CN1119690C - 立体影像显示系统 - Google Patents

Abstract

立体影像效果可由双眼视差产生。已知的立体影像显示系统在图像观察位置之外的区域显示虚幻的影像效果，而且观察位置是固定的。为避免虚幻的影像效果和/或改变观察位置，发明了采用与偏振棱镜一起形成偏振光的偏振装置的立体影像显示系统，该系统具有包括用于显示左右图像的像素平面的显示器，还具有可在两种偏振状态间切换的偏振装置，它装设在显示器之前，并在其前面具有包括许多棱镜的偏振棱镜片，该棱镜一个挨一个排列，形成一纵列状偏振棱镜片，从而使一种偏振光由棱镜反射到第一方向，另一种偏振光由棱镜反射到第二方向。

Description

立体影像显示系统

技术领域

本发明是关于一套立体影像显示系统，利用双眼的视差，可以产生立体影像效果。本系统使用的显示器包含一像素平面，这里，左右图像既对整个屏幕也对相邻像素进行交替显示。

背景技术

现有的立体影像显示系统乃是使用特殊的眼镜，比如红色和兰色滤光眼镜、LCD光阑护目镜或偏振滤光眼镜等。其他一些已有的立体影像显示系统是利用带固定缝间距的视差隔离器或使用双凸透镜片。所有这些已知立体影像显示系统均有这样的缺点，即它们在观察区域外的区域显示虚幻影像和/或由于系统的固定几何尺寸而使观察位置也是固定的。

发明内容

因此，本发明的一个目的即是提供一种立体影像显示系统，此系统可以克服上述现有技术的缺点。

本立体影像显示系统的第一个实施例具有：一个包括用于交替显示左右图像的像素平面的显示器，和一个放置在显示器的前面，由隔离条组成的视差隔离器，相邻的隔离条的距离或间距是可变的。这样，就能够改变观察位置，它是距离的函数。

隔离条可采用任何光隔离器件，比如液晶显示器件或机械器件。

如果隔离条包括机械器件，则距离的变化可用缩放器来实现，每个隔离条都同该缩放器相连。最好每个隔离条同缩放器的每个连接轴相连，缩放器的一个连接轴在空间上固定，这样缩放器相对于显示器的位置就是固定的。缩放器的移动可由一套与之相连的移动杆机构来实现，此机构由一个控制器来控制。

最好每个隔离条是可旋转的，从而使隔离器与显示平面之间的角度是可变的。这样，不但是所说的隔离条之间的距离，而且隔离器的宽度，即隔离条在显示平面上的投影也是可调的。隔离条的旋转可用一齿条齿轮机构来实现。齿条最好可以直线移动。本立体影像显示系统还包含控制齿条驱动机构的控制器。进一步地，缩放器的两端都可由移动杆机构来控制。

在本立体影像显示系统的这一实施例中，像素平面的相邻像素交替显示左右图像。

本立体影像显示系统的另一可能的实施例具有：一个包含用于显示左右图像的像素平面的显示器，以及一些放置在显示器前面，在左右眼之间逐条排列的移动隔离条。在这里，如果隔离条设定为第一种模式第一个角度，则在右图像显示时就把右图像引到右眼，如果设定为第二种模式第二角度，则在左图像显示时就把左图像引到左眼。

本立体影像显示系统的隔离条设置成基本上与显示器垂直，也就是说，在中间位置，隔离条与显示器平面间的角度近似为90度。

最好左右观察方向的切换足够的快，这样，由于人眼的影像残留效应，而产生连续图像的效果。

本立体影像显示系统的隔离条与一套切换装置相连，此装置在左右图像观察位置之间切换隔离条。这样的切换装置可用连接臂构成。

本立体影像显示系统还包括一个移动隔离条控制器和一个用来切换左右图像的显示控制器，两者均受一公共定时信号的控制。

进而，立体影像显示系统的切换装置可以包括一固定臂和一连接臂，从而使移动隔离器部分能独立于显示屏幕。

按照本发明，本立体影像显示系统还可以具有这样一个隔离器，它由一个垂直放置在显示器上的固定隔离器和一个设置在固定隔离器之上的移动隔离器来构成，这样，在第一种状态，移动隔离器的位置使右眼只能看到右图像，而在另一种状态，移动隔离器的另一位置使左眼只能看到左图像。

两个位置之间的切换必须快到能产生稳定的图像效果。

在本立体影像显示系统中，移动隔离器可依照其状态在平行于像素平面的平面内移动，而且移动隔离器可由具有互相平行排列的矩形开孔的隔离片构成。本系统还包括一控制器，一切换器(即显示控制器)和一移动机构，其中控制器和切换器受一公共定时信号控制。

