CN1894976B - 具有位置跟踪的多用户自动立体显示器 - Google Patents

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Abstract

一种自动立体多用户显示器，包括被跟踪和图像控制器(160)进行方向控制的最佳观看位置单元，其中照明矩阵(120)配置有可独立启动的若干个照明元件(11...56)，以及用于交替成像有源照明元件的成像设备，以便借助于被引导的光束(B1R...B5L)，使得扩展的最佳观看位置(SR1/SR2)对于观看透射图像矩阵(140)上交替图像或立体图像序列的若干个观看者的各个眼睛位置是可见的。根据本发明，该成像设备包括：成像矩阵(110)，其配置有多个小焦距的透镜元件(111-115)，使得有源照明元件以放大的方式成像在最佳观看位置(SRI/S<SB>R2</SB>)上；以及场镜(107)，其设置在所述成像矩阵(110)，以使相邻光束(B1，B2，B4，B5)之间的启动的照明元件的距离尽可能保持恒定，从而有助于用照明矩阵(120)对光束进行方向(D1...D5)的选择。

Description

具有位置跟踪的多用户自动立体显示器
技术领域
本发明涉及一种自动立体多用户显示器，具有最佳观看位置(sweetspot)单元和图像显示矩阵，该最佳观看位置单元用于将光聚焦，以形成射向一个或多个观看者的眼睛的若干个光线束，该图像显示矩阵用于用具有单视场或立体视场图像序列的二维图像交替调制该最佳观看位置单元的光。在本文中，术语“多用户显示器”指的是可以被多个观看者使用、用来同时地和独立地观看3D景象形式的图像序列的交替图像的设备。本发明利用了若干个单图像对观看者每个眼睛的暂时交错。当采用这种显现法时，分辨率被保持而且不会被表现透视数目的因素减少，如同用空间交错法的情形那样。该分辨率与图像显示矩阵的分辨率相同。
自动立体多用户显示器应当满足以下条件：支持多个观看者的能力，单个观看者在宽广观看空间内自由和独立移动的可能性，以及有选择地以2D和3D模式选择访问几个图像序列。其它希望的特性还有：高图像质量、鲁棒性、可靠性、小深度、支持实践中所有普通图像和视频格式(包括照相机和立体照相机)、以及低成本。
通常，如果观看者的眼睛位于预定位置上时，观看者使用立体显示器仅能够觉察到立体图像而没有串扰。这些位置在文献中也称作最佳观看位置。本发明的解决方案旨在将均匀的、大面积的光分布聚焦在扩展的最佳观看位置上，从而根据观看者眼睛的移动并根据当前显现的右或左图像，使用跟踪和图像控制器可以跟踪这些最佳观看位置。
背景技术
EP0 881 844A2披露了一种带有光源跟踪的单用户显示器。这种显示器以顺序模式工作。光源对的两个相邻分段设置用于观看者的左眼和石眼。如果用于右眼的分段开启，那么第一双凸透镜(lenticular)将该分段以多个图像的方式投射到漫射板上。现在，该漫射板用作第二光源，由于漫射板的漫射性质，光透过图像显示矩阵，且右图像穿过第二双凸透镜的所有透镜，借此，光被聚焦在观看者的右眼上。
对于随后的图像，光源对被切换到用于左眼的分段，图像矩阵切换到左图像。如果观看者移动出立体区域之外，那么第二光源对开启，其对应于当前的区域。
然而，使用漫射板是不利的，因为它通常阻止了多用户操作，这是由于具有多个第二光源的漫射板被表现在通过第二双凸透镜周期性的延续中。
