CN102879906A - 用于向运动中的观看者显示图像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用以显示在相对于静止图像而言处于运动中的观看者看起来能活动的静止图像的方法和设备，其使不必要的成本和复杂性最小化并保持图像质量和可适用性。在本发明的示例性实施例中，提供了用于显示多个静止图像、向运动观看者形成动画图像的设备。该速度在设备的长度范围内可以是固定的或者可以改变。该设备还可以向固定不动的观看者显示相干图像。该设备包括具有沿着轨迹的背板长度的背板。合成图像被安装在背板的表面上，每个静止图像具有实际图像宽度并具有图像中心。替换配置包括示出安装的静止图像的常规显示屏，因此它们的表面形成背板。所述图像还可以由数字和模拟图像的任何组合构成。帧间距离将相邻图像的图像中心分离。

Description

用于向运动中的观看者显示图像的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及静止图像的显示且更具体地涉及用于显示在相对于静止图像而言处于运动中的观看者看起来能活动的静止图像的方法和设备。

背景技术

在本领域中已知显示在运动中的观看者看起来能活动的静止图像的一些显示设备。这些设备包括一系列的渐变图像—即，从一个图像至下一个稍微地且逐渐地不同的相邻图像（或从一个组至下一个逐组地稍微且逐渐地不同的相同图像的组）。图像被沿着观看者的运动方向布置，例如沿着铁路或人行道，使得图像被连续地观看。当观看者移动通过这些图像时，它们看起来能活动。此效果与动画书的效果类似。动画书在每页上具有与其之前的一个和其之后的一个略有不同的图像，使得当翻页时，观看者察觉到动画。在商业上已经普遍地实现了线性活动转轮（从希腊语“zoe-”生命和“-trope”循环而得名；下文为活动图（zoegraph），来自希腊语“graph”图线）。

用于涉及观看者与设备之间的相对运动的动画图像的显示的现有方法包括在美国专利No. 2,833,176、美国专利No. 3,568,346和美国专利No. 7,950,805中描述的基于球面透镜和基于柱面透镜的系统以及在美国专利No. 6,564,486 B1、6,718,666、6,731,370、6,807,760和6,886,280中描述的基于狭缝的系统。基于透镜的设备（下文为基于透镜的活动图）使用放置在观看者与一系列渐变图像之间的透镜来引起动画效果。基于狭缝的设备（下文为基于狭缝的活动图）使用在观看者与一系列渐变图像之间的优选地不透明的屏幕中的狭缝来引起动画效果。

典型的活动图是用于向沿着平行于多个静止图像的已知轨迹相对于这些静止图像以基本上已知的速度移动的观看者显示这些静止图像、形成动画显示的设备。该速度在设备的长度范围内可以是固定的或者可以改变。典型的活动图包括背板，在其上面安装或显示静止图像。由一系列狭缝或球面或柱面透镜构成的镜片（optic）、透镜板或狭缝板被与背板平行地定位。背板由一组合成图像构成，每个合成图像由动画中的每个帧的一部分构成。每个狭缝或透镜对应于合成图像中的一个。整个设备被安装在与轨迹相距观看距离处。在基于狭缝或基于柱面透镜的活动图中，实际图像宽度被选择为是期望的表观图像宽度与用于每个图像的板间距离和观看距离的商的乘积以在观看者看起来成正确的比例。在基于针孔和球面透镜的活动图中，实际图像高度被选择为期望的表观图像高度与板间距离和观看距离的商的乘积，并且实际图像宽度被选择为是期望的表观图像宽度与板间距离和观看距离的商的乘积。

活动图满足了向运动中的观看者传送消息的需求，包括关于在观看者的路径前面是什么的信息性消息和登广告。在没有此类设备的情况下呈现给运动中的观看者的消息可能不会被看到，或者可能看起来为不能理解的模糊。但是，活动图仍具有显著的市场潜力。产生克服现有活动图技术的缺点的设备将是有利的。

除其功能相似性之外，基于狭缝和基于透镜的活动图具有不同的优点和缺点。在某些潜在应用中，任一个技术都将起作用。在其它应用中，一个或另一个将是优选的。在另外的其它应用中，两者都不起作用。

