[发明专利]跟踪最佳位置的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于跟踪显示信息的透射电子显示器中最佳位置单元的最佳位置的方法和装置，所述方法和装置在调制信息后，以定向的方式通过显示器将光投射到最佳位置上的至少一个观察者的眼睛上。

本发明可用于一个或多个观察者的单视场和/或自动立体显示器。根据本发明的显示装置可使图像可选择地以二维、三维模式或混合模式显示。在本文件中，术语“自动立体显示器”表示一种显示装置，利用该显示装置，至少一个观察者不用任何额外辅助就可以从很多个由其自由选择的位置上观看三维图像。

从光传播的方向上看，显示器的最佳位置单元包含一个具有多个发射或传送光的照明原件的照明矩阵，以及具有成像原件的成像装置。成像装置将照明阵列开启的照明原件的光以一个或多个最佳位置的方式，以差不多理想的平行光束，投射到至少一个观察者的眼睛中。为此，将多个照明元件分配给成像装置的每个成像元件。最佳位置是可以高质量观察信息面板所提供的信息的区域。

在最佳位置上必须一直保证信息面板上显示的信息的均匀性，并且当观看三维内容时，必须防止观察者的眼睛之间的信息串扰。如果观察者在显示装置前方的空间中改变其位置，这些条件必须持续达到，以持续不断地向观察者提供高质量的单视场或立体图像内容。例如，在用于车辆的单视场显示器中，在向驾驶员提供路线图的同时乘客可以观看电影。两人都应该可以在一定范围内移动而不失去其特定的信息。

此外，已经证明，如果为确定的最佳位置开启的光源数量仅有轻微的过小或过大，那么干扰和成像缺陷很可能就会出现。例如，观察者可能会感受到各最佳位置之间的串扰，以及诸如均匀度和对比度的图像质量的恶化。人眼可以很轻易地觉察到这种变化。

人们期望自动立体显示器呈现高质量的三维场景，而且表现出与观察者数量无关的特征，例如观察者的自由、分立移动，以及获得二维和/或三维模式下的多个图的可选择的通路。

为了能够尽量满足所有这些需求，就需要一个合适的跟踪系统，其为跟踪装置的后续处理过程和立体信息显示器提供信息。这种跟踪系统必须能够不断地检测观察者在显示装置前方尽可能大的观看空间中的移动，以向每个观察者始终提供与其实际位置无关的特定图像信息。这就对位置检测器的精度、显示器单个元件的质量以及显示器总体成像质量提出了极高的要求。

已有利用机械、光学及其它方式、或其结合的用于跟踪的跟踪系统。但是，这些系统承受精度或实时应用的适应性受到不良影响的缺点。它们的设计往往体积庞大，而且可以向观察者提供信息的观看空间非常有限。此外，所需的计算时间相当多地增加了在位置检测至信息提供过程中需要考虑的因素。

WO 03/053072A1专利申请文件公开了一种具有收集三维位置信息的跟踪系统和连续立体图像展示的多用户显示器。该显示器包含依次排列的可以三维寻址的背光、用于将光线聚焦于观察者的大面积成像透镜、以及作为图像矩阵的光调制器。背光由多个二维光源阵列组成，该二维光源阵列在多个平面中依次逐个排列。背光的光源阵列中的一个的照明元件根据观察者的实际位置来决定其开启。这种方法还可使光源分别对一个或多个观察者与显示器之间的距离进行跟踪。动态检测所有观察者眼睛的三维位置信息，打开背光的可分配照明元件，将光束与调制的图像同时聚焦至观察者的各左/右眼。

这种显示器的缺点是低亮度，因为仅有一个可局部选择的点光源可用于照亮每个观察者眼睛的整个图像，而且还因为光路中的未开启光源阵列吸收了该光的一部分。除了其庞大的体积之外，这种三维背光制造也困难。

US 6014164号专利公开了一种具有光源跟踪系统的用于多个观察者的自动立体显示器。对每个观察者成对安排的光源可以在x、y和z方向上移动，以在控制系统的帮助下跟踪观察者位置的变化。该方法可在信息面板上向观察者连续不断地提供三维场景。因为该系统也使用了光源跟踪法，所以上述缺点同样也出现在该系统中。具体说，因为对每个观察者必须单独跟踪观察者特定的光源对，所以需要昂贵的跟踪装置。这些装置不允许显示装置实现平面设计。

公知的跟踪方法仅能向位于相当受制约的立体观看空间中不同位置上的观察者放送特定的信息。跟踪范围和图像矩阵的亮度受到限制。此外，显示器体积庞大，需要昂贵的装置、包括计算装置来实现跟踪。位于显示器前方不同位置上的观察者越多，所要计算的数据量就越大，因而位置检测和最佳位置的实际提供之间的延迟就会更加增长。因此，已经形成了普遍的惯例，即并不实时计算数据的某些部分，而是将预先计算的数据存储在查找表中，在需要时查找并处理这些数据。另一个缺点是，该系统的存储容量在观察者增加时将会很快用光。