WO 03/019952 A1披露了一种用于多个观看者的具有2D和3D呈现的解决方案以及一种跟踪***。从观看者来看，在图像显示矩阵上，显示器容纳着受控引导单元，该可控引导单元具有包括光闸的两个透镜阵列，以将图像的每个像素分开地聚焦在一个或多个观看者的眼睛上。每个透镜阵列包括用于图像矩阵的每个像素的独立透镜元件，所述透镜元件将像素的调制光聚焦在光闸上。光闸对每个像素都具有多个细微的分段开口，以便对于每个观看者，每个透镜元件根据他眼睛的位置打开一个分段。这些分段通过设置在光闸背后的第二透镜阵列的相应第二透镜元件，投射到观看者的眼睛上。如果观看者移动，位置探测器发送观看者的新位置，从而仅打开对应于这个位置的光闸分段，以确保像素保持聚焦在眼睛上。在使用时间复用法的立体操作期间，右图像和左图象被一个接一个地引导到各个眼睛上。如果存在着多个观看者，那么启动多个分段。在单视场操作期间，所有的光闸分段都可以被打开。
然而，这种多用户显示器实际实现起来相当困难，因为需要高分辨率的光闸。举例来说，在该文献的一个实施例中具有观看者的100个可能的角位置，假设典型的像素间距为0.25mm，那么该实施例需要2.5μm的分段宽度。假设存在1,600列，则将需要具有每行160,000个分段的光闸。另外，当制造透镜元件、光闸开口以及图像矩阵的像素时，以及当装配期间校准这些部件时，这些部件的匹配需要极其精确。而已有的像素或分段尺寸的很小偏差或稍微不对准都可能会导致功能故障。此外，还需要装配的显示器对环境影响(例如温度波动或摆动)有很强的抵抗力。
另外一个主要的缺点表现为显示部件不能被单个替换这样的事实。图像显示矩阵、透镜阵列以及光闸必须经常在它们的几何结构、分辨率以及制造容差方面进行精确调和。
WO 03/053072A1披露了一种具有3D跟踪***并且顺序表现立体图像的多用户显示器。该装置包括依次地一个位于另一个之后的三维可寻址背光、用于聚焦的单个大面积、容积大的成像透镜、以及作为图像显示矩阵的空间光调制器。背光容许关于观看者与显示器之间的距离的跟踪。聚焦的光穿过图像显示矩阵，该图像显示矩阵交替地调制用于观看者的各个眼睛的左图像和右图像。
这种装置的缺点是亮度低，因为只有局部可选的点光源的光才可用来照亮整个图像，以及大的成像透镜和由三维背光引起的显示器的大深度。为了限制在光轴之外这种大透镜的像差，焦距必须足够大，从而使得设备非常深。另外，三维背光很难制作。
很多专利的特征都在于分配给投影***的附加场镜，该透镜被放置在光路的各个位置上，从而具有各种功能。
申请人申请的在先专利申请WO 2005/027534(在本申请的申请日时还未公布)也描述了一种多用户显示器。该显示器包含了最佳观看位置单元、用于跟踪和图像控制的装置以及根据眼睛位置跟踪最佳观看位置的方法。
图1是解释工作原理的顶视图，但并未按比例绘制也并未示出所有的光学元件。成像装置110的多个透镜元件111-114将照明矩阵120的可切换点照明元件11-46成像在观看者的眼睛ER、EL上。当被大面积光源130照明时，照明矩阵120为每个透镜元件和观看者产生光线B1-B4之至少一束，由于用跟踪和图像控制器160有选择地启动照明元件11-46，所述光线束被叠加，以在观看者眼睛的位置处形成二维最佳观看位置SR。成像装置110、照明矩阵120以及背光源130形成可控的最佳观看位置单元，该单元产生定向背光以呈现从在观看空间内某些光斑位置可见的、透射LCD图像显示矩阵140的图像，所述的位置由跟踪和图像控制器160确定。在实践中，尤其设置了更多的透镜元件111-114和照明元件。LCD矩阵的子像素优选被用作照明元件。
在到达观看者的路径上，多束光线B1-B4透过图像显示矩阵140的若干块大面积，该图像显示矩阵140交替地包含图像信号PSS的立体图像序列的唯一一个图像。位置探测器150确定在显示器前的观看者的数目以及他们眼睛的位置ER、EL。相应地，跟踪和图像控制器160启动(在所示的例子中)照明元件13、24、35和46，以呈现从眼睛位置ER可见的立体图像序列的当前图像。如图1所示，照明元件13、24、35和46相对于透镜元件的光轴不同地定位。如果观看者移动，跟踪和图像控制器160将启动其它的照明元件，以便根据眼睛的转换位置跟踪最佳观看位置束。为了交替表现的立体图像，跟踪和图像控制器160通过与图像(位于图像矩阵内)的每次变化同步地切换照明元件，呈现对一个或所有观看者的相应眼睛可见的随后图像。在这个时间周期内，对另一个眼睛而言图像是不可见的，因为那个眼睛处于称作暗点的位置上。如果由图像显示矩阵提供的用于右眼和左眼的图像序列和到各个眼睛上的同步投射以充分高的频率交替，那么这些眼睛就不能辨别呈现给它们的单个图像。两个眼睛都会觉察到该图像序列为立体显示，而不会有串扰效应。
