Многовидовое устройство формирования изображения

Многовидовое устройство формирования изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к многовидовому устройству формирования изображения для создания многочисленных видов в поле наблюдения устройства формирования изображения, которое содержит дисплейную панель, имеющую пикселы для образования изображения, и формирователь изображений для направления многочисленных видов к различным пространственным местам в поле наблюдения устройства формирования изображения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Первый пример многовидового устройства формирования изображения включает в себя формирователь изображений в виде параллаксного барьера, имеющего щели, которым придают заданные размеры и которые располагают в зависимости от нижележащей матрицы из столбцов и строк пикселов дисплейной панели. В двувидовой конструкции наблюдатель может воспринимать трехмерное изображение, если его/ее голова находится в неподвижном положении. Параллаксный барьер располагают перед дисплейной панелью и рассчитывают так, чтобы свет от нечетных и четных столбцов пикселов направлялся к левому и правому глазу наблюдателя соответственно.

Недостаток конструкции двувидового устройства формирования изображения этого типа заключается в том, что наблюдатель должен находиться в неподвижном положении и может перемещаться влево или вправо только приблизительно на 3 см. В более предпочтительном осуществлении под каждой щелью находятся не два столбца подпикселов, а несколько. При этом способе осуществления допускается перемещение наблюдателя влево и вправо и его/ее глаза все время воспринимают стереоскопическое изображение.

Устройство с параллаксным барьером является простым в изготовлении, но не обладает световой эффективностью, особенно при увеличении количества видов. Поэтому предпочтительным вариантом является использование линзового устройства в качестве формирователя изображений. Например, можно предусмотреть матрицу удлиненных растровых элементов, вытянутых параллельно друг другу и покрывающих матрицу пикселов дисплейной панели, и наблюдать дисплейные пикселы через эти растровые элементы.

Растровые элементы формируют в виде листа элементов, каждый из которых представляет собой удлиненный полуцилиндрический линзовый элемент с удлиненной осью, перпендикулярной к кривизне линзового элемента. Удлиненные оси растровых элементов проходят по направлениям столбцов дисплейной панели, при этом каждый растровый элемент покрывает соответствующую группу из двух или большего количества соседних столбцов дисплейных пикселов.

В схеме, в которой, например, каждая цилиндрическая линза связана с двумя столбцами дисплейных пикселов, дисплейные пикселы в каждом столбце создают вертикальное сечение соответствующего двумерного подизображения. Растровый лист направляет эти два сечения и соответствующие сечения столбцов дисплейных пикселов, связанных с другими цилиндрическими линзами, к левому и правому глазам пользователя, расположенного перед листом, так что пользователь наблюдает единственное стереоскопическое изображение. Таким образом, лист растровых элементов выполняет функцию направления выходного светового пучка.

В других схемах каждая цилиндрическая линза связана с группой из четырех или большего количества соседних дисплейных пикселов в строчном направлении. Соответствующие столбцы дисплейных пикселов в каждой группе расположены соответственно для получения вертикального сечения соответствующего двумерного подизображения. Когда голова пользователя перемещается слева направо, происходит восприятие ряда последовательных различных стереоскопических видов, создающих, например, впечатление осмотра.

Описанное выше устройство обеспечивает эффективное трехмерное отображение. Однако должно быть понятно, что для получения стереоскопических видов необходимо приносить в жертву разрешающую способность устройства по горизонтали. Это ухудшение разрешающей способности возрастает с количеством образуемых видов. Таким образом, основной недостаток использования большого количества видов заключается в том, что разрешающая способность изображения в расчете на один вид снижается. Общее количество имеющихся пикселов распределяется по видам. В случае N-видового трехмерного устройства формирования изображения с вертикальными растровыми линзами, то есть вертикальными относительно ориентации наблюдателя, воспринимаемая разрешающая способность каждого вида по горизонтальному направлению снижается в соответствии с множителем N по сравнению с разрешающей способностью двумерных пикселов. В вертикальном направлении разрешающая способность остается такой же, как разрешающая способность двумерных пикселов. Использованием барьера или растра, который наклонен, можно уменьшить это несоответствие между разрешающей способностью в горизонтальном и вертикальном направлениях в автостереоскопическом режиме. В этом случае ухудшение разрешающей способности можно поровну распределить между горизонтальным и вертикальным направлениями.