在这种立体影像显示系统的另一实施例中，移动隔离器是由带有条形光阑的液晶来构成的，它可以根据其状态在透明和不透明之间切换。这样的系统还包括一个控制液晶光阑的控制器和一个切换左右图像的切换器，二者均受控于一公共定时信号。

本发明的立体影像显示系统的另一实施例，具有一个包括用于显示左右图像的像素平面的显示器，还具有一种可在两种偏振状态之间来回切换的偏振装置，该偏振装置装设在显示器前面，紧挨其上是一偏振棱镜片，它包括一个挨一个排列的许多棱镜，形成一纵列型偏振棱镜片，使一种偏振光由棱镜反射到第一方向，另一种偏振光由棱镜反射到第二方向。

在这样的立体影像显示系统中，最好每个像素列均对应偏振棱镜片的一个偏振棱镜。也就是说，每个偏振棱镜覆盖一个像素列。

此立体影像显示系统还包括一偏振装置控制器和一切换左右图像的切换装置，两者均受一公共定时信号的控制。

为进一步降低左右图像光线间的互相干扰，偏振棱镜片的每个偏振棱镜的形状互不相同。

为使用更宽的显示器，偏振棱镜片上的每个靠外侧的棱镜可以遮盖相邻的靠内侧的棱镜。

利用上述的本发明的这些实施例，调节观察距离和/或消除观察区较外面的区域内的虚幻影像是可以实现的。

附图说明

现结合附图，阐述本发明的优选实施。

图1示出第一种实施例，采用以缩放器改变缝间距的视差隔离器系统；

图2示出隔离条可旋转的视差隔离器系统；

图3示出两侧驱动缩放器的视差隔离器系统；

图4示出采用第一种移动隔离器系统的立体影像显示系统的原理图；

图5示出移动隔离系统的截面图，其中左图像指向左眼；

图6同图5，示出其中右图像指向右眼；

图7示出移动隔离器系统的截面图，并有隔离器驱动系统示例

图8示出移动隔离器驱动系统另一示例；

图9示出采用第二种移动隔离系统的立体影像显示系统的原理图；

图10示出图9所示的移动隔离系统的截面图，其中左图像指向左眼；

图11同图10，示出其中右图像指向右眼；

图12示出移动隔离器系统的一个实施例，移动隔离器由平行于显示器放置的隔离片构成；

图13示出图9所示的移动隔离器系统的一个示例，移动隔离器由液晶系统构成；

图14示出采用偏振装置和偏振棱镜片的立体影像显示系统的透视图；

图15示出图14所示的(立体影像显示)系统的截面图；

图16示出图13所示的立体影像显示系统的截面图，其中棱镜的形状各不相同；

图17示出偏振立体影像显示系统的一个实施例，其中棱镜互相遮盖；

图18示出采用视差隔离器系统的立体影像显示系统的原理图。

具体实施方式

图18所示的为视差隔离器系统的基本原理，该系统包括显示器1，它构成图像平面或者说构成含交替的左图像像素2和右图像像素3的像素平面。在此例中，图像是所谓的混合条形图像，左右图像的像素分别垂直排列。从各个像素的描述线中可很清楚地看出，右图像像素3到左眼的路被视差隔离器4隔断，同样，左图像像素2到右眼的路也被隔断。从图18还可以清楚地看出，采用隔离条间距固定的视差隔离器4的结果是左眼(LE)和右眼(RE)的观察距离是固定的。

图1所示的是观察距离可变的视差隔离器系统的示例。视差隔离器系统4放置在显示器1前面，由许多相互平行的隔离条5组成，并通过轴杆9与缩放器6在连接轴8处相连。缩放器6具有常规轴7和连接轴8。在一侧，缩放器通过一个移动杆11连到受控制器13控制的移动杆机构12上。在此例中，隔离片5中的一个，最好选用中间位置的一个，通过轴杆9f连到空间的一个固定点10上。采用这种结构形式，各隔离条5间的距离或缝间距可通过移动杆11的移动来改变，从而相应地改变观察距离。

这种移动由控制器13，通过观察者和/或一个其值跟随观察者与显示器1之间的距离而变化的控制信号来控制。

图2是所发明的视差隔离器系统的另一个实施例，其中隔离条5的轴杆9连到一个齿轮齿条机构14上，此机构包括安装在隔离条5的轴杆9顶部的直线形齿条15以及齿轮16。通过这样一种由控制器18来控制的移动齿条机构17，可以转动隔离条5，从而可以改变隔离条5和显示平面1之间的角度，换句话说，是可改变隔离条5的面积在与显示平面1平行的平面内的投影。利用这个系统，对已选定间距的隔离条，可获得一个合适的隔离条的宽度。