多束光线B1-B4实际上沿着每个有源照明元件13、24、35和46被投射到眼睛位置ER或EL的平面上这样的路径传播，并被放大成至少几个毫米的直径。为了简化说明工作原理起见，在本文的所有附图中，最佳观看位置由平行的多束光线形成。然而，在实践中，传播可以稍微偏离这种准直。在任何情形下，最佳观看位置都被设置成使多束光线B1-B4的每一个覆盖着最佳观看位置面积的至少扩展部分。最佳观看位置面积优选地至少是观看者眼睛那么大。从而，这允许观看者在均匀照明下观看到图像显示矩阵的整个显示面积而且没有任何干扰，即使观看者移动几个厘米，因此不再需要启动跟踪。而且，这也显著地降低了在精度、功能以及响应时间方面对跟踪和图像控制器160的要求。
根据上述专利申请号WO 2005/027534的最佳观看位置单元的主要优点在于，为了制造，透镜元件111-114宽度的选择与图像显示矩阵140内的像素尺寸无关，从而每个透镜元件至少沿水平方向覆盖着N个照明元件11-16，以便对每个观看者的N个不同观看位置都产生一个最佳观看位置。为了清楚起见，在示出的例子中数目N是六个(6)。而在实践中，每个透镜元件沿水平方向覆盖着更多数目的照明元件。在照明元件11-46的给定横截面上，可能的眼睛位置的数目可以通过选择透镜元件111-114的某个横截面来确定。从而，不必要为了获得很大数目的可能眼睛位置而花费高昂成本分隔照明矩阵130的结构，因为容易增加透镜元件111-114的宽度就足够了。
成像装置110优选地包括一个双凸透镜或几个双凸透镜的组合，透镜元件111-114是柱面透镜。由于柱面透镜通常沿垂直方向扩展到图像显示矩阵140的整个高度，每个透镜元件都覆盖着照明矩阵120的数百个照明元件。因为最佳观看位置仅仅在右眼与左眼之间交替地切换，所以为了清楚起见，在下面的描述中仅考虑实现该多束光线B 1-B4的水平定向的那些元件。照明矩阵一列一列地切换。对于本发明的描述而言，柱面透镜沿垂直方向覆盖着多少照明元件是不相关的。根据本发明，跟踪和图像控制器160还可以沿垂直方向跟踪最佳观看位置。类似于水平跟踪，将通过沿二维扩展的投影***的垂直方向选择各个照明元件来跟踪最佳观看位置。
优选地，为了提高图像亮度和最佳观看位置宽度，可以对每一束光线B1-B4同时启动几个相邻的照明元件。
本方法的另一个优点在于，如果更换图像矩阵，最佳观看位置并不需要更改。
技术问题
为了完全观看到图像显示矩阵140，必须为每个透镜元件111-114和眼睛位置启动每行至少一个照明元件。另外，必须启动使其相应的多束光线B1-B4被沿着方向D1-D4朝各个眼睛位置ER、EL定向的那些照明元件。如图1所示，这一点被实现根据专利申请DE 103 39 076的最佳观看位置单元内，其是用跟踪和图像控制器160依据方向D1-D4启动对应于透镜元件的那些照明元件。
在该例子中，启动的第三个照明元件13实现方向D1，而启动的第六个照明元件46实现方向D4。这对实践上有用的分辨率具有不利影响，特别是对于照明矩阵120的边缘，在该位置处可控位置的总量(inventory)被减少。这种效应显著地限制了观看者可以观看到整个图像的观看角，从而限制了跟踪和图像控制器可用的几何跟踪范围。因此，这代表着一个明显的缺点，特别是对于自动立体多用户显示器的功能而言，因为当两个或多个观看者位于显示器前面时，希望具有很大的观看空间以及对于跟踪和图像控制器很宽的范围。而且，即使观看者位于中心，从如图1所示以照明元件46和透镜元件114的例子可以看出，照明元件和透镜元件也以很大的角度设置。从而，这样的透镜会引起像差，而像差基本上会干扰通过图像显示矩阵140的投影的均匀性。
