专利名称：用于立体显示的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于立体显示的装置、尤其涉及这种装置，其为一个或多个没有附加的辅助工具、例如眼镜的观察者呈现三维可见的图像。
背景技术：
在现有技术中公开了不同的这种类型的方法和装置。
许多已公开的用于立体显示的方法和装置基于在用于图像再现的设备上对一个场景的不同视图的空间或空间-时间分割。其中，视图通常指空间上在深度上分级的层析图像(Schichtbilder)或者指从不同角度所拍摄的图像。作为用于图像再现的设备，例如液晶显示器得到越来越广泛的应用。所以例如在US 5 936 774中描述了用于在液晶显示器上自动立体显示两个至四个透视视图的方法和装置。在EP 0 791847、EP 0 783 825、JP 8 194 190中也描述了基于液晶显示器的用于自动立体显示的装置。在DE 100 03 326 C2中描述了这种类型的有利的装置。在此使用至少一个波长滤波器阵列，该波长滤波器阵列预先规定了不同像素的光的传播方向。所述像素显示场景或对象的多个视图的图像部分信息。由于预先规定的光传播方向，所以观察者的眼睛分别主要看到第一和第二视图选择，由此在观察者处产生空间印象。
虽然这些方法和装置具有一些优点，例如可能减小摩尔效应(Moiré)、适合于多个观察者以及可以避免用于立体可视的辅助工具，然而它们的缺点是亮度降低。
发明内容
本发明的任务在于，这样改进前述类型的装置，使得在3D显示时实现亮度提高。此外在本发明装置的特别的扩展方案中应该实现对通常文本的改善的可读性。
该任务在前述类型的用于立体显示场景/对象的装置中通过以下方式来解决，即在至少一个阵列上至少在一段内在预先规定的波长范围内透光的滤波器元件βpq的面积部分与所有滤波器元件βpq的总面积之比乘以由像素αij构成的栅格的每行j所显示的不同视图的平均数目n′大于1，其中该装置包括在由行j和列i构成的栅格中具有许多单个像素αij的成像设备(Bildgeber)，其中在像素αij上再现场景/对象的至少三个视图Ak(k＝1...n，n≥3)中的部分信息；一个或多个阵列，由许多单个的、被布置在行q和列p中的、作为滤波器元件βpq实施的波长和/或灰度滤波器构成，其中的一部分在预先规定的波长范围内透光，并且其余部分不透光，并且它们在观察方向上被布置在具有像素αij的成像设备的前面或/或后面，因此为从像素αij发射出的光预先规定了传播方向，其中一个像素αij与多个所分配的滤波器元件或一个滤波器元件与多个所分配的像素αij分别这样相对应，使得在可见的像素αij段的表面中心和可见的滤波器元件段的表面中心之间的连接直线对应于传播方向，其中这些传播方向在观察者所停留的观察空间内在多个分别对应于观察位置的交叉点处相交，由此观察者在每个观察位置用一只眼睛主要看到视图Ak(k＝1...n)的第一选择的部分信息，并且用另一只眼睛主要看到视图Ak(k＝1...n)的第二选择的部分信息。
通过更多的光经过滤波器元件到达观察者，可以提高亮度。
在一种优选的、可以简单制造的变型方案中，在预先规定的波长范围内透光的滤波器元件被构造为基本上对于整个可见光谱来说透光的透明滤波器。虽然滤波器元件大多数情况下被构造为直接选择的波长滤波器，然而本发明装置也可以与所有其它类型的滤波器、例如偏振滤波器或全息摄影的光学元件一起工作。
相对于常规的装置，在这些装置中3D印象保持不变，而没有可感觉到的减损，其中这样确定透明滤波器的尺寸，使得每个可见的栅格段相对于像素面积总是有多于一个像素αij是可见的。特别是在本发明的这种优选的扩展方案中情况如此，其中，对于基本上整个可见光谱的光来说最大程度可通过的滤波器元件βpq的面积部分的和与各个阵列的所有滤波器元件βpq的面积部分的和之商取这样的值，该值在商Q1＝1.1/n′和商Q2＝1.8/n′之间，因此由于滤波器元件(βpq)能传送整个可见光谱的光，所以平均每个可见的栅格段相对于像素面积始终有大约1.1至1.8个像素(αij)是可见的。然而实验已表明，即使在商大于1.8、例如2.0时，情况也如此。
在本发明的另一个扩展方案中，在平行投影到由像素αij构成的栅格上时，该段对应于至少一行j或至少一列i。在一种优选的、同样不会可感觉到地减损3D印象的扩展方案中，在至少一个所设置的由滤波器元件βpq构成的阵列的足够大的滤波器段平行投影到栅格的至少一行j或至少一列i上时，相应行j或列i的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍的面积被对于整个可见光谱来说基本上透光的滤波器元件βpq所覆盖，因此由于对于整个可见光谱来说透射光的滤波器元件βpq，所以平均每个可见的栅格段相对于像素面积始终有大约1.1至1.8个像素αij是可见的。
在本发明的另一种优选的扩展方案中设置有至少一个从阵列的一边连续延伸至相对边的第一连续透明滤波器带，以及至少一个从阵列的一边连续延伸至相对边的第二连续透明滤波器带，其中阵列上的这两个带的主传播方向不是相互平行地排列。
关于这一点，可将主传播方向理解为同一个带的两个分别位于带的相对端的透明滤波器的连接线。对于同时有多个透明滤波器位于带的一端的情况，则主传播方向是相应透明滤波器的整个面积的面积中心。
在此，优选的是所设置的连续透明滤波器带中的至少一个与由滤波器元件βpq构成的各个阵列的上、下、左或右边平行，和/或与由像素αij构成的栅格的上、下、左或右边平行。
