АВТОСТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ ДИСПЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК G02B27/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к автостереоскопическому дисплейному устройству и способу возбуждения такого дисплейного устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известное автостереоскопическое дисплейное устройство содержит двумерную жидкокристаллическую дисплейную панель, имеющую массив из рядов и столбцов дисплейных пикселей (причем, «пиксель», как правило, содержит набор «субпикселей», а «субпиксель» представляет собой наименьший индивидуально адресуемый одноцветный элемент изображения, выполняющий функцию средства формирования изображения для создания отображения. Массив вытянутых линз, проходящих параллельно друг другу, перекрывает массив дисплейных пикселей и выполняет функцию средства формирования видов. Они называются «лентикулярными линзами». Выходные излучения с дисплейных пикселей проецируются сквозь эти лентикулярные линзы, назначение которых состоит в изменении направлений выходных излучений.

Пиксель содержит наименьший набор субпикселей, который может рассматриваться для создания всех возможных цветов. В целях данного описания определяется также «единичная ячейка». Единичная ячейка определяется как наименьший набор субпикселей, которые повторяются с образованием полной структуры субпикселей. Единичная ячейка может представлять собой ту же конфигурацию субпикселей, что и пиксель. Однако единичная ячейка может содержать больше субпикселей, чем пиксель. Это имеет место, если, например, имеются пиксели с различными ориентациями субпикселей. Общая структура субпикселей при этом повторяется с использованием большей базовой единицы (единичной ячейки), чем пиксель.

Лентикулярные линзы предусмотрены в виде слоя линзовых элементов, каждый из которых содержит вытянутый частично цилиндрический (например, полуцилиндрический) линзовый элемент. Лентикулярные линзы проходят в направлении столбца дисплейной панели, при этом каждая лентикулярная линза перекрывает соответствующую группу двух или более смежных столбцов дисплейных субпикселей.

Каждая лентикулярная линза может быть связана с двумя столбцами дисплейных субпикселей, что позволяет пользователю наблюдать единое стереоскопическое изображение. В качестве альтернативы каждая лентикулярная линза может быть связана с группой трех или более смежных дисплейных субпикселей в направлении ряда. Соответствующие столбцы дисплейных субпикселей в каждой группе размещаются надлежащим образом для обеспечения вертикального среза соответствующей двумерной составной части изображения. По мере перемещения головы пользователя слева направо наблюдается серия последовательных различных стереоскопических видов, создающих, например, впечатление обзора.

Фиг. 1 представляет собой схематический план перспективный вид известного автостереоскопического дисплея 1 прямого наблюдения. Известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую дисплейную панель 3 активно-матричного типа, которая выполняет функцию пространственного модулятора света для создания отображения.

Дисплейная панель 3 имеет ортогональный массив рядов и столбцов дисплейных субпикселей 5. Для ясности на чертеже показано лишь небольшое число дисплейных субпикселей 5. В действительности дисплейную панель 3 может содержать около одной тысячи рядов и несколько тысяч столбцов дисплейных субпикселей 5. В черно-белой дисплейной панели субпиксель фактически образует полный пиксель. В цветном дисплее субпиксель является лишь одной цветовой компонентой полноцветного пикселя. Полноцветный пиксель в соответствии с общепринятыми терминами содержит все субпиксели, необходимые для создания всех цветов наименьшей отображаемой части изображения. Так, например, полноцветный пиксель может иметь красный (R), зеленый (G) и синий (B) субпиксели, возможно, дополненные белым субпикселем или одним или более другими субпикселями основного цвета. Структура жидкокристаллической дисплейной панели 3 является совершенно традиционной. В частности, панель 3 содержит пару расположенных на расстоянии друг от друга стеклянных подложек, между которыми предусматривается ориентированный скрученный нематический или иной жидкокристаллический материал. На своих лицевых поверхностях подложки имеют структуры прозрачных индиево-оловянно-оксидных (ITO) электродов. На наружных поверхностях подложек предусмотрены также поляризационные слои.

Каждый дисплейный субпиксель 5 содержит на подложках противоэлектроды с находящимся между ними промежуточным жидкокристаллическим материалом. Форма и расположение дисплейных субпикселей 5 определяются формой и расположением электродов. Дисплейные субпиксели 5 расположены на равном расстоянии друг от друга с зазорами.

Каждый дисплейный субпиксель 5 связан с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Дисплейные пиксели используются задействуются для создания отображения путем подачи сигналов адресации на переключающие элементы, и специалистам в данной области техники известны применимые схемы адресации.

Дисплейная панель 3 освещается источником 7 света, содержащим в данном случае планарную заднюю подсветку, проходящую над областью массива дисплейных пикселей. Свет от источника 7 света направляется сквозь дисплейную панель 3, при этом отдельные дисплейные субпиксели 5 возбуждаются для модулирования света и создания отображения.

Дисплейное устройство 1 также содержит лентикулярный слой 9, расположенный над стороной отображения дисплейной панели 3, который выполняет функцию направления света и, следовательно, функцию формирования вида. Лентикулярный слой 9 содержит ряд лентикулярных элементов 11, проходящих параллельно друг другу, из которых для ясности показан только один с увеличенными размерами.

Лентикулярные элементы 11 выполнены в форме выпуклых цилиндрических линз, каждая из которых имеет продольную ось 12, проходящую перпендикулярно радиусу кривизны цилиндра элемента, при этом каждый элемент действует как средство направления выходного оптического излучения для выдачи различных изображений, или видов, с дисплейной панели 3 в глаза пользователя, расположенного перед дисплеем 1.

В дисплее имеется контроллер 13, который управляет задней подсветкой и дисплейной панелью.

Автостереоскопическое дисплейное устройство 1, показанное на фиг. 1, способно обеспечивать несколько различных перспективных видов в различных направлениях, т.е., может направлять выходное излучение пикселя в различные пространственные положения в пределах поля обзора дисплея. В частности, каждый лентикулярный элемент 11 перекрывает небольшую группу дисплейных субпикселей 5 в каждом ряду, причем, в рассматриваемом примере ряд проходит перпендикулярно продольной оси лентикулярного элемента 11. Лентикулярный элемент 11 проецирует выходное излучение каждого дисплейного субпикселя 5 группы в другом направлении с целью формирования нескольких различных видов. По мере перемещения головы пользователя слева направо его глаза попеременно будут принимать различные виды из нескольких.

