CN102681185B - 一种立体显示装置及其调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立体显示装置及其调整方法;立体显示装置包括光栅阵列、像素面板;所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;所述光栅阵列的参数满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离。本发明能改善立体显示时的观看效果。
Description
技术领域
本发明涉及光电领域,具体涉及一种立体显示装置及其调整方法。
背景技术
人类在观察一个三维物体时,由于两眼水平分开在两个不同的位置上,所观察到的物体图像是不同的,它们之间存在着一个视差,正是由于这个视差的存在,人类可以感到一个三维世界的深度立体变化。
随着立体显示技术的快速发展,裸眼3D技术已开始在手机、平板、笔记本、电视机等领域得到较多的应用并上市了一系列的相关产品。裸眼立体显示设备,一般包括显示面板和光栅。光栅主要分为狭缝光栅、透镜光栅两类。狭缝光栅的成像原理为针孔成像,例如动态狭缝光栅;透镜光栅的成像原理为弧面透镜折射反射成像原理,例如动态液晶透镜光栅。
但是众多已有3D立体显示设备由于光栅对所通过光线的干涉、衍射等作用,以及硬件设备的特点,使得立体显示设备的显示效果不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何改善立体显示时的观看效果。
为了解决上述问题,本发明提供了一种立体显示装置,包括:光栅阵列、像素面板;
所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;
所述光栅阵列的参数满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离。
进一步地,所述显示单元包括:像素组,或者像素,或者次像素。
进一步地,所述像素面板上,相邻显示单元的边界为黑矩阵,由黑矩阵连接着来自第一视图、第二视图的显示单元,所述显示单元与黑矩阵交替排列。
进一步地,所述光栅阵列为狭缝光栅;
所述光栅阵列的参数满足所述条件是指:
所述狭缝光栅的开口率满足:分别小于或等于下述两个值,
W为狭缝光栅的排列周期,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
进一步地,所述光栅阵列为透镜光栅;
所述光栅阵列的参数满足所述条件是指:
所述透镜光栅的像差所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
W为单个的透镜孔径,F为透镜光栅的焦距,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
进一步地,所述黑矩阵的宽度S为所述黑矩阵在水平方向上的最大宽度值。
进一步地,所述的立体显示装置还包括:
跟踪单元,用于跟踪观看者的空间位置;当观看者相对于所述立体显示装置移动时,确定观看者在水平方向上的移动量;
控制单元,用于根据所述观看者在水平方向上的移动量控制所述光栅阵列平移。
进一步地,所述控制单元根据观看者在水平方向上的移动量控制所述光栅阵列平移是指:
所述控制单元控制所述光栅阵列平移,平移量dis’为
dis’=ΔX×F/(F+Z);
ΔX为观看者在水平方向上的移动量;Z为观看距离;如果平移量dis’超过光栅周期,将dis’折算在一个光栅周期中;
当所述光栅阵列为狭缝光栅时,光栅周期为狭缝光栅的排列周期,F为该狭缝光栅和像素面板之间的距离;当所述光栅阵列为透镜光栅时,光栅周期为单个的透镜孔径,F为该透镜光栅的焦距。
本发明还提供了一种立体显示装置的调整方法,所述立体显示装置包括像素面板及光栅阵列;所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;
所述调整方法包括:
设置所述光栅阵列的参数以满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离。
进一步地,所述显示单元包括:像素组,或者像素,或者次像素。
进一步地,所述像素面板上,相邻显示单元的边界为黑矩阵,由黑矩阵连接着来自第一视图、第二视图的显示单元,所述显示单元与黑矩阵交替排列。
进一步地,所述光栅阵列为狭缝光栅;
设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件是指:
设置所述狭缝光栅的开口率使其满足:分别小于或等于下述两个值,
W为狭缝光栅的排列周期,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
