УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ТРЕХМЕРНОГО ВОСПРИЯТИЯ Российский патент 2019 года по МПК G02B27/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству отображения, обеспечивающему пользователю возможность ощущать трехмерное восприятие, когда визуальная информация представляется устройством обнаружения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройства отображения, обеспечивающие пользователю возможность ощущать трехмерное восприятие, когда визуальная информация представляется устройством отображения, известны во многих разновидностях. Для некоторых известных систем требуется, чтобы пользователь надевал очки для, например, выделения визуальной информации, представляемой к левому глазу, и визуальной информации, представляемой к правому глазу. Неудобство, доставляемое необходимостью надевания очков, можно устранить при использовании так называемых автостереоскопических систем. В некоторых системах для трехмерного восприятия используются растровые линзы для пространственного направления визуальной информации. Пример растровой системы описан в статье C. van Berkel et al., ʺMultiview 3D-LCDʺ, опубликованной в SPIE Proceedings, vol. 2653, 1996, pages 32-39. В других системах используются параллаксные барьеры. Вследствие физических ограничений некоторые системы приближаются к проектным пределам. Например, для некоторых систем отображения с высоким разрешением и небольшими размерами требуются растровые линзы с отрицательной толщиной. В некоторых других системах, в частности при больших размерах поля изображения, при обеспечении пользователю возможности ощущения высококачественного трехмерного восприятия, в устройствах отображения с использованием растровых линз или параллаксных барьеров может возникнуть необходимость в значительном расстоянии между растровыми линзами и панелью отображения с двумерной матрицей субпикселей изображения. Кроме того, вследствие оптических допусков могут потребоваться дополнительные механические средства для определения и поддержания этого расстояния, например, сплошная прозрачная пластина для обеспечения расстояния, что может приводить к значительному повышению веса и стоимости. Желательно создать устройство отображения с лучшими контролируемыми конструктивными параметрами, такими как толщина, вес и стоимость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению предложено устройство отображения, обеспечивающее пользователю возможность ощущать трехмерное восприятие, когда визуальная информация представляется устройством отображения, при этом устройство отображения содержит блок формирования изображения, содержащий двумерную матрицу субпикселей изображения, и оптическую систему, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов. Двумерная матрица субпикселей изображения выполнена с возможностью излучения света при представлении ассоциированной визуальной информации. Матрица дифракционных оптических элементов ассоциирована с соответствующими субпикселями изображения матрицы субпикселей изображения. Каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, для предоставления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков. Поэтому можно сказать, что оптическая система эффективно дублирует визуальную информацию, представляемую одним субпикселем, во множество областей направленного просмотра, когда визуальная информация предоставляется в каждый из множества дифракционных порядков, так что пользователь может ощущать трехмерное восприятие в каждой одной из множества областей направленного просмотра. Дифракционный оптический элемент может быть, например, дифракционной решеткой. Дифракционный оптический элемент может быть тонким. Дифракционный оптический элемент может образовывать визуальную информацию с обеспечением ощущения трехмерного восприятия без необходимости в дополнительном пространственном разделении, которое требуется в устройстве отображения с использованием обычной оптики, такой как растровые линзы или параллаксные барьеры, между растровыми линзами или параллаксными барьерами и двумерной матрицей субпикселей изображения в таких системах. Поэтому устройство отображения может быть более тонким, легким и/или более дешевым.

В варианте осуществления каждый дифракционный оптический элемент матрицы дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков в соответствии с множеством заданных отношений интенсивностей между дифракционными порядками. Таким образом, относительные интенсивности в каждой из областей направленного просмотра могут заданы, например, исходя из условия получения более высокой интенсивности в областях направленного просмотра на наиболее типичных местах просмотра, то есть, в центральной области просмотра.

В дополнительном варианте осуществления множество заданных отношений интенсивностей соответствует постепенному изменению интенсивности от центрального к внешним дифракционным порядкам, при этом постепенное изменение соответствует закону (косинусов) Ламберта, для образования соответствующих областей направленного просмотра с заданными отношениями интенсивностей.

В варианте осуществления множество областей направленного просмотра ограничены одним или несколькими заданными предельными диапазонами направления.

Например, в варианте осуществления множество областей направленного просмотра ограничены заданным предельным диапазоном направлений. К тому же, дифракционные оптические элементы можно проектировать так, чтобы более высокие дифракционные порядки подавлялись. Заданный предельный диапазон направлений может, например, соответствовать диапазону углов в горизонтальной плоскости от -60° до +60° или меньшему, при этом 0° соответствует нормали к устройству отображения. Ограничение заданного предельного диапазона направлений может позволить повысить яркость визуальной информации, предоставляемой во множество областей направленного просмотра. Заданный предельный диапазон направлений может, например, соответствовать диапазону углов о -30° до +30° или меньшему, при этом 0° соответствует нормали к устройству отображения. Ограничением заданного предельного диапазона направлений можно альтернативно или дополнительно ограничить использование устройства отображения только пользователем в заданном предельном диапазоне направлений и обеспечить пониженное беспокойство других людей и/или предотвратить просмотр визуальной информации другими людьми.

