CN102077601B - 自动立体显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种自动立体显示设备，包含与图像形成装置对齐的视图形成模块。该图像形成装置具有在空间上由不透明矩阵限定的显示像素的正交阵列。该视图形成模块提供至少两种光学功能，即视图形成功能和亮度不均匀性减小功能。该视图形成功能调整显示像素的输出的方向，使得各组显示像素的输出在各自不同方向上作为多个视图被投射。该视图形成功能是由横过视图形成模块布置且具有第一节距的平行的柱镜透镜的阵列提供。该亮度不均匀性减小功能扩展显示像素的输出，使得通过成像不透明矩阵导致的亮度不均匀性减小。该亮度不均匀性减小功能限定横过视图形成模块的比第一节距小的第二节距，以及在垂直于视图形成元件的轴的平面内进一步限定一有效扩展角度，该有效扩展角度基本上等于或小于由视图形成功能投射的相邻视图之间的角度。该亮度不均匀性减小功能是由透镜阵列或漫射器提供。对于透镜阵列的情形，这些透镜可以与具有多边形截面的透镜形式的、提供视图形成功能的柱镜透镜集成。

Description

自动立体显示设备
技术领域
本发明涉及一种自动立体显示设备，该自动立体显示设备包含图像形成装置（例如，具有显示像素的阵列的显示面板）和视图形成装置。该视图形成装置为视图形成元件的阵列或者可配置成作为视图形成元件的阵列，该视图形成元件的阵列布置在图像形成装置之上，显示像素通过该视图形成装置被观看到。本发明还涉及一种自动立体成像方法。
背景技术
已知的自动立体显示设备描述于GB2196166A。此已知装置包含具有显示像素的行和列阵列的二维发射液晶显示面板作为图像形成装置以产生显示。相互平行地延伸的细长柱镜透镜阵列位于显示像素阵列之上并作为视图形成装置。来自显示像素的输出被投射通过这些柱镜透镜，所述透镜起到调整输出的方向的作用。
柱镜透镜是作为元件片提供的，其每一个包含细长的半圆柱形透镜元件。柱镜透镜沿显示面板的列方向延伸，每个柱镜透镜位于对应一组的两个或更多个相邻显示像素列之上。每个透镜的焦点与由显示像素阵列限定的平面吻合。
在例如每个柱镜透镜与两列显示像素关联的布置中，每一列中的显示像素提供各自的二维子图像的垂直片段。柱镜片将这两个片段以及来自与其它柱镜透镜关联的显示像素列的相应片段投射到定位在该片前方的用户的左眼和右眼，使得用户观察到单个立体图像。
在其它布置中，每个柱镜透镜与沿行方向的一组三个或更多个相邻显示像素相关联。每一组中相应的显示像素列被恰当地布置以提供来自各自的二维子图像的垂直片段。当用户的头从左移动到右时，观察到一系列连续的、不同的立体视图，建立了例如环视印象。
上述自动立体显示设备产生具有良好亮度水平的显示。然而，与该设备关联的问题在于，由柱镜片投射的视图被暗区所分离，该暗区是由“成像（imaging）”不发光的黑矩阵导致的，所述不发光的黑矩阵典型地限定显示像素阵列。作为以横过显示器分隔开的暗垂直带形式的亮度不均匀性，这些暗区容易被用户观察到。当用户从左到右移动时，所述带横过显示器移动，以及当用户朝向或者离开显示器移动时，所述带的节距改变。
已经提出许多方法用以减小不均匀性的幅度。例如，可以通过将柱镜透镜相对于显示像素阵列的列方向倾斜成锐角的公知技术来减小不均匀性的幅度。然而，将通过成像黑矩阵而引入的强度调制深度减小至低于1%仍是困难的，在该水平下不均匀性对于用户而言仍是可感知的并且分散其注意力。
JP03194588A（日本电报电话公司）公开了一种自动立体显示设备，其中柱镜透镜阵列提供视图形成功能并布置在像素化显示器之上。通过将透镜的焦面置于像素化显示器前方而使透镜散焦，由此减小通过对限定像素的矩阵成像所导致的亮度不均匀性。在透镜的焦面处提供漫射层以消除像素输出的任何指向性，由此进一步减小亮度不均匀性。
发明内容
还已经发现在上面描述的设备中通过成像黑矩阵而引入的强度调制深度作为柱镜透镜的聚焦能力的函数而改变。一般而言，通过增大设备中透镜的焦距而使它们散焦导致通过成像黑矩阵而引入的强度调制深度的减小。然而，使透镜散焦也引起由柱镜透镜投射的视图之间的一些串扰，这对于用户感知到的三维效应是有害的。
根据本发明的第一方面，提供了一种自动立体显示设备，包含：具有显示像素的正交阵列用于产生显示的图像形成装置，该显示像素在空间上由不透明矩阵限定；以及布置在该图像形成装置之上且与该图像形成装置对齐布置的视图形成模块，该视图形成模块提供至少两种光学功能，即视图形成功能和亮度不均匀性减小功能，
其中视图形成功能调整显示像素的输出的方向，使得各组显示像素的输出在各自不同方向上作为多个视图被投射，该视图形成功能是由横过视图形成模块布置且具有第一节距的平行的视图形成元件的阵列提供，
以及其中亮度不均匀性减小功能扩展显示像素的输出，使得否则将通过成像不透明矩阵导致的亮度不均匀性减小，该亮度不均匀性减小功能限定横过视图形成模块的第二节距，该第二节距为零或者比第一节距小，以及该亮度不均匀性减小功能在垂直于视图形成元件的轴的平面内进一步限定一有效扩展角度，该有效扩展角度不大于当不存在该亮度不均匀性减小功能时，在由视图形成功能投射的相邻视图之间将存在的角度的1.5倍。
表述“有效扩展角度”是指一旦输出已经由视图形成模块发射时（即，在空气中）所测量的显示像素的输出被扩展（即，被分散）的角度。由亮度不均匀性减小功能限定的实际扩展角度将依赖于在其中提供该功能的材料的折射率。实际扩展角度还将依赖于亮度不均匀性减小功能是在视图形成功能之前还是之后被提供。例如，如果亮度不均匀性减小功能是在视图形成功能之前被提供，实际扩展角度大于有效扩展角度。如果亮度不均匀性减小功能是在视图形成功能之后被提供或者如果所述功能是在同一光学界面处被提供，实际扩展角度等于有效扩展角度。
有效扩展角度优选地不大于当不存在该亮度不均匀性减小功能时，在由视图形成功能投射的相邻视图之间将存在的角度的1.3倍以及最优选地不大于1.1倍。
已经发现，通过扩展（即，分散）显示像素的输出，以由此“闭合（close）”相邻视图之间的暗带，可以减小自动立体显示设备中通过成像不透明矩阵导致的亮度不均匀性。再者，已经发现，当提供扩展功能的装置具有比视图形成元件的节距小的节距时，该扩展技术在减小该不均匀性方面是更有效的。
本发明特别适于其中视图形成元件为柱镜透镜的视图形成模块。在实践中已经发现，在一观看角度范围之上，柱镜透镜的焦点限定一弯曲表面。在其中柱镜透镜只是被散焦以减小亮度不均匀性的已知自动立体显示设备中，对于法向（垂直）光的焦点通常置于由显示像素限定的平面后面，但是对于非法向光（对应于更大的观看角度）的焦点将与该平面吻合。结果，在法向观看角度及附近，而不是在更大的观看角度，有效地抑制了亮度不均匀性。
