CN104541504A - 用于将多于两个不同图像同时再现的自动立体屏幕及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将多于两个不同图像同时再现的自动立体屏幕，包括具有多个像素的像素矩阵(12)、布置在像素矩阵(12)前方或者后方的光学元件(15)、以及用于启动像素矩阵(12)和光学元件(15)的控制单元(16)。所述光学元件(15)形成光栅格，光栅格具有一组条状结构，所述一组条状结构彼此相邻而延伸，其中，所述光栅格的周期长度通过所述光学元件(15)的启动是能够变化。因此，对于观看距离(Ln,L)的变化，所述控制单元(16)配置以增大或者减小所述周期长度且同时地改变图像信息在所述像素矩阵(12)上的分布。本发明还涉及一种用于将多于两个不同图像进行同时再现的相应的方法。

Description

用于将多于两个不同图像同时再现的自动立体屏幕及方法
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于将多于两个不同图像同时再现的自动立体屏幕。而且，本发明涉及一种用于将多于两个不同图像同时再现的方法，该方法可以通过该自动立体屏幕来执行。
背景技术
已知类型的屏幕包括具有多个像素的像素矩阵、布置在该像素矩阵前方或者后方的光学元件、以及用于启动该像素矩阵的控制单元，其中像素矩阵的像素布置在多条平行的像素中，该像素条为竖直的或相对于竖直而倾斜的，其中光学元件形成具有一组条状结构的光栅格，所述条状结构平行于该条以等距的方式彼此相邻而延伸，每一情况下所述光栅格为通过像素发出或者发射的光设定预定的传播方向。由此，控制单元配置为根据多个立体半图像的图像信息启动像素矩阵，以便在每种情况下这些半图像中的每一个半图像在相应数目的像素子集中的一个像素子集上再现，其中这些子集中的每一个子集由一组像素带形成，每一像素带由一个或多个上述条形成，其中不同子集的带在水平方向上循环地交替，以便在每种情况下从多个横向偏移的观看区域中的一个观看区域，每一立体半图像在屏幕的前方的观看距离处是可见的。
这种类型的屏幕在现有技术中被称为所谓的多视图显示器，且例如在文献DE 10 2010 035 626 A1中得到描述，作为其所提出的本发明的出发点。通过正确使用这些屏幕，在每种情况下，对应于所提到的复数的多个立体半图像的之一在所提到的像素子集上再现，在每种情况下，所述立体半图像中在具有直接相邻的带在子集上再现的两个立体半图像成对地互相补充成立体图像。以这种方式，在每种情况中，不但屏幕前方的单独的观看者可以感知同一场景的三维显示图像，而且在屏幕前方彼此相邻的多个观看者也可以感知同一场景的三维显示图像。而且，观看者可以在屏幕前方沿横向方向移动，而不会失去三维效果。实际上，他将从根据他的运动而变化的视角中看到同样的场景。
然而，常规的多视图显示器的缺点在于以下事实：一个观看者或者多个观看者中的每一个观看者只有在他的眼睛距屏幕保持标称观看距离情况下才可以观看到足量的3D图像，其中该标称观看距离由屏幕的几何特征设定。否则，具体地在屏幕的不同区域中，观看者的每只眼睛看到不同半图像的相互作用且不同半图像的某种程度上的重叠。
发明内容
本发明的目的是研发一种自动立体屏幕，从在尽可能大的限度内可自由选择的不同距离处，在每种情况下观看者可以在所述自动立体屏幕上观看到再现场景的三维动作图像，其中如现有技术所描述的，多个观看者可以同时观看屏幕且每一个观看者看到该场景的三维动作图像，且对于横向移动的观看者，他不会失去三维效果。本发明的另一目的是提出一种满足这些需求的相应方法，该方法用于在自动立体屏幕上再现3D图像。
根据本发明，该目的是通过具有独立权利要求的特征结合该独立权利要求的前序部分的特征的自动立体屏幕，以及通过具有从属权利要求的特征的方法来实现。从从属权利要求的特征中推断出有利的设计。
因此，本发明首先设想光栅格的周期长度，所述周期长度由光栅格的相邻的条状结构的横向偏移来限定，所述周期长度通过光学元件的启动而可变，为此，除了像素矩阵，该光学元件可也被控制单元启动。例如从文献US2011/0157497 A1获知可以形成具有这些特征的光栅格的光学元件本身。
然后，针对观看距离的改变，根据本发明的控制单元配置成执行以下步骤：
-增大或者减小光栅格的周期长度，以及
-再限定所述子集，使得形成所述子集的像素的带的宽度或者平均宽度至少改变一个条的宽度，
其中，特别地，对子集的再限定(由此将图像信息在像素矩阵上再分布)由此受到这样的影响，使得相邻观看区域的横向偏移的相对变化小于观看距离的相对变化。因此，当然控制单元不需要配置成使得对于观看距离的每一变化通过该控制单元执行这两个步骤中的每一个。而这意味着，在观看距离的尽可能多的变化中，至少有一个预定变化以执行上述步骤用于适配。
因此，本发明利用这样的事实，由于充当网格的光学元件的特殊特征，通常固定标称观看距离的屏幕的光学特征不再不可改变，并且因此可以被改变使得具有相应地启动的光学元件的屏幕通过对像素矩阵的像素同时最佳的利用而适于从不同的观看距离处观察。
