CN103918257A - 显示设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种显示设备（40），包括：显示面板（41），其包括像素集合（41R，41L），这些像素空间分布在显示面板上，并且每个像素用于提供光输出，该像素集合包括多个不同像素子集（41I），每个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素；成像单元（42），其被布置用于对像素子集的所述一个或多个像素成像以便在位于显示器之前的第一距离处的假想平面上的多个视图区域上形成像素图像，所述多个视图区域彼此不重叠，所述不同像素子集中的每一个的至少一个像素图像在所述多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有眼睛瞳孔直径的假想圆，并且该假想圆包围所述多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。显示***可以仅仅用于观看者的一只眼睛或者用于观看者的双眼或者用于多个观看者的多只眼睛。

Description

显示设备和方法

技术领域

本发明涉及向观看者提供自由聚焦的显示设备和方法。特别地但非排他性地，本发明涉及立体显示设备和方法。

背景技术

当今可用的大多数2D显示器（电视、计算机监视器以及手持式设备的显示屏幕）和3D（自动）立体显示器（无需使用观看者辅助工具以感知立体图像的显示器）向观看者提供了这样的图像显示，该图像显示不允许观看者以像观察真实生活场景时一样自然的方式（重新）聚焦于其选择的图像的部分。

当从特定视点观看时，真实生活场景通常具有置于观看者附近的对象和置于远离观看者的位置的其他对象，即该场景具有深度。例如，在一种场景中，可能存在人形式的附近对象站在背景中的房子形式的远处对象之前。当观看者聚焦于附近对象时，不同深度处的其他对象在一定裕量内离焦。通过适应，即调节其眼睛晶状体的光功率以实现聚焦的变化，观看者可以选择使场景的哪些对象聚焦并且因而清晰地观看。在真实生活场景中，观看者具有可获得的自由聚焦。

如前所述，大多数当前显示器不向观看者提供该自由聚焦选项。毕竟，真实生活场景通常被捕获（记录）和显示，使得具有特定深度范围的特定对象聚焦，而其他场景对象不聚焦。因此，例如，实例场景的人可以被捕获并且显示为聚焦，而房子不聚焦。示出该内容的显示器的观看者需要聚焦到屏幕上以便清晰地感知该内容，从而只有被记录为聚焦的对象被他清晰地感知。在其他对象在场景中不具有与聚焦的对象相同的深度位置的情况下，再适应不使它们聚焦。因此，自由聚焦对于观看者是不可用的，从而给予一定程度上不完整的观看体验。

在（自动）立体显示器中，自动聚焦的缺乏是针对观看者的附加问题的原因。通常，立体和自动立体显示器通过立体图像向观看者提供深度信息，即观看者的左眼和右眼接收到从不同视点观察的场景的图像，这些图像通过观看者眼睛的距离而相互有关。美国专利6064424中公开了基于柱镜（lenticular）的自动立体显示器的一个实例。

可用的不同视点信息给予观看者深度体验，其中不同深度处的场景对象例如不仅被感知为位于显示屏幕处，而且位于显示屏幕之前或者之后。然而，虽然表示场景的图像内容（对象）因此假定被感知为在屏幕之前或者之后，但是图像中的自由聚焦信息的缺乏迫使观看者聚焦（使其眼睛晶状体适应）于显示器的屏幕，而不管他需要聚焦于图像中的实际对象深度位置。这造成所谓的聚散-适应冲突，该冲突可能造成视觉不适。

聚散度是观看者的双眼的视觉轴平行的程度，其中这些轴对于更接近观看者的对象而言更加会聚。在自然的人类视觉中，在清晰地观看给定距离处的对象所需的适应量与聚散量之间存在直接的联系。像美国专利6064424中的显示器那样的常规（自动）立体显示器迫使观看者通过在动态地改变聚散度的同时维持适应于固定的平面（显示屏幕）而去耦聚散与适应之间的这种联系。WO2006/017771中更详细地描述了聚散-适应。

因此，提供自由聚焦于其显示的内容的能力的显示器不仅提供场景的更加自然或完整的图像（2D或3D），而且它也可以降低3D显示器中的由聚散适应问题造成的不适。聚焦于无穷远处，无穷远处的内容应当是清晰的，但是屏幕深度处的内容应当与显示器边框（bezel）一样模糊。

全光照相机目前是已知的，并且这些照相机能够记录场景的2D图像，使得聚焦信息存在于生成的图像内容中。然而，虽然使用适当的软件在2D显示器上显示这样的内容可以向观看者提供可以清晰地观看2D图像的什么深度区的选择，但是这必须使用显示的图像的软件调节完成，同时它不能使用眼睛晶状体适应完成。因此，在当前发明的上下文中没有提供自由聚焦。WO2006/017771公开了一种3D显示器，该3D显示器试图通过提供使用变焦镜或透镜生成带有具有不同焦距的图像元的图像的***而解决所述问题。

全息显示器也解决了该问题。全息术是用光完整地捕获和复现场景。它基于电磁波的衍射。全息显示器既需要高分辨率，又需要不仅控制光的亮度而且控制光的相位的能力。

计算全息术是虚拟场景的衍射图案的重新创建。为了计算完整的全息图，必须考虑每个像素-体元组合。假定应当存在至少与全HD像素一样多的体元并且场景分辨率是全HD分辨率的许多倍，那么这导致惊人的计算复杂度。

SeeReal公司开发了一种更加实用的全息显示器解决方案，其使用结合眼睛跟踪的波束操纵以便提供仅仅针对瞳孔位置产生正确的全息图的全息显示器。S. Reichelt et al., “Holographic 3-D Displays – Electro-holography within the Grasp of Commercialization”, in Advances in Lasers and Electro Optics, pp. 683–710, ISBN 978-953-307-088-9, 2010中报告了这点。

小的波束宽度允许较大的像素间距（30-70μm），不仅提高制造可行性，而且降低计算成本若干数量级。然而，所需的1 TFLOP（每秒1万亿次浮点运算）看起来仍然是异乎寻常的。

Yasuhiro Takaki和Nichiyo Nago在ASO Optics Express，vol/18，No. 9第8824页至8835页中描述了一种使用柱镜显示器的多投影构造256个视图而提供观看者的每眼睛瞳孔两个视图的256视图超级多视图立体显示器。该显示器需要16个单独的平板3D显示器。

本发明解决了对于这样的显示设备的需求，该显示设备在观看者聚焦于由图像传达的深度处（或者更近）而不是聚焦于显示屏幕处的情况下并且附加地以使得显示的图像能够以降低的计算复杂度进行处理的方式允许实现真实的深度感知。

当在3D显示器中使用时，本发明也旨在降低聚散适应问题的视觉不适。本发明允许利用具有相对较平坦的形状因子的显示屏幕实现这些目的。

发明内容

前述目的利用依照本发明的显示设备和方法实现。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求提供了有利的实施例。

像素集合优选地但不一定包括显示器的所有像素。空间分布的像素指的是在显示面板中像素彼此紧挨着布置，而不是布置在彼此之上。

不同的像素子集指的是这样的像素子集位于显示面板的不同区域上。优选地，一个像素子集的一个或多个像素属于仅仅一个像素子集，从而所有像素子集彼此完全不同并且在显示面板上具有不同的空间位置。可替换地，当存在属于多个像素子集的至少一个像素时，这些子集可以仅仅部分地彼此重叠。

成像单元可以跨显示面板布置，即布置在像素与假想平面之间。在这种情况下，可以使用如例如在OLED或者等离子体显示面板中的直接发射像素。可替换地，在面板具有诸如例如LCD面板的像素之类的透射像素的情况下，成像单元可以位于像素与照明单元（背光或者激光***）之间。

假想平面位于显示***之前的视场内且在显示***的工作距离处。

假想圆和/或假想的另外的圆可以表示观看者的眼睛瞳孔。

成像单元将像素图像提供给假想平面上的视图区域。像素图像区域基本上等于视图区域。这些视图区域中的两个的至少一部分位于假想圆内。这意味着这些像素图像可以在不必使眼睛移位的情况下进入眼睛瞳孔。

它们可以用来建立在显示面板上显示的场景的子图像。为此目的，在所述像素子集的每个子集中，存在成像到所述多个视图区域中的相同区域的至少一个像素，使得每个视图区域包括彼此基本上完全重叠的多个像素图像。该多个像素图像中的每一个（以及因而每个视图区域）可以表示子图像。

尽管一个视图区域的像素图像在假想平面上是非空间分辨的，但是它们起源于显示面板上的不同像素子集的像素，即它们从不同的方向到达假想平面。结果，在通过假想平面之后，它们再次变得是空间分辨的。

因此，利用被认为透明的假想平面并且将投影平面置于离显示面板的比显示面板与假想平面之间的距离更大的距离处，可以观察到多个像素图像模式。这些像素图像模式中的每一个可以表示显示面板上显示的子图像。

当子图像与一个场景的视图相应，但是来自不同的视点时，允许置于假想平面位置处的假想圆中的（眼睛）晶状体基于子图像中的来自场景的对象的深度（子图像中的视差）选择性地使这些对象聚焦在其视网膜上。因此，允许实现自由聚焦。

重新聚焦效应可以通过将像素图像模式聚焦到置于假想平面之后的投影平面上并且使用在多个聚焦条件下具有可与观看者的眼睛的强度相比的强度的透镜而模仿，所述假想平面处于离假想投影平面的一定距离处，该距离可与观看者的眼睛的视网膜和晶状体的距离相比。于是，应当可能的是让来自像素图像模式的不同像素集合在透镜的不同聚焦状态下重叠。模仿观看者的眼睛的光学能力的其他光学构造可以用于相同的目的。

表示（重叠的）像素图像的视图区域优选地全部相等和/或具有相同的形状。该形状可以是正方形、矩形、梯形三角形或者圆形。相邻的视图区域可以邻接，在它们之间不留下空间，但是也可以在它们之间留下一定空间，只要在它们必须同时对自由聚焦效应产生贡献的情况下任一视图区域的部分仍然落入假想第一圆形内。

在本发明的一个实施例中，一个像素子集可以用来按时间顺序提供不同的视图区域。因此，像素子集的像素的光输出可以从一个到另一个改变以便全部在一个重新配置时间内在由假想圆（至少部分地）包围的视图区域内创建至少两个不同的像素图像，所述重新配置时间等于或者短于1/30秒或1/45秒或1/60秒。这足够短以便给予眼睛根据子图像合成一个图像的机会，而不管它们被顺序地提供给眼睛这一事实。同时，（子）图像的分辨率可以由于不必在所述多个视图区域上划分像素这一事实而保持为高。当每个像素子集具有仅仅一个像素时，（子）图像内的分辨率可以保持为最大值，该最大值为像素集合所决定的原始分辨率。优选地，重新配置时间间隔尽可能短以便降低图像的闪烁和/或最优化眼睛的自由聚焦能力。因此，优选地，该间隔短于1/45秒或者甚至1/60秒。

第一和第二时间间隔优选地为重新配置时间间隔内的单个连续间隔。

在本发明的另一个实施例中，像素子集包括两个像素，每个像素成像到所述多个视图区域中的仅仅一个视图区域。在这种情况下，视图区域中的至少两个由像素子集内的空间不同的像素生成。因此，需要在视图区域数量上，即且因此在像素图像模式（子图像）上至少部分地划分像素。不必改变针对像素子集中的每一个的这两个像素的光输出以便提供不同的像素图像模式。这以由于在视图上划分像素而引起的一定的分辨率损失为代价放松了像素的内容变化的速度。固定的成像单元（不可重新配置）对这样的显示设备而言足够了。这样的显示面板可以制造更容易或者更廉价。

在像素子集内具有超过一个像素的显示器中，这些可以布置在s列和t行像素的阵列中，其中s和t为整数。该阵列可以具有二维像素分布，例如给出的实例：三角形、矩形、正方形或者六边形像素分布。优选地，该分布为矩形或者甚至正方形。

整数s和/或t可以为2、3、4、5、6、7、8、9或10或者甚至高于10。整数s和t可以不相等，但是优选地它们相等，使得所述多个重叠区域包括例如4、9、16、25、36、49、64、81或100个重叠区域。更优选地，模式（阵列）的形状为矩形，或者甚至更优选地为正方形，行和列彼此成90度角度。

在本发明的显示器中，可以存在多个视图区域，包括三个视图区域，并且假想圆包围这三个视图区域的至少一部分。可以以每假想圆（眼睛的瞳孔）更少的视图区域创建按照更多的深度水平和/或易于重新聚焦而言改进的自由聚焦效应。

优选地，这三个视图区域被布置成在假想平面上形成二维模式。这沿着图像内的两个维度提供了针对图像中的对象的自由聚焦。该二维模式优选地包括规则分布的区域，所述分布例如给出的实例：三角形、矩形、正方形或者六边形分布。更优选地，该模式具有重叠区域的矩形或正方形分布。优选地，二维模式处于具有m列和n行重叠区域的重叠区域阵列的形式，其中m和n为整数。整数m和/或n可以为2、3、4、5、6、7、8、9或10或者甚至高于10。整数m和n可以不相等，但是优选地它们相等，使得所述多个重叠区域包括例如4、9、16、25、36、49、64、81或100个重叠区域。更优选地，模式（阵列）的形状为矩形，或者甚至更佳地为正方形，行和列彼此成90度角度。

