專利名稱：三維圖像顯示設(shè)備、便攜終端設(shè)備、顯示面板及蠅眼透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能顯示三維圖像的彩色三維圖像顯示設(shè)備、安裝三維圖像顯示設(shè)備的便攜終端設(shè)備，以及內(nèi)置在三維圖像顯示設(shè)備中的顯示面板和蠅眼透鏡，更具體地說，涉及即使在三維圖像顯示設(shè)備不僅僅位于一個(gè)方向中，而且位于垂直于這一方向的另一方向中的情況下，也能立體視圖的三維圖像顯示設(shè)備、便攜終端設(shè)備、顯示面板和蠅眼透鏡。
應(yīng)用本發(fā)明的應(yīng)用的例子包括便攜終端設(shè)備，諸如手持電話、PDA、游戲設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已經(jīng)研究能顯示三維圖像的顯示設(shè)備。在公元前280年，希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德評(píng)述過“深度感覺是通過每個(gè)眼接收每個(gè)眼的同時(shí)印象，相同物體的兩個(gè)不同圖像”(例如，見“Three-dimensionalDisplay”(Chihiro Masuda，pub.Sangyo Tosho Publishing Co.Ltd.))。即，三維圖像顯示設(shè)備應(yīng)具有將具有視差的圖像獨(dú)立地顯示給觀察者的每個(gè)眼的功能。
關(guān)于用于實(shí)現(xiàn)這種功能的方法，具體地，盡管已經(jīng)研究了用于顯示三維圖像的各種方法很長(zhǎng)時(shí)間，這些方法大致能分成使用眼鏡的方法和不使用眼鏡的方法。在這些中，使用眼鏡的方法的例子包括使用色差的彩色立體圖方法以及使用偏振的偏振眼鏡方法。然而，由于這些方法不能避免必須戴眼鏡的麻煩，近年來，已經(jīng)深入地研究不必戴眼鏡的方法。不必戴眼鏡的方法的例子包括雙面透鏡方法和視差隔板方法。
首先，將描述有關(guān)雙面透鏡方法。如在上述“Three-dimensionalDisplay”(Chihiro Masuda，pub.S angyo Tosho Publishing Co.Ltd..)中所描述的，例如，1910年左右Ives等人已經(jīng)發(fā)明了雙面透鏡方法。圖1是示例說明了雙面透鏡的透視圖，以及圖2是示例說明使用雙面透鏡的傳統(tǒng)三維圖像顯示方法的光學(xué)模型圖。如圖1所示，雙面透鏡121具有扁平表面的一個(gè)面以及另一面，在其上形成均在一個(gè)方向中延伸的圓形背部的多個(gè)凸面部分(柱面透鏡122)，以便其縱向彼此平行。
隨后，如圖2所示，通過使用雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備，從觀察者側(cè)，按順序放置雙面透鏡121、顯示面板106以及光源108，以及顯示面板106的像素位于雙面透鏡121的焦平面上。在顯示面板106上，交替地排列用于顯示右眼141圖像的像素123和用于顯示左眼142圖像的像素124。此時(shí)，由彼此相鄰的像素123和像素124所構(gòu)成的組對(duì)應(yīng)于雙面透鏡121的每個(gè)柱面透鏡(凸面部分)。因此，從光源108發(fā)出的光透過每個(gè)像素，并通過雙面透鏡121的柱面透鏡122，分配在朝左眼的方向中和朝右眼的方向中。這允許左右眼識(shí)別彼此不同的圖像，從而可使觀察者識(shí)別三維圖像。如上所述，用于顯示左眼上的左眼圖像和右眼上的右眼圖像，以及使觀察者識(shí)別三維圖像的方法被稱為用于形成兩個(gè)視點(diǎn)的雙視點(diǎn)方法。
接著，描述有關(guān)包括標(biāo)準(zhǔn)雙面透鏡和顯示面板的三維圖像顯示設(shè)備的每個(gè)部件的大小。圖3是示例說明使用標(biāo)準(zhǔn)雙面透鏡方法的雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型的圖，以及圖4是示例說明這一雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的立體視覺區(qū)的圖。如圖3所示，假定雙面透鏡121的頂點(diǎn)與顯示面板106的像素之間的距離是H，雙面透鏡121的折射率是n，焦距是f以及透鏡元件的排列周期，即透鏡間距是L。將顯示面板106的顯示像素配置成每個(gè)左眼像素124和每個(gè)右眼像素123的一個(gè)組。假定此像素的間距是P。因此，由每個(gè)左眼像素124和每個(gè)右眼像素123組成的顯示像素的排列間距為2P。對(duì)應(yīng)于由每個(gè)左眼像素124和每個(gè)右眼像素123的兩個(gè)像素組成的顯示像素，配置一個(gè)柱面透鏡122。
同時(shí)，假定雙面透鏡121與觀察者之間的距離是最佳的觀察距離OD，以及在該距離OD中的一個(gè)像素的放大投影寬度，即，在相距透鏡距離OD并平行于透鏡的虛平面上的左眼像素124和右眼像素123的投影圖像的寬度分別為e。另外，假定在水平方向112上位于雙面透鏡121中心部上的柱面透鏡122的中心與位于雙面透鏡121端部上的柱面透鏡122的中心之間的距離是WL，以及在水平方向112上由位于顯示面板106中心部上的左眼像素124和右眼像素123所組成的顯示像素的中心與位于顯示面板106端部上的顯示像素的中心之間的距離是Wp。此外，假定位于雙面透鏡121中心部上的柱面透鏡122中的光的入射角和出射角分別是α和β，以及在水平方向112中，位于雙面透鏡121端部上的凸面部分122中的光的入射角和出射角分別是γ和δ。此外，假定距離WL與距離Wp之間的差值是C，并且包含在距離Wp中的像素?cái)?shù)目是2m。
由于柱面透鏡122的排列間距L和像素的排列間距P彼此相關(guān)，因此協(xié)調(diào)一個(gè)來確定另一個(gè)。然而，通常，經(jīng)常通過協(xié)調(diào)顯示面板設(shè)計(jì)雙面透鏡，因此，像素的排列間距P處理為常數(shù)。同時(shí)，選擇雙面透鏡121的材料確定折射率n。另一方面，關(guān)于透鏡和觀察者間的觀察距離OD，以及觀察距離OD中的像素放大投影寬度e，設(shè)置期望值。將使用上述值來確定透鏡的頂點(diǎn)和像素間的距離H以及透鏡間距L。由于Snell定律和幾何關(guān)系，建立下述表達(dá)式1至6。還建立下述表達(dá)式7至9。
(表達(dá)式1)n×sinα＝sinβ(表達(dá)式2)OD×tanβ＝e
(表達(dá)式3)H×tanα＝P(表達(dá)式4)n×sinγ＝sinδ(表達(dá)式5)H×tanγ＝C(表達(dá)式6)OD×tanδ＝WL(表達(dá)式7)Wp×WL＝C(表達(dá)式8)Wp＝2×m×P(表達(dá)式9)WL＝m×L從上述表達(dá)式1至3，分別建立下述表達(dá)式10至12。
(表達(dá)式10)β＝arctan(e/OD)(表達(dá)式11)α＝arcsin(1/n×sinβ)(表達(dá)式12)H＝P/tanα同時(shí)，由上述表達(dá)式6和9建立下述表達(dá)式13。此外，由上述表達(dá)式8和9建立下述表達(dá)式14。此外，由上述表達(dá)式5建立下述表達(dá)式15。
(表達(dá)式13)δ＝arctan(mL/OD)
(表達(dá)式14)C＝2×m×P-m×L(表達(dá)式15)γ＝arctan(C/H)由于雙面透鏡的頂點(diǎn)和像素間的距離H通常設(shè)置成等于雙面透鏡的焦距f，建立下述表達(dá)式16。如果假定雙面透鏡的曲率半徑為r，由下述表達(dá)式17獲得曲率半徑。
(表達(dá)式16)f＝H(表達(dá)式27)r＝H×(n-1)/n如圖4所示，假定來自所有右眼像素123的光所到達(dá)的區(qū)域是右眼區(qū)171，以及來自所有左眼像素124的光到達(dá)的區(qū)域是左眼區(qū)172。觀察者能通過將右眼141定位到右眼區(qū)171，以及將左眼142定位到左眼區(qū)171來識(shí)別三維圖像。然而，由于觀察者瞳距是恒定的，右眼141和左眼142不能分別定位在右眼區(qū)171和左眼區(qū)172的任意位置上，因此，位置限定到瞳距能保持常數(shù)的區(qū)域。換句話說，僅在右眼141和左眼142的中點(diǎn)位于立體視覺區(qū)107的情況下，才能獲得立體視圖。由于在立體視覺區(qū)107，沿水平方向112的長(zhǎng)度在離顯示面板106的距離等于最佳觀察距離OD的位置處變得最長(zhǎng)，在觀察者的位置偏向水平方向112的情況下的公差達(dá)到最大值。因此，離顯示面板106的距離是最佳觀察距離OD的位置是最理想的觀察位置。
如下文所述，盡管視差隔板方法是用于由隔板阻擋不需要光的方法，雙面透鏡方法是用于改變光傳播方向的方法，因此，采用雙面透鏡理論上不會(huì)降低顯示屏的亮度。因此，最可能將雙面透鏡方法應(yīng)用于將高亮度顯示器和低功耗性能看作重要指標(biāo)的便攜裝置等等上。
在Nikkei Electronics No.838，2003年1月6日，pp26-27中描述了使用雙面透鏡方法開發(fā)的三維圖像顯示設(shè)備的例子。組成三維圖像顯示設(shè)備的7英寸液晶面板包括800×480顯示點(diǎn)。通過將雙面透鏡和液晶顯示面板間的距離改變0.6mm，能轉(zhuǎn)換三維圖像顯示和平面圖像顯示。橫向視點(diǎn)的數(shù)目為5，因此，通過改變水平方向中的視角，能觀察到5個(gè)不同圖像。另一方面，垂直視點(diǎn)數(shù)為1，因此，即使在垂直方向中改變視角，圖像也不能改變。
接著，描述有關(guān)視差隔板方法。Berthier在1896年構(gòu)思了視差隔板方法并且Ives在1903年論證過。圖5是示例說明使用視差隔板的傳統(tǒng)三維圖像顯示方法的光學(xué)模型圖。如圖5所示，視差隔板105是在其上形成多個(gè)狹縫105a的隔板(屏蔽板)。顯示面板106靠近這一視差隔板105的一個(gè)表面。在顯示面板106上，在垂直于狹縫的縱向的方向中排列右眼像素123和左眼像素124。另一方面，光源108靠近視差隔板105的另一表面，即顯示面板106的相對(duì)面上。
從光源108發(fā)出并透過視差隔板105的狹縫105a和右眼像素123的光是光通量181。同樣地，從光源108發(fā)出并透過狹縫105a和左眼像素124的光是光通量182。此時(shí)，觀察者能識(shí)別三維圖像的位置由視差隔板105和像素間的位置關(guān)系確定。換句話說，觀察者104的右眼141應(yīng)在對(duì)應(yīng)于多個(gè)右眼像素123的所有光通量181的透射區(qū)內(nèi)，以及觀察者的左眼142應(yīng)在所有光通量182的透射區(qū)內(nèi)。這是觀察者的右眼141和左眼142的中點(diǎn)143位于圖5所示的方形的立體視覺區(qū)107內(nèi)的情況。
在立體視覺區(qū)107的右眼像素123和左眼像素124的排列方向中延伸的線段中，通過立體視覺區(qū)107中的對(duì)角線交叉點(diǎn)107a的段是最長(zhǎng)線段。因此，當(dāng)中點(diǎn)143位于交叉點(diǎn)107a，觀察者的位置在水平方向中偏離的情況下的公差達(dá)到最大值，因此，該位置是最適合作為觀察位置。因此，通過該三維圖像顯示方法，建議觀察者以最佳觀察距離OD，即交叉點(diǎn)107a和顯示面板106間的距離執(zhí)行觀察。注意，在立體視覺區(qū)107中，離顯示面板106的距離是最佳觀察距離OD的虛平面稱為最佳觀察面107b。因此，來自右眼像素123和左眼像素124的光分別到達(dá)觀察者的右眼141和左眼142。因此，觀察者能將在顯示面板106上顯示的圖像識(shí)別為三維圖像。
接著，更詳細(xì)地描述有關(guān)在其上形成狹縫的視差隔板位于顯示面板的前表面上的三維圖像顯示設(shè)備，更具體地說，有關(guān)每個(gè)部件大小。圖6是示例說明在顯示面板的觀察者側(cè)上具有狹縫狀視差隔板的傳統(tǒng)的雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型的圖。注意，視差隔板的狹縫寬度很微小，因此，為簡(jiǎn)化說明，能忽略它。如圖6所示，假定視差隔板105的狹縫105a的排列間距為L(zhǎng)，顯示面板106和視差隔板105間的距離為H，以及像素的排列間距為P。如上所述，對(duì)顯示面板106，由于兩個(gè)像素，即每個(gè)右眼像素123和每個(gè)左眼像素124布置成顯示面板106上的像素組，像素組的排列間距為2P。由于狹縫105a的排列間距L和像素組的排列間距P相互關(guān)聯(lián)，協(xié)調(diào)一個(gè)就能確定另一個(gè)。然而，通常，通過協(xié)調(diào)顯示面板來設(shè)計(jì)視差隔板，因此，像素組的排列間距P處理為常數(shù)。
同時(shí)，假定來自所有右眼像素123的光到達(dá)的區(qū)域?yàn)橛已蹍^(qū)171，以及來自所有左眼像素124的光到達(dá)的區(qū)域是左眼區(qū)172。觀察者能通過將右眼141定位到右眼區(qū)171，以及將左眼142到左眼區(qū)172來識(shí)別三維圖像。然而，由于觀察者瞳距是恒定的，右眼141和左眼142不能分別定位在右眼區(qū)171和左眼區(qū)172的任意位置上，因此，位置限定到瞳距能保持常數(shù)的區(qū)域。換句話說，僅在右眼141和左眼142的中點(diǎn)位于立體視覺區(qū)107的情況下，才能獲得立體視圖。由于在立體視覺區(qū)107沿水平方向112的長(zhǎng)度在離顯示面板106的距離等于最佳觀察距離OD的位置處最長(zhǎng)，在觀察者的位置偏向水平方向112的情況下的公差達(dá)到最大值。因此，離顯示面板106的距離是最佳觀察距離OD的位置是最理想的觀察位置。同時(shí)，假定在立體視覺區(qū)107中，離顯示面板106的距離是最佳觀察距離OD的虛平面是最佳觀察面107b，以及最佳觀察面107b中的一個(gè)像素的放大投影寬度為e。
接著，將使用上述值，確定視差隔板105和顯示面板106的顯示像素間的距離H。由于如圖6所示的幾何關(guān)系，建立下述表達(dá)式18，因此，如下述表達(dá)式19中所示，獲得距離H。
