CN1591175A - 立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可通过采用一维IP方式(垂直视差放弃方式)获得不产生扭曲变形或扭曲变形比较小的正常透视投影图象的技术。本发明的特征在于具有在显示面内将位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，以及具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差且不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件；所述视差格栅部件的水平方向间距为所述象素水平方向间距的整倍数；所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格棚部件的所述孔缝或所述透镜相对应的单元图象；沿垂直方向为保持一定视线距离的透视投影、沿水平方向为平行投影的图象，按照所述各象素列分割配置在所述显示面上。

Description

立体显示装置
交叉引用的相关专利申请
本申请是以日本专利申请号为No.2003-90738、申请日为2003年3月28日为基础的，并且要求该申请的优先权，该申请中的全部内容已经通过引用的方式构成为本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及立体显示装置。
背景技术
可实施动画显示的立体图象显示装置，比如说诸如三维显示设备等等已经通过各种方式为公众所知。近年来特别希望采用平面显示型设备且不使用专用眼镜等等的呼声越来越高。这种类型的立体动画显示装置，由于也有采用的是全息成象原理而难以实用化，所以在诸如直视型或投影型的液晶显示装置和等离子体显示装置等那样的、象素位置固定的显示面板(显示装置)之前设置光线控制元件的方式，作为一种比较容易实现的方式也已经为公众所知。
光线控制元件通常被称为视差格栅部件(parallax barrier)，是一种能够在相同位置处通过角度变化观看到不同图象的部件。如果具体的讲就是，对于仅包含左右视差(水平视差)的场合，可以采用狭缝部件和双面凸透镜片(或双面凸透镜平板)，对于还包含上下视差(垂直视差)的场合，可以采用针孔部件和透镜阵列。而且，使用视差格栅部件的方式，还可以进一步分类为双眼方式、多眼方式、超多眼方式(多眼方式中满足超多眼条件的方式)、整体成象方式(下面也简称为IP(integral photograph)方式)等。这些技术的基本原理，与大约一百年前发明的立体照相用的技术相同。
最简单的双眼方式是确定某视点、使在该位置处由右眼和左眼看见不同图象那样，配置显示面板和视差格栅部件。显示面板具有位于由视点至显示面板间的距离处的投影面，并且将相对右眼和左眼位置分别具有透视中心的两幅透视投影图象，按显示面板上各象素列纵向分割且交叉配置。这种方式虽然实现比较容易，然而存在有在预定位置之外不能观察到立体效果，视域非常窄小的缺点，而且从在左右相当于两眼距离处移动的位置处观察时会产生逆立体视觉，即看到突出和凹入反转的异常图象的大的问题。双眼方式虽然具有可以比较简单地对二维显示和三维显示实施切换的优点，不过还仍然使用在诸如小型显示设备等等要求重量比较轻的场合。
为了大幅度扩大窄小的视域，采用视点跟随技术即头部跟随技术以回避双眼方式逆立体视觉的方法已经披露在文献中，比如说诸如交替输入左右视差图象的方法和使双面凸透镜片前后移动的方法等等。另外，在诸如画面之下等等处，另行设置能明了是否位于视域之外那样的检测组件的方法也已经是公知的。对于采用双眼方式的场合，是仅对前后左右可以实施检测用的检测组件。目前已知的扩大有效视域用的视点跟随技术的一个实例，为相应画面仰角变化改变视点固定的图象，或当视点移动时，使画面角度追随(相对水平轴使画面转动)以改变图象的技术。而且，还有不采用视差格栅部件方式，而是依据使用者的移动对透视图象的消失点实施调节、视线检测/透视投影变换和扩大缩小等等处理的例子。
采用多眼方式可以使视差数目由4增加至8左右，从而可以增大能够实施正常观察的位置。对于存在运动视差、即观察者沿横向方向移动而改变观察角度的场合，虽然可以相应于这种变化观察到立体显示的不同角度的图象，然而却是不连续的，即像所谓的图象翻转那样的问题，当急剧转暗时会出现角度突变的图象。而且，逆立体视觉的问题仍然存在。
采用超多眼方式时的视差图象不为两眼距离，可以制作的非常细小，从而可以使由若干视差图象给出的光线进入至瞳孔中。采用这种方式，不会产生图象翻转，可以使图象更自然，然而和多眼方式相比，图象信息处理量会飞速增加，所以在实际实施时存在困难。
采用多眼方式或超多眼方式，由于为不仅考虑水平视差、而且考虑垂直视差的场合，所以图象信息处理量仍将会飞速增加，实际实施存在困难。
整体成象方式(IP方式)也被称为整体视频成象方式(IV方式)、整体图象成象方式(II方式)等等，是一种利用作为视差格栅部件的昆虫复眼似的透镜(蝇眼透镜)，将与各透镜相对应的单元图象(element image)并列显示在透镜背后的方式，可以不产生翻转，成为完全连续的运动视差，再现出沿水平方向、垂直方向、倾斜方向均接近实物的光线。这是一种对颜面沿横向方向或倾斜方向均可以呈正常立体视觉的理想方法。单元图象最好不分成有限大小的离散象素而连续，但是即使在单元图象由诸如液晶显示元件等离散的象素集合构成的场合，如果采用比较高的象素间距精细度，也可以获得实用方面不会出现问题的连续的运动视差。
