Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d



Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d
Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d
Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d
Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d
Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d
Автостереоскопическое устройство отображения, использующее матрицы управляемых жидкокристаллических линз для переключения режимов 3d/2d

 


Владельцы патента RU 2442198:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Устройство переключается между режимами 2D и 3D и содержит панель (3) отображения и линзообразное средство (9). Линзообразное средство содержит матрицу линзообразных элементов (11), которые содержат двулучепреломляющий электрооптический материал (23). Материал (23) прилегает к оптически прозрачному слою (21), при этом показатель преломления двулучепреломляющего электрооптического материала (23) допускает переключение избирательным приложением электрического поля для задания 2D и 3D режимов. Оптически прозрачный слой (21) имеет обратную линзообразную структуру и содержит двулучепреломляющий материал. В режиме 2D оптически прозрачный слой (21) имеет по существу такой же показатель преломления обыкновенной волны и необыкновенной волны, как двулучепреломляющий электрооптический материал (23). В режиме 3D изменение показателя преломления задается на имеющей форму линзы границе между двулучепреломляющим электрооптическим материалом (23) матрицы линзообразных элементов (11) и оптически прозрачным слоем (21). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение относится к автостереоскопическому устройству отображения, которое содержит панель отображения, содержащую матрицу пикселей отображения, для создания изображения, и линзообразное средство, скомпонованное поверх панели отображения, и через которое видны пиксели отображения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известное автостереоскопическое устройство отображения содержит двумерную жидкокристаллическую панель отображения, содержащую матрицу строк и столбцов пикселей отображения, действующих в качестве пространственного оптического модулятора для создания изображения. Матрица вытянутых линзообразных элементов, проходящих параллельно один другому, накрывает матрицу пикселей отображения, и пиксели отображения наблюдаются через эти линзообразные элементы. Линзообразные элементы предусмотрены в качестве полотна элементов, каждый из которых содержит вытянутый полуцилиндрический линзовый элемент. Линзообразные элементы проходят в направлении столбцов панели отображения, причем каждый линзообразный элемент перекрывает соответственную группу из двух или более соседних столбцов пикселей отображения.

В компоновке, например, в которой каждый линзообразный элемент ассоциативно связан с двумя столбцами пикселей отображения, пиксели отображения в каждом столбце предоставляют вертикальную вырезку соответственного двумерного подызображения. Линзообразное полотно направляет эти две вырезки и соответствующие вырезки из столбцов пикселей отображения, ассоциативно связанных с другими линзообразными элементами, в левый и правый глаза пользователя, расположенного перед полотном, так что пользователь наблюдает единое стереоскопическое изображение. Полотно линзообразных элементов, таким образом, обеспечивает функцию направленного вывода света.

В других компоновках каждый линзообразный элемент ассоциативно связан с группой, скажем, из четырех или более смежных пикселей отображения в направлении строки. Соответствующие столбцы пикселей отображения в каждой группе скомпонованы надлежащим образом для обеспечения вертикальной вырезки из соответствующего двумерного подызображения. По мере того как голова пользователя перемещается слева направо, воспринимается последовательность следующих один за другим разных стереоскопических видов, например, создающих впечатление осматривания.

Вышеописанное устройство обеспечивает эффектное трехмерное отображение изображения. Однако будет приниматься во внимание, что, для того чтобы обеспечивать стереоскопические виды, есть неизбежная потеря разрешения в горизонтальном направлении устройства. Эта потеря в разрешении неприемлема для определенных применений, таких как отображение символов мелкого текста для просмотра с коротких расстояний или графические приложения, нуждающиеся в высоком разрешении. По этой причине было предложено предоставить автостереоскопическое устройство отображения, которое выполнено с возможностью переключения между двумерным (2D) режимом и трехмерным (3D, стереоскопическим) режимом. Такое устройство описано в US-A-6,069,650, полное содержание которой включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки. В этом устройстве разные группы пикселей, образующих одну или более стереоскопических пар, видятся соответствующими глазами наблюдателя через линзообразные элементы. Линзообразные элементы включают в себя электрооптический материал, имеющий показатель преломления, допускающий переключение, для того чтобы дать возможность устранения преломляющего действия линзообразных элементов.

В двумерном режиме линзообразные элементы устройства переключения работают в режиме ″пропускания″, то есть они действуют почти таким же образом, как действовало бы плоское полотно из оптически прозрачного материала. Получающееся в результате отображение изображения имеет высокое разрешение, равное собственному разрешению панели отображения, которое пригодно для отображения символов мелкого текста с коротких расстояний просмотра. Двумерный режим отображения, конечно, не может обеспечивать стереоскопическое изображение.

В трехмерном режиме линзообразные элементы устройства переключения обеспечивают функцию направленнего вывода света, как описано выше. Получающееся в результате отображение изобретения способно к выдаче стереоскопических изображений, но также страдает от неизбежной потери в разрешении, упомянутой выше.