(表達(dá)式18)P∶H＝e∶(OD-H)(表達(dá)式19)H＝OD×P/(P+e)此外，如果假定在水平方向112中，位于顯示面板108的中心處的像素組的中心和水平方向112中，位于端部的像素組的中心間的距離為Wp，以及分別對(duì)應(yīng)于這些像素組的狹縫105a的中心間的距離為WL，通過下述表達(dá)式20，獲得距離WP和距離WL間的差值C。同時(shí)，如果假定包括在顯示面板106上的距離WP中的像素的數(shù)目為2m，建立下述表達(dá)式21。另外，由于幾何關(guān)系建立的下述表達(dá)式22，通過下述表達(dá)式23，獲得視差隔板105的狹縫105a的間距L。
(表達(dá)式20)Wp-WL＝C(表達(dá)式21)Wp＝2×m×PmWL＝m×L(表達(dá)式22)Wp∶OD＝WL∶(OD-H)(表達(dá)式23)L＝2×p×(OD-H)/OD
接著，詳細(xì)地描述有關(guān)視差隔板位于顯示面板的后面的三維圖像顯示設(shè)備，更具體地說，有關(guān)其每個(gè)部件大小。圖7是示例說明在顯示面板的后面上具有狹縫狀視差隔板的傳統(tǒng)雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型的圖。注意，視差隔板的狹縫寬度很微小，因此，為簡(jiǎn)化說明，能忽略它。關(guān)于上述視差隔板位于顯示面板的前面的情形，假定視差隔板105的狹縫105a的排列間距為L(zhǎng)，顯示面板106和視差隔板105間的距離為H，以及顯示像素的排列間距為P。如上所述，對(duì)顯示面板106，由于兩個(gè)像素，即每個(gè)右眼像素123和每個(gè)左眼像素124布置成顯示面板106上的像素組，像素組的排列間距為2P。由于狹縫105a的排列間距L和像素組的排列間距P相互關(guān)聯(lián)，協(xié)調(diào)一個(gè)就能確定另一個(gè)，然而，通常，通過協(xié)調(diào)顯示面板來設(shè)計(jì)視差隔板，因此，像素組的排列間距P處理為常數(shù)。
同時(shí)，假定來自所有右眼像素123的光到達(dá)的區(qū)域?yàn)橛已蹍^(qū)171，以及來自所有左眼像素124的光到達(dá)的區(qū)域是左眼區(qū)172。觀察者能通過將右眼141定位到右眼區(qū)171，以及將左眼142到左眼區(qū)172來識(shí)別三維圖像。然而，由于觀察者瞳距是恒定的，右眼141和左眼142不能分別定位在右眼區(qū)171和左眼區(qū)172的任意位置上，因此，位置限定到瞳距能保持常數(shù)的區(qū)域。換句話說，僅在右眼141和左眼142的中點(diǎn)位于立體視覺區(qū)107的情況下，才能獲得立體視圖。由于在立體視覺區(qū)107沿水平方向112的長(zhǎng)度在離顯示面板106的距離等于最佳觀察距離OD的位置處最長(zhǎng)，在觀察者的位置偏向水平方向112的情況下的公差達(dá)到最大值。因此，離顯示面板106的距離是最佳觀察距離OD的位置是最理想的觀察位置。同時(shí)，假定在立體視覺區(qū)107中離顯示面板106的距離是最佳觀察距離OD的虛平面是最佳觀察面107b，以及最佳觀察面107b中的一個(gè)像素的放大投影寬度為e。
接著，將使用上述值，確定視差隔板105和顯示面板106的像素間的距離H。由于如圖7所示的幾何關(guān)系，建立下述表達(dá)式24，因此，如下述表達(dá)式25中所示獲得距離H。
(表達(dá)式24)P∶H＝e∶(OD+H)(表達(dá)式25)H＝OD×P/(e-P)此外，如果假定在水平方向112中，位于顯示面板106的中心處的像素組的中心和水平方向112中，位于端部的像素組的中心間的距離為Wp，以及分別對(duì)應(yīng)于這些像素組的狹縫105a的中心間的距離為WL，通過下述表達(dá)式26，獲得距離WP和距離WL間的差值C。同時(shí)，如果假定包括在顯示面板106上的距離WP中的像素的數(shù)目為2m，建立下述表達(dá)式27和表達(dá)式28。另外，由于幾何關(guān)系建立的下述表達(dá)式29，通過下述表達(dá)式30，獲得視差隔板105的狹縫105a的間距L。
(表達(dá)式26)WL-WP＝C(表達(dá)式27)Wp＝2×m×P(表達(dá)式28)WL＝m×L(表達(dá)式29)Wp∶OD＝WL∶(OD+H)(表達(dá)式30)L＝2×P×(OD+H)/OD由于視差隔板方法最初具有位于像素和眼睛間的視差隔板，這產(chǎn)生視差隔板很突出以及可見性差的問題。然而，隨著實(shí)現(xiàn)液晶顯示面板，進(jìn)行了能將視差隔板105放在顯示面板106的后面的配置，如圖5所示，從而提高可見性。因此，現(xiàn)在正在加緊研究使用視差隔板的三維圖像顯示設(shè)備。
在上述Nikkei Electronics No.838，2003年1月6日，pp 26-27的表1中描述了現(xiàn)實(shí)中使用視差隔板方法的實(shí)際產(chǎn)品的例子。這是安裝對(duì)應(yīng)于3D的液晶面板的便攜電話，其中組成三維圖像顯示設(shè)備的液晶面板在對(duì)角線2.2英寸大小中包括176×220顯示點(diǎn)。另外，提供用作用于接通/斷開視差隔板的影響的開關(guān)的液晶面板，由此能轉(zhuǎn)換和顯示三維圖像顯示和平面圖像顯示。如上所述，能在顯示三維圖像時(shí)，顯示左眼圖像和右眼圖像的兩個(gè)圖像。換句話說，這是雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備。
另一方面，已經(jīng)使用兩個(gè)以上的圖像來執(zhí)行提高立體感的嘗試。例如，如上所述，不僅在水平方向而且在垂直方向中顯示左眼圖像和右眼圖像對(duì)。視差隔板狹縫的形狀為針孔形。因此，在觀察者的位置在垂直方向中移動(dòng)的情況下，能識(shí)別不同三維圖像。位于垂直方向中的圖像對(duì)是在垂直方向中觀察將顯示的內(nèi)容的圖像。因此，觀察者能通過改變他/她在垂直方向中的位置，獲得垂直方向中的立體感，導(dǎo)致提高立體感。
在“3D Display”(光學(xué)和電光工程通訊，Vol.41，No.3，2003年3月20日，pp.21-32)中描述了為在垂直方向中二維地顯示圖像開發(fā)的三維圖像顯示設(shè)備的例子。這是使用水平方向中的7個(gè)視點(diǎn)、垂直方向中4個(gè)視點(diǎn)，總共28個(gè)視點(diǎn)的多視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備，以及組成該三維圖像顯示設(shè)備的液晶顯示設(shè)備在對(duì)角線22英寸大小中包括QUXGA-W(3840×2400)顯示點(diǎn)。因此，在不僅在水平方向中，而且在垂直方向中改變觀察位置的情況下，觀察者能觀察到連續(xù)改變的三維圖像。
然而，對(duì)于上述傳統(tǒng)的三維圖像顯示設(shè)備，假定用于放置顯示屏的方向?qū)τ谟^察者總是設(shè)定在一個(gè)方向中。因此，對(duì)于觀察者，改變顯示器的方向的情況下，觀察者不可能識(shí)別出三維圖像。例如，一旦在從正常方向的在任一方向中使上述顯示設(shè)備旋轉(zhuǎn)90°，觀察者用兩個(gè)眼睛觀察到相同的圖像，因此不能識(shí)別出三維圖像。
為解決這一問題，在日本未審專利申請(qǐng)公開號(hào)No.06-214323中公開了一種技術(shù)，其中使兩個(gè)雙面透鏡重疊以便透鏡的縱向彼此垂直，以及每個(gè)透鏡的焦點(diǎn)位于相同平面上，以及來自以矩陣形式排列的多個(gè)像素的光分配在屏幕的垂直方向和水平方向中。因此，日本未審專利申請(qǐng)公開號(hào)No.06-214323陳述了即使在對(duì)于觀察者的顯示屏的方向旋轉(zhuǎn)90°的情況下，例如在觀察者躺下的情況下，觀察者也能識(shí)別三維圖像。
然而，上述傳統(tǒng)技術(shù)包括下述問題。根據(jù)研究這一技術(shù)的本發(fā)明人等等的結(jié)果，對(duì)于在日本專利公開號(hào)No.Hei 06-214323中公開的顯示設(shè)備，在顯示彩色圖像以及對(duì)于觀察者改變用于放置顯示設(shè)備的方向的情況，很顯然，在某些情況下，不能正確地進(jìn)行三維顯示。下面，將關(guān)于這一現(xiàn)象詳細(xì)地描述。
首先，描述有關(guān)采用透鏡的情形。對(duì)于日本未審專利申請(qǐng)公開號(hào)No.06-214323，為使即使將顯示設(shè)備放在垂直或水平方向中，也能觀察到觀察到三維圖像，盡管采用放置成透鏡的縱向彼此垂直的兩個(gè)雙面透鏡，但也可以采用其透鏡元件為二維排列的蠅眼透鏡。圖8是示例說明蠅眼透鏡的透視圖。
關(guān)于將用在三維圖像顯示設(shè)備中的顯示設(shè)備，使用當(dāng)前最通用的、采用條狀顏色的顯示設(shè)備。為了說明，如下定義第一方向和第二方向。即，第一方向是連續(xù)布置每種顏色像素的相同顏色像素的方向，以及第二方向是交替重復(fù)地布置每種顏色像素的方向。在顯示面上，第一方向和第二方向彼此垂直。一個(gè)顯示單元包括三種顏色RGB，以及按條狀排列每種顏色像素。同時(shí)，彼此相等地設(shè)置第一方向中的分辨率和第二方向中的分辨率，因此，第二方向中的每種顏色像素間距是第一方向中的間距的1/3。
為通過將左右像素不僅布置在第一方向中，而且布置在第二方向中來觀察三維圖像，能設(shè)想用于關(guān)于排列在第二方向中并且彼此相鄰的兩個(gè)相同的顏色像素，布置一個(gè)透鏡的方法。在這種情況下，由于第二方向中的像素間距是第一方向中像素間距的1/3，用下述表達(dá)式31替代上述表達(dá)式3。
(表達(dá)式31)H×tanα′＝P/3此時(shí)，為使用一個(gè)蠅眼透鏡，透鏡和像素間的距離H應(yīng)當(dāng)是與上述第一方向中的透鏡和像素間的距離H相同的值。同樣地，折射率n應(yīng)當(dāng)相同。同時(shí)，最好不改變觀察距離OD。因此，用下述表達(dá)式32替代表達(dá)式1。同時(shí)，用下述表達(dá)式33替代表達(dá)式2。
(表達(dá)式32)n×sinα′＝sinβ′(表達(dá)式33)OD×tanβ′＝e′注意，角α、β、α′和β′通常小，并且在近軸近似法成立的范圍中，因此，e′通常等于(e/3)，以及像素放大投影寬度為(e/3)。例如，在上述第一方向中像素放大投影寬度e為97.5mm的情況下，第二方向中的像素放大投影寬度e/3為32.5mm。換句話說，按32.5mm間距放大和投影左右圖像。因此，瞳距是65mm的普通觀察者僅能觀察到圖像的任何一個(gè)，因此，盡管顯示設(shè)備顯示三維圖像，但觀察者不能識(shí)別出三維圖像。
這種問題不僅出現(xiàn)在透鏡方法中，而且出現(xiàn)在使用視差隔板方法的三維圖像顯示設(shè)備中。下面將描述有關(guān)當(dāng)將使用視差隔板方法的三維圖像顯示設(shè)備的對(duì)于觀察者的角度從正常觀察位置旋轉(zhuǎn)90°時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。
圖5所示的傳統(tǒng)三維圖像顯示設(shè)備是使用在其上形成狹縫的視差隔板的三維圖像顯示設(shè)備。當(dāng)從正常位置使該設(shè)備旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，觀察者用雙眼觀察到相同的圖像，因此，不能識(shí)別三維圖像。為即使垂直或水平放置顯示設(shè)備，也能觀察三維圖像，有必要采用在其上二維排列針孔狹縫的視差隔板。注意對(duì)于本設(shè)備，象使用蠅眼透鏡的上述設(shè)備，用條紋圖案定義每種顏色的排列，以及第一和第二方向定義為與上述定義相同。因此，第二方向中的顏色像素的間距是第一方向中的間距的1/3。
為通過不僅在第一方向中，而且在第二方向中放置左右圖像，也能觀察三維圖像，能設(shè)想用于關(guān)于排列在第二方向中，并且彼此相鄰的兩個(gè)顏色像素，放置一個(gè)針孔的方法。在這種情況下，像素間距是第一方向中的1/3，因此，用下述表達(dá)式34代替上述表達(dá)式19。
(表達(dá)式34)e′＝((OD-H)/H)×P/3此時(shí)，為了使用一個(gè)視差隔板，隔板和像素間的距離H應(yīng)當(dāng)是與上述第一方向中的隔板和像素間的距離H相同的值。同時(shí)，最好不改變觀察距離OD。因此，建立下述表達(dá)式35。
(表達(dá)式35)e′＝e/3這表示像素放大投影寬度為(e/3)。因此，與用蠅眼透鏡相同，出現(xiàn)盡管顯示設(shè)備顯示三維圖像，但觀察者未能識(shí)別出三維圖像的現(xiàn)象。
另外，對(duì)于具有在顯示面板的后面上的視差隔板的三維圖像顯示設(shè)備，出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。同樣在這種情況下，第二方向中的像素間距是第一方向中的1/3，以及用下述表達(dá)式36代替上述表達(dá)式25。
(表達(dá)式36)e′＝((OD+H)/H)×P/3此時(shí)，為了使用一個(gè)視差隔板，隔板和顯示像素間的距離H應(yīng)當(dāng)是與上述第一方向中的隔板和像素間的距離H相同的值。同時(shí)，最好不改變觀察距離OD。因此，建立下述表達(dá)式37。
(表達(dá)式37)e′＝e/3這表示像素放大投影寬度為(e/3)。與用蠅眼透鏡相同，出現(xiàn)盡管顯示設(shè)備顯示三維圖像，但觀察者未能識(shí)別出三維圖像的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供即使在使三維圖像顯示設(shè)備從正常觀察方向旋轉(zhuǎn)90°的情況下，也允許觀察者識(shí)別具有良好可見性的彩色三維圖像的三維圖像顯示設(shè)備、安裝三維圖像顯示設(shè)備的便攜終端設(shè)備，以及內(nèi)置到三維圖像顯示設(shè)備中的顯示面板和蠅眼透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的三維圖像顯示設(shè)備包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的多個(gè)顯示單元；以及光學(xué)單元，用于沿第一方向，將從排列在第一方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中，以及用于沿第二方向，將從排列在第二方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中。
