АВТОСТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G06T15/00 G02B30/26 H04N13/351 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к автостереоскопическому устройству отображения и к способу возбуждения такого устройства отображения.

Уровень техники

Известное автостереоскопическое устройство отображения содержит двумерную жидкокристаллическую панель отображения, имеющую массив из строк и столбцов пикселей дисплея (причем «пиксель» обычно содержит набор «субпикселей», а «субпиксель» является наименьшим отдельно адресуемым одноцветным элементом изображения), действующий в качестве средства формирования изображения для обеспечения отображения. Массив удлиненных линз, проходящих параллельно друг другу, находится поверх массива пикселей дисплея и действует в качестве средства формирования видов. Они известны как «лентикулярные линзы». Световой выход пикселей дисплея проецируется через эти лентикулярные линзы, которые функционируют для изменения направления светового выхода.

Лентикулярные линзы выполнены в виде листа из элементов линз, каждый из которых содержит удлиненный частично цилиндрический (например, полуцилиндрический) элемент линзы. Лентикулярные линзы проходят в направлении столбца панели отображения, причем каждая лентикулярная линза находится поверх соответствующей группы из двух или более смежных столбцов субпикселей дисплея.

Каждая лентикулярная линза может быть связана с двумя столбцами субпикселей дисплея, чтобы позволить пользователю просматривать одно стереоскопическое изображение. Вместо этого, каждая лентикулярная линза может быть связана с группой из трех или более смежных субпикселей дисплея в строчном направлении. Соответствующие столбцы субпикселей дисплея в каждой группе размещены надлежащим образом для обеспечения вертикального среза из соответствующего двумерного субизображения. По мере перемещения головы пользователя слева направо наблюдается серия последовательных, различных стереоскопических видов, создающих, например, впечатление кругового обзора.

Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе известного автостереоскопического устройства 1 отображения прямого обзора. Известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую панель 3 отображения активного матричного типа, которая действует в качестве пространственного модулятора света для формирования отображения.

Панель 3 отображения имеет ортогональный массив строк и столбцов субпикселей 5 дисплея. Для ясности на чертеже показано лишь небольшое количество субпикселей 5 дисплея. На практике панель 3 отображения может содержать около одной тысячи строк и нескольких тысяч столбцов субпикселей 5 дисплея. На черно-белой панели отображения субпиксель фактически составляет целый пиксель. В цветном дисплее субпиксель является одним цветовым компонентом полноцветного пикселя. Полноцветный пиксель в соответствии с общепринятой терминологией содержит все субпиксели, необходимые для создания всех цветов наименьшей отображаемого участка изображения. Таким образом, например, полноцветный пиксель может иметь красный (R), зеленый (G) и синий (B) субпиксели, возможно дополненные белым субпикселем или одним или более другими субпикселями основных цветов. Структура жидкокристаллической панели 3 отображения является совершенно обычной. В частности, панель 3 содержит пару отделенных друг от друга прозрачных стеклянных подложек, между которыми находится материал с упорядоченной скрученной нематической структурой или другой жидкокристаллический материал. На лицевых поверхностях подложек расположены рисунки прозрачных электродов из оксида индия и олова (ITO). На внешних поверхностях подложек также предусмотрены поляризующие слои.

Каждый субпиксель 5 дисплея содержит противоположные электроды на подложках, между которыми находится жидкокристаллический материал. Форма и конфигурация субпикселей 5 дисплея определяются формой и конфигурацией электродов. Субпиксели 5 дисплея отделены друг от друга равномерными зазорами.

Каждый субпиксель 5 дисплея связан с переключающим элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Пиксели дисплея возбуждаются для формирования отображения путем подачи адресных сигналов в переключающие элементы, и подходящие схемы адресации известны специалистам в данной области техники.

Панель 3 отображения подсвечивается источником 7 света, в данном случае содержащим плоскую фоновую подсветку, проходящую по площади массива пикселей дисплея. Свет от источника 7 света направляется через панель 3 отображения, при этом отдельные субпиксели 5 дисплея возбуждаются для модуляции света и обеспечения отображения.

Устройство 1 отображения также содержит лентикулярный лист 9, расположенный поверх отображающей стороны панели 3 отображения, который выполняет функцию направления света и таким образом функцию формирования вида. Лентикулярный лист 9 содержит ряд лентикулярных элементов 11, проходящих параллельно друг другу, из которых только один для ясности показан в преувеличенном размере.

Лентикулярные элементы 11 имеют форму выпуклых цилиндрических линз, каждая из которых имеет продольную ось 12, проходящую перпендикулярно цилиндрической кривизне элемента, и каждый элемент действует в качестве средства направления светового выхода для обеспечения различных изображений или видов с панели 3 отображения в глаза пользователя, расположенного перед устройством 1 отображения.

Устройство отображения имеет контроллер 13, который управляет фоновой подсветкой и панелью отображения.

Автостереоскопическое устройство 1 отображения, показанное на Фиг. 1, способно обеспечивать несколько различных видов в перспективе с различных направлений, т.е. оно способно направлять световой выход пикселя в различные пространственные положения в пределах поля обзора устройства отображения. В частности, каждый лентикулярный элемент 11 находится поверх малой группы субпикселей 5 дисплея в каждой строке, причем в настоящем примере строка проходит перпендикулярно продольной оси лентикулярного элемента 11. Лентикулярный элемент 11 проецирует световой выход каждого субпикселя 5 дисплея из группы в отличном направлении таким образом, чтобы сформировать несколько различных видов. По мере перемещения головы пользователя слева направо его/ее глаза будут, в свою очередь, воспринимать различные виды из упомянутых нескольких видов.

Специалисту в данной области техники будет понятно, в сочетании с вышеописанным массивом должно быть использовано средство поляризации света, поскольку жидкокристаллический материал является двоякопреломляющим, при этом переключение показателя преломления применимо только к свету с конкретной поляризацией. Средство поляризации света может быть предусмотрено в качестве части панели отображения или узла формирования изображения в устройстве.

Фиг. 2 демонстрирует принцип работы узла формирования изображения лентикулярного типа, описанного выше, и на ней показан источник 7 света, панель 3 отображения и лентикулярный лист 9. Узел обеспечивает три вида, каждый из которых проецируется в различных направлениях. Каждый субпиксель панели 3 отображения возбуждается информацией для одного конкретного вида.

В вышеописанных конструкциях фоновая подсветка формирует статичный световой выход, и все управление видами осуществляется лентикулярным узлом, который реализует подход с пространственным мультиплексированием. Аналогичный подход реализуется с использованием параллаксного барьера.

Другой подход состоит в использовании адаптивной оптики, такой как призмы с электросмачиванием и направленная фоновая подсветка. Они позволяют изменять направление света с течением времени, таким образом также реализуя подход с временным мультиплексированием. Эти две технологии могут быть объединены с образованием того, что будет описано в настоящем документе как «пространственно-временное мультиплексирование».

Ячейки с электросмачиванием явились объектом значительного объема исследований, например для использования в качестве жидкостных линз для применения в компактных камерах.

Было предложено использование массива призм с электросмачиванием для обеспечения управления направлением пучка в автостереоскопическом дисплее, например в статье Yunhee Kim и др. "Multi-View Three-Dimensional Display System by Using Arrayed Beam Steering Devices", Society of Information Display (SID) 2014 Digest, стр. 907-910, 2014. Публикация US 2012/0194563 также раскрывает использование ячеек с электросмачиванием в автостереоскопическом дисплее.

