Автостереоскопическое устройство отображения

Автостереоскопическое устройство отображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к автостереоскопическому устройству отображения, которое содержит дисплейную панель, имеющую матрицу пикселей дисплея для создания отображения, и структуру формирования изображений, предназначенную для направления различных проекций к различным пространственным положениям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первым примером структуры формирования изображений для использования в дисплее данного типа является барьер, например, с прорезями, которые имеют размер и расположение, которые связаны с расположенными под ними пикселями дисплея. В конструкции с двумя проекциями зритель может воспринимать трехмерное (3D) изображение, если его/ее голова находится в фиксированном положении. Барьер располагают перед дисплейной панелью, и конструируют так, чтобы свет от четных и нечетных столбцов пикселей был направлен к левому и правому глазам зрителя, соответственно.

Недостатком данного типа конструкции дисплея с двумя проекциями является то, что зритель должен находиться в фиксированном положении и может перемещаться только приблизительно на 3 см влево или вправо. В более предпочтительном варианте осуществления под каждой прорезью находятся не два столбца субпикселей, а несколько. Таким образом, зрителю предоставляют возможность двигаться влево и вправо и все время воспринимать своими глазами стерео изображение.

Барьерную структуру просто изготавливать, но она не эффективна по отношению к свету. Поэтому предпочтительной альтернативой является использование в качестве структуры формирования изображений линзовой структуры. Например, можно обеспечивать массив удлиненных лентикулярных элементов, которые расположены параллельно друг другу и находятся над массивом пикселей дисплея, и на пиксели дисплея смотрят через эти лентикулярные элементы.

Лентикулярные элементы обеспечивают как пластину элементов, каждый из которых содержит удлиненные полуцилиндрические элементы линзы. Лентикулярные элементы вытянуты в направлении столбцов дисплейной панели, причем каждый лентикулярный элемент находится над соответствующей группой из двух или более смежных столбцов пикселей дисплея.

В структуре, в которой, например, каждая лентикулярная линза связана с двумя столбцами пикселей дисплея, пиксели дисплея в каждом столбце обеспечивают вертикальный срез соответствующих двумерных фрагментов изображений. Лентикулярная пластина направляет эти два сектора и соответствующие срезы от столбцов пикселей дисплея, связанных с другими лентикулярными линзами, к левому и правому глазам пользователя, расположенного перед пластиной, так, чтобы пользователь наблюдал одно стереоскопическое изображение. Пластина лентикулярных элементов таким образом обеспечивает функцию направления выходного света.

В другой структуре каждая лентикулярная линза связана с группой из четырех или более смежных пикселей дисплея в направлении строки. Соответствующие столбцы пикселей дисплея в каждой группе располагают соответствующим образом для обеспечения вертикального среза от соответствующих двухмерных фрагментов изображений. Когда пользователь двигает головой слева направо, он воспринимает серию отличающихся последовательных стереоскопических проекций, например, как круговой обзор.

Описанное выше устройство обеспечивает эффективный трехмерный дисплей. Однако, следует признать, что при обеспечении стереоскопического обзора существует обязательная потеря в горизонтальном разрешении устройства. Эта потеря в разрешении увеличивается с количеством создаваемых проекций. Таким образом, главным недостатком использования большого количества проекций является уменьшение разрешения изображения в проекции. Общее количество доступных пикселей необходимо распределять между проекциями. В случае трехмерного дисплея с n-проекциями с вертикальными лентикулярными линзами воспринимаемое разрешение каждой проекции в горизонтальном направлении будет уменьшено с коэффициентом n по отношению к двумерному (2D) случаю. В вертикальном направлении разрешение останется тем же самым. Использование наклонных барьера или лентикулярной линзы может уменьшать это неравенство между разрешением в горизонтальном и вертикальном направлении. В этом случае ухудшение разрешения можно распределять равномерно между горизонтальным и вертикальным направлениями.

Увеличение количества проекций таким образом улучшает впечатление от трехмерного изображения, но уменьшает разрешение изображения, которое воспринимается зрителем. Каждое из отдельных проекций находится в так называемом конусе обзора, и эти конусы обзора обычно повторяются по полю обзора.

