專利名稱：自由立體3d顯示器的制作方法
自由立體3D顯示器
本發(fā)明涉及自由立體3D顯示器。
自由立體3D顯示器(ASD)是一種能夠顯示立體圖像(也就是說(shuō)，對(duì)一個(gè)或多個(gè)人表現(xiàn)為三維的圖像)的顯示屏。三維圖像被理解為與常規(guī)二維圖像相比附加地具有深度效果的圖像。在ASD的情形中，與常規(guī)的立體顯示器相反，觀看者不需要輔助，諸如眼鏡、棱鏡觀看器或其他光學(xué)輔助。
為了獲得三維印象，在自由立體顯示器中，兩個(gè)圖像被投射為使得借助視差每個(gè)眼睛看見(jiàn)一個(gè)不同的圖像。在該情形中，在兩個(gè)不同方向上的投射需要被設(shè)計(jì)為使得圖像作為一個(gè)立體對(duì)到達(dá)觀看者的眼睛。在該情形中，這兩個(gè)投射方向通常在顯示器的背光單元中產(chǎn)生。
ASD及其個(gè)體部件的開(kāi)發(fā)者旨在使得能夠以盡可能真實(shí)的方式空間性地呈現(xiàn)圖像，同時(shí)對(duì)觀看者具有聞的工效。在該情形中，逼真的聞品質(zhì)圖像的基本先決條件包括聞的圖像分辨率(這里力求的標(biāo)準(zhǔn)是高清2D電視——HDTV)和高的圖像頻率。還包括3D編碼元件。通過(guò)將所謂的甜點(diǎn)(即最佳立體效果點(diǎn))適配至一個(gè)或多個(gè)觀看者的當(dāng)前位置，實(shí)現(xiàn)了好的工效。
現(xiàn)有技術(shù)中原則上已知兩種不同的用于實(shí)現(xiàn)這些目的的技術(shù)方案途徑:根據(jù)第一途徑，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)投射方向(例如通過(guò)透鏡或棱鏡格柵)，所述透鏡或棱鏡格柵將個(gè)體顯示器像素的光在不同方向上遠(yuǎn)離屏幕偏轉(zhuǎn)。在該情形中，豎直帶模(Streifenmaske)具有以方向選擇性方式運(yùn)行的個(gè)體豎直像素帶。然而，由于在這樣一個(gè)ASD中具有左像素帶和右像素帶，所以圖像分辨率與常規(guī)的2D顯示器相比減半。此外，借助液晶元件(LCD)通過(guò)帶模的對(duì)應(yīng)配置以原始分辨率呈現(xiàn)2D圖像，在技術(shù)上是困難的。2D呈現(xiàn)的另一劣勢(shì)是帶模造成了視差障礙，該視差障礙阻擋了部分光線，從而使圖像變暗。
第二途徑涉及具有兩個(gè)光源和一個(gè)同步單元的ASD，該ASD顯示時(shí)間偏移振蕩圖像且保持最大分辨率。這樣一個(gè)透光ASD中的無(wú)閃爍圖像的先決條件是足夠高的交替頻率。然而，如今這在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。該途徑的具體實(shí)施方案將在下文中更詳細(xì)地描述。
US2006/0164862公開(kāi)了一種自由立體顯示器，其包括:具有棱鏡、折射偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分立的光導(dǎo)；兩個(gè)光源；一個(gè)擴(kuò)散膜；一個(gè)透射顯示器面板；光吸收器和反射器。
US2005/0264717轉(zhuǎn)而公開(kāi)了一種自由立體顯示器，其具有:位于一個(gè)具有棱鏡、折射偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)上的兩個(gè)分立的光源；同樣具有棱鏡、折射偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的一個(gè)第二光學(xué)膜；以及一個(gè)透射顯示器面板。
最后，US2007/0276071公開(kāi)了一種自由立體顯示器，其具有:位于一個(gè)光導(dǎo)的不同側(cè)的兩個(gè)光源；一個(gè)雙棱鏡折射光元件；以及一個(gè)透射顯示器面板。該雙棱鏡折射光元件由一個(gè)三角棱鏡結(jié)構(gòu)和一個(gè)球形透鏡結(jié)構(gòu)組成，該三角棱鏡結(jié)構(gòu)面向所述光導(dǎo)，該球形透鏡結(jié)構(gòu)背向所述光導(dǎo)。這兩個(gè)光源借助一個(gè)同步單元以如下方式被交替地驅(qū)動(dòng):該透射顯示器面板相繼再生待呈現(xiàn)的三維圖像內(nèi)容的右立體圖像和左立體圖像。