由此，通过屏幕的恒定几何形状，通过将图像信息在像素矩阵上的简单再分布，例如通过增加像素的相邻带的横向偏移以减少观看距离(光栅格未变化)，相较于适应变化的观看距离，实现了决定性的优势。首先，通过将多个条合适分组在一起形成上述子集的像素的带在每种情况下可以被选择为这样宽，使得观看区域(通过该观看区域不同立体半图像在分别选出的观看距离处是可见的)对于相应的相邻观看区域总是具有宽度和横向偏移，这足够准确地相应于眼睛对的两个瞳孔之间的距离。为此，本发明设想对于观看距离的某种变化，带的宽度或带的平均宽度通过增加或者减少每一带中的条的数目至少改变一条上述条的宽度。通过光栅格的周期长度需要增大或减小的事实，则可能成功地进行像素矩阵的像素中能够至少大约全部地被分配在具有所限定宽度带的子集上(至少很大程度上，没有保持未被使用的剩余部分)，因此能够用于使得半图像再现，不管形成子集的像素的带的宽度变化。通过此方式，在每种情况下，通过像素矩阵的给定的像素尺寸和像素数目、给定的观看距离、以及给定数目的再现半图像或者观看区域，产生最好可能的图像清晰度和图像亮度。
通常地，对于观看距离的变化，所述控制单元还配置成额外地增大或者减小子集的数目和相应地多个再现的立体半图像的数目，因此根据需要，由观看区域跨越且从其再现的屏幕三维可见的区域的宽度，和/或图像清晰度或图像分辨率可以被选择地足够高。
通过本发明，还可以提出一种将多于两个不同图像在自动立体屏幕上同时再现的相应有利的方法，所述自动立体屏幕包括具有多个像素的像素矩阵和布置在所述像素矩阵前方或者后方的光学元件，其中所述像素矩阵的像素布置成使得所述像素矩阵的像素形成具有竖直线(course)的多条平行的像素或者相对于竖直线而倾斜的像素条，其中所述光学元件形成具有一组条状结构的光栅格，所述一组条状结构平行于所述条且彼此等距地相邻而延伸，在每种情况下所述光栅格为由所述像素发出或发射的光设定传播方向，其中所述光栅格的由相邻的条状结构的横向偏移所限定的周期长度通过所述光学元件的启动是能够变化的。通过该方法，像素矩阵根据多个立体半图像的图像信息而被启动，使得在每种情况下这些半图像中的每一个呈现在像素的相应的多个子集中的一个子集中，其中这些子集的每一个由像素的一组带形成，所述一组带在每种情况下由一个条或者多个条形成，其中不同子集的所述带在水平方向上周期交替，使得每种情况下从多个横向偏移的观看区域的一个处每一立体半图像在屏幕前方的观看距离处是可见的。所提出的方法中的所述观看距离通过增大或者减小所述光栅格的周期长度且对上述子集的再限定来改变，使得形成所述子集的像素带的宽度或者平均宽度至少改变一个上述条的宽度，因此，使得相邻的观看区域的横向偏移的相对变化小于所述观看区域的相对变化。此外，当需要改变观看距离时，上述子集的数目和相应地多个再现的立体半图像的数目可能增加或者减少。特别地，该方法可以通过在此描述类型的自动立体屏幕来执行。
有用的是，在当通过增大或者减小观看距离而超过某一阈值或者达不到某一阈值时的任何情况下，如果对于观看距离的减小，所述控制单元配置成增大形成子集的带宽度，且对于观看距离的增大所述控制单元配置成减小形成子集的带宽度，则各个观看区域的宽度和观看区域的横向偏移尽可能准确地对应于具有所有可能的观看距离的平均瞳孔距离。如果所述光学元件布置在像素矩阵的前方，就是这样。如果所述光学元件布置在所述像素矩阵的后方，则是相反情况。相应地，在通常的设计中所提出的方法设想观看距离被减小，因此形成子集的带的宽度增大，或者观看距离被增大，因此形成子集的带的宽度减小。可替代地，如果所述光学元件布置在所述像素矩阵的后方且未布置在所述像素矩阵的前方，那么观看距离可能通过减小形成所述子集的带的宽度而减小，或观看距离可能通过增大形成所述子集的带的宽度而增大。
所提出的屏幕对于像素矩阵的所有像素的最好的可能利用的特别有利的一个实施方式设想，所述控制单元被配置成在每种情况中限定所述子集，因此在每种情况下所有所述带或者多数所述带通过所述像素的整数数目的上述条形成，所述数目对于这些带是相同的，其中所述控制单元还被配置成对于观看距离的上述变化增大或者减小整数数目，因此通过一系数来改变光栅格的周期长度，所述系数对应于变化后的子集的数目和所述整数数目的乘积和变化前的子集的数目和所述整数数目的乘积的比例。因此，所述控制单元配置成在每种情况下限定所述子集使得对于对应于子集的数目的像素的多个带，平均具有所述像素的小于一个条，所述小于一个条被分配至零个带或者有助于一个带的宽度，该宽度不同于大多数带的宽度。
通过所述方法的特别地在相同方面有利的一个实施方式，因此在每种情况下所述子集限定成使得所有或者多数所述带在每种情况下通过像素的对于这些带相等的整数数目的条形成，在改变所述观看距离时，增大或者减小该整数数目，由此通过系数改变所述光栅格的所述周期长度，所述系数对应于改变所述观看距离后的子集的数目和所述整数数目的乘积和改变所述观看距离前的子集的数目和所述整数数目的乘积的比例。因此，在每种情况下限定所述子集使得对于对应于子集的数目的像素的多个带，在像素矩阵平均剩余小于一条所述像素，所述小于一条像素被分配至零个带或者有助于一个带的宽度，该宽度不同于大多数带的宽度。
