CN103534745B - 具有用于获得高分辨率和/或3d效果的移动元件的显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于显示图像信息的显示装置（A），该显示装置包括至少一个或多个像素并能够以帧率（R）修改，具有用于产生图像信息的像素的至少一个光源（L），其特征在于，针对图像信息的每一个像素，提供具有移动元件(BR,BV,LI,L)的像素修改部件（VM），所述移动元件至少以帧率（R）被可移动地布置在显示装置（A）中，并且适合于为显示装置（A）的观看者(LA,RA)选择性地偏转和/或覆盖由所述至少一个光源（L）发射的光，以便针对显示装置（A）的每一个光源（L）产生用于显示图像信息的扩展像素(1,2,3,4,5,6)的至少两倍的像素数，其中，由所述至少一个光源（L）发射的光以光源频率（fL）的至少两倍的帧率（R）修改。

Description

具有用于获得高分辨率和/或3D效果的移动元件的显示装置
技术领域
本发明涉及一种用于显示由多个像素构成的且可以通过帧率修改的图像信息的显示装置，该显示装置具有用于产生图像信息的像素的至少一个光源。
背景技术
文献WO 2010/146070公开了这样一种显示装置，其被配置为可折叠LED视频屏幕。已知的显示装置包括多个LED作为光源，所述多个LED由电子***控制为控制部件，通过该控制部件，可以显示图像信息，例如，运动图片或静止图像。
在LED视频屏幕的特殊领域中，由于技术原因而导致至少dLED＝3mm(在外面条件中，dLED＝6mm)的像素距离是本领域的状态。由于技术约束(结构尺寸、温度问题等)和高成本而导致较小的像素距离是不可能的。与屏幕尺寸相关联的是，这样导致比现在使用其他技术(LCD、等离子体)可能的分辨率低的分辨率。为了在令人满意的质量水平上不使用特殊的额外眼镜(自动立体镜)而实现诸如HDTV或3D电视的应用，高分辨率是期望的。
为了获得分辨率的相应的增加，可能的是旨在进一步降低像素距离和减小LED像素的尺寸。但是，该方法具有成本将会显著地增加的缺点。此外，由于LED像素被布置在相互靠近的距离中，所以会出现温度问题，这就是为什么只可能降低LED的光功率并因此LED视频屏幕的亮度变低的原因。
关于具有自动立体镜的3D电视，本技术的状态是使用两个像素(pixel)(一个用于左眼，一个用于右眼)，以便显示3D图像的图像信息的像素。该空间复用方法将由于像素数而存在的分辨率降低至 少2倍，从而具有负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免上述缺点的显示装置。根据本发明，该任务通过一种显示装置来解决，其中，针对每一个像素，提供具有移动元件的像素修改部件，所述移动元件至少按照帧率被可移动地布置在显示装置中，并且，适合于显示装置的观看者选择性地偏转和/或覆盖由至少一个光源发射的光，以便针对显示装置的每个光源产生至少为用于显示图像信息的扩展像素的两倍的像素数，其中，由至少一个光源发射的光以作为光源频率的至少两倍的帧率被修改。
在根据本技术的状态的显示装置中，反射器被固定地附接在光源(例如，针对每一个像素由红色、绿色和蓝色LED构成)的后面，以便提高每个像素的光输出，由此，提高整个显示装置的光输出。根据本发明，具有可移动或部分可移动的元件的像素修改部件，即，分别与透镜、快门以及光阑结合的反射镜或反射器，与光源一起使用，以便使时间复用方法中的发射光偏转到不同的方向。在确定的时间点处图像信息被发射到哪个方向取决于在该时间点处发送给相应光源的颜色和亮度信息并取决于在该时间点处的像素修改部件的位置。这里的像素修改部件由至少一个移动元件构成，并且还可以具有用于偏转和/或覆盖和/或聚焦光束的不动元件。通过根据本发明的测量，获得了这样的优点：在不必增加光源(例如，LED)的数量或分别减小它们彼此之间的距离的情况中，可以提高显示装置的分辨率。
先在右眼的方向并然后在左眼的方向上，在帧率时段的持续时间内，也可以借助于移动元件通过时间复用来偏转自动立体3D图像的图像信息。通过对像素修改部件的合适的确定，可以在光源的远场中产生充分聚焦的空间强度分布，从而允许针对左右眼的图像信息的空间分离。以这样的方式，可以有利地获得3D效果，而不必佩戴特殊眼镜。
附图说明
下面通过附图来更加详细地说明根据本发明的显示装置和发明的光源的进一步有利的实施例。
图1示出显示装置的两个例子，其中，通过像素修改部件，将分辨率提高到四倍。
图2示出图1(a)的扩展像素的序列控制。
图3示出在像素的自动立体3D表示的情况中的发射的光束的方向的顺序改变。
图4示出像素的自动立体3D表示和分辨率增加的组合。
图5示出具有用于图像信息的像素的自动立体3D表示的三种原色LED的LED光源的示意图。
图6示出像素的图像信息的自动立体图示的原理。
图7示出具有五个观看区的多画面显示的例子。
图8示出具有3D光源的图7的多画面显示，这些3D光源在针对空间和时间同步的观看区中以时间间隔显示图像信息。
图9示出3D光源，其在远场中产生二维观看区。
图10示出由多画面显示形成的显示装置的观看区的控制的顺序序列的例子。
图11示出对不同图像信息的要求的数量的减少的原理。
在图12中，图示折射元件、反射元件和衍射元件的操作的机制。
在图13中，图示像素修改部件的折射元件的实施例的两个例子。
图14示意性地示出色彩校正、消色差校正和消多色差校正的功能原理。
在图15中，图示作为横向坐标的函数的远场中的强度。
图16示出由光源、像素修改部件和光束成形器构成的显示装置。
图17示出具有形成像素修改部件的可移动和不动反射镜及透镜的不动光源的若干示例性实施例。
图18示出采用不动光源和可移动反射器以及不动透镜的进一步 的示例性实施例。
图19示出具有光束合成器和可移动反射器以及不动透镜的光源的示例性实施例。
图20示出具有可移动反射器而没有光束合成器的光源的两个示例性实施例。