进一步地,所述光栅阵列为透镜光栅;
设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件是指:
设置所述透镜光栅的像差,使所述透镜光栅所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
W为单个的透镜孔径,F为透镜光栅的焦距,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
进一步地,所述黑矩阵的宽度S为所述黑矩阵在水平方向上的最大宽度值。
进一步地,所述的调整方法还包括:
跟踪观看者的空间位置;当观看者相对于所述立体显示装置移动时,确定观看者在水平方向上的移动量;
根据所述观看者在水平方向上的移动量平移所述光栅阵列。
进一步地,根据观看者在水平方向上的移动量平移所述光栅阵列是指:
平移所述光栅阵列,平移量dis’为
dis’=ΔX×F/(F+Z);
ΔX为观看者在水平方向上的移动量;Z为观看距离;如果平移量dis’超过光栅周期,将dis’折算在一个光栅周期中;
当所述光栅阵列为狭缝光栅时,光栅周期为狭缝光栅的排列周期,F为该狭缝光栅和像素面板之间的距离;当所述光栅阵列为透镜光栅时,光栅周期为单个的透镜孔径,F为该透镜光栅的焦距。
本发明的技术方案能使人眼在与屏幕距离合适的位置观看立体显示的图像时,减弱黑矩阵及其串扰的影响,还可以在避免黑矩阵影响的同时使得屏幕整体亮度较佳;本发明还针对狭缝光栅和透镜光栅分别给出了具体实现方案;本发明的优化方案还能跟踪观看者的移动,这样即使观看者位置水平移动后,仍可以减弱黑矩阵及其串扰的影响。
附图说明
图1是人眼的内距离与外距离的示意图;
图2是立体显示装置中显示面板和光栅阵列的构造示意图;
图3是黑矩阵透过光栅的光路汇聚示意图;
图4是立体显示装置中显示面板和狭缝光栅的横截面示意图;
图5是黑矩阵透过狭缝光栅后的边界光路示意图;
图6是狭缝光栅的开口宽度M计算原理示意图(算例);
图7是狭缝光栅移动原理示意图;
图8是像素面板上的透过狭缝光栅后的光路示意图;
图9是黑矩阵透过透镜光栅的光路示意图;
图10是立体显示装置中显示面板和透镜光栅的横截面示意图;
图11(a)是图像在像素面板上的排列分布示意图;
图11(b)是图11(a)的局部放大图;
图12是实施例5中的立体显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
需要说明的是,如果不冲突,本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合,均在本发明的保护范围之内。
观看者观看时人眼的参数如图1所示,其中,人眼内距离为EyeD1,人眼外距离为EyeD2,眉心位置是两眼连线的中点位置。在本发明各实施例中,所述人眼内距离和人眼外距离可采用理论值、统计值、经验值等。假设观看者距离显示面板为Z时看到了立体显示图像,即人眼与光栅之间的距离为Z。
在立体成像时,以两幅视图为例,如图2所示,所述立体显示装置包括像素面板100和光栅阵列200。在像素面板100上,像素组101表示来自第一幅视图的一组像素,像素组102表示来自第二幅视图的一组像素,并且像素组101和102交替排列,像素组101和102的宽度为D。像素组101和像素组102并不局限于覆盖有液晶层的像素组成,也可以是作为通电发光的装置的其他像素,例如光发射装置。其中,像素组101、102可以是一个或者多个主像素,可以是一个或者多个次像素,本发明各实施例不做限制。所述光栅阵列200可以是狭缝光栅,也可以是透镜光栅。
一般说来,立体效果的形成,需要有两幅或者两幅以上的具有视差值的视图构成,即可以由分别来自两幅视图的显示单元交替排列,也可以由分别来自四幅视图的显示单元交替排列,在本发明实施例中不做限制。
相邻的像素组101和102之间,有一个连接区域,该区域在水平方向上的宽度为S。诸如这些由相邻像素组交替排布所形成的矩形区域,通常被称为“黑矩阵”(Black Matrix)。一般说来,由于黑矩阵处于像素组彼此交界的区域,光线不能透过黑矩阵继而进入光栅,所以使得其他能够穿过光栅的光线在空间形成的立体图像中形成稳定的明暗区域,从而影响了观看者的立体观看效果。如图3所示,黑矩阵的中分线透过光栅(以狭缝光栅为例)后的汇聚点A、B、C的光线强度最弱,如果人眼位于点A,B,C时则几乎可以看到所有的黑色边框,此时进入人眼的光强显著减弱。其中,区域L1和R1被认为是可视区,但实际上,L1和R1已经包含了黑矩阵所形成的明暗区域。更一般的,在黑矩阵的边沿,由于分界于两幅不同视图的像素组交替排列,使得经过分光器件后来自不同视图的光线混杂,形成了串扰,也影响了立体显示的观看效果。鉴于上述形成的黑矩阵以及串扰区域,本发明实施例将解决黑矩阵及其串扰所带来的不良立体观看效果。