Таким образом, при увеличении количества видов улучшается впечатление от трехмерного изображения, но в восприятии пользователя снижается разрешающая способность трехмерного изображения. Индивидуальные виды находятся в так называемых конусах видения и эти конусы видения обычно повторяются по всему полю наблюдения.

Контроль наблюдений на практике затрудняется тем, что наблюдатели неполностью свободны в выборе места, с которого смотрят на трехмерное устройство формирования изображения, между тем как на границах между конусами видения трехмерный эффект отсутствует и появляются паразитные изображения. Настоящее изобретение касается этой проблемы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в создании усовершенствованного многовидового устройства формирования изображения. В частности, в устройстве обеспечивается возможность подавления границ конусов.

Эта задача решается изобретением, определенным в независимом пункте изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные варианты осуществления.

Многовидовое устройство формирования изображения, определенное в пункте 1 формулы изобретения, представляет собой устройство формирования изображения, в котором обеспечивается выходной световой пучок в управляемом направлении освещения пикселов, так что повторения видов могут быть исключены. Поэтому выходной световой пучок устройства формирования изображения в поле наблюдения может быть единственным конусом, имеющим многочисленные виды. При этом формируется один частичный выходной световой пучок устройства формирования изображения, потому что только он направляется в узкое поле наблюдения или потому что многочисленные частичные выходные световые пучки создаются последовательно во времени для повышения разрешающей способности. В случае когда частичный выходной световой пучок устройства формирования изображения представляет собой частичную область выходного света, место, с которого конус видов можно наблюдать, зависит от взаимного расположения источников света задней подсветки, которые включены, и дисплейной панели.

Матрица линз расположена перед дисплейной панелью и свет от каждого пиксела освещает по существу одну линзу. Этим исключаются повторения видов и, следовательно, границы конусов. Матрица линз может отображать плоскость пикселов дисплейной панели по существу в бесконечность. Матрица линз может быть переключаемой, так что устройство формирования изображения будет переключаемым между двумерным и трехмерным режимами работы и/или многочисленными режимами трехмерной работы, при этом многочисленные режимы различаются количеством видов.

В одном примере во время функционирования устройства все пикселы освещаются при заданном расхождении света вокруг одного общего направления, так что во время одной операции освещения один или несколько видов образуются в частичном поле наблюдения устройства формирования изображения.

Таким образом, единственный конус с многочисленными видами создается в заданном направлении. Положение выбираемой области выходного светового пучка можно выбирать путем регулирования положений источников света относительно дисплейной панели. Более значительная область наблюдения может быть образована последовательно во времени.

Эта схема представляет собой особый интерес, когда устройство дополнительно содержит систему отслеживания положения головы и направление выходного света выбирается на основании входных сигналов, принимаемых от системы отслеживания положения головы.

Источники света могут быть независимо управляемыми, при этом выходной световой пучок устройства формирования изображения представляет собой выходной световой пучок устройства формирования изображения (дисплея), являющийся результатом приведения в действие поднабора источников света, при этом выходным световым пучком от каждого приводимого в действие источника света освещается соответствующая область дисплейной панели, причем отсутствует рабочая область дисплейной панели, освещаемая более чем одним источником света.

В таком случае управлением системой источников света определяются направления, в которых создаются виды. И в этом случае более значительная область наблюдения может быть образована последовательно во времени.

Прокладка может быть предусмотрена между источниками света и дисплейной панелью и расположена так, что она ограничивает указанную соответствующую область для каждого источника света узла задней подсветки.

