CN102736253A - 裸眼立体视觉显示器 - Google Patents

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Abstract

从投影仪投影出的光线穿过微透镜后，聚光到非常小的区域(以下称此区域为偏转支点)，以该区域为支点扩散为指向性的光线，因此人在观察立体视觉显示器的时候，识别为非常小的像素。实际上各偏转支点彼此之间的间隔较大，人在观察画面的时候，感知为不平滑的、有间隙的影像。本发明提供一种裸眼立体视觉显示器，其特征在于：具有二维影像显示装置和光学元件，通过所述光学元件具有的、同时进行从所述二维影像显示装置射出的光的漫射和偏转的结构来显示立体影像。

Description

裸眼立体视觉显示器
技术领域
本发明涉及裸眼立体视觉显示器。
背景技术
作为本技术领域的背景技术，有日本特开2008-139524号公报(专利文献1)。在此公报中，公开了以下技术：从投影仪投影出的光线在通过微透镜阵列时偏转，并扩散为指向性的光线，因此向人的左右眼睛射入不同的光线，感知为立体影像。像这样使用通过某种方法偏转光线的技术，人通过看到此偏转后的光线能够实现立体感知。在此，所谓“偏转”是指改变光的前进方向。另外，一般来说，当光通过物质内部时，在微观上，光会在构成物质的原子或分子上散射，或在结构性的不连续部分衍射。这在宏观上观测为光的漫射或折射。
现有技术文献(专利文献)
专利文献1：日本特开2008-139524号公报
在所述专利文献1中，从投影仪投影出的光线通过微透镜后，聚光到非常小的区域(以下称此区域为偏转支点)，以此区域为支点扩散为指向性的光线，因此人在观察立体视觉显示器的时候识别为立体画像，会聚到偏转支点的光识别为非常小的像素。
如果投影仪足够紧密地排列，相邻的所述偏转支点之间离得足够近，则没有问题，但实际上此间隔较宽，人在观察画面的时候，感知为不平滑的、有间隙的影像。像这样如果感知到像素之间的间隙，则存在以下问题：即使存在很多像素也会成为损坏立体感和画质感这一结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不用紧密排列投影仪，显示的立体影像就变得平滑且提高了立体感、画质感的裸眼立体视觉显示器。
为了达成所述目的，本发明是裸眼立体视觉显示器，其特征在于：具有二维影像显示装置和光学元件；所述光学元件同时进行从所述二维影像显示装置射出的光的漫射和偏转，从而显示立体影像。
发明的效果
根据本发明，能够提供显示的立体影像变得平滑且提高了立体感、画质感的裸眼立体视觉显示器。
通过以下实施方式的说明，来明确除所述以外的课题、结构以及效果。
附图说明
图1是裸眼立体视觉显示器的结构图的例子。
图2是光学元件的例子。
图3是光学元件的例子。
图4是光学元件的例子。
图5是光学元件的例子。
图6是光学元件的例子。
图7是光学元件的例子。
图8是光学元件的例子。
图9是裸眼立体视觉显示器的结构图的例子。
图10是裸眼立体视觉显示器的结构图的例子。
符号说明
1二维影像显示器件
2光学元件
3右眼
4左眼
5光线
6光线
21单光学元件
22漫射元件
31单光学元件
41单光学元件
42透射部
43非透射部
61单光学元件
62凸部
63凹部
81单光学元件
91投影仪
101投影仪群
112单光学元件
具体实施方式
以下用设计图说明一下实施例。
实施例1
在本实施例中，说明具有光学元件阵列的裸眼立体视觉显示器的例子，该光学元件阵列同时具有漫射效果和偏转效果。
图1是本实施例的裸眼立体视觉显示器的结构图的例子。
裸眼立体视觉显示器具有二维影像显示器件1、光学元件2。
从二维影像显示器件1射出的光线在光学元件2偏转，当用户从图1的右侧观察时，分别向右眼3、左眼4射入不同的光线5、6。由于具有不同颜色和亮度的光线射入右眼3和左眼4，因此裸眼就能够实现立体视觉。二维影像显示器件1可以是液晶显示器、等离子显示器、有机EL显示器、场致发射显示器、投影仪等作为一般的影像显示装置而利用的器件。
光学元件2具有多个单光学元件。通常，单光学元件光轴排列在栅格上，或者光轴与最密填充结构的中心一致等、或按照某些规则排列。在此，光轴是指穿过单光学元件的中心并与单光学元件的入射面垂直的直线。当单光学元件是透镜时，光轴变为穿过透镜中心并与透镜面垂直的直线。
图2是在包含单光学元件的光轴的面截断单光学元件的结构而进行观察的例子。
单光学元件21包含漫射元件22。单光学元件21是称为普通透镜的元件，对于可见光的折射率在1到2之间，另外，由对于可见光的透射率在50％以上的材料制成。一般而言，单光学元件21是一侧为半球面，半球面的相反侧为平面的形状，但也可以两侧都是球面。
一般在现有技术中，单光学元件21通过将长方体的散光板和半球的透镜粘在一起来实现。另外，使光仅在长方体或者在长方体和半球的整体散射，使光在半球的边界面偏转。
漫射元件22是大小不一的粒子状的，具有通过使光散射使光以整体漫射的功能。漫射元件22与单光学元件21的大小相比足够小(可见光的波长程度)。
图3是表示单光学元件的结构的另一个例子。