图21示出示例性实施例，其中，光源L自身被可移动地布置。
图22示出具有微快门的根据图17的概念的进一步的可能扩展。
在图23中，图示具有波导和移位装置的实现方式。
图24示意性地示出3D刹车灯的功能原理。
图25示出具有若干像素修改部件的传统的和自适应的智能照明的比较。
图26示出智能照明***，其中，独立的3D光源用于均匀的空间照明，被聚焦在接收器上的其他3D光源用于传输数据。
图27示出具有三个接收器的自适应的智能照明***，这三个接收器以时间复用方法接收来自发送器的数据。
图28示出具有三个激光器二极管的3D光源的示例性实施例。
图29示出具有三个激光器二极管和光电二极管的集成的RGB光源。
图30示出提高分辨率的3D光源的示例性实施例。
图31示出具有四个根据图30的3D光源的显示装置的示例性实施例。
图32示出观看区的理想的空间分离。
图33示出观看区的实际上可实现的空间分离。
图34示出重叠的连续观看区。
图35示出具有分束器的光学***的示意设置。
图36示出与没有分束器的情况相比的远场中的可以通过分束器获得的强度分布。
图37示出用于三个不同的观看区的简单应用的图36的强度分布的时间移动。
图38示出弯曲的自动立体屏幕的形式的显示装置的示例性实施例。
图39示出作为多内容视频屏幕的根据本发明的显示装置的示例性实施例。
具体实施方式
具有增加的分辨率的显示装置
在本发明的下面的描述中，术语“显示装置”包括用于向至少一个观看者或光学接收器显示图像信息的任何装置。尤其，这包括屏幕、大规模屏幕或投影仪以及信息板、房间照明装置、光学通信***和用于图像信息的投影和显示的独立的像素(pixel)的其它阵列，其可以由静止图像、运动图片构成，或者也仅仅由独立的像素和/或颜色/黑白区域构成。在下文中，仅仅提及了作为本发明的实质的显示装置的原因，因为专家将会熟知例如用于显示装置的电供应或者用于接收到的视频图像信息的解码的元件。
图1(a)示出作为例子的像素装置A，其中，具有像素修改部件的分辨率被增加到显示装置A的光源L的数量的四倍。被供应给显示装置A的图像信息包含作为显示装置A的光源L的四倍的像素，这就是为什么根据本领域的状态分别可以只用图像信息或分辨率中包含的像素的四分之一来显示图像信息的原因。用时间复用方法中的四个不同位置，通过光源L与例如可移动反射镜的像素修改部件VM结合来输出四个像素的图像信息。
1.时间t＝t0：扩展像素1→光源L发射第一像素的图像信息，并且，像素修改部件VM位于位置1中。
2.时间t＝t0+Δt：扩展像素2→光源L发射第二像素的图像信息，并且，像素修改部件VM位于位置2中。
3.时间t＝t0+2Δt：扩展像素3→光源L发射第三像素的图像信息，并且，像素修改部件VM位于位置3中。
4.时间t＝t0+3Δt：扩展像素4→光源L发射第四像素的图像信 息，并且，像素修改部件VM位于位置4中。
这里的时间间隔是Δt＝1/(4R)，其中，R指示帧率，并且，时间间隔对应于偏移间隔，这里，像素修改部件VM从一个位置切换到下一个位置，这也可以连续地进行。因此，由光源L发射的光随着对应于帧率R的四倍的光源频率fL改变，以便针对每个时间间隔输出扩展像素的图像信息。因此，通过由光源L发射的光源，可以将分辨率提高四倍，该光源L在四个位点(即，包围光源L布置的扩展像素1至4)处以时间复用方法发射。在由Kres＝4扩展像素构成的正方形像素的情况中，这意味着，在时间t＝t0处，要由显示装置显示的视频的图像信息的第一像素由光源L发射，该光源L的光然后被偏转到扩展像素1。在t＝t0+Δt处，视频的第二像素被偏转到扩展像素2等，直到在t＝t0+3Δt处，第四像素被偏转到扩展像素4。因此，光源频率fL是fL＝1/At＝KresR＝4R。
在这些图中，像素修改部件VM包含没有更加详细地显示的控制部件，其中，当光源L的光要被偏转到哪一个扩展像素时，存储序列。控制部件适合根据该序列控制像素修改部件VM的独立的移动元件的移动。在通过MEMS微***实现像素修改部件VM的情况中，这意味着控制部件产生静电场并因此施加压力，以便将移动元件分别修改到对应于序列的位置。
在图1(b)中，图示了根据相同原理的显示装置A，其中，像素修改部件VM将扩展像素1、2、3和4投影在光源L周围的其它位置处。最肯定地，通过修改扩散像素的数量，分辨率增加的因子也可以采用除了Kres＝4的分辨率以外的其它值(尤其是比Kres＝4的分辨率高的值)。
图2示出图1(a)的扩展像素的序列控制。在每一个时间点处，存在一个有效扩展像素EB-A和三个无效扩展像素EB-I。在任何时间，光的出射区域AF都在有效扩展像素的位点处。当使用分辨率增加时，通常针对高的发散度θ，以便获得显示装置A的高观看角。
如果使用了自动立体3D表示，如图3所示，那么出射区域AF 不会在时间上改变——确切地，发射光束的角度γ改变。与使用分辨率增加的另一个不同之处在于，这里针对小的发散度θ。但是，此外，在本申请中，开发了只在所谓的观看区中的远场中的扩展像素。随后将会更加详细地描述自动立体3D表示的原理。
图4示出分辨率增加和自动立体3D表示的组合。在不同的时间点处，出射区域AF以及发射光束的角度γ改变。在该组合应用中，开发了在用于分辨率增加的显示装置的光的出射区域处的扩展像素，并且，开发了实现图像信息的自动立体3D表示的观看区中的另外的扩展像素。
具有自动立体3D表示的显示装置
-两画面显示
图5示出用于图像信息的像素的自动立体3D表示的像素修改部件VM和光源L的示意图，该光源L具有例如三种原色(红色、绿色和蓝色)LED。女性成年人的平均眼睛距离是de＝6.3cm，男性成年人的平均眼睛距离是de＝6.5cm。自动立体显示装置或显示器的所谓的观看区BZ的直径dBZ分别不可避免地必须小于平均眼睛距离，并且在下文中作为例子被假设为dBZ＝6cm。因此，对于相邻光源L之间的例如dLED＝3mm的距离(＝像素间距)和d＝7.5m的观看距离，由包括像素修改部件的光源L的独立的LED发射的光束的最大允许全发散角是：
