CN103369334B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

根据一个实施例，图像显示装置（100）包括光源（101）、调制单元（102）、第一阵列（103）和第二阵列（104）。调制单元（102）调制光的强度和颜色以产生对应于包括在调制像素组中的每个调制像素的光束。通过并置多个第一偏转元件来形成第一阵列（103），每个所述第一偏转元件具有平行于调制像素的垂直方向的母线。通过并置多个第二偏转元件来形成第二阵列（105），每个所述第二偏转元件具有相对于所述第一偏转元件的母线倾斜了由tan^-1（α×m/n）表示的角度的母线。

Description

图像显示装置

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2012年3月29日提交的日本专利申请No.2012-075363的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本文描述的实施例总体上涉及图像显示装置。

背景技术

随着从传统的阴极射线管监视器向由液晶面板代表的平面显示器（FPD）的迅速转变，不仅用于商业用途的监视器和个人电脑的显示器，而且包括TV监视器在内的几乎所有用于普通用途的图像显示装置正在被FPD取代。同时，已经致力于通过全高清（1920×1080像素）等技术实现高图像质量。在这些情况下，三维（3D）显示也已被广泛地发展为新的功能，人们在家就可以享受到能够重现3D显示的3D转播和视频光盘。

作为用于观看这种3D转播的方式，存在使用专用眼镜的观看方法和不使用专用眼镜而使用包括双凸透镜或视差屏障的特殊显示器的观看方法。

发明内容

本发明用于解决上述问题，并且其目的在于以低成本提供用于容易地显示超多视差3D图像的图像显示装置。

根据一实施例，图像显示装置包括光源、调制单元、第一阵列和第二阵列。光源发出光。调制单元配置为调制光的强度和光的颜色以产生对应于包括在调制像素组中的每个调制像素的光束，由图像被观察处的观察位置和对应于观察位置的输出角来确定每一调制像素，调制像素组为二维排列的调制像素。通过并置多个第一偏转元件形成的所述第一阵列，每个所述第一偏转元件具有与所述调制像素的垂直方向平行的母线，并且所述第一阵列配置为使针对与所述调制像素组中的m列相对应的每个第一调制像素组的光束偏转以产生第一偏转光束，所述m为自然数。通过并置多个第二偏转元件形成的所述第二阵列，每个所述第二偏转元件具有相对于所述第一偏转元件的母线倾斜由tan^-1（α×m/n）表示的角度的母线，并且所述第二阵列配置为使针对与所述第一调制像素组中的n行相对应的每个第二调制像素组的所述第一偏转光束偏转以产生第二偏转光束，所述α为每个调制像素的水平像素间隔与垂直像素间隔的比，所述n为自然数。

根据图像显示装置，能够以低成本容易地显示超多视差3D图像。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的图像显示装置的框图；

图2是示出根据第一实施例的图像显示装置的详细布置的示例的视图；

图3是示出光源和光调制单元的变型的视图；

图4是示出根据第一实施例的调制像素与第一偏转元件阵列之间的位置关系的视图；

图5是示出偏转元件的变型的视图；

图6是示出第二偏转元件阵列与通过第一偏转元件阵列的第一偏转光束之间的位置关系的视图；

图7是示出由第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列的调制像素的偏转状态的视图；

图8是示出从另一个方向观看的由第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列的调制像素的偏转状态的视图；

图9是示出根据第二实施例的调制像素与第一偏转元件阵列之间的位置关系的视图；

图10是示出根据第一变型的图像显示装置的视图；

图11是示出根据第二变型的图像显示装置的视图；

图12是示出用于根据第三变型的图像显示装置中的狭缝的示例的视图；

图13是示出设定在根据第四变型的图像显示装置中的调制像素的压缩宽度的示例的视图；

图14是示出像素移位元件的第一示例的视图；以及

图15是示出像素移位元件的第二示例的视图。

具体实施方式

作为用于观看3D显示图像的方式，使用包含液晶快门的眼镜、偏转元件之类的方法已经由于其与FPD的高兼容性被投入实际使用，并且许多产品已经面向大众。在使用眼镜的方法中，用于左眼和右眼的二维（2D）图像在FPD中的每个像素分时或交替显示，并且在眼镜中进行切换，使得用于左眼的图像照在左眼，而用于右眼的图像照在右眼。除了必要地使FPD的帧速率达到以前的两倍以及必要地分离左右图像以防止它们混合之外，技术负担相当较轻。然而，这种技术也带来以下缺点。

观看者必须佩带专用眼镜以享受观看3D图像。而且，观看者在佩带观看3D图像的专用眼镜时不能很好地观看2D图像。换言之，对于观看者而言难以使他或她的眼睛从3D图像快速地适应到2D图像，或反之亦然。进一步，对于未佩带眼镜的任意观看者（用户）而言3D图像双重出现。因此，观看者为了观看2D图像必须摘掉专用眼镜，并且为了感觉3D图像而必须戴上它们。这是阻碍3D节目转播广泛流行的因素。此外，保持佩带专用眼镜并观看3D图像的任何观看者均会具有不舒适的感觉或觉得疲劳。而且，即使观看者移动，观看者分别在左眼和右眼看到的两幅图像也不会改变。所以，根本无法获得当观看者移动时改变这些图像的运动视差。

为了避免这些缺点，已经开发了基于诸如双凸透镜或视差屏障的技术的显示器，以通过增加视差数量来允许用户在没有眼镜的情况下观看或获得运动视差。然而在这种方法中，对视差数量的增加是有限的，因为使用的FPD需要随着视差数量的增加而提高分辨率。当视差数量很小时，能够获得自然立体视图的观看区域变得很小。因此，观看区域受到限制。

在下文中，将参照附图详细描述根据本实施例的图像显示装置。在以下描述的实施例中，由相同附图标记所指定的模块执行相同的操作，并且仅说明一次。

（第一实施例）

将参照图1的框图来描述根据第一实施例的图像显示装置。根据第一实施例的图像显示装置100包括光源101、光调制单元102、第一偏转元件阵列103、第二偏转元件阵列104和扩散单元105。

光源101为诸如激光二极管（LD）的发光元件，并发出光。从低功耗的角度来看，优选使用发光二极管（LED）或有机电致发光源或LD。从色彩再现、减小光束直径以及通过调节光束发射角度和宽度来最优化视差产生的角度来看，优选于LD。在任一情况下，进入光调制单元102的光优选具有很小光束扩展角的高方向性。

应当注意，可以使用固态激光器、气体激光器或二次谐波产生（SHG），或可以使用用于普通通用投影仪中的诸如卤素灯或汞灯的发光元件。

光调制单元102例如为空间光调制器（SLM）。可以使用平板类型的液晶面板（例如，LCOS）。光调制单元102接收来自光源101的光并调制光以产生对应于调制像素的光束。

第一偏转元件阵列103为所谓的双凸透镜，在该双凸透镜中，例如并置作为第一偏转元件的多个柱面透镜来形成片体。第一偏转元件阵列103对从光调制单元102进入并与每个调制像素对应的光束进行偏转。偏转光束也被称为第一偏转光束。稍后将参照图4描述第一偏转元件阵列103的细节。

与第一偏转元件几乎一样，第二偏转元件阵列104为并置作为第二偏转元件的多个柱面透镜来形成片体的透镜。然而，不同于第一偏转元件阵列103，第二偏转元件的母线相对于第一偏转元件阵列103的母线倾斜了预定角度。第二偏转元件阵列104还偏转每一条从第一偏转元件阵列103进入的第一偏转光束。由第二偏转元件阵列104偏转的光束称为第二偏转光束。稍后将参照图6来描述第二偏转元件阵列104的细节。

扩散单元105例如为各向异性光扩散板，并由具有大垂直光扩散角和小水平光扩散角或不水平扩散光的材料制成。当已从第二偏转元件阵列104进入的第二偏转光束通过扩散单元105时，在外部观察位置产生视差图像。因此，用户能够在观察位置处观看视差图像（3D图像）。

接下来，将参照图2来描述根据第一实施例的图像显示装置的详细布置示例。

从深度方向（图2中的+z方向）的远端顺序地布置光源101、光调制单元102、第一偏转元件阵列103、第二偏转元件阵列104和扩散单元105。如图2中所示，假设每个组件由一个平板形成。应当注意，只要第一偏转元件阵列103、第二偏转元件阵列104和扩散单元105能够保持形状，该第一偏转元件阵列103、第二偏转元件阵列104和扩散单元105优选为薄的。然而，当它们很薄时，可以通过将它们堆叠和结合在诸如玻璃板的衬底上来增大强度以保持形状。

接下来，将参照图3来描述光源101和光调制单元102的变型。光源101和光调制单元102的变型为投影仪。投影仪301包括光源101、二维空间光调制器302和投影仪透镜303。投影仪301将在外部通过二维空间光调制器302的光经由投影仪透镜303投影，来作为2D图像的光束。如图1中所示，经由投影仪透镜303投影的2D图像的光束304进入第一偏转元件阵列103，并随后顺序地进入第二偏转元件阵列104和扩散单元105。

应当注意，虽然未示出，但投影仪可以为通过扫描光束获得与2D图像投影相同效果的扫描型投影仪。投影仪透镜303可以由多个透镜的组来形成。为了调节或消除像素之间的入射角差异，可以将偏转构件（例如诸如菲涅耳透镜或棱镜阵列的透镜）布置在投影仪透镜303和第一偏转元件阵列103之间。可以设置多个二维空间光调制器302。例如，为了获得彩色显示，对应于红色、绿色和蓝色的三个二维空间光调制器可以与棱镜等相结合。

接下来，将参照图4来描述第一偏转元件阵列103与对应于光调制单元102中的调制像素的光束之间的位置关系。

图4示出部分第一偏转元件阵列103和对应于调制像素并进入第一偏转元件阵列103的光束。每个由粗线包围的区域表示在显示单元（未示出）中显示的像素，并且将在下文中被称为显示像素401。显示像素401中8行×8列的64个区域的每一个均表示光经由光调制单元102调制的调制像素402。调制像素402由图像被观察处的观察位置和对应于观察位置的输出角来确定。根据待显示的图像来设定光强度和光颜色。为了便于描述，将64个调制像素402编号为1至64。

虚曲线表示包括在第一偏转元件阵列103中的出自第一偏转元件的第一偏转元件403-1至403-3的表面形状轮廓。在该实施例中，将柱面透镜用作每一个偏转元件403，并且虚线指示柱面透镜表面形状的轮廓。一个第一偏转元件403具有水平上（图4中的x轴方向）与8个调制像素402（8列）相对应和垂直上（图4中的y轴方向）与整个显示像素401区域的一列相对应的尺寸。即，当整个显示像素区域由1080行×1920列的显示像素（1080×1920显示像素）来形成时，一个第一偏转元件403具有对应于1080行×1列的显示像素区域的尺寸。

第一偏转元件之间的边界线（例如，第一偏转元件403-1与第一偏转元件403-2之间的线）与显示像素401之间的垂直边界线相匹配。每个第一偏转元件的母线与形成显示像素401的调制像素的垂直方向平行。在该实施例中使用的柱面透镜可以在一侧或两侧都具有凸面。凸面可以位于面向光调制单元102的一侧或位于面向第二偏转元件阵列104的一侧。不只凸透镜，凹透镜也可以用于获得相同的特性。

在该实施例中，除非另外指明，所做描述进行以下假设：视差数量为64，调制像素以8行×8列来形成，并且调制像素之间的间隔在垂直和水平方向恒定且相等。然而，该实施例并不限制于此。例如，视差数量可以为144（12×12调制像素），并且也可以考虑任何其它情况。

接下来，将参照图5来描述根据该实施例的偏转元件的变型。

如图5中所示的棱镜可以用于代替柱面透镜。当如第一偏转元件阵列103一样将棱镜501-1至501-3相邻布置时，能够获得与柱面透镜相同的效果。应当注意，具有两个或两个以上表面、衍射光栅或任意其它形状的棱镜是可用的。仅必要的是需获得以下偏转效果：压缩显示像素401的64个调制像素402的宽度并使光进入第二偏转元件阵列104。然而，如果对应于一个显示像素401的调制像素的列数既不等于棱镜表面数量又不等于其倍数，则调制像素与棱镜表面的边界重叠。这会引起非计划中的不期望的光的产生。因此，当使用棱镜时，对应于一个显示像素401的调制像素的列数优选等于棱镜表面数量或其倍数。在图5所示的示例中，棱镜的非面向调制像素的表面数量为2，并且对应于一个显示像素401的64个调制像素的列数为8。由于调制像素的列数为棱镜表面数量的倍数（4倍），因此能够抑制不期望的光的产生。

接下来，将参照图6来描述根据第一实施例的第二偏转元件阵列104与通过第一偏转元件阵列103的第一偏转光束之间的位置关系。

将通过第一偏转元件阵列103的调制像素光束偏转为8行×1列的第一偏转光束，即，通过压缩8行×8列的像素的宽度（列方向）成垂直的一列。参照图6，为了便于编号，每条像素光束由方形单元表示。事实上，宽度为压缩的。除非另有特别声明，下文中有时会以相同的方式来表示光束。

8列调制像素的光束重叠在图6中示出的调制像素402的一个编号位置处。例如，图4中编号为1、9、17、25、33、41、49和57的调制像素光束重叠在图6中编号为1的调制像素的位置处。编号为8、16、24、32、40、48、56和64的调制像素光束重叠在编号为8的调制像素的位置处。如果移位一致且编号次序未改变，则光束将随着移位而重叠。如果出现移位，移位量优选尽可能小。

图6中的虚线表示第二偏转元件阵列104的偏转元件601的轮廓。每个第二偏转元件601的母线相对于第一偏转元件的母线倾斜45°。另外，显示像素401布置为不跨越第二偏转元件之间的边界。

即，由于显示像素401之间的y轴方向边界线和第一偏转元件403的母线平行。为此，在图6中，第二偏转元件601的母线相对于第一偏转元件403的母线的倾斜角（即，角θ_r）为45°。另外，一组与编号1至8相关的调制像素光束的入射位置位于一个第二偏转元件的区域内。第二偏转元件之间的水平（x轴方向）间隔等于第一偏转元件之间的水平（x轴方向）间隔。

应当注意，当显示像素并非由8行×8列的调制像素而是由n行×m列的调制像素（n和m为不同的自然数）来形成时，第二偏转元件601的母线相对于第一偏转元件的母线的倾斜角θ_r可以由下式给出：

θ_r=tan^-1(m/n)    (1)

然而，当m=n时,能够防止调制像素跨越第二偏转元件之间的边界并使显示像素间隔在垂直方向和水平方向上等于调制像素间隔。为此，优选为m=n。像素间隔表示像素间距。如果调制像素具有不同的垂直间隔和水平间隔，倾斜角则根据比率改变。即，让α作为调制像素的水平间隔与垂直间隔的比，角θ_r由下式给出，

θ_r=tan^-1(α×m/n)    (2)

只要能够将调制像素布置为不跨越第二偏转元件之间的边界并且最终从扩散单元105出来的调制像素光束的水平队列顺序几乎不移位，则允许制造误差或调节中的错误配准所引起的角度误差。

应当注意，作为第二偏转元件阵列104，通常使用由柱面透镜形成的双凸透镜。如在第一偏转元件阵列103中的一样，柱面透镜可以在一侧或两侧具有凸面。凸面可以位于面向光调制单元102的一侧或位于面向扩散单元105的一侧。也可以使用凹透镜来获得相同的特性。为了抑制从第二偏转元件阵列104出来的像素光束的扩展角并抑制水平方向上像素光束的重叠，可以使用在一个侧面具有与对应于一个显示像素401的调制像素的列一样多的表面的棱镜来代替柱面透镜。衍射光栅或任意其它形状也是可用的。即，仅必要的是对以不同方向进入具有编号1至8的调制像素的位置的调制像素光束进行偏转。

接下来，将参照图7和图8来描述由第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列的调制像素的偏转状态。

图7示出当从光行进方向（用户观看视频等的方向，或图7中从z轴的正侧至z轴的负侧的方向）观看时，一个显示像素中以8行×8列排列的调制像素的光束的偏转状态。应当注意，在调制像素的偏转状态中的每个像素的尺寸、角度和纵横比与实际像素的尺寸、角度和纵横比是不同的。

在图7中，（a）示出在光束进入第一偏转元件的位置处8行×8列调制像素的光束的队列。

在图7中，（b）示出第一偏转光束的队列，该第一偏转光束已进入第一偏转元件，并与由图7的（a）指示的调制像素光束的队列一起在光束进入第二偏转元件的位置处已通过第一偏转元件。如图7的（b）所指示，像素水平重叠形成一个垂直列（8行×1列）。例如，形成图7的（a）中最上面一行的编号为1、9、17、25、33、41、49和57的调制像素光束重叠在编号为1的位置处。同样地，在图7的（a）中编号为8、16、24、32、40、48、56和64的调制像素光束重叠在编号为8的位置处。如果移位一致且编号次序未改变，光束会随移位重叠。如果出现移位，移位量优选尽可能小。

在图7中，（c）示出调制像素光束的队列（第二偏转光束），该调制像素光束在光束进入扩散单元105的位置处已通过第二偏转元件。

已通过第二偏转元件阵列104的第二偏转光束对于每一行均被偏转并给出不同的输出角。即，在图7的（b）中的编号1的位置处的8条调制像素光束由第二偏转元件偏转至图7的（c）中最右面的位置。由于将第二偏转元件布置在相对于第一偏转元件的母线成45°倾斜角处，光束也以与其被水平偏转相同的角度而被垂直偏转。因此，像素位置垂直反转，并且光束在调制像素的所有行的最下面一行中出来。另外，在图7的（b）中编号1的位置处的调制像素光束已经由第一偏转元件给出水平（x轴方向）角差。因此，光束在第二偏转元件离开位置处出来，同时具有对应于该角差的水平角（图7中的x轴方向）。即，在图7的（c）中，在右下位置处的1行×8列的调制像素组701中，调制像素光束从右至左顺序布置为1、9、17、25、33、41、49和57。

如上所述，从第二偏转元件阵列104出来的每条第二偏转光束具有输出角以及已经进入的调制像素光束的入射角，该输出角对应于已经进入的第一偏转光束的调制像素光束和包括在第二偏转元件阵列中的第二偏转元件的相对位置。例如，在该实施例中，调制像素1至64的光束从一个显示像素出来，同时顺序地改变角度，而产生64个视差。通常应当注意，由于光束也被第二偏转元件阵列104垂直偏转，调制像素光束需要由扩散单元105垂直扩散。通过在第二偏转元件阵列104与扩散单元105之间设置具有水平（x轴方向）母线的双凸透镜等并因此取消了垂直偏转，扩散单元105所需的性能可以较低。

图8示出从y轴方向观看由第一偏转元件阵列103与第二偏转元件阵列104的调制像素的偏转状态。

参照图8，在最左面的箭头801垂直（y轴方向）对应于由图7的（a）中指示的调制像素光束的中心线。即，在图7的（a）中最右列的光束对准在图8中最上面箭头的位置处（编号为57至64的调制像素）。

当由箭头801指示的调制像素光束通过第一偏转元件阵列103时，箭头802指示各自列的调制像素光束的中心线。每个箭头802表示八列调制像素光束重叠在一个编号位置处。这对应于由图7（b）指示的状态。当由箭头802指示的调制像素光束已经通过第二偏转元件阵列104时，箭头803指示各自列的调制像素的中间线。更具体地，例如，最上面的箭头803表示调制像素（1、9、17、25、33、41、49和57）的中间线（25与33之间的中间线）。同样地，从上侧数的第二个箭头803表示从编号2至编号58的调制像素在26和34之间的中间线。

应当注意，如图7（c）所示，为了以预定间隔水平排列光束而不留下间隙，考虑到包括在第一偏转元件阵列103的第一偏转元件和包括在第二偏转元件阵列104的第二偏转元件等同于透镜，水平数值孔径（NA）需要满足：

sin^-1(NA₁)×(n-1)=sin^-1(NA₂)    （3）

其中NA₁为基于进入包括在第一偏转元件阵列103的第一偏转元件的调制像素光束最外面的光束中心的数值孔径，NA₂为基于进入包括在第二偏转元件阵列104的第二偏转元件的调制像素光束最外面的光束中心的数值孔径，以及n为n行×n列调制像素光束的行数。在该实施例中，n=8。

将假设图8中所示的角度来进行说明。第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列的偏转元件具有由下式表示的关系，

θ₁=sin^-1（NA₁）    （4）

θ₂=sin^-1（NA₂）    （5）以及，

θ₁×7=θ₂    （6）

应当注意，如果具有等号的等式（3）中发生改变，即，如果满足

sin^-1（NA₁）×（n-1）＜sin^-1(NA₂)    (7)

则调制像素光束的水平角度间隔部分上太宽。相反地，如果满足

sin^-1（NA₁）×（n-1）＞sin^-1(NA₂)    (8)

则调制像素光束的水平角度间隔部分上太窄。在任意情况下，允许2θ₁/（n-1）或更小的改变，因为调制像素光束的间隔从不成问题地变成和一个或多个像素一样宽，或相邻调制像素光束的队列顺序从不成问题地反转。

当使用如图1所示的FPD或如图3所示的投影仪时，在第一偏转元件阵列103与光调制单元102之间或光源101与光调制单元102之间设置透镜、菲涅尔透镜、棱镜等。这使得当距屏幕中心的距离增加时能够设定入射角来变大，并且当产生视差时通过朝向屏幕中心对准来最优化视野。

特别地，当使用如图3所示的投影仪时，进入第一偏转元件阵列103的光束的入射角可以根据调制像素的位置而变化。因此，难以适当地执行视差产生。同样在这种情况下，在第一偏转元件阵列103和光调制单元102之间设置透镜、菲涅尔透镜、棱镜等。这使得能够获得与调制像素位置无关的预定入射角或当距屏幕中心的距离增加时设定入射角来变大。结果，能够不管像素位置而适当地执行视差产生，并通过朝向屏幕中心对准使视野最大化。

另外，可以调节光调制单元102、第一偏转元件阵列103和第二偏转元件阵列104之间的位置关系以根据距屏幕中心的距离来对每个显示像素进行移位。可以根据距屏幕中心的距离来调节第一偏转元件阵列103和第二偏转元件阵列104的透镜或棱镜的形状。通过这种调节甚至能够获得与上述描述相同的效果。应当注意，当在第一偏转元件阵列103与光调制单元102之间使用菲涅尔透镜时，优选使菲涅尔透镜的偏转元件之间的边界和显示像素之间的边界相匹配。这实现了防止观察到菲涅尔透镜的分界线并导致用户具有不协调感的任意缺点。

根据上述的第一实施例，提供了第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列，该第一偏转元件阵列具有与调制像素之间的边界平行的母线，该第二偏转元件阵列具有相对于第一偏转元件的母线基于包括在一个显示像素中的n行×m列的调制像素倾斜了由tan^-1（m/n）表示的角度的母线。调制像素光束以该顺序通过第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列，由此以低成本来容易地显示超多视差3D图像。

（第二实施例）

第二实施例与第一实施例的不同之处在于：在对应于两个显示像素的周期，并置各自具有锯齿状（Z字形的）的母线的第二偏转元件，来作为第二偏转元件阵列。这使得能够降低像素的水平压缩。因此能够易于根据图像显示装置的设计规范以低成本产生超多视差3D图像。

将参照图9来描述根据第二实施例的第二偏转元件阵列和通过第一偏转元件阵列的第一偏转光束之间的位置关系。

除了调制像素的水平压缩程度较低之外，第一偏转元件阵列几乎与第一实施例中的相同。如图9所示，调制像素901的宽度由第一偏转元件阵列压缩。不同于根据第一实施例的调制像素重叠形成一垂直列的第一偏转元件阵列103，每个调制像素901将被水平压缩以变得更小。应当注意，虽然在图9中调制像素未重叠，它们仍被水平压缩来重叠。

第二偏转元件阵列为通过将多个第二偏转元件902并置形成的双凸透镜，每个第二偏转元件902具有相对于第一偏转元件阵列的母线倾斜的母线。第二偏转元件的母线不是以一个方向的直线，而是对于每个显示像素401切换方向的线。即，在图9所示的示例中，通过对于每个显示像素401将角度垂直（y轴方向）反转为θ_r→-θ_r→θ_r来将第二偏转元件902的母线成锯齿状。切换第二偏转元件902的母线方向的周期，即Z字形周期垂直对应于两个显示像素401。

假设一个显示像素由n行×m列调制像素形成，使w为对应于一个显示像素401并进入第二偏转元件阵列的第一偏转光束（64个调制像素901）的宽度，并且p为一个第二偏转元件902的宽度。在这种情况中，第二偏转元件902的母线相对于第一偏转元件的母线仅需倾斜角θ_r，该角θ_r由下式给出：

θ_r≤tan^-1｛m×（p-w）/（n×p）｝    （9）

如果该角满足不等式（9），调制像素901则从未与包括在第二偏转元件阵列中的柱面透镜之间的边界线重叠，并且能够防止出来的光束变成杂散光而降低图像质量或立体效果、或者导致颜色错误配准或不均匀。应当注意，因为能够使显示像素间隔在垂直方向和水平方向等于调制像素间隔，因此更优选于m=n。

根据上述的第二实施例，第二偏转元件阵列在对应于显示像素尺寸的周期具有Z字形状。这使得能够有效地使用所有调制像素并能够根据图像显示装置的设计规范以低成本容易地显示超多视差3D图像。

（实施例的第一变型）

在第一变型中，使用液体进行2D图像与3D图像之间的切换。

将参照图10描述根据第一变型的图像显示装置。

在根据第一变型的图像显示装置1000中，第一偏转元件阵列103和第二偏转元件阵列104两者均具有平面和凹/凸面。将第一偏转元件阵列103和第二偏转元件阵列104布置为使它们的凹/凸面彼此面对。当将具有与第一偏转元件阵列103和第二偏转元件阵列104的材料相等折射率的物体放入第一偏转元件阵列103和第二偏转元件阵列104之间的间隙1001时，能够消除两个偏转元件阵列的光偏转效应。即，放入物体使得能够消除视差产生效应并在所谓的2D图像与3D图像之间进行切换。放入图像显示装置1000中的物体例如为液体。将硅油（所谓的用于油浸光学显微镜中的光油（optical oil）（浸油））、甘油或苯甲醚插入至间隙1001中。应当注意，代替使凹/凸面彼此面对，也可以使凹/凹面或凸/凸面彼此面对。

根据上述的第一变型，能够易于在2D图像与3D图像之间切换。

（实施例的第二变型）

在上述的实施例中，假设第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列为分离的片体。在第二变型中，形成具有第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列效果的一个片体。

将参照图11来描述根据第二变型的图像显示装置。

在根据第二变型的图像显示装置1100中，在如图11中所示的偏转元件阵列1101的两个表面上都形成凹/凸图案来获得第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列的效果。在这种布置的情况下，当在一个片体的两个表面上均形成凹/凸图案时，决定了第一偏转元件阵列与第二偏转元件阵列之间的位置关系。因此，相比于当分离地形成第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列并调节在其之间的位置关系时，能够更易于调节位置关系，并减少制造时间的负担。

根据上述的第二变型，在一个片体的两个表面上都形成凹/凸面以具有第一偏转元件阵列和第二偏转元件阵列的效果。这允许简化图像显示装置的布置并减小成本。

（实施例的第三变型）

即使在上述的第一偏转元件阵列对于每个显示像素均压缩调制像素的宽度时，光仍能够从不可预料的方向漏出以产生杂散光而降低显示质量。在这种情况下，在第一偏转元件阵列与第二偏转元件阵列之间的间隙中为每一显示像素的垂直列布置多个光学狭缝或光圈。这种布置能够阻挡杂散光。

图12示出用于根据第三变型的图像显示装置中的狭缝的示例。

如图12所示，提供类似于垂直条纹的狭缝状掩模1201以阻挡通过图9中例如没有调制像素901的区域的光。可以使用用于包围每个显示像素401的区域的隔板。

另外，为了减少视差之间的串扰并防止相邻的视差光组件以重叠状态被观察到，可以在调制像素光束之间插入良好的光学狭缝或光圈。“在光束之间”意思是图9中指示进入第二偏转元件阵列的第一偏转光束的入射位置的编号之间的位置。阻挡光束的面积越大，观察到的图像亮度越低。然而，由于调制像素光束的尺寸能够做的很小，视差之间的串扰能够相应地减少。

根据上述的第三变型，能够通过使用狭缝状掩模或光圈抑制杂散光并减少视差之间的串扰。

（实施例的第四变型）

在第四变型中，可以通过布置能够主动改变光束照射位置的像素移位元件来增加视差的数量。

将像素移位元件布置在第一偏转元件阵列与光调制单元之间或第一偏转元件阵列与第二偏转元件阵列之间的间隙中。像素移位元件能够快速地切换调制像素的位置。例如，假设在光调制单元102与第一偏转元件阵列103之间设置像素移位元件的情况。当以对应于1/2调制像素间隔的间隔在水平或垂直方向上移位调制像素位置时，调制像素光束还能够进入例如图9中所示调制像素的编号之间，并且视差的数量可以几乎加倍。

图13示出根据第四变型设定调制像素的压缩宽度的示例。图13示出第二偏转元件阵列与已通过第一偏转元件阵列并进入第二偏转元件阵列的第一偏转光束之间的位置关系。对于图13中示出的调制像素1301，由第一偏转元件阵列以对于每个显示像素两倍的较高压缩程度压缩第一偏转光束（调制像素）的宽度。另外，由像素移位元件将光束位置移位与压缩宽度相等的距离。在这种情况中，当调制像素1301的光束也进入图13中的阴影线区域1302时，视差数量能够加倍。然而，有必要以高于待显示的帧速率（每秒显示的帧数）两倍的频率进行切换。

像素移位元件可以具有各种布置。

图14和图15示出像素移位元件的不同示例。如图14所示，作为像素移位元件的布置的第一示例，可以使用通过改变平行板1401的角度来转变调制像素光束的光学路径的元件。

如图15所示，作为像素移位元件的布置的第二示例，可以使用通常称作偏振积分器的元件1500，该偏振积分器利用偏振转变光学路径。更具体地，减速器（retarder）1501将光束切换为s-偏振光或p-偏振光。偏振光束分光器1502直接使p-偏振光通过并反射s-偏振光，由此切换光束的光学路径。特别地，偏振积分器1500具有不可移动的部分的优点。应当注意，用于使光调制单元102自身振荡的诸如音圈或压电致动器的元件可以用作像素移位元件。

根据上述的第四变型，能够通过布置像素移位元件来增加视差数量。

在上述的实施例中，当每个调制像素为了彩色显示被分离为RGB，并且使用如图3所示的投影仪类型进行投影时，调制像素的RGB分量优选共轴重叠。然而，如果相邻调制像素互相不重叠，RGB分量会移位。为了防止用户观察到色彩错误配准或不均匀，每个调制像素形成为倾斜状，使得一个调制像素的RGB分量总是被同时地观察到。

尽管已经描述了特定实施例，但是这些实施例只是以举例的方式给出的，其目的并非在于限制本发明的范围。实际上可以通过各种其他形式体现文中描述的新颖实施例；此外，在不背离本发明的精神的情况下可以做出各种具有文中描述的实施例的形式的省略、替代和变化。所附权利要求及其等同要件用于覆盖这样的落在本发明的精神和范围内的形式或修改。

Claims (17)

1.一种图像显示装置，其特征在于，包括：

发出光的光源；

调制单元，配置为调制所述光的强度和所述光的颜色以产生对应于包括在调制像素组中的每个调制像素的光束，每个所述调制像素由图像被观察处的观察位置和对应于所述观察位置的输出角来确定，所述调制像素组为二维排列的所述调制像素；

通过并置多个第一偏转元件形成的第一阵列，每个所述第一偏转元件具有与所述调制像素的垂直方向平行的母线，并且所述第一阵列配置为使针对与所述调制像素组中的m列相对应的每个第一调制像素组的光束偏转以产生第一偏转光束，所述m为自然数；以及

通过并置多个第二偏转元件形成的第二阵列，每个所述第二偏转元件具有相对于所述第一偏转元件的母线倾斜由tan^-1(α×m/n)表示的角度的母线，并且所述第二阵列配置为使针对与所述第一调制像素组中的n行相对应的每个第二调制像素组的所述第一偏转光束偏转以产生第二偏转光束，所述α为每个调制像素的水平像素间隔与垂直像素间隔的比，所述n为自然数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一阵列和所述第二阵列满足：

sin^-1(NA₁)×(n-1)＝sin^-1(NA₂)

所述第一偏转光束对应于n行，NA₁为所述第一阵列的数值孔径，NA₂为所述第二阵列的数值孔径。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述m等于所述n。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一阵列和所述第二阵列由柱面透镜、棱镜和衍射光栅中的一种来形成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一阵列和所述第二阵列由平板形成，所述平板具有布置在第一表面上的所述第一偏转元件和布置在面向所述第一表面的第二表面上的所述第二偏转元件。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括具有与所述第一阵列的第一折射率和所述第二阵列的第二折射率相等的折射率的材料，并且所述材料布置在所述第一阵列与所述第二阵列之间的间隙中。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括布置到所述第一阵列与所述第二阵列之间的间隙的光学狭缝和光圈中的一个。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括扩散单元，所述扩散单元配置为调节所述第二偏转光束的扩散角，以由所述第二偏转光束在所述观察位置产生视差图像。

9.一种图像显示装置，其特征在于，包括：

发出光的光源；

调制单元，配置为调制所述光的强度和所述光的颜色以产生对应于包括在调制像素组中的每个调制像素的光束，每个所述调制像素均由图像被观察处的观察位置和对应于所述观察位置的输出角来确定，所述调制像素组为二维排列的所述调制像素；

通过并置多个第一偏转元件形成的第一阵列，每个所述第一偏转元件具有与所述调制像素的垂直方向平行的母线，并且所述第一阵列配置为使针对与所述调制像素组中的m列相对应的每个第一调制像素组的光束偏转以产生第一偏转光束，所述m为自然数；以及

通过并置多个第二偏转元件形成的第二阵列，每个所述第二偏转元件具有相对于所述第一偏转元件的母线倾斜第一角度并在每n行中将所述第一角度的倾斜反转的锯齿状母线，并将所述第二阵列配置为使针对与所述第一调制像素组中的n行相对应的每个第二调制像素组的所述第一偏转光束偏转以产生第二偏转光束，所述n为自然数。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，如果将每条所述第一偏转光束的宽度定义为w，并将所述第二偏转元件的宽度定义为p，则所述第一角度由下式给出，

θ_r≤tan^-1{m×(p-w)/(n×p)}。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括像素移位元件，所述像素移位元件布置在所述调制单元与所述第一阵列之间的间隙中并配置为改变所述光的照射位置和所述光的角度，或布置在所述第一阵列与所述第二阵列之间的间隙中并配置为改变所述第一偏转光束的照射位置和所述第一偏转光束的角度，

其中，所述第一阵列根据所述像素移位元件调节所述第一偏转光束的宽度。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述m等于所述n。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一阵列和所述第二阵列由柱面透镜、棱镜和衍射光栅中的一种来形成。

14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一阵列和所述第二阵列由平板形成，所述平板具有布置在第一表面上的所述第一偏转元件和布置在面向所述第一表面的第二表面上的所述第二偏转元件。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括具有与所述第一阵列的第一折射率和所述第二阵列的第二折射率相等的折射率的材料，并将所述材料放入所述第一阵列与所述第二阵列之间的间隙中。

16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括布置到所述第一阵列与所述第二阵列之间的间隙的光学狭缝和光圈中的一个。

17.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括扩散单元，所述扩散单元配置为调节所述第二偏转光束的扩散角，以由所述第二偏转光束在所述观察位置产生视差图像。