跟踪最佳位置的方法和装置的制作方法

专利名称：跟踪最佳位置的方法和装置的制作方法
跟踪最佳位置的方法和装置本发明涉及一种用于跟踪显示信息的透射电子显示器中最佳位置单 元的最佳位置的方法和装置，所述方法和装置在调制信息后，以定向的方 式通过显示器将光投射到最佳位置上的至少一个观察者的眼睛上。本发明可用于一个或多个观察者的单视场和/或自动立体显示器。根据 本发明的显示装置可使图像可选择地以二维、三维模式或混合模式显示。 在本文件中，术语"自动立体显示器"表示一种显示装置，利用该显示装置， 至少一个观察者不用任何额外辅助就可以从很多个由其自由选择的位置 上观看三维图像。从光传播的方向上看，显示器的最佳位置单元包含一个具有多个发射 或传送光的照明原件的照明矩阵，以及具有成像原件的成像装置。成像装 置将照明阵列开启的照明原件的光以一个或多个最佳位置的方式，以差不 多理想的平行光束，投射到至少一个观察者的眼睛中。为此，将多个照明 元件分配给成像装置的每个成像元件。最佳位置是可以高质量观察信息面 板所提供的信息的区域。在最佳位置上必须一直保证信息面板上显示的信息的均匀性，并且当 观看三维内容时，必须防止观察者的眼睛之间的信息串扰。如果观察者在 显示装置前方的空间中改变其位置，这些条件必须持续达到，以持续不断 地向观察者提供高质量的单视场或立体图像内容。例如，在用于车辆的单 视场显示器中，在向驾驶员提供路线图的同时乘客可以观看电影。两人都 应该可以在一定范围内移动而不失去其特定的信息。此外，已经证明，如果为确定的最佳位置开启的光源数量仅有轻微的 过小或过大，那么干扰和成像缺陷很可能就会出现。例如，观察者可能会 感受到各最佳位置之间的串扰，以及诸如均匀度和对比度的图像质量的恶 化。人眼可以很轻易地觉察到这种变化。
人们期望自动立体显示器呈现高质量的三维场景，而且表现出与观察 者数量无关的特征，例如观察者的自由、分立移动，以及获得二维和/或三 维模式下的多个图的可选择的通路。为了能够尽量满足所有这些需求，就需要一个合适的跟踪系统，其为 跟踪装置的后续处理过程和立体信息显示器提供信息。这种跟踪系统必须 能够不断地检测观察者在显示装置前方尽可能大的观看空间中的移动，以 向每个观察者始终提供与其实际位置无关的特定图像信息。这就对位置检 测器的精度、显示器单个元件的质量以及显示器总体成像质量提出了极高 的要求。己有利用机械、光学及其它方式、或其结合的用于跟踪的跟踪系统。 但是，这些系统承受精度或实时应用的适应性受到不良影响的缺点。它们 的设计往往体积庞大，而且可以向观察者提供信息的观看空间非常有限。 此外，所需的计算时间相当多地增加了在位置检测至信息提供过程中需要 考虑的因素。WO 03/053072 Al专利申请文件公开了一种具有收集三维位置信息的 跟踪系统和连续立体图像展示的多用户显示器。该显示器包含依次排列的 可以三维寻址的背光、用于将光线聚焦于观察者的大面积成像透镜、以及 作为图像矩阵的光调制器。背光由多个二维光源阵列组成，该二维光源阵 列在多个平面中依次逐个排列。背光的光源阵列中的一个的照明元件根据 观察者的实际位置来决定其开启。这种方法还可使光源分别对一个或多个 观察者与显示器之间的距离进行跟踪。动态检测所有观察者眼睛的三维位 置信息，打开背光的可分配照明元件，将光束与调制的图像同时聚焦至观 察者的各左/右眼。这种显示器的缺点是低亮度，因为仅有一个可局部选择的点光源可用 于照亮每个观察者眼睛的整个图像，而且还因为光路中的未开启光源阵列 吸收了该光的一部分。除了其庞大的体积之外，这种三维背光制造也困难。US 6 014 164号专利公开了一种具有光源跟踪系统的用于多个观察者 的自动立体显示器。对每个观察者成对安排的光源可以在x、 y和z方向上
