Мультивидовое автостереоскопическое устройство отображения
Изобретение относится к автостереоскопическим устройствам воспроизведения. Техническим результатом является обеспечение увеличения эффективного разрешения отображения при одновременном сохранении необходимой скорости переключения. Устройство содержит панель (3) отображения, имеющую матрицу элементов (5) пикселей изображения, устройство (9) формирования изображения, направляющее выходной сигнал от разных элементов пикселей в отличающиеся пространственные положения, содержащее первую и вторую поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы (50) и (52), в которых свет, падающий на устройство формирования изображения, регулируется для создания одной из двух возможных поляризаций. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники изобретения
Изобретение относится к автостереоскопическому устройству отображения такого типа, который содержит панель отображения с матрицей пикселей изображения для отображения изображения, а также устройство формирования изображения для направления отличающихся видов в разные пространственные положения.
Предпосылки изобретения
Первым примером устройства формирования изображения для использования в дисплее (панель отображения) такого типа является экран, например, со щелями, размеры и расположение которых соответствуют нижележащим пикселям дисплея. Наблюдатель способен воспринимать 3D изображение, если его/ее голова находится в фиксированном положении. Экран располагается в передней части панели отображения и устроен так, что свет от четных и нечетных столбцов пикселей направляется в левый и правый глаз наблюдателя соответственно.
Недостатком конструкции данного типа двувидового дисплея является то, что наблюдатель должен находиться в фиксированном положении и может двигаться только примерно на 3 см влево или вправо. В более предпочтительном варианте исполнения под каждой щелью располагаются не два столбца субпикселей, а несколько. В этом случае наблюдатель имеет возможность двигаться влево или вправо и воспринимать стереоизображение глазами в течение всего времени.
Конфигурация экрана проста в изготовлении, но не является светоэффективным. Предпочтительной альтернативой, таким образом, является использование устройства из линз в качестве устройства формирования изображения. Например, матрица удлиненных линзовых (лентикулярных) элементов может быть получена путем протягивания их друг параллельно другу и размещения над матрицей пикселей изображения, так что пиксели изображения наблюдаются через эти лентикулярные элементы.
Лентикулярные элементы изготавливают в виде листа элементов, каждый из которых содержит удлиненный полуцилиндрический линзовый элемент. Лентикулярные элементы («лентикулы») протягиваются в направлении столбцов панели отображения, причем каждый лентикулярный элемент перекрывает соответствующую группу из двух или нескольких смежных столбцов пикселей изображения.
В устройстве, в котором, например, каждый лентикулярный элемент сопряжен с двумя колонками пикселей изображения, пиксели изображения в каждой колонке создают вертикальный срез соответствующих двумерных вспомогательных изображений. Лист лентикулярных элементов направляет эти два среза и соответствующие срезы из столбцов пикселей изображения, сопряженные с другими лентикулами, в левый и правый глаз наблюдателя, расположенного напротив листа, так, что пользователь наблюдает единственное стереоскопическое изображение. Таким образом, лист лентикулярных элементов обеспечивает направляющую функцию для выходного света. В других устройствах каждый лентикулярный элемент сопряжен с группой из четырех или более смежных пикселей изображения, расположенных в строчном направлении. Соответствующие столбцы пикселей изображения в каждой группе расположены подходящим образом, чтобы создавать вертикальный срез от соответствующего двумерного вспомогательного изображения. По мере того как голова пользователя перемещается слева направо, им воспринимается ряд последовательных стереоскопических изображений, создавая, например, впечатление кругового обзора.
Описанное выше устройство создает эффективное трехмерное отображение. Тем не менее следует иметь в виду, что для того, чтобы создать стереоскопический вид, необходимо пожертвовать горизонтальным разрешением устройства. Эта жертва в разрешении является неприемлемой для некоторых приложений, таких как отображение мелких символов текста для просмотра с небольшого расстояния. По этой причине было предложено обеспечить устройство отображения, которое может переключаться между двумерным режимом и трехмерным (стереоскопическим) режимом.
Одним из способов реализации этого является создание электрически переключаемой матрицы линзово-растровых (лентикулярных) элементов. В двумерном режиме линзово-растровые (лентикулярные) элементы в переключаемом устройстве работают в режиме «пропускания», то есть они действуют так же, как и плоская пластина (лист) из оптически прозрачного материала. Получаемый в результате дисплей (устройство отображения) имеет высокое разрешение, равное «собственному» разрешению панели отображения, которое подходит для отображения мелких символов текста при просмотре с близких расстояний. Двумерный режим отображения, конечно, не может обеспечить стереоскопическое изображение. В трехмерном режиме линзово-растровые элементы переключаемого устройства обеспечивают функцию управления световым потоком, как описано выше. В результате дисплей способен создать стереоскопические изображения, но имеет неизбежные потери разрешающей способности, упомянутые выше.