为了使得观看者获得更好的立体观看效果,本发明通过对观看者空间位置的即时跟踪来调整动态光栅的参数以及调整图像排列单元,以改善观看效果。下面的几个实施例分别以不同调整对象说明具体实现方案。
实施例1
如图2所示,在光栅阵列200上的201为狭缝光栅,狭缝光栅的排列周期是W,相邻狭缝光栅的开口透光的宽度为M,M/W成为狭缝光栅的开口率或透光率。图4为图2的横截面示意图,其中,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离。
例如,像素面板100上,一个主像素的宽度为D,相邻两个主像素之间的黑色分界边框的宽度为S,即:像素面板上单个主像素实际发光的宽度为(D-S),由RGB三个次像素构成。
图5展示了以两幅视图为图像排列单元,黑矩阵透过狭缝光栅在空间中的分布。区域L为显示左图的区域,区域R为显示右图的区域。如图5所示,可视区为两个大菱形区域,其中一个大菱形区域的顶点包括点A和B,另一个大菱形区域的顶点包括点B和C。因为黑矩阵有一定的宽度,使得点A、B、C连接而成的水平线上形成了稳定的明暗区域。图5中黑矩阵边界与光栅开口边界的连接线及其延长线形成了明暗区域的边界线。显然,点A、B、C所在的水平线上线段A1A2,线段B1B2,线段C1C2为形成了黑矩阵在空间中的排布区域,其中点A、B、C为最“暗”的中心,即由点A、B、C向边沿的亮度递增。举例来说,以B点为中心,向点B1和点B2方向,黑矩阵使得观看者在空间看到图像的亮度逐渐增强;但是,如果超出线段B1B2所在的菱形区域、且超出线段A1A2或者线段C1C2所在的菱形区域,则看到图像的亮度稳定。即,当人眼分别位于顶点包括点A2和B1的菱形区域R2、顶点包括点B2和C1的菱形区域L2时,则减弱了包括来自黑矩阵等串扰的影响。
本实施例通过调节狭缝光栅的开口率M/W及放置距离F使得黑矩阵的投影在水平方向上的最大宽度B1B2小于或者等于人眼内距离EyeD1,相间黑矩阵的投影在水平方向上的最小宽度A2C1大于或者等于人眼外距离EyeD2,从而使人眼在观看立体显示效果时,减弱了包括来自黑矩阵等串扰的影响。
根据光线的投射关系可得:
线段B1B2的长度|B1B2|小于或者等于EyeD1,即:
线段A2C1的长度|A2C1|大于或者等于EyeD2,即:
一般的,显示面板上狭缝光栅和像素面板之间的距离F一定,而对于动态狭缝光栅则可以调节狭缝光栅的开口宽度M或者开口率M/W来满足式(1)和(2)。
由式(1)及实际情况下狭缝光栅应满足的条件0<M<W可得:
即:狭缝光栅的开口宽度M小于 和W中较小的;其中, 和W中较小的取值用第一阈值Cnd1表示。
或可得到:
即:狭缝光栅的开口率小于和1中较小的;其中, 和1中较小的取值用Cnd1’表示。
由式(2)及通常情况下狭缝光栅应满足的条件0<M<W可得:
即:狭缝光栅的开口宽度M小于 和W中较小的;其中, 和W中较小的取值用第二阈值Cnd2表示。
或可得到:
即:狭缝光栅的开口率小于 和1中较小的;其中, 和1中较小的取值用Cnd2’表示。
根据实际取值情形,M满足0<M≤min{Cnd1,Cnd2} (5)
式(5)可依据数学方法进行求解,从而获得狭缝光栅的开口宽度M,也就得到了开口率M/W。
单独设置狭缝光栅的开口宽度M或开口率是一种实现方式,在应用时,可以根据式(1)、(2)设置狭缝光栅和像素面板之间的距离F、排列周期W、开口宽度M这三个参数中的任一个或其任意组合,以满足式(1)、(2)。
举例说来,若取F=0.6mm,EyeD1=65-7mm,EyeD2=65+7mm,D=0.1950*0.5mm,S=D/14.0mm,W=0.1948mm。根据式(3)和式(4)则可得出图6:横轴为观看距离Z,纵轴为M;根据式(5),则曲线Cnd1、Cnd2及横轴M=0所围成的可行解区域ABC区域。由图可知,当Z<229.1时,则M<0才能避开来自黑矩阵等串扰的影响,而光栅开口宽度M实际大于零,故当人眼距离屏幕小于229.1mm时无实际意义;同样的,当人眼距离屏幕大于4997mm时也无实际意义。所以,当Z=399.74mm时,M可以取的最大值M=0.080mm,此时在人眼看不到黑矩阵的情况下光栅开口宽度最大,屏幕的整体亮度最大。当在手机、平板、笔记本(台式机)等产品时,人眼到屏幕的平均距离大概400mm,则此时可以设定狭缝光栅的开口宽度为M=0.080mm,即可以避开黑矩阵的影响,同时屏幕亮度最大,M取值较优。
更优的,当观看者在观看时移动位置,为了使得观看者的双眼分别处于图5中的菱形区域L2、菱形区域R2,从而减弱黑矩阵的影响,对狭缝光栅进行实时调整。
