用于立體顯示的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用于立體顯示的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于立體顯示的裝置、尤其涉及這種裝置，其為一個或多個沒有附加的輔助工具、例如眼鏡的觀察者呈現三維可見的圖像。
背景技術：
在現有技術中公開了不同的這種類型的方法和裝置。
許多已公開的用于立體顯示的方法和裝置基于在用于圖像再現的設備上對一個場景的不同視圖的空間或空間-時間分割。其中，視圖通常指空間上在深度上分級的層析圖像(Schichtbilder)或者指從不同角度所拍攝的圖像。作為用于圖像再現的設備，例如液晶顯示器得到越來越廣泛的應用。所以例如在US 5 936 774中描述了用于在液晶顯示器上自動立體顯示兩個至四個透視視圖的方法和裝置。在EP 0 791847、EP 0 783 825、JP 8 194 190中也描述了基于液晶顯示器的用于自動立體顯示的裝置。在DE 100 03 326 C2中描述了這種類型的有利的裝置。在此使用至少一個波長濾波器陣列，該波長濾波器陣列預先規定了不同像素的光的傳播方向。所述像素顯示場景或對象的多個視圖的圖像部分信息。由于預先規定的光傳播方向，所以觀察者的眼睛分別主要看到第一和第二視圖選擇，由此在觀察者處產生空間印象。
雖然這些方法和裝置具有一些優點，例如可能減小摩爾效應(Moiré)、適合于多個觀察者以及可以避免用于立體可視的輔助工具，然而它們的缺點是亮度降低。

發明內容
本發明的任務在于，這樣改進前述類型的裝置，使得在3D顯示時實現亮度提高。此外在本發明裝置的特別的擴展方案中應該實現對通常文本的改善的可讀性。
該任務在前述類型的用于立體顯示場景/對象的裝置中通過以下方式來解決，即在至少一個陣列上至少在一段內在預先規定的波長范圍內透光的濾波器元件βpq的面積部分與所有濾波器元件βpq的總面積之比乘以由像素αij構成的柵格的每行j所顯示的不同視圖的平均數目n′大于1，其中該裝置包括在由行j和列i構成的柵格中具有許多單個像素αij的成像設備(Bildgeber)，其中在像素αij上再現場景/對象的至少三個視圖Ak(k＝1...n，n≥3)中的部分信息；一個或多個陣列，由許多單個的、被布置在行q和列p中的、作為濾波器元件βpq實施的波長和/或灰度濾波器構成，其中的一部分在預先規定的波長范圍內透光，并且其余部分不透光，并且它們在觀察方向上被布置在具有像素αij的成像設備的前面或/或后面，因此為從像素αij發射出的光預先規定了傳播方向，其中一個像素αij與多個所分配的濾波器元件或一個濾波器元件與多個所分配的像素αij分別這樣相對應，使得在可見的像素αij段的表面中心和可見的濾波器元件段的表面中心之間的連接直線對應于傳播方向，其中這些傳播方向在觀察者所停留的觀察空間內在多個分別對應于觀察位置的交叉點處相交，由此觀察者在每個觀察位置用一只眼睛主要看到視圖Ak(k＝1...n)的第一選擇的部分信息，并且用另一只眼睛主要看到視圖Ak(k＝1...n)的第二選擇的部分信息。
通過更多的光經過濾波器元件到達觀察者，可以提高亮度。
在一種優選的、可以簡單制造的變型方案中，在預先規定的波長范圍內透光的濾波器元件被構造為基本上對于整個可見光譜來說透光的透明濾波器。雖然濾波器元件大多數情況下被構造為直接選擇的波長濾波器，然而本發明裝置也可以與所有其它類型的濾波器、例如偏振濾波器或全息攝影的光學元件一起工作。
相對于常規的裝置，在這些裝置中3D印象保持不變，而沒有可感覺到的減損，其中這樣確定透明濾波器的尺寸，使得每個可見的柵格段相對于像素面積總是有多于一個像素αij是可見的。特別是在本發明的這種優選的擴展方案中情況如此，其中，對于基本上整個可見光譜的光來說最大程度可通過的濾波器元件βpq的面積部分的和與各個陣列的所有濾波器元件βpq的面積部分的和之商取這樣的值，該值在商Q1＝1.1/n′和商Q2＝1.8/n′之間，因此由于濾波器元件(βpq)能傳送整個可見光譜的光，所以平均每個可見的柵格段相對于像素面積始終有大約1.1至1.8個像素(αij)是可見的。然而實驗已表明，即使在商大于1.8、例如2.0時，情況也如此。
在本發明的另一個擴展方案中，在平行投影到由像素αij構成的柵格上時，該段對應于至少一行j或至少一列i。在一種優選的、同樣不會可感覺到地減損3D印象的擴展方案中，在至少一個所設置的由濾波器元件βpq構成的陣列的足夠大的濾波器段平行投影到柵格的至少一行j或至少一列i上時，相應行j或列i的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍的面積被對于整個可見光譜來說基本上透光的濾波器元件βpq所覆蓋，因此由于對于整個可見光譜來說透射光的濾波器元件βpq，所以平均每個可見的柵格段相對于像素面積始終有大約1.1至1.8個像素αij是可見的。
在本發明的另一種優選的擴展方案中設置有至少一個從陣列的一邊連續延伸至相對邊的第一連續透明濾波器帶，以及至少一個從陣列的一邊連續延伸至相對邊的第二連續透明濾波器帶，其中陣列上的這兩個帶的主傳播方向不是相互平行地排列。
關于這一點，可將主傳播方向理解為同一個帶的兩個分別位于帶的相對端的透明濾波器的連接線。對于同時有多個透明濾波器位于帶的一端的情況，則主傳播方向是相應透明濾波器的整個面積的面積中心。
