利用时间分割的自由立体三维图像显示装置

摘要

本发明提供一种利用时间分割的自由立体三维图像显示装置。所述图像显示装置包括背光、图像显示面板、控制器和观看者位置跟踪系统。背光包括以特定间距布置的多个线源。图像显示面板显示3D图像。控制器控制背光和图像显示面板的视点图像。观看者位置跟踪系统确定观看者的瞳孔位置并将位置信息发送到控制器。图像显示面板提供两个或更多个视点。线源构造被同时独立驱动的两个或更多个线源组。所述两个或更多个线源组被顺序驱动。

说明书

本申请要求于2012年1月17日提交到韩国知识产权局的第 2012-0005338号韩国专利申请的权益和优先权，所述韩国专利申请的公开内 容通过引用被全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种自由立体三维(3D)图像显示装置，更具体地说，涉及 这样一种自由立体3D图像显示装置，所述自由立体3D图像显示装置通过使 用多个线源而不使用光学板(例如，微结构透镜或者视差屏障)来形成观察 区域并通过时分机制在图像残留时间内交替地驱动两个或多个线源组，从而 与现有机制相比具有增强的分辨率。

背景技术

通常的自由立体3D图像显示装置通过使用光学板(例如，微结构透镜 或者视差屏障)形成观察区域。在这种情况下，观看者从观看位置分开地观 看左眼视点图像和右眼视点图像，从而观看到3D图像。然而，自由立体3D 图像显示装置的商业化目前存在一些限制。

首先，在双眼的视点图像之间出现串扰，双眼的视点图像中的每个的亮 度在水平方向不均匀。由于这个原因，观看者在连续地观看3D图像时感到 非常疲倦，并且即使稍微地水平移动，图像的质量也会劣化。作为示例，图 1通过在使用视差屏障或者微结构透镜的传统的自由立体3D图像显示装置中 根据从最佳观看位置起的水平运动的视点来示出观察区域的亮度分布。在图 1中，假定视点之间的间距(约为65mm)与观看者的左眼瞳孔和右眼瞳孔之 间的间距相同，当在最佳观看位置的观看者位于3D图像显示装置的前方时， 观看者的左眼位于第一观察区域的中心(位置A)，观看者的右眼位于第二观 察区域的中心(位置C)，观看者的双眼分别从位置A和位置C偏离，然后 针对每个视点的对应的观察区域的图像亮度迅速变暗，图像的质量降低。另 外，设置在第一观察区域中的第一视点图像与设置在第二观察区域中的第二 视点图像被观看者的左眼同时观看以及设置在第二观察区域中的第二视点图 像和设置在第三观察区域中的第三视点图像被观看者的右眼同时观看的串扰 出现。特别是当观看者的左眼位于第一观察区域和第二观察区域之间的中间 位置(位置B)且观看者的右眼位于第二观察区域与第三观察区域之间时， 出现最大的串扰。

第二，随着视点的数量的增加，图像显示面板的分辨率成比例地增加。 具体地说，对于多个观看者，图像显示面板的分辨率与视点的数量成比例地 减小是一个很大的缺点。

第三，在传统的自由立体3D图像显示装置中，仅仅位于远离图像显示 装置的特定位置(最佳观看位置)的观看者可观看清晰的3D图像。结果， 当观看者沿深度方向移动时，观看者不能正常地观看3D图像。现在将参照 图2A到图2D来描述这一点。

图2A到图2D是用于描述使用四视点视差屏障的传统的自由立体3D图 像显示装置的示例的示图。在最佳观看位置中，用于各个视点的观察区域在 图1中被很好地分离，但是如果观看者沿深度方向偏离最佳观看距离(OVD) 位置并移动到位置P1(处于OVD的0.5倍的距离的位置)，则左眼视点的观 察区域和右眼视点的观察区域不会被正常地分开或者与相邻的观察区域交 迭，从而观看者不能正常地观看3D图像(参见图2C的位置P1的视场分布)。 另外尽管在图2A中没有示出，即使当观看者移动到OVD的1.5倍距离的位 置时，如图2D中所示，观察区域的形状被改变，从而串扰增加。为了参照 图2就此提供更加详细的描述，考虑到观察区域之间的边界线在图2A的位 置P1处示出的虚线中的交叉，当在位置P1处瞳孔位于一个像素的观察区域 的中心时，尽管从不同的开口的观察区域中选择最靠近瞳孔的中心的观察区 域，但是根据情况，当瞳孔处于观察区域之间的边界线上时，由所有开口造 成很多串扰。在这种情况下，如上所述，每个开口的串扰不可避免地最大化 或者接近最大化。因此，平均来说串扰增加。当观看者偏离OVD时该情况出 现。因此，当观看者偏离OVD相当多时，在所有的点出现很多的串扰。