上文描述的自由立體顯示器各自具備帶有折射偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的光引導(dǎo)元件。然而，當(dāng)使用該類型的元件時(shí)圖像品質(zhì)會(huì)受損，這歸咎于折射干擾效應(yīng)。該干擾效應(yīng)是由不期望的第二光路徑、多次反射或莫爾效應(yīng)等導(dǎo)致的，莫爾效應(yīng)由平行折射光學(xué)結(jié)構(gòu)的交互引起。在整個(gè)系統(tǒng)中，干擾效應(yīng)可以導(dǎo)致條帶、分辨率降低和/或用于3D呈現(xiàn)的信道分離不充分以及整體缺少清晰度。這可以進(jìn)而導(dǎo)致觀看者的眼睛更加疲勞。此外，可以看出與市售2DHDTV (高清電視)相比明顯的視覺(jué)品質(zhì)區(qū)別，這降低了這類自由立體顯示器的市場(chǎng)接受度。
當(dāng)使用具有由折射偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)組成的多個(gè)層的光引導(dǎo)元件時(shí)的另一缺陷是，難以確保個(gè)體折射光學(xué)表面元件相對(duì)于彼此的必要的高的橫向定位準(zhǔn)確度。如果這里出現(xiàn)了很小的偏差，則會(huì)大大損害用于3D呈現(xiàn)的兩個(gè)或更多個(gè)信道的分離。此外，在該情形中，可能已經(jīng)存在的光學(xué)干擾效應(yīng)(例如莫爾效應(yīng))被進(jìn)一步加劇。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種自由立體3D顯示器，其不具有所描述的光學(xué)干擾效應(yīng)，從而用該自由立體3D顯示器可以獲得在圖像品質(zhì)方面得到改善的3D呈現(xiàn)。
該目的可以借助如下一種自由立體3D顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該自由立體3D顯示器包括:一個(gè)照射單元，其具有兩個(gè)光源；一個(gè)光導(dǎo)；一個(gè)全息光學(xué)元件，其作為衍射光學(xué)光引導(dǎo)元件；一個(gè)透明顯示器面板；以及一個(gè)控制單元，其將所述光源交替地分別與呈現(xiàn)在所述顯示器面板上的右視差圖像和左視差圖像同步，所述光源被定向?yàn)榉謩e從不同方向?qū)⒐廨椛溥M(jìn)所述光導(dǎo)，且所述全息光學(xué)元件和所述顯示器面板被布置為使得從所述光導(dǎo)發(fā)出的光根據(jù)其優(yōu)選方向被所述全息光學(xué)元件在兩個(gè)不同方向上衍射并被引導(dǎo)穿過(guò)所述顯示器面板，其中所述光導(dǎo)的至少一個(gè)表面具有折射表面。
在該情形中，根據(jù)本發(fā)明的自由立體3D顯示器主要旨在避免折射光學(xué)干擾效應(yīng)或?qū)⒄凵涔鈱W(xué)干擾效應(yīng)減小至一定程度，使得顯著降低眼睛疲勞狀態(tài)的危險(xiǎn)。這變得可行，尤其是通過(guò)使用如下一種全息光學(xué)元件，該全息光學(xué)元件偏轉(zhuǎn)光，以確保自由立體視覺(jué)所要求的定向信道劃分。在該情形中，信道的數(shù)目也可以多于兩個(gè)，且可以是偶數(shù)或奇數(shù)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的自由立體3D顯示器的情形中，避免了對(duì)光學(xué)元件相對(duì)于彼此的橫向定位準(zhǔn)確性的嚴(yán)格要求，這顯著簡(jiǎn)化了這類顯示器的可生產(chǎn)性。
所述光導(dǎo)的折射表面具有如下效果:從所述光導(dǎo)發(fā)出的以及入射到所述全息光學(xué)元件中的光的角度帶寬是窄的。這是有利的，因?yàn)樵跒榱藵M足布拉格條件而要求的耦合角度附近的角度帶寬越窄，所述全息光學(xué)元件的衍射效率就越高。因此，首先，體積全息件的層厚度越大，基于該體積全息件的全息光學(xué)元件的衍射效率就越高。其次，角度選擇性增大，也就是說(shuō)，對(duì)于體積全息件，隨著層厚度增大，在布拉格條件附近的可接受的角度帶寬減小。因此，入射到所述全息光學(xué)元件上的光的角度帶寬的減小是有利的，因?yàn)檫@使得用于產(chǎn)生高衍射效率的可允許層厚度的范圍更寬。這在

圖1和圖1I中示意性地示出。因此，圖1示出了一個(gè)帶有合適棱鏡結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)，其為所發(fā)射的光造成了窄的角度帶寬。圖1I示出了一個(gè)沒(méi)有相應(yīng)棱鏡結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)。從該光導(dǎo)發(fā)出的光具有寬的角度帶寬。
