CN101278566B - 应用光阻挡特征的对于透镜结构的改良 - Google Patents

Abstract

揭示了一种自动立体显示设备(104，200，301，401，501)，其包括配置成对从光源(201，302)发出的光进行导向和控制的透镜装置(203，305，402，502)。透镜装置包括由透镜元件(204，306，403，503)构成的阵列，所述透镜元件阵列包括面向从所述光源入射的光的第一表面和面向从自身射出的光的第二表面。这种设备还包括将通过所述透镜元件的光限制成只在所述透镜元件的所希望的部分通过的光吸收重复图案(507，517)，所述光吸收重复图案施加在所述透镜装置的所述第二表面上。还揭示了将这种自动立体显示设备用于3D显示和/或多视图静态或动态显示的情况。

Description

应用光阻挡特征的对于透镜结构的改良

技术领域

本发明涉及一种包括被配置成对从光源发射的光进行导向和控制的透镜装置的自动立体显示设备。本发明尤其涉及应用光吸收重复图案，将通过所述透镜元件的光限制成只在所述透镜元件的所希望的部分通过。本发明还涉及将这样的显示设备用于3D显示和/或多视图静态或动态显示。

背景技术

三维成像在今天已是众所周知的技术。然而，三维成像在传统上一直被形成为立体图像，用户必须戴着一种对光进行分离透射的光控装置，尤其是眼镜进行观看，以便获得三维效果。

近期的进展表明，能够制造本身具有3D能力的显示器，从而不需要用户再戴附加装置。自动立体显示就是一种这样的技术。

自动立体显示的一个例子是基于沿不同方向引导从二维显示像素阵列发出的光。不同方向上的光造成轻微的角度分离，使得图像在人的稍分开的眼睛中看来呈现为三维图像。将来自不同区域的光分开的一种技术是使用视差栅格(parallax barrier)。视差栅格通过交替的透明和不透明的区域(诸如由暗区分隔的缝隙或透光线)使光的方向分开。分光技术的另一个例子是在显示装置前使用透镜。从子像素发出的光通过透镜(lens，或记为lenticular)会聚到某一方向，因此避免了与基于栅格的设备相关的光损耗。

根据透镜的配置，显示器的子像素再被分成预定数目个不同的子集或视图。这些视图的分离程度也取决于透镜配置，换言之，在一个观看位置的观看者可以看见多少个相邻的视图也取决于透镜配置。例如，在具有由相对垂直方向的倾斜角为atan(1/6)、水平间距为1.5个显示像素的柱面微透镜构成的透镜的配置中，在理想情况下，理论上可以看见三个视图。图像部分交叠的效果通常称为“串扰”，这是这样的系统所希望具有的特性，因为完全没有串扰的系统在一定的眼睛位置会出现一个个单独视图的突然切换，从而导致在眼睛横向移动的情况下画面发生跳跃。

减小散射光的一种方式是阻挡来自显示器的一部分的光，例如用黑条纹来改善CRT和矩阵显示器或者在背投TV的透镜内的日光反差。

US 5,359,454揭示了一种包括外层和内层两个光学层的显示设备。外层包括用于聚焦光的光学器件，而内层包括用于光控制的光学元件。所述用于光控制的光学元件包括与外层的轴向平行设置的亮区图案。这些亮区由吸收光或分散光的暗区分开。这样，就可以限制发光源所选区域发出的光的光方向控制功能。然而，显示器的这些区域引起的串扰并不是串扰的唯一来源。

由于各种原因，串扰量实际上比理想情况的大，甚至大许多。此外，没有一个观看位置使某个视图具有零可见度。其结果是，图像的质量随着清晰度的降低而降低，尤其是在3D成像中。此外，在用于从两个不同的角度给出完全不同的画面的应用中，这变成一个问题，比如两个人坐在一个长沙发椅上，各自收看不同的节目。

要采取适当措施来克服串扰带来的问题，了解引起过量串扰的原因是必要的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是克服现有技术解决方案的缺点，特别是克服引起过量串扰的原因。此外，本发明的另一个目的是减小视角与串扰的相关性。此外，本发明又一个目的是提供一种经改善的易于生产的透镜屏。

本发明基于如下认识，即在紧邻微透镜边沿处，通过微透镜的光可能是由于透镜制造不理想而有一些“错误的部位”引起的。在理想的透镜内，这些微透镜以锐利、清晰的边沿相交，使得通过两个微透镜相交线任一侧且邻近相交线的光线是来自发射显示器的两个截然不同的区域。然而，如果相交沿不锐利，如可能由于各种生产原因而出现的那样，一些射线将到达这两个区域之间的所有中间点。

