(dòng)立體鏡顯示器的分立裝置，因此在制造期間需要正確地對(duì)準(zhǔn)，以便保證只可看到單色的區(qū)域與觀看窗中的無(wú)畸變位置正確地對(duì)準(zhǔn)。這種對(duì)準(zhǔn)是費(fèi)時(shí)間而且麻煩的，因此實(shí)質(zhì)上增加成本和增加制造的復(fù)雜度。此外，指示器的光學(xué)系統(tǒng)與顯示器本身的光學(xué)系統(tǒng)不同。因此，指示器只提供處于和極接近包含觀看窗的平面處的無(wú)畸變觀看位置的正確識(shí)別。如果觀看者明顯地移動(dòng)到這個(gè)平面的外面，則指示器不再提供觀看者是在無(wú)畸變位置處還是在非無(wú)畸變位置處的正確指示。還有，因?yàn)橹甘酒鞯墓鈱W(xué)系統(tǒng)和顯示器的光學(xué)系統(tǒng)之間的差異，指示器提供與顯示器的光學(xué)系統(tǒng)的性能無(wú)關(guān)的指示。因此，事實(shí)上，當(dāng)顯示器光學(xué)系統(tǒng)是如此的不完善致使觀看者處于不恰當(dāng)?shù)挠^看位置處時(shí)，即使使指示器與顯示器正確地對(duì)準(zhǔn)，觀看者也可能接收到處于無(wú)畸變位置的不真實(shí)指示。
GB 2,252,175揭示視差擋板型的一種自動(dòng)立體鏡顯示器。當(dāng)觀看者向無(wú)畸變觀看區(qū)外移動(dòng)時(shí)，觀看者可看到的圖象變化。橫向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致覺(jué)察的圖象變暗，而縱向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生疊加在圖象上的垂直條。從顯示器的視差擋板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生這些圖象變化。
WO 94/24601也揭示一種自動(dòng)立體鏡顯示器，其中當(dāng)觀看者向無(wú)畸變觀看區(qū)外移動(dòng)時(shí)覺(jué)察到圖象變化。既然是這樣，觀看者離開(kāi)無(wú)畸變觀看區(qū)，覺(jué)察的圖象立刻變成單視覺(jué)的，使之避免幻視觀看。
EP 0,860,728以及GB 2,321,815揭示如附圖的圖3和4中所示的一種自動(dòng)立體鏡3維顯示器，它與圖1中示出的自動(dòng)立體鏡顯示器不同，它包括在圖4中示出的觀看者位置指示器(VPI)裝置。這個(gè)裝置包括部分背景光1、部分SLM 2以及部分視差鏡片3。如在圖3中所示，SLM 2具有圖象部分2a，用于顯示兩個(gè)2維立體鏡圖象作為每個(gè)視差單元6在光學(xué)上對(duì)準(zhǔn)象素列的相鄰對(duì)時(shí)在交替的象素列上交織的垂直條。在波瓣7、10、11、14和15上形成左和右觀看區(qū)，但是只指定無(wú)畸變觀看位置17、19和21供觀看者使用。因此，不打算使用在圖1中示出的無(wú)畸變位置18和20。
通過(guò)背景光1的上面條、包括SLM 2的象素的一個(gè)或多個(gè)上面行的發(fā)信號(hào)部分2b，以及視差鏡片3的上面部分3a形成觀看者位置指示裝置。使圖4中示出的象素按水平對(duì)而操作，使得其作用如同諸如具有兩倍水平范圍以及兩倍圖3中示出的象素間距的30和31之類(lèi)的象素，用于顯示立體鏡圖象。視差鏡片3的上面部分3a包括一個(gè)部分，所述部分的視差單元32具有圖3中示出的視差單元6的兩倍水平間距。控制諸如30(示出未被遮蔽)之類(lèi)的象素，使之提供亮的圖象，以及另外在橫向提供諸如31(示出被遮蔽)之類(lèi)受控制的象素，使之提供暗的圖象。尤其，象素30實(shí)質(zhì)上是透明的，而象素31實(shí)質(zhì)上是不透明的。