所述折射表面具體地可以具有:基于橢球、多項(xiàng)式(Polynomen)、圓錐片段、雙曲線或這些基礎(chǔ)形體的組合的線性平移不變的棱鏡結(jié)構(gòu)(lineare translat ions invar iantePrismenstrukturen)、多維棱錐棱鏡結(jié)構(gòu)、線性平移不變的透鏡結(jié)構(gòu),基于橢球、多項(xiàng)式、圓錐片段、雙曲線或這些基礎(chǔ)形體的組合的多維半球透鏡結(jié)構(gòu)，非周期性散射表面結(jié)構(gòu)，其要么平面地施加，要么與非散射結(jié)構(gòu)結(jié)合區(qū)域地施加。
所述折射表面可以借助凸印、濕法凸印、注射模塑、擠壓、印刷、激光構(gòu)造和其他方法來(lái)制造。
同樣可行的是，根據(jù)本發(fā)明的自由立體3D顯示器還具有至少一個(gè)光學(xué)膜。所述光學(xué)膜具體地可以是漫射膜、微透鏡膜、棱鏡膜、透鏡膜或反射偏振膜。無(wú)疑，所述顯示器中也可以存在多個(gè)這樣的膜。
此外，尤其優(yōu)選的是，所述全息光學(xué)元件是體積全息件。
所述全息光學(xué)元件具體地也可以被實(shí)現(xiàn)為使得它產(chǎn)生準(zhǔn)直角度分布或發(fā)散角度分布。這樣的光學(xué)元件可以被用來(lái)，例如，提高觀看者的位置的亮度、對(duì)不同的觀看者尋址或改善3D印象。
還優(yōu)選地是，所述全息光學(xué)元件是透射全息件和/或反射全息件，以及/或者透射側(cè)光全息件和/或反射側(cè)光全息件。
還可行的是，所述全息光學(xué)元件由彼此連接的多個(gè)個(gè)體全息件構(gòu)成。在該情形中，具體地，所述個(gè)體全息件可以是體積全息件，所述體積全息件進(jìn)而可以優(yōu)選地通過(guò)復(fù)用獲得，并尤其優(yōu)選地通過(guò)角分復(fù)用和/或波分復(fù)用獲得。在該情形中，所述個(gè)體全息件可以被用于左投射和右投射。同樣，在每一情形中，所述個(gè)體全息件具體地可以被實(shí)現(xiàn)為使得它們僅衍射三原色(紅、綠和藍(lán))之一的輻射。還可行的是，使用多于三個(gè)的原色，例如四原色(例如“紅” “綠” “藍(lán)”和“黃”)。最后，這兩個(gè)效果可以被組合，使得例如六個(gè)個(gè)體全息件被用于三個(gè)原色和兩個(gè)立體方向中的每一個(gè)。
這樣的體積全息件的制造是已知的(H.M.Smith in “Principles of Holography”，Wiley-1nterscience 1969),并可以例如借助雙束干擾來(lái)實(shí)現(xiàn)(S.Benton, “HolographicImaging” , John ffiley&Sons, 2008)。
用于大量復(fù)制反射體積全息件的方法在US6，824，929中描述，其中感光材料被定位在主全息件上，然后相干光被用來(lái)實(shí)現(xiàn)拷貝。透射全息件的制造同樣是已知的。因此，通過(guò)實(shí)施例，US4, 973，113描述了借助輥復(fù)制的方法。
具體地，還應(yīng)參考側(cè)光全息件的制造，這要求特定的曝光幾何學(xué)。除了 S.Benton的介紹(S.Benton, “Holographic Imaging，，, John ffiley&Sons, 2008, Chapterl8)以及對(duì)傳統(tǒng)的雙級(jí)和三級(jí)制造方法的概覽(見(jiàn) Q.Huang, H.Caulfield, SPIE Vol.1600, InternationalSymposium on Display Holography (1991)，pagel82),還應(yīng)參考 W094/18603,其描述了邊緣照射和波導(dǎo)全息件。此外，還應(yīng)參考W02006/111384中的具體制造方法，其描述了基于特定光學(xué)適配塊的方法。
各種不同的材料適于制造體積全息件。細(xì)粒鹵化銀乳劑或重鉻酸鹽明膠是合適的，其在曝光之后要求濕化學(xué)顯色工藝。此外，光聚合物是合適的，例如Omnidexli光聚合物膜(來(lái)自Neymours的DuPont),其要求熱力后處理，以及Bayfol HX光聚合物膜(來(lái)自Bayer MaterialScience AG),其不要求進(jìn)一步的化學(xué)或熱力后處理來(lái)用于全息件的完全顯色。理想的材料展現(xiàn)出高透明度和低渾濁度。因此，光聚合物對(duì)于該應(yīng)用是優(yōu)選的。不要求熱力后處理的光聚合物是尤其優(yōu)選的。
所述全息光元件可以優(yōu)選地要么由具有至少兩個(gè)全息件(它們通過(guò)借助角分復(fù)用或波分復(fù)用曝光來(lái)引入)的一個(gè)層構(gòu)成，要么由彼此層疊且各自具有至少一個(gè)全息件的至少兩個(gè)層構(gòu)成。每層的多個(gè)全息件可以進(jìn)而通過(guò)角分復(fù)用或波分復(fù)用來(lái)獲得。