与例如仅仅使柱镜透镜散焦相反，通过扩展（即，分散）节距小于柱镜透镜的节距的显示像素的输出（藉此扩展功能的节距等于柱镜透镜的节距），亮度不均匀性减小功能有效地与视图形成功能解耦，且亮度不均匀性因此可以横过宽的观看角度范围被抑制。尽管一些观看角度依存效应可能保留，这些效应被显著地减小。
此外，就光学部件的尺寸公差方面而言，这种布置可以更鲁棒，因为亮度不均匀性减小功能的有效扩展角度的小误差不会明显地影响显示设备的自动立体表现，该表现依赖于视图形成功能。
在其中视图形成元件的阵列为柱镜透镜的第一阵列的实施例中，透镜可以布置成用于相对于显示像素的列方向倾斜，以由此进一步减小亮度不均匀性。
图像形成装置可以是包含背光用以产生发射显示器的液晶显示面板。可替换地可以使用其它类型的发射显示面板。
在垂直于视图形成元件的轴的平面内的亮度不均匀性减小功能的有效扩展角度可以基本上等于当不存在该亮度不均匀性减小功能时，在由视图形成功能投射的相邻视图之间将存在的角度。有效扩展角度“基本上等于”相邻视图之间将存在的角度的表述是指，特别地会要求有效扩展角度是在当不存在该亮度不均匀性减小功能时，在由视图形成功能投射的相邻视图之间将存在的角度的0.5至1.5倍，优选地0.7至1.3倍，且最优选地0.9至1.1倍的范围内。按此方式，由视图形成功能投射的视图之间的串扰可以减小至可接受水平，该串扰对于用户感知的三维效应是有害的。
在实施例中，由提供视图形成功能的柱镜透镜的第一阵列限定的弯曲焦面每一个可以在与对于非法向光的焦点对应的位置处与由显示像素阵列限定的平面相交。按此方式，由弯曲焦面导致的不可避免的焦点变化以及所得到的串扰可以横过大的观看角度范围被扩展。在其它实施例中，弯曲焦面每一个可以在与对于法向光的焦点对应的位置处与由显示像素阵列限定的平面相交。按此方式，以在更大观看角度处更大的串扰为代价，可以使在法向观看角度及附近的串扰最小化。
在第一组实施例中，亮度不均匀性减小功能可以由横过视图形成模块布置且具有第二节距的平行透镜（例如微柱镜透镜）的第二阵列提供。
第二阵列的透镜可具有第二节距，该第二节距不大于第一阵列的透镜的第一节距的一半，且优选地不大于第一节距的三分之一。一般而言，具有更小节距的透镜更容易制作，但是具有更大节距的透镜提供了改进的功能表现。
透镜的第二阵列可以被提供在与第一阵列的光学界面不同的光学界面处，例如在不同的衬底表面中。
可替换地，提供视图形成功能和亮度不均匀性减小功能这二者的透镜的第一阵列和第二阵列集成在同一光学界面中，使得视图形成功能和亮度不均匀性减小功能是由在同一光学界面处的折射提供。
这种情况下，对应于第一阵列的每个透镜的光学界面可包含限定多边形透镜表面的多个平坦面，平坦面的每一个对应于第二阵列的透镜。平坦面的数目可以等于由自动立体显示设备提供的视图的数目。平坦表面的数目N micro-lens 可以选择为略微小于N views 。不希望受理论约束，给出最小亮度不均匀性的平坦表面的数目可以由下式给出：
Figure 535484DEST_PATH_IMAGE001
其中△n为在透镜表面两侧的材料的折射率差，p L 为多边形透镜的节距，RL为第一透镜阵列的曲率半径以及λ为所使用的光的波长。
在实际情形中，整个波长范围是由该显示器发射，但是λ的良好平均值为550nm。对于实际设计，该方程的结果N micro-lens 可以取整为任何一个最接近上述方程的结果的整数；（所述整数一个大于该结果且另一个小于该结果。优选地，该结果取整为最接近的整数。这具有的优点为，可能干扰该布置和该显示器的功能的衍射效应被考虑在内。
在实施例中，第二微透镜阵列的透镜的曲率半径是这样的，当第二透镜阵列通过与第一阵列叠加而被集成时，对应于第一阵列的每个透镜的光学界面可包含平坦和/或不平坦的多个面并且/或者具有相等或不相等的节距或宽度。
在实施例中，微透镜阵列的平行透镜的一个或多个光轴相对于第一透镜阵列的透镜的一个或多个光轴倾斜。小面（facet）因而可以相对于柱镜透镜的光轴倾斜。
在一实施例中，柱镜阵列和微透镜阵列可具有光轴在长的方向上的半圆柱形透镜。
在一实施例中，可以存在多个微透镜阵列，所述阵列具有节距不同的透镜。可替换地，可以存在仅仅一个第二透镜阵列，其为多个微透镜阵列的集成。
在第二组实施例中，亮度不均匀性减小功能可以由光漫射器提供。光漫射器一般可被认为具有零节距。
光漫射器可以是配置成通过在其表面或界面处的折射提供漫射的表面光漫射器，或者可替换地可以是配置成通过光的散射提供漫射的散射光漫射器。合适的表面漫射器包含全息漫射器、微漫射器和工程漫射器，它们的设计和制造将为本领域技术人员所知晓。
光漫射器可以布置成基本上仅仅在垂直于视图形成元件的轴的平面内扩展显示像素的输出。按此方式，可以避免在平行于视图形成元件的轴的方向上不必要的模糊。
可替换地，光漫射器可以布置成在第一和第二垂直平面内以不同扩展角度扩展显示像素的输出。光漫射器接着可以相对于视图形成元件的阵列旋转，使得第一和第二垂直平面与视图形成元件的轴限定一锐角。按此方式，可以调整在垂直于视图形成元件的轴的平面内扩展的量。
根据本发明第二方面，提供一种自动立体成像方法，该方法包含：
利用显示像素的正交阵列形成图像，显示像素在空间上由不透明矩阵限定；以及
利用布置在显示像素的阵列之上且横过显示像素的阵列布置的平行的视图形成元件的阵列，将该图像形成为在各自不同方向上被投射的多个视图，视图形成元件调整来自显示像素的输出的方向，视图形成元件具有第一节距，
其中显示像素的输出附加地被扩展，使得否则将由该视图形成元件通过成像不透明矩阵导致的亮度不均匀性减小，扩展功能限定比第一节距小的第二节距，且扩展功能在垂直于视图形成元件的轴的平面内进一步限定一有效扩展角度，该有效扩展角度不大于当不存在附加扩展时，在由视图形成元件投射的相邻视图之间将存在的角度的1.5倍。
在垂直于视图形成元件的轴的平面内，亮度不均匀性减小功能的有效扩展角度可以基本上等于当不存在该附加扩展时，在由视图形成元件投射的相邻视图之间将存在的角度。
平行的视图形成元件的阵列可以是平行的柱镜透镜的第一阵列。
亮度不均匀性减小功能可以由透镜（例如柱镜微透镜）的第二阵列提供，且第一和第二阵列可以集成在同一光学界面中或者可以提供在各自不同光学界面中。
可替换地，亮度不均匀性减小功能可以由光漫射器提供。光漫射器一般可可被认为具有零节距。
