CN1661418A - 立体二维图像显示系统和图像显示方法 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置由具有显示二维图像的图像显示面的显示单元构成；和图像传输板，其通过设置的微透镜阵列聚焦从图像显示面发射的光，以便分开图像显示面来立体地显示二维图像。设置多个图像显示装置，这样在图像显示面与相邻图像显示面之间形成预定角度。遮蔽件设置在立体二维图像可视区外面的不可视区，立体二维图像由每个图像传输板显示。

Description

立体二维图像显示系统和图像显示方法

相关申请交叉引用

根据35 U.S.C.§119，本申请基于并要求2003年11月12日申请的日本专利申请No.2003-382949的优先权，其全部内容在此一并作为参考。

技术领域

本发明涉及立体地显示二维图像的立体二维图像显示系统和图像显示方法。

背景技术

近年来，在例如内装修设备、促销显示器、通迅终端装置、游戏装置的装置中，已经尝试用各种立体地再现图像信息的方法来提高真实感、可视性和娱乐性。通常，双眼视差作为一种生理现象，使人立体地看物体。虽然利用双眼视差作为一种再现立体图像的方法，但是还有偏振方法，观看者戴上偏振眼镜，基于不同的偏振状态分别观看左和右的视差图像。但是，这种方法具有很麻烦的缺点，因为观看者要戴偏振眼镜。

相反，双面凸透镜的方法作为立体图像显示方法不用偏振眼镜。根据这种方法，在屏幕中潜在地产生多个图像，人通过透明屏幕观看多个图像，该透明屏幕由在水平方向各具有不变宽度的半圆柱透镜耦合而成，因此，有可能观看立体图像和移动图像。即，多个图像中每一个以条纹方式在垂直方向分开，这样分开的图像以相应于每个半圆柱透镜的间距有规律地设置，由此按照透镜的聚焦位置实现立体观看，这个聚焦位置根据屏幕的观看方向和离屏幕的距离变化，也根据这样设置图像的观看状态变化。具体地说，在再现立体图象时，一对交替设置的条纹图像作为对应于观看者右眼和左眼的右视差和左视差图象，通过双面凸透镜提供给观看者的右眼和左眼，使得观看者看到立体图像(例如，参见JP-A-10-221644)。

根据这种方法，为了在屏幕中产生多个潜在的图像，在拍摄阶段要求拍摄对应观看者右眼和左眼的视差图象。为了提供视差图象，要做许多工作，例如，计算机图像处理、双面凸透镜的设计处理、透镜和图像之间的精确组装处理。因此，使用双面凸透镜显示立体二维图像的显示器趋于昂贵。

作为解决这个问题的装置，提出这样的图像显示装置，其使用微透镜阵列将二维图像成像为实像，因此，用简单的结构显示立体二维图像。如图1所示，图像显示装置1由显示单元3和图像传输板11组成；显示单元3在平面形状的图像显示面3a上显示包括立体图像的二维图像；图像传输板11由分开设置并平行于图像显示面3a和围绕微透镜阵列5有效区的透镜框区7构成。微透镜阵列由多个透镜形成，并具有大于二维图像内立体图像的有效区。图像传输板在位于显示单元3相对侧的空间形成二维图像实像P的成像面9，以显示立体二维图像。根据图像显示装置1这种结构，有可能用非常简单的结构立体地显示包括立体图像的二维图像。而且，根据这种图像显示装置，不需要用偏振眼镜并且不降低立体图像的分辨率。

但是，尽管前述的图像显示装置1可以用简单的结构立体地显示包括立体图像的二维图像，立体图像的可视角度很小，并且图像显示在单个显示单元3上，因此，不可能形成大范围的可视区。相反，考虑设置多个图像显示装置1来形成大范围的可视区。相反，可以考虑设置多个图像显示装置1来形成大范围的可视区。但是，在这种情况下，在多个图像显示装置1的多个可视区相邻之间出现可视区外面的不可视区(不能看见实像P的盲点或死区)，因此，隔断图像。因此，因为可视区不是连续的，不能在大范围形成整体的可视区。结果，难以自然地显示立体二维图像，因而不能充分获得真实感、可视性和娱乐性。

