CN100353208C

CN100353208C - 三维图像显示设备，便携式终端设备

Info

Publication number: CN100353208C
Application number: CNB2004100067987A
Authority: CN
Inventors: 上原伸一; 高梨伸彰
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: US20040184146A1; JP2004264587A; CN1542495A; CN101149487A

Abstract

提供了一种具有液晶显示面板的三维图象显示设备，其中排列多个为右眼显示用于右眼的图象的象素和多个为左眼显示用于左眼的图象的象素，并且在面对观看者的液晶显示面板的一侧布置双面透镜，使其面对液晶显示面板的表面是平坦的并且面对观看者的表面具有多个在其上形成使得彼此平行的波浪型柱面透镜，其中设置双面透镜的柱面透镜的透镜间距小于等于0.2mm。

Description

三维图像显示设备,便携式终端设备

技术领域

本发明涉及一种三维图象显示设备和一种便携式终端设备，其包括光学单元，该单元基本上包括比如双面透镜和蝇眼透镜的多个透镜，以及双面透镜，本发明特别涉及一种三维图象显示设备，便携式终端设备，以及双面透镜，其中由透镜形状产生的带状图形不出现在观看者识别出的三维图象中，从而提高了显示质量。

背景技术

按照惯例，正在研究能够显示三维图象的显示设备。关于双目视觉，在公元前280年，希腊数学家欧几里德(Euclid)认为“双目视觉是当右眼和左眼同时从不同方向观看看相同物体的不同图象时获得的感觉”(参考由Chihiro Masuda写作并且由Sangyo Tosho K.K.发行的文献“三维显示”第一页)。特别的，作为三维图象显示设备的功能，它需要彼此具有视差的图象，单独呈现给观看者的右眼和左眼。

现在正在研究很多作为特别实现这种功能的方法的三维图象显示方法。将三维图象显示方法大致划分为使用眼镜的方法和不使用眼镜的方法。虽然使用眼镜的方法是使用色差的彩色立体图方法，使用偏振的偏振眼镜方法，或类似的方法，这些方法基本上都带给观看者佩戴眼镜的负担，使得近年来正在积极研究不使用眼镜的方法。

无眼镜方法是双面透镜方法，视差隔板方法，以及类似的方法。视差隔板方法是由Berthier在1896年发明的三维图象显示方法，并且由Ives在1903证明了此概念。图1是一光学模型图，示出了通过视差隔板方法显示三维图象的方法。如图1所示，视差隔板101是在其上形成有大量薄的垂直带状开口，也就是，狭缝101a的隔板(光屏蔽)。并且将显示面板102布置在视差隔板101的一个表面附近。用于左眼的象素102a和用户右眼的象素102b排列在显示面板102上，并且在垂直于狭缝101a的水平方向的方向上。另外，在视差隔板101的另一表面，也就是，显示面板102的另一侧附近布置光源(没有示出)。

从光源发射的光的一部分由视差隔板101阻挡。另一方面，通过狭缝101的没有被视差隔板阻挡的光，透过用于左眼的象素102a并且变为光束103a，或者透过用于右眼的象素102b并且变为光束103b。在执行这些的过程中，这样布置用于左眼的象素102a和用于右眼的象素102b，使得透过用于左眼的象素102a的光束103a到达观看者的左眼104a并且透过用于右眼的象素102b的光束103b到达观看者的右眼104b。这样，来自不同象素的光到达观看者的双眼，使得观看者可以将在显示面板102上显示的图象识别为三维图象。

上述视差隔板方法，当最初发明时，具有下面的问题：因为视差隔板布置在象素和眼睛之间，它成为了刺眼的东西并且导致低可见度。但是，随着近年来液晶显示面板的发展，已经能够将视差隔板布置在显示面板的后侧，并且改进了可见度的问题。因此，仍在积极研究视差隔板的三维图象显示设备。

