專利名稱：空間圖像顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過顯示空間圖像來執(zhí)行三維顯示的設(shè)備，特別涉及包括至少二維顯 示器和雙凸透鏡(lenticular lens)的空間圖像顯示器。
背景技術(shù)：
通過利用觀看者的雙眼視差(parallax)來顯示圖像以實(shí)現(xiàn)立體視覺的雙目立體 顯示已經(jīng)是公知的。另一方面，作為人的立體感知功能，四個(gè)功能，即雙目差異(binocular disparity)、會(huì)聚(convergence)、生理調(diào)節(jié)(physiological accommodation)禾口運(yùn)動(dòng)視差 是公知的；然而，在雙目立體顯示中，滿足了雙目差異，但雙目差異與其他感知功能之間識(shí) 別中的不一致或矛盾卻經(jīng)常發(fā)生。這樣的不一致或矛盾不會(huì)發(fā)生在真實(shí)世界中，因此被說 成觀看者的大腦被迷惑以變得疲勞。因此，作為實(shí)現(xiàn)更自然的立體視覺的方法，一直在進(jìn)行空間圖像系統(tǒng)的開發(fā)。在 空間圖像系統(tǒng)中，將具有不同發(fā)射方向的多條光線發(fā)射到空間以形成與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng) 的空間圖像?？臻g圖像系統(tǒng)能夠滿足人的立體感知功能中的雙目差異、會(huì)聚和運(yùn)動(dòng)視差。 特別地，如果能夠在空間中顯示關(guān)于以精細(xì)(fine)的間隔分離的每一個(gè)觀看角度的合適 圖像，則能夠滿足包括作為人的調(diào)焦功能的生理調(diào)節(jié)的所有立體感知功能，并且能夠感覺 到自然的立體圖像。作為形成空間圖像的方法，使用“時(shí)分系統(tǒng)”的方法是公知的，在所述 時(shí)分系統(tǒng)中，切換與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的圖像并高速地時(shí)分顯示。作為實(shí)現(xiàn)時(shí)分系統(tǒng)的方 法，例如，使用通過MEMS (微型機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的使用而形成的偏轉(zhuǎn)微鏡陣列(deflection micromirror array)的方法是公知的。在所述方法中，與圖像切換的定時(shí)同步地由偏轉(zhuǎn)微 鏡陣列偏轉(zhuǎn)時(shí)分圖像光。作為空間圖像系統(tǒng)，包括諸如液晶顯示器和雙凸透鏡之類的二維顯示器的組合的 系統(tǒng)也是公知的(參照 Yuzo Hirayama, "flat-bed type 3D display system，，，Kogaku, Vol.35,2006, p.416-422, Y. Takaki, "Density directional display for generating natural three-dimensional images，，，Proc. IEEE, 2006, Vol. 94, p. 654-663,美國(guó)專利 No. 6，064, 424，以及日本待審查專利申請(qǐng)公開No. 2005-309374)。在該系統(tǒng)中，在二維顯示 器的一個(gè)顯示表面中打包(pack)與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的圖像以便一次顯示，并且通過雙 凸透鏡在合適方向上偏轉(zhuǎn)與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的圖像以便發(fā)射，由此形成與多個(gè)觀看角度 對(duì)應(yīng)的空間圖像。不同于上述時(shí)分系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中，分段在一個(gè)顯示表面中與多個(gè)觀看 角度對(duì)應(yīng)的圖像，并且一次(at a time)顯示所述圖像，因此將其稱為“表面分段系統(tǒng)”。
在這種情況下，雙凸透鏡包括多個(gè)平行排列以便其圓柱軸(中心軸)基本上彼此 平行的柱面透鏡，并且總體上具有片(sheet)狀(板(plate)狀)。在上述表面分段系統(tǒng) 中，調(diào)整組成雙凸透鏡的柱面透鏡的焦面(focal plane)以便與二維顯示器的顯示表面一 致。作為二維顯示器和雙凸透鏡的最簡(jiǎn)單組合，存在設(shè)置柱面透鏡的圓柱軸與二維顯示器 的水平方向彼此平行的方法。在該方法中，一般地，二維顯示器的顯示表面包括大量在水平 方向和垂直方向上排列的像素，因此在與一個(gè)柱面透鏡對(duì)應(yīng)的、以水平方向排列的預(yù)定多 個(gè)像素組成“三維像素”。所述“三維像素”是用于顯示空間圖像的像素的一個(gè)單元，并且 將二維顯示器中包括預(yù)定多個(gè)像素的像素群設(shè)置為一個(gè)“三維像素”。由于在光通過柱面 透鏡之后從柱面透鏡的圓柱軸到每一個(gè)像素的水平距離確定從像素發(fā)射的光的水平傳播 方向(偏轉(zhuǎn)角度)，所以獲得與水平排列的像素的數(shù)量相等的、用作三維像素的多個(gè)水平顯 示方向。在這種配置方法中，存在問題當(dāng)水平顯示方向的數(shù)量增大時(shí)，三維顯示的水平分 辨率大大降低，并且出現(xiàn)三維顯示的水平分辨率與垂直分辨率之間的不平衡。在美國(guó)專利 No. 6，064，424中，為了解決這個(gè)問題，提出了關(guān)于二維顯示器的水平方向傾斜柱面透鏡的 圓柱軸的方法。圖19A示出在美國(guó)專利No. 6，064，424中提出的顯示系統(tǒng)的示例。在圖19A中，二 維顯示器101包括三種顏色R、G和B的多個(gè)像素102。相同顏色的像素102排列在水平方 向上，并且三種顏色R、G和B的像素102周期性地排列在垂直方向上。雙凸透鏡103包括 多個(gè)柱面透鏡104。排列雙凸透鏡103以便使其關(guān)于像素102的垂直排列方向傾斜。在顯 示系統(tǒng)中，包括在水平方向上的M數(shù)量的像素102和在垂直方向上的數(shù)量N的像素102的 總計(jì)MXN數(shù)量的像素102組成一個(gè)三維像素以實(shí)現(xiàn)MXN數(shù)量的水平顯示方向。此時(shí)，假 設(shè)雙凸透鏡103的傾斜角度是θ，則當(dāng)確定θ = tan"1 (px/Npy)時(shí)，能夠?qū)㈥P(guān)于柱面透鏡 104的圓柱軸的三維像素中所有像素102的水平距離設(shè)置為彼此不同的值。在這種情況下， px是各顏色的像素102的水平方向中的間距(pitch)，而py是各顏色的像素102的垂直方 向中的間距。在圖19A所示的示例中，其中N = 2，且M = 7/2，將7個(gè)像素102用于組成一個(gè)三 維像素，由此實(shí)現(xiàn)7個(gè)水平顯示方向。在圖19A中，指定像素102的附圖標(biāo)記1到7與7個(gè) 水平顯示方向?qū)?yīng)。提出了當(dāng)使用以這種方式傾斜的雙凸透鏡103時(shí)，一個(gè)三維像素不僅 能夠由水平方向中的像素組成，而且能夠由垂直方向中的像素組成，并且能夠減小三維顯 示中水平方向中分辨率的下降，并且能夠改善水平分辨率與垂直分辨率之間的平衡。然而，在圖19A所示的顯示系統(tǒng)中，三維像素中僅一種顏色的像素102與水平顯 示方向?qū)?yīng)。因此，在三維像素中，難以同時(shí)在一個(gè)水平顯示方向中顯示三原色R、G和B。 因此，組合3個(gè)三維像素，以便同時(shí)在一個(gè)水平顯示方向中顯示三原色R、G和B。在圖19B 中，在每一個(gè)三維像素中，示出了在7個(gè)水平顯示方向的第四個(gè)水平顯示方向中的顯示顏 色。