為顯示器呈現3d圖像的系統和方法
【專利摘要】公開一種基于多個投射束的三維(3D)連續(xù)顯示系統。每個投射束可包括多個發(fā)光器件。每個發(fā)光器件可投射跨越一角度范圍的定向光束。每個光束的角度范圍的總和總計是該投射束的角度范圍。每個投射束還與過渡角集相關聯。該過渡角由兩個光束疊合處的角度定義。投射束被配置成使得在相鄰投射束之間的過渡角集被偏移。
【專利說明】為顯示器呈現3D圖像的系統和方法

【背景技術】
[0001] 當前三維（3D)顯示器分三種類型：需要使用偏振眼鏡、有色眼鏡或快門眼鏡的那 些顯示器，不需要眼鏡但僅提供兩個視圖的那些顯示器以及不需要眼鏡并且提供許多視圖 的類似于全息圖的那些顯示器，后兩者是所謂的無眼鏡連續(xù)三維（C3D)顯示器。最后一種 類型可以通過使用限定3D視圖質量的性能和當觀察者在顯示器前移動時可觀察到的虛擬 視覺偽像類型的幾種技術來實現。在所有這種顯示器中一種不可避免的偽像是，隨著觀察 者從一個位置移至另一個位置，部分3D場景會看起來不連貫并且重復（"重像"）或"跳動"。 "跳動"是從一個視圖至另一個視圖的突然轉變。在某些類型的顯示器中，變化似乎能夠相 對于整個顯示器出現。在其他類型的顯示器中，不同但是清楚可見的偽像會出現在顯示器 內不同位置處。兩種情況都能夠大大劣化3D圖像再現的感知質量。因此，期望的是，消除 使任何重像或跳動偽像騷擾少得多的視覺識別圖案。


【發(fā)明內容】

[0002] 公開了基于多個投射束（projexel)的三維（3D)連續(xù)顯示系統。每個投射束可包 括多個發(fā)光器件。每個發(fā)光器件可投射跨越一角度范圍的定向光束。每個光束的角度范圍 的總和總計是該投射束的角度范圍。每個投射束還與過渡角集相關聯。過渡角可由兩個光 束疊合處的角度定義。投射束被配置為使得相鄰投射束之間的過渡角集被偏移。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003] 圖1例示了根據實施例的具有偏移過渡角的投射束的一個示例。
[0004] 圖2例示了根據實施例的從具有偏移過渡角的投射束發(fā)射光束的顯示器的一個 示例。
[0005] 圖3例示了根據實施例的覆蓋像素顯示器的透鏡矩陣的一個示例的透視圖。
[0006] 圖4例示了根據實施例的覆蓋像素顯示器的長方形透鏡矩陣的一個示例。
[0007] 圖5例示了根據實施例的覆蓋像素顯示器的六邊形透鏡矩陣的一個示例。
[0008] 圖6例示了根據實施例的具有偏移過渡角的投射束的另一示例。
[0009] 圖7例示了根據實施例的從具有偏移過渡角的投射束發(fā)射光束的顯示器的另一 示例。
[0010] 圖8例示了根據實施例的投射束的投射系統的一個示例的透視圖。
[0011] 圖9例示了根據實施例的投射束的投射系統的另一示例的透視圖。
[0012] 圖10例示了根據實施例的其中投射束集可以以偏移過渡角發(fā)射多個光束的邏輯 流程的實施例。