为了允许周期长度通过对子集再限定而变化，用于启动的所述光学元件可以包括平行于所述条延伸的一组电极，其中所述控制单元之后被配置成在每种情况下通过电气指令变量启动使得所述电极，所述电气指令变量从左变到右周期性改变，从而使得在每种情况下对应于所述子集的数目和所述整数数目的乘积的多个电极的数目形成周期。对于指令变量，例如电压可以有这样的情况。因此，所述屏幕可以设计成使得一个所述电极被分配至像素的所述条中的每一个条，其中相邻的电极的横向偏移小于像素的相邻条的横向偏移的(Ln/Ln+a)倍，其中a表示所述像素矩阵和所述光栅格之间的距离，且Ln表示所述自动立体屏幕的标称观看距离。在该种情况下，当所述观看距离对应于所述标称距离时，所述像素矩阵的像素至少可以完全地分布在子集中而没有任何剩余。
如果所述光学元件通过液晶结构给定，则所提出的自动立体屏幕可以以特别简单的方式实现。所述光学元件可以例如为可变的柱状透镜(lenticular lens)，通过所述可变的柱状透镜，上述条状结构可以由圆柱形透镜状的透镜给定。因此，所述光学元件特别地为液晶透镜***。在该种情况下，所述光学元件还可以被启动使得所述透镜的折射力根据所述观看距离来选择，因此至少易于适应所述观看距离。然而，所述光学元件的其他实施方式也是可以想得到的，即，具有交替的透明的和不透明的条的可变的视差屏障，其中具有所需要的变化性的周期长度的所述视差屏障还可以通过液晶结构以特别简单的方式实现。所述光学元件还可以替选地由滞弹性层来实现，即，在电极之间可变形的凝胶的滞弹性层，或者通过电镀浸润结构来实现。
此外，所述自动立体屏幕包括用于检测观看者头部或者眼睛对到屏幕的距离的装置。在这种情况下，所述控制单元可以有用地配置成启动所述像素矩阵和所述光学元件，使得所述观看距离对应于所检测的距离，且当所述观看距离超过或者达不到阈值时执行所述步骤。将所述屏幕适应变化的观看距离由此可以自动地执行。
在某种情形下作为自动适应的替选方式，所述控制单元还可以配置成：根据手动输入或者输入信号来固定所述观看距离，且当通过手动输入或者输入信号所述观看距离的变化被限定时执行上述步骤，通过对观看距离的变化的限定而所述观看距离超过或者达不到阈值。
即，当所述观看区域的宽度和横向偏移可能太小时，上述阈值可以这样被选择，使得当接近于屏幕时，带的宽度精确地增大一个条以便允许观看者具有横向定位，通过所述横向定位观看者的瞳孔位于直接相邻的观看区域中。
为此，对于至少为K≥1的整数，可以设想存在阈值Lk，所述阈值Lk具有上面概述的功能且被限定为
Lk＝Ln×K-1×(1+v)/(k+1),
其中，当达不到该阈值Lk时，所述控制单元配置以将像素条(在每种情况下所有或多数上述带由所述像素条形成)的数目从k增大到k+1，且当超过该阈值Lk时，所述控制单元配置以将像素条(在每种情况下所有或多数上述带由所述像素条形成)的数目从k+1减小到k。因此，在对Lk的上述限定中的Ln表示自动立体屏幕的标称观看距离，同时K为所限定的系数使得在所述标称观看距离处从两条相邻的所述像素发出的光通过平行于所述屏幕而取向的观看平面横向偏移了K×IPD。最后，v表示参数，该参数具有0和1之间的值。通常地，该参数为0.3≤v≤0.7。
通过给定的观看距离，所述给定的观看距离通过手动输入或者通过观看者到屏幕的距离的检测给定，在某些情况下对于尽可能好的分辨率，将所述观看区域的数目和由此再现的半图像的数目保持得更小是有利的，相对而言，在其他情况下，假定相同的观看距离，例如具有较大数目的观看者，则更大数目的观看区域和更大数目的再现的半图像是更为有利的。因此，如果所述控制单元配置以根据手动输入或输入信号来固定所述子集和相应地多个再现的立体半图像的数目可能是有帮助的。
附图说明
以下将通过图1至图7来解释本发明的示例性实施方式。图中示出：
图1为自动立体屏幕和在该屏幕前方的观看空间的示意图；
图2为该屏幕的像素矩阵的细节的正视图；
图3为该屏幕的水平横截面的显著放大的细节；
图4为对应于图1的视图，同样的屏幕具有不同的启动；
图5为相似类型的另一自动立体屏幕和在该屏幕前方的观看空间的示意图；
图6为对应于图2的图5的屏幕的横截面的视图；以及
图7为根据图5的视图，在此示出的屏幕具有不同的启动。
具体实施方式
图1中示出了自动立体屏幕，该自动立体屏幕是多视图显示器的情况，该多视图显示器适于将多于两个不同图像同时再现使得这些图像中的每一个图像分别从不同的横向偏移的观看区域11和11’可见。该自动立体屏幕包括像素矩阵12，像素矩阵12可以由例如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)给定。
该像素矩阵12的细节示出在图2中。像素矩阵12包括多个像素13，像素13以行和列布置，其中在本示例性实施方式中，在每种情况下，三个基本颜色(红色、绿色、蓝色)的像素13在直线方向上循环地交替。图2中的像素13的特征为，根据相应的基本颜色，一个字母R表示红色，G表示绿色，以及B表示蓝色。像素矩阵12的像素13布置成使得它们形成像素13的多个平行条14，其中这些条14在每种情况下具有一个像素13的宽度，且在本示例性实施方式中具有相对于像素矩阵12的列而倾斜的线，从而使得在每种情况下三种不同基本颜色的像素13在条的方向上循环地交替。
光学元件15布置在像素矩阵12的前方、自动立体屏幕的前面上，且形成具有一组条状结构的光栅格，该条状结构平行于上述条14延伸且彼此等距地相邻布置。通过该方式，在每种情况下由光学元件15形成的光栅格为由像素13发出或者发射的光设定预定的传播方向。光学元件15的细节在图3中识别，其中图3示出了穿过图1的自动立体屏幕的水平横截面的细节。在每种情况下，再次出现的特征或彼此对应的特征在所有附图中设置有同样的附图标记。
