专利名称：对观察者与立体可感知显示的布置之间的观察间距进行缩短或延长的方法
技术领域：
本发明涉及立体显示领域，特别是针对同时多个观察者而无需辅助工具的立体可感知的显示，即所谓的自动立体观测的可视化。
背景技术：
长期以来，存在对上述技术领域的探讨。该领域的先驱者是Frederic Ives，其在 文献GB 190418672A中提出一种用于3D显示的、带有“线条屏(Linienschirm) ”的系统。此 夕卜，在Sam H. Kaplan 的文献"Theory of parallax barriers，，, Journal of SMPTE Vol. 59, No 7，pp 11-21，July 1952中介绍了用于应用3D-显示的障栅屏的基本知识。但长时间以来，自动立体观测系统的广泛推广都未能实现。直到20世纪80年代， 由于当时具备的计算能力和新型显示器技术而实现3D-系统一定程度的复兴。在90年代， 关于不借助立体眼镜的3D-可视化的专利申请和公开文献的数目真正快速攀升。突出的成 果由下列发明人或提供者取得在JP 8-331605AA 中，Masutani Takeshi 等人(Sanyo)介绍了一种梯级障栅，其 中，透明的障栅元件具有大致彩色亚像素(红(R)、绿(G)或蓝(B))的尺寸。凭借该技术首 次实现的是，在大多数自动立体观测系统中由于同时显示多个视图(至少两个视图，优选 多于两个视图)而出现的、水平方向的分辨率损失部分地同样转换到竖直方向上。在这里 不利的诸如是在所有障栅方法中很高的光损失。此外，在观察者侧向移动时，立体对比度便 从几乎100%变化到大约50%并且接着又攀升至100%，这导致在观察空间内发生波动的 3D-图像质量。Pierre Allio 凭借依据 US 5，808，599A、US 5，936，607A 和 W000/10332A1 的准则 实现了透镜技术的值得关注的改进，其中，他也利用了基于亚像素的视图划分。另一突出的成果由Cees van Berkel以EP 791 847 Al已申请专利。在此，相对 于竖直线倾斜的透镜处于显示器上方，该显示器同样显示不同的透视图。在这里典型的是， 将η个视图划分到至少两个显示屏行上，从而水平线上的分辨率损失又部分地转换到竖直 线上。但是透镜仅能复杂地生产并且基于此的3D显示器的生产过程不普遍。Jesse Eichenlaub 以文献US 6，157，424Α和 WO 02/35277Α1 以及若干其它发明奠 定了自动立体观测的同样的多个里程碑，但是这些文献和发明介绍的是针对仅一个观察者 的几乎所有的3D系统和/或通常不能以可接受的成本来生产。Armin Grasnick等人凭借DE 10 003 326 C2实现了对于与二维构造的波长选择 性滤波器阵列相关的、用于产生3D-印像的障栅技术的进一步发展。而在这里同样不利的 是，这种3D-系统相对于2D-显示器大大降低的亮度。Armin Schwerdtner凭借WO 2005/027534Α2实现一种针对在所有(一般两个)视 图中全分辨的3D显示的新型的技术探讨。当然这种探讨需要很高的调节成本，并且对于较大的显示屏对角线(从大约25英寸起)仅能极其困难地实现。最后Wolfgang Tzschoppe 等人申请了 WO 2004/077839A1，W02004/077839A1 涉及 在亮度方面改善的障栅技术。基于JP 08-331605AA以及DE 10 003 326 C2对梯级障栅的 探讨，在这里提出透明的障栅滤波器元件与不透明的障栅滤波器元件之间特定的脉冲占空 比，该脉冲占空比大于1/η，η代表所示出视图的数目。但在该文献中公开的构造方案和准 则在各种情况下都会产生令人不适的莫尔效应和/或大大受限的深度感，这是因为与例如 JP 08-331605ΑΑ的准则相比，立体对比度大大降低。DE 10133145C2指出在图像显示元件中在多于一个视图中示出图块信息。借助 于该方法也可能实现，通过图像操作来改变观察间距。在这里缺点是，图像信息在图像元素 中的混合，这使3D信道分离(Kanaltrenrumg)变差并且在图像中对比度和清晰度都部分地 大大下降。
