CN102830530A - 透明3d显示系统 - Google Patents

Abstract

一种透明3D显示系统，包括：显示板和屏障掩模，屏障掩模从显示板隔开光学厚度。屏障掩模从具有右眼和左眼的观察者隔开。显示板配置成显示图像，所述图像包括第一组和第二组图像带，且所述屏障掩模配置成产生多个交替的观察带和阻挡带。观察带定位、定向和配置成允许右眼观察第一组图像带且允许左眼观察第二组图像带，且所述阻挡带定位、定向和配置成防止右眼观察第二组图像带且防止左眼观察第一组图像带。

Description

透明3D显示系统

技术领域

本发明总体上涉及车辆显示系统，且更具体地涉及允许观察者在不使用专用3D眼镜的情况下感知图像深度的透明3D显示系统。

背景技术

在当今世界，机动车变得日益复杂，从而提供日益增加的特征和性能阵列。通常，这些特征通过将信息提供给车辆操作者和其他乘员而更有用或有效。因而，机动车制造商等持续地寻找用于将信息呈现给车辆乘员的新式系统和方法。

在大多数机动车中，在观察者眼睛的水平处存在大量的窗户区域，通常包括挡风玻璃且通常还包括在车辆侧面和后面的窗户。在车辆仪表盘、信息娱乐系统和控制台中可存在其他观察表面，例如音频屏幕和其他显示器。然而，使用这些表面来呈现附加信息（例如，抬头显示（heads-up display））仍然相对罕见。窗户空间的该利用不足的一个明显原因是常规显示技术往往妨碍通过窗户或其他显示屏观察。另一个察觉的缺陷是在常规抬头显示中呈现的图像中缺乏可感知深度。

因而，期望提供在不无理地干扰乘员通过窗户观察或者乘员感知显示在另一个下方观察屏幕上的图像的情况下允许信息在车辆窗户和其他显示屏上的可视化显示的系统和方法。还将期望具有在不阻挡或妨碍乘员通过窗户或显示器观察的情况下可将信息在窗户或显示屏上呈现给车辆乘员的系统。具有可以与车辆窗户或其他显示屏集成且可以在不需要观察者佩带专用眼镜的情况下利于观察者感知图像深度（即，以3维图像形式呈现信息）的透明显示系统也将是有利的。

发明内容

在本发明的一个方面，一种透明3D显示系统，包括：显示板和屏障掩模，其中，屏障掩模从显示板隔开光学厚度，且屏障掩模从观察者隔开观察距离。显示板配置成显示图像，所述图像包括第一组和第二组图像带，且所述屏障掩模配置成产生多个交替的观察带和阻挡带。观察带定位、定向和配置成允许右眼观察第一组图像带且允许左眼观察第二组图像带，且所述阻挡带定位、定向和配置成防止右眼观察第二组图像带且防止左眼观察第一组图像带。

在本发明的另一方面，一种显示3D图像的方法，包括：将图像分成至少两组图像带；以及偏转每组图像带从而定位、定向和配置每组图像带使得大致允许观察者的右眼观察第一组图像带且观察者的左眼观察第二组图像带。

方案1. 一种透明3D显示系统，包括显示板和屏障掩模；

所述屏障掩模位于显示板和观察者之间，所述屏障掩模通过具有光学厚度的透明材料从显示板隔开，屏障掩模从观察者隔开观察距离，且所述观察者具有由眼距隔开的右眼和左眼；

其中，显示板配置成显示图像，所述图像包括第一组图像带和第二组图像带；

其中，所述屏障掩模配置成产生多个交替的观察带和阻挡带；

其中，所述观察带定位、定向和配置成允许右眼观察第一组图像带且允许左眼观察第二组图像带；以及

其中，所述阻挡带定位、定向和配置成防止右眼观察第二组图像带且防止左眼观察第一组图像带。

方案2. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，所述显示板是包括电致发光材料和多个透明显示电极的透明显示器，所述透明显示电极配置成激励电致发光材料以在显示板中产生图像。

方案3. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，所述观察带配置成允许光穿过，从而允许观察者感知由显示板呈现的图像。

方案4. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，所述屏障掩模包括液晶板和一组透明掩模电极，所述透明掩模电极配置成产生所述多个交替的观察带和阻挡带。

方案5. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，所述阻挡带配置成妨碍光图像的观察。

方案6. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，所述显示系统应用于车辆中的观察表面。

方案7. 根据方案2所述的透明3D显示系统，其中，所述显示板包括磷光材料，从而在电极不活动时显示板的相应区域透明，且在电极活动时显示板的相应区域展现图像。

方案8. 根据方案1所述的透明3D显示系统，还包括设置在观察者和显示板之间的一个或多个滤光器。

方案9. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，观察带的数量比第一组图像带中的图像带的数量超过至少一个。

