3d显示器的带宽改善的制作方法

3d显示器的带宽改善的制作方法
【专利摘要】本发明涉及3D显示器的带宽改善。提供一种自动立体显示器设备，包括中心构造单元，在所述设备的操作期间，所述中心构造单元配置为设定以下参数的至少其中之一：所显示图像的位深度；观察者经历连续视差的视角范围；3D图像的表观深度；所显示图像的空间分辨率；所显示图像的闪烁率；以及所显示图像的动画速度；该自动立体显示器设备还包括可转换缝隙阵列和屏幕，其中，所述屏幕包括不对称光学散射体，以使多个图像以不同的入射角投射在所述屏幕上，使得根据散射体的观察角度，在所述散射体上观察到不同的图像。还提供操作自动立体显示器设备的方法。本发明能够改善自动立体显示器的带宽。
【专利说明】3D显示器的带宽改善
[0001]本申请是申请号为200780023095.7(分案申请的申请号为201110081768.2)、申请日为2007年4月19日、发明名称为“3D显示器的带宽改善”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种自动立体显示器设备。本发明还涉及一种操作自动立体显示器的方法。
【背景技术】
[0003]产生3D图像的公知方法是让观察者用每只眼睛观看景物的不同透视图。这样做的一种方式是在屏幕上显示两个不同偏振的图像，然后让观察者每只眼睛戴上相应的偏振滤光片。
[0004]可以用缝隙(aperture)或狭缝(slit)阵列结合二维(2D)显示器来显示3D图像，实现自动立体显示器或者三维(3D)显示器。该装置的原理是，通过狭缝阵列观看2D图像时，狭缝阵列离屏幕有一定距离，然后观察者用每只眼睛观看到2D图像的不同部分。如果在2D显示器上提供并显示适当的图像，就可以向观察者的每只眼睛显示不同的透视图像，而不必让他们每只眼睛都戴上滤光片。
[0005]大部分3D显示器技术中控制质量的一个重要参数是带宽，其定义是3D显示器所显示的数据量。要在宽视区中获得高分辨率的大景深(depth)，常常需要大带宽。
[0006]本发明实施例提供的方法中，可以克服自动立体显示器设备的带宽限制，从而可显示高分辨率的3D图像。
[0007]这里所公开的发明可以在PCT申请PCT/IB2005/001480所述的扫描狭缝时间复用系统中实现。但是，该发明也可以结合其它显示系统使用。
[0008]扫描狭缝系统通过在显示器前不同的位置高速显示不同的图片，来产生3D效果。这是通过将高帧率2D显示器结合快门(shutter)来实现的。快门与显示器同步，并确保2D显示器的不同部分只有在特定位置才看得见。图1中左边的图像显示通过窄狭缝观看的观察者怎样看到两个完全不同的区域，每只眼睛一个。为了通过这种简单的狭缝系统产生3D显示，狭缝必须足够快地横向移动，使观察者将扫描快门看作透光窗户。如果所有的狭缝更新足够快，快到被看作是不闪烁的，那么观察者就能从任何位置看到基础(underlying) 2D显示器的全部分辨率。2D显示器显示出与快门中狭缝的打开同步的不同图像，如图1中右边的图像所示。

【发明内容】

[0009]本发明实施例涉及改善自动立体显示器带宽的领域。带宽可看作自动立体显示器在规定时间期间内能显示的图像信息量。自动立体显示器可用于显示经动画处理的3D图像或3D视频。3D动画可以由计算机产生，通过这种方式，根据与经动画处理的景物相关的基本3D数据，可以轻易地表现动画每个帧的透视图。[0010]如果每秒至少显示24帧，则观察者感到动画平滑。但是如果以这个速度刷新屏幕，则观察者感到闪烁。将屏幕上显示的图像以高于动画速度(animation rate)的较高屏幕刷新率进行刷新，就能克服这个问题。例如，电影投影仪显示每个动画帧两次，因此屏幕刷新率是每秒48次。
[0011]自动立体显示器使用可转换缝隙阵列(switchable aperture array)或者快门阵列。可转换缝隙阵列是可转换狭缝组成的阵列。可转换缝隙可以是电光的，可使用液晶。从原理上来说，该阵列的第一可转换缝隙打开，在它后面显示正确表现的图像。因此观察者每只眼睛看到图像的不同部分，每一部分是不同视图的一部分。第一可转换缝隙关闭后第二可转换缝隙打开，从而重复该过程。实际上，一次打开多个缝隙。多个缝隙(每个缝隙相互在空间上分离)同时打开，每个缝隙后面屏幕区域上显示适当的图像部分。当缝隙或一组缝隙打开时屏幕上显示的2D图像是子帧。缝隙组的最小数量由所需的3D图像质量确定。缝隙组的数量确定显示器刷新时间内必须显示的子帧数量。
[0012]继续电影投影的实例，其中显示器刷新时间为I秒的l/48th。如果由8组缝隙，则每个刷新帧显示8个子帧。这要求子帧的显示时间为I秒的l/384th，或者大约是2.6毫秒。
[0013]2D显示器中可使用时间复用显示器，例如数字微镜装置(DMD)。DMD通常使用固定强度的光源，并控制照亮帧中每个像素的时间量。这个时间期间被观察者视作亮度，照亮像素的时间越长，就感到像素越亮。时间复用显示器有屏幕上可照亮像素的最小时间期间。这对于屏幕上可显示的图像的位深度形成限制，进而对自动立体显示器形成限制。
[0014]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括步骤:在所述屏幕上显示图像的一部分并持续第一时间期间；以及利用所述可转换缝隙阵列来限制为第二时间期间，所述第二时间期间内所述图像的一部分全部或部分可见；其中，所述第二时间期间小于所述第一时间期间。
[0015]所述第一时间期间可以是在所述屏幕上显示像素的最小时间期间。可以利用恒定强度的光源将所述屏幕时间复用。所述屏幕可以被时间复用并显示恒定强度的像素。
[0016]有一组像素，相同的缝隙为这组像素限制可见的图像。对于被时间复用的屏幕，对这一组中的所有像素可以以相同的次序配置图像元素(位)，使得缝隙对所有像素限制相同的图像元素。
[0017]特定缝隙将限制屏幕区域可见的时间。屏幕的这个区域包括特定组的像素。对于被时间复用的屏幕，对特定组像素中的所有像素，每个像素的时间成分(或位)可配置为同阶大小，因此对特定组像素中的所有像素，缝隙进行期望数量的限制。此外，对于被时间复用的屏幕，特定组像素中的每个像素必须被确定坐标，因此当缝隙关闭时，它在适当的时间夹住所有的像素。
[0018]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括步骤:利用可转换缝隙阵列来限制屏幕上显示的图像对观察者可见的时间期间。
[0019]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括步骤:利用可转换缝隙阵列来减少对观察者而言可见的图像的强度。[0020]可转换缝隙阵列减少屏幕上显示的图像对观察者可见的时间期间的程度可变。可转换缝隙阵列将屏幕上显示的图像对观察者而言可见的时间期间减去的时间长度可变。这个时间长度可以离散量改变，以限定图像亮度的灰度级水平。
[0021 ] 根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，其中所述屏幕具有最小图像显示时间，所述方法包括步骤:利用可转换缝隙阵列将屏幕上显示的图像可见的时间量减少为低于最小图像显示时间。
[0022]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括步骤:在屏幕上显示景物特定帧第一时间期间；利用可转换缝隙阵列，允许屏幕的一部分对观察者而言可见为第二时间期间；其中:第二时间期间在第一时间期间前开始；或者第二时间期间在第一时间期间后结束；因此对于第二时间期间的一部分，刚刚在特定帧之前或者紧随特定帧之后的帧在屏幕部分上可见。