然而，同时考虑垂直视差的IP方式即二维IP方式，图象信息处理量仍然会飞速增加，所以实施困难。与此相对应的是，不考虑垂直视差的IP方式的一维IP方式，可以获得沿水平方向连续地运动视差，所以可以给出可与双眼方式和多眼方式相比较的显示品质更高的立体视觉图象，而且和采用超多眼方式的场合相比，还可以减少图象信息处理量。
和采用多眼方式的场合相比，采用IP方式可以获得前后比较大的视域，然而一维IP方式和二维IP方式相比，沿前后方向的视域仍比较窄小。采用一维IP方式，因为没有垂直视差，所以垂直方向显示以某视线距离作为前提的透视投影图象。因此，在位于确定出的视线距离(和其前后一定范围内)之外处，图象会产生扭曲变形而不能给出正常的三维图象。由此可见，采用一维IP方式时沿前后方向的视域，和采用多眼方式的场合相比差异并不大。
当采用多眼方式时，在沿纵向方向没有视差这一点上与采用一维IP方式时相同，由于沿前后方向原来的视域比较窄小，所以这不会对视域构成限制。对于采用多眼方式，使视差数目多达16个左右的场合，采用多眼方式时作为位于视域之处的沿前后方向的区域，也会产生图象扭曲变形，这与采用一维IP方式实质上是一样的。换句话说就是，一维IP方式的一种特定实施方式就是多眼方式。采用二维IP方式，沿纵向方向和横向方向均能够相应于视线距离看见为正常透视投影的三维图象，所以不会产生扭曲变形，与采用一维IP方式和多眼方式的场合相比，可以扩大沿前后方向的视域。
对于通过离散象素构成单元图象的一维IP方式，在定义中包含着多眼方式。换句话说就是，在一维IP方式中，单元图象由比较少的整数列象素构成，透镜精度高(即可以清楚看见由某孔缝(aperture)的n视差中特定的、序号为m的象素)，象素列和孔缝间的连接面与视线距离面的交叉线会聚点间隔等于双眼间距离(62毫米(mm)～65毫米(mm))的特别场合，即为多眼方式。在这儿，视点(单眼)的位置固定在标准位置处，通过真正面中一个孔缝和相邻孔缝看见的象素间的列数差，被定义为各单元图象的象素列数(也可以不为整数，而为分数)(例如，参见J.Opt.Soc.Am.A vol.15，p.2059(1998))。单元图象的间距，可以通过由视点在向显示元件上投影狭缝中心的间隔确定，而不是由显示元件的象素间距确定。
当采用多眼方式时，各显示元件的象素中心必须位于双眼和全部孔缝(比如说狭缝)的延长线上，所以设计要求的精度比较高。当眼的位置向左右偏移时，会位于可以看见各象素间的遮光部(黑色矩阵)的位置处，再偏移的话会看见与其相邻的象素(图象翻转)。
与此相对应的是，当采用一维IP方式时，可以在双眼和各孔缝的延长线上，看见显示元件的象素，看见黑色矩阵，并且看见各象素的不同位置。孔缝间距与象素宽度无关(理想的情况是能够按照片方式无象素良好显示)，所以要求的设计精度没那么高。即使眼睛位置偏移，因为能通过开口部看见的象素和能通过黑色矩阵看见的象素比相同，所以不会产生图象翻转。但是，因为在由眼睛位置实施观察的场合的孔缝间距和象素间距不是整数倍关系，所以特别是对于使用狭缝部件的场合，可以看见不能忽略黑色矩阵的摩尔条纹。
本说明书中所提及的一维IP方式，并不包含有多眼方式。不包含多眼方式的一维IP方式，其定义为单元图象的象素列数目不为整数(或者可以被无限细分)，即使象素列和孔缝间的连接面形成交叉线，有会聚位置，该会聚间隔也不等于双眼间距离(62毫米(mm)～65毫米(mm))，和视线距离也不相等。对于采用多眼方式的场合，左右眼睛可以看见相邻接的象素列，采用超多眼方式时不构成邻接，采用IP方式时可以构成邻接也可以不构成邻接。原始形式的IP方式是假定在单元图象内没有象素的良好图象。不论是采用多眼方式或是采用IP方式，在正常设计时象素群(单元图象)的周期与pupil(孔缝、狭缝)的周期相比，后者必然比较短。但是，对于视线距离为无限远的场合，以及对于画面为无限小的场合等等与实际使用无关的极限条件下，两者是相同的。
对于狭缝与显示元件接近且视线距离比较远的场合，两者的值十分接近。例如，对于视线距离为1米(m)，狭缝间距为0.7毫米(mm)，作为狭缝与显示元件间距离的间隔为1毫米(mm)的场合，象素群周期为0.7007毫米(mm)，比狭缝间距长0.1％。当沿横向方向的象素数目为640时，整个狭缝宽度与整个象素显示部宽度相差0.448毫米(mm)。由于这种偏差比较小，所以即使按照象素群周期与pupil周期相同的方式实施设计，对于只在中央附近处出现图象(或称两端为单色背景)的场合，以及对于图象尺寸比较小划分且视线距离比较远的场合，乍一看图象正常。然而，在画面两端处将看不见正常图象。
此外，如上所述，不论是采用多眼方式或是采用IP方式，在正常设计时单元图象周期(间距)与孔缝周期(间距)相比，仅有0.1％左右的差异，且一定是后者短。在那些理论上有失严谨的文献中，是按照两者相同给予表述的，然而这是不正确的。另外，对于通过眼睛观察的场合(以眼睛位置作为中心的透视投影)，意味着单元图象位于pupil之后，所以即使实际上存在差异，眼睛观察到的内容也是相同的，因此可以按照两个间距相同的方式表述在文献中。一般说来，采用IP方式与采用LS(双面凸透镜片)方式间的不同，为像象是位于图象面还是位于焦点平面处。然而在实际设计中，特别是对于象素数目比较多的场合，图象面和焦点平面间的不同，处于不会产生象差的0.1毫米(mm)以下，在精度上难以区别，在视线距离处光线是否产生会聚也难以区别。在本说明书中所述的IP方式，不区分图象面和焦点平面的位置，在视线距离处能够观察到正常立体图象的横向方向视点位置为任意(连续)位置的方式构造。另外在本说明书中所述的多眼方式，不等价于LS方式(不考虑光线是否产生会聚)，对在视线距离处能够观察到正常立体图象的横向方向视点位置，以两眼间距离为基础决定的方式构造。