此外，在现有技术的3D系统中，缺点是由于像素大小、观察间距和视差障栅屏 到图像生成器的间距之间的紧密联系(对此参见开头所述的Kaplan文章中的等式(1)和 (2))通常产生一种太大的最佳3D观察间距。这尤其是如下情况，即，一方面存在非常小的 图像元素(通常彩色亚像素)并且另一方面图像生成器的机械结构型式同时要求图像生成 器到障栅屏的间距相对大，例如液晶(LCD)屏被围在相对较大的厚金属框架中，在该金属 框架上应该粘上障栅屏。尽管所感知的3D深度印象特别大，但这种系统的可用性大大受限 制，这是因为要最小保持的、必需的3D观察间距在实际中明显太大。
发明内容
因此，本发明的任务在于，实现自动立体显示的可能性，该自动立体显示允许观 察间距的调整独立于针对从图像显示器到光学元件(例如障栅或者透镜)的间距的构造方 式的限制条件。根据本发明，在用于对观察者与立体可感知显示的布置之间的观察间距进行缩短 或延长的方法中，-使不同视图A(k)的图块信息在具有i行和j列的像素x(i，j)组成的栅格上可 视，其中k= 1，……，！！且！!〉= 2，其中，使在每个像素x(i，j)上仅刚好一个视图A(k) 的图块信息可视，并且-至少一个带有周期性布置的光学结构的光学元件以间距s布置在像素x(i，j)组 成的栅格的上游或下游，该光学元件针对从像素X(i，j)传递或者辐射的光来预先确定传 播方向，-至少一个光学元件上的光学结构的平均水平和/或竖直最小周期长度或者该平 均水平和/或竖直最小周期长度的倍数是一个像素X(i，j)的平均水平和/或竖直大小乘 以校正因数f的整数倍，-其中，校正因数f作为可选择的观察间距w和在至少一个光学元件与像素x(i， j)组成的栅格之间的平均间距s的函数而被计算，-从而一个或多个观察者在注视栅格时基于至少一个光学元件的光学效果分别用 两只眼睛仅仅或占优地看到不同的像素X(i，j)和/或看到像素x(i，j)的部分，由此两只 眼睛分别仅仅或占优地感知不同的视图A(k)并因此出现立体视觉印象，
该任务借助该方法通过如下方式得以解决，S卩，缩短观察间距w，方法是调节不 等式s/ha > w/pa，其中，在至少一个光学元件与像素x(i，j)组成的栅格之间的平均间距s 以及平均瞳孔间距Pa不变，但是通过有针对性地改变校正因数f来缩小光学结构的平均水 平最小周期长度；或者延长观察间距w，方法是调节不等式s/ha < w/pa，其中，在至少一 个光学元件与像素x(i，j)组成的栅格之间的平均间距s以及平均瞳孔间距pa同样不变， 但是通过有针对性地改变校正因数f来放大光学结构的平均水平最小周期长度。前述内容 适用于如下情况，即，光学元件在观察方向上位于像素组成的栅格的前面，否则光学结构的 最小周期长度会分别相应地正好相反地改变，即放大或缩小。一般来说，光学结构的最小周 期长度的水平放大/缩小也伴随着由校正因数f所引起的光学结构的最小周期长度的竖直 放大/缩小。至少一个光学元件上的光学结构的平均水平和/或竖直的最小周期长度在这里 定义为从一个光学结构上的一点到属于紧邻的光学结构的在水平或竖直方向上的等同的 点的平均水平或竖直间距。在至少一个光学元件与像素x(i，j)组成的栅格之间的平均间距s尤其理解为光 学元件的光学有效表面或平面与像素X(i，j)组成的栅格的成像表面之间的平均间距。观察间距w尤其理解为光学元件的光学有效表面或平面到观察者眼睛的间距。虽 然在根据本发明的方法中同时有多个可能的观察间离，但是其中之一是极好的(最佳的) 观察间距W。校正因数f优选依据等式f = w/(w+s)来计算。本发明的特别的优点在于，一个或多个观察者的极好的观察间距w跟现有技术相 比可以减少，方法是调节不等式s/ha >w/pa，其中，在至少一个光学元件与像素x(i，j) 组成的栅格之间的平均间距s以及平均瞳孔间距pa不变，该平均瞳孔间距pa众所周知地 自然预先确定，但是通过有针对性地改变校正因数f来缩小光学结构的平均水平最小周期 长度。因此也有可能的是，以距像素x(i，j)组成的栅格相对较大的间距s来布置光学元件， 而不必因此强制性地将就太大的观察间距W。