在本示例性实施方式中，光栅格为柱状透镜，且在圆柱形透镜状的透镜(cylindrical-lens-like lenses)的情况下具有上述条状结构。由此，光学元件15通过液晶结构给定，从而在本情况下，光学元件15形成液晶透镜***。其结果是由相邻的条状结构横向偏移而在本情况下由相邻的圆柱形透镜状的透镜横向偏移限定的光栅格的周期长度可以通过启动光学元件15而变化。此外，在某种情况下，透镜的折射力还可以被改变。为此，自动立体屏幕包括控制单元16，不但光学元件15而且像素矩阵12通过控制单元16启动。图3示出了可以通过光学元件15的合适的启动而实现的三种可能的不同周期长度D1、D2和D3。由液晶结构实现的圆柱形透镜状的透镜分别通过实线、虚线和点划线示出。对于两个周期长度D1和D2，圆柱形透镜状的透镜的线(course)和宽度也具体地分别用虚线和点划线在图2中示出，其中这种形式的呈现不为暗示透镜实际上看起来如此，而仅为示出该透镜是如何通过以根据位置的方式变化的折射率首先实现。为了启动光学元件15从而使得光学元件15形成上述条状结构或圆柱形透镜状的透镜，光学元件15包括一组电极17，电极17平行于上述像素条延伸。至少一个另一电极18设置在透明板19上，透明板19在与条状电极17相对的一侧处使光学元件15终止。液晶层布置在电极17和该至少一个电极18之间，其中，通过由从左到右(在图3中从底部到顶部)周期变化的电压启动电极17而在该液晶层中形成圆柱形透镜状的透镜。
相较于本示例性实施方式，可以进行各种修改。因此，例如通过像素13的不同布置和条状电极17的相应的不同取向，像素条14和在上述情况下由圆柱形透镜状的透镜形成的条状结构在该种情况下还可以具有精确的竖直线。通过代替柱状透镜的其他实施方式，具有彼此平行布置的多个不透明条的视差屏障可以充当光栅格。同样，这样的视差屏障可以通过液晶结构实现，从而同样在该种情况下，光栅格的相邻的条状结构的横向偏移和由此的光栅格的周期长度通过光学元件15的合适的启动是可变的。最后，也可以想到这样的多个实施方式：以相似的方式实现的光学元件15不布置在像素矩阵12的前方而布置在像素矩阵12的后方且位于像素矩阵12和像素矩阵12的照明之间，以便在每种情况下为由像素13发射的光设定所限定的传播方向。
控制单元16被配置成根据多个(在本示例中多达九个)立体半图像的图像信息启动像素矩阵12，从而在每种情况下这些半图像中的每一个半图像再现在像素13的多个子集中的一个子集上，所述多个子集的数量对应于所述多个立体半图像的多个。因此，在每种情况下这些子集中的每一个子集由像素13的一组带形成，在每种情况下其反过来由像素的一个或多个前述条14形成，其中不同子集的带在水平方向上周期交替，从而在每种情况下，在屏幕前方的观看距离Ln或L处的每一立体半图像分别从一个前述观看区域11和11’可见，观看区域11和11’在图1中用阴影表示。除了这些观看区域11和11’，还可以有与这些观看区域11和11’相邻的辅助区域，其中在每种情况下同样地一个半图像是可见的，但该辅助区域在此不再关注。
关于上述像素13的子集或像素13的形成这些子集的带是如何详细限定的，取决于哪一个可能的不同观看距离，例如所谓的标称观看距离Ln或与所谓的标称观看距离Ln不同的观看距离L，且在本情况下该观看距离L选择的较短，该屏幕将被启动。因此，对于该观看距离的某种变化，还设想通过光学元件15的合适的启动改变光栅格的周期长度，以便确保在每种情况下不同的立体半图像分别从正确的观看区域11和观看区域11’可见。为此，对于观看距离L的某种变化，控制单元16配置成增大或减小光栅格的周期长度且同时对上述子集再限定，从而像素13的形成子集的带的宽度或者平均宽度至少通过一个条14的宽度改变。因此，对于观看距离从Ln减小到L，形成子集的带的宽度从一条14的宽度增大至两条14的宽度，且对于观看距离从L增大到Ln，形成子集的带的宽度减小到每种情况下仅一条14的宽度。结果是，如果屏幕的启动以上述方式改变，则观看区域11和观看区域11’的宽度的相对变化和相应地相邻的观看区域11和观看区域11’的各自横向偏移小于观看距离的相对变化(在本情况下从Ln到L或从L到Ln)。因此，至少在目前所描述的情况下，对于观看距离的变化，当观看距离从Ln缩短到L时，子集数目和相应地多个再现的立体半图像减少(具体地从九到五)，而当观看距离从L增大到Ln时，子集数目和相应地多个再现的立体半图像增加(具体地从五到九)。
同时，图1示出了从像素矩阵12的不同像素13发出的光如何由光学元件15的光栅格导引到屏幕形式的观看区域中，从而上述观看区域11和观看区域11’在此出现为区域，在每种情况下从该区域仅有一个不同的立体半图像可见，图2和图3详细示出了像素矩阵12的启动和光学元件15的启动是如何变化的，以便分别将观看距离从Ln变化到L和从L变化到Ln。
