立体显示系统的制作方法

专利名称：立体显示系统的制作方法
立体显示系统本发明涉及电子显示器领域，并且特别是但不限于自动立体显示器，其中不需要专用眼镜就可以欣赏3D立体图像。存在多种不同的自动立体显示技术。从它们最基本的方面讲，观众必须位于“最佳视点”中以感觉3D效果。如果观众离开这个位置，将失去或者严重损害3D效果。某些技术可以使许多人观看同一个立体3D图像，但是每个观众仍必须找到正确的观看位置。在实践中，当观众固定在一个位置上时，这些方法没有视差感觉(环视图像的能力)。另一种方法提供了一组立体图一不仅仅是立体像对，还可能是关于同一主题的9 个视图(通常称之为“多视图”显示器，不要与“多观众”显示器混淆)。布置这些立体图以提供彼此相邻排列的多个观看位置。显示器也经常产生“旁瓣”，即在主阵列的任一侧重复相同的阵列。这是一种利用水平(X轴)视差要素而不必寻找最佳视点使一个以上的观众感觉3D图像的方式。需要注意，没有垂直(y轴)视差和距离(Z轴)视差将是不利的，除非视图的数量很大并且视图的间距很小。这种方法已经表明可以有效地工作，在此方法中优先的是冲击力而不是图像保真度、品质和分辨率。主要的困难是3D分辨率和2D分辨率之间不可避免的折衷。为了提高 3D分辨率，需要许多紧密间隔的视图以减小立体量化误差。但是当同时和分别显示每个视图时，显示器的基本OD)分辨率将除以视图数量，结果严重损害了图像品质。因此不同视图的数量是这些技术中的关键因素，当前的多视图自动立体显示器使用约9个视图。硬拷贝复合全息立体图中人为因素的研究和体验表明，为了显示流畅的、高品质的和有足够深度的图像，应将3D透视图分开0.4°或更小角度，这意味着根据现有的规范，分开的视图的数量应当增加至少十倍，并且甚至在得到图像保真度的基本水平之前， 基本分辨率将必须在约100个不同的分量图像之间进行共享。这不仅是不切实际的也是低效的，假定有4个观众，那么只有8只眼睛观看显示器，因此只需要8个图像以将3D图像提供给每个观众。因此，如果必须显示高品质低疲劳的3D图像，多视图方法具有难以处理的问题，并且也造成了可用分辨率的低效使用。因此，虽然这些显示器可能适用于广告和醒目效果，但是它们总是存在性能上的缺陷，对于诸如专业工作、电脑游戏或观看3D电影的大量使用，该缺陷使得这些显示器实际上是没有用的。一种不同的方法是使显示器跟踪观众。在这样的系统中，显示器具有检测观众位置、和使显示器进行自身调节以将左视图引导至观众的左眼和将右视图引导至他或她的右眼的设备。这种方法使显示器移动立体窗口以确保观众不会错过3D视图，还更新透视图以匹配观众在显示器前面的位置。重要地，2D分辨率与3D分辨率无关，这允许高品质全视差 3D，没有极大地损害2D分辨率。这种方法提供了在全部三个方向(x、y、z)中的视差，并且提供了非常强劲的3D图像以用于一个观众。在EP0764^1A中描述了一个实例。但是，EP0764281A中所述方法的基本缺陷在于，虽然可以满足多个可移动的观众的需求，但是每次只有一个观众可以欣赏到自然视差。这是因为每个观众看到相同的立体图像，因此如果根据一个观众的位置更新透视图，那么所有的观众都将感觉根据那个人的移动而进行变化的透视图，其可能是干扰影响。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种自动立体显示设备，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示设备包括象素阵列，其中象素阵列中的第一组像素协作以显示第一图像，和象素阵列中的不同的第二组像素协作以显示第二图像；光源阵列，包括多个光源，多个光源的每一个都适于在使用中独立地照射象素阵列；全息光学元件(HOE)，进行空间多路传输以与像素阵列协作，以使作用在第一组像素上的来自光源阵列中第一光源的光通过HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众左眼的第一实像，和作用在不同的第二组像素上的来自第一光源的光向第二位置衍射，以形成用于第一观众右眼的第二实像，其中第一和第二实像共同形成第一观看区；其中，HOE将来自光源阵列中不同光源的光进行衍射，以形成相应的空间移开的观看区；以及，还包括控制装置，适于使第一组和第二组像素显示连续所选的第一和第二图像对，和适于使光源阵列中光源以与连续所选的图像对相同步的方式进行连续导通，以使来自光源阵列中仅一个光源的光在任一时刻入射至HOE上，因此为多个观众连续提供多个观看区和在空间移开的位置中提供多个观看区。该构造使得多个观众观看相同的屏幕以欣赏他们自己的独立图像，不需要专用眼镜，因此向增加的观众提供了舒适性和灵活性。在一个示例实施方式中，连续所选的图像对可以是不同的图像对，以使观众看到不同的图像，或所选的图像对可以是相同的图像对，以使观众看到相同的图像。“空间移开”是指观看区彼此没有形成在精确的相同位置中。在很多情况下，优选将观看区彼此隔开，以考虑到观众的间距。但是，如下讨论的，观看区可以彼此重叠。本方面特别的优点在于，当每个观众进入时，损失的空间分辨率数量要比现有技术的多视图系统所损失的空间分辨率数量少得多。在本实施方式的优选实施中，第一和第二图像分别是立体像对的左图像和右图像，因此使得观众看到3D立体图像。但是，可以将第一和第二图像选择成相同的图像，以使多个观众能够看到多个2D图像。当形成观看区时，第一和第二图像优选地设置成彼此邻接。优选地，显示设备具有观众检测装置，以检测一个或多个观众的位置，因此允许通过导通有关的光源形成与观众位置有关的观看区。这意味着观众不限于单个位置以观看立体3D图像。因为在空间位置中观看区可以重叠，虽然只有当在不同时间连续地形成重叠的观看区时这才将发生，这可以向移动的观众流畅地显示图像，在观看区中没有跳跃或中断。此外，因为每个观众能够看到他自己的独立图像，所以如果相应地刷新像素以显示与观众的位置相关的正确的透视图像，每个观众都能感觉到具有没有变形的全χ、y和ζ方向性的自然视差。根据本发明的第二方面，提供了一种自动立体显示设备，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示设备包括像素阵列，其中像素阵列中的第一组像素协作以显示第一图像，像素阵列中的不同的第二组像素协作以显示第二图像，像素阵列中不同的第三组像素协作以显示第三图像，像素阵列中不同的第四组像素协作以显示第四图像；多个光源阵列，每个光源阵列包括多个光源，光源中的每个适于独立地照射像素阵列；全息光学元件(HOE)，进行空间多路传输以与像素阵列协作，以使作用在第一组像素上的来自第一光源阵列中第一光源的光通过HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众左眼的第一实像，和作用在不同的第二组像素上的光向第二位置衍射，以形成用于第一观众右眼的第二实像，其中第一和第二实像共同形成第一观看区域；以及，其中作用在第三组像素上的来自第二光源阵列中第一光源的光通过HOE向第三位置衍射，以形成用于第二观众左眼的第三实像，和作用在不同的第四组像素上的光向第四位置衍射，以形成用于第二观众右眼的第四实像，其中第三和第四实像共同形成第二观看区域；其中HOE或滤光元件适于阻止来自第一光源阵列的光向第二观看区域衍射，和同样地适于阻止来自第二光源阵列的光向第一观看区域衍射；以及，其中HOE将来自每个光源阵列中不同的光源的光进行衍射，以在相应的空间上移开的位置中形成各自的观看区。优选地，显示设备具有观众检测装置，以检测第一和第二观众的位置，因此允许形成与第一和第二观众的位置相关的第一和第二观看区。在一个示例实施方式中，第一观众和第二观众是不同的观众，在另一个实施方式中，第一和第二观众是相同的观众。光源阵列中的每个光源提供空间移开的观看区。因此，可以利用为提供空间移开的观看区而进行的光源导通，以跟踪移动的观众，因此改善了现有技术系统的观看“最佳视因此，本方面提供与第一方面类似的优点，如果相应地刷新像素以显示与观众的位置有关的正确的透视图像，本方面能够为一个或多个移动的观众提供他们自己的独立图像，该独立图像具有全x、y和ζ方向性的自然视差；以及不需要专用眼镜。相对于现有技术的多视图系统，也更好地提高了空间分辨率。在本发明的第三方面中，提供一种自动立体显示器，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示器包括第一和第二光源阵列、每个光源阵列包括多个光源对；像素阵列，具有与第一光源阵列相对应的第一组像素和第二组像素，第一光源阵列适于交替地显示用于第一观众左眼的第一图像和用于第一观众右眼的第二图像，和第二组像素适于交替地显示用于第二观众左眼的第三图像和用于第二观众右眼的第四图像；其中每一个光源适于独立地照射像素阵列；
Η0Ε，进行空间多路传输以与像素阵列协作，以使作用在相应的第一组像素上的、 来自第一光源阵列中一对光源的一个光源的光，通过HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众左眼的第一实像；和作用在第一组像素上的、来自一对光源的另一个光源的光，通过 HOE向第二位置衍射，以形成用于第一观众右眼的第二实像，其中第一和第二实像共同形成第一观看区；以及，其中作用在相应的第二组像素上的、来自第二光源阵列中一对光源的一个光源的光，通过HOE向第三位置衍射，形成用于第二观众左眼的第三实像；和作用在第二组像素上的、来自一对光源的另一个光源的光，通过HOE向第四位置衍射，以形成用于第二观众右眼的第四实像；其中第三和第四实像共同形成第二观看区；以及，其中HOE将来自每个光源阵列中不同光源对的光进行衍射，以在相应的空间上移开的位置中形成各自的观看区。控制装置，适于使像素阵列中的每组像素以与每对光源中相应光源的导通相同步的方式，显示连续的左眼和右眼图像。以及，其中HOE或滤光元件适于阻止来自第一光源阵列的光向第二观看区衍射， 和同样地适于阻止来自第二光源阵列的光向第一观看区衍射。通过以这种方式将来自第一和第二光源阵列的光进行空间滤光，设备仅根据第一光源阵列中的光形成观看区，以及类似地仅根据第二光源阵列的光形成第二观看区。这样， 可以彼此独立地控制多个观看区域。可以通过HOE本身或通过其它的滤光器元件进行空间