现在，将参看位于成像装置110边缘的透镜元件111和114的例子，详细地示出这个问题。鉴于为透镜元件111而启动照明元件11-13是敏感的，因此如果照明元件14被启动的话，一束光线B1*将被引导到较低敏感的光斑位置S0。由于对应于透镜元件114的最外侧的照明元件46已经启动，因此透镜元件114不能到达光斑位置S0。因此在实践中，图像显示矩阵140将仅仅是可见的，而光线束B4不会在位置S0处产生贡献。
在所述的例子中，对照明元件15、16、26、41、42和43的检查将显示出相似的结果。尽管这种缺陷可以通过添加额外的照明元件(这会增大成像装置110)来对位置S0进行补救，但是这通常并不能解决该问题，因为不可能添加对应于更靠近成像装置110中心的透镜元件112、113的额外照明元件。
因为照明元件的距离经常大于透镜元件的距离，所以尤其在成像装置110的边缘，会出现大的角度，从而导致显著的像差，并由此干扰图像显示矩阵140的均匀照明。
发明内容
本发明涉及可以被数个观看者同时使用的自动立体显示器，称作多用户显示器，其由跟踪和图像控制器控制；所述显示器的特征在于，用于单个部件及其对准的成本低和工作量小，平坦设计，替换各种几何结构的光学部件的可能性，以及高亮度；所述显示器能够避免上述解决方案的缺陷，特别是能够消除对最佳观看位置单元的跟踪能力的限制；另外，该显示器还能够将像差减至最小，从而充分地改善观看图像质量、以及最主要的是改善观看图像的均匀性。
本发明解决方案基于的是具有最佳观看位置单元的自动立体多用户显示器，它可以被跟踪和图像控制器控制，并将具有预定大面积的多束光线引导和聚焦在若干个观看者的几个眼睛位置上。该最佳观看位置单元用作透射图像显示矩阵的可控定向背光。多束光线宽范围地透过图像显示矩阵，在图像显示矩阵处这些光线束被顺序地用立体图像序列调制。在这个过程中，这些多光线束在对应于立体图像序列的当前图像的每个观看者的各个眼睛面前相重合，从而形成将整个当前图像呈现为可见的最佳观看位置。该最佳观看位置单元包含受控的照明矩阵，其具有可以被独立地启动的多个照明元件，和用于将多束光线成像在最佳观看位置上的成像设备，借此，跟踪和图像控制器通过启动相应的照明元件，确定每束光线的方向。
根据本发明，其目的借助于包含成像装置的成像设备实现，该成像装置具有多个排列成矩阵的透镜元件，以及从光传播的方向看、设置在成像装置后面并且覆盖着整个成像装置的场镜。该场镜并不具有聚光透镜的传统功能，因为这个功能可以用照明元件的特殊选择来实现。透镜元件将启动的照明元件以几乎准直的方式并且放大地成像在最佳观看位置上。透镜元件的焦距相应地缩短。
相反，场镜的焦距比透镜元件的焦距长很多。场镜具有启动与相应的透镜元件几乎相同角度的那些照明元件的功能。如果可能，相同的对应照明元件由此按照透镜间距启动。对所有透镜元件的类似的角度确保了最大的跟踪范围和最小的像差，这对于图像显示矩阵的均匀照明非常重要。
如果观看者横向地移动，那么会出现除球面像差之外其它已知的图像失真，例如图像面积弯曲和彗形象差，但是这类失真会被位于双凸透镜的透镜元件之下的相同有源照明元件的成像降至最小。换句话说，场镜实现了由引起最小图像失真的这些照明元件形成的最佳观看位置。在给定的图像质量下，场镜放大了跟踪范围。有源照明元件的极限位置，例如图1中的位置46，仅出现在极端横向的观看者的位置处。