同时，在大约1910年左右由Ives等发明了双面透镜方法。如上述的文献(由Chihiro Masuda写作并由Sangyo Tosho K.K.发行的“三维显示”第一页)的描述。图2是一示出了双面透镜的透视图，并且图3是一示出了使用双面透镜的三维图象显示方法的光学模型图。如图2所示，双面透镜110的一个表面是平坦表面并且在另一表面上形成多个在一个方向延伸使得它们的水平方向彼此平行的波浪型凸面部分(柱面透镜)111。之后，如图3所示，在双面透镜110的焦平面上布置显示面板114，在该显示面板中为左眼显示用于左眼113a的图象的象素112a和为右眼显示用于右眼113b的图象的象素112b交替的排列。这样，从用于左眼的象素112a和用于右眼的象素112b发射的光由双面透镜110在用于左眼113a或用于右眼113b的方向中分配。因此，来自不同象素的光到达观看者的右眼和左眼，从而允许观看者识别出三维图象。

上述视差隔板方法是其中隔板消除了不需要的光的方法，而双面透镜方法是其中透镜改变光的传播方向并且使用所有从光源发射的光的方法，使得在理论上显示屏的亮度不会降低。因此，希望双面透镜方法的三维图象显示设备可以应用到需要附加高亮度显示和低能耗表现的便携式设备中。

作为双面透镜方法的三维图象显示设备，提出使用双面透镜的显示设备，在此设备中柱面透镜的透镜间距是0.2196mm和0.2197mm并且平均透镜间距是0.21963mm(日本专利公开申请No.H09(1997)-133892)。

另外，当前已经实现了使用视差隔板方法和双面透镜方法的三维图象显示设备的商业化(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27中)。例如，文献(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27中)介绍了使用对角尺寸为7英寸的液晶显示面板的双面透镜方法的三维图象显示设备，该显示面板具有在水平方向上800点和在垂直方向上480点的显示点数量。图4是示出了现有的双面透镜方法的三维图象显示设备的显示方法的光学模型图，其在文献(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27)中说明。如图4所示，三维图象显示设备是5视点方法，其中双面透镜120布置在液晶显示面板121的图象显示侧并且一个柱面透镜对应于用于在液晶显示面板121中的红(R)，绿(G)和蓝(B)的每一点的每5个点。在5视点方法的三维图象显示设备中，通过改变图象的观看方向，观看者可以看到五个不同图象。

另外，在文献(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27)中说明的现有的双面透镜方法的三维图象显示设备，是当在双面透镜120和液晶显示面板121之间的距离是0.6mm时显示三维图象，并且当距离是1.2mm时显示二维图象的显示设备。通常，液晶显示面板121的象素122包括3点RGB，并且它的长度大约是0.192mm。因此，经过计算，在现有的三维图象显示设备中的使用的双面透镜的间距是大约0.32mm。

但是，现有的双面透镜方法的三维图象显示设备具有下面的问题，在显示图象上出现的亮的和暗的带状图形使得显示质量降低。这个问题不仅仅在使用双面透镜的设备中出现，而且在所有使用在表面上具有不均匀性的透镜，比如蝇眼透镜的三维图象显示设备中出现。特别的，因为在蝇眼透镜中透镜是二维排列的，亮的和暗的带状图象二维交叉，并且在显示图象上出现亮的和暗的粒状图象，从而降低显示质量。

发明内容

本发明的目的是提供三维图象显示设备，便携式终端设备，以及双面透镜，其中可以防止在观看者识别出的三维图象中带状图形的出现并且提高显示质量。

根据本发明的三维图象显示设备包括：具有多个象素部分的显示面板，其中每一象素部分包括显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素，在一个方向上周期提供所述象素部分；还包括光学单元，其包括多个折射从象素发射的光的透镜，在该光学单元中光学单元折射从象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光，使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许观看者识别出三维图象，而且光学单元的透镜间距小于等于0.2mm。