滤光ο此时在一个示例实施方式中，第一观众和第二观众是不同的观众，以及在另一个实施方式中，第一和第二观众是相同的观众(从一个位置移动至另一个位置)。优选地，本实施方式的显示设备具有观众检测装置，以检测一个或多个观众的位置，因此通过导通有关的光源形成与观众的位置有关的观看区。还与前面的两个实施方式相类似的，如果相应地刷新像素以显示与观众的位置有关的正确的透视图像，本实施方式可以有利地向多个移动观众提供他们自己的独立图像，该独立图像具有全X、y和Z方向性的自然视差；不需要专用眼镜。相对于现有技术的多视图系统，也更好地提高了空间分辨率。有利地是，每个光源对中的独立光源可以包括光发射器的子阵列。这使得可以利用较便宜的光源。优选地，对于如上所述的第二和第三实施方式，第一和第二图像是立体像对的左图像和右图像，并且当形成观看区时彼此邻接。类似地第三和第四图像构成不同的第二立体像对。但是，第一图像可以与第三图像相同，同样地第二图像与第四图像相同，以使不同的观众看到相同的立体图像。此外第一和第二图像可以是相同的，以使第一观众看到2D图像，同样适用于第三和第四图像。可以以任意组合来有利地实现这些可能的方式，以为多个观众提供他们自己的定制的观看感受。优选地，来自不同光源阵列的光入射至HOE和像素阵列上，以形成并存的、空间移开的观看区。在实践中，这可以通过以下方式来实现，通过利用来自两个光源阵列的光同时照射HOE和像素阵列，或者通过来自每个阵列的非常快速的交替脉冲照明。这使得多个观众同时观看他们自己的图像，因为通过HOE结构和光源阵列位置的组合可以滤除来自其它光源阵列的入射光；或通过使用偏振滤波器与HOE和像素阵列的结合以选择性地阻挡来自不同光源的反向偏振光。可以预见，通常将配置此设备，以便来自不同的光源阵列的光将形成空间彼此分开的观看区，以增加独立观众的数量，或者以提供用于单个观众的更多观看区。但是，来自不同光源阵列中光源的光可能在相同的空间位置处形成观看区。作为一个例子，这可用于校准的目的。根据本发明的第四方面，提供一种显示器，能够为多个观众显示不同的图像，该显示器包括第一和第二光源阵列，每个光源阵列包括多个光源；像素阵列，具有第一组像素和第二组像素，第一组像素与第一光源阵列对应以适于显示第一图像，第二组像素适于显示第二图像；其中每一个光源适于独立地照射像素阵列；Η0Ε，进行空间多路传输以与像素阵列协作，以使作用在相应的第一组像素上的、 来自第一光源阵列中一个光源的光通过HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众的第一实像，第一实像形成第一观看区；以及，其中来自与相应的第二组像素相作用的第二光源阵列中一个光源的光通过 HOE向第二位置衍射，以形成用于第二观众的第二实像，第二实像形成第二观看区；以及，其中HOE将来自每个光源阵列中的不同光源的光进行衍射，以在相应的空间移开的位置中形成各自的观看区。以及，其中HOE或滤光元件适于阻止来自第一光源阵列的光向第二观看区衍射，和同样地适于阻止来自第二光源阵列的光向第一观看区衍射。在一个示例实施方式中，第一观众和第二观众是不同的观众，在另一个实施方式中，第一和第二观众是相同的观众。在上述第四实施例的优选实施中，提供观众检测装置以检测一个或多个观众的位置，因此形成与观众的位置相关的观看区。这具有以下优点，允许观众来回移动仍然能在屏幕上看到他的独立图像。优选地，像素阵列中的第一组像素交替地显示第三图像和第一图像，像素阵列中的第二组像素交替地显示第四图像和第二图像，并且本实施方式还包括控制装置，适于使第一和第二组像素显示连续图像和使每个光源阵列中的光源以与连续图像相同步的方式连续地导通，以使来自每个光源阵列中仅一个光源的光在任一时刻入射至HOE上。这有利地允许更多观众在屏幕上看到他们自己的独立图像，空间分辨率没有降低。在本发明的第五方面中，多视图自动立体显示器包括像素阵列，提供多组像素，第一组像素适于连续地显示第一图像和第三图像，第二组像素适于连续地显示第二图像和第四图像；第一和第二光源，光源的每一个适于独立地照射像素阵列；Η0Ε，进行空间多路传输以与像素阵列协作，以使与第一组像素上相作用的第一光源发出的光通过HOE向第一位置衍射，以形成用于观众的第一实像；和使与不同的第二组像素相作用的第一光源发出的光被引导向从第一位置空间移开的第二位置，以形成用于观众的第二实像；以及其中采用空间多路传输的Η0Ε，以使与第一组像素相作用的第二光源发出的光通过HOE向第三位置衍射，以形成用于观众的第三实像；和使与不同的第二组像素相作用的第二光源发出的光被引导向从第三位置空间上移开的第四位置，以形成用于观众的第四实像；第一和第二实像从第三和第四实像空间移开；和控制装置，适于使第一组像素以与第一和第二光源的顺序导通相同步的方式连续地显示第一和第三图像，和使第二组像素以与第一和第二光源的顺序导通相同步的方式连续地显示第二和第四图像。本实施方式具有以下优点，通过利用时间多路传输加倍了多视图显示器的空间分辨率。优选地，每个图像是不同的物体透视图，相邻的实像形成立体像对以提供用于观众的 3D立体图像。在优选实施方式中，其中第一和第三实像彼此邻接，和将第一和第三实像形成为与第二和第四实像相邻或重叠，其中第二和第四实像彼此邻接。可替代地，第一和第三实像与第二和第四实像交叉，相邻的图像对彼此邻接。至此描述的所有实施方式中，形成观看区的实像是性质相同的和漫射的。此外， HOE可以相对于光源阵列位于像素阵列的上游或者下游。在第六实施方式中，提供了一种立体显示系统，能够为多个观众显示不同的图像， 该显示系统包括显示设备，包括空间多路传输的像素阵列，以便在使用中第一组像素显示用于观众的左眼的第一图像，和第二组像素显示用于观众的右眼的第二图像；偏振设备，以使来自第一组像素的光在一个方向上进行偏振，和使来自第二组像素的光在相反的第二方向上进行偏振；以及观看设备，包括适于选择性地阻挡光进入观众的眼睛的快门和互补偏光镜， 以使得观众左眼仅暴露于用于左眼的图像和使得右眼仅暴露于用于右眼的图像；以及控制装置，适于使第一和第二组像素显示连续的第一和第二图像对，和适于以与连续的图像对相同步的方式控制快门，以使观众仅暴露于所选图像对。在优选实施方式中，第一图像是立体像对的左图像，第二图像可以是相同立体像对的右图像，但是第一和第二图像可以是相同的图像。优选地，本实施方式的显示设备具有观众检测装置，以检测一个或多个观众的位置。本实施方式有利地使多个观众看到他们自己的独立的3D立体图像，因此如果相应地刷新像素以显示与观众的位置相关的正确的透视图像，使每个观众感觉到具有全X、y和ζ方向性的视差，没有对于其它观众而言变得扭曲的图像。在第七实施方式中，提供了一种立体显示系统，能够为多个观众显示不同的图像， 该显示系统包括显示设备，包括空间多路传输的像素阵列，以使在使用中第一组像素协作以交替地显示第一图像和第二图像，第一图像用于第一观众的左眼，第二图像用于第一观众的右眼；和使第二组像素协作以交替地显示第三图像和第四图像，第三图像用于第二观众的左眼，第四图像用于第二观众的右眼；设备，适于将来自第一组像素的光在第一方向上进行偏振，和适于将来自第二组像素的光在相反的第二方向上进行偏振；第一观看设备，由第一观众使用，被调整为对在所述第一方向上进行偏振的光基本上是透明的，并对在所述第二方向上进行偏振的光基本上是不透明的，以使第一观众仅看到来自第一组像素的光。第二观看设备，由第二观众使用，被调整为对所述第二方向上进行偏振的光基本上是透明的，并对在所述第一方向上进行偏振的光基本上是不透明的，以使第二观众仅看到来自第二组像素的光。其中第一和第二观看设备每一个都包括快门，适于分别地选择性地阻挡光进入每一个观众的眼睛；和控制装置，适于控制第一组像素以交替地显示第一和第二图像，控制第二组像素交替地显示第三和第四图像，控制每个观看设备的快门，以便只有第一或第二观众的左眼暴露于相应的第一或第三图像，只有第一或第二观众的右眼暴露于相应的第二或第四图像。在优选实施方式中，第一图像是立体像对的左图像，相同立体像对的右图像右图像；但是，第一和第二图像可以是相同的图像。类似地，第一和第三图像可以是相同的图像， 同样地第二和第四图像可以是相同的图像，因此观众看到相同的图像；或者第一和第三图像可以是不同的图像，同样地第二和第四图像可以是不同的图像，因此两个观众看到不同的图像。第一和第二观众可以是不同的观众，或可替代地，他们可以是相同的观众。优选地，本显示设备具有观众检测装置，以检测一个或多个观众的位置。本实施方式有利地使多个观众看到他们自己的独立的3D立体图像，因此如果相应地刷新像素以显示与观众的位置相关的正确的透视图像，使每个观众感觉到具有全x、y和ζ方向性的视差， 没有对于其它观众而言变得扭曲的图像。应当理解，在上述实施方式中通过像素组显示的图像可以相应地刷新，以显示移动图像。在所有的上述实施方式中，控制装置优选地适于以足够快的刷新频率刷新通过像素组显示的图像，刷新频率足够快以用于一个或多个观众看到的基本上无闪烁的图像。优选地，像素阵列中的每个像素组的刷新频率至少约是60Hz。在所有的上述实施方式中，像素阵列例如是LCD阵列，但是像素阵列可以包括任何合适的阵列。此外，光源例如是LED，但是光源可以是任何合适光源。此外，任何上述的实施方式都可用于为所有的或某些观众提供具有物体的不同透视图的图像。通常，本发明的一些目标是1、为了以最可实现的品质显示具有全(x、y和ζ方向)视差的3D图像。2、为了将该图像提供给多个观众，其中·无可见的量化误差·不需要显示视差减少的低级立体图像以掩盖差的3D分辨率。·无透视变形(意味着每个观众必须看到不同的立体图像)。当实施上述设备以显示适当的图像时，上述设备可用于实现这些目标的一些或者全部。通常上述设备可以·根据方法的次序对图像进行多路传输以分离立体视图。