Специалистам должно быть понятно, что средство поляризации света должно использоваться вместе с вышеописанным массивом, поскольку жидкокристаллический материал является двулучепреломляющим, при этом переключение коэффициента преломления применяется только к свету определенной поляризации. Средство поляризации света может предусматриваться как часть дисплейной панели или конфигурации формирования вида данного устройства.

На фиг. 2 показан принцип работы средства формирования видов лентикулярного типа, как описано выше, и показаны источник 7 света, дисплейная панель 3 и лентикулярный слой 9. Данная конфигурация предусматривает три вида, каждый из которых проецируется в различных направлениях. Каждый субпиксель дисплейной панели 3 задействуется с использованием информации для одного конкретного вида.

В рассмотренных выше конструкциях задняя подсветка генерирует статическое выходное излучение, и направление для всех видов осуществляется лентикулярной конфигурацией, которая обеспечивает метод пространственного мультиплексирования. Аналогичный метод обеспечивается с помощью параллаксного барьера.

Лентикулярная конфигурация создает автостереоскопический эффект только при использовании одной определенной ориентации дисплея. Однако многие портативные устройства способны поворачиваться между портретным и ландшафтным режимами визуализации. Таким образом, фиксированная лентикулярная конфигурация не обеспечивает эффекта автостереоскопической визуализации в различных режимах визуализации. Перспективные 3-мерные дисплеи, особенно для планшетов, мобильных телефонов и других портативных устройств будут при этом иметь возможность наблюдать 3-мерные изображения с множества направлений и для различных ориентаций экрана. Современные дисплейные панели на основе LCD и OLED с существующими конструкциями пикселей не подходят для данного применения. Эта проблема была признана, и существуют различные решения.

Динамическое решение предполагает создание переключаемой конфигурации линз, которая может переключаться между различными режимами для активации формирующего вид эффекта в различных ориентациях. В сущности, могут иметься две лентикулярные конфигурации, при этом одна действует в режиме пропускания, а другая действует в режиме образования линзы. Режим для каждой лентикулярной конфигурации может управляться путем переключения самой лентикулярной конфигурации (например, с помощью линзового массива с жидкокристаллическим переключением) или путем управления поляризацией света, падающего на лентикулярную конфигурацию.

Статическое решение предполагает конструкцию линзовой конфигурации, которая функционирует в различных ориентациях. В простом примере могут комбинироваться прямоугольная решетка квадратных субпикселей в дисплее с прямоугольной решеткой микролинз (причем, направления решетки линз являются либо наклонными, либо ненаклонными относительно направлений пиксельной решетки) для создания множества видов в обоих направлениях отображения. Формы субпикселей должны быть предпочтительно близкими к соотношению сторон 1:1, поскольку это позволит избежать проблемы различной угловой ширины для отдельных видов при портретной/ландшафтной ориентации.

Альтернативная конструкция решетки может основываться на выстроенных мозаикой шестиугольниках, и данное изобретение относится, в частности, к таким конструкциям. Шестиугольная решетка для пикселей дисплейной панели и для средства формирования видов (линз) может дать дополнительную симметрию и компактную компоновку.

Одним возможным недостатком данного метода является эффект полосатости, при котором черные участки массива между субпикселями проецируются на наблюдателя в виде регулярной структуры. Частично это может быть устранено путем наклона решетки линз. В частности, с целью уменьшения эффекта полосатости из-за проецирования массива периодических черных пикселей средство формирования видов должно выбираться по отношению к направлению адресации пикселей (рядам/столбцам).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение определено формулой изобретения.

В соответствии с данным изобретением, предлагается автостереоскопический дисплей, содержащий:

пиксельную дисплейную панель, содержащую массив одноцветных пикселей или массив субпикселей различных цветов с соответствующими группами субпикселей, вместе определяющими полноцветные пиксели; и

средство формирования видов, содержащее массив линзовых элементов, расположенных над дисплейной панелью, для направления света от различных пикселей или субпикселей в различные пространственные расположения, тем самым обеспечивая отображение различных видов трехмерной сцены в различных пространственных расположениях,

отличающийся тем, что пиксели дисплейной панели образуют шестиугольную решетку с максимальным отклонением внутреннего угла от 120 градусов на 20 градусов или менее, и отличающийся тем, что шестиугольная решетка повторяется с главными векторами переноса a и b, при этом длины главных векторов переноса a и b имеют отношение более короткого к более длинному между 0,66 и 1,

отличающийся тем, что средство формирования видов содержит двумерный массив линз, который повторяется в шестиугольной решетке с главными векторами переноса p' и q';

отличающийся тем, что безразмерный вектор p определяется в виде (p_a,p_b), что удовлетворяет условию:

,

а круглые участки определяются в пространстве компонентов p_b и p_a для целочисленного n в виде:

, где

при этом определяет радиус каждого круга, определяет центры кругов, а N содержит вектор-функцию для двух координатных векторов, определяемых в виде:

,

главные векторы переноса a, b, p' и q' выбираются таким образом, что с указанными значениями p находится в векторном пространстве, которое исключает наборы E₁, E₃ или E₄ при r₀=0,1 и γ=0,75.

В вербальной форме главное уравнение, приведенное выше, гласит следующее:

(Строка 1) E_n равно множеству значений p таким образом, что функция N, применяемая к разностному вектору от вектора v к вектору p, меньше r_n² для всех значений вектора v в множестве . Функция N определяется ниже. Это определяет круги с центром в множестве значений .

(Строка 2) является множеством значений i +j/n вектора, при этом i и j являются векторами в двумерном векторном пространстве целочисленных значений (т.е., положительных и отрицательных целых чисел и нуля), для которого функция N, применяемая к вектору j, дает ответ n.