使每個(gè)視差單元32與各個(gè)視差單元6對(duì)準(zhǔn)。象素30和31以及視差單元32合作，以提供在波瓣10和11中的亮圖象以及在波瓣7、14和15中的暗圖象。因此，當(dāng)觀看者位于觀看窗16中的無(wú)畸變位置17、19和21處時(shí)，觀看者位置指示裝置顯得較暗。當(dāng)觀看者從諸如19之類(lèi)的無(wú)畸變位置移動(dòng)到諸如23之類(lèi)的幻視位置時(shí)，來(lái)自觀看者位置指示裝置的光，例如對(duì)于觀看者的右眼，變成為可見(jiàn)的，因此而向觀看者指示他已經(jīng)從無(wú)畸變位置移動(dòng)到幻視位置。如果只有一只眼睛看到來(lái)自觀看者位置指示裝置的光，則大腦就把這個(gè)記錄為圖象數(shù)據(jù)。因此，顯示器不需要觀看者的雙眼都看到來(lái)自裝置的光以便于工作。因此，假如觀看者移動(dòng)到看不見(jiàn)來(lái)自觀看者位置指示裝置的光的位置，則他將停留在諸如17、19和21表示的那些無(wú)畸變位置處。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，提供一種自動(dòng)立體鏡顯示器，它包括圖象顯示器、信號(hào)顯示器以及視差鏡片，所述視差鏡片具有與圖象顯示器合作以形成在觀看區(qū)中的多個(gè)右和左眼觀看區(qū)的第一部分，以及第二部分，所述第二部分與信號(hào)顯示器合作以形成第一信號(hào)圖象和第二信號(hào)圖象，所述第一信號(hào)圖象在至少一個(gè)第一觀看區(qū)部分中是可見(jiàn)的，而所述第二信號(hào)圖象在至少一個(gè)第二觀看區(qū)部分中是可見(jiàn)的，第一部分包括第一方向上具有第一間距的視差單元的陣列，而第二部分包括第一方向上具有第二間距的視差單元的陣列，所述第二間距實(shí)質(zhì)上等于第一間距的一倍半。
因此可能提供一種裝置，所述裝置允許觀看者確定他相對(duì)于自動(dòng)立體鏡顯示器的位置而與正在顯示的實(shí)際圖象無(wú)關(guān)。尤其，通過(guò)觀看第一和第二信號(hào)圖象，觀看者可以確定他是在觀看區(qū)的第一部分中還是在第二部分中。與EP 0,860,728中的指示相比，所述指示提供更高的空間頻率，以致較少看到指示圖案。在顯示器可以通過(guò)機(jī)械或電氣在3維模式和2維模式之間切換的情況中，也會(huì)減少2維模式中指示圖案的任何剩余的可見(jiàn)性。對(duì)于象素化(pixellated)的顯示器，使用更多象素來(lái)提供指示，以致可以提供較亮的指示。
至少一個(gè)第一部分可以包括一個(gè)無(wú)畸變觀看區(qū)。至少一個(gè)第二部分可以包括與無(wú)畸變觀看區(qū)相鄰的幻視觀看區(qū)。因此觀看者有可能確定他是否位于無(wú)畸變觀看區(qū)中。
第一和第二信號(hào)圖象可以有各種方面的差異。例如，第一和第二信號(hào)圖象中之一可以是亮圖象，而第一和第二信號(hào)圖象中的另一個(gè)可以是暗圖象。在另一個(gè)例子中，第一信號(hào)圖象可以是第一顏色，而第一信號(hào)圖象可以是與第一顏色不同的第二顏色。
通過(guò)使用具有第一和第二部分的視差鏡片，在制造視差鏡片期間自動(dòng)地提供對(duì)準(zhǔn)。此外，圖象顯示器和信號(hào)顯示器可以分別包括公共顯示器的第一和第二部分。因此在制造期間可以得到第一和第二部分的對(duì)準(zhǔn)，以致在自動(dòng)立體鏡顯示器裝配期間得到對(duì)準(zhǔn)而無(wú)需進(jìn)行調(diào)整。
可以以各種方式實(shí)施公共顯示器。例如，公共顯示器可以包括諸如液晶顯示器之類(lèi)的光—透射或轉(zhuǎn)移—反射空間光調(diào)制器，以及光源。可以在透射或轉(zhuǎn)移—反射液晶顯示器上使用本發(fā)明。
作為另一種替代，公共顯示器可以包括發(fā)光顯示器。
圖象顯示器和第一部分可以合作以形成多個(gè)波瓣中的觀看區(qū)，每個(gè)波瓣有兩個(gè)觀看區(qū)。通過(guò)減少每個(gè)波瓣的觀看區(qū)的數(shù)目，可以得到提高的3維圖象分辨率以及可能增加的亮度。
可以以各種方式實(shí)施視差鏡片。例如，視差鏡片可以包括諸如凹凸屏之類(lèi)的透鏡陣列。作為替代，視差鏡片可以包括全息光學(xué)單元的陣列。作為再一種替代，視差鏡片可以包括視差擋板。視差擋板的第一部分可以包括第一寬度的多個(gè)縫，而視差擋板的第二部分可以包括第一寬度的多個(gè)縫。作為替代，視差擋板的第一部分可以包括第一寬度的多個(gè)縫，而視差擋板的第二部分可以包括小于第一寬度的第二寬度的多個(gè)縫。
可以在實(shí)質(zhì)上垂直于第一方向的第二方向上使第二部分的另外的視差單元與第一部分的各個(gè)視差單元對(duì)準(zhǔn)。
對(duì)于非自動(dòng)立體鏡顯示器模式，視差鏡片是可以移動(dòng)的(例如，通過(guò)機(jī)械)。可以使用這種裝置以提供最高分辨率2維觀看模式。另一方面，可以使視差鏡片在電氣上切換到2維模式，例如，如在EP 0,833,183中所述?？梢耘渲眠@種電氣上切換的視差擋板使觀看者位置切換到通或斷，以致當(dāng)不需要觀看者位置指示時(shí)可以使用更多的顯示器來(lái)顯示3維圖象。