于是校正因数f的根据本发明的构造方式负 责仍然实现实际可接受的观察间距《，更确切地说不是_如在现有技术必需的那样_必须 对图像内容进行某些操作，如在DE 101 33 145 C2中所描述的那样。当然也可能的是，一个或多个观察者的极好的观察间距w跟现有技术相比可以放 大，方法是调节不等式s/ha <w/pa，其中，在至少一个光学元件与像素x(i，j)组成的栅 格之间的平均间距s以及平均瞳孔间距pa同样不变，但是通过有针对性地改变校正因数f 来放大光学结构的平均水平最小周期长度。该应用情况在实际中会得到较少的应用，但根 据本发明可以特别简单地实现。此外，像素x(i，j)分别相应于单个彩色亚像素(R、G或B)或者彩色亚像素的组合 (例如RG、GB或RGBR等)或者全彩像素，其中，全彩像素指的既有由RGB-彩色亚像素组成 混有白色的结构(即RGB-三联组)，又有——根据图像生成技术——真正的彩色像素，如在 投影显示屏中常用的那样。在本方法的具有优点的构造方式中，光学元件是视差障栅屏，该视差障栅屏包括 透明的和不透明的区段作为光学结构，其例如以平直或波浪状的条纹或者梯级状的阶梯的 形式出现(如在一些开头所述的文件中所提出的那样)。
也有可能的是，光学元件是透镜屏，该透镜屏包括柱面透镜作为光学结构。通常在根据本发明的方法中，视图A(k)分别相应于场景/物体的不同透视图。但也可以是场景的平行投影或者不同地投射的视图。在根据本发明的方法中，在像素x(i，j)组成的栅格上的不同视图A(k)的图块信 息的布置具有优点地在二维周期性图案中实现，其中，在水平和竖直方向上的周期长度优 选各自包括不多于32个的像素x(i，j)。除了该各32像素x(i，j)的这种上限以外当然也 是允许的。竖直周期长度优选等于所示视图的数目η。作为标准的是，如下角度将上述二维周期性图案的上述水平和竖直周期长度设定 为直角边和邻边，即，该角度应该基本上相应于视差障栅屏(假如这样的视差障栅屏是光 学元件)上的透明区段相对于竖直线的倾斜角。因此实现3D显示中最好的信道分离。在方法中应用的布置的第一构造方式中，光学元件是视差障栅屏，该视差障栅屏 包括透明的和不透明的区段作为光学结构。在此，透明的区段优选相应于平直的或梯级状 的线条，该线条基本上以倾斜角a相对于竖直线倾斜。对于倾斜角a的数值没有任何限制。 显然，也可以相对于竖直线没有倾斜。此外，在第二构造方式中可能的是光学元件是透镜屏，该透镜屏包括柱面透镜作 为光学结构。于是柱面透镜优选也相对于竖直线基本上以倾斜角a来布置。在这里倾斜角 a也可以采用所有的值，从而在这里也可能相对于竖直线没有倾斜。在光学元件方面可考虑布置的另外的构造方式，如全息摄影光学元件。作为图像显示器可以优选应用彩色-液晶(IXD)-显示屏、等离子显示器、投影屏、 基于发光二极管(LED)的显示屏、基于有机发光二极管(OLED)的显示屏、表面传导电子发 射(SED)显示屏或真空荧光(VFD)显示屏。此外，视图A(k)的数目η例如等于4、5、6、7、8或9并且上述水平周期长度示例性 地相应于η个像素x(i，j)。但视图A(k)的数目η也可以大于或小于在这里所给出的。针对光学元件作为视差障栅屏的构造方式还有下列细节是有利的为了实现实际能较好地生产的布置，视差障栅屏优选由玻璃基板组成，将障栅结 构在背侧安设到该玻璃基板上。其它构造方式也有可能，例如不是由玻璃组成(例如由塑 料组成)的基板。此处障栅结构优选是已曝光的和已显影的摄影胶片，将该胶片在背侧层压到玻璃 基板上，其中，摄影胶片的乳剂层优选朝向玻璃基板。与此相比也有可能的是，障栅结构的 不透明的区域通过印到玻璃基板上的颜色来形成。此外，视差障栅屏具有优点地包含用于降低干扰光反射的机构，优选至少一个干 涉光学防反射层。但是也可以使用通常的防眩光磨砂体。视差障栅屏具有优点地借助于间距保持架持久地安置在图像显示器上，例如粘上 或者拧上。与此相对，然而可能也有必要的是，将视差障栅屏以可暂时从图像显示器上取下 的方式来构造。
下面应结合实施例对本发明进行详尽阐述。其中
图1示出用于实施根据本发明的方法的示意性结构，图2示出应用在根据本发明的方法中的视差障栅屏的简图，图3示出不同视图的图块信息的示例性图像组合，图4示出根据本发明的效果的图解说明，其中，观察间距增加，图5示出根据本发明的效果的图解说明，其中，观察间距减少，图6a和6b示出用于阐述针对观察间距减小的情况的深度印象增加的简图，图7示出用于显示视差障栅屏的基本特征尺寸的视差障栅屏的一部分。所有附图都不是按比例画出的。这尤其也涉及角度尺寸。