不论是采用采用IP方式或是多眼方式，由于通常的视线距离是有限的，所以应该可以按照在该视线距离处能够实际观察到透视投影图象的方式形成显示图象。制作位于象素(象素列)与狭缝的连接线(面)，与视线距离面的各交叉点(交叉线)处(各视点与象素处)的透视投影图象是一般的方法。对于采用多眼方式的场合，象素列与狭缝的连接面与视线距离面的交叉线是16目的话，会聚为十六条线，所以只需要制作出十六个透视投影图象(全部图象)。
然而，对于采用常规IP方式的场合并不产生会聚，所以需要对全部象素列制作透视投影图象(分别可以不用整体图象而是单列图象)。采用计算机程序实施制作时，其计算量比采用多眼方式时应该没有大的变化，但是程序步骤十分复杂。但是，采用IP方式时，在狭缝间距为象素间距的整数倍(比如说为16倍)的特殊场合(即使在这种场合中，单元图象的间距比狭缝间距长，并且不为象素间距的整数倍)，通过制作出十六幅平行投影图象，给每一象素列分配制作出显示图象的话，实际由视点位置观察时，沿水平方向可以看见透视投影图象。
然而，采用这种制作方法看见的图象，是一种沿水平方向为透视投影且沿垂直方向为平行投影的奇妙图象。在这儿，透视投影方法为沿会聚为一点(视点)那样的线投影至一定面上的方法，平行投影方法为沿不实施会聚的平行线投影至一定面上的方法，但是在这种“水平透视、垂直平行投影”的方式中，成为沿会聚至一条垂直线(沿水平方向会聚、沿垂直方向不会聚)那样的线投影至一定面上。在一维IP方式中，水平方向成为与视线距离相对应的透视投影图象，但是因为没有垂直视差的，相对垂直方向必须显示以某视线距离为前提的透视投影图象。
因此，当将垂直方向与水平方向合并时，会出现位于预先确定的视线距离之外处的图象产生有扭曲变形的问题。采用双眼方式或多眼方式时，在位于沿前后方向视域之外处会产生伪象而不能观察到立体图象，与此相对应的是，采用一维IP方式具有可以扩大能够观察到立体图象的前后范围的优点，然而由于扭曲变形而使这种优点不能得到充分发挥效果。采用这种一维IP方式的单元图象投影方法和前后视线距离，至今还没有严密的理论推导实例。
此外，与通过计算机制图方法制作投影图象的场合不同，对于对实际图象实施摄象的场合，还需要采用多视点摄象机同时实施摄象，并进行插补和图象变换等等的处理。
对于多眼方式，目前还公开了具有凹面可挠性显示面，显示面与透镜具有相同的曲率中心，通过对头部实施检测将曲率中心设定在头部位置处的方法(例如，参见日本特开平06-289320号公报)。
正如上面所详细描述的那样，因为在一维IP方式中没有垂直视差，因此存在必须以某视线距离作为前提显示垂直方向透视投影图象、在该距离之外图象会产生扭曲变形的问题。
发明内容
本发明就是为解决上述问题提出来的，本发明的目的就是提供一种能够在一维IP(垂直视差放弃方式)中获得不产生扭曲变形或扭曲变形比较小的正常透视投影图象的立体显示装置。
作为本发明第一形式的一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，具有：将在显示面内位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，以及具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件；所述视差格栅部件的水平方向间距为所述象素水平方向间距的整倍数；所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象；对沿垂直方向为保持一定视线距离的透视投影、沿水平方向为平行投影的图象，按照所述各象素列分割配置在所述显示面上。
而且，作为本发明第二形式的一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，具有：将在显示面内位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件，以及对应视线距离变化改变沿垂直方向的透视投影图象的视线距离调节功能组件；所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象。
作为本发明第三形式的一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，具有：将在显示面内位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件，以及能够检测出相对所述显示面沿上下或前后方向位于视域之外的区域的检测机构；所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象。
而且，作为本发明第四形式的一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，具有：将在显示面内位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件；所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象；所述显示装置的所述显示面沿垂直方向为曲面形状，将由所述曲面的曲率半径确定的中心点作为视线距离位置的垂直方向的透视投影图象显示在所述显示面上。
附图说明
图1为表示作为本发明第一实施形式的立体显示装置的图象配置方法用的示意图，其中图1(a)为表示第一实施形式中的液晶面板和视差格栅部件的示意性正面图，图1(b)为表示第一实施形式中的立体显示装置中的图象配置用的示意性平面图，图1(c)为表示第一实施形式中的立体显示装置中的图象配置用的示意性侧面图。
图2为表示第一实施形式中使用的显示图象制作顺序用的示意性流程图。