发明内容

本发明要解决的问题是难以自然地显示立体二维图像，因而不能充分获得真实感、可视性和娱乐性。

为了解决前述的问题，根据本发明的第一方面的立体二维图像显示系统，其特征在于系统包括：图像显示装置，包括具有显示二维图像的图像显示面的显示单元，和图像传输板，其在与显示单元相对的微透镜阵列侧面的空间位置上，在成像面上聚焦从图像显示面发射的光，由此显示二维图像；和多个遮蔽件，每个设置在立体二维图像可视区外面的不可视区，所述立体二维图像通过对应于多个图像显示装置之一的图像传输板来显示。

另外，根据本发明的第二方面，提供一种图像显示方法，包括：以图像显示面与相邻图像显示面形成预定角度的方式设置多个图像显示装置，每个图像显示装置包括具有显示二维图像的图像显示面的显示单元，和图像传输板，其聚焦在与显示单元相对的微透镜阵列侧面的空间位置上，在成像面上聚焦从图像显示面发射的光，由此显示二维图像；在立体二维图像可视区外面的不可视区设置每个遮蔽件，所述立体二维图像通过对应于多个图像显示装置之一的图像传输板来显示；和在图像传输板上显示包括作为构成元件的遮蔽件的立体二维图像。

附图说明

本发明这些和其它目的及优点将从下面结合附图进行的详细描述变得更加清楚，其中：

图1是传统图像显示装置示意结构的透视图；

图2是根据本发明的立体二维图像显示系统示意结构的透视图；

图3是图2所示的图像显示装置的截面图；

图4是图3所示的部分微透镜阵列的截面图；

图5是立体二维图像显示系统结构图示，其中图像传输板设置在左和右方向。

图6是解释遮蔽件和非可视区相对位置关系的图示；和

图7是立体二维图像显示系统的改进示例结构图示，其中图像传输板设置在垂直方向。

具体实施方式

在下文中，将参照附图解释本发明的立体二维图像显示系统和图像显示方法的优选实施例。

图2是根据本发明的立体二维图像显示系统示意结构的透视图。

根据该实施例的立体图像二维图像显示系统100包括多个图像显示装置21和多个遮蔽件23作为主要组成件。在这个实施例中，提供三个图像显示装置21。因此，形成后面描述的两个非可视区。对应于非可视区提供两个遮蔽件23。在根据本发明的立体二维图像显示系统中，图像显示装置21的数量可以是两个、三个或多于三个。在这种情况下，对应图像显示装置21的数量n形成相应的非可视区的数量n-1，提供相同数量n-1的遮蔽件23。在这个图中，尽管附图标记25描述表示显示立体二维图像的舞台空间的虚线，虚线可以表示显示空间很小的显示装置盒。

图3是图2所示的图像显示装置的截面图。

图像显示装置21主要由显示单元27和图像传输板29构成。显示单元27例如包括彩色液晶显示装置(LCD)31作为主要组成件。LCD31具有平面形状的图像显示面31a，用于显示包括立体图像的二维图像。LCD31具有图像显示面31a的平面彩色液晶显示板33、背光照明单元35和彩色液晶驱动电路37。彩色液晶驱动电路37连接图像信号供应单元39，其将图像信号供给包括立体图像的二维图像。在显示单元27中，例如，阴极射线管、等离子显示器、有机场致发光显示器等可以用于代替LCD31。

支撑件41固定在LCD31的外边缘。支撑件41支撑图像传输板29。图像传输板29由微透镜阵列43和围绕微透镜阵列43有效区的透镜框件45构成。支撑件41支撑透镜框件45，以设置图像传输板29，使得图像传输板29与彩色液晶显示板33的图像显示面31a分离并平行。