·使用装有照明系统的IXD或类似的显示屏幕和适当的照明系统来显示多路传输的图像，该IXD或类似的显示屏幕含有至少一个多路传输的全息光学元件(HOE)。·控制照明系统以便将正确的多路传输的立体像对引导至每个观众。现在参考附图对根据本发明的显示设备的实施例进行描述并且与已知的显示设备进行对比，其中

图1所示的是根据EP0764^1A的使用空间多路传输的HOE的自动立体显示器 (ASD)。图2所示的是根据US5600454A的时间多路传输的ASD。图3所示的是混合角度和空间多路传输系统。图4所示的是混合空间和时间多路传输系统。图5所示的是混合空间、角度和时间多路传输系统。图6所示的是混合空间、时间和偏振状态多路传输系统。图7所示的是具有时间立体多路传输系统和用于多个观众的空间多路传输。图8所示的是多视图混合空间和时间多路传输系统I。图9所示的是多视图混合空间的和时间的多路传输系统II。图10所示的是HOE结构I，即空间多路传输的立体系统和用于多个观众的时间多路传输。图11所示的是HOE结构II，即时间多路传输立体系统和用于多个观众的空间多路传输。图12所示的是用于2D显示的混合空间和时间多路传输系统。图1 空间多路传输EP0764281A图Ia示出了根据EP076^81A的ASD。光源1发出照射光2，照射光2照射空间多路传输的全息光学元件(HOE) 3。应当理解，照射光2是宽光束，以均勻地照射整个H0E3。可以多种不同的方式配置该光束。例如该光束可以包含在波导中，可以用多种不同的方式聚焦，并且可包括分开的红绿蓝光束等，通过示出在示意的入射角处的照射光2的仅单个光线以简化本附图和随后的附图。应当理解，入射角将取决于所使用的光学构造，例如在波导照射方法的情况下，入射角将更大。H0E3将光衍射穿过LCD4 (图1示出了放在H0E3下部的LCD4的变型，但是LCD4也可以放在H0E3的上部)。图像支承装置假设为IXD，但是如果其它的透射式显示器是可用的，也可以用其代替IXD。显示在IXD4上的图像是与H0E3的空间多路传输相匹配的空间多路传输立体图像。衍射光5形成两个邻接的平面实像6L和6R。将一对邻接的漫射实像6L和6R放在一起，形成了立体观看区10。应当理解，实像不必彼此邻接，并且可以是空间分开的。一个观众利用所示位置处的他或她的眼睛71和7r观察显示器，这个观众将看到H0E3和IXD4 协作产生的3D立体图像。因此可以将H0E3认为是空间滤光装置，因为H0E3确保空间多路传输的立体图像中的左分量图像的可见度由实像6L进行控制，同时空间多路传输的立体图像中的右分量图像的可见度由实像6R进行控制。图Ib示出了 EP076^81A中H0E3的优选多路传输结构的放大细节图。存在两个区域组8，HOE区域组8L向实像6L衍射光线，以及HOE区域组8R向实像6R衍射光线。在实践中，HOE区域组8L和8R可能稍微重叠。图Ic示出了 EP0764^1A中IXD4的相应优选图像多路传输结构的放大细节图。提供立体像对，以便通过隔行像素9L显示左图像，同时通过隔行像素9R显示右图像。H0E3和IXD4设置成共同工作以产生自动立体图像。与EP076^81A的优选实施方式一起，图Id示出了有光源阵列16和三个光源la、 IbUc的情况，其中三个光源已经在光源阵列中标识出。每个光源la、lb、lc产生相应的立体观看区10a、10b、10c。如果同时导通所有的三个光源la、lb、lc，那么三个观众(以他们的眼睛7进行表示)都能感觉到IXD显示的相同的立体图像。图Id也示出了不同的观看模式；光源1包括光源阵列16，光源阵列16可以通过切换进行控制，因此在任一时刻仅形成一个立体观看区10。立体观看区的位置将根据阵列 16中的哪个光源1被接通而进行变化。这可以被设置，以便立体观看区10响应于一个观众的移动而进行移动，因此在不失去立体图像的情况下他或她可以在显示器前面进行移动。如果利用透视图来更新IXD4所显示的立体图像，该透视图被计算以与相对于显示器的观众位置相对应，那么观众将欣赏到全(x、y和ζ)视差。这是强大的效果，但是存在只显示一个立体像对的缺陷，因此或者多个观众(该观众可以移动和分别被跟踪)在没有正确视差的情况下看到相同的图像，或者只有一个观众看到视差。图2 时间多路传输US5600454A图加示出了根据US5600454A的显示器的操作。两个光源IL和IR以快速连续的方式交替照射H0E3。H0E3对光进行衍射，以使得当光源IL照射时，H0E3产生实像6L，当光源IL照射时，H0E3产生实像6R。将实像6的一对位置L和R的位置视为立体观看区10。 IXD4以与交替光源IL和IR同步的方式显示左右图像。因此当光源IL导通(1R截止)时， IXD显示立体像对的左图像，HOE重建平面实像6L，观众的左眼7L看到左图像(右眼7R什么也看不到)。接着IXD显示右图像，光源IR导通(1L截止)，H0E3重建平面实像6R，观众的右眼7R看到右图像。假如图像交替地足够快，观众将欣赏到时间多路传输立体的图像。通过将分量图像的显示和照射的方向进行同步来确定左图像和右图像的可见度， 因此通过同步后的照射将时间多路传输的立体图像进行时间滤光。图2b示出适用于多个观看位置的相同原理。在理想状态中，即IXD象期望速度一样快的速度进行刷新，该显示器可以如下运行。光源laR、laL、lbR、lbL、lcR、lcL以快速连续的方式发光。IXD以与光源1同步的方式连续显示六个图像。产生立体观看区10a、10b 和10c，并且三双眼睛7a、7b、7c看到特定的立体图像。该显示可以独立地提供全视差以用于多个不同的人。为了舒适地观看，每只眼睛不应暴露于以低于约60Hz的频率进行刷新的图像，因此IXD将需要以至少6x60 = 360Hz的频率进行完全地刷新。对于时间多路传输立体显示而言60Hz是否足够快，这也存在争论。清楚地是，仅使用时间多路传输提供多个不同的立体视图是困难的。图2b还示出了第三种模式，其中三个可移动观众都欣赏相同的立体图像。这时光源laR、IbR和IcR全部导通，同时与也共同发光的光源laL、IbL和IcL进行交替。IXD仅利用一个左图像和一个右图像交替地刷新。关于分辨率的一般件讨论本发明人已经意识到，为了将不同的图像传送到观看显示屏幕的每个眼睛而需要什么。眼睛成对布置，因此此任务归纳为将图像对引导至每个观众。诸如LCD的任何显示屏幕都具有有限的空间分辨率，该空间分辨率由像素数量所决定。也具有有限的时间分辨率，该时间分辨率由最大刷新速率所决定。可以得到一些合理的说明性数值通过人类视觉系统设置的用于刷新频率的极限数值，即低于约60Hz的刷新频率，将产生进行令人不快的闪烁图像。在时间多路传输中，目标是以快速连续的方式显示不同的图像，在此情况下，每个图像都引导至不同的眼睛/ 一对眼睛。如果可接受的最低刷新频率是60Hz (应当承认这个数值可能有争议，75-lOOHz更好，但原理是一样的)，那么以120Hz频率刷新的显示器将能显示两个图像(一个立体像对)，并且为了显示三个图像，显示器需要以彡3X60 = 180Hz的频率进行刷新，等等。因此显示器的刷新频率限制了使用独立像素显示的图像的数量。在根据 US5600454A的自动立体显示器中，当前IXD将限制到仅一个立体像对，并且为了显示两个立体像对，IXD需要至少MOHz的刷新频率。(也应指出，因为重象(显示下一个图像时，早先的图像仍是稍微可见的)在立体应用中是不被接受的，所以图像需要完全地切换，这使得此任务更具挑战性)。如EP076^81A所示，还可以将空间分辨率分割以产生立体图像。在空间多路传输的最简单情况下，显示器上的奇数像素行可用于显示左立体半像和偶数行显示右半像。在这种情况下，在两个立体半像之间简单地共享空间分辨率。3D立体显示中观众位置的重要性3D显示的相对新颖性是指，在记录时3D显示的实施保持简单化，以及当观看相同的屏幕时，多个独立的观众的每一个都能能够看到不同的立体图像的愿望还没有被充分地重视。在标准的2D显示领域不存在类似的需要，因为3D图像的特性是完全不同的并且观众的位置是更加重要的。在不同位置的观众将能看到以透视图提供的图像，透视图对应于与图像有关的观众位置。否则，从屏幕左侧，比方说朝向屏幕左侧进行观看的某个观众可能必须观看具有从图像右手侧获得的透视图的3D图像，在这种情况下，位于左侧的观众将看到变形的图像。类似地，如果观众相对于显示3D图像的屏幕进行移动，那么人类视觉系统期待看到视差，即环视该图像。如果没有视差，那么将看到变形的3D图像。因此，使用3D显示器的观众将看到以与他的位置有关的透视图提供的图像，以及观看相同屏幕的第二观众将看到根据她的位置所提供的图像。任何观众将看到他或者她 “自己”的图像；理想地，这种与观众位置有关的立体图像的数量应该等于观众的数量。混合多路传输立体图像的时间和空间多路传输通常被视为可替代的方法。新型的显示器在空间和时间中具有良好分辨率，并且精心设计的系统可以有效地利用该分辨率，以将独立的立体图像提供给多个观众。例如，如果IXD具有180Hz的刷新频率，IXD可以利用空间多路传输的方式向3 个观众提供分开的3D图像，该空间多路传输方式在左右图像之间相等地分割空间分辨率。类似地，如果空间多路传输提供独立可控的两个立体像对，刷新频率是MOHz，那么2X240/60 = 8个独立观众都可以同时看到他们自己的个人3D图像。本发明描述了使用基于HOE的自动立体方法怎样实现这个方法。基于眼镜的变型混合空间-时间多路传输的原理可以应用于基于眼镜的立体显示以及自动立体显示，尽管是通过有限的方式。目前有两种方法以将基于眼镜的立体图像用于IXD屏幕。在一种情况下，将图像进行空间多路传输，其中将每个像素行与置于显示器前表面的偏光膜相对齐。间隔像素行用于显示立体像对的左图像和右图像，将偏光膜上的间隔条以这样的方法布置，以在一个方向中偏振偶数行和在相反的方向中偏振奇数行。在一种形式中，将间隔行(因此与左右图像)分别在+45°和-45°处进行线偏振，在另一种形式中，将间隔行进行左右圆偏振。应当理解，可以使用其它的偏振方式，只要将左右图像在相反的方向中进行偏振。