[0023]根据本发明的一个方案，提供一种操作时间复用自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述屏幕具有可变的输出亮度，所述方法包括步骤:当屏幕处于满亮度时显示帧的明亮部分，当屏幕处于较低亮度时显示帧的不明亮部分。
[0024]帧的明亮部分和帧的不明亮部分可以显示在时间的不相邻期间。可转换缝隙阵列可以同步，使得当显示帧的明亮部分和帧的不明亮部分时一组缝隙打开。可转换缝隙阵列可以同步，使得在显示帧的明亮部分和帧的不明亮部分的时期之间，一组缝隙关闭。三维图像所有子帧的明亮部分可以在时间上相邻显示。三维图像所有子帧的不明亮部分可以在时间上相邻显示。
[0025]帧的明亮部分可以是图像的最重要的位(MSB)。帧的不明亮部分可以是图像的最不重要的位(LSB)。有一个级别以上的明亮部分和一个级别以上的不明亮部分可以以不同程度的亮度全部显示。
[0026]根据本发明的一个方案，提供一种操作时间复用自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述屏幕具有可变的输出亮度，所述方法包括步骤:当屏幕处于第一亮度时显示帧的第一亮度部分，然后当屏幕处于第二亮度时显示帧的第二亮度部分。所述方法还包括:当屏幕处于一个或多个附加亮度时，显示帧的一组或多组亮度部分。第一亮度、第二亮度以及附加亮度的程度可以不同。
[0027]通过减少输入给光源的功率，可以减少屏幕的亮度。通过在光源与屏幕之间设置滤光片，可以减少屏幕的亮度。屏幕可以配置为连续显示不同的颜色。在光源与屏幕之间可以设置颜色滤光片，以允许在屏幕上显示不同的颜色。颜色滤光片可以是颜色轮的形式。可以结合颜色滤光片使用强度滤光片，以连续地显示图像每个颜色成分的明亮部分和不明亮部分。
[0028]屏幕可以同时显示图像的不同颜色成分。强度滤光片可用于连续显示图像的明亮部分和图像的不明亮部分。
[0029]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括步骤:将帧分为多个子帧。每个子帧代表帧的不同部分。每个子帧可以不同。可转换缝隙阵列被同步为使得多个缝隙打开用于每个子帧。子帧以很快的速度连续示出，使观察者感到多个子帧的总和与初始帧的图像相同。如果显示连续子帧的速度足够快的话，由于视觉的连续性，观察者就会感到多个子帧的总和。
[0030]对于打开缝隙的特定组，可显示超过一个子帧。第一子帧包含LSB，第二子帧不包含LSB。或者，第一子帧中对像素的第一选择可包含LSB，第二子帧中对像素的第二选择可包含LSB，像素的第二选择是像素的第一选择的相反选择。在棋盘图案中，像素的第一选择可包括屏幕的每个其它像素。像素选择可以是高频图案，其中有一个子帧包含图案，有一个包含相反的图案。
[0031]基本上在相同的时间(这个时间即转换时间)，第一缝隙关闭、第二缝隙打开。转换时间可以是共用时间间隔(shared time space)的开始、或者结束、或者期间内。共用时间间隔是第一时间期间与第二时间期间之间的时间期间。
[0032]在共用时间间隔内，可转换缝隙阵列可以在透光状态与不透光状态之间转换。屏幕显示图像第一部分第一时间期间的区域用于显示图像第二部分第二时间期间。共用时间间隔是第一时间期间与第二时间期间之间的时间期间。基本上在相同的时间(这个时间即转换时间)，第一缝隙关闭、第二缝隙打开。转换时间可以是共用时间的开始、或者结束、或者期间。
[0033]图像的第一部分和第二部分在时间上相邻。因此，图像的第一部分和第二部分共用相同的时间间隔，用于每个图像最低阶位的显示。或者，在第一快门与第二快门之间交替使用共用时间间隔。
[0034]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器设备的方法，所述设备包括:第一投影仪和第二投影仪，每个投影仪使用不同偏振的光线；屏幕，保持光线的偏振；以及第一偏振快门和第二偏振快门，所述方法包括步骤:选择性地转换第一偏振快门和第二偏振快门的偏振状态，从而在屏幕的特定部分向观察者选择性地显示一个投影仪的图像。
[0035]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显不器设备，包括:
[0036]第一和第二投影仪，每个投影仪使用不同偏振的光线；
[0037]屏幕，保持光线的偏振；
[0038]第一偏振快门；以及
[0039]第二偏振快门，
[0040]其中，选择性地转换第一偏振快门和第二偏振快门的偏振状态，从而在屏幕的特定部分向观察者选择性地显示一个投影仪的图像。
[0041]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显不器设备，包括:
[0042]屏幕；
[0043]第一投影仪，配置为用水平方向上的偏振光工作；
[0044]第二投影仪，配置为用垂直方向上的光工作；
[0045]第一可转换偏振阵列，配置为选择性地旋转通过它的光线的偏振方向；以及第二可转换偏振阵列，配置为选择性地旋转通过它的光线的偏振方向。
[0046]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显示器设备，包括屏幕和可转换缝隙阵列，屏幕同时显示多个图像，每个图像包括不同光束，可转换缝隙阵列的每个缝隙与干涉滤光片协同工作。每个干涉滤光片可配置为通过一个光束的光线。每个光束可以是一组不同的红、绿、蓝光频率。
[0047]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显示器设备，包括:
[0048]多个2D图像产生器，每个图像产生器使用特性不同的光线；
[0049]屏幕，保持每个2D图像产生器的光线的特性；
[0050]可转换缝隙阵列，每个缝隙包括滤光片，
[0051]其中，所述缝隙被选择性地转换，以在屏幕的特定部分向观察者选择性地显示2D图像产生器的图像。
[0052]每个2D图像产生器可以是投影仪。光线的特性可以是偏振方向。光线的特性可以是频率。光线的特性可以是光束。
[0053]缝隙阵列的每个缝隙可具有相关的透镜。透镜可放置在快门的与屏幕相同一侧，或者放置在快门的与屏幕相反一侧。缝隙阵列的每个缝隙可具有两个相关透镜，缝隙每侧一个。
[0054]缝隙阵列的每个缝隙可具有相关的全息元件。全息元件可放置在快门的与屏幕相同一侧，或者放置在快门的与屏幕相反一侧。缝隙阵列的每个缝隙可具有两个相关全息元件，缝隙每侧一个。
[0055]屏幕可包括不对称的光学散射体。多个图像可以以不同的入射角投射在屏幕上，因此根据散射体的观察角度，在散射体上观察到不同的图像。利用多个投影仪，可获得不同的入射角。利用至少一个镜子在投影仪与散射体之间产生多个光路，由单个投影仪可获得不同的入射角。
[0056]头部跟踪设备可用于监测观察者的位置，然后自动立体显示器设备所显示的图像根据检测到的用户位置表现出来。
[0057]屏幕可包括两个扩散元件，即第一扩散元件和第二扩散元件，第一扩散元件配置在第二扩散元件与缝隙阵列之间。第一扩散元件对于第二扩散元件的光线透光。第二扩散元件显示背景图像，以向自动立体显示器提供更深的场深度。
[0058]缝隙阵列在扫描缝隙之间可包括黑条纹。对于给定数量的扫描缝隙，在它们之间引入的黑条纹形成更窄的缝隙。可以通过关闭可转换缝隙阵列的第一组缝隙并且仅扫描第二组缝隙来实现黑条纹。这样能改善深度分辨率。