На Фиг. 3 показан принцип ячейки с электросмачиванием, образующей линзу. Электроды в ячейке с электросмачиванием включают в себя боковые электроды и нижний электрод, а текучие среды в ячейке с электросмачиванием включают в себя несмешиваемое масло 20 и воду 22. Линза с электросмачиванием возбуждается путем приложения различных напряжений к боковым электродам и нижнему электроду таким образом, что кривизна интерференции двух несовместимых текучих сред регулируется для модулирования направлений испускания световых пучков, проходящих через устройство. Это показано на левом изображении. К левому и правому боковым электродам прикладываются различные напряжения, а нижний электрод также может быть использован для регулирования угла наклона поверхности раздела несовместимых текучих сред, таким образом модулируя направление испускания световых пучков, проходящих через устройство. Это показано на правом изображении. Таким образом, ячейка с электросмачиванием может использоваться для управления направлением выходного пучка и углом расширения выходного пучка.

Поскольку ячейка является небольшой, возможно быстрое переключение или управление формой ячейки. Таким образом может создаваться множество видов. Например, ячейки могут квадратную сетку, и возможно создание массива, который позволяет управлять светом в одном или двух направлениях аналогично массивам лентикулярных линз (управление светом в одном направлении) и массивам сферических линз (управление в двух направлениях).

При обеспечении пространственного модулятора света (например, светопроницаемой панели отображения), совмещенного с массивом призм с электросмачиванием каждая ячейка может соответствовать пикселю или субпикселю (например, красному, зеленому или синему).

При воспроизведении трехмерного изображения имеют место различные подходы к формированию изображения с желаемым качеством. Обычно имеет место компромисс между пространственным разрешением и разрешением по углу обзора. Высокое разрешение по углу обзора означает, что обеспечиваются различные виды в относительно большом количестве угловых положений по отношению к нормали дисплея, например обеспечивая эффект кругового обзора. Это достигается ценой пространственного разрешения. Высокое пространственное разрешение означает, что при просмотре определенного вида имеется большое количество по-разному адресуемых пикселей, составляющих этот один вид. Некоторые системы отображения также используют подкадры. В таком случае также возникает понятие временного разрешения, при этом высокое временное разрешение включает в себя более высокую частоту обновления (например, обеспечение различных изображений в каждом подкадре), чем при более низком временном разрешении (например, обеспечение одинаковых изображений в каждом подкадре).

Понятия «пространственное разрешение», «разрешение по углу обзора» и «временное разрешение» используются в данном документе в этих значениях.

В автостереоскопическом дисплее видимым местоположением отображаемого содержимого можно по большей части управлять при воспроизведении. Например, возможно позволить объектам выступать на экране в направлении зрителя, как показано на Фиг. 4(a), или можно позволить объектам казаться находящимися за панелью и воспроизводить содержимое с нулевой глубиной на глубине панели, как показано на Фиг. 4(b).

Изобретение основано на понимании того, что в некоторых обстоятельствах может быть желательно отображать различное графическое содержимое с различным разрешением по углу обзора. Например, для содержимого с нулевой глубиной может быть необходимо более низкое разрешение по углу обзора, а для содержимого с ненулевой глубиной может быть необходимо большее разрешение по углу обзора, чтобы надлежащим образом воспроизвести аспект глубины (это получается за счет уменьшения пространственного разрешения). Кроме того, изобретение основано на понимании того, что различные компромиссы между разрешением по углу обзора и пространственным или временным разрешением могут быть желательны для различных видов графического содержимого как в изображении в целом, так и на участках изображения.

Раскрытие изобретения

Изобретение определяется формулой изобретения.

В соответствии с примером, предложен автостереоскопический дисплей, содержащий:

систему формирования изображения, содержащую фоновую подсветку, систему управления пучком и пиксельный пространственный модулятор света;

контроллер для управления системой формирования изображения в зависимости от изображения, подлежащего отображению;

причем система управления пучком выполнена с возможностью управления для регулирования по меньшей мере расширения выходного пучка,

причем система формирования изображения предназначена для обеспечения управляемого пучком модулированного светового выхода, который определяет изображение, подлежащее отображению, которое содержит виды для множества различных местоположений обзора,

причем контроллер выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере двух режимов вывода дисплея, каждый из которых формирует по меньшей мере два вида:

первый режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет первое разрешение по углу обзора;

второй режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет второе разрешение по углу обзора, большее, чем первое разрешение по углу обзора, и соответствующая система управления пучком обеспечивает меньшее расширение (52) выходного пучка, чем в первом режиме вывода дисплея.

Этот дисплей способен обеспечивать (по меньшей мере) два автостереоскопических режима просмотра. Каждый режим содержит отображение по меньшей мере двух видов в различные местоположения (т.е. ни один из режимов не является двумерным режимом работы с одним видом). Благодаря обеспечению упомянутых различных режимов отображения различные изображения или участки изображений могут отображаться по-разному для оптимизации того, каким образом отображаются изображения. Более высокое разрешение по углу обзора подразумевает формирование большего количества видов, что достигается либо ценой разрешения каждого отдельного вида (пространственного разрешения), либо ценой частоты кадров (временного разрешения). Это более высокое разрешение по углу обзора может подходить для изображений с широким диапазоном глубин, в которых автостереоскопический эффект более важен, чем пространственное разрешение. Аналогичным образом, размытая часть изображения может быть воспроизведена с более низким пространственным разрешением. Изображение или участок изображения с узким диапазоном глубины могут быть воспроизведены с меньшим количеством видов, т.е. с более низким разрешением по углу обзора для обеспечения более высокого пространственного разрешения.

Участок изображения, к которому применяется каждый режим, может быть всем изображением, или иначе к различным участкам изображения могут одновременно применяться различные режимы. Под «связанной» системой управления пучком понимается часть системы управления пучком, которая обрабатывает свет для этого участка изображения. Это может быть участок общей системы управления пучком или это может быть вся система управления пучком, если система управления пучком работает со всем изображением, а не с меньшими участками изображения.

Содержимое на глубине может воспроизводиться главным образом за панелью отображения. Таким образом содержимое на глубине, для которого требуется наивысшее разрешение по углу обзора, кажется находящимся дальше от зрителя и таким образом требует меньшего пространственного разрешения.

Система управления пучком может содержать массив областей управления пучком, которые размещены в пространственных группах, при этом:

когда группа находится в первом режиме вывода, каждая из областей управления пучком в группе одновременно направлена во множество местоположений просмотра; и когда группа находится во втором режиме вывода, каждая из областей управления пучком в группе направлена на отдельное местоположение обзора.

Например, пространственные группы содержат две или более областей управления пучком, соседствующих друг с другом. Области управления пучком либо направляют свой световой выход в различные местоположения обзора (для высокого разрешения по углу обзора), либо обеспечивают более широкий световой выход одновременно во множество местоположений обзора. В этом подходе пространственное разрешение во втором режиме меньше пространственного разрешения в первом режиме.

В этом случае второй режим вывода может содержать направление первой части группы в первое местоположение обзора, причем вторая часть группы направляется во второе, другое местоположение обзора. Во втором режиме вывода формируются виды для множества местоположений обзора, но с меньшим разрешением.

В другом варианте реализации, в котором, опять же, система управления пучком содержит массив областей управления пучком, контроллер выполнен с возможностью обеспечения последовательных кадров, каждый из которых содержит последовательные подкадры, причем:

первый режим содержит управление областью управления пучком или группой областей управления пучком таким образом, чтобы они были в первом режиме вывода для первого и следующего подкадров,

второй режим содержит управление областью управления пучком или группой областей управления пучком таким образом, чтобы они были во втором режиме вывода, направленном в первое местоположение просмотра для первого подкадра, затем во втором режиме вывода, направленном во второе, другое местоположение обзора для следующего подкадра.

Это использование двух режимов обеспечивает временное мультиплексирование. Первый режим обеспечивает широкий вывод во множество (одинаковых) местоположений обзора в последовательных подкадрах, в то время как второй режим обеспечивает узкий вывод в одно местоположение обзора в одном подкадре и узкий вывод в другое местоположение обзора в следующем подкадре. Этот подход с временным мультиплексированием может быть применен к отдельным областям управления пучком или он может быть применен к группам областей управления пучком. Этот подход обеспечивает различные режимы с различными отношениями между разрешением по углу и временным разрешением.