有利的是，设置多个这种连续透明滤波器带。
在此应该说明的是，在这种情况下，即当上述的商在下限范围内、即约为1.1/n′时，本发明装置也只以两个所显示的视图Ak工作。
在另一种扩展方案中，连续透明滤波器带的至少一部分被设置成在该阵列上随机分布，只要所述的带互相平行。然而与此相对的，连续透明滤波器带的至少一部分也可以相互以周期的间隔布置在阵列上，只要所述的带互相平行，其中优选的是相应阵列的每第m行q(其中m＞1)或每第m列p(其中m＞1)形成这种连续透明滤波器带。
在一种特别的扩展方案中，在一个(但不一定是每个)这种连续透明滤波器带在观察方向上平行投影到由像素αij构成的栅格上的情况下，主要是这种像素αij至少部分地被透明滤波器覆盖，这些像素αij主要或仅仅再现同一视图Ak的部分信息。然而，多个这种像素αij也可以至少部分地被透明滤波器覆盖，这些像素αij再现至少二个不同视图Ak的部分信息。
对于所有本发明装置来说，优选地根据下列函数k=i-cij·j-n·IntegerPart[i-cij·j-1n]]]>将视图Ak(k＝1...n)中的部分信息分配给位置i，j的像素αij，其中i表示栅格的某行中的像素αij的索引，j表示栅格的某列中的像素αij的索引，而k表示应在确定的像素αij上被再现的部分信息所源于的视图Ak(k＝1...n)的连续号码。n对应于分别所使用的视图Ak(k＝1...n)的总数，并且cij是可选的系数矩阵，用于在栅格上组合或混合源于视图Ak(k＝1...n)的不同的部分信息。函数IntegerPart提供不超过置于等式中方括号内的参数的最大整数作为值。
此外，所设置的滤波器阵列的滤波器元件βpq依赖于其透明波长/其透明波长范围/其透射率λb根据下列函数b=p-dpq·q-nm·IntegerPart[p-dpq·q-1nm]]]>被组合为掩膜图像，其中p表示相应阵列的某行中的滤波器元件βpq的索引，而q表示相应阵列的某列中的滤波器元件βpq的索引。b是一个整数，它为在位置(p，q)上的滤波器元件βpq确定所规定的透明波长/透明波长范围或透射率λb之一，并且可以具有在1和bmax之间的值，其中bmax是大于1的自然数。nm是大于“零”的整数值，其优选地对应于组合图像中所显示的视图Ak的总数k，并且dpq是可选的用于改变掩膜图像的生成的掩膜系数矩阵。函数IntegerPart已经在上面定义过了。
可以为下面所描述的实施例给出相应的掩膜系数矩阵dpq或系数矩阵cij。然而为了简短起见，在此省略。
优选的是正好设置有一个由滤波器元件βpq构成的阵列，并且在法线方向上测量的所述阵列和由像素αij构成的栅格之间的距离z根据以下公式来确定
Pdsp=da±zz.]]>其中sp表示两个相邻的像素αij之间的平均水平距离。若该滤波器阵列在观察方向或法线方向上位于由像素αij构成的栅格前面，则从da减去z；若滤波器阵列位于其后，则在da上加上z。pd是观察者的平均瞳距，而da是可选的观察距离。
典型的距离z大约在1mm至25mm的范围内；然而同样可设想其它的、特别是更大的距离。
在一种有利的扩展方案中，所有设置在该阵列或这些阵列上的滤波器元件的大小相同。在这方面，滤波器或滤波器元件的面积通常可以具有几千平方微米至几平方毫米。滤波器元件或滤波器βpq具有多边形的、优选为矩形的轮廓。此外，该轮廓同样可以包括曲线。
即使对于像素αij来说，也可以设想其它形状，例如多边形或如在所谓的双域显示(Dual-Domain-Display)中的鱼骨形样式的条带。这意味着，滤波器阵列上所设置的滤波器元件βpq的数目可以与像素αij的数目有很大偏差。
对于没有设置透明滤波器带的随机布置的情况，设置在该滤波器阵列或这些滤波器阵列上的滤波器元件βpq优选地分别具有基本上周期的布置。
在另一种有利的扩展方案中，分别在像素αij上再现的部分信息的光传播方向依赖于其波长/其波长范围而被预先规定。
另一种扩展方案规定，在所设置的由滤波器元件构成的阵列中的至少一个上，在该阵列的至少一行q中直接相邻的透明滤波器与在行q-1上的数目不同于在行q+1上的直接相邻地被定位的透明滤波器邻接。通过这种方式影响在观察者移动过程中的视图过渡。
优选的是，每个所设置的滤波器阵列都被构造为静态的、在时间上不变的滤波器阵列，并且基本上相对于由像素αij构成的栅格、即成像设备被布置在固定的相对位置上。
在前述的本发明装置的另一种特别的扩展方案中，至少一个像素αij例如借助在本申请人的WO 03/024112中所描述的方法之一来再现由至少两个不同视图Ak的部分信息所混合的图像信息。
在迄今为止所描述的本发明装置中，成像设备例如可以是液晶显示器、等离子体显示器或有机发光(OLED)屏幕。然而这并不排除成像设备也可以是其它类型的设备。
此外，在特别的应用中也可能希望完全或部分地在2D和3D模式之间切换。为此，可以考虑迄今所描述的装置中的每一种，其中设置有半透明的图像显示设备、例如液晶显示器，以及恰好一个由滤波器元件构成的阵列，该阵列在观察方向上位于图像显示设备和平面照明设备之间。此外在图像显示设备和滤波器阵列之间设置有可转换的散射盘，因此在可转换的散射盘被转换为透明的第一工作方式中，为观察者产生立体印象，而在可转换的散射盘被转换为至少部分散射的第二工作方式中，由滤波器元件构成的阵列的作用最大程度地被取消，这样被散射的光能够实现图像显示设备的最大程度上均匀的照明，并且能够在该图像显示设备上以完全的分辨率可感觉地显示二维图像内容。因而，在所述的第二模式中，在散射盘被转换为散射的相应的部分面积上不再预先规定光传播方向，这样各个观察者的两只眼睛基本上看见相同的图像部分信息。有利的是，在成像设备上的相应的2D位置处也只呈现二维图像信息，即没有由多个视图组合成的图像。