Узел задней подсветки также может содержать линзу, связанную с каждым источником света, для создания коллимированного направленного выходного света. В таком случае этот направленный выходной свет определяет область, из которой можно рассматривать изображение.

Переключаемый рассеиватель может быть предусмотрен для преобразования выходного светового пучка задней подсветки из направленного выходного светового пучка в рассеянный выходной световой пучок. Таким образом, устройство может быть использовано для получения единственного конического выходного светового пучка в заданном направлении или же рассеянного выходного светового пучка, приводящего к более обычной схеме с многочисленными конусами. Это может больше подходить, если во всем поле наблюдения находятся многочисленные наблюдатели.

Узел задней подсветки может содержать прозрачную пластину и этой пластине в поперечном сечении может быть придана форма прямоугольника с вырезами, расположенными на участках между источниками света, которые находятся за пределами расхождения света от источников света. В этой конструкции снижается масса узла задней подсветки за счет удаления материала, который не вносит вклад в оптические характеристики задней подсветки.

Если расстояние между плоскостью пикселов и матрицей линз, преобразованное в эффективную длину оптического пути через материал линзы, определяется как d1^∗, а расстояние между источником света и плоскостью пикселов, преобразованное в эффективную длину оптического пути через материал линзы, определяется как d2^∗, то d2^∗=kd1^∗, где k является целым числом. Это представляет особый интерес, когда один источник света используется для проецирования области отображения на многочисленные линзы и при этом гарантируется, что повторяемая картина пикселов отображается к каждой линзе.

В одной схеме источники света продолжаются сверху донизу дисплея, выровнены относительно длинных осей линз и каждый источник света разделен на отрезки, при этом отрезки возбуждаются независимо. Это позволяет лучше согласовывать излучение, создаваемое узлом задней подсветки, с построчной адресацией дисплея, чтобы гарантировать освещение пикселов, когда уровень их возбуждения стабилизирован, и прекращение освещения до возникновения перекрестных искажений.

Во всех примерах дисплейная панель может содержать матрицу жидкокристаллических (ЖК) дисплейных пикселов и источники света могут содержать точечные источники света из светоизлучающих диодов или линейку светоизлучающих диодов.

Изобретением также предоставляется способ функционирования многовидового устройства формирования изображения согласно изобретению, в котором управляют дисплейной панелью и управляют системой источников света, чтобы создавать частичный выходной световой пучок устройства формирования изображения, содержащий одновременно набор по меньшей мере трех двумерных видов без повторения индивидуальных двумерных видов, и чтобы свет от каждого освещаемого пиксела доходил точно до одной линзы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь осуществления изобретения будут описаны только для примера с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:

Фиг.1 - схематичный перспективный вид известного автостереоскопического устройства формирования изображения;

Фиг.2 - иллюстрация способа создания растровой матрицей различных видов в различных пространственных местах;

Фиг.3 - поперечное сечение структуры многовидового автостереоскопического устройства формирования изображения;

Фиг.4 - изображение из Фиг.3 в увеличенном масштабе;

Фиг.5 - иллюстрация 9-видовой системы, в которой виды, создаваемые в каждом из наборов конусов, являются одинаковыми;

Фиг.6 - иллюстрация первого примера устройства формирования изображения согласно изобретению;

Фиг.7 - иллюстрация модификации конструкции из Фиг.6;

Фиг.8 - иллюстрация второго примера устройства формирования изображения согласно изобретению;

Фиг.9 - иллюстрация модификации конструкции из Фиг.8;

Фиг.10 - иллюстрация дальнейшей возможной модификации конструкции из Фиг.8;

Фиг.11 - иллюстрация третьего примера устройства формирования изображения согласно изобретению;

Фиг.12 - иллюстрация четвертого примера устройства формирования изображения согласно изобретению;

Фиг.13 - иллюстрация максимально возможного снижения массы с использованием принципов, поясненных при обращении к Фиг.12;

Фиг.14 - иллюстрация пятого примера устройства формирования изображения согласно изобретению;