Вектор p определяет пространственное соотношение между решеткой пикселей (или субпикселей) и решеткой линз. Так, он определяет отображение между пикселями (или субпикселями) и линзами. В частности, компоненты вектора p являются членами матричного преобразования из векторного пространства пиксельной решетки (определяемого a и b) и векторного пространства линзовой решетки (определяемого p'). Компоненты вектора p, в свою очередь, определяют, какой вклад вносят различные пиксели (или субпиксели) в фазы различных линз, и как линзовой решеткой формируется изображение области черной маски. Таким образом, вектор p можно считать самым основным способом определения взаимосвязи между линзами и пикселями.

Под «главным вектором переноса» подразумевается перенос вектора из одной точки внутри области пикселя или линзы в соответствующую точку в смежной области пикселя или линзы. Области линзы и пикселя являются двумерными, поэтому имеются два вектора переноса - по одному для каждого направления решетки. Для регулярной шестиугольной решетки главные векторы переноса расположены в направлениях ряда и столбца под углом величиной 120 градусов относительно друг друга. Для несимметричной решетки главные векторы переноса могут отклоняться от данного угла величиной 120 градусов, но проходить в направлениях ряда и столбца решетки. Таким образом, шестиугольная решетка линз и/или пикселей может быть регулярной шестиугольной, либо они могут иметь нерегулярную шестиугольную форму, например, несимметричную версию регулярной шестиугольной решетки.

Круглые области определяют множества возможных значений для компонентов вектора p и, следовательно, определяют области связанных характеристик.

Благодаря исключению областей вблизи центров E_1, E₃ и E₄ предотвращаются проблемы полосатости. В частности, обычные конструкции панелей, например, с использованием целочисленного массива субпикселей под каждой линзой, а также дробные конструкции соответствуют значениям p, которые находятся в центре областей E_1, E₃ или E₄.

Таким образом, в данном изобретении предлагаются конструктивные параметры для расположений дисплейной панели, которые решают вышеупомянутые проблемы полосатости и обеспечивают поворотные многовидовые автостереоскопические 3-мерные дисплеи с хорошими характеристиками.

Главные векторы переноса a, b, p' и q' могут иметь такие значения, что p не находится в множестве E₁ с r₀=0,25 и γ=0,75.

Главные векторы переноса a, b, p' и q' могут иметь такие значения, что p не находится в множестве E₃ с r₀=0,25 и γ=0,75.

Главные векторы переноса a, b, p' и q' могут иметь такие значения, что p не находится в множестве E₄ с r₀=0,25 и γ=0,75.

Эти различные области представляют все улучшающиеся характеристики полосатости, таким образом, что за счет исключения все больших участков в пространстве конструктивных параметров для вектора p оставшиеся проектные решения дают все улучшающиеся характеристики полосатости.

Главные векторы переноса a, b, p' и q' могут иметь такие значения, что p не находится в множестве или множествах, определенных выше, с r₀=0,35.

Существуют также предпочтительные области в векторном пространстве для вектора p. В одном примере главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в множестве E₇ с r₀=0,35 и γ=0,75.

В другом примере главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в множестве E₉ с r₀=0,35 и γ=0,75.

Дисплей может использоваться в портативном устройстве, причем, портативное устройство выполнено с возможностью работы в портретном режиме отображения и ландшафтном режиме отображения. Оно может представлять собой мобильный телефон или планшет.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения описываются исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематический перспективный вид известного автостереоскопического дисплея;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид в поперечном разрезе дисплея, изображенного на фиг. 1;

На фиг. 3а-е изображены возможные пиксельные решетки на основе квадратных или приблизительно квадратных пиксельных и линзовых решеток;

На фиг. 4 изображена линзовая решетка, наложенная на квадратную пиксельную решетку, с вектором p движения тангажа, определяющим взаимосвязь между ними, в целях объяснения используемого анализа;

Фиг. 5 представляет собой графическое объяснение параметров, используемых для описания пиксельного массива и линзовой решетки;

На фиг. 6 изображен график с использованием уравнений муара и функции видимости для оценки степени видимой полосатости для того или иного вектора p движения тангажа;

На фиг. 7 изображено первое возможное описание областей из графика на фиг. 6;

На фиг. 8 изображено второе возможное описание областей из графика на фиг. 6;

На фиг. 9a-d изображены моделирования визуализации методом бегущего луча 3-мерной пиксельной структуры для 2-мерного расположения пикселей на фиг. 3(с) для различных конструкций линз;

Фиг. 10a-d представляет собой график яркости (L*) как функции фаз линз в двух измерениях для тех же примеров, что и на фиг. 9a-d;

Фиг. 11a-d представляет собой график изменения цвета для тех же примеров, что и на фиг. 9a-d;

На фиг. 12a-d изображены различные возможные пиксельные решетки на основе шестиугольных пиксельных и линзовых решеток;

На фиг. 13 изображена пиксельная решетка на основе шестиугольных субпикселей, но которые в действительности образуют прямоугольную решетку;

На фиг. 14 изображена шестиугольная линзовая решетка, наложенная на шестиугольную пиксельную решетку, с вектором p движения тангажа, определяющим взаимосвязь между ними;

Фиг. 15 представляет собой первое графическое объяснение параметров, используемых для описания пиксельного массива и линзовой решетки;

Фиг. 16 представляет собой второе графическое объяснение параметров, используемых для описания пиксельного массива и линзовой решетки, которое соответствует представлению на фиг. 5;

На фиг. 17 изображен график с использованием уравнений муара и функции видимости для оценки степени видимой полосатости для того или иного вектора p движения тангажа;

На фиг. 18 изображено первое возможное описание областей из графика на фиг. 17; и

На фиг. 19 изображено второе возможное описание областей из графика на фиг. 17.

Необходимо отметить, что фиг. 3а-е и 4 предназначены для изображения квадратных пиксельных и линзовых решеток, фиг. с 12a-d по 14 предназначены для изображения регулярных шестиугольных пиксельных и линзовых решеток, а фиг. с 5 по 8 и с 15 по 19 предназначены для изображения круглых областей. Любые искажения относительно квадратных, регулярных шестиугольных и круглых представлений являются результатом неточного воспроизведения изображения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В изобретении предлагается автостереоскопический дисплей, содержащий пиксельную дисплейную панель, содержащую массив одноцветных пикселей или массив субпикселей различных цветов и средство формирования видов, содержащее массив линзовых элементов. Пиксели образуют шестиугольную решетку, а линзы также повторяются в шестиугольной решетке. Определен вектор p, который относится к отображению между пиксельной решеткой и линзовой решеткой. Идентифицированы области в двумерном пространстве для данного вектора p, которые дают хорошие или плохие характеристики полосатости, при этом выбираются области с лучшими характеристиками полосатости.