在實(shí)施視差鏡片作為視差擋板時(shí)，視差擋板可以包括第一層和可移動(dòng)的第二層，第一層包括擋板區(qū)，用于傳遞具有第一偏振的光，以及孔徑區(qū)，用于提供至少具有實(shí)質(zhì)上與第一偏振光正交的第二偏振的光，第二層包括偏振器，用于傳遞第二偏振的光。第二層的作用如同輸出偏振器，當(dāng)顯示器處于它的3維模式中時(shí)，第二層吸收第一偏振的光?？梢允沟谝粚影凑_的記錄相對(duì)于其余的自動(dòng)立體鏡顯示器而固定。通過(guò)移動(dòng)和替代只要求相對(duì)于其余顯示器的角度記錄的第二層，可以得到自動(dòng)立體鏡和非自動(dòng)立體鏡模式之間的切換，因此降低了容差要求，以致可以減少或避免對(duì)準(zhǔn)移動(dòng)單元的難度。
可以配置圖象顯示器和信號(hào)顯示器以提供第一偏振的光，并且可以配置孔徑區(qū)，使第一偏振的光至少部分地轉(zhuǎn)換成第二偏振的光。第一層可以是半波板，擋板區(qū)可以具有與第一偏振平行的光軸，而孔徑區(qū)可以具有在45°處對(duì)準(zhǔn)第一偏振的光軸。避免在擋板區(qū)中使用諸如偏振旋轉(zhuǎn)器之類(lèi)的裝置，在可見(jiàn)光譜上可以最大地抑制來(lái)自擋板區(qū)的光。這使觀看之間的串?dāng)_最小。
可以配置信號(hào)顯示器使之在對(duì)應(yīng)于圖象顯示器所顯示的三維圖象或每個(gè)三維圖象的橫向范圍的整個(gè)橫向范圍上有效。這種裝置允許最優(yōu)化地表示縱向觀看靈活的顯示。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)例子，參考附圖，進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中圖1是已知自動(dòng)立體鏡3維顯示器的水平截面的示意橫截面圖；圖2是已知觀看者位置指示器的水平截面的示意橫截面圖；圖3和4是另一個(gè)已知自動(dòng)立體鏡3維顯示器的不同高度處的水平截面的示意橫截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的部分自動(dòng)立體鏡3維顯示器的水平截面的示意橫截面圖；圖6是示出圖3、4和5的視差單元/象素關(guān)系的圖；圖7是示意橫截面圖，示出凹凸屏顯示器；圖8是示意橫截面圖，示出前視差擋板顯示器；圖9是平面圖，示出觀看區(qū)信息；圖10示出圖3和4中示出的自動(dòng)立體鏡3維顯示器的可能的傳感器位置；圖11示出膝上計(jì)算機(jī)，所述膝上計(jì)算機(jī)包括具有可移動(dòng)視差擋板的、圖3和5中示出的類(lèi)型的顯示器；圖12a示出在3維和2維模式之間切換的第一配置；
圖12b示出在3維和2維模式之間切換的第二配置；圖13和14是在3維和2維模式中操作的第三配置的示意橫截面圖；圖15是相似于圖9的視圖，示出順序的黑色屏蔽條橫向隔開(kāi)象素列的作用；圖16相似于圖9的視圖，但是示出由于減小所顯示3維圖象的橫向范圍而產(chǎn)生了增大的縱向觀看靈活性；以及圖17示出當(dāng)如圖16所示進(jìn)行操作時(shí)顯示器的外貌。在附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的部分。
較佳實(shí)施例的描述圖5示出與圖3和4所示的不同的自動(dòng)立體鏡顯示器的VPI部分，所述不同在于視差鏡片3的上面部分3a的視差單元32的間距等于形成圖3所示的觀看區(qū)的部分視差鏡片3的視差單元6的間距的一倍半。這和圖4中的單元32的間距不同，單元32的間距是圖3中的單元6的間距的兩倍。
在圖6中示意地示出視差擋板形式的視差鏡片。示出擋板縫32的橫向位置和SLM 2的象素，在(a)處示出顯示器的圖象顯示和產(chǎn)生部分，在(b)處示出圖4所示的VPI，以及在(c)處示出圖5所示的VPI。在(b)和(c)中，對(duì)于與擋板的VPI部分的縫合作以向觀看者提供通常指示的那些紅色象素進(jìn)行屏蔽。因此，在圖6(c)中，照射顯示器上每第三個(gè)象素以提供位置指示，并且顏色濾波器圖案是如此的，使所有這些象素為紅色。因此，當(dāng)觀看者離開(kāi)中央無(wú)畸變觀看區(qū)19時(shí)，顯示器向觀看者提供可看到的紅色指示。