Впечатление от просмотра ухудшает тот факт, что зрители не полностью свободны в выборе своего расположения в пределах поля обзора устройства отображения, т.е. своего расположения для просмотра изображения на трехмерном мониторе или телевизоре в том смысле, что на границе между конусами обзора в пределах поля обзора дисплея трехмерный эффект отсутствует, и появляются раздражающие фантомные изображения. Данное изобретение относится к решению этой проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной из задач данного изобретения является сокращение количества и, предпочтительно, устранение границ конусов обзора.

Данную задачу решают с помощью данного изобретения, которое определено в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления.

В автостереоскопическом устройстве согласно изобретению объединяют линзы и отверстия барьера для обеспечения широкого поля обзора и без повторения проекций в области автостереоскопического выходного изображения. Предпочтительно, дисплейная панель содержит массив пикселей дисплея, и барьерная структура выполнена таким образом, чтобы свет от пикселя достигал только одного отверстия барьера. Это предотвращает вывод отдельных проекций через множество отверстий барьера, и таким образом предотвращает повторение конусов обзора.

Нормальное направление можно предпочтительно определять относительно дисплейной панели.

Пиксели могут быть субпикселями, каждый из которых имеет отличающийся цвет, как известно из предшествующего уровня техники.

Боковые направления обзора перпендикулярны вертикальному направлению обзора, причем термин «вертикальное» имеет свое обычное значение.

Линзы линзовой структуры можно размещать у отверстий барьерной структуры. В этом случае радиус каждой линзовой структуры предпочтительно составляет 0,2-0,5 от расстояния между барьерной структурой и дисплейной панелью.

В одной из предпочтительных конструкций все поле обзора имеет автостереоскопический выход. Однако, для уменьшения общего количества проекций (и таким образом для уменьшения ухудшения разрешения), центральная часть поля обзора может иметь автостереоскопическое выходное изображение, а боковые части поля обзора - двумерное выходное изображение. Отдельные двумерные проекции центральной части поля обзора могут в таком случае располагаться ближе друг к другу, чем двумерные проекции в боковых частях поля обзора.

Для достижения этого в одной конфигурации между дисплейной панелью и барьерной структурой можно обеспечивать линзовую структуру, в которой линзы в центральной части имеют радиус кривизны, отличный от радиуса в боковых частях. Это отличие в кривизне дает возможность заполнять нормальные проекции более плотно, чем боковые проекции. Дополнительные элементы линзы можно обеспечивать в отверстиях барьерной структуры.

В другой конфигурации барьерную структуру можно обеспечивать между дисплейной панелью и линзовой структурой, причем каждый элемент линзы принимает весь свет от соответствующего отверстия барьера.

В этом случае элементы линзы могут иметь центральную часть, которая принимает свет только от одного отверстия барьера, и совместно используемые краевые участки, которые принимают свет от двух смежных отверстий барьера. Это дает возможность элементам линзы иметь регулярную или периодическую форму, например, синусоидальный профиль. Элементы линзы могут содержать стек из двух подэлементов линзы, каждый из которых имеет синусоидальный профиль. Также, дополнительные элементы линзы можно обеспечивать в отверстиях барьерной структуры.

В этой конфигурации отдельные двумерные проекции центральной части предпочтительно отделены на 0,5-3 градуса.

Барьерная структура может содержать по меньшей мере одну прозрачную пластину, причем данная пластина имеет форму с поперечным сечением в форме прямоугольника с вырезами, причем вырезы расположены в участках вне областей, которыми ограничены траектории света между дисплейной панелью и барьерной структурой. Это предоставляет возможность уменьшать вес устройства отображения.

В одном из вариантов осуществления дисплейная панель (например, жидкокристаллическая дисплейная панель) содержит пространственный модулятор света, и автостереоскопический дисплей содержит подсветку, обеспечивающую свет к пространственному модулятору света так, чтобы он проходил через пространственный модулятор света. Предпочтительно, подсветка является коллимированной подсветкой, которая обеспечивает коллимированный свет к пространственному модулятору света. Это обеспечивает улучшение яркости автостереоскопического дисплея, поскольку по меньшей мере часть иначе потерянного света перенаправляют в проекции.