观众戴着设计后的专用偏振滤光眼镜，以使左眼看到左图像(右图像被偏振滤光器阻挡)，右眼看到右图像而不是左图像。然后观众可以欣赏立体图像。利用偏振实现空间滤光是公知的技术。第二种基于眼镜的方法使用时间多路传输。在这种情况下，左图像和右图像以快速连续方式显示在屏幕上，观众戴着专用眼镜，以快速连续方式和与屏幕所显示的变化图像相同步的方式，使该眼镜的镜片是透明的和不透明的。因此，当正在显示左图像时，左眼镜片是透明的，右眼镜片是不透明的。然后当显示右图像时，右眼镜片变成透明的，左眼镜片变成不透明。因此每只眼睛都看到正确的图像，并且观众可以欣赏立体3D。在这种情况下，眼镜实施立体像对的两个分量图像的时间滤光的功能。在本发明的一个实施方式中，将第一立体图像显示在空间多路传输屏幕上，该屏幕具有如上所述的偏振滤光器阵列。然后显示第二和不同的立体图像，并且这两个立体图像以快速连续的方式进行交替。一个观众戴着具有偏振滤光镜片和快门设备的眼镜，偏振滤光镜片正确地过滤左图像和右图像，当正在显示另一个观众的图像时快门设备使两个镜片变成不透明的，当正在显示观众自己的图像时快门设备将两个镜片变成透明的。另一个观众也戴着类似的眼镜，当第一观众的眼镜变成不透明的时，另一个观众的眼镜变成透明的，反之亦然。在本发明的另一个实施方式中，通过将一个偏振状态用于一个观众和将第二偏振状态用于第二个观众，然后将立体图像进行时间多路传输以用于两个观众，可以将两个观众的图像分开。在这种情况下，屏幕将一组像素行(因此和一个偏振状态)用于一个戴着眼镜的观众，以仅选择那个偏振状态，将左图像和右图像进行时间多路传输，所以同样的眼镜也将具有进行透明/不透明交替的镜片以选择左图像和右图像。另一个观众戴着具有相同结构的眼镜，只是选择了相反的偏振状态。以这种方式，只能分开两个偏振状态，因此如果使用偏振以在观众之间进行区分， 可显示的不同立体图像的最大数量只是两个。在实践中，显示器的速度限制了时间多路传输。如果使用偏振以区分左图像和右图像(与立体像对之间的区分相反)，那么某个数量的观众欣赏他们自己的立体图像所需要的刷新频率，可以通过将观众的数量乘以约 60Hz来求得。
应当指出，区分立体像对的能力限制了空间多路传输立体像对的数量。在如上讨论的基于眼镜的立体系统中，因为偏振滤光器只能区分两个状态，所以在任一瞬间只有一个立体像对进行空间多路传输，其中这两个状态与立体系统中的左图像和右图像对应。为了进一步增加观众的数量，需要共享空间分辨率。如果空间分辨率除以4，以便生成两个分开的立体像对，那么N个观众所需的刷新频率减半，这样最小刷新频率是 NX60/2HZ。所以180Hz的显示器可以为6人提供分开的立体图像。但是如果唯一的空间滤波法依赖于偏振，这是不可能的。在上面的描述中，通过屏幕显示第一和第二不同的图像，以将3D立体图像提供给观众。应当理解，实际上第一和第二图像可以是相同的图像，这样观众看到2D最终图像。S 3 肿丨聰各#__撒割牛舰■钟·。用于多个观众的空间多路传输存在关键的困难。以两个立体像对为例，一个立体像对用于一个观众，另一个立体像对用于第二观众，如果正同时显示两个立体像对(与按时多路传输相反)，怎样配置显示器以使每个观众看到正确的图像(与两个观众看到两个图像相反)？本发明人使用基于HOE的自动立体方法提供了解决方案，如下所述。HOE是衍射结构，因而HOE表现出角度选择性。如果HOE具有体积全息图的特性， HOE的衍射效率将取决于，通过照射光的入射角和波长如何很好地满足布拉格条件。即使以非最佳角度照射HOE时，一些光通过HOE进行衍射，也可以设置HOE以引导被衍射的光，这样观察者感觉不到被衍射的光。图3a示出了显示设备的实施方式，其中通过两个光源Ia和Ip照射H0E3，并且图北示出H0E3的表面的放大细节(这里图中的图案是帮助清楚地说明，不表示任何实际的结构)并描述了 H0E3可如何进行空间多路传输。HOE包括四个区域组8aL、8aR、8pL、8pR。当从一个方向照射区域组8aL、8aR时，区域组8aL、8aR用于衍射光，同时当从基本上不同的方向照射区域组8pL、8pR时，区域组8pL、8pR用于衍射光。回到图3a，光源Ia发出的照射光加通过区域组8aL、SaR进行衍射，和重建立体观看区10a。类似地，光源Ip发出的照射光2p通过区域组8pL、8pR进行衍射，和重建立体观看区10p。IXD4显示与HOE区域组8对齐的空间多路传输图像。为了实现全视差，眼睛7aL 和7aR将看到立体图像，立体图像中的透视图与眼睛7aL和7aR相对于显示器的位置匹配， 并且透视图随眼睛7aL和7aR的位置变化而变化。对于眼睛7pL和7pR也是一样的。显然，通过改变光源1的(表面的或者物理的)位置可以独立地实时改变侧向位移角度1 和12p，实现其的一个有效方式是在光源阵列16a、16p中的独立光源1之间进行切换。这使得立体观看区IOa和IOp进行独立地移动。垂直照明角度13a和13p中的差值的作用是，允许立体观看区IOa和IOp的位置进行独立的控制。已示出与H0E3的平面垂直的垂直参考平面11，以帮助理解附图中照射光加和2b 的入射角的方向。精心设计的照明与H0E3的进一步空间多路传输，将允许通过进一步利用H0E3的角度相关性，来提供其它的独立可控的立体观看区10。单个光源阵列中的不同光源提供了空间移开的观看区，并且应当预期，在绝大多数使用，对于来自不同阵列的不同光源可以说都是一样的。但是，来自不同阵列的不同光源可能在相同的空间位置中提供观看区。例如可以是为了校准的目的。优选地，眼睛7aL将看到立体像对的左图像，眼睛7aR将看到立体像对的右图像， 并且对于其它双眼睛也是类似的。但是应当理解，不同眼睛看到的图像实际上可以是相同的图像，这样观众感受到2D最终图像。可以向一个观众提供3D立体图像和向另一个观众提供2D图像，以满足个人需求。图4 时空多路传输，用于立体图像的空间多路传输、用于多个观众的时间多路传输、没有布拉格滤光。图如示出了时间多路传输与空间多路传输相结合的使用。在本实施方式中，时间多路传输没有提供立体图像，但是使用时间多路传输，以允许空间多路传输提供独立可控的立体观看区。H0E3实现立体像对的空间滤光，同时使用时间滤光以引导空间多路传输的立体图像，因此一个观众可以看到第一空间多路传输的图像和第二观众可以看到第二空间多路传输的图像。图如示出光源阵列16。在光源阵列16中，将两个光源Ia和Ib布置在参考平面 11的两侧，分别通过角度1 和12b来表示两个光源的横向位移。图4b示出，当一个光源 1照射H0E3时，H0E3的空间多路传输将产生一个立体观看位置10。两个HOE区域组8a和 8b以大体相同的垂直照明角度13将光进行衍射。当光源Ia导通时，产生立体观看区10a，并且当光源Ib导通时，产生立体观看区 10b。LCD4(此附图中未示出，但是如前所述安装在HOE的前面或后面)将具有快速的刷新频率，和在适于一双眼睛7a和适于一双眼睛7b的空间多路传输立体视图之间进行交替地切换。光源Ia和Ib以与IXD4显示的空间多路传输立体图像中的变化相同步的方式进行交替地照射。简单通过使用光源阵列16中的不同的光源，可以实时改变光源Ia和Ib的位置， 因此使眼睛7a和7b被跟踪，和显示合适的透视图以用于每个观众。示出两个独立的立体观看区IOa和10b，IXD的刷新频率将限制这些区域的数量。 采用计算机监视器的当前最小刷新频率(60Hz)作为这种使用的最小刷新频率，这是合理的，在这种情况下，2个独立的观看位置将需要120Hz的刷新频率，3个位置将需要180Hz，寸。再次与上述实施方式相类似，通过将相同的图像提供给观众的两只眼睛，观众可以欣赏到2D图像。图5 时空多路传输,利用布拉格滤光的用于立体图像的空间多路传输、用于多个观众的时间多路传输。图示出具有两个光源阵列16ab和16pq的实施方式。在光源阵列16ab中已经标识出两个独立的光源Ia和lb，并且在光源阵列16pq中还有两个光源Ip和lq。图恥是示出H0E3的空间多路传输的放大细节图。通过HOE区域组8abL和8abR 衍射光源Ia和Ib发出的光2。当光源Ia导通时，被衍射光形成立体观看区10a，类似地， 光源Ib发出的光进行衍射以形成立体观看区10b。立体观看区IOa和IOb之间的位移是两个光源Ia和Ib的夹角的函数，即横向位移角度12a加上横向位移角度12b。以与IXD4(此图中未示出)上像素线所显示的变化图像相同步的方式交替光源Ia和lb，像素线与两个HOE区域组8abL和8abR相对应。通过这种方法，为立体观看区IOa处的观众显示一个立体像对，和为立体观看区 IOb处的观众显示不同的立体像对。光源Iq和1ρ、Η0Ε区域组8pqR和8pqL和IXD4(未示出)上对应像素线9可以采用相同的方法，这样立体观看区IOp和IOq具有类似的结果。通过改变阵列16ab和16pq中的哪个光源被使用，假设刷新频率是120Hz，4个可移动的观众可以看到立体图像，如果刷新频率是180Hz，6个观众可以看到立体图像，如果刷新频率是M0Hz，8个观众可以看到立体图像，等。每个立体图像可以是更新的透视图以将正确的全视差提供给每个观众。混合多路传输结构表明·通过H0E3的空间多路传输产生的两个立体观看区IOab...和IOpq...。·角度的(布拉格条件)多路传输使得两个立体观看区10的位置是独立控制的。·如果IXD的刷新频率大于120Hz，时间多路传输将独立可控的立体观看区10的数量加倍至4个，如果大于180Hz，加至6个，等。在这种情况下，垂直分辨率已经除以4，水平分辨率没有改变；并且时间分辨率已经减半。任何立体量化效果都可以通过IXD分辨率的水平像素间距来确定，并且因此是最佳的和不能检测的，提供全的和正确的x、y、z视差以用于4个或更多个独立可移动的观众。为了提供更多独立的观看位置，还可以使用两个以上不同的垂直照明角度13ab 和13pq和与进一步的空间多路传输相结合的角度多路传输。在这一点上应当指出，布拉格条件多路传输允许空间多路传输的区域的独立控制，该区域由HOE区域组8和与其相关的IXD4上像素线9来表示。