方案10. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，观察带的数量比第二组图像带中的图像带的数量超过至少一个。

方案11. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，屏障周期距离大约等于眼距的两倍除以一定量，该量等于观察距离加上两倍光学厚度。

方案12. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，光学厚度大约等于观察距离乘以屏障周期距离除以眼距和屏障周期距离之间的差的两倍。

方案13. 根据方案4所述的透明3D显示系统，其中，液晶板配置成在掩模电极未激励时处于有序状态，从而允许观察者的右眼和左眼两者都观察到在透明显示板上显示的图像，而没有阻挡。

方案14. 根据方案4所述的透明3D显示系统，其中，液晶板配置成在掩模电极激励时处于无序状态，从而选择性地允许右眼仅仅观察在显示板上显示的图像的某些带且选择性地允许左眼仅仅观察在显示板上显示的图像的某些其他带。

方案15. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，所述屏障掩模包括透镜板，所述透镜板具有与图像带对齐的多个透镜带，从而使得来自于第一组图像带的光朝向观察者的右眼折射且使得从第二组图像带反射的光朝向观察者的左眼折射。

方案16. 根据方案1所述的透明3D显示系统，其中，透镜板的透镜带的间距与图像像素的间距匹配，从而使得右眼接收的图像与左眼接收的图像不同。

方案17. 一种显示3D图像的方法，包括：

将图像分成至少两组图像带；以及

偏转每组图像带从而定位、定向和配置每组图像带使得大致允许观察者的右眼观察第一组图像带且观察者的左眼观察第二组图像带。

方案18. 根据方案17所述的方法，还包括：检测左眼和右眼之间的眼距、屏障掩模和观察者之间的观察距离、以及显示板和屏障掩模之间的光学厚度；以及调整阻挡带的位置和配置，从而允许观察者的右眼仅仅观察第一组图像带且观察者的左眼仅仅观察第二组图像带。

方案19. 根据方案17所述的方法，还包括：检测右眼和左眼的方向；以及调整所述组图像带的方向，从而大致垂直于穿过右眼和左眼的线。

方案20. 根据方案17所述的方法，还包括：确定期望屏障周期距离；以及调整屏障周期距离以利于仅仅观察者的右眼观察第一组图像带且仅仅左眼观察第二组图像带。

本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点从本发明的以下详细描述结合附图显而易见。

附图说明

其它特征、优点和细节在实施例的以下详细描述中仅通过示例的方式显现，详细描述参考附图，在附图中：

图1是示例性叠加显示系统的简化示意性俯视图；

图2是具有处于透明状态的屏障掩模的示例性叠加显示系统的示意图；

图3是具有处于不透明状态的屏障掩模的示例性叠加显示系统的示意图；

图4是具有包括透镜板的屏障掩模的示例性显示系统的示意图；和

图5是示出了用于显示图像的示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，且不旨在限制本发明、应用或使用。应当理解的是，在附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

根据本发明的示例性实施例，如图1所示，示例性叠加显示系统100包括显示板110和位于显示板110和观察者130之间的屏障掩模120。显示板110和屏障掩模120由具有光学厚度142的透明材料（例如玻璃）板140隔开。观察者130包括由眼距（inter-ocular distance，或眼间距离）136隔开的右眼132和左眼134。屏障掩模120和观察者130隔开观察距离150。叠加显示系统100可以应用于车辆中的观察表面，例如挡风玻璃、窗户、后视镜、化妆镜、信息娱乐显示屏、仪表盘显示器或其他类似观察表面。

在操作中，显示板110呈现图像，所述图像包括旨在由右眼132观察的图像带112。显示板110呈现的图像还包括旨在由左眼134观察的图像带114。为了利于图像带仅由右眼132观察且图像带114仅由左眼134观察，屏障掩模120包括观察带122和阻挡带124，观察带122和阻挡带124均定向为大致平行于图像带112和114。为了利于观察者感知深度，图像带112，114、观察带122和阻挡带124均定向为大致垂直于穿过右眼132和左眼134两者的线。例如，当右眼132和左眼134定向在水平线上时，图像带112，114、观察带122和阻挡带124均大致竖直地定向。

为了实现此，视频处理单元180控制图像带112和114以及观察带122和阻挡带124的呈现（即，组成、方向和宽度），从而形成可以呈现给观察者130提供感知效果（例如，深度）的图像的透明显示系统，从而在不需要专用眼镜的情况下产生3维观察体验。因而，所述系统提供能够将视频和信号作为无眼镜的真实3D图像显示给用户的透明显示系统。该系统可以与前挡风玻璃、侧窗户和其他信息娱乐部件组合以将信息呈现给车辆乘员，所述信息例如视频、报警信号、导航信息、后驻车辅助显示等。