如圖19B所示，當(dāng)組合傾斜方向中的3個(gè)三維像素以對(duì)其使用時(shí)，同時(shí)在一個(gè)水平顯示 方向中顯示三原色R、G和B，由此實(shí)現(xiàn)了全色顯示。在這種顯示系統(tǒng)中，三維像素的顯示顏 色在水平顯示方向中是變化的，因此預(yù)示了在三維圖像中出現(xiàn)顏色不均勻的問題。此外，根 據(jù)每一種顏色的像素102的像素配置，最大亮度關(guān)于水平顯示方向而變化，因此存在眼膜 圖像(retinal image)中出現(xiàn)水平方向中亮度不均勻的問題。在日本待審查專利申請(qǐng)公開 No. 2005-309374中，提出了通過設(shè)計(jì)像素102的排列或雙凸透鏡103的傾斜角度θ來克服美國(guó)專利No. 6，064，424中所示的顯示系統(tǒng)中的問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在使用現(xiàn)有技術(shù)中的時(shí)分系統(tǒng)的空間圖像顯示器中，存在難以實(shí)現(xiàn)在成本 和制造能力方面的大面積顯示器的問題。此外，存在問題例如，在使用偏轉(zhuǎn)微鏡陣列的情 況下，為了彼此同步地精確地偏轉(zhuǎn)所有微鏡，必須高精度地獨(dú)立控制微鏡，但是難以控制微
^Mi ο此外，在使用現(xiàn)有技術(shù)中的表面分段系統(tǒng)的空間圖像顯示器中，其特征在于同時(shí) 在二維顯示器的顯示表面中打包三維信息(與大量觀看角度對(duì)應(yīng)的圖像)。以二維顯示器 的有限數(shù)量的像素來打包三維信息，因此要顯示的三位圖像(空間圖像)的清晰度低于允 許由二維顯示器顯示的二維圖像的清晰度。此外，存在問題與二維顯示器的清晰度相比， 增大空間圖像可觀看的區(qū)域的努力或關(guān)于觀看者的運(yùn)動(dòng)來顯示自然和流暢的空間圖像的 努力導(dǎo)致清晰度的大大下降。為了避免這個(gè)問題，考慮通過人眼的整體效應(yīng)的使用、以高速 切換并時(shí)分顯示包括稍有不同的三維信息的二維顯示器的圖像的方法。該方法被認(rèn)為是使 用時(shí)分系統(tǒng)和表面分段系統(tǒng)的組合的顯示方法；然而，實(shí)際實(shí)現(xiàn)所述方法的特定技術(shù)仍然 沒有開發(fā)出來?？紤]到前述問題，期望提供能夠以比之前更高清晰度地、容易地實(shí)現(xiàn)立體顯示的 空間圖像顯示器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種空間圖像顯示器，將與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的多條 光線發(fā)射到空間中以形成三維空間圖像，所述空間圖像顯示器包括二維顯示部分，包括P 種顏色(P是大于等于ι的整數(shù))的多個(gè)像素，所述像素被二維地排列在水平方向和垂直方 向上的格子中以形成平面顯示表面，相同顏色的多個(gè)像素被排列在水平方向上，P種顏色的 多個(gè)像素被周期性地排列在垂直方向上，以便相同顏色以確定周期出現(xiàn)；雙凸透鏡，整體上 具有板狀，包括平行排列以便其圓柱軸彼此平行的多個(gè)柱面透鏡，雙凸透鏡正對(duì)二維顯示 部分的顯示表面，以便整體上與顯示表面平行(基本上平行)，所述柱面透鏡的圓柱軸關(guān)于 與顯示表面平行(基本上平行)的平面中的二維顯示部分的水平方向中的軸以預(yù)定角度傾 斜，每一個(gè)所述柱面透鏡偏轉(zhuǎn)來自二維顯示部分的每一個(gè)像素的顯示圖像光以發(fā)射顯示圖 像光；移位裝置，用于在平行于顯示表面的平面上往復(fù)移動(dòng)所示雙凸透鏡和所述二維顯示 部分中的至少之一，以周期性地改變每一個(gè)所述柱面透鏡和所述二維顯示部分的每一個(gè)像 素之間的相對(duì)位置關(guān)系，由此周期性地移位經(jīng)由每一個(gè)柱面透鏡的、來自每一個(gè)像素的顯 示圖像光的發(fā)射方向；以及控制裝置，用于控制與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的圖像以被時(shí)分 地顯示在二維顯示部分上，并且控制時(shí)分顯示的定時(shí)以與用于由移位裝置改變相對(duì)位置關(guān) 系的定時(shí)同步。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空間圖像顯示器中，當(dāng)組合包括ρ種顏色的多個(gè)像素和 關(guān)于像素陣列傾斜的雙凸透鏡的二維顯示部分時(shí)，由表面分段同時(shí)將與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng) 的 多條光線發(fā)射進(jìn)入空間中。此外，周期性地改變每一個(gè)柱面透鏡與二維顯示部分的每一 個(gè)像素之間的相對(duì)位置關(guān)系，以周期性地移位經(jīng)由每一個(gè)柱面透鏡的、來自每一個(gè)像素的 顯示圖像光的發(fā)射方向。然后，在二維顯示部分上時(shí)分地顯示與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的 圖像，并且同步地控制二維顯示部分中時(shí)分顯示的定時(shí)和用于由移位裝置改變相對(duì)位置關(guān)系的定時(shí)。換句話說，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空間圖像顯示器中，執(zhí)行使用表面分段系統(tǒng)和時(shí)分系統(tǒng)的組合的立體顯示。由此，實(shí)現(xiàn)了具有比現(xiàn)有技術(shù)更高的清晰度的立體顯示。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空間圖像顯示器中，最好由N乘以pXM像素矩陣形成并 且包括總數(shù)為PXMXN的像素的像素群配置三維像素，其中N和M分別是表示在二維顯示 部分中在垂直方向和水平方向上排列的像素的數(shù)量的大于等于1的整數(shù)，以及二維顯示部 分中垂直方向與雙凸透鏡的圓柱軸的方向之間的角度滿足表達(dá)式(A)θ = tan_1{(pXpx)/(nXNXpy)} ......(A)其中η是大于等于1的整數(shù)，ρχ是二維顯示部分的水平方向中的像素間距，而py 是二維顯示部分的垂直方向中的像素間距。不需要嚴(yán)格滿足所述表達(dá)式，而是只需要在滿 足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大體滿足所述表達(dá)式。特別地，最好移位裝置允許雙凸透鏡或二維顯示部分以二維顯示部分的水平方向 往復(fù)移動(dòng)，表達(dá)式㈧中的值nXN是ρ的整數(shù)倍，并且控制裝置根據(jù)表達(dá)式⑴改變每一 個(gè)雙凸透鏡與二維顯示部分的每一個(gè)像素之間的相對(duì)位置關(guān)系xi j，并且控制二維顯示部 分中的時(shí)分顯示的定時(shí)與用于移位相對(duì)位置關(guān)系xij的定時(shí)同步xij = xo+bOXi+aOX j ......(1)其中X0是雙凸透鏡與二維顯示部分之間的相對(duì)參考位置，i = 0，......，(m-1)，其中m是大于等于1的整數(shù)，j = 0，......，(n-1)，其中η是大于等于1的整數(shù)，a0 = (ρΧρχ)/η 以及b0 = a0/(NXm)。不需要嚴(yán)格滿足所述表達(dá)式，而是只需要在滿足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大 體滿足所述表達(dá)式。