При работе в 3D режиме основная дилемма состоит в том, что, с одной стороны, для хорошего 3D восприятия требуется большое количество видов, приходящихся на угол, и, с другой стороны, для достижения достаточно высокого разрешения (то есть количества пикселей) вида необходимо малое число видов.
Малое число ракурсных видов дает мелкое 3D изображение с небольшим восприятием глубины. Чем большее число видов приходится на угол, тем больше данное 3D изображение будет восприниматься как настоящее 3D изображение, такое как, например, голографическое изображение. Концентрация всех видов в небольшом угле дает хорошее 3D впечатление, но ограниченный угол обзора.
Основной недостаток использования большого количества видов заключается в том, что разрешение изображения, приходящееся на вид, значительно снижено. Общее количество доступных пикселей должно быть распределено между видами. В случае n-видового 3D дисплея с вертикальными растровыми линзами воспринимаемое разрешение каждого вида по горизонтали снижается в n раз по сравнению с 2D случаем. В вертикальном направлении разрешение остается прежним. Использование наклонного экрана или матрицы линзово-растровых элементов может уменьшить это несоответствие между разрешением в горизонтальном и вертикальном направлении. В этом случае потеря разрешения может быть распределена более равномерно в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Таким образом, увеличение количества видов улучшает 3D эффект, но уменьшает разрешение изображения в восприятии наблюдателя. Поэтому существует желание увеличить разрешение вида в данном устройстве.
Документ WO 2007/072330 описывает подход, с помощью которого выполняется эффективное поперечное смещение линзово-растровой матрицы относительно панели отображения, причем сдвиг соответствует некратному шагу пикселя. Это обеспечивает увеличение эффективного разрешения последовательно-временным способом. Использование последовательно-временной адресации становится более целесообразным при использовании распространенного в настоящее время интервала частот от 100 Гц и даже на более высоких исследуемых частотах. Для выполнения относительного смещения документ WO 2007/072330 предлагает электронно-управляемые экраны или переключаемые ЖК линзы с переменным показателем преломления.
Другая возможность заключается в использовании переключаемых призм, выполненных в виде ЖК заполненных элементов. Тогда перенаправление света, выполняемое призмами, может переключаться путем переключения состояния ЖК материала.
Такие устройства приводят к созданию сложного устройства формирования изображения (то есть экрана или линзового устройства), так что могут возникать трудности в достижении желаемой скорости переключения в устройстве формирования изображения.
Поэтому существует необходимость компенсировать потерю разрешения, которая возникает в мультивидовом автостереоскопическом дисплее, с помощью устройства, которое не добавляет избыточной сложности аппаратному обеспечению дисплея.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание автостереоскопического дисплея (устройства отображения), который, по меньшей мере, частично снимает одну из вышеупомянутых проблем.
Эта задача достигается с помощью дисплея, как это определено в независимом пункте формулы изобретения. Зависимые пункты определяют предпочтительные варианты осуществления.
В соответствии с изобретением дисплей позволяет управлять поляризацией выходного света дисплея, которая используется для обеспечения возможности выбора, по меньшей мере, двух 3D режимов, то есть первого и второго 3D режимов. Эти режимы могут быть отличающимися режимами. Для увеличения разрешения могут использоваться множественные режимы, например, путем добавления видов в межпиксельные пространства или увеличения числа видов последовательно-временным способом. Это позволяет снизить потери производительности, которые возникают в результате создания нескольких видов 3D изображения. Вместо этого могут быть созданы дополнительные функции, цель которых не только улучшение разрешения, но и обеспечение дополнительных функциональных возможностей дисплея (устройства отображения). Устройство вращения поляризации может быть обеспечено на выходе дисплея для управления поляризацией света, падающего на устройство формирования изображения.
В одном устройстве для создания первой поляризации света, падающего на устройство формирования изображения, первая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица работает в режиме пропускания, а вторая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица работает в режиме линзирования, при этом для создания второй поляризации света, падающего на устройство формирования изображения, первая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица работает в режиме линзирования, а вторая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица работает в режиме пропускания.
