CN100343724C - 多视点三维图像系统的图像显示单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维图像显示单元，其中二维和三维图像可相互转换。该三维图像显示单元包括：图像显示面板，为观察者显示二维和三维图像；和光学平板，其设置在图像显示面板后，将入射光折射到图像显示面板上。此外，该三维图像显示单元包括：第一平板显示装置，当显示三维图像时，该第一平板显示装置显示多视点图像，而当显示二维图像时，它是透明的；光学平板，它折射从第一平板显示装置入射的光线，且在预定的方向上提供视差；和显示单元，当显示三维图像时，该显示单元在垂直于由光学平板提供的视差的方向上，给穿过该光学平板的光线提供一个视差，而当显示二维图像时，显示相应的二维图像。

Description

多视点三维图像系统的图像显示单元

技术领域

本发明涉及一种三维图像显示系统，特别是一种具有多视点的三维图像系统的图像显示单元，其中二维和三维图像是可互换的。

背景技术

三维(3D)显示器可以根据三维显示方法、视点、视域条件、观测条件、观察者是否配戴辅助眼镜等等来进行分类。双眼视差广泛用于让观察者识别立体显示的图像。如果观察者的双眼接收到从不同角度观察的图像，那么观察者通过大脑的运转可以感知到空间感。基于立体视觉的识别，显示三维图像的方法一般分为立体显示和容积显示。

在立体显示中，具有双眼视差的两个二维图像(2D)提供给右眼和左眼，从而立体地识别到整个图像。在立体显示中，因为显示从双眼取得的右、左图像，所以该种立体显示具有仅能从单一方向上识别三维图像的缺点。

在容积显示中，显示的立体图像中的物体是从多个角度获取的，从而该容积显示具有从多个方向上识别三维图像的优点。

复眼图像显示法是一种三维图像显示方法，该方法是一种显示从不同方向上获取的双眼视差图像的技术，并且包括视差全景图法，凸透镜法，全影摄影术或容积图表(integral photography or volumetric-graph)(IP)法及狭缝扫描法。

其中，IP法不需要额外的用于观察的眼镜。同时，IP法有利于创建三维影像，这是因为它可以自动在期望的位置上获得立体的影像。使用IP法的显示器包括一个微透镜阵列或针孔透镜阵列，并广泛用于多种应用系统中，例如医疗科学、工程技术和模拟仿真。

图1是一个使用IP法的传统三维图像系统(以下，称为常用系统)的示意图。

参照图1，该传统系统包括第一到第三微透镜阵列111、113、114，以及一个电视摄像管116。微透镜阵列将由相机获取的图像转换为三维视频信号。一个光学漫射层112插入到第一和第二微透镜阵列111和113之间，并连接到那里。第二和第三微透镜阵列113和114相互隔开一预定的距离。第一到第三微透镜阵列111、113、114是蝇眼透镜。在第三微透镜阵列114和电视摄像管116之间插入一个感光层115。

穿过第一到第三微透镜阵列111、113、114和电视摄像管116的三维视频信号通过一个传输单元117传输到接收单元118。从传输单元117中传输的三维视频信号由接收单元118接收，然后传送到显示单元120。显示单元120配置成显示被传输的三维视频信号。显示单元120包括一个显示器120a，一个荧光屏120b和一个连接到荧光屏120b的第四微透镜阵列120c。荧光屏120b插入到显示器120a和第四微透镜阵列120c之间，并连接在那里。荧光屏120b显示对应于三维视频信号的图像。观察者通过第四微透镜阵列120c立体观看显示的图像。在荧光屏120b上形成的图像与通过第一到第三微透镜阵列111、113、114在电视摄像管116的感光层115上形成的图像是相同的。第四微透镜阵列120c具有同第三微透镜阵列114相同的结构。显示器120a和第四微透镜阵列120c的关系与电视摄像管116和第三微透镜阵列114的关系相同。然而，当在第四微透镜阵列120c前观看荧光屏120b上显示的图像时，观察者看到了一个真实物体的虚拟立体影像。