替代地，特別地，最好移位裝置允許雙凸透鏡或二維顯示部分以二維顯示部分的 水平方向往復(fù)移動(dòng)，表達(dá)式㈧中的值nXN不是ρ的整數(shù)倍，并且控制裝置根據(jù)表達(dá)式(2) 移位每一個(gè)柱面透鏡與二維顯示部分的每一個(gè)像素之間的相對(duì)位置關(guān)系xi j，并且控制二 維顯示部分中時(shí)分顯示的定時(shí)與用于改變相對(duì)位置關(guān)系xij的定時(shí)同步xij = xo+bOXi+aOX j ......(2)其中X0是雙凸透鏡與二維顯示部分之間的相對(duì)參考位置，i = 0，......，(m-1)，其中m是大于等于1的整數(shù)，j = 0，......，(n-1)，其中η是大于等于1的整數(shù)，a0 = (ρ X px) /nb0 = pxm = p。不需要嚴(yán)格滿足所述表達(dá)式，而是只需要在滿足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大 體滿足所述表達(dá)式。當(dāng)執(zhí)行合適的控制以便滿足預(yù)定表達(dá)式時(shí)，防止空間圖像的亮度中的強(qiáng)度變化和 顏色不均勻，并且更順利地執(zhí)行空間圖像顯示。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空間圖像顯示器中，合適地組合包括ρ種顏色的多個(gè)像素和關(guān)于像素陣列傾斜的雙凸透鏡的二維顯示部分，以便將于多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的多條光 線發(fā)射進(jìn)入空間中，周期性地改變雙凸透鏡的每一個(gè)柱面透鏡與二維顯示部分的每一個(gè)像 素之間的相對(duì)位置關(guān)系，以便周期性地移位經(jīng)由柱面透鏡的、來自每一個(gè)像素的顯示圖像 光的發(fā)射方向，由此在二維顯示部分上時(shí)分地顯示與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的圖像，并且 同步地控制二維顯示部分中時(shí)分顯示的定時(shí)和用于改變相對(duì)位置關(guān)系的定時(shí)，因此能夠?qū)?現(xiàn)使用表面分段系統(tǒng)和時(shí)分系統(tǒng)的組合的立體顯示。此外，整體地移動(dòng)雙凸透鏡或二維顯 示部分以實(shí)現(xiàn)時(shí)分顯示；因此，例如，與其中偏轉(zhuǎn)微鏡陣列的微鏡被時(shí)分地、獨(dú)立地并且同 步地控制的情況相比，同步控制更容易。由此，能夠容易地實(shí)現(xiàn)具有比現(xiàn)有技術(shù)更高的清晰 度的立體顯示。本發(fā)明的其他和進(jìn)一步目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的描述中更全面地展現(xiàn)。


圖1是示出具有從一個(gè)三維像素發(fā)射出的光線的狀態(tài)的、根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施 例的空間圖像顯示器的示意配置的外部視圖；圖2是示出當(dāng)從上面觀看時(shí)圖1中所示的光線的狀態(tài)的圖示；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的空間圖像顯示器的整體配置的框圖；圖4是用于描述形成視頻信號(hào)的方法的示例的示意圖；圖5是示出在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的空間圖像顯示器中二維顯示部分的像 素的排列行以及雙凸透鏡的排列示例的解釋(illumination)；圖6是示出在注意力集中在紅像素的情況下在通過時(shí)分的三維幀周期中二維顯 示部分與雙凸透鏡之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的圖示；圖7A和圖7B是用于描述來自任意發(fā)光點(diǎn)(像素)的光線的偏轉(zhuǎn)角度的鳥瞰圖和 橫截面圖；圖8是任意發(fā)光點(diǎn)與通過將柱面透鏡的中心線(圓柱軸)Y1投影到顯示平面而形 成的線Y’之間的距離XS的圖示；圖9是用于描述光線的偏轉(zhuǎn)角度Φ和Φ ’之間的關(guān)系的鳥瞰圖；圖10Α、圖IOB和圖IOC是用于描述光線的偏轉(zhuǎn)角度Φ和Φ ’之間的關(guān)系的圖示， 圖IOA是當(dāng)從與顯示表面垂直的方向觀看光線時(shí)的頂視圖，圖IOB是當(dāng)從顯示表面的水平 方向(Y方向)觀看光線時(shí)的側(cè)視圖，圖IOC是當(dāng)從柱面透鏡的中心軸方向(Y’方向)觀看 發(fā)射時(shí)的側(cè)視圖；圖11是示出在圖6中的定時(shí)Τ9的更具體的顯示狀態(tài)的圖示；圖12是示出二維顯示部分與雙凸透鏡之間的相對(duì)位移量與用于實(shí)現(xiàn)圖6中所示 的操作的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定時(shí)之間的關(guān)系的第一示例的圖示；圖13是示出二維顯示部分與雙凸透鏡之間的相對(duì)位移量與用于實(shí)現(xiàn)圖6中所示 的操作的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定時(shí)之間的關(guān)系的第二示例的圖示；圖14是示出減小了顏色不均勻的狀態(tài)的示例；圖15是示出在圖14中的定時(shí)Τ1、Τ4和Τ7的顯示狀態(tài)的放大圖示；圖16是示出在圖14中的定時(shí)Τ2、Τ5和Τ8的顯示狀態(tài)的放大圖示；
圖17是示出在圖14中的定時(shí)T3、T6和T9的顯示狀態(tài)的放大圖示；圖18Α和圖18Β是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的空間圖像顯示器的顯示示例的 解釋；以及圖19Α和圖19Β分別是示出包括二維顯示器和雙凸透鏡的組合的現(xiàn)有技術(shù)中立體 顯示的示例的平面圖以及示出以一種顯示方向顯示的像素的狀態(tài)的圖示。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖描述優(yōu)選實(shí)施例。第一實(shí)施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的空間圖像顯示器的示意配置的外部視圖。圖 1還示出從像素(三維像素11)發(fā)射的光線的狀態(tài)。圖2示出當(dāng)從上部觀看時(shí)光線的狀態(tài)。 圖3示出根據(jù)所述實(shí)施例的包括電路元件的空間圖像顯示器的整體配置。根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器包括二維顯示器和雙凸透鏡2。例如，二維顯 示器包括被配置為諸如液晶顯示面板之類的顯示設(shè)備的二維顯示部分1。雙凸透鏡2包括 平行排列以便其圓柱軸基本上彼此平行的多個(gè)柱面透鏡2Α，并且整體上具有板狀。雙凸透 鏡2正對(duì)二維顯示部分1的顯示表面，以便它們總體上彼此平行。此外，每一個(gè)柱面透鏡2Α 的焦面正對(duì)二維顯示部分1的顯示表面IA以便與顯示表面IA—致。此外，排列雙凸透鏡 2以便柱面透鏡2Α的圓柱軸關(guān)于二維顯示部分1的水平方向(Y方向)傾斜。雙凸透鏡2 在每一個(gè)像素中偏轉(zhuǎn)來自二維顯示部分1的顯示圖像光以發(fā)射顯示圖像光。二維顯示部分1包括ρ種類別(ρ種顏色(ρ是大于等于1的整數(shù)))的多個(gè)像素 10，并且像素10被二維地排列在水平方向(Y方向)和垂直方向(X方向)上的格子上，以 形成平面顯示表面1Α。