光漫射器可以布置成基本上仅仅在垂直于视图形成元件的轴的平面内扩展显示像素的输出。按此方式，可以避免在平行于视图形成元件的轴的方向上不必要的模糊。
可替换地，光漫射器可以布置成在第一和第二垂直平面内以不同扩展角度扩展显示像素的输出。按此方式，可以调整在垂直于视图形成元件的轴的平面内扩展的量。
附图说明
本发明的实施例现在将参考附图仅仅通过实例的方式予以描述，在附图中：
图1为自动立体显示设备的示意性透视图；
图2为用于解释图1中所示显示设备的操作模式的示意性截面视图；
图3A、3B和3C为用于解释用以减小图1所示显示设备的输出中的亮度不均匀性的技术的图示；
图4A和4B为用于解释如何可以减小图1所示显示设备的输出中的亮度不均匀性的另外图示；
图5A为示出对于一观看角度范围，另一自动立体显示设备的柱镜透镜的焦点的示意性截面视图，以及图5B、5C和5D为用于解释焦点对自动立体显示设备的操作的影响的图示；
图6为示出对于图5A至5D涉及的自动立体显示设备，亮度不均匀性作为观看角度的函数的曲线；
图7为示出根据本发明的第一自动立体显示设备的示意性截面视图；
图8为示出根据本发明的第二自动立体显示设备的示意性截面视图；
图9为示出根据本发明的第三自动立体显示设备的示意性截面视图；
图10为示出根据本发明的第四自动立体显示设备的示意性截面视图；
图11为示出对于图7至10所示根据本发明的自动立体显示设备，亮度不均匀性作为观看角度的函数的曲线；
图12为示出根据本发明的第五自动立体显示设备的示意性截面视图；
图13为示出对于图12所示根据本发明的第五自动立体显示设备，亮度不均匀性作为观看角度的函数的曲线；
图14A和14B为用于解释对图12所示根据本发明的第五自动立体显示设备的调整的图示；
图15A、15B和15C示出为了抵消莫尔条纹（moiré）的两个微透镜阵列的截面，其中图15A表示两个分离的微透镜阵列，图15B表示与图15A中相同的两个微透镜阵列，但是集成在一个微透镜阵列中，以及图15C表示柱镜，或者图15A或者图15B的微透镜阵列集成在柱镜透镜中；
图16表示基于在子像素化显示面板前方的倾斜柱镜的15个视图的3D显示器的前视图；
图17示出对于具有或不具有微透镜以及在确定微透镜或小面的数目时考虑或不考虑衍射的基于图16的各种显示器，显示器光的强度作为观看角度的函数；
图18示出对于微透镜和平坦小面的数目是将衍射考虑在内来确定以及微透镜或平坦小面的宽度不相等或相等的基于图16的各种显示器，显示器光的强度作为观看角度的函数；
图19A和19B分别在单个视图中示出对于在组合时形成不平坦小面的柱镜与微透镜阵列的组合的强度的角度分布，以及具有和不具有微透镜阵列的两个微透镜阵列的截面；
图20示出微透镜阵列的许多可替换布局；
图21A、21B和21C为用于解释根据本发明的第六自动立体显示设备的图示。
具体实施方式
本发明提供了这种类型的多视图自动立体显示设备，其具有图像形成装置和视图形成模块。该设备还具有驱动装置，该驱动装置布置成使用用于多个视图的视频数据来驱动该图像形成装置。
该图像形成装置具有显示像素阵列用于产生显示，显示像素在空间上由不透明矩阵限定。
该视图形成装置与图像形成装置对齐布置并且提供至少两种光学功能，即视图形成功能和亮度不均匀性减小功能。
该视图形成功能调整显示像素的输出的方向，使得各组显示像素的输出在各自不同方向上作为多个视图被投射。该视图形成功能由横过视图形成模块布置且具有第一节距的平行的视图形成元件的阵列提供。
该亮度不均匀性减小功能扩展显示像素的输出，使得通过成像不透明矩阵导致的亮度不均匀性减小。该亮度不均匀性减小功能限定横过视图形成模块的比第一节距小的第二节距，以及在垂直于视图形成元件的轴的平面内进一步限定一有效扩展角度，该有效扩展角度基本上等于或小于由视图形成功能投射的相邻视图之间的角度。
图1为已知多视图自动立体显示设备1的示意性透视图。该已知设备1包含充当图像形成装置以产生显示的有源矩阵类型的液晶显示面板3。
显示面板3具有按行和列布置的显示像素5的正交阵列。为了清楚起见，只有少数显示像素5示于图中。在实践中，显示面板3可包含大约一千行和数千列的显示像素5。
液晶显示面板3的结构完全是常规的。特别地，面板3包含一对分隔开的透明玻璃衬底，对准扭曲向列或其它液晶材料被提供在这对分隔开的透明玻璃衬底之间。衬底在它们相面对的表面上载有透明铟锡氧化物（ITO）电极的图案。偏振化层也被提供在该衬底的外表面上。
每个显示像素5包含位于衬底上的相对电极，居间液晶材料位于所述相对电极之间。显示像素5的形状和布局由电极的形状和布局以及设于面板3前方的黑矩阵布置决定。显示像素5通过间隙相互等间距分隔开。
每个显示像素5与诸如薄膜晶体管（TFT）或薄膜二极管（TFD）的切换元件关联。通过提供寻址信号到切换元件来操作显示像素以产生显示，且本领域技术人员将知晓合适的寻址方案。
显示面板3由光源7照射，这种情况下光源7包含在显示像素阵列的区域之上延伸的平面背光。来自光源7的光被引导穿过显示面板3，单独的显示像素5被驱动以调制光并产生显示。
显示设备1还包含布置在显示面板3的显示侧之上的柱镜片9，该柱镜片9执行视图形成功能。柱镜片9包含在显示面板3的列方向上相互平行地延伸的一行柱镜透镜11，为了清楚起见，仅一个柱镜透镜11以夸大的尺寸示出。柱镜透镜11具有与显示面板3的平面近似吻合的焦点并且充当视图形成元件以执行视图形成功能。
柱镜透镜11为凸圆柱形元件的形式，且它们充当光输出引导装置，以从显示面板3提供不同图像或视图到定位于显示设备1前方的用户的眼睛。
图1中示出的自动立体显示设备1能够在不同方向提供若干不同透视图。特别地，每个柱镜透镜11在每一行中位于一小组显示像素5之上。柱镜透镜11沿不同方向投射一组的每个显示像素5，从而形成若干不同视图。当用户的头从左到右移动时，他/她的眼睛将依次接收到所述若干视图的不同视图。
图2示出如上所述的柱镜类型成像布置的操作原理，并示出光源7、显示面板3和柱镜片9。该布置提供三个视图201、202和203，每一个视图沿不同方向投射。显示面板3的每个像素使用用于一个特定视图的信息来驱动。
上述自动立体显示设备产生具有良好亮度水平的显示。然而，与这种设备关联的问题在于，由柱镜片9投射的视图被通过成像不发光的黑矩阵而导致的暗区所分离，该不发光的黑矩阵限定显示像素阵列。作为以横过显示器分隔开的暗垂直带形式的亮度不均匀性，这些暗区容易被用户观察到。当用户从左到右移动时，所述带横过显示器移动，以及当用户朝向或者离开显示器移动时，所述带的节距改变。在具有高比例的其显示器区域作为黑矩阵的设备中，诸如在针对移动应用设计的高分辨率显示器中，所述带特别成问题。