指定從中央無(wú)畸變觀看區(qū)19觀看顯示器，而觀看者相對(duì)于顯示器的中央?yún)^(qū)域正常地觀看顯示器。與中央無(wú)畸變觀看區(qū)相鄰的是兩個(gè)幻視區(qū)23和24。如果觀看者移動(dòng)到這些幻視區(qū)中，則他會(huì)看到來(lái)自VPI的指示，并且知道他正處于不正確位置上來(lái)觀看顯示器。
如圖3和4所示的顯示器的情況中，犧牲幻視區(qū)18和20的使用，以便當(dāng)用戶(hù)在正確的幻視觀看區(qū)中時(shí)向他提供清楚的指示。當(dāng)在區(qū)18和20中時(shí)，觀看者看到來(lái)自VPI的指示，通知他他正處于不正確的觀看區(qū)中。
在圖5所示的配置中，當(dāng)觀看者在幻視區(qū)22和25中時(shí)，沒(méi)有指示提供給觀看者。還有，當(dāng)觀看者在幻視觀看區(qū)17和21中時(shí)，向觀看者提供觀看者可見(jiàn)的指示。然而，在打算從顯示器的中央?yún)^(qū)正常地觀看的一般顯示器的情況中，一般使幻視觀看區(qū)22和25從顯示器的中心的法線(xiàn)移動(dòng)約30°。因此，觀看者會(huì)明白這種位置不是觀看顯示器的正確位置。VPI提供中央無(wú)畸變觀看區(qū)19中的正確幻視觀看的可靠指示，所以允許觀看者避開(kāi)相鄰的幻視觀看區(qū)23和24。
與在圖4和6(b)中示出的以前已知的VPI配置相比較，在圖5和6(c)中示出的配置提供具有較高空間頻率的指示，以致較少可看到形成VPI的單元的圖案。在顯示器是可切換到2維模式操作的情況中，VPI圖案有可能在2維模式中可以具有一些有后效的可見(jiàn)性。本配置使任何如此的人工制品都是較少可看到的。還有，對(duì)于VPI的給定大小，照射更多的象素。這導(dǎo)致產(chǎn)生更多的光，以致在幻視區(qū)23和24中的VPI指示較亮，因此對(duì)不正確位置的觀看者發(fā)出更為有效的警告。
圖7示出顯示器的特定配置，其中SLM包括LCD(液晶顯示器)2和視差鏡片包括凹凸屏3。圖8的配置與圖7的配置的不同在于用構(gòu)成視差鏡片的視差擋板代替凹凸屏3。在LCD 2的輸出側(cè)示出凹凸屏3，但是另外也可以使之位于LCD 2和背景光1之間，在這種情況中，視差擋板3的間距比象素列的間距的兩倍稍大，以致提供視點(diǎn)校正。
視差鏡片3的其它形式也是可能的，諸如全息光學(xué)單元。
圖9示出允許觀看者移動(dòng)的范圍。如這里前面所述，包括單元1、2和3的顯示器是視點(diǎn)校正型的，在其中形成左和右觀看區(qū)35和36。配置顯示器以形成觀看區(qū)，致使形成觀看窗的最寬的橫向范圍具有實(shí)質(zhì)上等于觀看者的平均視覺(jué)間(interocular)分隔的間距。假如觀看者的左和右眼分別繼續(xù)處于觀看區(qū)35和36中，則觀看者將看到所需要的3維圖象。觀看者的橫向或縱向移動(dòng)致使至少一只眼睛移出它的觀看區(qū)將允許觀看者看見(jiàn)不需要的圖象。例如，如這里前面所述，觀看者在包含觀看窗的平面中的橫向移動(dòng)導(dǎo)致幻視觀看，其中通過(guò)觀看者的右和左眼分別看到左和右圖象。
圖9的較下面部分示出觀看者位置指示裝置的視點(diǎn)校正區(qū)37的形成。為了看到無(wú)畸變圖象，觀看者的雙眼必須在區(qū)37中。SLM 2以及視差鏡片3的單元6和32的象素的配置是如此的，使區(qū)37在橫向和縱向上與無(wú)畸變觀看區(qū)35和36的相鄰對(duì)對(duì)準(zhǔn)。假如觀看者逗留在暗區(qū)37中致使每只眼睛都看不到來(lái)自觀看者位置指示裝置的光，則觀看者將處于打算使用的中央無(wú)畸變觀看區(qū)中。如果作為相對(duì)于顯示器1、2和3的橫向或縱向移動(dòng)或兩者的結(jié)果而觀看者移出暗區(qū)37，則觀看者可以看到光。
例如，在圖9中示出近點(diǎn)38和遠(yuǎn)點(diǎn)39，表示觀看者的最接近的和最遠(yuǎn)的無(wú)畸變觀看位置。接近或遠(yuǎn)離顯示器的移動(dòng)將導(dǎo)致觀看者移出區(qū)37，并看到來(lái)自觀看者位置指示裝置的光。如在圖9的上面部分所示，這種移動(dòng)將使觀看者處于指定的無(wú)畸變觀看區(qū)之外。因此，觀看者位置指示裝置向觀看者提供對(duì)于到指定的中央無(wú)畸變觀看區(qū)之外的任何移動(dòng)的不混淆的指示。當(dāng)觀看者移動(dòng)而進(jìn)一步遠(yuǎn)離指定的無(wú)畸變觀看區(qū)時(shí)，在觀看者位置指示裝置的區(qū)域上看到更多的光。因此，這輔助觀看者使他自己為了3維圖象的無(wú)畸變觀看而正確地定位。