【具體實施方式】
[0013] 可通過使用限定3D視圖質量的性能和當觀察者在顯示器前移動時可觀察到的虛 擬視覺偽像類型的幾種技術來實現無眼鏡連續(xù)三維（3D)顯示器。在所有這種顯示器中的 一個不可避免的偽像是，隨著觀察者從一個位置移至另一個位置，部分3D場景會看起來不 連貫并且重復（"重像"）或"跳動"。"跳動"是從一個視圖至另一個視圖的突然轉變。在 某些類型的顯示器中，這些變化似乎能夠相對于整個顯示器出現。在其他類型的顯示器中， 不同但是清楚可見的偽像會出現在顯示器內的不同位置處。兩種情況都能夠大大劣化3D 圖像再現的感知質量。本文所描述的實施例利用了這樣的事實，即，某些類型的顯示器能夠 設計成使變化以受控的方式隨機擴散。任何變化的隨機性消除了視覺上可辨別的圖案，并 且減小了對例如重像或跳動的可見偽像的感知和影響。
[0014] 本文用于描述實施例的基本概念是稱為投射束的光調制元件。無眼鏡連續(xù)3D顯 示器（C3D)可被建模為由多個投射束組成。一個投射束可以與在定向光束中調制光的多個 發(fā)光器件相關聯。每個投射束可根據傳播方向不同地調制光。因為每個投射束的行為不需 要一定與其相鄰投射束相同，所以引入了方向變化元素。這不同于在所有方向上具有相同 的調制光強度的傳統像素。
[0015] 可存在利用功能等同于投射束的元件來實現C3D顯示器的許多不同方式。例如， C3D顯示器可以利用投射束陣列來構建，與回射屏幕結合，或者與特定擴散器或反射屏幕結 合。其他類型的C3D顯示器可以使用球對稱或圓柱對稱的微透鏡陣列，或其他光學技術如 纖維光學或發(fā)光二極管（LED)，激光，或利用亞波長光學控制定向光束。透鏡陣列的集合可 包括透鏡的矩陣。
[0016] 在前述C3D顯示器中，當相對于同一觀看位置發(fā)生多波束過渡時，可清楚地看到 失真。在每個投射束利用同一過渡角集的情況下，在幾個顯示位置同時出現偽像，并且隨著 觀察者移動而頻繁地跳動。在每個投射束利用同一過渡角集并且針對相距顯示器的特定視 距已優(yōu)化過渡角的情況下，跳動和模糊出現頻度會更少，但是當它們出現時，這些偽像會出 現在整個顯示器上。
[0017] 前提是基于這樣的思想：可變光束過渡會造成無論觀察位置如何，觀察者都幾乎 不能辨別的對圖像的改變?？勺児馐^渡會造成偽像如分布式噪聲一樣在整個視圖出現， 這整體上對觀察者的騷擾小得多。利用該技術，過渡的組合似乎更隨機地在整個顯示圖像 上出現。最終結果是，變換不會明顯到騷擾地干擾觀察者。實施例通過利用與相同角度范 圍對應的過渡角集但是用如圖1所示針對每個投射束的偽隨機偏移來實現該目的。
[0018] 基于投射器陣列的顯示不會對投射束的過渡角的選擇提供許多靈活性，原因是這 些過渡是通過投射器的物理布置來限定的。
[0019] 直接視圖顯示器，類似于利用微透鏡或其他類型的小型光學元件的那些顯示器， 更順應于在單獨投射束上的變化。這可以以幾種方式來實現。例如，利用覆蓋傳統顯示器 的正方微透鏡矩陣的顯示器能夠產生與利用不是投射束間距的整數倍的像素間距相同的 效果，并且像素間距可以輕微傾斜。注意，在這種情況下，像素之間的過渡位置，其直接映射 至投射束之間的過渡，在每個投射束（透鏡）中輕微地不同。
[0020] 以基于納米尺度元件的更先進的光學為基礎的顯示器允許更大的靈活性，原因是 發(fā)光器件本身相對于光束被投射的方向可以是可控制的或可調節(jié)的。存在用于改變這些過 渡角集的許多選擇，涵蓋范圍從完全隨機偏移至當少量隨機性被加入至更傳統的方案，以 產生既平緩又不易感知的其他類型3D視圖變化。
[0021] 現在參考附圖，其中全文中相同的附圖標記用于表示相同的元件。在下面的描述 中，為了解釋，給出許多具體細節(jié)，以提供對其透徹的理解。然而，很明顯的是，沒有這些具 體細節(jié)也可以實施新的實施例。在其他情況下，以塊圖形式示出已知的結構和器件，以便于 對其進行描述。本發(fā)明還涵蓋落入所述主題的精神和范圍內的所有變形、等價物以及替代 形式。
[0022] 圖1例示了根據實施例的具有偏移過渡角的投射束110、120、130的一個示例。投 射束可以與在不同角度調制光的多個發(fā)光器件相關聯。考慮到不同的投射束能夠產生具有 不同的過渡角集的光束，就能夠更好地理解在C3D顯示器中能夠出現的視覺失真。過渡角 是指光強從一個光束過渡到另一個光束的角度。對于在垂直平面中的顯示器，過渡角限定 了在垂直和水平方向上的光束過渡。然而，每個光束在3D空間能夠具有金字塔形狀。為了 簡化解釋和附圖，相對于在單獨水平面中的過渡來描述示例。
[0023] 可以配置投射束，使得相鄰投射束之間的過渡角集以被選為使3D視圖質量優(yōu)化 的偏移圖案被偏移。在圖1的示例中，投射束110具有總角度范圍α，其等于與投射束110 相關聯的每個光束角