Подходы с пространственным и временным мультиплексированием, охарактеризованные выше, могут быть объединены, и таким образом могут быть сформированы различные сочетания эффектов. В частности, могут быть получены различные сочетания пространственного разрешения, разрешения по углу обзора и временного разрешения. Высокое временное разрешение может быть пригодным для быстро движущихся изображений или участков изображений, и это может быть достигнуто ценой одного или обоих из разрешения по углу обзора и пространственного разрешения.

Управление дисплеем может осуществляться таким образом, чтобы первые области отображаемого изображения имели связанные с ними области управления пучком или группы областей управления пучком в первом режиме вывода, а вторые области отображаемого изображения имели связанные с ними области управления пучком или группы областей управления пучком во втором режиме вывода в то же время и в зависимости от содержимого изображения. Таким образом изображение может быть разделено на различные пространственные участки, и может быть выбран наиболее подходящий компромисс между различными разрешениями (пространственным, по углу, временным). Эти пространственные участки могут, например, относиться к частям изображения с различными глубинами, например к фону и переднему плану.

В самом базовом концептуальном варианте реализации примеров, в которых используются группы областей управления пучком каждая группа содержит две области таким образом, что каждая «часть» группы содержит одну область.

Однако для снижения сложности обработки управление дисплеем в целом может осуществляться между режимами. Таким образом, дисплей в целом имеет первый и второй режимы вывода, причем второй режим вывода предназначен для отображения меньшего количества видов, чем первый режим вывода. В этом случае система управления пучком может быть одним блоком без необходимости отдельных или независимо управляемых областей.

Контроллер может быть выполнен с возможностью выбора между по меньшей мере двумя режимами вывода автостереоскопического дисплея на основании одного или более из:

диапазона глубины участка или всего изображения, подлежащего отображению;

количества движения на участке или на всем изображении, подлежащем отображению;

информации визуальной заметности в отношении участка изображения, подлежащего отображению; или

информации о контрастности, относящейся к участку или ко всему изображению, подлежащему отображению.

Эти средства могут быть применены к отображаемому изображению в целом или к участкам изображения.

В одном примере различные значения разрешения по углу обзора назначаются для различных участков изображения таким образом, что границы видов (т.е. стык между одним субпикселем, назначенным для одного вида, и другим субпикселем, назначенным для другого вида) более близко совпадают с границами между участками изображения с различными глубинами.

В другом примере различные значения разрешения по углу обзора назначаются для различных участков изображения таким образом, что меньшие величины разрешения по углу обзора назначаются для более ярких участков изображения, чем для соседних более темных участков изображения.

Различные подходы к назначению (и компромиссу в отношении) разрешения по углу обзора могут быть объединены. Все они основаны на анализе содержимого изображения.

В одном варианте реализации система управления пучком содержит массив оптических ячеек с электросмачиванием. Однако возможны другие подходы к управлению пучком, в которых может осуществляться выбор между узким пучком и широким пучком, и при необходимости также может обеспечиваться управление направлением пучка. Таким образом, система управления пучком может быть предназначена для управления направлением пучка, например, на различные виды для различных местоположений, или функция формирования вида может быть отдельной. В последнем случае система управления пучком может быть ограничена управлением расширением пучка либо на уровне отдельных областей изображения, либо глобально для всего изображения.

Пример в соответствии с другим аспектом изобретения предусматривает способ управления автостереоскопическим дисплеем, который содержит систему формирования изображения, содержащую фоновую подсветку, систему управления пучком и пиксельный пространственный модулятор света, причем способ содержит этапы, на которых:

управляют системой управления пучком для регулирования по меньшей мере расширения выходного пучка,

причем способ содержит этап, на котором обеспечивают два режима вывода автостереоскопического дисплея, каждый из которых формирует по меньшей мере два вида:

первый режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет первое разрешение по углу обзора;

второй режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет второе разрешение по углу обзора, большее, чем первое разрешение по углу обзора, и соответствующей системой управления пучком управляют для обеспечения меньшего расширения выходного пучка, чем в первом режиме вывода дисплея.

Области управления пучком, могут быть расположены в пространственных группах, причем способ содержит этапы, на которых:

в первом режиме вывода направляют области управления пучком в группе на множество местоположений обзора в одно и то же время;

во втором режиме вывода направляют области управления пучком в группе на отдельные местоположения обзора.

Эта конфигурация обеспечивает управление соотношением между пространственным разрешением и разрешением по углу обзора.

Во втором режиме вывода первая часть группы может быть направлена на первое местоположение обзора, а вторая часть группы может быть направлена на второе, другое местоположение обзора.

Это обеспечивает различные компромиссы между разрешением по углу обзора и пространственным разрешением.

Способ может содержать этап, на котором обеспечивают последовательные кадры, каждый из которых содержит последовательные подкадры, и при этом способ содержит этапы, на которых:

в первом режиме управляют областью управления пучком или группой областей управления пучком таким образом, чтобы они были в первом режиме вывода для первого и следующего подкадра;

во втором режиме управляют областью управления пучком или группой областей управления пучком таким образом, чтобы они были во втором режиме вывода и направлены на первое местоположение обзора в первом подкадре, затем были во втором режиме вывода и направлены на второе, другое местоположение просмотра в следующем подкадре.

Это обеспечивает различные компромиссы между разрешением по углу обзора и временным разрешением. Способ может быть применен на уровне полного изображения, подлежащего отображению (при этом нет необходимости сегментирования системы управления пучком на отдельные области) или на уровне участков изображения.

Краткое описание чертежей

Теперь будут описаны варианты выполнения изобретения исключительно в качестве примера с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе известного автостереоскопического устройства отображения;

Фиг. 2 - схематичный вид в разрезе устройства отображения, показанного на Фиг. 1;

Фиг. 3 демонстрирует принцип работы ячейки с электросмачиванием;

Фиг. 4 демонстрирует, каким образом воспроизведение изображения может использоваться для изменения представления автостереоскопического эффекта;

Фиг. 5 демонстрирует автостереоскопическое устройство отображения в соответствии с примером изобретения;

Фиг. 6 демонстрирует первый подход, в котором используется управление шириной пучка для обеспечения выбираемого компромисса между пространственным разрешением и разрешением по углу обзора;

Фиг. 7 демонстрирует управление шириной пучка с временным мультиплексированием в одной области управления пучком;

Фиг. 8 используется для демонстрации того, каким образом может осуществляться управление всеми из временного, пространственного расширения и расширения по углу обзора;

Фиг. 9 демонстрирует карту диспаратности и пространство лучей;

Фиг. 10 демонстрирует использование регулируемых профилей пучка, применяемых в пространстве лучей по Фиг. 9;

Фиг. 11 демонстрирует первый возможный альтернативный вариант реализации требуемой функции управления пучком;

Фиг. 12 демонстрирует второй возможный альтернативный вариант реализации требуемой функции управления пучком;

Фиг. 13 демонстрирует третий возможный альтернативный вариант реализации требуемой функции управления пучком.

Осуществление изобретения

Изобретение обеспечивает автостереоскопический дисплей, в котором используется система управления пучком и пиксельный пространственный модулятор света. Предусмотрены различные режимы отображения для отображаемого изображения в целом или для участков изображения. Эти различные режимы обеспечивают различные соотношения между разрешением по углу обзора, пространственным разрешением и временным разрешением. Упомянутые различные режимы используют различные величины расширения пучка, формируемого системой управления пучком.

На Фиг. 5 показано устройство отображения в соответствии с примером изобретения. На Фиг. 5(a) показано устройство, а Фиг. 5(b) и 5(c) схематично иллюстрируют два возможных концептуальных варианта реализации.