Таким образом, каждый из двух 3D режимов создается одной из соответствующих матриц линзово-растровых элементов. В одном примере первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы имеют разный шаг линз. Например, один 3D режим отвечает за одно число видов, а другой 3D режим - за другое число видов. Это придает системе дополнительную гибкость. Например, дисплей может обрабатывать 9 видов или 15 видов изображений. В другом примере каждая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица является электрически переключаемой между соответствующими 3D и 2D режимами. Это обеспечивает как 2D режим, так и два 3D режима.
В другом примере первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы имеют одинаковый шаг линз, при этом эффективное положение линз одной матрицы сдвинуто вбок относительно другой на величину, не кратную шагу между пиксельными элементами. Это создает дополнительные виды в межпиксельных положениях, что увеличивает разрешение на выходе. При создании дополнительных видов улучшается однородность изображения и сокращается количество полос. Величина сдвига может содержать половину шага между отдельными пиксельными элементами. Однако вместо этого сдвиг может составить половину шага между линзовыми элементами. Если ширина каждого линзового элемента охватывает нечетное число пикселей, это снова дает сдвиг, в том числе полупиксельный, тем самым создается возможность формирования промежуточных изображений, которые увеличивают разрешение.
Первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы могут содержать удлиненные растровые линзы, удлиненные оси которых отклонены от направления столбца панели отображения. Это известный способ для распределения потери разрешения в направлениях между строками и столбцами.
В одном устройстве сдвиг удлиненных осей одной линзово-растровой матрицы отличается от сдвига удлиненных осей другой линзово-растровой матрицы. Это позволяет создавать различные визуальные эффекты с помощью двух линзово-растровых матриц в зависимости, например, от содержания изображения.
Удлиненная ось одной линзово-растровой матрицы может быть отклонена менее чем на 40 градусов от направления столбцов, а удлиненная ось другой линзово-растровой матрицы может быть отклонена менее чем на 40 градусов от направления строк. Это делает дисплей вращаемым между портретным и ландшафтным режимами в одном из 3D режимов для каждого из них. В каждом режиме линзово-растровой элемент находится ближе к вертикали, чем к горизонтали. Например, когда дисплей ориентирован для ландшафтного режима, данный режим может соответствовать углу к вертикали менее 20 градусов (например, tan α=1/3), а когда дисплей ориентирован для портретного режима, данный режим может соответствовать большему углу наклона к вертикали (например, tan α=2/3). В таком устройстве наклон в портретном режиме больше, поэтому потеря в разрешении передается больше на столбцы (из которых большая часть находится в портретной ориентации). Возможны другие комбинации угла наклона, существенно то, что один угол наклона оптимизирован для портретного режима, другой оптимизирован для ландшафтного режима.
Панель отображения может содержать матрицу индивидуально адресуемых излучающих, передающих, лучепреломляющих или дифракционных пикселей изображения, как, например, в ЖК-дисплее.
Изобретение также создает способ управления мультивидовым автостереоскопическим устройством отображения, которое содержит панель отображения и устройство формирования изображения для направления выходного сигнала от панели отображения в различные пространственные положения, что делает возможным просмотр стереоскопического изображения, при этом способ содержит:
отображение первого изображения, регулирование первого изображения для получения первой поляризации, а также создание первого изображения в устройстве формирования изображения, содержащем первую и вторую поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы для направления выходного сигнала от отличающихся пиксельных элементов в разные пространственные положения, таким образом, чтобы сделать возможным просмотр множества стереоскопических изображений из разных положений, тем самым обеспечивая первый 3D режим,
отображение второго изображения, регулирование второго изображения для получения второй поляризации и создание второго изображения в устройстве формирования изображения, обеспечивая, тем самым, второй 3D режим.
Краткое описание чертежей
Вариант осуществления изобретения описан ниже только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показано схематичное изометрическое изображение общеизвестного автостереоскопического устройства отображения;
на фиг.2 и 3 показан принцип работы матрицы линз устройства формирования изображения фиг.1;
на фиг.4 показано, как линзово-растровая матрица создает различные виды для разных пространственных положений;
на фиг.5 показан первый пример устройства формирования изображения в данном изобретении для мультивидового автостереоскопического дисплея;
на фиг.6 показан второй пример устройства формирования изображения в изобретении;
на фиг.7 показано преимущество наклонного фокусирующего устройства;
на фиг.8 показан третий пример устройства формирования изображения в изобретении;
на фиг.9 показан четвертый пример устройства формирования изображения в изобретении; и
на фиг.10 показано автостереоскопическое устройство отображения данного изобретения.
