自動立體顯示設備及顯示圖像的方法
【專利說明】自動立體顯示設備及顯示圖像的方法
[0001]本申請要求享受于2012年10月29日申請的美國專利申請N0.13/662635的優(yōu)先權，此處通過引用其全文的方式合并其內容。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及自動立體顯示設備，以及，更具體地，涉及用于減少存在于自動立體顯示設備中的視覺缺陷的裝置和方法。
【背景技術】
[0003]自動立體顯示設備能在觀看者不使用特殊的頭飾或眼鏡時產生三維(3D)效果。雖然有許多用于實現自動立體顯示設備的方法，但這些方法通常會引起能被觀看者感受到的視覺缺陷，并且會使觀看者難以清晰地在較長時間內從不同的觀看角度或位置等看到具有令人滿意的品質的3D圖像。從而，需要改進現有的自動立體顯示設備技術中存在的缺陷。

【發(fā)明內容】

[0004]在一個示例性的方面，自動立體顯示設備包括像素圖像源、透鏡元件和分光元件。像素圖像源沿著像素平面設置并包括像素矩陣和基本填充了像素圖像源的剩余部分的暗區(qū)域。該矩陣由子像素的行和列形成，且每個像素都由一紅色子像素、一綠色子像素和一藍色子像素所限定。這些子像素沿著每一列具有相同的顏色，并且沿著每一行按照紅、綠和藍的順序設置。透鏡元件位于像素平面和觀看者平面之間。觀看者平面被定義為一個平面，觀看者的第一只眼和第二只眼都位于這個平面上。透鏡元件包括多個柱透鏡，并與像素圖像源相鄰設置，從而每個柱透鏡在基本相等面積的暗區(qū)域上延伸。分光元件位于像素平面和觀看者平面之間。分光元件和透鏡元件被構造為使第一只眼觀看相對于觀看者位于每個柱透鏡后方的沿著第一平行線設置的第一子像素，而第二只眼則觀看位于每個柱透鏡后方的沿著第二平行線設置的第二子像素。第一平行線和第二平行線與柱透鏡平行。第一平行線彼此間隔，使得第一平行線在每一行中的相鄰的三個子像素上延伸。第二平行線彼此間隔，使得第二平行線在每一行中的相鄰的三個子像素上延伸。第一子像素被構造為顯示第一圖像成分，第二子像素被構造為顯示第二圖像成分。
[0005]在另一個示例性的方面，提供了一種對觀看者顯示圖像的方法。該方法包括沿著像素平面提供像素圖像源的步驟。該像素圖像源包括像素矩陣和基本填充了像素圖像源的剩余部分的暗區(qū)域。該矩陣由子像素的行和列形成。每個像素都由一紅色子像素、一綠色子像素和一藍色子像素所限定。這些子像素沿著每一列具有相同的顏色，并且沿著每一行按照紅、綠和藍的順序設置。該方法還包括在像素平面和觀看者平面之間提供透鏡元件的步驟。觀看者平面被定義為一個平面，觀看者的第一只眼和第二只眼都位于這個平面上。透鏡元件包括多個柱透鏡。透鏡元件與像素圖像源相鄰設置，從而每個柱透鏡在基本相等面積的暗區(qū)域上延伸。該方法還包括在像素平面和觀看者平面之間提供分光元件的步驟，使得第一只眼觀看相對于觀看者位于每個柱透鏡后方的沿著第一平行線設置的第一子像素，而第二只眼則觀看相對于觀看者位于每個柱透鏡后方的沿著第二平行線設置的第二子像素。第一平行線和第二平行線與柱透鏡平行。第一平行線彼此間隔，使得第一平行線在每一行中的三個相鄰的子像素上延伸。第二平行線彼此間隔，使得第二平行線在每一行中的三個相鄰的子像素上延伸。第一子像素被構造為顯示第一圖像成分，第二子像素被構造為顯示第二圖像成分。
【附圖說明】
[0006]參照附圖對下面的具體描述進行閱讀，可以更好地理解這些方面和其他方面，其中:
[0007]圖1為傳統(tǒng)的自動立體顯示設備中的元件的頂視示意圖；
[0008]圖2示出了像素圖像源的示例性的實施例的示意圖，其中，由子像素顯示的圖像是基于本領域技術人員所熟知的觀看者的位置進行調整；
[0009]圖3為自動立體顯示設備的第一示例性實施例的前視示意圖，其中，透鏡元件相對于像素圖像源的列旋轉一角度，且其中，第一視線和第二視線被分光元件分別分成第一平行線和第二平行線；
[0010]圖4是自動立體顯示設備的第二示例性實施例的前視示意圖，其中，透鏡元件平行于像素圖像源的列，且其中，第一視線和第二視線被分光元件分別分成第一平行線和第二平行線；
[0011]圖5是自動立體顯示設備的橫截面示意圖，該自動立體顯示設備包括透鏡元件、第一實施例的分光元件和像素圖像源；和