通過(guò)使用SLM 2和視差鏡片3的不同部分來(lái)提供觀看者位置指示裝置，可以提供這種裝置而無(wú)需增加自動(dòng)立體鏡顯示器的體積以及只要較少附加成本或不要附加成本。在制造期間不需要對(duì)準(zhǔn)步驟對(duì)觀看者位置指示裝置與其余的顯示器進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)镾LM 2和視差鏡片3的容差分別保證了對(duì)準(zhǔn)。此外，實(shí)質(zhì)上提供了顯示部分和觀看者位置指示裝置部分的相同觀看性能。因此，象差、散焦、散射和使觀看窗質(zhì)量降低的其它作用相似地影響觀看者位置指示裝置的性能。在顯示器的區(qū)域中提供位置指示，所以觀看者是容易看到的。
觀看者位置指示裝置不需要附加的電源或連接。此外，可以把它容易地結(jié)合在小型手持裝置中或膝上型顯示器中。
圖10示出用于條形觀看者位置指示裝置42的不同的可能位置。所述裝置可以包括位于顯示器上方的水平條，如這里前面所述，并在圖10的左上部分示出。圖10的右上部分示出在顯示器下方的另一個(gè)位置。圖10的左下部分示出在顯示器的兩個(gè)相對(duì)側(cè)的垂直條。圖10的右下部分示出一種配置，它組合了上和下水平條和在相對(duì)側(cè)的垂直條。較佳配置是水平條，如在圖10的左上和右上部分所示，以致使觀看者對(duì)較差觀看位置的開(kāi)始有最多的了解。如果觀看者不在如這里下面所述的觀看窗的平面中，則條42將在沿它的寬度的不同點(diǎn)處照射。
圖11示出膝上計(jì)算機(jī)60，它具有如這里前面所述的自動(dòng)立體鏡顯示器形式的顯示器。顯示器包括圖5所示類(lèi)型的視差擋板形式的視差鏡片3。圖11的上面部分示出顯示器在自動(dòng)立體鏡3維模式中的使用。在附件60中放置視差擋板，以致用顯示器中的SLM的象素正確記錄。例如，可以在玻璃上或熱膨脹系數(shù)與形成SLM的LCD的玻璃的熱膨脹系數(shù)足夠接近的丙烯酸襯底上制造擋板?？梢詮钠毓夂惋@影照相乳狀液來(lái)制造擋板孔徑。使用平臺(tái)激光掃描設(shè)備的這種曝光可以產(chǎn)生0.1μm的容差。
圖11的下面部分示出2維模式操作，其中從附件61除去視差擋板3，例如，存放在顯示器后面的合適的容器或小袋中。這允許SLM的全空間分辨率在2維模式中使用。
其它配置也可能用于允許除去或禁止視差擋板的全分辨率2維模式。例如，可以用鉸鏈把擋板裝在顯示器的上方，或裝在滾子擋板上，當(dāng)需要時(shí)可以把它拉下到SLM 2的前面。另一方面，可以提供半波板的陣列90度偏振旋轉(zhuǎn)器，例如，通過(guò)在層上形成圖案，可以把所述層附加到SLM 2的輸出偏振器或附加到安裝在輸出偏振器附近的獨(dú)立的板上，并與顯示器對(duì)準(zhǔn)。在2維模式中，這是不可看到的。然而，通過(guò)在顯示器的前面放置另外的偏振器，具有90度旋轉(zhuǎn)器的區(qū)域發(fā)射光，而沒(méi)有這種旋轉(zhuǎn)器的那些區(qū)域的光消失，以形成視差擋板。不需要使附加的偏振器形成圖案，以致它與顯示器的對(duì)準(zhǔn)是較不嚴(yán)格的。這種偏振層可以制造得比可移動(dòng)視差擋板更為健壯，并且不受熱膨脹差異的影響。與擋板本身的對(duì)準(zhǔn)相比較，對(duì)準(zhǔn)容差明顯地減小。
在圖12a中示出這種類(lèi)型的配置。視差鏡片3包括具有部分64的襯底，所述部分64不影響偏振和作為半波板的條形部分65。在3維模式中，在襯底上放置線(xiàn)性偏振板66。來(lái)自SLM 2的偏振光通過(guò)區(qū)64而沒(méi)有變化，但是通過(guò)半波板65的光的偏振矢量旋轉(zhuǎn)了90度。偏振板66的偏振方向垂直于入射光的偏振方向，以致通過(guò)區(qū)64的光消失，而發(fā)射通過(guò)半波板65的光。當(dāng)需要顯示器在全分辨率2維模式中操作時(shí)，除去偏振板66，以致發(fā)射所有來(lái)自SLM 2的光。