在此，優選的是所設置的連續透明濾波器帶中的至少一個與由濾波器元件βpq構成的各個陣列的上、下、左或右邊平行，和/或與由像素αij構成的柵格的上、下、左或右邊平行。
有利的是，設置多個這種連續透明濾波器帶。
在此應該說明的是，在這種情況下，即當上述的商在下限范圍內、即約為1.1/n′時，本發明裝置也只以兩個所顯示的視圖Ak工作。
在另一種擴展方案中，連續透明濾波器帶的至少一部分被設置成在該陣列上隨機分布，只要所述的帶互相平行。然而與此相對的，連續透明濾波器帶的至少一部分也可以相互以周期的間隔布置在陣列上，只要所述的帶互相平行，其中優選的是相應陣列的每第m行q(其中m＞1)或每第m列p(其中m＞1)形成這種連續透明濾波器帶。
在一種特別的擴展方案中，在一個(但不一定是每個)這種連續透明濾波器帶在觀察方向上平行投影到由像素αij構成的柵格上的情況下，主要是這種像素αij至少部分地被透明濾波器覆蓋，這些像素αij主要或僅僅再現同一視圖Ak的部分信息。然而，多個這種像素αij也可以至少部分地被透明濾波器覆蓋，這些像素αij再現至少二個不同視圖Ak的部分信息。
對于所有本發明裝置來說，優選地根據下列函數k=i-cij·j-n·IntegerPart[i-cij·j-1n]]]>將視圖Ak(k＝1...n)中的部分信息分配給位置i，j的像素αij，其中i表示柵格的某行中的像素αij的索引，j表示柵格的某列中的像素αij的索引，而k表示應在確定的像素αij上被再現的部分信息所源于的視圖Ak(k＝1...n)的連續號碼。n對應于分別所使用的視圖Ak(k＝1...n)的總數，并且cij是可選的系數矩陣，用于在柵格上組合或混合源于視圖Ak(k＝1...n)的不同的部分信息。函數IntegerPart提供不超過置于等式中方括號內的參數的最大整數作為值。
此外，所設置的濾波器陣列的濾波器元件βpq依賴于其透明波長/其透明波長范圍/其透射率λb根據下列函數b=p-dpq·q-nm·IntegerPart[p-dpq·q-1nm]]]>被組合為掩膜圖像，其中p表示相應陣列的某行中的濾波器元件βpq的索引，而q表示相應陣列的某列中的濾波器元件βpq的索引。b是一個整數，它為在位置(p，q)上的濾波器元件βpq確定所規定的透明波長/透明波長范圍或透射率λb之一，并且可以具有在1和bmax之間的值，其中bmax是大于1的自然數。nm是大于“零”的整數值，其優選地對應于組合圖像中所顯示的視圖Ak的總數k，并且dpq是可選的用于改變掩膜圖像的生成的掩膜系數矩陣。函數IntegerPart已經在上面定義過了。
可以為下面所描述的實施例給出相應的掩膜系數矩陣dpq或系數矩陣cij。然而為了簡短起見，在此省略。
優選的是正好設置有一個由濾波器元件βpq構成的陣列，并且在法線方向上測量的所述陣列和由像素αij構成的柵格之間的距離z根據以下公式來確定
Pdsp=da±zz.]]>其中sp表示兩個相鄰的像素αij之間的平均水平距離。若該濾波器陣列在觀察方向或法線方向上位于由像素αij構成的柵格前面，則從da減去z；若濾波器陣列位于其后，則在da上加上z。pd是觀察者的平均瞳距，而da是可選的觀察距離。
典型的距離z大約在1mm至25mm的范圍內；然而同樣可設想其它的、特別是更大的距離。
在一種有利的擴展方案中，所有設置在該陣列或這些陣列上的濾波器元件的大小相同。在這方面，濾波器或濾波器元件的面積通常可以具有幾千平方微米至幾平方毫米。濾波器元件或濾波器βpq具有多邊形的、優選為矩形的輪廓。此外，該輪廓同樣可以包括曲線。
即使對于像素αij來說，也可以設想其它形狀，例如多邊形或如在所謂的雙域顯示(Dual-Domain-Display)中的魚骨形樣式的條帶。這意味著，濾波器陣列上所設置的濾波器元件βpq的數目可以與像素αij的數目有很大偏差。
對于沒有設置透明濾波器帶的隨機布置的情況，設置在該濾波器陣列或這些濾波器陣列上的濾波器元件βpq優選地分別具有基本上周期的布置。
在另一種有利的擴展方案中，分別在像素αij上再現的部分信息的光傳播方向依賴于其波長/其波長范圍而被預先規定。
另一種擴展方案規定，在所設置的由濾波器元件構成的陣列中的至少一個上，在該陣列的至少一行q中直接相鄰的透明濾波器與在行q-1上的數目不同于在行q+1上的直接相鄰地被定位的透明濾波器鄰接。通過這種方式影響在觀察者移動過程中的視圖過渡。
優選的是，每個所設置的濾波器陣列都被構造為靜態的、在時間上不變的濾波器陣列，并且基本上相對于由像素αij構成的柵格、即成像設備被布置在固定的相對位置上。
在前述的本發明裝置的另一種特別的擴展方案中，至少一個像素αij例如借助在本申請人的WO 03/024112中所描述的方法之一來再現由至少兩個不同視圖Ak的部分信息所混合的圖像信息。
在迄今為止所描述的本發明裝置中，成像設備例如可以是液晶顯示器、等離子體顯示器或有機發光(OLED)屏幕。然而這并不排除成像設備也可以是其它類型的設備。
此外，在特別的應用中也可能希望完全或部分地在2D和3D模式之間切換。為此，可以考慮迄今所描述的裝置中的每一種，其中設置有半透明的圖像顯示設備、例如液晶顯示器，以及恰好一個由濾波器元件構成的陣列，該陣列在觀察方向上位于圖像顯示設備和平面照明設備之間。此外在圖像顯示設備和濾波器陣列之間設置有可轉換的散射盤，因此在可轉換的散射盤被轉換為透明的第一工作方式中，為觀察者產生立體印象，而在可轉換的散射盤被轉換為至少部分散射的第二工作方式中，由濾波器元件構成的陣列的作用最大程度地被取消，這樣被散射的光能夠實現圖像顯示設備的最大程度上均勻的照明，并且能夠在該圖像顯示設備上以完全的分辨率可感覺地顯示二維圖像內容。因而，在所述的第二模式中，在散射盤被轉換為散射的相應的部分面積上不再預先規定光傳播方向，這樣各個觀察者的兩只眼睛基本上看見相同的圖像部分信息。有利的是，在成像設備上的相應的2D位置處也只呈現二維圖像信息，即沒有由多個視圖組合成的圖像。
