CN114514461A - 用于自动立体显示器布置的基本显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基本显示器(10)，其用于具有以周期性光栅布置的像素(12)的自动立体显示器布置(30、32)，其特征在于与显示器水平方向(x)形成45°角的两个对角线(f1、f2)中的至少一个具有以下性质：对于满足穿过所述两个像素的中心点(P)的直线(g)与所述对角线(f1、f2)形成在‑2°与2°之间的角的条件的两个任意像素(12)，所述像素的中心距离(d1、d2)大于基本距离(e)1.5倍，优选地大于1.8倍，更优选地大于两倍，所述基本距离定义为所有像素对的所述中心距离的最小值。

Description

用于自动立体显示器布置的基本显示器

技术领域

本发明涉及一种用于具有以周期性光栅布置的像素的自动立体显示器布置的基本显示器。

背景技术

基本显示器可例如为计算机屏幕或平板电脑或智能手机的屏幕。为了形成自动立体显示器布置，从基本显示器开始，所谓的视差屏障以某一间隔叠加在基本显示器上，视差屏障经布置以使得从屏幕的表面朝向观看者传播的光线经屏蔽或偏转以使得屏幕的一些像素仅左眼可见，而另一像素集合仅右眼可见。对于左眼和右眼可见的像素构成条带的交替序列。当将自动立体地显示对象时，控制相应条带中的像素以使得观看者的左眼和右眼看到具有对应于对象的三维几何形状的视差位移的对象。在WO 2016/107892 A1中已描述这种类型的自动立体显示器装置的实例。

视差屏障可例如由使观看者的一个眼睛的基本显示器的表面上的特定条带形区域模糊的条带屏障构成，或由例如由平行圆柱形透镜的双凸透镜光栅构成，所述平行圆柱形透镜像放大镜一样放大屏幕表面上的可见条带中的像素，而来自其它像素的光经如此偏转以至于其不能到达观看者的对应眼睛。

为了能够还呈现具有尽可能高的分辨率的三维图像，由视差屏障产生的条带的周期不应大体上大于像素光栅中的像素的周期。

然而，具有类似周期的两个周期性结构的叠加，即像素光栅和视差屏障，可致使呈空间拍频的形式的干扰伪影，所述干扰伪影也称为莫尔拍频图案(Moirébeat pattern)。抑制此拍频效应的一种方法是安装视差屏障，使得其条带相对于显示器的竖直方向稍微倾斜。由于观看者的眼睛通常在水平线上对准，因此优选的是使用视差屏障的倾角，其中形成于显示器水平方向x与视差屏障的条带之间的角相当于至少55°。显示器水平方向x此处定义为获得作为显示器平面与第二平面之间的直线相交线的方向，所述第二平面的特征在于当观看者的头部未倾斜时，其含有观看者的两个眼睛的中心点。因此，在典型矩形显示器中，显示器水平方向x通常平行于显示器的上边缘和下边缘。显示器竖直方向y在显示器的平面中延伸且与显示器水平方向正交，使得其通常平行于显示器的左边缘和右边缘。如果显示器旋转90°，那么前一显示器水平方向变成新的显示器竖直方向，且前一显示器竖直方向变成新的显示器水平方向。

平板电脑或智能手机通常可通过使其旋转90°的角度而以纵向格式和横向格式两种使用。用户在3D模式中也将期望此性质。然而，到目前为止通常使用且其中条带几乎竖直延伸的视差屏障仅适于以横向格式显示图像或以纵向格式显示图像。

US 2012/050857 A1描述以后总自动立体显示器装置，其利用两个可切换视差屏障，使得将格式从纵向改变为横向包含切换到另一视差屏障。US 8 441 584 B2公开一种由液晶显示器(LCD)构成的条带屏障，通过适当控制LCD可产生不同条带图案。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种基本显示器，所述基本显示器可易于变成自动立体显示器布置，通过使视差屏障的条带在相对于显示器水平方向x的近似对角线角下延伸，所述自动立体显示器布置使得能够在不改变视差屏障的情况下以纵向格式和横向格式观看图像。

