[发明专利]3D显示装置

说明书

描述了显示装置140，该显示装置用于使用户能够在由该显示装置呈现视觉信息时体验3D感知。该显示装置具有：一个图像形成单元142，具有一个二维图像子像素阵列，该二维图像子像素阵列被布置成发射用于呈现相关联的视觉信息的光；以及一个光学系统144，具有一个衍射光学元件阵列150，该衍射光学元件阵列150与该图像子像素阵列中的相应的图像子像素相关联。每个衍射光学元件被布置成将来自相关联的图像子像素的光衍射成具有多个衍射级的衍射图案，以将来自相关联的图像子像素的视觉信息提供到与所述多个衍射级相关联的多个方向性观看区域。

技术领域

本发明涉及一种显示装置，该显示装置用于使用户能够在由该显示装置呈现视觉信息时体验3D感知。

背景技术

用于使用户能够在由显示装置呈现视觉信息时体验3D感知的显示装置的多种变体是已知的。一些已知系统要求用户佩戴眼镜，例如，以使呈现给左眼的视觉信息与呈现给右眼的视觉信息分离。通过所谓的自由立体系统(autostereoscopic system)可以克服需要佩戴眼镜的不便。一些用于3D感知的系统使用双凸透镜(lenticular lens)以在空间上引导视觉信息。在SPIE会议记录中，第2653卷，第32至39页出版的C.van Berkel等人的“Multiview 3D-LCD”中描述了双凸系统的一个实例。由于物理约束，一些系统方法遭受它们的设计限制。例如，一些高分辨率小尺寸显示系统将需要具有负厚度的双凸透镜。在一些其他系统(特别是具有大显示尺寸的系统)中，为了允许用户体验高质量的3D感知，使用双凸透镜或视差屏障(parallax barrier)的显示装置可能需要双凸透镜与具有二维图像子像素阵列的显示面板之间的相当大的距离。另外，光学公差可能需要额外的机械措施来限定和维持此距离，例如通过使用固体透明板来提供该距离，这可能导致重量和成本的显著增加。提供具有更好的可控设计参数(诸如厚度、重量和成本)的显示装置将是有利的。

发明内容

本发明在此提供一种显示装置，该显示装置用于使用户能够在由该显示装置呈现视觉信息时体验3D感知，其中该显示装置包括：一个图像形成单元，包括一个二维图像子像素阵列；以及一个光学系统，包括一个衍射光学元件阵列。该二维图像子像素阵列被布置成发射用于呈现相关联的视觉信息的光。该衍射光学元件阵列与该图像子像素阵列中的相应的图像子像素相关联。每个衍射光学元件被布置成将来自相关联的图像子像素的光衍射成包括多个衍射级的衍射图案，以将来自相关联的图像子像素的视觉信息提供到与所述多个衍射级相关联的多个方向性观看区域。因此，该光学系统可以被认为将由一个子像素呈现的视觉信息有效地复制到多个方向性观看区域，这是因为视觉信息被提供到所述多个衍射级中的每个，使得用户可以在所述多个方向性观看区域中的每个中体验3D感知。该衍射光学元件例如可以是衍射光栅。该衍射光学元件可以是薄的。该衍射光学元件可以提供用于体验3D感知的视觉信息，而在这样的系统中不需要附加的空间分离，在使用常规光学器件(诸如双凸透镜或视差屏障)的显示装置中，在该双凸透镜或视差屏障与该二维图像子像素阵列之间需要附加的空间分离。据此，该显示装置可以更薄、更轻和/或更便宜。

在一个实施方案中，该衍射光学元件阵列中的每个衍射光学元件被布置成根据衍射级之间的多个预先限定的强度比，将来自相关联的图像子像素的光衍射成包括多个衍射级的衍射图案。据此，所述方向性观看区域中的每个的相对强度可以被限定以例如在最常用的观看位置处(即，在中心观看区域处)为所述方向性观看区域提供较高的强度。

在另一实施方案中，所述多个预先限定的强度比对应于强度从中心衍射级到外部衍射级的逐渐变化，所述逐渐变化对应于朗伯余弦定律，以为对应的方向性观看区域提供对应的预先限定的强度比。

在一个实施方案中，所述多个方向性观看区域被限制到一个或多个预先限定的有限的方向性范围。