在本发明的三维图象显示设备中，设置光学单元的透镜间距小于等于0.2mm。当观看者手持三维图象显示设备并且在他/她移动的同时观看三维图象时，在所有线段中最长的线段和光学单元的表面之间的距离是大约350mm，这些线段都和连接显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素的线段平行，并且在观看者可以识别出三维图象的三维可视范围中。之后，通过设置光学单元的透镜间距小于等于0.2mm，设置在三维图象中出现的带状图形中的亮的部分和暗的部分的宽度不大于观看者的分辨率，从而在即使他/她手持三维图象显示设备并且在他/她移动的同时观看三维图象时，也可以防止观看者识别出在三维图象中的带状图形。

根据本发明的另一三维图象显示设备包括：具有多个象素部分的显示面板，其中每一象素部分包括显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素，在一个方向上周期提供所述象素部分；还包括光学单元，其包括多个折射从象素发射的光的透镜，在该光学单元中光学单元折射从象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许观看者识别出三维图象，并且在观看者可以识别出三维图象的三维可视范围中的多个线段之中最长的线段和光学单元的表面之间的距离为OD(mm)并且设置光学单元的透镜间距为L(mm)时，其中所述多个线段平行于连接显示用于左眼图象的象素和显示用于右眼图象的象素的线段，距离OD小于等于350mm，并且距离OD和透镜间距L满足下面的表达式1。

(表达式1)

L≤2×OD×tan(1’)

在本发明中，通过设置透镜间距L小于等于距离OD和1分的角度的正切的乘积的两倍，使得当观看者和光学单元之间的距离是350mm并且观看者的视力是1.0时，设置在三维图象中出现的带状图形中的亮的部分和暗的部分的宽度不大于观看者的分辨率，其中距离OD是在和连接显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素的线段平行，并且在观看者可以识别出三维图象的三维可视范围中的线段之中最长的线段和光学单元的表面之间的距离。这样，观看者不能识别出带状图形，并且防止了由于使用在表面上具有不均匀性的透镜所产生的显示图象质量的降低。

根据本发明的另一三维图象显示设备包括：具有多个象素部分的显示面板，其中每一象素部分包括显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素，在一个方向上周期提供所述象素部分；还包括光学单元，其包括多个折射从象素发射的光的透镜，在该光学单元中光学单元折射从象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光，使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许观看者识别出三维图象，而且光学单元的透镜间距小于等于0.124mm。

如上所述，当观看者手持三维图象显示设备并且在他/她移动的同时观看三维图象时，在其中到光学单元的表面的距离为最小的三维图象可视范围之内的点和光学单元的表面之间的距离是213mm。因此，在本发明中，通过设置光学单元的透镜间距小于等于0.124mm，可以在即使他/她手持三维图象显示设备并且在他/她移动的同时观看三维图象时，设置在三维图象中出现的带状图形中的亮的部分和暗的部分的宽度不大于在整个三维可见范围中的具有1.0的视力的观看者的分辨率。

根据本发明的另一三维图象显示设备包括：具有多个象素部分的显示面板，其中每一象素部分包括显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素，在一个方向上周期提供所述象素部分；还包括光学单元，其包括多个折射从象素发射的光的透镜，在该光学单元中光学单元折射从象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光，使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许观看者识别出三维图象，而且当设置在其中到光学单元的表面的距离为最小，并且观看者可以识别出三维图象的三维图象可视范围之内的点和光学单元的表面之间的距离为ND(mm)，并且设置光学单元的透镜间距为L(mm)时，距离ND小于等于213mm，并且距离ND和透镜间距L满足下面的表达式2。

(表达式2)

L≤2×ND×tan(1’)

在本发明中，通过设置透镜间距L小于等于距离ND和1分的角度的正切的乘积两倍，使得当距离ND小于等于213mm并且观看者的视力是1.0时，设置在三维图象中出现的带状图形中的亮的部分和暗的部分的宽度不大于观看者的分辨率，其中距离ND是在其中到光学单元的表面的距离为最小的三维图象可视范围之内的点和光学单元的表面之间的距离。