為了優(yōu)化均勻照射，可行的是改變?nèi)⒐鈱W(xué)元件的寬度上的各層中的個(gè)體全息件的衍射效率和/或衍射角度。衍射效率和/或衍射角度的該變化可以逐步地和/或連續(xù)地實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)又一優(yōu)選實(shí)施方案，所述光導(dǎo)是平行六面體。
所述光導(dǎo)可以通過(guò)工業(yè)上的常規(guī)方法來(lái)制造。在該情形中，注射模塑方法和片材擠壓方法是常規(guī)的。光學(xué)上透明的塑料(例如聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯)通常被用作材料。優(yōu)選地，在注射模塑方法中通過(guò)注射模具來(lái)實(shí)現(xiàn)成形，或者在片材擠壓方法中借助特定形狀的輥通過(guò)噴嘴形狀以及可能的熱凸印變形來(lái)實(shí)現(xiàn)成形。
然而，光導(dǎo)具有斜切邊緣也是可行的。這使得能夠優(yōu)化光的耦合以及隨之獲得的照射角度。
所述光源具體地可以是氣體放電燈(優(yōu)選地是冷氣體放電燈)、發(fā)光二極管(優(yōu)選地是紅色、綠色、藍(lán)色、黃色和/或白色發(fā)光二極管)以及/或者多個(gè)激光二極管。
所述光源發(fā)出的光可以具有寬的波譜分布(白光)或帶狀譜。在極端情形中，甚至可以涉及單色光。然而優(yōu)選地，所述光源發(fā)出的光具有帶狀發(fā)射譜。
優(yōu)選地，所述光源被布置在所述平行六面體的兩個(gè)對(duì)立的側(cè)表面。
所述光源可以與所述平行六面體的側(cè)表面直接接觸(線性地或平面地)或相鄰。
同樣可行的是，在所述光導(dǎo)上配置折射或衍射光學(xué)元件，以使得光更有效地并且/或者具有更多角度或頻率選擇性地光學(xué)耦合到所述全息光學(xué)元件中。
因此，與所述光導(dǎo)具有相同(或幾乎相同)折射率的棱鏡結(jié)構(gòu)也適合該目的。在該情形中，所述光源被定位為以避免部分反射或全反射的方式使得光盡可能深地耦合，折射光學(xué)元件也可以在所述光導(dǎo)本身的制造期間同時(shí)制造。衍射光學(xué)元件可以被實(shí)現(xiàn)為體積全息件或凸印全息件(一種薄的透射全息件，可以借助凸印、濕凸印或者例如借助平版工藝來(lái)制造)。
在一個(gè)優(yōu)選的自由立體3D顯示器中，所述全息光學(xué)元件、所述光導(dǎo)和所述顯示器面板以下列次序之一布置:a)全息光學(xué)兀件、光導(dǎo)和顯不器面板,或者b)光導(dǎo)、全息光學(xué)兀件、顯示器面板。在該情形中，所述全息光學(xué)元件、所述光導(dǎo)和所述顯示器面板可以平面地彼此連接。
然而，所述全息光學(xué)元件也可以被放置為要么直接毗鄰所述光導(dǎo)，要么以自支撐方式與所述光導(dǎo)相距一定距離。
同樣，所述顯示器面板可以被放置為要么直接毗鄰所述光導(dǎo)，要么以自支撐方式與所述光導(dǎo)相距一定距離。
在下文中參考附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明。在附圖中:
圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖2示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖3示出了本發(fā)明的第三實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖4a示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第四實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖4b示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第四實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖5a示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第五實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖5b示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第五實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖6a示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第一實(shí)施方案的立體圖，