В варианте осуществления множество областей направленного просмотра ограничены двумя заданными предельными диапазонами направлений. К тому же, дифракционные оптические элементы можно проектировать так, чтобы центральные дифракционные порядки подавлялись. Два заданных предельных диапазона направлений могут, например, соответствовать первому диапазону углов в горизонтальной плоскости от -45° до -15° или более узкому и второму диапазону углов в горизонтальной плоскости от +15° до +45° или более узкому, при этом 0° соответствует нормали к устройству отображения. Ограничением двумя заданными предельными диапазонами направлений можно обеспечить две пространственно разделенные области, в которых пользователи могут ощущать трехмерное восприятие, например, водитель и второй водитель в автомобиле.

В вариантах осуществления каждый дифракционный оптический элемент представляет собой дифракционную решетку. Шаг и форму решетки можно рассчитывать с учетом желательных направлений и отношений интенсивностей дифракционных порядков дифракционной картины света, излучаемого ассоциированными субпикселями. Таким образом, дифракционные решетки можно располагать для образования дифракционных порядков с множеством заданных отношений интенсивностей.

В вариантах осуществления каждый дифракционный оптический элемент матрицы дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, при этом соседние неподавленные дифракционные порядки из множества дифракционных порядков, ассоциированных с областями направленного просмотра, разделены одним или несколькими подавленными дифракционными порядками. Таким образом, дифракционные оптические элементы дифрагируют свет не в подавленные дифракционные порядки, которые не ассоциированы эффективно с соответствующей визуальной информацией для областей направленного просмотра, а в дифракционные порядки, которые ассоциированы с областями направленного просмотра. Например, каждый третий дифракционный порядок может использоваться для повторения визуальной информации в областях направленного просмотра, при этом каждые два промежуточных порядка подавляются. Этим может обеспечиваться дополнительная степень свободы при проектировании дифракционного оптического элемента, такая как дополнительная степень свободы при расчете шага и формы дифракционных решеток.

В вариантах осуществления матрица дифракционных оптических элементов содержит множество поднаборов дифракционных оптических элементов. Дифракционные оптические элементы из каждого поднабора дифракционных оптических элементов могут быть выполнены с возможностью образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного элемента в зависимости от ассоциированного заданного направления поднабора. Заданные направления разных поднаборов являются различными для предоставления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра по различным направлениям, чтобы обеспечить пользователя видом при трехмерном восприятии в каждой из множества областей направленного просмотра. Поэтому поднаборы дифракционных оптических элементов могут предоставлять визуальную информацию от поднаборов ассоциированных субпикселей по ассоциированному множеству различных направлений в каждую из областей направленного просмотра. Таким образом, каждый дифракционный оптический элемент может дифрагировать падающий свет для образования дифракционной картины и обеспечивать наличие ассоциированного заданного направления поднабора в дифракционной картине.

В дополнительных вариантах осуществления дифракционные оптические элементы из каждого поднабора дифракционных оптических элементов выполнены с возможностью образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента в зависимости от ассоциированного заданного направления поднабора, при этом соседние дифракционные порядки из множества дифракционных порядков ассоциированных областей направленного просмотра разделены одним или несколькими подавленными дифракционными порядками, а подавление является различным для разных поднаборов для образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента в зависимости от заданного направления поднабора. Таким образом, каждый дифракционный элемент может дифрагировать приходящий свет для образования дифракционной картины и обеспечивать наличие ассоциированного заданного направления поднабора в дифракционной картине при подавлении дифракционных порядков в зависимости от заданного направления поднабора для ассоциированного субпикселя.

В вариантах осуществления оптическая система также содержит матрицу дополнительных оптических элементов, ассоциированных с соответствующим одним или несколькими дифракционными оптическими элементами матрицы дифракционных оптических элементов. Матрица дополнительных оптических элементов содержит множество поднаборов дополнительных оптических элементов, дополнительные оптические элементы из каждого поднабора дополнительных оптических элементов выполнены с возможностью образования дифракционной картины от ассоциированного одного или нескольких дифракционных оптических элементов в зависимости от ассоциированного заданного направления поднабора. Заданные направления разных поднаборов являются различными для предоставления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра по различным направлениям, чтобы обеспечить пользователя видом при трехмерном восприятии в каждой из множества областей направленного просмотра. Таким образом, поднаборы дополнительных оптических элементов могут предоставлять визуальную информацию от поднаборов из ассоциированного одного или нескольких субпикселей по ассоциированному множеству различных направлений в каждой из областей направленного просмотра. Использование дополнительных оптических элементов после дифракционных оптических элементов может облегчить конструирование и/или изготовление, и/или уменьшить допустимый разброс параметров.