对于从标称观看距离Ln观看屏幕，在本情况下，九个立体半图像相应地再现在像素矩阵12的九个子集上。因此，子集为从一到九的编号，其中在每种情况下图2中在相应的像素的上部区域中的像素13设置有数字，该数字对应于子集(该像素属于该子集)的编号。如图2所推断出的，在该种情况下，像素13的形成九个不同子集的带在每种情况下由恰好一个条14形成，因此，具有恰好一个条14的宽度。在该种情况下光学元件15被启动从而使得通过此形成的柱状透镜具有周期长度D1，该周期长度D1相当精确地对应于像素13的相邻的条14的横向偏移d的九倍。实际上，周期长度D1稍微小些，因此D1＝9×Ln/(Ln+a)，其中a表示像素矩阵12和光栅格之间的有效距离。因此，系数Ln/(Ln+a)仅与1稍微不同，从而周期长度D1与上述横向偏移d的九倍的偏差在图2和图3中是不可识别的。在该种情况下的电极17通过从左到右周期改变的电压启动，从而在每种情况下九个电极形成一个周期，从而在每种情况下每第九个电极17被施加同样的电压。电极17布置成使得恰好一个电极17被分配至像素13的每一个条14，其中相邻电极的横向偏移(由已经提到的系数Ln/(Ln+a)表示)小于相邻条的像素13的横向偏移d，从而通过光学元件15的所述启动得到了所需的周期长度D1。
现在，为了改变屏幕的启动从而使得一个或多个观看者可以从更短的观看距离L而非标称观看距离Ln看到在每种情况下由两个立体半图像合成的立体图像，子集的数目从九减少到本示例中的五，其中该子集同时被重新限定使得在每种情况下两个条14组合在一起，以便形成一个带。现在，所有的带或者至少多数带因此在每种情况下由像素的两个条14形成。同样在该种情况下，子集被编号，且现在具体地从一到十五，其中在图2中，在各个像素13的下面区域中的像素13中的每一个设置有数字，该数字对应于子集的编号，通过该交替的启动，该像素13被分配至该子集。
为了允许将像素矩阵12的像素13分布到五个子集中，每一个子集具有至少两个像素13的宽度，但同时为了允许尽可能较好地利用像素矩阵12的像素13，且最终确保从某一子集的像素13发出的光同样精确地被导入到分配至该子集的观看区域11’中，则通过启动的所述变化的光栅格的周期长度从D1增大到D2，其中D2＝10×Ln/(Ln+a)＝(10/9)×D1。为此，电极17(相对于其通过不同电压的启动而形成周期)的数目从九增大到十。图3示出了通过此柱状透镜如何变化从而使得用虚线绘出的圆柱形透镜状的透镜在用实线绘出的圆柱形透镜状的透镜的位置处发生。同样在图3中，在每一像素12也设置有数字，该数字对应于子集的编号，相应的像素被分配至该子集。除了图13示出的像素33的线，以对应的方式同样的线通过虚线再次示出在最左边，其中在那绘出的数字表示子集的编号，对于更短观看距离，相应的像素通过启动而被分布至该子集。
而且，现在仅五个立体半图像的图像信息必须以稍微散开的方式在横向方向上被写入像素矩阵12中，以便确保观看区域11’通过该启动出现在屏幕前方的观看距离L处，该观看距离L比标称观看距离Ln小。通过该方式，像素的各个条14剩余在几个位置处且或者可能被黑暗地扫描或者增加至像素13的一个带，通过此，像素的一个带异常地获得三个像素13的宽度而非仅两个像素13的宽度。在图2中下面区域中的这些特别的条14的像素13的每一个特征为1/5，以便示出这些像素13可以被分配至第一子集或者被分配至第五子集。甚至当考虑到这些例外情况时，在任何情况下，每一个子集被在每种情况下的合适地程序化的控制单元16限定，使得像素13所有的上述带或者大多数带在每种情况下由整数数目形成，该整数数目对于上述条14的这些带来说是相同的，在本情况下针对标称观看距离Ln为1，针对较短的观看距离L为2。因此，对于观看距离的变化(在本情况下从1变为2或者从2变为1)，该整数数目以所述方式增大或者减小，因此光栅格的周期长度改变了一个系数，该系数对应于变化后的子集数目和上述整数数目的乘积(在本情况下为十)和变化前的子集数目和上述整数数目的乘积(在本情况下为九)的比例。在此所描述的将观看距离从Ln缩短至L的情况下，该系数为10/9，10/9由前述的和在此阐述的基本规则得到。因此，在每种情况下控制单元16限定子集使得对于对应于子集的数目的多个带，平均有小于一个条14，该一个条14被分配至零个带或者有助于这些带中的一个的宽度，该宽度不同于多数带的宽度。在本情况下，对于图2中示出的细节，具体地在观看距离L的情况下，仅示出了对于在它们的下面区域中像素特征为1/5的条14，然而在标称观看距离Ln的情况下，根本没有条14被分配至零个带或者有助于一个带的宽度，该宽度不同于多数条的宽度。
通过缩短观看距离而使带变宽的目的是防止观看区域11和11’变得太窄。当然，屏幕还可以针对不同于L和Ln的观看距离(例如在L和Ln之间)而被启动。通过以散开至更大或者更小程度方式将图像信息写入像素矩阵12，适应于该不同的观看距离因此可能在每种情况下受到合适地程序化的控制单元16的影响，从而使得被分配至零个带或有助于一个带的宽度(该宽度不同于大多带的宽度)的条14的数目变得稍大或者稍小。对于启动该屏幕是否因此有意义，不考虑从相应量的横向散开，犹如观看距离对应于标称观看距离Ln，或者在观看距离L的情况下对于启动该屏幕是否更有意义，取决于该观看距离L是否超过某一阈值或者达不到某一阈值。在本情况下，可以将阈值L1限定为L1＝Ln×(1+v)/2，在达不到阈值L1时每一带的条14的数目从一增大到二，或者在超过阈值L1时每一带的条14的数目从二减小到一，其中v表示值在0和1之间的参数，且有用地选择为0.3≤v≤0.7。