專利名稱：自動(dòng)立體顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示設(shè)備，包括具有多個(gè)像素的成像層和包括多個(gè)透鏡元件的透鏡層，用于將來自成像層中的不同像素的光投射到用戶的左眼和右眼，以便于提供自動(dòng)立體效果，其中每個(gè)透鏡元件包括至少一個(gè)透鏡單元，其定義了閉合空間，具有面對(duì)用戶的前壁、面對(duì)成像層的后壁以及連接后壁和前壁的側(cè)壁，該閉合空間填充有具有不同折射率的第一和第二基本不混溶的流體，每個(gè)單元包括用于改變第一和第二流體之間的界面形狀的裝置。
背景技術(shù)：
在WO,03/071335中公開了基于所謂的電潤(rùn)濕效應(yīng)的設(shè)備。為了在該設(shè)備中提供正確的自動(dòng)立體圖像，假設(shè)了用戶眼睛相對(duì)于顯示設(shè)備的預(yù)定位置。如果用戶移動(dòng)其頭部，并由此移動(dòng)其眼睛離開該預(yù)定位置，則圖像將會(huì)失真。可以提供一種這樣的顯示器，其中在不止一個(gè)允許的頭部位置處顯示正確的圖像，但是這需要具有更高分辨率的更加復(fù)雜的成像層。而且，在所允許的頭部位置之間，圖像仍不能正確地顯示給用戶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于完全地或部分地解決上文提及的問題。
通過權(quán)利要求1的顯示設(shè)備和權(quán)利要求9的方法，實(shí)現(xiàn)了該目的。
更具體地，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種顯示設(shè)備，包括具有多個(gè)像素的成像層和包括多個(gè)透鏡元件的透鏡層，用于將來自成像層中的不同的像素的光投射到用戶的左眼和右眼，以便于提供自動(dòng)立體效果，其中每個(gè)透鏡元件包括至少一個(gè)透鏡單元，其定義了閉合空間，具有面對(duì)用戶的前壁、面對(duì)成像層的后壁以及連接后壁和前壁的側(cè)壁，該閉合空間填充有具有不同折射率的第一和第二基本不混溶的流體，每個(gè)單元包括用于改變第一和第二流體之間的界面形狀的裝置。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)單元的側(cè)壁包括至少第一和第二單獨(dú)可控的電極，顯示設(shè)備包括用于確定用戶頭部的位置的跟蹤設(shè)備、和用于基于所述位置控制所述第一和第二電極的電位的控制裝置。
這允許根據(jù)用戶頭部的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)顯示設(shè)備，以便于正確地顯示自動(dòng)立體的三維圖像。優(yōu)選地，使每個(gè)透鏡元件延長(zhǎng)并完全覆蓋成像層的線性段，并且每個(gè)透鏡元件可以包括單一的透鏡單元。這提供了具有低復(fù)雜性的配置。
在可替換的實(shí)施例中，每個(gè)透鏡元件可以包括多個(gè)透鏡單元。這允許使用具有更加不同的密度的流體。
在可替換的實(shí)施例中，透鏡單元可以是單獨(dú)可控的。這允許任選地不同的顯示模式，例如，用于顯示的頂部和底部部分。
在優(yōu)選實(shí)施例中，顯示設(shè)備包括選擇裝置，用于將顯示設(shè)備切換到2D模式，由此控制裝置使第一和第二流體之間的界面基本上是平坦的。
優(yōu)選地，第一流體是導(dǎo)電流體，諸如鹽水溶液，第二流體是非導(dǎo)電流體，諸如油，并且內(nèi)部的前壁和側(cè)壁覆蓋有疏水層。這允許使用電潤(rùn)濕改變第一和第二流體之間的界面的形狀。
在優(yōu)選實(shí)施例中，跟蹤設(shè)備包括攝像機(jī)。這允許使用圖像分析方法確定用戶頭部的位置。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于顯示具有自動(dòng)立體效果的圖像的方法，其包括使用一種顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備包括具有多個(gè)像素的成像層和包括多個(gè)透鏡元件的透鏡層，用于將來自成像層中的不同的像素的光投射到用戶的左眼和右眼，其中每個(gè)透鏡元件包括至少一個(gè)透鏡單元，其定義了閉合空間，具有面對(duì)用戶的前壁、面對(duì)成像層的后壁以及連接后壁和前壁的側(cè)壁，該閉合空間填充有具有不同折射率的第一和第二基本不混溶的流體，每個(gè)單元包括用于改變第一和第二流體之間的界面形狀的裝置，其中每個(gè)單元的側(cè)壁至少包括第一和第二單獨(dú)可控的電極；使用跟蹤設(shè)備確定用戶頭部的位置；和基于所述確定的頭部位置控制所述第一和第二電極的電位。