图3为表示使用在如图2或图19所示的显示图象制作顺序中的参考图表，表示的是对使用的平行投影方向的象素实施分配用的示意图表。
图4为表示在本发明第一实施形式中使用的立体显示装置用的示意图。
图5为表示与其它实例进行比较时的示意图。
图6为表示采用整体成象方式时的视域用的示意图。
图7A为表示采用双眼方式时的视域用的示意图。
图7B为表示采用多眼方式时的视域用的示意图。
图8A为表示通过作为第一实施形式的立体显示装置显示出的立方体帧框用的示意图。
图8B为表示通过作为比较实例的立体显示装置显示出的立方体帧框用的示意图。
图9为表示立体图象的扭曲变形率与视线距离间关系用的示意图。
图10为表示采用双眼方式或多眼方式时的象素、单元图象和视差格栅部件间的位置关系用的示意图。
图11为表示采用整体成象方式时的象素、单元图象和视差格栅部件间的位置关系用的示意图。
图12为表示采用根据本发明第一实施形式的整体成象方式时的象素、单元图象和视差格栅部件间的位置关系用的示意图。
图13为表示根据本发明第三实施形式的立体显示装置的指示组件的视域外侧警告功能组件用的示意图。
图14A为表示根据本发明第三实施形式的变形实例的立体显示装置用的示意性平面图。
图14B为表示根据本发明第三实施形式的、通过立体显示装置的盲障部件构成的视域外警告功能组件用的示意性正面图。
图15A为表示根据本发明第三实施形式的变形实例的立体显示装置用的示意性平面图。
图15B为表示根据本发明第三实施形式的、通过立体显示装置的盲障部件构成的视域外警告功能组件用的示意性正面图。
图16为表示根据本发明第四实施形式的、沿垂直方向具有呈曲面的显示面的立体显示装置用的示意图。
图17为表示本发明第一实施形式的立体显示装置的图象投影方法和图象配置方法用的示意图。
图18为表示本发明第一实施形式的立体显示装置的图象配置方法用的示意图。
图19为表示第二实施形式中使用的显示图象制作步骤的示意性流程图。
图20为表示比较实例1中使用的显示图象制作步骤用的示意性流程图。
图21A至图21D为表示对本发明实施形式中采用的投影方法与其它投影方法获得的投影图象进行比较用的示意图。
图22为表示根据本发明实施形式构造的、按照使计算列范围为最小限度制作的投影图象的示意图。
图23为表示根据本发明实施形式构造的计算列范围的示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施形式进行详细说明，这些实施形式是为了更容易理解本发明的目的而给出的，然而还可以在不脱离本发明主题的范围内通过各种各样的变形形式实施本发明，所以这些实施形式并不构成对本发明的限制。
(第一实施形式)
下面参考图1至图12，对作为本发明第一实施形式的立体显示装置进行说明。作为本实施形式的立体显示装置正如图1和图4所示，具有作为平面显示装置的液晶面板31和视差格栅部件32。此外，图1(a)为表示液晶面板31和视差格栅部件32用的示意性正面图，图1(b)为表示作为本实施形式的立体显示装置中图象配置用的示意性平面图，图1(c)为表示作为本实施形式的立体显示装置中的图象配置用的示意性侧面图。图4为表示作为本实施形式的立体显示装置中的图象配置用的示意性透视图。
显示装置31可以为使在显示面内位置确定的象素在平面上呈矩形形状配置的装置，比如说可以为直视型或投影型的液晶显示装置、等离子体显示装置、电场放射型显示装置、以及有机EL型显示装置等等。在本实施形式中采用的是直视型显示装置，其对角线长为20.8英寸，象素数目为横向3200个、纵向2400个，各象素沿纵向方向分割为各1/3的红色、绿色、兰色(RGB)子象素，且子象素的间距为44微米(μm)。
视差格栅部件32可以如图12所示，由沿大体垂直方向延伸且沿大体水平方向呈周期性构成的狭缝部件或双面凸透镜板(圆柱型透镜阵列)34构成，沿水平方向的间距(周期)为正确地包含16个子象素的0.704毫米(mm)。此外，图12为表示采用根据本实施形式构造的整体成象方式时的象素、单元图象(element image)和视差格栅部件间的位置关系用的示意图。在图12中，附图标记31表示的是液晶面板，附图标记61表示的是单元图象宽度(间距)，附图标记62表示的是透镜间距，附图标记63表示的是视差图象序号。作为显示装置的液晶面板31的显示面(玻璃基板内侧面)与视差格栅部件32间的间隔，当考虑到玻璃基板和透镜材料的折射率时，实际上为2毫米(mm)左右。换句话说就是，当使用厚度大约为3.1毫米(mm)的双面凸透镜片时，因为透镜内外主光线方向产生折曲，相当于呈相同视差图象配置的狭缝部件的场合的间隔2毫米(mm)。
这样，不是由于距离差而使眼睛能够观察到的间距，视差格栅部件32的实际间距为象素间距整倍数这件事，如前面说明过的那样，通常为不是多眼方式的一维整体成象方式。在如图12所示的配置方式中，光束会聚、在成为17眼附近处的视线距离为32毫米(mm)左右这样实际上不可使用的位置处，但是会聚间隔与两眼间距离不等，位于其外的视线距离不在光线会聚位置处，所以不能分类为多眼方式。这种一维整体成象方式如图4所示，给出的是仅沿水平方向41具有视差，图象随视线距离而变化，但是沿垂直方向42不具有视差，成为不随视线距离变化的一定图象。而且在图4中，附图标记73表示的是使用在如后所述的第二实施形式中的视线距离传感器(观察者位置检测组件)。