优选地，在本发明的设备中，所述多个视图区域中的至少两个完全被假想圆包围。这给出了显示***的改进的视亮度，因为像素的所有光落入圆内并且因此可以进入观看者的眼睛的瞳孔内。可以降低光输出功率，或者使其为最小值，同时仍然体验良好的图像视亮度，从而提供一种具有良好图像视亮度的功率高效的显示***。优选地，所述多个重叠区域中的第三个或者甚至全部完全位于假想圆内。当所有视图区域落入假想圆内时，这提供了一种能够将其输出仅仅提供给观看者的眼睛（在由具有观看者的眼睛的瞳孔的维度的假想圆包围的区域处）显示***。因此，它在不出现观看的地方不提供重叠区域，并且因而在用于创建自由聚焦效应的输出模式的使用中是高效的。

本发明的显示设备优选地每像素子集具有一定数量的像素，该数量对于所有像素子集而言都与所述多个视图区域中的视图区域的数量相同。这将提供具有均匀像素数量的像素图像模式。

该显示设备的成像单元具有多个成像子单元，每个成像子单元用于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的至少一部分成像，并且其中每个成像子单元包括透镜和/或镜和/或棱镜形式的光学元件。

所述多个成像子单元优选地布置在成像子单元阵列中。该阵列可以与显示面板上的像素子单元阵列相应。

优选地，每个成像单元包括一个或多个透镜，利用所述透镜可以发生成像。透镜可以是圆柱形的，用于在假想圆上提供一维视图区域模式，和/或球面的，用于在假想平面上提供例如二维视图区域模式。成像单元和或成像子单元可以直接位于像素之上，使得相邻像素子集的光输出不能进入彼此的光定向单元。可替换地，可以在相邻光定向单元之间存在一个或多个光阻挡元件以便防止来自一个像素子集的光进入意在对另一个（也许相邻的）像素子集的光输出定向的光定向单元。

在一个可替换方案中，光定向单元的数量等于像素子集的数量。因此，在该实施例中，每个像素子集具有其自身的成像子单元。

可以每像素子集存在超过一个成像子单元。所述像素中的一个或多个的至少一部分在像素为具有子像素的彩色像素的情况下可以表示一个或多个子像素，或者可以表示像素区域的部分，不管是否存在子像素。

具有更多的成像子单元可以提供对各个像素子集或者像素子集的各个部分成像的更大自由度。

在本发明的显示器的一种变型中，成像子单元包括第一光学元件和第二光学元件，其中第一和第二光学元件被布置成使得第一光学元件用于将仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的至少一部分的光输出定向到第二光学元件，并且第二光学元件用于将接收自第一光学元件的光输出的所述至少一部分定向到假想平面。除别的以外，成像单元的这种设置有利于结合显示设备的相对平坦的形状因子创建正确的工作距离。

本发明的显示设备可以具有这样的像素，其中每个像素包括具有相互不同的颜色的多个子像素，并且这些子像素在显示面板上堆叠在彼此之上，使得它们至少部分地重叠。

优选地，子像素完全重叠。像素及其子像素可以为堆叠式有机发光器件（OLED）像素。按照这种方式，像素在仍然能够提供彩色输出时占据显示面板上的最小空间量。因此，彩色像素的分辨率可以由像素集合决定。由于像素的所有子像素将成像为在视图区域上重叠，因而不会存在由于成像而引起的颜色间断。因此，观看者的重新聚焦不导致观察的颜色模式的变化。这在观看者的眼睛重新聚焦时提供改进的颜色均匀性。

可替换地，一个或者每个像素包括具有相互不同的颜色的多个子像素，并且这些子像素空间分布在显示面板上。这在与具有堆叠式像素的显示面板相比时提供了更易于制造的显示面板。在这种类型的显示设备内，像素内的子像素的数量优选地等于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的至少一部分成像的成像子单元的数量。这意味着可以通过可用于一个像素的不同成像子单元使得一个像素的子像素图像中的一个或多个在视图区域上重叠。因此，观看者的重新聚焦不导致观察的颜色模式的变化。因此，这在观看者的眼睛重新聚焦时提供改进的颜色均匀性。子像素的空间分布也具有以下优点：显示面板与例如堆叠式子像素变型相比更易于制造和或寻址等等。

在本发明的显示***中，每个像素或子像素可以包括布置成光照部分的一维或二维阵列的多个光照部分。这使得眼睛跟踪和波束操纵更易于实现。优选地，邻近光照部分之间的间距大于光照部分沿着相同间距方向的尺寸。

如前面的权利要求中任何一项所述的显示***，其中像素子集之间的距离大于相同像素子集的像素之间的距离。该像素布局在使用具有多个成像子单元的成像单元时可能是有利的，其中每像素子集存在一个这样的成像子单元。

在可以向观看者的双眼提供显示的本发明的显示器中，像素子集也以时间顺序的方式成像到另一假想圆。因此，当眼睛置于假想圆处时向眼睛中的每一只提供了自由聚焦，同时由像素集合决定的分辨率仅仅在用于一只眼睛的所述多个视图区域上划分。

当视图模式的像素图像在两个假想圆之间没有区别时，眼睛可以接收到相同的信息。因此，显示设备是对于双眼具有自由聚焦的单视（mono）显示器。可替换地且优选地，眼睛接收不同的信息以便使其适合于用作立体显示设备。

当涉及重新配置和定时的时候，可以以类似的方式提供不同眼睛的输出，因为像素图像按时间顺序提供给用于一只眼睛的视图区域（参见权利要求2的支持）。可重新配置的光学单元可以用于这种类型的显示设备以便进行时间顺序成像。

在用于超过一只眼睛的显示设备的另一个实施例中，像素集合包括另一多个不同像素子集（41I），所述另一多个像素子集中的每一个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素，并且成像单元（42）也用于对所述另一多个像素子集中的像素子集的所述一个或多个像素成像以便在假想平面上的另一多个视图区域上形成另外的像素图像，所述另一多个视图区域不彼此重叠，不同像素子集中的每一个的至少一个另外的像素图像在所述另一多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有眼睛瞳孔的直径的另一假想圆，所述假想圆与所述另一假想圆的中心之间的距离相应于观看者的左眼和右眼的瞳孔中心之间的距离，并且所述另一假想圆包围所述另一多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述另一假想圆内至少部分地被包围的所述另一多个视图区域中的至少两个关于其中的所述另外的像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

这是一种用于双眼的显示器，其中对于每只眼睛存在不同的多个像素子集。因此，基于用于双眼的可用像素的划分，由像素子集决定的分辨率降低。该显示器可以与用于一只眼睛的模式的时间顺序提供相结合以用于重新聚焦效应。

在向至少两个假想圆提供视图区域的显示设备中，在第一假想圆和第二假想圆的中心之间，在假想平面上存在其中不存在视图区域的区域。因此，可以实现像素的高效使用，使得没有视图区域被提供给其中不存在观看者的眼睛的位置。

在向至少两个假想圆提供视图区域的显示设备中，该显示设备可以是立体显示设备，并且在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的至少两个与在所述另一假想圆内至少部分地被包围的所述另一多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述像素和另外的像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

在本发明的显示设备中，所述多个像素子集布置在具有k行和l列的像素子集阵列中，其中k和l为整数。同样优选地，像素子集以规则的方式在显示面板上分布。优选地，它们布置在像素子集行和列的阵列中。优选地，每个像素子集包括相同数量的像素。

在具有用于将视图提供给多个假想圆的多个像素集合的显示面板中，所述多个像素子集和所述另一个多个像素子集布置在具有k行和l列的像素子集阵列中，其中k和l为整数，并且其中在整个阵列中，所述多个像素子集中的像素子集处于l为奇数的列中，并且所述另一多个像素子集中的像素子集处于l为偶数的列中。

用于左眼的所述多个模式（子图像）和用于观看者的右眼的所述另一多个模式（子图像）现在均匀且规则地分布在显示面板上。

在显示器和或观看者相对于彼此旋转的情况下，列可以用行代替。这在将显示器从风景旋转到肖像视图时可能是有利的。

互换可以通过如使用GPS或者惯性陀螺设备或者眼睛跟踪设备所指示的、由显示器的例如取向变化提供的任何外部输入引起。

在本发明的显示设备中，成像单元可重新配置以用于按时间顺序将像素子集的像素成像到所述假想圆和/或所述另一假想圆内的所述多个视图区域中的不同视图区域，和/或以用于按时间顺序将所述多个像素子集和所述另一多个像素子集的像素成像到所述多个视图区域和所述另一多个视图区域。在一种可替换方案中，这可以使用可机械地重新配置的光学单元进行。例如，该单元可以包括光学元件，这些光学元件可以通过向它们施加机械力而缩短或者伸长。机械力可以由压电器件提供。在另一种可替换方案中，光学元件可以是可光电地重新配置的。优选地，为此目的，光学单元包括作为格林透镜（GRIN）或者电湿润单元操作的光学元件。因此，一个或多个光学元件可以由GRIN透镜或者电湿润镜或透镜制成。

如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，包括：跟踪***，其用于确定眼睛的瞳孔的位置；以及成像单元控制***（76），其用于根据眼睛瞳孔的位置控制成像单元，使得与观看者的眼睛的一个或多个瞳孔重合时的所述假想圆和/或所述另一假想圆在一个或多个瞳孔改变位置时基本上保持与这些瞳孔重合。

眼睛跟踪可以跟踪一只眼睛的位置，并且所述控制可以用于保持一个假想圆与相同眼睛的瞳孔的周界重合。位置可以表示瞳孔到显示面板的距离，和/或显示面板之前的水平和/或垂直位置或者这三者的任意组合。

因此，当定位在第一位置，使得假想圆与眼睛瞳孔的周界重合的眼睛（瞳孔）移动到另一位置时，光输出重定向到重新定位的瞳孔。观看者具有移动的自由。

可替换地，眼睛跟踪可以跟踪至少两只眼睛的位置，并且所述控制可以用于对输出光移位，使得一个假想圆从一只眼睛的瞳孔移到另一只眼睛的瞳孔。该实施例对于按时间顺序向来自一个观看者和/或来自超过一个观看者的超过一个瞳孔（眼睛）提供相同或不同的输出是有用的。

本发明的显示设备可以具有用于向显示面板提供图像数据的显示控制器，其中该图像数据对多个子图像编码，所述多个子图像中的第一个与3D场景的第一视点相应，并且所述多个子图像中的第二个与3D场景的第二视点相应，该第二视点通过眼睛的瞳孔的宽度与第一视点有关，并且其中向每个像素子集提供第一子图像的部分和第二子图像的部分。

显示设备适于接收该图像数据。换句话说，向像素提供图像数据，使得通过成像单元一起成像到瞳孔的相同区域的不同像素被提供与从单个视点观看的3D场景相应的图像数据。从不同视点观看的3D场景的至少两个子图像被提供给一个假想圆（以及因而可能地一个瞳孔）。对于向多个假想圆提供视图区域的显示器而言，与多个像素子集、所述像素子集和所述多个视图区域有关的从属权利要求的特征可以同样对于所述另一多个像素子集、所述另一多个视图区域以及所述另一假想圆成立。

不像在东京（Tokyo）显示器中那样，图像的视图可以在朝着瞳孔的方向上发送，由此减少实现自由聚焦效应所需的视图数量。本发明提供了一种比柱镜***更复杂的***，因为更多的视图需要再现。在瞳孔跟踪版本中，就瞳孔跟踪、波束操纵而言也增加了复杂度。然而，该***在计算上比实时全息***简单得多，并且不要求控制发射的光的相位。

附图说明

贯穿所有图，相同的附图标记表示相同的特征。这些图示出了其中相对维度不真正代表现实的示意图。

图1A和图1B分别为观看场景时眼睛如何工作的示意性表示的侧视图和顶视图；

图2A为由常规2D显示器呈现给观看者的一只或多只眼睛的视网膜的内容的示意性透视图；

图2B为由常规3D立体或自动立体显示器呈现给观看者的双眼的对应视网膜的内容的示意性透视图；

图3为由2D或3D显示器呈现给观看者的一只眼睛的视网膜的内容的示意图，该显示器依照本发明每眼睛瞳孔使用3D场景的仅仅两个视图提供自由聚焦；

图4A为依照本发明的显示设备及其可以如何操作的示意性顶视图；

图4B为图4A的显示器的设置和操作的示意性透视图；

图4C示意性地示出了依照本发明的显示设备及其如何能够通过使用每个像素子集中的一个像素以便生成视图并且顺序地将它们提供给不同的视图区域而将3D场景（图像）的两个视图（子图像）提供给眼睛的一个瞳孔；