最终，传统的自由立体3D图像显示装置被设计成使得一个观看者能够 观看到3D图像，但是不是被设计成针对多个观看者从不同的位置观看到3D 图像。

因此，需要开发一种解决上面描述的限制且此外能够使多个观看者在自 由移动的同时观看到自然的3D图像的自由立体3D图像显示装置。

发明内容

本发明被指向为提供一种利用线源和瞳孔跟踪系统的自由立体3D图像 显示装置。本发明最小化传统的自由立体3D图像显示装置中的由于观看者 的运动而导致的3D图像的亮度的改变，将观看者的双眼视点图像的串扰减 小到眼镜类型的3D图像显示装置的串扰的程度，并最小化3D图像的分辨率 的减小。

本发明还被指向为提供一种克服了观看者可以观看最佳的3D图像的位 置的限制的自由立体3D图像显示装置。具体地说，本发明使得观看者即使 在观看者沿着到3D图像显示装置的距离方向(深度方向)移动时，也能够 观看到与从最佳观看位置观看到的图像相等的质量的3D图像。

本发明还被指向为提供一种克服了传统的自由立体3D图像显示装置的 下述限制的自由立体3D图像显示装置，传统的自由立体3D图像显示装置的 所述限制是其仅仅能对一个观看者提供最佳的3D图像或者仅仅能在运动非 常受限的范围内将3D图像提供给多个观看者，从而本发明的自由立体3D图 像显示装置使得多个观看者能够在动态地移动的同时连续地观看自然的3D 图像。

根据本发明的一个方面，提供一种自由立体3D图像显示装置，包括： 背光，被配置为包括以特定间距布置的多个线源；图像显示面板，被配置为 显示3D图像；控制器，被配置为控制背光和图像显示面板的视点图像；观 看者位置跟踪系统，被配置为确定观看者的瞳孔位置并将位置信息发送到控 制器，其中，图像显示面板提供两个或更多个视点，所述多个线源构造被同 时独立驱动的两个或更多个线源组，所述两个或更多个线源组被顺序驱动。

所述多个线源中的每个线源可以是从LED、OLED和FED中选择的自发 射元件，或者以包括光源和铁电液晶显示器件(FLCD)、或者数字微镜器件 (DMD)的电学高速快门元件来构造所述多个线源中的每个线源。

控制器可以与根据来自观看者位置跟踪系统的信号而被顺序驱动的所述 两个或更多个线源组同步地将视点图像提供给图像显示面板。

来自观看者位置跟踪系统的所述信号可包括与观看者的双眼有关的实时 3D位置信息，控制器可与所述两个或更多个线源组同步地提供与观看者的各 只眼睛对应的位置最靠近视点的观察区域的中心的视点图像、并去除其他的 视点图像。

通过利用与观看者的双眼有关的所述3D位置信息，控制器可与各条3D 像素线的所述两个或更多个线源组同步地提供与观看者的各只眼睛对应的位 置最靠近所述视点的观察区域的所述中心的视点图像、并去除其他的视点图 像。

可存在多个观看者，观看者位置信息可包括与所述多个观看者的双眼有 关的位置信息。

当提供N个(其中，N是从2到16的整数)线源组且处于观看位置的 单元视点之间的间距基本上等于观看者的双眼之间的距离时，由所述多个线 源组中的一组和图像显示面板形成的视点从由另一线源组和图像显示面板形 成的视点移动所述单元视点之间的间距的1/N，其中，所述另一线源组与所 述多个线源组中的所述一组相邻。