移动，以在控制系统的帮助下跟踪观察者位置的变化。该方法可在信息面 板上向观察者连续不断地提供三维场景。因为该系统也使用了光源跟踪 法，所以上述缺点同样也出现在该系统中。具体说，因为对每个观察者必 须单独跟踪观察者特定的光源对，所以需要昂贵的跟踪装置。这些装置不 允许显示装置实现平面设计。
公知的跟踪方法仅能向位于相当受制约的立体观看空间中不同位置 上的观察者放送特定的信息。跟踪范围和图像矩阵的亮度受到限制。此外, 显示器体积庞大，需要昂贵的装置、包括计算装置来实现跟踪。位于显示
器前方不同位置上的观察者越多，所要计算的数据量就越大，因而位置检 测和最佳位置的实际提供之间的延迟就会更加增长。因此，己经形成了普 遍的惯例，即并不实时计算数据的某些部分，而是将预先计算的数据存储 在査找表中，在需要时查找并处理这些数据。另一个缺点是，该系统的存 储容量在观察者增加时将会很快用光。
本发明的一个目的是借助于逆光线追踪法防止或减小上述公知技术 的缺点。这里使用的逆光线追踪法基于光学组件的几何布置来确定光的传 播。其利用光路可逆的光特性，因而所有光线可以从眼睛反向跟踪至其起 源点。
具体地说，本发明的一个目的是提供具有最佳位置单元的显示器，该 显示器具有这样的能力，即在较大的观看空间中根据观察者位置的变化， 快速非机械跟踪扩展了的最佳位置，并在图像矩阵中向单个最佳位置区域 传送观察者特定图像信息，同时保持连续的高画质和信息面板的均匀照 明。
同时，增加跟踪范围，对每个观察者特定的图像除去串扰。此外，在 保证可接受的计算时间的同时，减少跟踪方法要实时计算的数据量，而且 存储在查找表中的预先计算的数据量也尽可能保持低。
一个己经公知的事实是，光路中光学组件的散射和衍射极大地影响图 像质量，并从而影响最佳位置的均匀照明。选择某些光学组件可能会在水 平或垂直平面上或所有平面上引起散射和衍射。有目的地使用散射和衍射
装置，可以进一步提高照明均匀度和最佳位置的质量，特别是如果照明元 件的结构非常纤细。
该目的在本发明的一种以用于具有最佳位置单元和图像矩阵的显示 器的跟踪方法为基础的方式中得以解决，在其多个处理步骤中，以通过位 置检测器、照明元件实时检测观察者眼睛的空间位置开始，其中照明元件 在照明矩阵中排列成规则的图案，并在光学通路中开启，用以向观察者提 供确定的最佳位置。
根据本发明，该目的通过一种跟踪方法得以解决，该跟踪方法包括逆 光线追踪，在其中，追踪从观察者眼睛通过图像矩阵和成像装置到达照明 矩阵的光线。这使那些观察者透过图像矩阵观看时可以看到的照明矩阵的 照明元件准确开启。与成像装置结合，但与所用成像装置的类型无关，观 察者眼睛在最佳位置接收分配给他们的定向照明。
借助于位置检测器连续检测到至少一个观察者的眼睛的空间位置之 后，将检测到的位置信息传送给执行逆光线追踪的控制单元。取决于位置 检测器的精度和/或其它参数、特别是观察者眼睛和显示器之间的距离，在 分立的步骤中，在控制单元内通过确定参考点形成所需的最佳位置的几何 形状。对每个观察者眼睛的参考点的数目和位置可以自由选择。本发明中， 首选参考点的正方形排列，也就是说，在最好形成矩形的至少四个点上执 行逆光线追踪。
参考点的数目必须足够大，以使最佳位置始终均匀照明，但也要足够 小，以使所需的计算能力和存储容量尽可能低。如果观察者例如位于距显 示器相对较远的位置，那么最佳位置的范围就必须要变大，因而位置检测 的精度显著降低。
控制单元执行逆光线追踪，从每个参考点直至排列在图像矩阵栅格内 并由至少一个参数确定的像素。最好不对所有像素都执行计算，而是只对 位于一列中的像素执行计算，这样其就可以根据给定的图像矩阵栅格仅由 一个参数加以确定。