本质上，像素带显示在第一表面上，而选择性可视屏障在位于第一表面和观察者之间的第二表面上形成。通过控制可视屏障距第一表面的距离，观察者的右眼可以被允许仅仅看到第一组像素带，同时观察者的左眼被允许仅仅看到第二组像素带，第二组像素带与第一组不同，使得观察者感知具有深度的组合图像。

在示例性实施例中，显示板110是包括电致发光（electro luminescent，或场致发光）材料的透明显示器。例如，显示板110可包括磷光（phosphoroscent）材料，从而在显示板110的图像形成电极105未激活（即，不活动）时，显示板110的相应区域仍然透明。然而，当电极105被激活（即，活动）时，与激活电极相对应的区域发出荧光。因而，显示板可以被致使展现图像或在系统期望或指令时传输或反射或发出光。滤光器可以在显示板上使用以产生各种颜色。内容的丰富性基于电极的尺寸。分辨率可以与典型液晶显示器相同。

屏障掩模120包括液晶面板和配置成产生一系列交替的观察带122和阻挡带124的一组透明电极。观察带122配置成允许光穿过，从而允许观察者130感知显示板110呈现的图像。观察带122通过展现透明或光传输质量而实现该功能。阻挡带124配置成妨碍光图像的观察，例如通过展现不透明或光吸收或光反射质量。观察带122定位、定向和配置成大致允许观察者130的右眼132观察图像带（即，交织部）112且观察者130的左眼134观察图像带（即，交织部）114。透明电极被激励从而定位、定向和配置阻挡带124使得其大致防止观察者130的右眼132观察图像带114且防止观察者130的左眼134观察图像带112。

本领域技术人员将理解，需要数量“n”个观察带122以允许观察者130的右眼132观察数量“n-1”个图像带112。同时观察者130的左眼134观察数量“n-1”个图像带114。类似地，需要数量“n”个阻挡带124以防止观察者130的右眼132观察数量“n-1”个图像带114，同时还防止观察者130的左眼134观察数量“n-1”个图像带112。

还应当理解的是，为了提供图像带112，114、观察带122和阻挡带124的对齐，屏障周期距离170（即，相邻观察带122之间或相邻阻挡带124之间的距离）设定为大约等于眼距136的两倍除以观察距离150加上两倍光学厚度142。换句话说，屏障周期距离170根据以下关系设定：P = 2et/(d+2t)，其中，P是屏障周期距离170；e表示眼距136；t表示光学厚度142；d表示观察距离150。在可选实施例中，光学厚度142设定为等于观察距离150×屏障周期距离170除以眼距136减去屏障周期距离170的数量的两倍。换句话说，光学厚度142根据以下关系设定：T = pd/2(e-p)。更一般地，p和/或t设定为使得p/t = (2e-p)/(d+t)。

操作中，当期望经由叠加显示系统100呈现图像时，视频处理单元180使得显示板110显示图像，所述图像包括以交替图像带112、114设置的像素矩阵。在示例性实施例中，视频处理单元180利于显示3维图像，使得图像包括旨在用于由观察者130的右眼132感知的第一组像素图像信息和旨在用于由观察者130的左眼134感知的第二组像素图像信息两者。为了利于第一组信息仅仅由右眼132感知，视频处理单元180定位第一组像素图像信息的呈现，使得其能由右眼132但不能由左眼134观察。为了利于第二组信息由左眼134但不由右眼132感知，视频处理单元180定位第二组像素图像信息的呈现，使得其仅仅能由左眼134观察。

在示例性实施例中，视频处理单元180接收表示控制呈现的相关参数的信息。这些相关参数可包括观察者130的右眼132和左眼134的位置和方向信息，取决于系统用户的要求，观察者130可以是车辆操作者或者其他车辆乘员。在示例性实施例中，系统还可以将信息提供第二观察者以允许第二观察者重新定位他或她的眼睛，从而分享第一观察者的感知体验。

因而，显示系统100提供汽车窗户安装显示器，其不仅是选择性透明的，而且能够提供车辆乘员的3维观察体验。系统从而可以给车辆操作者在操作者的直接视场提供丰富而即时的信息体验，而不需要操作者眼睛的重新定向。