当线源组被顺序地驱动时，在图像显示面板上的对应的视点图像可以与 线源组同步地被显示。

所述多个线源中的每个线源的线宽可以在图像显示面板中的像素的宽度 的25％以内。

所述两个或者更多个线源组可以在图像的一帧期间被顺序地驱动，控制 器可以在图像的一帧的一部分期间提供视点图像。

附图说明

通过参照附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他 目标、特点和优点对于本领域普通技术人员来说将变得更加明显，附图中：

图1是用于描述在传统的自由立体3D图像显示装置中的在观看者的位 置的通常的视场分布的示意图；

图2A是用于描述当观看者沿深度方向移动时在使用视差屏障的传统的 自由立体3D图像显示装置中出现的缺点的示意图；

图2B示出了在使用视差屏障的传统的自由立体3D图像显示装置中的最 佳观看位置处的视场分布；

图2C示出了在观看者沿深度方向移动到位置P1(其是等于OVD深度 的一半的距离)时由于观察区域之间的区别(disparity，视差)造成的串扰增 加；

图2D示出了在OVD的1.5倍距离处产生的串扰的增加；

图2E在以3D像素线为单位考虑观察区域时通过3D像素线示出了在 OVD处的视场分布；

图2F示出了当观看者沿深度方向移动到位置P1(OVD的一半)时借助 3D像素线的视场分布；

图2G示出了在当通过对观看者沿远离OVD位置的方向移动到OVD的 1.5倍的距离时的视场分布进行仿真来考虑以3D像素线为单位的视场分布的 情况下，视场分布几乎没有因为深度运动而改变的结果；

图3是用于描述根据本发明的示例性实施例的使用线源的多视点3D图 像显示装置的示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的基于线源的线宽的视场均匀性仿真的 结果；

图5和图6A、图6B是根据本发明的实施例的用于描述根据观看者的位 置顺序驱动两个线源组并提供两个视点图像的方法的示意图；

图7A-7C是通过顺序地驱动图6A和图6B的线源并在图5的两个观看 者的各自位置处提供图6的视点图像而形成的观察区域的示意图；

图8A、图8B、图9A和图9B是用于描述根据本发明的实施例的通过使 用四视点图像、六视点图像以及两个线源组的顺序驱动来将3D图像提供给 两个观看者的方法的示图；

图10是用于描述根据本发明的实施例的通过使用两个线源组以及提供 N个视点的图像显示面板来在观看者的位置形成观察区域的设计方法的示意 图；

图11A和图11B是用于描述根据本发明的实施例的将各个视点图像提供 给最佳观看位置的两个观看者的双眼的方法的示意图；

图12和图13是用于描述根据本发明的实施例的3D像素线的概念和在 观看者沿深度方向移动时控制以3D像素线为单位的视点图像的方法的示意 图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。虽然结合本发 明的示例性实施例来示出并描述本发明，但是对于本领域技术人员来说明显 的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变型。

图3是用于描述根据本发明的示例性实施例的使用线源的多视点3D图 像显示装置的示意图。

参照图3，3D图像显示装置包括：图像显示面板，提供至少两个视点以 显示3D图像；背光，被设置为与图像显示面板的后表面隔开一定距离。背 光包括多个线源(以下称为第一线源组)和具有与第一线源组不同的多个线 源的第二线源组。

构造背光的第一线源组的多个线源以一定间距设置，并允许在形成在图 像显示面板上的图像信息中，各个视点的观察区域在图3的观看位置分开。 在这种情况下，构造第二线源组的多个线源之间的分开距离可以与第一线源 组的多个线源之间的分开距离Ls相同。另外，第一线源组的一个线源和第二 线源组的与第一线源组的所述一个线源相邻的线源彼此分开特定距离W_L12。 在图3的两个视点的设计中，两个线源组之间的分开距离W_L12可以是每个线 源组的多个线源之间的间距L_S的四分之一。在该条件下，通过相对于由第一 线源在观看位置形成的观察区域移动视点之间的间距的一半来形成由第二线 源在观看位置形成的观察区域。

在这样的构造中，在每个线源组工作时在观看位置形成的、在双眼的视 点中的每个处的观察区域的亮度分布的均匀区域的尺寸与构造各个线源组的 各个线源的线宽W_LS有关。即，图4示出了随着线源的线宽与图像显示面板 的像素节距的比值减小，(由第一线源组和第二线源组以及显示视点图像的图 像显示面板的像素形成的)观察区域的均匀区域增加。线源的线宽与像素节 距的比值可以变成0.25或更小，从而观察区域的均匀区域的大小可以变成全 部观察区域的大小的30％或者更多。