具体实施例方式首先图1示出用于实施根据本发明的方法的示意性结构。其中包含像素x(i，j)组成的栅格1，在该栅格1上使不同视图A(k)的图块信息 可视，其中k= 1，……，11且11>=2，其中，在每个像素x(i，j)上使仅刚好一个视图A(k) 的图块信息可视。至少一个带有基本上周期性布置的光学结构的光学元件2在观察者3的观察方向 上以间距S布置在像素X(i，j)组成的栅格的前面，该光学元件2针对由像素x(i，j)传递 或者辐射的光来预先确定传播方向。在本实施例中，存在刚好一个光学元件2，该光学元件 2实施为视差障栅屏2。当然也可以有多个观察者3，这些观察者3基于根据本发明的方法 获得立体印象。此外，图2示出用于示例性应用于根据本发明的方法的视差障栅屏2的一部分。该 视差障栅屏2包含交替地出现的不透明和透明的区段，其中，透明的区段根据本发明基本 上相应于由直线界定的线条。透明的和不透明的区段周期性反复地布置，这些透明的和不 透明的区段相应于视差障栅屏2上的光学结构。此处光学结构的平均水平或竖直最小周期 长度是像素x(i，j)的平均水平或竖直大小乘以校正因数f的整数倍，其中，校正因数f作 为可选择的观察间距w和在光学元件2与像素x(i，j)组成的栅格1之间的间距s的函数 而被计算。此外，图3描述例如五个不同视图A(k)的图块信息的示例性图像组合，其中k = 1，……，5。在根据本发明的方法中，不同视图A(k)的图块信息在由像素x(i，j)组成的栅 格1上的布置具有优点地在严格二维周期性图案中进行。在本示例中，根据图3，水平周期 长度包括八个像素χ (i，j)，而竖直周期长度包括六个像素χ (i，j)，作为虚线框标出。在此， 针对每个像素x(i，j)的图块信息分别由相应视图A(k)中的位置(i，j)来产生。这里所介绍的构造示例中，竖直周期长度并非相应于所示出的视图的数目η = 5。由于视差障栅屏2的视界限制效果，一个或多个观察者3分别用两只眼睛看到基 本上不同的像素X(i，j)和/或像素x(i，j)的部分，由此两只眼睛分别感知基本上不同的 视图A(k)并因此出现立体视觉印象。在此，直到一定的角度，同一观察者3的两只眼睛甚 至可以看到同一视图A(k)的图块信息，而不破坏立体印象。此外，像素x(i，j)分别相应于单个彩色亚像素(R、G或B)。依据图1至3的关系假定为此处根据本发明，(最佳的或选取的)观察间距w和 在光学元件2(即视差障栅屏)与像素x(i，j)组成的栅格1之间的间距s互相独立地选择。两个数值《和8尤其不与针对眼睛间距或/和像素X(i，j)的大小的预先给定的值彼 此相关，不像现有技术中常见的那样。校正因数f依据等式f = w/(w+s)来计算。通常在根据本发明的方法中，视图A(k)分别相应于场景/物体的不同透视图。但 也可以是场景的平行投影或者不同地投射的视图。将上述二维周期性图案的上述水平和竖直周期长度设定为直角边和邻边的角度 基本上相应于视差障栅屏2上的透明区段相对于竖直线的倾斜角a(见图2)。在图3中，直 角边可以例如通过下边的水平虚线来限定而邻边通过右边的竖直虚线来限定。因此通常最好的信道分离在3D显示中实现。在图4中可以看到根据本发明的效果的图解说明，在该图解说明中，跟现有技术 相比观察间距w增加。在此，对于一个或多个观察者3的观察间距W、视差障栅屏2与像素χ (i,j)组成的 栅格1之间的间距S、平均瞳孔间距pa以及像素x(i，j)的平均水平大小ha，不等式s/ha <w/pa成立(从附图中不可直接看出)。虚线清楚地显示出现有技术中关系的情况。在那 里不等式刚好不适用。与此相对的是在图5中可以看到根据本发明的效果的图解说明，在该图解说明 中，跟现有技术相比一个或多个观察者3的观察间距w减小。在此得知本发明的特别的优点。在这种情况下，对于观察间距W、视差障栅屏2与 像素x(i，j)组成的栅格1之间的间距s、平均瞳孔间距pa以及像素x(i，j)的平均水平大 小ha，不等式s/ha > w/pa成立(从附图中不可直接看出)。