此外可以设置至少一个由滤波器元件构成的阵列，用于2D-3D转换，该阵列包括至少部分地作为波长滤波器或灰度滤波器起作用的具有电致变色或光致变色结构的像素，其中该阵列在用于3D显示的第一工作方式中尤其也在使用被构造成电致变色或光致变色的像素的情况下展示出适合于立体显示的滤波器阵列结构，而在第二工作方式中，被构造成电致变色或光致变色的像素尽可能地被转换为透明的、优选地对于整个可见光谱来说基本上完全透明。
在此，不但可以设置被构造成电致变色或光致变色的波长滤波器或灰度滤波器，而且也可以设置在其透射特性方面不变的波长滤波器或灰度滤波器，其中不变的滤波器优选地被构造成对于整个可见光谱来说基本上完全透明。
以下借助附图进一步阐述本发明。
其中图1a示出了在本发明的第一扩展方案中的滤波器阵列，
图1b示意性地示出了由多个透明滤波器元件构成透明滤波器段，图1c示出了本发明装置的扩展方案的示意图，图2示出了与第一扩展方案的滤波器阵列结合用于获得立体印象的一种可能的图像组合，图3和图4示出了在基于根据图1a和图2中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图5示出了图像组合的另一个例子，图6示出了与根据图5的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，图7和图8示出了在基于根据图5和图6中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图9示出了图像组合的另一个例子，图10示出了与根据图9的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，图11和图12示出了在基于根据图9和图10中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图13a示出了本发明的另一种扩展方案中的滤波器阵列，优选地与根据图9的图像组合规则一起使用，图13b示意性地示出了由多个透明滤波器元件构成透明滤波器段，与图13a中所示的滤波器阵列等价，图14示出了在基于根据图9和图13a中所示的情况时可能的观察者的一只眼睛可见的像素或像素部分面积的例子，图15示出了本发明的另一种扩展方案中的滤波器阵列，优选地与根据图9的图像组合规则一起使用，图16示出了在基于根据图9和图15中所示的情况时可能的观察者的一只眼睛可见的像素或像素部分面积的例子，图17示出了本发明的另一种扩展方案中的滤波器阵列，优选地与根据图9的图像组合规则一起使用，图18示出了在基于根据图9和图17中所示的情况时可能的观察者的一只眼睛可见的像素或像素部分面积的例子，图19示出了图像组合的另一个例子，图20示出了与根据图19的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，图21和图22示出了在基于根据图19和图20中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图23示出了图像组合的另一个例子，图24示出了与根据图23的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，图25和图26示出了在基于根据图23和图24中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图27示出了图像组合的另一个例子，图28示出了与根据图27的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，其根据本发明装置的第三扩展方案具有水平的透明滤波器带，图29和图30示出了在基于根据图27和图28中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图31示出了图像组合的另一个例子，图32示出了与根据图31的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，其根据本发明装置的第三扩展方案具有垂直的透明滤波器带，图33和图34示出了在基于根据图31和图32中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，图35示出了另一种滤波器阵列，其能够满足本发明的第一和第二扩展方案的要求，包括R′、G′、B′滤波器以及灰度滤波器，图36示出了滤波器阵列的另一种可能的扩展方案，图37示意性地示出了由透明滤波器元件构成透明滤波器段，如在图36中所使用的那样，图38示出了在图37中所使用的滤波器元件的详细情况，图39和图40示出了在基于根据图36中所示的情况时可能的观察者两眼之一分别可见的像素或像素部分面积的例子，图41示出了具有由六个视图构成的图像组合的另一个例子，图42示出了用于与在图41中示出的图像组合一起使用的滤波器阵列，以及图43和图44示出了在基于根据图41中所示的情况时可能的观察者两眼之一分别可见的像素或像素部分面积的例子。
具体实施例方式
所有的图都不是按比例的，并且根据实际情况被放大或缩小地示出。一些图是示意性的原理概略图或者是部分示图。
