为显示器呈现3d图像的系统和方法
【专利摘要】公开一种基于多个投射束的三维(3D)连续显示系统。每个投射束可包括多个发光器件。每个发光器件可投射跨越一角度范围的定向光束。每个光束的角度范围的总和总计是该投射束的角度范围。每个投射束还与过渡角集相关联。该过渡角由两个光束叠合处的角度定义。投射束被配置成使得在相邻投射束之间的过渡角集被偏移。
【专利说明】为显示器呈现3D图像的系统和方法
【背景技术】
[0001] 当前三维（3D)显示器分三种类型：需要使用偏振眼镜、有色眼镜或快门眼镜的那 些显示器，不需要眼镜但仅提供两个视图的那些显示器以及不需要眼镜并且提供许多视图 的类似于全息图的那些显示器，后两者是所谓的无眼镜连续三维（C3D)显示器。最后一种 类型可以通过使用限定3D视图质量的性能和当观察者在显示器前移动时可观察到的虚拟 视觉伪像类型的几种技术来实现。在所有这种显示器中一种不可避免的伪像是，随着观察 者从一个位置移至另一个位置，部分3D场景会看起来不连贯并且重复（"重像"）或"跳动"。 "跳动"是从一个视图至另一个视图的突然转变。在某些类型的显示器中，变化似乎能够相 对于整个显示器出现。在其他类型的显示器中，不同但是清楚可见的伪像会出现在显示器 内不同位置处。两种情况都能够大大劣化3D图像再现的感知质量。因此，期望的是，消除 使任何重像或跳动伪像骚扰少得多的视觉识别图案。
【发明内容】
[0002] 公开了基于多个投射束（projexel)的三维（3D)连续显示系统。每个投射束可包 括多个发光器件。每个发光器件可投射跨越一角度范围的定向光束。每个光束的角度范围 的总和总计是该投射束的角度范围。每个投射束还与过渡角集相关联。过渡角可由两个光 束叠合处的角度定义。投射束被配置为使得相邻投射束之间的过渡角集被偏移。
【专利附图】
【附图说明】
[0003] 图1例示了根据实施例的具有偏移过渡角的投射束的一个示例。
[0004] 图2例示了根据实施例的从具有偏移过渡角的投射束发射光束的显示器的一个 示例。
[0005] 图3例示了根据实施例的覆盖像素显示器的透镜矩阵的一个示例的透视图。
[0006] 图4例示了根据实施例的覆盖像素显示器的长方形透镜矩阵的一个示例。
[0007] 图5例示了根据实施例的覆盖像素显示器的六边形透镜矩阵的一个示例。
[0008] 图6例示了根据实施例的具有偏移过渡角的投射束的另一示例。
[0009] 图7例示了根据实施例的从具有偏移过渡角的投射束发射光束的显示器的另一 示例。
[0010] 图8例示了根据实施例的投射束的投射系统的一个示例的透视图。
[0011] 图9例示了根据实施例的投射束的投射系统的另一示例的透视图。
[0012] 图10例示了根据实施例的其中投射束集可以以偏移过渡角发射多个光束的逻辑 流程的实施例。
【具体实施方式】
[0013] 可通过使用限定3D视图质量的性能和当观察者在显示器前移动时可观察到的虚 拟视觉伪像类型的几种技术来实现无眼镜连续三维（3D)显示器。在所有这种显示器中的 一个不可避免的伪像是，随着观察者从一个位置移至另一个位置，部分3D场景会看起来不 连贯并且重复（"重像"）或"跳动"。"跳动"是从一个视图至另一个视图的突然转变。在 某些类型的显示器中，这些变化似乎能够相对于整个显示器出现。在其他类型的显示器中， 不同但是清楚可见的伪像会出现在显示器内的不同位置处。两种情况都能够大大劣化3D 图像再现的感知质量。本文所描述的实施例利用了这样的事实，即，某些类型的显示器能够 设计成使变化以受控的方式随机扩散。任何变化的随机性消除了视觉上可辨别的图案，并 且减小了对例如重像或跳动的可见伪像的感知和影响。
[0014] 本文用于描述实施例的基本概念是称为投射束的光调制元件。无眼镜连续3D显 示器（C3D)可被建模为由多个投射束组成。一个投射束可以与在定向光束中调制光的多个 发光器件相关联。每个投射束可根据传播方向不同地调制光。因为每个投射束的行为不需 要一定与其相邻投射束相同，所以引入了方向变化元素。这不同于在所有方向上具有相同 的调制光强度的传统像素。
[0015] 可存在利用功能等同于投射束的元件来实现C3D显示器的许多不同方式。例如， C3D显示器可以利用投射束阵列来构建，与回射屏幕结合，或者与特定扩散器或反射屏幕结 合。其他类型的C3D显示器可以使用球对称或圆柱对称的微透镜阵列，或其他光学技术如 纤维光学或发光二极管（LED)，激光，或利用亚波长光学控制定向光束。透镜阵列的集合可 包括透镜的矩阵。
[0016] 在前述C3D显示器中，当相对于同一观看位置发生多波束过渡时，可清楚地看到 失真。在每个投射束利用同一过渡角集的情况下，在几个显示位置同时出现伪像，并且随着 观察者移动而频繁地跳动。在每个投射束利用同一过渡角集并且针对相距显示器的特定视 距已优化过渡角的情况下，跳动和模糊出现频度会更少，但是当它们出现时，这些伪像会出 现在整个显示器上。
[0017] 前提是基于这样的思想：可变光束过渡会造成无论观察位置如何，观察者都几乎 不能辨别的对图像的改变。可变光束过渡会造成伪像如分布式噪声一样在整个视图出现， 这整体上对观察者的骚扰小得多。利用该技术，过渡的组合似乎更随机地在整个显示图像 上出现。最终结果是，变换不会明显到骚扰地干扰观察者。实施例通过利用与相同角度范 围对应的过渡角集但是用如图1所示针对每个投射束的伪随机偏移来实现该目的。
[0018] 基于投射器阵列的显示不会对投射束的过渡角的选择提供许多灵活性，原因是这 些过渡是通过投射器的物理布置来限定的。