即在该应用情况中，光学元件或者是视差障栅屏2能够以距像素x(i，j)组成的栅 格相对较大的间距s来布置。校正因数f的根据本发明的构造方式正是负责仍然可以实现 实际可接受的观察间距w，更确切地说是不必对图像内容进行某些操作。在这里虚线也表明现有技术中关系的情况。可以清楚地看到根据本发明的方法 降低了在实际相关的领域中的观察间距W。图6a和图6b示出各一个用于阐述针对观察间距减小的情况的深度印象增加的简 图。在此，在图6a中可以看到在现有技术中取决于间距si的观察间距wl如何实现很大 的感知深度tl。观察者3的眼睛以间距pa、在这里作为小圆圈示出。在图6b中，其中在现有技术中取决于更小的间距s2的更小的观察间距w2产生 更小的感知深度t2，与图6b比较，清楚的是为了获得尽可能大的深度印象，物理间距s是 如何的重要。画出的视线6分别在视差障栅屏2和像素x(i，j)组成的栅格1上的追踪点 (Durchsto β punkt)在两张附图6a和6b中在各自相同的位置上，也就是说在相同的像素 x(i，j)上且在透明区段的精确相同的位置上。与此相对，此处由于本发明的解决方案可能 的是消除w和s之间的相互依赖关系并且即使有很大的间距s仍减少观察间距w，如借助 图5图解说明的那样。在此，相对较大的深度印象仍然保持存在。在图7中示出用于标注视差障栅屏2的尺寸的简图。其中，透明或不透明的区段 相对于竖直线的倾斜角为a、e为上述区段在带有像素x(i，j)的栅格的水平方向上的宽度、 1为该区段的高度、ze为该区段的水平周期且最后zl为该区段的竖直周期。为了进一步对用于实施根据本发明的方法的示例性的布置进行图解说明，再次用到图1至图7。那么首先图1示出用于实施该布置的示意性结构。其中包含图像显示器1，其含有 在具有i行和j列的栅格(i，j)中的像素X(i，j)，可以使不同的视图A(k)的图块信息在 这些像素x(i，j)上可视，其中k= 1，……，11且11>= 2，其中，使在每个像素x(i，j)上 仅刚好一个视图A(k)的图块信息可视。至少一个带有基本上周期性布置的光学结构的光学元件2在观察者3的观察方向 上以间距s布置在由像素χ (i,j)组成的图像显示器的上游或下游，该光学元件2针对从像 素x(i，j)传递或者辐射的光来预先确定传播方向。在本实施例中，存在刚好一个光学元件 2，该光学元件2实施为视差障栅屏2。当然也可以有多个观察者3，这些观察者3基于根据 本发明的方法获得立体印象。此外，图2示出用于示例性应用到根据本发明的布置中的视差障栅屏2的一部分。 该视差障栅屏2包含交替的不透明和透明的区段，其中，透明的区段优选基本上相应于由 直线界定的线条。透明的和不透明的区段周期性反复地布置，这些透明的和不透明的区段 是视差障栅屏2上的光学结构。此处光学结构的平均水平或竖直最小周期长度是像素x(i， j)的平均水平或竖直大小乘以校正因数f的整数倍，其中，校正因数f作为可选择的观察间 距w和在视差障栅屏2与具有像素x(i，j)的图像显示器1之间的平均间距s的函数而被 计算，从而一个或多个观察者3在注视图像显示器1时基于视差障栅屏2的光学效果分别 用两只眼睛仅仅或基本上看到不同的像素x(i，j)和/或像素x(i，j)的部分，由此两只眼 睛分别仅仅或基本上感知不同的视图A(k)并因此出现立体视觉印象。针对光学元件作为视差障栅屏2的构造还有下列细节是有利的为了达到实际能良好地生产的布置，视差障栅屏2优选由玻璃基板组成，将障栅 结构在背侧安设到该玻璃基板上。此处障栅结构优选是已曝光的和已显影的摄影胶片，将 该胶片在背侧层压到玻璃基板上，其中，摄影胶片的乳剂层优选朝向玻璃基板。此外，视差障栅屏2具有优点地包含用于降低干扰光反射的机构，优选至少一个 干涉光学防反射层。视差障栅屏2具有优点地借助于间距保持架持久地安置在图像显示器 上，例如粘上或者拧上。与此相比对，可能也有必要的是，将视差障栅屏2以可暂时从图像 显示器1上取下的方式来构造。此外，图3描述示例性的五个不同视图A(k)的图块信息的示例性图像组合，其中 k= 1，……，5。在根据本发明的布置中，不同视图A(k)的图块信息在像素x(i，j)组成的 栅格1上的布置具有优点地以严格二维周期性图案进行。