通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性在图3A中予以说明，该图示出对于图1和2所示显示设备，亮度强度相对于观看角度的一般化曲线。上面的曲线示出单独视图301的贡献，所述贡献的每一个具有夹在通过成像黑矩阵导致的暗带之间的恒定亮度强度，所述带的每一个具有零亮度强度。视图和暗带之间的转变是台阶转变。下面的曲线302示出单独视图的贡献的累积效应，也就是横过显示器前方移动的用户观察到的亮度水平。从下面的曲线可以看出，亮度强度存在明显调制。
已经提出许多方法用以减小不均匀性的幅度。例如，可以通过将柱镜透镜11相对于显示像素阵列的列方向倾斜成锐角的公知技术来减小不均匀性的幅度。在图3B中说明所得到的亮度不均匀性。在该图中，上面的曲线303再次示出夹在通过成像黑矩阵导致的暗带之间的单独视图的贡献。可以看出视图和暗带之间的转变是逐渐的，亮度强度以恒定速率改变。下面的曲线304示出单独视图的贡献的累积效应，且可以看出通过成像黑矩阵引入的强度调制深度明显减小。然而，仍然难以将该强度调制深度减小为低于1%，在该水平下不均匀性对于用户而言仍是可感知的并且分散其注意力。
尽管使柱镜透镜11倾斜的技术可以用于减小通过成像黑矩阵导致的所感知的亮度不均匀性，进一步明显减小可以有利地通过使柱镜透镜11散焦来实现。根据这种技术，柱镜透镜11的焦距被延伸，使得它们的焦点位于显示面板3的平面后面。所得到的亮度不均匀性在图3C中予以说明。在上面的曲线305中，可以看出视图和暗带之间的转变是逐渐的，强度以变化的速率改变。下面的曲线306示出单独视图的贡献的累积效应，且可以看出通过成像黑矩阵引入的强度调制深度几乎完全消除。
通过使柱镜透镜11散焦获得的亮度不均匀性的进一步减小是以在视图之间引入一些串扰为代价的，该串扰对于所感知的该设备的三维表现是有害的。这种串扰通常在柱镜透镜11散焦时增大。
图4A示出上述类型的自动立体显示设备，其中柱镜透镜11已经被倾斜和散焦以使所感知的通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性最小化。对于理想的柱镜透镜11，可以通过延伸柱镜透镜的焦距而使亮度不均匀性最小化，从而以区块函数提供（远场）角度分布的折叠，该函数具有的宽度等于由透镜投射的相邻视图之间的角度的多倍。为了将串扰维持在可接受的低水平，选择宽度等于由透镜投射的相邻视图之间的角度φ的区块函数，如图4B所示。
如在图4A中可以看出，柱镜透镜11的散焦用于扩展或展宽与每个视图相对应的显示像素5的输出，以由此消除通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性。
已经发现，在实践中，上面参考图4A和4B描述的布置仅仅对于在法向（垂直）观看角度处及附近的观看角度在减小亮度不均匀性方面是有效的。在更大的观看角度，亮度不均匀性趋于再次增大到分散用户注意力的水平。这种观看角度依存效应的起因现在将参考图5A至5D进行解释。
图5A为示出对于一观看角度范围，上面参考图4A和4B描述的自动立体显示设备的柱镜透镜11的焦点的示意性截面视图。对于准直光，实际透镜设计的焦距随光的入射角而改变。因而，在实践中透镜11的焦点限定弯曲的“焦面”13，如该图中所示。
在法向观看角度，透镜11被散焦，使得焦点15位于显示面板3的平面后面。特别地，焦点15布置成以便以区块函数提供角度分布的折叠，该区块函数具有的宽度等于由透镜11投射的相邻视图之间的角度φ。该函数在图5B中予以说明，且与上面参考图4A和4B解释的函数相同。因而，在法向观看角度及附近，通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性几乎完全消除，且调制深度为如图3C所示。
在某个更大的观看角度，透镜11的焦点17基本上与显示面板3的平面吻合。在此观看角度，焦点17基本上不提供角度分布的折叠，如图5C中所示的窄区块函数所说明。因而，在该观看角度及附近，通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性几乎不减小，且调制深度与图3B中示出的调制深度相似。
在某个甚至更大的观看角度，透镜11的焦点19位于显示面板3的平面的前方。在此观看角度，焦点19提供明显的角度分布的折叠，如图5D中示出的区块函数所说明。因而，在该观看角度及附近，通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性几乎完全消除，且调制深度基本上为零，如图3C中所示。
图6为示出对于图5A至5D涉及的自动立体显示设备，亮度不均匀性作为观看角度的函数的曲线。下面的曲线601示出夹在通过成像黑矩阵导致的暗带之间的单独视图的单独亮度强度贡献。上面的曲线602示出单独视图的贡献的累积效应，也就是横过显示器前方移动的用户观察到的亮度水平。从上面的曲线可以看出，强度调制深度在法向观看角度及附近低，但是在10°至35°范围的观看角度增大到明显的且分散注意力的水平。在大于35°的观看角度，强度调制深度返回到更低水平。
因而，即使自动立体显示设备的柱镜透镜11可以被散焦以使亮度不均匀性最小化，基本通过延伸透镜11的焦距，对于实际应用仍将存在这样的观看角度范围，其中对于该观看角度范围，柱镜透镜11将基本上焦点对准且因此亮度不均匀性对于用户而言将是明显的且分散注意力。
本发明认识到这个问题并通过提供一种亮度不均匀性减小功能来解决这个问题，根据该功能，显示像素的输出被扩展（即，被分散）从而“闭合”通过成像黑矩阵导致的暗带。亮度不均匀性减小功能限定一节距，该节距小于提供视图形成装置的柱镜透镜的节距。按此方式，视图形成功能和亮度不均匀性减小功能可以解耦，且对于大的观看角度范围，对应于不同视图的显示像素的输出可以被充分扩展，以由此使通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性最小化。
图7为示出根据本发明的第一自动立体显示设备101的示意性截面视图。参考该图，根据本发明的第一设备101在总体结构上类似于上面参考图1和2描述的设备1。因而，设备101包含执行图像形成功能的显示面板103、用于显示面板103的光源（未示出）以及执行视图形成功能的柱镜片。特别地，显示面板103和光源与如上所述相同。