图1a作为一部分示出了本发明装置的第一扩展方案中的滤波器阵列。该滤波器阵列由多个波长滤波器构成。在此只设置了对于可见光谱来说基本上透明的以及不透明的滤波器或滤波器元件。如在图1b中可见到的那样，由图1a已知的滤波器阵列的透明滤波器段由多个透明滤波器元件组成。在此，只要使用在全色像素大小为0.3mm×0.3mm时分辨率为1024×768像点的LG类型的15.1″液晶显示器作为由像素构成的栅格，则在图1b中(最小的)透明滤波器元件的大小大约为宽0.0997151mm和高0.2991453mm。因此，固有地给出图1a中可见到的所组合成的透明滤波器段的尺寸。滤波器阵列具有大约与液晶显示器或一般来说成像设备的有效图像面积相同的面积延伸。
以下参考图1c，其中示意性示出的观察者眼睛3朝滤波器阵列2看。若现在所示出的滤波器阵列2如在图1c中所示的那样被布置在由像素αij的行j和列i构成的栅格1之前，则本发明装置在这样的扩展方案中被实现，在该扩展方案中，对于基本上整个可见光谱的光来说最大程度地可通过的滤波器元件βpq的面积部分之和与各个阵列的所有滤波器元件βpq的面积部分之和的商取这样的值，该值位于商Q 1＝1.1/n′与商Q2＝1.8/n′之间，因此由于整个可见光谱的光能透射的滤波器元件βpq，所以平均每个可见的栅格段相对于像素面积始终有大约1.1至1.8个像素αij是可见的。在预先规定的波长范围内透光的滤波器元件被构造为透明滤波器。
为此，在由像素构成的栅格上应用由四个视图根据在图2中示出的图像组合规则而组合成的图像。列R、G、B在此以及在其它的图中表示红色、绿色和蓝色子像素列(或必要时也表示子像素行)。因此，在这种情况下，在栅格的每行i的像素αij上显示的不同视图n′的平均数目为n′＝4。
若现在例如根据图1b选择其栅格在此可识别的最小滤波器元件的12×12区域，则在(所设置的)阵列上对于基本上整个可见光谱的光来说最大程度地可通过的滤波器元件βpq的面积部分之和与所有滤波器元件βpq的面积部分之和的商为值48/144＝1/3。在n′＝4的情况下，所述的商为1/3，如所要求的那样位于商Q1＝1.1/n′＝0.275与商Q2＝1.8/n′＝0.45之间。
图3和图4示出了在基于根据图1a和图2的情况时可能的观察者双眼可见的像素或像素面积部分的例子。其中可见，由于对于整个可见光谱来说能透射的滤波器元件βpq、即透明滤波器，平均每个可见的栅格段相对于像素面积始终大约有1.1至1.8个像素αij是可见的，在此更确切地说大约有1.33个像素αij是可见的。例如还有右边相邻的像素中的大约0.33个可见的像素(相对于像素面积)邻接图3中在位置(1，1)处的左上方的可见的像素。
由于在此存在的视见状况(Sichtverhaeltnisse)(见图3)，观察者例如看见由k＝1，2，3的视图Ak构成的选择，所述视图的可见的面积部分彼此的比率为3∶8∶1。视见状况例如在图4中示出的观察者的另一只眼睛将例如看见由k＝3，4，1的视图Ak构成的选择，所述视图的可见的面积部分彼此的比率为3∶8∶1。
在此要说明的是，由于在本发明装置情况下的视见状况，2D文本可读性相对于现有技术中的3D装置和方法被进一步改善。
图5示出了图像组合的另一个例子，特别适合于可移动使用的显示器、诸如PDA(个人数字助理)或移动电话的显示器。从图6中可以看到与根据图5的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，借助该滤波器阵列可以实现这样一种扩展方案，在这种扩展方案中，在至少一个所设置的由滤波器元件βpq构成的阵列的足够大的滤波器段平行投影到栅格的至少一行j或至少一列i上时，相应行j或列i的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍面积由对于整个可见光谱来说基本上透光的滤波器元件βpq所覆盖，因此由于整个可见光谱的光能透射的滤波器元件βpq，所以平均每个可见的栅格段相对于像素面积始终大约有1.1至1.8个像素αij是可见的。在预先规定的范围内透光的滤波器元件同样被构造为透明滤波器。
参考图5，在栅格的每行i的像素αij上显示的不同视图的平均数目在此同样还是n′＝4。
而图7和图8示出了在基于根据图5和图6的情况时或参照根据图1c的相对布置可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子，最先被提到的图也可以被考虑用于说明所要求的特征。
只要滤波器阵列和由像素构成的栅格之间的距离z不是太大，即相对于所选择的观察者眼睛3的观察距离da大约小于百分之一，则图7和图8大约示出了滤波器阵列到由像素αij构成的栅格上的大致平行的投影。
若在图7或图8中观察由滤波器元件构成的阵列的分别所示出的滤波器段(该滤波器段被视为足够大)到由像素αij构成的栅格的列i＝1上的(准)平行投影，则可以看出，列i的面积的大约三分之一由透明滤波器覆盖。由此满足了相应列i的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍面积被透明滤波器覆盖的要求，因为有1.1/4＜1/3＜1.8/4。
因此，由于所述的透明滤波器元件βpq，平均每个可见的栅格段相对于像素面积始终大约有1.1至1.8个、在此更确切地说大约有1.33个像素αij是可见的。
也可以类似地针对行进行观察。
