[发明专利]自动立体显示设备及驱动方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种类型的自动立体显示设备，该类型的自动立体显示设备包括具有用于生成显示的显示像素阵列的显示面板、以及将不同的视图导向到不同空间位置的成像装置。

发明背景

用于此类显示的成像装置的第一个实例是屏障(barrier)，例如，屏障具有依据显示器底层的显示像素来调整尺寸与位置的狭缝。在双视图的设计中，如果观看者的头部在固定的位置上，则他/她能够感知到3D图像。屏障位于显示面板的前部，并且设计为使得来自奇数像素列和偶数像素列的光分别导向到观看者的左眼和右眼。

此类双视图显示设计的缺点在于，观看者必须处于固定的位置，并且只能左右移动大约3cm。在更优选的实施例中，不是两个而是数个子像素列存在于每个狭缝的下方。以这种方式，观看者可以左右移动并且在他的/她的眼中一直感知到立体图像。

屏障装置制造简单，但是发光效率低。因此，优选的替代方案是将透镜装置用作成像装置。例如，可以将细长的双凸透镜元件阵列设置为彼此平行延伸并覆盖在显示像素阵列上，并且通过这些双凸透镜元件可观察到显示像素。

双凸透镜元件设置为元件片，其中每一个元件片包括细长的半圆柱形透镜元件。双凸透镜元件在显示面板的列方向上延伸，每个双凸透镜元件覆盖在显示像素的两个或多于两个的相邻列的对应组上。

在每个微透镜与两列显示像素关联的设置中，每一列的显示像素提供各自的二维子图像的垂直切割面。双凸透镜片将这两个切割面、以及与其他微透镜关联的显示像素列的相应切割面导向到位于片前的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。双凸透镜元件片从而提供了光输出指向功能。

在其它设置中，每个微透镜与行方向上的四个或多于四个的相邻显示像素组相关联。适当设置各组中对应的显示像素列以提供各个二维子图像的垂直切割面。当用户的头部左右移动时，感知到一系列连续的、不同的立体视图，从而形成，例如，环视效果。

上述设备提供了有效的三维显示。然而，可以理解的是，为了提供立体视图，有必要牺牲设备的水平分辨率。在具有垂直双凸透镜的n视图3D显示器中，感知到的每个视图沿水平方向的分辨率相对于2D的情况将通过因子n而减小。垂直方向上的分辨率将保持不变。使用倾斜的屏障或双凸透镜元件，可以降低水平方向和垂直方向的分辨率之间的差异。在这种情况下，分辨率损失可以均匀地分布于水平方向和垂直方向上。

各个视图都各自位于所谓的视锥(viewing cones)中，并且通常这些视锥在整个视场上重复。

视觉体验被这一事实所妨碍，即观看者不能完全自由地选择他们从中观看3D显示屏或电视机的位置：在视锥间的边界上，不存在3D效果并且出现了令人烦恼的重像。

这些所谓的视锥变换代表众所周知自动立体显示的第一个问题。已知的是可使用头部跟踪来跟踪观看者眼睛的位置。那么可以根据观看者位置控制显示的图像，从而避免视锥变换。

另一个问题是，立体图像内容存在各种格式。目前在双视图流中用两个单独的图像来提供大部分内容。除非使用基于深度估计的数字转换来内插新的视图，否则大部分多视图显示器不适合于双视图流。类似地，双视图显示器只能用于双视图流，并且不能被配置用于多个观看者。那么，3D感知只可能存在于很窄的观看距离范围内。

因此，需要一种更灵活的系统。

发明内容

根据本发明，提供了如独立权利要求中所要求保护的自动立体显示设备和方法。

一方面，本发明提供了一种自动立体显示设备，所述自动立体显示设备包括：

像素化显示面板；

成像装置，其用于将与显示面板的不同显示像素相关联的光导向到不同方向，以限定可向其同时显示不同图像的至少三个观看区域；

观看者跟踪系统，其用于跟踪观看者并且确定观看者相对于显示面板的位置；

处理器，其用于处理图像内容并驱动显示面板，其中，至少根据观看者离显示面板的距离，处理器驱动显示面板显示多个不同的视图。

这种设置使根据观看者位置，动态地控制视图被分配给不同观看位置的方式(如通过显示器的物理/光学设计限定)成为可能。这样能够增加图像的清晰度，并且能够避免视锥边界变换。当视图重叠度高时，例如，如果物体在原始显示平面的后方的前面的很远处成像，那么清晰度变差。降低视锥内不同的视图的数量可减少这种视图重叠。

针对第一观看距离，可以显示第一数量的视图，并且针对更大的第二观看距离，显示更多的第二数量的视图。