以下，如上面参照图3描述的，将参照图5和图6来描述通过使用提供 两个视点图像信息的图像显示面板和两个线源组来提供在观看者移动时没有 串扰的清晰的3D图像原理。

图5和图6A、6B是根据本发明的实施例的用于描述根据观看者位置顺 序驱动两个线源组并提供两个视点图像的方法的示意图。图5的图像显示面 板和背光满足上面已经参照图3描述的背光和图像显示面板的条件，视点之 间的间距是观看者的平均移动空间的间距的65mm。

如图5中所示，在最佳观看位置，通过相对于由第一线源组和显示两个 视点图像信息的图像显示面板形成的观察区域位置(观察区域1和2)移动 视点之间的间距的一半来形成由第二线源组和图像显示面板形成的观察区域 位置(观察区域1′和2′)。除了图5的背光和图像显示面板以外，根据本发明 的实施例的3D图像显示装置还包括跟踪观看者的瞳孔位置信息的瞳孔位置 跟踪系统(未示出)。另外，3D图像显示装置包括：第一线源组和第二线源 组，通过使用所跟踪的观看者的双眼的瞳孔位置来随着时间交替地导通第一 线源组和第二线源组；控制器(未示出)，实时控制被提供到图像显示面板的 图像信息。

在图5中，为了便于区分，示出了观看者的第一位置和第二位置具有沿 深度方向的差异。然而，假定两个观看位置在深度方向没有大幅偏离最佳观 看位置。在这种情况下，当观看者位于第一位置或者观看者位于第二位置时， 将参照图6来描述对两个线源组的驱动与图像显示面板对图像信息的提供同 步的示例。如图6中所示，第一线源组和第二线源组在一帧内以相等的间隔 顺序地导通，而不管观看者的位置如何。然而，当观看者位于第一位置时， 观看者的每只眼睛的中心被定位于靠近由第一线源组形成的观察区域的中心 区域，从而控制器将图像信息提供给图像显示面板的方法仅仅在第一线源组 已经导通时分别将双眼视点图像提供给图像显示面板的第一视点像素和第二 视点像素、并在第二线源组正导通时从图像显示面板上去除视点图像(参见 图6A)。当观看者处于第二位置时，观看者的每只眼睛的中心被定位成靠近 由第二线源组形成的观察区域的中心区域，从而所述方法在第一线源组正导 通时从图像显示面板去除视点图像、并仅仅在第二线源组正导通时分别将双 眼视点图像提供给图像显示面板的第一视点像素和第二视点像素(参见图 6B)。如在图6A和图6B中所示，将图像实际提供给任意位置的观看者的时 间是半帧，但是由于之前的图像的图像残留效应，观看者感觉到如同观看者 连续地观看到3D图像一样。例如，考虑到图像残留效应持续的时间，一帧 可以比最少的1/30秒(即，30Hz或者更大)短。

结果，参照图7A-C，处于第一观看位置的观看者的双眼的瞳孔处于由与 第一线源组的导通同步的图像显示面板上的视点图像形成的观察区域的中央 部分中，处于第二观看位置的观看者的双眼的瞳孔处于由与第二线源组的导 通同步的图像显示面板上的视点图像形成的观察区域的中央部分中。因此， 即使在观看者移动时，图像亮度分布也不会大幅改变，观看者可以以最小的 串扰来连续地观看3D图像。

通过利用两个线源组和两种视点图像信息，本发明的上述实施例被应用 于一个观看者移动靠近最佳观看位置的情况。对这些实施例进行扩展，下面 将描述通过利用两个或更多个线源组以及两种或更多种多视点图像信息，本 发明的其他实施例应用于一个或多个观看者能够在移动时观看清晰的3D图 像的情况。