作为根据图5的图像组合中的特点，要说明的是，涉及RGB色子像素行，而不是如在许多LCD屏幕中那样涉及RGB色子像素列。这种图像结构例如在Compaq iPAQ 3600袖珍电脑类型的PDA(个人数字助理)中存在；所述的PDA类型因此与前面所描述的应用结合而极好地适合于3D显示。在此，滤波器尺寸(对应于图6中虚线表示的矩形)例如为0.319607mm宽并且0.079922mm高。
在刚才提及的扩展方案的意义上，以下列举另外一个例子图9示出了图像组合的另一个例子，而图10示出了与根据图9的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列。在此也满足对本发明装置的特征要求，如可以容易地证明。在此，例如考虑型号Pioneer PDP503MXE的等离子体显示器作为由像素αij构成的栅格。在此，滤波器尺寸(对应于图10中虚线表示的矩形)例如为0.379646mm宽并且0.80442478mm高。
最后图11和图12示出了在基于根据图9和图10中所示的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子。
在图13a中示出了在本发明意义上的滤波器阵列的另一个例子。该滤波器阵列优选地与根据图9的图像组合规则一起使用。为了更好地理解，图13b示意性地示出了由多个透明滤波器或滤波器元件构成透明滤波器段。图13b中的滤波器阵列与图13a的滤波器阵列等价。对此，图14示出了在基于根据图9和图13a中所示的情况时观察者的一只眼睛可见的像素或像素部分面积的例子。
在根据图13a或图13b的滤波器阵列中此外还实现了以下情况，即在所设置的由滤波器元件构成的阵列中的至少一个上，在阵列的至少一行q中直接相邻的透明滤波器与在行q-1上的数目不同于在行q+1上的直接相邻地被定位的透明滤波器邻接。例如在图13b中的行q＝8中可以看出，所示的直接相邻的四个透明滤波器与行q+1＝9的四个直接相邻的透明滤波器邻接，而它们只与行q-1＝7的四个直接相邻的透明滤波器中的一个透明滤波器邻接。
此外在图15中示出了在本发明意义上的一个示例性的滤波器阵列。该滤波器阵列同样优选地与根据图9的图像组合规则一起使用。
图16示出了在基于根据图9和图15的情况时观察者的一只眼睛可见的像素或像素部分面积的例子。
在根据图15的滤波器阵列中此外同样还实现了以下情况，即在所设置的由波长滤波器或灰度滤波器构成的阵列中的至少一个上，在阵列的至少一行q中，直接相邻的透明滤波器与在行q-1上的数目不同于在行q+1上的直接相邻地被定位的透明滤波器邻接。
图17示出了本发明的另一种扩展方案中的滤波器阵列，优选地与根据图9的图像组合规则一起使用，而图18示出了在基于根据图9和图17的情况时可能的、观察者的一只眼睛可见的像素或像素部分面积的例子。
在图19中可以见到图像组合的另一个例子，而在图20中可以见到根据本发明的、与根据图19的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列。图21和图22示出了在基于根据图19和图20的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子。在此示出了8个视图，它们也分别在每行中被示出。作出对此的替代方案，在此例如也可以示出40个视图，其中每行优选地分别只使用8个不同的视图(例如1，6，11，16，21，26，31，36)。上面详细描述的每行显示的视图n′的数目因此在此也是n′＝8。
在图23至图26中说明了本发明的扩展方案的另一个例子。
图23示出了图像组合的另一个例子，图24示出了与根据图23的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，而图25和图26示出了在基于根据图23和图24的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子。在此也再次将8个视图用于立体显示。
在本发明装置的第三种变型方案中，设置有至少一个从阵列的一边连续延伸至相对边的第一连续透明滤波器带，以及至少一个从阵列的一边连续延伸至相对边的第二连续透明滤波器带，其中在阵列上的这两个带的主传播方向不是相互平行地排列，这种变型方案在其他的图中被详细地说明。
为此，图27示出了图像组合的另一个例子，而图28示出了根据本发明装置的该扩展方案具有水平的透明滤波器带的、与该图像组合匹配的滤波器阵列。图29和图30示出了在基于根据图27和图28的情况时可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子。
如从图28中可见到的那样，在此示例性地设置了水平的透明滤波器带。与此相对地，还设置有其它的(阶梯形的、倾斜的)、分别从滤波器阵列的下边延伸至上边的带，因此水平带和倾斜带的主传播方向不会互相平行。在实践中，滤波器阵列包括多得多的滤波器元件；在此为了清楚起见只示出了滤波器阵列的(任意截取的)一部分。因此有利地特别设置多个这种连续透明滤波器带。如在图28中所示的那样，有利地是，一些或所有连续的(水平的)透明滤波器带相互以周期的间隔布置在阵列上。在此，例如阵列的每第四行q(即m＝4)示例地形成这种连续的水平的透明滤波器带。
如图29所示，在该例子中，在一个(但不一定是每个)这种连续的(水平的)透明滤波器带在观察方向上平行投影到由像素αij构成的栅格上时，这样的像素αij主要由透明滤波器至少部分地覆盖，这些像素在这种情况下仅仅再现同一个视图Ak的部分信息。