优选的，象素部分包括两种类型的象素，用于右眼的象素和用于左眼的象素。因此，当允许用于右眼的象素和用于左眼的象素显示不同图象时，观看者通过他的/她的右眼和左眼观看不同的图象，且观看者可以识别出三维图象。另外，用过允许用于右眼的象素和用于左眼的象素显示相同图象，观看者还可以识别出二维图象。

另外，例如，双面透镜或蝇眼透镜可以用作光学单元。当双面透镜用于光学单元时，可以拓宽在双面透镜的水平方向上的三维可视范围。另一方面，当蝇眼透镜用于光学单元时，它可以在水平的和垂直的四个方向上显示不同图象。例如，观看者通过改变在垂直方向上的观察位置观看不同的三维图象，从而增强了3-D感觉。

另外，例如，显示面板是液晶显示面板。这使得能够制造多种尺寸的三维图象显示设备，范围从比如便携式设备的小型显示设备到多个观看者同时观看的大型显示设备。

根据本发明的便携式移动终端具有上述三维图象显示设备。在本发明中，通过在其上安装上述的三维图象显示设备，即使在移动终端设备上，观看者也可以观看高质量三维图象。

另外，便携式终端设备是，例如，手机，PDA(个人数字助理)，游戏机，数字照相机，数字摄像机。通过在这些便携式设备上安装上述的三维图象显示设备，观看者可以很容易的享受高质量三维图象。

根据本发明的双面透镜是其中排列多个柱面透镜使得它们的水平方向彼此平行的双面透镜，并且柱面透镜的透镜间距小于等于0.124mm。在本发明中，通过设置在双面透镜上的柱面透镜的透镜间距小于等于0.124mm，允许当透镜用作此三维图象显示设备的光学单元时，观看者能够观看三维图象，同时无法识别出在整个三维可视范围上的带状图形。

根据本发明，在具有实质上包括多个比如双面透镜和蝇眼透镜的透镜的光学单元的三维图象显示设备中，设置多个透镜的透镜间距小于等于0.2mm来防止观看者识别出由于外部光在透镜表面反射产生的带状图形，并且提高观看者观看的三维图象的显示质量。

附图说明

图1是一光学模型图，示出了通过视差隔板方法显示三维图象的方法；

图2是一示出了双面透镜的透视图；

图3是一光学模型图，示出了使用双面透镜的三维图象显示方法；

图4是一光学模型图，示出了现有的双面透镜方法的三维图象显示设备的显示方法，其在文献(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27)中说明；

图5A是一标准视图，示出了当外部光是发散光时在透镜表面的光反射，并且图5B是一示出了当外部光是平行光时在透镜表面的光反射的标准视图；

图6是一透视图，示出了根据本发明的实施例的三维图象显示设备；

图7是一光学模型图，示出了在根据本发明的实施例的三维图象显示设备中，显示面板，光学单元，以及观看者的光学布置；

图8是一透视图，示出了当移动设备时，其中观看者观看在根据本发明的实施例的三维图象显示设备上显示的图象的情景；

图9是一透视图，示出了在其中安装了这个实施例的三维图象显示设备的手机；

图10是一示出了蝇眼透镜的透视图。

具体实施方式

因为在现有的双面透镜方法的三维图象显示设备中，在底架的带状图形被看到而且覆盖在显示图象上，使得由观看者识别出的显示图象的质量降低并且因此该带状图形成为在图象观察中的刺眼的东西。于是，本发明的发明者将他们自己投入关于双面透镜的柱面透镜的透镜间距L和出现在三维图象上的带状图形的可见性的研究中，并且发现当外部光在透镜表面反射时会观看到带状图形。