在图6中，描绘了图像信息的自动立体图示的原理。3D光源3DL由传统的光源L和像素修改部件VM构成，其偏转用于左眼LA和右眼RA的图像信息。这里，交替地图示作为扩展像素5的用于左眼LA的图像信息和作为扩展像素6的用于右眼RA的图像信息。要求的角度增量Δγ是针对取决于相应观看区BZ的几何位置的所有观看区BZ的相同直径dBZ，因此，对于上述参数，其近似恒定为：
于是，光源频率fL是fL＝1/Δt＝NBZR＝2R，用于左眼LA的3D光源3DL的图像信息和随后的用于右眼RA的3D光源3DL的图像信息以光源频率fL交替地改变，其中，在本例子中，根据观看者的眼睛的数量，观看区的数量NBZ是2。在图6中描绘的自动立体3D表示的原理被实现为所谓的两画面显示，这在扩展像素5和6的场中实现两个观看区BZ。为了将在任何时间点处的图像信息发送到可选地移动的单个观看者的两个眼睛RA和LA，可以是诸如头跟踪的方法。这里，连续地确定观看者头的位置，并且，相应地调整像素修改部件VM的偏转的角度。
具有自动立体3D表示的显示装置
多画面显示
自动立体图像图示的可替换的实现是使用多于2个的观看区BZ。这种显示被指定为多画面显示。只要观看者位于宽度dBZ total的观看区中，他/她就会处于察觉立体图像的位置中。对于总共NBZ个观看区BZ，每一个观看区具有宽度dBZ，整个观看区域被确定为：
dBZ，total＝NBZdBZ (1)
多画面显示器不仅产生立体视差(这是用于两眼的不同图像)，而且还产生移动视差，即，观看者可以在宽度dBZ total的区域中移动，并且从每一个不同的角度来看不同的画面进入描绘的场景。此外，在多画面显示应用中，另外还可以使用头跟踪，以便将3D图像信息仅仅发送到实际上观看者所处的那些空间区域中。
图7示出具有NBZ＝5的观看区的这种多画面显示的例子。以Δt的间隔，像素修改部件VM的偏转角以角度增量Δγ增加。在充分大 的观看距离中，角度增量Δγ取决于相应的观看区的几何位置，但是，在第一近似中其可以被认为是恒定不变的。在任何时间点处，输出了三维场景的另一图像(这与两画面显示的情况中的仅仅两个不同图像形成对照)。在多画面显示中，在给定的时间点处不存在任何观看者的位点处也存在观看区BZ。如果观看区BZ的数量NBZ充分大，那么若干观看者可以同时察觉到自动立体效果，这与两画面显示形成对照，其中，只有一个观看者可以察觉到该效果。于是，像素修改部件VM的切换间隔Δt在给定的帧率R处为如下：
在根据图7的多画面显示中，在R＝60s-1处的切换间隔是，例如，Δt≈3.33ms。于是，3D光源3DL的图像信息改变的光源频率fL被假设为fL＝1/Δt＝NBZR＝5R＝300Hz。
为了清楚的原因，在图5至7中，只描绘了一个3D光源3DL。图8示出具有总共NLED个3D光源3DL的图7的多画面显示，这些3D光源在针对空间和时间同步的NBZ观看区BZ中以时间间隔Δt图示图像信息。在图8中，这里仅仅图示流过时间点，(a)t＝t0+Δt以及(b)t＝t0+3Δt。
为了清楚的原因，迄今为止仅仅假设了一维观看区。图9示出3D光源3DL，其在远场中产生二维观看区BZ。这里，通过像素修改部件VM水平地和垂直地顺序偏转发射光束。在x方向上的NBZ，x个观看区BZ和y方向上的NBZ，y个观看区BZ，最小的切换间隔是：
在x和y方向上观看区BZ也可以在数量和尺寸上不同。
图10示出由多画面3D显示形成的显示装置A的观看区BZ的控制的顺序序列的例子。由于这种原因，显示装置A的像素修改部件 VM包含在图9中未显示的控制部件，其用于控制像素修改部件VM的移动元件，稍后将对其进行更加详细的说明。如果分别按照一行接一行或一列接一列地进行控制，那么，对于行的要求的切换间隔Δtx或者对于列的要求的切换间隔Δty将分别长NBZ，x或NBZ，y的倍。
在图10(a)至(d)中，图示NBZ，xNBZ，y＝5·4＝20个观看区BZ的顺序控制的例子。下面给出的表1列出对于图10的序列的要求的切换间隔。在图10(c)和(d)的迂回序列中，在行或列分别改变时进一步最小化角度增量，这在显示装置A的实际实现中是有利的。
表1
请注意，除了在图10中描绘的控制顺序序列以外的其它控制顺序序列也是可能的。还可以使用Lissajous曲线类型中的螺旋状、对角图，例如，其在使用共振2D微扫描器反射镜中存在。
为了减少在恒定区域处要求的不同图像信息的数量，全部列中的观看区BZ图示该时段Δt＝1/R的帧中的相同图像信息。图11示出对不同图像信息的要求的数量的减少的原理。不同灰度值表示在帧时段期间在观看区BZ中图示的不同图像信息，这在间隔Δt＝1/R中。根据图 11(a)，存在观看区域的不同的观看区BZ，然而，根据图11(b)，图示每一列的相同的图像信息。为了能够察觉到三维图像，观看者必须保持头(近似)垂直地定向，其具有比如图11(b)中的规划图的规划图。
像素修改部件VM的元素
像素修改部件VM的元素可以被区分为折射、反射和衍射结构的三种类型。在图12中，图示了这三种类型的操作的机制，其中，在图12(a)、(d)和(g)中，图示折射元件RE1，在图12(b)、(e)和(h)中，图示反射元件RE2，在图12(c)、(f)和(i)中，图示衍射元件DE。图12(a)至(c)的元件使由光源L发射的光束聚焦，图12(d)至(f)的元件使由光源L发射的光束偏转，图12(g)至(i)的元件分离由光源L发射的光束。
折射元件RE1
折射元件RE1通过根据斯涅耳定律在两个不同介质之间的界面处的折射在光路上操作。实现折射元件RE1的一种可能性是使用阶梯折射率结构，其中，该折射率是横向坐标的函数。另一种可替换的可能性是使用例如传统透镜的具有表面轮廓的结构。在图13中，描绘了像素修改部件VM的折射元件RE1的实施例的两个例子。(a)平凸会聚透镜；以及(b)平凸菲涅耳透镜。
