專利名稱：應(yīng)用光阻擋特征的對(duì)于透鏡結(jié)構(gòu)的改良的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括被配置成對(duì)從光源發(fā)射的光進(jìn)行導(dǎo)向和控制 的透鏡裝置的自動(dòng)立體顯示設(shè)備。本發(fā)明尤其涉及應(yīng)用光吸收重復(fù)圖 案，將通過所述透鏡元件的光限制成只在所述透鏡元件的所希望的部分通過。本發(fā)明還涉及將這樣的顯示設(shè)備用于3D顯示和/或多視圖靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯示。
背景技術(shù)：
三維成像在今天已是眾所周知的技術(shù)。然而，三維成像在傳統(tǒng)上一 直被形成為立體圖像，用戶必須戴著一種對(duì)光進(jìn)行分離透射的光控裝 置，尤其是眼鏡進(jìn)行觀看，以便獲得三維效果。近期的進(jìn)展表明，能夠制造本身具有3D能力的顯示器，從而不需 要用戶再戴附加裝置。自動(dòng)立體顯示就是一種這樣的技術(shù)。自動(dòng)立體顯示的一個(gè)例子是基于沿不同方向引導(dǎo)從二維顯示像素 陣列發(fā)出的光。不同方向上的光造成輕微的角度分離，使得圖像在人的 稍分開的眼睛中看來呈現(xiàn)為三維圖像。將來自不同區(qū)域的光分開的 一種 技術(shù)是使用視差柵格(parallax barrier)。視差柵格通過交替的透明和不 透明的區(qū)域(諸如由暗區(qū)分隔的縫隙或透光線)使光的方向分開。分光 技術(shù)的另一個(gè)例子是在顯示裝置前使用透鏡。從子像素發(fā)出的光通過透 鏡(lens,或記為lenticular)會(huì)聚到某一方向，因此避免了與基于柵格 的設(shè)備相關(guān)的光損耗。根據(jù)透鏡的配置，顯示器的子像素再被分成預(yù)定數(shù)目個(gè)不同的子集 或視圖。這些視圖的分離程度也取決于透鏡配置，換言之，在一個(gè)觀看 位置的觀看者可以看見多少個(gè)相鄰的^L圖也取決于透鏡配置。例如，在 具有由相對(duì)垂直方向的傾斜角為atan (1/6)、水平間距為1.5個(gè)顯示像 素的柱面微透鏡構(gòu)成的透鏡的配置中，在理想情況下，理論上可以看見 三個(gè)視圖。圖像部分交疊的效果通常稱為"串?dāng)_"，這是這樣的系統(tǒng)所希 望具有的特性，因?yàn)橥耆珱]有串?dāng)_的系統(tǒng)在 一 定的眼睛位置會(huì)出現(xiàn) 一 個(gè) 個(gè)單獨(dú)視圖的突然切換，從而導(dǎo)致在眼睛橫向移動(dòng)的情況下畫面發(fā)生跳躍。減小散射光的一種方式是阻擋來自顯示器的一部分的光，例如用黑條紋來改善CRT和矩陣顯示器或者在背投TV的透鏡內(nèi)的日光反差。US 5,359,454揭示了 一種包括外層和內(nèi)層兩個(gè)光學(xué)層的顯示設(shè)備。 外層包括用于聚焦光的光學(xué)器件，而內(nèi)層包括用于光控制的光學(xué)元件。 所述用于光控制的光學(xué)元件包括與外層的軸向平行設(shè)置的亮區(qū)圖案。這 些亮區(qū)由吸收光或分散光的暗區(qū)分開。這樣，就可以限制發(fā)光源所選區(qū) 域發(fā)出的光的光方向控制功能。然而，顯示器的這些區(qū)域引起的串?dāng)_并 不是串?dāng)_的唯一來源。由于各種原因，串?dāng)_量實(shí)際上比理想情況的大，甚至大許多。此外， 沒有一個(gè)觀看位置使某個(gè)視圖具有零可見度。其結(jié)果是，圖像的質(zhì)量隨 著清晰度的降低而降低，尤其是在3D成像中。此外，在用于從兩個(gè)不 同的角度給出完全不同的畫面的應(yīng)用中，這變成一個(gè)問題，比如兩個(gè)人 坐在一個(gè)長沙發(fā)椅上，各自收看不同的節(jié)目。要采取適當(dāng)措施來克服串?dāng)_帶來的問題，了解引起過量串?dāng)_的原因 是必要的。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)解決方案的缺點(diǎn)，特別是 克服引起過量串?dāng)_的原因。此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是減小視角與串 擾的相關(guān)性。此外，本發(fā)明又一個(gè)目的是提供一種經(jīng)改善的易于生產(chǎn)的透鏡屏。本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí)，即在緊鄰微透鏡邊沿處，通過微透鏡的光可 能是由于透鏡制造不理想而有一些"錯(cuò)誤的部位"引起的。