图7中示出的设备101也类似于上面参考图4A至5D描述的设备。因而，设备101的柱镜透镜111相对于显示面板103的列方向倾斜成锐角。柱镜透镜111与参考图4A至5D描述的设备1的柱镜透镜不同在于，它们的焦点（对于法向入射准直光）与显示面板103的平面吻合，也就是说透镜111设计成焦点对准。因而，透镜的焦距（对于法向入射准直光）f lens 等于显示面板103和柱镜片109的平面之间的间距d lens 。
图7中示出的设备101与参考图4A至5D描述的设备1不同之处还在于：它附加地包含形成在玻璃衬底123上用于提供亮度不均匀性减小功能的全息漫射器121。全息漫射器121布置在柱镜片109之上且与柱镜片109对齐，使得玻璃衬底123背向柱镜片109。
全息漫射器121和玻璃衬底123一起被配置，使得它们以理想的区块函数扩展（即，分散）由柱镜片109投射的显示像素的输出。特别地，在垂直于柱镜透镜的轴的平面内全息漫射器121和玻璃衬底123的有效扩展角度φ d 被配置成等于由柱镜片109投射的相邻视图之间的角度φ。全息漫射器121的实际扩展角度
Figure 417989DEST_PATH_IMAGE002
为φ除以玻璃衬底123的折射率n。
显示像素的输出的这种扩展使通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性最小化，而同时将串扰限制在可接受水平。因为由全息漫射器121提供的亮度不均匀性减小功能不依赖于观看角度，或者仅仅轻微地依赖于观看角度，对于大的观看角度范围，亮度不均匀性被最小化。
全息漫射器121和玻璃衬底123也配置成使得它们以在平行于柱镜透镜的轴的平面内基本上没有扩展的方式传输由柱镜片109投射的显示像素的输出。按此方式，可以避免视图的不必要的模糊。
合适的全息漫射器的设计和制造将为本领域技术人员所熟知。
图8为示出根据本发明的第二自动立体显示设备201的示意性截面视图。参考该图，除了下述之外，根据本发明的第二设备201具有与参考图7描述的第一设备101相同的结构：亮度不均匀性减小功能是由夹置在一对玻璃衬底223a、223b之间的全息漫射器221提供，所述全息漫射器221和玻璃衬底223a、223b被提供在显示面板203和柱镜片209之间。
图8中示出的第二设备201也按与参考图7描述的第一设备101相似的方式操作。然而，为了使亮度不均匀性最小化，通过全息漫射器221对显示像素的输出的扩展是在通过柱镜片209在不同方向上投射输出之前发生的。
因而，在垂直于柱镜透镜的轴的平面内全息漫射器221和玻璃衬底223a、223b的有效扩展角度φ d 再次配置成等于由柱镜片109投射的相邻视图之间的角度φ。假设显示像素和全息漫射器221之间以及全息漫射器221和柱镜片209之间是均匀介质，全息漫射器121的实际扩展角度
Figure 3429DEST_PATH_IMAGE003
由下述方程给出：
其中n为均匀玻璃介质的折射率，d lens 为显示面板203和柱镜片209的平面之间的间距，以及d diff 为显示面板203和全息漫射器221的平面之间的间距。
图9为示出根据本发明的第三自动立体显示设备301的示意性截面视图。参考该图，除了下述之外，根据本发明的第三设备301具有与第一参考图7描述的第一设备101相同的结构：亮度不均匀性减小功能是由在玻璃衬底323上形成的密堆积柱镜微透镜321的阵列提供。微透镜321的阵列布置在柱镜片309之上且与柱镜片309对齐，使得玻璃衬底323背向柱镜片309。
微透镜321的阵列形成为具有节距p micro-lens 的一片柱镜微元件，节距p micro-lens 为柱镜片309的柱镜元件的节距的非常小的份额。特别地，36个微透镜位于柱镜片309的每个透镜之上。
微透镜321的阵列和玻璃衬底323配置成以理想的区块函数扩展由柱镜片309投射的显示像素的输出。特别地，在垂直于柱镜透镜的轴的平面内，微透镜321的阵列和玻璃衬底323的有效扩展角度φ d 配置成等于由柱镜片309投射的相邻视图之间的角度φ。微透镜321的阵列的实际扩展角度
Figure 462540DEST_PATH_IMAGE003
为φ d 除以玻璃衬底323的折射率n。
微透镜可具有正或负焦距f micro-lens ，并且满足下述要求：
Figure 883157DEST_PATH_IMAGE005
。
显示像素的输出的扩展使通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性最小化，而同时将串扰限制在可接受水平。因为由微透镜321的阵列提供的亮度不均匀性减小功能不依赖于观看角度，或者仅仅轻微依赖于观看角度，对于大的观看角度范围，亮度不均匀性被最小化。
微透镜321的阵列和玻璃衬底323也配置成使得它们以在平行于柱镜透镜的轴的平面内基本上没有扩展的方式传输由柱镜片309投射的显示像素的输出。按此方式，可以避免视图的不必要的模糊。
图10为示出根据本发明的第四自动立体显示设备401的示意性截面视图。参考该图，除了下述之外，根据本发明的第四设备401具有与参考图9描述的第三设备301相同的结构：提供亮度不均匀性减小功能的微透镜421的阵列布置在显示面板403和柱镜片409之间。
图10中示出的第四设备401也按与参考图9描述的设备301相似的方式操作。然而，为了使亮度不均匀性最小化，通过微透镜421的阵列对显示像素的输出的扩展是在通过柱镜片409在不同方向上投射输出之前发生的。
因而，在垂直于柱镜透镜的轴的平面内微透镜421的阵列的有效扩展角度φ d 再次配置成等于由柱镜片109投射的相邻视图之间的角度φ。微透镜421的阵列的实际扩展角度针对下述二者被补偿：玻璃衬底423的折射率n以及亮度不均匀性减小功能是在视图形成功能之前被提供这样的事实。
图11为示出对于参考图7至10描述的自动立体显示设备，亮度不均匀性作为观看角度的函数的曲线。下面的曲线1101示出夹在通过成像黑矩阵导致的暗带之间的单独视图的单独亮度强度贡献。上面的曲线1102示出单独视图的贡献的累积效应，也就是横过显示器前方移动的用户观察到的亮度水平。从上面的曲线可以看出，强度调制深度有利地跨过大的观看角度范围被最小化，该观看角度范围包括10°至35°的观看角度范围。
图12为示出根据本发明的第五自动立体显示设备501的示意性截面视图。参考该图，除了下述之外，根据本发明的第三设备501具有与参考图7描述的第一设备101相同的结构：亮度不均匀性减小功能和视图形成功能在同一光学界面被提供。