Предпочтительно, подсветку конфигурируют таким образом, чтобы коллимированный свет был параллельным или сходящимся и был ограничен по меньшей мере первым диапазоном с каждой стороны от направления, нормального к дисплейной панели. Таким образом никакой свет подсветки не теряется вообще. Предпочтительно коллимированную подсветку конфигурируют таким образом, чтобы она обеспечивала коллимированный свет, состоящий из одного или более параллельных или сходящихся пучков, испускаемых в одном единственном направлении. Предпочтительно это направление перпендикулярно направлению освещения подсветки.

Когда автостереоскопический дисплей конфигурируют таким образом, что первый диапазон с каждой стороны от направления, нормального к дисплейной панели, таков, что сходящиеся пучки выходят из дисплейной панели, тогда автостереоскопический дисплей может содержать массив соединенных линз между дисплейной панелью и коллимированной подсветкой для обеспечения сходящегося коллимированного пучка света к дисплейной панели так, чтобы в плоскости пространственного модулятора света не было никаких областей между соседними сходящимися пучками, которые не освещены по меньшей мере одним пучком.

В данном случае подсветка предпочтительно обеспечивает параллельный коллимированный свет по всему освещаемому участку. Альтернативно, массив соединенных линз можно интегрировать в подсветку для обеспечения к дисплейной панели сходящихся пучков света, которые освещают весь участок дисплейной панели.

Другое устройство дополнительно содержит вторую барьерную структуру, содержащую массив отверстий, причем упомянутая барьерная структура (которая будет упоминаться как «первая» барьерная структура) и вторая барьерная структура находятся между дисплейной панелью и линзовой структурой. Вторая барьерная структура имеет более широкие отверстия, чем первая барьерная структура. Эта двойная барьерная структура предоставляет возможность дополнительного уменьшения шага между отверстиями барьера первой барьерной структуры, чем это возможно с одной барьерной структурой. Это подразумевает, что система предоставляет возможность использования преимуществ дисплеев с высоким разрешением без необходимости переноса первой барьерной структуры немного ближе к дисплейной панели, т.е. без необходимости уменьшения расстояния между первой барьерной структурой и дисплейной панелью.

Например, по меньшей мере для некоторых пикселей дисплея, в пределах первого диапазона углов, выход пикселя проецируется по меньшей мере на два отверстия барьера барьерной структуры. Это обеспечит мультиконический выход для структуры с одним барьером. Однако, вторая барьерная структура блокирует свет таким образом, что свет от пикселя проходит только через одно из отверстий второй барьерной структуры. Это восстанавливает вывод изображения с помощью одного конуса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут далее описаны просто для примера в отношении сопроводительных чертежей, на которых:

фиг.1 - схематический вид в перспективе известного автостереоскопического устройства отображения;

фиг.2 показывает как массив лентикулярных линз обеспечивает различные проекции к различным пространственным расположениям;

фиг.3 показывает как барьерная структура обеспечивает различные проекции к различным пространственным расположениям;

фиг.4 показывает поперечное сечение структуры мультиперспективного автостереоскопического дисплея;

фиг.5 - крупный план фиг.4;

фиг.6 показывает систему с 9 проекциями обзора, в которой проекции, созданные в каждом из множества конусов, являются одинаковыми;

фиг.7 схематично показывает идеальное решение проблемы появления повторных конусов и переходов между конусами;

фиг.8 показывает основной вариант осуществления дисплея «с одним конусом», например, показанного на фиг.7;

фиг.9a показывает одну из возможных конструкций дисплея, и фиг.9b и 9c показывают два варианта осуществления изобретения;

фиг.10 показывает другой вариант осуществления дисплея согласно изобретению;

фиг.11 показывает функциональные возможности линз, сравнивая предшествующий уровень техники с данным изобретением,

фиг.12a и 12b показывают дополнительные варианты осуществления, в которых линзу и барьер размещают на различных расстояниях от пиксельной плоскости;

фиг.13a и 13b показывают дополнительные варианты осуществления с упрощенными конструкциями для основной линзы;