此外可以設置至少一個由濾波器元件構成的陣列，用于2D-3D轉換，該陣列包括至少部分地作為波長濾波器或灰度濾波器起作用的具有電致變色或光致變色結構的像素，其中該陣列在用于3D顯示的第一工作方式中尤其也在使用被構造成電致變色或光致變色的像素的情況下展示出適合于立體顯示的濾波器陣列結構，而在第二工作方式中，被構造成電致變色或光致變色的像素盡可能地被轉換為透明的、優選地對于整個可見光譜來說基本上完全透明。
在此，不但可以設置被構造成電致變色或光致變色的波長濾波器或灰度濾波器，而且也可以設置在其透射特性方面不變的波長濾波器或灰度濾波器，其中不變的濾波器優選地被構造成對于整個可見光譜來說基本上完全透明。


以下借助附圖進一步闡述本發明。
其中圖1a示出了在本發明的第一擴展方案中的濾波器陣列，
圖1b示意性地示出了由多個透明濾波器元件構成透明濾波器段，圖1c示出了本發明裝置的擴展方案的示意圖，圖2示出了與第一擴展方案的濾波器陣列結合用于獲得立體印象的一種可能的圖像組合，圖3和圖4示出了在基于根據圖1a和圖2中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖5示出了圖像組合的另一個例子，圖6示出了與根據圖5的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，圖7和圖8示出了在基于根據圖5和圖6中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖9示出了圖像組合的另一個例子，圖10示出了與根據圖9的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，圖11和圖12示出了在基于根據圖9和圖10中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖13a示出了本發明的另一種擴展方案中的濾波器陣列，優選地與根據圖9的圖像組合規則一起使用，圖13b示意性地示出了由多個透明濾波器元件構成透明濾波器段，與圖13a中所示的濾波器陣列等價，圖14示出了在基于根據圖9和圖13a中所示的情況時可能的觀察者的一只眼睛可見的像素或像素部分面積的例子，圖15示出了本發明的另一種擴展方案中的濾波器陣列，優選地與根據圖9的圖像組合規則一起使用，圖16示出了在基于根據圖9和圖15中所示的情況時可能的觀察者的一只眼睛可見的像素或像素部分面積的例子，圖17示出了本發明的另一種擴展方案中的濾波器陣列，優選地與根據圖9的圖像組合規則一起使用，圖18示出了在基于根據圖9和圖17中所示的情況時可能的觀察者的一只眼睛可見的像素或像素部分面積的例子，圖19示出了圖像組合的另一個例子，圖20示出了與根據圖19的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，圖21和圖22示出了在基于根據圖19和圖20中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖23示出了圖像組合的另一個例子，圖24示出了與根據圖23的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，圖25和圖26示出了在基于根據圖23和圖24中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖27示出了圖像組合的另一個例子，圖28示出了與根據圖27的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，其根據本發明裝置的第三擴展方案具有水平的透明濾波器帶，圖29和圖30示出了在基于根據圖27和圖28中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖31示出了圖像組合的另一個例子，圖32示出了與根據圖31的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，其根據本發明裝置的第三擴展方案具有垂直的透明濾波器帶，圖33和圖34示出了在基于根據圖31和圖32中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，圖35示出了另一種濾波器陣列，其能夠滿足本發明的第一和第二擴展方案的要求，包括R′、G′、B′濾波器以及灰度濾波器，圖36示出了濾波器陣列的另一種可能的擴展方案，圖37示意性地示出了由透明濾波器元件構成透明濾波器段，如在圖36中所使用的那樣，圖38示出了在圖37中所使用的濾波器元件的詳細情況，圖39和圖40示出了在基于根據圖36中所示的情況時可能的觀察者兩眼之一分別可見的像素或像素部分面積的例子，圖41示出了具有由六個視圖構成的圖像組合的另一個例子，圖42示出了用于與在圖41中示出的圖像組合一起使用的濾波器陣列，以及圖43和圖44示出了在基于根據圖41中所示的情況時可能的觀察者兩眼之一分別可見的像素或像素部分面積的例子。