在本示例中，根据图3，水平周期 长度包括八个像素χ (i，j)，而竖直周期长度包括六个像素χ (i，j)，作为虚线框标出。在此， 针对每个像素x(i，j)的图块信息分别由相应视图A(k)中的位置(i，j)来产生。这里所介绍的构造示例中，竖直周期长度并非相应于所示出的视图的数目η = 5。由于视差障栅屏2的视界限制效果，一个或多个观察者3分别用两只眼睛看到基 本上不同的像素X(i，j)和/或像素x(i，j)的部分，由此两只眼睛分别感知基本上不同的 视图A(k)并因此出现立体视觉印象。在此，直到一定的角度，同一观察者3的两只眼睛甚 至可以看到同一视图A(k)的图块信息，而不破坏立体印象。此外，像素x(i，j)在本示例中分别相应于单个彩色亚像素(R、G或B)。依据图1至3的关系假定为此处根据本发明，(最佳的或选取的)观察间距w和在光学元件2 (即视差障栅屏2)与具有像素x(i，j)组成的栅格的图像显示器1之间的平 均间距s互相独立地选择。两个数值《和8尤其不与针对眼睛间距或/和像素x(i，j)的 大小的预先给定的值相关，不像现有技术中常见的那样。在此，校正因数f依据等式f = w/(w+s)来计算。通常在本发明中，视图A(k)分别相应于场景/物体的不同透视图。但也可以是场 景的平行投影或者不同地投射的视图。将上述二维周期性图案的上述水平和竖直周期长度设定为直角边和邻边的角度 基本上相应于视差障栅屏2上的透明区段相对于竖直线的倾斜角a(见图2)。在图3中，直 角边可以例如通过下边的水平虚线来限定而邻边通过右边的竖直虚线来限定。因此通常最好的信道分离在3D显示中实现。在图4中可以看到根据本发明的效果的图解说明，在该图解说明中，跟现有技术 相比观察间距w增加。在此，对于一个或多个观察者3的观察间距W、视差障栅屏2与像素χ (i,j)组成的 栅格1之间的平均间距S、平均瞳孔间距pa以及像素χ (i,j)的平均水平大小ha，不等式s/ ha<W/pa成立(从附图中不可直接看出)。借助于虚线表明现有技术中关系的情况。在 那里不等式不适用，并且观察间距会更小。与此相对的是在图5中可以看到根据本发明的效果的图解说明，在该图解说明 中，跟现有技术相比一个或多个观察者3的观察间距w减小。在此得知本发明的特别的优点。在这种情况下，对于观察间距W、视差障栅屏2与 像素x(i，j)组成的栅格1之间的平均间距s、平均瞳孔间距pa以及像素x(i，j)的平均水 平大小ha，不等式s/ha > w/pa成立(从附图中不可直接看出)。即在该应用情况中，视差障栅屏2能够以距带像素x(i，j)组成的栅格的图像显示 器相对较大的间距s来布置。校正因数f的根据本发明的构造方式刚好负责仍然实现实际 可接受的观察间距《，更确切地说是不必对图像内容进行某些操作，例如在一个像素x(i， j)中对多个视图A(k)的图块信息进行混合。在这里也借助于虚线表明现有技术中关系的情况。可以清楚地看到根据本发明 的布置降低了在实际相关的领域中的观察间距W。图6a和图6b示出各一个用于阐述针对观察间距减小的情况的深度印象增加的简 图。在此，在图6a中可以看到在现有技术中取决于间距si的观察间距wl如何实现很大 的感知深度tl。观察者3的眼睛以间距pa、在这里作为小圆圈示出。在图6b中，在现有技术中取决于更小的间距s2的更小的观察间距w2产生更小的 感知深度t2，与图6b比较，清楚的是为了获得尽可能大的深度印象，物理间距s是如何的 重要。画出的视线6的追踪点分别在视差障栅屏2和像素x(i，j)的栅格1上，在两张附图 6a和6b中在各自相同的位置上，也就是说在相同的像素χ (i，j)上且在透明区段的精确相 同的位置上。与此相对，此处由于本发明的解决方案可能的是消除《和s之间的相互依赖 关系并且即使有很大的间距s仍减少观察间距w，如在图5中图解说明的那样。在此，相对 较大的深度印象按照愿望地仍然保持存在。在图7中示出用于标注视差障栅屏的尺寸的简图。其中，a为透明或不透明的区段 相对于竖直线的倾斜角、e为上述区段在带有像素x(i，j)的栅格的水平方向上的的宽度、1为该区段的高度、Ze为该区段的水平周期且最后zl为该区段的竖直周期。