[0059]缝隙阵列在扫描缝隙之间可包括平均值缝隙。对于给定数量的扫描缝隙，在它们之间引入的平均值缝隙形成更窄的缝隙。可以通过在第一相邻扫描缝隙打开的时间期间结束前打开平均值缝隙，以及在第二相邻扫描缝隙打开的时间期间内关闭平均值缝隙，从而实现平均值缝隙。平均值缝隙打开的时间长度可以有一个时间中点，与第二相邻缝隙打开的时间一致。平均值缝隙打开的时间长度可以有一个时间中点，与第一相邻缝隙关闭的时间一致。
[0060]可以通过在第一相邻扫描缝隙打开的时间期间一半时(half ray)打开平均值缝隙，以及在第二相邻扫描缝隙打开的时间期间一半时关闭平均值缝隙，从而实现平均值缝隙。第一、第二相邻扫描缝隙位于平均值缝隙的相对两侧。
[0061]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器装置包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括步骤:
[0062]在屏幕上显示景物的第一帧持续第一时间期间；
[0063]打开可转换缝隙阵列的第一缝隙持续第一时间期间；
[0064]在屏幕上显示景物的第二帧持续第二时间期间；
[0065]打开可转换缝隙阵列的第二缝隙持续第二时间期间；
[0066]在第一时间期间内打开中间缝隙；以及
[0067]在第二时间期间内关闭中间缝隙，其中所述中间缝隙在第一缝隙与第二缝隙之间。
[0068]自动立体显示器设备显示三维图像作为多个子帧。每个子帧被表现为与缝隙阵列中至少一个打开的狭缝对应。子帧可包括所表现图像的多个条纹，每个条纹表现用于特定狭缝。对于每个子帧，多个空间分离的狭缝连续地打开，在每个打开的狭缝后面，在屏幕上显示所表现图像的条纹。狭缝可包括一个或多个缝隙。狭缝包括的缝隙越多，狭缝越宽。通过显示具有第一宽度的狭缝的第一组子帧和具有第二宽度的狭缝的第二组子帧，可以显示三维图像。
[0069]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显示器设备，包括中心构造单元，当操作所述设备时，所述中心构造单元配置为设定以下参数的至少其中一个:
[0070]所显示图像的位深度；
[0071]观察者经历连续视差的视角范围；
[0072]3D图像的表观(apparent)深度；
[0073]所显示图像的空间分辨率；
[0074]所显示图像的闪烁率；以及
[0075]所显示图像的动画速度。
[0076]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显不器设备，包括:
[0077]可转换缝隙阵列，其中在工作时，视差阻挡物的狭缝宽度由同时打开的相邻缝隙的数量确定；
[0078]屏幕，包括2D图像源，所述图像源能显示可变帧率，和可变像素位深度；以及
[0079]自适应表现设备(adaptive rendering apparatus),配置为根据所述自动立体显示器设备的构造，表现在所述自动立体显示器设备上显示的图像。
[0080]自动立体显示器设备具有快门阵列。第一、第二可转换缝隙阵列可形成快门阵列。快门阵列与显示器屏幕共同构成显示器设备。可提供装置改变显示器屏幕与快门阵列之间的间隔，以为了不同目的改变显示器设备的特性。该装置可以是简单的电机械装置，包括马达、蜗轮、以及显示器设备每个角部的机架。
[0081]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括:
[0082]在所述屏幕上显示图像的一部分并持续第一时间期间；以及
[0083]利用所述可转换缝隙阵列，将所述图像的一部分全部或部分可见的时间限制为第二时间期间；
[0084]其中，所述第二时间期间小于所述第一时间期间，以增加所述自动立体显示器的带宽。[0085]按照如上所述的方法，其中，所述带宽由以下因素确定:
[0086]所述屏幕的空间分辨率；
[0087]所述屏幕显示的每个像素的位深度；
[0088]包括3D帧的子帧的数量；以及
[0089]每个子帧的重复率。
[0090]按照如上所述的方法，其中，所述第一时间期间是在所述屏幕上显示像素的最小时间期间。
[0091]按照如上所述的方法，其中，利用恒定强度的光源将所述屏幕时间复用。
[0092]按照如上所述的方法，其中，所述图像的所述部分包括一组像素，并且对于所述一组像素中的所有像素，每个像素的图像元素配置为以相同的次序显示，使得所述缝隙对于所述一组像素中所有像素限制相同的图像元素。
[0093]按照如上所述的方法，其中，所述一组像素中每个像素的所述图像元素配置为以相同的次序显示。
[0094]按照如上所述的方法，其中，所述一组像素中每个像素的所述图像元素配置为以相同的时序显示。
[0095]按照如上所述的方法，其中，所述图像元素为位。
[0096]按照如上所述的方法，其中，改变时间长度，其中通过所述时间长度所述可转换缝隙阵列将所述屏幕上显示的图像对观察者可见的时间期间减少。
[0097]按照如上所述的方法，其中，以离散量改变所述时间长度，以限定图像亮度的灰度级水平，其中通过所述时间长度所述可转换缝隙阵列将所述屏幕上显示图像的时间期间减少。
[0098]按照如上所述的方法，其中，所述屏幕具有用于LSB的最小显示时间，并且所述可转换缝隙阵列减少所述LSB可见的时间量。
[0099]按照如上所述的方法，其中，所述屏幕具有用于LSB的最小显示时间，并且所述可转换缝隙阵列减少所述LSB的可见平均强度。
[0100]根据本发明的一个方案，提供一种操作时间复用自动立体显示器的方法，所述自动立体显示器包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述屏幕具有可变的输出亮度，所述方法包括:
[0101]当特定组的缝隙打开并且当所述屏幕处于第一亮度时，显示帧的第一亮度部分；以及
[0102]当所述特定组的缝隙打开并且当所述屏幕处于第二亮度时，显示所述帧的第二亮度部分。
[0103]按照如上所述的方法，其中，帧显示为多个连续的子帧，所述第一亮度部分包括第一组子帧，所述第二亮度部分包括第二组子帧。
[0104]按照如上所述的方法，还包括:当所述屏幕处于一个或多个附加亮度时，显示帧的一组或多组附加亮度部分。
[0105]按照如上所述的方法，其中，所述帧的所述第一亮度部分和所述第二亮度部分在不相邻的时间期间显示。
[0106]按照如上所述的方法，其中，所述可转换缝隙阵列被同步为使得在显示所述帧的第一亮度部分和所述帧的第二亮度部分的时间之间，一组缝隙关闭。
[0107]按照如上所述的方法，其中，所述帧的第一亮度部分连续显示。
[0108]按照如上所述的方法，其中，所述帧的第二亮度部分连续显示。
[0109]按照如上所述的方法，其中，帧的所述第一亮度部分是图像的最重要的位(MSB)。
[0110]按照如上所述的方法，其中，帧的所述第二亮度部分是图像的最不重要的位(LSB)0
[0111]按照如上所述的方法，其中，通过减少输入给光源的功率来减少所述屏幕的亮度。
[0112]按照如上所述的方法，其中，通过在所述光源与所述屏幕之间设置滤光片来减少所述屏幕的亮度。
[0113]按照如上所述的方法，其中，所述屏幕配置为顺序显示不同的颜色。
[0114]按照如上所述的方法，还包括在所述光源与所述屏幕之间设置颜色滤光片，以使不同的颜色显示在所述屏幕上。
[0115]按照如上所述的方法，其中，所述颜色滤光片是颜色轮的一部分。
[0116]按照如上所述的方法，还包括结合颜色滤光片设置强度滤光片，以顺序显示图像的每个颜色成分的明亮部分和不明亮部分。
[0117]按照如上所述的方法，其中，所述强度滤光片用于连续显示图像的所述第一亮度部分和图像的所述第二亮度部分。