特别地，提供亮度不均匀性减小功能且具有第二节距的第二透镜阵列被合并到提供视图形成功能且具有比第二节距大的第一节距的第一透镜阵列中。对于这种布置，使用简单的几何光学可以导出下述近似：
其中R micro-lens 为第二阵列的透镜的半径，N micro-lens 为每个第一阵列透镜的第二阵列透镜的数目，R为第一阵列的透镜的半径以及N views 为由该设备提供的视图的数目。
如果N micro-lens 选择为等于N views ，则第一和第二阵列的透镜的半径R、R micro-lens 相同。所得到的几何结构在图12中予以说明，该图示出提供视图形成功能和亮度不均匀性减小功能这二者的基本上多边形透镜521的单一阵列。每个多边形透镜521的每个平坦表面522对应于第二阵列的透镜，该阵列提供亮度不均匀性减小功能。设备501提供5个视图。
通过平坦表面来扩展显示像素的输出使通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性最小化，而同时将串扰限制在可接受水平。因为由多边形透镜521的阵列提供的亮度不均匀性减小功能不依赖于观看角度，或者仅仅轻微依赖于观看角度，对于大的观看角度范围，亮度不均匀性被最小化。
在某些情形中，简单几何光学不足以准确地确定所需要的平坦表面的数目N micro-lens ，且衍射效应必需考虑在内。这样做时，平坦表面的数目N micro-lens 可以选择为略小于N views 。不希望受理论约束，给出最小亮度不均匀性的平坦表面的数目可以由下式给出：
Figure 128828DEST_PATH_IMAGE001
其中△n=n1-n2为透镜表面两侧上材料的折射率n1和n2之差，p L 为多边形透镜的节距，以及λ为所使用的光的波长且RL为第一透镜的曲率半径。
在实际情形中，整个波长范围是由该显示器发射，但是出于上述计算的目的，λ的良好平均值为550nm。可替换地，用于该计算的波长为用于显示器的光的光谱的边界之一。对于实际设计，该方程的结果N micro-lens 可以取整为或者比结果值高或者比结果值低的最接近的整数。优选地，该结果被取整为最接近的整数。作为实用指南，当分母中的模值大于约0.1时，使用上述计算来设计显示器。
多边形透镜521的阵列也被配置为使得其以在平行于第一透镜阵列的轴的平面内基本上没有扩展的方式传输由柱镜片509投射的显示像素的输出。按此方式，可以避免视图的不必要的模糊。
图13为示出对于图12所示的根据本发明的第五自动立体显示设备501，亮度不均匀性作为观看角度的函数的曲线。
下面的曲线1301示出夹在通过成像黑矩阵导致的暗带之间的单独视图的单独亮度强度贡献。上面的曲线1302示出单独视图的贡献的累积效应，也就是横过显示器前方移动的用户观察到的亮度水平。从上面的曲线可以看出，强度调制深度有利地跨过大的观看角度范围被最小化，该观看角度范围包括10°至35°的观看角度范围。
图14A和14B为用于解释对图12所示的根据本发明第五自动立体显示设备的调整的图示。这些图示出包络曲线，多边形透镜的几何形状由所述包络曲线限定。包络曲线为圆的片段，不过也可以提供非圆形包络曲线。通过在固定间隔p sample 处对包络曲线进行采样来限定多边形透镜的几何形状。在一优选实施例中，下述关系成立：
其中p lens 为多边形透镜的节距，n为正整数，以及N views 为由该设备提供的视图的数目。
在一些实施例中，相邻包络曲线之间的交点限定多角形透镜的采样点，如图14A所示。在其它实施例中，采样点与相邻包络曲线之间的交点不吻合，如图14B所示。
在根据本发明的第六实施例中，一种设备具有不是一个而是多于一个附加微透镜阵列的组合用以提供亮度不均匀性功能。例如可存在两个微透镜阵列。
在图15A的具体实例中，根据本发明的设备具有两个微透镜阵列1501和1502，所述微透镜阵列的微透镜具有的曲率半径为柱镜透镜的曲率半径的两倍（第一透镜阵列也记为视图形成透镜阵列）且其折射表面曲率与柱镜透镜的折射表面曲率相反（Rmicrolens=-2RL）。虽然阵列1501的微透镜ML1具有的节距PML1为柱镜透镜的节距PL的5分之一，透镜阵列1502的透镜ML2具有的节距PML2为PL的3.5分之一。这些透镜阵列的截面的轮廓示于图15A，其中垂直轴表示透镜的截面的z维度（沿着其测量透镜的厚度的方向）以及水平轴表示透镜的宽度维度x。因此，在此实例中PL=0.8mm，PML1=0.8/5mm且PML2=0.8/3.5mm。
在该实施例的另一变型中，通过叠加两个微透镜阵列1501和1502，可以将所述两个透镜阵列集成到一个微透镜阵列中。这种情形下，所得到的单个透镜阵列的轮廓由图15B中的1503表示。在又一变型中，所述两个透镜阵列可以集成在一起且也可与柱镜透镜阵列集成（形成视图的第一透镜阵列）。这种情形下，所得到的柱镜透镜阵列的轮廓是这样的，其表现出具有不相等的宽度（在x方向上测量）的平坦小面，如从图15C的透镜截面可以观察到。
参考图16和17显示使用如先前段落中描述的多个微透镜阵列的效应。图16示出15视图的3D 42英寸显示器（全高清：1920x1080像素）的前视图布局，柱镜（第一透镜阵列）相对于子像素的列方向倾斜了atan(1/6)的角度。线1601表示柱镜阵列（第一透镜阵列）的边缘。参考图12，柱镜阵列的细节如下：n 1=1.52，n 2=1（即空气），柱镜节距P L =0.798mm，且柱镜透镜的曲率半径R L =3.0373mm。参考图16，该显示器设计成具有15个视图，即N views =15，在该图中对于诸多子像素1至15，它们的视图贡献用数字1至15表示。黑矩阵1602达到在垂直和水平两个方向上测量的子像素节距的25%。在后续计算中，除非另外指出，λ=550nm作为设计波长。
图17示出由正在观看显示器上某个位置的观看者所看到的强度作为观看该位置时所在的角度的函数的计算曲线。图17的曲线为在所谓的菲涅耳—基尔霍夫近似中将衍射考虑在内的射线跟踪的结果。曲线1701（点线）的强度不是恒定的，这在不利用本发明的显示器中对于莫尔干涉（形成带）而言是典型的。标准偏差（由西格玛(sigma)值表示）表示的莫尔干扰在该情形中为1.2%。当使用简单几何光学应用本发明时，将要求第二阵列中透镜的数目或者柱镜中平坦面的数目等于视图的数目，即15。在图17中可以看出，表示这个解的曲线1602（实线）几乎位于点线1701之上，即改进只是小的，因为西格玛减小至1.16%。这是因为这样的事实，这种情况下简单的几何光学是不够的并且在确定微透镜或平坦面的数目时，衍射必需被考虑在内。这可以根据此处上文给出的公式通过减小微透镜的数目或者增大它们的节距来完成。曲线1603至1605表示其中N=6至8的各种情形。将衍射考虑在内的上面给出的公式得到这样的设备，其具有N=7的每个柱镜的微透镜数目或者每个柱镜的平坦小面的数目，这非常接近用N=6获得的最佳值。可以看出，与不考虑衍射相比，改进更大，因为西格玛值现在对于N=8下降为低于0.8%，对于N=7下降为低于0.41%以及在最佳情形中对于N=6甚至下降到0.34%。