控制器13和18可由未标出的输入装置来控制，例如通过观察者和/或一个其值跟随观察者与显示器1之间的距离而变化的控制信号来控制。

图3是图1所示的视差隔离器系统的又一实施例，其中视差隔离器系统同时在两侧由移动杆114和19通过移动杆机构12和20来驱动，两者均受同一个控制器13的控制。图3所示的实施例的另一不同点是，没有任何一个隔离条与空间上的固定点相连。因此，缩放器不仅可以放大和缩小，还可以沿平行于显示器1的平面移动而不进行缩放。这样，当观察者平行于显示器1移动和改变观察距离时，隔离器可沿平行于显示器1的平面移动并进行放大或缩小。

按照图3所示，该优选实施例中的隔离条5也可以转动。当然，没有装置16到18，也可以设有装置19和20。

利用未示出的控制器装置，可相应地将来自所描述的像素2的光线导向右眼，将像素3的光线导向左眼。

图1到图3所示的原理的另一实施例(未示出)，可采用液晶器件来实现。由于这种器件根据相应的控制信号可以是透明或不透明，则相应的光隔离条可由这种液晶器件来代替。隔离条的大小和间距可由控制信号来控制，可以由输入装置的信号和/或传感器装置的信号来决定。输入装置的信号可以分别由观察者或使用者来定义，而传感器装置可以，比如说根据观察者或使用者与显示器1间的距离，来产生一个信号。

图4所示的是移动隔离器系统22的一个实施例，它设置在一个含有形成左图像像素2和右图像像素3的像素21的平面显示器1之上。移动隔离器系统22包括许多可移动隔离条23，它们基本上与平面显示器1的表面垂直，这样，像素条或像素列就沿垂直方向形成。可移动隔离条23与平面显示器1的表面之间的角度是可以根据情况而改变的，因此，光线就可以分别导向右眼RE或左眼LE。这点将在图5和图6中详细解释。

图5是图4所示的实施例的截面图。在图示的可移动隔离条23的方向，从所有的像素21出来的光线都导向左眼LE，也就是说，在这种情况下，平面显示器1显示的是完整的左图像。右眼从平面显示器的表面上看不到任何图像，只能看到可移动隔离条的表面。

图6是另一种情况，这里，由于可移动隔离条23的取向，含像素21的平面显示器1的表面仅能被右眼RE看到。所以，在这种情况下，平面显示器1只能显示右图像。

图5和图6清楚地说明了，随着左图像或右图像的分别出现，必须改变可移动隔离条23的方向。为了获得稳定的画面或稳定的图像，隔离条的移动必须足够快，比如要快于每秒20次，这样，利用人眼的图像残留效应，就可以产生立体影像效果。

图7是一个实施例的截面图，这里，可移动隔离器系统22的移动隔离条23通过连接臂24来移动。在本实施例中每个移动隔离条23都连接到连接臂24的一个枢轴25。连接臂24的移动由一个受控于移动隔离条控制器27的移动机构26来驱动。还有，显示器1由显示控制器28来控制。这两个控制器，移动隔离条控制器27和显示控制器28，均受控于一公共定时信号29，这样，连接臂24的移动就能与显示器1上显示的图像的切换同步。

图8是立体影像显示系统的另一实施例，其采用的可移动隔离系统22不与显示器1相连，亦即独立于显示器1。这种可移动隔离器系统包括一个固定臂30用于连接可移动隔离条23。可移动隔离条23通过枢轴25、连接臂24由移动机构26驱动。可移动隔离系统22的移动的控制和显示器1上的图像的控制由类同于图7实施例的控制器配置来完成。

图9所示的立体影像显示系统中，根据情况，左眼和右眼间的光线被含有固定隔离条32和可移动隔离条33的隔离器系统31隔离开来。在此实施例中，固定隔离条32垂直设置于平面显示器1的表面上部，从而形成纵列状排列的像素21。在每个固定隔离条32的顶部，都装设一个移动隔离条33，在两个观察位置看，均平行于显示器1的表面。

图10是图9所示的实施例的截面图，这里，可移动隔离条33指向图10的左边，因此，只有右眼能看到显示器1表面上的图像。左眼只能看到固定隔离条32和/或移动隔离条33的表面。

图11是另一种情况，只有左眼能看到显示器1表面上的图像，也意味着显示器1此时只能显示左图像。可移动隔离条33现在指到图11的右边。

图12是利用图9原理的另一实施例。在固定隔离条32之上放置一个具有平行矩形开孔33b和相应框架33c的板或片33a。框架33c构成移动隔离条。在这种情况下，此板可在控制器35的控制下，由移动机构34整体驱动。含像素21的显示器1的图像由控制器36来控制。公共定时信号37切换左右图像信号并使带可移动隔离条的板33a做精确的同步移动。