图4D示意性地示出了依照本发明的能够向观看者的双眼提供3D场景（图像）的多个视图（子图像）的显示设备，其中不同眼睛的视图使用相同的像素子集生成，并且各只眼睛时间上顺序地接收这些视图；

图4E示意性地示出了依照本发明的能够向观看者的双眼提供3D场景（图像）的多个视图（子图像）的显示设备，其中不同眼睛的视图使用不同的像素子集生成；

图5A、图5B、图5C和图5D示意性地示出了可以如何针对依照本发明的诸如例如图4A-4E的显示设备之类的显示设备进行视图再现和/或像素分配；

图6A、图6B和图6C示出了可以使用依照本发明的显示设备提供给眼睛瞳孔的不同视图区域模式；

图7A、图7B和图7C示意性地示出了可以如何设计和/或操作依照本发明的显示器的光学单元；

图7D和图7E示出了显示面板上的像素布置以及光学单元的可能设计；

图8A-8G为其中像素具有子像素的依照本发明的显示器的光学单元和显示面板的部分以及这些像素可以如何提供给视图区域的示意性表示；

图9为光学单元的成像单元及其可以如何操作的示意性表示；

图10A和图10B示出了依照图9的光学单元的实现方式，显示面板具有或者没有带有子像素的像素；

图11A和图11B分别以示意性方式示出GRIN透镜可以如何操作以及在依照本发明的显示器中实现；

图12A和图12B示出了可以提供给眼睛瞳孔的视图区域。它们也可以表示显示面板上的像素子集内的像素模式；

图13A和图13B示出了被细分成多个照明部分的、当被寻址时提供相同的输出的像素或子像素，以及这可以如何通过简单的电连接而实现；

图14示出了依照本发明的显示设备，其也具有跟踪***、显示控制器和光学单元控制器。

具体实施方式

本发明提供了一种显示设备，观看者从该显示设备可以体验自由聚焦效应。

利用这样的显示器，通过光学单元成像到瞳孔的一个给定视图区域的像素组合的光输出可以一起限定从单个视点观看的3D场景的子图像。这意味着在眼睛瞳孔被定位成使得它接收视图区域的至少一部分时，成像到该视图区域上的视图以及眼睛视网膜上由这样的视图形成的子图像与3D场景的来自相对于该场景横向隔开的视点或者来自沿着3D场景的公共观看轴的不同深度点的视图相应。术语“视点”应当相应地加以理解。

提供给瞳孔的光因而可以包括3D场景的与视点有关的至少两个这样的子图像，其在现实生活中可以由观看者的一只眼睛同时观察到。

于是，眼睛具有使得所述至少两个子图像的不同部分在视网膜上重叠的可能性，以便通过他的眼睛的再适应清晰地感知这些子图像表示的场景中的不同深度处的对象。这可以增强2D显示器和/或3D显示器显示的图像的观看。

本发明方法潜在的构思的部分类似于全光照相机的构思。关于该主题的早期论文之一是Adelson et. Al. "Single Lens Stereo with a Plenoptic Camera", IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence", vol. 14, No. 2, Feb. 1992。这项工作已经得到发展，并且全光照相机现在在商业上可获得。

在全光照相机中，跨图像传感器平面提供微透镜阵列。每个微透镜覆盖像素集合。微透镜将从不同方向进来的光定向至底下的该像素集合的不同像素。按照这种方式，来自每个微透镜下方的相同位置的像素集合一起提供从特定观看方向观看的场景图像。通过不同观看方向图像的图像处理，可以获得深度信息。该附加信息然后可以用来执行重新聚焦功能以及许多其他图像操纵，因为实际上获得场景的部分3D模型，而不是来自固定观看方向的单个图像。然而，全光照相机记录的图像不提供自由聚焦效应，没有对于显示这样的图像的显示器的适当适应。

现在更详细地描述本发明。为此目的，首先参照图1-3描述本发明的构思的部分以及本发明预期解决的问题的部分。

图1A和图1B用来解释分别从侧面和上方观察现实生活（3D）场景时单只人眼的操作。场景1包括远离眼睛3且在场景右边的小的暗箭头2以及更接近眼睛3且在场景左边的大的白色箭头4。这些箭头处于场景中的不同深度。眼睛3的瞳孔和晶状体示意性地表示为一个项目5，使得为了简单起见，假定瞳孔尺寸如此大，以至于整个晶状体暴露于入射光。眼睛的视网膜用表面6示意性地表示。

眼睛聚焦于大的白色箭头4上。绘图中未考虑眼睛的聚散度，因为仅仅绘出了一只眼睛。沿着眼睛的3D场景（参见上文）的公共观看轴的眼睛的注视也未示出。大的白色箭头由晶状体5清晰地成像到视网膜6上。因此，箭头4的每个点都将光反射到瞳孔5的整个区域，并且这些光线全部被眼睛理想地成像为视网膜上的清晰倒置的像。箭头4顶部和底部尖端的光线被示为定向到晶状体5的直径上相对的部分的实线。箭头的尖端由晶状体聚焦到视网膜6上的单独的点7。观看者清晰地观察到箭头4。

然而，当白色箭头4聚焦时，小的暗箭头2不聚焦。该箭头底部10的两条光线以虚线示出。它们被看出聚焦于视网膜6之前的点8处。由于暗箭头不唯一地成像到视网膜6所处的平面，因而存在视网膜的这样的区域9，箭头的那个点10成像到该区域上。这个区域而不是点意味着小的暗箭头离焦并且不被观看者清晰地观察到。

观看者需要重新聚焦（再适应）以便使得小的暗箭头2成像到视网膜上的唯一点集合。然而，当他这样做时，那么箭头4将离焦并且被观察为模糊的。然而，这种情形未被示出。

图2A示出了由常规2D显示器呈现给观看者的眼睛的内容。这样的显示器上显示的图像20具有场景1的箭头2和4，并且该图像表示图1A和图1B的3D场景1的一个视图（参见上文中视图的定义）。事实上，所有观看者都从显示器之前的不同位置观看到相同的视图。图像20由眼睛晶状体5清晰地聚焦到视网膜6上。再一次地，假定瞳孔区域与晶状体区域一样大。整个图像在视网膜上清晰地复现，因为它全部在离观看者的眼睛的相同距离处呈现，该距离是观看者的眼睛到显示屏幕的观看距离。

对于诸如箭头2和4之类的不同深度的对象，没有提供自由聚焦能力，因为仅仅存在一个具有单一深度的平坦图像（场景的一个视图）。在任何种类的常规2D显示器的情况下，该原理对于观看者的双眼同样成立。图像20的内容被创建和/或呈现的方式决定了图像的什么部分（对象）可以被清晰地观察到以及什么部分（对象）被观察为模糊的。

图2B示出了诸如美国专利6064424的显示器之类的常规立体或自动立体显示器的什么内容呈现给双眼。左眼晶状体5L被提供图像20L的显示形式的场景的左视图，该图像以参照图2A所描述的类似方式聚焦到左眼的视网膜6L上。同时，右眼晶状体5R被提供图像20R的显示形式的相同场景1的右视图，该图像聚焦到右眼视网膜6R上。由于这两个图像表示相同场景1的与观看者眼睛的不同视点（对于人类而言，相互距离近似为6cm）相应的不同视图，因而图像20L和20R中的对象之间，例如箭头2和4之间的距离（由于其在场景1中的深度位置不同）是不同的，即造成了视差。根据该视差，观看者能够感知深度。除别的以外，深度的感知由大脑对于这两个不同视图的解释而引起。

当图2B的显示器的观看者从一个对象到另一个对象（例如从箭头2到4）改变其注视时，他的眼睛的聚散度将相应地改变。根据该变化，观看者感知到深度的变化。然而，与现实生活相反的是，聚散度的这种变化不伴随眼睛晶状体的适应的变化，因为所有图像信息仍然清晰地显示于显示面板上的每眼睛的一个视图中，就像图2A的2D显示器的情形那样。图2A和图2B的情形之间的唯一区别在于，在后者中，双眼的图像具有视差。

结果，再次不可能存在重新聚焦。而且，现在也存在不自然的立体观看体验，因为虽然在人类的正常立体观看中，眼睛的聚散和适应是耦联的，但是在图2B的显示器中，这些是去耦的。

图3示出了使用本发明的简单实现方式呈现给观看者眼睛的内容。图3的显示设备提供了场景（图像）的两个视图（子图像），其表示从两个不同视点观察的到一只眼睛的场景。具体地，子图像30’表示提供给眼睛晶状体5的左边区域的场景1的第一子图像。子图像30’’表示提供给眼睛晶状体5的右边区域的场景1的第二视图。左右晶状体区域彼此不重叠。再一次地，假设瞳孔区域与晶状体一样大。即使子图像的所有像素的光仅仅通过晶状体5的同一个区域（侧面）进入，完整的图像也由每个视图（子图像）30’或30’’通过晶状体在视网膜上形成。眼睛的特定适应造成两个视网膜图像的部分基本上重叠。像图2B的（自动）立体情况中的左右视图那样，第一和第二视图（子图像）30’和30’’依照它们所定向到的眼睛晶状体的两个部分之间的视点差异而稍微不同。例如，一个可以被认为是来自瞳孔左边部分中间的点的3D场景1的视图，并且另一个可以被认为是来自瞳孔右边部分中间的点的3D场景的视图。这些视图按照左右眼视图（子图像）有差异的相同方式而不同，但是相差更小的量。这些视图之间的差异（视差）在图3中被夸大。

当观看者的注视定向到白色箭头4时，眼睛可以并且将会（自然习惯）聚焦于白色箭头4上，这意味着晶状体5以这样的方式将视图（子图像）30’和30’’的白色箭头成像到视网膜上，使得它们像情况6’中那样重叠。然而，结果在眼睛的这种聚焦状态下，这两个视图（子图像）30’和30’’的暗箭头2由于视图30’和30’’二者中的箭头2和4之间的视点相关距离差异（视差）的原因而不能成像到视网膜6，使得它们重叠。因此，虽然两个白色箭头将完美地重叠，给出清晰的观看，但是较小的暗箭头2给出出现在场景1的自然观看中的相同的离焦模糊，因为大脑能够将这些双像解释为单个模糊对象而不是两个不同的清晰对象（以自然中离焦的对象作为非排列图像集合出现在视网膜上的相同方式）。为了在将观看者的注视移向较暗的箭头2时使该箭头聚焦，眼睛需要重新聚焦（再适应），使得子图像30’和30’’中的两个不同的箭头2清晰地成像到视网膜的相同点上（重叠图像）。大的白色箭头4于是将离焦。

具有根据注视调节聚焦的可能性允许人类视觉中发现的双眼的聚散与适应之间的耦联可以用于依照本发明的显示器。

自由聚焦效应在2D图像中适用于一只眼睛，但是在风景的2D或3D可视化中也适用于双眼。在上文中，假定（如眼睛瞳孔所限定的）晶状体开口与晶状体本身一样大。在现实生活中，是瞳孔直径决定开口，即光可以越过它进入眼睛的区域。从这里开始，将进一步在其原始意义上使用瞳孔，知道其开口可能由于光条件而改变。

在由依照本发明的显示器提供的自由聚焦效应的原理的以上描述中，每瞳孔只使用了两个视图，即瞳孔由两个（左右针孔）表示。每个针孔在视网膜上生成清晰的（视图）子图像，但是由于这些子图像来自稍微不同的视点，因而在一只眼睛内且以取决于眼睛聚焦的方式引起子图像的部分的聚焦或模糊。瞳孔划分的区域越多，即每瞳孔提供的视图（子图像）越多，则本发明越接近地复制自然。在极端情况下，瞳孔可以被认为是（无限）针孔阵列，每个针孔向视网膜呈现唯一图像。

从实际的观点来看，希望的是在不必每瞳孔使用高数量视图的情况下尽可能好地复制自然。毕竟，每个视图需要由来自显示器的像素输出集合提供，并且将显示器的可用像素分配到该数量的视图上可能导致每视图分辨率的通常不希望的降低（可用像素数量的减少）。 尽管不同视图（子图像）的时间顺序显示可以帮助降低空间分布，但是这将对显示器中的像素集合可以提供所述不同视图（子图像）的速度施加额外的约束。本发明提供了一种给出自由聚焦效应，同时能够将允许实现自由聚焦效应所需的附加视图量保持为可接受的数量的显示器。

图4A和图4B示出了一种依照本发明的显示设备，该显示设备实现了上文中参照图3所解释的原理。显示设备40包括具有细分成N个像素子集的像素集合的显示面板41。每个像素子集具有如例如针对包括像素41IR（黑色）和41IL（白色）的子集41I和包括像素41NR和41NL的41N所指示的两个像素。显示设备具有包括数量为N的多个成像子单元（用透明矩形指示）的成像单元42，其中两个子单元用附图标记42I和42N指示。成像单元在这种情况下跨显示面板41且在观看者与显示面板之间布置。它也可以在存在透射像素时处于显示面板之后。为了清楚起见，图4B中未示出成像单元42。存在仅仅一个用于对特定像素子单元的像素成像的成像子单元。