带状图形的亮的部分和暗的部分的总宽度等于柱面透镜的透镜间距L，并且每一亮的部分和暗的部分的宽度根据外部光的特性而发生变化。图5A是一标准视图，示出了当外部光是发散光时在透镜表面的光反射，并且图5B是一示出了当外部光是平行光时在透镜表面的光反射的标准视图。如图5A所示，当外部光是发散光时，来自多个方向的外部光6a在双面透镜2的表面上反射，使得入射到观看者5的反射的光不依赖于在双面透镜2的表面处的位置。

另一方面，如图5B所示，当外部光6a是平行光时，反射方向根据在双面透镜2的表面处的位置而不同，并且使得在特定位置反射的光入射到观看者5且使得在其它位置发射的光不会入射到观看者5。这样，观看者在三维图象中识别出对应于透镜表面的形状的亮的和暗的带状图形。实际上，外部光的流量分配特性依赖于使用透镜的环境。例如，光在直接日光下是平行光并且在间接照射的室内是发散光。另外，已知在直接荧光照射附近的光具有特性，即混合了平行光和发散光。外部光的流量分配特性根据环境而不同；每一在三维图象上出现的带状图形的亮的部分和暗的部分的每一宽度依赖于使用透镜的环境。

另外，如上所述，亮的部分和暗的部分的总宽度等于双面透镜2的柱面透镜3的透镜间距L，并且通常是固定的。因为这个原因，当因为外部光6a的流量分配特性而亮的部分的宽度增加时，暗的部分的宽度减小，与此相反，当暗的部分的宽度增加时亮的部分的宽度减小。在这个情况中，因为其宽度减小的部分难以识别，它不会被认做带状图形。因此，当亮的部分和暗的部分具有相同的宽度时，就是说，当每一亮的部分和暗的部分具有透镜间距的(1/2)宽度时，可以最清楚的看到带状图形。为了防止观看者识别出带状图形，需要设置亮的部分的宽度或暗的部分的宽度大于等于观看者的视力的分辨率。观看者视力和观看者可以识别的最小观看角度之间的关系由下面的表达式3给出。

(表达式3)

视力＝1/最小观看角度(分)

例如，假定观看者的视力是通常的视力1.0，根据表达式3，观看者的最小观看角度是1分。另外，当使用显示面板时，其中包括显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素的多个象素部分周期性德排列，并且当观看者可以识别出三维图象的三维可视范围中的多个线段之中最长的线段和光学单元的表面之间的距离为用于观看者识别出三维图象的最佳距离，就是说，最佳观察距离OD(mm)，并且最佳观察距离OD小于等于350mm时，观看者的分辨率等于最佳观察距离OD和1分的角度的正切的乘积，其中所述多个线段平行于连接显示用于左眼图象的象素和显示用于右眼图象的象素的线段。因此，当最佳观察距离OD小于等于350mm时，通过设置亮的部分的宽度或暗的部分的宽度小于等于这个值，观看者不能识别出带状图形。

如上所述，当带的亮的部分和暗的部分的宽度相等并且每一宽度为透镜间距的(1/2)时可以最清楚的看到带状图形。于是，在本发明中，设置柱面透镜3的透镜间距L小于等于最佳观察距离OD和1分的角度的正切的乘积的两倍。这样，因为观看者不能识别出在三维图象中，因为外部光在双面透镜2的表面处反射产生的带状图形，所以观看者看到的三维图象的显示质量相比现有的三维图象显示设备得到了提高。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施例的三维图象显示设备。图6是一示出了根据本发明的实施例的三维图象显示设备的透视图。并且，图7是示出了在根据本发明的实施例的三维图象显示设备中，显示面板，光学单元和观看者的光学布置的光学模型图。如图6和7所示，透射式液晶显示面板4用作在这个实施例的三维图象显示设备1中的显示面板，并且将作为光学单元的双面透镜2布置在面对观看者5的液晶显示面板4的表面上。