用Z(Z表示自然數(shù))種顏色使用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素著色，以及沿第一方向連續(xù)地排列具有相同顏色的像素。以及，當(dāng)Y表示觀察者瞳距，e表示在第一方向中的一個(gè)像素的放大投影寬度，以及j是自然數(shù)時(shí)，下述表達(dá)式38成立。
(表達(dá)式38)eZ≠Y2×j]]>根據(jù)本發(fā)明的第一方面，顯示面板顯示右眼圖像和左眼圖像，以及光學(xué)單元將從顯示面板發(fā)出的光分配到第一方向和第二方向中。接著，一個(gè)像素的放大投影寬度e與觀察者瞳距Y有關(guān)，并如上述表達(dá)式38所示被選擇。因此，在將連接觀察者的雙眼的線延伸的方向(在下文中，稱為“雙眼的方向”)假定為第一方向或第二方向的兩種情況下，觀察者能將右眼定位到右眼圖像的投影區(qū)，以及將左眼定位到左眼圖像的投影區(qū)，從而識(shí)別三維圖像。
同時(shí)，當(dāng)假定k為自然數(shù)時(shí)，平均瞳距Y和放大投影寬度e優(yōu)選地滿足下述表達(dá)式39，更優(yōu)選地滿足下述表達(dá)式40。
(表達(dá)式39)YZ×(2×k-1)+12<eZ<YZ×(2×k-1)-12]]>(表達(dá)式40)eZ=YZ×(2×k-1)]]>因此，當(dāng)觀察者隨意將雙眼定位到觀察面上時(shí)，觀察者識(shí)別出三維圖像的概率上升，由此，觀察者能搜索雙眼的位置以便立即獲得立體視圖。
同時(shí)，當(dāng)假定k為自然數(shù)時(shí)，平均瞳距Y和放大投影寬度e可以滿足下述表達(dá)式41或表達(dá)式42。
(表達(dá)式41)eZ=YZ×(2×k-1)-Z2]]>(表達(dá)式42)eZ=YZ×(2×k-1)+Z2]]>因此，即使在雙眼的方向是第一方的情況下或雙眼的方向是第二方向的情況下，觀察者識(shí)別出三維圖像的概率變?yōu)橄嗤?br> 另外，最好滿足Y/6＜e/3。因此，在觀察者平均瞳距期間，用于轉(zhuǎn)換左眼和右眼圖像的次數(shù)減少，以及防止立體視覺區(qū)分段，由此觀察者能容易獲得立體視圖。
此外，顏色的數(shù)目Z可以是3。因此，顯示像素能由具有RGB三原色的像素組成。
此外，平均瞳距可以在62-65mm范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的三維圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列多個(gè)顯示單元，其包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素；以及蠅眼透鏡，它的多個(gè)透鏡元件以矩陣方式排列在第一和第二方向中，用于沿第一方向?qū)牡谝环较蛑信帕械南袼匕l(fā)射的光分配到相互不同的方向，并且也沿第二方向?qū)牡诙较蛑信帕械南袼匕l(fā)射的光分配到相互不同的方向。
并且，以Z(Z表示自然數(shù))種顏色將用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素著色，沿第一方向連續(xù)排列具有相同顏色的像素，在第一方向中的透鏡元件的排列間距和在第二方向中的透鏡的排列間距相互不同。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，觀察者能夠?qū)⒂已酆妥笱鄯謩e定位到右眼圖像的投影區(qū)和左眼圖像的投影區(qū)，不論觀察者的雙眼在第一方向或第二方向中的哪個(gè)方向。因此，可以順利地觀察彩色三維圖像。
此外，在第一方向中的透鏡元件的排列間距可以是在第二方向中的透鏡元件的排列間距的Z倍。此外，在顯示面板上的像素的顏色的數(shù)目Z可以是3。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的三維圖像顯示設(shè)備包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列以多種顏色著色的多個(gè)像素；以及光學(xué)單元，用于沿第一方向，將從排列在第一方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中，以及用于沿第二方向，將從排列在第二方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中。在第一方向中的像素的排列間距和在第二方向中的像素的排列間距彼此相等，顯示面板由多個(gè)像素矩陣組成，其中以矩陣方式相互排列具有相同顏色的多個(gè)像素，在第一方向和第二方向中，在其上重復(fù)排列具有相互不同顏色的像素矩陣，以及光學(xué)單元由對(duì)應(yīng)于像素矩陣的多個(gè)光學(xué)元件組成。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，由于第一方向和第二方向中的像素的排列間距彼此相等，第一方向中和第二方向中的像素的放大投影寬度能彼此相等。因此，即使在雙眼的方向是第一方向的情況下或雙眼的方向是第二方向的情況下，能改進(jìn)三維圖像的可見度。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面的三維圖像顯示設(shè)備包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的多個(gè)顯示單元；第一雙面透鏡，在其上在第二方向中排列多個(gè)柱面透鏡，其縱向在第一方向中延伸；以及第二雙面透鏡，位于將第一雙面透鏡夾到顯示面板的位置上，在其上以寬于第一方向中第一雙面透鏡的柱面透鏡的排列間距的排列間距，排列其縱向在第二方向中延伸的多個(gè)柱面透鏡。用Z(Z表示自然數(shù))種顏色使用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素著色，沿第一方向連續(xù)地排列具有相同顏色的像素。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，由于第一雙面透鏡中的柱面透鏡的排列間距窄于第二雙面透鏡的，當(dāng)?shù)谝浑p面透鏡的焦點(diǎn)和第二雙面透鏡的焦點(diǎn)位于相同平面上時(shí)，將顯示面板上第二方向中的像素的排列間距減少到窄于第一方向中的排列間距。因此，能在第二方向中排列三色像素。此時(shí)，第一雙面透鏡的透鏡表面比第二雙凸的透鏡表面更接近顯示面板，因此，增加第二方向中的一個(gè)像素的放大投影寬度使之寬于第一方向中的像素的放大投影寬度。因此，即使在雙眼的方向是第一方向的情況下或雙眼的方向是第二方向的情況下，能改進(jìn)三維圖像的可見度。
同時(shí)，在此時(shí)，第一雙面透鏡的透鏡面最好被放置成面對(duì)顯示面板，以及第二雙面透鏡的透鏡面的相對(duì)側(cè)最好被放置成面對(duì)第一雙面透鏡。因此，能容易將第二方向中的像素的排列間距減少到窄于第一方向中的排列間距。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面的三維圖像顯示設(shè)備包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的多個(gè)顯示單元；第一視差隔板，在其上形成多個(gè)狹縫，其縱向在第一方向中延伸；以及第二視差隔板，位于與所述顯示面板將第一視差隔板夾在之間的位置上，在其上形成其縱向在第二方向中延伸的多個(gè)狹縫。用Z(Z表示自然數(shù))種顏色使用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素著色，沿第一方向連續(xù)地排列具有相同顏色的像素。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，第一視差隔板比第二視差隔板更接近顯示面板，因此，增加第二方向中的一個(gè)像素的放大投影寬度使之寬于第一方向中的像素的放大投影寬度。因此，即使在雙眼的方向是第一方向的情況下或雙眼的方向是第二方向的情況下，能改進(jìn)三維圖像的可見度。
對(duì)于上述各個(gè)三維圖像顯示設(shè)備，可以進(jìn)行配置，其中，在將第一方向放置成與從觀察者的右眼到左眼的方向一致的情況下，在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在第一方向中排列在其上分別顯示右眼圖像和左眼圖像的像素對(duì)，以及在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在第二方向中排列在其上顯示相互不同圖像的多個(gè)像素，以及在將第二方向安置成與從觀察者的右眼到左眼的方向一致的情況下，在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在第二方向中排列在其上分別顯示右眼圖像和左眼圖像的像素對(duì)，以及在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在第一方向中排列在其上顯示相互不同圖像的多個(gè)像素。因此，觀察者能通過將對(duì)于三維圖像顯示設(shè)備的觀察角簡(jiǎn)單地改變成垂直方向來觀察不同圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面的便攜終端設(shè)備，包括主體；以及連接到主體上、根據(jù)第一至第五方面的任何一個(gè)的三維圖像顯示設(shè)備。
同時(shí)，三維圖像顯示設(shè)備最好連接到主體上以便旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步包括檢測(cè)單元，用于檢測(cè)三維圖像顯示設(shè)備對(duì)于主體的位移方向。三維圖像顯示設(shè)備最好基于檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果，在第一方向或第二方向中，轉(zhuǎn)換用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的排列方向。因此，觀察者能轉(zhuǎn)換用于顯示圖像的方向，而不旋轉(zhuǎn)主體。同時(shí)，通過與三維圖像顯示設(shè)備的位移方向同步，也可以轉(zhuǎn)換用于顯示圖像的方法。
通過根據(jù)本發(fā)明的第七方面的顯示面板，其上在第一方向和垂直于第一方向的第二方向中，排列以多種顏色著色的多個(gè)像素，在第一方向中的像素的排列間距與第二方向中的像素的排列間距彼此相同，以及顯示面板由多個(gè)像素矩陣組成，在像素矩陣上，以矩陣方式排列用彼此相同顏色著色的多個(gè)像素，以及在第一和第二方向中，重復(fù)排列用相互不同顏色著色的像素矩陣。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，第一和第二方向中的像素的排列間距彼此相等，因此，當(dāng)分配通過光學(xué)單元，從像素發(fā)出的光時(shí)，第一和第二方向中的放大投影寬度彼此相等。因此，即使在雙眼的方向是第一方向的情況下或雙眼的方向是第二方向的情況下，能改進(jìn)三維圖像的可見度。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的第八方面的蠅眼透鏡，在其上以矩陣方式布置多個(gè)透鏡元件，在矩陣的一個(gè)方向中的透鏡元件的排列間距與在垂直于一個(gè)方向的另一方向中的透鏡元件的排列間距彼此不同。
根據(jù)本發(fā)明，即使在雙眼的方向是第一方向的情況下或雙眼的方向是第二方向的情況下，觀察者能通過將一個(gè)像素的放大投影寬度e與觀察者的雙眼的間隔Y關(guān)聯(lián)，以及如表達(dá)式38所示設(shè)置寬度e，將右眼定位到右眼圖像的投影區(qū)，并將左眼定位到左眼圖像的投影區(qū)，由此，觀察者能獲得彩色三維圖像的良好可見度。


圖1是示例說明雙面透鏡的透視圖；圖2是示例說明使用雙面透鏡的傳統(tǒng)三維圖像顯示方法的光學(xué)模型圖；圖3是使用雙面透鏡方法的傳統(tǒng)雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型圖；圖4是示例說明使用雙面透鏡方法的傳統(tǒng)雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的觀察范圍的光學(xué)模型圖；圖5是示例說明使用視差隔板的傳統(tǒng)三維圖像顯示方法的光學(xué)模型圖；圖6是在顯示面板的觀察者側(cè)上具有狹縫狀視差隔板的傳統(tǒng)雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型圖；圖7是在顯示面板的后面，具有狹縫狀視差隔板的傳統(tǒng)雙視點(diǎn)三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)模型圖；圖8是示例說明蠅眼透鏡的透視圖；圖9是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備中的一個(gè)顯示像素的透視圖；圖10是示例說明沿圖9中所示線A-A′的橫截面的光學(xué)模型圖；圖11是示例說明沿圖9所示的線B-B′的橫截面的光學(xué)模型圖；圖12是示例說明根據(jù)本實(shí)施例的便攜終端設(shè)備的透視圖；圖13是示例說明在將根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備布置成第一方向與雙眼的方向相同的情形中的操作的截面圖；圖14是示例說明在將根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備布置成第二方向與雙眼的方向相同的情形中的操作的截面圖；圖15A和15B是示例說明兩端的位移的圖，其中，當(dāng)將雙眼的方向設(shè)置成與第一方向21相同時(shí)，觀察者能通過將左眼61定位到左眼放大投影區(qū)，以及將右眼62定義到右眼放大投影區(qū)來識(shí)別出三維圖像，其中圖15A示例說明(Y/3)≤(e/3)，即0≤Y≤e的情形，以及圖15B示例說明(Y/6)≤(e/3)≤(Y/3)，即e≤Y≤(2×e)的情形；圖16是示例說明在(e/3)＝(Y/2)，即y＝(2/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖；圖17是示例說明在(e/3)＝(Y/4)，即Y＝(4/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖；