反射元件RE2
反射元件根据反射定律影响光路。
衍射元件DE
在像素修改部件VM的元件的结构的条件下，衍射元件基于衍射影响光路。一般来说，衍射结构的特性实质上更多地取决于入射光的波长。由于这种原因，限制使用比如传统LED的相对较宽的带宽(例如，带宽B≈30nm)的光的这些元件的合适性。在例如激光器或特殊LED结构(例如，SLD或RCLED)的具有窄带宽的光的情况中，衍 射元件DE在大多数情况中构成对折射元件RE1或反射元件RE2的便宜的替代者，或者可以分别用作其补充物。
微光阑和微快门
通过上述的像素修改部件的元件，可以实现微反射镜和微透镜。像素修改部件VM的另外的元件可以是可限制光束的空间扩展的微光阑，以及可根据控制阻挡光或让光通过的微快门或微盖子。
像素修改部件VM的元件的特性的改进
色差的减少
色差是由折射材料的折射率的波长依赖性(也被称为色散)所引起的光学(微)透镜的成像误差。不同波长的光被不同地折射，由此，透镜对于不同波长具有不同的焦距。色差可以通过不同材料的若干透镜的组合而减少。例如，绿色LED具有B≈λ2-λ1＝540nm-510nm＝30nm的FWHM(半峰全宽)带宽。如果组合相互非常不同的两个波长，即，λ1和λ2，那么这被称为消色差校正。如果另外中心波长λc与λ1和λ2组合，那么这被指定为消多色差校正。图14示意性地示出(a)色彩校正、(b)消色差校正和(c)消多色差校正的功能原理。色差的减少也导致式(1)的发散度θ的减少。
上升距离的减少
在图15中，作为横向坐标x的函数，图示离光源L的距离d中的强度I。一般来说，各个观看区BZ的空间强度分布将会重叠。3D光源3DL的重要参数是所谓的上升距离dR，这里，上升距离dR被或多或少任意地定义为两个点之间的距离，其中，强度分别被假设为最大值的10％或90％。观看区BZ的宽度dBZ在这里被定义为这两个点的距离，其中，相邻的观看区BZ的两个空间强度分布假设相同的值。
例如，通过所谓的光束成形器SF，可以减少用于充分的空间分离的上升距离dR。在衍射光束成形器的情况中，由于空间相干光束的 振幅和相位的相应的改变，可以在远场中获得各种光束轮廓。为了减少上升距离dR，可以有利地使用光束成形器，该光束成形器与远场中的空间正方形函数相对应地产生所谓的盖帽光束轮廓(top hat beam profile)。
图16示出由光源L构成的3D光源3DL、像素修改部件VM以及光束成形器SF的设置。
在例如传统的LED的具有相对较宽的带宽的光的情况中，类似于像素修改部件VM的衍射元件DE，光束成形器SF仅仅以限制的方式操作。但是，这些光束成形器可以与诸如激光器或特殊LED结构(比如SLD或RCLED)的可替换的窄带光源一起使用。
不同的像素修改部件VM的示例性实施例
具有可移动像素修改部件VM的不动光源L
图17示出分别具有可移动反射镜或反射器BR、不动反射镜或反射器UR、以及形成像素修改部件的透镜L1的不动光源L的若干示例性实施例。这些例子均示出两个位置(在时间t＝t0处的位置1以及在稍后的时间点t＝t0+Δt处的位置2)。但是，通过以不同的角度和/或不同的轴(例如，垂直和水平轴)倾斜反射镜，也可以有多于2个的位置，然后，这使得可以实现多于只两个的扩展像素。
图17(a)示出相对于观看者布置在光源L的前方的不动反射器UR和分别布置在光源L的后面的可移动反射镜或反射器BR(例如，微反射镜)，取决于反射器BR的当前位置，其使光偏转成两个不同的方向。如已经提及的，以时间复用方法进行像素的图像信息的发送，以便用于每一个扩展像素(虚拟像素)的正确图像信息总是可用。
在图17(b)和(c)中，在类似于卡塞格伦望远镜的反射镜BR的实施例中图示像素修改部件，以便获得发射光的更好的方向性。此外，可用使用例如类似于反射望远镜或潜望镜的其它实施例(分别是图17(d)、图17(i)或其它形式的反射器(例如，逆向反射器))。在图17(e)至(h)中，以及在图17(j)中，图示了采用微透镜LI的多个实施例。
图18示出采用不动光源L和可移动2D反射器BR(微反射镜)以及不动透镜LI(微透镜)的进一步的示例性实施例。可移动2D反射器BR可用在相互垂直的两个轴上倾斜，借助于此，由相关光源L(红色光源LED-R、绿色光源LED-G、蓝色光源LED-B)发射的光束可以在两个方向上被偏转。在图18(a)和(c)中显示边缘发射光源L。在这些实施例中，在图18(b)和(d)中图示的表面发射光源L需要另外的不动反射器UR(微反射镜)，该不动反射器使发射的光束在水平方向上偏转。图18(c)和(d)中图示的像素修改部件VM还具有透明窗TF。
图19示出具有组合三条发射的光束(红色、绿色和蓝色)(光束合成器SK)并随后聚焦到单一可移动反射器BR(2D微反射镜)的元件的3D光源3DL的示例性实施例。图19(a)和(c)示出边缘发射光源，图19(b)和(d)示出具有用于在水平方向上偏转光束的另外的不动反射器UR(微反射镜)的表面发射光源L。
图20示出具有一个可移动反射器BR且没有光束合成器SK的3D光源3DL的进一步的示例性实施例。在图20(a)中，三条发射的光束以不同的角度入射在可移动反射器BR上。在图20(b)的示例性实施例中，使用大的可移动反射器BR，其反射以相同的角度入射的所有三条发射的光束。
具有可移动像素修改部件VM的可移动光源L
按照图17，图21示出其中3D光源3DL自身被布置为可移动的示例性实施例。这意味着3D光源3DL的所有元件，即，光源L和可任选地包含的反射器BR和UR以及透镜LI，相对于彼此被固定地安装，但是，整个3D光源3DL相对于屏幕被布置为可移动的。
分别用于覆盖光束的快门或微快门