本发明具有的主要优点在于，与透镜元件的位置无关，所有的有源照明元件都具有与相应的透镜元件大体相同的关系，从而照明矩阵和成像装置只需要产生被引导到相应的最佳观看位置的大体准直、平行的多束光线。因为连接图形的相似性，这使得可以更有效地对每个透镜元件使用照明元件的总量，由此增加了可以控制的位置的数目，从而扩展了最佳观看位置单元的跟踪范围。可以被用来跟踪最佳观看位置的角度的总量在实践中对于所有的光线束都是相同的，即，它与多束光线在图像显示矩阵中的位置无关。
如果观看者移动远离他所在的观看面，那么具有位置探测器的该跟踪和图像控制器可以使光线束的方向适应于眼睛位置在显示器前面的空间内的探测到的新距离。从而，将照明元件相同地分配给相应的透镜受到的干扰最小。利用本发明中，对每个透镜元件，照明元件都保持着充分的总量，从而通过改变被跟踪和图像控制器控制的启动照明元件，可以校正光线束的方向。
为了各启动的照明元件成像在观看面内有限尺寸的最佳观看位置上，透镜元件必须具有短焦距。假设观看者位于显示器前面的中央并且大致在场镜的焦距位置，并且如果准直光被用于最佳观看位置，那么照明元件被设置在透镜元件的前焦距旁形成的平面上。如果观看者横向地移动，那么由透镜元件引起的场曲率会变得愈加可觉察，而且准直的光线束被转换成照明元件的聚焦成像。如果观看者位于中央位置，那么透镜元件优选被定位在比根据它们的焦距所要求的位置更靠近照明元件的位置处。如果观看者横向地移动，那么该距离增加，直至其达到甚至超过焦距。
通过相应于透镜元件的焦距适当地选择场镜的焦距，可以限定出最佳的空间，在该最佳的空间内，可以由最佳观看位置单元产生高质量的3D显示的最佳观看位置。
成像装置包含设置用来形成至少一个双凸透镜或透镜阵列的若干个成像元件。这些成像元件被构造为至少在水平方向上覆盖着照明矩阵的多个可控照明元件。从而，它们还在水平方向上覆盖着图像显示矩阵的多个像素。
照明矩阵可以是电子光闸(electronic shutter)，该电子光闸以开口的形式提供照明元件，所述开口的位置和透射可以独立地控制，所述光闸是由背光来照明，照明矩阵或者可以包括排列成行结构或矩阵结构的主动发光照明元件，所述照明元件可以独立地控制。这样的例子有基于DLP、TFT或其它类型的投影单元和有机LED(OLED)面板。
在本发明中，术语“场镜”被用作一般类型的术语。在本发明中它的功能在于减少光学像差并且扩大观看空间。考虑到这种透镜的尺寸，优选在这类光学***中使用菲涅耳透镜。
另外，该场镜也可以是可被跟踪和图像控制器控制的全息光学元件，所述全息光学元件具有可变的焦距以改善跟踪范围。
由于这些单个显示部件功能上和结构上的分开，因此可以减少对照明矩阵的分辨率的需求。它只是由可控位置或角度的数目来限定。特别地，这种解决方案提供了图像显示矩阵很大的独立性。从而，这允许例如图像显示矩阵被替换用于具有更高分辨率的另一个图像显示矩阵，只要外部尺寸相同。
成像装置可以整个或部分地由光学性质可以控制的材料制成，例如聚合物。为了避免莫阿效应，将非偏振的漫射介质(例如漫射箔)放置在从光传播的方向看、图像显示矩阵的前面。
附图说明
图1示出在现有技术的专利申请WO 2005027534中所述的自动立体多用户显示器；
图2示出根据本发明的、具有最佳观看位置单元和成像装置的自动立体多用户显示器，该最佳观看位置单元用于为观看者的眼睛产生几何均匀的最佳观看位置；
图3示出根据本发明的、具有最佳观看位置单元的自动立体多用户显示器，该最佳观看位置单元用于为观看者的另一个眼睛产生最佳观看位置；
图4示出根据本发明的、具有菲涅耳透镜的最佳观看位置单元；
图5示出根据本发明的、具有若干个有源照明元件的最佳观看位置单元，所述有源照明元件用于为数个观看者产生最佳观看位置光束；
图6是显示器在2D模式下的操作的示意图，其中最佳观看位置仅为一个观看者产生；
图7是最佳观看位置单元的一个实施例的示意图，其使用投影单元作为照明矩阵。