在显示器之前，绘出了具有假想圆48的假想平面47。假想圆的中心可以置于显示面板的法线上。假想圆可以表示观看者眼睛的瞳孔。

因此，每个像素子集41I-41N通过其各自的成像子单元42I-42N之一成像到假想平面47上的假想圆48内。成像子单元42I将像素41R成像到假想平面47上的假想圆48内的视图区域45L并且将像素41L成像到假想平面47上的假想圆48内的视图区域45R。视图区域41L和41R不彼此重叠。其他子集的两个像素也以类似的方式由其他成像子单元定向到这些视图区域45L和45R中的任一个。这些视图区域可以根据成像单元的特定设计而在假想圆内位置互换（参见例如图5A和图5B和有关描述）。

当从显示器行进到假想平面时的波束发散度被设计成使得像素子集成像到与显示设备标准工作距离处的假想圆（瞳孔）面积相应的尺寸。为此目的，可以对每个像素发射的光准直。例如，像素孔径可以为1-10微米，并且从显示平面到假想平面的缺省距离为3m。波束发散到与瞳孔部分的尺寸相应的尺寸，例如0.5mm-2.5mm。显示器将具有围绕设计的距离的工作距离范围。例如，对于3m设计而言，发射的光的角展度足够浅，使得所述效应可以在离显示设备的近似1.5m-5m的范围内观看到。下文中给出了另外的实例。

成像单元42朝假想圆48会聚像素的光；显示面板面积将大于假想圆面积。这以这样的方式完成，使得所述数量为N的多个像素子集中的每个子集的一个像素被定向到相同的视图区域，即所有左边像素41L（在图4A和图4B中示为白色）都被所述数量为N的多个成像子单元成像为在视图区域45R上彼此重叠（参见图4A中的虚线光线），并且所有右边像素41R（在图4A和图4B中示为黑色）都被定向为在视图区域45L上重叠（参见图4A中的实线光线）。

因此，视图区域45L和45R中的每一个包括像素的重叠图像，其一起限定了面板上显示的视图（子图像）。这些显示的视图（子图像）可以与图3的图像30’和30’’相应。

当另一投影屏幕（例如46）置于假想平面47之后时，在这样的屏幕上观察到的图像模式41L’和41R’表明，视图区域的非空间分辨的像素图像在通过该平面之后再次变得空间分辨以便表示显示的视图（子图像）。在所述另一投影平面为其晶状体处于假想平面47的位置、其瞳孔43覆盖假想圆48的区域的眼睛44的视网膜的情况下，这些子图像41L’和41R’与图3的图像6相应。重叠像素再次变得空间分辨归因于以下事实：单独的像素图像由显示器从不同方向发送至视图区域，因为它们起源于跨显示面板分布的不同像素子集。

在假想平面上的一个视图区域中重叠的视图或子图像像素一起限定了从单个视点观看的3D场景的视图（子图像）。因此，从不同的一个视点观看的3D场景的至少两个视图到达假想圆（以及因而瞳孔）。由此，图4A和图4B的显示设备提供了依照参照图3所解释的原理的自由聚焦，因为眼睛的聚焦状态可以用来覆盖表示子图像30’和30’’的模式41L’和41R’的特定像素以便达到参照图3所描述的情形6’或6’’中的任何一个。

利用依照图4A和图4B的其中使用面板的空间上不同的像素生成每像素子集（每瞳孔）的多个视图M的显示器，子图像的分辨率以倍数M从完整像素集合分辨率降低。这可以利用这M个视图的时间顺序生成而避免。

因此，在图4C的实例显示设备中，对于子集41I-41N中的每一个，每像素子集存在一个像素（M=1），并且一个像素子集的输出仅仅由成像子单元42I-42N之一成像。这以这样的方式完成，使得在第一时间间隔内，第一像素输出被定向至假想平面47上的假想圆48内的视图区域45L，并且在跟随第一时间间隔的第二时间间隔内，第二像素输出被定向至另一个区域45R。因此，如参照图4A和图4B的显示设备所描述的不同视图子图像现在以时间顺序的方式在假想圆48内被提供给假想平面47以及因而眼睛的瞳孔。如果时间间隔短于1/30秒，那么眼睛（大脑）能够将图像解释为同时到达并且因此可以再次使用自由聚焦。该显示器可能需要可重新配置的成像单元，该成像单元可以被重新配置为足够快速以便将第一输出和第二输出定向至假想圆上的不同视图区域。实现这样的成像单元的方式将在下文中加以描述。

该显示器的优点在于，每个子图像现在具有显示面板的原始分辨率。快速显示面板是所需的，其允许在时间间隔内刷新像素。尽管在LCD型显示面板的情况下不是不可能，但是有源以及经常是无源的矩阵有机发光二极管（OLED）像素显示面板由于内在的快速像素响应时间的原因而可能更加合适。

利用诸如例如图4A和图4C的显示面板像素之类的本发明的显示面板像素，子图像的分辨率与图像部分的数量相应，即显示器原始分辨率需要为每子图像的感知的图像分辨率的K x M倍，其中M为每像素子集的像素数量（M为表示每眼睛的视图数量的因子），K为同时被提供图像内容的瞳孔数量。因子K表示一种选择。可以存在一个显示器向一只眼睛提供图像，或者一个显示器向两只眼睛提供图像（对于单个观看者）或者在每显示器多个观看者的情况下甚至向更多眼睛提供图像。

例如，在如图4D中所描绘的显示设备中，以针对图4A和图4B的显示设备所描述的相同方式生成自由聚焦。然而，这于是以时间顺序的方式在相同假想平面47上的可以与观看者的眼睛的两个瞳孔44L和44R相应的两个不同假想圆48L和48R中完成，以便对于具有可用自由聚焦的双眼构建完整的图像。如果存在超过一个假想圆，那么它们可以被定位成使得显示面板的法线穿过两个假想圆的中心之间的距离的一半。因此，成像单元首先将像素子集的像素成像到一个假想圆48L（瞳孔44L）上，并且然后成像到另一个假想圆48R（瞳孔44R）。定时条件事实上与针对图4C的显示器所描述的条件相同，但是现在它们对于不同眼睛的图像而不是每瞳孔的图像成立。该显示器可能需要可重新配置的成像单元，该成像单元可以被重新配置为足够快速以便将第一输出和第二输出定向至假想圆上的不同视图区域。然而，在该设计中，可以一起控制所有成像子单元以便提供方向控制。如果显示器用于显示单视图像（双眼观察相同视图），那么无需为双眼改变像素子集的输出。如果另一方面显示器预期用作立体显示设备，那么左眼和右眼（假想圆）的图像必须不同，即必须存在与存在的眼睛距离相应的视差。因此，在与单视显示器相对的后一情况下，正如针对图4C的时间顺序显示器的情况，像素内容需要刷新以便为双眼生成立体视觉上不同的图像。应当指出的是，刷新不是自由聚焦效应所必需的，因为其像在图4A的显示器中那样根据每像素子集的不同像素生成。子图像的分辨率因此为原始分辨率除以每像素子集的像素数量M。下文中将描述实现可重新配置的成像单元的方式。

在未示出的另一实例中，如参照图4C所描述的按时间顺序为双眼提供自由聚焦。因此，也以如针对图4D的显示器所描述的时间顺序的方式生成用于左眼和右眼的图像。该实例也可能需要可重新配置的成像单元。它具有向观看者提供完整的原始显示面板像素分辨率的优点，因为所有图像都以时间顺序的方式生成。然而，它因此可能需要快速的显示面板，因为所有图像都必须在短得足够大脑在一定帧时间内解释完整图像的时间内送至眼睛。应当指出的是，取决于显示器为单视或立体显示器，必须调节像素数据的刷新时间。单视显示器无需用于左眼和右眼的像素刷新，从而放松像素刷新率，而立体显示器确实需要快速的刷新率。因此，立体显示器需要在一个图像帧时间内生成四个不同的像素输出。

显示设备可以用于一个观看者或者用于多个观看者。在多个观看者的情况下，可以以时间顺序的方式处理观看者。这当然降低了用于每个观看者的光照占空比，但是利用明亮的直接发射的像素（例如激光光照或者OLED或EL像素），光效率允许实现这点。

可以在空间分辨率与时间分辨率之间进行折衷。空间分辨率可以由N表示，并且时间分辨率可以由M表示。这在其中观看者的数量事先未知的诸如电视之类的应用中是特别重要的。显示设备可以一个接一个地（对于一次一个瞳孔，M=1，或者对于一次一个观看者，M=2）服务这些观看者（或者甚至瞳孔）中的每一个，为所有用户供应较低分辨率图像（M=2 x观看者数量）或者在这两个之间折衷。

在图4E的实例中，使用面板上的不同像素生成提供给左圆48L（左瞳孔44L）的视图区域45LL、45LR和右圆48R（右瞳孔44R）的45RL和45RR的所有视图（子图像）。存在两个多个像素子集49L和49R，每个具有每像素子集M=2个像素，每多个像素子集具有N个像素子集。尽管子图像的分辨率因此以倍数M和N降低，但是这可以表示成像单元的最容易实现的实例之一，因为它原则上无需可重新配置的光学单元和/或显示面板，因为像素输出刷新需要是所有可替换方案中最不快速的。

上面描述的本发明的显示器能够在显示图像时给予观看者自由聚焦。然而，这要求***显示的内容必须具有所需的每眼多视图信息（具有视差的子图像30’和30’’），或者必须允许使用再现技术生成这样的视图信息。这样的内容允许基于该视图信息给予面板像素其特定的光输出值（灰度值和/或颜色等等）。因此，例如，图3中的视图30’和30’’的信息可以在图4A和图4B的显示器上示出。在这种情况下，必须考虑像素面板和成像单元的特定设计将视图30’和30’’映射到面板中的像素子集的特定集合上。

用于本发明显示器的再现和像素分配可与用于自动立体显示器的图像再现相比。基本上，像素与它撞击瞳孔的位置之间的光线被重构。通过追踪该光线，直到它撞击内容（图像+深度、体元、三角形等等），那么该像素应当呈现已经追踪的内容的颜色和/或灰度级。

对于作为用于这种屏幕的最可能的格式的图像加深度内容而言，该再现可以通过基于深度图对输入图像变形（warp）而进行。这是一种非常高效的过程，其例如已经在显示***中实现，但是可替换地可以在显示***和/或面板外部进行。

对于诸如美国专利6064424中的显示器之类的柱镜自动立体显示器而言，对于每个视图单独地进行再现，并且然后将输出组合以形成一个视图掩盖的图像。柱镜显示器具有大约9-45个视图。本发明的***需要基于每像素子集提供的视图数量（例如9、16或25）的视图数量以便表示每瞳孔的视图，并且必要的话，不同的视图集合用于所需的不同环视位置（即立体场景的全局视点的数量）中的每一个。瞳孔的不同视点可以被认为是局部视点。再一次地，全局场景视点的数量可以为9-45个视图。与柱镜自动立体显示器相比的处理的复杂度基本上按照子集中的像素数量倍增。该附加的复杂度远小于全息显示器的附加复杂度倍数，并且扩展标准柱镜实现方式以用在本发明中是直截了当的。

考虑每瞳孔两个像素（视图）的实例，左边像素可以被认为是来自一定视点的图像的部分，该视点在用于右边像素的视点的左边3mm（左右）处。再一次地，如果瞳孔被认为是两个并排的针孔（如上面所提到的），那么***需要生成每个针孔看到的视图。生成用于左眼和右眼的图像的相同的来自3D场景的图像再现被实现（在这里，视点分开6厘米左右）。模糊或者离焦不存在于任何单独的图像中——它是大脑对于成像到视网膜的多个区域的场景中的相同对象的解释。每个单独的图像仅仅是来自给定地点的场景的平面2D视图。

图5A用来稍微更详细地解释该过程。图5A中的引用的部分与图1-4的引用有关。为了清楚起见未绘出图5A中的光学单元，并且为了简单起见假定其如光线所指示的对像素成像，而不详述成像单元的构造。因此，图5A表示观看者的眼睛3观察到的具有箭头2和4的场景1。这些箭头处于场景1内的不同深度52和53处。眼睛具有晶状体5和视网膜6。如参照图4A和图4B所描述的显示器用显示面板41表示。为了方便绘图，将面板41绘制为不连续的。这在真实实例中并非如此。显示面板具有像素子集，其中示出了子集41I、41II和41III。子集41I、41II和41III中的每一个具有两个像素；一个像素用白色矩形指示，并且一个像素用黑色矩形指示。所有子集的白色像素向瞳孔提供第一视图，并且黑色像素提供另一个视图。