图22图示概念的另一种可能的扩展。这里，可移动(微)盖子或快门BV和/或可移动(微)反射器BR分别用来阻挡由光源L发射 的光。图22(a)示出不动光源L，在不动光源L之前布置有可移动快门BV，该可移动快门BV以时间复用方法打开和改变，由此允许来自光源L的光源在不同的位点处出射。图22(b)至(c)是基于已经描述的望远镜设置，其中，望远镜反射镜的部分也用来阻挡光在不期望的位点处出射。图22(d)示出若干可移动反射器BR的组合，这些可移动反射器BR用来在期望的方向上偏转光以及在相应的时间点处阻挡光。当然，所有的这些示例性实施例还可以与例如透镜的其它光学元件组合。
可替换的光源L
提及的光源L不必一定由一个或若干个LED构成。
可替换地，还可以使用例如RCLED、SLD或激光器的其它光源，或者，可以将这些光源相互组合。还可以设想到，将光耦合到光波导中，该光波导也可以呈现像素修改部件的部分。
RCLED
为了与传统LED相比减少发射的光束的发散度和带宽，共振腔LED(RCLED)使用光学共振器。
SLD
在所谓的超发光LED(SLD或SLED)中，通过自发发射而发射的光子通过受激发射(放大的自发发射ASE)被放大。SLD具有基本上比激光器小的时间相干性，这就是为什么在由3D光源3DL显示的图像中没有形成任何斑点的原因。“斑点”是相干光的斑状空间强度分布，其是通过光的相长干涉和相消干涉产生的。例如，由于闪烁而在空间和时间上改变的环境中的折射率是这种干涉现象的原因。发射的光的带宽小于传统的LED的带宽，但是基本上大于激光器的带宽。发射的光束的发散度可以比得上激光器的发散度。由于这些特性，SLD尤其有利地用作本文描述的3D光源3DL的光源。
激光器
不仅可以针对LED实现上述的以时间复用方法的方向性的改变，而且可以针对(半导体)激光器实现上述的以时间复用方法的方向性的改变。由于激光器的单色性，所以，可以获得在通过透镜LI校准之后的较低的残余发散度，由此，可以在恒定宽度的观看区BZ处获得比传统LED大的观看距离。
光波导
还可以以时间复用方法使用像素修改部件VM来将光波导的出射场偏转到不同的方向。在图23中，描绘了可能的实现，其中，为了对从由波导包层ELM和波导芯WLK构成的波导发射出的光束LK的方向施加影响，使用水平移位装置HVE和垂直移位装置VVE。
控制
光源可以类似地或者通过脉冲宽度调制(PWM)来被控制。具有N位的脉冲宽度调制可以适合于总共2N个不同强度值。例如，一个或多个3D光源3DL的集成控制可以通过专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或复可编程逻辑装置(CPLD)来进行。
用于方向性的修改的可替换的技术
波导的折射率轮廓
当使用光波导的输出场作为像素修改部件VM的输入场时，方向性不仅可以通过微透镜、微反射镜、微快门以及微光阑来被修改，而且可以通过波导的折射率轮廓的改变来被修改。
微定相阵列天线
以细微的空间分辨率实现方向性的修改的另一种可能性是使用微定相阵列天线(MPAA)，其使用若干光学“天线”阵列。方向性可以通过改变由独立天线发射的光场的相对相位差来被改变。如定义的， 相位前仅仅以单色光存在，独立光学天线的光源由例如(半导体)激光器构成。
可替换的应用
作为3D刹车灯的显示装置
各种车辆类型的刹车灯中的灯泡常常被取代LED，因为通常存在较长的寿命和较高的效率。在本文献中说明的3D光源3DL还可以用来显示三维自动立体警告符号，其通过3D刹车灯警告在车辆KFZ 1后面驾驶的车辆KFZ 2的驾驶员。以这样的方式，可以减少后端碰撞的危险。例如，词语“注意”、“慢”、“停”，以及例如“！”的符号可以作为图像信息被显示为自动立体警告符号。
图24示意性地示出3D刹车灯BL的操作的机制。可能的实现方式可以例如将自动立体效果的水平调整到车辆KFZ1的驾驶员的刹车力。以这样的方式，在车辆KFZ1的驾驶员突然刹车事件的情况中，3D警告符号会在视觉上作为3D警告符号WS出现在车辆KFZ2的驾驶员之前。也可以设想到的是，将这些显示附着到在其它的尺寸中和/或在车辆的其它位置处，以便根据车辆供应的数据三维地发射警告或指示。根据图24图示的示例性实施例，3D警告符号WS可以通过(a)唯一的刹车灯BL中的由3D光源构成的显示器或(b)被布置在整个车辆上的由3D光源构成的显示器发射。然后，可以通过至少一个3D光源以时间复用照射不同的观看区BZ。在图24(b)中，例如，在时间t＝t0处显示一个观看区BZ，在时间t＝t0+Δt处显示另一个观看区BZ。根据刹车事件的强度，车辆KFZ1的仅仅一个或多个刹车灯BL的警告符号WS可以被显示给观看区BZ中的车辆KFZ2的驾驶员。
根据图24的示例性实施例，3D效果在观看区BZ中形成，由此，也取决于观看者到车辆KFZ1的距离。这意味着车辆KFZ2的驾驶员不会在车辆KFZ1到车辆KFZ2的大距离中看见警告符号WS的3D效果。只有在车辆KFZ2的驾驶员实际上应该绝对必定刹车的到车辆KFZ1的某一距离中，驾驶员KFZ2会注意到3D警告符号WS的三维 显示。刹车灯BL应该使观看区BZ到车辆KFZ1的距离适应车辆KFZ1的速度，由此，适应针对该速度必需的车辆KFZ1和KFZ2之间的安全距离。一般来说，显示装置可以被调整，以根据气候、光、环境和驾驶的条件改变由刹车灯发射的光的方向性。
自适应智能照明
“智能照明”是用于使用LED的无线光通信的计算的名称。这里，LED被频繁地同时用作天花板照明以及数据的发送器。由于LED的充分快的调制，人眼无法察觉到强度的时间改变。
在本文献中针对以时间复用方法的光的空间偏转说明的方法允许实现自适应聚焦，其可以提高接收器性能，由此，提高可获得的数据率以及智能照明***的窃听安全。
图25示出具有若干像素修改部件VM的传统的和自适应的智能照明的比较。在形成发送器SE的光源L和接收器EM之间进行光通信，其中，在图25(b)中，还提供像素修改部件VM，以使由光源L发送的光成捆地进入接收器EM。在图25(b)中，接收器性能明显高于在25(a)中的接收器性能，这允许以更高的数据率的通信。此外，可以实现混合自适应智能照明***。