在图1中，如果将视线距离面确定为平面43a或平面43b，则如前所述，单元图象间距61a或61b，通过由从视线距离面43a或43b上的视点至孔缝中心在液晶元件31上的投影间隔决定。附图标记46a、46b表示的是视点位置至孔缝中心间的连接线，如图11和图12所示，采用一维IP方式时并不需要使其必须通过象素中心。与此相对应的是，采用多眼方式时需要通过如图10所示的象素35的中心，使视点位置43与孔缝中心间的连接线46与光线方向一致。而且，图10为表示采用双眼方式或多眼方式时的象素、单元图象和视差格栅部件(狭缝33)间的位置关系用的示意图。
在本实施形式中，因为孔缝的水平间距为象素的整倍数，所以如图12所示，单元图象的间距61从象素35的整倍数偏离，成为分数。此外，孔缝的水平间距62即使不为象素的整倍数，一般当采用常规的一维整体成象方式时，单元图象的间距61从象素的整倍数偏离，成为分数，这一点已经表示在图11中。图11为表示采用整体成象方式时的象素、单元图象和视差格栅部件(狭缝33)间的位置关系用的示意图。与此相对应的是，采用多眼方式时如图10所示，单元图象的间距61为象素的整倍数。
作为本实施形式的立体显示装置的显示图象制作步骤如图2所示。对于采用计算机制图方法的场合，可以构造出目标数据(多边形)，在实际摄影时可以将不同角度(交叉型多视点摄象机)或不同位置(平行型多视点摄象机)给出的若干实拍图象，变换为目标数据。例如，采用的变换方法可以为通信、广播设备高度三维动画图象远距离显示项目日本平成14年9月最终报告书中第2.8节等所描述的方法。从该数据按视差数目，制作垂直方向透视投影、水平方向平行投影的图象，对于视线距离为1米(m)的场合，可以汇总全部9600列到36个方向的平行投影计算。
36个方向的象素分组具体表示在如图3所示的中央栏(视线距离L＝1000毫米(mm)的场合)处。图3为表示作为在显示图象制作步骤中的参考图表使用的对沿平行投影方向的象素实施分割用的示意图表。而且在图3中，左侧栏表示的是视线距离L为500毫米(mm)的场合，右侧栏表示的是视线距离L为1500毫米(mm)的场合。因为如果已经确定出视线距离，则平行投影方向数目和计算范围实施确定，因此它还可以使用预先制作出的参考图表。平行投影图象可以采用诸如光线追踪等等方法，通过透视图和结构映射图实施制作，按列对沿36个方向实施分割配置、合成，进而制作出显示图象。
下面采用图17，对如图2所示的步骤进行具体说明。所显示出的物体(被拍摄物体)21实际上被投影至位于与通过液晶面板实施显示的显示面相同位置处的投影面22上，形成为图象24。在这时，通过沿垂直方向实施透视投影、沿水平方向实施平行投影的方式，在与投影面22相平行的正面(沿上下方向的中央部处)且朝向视线距离面内的消失线23方向，沿着投影线25实施投影。投影线25沿水平方向不形成交叉，沿垂直方向在消失线23处形成交叉。采用这种投影方法，可以在投影面上形成沿垂直方向实施透视投影、沿水平方向实施平行投影的被拍摄物体的图象24。
这种方法，除了沿垂直方向和水平方向的投影方法不同之外，与市场上销售的采用三维计算机图象制作软件绘制透视图时的操作相同。在所使用的三维计算机图象制作软件中，如果可以按照垂直方向为透视投影、水平方向为平行投影的方式对摄像机定义的话，则可以容易地实施这种方法。具体的讲就是，还可以定义按照对沿水平方向(x轴)为平行投影摄像机的输出形式、沿垂直方向(y轴)为透视投影摄像机的输出形式那样组合的摄像机。对于在投影面22上沿垂直方向为透视投影、沿水平方向为平行投影的一个方向用的图象(视差图象)26，还需要沿垂直方向按每一象素列实施分割，并分割配置在位于显示装置的显示面27处的孔缝间隔Ws的间隔(一定数目的象素列间隔)处。沿其它投影方向28分别重复如上所述的操作，以形成整个显示面27。投影方向28在图17所示的实例中仅表示出-4、-3、-2、-1、1、2、3、4这八个方向，然而依据视线距离需要数十个方向。各投影方向与视差序号相对应，但是各方向不是等角度，在视线距离面(消失线)上为等间隔。换句话说就是，与摄象机在消失线上等间隔平行移动(方向保持一定)时实施摄象相类似。投影后的图象26也可以分别仅在需要范围内的列实施制作，所需要的范围如图3所示。
图21A至图21D示出了四种类型的投影方法实例。图21A表示的是平行投影实例，图21B表示的是透视投影实例，图21C表示的是沿垂直方向为透视投影且沿水平方向为平行投影时的实例，图21D表示的是沿垂直方向为平行投影且沿水平方向为透视投影时的实例。作为本实施形式的各视差图象采用的是如图21C所示的投影方法，图22给出了视线距离为1米(m)、沿总共36个方向投影时的图象实例。在所需要范围之外没有实施制作，所以这些范围呈黑色。
图18表示的是显示装置的显示面内的一个图象配置实例。显示装置的显示面分成与各孔缝相对应的单元图象。在本实施形式中，单元图象分别由16列或17列的象素列65构成(本来单元图象宽度61为位于象素宽度16倍和17倍之间的分数，但是因为实施数字分配，将位置设定为16倍或17倍)。视差分配可能的象素列为9600列(3200×RGB)，孔缝数目为600(孔缝序号64的范围-300～-1、1～300)，孔缝间隔Ws与16象素列的宽度相等。在各象素列65处，示出了相对应的视差图象序号63(在该实例中，相当于-18～-1、1～18这36个方向)。