以类似的方式，观看距离可以限定为另一阈值Lk，利用该另一阈值Lk，通过当达不到该阈值Lk时将条14(所有或者多数上述带在每种情况下由条14形成)的数目从k增大到k+1，当超过该阈值Lk时将条14(所有或者多数上述带在每种情况下由条14形成)的数目从k+1减小到k，像素矩阵12的启动的相似变化和光学元件15的相似变化受到影响。通过图1的屏幕，这些阈值Lk有用地限定为Lk＝Ln×(1+v)/(k+1)。更通常地，Lk＝Ln×K-1×(1+v)/(k+1)，其中K表示限定的系数使得在标称观看距离Ln处从像素13的两个相邻的条14发出的光变成横向偏移为平均眼睛对的瞳孔距离的K倍，该横向偏移的光通过平行于屏幕取向的观看平面。因此，作为规则，如果屏幕被设计为被成年人观看，可以假定65mm为平均眼睛对的瞳孔距离。在本示例中，K＝1，但在其他实施方式中该系数为不同的值是同样可以想到的。这样，对于以下通过图5至图7进一步描述的示例实施方式，取K＝0.5。
为此，所述控制单元16可以配置成：根据手动输入或者输入信号来固定观看距离(屏幕之后由于控制单元16而启动)，且当通过手动输入或者输入信号观看距离的变化被限定时总是执行子集的再限定和改变光栅格的周期长度(其在此将详细描述)，通过对观看距离的变化的限定，观看距离超过或者达不到阈值L1或者一个阈值Lk。为了允许启动自动适应至变化的观看距离，屏幕包括大体示出在图1中的装置，该装置用于检测观看者的头部或者眼睛对到屏幕的距离。该装置包括立体相机20和评估单元21，该立体相机20布置在像素矩阵12之上，且被指向在屏幕前方的观看者空间上，该评估单元21对立体相机20获取的图像借助图像识别算法进行评估。因此，观看者头部或者眼睛对到屏幕的检测距离之后被传输至控制单元16，该控制单元16配置成启动像素矩阵12和光学元件15，从而该观看距离对应于该检测距离。在该种情况下，该检测距离对应于前述的输入信号，当该检测距离超过或者达不到阈值L1或者一个阈值Lk时，控制单元16自动地执行上述子集的限定的变化和光学元件15的启动的变化。
在某种情况下，如果观看区域11和11’跨越的空间尽可能的宽可能是有利的，从而尽可能多的观看者可以看到由立体半图像再现的场景，或者通过此，一个观看者或者多个观看者可以具有尽可能大的横向运动的自由。在其他情况下，特别地如果仅有一个观看者或者极少数目的观看者位于屏幕前方，将由观看区域11和11’跨越的空间保持得更窄可能是有利的，由于通过该方式，可以实现更高的分辨率和由此更锐利的图像。同样对于此，目前描述的屏幕允许适于不同的需要。因此，通过光栅格的周期长度增大和相应地像素13的子集(在每种情况下一个半图像在该像素13的子集上再现)数目增大，由观看区域11和11’跨越的区域的宽度可能增大。这是以分辨率或图像清晰度为代价实现的，该分辨率或图像清晰度随着光栅格的周期长度的增大而减小。另一方面，由观看区域11和11’跨越的区域的宽度可能减小。图4中示出了观看区域11和11’跨越区域宽度减小的示例，图4中被观看的屏幕与图1相同。在该种情况下具有更短的观看距离L的屏幕被启动，使得仅四个立体半图像再现在像素的仅四个子集上，以便避免在接近屏幕时太小的图像清晰度，其中光学元件15之后被启动，使得光栅格具有较短的周期长度D3，对于周期长度D3＝(8/9)×D1。对于该种情况，柱状透镜和像素矩阵12的像素13的相应启动通过点划线绘制在图3中。
为了允许对于各种情况最佳的屏幕的启动，同样对于子集的数目和由观看区域11和11’跨越的区域的宽度，控制单元16配置成根据手动输入或者输入信号来固定子集的数目和相应地多个再现的立体半图像，从而上述区域的宽度至少在某种限度内是可自由选择的。
根据图1的呈现，图5仅通过像素13更小且布置在更近的距离处的事实示出了一种与前述屏幕不同的另一屏幕，从而使得像素矩阵12具有更高的分辨率，其中光学元件15的电极17也相应地更窄且彼此在更窄的距离上相邻地布置。相应地，像素矩阵12和光学元件15通过合适地程序化的控制单元的启动，相应地稍微与前述示例不同。通过本示例性实施方式，对于从标称观看距离Ln处观看屏幕，成对的互相补充成三维可感知的立体图像的八个不同立体半图像再现在像素的八个子集上，其中这些子集中的每一个由像素13的一组带形成，其中在每种情况下该带由前面所限定的像素13的两个条14形成。
以对应于图3的方式，在图6中像素矩阵12的该启动通过像素线的示例示出，在该种情况下所选择的光学元件15的启动同样通过像素线的示例示出。在该种情况下由光学元件15形成的圆柱形透镜状的透镜在图6中通过实线指示。通过将观看距离缩短至更小值L，像素矩阵12的启动这样变化，使得仅七个立体半图像被再现在相应地像素的仅七个子集上，其中形成这些子集的像素13的带加宽，且现在不是仅由两条像素13形成，而是由三条像素13形成。同时，光学元件的启动这样变化，使得由光学元件15形成的柱状透镜的周期长度从D1增大到D2，D2＝(21/16)×D1，其中D1＝16×D×Ln/(Ln+a)。
可替选地，屏幕还可以被启动，以从更短的观看距离L处观看，从而仅五个立体半图像再现在相应的像素13的仅五个子集上，其中在每种情况下这些子集再次由三个条14的宽度的多个带形成。在该种情况下，周期长度减小至更小值D3，D3＝(15/16)×D1，同样如图像信息各自分布在所呈现的像素线的像素13上，该周期长度通过点划线在图6中示出。