图13是采用板或片33a的立体影像显示系统的第二个实施例。在此例中，开孔33b和框架33c由液晶系统38构成。液晶系统的取向平行于平面显示器1的图像平面。液晶系统38包含条状液晶光阑39和40，它们沿着所述像素纵列而排列并起到移动隔离器33的作用。这些液晶光阑39和40可根据情况从透明到不透明状态来回切换，从而起到图9和图12中的移动隔离器33的作用。按照图13所示的状态，光阑39相当于框架33c，而光阑40相当于开孔33b。

液晶光阑的功能受控制器41的控制，并通过公共定时信号37与显示控制器36保持同步。

已经指出，显示器1最好由控制器36来控制，这样才不会造成图像的丢失。在图10和图11中已给出相应的效果，从图上可看到：右眼只能看到右像素RP的一部分(图10)，左眼也只能看到左像素的一部分(图11)。因此，控制器36可以受控于使用者的一个输入信号和/或一个其值跟随观察者(也可以是使用者)与显示器1之间的距离而变化的信号。

图14所示的是采用偏振光产生立体影像效果的立体影像显示系统。在包含像素21的平面显示器1的上面，放置一偏振装置42，它使发自像素21的光线起偏。在偏振装置42的顶部有一排偏振棱镜43，使每个棱镜43的底覆盖一列像素21。这些偏振棱镜43构成一个偏振棱镜片44。偏振装置42由控制器45控制，而显示器1由显示控制器46控制。两个控制器45和46均受公共定时信号47的定时控制。

图15是图14所示的立体影像显示系统的截面图。偏振装置42覆盖显示器1，在其顶部设有由一排棱镜43构成的偏振棱镜片44。在图15中，左眼LE只能看到偏振棱镜43的右侧面48，而右眼RE只能看到偏振棱镜43的左侧面49。当偏振装置42的偏振方向平行于偏振棱镜43的右侧面48的偏振方向时，平面显示器1显示左眼能观察到的图像。在这段时间内，平面显示器1的光线不能从棱镜43的左侧面49透射出来，因为偏振装置42的偏振方向垂直于棱镜43的左侧面49的偏振方向。之后，偏振装置42的偏振方向改变，并平行于棱镜43的左侧面49的偏振方向。此时，平面显示器1显示右眼图像。在这段时间内，平面显示器1的光线不能从棱镜43的右侧面48透射出来。过一会儿，偏振装置42的偏振方向又变回到开始时的偏振方向。这个操作过程是连续重复的。这样，显示器1交替显示左右眼图像，就能够以一种分时方式，使右眼只能看到右图像，左眼只能看到左图像。因此，如果上述的操作过程足够快的话，由于图像残留效应和双眼视差，就能产生立体影像效果。

图16是采用偏振光的立体影像显示系统的截面图，其中偏振棱镜片44上的偏振棱镜43的形状各不相同。棱镜43的高度从显示器1的外侧到中部逐渐减小，也就是说，较外侧的棱镜高于相邻的较内侧的棱镜。这种设置方式与图15中的棱镜形状相比，降低了左右图像光线的相互干扰。

图17是采用偏振光的立体影像显示系统的另一实施例，这里，偏振棱镜的形状与图16所示的实施例不同，从显示器1的外侧到中部，较外侧的棱镜与较中间的相比更为悬突一些，也就是说，较外侧的棱镜遮挡着相邻的较内侧的棱镜。采用这种设置和形状，就可以使用宽于双眼距离的显示器。

Claims (5)

1、一种立体影像显示系统，具有一个包括用于显示左右图像的像素平面的显示器(1)，其特征在于该系统还具有一个可在两种偏振状态间切换的偏振装置(42)，它装设在显示器(1)之前，并在其前面具有一包括许多棱镜(43)的偏振棱镜片(44)，该许多棱镜(43)一个挨一个排列，形成一纵列状偏振棱镜片(44)，从而使一种偏振光由棱镜(43)反射到第一方向，另一种偏振光由棱镜(43)反射到第二方向。

2、根据权利要求1所述的立体影像显示系统，其中显示器(1)的每列像素对应于偏振棱镜片(44)的一个偏振棱镜(43)。

3、根据权利要求1所述的立体影像显示系统，该系统还包括一个偏振装置控制器(45)和一个用于切换左右图像的显示控制器(46)，两者均受控于一公共定时信号。

4、根据权利要求1所述的立体影像显示系统，其中所述偏振棱镜片(44)的各偏振棱镜(43)具有不同的形状。

5、根据权利要求1所述的立体影像显示系统，其中所述偏振棱镜片(44)的偏振棱镜(43)的每个较外侧的棱镜(43)均悬突于相邻的较内侧的棱镜(43)之上。

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