具體實施例方式
所有的圖都不是按比例的，并且根據實際情況被放大或縮小地示出。一些圖是示意性的原理概略圖或者是部分示圖。
圖1a作為一部分示出了本發明裝置的第一擴展方案中的濾波器陣列。該濾波器陣列由多個波長濾波器構成。在此只設置了對于可見光譜來說基本上透明的以及不透明的濾波器或濾波器元件。如在圖1b中可見到的那樣，由圖1a已知的濾波器陣列的透明濾波器段由多個透明濾波器元件組成。在此，只要使用在全色像素大小為0.3mm×0.3mm時分辨率為1024×768像點的LG類型的15.1″液晶顯示器作為由像素構成的柵格，則在圖1b中(最小的)透明濾波器元件的大小大約為寬0.0997151mm和高0.2991453mm。因此，固有地給出圖1a中可見到的所組合成的透明濾波器段的尺寸。濾波器陣列具有大約與液晶顯示器或一般來說成像設備的有效圖像面積相同的面積延伸。
以下參考圖1c，其中示意性示出的觀察者眼睛3朝濾波器陣列2看。若現在所示出的濾波器陣列2如在圖1c中所示的那樣被布置在由像素αij的行j和列i構成的柵格1之前，則本發明裝置在這樣的擴展方案中被實現，在該擴展方案中，對于基本上整個可見光譜的光來說最大程度地可通過的濾波器元件βpq的面積部分之和與各個陣列的所有濾波器元件βpq的面積部分之和的商取這樣的值，該值位于商Q 1＝1.1/n′與商Q2＝1.8/n′之間，因此由于整個可見光譜的光能透射的濾波器元件βpq，所以平均每個可見的柵格段相對于像素面積始終有大約1.1至1.8個像素αij是可見的。在預先規定的波長范圍內透光的濾波器元件被構造為透明濾波器。
為此，在由像素構成的柵格上應用由四個視圖根據在圖2中示出的圖像組合規則而組合成的圖像。列R、G、B在此以及在其它的圖中表示紅色、綠色和藍色子像素列(或必要時也表示子像素行)。因此，在這種情況下，在柵格的每行i的像素αij上顯示的不同視圖n′的平均數目為n′＝4。
若現在例如根據圖1b選擇其柵格在此可識別的最小濾波器元件的12×12區域，則在(所設置的)陣列上對于基本上整個可見光譜的光來說最大程度地可通過的濾波器元件βpq的面積部分之和與所有濾波器元件βpq的面積部分之和的商為值48/144＝1/3。在n′＝4的情況下，所述的商為1/3，如所要求的那樣位于商Q1＝1.1/n′＝0.275與商Q2＝1.8/n′＝0.45之間。
圖3和圖4示出了在基于根據圖1a和圖2的情況時可能的觀察者雙眼可見的像素或像素面積部分的例子。其中可見，由于對于整個可見光譜來說能透射的濾波器元件βpq、即透明濾波器，平均每個可見的柵格段相對于像素面積始終大約有1.1至1.8個像素αij是可見的，在此更確切地說大約有1.33個像素αij是可見的。例如還有右邊相鄰的像素中的大約0.33個可見的像素(相對于像素面積)鄰接圖3中在位置(1，1)處的左上方的可見的像素。
由于在此存在的視見狀況(Sichtverhaeltnisse)(見圖3)，觀察者例如看見由k＝1，2，3的視圖Ak構成的選擇，所述視圖的可見的面積部分彼此的比率為3∶8∶1。視見狀況例如在圖4中示出的觀察者的另一只眼睛將例如看見由k＝3，4，1的視圖Ak構成的選擇，所述視圖的可見的面積部分彼此的比率為3∶8∶1。
在此要說明的是，由于在本發明裝置情況下的視見狀況，2D文本可讀性相對于現有技術中的3D裝置和方法被進一步改善。
圖5示出了圖像組合的另一個例子，特別適合于可移動使用的顯示器、諸如PDA(個人數字助理)或移動電話的顯示器。從圖6中可以看到與根據圖5的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，借助該濾波器陣列可以實現這樣一種擴展方案，在這種擴展方案中，在至少一個所設置的由濾波器元件βpq構成的陣列的足夠大的濾波器段平行投影到柵格的至少一行j或至少一列i上時，相應行j或列i的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍面積由對于整個可見光譜來說基本上透光的濾波器元件βpq所覆蓋，因此由于整個可見光譜的光能透射的濾波器元件βpq，所以平均每個可見的柵格段相對于像素面積始終大約有1.1至1.8個像素αij是可見的。在預先規定的范圍內透光的濾波器元件同樣被構造為透明濾波器。
參考圖5，在柵格的每行i的像素αij上顯示的不同視圖的平均數目在此同樣還是n′＝4。
而圖7和圖8示出了在基于根據圖5和圖6的情況時或參照根據圖1c的相對布置可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子，最先被提到的圖也可以被考慮用于說明所要求的特征。
只要濾波器陣列和由像素構成的柵格之間的距離z不是太大，即相對于所選擇的觀察者眼睛3的觀察距離da大約小于百分之一，則圖7和圖8大約示出了濾波器陣列到由像素αij構成的柵格上的大致平行的投影。
若在圖7或圖8中觀察由濾波器元件構成的陣列的分別所示出的濾波器段(該濾波器段被視為足夠大)到由像素αij構成的柵格的列i＝1上的(準)平行投影，則可以看出，列i的面積的大約三分之一由透明濾波器覆蓋。由此滿足了相應列i的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍面積被透明濾波器覆蓋的要求，因為有1.1/4＜1/3＜1.8/4。