根据本发明，此目标可通过与显示器水平方向x形成45°角的两个对角线中的至少一个具有以下性质来特征来实现：对于满足穿过两个像素的中心点的直线与对角线形成在-2°与2°之间的角的条件的两个任意像素，像素的中心距离大于基本距离的1.5倍，优选地大于1.8倍，更优选地大于两倍，所述基本距离定义为所有像素对的中心距离的最小值。

在具有与显示器水平方向x和显示器竖直方向y对准的正方形像素光栅的典型显示器中，所有直接相邻的像素对具有均一中心距离，所述均一中心距离接着根据定义构成基本距离。接着，对于确切地或至少近似地在像素光栅的对角线上对准的相对紧密相邻的像素，中心距离相当于基本距离的约1.414(2的平方根)倍。根据本发明，此像素光栅变成经修改像素光栅，其中在对角线上基本上对准的像素的中心距离(在下文标示为对角线距离)放大到至少基本距离的1.5倍，优选地至少基本距离的两倍。

像素光栅的此特定性质具有以下优点：为了形成自动立体显示器布置，有可能在不产生干扰拍效应的情况下使用视差屏障，其中条带“对角地”延伸，即与显示器水平方向形成近似45°的角。以此方式，有可能使用同一个视差屏障来以纵向格式和横向格式显示图像。拍频效应的抑制基本上归因于以下事实：在与视差屏障的条带平行延伸的对角线的方向上，像素光栅具有的周期经设定尺寸以使得拍频的空间频率增大到使得其接近像素光栅的分辨率的极限且因此不再可察觉的程度。

本发明还涉及一种具有具有上文所描述的性质的基本显示器的自动立体显示器布置。在此布置中，视差屏障的条带大致在对角线方向上延伸，即，这些条带与显示器水平方向x之间的角在40°与50°之间。如果像素光栅配置成使得对于连接中心点的直线的方向稍微偏离45°方向(例如±2°，优选地±5°)的像素对也满足条件“沿着同一对角线的像素的中心距离大于基本距离的1.5倍，优选地大于两倍”，那么视差区域的条带的方向也可偏差对角线某一角度。

在从属权利要求中指示了本发明的有用的细节和进一步发展。

上文已描述的像素光栅的性质可例如通过以下过程获得：从当今通常使用的标准像素光栅中的一个开始，例如“标准-RGB-条带(Standard-RGB-Stripe)”、“PenTile钻石(PenTile Diamond)”等等，光栅在一个方向上收缩或扩展某一因数，例如在垂直于显示器水平方向x的方向上。另一可能性为分别将像素光栅的连续行或列中的像素相对于彼此移位像素宽度或像素高度的一部分。

附图说明

现将结合附图描述实施例实例，其中：

图1为根据本发明的基本显示器的放大截割；

图2为根据本发明的具有基本显示器的自动立体显示器布置的放大截割；

图3为用于解释自动立体显示器的原理的草图；

图4为视差屏障的草图；

图5展示横向格式和纵向格式的自动立体显示器装置的说明；

图6为常规标准-RGB-条带基本显示器的像素光栅的放大截割；

图7为常规PenTile钻石基本显示器的像素光栅的放大截割；

图8展示若干已知标准像素光栅的像素结构；

图9展示已通过修改图7中所展示的像素光栅获得的根据本发明的基本显示器的像素光栅；

图10为用于解释根据图9的像素光栅的性质的草图；

图11展示通过图6中所展示的像素光栅的修改获得的根据另一实施例的基本显示器的像素光栅；

图12展示通过另一基本光栅的修改获得的根据本发明的又另一实施例的基本显示器的像素光栅；

图13为具有45°视差屏障的常规自动立体显示器装置的模拟；以及

图14为根据本发明的显示装置的模拟。

具体实施方式

图1展示形成根据本发明的自动立体显示器装置的部分的基本显示器10的显示表面的截割，所述显示表面例如平板计算机或智能手机的显示器。基本显示器10具有可个别地受控且以周期性光栅布置的像素12，所述周期性光栅已通过展示像素的中心点P的位置而在图1中表示。