如图5所示,若狭缝光栅阵列200呈周期性分布,如果狭缝光栅的开口宽度不变,则交点A,A1,A2,B,B1,B2,C,C1,C2的水平间距不变,即线段AC所在的平面上黑矩阵的投影区域的水平宽度不变,仅在线段AC所在的平面上发生水平移动。如图7所示,立体显示装置的跟踪装置第一时刻获得观看者的眉心位置点P1(x1,Z),此时可以看到像素点V;第二时刻观看者的眉心位置水平移动到点P2(x2,Z),为了让观看者仍能看到像素点V,只需将狭缝光栅按水平向量移动即可,移动方向与观看者的眉心位置移动方向相反,具体如下:
因为狭缝光栅在水平方向上呈周期性排列,故式(6)中移动向量折算在一个排列周期W内,就达到了平移狭缝光栅来获得相应的观看效果。即,实时跟踪观看者位置来调整光栅,减弱了包括来自黑矩阵等串扰的影响。
相应的,也可以将狭缝光栅按水平向量的反方向移动,移动方向与观看者的眉心位置移动方向相同,同样可以折算在一个排列周期W内,达到平移狭缝光栅的效果。
实施例2
即使像素面板上相邻像素组之间连接区域的宽度为0,即S=0,还是会影响立体显示的观看效果,如图8所示,可视区为两个大菱形区域,其中一个大菱形区域的顶点包括点A和B,另一个大菱形区域的顶点包括点B和C;图8中相邻像素组的边界与光栅开口边界的连接线及其延长线形成了串扰区域的边界线。显然,点A、B、C所在的水平线上线段A1A2、线段B1B2、线段C1C2所在的菱形区域内可以同时看到第一、第二幅视图的像素点,其中点A、B、C为为串扰程度较强的点,即由点A、B、C向边沿的串扰逐渐减弱。如果超出线段B1B2所在的菱形区域、且超出线段A1A2或者线段C1C2所在的菱形区域,则只会看到一幅视图的像素点。即,当人眼分别位于顶点包括点A2和B1的菱形区域R2’、顶点包括点B2和C1的菱形区域L2’时,两眼看到的图像中显示像素单一,合成立体图像的效果增强,减弱了串扰的影响。
本实施例通过调节狭缝光栅的开口率及放置距离F使得相邻显示单元的边界的投影在水平方向上的最大宽度B1B2小于或者等于人眼内距离EyeD1,一个显示单元两侧的边界的投影在水平方向上的最小宽度A2C1大于或者等于人眼外距离EyeD2,从而使人眼在观看立体显示效果时,减弱了串扰的影响。
如图8所示,线段B1B2的长度|B1B2|小于或等于EyeD1即:
式(7)和将S=0代入式(1)后是一样的。
如图8所示,线段A2C1的长度|A2C1|大于或等于EyeD2即:
式(8)和将S=0代入式(2)后是一样的。
一般的,显示面板上狭缝光栅和像素面板之间的距离F一定,而对于动态狭缝光栅则可以调节狭缝光栅的开口率M/W来满足式(7)和(8)。
由式(7)及实际情况下狭缝光栅应满足的条件0<M<W可得:
即:狭缝光栅的开口宽度M小于和W中较小的;其中,和W中较小的取值用第一阈值Cnd3表示。
或可得到:
即:狭缝光栅的开口率小于和1中较小的;其中,和1中较小的取值用Cnd3’表示。
由式(8)及通常情况下狭缝光栅应满足的条件0<M<W可得:
即:狭缝光栅的开口宽度M小于 和W中较小的;其中, 和W中较小的取值用第二阈值Cnd4表示。
或可得到:
即:狭缝光栅的开口率小于 和1中较小的;其中, 和1中较小的取值用Cnd4’表示。
根据实际取值情形,M满足0<M≤min{Cnd3,Cnd4} (11)
式(11)可依据数学方法进行求解,从而获得狭缝光栅的开口宽度M或者开口率M/W。
本实施例中各式中各参数的意义同实施例1。
实施例3
狭缝光栅与透镜光栅在立体显示设备中,都具有分光的作用,从而使得像素面板上的图像经过光栅阵列后,投射为具有视差的图像,被人眼看到后形成了立体。
如图9所示,F为透镜光栅和像素面板之间的距离,Z为观看者距离显示面板之间的距离,黑矩阵在像素面板周期排列并通过周期排列的透镜光栅,也在空间上形成稳定的“明暗区域”;同样的,图9中顶点包括点A2和B1的菱形区域R3、顶点包括点B2和C1的菱形区域L3则是减弱了包括来自黑矩阵等串扰的影响。
如图10所示,单个的透镜孔径为W的透镜光栅周期性地分布在光栅阵列200上。透镜光栅的焦距f一般可以等同于狭缝光栅的放置距离F。透镜光栅阵列在显示设备表面形成的厚度h,即是单个透镜的厚度。透镜光栅的曲率半径r1、r2是对应透镜前后两个弯曲表面的曲率半径。通常的,r1是与像素板结合的曲率半径,通常为了制作光栅方便,使r1所在的曲面为平面,即r1为无穷大。
对于透镜光栅,像差(Optical aberration)是光学中,实际像与根据单透镜理论确定的理想像的偏离。这些偏离是折射作用造成的。分位置色差和放大率色差两种。单色像差是指即使在高度单色光时也会产生的像差,按产生的效果,又分成使像模糊和使像变形两类。前一类有球面像差、慧形像差和像散。后一类有像场弯曲和畸变。一般的,像差与透镜光栅的曲率半径r1、r2以及透镜厚度h相关。如果像差越小,则透镜光栅的分光效果越好,成像效果越好。但是,由于透镜光栅阵列的构造,容易发生图像模糊和变形的像差。