фиг.14a и 14b показывает дополнительные варианты осуществления с увеличенным расстоянием между линзовой структурой и барьерной структурой;

фиг.15 показывает фактическую конструкцию для 42” (107 см) дисплеев;

фиг.16 показывает возможную модификацию конструкции подсветки;

фиг.17 показывает дополнительный вариант осуществления, который предоставляет возможность использования преимущества увеличенного разрешения в пикселях;

фиг.18 используется для объяснения, что часть подложки в конструкции на фиг.7 может быть удалена в соответствии с дополнительным примером изобретения;

фиг.19 показывает конструкцию фиг.7 с удаленными частями подложки;

фиг.20 показывает модификацию конструкции на фиг.19;

фиг.21 используется для объяснения, что часть второй подложки в конструкции на фиг.17 может также быть удалена в соответствии с дополнительным примером изобретения;

фиг.22 показывает конструкцию на фиг.17 с удаленными частями второй подложки;

фиг.23 - схематическая коллимированная подсветка; и

фиг.24 показывает автостереоскопическое устройство отображения согласно изобретению, имеющее коллимированную подсветку.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Данное изобретение обеспечивает автостереоскопическое устройство отображения, имеющее поле обзора, и в котором используют и барьерную структуру, и линзовую структуру. Множество проекций обеспечивают к различным боковым направлениям обзора в пределах поля обзора. По меньшей мере часть поля обзора имеет автостереоскопическое (3D) выходное изображение, и часть, которая имеет автостереоскопическое выходное изображение, не имеет никаких повторений отдельных (двумерных) проекций. Это подразумевает, что нет никакого изменения стерео обзоров («псевдо стерео обзоров») на границах конусов обзора, поскольку нет никаких границ конусов обзора.

Проблемы, которые решают с помощью данного изобретения, будут сначала описаны более подробно перед объяснением изобретения.

Фиг.1 - схематический вид в перспективе известного автостереоскопического устройства 1 отображения прямого обзора. Данное известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую дисплейную панель 3 с активной матрицей, которая работает в качестве пространственного модулятора света для формирования изображения.

Дисплейная панель 3 имеет ортогональный массив пикселей 5 дисплея, упорядоченный в строки и столбцы. Для ясности только небольшое количество пикселей 5 дисплея показано на данной фигуре. Практически, дисплейная панель 3 может содержать приблизительно одну тысячу строк и несколько тысяч столбцов пикселей 5 дисплея.

Структура жидкокристаллической дисплейной панели 3 является полностью обычной. В частности, панель 3 содержит пару расположенных на некотором расстоянии друг от друга прозрачных стеклянных подложек, между которыми обеспечивают ориентированный скрученный нематический или другой жидкокристаллический материал. Подложки несут шаблоны электродов из прозрачного оксида олова и индия (ITO) на своих наружных поверхностях. Поляризационные слои также обеспечивают на внешних поверхностях подложек.

Каждый пиксель 5 дисплея содержит противостоящие электроды на подложках, с промежуточным жидкокристаллическим материалом между ними. Форму и схему размещения пикселей 5 дисплея определяют с помощью формы и схемы размещения электродов. Пиксели 5 дисплея отделены друг от друга равномерными промежутками.

Каждый пиксель 5 дисплея связан с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Пикселями дисплея управляют для формирования изображения, обеспечивая сигналы адресации к переключающим элементам, и соответствующие схемы адресации известны специалистам.

Дисплейную панель 3 освещают с помощью источника 7 света, содержащего в данном случае плоскую подсветку, которую распределяют по участку массива пикселей дисплея. Свет от источника 7 света направляют через дисплейную панель 3, причем отдельными пикселями дисплея 5 управляют для модулирования света и формирования изображения.

Устройство 1 отображения также содержит лентикулярную пластину 9, расположенную со стороны отображения дисплейной панели 3, которая выполняет функцию формирования обзора. Лентикулярная пластина 9 содержит строки лентикулярных элементов 11, расположенных параллельно друг другу, из которых только один показан с увеличенными размерами для ясности.