Для обеспечения переключаемых режимов отображения линзообразные элементы устройства переключения используют электрооптический материал, такой как жидкокристаллический материал, имеющий показатель преломления, который обеспечивает переключение между двумя разными значениями для поляризованного света. Устройство в таком случае переключается между режимами прикладыванием надлежащего электрического потенциала к слоям электродов, предусмотренным над и под линзообразными элементами. Электрический потенциал меняет показатель преломления линзообразных элементов относительно такового у смежного оптически прозрачного слоя. В качестве альтернативы смежный оптически прозрачный слой может быть сформирован из электрооптического материала с тем же результатом, что показатель преломления линзообразных элементов меняется по отношению к оптически прозрачному слою.

Однако испытывались проблемы с нежелательными артефактами отображения в режиме 2D, при просмотре под косыми углами. При таких углах в выходном сигнале отображения присутствует видимая структура, которая выглядит связанной со структурой линзообразного полотна, тогда как никакая такая структура не видна при просмотре под прямым углом к плоскости панели отображения и линзообразной матрице.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложено переключаемое автостереоскопическое устройство отображения, содержащее панель отображения и линзообразное средство, скомпонованное поверх панели отображения, линзообразное средство содержит матрицу линзообразных элементов, которые содержат электрооптический материал, прилегающий к оптически прозрачному слою, показатель преломления электрооптического материала обеспечивает переключение при избирательном приложении электрического поля, и при этом оптически прозрачный слой содержит двоякопреломляющий материал.

Как раньше, показатель преломления электрооптического материала является переключаемым для обеспечения двух состояний у линзообразного средства: например, в одном из которых обеспечивается действие по направлению вывода света и, например, в одном из которых действие по направлению вывода света устранено. Таковые являются режимами 2D и 3D работы.

Формированием оптически прозрачного слоя линзообразного средства из двоякопреломляющего материала достигается значительное улучшение в уменьшении вышеупомянутых нежелательных артефактов отображения в изображениях режима 2D под косыми углами.

Предпочтительно оптически прозрачный слой имеет по существу такой же показатель преломления обыкновенной волны и необыкновенной волны, как у электрооптического материала.

Оптически прозрачный слой предпочтительно содержит тело линзы в виде полотна или пластины, на которой сформированы матричные линзообразные элементы. Каждый линзообразный элемент может быть задан углублением в теле, имеющем форму линзы, например полуцилиндрическим углублением, содержащим электрооптический материал.

Предполагается, что нежелательные артефакты отображения обусловлены тем обстоятельством, что в известном устройстве показатель преломления оптически прозрачного слоя для световых лучей, проходящих в целом перпендикулярно к плоскости слоя, отличен от показателя преломления для световых лучей, проходящих под косым углом, например 45 градусов, по отношению к плоскости слоя. В режиме отображения 2D и с молекулами жидкокристаллического (LC) материала, ориентированными перпендикулярно плоскости слоя, благодаря подходящему прикладыванию напряжения к ним, в таком случае для световых лучей, перпендикулярных слою, показатель преломления LC-материала и слоя согласуются надлежащим выбором соответственных материалов. Однако для наклонных световых лучей эффективный показатель преломления LC-материала не равен обыкновенному показателю преломления (типично около 1,5), но лежит между обыкновенным и необыкновенным показателем преломления (типично около 1,7). Следовательно, лучи будут преломляться на кривой поверхности линзы между LC-материалом и слоем. Считается, что это должно вызывать структуру отображения артефактов, видимую наблюдателю под косым углом к устройству отображения. Природа структуры отображения артефактов выглядит связанной с физической структурой линзообразного средства. Эти эффекты устраняются, по меньшей мере до некоторой степени, улучшением согласования показателей преломления между LC-материалом и материалом слоя, благодаря обеспечению двоякопреломляющего материала для такого слоя.

Оптически прозрачный слой предпочтительно содержит смесь LC-материала и отверждающийся полимер, например отверждающийся ультрафиолетом (UV) полимер.

Оптически прозрачный слой предпочтительно имеет эффективный показатель преломления между 1,50 и 1,55 (а более предпочтительно, между 1,52 и 1,54) в направлении под прямым углом к поверхности панели отображения. Это согласует показатель преломления LC-материала в том же самом направлении в режиме 2D. Оптически прозрачный слой предпочтительно имеет эффективный показатель преломления между 1,55 и 1,70 в направлении, смещенном на 45 градусов в латеральном направлении от нормали к поверхности панели отображения. Таким образом, показатель преломления является большим для наклонного света, чтобы согласовывать двойное преломление в LC-слое в режиме 2D.

Оптически прозрачный слой, таким образом, предпочтительно содержит двоякопреломляющий материал, имеющий двойное преломление между первым направлением, перпендикулярным к поверхности панели отображения, и вторым латеральным направлением, смещенным в сторону от перпендикулярного направления.