該方法提供了同該顯示設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)相似的優(yōu)點(diǎn)。
通過參考下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他的方面將是顯而易見的并將得到說明。


圖1和2示意性地說明了用于獲得自動(dòng)立體圖像的概念。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示設(shè)備，包括圖像層和透鏡層。
圖4說明了圖3的顯示設(shè)備中的透鏡元件。
圖5更加詳細(xì)地說明了穿過圖4的透鏡元件和圖像層的對(duì)應(yīng)部分的截面。
圖6示意性地說明了第一模式下的圖4中的透鏡元件。
圖7示意性地說明了第二模式下的圖4中的透鏡元件。
圖8示意性地說明了第三模式下的圖4中的透鏡元件。
圖9說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示設(shè)備，包括用戶頭部和眼睛跟蹤裝置。
圖10示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示設(shè)備中的功能模塊。
具體實(shí)施例方式
圖1和2示意性地說明了用于獲得自動(dòng)立體圖像的概念。自動(dòng)立體圖像是指不使用特殊眼鏡而呈現(xiàn)給用戶的3維圖像。
參考圖1，第一圖像1意圖顯示給用戶的左眼，而第二圖像2意圖顯示給用戶的右眼。例如，通過使用兩個(gè)偏移的照相機(jī)拍照，可以獲得該圖像，非常類似于人眼。當(dāng)然，還可以使用許多其他的方法獲得該圖像。
由第一和第二圖像1、2，通過以有序的方式(從左到右來自第二圖像的最左側(cè)的片、來自第一圖像的最左側(cè)的片、來自第二圖像的左起第二片等等)交織來自第一和第二圖像1、2的薄垂直片L1、L2等；R1、R2等，可以獲得合成圖像3。例如可以使用液晶顯示器(LCD)顯示該合成圖像。
圖2說明了用于將由液晶顯示器4顯示的該合成圖像投射到用戶眼睛6、7的配置。該配置包括透鏡層5，其包括多個(gè)并置的圓柱形平凸透鏡。每個(gè)透鏡覆蓋所顯示的合成圖像中的兩個(gè)片R、L，并且用于將來自片R的光投射向用戶的右眼6，并將來自片L的光投射向用戶的左眼7。這非常類似于所謂的“3D明信片”中使用的概念，其中將合成圖像印刷在紙上，并且透鏡層包括模制塑料片。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示設(shè)備，包括圖像層9和透鏡層10。圖像層9優(yōu)選地包括背光LCD層(LCD＝液晶顯示器)，其本身對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的，并且將不再進(jìn)行更詳細(xì)的描述。透鏡層10包括多個(gè)并置的延長(zhǎng)的透鏡元件11，其在如用戶所視的垂直方向中延伸。圖3的每個(gè)透鏡元件對(duì)應(yīng)于圖2中的一個(gè)透鏡5。圖3是示意性地繪制的；在大部分情況中顯示設(shè)備包括數(shù)量更可觀的透鏡元件。
圖4說明了圖3的顯示設(shè)備中的透鏡元件。在該實(shí)施例中，每個(gè)元件包括一個(gè)透鏡單元12，如下文所將描述的。然而，在可替換的實(shí)施例中，每個(gè)透鏡元件11可以包括不止一個(gè)透鏡單元12a、12b、12c，如由圖4中的虛線所指出的?？梢砸黄鹂刂苹蛘邌为?dú)控制這些單元12a、12b和12c。
圖5更加詳細(xì)地說明了穿過圖4的透鏡單元12和圖像層9的對(duì)應(yīng)部分的截面。第一15和第二16基板完成了透鏡單元12，其定義了閉合空間，具有面對(duì)用戶的前壁17、面對(duì)成像層9的后壁18以及連接后壁和前壁18、17的側(cè)壁19、20。第一和第二基板15、16可以由玻璃制成。透鏡單元填充有第一流體13和第二流體14。第一流體13可以由包含鹽溶液的水構(gòu)成，并且第二流體可以由油構(gòu)成，諸如硅油或烷烴。第一和第二流體13、14應(yīng)優(yōu)選地具有基本相同的密度，以便于使顯示取向是獨(dú)立的，然而，通過將每個(gè)透鏡元件11劃分為多個(gè)透鏡單元，如圖4中指出的，可在一定程度上減少該密度特性要求?？梢蕴幚碛糜谠搫澐值谋?，由此每個(gè)壁處的流體之間的界面的接觸角是90°。這可以通過使用涂層或者可用于電氣改變接觸角(電潤(rùn)濕)的電極實(shí)現(xiàn)。通過改變鹽的濃度可以調(diào)節(jié)第一流體13的密度。通過添加分子組分可以增加第二流體14的密度。