逆光线追踪从像素通过成像装置直至照明元件。计算产生具有该照明 元件地址信息的数据记录，该地址信息由相应的成像装置投射到各自的参 考点。在接下来的处理步骤中，基于地址信息生成要开启的照明元件图案， 所述图案由成像装置对每个观察者眼睛以上述最佳位置的方式成像。根据本发明的方法对用于至少一个观察者的单视场和自动立体显示 器都可应用。尽管对每个像素的逆光线追踪最好对图像矩阵的中心列实时执行，控制单元为其它光线路径寻找存储在查找表中用以査找照明元件地址信息 的预先计算的数据记录。对应于当前观察者位置的照明元件图案的地址信 息由控制单元通过比较数据记录的方式查找，并被用于生成相应的最佳位 置，其中视角(X确定从参考点到图像矩阵的观看像素的光线路径。从图像 矩阵的栅格中的每个像素到每个照明矩阵的照明元件的光线的预先计算 的光线路径存储在査找表中的数据记录中。由成像装置引起的失常，例如像场曲率，最好在数据记录中加以考虑。 同样也要考虑公知材料和制造误差以及所用光学元件的温度效应特性。使用视角作为逆光线追踪的一个参数有其优势，那就是可以减少要执 行的计算的量，因为某些视角不仅可以应用与位于显示器前一定距离的一 个观察者，还可以用于位于不同距离的多个观察者。如果向所有观察者提 供相同的立体图像，则地址信息最好只包含照明元件的两个分开的序列， 其分别用于检测到的观察者所有左眼和右眼的位置。査找表包含多个预先 计算的光线和视角，其用于为图像矩阵的相关像素和照明矩阵的所有照明 元件生成最佳位置。这些数据记录整体表示查找表的转换数据。本发明的一个实施例包含由光阀(shutter)组成的照明矩阵，其中该 光阀具有结合有定向背光的分立可控子像素。可选择地，照明矩阵可以包 含分立可控的发光照明元件，例如LEDs或OLEDs，从而去除多余的背 光，保持显示器的平面设计。此外，本发明涉及一种用于在显示器中为最佳位置单元的最佳位置的 跟踪提供控制信号的装置，其包含适当的控制和存储装置，以实现根据本 发明的方法。
根据本发明的另一实施例，在光路中使用了散射或衍射元件形式的至 少一个附加光学组件，这就是为什么存在一个用于查找地址信息并从而提高画质和照明均匀度的附加参数。控制单元还检测并考虑角度e (在角度 范围内)，其确定散射或衍射装置的光学特性。角度e为包含至少一个散射元件的散射装置的散射角，或包含至少一 个衍射元件的衍射装置的衍射角。因为需要多个光线来生成最佳位置，所以有多个与角度a有关的角度范围用于计算。控制单元最好依实际使用的照明矩阵栅格的大小来检测这 些角度范围。为了保持计算简单，角度范围信息不依赖于散射或衍射装置 在光路中的位置进行检测和考虑，而是始终处于逆光线追踪过程中可以触 及的位置上。为了生成确定的最佳位置，开启所有在逆光线追踪过程中找 出的照明矩阵的照明元件。由于根据本发明的逆光线追踪过程中考虑到了散射或衍射装置，附加 照明元件将会以简单的方式开启。这进一步减小或者甚至消除了图像缺 陷，例如暗带、串扰和缺乏对比度。根据本发明的用于跟踪最佳位置单元的最佳位置的方法，使减小存储 在査找表中的转换数据的量和所需的计算时间成为可能。特别地，如果在 二维和/或三维模式下向个别观察者同时提供不同的信息，即使观察者在观 看空间中改变其位置时最好也可以实时高质量跟踪观察者特定的图像信 息。现在，将对根据本发明的方法及相应的装置进行详细说明。图中图l是示意性表示具有最佳位置单元、图像矩阵4和最佳位置5中的观 察者眼睛6的多用户显示器的俯视图，图2是表示光线的俯视图，该光线以相应的观察角a从最佳位置的参考 点P,至P4出发，到达图像矩阵4的像素Dp和Dr，图3a表示照明元件的序列7，其形成照明元件LE的图案M，图3b表示具有开启和未开启的照明元件LE的照明矩阵l的详细情况 图4是表示沿着逆光线追踪过程的光线RTi的俯视图，所述光线通过散 射装置SF以ie的角度范围散射，散射的光线部分RTiQ至RT。投向照明元 件LE，以及图5是表示显示装置中逆光线追踪程序的流程图。 说明最好参照自动立体显示器。现在，结合自动立体显示器，并参照