Электрооптический материал предпочтительно является допускающим переключение, чтобы задать режимы 2D и 3D работы устройства отображения. Оптически прозрачный слой имеет по существу такой же обыкновенный и необыкновенный показатель преломления, как электрооптический материал, при работе в режиме 2D работы.

Изобретение также предусматривает способ управления переключаемым автостереоскопическим устройством отображения, устройство содержит панель отображения и линзообразное средство, скомпонованное поверх панели отображения, способ содержит:

- в режиме 3D: переключение показателя преломления электрически переключаемого оптического материала линзообразных элементов прикладыванием электрического поля, чтобы, тем самым, задавать изменение показателя преломления на имеющей форму линзы границе между электрически переключаемым оптическим материалом и оптически прозрачным слоем; и

- в режиме 2D: переключение показателя преломления электрически переключаемого оптического материала, чтобы, тем самым, не задавать по существу никакого изменения показателя преломления на имеющей форму линзы границе, оптически прозрачный слой содержит двоякопреломляющий материал, из условия чтобы не было по существу никакого изменения показателя преломления для всех направлений по имеющей форму линзы границе.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут становиться очевидными по прочтению последующего описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенных только в качестве примера, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

фиг.1 - схематический вид в перспективе известного из уровня техники автостереоскопического устройства отображения, к которому может быть применено настоящее изобретение;

фиг.2 - детализированный схематический вид элемента известного из уровня техники устройства отображения, показанного на фиг.1;

фиг.3А и 3B используются для пояснения принципа работы известного из уровня техники устройства отображения, показанного на фиг.1;

фиг.4 - схематический вид в разрезе двух типичных линзообразных элементов в устройстве по фиг.1, изображающий оптические эффекты при работе; и

фиг.5 - вид, подобный таковому по фиг.4, части линзообразной матрицы в варианте осуществления устройства отображения согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Переключаемые устройства отображения, содержащие видимую область отображения, которые могут переключаться между двумерным режимом отображения и трехмерным режимом отображения, известны. Переключение между режимами достигается прикладыванием электрического поля к матрице линзовых элементов, сформированных из электрооптического материала, такого как LC-материал. В двухмерном режиме линзовые элементы ведут себя, как если бы они были обыкновенным полотном прозрачного материала. В трехмерном режиме линзовые элементы обеспечивают функцию направления вывода света для возможности восприятия стереоскопического изображения.

Фиг.1 - схематический вид в перспективе известного из уровня техники переключаемого автостереоскопического устройства 1 отображения и к которому может быть применено настоящее изобретение. Устройство 1 отображения показано в увеличенном виде.

Известное устройство 1 содержит жидкокристаллическую панель 3 отображения типа активной матрицы, которая действует в качестве пространственного модулятора света для создания отображения. Панель 3 отображения содержит ортогональную матрицу пикселей 5 отображения, скомпонованных в строках и столбцах. Ради ясности только небольшое количество пикселей 5 отображения показано на фигуре. На практике панель 3 отображения может содержать около одной тысячи строк и нескольких тысяч столбцов пикселей 5 отображения.

Структура жидкокристаллической панели 3 отображения вполне традиционна. В частности, панель 3 содержит пару расположенных на расстоянии друг от друга прозрачных стеклянных подложек, между которыми предусмотрен ориентированный твист-нематический или другой жидкокристаллический материал. Подложки несут схему прозрачных электродов из оксида индия и олова (ITO) на своих лицевых поверхностях. Поляризующие линзы также предусмотрены на наружных поверхностях подложек.

Каждый пиксель 5 отображения содержит встречно включенные электроды на подложках с промежуточным жидкокристаллическим материалом между ними. Форма и расположение пикселей 5 отображения определяются формой и расположением электродов. Пиксели 5 отображения расположены с равными интервалами один от другого через промежутки.

Каждый пиксель 5 отображения ассоциативно связан с коммутационным элементом, таким как тонкопленочный транзистор (TFT) или тонкопленочный диод (TFD). Пиксели отображения управляются, чтобы создавать отображение посредством обеспечения сигналов адресации на коммутационные элементы, а подходящие схемы адресации будут известны специалистам в данной области техники.

Промежутки между пикселями 5 отображения покрыты непрозрачной черной маской. Маска предусмотрена в виде сетки светопоглощающего материала. Маска покрывает коммутационные элементы и определяет отдельные области пикселей отображения.

Панель 3 отображения подсвечивается источником 7 света, в этом случае содержащим плоскую лампу подсветки, проходящую по площади матрицы пикселей отображения. Свет из источника 7 света направляется через панель 3 отображения с отдельными пикселями 5 отображения, приводимыми в действие для модуляции света и создания отображения.