图8A和图8B用于描述根据本发明的另一实施例的方法，在所述方法中， 通过使用两个线源组和四视点图像信息，两个观看者即使在移动时也能够从 其各自的位置观看3D图像。参照图8A，图像显示面板的像素的四个视点沿 水平方向布置，两个线源组之间的距离W_L12被设置为一个线源组的线源之间 的分开距离Ls的八分之一。观看者1的双眼的瞳孔被定位为靠近由第一线源 组以及图像显示面板的第一视点像素和第二视点像素形成的观察区域的中 心、观看者2的双眼的瞳孔被定位为靠近由第一线源组以及图像显示面板的 第三视点像素和第四视点像素形成的观察区域的中心。在这种情况下，类似 于图6，两个线源组以半帧为单位被顺序地驱动。在图8A中，两个观看者的 双眼的瞳孔被定位为靠近由第一线源组形成的观察区域的中心，因而仅仅在 第一线源组已经导通时提供第一视点到第四视点，但是在第二线源组已经导 通时，所有的视点图像被消除。图8B示出了图像信息根据第一线源组和第二 线源组的驱动状态被提供给图像显示面板的状态的曲线。尽管在图8A中没 有示出，当两个观看者沿着右边的方向水平地运动且两个观看者的双眼的瞳 孔被定位为靠近由第二线源组形成的观察区域的中心时，仅仅当第二线源组 已经导通时提供第一视点到第四视点，但是在第一线源组已经导通时，所有 的视点图像被去除，从而使得所述两个观看者能够观看3D图像而没有串扰。 然而，当如图8A中所示地使用四个视点图像时，仅仅在所述两个观看者分 开等于一个视点的间距(65mm)时，所述两个观看者能够观看3D图像而没 有串扰，但是在其他的情况下，所述两个观看者会经受一部分双眼图像中的 串扰。因此，对于两个观看者，除了作为必要的视点的最小数量的四个视点 以外，还有必要确保一个或者更多的空间视点。

与图8A中不同，图9A示出了使用六个视点图像的情况。在图9A中， 观看者1的双眼的瞳孔被定位成靠近由第二线源组以及图像显示面板的第一 视点像素和第二视点像素形成的观察区域的中心，观看者2的双眼的瞳孔被 定位为靠近由第一线源组以及图像显示面板的第四视点和第五视点形成的观 察区域的中心。在这种情况下，如图9B中所示，当第二线源组正被驱动时， 提供第一和第二视点图像并去除其他的视点图像，从而将视点图像提供给观 看者1的双眼。当第一线源组正被驱动时，提供第四和第五视点图像并去除 其他的视点图像，从而将视点图像提供给观看者2的双眼。结果，观看者1 和2中的每个的双眼的瞳孔被定位成靠近由所述线源组和所述视点像素形成 的观察区域的中心，因而观看者1和2可观看清晰的3D图像。尽管没有示 出，当使用六个视点图像和两个线源组时，如图9A中所示，可以看出，与 图8A中所示的使用四个视点图像和两个线源组的情况相比，两个观看者能 够在移动的同时观看到清晰的3D图像而在它们之间没有干扰的空闲位置增 加。

在这种方式下，定位观看者，以使观看者的瞳孔的位置不重叠，从而当 正驱动两个线源组时，在观看者移动的同时提供与观看者的双眼的瞳孔对应 的视点图像，并去除其他视点图像。因此，本发明可提供3D图像，其中， 视点图像的亮度即使在观看者移动时也不改变，且双眼视点之间的串扰被最 小化。

以下，将描述根据本发明的另一实施例的当借助利用N个视点和两个线 源组、在一个或更多的(位于靠近最佳观看位置的)观看者移动时提供清晰 的3D图像而没有串扰的原理。

参照图10，根据本发明的另一实施例的自由立体3D图像显示装置包括 显示N个图像信息(其中，N是大于或者等于2的整数)的图像显示面板和 背光。这里，背光包括：第一线源组，包括彼此分开一定间距的多个线源； 第二线源组，沿水平方向(x轴方向)与第一线源组分开特定距离。图10示 出了从最佳观看距离通过沿水平方向(x轴方向)的各个线源组形成的观察 区域的位置。为方便起见，图10示出了在X-Z平面上提供N个视点图像的 像素。然而，3D图像显示装置可被设计成使得提供N个视点图像的像素被分 配在竖直方向(y轴方向)。另外，构造线源组的多个线源彼此沿水平方向隔 开特定间距，两个线源组的最近的线源之间的距离W_L12能从1/(2N×L_S)推导 出来。在图10中，像素宽度W_P、最佳观看距离L_O、包括线源的背光与图像 显示面板的像素之间的距离d、以及视点之间的间距E具有下面的关系。