В вариантах осуществления дополнительные оптические элементы из разных поднаборов матрицы дополнительных оптических элементов содержат соответствующие дополнительные дифракционные компоненты, выполненные с возможностью образования ассоциированной дифракционной картины в зависимости от соответствующего заданного направления поднабора. В вариантах осуществления дополнительные дифракционные оптические компоненты содержат или представляют собой концентрирующие дифракционные решетки. Таким образом, концентрирующие дифракционные решетки могут быть выполнены с возможностью обеспечения эффективным способом ассоциированного заданного направления поднабора.

В вариантах осуществления дополнительные оптические элементы из разных поднаборов матрицы дополнительных оптических элементов содержат соответствующие преломляющие оптические компоненты, выполненные с возможностью образования ассоциированной дифракционной картины в зависимости от соответствующего заданного направления поднабора. В вариантах осуществления преломляющие оптические компоненты содержат или представляют собой призмы. Таким образом, преломляющие оптические компоненты могут быть выполнены с возможностью обеспечения эффективным способом ассоциированного заданного направления поднабора. Преломляющие оптические компоненты могут быть относительно удобными в обращении. Призмы могут быть образованы, например, в виде пластинки призм.

Дополнительные оптические элементы могут быть взаимно-однозначно ассоциированы с субпикселями. Один дополнительный оптический элемент может быть ассоциирован с многочисленными субпикселями, в частности, с субпикселями, ассоциированными с одним многоцветным пикселем или с соседними субпикселями, соответствующими одному и тому же направлению просмотра поднабора.

В вариантах осуществления дифракционные оптические элементы и дополнительные оптические элементы могут быть отдельными элементами. В иных вариантах осуществления дифракционный оптический элемент и ассоциированный дополнительный оптический элемент объединены в один оптический элемент. Например, в вариантах осуществления дифракционные оптические элементы из каждого поднабора дифракционных оптических элементов имеют соответствующие дифракционные поверхности и противоположные поверхности, и соответствующие дифракционные поверхности, приспособленные для дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, расположены под определенным углом поднабора относительно соответствующих противоположных поверхностей, при этом определенный угол поднабора выбирается из условия обеспечения ассоциированного заданного направления поднабора. Таким образом, дифракционные поверхности и противоположные поверхности образуют преломляющие оптические элементы, объединенные с дифракционными оптическими элементами. Поэтому каждый дифракционный оптический элемент может дифрагировать падающий свет для образования дифракционной картины и обеспечивать ассоциированное заданное направление поднабора в дифракционной картине.

В вариантах осуществления двумерная матрица субпикселей изображения установлена в заданном положении между матрицей дополнительных оптических компонентов и матрицей дифракционных оптических элементов. В иных вариантах осуществления матрица дополнительных оптических компонентов установлена в заданном положении между двумерной матрицей субпикселей изображения и матрицей дифракционных оптических элементов. В вариантах осуществления матрица дифракционных оптических элементов установлена в заданном положении на передней стороне устройства отображения, то есть, на стороне, обращенной к пользователю во время использования.

В вариантах осуществления изобретения блок формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения света с заданным угловым профилем интенсивности от субпикселей изображения двумерной матрицы субпикселей изображения к оптической системе. Дифракционные оптические компоненты и/или дополнительные оптические компоненты могут быть оптимизированы для получения заданного углового профиля интенсивности. Например, заданный профиль угловой интенсивности может соответствовать слабо расходящемуся пучку. Заданный угловой профиль интенсивности может относиться к профилю в направлении, соответствующем предполагаемому параллаксу пользователя, соответственно в горизонтальной плоскости. Вертикальный профиль может быть диффузным профилем, профилем Ламберта или любым другим подходящим профилем.

В вариантах осуществления блок формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения света с заданным угловым профилем интенсивности при периодически изменяющемся во времени направлением углового профиля и для предоставления ассоциированной визуальной информации к субпикселям, для предоставления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра, периодически по другим направлениям, чтобы обеспечить пользователю вид с трехмерным восприятием в каждой из множества областей направленного просмотра. Например, устройство отображения может иметь направленную заднюю подсветку, последовательно во времени освещающую пропускающую жидкокристаллическую панель устройства отображения. Тем самым может быть полностью использовано пространственное разрешение двумерной матрицы субпикселей изображения. Количество и/или сложность оптических компонентов могут быть снижены.

