[發明專利]3D顯示裝置

有效

• 申請號: 201680077695.0
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN108431671B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: W·A·H·勒倫;H·G·馬斯曼
• 申請（專利權）人: 奧崔迪合作公司
• 主分類號: G02B30/24
• 分類號: G02B30/24;G02B30/26;G02B5/18;G02B30/36;G02B30/27
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 關麗麗;鄭建暉

描述了顯示裝置140，該顯示裝置用于使用戶能夠在由該顯示裝置呈現視覺信息時體驗3D感知。該顯示裝置具有：一個圖像形成單元142，具有一個二維圖像子像素陣列，該二維圖像子像素陣列被布置成發射用于呈現相關聯的視覺信息的光；以及一個光學系統144，具有一個衍射光學元件陣列150，該衍射光學元件陣列150與該圖像子像素陣列中的相應的圖像子像素相關聯。每個衍射光學元件被布置成將來自相關聯的圖像子像素的光衍射成具有多個衍射級的衍射圖案，以將來自相關聯的圖像子像素的視覺信息提供到與所述多個衍射級相關聯的多個方向性觀看區域。

技術領域

本發明涉及一種顯示裝置，該顯示裝置用于使用戶能夠在由該顯示裝置呈現視覺信息時體驗3D感知。

背景技術

用于使用戶能夠在由顯示裝置呈現視覺信息時體驗3D感知的顯示裝置的多種變體是已知的。一些已知系統要求用戶佩戴眼鏡，例如，以使呈現給左眼的視覺信息與呈現給右眼的視覺信息分離。通過所謂的自由立體系統(autostereoscopic system)可以克服需要佩戴眼鏡的不便。一些用于3D感知的系統使用雙凸透鏡(lenticular lens)以在空間上引導視覺信息。在SPIE會議記錄中，第2653卷，第32至39頁出版的C.van Berkel等人的“Multiview 3D-LCD”中描述了雙凸系統的一個實例。由于物理約束，一些系統方法遭受它們的設計限制。例如，一些高分辨率小尺寸顯示系統將需要具有負厚度的雙凸透鏡。在一些其他系統(特別是具有大顯示尺寸的系統)中，為了允許用戶體驗高質量的3D感知，使用雙凸透鏡或視差屏障(parallax barrier)的顯示裝置可能需要雙凸透鏡與具有二維圖像子像素陣列的顯示面板之間的相當大的距離。另外，光學公差可能需要額外的機械措施來限定和維持此距離，例如通過使用固體透明板來提供該距離，這可能導致重量和成本的顯著增加。提供具有更好的可控設計參數(諸如厚度、重量和成本)的顯示裝置將是有利的。

發明內容

本發明在此提供一種顯示裝置，該顯示裝置用于使用戶能夠在由該顯示裝置呈現視覺信息時體驗3D感知，其中該顯示裝置包括：一個圖像形成單元，包括一個二維圖像子像素陣列；以及一個光學系統，包括一個衍射光學元件陣列。該二維圖像子像素陣列被布置成發射用于呈現相關聯的視覺信息的光。該衍射光學元件陣列與該圖像子像素陣列中的相應的圖像子像素相關聯。每個衍射光學元件被布置成將來自相關聯的圖像子像素的光衍射成包括多個衍射級的衍射圖案，以將來自相關聯的圖像子像素的視覺信息提供到與所述多個衍射級相關聯的多個方向性觀看區域。因此，該光學系統可以被認為將由一個子像素呈現的視覺信息有效地復制到多個方向性觀看區域，這是因為視覺信息被提供到所述多個衍射級中的每個，使得用戶可以在所述多個方向性觀看區域中的每個中體驗3D感知。該衍射光學元件例如可以是衍射光柵。該衍射光學元件可以是薄的。該衍射光學元件可以提供用于體驗3D感知的視覺信息，而在這樣的系統中不需要附加的空間分離，在使用常規光學器件(諸如雙凸透鏡或視差屏障)的顯示裝置中，在該雙凸透鏡或視差屏障與該二維圖像子像素陣列之間需要附加的空間分離。據此，該顯示裝置可以更薄、更輕和/或更便宜。

在一個實施方案中，該衍射光學元件陣列中的每個衍射光學元件被布置成根據衍射級之間的多個預先限定的強度比，將來自相關聯的圖像子像素的光衍射成包括多個衍射級的衍射圖案。據此，所述方向性觀看區域中的每個的相對強度可以被限定以例如在最常用的觀看位置處(即，在中心觀看區域處)為所述方向性觀看區域提供較高的強度。

在另一實施方案中，所述多個預先限定的強度比對應于強度從中心衍射級到外部衍射級的逐漸變化，所述逐漸變化對應于朗伯余弦定律，以為對應的方向性觀看區域提供對應的預先限定的強度比。

在一個實施方案中，所述多個方向性觀看區域被限制到一個或多個預先限定的有限的方向性范圍。