同时，模拟或医疗分析系统需要二维和三维图像。

但是，上述的传统系统专门用于实现三维图像，以致于不可能选择实现二维和三维图像。因此，传统系统的应用是非常有限的。

另外，微透镜阵列提供在同一时刻的垂直和水平视差，并显示体积图像，但必须在一个微透镜上记录一个物体的完整图像。因此，就需要研制一种能在一定区域以标准分辨率显示一个物体的完整图像的显示装置，上述区域对应于微透镜的直径。但是，使微透镜阵列具有高分辨率是很困难的。

此外，由于微透镜的间隙可能引起图像中断。

而且，在三维图像实现过程中，在两个微透镜之间的边缘处可能会发生失真或偏斜，导致三维图像相互交迭引起重影。

发明内容

本发明提供一种三维图像显示单元，其中使用一种已有的二维图像显示系统，并且如果需要，可以显示二维和三维图像。

根据本发明的一个方面，提供一种三维图像显示单元，其中二维和三维图像可相互转换。该三维图像显示单元包括：一图像显示面板，为观察者显示二维和三维图像；和一光学平板，其设置在图像显示面板之后，并将入射光折射到图像显示面板上；一个视差障碍平板(parallax barrierplate)，其设置在图像显示面板和光学平板之间，以便防止光学平板上的图像显示到图像显示面板上。该视差障碍平板和光学平板相接触。

该光学平板可以按照预定的角度旋转。

图像显示面板可以设置在一个虚拟表面，该表面包括一些点，这些点是通过光学平板的焦点并发散的光线第一次相互交叉的点。

视差障碍平板可设置在入射到光学平板上的光线会聚的位置上。

图像显示面板可能是一块平的显示面板。

光学平板可以是两个微透镜板或一个微透镜阵列。这两个微透镜板相互接触，且微透镜板的透镜是相互垂直交叉的。

视差障碍平板可以是LCD面板，栅格阵列平板，或者针孔阵列面板。LCD面板仅在光线会聚的区域是透明的。

根据本发明的另一方面，提供一种三维图像显示单元，其中二维和三维图像可相互转换。该三维图像显示单元包括：一第一平板显示装置，当显示三维图像时，第一平板显示装置显示多视点图像，并且当显示二维图像时，它是透明的；一光学平板，它折射从第一平板显示面板入射的光线，且在预定的方向上提供视差；和一个显示单元，当显示三维图像时，它提供一个视差，这个视差垂直于由光学平板使用穿过该光学平板的光线提供的视差，并且当显示二维图像时，显示相应的二维图像。

第一平板显示装置可以是LCD面板，它包括第一和第二偏光镜及在第一和第二偏光镜之间设置的一个液晶层。第一和第二偏光镜的偏振状态是彼此相反的。

光学平板是一个微透镜板。

显示单元是第二平板显示装置。该显示单元是LCD面板，它包括第三和第四偏光镜及在第三和第四偏光镜之间设置的一个液晶层。第三和第四偏光镜的偏振状态是彼此相同的。

显示单元是LCD面板，该LCD面板与光学平板相连。该LCD面板包括一个液晶层和一个偏光镜，该偏光镜在发光表面具有与第一偏光镜相同的偏光状态。

显示单元是LCD面板，包括两个偏光镜和一个液晶层。两个偏光镜的偏光状态是彼此相同的。

本发明能够使用二维图像显示系统选择性显示二维和三维图像。此外，本发明可以解决显示用于三维图像显示中的特定光学平板的图像的传统问题。从而，本发明能够应用于各种需要选择显示二维和三维图像的图像显示装置。