单光学元件31具有一侧是球面，球面的相反侧是平面的形状，但是相对于球面部分的形状，具有最大为原球面的曲率半径的10％左右的长度的随机的形状畸变。在此，虽然随机是指不规则，但也可以使用由计算机的随机数生成程序生成的随机数等。通过此随机的形状畸变，在一侧球面的边界面使各个光随机折射而发生光的散射。其结果，图3所示的结构具有由形状畸变引起的散射和由球面引起的偏转的效果。
图4是表示单光学元件的结构的另一个例子。
单光学元件41具有透射部42、非透射部43、漫射元件22。透射部42和漫射元件22不是完全分离的状态，而是漫射元件22混入透射部42的一部分的状态。相邻的非透射部43的间隔为可见光的波长的数倍以上。由多个非透射部43组成衍射透镜，使光向特定的方向偏转。
图5是表示单光学元件的结构的另一个例子。
单光学元件41具有透射部42、非透射部43。相邻的非透射部43的间隔具有与基准的长度相比为10％左右的随机的长度变动幅度。设此长度变动幅度与可见光的波长范围相比足够大。由多个非透射部43组成衍射透镜，使光向特定的方向偏转。
图6是表示单光学元件的结构的另一个例子。
单光学元件61具有多个凸部62、多个凹部63、漫射粒子22。多个凸部62和多个凹部63由单一的物质组成，在单光学元件的内部含有漫射粒子22。从凸部62和凹部63的边界的不连续部分产生光的衍射波，以整体组成衍射透镜，使光向特定的方向偏转。
图7是表示单光学元件的结构的另一个例子。
单光学元件61具有多个凸部62、多个凹部63。多个凸部62和多个凹部63的各自的宽度具有与该单一的凸部62或凹部63的基准长度a相比随机地为10％左右的长度差异的形状。和图5所示的结构同样地，设所述宽度相对于凸部62或凹部63的基准长度a的随机的变动幅度与可见光的波长的范围相比足够大。由多个凸部62和凹部63组成衍射透镜，使光向特定的方向偏转。
在此，如果总结所述的图2～图8所示的各结构，则如以下那样。
排列了多个在图2及图3中所示的单光学元件的光学元件2是使用半球面形状使光偏转的半球面透镜。排列了多个在图4及图5中所示的单光学元件的光学元件2是通过使用透射部和非透射部控制光的透射的有无即光的振幅从而使光偏转的振幅型衍射光栅透镜。排列了多个在图6及图7中所示的单光学元件的光学元件2是通过使用凸部和凹部控制光的透射路线的差即光的相位从而使光偏转的相位型衍射光栅透镜。还有，排列了多个在图2、图4以及图6中所示的单光学元件的光学元件2通过包含在单光学元件内部的多个漫射元件使光漫射，排列了多个在图3、图5以及图7中所示的单光学元件的光学元件2通过使设置在单光学元件表面上的结构的尺寸随机变动使光漫射。
图8是表示单光学元件的结构的另一个例子。
单光学元件81是计算机合成全息图(hologram)。此单光学元件81例如是在特殊的膜(film)上形成的全息图图案(hologrampattern)。在衍射光栅上的图案是固定的，与之相对，计算机合成全息图可以采用任意的图案。图8所示的全息图使入射进来的光散射，并且发射偏转后的光。
在本发明的实施方式中，光学元件有减少波纹(moire)的效果，提高立体影像的画质，该波纹依赖于二维影像显示器的像素和光学元件的单光学元件的周期。
实施例2
在本实施例中，说明具有光学元件阵列的投影仪方式裸眼立体视觉显示器的例子，该光学元件阵列同时具有漫射效果和偏转效果。
图9是本实施例的裸眼立体视觉显示器的结构图。
使用投影仪91作为图1的二维影像显示器件1。因为其它的结构具有标注了与已经说明过的图1所示的相同的符号的结构和相同的功能，所以省略其说明。
与图1的结构的较大的差别是，当使用投影仪91时，投影仪91与光学元件2之间的距离变得比二维影像显示器件1与光学元件2之间的距离长。实施例1的二维影像显示器件1与光学元件2之间的距离通常与光学元件的焦距f大致相等，与之相对，在图9的结构中，投影仪91与光学元件2之间的距离变为与投影仪91的焦距f’大致相等。通常f’＞f。
在本实施例中，也可以应用图4～图8所示的结构作为图9所示的光学元件2，或者应用图2及图3所示的结构作为组成光学元件2的多个单光学元件。
实施例3
在本实施例中，说明具有光学元件阵列的多投影仪方式裸眼立体视觉显示器的例子，该光学元件阵列同时具有漫射效果和偏转效果。
图10是本实施例的裸眼立体视觉显示器的结构图。
使用投影仪群101作为图1的二维影像显示器件1。因为其它的结构具有标注了与已经说明过的图1所示的相同符号的结构和相同的功能，所以省略其说明。在本实施例中，也可以应用图4～图8所示的结构作为图9所示的光学元件2，或者应用图2及图3所示的结构作为组成光学元件2的多个单光学元件。
在本结构中，使用了多台投影仪，因此影像变得明亮，另外由于提高了光线数因此具有提高画质的效果。另外，由于光学元件具有漫射效果，因此有增大像素形状的效果，从相邻的投影仪射出的光线适当地互相混合，能够显示平滑且自然的立体影像。
另外，本发明并不限定于所述的实施例，包含各种各样的变形例。例如，为了易于理解地说明本发明而详细地说明了所述的实施例，但是并不限定于必需具备说明的全部的结构。另外，可以将某一实施例的结构的一部分替换成其它的实施例的结构，另外，也可以在某一实施例的结构上添加其它的实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，可以进行其它结构的追加、删除或置换。