Изобретение основано на анализе влияния взаимосвязи между пиксельной решеткой и линзовой решеткой на характеристики полосатости. Анализ полосатости может применяться к различным конструкциям пикселей и линз. Необходимо отметить, что термин «пиксельная решетка» используется для обозначения решетки пикселей (если пиксель имеет только один адресуемый элемент) или решетки субпикселей (если пиксель имеет множество независимо адресуемых субпикселей).

Для иллюстрации аналитического метода будет представлен первый пример на основе квадратных (или приблизительно квадратных) пиксельных решеток и линзовых решеток. Данное изобретение относится, в частности, к шестиугольным пиксельным и линзовым решеткам, анализ которых представлен в качестве второго примера.

Для первого примера квадратной пиксельной решетки и линзовой решетки рассматриваются конструкции дисплейной панели с пикселями на регулярной четырежды симметричной практически квадратной решетке, наверху которой имеется модулятор света, которые также имеет элементы в регулярной четырежды симметричной решетке. В целях объяснения необходимы некоторые определения. В частности, необходимо определить систему координат панели (т.е., пиксельной решетки), и необходимо определить систему координат средства формирования видов с точки зрения геометрических (физических) координат и логических координат, которые относятся к системе координат панели.

На фиг. 3 изображены различные возможные пиксельные решетки. На каждом примере показаны наименьшая единичная ячейка 30 (т.е., наименьшее множество субпикселей 31, которые повторяются с образованием субпиксельной структуры, как определено выше) и пиксель 32 с помощью определения, используемого в данном описании. Пиксель 32 является наименьшей квадратной структурой всех основных цветов, вследствие чего размер и форма пикселя являются одинаковыми в двух ортогональных ориентациях.

Субпиксели изображены в виде квадратов. Однако реальная форма субпикселей может различаться. Например, реальная апертура пикселя будет, как правило, иметь неправильную форму, поскольку она может, например, зависеть от размера и положения элементов схемы пикселя, таких как переключательный транзистор в случае активно-матричной дисплейной панели. Важна именно форма пиксельной решетки, а не точная форма отдельных пикселей или субпикселей. Та же аргументация относится к шестиугольной пиксельной решетке, дополнительно рассматриваемой ниже.

Изображены также векторы x и y движения тангажа. Это векторы переноса между центрами смежных пикселей в направлении ряда и направлении столбца соответственно. Буквы в наименьшей единичной ячейке 30 обозначают основные цвета: R=красный, G=зеленый, B=синий, W=белый.

На фиг. 3(а) изображены единичная ячейка RGGB и пиксель RGGB, на фиг. 3(b) изображены единичная ячейка RGBGBGRG и пиксель RGBG, на фиг. 3(с) изображены единичная ячейка RGBW и пиксель RGBW, на фиг. 3(d) изображены единичная ячейка RGBWBWRG и пиксель RGBW, а на фиг. 3(e) изображены единичная ячейка W и пиксель W.

Пиксельная решетка определяется на основе двух векторов x и y, далее именуемых векторами движения тангажа. Эти векторы образуют массив решетки с единицами длины (например, метрами). Существует множество возможных определений пикселя, включая наименьшую единичную ячейку, однако для данного описания пиксель является приблизительно квадратным. Следовательно, должна выбираться для образования приблизительно квадратной области субпикселей. Как показано на фиг. 3(a)-(d), для цветных дисплеев определение пикселя проще всего приводит к области с 2×2 субпикселями. Когда единичная ячейка больше, как на фиг. 3(b) и (d), группа пикселей, по-видимому, вращается или зеркально отображается с образованием большей единичной ячейки, но и в этих случаях остается областью размером 2×2. Для монохромных дисплеев пиксель является областью одного субпикселя.

Пиксели не обязательно должны быть идеально квадратными. Они могут быть приблизительно квадратными, что в данном случае означает, что вращение на любой угол, ограниченный изгиб или ограниченное удлинение находится в пределах объема. Соотношение сторон определяется в виде:

а угол решетки составляет:

Изгиб при этом выражается как |θ-90°|. Следовательно, для приблизительно квадратной решетки справедливо a≈1 и |θ-90°|≈0°.

Например, а предпочтительно составляет между 0,9 и 1,1, а θ предпочтительно составляет между 80 и 100 градусами (разумеется, если одна пара углов раствора имеет 80 градусов, то другая пара будет иметь 100 градусов).

Для определения линзовой решетки могут быть определены вектора движения тангажа линзы.

На фиг. 4 изображена линзовая решетка 42, наложенная на квадратную пиксельную решетку 40 с 2×2 субпикселями 31 на пиксель 32 (такой как на фиг. 3(a) и (c). Один из каждой группы пикселей из четырех субпикселей 31 выделен (т.е., показан белым). Векторы x и y представляют собой векторы движения тангажа пикселя данной решетки, как объяснялось выше. Линзовая решетка 42 содержит микролинзовый массив со сферическими линзами 44, организованными на квадратной решетке. Векторы p' и q' представляют собой векторы движения тангажа данной решетки. Они образованы линейной комбинацией векторов движения тангажа пикселя.

Вместо физических векторов движения тангажа линзы в единицах метров логические и безразмерные векторы движения тангажа линзы могут быть определены в виде:

и

для выбранных и .

Геометрические (физические) вектора движения тангажа и (например, в метрах) определяются применительно к логическим векторам движения тангажа линзы в виде:

,

.

Деформации пиксельной решетки должны отражаться в соответствующих деформациях линзовой решетки. Следует отметить, что (p,q)=0, но не обязательно (p',q')=0, поскольку мы не требуем, чтобы (x,y)=0. Аналогичным образом, |p|=|q|, но не обязательно |p'|=|q'|.