Фиг.15 - иллюстрация способа отображения видов на пикселах в известном устройстве формирования изображения с многочисленными конусами;

Фиг.16 - иллюстрация устройства формирования изображения согласно изобретению, в котором один источник света использован для освещения многочисленных линз, используемая для пояснения требуемого отображения видов;

Фиг.17 - иллюстрация отображения видов согласно изобретению для схемы из Фиг.16;

Фиг.18 - иллюстрация первого примера разделенной на отрезки задней подсветки, которую можно использовать в устройстве согласно изобретению;

Фиг.19 - иллюстрация задней подсветки из Фиг.18 с одним освещенным отрезком;

Фиг.20 - иллюстрация временной диаграммы работы задней подсветки из Фиг.18;

Фиг.21 - иллюстрация второго примера разделенной на отрезки задней подсветки, которую можно использовать в устройстве согласно изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретением предоставляется многовидовое устройство формирования изображения, в котором узел задней подсветки содержит систему источников света, при этом от каждого источника света, когда он включен, направляется свет к связанной с ним области дисплейной панели. Источники света расположены линиями. Эти линии могут быть непрерывными, но они также могут быть разделенными на отрезки (образующие точечные или пунктирные линии). Эти линии источников света могут быть расположены в шахматном порядке для согласования с расположенными в шахматном порядке линзами.

Расхождение света от источника света находится в пределах заданного угла, в результате чего формируется связанная с ним выходная область, находящаяся в пределах поля наблюдения дисплейной панели, откуда можно видеть эту область дисплейной панели, освещаемую источником света. Контроллер устройства формирования изображения адаптивно управляет системой источников света так, что создается частичный выходной световой пучок устройства формирования изображения, содержащий набор по меньшей мере трех двумерных видов без повторения индивидуальных двумерных видов. Единственный конический выходной световой пучок можно создавать путем последовательного образования различных частичных выходных световых пучков устройства формирования изображения. В качестве варианта частичный выходной световой пучок устройства формирования изображения можно создавать в выбранном направлении, если местоположение наблюдателя известно.

До представления пояснения изобретения прежде всего будут более подробно описаны задачи, решаемые изобретением.

На Фиг.1 представлен схематичный перспективный вид известного автостереоскопического устройства 1 формирования изображения прямого наблюдения. Известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую дисплейную панель 3 активного матричного типа, которая, чтобы создавать изображение, действует как пространственный модулятор света.

Дисплейная панель 3 имеет ортогональную матрицу из строк и столбцов дисплейных пикселов 5. Ради ясности на чертеже показано только небольшое количество дисплейных пикселов 5. На практике дисплейная панель 3 может содержать около одной тысячи строк и несколько тысяч столбцов дисплейных пикселов 5. В черно-белой дисплейной панели термин «пиксел» следует толковать как означающий наименьший единичный элемент для представления части изображения. В цветном дисплее пиксел представляет подпиксел полного цветного пиксела. В соответствии с общей терминологией полный цветной пиксел содержит все подпикселы, необходимые для создания всех цветов наименьшей отображаемой части изображения. Поэтому, например, полный цветной пиксел может иметь красный (R), зеленый (G) и синий (В) подпикселы, возможно, дополненные белым субпикселом или одним или несколькими другими подпикселами основных цветов. Структура жидкокристаллической дисплейной панели 3 является совершенно обычной. В частности, панель 3 содержит пару разнесенных прозрачных стеклянных подложек, между которыми размещен материал в виде ориентированного скрученного нематического или другого жидкого кристалла. Подложки на расположенных напротив друг друга поверхностях содержат структуры прозрачных электродов из оксида индия и олова (ОИО). На внешних поверхностях подложек также предусмотрены поляризующие слои.

Каждый дисплейный пиксел 5 содержит противолежащие электроды на подложках с находящимся между ними жидкокристаллическим материалом. Форма и расположение дисплейных пикселов 5 определяются формой и расположением электродов. Дисплейные пикселы 5 регулярно отделены друг от друга зазорами.