$L_S={\mathrm{NW}}_P\frac{d+L_O}{L_O}...\left(1\right)$

$d=\frac{W_P{L}_O}{E-W_P}...\left(2\right)$

$L_S={\mathrm{NW}}_P\frac{E}{E-W_P}...\left(3\right)$

通过将式(2)代入式(1)得到式(3)。此外，当通过使用上面的W_L12与Ls之间的数学关系式来计算W_L12时，W_L12被表示为下面的式(4)或者式 (5)。

$W_{L12}=\frac{W_P(d+L_O)}{2L_O}...\left(4\right)$

$W_{L12}=\frac{W_{P}E}{2(E-W_P)}...\left(5\right)$

如在式(4)和(5)中所见，W_L12大约是像素宽度W_P的一半。然而， 在一个线源组中的线源之间的分开距离Ls与视点的数量N成比例。在图10 中，本发明的概念使用N个视点。然而，当N个视点没有固定时，在一个线 源组中的分开距离Ls需要根据视点的数量而改变，因此背光的线源实际上被 以满足式(4)和式(5)的特定间距来布置，可根据图像显示面板上的图像 信息的视点的数量从(以特定间距设置的)多个线源中选择一组实际被驱动 的线源。可以以以高速驱动的自发射元件(例如，LED、FED或者OLED) 来构造背光的线源。另外，可以以高速外部光源或者诸如微结构透镜的光学 元件来构造背光的线源，可以以包括光源和铁电液晶显示器件(FLCD)、或 者数字微镜器件(DMD)的电学高速快门元件来构造背光中的每个线源，背 光的多个线源以特定间距设置在图像显示面板中。

图10被设计成使得视点之间的间距是观看者的平均双眼间距(大约 65mm)。图10示出了通过使(通过一起使用两个线源组和图像显示面板的像 素来在最佳观看位置形成的)多个观察区域彼此具有1/2的位置差异的情况， 但是根据实施例，可以提供M(其中，M是从2到16的整数)个线源组， 其中，各个观察区域具有1/M的位置差异。

以480Hz驱动当前可以获得的LCD。当期望以作为最低的驱动速度并保 持图像残留效应的30Hz来驱动第一线源组到第M线源组时，M是16。即， 当以通过将480Hz除以16获得的速度来驱动第一线源组到第十六线源组并与 速度同步地在对应的像素上提供图像信息时，与驱动线源组的一个周期对应 的一帧被以30Hz驱动。

随着线源组的数量增加，一个线源组导通的时间缩短，因此光发射效率 减小，但是根据观看者的位置将观看者的瞳孔更加准确地定位在观察区域的 中心。另外，连接图10的线源与最佳观看位置的线表示连接对应的观察区域 的中心与线源的光路。被示出为实线的光路表示从第一线源组发出的光的路 径，被示出为虚线的光路表示从第二线源组发出的光的路径。

以下，将描述在图10的3D图像显示装置中，使得最佳观看位置附近的 两个观看者能够在自由移动的同时没有干扰地观看清晰的3D图像的原理。 具体地说，原理与图5到图9的原理相同，因此将不重复描述。

参照图11A，当在最佳观看位置附近的两个观看者分别位于(由第一线 源组形成的)观察区域的中心和由第二线源组形成的观察区域的中心时，如 图11B所示，在一帧的一半期间驱动第一线源组，在另一半帧期间，驱动第 二线源组。另外，控制器接收已经通过瞳孔跟踪系统跟踪多个观看者的瞳孔 而跟踪到的观看者位置信息，且当第一线源组导通时，控制器将用于观看者 1的左眼图像和右眼图像提供到图像显示装置的第二视点像素和第三视点像 素，或者当第二线源组导通时，控制器将用于观看者2的左眼图像和右眼图 像提供给图像显示装置的第N-2个视点像素和第N-1个视点像素。通过去除 显示其他的视点图像的各个像素的图像，两个观看者可分别观看串扰被最小 化并确保了左眼图像和右眼图像的亮度均匀性的3D图像。