В вариантах осуществления матрица дифракционных оптических элементов выполнена с возможностью образования соответствующих дифракционных картин наборов субпикселей изображения, выполненных с возможностью излучения света с различными цветами, для образования соответствующих областей направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков света с различными цветами. Тем самым получают повышенное качество визуальной информации в каждой области направленного просмотра.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что два или большее количество упомянутых выше вариантов осуществления, реализаций и/или аспектов изобретения можно объединять любым способом, считающимся пригодным. Модификации и варианты устройства отображения, которые соответствуют описанным модификациям и вариантам устройства отображения, могут быть осуществлены специалистом в данной области техники на основании настоящего описания. Предпочтительные опции определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения будут пояснены ниже и станут очевидными при обращении к описанным вариантам осуществления. На чертежах:

фиг. 1 - схематичная иллюстрация представления визуальной информации устройством отображения;

фиг. 2a-2d - схематичная иллюстрация устройства отображения согласно вариантам осуществления;

фиг. 3-6 - схематичная иллюстрация деталей согласно различным вариантам осуществления; и

фиг. 7а-7с - схематичная иллюстрация деталей согласно еще одному варианту осуществления.

На фиг. 1 схематично показано представление визуальной информации устройством 140 отображения. Устройство 140 отображения может обеспечивать пользователю впечатление трехмерного восприятия, когда визуальная информация представляется устройством 140 отображения. Устройство 140 отображения содержит блок 142 формирования изображения, содержащий двумерную матрицу субпикселей изображения (на последующих чертежах показанных как 142b), и оптическую систему 144, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов 150. Двумерная матрица субпикселей изображения выполнена с возможностью излучения света при представлении ассоциированной визуальной информации. Блок 142 формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения света с заданным угловым профилем интенсивности от субпикселей изображения двумерной матрицы субпикселей изображения к оптической системе. В показанном примере блок 142 формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения слегка расходящегося света. Матрица дифракционных оптических элементов 150 ассоциирована с соответствующими субпикселями изображения из матрицы субпикселей изображения. Каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину 300, содержащую множество дифракционных порядков, для представления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков. Субпиксели изображения из матрицы субпикселей изображения образованы как субпиксели изображения, приспособленные для излучения света особых цветов группами субпикселей изображения, такого как красного, зеленого и голубого света. Субпиксели изображения могут именоваться в соответствии с цветом света, который они излучают, например, красными субпикселями, зелеными субпикселями и голубыми субпикселями. Альтернативными цветами могут быть, например, красный, зеленый, голубой и желтый. Матрица дифракционных оптических элементов выполнена с возможностью образования соответствующих дифракционных картин наборов субпикселей изображения, выполненных с возможностью излучения света с различными цветами, для образования соответствующих областей направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков света различных цветов. Дифракционные оптические элементы могут быть дифракционными решетками. Дифракционные решетки, ассоциированные с субпикселями изображения одинакового цвета, могут иметь один и тот же шаг решетки. Таким образом, все решетки, ассоциированные с красными субпикселями, могут иметь первый шаг решетки, все решетки, ассоциированные с зелеными субпикселями, могут иметь второй шаг и все решетки, ассоциированные с голубыми субпикселями, могут иметь третий шаг, при этом первый, второй и третий шаги рассчитываются из условия создания множеств дифракционных порядков для света различных цветов во множестве областей направленного просмотра. Субпиксели изображения организованы в поднаборы субпикселей изображения, ассоциированные с различной визуальной информацией, представляющей разную перспективу. К тому же на субпиксели изображения подается сигнал 122 изображения с процессора 120 изображения. Процессор 120 изображения выполнен с возможностью снабжения субпикселей сигналами возбуждения, чтобы получать представляемую визуальную информацию, позволяющую обеспечивать трехмерное восприятие. Каждый поднабор ассоциирован с поднабором визуальной информации, ассоциированной с направлением поднабора, показанным как 0, 1, 2, 3, 4 и 5, в области направленного просмотра. Когда глаза пользователя находятся вблизи направлений поднаборов в области направленного просмотра, например, как это показано позицией 110, пользователь может ощущать трехмерное восприятие. Таким образом, можно сказать, что оптическая система эффективно дублирует визуальную информацию, представляемую одним субпикселем, во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, когда визуальная информация предоставляется в каждый из множества дифракционных порядков дифракционными оптическими компонентами. Дублирование показано помеченной точками зоной для направления поднабора под номером 3. Таким образом, пользователь может ощущать трехмерное восприятие в каждой из одной из множества областей 102, 104, 106 направленного просмотра. В показанном примере количество дифракционных порядков, показанных схематично, вместе с соответствующими областями 102, 104, 106 направленного просмотра ограничено тремя, а заданный ограниченный угловой диапазон охватывается этими тремя областями 102, 104, 106 направленного просмотра и показан позицией 100. Матрица дифракционных оптических элементов выполнена с возможностью дифрагирования света от ассоциированных субпикселей изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков в соответствии с множеством заданных отношений интенсивностей между дифракционными порядками. Оптическая система может эффективно дублировать с заданными отношениями интенсивностей визуальную информацию, представляемую одним субпикселем, во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра. Внешние области направленного просмотра, такие как области 102, 106 направленного просмотра в примере, показанном на фиг. 1, могут иметь, например, отношения интенсивностей в соответствии с множеством заданных отношений интенсивностей между дифракционными порядками.