圖6b示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第一實(shí)施方案的另一立體圖，
圖7a示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第六實(shí)施方案的立體圖，
圖7b示出了運(yùn)行中的本發(fā)明的第六實(shí)施方案的另一立體圖，
圖8a示出了本發(fā)明的第七實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖8b示出了本發(fā)明的第八實(shí)施方案的示意性俯視圖，
圖9示出了本發(fā)明的第九實(shí)施方案的示意性俯視圖。
圖1以俯視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的自由立體3D顯示器(ASD)的第一實(shí)施方案。這里示出的ASDl包括具有兩個(gè)光源3和4的一個(gè)照射單元2、一個(gè)平行六面體光導(dǎo)5、作為衍射光學(xué)元件的一個(gè)全息光學(xué)元件6、一個(gè)透明顯示器面板7以及一個(gè)控制單元8。顯示器面板7可以是，例如，現(xiàn)有技術(shù)中已知的透光IXD顯示器。控制單元8經(jīng)由電引線9連接至燈3和4以及顯示器面板7。光源3和4被定向和布置為使得它們分別從不同方向(即一次從右方，一次從左方)將光福射進(jìn)平行六面體光導(dǎo)5的分別與它們對(duì)立的側(cè)表面。全息光學(xué)元件6和顯示器面板7以該次序在該圖的平面中依序布置在光導(dǎo)5的下方并平行于光導(dǎo)5。全息光學(xué)元件6在這里被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)透射全息件。這類全息件在例如“P.Hariharan, Optical Holography, Cambridge Studies in Modern Optics, CambridgeUniversity Press, 1996” 中描述。
在ASDl的運(yùn)行期間，控制單元8將光源3和4與顯示器面板7呈現(xiàn)的右視差圖像和左視差圖像(由)同步，在每一情形中具有大于50赫茲的高頻率。該控制單元的最優(yōu)切換周期在例如W02008/003563中描述。
來(lái)自光源3、4的光進(jìn)入光導(dǎo)5，在光導(dǎo)5的在該圖的平面中的上部示出的界面處被反射，并在光導(dǎo)5的對(duì)立底面處耦合出。因此，根據(jù)其源自右光源3還是左光源4，在全息光學(xué)兀件6的方向上從光導(dǎo)5發(fā)出的光具有一個(gè)不同的優(yōu)選方向，然后相應(yīng)地被該全息兀件在兩個(gè)不同方向上衍射，并被引導(dǎo)到顯示器面板7上。
以此方式，ASDl交替地產(chǎn)生兩個(gè)視差圖像，一個(gè)視差圖像被觀看者的右眼感知，一個(gè)視差圖像被觀看者的左眼感知，從而向觀看者提供具有全分辨率的高品質(zhì)三維圖像。
同樣可行的是，全息光學(xué)元件6由多個(gè)個(gè)體全息件構(gòu)成，這些個(gè)體全息件以一個(gè)在另一個(gè)頂部或彼此有距離的方式被定位在多個(gè)層中。同樣可行的是，全息光學(xué)元件6被設(shè)計(jì)為在每一情形中僅衍射一個(gè)顏色的光(也就是說(shuō)，處于人類可見(jiàn)光的一個(gè)特定窄頻率范圍中的光)，或者在每一情形中僅衍射來(lái)自一個(gè)光源的光，或者事實(shí)上僅衍射一個(gè)顏色的光和/或僅衍射來(lái)自一個(gè)方向的光。
圖2以俯視圖示出了圖1中的ASDl的一個(gè)替代變型。區(qū)別是:這里的全息光學(xué)元件6在該圖的平面中被布置在光導(dǎo)5的上方而非在光導(dǎo)5與顯示器面板7之間，且這里的全息光學(xué)元件6是反射全息件而非透射全息件。
在該ASDll的情形中，光導(dǎo)5在全息光學(xué)兀件6的方向上將福射進(jìn)其中的光發(fā)出，然后該光被衍射回到光導(dǎo)5中。在穿過(guò)光導(dǎo)5之后，該光撞擊在顯示器面板7上。
圖3以示出了圖1中示出的構(gòu)造的又一變型。這里表現(xiàn)了兩個(gè)全息光學(xué)元件6a和6b,其中全息光學(xué)兀件6a在布置和功能上對(duì)應(yīng)于圖1的ASDl的全息光學(xué)兀件6,全息光學(xué)元件6b在布置和功能上對(duì)應(yīng)于圖2的ASDl的全息光學(xué)元件16。因此，圖3中的ASD21既具有透射全息件(6a)又具有反射全息件(6b)。