图1至5，对根据本发明的用于如 果一个或多个观察者在观察空间中改变其位置时，跟踪最佳位置单元最佳 位置5的方法以及相应的装置进行更详细的说明。该方法基于这样的思想， 即为了生成最佳位置，在该最佳位置提供以理想亮度和均匀度显示的立 体图像、并保持高画质，对于每个观察者的位置，仅开启那些照明元件LE。 本发明的目的借助于逆光线追踪法和相应的装置得以实现。参照图l，自动立体显示器包括以下主要组件最佳位置单元和成像 装置，其中最佳位置单元包含具有照明元件LE(M至LEqk的照明矩阵l ， 成像装置包含透镜2和菲涅耳(Fresnd)透镜3。具有像素D。至Dq的透明 图像矩阵4用于呈现立体图像，最佳位置单元的未调制光穿透该透明图像 矩阵。为了简化，图中仅表示出了一个观察者眼睛6和一个由参考点Po至Pn确定的最佳位置5。图2说明逆光线追踪的过程，其分别表示从最佳位置的参考点P,至P4 投向图像矩阵4随机选择的两个像素^和Dp的假定光线路径，以及相应的四个视角(M至(M和C^至(Xp4。图3a表示照明元件的序列7，其包含由控制单元建立的照明矩阵l的照 明元件LE的所有地址信息，所述照明元件序列形成图案M。生成确定的最 佳位置5的照明元件LE (见图3b)将根据上述图案M开启。图4表示从随机选择的参考点发出的计算的光线RTi及其通过示例性 的散射片SF以散射角e散射的路径。其说明了当附加的光学元件具有士 e及士e/2的角度范围时，以散射或衍射装置上的散射角e为基础，如何开启 附加照明元件le 。这里的角度范围士e仅在水平方向上检测。通常，该过程也可以在垂直方向上完成。
图5是表示逆光线追踪程序主要处理步骤的流程图。照明矩阵l是多用户显示器最佳位置单元的主要元件。其不断地通过 最佳位置5向观察者提供理想、均匀的照亮的立体图像，观察者移动时也 是如此。正如主要专利申请所述，要生成的最佳位置5的位置、数量以及范围 可以通过控制单元控制，并借助于由多个照明元件LEto至LEqk组成的照明 矩阵1实现，该照明元件可以如图l所示分立地开启。在所述的实施例中， 照明元件LE为由背光(图中未表示)照明的LCD的单色照明元件。然而，其还可以是排列成规则图案，并且可以分立开启的LEDs、 OLEDs或类似的点或线状照明元件。成像装置为多部分组件，其由代表光学成像系统的透镜2和作为物镜 的菲涅耳透镜3组成，其中菲涅耳透镜将最佳位置5投射到观察者眼睛6上。 可选择地，成像装置可以只是透镜2。如果需要，可以将附加的光学装置 整合到成像装置中，以提高投射条件。用至少一个由水平排列的微透镜构 成的透镜来补充由垂直排列的微透镜构成的透镜2是可能的。更多透镜的 结合也是可能的。可以使用由排列成矩阵的透镜阵列或由棱镜元件构成的 光学系统来代替透镜2。在另一实施例中，成像装置还可以包含用于像场曲率矫正的矫正阵 列。根据使用的图像矩阵4的类型，可以在光学投射路径中设置一个附加 的延迟片(retarder foil),以改变光的偏振。 一定数目的照明元件LE始终 分配给每个成像元件。参照图l中的俯视图， 一个观察者的眼睛6位于显示器前方的观看空间 中，更准确地说，位于给定平面中扩展的最佳位置5中。首先，最佳位置5 现实中并不存在，只是考虑到系统参数和观看条件将其预先确定。最佳位置的范围由参考点Pi至Pn说明。参考点Pi至Pn还可以排列成任意图案，包括三维图案。参数n应该至少为4，从而形成用于逆光线追踪的矩形，用以 能够实现清楚的最佳位置5。在本实施例中，n为12。根据所使用的位置检 测器的精度和/或观察者眼睛6相对于显示器的位置，最佳位置5的深度可以