在二維顯示部分1中，相同顏色的多個(gè)像素10排列在水平方向上， 并且P種顏色的多個(gè)像素10周期性地排列在垂直方向上，以便在確定周期出現(xiàn)相同顏色。 例如，可以使用液晶顯示設(shè)備作為這樣的二維顯示部分1。液晶顯示設(shè)備具有這樣的配置 (未示出)其中在每一個(gè)像素10中形成的像素電極夾在一對(duì)玻璃襯底之間。此外，液晶層 等(未示出)進(jìn)一步被排列在所述一對(duì)玻璃襯底之間。圖5更具體地示出二維顯示部分1的像素10的排列行和雙凸透鏡2的排列示例。 排列二維顯示部分1和雙凸透鏡2，以便由通過包括二維顯示部分1的相同顏色的像素10 的列的中心的線段(與Y方向平行的線段)和與雙凸透鏡2的圓柱軸Yl平行的線段所形 成的角度滿足表達(dá)式(A)θ = tan_1{(pXpx)/(nXNXpy)} ......(A)其中η是大于等于1的整數(shù)。不需要嚴(yán)格滿足所述表達(dá)式，而是只需要在滿足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大 體滿足所述表達(dá)式。在圖5中所示的示例中，二維顯示部分1的像素10包括4種像素10R、10G1、10G2 和10B(R:紅，Gl 綠1，G2 綠2和B:藍(lán))，并且表達(dá)式(A)中的ρ為ρ = 4。在圖5中所示 的示例中，將綠分為兩種像素IOGl和10G2，以便加寬顏色范圍；然而，可以使用一般的三原 色(R、G和B)，即三種像素10RU0G和10B。在使用三原色的情況下，ρ為ρ = 3。特別地， 只有在P = 3的情況下，表達(dá)式(A)中的η最好為大于等于2的整數(shù)。在表達(dá)式(A)中，ρχ表示二維顯示部分1的垂直方向(X方向)中的像素間距，而py表示水平方向(Y方向)中的像素間距。N表示一個(gè)三維像素11中包括的Y方向中的像素的數(shù)量。“三維像素”是用 于顯示空間圖像的像素的一個(gè)單元，并且將包括二維顯示部分1的預(yù)定多個(gè)數(shù)量的像素的 像素群設(shè)置為一個(gè)“三維像素”。更具體地，將包括水平方向中的數(shù)量為N的像素10和垂直 方向中的數(shù)量為PXM的像素10的共計(jì)數(shù)量為pXMXN(N和M均為大于等于1的整數(shù))的 像素10設(shè)置為一個(gè)“三維像素”。然后，同時(shí)從一個(gè)三維像素11發(fā)射的、具有不同發(fā)射方向 的數(shù)量為Vtl的光線滿足以下表達(dá)式v0 = pXMXN在圖5中所示的示例中，將水平方向中的N和垂直方向中的M分別設(shè)置為N = 4 和M = 4。此外，在表達(dá)式(A)中，η是任意整數(shù)，但是一旦確定了數(shù)量n，則在相同的空間 圖像顯示系統(tǒng)中數(shù)量η不能改變。在圖5所示的示例中，η為η = 2。在所述實(shí)施例中，雙 凸透鏡2的形狀沒有具體限制；但是只有一種約束。所述約束是雙凸透鏡2的間距等于三 維像素11的X方向中的長(zhǎng)度。換句話說，雙凸透鏡2中每一個(gè)柱面透鏡2Α的X方向中的 透鏡間距滿足以下表達(dá)式pr = pXpxXM不需要嚴(yán)格滿足所述表達(dá)式，而是只需要在滿足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大 體滿足所述表達(dá)式。根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器包括移位裝置，用于通過在基本上平行于顯示 表面IA的平面上往復(fù)移動(dòng)雙凸透鏡2和二維顯示部分1的至少之一來周期性地改變每一 個(gè)柱面透鏡2A與二維顯示部分的每一個(gè)像素10之間的相對(duì)位置關(guān)系，以便周期性地移位 經(jīng)由每一個(gè)柱面透鏡2A的、來自每一個(gè)像素10的顯示圖像光的發(fā)射方向。此外，空間圖像 顯示器包括控制裝置，用于控制與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的圖像以在二維顯示部分1上時(shí) 間維度地顯示，并控制二維顯示部分1中時(shí)分顯示的定時(shí)以與用于通過移位裝置改變相對(duì) 位置關(guān)系的定時(shí)同步。圖3示出用于執(zhí)行所述控制的電路元件。如圖3所示，空間圖像顯示器包括X驅(qū) 動(dòng)器(數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器)33，將基于視頻信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓提供到二維顯示部分1中的每個(gè)像素 10 ；Y驅(qū)動(dòng)器(門驅(qū)動(dòng)器)34，沿掃描線(未示出)線順序地驅(qū)動(dòng)二維顯示部分1中的每一 個(gè)像素10 ；定時(shí)控制部分(定時(shí)發(fā)生器)31，控制X驅(qū)動(dòng)器33和Y驅(qū)動(dòng)器34 ；視頻信號(hào)處 理部分(信號(hào)發(fā)生器)30，通過處理來自外界的視頻信號(hào)來產(chǎn)生時(shí)分視頻信號(hào)；以及視頻存 儲(chǔ)器32，作為存儲(chǔ)來自視頻信號(hào)處理部分30的時(shí)分視頻信號(hào)的幀存儲(chǔ)器。視頻信號(hào)處理部分30基于從外界提供的視頻信號(hào)產(chǎn)生時(shí)分視頻信號(hào)以便將時(shí)分 視頻信號(hào)提供到視頻存儲(chǔ)器32，所述時(shí)分視頻信號(hào)是根據(jù)關(guān)于一個(gè)對(duì)象(object)的多個(gè) 觀看角度(偏轉(zhuǎn)角度)時(shí)分可切換的。此外，視頻信號(hào)處理部分30將預(yù)定控制信號(hào)提供到 定時(shí)控制部分31，以便與切換時(shí)分視頻信號(hào)的定時(shí)同步地操作X驅(qū)動(dòng)器33、Y驅(qū)動(dòng)器34和 壓電控制部分35。另外，例如，如圖4所示，通過拾取經(jīng)歷圖像拾取的、作為要從各角度(與 觀看角度對(duì)應(yīng))顯示的對(duì)象的對(duì)象4的圖像，可以預(yù)先形成這樣的時(shí)分視頻信號(hào)?？臻g圖像顯示器還包括與上述“移位裝置”的具體示例對(duì)應(yīng)的壓電設(shè)備21。在圖 3所示的示例中，在雙凸透鏡2上排列壓電設(shè)備21 ；然而，在空間圖像顯示器中，只要相對(duì)地 移動(dòng)雙凸透鏡2和二維顯示部分1以便改變雙凸透鏡2與二維顯示部分1之間的相對(duì)位置關(guān)系，則壓電設(shè)備21就可以排列在二維顯示部分1上。替代地，壓電設(shè)備21可以排列在雙 凸透鏡2和二維顯示部分1二者上?？臻g圖像顯示器還包括壓電設(shè)備控制部分35，用于控制通過壓電設(shè)備21的相對(duì) 位置關(guān)系移位操作。壓電設(shè)備控制部分35根據(jù)通過定時(shí)控制部分31的定時(shí)控制，將用于 相對(duì)位置關(guān)系移位操作的控制信號(hào)Sl提供到壓電設(shè)備21。定時(shí)控制部分31和壓電設(shè)備控制部分35與上述“控制裝置”的具體示例對(duì)應(yīng)。