因此，由于所述的透明濾波器元件βpq，平均每個可見的柵格段相對于像素面積始終大約有1.1至1.8個、在此更確切地說大約有1.33個像素αij是可見的。
也可以類似地針對行進行觀察。
作為根據圖5的圖像組合中的特點，要說明的是，涉及RGB色子像素行，而不是如在許多LCD屏幕中那樣涉及RGB色子像素列。這種圖像結構例如在Compaq iPAQ 3600袖珍電腦類型的PDA(個人數字助理)中存在；所述的PDA類型因此與前面所描述的應用結合而極好地適合于3D顯示。在此，濾波器尺寸(對應于圖6中虛線表示的矩形)例如為0.319607mm寬并且0.079922mm高。
在剛才提及的擴展方案的意義上，以下列舉另外一個例子圖9示出了圖像組合的另一個例子，而圖10示出了與根據圖9的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列。在此也滿足對本發明裝置的特征要求，如可以容易地證明。在此，例如考慮型號Pioneer PDP503MXE的等離子體顯示器作為由像素αij構成的柵格。在此，濾波器尺寸(對應于圖10中虛線表示的矩形)例如為0.379646mm寬并且0.80442478mm高。
最后圖11和圖12示出了在基于根據圖9和圖10中所示的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子。
在圖13a中示出了在本發明意義上的濾波器陣列的另一個例子。該濾波器陣列優選地與根據圖9的圖像組合規則一起使用。為了更好地理解，圖13b示意性地示出了由多個透明濾波器或濾波器元件構成透明濾波器段。圖13b中的濾波器陣列與圖13a的濾波器陣列等價。對此，圖14示出了在基于根據圖9和圖13a中所示的情況時觀察者的一只眼睛可見的像素或像素部分面積的例子。
在根據圖13a或圖13b的濾波器陣列中此外還實現了以下情況，即在所設置的由濾波器元件構成的陣列中的至少一個上，在陣列的至少一行q中直接相鄰的透明濾波器與在行q-1上的數目不同于在行q+1上的直接相鄰地被定位的透明濾波器鄰接。例如在圖13b中的行q＝8中可以看出，所示的直接相鄰的四個透明濾波器與行q+1＝9的四個直接相鄰的透明濾波器鄰接，而它們只與行q-1＝7的四個直接相鄰的透明濾波器中的一個透明濾波器鄰接。
此外在圖15中示出了在本發明意義上的一個示例性的濾波器陣列。該濾波器陣列同樣優選地與根據圖9的圖像組合規則一起使用。
圖16示出了在基于根據圖9和圖15的情況時觀察者的一只眼睛可見的像素或像素部分面積的例子。
在根據圖15的濾波器陣列中此外同樣還實現了以下情況，即在所設置的由波長濾波器或灰度濾波器構成的陣列中的至少一個上，在陣列的至少一行q中，直接相鄰的透明濾波器與在行q-1上的數目不同于在行q+1上的直接相鄰地被定位的透明濾波器鄰接。
圖17示出了本發明的另一種擴展方案中的濾波器陣列，優選地與根據圖9的圖像組合規則一起使用，而圖18示出了在基于根據圖9和圖17的情況時可能的、觀察者的一只眼睛可見的像素或像素部分面積的例子。
在圖19中可以見到圖像組合的另一個例子，而在圖20中可以見到根據本發明的、與根據圖19的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列。圖21和圖22示出了在基于根據圖19和圖20的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子。在此示出了8個視圖，它們也分別在每行中被示出。作出對此的替代方案，在此例如也可以示出40個視圖，其中每行優選地分別只使用8個不同的視圖(例如1，6，11，16，21，26，31，36)。上面詳細描述的每行顯示的視圖n′的數目因此在此也是n′＝8。
在圖23至圖26中說明了本發明的擴展方案的另一個例子。
圖23示出了圖像組合的另一個例子，圖24示出了與根據圖23的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，而圖25和圖26示出了在基于根據圖23和圖24的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子。在此也再次將8個視圖用于立體顯示。
在本發明裝置的第三種變型方案中，設置有至少一個從陣列的一邊連續延伸至相對邊的第一連續透明濾波器帶，以及至少一個從陣列的一邊連續延伸至相對邊的第二連續透明濾波器帶，其中在陣列上的這兩個帶的主傳播方向不是相互平行地排列，這種變型方案在其他的圖中被詳細地說明。
為此，圖27示出了圖像組合的另一個例子，而圖28示出了根據本發明裝置的該擴展方案具有水平的透明濾波器帶的、與該圖像組合匹配的濾波器陣列。圖29和圖30示出了在基于根據圖27和圖28的情況時可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子。
如從圖28中可見到的那樣，在此示例性地設置了水平的透明濾波器帶。與此相對地，還設置有其它的(階梯形的、傾斜的)、分別從濾波器陣列的下邊延伸至上邊的帶，因此水平帶和傾斜帶的主傳播方向不會互相平行。在實踐中，濾波器陣列包括多得多的濾波器元件；在此為了清楚起見只示出了濾波器陣列的(任意截取的)一部分。因此有利地特別設置多個這種連續透明濾波器帶。如在圖28中所示的那樣，有利地是，一些或所有連續的(水平的)透明濾波器帶相互以周期的間隔布置在陣列上。在此，例如陣列的每第四行q(即m＝4)示例地形成這種連續的水平的透明濾波器帶。