在圖3中的ASD21的運(yùn)行期間，在切換周期中，首先光源4發(fā)出光，而光源3不發(fā)出光。光進(jìn)入光導(dǎo)5,并從光導(dǎo)5進(jìn)入全息光學(xué)兀件6a,并在全息光學(xué)兀件6a處在顯不器面板7的方向上衍射?？刂茊卧?現(xiàn)在斷開(kāi)光源4，同時(shí)接通光源3，或者在時(shí)間上稍微重疊地或或帶有時(shí)間間隔地接通光源3。從光源3發(fā)出的光經(jīng)由光導(dǎo)5在顯示器面板7的方向上衍射穿過(guò)全息光學(xué)元件6b，其中該光沒(méi)有或沒(méi)有顯著被光導(dǎo)5和全息光學(xué)元件6a所偏轉(zhuǎn)。在這兩個(gè)切換周期中，來(lái)自ASD21的光分別到達(dá)觀看者的左眼和右眼。
同樣可行的是，互換全息光學(xué)兀件6a和6b的光引導(dǎo)次序。同樣可行的是,全息光學(xué)元件6a和6b中的每一個(gè)在每一情形中僅對(duì)一個(gè)顏色或多個(gè)顏色具有衍射效應(yīng)，也就是說(shuō)，光引導(dǎo)次序是，例如對(duì)于兩個(gè)顏色:“紅色”光由全息光學(xué)元件6a來(lái)實(shí)現(xiàn)，“綠色”光和“藍(lán)色”光由全息光學(xué)元件6b來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他組合同樣是可行的。這里可以有利的是，光源3和4由不同的結(jié)構(gòu)單元組成，這些結(jié)構(gòu)單元分別發(fā)出原色并被定位為相對(duì)于彼此在豎直方向上稍微不同。此外，當(dāng)然可行的是，這兩個(gè)全息光學(xué)元件6a和6b對(duì)來(lái)自光源3和4并被引導(dǎo)穿過(guò)光導(dǎo)5的光具有衍射效果，且通過(guò)顯示器面板5分別將兩個(gè)立體圖像中的一個(gè)投射進(jìn)觀看者的相應(yīng)眼中。該過(guò)程具有發(fā)光效率更高的優(yōu)勢(shì)。
圖4a和圖4b再次以俯視圖示出了運(yùn)行中的圖1的ASDl的變型。在該情形中，圖4a不出了右光源3發(fā)出光進(jìn)入光導(dǎo)5的一個(gè)切換狀態(tài)，圖4b不出了光源4被啟動(dòng)的一個(gè)狀態(tài)。
圖1的ASDl與圖4a和圖4b的裝置31的一個(gè)區(qū)別是，在ASD31的情形中，全息光學(xué)元件36直接平面地連接至光導(dǎo)5。此外，在ASD31的情形中，全息光學(xué)元件36被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)透射側(cè)光全息件。
同樣可行的是，全息光學(xué)元件36由多個(gè)個(gè)體全息件制成，這些個(gè)體全息件以一個(gè)在另一個(gè)頂部或彼此有距離的方式被定位在多個(gè)層中。同樣可行的是，該全息光學(xué)元件被設(shè)計(jì)為在每一情形中僅衍射一個(gè)顏色的光(也就是說(shuō)，處于人類可見(jiàn)光的一個(gè)特定窄頻率范圍中的光)，或者在每一情形中僅衍射來(lái)自一個(gè)光源的光，或者事實(shí)上僅衍射一個(gè)顏色的光和/或僅衍射來(lái)自一個(gè)方向的光。
圖5a和圖5b示出了圖4a和圖4b的ASD31的變型。這里，一方面光源3和4在該圖的平面中稍微進(jìn)一步向上移位，另一方面使用了光導(dǎo)45，在光導(dǎo)45的內(nèi)部幾乎不發(fā)生輻射進(jìn)的光的(全)反射，而是該光被直接引導(dǎo)穿過(guò)光導(dǎo)45至全息光學(xué)元件46。全息光學(xué)元件46 (透射側(cè)光全息件)被實(shí)現(xiàn)為:它根據(jù)來(lái)自光導(dǎo)45的光的優(yōu)選方向，在兩個(gè)不同方向上再次衍射來(lái)自光導(dǎo)45的光，并將其引導(dǎo)到顯示器面板7上。
圖6a和圖6b是運(yùn)行中的圖4a和圖4b的ASD31的立體圖。圖6a示出了 ASD31具有一個(gè)已啟動(dòng)的光源3的狀態(tài),在圖6b中，左光源4啟動(dòng)。在每一,清形中，通過(guò)實(shí)施例不出了來(lái)自光源3或4之一的光束穿過(guò)光導(dǎo)5至全息光學(xué)元件36并被全息光學(xué)元件36衍射到顯示器面板7上的路徑。該情形中，全息光學(xué)元件6被設(shè)計(jì)為使得衍射發(fā)生在如下一個(gè)平面中，該平面平行于被觀看者的雙眼跨越的平面且法向于顯示器面板7的表面。