В целях данного описания определяются области P_n,m для целочисленных значений p и m. Эти области состоят из множества кругов, организованных на решетке кругов. Такая область определяется в виде:

, где

.

Член p-υ задает длину вектора от υ до р, и, следовательно, неравенство определяет множество кругов, центр которых распложен в центре, определяемом υ. Само υ представляет собой множество векторов, определяемое множеством членов L. Оно имеет дискретное число членов в результате условий, налагаемых на целочисленные значения, которые составляют двумерные векторы i и j.

При этом - радиус каждого круга. Данный радиус при этом уменьшается с уменьшением n. L_n,m - множество центров, а (i,i) означает внутреннее произведение, поэтому когда , . В данном описании используется условное обозначение P_n=P_n,m. Необходимо отметить, что существуют целые числа k, для которых отсутствуют возможные комбинации целых чисел i и j, для которых сохраняется . Вследствие этого, множества Р₃, Р₆ и Р₇ являются пустыми.

В качестве примера можно исследовать множество Р₅, начиная с L_5,5.

Под мы обозначаем все , где i и j - целые числа (отрицательные, нуль или положительные). Множество решений для представляет собой:

.

Существует графическое объяснение j и j/n как гауссовых целых чисел и их обратной решетки, соответственно, изображенных на фиг. 5.

Каждая точка на фиг. 5(а) отмечена с координатой гауссова целого числа g=a+ib, где i²=-1, а норма N(g)=a²+b². Фиг. 5(b) состоит из тех же точек, но координаты точек разделены их нормой, тем самым, соответствуя j/n вместо j.

Любая комбинация из множества решений для j, показанных выше, находится в L_5,5. Два примера представляют собой и . Область Р₅ при этом состоит из круглых областей с указанными центрами и радиусом . Необходимо отметить, что существуют восемь кругов Р₅ вокруг каждого круга Р₁, поскольку существуют восемь решений для .

С целью минимизации проблем полосатости для поворотных дисплеев с пикселями на приблизительно квадратной решетке представлена конструкция дисплея, в которой массив средств формирования видов (как правило, микролинзовый массив) образует квадратную решетку, которая может описываться направлением р применительно к координатам пикселей, где р выбирается вне областей P_n, которые вызывают полосатость.

Для анализа проблемы полосатости использовались две модели. Первая модель основана на анализе пространственных частот и в пиксельной структуре, и в линзовой структуре, а вторая основана на трассировке лучей.

Первая модель использует уравнения муара и функцию видимости для оценки степени видимой полосатости для того или иного вектора р движения тангажа.

Данная модель приводит к карте, такой как фиг. 6, на которой более яркие области означают более значительную полосатость (в логарифмическом масштабе). Фиг. 6 отображает p_y в зависимости от p_x. Следует понимать, что реальная карта зависит от таких параметров, как угол видимости микролинз и структура пикселей. Карта на фиг. 6 генерируется для случая пикселя с одной излучающей поверхностью с апертурой 1/8 от полной поверхности пикселя, гауссовой функции рассеяния точки (PSF), которая масштабируется по апертуре линзы, и постоянного угла видимости линзы, равного 20 угловым секундам.

Вследствие масштабирования PSF большее число компонентов полосатости является видимым для меньшего |p| (в верхней левой части фиг. 6) ввиду более точной фокусировки. Замечено, что мощность различных «пузырей» полосатости зависит от реальной структуры пикселя (см. фиг. 3), но положение пузырей всегда постоянно.

Анализ основан частично на признании того, что большая часть структуры на данной карте полосатости может объясняться с помощью участков P_n, где P_n с более высоким n соответствуют меньшим участкам. Большая часть участков со значительной полосатостью объясняется с помощью P₁... P₈.

Путем подгонки радиуса r₀=0,35 и γ=0,75 к данной карте получается изображение, показанной на фиг. 7. В других ситуациях полосатость может быть меньше, и вследствие этого величина r₀=0,25 является достаточно точной. На фиг. 8 показаны результаты подгонки радиуса r₀=0,25 к карте на фиг. 5.

На фиг. 7 и 8 изображены также предпочтительные области для примеров квадратной решетки, а именно, Р_9,18 и Р_14,26. Эти области лучше всего описываются с помощью r₀=0,35.

Метод в данном изобретении основан на исключении зон, которые вызывают полосатость, а именно, исключении некоторых диапазонов значений вектора p=(p_x,p_y).

Первыми зонами для исключения являются области P₁ (т.е., P_1,1), которые вызывают наибольшую полосатость. На фиг. 8 при меньших значениях радиуса исключенная зона меньше. Так, первая зона для исключения основана на r₀=0,25.

Зоны для исключения при построении соотношения между пиксельной решеткой и линзовой решеткой для данного примера квадрата:

1. р∉Р₁ с радиусом r₀=0,25 и γ=0,75,

2. Как выше, а также р∉Р₂,

3. Как выше, а также р∉Р₄,

4. Как выше, а также р∉Р₅,

5. Как выше, а также р∉Р₈,

6. Любое из приведенного выше, но с радиусом r₀=0,35.

В пределах пространства, которое остается благодаря исключению областей, имеются некоторые области, которые представляют особый интерес, поскольку полосатость является особенно низкой для широкого диапазона параметров. Это следующие области:

1. р∈Р_9,18 с радиусом r₀=0,35,

2. р∈Р_14,26 с радиусом r₀=0,35.

Предпочтительно для примера квадратной решетки субпиксели находятся на идеально квадратной решетке, но возможны небольшие вариации. Соотношение сторон предпочтительно ограничивается , либо более предпочтительно . Изгиб решетки из квадратной/прямоугольной в ромб/параллелограмм предпочтительно составляет |θ-90°|≤20° или даже |θ-90°|≤5°.

Альтернативой уравнениям муара для иллюстрации данного метода является построение хода луча модели дисплея с линзой, которая отображает полностью белое изображение.

На фиг. 9 изображена такая визуализация для 2-мерного расположения пикселей, как на фиг. 3(с). Любая визуализация конструкции без полосатости, по-видимому, является в среднем белой, в то время как для конструкции с полосатостью интенсивность и/или цвет зависят от положения наблюдателя (т.е., фазы линзы).