Устройство 1 отображения также содержит линзообразное средство, содержащее компоновку 9 линзообразных элементов, расположенных поверх стороны вывода отображения панели 3 отображения, каковая компоновка является управляемой для избирательного выполнения функции формирования вида. Компоновка 9 линзообразных элементов содержит матрицу линзообразных элементов 11, проходящих параллельно один другому, только один из которых показан с увеличенными размерами ради ясности.

Компоновка 9 линзообразных элементов более подробно схематически показана на фиг.2. Компоновка 9 показана в увеличенном виде.

Со ссылкой на фиг.2, может быть видно, что компоновка 9 линзообразных элементов содержит пару прозрачных стеклянных подложек 13, 15 с прозрачными слоями 17, 19 электродов, сформированными из оксидов индия и олова (ITO), предусмотренными на их лицевых поверхностях. Каждый слой 17, 19 электродов выполнен в виде множества параллельных вытянутых электродов, и электроды соответственных разных слоев 17, 19 скомпонованы перпендикулярно один другому. Вытянутые электроды скомпонованы с небольшими промежутками между ними, чтобы дать им возможность адресоваться раздельно.

Оптически прозрачный слой 21, составляющий линзообразное тело и в форме полотна или пластины, имеющей обратную линзообразную структуру, предусмотрен между подложками 13, 15 прилегающим к верхней одной из подложек 13. Линзообразное тело 21 изготавливается из пластмассового материала с использованием технологии репликации. Нематический жидкокристаллический материал 23 также предусмотрен между подложками 13, 15 прилегающим к нижней одной из подложек 15. Обратная линзообразная структура линзообразного тела 21 заставляет жидкокристаллический материал 23 принимать параллельные вытянутые полуцилиндрические линзообразные формы между линзообразным телом 21 и нижней подложкой 15, как показано на фигуре. Поверхности обратной линзообразной структуры тела 21 и нижней подложки 15, которые находятся в контакте с жидкокристаллическим материалом 23 также снабжены ориентационным слоем 25 и 26 для ориентации жидкокристаллического материала 23.

При использовании известное переключаемое устройство 1 отображения, показанное на фиг.1, выполнено с возможностью обеспечения вывода отображения, дискретные участки которого могут переключаться, в одиночку либо в сочетании, между двумерным (2D) и трехмерным (3D) режимами отображения. Таким образом, одно или более окон двумерного изображения могут быть предоставлены в зоне трехмерного отображения.

Переключаемость дискретных участков вывода отображения между режимами достигается прикладыванием электрического поля к линзообразным элементам, сформированным из жидкокристаллического материала 23. Это электрическое поле формируется приложением электрического потенциала к электродам электродных слоев 17, 19.

Электрический потенциал прикладывается к выбранному количеству соседних из вытянутых электродов в каждом слое 17, 19 электродов. Выбор верхних электродов определяет высоту окна отображения, которое должно переключаться, а выбор нижних электродов определяет ширину окна отображения, которое должно переключаться.

В противоположность структуре, как показано, электроды 17 и 19 каждый могут быть одиночными электродами, непрерывно проходящими поверх матрицы пикселей и функционирующими при приложении к ним подходящих напряжений, для переключения вывода отображения во всей его полноте между режимами отображения 2D и 3D.

Приложенный электрический потенциал заставляет линзообразные элементы на выбранном участке области отображения переключаться между поддержанием и сведением на нет функции направления вывода света, которая далее будет пояснена со ссылкой на фиг.3А и 3B. Вследствие его статической диэлектрической анизотропии ориентация LC-материала может управляться благодаря приложенному электрическому полю. В оптическом режиме работы также существует диэлектрическая анизотропия, и показатель преломления LC-материала является зависимым от относительной диэлектрической проницаемости. LC-материал имеет обыкновенный и необыкновенный показатель преломления, первый является применимым для света с поляризацией электрического поля, перпендикулярной директору, а последний является применимым для света с поляризацией электрического поля, параллельной директору.

Фиг.3А - схематический вид в разрезе участка компоновки 9 линзообразных элементов, когда никакой электрический потенциал не приложен к электродам. Здесь направления отпечатков ориентационных слоев 25 и 26 и поляризации света отображения направлены по аппликате (Z-направление). Как результат, действующая линза, хотя и будучи оптически двоякопреломляющей, может быть приблизительно рассмотрена в качестве изотропной линзы с показателем преломления, соответствующим необыкновенному показателю преломления LC-материала. В этом состоянии показатель преломления жидкокристаллического материала 23 для линейно поляризованного света, выдаваемого панелью отображения, является существенно более высоким, чем таковой у тела 21, и линзообразные формы поэтому обеспечивают функцию направления вывода света, как проиллюстрировано.