Дисплей содержит фоновую подсветку 30 для формирования коллимированного светового выхода. Предпочтительно фоновая подсветка должна быть тонкой и иметь невысокую стоимость. Известны различные применения коллимированных фоновых подсветок, например для управления направлением, с которого можно наблюдать вид, в применениях, связанных с отслеживанием взгляда, в защитных панелях и в панелях с увеличенной яркостью.

Одна известная конструкция такой коллимированной фоновой подсветки представляет собой компонент формирования света, который выводит весь свой свет в форме массива тонких светоизлучающих полос, расположенных приблизительно с шагом лентикулярной линзы, которая также является частью фоновой подсветки. Массив лентикулярных линз коллимирует свет, поступающий из массива тонких светоизлучающих полос. Такая фоновая подсветка может быть сформирована из последовательности излучающих элементов, таких как линейки светодиодов (LED) или полосы органических светодиодов (OLED).

Также известны волноводы с торцевой подсветкой для фоновой подсветки и передней подсветки дисплеев, и они являются менее дорогими и более надежными. Волновод с торцевой подсветкой содержит пластину из материала с верхней поверхностью и нижней поверхностью. Свет из источника света вводится с одного или двух краев, а с верхней или нижней стороны волновода расположены несколько световыводящих структур, позволяющих свету выходить из пластины волноводного материала. В пластине полное внутреннее отражение на границах изолирует свет, пока свет распространяется. Края пластины обычно используются для ввода света, а небольшие световыводящие структуры локально выводят свет из волновода. Световыводящие структуры могут быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать коллимированный световой выход.

Система 32 формирования изображения включает в себя фоновую подсветку и дополнительно содержит систему 34 управления пучком и пиксельный пространственный модулятор 36. На Фиг. 5 показан пространственный модулятор света за системой управления пучком, но они могут быть расположены и наоборот.

Пространственный модулятор света содержит светопропускающую панель отображения для модуляции света, проходящего через нее, такую как панель LCD.

Контроллер 40 управляет системой 32 формирования изображения (т.е. системой управления пучком, фоновой подсветкой и пространственным модулятором света) в зависимости от изображения, подлежащего отображению, которое принимается на входе 42 из источника изображения (не показан). В некоторых вариантах реализации управление фоновой подсветкой также может осуществляться как часть функции управления пучком, как, например. поляризация светового выхода фоновой подсветки, или может осуществляться управление частями сегментированной фоновой подсветки, которые побуждают испускать свет. Таким образом функция управления пучком может быть по-разному распределена между фоновой подсветкой и дальнейшей системой управления пучком. Действительно, сама фоновая подсветка может полностью включать в себя функцию управления пучком таким образом, что функциональность блоков 30 и 34 заключена в одном компоненте.

В одном примере, который основан на использовании ячеек с электросмачиванием, система управления пучком содержит сегментированную систему, имеющую массив областей управления пучком, причем каждая область управления направлением пучка выполнена с возможностью независимого управления для регулирования расширения выходного пучка и при необходимости также его направления. Ячейки с электросмачиванием могут принимать форму, продемонстрированную на Фиг. 3. В этом случае световой выход фоновой подсветки может быть постоянным таким образом, чтобы фоновая подсветка лишь включалась и выключалась. В других примерах, рассмотренных ниже, система управления пучком может не быть сегментированной, и она может работать на уровне всего дисплея.

Автостереоскопический дисплей имеет функцию управления направлением пучка для создания видов, и в качестве дополнения в соответствии с изобретением также имеется управление пучком для управления расширением пучка. Функция управления направлением пучка должна направлять свет, выводимый из различных субпикселей, в различные местоположения обзора. Эта функция может быть статической функцией или динамической функцией. Например, в частично статическом варианте функция управления направлением пучка для создания видов может обеспечиваться фиксированным массивом линз других компонентов, направляющих пучок. В этом случае функция формирования видов не является управляемой, а электрически управляемая функция системы управления пучком ограничена управлением расширением/шириной пучка.

Этот частично статический вариант показан на Фиг. 5(b), на которой на поверхности линзы предусмотрены области 37 управления пучком таким образом, что области управления пучком должны лишь изменять расширение пучка для реализации различных режимов. Управление расширением пучка может осуществляться глобально, и таким образом нет необходимости в сегментированной системе.

В динамическом варианте может осуществляться электрическое управление как направлением пучка, так и расширением/шириной пучка. На Фиг. 5(c) показан пример сегментированных областей 37 управления пучком на плоской подложке, причем каждая область управления пучком способна регулировать направление пучка (для формирования видов) и угол расширения пучка.

В сегментированной системе управления пучком один субпиксель пространственного модулятора света может быть связан с каждой отдельной областью 37 управления пучком (например, ячейкой с электросмачиванием), или каждая из областей управления пучком может охватывать множество субпикселей, например один полный цветной пиксель, или даже небольшой подмассив полных пикселей. Кроме того, области 37 управления пучком могут работать со столбцами пикселей или столбцами субпикселей вместо работы с отдельными субпикселями или пикселями. Это может позволить, например, управлять направлением выходного пучка только в горизонтальном направлении, что концептуально подобно работе лентикулярной линзы.

Используемый вид подхода к управлению пучком будет определять, используется ли пикселизированная структура или полосовая структура. Пикселизированная структура будет использоваться, например, в варианте реализации управления направлением пучка с электросмачиванием.

Изображение, подлежащее отображению, формируется сочетанием световых выходов всех областей управления пучком. Изображение, подлежащее отображению, может содержать множество видов таким образом, что могут обеспечиваться автостереоскопические изображения по меньшей мере для двух различных местоположений обзора.

Контроллер 40 выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере двух режимов вывода автостереоскопического дисплея. Эти режимы могут быть применены к целому изображению, подлежащему отображению, или они могут быть применены к различным участкам изображения.

Первый режим вывода дисплея имеет первое разрешение по углу обзора. Второй режим вывода дисплея имеет большее разрешение по углу обзора, и соответствующие области управления пучком вызывают меньшее расширение выходного пучка, чтобы он был более сфокусированным для меньшего количества видов. Этот подход позволяет добиваться баланса между значением разрешения по углу обзора и другими параметрами.

Мультиплексирование информации по углу в свете, испускаемом панелью отображения, по своему существу уменьшает разрешение по некоторым из измерений светового поля (таким как пространство, время, цвет или поляризация) для увеличения разрешения по углу обзора. Например, может иметь место компромисс между разрешением по углу обзора и пространственным разрешением или временным разрешением.

Что касается временного разрешения, мерцание является зрительно дискомфортным, поэтому следует ограничивать последовательность работы по времени, чтобы сохранять все подкадры в пределах максимум 1/50с=20 мс или предпочтительно менее 1/200с=5 мс. Известно, что голубая фаза жидких кристаллов обладает скоростью переключения в 1 мс, что обеспечивает возможность 5-20 подкадров. Этого не достаточно для высококачественного автостереоскопического отображения в одном конусе обзора, по меньшей мере без отслеживания глаз, и таким образом одно временное мультиплексирование не является подходящим для автостереоскопических дисплеев, обеспечивающих множество направлений обзора автостереоскопического отображения.

Пространственное разрешение очень важно и должно составлять по меньшей мере 1080p или даже больше, чтобы считаться достаточным. Однако часто изображение является размытым вследствие ограниченной глубины резкости, размытия в движении и качества объектива камеры.

Дисплеи с электросмачиванием с пространственно-временным мультиплексированием способны успешно использовать доступные технологии и извлекать пользу из усовершенствований в плане пространственного разрешения и скорости переключения, например в результате повышенной частоты кадров вследствие усовершенствований в технологии оксидных тонкопленочных транзисторов (TFT).