圖18A至18F是示例說明兩端的位移的圖，其中，當(dāng)將雙眼的方向設(shè)置成與第二方向22相同時(shí)，觀察者能通過將左眼61定位到左眼放大投影區(qū)，以及將右眼62定義到右眼放大識(shí)別區(qū)來投影出三維圖像，其中，圖18A示例說明Y≤(e/3)，即0≤Y≤(e/3)的情形，圖18B示例說明(Y/2)≤(e/3)≤Y，即(e/3)≤Y≤(2/3)×e的情形，圖18C示例說明(Y/3)≤(e/3)≤(Y/2)，即(2/3)×e≤Y≤e的情形，圖18D示例說明(Y/4)≤(e/3)≤(Y/3)，即e≤Y≤(4/3)×e的情形，圖18E示例說明(Y/5)≤(e/3)≤(Y/4)，即(4/3)×e≤Y≤(5/3)×e的情形，圖18F示例說明(Y/6)≤(e/3)≤(Y/5)，即(5/3)×e≤Y≤2×e的情形；圖19是示例說明在(e/3)＝(Y/2)，即Y＝(2/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖；圖20是示例說明在(e/3)＝(Y/4)，即Y＝(4/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖；圖21是示例說明表達(dá)式48至表達(dá)式55的圖，其中水平軸表示(e/3)和Y的值，以及垂直軸表示立體視圖概率PR；圖22A和22B是示例說明根據(jù)第一實(shí)施例的改進(jìn)的手持電話的透視圖，圖22A示例說明將三維圖像顯示設(shè)備用在正常配置上的情形，以及圖22B示例說明在使用前，使三維圖像顯示設(shè)備旋轉(zhuǎn)90°的情形；圖23是示例說明用于基于根據(jù)本改進(jìn)的三維圖像顯示設(shè)備的配置方向，轉(zhuǎn)換顯示圖像的操作的流程圖；圖24是在將根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成第一方向是觀察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖；圖25是在將根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成第二方向是觀察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖；圖26是在將根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成第一方向是觀察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖；圖27是在將根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成第二方向是觀察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖；圖28是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖；圖29是示例說明沿圖28所示的線C-C′的橫截面的光學(xué)模型圖；圖30是示例說明沿圖28所示的線D-D′的橫截面的光學(xué)模型圖；圖31是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的改進(jìn)的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖；圖32是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖；圖33是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖；圖34是示例說明沿圖33所示的線E-E′的橫截面的光學(xué)模型圖；圖35是示例說明沿圖33所示的線F-F′的橫截面的光學(xué)模型圖；以及圖36是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參考附圖，詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)首先，將描述有關(guān)本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖9是示例說明在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備中的一個(gè)顯示像素的透視圖，圖10是示例說明沿圖9中所示的線A-A′的橫截面的光學(xué)模型圖，圖11是示例說明沿圖9所示的線B-B′的橫截面的光學(xué)模型圖，以及圖12是示例說明根據(jù)本實(shí)施例的便攜終端設(shè)備的透視圖。
如圖9所示，對(duì)于根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備1，從觀察者側(cè)，按順序提供蠅眼透鏡3、顯示面板2和光源(未示出)。顯示面板2的例子包括透射液晶面板。顯示面板2由多個(gè)顯示像素構(gòu)成，以及一個(gè)顯示像素由具有三種原色即RGB，以條形排列的像素401至412組成。即，紅像素A401和紅像素B402彼此相鄰，以及紅像素A401和綠像素A405彼此相鄰。同樣地，紅像素B402和綠像素B406彼此相鄰。另外，藍(lán)像素A409與綠像素A405相鄰，以及藍(lán)像素B410與綠像素B406相鄰。其他像素具有相同的顏色排列關(guān)系，如圖9所示。
隨后，如圖9所示，假定連續(xù)排列相同著色像素的方向是第一方向21，以及重復(fù)排列相互不同著色像素的方向是第二方向22。第二方向22中著色像素的間距是第一方向21中間距的三分之一(1/3)。對(duì)于蠅眼透鏡3，第一方向中的曲率與第二方向中的曲率相同，以及第二方向22中的透鏡間距是第一方向21中的透鏡間距的三分之一(1/3)。換句話說，沿第一方向21和第二方向22，按2×2矩陣排列的總共四個(gè)像素(例如紅像素A401、紅像素B402、綠像素A405和綠像素B406)對(duì)應(yīng)于蠅眼透鏡3中的一個(gè)透鏡元件。其次，一個(gè)顯示單元由12個(gè)像素401至412組成。在用于防止圖像混色以及還隱藏用于將顯示信號(hào)傳送到像素的布線的各個(gè)像素間提供屏蔽單元6。
此時(shí)，在將顯示面板放置成第一方向21平行于連接觀察者雙眼的線延伸的方向的情況下，在第一方向21中排列的兩個(gè)像素基于關(guān)于對(duì)應(yīng)的蠅眼透鏡的位置關(guān)系，分別用作左眼像素和右眼像素。例如，紅像素A401和綠像素A405用作左眼像素，以及紅像素B402和綠像素B406用作右眼像素。
同樣地，在將顯示面板放置成第二方向22與雙眼的方向相同的情況下，在第二方向22中排列的兩個(gè)像素基于關(guān)于對(duì)應(yīng)的蠅眼透鏡的位置關(guān)系，分別用作左眼像素和右眼像素。例如，紅像素A401和紅像素B402用作左眼像素，以及綠像素A405和綠像素B406用作右眼像素。對(duì)于蠅眼透鏡的相鄰?fù)哥R元件，同樣地，藍(lán)像素A409和藍(lán)像素B410用作左眼像素，以及紅像素C403和紅像素D404用作右眼像素。對(duì)于蠅眼透鏡鄰近但一個(gè)透鏡元件，同樣地，綠像素C407和綠像素D408用作左眼像素，以及藍(lán)像素C411和藍(lán)像素D412用作右眼像素。
如圖10所示，第一方向21中的像素間距為P，以及蠅眼透鏡3和顯示面板2間的距離(在下文中稱為“透鏡像素距離”)為H。假定觀察面設(shè)置在具有離透鏡表面觀察距離OD的位置上，一個(gè)像素的放大投影寬度為e，以及平均瞳距為(在一般觀察者的眼間的間隔)Y。順便提及，成年男性的平均瞳距是65mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差±3.7mm，成年女性的平均瞳距是62mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差是±3.6mm(Neil A.Dodgson，“Variationand deviations of human interpupillary distance”，Proc.SPIE vol.5291)。因此，在為一般成年人設(shè)計(jì)根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備時(shí)，將平均瞳距Y適當(dāng)?shù)卦O(shè)置為62-65mm的范圍中是合適的。例如，Y＝63mm。當(dāng)雙眼的方向與第一方向21相同時(shí)，交替地排列用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素。例如，當(dāng)紅像素A401顯示左眼圖像時(shí)，紅像素B402顯示右眼圖像。
同時(shí)，如圖11所示，第二方向22中的像素間距為(P/3)，因此，一個(gè)像素的放大投影寬度為(e/3)。對(duì)于本實(shí)施例，觀察者的左眼61位于綠像素A405的放大投影區(qū)上，觀察者的右眼62位于綠像素C407的放大投影區(qū)上，以及綠像素A409的放大投影區(qū)和紅像素C403的放大投影區(qū)位于綠像素A405和綠像素C407的放大投影區(qū)之間。換句話說，從左眼61側(cè)到右眼62側(cè)按順序在左眼61和右眼62間放置綠像素A405的放大投影區(qū)以及藍(lán)像素A409的放大投影區(qū)，以及紅像素C403和綠像素C407的放大投影區(qū)。當(dāng)觀察者雙眼的方向與第二方向22相同時(shí)，交替地排列用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素。例如，當(dāng)綠像素A405、紅像素C403和藍(lán)像素C411顯示左眼圖像時(shí)，紅像素A401、藍(lán)像素A409和綠像素C407顯示右眼像素。即，在平均瞳距期間，改變左右眼圖像三次。
對(duì)于本實(shí)施例，當(dāng)j和k是自然數(shù)時(shí)，在觀察面中，在第一方向21中觀察者的平均瞳距Y和放大投影寬度e間滿足下述表達(dá)式43，例如，滿足下述表達(dá)式44，以及例如，滿足下述表達(dá)式45。注意，下述表達(dá)式45是在下述表達(dá)式44中，k＝1的情形。
(表達(dá)式43)e3≠Y2×j]]>(表達(dá)式44)Y3×(2×k-1)+12<e3<Y3×(2×k-1)-12]]>(表達(dá)式45)Y3.5<e3<Y2.5]]>注意，在觀察者的平均瞳距期間，用于轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)為N，而且N是奇數(shù)，上述表達(dá)式43和44能分別表示為下述表達(dá)式46和47。
(表達(dá)式46)Y/(N+1)＜e/3＜Y/(N-1)(表達(dá)式47)Y/(N+1/2)＜e/3＜Y/(N-1/2)在圖11中，在觀察者平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左和右圖像的次數(shù)為3，但根據(jù)觀察者的雙眼的位置，該次數(shù)變?yōu)?。此時(shí)，在將奇數(shù)3用作值N的情況下，上述表達(dá)式47與上述表達(dá)式45相同。
同時(shí)，如圖12所示，能將根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備1安裝在便攜終端設(shè)備，例如象手持電話9中。
接著，描述有關(guān)根據(jù)本實(shí)施例、具有上述結(jié)構(gòu)的三維圖像顯示設(shè)備1的操作，即根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示方法。首先，將描述有關(guān)三維圖像顯示設(shè)備1放置成觀察者的雙眼的方向與第一方向21相同的情形。圖13是在根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成第一方向與雙眼的方向相同的情形中的操作的光學(xué)模型圖。如圖9和圖13所示，首先，接通光源10。在接通光源10后，從光源10發(fā)出的光投射到顯示面板2中。另一方面，控制設(shè)備(未示出)驅(qū)動(dòng)顯示面板2，控制每個(gè)左眼像素和每個(gè)右眼像素分別顯示左眼圖像和右眼圖像。此時(shí)，顯示面板2在由像素401、405、409、403、407和411組成的像素組(在下文中稱為“第一像素組”)和由像素402、406、410、404、408和412組成的像素組(在下文中，稱為“第二像素組”)上顯示相互不同的眼睛圖像。例如，顯示面板2在第一像素組上顯示左眼圖像，以及在第二像素組上顯示右眼圖像。
接著，投射到顯示面板2的左眼像素和右眼像素中的光透過這些像素，并進(jìn)入蠅眼透鏡3。由蠅眼透鏡3折射光，透過顯示面板2的第一像素組的光進(jìn)入?yún)^(qū)域EL1，以及透過第二像素組的光進(jìn)入?yún)^(qū)域ER1。此時(shí)，在觀察者將左眼61定位到區(qū)域EL1，以及使右眼62定位到區(qū)域ER1后，將左眼圖像輸入到左眼61，以及還將右眼圖像輸入到右眼62。在用左眼和右眼觀察的圖像間存在視差的情況下，觀察者能將由顯示面板2顯示的圖像識(shí)別為三維圖像。
接著，將描述有關(guān)將三維圖像顯示設(shè)備1放置成雙眼的方向與第二方向22相同的情形。圖14是示例說明在將根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成第二方向與雙眼的方向相同的情形中的操作的光學(xué)模型圖。如圖9和14所示，控制設(shè)備(未示出)驅(qū)動(dòng)顯示面板2來在由像素401、402、409、410、407和408組成的像素組(在下文中稱為“第三像素組”)和由像素405、406、403、404、411和412組成的像素組(在下文中，稱為“第四像素組”)上顯示相互不同的眼睛圖像。例如，顯示面板2在第三像素組上顯示右眼圖像，以及在第四像素組上顯示左眼圖像。