按照本发明，提供了一种自动立体显示设备，这种设备包括被配置成对从光源发射的光进行导向和控制的透镜装置，所述透镜装置包括由透镜元件构成的阵列，所述透镜元件的阵列包括面向从所述光源入射到其上的光的第一表面和面向从自身射出的光的第二表面，所述设备还包括将通过所述透镜元件的光限制成只在所述透镜元件的所希望的部分通过的光吸收重复图案，所述光吸收重复图案被施加到所述透镜装置的所述第二表面上。

这样，通过阻挡那些否则会穿过微透镜上的“不良”位置的光，拦截住这些错误的射线，就不会增加视图之间的串扰。

不理想的透镜的凹部形状还可以是更为随机的使光散射的类型，使得光线来自错误的位置。

施加这种光吸收重复图案的第二个优点是：还减小了由诸如球面像差之类的“正常”透镜像差引起的串扰。这样，光吸收重复图案起着孔径光阑的作用，从而有效地减小了视图串扰。

此外，通过将光吸收材料直接与透镜接合，可以改善透镜与光吸收重复图案之间的对准。因此，这种特性在生产过程中是特别希望的。

按照本发明的第二实施例，透镜元件部分包括透镜元件的中央部分或区段。词语“中央”在这里应理解为沿离开在各个透镜元件相交处产生的凹部的方向。

因此，涂层的大小和位置可以优化成：在经改善的串扰特性与保留的屏亮度之间得到最佳折衷。

按照本发明的第三实施例，光吸收重复图案包括被直接施加到透镜元件上的基本上呈黑色的条纹。有利的是，在透镜元件之间的凹部内施加黑条纹。这样，不但可以改善透镜的光学性能或视图串扰，而且还可以获得高的精度。此外，亮度只减小与黑条纹的填充系数相应的量，因此使亮度降低减到最小。

按照本发明的第四实施例，借助于网版印刷和/或喷墨印刷施加光吸收重复图案。因此，可以进行高效率、精确的制造。

按照本发明的第五实施例，光吸收重复图案包括电可切换图案。因此，可以控制光吸收的效果。

本发明的另一个目的是通过避免透镜元件与处在透镜元件前的玻璃板之间直接的光学接触来改善自动立体显示设备的光学特性。

这个目的是用如在以上任何一个实施例中所述的自动立体显示设备来实现的，其中光吸收重复图案还在透镜元件与第二表面前的玻璃板之间提供间隙。

由于间隙使微透镜与玻璃板之间避免了直接的光学接触，从而改善了系统的光学特性。这样就减小了诸如由于抗反射涂层而引起的牛顿干涉带和效率降低之类的光学缺陷。

本发明的又一个目的是将如在以上任何一个实施例中所述的自动立体显示设备用于3D显示和/或多视图静态或动态显示。

附图说明

下面将只是示例性地结合附图对本发明的实施例进行说明，在这些附图中：

图1示意性地示出了按照本发明的自动立体显示设备的方框图；

图2示意性地示出了按照本发明的显示装置的层的一个实施例的透视图；

图3示意性地示出了透镜屏结构的截面图；

图4a)和b)分别示意性地示出了按照本发明的一个实施例的透镜屏结构的截面图和局部放大图；以及

图5a)、b)和c)分别示意性地示出了按照本发明的一个实施例的显示装置的层的截面图、局部放大图和经修改的实施例。

具体实施方式

图1示意性地示出了在其中实施了本发明的自动立体显示设备101。设备101能处理产生图像的信号。设备101包括处理器102、存储器103、显示装置104、控制单元105以及接收来自诸如计算机之类的外部设备(未示出)的信息信号的输入/输出单元106。关于这些单元如何通信及工作的一般特征对于所属技术领域的专业人员来说是众所周知的，因此不进一步说明。

图2为按照本发明的显示装置200的示意图。显示装置200可以与图1所示的设备101内的显示装置104类似。显示装置104包括光源201、矩阵LC显示器202和透镜装置203。透镜装置203包括用于折射从LC显示器202发出的光的透镜元件204。光源201照射包括排列成行和列的矩阵的像素205的LC显示器202。来自光源201的光照射LC显示器202并通过这些透镜元件传播。优选的是，透镜装置包括一个透镜屏。

这样的显示装置的一种配置是包括柱面透镜或微透镜的透镜，这些柱面透镜相对垂直方向的倾斜角为atan(1/6)、水平间距为1.5个显示像素(＝标准的RGB型LCD显示器的4.5个子像素)，其结果是，将显示子像素再分为9不同的子集或如观看者所看到的视图。

