[发明专利]空间图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过将与多视角对应的大量多光束辐射到空间中来形成三维空间图像的装置，特别涉及至少具有二维显示器件和双凸透镜的空间图像显示装置。

背景技术

过去已经知道双透镜立体显示装置，其通过利用针对观看者的双眼的视差呈现图像来实现立体视觉。作为人类的立体感觉官能，已知了双目视差、会聚、生理调节和移动视差四种官能。在双透镜装置中，满足双目视差，但在辨认时其他感觉官能时常有差异或不一致。这样的差异性或不一致性不可能出现在真实世界中，引起人脑紊乱和疲劳。

因此，正在开发空间图像系统作为实现更自然的立体视觉的方法。在该空间图像系统中，将具有不同辐射方向的多个光束辐射到空间中，所以形成与多个视角对应的空间图像。该空间图像系统可以满足人类的立体感觉官能之间的双目视差、会聚和移动视差。具体地，如果可以在空间中显示适合极其精细地划分视角的图像，则该方法可以满足包括作为人类聚焦官能的生理调节的所有立体感觉官能，导致自然立体图像的感觉。作为形成空间图像的方法，已知了“时分显示方法”，在其中在与多个视角对应的图像正在以时分方式高速改变时被显示。作为用以实现时分显示方法的措施，例如，已知了使用利用MEMS(MicroElectroMechanical System，微机电系统)技术形成的微偏转镜阵列(micro deflecting mirror array)的系统。在该系统中，通过微偏转镜阵列与图像的改变定时同步地偏转时分图像光。

作为另一个空间图像系统，已知这样一种系统：其包括诸如液晶显示器之类的二维显示器件与双凸透镜(参见非专利文档1和2和专利文档1和2)的组合。在该系统中，与多个视角对应的图像被同时装载到二维显示器件的一个显示表面并同时被显示，并且与视角对应的图像以适当方向被偏转并且经由双凸透镜辐射，以便形成与多个视角对应的空间图像。在这样的方法中，不像时分方法，与多个视角对应的图像被划分在一个显示表面中并被同时显示，所以该方法被称为“表面分割方法”。

例如，双凸透镜包括并排排列的多个柱面透镜，使得这些透镜各自的圆柱轴(中心轴)大体上相互平行，因此双凸透镜作为整体具有薄片形状。在该表面分割方法中，将构成双凸透镜的柱面透镜布置成使得每个柱面透镜的焦平面对应于二维显示器件的显示表面。在二维显示器件与双凸透镜的最简单的组合方法中，将柱面透镜的圆柱轴设置成与二维显示器件的垂直方向平行。在该方法的情况下，由于二维显示器件的显示表面一般由排列在水平方向和垂直方向上的大量像素构成，因此与一个柱面透镜对应地设置排列在水平方向上的预定数量的像素，以便构成“三维像素”。三维像素是用于显示空间图像的像素单元，并且将包括二维显示器件的预定数量的像素的像素组设置为一个三维像素。由于从每个柱面透镜的圆柱轴到每个像素的水平距离确定从相关像素发出的光在穿过柱面透镜之后的水平前行方向(偏转角)，因此获得与用作三维像素的水平像素的数量相同的数量的水平显示方向。关于这种配置方法，指出了以下问题：当水平显示方向的数量增大时，三维显示器的水平方向上的分辨率显著降低，除此而外，在水平和垂直方向上出现分辨率的不均衡。为了解决这个问题，专利文档1提出了斜向二维显示器件的垂直方向地排列柱面透镜的圆柱轴的方法。

图13(A)示出专利文档1中提出的显示方法的实例。在图13(A)中，二维显示器件101具有三种颜色R、G和B的多个像素102。像素102排列成在垂直方向上具有同样颜色，并排列成在水平方向上使得三种颜色R、G和B周期地出现。双凸透镜103具有多个柱面透镜104。双凸透镜103被布置成斜向像素102的垂直排列方向。在该显示方法中，包括在水平方向上M个像素和在垂直方向上N个像素的总共个像素102构成一个三维像素，因此实现个水平显示方向。当将双凸透镜103的倾斜角表示为θ并且给定为θ＝tan^-1(px/Npy)时，可以将关于柱面透镜104的圆柱轴的水平距离针对三维像素中的所有像素102而设置成不同的值。这里，px示出每个彩色像素102在水平方向上的间距，而py示出每个彩色像素102在垂直方向上的间距。