Фиг.3B - схематический вид в разрезе участка компоновки 9 линзообразных элементов, когда переменный электрический потенциал приблизительно в 50 вольт приложен к электродам. Электрическое поле создается в направлении по ординате (Y-направление), а молекулы LC ориентированы по линиям поля. Как результат, директор направлен по ординате. Направление поляризации света из панели отображения является линейно поляризованным. Если поляризация отображения направлена по аппликате (Z-направление), действующая линза будет иметь обыкновенный показатель преломления, и свет не будет преломляться, поскольку есть совпадение показателей преломления между LC-материалом и линзообразным телом 21. В этом состоянии поэтому показатель преломления LC-материала 23 для света линейной поляризации, выдаваемого панелью отображения, является по существу таким же, как таковой обратной линзообразной структуры тела 21, так что функция направления вывода света линзообразных форм сводится на нет, как проиллюстрировано. Таким образом, матрица действует практически в режиме «пропускания».

При сохранении функции направления вывода света, как показано на фиг.3А, линзообразные элементы, определенные LC-материалом 23, действуют в качестве выпуклых цилиндрических линз, и обеспечивают разные изображения, или виды, из панели 3 отображения в глаза пользователя, расположенного перед устройством 1 отображения. Таким образом, может обеспечиваться трехмерное изображение.

Если функция направления вывода света не поддерживается, как показано на фиг.3B, линзообразные элементы, определенные жидкокристаллическим материалом 23, действуют, как если бы они были плоским полотном таких, как выпуклые цилиндрические линзы. Таким образом, может обеспечиваться двумерное изображение высокого разрешения, использующее полное собственное разрешение панели 3 отображения.

Управление электрическими потенциалами для переключения между режимами отображения выдается на электроды компоновки 9 линзообразных элементов контроллером 12.

Дополнительная детализация конструкции известного переключаемого автостереоскопического устройства отображения может быть найдена в описании патента США, № 6,069,650, представленном в качестве ссылки.

Было обнаружено, что нежелательные артефакты отображения видимы в выходном сигнале отображения этого устройства при просмотре отображения в режиме 2D под косым углом, например приблизительно при 45 градусах по отношению к плоскости панели отображения. Эти артефакты имеют место в виде темных полос или теневых линий, чья структура оказывается зависимой от структуры линзообразной матрицы. При просмотре вывода отображения в режиме 2D, перпендикулярного панели отображения, структура артефактов отсутствует. Предполагается, что артефакты обусловлены некоторым остаточным действием линз.

Видимость структуры может быть пояснена, как изложено ниже. В режиме 2D напряжение приложено к линзообразным элементам, и молекулы LC-материала ориентированы вертикально, то есть приблизительно перпендикулярно плоскости панели 3 отображения. Фиг.4 схематически иллюстрирует практическое действие двух типичных линзообразных элементов в матрице в этом режиме и показывает вертикальную ориентацию LC-материала в этих элементах. Световые лучи, проходящие по существу перпендикулярно к панели отображения и линзообразной матрице, не претерпевают изменения показателя преломления на поверхности линз (полуцилиндрической границе между LC-материалом 23 и линзообразным телом 21), так как показатель преломления LC-материала и линзообразного тела 21 приведены в соответствие, и, следовательно, траектория света неизменна. Это изображено для левостороннего линзообразного элемента на фиг.4.

Для наклонных световых лучей, однако, действующий показатель преломления LC-материала 23 не равен обыкновенному показателю преломления (типично около 1,5), но будет иметь значение между обыкновенным показателем преломления и необыкновенным (типично около 1,7). Следовательно, лучи будут преломляться на кривой поверхности линзы, как изображено для правостороннего линзообразного элемента на фиг.4. Таким образом, вследствие двоякопреломляющих свойств LC-материала есть остаточное действие линз при просмотре отображения под косым углом. Оказывается, что фокусное расстояние линзообразного элемента является зависимым от угла. При нормальных углах, перпендикулярных панели отображения, оптическая сила нулевая, тогда как она возрастает для больших углов визирования. Для определенных углов визирования фокусная точка линзообразного элемента находится на пиксельной структуре панели отображения. Как результат, черная матрица, окружающая пиксели на панели, изображается в бесконечности, а это предполагается служащим причиной видимой структуры артефактов.

Чтобы преодолеть эту проблему, для линзообразного тела 21 используется двоякопреломляющий материал. Предпочтительно, двоякопреломляющий материал имеет такой же обыкновенный и необыкновенный показатель преломления, как LC-материал.

Эффект этого проиллюстрирован на фиг.5, которая является видом в поперечном разрезе части линзообразной матрицы 9, содержащей два типичных линзообразных элемента 11 и подобных таковым по фиг.4. Ориентация оптической оси в линзообразном теле 21 предпочтительно находится в вертикальном направлении, как показано на фиг.5.

В режиме 3D работы свет из панели отображения поляризован, из условия чтобы преломление получалось на поверхности линзы. Световые лучи встречают необыкновенный показатель преломления в LC-материале 23 и обыкновенный показатель преломления в линзообразном теле 21. Следовательно, световые лучи в вертикальном направлении не встречают изменения показателя преломления на поверхности линзы и не преломляются.