На фиг. 2а схематично показано устройство 140 отображения, содержащее блок 142 формирования изображения, содержащий заднюю подсветку 142а и двумерную матрицу субпикселей 142b изображения, и оптическую систему 144, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов 150 и матрицу дополнительных оптических элементов 160. Матрица дополнительных оптических компонентов 160 установлена в заданном положении между двумерной матрицей субпикселей 142b изображения и матрицей дифракционных элементов 150 и тем самым выполнена с возможностью подачи света, излучаемого субпикселями изображения из поднаборов двумерной матрицы субпикселей 142b изображения, в зависимости от соответствующего направления поднабора, до дублирования излучаемого света дифракционными оптическими элементами, во множество дифракционных порядков дифракционной картины. Дифракционный оптический элемент, ассоциированный с субпикселем, и ассоциированный дополнительный оптический элемент могут быть выполнены как единый оптический элемент.

На фиг. 2b схематично показано другое устройство 140 отображения, содержащее блок 142 формирования изображения, содержащий заднюю подсветку 142а и двумерную матрицу субпикселей 142b изображения, и оптическую систему 144, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов 150 и матрицу дополнительных оптических элементов 160. Двумерная матрица субпикселей 142b изображения установлена в заданном положении между матрицей дополнительных оптических компонентов 160 и матрицей дифракционных оптических элементов 150 и тем самым выполнена с возможностью подведения излучаемого света в зависимости от соответствующего направления поднабора в поднаборы двумерной матрицы 142b субпикселей изображения, после чего свет излучается субпикселями изображения из поднаборов двумерной матрицы субпикселей 142b изображения в зависимости от соответствующего направления поднабора до дублирования света дифракционным оптическим элементом во множество дифракционных порядков дифракционной картины.

На фиг. 2с схематично показано еще одно устройство 140 отображения, содержащее блок 142 формирования изображения, содержащий заднюю подсветку 142а и двумерную матрицу субпикселей 142b изображения, и оптическую систему 144, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов 150 и матрицу дополнительных оптических элементов 160. Матрица дополнительных оптических компонентов 160 и матрица дифракционных оптических элементов 150 установлены в заданных положениях между задней подсветкой 142а и двумерной матрицей субпикселей 142b изображения. Матрица дифракционных оптических элементов 150 расположена на близком расстоянии от двумерной матрицы субпикселей 142b изображения. В этой схеме матрица дополнительных оптических компонентов 160 и матрица дифракционных оптических элементов 150 выполнены с возможностью подачи света, излучаемого от задней подсветки 142а, в зависимости от соответствующего направления поднабора и для дублирования во множество дифракционных порядков до подведения света к субпикселям изображения из поднаборов двумерной матрицы субпикселей 142b изображения. Дифракционный оптический элемент, ассоциированный с субпикселем, и ассоциированный дополнительный оптический элемент могут быть выполнены как единый оптический элемент.

На фиг. 2d схематично показано еще одно устройство 140 отображения, содержащее блок 142 формирования изображения, содержащий двумерную матрицу излучающих субпикселей 142с изображения, и оптическую систему 144, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов 150 и матрицу дополнительных оптических элементов 160. Матрица дополнительных оптических компонентов 160 установлена в заданном положении между двумерной матрицей субпикселей 142с изображения и матрицей дифракционных оптических элементов 150 и тем самым выполнена с возможностью подачи света, излучаемого субпикселями изображения из поднаборов двумерной матрицы излучающих субпикселей 142с изображения, в зависимости от соответствующего направления поднабора до дублирования света дифракционным оптическим элементом во множество дифракционных порядков дифракционной картины. Дифракционный оптический элемент, ассоциированный с субпикселем, и ассоциированный дополнительный оптический элемент могут быть выполнены как единый оптический элемент. Блок 142 формирования изображения, содержащий двумерную матрицу излучающих субпикселей 142с изображения, может быть устройством отображения на основе органических светодиодов.