基于透镜的活动图相比于基于狭缝的活动图而言具有某些优点。首先，它们要求很少的照明或者不要求照明且通常在观看者固定不动时显示相干图像。阻挡光不通过基于狭缝的活动图的狭缝将动画图像的亮度通常降低了90%以上。获得用于观看者的亮图像因此意味着基于狭缝的活动图要求附加照明，这对制造和操作成本及复杂性有所贡献。从图像透射更多的光使得基于透镜的活动图能够用与基于狭缝的活动图相比不那么亮的光源进行操作。不那么亮的光源包括诸如电视、计算机监视器、来自图像投影仪的投影、印刷图像或其它形式的静止、数字或模拟图像的屏幕（共同地为“常规显示屏”）。许多常规显示屏相比于先前已在基于狭缝和基于透镜的活动图中使用的印刷媒体而言具有两个相关优点。第一，其显示的图像能够被远程地远送，例如广播，类似于电视，或者用电缆（包括用因特网），类似于计算机监视器。第二，能够在不改变任何硬件的情况下改变其显示的图像。因此，使用常规显示屏使得能够远程地且在任意时间修改图像。在具有这些性质的屏幕的情况下，应将术语“静止图像”理解为意指每个特定图像在观看者基本上在该特定图像前面的时间期间不改变。

基于狭缝的活动图相比于基于透镜的活动图又具有某些优点。由于它们不使用具有特定焦距的透镜，所以基于狭缝的镜片不需要其相对于背板的位置方面的精确的公差。不那么精确的公差意味着更简单且成本更低的制造和维护。并且，由于狭缝不具有焦距，基于狭缝的活动图具有更大的场深度—亦即，其相对于基于透镜的活动图而言向更大范围的观看距离显示可接受的图像。另外，由于可以使得狭缝非常细且狭缝的厚度确定基于狭缝的活动图的分辨率，所以基于狭缝的活动图可以比基于透镜的活动图具有更高的分辨率并示出其所示的图像中的更多细节。基于狭缝的活动图中的镜片趋向于由金属制成，其是耐火的且常常比制成基于透镜的活动图的透镜的材料更加高低不平，对于被放置在密集群体位置上的显示器而言是个优点，诸如地下铁隧道，在那里，安全是主要关心的问题。

与使用短暂地闪光以产生动画效果的频闪管灯的基于频闪管的系统相对比，两个类型的活动图既不要求与观看者的速度或位置的同步也不要求显著的（如果有的话）附加照明或能够进行频闪的复杂的照明系统。此外，两个类型的活动图以较低的速度产生动画并向固定不动的观看者示出相干图像。闪光灯的缺少要求对观看者的位置和速度的精确认识。通常，基于频闪管的系统包括传感器和定时机构以使频闪管灯的闪光与观看者的位置和速度同步。该同步和照明要求对制造和操作成本和复杂性有所贡献。

基于透镜的活动图相对于基于狭缝的活动图的限制包括下述：

● 其要求将图像放置在透镜板的焦平面处或附近达到精确的公差。结果，必须非常精确地保持透镜板和背板之间的距离，并且图像将看起来失真，使图像质量劣化。实际上，在焦平面中精确地保持图像方面的困难导致更高的制造和操作成本；

● 不直接沿着透镜的轴的图像的各部分相对于沿着轴的图像的各部分而言看起来失真，使图像质量劣化并限制表观图像的最大尺寸；

● 透镜趋向于与狭缝镜片相比由不那么耐用且安全的材料制成。

基于狭缝的活动图相对于基于透镜的活动图的限制包括下述：

● 其透射较少的光。允许更多的光导致降低分辨率。其很少允许电视屏或监视器的实际使用。

简而言之，相对于基于狭缝的活动图而言，基于透镜的活动图：

● 具有有限的视场；

● 要求用于板间距离的更精确的制造和维护公差；

● 具有更低的图像分辨率；

● 更加易碎；

● 具有更有限的几何结构；

● 由于其更有限的视场而具有更小的最终图像；以及

● 具有用于从最佳观看距离观看的更小的场深度。

简而言之，相对于基于透镜的活动图而言，基于狭缝的活动图：

● 透射较少的光；

● 随着增加的光透射而损失分辨率；

● 一般地不能使用监视器或动态图像显示器，因为其阻挡了太多的光；

● 要求更多的功率以使其显示的图像变亮；

● 要求更多的劳动和材料以改变图像；以及

● 具有能够容易地凹下的镜片。

简而言之，基于透镜和基于狭缝的活动图两者虽然对于某些应用而言是可行的，但在许多应用上表现不好。基于狭缝的活动图切断太多的光以使用数字监视器或电视来显示静态图像，一般地迫使有更高的操作成本和复杂性。对于许多实际应用而言，基于透镜的活动图显示出过低的分辨率并具有过小的视场和观看区域的深度。