附图说明

参照附图，通过对示例性的本发明实施例的详细描述，本发明的上述和其他特征及优点将更为明显，图中：

图1是一个传统三维图像系统的截面图；

图2至图4是根据本发明第一实施例的多视点三维图像显示单元的平面图，其中二维和三维图像可互换；

图5和图6是当在图3和图4的三维图像显示单元中设置了一个第一光学平板时的平面图，该光学平板仅在某些区域中透射入射光线；

图7是当点光源发射的漫射光线入射到图3的三维图像显示单元时的平面图；

图8是当用一个交叉微透镜板(intersection lenticular plate)代替图3中的微透镜板时的平面图；

图9是当用一个微透镜阵列代替图3中的微透镜板和在微透镜阵列的焦点处提供一个第一光学平板时的平面图；

图10是根据本发明的第二实施例的多视点三维图像显示单元的平面图，其中二维和三维图像可互换；

图11是当第一缝隙形成在图10的视差障碍平板上(LCD面板)时的正视图；

图12是当第二缝隙形成在图10的视差障碍平板上(LCD面板)时的正视图；

图13是设置在图10中的图像显示平板(LCD面板)上的第一和第二偏光镜的偏振方向的截面图；

图14是设置在图10中的视差障碍平板(LCD面板)上的第三和第四偏光镜的偏振方向的截面图。

具体实施方式

现在参照附图，更为全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性的实施例。但是，本发明可以表现为多种不同的形式，并且不应该看作是限制为这里所提出的实施例；相反地，提供这些实施例是为了使所披露的内容更为详尽、完整，同时将本发明的原理充分告知本领域技术人员。附图中，放大了区域和层的厚度，使其更为清楚。附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且因此省略了它们的描述。

本发明提供了一种用于实现多视点三维图像系统的图像显示单元，该图象显示单元通过利用一个定向照明光源、一或两个图像显示面板、一个IP平板、一个微透镜板或者一个视差障碍平板，选择性显示二维图像，即能够将二维图像与三维图像互换，反之亦然。

三维图像系统是下一代的图像显示系统，将代替现有的二维图像系统。目前，大多数使用者使用二维图像系统，并且因此，与二维图像系统不兼容的三维图像系统投入使用的可能性很小。

考虑到二维图像系统和三维图像系统的兼容，三维图像系统必须能够使用二维图像系统的构件，例如，摄影系统和图像显示面板。三维图像系统必须能够实际使用二维图像系统传输方法。并且，图像显示面板本身必须能够将二维图像显示为三维图像，反之亦然。

在这些兼容性中，最优化的三维成像方式是多视点成像方法，该方法是通过利用特定的光学平板形成观看区域来显示三维图像。

在一个利用液晶显示器LCD面板作为视差障碍平板的水平视差多视点三维图像系统情况下，为了二维和三维图像的兼容，一个视差障碍平板用作二维图像显示面板，并且显示多视点的最初的显示屏用作照明光源平板。倘若反复地用单视点图像代替多视点图像来显示，就能够显示二维图像，但分辨率会稍微降低。

与此同时，提供右、左、垂直和水平视差的全视差方法与水平视差方法并非不同。但这种全视差方法必须提供左、右方向与水平、垂直方向的视差。因此，使用二维针孔阵列平板来替代视差障碍平板。二维针孔阵列平板可以由平板LCD制成。因而，二维针孔阵列平板也可以用作图像显示面板。但是，在这种情况下，仅有少量的照明光穿过针孔，并且因此使三维图像变暗。因为这个原因，当使用LCD代替二维针孔阵列平板时，需要一种非常亮的照明光源。

全视差方法能够使用一个微透镜阵列或两个相互垂直的微透镜板。此时，通过反复地显示单视点图像就能够相互转换三维图像和二维图像。然而，由于这些平板的存在，图像显示面板的分辨率会下降，视觉效果也会恶化。然而，可以通过在图像显示面板和微透镜阵列之间或两个相互垂直的微透镜板之间放置视差障碍平板，来解决这个问题。

为了实现兼容二维和三维图像的图像显示单元，本发明提供了一个图像显示单元，其中组合了微透镜板、视差障碍平板或IP平板，和平行光源或准平行方向的照明光源。

在使用平板显示面板的多视点三维图像系统的情况下，一块用于形成观看区域的特定的光学平板设置成与平板显示面板的前面相接触。此外，要在一个间距上显示的用于多视点图像的等距定位的像素线设置成等于摄影机对应于各自多视点图像的相对位置。在全视差图象的情况下，一个微透镜的等距设置的多个像素被收集并设置成等于摄影机在一个像素单元中的相对位置。通过这样，设置在各自间距内的像素线中的像素或设置在各个微透镜内的像素单元中的像素，根据多个视点进行划分，从而能够在观看区域中观察到。