如圖29所示，在該例子中，在一個(但不一定是每個)這種連續的(水平的)透明濾波器帶在觀察方向上平行投影到由像素αij構成的柵格上時，這樣的像素αij主要由透明濾波器至少部分地覆蓋，這些像素在這種情況下僅僅再現同一個視圖Ak的部分信息。
以下給出在本發明裝置的剛才提及的擴展方案的范圍內的另一個擴展方案例子。圖31示出了圖像組合的相應的例子，圖32示出了對此非常適合的、其中具有垂直的透明濾波器帶的濾波器陣列，以及圖33和圖34示出了可能的觀察者兩眼可見的像素或像素部分面積的例子。
如在圖32中可以見到的那樣，在此一方面設置有傾斜的連續的透明濾波器帶，另一方面設置有垂直的連續的透明濾波器帶。如圖33所示，在該例子中，在一個(但不一定是每個)這種連續的(垂直的)透明濾波器帶在觀察方向上平行投影到由像素αij構成的柵格上時，這樣的像素αij主要由透明濾波器至少部分地覆蓋，這些像素在這種情況下主要再現同一個視圖Ak的部分信息。
圖34大致對應于略微移動的斜視圖，并且不對應于在觀察方向(其嚴格地說位于與由像素構成的柵格的中垂線平行的方向上)上的平行投影，而更確切地說對應于在傾斜方向上的平行投影。
然而與前述的實施例相反，也可以設想這樣構成圖像組合規則，使得在一個(但不一定是每個)這種連續的透明濾波器帶在觀察方向上平行投影到由像素αij構成的柵格上時，多個這種像素αij由透明濾波器至少部分地覆蓋，這些像素再現至少兩個不同視圖Ak的部分信息。在此，可設想相應的至少兩個視圖Ak的不同變型方案例如也可以使用多于所要求的兩個視圖，例如n或n-1個視圖。如前面所描述的在平行投影時由透明濾波器至少部分地覆蓋的像素的圖像組合結構也可以是由多個視圖的圖像部分信息構成的隨機結構，而不是如迄今為止、如在圖9中介紹的周期性的結構。對于獲得3D印象來說決定性的是，各個觀察者以他的眼睛分別看到視圖的不同選擇、即視圖混合。
此外，在前述的本發明裝置的擴展方案中，透明濾波器帶的寬帶可以變化。特別是在上面詳細說明的“傾斜”帶的情況下，每行的透明濾波器段的寬度也可以這樣來選擇，使得陣列上的透明濾波器的總面積與陣列上的所有濾波器元件的總面積之商小于1.1/n′或大于1.8/n′。
圖35示出了另一種濾波器陣列，它能夠滿足開頭所描述的本發明的擴展方案的要求，補充了R′、G′、B′濾波器并且補充了灰度濾波器。在此，用R′表示紅色波長濾波器，用G′表示綠色波長濾波器以及用B′表示藍色波長濾波器。各個濾波器元件只覆蓋外形輪廓的面積部分。用L2表示灰度濾波器，它被構造為用于不依賴于波長而衰減50％的光強度的中性濾波器。當如在根據本發明表征的特征方面說到對于基本上整個可見光譜的光來說最大程度或基本上可通過的濾波器元件時，灰度濾波器和R′、G′或B′濾波器不被考慮。也就是說，R′、G′、B′濾波器只在相應的紅色、綠色或藍色波長范圍內透光，并且L2濾波器顯著地衰減光強度，因此在此不能說“最大程度可通過”或“基本上”。
在圖36中示出了根據開頭所描述的擴展方案的濾波器陣列的另一種擴展方案。在上述例子中，濾波器元件βpq的朝前方對著觀察者的表面分別具有規則矩形的形狀，而在該情況下使用多個不同形狀的濾波器元件βpq，因此例如以透明濾波器覆蓋的傾斜的條帶具有基本上光滑的邊緣。這一點可以借助圖37和38來解釋清楚。圖37示出了陣列作為柵格結構，在該陣列上布置有濾波器元件βpq。在圖38中并排示出了所使用的單個濾波器元件。分配或組合掩膜圖像可以類似地以上面所描述的b的公式來確定，其中然而現在將圖38中所示出的形狀之一與b的每個值相關聯。在圖39和圖40中示出了分別針對觀察者眼睛3的左眼或右眼的例子，即該眼睛從預先規定的觀察者位置出發看到哪些像素和哪些視圖。此外，也可以不是傾斜地、而是垂直地布置條帶。即使在這個例子以及以下的例子中，對于基本上整個可見光譜上的光來說最大程度可通過的濾波器元件βpq的面積部分之和與所有濾波器元件βpq的面積部分之和的商也處于1.1與1.8之間。
在圖41-44中描述了根據開頭提及的實施例的最后一個例子。在圖41中示出了具有六個視圖(n′＝6)的圖像組合；然而具有更多或更少的視圖的組合也是可能的。圖42示出了與根據圖41的圖像組合規則結合而非常適合于立體顯示的濾波器陣列，圖43和圖44示例地示出了從預先規定的觀察者位置出發用觀察者眼睛3的左眼或右眼看到哪些像素和哪些視圖。
在圖42中用虛線畫出了一個透明濾波器的尺寸。其寬度大約對應于一個像素αij的寬度，例如為像素的寬度的99.86％。此外透明濾波器大約為1.5倍高；例如高度為像素αij的高度的149.8％。這種比例關系例如在一些18.1英寸的液晶顯示器中出現在這些液晶顯示器中像素的平均寬度為0.28047mm，并且平均高度為0.09349mm。于是透明濾波器元件大約為0.420146mm高和0.093366mm寬。
若只是以如圖42中所示高度的一半來實施濾波器陣列中的單個透明濾波器，那么也可以根據上面的等式通過用于確定掩膜圖像的等式來實現結構化。
本發明相對于現有技術提供了在3D顯示時提高圖像亮度的優點。由此同時保證了在本發明裝置上改善的文本可讀性。
權利要求