В настоящем изобретении используются схемы мультиплексирования, например включающие в себя пространственно-временное мультиплексирование, управление которыми осуществляется на основании характеристики содержимого и/или условий просмотра. Примеры, поясняющие потенциальные преимущества управления схемой мультиплексирования, являются следующими:

предмет(объект), который не движется или движется лишь медленно, может быть воспроизведен с использованием меньшего количества подкадров.

предмет, который имеет узкий диапазон глубины резкости. может быть воспроизведен с использованием меньшего количества более широких видов.

предмет, который является размытым, может быть воспроизведен с использованием меньшего количества пикселей.

Различные подходы к мультиплексированию реализуются путем обеспечения возможности управления шириной пучка на основании содержимого изображения либо локально, либо глобально.

На Фиг. 6 показан первый подход, в котором используется управление шириной пучка, для обеспечения выбираемого компромисса между пространственным разрешением и разрешением по углу обзора. Для этой цели области управления пучком расположены в пространственных группах. На Фиг. 6 показано самое простое группирование, в котором каждая группа представляет собой пару смежных областей управления пучком, и соответствующая пара смежных субпикселей x1 и x2. Верхняя дуга 50 указывает на диапазоны углов обзора v1 и v2. Огибающие 52 иллюстрируют профили интенсивности.

На Фиг. 6(a) показан первый режим вывода. Каждая из областей управления пучком в группе направлена на множество местоположений обзора, в частности на виды v1 и v2. Таким образом, данные A изображения вводятся в субпиксель x1, а данные B изображения вводятся в субпиксель x2. Оба субпикселя представляют свою информацию на обоих видах. Это обеспечивает высокое пространственное разрешение, поскольку оба субпикселя видны на каждом виде. В этом режиме световой выход имеет одинаковую форму и направление пучка.

На Фиг. 6(b) показан второй режим вывода. Области управления пучком в группе направлены на отдельные и различные местоположения обзора, в частности субпиксель x1 направлен на v2, а субпиксель x2 направлен на вид v1. Таким образом данные А изображения обеспечиваются только для вида v2, а данные B изображения обеспечиваются только для вида v1. Это обеспечивает высокое разрешение по углу обзора, поскольку виды v1 и v2 отображают различные виды в пределах всего отображаемого изображения. В этом режиме пучки формируют смежные виды.

Таким образом, на Фиг. 6(a) обеспечивается большее пространственное разрешение, а на Фиг. 6(b) обеспечивается большее разрешение по углу обзора. На Фиг. 6(a) профиль интенсивности содержит диапазоны v1 и v2 обзора, которые таким образом обладают меньшим разрешением по углу обзора, однако оба субпикселя видны с обоих направлений обзора, таким образом обеспечивая большее пространственное разрешение. На Фиг. 6(b) имеет место большее разрешение по углу обзора и меньшее пространственное разрешение по тем же причинам.

Фиг. 6(c) -это абстрактное представление пространственного режима по Фиг. 6(a), а Фиг. 6(d) -это абстрактное представление режима углового обзора по Фиг. 6(b). Показаны виды и местоположения пикселей, в которые обеспечиваются данные A и B изображения. Например, на Фиг. 6(c) показано, что данные A изображения обеспечиваются субпикселем x1 для обоих видов. На Фиг. 6(d) показано, что данные B изображения обеспечиваются только для вида v1. Следует отметить, что квадрат на Фиг. 6(d) заполнен (вместо того, чтобы оставить левый верхний и правый нижний угол пустыми) для простоты представления в 3D (на Фиг. 8). На нем показано только распределение видов, а именно то, что каждый вид имеет только одни пиксельные данные, расширенные по двум положениям.

Объединенный профиль двух пучков является аналогичным в обоих режимах.

Один способ выбора режима, который следует использовать, включает в себя получение четырех значений яркости или цвета и их размещение в матрице 2×2. В режиме с высоким пространственным разрешением по Фиг. 6(a) только среднее значение каждого столбца может быть представлено в каждом субпикселе, а в режиме с высоким разрешением по углу обзора по Фиг. 6(b) может быть представлено только среднее значение каждой строки, как продемонстрировано на Фиг. 6(d).

Это приводит в общем к двум различным ошибкам. Поскольку объединенные профили пучков являются аналогичными, решение в отношении того, какой режим следует использовать, может приниматься локально на основании простого показателя ошибки, который измеряет для каждого режима разность цветов или яркости для обоих используемых видов в обоих используемых пространственных местоположениях. Это дает ошибку для каждого режима (ε1 и ε2). Тогда баланс между пространственным разрешением и разрешением по углу обзора может быть задан пороговой величиной (λ), которая приводит к выбору второго режима, когда λε1 > ε2. Чтобы всегда выбирать режим, который дает наименьшую ошибку, λ=1.

Рассматривая пример по Фиг. 6, входные данные имеют значения для каждого сочетания положения (x) и вида (v), так что каждое сочетание обеспечивает конкретное входное значение:

Если мы определим входное значение I(xi,vj) как"Iij" в выбранном цветовом пространстве, то в первом режиме, соответствующем Фиг. 6(a) и (c):

Цвет для A (IA) является средним I11 и I12.

Цвет для B (IB) является средним I21 и I22.

Ошибка, получаемая для первого режима, составляет:

ε1=d(I11, IA)+d(I12, IA)+d(I21, IB)+d(I22, IB).

Для второго режима, соответствующего Фиг. 6(b) и Фиг. 6(d):

Цвет для A (I'A) является средним I11 и I21.

Цвет для B (I'B) является средним I12 и I22.

Ошибка, получаемая для второго режима, составляет:

ε2=d(I11, I'A)+d(I21, I'A)+d(I12, I'B)+d(I22, I'B).

Вычисление среднего значения цветов и расстояния между цветами зависит от цветового пространства. В RGB и YCbCr это может быть обычная покомпонентная операция усреднения и операция суммы абсолютных разностей (SAD) или суммы квадратов разностей (SSD) для вычисления ошибок. Также может использоваться вычисление в линейном свете (RGB без гаммы) с обычным усреднением и ошибкой L₂ (ошибка L₂ - это геометрическое расстояние между двумя векторами, иногда также называемое «расстоянием 2 норм»).

Эта схема может быть распространена на группы из множества ячеек, которые формируют множество смежных видов. Количество сочетаний (режимов) будет быстро возрастать. Вышеприведенная схема может быть обобщена для любой ситуации, в которой:

пучки из двух или более близкорасположенных ячеек являются смежными таким образом, что они могут быть слиты в один широкий пучок (путем приложения одинакового напряжения к обеим ячейкам). Это увеличивает пространственное разрешение, поскольку теперь все ячейки являются видимыми со всех точек обзора, но уменьшает разрешение по углу обзора;

пучки из двух или более близкорасположенных ячеек накладываются друг на друга таким образом, что они могут быть разделены на два или более узких пучка (путем приложения различных напряжений к обеим ячейкам), которые вместе образуют исходную форму пучка. Это уменьшает пространственное разрешение, поскольку теперь из каждой точки обзора видна только одна ячейка, но это увеличивает разрешение по углу обзора.

Вместо использования фиксированных наборов пар ячеек с двумя режимами на каждую пару, данная задача может таким образом быть приведена в форму, которая может быть оптимизирована подходящим способом, таким как полуглобальный способ (например, динамическое программирование) или глобальный способ (например. распространение степени уверенности).

Вышеописанная реализация основана на компромиссе между пространственным разрешением и разрешением по углу обзора. В подходе, в котором используется временное мультиплексирование, используется множество подкадров (например, 2 или 3 подкадра). Это обеспечивает большее количество параметров ошибки и большие возможности.

На Фиг. 7 показано управление шириной пучка с пространственным мультиплексированием для одной области управления пучком (например, для ячейки с электросмачиванием). Используются те же условные обозначения, что и на Фиг. 6.