图3为诸如上面所说明的显示装置104和200之类的显示装置301的一个小区域的示意性截面图。显示装置301包括光源302和包括像素304的LC显示器303。如观看者350所见，透镜装置305被配置在显示器前，包括透镜元件306。在透镜元件前再配置一个玻璃板307。透镜元件306可以包括LC材料(未示出)，而透镜元件306与玻璃板307之间的剩余空间可以填充以塑料材料(未示出)。图中，涂层308直接涂到凸透镜的凹部上(这里用指向显示玻璃与透镜之间的中间玻璃板的凸侧面表示)。当然，也可以用所属技术领域的专业人员所知的施加涂层的其他适当替换方案。

图4a)和b)分别示出了显示装置401、411的一个小区域的示意性截面图和局部放大截面图。由图4可见，透镜层402包括透镜元件403、玻璃板404和凹部405。理想的是，所生产的透镜元件应该以实质上锐利、清晰的角度相交，使光线在相交沿的任意一侧、靠近该相交沿通过。然而，由于生产原因，透镜元件实际上具有光线406和416通过的光滑的相交沿。

图5示出了按照本发明的显示装置501的一个小区域的示意性截面图。由图可见透镜层502包括透镜元件503、玻璃板504和凹部505。图5a)示出了光吸收重复图案怎样限制光进入某些不希望的区域。图5b)示出了施加了光吸收条纹507的更加详细的视图506。图5c)示出了在透镜层502与玻璃板504之间也提供了间隙的光吸收图案517的详细视图。

提供图4和5中所标的这些数字是为了让人了解典型的测量。单位是mm，发射表面处在纵坐标z＝0mm处，而观看位置处在z＝-3000mm、x＝500mm处。

因此，概括地说，包括光折射透镜或微透镜重复图案的透镜屏与光吸收重复图案一起将通过微透镜的光限制成只在微透镜的所希望的(通常为中央的)部分通过。实现这种光阻挡特征的一种可能方式是通过网版印刷或喷墨印刷将黑条纹或涂层直接施加到透镜上。涂层的大小和位置可以优化成使在经改善的串扰特性与保留的屏亮度之间得到最佳折衷。另一种可能的方式是使用与用于2-视图3D监视器的可切换视差栅格相似的电可切换的图案。如果微透镜本身是可切换的，那么可以对光吸收特征的位置或吸收量进行切换是重要的。

虽然就用于自动立体显示技术领域的情况对本发明进行了一般说明，但还可以设想，本发明还可以与立体显示或其他显示系统相连实现。此外，虽然是利用针对图像生成的背光照明来对本发明进行说明的，但是如熟悉该技术领域的人员所知，也可以使用其他可选方案。

所属技术领域的专业人员可以理解，本发明决不局限于上面所说明的这些优选实施例。相反，在所附权利要求书所给出的范围内许多修改和变动都是可行的。

Claims (6)

1.一种包括被配置成对从光源(201，302)发出的光进行导向和控制的透镜装置(203，305，402，502)的自动立体显示设备(104，200，301，401，501)，所述透镜装置包括由透镜元件(204，306，403，503)组成的阵列，所述透镜元件的阵列包括面向从所述光源入射的光的第一表面和面向从自身射出的光的第二表面，所述设备还包括将通过所述透镜元件的光限制成只在所述透镜元件的部分通过的光吸收重复图案(507，517)，所述光吸收重复图案是被施加到所述透镜装置的所述第二表面上的，其中所述透镜元件的所述部分包括透镜元件的中央部分或区段，其中所述中央是在沿离开在各个透镜元件相交处产生的凹部的方向上。

2.如在权利要求1中所述的自动立体显示设备，其中所述光吸收重复图案包括被直接施加到所述透镜元件上的基本上呈黑色的条纹(507)，并且其中所述黑条纹被施加在所述透镜元件之间的凹部内。

3.如在权利要求1中所述的自动立体显示设备，其中通过网版印刷和/或喷墨印刷施加所述光吸收重复图案。

4.如在权利要求1中所述的自动立体显示设备，其中所述光吸收重复图案包括电可切换图案。

5.如在权利要求1中所述的自动立体显示设备，其中所述的光吸收重复图案在所述透镜元件与所述第二表面前的玻璃板之间还提供间隙。

6.如在权利要求1中所述的自动立体显示设备在3D显示和/或多视图静态或动态显示中的使用。

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