为了表示提供给眼睛的视图中的深度，可以创建具有视差的子图像并且示于显示器上。可以使用光线追踪将场景内容映射到像素。因此，实线绘制的公共轴54和55表示基于可以从其观察到箭头4的两个方向（视点）的箭头4左右视图的成像。这两个方向必须定向到区域45R和45L中的正确区域，即，左视图55必须定向到区域45L并且右视图54必须定向到区域45R。因此，子集41III的两个像素表示箭头4的一个对象点的两个视图，并且这些像素应当具有表示这些对象点的灰度级和（如果适用的话）颜色。同样地，可以观察到，起源于箭头2并且表示该箭头2的2个视图的虚线光线56和56也终止于正确的区域45R和45L。这些光线必须分别分配给子集41I的白色像素和子集41II的黑色像素。因此，在箭头2的情况下，用于箭头2的相同对象点的不同视图的光输出起源于不同的像素子集，即与针对箭头4的情形相比，相同场景图像点的两个视图被附加的两个像素分开。这归因于以下事实：这些光线像来自箭头4的光线一样起源于不同的深度。这样的映射于是必须针对至少两个深度的所有场景对象点进行。

在图5A中，考虑沿着公共观看轴50朝箭头4定向的眼睛注视（未示出依照该注视的眼睛晶状体的旋转）。眼睛晶状体5聚焦于箭头4上。因此，箭头4的不同视图45R和45L的实线光线54和55聚焦于点7，使得子集41III的像素重叠，从而箭头4被感知观察为清晰的。然而，眼睛的这种晶状体聚焦状态意味着41I的白色像素和41II的黑色像素不会在视网膜上重叠。相反地，它们将在视网膜之前的点8处重叠，而在视网膜区域9处是空间分辨的，从而在视网膜上的这个区域中给出双像。大脑会将此解释为离焦箭头2。

依照以上的描述，眼睛晶状体可以在沿着线51将眼睛注视移到箭头2时重新聚焦。眼睛晶状体5于是将重新聚焦（放松晶状体强度）以便使子集41I和41II的所需的像素在视网膜6上重叠，使得箭头2现在被观察为清晰的。结果，子集41III的像素将仅仅聚焦在视网膜6之后，从而在视网膜上给出其中这两个像素在空间上分辨的区域。现在，箭头4被感知为模糊的离焦箭头。

因此，当于是根据眼睛正在观看的深度层显示这样的内容时，存在希望的自由聚焦效应。然而，应当指出的是，场景内一个深度处的信息存在于撞击一个瞳孔的所有视图中。眼睛选择通过覆盖被带至瞳孔的针对场景的特定对象点的所有视图的像素而使一个特定深度处的场景对象聚焦。对于另一深度处的对象，眼睛重新聚焦以便覆盖起源于被带至特定瞳孔的所有视图的另一个像素集合。

确切的像素分配取决于成像单元工作的方式。在表示图4A显示器的图5B的显示器中，成像子单元对像素的输出重定向，使得像素子集内不同像素的光在其撞击观看者的瞳孔之前交叉。特别地，视图像素41R（例如41IR）的虚线光线表示的输出交叉处于相同像素子集41I内的视图集合像素41L（例如41IL）的实线光线表示的输出。

这要求正确子图像到像素的特定映射。

在图5C中，光学单元被构造成使得它对输出重定向，使得同一像素子集的像素的光在撞击瞳孔之前不交叉。因此，必须相应地改变像素映射以便仍然获得关于瞳孔的正确区域的正确视图信息。

以上参照图3、图4和图5A描述的显示器考虑到以下事实而采取本发明的最简单的形式：它仅仅提供每瞳孔两个视图以用于创建自由聚焦效应。在如图5中那样再现的情况下，将存在仅仅两个深度层。虽然可以利用像图5A中描述的显示器那样的显示器表示更多深度层，但是这样的附加深度层局限于深度层48左边的区域，因为未留下覆盖47与48之间的深度层的像素。此外，层47由相邻像素表示，并且更近的深度也不能被表示。附加层将要求两个视图的像素像用于图5A中的箭头2的那些像素那样甚至进一步分开。

当每瞳孔使用更多的视图时，可以创建更多的深度。这是优选的，因为更多的视图将导致用于自由聚焦效应（参见上文）的性质的更好的复制。图6A-6C非限制性地示出了瞳孔上的一定数量的可能视图布局。这些视图布局于是也可以在面板上的每个像素子集中表示，但是如果完全或者部分地使用每瞳孔视图的时间顺序提供，则情况不一定必须如此。

图5D示出了具有以四像素子集布置的像素的显示面板。这些像素子集中的每一个具有成像子单元59。像素子集和成像子单元布置在n行a1-an和m列b1-bm中。当如参照图4A所描述的操作时，该显示器可以向假想圆（眼睛的瞳孔）提供4个视图区域。在这种情况下，一个视图区域具有每个像素子集的相同数量（例如1个）像素重叠的所有像素。因此，向眼睛提供了4个子图像，每个子图像包括像素1或2或4或5。一个子图像的像素全部来自像素子集内的相同相对位置。因此，子图像内的像素分布将是规则的且对于所有子图像都相同。

本发明的显示设备在可以模仿眼睛的瞳孔的假想圆形区域内提供了至少两个视图。典型地，对于人类而言，瞳孔在黑暗中变得更宽，但是在光亮下变得更窄。当为窄时，直径为3-5mm。在黑暗中，它将接近宽瞳孔的最大距离4-9mm。因此，圆直径优选地可以为选自9mm、8mm、7mm、6mm、5mm或4mm的任何值。更优选地，圆直径为选自3mm、4mm和5mm的任何值。甚至在光亮条件下，一大群观看者于是将能够体验自由聚焦效应。甚至更优选地，该值被选择为小于3mm，例如为2mm或者甚至1mm。在这种情况下，基本上显示器的每个观看者都能够体验自由聚焦效应，而不管影响瞳孔维度的任何照明条件。

视图重叠区域可以大于假想圆（瞳孔）区域。只要两个视图区域的至少一部分位于圆形区域内，则显示器具有其效应。尽管在图4-5的显示器中绘制为这种情况，但是该显示器的视图也可以具有像图6C中那样的形状，使得包括用于视图62I和62II的区域的投影区域64大于瞳孔63。这将在一定程度上减轻朝所述一个或多个瞳孔定向光的约束，和/或将给予观看者至少在沿着视图分离线的一个方向上移动而不丧失显示器自由聚焦效应的一定自由。然而，当每像素的光输出功率对于瞳孔上的这两种类型的视图区域不改变时，较少的光将进入眼睛。因此，这些视图区域中的至少两个优选地位于假想圆（瞳孔）的维度内。

在任何情况下，每瞳孔的不同视图（因而不同的重叠区域）必须不彼此重叠，因为那将导致自由聚焦效应的劣化，毕竟，该效应基于瞳孔上的不同视图的不同内容。

假想平面上的视图或视图区域可以在该平面上形成视图区域阵列形式的模式。这可以是一维或者二维模式/阵列。图6A示出了在水平X方向上每瞳孔63具有4个视图62I、62II、62III和62IV的一维视图布局。可替换地，在X方向上可以存在3、5、6、7等等数量的视图。这些多个视图也可以在Y方向上而不是在X方向上。在仅仅一个方向X或Y上每瞳孔具有这样数量的视图将基于沿着该方向的视图中的对象信息而提供自由聚焦效应。因此，尽管重新聚焦（在进行时）将针对所有方向开始（毕竟，眼睛晶状体在由眼睛的肌肉操作时在这些方向上基本上是对称的），但是重新聚焦的诱因只能来自所述一个方向上的每瞳孔多个视图的对比度。这意味着聚焦于在所述一个方向上没有对比度的对象（在沿着该方向的一个深度处的对象）上是困难的。在这样的情况下，可能优选的是，在另一个方向上也存在所述信息。为了在所有方向上都具有所述效应并且允许最佳地重新聚焦，必须存在二维模式的沿着独立的X和Y方向成像到瞳孔上的超过2个视图。因此，除了沿着X方向的每瞳孔的视图数量之外，可以存在沿着Y方向的每瞳孔的2、3、4、5、6、7等等个视图。X和Y方向上的视图数量的任意组合由此被明确地提及且是可能的。优选地，在Y方向上存在与X方向上一样多的视图。这给出所有方向上的均匀重新聚焦效应。该后一情形由图6B表示，图6B针对每个方向X和Y上每瞳孔63 4个视图的实例，其给出每瞳孔总共16个视图。同样地，每瞳孔可以存在4、9、25、36、49、64等等个视图，其中X和Y方向上的视图数量相等。

可替换地，每眼睛的视图可以在轴上提供，该轴与X或Y轴形成0-180度的角度。例如，可以沿着与X轴形成45度的角度的轴提供多个视图。这可以在X和Y轴上给出重新聚焦，但是再一次地不针对沿着每眼睛的不同视图沿着其提供的轴取向的场景对象。

像以上描述的显示***那样的本发明的显示***可以是具有彩色像素的彩色显示设备。因此，每个像素可能能够表示创建全彩色显示所需的所有颜色。这样的选项可以例如使用堆叠在彼此之上的诸如红色、绿色、蓝色之类的彩色子像素实现。按照这种方式，获得所谓的堆叠式彩色RGB像素。堆叠式像素可以利用诸如OLED之类的直接发光元件实现。这里将不给出这样的像素的详细描述，因为本领域技术人员根据众多可用的参考文献以及其中引证的参考文献会知道如何制备这样的像素，所述参考文献例如：J.X. Sun等人在SID 95 Digest 799中的P1219上的论文Highly efficient stacked OLED employing New Anode Cathode layer，或者H. M. Zhang等人在J. Phys. D: Appl. Phys. 41, No 10, 5108（2008）中的论文。堆叠式彩色像素可以在本发明中通过用堆叠式像素替换每个像素而以直接的方式实现。在不必改变除了用于寻址彩色子像素所需事物之外的任何事物的情况下，该实现无需做出其他变化。因此，在图3-5的显示器中，每个像素可以是堆叠式彩色像素。

可替换地并且如经常在常规显示器中所使用的，彩色像素可以包括空间上分辨的红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）子像素。这些不同的颜色然后不是堆叠在彼此之上，而是彼此紧挨着分布在显示器的平面上。这些在本发明中将称为常规彩色像素。

在堆叠式和非堆叠式情况下，除了像素的RGB子像素之外，在像素中可以使用具有其他颜色或者相同颜色的额外子像素。特别地，可以添加白色（W）和/或黄色（Y）以便创建RGBW或RGBY像素。

在常规彩色像素的情况下，彩色像素内的子像素的布局可以是任何适当的布局。最常见的布局包括同样大且一起形成正方形区域的矩形R、G和B区域。

为了说明如何在本发明的显示器中实现RGB彩色颜色，图8A示出了显示设备80，显示设备80是图4的显示器的部分。该显示器具有带有单色像素83R和83L的像素化显示面板81。除非另外指明，引用对于整个图8成立。

透镜82表示成像单元的成像子单元。其被绘制为透镜，但是可以改为采用如本文所描述的依照本发明的其他构造。每成像子单元82存在子集83像素83R和83L。整个显示器具有多个图8A的单元，即多个像素子集，但是为了清楚起见，这些未被绘出。图8A的显示器以如参照图4A所描述的方式向观看者的瞳孔提供两个视图，一个由像素83R提供，一个由像素83L提供。为了将颜色带至图8A的显示器，多个选项存在。图8B-8G中给出了实例。

第一选项利用图8B的显示器表示，其中像素83R细分成子像素红色83RR、绿色83RG、蓝色83RB，并且像素83L细分成子像素红色83LR、绿色83LG、蓝色83LB。因此，像素化显示面板41可以具有交替的RGBRGB序列颜色（滤色器）布局。该实例将导致如图8C中所指示的且以如参照图4A和图5所描述的方式提供给假想圆（瞳孔84）的视图模式。在图8C中，视图85L包括所述多个像素子集的每个相应像素的空间分离的彩色区域红色85LR、绿色85LG和蓝色85LB，并且视图85R包括所述多个子像素的每个相应像素的空间分离的彩色区域红色85RR、绿色85RG和蓝色85RB。相同颜色的所有子像素因此重叠。尽管这是将颜色引入本发明的显示器的容易的方式，但是由于眼睛的晶状体依照参照图4且尤其是图5A解释的其中眼睛根据场景滤色器中的对象的深度选择要重叠的来自所有视图的像素的全体的原理在视网膜上重构图像的原因，在视网膜上可能出现颜色间断。就像在观看具有空间分辨的像素的常规彩色电视或监视器时一样，视网膜上的每个像素将在其颜色方面是空间分辨的。因此，如果足够小的话，颜色间断可能不是个问题。

当其在瞳孔上创建如图8E中所给出的视图模式时，本发明的具有颜色、但是具有降低的颜色间断的显示器80可以利用图8D的显示器提供。在这种情况下，当提到RGBRGB子像素布局时，像素化显示面板81与图8B的显示面板相同，但是现在成像单元82事实上每像素子集包括3个成像子单元，每个子单元仅仅将两个子像素成像到每个瞳孔的两个视图。由于这些成像子单元可以单独地设计/控制，可以使得这些子像素如图8E中所看到的在视图区域上三个三个地重叠。因此，更具体而言，由三个成像子单元82I之一成像的两个子像素中的每一个终止于观看者的瞳孔84上的区域85L或85R之一。按照这种方式，子像素红色83LR、蓝色83LB和绿色83LG的光终止于图8E的85L中。类似地，子像素红色83RR、蓝色83RB和绿色83RG的光终止于图8E的85R中。重叠的子像素可以形成视图的像素，并且按照这种方式，当眼睛晶状体（瞳孔）84根据视图上分布的所有重叠像素重构视网膜图像时，不会出现像素内的颜色间断。