На Фиг. 7(a) показан первый режим вывода. Область управления пучком направлена на множество местоположений обзора, в частности на виды v1 и v2. Таким образом, данные A изображения вводятся в субпиксель в первом подкадре, а данные B изображения вводятся в субпиксель во втором подкадре. Субпиксель представляет свою информацию на обоих видах в обоих подкадрах. Это обеспечивает высокое пространственное разрешение, поскольку субпиксель виден на каждом виде. В этом режиме световой выход имеет одинаковую форму пучка и направление.

На Фиг. 7(b) показан второй режим вывода. Область управления пучком направлена в одно местоположение v2 обзора при данных A изображения в первом подкадре, и направлено в местоположение v1 обзора при данных B изображения во втором подкадре. Это обеспечивает высокое разрешение по углу обзора, поскольку виды v1 и v2 отображают различные виды в пределах общего отображаемого изображения. В этом режиме пучки формируют смежные виды.

Таким образом, на Фиг. 7(a) обеспечивается большее пространственно-временное разрешение, но меньшее разрешение по углу обзора, а на Фиг. 7(b) обеспечивается большее разрешение по углу обзора, но меньшее временное разрешение (поскольку каждый вид обновляется только в каждом кадре). Опять же, Фиг. 7(c) и 7(d) являются абстрактными представлениями Фиг. 7(a) и (b).

В первом режиме ячейка области управления пучком имеет одинаковый профиль пучка в обоих подкадрах, в то время как во втором режиме область управления пучком имеет смежные профили управления пучком в подкадрах, которые объединяются для формирования профиля пучка для первого режима.

Фиг. 8 используется для демонстрации того, каким образом может осуществляться управление временным, пространственным разрешением и разрешением по углу обзора. На ней показаны различные варианты мультиплексирования с набором из двух близкорасположенных ячеек областей управления пучком на протяжении двух последовательных (или по меньшей мере близких во времени) подкадрах.

Фиг. 8 представляет собой по существу сочетание абстрактных представлений по Фиг. 6 и 7, но в виде трехмерного (3D) блока.

На Фиг. 8(a) показан компромисс по пространственному разрешению в пользу разрешения по углу обзора и временного разрешения. В любой момент времени для различных видов обеспечиваются различные данные аналогично Фиг. 6(b).

На Фиг. 8(b) показан компромисс по разрешению по углу обзора в пользу пространственного и временного разрешения. В любой момент времени каждый субпиксель обеспечивает одинаковые данные для обоих видов, аналогично Фиг. 6(a).

На Фиг. 8(c) показан компромисс по временному разрешению в пользу разрешения по углу обзора и пространственного разрешения. Каждый субпиксель обеспечивает одинаковые данные изображения для обоих подкадров, аналогично Фиг. 7(d).

На Фиг. 8(d) показано одно возможное смешанное решение, в котором для первого пространственного положения реализован компромисс по разрешению по углу обзора в пользу временного разрешения, в то время как для другого пространственного положения выбран противоположный подрежим.

В вышеприведенном примере требуется принятие решения для каждой пары областей управления пучком или даже для всех ячеек независимо, но принимая во внимание другие ячейки. Хотя такая локальная адаптация является предпочтительной, существуют преимущества того, чтобы такая адаптация выполнялась на глобальном (покадровом) уровне.

Одна причина использования глобальной адаптации состоит в том, что может быть доступна ограниченная вычислительная мощность или часть схемы воспроизведения может быть реализована на специализированной интегральной схеме (ASIC) и не может быть адаптирована. В одном режиме большее количество видов может воспроизводиться при меньшем пространственном разрешении по сравнению с другим режимом. Оба режима могут обладать аналогичной сложностью.

Выбор между глобальными режимами может быть основан на диапазоне глубины, количестве движения, карте визуальной заметности и/или карте контрастности.

Во входных данных имеются пространственные положения и виды. Вместо множества видов можно представить это в виде объема выборок в пространстве (x,y,v), где v означает положение обзора. Чтобы исключить использование трехмерных представлений, общий аналитический подход состоит в рассмотрении среза, который соответствует одной линии сканирования (y=c.). На Фиг. 9 верхнее изображение демонстрирует карту глубины и пространство (x, y) для одной линии сканирования.

На Фиг. 9 (в верхней части) показана карта глубин (иначе называемая диспаратностью) для одной линии сканирования.

A, B, C и D являются плоскостями с постоянной диспаратностью.

На Фиг. 9 (в нижней части) показана схема пространства лучей, в которой отображены положения обзора по отношению к горизонтальному положению вдоль выбранной линии сканирования.

Для предметов на экране (с нулевой диспаратностью, например предмет A) пространственное положение является одинаковым для каждого вида, поэтому текстура такого предмета образует вертикальные линии в направлении обзора в пространстве лучей, как показано.

Для предметов, удаленных от экрана (с ненулевой диспаратностью) линии формируются в другом направлении. Наклон этих линий непосредственно связан с диспаратностью. Также видна окклюзия в пространстве лучей (предмет B расположен перед предметом A).

Анализ изображений на 3D дисплее, включая использование схем пространства лучей, представлен в статье "Resampling, Antialiasing, and Compression in Multiview 3D displays" Matthias Zwicker и др., IEEE Signal Processing Magazine, ноябрь 2007 г., стр. 88-96.

Воспроизведение изображения может быть оптимизировано для создания резких краев в глубине поля и широкого динамического диапазона. Это может быть реализовано путем выбора локальных профилей пучков в зависимости от перепадов по глубине. При регулярном квантовании светового поля, такого как показанное на Фиг. 9, некоторые субпиксели частично вносят вклад в обе стороны перепада по глубине, вызывая сильные перекрестные помехи.

При регулируемых профилях пучков появляется возможность создания полурегулярной дискретизации путем привязки субпикселей к перепадам по глубине.

На Фиг. 10 показан адаптивный подход к дискретизации, применяемый к изображению по Фиг. 9. На Фиг. 10 группы из четырех пикселей образуют четыре вида. Таким образом, в каждом столбце имеется четыре области 56. Высота каждой области 56 представляет угол обзора, обеспечиваемый системой управления пучком по отношению к этому пикселю.

Положения видов могут быть определены на основании данных изображения. При регулярной дискретизации видов, как в крайней левой части Фиг. 10, каждый пучок имеет одинаковую ширину, но различные положения.

Путем оптимизации положений и ширины каждого из пучков становится возможным получение более высокого качества изображения (меньшая общая ошибка ε).

На Фиг. 10 приведены два примера:

(i) Перепады по глубине (A и B) с различными текстурами по каждую из сторон от перепада.

Это обеспечивает создание более резких краев по глубине, приводя к более выраженному эффекту глубины с точки зрения признака окклюзии, и может уменьшать число областей управления пучком, которые необходимы для воспроизведения сцены с определенным качеством. Это исключает субпиксели, находящиеся на перепаде по глубине, что может привести к размытию.

Можно заметить, что различные области 56, опять же, обеспечивают различные величины разрешения по углу обзора, что представлено их высотой. Разрешения по углу обзора выбираются таким образом, что границы видов более близко совпадают с границами между участками изображения с различными глубинами.

(ii) Широкий динамический диапазон (C и D).

В основе этого лежит другой эффект изменения профиля пучка, который состоит в том, что он также меняет свою интенсивность. При более узких профилях пучка в ярких областях появляется возможность формирования изображения с широким динамическим диапазоном (предметы C и D на Фиг. 10). При моделировании краев этот эффект также следует принимать во внимание. Предположим, что предмет C является ярким, но небольшим предметом (например, солнцем или светильником), а предмет D является большим, но неярким предметом (например, небом или стеной). Путем выбора более узких пучков для C и более широких пучков для D доступный световой выход (и разрешение) распределяется в направлении более яркого предмета.