【權利要求】
1. 一種用于投射三維（3D)圖像的方法，包括： 產生多個投射束，所述投射束包括多個光束，每個投射束跨越一角度范圍，每個投射束 的角度范圍相等； 從每個投射束定向投射多個光束，每個光束跨越一角度范圍，所述光束的角度范圍的 總和總計是所述投射束的角度范圍，每個投射束具有過渡角集，所述過渡角由兩個光束疊 合處的角度定義；以及 使相鄰投射束之間的過渡角集偏移。
2. 根據權利要求1所述的方法，產生多個投射束包括利用透鏡矩陣覆蓋包括像素矩陣 的傳統顯示器，以產生所述投射束和所述投射束的光束，所述透鏡矩陣中的每個透鏡與所 述像素矩陣中的多個像素相關聯。
3. 根據權利要求2所述的方法，包括使所述透鏡矩陣相對于所述像素矩陣在X方向和 y方向上偏移。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中所述透鏡矩陣內的透鏡為長方形。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中所述透鏡矩陣內的透鏡為六邊形。
6. 根據權利要求1所述的方法，所述多個投射束包括均發(fā)射光束的多個發(fā)光器件。
7. 根據權利要求6所述的方法，所述發(fā)光器件包括光纖。
8. 根據權利要求6所述的方法，所述發(fā)光器件包括發(fā)光二極管（LED)。
9. 一種三維（3D)投射裝置，包括： 透鏡矩陣，所述透鏡矩陣大致覆蓋像素矩陣，所述透鏡矩陣相對于所述像素矩陣在X 方向和y方向上偏移，所述透鏡矩陣中的每一個透鏡與所述像素矩陣中的多個像素相關 聯， 其中 每個透鏡投射跨越一角度范圍的多個光束，每個光束跨越固定的角度范圍，每個光束 的所述固定的角度范圍的總和總計是所述透鏡的角度范圍，每個透鏡產生每個光束之間的 過渡角集；并且 由于所述透鏡矩陣與所述像素矩陣之間的X偏移和y偏移產生了所述透鏡矩陣內透鏡 與透鏡之間的偏移過渡角集，因此相鄰的透鏡投射彼此定向偏移。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述透鏡矩陣內的透鏡為長方形。
11. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述透鏡矩陣內的透鏡為六邊形。
12. -種三維（3D)連續(xù)顯示系統，包括： 多個投射束，每個投射束包括多個發(fā)光器件，每個發(fā)光器件用于投射跨越一角度范圍 的定向光束，每個光束的角度范圍的總和總計是所述投射束的角度范圍，每個投射束具有 過渡角集，所述過渡角由兩個光束疊合處的角度定義，相鄰投射束之間的過渡角集被偏移。
13. 根據權利要求12所述的三維（3D)連續(xù)顯示系統，投射束內的發(fā)光器件用于投射跨 越不相同的角度范圍的定向光束。
14. 根據權利要求12所述的三維（3D)連續(xù)顯示系統，投射束內的發(fā)光器件用于投射跨 越相同的角度范圍的定向光束。
15. 根據權利要求12所述的三維（3D)連續(xù)顯示系統，所述發(fā)光器件包括光纖。
16. 根據權利要求12所述的三維（3D)連續(xù)顯示系統，所述發(fā)光器件包括發(fā)光二極管 (LED)。
【文檔編號】G02B27/22GK104272171SQ201280072793
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2012年4月30日 優(yōu)先權日:2012年4月30日
【發(fā)明者】阿米爾·賽德 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)