Подробное описание изобретения
Изобретение создает переключаемое автостереоскопическое устройство отображения, в котором устройство формирования изображения направляет выходной сигнал от отличающихся пикселей к различным пространственным положениям, чтобы обеспечить просмотр стереоскопического изображения. Дисплей регулируется между двумя 3D режимами, основанными на поляризации света, поступающего на устройство формирования изображения, с той целью, чтобы обеспечить увеличение разрешения или количества изображений при использовании подхода временного мультиплексирования или чтобы создать дополнительные выходные функции.
Фиг.1 показывает изометрическое изображение общеизвестного автостереоскопического устройства 1 отображения. Данное устройство 1 состоит из жидкокристаллической панели 3 отображения, имеющей тип активной матрицы, которая служит в качестве пространственного модулятора света для создания изображения.
Панель 3 отображения содержит прямоугольную матрицу пикселей 5 изображения, расположенных в строках и столбцах. Для наглядности на рисунке показано только небольшое число пикселей 5 изображения. На практике панель 3 отображения может содержать около одной тысячи строк и несколько тысяч столбцов пикселей 5 изображения. Структура ЖК панели 3 отображения совершенно обычная. В частности, панель 3 отображения состоит из пары разделенных прозрачных стеклянных подложек, между которыми обеспечены согласованные скрученные нематические или другие жидкокристаллические материалы. Подложки несут конфигурации электродов из прозрачного оксида индия и олова (ITO). На внешних поверхностях подложки также нанесены поляризующие слои.
Каждый пиксель 5 изображения содержит противоположные электроды на подложках с заполнением промежутков жидкокристаллическим материалом. Форма и расположение пикселей 5 изображения определяются формой и расположением электродов. Пиксели 5 изображения расположены равномерно с интервалами. Каждый пиксель 5 изображения связан с переключающим элементом, например, тонкопленочным транзистором (TFT) или тонкопленочным диодом (TFD). Пиксели изображения управляются таким образом, чтобы обеспечить отображение с помощью передачи сигналов адресации переключающим элементам, а соответствующие схемы адресации известны специалистам в данной области.
Панель 3 отображения освещается источником 7 света, в состав которого, в данном случае, входит планарная подсветка всей площади матрицы пикселей изображения. Свет от источника 7 света направляется через панель 3 отображения, что заставляет отдельные пиксели 5 изображения модулировать свет и создавать изображение.
Устройство 1 отображения также содержит лист 9 линзово-растровых элементов, расположенный над поверхностью отображения панели 3 отображения, которая осуществляет функцию формирования видов. Лист 9 линзово-растровых элементов содержит ряд линзово-растровых элементов 11, вытянутых параллельно друг другу, из которых для наглядности в увеличенном виде показан только один элемент.
Линзово-растровые элементы 11 выполнены в форме выпуклых цилиндрических линз и действуют как средство, которое направляет выходящий от панели 3 отображения свет к глазам пользователя, находящегося перед устройством 1 отображения, для создания различных изображений или видов.
Автостереоскопическое устройство 1 отображения, показанное на фиг.1, способно создать несколько отличающихся объемных изображений в разных направлениях. В частности, каждый линзово-растровый элемент 11 перекрывает небольшую группу пикселей 5 изображения в каждом ряду. Линзово-растровый элемент 11 проецирует каждый пиксель 5 изображения из группы в различающемся направлении, так чтобы сформировать несколько отличающихся видов. По мере того как голова пользователя движется слева направо, его/ее глаза будут принимать по очереди разные из упомянутых видов.
Как уже упоминалось выше, было предложено выполнить электрически переключаемые линзы. Это позволяет дисплею переключаться между 2D и 3D режимами.
Фиг.2 и 3 схематически показывают матрицу 35 электрически переключаемых линзово-растровых элементов, которая может быть использована в устройстве, показанном на фиг.1. Матрица содержит пару 39, 41 прозрачных стеклянных подложек с прозрачными электродами 43, 45, сделанными из оксида индия и олова (ITO) и расположенных на лицевых поверхностях подложек. Между подложками 39, 41, рядом с верхней одной из подложек 39 создана инверсная линзовая структура 47, сформированная с помощью техники репликации. Также между подложками 39, 41, рядом с нижней подложкой 41 помещен жидкокристаллический материал 49.