此外，即使图11A的两个观看者移动，同步于在一帧期间顺序工作的两 个线源组，控制器仅仅提供靠近每个观看者的瞳孔的中心的视点图像，去除 其他的图像，因此连续地提供观看串扰被最小化且图像的亮度均匀性被确保 的3D图像。

如上面在本发明的实施例中所描述的，视点的数量需要与观看者的数量 成比例地增加。在本实施例中，每个观看者所需要的视点的最小的数量是2， 因此为使得N个观看者能够观看，要准备最少2N个视点图像。随着视点的 数量增加，图像显示面板的分辨率成比例地减小。然而，在本发明中，将两 个视点图像分配给每个观看者，通过时间分割来提供根据观看者的位置移动 的两个备用的视点图像，从而最小化由于观看者的数量的增加而导致的分辨 率的减小。

作为另一示例，可以提供在一帧期间顺序驱动的三个或更多个线源组， 如在上面描述的实施例中，通过在双眼视点之间的间距内布置两个或更多个 视点，在一帧期间可顺序地驱动三个或更多个线源组。因此每个线源组的观 察区域移动地更加自然，通过实时跟踪多个观看者的瞳孔，对于观看者的双 眼合适的观看图像将被提供给在图像显示面板上显示视点图像的像素。在这 种情况下，分辨率的减小被最小化，亮度均匀且串扰被最小化的3D图像被 提供给多个观看者。

在本发明的另一实施例中，即使在多个观看者大幅偏离所设计的最佳观 看位置并沿深度方向(z轴方向)移动时，可以将最佳3D图像提供给观看者。 以下，将参照图12和图13来描述该实施例。

在最佳观看位置中，将设计做成使得通过两个或更多个线源组以及在图 像显示装置上显示视点图像的所有像素将相应的观看图像形成在预先限定的 观察区域位置。然而，如果观看者沿深度方向偏离最佳观看距离(OVD)位 置并移动到位置P1(OVD的0.5倍距离的位置)，则用于左眼视点的观察区 域和用于右眼视点的观察区域不会被正常地分开或者与相邻的观察区域重 叠，从而观看者不能正常地观看3D图像(参见用于在位置P1的视场分布的 图2C)。另外，尽管没有在图2A中示出，即使在观看者移动到OVD的1.5 倍距离的位置时，如图2D中所示，观察区域的形状被改变，从而串扰增加。 为了参照图2C对此提供更加详细的描述，考虑到在图2A的位置P1处示出 的虚线中的观察区域之间的边界线的交叉，当在位置P1瞳孔处于一个像素的 观察区域的中心时，尽管从用于不同的开口的观察区域中选择最靠近瞳孔的 中心的观察区域，但是根据情况，当瞳孔处于观察区域之间的边界线上时， 由于所有的开口造成很多串扰。在这种情况下，如上所述，每个开口的串扰 不可避免地最大化或者接近最大化。因此，平均来说串扰增加。这种情况在 观看者偏离OVD时发生。因此，当观看者相当大地偏离OVD时，在所有位 置发生很多串扰，因此观看者不能观看到清晰的3D图像。即，位于图12的 最佳观看位置的观看者1从在图像显示面板上显示2号图像的所有像素接收 左眼图像，并从显示3号图像的所有像素接收右眼图像，从而使得观看者1 能够观看清晰的3D图像。然而，当观看者移动到第二位置时，如上所述， 观看者观看串扰已经增加的3D图像。

因此，如图2E、2F和2G中所示，在视差屏障中，考虑到仅仅一个开口 线(即，一个3D像素线)，如在OVD(参见图2E)中，即使在观看者的位 置处于OVD的0.5倍距离(参见图2F)以及观看者的位置处于OVD的1.5 倍距离(参见图2G)时，观察区域的形状几乎没有改变。因此，当通过将图 7的方法应用到各个3D像素线来选择与各个瞳孔的最佳位置对应的线源和像 素时，串扰被最小化或者对应的观察区域的亮度没有改变。在图2A中的各 个3D像素线的观察区域的形状与高斯函数类似，在图7中的各个3D像素线 的梯形的观察区域的形状与高斯函数不同。这是因为观察区域的形状通过减 小线源的宽度而改变。当应用该原理时，在图2E、图2F和图2G中的每幅图 中的观察区域的形状从与高斯函数类似的形状被改变为梯形形状，因而可通 过仿真来类似地获得不根据距离改变的形状。