在是这个实施例的三维图象显示设备1的显示面板的液晶显示面板4上，多个为右眼显示用于右眼52的图象的象素42和多个为左眼显示用于左眼51的图象的象素41沿着水平方向10交替排列，并且用于右眼的象素42和用于左眼的象素41在垂直方向11上排列。每一用于左眼的象素41和用于右眼的象素42具有红的子象素，绿的子象素和蓝的子象素。另外，在用于右眼的象素42和由于左眼的象素41的后表面上布置光源20。另外，液晶显示面板4的显示平面是包括水平的方向10和垂直的方向11的平面，并且水平方向1 0和垂直方向11彼此垂直。

在是这个实施例的三维图象显示设备1的光学单元的双面透镜2中，面对显示面板的侧面是平坦表面并且形成多个波浪型透镜(柱面透镜)3使其在面对观看者5的表面上彼此平行。布置双面透镜2使得柱面透镜3的水平方向和液晶显示面板4的垂直方向11平行，并且一个柱面透镜3对应于一行在垂直方向11上排列的象素对，其中每一对包括彼此相邻的用于左眼的象素41和用于右眼的象素42。另外，在这个实施例中的三维图象显示设备的柱面透镜3的透镜间距L(mm)小于等于最佳观察距离OD和1分的角度的正切的乘积的两倍。

在这个实施例的三维图象显示设备1中，设置透镜间距L小于等于最佳观察距离OD和1分的角度的正切的乘积的两倍，当最佳观察距离OD小于等于350mm时，能够设置在三维图象上出现的带状图形的亮的部分和暗的部分的宽度不大于具有1.0的视力的观看者5的分辨率。这防止观看者5识别出带状图形，并且即使在使用比如双面透镜2的其表面不平坦的透镜时也可以不降低显示质量的实现三维图象显示。

之后，将描述在这个实施例中的最佳观察距离OD的定义。如图7所示，在这个实施例的三维图象显示设备1中，当观看者5的右眼52在右眼区域72存在并且左眼51在左眼区域71中存在时，观看者5可以识别出三维图象。但是，因为在右眼52和左眼51之间的间隔是固定的并且不能够将右眼和左眼布置在所有区域，使得布置限于在右眼52和左眼51之间的间隔的范围内。特别的，当在右眼52和左眼51之间的间隔的中心存在于三维可视范围7中时，观看者可以识别出三维图象。当在右眼52和左眼51之间的间隔的中心位于在三维可视范围7中的水平方向10上的对角线上时，在水平方向10上的观察区域变为最大，使得这个位置是最理想的观察位置。因此，在这个实施例中，将在三维可视范围7中的水平方向10上的对角线和双面镜2的表面之间的距离定义为最佳观察距离OD。

另外，如图7所示，在本发明的三维图象显示设备1中，将双面透镜2的厚度和折射率分别定义为H和n，并且将柱面透镜3的透镜间距定义为L。双面透镜2的折射率n由使用的材料决定。另外，将布置在作为显示面板的液晶显示面板4上的每一用于左眼的象素41和用于右眼的象素42的间距定义为P。通常，因为经常是设计双面透镜2用于显示面板的情况，将象素间距P视为常数。另外，将通过双面透镜2投影在最佳观察距离OD上的一个象素的图象定义为扩展投影宽度e。注意到将扩展投影宽度e认为是在这个实施例中在右眼52和左眼51之间的距离。假定在位于双面透镜2的水平方向10的中心处的柱面透镜3a的中心和位于双面透镜2的末端处的柱面透镜3c的中心之间的距离是W_L，并且位于液晶显示面板4的中心的包括用于左眼的象素41a和用于右眼的象素42a的象素对的中心位置、和位于液晶显示面板4的末端的象素对的中心位置之间的距离是W_P，常数可通过Snell定律和几何关系由下面的表达式4到9表示。

(表达式4)

n＝sinβ/sinα

(表达式5)

n＝sinδ/sinγ

(表达式6)

e＝OD×tanβ

(表达式7)

P＝H×tanα

(表达式8)

H＝C/tanδ

(表达式9)