在理想的透鏡 內(nèi)，這些微透鏡以銳利、清晰的邊沿相交，使得通過兩個(gè)微透鏡相交線 任一側(cè)且鄰近相交線的光線是來自發(fā)射顯示器的兩個(gè)截然不同的區(qū)域。 然而，如果相交沿不銳利，如可能由于各種生產(chǎn)原因而出現(xiàn)的那樣，一 些射線將到達(dá)這兩個(gè)區(qū)域之間的所有中間點(diǎn)。按照本發(fā)明，提供了一種自動(dòng)立體顯示設(shè)備，這種設(shè)備包括被配置 成對(duì)從光源發(fā)射的光進(jìn)行導(dǎo)向和控制的透鏡裝置，所述透鏡裝置包括由 透鏡元件構(gòu)成的陣列，所述透鏡元件的陣列包括面向從所述光源入射到 其上的光的第一表面和面向從自身射出的光的第二表面，所述設(shè)備還包括將通過所述透鏡元件的光限制成只在所述透鏡元件的所希望的部分 通過的光吸收重復(fù)圖案，所述光吸收重復(fù)圖案被施加到所述透鏡裝置的 所述第二表面上。這樣，通過阻擋那些否則會(huì)穿過微透鏡上的"不良"位置的光，攔截 住這些錯(cuò)誤的射線，就不會(huì)增加視圖之間的串?dāng)_。不理想的透鏡的凹部形狀還可以是更為隨機(jī)的使光散射的類型，使 得光線來自錯(cuò)誤的位置。施加這種光吸收重復(fù)圖案的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是還減小了由諸如球面像差之類的"正常"透鏡像差引起的串?dāng)_。這樣，光吸收重復(fù)圖案起著孔徑 光闌的作用，從而有效地減小了視圖串?dāng)_。此外，通過將光吸收材料直接與透鏡接合，可以改善透鏡與光吸收 重復(fù)圖案之間的對(duì)準(zhǔn)。因此，這種特性在生產(chǎn)過程中是特別希望的。按照本發(fā)明的第二實(shí)施例，透鏡元件部分包括透鏡元件的中央部分 或區(qū)段。詞語"中央"在這里應(yīng)理解為沿離開在各個(gè)透鏡元件相交處產(chǎn)生的凹部的方向。因此，涂層的大小和位置可以優(yōu)化成在經(jīng)改善的串?dāng)_特性與保留 的屏亮度之間得到最佳折衷。按照本發(fā)明的第三實(shí)施例，光吸收重復(fù)圖案包括被直接施加到透鏡 元件上的基本上呈黑色的條紋。有利的是，在透鏡元件之間的凹部內(nèi)施 加黑條紋。這樣，不但可以改善透鏡的光學(xué)性能或視圖串?dāng)_，而且還可 以獲得高的精度。此外，亮度只減小與黑條紋的填充系數(shù)相應(yīng)的量，因 此使亮度降低減到最小。按照本發(fā)明的第四實(shí)施例，借助于網(wǎng)版印刷和/或噴墨印刷施加光吸 收重復(fù)圖案。因此，可以進(jìn)行高效率、精確的制造。按照本發(fā)明的第五實(shí)施例，光吸收重復(fù)圖案包括電可切換圖案。因 此，可以控制光吸收的效果。本發(fā)明的另 一個(gè)目的是通過避免透鏡元件與處在透鏡元件前的玻 璃板之間直接的光學(xué)接觸來改善自動(dòng)立體顯示設(shè)備的光學(xué)特性。這個(gè)目的是用如在以上任何一個(gè)實(shí)施例中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè) 備來實(shí)現(xiàn)的，其中光吸收重復(fù)圖案還在透鏡元件與第二表面前的玻璃板 之間提供間隙。由于間隙使微透鏡與玻璃板之間避免了直接的光學(xué)接觸，從而改善了系統(tǒng)的光學(xué)特性。這樣就減小了諸如由于抗反射涂層而引起的牛頓干 涉帶和效率降低之類的光學(xué)缺陷。本發(fā)明的又一個(gè)目的是將如在以上任何一個(gè)實(shí)施例中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備用于3D顯示和/或多視圖靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯示。


下面將只是示例性地結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明，在這些 附圖中圖1示意性地示出了按照本發(fā)明的自動(dòng)立體顯示設(shè)備的方框圖； 圖2示意性地示出了按照本發(fā)明的顯示裝置的層的一個(gè)實(shí)施例的透 視圖；圖3示意性地示出了透鏡屏結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4a)和b)分別示意性地示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透鏡 屏結(jié)構(gòu)的截面圖和局部放大圖；以及圖5a) 、 b)和c)分別示意性地示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例 的顯示裝置的層的截面圖、局部放大圖和經(jīng)修改的實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖1示意性地示出了在其中實(shí)施了本發(fā)明的自動(dòng)立體顯示設(shè)備 101。