CN102281454B - 立体图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及立体图像显示装置。该立体图像显示装置检测多个观看者中的移动的观看者的移动，并且使得即使这些移动的观看者改变了位置，所述多个观看者也能够观察立体图像，该立体图像显示装置包括：显示板，对应于用于发射二维图像的一个可切换区，该二维图像的数量大于N个视角(视差)的数量，N是超过3的自然数；可切换板，位于所述显示板上，用于在向其施加电压时将所述二维图像转换成三维图像，并且用于发射所述三维图像；检测单元，其用于检测移动的观看者在多个视角之间的移动和该移动的观看者的最终位置；以及控制单元，该控制单元用于根据所述移动的观看者的所述移动和所述最终位置来输出用于改变所述二维图像的视角的控制信号。

Description

立体图像显示装置

技术领域

本发明涉及立体图像显示装置，并且更具体地说，涉及这样的立体图像显示装置，其使得多个观看者能够在不使用眼镜的情况下观察立体图像，并且具体来说，通过检测这些观看者的移动，即使观看者改变了位置也能观察该立体图像。

背景技术

现在，希望用于实现基于高速数据通信网络建立的高速数据传输的服务从简单收听和讲话服务(如现行电话)向观看和收听服务(即，通过按高速处理字符、话音以及图像数据的数字终端的多媒体服务)发展，并且希望最终向超空间型真实三维数据通信服务(即，逼真且三维地观看、感受，以及欣赏超越时间和空间的服务)发展。

一般来说，三维立体图像基于双眼的立体视觉原理来实现。因为双眼之间存在大约65mm的间隔，所以左眼和右眼因双眼之间的位置差异而感觉到稍微不同的图像。这种因双眼之间的位置差异而造成的图像差异被称为双目视差。

三维立体图像显示装置利用双目视差而使得左眼能够仅观察与左眼相对应的图像，而右眼能够仅观察与右眼相对应的图像，由此使得观看者能够感受三维效果。即，左/右眼分别观察不同的二维图像，并且在通过视网膜将这两个图像传递至大脑时，大脑正确地组合这两个图像并且再现原始三维图像的深度感和真实性。这种能力通常被称为立体摄影术(立体视觉)，并且应用立体摄影术的显示装置被称为立体图像显示装置。

立体图像显示装置根据是否需要眼镜而划分成眼镜型和自动立体视觉型。而且，自动立体视觉型显示装置根据实现三维图像的结构的形状而划分成双凸透镜型和可切换板型。

双凸透镜型立体图像显示装置包括接合至显示板的半圆柱双凸透镜片，并由此实现立体图像。可切换板型立体图像显示装置包括设置在发射二维图像的显示板上的可切换板，以将该二维图像转换成三维图像，并由此实现立体图像。可切换板型立体图像显示装置划分成可切换栅栏型(switchable barrier type)和可切换液晶透镜型。

图1是例示普通可切换栅栏型立体图像显示装置的图。

如图1所示，栅栏10和狭缝15交替地排列在具有分别与观看者的右眼RE和左眼LE相对应的右眼图像信息R和左眼图像信息L的显示板5的前方，并由此通过狭缝15将右眼图像信息R输入至观看者的右眼RE，而将左眼图像信息L输入至观看者的左眼LE。如上所述，将右眼图像信息R输入至观看者的右眼RE而将左眼图像信息L输入至观看者的左眼LE的区域被称为正立体视觉区。

对于上述具有两个视角(two views)(视差)的普通可切换栅栏型立体图像显示装置的情况来说，即使观看者仅仅是稍微移动，该观看者也会移动至将左眼图像信息L输入至该观看者右眼RE而将右眼图像信息R输入至该观看者左眼的逆立体视觉区，并由此不能观察该立体图像。