第一和第二流體13、14應(yīng)基本上是不混溶的，如同水和上文提及的油的情況。而且，其各自的折射率應(yīng)基本上是不同的。第一流體13(鹽溶液)可以具有在1.32和1.50之間的范圍內(nèi)的折射率，其取決于鹽濃度。依賴于哪種油用作第二流體14，其射率可在1.25和1.70之間變化。在所說明的實(shí)施例中，第一流體13具有比第二流體14更高的折射率，盡管其中存在相反的關(guān)系的實(shí)施例也是同樣可能的。第一流體13是極性的和導(dǎo)電的，而第二流體14是電絕緣的。
透鏡單元12的側(cè)壁19、20均包括單獨(dú)可控的電極21、22。后壁18包括可透光的后壁電極23、或者小的金屬電極，其僅覆蓋后壁18的小部分表面。該電極是導(dǎo)電的，并且可以由例如ITO(氧化銦錫)構(gòu)成。單元的前壁17和側(cè)壁19、20包括疏水層24，其可以由例如無定形碳氟化合物，諸如TEFLONAF1600構(gòu)成。在松弛狀態(tài)下，該層的疏水效果將使第一流體13盡可能少地潤(rùn)濕透鏡單元壁區(qū)域離開后壁18。因此第一和第二流體13、14之間的界面將構(gòu)成彎月面，提供了與側(cè)壁19、20的特定的接觸角θ。如由圖5所指出的，第一和第二流體13、14之間的彎月面用于折射入射光，由此透鏡單元12用作正透鏡。在可替換的實(shí)施例中，其中第一流體13的折射率低于第二流體14的折射率，彎月面將在相反的方向中彎曲，以便于提供正透鏡。
疏水層(例如AF1600)還用作關(guān)于電極21和22的電絕緣涂層。為了進(jìn)一步提高絕緣，可以將額外的涂層淀積在疏水層下面，例如聚對(duì)二甲苯涂層。通過向第一壁19的電極21、第二壁20的電極22和后電極23施加不同的電位，可以改變彎月面的形狀和每個(gè)彎月面相對(duì)于側(cè)壁交點(diǎn)的接觸角。如果在第一壁19的電極21和后電極23之間施加電壓VL-VB，則靜電力將驅(qū)使導(dǎo)電的第一流體13覆蓋疏水層24的更大的區(qū)域，其必然伴有不同的接觸角θ和不同形狀的彎月面。
由于側(cè)壁電極21、22的電位VL、VR是單獨(dú)可控的，因此不僅可以獲得具有可變凸度的彎月面，而且可以獲得傾斜的彎月面，如下文所將描述的。
圖6示意性地說明了第一模式下的圖4中的透鏡元件。在第一模式下，第一電極21的電壓VL-VB等于第二電極22的電壓VR-VB(例如VR＝-50V；VL＝-50V；VB＝0V)。在該模式下，使透鏡元件11優(yōu)化，用于在用戶位于透鏡元件11的正前方時(shí)，將來自左L和右R子圖像片的內(nèi)容分別顯示到用戶的左眼和右眼。
圖7示意性地說明了第二模式下的圖4中的透鏡元件。在第二模式下，第一電極21的電壓VL-VB大于第二電極22的電壓VR-VB(例如VR＝-75V；VL＝-25V；VB＝0V)。這必然伴有在第一19和第二20側(cè)壁處的不同的接觸角θ，并且彎月面傾斜。在該模式下，使透鏡元件11優(yōu)化，用于在相比于圖6中的位置用戶相對(duì)于透鏡元件11向右側(cè)橫向移動(dòng)時(shí)(虛線)，將來自左L和右R子圖像片的內(nèi)容分別顯示到用戶的左眼和右眼。
圖8示意性地說明了第三模式下的圖4中的透鏡元件。在第三模式下，第一電極21的電壓VL-VB等于第二電極22的電壓VR-VB(例如VR＝-100V；VL＝-100V；VB＝0V)。該電壓被選擇為使得側(cè)壁19、20處的接觸角θ均等于90°。在該模式下，透鏡元件11不用作透鏡，而是被優(yōu)化為用于二維地并且以雙倍分辨率地顯示內(nèi)容。即，在第三模式下，圖像層意圖顯示常規(guī)圖像來代替合成圖像?？梢栽陲@示設(shè)備上提供選擇裝置，諸如按鈕，用于在2D和3D之間切換。應(yīng)當(dāng)注意，在所有模式下VB是0V，由此可以將后電極23連接到地。然而，當(dāng)然其他的電壓組合也是可行的。
可以在可變透鏡前面添加額外的透鏡狀片，以便于給予透鏡強(qiáng)度(strength of the lenses)特定的偏移。在具有正透鏡的透鏡狀片的情況中，在顯示二維內(nèi)容時(shí)，電潤(rùn)濕透鏡應(yīng)具有負(fù)的強(qiáng)度。