图7示出了通过用于从观看区域中的观看距离L处观看的该启动，观看区域11’如何位于屏幕的前方。此外，图7中同样指示出关于针对甚至更短的观看距离L’该屏幕可以如何被启动。用于此的光学元件被启动使得光栅格的周期长度再次具有值D1，其中现在用于再现四个立体半图像的像素13的仅四个子集被限定成使得这些子集的每一个由一组带形成，该带在每种情况下由四个条14形成。

Claims (20)

1.一种用于将多于两个不同图像同时再现的自动立体屏幕，所述自动立体屏幕包括具有多个像素(13)的像素矩阵(12)、布置在所述像素矩阵(12)前方或者后方的光学元件(15)、以及用于启动所述像素矩阵(12)的控制单元(16)，
其中，所述像素矩阵(12)的像素(13)布置在平行的多条(14)像素(13)中，所述条(14)为竖直的或者相对于竖直为倾斜的，
其中，所述光学元件(15)形成光栅格，所述光栅格具有一组条状结构，所述一组条状结构彼此等距地相邻且平行于所述条(14)而延伸，所述光栅格在每种情况下为由所述像素(13)发出或发射的光设定限定的传播方向，
其中，所述控制单元(16)配置成根据多个立体半图像的图像信息启动所述像素矩阵(12)，从而使得这些半图像中的每一个半图像在每种情况下在像素(13)的相应的多个子集中的一个子集上再现，其中这些子集中的每一个子集由像素(13)的一组带形成，所述像素(13)的一组带在每种情况下由一个条或者多个条(14)形成，其中不同子集的带在水平方向上循环地交替，使得每一立体半图像在屏幕前方的观看距离(Ln,L；L’)处在每种情况下从多个横向偏移的观看区域(11,11’；11”)中的一个观看区域可见，
其特征在于，
所述光栅格的由相邻的条状结构的横向偏移所限定的周期长度(D1，D2，D3)通过所述光学元件(15)的启动是能够变化的，其中所述光学元件(15)能够通过所述控制单元(16)而启动，且所述控制单元(16)配置成针对观看距离(Ln,L；L’)的改变而执行以下步骤：
-加大或者减小所述光栅格的周期长度(D1，D2，D3)，以及
-再限定所述子集，使得形成所述子集的像素(13)的带的宽度或者平均宽度至少改变一个条(14)的宽度，
使得相邻的观看区域(11,11’；11”)的横向偏移的相对变化小于所述观看距离(Ln,L；L’)的相对变化。
2.根据权利要求1所述的自动立体屏幕，其特征在于，对于所述观看距离(Ln,L；L’)的变化，所述控制单元(16)配置成额外地增大或者减小所述子集的数目和相应地多个再现的立体半图像的数目。
3.根据权利要求1或2所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述控制单元(16)配置成在每种情况下限定所述子集使得所有或者多数所述带在每种情况下通过像素的对于这些带相等的整数数目的条形成，其中所述控制单元(16)还配置成：对于所述观看距离(Ln,L；L’)的变化，增大或者减小该整数数目，由此通过系数改变所述光栅格的所述周期长度(D1，D2，D3)，所述系数对应于变化后的子集的数目和所述整数数目的乘积和变化前的子集的数目和所述整数数目的乘积的比例。
4.根据权利要求3所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述控制单元(16)配置成在每种情况下限定所述子集使得对于对应于子集的数目的像素(13)的多个带，平均具有所述像素(13)的小于一个条(14)，所述小于一个条被分配至零个带或者有助于一个带的宽度，该宽度不同于大多数带的宽度。
5.根据权利要求3或4所述的自动立体屏幕，其特征在于，用于启动的所述光学元件(15)包括一组电极(17)，所述电极(17)平行于所述条(14)延伸，其中，所述控制单元(16)配置成在每种情况下通过电气指令变量启动所述电极(17)，所述电气指令变量从左到右周期性改变，从而使得在每种情况下对应于所述子集的数目和所述整数数目的乘积的电极(17)的数量形成周期。
6.根据权利要求5所述的自动立体屏幕，其特征在于，一个所述电极(17)被分配至像素(13)的所述条(14)中的每一个条，其中相邻的电极(17)的横向偏移小于像素(13)的相邻条(14)的横向偏移(d)的(Ln/Ln+a)倍，其中a表示所述像素矩阵(12)和所述光栅格之间的距离，且Ln表示所述自动立体屏幕的标称观看距离。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述光学元件(15)由液晶结构给定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述光栅格为柱状透镜，且所述条状结构形成圆柱形透镜状的透镜。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述光学元件(15)为液晶透镜***。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述自动立体屏幕包括用于检测观看者头部或者眼睛对到屏幕的距离的装置，其中所述控制单元(16)配置成启动所述像素矩阵(12)和所述光学元件(15)，使得所述观看距离(Ln,L；L’)对应于所检测的距离，且当所述观看距离(Ln,L；L’)超过或者达不到阈值时执行所述步骤。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述控制单元(16)配置成：根据手动输入或者输入信号来固定所述观看距离(Ln,L；L’)，且当通过手动输入或者输入信号所述观看距离(Ln,L；L’)的变化被限定时执行所述步骤，通过对观看距离(Ln,L；L’)的变化的限定而使得所述观看距离(Ln,L；L’)超过或者达不到阈值。