为了兼容二维和三维图像，图像显示面板必须与观察者相对，用于防止特定的光学平板导致的分辨率降低。因此，最好在图像显示面板之后设置特定的光学平板。这样，二维图像可以在图像显示面板实际显示，并且通过像素单元设置多视点图像以显示三维图像。

如一般的三维图像系统，即使在图像显示面板后提供了特定的光学平板，由像素单元划分的多视点图像需要通过在一预定方向上传输对应于特定的光学平板的每个间距的图像显示面板的图像，根据多个视点进行分离，从而，最好使用平行光源或准平行光源代替漫射光源作为照明光源。

图像显示面板的位置可以根据特定的光学平板的种类和位置而变化。

例如，如图2所示，当该特定的光学平板是一个微透镜阵列时，优选将图像显示面板130放置在包含了点90的位置上，在该位置处，在微透镜阵列132的焦点F会聚的光线发散，并且随后第一次相交。

如图3和图4中所示，当设置在图像显示面板的后面的特定光学平板是微透镜板时，图像显示面板的位置会关于光线入射到特定的光学平板的那个面而改变。

图3示出了第一微透镜板140的透镜方向与平行光线142相对的情形。

参照图3，当平行光线142入射到第一微透镜板140的透镜表面时，如果构成了透镜表面的每一个透镜144的第一焦距f1，即，在每一个透镜144的顶点146和该第一微透镜板140的背面148(即，平行光线142发射到的表面)之间的距离，是彼此相等的，则平行光线142由每一个透镜144折射并会聚在第一焦点F1，第一焦点F1出现在第一微透镜板140的背面148上。因为平行光线142会聚在第一焦点F1，所以平行光线142入射到第一微透镜板140，并且与构成第一微透镜板140的透镜144数量相同的光点出现在第一微透镜板140的背面148上。在第一微透镜板140的第一焦点F1会聚的光线穿过第一焦点F1，又发散。发散的光线又相互交叉。包括了发散的光线第一次交叉的位置P1的第一表面S1以及包括了发散的光线第二次交叉的位置P2的第二表面S2平行于第一微透镜板140的背面148。当在第一表面S1处布置图像显示面板152时，在一个区域内可以看到整个图像显示面板152，该区域由在发散光线的边界线中最内侧的边界线形成。从而这个区域成为一个观看区域。

图4示出了平行光线142穿过第一微透镜板140的背面148的情形。

参照图4，考虑到第一微透镜板140的配置，平行光线142入射到第一微透镜板140的情况与其入射到一平面凸透镜相似。于是，入射到第一微透镜板140的平行光线142在第二焦点F2会聚，第二焦点F2与每个透镜144的顶点146相隔第二焦距f2。在第二焦点F2处会聚的光线在穿过第二焦点F2之后再发散。优选的是，在包含了第三点P3的第三表面S3处设置图像显示面板152，在该第三点处，从第二焦点F2发散的光线第一次交叉。

在图3和图4中所示的图像显示单元的情况下，第一微透镜板140的图像通过图像显示面板152与最初的显示图像同时一起显示。这样，最初的显示图像的质量可能会降低。因此，可以在图3和图4的图像显示单元中设置一个预定装置，从而不能看到第一微透镜板140的图像。优选的是，在图像显示面板152和第一微透镜板140之间设置该装置。

该装置设置在包含第一微透镜板140的焦点的表面上。该装置优选地是平的，能够透射穿过第一微透镜板140的焦点的光线，并且能屏蔽穿过除了焦点外的其他点的光线。

这样，可以改变该装置在图3和图4的图像显示单元中的位置。

图5示出了图3的图像显示单元设置了该装置的情形，图6示出了图4的图像显示单元设置了该装置的情形。

参照图5，透射某些入射光线且屏蔽某些入射光线的第一光学面板154设置在第一微透镜板140的背面148上。第一光学面板154透射穿过第一微透镜板140的第一焦点F1的光线，而屏蔽除了穿过第一焦点F1以外区域的入射光线。为了这个目的，在第一光学面板154上提供了多个对应于第一焦点F1的光线透射区域154a。第一光学面板中除了光线透射区域154a而剩余区域154b是光线屏蔽区域。