如图2所示，示例性叠加显示系统200包括处于透明状态的屏障掩模220。屏障掩模220包括透明掩模电极222和透明液晶板224。透明掩模电极222处于未激励状态，从而允许液晶板224保持在有序（即，透明）状态，从而允许观察者230的右眼232和左眼234均全部观察到在透明显示板210上显示的图像，而没有阻挡。

如图3所示，示例性叠加显示系统300包括处于不透明状态的屏障掩模320。屏障掩模320包括透明掩模电极322和透明液晶板324。透明掩模电极322处于激励状态，从而液晶板324处于无序（即，不透明），从而选择性地允许右眼232仅仅观察在透明显示板310上显示的图像的某些带且选择性地允许左眼234仅仅观察在透明显示板310上显示的图像的某些其他带。

如图4所示，示例性显示系统包括具有透镜板422的屏障掩模420。根据该实施例，透镜板422的带状（stripar）透镜424与图像的图像带412、414对齐，从而使得来自于图像带412的光朝向观察者430的右眼432折射，且使得从图像带414反射的光朝向观察者430的左眼434折射。因而，通过将透镜间距426和像素间距416匹配，系统可以使得右眼432接收的图像与左眼434接收的图像不同，从而除了其他之外允许在观察者430产生图像深度的感知（即，立体3D感知）。

如图5所示，图示了示出用于显示图像的示例性方法的流程图。在示例性实施例中，图像分成两组图像带（交织部）（步骤510）。每组图像带然后可以被偏转（步骤520），从而被定位、定向和偏转成大致允许观察者的右眼观察第一组图像带且观察者的左眼观察第二组图像带。在示例性实施例中，检测观察者眼睛之间的眼距（步骤521），从而可以对所述组图像带的布置等进行精确调整。在示例性实施例中，检测观察者眼睛的方向（步骤522），从而可以对所述组图像带的布置等进行精确调整。还检测观察距离（步骤523），从而可以对所述组图像带的布置等进行精确调整。还可以检测光学厚度（步骤524），从而可以对所述组图像带的布置等进行精确调整。在一个实施例中，调整光学厚度（步骤525）。

为了利于第一组图像带仅仅由观察者右眼观察且第二组图像带仅仅由左眼观察，屏障周期距离被计算（步骤526）和调整（步骤527）。可选地，屏障周期距离与光学厚度的比率可以被计算（步骤528），而且调整屏障周期距离（步骤529）或调整光学厚度（步骤530）或者调整屏障周期距离和光学厚度两者（步骤531）。

虽然本发明已经参考示例性实施例进行描述，但是本领域技术人员将理解的是，可以作出各种变化且等价物可替代其元件，而不偏离本发明的范围。此外，可以作出许多修改以使得具体情况或材料适合于本发明的教导，而不偏离其实旨范围。因而，本发明并不旨在限于所公开的具体实施例，而本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种透明3D显示系统，包括显示板和屏障掩模；

所述屏障掩模位于显示板和观察者之间，所述屏障掩模通过具有光学厚度的透明材料从显示板隔开，屏障掩模从观察者隔开观察距离，且所述观察者具有由眼距隔开的右眼和左眼；

其中，显示板配置成显示图像，所述图像包括第一组图像带和第二组图像带；

其中，所述屏障掩模配置成产生多个交替的观察带和阻挡带；

其中，所述观察带定位、定向和配置成允许右眼观察第一组图像带且允许左眼观察第二组图像带；以及

其中，所述阻挡带定位、定向和配置成防止右眼观察第二组图像带且防止左眼观察第一组图像带。

2.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，其中，所述显示板是包括电致发光材料和多个透明显示电极的透明显示器，所述透明显示电极配置成激励电致发光材料以在显示板中产生图像。

3.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，其中，所述观察带配置成允许光穿过，从而允许观察者感知由显示板呈现的图像。

4.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，其中，所述屏障掩模包括液晶板和一组透明掩模电极，所述透明掩模电极配置成产生所述多个交替的观察带和阻挡带。

5.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，其中，所述阻挡带配置成妨碍光图像的观察。

6.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，其中，所述显示系统应用于车辆中的观察表面。

7.根据权利要求2所述的透明3D显示系统，其中，所述显示板包括磷光材料，从而在电极不活动时显示板的相应区域透明，且在电极活动时显示板的相应区域展现图像。

8.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，还包括设置在观察者和显示板之间的一个或多个滤光器。

9.根据权利要求1所述的透明3D显示系统，其中，观察带的数量比第一组图像带中的图像带的数量超过至少一个。

10.一种显示3D图像的方法，包括：

将图像分成至少两组图像带；以及

偏转每组图像带从而定位、定向和配置每组图像带使得大致允许观察者的右眼观察第一组图像带且观察者的左眼观察第二组图像带。

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