以下给出在本发明装置的刚才提及的扩展方案的范围内的另一个扩展方案例子。图31示出了图像组合的相应的例子，图32示出了对此非常适合的、其中具有垂直的透明滤波器带的滤波器阵列，以及图33和图34示出了可能的观察者两眼可见的像素或像素部分面积的例子。
如在图32中可以见到的那样，在此一方面设置有倾斜的连续的透明滤波器带，另一方面设置有垂直的连续的透明滤波器带。如图33所示，在该例子中，在一个(但不一定是每个)这种连续的(垂直的)透明滤波器带在观察方向上平行投影到由像素αij构成的栅格上时，这样的像素αij主要由透明滤波器至少部分地覆盖，这些像素在这种情况下主要再现同一个视图Ak的部分信息。
图34大致对应于略微移动的斜视图，并且不对应于在观察方向(其严格地说位于与由像素构成的栅格的中垂线平行的方向上)上的平行投影，而更确切地说对应于在倾斜方向上的平行投影。
然而与前述的实施例相反，也可以设想这样构成图像组合规则，使得在一个(但不一定是每个)这种连续的透明滤波器带在观察方向上平行投影到由像素αij构成的栅格上时，多个这种像素αij由透明滤波器至少部分地覆盖，这些像素再现至少两个不同视图Ak的部分信息。在此，可设想相应的至少两个视图Ak的不同变型方案例如也可以使用多于所要求的两个视图，例如n或n-1个视图。如前面所描述的在平行投影时由透明滤波器至少部分地覆盖的像素的图像组合结构也可以是由多个视图的图像部分信息构成的随机结构，而不是如迄今为止、如在图9中介绍的周期性的结构。对于获得3D印象来说决定性的是，各个观察者以他的眼睛分别看到视图的不同选择、即视图混合。
此外，在前述的本发明装置的扩展方案中，透明滤波器带的宽带可以变化。特别是在上面详细说明的“倾斜”带的情况下，每行的透明滤波器段的宽度也可以这样来选择，使得阵列上的透明滤波器的总面积与阵列上的所有滤波器元件的总面积之商小于1.1/n′或大于1.8/n′。
图35示出了另一种滤波器阵列，它能够满足开头所描述的本发明的扩展方案的要求，补充了R′、G′、B′滤波器并且补充了灰度滤波器。在此，用R′表示红色波长滤波器，用G′表示绿色波长滤波器以及用B′表示蓝色波长滤波器。各个滤波器元件只覆盖外形轮廓的面积部分。用L2表示灰度滤波器，它被构造为用于不依赖于波长而衰减50％的光强度的中性滤波器。当如在根据本发明表征的特征方面说到对于基本上整个可见光谱的光来说最大程度或基本上可通过的滤波器元件时，灰度滤波器和R′、G′或B′滤波器不被考虑。也就是说，R′、G′、B′滤波器只在相应的红色、绿色或蓝色波长范围内透光，并且L2滤波器显著地衰减光强度，因此在此不能说“最大程度可通过”或“基本上”。
在图36中示出了根据开头所描述的扩展方案的滤波器阵列的另一种扩展方案。在上述例子中，滤波器元件βpq的朝前方对着观察者的表面分别具有规则矩形的形状，而在该情况下使用多个不同形状的滤波器元件βpq，因此例如以透明滤波器覆盖的倾斜的条带具有基本上光滑的边缘。这一点可以借助图37和38来解释清楚。图37示出了阵列作为栅格结构，在该阵列上布置有滤波器元件βpq。在图38中并排示出了所使用的单个滤波器元件。分配或组合掩膜图像可以类似地以上面所描述的b的公式来确定，其中然而现在将图38中所示出的形状之一与b的每个值相关联。在图39和图40中示出了分别针对观察者眼睛3的左眼或右眼的例子，即该眼睛从预先规定的观察者位置出发看到哪些像素和哪些视图。此外，也可以不是倾斜地、而是垂直地布置条带。即使在这个例子以及以下的例子中，对于基本上整个可见光谱上的光来说最大程度可通过的滤波器元件βpq的面积部分之和与所有滤波器元件βpq的面积部分之和的商也处于1.1与1.8之间。
在图41-44中描述了根据开头提及的实施例的最后一个例子。在图41中示出了具有六个视图(n′＝6)的图像组合；然而具有更多或更少的视图的组合也是可能的。图42示出了与根据图41的图像组合规则结合而非常适合于立体显示的滤波器阵列，图43和图44示例地示出了从预先规定的观察者位置出发用观察者眼睛3的左眼或右眼看到哪些像素和哪些视图。
在图42中用虚线画出了一个透明滤波器的尺寸。其宽度大约对应于一个像素αij的宽度，例如为像素的宽度的99.86％。此外透明滤波器大约为1.5倍高；例如高度为像素αij的高度的149.8％。这种比例关系例如在一些18.1英寸的液晶显示器中出现在这些液晶显示器中像素的平均宽度为0.28047mm，并且平均高度为0.09349mm。于是透明滤波器元件大约为0.420146mm高和0.093366mm宽。
若只是以如图42中所示高度的一半来实施滤波器阵列中的单个透明滤波器，那么也可以根据上面的等式通过用于确定掩膜图像的等式来实现结构化。
本发明相对于现有技术提供了在3D显示时提高图像亮度的优点。由此同时保证了在本发明装置上改善的文本可读性。
权利要求