当第一微透镜板140的背面148与平行光线142相对时，构成第一微透镜板140的每一透镜144的第二焦点F2与第一微透镜板140的透镜表面隔开第二焦距。因此，如图6所示，优选的是，在第一微透镜板140和图像显示面板152之间的包含了第二焦点F2的第四表面S4处设置第一光学平板154。在这种情况下，优选的是，在第二焦点F2的位置上形成光线透射区域154a。

当第一光学平板154仅在一个方向上提供视差时，即，当第一光学平板154的光线透射区域154a形成为一个缝隙形状时，那么第一光学平板154就相当于上述的视差障碍平板。然而，当第一光学平板154在水平和垂直方向上提供视差时，即，当第一光学平板154提供全视差时，第一光学平板154可以相当于二维针孔阵列平板或栅格阵列平板。

图7中示出了在用点光源代替平行光源作为照明光源的情况下微透镜板和图像显示面板的相关位置。

参考图7，点光源160设置成与第一微透镜板140隔开预定距离d。关于从点光源160发射出来的光线162，透镜144的第三焦点F3形成为与第一微透镜板140的背面148隔开预定的距离d1。于是，在用点光源160作为照明光源的情况下，优选地，第一光学平板154的光线透射区域154a形成在第三焦点F3处。图像显示面板152设置在通过第三焦点F3发散的光线彼此第一次交叉的位置上。

在图3和图4的图像显示单元中，图像能够通过交叉、最好是垂直交叉两个具有相同光学特征的微透镜板的透镜表面、以全视差方法来显示。这将在以后描述。

因为图3和图4的图像显示单元具有一个观看区域，不存在与深度感知相反的幻视区域，但是观看区域在远离图像显示面板152处形成。因而，这在多个人观看显示图像时可能不方便。

这种不方便可以通过将平行光线142倾斜地照射在第一微透镜板140上来解决。即，在平行光线142以预定的入射角度入射到第一微透镜板140上的情况下，将透镜144的焦点与平行光线142的入射角度成比例地向透镜144移动。于是，能够控制平行光线142倾斜的入射角(或入射角)，使得一个透镜114的焦点设置在相邻透镜的中心上。以这种方式，就能够获得一个观看区域，该区域邻近于由平行光线142提供的观看区域。。

在点光源作为照明光源的情况下，通过从多个方向照射点光源就能够形成多个观看区域。

将在下面介绍二维图像和全视差三维图像通过使用定向照明光源可互换的图像显示单元。

参照图8，图像显示单元包括一个第一微透镜板140、一个第二微透镜板172和一个图像显示面板152。一个定向照明光170入射到第一微透镜板140的背面148上。第二微透镜板172的透镜表面和第一微透镜板140相接触。优选的是，第一和第二微透镜板140和172的透镜144和174具有相同的物理特性，例如，材料、曲率、焦距、宽度等等。于是，第一和第二微透镜板140和174表现出除透镜的不同排列方向以外的相同的光学特性。第一微透镜板140的透镜144优选设置成垂直于第二微透镜板172的透镜174。

在图8的图像显示单元中，第一微透镜板140的透镜144能够设置成水平方向，而第二微透镜板172的透镜174设置成垂直方向，反之亦然。

第一和第二微透镜板140和172相互交叉的情形等同于具有与第一或第二微透镜板140或172的透镜相同长度和宽度的正方形透镜相互接触的情形。因此，定向照明光170在第二微透镜板172的背面或者与第二微透镜板172背面间隔一点距离的位置形成第四焦点F4。定向照明光170穿过第四焦点F4并发散。在包括了发散光线第一次相互交叉的点的平面(未示出)上，设置图像显示面板152。

图9示出了使用一个微透镜阵列代替第一和第二微透镜板140和172的情形。

参照图9，这个情形等同于第一和第二微透镜板140和172的情形，除了定向照明光线170的第五焦点F5形成在与微透镜阵列180间隔每个微透镜180a的第三焦距f3的位置处之外。

在图8和图9中，为了防止第一和第二微透镜板140和172与微透镜阵列180显示到显示面板152上，可以将一块光学平板设置在包括第四焦点F4的平面上和包括第五焦点F5的平面上，该平板起到与第一光学平板154同样的功能。