[0118]按照如上所述的方法，其中，相比于亮度较高的亮度部分，亮度较低的亮度部分以较低的刷新频率显示。
[0119]按照如上所述的方法，其中，所述图像是三维图像。
[0120]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器设备的方法，所述设备包括可转换缝隙阵列和屏幕，其中:
[0121]所述可转换缝隙阵列的第一缝隙打开第一时间期间；
[0122]所述可转换缝隙阵列的第二缝隙打开第二时间期间；
[0123]共用时间间隔是所述第一时间期间与所述第二时间期间之间的时间期间；所述方法包括:
[0124]在所述共用时间间隔内关闭所述第一缝隙；以及
[0125]在所述共用时间间隔内打开所述第二缝隙。
[0126]按照如上所述的方法，其中，在基本上相同的时间以及在所述共用时间间隔的开始、结束、或者期间内，所述第一缝隙关闭且所述第二缝隙打开。
[0127]按照如上所述的方法，其中，在所述共用时间间隔期间内所述第一缝隙关闭，以减少LSB可见的时间量。
[0128]按照如上所述的方法，其中，在所述共用时间间隔结束时所述第一缝隙关闭，在所述共用时间间隔开始时所述第二缝隙打开。
[0129]按照如上所述的方法，其中，在第一时间期间显示图像的第一部分，在第二时间期间显示所述图像的第二部分，从而连续显示所述图像的第一部分和第二部分。
[0130]按照如上所述的方法，其中，图像的所述第一部分和第二部分共用所述共用时间间隔，以显示每个图像的最低阶位。
[0131]按照如上所述的方法，其中，在所述第一缝隙与所述第二缝隙之间交替使用所述共用时间间隔。
[0132]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器设备的方法，所述设备包括可转换缝隙阵列和屏幕，所述方法包括:
[0133]当特定组的缝隙打开时，将3D图像显示为多个连续显示的子帧，每个子帧显示在所述屏幕上；以及
[0134]将图像的像素显示为为特定组的缝隙显示的两个子帧的平均值。
[0135]按照如上所述的方法，其中，所述像素的所述平均值是任意两个相邻亮度水平之间的值，所述任意两个相邻亮度水平由所述自动立体显示器设备在单个子帧中显示。
[0136]按照如上所述的方法，其中，所述像素的所述平均值是高值与低值的平均，其中，用于所述特定组的缝隙的第一子帧包括用于多个像素的高值和低值的图案，用于所述特定组的缝隙的第二子帧包括所述第一子帧的反转图案。
[0137]根据本发明的一个方案，提供一种操作自动立体显示器设备的方法，所述设备包括屏幕和可转换缝隙阵列，所述方法包括显示三维图像，显示三维图像是通过显示:
[0138]为第一宽度的狭缝表现的第一组图像；以及
[0139]为第二宽度的狭缝表现的第二组图像，其中，狭缝包括一个或多个相邻的打开缝隙。
[0140]按照如上所述的方法，其中，用所述第一宽度的打开狭缝显示所述第一组图像，用所述第二宽度的打开狭缝显示所述第二组图像。
[0141]按照如上所述的方法，其中，所述方法还包括:改变所述显示器屏幕与所述缝隙阵列之间的间隔，从而为了不同目的改变所述显示器设备的特性。
[0142]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显示器设备，配置为利用根据如前所述的任何方法。
[0143]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显示器设备，包括中心构造单元，在所述设备的操作期间，所述中心构造单元配置为设定以下参数的至少其中之一:
[0144]所显示图像的位深度；
[0145]观察者经历连续视差的视角范围；
[0146]3D图像的表观深度；
[0147]所显示图像的空间分辨率；
[0148]所显示图像的闪烁率；以及
[0149]所显示图像的动画速度。
[0150]根据本发明的一个方案，提供一种自动立体显不器设备，包括:
[0151]可转换缝隙阵列，其中在工作时，视差阻挡物的狭缝宽度由同时打开的相邻缝隙的数量确定；
[0152]屏幕，包括2D图像源，所述图像源能显示可变帧率和/或可变像素位深度；以及
[0153]自适应表现设备，配置为根据所述自动立体显示器设备的构造，表现出在所述自动立体显示器设备上显示的图像。
【专利附图】

【附图说明】
[0154]下面参照附图，通过实例描述本发明的非限制性实施例，附图中:[0155]图1示出观察者通过狭缝观看屏幕；
[0156]图2示出连续子帧之间的共用时间间隔；
[0157]图3示出用于连续周期中交替子帧的共用时间间隔；
[0158]图4示出连续周期中子帧之间平等共用的共用时间间隔；
[0159]图5不出叠置的水平和垂直偏振系统；
[0160]图6示出与透镜(lenticular)相结合的快门；
[0161]图7示出传统定向散射体与定向散射体之间的比较；
[0162]图8示出适用于定向散射体的投影仪配置；
[0163]图9不出适用于定向散射体的另一配置；
[0164]图10不出包括两个散射体的配置；
[0165]图11示出奇数缝隙总是关闭的窄狭缝配置；
[0166]图12示出奇数狭缝作为平均值狭缝的操作；
[0167]图13示出扫描3D景物中的较窄空间体积的屏幕上的像素，这提供更高的分辨率；
[0168]图14示出用于两个相邻狭缝的像素的图像圆锥体；
[0169]图15示出位次序，其中所有的位以子帧持续时间中点附近的时间为中心；
[0170]图16示出中心构造单元的操作；
[0171]图17示出可获得连续视差的视区；
[0172]图18示出狭缝宽度等于两个可转换缝隙宽度的快门配置；
[0173]图19示出包括显示用于6组狭缝中每组狭缝的子帧的帧周期；
[0174]图20示出包括显示用于6组狭缝中每组狭缝的2个子帧的帧周期；以及
[0175]图21示出包括显示用于9狭缝组(狭缝宽度为11)的9个子帧以及显示用于3狭缝组(狭缝宽度为31)的3个子帧的帧周期。
【具体实施方式】
[0176]带宽改善的类型
[0177]根据应用的不同，可以以不同的方式按照优先顺序排列带宽，在这个意义上来说，3D显示器系统具有灵活性。总带宽定义为可寻址像素的总数和每个可寻址像素的颜色位数量。在上述时间复用系统中带宽是以下四个因素的组合:
[0178]1.基础显示器(underlying display)上对于单个巾贞的XY分辨率
[0179]2.每个像素的颜色位深度
[0180]3.完整的3D巾贞中提供的独特巾贞(unique frame)的数量
[0181]4.每个独特帧的重复率
[0182]对于给定的带宽，可以在上述第2、第3点之间选择优先顺序。例如，如果颜色深度减少，就可以增加独特帧的数量，给图像以更好的深度或者更大的视区。
[0183]根据显示的3D数据和观众，对于怎样按照优先顺序排列带宽，可能要做出不同的权衡。因此，能够动态地改变这种权衡的方法是有用的。通过向3D显示器系统的不同部分加入动态控制，可以实现这个方法。然后，用户可以通过软件或其它输入接口控制设置。
[0184]从用户的观点来看，可以改变的主要特性是:[0185]1.颜色或灰度级位深度
[0186]2.观察者经历连续视差的区域的大小或角度
[0187]3.图像的深度质量
[0188]4.XY (水平和垂直)空间分辨率
[0189]5.闪烁率
[0190]6.动画速度(animation rate)
[0191]实现这种灵活性的一种方式是采用中心构造单元，中心构造单元向不同的系统部件发送系统设置指令。图16示出用控制面板作为中心构造单元的一个方框图实例。该单元可以是运行所使用的3D应用的PC。它可以通过用于改变设置的独立通信信道或者通过嵌入在现有的同步和数据传输信道来发送指令。下面通过实例说明该操作。