因此，与照射角度相关的多路传输通道的数量的增加将使得每个通道可获得的空间分辨率相应地减少。时间多路传输对于空间分辨率没有影响，并且具有将空间多路传输提供的视图数量乘以不同画面的数量的作用，该不同画面可以由LCD连续地显示，没有闪烁或者其他与时间相关的干扰的假象不会成为干扰。在时间多路传输的情况下，照明的时机可能是非常关键的。以与在电影放映机中如何通过将闪烁频率增加至闪光融合阈值以上(通常是帧速率的三倍)来减少闪烁相类似的方式，通过增加明显闪烁的频率一个图像的多个闪现将可能帮助减少闪烁。发光时机的精心控制也可有助于减少串扰和增大对比度。在以上的描述中，优选的是通过提供立体像对的左图像和右图像以为观众提供3D 立体图像。但是应当理解，第一和第二图像实际上可以是相同的图像，因此观众看到2D最终图像。图6 时空多路传输,利用偏振滤光的用于立体图像的空间多路传输、用于多个观众的时间多路传输。布拉格条件多路传输使用角度选择性，以过滤光和从合适的光源选择光。也可使用其它的滤光方法，作为角度和/或时间多路传输的替代或者补充。图6示出使用与时间多路传输相结合的偏振滤光的实施方式。图6a示出两个光源阵列16ab和16pq。将从光源阵列16ab中的光源1发出的光通过偏振滤光器31ab进行单向偏振(+45°处的线偏振将是合适的)，同时将光源阵列16pq中的光源1发出的光在相反的方向上进行偏振(比方说-45° )。应当理解，可以使用其它的偏振结构。将线偏振滤光器排列14直接放置在H0E3的后面。图6b是从照明侧切开的放大细节图，其中以对准的方式将LCD4、H0E3和偏振滤光器阵列14组装在一起。偏振滤光器阵列14是空间多路传输的，因此它包括被区分的两组区域，区别在于一组在一个偏振状态AB (比方说+45° )中传输偏振后的光，同时另一组在正交导向状态 PQ(比方说-45° )中传输偏振后的光。因此，阵列16ab中的光源Ia发出的光被偏振滤光器阵列14pq的这组区域所阻挡，同时通过偏振滤光器阵列14ab的这组区域。因此，H0E3将产生立体观看区10a。类似地，阵列16pq中的光源Ip发出的光被偏振滤光器阵列14ab的这组区域所阻挡，同时通过偏振滤光器阵列14pq的这组区域。因此H0E3将产生立体观看区IOp.这里偏振多路传输的使用能够产生两个不同的和独立可控的立体视图。然后，这种方法与时间多路传输相结合以将观看区10a、10p与视图10b、10q进行交替。适当地选择阵列16中的光源，可跟踪多个观众并且向多个观众提供他们自己特有的立体图像。IXD是与偏振相关的，因此将需要调节在像素线9ab和9pq上显示的图像，以考虑光的非标准偏振状态。可替代地，在已经滤光之后，可以改变偏振。偏振可用于过滤双通道的光，角度方法可以提供更多通道。这两种方法可彼此结合使用。图7 时空多路传输，用于立体图像的时间多路传输、用于多个观众的空间多路传
Mu空间多路传输和时间多路传输的作用可以是相反的，时间多路传输可用于提供立体图像，同时空间多路传输用于区分观众。图7a示出了一个实施方式，其中两个可移动的观众的每一个都欣赏到不同的立体图像。图7b示出H0E3结构的细节。在图7b中，H0E3包括两个区域组17ab和17pq。设计和制造区域组17ab的全息图区域，以使全息图区域将仅在接近角度13ab的角度处入射至HOE上的光进行衍射。类似地，设计和制造区域组17pq的全息图区域，以使全息图区域将仅在接近角度13pq的角度入射至HOE上的光进行衍射。所有的区域组17都可将光进行衍射，以形成构成观看区6的实像。观看区6的位置可以是相同的以用于所有的全息图区域17，或者观看区6的位置可以是不同的。设计区域组17，以将光衍射通过IXD中不同像素组。因此HOE区域17ab可以将光衍射仅通过IXD中像素奇数行，而HOE区域17pq可以将光衍射仅通过IXD中像素偶数行。 因此，当阵列16ab中的一个或多个光源导通时，仅显示在奇数行的图像将仅是可见的，类似地，当阵列16pq中的一个或多个光源导通时，仅显示在偶数行的图像将仅是可见的。此外，在相应实像6的位置所确定的区域中，相同的图像将仅是可见的。因此，如果图7a中的光源阵列16ab中的光源Ia导通，包括组17ab的全息图区域将光进行衍射以形成实像6a，并且眼睛7a将可看到IXD4中奇数像素行所显示的图像。如果光源Ia截止和光源la’导通，那么眼睛7a不再看到IXD4的奇数像素行上的任何图像， 但是眼睛7a’可以看到。如果(a)在IXD4的奇数线上显示的两个图像是立体像对，和(b) 两个图像快速连续地交替，和(c)也以与所述图像的显示相准确同步的方式导通和截止光源Ia和la’，那么眼睛7a看到立体像对的右图像，眼睛7a’看到左图像，观众可以感觉到自动立体3D图像。该自动立体图像通过IXD4上的奇数行像素显示在连续的左/右对中。 但是应当理解，在LCD4的奇数线显示的两个图像可以是相同的图像，以将2D图像提供给观众。通过实像6a和6a，的位置确定观看区IOa的位置，相应地由光源阵列16ab中的光源Ia和la’的位置进行确定。类似地，通过光源Ib和lb’形成立体观看区10b。因此， 光源1的正确选择可用于移动观看区10的位置，以跟踪可移动的观众。应当理解，阵列16pq中光源还可以用于产生可移动的观看区10p、10q等，重要区别在于立体图像由IXD偶数像素行显示的图像组成。因此两个观众的每一个将看到不同的立体图像。还应当理解，可以增加HOE区域17的其它组，并且可以提供在完全不同的角度13 处照射HOE的几个相应的光源组，以便区域组17没有对光进行衍射，该光从除约设计角度之外的任何角度13照射Η0Ε。该组17的数量的限制通过以下来进行设置(a)IXD中的空间分辨率的可容忍的损失(等于基本物理分辨率除以这些组的数量)；(b)使用的全息材料的光学特性(具体是布拉格角度选择性)和(c)显示器可容忍的最大厚度，这是工业设计的问题。还应当理解，可以使用偏振或者其他的滤波方法作为替代，作为布拉格条件选择性的替代或者补充。图7c、7d、7e、7f、7g示出光源阵列16的简要细节，光源阵列16可用于这样类型的显示器，如果H0E3是使用如图11所示窄漫射观看设备来制造的。替代光源单一点源，可以使用沿线性阵列的光源的子阵列。图7c是图7d、7e、7f、7g的关键。示出用于特定位置的观众的光源32，将光源32 标记为导通；示出用于特定位置的观众的光源33，将光源33标记为截止；光源34没有用于特定位置的观众并且被截止。图7d示出光源16的阵列，比方说当IXD4正在显示左图像时，具有七个光源32的组处于导通状态，七个光源共同合作以重建漫射实像6，其它的所有光源都截止。图7e示出了光源16的相同阵列，应当注意，此刻不同的光源32导通，这与立体像对中的第二图像的显示在时间上是一致的，并且发出的光重建漫射实像6’。图7f和7g示出了相同的两个状态，除了两个状态使用的光源不同，因此漫射实像对6和6’的位置将形成在不同的位置中。因此，光源32组和光源33组之间的接合处决定立体观看区10的左右部分间的接合处位于哪里，并且其是可以控制的，以便使其位于眼睛7和7’之间。图8 多视图自动立体显示类型1时空混合多路传输还可用于多视图显示器。EP0764^1A提供了多视图实施。同时 EP0764281A描述一种好的方法(与透镜与视差屏障法相比有几个优点)，这种方法不可避免地遇到2D分辨率和3D分辨率之间的相同的折衷。但是混合多路传输可以利用多种方式来改善这种情况。图8a是未按比例绘制的右等角透视图。它描述了根据EP076428A的方法所作的多视图ASD。一个光源1照射空间多路传输的H0E3，H0E3与IXD协作以产生三个复合立体观看区15m、15n 15ο。在所示的情况下，每个复合立体观看区15包括9个不同的透视图(在这种情况下空间多路传输可以是3x3像素矩阵的形式，可以引入其它的布置，例如对于16 和25个视图分别是4x4或切5的像素矩阵形式)。每一个复合立体观看区15都提供同一组透视图，该复合立体观看区15的数量在HOE制造时进行确定和/或根据所用的照明结构来进行确定，图8a示出了三个这样的复合立体观看区15m、15n、15ο。图8b示出本发明的一个实施方式，其中使用时间多路传输以通过交替两个光源 Ia和Ib将视图的数量从9个增加至18个，当光源Ia导通时，利用适当的空间多路传输通过IXD4显示第一组9个视图。这些视图在复合立体观看区15am、15an和15ao将是可见的。类似地，当光源Ib导通时，第二组9个视图(优选地，延伸包括第一组9个视图的一系列透视图)将通过IXD4进行显示，这些视图在复合立体观看区Mbm、15bn 15bo将是可见的。观看区内的两个相邻的视图提供了立体像对。因此在没有损失空间分辨率的情况下加倍观看区15的宽度。因此，可以使用时间多路传输以至少加倍3D分辨率(表示为在给定角度内显示的透视图数量)，该3D分辨率可用于空间多路传输的给定密度。可使用其它的光源以生成更多的观看区。图9 多视图自动立体显示类型2。图9示出一种相关的方法，其中时间多路传输视图彼此交错。当光源Ia导通时， H0E3与IXD协作以产生在平面实像组6a可见的一组透视图。当光源Ib导通时，HOE生成平面实像组6b。如前所述，IXD4上显示的图像以与光源Ia和Ib的交替导通相同步的方式进行变化，导致显示的分量视图的数量加倍。图 12 :2~D 运行在上述实施方式中，已经指出可以使用自动立体显示器以显示2D图像。以下将描述用于2D显示器的最佳结构。已经确定用于自动立体显示器的相同光学原理还可以用于2D显示器。在这种情况下，几个观众将能看到在单个屏幕上显示的不同图像。图12示出了基于图7所示的3D 功能版本的2D变型。应当指出，这些示例结构(图7和图12)都依赖于除以2的时间和空间分辨率。在图7的情况下，自动立体运行需要显示器以为每只眼睛提供一个图像，因此对于两个可移动的观众，显示器必须向正在观看其的4只眼睛的每一只提供不同的图像。相反地，二维运行仅需要向每双眼睛提供一个图像，因此图12的结构为4个独立可移动的观众提供不同的2D图像，同时以同样的方式利用可用的空间和时间分辨率。