示例性地，此处作为图像显示器1，带有彩色亚像素(R、G、B)作为像素x(i，j)的 8.4〃 -液晶(IXD)-显示屏是可行的，其中，像素x(i，j)的高度约为0. 1665mm且宽度ha 约为0.0555mm。视差障栅屏2的透明区段相对于竖直线具有倾斜角a = 23. 96248897°。 上述区段在带有像素x(i，j)的栅格的水平方向上的宽度e分别为0.1109054mm且该区段 的高度1 = 0. 249537mm。此外，水平周期为ze = 0. 4436216mm且间距s = 1. 91mm，观察间 距为w = 800mm。最后，透明区段的竖直周期zl = 0. 998148mm。这意味着，在这里实施观 察间距的缩短，因为满足不等式s/ha > w/pa，其中，以人的平均瞳孔间距pa为标准的55mm 与70mm之间计入不等式中。在现有技术中，对于观察间距w = 800mm的前述条件，间距s须实施为s = 0. 68308mm，这在技术上和实践只能非常复杂地实现。借助于本发明就不需这样了。
本发明的优点是多方面的。根据本发明的方法和相应的布置尤其允许自动立体显 示，在该立体显示中，借助硬件，即使有对于从光学元件到显示屏或者说像素的栅格的最小 间距的确定的机械强制性，仍可以按照愿望地调整3D-观察间距。在减少观察间距的情况 下甚至可以提高相关深度感知。本发明可以借助非常简单的机构来实现，在视差障栅屏的应用中只须容易地改变 障栅结构，在生产过程中针对相应的3D显示屏完全不用作任何改变。
权利要求
用于对观察者与立体能够感知显示的布置之间的观察间距进行缩短或延长的方法，其中，-使不同视图A(k)的图块信息在具有i行和j列的像素x(i，j)组成的栅格(1)上可视，其中k＝1，……，n且n＞＝2，其中，使在每个像素x(i，j)上仅刚好一个视图A(k)的图块信息可视，并且-至少一个带有周期性布置的光学结构的光学元件(2)以间距s布置在所述像素x(i，j)组成的栅格(1)的上游或下游，所述光学元件(2)针对从所述像素x(i，j)传递或者辐射的光来预先确定传播方向，-所述至少一个光学元件(2)上的所述光学结构的平均水平和/或竖直最小周期长度或者所述平均水平和/或竖直最小周期长度的倍数是一个像素x(i，j)的平均水平大小和/或竖直大小乘以校正因数f的整数倍，-其中，所述校正因数f作为能选择的观察间距w和在所述至少一个光学元件(2)与所述像素x(i，j)组成的栅格(1)之间的平均间距s的函数而被计算，-从而一个或多个观察者(3)在注视所述栅格(1)时基于所述至少一个光学元件(2)的光学效果分别用两只眼睛仅仅或占优地看到不同的像素x(i，j)和/或看到所述像素x(i，j)的部分，由此两只眼睛分别仅仅或占优地感知不同的视图A(k)并因此出现立体视觉印象，其特性在于，缩短所述观察间距w，方法是调节不等式s/ha＞w/pa，其中，在所述至少一个光学元件(2)与所述像素x(i，j)组成的栅格(1)之间的所述平均间距s以及平均瞳孔间距pa不变，但是通过有针对性地改变所述校正因数f来缩小所述光学结构的所述平均水平最小周期长度，或者延长所述观察间距w，方法是调节不等式s/ha＜w/pa，其中，在所述至少一个光学元件(2)与所述像素x(i，j)组成的栅格(1)之间的所述平均间距s以及所述平均瞳孔间距pa同样不变，但是通过有针对性地改变所述校正因数f来放大所述光学结构的所述平均水平最小周期长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正因数f 依据等式f= w/(w+s)来 计算。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述像素x(i，j)相应于彩色亚像 素0 、6或钔或者彩色亚像素的组合(例如RG或GB)或者全彩像素。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将视差障栅屏作为光学元件(2) 来应用，所述视差障栅屏包括透明的和不透明的区段作为光学结构。