Инверсная линзовая структура 47 заставляет жидкокристаллический материал 49 принимать параллельные удлиненные линзово-растровые формы между инверсной структурой 47 линз и нижней подложкой 41, как показано в поперечном сечении на фиг.2 и 3. Поверхности инверсной линзовой структуры 47 и нижней подложки 41, которые находятся в контакте с жидкокристаллическим материалом, также обеспечены ориентирующим слоем (не показан) для ориентирования жидкокристаллического материала.
На фиг.2 показана матрица, когда к электродам 43, 45 не приложен электрический потенциал. В этом состоянии свет определенной поляризации имеет показатель преломления жидкокристаллического материала 49 существенно выше, чем для инверсной линзовой структуры 47, таким образом, линзово-растровые формы обеспечивают функцию направления выходящего света, т.е. действуют как линзы, как это показано на фигуре.
На фиг.3 показана матрица, когда на электроды 43, 45 подается переменный электрический потенциал приблизительно от 50 до 100 вольт.
В этом состоянии свет определенной поляризации имеет показатель преломления жидкокристаллического материала 49 практически такой же, как и для инверсной линзовой структуры 47, так что функция, обеспечивающая направление света линзово-растровых элементов, пропадает, как показано на фигуре. Таким образом, в этом состоянии матрица эффективно действует в режиме «пропускания» (света).
Специалисту понятно, что средство поляризации света должно быть использовано в сочетании с описанной выше матрицей, поскольку жидкокристаллический материал является двулучепреломляющим с показателем преломления, переключающемся только для света определенной поляризации. Средство поляризации света может создаваться как составная часть или панели отображения, или устройства формирования изображения устройства.
Дополнительную информацию о структуре и работе матриц переключаемых линзово-растровых элементов, используемых в устройстве, показанном на фиг.1, можно найти в патенте США № 6069650.
Фиг.4 показывает принцип работы устройства формирования изображения линзово-растрового типа, описанного выше, и показывает подсветку 50, устройство 54 отображения, такое как ЖК дисплей, и линзово-растровую матрицу 58. Фиг.4 показывает, как линзово-растровая матрица 58 направляет различные выходные сигналы от пикселей в различные пространственные положения. Фиг.5 показывает первый пример устройства формирования изображения в изобретении для мультивидового автостереоскопического дисплея (устройства отображения).
Устройство формирования изображения содержит первую 50 и вторую 52 поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы. Они сформированы из двулучепреломляющего материала, имеющего оптическую ось, выбранную в нужном направлении. Свет, падающий на устройство формирования изображения, управляется таким образом, чтобы обеспечить одну из двух возможных поляризаций.
Лучи 54 света представляют собой свет, поляризованный в направлении строк дисплея, идущий от пикселей изображения. Оптическая ось первого линзово-растрового устройства 50 имеет то же строчное направление, поэтому необыкновенный показатель преломления преобладает над показателем преломления входящего света (ось ориентации молекул материала ЖК, как правило, коллинеарна с осью необыкновенного показателя преломления). Материал 56 между линзово-растровыми матрицами имеет изотропный показатель преломления, который соответствует обыкновенному показателю преломления линзово-растровых матриц. Поэтому функция линзирования реализуется на границе показателя преломления между материалом 54 и линзами первой матрицы. У второго линзово-растрового устройства 52 оптическая ось расположена в направлении столбца, так что обыкновенный показатель преломления преобладает над показателем преломления входящего света. Таким образом, режим проходящего света осуществляется второй линзово-растровой матрицей 52.
Лучи 58 света представляют собой свет от пикселей изображения, поляризованный в направлении столбцов. Для первого линзово-растрового устройства 50 обыкновенный показатель преломления преобладает над показателем преломления входящего света, так что на поверхности линзы нет функции линзирования. Функция линзирования реализуется на границе показателей преломления между материалом 54 и линзами второй матрицы 52, потому что необыкновенный показатель преломления преобладает над показателем преломления входящего света. Оптические оси материала обеих линзово-растровых матриц находятся в плоскости изображения/панели отображения, но развернуты на 90 градусов. Таким образом, две различные поляризации, требуемые на выходе дисплея (устройства отображения), развернуты на 90 градусов по отношению друг к другу относительно нормали к дисплею.
Изобретение использует поляризацию выходящего света дисплея, чтобы обеспечить выбор одного из двух 3D режимов. Эти 3D режимы могут осуществляться без каких-либо функций переключения линзово-растровых матриц. Они могут быть реализованы как двулучепреломляющие компоненты с оптическими осями, выровненные посредством выравнивающих слоев.