在本实施例中,通过调节透镜光栅的相关参数,如透镜孔径、焦距、像差,使得黑矩阵的投影在水平方向上的最大宽度B1B2小于或者等于人眼内距离EyeD1,相间黑矩阵的投影在水平方向上的最小宽度A2C1大于或者等于人眼外距离EyeD2,从而使人眼在观看立体显示效果时,避开黑矩阵的影响。
由此,将透镜光栅的参数与狭缝光栅的参数进行等效换算后,结合实施例1中对狭缝光栅的分析,从而也就得到了透镜光栅时的参数关系。
在实际中,狭缝光栅的开口率M/W导致空间串扰区域的产生;而透镜光栅也会存在像差X’,并导致空间串扰。因此狭缝光栅的开口率M/W和透镜的像差X’之间等效。如针对同一立体显示设备,开口率为1/3的狭缝光栅与透镜光栅的像差为10um的空间串扰分布,是相同的。而透镜光栅像差则由透镜的前后面曲率半径r1,r2和透镜厚度h决定。
通过以上参数的对应关系,就可以将透镜光栅和狭缝光栅进行相互替换。再根据实施例1中的式(1)至(5)的关系,从而获得透镜光栅的像差X’,也就可以获得透镜光栅的曲率半径r1、r2以及透镜厚度h的关系。
同样的,当黑矩阵宽度S=0时,即相邻显示单元之间的黑矩阵忽略不计时,根据实施例2中的式(7)至(11)的关系,也可以获得透镜光栅的像差X’。
单独设置透镜光栅的像差X’是一种实现方式,在应用时,可以根据式(1)、(2)、及狭缝光栅和透镜光栅参数间的等效关系,设置透镜光栅的焦距F、单个的透镜孔径W、及像差这三个参数中的任一个或其任意组合,以满足式(1)、(2)。
更优的,当观看者在观看时移动位置,为了使观看者的双眼分别处于图5中的菱形区域L2、菱形区域R2,从而减弱黑矩阵的影响,则利用式(6)对透镜光栅进行调整,达到相应的观看效果;调整时将计算出的水平向量折算在单个的透镜孔距W里。
实施例4
如实施例1和2所示,改变狭缝光栅开口率或者透镜光栅的像差,可以降低黑矩阵及串扰对显示图像的影响。另一方面,也可以通过改变黑矩阵水平宽度S的方式来降低黑矩阵及串扰的影响。
如图11(a)所示,中心为O(图中横竖两条虚线的交点为O)的图像在像素面板100’上进行排列分布,包括来自第一幅视图的主像素101’,和来自第二幅视图的主像素102’,并且101’和102’交替排列,且中间分布有黑矩阵。图11(b)为中心O的局部放大图,可以看到该黑矩阵在水平方向上的宽度可以为S1、S2,且S1小于S2。
一般的,可以对像素板上的图像排列在水平方向上的黑矩阵宽度进行调整,即:如果黑矩阵在水平方向上的宽度值有不同,则在进行式(1)至(5)时需要选取黑矩阵在水平方向上的宽度值,使得该选取的宽度值是黑矩阵在水平方向上最大的,例如可以在主像素中选取,也可以在像素组中选取。如图11(b)所示,选取S=S1+S2代入式(1)至(5)进行计算。当然,所选取的最大宽度值在黑矩阵水平方向上出现的频率足够高。
当利用跟踪装置获得观看者的空间位置,则利用式(6)在水平方向上平移光栅,达到相应的观看效果。
实施例5
一种立体显示装置,包括:光栅阵列、像素面板;
其中,所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;
所述光栅阵列的参数满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离。
本实施例中,所述像素面板上相邻显示单元的边界可以为黑矩阵,由黑矩阵连接着来自第一视图、第二视图的显示单元,所述显示单元与黑矩阵交替排列;此时,所述光栅阵列的参数满足上述条件就是指:所述黑矩阵通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的宽度小于或者等于人眼内距离EyeD1,相邻黑矩阵通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的宽度大于或者等于人眼外距离EyeD2。
本实施例中,所述显示单元可以包括:像素组,或者像素,或者次像素。
本实施例中,所述光栅阵列包括狭缝光栅和透镜光栅。
当所述光栅阵列为狭缝光栅时,所述光栅阵列的参数包括狭缝光栅的开口率、狭缝光栅与像素面板之间的距离。
当所述光栅阵列为透镜光栅时,所述光栅阵列的参数包括透镜光栅的像差、单个的透镜孔径、焦距。
在显示单元的边界为黑矩阵且光栅阵列为狭缝光栅时,所述光栅阵列的参数满足所述条件具体可以是指:
所述狭缝光栅的开口率满足:分别小于或等于下述两个值,也就是说,所述狭缝光栅的开口率为任一小于或等于下述两个值中较小值(为描述方便,后文以Xmin表示)的数值:
W为狭缝光栅的排列周期,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离,Z为观看距离,D为像素组的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
本实施例中,当将所述狭缝光栅的开口率等于所述较小值Xmin时,可以保证在减弱黑矩阵影响的同时,让屏幕整体亮度最大。
在显示单元的边界为黑矩阵且光栅阵列为透镜光栅时,所述光栅阵列的参数满足所述条件具体可以是指:
所述透镜光栅的像差所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
W为单个的透镜孔径,F为透镜光栅的焦距,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
获得透镜光栅的像差后,也就可以获得透镜光栅的曲率半径r1、r2以及透镜厚度h的关系。
本实施例中,光栅阵列无论为狭缝光栅或透镜光栅,所述S都可根据实施例4确定。
当相邻显示单元之间的黑矩阵忽略不计或者说黑矩阵的宽度S为0、且光栅阵列为狭缝光栅时,所述光栅阵列的参数满足所述条件具体可以是指:
所述狭缝光栅的开口率满足:分别小于或等于下述两个值:
各参数意义同上。
当相邻显示单元之间的黑矩阵忽略不计或者说黑矩阵的宽度S为0、且光栅阵列为透镜光栅时,所述光栅阵列的参数满足所述条件具体可以是指:
所述透镜光栅的像差所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
各参数意义同上。
如图12所示,所述立体显示装置还可以包括:
跟踪单元,用于跟踪观看者的空间位置;当观看者相对于所述立体显示装置移动时,确定观看者在水平方向上的移动量;
控制单元,用于根据观看者在水平方向上的移动量控制所述光栅阵列平移;具体来说可以是:
控制单元控制所述光栅阵列平移,平移量dis’为;
dis’=ΔX×F/(F+Z)。
ΔX为观看者在水平方向上的移动量;
所述控制单元控制所述光栅阵列平移的方向与观看者在水平方向上的移动方向相同或相反,不作限定。
因为狭缝光栅或透镜光栅在水平方向上周期排列,故如果dis’超过光栅周期(狭缝光栅的排列周期、或透镜光栅中单个的透镜孔距),dis’可以折算在一个光栅周期W里,以达到相同的效果。当所述光栅阵列为狭缝光栅时,F为该狭缝光栅和像素面板之间的距离;当所述光栅阵列为透镜光栅时,F为该透镜光栅的焦距。
本实施例中的在水平方向上的移动是指:观看者和光栅阵列之间距离(即观看距离Z)不变的情况下相对于光栅阵列横向移动,也就是左右移动。
本实施例中,所述控制单元可以但不限于当观看者在水平方向上的移动距离大于一预定的水平阈值时,才控制所述光栅移动。所述水平阈值可根据试验值或经验值设定为一个观看者在水平方向上移动后对观看效果影响不大的距离值;这样就可以不用每次观看者移动都去调整光栅位置,而只是在水平方向上移动较多时才调整。
本实施例的一种实施方式中,所述观看距离Z采用经验值、理论值或统计值等;比如当显示面板应用在手机或平板上时,观看者的观看距离通常是在一定范围内的,因此可将观看距离Z设置为该范围内的一个固定值,来计算所述最小值Xmin,并据此将所述开口率设置为一个定值。
本实施例的另一种实施方式中,所述跟踪单元用于当观看者的观看距离发生变化时,确定观看者当前的观看距离Z;
所述控制单元根据所述观看距离Z的变化来调整所述光栅的开口率。
该实施方式可以有多种具体的实现方案,下面列举几种,但实际应用时并不限于下述具体方案。
一种实现方案中,所述控制单元中预存了两个或两个以上的数值范围,以及各数值范围所对应的开口率;根据所述观看距离Z所属的数值范围对应的开口率,调整所述光栅的开口率;这是一种分段调整的方案。
当然,各数值范围所对应的开口率也应满足如上所述的条件,即应大于0、且小于由该数值范围内的任一数值作为观看距离时得到的较小值Xmin。
另一种实现方案中,所述控制单元根据当前的观看距离Z计算所述较小值Xmin,并根据该较小值Xmin调整所述光栅的开口率;这是一种实时调整的方案。
再一种实现方案中,所述控制单元计算当前的观看距离和改变前的观看距离Z之间的差值,如果该差值的绝对值小于或等于一预定的距离移动阈值,则不调整所述光栅的开口率;否则,根据当前的观看距离Z计算所述较小值Xmin,并根据该较小值Xmin调整所述光栅的开口率;这是一种有条件的实时调整方案,当观看者距离变化不大时,可不进行调整。所述距离移动阈值可根据试验值或经验值设定为一个移动后对观看效果影响不大的距离值。
本实施例中,所述控制单元根据所述较小值Xmin调整所述光栅的开口率具体可以是指:
所述控制单元判断该判断当前光栅的开口率是否大于该较小值Xmin,如果大于则调节所述光栅的开口率,使其小于或等于该较小值Xmin;不大于则不调整光栅的开口率。