设定微透镜阵列43的有效区与彩色液晶显示板33的图像显示面31a区域相同。透镜框件45呈暗色例如黑色，由此抑制观看者意识到微透镜阵列43的存在程度。

图4是图3所示的部分微透镜阵列截面图。

微透镜阵列43由多个以二维方式设置的微透镜组成。微透镜阵列43是微型凸透镜板，其通过集成两个二等分透镜阵列47作为一组形成。在微型凸透镜板中，多个透镜系统以二维方式设置，这样透镜系统的光轴彼此平行，由一对凸透镜形成的每个透镜系统的光轴是同心的。

在图4右侧形成在二等分透镜阵列(lens array halves)47的右侧形成的每个凸透镜51，其曲率大于每个其它的凸透镜52。因此，在这个图中右侧的二等分透镜阵列47的像侧焦点(成像面53)和透镜表面之间的距离L2长于在这个图中左侧的二等分透镜阵列47的彩色液晶显示板33和透镜表面之间的距离L1。因此，成像面53与图像传输板29完全分开，而且，图像显示装置21的深度做得紧凑。

当微透镜阵列43平行于显示单元27的前表面设置并在远离显示单元差不多为凸透镜52的焦距L1时，微透镜阵列将显示在显示单元27上的图像投射到成像面53上，成像面53与显示单元27相对侧的微透镜阵列表面分开焦距L2的距离。尽管这样投射的图像是二维图像，当图像是一个使观看者感觉到深度(立体的)的图像时，图像在空间中沿向前的方向漂浮被显示。因此，观看者看到的图像好象是显示立体图像。在下文中，在成像面53上显示的二维图像称为立体二维图像。

尽管在通过一个二等分微透镜阵列47时，在显示单元27上显示的二维图像被颠倒一次，这种颠倒的二维图像在经过另一个二等分微透镜阵列47时，被再次颠倒。因此，图像传输板29可以在成像面53上显示在显示单元27上显示的二维图像作为竖立的立体二维图像。

在前述的实施例中，尽管微透镜阵列43由集成两个二等分透镜阵列47作为一组形成的微型凸透镜板构成，本发明不局限于此，微透镜阵列可以由单个二等分透镜阵列作为一组形成的微型凸透镜板构成。在这种情况下，因为在显示单元27上显示的二维图像以上述颠倒的方式显示在图像传输板29上，最好图像信号供应单元63事先颠倒图像信号并把这种颠倒的图像信号提供给单元33。

当微型凸透镜分别按一一对应的关系配置到在显示单元27的图像显示面31a上的显示像素时，二维图像不会以颠倒方式显示在图像传输板29上，既使只设置一个二等分透镜阵列47作为一组，也不会出现问题。

图5是立体二维图像显示系统的结构图示，其中图像传输板设置在左、右两个方向。

在立体二维图像显示系统100中，设置多个图像显示装置21。这些图像显示装置21以图像显示面31a与相邻的图像显示面之间形成预定角度的方式设置。即，以在两侧的每个图像显示装置21焦距L2与在中心部分的图像显示装置焦距L2一致的方式，在两侧设置图像显示装置21，形成小于或等于180度的预定角。因此，可以形成比由单个图像显示装置21获得的立体二维图像的可视区55大的可视区55。

根据这个实施例，三个图像显示装置21设置在由图像传输板29显示的立体二维图像P的左、右方向。因此，通过在水平方向(例如，在三维CAD中的海洋区、宽平面、左图像、物体的右前平面)保证大范围的可视区55产生真实感，可以有效地显示立体二维图像，可以根据观看方向改变立体二维图像。

当设置多个图像显示面31a以这种方式在相邻图像显示面之间形成预定角度时，在相邻的图像显示面31a的可视区55之间形成可视区55外面的不可视区57。在根据本发明的立体二维图像显示系统100中，遮蔽件59设置在每个不可视区57中。