В режиме 2D работы, как изображено на фиг.5, напряжение приложено к линзообразным элементам, и молекулы LC-материала снова ориентированы вертикально. В этом режиме обыкновенный и необыкновенный показатель преломления LC-материала и материала линзообразного тела 21 совпадают, и нет преломления на поверхности линзы. Линзообразный элемент 11 слева на фиг.5 изображает эффекты для света, проходящего вертикально, наряду с тем, что линзообразный элемент 11 справа изображает эффекты для света, проходящего наклонно. Как можно видеть, в обоих случаях световые лучи не встречают изменения показателя преломления на поверхности линзы и не преломляются.

В частности, оптически прозрачный слой содержит двоякопреломляющий материал, имеющий двойное перепреломление между первым направлением, перпендикулярным поверхности панели отображения (то есть вертикальным на фиг.5, как показано на левой фигуре), и вторым поперечным направлением (то есть с поперечной составляющей, как показано на правой фигуре).

Более подробно, LC-материал 23 внутри линзообразного элемента 11 может быть приблизительно выражен гомогенной одноосно анизотропной средой. Распространение света в одноосно анизотропных средах может быть описано двумя независимыми режимами поляризации. Показатель преломления каждого независимого режима зависит от направления поляризации и направления распространения по отношению к оптической оси двоякопреломляющей среды. Обыкновенная (O) волна с обыкновенным показателем преломления имеет направление поляризации, перпендикулярное оптической оси и волновому вектору ko. Необыкновенная (E) волна имеет направление поляризации, перпендикулярное направлению поляризации О волны. Необыкновенный показатель преломления E волны является зависимым от угла Ə между волновым вектором ke и оптической осью.

Можно провести различие между распространением волны О и распространением E волны. Что касается О волны, показатель преломления не зависит от направления распространения. Однако для E волны есть изменение показателя преломления, зависящее от направления распространения относительно оптической оси. Другими словами, показатель преломления также зависит от угла визирования. Если угол Ə возрастает, действующий показатель преломления также возрастает. Для определенного угла визирования, преломляющая способность линзообразного элемента достигла значения, где фокусная точка переключаемого линзообразного элемента находится точно на пиксельной структуре панели отображения.

В устройстве по фиг.5 линзообразное тело 21 является оптически двоякопреломляющим, с оптической осью в вертикальном направлении (У), по ординате. LC-материал 23, используемый для переключаемых линзообразных элементов, например, имеет обыкновенный показатель преломления 1,527 и необыкновенный показатель преломления 1,766. При изменении показателей преломления двоякопреломляющего линзообразного тела 21 изменяется преломляющая способность линзообразного элемента. Для того чтобы создать безупречное совпадение показателя преломления для О волны, в таком случае обыкновенный показатель преломления линзообразного тела 21 выбирается, чтобы быть по существу равным обыкновенному показателю преломления LC-материала 23. Как результат, нет эффекта линзы для О волны.

Качество функционирования устройства в режиме 3D не затрагивается значительным образом.

Двоякопреломляющее линзообразное тело может содержать смесь отверждающегося фотополимера, такого как 2P, и LC-материал. Смесь полимеризуется, например, посредством отверждения ультрафиолетовым излучением.

В менее предпочтительном варианте осуществления необыкновенный показатель преломления материала линзообразного тела 21 может не совпадать с необыкновенным показателем преломления LC-материала 23. Хотя в этом варианте осуществления по-прежнему может быть некоторое преломление на поверхности линзы, оно будет значительно меньшим, чем в известном устройстве.

Возможны различные модификации и варианты, как будет приниматься во внимание специалистами в данной области техники.

1. Переключаемое автостереоскопическое устройство отображения с возможностью переключения между режимом 2D и режимом 3D, содержащее панель (3) отображения и линзообразное средство (9), скомпонованное поверх панели отображения на стороне вывода отображения панели отображения, линзообразное средство содержит матрицу линзообразных элементов (11), которые содержат двулучепреломляющий электрооптический материал (23), прилегающий к оптически прозрачному слою (21), при этом показатель преломления двулучепреломляющего электрооптического материала (23) является допускающим переключение избирательным приложением электрического поля для задания 2D и 3D режимов работы устройства отображения и при этом оптически прозрачный слой (21) имеет обратную линзообразную структуру и содержит двулучепреломляющий материал, при этом в режиме 2D оптически прозрачный слой (21) имеет, по существу, такой же показатель преломления обыкновенной волны и необыкновенной волны, как двулучепреломляющий электрооптический материал (23), и
в режиме 3D изменение показателя преломления задается на имеющей форму линзы границе между двулучепреломляющим электрооптическим материалом (23) матрицы линзообразных элементов (11) и оптически прозрачным слоем (21).

2. Устройство по п.1, в котором двулучепреломляющий электрооптический материал (23) содержит жидкокристаллический материал.