与此同时，为了形成多个的观看区域，可以使用多个照明光源来改变入射到光学平板的光线的入射角度，该光学平板是由第一和第二微透镜板140和172或微透镜阵列180构成的。

例如，第一和第二微透镜板140和172在交叉的状态围绕其光轴旋转预定的角度。在这时候，入射到第一和第二微透镜板140和172上的光线，即，图像，以相同的方向和相同的角度旋转，并且入射到交叉的微透镜板上。使用微透镜阵列180代替第一和第二微透镜板140和172的情形也是相同的。

图10是根据本发明的另一个实施例的图像显示单元的平面图。从LCD的背光产生的光线用作照明光源，并且使用微透镜板和视差障碍平板选择性实现二维图像和全视差三维图像。

参照图10，图像显示平板192和第三微透镜板190的背面相接触。图像显示面板192是一块平的显示面板，例如，LCD面板(在下文中，称作第一LCD面板)。漫射光线194照射在图像显示面板192上。漫射光线194从LCD背光产生。视差障碍平板196位于构成第三微透镜板190的每个透镜198的透镜表面附近。根据第三微透镜板190具有的视差，视差障碍平板196的视差是不同的。

例如，如果第三微透镜板190提供一个水平视差，那么优选视差障碍平板196具有一个垂直视差。如果第三微透镜板190提供一个垂直视差，那么优选视差障碍平板196具有一个水平视差。

参照图11，在第三微透镜板190提供一个水平视差的情况下，视差障碍平板196构造成具有多个第一缝隙200，第一缝隙200平行地形成在水平方向上，且相互间隔一预定的距离。

参照图12，在第三微透镜板190提供一个垂直视差的情况下，视差障碍平板196构造成具有多个第二缝隙202，第二缝隙202平行地形成在垂直方向上，且在水平方向上相互间隔一预定的距离，从而，提供了水平视差。

在图10中，为了显示具有全视差的三维图像，视差障碍平板196能够由均匀厚度的薄玻璃平板构成。另外，为了兼容二维和三维图像，优选地使用附加的平板显示装置，例如第二LCD面板来代替薄玻璃平板。

当使用第二LCD面板作为视差障碍平板196时，多视点图像显示在第一LCD面板192上，第一LCD面板192与第三微透镜板190的背面相接触，且视差障碍平板196用作最初的视差障碍平板。

为了显示二维图像，第一LCD面板192是完全透明的，并且在视差障碍平板196上显示二维图像。

这样，就需要两个LCD面板，以显示全视差三维图像，图像可以在二维图像和三维图像之间相互转换。

普通的LCD面板包括两个90℃到270℃相位差的偏光镜，和一个置于两个偏光镜之间的液晶层。如果当以一预定的方向偏振的光线穿过液晶层时，给液晶层加载预定的电压，那么液晶层中的液晶旋转角度根据电压发生变化，并且从而，穿过液晶层的光束的量根据光束的偏振状态加以改变。因此，显示在LCD面板上的图像的亮度可以通过控制液晶层的加载电压来调整。

当设置至少两个LCD面板时，由于LCD使用偏振光束，所以，考虑到在各个LCD面板中提供的偏光镜的偏振方向，液晶显示器面板最好设置成使得两个LCD面板不能消除偏振光。

图13示出了第一和第二偏光镜210和212和它们的偏振方向，以及插入到第一和第二偏光镜210和212之间的第一液晶层C1。图14示出了在视差障碍平板196是第二LCD面板的情况下，第三和第四偏光镜214和216和它们的偏振方向，以及插入到第三和第四偏光镜214和216之间的第二液晶层C2。

参照图13，第一偏光镜210设置在第一LCD面板192的前部上，即，照射光线入射到的部分，并且具有垂直的偏振方向220。第二偏光镜212设置在第一LCD面板192的后部上，即，与第三微透镜板190相接触的部分，并且具有水平的偏振方向222。因此，穿过第一LCD面板192的光线具有水平的偏振方向222。如果用作视差障碍平板的第二LCD面板的第三偏光镜214具有垂直的偏振方向，在理想情况下，穿过第一LCD面板192的光线不出现在第二LCD面板上。因此，不能使用偏光镜214具有垂直的偏振方向的第二LCD面板。