На фиг. 3 схематично показан упрощенный вариант осуществления устройства 140 отображения, показанного на фиг. 2b. Устройство 140 отображения содержит блок 142 формирования изображения, содержащий заднюю подсветку 142а и двумерную матрицу субпикселей 142b изображения, и оптическую систему 144, содержащую матрицу дифракционных оптических элементов 150 и матрицу дополнительных оптических элементов 160. На фиг. 3 схематично показаны три субпикселя 300R1, 300L1, 300R2 изображения вместе с соответствующей оптикой. Задняя подсветка 142а освещает матрицу дополнительных оптических элементов 160 по существу параллельным пучком. Двумерная матрица субпикселей 142b изображения установлена в заданном положении между матрицей дополнительных оптических компонентов 160 и матрицей дифракционных оптических элементов 150 и тем самым выполнена с возможностью подачи света в зависимости от соответствующего направления поднабора в поднаборы двумерной матрицы субпикселей 142b изображения, после чего свет излучается субпикселями изображения из поднаборов двумерной матрицы субпикселей 142b изображения в зависимости от соответствующего направления поднабора до дублирования света дифракционным оптическим элементом во множество дифракционных порядков дифракционной картины. Матрица дополнительных оптических элементов 160 образована как пластинка призм для подачи света, принимаемого с задней подсветки 142а, по двум направлениям поднаборов к двумерной матрице субпикселей 142b изображения. Пластинка призм имеет отклоняющий угол α призм 3,6°. Призмы продолжаются на всем протяжении полного пикселя, состоящего из трех цветных пикселей, в этом примере из красного, зеленого и голубого субпикселей. Вершины призм пластинки находятся в контакте с двумерной матрицей субпикселей 142b изображения. Матрица дифракционных оптических элементов 150 содержит дифракционные решетки, имеющие шаги 5,2 мкм, 4,4 мкм и 3,6 мкм для красного, зеленого и голубого субпикселей, соответственно, для обеспечения оптимального трехмерного восприятия на расстоянии просмотра 1 м. Матрица дифракционных оптических элементов 150 предназначена для образования множества дифракционных порядков, соответствующих множеству областей направленного просмотра с заданными отношениями интенсивностей силы света.

На фиг. 4 схематично показано представление визуальной информации устройством 140 отображения согласно примеру варианта осуществления устройства 140 отображения, показанного на фиг. 2а. Устройство 140 отображения содержит направленную заднюю подсветку 142а и двумерную матрицу субпикселей 142b изображения, из которых показаны три субпикселя. Устройство 140 отображения содержит матрицу дифракционных оптических элементов 150, ассоциированных с соответствующими субпискелями изображения из матрицы субпикселей изображения. Каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину. Устройство 140 отображения содержит матрицу дополнительных оптических элементов 160, ассоциированных с соответствующими дифракционными оптическими элементами матрицы дифракционных оптических элементов 150. Матрица дополнительных оптических элементов 160 содержит множество поднаборов дополнительных оптических элементов. Дополнительные оптические элементы из каждого поднабора дополнительных оптических элементов выполнены с возможностью создания дифракционной картины от ассоциированного одного или нескольких дифракционных оптических элементов в зависимости от ассоциированного заданного направления поднабора. Заданные направления разных поднаборов являются различными для представления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра по различным направлениями для обеспечения пользователю вида с трехмерным восприятием в каждой из множества областей направленного просмотра. Дополнительные оптические элементы из разных поднаборов матрицы дополнительных оптических элементов 160 содержат соответствующие дополнительные дифракционные компоненты, выполненные с возможностью создания ассоциированной дифракционной картины в зависимости от соответствующего заданного направления поднабора. В показанном примере дополнительные дифракционные оптические компоненты представляют собой концентрирующие дифракционные решетки, выполненные с возможностью обеспечения соответствующего заданного направления поднабора. На фиг. 4 схематично показаны три субпикселя матрицы субпикселей изображения. Три субпикселя принадлежат к трем различным поднаборам, соответствующим направлениям 2, 3 и 4 поднаборов (обратитесь к фиг. 1). Дополнительные дифракционные оптические компоненты 160 получают свет, излучаемый от ассоциированных субпикселей 142b, в зависимости от направления поднабора, и затем излучают свет к ассоциированному дифракционному оптическому элементу 150. Как видно, каждый из трех дополнительных дифракционных оптических компонентов 160 показан обеспечивающим особое направление поднабора для излучаемого света. Дополнительные дифракционные компоненты 160, ассоциированные с субпикселями одного и того же поднабора и выполненные с возможностью излучения света различных цветов, спроектированы исходя из условия обеспечения одинаковых направлений поднаборов. Каждый дифракционный оптический элемент 150 дифрагирует свет от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, которые обозначены как -1, 0, 1, для образования визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множестве областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков.