Два 3D режима могут быть использованы для увеличения разрешения (например, путем добавления видов в межпиксельное пространство) или увеличением числа видов последовательно-временным способом. Это дает возможность снизить потери разрешения 3D изображений вследствие формирования многочисленных видов. Однако вместо этого могут быть добавлены дополнительные функции вывода, которые не направлены на улучшение разрешения, но обеспечивают дополнительную функциональность.
Первый пример на фиг.5 показывает небольшой относительный сдвиг между двумя линзово-растровыми матрицами. Первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы 50, 52 имеют одинаковый шаг линз, но эффективное положение линз одной линзово-растровой матрицы сдвинуто вбок относительно другой на величину, не кратную шагу между пикселями. Это обеспечивает дополнительные виды в межпиксельных положениях, тем самым увеличивая разрешение на выходе. Величина сдвига может составлять половину шага между пикселями, и это сравнительно небольшой сдвиг по сравнению с шириной линзы, когда линза перекрывает многие пиксели (например, 9). Тем не менее сдвиг может составить половину шага между линзами, как показано на фиг.6. Если линза перекрывает нечетное число пикселей, это снова дает пикселю сдвиг, в том числе, на пол-пикселя, обеспечивая формирование промежуточных положений видов.
Как отмечено выше, линзово-растровые матрицы могут быть наклонены по отношению к вертикали.
В качестве примера на фиг.7 показана схема размещения субпикселей 9-видового дисплея, использующего наклонные растровые линзы 76. Столбцы распределены в виде последовательности красных, зеленых и синих столбцов субпикселей, соответственно обозначенных номерами 70, 72 и 74, и трех вышележащих линзово-растровых линз 76. Каждая линза имеет ширину 4,5 субпикселя. Показанные цифры соответствуют номеру вида, к которому относятся субпиксели, при этом виды пронумерованы от -4 до +4 с 0-видом вдоль оси линзы. Когда соотношение размеров субпикселей составляет 1:3, как в данном примере (каждый пиксель содержит ряд из трех субпикселей), оптимальный угол наклона определяется как tan(θ)=1/6. В результате воспринимаемая потеря разрешения на один вид (по сравнению с 2D-случаем) уменьшается в 3 раза как в горизонтальном, так и вертикальном направлении, а не в 9 раз в горизонтальном направлении при угле наклона, равном нулю. Появление темных полос от черной матрицы также в значительной степени подавляется.
Субпиксели некоторого цвета в некотором виде отстоят довольно далеко друг от друга. Это воспринимается как потеря разрешения по сравнению с разрешением обычного 2D дисплея. В качестве примера на фиг.7 положение зеленых субпикселей, способствующих созданию нулевого вида, показано в виде заштрихованных прямоугольников.
Выбором между растровыми линзами в различных положениях последовательно-временным способом, использующемся в ЖК дисплее, могут заполняться пустые промежутки между заштрихованными субпикселями. Первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы в устройстве согласно изобретению, каждая, может содержать удлиненные растровые линзы, имеющих отклонение удлиненной оси от направления столбцов панели отображения.
В одной компоновке сдвиг удлиненной оси одной линзово-растровой (лентикулярной) матрицы отличается от сдвига удлиненной оси другой линзово-растровой матрицы. Это дает различные визуальные эффекты, получаемые от двух матриц линзово-растровых элементов, например, в зависимости от содержания изображений. Так, желаемое распределение потери разрешения между строками и столбцами может различаться для разных типов изображения.
В примере, показанном на фиг.8, удлиненная ось (как показано пунктирными линиями) одной линзово-растровой матрицы 50 может быть отклонена менее чем на 40 градусов от направления столбцов, а удлиненная ось другой линзово-растровой матрицы 52 может быть отклонена менее чем на 40 градусов от направления строк. Это дает возможность отображению поворачиваться между портретной и ландшафтной ориентацией с использованием одного из 3D режимов для каждой из них. Выбранный угол может быть оптимизирован для различающейся ориентации, причем эти углы могут различаться. Например, портретный режим может иметь угол tan α=2/3 (где α является углом к вертикали, которая может быть строкой или столбцом, в зависимости от того, как это определено). Ландшафтный режим может иметь угол tan α=1/3 или 1/6 (где α является углом к вертикали, которая снова может быть строкой или столбцом, в зависимости от того, как это определено). Таким образом, линзы имеют больший наклон в портретном режиме, чем в ландшафтном режиме. В примере на фиг.9 первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы 50, 52 имеют разные шаги линз (центральные оси линз показаны пунктирными линиями). Например, один 3D режим может быть для одного числа видов, а другой 3D режим - для отличающегося числа видов. Это обеспечивает системе дополнительную гибкость. Например, дисплей может обрабатывать 9 видов или 15 видов изображений.