[0012]圖6是自動立體顯示設備的橫截面示意圖，該自動立體顯示設備包括透鏡元件、第二實施例的分光元件和像素圖像源。
【具體實施方式】
[0013]下文將參照表示示例實施方式的附圖對一些示例進行更全面地描述。只要有可能，相同的附圖標記在全部附圖中用于指代相同或相似的部件。然而，這些方面可以體現為許多不同的形式，并且不應被理解為是對本文所提出的實施方式所做的限制。
[0014]參見圖1，示意性地示出了傳統(tǒng)的自動立體顯示設備100中的某些部件的頂視圖。該傳統(tǒng)的自動立體顯示設備100可包括屏幕(圖中未示出)，例如玻璃罩，沿著像素平面104設置的像素圖像源102，包括一排由沿著光學平面108的箭頭所表示的柱透鏡122的透鏡元件106，以及被構造來調節(jié)像素圖像源102的內容的處理器109。觀看者的第一只眼110和第二只眼112位于觀看屏面114上，其可處于距離傳統(tǒng)的自動立體顯示設備100給定距離處。因此，像素圖像源102相對于觀看者的視角，或從觀看者的視角出發(fā)，位于透鏡元件106后方。透鏡元件106的存在使得第一只眼110和第二只眼112能看到略有不同的圖像，這些圖像可產生圖1所示的3D效果。光學平面108位于像素平面104和觀看者平面114之間，但是，不像圖1中所示的那樣，光學平面和像素平面之間的距離可比光學平面和觀看者平面之間的距離(即，圖1中由箭頭表示的觀看距離D)小幾個數量級。應當注意，可以使用視差屏障代替透鏡元件106。
[0015]像素圖像源102可由像素116的矩陣形成，其中每個像素116都由一紅色子像素118a、一綠色子像素118b和一藍色子像素118c構成。該矩陣可被設置成沿著像素平面104延伸的列和行，其中每列都包括相同顏色的子像素118，且其中子像素118沿著每行按照紅、綠和藍的順序設置。每個子像素118都可被暗區(qū)域120包圍，這樣使得暗區(qū)域120填充相鄰子像素118之間的區(qū)域，從而填充像素圖像源102的剩余部分。
[0016]具有前述結構的像素圖像源102可被描述成具有給定值的子像素占空比，該占空比是通過使子像素118的寬度除以像素116的間距而計算出的，其中該間距是沿著矩陣的行方向測得的。通常，像素116的間距包括由子像素118之間的暗區(qū)域120產生的間隔。在一個實施例中，子像素118可被暗區(qū)域120間隔開，從而像素圖像源102的子像素占空比為
0.25 或 25%o
[0017]自動立體顯示設備被構造成使得通過每個柱透鏡122，第一只眼110看到第一圖像成分而第二只眼112看到第二圖像成分。此外，眼睛110和112看到沿著平行于柱透鏡122的線設置的子像素118。特別地，在圖1所示的傳統(tǒng)的顯示設備100中，通過如圖2所示的單個的柱透鏡122，第一只眼110看到沿著第一條線124(即，第一圖像成分的一部分)設置的子像素118，而第二只眼112看到沿著第二條線126(即，第二圖像成分的一部分)設置的子像素，第二條線126相鄰于第一條線124設置。從而，線124、126可被稱為視線。
[0018]通過下列公式，視線124、126之間的間隔可被計算:dy = F*E/D計算第一個近似值，其中，dy是像素平面中視線124、126之間的距離，F是透鏡(例如，柱透鏡122)的焦距，E是觀看者的眼睛之間的距離，而D是觀看距離(即，從觀看者平面到光學平面(或像素平面)的距離)。
[0019]在傳統(tǒng)的自動立體顯示設備100中，當柱透鏡122被置于像素圖像源102前方時，像素圖像源102中的暗區(qū)域120可引起需要被處理的視覺缺陷。如果相對于觀看者在每個柱透鏡122后方的暗區(qū)域120的面積不相等，觀看者會體驗到被稱作莫爾效應的缺陷，其可被描述為橫跨像素圖像源顯示的圖像的周期性的強度變化。為了減少莫爾效應，柱透鏡106應圍繞著像素圖像源102配置，從而，位于每個柱透鏡122后方的暗區(qū)域120的面積相等或實質上相等。實現這個目標的一個方式是旋轉透鏡元件106，從而柱透鏡122相對于像素圖像源102的列成一角度。例如，柱透鏡106可相對于像素圖像源102旋轉，從而視線124、1