Лентикулярные элементы 11 имеют вид выпуклых цилиндрических линз, и они работают в качестве средства направления выходного света для обеспечения различных изображений, или проекций, от дисплейной панели 3 к глазам пользователя, расположенного перед устройством 1 отображения.

Автостереоскопическое устройство 1 отображения, показанное на фиг.1, может обеспечивать несколько перспектив с отличающихся точек обзора в различных направлениях. В частности, каждый лентикулярный элемент 11 расположен над небольшой группой пикселей 5 дисплея в каждой строке. Лентикулярный элемент 11 проецирует каждый пиксель 5 дисплея из группы в различных направлениях для формирования нескольких отличающихся проекций. Когда голова пользователя перемещается слева направо, его/ее глаза будут по очереди воспринимать одно из нескольких отличающихся проекций.

Специалисты должны признать, что средство поляризации света необходимо использовать вместе с описанным выше массивом, так как жидкокристаллический материал является двоякопреломляющим, причем показатель преломления изменяется только в применении к свету определенной поляризации. Средство поляризации света можно обеспечивать, как часть дисплейной панели или структуры формирования изображений устройства.

На фиг.2 показан принцип работы структуры формирования изображения лентикулярного типа, которая описана выше, и на ней показана подсветка 20, устройство 24 отображения, такое как LCD, и лентикулярный массив 28. На фиг.2 показано, как лентикулярная структура 28 направляет выход различных пикселей к трем различным пространственным расположениям 26, 26' и 26”. Пиксели могут быть пикселями монохромного дисплея или, как в настоящем примере (не обозначенные позиционными обозначениями, но видимые из закрашенных пикселей на чертеже) субпикселями цветного дисплея. Визуализация изображения дисплея, т.е. присваивание субпикселей проекциям, создаваемым дисплеем, будет таково, что каждая проекция будет иметь всю цветную информацию изображения. Подходящие схемы визуализации известны специалистам, поскольку они подробно описаны в предшествующем уровне техники.

На фиг.3 показан принцип работы структуры формирования изображения барьерного типа, и на ней показана подсветка 20, барьерное устройство 22 и устройство 24 отображения, такое как LCD. На фиг.3 показано, как барьерное устройство 22 обеспечивает структурированный выход света. Это подразумевает, что различные пиксели освещают с помощью прерывистых областей источника света, в результате осуществляется функция направления света. Как показано, пиксели 29a для одной проекции освещают с одного направления, а пиксели 29b для другой проекции освещают с другого направления. Два глаза зрителя 56 воспринимают свет, модулированный с помощью различных пикселей дисплея.

Данное изобретение направлено на решение проблемы повторения обзоров, которую объясняют ниже.

На фиг.4 показано поперечное сечение структуры автостереоскопического многорастрового дисплея, например, дисплея, показанного на фиг.2. Снова, панель 24 LCD имеет наверху лентикулярный массив 28. Лентикулярный массив имеет отдельные лентикулярные линзы 28', 28” и т.д. Каждый пиксель под определенными лентикулярными линзами 28', 28” и т.д. будет вносить вклад в определенную проекцию из проекций 41-47. В этом случае каждый пиксель является субпикселем цветного пикселя красной, зеленой, синей дисплейной панели. Различные цветные субпиксели изображены с помощью различного закрашивания. Все пиксели под этой линзой будут вместе вносить вклад в конус обзора, который охватывается углом Φ. Ширину этого конуса, которая определяется углом Φ, определяют с помощью комбинации нескольких параметров: она зависит от расстояния D от пиксельной плоскости до плоскости лентикулярных линз. Она также зависит от шага P_L линзы.

Фиг.5 - крупный план фиг.4, и на нем показывают, что свет, испускаемый пикселем дисплея 24, собирают с помощью лентикулярной линзы, самой близкой к пикселю, но также и с помощью соседних линз лентикулярной структуры. Таким образом, информацию от каждого пикселя направляют в различные конусы обзора, таким образом, что все конусы обзора с идентичной информацией повторяются в плоскости чертежей. Это - источник появления повторных конусов обзора. Такое повторение в общем случае происходит в боковом направлении.