在图3中，表示方向序号为m的视差图象的配置开始、结束处的孔缝序号。例如，对于视线距离为1米(m)的场合，序号为-18的视差图象，配置在序号为-299(序号为-300以后表示的是位于显示装置象素区域之外的位置，所以被去除)至序号为-297的孔缝之间，这些内容已经表示在图18中。换句话说就是，对于视线距离为1米(m)的场合，序号为-18的视差图象，仅需要按三列形式制作。孔缝序号为1的单元图象，由视差序号为-8～-1、1～8这16个视差象素列构成，孔缝序号为-299的单元图象，由视差序号为-18～-3这16个视差象素列构成。不言而喻，在各单元图象内，分割出的象素列按照视差序号顺序排列。相同的视差序号，必然每16象素列出现一次。单元图象宽度61略大于16象素列的宽度，所以当把单元图象边界与最接近的象素列边界合并(常规的A-D变换方法)时，相对孔缝的象素列数目在大部分孔缝中为16列，然而也有由17列构成的孔缝。可以使由17列构成的孔缝序号，在边界处孔缝内的视差序号范围偏离一个。由17列构成的孔缝序号，为各视差序号的图象配置的范围两端处的孔缝，出现在图3中图表的Start Stop栏处的、序号为16、47、79、110、141、172、204、235、266、297(以及相应的负号序号)的孔缝，是由17列构成(对于视线距离为1米(m)的场合)的。
采用如上所述的方式，将可以汇总各方向仅在所需要的范围内制作出的沿水平方向为平行投影、沿垂直方向为透视投影的图象按每象素列实施分割配置，制成显示装置上的显示图象。
作为比较实例1，孔缝沿水平方向的间距并不为象素沿水平方向间距的整倍数，即采用的是常规一维IP方式。作为该第一比较实例的立体显示装置，可以呈如图20所示的图象显示顺序。对于这种场合，因为水平方向视点按列有所不同，所以需要制作出按列为不同方向的透视投影图象，如果采用与本实施形式相同的象素数目，则需要分别对9600个方向实施计算，所以存在有计算麻烦的问题。
作为比较实例2，孔缝沿水平方向的间距为象素沿水平方向间距的整倍数，但是采用的是沿垂直方向、水平方向均按照平行投影方式制作图象的常规一维IP方式。对于这种场合，不需要确定视线距离，所以可以非常容易地制作出图象，可以相应于图象种类和内容，在宽度比较大的前后方向视域中给出立体图象。然而，在实际使用时存在有图象会出现扭曲变形的问题。
图8A、图8B为表示立方体的帧框用的示意图，其中图8A为表示通过本实施形式的立体显示装置显示出的立方体的帧框用的示意图，图8B为表示通过上述比较实例2显示出的立方体的帧框用的示意图。采用比较实例2时，正如图8B所示，立方体的前侧面51b沿横向比较宽，内侧面52b沿横向比较窄，与由正面观察无关，可以明白所观察到的正方形会产生比较大的扭曲变形。采用本实施形式时，正如图8A所示，立方体的前侧面51a和内侧面52a均没有显示出扭曲变形，所以即使相对视线距离多少有些前后差异，其变形也比较小。本实施形式与比较实例2的扭曲变形率如图9所示。由图9中可以看出，比较实例2在视线距离为1米(m)时的扭曲变形为10％以上，而本实施形式在视线距离为1米(m)的前后位置处可以将其抑制在5％以内。
对于比较实例3，表示图7A所示的双眼方式、图7B所示的八眼方式的视域。相邻接的参考符号48表示的是可获得正常立体视觉效果时的两眼位置。视域47限制在通过横线表示的区域处，符号49的位置为逆立体视觉位置。在本实施形式中如图6所示，在不会产生伪象的可产生立体视觉范围45的范围之内，在位于范围44内的前后位置处，可以显示出几乎不会产生扭曲变形的、沿左右方向连续的(不会产生逆立体视觉)的图象。即使在范围45中除了范围44之外的区域处，可能显示出多少有些扭曲变形的立体图象。而且，图6为表示采用整体成象方式时的视域用的示意图。在图7A、图7B中，附图标记46表示的是视点与孔缝中心间的连接线或面(并不一定需要通过象素中心)，附图标记61表示的是单元图象宽度(间距)。
如上所述的结果已经汇总在图5中。由图5中可知，与采用双眼方式、多眼方式和常规的一维IP方式相比，根据本实施形式构成的立体显示装置可以获得特别优异的性能。
正如上面所说明的那样，如果采用本实施形式，即使在采用一维IP方式中也可以减少扭曲变形，大幅度扩大沿前后方向的视域，并且可以简化计算方法。
(第二实施形式)
下面参考图1至图19，对本发明的第二实施形式进行说明。作为本实施形式的立体显示装置，是在作为第一实施形式的立体显示装置上，进一步增加有可以输入视线距离并可以显示出与其实施合成后的图象的功能组件。视线距离的输入方法可以如图19所示，通过诸如按钮、旋钮、软件开关等等实施手动输入，而且还可以如图4所示，在液晶面板31上配置视线距离传感器(观察者位置检测组件)73以实施自动检测，进而对图象实施自动反馈。例如，视线距离传感器73可以采用常规摄象机等等中使用的自动焦点测定元件。
而且，除了可以对观察者的距离实施检测之外，还可以采用对于为计算机的场合对鼠标位置实施测定的方法，对于为电视机的场合对遥控器位置实施测定的方法等等。
在本实施形式中可以如图1所示，例如对于视线距离由视线距离面43a变化到视线距离面43b、即视线距离有变化的场合，会产生由单元图象宽度61a至单元图象宽度61b的相应变化。在如图19所示的步骤中，当按照视差数目，对沿垂直方向为透视投影、沿水平方向为平行投影的图象实施制作时，沿水平方向的视点通常保持一定，所以可以按照如图3所示的不因视线距离变化的方式，沿54个方向进行汇总计算。对如图3所示的计算范围实施图象化处理后的结果如图23所示，不过通常将与各视线距离相对应的平行四边形的合计范围取为计算范围的话，则不需要因视线距离改变计算范围。
与此相对应的是，在第一实施形式的比较实例1中对应视线距离变化的场合，需要相对因视线距离而变化的9600个方向分别进行计算，所以会增大计算量。
在本实施形式中，如图6所示的扭曲变形比较小的范围44，相对于视线距离前后移动时，通常可以保持在基本上不产生扭曲变形的状态。而且在图6中，附图标记45表示的是不会产生伪象的、可观察到立体视觉效果的范围，附图标记46表示的是视点与孔缝中心间的连接线或面(并不一定需要通过象素中心)，附图标记61表示的是单元图象宽度(间距)。