1.用于场景/对象的立体显示的装置，其包括-成像设备，其在由行(j)和列(i)构成的栅格中具有多个单个像素(αij)，其中在所述像素(αij)上再现所述场景/对象的至少三个视图(Ak)(k＝1...n，n≥3)中的部分信息，-一个或多个由多个单个波长滤波器和/或灰度滤波器构成的阵列，所述波长滤波器和/或灰度滤波器被布置在行(q)和列(p)中并且作为滤波器元件(βpq)被实施，其中的一部分在预先规定的波长范围内透光，并且其余部分不透光，并且所述阵列在观察方向上被布置在具有像素(αij)的所述成像设备的前面和/或后面，以致为从所述像素(αij)发射出的光预先规定传播方向，其中一个像素(αij)与多个所分配的滤波器元件(βpq)或一个滤波器元件(βpq)与多个所分配的像素(αij)分别这样相对应，使得在所述像素(αij)的可见段的面积中心和所述滤波器元件(βpq)的可见段的面积中心之间的连接直线分别对应于传播方向，其中所述传播方向在观察者所停留的观察空间内在多个分别对应于观察位置的交叉点处相交，由此观察者从每个观察位置出发用一只眼睛主要看到视图(Ak)(k＝1...n)的第一选择的部分信息，并且用另一只眼睛主要看到视图(Ak)(k＝1...n)的第二选择的部分信息，其特征在于，-在所述阵列中的至少一个上，至少在一段内，在预先规定的波长范围内透光的滤波器元件(βpq)的面积部分与所有滤波器元件(βpq)的总面积之比乘以由像素(αij)构成的栅格的每行(j)所显示的不同视图的平均数目(n′)大于1。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，在预先规定的波长范围内透光的滤波器元件(βpq)被构造为基本上对于整个可见光谱来说透光的透明滤波器。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，这样确定在预先规定的波长范围内透光的滤波器元件(βpq)的尺寸，使得每个可见的栅格段相对于像素面积总是有多于一个像素(αij)是可见的。
4.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，对于基本上整个可见光谱的光来说最大程度可通过的滤波器元件(βpq)的面积部分的和与各个阵列的所有滤波器元件(βpq)的面积部分的和之商取位于商Q1＝1.1/n′和商Q2＝1.8/n′之间的值，以致由于对于整个可见光谱来说透射光的滤波器元件(βpq)，平均每个可见的栅格段相对于像素面积总是大约有1.1至1.8个像素(αij)是可见的。
5.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，所述段在平行投影到由像素(αij)构成的栅格上时对应于至少一行(j)或至少一列(i)。
6.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，在至少一个所设置的由滤波器元件(βpq)构成的阵列的足够大的滤波器段平行投影到所述栅格的至少一行(j)或至少一列(i)上时，相应行(j)或列(i)的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍面积由对于整个可见光谱来说基本上透光的滤波器元件(βpq)所覆盖，以致由于对于整个可见光谱来说透射光的滤波器元件(βpq)，平均每个可见的栅格段相对于像素面积总是大约有1.1至1.8个像素(αij)是可见的。
7.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，设置有至少一个从所述阵列的一边连续延伸至相对边的第一连续透明滤波器带、以及至少一个从所述阵列的一边连续延伸至相对边的第二连续透明滤波器带，其中在所述阵列上的这两个带的主传播方向不是相互平行地排列。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所设置的连续透明滤波器带中的至少一个与由波长滤波器或灰度滤波器构成的各个阵列的上、下、左或右边平行，和/或与由像素(αij)构成的栅格的上、下、左或右边平行。
9.根据权利要求7或8的装置，其特征在于，设置有多个这样的连续透明滤波器带。
10.根据权利要求7至9之一的装置，其特征在于，只要所述连续透明滤波器带互相平行，就将所述带的至少一部分布置成在所述阵列上随机分布。
11.根据权利要求7至9之一的装置，其特征在于，只要所述连续透明滤波器带互相平行，就将所述带的至少一部分相互以周期的间隔布置在所述阵列上，其中优选的是相应阵列的每第m行(q)(其中m＞1)形成一个这样的连续透明滤波器带。
12.根据权利要求7至11之一的装置，其特征在于，在一个、但不一定是每个这样的连续透明滤波器带在观察方向上平行投影到由像素(αij)构成的栅格上时，这样的像素(αij)主要由透明滤波器至少部分地覆盖，这些像素(αij)大部分或仅仅再现同一个视图(Ak)的部分信息。
13.根据权利要求7至11之一的装置，其特征在于，在一个、但不一定是每个这样的连续透明滤波器带在观察方向上平行投影到由像素(αij)构成的栅格上时，多个这样的像素(αij)由透明滤波器至少部分地覆盖，这些像素再现至少两个不同视图(Ak)的部分信息。
14.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，按照下列函数k=i-cij·j-n·IntegerPart[i-cij·j-1n]]]>将来自所述视图(Ak)(k＝1...n)的部分信息分配给位置(i，j)的像素(αij)，其中-(i)表示在所述栅格的某行中的像素(αij)的索引，-(j)表示在所述栅格的某列中的像素(αij)的索引，-(k)表示所述部分信息所源于的视图Ak(k＝1...n)的连续号码，这些部分信息应该在确定的像素(αij)上被再现，-(n)是分别所使用的视图(Ak)(k＝1...n)的总数，-(cij)是可选的用于在所述栅格上组合或混合源于所述视图(Ak)(k＝1...n)的不同部分信息的系数矩阵，以及-IntegerPart是用于产生不超过置于方括号内的参数的最大整数的函数。