为像素光栅的特性的长度单元，所谓的基本单元e定义为像素12的所有对的中心距离的最小值。在所展示的实例中e对应于两个竖直相邻像素的中心点之间的距离，即其恰好对应于像素高度。然而，一般来说，基本单元e不必须对应于在严格竖直方向或严格水平方向上彼此相邻的两个像素之间的中心距离，但如果此距离与所有其它中心距离相比为最小，那么其也可对应于倾斜地相邻像素之间的中心距离。

在图1中，显示器水平方向已标示为x，且显示器竖直方向已标示为y。通常，显示器水平方向x与显示器的下边缘平行延伸，且显示器竖直方向y与显示器的侧边缘平行延伸。由其与显示器水平方向形成45°角的性质定义的两个对角线已标示为f1和f2。此外，在图1中，在大致对角线方向上延伸的直线g已经定位成使得其穿过两个像素的中心点P。这两个像素之间的中心距离d1相当于基本单元e的约4.2倍。

在图1中展示的整个像素光栅中，不存在中心点P在平行于f1的直线上对准且中心距离小于d1的一对两个像素12。还对于互连直线并不确切地平行于f1但偏离f1±2°或甚至±5°的角度的像素对，中心距离不小于d1。类似地，对于互连直线大致平行于f2延伸，存在像素的中心点的最小中心距离d2。因此，分别相对于对角线f1和f2的术语“对角线距离”d1和d2通常应分别标示穿过中心点P的直线分别在对角线f1和f2周围±2°的角范围中，优选地±5°中的两个像素12的最小中心距离。

图2展示基于图1中展示的基本显示器10的自动立体显示器装置。叠加到基本显示器10的是视差屏障18，此处仅由一系列条带的两个条带20表示所述视差屏障18。对于观看者的例如左眼的眼睛的给定位置，条带20标示基本显示器10上归因于视差屏障18而其像素不可见的区域。条带20之间的间隙标示像素12对于观看者的左眼可见的区域。相反，对于右眼，条带20下的像素将为可见的，且间隙中的像素将为不可见的。

在图2中展示的实例中，平行条带20与显示器水平方向x形成45°的角度α。

归功于此处展示的像素光栅中的较大对角线距离，周期性像素光栅上的视差屏障18的叠加不导致干扰拍频效应。当视差屏障18的条带20与显示器水平方向x之间的角度不恰好为45°但从其偏离多达±5°时也同样如此。这产生允许通过对角度α进行微调来优化拍频效应的抑制的某一容差范围。

将结合图3简要地解释自动立体显示器的功能原理。已在图3中的侧视图中展示具有像素12的基本显示器10。视差屏障18，在此情况下，具有交替序列的透明条带22和不透明条带24的条带屏障已以某一间距(在z方向上)布置在基本显示器10上方。基本显示器10和视差屏障18一起形成自动立体显示器装置。还展示从某一观看距离观看显示装置的观看者的左眼26和右眼28。对于观看者的左眼26，不透明条带24界定具有基本显示器10上的不可见像素的条带20的位置，且视差屏障的透明条带22界定这些条带20之间的间隙。对于观看者的右眼28，那些可见像素对于左眼26是不可见的，且反之亦然。如果取决于观看距离和观看者的眼睛之间的距离，控制像素12以使得左眼26仅接收左眼的图像信息且右眼28仅接收右眼的图像信息，那么可实现三维图像感知。对于不透明与透明条带之间的边界上的像素，方便的是根据个别子像素相对于此边界的位置单独地控制个别子像素。

为了在图像的三维显示中(在3D模式中)实现尽可能高的空间分辨率，视差屏障的周期长度应选择为尽可能小。然而，优选地，应较大以使得大于一半的像素12在条带20之间的相应间隙中可见。依据截距定理，透明条带22和不透明条带24的宽度(或，如果视差屏障为双凸透镜光栅，那么圆柱形透镜的宽度)取决于观看距离、眼睛26与眼睛28之间的距离和基本显示器10与视差屏障18之间的(有效)距离。为了获得尽可能紧凑的显示装置，在基本显示器10与视差屏障18之间具有较小间距的情况下，应选择条带20、22的宽度较小。

