[发明专利]用于自由立体视频显示器的改进的分辨率在审
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【说明书】：
技术领域本发明总体上涉及自由立体显示器，并且更具体地，涉及具有显著改进的分辨率的视频自由立体显示器。背景技术常规的自由立体显示器使用透镜或视差屏障或其它视图选择器的阵列，使得显示器的多个像素对于观看者的一只眼睛可见，并且使得显示器的多个其他像素对于观看者的另一只眼睛是可见的。通过隔离对于每只眼睛可见的显示器的像素，立体图像的两个分量可以呈现在显示器上。由于普通观看者的眼睛是并排并且水平对准的，因此透镜阵列根据水平方向使像素可见。结果，用于左眼和右眼的相应像素位于相同的扫描线中并且水平地彼此偏移。因此，在仅具有两个视图的自由立体显示器中，观看者的每只眼睛看到其水平分辨率减半的图像。在大多数自由立体显示器中，通过具有多于两个视图来改善视场。在为了提供更大的投影感知深度的尝试中，在相对狭窄的空间，例如1mm内需要更多的视图，例如24个视图。典型的LCD显示屏具有约200像素/英寸的像素密度，尽管一些具有接近300像素/英寸的密度。这大约是每毫米6个像素，即在1mm空间内提供24个视图所需的分辨率的大约四分之一。因此，传统的视频显示设备不能在足够小的空间中提供足够的视图，以满足现代自由立体图像的需求。发明内容根据本发明，视频显示器的单个像素可以显示多个视图的各自的单独像素。换句话说，视频显示器可以包括比视频显示器的物理像素通常支持的更多的用于自由立体图像的视图。为了利用单个物理像素实现多个视图，物理像素是时间复用的。具体地，物理像素在给定时间间隔内显示一个视图的像素，并且视图多路复用器将来自物理像素的光偏转预定角度，以使像素出现在与视图的像素对应的位置。在另一个时间间隔，物理像素显示一个不同的视图的像素，并且视图多路复用器将来自物理像素的光偏转不同的预定角度，以使像素出现在与不同的视图的像素对应的位置。视图多路复用器包括多个双折射材料的柱状棱镜，使得通过柱状棱镜的光的偏转可通过控制穿过的光的偏振在两个不同角度之间切换。或者，柱状棱镜的材料根据柱状棱镜的电场而改变其折射率。这种材料的实例是液晶。由柱状棱镜提供的反射角的可控性使得能够控制给定像素对于人类观看者所呈现的位置。通过使给定像素呈现的位置和由像素显示的特定视图同步，允许该像素针对帧速率的各自的部分显示多个视图的像素。人类观看者的视觉暂留导致一个视图中的像素在整个帧中能够继续被感知，该视图通过透镜阵列对观看者是可见的。多个视图多路复用器可以被堆叠以提供累积偏转角的更多的变化。另外，通过将透镜体配置成在聚焦目标后面的可接受距离处聚焦，该聚焦目标例如是自由立体显示器的像素，减少了由于透镜阵列的单个透镜体的象场弯曲引起的聚焦误差。结果是，由于象场弯曲，透镜体将在观看视角的适当角度处特别好地聚焦，并且仍将产生可接受的聚焦误差以及甚至观看视角的更宽的角度。附图说明图1是根据本发明的观看者和自由立体显示器的平面图。图2是图1的自由立体显示器的一部分的更详细的平面图。图3是图1和图2的自由立体显示器的视图多路复用器的平面图。图4是示出根据本发明的采用两(2)个视图多路复用器的像素的时间多路复用的时序图。图5是根据本发明的可选的自由立体显示器的平面图。图6是图5的自由立体显示器的一部分的更详细的平面图。图7是示出图5和图6的自由立体显示器的焦点的平面图。图8是根据本发明的可选的视图多路复用器的平面图。图9和图10是示出使用图8的视图多路复用器的像素的时间多路复用的时序图。图11是图2的掩模的平面图，其被放大以示出由于图2的视图多路复用器的操作而引起的视在像素的位置。具体实施方式根据本发明，视频显示器的单个像素可以显示多个视图的各自的单独像素。具体地，立体显示器100(图1和图2)包括视图多路复用器204A-B(图2)，其弯曲来自多个像素，例如像素216A-F中的每一个的光，使得每个像素呈现在略微不同的位置，并且为多个时间间隔中的每一个表示不同视图的像素。例如，视图多路复用器204A-B可以使像素216A处于位置216A1(图11)、216A2、216A3和216A4中的任一个位置。以这种方式，像素216A-F中的每一个被时间多路复用以表示自由立体显示器的各自的多个视图的像素。