根据图8D，也可以观察到，像素的子像素分布在面板41上，而不是像在图8B的显示器中那样作为互邻分组在一起。因此，相应地需要到特定视图的子像素分配，并且该分配不同于图8B的显示器的分配。应当指出的是，单元82I也可以被配置或控制成使得图8C的瞳孔上的模式被复现。

图8F中给出了图8D的显示器的另一修改。在这种情况下，显示面板中的子像素的颜色序列改变为RRGGBB。像在图8D的显示器中那样，像素的子像素是分布式的，并且一个像素的三种颜色如图8E所表示的在提供给瞳孔的视图模式中重叠。因此，以相对于图8D的显示器不同的子像素-视图分配为代价，显示器中的滤色器可以具有更大的特征尺寸，因为它们可以为两倍宽，从而允许实现更容易的且可能地关联的更廉价的制造。

图8G还提供了另一种具有颜色、但是没有颜色间断的显示器。在这种情况下，像素化显示面板像图8D的显示面板那样具有RGB RGB像素。像图8D中的显示器那样，图8G的显示器具有每像素子集带有三个成像子单元82I、82II和83III的成像单元，其中该像素子集具有四个像素。该显示器因此以如例如图6A中所给出的模式向观看者的瞳孔提供四个视图。因此，图8G的面板41上的像素再次为分布式的（该像素的子像素在面板上不相邻），并且将其输出提供给瞳孔上的视图区域，使得其子像素的输出像图8E中那样在瞳孔上重叠，但是针对四个而不是两个视图区域。再一次地，因此防止了颜色间断。然而，与图8D的显示器相比，图8G的显示器可以具有更容易制造的优点，因为光定向子单元具有更大的维度。

通常，可以限定在使用相等数量的可独立设计或者控制的成像子单元和每像素相等数量的彩色子像素时可以防止颜色间断。视图的数量于是可以与由成像子单元之一成像的子像素数量相应。

本发明的显示器的成像单元可以具有一个或多个成像子单元。成像单元和/或成像子单元通常包括一个或多个诸如镜、棱镜和透镜之类的光学元件。优选地，光学元件为透镜和或棱镜。最优选地为透镜。这些元件对于其透镜表面而言可以具有任何种类的形状，例如正、负、圆形折射表面和/或抛物型折射表面。透镜表面可以部分地或全部地为圆柱形，或者部分地或全部地为球形。成像单元中相邻透镜的边缘可以是笔直的，并且彼此邻接，形成正方形，比如成像单元平面上的矩形或六边形透镜周长。

在诸如图3-5的显示设备之类的本发明的显示设备中，成像单元可以例如为成像子单元阵列，每个成像子单元包括诸如透镜之类的光学元件。图7A中示出了这样的显示器70，其具有作为成像子单元阵列的透镜阵列。成像单元在显示面板71之上。在成像单元72’中，透镜间距74小于像素子集73的间距75。这造成显示器的光如借助于光线锥76示意性地示出的朝瞳孔会聚。具有瞳孔43的观看者的眼睛44如利用显示设备的法线71所指示的处于观看锥的中间，从而在成像单元处于位置72’时接收该光锥。

该会聚光锥的方向可以通过成像单元的横向重新定位而改变。因此，例如通过将其置于位置72''，光依照锥形77定向。成像单元整体移动，而不相对于像素子集的间距改变透镜间距，使得会聚的量在重新定位时保持相同。

如下文中所描述的，可以在使用眼睛***时使得重新定位依赖于瞳孔的位置。

相对于像素子集间距75改变透镜间距改变了会聚的量，即锥形的方位角，并且由此允许调节沿着法线71的自由聚焦信息的位置。也可以使得这依赖于眼睛***确定的瞳孔位置信息。

间距改变可以通过沿着间距改变方向轻微拉伸光学单元而引起。重新定位和/或间距改变可以使用基于例如微机械机器的机械控制设备机械地进行。这样的控制设备优选地具有用于移位和或拉伸成像单元的压电设备。公开号为2005/0270645 A1的美国专利申请中详细地描述了这样的可机械控制的成像单元的实例。这些成像单元可以在本发明的显示器中实现。

然而，如下文中所描述的，也可以使用透镜的电气重新定位和/或重定尺寸和/或重新定形。特别地，在这个方面，所谓的渐变折射率或者电湿润透镜或者镜是有用的。

为了防止来自一个像素子集的光进入不用于该像素子集的成像子单元中（并且这可能例如针对相邻像素子集和相邻成像子单元发生），存在多个选项。一个选项是将成像单元直接置于像素之上。另一个选项是在成像子单元之间提供光阻挡特征（沟槽或者黑色表面）。又一个选项是具有其周围的空间不提供像素光的像素子集，即在像素子集周围具有暗区域。图7B和图7C中给出了这样的实例。当将成像单元72从图7B中的位置72’重新定位到图7C中的位置72’’时，“错误的”像素子集没有光进入对应的成像子单元中。

下文中将描述更加优选的其他光学单元。

对于显示技术，存在两个基本的现有可能性。

第一可能性是激光电视。在这种情况下，像素面板用激光电视单元代替。US 7 375 885例如公开了使用置于2D激光电视之前的微透镜阵列。激光器在扫描柱镜的同时访问常规模式的所有视图。用在本发明***中的显示器的实现方式优选地将微透镜阵列（其是光学单元）布置成具有球面透镜而不是圆柱形透镜。然而，显示的图像内容是不同的。由于观看空间只有小部分被瞳孔覆盖，因而激光光照只需对视场的小部分激活。为此，或者扫描镜可以在非线性运动中移动（即直接移到所需的位置），或者可以仅仅针对总扫描时间的小部分调制激光器。可以采用这些方法的组合。

第二且优选的选项是诸如例如OLED或LCD之类的直接发射且背光的显示器。直接发射显示器在本发明的显示器中提供了较低功耗的优点，尤其是因为光输出仅仅被定向到显示设备的视场的小部分。此外，它们提供了制造具有相对平坦的形状因子的显示设备的可能性。

依照上文描述的本发明的显示***以及尤其是这样的如参照图7A-7C所描述的显示***，图7D从前面示出了具有包括球面透镜的成像单元的显示器，其中每像素子集存在一个透镜并且每个像素子集包括16个像素，X方向上4个且Y方向上4个。因此，可以向一只眼睛提供16个视图。在显示面板上存在没有像素的区域。该面板为可以是基于LCD或OLED的像素化显示面板发射器***。可替换地，添加到显示器的透镜可以被设计成每像素具有一个发射器（像素）和透镜***。

光定向单元优选地具有一个或多个光定向元件（部件），其中至少一个可以允许波束操纵，使得像素的光输出可以响应于可能的眼睛跟踪以及眼睛相对于显示设备的移动而高效地定向到观看者的瞳孔。上文中已经参照图8描述了一个实例。可以用于本发明显示器的像素成像的详细的波束操纵在公开号为2005/0270645 A1的美国专利申请中针对可机械控制的成像单元进行了描述。原理对于可电气控制的成像单元是相似的，因为在这种情况下透镜可以光电地移位。

为了证明利用到观看者的所需的光强度以及跟踪和避免串扰的所需的范围，用于本发明显示器的这种波束操纵是完全可能的，下面给出如图9中所提供的具有成像子单元的可能的成像单元的理论概述。

图9示出了光学单元的光定向单元90，其中单元90包括两个用于将发射器（E）（例如显示器的像素或子像素或者像素子集）93的输出定向到瞳孔（P）94的透镜91和92。再一次地，距离未符合比例。可以提供黑色衬里（未示出）以用于阻挡邻近光定向元件之间的光学串扰。

除了别的以外，出于仿真的目的，假定双透镜***具有使透镜中的一个相对于另一个移动以便进行波束操纵的能力。为了进行该分析，可以假定每透镜一个发射器，但是在实践中可以使用更多。特别地，像素子集可以由发射器93表示。然而，在这种情况下，出于分析的目的，透镜***因此涉及一个像素（即该像素子集的一个像素）的一个视图。

发射器93具有远小于光学定向单元间距（w_Δ）96的宽度（w_E）95。这将是像素子集的间距。然而，由于在这种情况下为了进行分析每光定向单元90仅仅存在一个像素（发射器93），因而光定向单元间距96也是像素间距。透镜***被设计成在指定的宽度（w_P）97的人的瞳孔上创建聚焦且放大的图像。***的放大率为m= w_P/w_E。

为了进行理论分析，采取波束操纵的机械方法。下文中将描述其他方法。通过沿着虚线移动例如透镜91，可以操纵波束。假定不同光定向单元的透镜91是可移动的。这样做是为了简单起见，但是这不是唯一的实现方式。可替换的解决方案是旋转棱镜和电湿润棱镜；其可能在透镜必须单独地移动的情况下是优选的。

为了分析光学特性，使用近轴近似和完美透镜对单个像素建模，这允许使用光线传输矩阵。在该模型中，光线由矢量(x, θ)表示，其中x为位置并且θ为与光轴的角度。在近轴近似中，sinθ ≈ θ并且因此θ应当被认为是光线的斜度（slope）。

用于具有焦距f的透镜的光线传输矩阵为：

在介质中行进距离d的光线由下述矩阵表示：

光线从发射器93行进通过透镜91和92，直到它撞击瞳孔94的路径由单个矩阵M描述：

距离（d_AB）88为透镜91与92之间的距离，距离（d_BP）99为透镜92与瞳孔94之间的距离，并且距离（d_EA）100为发射器93与透镜91之间的距离。

光学***应当聚焦到瞳孔上并且具有放大率m。这通过按照m₁₁=m并且m₁₂=0约束2x2矩阵M而实现。消除焦距，该问题的最通用解为：

为了***有用，需要相当程度地操纵波束，因为这决定了显示器观看角度。即使在实践中选择另一种解决方案以便证明该构思，透镜91也相对于透镜92的光轴移动（箭头91）。在x_E处离开发射器的光线的光线追踪公式为：

u为位移。

填入x_E=0并且u=w_Δ/2给出最大波束操纵：

。

更多地约束M以便要求：

的最小波束操纵，其中A为张角的正切，则找到约束三个设计参数的单一解：

显然，f_B并不依赖于d_EA 100。它仅仅取决于应用规范。与w_Δ 96相比，透镜92将最大观看角度直接限制为高的f_B，导致太强大而不能制造的透镜。透镜的F数定义为：

其中D为透镜的直径并且f为焦距。在这种情况下，D=w_Δ。为了透镜的实用，f_A和f_B通过指定透镜F数而设置。这如下完全地指定了所述***：

。

撞击黑色衬里的发射的光被吸收并且不对显示视亮度产生贡献。

为了估计***的效率，将***与具有透镜和背靠宽度为w_Δ的裸露朗伯型发射器的宽度为w_E的小发射器的***相比较。将错过瞳孔的光看作“低效的”，那么在距离d_BP处宽度w_P上观察的具有宽度w_Δ的裸露发射器的效率为：

。

对于预期的值，可以证实透镜91的孔径限制光输出。具有发射器宽度w_E和孔径为w_A的成像子单元的***在距离d_EA处的效率因此为：

。

组合（17）和（18），相对效率为：

。

除了d_EA之外，所有变量都由应用指定，d_EA的值应当最小化以便最大化效率。通过方程（15），这等效于最小化仅剩的变量φ _A 。两个透镜应当尽可能强大。

相对效率将***的亮度（cd/m2）与裸露发射器进行比较。为了比较功耗，发光强度（cd）是重要的。发射器小于像素间距，并且对于效率差异需要这样补偿：

。

下面的表1提供了用于两个典型但是不同的情形的实例值：电视和移动电话（phone）。

在这两种情况下，由观看者看到的最终图像的全HD分辨率（1920×1080像素）呈现在空间上水平和垂直地划分为6x6的36个视图。因此，每微透镜存在36个像素。每个像素表示一个场景图像的一个视图，即场景像素。在这种情况下，每个这样的像素为（堆叠式）红色、绿色、蓝色发射器。发射器、子像素和像素在这种情况下为正方形。

在表1中，d_BP为显示器与观看者之间的距离，w_P为投影到瞳孔上的子像素的宽度，w_Δ为像素间距，w_E为发射器宽度，m为光学放大率，f_A和f_B为焦距，d_EA为发射器与活动微透镜91之间的距离，d_AB为微透镜91与微透镜92之间的距离，E_rel为相对亮度（与宽度为w_Δ的裸露发射器相比），I_rel为相对发光强度并且A为总张角。