这样一来,即使观看距离Z发生了变化致使所述较小值Xmin变化,只要开口率仍小于或等于该较小值Xmin,就无须调整,从而可避免过于频繁的调整;实际应用时也可以不进行判断,直接调整。
实施例6
一种立体显示装置的调整方法,所述立体显示装置包括像素面板及光栅阵列;所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;
所述调整方法包括:
设置所述光栅阵列的参数以满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离。
本实施例中,所述像素面板上相邻显示单元的边界可以为黑矩阵,由黑矩阵连接着来自第一视图、第二视图的显示单元,所述显示单元与黑矩阵交替排列;此时,所述光栅阵列的参数满足上述条件就是指:所述黑矩阵通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,彼此相隔的黑矩阵通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离。
本实施例中,所述显示单元可以包括:像素组,或者像素,或者次像素。
本实施例中,所述光栅阵列为狭缝光栅或透镜光栅。
所述光栅阵列为狭缝光栅时,参数包括狭缝光栅的开口率、狭缝光栅与像素面板之间的距离。
所述光栅阵列为透镜光栅时,所述光栅阵列的参数包括透镜光栅的像差、单个的透镜孔径、焦距。
在显示单元的边界为黑矩阵且光栅阵列为狭缝光栅时,设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件具体可以是指:
设置所述狭缝光栅的开口率使其满足:分别小于或等于下述两个值:
W为狭缝光栅的排列周期,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离,Z为观看距离,D为像素组的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
在显示单元的边界为黑矩阵且光栅阵列为透镜光栅时,设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件具体可以是指:
设置所述透镜光栅的像差,使所述透镜光栅所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
W为单个的透镜孔径,F为透镜光栅的焦距,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
获得透镜光栅的像差后,也就可以获得透镜光栅的曲率半径r1、r2以及透镜厚度h的关系。
本实施例中,光栅阵列无论为狭缝光栅或透镜光栅,所述S都可根据实施例4确定。
当相邻显示单元之间的黑矩阵忽略不计或者说黑矩阵的宽度S为0、且光栅阵列为狭缝光栅时,设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件具体可以是指:
设置所述狭缝光栅的开口率使其满足:分别小于或等于下述两个值:
各参数意义同上。
当相邻显示单元之间的黑矩阵忽略不计或者说黑矩阵的宽度S为0、且光栅阵列为透镜光栅时,设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件具体可以是指:
设置所述透镜光栅的像差,使其所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
各参数意义同上。
本实施例中,所述黑矩阵的宽度S可以为所述黑矩阵在水平方向上的最大宽度值。
本实施例的调整方法还可以包括:
跟踪观看者的空间位置;当观看者相对于所述立体显示装置移动时,确定观看者在水平方向上的移动量;
根据所述观看者在水平方向上的移动量平移所述光栅阵列,具体可以是指:平移所述光栅阵列,平移量dis’为dis’=ΔX×F/(F+Z);
ΔX为观看者在水平方向上的移动量;Z为观看距离;如果平移量dis’超过光栅周期,则将dis’折算在一个光栅周期中;
当所述光栅阵列为狭缝光栅时,光栅周期为狭缝光栅的排列周期,F为该狭缝光栅和像素面板之间的距离;当所述光栅阵列为透镜光栅时,光栅周期为单个的透镜孔径,F为该透镜光栅的焦距。
其它实现细节可参考实施例1、2、3、4、5。
当然,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种立体显示装置,包括:光栅阵列、像素面板,其特征在于:
所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;
所述光栅阵列的参数满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离;还包括:
跟踪单元,用于跟踪观看者的空间位置;当观看者相对于所述立体显示装置移动时,确定观看者在水平方向上的移动量;
控制单元,用于根据所述观看者在水平方向上的移动量控制所述光栅阵列平移;
所述控制单元根据观看者在水平方向上的移动量控制所述光栅阵列平移
是指:
所述控制单元控制所述光栅阵列平移,平移量dis’为
dis’=△X×F/(F+Z);
△X为观看者在水平方向上的移动量;Z为观看距离;如果平移量dis’超过光栅周期,将dis’折算在一个光栅周期中;
当所述光栅阵列为狭缝光栅时,光栅周期为狭缝光栅的排列周期,F为该狭缝光栅和像素面板之间的距离;当所述光栅阵列为透镜光栅时,光栅周期为单个的透镜孔径,F为该透镜光栅的焦距。
2.如权利要求1所述的立体显示装置,其特征在于,所述显示单元包括:像素组,或者像素,或者次像素。
3.如权利要求1所述的立体显示装置,其特征在于:
所述像素面板上,相邻显示单元的边界为黑矩阵,由黑矩阵连接着来自第一视图、第二视图的显示单元,所述显示单元与黑矩阵交替排列。
4.如权利要求3所述的立体显示装置,其特征在于,所述光栅阵列为狭缝光栅;
所述光栅阵列的参数满足所述条件是指:
所述狭缝光栅的开口率满足:分别小于或等于下述两个值,
W为狭缝光栅的排列周期,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
5.如权利要求3所述的立体显示装置,其特征在于,所述光栅阵列为透镜光栅;
所述光栅阵列的参数满足所述条件是指:
所述透镜光栅的像差所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
W为单个的透镜孔径,F为透镜光栅的焦距,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
6.如权利要求3到5中任一项所述的立体显示装置,其特征在于:
所述黑矩阵的宽度S为所述黑矩阵在水平方向上的最大宽度值。
7.一种立体显示装置的调整方法,其特征在于,所述立体显示装置包括像素面板及光栅阵列;所述像素面板上,来自两幅或者两幅以上视图的显示单元交替排列;
所述调整方法包括:
设置所述光栅阵列的参数以满足条件:相邻显示单元的边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最大宽度小于或者等于人眼内距离,相连两个显示单元的两端边界通过所述光栅阵列后的投影在水平方向上的最小宽度大于或者等于人眼外距离;还包括:
跟踪观看者的空间位置;当观看者相对于所述立体显示装置移动时,确定观看者在水平方向上的移动量;
根据所述观看者在水平方向上的移动量平移所述光栅阵列;
根据观看者在水平方向上的移动量平移所述光栅阵列是指:
平移所述光栅阵列,平移量dis’为
dis’=△X×F/(F+Z);
△X为观看者在水平方向上的移动量;Z为观看距离;如果平移量dis’超过光栅周期,将dis’折算在一个光栅周期中;
当所述光栅阵列为狭缝光栅时,光栅周期为狭缝光栅的排列周期,F为该狭缝光栅和像素面板之间的距离;当所述光栅阵列为透镜光栅时,光栅周期为单个的透镜孔径,F为该透镜光栅的焦距。
8.如权利要求7所述的调整方法,其特征在于,所述显示单元包括:像素组,或者像素,或者次像素。
9.如权利要求7所述的调整方法,其特征在于:
所述像素面板上,相邻显示单元的边界为黑矩阵,由黑矩阵连接着来自第一视图、第二视图的显示单元,所述显示单元与黑矩阵交替排列。
10.如权利要求9所述的调整方法,其特征在于,所述光栅阵列为狭缝光栅;
设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件是指:
设置所述狭缝光栅的开口率使其满足:分别小于或等于下述两个值,
W为狭缝光栅的排列周期,F为狭缝光栅和像素面板之间的距离,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
11.如权利要求9所述的调整方法,其特征在于,所述光栅阵列为透镜光栅;
设置所述光栅阵列的参数以满足所述条件是指:
设置所述透镜光栅的像差,使所述透镜光栅所引起的图像串扰等同于狭缝光栅开口率为m时产生的效果,其中,开口率m分别小于或等于下述两个值:
W为单个的透镜孔径,F为透镜光栅的焦距,Z为观看距离,D为显示单元的宽度,S为黑矩阵的宽度,EyeD1为人眼内距离,EyeD2为人眼外距离。
12.如权利要求9到11中任一项所述的调整方法,其特征在于:
所述黑矩阵的宽度S为所述黑矩阵在水平方向上的最大宽度值。
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