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将透镜屏作为光学元件(2)来应 用，其中，所述光学结构通过柱面透镜的相应布置来实现。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述透明的区段相应于平直的、波浪状的 或梯级状的线条，所述线条基本上以倾斜角a相对于竖直线倾斜。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述柱面透镜基本上以倾斜角a相对于所 述竖直线倾斜地布置。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，不同视图A(k)的所述图块信息到 所述像素x(i，j)的分配在二维周期性图案中实现，其中，在水平和竖直方向上的所述周期长度优选各自包括不多于32个的像素x(i，j)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述竖直周期长度等于所示视图的数目
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，作为图像显示器(1)能够应用彩 色-液晶-显示屏、等离子显示器、投影屏、基于发光二极管的显示屏、基于有机发光二极管 的显示屏、表面传导电子发射显示屏或真空荧光显示屏。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述视图A(k)的所述数目n等于 4、5、6、7、8或9并且所述水平周期长度相应于n个像素x (i，j)。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为图像显示器(1)应用带有彩色亚像 素(R、G、B)作为像素x(i，j)的8，4"-液晶-显示屏，其中，所述像素x(i，j)的高度约为 0. 1665mm且宽度约为0. 0555mm，不同视图A (k)的所述图块信息如下地布置，即，x(i, j)1234567891A⑴A⑴A⑵A⑶A⑶A⑷A (5)A (5)A⑴2A⑵A⑵A⑶A⑷A⑷A (5)A (5)A⑴A⑵3A⑵A⑶A⑷A⑷A (5)A⑴A⑴A⑵A⑵4A⑶A⑷A (5)A (5)A⑴A⑴A⑵A⑶A⑶5A⑷A (5)A (5)A⑴A⑵A⑵A⑶A⑷A⑷6A (5)A⑴A⑴A⑵A⑵A⑶A⑷A⑷A (5)7A⑴A⑴A⑵A⑶A⑶A⑷A (5)A (5)A⑴[^！| | | ~~卜'列大小通过如下方式来确定，即，所述视差障栅屏(2)的所述透明区段相对于所述竖直线 具有倾斜角a = 23. 96248897°，所述区段在带有所述像素x (i，j)的所述栅格的水平方向 上的宽度e分别为0. 1109054mm且所述区段的高度1 = 0. 249537mm,并且最后所述水平周 期ze = 0. 4436216mm，所述间距s = 1. 91_，所述观察间距为w = 800mm以及所述透明区 段的所述竖直周期zl = 0. 998148mm。
全文摘要
本发明涉及立体显示领域，特别是针对同时多个观察者而无需辅助工具的立体可感知的显示，即所谓的自动立体观测可视化。本发明的目的在于，实现自动立体显示的可行性，该自动立体显示允许观察间距的调整独立于针对从图像显示器到光学元件(例如障栅或者透镜)的间距的构造方式的限制条件。本目的通过用于立体显示的方法得以解决，在该方法中，使不同视图A(k)的图块信息在像素x(i，j)组成的栅格(1)上可视，其中k＝1，......，n且n＞＝2，其中，使在每个像素x(i，j)上仅刚好一个视图A(k)的图块信息可视，至少一个光学元件(2)布置在像素x(i，j)组成的栅格(1)的上游或下游，其中，根据本发明，观察间距w和在至少一个光学元件(2)与像素x(i，j)组成的栅格(1)之间的平均间距s互相独立地选择。
文档编号H04N13/00GK101836459SQ200880107985
公开日2010年9月15日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月20日
发明者斯蒂芬·奥特, 马库斯·克利普斯坦 申请人:维斯莫申有限公司