Каждый дисплейный пиксел 5 связан с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (ТПТ) или тонкопленочный диод (ТПД). Дисплейные пикселы приводятся в действие для получения изображения при подаче сигналов адресации к переключающим элементам, и подходящие схемы адресации должны быть известны специалистам в данной области техники.

Дисплейная панель 3 освещается источником 7 света, в этом случае содержащим плоский узел задней подсветки, продолжающийся на протяжении площади матрицы дисплейных пикселов. Свет от источника 7 света направляется через дисплейную панель 3, при этом индивидуальные дисплейные пикселы 5 возбуждаются для модуляции света и получения изображения.

Устройство 1 формирования изображения также содержит растровый лист 9, расположенный на протяжении стороны отображения дисплейной панели 3, и он выполняет функцию направления света и вместе с тем функцию формирования вида. Растровый лист 9 содержит группу растровых элементов 11, вытянутых параллельно друг другу, из которых только один показан с сильно увеличенными размерами для ясности.

Растровые элементы 11 выполнены по форме выпуклых цилиндрических линз, при этом каждая имеет удлиненную ось 12, проходящую перпендикулярно к цилиндрической кривизне элемента, и каждый элемент действует как средство направления выходного света для представления различных изображений или видов от дисплейной панели 3 к глазам пользователя, расположенного перед дисплейным устройством 1.

Дисплейное устройство имеет контроллер 13, который управляет задней подсветкой и дисплейной панелью.

Автостереоскопическое устройство 1 формирования изображения, показанное на Фиг.1, способно создавать несколько различных перспективных видов в различных направлениях, то есть оно способно направлять выходной свет пикселов в различные пространственные места в пределах поля наблюдения устройства формирования изображения. В частности, каждый растровый элемент 11 покрывает небольшую группу дисплейных пикселов 5 в каждой строке, при этом в настоящем примере строка продолжается перпендикулярно к удлиненной оси растрового элемента 11. Растровый элемент 11 проецирует выходной свет каждого дисплейного пиксела 5 из группы в особом направлении для формирования нескольких различных видов. Когда голова пользователя будет перемещаться слева направо, его/ее глаза, в свою очередь, будут воспринимать различные виды из нескольких видов.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что поляризующее свет средство должно использоваться в сочетании с описанной выше матрицей, поскольку жидкокристаллический материал является двулучепреломляющим, при этом переключение показателя преломления применимо только к свету с конкретной поляризацией. Средство поляризации света может быть образовано как часть дисплейной панели или формирователя изображений устройства.

На Фиг.2 показан принцип работы формирователя изображений растрового типа, описанного более подробно выше, и показаны в поперечном сечении узел 20 задней подсветки, устройство 24 формирования изображения, жидкокристаллическая дисплейная панель и растровая матрица 28. На Фиг.2 показано, каким образом растровый элемент 27 растровой структуры 28 направляет выходной свет от пикселов 26′, 26′′ и 26′′′ из группы пикселов к соответствующим трем различным пространственным местам 22′, 22′′ и 22′′′ перед устройством формирования изображения. Различными местами 22′, 22′′ и 22′′′ представлена часть трех различных видов.

Аналогичным образом тот же самый выходной свет от дисплейных пикселов 26′, 26′′ и 26′′′ направляется к соответствующим трем другим пространственным местам 25′, 25′′ и 25′′′ растровым элементом 27′ структуры 28. В то время как три пространственных места с 22′ по 22′′′ определяют первую зону или конус 29′ видения, три пространственных места с 25′ по 25′′′ определяют второй конус 29′′ видения. Должно быть понятно, что в зависимости от количества растровых линз матрицы, которые могут направлять выходной свет группы пикселов, такой как формируемый пикселами с 26′ по 26′′′, может существовать большее количество таких конусов (непоказанных). Конусы заполняют все поле наблюдения устройства формирования изображения, что также поясняется применительно к Фиг.5.

