[发明专利]空间图像显示器

说明书

本申请为以下专利申请的分案申请：申请日为2008年8月22日，申请号为200810144572.1，发明名称为《空间图像显示器》。

相关申请的交叉引用

本发明包含于2007年8月22日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-216399的主题，将其全部内容通过引用的方式合并在此。

技术领域

本发明涉及通过显示空间图像来执行三维显示的设备，特别涉及包括至少二维显示器和双凸透镜(lenticular lens)的空间图像显示器。

背景技术

通过利用观看者的双眼视差(parallax)来显示图像以实现立体视觉的双目立体显示已经是公知的。另一方面，作为人的立体感知功能，四个功能，即双目差异(binocular disparity)、会聚(convergence)、生理调节(physiological accommodation)和运动视差是公知的；然而，在双目立体显示中，满足了双目差异，但双目差异与其他感知功能之间识别中的不一致或矛盾却经常发生。这样的不一致或矛盾不会发生在真实世界中，因此被说成观看者的大脑被迷惑以变得疲劳。

因此，作为实现更自然的立体视觉的方法，一直在进行空间图像系统的开发。在空间图像系统中，将具有不同发射方向的多条光线发射到空间以形成与多个观看角度对应的空间图像。空间图像系统能够满足人的立体感知功能中的双目差异、会聚和运动视差。特别地，如果能够在空间中显示关于以精细(fine)的间隔分离的每一个观看角度的合适图像，则能够满足包括作为人的调焦功能的生理调节的所有立体感知功能，并且能够感觉到自然的立体图像。作为形成空间图像的方法，使用“时分系统”的方法是公知的，在所述时分系统中，切换与多个观看角度对应的图像并高速地时分显示。作为实现时分系统的方法，例如，使用通过MEMS(微型机电系统)技术的使用而形成的偏转微镜阵列(deflection micromirror array)的方法是公知的。在所述方法中，与图像切换的定时同步地由偏转微镜阵列偏转时分图像光。

作为空间图像系统，包括诸如液晶显示器和双凸透镜之类的二维显示器的组合的系统也是公知的(参照Yuzo Hirayama，“flat-bed type 3D display system”，Kogaku，Vol.35，2006，p.416-422，Y.Takaki，“Density directional display for generating natural three-dimensional images”，Proc.IEEE，2006，Vol.94，p.654-663，美国专利No.6,064,424，以及日本待审查专利申请公开No.2005-309374)。在该系统中，在二维显示器的一个显示表面中打包(pack)与多个观看角度对应的图像以便一次显示，并且通过双凸透镜在合适方向上偏转与多个观看角度对应的图像以便发射，由此形成与多个观看角度对应的空间图像。不同于上述时分系统，在所述系统中，分段在一个显示表面中与多个观看角度对应的图像，并且一次(at a time)显示所述图像，因此将其称为“表面分段系统”。

在这种情况下，双凸透镜包括多个平行排列以便其圆柱轴(中心轴)基本上彼此平行的柱面透镜，并且总体上具有片(sheet)状(板(plate)状)。在上述表面分段系统中，调整组成双凸透镜的柱面透镜的焦面(focal plane)以便与二维显示器的显示表面一致。作为二维显示器和双凸透镜的最简单组合，存在设置柱面透镜的圆柱轴与二维显示器的水平方向彼此平行的方法。在该方法中，一般地，二维显示器的显示表面包括大量在水平方向和垂直方向上排列的像素，因此在与一个柱面透镜对应的、以水平方向排列的预定多个像素组成“三维像素”。所述“三维像素”是用于显示空间图像的像素的一个单元，并且将二维显示器中包括预定多个像素的像素群设置为一个“三维像素”。由于在光通过柱面透镜之后从柱面透镜的圆柱轴到每一个像素的水平距离确定从像素发射的光的水平传播方向(偏转角度)，所以获得与水平排列的像素的数量相等的、用作三维像素的多个水平显示方向。在这种配置方法中，存在问题：当水平显示方向的数量增大时，三维显示的水平分辨率大大降低，并且出现三维显示的水平分辨率与垂直分辨率之间的不平衡。在美国专利No.6,064,424中，为了解决这个问题，提出了关于二维显示器的水平方向倾斜柱面透镜的圆柱轴的方法。