Зависимостью ширины конуса (Φ) от этих параметров приблизительно управляют с помощью соотношения:

В этом выражении n - усредненный показатель преломления материалов, расположенных между пиксельной плоскостью и плоскостью лентикулярных линз (обычно, n находится в диапазоне от 1,0 (воздух) до 1,6).

Следует отметить, что чем меньше угловое расстояние между двумя проекциями, тем лучше трехмерный эффект.

Соответствующие проекции, созданные в каждом из конусов обзора, являются одинаковыми. Этот эффект схематично показан на фиг.6 для автостереоскопической системы 60 с 9 проекциями. Система имеет поле 62 обзора с 11 повторяющимися конусами 61 обзора с 9 проекциями в каждом конусе 61 обзора. 9 проекций, каждая из которых имеет информацию двумерного изображения всего изображения, которое будет отображаться таким образом, что различные проекции имеют небольшое отличие в смещении для обеспечения стерео восприятия всего изображения. Как объяснено во введении данной заявки, в пределах одного конуса теперь возможно стерео наблюдение с различных точек обзора за содержимым изображения, которое будет отображаться таким образом, что обеспечивается возможность осмотра с разных сторон.

Для приемлемого компромисса между трехмерным эффектом и ухудшением разрешения общее количество проекций ограничено обычно 9 или 15, и могут выполняться другие условия. Эти проекции обычно имеют угловую ширину 1°-2°. Проекции и конусы имеют такое свойство, что они являются периодическими. Если пользователь будет идти вокруг дисплея (например, в боковом направлении), то он в некоторый момент будет пересекать границы конусов 63 обзора между смежными конусами обзора. Таким образом, в определенной области около этих границ изображения для обоих глаз не будут должным образом соответствовать между собой по параллаксу и/или перспективе. Это показано для зрителя 64 на фиг.6. В случае, например, системы с 9 проекциями левый глаз воспринимает, например, 9-ое двумерное изображение, а правый глаз будет воспринимать, например, 1-ое двумерное изображение всего отображаемого изображения. Прежде всего, левое и правое изображения меняются местами, что подразумевает, что изображение - псевдоскопическое. Во-вторых, и это более серьезно, между изображениями существует очень большое несоответствие. Это упоминается как «суперпсевдоскопическое» визуальное отображение. Когда зритель преодолевает границы конусов, наблюдаются очень раздражающие скачкообразные изменения.

Только зритель, расположенный полностью в пределах определенного конуса (например, зритель 65 слева на фиг.6) воспринимает трехмерный эффект, поскольку проекции, которые направляют к его левому и правому глазам, в этом случае немного отличаются (например, проекции 4 и 5 для левого и правого глаза являются проекциями с небольшим смещением, соответственно).

Чтобы суммировать, целью данного описания изобретения является обеспечение решения проблемы появления переходов между конусами при сохранении хорошего трехмерного эффекта.

Первый вариант осуществления согласно изобретению будет описан далее в отношении фиг.7, на которой показывают идеальное решение проблемы появления повторных конусов и переходов между конусами. На фиг.7 показана система 70, которая имеет только один конус 71, состоящий из множества проекций (т.е. угол Φ близок к 180°), так, чтобы не было никаких переходов между конусами. Таким образом, ширина конуса обзора - такая же, как поле обзора системы 70.

На фиг.8 показывают основной вариант осуществления такого дисплея «с одним конусом». Он состоит из дисплея, имеющего дисплейную панель с пиксельной плоскостью 86, оборудованную барьером 80 с относительно узкими прозрачными отверстиями (прорезями) 82. Барьер располагают от дисплейной панели на расстоянии D. Свет 84, исходящий от средства обеспечения подсветки (не показано), входит в стекло 81 дисплея со стороны подсветки. Внутри стекла угол входящего света с нормалью дисплея изменяется между 0° и 42° (предполагая, что свет от подсветки в воздухе изменяется между 0° и 90° и что показатель преломления стекла дисплея равен 1,5). Поскольку угловое распространение света внутри стекла ограничено, повторных проекций можно избежать, сделав шаг P барьера достаточно большим. В качестве эмпирического правила шаг P барьера должен обычно быть в два раза больше расстояния D от барьера до плоскости 86 пикселей. Точное соотношение между шагом и расстоянием зависит от ширины прорези (размера отверстия) и показателя преломления стекла/среды 83 между пикселями 86 и барьером 80.