N=6的曲线在图18中被再现并且用1801表示。还绘制了表示具有参考图15描述的两个微阵列的设备的曲线1802。因而，两个微阵列之一具有N1=5且另一个具有N2=3.5。这种情况下，从甚至更小的西格玛值0.05%观察到，莫尔条纹的量甚至进一步减小。
图15的优化布局对于λ=550nm（=绿色）的设计波长效果良好，而且在可见光谱中的其它波长，例如λ=630nm（=红色）和λ=470nm（=蓝色）处也是效果良好的。对于这些三个波长，西格玛值近似相同。
在本发明的又一实施例中，具有弯曲折射表面且不具有小面的标准柱镜阵列按照下述方式与一个或多个透镜阵列组合：微透镜的曲率半径（在幅值上）不同于柱镜透镜的曲率半径。当这种微透镜在物理上组合到该柱镜阵列中时，柱镜阵列最终将不具有平坦小面，而是具有弯曲小面。
不希望受理论约束，几何光学要求两个相邻视图之间的角间距Δθ等于微透镜阵列的微透镜的节距除以微透镜阵列的焦距f；即，Δθ=P ML /f ML 。近似地，焦距等于微透镜的曲率半径RML除以形成微透镜的折射表面的材料折射率n1和n2之差，即f ML =|R ML /(n 1 -n 2 )|。注意，当微透镜被结合使得形成具有小面的柱镜时，折射率也涉及具有小面的透镜的材料。假定每个柱镜透镜具有N个微透镜（或小面）并且注意，柱镜透镜的节距等于小面的数目乘以微透镜的节距，P L =N P ML ，则可以导出：
Figure 54114DEST_PATH_IMAGE008
。
因此，为了获得两个相邻视图之间的某一角间距，根据几何光学，无论是许多微透镜N与每个微透镜的小的曲率半径R ML 组合，还是很少微透镜与大的曲率半径R ML 组合，都并不要紧。在实践中，如此处前文所述，当微透镜小时，即（相对于所使用的光的波长）具有小的宽度时，衍射现象变得重要。因此一种优选方法可以是选择从感知观点来说可接受的最少数目的微透镜（或小面），除其它之外，感知与期望的视图之间角间距有关。接着，小面的数目N被设置为一个值，如果衍射是重要的，优选地使用此处上文给出的将衍射考虑在内的方程来进行该设置。接着在设置N之后，确定和设置微透镜的或微透镜被结合在柱镜中时小面的曲率半径R ML 。
依赖于为了实现感知所期望的最佳观看体验而进行的选择，该过程可以得到这样的设备，其将微透镜阵列集成在柱镜内，使得柱镜的小面不是平坦而是弯曲的。
图19A和19B出于比较目的而示出具有和不具有集成微透镜的单个视图的强度轮廓以及柱镜的形状。在图19A中，曲线1901涉及N=0，即具有根据图19B中曲线1904的截面形状的规则柱镜。曲线1902涉及微透镜阵列N=6，R ML =-R L =-3.0373mm，其中所有微透镜具有相等的宽度。当这些微透镜被结合在柱镜阵列中时，柱镜阵列的透镜具有平坦小面。该曲线表明，利用这种微透镜或小面实现了0.34%的最低莫尔条纹的量。曲线1903涉及N=3，R ML =-10mm且微透镜的宽度相等。当集成到柱镜透镜中时，这导致不平坦小面，使得具有集成微透镜的柱镜的截面形状是根据图19B中的曲线1905。0.17%的莫尔条纹的量甚至低于具有平坦小面的实例的量。再者，如图19A中所示结果所证明，有利的是，使用与具有不平坦小面的柱镜对应的设备获得的单独视图的加宽（曲线1903）明显小于使用与具有平坦小面的柱镜对应的设备获得的视图的加宽（曲线1902）。
一般而言，因而在某些情形中是优选但是非强制的，微透镜的数目或者小面的数目保持尽可能小，同时调适这些微透镜的曲率半径从而使莫尔条纹最小化。按此方式，最大程度地限制衍射。优选地，N>1且N<10。更优选的是N>2且N<5的设备。
将清楚的是，可以使用如上所述的实施例的组合。因而，参考图20，如在微透镜阵列2001中所描绘，设备中相邻微透镜可以强度相同但是符号相反（凹透镜和凸透镜）。这减小了衍射，因为微透镜的周期扩大，如果微透镜具有相同节距，周期翻倍。可替换地，微透镜可以节距相同但是强度不同，或者强度相同且节距不同，或者强度不同且节距不同。
在根据本发明的另一实施例中，图案微透镜相对于柱镜倾斜，或者当集成时，集成在柱镜中的小面在取向上相对于柱镜的取向倾斜。对于每个透镜只有很少小面的情形，观看者观察到的每个视图中的像素空间图案会具有不利的分布；不利是从下述含义而言：由于例如在颜色中出现差拍图案，图案看上去不舒适。通过将微透镜或者小面的图案相对于柱镜透镜倾斜可以消除这种效应。
透镜不需要是球形的，即，如本领域所已知，非球形透镜可以用于减小像差。
一个或多个微透镜阵列可以与柱镜透镜阵列分离或者与柱镜透镜阵列集成形成具有小面的柱镜。后者将具有这样的优点：只需要制造一个透镜阵列且所得到的设备将更薄和/或重量更轻。
尽管从倾斜柱镜开始已经描述了许多的实例。在本发明的领域的范围内，具有相似效应的本发明可以用于非倾斜柱镜或者任何其它类型的柱镜。
本发明的透镜可以使用本领域中已知的消融技术和/或模铸技术来制作。
图21A至21C为用于解释根据本发明的另一自动立体显示设备601的图示。参考该图，除了下述之外，根据本发明的第六设备601具有与参考图7描述的第一设备101相同的结构：全息漫射器621在第一和第二垂直平面x’-z、y’-z内提供不同的有效扩展角度625、627。特别地，如图21B所说明，在第一平面x’-z内的有效扩展角度625为0.5°且在第二平面y’-z内的有效扩展角度627为5°。全息漫射器621可以配置成提供其它的有效扩展角度，唯一的要求是在一个平面内的有效扩展角度小于由柱镜片609投射的相邻视图之间的角度φ且在另一平面内的有效扩展角度大于该角度φ。
此外，全息漫射器621绕（延伸到页面中的）z轴旋转，使得柱镜透镜的轴y和全息漫射器621的轴y’一起限定角度x。按此方式可以调整漫射器特性。例如，当全息漫射器621被旋转时，折叠函数变为梯形，如图21C所说明。当在最大值的一半处的宽度629等于视图之间的角度φ时，通过成像黑矩阵导致的亮度不均匀性被最小化。