如已在图4中已展示，视差屏障18相对于显示器水平方向x的倾角，更确切地说，条带20与方向x之间的角度α也是相关的。图4中的图像的平面为由轴线x和y横跨的平面，使得观看方向竖直地延伸到条带20上。如在图3中，仅在横截面中展示最终产生条带20的视差屏障18。在此分析中，可忽略一方面的条带22、24的宽度与另一方面的条带20的宽度之间的差。在图3和4中，条带在x方向上的表观宽度已标示为w'。在图4中，还展示了条带在垂直于条带的方向的方向上的真实宽度w。其满足关系

w＝w'*cos(α)。

如果(如在图2中)角度α至少大致为45°为有利的。在这种情况下，显示装置可用于以横向格式和纵向格式显示图像，如图5中所说明。此处，已示意性地展示两个自动立体显示器布置30、32，其中的每一个包括基本显示器10和仅由数个平行条带象征的视差屏障18。显示器布置30经定向以使得以横向格式显示图像(也在3D中)。显示器的下边缘在方向x上延伸。显示器布置32经定向以使得以纵向格式显示图像。在方向x上延伸的显示器的下边缘接着为基本显示器的较短边缘。基本显示器10与视差屏障18之间的空间关系在显示器布置30、32中相同，且在两种情况下，视差屏障与显示器水平方向x形成(大致)45°的角度α。

图6展示用于彩色显示器的常规像素光栅的截割。根据标示“标准RGB-条带”已知的像素光栅具有正方形像素12s。图6展示3x3的这些像素。每一像素12s划分为三个条带形超像素R、G、B，对应于基本色彩红色、绿色和蓝色，并排布置。像素宽度等于像素高度且等于基本单元e。对角线距离d1和d2，即对角线上两个相邻像素之间的中心距离，对于这两个对角线，分别大致为1.414e。因此，此常规像素光栅不具有已结合图1针对根据本发明的像素光栅描述的性质。

彩色显示器的已知像素光栅的另一实例已展示在图7中。此像素光栅标示为“PenTile钻石”。此处标示为12p的个别像素具有“钻石形状”(具有边缘长度e的正方形，旋转45°)。每一像素12p包含子像素R、子像素B和两个略微较小的子像素G。此处，对角线距离d1和d2对于对角线f1和f2恰好为1e。

在一起构成像素的不同色彩中的子像素的集合将在下文更一般化地标示为此像素的(子像素)集合。因此，PenTile钻石配置中的像素集合包括四个子像素，如上文所描述。其也可写成RGBG。

在如图7中所展示的像素光栅“PenTile钻石”中，(如在大多数其它像素光栅中，存在定义像素以使得每一像素包括恰好一个子像素B、一个子像素R和两个子像素G的若干可能性。替代可能性的两个实例已在图7中以虚线展示且标示为12p'和12p"。因为对于一些其它像素光栅也存在的这一不明确性，在本说明书中，应更精确地定义“像素”所意味的内容。

出于本说明书的目的，“像素”定义为满足以下条件的基本显示器的表面的相干子表面T：

(1)T含有恰好一个子像素集合。

(2)显示器的平面可完全组成(镶嵌)且不与由T的平移产生的多个表面重叠。

下文已列出用于彩色显示器的一些其它共同像素光栅，且针对每一像素光栅已指示对角线距离d1和d2。在所有这些情况下，对角线距离对于对角线是相同的，d1＝d2。这些标准像素光栅的像素配置中展示在图8A至8F中。已分别展示在像素内的单个像素的轮廓以及子像素R、G、B、W(W代表“白”)的布置。

PenTile Prototyp：d1＝d2＝～1.414e

PenTile RGBG：d1＝d2＝1e

PenTile RGBW：d1＝d2＝1e

RGB变体：d1＝d2＝～1.414e

RGBW条带：d1＝d2＝～1.414e

Bayer Muster：d1＝d2＝～1.414e。

因此，证明对于所有这些共同像素光栅且独立于已选择的对角线，基本单元中的对角线距离不大于约1.414。

现在，将参考图9给出实例，可如何修改常规像素光栅，其方式为使得其满足以下条件：

对于对角线f1和f2中的至少一个

对角线距离d1>1.5e或d2>1.5e。

在图9中，已通过在方向y上将整个光栅收缩2/3倍来修改图7中所展示的像素光栅。像素12p的中心点已通过此收缩相对于彼此移位，使得位于图7中的45°直线g上的中心点现在位于从线g偏离大于3°(在此特定实例中大于8°)的角度的直线g'上，使得这两个像素的中心距离不再为上文给定的定义的意义中的“对角线距离”。基本距离e仍对应于由线g'连接的两个像素12p之间的距离。