[0192]在基本实例中显示器具有5位灰度级位深度(bit cbpth)，对于给定狭缝具有连续视差的角度是45度，以及给定的深度质量。图17中示出该设置。这是特殊设置的结果，其中:
[0193]d =快门与基础显示器平面之间的距离；
[0194]I =快门狭缝的宽度；
[0195]N =基础显示器所示独特帧的数量。在这种情况下它也可以等于同时打开的狭缝之间狭缝宽度I的狭缝数量。本实例中N = 6。
[0196]为了简化说明，限制了实例的复杂性。N可以大得多，缝隙后面的图像部分不必位于缝隙后面的中心。没有详细描述边缘效应。此外，观察者经历连续视差的实际角度不一定与对于特定狭缝或缝隙而言具有连续视差的角度相同。
[0197]用户决定将具有连续视差的区域增加到大约80度。但是，如果不折衷另一特性就不能实现这个目的。在第一实例中，如图18所示，在保持灰度级位深度的同时降低深度质量:
[0198]1.中心构造单元存储用户的输入，将视区从大约45度增加到大约80度。
[0199]2.经由I2C信道，或其它接口，中心构造单元向快门的电子控制单元发送指令。改变快门驱动次序，使两个或更多个相邻列同时转换，给出狭缝宽度1，这个宽度是它在初始状态时的宽度的两倍。获得相同效果的另一方式是向快门与基础显示器之间用于减少距离d的机构发送指令。
[0200]3.基础显示器例如投影仪，通过经由I2C的通信或者其它通信信道接收新设置。其被指令以保持相同数量的独特帧和相同的灰度级位深度。因为在更大的视区上示出相同数量的独特帧，所以将降低深度质量。基础显示器对于狭缝后面所示的图像部分的大小和坐标可要求新的指令。
[0201]4.表现引擎(rendering engine)接收新设置。它改变表现图像数据中使用的平截体(frustum)的坐标以及发送给基础显示器的图像部分的大小。本实例中图像部分的大小加倍。它也可以利用该信息改变表现方法或者其它滤光片，以将特定设置的图像质量最优化。
[0202]5.软件应用或其它内容源接收新的设置。例如，它可以利用该信息来包括景物中的更多数据，给出景物中更高的最大视角。
[0203]第二实例中视区增加，灰度级位深度减少，以维持深度质量。[0204]1.中心构造单元将用户的输入存储起来，以将视区从大约45度增加到大约80度，并减少灰度级位深度。
[0205]2.基础显示器或屏幕(例如投影仪)被指令改变它的成像次序，以将位深度从5位减少到4位。本实例中这样做允许独特帧的数量N从6加倍到12。对于狭缝后面显示的图像部分的大小和坐标，基础显示器可要求新的指令。
[0206]3.指令被发送给快门的电子控制单元。改变快门驱动次序，因此不是6组狭缝与显示器帧同步，而是12组狭缝与显示器帧同步。狭缝打开的时间减半，与基础显示器中帧的持续时间相同。狭缝宽度I保持不变。
[0207]4.表现引擎接收新的设置。作为响应，它改变表现图像数据中使用的平截体，并且发送给基础显示器的图像部分的大小加倍。
[0208]5.软件应用或其它内容源接收新的设置。例如，它可以利用该信息来包括景物中的更多数据，给出景物中更高的最大视角。
[0209]从上述实例可以看出:对于实现灵活系统(flexible system)来说有一些元件是典型的:
[0210].能够改变有效狭缝宽度和开关次序的快门和快门电子设备。实现它们的一种方式是制造很多极窄的狭缝，这些狭缝能成组开关，产生更宽的有效狭缝宽度。
[0211].灵活的图像源作为基础显示器。例如，通过减少颜色或灰度级位深度，图像源可允许增加帧率。还可以通过降低闪烁率、动画速度或空间分辨率来增加帧率。
[0212].自适应表现方案，基于所选择的显示器设置，该自适应表现方案可以向图像源提供图像数据。
[0213]此外，可以增加机构来改变快门与基础显示器之间的距离d。
[0214]可以给予用户控制权，用小的或连续的增量改变上述特性中的任一个。在某些情况下，作为替代，提供多个预设置是期望的。这个方案的一个实例可以是进行单用户设置和多用户设置，当在这两种预设置之间切换时，多种特性改变。
[0215]将提供改善带宽的两个方案:
[0216]增加显示器带宽一这要看怎样增加基础3D显示器设备的带宽；
[0217]增加系统带宽-这要看怎样进一步增加带宽和怎样通过修改显示器的基本原
理更有效地使用带宽。
[0218]增加显示器带宽
[0219]在下面的部分中，为了完整地说明增加系统带宽的方法，对3D显示器相比2D显示器出现的附加限制和可能性给出背景陈述是有用的。
[0220]在2D显示器系统(例如电影投影仪)中，一帧通常就是景物图像时间序列中的一幅图像。帧的持续时间被设定为使得图像更新足够快，从而给出平滑的动画。电影中动画速度为24帧每秒。但是，如果图像或者任何光源仅仅以这个动画速度更新的话，眼睛通常会感到闪烁。这就是为什么电影投影仪中每个帧连续显示两次，以给出足够高的总刷新率而不是给出闪烁效果。
[0221]在3D系统中每个动画帧由多个子帧构成，它们实质上代表景物的不同视图。在时间复用系统中以很快的次序显示这些子帧。因此，每个子帧的持续时间将比全部帧的短，从而增加了对响应时间的要求。此外，子帧的重复和分布必须以这样的方式:不能产生被感到是闪烁的任何频率成分。通常通过以使得全部3D帧的持续时间超过动画速度的速度来播放子帧序列，从而解决此问题。与2D显示器相比，这样带来一些明显的差别:
[0222]?子帧要显示信息的持续时间比2D系统中短。这样增加了对响应时间的要求。在场连续颜色系统中它还要求减少位持续时间，以保持相同的位深度。
[0223].每个子帧的重复速度通常高于最小动画速度。与2D系统不同，不能简单地通过以很快的连续性显示同一个子帧两次来解决这个问题，因为子帧仍然有频率成分处于动画速度。结果同一个子帧通常以有规律的间隔重复。
[0224]减少位长度
[0225]对于时间复用图像源，例如DMD，部分地由最不重要的位(LSB)的最短可能持续时间来确定带宽。当使用固定强度的光源时，随后的位通常是LSB持续时间的二次幂(power-of-two multiples)。减少LSB持续时间，因此允许增加位深度或者增加每秒帧数量，或者既增加位深度又增加每秒帧数量。
[0226]在一些实例中可能要将带宽增加到图像源不能支持足够短LSB的程度。实现这个目的的一个方法是将图像源和光学快门与也在对光线进行调制的另一个装置同步。怎样做有几个选择:
[0227]1.在成像装置前调制光线的强度；
[0228]2.在成像装置前调制光脉冲长度；
[0229]3.在成像装置后调制光线的强度；
[0230]4.在成像装置后调制光脉`冲长度。
[0231]上述方法可组合使用。它们可用于成像装置的部分或整体。对于自发光图像装置，可使用方法3和4。实现方法I或2的一种方式是将光源与图像源同步。例如，如果整个图像装置上所有LSB都放在同一个时间窗口内，那么就可以在LSB结束前切断光源，从而提供比图像源可提供的LSB更短的光脉冲，进而降低LSB的强度。在LSB的持续时间内也可以消弱光源，以获得较低的强度。光源例如可以是LED或LCD背光。也可以是恒定光源与提供变化强度的LED的组合。除了改变光源之外，也可以在光源与成像装置之间提供可变滤光片，例如强度轮(intensity wheel),以得到相同的效果。还可以对其它位或位组选择具有不同的强度。在极端情况下对每个位平面来说光强都是唯一的。
[0232]可以选择将子帧分为两个以上的部分子帧。例如，具有高阶位的部分子帧可以以较高的光强成组显示，而具有低阶位的部分子帧可以以较低的光强成组显示。这样，与每个子帧不分开的情况相比，光源必须切换强度的要求速度减少。显然要改变快门次序，使得正确的狭缝打开用于每个部分子帧。