Как отмечено выше, лентикулярная матрица не обязательно должна быть переключаемой, чтобы осуществлять переключение между 3D-режимами. Тем не менее одна или обе поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы могут электрически переключаться между соответствующими 3D и 2D режимами. Это обеспечивает как 2D режим, так и два 3D режима. Это может быть реализовано известным способом, использованием ЖК материала, как двулучепреломляющего материала в лентикулярных матрицах, как описано со ссылками на фиг.2 и 3. Только одна линзово-растровая (лентикулярная) матрица должна быть электрически переключаемой, так чтобы ее оптическая ось могла быть переключена на такую же, как в другой матрице, чтобы свет одной поляризации мог «видеть» одинаковый показатель преломления в двух линзово-растровых матрицах и в промежуточном слое 56. Изобретение требует управления отображаемым изображением для получения желаемой поляризации.
Как показано на фиг.10, это может быть осуществлено с помощью устройства 60 вращения поляризации, обеспеченного на панели 5 отображения, а также устройства 9 формирования изображения.
Устройство 60 вращения поляризации управляется контроллером 62 синхронно с управлением выхода панели отображения. Например, последовательные изображения могут отображаться с частотой 100 Гц с чередованием между 3D режимами, чтобы увеличить разрешение, или же один 3D режим может быть выбран постоянным в течение времени, пока дисплей находится в заданном режиме (например, пейзажном или портретном или в режиме для определенного числа видов).
Устройство вращения поляризации предназначено для вращения поляризации (линейной) вокруг нормали к дисплею на угол 90 градусов. Это может быть реализовано, например, с помощью скрученной нематической ячейки.
Приведенные выше примеры показывают, что две линзово-растровые матрицы могут иметь отличающиеся угол наклона, шаг, ориентацию наклона или положение по отношению к пикселям изображения. Формы линз также могут различаться для обеспечения разных эффектов изображения.
Каждый линзово-растровый элемент перекрывает несколько пикселей, чтобы обеспечить мультивидовый режим. Предпочтительно, чтобы ширина каждой линзы, была, по меньшей мере, равной 4 пикселям (или субпикселям) дисплея. Потеря разрешения, которая может быть снижена, особенно важна для мультивидовых дисплеев (устройств отображения). Мультивидовый дисплей предпочтительно обеспечивает, по меньшей мере, 3 автостереоскопических вида (для этого требуются, по меньшей мере, 4 различных индивидуальных вида). Они обычно повторяются в смежных отображающих конусах на выходе устройства отображения. Предпочтительнее, чтобы мультивидовый дисплей мог обеспечить 4 или более автостереоскопических изображений.
Описанные выше примеры используют жидкокристаллические панели отображения, имеющие, например, шаг пикселя отображения в диапазоне от 50 мкм до 1000 мкм. Тем не менее для специалиста в данной области очевидно, что могут использоваться альтернативные панели отображения, например органические светодиоды (OLED) или устройства отображения с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), обеспеченные поляризаторами для управления поляризацией на выходе.
Производство и материалы, которые используются для изготовления устройства отображения, не были подробно описаны, так как они обычны и известны специалистам в данной области.
Другие изменения в рассмотренных вариантах осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области путем использования на практике заявленного изобретения, изучения чертежей, раскрытия предмета и приложенных пунктов формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово «содержащий» не исключает и других элементов или этапов, а также использование элементов в единственном числе не исключает их множественности. Этапы способа могут быть выполнены одним процессором или другим устройством. Сам факт, что некоторые критерии перечисляются в различных зависимых формулах изобретений, не означает, что комбинация этих пунктов не может быть использована как преимущество. Компьютерная программа для внедрения способа может сохраняться/распространяться подходящим средством, например, на оптическом носителе или твердом носителе, которые поставляются вместе или в составе с другими аппаратными средствами, но может также распространяться и в других формах, таких как Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Никакие ссылки в формулах изобретения не должны истолковываться как ограничивающие область применения.