以下面更全面地描述的方式，视图多路复用器204A-B组合以在该说明性的实施例中提供4对1多路复用。视图多路复用器204A-B以预定的时间间隔以预定的分视角对来自像素216A-F的光进行弯曲。在该说明性的实施例中，透镜体202C被设计成提供一度的视角增量，这意味着通过透镜体202C的观看视角，其中像素216A-F中的每一个通过掩模214相差一度是可见的。在该说明性的实施例中，为了从单个像素提供四(4)个视图，视图多路复用器204A-B组合以在四个(4)均匀间隔的分视角，即0度、0.25度、0.5度和0.75度偏转光；在其他实施例中可以使用其他角度。应当理解，单视图多路复用器可以从单个像素提供两(2)个视图，三(3)个视图多路复用器可以组合以从单个像素提供多达八(8)个视图，并且许多其他组合可以实现以从单个像素提供甚至更多的视图。还应当理解，视图多路复用器可以扫过一定范围的偏转角，以下面描述的方式从单个像素提供其他数量的视图。使用像素216A-F中的单个像素的四(4)个视图的显示在时序图400(图4)中示出。如下面更全面地描述的，视图多路复用器204A可在0.5度的偏转光或根本不偏转的光之间切换，并且视图多路复用器204B可在0.25度的偏转光或根本不偏转的光之间切换。视图多路复用器204A-B以120Hz的速率切换，并且视图多路复用器204B以半个时钟周期的延迟跟随视图多路复用器204A，如时序图400所示。像素216A-F具有240Hz的刷新速率。最初在时序图400中，视图多路复用器204A-B都关闭，即不偏转光，并且像素216A针对单个刷新周期显示视图N的像素。如果观看者10的眼睛通过掩模214和透镜体202A与像素216A对准，则该眼睛将在位置216A1(图11)看到像素216A的视图N，并且视图N的像素将呈现为占据透镜体202A的整个宽度(图2)。当像素216A显示其他视图的像素时，视图多路复用器204A-B的偏转导致眼睛看到平坦的黑色掩模214。然而，视觉暂留使观看者10继续在位置216A1(图11)看到四(4)个240Hz周期的视图N的像素。在下一个240Hz周期(图4)中，视图多路复用器204A切换至打开。视图多路复用器204A-B的累积偏转为0.5度，且像素216A呈现为处于位置216A3(图11)，并且针对单个刷新周期显示视图N+2的像素(图4)。如果观看者10的眼睛通过掩模214和透镜体202A与像素216A离对准相差0.5度，则该眼睛将看到像素216A的视图N+2，并且视图N+2的像素将呈现为占据透镜体202A的整个宽度。如上所述，掩模214和视觉暂留使得观看者10继续在位置216A3(图11)看到四个(4)240Hz周期的视图N+2的像素。在下一个240Hz周期(图4)中，视图多路复用器204B切换至打开。视图多路复用器204A-B的累积偏转为0.75度，而且像素216A呈现为处于位置216A4(图11)，并且针对单个刷新周期显示视图N+3的像素(图4)。如果观看者10的眼睛通过掩模214和透镜体202A与像素216A离对准相差0.75度，则该眼睛将看到像素216A的视图N+3，并且视图N+3的像素将呈现为占据透镜体202A的整个宽度。如上所述，掩模214和视觉暂留使得观看者10继续在位置216A4(图11)看到四个(4)240Hz周期的视图N+3的像素。在下一个240Hz周期(图4)中，视图多路复用器204A切换至关闭。视图多路复用器204A-B的累积偏转为0.25度，且像素216A呈现为处于位置216A2(图11)，并且针对单个刷新周期显示视图N+1的像素(图4)。如果观看者10的眼睛通过掩模214和透镜体202A与像素216A离对准相差0.25度，则该眼睛将看到像素216A的视图N+1，并且视图N+1的像素将呈现为占据透镜体202A的整个宽度。如上所述，掩模214和视觉暂留使得观看者10继续在位置216A2(图11)看到四个(4)240Hz周期的视图N+1的像素。在下一个240Hz周期(图4)中，视图多路复用器204B切换至关闭。视图多路复用器204A-B的累积偏转是0度，并且像素216A再次显示视图N的像素，并且针对单个刷新周期呈现为处于位置216A1(图11)。并且，时序图400(图4)的四(4)周期模式重复。
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