通过使单元图象的宽度相应于视线距离变化产生变化的同时，通常通过使沿垂直方向的透视投影图象变化，显示出图象不产生扭曲变形、或扭曲变形比较小的透视投影立体图象。视线距离不同的图象可以预先制备，或者当场通过计算制备。
还可以采用在单元图象的宽度相应于视线距离变化产生变化的同时，对图象实施放大缩小处理的构成。对于这种场合，不再需要对透视投影的视线距离变化实施再次计算，所以处理时更为方便，然而存在有即使视线距离产生变化，所看见的立体目标仍相同大小的问题。
或者，还可以采用单元图象的宽度相应于视线距离变化，不实施连续调整，而是通过按一定视线距离范围作为固定阶段性地切换的方式改变的构成。例如，可以采用按照图3所示的视线距离为500毫米(mm)、1000毫米(mm)、1500毫米(mm)的三阶段实施切换的构成。对于这种场合，还可以采用在单元图象的宽度相应于视线距离变化而实施切换的同时，对图象实施放大、缩小处理的构成，或是相应于在不对单元图象的宽度实施切换的一定范围内的视线距离变化，使仅相对垂直方向具有不同视线距离的透视投影图象产生变化的构成。
例如，透视变换的一般处理方法可以参考“三维显示装置”(日本增田千寻著，产业图书，1990)中第四章所述的方法，然而在本实施形式中仅沿垂直方向实施透视变换。能够产生技术效果的、在任何视线距离处都不会产生伪象和扭曲变形的图象，在应用于诸如医疗设备和设计设备等等不允许出现扭曲变形的场合时是特别有用的。
(第三实施形式)
下面参考图13至图15，对本发明的第三实施形式进行说明。作为本实施形式的立体显示装置，是一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，而且正如图13所示，还配置有在观察者的视点位置43沿上下、前后方向位于视域之外的区域时能够给予检测的垂直方向指示组件72。换句话说就是，具有在观察者的视点位置43沿上下、前后方向位于视域之外的位置处的场合，可以对其实施检测、发出警告的警告功能组件。此外，图13为表示根据本实施形式构造的、具有垂直方向指示组件的立体显示装置用的示意图。而且在图13中，附图标记41表示的是水平方向视角，附图标记42表示的是垂直方向视角。
而且，还可以具有如图14A、图14B、图15A、图15B所示的、呈盲障部件构成的视域外侧警告功能组件71。在图14A、图15A中，附图标记42表示的是垂直方向视角，附图标记43a表示的是视线距离面，附图标记43c表示的是无扭曲变形(或扭曲变形比较小)的正常视线距离范围之外的视线距离面，附图标记44表示的是无扭曲变形(或扭曲变形比较小)的正常视线距离范围。而且，图14A为表示具有呈盲障部件构成的视域外侧警告功能组件71的立体显示装置用的示意性平面图，图14B为表示呈盲障部件构成的视域外侧警告功能组件71用的示意性正面图，图15A为表示具有呈盲障部件构成的视域外侧警告功能组件71的立体显示装置用的示意性平面图，图15B为表示呈盲障部件构成的视域外侧警告功能组件71用的示意性正面图。此外，在图15A、图15B中，视域外侧警告功能组件71相对于观察者呈凹曲面形状。
正如图14B和图15B所示，还可以采用使垂直方向指示组件72、盲障构成组件71都沿垂直方向呈周期性配置的构成。垂直方向指示组件72被设计成在正常范围之内和之外颜色、亮度等看起来不同或者显示消息，比如说采用使前后两个形成图象重合的构成。盲障构成组件71还可以沿透视投影方向，仅在垂直方向呈放射线形状。与采用如图14A所示的盲障部件构成相比，采用如图15A所示的、具有曲面的盲障部件构成可以使制作更容易。采用这种构成方式，可以通过简单的方式获得当图象出现扭曲变形时发出警告、或使图象不能被观察的技术效果，所以对于诸如医疗用途和设计用途等等不允许出现扭曲变形的场合是特别有用的。
而且，在第一实施形式中，也可以设置有通过第三实施形式说明的这种视域外侧警告功能组件。
(第四实施形式)
下面参考图16，对本发明的第四实施形式进行说明。作为本实施形式的立体显示装置，是一种使包含视差格栅部件32的显示装置31的显示面沿垂直方向为曲面的立体显示装置，而且通过使依据曲率半径确定的中心点作为视线距离面43a，将垂直方向的透视投影图象显示在显示面上的方式，对透视投影立体图象实施显示。此外，在图16中，附图标记42表示垂直方向视角，附图标记44表示无扭曲变形(或扭曲变形比较小)的正常视线距离范围。
在本实施形式中，还可以设置有改变显示面曲率用的曲率变更机构81。但是，对于视线距离产生变化的场合，因为不能仅通过改变曲率的方式对扭曲变形实施修正，所以在该场合需要实施与第二实施形式同样的显示图象调整处理。呈曲面形式的显示装置31，可以由对诸如液晶显示元件的玻璃基板实施组装之后，进行研磨所形成的薄型部件构成。
如上所述，如果采用本实施形式，可以获得扭曲变形比较小的透视投影图象。
特别是对于大画面的场合，将其作为抑制扭曲变形的辅助组件是非常有效的。
上面参考附图，通过各实施形式对本发明进行了说明，然而本发明并不仅限于这些实施形式，还可以在不脱离本发明的主题的范围内，通过各种变形形式实施本发明。
而且如上所述，如果采用本发明的实施形式，可以获得扭曲变形比较小的透视投影图象。

Claims (20)

1.一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，
具有：在显示面内将位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，以及具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件；
所述视差格栅部件的水平方向间距为所述象素水平方向间距的整倍数；