На фиг. 9(а) изображены визуализации для линзовой конструкции в области P₁ для фазы линзы. Хотя в изображении на фиг. 9(а) это и не показано, белый и большая часть основного синего отсутствуют. На фиг. 9(b) изображены визуализации для линзовой конструкции в области P₂ для фазы линзы, в которой видна более чем средняя величина черного массива. На фиг. 9(с) изображены визуализации для линзовой конструкции в области P₄ для фазы линзы, в которой черный массив почти не виден. На фиг. 9(d) изображены визуализации для линзовой конструкции в центре P_14,26 с (практически) равномерным распределением основных цветов в пределах этого пятна для этой и всех остальных фаз.

Такое пятно, как изображенное на фиг. 9, может визуализироваться для различных фаз линз, поскольку различные фазы линз (под которыми подразумевается положение линзы, отвечающее за создание вида в конкретном месте наблюдения) приводят к различным распределениям субпикселей. Более эффективным является вычисление среднего значения цвета CIE 1931 XYZ, вычисляемого для каждого такого пятна. По данному среднему значению может вычисляться значение цвета CIE L*a*b*, которое дает количественные средства сравнения эффектов восприятия полосатости.

В этом воспринимаемом цветовом пространстве расстояние L₂ между двумя значениями цвета (обозначаемое ниже ΔE) характеризует воспринимаемую разность между этими цветами.

Целью является белый, соответствующий (L*, a*, b*)=(100, 0, 0).

На фиг. 10 яркость (L*) представлена как функция фаз линз в двух измерениях, соответствующих различным видам, проецируемых линзами на различные положения наблюдателя, для тех же примеров, что и на фиг. 9. Безразмерная фазовая переменная линзы имеет значения в диапазоне (0,1). Ввиду периодичности пиксельной решетки и линзовой решетки, фазы 0 и 1 линз соответствуют одинаковым генерируемым видам. Поскольку дисплей использует 2-мерную микролинзовую решетку, сама фаза линзы также является 2-мерной.

На фиг. 11 снова представлена цветовая ошибка (ΔE) для тех же примеров. В зависимости от ситуации ΔE ≈ 1 едва видна. Пример без полосатости на фиг. 10(d) и 11(d) выглядит, как равномерные L*=100 и ΔE=0 соответственно, в то время как другие примеры, очевидно, имеют полосатость, поскольку цвет изменяется с положением наблюдателя (т.е., фазой линзы).

Поскольку дисплей использует 2-мерную микролинзовую решетку, сама фаза линзы также является 2-мерной.

Графики можно обобщить, взяв среднеквадратичное (RMS) значение ΔE по всему фазовому пространству.

В приведенной ниже таблице это выполнено для списка точек, соответствующего областям, которые в соответствии с рассмотренной выше моделью полосатости должны быть исключены или включены.

Область p_x p_y ΔE_RMS P₁ 6,000 2,000 111,576 P₂ 7,000 3,000 63,375 P₄ 6,000 3,000 12,723 P₅ 7,200 3,600 3,609 P₅ 7,600 3,200 5,738 P₈ 6,500 2,500 2,289 P₈ 4,500 4,500 1,495 P_9,18 7,333 3,333 0,467 P_9,18 2,600 2,600 1,308 P_9,18 3,350 3,350 0,796 P_9,18 3,400 3,400 0,871 P_14,26 6,143 3,286 0,180 P_14,26 7,286 2,143 0,185 Между двумя кругами P_14,26 6,000 3,286 0,155 Между двумя кругами P₅ 7,000 3,600 0,611 Между двумя кругами P₅ 5,000 3,400 0,289

Из данной таблицы ясно, что эти две модели, в основном, согласуются с точки зрения прогнозирования полосатости. Положительные участки имеют низкие значения ΔE_RMS, а наибольшие отрицательные участки (с низшими порядковыми числительными) имеют наивысшие значения ΔE_RMS.

В первой модели выше представлен обзор эффекта полосатости, в то время как во второй модели представлено больше деталей и визуализация.

Далее будет представлен аналогичный анализ для примера шестиугольной пиксельной решетки.

Данное изобретение относится, в частности, к панелям с пикселями (или субпикселями) на шестиугольной решетке (которая предпочтительно является регулярной шестиугольной решеткой, хотя она может отклоняться от регулярной решетки), наверху которой имеется средство формирования видов, которое также имеет элементы на шестиугольной решетке.

Как и в приведенном выше примере, определяется система координат панели, затем определяется система координат средства формирования видов в пересчете на геометрические (физические) координаты и логические координаты, которые относятся к системе координат панели. В параметрическом пространстве вновь определяются параметрические области, которые могут выбираться для достижения необходимых характеристик, например, применительно к полосатости.

Вновь определяются векторы движения тангажа, и для данного примера определяются векторы a и b аналогично векторам x и y в приведенном выше примере.

Векторы a и b являются векторами движения тангажа, которые образуют массив X=[a b] решетки с единицами длины (например, метрами). Существует множество возможных определений пикселя, включая наименьшую единичную ячейку, однако для данного изобретения решетка пикселей является шестиугольной, например, по меньшей, приблизительно регулярной шестиугольной. Следовательно, Х должна выбираться для образования шестиугольной области субпикселей.

Примеры приведены на фиг. 12.

Для цветных дисплеев участок 32 пикселя, скорее всего, является треугольной областью с 3 или, возможно, 4 субпикселями 31. Иногда такая группа оказывается повернутой или зеркально отраженной для образования более крупной и, возможно вытянутой единичной ячейки, но и в этом случае Х является областью с 3 или 4 субпикселями 31. Для монохромных дисплеев единичная ячейка 30 является областью одного пикселя 32. Важной является решетка пикселей 32, а не форма или решетка субпикселей 31.

На фиг. 12(а) показана шестиугольная решетка, в которой каждый пиксель 32 выполнен в виде треугольника трех RGB-субпикселей 31. Единичная ячейка 30 является такой же.

