[发明专利]可控照明装置

说明书

本发明涉及一种可控照明装置，其由具有主光源背光的照明矩阵和可控光调制器组成，成像矩阵通过其将所述光调制器的光经过再现矩阵成束投射给至少一个观察者，其中再现矩阵全光透射。再现矩阵可以是立体或全息显示器，其含有单视场或立体信息。主光源可以是点状光源、线状光源或面状光源，每个光源具有至少一个发光元件。

用于2D表现的显示器典型地包含照明再现矩阵的所谓背光(backlight)。背光必需具有均匀明亮的表面区域，其至少与再现矩阵的面积一样大，以获得均一的图像亮度。相反，对于用于立体观看的自动立体3D显示器(ASD)，再现矩阵也必需均匀照明，但不是照明观察空间。这里，重新构建的物体的不同透视图独立地投射到观察空间的相邻区域中，这样观察者的左右眼看到物体的不同视图，观察者从而感知三维再现。因此，具有周期性排列的柱面透镜的成像矩阵通常通过线光源进行照明，以获得这种定向照射。

如果一个或多个观察者移动，最好探测其位置变化并据此跟踪相应的视图，从而使该观察者/那些观察者保持立体印象。为此，光源的距离和/或位置可以变化。如果用全息显示器代替自动立体显示器用作再现矩阵，也需要线状光源的可变排列以能够跟踪可视区域。在申请人的DE 103 53 439号专利中已经公开了其应用于具体的如果使用具有跟踪观察窗的全息显示器。

典型地用于定向照明装置的大面积背光，如申请人的OS 103 39 076 A1号专利申请所述，通常结合有LCD面板进行强度控制，充当光阀。该光阀由可控的透明和吸收区域规则排列组成，其仅允许大面积背光所发射的光在所需的位置穿过。透明区域以合适的方式移置，以能够跟踪如上所述的透视图。为此，据此控制光阀上的透明行或列。绝大部分光被光阀的较不透明或不透明的区域吸收。需要极强的背光来获得充足的图像亮度，即使有这种大部分光的吸收。这种强力背光由于购入成本和能耗而比较昂贵。而且，吸收的光相当大程度地加热显示器。此外，光阀的散射光导致减弱的立体对比度。

WO 03/053072号专利公开了另一种用于将光聚焦到空间中观察者眼睛上的装置。其使用了一种可以被三维定位的背光。说明了多种结构。可以在3D背光中被开启的光源通过成像系统被投射到观察者眼睛，并根据观察者的移动进行跟踪。因此，光在投向观察者的途中穿透再现矩阵，该再现矩阵交替地向观察者的左、右眼提供图像。该方法的缺点在于三维背光导致的自动立体显示器的大深度和具有极大直径的成像透镜。为了限制这种大透镜光轴外的像差，必需选择足够大的焦距，这就使得设备非常深。此外，该装置非常笨重，而且可以被三维定位的背光难以制造。

此外，利用全息图产生背光代替可控光阀掩膜的单视场和自动立体显示器照明系统已经公知。WO 02/12930 A1号专利申请公开了一种照明系统，其由经校准的背光和两个依次设置的全息图组成。这种空间交替插入的双全息图向一个观察者生成左、右可视区域。交替插入的全息图的间距由信息显示的间距确定，并在记录过程中固定。然而，这种照明系统因此而在可能需要跟踪可视区域时，例如如果过程中向一旁移动时，不可控。全息图的重新编码，其在需要跟踪可视区域时可能是必需的，不会发生。

WO 00/43841号专利申请公开的照明系统由光源和多个依次设置的全息图组成。这些全息图就以下方式而言可控，即它们可以在衍射入射光的有源状态和无任何衍射效应的无源状态之间转换。通过重新编码全息图的方式生成可变光源图案不是该发明的主题。

此外，GB 2 404 991 A号专利申请公开了可控全息光学元件(HOE)联合反射照明排列的应用。信息显示器的光路因而被分成两个独立的可视区域。这样，加上用于信息显示器透射照明的非定向背光，在2D模式和3D模式之间转换成为可能。

此外，上述使用全息图的装置和方法不影响主照明系统，但总是改变由背光发射的全部光。因而无法消除高能耗和加热的缺点。

本发明的一个目的是提供一种用于在3D显示器中生成结构化照明的可控照明装置，其中该3D显示器整个表面区域不发光，所述照明装置用于以3D表现的高立体对比度均匀照明再现矩阵。同时，可控照明装置还用于向使用的成像矩阵的光学像差提供矫正，并且用于方便多用户运行。

该目的通过提供一种照明装置以创造性的方式得以解决，该照明装置含有主光源矩阵和可控光调制器，其通过再现矩阵将光交替地导向观察平面中的观察者的左眼和右眼。在本发明的文中，术语“可控光调制器”表示根据二维矩阵中的坐标调制光相位和/或振幅的光调制器。