将参照图12来描述针对每条3D像素线应用本发明的需求。图12示出 了使用仅仅一个线源的情况。在这种情况下，当观看者的双眼位于第一位置 时，观看者观看具有最小的串扰的3D图像。然而，当假定观看者的双眼移 动到第二位置时，观看者的左眼观看到具有最小的串扰的3D图像，但是观 看者的右眼的瞳孔处于4号观察区域和5号观察区域之间的中间，因此当提 供两个像素的相应的视点图像时，串扰被最大化。在这种情况下，当仅仅提 供所述两个像素中的一个像素的视点图像时，亮度被改变，或者根据情况， 根据瞳孔跟踪的精度没有观察到亮度的改变。因此，右眼经受高串扰或者亮 度的改变。针对各条3D像素线考虑这种情况，当左眼和右眼偏离最佳深度 时，通常观看到至少特定量的串扰，或者改变亮度。因此，为了针对每条3D 像素线解决图12的情况，在应用图5到图9的解决方法时，当使用两个线源 组时，应用时间分割，根据双眼的瞳孔的位置来提供与针对各条3D像素线 的对应的线源对应的视点图像，在所有的情况下，串扰被最小化且亮度的改 变被最小化。因此，可以考虑图13的情况。即，考虑包括处于中央的(以时 分方式工作的)两个线源的多条3D像素线，如同在图12中的情况，通过在 第一线源工作时将左眼图像提供给对应的3号像素来满足第二位置的观看者 的左眼。然而，与图12不同，当第一线源工作时，将右眼图像提供给4号像 素和5号像素中的一个，由于第二位置的观看者的右眼处于对应的观察区域 的端边界，右眼观看对应的观察区域的亮度的改变，或者根据瞳孔跟踪的精 度不能观看到亮度的改变。当将图像提供给全部两个像素时，观察到所述两 个像素的最大化的串扰。然而，当第二线源工作时，将图像提供给4号左眼 像素，由于右眼处于其中央观察区域，所以用于满足最优条件的右眼图像的 对应的像素被观看。在本实施例中，仅仅考虑以两个中央线源构造的3D像 素线，但是当在图13中的方法中应用所有的3D像素线时，串扰被最小化或 者亮度的减小被最小化的最优3D图像可以在所有情况下被观察到。即，即 使观看者沿深度方向移动，通过同步于如下的线源来操作像素，所述线源形 成(由第二线源和第一线源针对每个3D像素形成的多个观察区域中的)最 靠近左眼或者右眼的中心的观察区域，串扰被最小化或者亮度的改变被最小 化的自由3D图像显示装置可以实现。考虑到图11的所述多个观看者的应用 实例，可将这样的方法应用于深度不同的情况。

通过这种方式，限定3D像素线，然后图像显示装置的控制器接收从瞳 孔位置跟踪系统反馈回的观看者的瞳孔的位置，动态地重置图像显示面板中 的多条3D像素线，并针对其中形成各个3D像素线的视点中的最靠近双眼的 瞳孔的中心的视点设置与左眼瞳孔对应的视点以及与右眼瞳孔对应的视点。 此外，通过去除其他的视点图像，串扰被最小化，或者对应的图像的亮度的 改变被最小化。

如上所述，根据本发明，提供一种这样的3D图像显示装置，所述3D图 像显示装置将线源的线宽调节为小于特定的水平，以时分方式驱动两个或更 多线源组，并确定观看者在3D空间中的位置，以通过使用瞳孔跟踪系统动 态地产生视点图像，从而即使观看者在3D空间中移动时也动态地最小化进 到观看者的瞳孔的串扰、最小化与瞳孔对应的视点图像的亮度的改变，并使 得多个观看者能够观看自然的3D图像。特别地，本发明提供一种这样的3D 图像显示装置，在所述3D图像显示装置中，3D图像的分辨率的减小由于所 使用的线源组的数量的增加而被最小化。

对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离由本发明的精神或范围的 情况下，可以对本发明的上述示例性实施例做出各种修改。因此，本发明意 图覆盖所有这样的变型，假定这样的变型落入权利要求及其等同物的范围内。