[0233]上述原理的变型是采用强度级别不同的两个光源。可使用快门在两个光源之间切换，使得它们照亮成像装置，用于交替的帧或部分帧。
[0234]实现上述方法3或4的一种方式是在成像装置后使用快门或滤光片。在扫描狭缝系统中已经有快门在适当的位置，这个快门可用于此目的。如果快门从透光转变为阻挡光线，使得成像装置的LSB被切断，则LSB再次减少。也可以采用灰度级状态，灰度级状态将降低LSB的强度。上述方法并不限于LSB。可以对每个位改变光强。
[0235]对于低光强来说，眼睛对闪烁更不敏感。因此与更重要的位相比，可以以较低的频率显示更不重要的位。例如，一定的帧率可能要求持续时间比图像源能提供的更短的LSB。将LSB限制在每个其它帧允许它的持续时间加倍，从而满足图像源的最小LSB持续时间要求。这种方法并不限于LSB，也可以扩展到更重要的位。LSB或其它位可能比每个其它帧出现得更少，也就是说，LSB的显示可以跳过两个以上的帧。
[0236]实现上述方法不止一种方式。全部帧的持续时间可保持恒定，使得包含LSB的帧与那些不包含LSB的帧长度相同。在不包含LSB的帧中，用于LSB的时间窗口将被黑暗时间(dark time)代替。或者，全部帧的持续时间可以在有LSB的帧与没有LSB的帧之间变化。这可以通过快门来支持，其中每个狭缝可以打开不同的时间期间。例如，如果只是每个其它帧包含LSB，则快门的时间期间将在用于没有LSB的帧的时间t与用于有LSB的帧的时间(t+LSB持续时间)之间变化。
[0237]通过交替空间图案的覆盖，可以实现该方法。其实例可以是交替的棋盘图案，使得对于一个巾贞而言，每个其它像素(every other pixel)显示LSB和每个其它像素不显示LSB0在下一个帧中棋盘图案反转，前一个帧中显示LSB的像素不显示LSB，反之亦然。总之，该实例中每个像素将在每个其它帧中出现LSB。这个方法可减少对闪烁的总体感觉。可以使用很多不同的图案，其中LSB平均出现在每个帧的一部分。
[0238]增加灰度级带宽
[0239]在一些点该成像装置将不支持LSB的进一步收缩以获得更多带宽。在一些应用中希望灰度级中的位深度比在颜色中更大。例如，医疗X射线可包括很高的位深度灰度级信息，而颜色位深度不那么重要。这可以通过这样的装置来实现:该装置允许在不同的光学电路提供不同的基本颜色的模式与不同的光学电路提供不同的白光强度的另一模式之间切换。
[0240]实现以上目的的一种方式是能在颜色滤光片与静态强度滤光片之间切换。后者可以覆盖强度值相邻但不重叠的范围。提供一个实例:通过将l/32x和1/1024X强度滤光片应用于两个芯片(chip)，利用三个5位灰度级芯片可以实现15位灰度级范围。将上面5个位发送给没有滤波的芯片，中间5个位发送给l/32x芯片，最后5个位发送给1/1024X芯片。实现不同强度级别的替代方式是使用单一光源和分束器。而另一方法是使用不同强度的光源。其实例可以是将LED光源用于低亮度投影仪。这也允许低亮度投影仪使用光调制，如上所述。
[0241]当然，也可以只使用两个光学电路来获得10位灰度级，但是坚持用三个电路使得有这样的可能性:机械地切换滤光片，提供15位RGB系统。
[0242]电子输入板可设计为使得它能够将RGB输入信号分为不同的颜色信号或者分为不同的灰度级带。
[0243]有多种方式实现将电子信号分配给成像装置。一种方法是采用中心输入板，中心输入板将数据适当地分配给所有可用的成像装置并使它们同步。另一种方法涉及多个同步的输入板，这些输入板相应地分配数据并使成像装置同步。
[0244]增加颜色带宽
[0245]在利用一个以上芯片获得更高灰度级水平的类似方式中，可使用3个以上光学电路来增加每个基色的位深度。例如，另一个装置通过向每个投影仪分配24位值的4个位，使用6个以上光学电路以3000fps的速度给出24位RGB。
[0246]但是另一个装置可包括用于一个光学电路的颜色轮和用于其它光学电路的强度滤光片。通过这种方法，与全色位深度相比，可以获得更高的灰度级位深度。
[0247]共用帧之间的时间间隔
[0248]在一些实例中可以接受的是，时间上相邻的两个子帧共用用于较低阶位的相同时间间隔，如图2所示。例如,这将意味着,如果一个子帧将LSB设定为0，则下一个子帧也要将LSB设定为O。这也意味着子帧交替使用时间间隔。
[0249]通过这样做，在一些实例中可实现上述一些原理的更有效的实施例。该原理的实施例包括但不限于下述:
[0250]1.交替使用连续子帧之间的时间间隔。成像装置后的快门交替转换，使得在一个周期中c=l，共用时间间隔中的位或多个位属于一个子帧(例如子帧2)，在下一个周期中属于相邻的子帧(例如子帧I)。图3示出这是怎样用于帧I与帧2之间的共用时间间隔。
[0251]2.另一个实例是共用时间间隔什么时候是成像装置可支持的最短光脉冲。然后快门可用于进一步缩短脉冲。通过共用时间间隔，在一些实例中可以增加子帧的显示速度。图4不出这在子巾贞I与子巾贞2之间怎样实现。
[0252]3.共用时间间隔的另一个实例在下文中名为“带宽的有效使用”的部分中描述。
[0253]上述两个实施例也可以结合使用快门将LSB切断，然后改变哪个子帧显示LSB+1。
[0254]增加的系统带宽
[0255]用于叠置系统的滤光片
[0256]上述方法涉及任一时间点在图像平面上只显示一个图像。为了进一步增加带宽，可以在任一时间点显示多个图像。通用的方案可包括将一组图像叠置在图像平面上。然后快门将包含滤光片，滤光片只选择图像中的一个或者一小组用于特定的狭缝或缝隙。
[0257]偏振
[0258]偏振的一个实例是叠置具有不同偏振方向的光线。使用两个投影仪并结合散射体(投影仪中一个具有垂直偏振方向，另一个具有水平偏振方向，散射体保持光线的偏振方向)，就可以将快门设计为使得它们将充当叠置在同一位置的两个独立系统。图5示出这种系统的一个实例。
[0259]该实例中快门A和快门B代表液晶单元。对于给定的时间点，考虑显示器中心的区域。在中心有一个条纹来自水平定向的投影仪(H)，投影仪(H)与快门A上的狭缝7的打开同步。因此来自狭缝7的圆锥体必须打开，只用于水平偏振的光线。狭缝5、6、8、9对于任何偏振都应当关闭。另一方面，来自狭缝4和10的圆锥体打开，只用于垂直偏振的光线。通过这种方式，区域H完全被两个区域V覆盖，这意味着可以投射两个独立的图像，以给出双重系统带宽。
[0260]操作如下。快门B不扭曲用于狭缝6、7、8的光线。这意味着来自区域V但不来自区域H的光线被偏振滤光片B过滤用于这些狭缝。另一方面，狭缝3、4、5和9、10、11将光线扭曲，以过滤来自区域H但不来自区域V的光线。现在所有光线都是水平偏振。快门A上的狭缝4、7、10被设定为扭曲光线的偏振方向，使其通过狭缝处的垂直滤光片。狭缝5、6、
8、9被设定为不扭曲偏振方向，因此光线被垂直滤光片阻挡。
[0261]注意，快门B不给出黑暗区域，因为所有光线出射为水平偏振。这意味着当脱离最大视角时，可以看到相邻区域。如果需要，可以增加第三快门来阻止这种串扰。
[0262]可以用静态补偿膜代替快门B。这种膜会有扭曲偏振方向的条纹与不扭曲偏振方向的条纹交错。在这种情况下，可以选择使条纹为一个狭缝宽，并使它们尽可能靠近快门A。
[0263]利用具有对称的上升时间和下降时间的液晶(既可用于常白模式也可用于常黑模式)，就可以在上述系统中得到单一快门。对于每个狭缝，可使用交替偏振滤光片。
[0264]颜色滤光片
[0265]可采用类似的方法，将多个投影仪结合于补充RGB滤光片。每个投影仪投射特定的红、绿、蓝频率的光线。红频率、绿频率、蓝频率限定光束。用于投射这种颜色图像的装置是已知的。这些投影仪可以结合快门中的干涉滤光片。可以以类似的方式使用与投影仪不同的显示器类型。