壓電設(shè)備21例如排列在雙凸透鏡2的側(cè)表面上，并且例如由諸如鋯鈦酸鉛(PZT) 之類的壓電材料制成。壓電設(shè)備21根據(jù)控制信號(hào)Sl改變二維顯示部分1和雙凸透鏡2之 間的相對(duì)位置關(guān)系，以便二維顯示部分1和雙凸透鏡2之間的相對(duì)位置關(guān)系在X-Y平面上 沿X軸方向往復(fù)移動(dòng)。將在后面詳細(xì)描述通過壓電設(shè)備21這樣的相對(duì)位置關(guān)系移位操作。接著，將在下面描述以上述方式配置的空間圖像顯示器的操作。在空間圖像顯示器中，如圖3所示，響應(yīng)于從視頻信號(hào)處理部分30提供的時(shí)分視 頻信號(hào)，提供從X驅(qū)動(dòng)器33和Y驅(qū)動(dòng)器34到像素電極的驅(qū)動(dòng)電壓(像素施加電壓)。更具 體地，例如，在二維顯示部分1是液晶顯示設(shè)備的情況下，在二維顯示部分1中的一條水平 線上將像素選通脈沖從Y驅(qū)動(dòng)器34施加到TFT設(shè)備的柵極，并且同時(shí)將基于時(shí)分視頻信號(hào) 的像素施加電壓從X驅(qū)動(dòng)器33施加到在一條水平線上的像素電極。由此，通過液晶層(未 示出)調(diào)制背光，并且在二維顯示部分1中從每一個(gè)像素10發(fā)散(diverge)顯示圖像光， 因此作為結(jié)果，通過每一個(gè)像素10形成基于時(shí)分視頻信號(hào)的二維顯示圖像。此外，由雙凸透鏡2將從二維顯示部分1發(fā)射的顯示圖像光主要地轉(zhuǎn)換為平行光 流(luminous flux)以便發(fā)射。此時(shí)，壓電設(shè)備21響應(yīng)于從壓電設(shè)備控制部分35提供的 控制信號(hào)Si，根據(jù)時(shí)分圖像信號(hào)的切換，在X-Y平面中改變二維顯示部分1和雙凸透鏡2之 間的相對(duì)位置關(guān)系。例如，改變相對(duì)位置關(guān)系，以便雙凸透鏡2沿著X軸方向往復(fù)移動(dòng)。因 此，每次切換時(shí)分視頻信號(hào)時(shí)，都根據(jù)每一個(gè)觀看者的觀看角度改變相對(duì)位置關(guān)系。因此， 顯示圖像光包括關(guān)于雙目差異和會(huì)聚角的信息，由此根據(jù)觀看者視角發(fā)射顯示圖像光的合 適的平行光流，因此顯示根據(jù)觀看者視角的所期望的立體圖像。在空間圖像顯示器中，時(shí)分地切換根據(jù)關(guān)于一個(gè)對(duì)象的多個(gè)觀看角度的視頻信號(hào) (時(shí)分視頻信號(hào))，因此與現(xiàn)有技術(shù)中的簡(jiǎn)單表面分段系統(tǒng)不同，不需要包括對(duì)應(yīng)于二維圖 像中多個(gè)觀看角度(偏轉(zhuǎn)角度)的圖像，因此與二維顯示器的情況相比，最小化了圖像質(zhì)量 的下降(清晰度下降)。此外，能夠在不需要現(xiàn)有技術(shù)中的MEMS技術(shù)等的情況下制造空間 圖像顯示器，因此空間圖像顯示器是可容易地獲得的。此外，空間圖像顯示器能夠總體上具 有平面狀，因此空間圖像顯示器具有緊湊(薄外形)的配置。如上所述，所述實(shí)施例中的一個(gè)特性在于當(dāng)關(guān)于二維顯示部分1與雙凸透鏡2之 間的相對(duì)位置關(guān)系執(zhí)行移位操作時(shí)，與位移操作同步的時(shí)分圖像通過雙凸透鏡2從二維顯 示部分1投影以顯示空間圖像。圖6示出時(shí)分圖像從二維顯示部分1投影的定時(shí)。由二維顯示部分1與雙凸透 鏡2之間的相對(duì)位置關(guān)系來設(shè)置時(shí)分圖像從二維顯示部分1投影的定時(shí)。由于相對(duì)位置關(guān) 系，可以實(shí)際地移動(dòng)雙凸透鏡2或二維顯示部分1的顯示平面1A。圖6示出二維顯示部分 1的顯示表面IA在基本上平行于固定雙凸透鏡2的垂直方向(X方向)上移動(dòng)的示例。此 夕卜，在圖6所示的示例中，二維顯示部分1的像素10包括三原色(R、G和B)(即三種(ρ =3))的像素IORUOG和10B。此外，由水平方向中的數(shù)量為N = 2的像素乘以垂直方向中的 數(shù)量為PXM = 3X2的像素形成的像素群組成一個(gè)三維像素11。首先，如圖6中Tl處的狀態(tài)所示，假設(shè)二維顯示部分1的位置XO是用于從二維顯 示部分1投影圖像的一個(gè)定時(shí)。然后，在所述實(shí)施例中，當(dāng)在上述表達(dá)式㈧中的值nXN是ρ的整數(shù)倍時(shí)，基于以 下表達(dá)式(1)確定從二維顯示部分1投影圖像的另一位置的定時(shí)。不需要嚴(yán)格滿足所述表 達(dá)式，而是只需要在滿足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大體滿足所述表達(dá)式。xij = xo+bOXi+aOX j ......(1)其中 i = 0，......，(m-1)，其中m是大于等于1的整數(shù)，j = 0，......，(n-1)，其中η是大于等于1的整數(shù)，a0 = (ρ X px) /nb0 = a0/(NXm)此外，當(dāng)表達(dá)式㈧中的值nXN不是ρ的整數(shù)倍時(shí)，基于以下表達(dá)式⑵大體地 確定從二維顯示部分1投影圖像的另一位置的定時(shí)。不需要嚴(yán)格滿足所述表達(dá)式，而是只 需要在滿足合適的目標(biāo)顯示質(zhì)量的范圍內(nèi)大體滿足所述表達(dá)式。xij = xo+bOXi+aOX j ......(2)其中i = 0，......，(m-1)，其中m是大于等于1的整數(shù)，j = 0,......，(n-1)，其中η是大于等于1的整數(shù)，a0 = pXpx/nb0 = px,m = ρ在所述實(shí)施例中，假設(shè)X0是雙凸透鏡2與二維顯示部分1之間的參考相對(duì)位置關(guān) 系，在值nXN是ρ的整數(shù)倍的情況下，控制裝置根據(jù)上述表達(dá)式(1)大體地改變每一個(gè)雙 凸透鏡2A和二維顯示部分1的每一個(gè)像素10之間的相對(duì)位置關(guān)系xi j，并控制二維顯示部 分1中時(shí)分顯示的定時(shí)以便與用于根據(jù)表達(dá)式(1)改變相對(duì)位置關(guān)系xij的定時(shí)同步。此 夕卜，在值nXN不是ρ的整數(shù)倍的情況下，控制裝置基于上述表達(dá)式⑵而非表達(dá)式⑴進(jìn) 行控制。圖6示出在關(guān)于上述表達(dá)式(1)的情況下的示例中，從包括相對(duì)位置關(guān)系XO的二 維顯示部分1投影圖像的另一位置的定時(shí)的列表形式，即關(guān)于以易于理解的方式的表達(dá)式 (1)中的i和j，并且在圖6中，使用被固定作為參考的雙凸透鏡2的位置來示出位于i和 j處的二維顯示部分1的位置。圖6示出在p = 3、m = n = 3且N = M = 2的情況下的示 例。由于確定111 = 11 = 3，確定1 = 0、1、2且」=0、1、2，因此作為結(jié)果，形成了具有3列3 行的表。將在下面描述從二維顯示部分1在這樣的位置定時(shí)投影圖像的優(yōu)點(diǎn)，但是將在描 述所述優(yōu)點(diǎn)之前描述雙凸投透鏡2與二維顯示部分1的顯示表面IA上發(fā)光點(diǎn)Pl之間的相 對(duì)位置關(guān)系與從發(fā)光點(diǎn)Pl投影的光線的偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系作為用于易于理解的基礎(chǔ)知 識(shí)。