Изложенный выше принцип направления видов приводит к повторению видов, возникающему при переходе от одного конуса видения к другому, поскольку в каждом конусе один и тот же выходной свет пикселов отображается в конкретный вид. Поэтому в примере из Фиг.2 на пространственных местах 22′′ и 25′′ создается один и тот же вид, но в различных конусах 29′ и 29′′ видения соответственно. Иначе говоря, во всех конусах видения конкретный вид имеет одинаковое содержимое. Настоящее изобретение имеет отношение к этому повторению видов.

На Фиг.3 показано более подробно поперечное сечение структуры многовидового автостереоскопического устройства формирования изображения, описанного применительно к Фиг.1 и 2. Каждый пиксел с 31^Iпо 31^VII, находящийся под определенной растровой линзой (например 27), вносит вклад в конкретный вид из видов с 32^Iпо 32^VI. Все эти пикселы, находящиеся под этой линзой, совместно вносят вклад в конус видов, границы которого указаны линиями 37^Iи 37^II. Как должно быть очевидно из общих принципов оптики, ширина этого конуса, выраженная, например, через угол (Φ) 33 конуса видения, определяется сочетанием нескольких параметров, таких как расстояние (D) 34 от плоскости пикселов до плоскости растровых линз и шаг (P_L) 35 линз.

На Фиг.4, отображающей такое же поперечное сечение, как на Фиг.3, показано, что свет, излучаемый (или модулируемый) пикселом 31^IVдисплейной панели 24, собирается растровой линзой 27, ближайшей к пикселу, для направления к виду 32^IV в конусе 29′ видения, но также показано, что он собирается соседними линзами 27′ и 27′′ растровой структуры для направления к тому же самому виду 32^IV, но в других конусах 29′′ и 29′′′ видения. Это является первопричиной возникновения повторяющихся конусов с одинаковыми видами.

Соответствующие виды, создаваемые в каждом из конусов, являются одинаковыми. Этот эффект схематично показан на Фиг.5 для 9-видовой системы (то есть с 9 видами в каждом конусе). В данном случае все поле 50 наблюдения устройства 53 формирования изображения разделено на многочисленные конусы 51 видения (11 в общей сложности, из которых только четыре показаны позицией 51), при этом каждый один из конусов видения имеет одинаковые многочисленные виды 52 (в этом случае 9, которые обозначены только для одного из конусов видения).

Для достижения приемлемого компромисса между трехмерным эффектом и ухудшением разрешающей способности общее количество видов обычно ограничивают числом 9 или 15. Каждый из этих видов обычно имеет угловую ширину 1°-2°. Далее, наблюдателя 54 помещают в пределы одного конуса видения и он воспринимает своими глазами виды точно в соответствии с информацией о параллаксе в пределах видов до тех пор, пока остается в пределах одного конуса видения. Следовательно, он может наблюдать трехмерное изображение без искажения. Поэтому то же самое трехмерное восприятие доступно для каждого наблюдателя, который находится в пределах одного из конусов 51 видения. Однако виды и конусы видения имеют свойство, заключающееся в том, что они являются периодическими на всем протяжении поля наблюдения. Если пользователь идет вблизи устройства формирования изображения, в некоторой точке он пересечет по меньшей мере одну из границ между соседними конусами видения, как это показано, например, для наблюдателя 55, который находится на границе конусов 51^Iи 51^IIвидения. В таких областях изображения в обоих глазах не будут надлежащим образом согласованы. Поэтому, например, при таком положении наблюдателя 55 и в данном случае 9-видовой системы левый глаз воспринимает, например, 9-е изображение конуса 51^Iвидения, а правый глаз воспринимает, например, 1-е изображение конуса 51^IIвидения. Однако эти виды имеют в своем составе ложную информацию о параллаксе, поскольку левое и правое изображения являются обращенными и это означает, что изображение является псевдоскопическим. Кроме того, и это является более серьезным, имеется большая диспаратность между изображениями, то есть виды представляют собой 8 видов, отстоящих друг от друга. Это называют «сверхпсевдоскопическим видением». Когда наблюдатель перемещается между границами конусов, он наблюдает скачкообразные изменения.