設(shè)備101能處理產(chǎn)生圖像的信號(hào)。設(shè)備101包括處理器102、存儲(chǔ) 器103、顯示裝置104、控制單元105以及接收來自諸如計(jì)算機(jī)之類的 外部設(shè)備(未示出)的信息信號(hào)的輸入/輸出單元106。關(guān)于這些單元如 何通信及工作的一般特征對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是眾所周 知的，因此不進(jìn)一步"^兌明。圖2為按照本發(fā)明的顯示裝置200的示意圖。顯示裝置200可以與 圖1所示的設(shè)備101內(nèi)的顯示裝置104類似。顯示裝置104包括光源201、 矩陣LC顯示器202和透鏡裝置203。透鏡裝置203包括用于折射從LC 顯示器202發(fā)出的光的透鏡元件204。光源201照射包括排列成行和列 的矩陣的像素205的LC顯示器202。來自光源201的光照射LC顯示器 202并通過這些透鏡元件傳播。優(yōu)選的是，透鏡裝置包括一個(gè)透鏡屏。這樣的顯示裝置的 一種配置是包括柱面透鏡或微透鏡的透鏡，這些 柱面透鏡相對(duì)垂直方向的傾斜角為atan (1/6)、水平間距為1.5個(gè)顯示像素(=標(biāo)準(zhǔn)的RGB型LCD顯示器的4.5個(gè)子像素)，其結(jié)果是，將顯 示子像素再分為9不同的子集或如觀看者所看到的視圖。圖3為諸如上面所說明的顯示裝置104和200之類的顯示裝置301 的一個(gè)小區(qū)域的示意性截面圖。顯示裝置301包括光源302和包括像素 304的LC顯示器303。如觀看者350所見，透鏡裝置305被配置在顯示 器前，包括透鏡元件306。在透鏡元件前再配置一個(gè)玻璃板307。透鏡 元件306可以包括LC材料(未示出)，而透鏡元件306與玻璃板307 之間的剩余空間可以填充以塑料材料(未示出)。圖中，涂層308直接 涂到凸透鏡的凹部上(這里用指向顯示玻璃與透鏡之間的中間玻璃板的 凸側(cè)面表示)。當(dāng)然，也可以用所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員所知的施加涂 層的其他適當(dāng)替換方案。圖4a)和b)分別示出了顯示裝置401、 411的一個(gè)小區(qū)域的示意 性截面圖和局部放大截面圖。由圖4可見，透鏡層402包括透鏡元件403、 玻璃板404和凹部405。理想的是，所生產(chǎn)的透鏡元件應(yīng)該以實(shí)質(zhì)上銳 利、清晰的角度相交，使光線在相交沿的任意一側(cè)、靠近該相交沿通過。 然而，由于生產(chǎn)原因，透鏡元件實(shí)際上具有光線406和416通過的光滑 的相交沿。圖5示出了按照本發(fā)明的顯示裝置501的一個(gè)小區(qū)域的示意性截面 圖。由圖可見透鏡層502包括透鏡元件503、玻璃板504和凹部505。 圖5a)示出了光吸收重復(fù)圖案怎樣限制光進(jìn)入某些不希望的區(qū)域。圖 5b)示出了施加了光吸收條紋507的更加詳細(xì)的視圖506。圖5c )示出 了在透鏡層502與玻璃板504之間也提供了間隙的光吸收?qǐng)D案517的詳 細(xì)一見圖。提供圖4和5中所標(biāo)的這些數(shù)字是為了讓人了解典型的測量。單位 是mm,發(fā)射表面處在縱坐標(biāo)z = 0 mm處，而觀看位置處在z =-3000 mm、 x: 500 mm處。因此，概括地說，包括光折射透鏡或微透鏡重復(fù)圖案的透鏡屏與光 吸收重復(fù)圖案一起將通過微透鏡的光限制成只在微透鏡的所希望的(通 常為中央的)部分通過。實(shí)現(xiàn)這種光阻擋特征的一種可能方式是通過網(wǎng) 版印刷或噴墨印刷將黑條紋或涂層直接施加到透鏡上。涂層的大小和位 置可以優(yōu)化成使在經(jīng)改善的串?dāng)_特性與保留的屏亮度之間得到最佳折 衷。另一種可能的方式是使用與用于2-視圖3D監(jiān)視器的可切換視差柵格相似的電可切換的圖案。如果微透鏡本身是可切換的，那么可以對(duì)光 吸收特征的位置或吸收量進(jìn)行切換是重要的。