[0019] 直接视图显示器，类似于利用微透镜或其他类型的小型光学元件的那些显示器， 更顺应于在单独投射束上的变化。这可以以几种方式来实现。例如，利用覆盖传统显示器 的正方微透镜矩阵的显示器能够产生与利用不是投射束间距的整数倍的像素间距相同的 效果，并且像素间距可以轻微倾斜。注意，在这种情况下，像素之间的过渡位置，其直接映射 至投射束之间的过渡，在每个投射束（透镜）中轻微地不同。
[0020] 以基于纳米尺度元件的更先进的光学为基础的显示器允许更大的灵活性，原因是 发光器件本身相对于光束被投射的方向可以是可控制的或可调节的。存在用于改变这些过 渡角集的许多选择，涵盖范围从完全随机偏移至当少量随机性被加入至更传统的方案，以 产生既平缓又不易感知的其他类型3D视图变化。
[0021] 现在参考附图，其中全文中相同的附图标记用于表示相同的元件。在下面的描述 中，为了解释，给出许多具体细节，以提供对其透彻的理解。然而，很明显的是，没有这些具 体细节也可以实施新的实施例。在其他情况下，以块图形式示出已知的结构和器件，以便于 对其进行描述。本发明还涵盖落入所述主题的精神和范围内的所有变形、等价物以及替代 形式。
[0022] 图1例示了根据实施例的具有偏移过渡角的投射束110、120、130的一个示例。投 射束可以与在不同角度调制光的多个发光器件相关联。考虑到不同的投射束能够产生具有 不同的过渡角集的光束，就能够更好地理解在C3D显示器中能够出现的视觉失真。过渡角 是指光强从一个光束过渡到另一个光束的角度。对于在垂直平面中的显示器，过渡角限定 了在垂直和水平方向上的光束过渡。然而，每个光束在3D空间能够具有金字塔形状。为了 简化解释和附图，相对于在单独水平面中的过渡来描述示例。
[0023] 可以配置投射束，使得相邻投射束之间的过渡角集以被选为使3D视图质量优化 的偏移图案被偏移。在图1的示例中，投射束110具有总角度范围α，其等于与投射束110 相关联的每个光束角
【权利要求】
1. 一种用于投射三维（3D)图像的方法，包括： 产生多个投射束，所述投射束包括多个光束，每个投射束跨越一角度范围，每个投射束 的角度范围相等； 从每个投射束定向投射多个光束，每个光束跨越一角度范围，所述光束的角度范围的 总和总计是所述投射束的角度范围，每个投射束具有过渡角集，所述过渡角由两个光束叠 合处的角度定义；以及 使相邻投射束之间的过渡角集偏移。
2. 根据权利要求1所述的方法，产生多个投射束包括利用透镜矩阵覆盖包括像素矩阵 的传统显示器，以产生所述投射束和所述投射束的光束，所述透镜矩阵中的每个透镜与所 述像素矩阵中的多个像素相关联。
3. 根据权利要求2所述的方法，包括使所述透镜矩阵相对于所述像素矩阵在X方向和 y方向上偏移。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述透镜矩阵内的透镜为长方形。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述透镜矩阵内的透镜为六边形。
6. 根据权利要求1所述的方法，所述多个投射束包括均发射光束的多个发光器件。
7. 根据权利要求6所述的方法，所述发光器件包括光纤。
8. 根据权利要求6所述的方法，所述发光器件包括发光二极管（LED)。
9. 一种三维（3D)投射装置，包括： 透镜矩阵，所述透镜矩阵大致覆盖像素矩阵，所述透镜矩阵相对于所述像素矩阵在X 方向和y方向上偏移，所述透镜矩阵中的每一个透镜与所述像素矩阵中的多个像素相关 联， 其中 每个透镜投射跨越一角度范围的多个光束，每个光束跨越固定的角度范围，每个光束 的所述固定的角度范围的总和总计是所述透镜的角度范围，每个透镜产生每个光束之间的 过渡角集；并且 由于所述透镜矩阵与所述像素矩阵之间的X偏移和y偏移产生了所述透镜矩阵内透镜 与透镜之间的偏移过渡角集，因此相邻的透镜投射彼此定向偏移。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述透镜矩阵内的透镜为长方形。
11. 根据权利要求9所述的装置，其中所述透镜矩阵内的透镜为六边形。
12. -种三维（3D)连续显示系统，包括： 多个投射束，每个投射束包括多个发光器件，每个发光器件用于投射跨越一角度范围 的定向光束，每个光束的角度范围的总和总计是所述投射束的角度范围，每个投射束具有 过渡角集，所述过渡角由两个光束叠合处的角度定义，相邻投射束之间的过渡角集被偏移。
13. 根据权利要求12所述的三维（3D)连续显示系统，投射束内的发光器件用于投射跨 越不相同的角度范围的定向光束。
14. 根据权利要求12所述的三维（3D)连续显示系统，投射束内的发光器件用于投射跨 越相同的角度范围的定向光束。
15. 根据权利要求12所述的三维（3D)连续显示系统，所述发光器件包括光纤。
16. 根据权利要求12所述的三维（3D)连续显示系统，所述发光器件包括发光二极管 (LED)。
【文档编号】G02B27/22GK104272171SQ201280072793
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年4月30日 优先权日:2012年4月30日
【发明者】阿米尔·赛德 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业