表1

对于电视情况，采取3m最佳观看距离以及宽高比为16:9的42’’显示器对角线的典型值。

第一子实验（TV I）被设计成每子像素具有透镜***。

屏幕因此具有11520×6480的原始2D分辨率（71MP——在两个方向上6倍于全HD分辨率）以及81μm的透镜间距。

第二实验（TV II）每像素具有发射器***，该***带有共享的透镜***。屏幕具有相同的子像素分辨率，但是只有1920×1080个透镜和486μm的相应透镜间距。

对于移动电话情况，采取0.5米的最佳观看距离以及与每50mm 1000个像素相应的50μm的像素间距。

利用适当的参数，本发明对于这两个应用都是可行的。

对于“大”的发射器尺寸，所述显示器对于应用而言是较厚的。这些限制对于移动电话情况最有影响，其中鉴于结合了所述显示器的这样的设备的可接受厚度，只有窄范围的发射器尺寸是可接受的。例如，最后一行要求2.5mm的间隔d_EA。

对于电视情况而言，折衷很可能受生产成本与厚度之间的折衷影响。

使用该模型，从瞳孔到屏幕追踪光线以便数值上估计撞击发射器的光线的份额。这些实验针对情况TV I而被执行，其中f_A=162μm，f_B=81μm，d_EA=12mm和d_AB=245μm。结果在表2中示出并且表明效率随着到屏幕的角度而降低。

表2

观看距离(dBP)	位置(XP)	角度(A)	效率
				3 m	0	0o	92%
3 m	0.10 m		89%
				3 m	0.25 m		79%
3 m	0.50 m		62%
				3 m	0.75 m		47%
3 m	1.00 m		32%
				3 m	1.25 m		15%
3 m	1.50 m	45o	0%

可以对随着观看角度的这种效率变化进行补偿。发射器可以容易地明亮10倍，因而可以基于波束操纵角度设置发射器输出的自动增益。这可以通过调节视图再现过程（这需要高动态范围显示器）以硬件（例如通过操纵选择线的电压）或者以软件实现。

靠近最大观看角度，可以将增益设置为使得屏幕突然地（0增益）或者具有过渡地（最大增益或者增益曲线）变黑。利用高动态范围（HDR）内容，有可能可以生成不充足的视亮度以用于偏离中心的观看。在输出颜色超出范围的情况下，可以应用适当的剪切方法以防止颜色错误。适当（且已知）的剪切方法的一个实例是：

上面的讨论证明了可以实现所需的***光学性能。

将这样的成像单元实现到本发明的显示器中可以如图10A或图10B中所示进行。

图10A示出了具有像图7B中那样的显示面板的显示***70。光学单元72依照图9构建，具有透镜91和92。该***如参照图7B所描述的提供了2个视图。

图10B示出了具有像图8G中那样的显示面板的显示***80。光学子单元82依照图9构建，具有透镜91和92。该***如参照图8G所描述的提供了4个视图。

图10的这些显示器中使用的面板可以具有像图7D中那样的像素布局，像素子集之间具有黑色区域，其中两个被示出。所示的像素子集中的每个单独的光发射器可以是像素（黑白显示器）或者子像素（彩色显示器）。子像素的数量可以依照关于图8A-8G描述的实例中的任何一个进行选择。通过透镜移位或拉伸的波束操纵可以如公开号为2005/0270645 A1的美国专利申请中所描述的通过透镜91和92的相对移位而进行（参见该文献中的图2、图3、图4、图6等）。

其他面板可以利用光学单元以类似的方式实现。

可以在没有波束操纵和或眼睛跟踪的情况下使用本发明的显示设备（进一步参见下文）。然而，优选地，波束操纵和眼睛跟踪用来校正观看者相对于显示器的移位。

在一个应用中，为了从一定距离观看屏幕，本发明因此被实现为具有波束操纵和眼睛跟踪。可选地且优选地，在波束操纵与眼睛跟踪之间提供反馈以便改进波束操纵性能。

P.F. McManamon, “A Review of Phased Array Steering for Narrow-Band Electrooptical Systems”, in Proceedings of the IEEE, vol. 97 (6), 2009中介绍了波束操纵解决方案。用于光学单元的潜在适当解决方案为：

- 例如固定透镜之间的MEMS解决方案，例如微棱镜；

- 电湿润微棱镜；

- GRINdex透镜；

- 压电驱动***，例如步进电机。

具有所需的移动量的适当压电驱动解决方案例如根据扫描显微术以及根据DVD光学控制***是已知的。

如果所有微透镜用于一次只向一个瞳孔提供图像，那么将微透镜阵列看作单个单元变得可能。这可以简化驱动机构，例如，它只需控制微透镜阵列整体和显示面板像素阵列的相对位置。类似地，如果使用微棱镜或者可控透镜，那么它们可以全部并行地进行控制以便实现发射的波束方向上的共同移位。一种适合于该目的的光学单元参照图7进行了描述。

用于本发明的波束操纵的一种优选的实现方式使用了棱镜的压电控制，所述棱镜被构造成使得一次可以控制整个屏幕（或者其大部分）。

另一种优选的实现方式使用电气控制的透镜或者基于电湿润的透镜表面或者格林透镜（GRIN）。因此，图7中的光学单元的透镜或者具有例如图7或图9中的光定向元件90的光学单元的透镜91和/或92可以由GRIN透镜制成。例如WO 2007/072289和WO 2007/072330中公开了这样的透镜可以如何被设计和/或构造。此外，可以如J. Opt. Soc. Am. A, pp. 3467—3477, 2007中所公开的对这样的GRIN透镜建模。特别地，如Steven L. Nyabero 2009年6月的工程物理学硕士学位论文Multi-electrode liquid-crystal-based gradient index lenses for 2D/3D switchable displays中所描述的多电极GRIN透镜可以用于本发明的光学单元中的GRIN透镜。该论文中的图3.6给出了可以用在本发明的光学单元中的简单多电极GRIN透镜的一个示意性实例。其中给出的参考文献也详细地描述了这样的透镜的操作，其可以用于控制本发明中的光学单元。鉴于参考文献中的这些详细描述，GRIN透镜的构造和操作在这里将不详细地重复，而是仅仅关于一个实例简要地描述。于是，这也将提供有关其他类型GRIN透镜的实现方式的指导。

更具体而言，图11A示出了一个GRIN透镜的两幅图。该透镜包括玻璃层110之间的液晶材料111。透镜的一侧存在电介质层112（例如由氧化硅制成），其中限定了多个可独立寻址的电极113。通过向电极提供电信号（电压），可以使得LC材料重新排列其电气引向器（LC层中用多根小黑线指示的LC分子的电偶极子）。在左图中，透镜在LC层中形成于电极113a与113n之间。

调节透镜的位置可以通过移位提供的电压模式以便沿着电极形成透镜而进行。因此，例如在右图中，向相同数量的电极提供用于形成透镜的相同模式，但是该透镜现在起始于电极113d而不是电极113a。因此，与左图的情形相比，透镜已经向右移位。显然，当按照提供透镜功能的电极数量和/或每电极的电压值改变每透镜的模式时，也可以调节透镜的尺寸和形状以实现如例如图7或图9中的成像单元操纵所需的波束操纵。像公开号为2005/0270645 A1的美国专利申请中描述的通过透镜91和92的相对移位对波束重定向（参见该文献中的图2、图3、图4、图6等等）现在可以在不机械地移动固体透镜的情况下进行。

如上所述，GRIN透镜的详细构造可以见诸所述论文或者内部律师案卷号为2010PF00077的未公开的国际申请PCT/1B2011/052149。后一申请中描述的透镜也具有降低或者消除可能的衍射效应的覆盖电极的覆盖层。参见例如PCT/1B2011/052149的图3中给出的实例。

图11B示出了基本上由夹在一起的图11B的两个透镜***组成的有利的GRIN透镜***，其具有用于降低若干光学效应的附加接地电极层。图11B的元件包括两个柱状透镜的夹层，每个柱状透镜基于夹在X电极与接地电极或者Y电极与接地电极之间的LC层。这可能是有利的，因为大多数GRIN透镜设计都具有覆盖LC的一侧的一个大的接地电极。该接地电极可以说在柱镜片之间是共享的。然而，如果需要的话，可以使用单独的接地电极。X和Y电极组关于彼此旋转90度以便获得微阵列透镜。

不要求组合这两个柱状GRIN透镜。相反地，它们可以通过玻璃或者某种其他透明材料分离。此外，有可能添加常规的玻璃或聚碳酸酯微阵列透镜以用于聚焦并且将可操纵棱镜形状用于GRIN透镜。

在图11B的光学单元中，如在例如PCT/1B2011/052149或者所述论文中对于多电极格林透镜所描述的将LC材料附近的X和/或Y电极（ITO）设置为不同的电压。极性利用100Hz-1kHz频率切换以便避免由于LC材料中的离子而引起的电荷效应。电场在电极之间形成，使LC分子依照电进行取向。液晶是双折射的，因此折射率取决于分子相对于光方向的取向。结果，形成折射率梯度。光由于梯度折射率而弯曲。弯曲的量与LC厚度近似为线性关系。如果向电极设置的电压是合适的，那么LC材料中的分子的取向模式以及因而折射率梯度导致LC材料的透镜功能。因此，该光可以在穿过LC层之后聚焦于一定距离处。

电湿润透镜也可以用在本发明中以便集成波束操纵。电湿润透镜已经在例如美国专利7616737和/或美国专利-7616737中进行了描述，并且这里将不进一步详细地描述它们结合到本发明的显示器中。上文的描述提供了有关应当如何相对于像素放置透镜等的指导，而参考文献提供了如何建造和使用这样的透镜的细节。

通过改变电极上的电气控制信号（电压）模式，再次有可能由此使透镜层中的一个或多个的焦距不仅适于开启或者切断透镜功能，而且适于移位GRIN透镜表面和/或非对称地使GRIN透镜表面失真以便操纵波束。上文中参照图9和图7A解释了例如透镜移位如何带来诸如图9的设备之类的设备中的这种波束操纵。

眼睛***用来跟踪显示器之前的一个或多个瞳孔。在具有更多视图且将它们投影到瞳孔附近与具有更精确的眼睛***之间存在折衷。

像在上面引用的文章“Holographic 3-D Displays – Electro-holography within the Grasp of Commercialization”中那样，即使眼睛被跟踪，显示内容也仅仅取决于光束的原点和方向；眼睛的微移动不造成伪像。在更大的移动的情况下，***的延迟应当使得波束操纵调节实际上是瞬时的。

一个视频帧的时间（~20ms）内的反应被认为是适当的。时间失配很可能仅仅被感知为强度的下降。

大多数现成的眼睛跟踪***具有以下部件：

- IR照相机；

- 主动IR光照；

- 实时图像分析；以及

- 反馈。

为了帮助与眼睛跟踪一起控制波束操纵，可以在显示控制***中使用视觉反馈以便自动地校正眼睛跟踪与波束操纵之间的联系。

图12示出了投影到瞳孔上的模式。中心的网格120表示来自光学单元的像素化输出。例如，在微透镜***下方可能存在一组7x7子像素以用于在投影区域中向瞳孔（在该实例中为7x7子阵列）提供这样的模式。拐角处的四个标记121表示投影到观看者的眼睛区域上的IR模式。这是可能的，因为在许多情况下，例如在直接发射器像素面板的情况下，瞳孔区域只有小部分是向其提供模式120所需的。因此，有可能在显示面板上包括提供诸如IR波束之类的附加功能的附加发射器。

IR标记由眼睛跟踪***的IR照相机跟踪，并且允许在波束操纵过程中实现视觉控制环。IR交叉可以总是接通或者表现为结构化的光；例如扫描所有行或列或者具有更复杂的（结构化）模式。

通过在一定模式下接通或关断IR交叉，随着时间识别交叉组的贡献变得可能。在理想排列的情况下，所有交叉将在彼此之上。如果存在失配，那么通过研究交叉模式，有可能找到如何校正波束操纵过程以便补偿该失配。

结构化的光的一种简单形式是使所有IR交叉一个接一个地闪光。这对于整个显示将花费较长时间。然而，使IR交叉组闪光的其他模式是可能的（即：首先屏幕的左侧，然后屏幕的右侧）。一个选项是将屏幕划分成网格，从而每N帧使网格中的所有单元格闪光。

在电视实例中，发射器具有大约0.5mm的像素尺寸，其被放大100-500倍，从而给出50-250mm的最大模式尺寸。在所有情况下，IR交叉可以足够大以便在眼睛周围的皮肤上产生模式。

从上面的表1可以看出，发射器的优选尺寸大约为数μm，以便使得若干视图能够被投影到单个瞳孔上。

在子阵列的每像素只有单个小发射器的情况下，将视图完美地定向到观看者眼睛特别具有挑战性。

显示面板上的像素区域可以使其大部分区域为黑色，因为当使用如例如图9中所描述的光学单元时孔径可以是小的（参见图7E，其中在一个像素面板内示出了两个（子）像素簇）。图12B中给出了一个实例，其中紧挨着阵列120，每瞳孔的视图生成子像素和可选物。黑色区域（或者一个光学单元投影的像素子集周围的非光提供区域）可以填充有附加的视图像素123。这些像素可以具有比用于提供形成自由聚焦的基础的每瞳孔所述多个视图的像素具有更大的面积。具有更大的视图像素可以具有以下优点：当光学单元操纵相对于位置或者在观看者在显示器前面移动时相对于调节速度不精确时，图像没有完全丢失，因为此时更大的像素成像到眼睛，使得尽管每瞳孔所述多个视图可能丢失，观看者仍然观察到正在观看的图像。观看者因此（临时）失去自由聚焦功能，但不失去图像，这在与由于视图操纵失配而丢失整个图像相比时远远没有那么令人不安。