图10展示图9中所展示的收缩像素光栅的一些像素12p。还已展示相应中心点P，正如对角线f1和对角线f1周围+/-5°的角度范围34。如果从图9中左下像素12-1开始，那么可看出，可仅在下一第三像素列中找到中心点再次在此角范围34内的下一像素12-2。这对应于约3.73e的对角线距离d1。然而，此像素在对角线f1周围+/-2°的角范围之外，使得此角范围的对角线距离d1大致为4.71。

类似地，其它已知像素光栅也可经收缩以便将两个对角线f1、f2中的至少一个的对角线距离升高到至少1.5e或优选地至少2e。

如果通过收缩修改像素光栅，那么除2/3之外的其它收缩因数也是可能的。举例来说，收缩因数1/2也是有吸引力的。如果例如标准-RGB-条带光栅或PenTile钻石光栅收缩了1/2倍，那么无关于对角线f1、f2的选择，获得对角线距离d1＝d2＝～2.828e。此外，归因于子像素的数目与未收缩的PenTile钻石光栅相比加倍了的事实，在3D模式中感知分辨率的损失得到了很大补偿。

如果具有收缩因数1/2的收缩应用到标准-RGB-条带光栅，那么在2D模式中还存在有吸引力的可能性以控制具有相同信号的两个叠加(收缩)像素以便将其合并为单个(正方形)像素。接着，在2D模式中，显示器与在行方向和列方向上提供相同分辨率的图像文件兼容。替代地，当然也可能在2D模式中彼此独立地控制收缩像素以便利用在方向y上的增大的分辨率。

作为收缩的替代方案，对角线距离也可借助于扩展而改变，以使得优选像素光栅可同样以这种方式从并非优选的像素光栅导出。

修改已知像素光栅的另一可能性包括使连续行中的像素偏移像素宽度的一部分。这已针对图6中所展示的标准-RGB-条带像素光栅的修改展示在图11中。图11中的最顶部行展示与图6中相同的像素12s。在下方的下一行中，所有像素已向右移位一个子像素的宽度。在从上方的第三行中，像素再次移位一个子像素的宽度，且在第四行中，在另一移位一个子像素的宽度之后，再次获得与最顶部行中相同的像素图案。已针对左下角中的像素展示对角线f1，且也已展示对角线f1周围+/-2°的角区36。可看出，在从下方开始的第二线中和在其上方的行中也不存在中心点在角区36内的像素。位于此区中的此像素仅再次发现于最顶部行(右上角中)中。同样，针对两个对角线，对角线距离d1、d2＝～4.2e。如果通过移位修改光栅，那么不始终是两个对角线f1、f2的对角线距离d1、d2相等的情况。举例来说，如果在像素光栅中，角区36的可容许角范围从对角线f1周围的+/-2°增大到+/-5°，那么获得对角线f1的大致1.1e的对角线距离d1和对角线f2的大致2.6e的对角线距离d2。

类似地，还可通过将向左移位一个子像素的宽度来修改像素光栅。

这种通过移位行来修改光栅也可适用于其它像素光栅。类似地，还可借助于列的竖直移位而获得有利的光栅。

当通过行移位修改像素光栅时，偏移在每一行中不必具有相同量。举例来说，也可只每隔一行移位一次。同样地，有可能将行交替地向右和向左移位。在标准-RGB-条带光栅的修改中，对于每一对角线获得约2.828e的对角线距离。

在“Bayer-Muster”的情况下，移位半个像素宽度还导致约2.828e的对角线距离，如图12中已展示。此处，每一像素12的子像素R、G、B已通过使用不同形状和填充色彩而可区分。连续行中的像素分别相对于彼此移位e/2。已针对共同对角线f1上的两个像素12展示中心距离d2。对于同一对角线上的任何一对像素，不强调此中心距离。