[0266]投射装置将辐射光谱分为若干部分光束R1G1Bp R2G2B2、…、RnGnBn。通过不同的图像调制器对每个光束进行调制，图像调制器可以是一个或多个DMD。然后通过光束集成器将光束集成并投射到散射体上。
[0267]快门可包括可转换缝隙阵列，其中每个缝隙有一个干涉滤光片，因此只能透过一个光束。例如，条纹1、N+1、2N+1等等将通过光束R1G1B1，条纹2、N+2、2N+2等等将通过光束R2G2B2,条纹N、2N、3N等等将通过光束RnGnBn。每个光束和它相应的狭缝组将形成独立的系统，每个系统都叠置，因此它们与已知的扫描狭缝显示器以相同的方式工作。在其它3D显示器系统(包括静态视差阻挡物系统)中可使用本方法的变型。
[0268]与透镜系统的结合
[0269]不需要更高帧率，增加显示器带宽和亮度的一种方式是将具有类似原理的技术与透镜显示器中使用的技术相结合。这样做的一个实例如图6所示。这也是对目前透镜显示器的一种改良，在目前的透镜显示器中，主要问题是获得宽视区和很多视图而不使得像素大小或像素计数太复杂。`
[0270]所需要的是放在快门上的透镜或全息光学元件，正好放在快门前面或者正好放在快门后面或者前后都放。对于每个狭缝，将有一个透镜或等效光学元件。它的作用是使得从显示器的任一点都会有一个圆锥体伸向透镜，然后透镜将圆锥体形成为宽度与透镜或狭缝相同的平行光束。仅对于水平视差而言，它应当简单地在垂直方向上用作透光的。离显示器很远的观察者会看到透镜宽度的像素具有的颜色是来自显示器部分的光线的结合。如果显示器的分辨率高于快门的分辨率，那么与没有透镜相比，这是一个主要的优点。因此，当不能再增加帧率时，作为增加带宽的方法，这是主要的兴趣所在。此外，与增加帧率相比，还要提闻売度。
[0271]与定向散射体的结合
[0272]不需要更高帧率，增加显示器带宽和亮度的一种方式是将具有类似原理的技术与全息散射体显示器中使用的技术相结合。
[0273]定向散射体(directional diffuser)有时候称为不对称散射体,在实现定向散射体时，允许分离的图像互相叠置。但是，从任何视角或有利位置都只能看到一幅图像。在图7的左边，可以看到用于扫描狭缝的正常设置。或多或少的平行光进入后被散射体散射到各个方向。因此打开的狭缝必须充分相隔，避免为各个狭缝显示的图像之间的串扰。通过右边的定向散射体，打开的狭缝可以设置为相距更近。这是因为散射体上相邻区域的串扰不再来自不同的投影仪。考虑区域b。通过正常的散射体，这将与狭缝8同步，将狭缝5和11同时打开会对大视角给出串扰。但是，如果对这样的视角能看到来自不同投影仪的信息，则串扰可包含为狭缝5和11表现的图像。因为观察散射体的角度不同，所以通过狭缝5看不到这些图像。这种设置要求散射体可给出受控的散射角，并且能准确地对准来自不同投影仪的光区。实现这个目的的一种方式是使用全息光学元件。
[0274]在一些实例中不希望有多个投影仪。例如可能希望通过增加单个投影仪的带宽来获得较小的形式因子(form factor)0时间复用总是有个上限，必须使用其它方法来增加带宽超过这个上限。对于单个投影仪，下一个步骤是增加分辨率并利用它来增加视图数量。
[0275]—种选择是使用尖劈(wedge)，尖劈具有稍微变化的几何形状。考虑图8中的尖劈。在这种情况下具有极高水平分辨率的投影仪可用于形成宽显示器。
[0276]现在，除了宽尖劈之外，可允许用于大视角的光线反射回中心条纹，如图9所示。这实际上与将三个较低分辨率的投影仪从三个不同位置投影等效。实际的投影仪从上方投影(B部分上方)，两个表观投影仪从旁边投影(A、C部分上方)。通过将这个原理与定向散射体相结合，可以利用单个高分辨率高帧率投影仪来增加带宽。这与将三个投影仪分别从图9所示的三个不同投影仪位置向图像区域A、B、C投影相似。定向散射体将保证从任一个视角都只看到图像A、B或C的其中一个。利用光学系统中的镜子而不是尖劈能获得类似效果。然后光路被打开，从投影仪到散射屏幕，光路旁边的镜子将形成反射侧。
[0277]通过头部跟踪将带宽使用最优化
[0278]通过将同样的带宽定向到更窄的视区，能改善3D图像的质量。实现这一点的一种方式是利用一个或多个头部跟踪装置。这种装置可确定一个或多个观察者相对于显示器所定位的位置。这个信息可用于产生以每个观察者的位置为中心的观察圆锥体。观察者移动时，观察圆锥体的中心也移动。观察圆锥体可包含景物的两个以上视图，可以比观察者两眼之间的距离宽。通过这种方式眼睛跟踪系统不需要与已有的眼睛跟踪显示器一样准确。
[0279]眼睛跟踪也可用于识别用户关注的是景物的哪一部分。因为景物的图像质量随着到中心图像平面的距离而变化，所以有时候希望按照用户关注的地方来改变深度平面。因此，可以将所关注的区域放置为尽可能靠近中心图像平面。这个功能可以用硬件或软件实现。在软件中实现这种区域深度效果的一种方式是根据稍微不同的透视图积累景物的多个表现，保证相机的平截体都与中心图像平面相交。
[0280]通过多个深度将带宽使用最优化
[0281]高带宽的要求对于很深的景物(即目标分布在大深度上)而言通常更重要。例如，当背景离主要景物很远时这样会出现问题。改善背景的一种方式是有一个以上的显示器来显示图像。图10中，散射体I显示与快门同步的主图像。这对于来自散射体2的光线来说将是透光的，对于来自投影仪的光线来说将是扩散性的。获得这种效果的一种方式是使用全息光学元件。散射体2将显示背景信息，即散射体2后面的目标，例如下面的目标2。散射体I将显示所有其它信息。如果要避免目标显示为半透光的，可以将散射体I与散射体2上的图像同步，以保证对于任一视角而言，只有其中的一个散射体能显示信息。还可以在散射体I后面放置第二快门。这将使得像素当散射体I上的像素应当透光时为透光的，在所有其它情况下是黑暗的。在这种情况下散射体可以是这样的图像源:图像源对于所有帧来说都是恒定的，只需要以整个景物的动画速度更新。
[0282]带宽的有效利用
[0283]可以进一步扩展子帧之间共用时间间隔的原理。扫描狭缝显示器系统的有效分辨率随着有效点到散射体/显示器平面的距离而下降。一种解决办法是通过在狭缝之间形成黑条纹，将狭缝变窄。在图11中奇数狭缝总是关闭，偶数狭缝被扫描。
[0284]这将给出可接受的图像，因为它是静态视差阻挡物工作的原理。它可以是调光器(dimmer),黑条纹可以令人不快(irritating)。所得到的可以是更窄的狭缝,狭缝将减少图13所示显示器像素扫描的体积大小。
[0285]除了阻挡每个奇数狭缝之外，狭缝可以显示相邻狭缝的平均值。例如，狭缝9将显示用于狭缝8和10的子帧之间的平均像素值。这可以通过打开狭缝9中的快门一半到用于狭缝8的子帧并关闭它一半到用于狭缝10的子帧来实现。参见图12中的时序图。
[0286]解释它的另一种方式是两个相邻狭缝总是有一个它们同时打开的期间。
[0287]对于显示器平面上的点，对于狭缝8和10来说像素值相同，作为对于狭缝9的结果，假定没有照亮效果。因此亮度增加，与图11中的设置相比，条纹被去除。对于显示器平面之外的点，散射体上的像素值在子帧8与10之间不同。如果考虑散射体上对于狭缝8和10来说由相同的像素所扫描的体积，就能看到这些体积与由用于狭缝9的相同像素所扫描的体积之间具有很大的重叠。结果，用于狭缝9的像素值将非常依赖于用于狭缝8和10的像素值，即使可以显示用于狭缝9的独特帧。看起来好像视图数量加倍。折衷是限制相邻视图之间的转变。例如，对于显示器上的像素来说，在一个视图中或狭缝增量中不可能从全黑到全白。但是，可以被限制为从全黑到50%的灰色。但是要注意，这个限制不会导致景物明显的视觉退化。为了理解这个问题，考虑图13。图13示出散射体上的像素和快门中的打开狭缝。圆锥体代表这样的区域:对于散射体前方自由移动的观察者来说，其中有效目标会影响散射体上像素的状态。