图26示出为了获得均匀照明而使用了3D光源1、4和7，然而，为了提供接收器性能，3D光源2、3、5、6和8被“聚焦”在接收器EM上。在这些智能照明***中“图像信息”被理解为通过向用户发射不同颜色或3D符号来标记数据传输的各个区。这里，显示装置A的光的颜色或者发射的3D符号可以标记区间，其中，用户可以放置他/她的接收器EM1、EM2或EM3，以便提供用于使用发送器SE的光通信-这经由3D光源运行。
图27示出具有三个接收器EM1、EM2和EM3的自适应的智能照明***，这三个接收器以时间复用方法接收来自发送器SE的数据。在时间点(a)t＝t0，(b)t＝t0+Δt和(c)t＝t0+2Δt处，使用像素修改部件VM，数据被传输到接收器EM1、EM2和EM3。代替LED，还可以 使用激光器作为光源L(“光学无线”)，这通常提供用于以更高的数据率传输数据。由于激光束的较低的发散度，所以可以实现对于窃听特别安全的传输部分。
独立3D光源的示例性实施例
图28示出具有三个激光器二极管LD(红色、绿色、蓝色)作为光源L的3D光源3DL的详细的示例性实施例。通过使用激光器二极管LD作为光源L，实现了如下优点，在以校准光学器件的给定的焦距通过透镜FAC进行校准时，获得了尽可能少的发射的光束的残余发散度。三个激光器二极管LD被安装在公共的底座(submount)SM上。底座SM形成用于激光器二极管LD和光电二极管PD的公共安装基座，并且可任选地安装在另外的冷却体(热沉界面HSI)上。底座SM和热沉界面HSI由在加热是视觉上不会变形的材料制成，因为激光器二极管LD和FAC透镜FAC必须相对于彼此准确地定位。
FAC透镜FAC以圆柱的形式被形成为所谓的“快轴准直仪”透镜，并且仅仅在空间尺度(所谓的“快轴”FA)上使由激光器二极管LD发射的光准直。在正交于“快轴”的方向(所谓的“慢轴”)上，激光束以非准直的方式入射在形成移动元件的微反射镜上。为了使“快轴”的残余发散度保持小，FAC透镜FAC会具有非球面透镜轮廓。为了防止反射，FAC透镜FAC还可以具有抗反射涂层。
包括热沉界面HSI和微反射镜MS的底座SM被安装在公共基板SUB上。该基板可以被配置为“模制互连装置”MID。通过MID技术，可以通过不同的处理类型(例如，激光直接构造或者两组件注模)来直接应用导体路径和直通连接(通道)，这使得电组件和电光组件(LD、PD、MS)的接触垫与3D光源3DL的底侧上的接触垫连接。这对于在底侧上简单地直接接触控制电子器件是有利的。
图29示意性地示出集成的RGB光源L，其由原色红色、绿色和蓝色的三个激光二极管LD以及三个相关光电二极管PD构成。光电二极管PD的目的是测量在激光器二极管LD的后面处的光学输出， 以便确定在前面的实际的光学输出。此外，在改变的环境条件处，需要该信息，以便通过混合三原色提供明确的输出颜色。此外，使用该信息来确保观看者的眼睛的安全。由于这种原因，在显示装置A的操作期间连续地测量激光器二极管LD的光学输出，以便确保在每个时间点处该输出位于光学输出的最大允许值之下。光电二极管PD的另一功能是对激光器二极管LD的老化效果的补偿，激光器二极管LD的光学输出通常随着年龄的增大而降低。通过连续地测量通过光电二极管PD的输出，这些老化效果可以通过对激光器二极管LD的适当地修改的控制来得以补偿。
光电二极管PD的有效表面可以关于光源相对于x和/或y轴的取向而倾斜地安装，以便防止反射回到光源。光源LED-R、LED-G和LED-B以及光电二极管PD可以一起被安装在图29中描绘的底座SM上。该底座SM自身可以与FAC透镜FAC一起被安装在较大的热沉界面HSI上。由于透镜通常对于不同的波长具有不同的折射率，因此，具有不同的焦距，所以将光源LED-R、LED-G和LED-B安装在离FAC透镜FAC的不同距离dred、dgreen和dblue中是有利的，以便在通过FAC透镜FAC准直时最少化相应的残余发散度。在通过FAC透镜FAC准直快轴FA(y轴方向)时，还可任选地通过SAC透镜SAC(“慢轴准直仪”)进行慢轴的准直。微反射镜MS可以被实现为1D或2D微扫描仪反射镜。微反射镜的控制可以被实现为开路控制(这是不需要微反射镜的实际机械倾斜角的测量和反馈)或闭路控制(这是通过使控制适应于微反射镜的实际机械倾斜角)。
分辨率增加的示例性实施例
图30示出提高分辨率的3D光源3DL的另一示例性实施例。由光源L发射的光被可移动和/或不动像素修改部件VM引导到透镜L1，该透镜L1在垂直于透镜平面的方向上偏转准直光束。这里，透镜L1可以被配置为例如菲涅耳透镜，以便确保在光的传播方向上的致密尺寸。由透镜L1偏转的光束随后入射在扩散器D上，扩散器D使光以 大的发散角θ散射，以便实现大的角度观看区域。在扩散器D的出射区域上，因此，形成了至少两个扩展像素，所述至少两个扩展像素随后以时间复用方法被顺序地控制。扩展像素的布置以行和/或列是可能的。
图31示出显示装置A的另外的示例性实施例，该显示装置A由两行和两列的3D光源3DL的阵列构成。3D光源3DL中的每一个在整个屏幕的某一空间限制的区域中显示扩展像素。
连续的观看区
图15的示例性实施例包括根据图16的光束成形器，其说明相邻观看区BZ的强度分布如何重叠以及如何可以通过光束成形器来改进相邻观看区BZ的图像信息的空间分离。在用于自动立体显示器的传统技术中，例如，基于双凸透镜或视差屏障，观看区NBZ的数量的增加不可避免地导致有效分辨率和有效亮度降低同一因子。当不能任意地提高分辨率时，也限制观看区BZ的数量。换句话说，以自动立体观看窗的恒定不变的总宽度，无法使观看区BZ如期望的那样不确定地小。在图32中，在视频屏幕的远场中的观看区BZ的理想的空间分离是可见的。图33示出实际上可实现的空间强度分布——通常，存在观看区BZ的图像信息与相应的相邻观看区BZ中的低强度I重叠。