本发明的优选实施例
参看图2-7及借助于实施例描述根据本发明的自动立体多用户显示器。在所有附图中，相同的附图标记表示根据本发明的自动立体多用户显示器的相同功能的元件。
图2以观看者右眼ER为例示出根据本发明的各个元件的布置，其中编号110表示具有透镜元件111-115的成像装置，编号120表示用于为每个透镜元件111-115产生多束光线B1-B5的照明矩阵。在这个实施例中，照明矩阵120是使用大面积光源130的光的光闸。该光闸包括透射的照明元件11-56，它是LCD或FLCD面板。在这个实施例中，成像装置110是双凸透镜。照明矩阵120被设置在这个双凸透镜的焦平面附近，从而由成像装置110以***行光束的形式发出多束光线B1-B5。
照明矩阵120的所有有源照明元件15、25、35、45和55相对于相应的透镜元件具有相同的位置。因此，多束光线从透镜元件111-115以相同的角度发出，并且具有相同的光学和几何性质。另一方面，这也考虑了横截面的几何结构以及上面讨论的像差和方向性失真。因此，所有最佳观看位置的均匀性以及从而显示器的图像表现质量都被充分地改善。另一方面，因为有源照明元件相对于相应的透镜元件具有类似的位置关系，所以跟踪和图像控制器160可以退到用于光线B1-B5之每一束的可控位置的相同总量。因此，跟踪和图像控制器160的几何跟踪范围被充分地加宽。从而，只有现在才可以通过用跟踪和图像控制器160跟踪照明矩阵120，根据位于距显示器各个位置处的多个观看者的眼睛位置来跟踪最佳观看位置。
如图2所示，多束光线B1-B5从场镜170沿不同的方向D1-D5发出，并且重合于观看者右眼ER的前面，形成最佳观看位置SR。该多束光线B1-B5被一个图像一个图像地调制，如图1所示。
以相同的方式，随后给观看者的左眼提供左立体图像，如图3所示。现在，照明元件14、24、34、44和54被启动。多束光线B1-B5从场镜170沿不同的方向D6-D10发出，并且在观看者的左眼EL前面重叠，形成最佳观看位置SL。
如图4所示，优选可以使用需要少得多的空间而且相对更廉价的菲涅耳透镜171来替代小型场镜170。菲涅耳透镜171的结构化侧优选面向成像装置110。如果菲涅耳透镜171的结构化侧被定向朝着图像显示矩阵140，那么会出现折射角，这会引起近全反射或全反射，特别是在显示器的左边缘和右边缘处。考虑到它们的焦距和这些光线束的进入角，场镜的切口(cut)可以优选地被设计为使这些光线束清楚地重合在最佳的观看者距离前面，而不是每束光线自身显著地会聚。通过改变场镜的焦距，可以确定该跟踪和图像控制器跟踪这些光线束的工作范围的开端。这是最佳焦距优选位于观看者和显示器间的最佳距离的一半与全部之间范围的原因。
最佳观看位置单元的成像装置110是双凸透镜，或者包含设置成线状格式或矩阵格式的若干个成像元件。在观看空间内通常可以独立地控制的位置的数目由成像元件的横截面面积与照明矩阵的被覆盖开口的数目的比来确定。
因为像差，双凸透镜的角度范围相对较小，例如为0.1rad(弧度)。为了抑制像差和/或为了扩大观看角，也可以使用双重双凸透镜来替代单个双凸透镜。借助于顶点与光的方向对准的若干个双凸透镜，提供最小的像差以及由此提供最大的观看角。
具有单个透镜的简单双凸透镜显示出了上述的图像失真，例如球面像差以及慧形象差。旨在避免这些像差的一个优选实施例包含了串联双凸透镜，该串联双凸透镜由两个平行且共线的单个双凸透镜构成。该两个单个双凸透镜的成像元件的顶与一致排列的光的方向对准，但具有稍微不同的间距。成像装置的另一种变型采用了双重双凸透镜，其具有的单个双凸透镜的间距近乎一致，但是具有的透镜彼此面对。