[0288]图14代表用于对两个相邻快门狭缝来说相同的像素的圆锥体。变得清楚的是在两个区域之间有相当的重叠。例如在散射体平面中全部重叠。应当注意，尽管不是全部重叠，但是在其它深度也有相当的重叠，所以很多情况下对于不同的快门狭缝来说像素具有不同的值。例如，有效目标I应当只影响用于打开狭缝的像素值。另一方面，目标2应当影响用于所检查的两个狭缝的像素值。
[0289]对于散射体平面中或附近的目标，相邻帧(与相邻的快门狭缝对应)之间散射体上的像素没有大的转变。因为这个平面上的图像在所有方向上看起来都一样，所以这产生了意义。3D显示器不必显示这样的图像(如果忽略照亮效果)。对于离散射体很远的目标，根据这些目标放置的位置，它们可能导致像素值的大转变，也可能不导致，也就是说，目标I将比目标2导致更大的转变，因为目标2出现在用于上述两个狭缝的圆锥体中。这是显示器系统中的内在限制，反映了这样一个事实:通过有限的带宽，不能获得对事实的理想描述。但是要注意，对于很多表现方法来说，上述两个圆锥体有很大的重叠这样一个事实意味着像素值之间的转变将受到限制。结论是，通过系统几何形状中的内在限制，同一个像素为两个相邻子帧取的值的转变受限制。
[0290]实际上，可以允许子帧重叠得更多，以给出更高的亮度或更多的视图。这个结果的互相依赖性更高，不仅依赖于相邻的狭缝，而且依赖于更远的狭缝。
[0291]通过保证用于时间复用显示器的位次序为使得所有的位成比例地出现在每个时间窗口(其中两个以上的相邻快门同时打开)中，这个方案可给出更准确的插值(interpolation)。图15中的实例显示一个这样的位次序,用于3位巾贞。LSB+1和MSB被分成帧中中间点两侧的两个部分。LSB不分开，但是被放置在子帧的中心。
[0292]进一步的扩展将涉及具有像素或其它缝隙而不是狭缝的快门。在这种情况下，水平方向和垂直方向上都有时间的重叠。
[0293]在一些实例中，通过分析连续子帧(或者在显示器的不同部分上，或者在整个显示器上)之间的相似性，也可以改善系统。对于全部子帧或部分子帧而言原理都一样。然后，时间重叠将适应连续子帧之间的差。子帧的次序可以改变，从而将帧之间差别的总和最小化，或者将最大差别最小化，或者将平均差别最小化，或者将一些其它数值测量最小化。
[0294]改变3D帧内的狭缝宽度
[0295]如上所述，扫描狭缝显示器系统的有效分辨率随着有效点到散射体/显示器平面的距离而下降，减少这种效果的一种方式是减少快门的狭缝宽度。但是，远离散射体平面的有效点相比于靠近散射体平面的有效点获得窄狭缝的要求通常更重要。同时，对于远离散射体平面的有效点来说获得较低的图像质量也是可接受的。为了利用这个事实，可以构造一种系统，其中有效地整合两个以上的交错系统，每个系统的狭缝宽度不同。
[0296]考虑用于简单系统的基本设置，由6个独特帧和6个狭缝组构成，如图17所示。每个子帧显示为在一个帧周期内，如图19所示。周期重复的速度很快，因此观察者不会感到闪烁。因此，可以改变周期而不造成闪烁。例如，每个子帧的第一半可以放置在周期的开始，第二半可以放置在周期的结束，如图20所示。这要求快门次序的改变以于新的部分子帧匹配。作为实例，子帧的第一半可包括MSB，第二半可包括低阶位。
[0297]如果快门次序进一步改变，第一组子帧比第二组子帧就可以具有更窄的狭缝。图21示出这样一个实例，其中周期由用9个狭缝组扫描的一组9个子帧以及用3个狭缝组扫描的第二组3个子帧构成。在这个实例中，用于第二组子帧的狭缝宽度是用于第一组子帧的狭缝宽度的三倍。通过这种方式，具有较窄狭缝和较好深度特性的系统与具有较宽狭缝的系统叠置。与基本实例相比，一部分系统具有更窄的狭缝，一部分系统具有更宽的狭缝。从任一个像素到达眼睛的光线都相同。但是，如果将整个系统的狭缝宽度缩小以适应9个独特帧，则光输出需要减少到保持同样的周期长度。
[0298]以上仅仅是实例。系统可以被分成任意数量的子帧，每个子帧的持续时间可以不同。周期内子帧的次序也可以改变。这个方法甚至可以用在没有场连续颜色的系统中。
[0299]还要注意，狭缝不必在实体上更宽或更窄。作为替代，可以通过同时转换一组、两组或更多组狭缝来获得相同的效果。
[0300]在一些实例中，优选使第一子帧为第二组子帧的倍数，从而使得为第一子帧表现的信息可用于第二组子帧。在上述实例中这个倍数是3，作为实例，来自第一组帧的部分帧
2、5、7可用作第二组的三个子帧。
[0301]这种方法的极端情况是将单个子帧加入到全部快门透光并且显示帧或子帧的周期中。
[0302]在一些实例中可通过以下方式改善该方法:对于特定组子帧，只显示用于有效景物的部分的数据，对于另一组子帧，显示整个有效景物的另一部分。
[0303]狭缝宽度也可以沿着显示器的宽度方向改变。根据景物的不同，可能希望选择不同区域的优先顺序。例如，在景物中要将焦点集中在显示器中心的目标上时，显示器中心的狭缝可以比周围的狭缝更窄。也可以使具有更窄狭缝的区域动态移动。通过利用眼睛跟踪或其它用户装置改变区域，可以保证显示器被用户关注的部分中狭缝更窄。
[0304] 具体参照所示的实例描述了本发明的实施例。但是应当理解，对所述实例可做出各种变型和改型而不脱离本发明的范围。
【权利要求】
1.一种自动立体显示器设备，包括中心构造单元，在所述设备的操作期间，所述中心构造单元配置为设定以下参数的至少其中之一: 所显示图像的位深度； 观察者经历连续视差的视角范围； 3D图像的表观深度； 所显示图像的空间分辨率； 所显示图像的闪烁率；以及 所显示图像的动画速度； 该自动立体显示器设备还包括可转换缝隙阵列和屏幕，其中，所述屏幕包括不对称光学散射体，以使多个图像以不同的入射角投射在所述屏幕上，使得根据散射体的观察角度，在所述散射体上观察到不同的图像。
2.如权利要求1所述的自动立体显示器设备，还包括: 多个2D图像产生器，每个图像产生器使用特性不同的光线； 所述可转换缝隙阵列的每个缝隙包括滤光片； 其中，所述缝隙被选择性地转换，以选择性地显示来自2D图像产生器的图像。
3.如权利要求2所述的自动立体显示器设备，其中，所述屏幕保持来自每个图像产生器的光线的特性。
4.如权利要求2所述的自动立体显示器设备，其中，所述光线的特性是光线的不同偏振方向。
5.如权利要求2所述的自动立体显示器设备，其中，所述光线的特性是频率。
6.如权利要求1所述的自动立体显示器设备，其中，所述缝隙阵列的每个缝隙具有一个或两个相关的透镜。
7.如权利要求6所述的自动立体显示器设备，其中，所述透镜放置在所述缝隙阵列的与所述屏幕相同一侧。
8.如权利要求6所述的自动立体显示器设备，其中，所述透镜放置在所述缝隙阵列的与所述屏幕相反一侧。
9.如权利要求6所述的自动立体显示器设备，其中，所述缝隙阵列的每个缝隙具有两个相关透镜，所述缝隙的每侧有一个。
10.如权利要求6至9中任一项所述的自动立体显示器设备，其中，使用全息元件来代替透镜。
11.如权利要求1所述的自动立体显示器设备，其中，利用至少一个镜子在投影仪与所述散射体之间产生多个光路，由单个投影仪获得不同的入射角。
【文档编号】H04N13/04GK103501432SQ201310413901
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2007年4月19日 优先权日:2006年4月19日
【发明者】克里斯蒂安·莫勒, 道格·帕特森, 托马斯·埃里克森 申请人:塞特雷德股份公司