除了使得可以调整扩展特性之外，参考图21A至21C描述的布置允许制造单个全息漫射器层用于多个不同自动立体显示设备，该层被旋转不同角度以适合每个显示器的特定参数。例如，在0.5°至5°范围内的扩展角度可以使用参考图21A和21B描述的全息漫射器621来实现。
上面已经描述了本发明的优选实施例。然而，本领域技术人员将理解，可以进行各种改变和调整而不背离本发明的范围。
设想到的是，柱镜片可以附加地由其它装置来实施，例如通过采用梯度折射率（GRIN）透镜或者包含例如液晶的电光材料的单元。柱镜片的透镜不需要倾斜。
上面已经描述了包含全息漫射器的本发明实施例。在其它实施例中，全息漫射器可以被其它类型的表面漫射器替代，例如工程漫射器或散射漫射器。
通过使表面漫射器与具有适当匹配的折射率的介质形成界面，可以减小在表面漫射器的空气界面处的菲涅耳反射（损耗），该反射可导致自动立体显示设备的白昼对比度减小。
在其中显示面板为液晶显示面板的实施例中，线偏振输出可以被利用以增强设备的白昼对比度。这可以通过使散射层对偏振化方向敏感来实现。
例如，具有折射率ndif的表面漫射器可以与例如液晶材料的双折射介质形成界面，其中双折射介质是由寻常折射率和非寻常折射率no、ne表征。no可以匹配到漫射器的折射率，ne高于漫射器的折射率。双折射介质随后定向为使得非寻常折射率将应用于来自显示器的光，使得此光在两个方向上进行漫射。落在显示器上的环境光不被偏振化，使得寻常折射率和非寻常折射率同等地应用。因而，仅仅一半的环境光将遇到界面并被部分地反射，因此减小白昼对比度。另一半环境光将不会遇到界面且因此将不被反射。这种实施例将白昼对比度提高两倍。
还设想到包含双折射介质的其它实施例。
在一些实施例中，提供视图形成功能和亮度不均匀性减小功能的透镜的第一阵列和第二阵列被合并到单个光学界面中，如在上面描述的包含多边形透镜的阵列的实施例中那样。在其它这种实施例中，具有不相等半径的透镜的第一阵列和第二阵列可以被合并以提供非多边形透镜的阵列（例如，具有类似“链轮”几何形状）。透镜的第一阵列和第二阵列也可以相对彼此旋转。

Claims (15)

1.一种自动立体显示设备，包含：
具有显示像素（103）的正交阵列用于产生显示的图像形成装置，该显示像素（103）在空间上由不透明矩阵限定；以及
布置在该图像形成装置之上且与该图像形成装置对齐布置的视图形成模块，该视图形成模块提供至少两种光学功能：视图形成功能和亮度不均匀性减小功能，
其中该视图形成功能调整显示像素（103）的输出的方向，使得各组显示像素（103）的输出在各自不同方向上作为多个视图被投射，该视图形成功能由横过视图形成模块布置且具有第一节距的平行的视图形成元件（111）的阵列提供，
以及其中该亮度不均匀性减小功能扩展该显示像素（103）的输出，使得否则通过成像不透明矩阵将导致的亮度不均匀性减小，该亮度不均匀性减小功能限定横过该视图形成模块的第二节距，该第二节距为零或者比第一节距小，
以及该亮度不均匀性减小功能在垂直于该视图形成元件（111）的轴的平面内进一步限定一有效扩展角度，该有效扩展角度不大于当不存在该亮度不均匀性减小功能时，在由该视图形成功能投射的相邻视图之间将存在的角度的1.5倍。
2.根据权利要求1的自动立体显示设备，其中该视图形成元件（111）的阵列为平行的柱镜透镜的第一阵列，其具有第一节距且每一个限定弯曲焦面。
3.根据权利要求1或2的自动立体显示设备，其中该亮度不均匀性减小功能由至少透镜的第二阵列提供，该透镜的第二阵列横过该视图形成模块布置且具有第二节距。
4.根据权利要求3的自动立体显示设备，其中透镜的第二阵列为在与第一阵列的光学界面不同的光学界面处提供的平行的柱镜透镜的阵列。
5.根据权利要求3的自动立体显示设备，其中透镜的第一阵列和第二阵列集成在同一光学界面中，使得该视图形成功能和亮度不均匀性减小功能由在该同一光学界面处的折射提供。
6.根据权利要求5的自动立体显示设备，其中对应于第一阵列的每个透镜的光学界面包含限定多边形透镜表面的多个平坦或不平坦面，该平坦或不平坦面每一个对应于第二阵列的透镜。
7.根据权利要求6的自动立体显示设备，其中第一阵列的每个透镜中包含的平坦面的数目N micro-lens 等于与下式给出的值最接近的整数中的任何一个：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中R L 为第一透镜阵列的曲率半径，N views 为由该视图形成模块提供的视图的数目，△n为在该光学界面两侧的材料的折射率差，p L 为第一透镜阵列的第一节距，以及λ为所使用的光的典型波长。
8.根据权利要求1或2的自动立体显示设备，其中该亮度不均匀性减小功能是由横过该视图形成模块布置的光漫射器提供。
9.根据权利要求8的自动立体显示设备，其中该光漫射器布置成用于基本上仅仅在垂直于该视图形成元件的轴的平面内扩展显示像素的输出。
10.根据权利要求8的自动立体显示设备，其中该光漫射器布置成用于在第一和第二垂直平面内以不同扩展角度扩展显示像素的输出。
11.根据权利要求10的自动立体显示设备，其中该光漫射器相对于视图形成元件的阵列旋转，使得第一和第二垂直平面与该视图形成元件的轴限定锐角。
12.根据权利要求8的自动立体显示设备，其中该光漫射器为全息光漫射器。
13.根据权利要求2的自动立体显示设备，其中由透镜（111）的第一阵列限定的焦面的每一个在与沿着一方向通过该透镜的光的焦点对应的位置处与由显示像素（103）的阵列限定的平面相交，所述方向与由显示像素（103）的阵列限定的平面不垂直。
14.根据权利要求6的自动立体显示设备，其中该第二节距等于该第一节距除以由该设备提供的视图的数目。
15.一种自动立体成像方法，包含：
利用显示像素（103）的正交阵列形成图像，该显示像素（103）在空间上由不透明矩阵限定；以及
利用布置在显示像素（103）的阵列之上且横过显示像素（103）的阵列布置的平行的视图形成元件（111）的阵列，将该图像形成为在各自不同方向上被投射的多个视图，该视图形成元件（111）调整来自该显示像素（103）的输出的方向，该视图形成元件（111）具有第一节距，
其中该显示像素（103）的输出附加地被扩展，使得否则由该视图形成元件通过成像不透明矩阵将导致的亮度不均匀性减小，该扩展功能限定比该第一节距小的第二节距，且该扩展功能在垂直于该视图形成元件（111）的轴的平面内进一步限定一有效扩展角度，该有效扩展角度不大于当不存在附加扩展时，在由该视图形成元件投射的相邻视图之间将存在的角度的1.5倍。
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