作為本發(fā)明第六實(shí)施方案，圖7a和圖7b分別以立體圖示出了運(yùn)行中的圖4a和圖4b的ASD31的變型。這里的區(qū)別是，光源3和4沒(méi)有被布置在光導(dǎo)5的左側(cè)和右側(cè)，而是被布置在光導(dǎo)5的上方和下方。此外，這里的全息光學(xué)元件56被設(shè)計(jì)為使得衍射發(fā)生在如下一個(gè)平面中，該平面垂直于被觀看者的雙眼跨越的平面且法向于顯示器面板7的表面。
原則上，圖6a、圖6b和圖7a、圖7b中的實(shí)施方案的組合也是可行的。
圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明的ASD的第七實(shí)施方案。該ASD對(duì)應(yīng)于圖1的ASD1，只有一個(gè)區(qū)別。僅有的區(qū)別是，光導(dǎo)5在該圖的平面中的上側(cè)設(shè)置有折射表面結(jié)構(gòu)10。
在ASD61的運(yùn)行期間，表面結(jié)構(gòu)10的效果是:輻射進(jìn)的光的更大部分可以在光導(dǎo)5中被反射，然后在全息光學(xué)元件6的方向上被發(fā)出。
此外，可以有利的是，表面結(jié)構(gòu)10被反射性地涂覆(例如借助真空金屬噴鍍方法)，以例如獲得ASD61的更均勻的照射和/或改善的亮度。
在ASD61的情形中，也可行的是，全息光學(xué)元件6直接毗鄰光導(dǎo)5或者直接毗鄰顯不器面板7。
圖8b示出了圖8a的ASD61的一個(gè)變型，其中折射表面結(jié)構(gòu)10在該圖的平面中被布置在光導(dǎo)5的下側(cè)。這具有的效果是，光更有效地有針對(duì)性地從光導(dǎo)5耦合出，然后被全息光學(xué)元件6偏轉(zhuǎn)。以此方式，ASD71的亮度增加，且實(shí)現(xiàn)了該ASD的更均勻的照射。
最后，在圖9中以俯視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ASD的第九實(shí)施方案。這里示出的ASD81在構(gòu)造上基于圖1的設(shè)備。然而，這里還表現(xiàn)了兩個(gè)光學(xué)膜11和12，其中一個(gè)膜被布置在光導(dǎo)5與全息光學(xué)兀件6之間，一個(gè)膜被布置在全息光學(xué)兀件6與顯不器面板7之間。膜11和12彼此獨(dú)立，可以是漫射膜、微透鏡膜、棱鏡膜、透鏡膜或反射偏振膜。此外，ASD81的光導(dǎo)5不同于圖1中的ASD1，不同之處在于:ASD81的光導(dǎo)5在該圖的平面中的上側(cè)和下側(cè)都設(shè)置有折射表面結(jié)構(gòu)10。
光學(xué)膜11和12的使用以及折射表面10的存在帶來(lái)了均勻化和發(fā)光效率的提高。
在ASDl的設(shè)計(jì)以及從中衍生的ASD31、41、51、61、71和81的設(shè)計(jì)中，可以有利的是，該光導(dǎo)的背離該顯示器面板的側(cè)面主要以反射方式配置，或者被反射性地涂覆。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)該顯示器的更高的亮度和更均勻的照射。
附圖標(biāo)記列表
(1、11、21、31、41、51、61、71、81) ASD
(2)照射單元
(3)光源
(4)光源
(5、45)光導(dǎo)
(6、6a、6b、16、36、46、56)全息光學(xué)兀件
(7)顯示器面板
(8)控制單元
(9)電引線
(10)折射表面
(11、12)光學(xué)膜
權(quán)利要求
1.一種自由立體3D顯不器(I),包括: 一個(gè)照射單元(2)，其具有兩個(gè)光源(3、4)； 一個(gè)光導(dǎo)(5)； 一個(gè)全息光學(xué)元件(6)，其作為衍射光學(xué)光引導(dǎo)元件； 一個(gè)透明顯示器面板(7);以及 一個(gè)控制單元(8)，其將所述光源(3、4)交替地分別與呈現(xiàn)在所述顯示器面板(7)上的右視差圖像和左視差圖像同步； 所述光源(3、4)被定向?yàn)榉謩e從不同方向?qū)⒐廨椛溥M(jìn)所述光導(dǎo)(5)，且所述全息光學(xué)元件(6)和所述顯示器面板(7)被布置為使得從所述光導(dǎo)(5)發(fā)出的光根據(jù)其優(yōu)選方向被所述全息光學(xué)元件(6)在兩個(gè)不同方向上衍射并被引導(dǎo)穿過(guò)所述顯示器面板(7)，特征在于所述光導(dǎo)(5)的至少一個(gè)表面具有折射表面(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述折射表面(10)具有:基于橢球、多項(xiàng)式、圓錐片段、雙曲線或這些基礎(chǔ)形體的組合的線性平移不變的棱鏡結(jié)構(gòu)、多維棱錐棱鏡結(jié)構(gòu)、線性平移不變的透鏡結(jié)構(gòu)，基于橢球、多項(xiàng)式、圓錐片段、雙曲線或這