在图12中，HOE区域17ab衍射来自光源阵列16ab的光，而不是来自光源阵列16pq 中光源的光；类似地，HOE区域17pq响应于来自光源阵列16pq的光，而不是来自光源阵列 16ab的光。当光源阵列16ab中的光源Ia照射H0E3和IXD4时，HOE区域17ab将重建漫射图像6a以形成观看区IOaHOE ；区域17pq不响应于来自此方向的光，因此与区域17pq有关的像素不被来自光源阵列16ab的光所照射。类似地，阵列16pq中的光源Ip形成观看区IOp0因此，第一观众的眼睛7a仅看到由与HOE区域17ab有关的像素所显示的图像，第二观众的眼睛7p仅看到由与HOE区域17pq有关的像素所显示的图像。如前所述，观看区10的位置基于光源阵列16中相关光源的位置。如果阵列16ab 中的两个光源交替地足够快以避免闪烁，并且通过有关像素显示的图像以同步的方式进行变化，那么两个观众(眼睛7a和7b)可以欣赏到不同的2D图像，该不同的2D图像通过与 HOE区域17ab有关的像素连续显示。同样的情况还可以用于另外两个观众(眼睛7p和7q)、阵列16pq中的光源、HOE 区域17pq和与它们相关的像素。因此显示器将4个不同的2D图像提供至4个观众的每一个。可以从阵列16ab和16pq中选择任何光源，因此可以选择光源以将图像提供至位于设计范围中任何位置的观众，因此所有4个观众都能来回移动，不会失去他们“自己”的 2D图像。如果空间和时间分辨率允许，则能够看到不同图像的独立可移动观众的数量可以通过应用此原理而增加。可以使用上述实施方式中描述的布拉格角度和/或偏振滤光方法 (作为替换或者彼此结合)，以便于增加独立观众的最大数量。HOE制作方法用于例如图5中的显示器。存在可以用于H0E3的多种制作方法。本文所公开的现有技术中描述的制作方法， 并且存在全息领域的技术人员所知的相关技术。因此以下的讨论是本质上的概括。其中本文参照全息图板，还可以参照镀有适当敏感层的薄膜(与玻璃相对)。术语 “图板”与“薄膜”的使用可以互换，这是在本行业中广泛采用的习惯。HOE的制作方法将通常包括第一步骤，即主HOE(Hl)的制作。下一步可以是从该主 HOE制作复制品，这些复制品是二代并称为H2 HOE,H2 HOE用于制作H0E3以用于结合至显示器中，这是第三代，和称为H3 Η0Ε。图10示出了在空间多路传输Hl主HOE的制作中使用的结构，Hl主HOE可用于如图5所示配置的显示器中。图IOa示出了表示IXD的像素布置的简单网格。它是放大细节图，在商业IXD中， 在电脑监视器情况下像素间距d可能是约250 μ m,在大型平面屏幕TV情况下像素间距d 更大。IXD中像素的数量(将三个一组的RGB的每一组计为一个像素)约为2百万个。图 IOa示出了在典型网格布置中的多个像素29，已经突出显示一行像素9。图IOb示出了与图恥所示的相类似的空间多路传输的示意图。组30包括4行像素9abR、9pqR、9abL、9pqL。再次强调，标号仅用于说明的目的(也可使用其它布置)和再现了图5中使用的标号。在显示区域中组30是重复的。可以使用掩膜19制作H1H0E。图IOc中示出了掩膜19的细节，其包括通过不透明区27而分开的一系列透明区20。透明区的间距是dXn，其中d是IXD的像素间距，η是空间多路传输行的数量(在这种情况下是4个，对应于像素行9abR、9pqR、9abL和9pqL)。透明区的厚度t≤d。掩膜19、H0E3、IXD4和Hl H0E21全部是类似的尺寸。(在实践中掩膜19和H0E3 和H0E21的尺寸可能稍微大于IXD的尺寸)。掩膜的整个区域都被透明线20和不透明线 27覆盖。因此掩膜中的透明区20将与IXD中的每四行的像素相对齐。
图IOh是未按比例绘制的右等角透视视图，它示出全息板21与掩膜板19，掩膜板 19放在全息板21的前面并且与全息板21的感光敏感层观(未示出)紧密接触。将一个参考光束18pq从上面引向掩膜19和全息板20，示出的第二参考光束18ab从下面类似地弓I向掩膜19和全息板20。漫射体M可以是毛玻璃漫射体、全息漫射体或者具有类似功能的任何物体，在两个位置中示出了漫射体对，这里表示为漫射体24L和漫射体在实践中漫射体M可能是被掩蔽的单个物体，以便首先使用一半然后使用另一半)。应当理解，当在功能显示器中重建完成后的H0E3时，漫射体M的实像是描述显示器的附图中的实像6，因此完成后的H0E3的尺寸、方向和位置影响完成后的显示器的功能。 (如参考光束18和照明光束2的角度、收敛度或扩散度)。漫射体24L通常与决定立体观看区10的左半边的实像6相对应，同时漫射体24R通常与决定立体观看区10的右半边的实像6相对应。漫射体24L将光25L向掩膜19和全息板21进行散射，漫射体MR以同样的方式将光25R进行散射。为了简单起见，这里假设对于使用参考光束18ab和使用参考光束18pq的全息记录，立体观看区10的中心位置是相同的，这是方便的并且是一种合理的设计方法，因为这种方法使得两个空间多路传输的立体观看区10可以对称地左右移动。图IOi是图IOh示出的几何结构的侧视图，图IOi没有按比例绘制。现将描述对于目前描述的特定布置，为记录主HOE Hl 21所需要的4次曝光。参考示出放大的垂直截面的附图10j、10k、101、10m和参考示出主H0E21表面的放大图的附图 10d、10e、10f、10g。需要指出，在这些附图中使用的阴影仅是为了帮助清楚地说明。1、图IOj中示出曝光1。掩膜位于第一位置，漫射体24L被照射并散射与参考光束18pq相干涉的光25L。此干涉图案记录在敏感层观中，敏感层观位于与掩膜19中透明区20相对应的位置中；这里有暴露区域表明在曝光中使用参考光束18pq和漫射体 ML)，也将其标示为^i，以表明它们是通过第一次曝光产生的。图IOd示出位于与为其设计的IXD像素结构有关的位置中的暴露区域。2、图IOk中示出曝光2。掩膜已经平移像素间距d至第二位置；漫射体24L被照射并散射与参考光束18ab相干涉的光25L。此干涉图案记录在敏感层观中，敏感层观位于与掩膜19中的透明区20相对应的位置中；这里有暴露区域^abL,也将其标示为^ii。 也示出了先前的暴露区域26iQ6pqL)的位置。与图IOe中示出的相同。3、然后调节漫射体，因此漫射体24L不再散射光，但是漫射体24R散射光。再次将掩膜平移d至第三位置；漫射体24R被照射并且散射与参考光束18pq相干涉的光25R。此干涉图案记录在敏感层观中，敏感层观位于与掩膜19中的透明区20相对应的位置中；这里有暴露区域26pqR，也将其标示为^iii。也示出了先前的暴露区域261和^ii的位置。 与图IOf中示出的相同。4、再次将掩膜平移d至第四位置；漫射体MR被照射并散射与参考光束18ab相干涉的光25R。此干涉图案记录在敏感层28中，敏感层28位于与掩膜19中的透明区20相对应的位置中；这里有暴露区域^abR,也将其标示为^iv。也示出了先前的暴露区域沈士、 ^ii和^iii的位置。与图IOg中示出的相同。
HOE制作方法用于例如图7中的显示器。图11示出了用于主HOE Hl 21的记录方法，主HOE Hl 21可用于诸如图7所示的显示器中(图7中使用时间多路传输以生成立体图像，使用空间多路传输以将不同的立体图像传送至两个独立可移动的观众)。图Ila示出像素行9，如图IOa所示。图7中的显示器仅使用两组像素行；两组像素行标为9ab和9pq。图Ilc中示出了掩膜19的细节，掩膜的间距是2d，其中d是IXD的像素间距。透明区20的厚度是t，其中d。图Ilf示出了 Hl记录的几何结构，应当指出，仅使用一个漫射体M而且该一个漫射体M比图10所示的漫射体M窄。漫射体M不需要是窄的，但是在这种情况下，图7中的光源是线性的且具有水平地传播漫射体M的实像6的作用。通过图7中光源阵列16中光源的选择，控制图7a中6x和6x’之间的接合处的水平位置。参考光束18q和ISab基本上与图10中的相同。在这种情况下仅有两次曝光。1、图Ilh示出第一位置处的掩膜19 ；参考光束18pq与漫射光25相干涉，并通过位置^pq处的敏感层观记录，也示为^i。在图Ild中示出记录图案。2、然后将掩膜平移像素间距d至第二位置，如图Ili所示，并且使用参考光束ISab 制作类似的记录，图lie示出记录结果。上面讨论的两种Hl记录方法可以根据特定显示器的详细要求而变化。还有其它可以传送等效的光学性能的全息方法。依据本发明的显示器的一个实施将使用“边光 (edge-lit) ”全息几何结构，其中照射光包含在透明光导中。该几何结构使得显示器被制成吸引人地薄的形式。用于制作边光全息图的方法论是已知的，因此此处将不进行讨论。H2 禾口 H3 复制可以简单地描述一种用于制作最终H0E3的方法。通过接触式复制方法首先制作中间的H2H0E，其中完成的Hl与未曝光的板(敏感层对敏感层)和使用激光束进行曝光的所有板相接触，其是在Hl记录中使用的参考光束的共轭，HOE是透射全息图，因此光首先穿过重建实像的Hl。形成图像的光与零级激光相干涉，通过H2记录干涉图案。完成的H2然后用于制作显示器中使用的H3 H0E3。H2放置在与H3全息板的未曝光敏感层几乎接触的位置处，留有相同的间隙，该间隙具有与H0E3敏感层和完成后的显示器中LCD的液晶元件之间的光学距离大概相等的光学厚度，间隙通常约1毫米并且可以填充折射率匹配液体和/或连接至H2的玻璃盖片。然后使用激光束将夹层曝光，该激光束是用于制作H2的参考光束的共轭，因此该光与用于记录Hl的参考光束中所使用的光类似或者相同。在使用中，利用在制作H3中所使用的光的共轭来重建H3，因此H3产生实像，该实像形成本文中公开的各种观看区。H3也重建LCD中H2敏感层的图像，这确保意欲穿过特定像素行的光仅通过该特定像素行。以上描述了光学复制方法，可以有其它的替换，例如通过模压浮雕结构的复制。还有计算和机器刻写HOE以产生相同的或等效的光学性能而制作Hl的方法。邏为了描述的方便，已将光源表示为离散目标。