发明内容

因此，本发明致力于提供一种立体图像显示装置。

本发明的一个目的是提供这样一种立体图像显示装置，即，其使得多个观看者能够观察立体图像，特别是，通过利用用户跟踪技术检测观看者的移动，使得观看者即使改变位置也能够观察到立体图像。

为了实现这个目的和其它优点，并且根据本发明的目的，如在本文具体实施和广泛描述的，提供了一种立体图像显示装置，其包括：显示板，该显示板对应于用于发射二维图像的一个可切换区，所述二维图像的数量大于N个视角(视差)的数量(N是超过3的自然数)；可切换板，该可切换板位于所述显示板上，在被施加电压时用于将所述二维图像转换成三维图像，并且用于发射所述三维图像；检测单元，该检测单元用于检测移动的观看者在多个视角中的移动和该移动的观看者的最终位置；以及控制单元，该控制单元用于根据所述移动的观看者的所述移动和所述最终位置来输出用于改变(shift)所述二维图像的视角的控制信号。

所述可切换板可以包括：彼此相对地设置的第一基板和第二基板；多个第一电极，所述多个第一电极与所述一个可切换区相对应地形成在所述第一基板上；形成在所述第二基板的第二电极；以及电压源，该电压源用于向所述多个第一电极和所述第二电极施加电压。

可以通过向所述多个第一电极和所述第二电极施加所述电压而在所述可切换板的液晶层中形成抛物线势(parabolic potential)。

可以通过向所述多个第一电极和所述第二电极施加所述电压而将所述可切换板的液晶层划分成黑色区和白色区。

所述可切换板还包括形成在所述第二基板上的偏光片。

所述电压源可以向与所述一个可切换区相对应的所述多个第一电极施加电压，该电压从所述一个可切换区的中心起向其两侧增加。

所述控制单元可以根据所述移动的观看者的所述移动和所述最终位置输出用于改变(shift)施加至所述多个第一电极的所述电压的电压控制信号。

所述电压控制信号可以改变所述二维图像的所述视角，使得连续视角对应于已经移动的所述观看者的双眼。

所述检测单元可以通过所述移动的观看者的瞳孔或面部的一部分与背景色之间的差异来检测所述移动的观看者的所述移动。

如果所述多个视角之间的间隔是所述观看者双眼之间的间隔/M，则(N-1)/M(M是超过2的自然数)个观看者可以同时观察一立体图像。

应注意到，本发明的前述一般描述和下面的详细描述都是示范性和解释性的，并且旨在提供对如要求保护的本发明的进一步阐释。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入并构成本申请的一部分，例示了本发明的实施方式，并与本描述一起用于解释本发明的原理。在图中：

图1是例示普通可切换栅栏型立体图像显示装置；

图2是例示立体图像显示装置的四个视角(视差)的图；

图3是根据本发明的立体图像显示装置的框图；

图4是图3的可切换板的截面图；

图5是例示根据本发明第一实施方式的立体图像显示装置的图；

图6A和6B是例示根据本发明第二实施方式的立体图像显示装置的图；

图7是例示根据本发明第三实施方式的立体图像显示装置的图；

图8是例示根据本发明的立体图像显示装置的用户跟踪方法的图；以及

图9是根据本发明的、其中已经改变了液晶的排布结构的可切换板的截面图。

具体实施方式

在通常具有两个视角(视差)的可切换栅栏型立体图像显示装置中，如果要使观看者即使移动至其中该观看者原本不能观察立体图像的区域，该观看者也可以观察该立体图像，则需要大于三个视角的多视角要求。

这里，视角是立体图像的单位，并且为了实际上感受三维效果，一只眼睛需要位于各自的视角中。例如，根据观看者的移动而观察正立体图像或逆立体图像(假设实现四个视角)将如下所述。

图2是例示立体图像显示装置的四个视角的图。

如图2所示，按视角1、视角2、视角3、视角4、视角1、…的次序定位视角，并且观察该具有四个视角的立体图像显示装置的观看者可以在连续视角1与2之间、连续视角2与3之间、以及连续视角3与4之间的正立体视觉区中观察立体图像，但不能在断续的视角4与视角1之间的逆立体视觉区中观察的立体图像。