OD＝WL/tanδ

在表达式4到9中，α和β示出了在位于双面透镜2的中心的柱面透镜3a处光的入射角和输出角度，并且γ和δ示出了在位于双面透镜2的末端的柱面透镜3b处光的入射角和输出角度(参考图7)。另外，在表达式8中的C是在距离W_L和距离W_P之间的差值，其由下面的表达式10表示。

(表达式10)

W_P-W_L＝C

在表达式10中，假定包括在距离W_P的区域中的象素的数量是2m，下面的表达式11和12成立。

(表达式11)

W_P＝2mP

(表达式12)

W_L＝mL

因此，在这个实施例中的三维图象显示设备1中的最佳观察距离OD可以通过下面的表达式13建立。

(表达式13)

OD＝(L×H)/(2P-L)

之后，将对其中观看者手持这个实施例的三维图象显示设备并且在他/她移动的同时观看图象的情况进行描述。图8是示出了这个景象的透视图。例如，当观看者5手持作为便携式设备的这个实施例的三维图象显示设备1，并且在他/她移动的同时观看图象时，最佳观察距离OD大约是350mm。于是，在这个实施例的三维图象显示设备1中，设置透镜间距L小于等于0.2mm。这样，观看者5即使在手持三维图象显示设备1并且在他/她移动的同时观看图象时，也可以观看三维图象而不会识别出在三维图象上的带状图形。

另外，在这个实施例的三维图象显示设备1中，当观看者5的两只眼睛的中心位于三维可视区域7中，可以实现双目视觉，并且即使离开如图7所示的显示面板3距离ND(mm)的区域中的情况下，仍然存在可以实现双目视觉的位置。同时，在这个实施例中，将某点和柱面透镜3之间的距离定义为最短观察距离ND，其中该点到柱面透镜3的距离在实现双目视觉的区域(三维可视区域7)中为最短。例如，通过找到一个点到显示象素的距离计算出最短观察距离ND，其中该点在从位于显示面板3的最右边用于右眼的像素42的右端发射的光到右眼区域72的方向上，远离光学系统中心(e/2)距离。这样，从几何关系得出下面的表达式14成立。

(表达式14)

(W_L+e)∶OD＝(W_L+e/2)∶ND

因此，最短观察距离ND由下面的表达式15建立。

(表达式15)

ND＝(OD×(W_L+e/2))/(W_L+e)

在这个实施例的三维图象显示设备1中，通过设置柱面透镜3的透镜间距L小于等于最短观察距离ND和1分的角度的正切的乘积的两倍，当最短观察距离ND小于等于213mm时，可以将在三维图象上出现的带状图形中的亮的部分和暗的部分的宽度设置为不大于在整个三维可视范围中的具有1.0的视力的观看者的分辨率。

之后，将检查最短观察距离ND的一个特定实例。图9是示出了在其中安装了这个实施例的三维图象显示设备的手机的透视图。例如，当这个实施例的三维图象显示设备1如图9所示安装在手机8中时，在具有用在通常的手机中的2.2英寸的对角尺寸的显示设备中的显示区域的水平宽度是36mm并且设置W_L的值为大约18mm。另外，假定设置最佳观察距离OD是350mm，从这个距离观看者可以在他/她移动的同时手持手机8观看三维图象，并且设置扩展投影宽度e是65mm，从表达式15可以计算出最短观察距离是213mm。另外，通过表达式1计算出通过其可以防止观看者在最短观察距离ND看到带状图形的透镜间距是0.124mm。换句话说，通过设置透镜间距小于等于0.124mm，观看者可以在整个三维可视范围中观看三维图象，而且不会识别出带状图形。

之后，将描述这个实施例的三维图象显示设备1的操作。在这个实施例的三维图象显示设备1中，具有上述柱面透镜3的双面透镜2改变从液晶显示面板4的每一象素发射的光线的传播方向，并且使得从用于右眼的象素42发射的光线入射到观看者5的右眼52，以及使得从用于左眼的象素41发射的光线入射到观看者5的左眼51。结果，来自不同象素的光线到达观看者5的右眼和左眼，并且观看者5将在液晶显示面板4上显示的图象识别为三维图象。

