[发明专利]自由立体显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维显示系统，还被称为一种自由立体显示装置或一种光场显示装置。

背景技术

使观察者用每只眼睛看见一个场景的不同透视图是一种用于创建3D图像的十分完善的方法。一种行之有效的手段是在屏幕上显示两个经过不同偏振的图像，并且对于观察者要在每只眼睛上佩戴对应的偏振滤镜。

可使用孔缝(aperture)或狭缝(slit)阵列与二维（2D）显示器结合显示3D图像来实施自由立体显示器或三维（3D）显示器。该设备的原理在于，当通过狭缝阵列（该狭缝阵列与屏幕间隔开一距离）看2D图像时，则观察者每只眼睛看到该2D图像的不同部分。如果在2D显示器上渲染并显示适当的图像，则能够向观察者的每只眼睛显示不同的透视图像而无需他们在每只眼睛上佩戴滤镜。

自由立体显示在图像获取和呈现方面提供了额外的挑战和机遇。本发明致力于其中的一部分。

具体实施方式

如上所述，可使用扫描孔缝阵列2连同2D显示器4一起来实现自由立体显示器，例如如图1所示。在基本实施中，孔缝阵列2的孔缝6可为狭缝，但它们可以是任意形状。孔缝阵列2可位于2D显示器4和观察者（数字8表示观察线、观察面或观察空间）之间。孔缝阵列2还可如图1中所示位于2D显示器4后方。这种情况下，要么在孔缝阵列2后面有一均匀光源10，要么孔缝6自身可为光源10，以穿过孔缝表面的所有方向发出光。在后一种情形中，只有在某一时间点处打开的孔缝或多个孔缝6会发出光。孔缝阵列2可被实施为使用LED或OLED或其他一些光源的扫描背光。在这一系统的一种实施中，所述扫描背光孔缝阵列2可为在所有角度发出均匀光的白光源。所发出的光还可在孔缝的表面上是均匀的。在另一种实施中，所述背光孔缝阵列2可具有方向特性，使得其仅为一个或数个观察角度范围提供光。这还可与头部跟踪结合，从而使光的方向朝着定位到观察者的观察方向。孔缝光源可具有打开状态和关闭状态或者可具有除简单的打开和关闭之外的其他值。

2D显示器4可为液晶显示器（LCD）或其他透射显示器。这种自由立体显示器配置的一个问题在于其需要2D显示器非常高的切换速度，以便提供良好的深度特性和大角度的连续视差。并且，在传统的2D LCD显示器中，为了提供红、绿和蓝色的子像素（这是典型配置，但也可使用其他的基色），会有颜色滤镜。在图1所述的自由立体显示器配置中，这会造成高观察角度处看到的像素对齐问题，其中所述子像素及其关联的颜色滤镜并未与视线对齐。进一步，红、绿和蓝色子像素对于不同的观察方向会具有不同的相对强度，这会使色彩再现劣化，如果孔缝6是使用单独的红、绿和蓝基色光源的扫描背光则尤其如此。在这种情况下，可实施不带颜色滤镜的2D显示器并且时序性地显示每种基色。然而，这需要2D显示器更高的切换速度。衍射和散射效应也会影响性能。

图2显示一替代配置，其中所述2D显示器包括一个以上的2D显示器。在该示例中具有三个2D显示器4a、4b、4c，每个用于一种特定基色。例如，显示器1（4a）可为这样的LCD，其每个像素的取值范围能够位于对所有颜色完全透明和仅完全阻隔红色光（且保持在所有状态中对所有其他颜色完全透明）之间，而显示器2（4b）具有同样的特性只是其能够仅阻隔蓝色光，且显示器3（4c）仅阻隔绿色光。所述扫描孔缝光源6也可由结合有三个光频带的白色光源组成，所述三个光频带（在该示例中为红、绿和蓝）能够由每个显示器1至3来阻隔。所述扫描孔缝光源还可具有对应每个所述频带实体隔开的多个光源。所述光源（多个）和显示器可匹配为使得该光源不发出组合的显示器4a、4b、4c无法阻隔的任何可见光频率。

另一示例可以是具有六个显示器，其中红、绿和蓝色频带每个都分成两个。这样会有一个显示器仅阻隔高频蓝色而一个显示器仅阻隔低频蓝色。类似地，红色和绿色会具有用于低频带和高频带的不同显示器。

另一示例可以是具有两个显示器，其中每个显示器能够阻隔不同偏振的光。