因此，可以感测观看者的瞳孔或面部的移动，并接着可以将观看者所在的逆立体视觉区转换成正立体视觉区，使得该位于逆立体视觉区中的观看者可以观察立体图像。然而，这描述了感测一个观看者的移动的方法，而且这种方法不能应用于由多个观看者观察的、诸如TV的显示器。

下面，参照附图，对根据本发明的立体图像显示装置进行详细描述。

图3是根据本发明的立体图像显示装置的框图。

如图3所示，本发明的立体图像显示装置包括：显示板320，该显示板对应于用于发射二维图像的一个可切换区，该二维图像的数量大于N个视角(视差)的数量(N是自然数)；可切换板340，该可切换板位于显示板320上，用于在向其施加电压时将二维图像转换成三维图像，并且用于发射三维图像；检测单元300，该检测单元用于检测移动的观看者在多个视角当中的移动，和该移动的观看者的最终位置；以及控制单元310，该控制单元用于根据移动的观看者的移动和最终位置来输出用于改变二维图像的视角的控制信号。

在使得多个观看者能够观察立体图像的立体图像显示装置中，多个观看者当中的、位于逆立体视觉区中并由此不能观察立体图像的一观看者可以改变位置，以便观察该立体图像。而且，可能存在位于正立体视觉区中并将位置不小心地改变至逆立体视觉区的观看者。

因此，在本发明的立体图像显示装置中，可切换板340的液晶可以重新排列，使得位于逆立体视觉区中的观看者将位置改变至正立体视觉区，以观察立体图像。

首先，检测单元300优选为各种检测器(如用于识别颜色和位置的摄像机或红外传感器)中的任一种，以识别其位置改变的观看者的移动，和这些观看者最终所位于的区域。例如，如果检测单元300是摄像机，则该摄像机被安装在显示板320或可切换板340上，并且通过识别移动的观看者的瞳孔或头部或者通过各种其它方法来检测该观看者的最终位置。

如果摄像机感测观看者瞳孔的移动，则当该观看者改变位置时，该摄像机检测该观看者的右眼瞳孔与左眼瞳孔之间的中心位置并且识别该中心位置的变化。而且，如果摄像机感测观看者头部的移动，则当该观看者转动他/她的头部或者移动时，该摄像机通过头部与背景色之间的差异来识别该观看者的移动，并且由此检测该观看者的最终位置。

此后，当检测单元300检测到观看者的移动时，控制单元310输出控制信号，以调节图像信号之间和电压信号之间的差，使得连续视角对应于最终位置处的观看者的双眼。

首先，控制单元310输出电压控制信号，以调节施加至用来向可切换板340的液晶施加电压的电压源330的电压信号，由此移动从显示板320发射的二维图像的视角。

电压源330用于向可切换板340的第一电极和第二电极(未示出)施加电压。如果可切换板340是可切换液晶透镜型，则该可切换板340的液晶根据从电压源330向该可切换板340的第一电极和第二电极(未示出)施加的电压信号来排列，并且在液晶之间出现光路差，由此允许液晶层具有透镜效果。

当按这种方式调节电压信号时，可切换板340的液晶透镜因施加至第一电极(未示出)的电压的移动而移动，使得观看者的最终位置位于正立体视觉区中，由此使得该观看者能够观察该立体图像。这里，液晶透镜实际上不移动，但由于液晶之间的折射率差异而看上去该透镜移动了。

如果可切换板340是可切换栅栏型，则还在可切换板340上设置偏光片。可切换板340的液晶根据从电压源330向该可切换板340的第一与第二电极(未示出)施加的电压信号排列，并由此反转多个黑色区与多个白色区，由此使得已经改变位置的观看者能够观察该立体图像。