3. Устройство по п.1, в котором панель (3) отображения содержит жидкокристаллическую панель отображения.

4. Устройство по п.1, в котором оптически прозрачный слой (21) содержит смесь LC-материала и отверждаемый полимер.

5. Устройство по п.4, в котором отверждаемый полимер является отверждаемым ультрафиолетовым излучением.

6. Устройство по п.1, в котором оптически прозрачный слой (21) имеет эффективный показатель преломления между 1,50 и 1,55 в направлении, перпендикулярном поверхности панели отображения.

7. Устройство по п.1, в котором оптически прозрачный слой (21) имеет эффективный показатель преломления между 1,55 и 1,70 в направлении, смещенном на 45 градусов в латеральном направлении от нормали к поверхности панели отображения.

8. Устройство по п.1, в котором оптически прозрачный слой (21) содержит двулучепреломляющий материал, имеющий двойное преломление между первым направлением, перпендикулярным поверхности панели отображения, и вторым латеральным направлением, смещенным в сторону от перпендикулярного направления.

9. Способ управления переключаемым автостереоскопическим устройством отображения, которое содержит панель (3) отображения и линзообразное средство (9), скомпонованное поверх панели отображения, способ содержит следующие этапы:
- в режиме 3D переключают показатель преломления двулучепреломляющего электрооптического материала (23) линзообразных элементов прикладыванием электрического поля, чтобы тем самым задать изменение показателя преломления на имеющей форму линзы границе между двулучепреломляющим электрооптическим материалом (23) и оптически прозрачным слоем (21), который имеет обратную линзообразную структуру; и
- в режиме 2D переключают показатель преломления двулучепреломляющего электрооптического материала (23) так, чтобы оптически прозрачный слой (21) имел, по существу, такой же показатель преломления обыкновенной волны и необыкновенной волны, как двулучепреломляющий электрооптический материал (23), и тем самым не задавать, по существу, никакого изменения показателя преломления на имеющей форму линзы границе, при этом оптически прозрачный слой (21) содержит двулучепреломляющий материал из условия, чтобы не было, по существу, никакого изменения показателя преломления для всех направлений по имеющей форму линзы границе.

10. Способ по п.9, в котором двулучепреломляющий электрооптический материал (23) содержит жидкокристаллический материал.

11. Способ по п.9, в котором оптически прозрачный слой (21) имеет эффективный показатель преломления между 1,50 и 1,55 в направлении, перпендикулярном поверхности панели отображения.

12. Способ по п.9, в котором оптически прозрачный слой (21) имеет эффективный показатель преломления между 1,55 и 1,70 в направлении, смещенном на 45 градусов в латеральном направлении от нормали к поверхности панели отображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптике и стереоскопии и может быть использовано в технологии образования по развитию интуитивно-креативного зрительного восприятия и мышления, в системах контроля качества обучения по развитию объемного восприятия плоских изображений, для тестирования навыков нестандартного мышления, в пиар-кампаниях популяризации изобразительного искусства.

Изобретение относится к документу с индикаторным устройством. .

Изобретение относится к аппаратным устройствам персонального компьютера /ПК/ и может быть использовано при формировании трехмерных изображений. .

Изобретение относится к области оптики, а именно к устройствам воспроизведения изображения. .

Изобретение относится к оптике, в частности к способам управления направлением света, к оптическим системам с отражающими поверхностями. .

Изобретение относится к оптике и предназначено для формирования перед оператором объемного стереоскопического изображения, наблюдаемого без специальных очков, и может быть использовано в стереотелевидении, системах дистанционного управления различных объектов (беспилотные самолеты и танки), лапароскопии и т.п.

Изобретение относится к средствам получения и воспроизведения объемного изображения. .

Изобретение относится к стереоскопической видеотехнике и может быть использовано для создания стереоскопических телевизоров и мониторов с наблюдением стереоизображения как без очков с сохранением возможности наблюдения моноскопических изображений.

Изобретение относится к воспроизведению компьютерной и видеоинформации и предназначено для наблюдения изображений (возможно стерео), создаваемых компьютерами, телевизионными системами, коммуникаторами, плеерами мультимедиа и т.д.