1.用于場景/對象的立體顯示的裝置，其包括-成像設備，其在由行(j)和列(i)構成的柵格中具有多個單個像素(αij)，其中在所述像素(αij)上再現所述場景/對象的至少三個視圖(Ak)(k＝1...n，n≥3)中的部分信息，-一個或多個由多個單個波長濾波器和/或灰度濾波器構成的陣列，所述波長濾波器和/或灰度濾波器被布置在行(q)和列(p)中并且作為濾波器元件(βpq)被實施，其中的一部分在預先規定的波長范圍內透光，并且其余部分不透光，并且所述陣列在觀察方向上被布置在具有像素(αij)的所述成像設備的前面和/或后面，以致為從所述像素(αij)發射出的光預先規定傳播方向，其中一個像素(αij)與多個所分配的濾波器元件(βpq)或一個濾波器元件(βpq)與多個所分配的像素(αij)分別這樣相對應，使得在所述像素(αij)的可見段的面積中心和所述濾波器元件(βpq)的可見段的面積中心之間的連接直線分別對應于傳播方向，其中所述傳播方向在觀察者所停留的觀察空間內在多個分別對應于觀察位置的交叉點處相交，由此觀察者從每個觀察位置出發用一只眼睛主要看到視圖(Ak)(k＝1...n)的第一選擇的部分信息，并且用另一只眼睛主要看到視圖(Ak)(k＝1...n)的第二選擇的部分信息，其特征在于，-在所述陣列中的至少一個上，至少在一段內，在預先規定的波長范圍內透光的濾波器元件(βpq)的面積部分與所有濾波器元件(βpq)的總面積之比乘以由像素(αij)構成的柵格的每行(j)所顯示的不同視圖的平均數目(n′)大于1。
2.根據權利要求1的裝置，其特征在于，在預先規定的波長范圍內透光的濾波器元件(βpq)被構造為基本上對于整個可見光譜來說透光的透明濾波器。
3.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于，這樣確定在預先規定的波長范圍內透光的濾波器元件(βpq)的尺寸，使得每個可見的柵格段相對于像素面積總是有多于一個像素(αij)是可見的。
4.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于，對于基本上整個可見光譜的光來說最大程度可通過的濾波器元件(βpq)的面積部分的和與各個陣列的所有濾波器元件(βpq)的面積部分的和之商取位于商Q1＝1.1/n′和商Q2＝1.8/n′之間的值，以致由于對于整個可見光譜來說透射光的濾波器元件(βpq)，平均每個可見的柵格段相對于像素面積總是大約有1.1至1.8個像素(αij)是可見的。
5.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于，所述段在平行投影到由像素(αij)構成的柵格上時對應于至少一行(j)或至少一列(i)。
6.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于，在至少一個所設置的由濾波器元件(βpq)構成的陣列的足夠大的濾波器段平行投影到所述柵格的至少一行(j)或至少一列(i)上時，相應行(j)或列(i)的至少1.1/n′倍但至多1.8/n′倍面積由對于整個可見光譜來說基本上透光的濾波器元件(βpq)所覆蓋，以致由于對于整個可見光譜來說透射光的濾波器元件(βpq)，平均每個可見的柵格段相對于像素面積總是大約有1.1至1.8個像素(αij)是可見的。
7.根據權利要求1或2的裝置，其特征在于，設置有至少一個從所述陣列的一邊連續延伸至相對邊的第一連續透明濾波器帶、以及至少一個從所述陣列的一邊連續延伸至相對邊的第二連續透明濾波器帶，其中在所述陣列上的這兩個帶的主傳播方向不是相互平行地排列。
8.根據權利要求7的裝置，其特征在于，所設置的連續透明濾波器帶中的至少一個與由波長濾波器或灰度濾波器構成的各個陣列的上、下、左或右邊平行，和/或與由像素(αij)構成的柵格的上、下、左或右邊平行。
9.根據權利要求7或8的裝置，其特征在于，設置有多個這樣的連續透明濾波器帶。
10.根據權利要求7至9之一的裝置，其特征在于，只要所述連續透明濾波器帶互相平行，就將所述帶的至少一部分布置成在所述陣列上隨機分布。
11.根據權利要求7至9之一的裝置，其特征在于，只要所述連續透明濾波器帶互相平行，就將所述帶的至少一部分相互以周期的間隔布置在所述陣列上，其中優選的是相應陣列的每第m行(q)(其中m＞1)形成一個這樣的連續透明濾波器帶。
12.根據權利要求7至11之一的裝置，其特征在于，在一個、但不一定是每個這樣的連續透明濾波器帶在觀察方向上平行投影到由像素(αij)構成的柵格上時，這樣的像素(αij)主要由透明濾波器至少部分地覆蓋，這些像素(αij)大部分或僅僅再現同一個視圖(Ak)的部分信息。
13.根據權利要求7至11之一的裝置，其特征在于，在一個、但不一定是每個這樣的連續透明濾波器帶在觀察方向上平行投影到由像素(αij)構成的柵格上時，多個這樣的像素(αij)由透明濾波器至少部分地覆蓋，這些像素再現至少兩個不同視圖(Ak)的部分信息。
14.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，按照下列函數k=i-cij·j-n·IntegerPart[i-cij·j-1n]]]>將來自所述視圖(Ak)(k＝1...n)的部分信息分配給位置(i，j)的像素(αij)，其中-(i)表示在所述柵格的某行中的像素(αij)的索引，-(j)表示在所述柵格的某列中的像素(αij)的索引，-(k)表示所述部分信息所源于的視圖Ak(k＝1...n)的連續號碼，這些部分信息應該在確定的像素(αij)上被再現，-(n)是分別所使用的視圖(Ak)(k＝1...n)的總數，-(cij)是可選的用于在所述柵格上組合或混合源于所述視圖(Ak)(k＝1...n)的不同部分信息的系數矩陣，以及-IntegerPart是用于產生不超過置于方括號內的參數的最大整數的函數。