На фиг. 12(b) показана шестиугольная решетка, в которой каждый пиксель 32 выполнен в виде группы четырех RGBW-субпикселей 31, образующих форму, которая является практически ромбом (но без прямых сторон). Единичная ячейка 30 является такой же.

На фиг. 12(с) показана шестиугольная решетка, в которой каждый пиксель 32 выполнен из семи субпикселей 31 (один в центре и шесть вокруг наружной части). Однако наружные субпиксели используются совместно со смежными пикселями таким образом, что в среднем имеются 4 (RGBW) субпикселя на пиксель. Единичная ячейка 30 (наименьший элемент, который может перенесен с образованием полной структуры всех субпикселей) больше, поскольку имеются два типа пикселя.

На фиг. 12(d) показана шестиугольная решетка одноцветных пикселей. Единичной ячейкой 30 является один пиксель 32.

Размещение на фиг. 13 является контрпримером, поскольку несмотря на то, что субпиксели являются шестиугольниками и расположены на шестиугольной решетке, пиксельная решетка в действительности является прямоугольной. Пиксельная решетка определяется векторами, которые осуществляют перенос из одного пикселя в то же местоположение в пределах смежных пикселей.

Как и в приведенном выше примере, данное изобретение не требует идеально шестиугольных решеток, да и угловая ориентация не важна. Возможны также вращение на любой угол, ограниченный изгиб или ограниченное удлинение.

Соотношение сторон для шестиугольной пиксельной решетки определяется в виде

,

а угол решетки составляет:

.

Внутренний угол величиной 120 соответствует регулярной шестиугольной решетке. Степень изгиба может при этом быть выражена как |θ-120°|. Следовательно, для приблизительно регулярной шестиугольной решетки справедливо β≈1 и |θ-120°|≈0°.

Как и в приведенном выше примере, определяются также векторы движения тангажа. Определение логических и безразмерных векторов движения тангажа представляет собой p=(p_a,p_b) для выбранных p_a и p_b.

Векторы, относящиеся к случаю шестиугольника, изображены на фиг. 14, на которой, как и на фиг. 4, изображена линзовая решетка 42 над пиксельной решеткой 40. Это основано на пикселе из трех субпикселей на фиг. 12(а). Линзовая решетка образуется вещественными векторами p' и q'.

Векторы p' и q' имеют одинаковую длину, а угол между p' и q' составляет 120°. Геометрические (физические) векторы движения тангажа p' и q' (например, в метрах) определяются в перерасчете на логические векторы движения тангажа линзы, причем, деформации (например, вращение, изгиб, масштабирование) в пиксельной решетке должны отражаться в соответствующих деформациях линзовой решетки. Это можно понять, рассмотрев гибкий автостереоскопический дисплей, который растягивается.

Безразмерный вектор р движения тангажа вновь определяет отображение между пиксельной решеткой и линзовой решеткой и в этом случае определяется в виде:

p'=p_aa+p_bb.

Для данного примера для целых чисел определяются области , которые состоят из множества кругов, организованных на решетке кругов. Такие области определяются в виде:

, где

.

В этом случае также - радиус каждого круга, - множество центров, а N(j) - норма, похожая на целочисленную норму Эйзенштейна и определяемая в виде:

.

Это определяет шестиугольную решетку центров. Как и в приведенном выше примере, член p-υ задает вектор от υ до р, и, следовательно, неравенство, которое по существу основано на норме пространства (квадрате расстояния). Это определяет множество кругов, центр которых определятся υ. Само υ представляет собой множество векторов, определяемом множеством членов . Оно имеет дискретное число членов в результате условий, налагаемых на целочисленные значения, которые составляют двумерные векторы i и j.

В качестве примера исследуем Е₄, начиная с . Множество решений для представляет собой:

.

Любая комбинация находится в . Два примера представляют собой и . Область Е₄ при этом состоит из круглых областей с указанными центрами и радиусом . Существует графическое объяснение j и j/n как эйзенштейновых целых чисел (которые образуют шестиугольную решетку в плоскости комплексной переменной) и их обратной решетки, соответственно, изображенных на фиг. 15.

Каждая точка в левой части чертежа отмечена с координатой эйзенштейнова целого числа c=a+ωb и нормой N([a b]^T). правая часть чертежа состоит из тех же точек, но деленных на свою норму, тем самым соответствуя j/n вместо j.

В этом случае также имеются целые числа k, для которых отсутствуют j, для которых справедливо N(j)=k. Вследствие этого, множества Е₂, Е₅ и Е₆ являются пустыми.

В приведенном выше примере, основанном на квадратных решетках, используется декартова норма, а именно, , а в графическом объяснении используются гауссовы целые числа, которые образуют в плоскости комплексной переменной квадратную решетку, вместо эйзенштейновых целых чисел. Данный метод изображен на фиг. 16 для сравнения с фиг. 5.

Рассмотренный выше метод используется для анализа эффекта полосатости различных конструкций. Результирующая карта, в этом случае также основанная на уравнениях муара и функции видимости для оценки степени видимой полосатости для того или иного вектора р движения тангажа, изображена на фиг. 17. Это график зависимости p_b от p_a, и в этом случае также более яркие участки указывают на более значительную полосатость.

Следует понимать, что реальная карта зависит от таких параметров, как угол видимости микролинз и структура пикселей. Карта на фиг. 17 генерируется для случая пикселя с одной излучающей областью с апертурой 1/6 от полной поверхности пикселя, гауссовой функции рассеяния точки (PSF), которая масштабируется по апертуре линзы, и постоянного угла видимости линзы, равного 20 угловым секундам. Вследствие масштабирования PSF большее число компонентов полосатости является видимым для меньшего |p| ввиду более точной фокусировки.

Большая часть структуры на данной карте полосатости может объясняться с помощью участков Е_n, где Е_n с более высоким n соответствуют меньшим участкам. Большая часть участков со значительной полосатостью объясняется с помощью Е₁... Е₄.

Как и в приведенных выше примерах, r₀=0,35 и γ=0,75 используются для генерирования изображения на фиг. 18. В других ситуациях полосатость может быть меньше, и вследствие этого величина r₀=0,25 является достаточно точной. На фиг. 19 показаны результаты подгонки радиуса r₀=0,25 к карте на фиг. 17.