比此处所示更低或更大。位置检测器工作更精密，最佳位置范围就可以更 小。点Po表示被位置检测器检测到的眼睛位置。如果观察者多于一个，则动态检测观看空间中的所有眼睛6的位置，并将相应的位置信息提供给控 制单元用于逆光线追踪。连续实时检测点Po上的观察者眼睛6的空间位置之后，借助于分散的参考点P,至Pn在眼睛周围形成一个假想的最佳位置5。在控制单元中对从 每个参考点P,至Pn到选择的图像矩阵4的列中的像素Do至Dq的光线路径R^至RTn进行计算(见图l)。图像矩阵4分成间距恒定的栅格，其形 成像素计算的基础。栅格间距可以或不可以与图像矩阵4的间距相同。然 而，使用由多个具有不同间距的区域组成的栅格也是可能的。然而，在逆 光线追踪的情况中，使用的间距最好大于图像矩阵的间距，因为这明显减 少所需的计算能力。像素Do至Dq通过其所位于的列中的X坐标来识别。实际上，使用图像矩阵的中心列，因为观察者更愿意向图像显示器的中心观看。计算所需的 另一参数为视角a，在该视角下，来自参考点&至Pn的光线打到栅格的像 素D。至Dq上。经验发现，大约要使用4000个视角a才能获得可感计算结果。 如果视角数目相当多地小于4000，那么跟踪精度将会收到不良影响。在二维成像装置的情况下，像素不仅由其x坐标限定，还由其x和y坐 标限定。在图l所示的实施例中，照明元件LEon至LEqk为由背光照明的光阀(图 中未表示)的单色照明元件。观察者眼睛6位于参考点Po上。由逆光线追踪法计算的从外部参考点Pk和Pn投向外部像素D。和Dq的光线示于图中。从参考点P,投向像素Dp的光线与视角Op,—起表示，在该视角下光线打到图像 矩阵4的一个像素上。来自像素Dp的光线路径通过成像元件在照明矩阵l的照明元件LEpi终 止，所述元件最好位于图像矩阵4的中心列中。对所有像素Do至Dq和大量 视角a完成这种计算。这保证了为获得参考点P,至Pn形成的最佳位置5的均 匀照明而必须开启的所有照明元件LE。n至LEqk都被打到。被光线打到的照
明元件LEon至LEqk将与相应的栏一起打开。如果照明元件LE(M至LEqk开启过少，最佳位置5和接通的图像将会照明 不足。相反，如果照明元件LEon至LEqk开启过多，最佳位置5就会额外地照明另一只眼睛，从而导致串扰和立体图像对比度的降低。另一种确定的最佳位置的变化示于图2。可以看到在逆光线追踪过程中光线如何从四个参考点P,至P4投向两个像素Dr和Dp，从而分别具有不同的视角an至ou和p,至(Xp4。如果观察者位于非常接近于位置检测器，最好使用这种最佳位置结构，以通过极少的参考点高精度确定观察者的位置。从确定的最佳位置5的参考点P到相应的图像矩阵4的栅格的像素D的 实时逆光线追踪产生作为输入数据的结果，用于找到存储在査找表(LUT) 中预先计算的数据。査找表含有预先计算的数据记录，其代表了大量已经根据同一算法完 成的光线路径的计算结果，而且其实时计算将或占用大量的时间。这就是 为什么要将从图像矩阵4的栅格中的每个像素D通过成像元件到达照明矩 阵1的照明元件LE的二维坐标的光线路径预先进行计算，并存储在査找表 中的数据记录中。然而，实时计算到达透镜2的光线路径也是可能的。这减少数据记录 的数量，并从而节省了存储容量。实时计算的数据记录的参数和那些预先计算并存储在控制单元中的 参数的比较产生照明元件LE的地址信息，其通过透镜2和菲涅耳透镜3投射 到相应的参考点P。