諸如半波板之類(lèi)的90度旋轉(zhuǎn)器往往對(duì)于特定波長(zhǎng)最優(yōu)化。因此，在3維模式中，通過(guò)縫發(fā)射的光可能變成略帶顏色。單層延遲器單元對(duì)于這種應(yīng)用可能是合適的，但是通過(guò)使用多層延遲器結(jié)構(gòu)可以改進(jìn)色散性能。通過(guò)縫之間的區(qū)域發(fā)射的任何光將導(dǎo)致不希望有的圖象串?dāng)_。然而，在縫之間的區(qū)域中沒(méi)有使用偏振修改，以致可以具有優(yōu)良的寬帶吸收特性的偏振板66吸收大多數(shù)光。因此，可以使顯示器串?dāng)_最小。
圖12b示出一種類(lèi)型的配置，它與圖2中示出的配置相似。然而，部分64和65全部都包括半波板，但是它們的光軸的對(duì)準(zhǔn)是不同的。示出輸入偏振器63具有對(duì)于參考方向(水平)為45°的偏振軸。當(dāng)作為L(zhǎng)CD實(shí)施時(shí)，一般通過(guò)SLM 2的輸出偏振器構(gòu)成輸入偏振器63。在45°處對(duì)準(zhǔn)部分64的光軸，因此光軸平行于來(lái)自輸入偏振器的光的偏振矢量。因此部分64實(shí)質(zhì)上對(duì)偏振沒(méi)有影響，以致偏振軸對(duì)準(zhǔn)在135°的輸出偏振器66吸收通過(guò)部分64的光。
把部分65的光軸對(duì)準(zhǔn)在90°處，以致通過(guò)部分65的光的偏振矢量改變到135°，并通過(guò)輸出偏振器發(fā)射。因此，有輸出偏振器就位，就形成視差擋板來(lái)提供3維觀看。通過(guò)從光路中除去輸出偏振器，就提供了全分辨率2維模式。
如在65’處所示，向下延伸另外一些部分65以形成3維模式中的擋板部分3a來(lái)提供觀看者位置指示。然而，當(dāng)除去輸出偏振器時(shí)，可得到用于顯示2維圖象的整個(gè)SLM。
圖13示出在3維和2維模式之間切換的另一種配置。SLM 2包括LCD，所述LCD包括具有通過(guò)雙頭箭頭68示出偏振方向的輸入偏振器67；液晶象素層69；以及具有通過(guò)雙頭箭頭71指示偏振方向的輸出偏振器70。波板襯底72放置在輸出偏振器70的鄰近，并包括攜帶條形半波板73的透明襯底。襯底72形成視差鏡片3的一部分，它還包括寬區(qū)域可切換偏振調(diào)制器74以及具有通過(guò)雙頭箭頭76指示偏振方向的輸出偏振器75。
在圖13示出的3維模式中，使來(lái)自SLM 2的輸出光在通過(guò)雙頭箭頭77指示的方向上偏振。通過(guò)波板73的光具有它的旋轉(zhuǎn)90°的偏振方向，以致在通過(guò)雙頭箭頭78指示的方向上。不影響通過(guò)波板73之間的襯底72的光?？刂破裾{(diào)制器74(例如，它可以包括絞合的向列單元或pi單元)，使之對(duì)于偏振無(wú)影響，以致輸出偏振器75傳遞具有偏振78的光，但是使具有偏振77的光消失。因此視差鏡片3的作用如同視差擋板。
圖14示出在全分辨率2維模式中的操作。在這個(gè)模式中，控制偏振調(diào)制器74的有效層79，致使輸入光的偏振旋轉(zhuǎn)45度。有效層79可以通過(guò)使偏振旋轉(zhuǎn)45度或通過(guò)施加四分之一波長(zhǎng)移相而得到這個(gè)。因此，來(lái)自包括波板73的襯底72的所有部分的光入射在偏振器75上，對(duì)于偏振器75的偏振軸76具有45度的偏振方向，或園偏振。因此，輸出偏振器75發(fā)射來(lái)自襯底72的所有區(qū)域的光，用實(shí)質(zhì)上相同的相當(dāng)?shù)偷乃p，并且視差鏡片有效地消失。
在這里前面所述的配置中，使用SLM 2的象素的某些行來(lái)提供位置指示。這導(dǎo)致3維圖象的分辨率和圖象大小的某些損失。然而，例如，這可以通過(guò)為位置指示特別提供附加的象素以及只能夠在顏色和黑色之間切換而再得到。另一方面，在3維圖象和位置指示器之間的時(shí)間多路復(fù)用是可能的。與這種象素相關(guān)聯(lián)的處理電子線(xiàn)路要求是較少的，以致實(shí)質(zhì)上不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的成本。因?yàn)閷?duì)于每種操作模式，這種象素的數(shù)據(jù)是固定的，所以不需要諸如薄膜晶體管之類(lèi)的器件來(lái)控制這些象素。