图5示出用于立体视场表现时多个观看者的布置。在示出的时刻，图像显示矩阵140包含右立体图像，这里用于两个观看者。通过启动照明矩阵120的相应照明元件15、25、35、45和55，产生分别用于两个观看者右眼ER1和ER2的最佳观看位置SR1和SR2的多束光线B1R-B5R。作为图像序列的下一个图像，图像显示矩阵140包含左立体图像，现在最佳观看位置被引导到观看者的左眼EL1和EL2。两个或多个观看者也可以看到不同的单视场图像。这可以通过为观看者的眼睛同时启动最佳观看位置来实现，同时图像矩阵包含了打算用于该观看者的图像。另外，对于任何数目的观看者，通过启动整个照明矩阵，都可以将显示器切换成单视场模式。这导致在观看空间内有大面积的均匀亮度照明。
如果对于一个观看者不给予图像信息，那么关掉相应的最佳观看位置就足以了，如图6所示，对于单视场模式这也是可以的。观看者1(例如，银行职员)可以用两个眼睛看到通过最佳观看位置S1可看到的信息，而显示器对于观看者2(例如，顾客)看起来是黑暗的。
图7示出作为照明矩阵的投影***180，该投影***180例如可以基于DLP。如图所示，成像装置110和菲涅耳透镜171为图像显示矩阵140提供的图像序列的每个图像产生最佳观看位置。图像内容被投射到观看空间内，如上所述。根据本发明，还可以在成像装置110前面放置漫射板190或另一个场镜，所述漫射板或透镜引导光到成像装置上。
另外，本发明可以优选地应用于为多个观看者顺序在一个显示器上表现不同图像序列的图像。该显示器可以例如用在车辆内，以交替地向车辆驾驶员呈现由车载计算机提供的信息，例如诸如速度、环境温度、燃料消耗量、操作故障等这些导航或操作信息，以及诸如电视节目或视频等这些乘客娱乐信息。为了实现这样的目标，跟踪和图形控制器160以与图像序列频率同步的方式在驾驶员与乘客之间交替地改变最佳观看位置。
与图像显示矩阵一起，上述的最佳观看位置单元实现了一种自动立体多用户显示器，它提供优良的图像质量并由此具有广泛的应用。这种显示器可以以2D模式和3D模式同时用于多个用户，并能够实现实时处理，而且能够获得高分辨率、高亮度以及小深度，尽管照明矩阵的元件相对较大。这些特别宽的最佳观看位置可以确保观看者有大的移动性。因此，这种显示器具有鲁棒性，并且显著地降低了现有技术装置存在的对制造精度的极高需求。由于这种显示器在图像显现方面具有的高质量特性，因此可以很好地适合于医药、工艺、研究和开发领域中的高端应用，视频会议***和广告业，例如家庭显示器、掌上型计算机、视频电话这等些低端应用，以及许多其它应用。

Claims (15)

1.一种自动立体多用户显示器，用于立体图像序列的立体图像的暂时交错投影，该显示器包括：
跟踪和图像控制器(160)；
照明矩阵(120)，具有可以被单个地启动的若干个照明元件；
投影装置，具有若干个透镜元件(111...115)；以及
透射图像矩阵(140)，用于所述立体图像的交替投影；
所述跟踪和图像控制器依据所确定的眼睛位置(EL1/ER1，EL2/ER2)，与所述图像序列同步地切换所述照明元件，从而分别对于所有观看者的左眼和右眼以交替方式同时提供若干光线束(B1...B5)，使得所述投影装置引导所述若干光线束在对应于所述观看者的左眼和右眼位置的方向(D1...D10)上，其特征在于，所述投影装置包括：
投影矩阵(110)，包含若干个透镜元件(111...115)，其具有的焦距使得所述透镜元件以放大的方式投影有源照明元件；
场镜(170)，沿着朝向观看者的方向设置在所述投影矩阵(110)的后面，并且具有的焦距比所述透镜元件(111...115)的焦距长得多，以便使相邻的被启动的照明元件的距离尽可能保持为最小，以及保持为恒定，从而有助于通过所述照明矩阵(120)对所述光线束(B1...B5)给出所述方向(D1...D10)；以及
所述照明矩阵(120)位于所述透射图像矩阵(140)之前的光路中，使得所述光线束在依赖于所确定的眼睛位置(EL1/ER1，EL2/ER2)的方向上通过所述透射图像矩阵(140)。