成像元件可以被假象的光线多次打到，如图3a中所示 的照明元件的序歹U7所见。序列中的数字表示在参考点P上开始的逆光线追 踪过程中照明元件LE被打到了多少次。然而，当开启照明元件LE时打到 的次数并不相关。 一般地，被光线RT至少打到一次的照明元件LE会被开 启。控制单元基于地址信息生成一个所有照明元件LE开启照明矩阵1相应 栏的图案M (见图3b)。现在，该图案用于在确定的位置为观察者眼睛6实 现最佳位置5。如果在显示器前方有多个观察者，确定对应于实际观察者眼睛数目的 要开启的照明元件LE的图案M的次序。例如，如果所有观察者想观看相同 的内容，首先可以利用逆光线追踪法向所有左眼提供所需的立体信息，然 后是所有的右眼。如果根据所述的逆光线追踪法，多个照明元件LE未开启，从最佳位置 5的位置感受到的立体图像具有上述缺点。例如，单个微透镜的边缘空白 会被作为图像中的暗带被觉察到，而且图像矩阵4的照明会不均匀。已经 证明，最好在逆光线追踪过程中额外考虑光的散射或衍射。根据本发明的另一实施例，引入了可以是散射角或衍射角的角度e。其在确定的角度范围内在逆光线追踪过程中检测和考虑。为了简化起见， 本发明以下将借助于散射装置进行说明。然而，其它设备中也可以类似地 使用散射装置。成像装置最好在光路中分配一个具有至少一个散射元件的 散射装置。散射元件可以是具有确定散射角的散射片SF。其可以位于菲涅 耳透镜3的后方或前方，或位于光路中的其它位置。如果使用多个散射片 SF，每个散射片SF可以具有不同的散射角，这样角度范围内的附加参数可 以检测和考虑，以找到地址信息，如图4所示。这也同样类似地用于衍射 装置和衍射角。本发明还包括可这样的可能性，即在水平和垂直方向上都可以检测和 考虑角度范围，以寻找附加的地址信息。参照图4所示的实施例，其示意 性说明如何以己知散射片SF的散射角e为基础，确定追踪的光线RTi的角 度范围。选择的光线RTi来自随机的参考点P，并在像素D穿过图像矩阵4。 其被散射片SF散射，这样大量的光线RTio至RTi3 (以箭头表示)投向照明 矩阵l的照明元件LEi.2至LEj+2。如果将角度范围士e用于逆光线追踪，那么 每隔一个的照明元件将会开启。如果角度范围再除以2 (e/2，如图3所示)， 照明元件LEw和LEw在逆光线追踪的过程中也将会被光线打到。从而可以 更精确地査找要开启的照明元件LE的数目，其对确定的最佳位置5的照明 均匀度有贡献，而且还进一步降低了照明元件LE不打开的风险。事实上， 要额外开启的光线数目要大得多。在特定情况下要使用的角度范围还取决于所使用的照明矩阵l的栅格 大小。照明矩阵l的尺寸越小，基于实际的散射或衍射角度，用于逆光线追 踪的角度范围就确定得越小。但是，必须要注意的是，角度范围越小，査 找的地址信息就越多，所需的计算时间也就越多。这就是为什么在应用逆 光线追踪法时，重点将相当多的精力用在装置和计算能力上，而仍然还能够获得确定的最佳位置5的良好画质和照明均匀度。控制单元将利用所有找到的大量角度范围的值检测和考虑地址信息。 地址信息除了x坐标之外还包括视角a和对应于散射角或衍射角的角度e或 0/2。额外査找的地址信息增加了生成最佳位置5的要开启的照明元件LE的 最小数目的精确度。参照图5，其表示逆光线追踪过程的流程，该流程从位置检测器检测 观察者眼睛6位置开始，直到照明元件LE的图案M形成，以生成确定的最 佳位置5。本发明还涉及一种装置，更具体地说，涉及一种包含独立装置权利要 求所述的、用于实现上述逆光线追踪法的各种功能单元的处理器。