圖9說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的顯示設(shè)備，包括用戶頭部和眼睛跟蹤裝置26。在優(yōu)選實(shí)施例中，用戶頭部跟蹤裝置可以包括圖像傳感器，諸如攝像機(jī)。該圖像傳感器捕獲顯示設(shè)備前面的環(huán)境圖像，以便于估計(jì)用戶頭部和眼睛的位置。
在本領(lǐng)域中已知許多使用圖像分析用于跟蹤頭部和眼睛位置的方法。一種可行的方法是使用皮膚顏色分割在圖像中尋找用戶的面部，即，在圖像中區(qū)分其中圖像的色彩組成偏離預(yù)期的面部色彩組成小于預(yù)定閾值的區(qū)域。
如果檢測(cè)到面部區(qū)域，則可以假設(shè)在該區(qū)域中的眼睛位置，或者可以使用特定的眼睛檢測(cè)方法。該方法可以基于這樣的事實(shí)，即大部分用戶同時(shí)眨雙眼。這意味著在連續(xù)的圖像幀中，面部中的兩個(gè)區(qū)域提供了快速的和同步的變化，其可由圖像分析算法檢測(cè)。
如果需要的話，圖像傳感器數(shù)據(jù)可以同來自類似常規(guī)照相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦功能中使用的距離測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)相組合。
在本領(lǐng)域中，例如在US,6580810,B1中，描述了其他的基于圖像分析的頭部跟蹤方法。然而，用于確定用戶頭部和眼睛的位置的其他方法將是可能的，例如，使用戶佩戴可以使用電磁場(chǎng)確定其位置的物體。
圖10示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的顯示設(shè)備中的功能模塊。圖像傳感器26將圖像信息遞送到處理器單元27?；诮邮盏男畔ⅲ幚砥鲉卧?7確定用戶頭部面對(duì)顯示設(shè)備的相對(duì)位置。處理器單元27同圖像傳感器一起構(gòu)成了頭部跟蹤裝置，或者可替換地，如果處理器單元27確定用戶眼睛的位置，則構(gòu)成了眼睛跟蹤裝置。
由此獲得的用戶頭部和/或眼睛位置信息從處理器單元27饋送到控制單元28?；诮邮盏男畔ⅲ刂茊卧獙Ⅱ?qū)動(dòng)信號(hào)VR、VL、VB饋送到顯示設(shè)備的透鏡層10中的各個(gè)透鏡單元12的電極。驅(qū)動(dòng)信號(hào)值可以基于位置信息進(jìn)行計(jì)算，或者可以從查找表中對(duì)于每個(gè)透鏡單元進(jìn)行檢索。應(yīng)當(dāng)注意，不同的透鏡單元12應(yīng)接收不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這是因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于用戶頭部的單獨(dú)位置是不同的。
應(yīng)當(dāng)理解，可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)功能模塊26、27、28的不同部分，例如，實(shí)現(xiàn)為處理器執(zhí)行的軟件子程序、ASIC硬件實(shí)現(xiàn)方案等。它們還可以以不同的方式相互集成。
總而言之，本發(fā)明涉及一種自動(dòng)立體顯示設(shè)備，包括成像層和透鏡層。該透鏡層用于將來自成像層的不同內(nèi)容分別投射到用戶的左眼和右眼。該透鏡層包括透鏡單元，其封閉了兩種具有不同折射率的流體。使用電潤(rùn)濕，借助于每個(gè)透鏡單元的側(cè)面處的兩個(gè)單獨(dú)可控的電極，可以改變?cè)摿黧w之間的界面的形狀。該顯示設(shè)備進(jìn)一步包括用戶頭部跟蹤設(shè)備和用于根據(jù)檢測(cè)的用戶頭部位置控制透鏡單元電極的裝置。這允許該顯示設(shè)備顯示正確的3D圖像，即使用戶移動(dòng)其頭部。
本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例。在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)，其可以以不同的方式改變。
權(quán)利要求