鉴于前述，能够提供具有任一技术的许多优点和很少缺点的设备将是期望的。

能够相对于基于透镜、基于狭缝或两种技术而言提供这样的设备也将是期望的：

● 透射足以允许使用商业上可得到的电视或计算机监视器来充当显示静态图像的背板的光，从而允许较低的成本和远程地且数字地（包括通过类似于因特网的网络）改变图像的更大的操作灵活性；

● 允许背板与透镜板之间的更大范围的可接受距离，允许更实际且更节省成本的制造和维护；

● 更加耐用且安全；

● 对于类似的亮度水平而言要求较少的功率来进行操作；

● 要求较少的劳动和材料来改变图像；以及

● 相对于基于频闪管的设备而言提供尽可能多的活动图的前述优点。

发明内容

通过用于显示在相对于静止图像而言处于运动中的观看者看起来能活动的静止图像的本系统和方法，可以实现各种优点。

本发明提供了用以显示在相对于静止图像而言处于运动中的观看者看起来能活动的静止图像的方法和设备，其使不必要的成本或复杂性最小化并保持图像质量和可适用性。

在先基于狭缝的活动图系统的目标是使用狭缝来以几何方式对光进行过滤，如同在针孔照相机中那样。在先基于透镜的活动图系统的目标是使用透镜来使可见射线聚焦在图像上的各个点或线上或使可见射线聚焦在有限宽度的切片上并且将其放大。本系统的目标是实现这两个目标的集合—如同在针孔照相机中那样以几何方式对光进行过滤并使用透镜来使可见射线聚焦在各个点、线以及有限宽度的切片上。

在本发明的示例性实施例中，提供了用于显示多个静止图像、向相对于静止图像而言基本上以已知的速度移动的观看者形成动画显示的设备。该速度在设备的长度范围内可以是固定的或者可以改变。该设备还可以向固定不动的观看者显示相干图像。该设备包括具有沿着轨迹的背板长度的背板。合成图像被安装在背板的表面上，每个静止图像具有实际图像宽度并具有图像中心。替换配置包括示出安装的静止图像的常规显示屏，因此它们的表面形成背板。所述图像还可以由数字和模拟图像的任何组合构成。帧间距离将相邻图像的图像中心分离。

狭缝—透镜—板被基本上平行于背板定位，面对其表面并由板间距离将其分离。狭缝—透镜—板被安装在与轨迹相距观看距离处。板间距离和观看距离加起来为背板距离。狭缝—透镜—板具有沿着轨迹的狭缝—透镜—板长度、多个柱面透镜和基本上垂直于狭缝—透镜—板长度的多个狭缝。

狭缝—透镜—板包括如在基于透镜的活动图中的至少一个透镜板和如在基于狭缝的活动图中的至少一个平行狭缝板。本发明中的狭缝可以如在典型的基于狭缝的活动图中一样细，但是由于其不同的功能作用和要透射更多的光而通常宽得多。还可以使本发明中的狭缝改变以允许更多或更少的光和更大或更小的分辨率。狭缝—透镜—板的透镜板部件和狭缝-透镜-板的狭缝板部件优选地是相邻的，狭缝中心线和透镜中心线对准，但不一定是这样。透镜板部件和狭缝板部件可以采取任何顺序。实际上，典型的透镜板制造导致透镜板的一侧是扁平的。远离图像板面对透镜板的非扁平一侧与朝着图像板面对非扁平一侧并沿着透镜板的扁平侧放置狭缝板部件相比趋向于改善图像质量，因此狭缝板部件通常更接近于图像板，但是该配置不是要求的。替换地，可以将狭缝板部件夹在两个透镜板部件之间，每个扁平侧碰触狭缝板部件。

在本发明的另一实施例中，该设备具有成列的球面针孔—在背板或常规显示屏上具有成列的合成图像的透镜，类似于美国专利No. 2,833,176中的图2。每个针孔透镜对应于合成图像中的一个，并具有针孔—透镜中心，针孔—透镜中的相邻的一些的相应针孔—透镜中心被帧间距离分离。为了以表观图像宽度显示每个图像，选择板间距离、观看距离和实际图像宽度，使得（a）实际图像宽度和（b）（i）观看距离与（ii）板间距离的商的乘积基本上等于表观图像宽度。

虽然本说明采用相对于透镜形状的其它专利的术语—特别是术语“球面”和“柱面”—但应理解的是本发明的透镜的边缘在截面上不一定严格地是球形的或圆形的。例如，可以使用具有非球形或非圆形截面的透镜来代替严格地为球形或圆形截面的透镜以修正球面像差。并且，例如也可以使用菲涅耳型透镜。

此外，在本发明的另一实施例中，提供了用于显示多个列的静止图像、向相对于静止图像而言基本上以已知速度移动的观看者形成动画显示的设备。该速度在设备的长度范围内可以是固定的或者可以改变。该设备还可以向固定不动的观看者显示相干图像。该设备包括具有沿着轨迹的背板长度的背板。成列的静止图像被安装在背板的表面上，并且成列的静止图像中的每一个具有实际图像宽度并具有图像中心。替换配置包括示出安装的静止图像的常规显示屏，因此它们的表面形成背板。所述图像还可以由静止、数字和模拟图像的任何组合构成。帧间距离将相邻列的图像的图像中心分离。针孔—透镜—板被基本上平行于背板定位，面对其表面并由板间距离将其分离。针孔—透镜—板被安装在与轨迹相距观看距离处。板间距离和观看距离加起来为背板距离。

针孔—透镜—板被基本上平行于背板定位，面对其表面并由板间距离将其分离。针孔—透镜—板被安装在与轨迹相距观看距离处。板间距离和观看距离加起来为背板距离。针孔—透镜—板具有沿着轨迹的针孔—透镜—板长度、多个柱面透镜和基本上垂直于针孔—透镜—板长度的多个针孔。

针孔—透镜-板包括如在基于面透镜的的活动图中的至少一个透镜板和如在基于针孔的活动图中的至少一个平行针孔板。狭缝—透镜—板的透镜板部件和针孔—透镜—板的针孔板部件优选地是相邻的，针孔列中心线和透镜列中心线对准，但不一定是这样。透镜板部件和针孔板部件可以采取任何顺序。实际上，典型的透镜板制造导致透镜板的一侧是扁平的。远离图像板面对透镜板的非扁平一侧与朝着图像板面对非扁平一侧并沿着透镜板的扁平侧放置针孔板部件相比趋向于改善图像质量，因此针孔板部件通常更接近于图像板，但是该配置不是要求的。替换地，可以将针孔板部件夹在两个透镜板部件之间，每个扁平侧碰触针孔板部件。

针孔—透镜—板具有沿着轨迹的针孔—透镜—板长度和沿着针孔—透镜—板长度规则地间隔开的多个球面透镜和针孔。每个透镜和针孔对应于图像中的一个并具有针孔中心，所述针孔的相邻列的相应针孔中心被帧间距离分离。为了以表观图像宽度显示每个图像，选择板间距离、观看距离和实际图像宽度，使得（a）实际图像宽度和（b）（i）观看距离与（ii）板间距离的商的乘积基本上等于表观图像宽度。此类设备在下文将被称为针孔—透镜活动图。

附图说明

在结合附图来考虑以下详细说明时，本发明的以上及其它目的和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是本发明的实施例中的背板及其相应柱面透镜和狭缝上的多个相邻图像的示意性透视图。

图2是本发明的实施例的示意性截面，指示多个部件、尺寸和光学性质。

图3是本发明的实施例的示意性截面，指示由移动观看者进行的设备的观看。

图4是现有技术的实施例的背板和透镜板的示意性截面，指示沿着观看者的运动方向远离光学中心从透镜中心至沿着背板的点的不同距离。

图5是本发明的实施例的示意性截面，示出两个透镜板和一个狭缝板。

具体实施方式

用特殊性描述了各种实施例的主题以满足法定要求。然而，本说明本身并不意图限制所要求保护的发明的范围。更确切地说，与其它当前或未来技术相结合，已经预期能够以其它方式来具体实施要求保护的发明，以包括与在本文中描述的一些类似的不同步骤或元件。虽然术语“步骤”在本文中用来包含所采用的方法的不同方面，但不应将该术语解释为意指在本文中公开的各种步骤之中或之间的任何特定顺序，除非且除了当明确地要求了各个步骤的顺序时以外。以下描述是说明性的且不限于任何一个方面。

还应注意的是如在本说明书和权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文明确地另外规定。例如，对部件的引用意图还包括多个部件的构成。对包含“一个”构成部分的组合物意图除提到的那个之外还包括其它构成部分。并且，在描述优选实施例时，为了明了起见将采取术语。意图在于每个术语预期如本领域的技术人员所理解的其最广泛意义，并包括以类似方式操作以实现类似目的的所有技术等价物。

在本文中可以将范围表示为从“约”或“近似”一个特定至和/或至“约”或“近似”另一特定值。当表示此类范围时，其它示例性实施例包括从所述一个特定值和/或至所述另一特定值。术语“包括”或“包含”或“含有”意指在系统或物品或方法中至少存在所提到的部件、元件、颗粒或方法步骤，但是不排除其它部件、材料、颗粒或方法步骤的存在，即使所述其它此类部件、材料、颗粒或方法步骤具有与所提到的相同的功能。

还应理解的是一个或多个方法步骤的提及不排除附加方法步骤或明确地确定的那些步骤之间的中间方法步骤的存在。类似地，还应理解的是系统或组合物中的一个或多个部件的提及不排除除明确地确定的那些之外的附加部件的存在。为了促进对本发明的原理和特征的理解，下面参考说明性实施例中的实施方式来解释实施例。

本发明提供了按照几何光学装置的原理进行操作的设备，其向相对于它而言处于运动中的观看者显示动画。本发明还可以向固定不动的观看者显示静态图像，背板独立地能够显示动画，也可以向固定不动的观看者显示动画图像。该设备最佳地向观看者产生图像的动画效果，该观看者以基本上可预测的速度在基本上可预测的路径中移动。该设备还可以向以不可预测的模式移动的观看者显示图像。存在满足此标准的许多常见实例，包括但不限于地铁列车上的骑车人、通道或人行道上的行人、地面火车上的乘客、机动车辆中的乘客、电梯中的乘客等。

本发明的益处包括下述：

● 与基于狭缝的活动图相比明显更大且其比基于透镜的活动图小得多的光透射。特别地，其透射足以允许使用商业上可得到的电视屏和监视器的光，用基于狭缝的活动图几乎是不可能的；

● 与基于透镜的活动图的透镜板相比相对于背板而言狭缝—透镜—板要求的不那么精确的放置，相对于基于透镜的活动图而言降低了制造、安装和维护的成本；

● 用于观看图像的离轴部分的更大的视场，相对于基于透镜的活动图而言允许更大的表观图像；

● 相对于基于透镜的活动图而言用于远离最佳观看距离进行观看的更大的场深度；

● 背板上的数字或印刷图像的选择，允许印刷图像的高分辨率图像或数字图像的远程改变，而不要求新的印刷材料。数字图像还允许通过诸如因特网的网络来改变图像；

● 相对于基于狭缝或基于透镜的活动图而言增加的耐久性和安全性；

● 通过更大的光透射实现的相对于基于狭缝的活动图而言的电功率节省，降低了操作成本。

简而言之，本发明在不招致最大缺点和成本的情况下提供了基于透镜和基于狭缝的活动图的许多益处。特别地，基于狭缝—透镜的活动图同时提供两个益处。第一益处是它们透射更多的光，使得能够使用商业上可得到的基于消费者的数字电视和监视器。第二益处是它们同时地提供更大的视场和场深度，适合于许多商业应用。在本发明之前，基于透镜的活动图提供第一益处而没有第二个，而基于狭缝的活动图提供第二个而没有第一个。

本发明的优选实施例包括以优选地规则的间隔且优选地在图片与观看者之间间隔开的一系列渐变图片（“图像”或“帧”）、使观看者的视野聚焦在每个图片的细条上的至少两个部件的光学装置。此光学装置优选地由基于透镜的部件和基于狭缝的部件构成。基于透镜的部件由在其中、在透镜的长维度垂直于观看者的运动方向的情况下取向的一系列薄的会聚透镜构成。基于狭缝的部件由在另外优选地不透明的屏幕中、在狭缝的长维度垂直于观看者的运动方向的情况下取向的一系列狭缝构成。该系列图片一般地将被称为“背板”且优选光学装置一般地将被称为“狭缝—透镜—板”。

现在将参考图1至图5来描述本发明。

在图1和图2中示出了根据本发明的显示设备的优选实施例的基本元件。在本实施例中，设备本质上是两个部件，背板110及包括透镜板和狭缝板150的狭缝—透镜—板。优选地，但并不要求或描绘（pictured），是用以将背板110、透镜板120和狭缝板150保持在适当位置并将异物排除在外的外壳元件，以及照明源。透镜板120优选地包括如下文更详细地描述的多个柱面透镜130。背板110优选地包括多个静止图像140。狭缝板150优选地包括多个狭缝。

从图2可以定义以下变量：

D＝从观看者210到透镜板220的距离；

o＝从透镜板220至背板230的距离；

f＝单透镜260的焦距；

i＝从透镜板220至背板250的表观图像的距离；

D_i＝单个图像270的实际宽度；以及

v＝观看者210相对于设备的速度。

下面描述未被标记的另一参数：D_i'，单个图像的表观或察觉的宽度。在此配置中未被标记的另一参数是狭缝板与图像板之间的距离。在图2的配置中，狭缝板有效地邻近透镜板，使得到狭缝板的距离与到透镜板的距离相同。

本发明相比于被设计为由运动中的观看者观看的现有技术基于透镜的设备的改进是由于由狭缝实现的光的准直而能够将图像放置在相对于透镜的焦平面的一定范围的位置处，类似于照相机中的较小光圈延伸了摄影照相机的视场。这与用于基于透镜的设备的已知系统形成对比，其教导并要求保护的是图像在透镜的焦平面中或具体地在其内部。例如美国专利No. 2,833,176教导了“以光学方式将屏幕的每个单元的第二部件[亦即图像]放置在第一个[亦即透镜]的焦平面中或直接在其附近是基本要求”。美国专利No. 2,833,176还要求保护“被安装在所述透镜后面的支撑框架[背板]，其表面在其焦平面中”。美国专利No. 3,568,346教导了“每个光学对象[亦即图像]在透镜的焦平面中，其被与之配准...图像看起来在无限远处”。美国专利申请No. 12/728,773教导了透镜必须在焦距内部。

如在图2中所指示的，将背板放置在与透镜板相距距离o处，其中，o近似是透镜的焦距f。由于狭缝以几何方式对光进行过滤，所以本发明与基于透镜的活动图相比具有o和f之间的差方面的更大灵活性。

本发明显示出与基于透镜的活动图和基于狭缝的活动图的某些类似性质，虽然具有某些差异。本领域的技术人员将熟悉它们的拉伸效应、放大效应，其在本发明中基本上类似地发生，如同在现有技术中那样。本领域的技术人员还熟悉它们的关于最佳观看距离的对视场和场深度的限制。相比之下，由于由与透镜板进行的光聚焦组合的由狭缝板进行的光的几何过滤，本发明提供了对视场或对最佳观看距离的接近度的较少限制。

在介绍性光学课本中可获得的众所周知的薄透镜等式

给出了用于焦距f的透镜的物距o与像距I之间的关系。某些现有技术将图像放置在透镜的焦平面中，相当于设置o等于f，意味着图像出现在“光学无限远”处，相当于i等于无限远。其它现有技术教导了o小于f，并且i是有限的，通常在f的数量级内。也就是说，本发明的图像出现在有限距离处，而不是在光学无限远处。本发明还教导了o通常在f的数量级内，但其不一定同样准确，并且甚至可以大于f，同时仍向观看者显示可接受的图像。此性质意味着任何透镜板、狭缝板或背板的平面性不一定如同在现有技术中那样准确，降低了成本并增加了耐久性。

当对象被放置在小于透镜的焦距的距离处时，透镜在与透镜的表观距离处产生虚像，该表观距离是通过对薄透镜等式求解而找到的。图像看起来被放大m倍，其中

。

因此，图像在观看者看起来具有表观宽度D_i'，由下式给出：

。

在本发明中的柱面透镜的情况下，放大仅沿着运动方向。

根据本发明的设备能够利用视觉驻留，由此，观看者在显示一系列离散图像时察觉到连续的运动图像。本发明的操作使用两个不同但同时的视觉驻留的表示。当显示在整个图像上扫过的图像的一系列小碎片时，第一个发生在重构全相干图像的眼睛中，表面上完全立刻可见。第二个是动画书的常见效果，由此，一系列渐变的图像被察觉到是连续的动画。

图3举例说明第一视觉驻留效果。其示出三个连续时间点（t＝0、1、2）。为了简单起见考虑时刻t＝1，观看者331通过单个透镜341和单个狭缝351来观看图像321的碎片311。就在之前，在t＝0，观看者330通过单个透镜340和单个狭缝341看到了图像320的碎片330。换言之，图像的可见碎片及时地在整个图像上扫过。此图显示观看者331在短时间段内最后看到了图像321的每个部分。然而，在任何给定瞬间，只有图像321的细碎片311是可见的，如同在传统活动图中那样。当不移动时，观看者331看到通过相邻透镜和狭缝、例如相邻透镜340和狭缝350；以及相邻透镜342和狭缝352被放大的图像的相邻碎片311，其共同地看起来像单个、相干图像。在运动中，观看者311看到动画。

请注意，与在其中光仅沿直线通过狭缝至观看者的眼睛的基于狭缝的活动图中不同，某些光通过狭缝，随后被透镜聚焦，并且随后到达观看者的眼睛。由于在基于狭缝的活动图中被聚焦的附加光将变模糊，所以本发明的狭缝板中的狭缝能够明显比在现有技术中更宽，同时仍示出与基于狭缝的活动图可比较的分辨率。现有技术中的典型狭缝宽度是狭缝间距离的十分之一，使光的90%变模糊，要求图像比观看者的期望亮度亮十倍。亮度方面的要求的十的额外因数使得使用一般可用的数字监视器和电视屏变得不切实际。虽然在商业上使得监视器和电视屏更亮两倍至五倍（常常称为“高亮度”监视器），但每个增加都添加设备及其制造过程中的附加成本和复杂性，通常要求昂贵且更复杂的售后更改。

本发明通常能够在没有附加照明的情况下操作，虽然其能够可选地使用附加照明。

在本发明的某些实施例中，典型的狭缝宽度可以是狭缝间距离的一半，同时仍提供几乎相等的分辨率。但是，本发明中的狭缝宽度可以在从近似为常见的基于狭缝的活动图的狭缝宽度至基于整个狭缝间距离的范围内变化。通过仅阻挡一半的光，本发明允许使用一般可用的基于消费者的监视器和电视屏，相对于基于狭缝的活动图而言大大地降低了成本和复杂性。事实上，许多消费者型号的监视器和电视屏具有嵌入的特亮操作模式，其能够在没有售后更改的情况下能够实现期望的额外亮度，改善了可靠性并降低了成本和复杂性。

请注意，不同于基于透镜的活动图，其中透镜的质量是图像质量的限制性因素—亦即一旦制造了透镜，则不能将图像质量改善超过其固有限制－在本发明的某些实施例中，减小狭缝的尺寸在不改变透镜的情况下改善了图像质量。

并且，不同于基于透镜的活动图，其中，透镜的场深度和在f或o附近的要求放置精度是固定的，本发明可以通过选择较小的狭缝宽度来允许更大的场深度和在f或o附近的放松的放置精度。

如在现有活动图技术中一样，本发明相比于基于频闪管或基于LED的技术取得优点。视觉驻留效果以任意高的速度产生动画，因为在较高速度下，碎片可见的时间段缩短了，因此在该时间内通过透镜观看的图像的运动变小，观看者察觉到较少的模糊或没有模糊。不存在对设备用以工作的速度的理论上限。也就是说，将引起模糊的效果—观看者的增加的速度—被减少模糊的效果—给定碎片的可视时段—抵消。

在图3中，观看者331的视线的移动的表示纯粹是说明性的。实际上，观看者的目光可以固定在看起来是固定屏幕的地方，并且可以通过周边视觉来看到整个帧，如同用诸如广告牌的常规显示设备那样。

两个视觉驻留效果实际上同时地操作。在最小阈值速度以上，观看者331不会察觉到离散图像也不会察觉到离散碎片。虽然在本说明中已采用术语碎片，但并不要求的是图像的该部分极其窄以落在本发明的范围内。

如同用基于透镜和基于狭缝的活动图那样，本发明的某些实施例还可以使得实际图像在观看者的运动方向上看起来更大，在这里被描述为拉伸效果的效果，其不同于透镜放大。由下式给出拉伸效果的量值s

。

本发明的性质是放大和拉伸两个效果同时发生且两者都产生类似的效果：实际图像沿着观看者的运动轴的伸长。两个效果随着距离而不同地缩放，结果是存在最佳观看距离OVD，在该处，放大和拉伸效果的量值一致。这在OVD＝mf 时发生。

实际上，为了表观图像以正确的比例出现，一个人可以沿着运动方向预先缩小实际图像，使得拉伸和放大效果使被拉伸和被放大的图像具有正确的比例。相对于在先基于透镜的技术而言，本发明允许关于最佳观看距离的更宽视场。

图4示意性地举例说明现有技术的缺点，其可以被本发明的某些实施例减小，即在图示中的左侧和右侧的不同观看角度410处，单独柱面透镜420与通过该柱面透镜420观看的图像440的切片430之间的有效距离改变。特别地，如果在法向入射时透镜板450与在该角度410处观看的图像440的切片430之间的距离是o，则当角度410等于β时，透镜板450与在该角度410处观看的图像440的切片430之间的距离是o/cosβ，其对于任何非零β而言都大于o。此随观看角度410的距离变化导致图像质量的劣化。在本实施例中，在焦点处或在观看者的前面以给定放大倍率出现的给定图像可以看起来不聚焦或在中心的左侧和右侧具有不同的放大倍率。通过使光准直，本发明的狭缝减小了所述图像质量的劣化。被本发明减小的现有技术中的所述图像质量的劣化也在垂直方向上发生。

图5示意性地举例说明本发明的实施例—包括多于一个的透镜板和一个狭缝板的狭缝—透镜—板。在所示的实施例中，第一透镜状部件500和第二透镜状部件520将狭缝部件510夹在中间。

应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述构造和前述操作序列进行改变。因此意图在于包含在以上说明中或在附图中示出的所有内容被解释为说明性而不是在限制性意义上解释。

还应理解的是以下权利要求意图涵盖如本文所述的本发明的所有一般和特定特征，并且可以将本发明的范围的所有陈述（作为语言问题）说成是落在其之间。还应理解的是以下权利要求意图涵盖所有总体背板几何结构并且能够使用基于狭缝、基于针孔以及基于透镜的活动图的相应的镜片板几何结构，狭缝—透镜—板或针孔—透镜—板代替了狭缝板、针孔板或透镜板，如果可能的话，在没有限制的情况下包括曲面背板和非平面背板。还应理解的是以下权利要求意图涵盖用以在背板上显示静态图像的任何类型的图像显示器或投影系统，在没有限制的情况下包括纸张上的印刷图像、商业上可得到的电视屏或监视器上的数字图像、电子纸以及投影仪，所述显示器或投影系统可以被本地地或通过网络来操作，该网络可以是私人的或公共的，例如因特网。

虽然已经以其优选形式公开了本发明，对于本领域的技术人员来说显而易见的是在不脱离如在以下权利要求中阐述的本发明的精神和范围及其等价物的情况下，可以对其进行许多修改、添加和删除。

Claims (10)

1.一种用于向观看者显示图像的设备，包括：

背板，其具有前背板侧和后背板侧；

狭缝—透镜—板，其位于远离所述背板的前背板侧的物距处；

所述狭缝—透镜—板具有至少一个透镜板和至少一个狭缝板；

所述至少一个透镜板具有前透镜板侧和后透镜板侧，并且所有所述透镜板共同地具有位于与包含在狭缝—透镜—板内的适当主平面相距焦距处的焦平面；以及

位于所述背板上的多个图像。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述透镜板包括多个透镜。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述前背板侧的各部分是弯曲的。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，透镜板的背面与对象之间的距离是0。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述背板由数字显示器构成。

6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多个透镜是柱面透镜。

7.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多个透镜是被成形为减少或消除像差的椭圆形透镜。

8.一种显示静止图像、使得所述图像在相对于所述图像而言处于运动中的观看者看起来能活动的方法，所述方法包括：

在背板上显示至少两个图像；以及

在所述图像的前面放置包括至少一个狭缝板和至少一个透镜板的狭缝—透镜—板；

其中，所述狭缝—透镜—板具有焦平面且所述背板相对于所述焦平面而言最接近于所述狭缝—透镜—板。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个透镜板包括多个透镜。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述背板上显示所述图像，使得图像是弯曲的，并且透镜与图像之间的有效距离保持基本恒定。

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