从而，优选地是，第二LCD面板的第三偏光镜214具有水平的偏振方向230，而第四偏光镜216具有垂直的偏振方向232。

因为第二LCD面板用作视差障碍平板196，所以与第一缝隙200或第二缝隙202相对应的区域必须按照第三微透镜板190的视差方法，在第二LCD面板上形成。

在第二LCD面板中，与第一和第二缝隙200和202相对应的区域是穿过第一LCD面板192的水平偏振光能够不衰减地通过的区域，其余的区域是偏振光不能通过的区域。因此，通过仅施加电压到与第二LCD面板上的第一或第二缝隙200和202相对应区域的液晶层上，入射到第一或第二缝隙200或202的水平偏振光的偏振状态改变为垂直偏振光，这相当于第四偏光镜216。除了第一或第二缝隙200或202以外，电压不施加到剩余的液晶层上。因此，入射到第一或第二缝隙200或202以外的剩余区域的偏振光穿过液晶层以水平偏振状态入射到垂直偏振的第四偏光镜216上。结果，只有入射到第二LCD面板上与第一或第二缝隙200或202对应的区域内的光线穿过了第二LCD面板，即视差障碍平板196。第三微透镜板190和第二LCD面板提供了全视差。

如图13和图14所示，第一LCD面板的第二偏光镜212和第二LCD面板的第三偏光镜214具有相同的偏振状态。因此，穿过第一LCD面板192的第二偏光镜212并在水平方向偏振的光线再次穿过第二LCD面板的第三偏光镜214，第三偏光镜的偏振状态是水平的。因此，第三偏光镜214可以从第二LCD面板上去除。

具有水平偏振状态的偏光镜能够用作第二LCD面板的第三和第四偏光镜214和216。此时，加载的电压与上面的情况相反。

具体地说，穿过第一LCD面板192的光线在水平方向上偏振，且第二LCD面板的第三和第四偏光镜214和216也是在水平方向上偏振。因此，在电压未加载到第二LCD面板的液晶层的情况下，穿过第一LCD面板192的光线按原样穿过第二LCD面板。优选的是，电压加载到第二LCD面板上的除了对应于第一或第二缝隙200或202的区域以外的其它液晶层上，而不加载到与第一或第二缝隙200或202相对应的区域上的液晶层，使得穿过第一LCD面板192的光线只可以穿过与第一或第二缝隙200或202相对应的区域。

在第二LCD面板中设置的第三偏光镜214的偏振状态是垂直方向的情况下，优选的是，第一LCD面板192的第一和第二偏光镜210和212的偏振状态与上面情况相反，并且第二LCD面板的第四偏光镜216的偏振状态是水平方向。

如上所述，根据本发明的三维图像显示单元包括为观察者显示二维和三维图像的图像显示面板。而且，预定的光学平板设置在图像显示面板后，与通过图像显示面板显示的图像相对应的光线入射到该预定的光学平板上。根据本发明的三维图像显示单元包括第一平板显示面板、光学平板和第二平板显示面板。当显示三维图像时，第一平板显示面板显示多视点图像，而当显示二维图像时第一平板显示面板是透明的。光学平板折射从第一平板显示面板入射的光线，且在一预定的方向上提供视差。当显示三维图像时，第二平板显示面板提供一个视差，其垂直于光学平板为穿过光学平板的光线提供的视差，而当显示二维图像时，显示相应的二维图像。

根据本发明的三维图像显示单元能够显示二维和三维图像。于是，根据本发明的三维图像显示单元能够应用到图像显示设备中的图像显示单元，用来显示二维和三维图像。

本发明可以应用于广告领域的三维图像显示、家庭三维多媒体视频终端、模拟及教育培训的图像显示终端、用于多种精确测量和诊断的可视化视频终端、三维视频终端、用于监视和交通控制的视频终端、用于可视通信会议和广告的三维视频监视器、三维广播电视、用于教育和娱乐的视频终端、用于多种特定环境创造的终端，三维游戏的视频终端、多种飞机和交通工具的头顶(head up)显示器等等。

