[发明专利]自由立体3D显示器

说明书

本发明涉及自由立体3D显示器。

自由立体3D显示器（ASD）是一种能够显示立体图像（也就是说，对一个或多个人表现为三维的图像）的显示屏。三维图像被理解为与常规二维图像相比附加地具有深度效果的图像。在ASD的情形中，与常规的立体显示器相反，观看者不需要辅助，诸如眼镜、棱镜观看器或其他光学辅助。

为了获得三维印象，在自由立体显示器中，两个图像被投射为使得借助视差每个眼睛看见一个不同的图像。在该情形中，在两个不同方向上的投射需要被设计为使得图像作为一个立体对到达观看者的眼睛。在该情形中，这两个投射方向通常在显示器的背光单元中产生。

ASD及其个体部件的开发者旨在使得能够以尽可能真实的方式空间性地呈现图像，同时对观看者具有高的工效。在该情形中，逼真的高品质图像的基本先决条件包括高的图像分辨率（这里力求的标准是高清2D电视——HDTV）和高的图像频率。还包括3D编码元件。通过将所谓的甜点（即最佳立体效果点）适配至一个或多个观看者的当前位置，实现了好的工效。

现有技术中原则上已知两种不同的用于实现这些目的的技术方案途径：根据第一途径，可以实现两个投射方向（例如通过透镜或棱镜格栅），所述透镜或棱镜格栅将个体显示器像素的光在不同方向上远离屏幕偏转。在该情形中，竖直带模（Streifenmaske）具有以方向选择性方式运行的个体竖直像素带。然而，由于在这样一个ASD中具有左像素带和右像素带，所以图像分辨率与常规的2D显示器相比减半。此外，借助液晶元件（LCD）通过带模的对应配置以原始分辨率呈现2D图像，在技术上是困难的。2D呈现的另一劣势是带模造成了视差障碍，该视差障碍阻挡了部分光线，从而使图像变暗。

第二途径涉及具有两个光源和一个同步单元的ASD，该ASD显示时间偏移振荡图像且保持最大分辨率。这样一个透光ASD中的无闪烁图像的先决条件是足够高的交替频率。然而，如今这在现有技术中已经实现。该途径的具体实施方案将在下文中更详细地描述。

US2006/0164862公开了一种自由立体显示器，其包括：具有棱镜、折射偏转结构的两个分立的光导；两个光源；一个扩散膜；一个透射显示器面板；光吸收器和反射器。

US2005/0264717转而公开了一种自由立体显示器，其具有：位于一个具有棱镜、折射偏转结构的光导上的两个分立的光源；同样具有棱镜、折射偏转结构的一个第二光学膜；以及一个透射显示器面板。

最后，US2007/0276071公开了一种自由立体显示器，其具有：位于一个光导的不同侧的两个光源；一个双棱镜折射光元件；以及一个透射显示器面板。该双棱镜折射光元件由一个三角棱镜结构和一个球形透镜结构组成，该三角棱镜结构面向所述光导，该球形透镜结构背向所述光导。这两个光源借助一个同步单元以如下方式被交替地驱动：该透射显示器面板相继再生待呈现的三维图像内容的右立体图像和左立体图像。

上文描述的自由立体显示器各自具备带有折射偏转结构的光引导元件。然而，当使用该类型的元件时图像品质会受损，这归咎于折射干扰效应。该干扰效应是由不期望的第二光路径、多次反射或莫尔效应等导致的，莫尔效应由平行折射光学结构的交互引起。在整个系统中，干扰效应可以导致条带、分辨率降低和/或用于3D呈现的信道分离不充分以及整体缺少清晰度。这可以进而导致观看者的眼睛更加疲劳。此外，可以看出与市售2D HDTV（高清电视）相比明显的视觉品质区别，这降低了这类自由立体显示器的市场接受度。

当使用具有由折射偏转结构组成的多个层的光引导元件时的另一缺陷是，难以确保个体折射光学表面元件相对于彼此的必要的高的横向定位准确度。如果这里出现了很小的偏差，则会大大损害用于3D呈现的两个或更多个信道的分离。此外，在该情形中，可能已经存在的光学干扰效应（例如莫尔效应）被进一步加剧。

因此，本发明的一个目的是提供一种自由立体3D显示器，其不具有所描述的光学干扰效应，从而用该自由立体3D显示器可以获得在图像品质方面得到改善的3D呈现。

该目的可以借助如下一种自由立体3D显示器来实现，该自由立体3D显示器包括：一个照射单元，其具有两个光源；一个光导；一个全息光学元件，其作为衍射光学光引导元件；一个透明显示器面板；以及一个控制单元，其将所述光源交替地分别与呈现在所述显示器面板上的右视差图像和左视差图像同步，所述光源被定向为分别从不同方向将光辐射进所述光导，且所述全息光学元件和所述显示器面板被布置为使得从所述光导发出的光根据其优选方向被所述全息光学元件在两个不同方向上衍射并被引导穿过所述显示器面板，其中所述光导的至少一个表面具有折射表面。