其次，接通光源10，從光源10發(fā)出的光透過顯示面板2上的每個(gè)像素，并進(jìn)入蠅眼透鏡3。由蠅眼透鏡3折射光，以及透過顯示面板2的第三像素組的光以及透過第四像素組的光在相互不同的方向中進(jìn)入。更具體地說，從藍(lán)像素A409發(fā)出的光和從紅像素C403發(fā)出的光分別通過相應(yīng)的透鏡元件3b投射在區(qū)域ER0和區(qū)域EL0上。同樣地，從紅像素A401發(fā)出的光和從綠像素A405發(fā)出的光分別通過相應(yīng)的透鏡元件3a投射在區(qū)域ER0和區(qū)域EL0上，從藍(lán)像素C407發(fā)出的光和從藍(lán)像素C411發(fā)出的光分別通過相應(yīng)的透鏡元件3c投射在區(qū)域ER0和區(qū)域EL0上。同時(shí)，從紅像素A401發(fā)出的光以及從綠像素A405發(fā)出的光透過與對(duì)應(yīng)透鏡元件3a相鄰的透鏡元件3b，然后投射在區(qū)域ER2和區(qū)域EL1上。同樣地，從綠像素C407發(fā)出的光和從藍(lán)像素C411發(fā)出的光透過與對(duì)應(yīng)的透鏡元件3c相鄰的透鏡元件3b，然后投射在區(qū)域ER1和區(qū)域EL2上。因此，從用于顯示左眼圖像的像素發(fā)出的光投射在區(qū)域EL0、EL1或EL2上，以及從用于顯示右眼圖像的像素發(fā)出的光投射在區(qū)域ER0、ER1或ER2上。
此時(shí)，在觀察者將左眼61定位到用于左眼的光投射的區(qū)域EL0、EL1或EL2上，以及將右眼62定位到用于右眼的光投射的區(qū)域ER0、ER1或ER2上后，使左眼圖像輸入左眼61，以及使右眼圖像輸入右眼62。在左眼圖像和右眼圖像包括視差的情況下，觀察者能將由顯示面板2顯示的圖像識(shí)別為三維圖像。
接著，描述有關(guān)限制數(shù)值的原因。更具體地說，將描述有關(guān)上述表達(dá)式43至45成立的原因。將描述有關(guān)當(dāng)觀察者隨意將他/她自己的雙眼放到三維圖像顯示設(shè)備的觀察面上時(shí)，允許立體視圖的可能性(在下文中，稱為“立體視圖概率”)。
首先，將描述將雙眼的方向設(shè)置成與第一方向21相同的情形。圖15A和15B是示例說明當(dāng)將雙眼的方向設(shè)置成與第一方向21相同時(shí)，觀察者能通過將左眼61定位到左眼放大投影區(qū)，以及將右眼62定位到右眼放大投影區(qū)識(shí)別三維圖像的兩端的位移的圖，圖15A示例說明(Y/3)≤(e/3)，即0≤Y≤e的情形，以及圖15B示例說明(Y/6)≤(e/3)≤(Y/3)，即e≤Y≤(2×e)的情形。在圖15A和15B中，在觀察面上，投影左眼圖像的區(qū)域用粗線表示，以及投影右眼圖像的區(qū)域用細(xì)線表示。同時(shí)，假定左眼放大投影區(qū)和右眼放大投影區(qū)間的邊界點(diǎn)為原點(diǎn)O。圖16是示例說明在(e/3)＝(Y/2)，即Y＝(2/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖，以及圖17是示例說明在(e/3)＝(Y/4)，即Y＝(4/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖。如上所述，在雙眼的方向與第一方向21相同的情況下，一個(gè)像素的放大投影區(qū)寬度為e，因此，彼此相鄰的左和右像素對(duì)的放大投影區(qū)寬度為(2×e)。因此，假定這一長(zhǎng)度(2×e)的區(qū)域?yàn)榛締卧獏^(qū)域，將描述有關(guān)左眼61和右眼62間的中點(diǎn)63的位置以便獲得這一基本單元區(qū)內(nèi)的立體視圖。
(1-1)(Y/3)≤(e/3) (0≤Y≤e)的情形如圖15A所示，在左眼61和右眼62間的中點(diǎn)63與原點(diǎn)O間的距離E為(Y/2)或更小的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，當(dāng)觀察者隨意將他/她自己的雙眼定位到三維圖像顯示設(shè)備的觀察面上時(shí)，通過下述表達(dá)式48，獲得允許立體視圖的立體視圖概率PR。
(表達(dá)式48)PR＝(2×E)/(2×e)＝2×(Y/2)/(2×e)＝Y(jié)/(2×e)(1-2)(Y/6)≤(e/3)≤(Y/3) (e≤Y≤(2×e))的情形如圖15B所示，在中點(diǎn)63和原點(diǎn)O間的距離E為(e-(Y/2))或更小的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，通過下述表達(dá)式49，獲得立體視圖概率PR。
(表達(dá)式49)PR＝2×E/(2×e)＝2×(e-Y/2)/(2×e)＝1-Y/(2×e)
如從表達(dá)式48和49能理解到，當(dāng)(e/3)的值在上述(1-1)的范圍內(nèi)時(shí)，立體視圖概率PR簡(jiǎn)單增加，當(dāng)(e/3)的值為(Y/3)時(shí)，達(dá)到最大值，以及當(dāng)(e/3)的值在上述(1-2)的范圍內(nèi)時(shí)，簡(jiǎn)單地減小。
接著，根據(jù)(e/3)的幾個(gè)值，計(jì)算立體視圖概率PR的值。從表達(dá)式48可知，在(e/3)為無(wú)窮大(∞)，即Y＝0的情況下，PR變?yōu)榱?。同時(shí)，如圖16所示，在(e/3)＝(Y/2)，即Y＝(2/3)×e的情況下，PR變?yōu)?/3，即約0.33。此外，在(e/3)＝(Y/3)，即Y＝e的情況下，從表達(dá)式48可知，PR變?yōu)?/2，即0.5。此外，如圖17所示，在(e/3)＝(Y/4)，即Y＝(4/3)×e的情況下，從表達(dá)式49可知，PR變?yōu)?/3，即約0.33。此外，在(e/3)＝(Y/6)，即Y＝2×e的情況下，，從表達(dá)式49可知，PR變?yōu)?。
接著，描述有關(guān)在將雙眼的方向設(shè)置成與第二方向22相同的情況下的立體視圖概率。圖18A至18F是示例說明當(dāng)將雙眼的方向設(shè)置成與第二方向22相同時(shí)，觀察者能通過將左眼61定位到左眼放大投影區(qū)，以及右眼62定位到右眼放大投影區(qū)來識(shí)別三維圖像的兩端的位移的圖，圖18A示例說明Y≤(e/3)，即0≤Y≤(e/3)的情形，圖18B示例說明(Y/2)≤(e/3)≤Y，即(e/3)≤Y≤(2/3)×e的情形，圖18C示例說明(Y/3)≤(e/3)≤(Y/2)，即(2/3)×e≤Y≤e的情形，圖18D示例說明(Y/4)≤(e/3)≤(Y/3)，即e≤Y≤(4/3)×e的情形，圖18E示例說明(Y/5)≤(e/3)≤(Y/4)，即(4/3)×e≤Y≤(5/3)×e的情形，圖18F示例說明(Y/6)≤(e/3)≤(Y/5)，即(5/3)×e≤Y≤2×e的情形。在圖18A至18F中，在觀察面中，投影左眼圖像的區(qū)域用粗線表示，以及投影右眼圖像的區(qū)域用細(xì)線表示。同時(shí)，假定左眼放大投影區(qū)和右眼放大投影區(qū)間的邊界點(diǎn)為原點(diǎn)O。
同時(shí)，圖19是示例說明在(e/3)＝(Y/2)，即Y＝(2/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖，以及圖20是示例說明在(e/3)＝(Y/4)，即Y＝(4/3)×e的情況下的光學(xué)模型的圖。如上所述，在雙眼的方向與第二方向22相同的情況下，一個(gè)像素的放大投影區(qū)寬度為(e/3)，因此，彼此相鄰的左和右像素對(duì)的放大投影區(qū)寬度為(2×e)。因此，假定這一長(zhǎng)度(2/3)×e的區(qū)域?yàn)榛締卧獏^(qū)域，將描述有關(guān)左眼61和右眼62間的中點(diǎn)63的位置以便獲得這一基本單元區(qū)內(nèi)的立體視圖。
(2-1)Y≤(e/3) (0≤Y≤(e/3))的情形如圖18A所示，在左眼61和右眼62間的中點(diǎn)63與原點(diǎn)O間的距離E為(Y/2)或更小的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，當(dāng)觀察者隨意將他/她自己的雙眼定位到三維圖像顯示設(shè)備的觀察面上時(shí)，通過下述表達(dá)式50，獲得允許立體視圖的立體視圖概率PR。注意，在此時(shí)，用于在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N為0或1。
(表達(dá)式50)PR＝(2×E)/(2×e/3)＝2×(Y/2)/(2×e)＝(3×Y)/(2×e)(2-2)(Y/2)≤(e/3)≤Y ((e/3)≤Y≤(2/3)×e)的情形如圖18B所示，在中點(diǎn)63和原點(diǎn)O間的距離E為((e/3)-(Y/2))或更小的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，通過下述表達(dá)式51，獲得立體視圖概率PR。
(表達(dá)式51)PR＝(2×E)/((2/3)×e)＝1-(3×Y)/(2×e)(2-3)(Y/3)≤(e/3)≤(Y/2) ((2/3)×e≤Y≤e)的情形如圖18C所示，在中點(diǎn)63和基本單元區(qū)的外邊緣間的距離E為((Y/2)-(e/3))或更大的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，通過下述表達(dá)式52，獲得立體視圖概率PR。注意，在此時(shí)，用于在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N為2或3。
(表達(dá)式52)PR＝(2×E)/((2/3)×e)＝-1+(3×Y)/e(2-4)(Y/4)≤(e/3)≤(Y/3) (e≤Y≤(4/3)×e)的情形如圖18D所示，在中點(diǎn)63和基本單元區(qū)的外邊緣間的距離E為((2/3)×e-(Y/2))或更大的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，通過下述表達(dá)式53，獲得立體視圖概率PR。注意，在此時(shí)，用于在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N為3或4。
(表達(dá)式53)PR＝(2×E)/((2/3)×e)＝2-(3×Y)/(2×e)(2-5)(Y/5)≤(e/3)≤(Y/4) ((4/3)×e≤Y≤(5/3)×e)的情形如圖18E所示，在中點(diǎn)63和原點(diǎn)O間的距離E為((Y/2)-(2/3)×e)或更小的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，通過下述表達(dá)式54，獲得立體視圖概率PR。注意，在此時(shí)，用于在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N為4或5。
(表達(dá)式54)PR＝(2×E)/((2/3)×e)＝-2+(3×Y)/(2×e)(2-6)(Y/6)≤(e/3)≤(Y/5) ((5/3)×e≤Y≤2×e)的情形如圖18F所示，在中點(diǎn)63和原點(diǎn)O間的距離E為(e-(Y/2))或更小的情況下，觀察者能識(shí)別三維圖像。因此，由于允許觀察者識(shí)別三維圖像的中點(diǎn)63的位移范圍的長(zhǎng)度為(2×E)，通過下述表達(dá)式55，獲得立體視圖概率PR。注意，在此時(shí)，用于在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N為5或6。
(表達(dá)式55)
PR＝(2×E)/((2/3)×e)＝3-(3×Y)/(2×e)表達(dá)式50至55是相互連續(xù)的函數(shù)，當(dāng)(e/3)的值處于上述(2-1)、(2-2)和(2-5)的范圍內(nèi)時(shí)，立體視圖概率PR簡(jiǎn)單地增加，當(dāng)(e/3)的值位于上述(2-2)、(2-4)和(2-6)的范圍中時(shí)，簡(jiǎn)單地減少，當(dāng)(e/3)的值為(Y/5)、(Y/3)和Y時(shí)，達(dá)到最大值，以及當(dāng)(e/3)的值為(Y/4)和(Y/2)時(shí)，達(dá)到最小值。在表1中概述了上述表達(dá)式49至55。
表1 接著，根據(jù)(e/3)的幾個(gè)值，計(jì)算立體視圖概率PR的值。從表達(dá)式50可知，在(e/3)為無(wú)窮大(∞)，即Y＝0的情況下，PR變?yōu)?。同時(shí)，在(e/3)＝Y(jié)的情況下，PR變?yōu)?/2，即0.5。此外，從表達(dá)式51和52可以看出，如圖19所示，在(e/3)＝(Y/2)，即Y＝(2/3)×e的情況下，PR變?yōu)榱?。此外，?e/3)＝(Y/3)，即Y＝e的情況下，從表達(dá)式52和53可以看出，PR變?yōu)?/2，即0.5。此外，從表達(dá)式53和54可以看出，如圖20所示，在(e/3)＝(Y/4)，即Y＝(4/3)×e的情況下，PR變?yōu)?。此外，從表達(dá)式54和55可以看出，在(e/3)＝(Y/5)，即Y＝(5/3)×e的情況下，PR變?yōu)?/2，即0.5。此外，從表達(dá)式55可以看出，在(e/3)＝(Y/6)，即Y＝(2×e)的情況下，PR變?yōu)榱恪?br> 圖21是示例說明表達(dá)式48至55的圖，其中水平軸表示(e/3)和Y的值，以及垂直軸表示立體視圖概率PR。注意圖21中的垂直軸按百分比(％)。同時(shí)，將當(dāng)雙眼的方向是第一方向時(shí)的立體視圖概率(表達(dá)式48和49)用實(shí)線表示，將當(dāng)雙眼的方向是第二方向時(shí)的立體視圖概率(表達(dá)式50至55)用虛線表示。如從圖21能理解到，將三維圖像顯示設(shè)備安置成第一方向21是觀察者的雙眼的方向時(shí)的立體視圖概率的周期快于當(dāng)三維圖像顯示設(shè)備安置成第二方向22變?yōu)殡p眼的方向時(shí)的立體視圖概率三倍。注意，即使在除(Y/6)＜(e/3)外的范圍中的情況下，能在立體視圖概率和(e/3)的值間識(shí)別出類似的周期性。
換句話說，如圖21所示，只要在第二方向22中的像素的放大投影區(qū)的周期(e/3)滿足下述表達(dá)式56，即使雙眼的方向是第一方向21或第二方向22的任一個(gè)，觀察者能識(shí)別出具有大于零的概率的三維圖像。注意下述表達(dá)式56是與表達(dá)式43相同表達(dá)式。