如圖7A和7B所示，當(dāng)在雙凸透鏡2 (雙凸透鏡2的柱面透鏡2A)的焦距(有效 焦距f)的位置上排列發(fā)光點(diǎn)Pl時(shí)，在垂直于雙凸透鏡2 (雙凸透鏡2的柱面透鏡2A) 的中心線Y的方向和在偏轉(zhuǎn)角度Φ’的方向發(fā)射從發(fā)光點(diǎn)Pl發(fā)射的光，作為平行光通量 (collimated light flux) 0當(dāng)雙凸透鏡2的中心軸線的投影線被投影到排列發(fā)光點(diǎn)Pl的 Y’ -Xs平面(即，二維顯示部分1的顯示表面1A)時(shí)，假設(shè)從發(fā)光點(diǎn)Pl到投影線Y’的距離 是xs，則偏轉(zhuǎn)角度Φ’的正切大體由以下表達(dá)式表示。tan Φ' = xs/f ......(3)從表達(dá)式(3)中很明顯，偏轉(zhuǎn)角度Φ’的正切與從發(fā)光點(diǎn)Pl到通過將中心線Yl 投影到發(fā)光點(diǎn)平面上而形成的線Y’的距離成比例。圖8示出以易于理解的方式的XS。在 所述實(shí)施例中，二維顯示部分1的像素10以X和Y方向的格子形式排列，并且以關(guān)于Y軸 的角度θ排列雙凸透鏡2的中心軸Υ1。如圖8所示，以垂直于中心軸Yl (中心軸Yl的投 影線Y’)的方向排列Xs軸，并且在雙凸透鏡2的中心線和xs彼此交叉的點(diǎn)處排列原點(diǎn)0。 因此，很明顯，從每一個(gè)像素10到雙凸透鏡2的中心線Yl的距離xs是從每一個(gè)像素落到 Xs軸的垂線到Xs軸上原點(diǎn)0的距離。然后，xs的值是與偏轉(zhuǎn)角度Φ’的正切成比例的值。在所述實(shí)施例中所關(guān)心的偏轉(zhuǎn)角度是以上述X軸方向傳播的光線與垂直于二維 顯示部分1的顯示表面的軸Z形成的角度，因此不需要使用Φ，來描述Φ。將參照?qǐng)D9和 圖IOA到IOC來描述Φ與Φ’之間的關(guān)系。首先，二維顯示部分1的顯示表面IA被排列 在X-Y平面上，以便二維顯示部分1的格子形式像素10的格子的方向與X軸方向和Y軸方 向一致。雙凸透鏡2被排列在其上，以便雙凸透鏡2的中心線形成關(guān)于Y軸的角度θ。在圖9的鳥瞰圖中，示出了 Y和X軸以及雙凸透鏡2的中心軸Yl的方向線(投影 線Y’)?？紤]在二維顯示部分1的像素10之外的原點(diǎn)處來自像素10的光通過雙凸透鏡2 發(fā)射的情況。圖9所示的發(fā)射平面50具有原點(diǎn)0處從像素10發(fā)射的光流的形狀。由于圖 9示出三維形狀，因此難以理解；然而，圖9所示的發(fā)射平面50具有片狀矩形的形狀，并且 處于其中矩形的一側(cè)與經(jīng)過原點(diǎn)0的雙凸透鏡2的中心線方向中的線段(Y’ ) 一致的狀態(tài) 中，發(fā)射屏幕50具有矩形平面從與X-Y平面垂直的Z軸傾斜Φ的形狀。此時(shí)，期望獲得以 沿著自原點(diǎn)0的X軸線之上的X軸的方向發(fā)射的光線與Z軸形成的角度Φ與以沿著自原 點(diǎn)0的Xs軸線之上的Xs軸的方向發(fā)射的光線與Z軸形成的角度Φ ’之間的關(guān)系。當(dāng)以Z 軸方向直接從上部觀看圖9中的鳥瞰圖時(shí)的圖是圖IOA所示的頂視圖。在從原點(diǎn)0發(fā)射并 沿著Xs軸之上的Xs軸傳播的光線沿著Xs軸傳播距離xs的情況下自Xs軸的高度由以下 設(shè)置xs/tan Φ ‘因此，從圖IOB和圖IOC的側(cè)視圖中很明顯，在從原點(diǎn)0發(fā)射并沿著Xs軸在X軸 之上傳播的光線沿著X軸傳播距離X的情況下自X軸的高度由以下確定(xs X cos θ )/tan Φ，由此，Φ與Φ’之間的關(guān)系由以下確定tan Φ = tan Φ，/cos θ此外，φ的正切與xs之間的關(guān)系由以下確定 αηΦ = xsX {l/(fXcos θ )}......(4)與χ的關(guān)系是χ = xs X cos θ，因此確定以下表達(dá)式
tan Φ = xX {l/(fXcos2 θ )}......(5)換句話說，很明顯，Φ的正切與χ或xs成比例。這結(jié)束了有關(guān)用于易于理解的基 礎(chǔ)知識(shí)的描述。現(xiàn)在，參照?qǐng)D6，基于上述基礎(chǔ)知識(shí)，將在下面描述由表達(dá)式(1)表示的相對(duì)位置 定時(shí)處從二維部分1投影圖像的優(yōu)點(diǎn)。再次地，圖6示出關(guān)于在上述表達(dá)式⑴的情況下(即ηΧΝ是ρ的整數(shù)倍的情況 下)的示例中，從包括相對(duì)位置關(guān)系xo(即以易于理解的方式關(guān)于表達(dá)式(1)中的i和j) 的二維顯示部分1投影圖像的另一位置的定時(shí)的列表形式，并且在圖6中，使用被固定作為 參考的雙凸透鏡2的位置來示出位于i和j處的二維顯示部分1的位置。圖6示出在ρ = 3，m = η = 3且N = M = 2的情況下的示例。由于設(shè)置m = η = 3，設(shè)置i = 0，1，2且j = 0,1,2,因此作為結(jié)果，形成了具有3列3行的表。在所述實(shí)施例中，不特別地限定i和j的次序(order)；然而，期望在i和j的所有 情況下相對(duì)位置關(guān)系中相同的條件和相同的定時(shí)條件下從二維顯示部分1投影預(yù)定圖像。
在圖6中，如圖所示，以從第一條線起的順序(Tl — T2 —......— T9)、在水平方向(i =
0，1和2)上掃描每一個(gè)i和每一個(gè)j (改變相對(duì)位置關(guān)系)。此時(shí)，將注意力集中在一個(gè)任 意“三維像素” 11中所包括的“R像素11R”，并且向圖6添加Xs軸方向上的R像素IlR的 繪圖掃描位置歷史作為桿形線標(biāo)記(bar line mark)。當(dāng)在所有情況下執(zhí)行掃描時(shí)，最終獲 得定時(shí)T9處的狀態(tài)。圖11示出在圖6中的定時(shí)T9處的狀態(tài)的放大視圖。從圖11中很明顯，根據(jù)所述實(shí)施例中的條件表達(dá)式(1)(還有條件表達(dá)式(2))，沿著任意“三維像素” 11中所關(guān)注的像素10 (在這種情況下，為R像素10R)的Xs軸方向 的掃描歷史位置在Xs軸上的寬度xw中以等間隔(Axw)排列，并且掃描歷史位置的總數(shù)為 (NXMXmXn)。當(dāng)以等間隔排列像素的掃描歷史位置時(shí)，從表達(dá)式(4)很明顯，偏轉(zhuǎn)角度Φ的正 切與xs成比例，因此作為上述掃描的結(jié)果，偏轉(zhuǎn)角度Φ的正切以等間隔排列。換句話說， 很明顯，當(dāng)在所述實(shí)施例中確定的定時(shí)處從二維顯示部分1投影圖像時(shí)，只有從在任意二 維顯示部分1上排列的任意“三維像素”中確定種類(在這種情況下，為R像素10R)的像 素10投影的光線的偏轉(zhuǎn)角度Φ的數(shù)量為(NXMXmXn)的正切以等間隔排列。這與三維 圖像的單元幀的周期中，從一個(gè)三維像素11發(fā)射的、具有不同發(fā)射方向的數(shù)量為ν的光線 對(duì)應(yīng)，或者與三維圖像的單元幀的周期中由一個(gè)三維像素產(chǎn)生的視點(diǎn)的數(shù)量對(duì)應(yīng)。所述狀態(tài)在圖1和圖2中示出。在圖1和圖2中，示出了從空間圖像顯示器的任 意三維像素11中的確定種類(例如，R像素10R)的像素10發(fā)射的光線的狀態(tài)。假設(shè)從距 離空間圖像顯示器(在X’ -Y”平面上)任意距離L的位置處觀看空間圖像，并且觀看者能 夠自由地與屏幕平行地移動(dòng)，同時(shí)保持距離L(為了易于描述，在這種情況下，觀看者僅能 夠向右和向左移動(dòng)，同時(shí)保持距離L ；然而，自由地設(shè)置距離L，因此除了所述描述之外，觀 看者能夠向后、向前、向右和向左移動(dòng)以觀看圖像)。假設(shè)垂直于雙凸透鏡2的中心線Yl和 二維顯示部分1的顯示表面IA的線(Ζ軸)與二維顯示部分1的顯示表面IA相交的點(diǎn)、以 及線(Ζ軸)與觀看者移動(dòng)的線相交的點(diǎn)分別表示為0和0’。當(dāng)在所述實(shí)施例中，“三維像 素” 11的確定種類(例如，R像素10R)的像素10在相對(duì)位置定時(shí)處發(fā)光時(shí)，在停止雙凸透 鏡2的情況下，如圖2所示，等間隔地在X軸上排列發(fā)光點(diǎn)，然后從上述表達(dá)式(5)等間隔地排列偏轉(zhuǎn)角度Φ的正切。此外，從距離O的距離為X的位置中的發(fā)光點(diǎn)Pl發(fā)射的光線 到達(dá)由以下表達(dá)式(6)表示的、距離X’軸上的O’的距離為χ’處的點(diǎn)。在這種情況下，f是 雙凸透鏡2 (雙凸透透鏡2的柱面透鏡2A)的焦距(有效焦距)。