[发明专利]多视图立体显示器

说明书

发明领域

本发明涉及自动立体显示器，其中，为了产生可感知的三维印象，把 双凸透镜放在平板显示器和观察者之间。

背景

为了增加观看者观察二维图像的视觉体验，普遍认为引入可感知的三 维是一个成功的方法。这个效果已经用宣传标示牌和视觉促销活动。在娱 乐业中，多年来已经使用彩色滤光镜以及后来通过使用与在左右眼视图之 间交替的显示器同步的快门眼镜来获得可感知的三维观看。

平板显示器例如液晶(LCD)和等离子种类的出现，宣告在显示器和 观看者之间插入光学元件而为观看者的每只眼睛呈现不同图像的可能性。

为了获得这些不同的图像，一幅图像被分成相应于不同观看角度的许 多视图。这些视图被拼接成一幅图像，柱面透镜阵列把每个视图聚集到不 同的方向。相邻视图之间的角距设计为，使得在距显示器的指定的观看距 离内，观察者的每只眼睛接收来自不同视图的光。各种文献描述了原理和 技术，例如美国专利第6,064,424号。最简单的布置只产生两个视图，而 多视图系统典型地具有七到九个视图，观察者向一旁移动时，视图组重复。 在视图组之间的过渡区，观察者的眼睛所看到的图像是不匹配的，也失去 了3D效果，体验也不舒服。

更多数量的视图提供增强的3D体验，因为能够更大程度地“环视 (look-around)”目标，以及也能减少过渡区(在该处，视图组重复)的 数量。增加视图数量的阻力是水平分辨率的损失以及水平分辨率和垂直分 辨率之间的不一致。

采用双凸透镜的显示器的另一相关问题是产生了摩尔纹(moire pattern)。当透镜体的轴经过子像素之间的非发光的交叉点时，这种情况 最显著，随着观察者向一旁移动，摩尔纹本身由通过屏幕的黑色波带表现。 9视图系统的摩尔纹非常显著，因为透镜体的轴角对角地斜穿过每个子像 素，从而与最大数量的非发光交叉点相交。

LCD技术近来的发展可以制造水平方向超过2000像素并接近4000 像素的高清显示器。在这些超高清显示器出现以前，最高商用清晰度是 1920×1080像素，将有效视图的最多数量限制为约是9个，这与斜双凸 透镜的最佳配置相符，由此水平方向和垂直方向的分辨率是相同的。使用 相同或不同的斜角以及试图增加视图的数量导致两个方向的分辨率之间 的不匹配。

本发明涉及这样一种方法，其用于产生大量的(特别地，18个、27 个或更多)视图组且水平分辨率和垂直分辨率相等、生成更大的“环视” 效果，以及提供视图组间存在更少过渡区的显示器还提供减少了摩尔纹的 显示器。为了领会本方法，最好理解当前技术。

LCD和等离子屏幕采用发光元件，包括红色、绿色和蓝色的矩形元 件，三个一组彼此相邻地构成像素。典型地，单色元件(被称为子像素) 是长轴在垂直方向上、纵横比为3∶1的矩形。

在自动立体成像的情形下，相邻的子像素可表示“视图”，对于简单 的单个观看者显示器，只有两个视图，或者，可有多达9个或9个以上的 视图，这允许观看者的位置有更大的自由度。双凸透镜用来将不同的视图 成像于观察者的每只眼睛里，从而使图像具有立体感效应。

借助于图示有助于理解该技术。图1以及放大的部分，显示了LCD 显示器1的平面图的几何形式，LCD显示器1具有斜的双凸透镜2，其包 括多列柱面镜3，柱面镜也被称为透镜体。依赖于视角，将看到不同的子 像素4，以及在最佳观看距离，不同的眼睛5将看到相邻的子像素。光线 路径显示为虚线。

显示器从前面看的示意图在图2显示。显示了红色、绿色和蓝色的子 像素1，透镜体的轴4显示为斜的，以便与红色、绿色和蓝色子像素相交。 在9视图系统中，透镜轴从垂直方向倾斜atan(1/3)的角度，大约是18.5 度，且每个透镜体跨越9个子像素或3个像素。

在这个优化的9视图布置中的分辨率是“没有透镜的(un-lensed)” 显示器的分辨率的三分之一。例如，1920×1080像素显示器实际上变成 640×360像素显示器。尽管看起来分辨率低，然而这样的分辨率足够大 多数的观看应用。