(表達(dá)式56)e/3≠Y/(2×j)同時(shí)，如果(e/3)的值滿足下述表達(dá)式57，(e/3)的值包括在圖21所示的區(qū)域31中。注意下述表達(dá)式57是與表達(dá)式44相同的表達(dá)式。因此，即使將雙眼的方向設(shè)置成第一方向21或第二方向22的任一個(gè)，能獲得高的立體視圖概率。即，從表達(dá)式48和表達(dá)式49可以看出，在將雙眼的方向設(shè)置成第一方向21的情況下的立體視圖概率PR變?yōu)?2至50％。另一方面，從表達(dá)式52和表達(dá)式53可以看出，在將雙眼的方向設(shè)置成第二方向22的情況下的立體視圖概率PR變?yōu)?5至50％。對(duì)于本實(shí)施例，(e/3)的值滿足例如下述表達(dá)式58。
(表達(dá)式57)Y3×(2×k-1)+12<e3<Y3×(2×k-1)-12]]>(表達(dá)式58)Y3.5<e3<Y2.5]]>更優(yōu)選地，如圖21所示，(e/3)的值滿足下述表達(dá)式59。注意對(duì)于下述表達(dá)式59，如果k＝1，那么(e/3)＝(Y/3)，即Y變?yōu)榈扔趀。這等于圖21所示的交叉點(diǎn)32。在這種情況下，即使將雙眼的方向設(shè)置成第一方向21或第二方向22的任一個(gè)，立體視圖概率PR變?yōu)?0％，由此，觀察者能獲得三維圖像的最大可見度。
(表達(dá)式59)e3=Y3×(2×k-1)]]>注意，相對(duì)于平均瞳距Y的(e/3)的值越小，在平均瞳距期間，用于轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)越多。因此，即使有相同的立體視圖概率，用于允許立體視圖的范圍和用于禁止立體的范圍間的排列周期變短，導(dǎo)致觀察者難以將他/她的雙眼定位到用于允許立體視圖的區(qū)域上。因此，滿足Y/6＜e/3是優(yōu)選的。因此，在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N變?yōu)?或更小。注意這一范圍等于圖21中的范圍35(Y/6＜e/3＜Y/4)、范圍30(Y/4＜e/3＜Y/2)以及范圍33(Y/2＜e/3)。
根據(jù)本實(shí)施例，由于將放大投影區(qū)的周期設(shè)置成滿足表達(dá)式56，即使雙眼的方向是第一方向21或第二方向22中任一個(gè)，觀察者能識(shí)別出三維圖像。具體地說，如果將放大投影區(qū)的周期設(shè)置成滿足表達(dá)式57，更大地改進(jìn)三維圖像的可見度，如果周期設(shè)置成滿足表達(dá)式59，可見度進(jìn)一步提高。
同時(shí)，對(duì)于根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備，由于將蠅眼透鏡用作光學(xué)單元，與采用視差隔板的情況相比，不會(huì)出現(xiàn)由隔板透鏡引起的變黑的條紋，且光損耗小。
另外，能將根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于便攜裝置，諸如手持電話，以及能顯示良好的三維圖像。在將根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備應(yīng)用于便攜裝置的情況下，與將此應(yīng)用于大型顯示設(shè)備的情形不同，由于觀察者能任意地調(diào)整他/她雙眼和顯示屏間的位置關(guān)系，能立即找出最適當(dāng)?shù)目梢妳^(qū)。
注意如表達(dá)式16和17所示，通常將透鏡的頂點(diǎn)和一個(gè)像素間的距離H設(shè)置成與透鏡的焦點(diǎn)f相同，但也可以設(shè)置不同值。在這種情況下，即使一個(gè)像素的放大投影寬度e由于模糊顯示出大值，也應(yīng)當(dāng)將放大投影e的值處理為模擬圖像的寬度以便應(yīng)用本發(fā)明。通過使一個(gè)像素的圖像模糊，也使非顯示區(qū)的圖像模糊，從而防止由于非顯示區(qū)出現(xiàn)條紋。
同時(shí)，對(duì)于本實(shí)施例，盡管將透射液晶顯示面板用作顯示面板，顯示面板不限于此，也可以采用反射液晶顯示面板，或其每個(gè)像素包括透射區(qū)和反射區(qū)的半透射液晶顯示面板。同時(shí)，關(guān)于用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示面板的方法，可以采用有源矩陣方法，諸如TFT(薄膜晶體管)方法，以及TFD(薄膜二極管)方法，或無(wú)源矩陣方法，諸如STN(超扭曲向列液晶)方法。另外，關(guān)于顯示面板，可以采用除液晶顯示面板外的顯示面板，諸如有機(jī)電致發(fā)光顯示面板、等離子顯示面板、CRT(陰極射線管)顯示面板、LED(發(fā)光二極管)顯示面板、場(chǎng)致發(fā)射顯示面板，或PALC(等離子尋址液晶)(plasma address liquid crystal)。
此外，盡管上述描述是在使用雙視點(diǎn)的情況下，本發(fā)明不將視點(diǎn)限制于此，以及也可以采用3或更多視點(diǎn)的多個(gè)視點(diǎn)。
此外，前面描述針對(duì)顯示像素由以條形排列的具有RGB三原色的像素組成的。但是，本發(fā)明并不限于此，而是可以相似地應(yīng)用在顏色的數(shù)目不是3種，即，2種或多于4種的任何顏色數(shù)目的情況。
此外，根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備不僅能應(yīng)用于手持電話，而且能應(yīng)用于諸如便攜終端、PDA、游戲設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字錄像機(jī)等的便攜終端設(shè)備。
(第一實(shí)施例的改進(jìn))接下來，描述關(guān)于第一實(shí)施例的改進(jìn)。圖22A和22B是示例說明根據(jù)第一實(shí)施例的改進(jìn)的手持電話的透視圖，其中圖22A示例說明將三維圖像顯示設(shè)備用在正常排列上的情形，以及圖22B示例說明在使用前，使三維圖像顯示設(shè)備旋轉(zhuǎn)90°的情形。如圖22A和22B所示，對(duì)手持電話，使三維圖像顯示設(shè)備1安裝成可旋轉(zhuǎn)。三維圖像顯示設(shè)備1能安置在正常位置(在下文中，稱為“垂直排列”)，如圖22A所示，以及還能安裝在從正常位置旋轉(zhuǎn)90°的位置上(在下文中，稱為“水平排列”)，如圖22B所示。例如，通過能旋轉(zhuǎn)同時(shí)保持電連接的旋轉(zhuǎn)連接構(gòu)件(未示出)，將三維圖像顯示設(shè)備1連接到手持電話9的主體上。另外，根據(jù)本改進(jìn)的手持電話包括檢測(cè)單元(未示出)，用于檢測(cè)三維圖像顯示設(shè)備1的排列方向，以及基于排列方向檢測(cè)轉(zhuǎn)換顯示圖像以便觀察者能可視地識(shí)別出三維圖像。
接著，將描述有關(guān)根據(jù)本改進(jìn)的手持電話的操作。圖23是示例說明用于基于根據(jù)本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè)備的排列方向轉(zhuǎn)換顯示圖像的操作的流程圖。對(duì)于本改進(jìn)，為了說明，假定在垂直放置三維圖像顯示設(shè)備的情況下，雙眼的方向是第二方向22，以及在水平放置三維圖像顯示設(shè)備的情況下，為第一方向21。
在初始狀態(tài)下，用戶(觀察者)使手持電話的電源斷電。接著，如圖23的步驟S1所示，在使手持電話通電后，手持電話檢測(cè)三維圖像顯示設(shè)備1的排列方向。
接著，在檢測(cè)到垂直排列后，如步驟S2所示，手持電話在三維圖像顯示設(shè)備的每個(gè)顯示單元的第二方向中排列的像素上，顯示左右視差圖像。因此，用戶能識(shí)別出垂直排列上的三維圖像，其后流程返回到步驟S1。
另一方面，在使三維圖像顯示設(shè)備旋轉(zhuǎn)并設(shè)置成水平排列的情況下，在步驟S1，手持電話檢測(cè)到三維圖像顯示設(shè)備1設(shè)置成水平排列。在這種情況下，流程進(jìn)入步驟S3，三維圖像顯示設(shè)備1在每個(gè)顯示單元的第一方向中排列的像素上，顯示左右視差圖像。因此，用戶能識(shí)別出水平排列上的三維圖像，其后流程返回到步驟S1。
如上所述，盡管垂直排列時(shí)三維圖像顯示設(shè)備在第二方向中排列的像素上顯示視差圖像，應(yīng)當(dāng)在第一方向中排列的像素上顯示相同的信息。因此，即使在垂直方向中改變觀察角的情況下，也能獲得廣視角。同時(shí)，可以在第一方向中排列的像素上顯示不同信息。因此，通過簡(jiǎn)單地將用于觀察三維圖像顯示設(shè)備的觀察角改變成垂直方向，能獲得不同信息。這在水平排列時(shí)是相同的。
如上所述，通過本改進(jìn)，通過僅旋轉(zhuǎn)三維圖像顯示設(shè)備，而不旋轉(zhuǎn)手持電話本身，也能轉(zhuǎn)換用于顯示圖像的方向。同時(shí)，通過與三維圖像顯示設(shè)備的方向合作，檢測(cè)三維圖像顯示設(shè)備的方向的檢測(cè)單元，也能轉(zhuǎn)換用于顯示圖像的方向。
(第二實(shí)施例)接著，將描述有關(guān)本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖24是在將根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成上述第一方向變?yōu)橛^察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖。圖25是在將根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成上述第二方向是觀察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖。本實(shí)施例是與第一實(shí)施例相比，像素的放大率增加，(e/3)的值包括在圖21的范圍33中的情況。換句話說，(e/3)的值滿足下述表達(dá)式60。在這種情況下，在將三維圖像顯示設(shè)備放置成第二方向22變?yōu)殡p眼的方向的情況下，根據(jù)雙眼的位置，在平均瞳距期間，轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)N變?yōu)?或1，在定位雙眼以便識(shí)別三維圖像的情況下，N變?yōu)?。
(表達(dá)式60)(Y/2)＜(e/3)同時(shí)，如圖21所示，如果(e/3)的值設(shè)置成等于表達(dá)式48和表達(dá)式51間的交叉點(diǎn)34，在將雙眼的方向設(shè)置成第一方向21的情況下的立體視圖概率PR等于在將雙眼的方向設(shè)置成第二方向22的情況下的立體視圖概率PR，由此能在垂直排列和水平排列上獲得相同的可見度。從表達(dá)式48和表達(dá)式51，在交叉點(diǎn)34處(e/3)的值變?yōu)槿缭谙率霰磉_(dá)式61中所示的值，以及在雙眼的方向是第一方向21的情況下，或雙眼的方向是第二方向22的情況下，那時(shí)的立體視圖概率PR變?yōu)?5％。因此，最好將(e/3)的值設(shè)置成如下述表達(dá)式61所示的值。通常，注意到能如表達(dá)式62中所示的那樣，表示下述表達(dá)式61。下述表達(dá)式61是下述表達(dá)式62中k＝1的情形。除上述結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
(表達(dá)式61)(e/3)＝(Y/1.5)(表達(dá)式62)e3=Y3×(2×k-1)-32]]>(第三實(shí)施例)接下來，將描述有關(guān)本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖26是在將根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成上述第一方向變?yōu)橛^察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖，圖27是在將根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備放置成上述第二方向是觀察者的雙眼的方向的情況下的光學(xué)模型圖。本實(shí)施例是與第一實(shí)施例相比像素的放大率減少的情形，在第二方向22中的像素放大投影寬度e/3對(duì)于平均瞳距滿足下述表達(dá)式63。這等于在圖21中所示的范圍35。在這種情況下，在將三維圖像顯示設(shè)備放置成第二方向22變?yōu)殡p眼的方向的情況下，根據(jù)兩眼的位置，在觀察者平均瞳距期間轉(zhuǎn)換左右圖像的次數(shù)變?yōu)?至6，在定位雙眼以便識(shí)別三維圖像的情況下，N變?yōu)?。
(表達(dá)式63)(Y/6)＜(e/3)＜(Y/4)同時(shí)，如圖21所示，如果(e/3)的值設(shè)置成等于表達(dá)式49和表達(dá)式54間的交叉點(diǎn)36，在將雙眼的方向設(shè)置成第一方向21的情況下的立體視圖概率PR等于在將雙眼的方向設(shè)置成第二方向22的情況下的立體視圖概率PR，由此能在垂直排列和水平排列上獲得相同的可見度。從表達(dá)式50和表達(dá)式55可知，在交叉點(diǎn)36處(e/3)的值變?yōu)槿缭谙率霰磉_(dá)式64中所示的值，以及在雙眼的方向是第一方向21的情況下，或雙眼的方向是第二方向22的情況下，那時(shí)的立體視圖概率PR變?yōu)?5％。因此，最好將(e/3)的值設(shè)置成如下述表達(dá)式64所示的值。通常，注意到諸如表達(dá)式65中所示那樣，表示下述表達(dá)式64。下述表達(dá)式64是下述表達(dá)式65中k＝1的情形。除上述結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
(表達(dá)式64)(e/3)＝(Y/4.5)(表達(dá)式65)e3=Y3×(2×k-1)+32]]>
(第四實(shí)施例)接著，將描述有關(guān)本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖28是示例說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖，圖29是示例說明沿圖28所示的線C-C′的橫截面的光學(xué)模型圖，以及圖30是示例說明沿圖28所示的線D-D′的橫截面的光學(xué)模型圖。如圖28所示，對(duì)于第四實(shí)施例，顯示面板2上的像素按方形排列，其中第一方向21中的間距和第二方向22中的間距彼此相等。對(duì)每個(gè)顯示單元，按(2×2)矩陣排列用于第一方向21中的左右雙視點(diǎn)的像素以及用于第二方向22中的左右雙視點(diǎn)的像素由此構(gòu)成像素矩陣。像素的形狀是方形，因此，像素矩陣的形狀也是方形。此外，在顯示面板2上的矩陣中排列多個(gè)像素矩陣。