χ' =LX tan Φ = xX {L/(f X cos2 θ ) ......(6)從表達(dá)式(6)很明顯，當(dāng)以等間隔排列X軸上發(fā)光點(diǎn)Pl的位置時(shí)，當(dāng)光線到達(dá)位 于距離L處的觀看者的X’軸時(shí)的到達(dá)點(diǎn)的位置相應(yīng)地等間隔排列。當(dāng)從觀看者觀看時(shí)的 亮度與進(jìn)入觀看者的眼睛的光線成比例，因此當(dāng)光線到達(dá)X’軸時(shí)以等間隔排列到達(dá)點(diǎn)的位 置的事實(shí)意味著即使觀看者在X’軸的任意位置觀看到圖像，光線的強(qiáng)度也是相同的，即不 會(huì)出現(xiàn)光線的強(qiáng)度的變化。盡管已經(jīng)參 照例如R像素IOR給出了描述，但是對(duì)于所有種類 的像素10也是如此。圖12和圖13示出用于實(shí)現(xiàn)圖6所示的相對(duì)位置定時(shí)的掃描方法的示例。在所述 實(shí)施例中，表達(dá)式(1)或表達(dá)式(2)中的定時(shí)的順序沒有具體限定。因此，一般地，定時(shí)的 順序由掃描系統(tǒng)的特性或條件來確定。此外，上述表達(dá)式示出二維顯示部分1與雙凸透鏡 2之間的相對(duì)位置關(guān)系，因此可以實(shí)際地移動(dòng)二維顯示部分1或雙凸透鏡2。在圖12和13 的示例中，示出了移動(dòng)雙凸透鏡2的情況。特別地，圖12示出以圖6的圖中示出的定時(shí)順序Tl— Τ2 —......— Τ9執(zhí)行
掃描(改變相對(duì)位置關(guān)系)的示例。在所述示例中，通過重復(fù)從Tl到Τ9的一個(gè)周期執(zhí)行 與三維圖像的單元幀的周期對(duì)應(yīng)的掃描。同樣地，圖13示出以圖6的圖中示出的定時(shí)順
序Tl — Τ2 —......— Τ9執(zhí)行掃描(改變相對(duì)位置關(guān)系)的示例，但在所述示例中，以
Tl — Τ2 —......— Τ9的順序執(zhí)行掃描，然后以Tl — Τ2 —......— Τ9的反順序執(zhí)行掃
描，并且此后重復(fù)這樣的操作。將在下面描述每一個(gè)示例的特性。在圖12所示的示例中，考慮選擇以一個(gè)方向執(zhí) 行掃描時(shí)的定時(shí)，并且當(dāng)關(guān)注關(guān)于掃描系統(tǒng)的滯后時(shí)圖12所示的示例是合適的。然而，在 一個(gè)方向上執(zhí)行掃描之后，對(duì)于掃描系統(tǒng)來說，需要以高速返回，因此高速可移動(dòng)的掃描系 統(tǒng)是必需的。另一方面，在圖13所示的示例中，有效地使用掃描的往復(fù)移動(dòng)，因此掃描速度 可能需要達(dá)到最小，并且具有相對(duì)低速的掃描系統(tǒng)是合適的。然而，當(dāng)在往復(fù)移動(dòng)中顯示滯 后時(shí)，可能出現(xiàn)諸如重影之類的問題，因此要求具有高位置精度的掃描系統(tǒng)。從圖13和圖12中很明顯，期望滿足表達(dá)式t3D = qX (mXnX tr)，其中tr是二維 幀間隔，表示二維顯示部分1中二維圖像的單元幀的周期，t3D是三維幀間隔，表示發(fā)射數(shù) 量為ν的光線的三維圖像的單元幀的周期，并且q是大于等于1的整數(shù)。附帶地，表達(dá)式(1)或(2)中的XO是偏轉(zhuǎn)補(bǔ)償(deflection offset)，因此xo是 任意常數(shù)。一般地，當(dāng)期望執(zhí)行對(duì)稱偏轉(zhuǎn)時(shí)，期望假設(shè)掃描幅度峰是t0，將補(bǔ)償xo設(shè)置為大 約等于to的一半的值。此外，在所述實(shí)施例中，為了確保數(shù)量為ν ( = NXMXmXn)的光線或視點(diǎn)，優(yōu)選 地，表示要在二維顯示部分1中的三維圖像的單元幀的周期中二維顯示的圖像的數(shù)量的總 數(shù)g最好滿足以下表達(dá)式g = mXn 彡 2這是描述的結(jié)束，在所述描述中，在根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器中，當(dāng)合適 地同步地控制用于改變雙凸透鏡2與二維顯示部分1之間的相對(duì)位置關(guān)系的定時(shí)和用于由二維顯示部分1 二維地顯示圖像的定時(shí)的時(shí)候，觀看者能夠在沒有光強(qiáng)度的變化的情況下 觀看空間圖像。接著，將 在下面描述如何防止根據(jù)本實(shí)施例的空間圖像顯示器中的顏色不均勻。在所述實(shí)施例中，為了通過三維像素11的使用來再現(xiàn)所期望的顏色，需要諸如R、 G和B或R、Gl、G2和B之類的各顏色的像素10以預(yù)定光量發(fā)射各顏色的光線以便混合顏 色，并且通過混合顏色而形成的經(jīng)混合的顏色到達(dá)觀看者。作為混合來自各顏色的像素的 顏色10的方法，存在各顏色的像素10在時(shí)間上并行地發(fā)光以混合各顏色的方法，以及通過 人眼的整體功能的使用，各顏色的像素10短時(shí)地以預(yù)定光量串行地發(fā)光以混合各顏色的 方法。在所述實(shí)施例中，主要并行或串行地發(fā)光；然而，用于通過三維像素11的使用來混合 來自各顏色的像素10的光以再現(xiàn)所期望的顏色的特征點(diǎn)在于在將注意力集中在以預(yù)定 偏轉(zhuǎn)角度從一個(gè)三維像素11發(fā)射的光線的情況下，需要從所有種類(如在上述三維幀間隔 t3D中的R、G和B或R、G1、G2和B)的像素10以預(yù)定偏轉(zhuǎn)角度、預(yù)定光量等同地發(fā)射光線。在所述實(shí)施例中，當(dāng)將注意力集中在以預(yù)定偏轉(zhuǎn)角度從一個(gè)三維像素11發(fā)射的 光線時(shí)，具有預(yù)定光量的光線被等同地從所有種類(如在三維幀間隔t3D中以預(yù)定偏轉(zhuǎn)角 度的R、G和B或R、G1、G2和B)的像素10發(fā)射以防止顏色不均勻。這將參照?qǐng)D14在以下 描述。圖14基本上與圖6的圖相同。此外，圖14中的定時(shí)T1、T4和T7處的顯示狀態(tài)被放 大示出在圖15中。此外，定時(shí)Τ2、Τ5和Τ8處的顯示狀態(tài)被放大示出在圖16中，并且定時(shí) Τ3、Τ6和Τ9處的顯示狀態(tài)被放大示出在圖17中。在像素10具有三種R、G和B的情況下，可以從所有種類(即在三維幀間隔t3D中 以到所關(guān)注的偏轉(zhuǎn)角度的方向的R、G和B)的像素10發(fā)射光線。例如，示出了在關(guān)注圖14 所示的偏轉(zhuǎn)角度Φ 1的情況下，從處于掃描定時(shí)Tl處的狀態(tài)中的、組成一個(gè)“三維幀”的R 像素IOR發(fā)射光線，并且從定時(shí)Τ4處的B像素IOB發(fā)射光線，并且從定時(shí)Τ7處的G像素 IOG發(fā)射光線(所述狀態(tài)被放大示出在圖15中)。此外，示出了在關(guān)注偏轉(zhuǎn)角度Φ 2的情況下，從處于掃描定時(shí)Τ2的狀態(tài)中的、組成 一個(gè)“三維幀”的B像素IOB發(fā)射光線，并且從定時(shí)Τ5處的G像素IOG發(fā)射光線，并且從定 時(shí)Τ8處的R像素IOR發(fā)射光線(所述狀態(tài)被放大示出在圖16中)。此外，示出了在關(guān)注偏轉(zhuǎn)角度Φ 3的情況下，從處于掃描定時(shí)Τ3的狀態(tài)中的、組成 一個(gè)“三維幀”的B像素IOB發(fā)射光線，并且從定時(shí)Τ6處的G像素IOG發(fā)射光線，并且從定 時(shí)Τ9處的R像素IOR發(fā)射光線(所述狀態(tài)被放大示出在圖17中)。如上述示例所示，在所述實(shí)施例中，從所有種類(即三維幀間隔中以預(yù)定偏轉(zhuǎn)角 度的R、G和B)的像素10等同地發(fā)射光線。