Эта структура требует множества проекций 87 (только одна из проекций имеет номер позиции на фиг.8) для обеспечения хорошего трехмерного эффекта: это подразумевает, что пространственное разрешение каждой из проекций будет очень низким. Доступное количество пикселей на пиксельной панели (LC панели в данном случае) должно делиться между проекциями; чем больше проекций, тем ниже количество пикселей, доступных для каждой проекции.

Этот недостаток можно устранить при использовании пиксельной панели (LC панели в данном случае), которая имеет очень большое количество пикселей (например, с помощью использования панели стандарта Quad-Full-High-Definition (3840×2160 пикселей)). Также количество пропускаемого света будет ограничено из-за уменьшения размеров отверстий.

Для обеспечения 180-градусного поля обзора и для улучшения эффективности света, можно также использовать линзы. В частности, требуются широкие линзы (большой шаг P_L линзы), а также очень сильные линзы в комбинации с небольшим расстоянием от пиксельной плоскости до плоскости лентикулярных линз (D). Такие сильные линзы практически нельзя изготовить (их радиус кривизны R будет меньше, чем P_L/2, подразумевая, что даже полусферическая линза не будет достаточно сильной).

Этот недостаток можно устранить способом, который объяснен в отношении фиг.9. Это предусматривает расширение отверстий 82 в барьере 80 и размещение линзы 90 в (и по существу в плоскости) каждого отверстия для улучшения количества пропускаемого света.

Таким образом, изобретение относится к различным конфигурациям, которые объединяют линзовую и барьерную структуры.

Угловые размеры лучей света, присутствующих в LC панели, ограничены θ_max=sin^-1(1/n). В данном случае n является показателем преломления подложки и защитного стекла LC панели. Обычно n=1,52, что приводит к θ_max=±41°.

Это является просто результатом закона Снелля: лучи, исходящие из подсветки, когда они входят в стеклянную подложку LC панели, будут преломляться в нормальном направлении.

Это подразумевает, что с помощью структуры, показанной на фиг.9a, на которой показан простой блокирующий свет барьер с периодическим массивом прозрачных прорезей перед LC панелью, единственный конус обзора будет создан, обеспечивая соблюдение следующих условий:

В этом соотношении S является шириной прорези в барьере и D является расстоянием между барьерной структурой и LC панелью. Практически, S должна быть небольшой, чтобы не расширять отдельные проекции. В этом случае, при объединении с tan(θ_max)≈1, минимальным значением для P_L является P_L≈2D; поэтому, предпочтительно, P_L>2D.

Небольшое значение для ширины прорезей S подразумевает низкое пропускание света: большая часть света теряется. Решение состоит в увеличении ширины прорезей и объединении прорезей с лентикулярной линзой, как показано на фиг.9b и фиг.9c. Лентикулярная линза должна иметь фокусное расстояние f, которое по существу равно расстоянию от линзы до пиксельной плоскости. Это гарантирует, что перекрытие между соседними проекциями остается небольшим.

С помощью аппроксимации фокусное расстояние лентикулярной линзы подчиняется соотношению f≈Rn/(n-1), где R - радиус кривизны линзы. Предполагая, что n=1,52 и f=D, из этого следует, что R≈D/3. Предпочтительно, 0,2D<R<0,5D.

Оптическое качество лентикулярных линз можно улучшать с помощью выбора прорезей в барьере так, чтобы они были уже, чем ширина линз (как показано на фиг.9b).