同時(shí)，對(duì)蠅眼透鏡3，將其一個(gè)透鏡元件放置成對(duì)應(yīng)于由(2×2)像素組成的一個(gè)像素矩陣。換句話說，按矩陣排列透鏡元件。在所示的例子中，由紅像素A401、紅像素B402、紅像素C403和紅像素D404組成的像素矩陣對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件。同樣地，由綠像素A405、綠像素B406、綠像素C407和綠像素D408組成的像素矩陣對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件，以及由藍(lán)像素A409、藍(lán)像素B410、藍(lán)像素C411和藍(lán)像素D412組成的像素矩陣對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件，以及由青像素A413、青像素B414、青像素C415和青像素D416組成的像素矩陣對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件。由于像素的形狀為方形，第一方向中透鏡間距與第二方向中的透鏡間距相同。屬于一個(gè)像素矩陣的四個(gè)像素是相同顏色的像素，像素的顏色在相鄰像素矩陣之間彼此不同。
以(2×2)矩陣排列的四個(gè)像素矩陣，即以(4×4)矩陣排列的16個(gè)像素組成一個(gè)顯示單元。因此，對(duì)每個(gè)顯示單元，提供四種顏色的像素。除三原色，紅、藍(lán)和綠外，還提供青色(具有與綠色不同的光譜)像素。
同時(shí)，如圖29和30所示，觀察距離OD中的像素放大投影寬度e、透鏡的頂點(diǎn)和像素間的距離H以及第一方向中的像素間距P配置為便滿足表達(dá)式10至13。另外，在第二方向22中的像素間距P與在第一方向中的像素間距相同。除上述結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
對(duì)于本實(shí)施例，由于第一方向21中的像素間距與第二方向中的像素間距相同，也能將其他參數(shù)設(shè)置成相同值。因此，在第一和第二方向中，能將在相同觀察面中的一個(gè)像素的放大投影寬度設(shè)置成相同值。因此，即使在將三維圖像顯示設(shè)備放置在任何一個(gè)方向中的情況下，能提高三維圖像的可見度。同時(shí)，每個(gè)像素矩陣由具有相同顏色的多個(gè)像素組成。因此，能擴(kuò)展顯示面板2上的相同顏色連續(xù)區(qū)，由此有助于顯示面板的制造。除上述優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
盡管前面的描述是針對(duì)具有四種顏色或紅、藍(lán)、綠、青的像素的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明并不限于此，而是可以相似地應(yīng)用在除了這些顏色的任何四種顏色。此外，除了四種顏色之外的任何數(shù)目的顏色也可以應(yīng)用。
(第四實(shí)施例的改進(jìn))接著，將描述有關(guān)第四實(shí)施例的改進(jìn)。盡管在第四實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件的像素矩陣由具有相同顏色的像素組成，在該改進(jìn)中，像素矩陣也可以用不同顏色的像素組成。圖31是示例說明根據(jù)本改進(jìn)的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖。如圖31所示，對(duì)于本改進(jìn)，例如，一個(gè)像素矩陣由紅像素A401、綠像素B406、藍(lán)像素C411和青像素D416組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件。同樣地，一個(gè)像素矩陣由綠像素A405、藍(lán)像素B410、青像素C415和紅像素D404組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件，一個(gè)像素矩陣由藍(lán)像素A409、青像素B414、紅像素C403和藍(lán)像素D408組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件，以及一個(gè)像素矩陣由青像素A413、紅像素B402、綠像素C407和藍(lán)像素D412組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件。即，一個(gè)視點(diǎn)由不同顏色組成，因此，這一彩色排列是馬賽克顏色排列。
因此，根據(jù)本改進(jìn)的三維圖像顯示設(shè)備適合于顯示如風(fēng)景畫的圖像。另一方面，如上所述，在一個(gè)像素矩陣由具有相同顏色的像素組成的情況下，能擴(kuò)展相同顏色的連續(xù)區(qū)，存在能方便顯示面板的制造的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于本實(shí)施例及其改進(jìn)，采用其色譜彼此不同的兩種綠色像素來處理四色像素，從而提高三維圖像顯示設(shè)備的顏色可重復(fù)性。同時(shí)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)綠和白像素來代替具有不同色譜的兩種綠像素。在這種情況下，有能改進(jìn)三維圖像顯示設(shè)備的亮度的優(yōu)點(diǎn)。
(第五實(shí)施例)描述關(guān)于本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖32是示例說明根據(jù)第五實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖。第五實(shí)施例和第四實(shí)施例的差別在于組成蠅眼透鏡的透鏡元件按△排列，以及組成一個(gè)顯示單元的像素矩陣按△排列。用與第四實(shí)施相同的方式，按方形排列組成每個(gè)像素矩陣的(2×2)像素，以及一個(gè)像素矩陣由具有相同顏色的像素組成。更具體地說，一個(gè)像素矩陣由紅像素A401、紅像素B402、紅像素C403和紅像素D404組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件。同樣地，一個(gè)像素矩陣由綠像素A405、綠像素B406、綠像素C407和綠像素D408組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件，以及一個(gè)像素矩陣由藍(lán)像素A409、藍(lán)像素B410、藍(lán)像素C411和藍(lán)像素D412組成，其對(duì)應(yīng)于一個(gè)透鏡元件。接著，上述像素401至412組成一個(gè)顯示單元。
對(duì)本實(shí)施例，透鏡元件和像素矩陣按△排列，以及顯示單元能由紅、綠和藍(lán)三原色組成。因此，能改進(jìn)在第一和第二方向中的三維圖像的可見度，同時(shí)與傳統(tǒng)的彩色顯示保持一致。同時(shí)，由于△排列，能適當(dāng)?shù)仫@示風(fēng)景畫等。
(第六實(shí)施例)接著，將描述有關(guān)本發(fā)明的第六實(shí)施例。圖33是示例說明根據(jù)第六實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖，圖34是示例說明沿圖33所示的線E-E′的橫截面的光學(xué)模型圖，以及圖35是示例說明沿圖33所示的線F-F′的橫截面的光學(xué)模型圖。盡管第一實(shí)施例將蠅眼透鏡用作光學(xué)單元，本實(shí)施例將兩個(gè)雙面透鏡用作光學(xué)單元。更具體地說，如圖33所示，從觀察者側(cè)依次在三維圖像顯示設(shè)備1中提供雙面透鏡51、雙面透鏡52、顯示面板2和光源(未示出)。
沿第一方向21排列由其縱向與第二方向22相同的雙面透鏡51所組成的多個(gè)柱面透鏡。同時(shí)，沿第二方向22排列由其縱向與第一方向21相同的雙面透鏡52所組成的多個(gè)柱面透鏡。因此，雙面透鏡51和雙面透鏡52重疊以便柱面透鏡的縱向彼此垂直。另外，放置雙面透鏡51，其透鏡面面對(duì)觀察者(未示出)，以及放置雙面透鏡52，其透鏡面面對(duì)顯示面板2。換句話說，透鏡51的平面(透鏡面的相對(duì)面)面對(duì)透鏡52，以及透鏡52的透鏡面面對(duì)顯示面板。此外，雙面透鏡51的透鏡間距是雙面透鏡52的透鏡間距的三倍。
如圖34所示，對(duì)觀察距離OD、觀察距離OD中的像素放大投影寬度e、透鏡51的頂點(diǎn)和像素間的距離H以及第一方向21中的像素間距P，從表達(dá)式1和2，建立下述表達(dá)式66至68。
(表達(dá)式66)n×sinα＝sinβ(表達(dá)式67)OD×tanβ＝e(表達(dá)式68)H×tanα＝P
如圖35所示，對(duì)觀察距離OD、觀察距離OD中的像素放大投影寬度e、透鏡52的頂點(diǎn)和像素間的距離H2以及第二方向22中的像素間距P/3，建立下述表達(dá)式69至71。
(表達(dá)式69)n×sinα2＝sinβ2(表達(dá)式70)(OD+H-H2)×tanβ2＝e(表達(dá)式71)H2×tanα2＝P/3通過由表達(dá)式66至68計(jì)算透鏡51和像素間的距離H，以及由表達(dá)式69至71計(jì)算透鏡52和像素間的距離H2，能獲得雙面透鏡51和52的位置。
由于根據(jù)本實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備能獨(dú)立地設(shè)置兩個(gè)雙面透鏡的頂點(diǎn)和像素間的距離，能在第一方向和第二方向中獨(dú)立地設(shè)置像素放大投影寬度。因此，在第一方向和第二方向中能將在相同觀察面中的像素放大投影寬度設(shè)置成相同值。因此，即使雙眼的方向設(shè)置成與第一方向21或第二方向22相同，也能提高三維圖像的可見度。同時(shí)，在沿第二方向重復(fù)地排列三色像素的情況下，通過將雙面透鏡51的透鏡間距設(shè)置成是雙面透鏡52的透鏡間距的三倍，第一方向中圖像的分辨率能與第二方向中的分辨率彼此相同。除上述結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點(diǎn)外，該實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
注意可以將雙面透鏡52的透鏡面放置在觀察者側(cè)上，但對(duì)于本實(shí)施例，如果透鏡51的平面以及透鏡52的平面放置成彼此面對(duì)，能將透鏡52和像素間的距離H2設(shè)置成透鏡51的頂點(diǎn)和像素間的距離H的1/3的值，從而能夠處理更小的距離H2，因此，能將本發(fā)明應(yīng)用于具有小像素間距P的高度精細(xì)面板。因此，根據(jù)本發(fā)明，將透鏡51和透鏡52放置成透鏡51的平面和透鏡52的平面彼此面對(duì)。
同時(shí)，在雙面透鏡51和雙面透鏡52之間放置如偏振板的光學(xué)薄膜(未示出)，能夠處理更小距離H2，因此，此配置對(duì)三維圖像顯示設(shè)備的精細(xì)度是有效的。此外，可以采用在其上形成狹縫的兩個(gè)視差隔板，代替兩個(gè)雙面透鏡51和52。此時(shí)，兩個(gè)視差隔板上的狹縫的縱向彼此垂直。接著，與另一視差隔板相比，最好在遠(yuǎn)離顯示面板的位置上，放置狹縫的縱向是第二方向，以及狹縫的排列方向是第一方向的視差隔板中的一個(gè)，以及最好將上述視差隔板的一個(gè)中的狹縫的排列間距設(shè)置成是另一個(gè)視差隔板的三倍。
此外，盡管前面的描述是針對(duì)具有三種顏色或紅、藍(lán)、和綠的像素的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明并不限于此，而是可以相似地應(yīng)用在除了三種顏色的任何數(shù)目的顏色。如果給定顏色的數(shù)目Z，前述雙面透鏡中的一個(gè)被給定透鏡間距是另一個(gè)雙面透鏡的透鏡間距的Z倍是優(yōu)選地。對(duì)于視差隔板也同樣成立。也就是說，前述視差隔板中的一個(gè)的狹縫排列間距被給定為另一個(gè)視差隔板的狹縫排列間距的Z倍是優(yōu)選地。
(第七實(shí)施例)接著，描述有關(guān)本發(fā)明的第七實(shí)施例。圖36是示例說明根據(jù)第七實(shí)施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖。如圖36所示，本實(shí)施例和第一實(shí)施例間的差別在于提供視差隔板7代替顯示面板2的觀察者側(cè)上的蠅眼透鏡3。另外，在視差隔板7上的矩陣中形成針孔8。除上述結(jié)構(gòu)外，本實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
對(duì)于本實(shí)施例，提供隔板代替透鏡，從而防止由于透鏡的表面反射而出現(xiàn)條紋，以及進(jìn)一步防止由于這一條紋而損害顯示質(zhì)量。除上述優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
注意，可以在顯示面板2的后面?zhèn)壬咸峁┮暡罡舭?。在這種情況下，當(dāng)者觀察圖像時(shí)，隔板不突出，從而提高可見度。另外，對(duì)于第六實(shí)施例，可以用在其上形成狹縫的視差隔板代替兩個(gè)雙面透鏡的一個(gè)。另外，在視差隔板上形成的針孔或狹縫具有有限大小，因此，使像素放大投影圖像模糊并擴(kuò)大到大的寬度。在這種情況下，本發(fā)明通過將像素放大投影寬度e的值應(yīng)用于這一模糊圖像的寬度，能應(yīng)用于此圖像。盡管擴(kuò)大狹縫寬度增加左右圖像間的串?dāng)_，但仍能實(shí)現(xiàn)高亮度顯示。此外，第七實(shí)施例是采用視差隔板代替第一實(shí)施例中采用的蠅眼透鏡的例子，同樣地，對(duì)于第二至第五實(shí)施例，也能采用在其上形成針孔狹縫的視差隔板，代替蠅眼透鏡。
權(quán)利要求