对于修改标准像素光栅，还可设想组合上文所描述的两种方法。举例来说，如果标准-RGB-条带光栅收缩1/3倍，且此外，线相对于彼此移位1/3像素宽度，那么针对两个对角线中的一个获得有利的对角线距离d1＝～4.242e，而针对另一对角线获得仅d2＝1e的对角线距离。

图11中展示的实例的特定优点为在原始像素位置中再次分别找到三个不同子像素的组。因此，在这些原始像素位置中，可产生与普通RGB像素相同的色值，唯一的区别是子像素的位置循环地交换。然而，这对于在2D模式中图像的显示不相关。因此，如果不需要自动立体显示器，那么可以与标准-RGB-条带显示器类似的方式在2D模式中控制显示器。此优点还可借助于一些其它标准像素光栅的修改来实现，例如，通过具有上文已提及的半像素宽度的像素偏移的经修改的Bayer-Muster(参看图12)。

本文中所提出的像素光栅的修改的效应将在图13和14中说明。

图13展示常规正方形像素光栅38与以45°角倾斜的视差屏障40组合。人们感知到具有大致八倍于视差屏障40的周期的周期的显著拍频图案，使得亮度的变化是清晰可见的。图14展示同一视差屏障40与根据本发明的收缩像素光栅组合。此处可感知不到拍频效应。当然图13中的拍频图案的周期还取决于视差屏障的宽度。然而，对于所有常用宽度的视差屏障，可发现图14中所展示的效应，即拍频抑制。

Claims (8)

1.一种基本显示器(10)，其用于具有以周期性光栅(42)布置的像素(12)的自动立体显示器布置(30、32)，其特征在于与显示器水平方向(x)形成45°角的两个对角线(f1、f2)中的至少一个具有以下性质：对于满足穿过所述两个像素的中心点(P)的直线(g)与所述对角线(f1、f2)形成在-2°与2°之间的角的条件的两个任意像素(12)，所述像素的中心距离(d1、d2)大于基本距离(e)的1.5倍，优选地大于1.8倍，更优选地大于两倍，所述基本距离(e)定义为所有像素对的所述中心距离的最小值。

2.根据权利要求1所述的基本显示器，其中所述像素光栅(42)从以下标准像素光栅中的一个导出：标准-RGB-条带、PenTile-Prototyp、PenTile RGBG、PenTile RGBW、PenTile钻石、RGB变体、RGBW条带、Bayer-Muster，且其中所述像素光栅(42)通过垂直于或沿着所述显示器水平方向(x)的方向扩展或收缩和/或通过个别线(14)相对于彼此移位小于一个像素宽度和/或通过个别列相对于彼此移位小于一个像素高度而从所述标准像素光栅导出。

3.根据权利要求2所述的基本显示器，其中所述像素光栅收缩了2/3倍。

4.根据权利要求2所述的基本显示器，其中所述像素光栅收缩了1/2倍。

5.根据权利要求3或4所述的基本显示器，其中所述标准像素光栅为标准-RGB-条带。

6.根据权利要求3或4所述的基本显示器，其中所述标准像素光栅为PenTile钻石。

7.根据前述权利要求中任一项所述的基本显示器，其中与所述显示器水平方向(x)形成45°角的所述两个对角线(f1、f2)中的至少一个具有所述性质：对于满足穿过所述两个像素的所述中心点(P)的直线(g)与所述对角线(f1、f2)形成在-5°与5°之间的角的所述条件的两个任意像素(12)，所述像素的所述中心距离(d1、d2)大于所述基本距离(e)的1.5倍、优选地大于1.8倍，更优选地大于两倍。

8.一种自动立体显示器布置，其包括根据前述权利要求中任一项所述的基本显示器(10)和视差屏障(18)，所述视差屏障(18)与所述对角线(f1、f2)中的一个形成在-5°与5°之间的角，其中所述直线(g)上的所述像素的所述中心距离(d1、d2)大于所述基本距离(e)的1.5倍，优选地大于1.8倍，更优选地大于两倍。

Images