Изобретением предоставляется управляемый источник света в устройстве формирования изображения для управления направлением, в котором конус видения проецируется к пользователю. Его можно использовать для управления конусом видения, чтобы наблюдатель, при известности положения его, находился вблизи центра конуса видения, или для образования выходного света устройства формирования изображения, составленного из многочисленных последовательных во времени конусов видения без переходов изображения на границах конусов.

На Фиг.6 показано первое устройство формирования изображения согласно изобретению, в котором один или несколько конусов видения проецируются в одном или нескольких различных заданных направлениях. И в этом случае имеются растровая структура 28 и пространственный модулятор света, такой как жидкокристаллическая дисплейная панель 24. В представленном примере эти элементы являются такими же, как соответствующие элементы, описанные применительно к Фиг. с 1 по 5, приведенным выше.

Набор источников 60 света, например светодиодных (СД) полосок, расположен в узле задней подсветки вместе с линзами 62 перед ними. Линзы 62 могут быть одномерными, чтобы их выходной свет представлял собой набор столбцов 63 коллимированного света. В представленном примере столбцы света продолжаются перпендикулярно к плоскости чертежа из Фиг.6. Если линзы являются двумерными, то есть обладают линзовой функцией вдоль двух пересекающихся осей, то в этой системе требуется, чтобы далее происходило рассеяние, например, посредством сферических линз на пространственном модуляторе света, чтобы ослаблять линзовое действие в одном из осевых направлений и опять-таки иметь набор столбцов коллимированного света.

Переключаемый рассеиватель 64 предусмотрен на выходной стороне системы задней подсветки поверх коллимирующих линз 62. Он представляет собой используемый по желанию элемент, который позволяет переключать устройство между режимом единственного конуса согласно изобретению и обычным режимом многочисленных конусов.

Путем перемещения источников 60 света по направлению 66 относительно линз 62 или, например, включения и выключения различных источников света из набора источников 60 света, чтобы имитировать такое перемещение, направление коллимации относительно нормали 68 устройства формирования изображения можно регулировать. Это изменение направления коллимации можно осуществлять дискретными шагами или регулирование можно выполнять непрерывным образом.

Устройство отслеживания положения головы предусмотрено для определения количества наблюдателей и местоположений их. Оно является хорошо известным устройством, и на Фиг.6 показана камера 67, схематично представляющая систему отслеживания положения головы. Если имеется единственный наблюдатель, переключаемый рассеиватель 64 переключается в прозрачное состояние и задняя подсветка регулируется так, что наблюдатель воспринимает набор видов. Этим обеспечивается устройство изобретения с единственным конусом. Регулирование системы задней подсветки в своей основе содержит помещение источников 60 света в правильное положение относительно линз 62. Кроме того, регулирование заключается в направлении конуса видения таким образом, чтобы наблюдатель не находился на границе конуса видения, а полностью в пределах направляемого конуса видения. Это регулирование может быть выполнено путем сдвига источников света или путем включения или выключения определенных источников света. Например, последнее можно делать при использовании разделенной на отрезки задней подсветки и обеспечении надлежащей временной последовательности электрического возбуждения.

В качестве варианта или дополнительно линзы можно перемещать, например, при использовании технологии линз с градиентным показателем преломления (ГПП) и наличии поляризованных источников света. Такое перемещение или поперечное смещение линз описано, например, в Международной заявке WO2007/072330, которая полностью включена в эту заявку путем ссылки. Эта технология обеспечивает сдвиг положений линз и может быть применена к коллимирующим линзам настоящего изобретения. Другие способы осуществления такого сдвига относительных положений коллимирующих линз и источников задней подсветки являются очевидными и могут использоваться.

