[发明专利]用于自动立体视频显示器的提高感知型图像深度

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种自动立体显示器，尤其涉及一种具有显著提高的投射深度的自动立体视频显示器。

背景技术

传统的自动立体显示器采用透镜阵列或视差屏障或其它视图选择器来使观看者的一只眼睛可以看到显示器的多个像素，并使该观看者的另一只眼睛可以看到该显示器的一些其它像素。通过对每只眼睛可以看到的显示器的像素进行隔离，两个视场的立体影像可以呈现在显示器上。呈现给每只眼睛的单独视场通常用于使观看者感知三维图像。

当前的立体显示器投射约几厘米的感知深度。也就是说，大多数自动立体显示器将不超过约1-2厘米的一部分图像投射到显示器前面，将不超过约1-2厘米的一部分图像投射到显示器后面。某些自动立体显示器据称可以投射的感知深度达一英尺，即约30厘米。然而，这种显示器受到光学像差困扰，比如除了投射到显示器的表面附近的项目以外的不良聚焦。

投射更大深度的其中一个主要困难是透镜阵列中的光学假象，透镜阵列通常用于选择可以被人类观看者的每只眼睛观看到的不同视场。这样的一个效果是图像的给定部分可以在两个或多个地方被看到，比如在透镜阵列的两个或多个透镜体内。其它效果包括具有非常短的投射距离(比如仅几厘米)的、通常不易被察觉到的光学像差。

因此，需要一种自动立体显示器，其中可以实现明显更大的投射感知深度，同时没有不期望的缺陷。

发明内容

根据本发明，通过观察期望的投射深度和自动立体显示器的设计之间的关系，包括透镜阵列的透镜体的焦距以及多个视图，自动立体显示器提供了极其深的投射区域，比如似乎具有1米或以上的深度。对于视差屏障自动立体显示器，焦距是视差屏障和具有多个视图的下置显示器之间的距离。

对于具有指定的透镜焦距和视图数目的给定自动立体显示器，该关系指出了发生透镜串扰的投射深度。在一些配置中，近似法可以用于简化该关系，使得投射深度直接与焦距和视图数目的乘积相关联。

自动立体显示器配置通常指定了视图选择器(比如透镜阵列)，其具有的焦距远大于传统的自动立体显示器视图选择器中看到的典型焦距。透镜阵列的透镜体中的这种长焦距的其中一个挑战是多个光学像差变得显而易见和不确定。

为了减少这些光学像差，透镜阵列的透镜体包括半月-圆柱体透镜，以提供更平的视场。

其结果是，自动立体显示器的投射深度远远超越传统的自动立体显示器的投射深度，并同时依然能避免诸如透镜串扰和视场弯曲的影响。

附图说明

图1示出了根据本发明并结合人类观看者的一种自动立体显示器，并示出了一个三维区域的平面图，在该三维区域内，自动立体显示器可以投射显示器上显示的元素。

图2示出了图1的自动立体显示器和观看者，并示出了显示器后面的图像元素的投射。

图3示出了图1的自动立体显示器和观看者，并示出了显示器前面的图像元素的投射。

图4示出了图1的自动立体显示器和观看者，并示出了根据本发明而实现的减小的视场曲率。

图5、6和7均为根据本发明图1的透镜阵列的相应实施例的透镜体的截面视图。

具体实施方式

根据本发明，投射区域120(其中，自动立体显示器包括透镜阵列100和显示器110)的深度130(图1)显著提高到比如1米或以上，这是传统的自动立体显示器中所能看到的深度的20-30倍，通过确定深度130和自动立体显示器配置之间的关系，显示器110的一部分可以在多个位置(透镜串扰)可见。该关系建立了使透镜串扰最小化的限制性配置。对于期望深度130，一旦确定了该关系，自动立体显示器被构造成满足或超过自动立体显示器配置，以确保仅在深度130以外的投射深度处发生透镜串扰。

自动立体显示器包括透镜阵列100的各个透镜体的焦距，以及呈现在显示器110内的多个视图。选择相对较深的投射区域120，可以产生透镜阵列100的非常长的焦距以及显示器110的更多数目的视图。

本文所用的“视图”是指从特定视角呈现给观看者的图像子集。作为实例，考虑简单的自动立体显示器是有帮助的，其中人类观看者的一只眼睛可以看到每个奇数像素列，该观看者的另一只眼睛可以看到每个偶数像素列。奇数像素列将总体地代表一个视图，偶数像素列将总体地代表另一个视图。应该认识到，大多数的自动立体显示器都具有不只两个视图，而且，这种非常简单的视图仅仅用于说明“视图”是如何用于本文中。