2.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中所述投影矩阵(110)和所述照明矩阵(120)被设置成彼此相距的距离等于所述透镜元件(111...115)的焦距。
3.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，对于每个眼睛位置，该跟踪和图像控制器(160)控制该照明矩阵(120，130)，使得位于该投影矩阵(110)中央的一束光线(B3)在朝向眼睛位置(EL/ER)的方向上离开该投影矩阵(110)，而所有其它的光线束(B1，B2，B4，B5)以近乎平行于该中央光线束(B3)的方式离开该投影矩阵(110)，而且所述场镜(170)将所有的光线束(B1...B5)置于相应的眼睛位置(EL1/ER1，EL2/ER2)上。
4.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中该场镜(170)是菲涅耳透镜。
5.根据权利要求4的自动立体多用户显示器，其中，就焦距和进入角来说，设计所述菲涅耳透镜的切口，使得所述光线束清楚地置于所述眼睛位置的附近，而不是使这些光线束自身显著地会聚。
6.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中配置有位置探测器(160)，除了若干个观看者的横向眼睛位置(EL1/ER1，EL2/ER2)，该位置探测器还确定这些眼睛位置到图像矩阵(140)的距离，而且所述跟踪和图像控制器(160)通过改变被启动的照明元件，使所述光线束(B1...B5)的方向(D1-D5)适应于该显示器前面的空间内的所确定的眼睛位置(EL1/ER1，EL2/ER2)。
7.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，所述场镜的焦距是在观看者和显示器间的最佳距离的一半与全部之间的范围内。
8.根据权利要求7的自动立体多用户显示器，其中，所述场镜是具有可控焦距的可控全息光学元件(HOE)，而且所述跟踪和图像控制器(160)根据距离调节该焦距。
9.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，所述投影矩阵包括至少一个双凸透镜。
10.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，所述照明矩阵包含背光和具有若干个开口的电子光闸，所述开口的位置和透射是可自由控制的。
11.根据权利要求10的自动立体多用户显示器，其中，所述投射图像矩阵和所述光闸具有相同的像素几何结构。
12.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，所述照明矩阵是主动发光矩阵，该主动发光矩阵具有以规则图案排列的若干个照明元件，所述照明元件的位置和透射是可自由控制的。
13.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，所述投影矩阵全部或部分地由光学性质可以控制的材料制成。
14.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，在所述照明矩阵内设有投影单元，并且从光的方向看、在该投影矩阵前面优选设置有菲涅耳透镜和/或漫射层。
15.根据权利要求1的自动立体多用户显示器，其中，为了均匀照明所述投射图像矩阵和扩大在所述眼睛位置的可见度，对每个投影元件和图像行同时启动几个相邻照明元件。
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