15.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，針對所設置的濾波器陣列，將所述濾波器元件(βpq)根據其透明波長/其透明波長范圍/其透射率(λb)按照下列函數b=p-dpq·q-nm·IntegerPart[p-dpq·q-1nm]]]>組合成掩膜圖像，其中-(p)表示在相應陣列的某行中的濾波器元件(βpq)的索引，-(q)表示在相應陣列的某列中的濾波器元件(βpq)的索引，-(b)是一個整數，其為在位置(p，q)上的波長濾波器或灰度濾波器(βpq)確定預先規定的透明波長/透明波長范圍或透射率(λb)之一，并且可以具有在1和(bmax)之間的值，其中自然數bmax＞1，-(nm)是一個大于“零”的整數值，其優選地對應于在組合圖像中所顯示的視圖(Ak)的總數(k)，-(dpq)是可選的用于改變掩膜圖像的產生的掩膜系數矩陣，以及-IntegerPart是用于產生不超過置于方括號內的參數的最大整數的函數。
16.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，正好設置有一個由濾波器元件(βpq)構成的陣列，并且在法線方向上測量的所述陣列和由像素(αij)構成的柵格之間的距離(z)按照以下公式來確定pdsp=da±zz,]]>其中-(sp)表示兩個相鄰像素(αij)之間的平均水平距離，-(pd)表示觀察者的平均瞳距，以及-da表示可選的觀察距離。
17.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，所有設置在所述一個或多個濾波器陣列上的濾波器元件大小相同。
18.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，設置在所述一個或多個濾波器陣列上的濾波器元件分別具有基本上周期的布置。
19.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，分別在所述像素(αij)上再現的部分信息的光傳播方向根據其波長/其波長范圍而預先規定。
20.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，在所設置的由濾波器元件(βpq)構成的陣列中的至少一個上，在所述陣列的至少一行(q)中直接相鄰的透明濾波器與在行(q-1)上的數目不同于在行(q+1)上的直接相鄰地被定位的透明濾波器鄰接。
21.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，所設置的濾波器陣列中的每一個都被構造為靜態的、在時間上不變的濾波器陣列，并且基本上相對于由像素(αij)構成的柵格、即所述成像設備被布置在固定的相對位置上。
22.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，至少一個像素(αij)再現由至少兩個不同視圖(Ak)的部分信息所混合的圖像信息。
23.根據前述權利要求之一的裝置，其特征在于，所述成像設備是液晶顯示器、等離子體顯示器或OLED屏幕。
24.根據前述權利要求之一的裝置，其中設置有半透明的圖像顯示設備、例如液晶顯示器、以及恰好一個由濾波器元件(βpq)構成的陣列，所述陣列在觀察方向上位于所述圖像顯示設備和平面照明設備之間，并且其中此外在所述圖像顯示設備和所述濾波器陣列之間設置有可轉換的散射盤，以致在所述可轉換的散射盤被轉換為透明的第一工作方式中，為觀察者產生立體印象，而在所述可轉換的散射盤被轉換為至少部分地散射的第二工作方式中，由濾波器元件(βpq)構成的陣列的作用最大程度地被取消，以致被散射的光能夠實現所述圖像顯示設備的最大程度上均勻的照明，并且能夠在所述圖像顯示設備上以完全的分辨率可感覺地顯示二維圖像內容。
25.根據權利要求1至23之一的裝置，其中設置有至少一個由濾波器元件(βpq)構成的陣列，所述陣列包括至少部分地作為波長濾波器或灰度濾波器起作用的具有電致變色或光致變色的結構的像素，其中所述陣列在用于3D顯示的第一工作方式中尤其也在使用被構造為電致變色或光致變色的像素的情況下展示出適合于立體顯示的濾波器陣列結構，而在第二工作方式中，將被構造為電致變色或光致變色的像素轉換為盡可能地透明、優選地對于整個可見光譜來說基本上完全透明。
26.根據權利要求25的裝置，其特征在于，不但設置有被構造為電致變色或光致變色的波長濾波器或灰度濾波器，而且也設置有在透射特性方面不變的波長濾波器或灰度濾波器，其中所述的在透射特性方面不變的濾波器優選地被構造成對于整個可見光譜來說基本上完全透明。
全文摘要
本發明涉及用于立體顯示的裝置，特別是涉及這種裝置，該裝置借助波長濾波器陣列或灰度濾波器陣列為一個或多個沒有附加的輔助工具、例如眼鏡的觀察者呈現三維可見的圖像。在這種裝置中，通過根據本發明在濾波器陣列上布置透明濾波器來實現在3D顯示時的亮度提高。
文檔編號H04N13/00GK1754392SQ200480005212
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月25日 優先權日2003年2月26日
發明者W·茨肖普, T·布呂格爾特, I·雷爾克, S·奧特, M·克利普施泰因 申請人:X3D科技有限責任公司