Опять же, можно заметить, что различные области 56 вновь обеспечивают различные величины разрешения по углу обзора. Различные величины разрешения по углу обзора в этом случае распределяются по различным участкам изображения таким образом, что меньшие величины разрешения по углу обзора распределяются на более яркие участки изображения, чем на соседние более темные участки изображения.

В вышеприведенном примере используются ячейки с электросмачиванием для обеспечения направления и формы пучка. Это позволяет каждому субпикселю (или пикселю) иметь свое собственное управляемое направление вывода вида. Однако этот подход требует двух активных матриц с равным разрешением, что приводит к двукратному увеличению стоимости по сравнению с обычным уровнем и увеличению энергопотребления в связи с этими компонентами.

Кроме того, ячейки с электросмачиванием в настоящее время имеют боковые стенки значительной толщины и высоты по сравнению с шагом ячеек. Это уменьшает апертуру и, таким образом, световой выход и угол обзора. Существуют альтернативные решения для систем адаптивного формирования видов:

1. Жидкокристаллический (LC) барьер

Жидкокристаллические барьеры обладают переменной шириной апертуры. Узкая апертура приводит к большему разделению видов, меньшему световому выходу и меньшему пространственному разрешению. Более широкая апертура приводит к меньшему разделению видов, большему световому выходу и большему пространственному разрешению. Жидкокристаллические (LC) барьеры содержат, например, двумерные массивы полос для реализации локальной адаптации. Может использоваться один барьер, при формировании барьера из полос или пикселей из LC-материала. Ширина пучка определяется числом полос, которые являются прозрачными в любой момент времени (ширина щели). Положение пучка определяется тем, какие полосы являются прозрачными (положение щели). Обоими этими параметрами можно управлять. Световой выход и пространственное разрешение возрастают с увеличением числа прозрачных полос. Разрешение по углу обзора возрастает с уменьшением числа прозрачных полос.

2. Возбуждение областей субпикселей

Дисплей (например, AMLCD или AMOLED) может иметь области субпикселей, т.е. каждый цветной субпиксель содержит набор независимо адресуемых областей, но к нему могут применяться одинаковые данные изображений. Активная матричная ячейка, связанная с субпикселем, может иметь линию адресации, линию данных и по меньшей мере одну линию «ширины обзора». Линия «ширины обзора» определяет то, какое количество областей субпикселя активировано. Например, различные поднаборы этих областей субпикселей могут активироваться в течение следующих друг за другом подкадров. Упомянутые области расположены таким образом, что они занимают положения для смежных видов (например, предпочтительно бок-о-бок вместо сверху-снизу). Это означает, что они могут быть использованы для управления шириной обзора по выбору, т.е. углом пучка на выходе.

3. Излучающие полосы

В публикации WO 2005/011293 A1, принадлежащей заявителю настоящей заявки, раскрыто использование фоновой подсветки, имеющей светоизлучающие полосы (например, OLED).

На Фиг. 11 показано изображение из WO 2005/011293. Фоновая подсветка 60 является фоновой подсветкой OLED, имеющей электроды 62 в виде перемежающихся толстых и тонких полос. Обычная панель 64 отображения расположена поверх фоновой подсветки. Фоновая подсветка реализует переключение между режимами 2D и 3D.

Полосы фоновой подсветки отделены друг от друга немного более чем на шаг воспроизведения. Вместо отдельных полос может иметься набор плотно упакованных полос, причем каждый пакет имеет шаг немного больше шага лентикулярной структуры. Путем варьирования числа полос или, в более общем случае, профиля интенсивности среди полос в каждом пакете обеспечивается возможность изменения профиля пучка для каждого вида.

Одна потенциальная проблема может состоять в том, что центральные полосы используются более часто и быстрее подходят к концу своего срока службы. Это может быть преодолено путем регулярной или случайной смены полос, занимающих центральное положение, возможно на основании модели старения.

В случае фоновой подсветки, полностью покрытой эмиттерными линиями, возможно управление направлением света. Это позволяет проецировать левый и правый виды стереоизображения в глаза одного или множества зрителей или позволяет создать систему с множеством видов с отслеживанием положения головы. Также возможно формирование видов во временной последовательности и регулирование расстояния обзора. Этот вид фоновой подсветки может использоваться для реализации изобретения.

4. Частично двоякопреломляющий волновод

В публикации WO 2005/031412, принадлежащей заявителю настоящей заявки, раскрыт автостереоскопический дисплей, имеющий фоновую подсветку в виде волновода со структурами, разделенными на шаг, который немного больше шага воспроизведения.

На Фиг. 12 показан упомянутый дисплей. Фоновая подсветка содержит волноводную пластину 70, которая имеет световыводящие структуры 72, предусмотренные на верхней поверхности. Она подсвечивается с краю источником 73 света. Световыводящие структуры содержат выступы в волновод. Верхняя поверхность пластины волноводного материала снабжена покрытием 74, которое заполняет упомянутые выступы и при необходимости также обеспечивает слой на верхней поверхности. Покрытие имеет показатель преломления выше показателя преломления пластины волноводного материала, так что световыводящие структуры обеспечивают возможность выхода света.

Каждая световыводящая структура 72 содержит столбик, проходящий от верхнего края до нижнего края для формирования полос освещения. Поверх фоновой подсветки предусмотрена панель 76 отображения в виде панели LCD.

Ширина световыводящих структур может, например, регулироваться для обеспечения требуемого управления шириной пучка путем использования поляризованного света и двойного преломления. Каждая линия световыводящих структур может быть образована парой смежных линий со структурами, которые выполнены из двоякопреломляющего материала. Тогда может осуществляться управление источником 73 света для вывода поляризованного света, который преломляется на любой из двух линий, или неполяризованного света, который преломляется на обеих линиях.

Один вариант реализации такого источника света состоит в наличии двух наборов источников света с ортогональными поляризующими элементами. В одном режиме имеются наборы из двух подкадров с попеременными поляризациями. В другом режиме используются обе поляризации.

5. Призмы LC поверх лентикулярных призм

В публикации WO 2009/044334, принадлежащей заявителю настоящей заявки, раскрыто использование переключаемого массива двоякопреломляющих призм поверх трехмерного лентикулярного дисплея для увеличения количества видов последовательно во времени.

На Фиг. 13 показана структура, используемая в WO 2009/044334. Имеется переключаемый слой 80 отклонения вида в сочетании с массивом 82 лентикулярных линз. Слой отклонения вида имеет различные функции управления направлением пучка для различной поляризации падающего света. Эта структура может использоваться с двоякопреломляющими линзами с малой дивергенцией для реализации требуемого управления пучком. В одном режиме линзы не играют роли, а дисплей в конечном итоге обладает хорошим разделением видов. В другом режиме линзы слегка отклоняют свет для обеспечения меньшего разделения видов. Возможна локальная адаптация посредством массива электродов.

6. Дифракционные оптические элементы (DOE)

Дифракционные оптические элементы могут быть включены в волноводную структуру для формирования автостереоскопического отображения. Могут использоваться двоякопреломляющие DOE для управления формой пучка с источниками поляризованного света. В качестве альтернативы могут использоваться источники света с различными длинами волн (например, излучатели с узкополосным и широкополосным красным, зеленым и синим) или излучатели в различных положениях.

Существуют другие возможные варианты реализации управления пучком. Могут быть использованы множества переключаемых линз или линзы с показателем преломления уровня LC, например линзы типа, описанного в публикации WO 2007/072289, принадлежащей заявителю настоящей заявки. В качестве альтернативы, система управления пучком может быть основана на устройствах MEMS или электрофоретических призмах.