另外，这个实施例的三维图象显示设备1可以用在多种便携式终端设备中，比如除了上述的手机以外的PDA，游戏机，数字照相机，数字摄像机。在其中安装了这个实施例的三维图象显示设备的便携式终端设备中，可以显示高质量三维图象，同时相比现有的安装有显示二维图象的显示设备的便携式终端设备，亮度不会降低。

虽然在这个实施例中描述了其中使用双面透镜2的情况，本发明并不限于此，其中有规律的透镜以矩阵状态排列的蝇眼透镜，或者类似的透镜都可以使用。图10是示出了蝇眼透镜的透视图。通过使用如图10所示作为光学单元的蝇眼透镜9，可以显示在水平和垂直的四个方向上不同的图象。因此，观看者可以通过改变在垂直方向上的观察位置观看不同三维图象，例如，增强3-D感觉。

另外，尽管透射式液晶显示面板用作这个实施例的三维图象显示设备中的显示面板，本发明并不限于此。可以使用反射式液晶显示面板，其中每一象素提供有传送区域和反射区域的半透射式液晶显示面板，或者VE(到处可见)透反射式混合的液晶显示面板。另外，液晶显示面板的驱动方法可以是有源矩阵类型，比如TFT(薄膜晶体管)类型和TFD(薄膜二极管)类型，或者无源矩阵类型，比如STN(超扭曲向列型液晶)类型。另外，作为显示面板，可以使用除了液晶显示面板以外的其它显示面板，例如，有机电激发光显示面板，等离子显示设备，CRT(阴极射线管)显示面板，LED(发光二极管)显示面板，场致发射显示面板，或者PALC(等离子寻址液晶)显示面板。

Claims

1.一种三维图象显示设备，包括：

显示面板，具有多个象素部分，其中每一象素部分包括显示用于左眼的图象的象素和显示用于右眼的图象的象素，在一个方向上周期性地提供所述象素部分；以及

光学单元，包括折射从所述象素发射的光的多个透镜，其中所述光学单元是蝇眼透镜，

其中所述光学单元折射从所述象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光，使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许所述观看者识别出三维图象，而且所述光学单元的透镜间距小于等于0.2mm。

2.根据权利要求1的三维图象显示设备，其中所述光学单元的透镜间距小于等于0.124mm。

3.一种三维图象显示设备，包括：

其中所述光学单元折射从所述象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光，使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许所述观看者识别出三维图象，并且当在三维可视范围中可以识别出三维显示的幅度为最大时的距离是OD、并且设置所述光学单元的透镜间距是L时，所述距离OD小于等于350mm，并且所述距离OD和所述透镜间距L满足下面的表达式：

L≤2×OD×tan(1’)

其中，L、OD的单位为mm。

4.一种三维图象显示设备，包括：

其中所述光学单元折射从所述象素发射的光并且以彼此不同的方向发射光，使得来自不同象素的光入射到观看者的右眼和左眼，从而允许所述观看者识别出三维图象，而且当在三维可视范围中可以识别出三维显示的最小距离是ND、并且设置所述光学单元的透镜间距为L时，所述距离ND小于等于213mm，并且所述距离ND和所述透镜间距L满足下面的表达式：

L≤2×ND×tan(1’)

其中，L、ND的单位为mm。

5.根据上述权利要求1到4中任一项所述的三维图象显示设备，其中所述象素部分包括两种类型的象素，即用于右眼的象素和用于左眼的象素。

6.根据上述权利要求1到4中任一项所述的三维图象显示设备，其中所述显示面板是液晶显示面板。

7.一种便携式终端设备，包括根据上述权利要求1到4中任一项所述的三维图象显示设备。

8.根据权利要求7所述的便携式终端设备，其中所述设备是手机，个人信息终端，游戏机，数字照相机和数字摄像机中的任意一种。