На фиг. 5 схематично показаны детали согласно еще одному варианту осуществления. Вариант осуществления из фиг. 5 отличается от варианта осуществления из фиг. 4 по меньшей мере тем, что дополнительные оптические элементы 160 являются не дополнительными дифракционными оптическими компонентами, а преломляющими оптическими компонентами, выполненными с возможностью образования ассоциированной дифракционной картины в зависимости от соответствующего заданного направления поднабора. В показанном примере преломляющие оптические компоненты представляют собой призмы, выполненные с возможностью обеспечения соответствующего заданного направления поднабора. Поэтому преломляющие оптические компоненты 160 получают свет, излучаемый от ассоциированных субпикселей 142b в зависимости от направления поднабора, и затем свет излучается к ассоциированному дифракционному оптическому элементу 150. Каждый дифракционный оптический элемент 150 дифрагирует свет от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, обозначенных как -1, 0, 1, для представления визуальной информации от ассоциированного субпикселя во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков.

На фиг. 6 схематично показаны детали согласно еще одному варианту осуществления. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, матрица дифракционных оптических элементов 151 выполнена с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, при этом соседние неподавленные дифракционные порядки из множества дифракционных порядков ассоциированных областей направленного просмотра разделены одним или несколькими подавленными дифракционными порядками. В схематичном примере из фиг. 6 пять соседних дифракционных порядков подавлены и один из шести дифракционных порядков используется для визуальной информации, при этом подавление зависит от направления просмотра, ассоциированного с субпикселем. На фиг. 6 показано селективное подавление схематичным способом: три субпикселя ассоциированы с направлениями, обозначенными 2, 3 и 4; левый дифракционный оптический элемент 151 предназначен для дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, обозначенных как -7, -1, 5, для представления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков; средний дифракционный оптический элемент 151 предназначен для дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, обозначенных как -6, 0, 6, для представления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков; и левый дифракционный оптический элемент 151 предназначен для дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, обозначенных как -5, -1, 7, для представления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков. Таким образом, дифракционные оптические элементы из каждого поднабора дифракционных оптических элементов выполнены с возможностью образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента в зависимости от ассоциированного заданного направления поднабора, при этом заданные направления разных поднаборов являются различными для представления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра по различным направлениям, для обеспечения пользователя видом с трехмерным восприятием в каждой из множества областей направленного просмотра. Для получения дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента в зависимости от заданного направления поднабора подавление является различным для разных поднаборов.

На фиг. 7а-7с схематично показаны детали согласно еще одному варианту осуществления. Устройство 140 отображения, показанное на фиг. 7а-7с, содержит направляемую последовательно во времени заднюю подсветку 142aS и двумерную матрицу субпикселей 142b изображения, из которых показаны три субпикселя. Устройство 140 отображения содержит матрицу дифракционных оптических элементов 150, ассоциированную с соответствующими субпикселями изображения матрицы субпикселей изображения. Каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину. В показанном примере каждый дифракционный оптический элемент дифрагирует свет в дифракционную картину трех порядков, -1, 0 и 1, а любые другие порядки подавляются. Поэтому дифракционные оптические компоненты представляют визуальную информацию от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей 102, 104, 106 направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков. Блок 142 формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения света с заданным угловым профилем интенсивности для периодически изменяющегося во времени направления углового профиля и для образования ассоциированной визуальной информации на субпикселях 142b, чтобы представлять визуальную информацию от субпикселей изображения, ассоциированную с разными поднаборами, в области направленного просмотра по периодически изменяющимся различным направлениям для предоставления пользователю вида, обеспечивающего трехмерное восприятие в каждой из множества областей направленного просмотра.

На фиг. 7а-7с показаны три последовательных момента времени. На фиг. 7а задняя подсветка 142aS с последовательно изменяющимся во времени направлением излучает свет с первым заданным угловым профилем интенсивности, имеющим первое направление профиля, ассоциированное с направлением 2 просмотра; на фиг. 7b задняя подсветка 142aS с последовательно изменяющимся во времени направлением излучает свет с вторым заданным угловым профилем интенсивности, имеющим второе направление профиля, ассоциированное с направлением 3 просмотра, по существу перпендикулярное к экрану; на фиг. 7с задняя подсветка 142aS с последовательно изменяющимся во времени направлением излучает свет с третьим заданным угловым профилем интенсивности, имеющим третье направление профиля, ассоциированное с направлением 4 просмотра. Направления просмотра, ассоциированные с различными направлениями профиля, являются разными при представлении визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с различными направлениями профиля, в области направленного просмотра под различными углами, чтобы предоставлять пользователю вид, обеспечивающий трехмерное восприятие в каждой из множества областей направленного просмотра.

Следует отметить, что приведенными выше вариантами осуществления изобретение иллюстрируется, а не ограничивается, и что специалисты в данной области техники могут разработать многочисленные иные варианты осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые позиционные обозначения, заключенные в круглые скобки, не подразумеваются ограничивающими формулу изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает наличия других элементов или этапов помимо тех, которые указаны в формуле изобретения. Указание на единственность, относящееся к элементу, не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько различных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. При перечислении в формуле изобретения на устройство нескольких средств некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. То, что некоторые признаки перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может быть использовано с достижением преимущества.

