CN1596378A - 三维显示方法及其装置 - Google Patents

Abstract

提供一种三维显示方法及其装置，通过有相邻水平显示方向图像之间的显示角范围重叠，在避免图像的不连续性的同时，可以沿水平方向显示多个图像。在水平和垂直方向上显示多个图像，其显示方向互相不一致，以及利用垂直漫射体(17)扩大全部图像的垂直显示角范围，产生全部图像公共的垂直显示角范围。在这个公共的垂直显示角范围内，全部图像有不同的水平显示方向。所以，因为图像源既沿水平方向排列又沿垂直方向排列，从而可以显示多个图像。

Description

三维显示方法及其装置

技术领域

本发明涉及三维显示方法及其装置，具体涉及这样的三维显示方法及其装置，其中沿水平和垂直方向产生不同显示方向的多个图像，因此，利用垂直漫射体(一维漫射体)仅沿垂直方向扩大每个图像的显示角范围，从而产生沿不同水平显示方向的多个图像。

背景技术

三维视觉的人体生理因素包括：双目视差，调节，转向，和运动视差。通过满足这些全部因素，能够实现自然的三维显示。

众所周知，人体有一对眼睛，在三维视觉的生理因素中，三维感觉中最重要的因素是双目视差，其中根据一对眼睛观看到水平方向上两个图像的差别而得到三维信息。

所以，作为一种三维显示***，长久以来一直使用图1所示的双目立体显示***。在图1中，参考数字1001a和1001b表示左眼和右眼；数字1002a和1002b表示左眼和右眼的反射镜；和数字1003a和1003b表示左眼和右眼的二维显示装置。二维显示装置1003a和1003b显示对应于左眼1001a和右眼1001b的图像。

这种立体显示***存在以下的问题。为了使左眼1001a和右眼1001b能够看到各自不同的图像，需要戴一付特殊的眼镜。此外，当头运动时，物体的图像并没有变化，即，不能得到所谓的运动视差。人眼不是聚焦到三维物体的有效位置，而是聚焦到二维显示装置1003a和1003b的表面，因此，这种位置的差异引起疲劳。

能够解决上述双目立体显示***问题的三维显示***是多视图三维显示***。

这种***的特点是，沿对应的方向同时显示从多个方向观看到的多个图像，而不需要戴一付特殊的眼镜。当头运动时，物体的图像发生变化，因此得到运动视差。多个人能够同时观看。此外，若观察点的数目增大到50至100时，物体的图像是平滑地切换，从而实现平滑的运动视差。而且，由于光线会聚到三维物体的有效位置，众所周知，人眼可以聚焦到三维物体的有效位置，因此，避免了立体显示***中出现的疲劳。

在多视图三维显示***中，使用一种图像仅沿水平方向发生变化的配置。这是基于这样的事实，由于人眼是沿水平方向排列，沿水平方向的图像变化在人体的三维感觉中是特别重要。若图像变化局限于水平方向，则可以减少被显示的图像数目，从而使装置简化。

所以，它的一个优点是，可以减少三维图像传输和记录时的数据量。

图2是实现多视图三维显示***的常规装置示意图。在这个示意图中，参考数字1101表示眼睛；数字1102表示双凸透镜状胶片；数字1103表示构成双凸透镜状胶片的柱面透镜；数字1104表示二维显示装置；和数字1105表示视差图像。

图3是实现多视图三维显示***的装置示意图，它的配置不同于图2中的配置。在这个示意图中，参考数字1201表示反射型漫射体；数字1202表示双凸透镜状胶片；和数字1203表示二维显示装置。

在以下的描述中，提到的二维显示装置是自发射显示装置，例如，有后照光的液晶显示板。以下提到的透射型二维显示装置是借助于光的二维调制透射率显示图像的装置，它要求有外部光源，例如，没有后照光的液晶显示板。以下提到的二维图像投影仪是形成图像在装置以外的空中或屏幕上的装置，该装置内没有显示平面，例如，视频投影仪。

如图2和3所示，作为多视图三维显示***，利用双凸透镜状胶片1102和1202的一种方法是已知的，其中柱面透镜1103是一维透镜，它是沿一个方向排列。以下描述这个双凸透镜方法的原理。