1. Мультивидовое автостереоскопическое устройство
отображения для обеспечения, по меньшей мере, первого и второго 3D режима, в котором автостереоскопическое устройство отображения содержит:
- панель (3) отображения, имеющую матрицу элементов (5) пикселей изображения для создания изображения, причем элементы пикселей изображения расположены в строках и столбцах; и
- устройство (9) формирования изображения, которое направляет выходной сигнал от разных элементов пикселей в отличающиеся пространственные положения для обеспечения возможности просмотра множества стереоскопических изображений из отличающихся положений,
при этом устройство формирования изображения содержит первую поляризационно-чувствительную линзово-растровую матрицу (50) и вторую (52) поляризационно-чувствительную линзово-растровую матрицу, в которых свет, падающий на устройство формирования изображения, регулируется для создания одной из двух возможных поляризаций, при этом для первой поляризации света, падающего на устройство (9) формирования изображения, первая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (50) работает в режиме пропускания, а вторая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (52) работает в режиме линзирования, а для второй поляризации света, падающего на устройство (9) формирования изображения, первая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (50) работает в режиме линзирования, а вторая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (52) работает в режиме пропускания так, что
каждая из двух возможных поляризаций дает один из, по меньшей мере, первого и второго 3D режимов.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее устройство (60) вращения поляризации для управления поляризацией света, падающего на устройство (9) формирования изображения.
3. Устройство по п. 1, в котором первая и вторая поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы (50, 52) имеют отличающийся шаг линз.
4. Устройство по п. 1, в котором один 3D режим предназначен для первого числа видов, а другой 3D режим предназначен для отличающегося числа видов.
5. Устройство по п. 4, в котором первое число видов составляет 9, а второе число видов составляет 15.
6. Устройство по п. 1, в котором одна или каждая из поляризационно-чувствительных линзово-растровых матриц (50, 52) электрически переключается между своим соответствующим 3D режимом и 2D режимом.
7. Устройство по п. 1, в котором каждая из первой и второй поляризационно-чувствительных линзово-растровых матриц (50, 52) содержит линзы, имеющие шаг линзы, который является одинаковым, причем матрица элементов (5) пикселей изображения выполнена с шагом между пикселями, и при этом эффективное положение линз одной линзово-растровой матрицы сдвинуто вбок относительно другой на величину, не кратную шагу между пикселями.
8. Устройство по п. 7, в котором величина сдвига составляет половину шага между элементами пикселей.
9. Устройство по п. 7, в котором величина сдвига составляет половину шага между линзовыми элементами.
10. Устройство по п. 1, в котором каждая, первая и вторая, поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (50, 52) содержит вытянутые растровые линзы, имеющие сдвиг удлиненной оси относительно направления столбцов панели отображения.
11. Устройство по п. 10, в котором сдвиг удлиненной оси одной линзово-растровой матрицы отличается от сдвига удлиненной оси другой линзово-растровой матрицы.
12. Устройство по п. 11, в котором удлиненная ось одной линзово-растровой матрицы (50) отклонена менее чем на 40 градусов от направления столбцов, а удлиненная ось другой линзово-растровой матрицы (52) отклонена менее чем на 40 градусов от направления строк.
13. Устройство по п. 1, в котором панель (3) отображения содержит матрицу индивидуально адресуемых излучающих, передающих, преломляющих или дифракционных пикселей изображения.
14. Способ управления мультивидовым автостереоскопическим устройством отображения для обеспечения, по меньшей мере, первого и второго 3D режима, при этом автостереоскопическое устройство отображения содержит панель (3) отображения и устройство (9) формирования изображения для направления света от панели отображения в отличающиеся пространственные положения, что позволяет видеть стереоскопическое изображение, при этом способ содержит:
отображение первого изображения, таким образом, что первое изображение имеет первую поляризацию и обеспечение первого изображения на устройстве (9) формирования изображения, которое содержит первую и вторую поляризационно-чувствительные линзово-растровые матрицы (50, 52) для направления выходного сигнала с отличающихся элементов пикселей в разные пространственные положения, таким образом, чтобы сделать возможным просмотр множества стереоскопических изображений из разных положений, при этом для первой поляризации света, падающего на устройство (9) формирования изображения, первая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (50) работает в режиме пропускания, а вторая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (52) работает в режиме линзирования, тем самым обеспечивая первый 3D режим,
отображение второго изображения, таким образом, что второе изображение имеет вторую поляризацию, и обеспечение второго изображения на устройстве (9) формирования изображения, при этом для второй поляризации света, падающего на устройство (9) формирования изображения, первая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (50) работает в режиме линзирования, а вторая поляризационно-чувствительная линзово-растровая матрица (52) работает в режиме пропускания, обеспечивая, тем самым, второй 3D режим.
