CN103176276A - 图像显示装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供图像显示装置以及方法，利用一直以来仅能够显示单纯重复图案的莫尔干涉，通过使用视差成分图像、帧成分图像而产生莫尔条纹，由此，即使从大范围角度观察，也能进行立体显示或者动画显示。图像显示装置具备：凸透镜集合体，其在面上沿着至少一个方向D_x(其中，x是表示方向的下标)以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜；以及显示部，其在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着面配置，显示以与P_x不同的图像间距w_x沿方向D_x排列的多个要素图像，将利用多个凸透镜与多个要素图像之间的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像而立体显示，其中，要素图像通过多个视差成分图像n-1、n、n+1的集合而构成。

Description

图像显示装置以及方法

技术领域

本发明涉及使用多个凸透镜沿至少一个方向排列的二维透镜阵列、双凸透镜等将图像显示为莫尔条纹的装置以及方法。

背景技术

已知有观察到生成以隔开规定间隔的方式平行配置的格子图案的莫尔条纹凸起、或者反之向内凹陷的现象。此外，众所周知有在二维透镜阵列、双凸透镜的下方配置周期图案，显示具有纵深的莫尔条纹而利用于吸引人的目光的显示器的技术(专利文献1～7)。并且，也公知有对所显示的图案加以变化的技术(专利文献8)。

另一方面，已知有将由视差成分图像的集合构成的图像在二维上配置为矩阵状，通过透过透镜阵列观察该图像而将该图像显示为立体图像的技术(专利文献9)。

专利文献1：美国专利申请2007/0097111号说明书

专利文献2：日本专利公开公报特开平11-189000号公报

专利文献3：日本专利公开公报特开2001-55000号公报

专利文献4：日本专利公开公报特开2001-180198号公报

专利文献5：日本专利公开公报特开2002-46400号公报

专利文献6：日本专利公开公报特开2002-120500号公报

专利文献7：日本专利公开公报特开2003-220173号公报

专利文献8：日本专利公开公报特开2003-226099号公报

专利文献9：日本专利公开公报特开2008-249809号公报

然而，利用上述莫尔条纹的技术都只不过是将几何图案、重复图像等单一图案作为莫尔条纹进行显示的技术，没有使用视差成分图像进行立体显示。并且，也没有对莫尔条纹进行帧显示而使其作为动态图像、动画而发挥功能。

另一方面，虽然专利文献9所记载的技术虽然是透过对应的多个透镜观察包含视差成分图像的图像，但存在显示立体图像的可视区域狭窄的问题。特别是在使用包含视差成分图像的图像进行立体显示的技术中，在产生了莫尔条纹的情况下，去除莫尔条纹成为问题，而没有想到积极地利用莫尔条纹。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种通过使用视差成分图像或帧成分图像产生莫尔条纹，由此，即使从大范围的角度观察，也能够进行立体显示或者动画显示的图像显示装置以及方法。

本发明的图像显示装置具备：凸透镜集合体，该凸透镜集合体在面上沿着至少一个方向D_x(x是表示方向的下标)以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜；以及，显示部，该显示部在所述凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，显示以与P_x不同的图像间距w_x沿所述方向D_x排列的多个要素图像，该图像显示装置将通过所述多个凸透镜与所述多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像进行立体显示，所述要素图像通过多个视差成分图像的集合而构成。

通过这样做，由于从包含视差成分图像的要素图像生成莫尔条纹，因此能够在宽阔的可视区域显示立体图像。

本发明的图像显示装置具备：凸透镜集合体，该凸透镜集合体在面上沿着至少一个方向D_x(x是表示方向的下标)以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜；以及，显示部，该显示部在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，显示以与P_x不同的图像间距w_x沿所述方向D_x排列的多个要素图像，该图像显示装置将通过所述多个凸透镜与多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像进行动态图像显示，所述要素图像通过多个帧成分图像的集合而构成。

通过这样做，由于从包含帧成分图像的要素图像生成莫尔条纹，因此，能够在宽阔的可视区域显示动画。

成为显示对象的原始图像由视差或者帧分别不同的多个分割图像构成，不同的上述要素图像可以包含不同的上述分割图像。

通过这样做，能够透过其它的凸透镜观察到不同的要素图像所包含的不同的分割图像，能够进一步获得立体感、动态图像。

所述要素图像的集合沿所述至少一个方向D_x形成周期性的周期图像，所述周期图像以下述方式形成，(i)从成为显示对象的原始图像，并且是视差或者帧分别不同、且沿所述至少一个方向D_x具有图像间距w₀x的多个分割图像，分别分割或者抽出间隔为k₀x的多个线图像或者点图像；(ii)在w_x≠w₀x的情况下，将所述线图像或者点图像的间隔缩小或者抽取为k_x(其中，k_x＝k₀x×(w_x/w₀x))；(iii)将属于同一所述分割图像的所述线图像或者点图像，分别以P_x的间隔按照该线图像或者点图像的分割顺序排列，并且，以相邻的属于所述分割图像的所述线图像或者点图像彼此，按照该分割图像的分割顺序或者与该分割顺序相反的顺序邻接的方式，沿着所述方向D_x排列在所述要素图像间距w_x内。

可以设为上述k_x＝|P_x-w_x|。

通过这样做，由于能够容易地确定线图像、点图像的位置，因此能够简单地形成周期图像。

图像显示装置还具备使上述凸透镜集合体与上述要素图像的相对位置沿着上述方向D_x变化的移动机构，可以改变被放大显示的图像。

通过这样做，即使不移动观察者的视点，也能够观察到改变视点后的立体像，能够观察到动态图像。

上述要素图像可以通过使用一边使作为所述原始图像的三维对象绕规定的轴以规定的角度间距依次旋转一边进行拍摄或者渲染而获得的所述分割图像而形成。

通过这样做，作为成为显示对象的原始图像，能够容易地生成视差或者帧分别不同的多个分割图像。

本发明的图像显示方法使用图像显示装置，所述图像显示装置具备：凸透镜集合体，该凸透镜集合体在面上沿至少一个方向D_x(其中，x是表示方向的下标)以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜；以及，显示部，该显示部在所述凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，显示以与P_x不同的图像间距w_x沿所述方向D_x排列的多个要素图像，并且，所述要素图像通过多个视差成分图像的集合而构成，将利用所述多个凸透镜与所述多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像进行立体显示。

本发明的图像显示方法使用图像显示装置，所述图像显示装置具备：凸透镜集合体，该凸透镜集合体在面上沿至少一个方向D_x(其中，x是表示方向的下标)以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜；以及，显示部，该显示部在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，显示以与P_x不同的图像间距w_x沿所述方向D_x排列的多个要素图像，并且，所述要素图像通过多个帧成分图像的集合而构成，将利用所述多个凸透镜与所述多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像进行动态图像显示。

根据本发明，利用现有的仅能够显示单纯的重复图案的莫尔干涉，通过使用视差成分图像、帧成分图像生成莫尔条纹，由此，即使从大范围的角度观察，也能进行立体显示或者动画显示。

附图说明

图1是示出莫尔图案具有纵深的原理的图。

图2是使用了双凸透镜的本发明的第一实施方式所涉及的图像显示装置的外观立体图。

图3是示出在第一实施方式所涉及的图像显示装置中立体放大显示图像的原理的图。

图4是示出在第一实施方式所涉及的图像显示装置中形成要素图像的方法的图。

图5是示出形成要素图像的方法、且与图4连接的图。

图6是示出在本发明的第二实施方式所涉及的图像显示装置中形成要素图像的方法的图。

图7示出拍摄作为原始图像的三维对象，从而获得分割图像的方法的图。

图8是示出根据利用图7的方法获得的图像作成的周期图像的一例的图。

图9是示出本发明的第三实施方式所涉及的图像显示装置的图。

图10是示出在本发明的第四实施方式所涉及的图像显示装置中形成要素图像的方法的图。

图11是示出使用了二维透镜阵列的本发明的第五实施方式所涉及的图像显示装置的外观立体图。

图12是在第五实施方式所涉及的图像显示装置中显示基于要素图像的显示图像的图。

图13是示出在第五实施方式中，拍摄作为原始图像的三维对象，从而获得分割图像的方法的图。

图14是示出本发明的第6实施方式所涉及的图像显示装置的图。

图15是示出各个凸透镜排列成六边形的二维透镜阵列的图。

图16是示出本发明的一例所涉及的图像显示装置的结构的图。

图17是示出要素图像的配置状态的图。

附图标记说明：

7、16、22、24、28：凸透镜集合体；8、8x、17、20、23、25：周期图像(配置周期图像的显示部)；10：原始图像；10a～10c、12a、21a：分割图像；14：对象(object)(三维对象)；23i：要素图像；30～32：致动器(移动手段)；100、110、120、130：图像显示装置；n-1、n、n+1：线图像或者点图像。

具体实施方式

首先，参照图1，对能够伴随着纵深感观察到双凸透镜、二维透镜阵列等透镜阵列(凸透镜集合体)和周期图案所生成的莫尔图案的原理进行说明。如图1(a)所示，周期图案2置于透镜阵列1的焦点面或者焦点面附近，在周期图案2的间距w比透镜阵列1的间距p小时，基于透镜阵列1的各个透镜的单位图案的像3在距离透镜的曲率中心4为距离L的里侧重叠，在该位置观察放大像。L在数式1中根据从曲率中心4到周期图案2的距离d得出，像的放大倍率A在数式2中得出。

数式1

$L=\frac{\mathrm{pd}}{p-w}$

数式2

$A=\frac{p}{p-w}$

另一方面，如图1(b)所示，周期图案5置于透镜阵列1的焦点面或者焦点面附近，在周期图案5的间距w比透镜阵列1的间距p大时，基于透镜阵列1的各个透镜的单位图案的像6在从透镜的曲率中心4向前离开距离(深度)L的位置重叠，在该位置观测倒立的放大像。使L为附带标号的数值，如果使跟前侧为负，则与上述相同，数式1成立，如果利用放大倍率A的负值表示像的倒立，则数式2依然成立。

然而，在现有的显示装置中，周期图案2、5是使用相同图形排列而成的图案，或者使用形状根据位置而缓缓变化的图案。在周期图案是相同图形的排列的情况下，眼睛所观察到的图像成为单纯的重复图案，这是由于是周期图案的放大像，因此能够容易地预测结果，实际上被商品化的例子也较多。另一方面，在使用图案因进行观察的位置、角度的不同而变化的周期图案的情况下，虽然视觉印象强烈，但周期图案与眼睛所观察到的显示图像之间的关系复杂，难以设计。并且，图案的变化限定于旋转等简单的变化。

因此，本发明通过使用包含视差成分图像或者帧(动态图像)成分图像的图像产生莫尔条纹，由此，能够在宽阔的可视区域显示立体图像或者动画。

图16示出本发明的一例所涉及的图像显示装置(后述的第五实施方式)120的结构。图像显示装置120具备二维透镜阵列(相当于权利要求书的“凸透镜集合体”)22和显示部23。二维透镜阵列22纵横呈矩阵状地配置有多个凸透镜22i。另外，显示部23纵横呈矩阵状地配置有要素图像23i，各个凸透镜22i分别与各个要素图像23i对应设置。例如，各个凸透镜22i以间距P₁沿图16的横向排列，另一方面，各个要素图像23i以间距w₁沿图16的横向排列。而且，P₁≠w₁，并且要素图像23i的排列图案(图16的情况下为4×4的正方格子)以与凸透镜22i的排列图案(图16的情况下为4×4的正方格子)相似的形状排列，以形成莫尔图案。另外，如果透镜和要素图像的排列图案相似，则透镜与要素图像的图案彼此不需要相似，例如，图16中的凸透镜22i为圆形，与此相对，要素图像23i也可以是四角形。

另外，各个要素图像23i的聚集是周期图像23，周期图像23形成配置于二维透镜阵列22下方的一张大的图像，基于周期图像23的周期性(间距w₁)而产生莫尔图案。并且，显示部是显示周期图像23的部分，可以是印刷有周期图像的面板等，也可以是显示周期图像的液晶显示装置等。以下，不区分显示部和周期图像，而利用同一标号(23等)表示。

此外，各个要素图像23i分别由多个视差成分图像的集合构成。因此，要素图像23i的聚集(周期图像)形成莫尔图案，并且，该莫尔图案通过视差成分图像而立体地显示。

即，视差成分图像的集合、即要素图像23i透过各个凸透镜22i向不同的方向射出不同的视差成分。此时，由于观察者的两眼中被发送不同的视差成分图像，因此，通过识别该视差成分图像而识别立体图像。另外，要素图像23i所包含的视差成分图像为至少2个以上。

另外，要素图像23i可以分别由多个帧(动态图像)成分图像构成。在该情况下，要素图像23i的集合形成莫尔图案，并且，该莫尔图案通过帧成分图像而显示为动态图像。

即，帧成分图像的集合、即要素图像23i透过各个凸透镜22i向不同的方向射出不同的帧成分。此时，当观察者移动时，由于眼中被发送不同的帧成分图像，因此，通过识别该帧成分图像而识别动画。

另外，如图17所示，在沿一个周期方向(图17中的D₁方向)观察时，相邻接的要素图像23i-1～23i-4包含分别一点一点地改变视点观察作为显示对象的原始图像时的图像信息，随着如后述那样改变视点，观察到是视差变化的立体像。在进行动画显示时，要素图像23i-1～23i-4包含一点一点地移动作为显示对象的原始图像的动作信息，随着如后述那样改变视点，观察到动作变化的像。

接下来，对从任意原始图像生成要素图像以及周期图像的例子进行说明。通过这样做，能够使显示图像具有所希望的功能、含义，并且能够提高显示器效果。

图2是本发明的第一实施方式所涉及的图像显示装置100的外观立体图。图像显示装置100具备将多个凸透镜以透镜间距P₁沿水平方向D₁排列而成的双凸透镜(相当于权利要求书的“凸透镜集合体”)7和周期图像8(配置周期图像8的显示部)。另外，对于图像显示装置100，凸透镜仅沿着水平方向D₁排列，相当于权利要求书的D的下标x＝1的情况。以下，当方向增加时(例如水平以及垂直方向)，设为x＝1、2…以区分各个方向。

在该图像显示装置100中，在图1(a)、(b)中任意一种情况下(即，像存在于双凸透镜7的里侧或前侧的情况)，如图3所示，从特定的视点观察到的图像为隔着各个凸透镜观察到的周期图像8所包含的线图像(后述)的集合。换而言之，如果将向各个视点展现的显示图像分解成线图像，并以规定的间隔排列，则这些线图像分别从另一个凸透镜汇聚于一个视点，显示成原始的图像。具体地说，将分别向视点L以及R展现的显示图像l和r分解成与双凸透镜7平行的线图像，如后所述，分别以间距p′(在该视点，从相邻的透镜观察到的线图像的宽度)分开配置，只要使线图像的集合、亦即周期图像8的图像间距w₁为莫尔条纹的宽度即可。在此，如果到视点为止的距离与图像显示装置100的厚度相比足够大，则可以认为p′＝P₁，图像(莫尔条纹)的宽度λ利用数3表示。

数3

$\mathrm{\λ}=\frac{p_1{w}_1}{p_1-w_1}$

接下来，参照图4、图5，对形成周期图像8的方法的一例详细地进行说明。另外，在第一实施方式中，P₁＞w₁，|P₁-w₁|＝k₁(k₁是周期图像8上的线图像的间隔)，并且使w₁为k₁的整数倍。另外，设为后述的图像间距w₀＝w₁、P₁＝5、w₁＝4、k₁＝1。例如，在使用40LPI的双凸透镜的情况下，P₁＝25.4mm/40＝0.635mm，k₁＝0.635mm/5＝0.127mm。

另外，当k_x＝|P_x-w_x|时，能够容易地确定后述的线图像、点图像的位置，因此，具有能够简单地形成周期图像的优点。

在图4中，首先，以图像间距w₀(反复)配置作为立体放大显示的对象的原始图像(视差图像或者帧图像)，成为不同的视差的图像或者帧的图像。例如，是预先从横向(二维透镜的情况下为横向和纵向)连接视差或者帧分别不同且所拍摄的宽度为w₀的图像而得到的图像。另外，在实际处理的情况下，如果预先连接以各个的角度拍摄的多个宽度为w₀的图像，则能够高效地选出线图像、点图像，无需开、关大量图像。特别是在二维透镜的情况下，能够利用一次处理获得并且配置网状的点。

进而，将所配置的原始图像10分别沿方向D₁分割成图像间距为w₀的多个分割图像10a～10c。在此，作为原始图像10，通过使用分别从不同的视点观察到的多个图像(后述的分割图像10a～10c)，由此，原始图像10包含有视差图像，通过从该原始图像10形成要素图像(周期图像的部分图像)，由此，要素图像包含有视差图像。另一方面，在动态图像的情况下，作为原始图像10，只要同样准备分别从不同的视点观察到的多个图像(分割图像)，或者准备随时间而变化的多个图像(分割图像)即可。

另外，分割图像10a～10c沿着方向D₁从左开始按顺序排列。并且，如原始图像的分割图像那样，能够使用宽度为w₀的多个视差图像或者帧图像10a～10c直接生成周期图像。在该情况下，不需要进行上述分割处理。

然而，在本发明中，与是否进行分割处理无关，将视差或者帧分别不同的原始图像称作“分割图像”。

并且，在凸透镜集合体为图2的双凸透镜的情况下，分割图像10a～10c是长方图像，在凸透镜集合体为图11的正方透镜阵列的情况下，分割图像10a～10c是正方图像，在凸透镜集合体为图15的蜂窝透镜的情况下，分割图像10a～10c是六边形图像。

接下来，例如，沿着方向D₁将分割图像10b分割成间隔为k₁的多个线图像n。进而，分别以P₁的间隔将属于分割图像10b的线图像n排列于透镜的正下方。在此，线图像n表示对沿着方向D₁将原始图像10分割至从左数第n个的的分割图像10b进一步分割而得的线图像。

另外，虽然在凸透镜集合体为图2的双凸透镜的情况下，形成上述线图像，但在凸透镜集合体为二维透镜阵列(图11的正方透镜阵列，图15的蜂窝透镜等)的情况下，形成点图像。

同样地，将分割图像10a分割成间隔为k₁的多个线图像(n-1)，将分割图像10c分割成间隔为k₁的多个线图像(n+1)，分别以P1的间隔沿着方向D₁排列这些线图像。在此，属于各个分割图像10a～10c的线图像(n-1)、n、(n+1)配置为按照与分割图像10a～10c的分割顺序相反的顺序(即，沿着方向D₁从左开始按照(n+1)、n的顺序)相邻。

通过这样做，线图像(n+1)排列在线图像n的左邻，线图像(n-1)排列在线图像n的右邻。并且，当沿着方向D₁排列各个线图像直至图像间距达到w₁时，图像间距w₁所包含的多个线图像成为一个要素图像，多个要素图像的聚集成为周期图像8。

另外，各个线图像(n-1)、n、(n+1)是视差分别不同的视差成分图像。进而，例如在图4中，通过利用右眼观察L1的像，利用左眼观察c的像，由此，能够观察进而立体识别视差分别不同的线图像(n-1)、n。

并且，在动态图像显示的情况下，各个线图像(n-1)、n、(n+1)是动作分别不同的帧成分图像。并且，例如在图4中，通过视点从(n-1)向n移动，由此，能够观察到动作分别不同的线图像(n-1)、n，能够观看到动态图像。

在此，如图5所示，各个线图像n按照该线图像的分割顺序分别以P₁的间隔沿着方向D₁排列。这是因为，如后所述，当经由凸透镜观察各个线图像n(四个)时，由于这些线图像n的聚集、即要素图像作为分割图像10b(在图中标注)而显示，因此，如果不维持线图像的分割顺序进行排列，则分割图像10b会以左右相反的方式显示。另外，在图5中，(n)-4是指四个线图像n中的沿着方向D1左起第四个图像。

进而，一边使线图像(n+1)从线图像n向右偏移w₁，一边同样分别以P1的间隔沿方向D₁排列该线图像(n+1)。以下，以同样的方式排列各个线图像，线图像按照与分割图像的分割顺序相反的顺序邻接而排列，以图像间距为w₁的图像作为一个要素图像(也称作部分周期图像)。例如，在图5的例子中，以四个线图像n～(n-3)按照与分割顺序相反的顺序邻接而排列成的聚集作为部分周期图像8a，以四个线图像(n+1)～(n-2)按照与分割顺序相反的顺序邻接而排列成的聚集作为部分周期图像8b。

通过上述那样做，形成了周期图像8(部分周期图像8a、8b…)，通过透过双凸透镜7观察周期图像8，由此，各个分割图像按照原始图像10的分割顺序依次显示。如图4、图5所示，邻接的分割图像一边进行连续的变化一边显示。即，由于邻接的分割图像的相似度高，因此，通过按顺序观察这些分割图像，由此，显示图像不会严重走形，而是成为具有略微变形的图像。因此，如图1(a)所示，观察到放大像11具有纵深L。

具体地说，在图4中，从正面C能够观察到第n个线图像(四个)的聚集、即分割图像10b，沿着方向D1从左侧角度L1、L2分别能够观察到第(n-1)、(n-2)个分割图像，沿着方向D1从右侧角度R1、R2分别能够观察到第(n+1)、(n+2)个分割图像。即，当沿着方向D₁从左向右移动视线时，所观察到的图像按照原始图像的分割顺序变化。如此，不会损失具有纵深的莫尔图像的性质，而能够使用任意图像作为所要显示的原始图像。例如，在放大显示的对象图像是视差图像的情况下，能够在透镜面的里侧观察到对象图像的放大像，并且能够观察到视差根据观察位置而变化的立体像。另外，在放大显示的对象图像为动态图像的帧的情况下，能够在透镜面的里侧观察到对象图像的放大像，并且能够观察到根据观察位置而变化的动画。

另外，作为成为显示对象的原始图像，只要准备视差或者帧分别不同的多个分割图像10a～10c(如上所述，该分割图像可以是分割一个原始图像10，也可以不分割而是直接形成)即可。进而，可以使不同的要素图像(部分周期图像)8a、8b包含不同的分割图像(例如，虽然要素图像8a包含属于特定的分割图像的第(n-3)个线图像，但要素图像8b可以不包含第(n-3)个线图像，而是包含属于其它分割图像的第(n+1)个线图像)。

另外，在沿着方向D₁的方向中，对于原始图像，以w₀的宽度切出而缩小至w₁的宽度或者在进行抽取之后放大至(w₁×P₁)。另一方面，在与方向D₁垂直的方向上，不对原始的图像的高度H₀进行处理。因此，为了使所显示的图像的宽度与高度之比与原始图像相同，需要设为(w₁×p₁)/w₀＝H₁/H₀。即，对原始图像的高度H₀进行放大或者缩小处理，以使得显示图像的高度H₁＝(w₁×P₁)×H₀/w₀。

另外，在图4的情况下，线图像n存在四个(w₁/k)，从四个凸透镜分别显示上述四个线图像n。线图像n的个数越多，供上述线图像n显示的凸透镜的数量也增加，显示图像被放大。线图像n的个数可以是多个。

另外，在上述实施方式中，虽然将原始图像分割成分割图像，将分割图像分割成线图像，但是，例如也可以从原始图像直接抽取线图像。另外，图像也可以是数字图像，在该情况下，在分割或者抽取时，在所需的线图像的像素不以图像间距w₀的间隔存在的情况下，也可以利用线形插补、最近插补等插补从周围的像素获得线图像。

接下来，参照图6对在本发明的第二实施方式所涉及的图像显示装置中形成周期图像8x的方法详细地进行说明。另外，第二实施方式所涉及的图像显示装置除了周期图像8x不同以外，具有与第一实施方式相同的结构。另外，在第二实施方式中，P₁＜w₁，|P₁-w₁|＝k₁，并且使w₁为k₁的整数倍。另外，设为P₁＝5，w₁＝6，k₁＝1。例如，在使用40LPI的双凸透镜的情况下，P₁＝25.4mm/40＝0.635mm，k₁＝0.635mm/5＝0.127mm。

由于P₁＜w₁，因此，如图1(b)所示，在第二实施方式的情况下，观察到放大像13突出。

在图6中，首先，将作为放大显示的对象的原始图像分别沿方向D₁分割成图像间距为w₀的多个分割图像(在图6中仅显示一个分割图像12a)。接下来，例如，将分割图像10b沿方向D₁分割成间隔为k₁的多个线图像n。进而，分别以P₁的间隔沿方向D₁排列属于分割图像12a的线图像n。同样地，其他分割图像也分割成多个线图像，分别以P₁的间隔沿方向D₁排列这些线图像。在此，属于各个分割图像的线图像(n-1)、n、(n+1)配置为按照分割图像的分割顺序(即，沿着方向D₁从左按照n、(n+1)的顺序)相邻。

通过这样做，线图像(n-1)排列在线图像n的左邻，线图像(n+1)排列在线图像n的右邻。进而，当沿着方向D₁排列各个线图像直至达到图像间距w₁时，图像间距w₁所包含的多个线图像成为一个要素图像，多个要素图像的聚集成为周期图像8x。即，在周期图像中，由于线图像按照分割图像的分割顺序排列而相对于原始图像左右反转，因此，在周期性地配置于原始图像的放大显示的对象图像为视差图像的情况下，对象图像的放大像13以P₁＜w₁的配置突出，也能够观察到视差正确的立体像。

另外，与图5相同，各个线图像n分别以P₁的间隔沿着方向D₁按照该线图像的分割顺序排列。这是因为，当经由凸透镜观察各个线图像n(在图6中为6个)时，由于这些线图像n的聚集、即要素图像作为分割图像而显示，因此，如果不维持线图像的分割顺序进行排列，则分割图像左右相反地显示。

在图6的情况下，与图5相反，使线图像(n+1)从线图像n向左偏移w₁。如此一来，能够在立体显示时提供正确的视差。这是因为，看起来向显示面的前方突出的立体像的视差与看起来朝向显示面里的立体像的视差相反。在动态图像的情况下，不是视差相反，而是动作运动相反。

进而，使线图像(n+1)从线图像n向左偏移w₁，并且同样地分别以P₁的间隔沿方向D₁排列。以下，同样地排列各个线图像，线图像以与分割图像的分割顺序相同的顺序邻接排列，以图像间距w₁的图像作为一个要素图像(部分周期图像)。即，只要沿着方向D₁从左以n、(n+1)的顺序排列线图像即可。

具体地说，在图6中，能够从正面C观察到第n个线图像(6个)的集合、即分割图像，能够沿着方向D_1x从左侧角度L1、L2分别观察到第(n+1)、(n+2)个分割图像，能够沿着方向D_1x从右侧角度R1、R2分别观察到第(n-1)、(n-2)个分割图像。即，当沿着方向D_1x从左向右移动视线时，所观察到的图像按照与原始图像的分割顺序相反的顺序变化。如此，不会损坏浮起的莫尔图像的性质，能够使用任意图像作为所显示的原始图像。例如，在放大显示的对象图像为视差图像的情况下，观察到对象图像的放大像浮起，并且观察到视差根据观察位置而变化的立体像。并且，在放大显示的对象图像是动态图像的帧的情况下，观察到对象图像的放大像浮起，并且观察到根据观察位置而变化的动画。

如图7所示，作为获得分割图像的方法，也能够使作为对象图像的三维对象(目标对象)14以规定的角度间距按顺序绕规定的轴旋转，并且利用照相机15拍摄或者利用计算机绘图渲染。虽然原始图像通过沿视差变化的方向按顺序排列上述角度不同的多个视差图像而形成，但也能够将上述原始图像直接作为分割图像使用。

通过这样做，通过使用角度不同的多个分割图像来形成要素图像，能够显示具有三维视差的立体像。所谓渲染是指利用计算机绘图根据三维空间上的目标对象数据生成二维图像。

在此，虽然对使用一个照相机进行拍摄、渲染的方法进行了说明，但如果以相同的原理配置多个摄像机，能够更加有效地获得图像。

另外，在P₁＜w₁的情况和P₁＞w₁的情况下，需要反转目标对象14的旋转方向进行撮影或者渲染。

图8示出利用图7的方法获得的周期图像的例子。另外，图8的左右方向是方向D₁，各个图像相当于要素图像。由于图8的周期图像是不具有不连续的分界线的缩小图像(要素图像)的连续排列，因此，通常没有处于双凸图像的可视区域的限制，并且，由于实质上也不需要双凸透镜与周期图像的位置对准，因此非常容易处理。

接下来，参照图9对本发明的第三实施方式所涉及的图像显示装置110进行说明。图像显示装置110具备沿水平方向D₁排列有多个凸透镜的与第一实施方式相同的双凸透镜16、周期图像17(配置周期图像17的显示部)以及致动器(移动手段)30。双凸透镜16被固定，并与周期图像17分离。面板、液晶显示装置等的周期图像17能够沿方向D₁移动，且安装于致动器30。致动器30能够沿方向D₁进退，使周期图像17沿方向D₁移动。致动器30可以采用例如液压缸、线性马达、步进马达。

在上述第一以及第二实施方式中，虽然显示图像根据进行观察的角度而切换(例如在图4中，从角度L2向R2切换)，但在第三实施方式中，通过沿着方向D₁左右改变双凸透镜16与周期图像17的相对位置，由此，能够使从相同位置(角度)观察到的图像按顺序变化。通过这样做，能够使图像显示装置110具有动画显示的功能。

例如，在使用根据图8所示的立体像生成的周期图像的情况下，在图9中，当相对于双凸透镜16向左移动周期图像17时，具有纵深的显示图像18(相当于图4的P₁＞w₁的情况)一边向左移动一边旋转，切换成配置于移动后的位置的图像。另一方面，向前侧浮起的显示图像19(相当于图6的P₁＜w₁的情况)一边向右移动一边旋转，切换成配置于移动后的位置的图像。如果使用图8的立体像，虽然显示图像是目标对象的旋转，但如果使用产生像目标对象的动作那样的时间变化的图像作为分割图像，则也能够显示动画。

接下来，参照图10对在本发明的第四实施方式所涉及的图像显示装置中形成周期图像20的方法进行说明。另外，对于第四实施方式所涉及的图像显示装置，w₁≠w₀，除了周期图像20不同以外，具有与第一实施方式相同的结构。另外，在第四实施方式中，P₁＞w₁，设置为|P₁-w₁|＝k₁，P₁＝5.4，w₁＝4.4，k₁＝1。在该情况下，w₁不设为k₁的整数倍。

在第四实施方式中，由于w₁≠w₀，因此，将一个分割图像21a分割成多个线图像的间隔k₀与配置线图像从而形成间距为w₁的周期图像20时的线图像的间隔k₁不同。

因此，在以间隔k₀将分割图像21a分割成线图像之后，将该线图像的间隔缩小或者抽取成k₁(其中，k₁＝k₀×(w_x/w₀))。由于将线图像的间隔设为k₁之后的处理与第一实施方式相同，因此省略说明。

另外，如第四实施方式那样，在P₁、w₁都不是像素宽度(k₁)的整数倍的情况下，即使将间隔为k₁的线图像(例如1像素)配置为P₁的宽度(例如5.4像素)，由于想要配置的位置不是像素位置，因此无法直接配置。但是，由于想要进行配置的位置的像素值是从分割图像得到的，因此，只要P₁内的各个像素可以使用其值通过插补法决定。如果选用该方法，由于能够选择实数值作为P₁和w₁，因此，能够自由任意地设定数式1的纵深L、数2的倍率A。

接下来，参照图11对本发明的第五实施方式所涉及的图像显示装置120进行说明。图像显示装置120具备在水平方向D₁以及垂直方向D₂分别以透镜间距P₁以及P₂排列有多个凸透镜的二维透镜阵列(凸透镜集合体)22和周期图像23(配置周期图像23的显示部)。即，在第五实施方式的情况下，在水平方向D₁以及垂直方向D₂上将周期图像23分别作为莫尔条纹立体放大显示。另外，虽然图11的二维透镜阵列22中P₁＝P₂＝P，呈正方格子状排列有凸透镜，但也可以设置为P1≠P2，呈长方格子状排列凸透镜。

接下来，参照图12对基于周期图像23的显示图像进行说明。另外，P₁＞w₁，P₂＞w₂，|P₁-w₁|＝k₁，|P₂-w₂|＝k₂(k₁、k₂为周期图像23上的线图像的间隔)，并且使w₁为k₁的整数倍，使w₂为k₂的整数倍。另外，P、w、k的下标1、2分别表示水平方向D₁以及垂直方向D₂。

在第五实施方式的情况下，周期图像23由沿方向D₁以及D₂以各个间距w₁、w₂排列的各个宽度为w₁、纵长为w₂的多个要素图像构成。

在该情况下，将原始图像纵横分割，进一步沿纵横方向将分割图像作为点图像进行分割。进而，如图12所示，在周期图像上，在方向D₁的线图像n和方向D₂的线图像m的交点位置(n，m)配置点图像。与图4相同，由于在该情况下也以透镜间距的间隔进行配置，因此，由于在纵横两个方向配置，因此，多个点图像配置为沿纵横方向保持间隔P的正方格子状。并且，图12中的(n+1，m+1)的点图像也以同样方式获得并配置。如上所述，如果反复点图像的获得、配置，则能够得到二维透镜阵列用周期图像。

在此，作为获得用于生成二维图像、即周期图像23的分割图像的方法，参照图13对拍摄对象图像、亦即三维对象(目标对象)14的方法进行说明。

首先，确定以水平轴x为中心的旋转角度，确定m。例如，确定m＝1。对于利用n表示顺序的横向的一连串的分割图像，使目标对象14以垂直轴y为中心按顺序旋转并拍摄乃至渲染目标对象14，从而获得分割图像(1，1)(1，2)(1，3)…。这与使用在图7中说明的双凸透镜的显示装置的情况相同。然后，以水平轴x为中心旋转，如上述相同，按顺序确定m，使目标对象14以垂直轴y为中心按顺序旋转并拍摄乃至渲染目标对象14，从而按顺序获得分割图像(2，1)(2，2)(2，3)…、(3，1)(3，2)(3，3)…。如果将如此生成的分割图像如图12所示那样分别分割成点图像，并以P的间隔配置而构成周期图像，则目标对象的像成为在上下左右具有三维视差的立体像。

在此，虽然对使用一个照相机拍摄、渲染的方法进行了说明，但如果按照相同的原理二维排列多个摄像机，则能够更有效地获得图像。

另外，与图7的例子相同，在P₁＜w₁的情况和P₁＞w₁的情况下，需要逆转目标对象14的旋转方向进行拍摄或者渲染。

另外，虽然图12是将图4的配置扩展到二维的图，是p＞w、且能够在里侧观察到像的类型。但也能够同样制作将图6(p＜w)的配置扩展到二维、且能够在跟前观察到像的装置，此外，如图10所示，也能够利用自由度高的制作方法。

接下来，参照图14对本发明的第6实施方式所涉及的图像显示装置130进行说明。图像显示装置130具备与第五实施方式相同的二维透镜阵列24、二维图像即周期图像25(配置周期图像25的显示部)以及致动器(移动手段)31、32。二维透镜阵列24被固定，且与周期图像25分离。面板、液晶显示装置等的周期图像25载置在能够单独沿方向D₁以及_D2移动的xy工作台33上。另外，xy工作台33安装于致动器31、32，致动器31能够沿方向D₁进退，致动器32能够沿方向D₂进退。因此，利用致动器31、32使xy工作台33以及周期图像17沿方向D₁以及D₂移动。致动器31、32可以选用例如液压缸、线性马达、步进马达。

与上述第三实施方式相同，第6实施方式通过沿着方向D₁和D₂的至少一个方向改变二维透镜阵列24和周期图像25的相对位置，由此，能够使从相同的位置(角度)观察到的图像依次变化。如果这样做，则能够使图像显示装置130具有动画显示的功能。

例如，在图14中，当沿方向D₁以及D₂移动周期图像25时，具有纵深的显示图像26(相当于图4的P₁＞w₁的情况)一边沿着与周期图像25相同的方向移动一边旋转，从而切换成配置于移动后的位置的图像。

另外，如图15所示，作为二维透镜阵列28，也可以使用各个凸透镜排列成六边形的透镜阵列。在该情况下，沿着方向D₁、D₂以及D₃分别以透镜间距P₁、P₂以及P₃(未图示)排列多个凸透镜。另外，形成周期图像的六边形的要素图像配置为与二维透镜阵列片28的凸透镜的配置相似的形状(即蜂窝状)。

能够通过利用配置成蜂窝状的多个照相机拍摄或者进行渲染而获得分割图像。并且，使用与图13相同的结构，照相机在正面中央仅配置一台，在配置为上述蜂窝状的多个照相机位置实际上不配置照相机，如果在这些位置使显示物体的主轴与X轴、Y轴的旋转吻合之后进行拍摄或者渲染，则同样能够获得分割图像。

并且，使该情况下的分割图像为六边形，由此以蜂窝排列状抽出点图像，形成由六边形的要素图像构成的周期图像。在各个方向D₁、D₂以及D₃上，能够使要素图像的间距与透镜间距之间的关系与上述第一实施例～第四实施例的任一实施方式中的要素图像的间距与透镜间距之间的关系相同。

本发明的图像显示方法是，使用具备凸透镜集合体和显示部的图像显示装置，其中，凸透镜集合体在面上沿至少一个方向D_x(其中x是表示方向的下标)以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜，显示部在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着上述面配置，显示以与P_x不同的图像间距w_x沿上述方向D_x排列的多个要素图像，并且，上述要素图像通过多个视差成分图像的集合而构成，将利用上述多个凸透镜与上述多个要素图像之间的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像而进行立体显示。

另外，本发明的图像显示方法是，使用具备凸透镜集合体和显示部的图像显示装置，其中，凸透镜集合体在面上以规定的透镜间距P_x沿至少一个方向D_x(其中x是表示方向的下标)排列有多个凸透镜，显示部显示在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着上述面配置的、以与P_x不同的图像间距w_x沿上述方向D_x排列的多个要素图像，并且，上述要素图像通过多个帧成分图像的集合而构成，将利用上述多个凸透镜与上述多个要素图像之间的间距偏移而形成的莫尔条纹作为动态图像而进行动态图像显示。

上述本发明的图像显示方法可以利用计算机执行，可以采用利用计算机执行上述方法的程序，并且，也可以将利用该计算机执行的程序储存于计算机可读介质(CDROM等)。

本发明不限定于上述实施方式，当然也包括本发明的思想和范围所包含的各种变形以及等同物。

Claims (11)

1.一种图像显示装置，其特征在于，具备：

凸透镜集合体，该凸透镜集合体是在面上沿着至少一个方向D_x以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜而成，其中，x是表示方向的标符；以及，

显示部，该显示部在所述凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，用于显示以与P_x不同的图像间距w_x沿着所述方向D_x排列的多个要素图像，

该图像显示装置将通过所述多个凸透镜与所述多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像来进行立体显示，

所述要素图像通过多个视差成分图像的集合构成。

2.一种图像显示装置，其特征在于，具备：

凸透镜集合体，该凸透镜集合体是在面上沿着至少一个方向D_x以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜而成，其中，x是表示方向的标符；以及，

显示部，该显示部在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，用于显示以与P_x不同的图像间距w_x沿着所述方向D_x排列的多个要素图像，

该图像显示装置将通过所述多个凸透镜与多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像来进行动态图像显示，

所述要素图像通过多个帧成分图像的集合构成。

3.根据权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于，

成为显示对象的原始图像由视差或者帧分别不同的多个分割图像构成，

不同的所述要素图像包含不同的所述分割图像。

4.根据权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述要素图像的集合沿着所述至少一个方向D_x形成周期性的周期图像，

所述周期图像以下述方式形成，

(i)从成为显示对象的原始图像，亦即从视差或者帧分别不同、且沿着所述至少一个方向D_x具有图像间距w₀x的多个分割图像中，分别分割或者抽出间隔为k₀x的多个线图像或者点图像，

(ii)在w_x≠w₀x的情况下，将所述线图像或者点图像的间隔缩小或者抽取为k_x，其中，k_x＝k₀x×(w_x/w₀x)，

(iii)将属于同一所述分割图像的所述线图像或者点图像，分别以P_x的间隔按照该线图像或者点图像的分割顺序排列，并且，相邻的属于所述分割图像的所述线图像或者点图像彼此形成为，以按照该分割图像的分割顺序或者与该分割顺序相反的顺序邻接的方式，沿着所述方向D_x排列在所述要素图像间距w_x内。

5.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述要素图像的集合沿着所述至少一个方向D_x形成周期性的周期图像，

所述周期图像如下述这样形成，

(i)从成为显示对象的原始图像，亦即从视差或者帧分别不同、且沿着所述至少一个方向D_x具有图像间距w₀x的多个分割图像中，分别分割或者抽出间隔为k₀x的多个线图像或者点图像，

(ii)在w_x≠w₀x的情况下，将所述线图像或者点图像的间隔缩小或者抽取为k_x，其中，k_x＝k₀x×(w_x/w₀x)，

(iii)将属于同一所述分割图像的所述线图像或者点图像，分别以P_x的间隔按照该线图像或者点图像的分割顺序排列，并且，相邻的属于所述分割图像的所述线图像或者点图像彼此形成为，以按照该分割图像的分割顺序或者与该分割顺序相反的顺序邻接的方式，沿着所述方向D_x排列在所述要素图像间距w_x内。

6.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，

所述k_x＝|P_x-w_x|。

7.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于，

所述k_x＝|P_x-w_x|。

8.根据权利要求1或者2所述的图像显示装置，其特征在于，

该图像显示装置还具备使所述凸透镜集合体与所述要素图像的相对位置沿着所述方向D_x变化的移动机构，使被放大显示的图像变化。

9.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述要素图像，通过使用一边使作为所述原始图像的三维对象绕规定的轴以规定的角度间距依次旋转一边进行拍摄或者渲染而获得的所述分割图像而形成。

10.一种图像显示方法，其特征在于，

该图像显示方法使用图像显示装置，所述图像显示装置具备：

凸透镜集合体，该凸透镜集合体是在面上沿至少一个方向D_x以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜而成，其中，x是表示方向的标符；以及，

显示部，该显示部在所述凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，用于显示以与P_x不同的图像间距w_x沿着所述方向D_x排列的多个要素图像，并且，所述要素图像通过多个视差成分图像的集合构成，

将利用所述多个凸透镜与所述多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像来进行立体显示。

11.一种图像显示方法，其特征在于，

该图像显示方法使用图像显示装置，所述图像显示装置具备：

凸透镜集合体，该凸透镜集合体是在面上沿至少一个方向D_x以规定的透镜间距P_x排列有多个凸透镜而成，其中，x是表示方向的标符；以及，

显示部，该显示部在该凸透镜的焦点面或者焦点面附近且沿着所述面配置，用于显示以与P_x不同的图像间距w_x沿着所述方向D_x排列的多个要素图像，并且，所述要素图像通过多个帧成分图像的集合构成，

将利用所述多个凸透镜与所述多个要素图像的间距偏移而形成的莫尔条纹作为图像来进行动态图像显示。

Images