В примере, показанном на Фиг.6, конус 69 видения, имеющий виды с 1 по 9, ориентирован в направлении 61, составляющем угол 65 с нормалью 68, видимый показанному наблюдателю. Нет необходимости в том, чтобы направление 61 делило пополам угол конуса видения и наблюдатель находился на нем. Достаточно, чтобы направление было таким, при котором наблюдатель полностью находится в пределах конуса видения. Таким образом, его правый глаз должен обеспечиваться по меньшей мере видом 1 или его левый глаз должен обеспечиваться по меньшей мере видом 9 из направляемого конуса видения.

В случае единственного наблюдателя эти регулировки направления конуса видения могут выполняться в линейном масштабе секунд. Отслеживание положения наблюдателя необходимо только для того, чтобы иметь возможность следить за наблюдателем, если он/она перемещается.

Устройство отслеживания положения наблюдателя может быть осуществлено с помощью одной или нескольких камер мобильного телефона (сотового телефона) или другого мобильного устройства. В общем случае мобильный телефон или мобильное устройство осуществляют наблюдение только за одним наблюдателем, так что устройство отслеживания положения наблюдателя всегда может успешно обеспечивать одного наблюдателя оптимальным набором видов. Поскольку для регулирования одного конуса видения не требуется высокое быстродействие, сложная программа управления устройством и вычислительные устройства могут быть исключены из мобильного устройства и достигнуто преимущество, если учесть объем памяти и ограниченное энергоснабжение.

Если присутствуют несколько наблюдателей, система определяет, может ли каждый наблюдатель воспринимать независимый неперекрывающийся набор видов, которые создаются системой направленной задней подсветки. Это количественное оценивание основано на сочетании положений наблюдателей и известной угловой ширины конусов видения. Если все наблюдатели могут быть обеспечены конусами видения, которые не перекрываются, то заднюю подсветку возбуждают последовательно во времени, как и пространственный модулятор света. Таким образом, различные конусы видения образуются в заданных направлениях относительно нормали 68 устройства формирования изображения последовательно во времени. В таком случае различные конусы видения образуются в пределах различных подциклов (подкадров) цикла возбуждения (кадра), в котором создается конкретное изображение. Иначе говоря, кадр изображения (время), предназначенный для получения одного кадра видеоизображения или одного изображения, можно разделять на подкадры (интервалы времени). В таком случае в различных конусах видения отображается содержимое вида, так что каждый из соответствующих наблюдателей не ощущает перехода конусов. Таким образом, виды для каждого наблюдателя создаются такими, что каждый наблюдатель располагается в пределах конуса видения, а не на переходах конусов видения. Таким способом переходы конусов видения могут быть ослаблены или исключены. Некоторые наблюдатели могут совместно использовать конус видения или фактически все наблюдатели, если они находятся близко друг к другу, могут обслуживаться единственным конусом видения.

Существует минимальная частота кадров, которая необходима для наблюдателя, обычно 50 Гц. Это означает, что, если присутствуют 2 наблюдателя, для которых требуются отдельные конусы видения, последовательная во времени система должна работать при частоте 100 Гц, а если присутствуют 3 человека, то при 150 Гц. Поэтому существует физический предел возможностей системы и этот предел зависит от частоты кадров, которая может быть достигнута при конкретной реализации аппаратного обеспечения устройства формирования изображения, в том числе, например, пространственного модулятора света. Если пространственный модулятор света базируется на работе жидких кристаллов, скорость переключения таких жидкокристаллических ячеек будет важным ограничивающим фактором.

Если присутствует большее количество наблюдателей, чем может поддерживать последовательная во времени система в связи с ограниченной частотой кадров, то может быть включен рассеиватель 64 для уменьшения или исключения коллимации света. В таком случае система переходит в обычный режим многих видов, в котором, как пояснялось применительно к Фиг. с 1 по 5, имеются повторяющиеся конусы