显示板320是显示二维图像的平板显示装置，如液晶显示装置、有机发光显示装置、等离子显示板、或场发射显示装置。

控制单元310调节图像信号之间的差，使得显示板320再现图像，由此尽管观看者改变位置，也使得该观看者能够观察立体图像。

图4是图3的可切换板340的截面图。

参照图4，可切换板340包括：彼此相对地设置的第一基板110和第二基板120、针对第一基板110上的一个可切换区以相同间隔彼此隔开的多个第一电极111和112、形成在第二基板120的整个下表面上的第二电极121、向第一电极111和112施加不同电压的电压源(未示出)、以及填充第一基板110与第二基板120之间的间隙的液晶层130。而且，还可以设置第一和第二配向膜115和122。

在上述立体图像显示装置中，向所述多个第一电极111和112施加不同电压，并由此根据位置由不同电场驱动液晶层130。

如果可切换板340是可切换液晶透镜型，则向所所述多个第一电极111和112施加从一个可切换区的中心起向其两侧增加的电压。而且，该液晶根据电压信号排列，并由此液晶之间出现光路差异，使得液晶层130具有透镜效果，从而观看者可以观察立体图像。

另一方面，如果可切换区340是可切换栅栏型，则液晶根据施加至所述多个第一电极111和112的电压信号排列，并由此将液晶层130划分成黑色区和白色区，由此使观看者能够通过白色区观察立体图像。在这种情况下，还可以在第二基板120上设置偏光片。

在上述立体图像显示装置中，如果观看者位于逆立体视觉区中，则观看者不能观察到立体图像。例如，因为视角4和视角1断续，并由此视角4和1所位于的区域是观看者不能观察立体图像的逆立体视觉区。

因此，当位于逆立体视觉区中的观看者移动至另一位置以便观察立体视觉区时，检测单元300识别移动的观看者的瞳孔或头部，并且改变施加至所述多个第一电极111和112的电压，使得观看者所位于的区域变为正立体视觉区，由此，将断续的视角4和视角1转换成连续的视角1和视角2。

图5是例示了根据本发明第一实施方式的立体图像显示装置的图。

在根据第一实施方式的立体图像显示装置中，如图5所示，按视角1、视角2、视角3、视角4、视角1、…的次序排列四个连续视角，而且视角之间的间隔为与人双眼之间的间隔相似的65mm，并且一个视角对应于观看者双眼之间的间隙。

参照图5，三个观看者分别位于连续视角1与2之间、连续视角2与3之间、以及连续视角3与4之间的正立体视觉区中，并且如果显示板320(图3中)与观看者之间的距离是规则的，则观看者可以观察立体图像。

图6A和图6B是例示根据本发明第二实施方式的立体图像显示装置的图。图6A例示了具有四个连续视角的立体图像显示装置，而图6B例示了具有九个连续视角的立体图像显示装置。而且，如图6A和图6B所示，设置在观看者双眼之间的视角数为两个，并且视角之间的间隔为65mm/2。

参照图6A，当两个观看者α、β分别位于连续视角1与3之间和连续视角2与4之间的正立体视觉区中时，观看者α、β可以观察立体图像。在这种情况下，两个观看者在他们分别固定在视角1与视角3之间和连续视角2与视角4之间的正立体视觉区上时可以观察立体图像。然而，如果两个观看者α、β中的一个移动，则不存在满足两个观看者α、β同时位于正立体视觉区中的条件。在示例中，当观察视角1和3的观看者α没有移动而观察视角2和4的观看者β移动时，因为根据移动的观看者β的移动来执行跟踪，所以不存在满足两个观察者都位于正立体视觉区中的观看条件。如果移动的观看者β移动成至对应于视角3与1，则执行跟踪并接着执行从视角3与视角1至视角1与视角3的切换视角。在跟踪和切换之后，固定观看者α观察到视角4与视角2。在这种情况下，固定观看者α位于逆立体视觉区中，因此，固定观看者α不能观察立体图像。因此，如果立体图像显示装置具有四个连续视角并且视角之间的间隔为65mm/2，则仅位于视角1与视角3之间或视角2与视角4之间的正立体视觉区中的一个观看者可以随着跟踪而观察立体图像。