采用根据本发明的显示装置A，可以真正地第一次实现自动立体效果而不损失分辨率。通过也在非常大的距离中的激光器二极管LD的“快轴”FA的准直，可以进一步将独立的观看区BZ的宽度保持得非常小。在尤其有利的示例性实施例中，移动元件被连续地移动，并且，显示的图像信息关于时间被同时连续地改变。与微反射镜的连续地改变的偏转组合的快轴FA的准直不仅提供用于实现如上所述的离散数量的观看区BZ，而且基本上还提供任何数量的连续的观看区BZ。在控制光源时，连续的图像信息优选地通过合适的算法来内***，因为两个相邻观看区BZ之间的显示内容基本上不变；这里，重叠仅仅在稍微的程度上是干扰的。根据具有连续观看区BZ的此概念的显示装 置的强度分布在图34中被示意性地图示。
在视频屏幕的远场中的光束的无限地小的扩展的限制情况对应于用NBZ→∞个观看区的对三维内容的精确的真实的表示。如果观看者沿着x方向移动，那么将不会察觉到相邻观看区BZ之间的任何干扰转变。
具有观看角的放大的示例性实施例
为了放大观看者可相对于图像壁的表面法线所处的角度，存在若干种可能性。简单的方案是放大微反射镜的最大机械偏转角。通常，关于这种微反射镜的设计，必须考虑扫描速度、物理尺寸和偏转角度，存在以其它潜在地不重要的变量为代价放大最大机械偏转角的某一自由度。
为了放大垂直观看角，还可以使用二维微扫描仪反射镜，其还垂直地偏转由光源发射的光。
垂直观看角还可以通过由另外的发散透镜放大的激光器二极管的“慢轴”发散角被放大。该发散透镜可以存在微反射镜之前或者之后的光路中，其中，后一位置是优选的。
通过发散透镜放大水平观看角也可能是有用的-但是，这里，也可以放大观看区的宽度。
可以通过衍射光学元件来放大垂直和水平观看角。实现的一种可能性是衍射分束器，该衍射分束器将入射光束分成若干条光束，而没有明显地增大残余发散度。由于原始光束的衍射角取决于对于红色、绿色和蓝色不同的光的波长，所以这必须通过相应地修改的控制来得以校正。
图35示出具有分束器的光学***的示意设置，这里，分束器被指定为分束器BS。由激光器二极管LD发射的光束通过FAC透镜FAC仅仅在一个空间方向上被准直并然后入射在分束器BS上。分束器BS将在快轴上(这里，在y轴上)准直的光束分成N条光束，其中，在y轴上的独立光束的残余发散度没有被最佳地放大，或者仅仅被稍微 放大。但是，在慢轴SA上(这里，在x轴上)，光束没有被FAC透镜FAC准直。在x轴上，分束器BS基本上实现了发散透镜的功能。
图36示出与没有分束器BS的情况相比的远场中的通过分束器BS获得的强度分布。上面的图36中的一条线在下面的图36中的慢轴SA(这里，在x轴上)的方向上变成若干条更长的线。
图37示出对于仅仅NBZ＝3个不同的观看区的简单情况的图36的强度分布的时间移动。显示的图像信息在扫描方向SR上必须以T＝NBZΔt＝3Δt的周期重复。该概念明显可以被推广用于另一数量的不同的观看区BZ。通过使用分束器BS和/或发散透镜，获得了这样的优点，观看者可以处于显示装置的前方的区域实质上会被放大。
弯曲的自动立体3D LED显示装置
图38示出弯曲的自动立体屏幕的形式的显示装置A的示例性实施例。如果观看者处于完全被照明的区VBZ，那么他/或她能够在整个屏幕上察觉到自动立体图像。但是，如果他/或她存在于所谓的半影(半阴影区)HSZ中，那么他/或她会根据他/或她的位置来仅仅察觉图像的部分——屏幕的一部分将作为黑色被察觉。如果观看者处于所谓的阴影(阴影区)SZ中，整个屏幕将会向他呈现黑色。由于显示装置A的凹或凸实施例而导致适合于独立情况中的3D视频表示变成可能。
多内容显示装置
通过根据本发明的显示装置，还可以为不同的观看者显示完全不同的内容。例如，第一观看者观看足球赛是可能的，但是，第二观看者同时观看长片。在这种连接中，还可以以三维方式显示两个内容。图39示出作为多内容视频屏幕的根据本发明的显示装置的示例性实施例。三个观看者B1、B2和B3都观看多内容显示器A上的不同的图像信息。存在固定地确定的内容区CZ1、CZ2和CZ3，其中，可以分别察觉到分别不同的内容或视频内容。适应性地改变内容区CZ是 特别有利的。例如，移动检测器可以跟随观看者的移动，此时，显示装置可以以观看者总是保留他/她的内容区中的他/她的内容的方式改变内容区CZ，即使他/她在显示装置的前方移动。2D多内容视频屏幕的光束会具有比3D视频屏幕明显高的发散度。
可替换的光源
在上述示例性实施例中，列出了下述光源：激光器、LED、超发光LED、共振腔LED。请注意，例如，存在如下用激光器二极管实现RGB光源的可能性。
·3个直接激光器二极管，分别是一个红色LD、一个绿色LD和一个蓝色LD。
·通过频率倍增(第二谐波生成SHG)的效果来实现至少一种颜色。
·通过例如在文献US 2010/0118903 A1中描述的发光转换的效果来实现至少一种颜色。
具有显示装置的背景照明
根据本发明的显示装置A还可以用作用于例如液晶显示器(LCD)的屏幕的背景照明。这种屏幕的传统的背景照明当前通过冷阴极荧光灯(CCFL)或通过发光二极管(LED)来执行。
如果显示装置与移动元件一起用于背景照明，那么类似地提高分辨率——由光源发射的光以时间复用方法被偏转到屏幕上的不同位置并然后照射屏幕。因此，可以通过对光源的合适的控制来选择性地照射屏幕的各个区域，以便获得更高的对比度值。如果要描绘的场景例如包含在黑色背景前方的物体，那么在黑色背景的位置处的背景照明可以被完全切断，但是，物体所处的图像的位置被照射。因此，在背景照明的情形中显示的根据本发明的图像信息通常是黑白图像，其中，几个灰色的阴影也是可能的。但是，在CCFL背景照明的情况中，局部的选择性的背景照明不是一种选择，这是因为具有这种背景照明的 屏幕通常具有明显较差的黑色电平的原因。
具有激光器二极管的背景照明的实施例
传统的多色LCD屏幕使用通常被细分为三个子像素的像素。这些子像素中的每一个都被设置有滤色器，该滤色器仅仅对于原色(红色、绿色或蓝色)是透明的。在具有低带宽的高颜色饱和度和颜色保真度以及具有高带宽的显示的更高的亮度之间评估时确定滤波器的带宽。采用CCFL背景照明，给出了进一步老化的效果，这负面地影响亮度和谱特性。