15.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，针对所设置的滤波器阵列，将所述滤波器元件(βpq)根据其透明波长/其透明波长范围/其透射率(λb)按照下列函数b=p-dpq·q-nm·IntegerPart[p-dpq·q-1nm]]]>组合成掩膜图像，其中-(p)表示在相应阵列的某行中的滤波器元件(βpq)的索引，-(q)表示在相应阵列的某列中的滤波器元件(βpq)的索引，-(b)是一个整数，其为在位置(p，q)上的波长滤波器或灰度滤波器(βpq)确定预先规定的透明波长/透明波长范围或透射率(λb)之一，并且可以具有在1和(bmax)之间的值，其中自然数bmax＞1，-(nm)是一个大于“零”的整数值，其优选地对应于在组合图像中所显示的视图(Ak)的总数(k)，-(dpq)是可选的用于改变掩膜图像的产生的掩膜系数矩阵，以及-IntegerPart是用于产生不超过置于方括号内的参数的最大整数的函数。
16.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，正好设置有一个由滤波器元件(βpq)构成的阵列，并且在法线方向上测量的所述阵列和由像素(αij)构成的栅格之间的距离(z)按照以下公式来确定pdsp=da±zz,]]>其中-(sp)表示两个相邻像素(αij)之间的平均水平距离，-(pd)表示观察者的平均瞳距，以及-da表示可选的观察距离。
17.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，所有设置在所述一个或多个滤波器阵列上的滤波器元件大小相同。
18.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，设置在所述一个或多个滤波器阵列上的滤波器元件分别具有基本上周期的布置。
19.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，分别在所述像素(αij)上再现的部分信息的光传播方向根据其波长/其波长范围而预先规定。
20.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，在所设置的由滤波器元件(βpq)构成的阵列中的至少一个上，在所述阵列的至少一行(q)中直接相邻的透明滤波器与在行(q-1)上的数目不同于在行(q+1)上的直接相邻地被定位的透明滤波器邻接。
21.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，所设置的滤波器阵列中的每一个都被构造为静态的、在时间上不变的滤波器阵列，并且基本上相对于由像素(αij)构成的栅格、即所述成像设备被布置在固定的相对位置上。
22.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，至少一个像素(αij)再现由至少两个不同视图(Ak)的部分信息所混合的图像信息。
23.根据前述权利要求之一的装置，其特征在于，所述成像设备是液晶显示器、等离子体显示器或OLED屏幕。
24.根据前述权利要求之一的装置，其中设置有半透明的图像显示设备、例如液晶显示器、以及恰好一个由滤波器元件(βpq)构成的阵列，所述阵列在观察方向上位于所述图像显示设备和平面照明设备之间，并且其中此外在所述图像显示设备和所述滤波器阵列之间设置有可转换的散射盘，以致在所述可转换的散射盘被转换为透明的第一工作方式中，为观察者产生立体印象，而在所述可转换的散射盘被转换为至少部分地散射的第二工作方式中，由滤波器元件(βpq)构成的阵列的作用最大程度地被取消，以致被散射的光能够实现所述图像显示设备的最大程度上均匀的照明，并且能够在所述图像显示设备上以完全的分辨率可感觉地显示二维图像内容。
25.根据权利要求1至23之一的装置，其中设置有至少一个由滤波器元件(βpq)构成的阵列，所述阵列包括至少部分地作为波长滤波器或灰度滤波器起作用的具有电致变色或光致变色的结构的像素，其中所述阵列在用于3D显示的第一工作方式中尤其也在使用被构造为电致变色或光致变色的像素的情况下展示出适合于立体显示的滤波器阵列结构，而在第二工作方式中，将被构造为电致变色或光致变色的像素转换为尽可能地透明、优选地对于整个可见光谱来说基本上完全透明。
26.根据权利要求25的装置，其特征在于，不但设置有被构造为电致变色或光致变色的波长滤波器或灰度滤波器，而且也设置有在透射特性方面不变的波长滤波器或灰度滤波器，其中所述的在透射特性方面不变的滤波器优选地被构造成对于整个可见光谱来说基本上完全透明。
全文摘要
本发明涉及用于立体显示的装置，特别是涉及这种装置，该装置借助波长滤波器阵列或灰度滤波器阵列为一个或多个没有附加的辅助工具、例如眼镜的观察者呈现三维可见的图像。在这种装置中，通过根据本发明在滤波器阵列上布置透明滤波器来实现在3D显示时的亮度提高。
文档编号H04N13/00GK1754392SQ200480005212
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月25日 优先权日2003年2月26日
发明者W·茨肖普, T·布吕格尔特, I·雷尔克, S·奥特, M·克利普施泰因 申请人:X3D科技有限责任公司