Контроллер 40 может быть реализован различными способами с использованием программного и/или аппаратного и/или микропрограммного обеспечения для выполнения различных необходимых функций. Процессор является одним примером контроллера, в котором используются один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения необходимых функций. Однако контроллер может быть реализован с использованием процессора или без него, а также может быть реализован в виде сочетания специализированного аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций процессора (например, в виде одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных с ними схем) для выполнения других функций.

Примеры компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах выполнения настоящего изобретения, включают в себя, не ограничиваясь, обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).

В различных вариантах реализации процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителями данных, такими как энергозависимая и энергонезависимая память компьютера, такая как RAM, PROM, EPROM и EEPROM. Носители данных могут быть закодированы одной или более программами, которые при выполнении в одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют необходимые функции. Различные носители данных могут быть фиксированными в процессоре или контроллере или могут быть переносными, так что одна или более программ, сохраненных на них, могут быть загружены в процессор или контроллер.

Способ управления на практике реализуется программным обеспечением. Таким образом, может быть предусмотрена компьютерная программа, содержащая кодовые средства, выполненные с возможностью выполнения способа по изобретению, когда способ выполняется компьютером. Компьютер по существу представляет собой драйвер дисплея. Он обрабатывает входное изображение для определения того, как следует наилучшим образом управлять системой формирования изображения.

Другие изменения в раскрытых вариантах выполнения могут быть понятны специалистам в данной области техники и реализованы ими при осуществлении заявляемого изобретения на основании изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множество. Сам по себе тот факт, что определенные средства упомянуты в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы, не указывает на то, что сочетание таких средств не может быть использовано с достижением преимущества. Любые условные обозначения в формуле не следует интерпретировать как ограничивающие объем.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в отображении различного графического содержимого с различным разрешением по углу обзора. Автостереоскопический дисплей содержит систему формирования изображения, содержащую фоновую подсветку, систему управления пучком и пиксельный пространственный модулятор света; и контроллер для управления системой формирования изображения в зависимости от изображения, подлежащего отображению; причем контроллер выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере двух режимов вывода дисплея, каждый из которых формирует по меньшей мере два вида: первый режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет первое разрешение по углу обзора; второй режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет второе разрешение по углу обзора, большее, чем первое разрешение по углу обзора, и соответствующая система управления пучком обеспечивает меньшее расширение выходного пучка, чем в первом режиме вывода дисплея, при этом первый режим вывода дисплея применяется ко всему отображаемому изображению, или второй режим вывода дисплея применяется ко всему отображаемому изображению, причем второй режим вывода дисплея предназначен для отображения меньшего количества видов, чем первый режим вывода дисплея. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Автостереоскопический дисплей, содержащий:

систему (32) формирования изображения, содержащую фоновую подсветку (30), систему (34) управления пучком и пиксельный пространственный модулятор (36) света; и

контроллер (40) для управления системой формирования изображения в зависимости от изображения, подлежащего отображению;

причем система (34) управления пучком выполнена с возможностью управления для регулирования по меньшей мере расширения выходного пучка,

причем система (32) формирования изображения предназначена для обеспечения управляемого пучком модулированного светового выхода, который определяет изображение, подлежащее отображению, которое содержит виды для множества различных местоположений обзора,

причем контроллер выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере двух режимов вывода дисплея, каждый из которых формирует по меньшей мере два вида:

первый режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет первое разрешение по углу обзора;

второй режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет второе разрешение по углу обзора, большее, чем первое разрешение по углу обзора, и соответствующая система управления пучком обеспечивает меньшее расширение (52) выходного пучка, чем в первом режиме вывода дисплея, отличающийся тем, что

первый режим вывода дисплея применяется ко всему отображаемому изображению или второй режим вывода дисплея применяется ко всему отображаемому изображению, причем второй режим вывода дисплея предназначен для отображения меньшего количества видов, чем первый режим вывода дисплея.

2. Дисплей по п. 1, в котором контроллер выполнен с возможностью выбора по меньшей мере из двух режимов вывода стереоскопического дисплея на основании одного или более из:

диапазона глубины участка или всего изображения, подлежащего отображению;

количества движения на участке или на всем изображении, подлежащем отображению;

информации визуальной заметности в отношении участка изображения, подлежащего отображению; или

информации о контрастности, относящейся к участку или ко всему изображению, подлежащему отображению.

3. Дисплей по п. 1 или 2, в котором система управления пучком содержит массив оптических ячеек с электросмачиванием.

4. Способ управления автостереоскопическим дисплеем, который содержит систему формирования изображения, содержащую фоновую подсветку, систему управления пучком и пиксельный пространственный модулятор света, причем способ содержит этапы, на которых:

управляют системой управления пучком для регулирования по меньшей мере расширения выходного пучка,

причем способ содержит этап, на котором обеспечивают два режима вывода автостереоскопического дисплея, каждый из которых формирует по меньшей мере два вида:

первый режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет первое разрешение по углу обзора;

второй режим вывода дисплея, в котором участок или все отображаемое изображение имеет второе разрешение по углу обзора, большее, чем первое разрешение по углу обзора, и соответствующей системой управления пучком управляют для обеспечения меньшего расширения выходного пучка, чем в первом режиме вывода дисплея, при этом первый режим вывода дисплея применяется ко всему отображаемому изображению или второй режим вывода дисплея применяется ко всему отображаемому изображению, причем второй режим вывода дисплея предназначен для отображения меньшего количества видов, чем первый режим вывода дисплея.

5. Способ по п. 4, в котором система управления пучком содержит массив областей управления пучком, расположенных в пространственных группах, причем способ содержит этапы, на которых:

в первом режиме вывода дисплея направляют области управления пучком в группе одновременно на множество местоположений обзора;

во втором режиме вывода дисплея направляют каждую область управления пучком в группе на отдельное местоположение обзора.

6. Способ по п. 5, содержащий этапы, на которых:

во втором режиме вывода дисплея управляют всеми областями управления пучком в группе таким образом, чтобы они находились во втором режиме вывода дисплея, причем первая часть группы направлена на первое местоположение обзора, а вторая часть группы направлена на второе, другое местоположение обзора.

7. Способ по п. 5, содержащий этап, на котором обеспечивают последовательные кадры, каждый из которых содержит последовательные подкадры, и при этом способ содержит этапы, на которых:

в первом режиме управляют областью управления пучком или группой областей управления пучком таким образом, чтобы они были в первом режиме вывода дисплея для изображения первого и следующего подкадров и были направлены на одно и то же множество местоположений обзора в упомянутом первом и следующем подкадрах;

во втором режиме управляют областью управления пучком или группой областей управления пучком таким образом, чтобы они были во втором режиме вывода дисплея и были направлены на первое местоположение обзора в течение первого подкадра, затем во втором режиме вывода дисплея и были направлены на второе, другое местоположение просмотра в течение следующего подкадра.

8. Способ по любому из пп. 4-7, в котором система управления пучком содержит массив областей управления пучком, причем способ содержит этапы, на которых:

обеспечивают первые области отображаемого изображения областями управления пучком или группами областей управления пучком в первом режиме вывода дисплея и обеспечивают вторые области отображаемого изображения областями управления пучком или группами областей управления пучком во втором режиме вывода дисплея одновременно и в зависимости от содержимого изображения; или

применяют первый режим вывода дисплея или второй режим вывода дисплея ко всему отображаемому изображению, причем второй режим вывода дисплея содержит отображение меньшего количества видов, чем первый режим отображения дисплея.

9. Способ по любому из пп. 4-8, в котором контроллер выполнен с возможностью выбора из по меньшей мере двух режимов вывода автостереоскопического дисплея на основании одного или более из:

диапазона глубины участка или всего изображения, подлежащего отображению;

количества движения на участке или на всем изображении, подлежащем отображению;

информации визуальной заметности в отношении участка изображения, подлежащего отображению; или

информации о контрастности, относящейся к участку или ко всему изображению, подлежащему отображению.