1.一種顯示設(shè)備，包括具有多個(gè)像素的成像層(9)和包括多個(gè)透鏡元件(11)的透鏡層(10)，用于將來自成像層(9)中的不同像素的光投射到用戶的左眼和右眼，以便于提供自動(dòng)立體效果，其中每個(gè)透鏡元件(11)包括至少一個(gè)透鏡單元(12)，其定義了閉合空間，具有面對(duì)用戶的前壁(17)、面對(duì)成像層(9)的后壁(18)以及連接后壁和前壁(17、18)的側(cè)壁(19、20)，所述閉合空間填充有具有不同折射率的第一(13)和第二(14)基本不混溶的流體，每個(gè)單元(12)包括用于改變第一(13)和第二(14)流體之間的界面形狀的裝置，其中每個(gè)透鏡單元(12)的側(cè)壁(19、20)包括至少第一(21)和第二(22)單獨(dú)可控的電極，所述顯示設(shè)備包括用于確定用戶頭部位置的跟蹤設(shè)備(26、27)，和用于基于所述位置控制所述第一和第二電極(21、22)的電位的控制裝置(28)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示設(shè)備，其中使每個(gè)透鏡元件(11)延長(zhǎng)并完全覆蓋成像層的線性段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的顯示設(shè)備，其中每個(gè)透鏡元件(11)包括單一的透鏡單元(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的顯示設(shè)備，其中每個(gè)透鏡元件(11)包括多個(gè)透鏡單元(12a、12b、12c)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述透鏡單元(12a、12b、12c)是單獨(dú)可控的。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一的顯示設(shè)備，包括選擇裝置，用于將所述顯示設(shè)備切換到2D模式，由此控制裝置影響第一和第二流體(13、14)之間的界面以便基本上是平坦的。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一的顯示設(shè)備，其中第一流體(13)是導(dǎo)電流體，諸如水的鹽溶液，第二流體(14)是非導(dǎo)電流體，諸如油，并且其中內(nèi)部的前壁和側(cè)壁(17、19、20)覆蓋有疏水層(24)。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一的顯示設(shè)備，其中跟蹤設(shè)備(26、27)包括攝像機(jī)(26)。
9.一種用于顯示具有自動(dòng)立體效果的圖像的方法，包括使用一種顯示設(shè)備，包括具有多個(gè)像素的成像層和包括多個(gè)透鏡元件的透鏡層，用于將來自成像層中的不同像素的光投射到用戶的左眼和右眼，其中每個(gè)透鏡元件包括至少一個(gè)透鏡單元，其定義了閉合空間，具有面對(duì)用戶的前壁、面對(duì)成像層的后壁以及連接后壁和前壁的側(cè)壁，所述閉合空間填充有具有不同折射率的第一和第二基本不混溶的流體，每個(gè)單元包括用于改變第一和第二流體之間的界面形狀的裝置，其中每個(gè)單元的側(cè)壁包括至少第一和第二單獨(dú)可控的電極，使用跟蹤設(shè)備確定用戶頭部的位置，并基于所述確定的頭部位置控制所述第一和第二電極的電位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其包括成像層(9)和透鏡層(10)。該透鏡層(10)用于將來自成像層(9)的不同內(nèi)容分別投射到用戶的左眼和右眼。該透鏡層(10)包括透鏡單元(12)，其封閉了兩種具有不同的折射率的流體(13、14)。使用電潤(rùn)濕，借助于每個(gè)透鏡單元(12)的側(cè)面處的兩個(gè)單獨(dú)可控的電極(21、22)，可以改變?cè)摿黧w之間的界面的形狀。該顯示設(shè)備進(jìn)一步包括用戶頭部跟蹤設(shè)備和用于依賴檢測(cè)的用戶頭部位置控制透鏡單元電極的裝置。這允許該顯示設(shè)備顯示正確的3D圖像，即使用戶移動(dòng)其頭部。
文檔編號(hào)H04N13/00GK1943249SQ200580011280
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者G·J·J·沃斯, S·凱帕, B·H·W·亨德里克斯, B·J·E·范倫斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司