LED和选择性的滤色器的组合构成与CCFL背景照明相比的显著的改进。但是，具有LED背景照明的显示器由于其相对较高带宽的固有特性而导致具有LED发射的光的非最佳的颜色饱和度和保真度。
但是，由激光器二极管发射的光具有极窄的带宽，这理论上提供用于明确的完美的颜色饱和度和颜色保真度。
作为LCD屏幕的光源的激光器二极管的另一个明显的优点是使发射光偏振。由于LCD单元由两个偏振器构成，所以在例如LED或CCFL的非偏振的背景照明的情况中，总是丧失相互垂直的传输轴，其具有约光功率的一半的布置在其间的可电控制的液晶。在具有线性偏振的激光的背景照明的情况中，如本发明中所提议的，近似100％的效率(由屏幕发射的光输出与由背景照明的光源发射的光输出之比)是可能的。
具有微反射镜的背景照明的实施例
为了提供用于背景照明单元的窄设置并因此用于屏幕，通过另外的折射、反射和/或衍射元件放大微反射镜的最大光偏转角可能是有利的。其例子是发散透镜或衍射光栅。
总注释
MEMS微***是专家所知的，例如，从传感器技术的专业领域 所知，并且，例如，MEMS微***用于惯性传感器的实现。该MEMS技术的使用对于实现用于偏转光源的光的移动元件尤其有利。
请注意，根据本发明的显示装置可以被应用在各种不同的产品中。通过将由光源发射的像素通过像素修改部件相乘以及通过分别偏转或捆绑发射光，可以实现更多不同的新的应用。

Claims (15)

1.一种用于显示2D或3D图像信息的显示装置，该图像信息包含多个像素并且能够以帧率修改，所述显示装置包括：
多个光源，每一个光源被配置为发射以至少两倍帧率修改的光，并且每一个光源包括红色、绿色和蓝色三原色的三个激光器二极管或LED的集合；
针对每一个光源，分配给所述光源的一个像素修改部件，
每一个像素修改部件具有移动元件(BR，BV，LI，L)，该移动元件能够与相邻的像素修改部件的移动元件独立地至少以帧率单独地移动，并且适合于选择性地偏转和/或覆盖由分配的光源发射的光，以便针对每一个光源产生用于显示图像信息的至少两倍的像素数，
其中，所述移动元件具有能够在一个方向上移动或者在两个方向上移动的至少一个可移动反射镜。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，每一个像素修改部件被配置为将其被分配的光源的光以时间复用方式偏转到至少两个不同的方向，并且，显示装置还包括控制部件，该控制部件被配置为根据发送给光源的图像信息控制像素修改部件，以针对每一个光源和方向产生图像信息的一个像素。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，显示装置还包括：针对每一个像素修改部件，在所述像素修改部件能够将光偏转到的不同方向中的每一个方向上的一个扩展像素，该扩展像素从该扩展像素的出射区域发射偏转到其上的光。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述扩展像素使从其出射区域发射的光以发散角发散。
5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，每一对光源和被分配的像素修改部件安装在公共基板上，所述光源和被分配的像素修改部件的对按阵列布置以形成显示装置。
6.根据权利要求1至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，所述至少一个反射镜被实现为微机电***MEMS。
7.根据权利要求1至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，每一个光源具有用于测量光源的光学输出的至少一个光电二极管。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，光源具有至少一个激光器二极管，所述激光器二极管具有前面和后面，在激光器二极管的后面处光电二极管确定激光器二极管在其前面处的光学输出。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，光电二极管的有效表面的表面法线相对于激光器二极管的光轴被布置在倾斜的位置中。
10.根据权利要求1至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，每一个像素修改部件具有至少一个微透镜(LI，FAC)，所述微透镜被布置在光源发射的光的光路中。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，光源包括红色、绿色和蓝色三原色的三个激光器二极管或LED的集合，并且，每一个激光器二极管或LED具有离微透镜的不同距离，以便补偿取决于波长的微透镜(LI，FAC)的折射率。
12.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，微透镜由FAC透镜形成。
13.根据权利要求1至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，像素修改部件具有用于放大显示装置的观看区域的至少一个分束器和/或发散透镜。
14.根据权利要求2至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，控制装置被配置为将具有至少帧率的移动元件(BR，BV，LI，L)定位在NBZ个不同的偏转位置中，以便在离显示装置的观看距离处的NBZ个观看区中实现自动立体3D效果。
15.根据权利要求1至4中的任何一项所述的显示装置，其特征在于，显示装置以凹的或凸的方式被形成为弯曲的。
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