重要的是可以控制光源的有效位置，因此可以利用更少的光源来替代多个离散光源，其中通过光学、光电或机械装置改变光源的有效位置。发光二极管是光源的一个很好的选择。窄光谱带宽、小尺寸和便于开关操作使发光二极管是理想的。观众检测装置和视差对于本发明上述实施方式的操作，它们的大部分都基于能够将光引导至多个不同观众的显示器。在立体操作中，每个观众必须看到两个图像，必须仅通过左眼看到左图像和仅通过右眼看到右图像。在全息实施中，立体观看区10的位置取决于用于照射HOE的光源1的位置。可以设计显示器以便产生一组固定的观看位置，并且在这种情况下观众必须为自己找到正确的观看位置，这可能是也可能不是问题。如果要求显示器进行自身调节以适应观众和如果观众移动则跟踪他们，那么光源1将需要以这样的方式进行控制，以确保根据观众的位置(随他们的移动进行变化)将正确的光源用于每个观众。为了使其实现，显示器(或相关设备)必须包括检测每个观众位置的装置，然后该信息用于选择光源的适当位置，该光源用于提供被检测的观众可见的正确图像。还可以使用每个观众的位置以控制传送至他们每人的图像的透视图。这可用于以这样的方式向每个观众显示全视差，以确保每个观众看到用于他们位置的正确的透视图和欣赏到X、1、Z方向中的视差，该视差与观众自己的移动相符(与其它观众的移动无关)。避免观众跟踪装置被打扰将是重要的，因此基于跟踪目标的摄像机形式将可能最适合此应用。存在许多基于软件的方法，以检测和测量适当视野中眼睛的χ、y、ζ位置。在其中使用时空多路传输的基于眼镜的立体系统情况中，，不必调节显示器以适应观众的位置，但是可以如上所述的相同方式来更新视差以用于每个观众。在这种情况下， 有更多的装置选择以跟踪眼镜(而不是观众的眼睛)。当有太多的观,众或者、没有视言肩、时。本文中描述的所有实施方式将受到观众的某个最大数量的限制，因此有时候可能比最大数量更多的观众希望观看显示器。将提供一种解决此问题的方案，比方说，将具有一个或多个独立观众全视差通道的四观众全视差显示器恢复至多个观众固定视差模式。应当记住，简单的空间多路传输方法和时间多路传输方法都可以提供如所需要的一样多的观看位置，并且向所有的位置显示相同的图像。因此通过向一个以上的观众显示固定的视差3D， 可以很容易实现预设数量。可以保留与视差运行的其它通道，但是同样地可以将所有的通道预设至固定视差模式。如果立体内容具有预定的和不能改变的观看位置(诸如老的3D电影)，而非具有根据观众的观看位置使透视图进行连续更新的形式中的内容，这也可以是预设模式。不同景物上的视图，与相同的景物上的不同视图相反在本文的大部分内容中，已经假定(a)应向所有的观众都提供他们自己的全视差 3D视图，和(b)这些视图具有相同的景物。本发明不局限于这种使用。一种替换使用是向每个观众显示完全不同的图像。一个例子是两个观众进行格斗的电脑游戏。如果两人正在互相对抗，则可以向每人都提供他们自己的视图，例如在相反的方向中进行观看，或许在虚拟世界中面向对方。此外两个视图不必是立体视图。因此本发明不限于立体3D显示应用。
我们已经表明根据布拉格角度或偏振的各种滤光方法的变型都可用于区分不同的空间多路传输图像。也可以使用其它滤光方法，例如窄带彩色滤光。
权利要求
1.自动立体显示设备，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示设备包括像素阵列，其中所述像素阵列中的第一组像素协作以显示第一图像，和所述像素阵列中的不同的第二组像素协作以显示第二图像；光源阵列，包括多个光源，所述多个光源的每一个都适于在使用中独立地照射所述像素阵列；全息光学元件(HOE)，进行空间多路传输以与所述像素阵列协作，以使得作用在所述第一组像素上的、来自所述光源阵列中第一光源的光通过所述HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众左眼的第一实像，并使得作用在所述不同的第二组像素上的、来自所述第一光源的光向第二位置衍射，以形成用于所述第一观众右眼的第二实像，其中所述第一和第二实像共同形成第一观看区；其中，所述HOE将来自所述光源阵列中不同光源的光进行衍射，以形成相应的空间移开的观看区；以及还包括控制装置，适于使所述第一组和第二组像素显示连续所选的第一和第二图像对，并适于使所述光源阵列中的所述光源以与所述连续所选的图像对相同步的方式进行连续导通，以使来自所述光源阵列中仅一个光源的光在任一时刻入射至所述HOE上，由此为多个观众连续提供多个观看区和在空间移开的位置中提供多个观看区。
2.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中所述第一图像是立体像对的左图像， 且所述第二图像是立体像对的右图像。
3.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中所述第一和第二实像是彼此邻接的。
4.如权利要求1所述的自动立体显示设备，其中所述第一和第二图像是相同的图像。
5.自动立体显示设备，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示设备包括像素阵列，其中所述像素阵列中的第一组像素协作以显示第一图像，所述像素阵列中的不同的第二组像素协作以显示第二图像，所述像素阵列中不同的第三组像素协作以显示第三图像，所述像素阵列中不同的第四组像素协作以显示第四图像；多个光源阵列，每个光源阵列包括多个光源，所述光源中的每一个适于独立地照射所述像素阵列；全息光学元件(HOE)，进行空间多路传输以与所述像素阵列协作，以使得作用在所述第一组像素上的、来自所述第一光源阵列中第一光源的光通过所述HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众左眼的第一实像，并使得作用在所述不同的第二组像素上的光向第二位置衍射，以形成用于所述第一观众右眼的第二实像，由此所述第一和第二实像共同形成第一观看区域；以及，由此，作用在所述第三组像素上的、来自第二光源阵列中第一光源的光通过所述HOE 向第三位置衍射，以形成用于第二观众左眼的第三实像，且作用在所述不同的第四组像素上的光向第四位置衍射，以形成用于所述第二观众右眼的第四实像，由此所述第三和第四实像共同形成第二观看区域；其中，所述HOE或滤光元件适于阻止来自所述第一光源阵列的光向所述第二观看区域衍射，且同样地适于阻止来自所述第二光源阵列的光向所述第一观看区域衍射；以及，其中，所述HOE将来自每个光源阵列中不同的光源的光进行衍射，以在相应的空间移开的位置中形成各自的观看区。
6.如权利要求5所述的自动立体显示设备，还包括控制装置，所述控制装置适于使所述第一组和第二组像素显示连续所选的第一和第二图像对，并适于使所述第一光源阵列中所述光源以与所述连续所选的第一和第二图像对相同步的方式进行连续地导通，以使来自第一光源阵列中仅一个光源的光在任一时刻入射至所述HOE上；以及，还适于使所述第三组和第四组像素显示连续所选的第三和第四图像对，并适于使所述第二光源阵列中所述光源以与所述连续的所选第三和第四图像对相同步的方式进行连续地导通，以使来自所述第二光源阵列中仅一个光源的光在任一时刻入射至所述HOE上。
7.如权利要求5所述的自动立体显示设备，其中所述空间多路传输的HOE被调整，以使只有当作用在所述HOE上的光从一个角度范围照射所述HOE时，与所述像素阵列的所述第一和第二组像素相对应的所述空间多路传输结构中的所述HOE的第一组区域将光衍射， 以形成所述第一观看区，且只有当作用在所述HOE上的光从基本不同的角度范围照射所述 HOE时，与所述像素阵列的所述第三和第四组像素相对应的所述HOE的第二组区域将光衍射，以形成所述第二观看区。
8.自动立体显示设备，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示设备包括第一和第二光源阵列、每个光源阵列包括多个光源对；像素阵列，具有与所述第一光源阵列相对应的第一组像素、和第二组像素，所述第一光源阵列适于交替地显示用于第一观众左眼的第一图像和用于第一观众右眼的第二图像，所述第二组像素适于交替地显示用于第二观众左眼的第三图像和用于第二观众右眼的第四图像；其中，所述光源的每一个适于独立地照射所述像素阵列；Η0Ε，进行空间多路传输以与所述像素阵列协作，以使得作用在相应的所述第一组像素上的、来自所述第一光源阵列中一对光源的一个光源的光，通过所述HOE向第一位置衍射， 以形成用于第一观众左眼的第一实像，并使得作用在所述第一组像素上的、来自所述一对光源的另一个光源的光，通过所述HOE向第二位置衍射，以形成用于第一观众右眼的第二实像，由此所述第一和第二实像共同形成第一观看区；以及，其中作用在相应的所述第二组像素上的、来自所述第二光源阵列中一对光源的一个光源的光，通过所述HOE向第三位置衍射，形成用于第二观众左眼的第三实像，并且作用在所述第二组像素上的、来自所述一对光源的另一个光源的光，通过HOE向第四位置衍射，以形成用于第二观众右眼的第四实像，由此所述第三和第四实像共同形成第二观看区；以及，其中，所述HOE将来自每个光源阵列中不同光源对的光进行衍射，以在相应的空间移开的位置中形成各自的观看区；控制装置，适于使所述像素阵列中的每组像素以与每对光源中相应光源的导通相同步的方式，显示连续的左眼和右眼图像；以及，其中，所述HOE或滤光元件适于阻止来自所述第一光源阵列的光向所述第二观看区衍射，并且同样地适于阻止来自所述第二光源阵列的光向所述第一观看区衍射。