圖15示出使用SLM 2的效果，所示SLM 2具有按列安排的象素，但是通過(guò)SLM的黑色屏蔽的順序的垂直條在橫向上使列分開(kāi)。圖15的上面部分示出觀看窗16在橫向上不再接近，而是由垂直黑色屏蔽條成象處的諸如83之類(lèi)的垂直條隔開(kāi)。因此，所允許的觀看區(qū)35a和36a比圖9中示出的觀看區(qū)35a和36b更受到空間上的限制。然而，如在圖15的下面部分所示，在觀看者位置指示裝置中出現(xiàn)相同的效果，致使產(chǎn)生了接近觀看窗平面的具有近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)的減小的視點(diǎn)校正區(qū)37a。減小的區(qū)37a對(duì)應(yīng)于減小的區(qū)35a和36a，以致給出了本實(shí)施例的校正觀看者位置指示。
可以使用觀看者位置指示裝置中的所有象素來(lái)產(chǎn)生用于提供觀看者位置指示的照射窗。因此，可以提供相當(dāng)亮的指示。
如這里前面所述，圖9示出當(dāng)顯示器1、2、3顯示全寬度3維圖象時(shí)的縱向觀看自由度。然而，當(dāng)3維圖象的橫向尺寸小于顯示器1、2、3的寬度時(shí)，增加了觀看區(qū)的縱向范圍。這在圖16中示出，其中如在115處所示，在橫向上限制3維圖象，致使觀看區(qū)35’和36’實(shí)質(zhì)上是更長(zhǎng)的。既然是這樣，新的近點(diǎn)38’比圖9中示出的近點(diǎn)38更接近顯示器1、2、3。相似地，新的遠(yuǎn)點(diǎn)39’比圖9中示出的遠(yuǎn)點(diǎn)39更遠(yuǎn)離顯示器1、2、3。
為了向增加縱向移動(dòng)自由度的觀看者提供正確指示，可以在橫向上處于3維圖象的橫向范圍115外面的所有區(qū)域中，把提供觀看者位置指示的顯示器部分制造成黑色。因此，如在圖16中所示，例如，只使用提供觀看者位置指示的象素的部分116。在視點(diǎn)校正區(qū)37’中的這個(gè)結(jié)果與觀看區(qū)35’和36’匹配，如在圖16中所示。因此，區(qū)37’具有與所顯示的圖象一樣的縱向觀看自由度。
可以通過(guò)控制圖象顯示的控制器來(lái)確定正在顯示一個(gè)以上的3維圖象的3維圖象橫向范圍115或所有3維圖象的橫向范圍115，以及可以提供給觀看者位置指示寬度計(jì)算例行程序，以致有效指示的橫向部分116與所顯示的3維圖象的總橫向范圍相匹配。如在圖17中所示，顯示器1、2、3可以具有正在顯示3維圖象的數(shù)個(gè)區(qū)117。為了提供觀看自由度的正確指示，提供觀看者位置指示的顯示器的有效部分的總寬度如在118處所示。有效部分順序地從3維圖象的最左側(cè)邊界延伸到最第一側(cè)的邊界。因此，對(duì)于所有圖象都可得到顯示器的最優(yōu)化觀看自由度。
上面已經(jīng)參考結(jié)合透射空間光調(diào)制器的顯示器而描述了本發(fā)明。本發(fā)明也可以應(yīng)用于結(jié)合轉(zhuǎn)移—反射空間光調(diào)制器的顯示器。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)立體鏡顯示器包括圖象顯示器、信號(hào)顯示器以及視差鏡片，所述視差鏡片具有第一部分以及第二部分，所述第一部分與所述圖象顯示器合作以形成在觀看區(qū)中的多個(gè)右和左眼觀看區(qū)的，所述第二部分與所述信號(hào)顯示器合作以形成第一信號(hào)圖象和第二信號(hào)圖象，所述第一信號(hào)圖象在所述觀看區(qū)的至少一個(gè)第一區(qū)部分中是可見(jiàn)的，而所述第二信號(hào)圖象在所述觀看區(qū)的至少一個(gè)第二部分中是可見(jiàn)的，所述第一部分包括第一方向上具有第一間距的視差單元的陣列，而所述第二部分包括第一方向上具有第二間距的視差單元的陣列，所述第二間距實(shí)質(zhì)上等于第一間距的1.5倍。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述至少一個(gè)第一部分包括一個(gè)無(wú)畸變觀看區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的顯示器，其特征在于，所述至少一個(gè)第二部分包括與所述無(wú)畸變觀看區(qū)相鄰的幻視觀看區(qū)。