遮蔽件59是通过图像传输板29显示立体二维图像P的组成件。因此，遮蔽件最好与立体二维图像P协调并成一整体，但不局限于这种情况。作为整体的示例，例如，当立体二维图像P是一片森林，遮蔽件59可以是树，还有在立体二维图像P中可以显示仙女，这样仙女可以出现在树中和从树中消失。而且，当立体二维图像P是宫殿时，遮蔽件59可以是圆柱或柱子，还有在立体二维图像P中可以显示人，这样人可以出现在圆柱中和圆柱中消失。因此，可以加强立体二维图像P和遮蔽件59之间的关系，以消除由于遮蔽件59的存在造成的不协调。而且，系统不以不能看到立体二维图像P的方式设置，其原因是它不在可视区55内，而是以让观看者感觉到不能看到立体二维图像P这种方式设置，因为它被遮蔽件59遮蔽，由此更自然地显示立体二维图像P，以至于观看者感觉不到不可视区57的存在。每个遮蔽件59不局限于完全遮光的不透明件，还可以是透明玻璃、透明塑料或网眼形件。即，优选更自然地与立体二维图像P相协调的件用作遮蔽件。

图6是解释遮蔽件和不可视区之间位置关系的图示。

夹在两个相邻彼此交叉的可视区55的边界面61、63之间的区域形成不可视区57。在这种情况下，遮蔽件59是沿两边界面61、63的交线(图6中沿垂直于纸面通过点65延伸的线)延伸的圆柱件67。而且，圆柱件67的截面轮廓67a最好与两个边界面61、63接触。因此，整个不可视区57能够被圆柱件67遮盖，而且防止圆柱件67伸进可视区55。因此，可以防止出现圆柱件67伸进可视区55使可视区变窄的现象。因此，用最小尺寸的遮蔽件59可以形成最大尺寸的可视区55。

接下来，解释以这种方式构成的立体二维图象显示系统的操作。

当立体二维图象显示系统100被驱动时，就显示图像，因为透镜框件45呈黑色，可以从观看侧遮蔽支撑件41。当在图像显示装置21的图像显示面31a上形成二维图像时，二维图像聚焦在像侧焦面上，这样差不多从光轴方向可以看到立体二维图像P的实像。

在包括要显示立体图像的二维图像中，根据已知的图像信号处理方法，依据亮度电平和彩色电平来剪辑和分离图像信号，当除了立体图像之外的背景图像是暗色例如黑色的二维图像时，支撑件41等呈黑色。因此，观看者可以看到只有要显示的实像漂浮在前方，好象显示的图像是三维图像。最好作为立体图像显示的图像是移动部分，例如，移动的动物或车辆，而不是静态部分。

在这种情况下，当在每个图像显示装置21上显示相同图像时，可以形成大范围的整体可视区，由此，从大范围的方向可以看到相同的图像。

另一方面，当从前方看到的二维图像显示在中央图像显示装置21上时，从右和左方向观看在中央图像显示装置21上显示的二维图像获得的二维图像分别显示在右和左方向的图像显示装置21上，可以从大范围的方向看到立体二维图像P的前面和左、右侧面。

而且，在每个图像显示装置21上显示包括遮蔽件59作为组成件的二维图像，并通过图像传输板29在成像面53上显示立体二维图像P。

因此，根据这样形成的图像显示方法，因为在成像面53上显示包括遮蔽件59作为组成件的立体二维图象，不可视区57可以被遮蔽件59遮盖，使得观看者觉得好像立体二维图象P隐藏在遮蔽件59的后面。因此，可以连续地设置多个可视区55形成大范围的整体可视区55。而且，可以加强立体二维图像P和遮蔽件59之间的关系，以消除由遮蔽件59的存在造成的不协调。因此可以更自然地显示立体二维图象P。