Изобретение относится к области построения оптических и телевизионных стереоскопических отображений, которые могут быть использованы при создании стереоскопических дисплеев

Изобретение относится к стереоскопическим дисплеям и может быть использовано для создания универсальных мультистандартных жидкокристаллических стереоочков с высоким значением оптического пропускания светового потока изображения вне зависимости от состояния его поляризации, что обеспечивается за счет того, что каждый из оптических жидкокристаллических затворов стереоочков снабжен бесполяроидным жидкокристаллическим преобразователем поляризации, который в случае светового потока изображения с различными направлениями вектора линейной поляризации изменяет его направление для согласования с направлением оси входного поляризатора оптического жидкокристаллического затвора

Изобретение относится к информационным технологиям, оптике, стереоскопии, физиологии, психофизиологии, когнитивной, экспериментальной психологии и может быть использовано в системах досмотра багажа в аэропортах, в том числе как средство развития креативных способностей

Изобретение относится к использованию методов психологии, психофизиологии, оптике, физиологии в системах контроля объектов досмотра ручной клади с применением рентгеновских установок. Технический результат заключается в повышении точности восприятия объектов досмотра. На первом этапе обучают операторов рентгеновской установки наблюдать стереоскопическую глубину на стереоскопических проекциях содержимого багажа, а затем при досмотре багажа выводят проекцию объектов ручной клади на весь экран монитора компьютера, устанавливают перед экраном монитора пластину с набором цилиндрических линз, получают на экране периодику с изображением объектов досмотра за счет использования набора цилиндрических линз, с учетом периодики обеспечивают глубину и объем предметов багажа. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам формирования изображения и может быть использовано, например, в рекламных устройствах для отображения с помощью светоизлучающих элементов видеоинформации. Второй стаканообразный кожух содержит отверстие в центре дна и установлен вверх дном на кольцевое основание, поверх прозрачного кожуха с воздушным зазором и соосно с ним. Третий стаканообразный кожух установлен сверху второго кожуха. Роторный сердечник вращающегося трансформатора установлен на сбалансированном основании соосно валу электродвигателя. Статорный сердечник установлен на внутренней поверхности дна второго кожуха. Внешняя втулка блока оптопар установлена на верхнем конце вала электродвигателя, а внутренняя втулка - в центре дна внутренней поверхности третьего кожуха. Четвертый стаканообразный кожух размещен в воздушном зазоре между первым прозрачным и вторым кожухами и закреплен соосно на сбалансированном основании. На внутренней стенке четвертого стаканообразного кожуха размещены светоизлучатели блока индикации, вертикально друг под другом, образуя ряд столбцов, равномерно расположенных по окружности. Техническим результатом изобретения является повышение качества воспроизводимого изображения и увеличение срока службы устройства. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство отображения содержит дисплейную панель для формирования автостереоскопического изображения, имеющего по меньшей мере два субизображения, каждое из которых представляет различный вид объекта, и оптическую сборку перед средством обеспечения изображения. Оптическая сборка имеет линзовую форму, содержащую матрицу положительных лентикулярных линз, каждая из которых содержит первый слой и второй слой. Граница раздела между слоями образует поверхность лентикулярной линзы. Первый слой имеет первый показатель преломления, и второй слой имеет второй показатель преломления, который отличается от первого показателя преломления. Линзовая матрица имеет линзовый шаг. Поверхности лентикулярных линз имеют радиус кривизны в своем центре. Произведение первого показателя преломления и линзового шага, деленного на удвоенный радиус кривизны, больше 0,6. Абсолютное значение разности показателей преломления между первым и вторым показателями преломления составляет от 0,05 до 0,15. Технический результат - снижение полосатости изображения, уменьшение помехи от дневного света и уменьшение зависимости автостереоскопического эффекта от угла наблюдения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 22 ил.

Дисплей включает модуль индивидуальной стереопроекции, расположенный на средстве движения с возможностью перемещения в произвольную точку оптической системы дисплея, блок формирования и предварительной обработки изображений, оптический элемент, формирующий область просмотра 3D изображений, средство для обнаружения и отслеживания позиции зрителя и систему получения, хранения и формирования трехмерной информации. Модуль индивидуальной стереопроекции выполнен в виде снабженного микропроекторами роботизированного самодвижущегося и самонастраивающегося модуля с автономным питанием, беспроводной связью, системой видеонаблюдения и ориентации и с распределенной вычислительной системой, выполненной с возможностью параллельной обработки 3D информации и организации взаимодействия с другими аналогичными модулями, и способный формировать в области расположения оптического элемента, формирующего область просмотра 3D изображения, действительное изображение отображаемой информации, а также работать как интеллектуальный модуль отображения 3D информации персонально для каждого зрителя при его произвольном перемещении. Технический результат - возможность формирования безракурсного 3D изображения, ориентированного на каждого зрителя и допускающего изменение в больших пределах положения зрителей. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области оптоэлектроники и дисплейной техники и может быть использовано в быстродействующих стереоочках при работе практически с любым типом 3D дисплея, спроектированного для работы с активными стереоочками со стандартной (60-160 Гц), высокой (сотни герц) и сверхвысокой (до нескольких килогерц) кадровой частотой. Согласно изобретению в оптических затворах быстродействующих жидкокристаллических стереоочков используют слой негеликоидального сегнетоэлектрического жидкого кристалла (СЖК) с оптимизированными физическими параметрами. Технический результат - увеличение оптического контраста СЖК затворов, снижение амплитуды управляющего напряжения. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.
Наверх