另一修改使用划分成多个较小区域的子像素，这些区域是分布式的，但是携带相同的子像素信息。

用于该显示设备的像素中的发光区域的一种优选布局使用了大量发射器，这些发射器具有比像素的尺寸小得多的尺寸，通过大于发射器的尺寸的距离分离。

图13A中示出了两个实例。

左边的第一实例适合于利用每瞳孔多个视图在两个空间方向上进行2D波束操纵。像素包括常规2D网格中的子像素130阵列。右边的第二实例具有一系列柱状发射器132，并且更适合于只有水平视差的***。

所述多个发射器可以全部显示相同的信息。按照这种方式，产生并且在不同方向上投影若干（相同）视图，这通过选择最合适的子像素（即最靠近观看者眼睛的子像素）并且为了投影到瞳孔上仅仅进行最小的透镜细调来简化光学（跟踪）***。

像素孔径有意地远远低于最大可用孔径。这导致主要的功率节省，因为发射器的强度不超过传统显示器的强度（相同的Cd/m2），而发射器的总面积远小于像素孔径较大的情况。观看者察觉不到显示强度的差异。功率节省表现在于，显示器简单地不在没有坐着观看者的方向上发出光。

在这种构思的范围内可以实现许多其他不同的像素布局。通常，不同子像素之间的间距将超过子像素本身的尺寸。

发射器的尺寸大约为1-10μm并且子像素的间距应当足够防止多个子像素投影到双眼中。在这种情况下，发射器之间的间距典型地应当超过50-100μm——由瞳孔尺寸与眼睛之间的间距的大约10倍的比值限定。

尽管该像素设计每像素需要大量子发射器，但是这不一定导致显示器的更复杂的寻址。这在图13B中针对显示器为基于LCD的显示器（左手侧）或者基于OLED的显示器（右手侧）的情况图示出。在这两种情况下，利用每像素（列）仅仅单根数据线以及单根选择线和选择晶体管以有源矩阵的方式寻址显示器。这经由通过寻址晶体管将所有发射区域连接到相同数据线而实现。

优选地，在显示过程中在单个掩盖层中实现发射器电极，因为这使得发射器的限定、间隔和排列更加可靠。

***需要能够例如通过根据3D模型进行图像再现而生成所述多个图像。

举5x5子阵列的实例而言，存在针对瞳孔生成的25个不同的图像，并且这25个图像的集合基于瞳孔位置。

图14中示意性地表示了本发明的显示***。该***包括具有像素阵列140的显示面板以及具有阵列形式的成像子单元141的成像单元147。照相机142实现眼睛跟踪并且将该信息馈送至设备控制器143。这控制显示驱动器144中的图像再现以及通过控制***145控制波束操纵。

利用单个观看者146操作的***的跨视场的输出可以用图7E中的图片表示。只有到两个瞳孔的成像像参照图4D和图4E所描述的那样（同时地或者按时间顺序地）生成。每个子阵列的每个子像素从单个观看方向对整个图像（的至少一种颜色）编码。图像可以用于单视显示器或者立体显示器。这些图像可以在设备内部再现或者在设备外部再现并且然后馈送至设备。

如上面所提到的，可以一次向一个瞳孔提供其子阵列图像的组合。此外，不必同时照射子阵列内的像素。可以顺序地扫描微透镜下方的子阵列的像素。对于扫描激光***，情况将是这样。直接发射的像素（电致发光（EL或OLED））可以逐行扫描（即以常规的方式）显示面板像素阵列，这再一次地不会导致同时照射子阵列的所有像素。在这种情况下，在扫描子阵列的一行像素与扫描子阵列的下一行像素之间将存在暂停。然而，在所有情况下，通过眼睛整合意味着只是要求以显示器的帧周期将子阵列的不同像素成像到瞳孔的不同区域。

本发明的显示器（比如参照图4-6所描述的显示器）可以用于不同的***中。一种方式是作为基于单眼护目镜的***（这些例如见诸军事中）的部分。尤其是对于单眼***而言，自由聚焦可以导致与较少的疲劳和较快的图像细节检测有关的改进的观看体验。可替换地，一个或多个显示器可以是基于双眼的显示***的部分（护目镜或者其他，例如电视或监视器）。或者一个显示设备可以提供用于双眼的信息，或者可以使用两个显示设备，每只眼睛一个显示设备。***于是可以是2D显示器，其中所述一个或多个显示器向双眼提供相同的信息。可替换地，***可以是3D显示***，其同时向每只眼睛提供多个视图，而多个视图的这些集合也关于眼睛的视差而不同。这在一只眼睛的视网膜的不同部分处看到的图像差异水平下全局（像在立体显示器中一样）和局部地复制了每只眼睛看到的到来的光，从而不仅允许用于每只眼睛的自由聚焦效应，而且可立体地观看到3D场景。

在基于护目镜的***中，眼睛可以容易地具有两个显示***，每只眼睛一个显示***。

***可以在上面描述的2D和3D选项之间切换。尤其是对于每眼具有一个显示器的护目镜而言，这容易通过选择提供给任一显示器的信息而实现，该信息对于2D是相同的或者对于3D是不同的。在其他***中，可以调节视图再现和视图分配以便做同样的事情。

对于其他文件和文章的所有引用都通过引用合并于此。

本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施这一事实并不意味着这些措施的组合不可以加以利用。权利要求书中的任何附图标记都不应当被视为对范围的限制。

Claims (26)

1.一种显示设备（40），包括：

- 显示面板（41），其包括像素集合（41R，41L），这些像素空间分布在显示面板上，并且每个像素用于提供光输出，该像素集合包括多个不同像素子集（41I），每个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素，

- 成像单元（42），其被布置用于对像素子集的所述一个或多个像素成像以便在位于显示器之前的第一距离处的假想平面上的多个视图区域上形成像素图像，所述多个视图区域彼此不重叠，所述不同像素子集中的每一个的至少一个像素图像在所述多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有一定直径的假想圆，该直径等于或小于眼睛瞳孔的直径，并且假想圆包围所述多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

2.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中

- 像素子集的所述一个或多个像素中的第一像素的光输出在重新配置时间间隔内可从第一光输出重新配置为与第一光输出不同的第二光输出和/或反之亦然，该重新配置时间间隔等于或者短于1/30秒或1/45秒或1/60秒，并且

- 成像单元可重新配置用于在第一时间间隔内将像素子集的所述一个或多个像素中的第一像素成像到所述视图区域中的第一视图区域，并且用于在与第一时间间隔不同的第二时间间隔内将第一像素成像到所述视图区域中的第二视图区域，其中第一和第二时间间隔短于所述重新配置时间间隔。

3.如权利要求1所述的显示设备，其中像素子集包括两个像素，每个像素成像到所述多个视图区域中的仅仅一个视图区域。

4.如权利要求3所述的显示设备，其中像素子集的所述超过一个像素布置在s列和t行像素的阵列中，其中s和t为整数。

5.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中所述多个视图区域包括三个视图区域，并且所述假想圆包围这三个视图区域的至少一部分。

6.如权利要求5所述的显示设备，其中所述三个视图区域被布置成在假想平面上形成二维模式。

7.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中所述多个视图区域中的至少两个完全被所述假想圆包围。

8.如权利要求3所述的显示设备，其中每像素子集的像素数量与所述多个视图区域中的视图区域数量相同。

9.如前面任一项权利要求所述的显示设备，其中成像单元包括：

- 多个成像子单元，每个成像子单元用于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的至少一部分成像，并且其中每个成像子单元包括透镜和/或镜和/或棱镜形式的光学元件。

10.如权利要求9所述的显示设备，其中存在超过一个用于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的所述至少一部分成像的成像子单元。

11.如权利要求9或10所述的显示设备，其中成像子单元包括第一光学元件和第二光学元件，其中第一和第二光学元件被布置成使得第一光学元件用于将仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的所述至少一部分的光输出定向到第二光学元件，并且第二光学元件用于将接收自第一光学元件的光输出的所述至少一部分定向到假想平面。

12.如权利要求9-11中任何一项所述的显示设备，其中所述光学元件为透镜并且成像子单元布置在成像子单元阵列中。

13.如前面任一项权利要求所述的显示设备，其中每个像素包括具有相互不同的颜色的多个子像素，并且这些子像素在显示面板上堆叠在彼此之上，使得它们至少部分地重叠。

14.如前面任一项权利要求所述的显示设备，其中每个像素包括具有相互不同的颜色的多个子像素，并且这些子像素空间分布在显示面板上，使得它们不重叠。

15.如权利要求14所述的显示设备，其中像素内的子像素数量等于对仅仅一个像素子集的像素中的一个或多个的所述至少一部分成像的成像子单元的数量。

16.如前面任一项权利要求所述的显示设备，其中每个像素或子像素包括布置成一维或二维光照部分阵列的多个光照部分。

17.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中像素子集之间的距离大于像素子集的像素或子像素之间的距离。

18.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中成像单元（42）也用于对像素子集的所述一个或多个像素成像以便在假想平面上的另一多个视图区域上形成另外的像素图像，所述另一多个视图区域不彼此重叠，所述不同像素子集中的每一个的至少一个另外的像素图像在所述另一多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有眼睛瞳孔直径的另一假想圆，所述假想圆与所述另一假想圆的中心之间的距离相应于观看者的左眼和右眼的瞳孔中心之间的距离，并且所述另一假想圆包围所述另一多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述另一假想圆内至少部分地被包围的所述另一多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述另外的像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

19.如权利要求1-17中任何一项所述的显示设备，其中：

- 所述像素集合包括另一多个不同像素子集（41I），所述另一多个像素子集中的每一个像素子集包括该像素集合的一个或多个像素，

- 成像单元（42）也用于对所述另一多个像素子集中的像素子集的所述一个或多个像素成像以便在假想平面上的另一多个视图区域上形成另外的像素图像，所述另一多个视图区域不彼此重叠，所述不同像素子集中的每一个的至少一个另外的像素图像在所述另一多个视图区域中的相同视图区域上重叠，假想平面包括具有眼睛瞳孔的直径的另一假想圆，所述假想圆与所述另一假想圆的中心之间的距离相应于观看者的左眼和右眼的瞳孔中心之间的距离，并且所述另一假想圆包围所述另一多个视图区域中的至少两个的至少一部分，其中在所述另一假想圆内至少部分地被包围的所述另一多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述另外的像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

20.如权利要求18或19所述的显示设备，其中在第一假想圆和第二假想圆的中心之间，在假想平面上存在其中不存在视图区域的区域。

21.如权利要求19-20中任何一项所述的显示设备，其中该显示设备是立体显示设备，并且在所述假想圆内至少部分地被包围的所述多个视图区域中的至少两个与在所述另一假想圆内至少部分地被包围的所述另一多个视图区域中的所述至少两个关于其中的所述像素和另外的像素图像中的至少一个像素图像彼此不同。

22.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中所述多个像素子集布置在具有k行和l列的像素子集阵列中，其中k和l为整数。

23.如权利要求22所述的显示面板，其中所述多个像素子集和所述另一个多个像素子集布置在具有k行和l列的像素子集阵列中，其中k和l为整数，并且其中在整个阵列中，所述多个像素子集中的像素子集处于l为奇数的列中，并且所述另一多个像素子集中的像素子集处于l为偶数的列中。

24.如权利要求中任何一项所述的显示设备，其中成像单元可重新配置用于：

- 按时间顺序将像素子集的像素成像到所述假想圆和/或所述另一假想圆内的所述多个视图区域中的不同视图区域，和/或用于

- 按时间顺序将所述多个像素子集和所述另一多个像素子集的像素成像到所述多个视图区域和所述另一多个视图区域。

25.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，包括：

- 跟踪***，其用于确定眼睛的瞳孔的位置，以及

- 成像单元控制***（76），其用于根据眼睛瞳孔的位置控制成像单元，使得与观看者的眼睛的一个或多个瞳孔重合时的所述假想圆和/或所述另一假想圆在一个或多个瞳孔改变位置时基本上保持与这些瞳孔重合。

26.如前面的权利要求中任何一项所述的显示设备，其中该显示设备进一步包括用于向显示面板提供图像数据的显示控制器，其中该图像数据对多个子图像编码，所述多个子图像中的第一个与3D场景的第一视点相应，并且所述多个子图像中的第二个与3D场景的第二视点相应，该第二视点通过眼睛的瞳孔的宽度与第一视点有关，并且其中向每个像素子集提供第一子图像的部分和第二子图像的部分。