9.显示设备，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示设备包括第一和第二光源阵列，每个光源阵列包括多个光源；像素阵列，具有与所述第一光源阵列对应的第一组像素和与所述第二光源对应的第二组像素，所述第一组像素适于显示第一图像，所述第二组像素适于显示第二图像；其中，每一个光源适于独立地照射所述像素阵列；Η0Ε，进行空间多路传输以与所述像素阵列协作，以使作用在相应的所述第一组像素上的、来自所述第一光源阵列中一个光源的光通过所述HOE向第一位置衍射，以形成用于第一观众的第一实像，所述第一实像形成第一观看区；以及，其中，作用在所述第二组像素上的、来自所述第二光源阵列中一个光源的光通过HOE 向第二位置衍射，以形成用于第二观众的第二实像，所述第二实像形成第二观看区；以及，其中，所述HOE将来自每个光源阵列中的不同光源的光进行衍射，以在相应的空间移开的位置中形成各自的观看区；以及，其中，所述HOE或滤光元件适于阻止来自所述第一光源阵列的光向所述第二观看区衍射，并且同样地适于阻止来自所述第二光源阵列的光向所述第一观看区衍射。
10.如权利要求9所述的显示设备，其中所述像素阵列中的所述第一组像素交替地显示第三图像和所述第一图像，所述像素阵列中的所述第二组像素交替地显示第四图像和所述第二图像，并且还包括，控制装置，适于使所述第一组和第二组像素显示连续的图像，并适于以与所述连续的图像相同步的方式连续导通每个光源阵列中所述光源，以使来自每个光源阵列仅一个光源的光在任一时刻入射至所述HOE上。
11.如权利要求8-10中任一项所述的自动立体显示设备，其中所述空间多路传输的 HOE被调整，以便只有当作用在所述HOE上的光从一个角度范围照射所述HOE时，与所述像素阵列的所述第一组像素相对应的所述空间多路传输结构中的所述HOE的第一组区域将光衍射，以形成所述第一观看区，且只有当作用在所述HOE上的光从基本不同的角度范围照射所述HOE时，与所述像素阵列的所述第二组像素相对应的所述HOE的第二组区域将光衍射，以形成所述第二观看区。
12.如权利要求7或11所述的自动立体显示设备，其中对所述不同的光源阵列进行定位以与所述基本不同的角度范围相符。
13.如权利要求5-12中任一项所述的自动立体显示设备，其中将来自所述第一光源阵列的光在一个方向上进行偏振，并将来自所述第二光源阵列的光在相反的第二方向上进行偏振；所述滤光元件包括与所述HOE和像素阵列进行协作的空间多路传输的偏振滤光器， 以使得来自所述第一光源阵列中的光源的入射光通过所述滤光元件被选择性地阻挡，并因此通过所述HOE仅向所述第一观看区衍射，并使得来自所述第二光源阵列中的光源的入射光通过所述滤光元件被选择性地阻挡，并由此通过所述HOE仅向所述第二观看区衍射。
14.如前述权利要求中的任一项所述的自动立体显示设备，其中每个光源包括光发射器的子阵列。
15.如权利要求5-14中任一项所述的自动立体显示设备，还包括控制装置，所述控制装适于控制所述光源阵列中的所述光源，以便同时形成空间移开的的观看区。
16.如权利要求5-8中任一项所述的自动立体显示设备，其中所述第一图像是第一立体像对的左图像，所述第二图像是所述第一立体像对的右图像，并且其中所述第三图像是第二立体像对的左图像，所述第四图像是所述第二立体像对的右图像。
17.如权利要求5-8中任一项所述的自动立体显示设备，其中第一和第二图像是相同的图像，和所述第三和第四图像是相同的图像。
18.如权利要求5-8中任一项所述的自动立体显示设备，其中所述第一和第二实像彼此邻接，所述第三和第四图像彼此邻接。
19.如权利要求5-8中任一项所述的自动立体显示设备，还包括控制装置，以控制每个光源阵列中的所述光源，使得所述第一观看区与所述第二观看区是空间分离的。
20.多视图自动立体显示器，包括像素阵列，提供多组像素，第一组像素适于连续地显示第一图像和第三图像，第二组像素适于连续地显示第二图像和第四图像；第一和第二光源，所述光源的每一个适于独立地照射所述像素阵列；Η0Ε，进行空间多路传输以与所述像素阵列协作，以使得作用在第一组像素上的、来自所述第一光源的光通过所述HOE向第一位置衍射，以形成用于观众的第一实像，并使得作用在不同的第二组像素上的、来自所述第一光源的光被引导向从所述第一位置空间移开的第二位置，以形成用于所述观众的第二实像，以及，其中，空间多路传输的所述HOE被调整， 以使得作用在所述第一组像素上的、来自所述第二光源发出的光通过所述HOE向第三位置衍射，以形成用于所述观众的第三实像，并使得作用在不同的所述第二组像素上的、来自所述第二光源的光被引导向从所述第三位置空间移开的第四位置，以形成用于所述观众的第四实像，所述第一和第二实像从所述第三和第四实像空间移开；以及控制装置，适于使所述第一组像素以与所述第一和第二光源的连续导通相同步的方式连续地显示所述第一和第三图像，并使所述第二组像素以与所述第一和第二光源的连续导通相同步的方式连续地显示所述第二和第四图像。
21.如权利要求20所述的多视图自动立体显示器，其中所述第一和第三实像彼此邻接，并被形成为与所述第二和第四实像相邻或重叠，其中所述第二和第四实像彼此邻接。
22.如权利要求20所述的多视图自动立体显示器，其中所述第一和第三实像与所述第二和第四实像交叉。
23.如权利要求20-22中任一项所述的多视图自动立体显示器，其中每个图像是物体的不同的透视图。
24.如权利要求20-23中任一项所述的多视图自动立体显示器，其中相邻的实像形成立体像对。
25.如权利要求20-24中任一项所述的多视图自动立体显示器，还包括其他的光源和其他的对应像素组，适于提供从所述第一至第四图像空间移开的更多实像。
26.如前述权利要求中的任一项所述的显示设备，其中形成观看区的所述实像是相同性质的和漫射的。
27.立体显示系统，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示系统包括显示设备，包括空间多路传输的像素阵列，以便在使用中第一组像素显示用于观众的左眼的第一图像，且第二组像素显示用于观众的右眼的第二图像；偏振设备，以使来自所述第一组像素的光在一个方向上进行偏振，并使来自所述第二组像素的光在相反的第二方向上进行偏振；和观看设备，包括适于选择性地阻挡光进入观众的眼睛的快门、和互补偏光镜，以使得观众所述左眼仅暴露于用于所述左眼的所述图像且所述右眼仅暴露于用于所述右眼的所述图像；和控制装置，适于使所述第一和第二组像素显示连续的第一和第二图像对，并适于以与所述连续的图像对相同步的方式控制所述快门，以使所述观众仅暴露于所选图像对。
28.立体显示系统，能够为多个观众显示不同的图像，所述显示系统包括显示设备，包括空间多路传输的像素阵列，以在使用中使第一组像素协作以交替地显示第一图像和第二图像，所述第一图像用于第一观众的左眼，所述第二图像用于所述第一观众的右眼，并使第二组像素协作以交替地显示第三图像和第四图像，所述第三图像用于第二观众的左眼，所述第四图像用于所述第二观众的右眼；设备，适于将来自所述第一组像素的光在第一方向上进行偏振，并适于将来自所述第二组像素的光在相反的第二方向上进行偏振；第一观看设备，由所述第一观众使用，被调整为对在所述第一方向上进行偏振的光基本上是透明的，并对在所述第二方向上进行偏振的光基本上是不透明的，以使所述第一观众仅看到来自所述第一组像素的光；第二观看设备，由所述第二观众使用，被调整为对所述第二方向上进行偏振的光基本上是透明的，并对在所述第一方向上进行偏振的光基本上是不透明的，以使所述第二观众仅看到来自所述第二组像素的光；其中所述第一和第二观看设备的每一个都包括快门，适于选择性地阻挡光分别进入观众的每一个眼睛；以及，控制装置，适于控制所述第一组像素以交替地显示第一和第二图像，和控制所述第二组像素以交替地显示第三和第四图像，并且适于控制所述每个观看设备的快门，以便只有所述第一或第二观众的所述左眼暴露于相应的所述第一或第三图像，和只有所述第一或第二观众的所述右眼暴露于相应的所述第二或第四图像。
29.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述控制装置适于以足够快的刷新频率来刷新所述像素组显示的所述图像，所述刷新频率足够快以用于所述观众看到基本上无闪烁的图像。
30.如权利要求四所述的显示设备，其中用于所述像素阵列中每个像素组的所述像素刷新频率至少约是60Hz。
31.如权利要求146或四-30中任一项所述的显示设备，其中所述HOE相对于所述光源阵列位于所述像素阵列前端。
32.如权利要求146或四-30中任一项所述的显示设备，其中所述HOE相对于所述光源阵列位于所述像素阵列后端。
33.如前述权利要求中的任一项所述的显示设备，其中所述像素阵列是LCD阵列。
34.如前述权利要求中的任一项所述的显示设备，其中所述光源是LED。
35.如前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述显示设备为显示器的所有的或某些所述观众提供不同的图像。
36.如权利要求1-8或11-35中的任一项所述的显示设备，其中所述显示设备为显示器的每个观众提供立体图像。
37.如权利要求1-8或11-36中任一项所述的显示设备，其中所述显示设备为显示器的某些或者所有的所述观众提供不同的显示立体图像。
38.如前述权利要求中的任一项所述的显示设备，其中所述显示设备具有观众检测装置，以检测一个或多个观众的位置。
39.如前述权利要求中的任一项所述的显示设备，其中所述显示设备设置成将具有不同透视图的图像传送至所有的或某些所述的观众。
40.根据权利要求39所述的显示设备，其中所述透视图通过所述观众相对于所述显示设备的的位置来确定。
全文摘要
本发明公开了多用户立体显示系统，为不同的观察着提供不同的立体或2D图像，通过将空间和时间多路传输技术相结合，以提供立体效果及多用户效果一组实施方式限定了多用户自动立体显示系统，包括可控光源阵列、全息光学元件(HOE)和诸如LCD的透射显示面板，每个光源都与观看区相关；其它组实施方式限定了使用具有偏光器和快门的多用户立体显示系统。
文档编号G02B27/22GK102282856SQ201080004966
公开日2011年12月14日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者埃德温娜·玛加丽塔·奥尔, 大卫·约翰·特雷纳 申请人:埃德温娜·玛加丽塔·奥尔, 大卫·约翰·特雷纳