Claims (10)

1.一种裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
具有二维影像显示装置和光学元件，构成所述光学元件的多个单光学元件中的每个单光学元件具有同时进行从所述二维影像显示装置射出的光的漫射和偏转的结构。
2.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是半球面透镜，在所述单光学元件的内部具有漫射粒子。
3.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是半球面透镜，该半球面透镜的球面部分的形状具有球面的曲率的最大10％的凹凸。
4.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是由透射部和非透射部组成的振幅型衍射光栅透镜，在所述单光学元件的透射部的内部具有漫射粒子。
5.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是由透射部和非透射部组成的振幅型衍射光栅透镜，所述单光学元件的各非透射部的长度具有最大10％的长度变动幅度。
6.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是由凸部和凹部组成的相位型衍射光栅透镜，在所述单光学元件的内部具有漫射粒子。
7.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是由凸部和凹部组成的相位型衍射光栅透镜，所述单光学元件的各凸部和各凹部的各自的长度具有各自的最大10％的变动幅度。
8.根据权利要求1记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，构成该光学元件的单光学元件是计算机合成全息图。
9.根据权利要求2至8中的任一项记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，所述二维影像显示装置是投影仪。
10.根据权利要求2至8中的任一项记载的裸眼立体视觉显示器，其特征在于，
在所述裸眼立体视觉显示器中，所述二维影像显示装置由多台投影仪组成。
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