可以使用其它平板显示装置，例如，FED或有机EL和PDP，来代替第一和/或第二LCD面板。

虽然这里参照示例性的实施例具体地表示和描述了本发明，但本领域技术人员可以理解的是，能够在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，对其形式和细节可以进行各种改变。

Claims (19)

1.一种三维图像显示单元，其中二维和三维图像可相互转换，该三维图像显示单元包括：

图像显示面板，它为观察者显示二维和三维图像；和

光学平板，其设置在图像显示面板后，并将入射光折射到图像显示面板上；以及

视差障碍平板，其设置在图像显示面板和光学平板之间，以防止光学平板上的图像显示在图像显示面板上，

其中，所述视差障碍平板位于所述光学平板的焦点处，以透射穿过其焦点的光线并屏蔽穿过焦点之外的其他点的光线。

2.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中视差障碍平板与光学平板相接触。

3.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中光学平板旋转预定的角度。

4.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中图像显示面板定位在一个虚拟表面内，该表面包括这样一些点，这些点是通过光学平板的焦点并发散的光线第一次相互交叉的点。

5.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中视差障碍平板可设置在入射到光学平板上的光线会聚的位置上。

6.如权利要求2所述的三维图像显示单元，其中视差障碍平板可设置在入射到光学平板上的光线会聚的位置上。

7.如权利要求1-6中任一项所述的三维图像显示单元，其中图像显示面板是平的显示面板。

8.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中光学平板是微透镜板，包括两块具有透镜的微透镜板的交叉微透镜板或微透镜阵列，包括在两块微透镜板中的透镜设置成相互垂直交叉并且接触。

9.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中光学平板是微透镜板，包括两块具有透镜的微透镜板的交叉微透镜板或微透镜阵列，包括在两块微透镜板中的透镜设置成相互垂直交叉并且接触。

10.如权利要求3所述的三维图像显示单元，其中光学平板是微透镜板，包括两块具有透镜的微透镜板的交叉微透镜板或微透镜阵列，包括在两块微透镜板中的透镜设置成相互垂直交叉并且接触。

11.如权利要求1所述的三维图像显示单元，其中视差障碍平板可以是LCD面板，栅格阵列平板，或者针孔阵列面板，LCD面板仅在光线会聚的区域上是透明的。

12.如权利要求2所述的三维图像显示单元，其中视差障碍平板可以是LCD面板，栅格阵列平板，或者针孔阵列面板，LCD面板仅在光线会聚的区域上是透明的。

13.一种三维图像显示单元，其中二维和三维图像可相互转换，该三维图像显示单元包括：

第一平板显示装置，当显示三维图像时，该第一平板显示装置显示多视点图像，而当显示二维图像时，它是透明的；

光学平板，它折射从第一平板显示装置入射的光线，且在预定的方向上提供视差；和

显示单元，当显示三维图像时，该显示单元在垂直于由光学平板提供的视差的方向上，给穿过该光学平板的光线提供一个视差，而当显示二维图像时，显示相应的二维图像。

14.如权利要求13所述的三维图像显示单元，其中第一平板显示装置可以是LCD面板，它包括第一和第二偏光镜以及设置在第一和第二偏光镜之间的一个液晶层，第一和第二偏光镜的偏振状态是彼此相反的。

15.如权利要求13所述的三维图像显示单元，其中光学平板是微透镜板。

16.如权利要求13所述的三维图像显示单元，其中显示单元是第二平板显示装置。

17.如权利要求14所述的三维图像显示单元，其中该显示单元是LCD面板，它包括第三和第四偏光镜以及设置在第三和第四偏光镜之间的一个液晶层，第三和第四偏光镜的偏振状态是彼此相同的。

18.如权利要求14所述的三维图像显示单元，其中显示单元是LCD面板，该LCD面板附接到光学平板上，该LCD面板包括一个液晶层和一个偏光镜，该偏光镜具有与发光表面上的第一偏光镜相同的偏光状态。

19.如权利要求14所述的三维图像显示单元，其中显示单元是LCD面板，它包括两个偏光镜和一个设置在两个偏光镜之间的液晶层，两个偏光镜的偏光状态是彼此相同的。

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