Если дисплейная панель OLED (или любая другая панель с излучающими пикселями, которая не требует ни подсветки, ни пространственной модуляции света) используется вместо LC панели, то лучи, излучаемые пикселем OLED, не ограничены ограниченным угловым диапазоном; вместо этого они охватывают весь диапазон от -90° до +90° внутренней части защитного стекла OLED. В результате лучи, излучаемые под большими углами, могут легко достигать соседних и следующих соседних прорезей. Однако, эти паразитные лучи не будут создавать проблемы при условии, что используется механизм полного внутреннего отражения, обеспечивая, что эти лучи не смогут выйти из защитного стекла 91 панели OLED. Пример решения при таком полном внутреннем отражении показан схематично на фиг.9c, где внешнее поступление света в линзы теперь ограничено углом падения света путем обеспечения того, что кривизна линзы обращена к защитному стеклу панели излучающих пикселей (панели OLED). Таким образом, для дисплеев обоих типов угол траектории света между дисплейной панелью и барьерной структурой ограничен первым диапазоном с каждой стороны от нормального направления. Это дает возможность барьеру работать, обеспечивая, чтобы свет от одного пикселя достигал только одного отверстия барьера.

Комбинация линзового и барьерного средств подразумевает, что угол траектории света к полю обзора устройства отображения находится во втором диапазоне с каждой стороны от нормального направления, причем второй диапазон больше первого диапазона. Предельное значение второго диапазона равно 90 градусов, так, чтобы выходное поле обзора дисплея и таким образом - конус обзора - было равно полным 180 градусам.

Автостереоскопическое устройство 100 согласно второму варианту осуществления согласно изобретению описано в отношении фиг.10. Снова, существует только один конус обзора, который охватывает поле обзора 102. В этом случае плотность проекций является высокой при небольших углах обзора и низкой при больших углах обзора. Это приводит к хорошему качеству трехмерного изображения при относительно небольших углах обзора (в боковом направлении), например, для зрителя 105, и к хорошему качеству двумерного изображения при больших углах обзора, например, для зрителя 104.

Таким образом, проекции 101, которые включают в себя, например, проекции 101', 101'' и 101''', распределяют нелинейным способом. Т.е. проекции располагают таким образом, что расстояние между проекциями является небольшим для проекций, выходящих из дисплея почти перпендикулярно (т.е. для небольших углов обзора, например, для проекции 101'''). При увеличении угла обзора расстояние между проекциями увеличивается (например, для проекций 101” и 101'). Таким образом, не все проекции имеют одинаковую ширину проекции.

Как указано выше, чем меньше угловое расстояние между соседними проекциями, тем более явный трехмерный эффект, и наоборот. Это подразумевает, что зритель, смотрящий на дисплей под небольшими углами обзора, будет видеть высококачественное трехмерное изображение (например, зритель 105), тогда как при увеличении углов обзора трехмерный эффект будет постепенно уменьшаться и в конечном счете уменьшится до двумерного изображения (например, для зрителя 104).

Преимущество состоит в том, что таким образом необходимо только ограниченное количество проекций, подразумевая, что хорошее пространственное разрешение может быть получено в пределах каждой проекции. В то же самое время никакого повторения проекций не происходит.

Небольшое перекрытие можно обеспечивать между соседними проекциями для небольших углов обзора (это помогает обеспечить хороший трехмерный эффект), и постепенно увеличивающееся перекрытие - для увеличивающихся углов обзора. В частности, при больших углах обзора, когда трехмерный эффект будет уменьшен, может быть получено хорошее качество двумерного эффекта, обеспечивая большое перекрытие между проекциями. С помощью визуализации внешних проекций с тем же самым содержимым изображения и обеспечения большего перекрытия между этими проекциями увеличивают видимое пространственное разрешение изображения, которое видит зритель. Другими словами, при небольших углах обзора проекции визуализируются как трехмерные проекции, а при больших углах обзора проекции визуализируются как двумерные проекции.

Визуализация проекции является процессом назначения необходимым пикселям надлежащей информации изображения, так что данная информация попадает на необходимые проекции. Специалисты будут иметь возможность обращаться к пиксельной плоскости, используя обычную электронную аппаратуру и оборудование дисплея таким образом, чтобы она обеспечивала такую визуализацию.

Далее будет объяснен способ, с помощью которого проекции можно перераспределять нелинейным способом.

Обращаясь к фиг.5, пусть θ_in будет углом, под которым луч света испускается определенным пикселем, и θ_out будет углом, под которым этот луч сета выходит из трехмерного дисплея. Соотношение между θ_in и θ_out подчиняется закону Снелля: