CN103430082A

CN103430082A - 裸眼立体显示装置

Info

Publication number: CN103430082A
Application number: CN2011800584604A
Authority: CN
Inventors: 斋藤敦
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-12-04
Also published as: EP2653905A4; US20130208356A1; JP2012128351A; JP5170230B2; EP2653905A1; WO2012081362A1

Abstract

本发明提供一种裸眼立体显示装置，具备：不同颜色的彩色像素（13）在水平方向周期性地排列、相同颜色的彩色像素（13）在垂直方向排列的二维显示器（11）；以及配置在二维显示器（11）上且相互平行排列、彩色像素（13）透过其被放大观察的多个柱透镜（12a～12c）。将彩色像素（13）的水平方向（HL）的像素间距设为px，柱透镜（12a～12c）的透镜间距设为L，柱透镜（12a～12c）与垂直方向（VL）的边界线（BL1～BL3）的倾斜角设为θ，m为正整数，该情况下，px、L以及θ满足式（1）：（3m-2）·px/cosθ＜L＜（3m-1）·px/cosθ···（1）。

Description

裸眼立体显示装置

技术领域

本发明涉及在1维方向具有视差的裸眼立体显示装置。

背景技术

已有使用柱状透镜、狭缝光栅、透镜阵列等特殊光学部件，使印刷面、液晶面板等显示装置的图像在多个视点方向分割，根据视听位置使显示图像变化的技术。尤其设定为对于同一物体，右眼和左眼看到具有特定视差的不同的显示图像（视差图像）。由此，能够实现不带眼镜就能够获得立体视觉的立体图像显示装置（以后，称为“裸眼立体显示装置”）。另外，本申请中，分割视差图像的方向在水平方向主要为1维。

利用裸眼立体显示装置来获得立体视觉的情况，为了扩大可获得立体视觉的视听范围，此外，为了得到可耐受长时间视听的自然立体感觉、流畅的运动视差，要求在更多方向细致地分割视差图像，从而增加视点数量。

另外，最近正在研究将基于视差图像的立体视觉应用于眼捕捉、以提高可视性为目的的数字标牌、车载导航等。考虑这些应用的情况下，要求即使在使用低分辨率的显示装置的情况，也尽可能地将视差图像细致分割，从而实现自然的立体视觉。

与此相对，有效的技术提案是多眼式，即，并不是在空间上假定视听者的眼睛的位置再来分割视点，而是尽量将视角细致分割，使视听者能看到任一视点。但是，在使用柱状透镜或狭缝型光栅在1维方向进行分割的多眼式方法中，如果增加视差图像的分割数，则进行了分割的方向的分辨率显著下降。换句话说，在水平方向分割视差图像的情况下，产生了在水平方向和垂直方向分辨率不同这一问题。

另一方面，还考虑通过对立体视觉特殊化，将彩色像素排列、基板玻璃等与上述光学部件匹配地进行最优设计来解决上述课题。但是，从与二维显示的兼容、成本方面考虑，需要使用广泛普及的由R（红）、G（绿）、B（蓝）的彩色像素构成，并且相同颜色的彩色像素在垂直方向规则整齐排列的显示装置的裸眼立体显示装置。

与此相对，专利文献1中报告了通过将柱状透镜相对于像素排列倾斜，不仅使用水平方向的像素，还使用垂直方向的像素构成一个三维像素。由此，能够抑制三维显示的水平方向的分辨率的下降，提高水平方向和垂直方向的分辨率的平衡。

另外，专利文献2中报告了在柱状透镜的相对于二维显示器的倾斜角上下功夫，在水平方向均衡使用3种彩色像素的技术方案。由此，即使是在利用水平方向上不同彩色像素，例如R（红），G（绿），B（蓝）成条纹状垂直排列的显示装置，也能够减少颜色不均、亮度不均。

进而，专利文献3中记载了为了使相同颜色的彩色像素在水平方向排成一排，而调整使柱状透镜的相对于二维显示器的倾斜角以及透镜间距的方案。由此，即使水平方向的分辨率降低，也不会产生颜色不均。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平9－236777号公报

专利文献2:日本特开2005－309374号公报

专利文献3:日本特开2008－228199号公报

发明内容

在裸眼立体显示装置中，为了增加视差图像的分割数，相对于二维显示器的像素间距增大透镜间距是有效的。但是，因透镜的放大效果而彩色像素与透镜间距成比例地增大，因此存在视差图像的视感分辨率受损这种问题。

进而，为了得到视感分辨率高的三维图像，使用像素间距小的高分辨率的二维显示器是有效的。但是，即使是使用抑制了成本的像素间距大的低分辨率的二维显示器的情况下，要求可耐受长时间的视听的自然状态，还要求不仅对具有视差的三维图像，还对于不具有视差的二维的图像也维持高视感分辨率。但是，使柱状透镜呈倾斜状倾斜时，像素间距越大，因透镜的放大效果放大得越大。由此，可视的彩色像素变大，因此同样地损害了视感分辨率。

另外，面向游戏机等玩具、面向个别商品的数字标牌、弹子机、老虎机、其他显示终端，要求小型裸眼立体显示装置。对于这些小型的裸眼立体显示装置，与上述同样地，要求不仅对具有视差的三维图像，还对于不具有视差的二维图像都维持高的视感分辨率。但是，越是小型裸眼立体显示器，近距离视听的机会越多，因此被放大后彩色像素的单元更容易被观察到，视感分辨率受损。

另一方面，根据柱状透镜的透镜间距与倾斜角，也存在如下课题。使用图5对该课题进行说明。在R（红）、G（绿）、B（蓝）这3种不同颜色的彩色像素在水平方向HL周期性地排列、相同颜色的彩色像素在垂直方向VL排列的二维显示器上，多个柱状透镜与其边界线BL1、BL2倾斜地排列。被柱状透镜放大的R、G、B各相同颜色的彩色像素23在倾斜方向上连结。结果，能观察到这些连结的相同颜色的彩色像素23具有周期性，因而视感分辨率受损。另外，图5中，仅对R（红）的彩色像素23赋予剖面线，但B（蓝）以及G（绿）也同样地，相同颜色的彩色像素23在倾斜方向上连结。

另外，在专利文献3中记载了该连结方向为水平方向的情况。此时，在相对于被放大后的彩色像素23的大小距离充分远的位置进行视听时不存在问题。但是，如上所述，在近距离对像素间距大的低分辨率的二维显示器或小型二维显示器进行视听时，容易以彩色像素23单位分别观察到被放大后的彩色像素23。此时，如果被放大后的彩色像素23连结而具有周期性，则有会观察到如莫尔条纹那样使视感分辨率受损这一问题。

本发明鉴于上述课题而完成。即，本发明的裸眼立体显示装置，其中一个方式的主旨如下，即，具备不同颜色的彩色像素（13）在水平方向周期性地排列、相同颜色的彩色像素（13）在垂直方向排列的二维显示器（11），以及配置在二维显示器（11）上且相互平行排列、彩色像素（13）透过其被放大观察的多个柱透镜（12a、12b、12c、···），将彩色像素（13）的水平方向（HL）的像素间距设为px，柱透镜（12a、12b、12c、···）的透镜间距设为L，将柱透镜（12a、12b、12c、···）与垂直方向（VL）的边界线（BL1、BL2、BL3、···）的倾斜角设为θ，m为正整数的情况下，px、L、以及θ满足式（1）。

（3m-2）·px/cosθ＜L＜（3m-1）·px/cosθ···（1）

本发明的一个方式中优选px、L以及θ进一步满足式（2）。

L=（3m-3/2）·px/cosθ···（2）

根据本发明的裸眼立体显示装置，透过柱透镜而被放大后的二维显示器的相同颜色的彩色像素不连结，而成为接近三角排列的像素排列。由此，能够抑制透过柱透镜对二维显示器进行视听时的分辨率的劣化。

附图说明

图1（a）是表示本发明的实施方式的裸眼立体显示装置的整体构成的立体图，图1（b）是将图1（a）的区域ME放大了的俯视图。

图2是表示位于透镜边界线BL1～BL3附近的彩色像素13，以及透过柱透镜12而被放大显示的彩色像素23的俯视图。

图3是表示作为不具有视差的二维图像，对仅将R（红）的彩色像素以最大亮度点亮，G（绿）以及B（蓝）以最小亮度非点亮时进行仿真而得到的图像的俯视图，图3（a）表示px、L以及θ不满足式（1）的情况，图3（b）表示px、L以及θ满足式（1）的情况。

图4（a）表示水平像素间距px、透镜间距L以及倾斜角θ仅满足式（1）的时被放大后的彩色像素23的配置例的俯视图，图4（b）表示水平像素间距px、透镜间距L以及倾斜角θ同时满足式（1）以及式（2）时被放大后的彩色像素23的配置例的俯视图。

图5是表示被柱透镜放大的相同颜色的彩色像素23在倾斜方向连结，被观察到具有周期性的情况的俯视图。

具体实施方式

以下参照附图，说明本发明的实施方式。附图记载中相同部分标以相同的符号。

参照图1（a）和图1（b），说明本发明的实施方式的裸眼立体显示装置的构成。本发明的实施方式的裸眼立体显示装置具备：二维显示器11，其在垂直方向VL以及水平方向分别以规定的间距排列有彩色像素13；柱状片14，其配置在二维显示器11的显示面上。柱状片14由相互平行且在1维方向排列而成的多个柱透镜12a、12b、12c、···构成。彩色像素13可透过多个柱透镜12被看见。柱透镜12的边界线BL1～BL4形成相互平行的直线，相对于二维显示器11的垂直方向VL倾斜。其倾斜角设为“θ”。

图1（b）的排列于垂直方向以及水平方向的多个矩形分别表示二维显示器11的彩色像素13。二维显示器11中，R（红）、G（绿）以及B（蓝）这3种不同颜色的彩色像素13在水平方向周期性地排列，相同颜色的彩色像素在垂直方向上排列。另外，将与柱透镜12的边界线BL1～BL4垂直的方向的透镜间距（以后，简称为“透镜间距”）设为“L”。另外，将彩色像素13的水平方向的像素间距（以后，称为“水平像素间距”）设为“px”，将彩色像素13的垂直方向的像素间距（以后，称为“垂直像素间距”）设为“py”。在以后的说明中，设定py/px＝3，但py/px也可以为3以外的数值。例如，二维显示器11的水平像素间距px以及垂直像素间距py分别为px=0.1mm，py=0.3mm。柱透镜12a、12b、12c···仅在与边界线BL1～BL4垂直的方向具有功率。

如果从某一方向透过柱透镜12来观察二维显示器11的彩色像素13，则仅距柱透镜12的边界线BL1、BL2等距离的彩色像素13被放大而观察到。观察到的彩色像素13距边界线bl1、bl2的距离根据观察方向而变化。能观察到的彩色像素23在柱透镜12的透镜间距L的方向（功率方向）放大显示为与透镜间距L相同的大小。详细而言，任一彩色像素均以最大亮度点亮的情况下（白色图像），如图2所示，彩色像素23在与边界线BL1、BL2平行的方向以及垂直的方向可分别放大观察为px/sinθ及L的方形。

此时，通过使水平像素间距px、透镜间距L以及倾斜角θ满足式（1），从而对于R（红）、G（绿）以及B（蓝）各自而言，相同颜色的彩色像素23不连结，而成为接近三角排列的像素排列。由此，能得到视感分辨率高的二维图像。

特别是，透镜间距L大的情况下，因柱透镜12的放大作用而使彩色像素23变大，因此能够容易地一一识别R、G、B的彩色像素23。但是，根据式（1）对px、L、θ进行规定，由此能够使透过柱透镜12观察到的二维显示器11的相同颜色的彩色像素23为三角排列，能够得到视感分辨率高的二维图像。

（3m-2）·px/cosθ＜L＜（3m-1）·px/cosθ

（m为正整数）···（1）

例如，将倾斜角θ、透镜间距L设定为θ=11.77°，L=0.779mm。此时，m=3且满足式（1）。由此，透过柱透镜12被放大显示的相同颜色的彩色像素23与三角排列相同，因透镜的放大作用使彩色像素放大的情况下，也能够得到视感分辨率高的图像。

图3是表示不具有视差的二维图像，对仅将R（红）的彩色像素以最大亮度点亮，G（绿）以及B（蓝）以最小亮度非点亮时进行仿真而成的图像。图3（a）的px、L以及θ不满足式（1），即作为不存在满足式（1）的m的例子，使用θ=11.77°、L=0.664mm的柱状透镜时的二维图像。可知因透镜的放大效果而被放大的相同颜色（这里仅为红色）的彩色像素23连结，相同颜色的彩色像素23周期性显现。由此，使二维图像的视感分辨率受损。

另一方面，图3（b）表示作为px、L以及θ满足式（1）的例子，使用θ=11.77°、L=0.779mm的柱透镜12时的二维图像。此时，m=3，px、L以及θ可根据式（1）进行设定。可知与透镜间距L大无关，因透镜的放大效果而被放大的相同颜色（这里仅为红色）的彩色像素23分别间隔地配置，形成三角排列。由此，形成视感分辨率高的二维图像。即，即使是因透镜的放大效果而容易分别观察到彩色像素23的情况下，也能够得到视感分辨率较高的二维图像。

进而，优选px、L以及θ不仅满足式（1），还满足式（2）。

L=（3m-3/2）·px/cosθ···（2）

如以上说明所述，根据本发明的实施方式，能够得到以下作用效果。

通过使水平像素间距px、透镜间距L以及倾斜角θ满足式（1），使透过柱透镜12而被放大后的二维显示器11的相同颜色的彩色像素23不连结，成为接近三角排列的像素排列。由此，能够抑制在透过柱透镜12对二维显示器11进行视听时的分辨率的劣化。对彩色像素13的像素间距大且廉价的二维显示器11、分辨率低的二维显示器11进行视听的情况，或从近距离视听小型二维显示器11的情况等容易以彩色像素单位为单位对被柱透镜12放大的彩色像素23进行视认的情况。

图4（a）表示水平像素间距px、透镜间距L以及倾斜角θ仅满足式（1）时的被放大后的彩色像素23的配置例。仅满足式（1）的情况下，相同颜色的彩色像素23不结合，但在相同的柱透镜12内与相邻的相同颜色的彩色像素23b、23c间的中央偏离的位置上配置有相邻的柱透镜12的相同颜色的彩色像素23a。由此，有时在箭头Ya所示的方向具有若干的周期性。

与此相对，图4（b）是表示水平像素间距px、透镜间距L以及倾斜角θ同时满足式（1）以及式（2）时的被放大后的彩色像素23的配置例。同时满足式（1）以及式（2）的情况下，在相同的柱透镜12内相邻的相同颜色的彩色像素23b、23c间的正中央配置有相邻的柱透镜12的相同颜色的彩色像素23d。由此，最难感觉到相同颜色的彩色像素23的配置呈周期性，频率特性的面内均匀性变高。由此，被放大后的二维显示器11的相同颜色的彩色像素23不仅不结合，还能够使相同颜色的彩色像素23以最不具有周期性的方式被观察，因此能够更好地抑制视感分辨率的劣化。

如上述那样，本发明通过一个实施方式进行了记载，但不应当理解为成为该公开的一部分的论述和附图是用来限定该发明。当然也包括本领域技术人员由该公开内容可知的各种代替实施方式、实施例以及运用技术。

作为二维显示器11，例举了液晶显示器（LCD）面板以及彩色LCD显示装置，但也可以使用上述以外的二维显示器，例如，二级管（CRT）、等离子显示器、电子纸、EL（电致发光）显示器等。

在实施方式中，对使用R、G、B这3种颜色的彩色像素13在水平方向周期性排列而成的二维显示器11的情况进行了说明。但是，即使在将还包括Y（黄）而得到的4色，或其以上的不同种类的彩色像素13在水平方向周期性地排列的情况下，也可应用本发明。

本申请基于2010年12月17日申请的日本特许愿第2010－282027号主张优先权，并通过参考的方式将该申请的内容加入在本发明的说明书中。

产业上的可利用性

本发明的实施方式的裸眼立体显示装置具备：不相同颜色的彩色像素13在水平方向周期性排列、相同颜色的彩色像素13在垂直方向排列的二维显示器11；以及配置在二维显示器11上且相互平行排列、彩色像素13透过该其被放大观察的多个柱透镜12a～12c。将彩色像素13的水平方向HL的像素间距设为px，柱透镜12a～12c的透镜间距设为L，柱透镜12a～12c与垂直方向VL的边界线BL1～BL3的倾斜角设为θ，m为正整数，该情况下，px、L以及θ满足上述式（1）。由此，能够抑制透过柱透镜12a～12c对二维显示器11进行视听时的分辨率的劣化。因此，本发明的实施方式的裸眼立体显示装置可在工业上利用。

符号的说明

11—二维显示器，12、12a～12c—柱透镜，13—彩色像素，23—被放大后的彩色像素，BL1～BL4—边界线，HL—水平方向，L—透镜间距，px—水平像素间距（水平方向的像素间距），py—垂直像素间距（垂直方向的像素间距），VL—垂直方向，θ—倾斜角。

Claims

1.一种裸眼立体显示装置，其特征在于，具备：

二维显示器，其中不同颜色的彩色像素在水平方向周期性地排列、相同颜色的彩色像素在垂直方向排列；以及

多个柱透镜，其配置在所述二维显示器上且相互平行排列，彩色像素透过该柱透镜被放大观察，

将彩色像素的水平方向的像素间距设为px，所述柱透镜的透镜间距设为L，相对于垂直方向的柱透镜的边界线的倾斜角设为θ，m为正整数，该情况下上述px、L以及θ满足式（1）：

（3m-2）·px/cosθ＜L＜（3m-1）·px/cosθ ···（1）。

2.根据权利要求1所述的裸眼立体显示装置，其特征在于，所述px、L以及θ满足式（2）：

L=（3m-3/2）·px/cosθ ···（2）。