12.根据权利要求10或11所述的自动立体屏幕，其特征在于，对于至少一个整数k≥1，存在这样的阈值Lk，所述阈值Lk被限定为
Lk＝Ln×K-1×(1+v)/(k+1)，
其中Ln表示所述自动立体屏幕的标称观看距离，K为所限定的系数使得在所述标称观看距离(Ln)处从所述像素(13)的相邻的两个条(14)发出的光通过平行于所述屏幕而取向的观看平面横向偏移了K×IPD，因此，其中IPD被限定为平均眼睛对的瞳孔距离，且v表示具有0和1之间的值的参数，
其中所述控制单元(16)配置成：当达不到所述阈值Lk时，将在每种情况下构成所有的或大多数的所述带的像素(13)的条(14)的数目从k增大到k+1，当超过该阈值Lk时，将在每种情况下构成所有的或大多数所述带的像素(13)的条(14)的数目从k+1减小到k。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述控制单元(16)配置成根据手动输入或者输入信号来固定子集的数目且相应地多个再现的立体半图像的数目。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的自动立体屏幕，其特征在于，所述控制单元(16)配置成对于所述观看距离(Ln,L；L’)的减小来增大形成所述子集的带的宽度，且对于所述观看距离(Ln,L；L’)的增大来减小形成所述子集的带的宽度。
15.一种用于将多于两个不同图像在自动立体屏幕上同时再现的方法，所述自动立体屏幕包括具有多个像素(13)的像素矩阵(12)、布置在所述像素矩阵(12)前方或者后方的光学元件(15)，其中所述像素矩阵(12)的像素(13)布置在所述像素(13)的多个平行条(14)中，所述条(14)为竖直的或者相对于竖直为倾斜的，其中所述光学元件(15)形成光栅格，所述光栅格具有一组条状结构，所述一组条状结构平行于所述条(14)且彼此等距地相邻而延伸，在每种情况下所述光栅格为由所述像素(13)发出或发射的光设定传播方向，其中所述光栅格的由相邻的条状结构的横向偏移所限定的周期长度(D1，D2，D3)通过所述光学元件(15)的启动是能够变化的，其中所述方法包括：
-根据多个立体半图像的图像信息启动所述像素矩阵(12)，从而使得这些半图像中的每一个半图像在每种情况下在像素(13)的相应的多个子集中的一个子集上再现，其中这些子集中的每一个子集由像素(13)的一组带形成，所述像素(13)的一组带在每种情况下由一个条或者多个条(14)形成，其中不同子集的带在水平方向上循环地交替，使得每一立体半图像在屏幕前方的观看距离(Ln,L；L’)处在每种情况下从多个横向偏移的观看区域(11,11’；11”)中的一个观看区域可见，以及
-通过增大或者减小所述光栅格的周期长度(D1，D2，D3)且对所述子集进行再限定来改变所述观看距离(Ln,L；L’)，使得形成所述子集的像素(13)的带的宽度或者平均宽度至少改变一个条(14)的宽度，使得相邻的观看区域(11,11’；11”)的横向偏移的相对变化小于所述观看距离(Ln,L；L’)的相对变化。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，为了改变所述观看距离(Ln,L；L’)，额外地增大或者减小所述子集的数目和相应地多个再现的立体半图像的数目。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在每种情况下所述子集限定成使得所有或者多数所述带在每种情况下通过像素(13)的对于这些带相等的整数数目的条(14)形成，在改变所述观看距离(Ln,L；L’)时，增大或者减小该整数数目，由此通过系数改变所述光栅格的所述周期长度(D1，D2，D3)，所述系数对应于改变所述观看距离(Ln,L；L’)后的子集的数目和所述整数数目的乘积和改变所述观看距离(Ln,L；L’)前的子集的数目和所述整数数目的乘积的比例。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在每种情况下限定所述子集使得对于对应于子集的数目的像素(13)的多个带，平均剩余所述像素(13)小于一个条(14)，所述小于一个条被分配至零个带或者有助于一个带的宽度，该宽度不同于大多数带的宽度。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述观看距离(Ln,L；L’)减小且为此形成所述子集的带的宽度增大，或者所述观看距离(Ln,L；L’)增大且为此形成所述子集的带的宽度减小。
20.用于执行根据权利要求15至19中任一项所述的方法的根据权利要求1至14中任一项所述的自动立体屏幕的用途。
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