4.如權(quán)利要1求所述的顯示器，其特征在于，所述第一和第二信號(hào)圖象中之一可以是亮圖象，而所述第一和第二信號(hào)圖象中的另一個(gè)可以是暗圖象。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述第一信號(hào)圖象具有第一顏色，而所述第二信號(hào)圖象具有與所述第一顏色不同的第二顏色。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述圖象顯示器和所述信號(hào)顯示器分別包括公共顯示器的第一和第二部分。
7.如權(quán)利要求6所述的顯示器，其特征在于，所述公共顯示器包括光源以及光—透射或轉(zhuǎn)移—反射空間光調(diào)制器中之一。
8.如權(quán)利要求7所述的顯示器，其特征在于，所述空間光調(diào)制器包括液晶裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述圖象顯示器和所述第一部分合作以形成多個(gè)波瓣中的所述觀看區(qū)，每個(gè)波瓣有所述觀看區(qū)中的兩個(gè)觀看區(qū)。
10.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述視差鏡片包括透鏡陣列。
11.如權(quán)利要求10所述的顯示器，其特征在于，所述透鏡陣列包括凹凸屏。
12.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述視差鏡片包括全息光學(xué)單元的陣列。
13.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述視差鏡片包括視差擋板。
14.如權(quán)利要求13所述的顯示器，其特征在于，所述視差擋板的所述第一部分包括第一寬度的多個(gè)縫，而所述視差擋板的所述第二部分包括第一寬度的多個(gè)縫。
15.如權(quán)利要求13所述的顯示器，其特征在于，所述視差擋板的所述第一部分包括第一寬度的多個(gè)縫，而所述視差擋板的所述第二部分包括小于所述第一寬度的第二寬度的多個(gè)縫。
16.如權(quán)利要求13所述的顯示器，其特征在于，所述視差擋板包括多個(gè)視差單元，并且在實(shí)質(zhì)上垂直于第一方向的第二方向上使所述第二部分的所述視差單元中的另外的視差單元與所述第一部分的所述視差單元中的各個(gè)視差單元對(duì)準(zhǔn)。
17.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，對(duì)于非自動(dòng)立體鏡顯示器模式，所述視差鏡片是可拆卸的。
18.如權(quán)利要求13所述的顯示器，其特征在于，所述視差擋板包括第一層和可拆卸的第二層，所述第一層包括提供具有第一偏振的光的擋板區(qū)，以及孔徑區(qū)，用于提供至少具有實(shí)質(zhì)上與所述第一偏振光正交的第二偏振的傳輸光，所述第二層包括偏振器，用于傳遞第二偏振的傳輸光。
19.如權(quán)利要求18所述的顯示器，其特征在于，配置所述圖象顯示器和所述信號(hào)顯示器以提供所述第一偏振的光，配置所述擋板區(qū)以傳遞所述第一偏振的光，以及配置所述孔徑區(qū)，使所述第一偏振的光至少部分地轉(zhuǎn)換成所述第二偏振的光。
20.如權(quán)利要求19所述的顯示器，其特征在于，所述第一層是半波片，所述擋板區(qū)具有與所述第一偏振平行的光軸，以及所述孔徑區(qū)具有在45°處對(duì)準(zhǔn)所述第一偏振的光軸。
21.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，配置所述信號(hào)顯示器使之在對(duì)應(yīng)于所述圖象顯示器所顯示的每個(gè)三維圖象的橫向范圍的整個(gè)橫向范圍上有效。
全文摘要
一種自動(dòng)立體鏡顯示器包括受控制的SLM，以提供圖象顯示器和信號(hào)顯示器。視差鏡片具有與圖象顯示器合作以形成多個(gè)觀看窗的第一部分。視差鏡片的第二部分形成觀看者可看到的第一和第二圖象，使觀看者在所需要的無(wú)畸變觀看區(qū)和諸如幻視位置之類(lèi)不需要的觀看位置之間進(jìn)行辨別。在第二部分中的視差單元的間距是第一部分中的視差單元間距的一倍半。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1487332SQ03158998
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月17日
發(fā)明者G·R·瓊斯, G R 瓊斯 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社