所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象；
对沿垂直方向为保持一定视线距离的透视投影、沿水平方向为平行投影的图象，按照所述各象素列分割配置在所述显示面上。
2.一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，
具有：在显示面内将位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件，以及对应视线距离变化改变沿垂直方向的透视投影图象的视线距离调节功能组件；
所述显示装置的所述显示面分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象。
3.如权利要求2所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述视差格栅部件的水平方向间距为所述象素水平方向间距的整倍数，并且对沿垂直方向为通过所述视线距离决定的透视投影、沿水平方向为平行投影的图象，按照所述各象素列实施分割配置。
4.如权利要求3所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述视线距离调节功能组件在对应视线距离变化改变所述单元图象宽度的同时，还对所述透视投影图象实施放大或缩小处理。
5.如权利要求3所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述视线距离调节功能组件通过按一定视线距离范围作为固定阶段性地实施切换的方式，改变所述单元图象的宽度。
6.如权利要求5所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述视线距离调节功能组件在对应视线距离变化对所述单元图象的宽度实施切换的同时，还对所述透视投影图象实旋放大或缩小处理。
7.如权利要求5所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述视线距离调节功能组件对应于在不对所述单元图象的宽度实施切换的一定范围内的视线距离变化，仅对沿垂直方向具有不同视线距离的所述透视投影图象实施改变。
8.一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，
具有：在显示面内将位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件，以及能够检测出相对所述显示面沿上下或前后方向位于视域之外的区域的检测机构；
所述显示装置的所述显示面被分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象。
9.如权利要求8所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述检测机构为垂直方向指示组件。
10.如权利要求9所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述垂直方向指示组件具有沿垂直方向具有周期性的构成。
11.如权利要求8所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述检测机构为盲障部件。
12.如权利要求11所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述盲障部件具有曲面形状。
13.如权利要求11所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述盲障部件沿垂直方向具有周期性的构成。
14.一种采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，
具有：在显示面内将位置确定的象素呈矩阵形状配置在平面上的显示装置，以及具有多个孔缝或多个透镜的、对由所述象素给出的光线方向实施控制、按照产生水平方向视差但不产生垂直方向视差的方式构成的视差格栅部件；
所述显示装置的所述显示面被分割为与所述视差格栅部件的所述孔缝或所述透镜每一个相对应的单元图象；
所述显示装置的所述显示面沿垂直方向为曲面形状，将由所述曲面的曲率半径确定的中心点作为视线距离位置的垂直方向的透视投影图象显示在所述显示面上。
15.如权利要求14所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，进一步具有改变所述显示面曲率用的曲率变更机构。
16.如权利要求1所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，进一步具有能够检测出相对所述显示面沿上下或前后方向位于视域之外的区域的检测机构。
17.如权利要求16所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述检测机构为垂直方向指示组件。
18.如权利要求17所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述垂直方向指示组件具有沿垂直方向具有周期性的构成。
19.如权利要求16所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述检测机构为盲障部件。
20.如权利要求19所述的采用一维整体成象方式的立体显示装置，其特征在于，所述盲障部件具有曲面形状。
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