些基礎(chǔ)形體的組合的多維半球透鏡結(jié)構(gòu)，非周期性散射表面結(jié)構(gòu)，其要么平面地施加，要么與非散射結(jié)構(gòu)結(jié)合區(qū)域地施加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于還具有至少一個(gè)光學(xué)膜(11、12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述光學(xué)膜(11、12)是漫射膜、微透鏡膜、棱鏡膜、透鏡膜或反射偏振膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述全息光學(xué)兀件(6)是體積全息件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述全息光學(xué)元件(6)被實(shí)現(xiàn)為使得它產(chǎn)生準(zhǔn)直角度分布或發(fā)散角度分布.
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述全息光學(xué)元件(6)是透射全息件和/或反射全息件，以及/或者透射側(cè)光全息件和/或反射側(cè)光全息件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述全息光學(xué)元件(6)由以毗 鄰方式彼此連接的多個(gè)個(gè)體全息件構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述全息光學(xué)元件(6)或所述彼此連接的多個(gè)個(gè)體全息件由體積全息件構(gòu)成，所述體積全息件優(yōu)選地是通過(guò)復(fù)用可獲得的，尤其優(yōu)選地是通過(guò)角分復(fù)用和/或波分復(fù)用可獲得的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述光導(dǎo)(5)是平行六面體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述光源(3、4)是氣體放電燈——優(yōu)選地是冷氣體放電燈，發(fā)光二極管——優(yōu)選地是紅色、綠色、藍(lán)色、黃色和/或白色發(fā)光二極管，以及/或者激光二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的自由立體3D顯示器(1)，其特征在于所述光源(3、4)被布置在所述平行六面體的兩個(gè)對(duì)立的側(cè)表面處。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自由立體3D顯示器(I)，其特征在于所述全息光學(xué)元件(6)、所述光導(dǎo)(5)和所述顯示器面板(7)以下列次序之一布置:全息光學(xué)兀件(6)、光導(dǎo)(5)和顯不器面板(7),或者光導(dǎo)(5)、全息光學(xué)兀件(6)、顯不器面板(7)。
14.根據(jù)權(quán)利要求 13所述的自由立體3D顯示器(1)，其特征在于所述全息光學(xué)元件(6 )、所述光導(dǎo)(5 )和所述顯示器面板(7 )平面地彼此連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自由立體3D顯示器(1)，包括照射單元(2)，其具有兩個(gè)光源(3、4)；光導(dǎo)(5)；全息光學(xué)元件(6)，其作為衍射光學(xué)光引導(dǎo)元件；透明顯示器面板(7)；以及控制單元(8)，其用于將所述光源(3、4)交替地與呈現(xiàn)在所述顯示器面板(7)上的右視差圖像和左視差圖像同步，其中所述光源(3、4)被定向?yàn)閺牟煌较驅(qū)⒐廨椛溥M(jìn)所述光導(dǎo)(5)，且所述全息光學(xué)元件(6)和所述顯示器面板(7)被布置為使得從所述光導(dǎo)(5)發(fā)出的光根據(jù)其優(yōu)選方向被所述全息光學(xué)元件(6)在兩個(gè)不同方向上衍射并被引導(dǎo)穿過(guò)所述顯示器面板(7)，其中所述光導(dǎo)(5)的至少一個(gè)表面具有折射表面(10)。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK103221873SQ201180055164
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者T·法克, 夫里德里克-卡爾·布魯?shù)? R·哈根, G·沃爾茲 申請(qǐng)人:拜耳知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司