1.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于所述第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的多個(gè)顯示單元；以及光學(xué)單元，用于沿所述第一方向，將從排列在所述第一方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中，以及用于沿所述第二方向，將從排列在所述第二方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中，其中，用Z(Z表示自然數(shù))種顏色使所述用于顯示右眼圖像的像素和所述用于顯示左眼圖像的像素著色，以及沿所述第一方向連續(xù)地排列具有相同顏色的所述像素；以及其中，當(dāng)Y表示平均瞳距，e表示在所述第一方向中的一個(gè)像素的放大投影寬度，以及j是自然數(shù)時(shí)，下述表達(dá)式eZ≠Y2×j]]>成立。
2.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，當(dāng)k為自然數(shù)時(shí)，所述平均瞳距Y和所述放大投影寬度e滿足下述表達(dá)式Y(jié)Z×(2×k-1)+12<eZ<YZ×(2×k-1)-12.]]>
3.如權(quán)利要求2所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述平均瞳距Y和所述放大投影寬度e滿足下述表達(dá)式eZ=YZ×(2×k-1).]]>
4.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，當(dāng)k為自然數(shù)時(shí)，所述平均瞳距Y和所述放大投影寬度e滿足下述表達(dá)式eZ=YZ×(2×k-1)-Z2.]]>
5.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，當(dāng)k為自然數(shù)時(shí)，所述平均瞳距Y和所述放大投影寬度e滿足下述表達(dá)式eZ=YZ×(2×k-1)+Z2.]]>
6.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述平均瞳距Y和所述放大投影寬度e滿足下述表達(dá)式Y(jié)/6＜e/3。
7.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述顏色的數(shù)目Z是3。
8.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述平均瞳距Y是在62-65mm的范圍中。
9.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述光學(xué)單元是蠅眼透鏡。
10.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述光學(xué)單元是在其上以矩陣方式形成多個(gè)針孔狹縫的視差隔板。
11.如權(quán)利要求1所述的三維圖像顯示設(shè)備，所述光學(xué)單元包括第一視差隔板，在其上形成多個(gè)狹縫，其縱向在所述第一方向中延伸；以及第二視差隔板，與所述第一視差隔板重疊，在其上形成多個(gè)狹縫，其縱向在所述第二方向中延伸。
12.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于所述第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列多個(gè)顯示單元，其包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素；以及蠅眼透鏡，它的多個(gè)透鏡元件以矩陣方式排列在所述第一和第二方向中，用于沿所述第一方向?qū)乃龅谝环较蛑信帕械南袼匕l(fā)射的光分配到相互不同的方向，并且也沿所述第二方向?qū)乃龅诙较蛑信帕械南袼匕l(fā)射的光分配到相互不同的方向，其中以Z(Z表示自然數(shù))種顏色將用于顯示右眼圖像的所述像素和用于顯示左眼圖像的所述像素著色，沿所述第一方向連續(xù)排列具有相同顏色的所述像素，在所述第一方向中的所述透鏡元件的排列間距和在所述第二方向中的所述透鏡元件的排列間距相互不同。
13.如權(quán)利要求12所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中在所述第一方向中的所述透鏡元件的排列間距是在所述第二方向中的所述透鏡元件的排列間距的Z倍。
14.如權(quán)利要求12所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述顏色的數(shù)目Z是3。
15.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于所述第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列以多種顏色著色的多個(gè)像素；以及光學(xué)單元，用于沿所述第一方向，將從排列在所述第一方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中，以及用于沿所述第二方向，將從排列在所述第二方向中的像素發(fā)出的光分配到相互不同的方向中，其中，在所述第一方向中的所述像素的排列間距和在所述第二方向中的所述像素的排列間距彼此相等，所述顯示面板由多個(gè)像素矩陣組成，其中以矩陣方式，相互排列具有相同顏色的多個(gè)像素，在所述第一方向和所述第二方向中，在顯示面板上重復(fù)排列具有相互不同顏色的所述像素矩陣，以及所述光學(xué)單元由對(duì)應(yīng)于所述像素矩陣的多個(gè)光學(xué)元件組成。
16.如權(quán)利要求15所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述顯示面板由多個(gè)顯示單元組成，以及所述顯示單元由四種顏色的所述像素矩陣組成，以矩陣的方式，在所述第一方向中排列所述四種顏色中的兩種，以及在所述第二方向中排列所述四種顏色中的兩種。
17.如權(quán)利要求15所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述顯示面板由多個(gè)顯示單元組成，以及所述顯示單元由按△形狀排列的三種顏色的所述像素矩陣組成。
18.如權(quán)利要求15所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述光學(xué)單元是蠅眼透鏡。
19.如權(quán)利要求15所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述光學(xué)單元是視差隔板，在所述視差隔板上，以矩陣方式形成多個(gè)針孔狹縫。
20.如權(quán)利要求15所述的三維圖像顯示設(shè)備，所述光學(xué)單元包括第一視差隔板，在其上形成多個(gè)狹縫，其縱向在所述第一方向中延伸；以及第二視差隔板，與所述第一視差隔板重疊，在其上形成多個(gè)狹縫，其縱向在所述第二方向中延伸。
21.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于所述第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的多個(gè)顯示單元；第一雙面透鏡，在所述第二方向中，在其上排列多個(gè)柱面透鏡，其縱向在所述第一方向中延伸；以及第二雙面透鏡，位于將所述第一雙面透鏡夾到所述顯示面板的位置上，在所述第一方向中，以寬于所述第一雙面透鏡的所述柱面透鏡的排列間距的排列間距，排列其縱向在所述第二方向中延伸的多個(gè)柱面透鏡，其中，用Z(Z表示自然數(shù))種顏色使所述用于顯示右眼圖像的像素和所述用于顯示左眼圖像的像素著色，以及沿所述第一方向連續(xù)地排列具有相同顏色的所述像素。
22.如權(quán)利要求21所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述第一雙面透鏡的透鏡面被放置成面對(duì)所述顯示面板，以及所述第二雙面透鏡的透鏡面的相對(duì)側(cè)被放置成面對(duì)所述第一雙面透鏡。
23.如權(quán)利要求21所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述第二雙面透鏡的透鏡間距是所述第一雙面透鏡的透鏡間距的Z倍。
24.如權(quán)利要求21所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述顏色的數(shù)目Z是3。
25.如權(quán)利要求21所述的三維圖像顯示設(shè)備，進(jìn)一步包括位于所述第一雙面透鏡和所述第二雙面透鏡間的光學(xué)薄膜。
26.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，其上在第一方向以及垂直于該第一方向的第二方向中，以矩陣方式排列包括用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的多個(gè)顯示單元；第一視差隔板，在其上形成多個(gè)狹縫，其縱向在所述第一方向中延伸；以及第二視差隔板，位于與所述顯示面板將所述第一視差隔板夾在之間的位置上，在其上形成其縱向在所述第二方向中延伸的多個(gè)狹縫，其中，用Z(Z表示自然數(shù))種顏色使所述用于顯示右眼圖像的像素和所述用于顯示左眼圖像的像素著色，沿所述第一方向連續(xù)地排列具有相同顏色的所述像素。
27.如權(quán)利要求26所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，所述第二視差隔板的狹縫的排列間距是所述第一視差隔板的狹縫的排列間距的Z倍。
28.如權(quán)利要求26所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述顏色的數(shù)目Z是3。
29.如權(quán)利要求26所述的三維圖像顯示設(shè)備，進(jìn)一步包括，位于所述第一視差隔板和所述第二視差隔板間的光學(xué)薄膜。
30.如權(quán)利要求1至29的任何一個(gè)所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中，在將所述第一方向安置成與從觀察者的右眼到左眼的方向一致的情況下，在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在所述第一方向中排列在其上分別顯示右眼圖像和左眼圖像的像素對(duì)，以及在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在所述第二方向中排列在其上顯示相互不同顏色的多個(gè)像素，以及在將所述第二方向安置成與從觀察者的右眼到左眼的方向一致的情況下，在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在所述第二方向中排列在其上分別顯示右眼圖像和左眼圖像的像素對(duì)，以及在每個(gè)顯示單元內(nèi)，在所述第一方向中排列在其上顯示相互不同顏色的多個(gè)像素。
31.一個(gè)便攜終端設(shè)備，包括主體；以及連接到所述主體上、根據(jù)權(quán)利要求1、15、21和26中的任何一個(gè)的三維圖像顯示設(shè)備。
32.如權(quán)利要求31所述的便攜終端設(shè)備，其中，所述三維圖像顯示設(shè)備連接到所述主體上以便旋轉(zhuǎn)。
33.如權(quán)利要求31所述的便攜終端設(shè)備，進(jìn)一步包括檢測(cè)單元，用于檢測(cè)對(duì)于所述主體的所述三維圖像顯示設(shè)備的位移方向，其中，所述三維圖像顯示設(shè)備基于所述檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果，在所述第一方向或所述第二方向中，轉(zhuǎn)換用于顯示右眼圖像的像素和用于顯示左眼圖像的像素的排列方向。
34.如權(quán)利要求31所述的便攜終端設(shè)備，其中，所述便攜終端設(shè)備是手持電話、便攜終端、PDA、游戲設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、或數(shù)字錄像機(jī)。
35.一種顯示面板，其上在第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向中，排列以多種顏色著色的多個(gè)像素；其中，在所述第一方向中的所述像素的排列間距與所述第二方向中的所述像素的排列間距相同；以及其中，所述顯示面板由多個(gè)像素矩陣組成，在所述像素矩陣上，以矩陣方式排列用相同顏色著色的多個(gè)像素，以及在所述第一和第二方向中，重復(fù)排列用相互不同顏色著色的所述像素矩陣。
36.如權(quán)利要求35所述的顯示面板，其中，所述顯示面板由多個(gè)顯示單元組成，以及顯示單元由四種顏色的所述像素矩陣組成，以矩陣方式在所述第一方向中排列所述四種顏色中的兩種，以及在所述第二方向中排列所述四種顏色中的兩種。
37.如權(quán)利要求35所述的顯示面板，其中，所述顯示面板由多個(gè)顯示單元組成，以及顯示單元由按△形狀排列的三種顏色的所述像素矩陣組成。
38.一種蠅眼透鏡，在其上以矩陣方式布置多個(gè)透鏡元件；其中，在所述矩陣的一個(gè)方向中的所述透鏡元件的排列間距與在垂直于所述一個(gè)方向的另一方向中的所述透鏡元件的排列間距彼此不同。
39.如權(quán)利要求38所述蠅眼透鏡，其中，所述一個(gè)方向的排列間距是所述另一方向的排列間距的三倍。
全文摘要
在用于顯示彩色三維圖像的三維圖像顯示設(shè)備中，從觀察者側(cè)按此順序提供蠅眼透鏡、顯示面板和光源。顯示面板具有按(2×2)矩陣排列、與蠅眼透鏡的一個(gè)透鏡元件相關(guān)的四個(gè)像素。在j為自然數(shù)的情況下，根據(jù)觀察者的平均瞳距Y，將在第二方向中的像素放大投影寬度e設(shè)置在下述表達(dá)式的范圍內(nèi)，e/3≠y/2xj。
文檔編號(hào)H04N13/00GK1614505SQ20041008831
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者上原伸一, 池田直康, 高梨伸彰 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社