按相同方式，如果立体图像显示装置具有九个连续视角并且视角之间的间隔为65mm/2，则如图6B所示，仅位于视角1与3、视角3与5、视角5与7，以及视角7与9之间的正立体视觉区中的四个观看者可以观察立体图像。

即，参照第一与第二实施方式，如果在一个可切换区中的视角数为N(N是大于3的自然数)，并且视角之间的间隔为65mm/M(M是设置在观看者双眼之间的视角数并且是大于1的自然数)，则(N-1)/M个观看者可以同时观察立体图像。

例如，如果一个可切换区中的视角数为四个并且视角之间的间隔为65mm(如在第一实施方式中)，则设置在观看者双眼之间的视角数(即，M)为一个，并由此三个观看者可以同时观察立体图像。而且，如果一个可切换区中的视角数为四个，并且视角之间的间隔为65mm/2(如在第二实施方式中)，则一个观看者可以观察立体图像。

下面，对在位于正立体视觉区中的多个观看者当中的一个观看者移动至逆立体视觉区的情况下，通过检测该移动的观看者的移动来显示正立体图像的方法进行描述。

图7是例示根据本发明第三实施方式的立体图像显示装置的图。

如图7所示，当位于图像A的连续视角3与4之间的正立体视觉区中的观看者移动至该图像A的断续视角4与1之间的逆立体视觉区时，该观看者不能观察立体图像。因此，为了将断续视角4与1之间的逆立体视觉区转换成正立体视觉区，通过调节施加至所述多个第一电极111与112(图4)之间的电压信号之间的差而将图像A转换成图像B。接着，观看者位于连续视角1与2之间的正立体视觉区中，并由此可以观察立体图像。

图8是例示根据本发明的立体图像显示装置的用户跟踪方法的图。这里，该立体图像显示装置是可切换液晶透镜型。

例如，观看者的移动可能主要出现在其中生成逆立体视觉的区域中，这是是因为，当观看者双眼对应于逆立体视觉时，该观看者不能观察立体图像并由此尝试移动。考虑到这种事实，立体图像显示装置可以感测观看者的移动并且基于该观看者所移动至的区域来显示与正立体视觉相对应的图像。

该可切换液晶透镜型立体图像显示装置包括处于显示板320(图3中)前方的可切换板340，显示板320具有分别与观看者的右眼RE和左眼LE相对应的右眼图像信息R和左眼图像信息L，而图8仅例示了可切换板340的可切换液晶透镜。

当观看者改变位置时，检测单元300(在图3中)检测移动的观看者的最终位置。检测单元300(图3中)可以识别颜色，并且跟踪观看者头部的移动，或者区别地识别观看者的瞳孔和巩膜。

由此，通过调节施加至可切换液晶透镜的液晶的电压信号间的差，看起来该可切换液晶透镜从初始位置向改变后的位置移动，并由此观看者的最终位置变为正立体视觉区。由此，处于最终位置的观看者可以观察立体图像。

图9是根据本发明的、其中已经改变液晶的排布结构的可切换板的截面图。图9中的、和前述部件具有相同功能的部件用相同标号指示，并且省略了其详细描述。

参照图9，在该立体图像显示装置中，如果多个观看者中没有人改变位置，则液晶层130的液晶被排列成具有初始液晶透镜效果。然而，如果多个观看者中的一个观看者改变位置，则液晶的排布结构被改变以改变液晶透镜的效果，并由此该观看者最终所在的区域变为正立体视觉区。