因此，能夠防止顏色不均勻。如上所述，在根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器中，包括ρ種顏色的多個(gè)像素10 和關(guān)于像素陣列傾斜的雙凸透鏡2的二維顯示部分1被合適地組合，由此通過表面分段同 時(shí)將與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的多條光線發(fā)射進(jìn)入空間中。此外，當(dāng)周期性地改變每一個(gè)柱面 透鏡2A和二維顯示部分1的每一個(gè)像素10之間的相對(duì)位置關(guān)系時(shí)，周期性地移位經(jīng)由每 一個(gè)柱面透鏡2A的、來自每一個(gè)像素的顯示圖像光的發(fā)射方向。然后，通過二維顯示部分 1的每一個(gè)像素10時(shí)分地顯示與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的圖像，并且同步地控制二維顯示 部分1中時(shí)分顯示的定時(shí)和用于通過移位裝置來改變相對(duì)位置關(guān)系的定時(shí)。換句話說，在 根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器中，能夠?qū)崿F(xiàn)具有表面分段系統(tǒng)和時(shí)分系統(tǒng)的組合的立體顯示。此外，通過作為整體地移動(dòng)雙凸透鏡2和二維顯示部分1實(shí)現(xiàn)時(shí)分顯示，因此，例 如，與時(shí)分地、獨(dú)立地和同步地控制偏轉(zhuǎn)微鏡陣列中的微鏡的情況相比，同步控制更容易。 由此能夠容易地實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有更高清晰度的立體顯示。此外，當(dāng)執(zhí)行滿足預(yù)定 表達(dá)式的合適的同步控制時(shí)，防止了空間圖像的亮度的強(qiáng)度變化以及顏色不均勻，并且更 順利地顯示空間圖像。第二實(shí)施例接著，將在下面描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。相同的元件由與第一實(shí)施例相同的附 圖標(biāo)記表示，并且將不再描述。在第一實(shí)施例中，從圖14所示的示例中很明顯，通過掃描操作(改變相對(duì)位置關(guān) 系的操作)，將所有種類(即R、G和B)的像素10順次排列在三維像素11的關(guān)注位置中， 防止了顏色不均勻。另一方面，圖18A和18B示出根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器中的 顯示示例。除了掃描操作的系統(tǒng)不同之外，根據(jù)所述實(shí)施例的空間圖像顯示器具有與根據(jù) 第一實(shí)施例的空間圖像顯示器相同的基本配置。在所述實(shí)施例中，圖18A和18B所示的兩種狀態(tài)組成一個(gè)三維幀。當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度是 Φβ的部分被關(guān)注作為示例時(shí)，在圖18A所示的第一狀態(tài)中，發(fā)射來自R像素IOR的光，并且 在圖18B所示的第二狀態(tài)中，同時(shí)發(fā)射來自G像素IOG和來自B像素IOB的光。換句話說， 很明顯，來自每一種顏色(即R、G和B)的像素10的光以偏轉(zhuǎn)角度Φι從一個(gè)“三維幀”中 的一個(gè)三維像素11發(fā)射。很明顯，在圖18Α和18Β所示的示例(其與圖14所示的示例略 有不同)中，將R、G和B的像素10排列在三維像素11中的不同位置中。然而，只要以相同 的方向從一個(gè)三維像素11中的像素10發(fā)射光，則即使象素10在三維像素11中的位置不 同，也能夠混合來自像素的顏色。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素可以出現(xiàn)各種修改、組合、 子組合和變更，只要它們落在所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
一種空間圖像顯示器，將與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的多條光線發(fā)射到空間中以形成三維空間圖像，所述空間圖像顯示器包括二維顯示部分，包括p種顏色(p是大于等于1的整數(shù))的多個(gè)像素，所述像素被二維地排列在水平方向和垂直方向上的格子上以形成平面顯示表面，相同顏色的多個(gè)像素被排列在水平方向上，p種顏色的多個(gè)像素被周期性地排列在垂直方向上，以便相同顏色以確定周期出現(xiàn)；雙凸透鏡，整體上具有板狀，包括平行排列以便其圓柱軸彼此平行的多個(gè)柱面透鏡，所述雙凸透鏡正對(duì)所述二維顯示部分的顯示表面，以便整體上與所述顯示表面平行，所述柱面透鏡的圓柱軸關(guān)于與所述顯示表面平行的平面中的二維顯示部分的水平方向中的軸以預(yù)定角度傾斜，每一個(gè)所述柱面透鏡偏轉(zhuǎn)來自所述二維顯示部分的每一個(gè)像素的顯示圖像光以發(fā)射所述顯示圖像光；移位裝置，用于在平行于所述顯示表面的平面上往復(fù)移動(dòng)所述雙凸透鏡和所述二維顯示部分中的至少之一，以周期性地改變每一個(gè)所述柱面透鏡和所述二維顯示部分的每一個(gè)像素之間的相對(duì)位置關(guān)系，由此周期性地移位經(jīng)由每一個(gè)所述柱面透鏡的、來自每一個(gè)像素的顯示圖像光的發(fā)射方向；以及控制裝置，用于控制與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的圖像以被時(shí)分地顯示在二維顯示部分上，并且控制時(shí)分顯示的定時(shí)以與用于由所述移位裝置改變所述相對(duì)位置關(guān)系的定時(shí)同步，其中由N乘以p×M個(gè)像素矩陣形成并且包括總數(shù)為p×M×N的像素的像素群配置三維像素，其中N和M分別是表示在二維顯示部分中在垂直方向和水平方向上排列的像素的數(shù)量，以及二維顯示部分中垂直方向與雙凸透鏡的圓柱軸的方向之間的角度滿足表達(dá)式(A)θ＝tan-1{(p×px)/(n×N×py)} ......(A)其中n是大于等于1的整數(shù)，px是二維顯示部分的水平方向中的像素間距，而py是二維顯示部分的垂直方向中的像素間距，其中只有在p＝3的情況下，表達(dá)式(A)中的值n才是大于等于2的整數(shù)。
全文摘要
組合包括p種顏色的多個(gè)像素和關(guān)于像素陣列傾斜的雙凸透鏡的二維顯示部分，以便通過表面分段同時(shí)將與多個(gè)觀看角度對(duì)應(yīng)的多條光線發(fā)射進(jìn)入空間中。此外，周期性地改變每一個(gè)柱面透鏡與二維顯示部分的每一個(gè)像素之間的相對(duì)位置關(guān)系，以便周期性地移位經(jīng)由柱面透鏡的、來自每一個(gè)像素的顯示圖像光的發(fā)射方向。在二維顯示部分上時(shí)分地顯示與三維圖像的單元幀對(duì)應(yīng)的圖像，并且同步地控制二維顯示部分1中的時(shí)分顯示的定時(shí)和用于改變相對(duì)位置關(guān)系的定時(shí)。由此，執(zhí)行使用表面分段系統(tǒng)和時(shí)分系統(tǒng)的組合的、具有更高清晰度的立體顯示。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101887175SQ20101022089
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者山田正裕, 青木直 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社