雖然就用于自動(dòng)立體顯示技術(shù)領(lǐng)域的情況對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了 一般說 明，但還可以設(shè)想，本發(fā)明還可以與立體顯示或其他顯示系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)。 此外，雖然是利用針對(duì)圖像生成的背光照明來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明的，但 是如熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員所知，也可以使用其他可選方案。所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員可以理解，本發(fā)明決不局限于上面所說明 的這些優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求書所給出的范圍內(nèi)許多修改 和變動(dòng)都是可行的。
權(quán)利要求
1.一種包括被配置成對(duì)從光源(201，302)發(fā)出的光進(jìn)行導(dǎo)向和控制的透鏡裝置(203，305，402，502)的自動(dòng)立體顯示設(shè)備(104，200，301，401，501)，所述透鏡裝置包括由透鏡元件(204，306，403，503)組成的陣列，所述透鏡元件的陣列包括面向從所述光源入射的光的第一表面和面向從自身射出的光的第二表面，所述設(shè)備還包括將通過所述透鏡元件的光限制成只在所述透鏡元件的所希望部分通過的光吸收重復(fù)圖案(507，517)，所述光吸收重復(fù)圖案是被施加到所述透鏡裝置的所述第二表面上的。
2. 如在權(quán)利要求1中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述透鏡元件 的所述部分包括透鏡元件的中央部分或區(qū)段。
3. 如在以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所 述光吸收重復(fù)圖案包括被直接施加到所述透鏡元件上的基本上呈黑色 的條紋(507)。
4. 如在權(quán)利要求3中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所述黑條紋被 施加在所述透鏡元件之間的凹部內(nèi)。
5. 如在以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中通 過網(wǎng)版印刷和/或噴墨印刷施加所述光吸收重復(fù)圖案。
6. 如在以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所 述光吸收重復(fù)圖案包括電可切換圖案。
7. 如在以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備，其中所 述的厚的光吸收重復(fù)圖案在所述透鏡元件與所述第二表面前的玻璃板 之間還提供間隙。
8. 如以上任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的自動(dòng)立體顯示設(shè)備在3D顯示 和/或多視圖靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯示中的使用。
全文摘要
揭示了一種自動(dòng)立體顯示設(shè)備(104，200，301，401，501)，其包括配置成對(duì)從光源(201，302)發(fā)出的光進(jìn)行導(dǎo)向和控制的透鏡裝置(203，305，402，502)。透鏡裝置包括由透鏡元件(204，306，403，503)構(gòu)成的陣列，所述透鏡元件陣列包括面向從所述光源入射的光的第一表面和面向從自身射出的光的第二表面。這種設(shè)備還包括將通過所述透鏡元件的光限制成只在所述透鏡元件的所希望的部分通過的光吸收重復(fù)圖案(507，517)，所述光吸收重復(fù)圖案施加在所述透鏡裝置的所述第二表面上。還揭示了將這種自動(dòng)立體顯示設(shè)備用于3D顯示和/或多視圖靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯示的情況。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101278566SQ200680036946
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月4日
發(fā)明者A·J·范達(dá)爾夫森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司