本发明的上述立体图像显示装置使得如果视角数为N并且视角之间的间隔为双眼之间间隔/M(M是设置在一名观看者双眼之间的视角数并且是大于1的自然数)，则(N-1)/M个观看者能够在不使用眼镜的情况下同时观察一立体图像。具体来说，即使多个观看者中的一个观看者改变位置，该立体图像显示装置也利用用户跟踪方法而使得多个观看者能够在不使用眼镜的情况下来观察立体图像。

上述立体图像显示装置具有如下效果。

首先，即使多个观看者位于不同位置处，位于具有一连串连续视角上的观看者也可以在不使用眼镜的情况下观察立体图像。而且，如果连续视角的数量为N(N是大于3的自然数)，观察区域之间的间隔是观看者双眼之间间隔/M(M是大于1的自然数)，并且如果显示板与观看者之间的距离处于规则距离范围内，则(N-1)/M个观看者可以在不需要使用眼镜的情况下同时观察立体图像。

其次，当多个观看者中的一个观看者移动时，通过跟踪该移动的观看者的瞳孔或面部来检测该移动的观看者的最终位置，并且施加至可切换板的电极的电压信号之间的差被调节，使得该最终位置变为正立体视觉区，由此，使得最终位置中的观看者能够在不需要使用眼镜的情况下观察立体图像。

本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改实施方式和变型例。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的本发明的这些修改实施方式和变型例。

本申请要求2010年6月11日提交的韩国专利申请第10-2010-0055651号和2011年5月2日提交的第10-2011-0041484号的优先权，其通过引用并入本文中，如在本文完全阐述了一样。

Claims (8)

1.一种立体图像显示装置，所述立体图像显示装置包括：

显示板，所述显示板对应于用于发射二维图像的一个可切换区，所述二维图像的数量大于N个视角的数量，且视角之间的间隔为双眼之间间隔/M，N是超过3的自然数，并且M是设置在一名观看者双眼之间的视角数并且是大于1的自然数；

可切换板，所述可切换板处于所述显示板上，用于在向其施加电压时将所述二维图像转换成三维图像，并且发射所述三维图像；

所述可切换板包括：

第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板彼此相对地设置；

多个第一电极，所述多个第一电极与所述一个可切换区相对应地形成在所述第一基板上，所述第一电极包括分开设置的第一子电极和第二子电极；

第二电极，所述第二电极形成在所述第二基板上；以及

电压源，所述电压源用于向所述多个第一电极和所述第二电极施加电压，并向所述第一电极施加不同的电压；

检测单元，所述检测单元用于检测(N-1)/M个观看者在多个视角之间的移动和所述移动的观看者的最终位置；以及

控制单元，所述控制单元用于根据所述移动的观看者的所述移动和所述最终位置来输出用于改变施加到所述多个第一电极的电压以及所述二维图像的视角的控制信号，

其中，当所述检测单元检测到(N-1)/M个观看者中的至少一个位于与断续视角相对应的逆立体视觉区时所述控制单元将所述断续视角转换成连续视角。

2.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，通过向所述多个第一电极和所述第二电极施加所述电压而在所述可切换板的液晶层中形成抛物线势。

3.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，通过向所述多个第一电极和所述第二电极施加所述电压而将所述可切换板的液晶层划分成黑色区和白色区。

4.根据权利要求3所述的立体图像显示装置，其中，所述可切换板还包括形成在所述第二基板上的偏光片。

5.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述电压源向与所述一个可切换区相对应的所述多个第一电极施加电压，所述电压从所述一个可切换区的中心向其两侧增加。

6.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述电压控制信号改变所述二维图像的所述视角，使得连续视角对应于已经移动的所述观看者的双眼。

7.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述检测单元通过所述移动的观看者的瞳孔或面部的一部分与背景色之间的差异来检测所述移动的观看者的所述移动。

8.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，如果所述多个视角之间的间隔是所述观看者双眼之间的间隔/M，则(N-1)/M个观看者同时观察一立体图像，M是超过2的自然数。