而且，根据上述的立体二维图像显示系统100，因为遮蔽件59设置在由设置多个图像显示装置21造成的不可视区57，所以显示单元27在相邻显示单元之间形成预定角度，不可视区57分别被遮蔽件59遮盖，使得观看者觉得好象立体二维图象P隐藏在遮蔽件59的后面。因此，连续地设置多个可视区55可以形成大范围的整体可视区55。结果，可以更自然地显示具有真实感的立体二维图像P，由此提高了可视性和娱乐性。

接下来，解释根据本发明立体二维图象显示系统的改型实施例。

图7是立体二维图像显示系统改型实施例的结构示图，其中图像传输板设置在垂直方向。

在这个立体二维图像显示系统中，沿通过图像传输板29显示的立体二维图像P的垂直方向设置多个图像显示装置21。在这个改型实施例中的其它结构与上述的立体二维图像显示系统相同。

因此，根据改型的实施例，因为在垂直方向可以保证大范围的整体可视区55，可以有效地显示能造成真实感(例如，夜间的天空、高高耸立的建筑物)的立体二维图像。

在前述的实施例中，虽然对这种情况作出解释，即遮蔽件59的截面轮廓67a与边界面61、63接触，但是根据本发明的立体二维图像显示系统以这种方式设置，即遮蔽件59的截面轮廓67a伸进可视区55，或在遮蔽件59和边界面61、63之间有间隙，只要伸进量和间隙小(不会造成不自然感觉的程度)就可以。

而且，在前述的实施例中，虽然解释了提供多个图像显示装置21的情况。根据本发明的立体二维图像显示系统可以以这样的方式设置，即只提供单个图像显示装置21，并分别在可视区55的边界面61、63的外面相邻提供遮蔽件59。在这种情况下，还因为遮蔽件59形成为立体二维图像P的组成件，可以加强立体二维图像P和遮蔽件59之间的关系，消除由遮蔽件59的存在造成的不协调。因此，可以更自然地显示立体二维图像P。

相同地，在实施例中所示的显示单元27、成像面53和微透镜阵列43不必彼此平行地设置。

Claims (6)

1.一种立体二维图象显示系统，包括：

图像显示装置，包括具有显示二维图像的图像显示面的显示单元，和图像传输板，其在与显示单元相对的微透镜阵列侧面的空间位置上，在成像面上聚焦从图像显示面发射的光，由此显示二维图像；和

多个遮蔽件，每个设置在立体二维图像可视区外面的不可视区，所述立体二维图像通过对应于多个图像显示装置之一的图像传输板来显示。

2.如权利要求1所述的立体二维图象显示系统，其中

图像显示装置以图像显示面与相邻的图像显示面形成预定角度的方式设置。

3.如权利要求1所述的立体二维图象显示系统，其中

多个图像显示装置沿图像传输板显示的立体二维图像的左、右方向设置。

4.如权利要求1所述的立体二维图象显示系统，其中

多个图像显示装置沿图像传输板显示的立体二维图像的垂直方向设置。

5.如权利要求1所述的立体二维图象显示系统，其中

形成每个不可视区，将其夹在对应相邻两个可视区的相交边界面之间；和

每个遮蔽件是沿对应两个边界面的交叉线方向延伸的圆柱件，并且圆柱件的截面轮廓与对应的两个边界面接触。

6.一种显示方法，包括：

以图像显示面与相邻图像显示面形成预定角度的方式设置多个图像显示装置，每个图像显示装置包括具有显示二维图像的图像显示面的显示单元，和图像传输板，其聚焦在与显示单元相对的微透镜阵列侧面的空间位置上，在成像面上聚焦从图像显示面发射的光，由此显示二维图像；

在立体二维图像可视区外面的不可视区设置每个遮蔽件，所述立体二维图像通过对应于多个图像显示装置之一的图像传输板来显示；和

在图像传输板上显示包括作为构成元件的遮蔽件的立体二维图像。

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