Необходимо отметить, что на фиг. 18 и 19 области отмечены P_x для простого сравнения с фиг. 7 и 8. Однако эти области являются областями E_x, как определено с помощью приведенных выше уравнений.

На фиг. 18 и 19 изображены предпочтительные области, а именно, Е₇ и Е₉ (показанные как Р₇ и Р₉). Эти области лучше всего описываются с помощью r₀=0,35.

Данное изобретение основано на исключении зон, которые вызывают полосатость, а именно, исключении значения вектора p=(p_a,p_b).

Первыми зонами для исключения являются области Е₁, которые вызывают наибольшую полосатость. На фиг. 19 при меньших значениях радиуса исключенная зона меньше. Так, первая зона для исключения основана на r₀=0,25.

Зоны для исключения при построении соотношения между пиксельной решеткой и линзовой решеткой:

1. р∉Е₁ с радиусом r₀=0,25 и γ=0,75,

2. Как выше, а также р∉Е₃,

3. Как выше, а также р∉Е₄,

4. Любое из приведенного выше, но с радиусом r₀=0,35.

В пределах пространства, которое остается благодаря исключению областей, имеются некоторые области, которые представляют особый интерес, поскольку полосатость является особенно низкой для широкого диапазона параметров. Это следующие области:

1. р∈Е₇ с радиусом r₀=0,35,

2. р∈Е₉ с радиусом r₀=0,35.

Предпочтительно субпиксели находятся на регулярной шестиугольной решетке, но возможны небольшие вариации в пределах объема данного изобретения: соотношение сторон предпочтительно ограничивается , либо более предпочтительно . Изгиб решетки относительно регулярного шестиугольника предпочтительно ограничивается |θ-120°|≤20° или даже |θ-120°|≤5°.

Данное изобретение применимо к области автостереоскопических 3-мерных дисплеев, в частности, к поворотным многовидовым автостереоскопическим дисплеям с полным параллаксом.

Изобретение относится к взаимосвязи между пиксельной решеткой и линзовой решеткой. Оно может применяться к любой технологии дисплеев.

При осуществлении заявленного изобретения специалисты смогут понять и реализовать другие модификации описанных вариантов осуществления по результатам изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и употребление элементов или этапов в единственном числе не исключает их множества. Сам по себе тот факт, что некоторые критерии излагаются в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что совокупность этих критериев не может использоваться с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.

Изобретение относится к автостереоскопическому дисплейному устройству. Дисплей содержит пиксельную дисплейную панель, содержащую массив одноцветных пикселей или массив субпикселей различных цветов, и средство формирования видов, содержащее массив линзовых элементов. Пиксели образуют шестиугольную решетку, причем линзы также повторяются в шестиугольной решетке, при этом определяется вектор p, который относится к отображению между пиксельной решеткой и линзовой решеткой, идентифицируются области в двумерном пространстве для данного вектора p, которые дают хорошие или плохие характеристики полосатости, при этом выбираются области с лучшими характеристиками полосатости. Изобретение обеспечивает повышение качества изображения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 19 ил., 1 табл.

1. Автостереоскопический дисплей, содержащий:

пиксельную дисплейную панель (3), содержащую массив одноцветных пикселей или массив субпикселей различных цветов с соответствующими группами субпикселей, вместе определяющими полноцветные пиксели; и

средство (42) формирования видов, содержащее массив линзовых элементов (44), расположенных над дисплейной панелью, для направления света от различных пикселей или субпикселей в различные пространственные расположения, тем самым обеспечивая отображение различных видов трехмерной сцены в различных пространственных расположениях,

при этом пиксели дисплейной панели образуют шестиугольную решетку с максимальным отклонением внутреннего угла от 120 градусов на 20 градусов или менее, причем шестиугольная решетка повторяется с главными векторами переноса a и b, при этом длины главных векторов переноса a и b имеют отношение более короткого к более длинному между 0,66 и 1;

при этом средство формирования видов содержит двумерный массив линз (44), который повторяется в шестиугольной решетке с главными векторами переноса p' и q';

при этом безразмерный вектор p определяется в виде (p_a,p_b), что удовлетворяет условию:

,

и круглые участки определяются в пространстве компонентов p_b и p_a для целочисленного n в виде:

, где

,

где n - целое число,

при этом определяет радиус каждого круга, определяет центры кругов, а N содержит вектор-функцию для двух координатных векторов, определяемых в виде:

,

главные векторы переноса a, b, p' и q' выбираются таким образом, что с указанными значениями p находится в векторном пространстве, которое исключает наборы E₁, E₃ или E₄ с r₀=0,1 и γ=0,75.

2. Дисплей по п. 1, при этом главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в векторном пространстве, которое исключает множество E₁ с r₀=0,25 и γ=0,75.

3. Дисплей по п. 1 или 2, при этом главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в векторном пространстве, которое исключает множество E₃ с r₀=0,25 и γ=0,75.

4. Дисплей по любому предыдущему пункту, при этом главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в векторном пространстве, которое исключает множество E₄ с r₀=0,25 и γ=0,75.

5. Дисплей по любому предыдущему пункту, при этом главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p не находится в определенном множестве или множествах с r₀=0,35.

6. Дисплей по любому предыдущему пункту, при этом главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в множестве E₇ с r₀=0,35 и γ=0,75.

7. Дисплей по любому предыдущему пункту, при этом главные векторы переноса a, b, p' и q' имеют такие значения, что p находится в множестве E₉ с r₀=0,35 и γ=0,75.

8. Дисплей по любому предыдущему пункту, при этом главные векторы переноса a и b шестиугольной решетки имеют отношение длин более короткого к более длинному между 0,83 и 1.

9. Дисплей по любому предыдущему пункту, в котором шестиугольная решетка пикселей имеет максимальное отклонение внутреннего угла от 120 градусов на 5 градусов или менее.

10. Портативное устройство, содержащее дисплей по любому предыдущему пункту, при этом портативное устройство выполнено с возможностью работы в портретном режиме отображения и ландшафтном режиме отображения.

11. Портативное устройство по п. 10, представляющее собой мобильный телефон или планшет.