Изобретение относится к устройству отображения, обеспечивающему трехмерное восприятие. Устройство (140) отображения содержит блок (142) формирования изображения, содержащий двумерную матрицу субпикселей изображения, выполненную с возможностью излучения света при представлении ассоциированной визуальной информации, и оптическую систему (144), содержащую матрицу дифракционных оптических элементов (150), ассоциированных с соответствующими субпикселями изображения матрицы субпикселей изображения. Каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, для предоставления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков. Матрица дифракционных оптических элементов содержит множество поднаборов дифракционных оптических элементов. Дифракционные оптические элементы из каждого поднабора дифракционных оптических элементов выполнены с возможностью образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента для ассоциированного заданного направления поднабора, при этом заданные направления разных поднаборов являются различными для предоставления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра по различным направлениям, чтобы обеспечить пользователя видом при трехмерном восприятии в каждой из множества областей направленного просмотра. Изобретение обеспечивает снижение веса и толщины устройства. 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство (140) отображения, обеспечивающее пользователю возможность ощущать трехмерное восприятие, когда визуальная информация представляется устройством отображения, при этом устройство отображения содержит:

блок (142) формирования изображения, содержащий двумерную матрицу субпикселей изображения, выполненную с возможностью излучения света при представлении ассоциированной визуальной информации, и

оптическую систему (144), содержащую матрицу дифракционных оптических элементов (150), ассоциированных с соответствующими субпикселями изображения матрицы субпикселей изображения, при этом каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, для предоставления визуальной информации от ассоциированного субпикселя изображения во множество областей направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков, при этом

матрица дифракционных оптических элементов содержит множество поднаборов дифракционных оптических элементов,

дифракционные оптические элементы из каждого поднабора дифракционных оптических элементов выполнены с возможностью образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента для ассоциированного заданного направления поднабора, при этом заданные направления разных поднаборов являются различными для предоставления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра по различным направлениям, чтобы обеспечить пользователя видом при трехмерном восприятии в каждой из множества областей направленного просмотра.

2. Устройство отображения по п. 1, в котором каждый дифракционный оптический элемент матрицы дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного пикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков, при этом соседние неподавленные дифракционные порядки из множества дифракционных порядков, ассоциированных с областями направленного просмотра, разделены одним или несколькими подавленными дифракционными порядками.

3. Устройство отображения по п. 2, в котором подавление является различным для разных поднаборов для образования дифракционной картины от ассоциированного дифракционного оптического элемента для заданного направления поднабора,

так что каждый дифракционный оптический элемент выполнен с возможностью дифрагирования падающего света для образования дифракционной картины и для образования ассоциированного заданного направления поднабора для дифракционной картины путем подавления дифракционных порядков в зависимости от заданного направления поднабора для ассоциированного субпикселя.

4. Устройство отображения по любому одному из предшествующих пунктов, в котором каждый дифракционный оптический элемент матрицы дифракционных оптических элементов выполнен с возможностью дифрагирования света от ассоциированного субпикселя изображения в дифракционную картину, содержащую множество дифракционных порядков в соответствии с множеством заданных отношений интенсивностей между дифракционными порядками.

5. Устройство отображения по любому одному из предшествующих пунктов, в котором множество областей направленного просмотра ограничены одним или несколькими заданными предельными диапазонами направлений.

6. Устройство отображения по любому одному из предшествующих пунктов, в котором каждый дифракционный оптический элемент представляет собой дифракционную решетку.

7. Устройство отображения по любому одному из предшествующих пунктов, в котором блок (142) формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения света с заданным угловым профилем интенсивности от субпикселей изображения двумерной матрицы субпикселей изображения к оптической системе.

8. Устройство отображения по п. 7, в котором блок (142) формирования двумерного изображения выполнен с возможностью излучения света с заданным угловым профилем интенсивности с периодически изменяющимся во времени направлением углового профиля и для предоставления ассоциированной визуальной информации к субпикселям, для предоставления визуальной информации от субпикселей изображения, ассоциированных с разными поднаборами, в области направленного просмотра, периодически по другим направлениям, чтобы обеспечить пользователю вид с трехмерным восприятием в каждой из множества областей направленного просмотра.

9. Устройство отображения по любому одному из предшествующих пунктов, в котором матрица дифракционных оптических элементов выполнена с возможностью образования соответствующих дифракционных картин для наборов субпикселей изображения, выполненных с возможностью излучения света с различными цветами, для образования соответствующих областей направленного просмотра, ассоциированных с множеством дифракционных порядков света с различными цветами.