本发明的用于跟踪最佳位置单元的最佳位置的方法最好提供一个显 示器，该显示器具有以最小数据量确定照明元件的最佳图案的能力，以在 观察平面上生成最佳位置，观察者在其中观看由始终被均匀照明的图像矩 阵提供的特定的信息。因为在逆光线追踪法中已将失常考虑在内，所以显 示器最佳地仅显示很小的光学误差。查找表的使用具有这样的优势，即不必反复重新计算需要生成最佳位 置的单个照明元件。因此，可以根据观察者眼睛的移动，实时快速准确地跟踪最佳位置和 相应的立体图像，同时，可以增加跟踪观察者的范围。 元件标记列表l一照明矩阵2— 透镜3— 菲涅耳透镜4— 图像矩阵 5 —最佳位置6— 观察者眼睛7— 照明元件序列 LE—照明元件 D—像素 M—图案 P—参考点 RT—光线 SF—散射片 a—视角e—角度(散射角或衍射角)
权利要求
1.一种用于跟踪显示器最佳位置单元的最佳位置的方法，其中最佳位置单元包含具有多个可控照明元件的照明矩阵，成像装置用于将定向光以最佳位置的方式投射到至少一个观察者的眼睛上，所述光通过图像矩阵的像素以图像信息调制；并且其中位置检测器检测要传送至控制单元的观察者眼睛位置信息，该控制单元利用位置信息开启用于最佳位置的照明元件，其特征在于，控制单元-借助于位置信息确定参考点(P0...Pn)，所述参考点在每个观察者眼睛(6)周围确定扩展了的最佳位置(5)，-为图像矩阵(4)的选定的像素(D0至Dq)执行逆光线追踪，其开始于每个参考点(P0...Pn)，通过这些像素(D0至Dq)和成像装置，到达照明矩阵(1)，以开启与成像装置一起生成确定的最佳位置(5)的照明元件(LE0n至LEqk)。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，选定的像素(Do至Dq)分 布在整个图像矩阵(4)上，这样最佳位置(5)定向至观察者眼睛(6)的光照亮 图像矩阵(4)的大面积区域。
3. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，最佳位置(5)的几何形状 由控制单元根据位置、最好是观察者眼睛(6)与显示器之间的距离来确定。
4. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，从参考点(Po...Pn)到像素 (Do至Dq)的光线路径由视角a确定，该a对每个像素(Do至Dq)取大量的值。
5. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，用于查找地址信息的控制单元还检测和考虑角度范围内的角度(e)，所述角度(e)决定散射或衍射装置的光学特性。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，角度(e)为包含至少一 个散射元件的散射装置(SF)的散射角，或包含至少一个衍射元件的衍射装 置的衍射角。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将与角度e有关的角度范 围整合到査找地址信息的步骤中，该步骤不依赖于散射装置或衍射装置在 光路中所处的位置。
8. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，控制单元根据所用的照 明矩阵(l)的栅格大小査找角度范围。
9. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，其中从图像矩阵(4)的每个参考点(P0…Pn)到照明矩阵(1)的每个照明元件(LEon至LEqk)的光线路径经过预先计算并以转换数据记录的形式存储在査找表中。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在査找表中执行电子参数的比较，以生成各个照明元件(LEon至LEqk)的地址信息，该地址信息向 最佳位置的参考点(P。…Pn)成像。
11. 根据权利要求7和9所述的方法，其特征在于，与确定的角度e有关的角度范围也包含在存储在查找表中的预先计算的数据记录中。
12. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，地址信息包括分开的 分别用于所有的观察者左眼和所有右眼的照明元件(LE。。至LEqk)的序列， 其中对所有眼睛显示同样的信息。
13. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，至少开启照明矩阵(l) 所有在逆光线追踪过程中找出的照明元件(LEcn至LEqk)，以生成确定的最 佳位置(5)。
14. 用于控制显示器最佳位置单元的装置，其具有图像矩阵和像素， 具有照明元件的照明矩阵，并且具有用于将光投射到最佳位置中的观察者 眼睛上的成像装置，具有用于检测观察者眼睛位置的位置检测器，并且具 有提供地址信息以开启特定照明元件的控制单元，其特征在于该装置包含一控制单元，用以确定确定最佳位置(5)的参考点(Po至Pn)，并从参考 点(Po至Pn)通过图像矩阵(4)上给定的栅格中的像素(Do至Dq)和成像装置，到达照明元件(LEon至LEqk)执行逆光线追踪，以查找用于将照明元件(LEon至LEqk)成像到相应的参考点(Po至Pn)上的地址信息，并生成用于投射确定的最佳位置(5)的开启的照明元件(LEon至LEqk)的图案(M),以及 一用于将预先计算的用于光线路径的数据记录存储在査找表中并执 行参数比较以生成照明元件(LE()n至LEqk)的地址信息的存储装置，该光线 路径从确定的像素(D。至Dq)、通过成像装置到达照明元件(LE()n至LEqk)，
15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，散射或衍射装置的光学特性确定要额外开启的照明元件(LE()n至LEqk)的附加地址信息。
16. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，照明矩阵(l)为结合有 定向背光的光阀。
17. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，照明矩阵(l)由可以分立开启的发光照明元件(LE。n至LEqk)组成。
全文摘要
本发明涉及一种用于跟踪透射电子显示器中最佳位置单元的最佳位置的方法和装置。本发明的目的在于提高这类显示器的重建质量和照明均匀性。该显示器除了图像矩阵(4)之外还包含由照明矩阵(1)和重建元件组成的最佳位置单元。一旦至少一个观察者眼睛(6)位置被控制单元利用逆光线追踪确定，就从位置数据提供用于开启照明矩阵(1)的照明元件(LE)的地址数据，以向所述观察者眼睛(6)准备确定的最佳位置(5)。为了提高重建质量，将附加的光学组件用于逆光线追踪的光线路径中。处理观察者的视角(α)之外，控制单元还检测预先确定的角度范围的散射或衍射元件的确定角度(θ)并将其纳入考虑。这就可使附加地址数据为照明元件(LE)开启，确定的最佳位置(5)可以用统一的方式照亮。
文档编号G02B27/22GK101129074SQ200680006173
公开日2008年2月20日 申请日期2006年2月24日 优先权日2005年2月25日
发明者塞巴斯蒂安·阿姆隆, 阿明·史威特纳 申请人:视瑞尔技术公司