如图2所示，从各个水平方向观看到物体的多个视差图像1105分别被分成纵向长条，这些纵向长条被交叉和重新组合，使它们显示在二维显示装置1104上。当一组条形图像排列成对应于一个柱面透镜，各个视差图像1105是沿不同的水平方向显示，因此，从左眼到右眼可以看到不同的视差图像。此外，当眼睛运动时，看到的视差图像被切换。

作为显示运动和彩色图像的三维图像方法，例如，已知的一种方法是利用常规的二维图像显示装置1104，例如，液晶显示板。

如图3所示，在双凸透镜状胶片1202的背面粘贴反射型漫射体1201，因此，利用多个二维显示装置1203从不同的水平方向投影图像，也可以沿不同的水平方向显示不同的图像。当常规的视频投影仪用作二维显示装置1203时，可以显示运动和彩色图像的三维图像。

如上所述，在双凸透镜方法中，双凸透镜状胶片1102和1202是这样排列的，使柱面透镜沿水平方向排列。

作为类似于双凸透镜方法的一种方法，图4所示的视差屏障方法是已知的。在该图中，参考数字1301表示称之为视差屏障的狭缝阵列；数字1302表示单个狭缝；数字1303表示二维图像显示装置；和数字1304表示透射型二维显示装置。

图4(a)表示水平部分的示意图，构成视差屏障1302的各个狭缝1302有改变光线方向的功能，它如同双凸透镜方法中构成双凸透镜状胶片的各个柱面透镜。

图4(b)表示利用透射型二维显示装置1304时的水平部分示意图，在光传输通过视差屏障1301之后利用沿水平方向发散的光照明透射型二维显示装置1304。利用透射型液晶显示板作为透射型二维显示装置，可以显示运动和彩色图像的三维图像。

发明内容

如上所述，在多视图三维显示***中，若沿不同水平方向显示的图像数目足够大(约50至100个)，则可以完全满足三维感觉的四个人体生理学因素，为的是显示自然的三维图像。

然而，在显示运动和彩色图像时，在双凸透镜状胶片粘贴到二维显示装置的方法中，能够被显示的图像数目受到二维显示装置水平分辨率的限制。所以，由于眼睛聚焦位置与三维物体显示位置之间差异引起疲劳问题的同时，还因不能得到平滑的运动视差而产生图像不连续性。为了增大图像的数目，要求二维显示装置在水平方向比垂直方向有非常高的分辨率，这是很难实现的。在利用投影仪投影图像到反射型双凸透镜状屏幕的方法中，需要大量的投影仪，从而产生装置过于庞大的问题。

为了解决上述的问题，本发明的目的是提供一种三维显示方法及其装置，它能够沿水平方向显示更多个图像，并通过产生图像之间水平显示角范围的重叠，它能够避免图像的不连续性，这些图像有相邻的水平显示方向。

按照本发明，为了实现上述的目的：

(1)一种三维显示方法，包括以下步骤：沿水平和垂直方向二维排列多个图像源，为的是区分它们的水平显示方向；利用垂直漫射体仅沿垂直方向扩大显示角范围，产生全部图像公共的垂直显示角范围，为的是消除沿垂直显示方向的差别，并能沿不同的水平显示方向显示多个图像；和使相邻图像之间的显示角范围重叠，为的是能平滑地切换图像。

(2)一种三维显示方法，包括以下步骤：沿水平和垂直方向二维排列多个成像***，为的是沿不同的水平和垂直显示方向产生多个图像；和利用垂直漫射体仅沿垂直方向扩大显示角范围，从而沿不同的水平显示方向产生成像***数目的图像。

(3)一种三维显示方法，包括以下步骤：利用二维透镜阵列中的每个透镜作为三维显示装置中的一个像素，与二维光源阵列对应的每个透镜产生沿不同水平和垂直方向前进的多条光线；和利用垂直漫射体仅沿垂直方向扩大显示角范围，使全部二维透镜阵列沿不同的水平显示方向产生二维光源阵列中光源数目的图像。

(4)一种三维显示装置，包括：沿水平和垂直方向二维排列的二维图像投影仪阵列；二维图像投影仪阵列的图像产生侧上排列的孔径阵列；孔径阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和垂直漫射体附近产生的像平面，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

(5)一种三维显示装置，包括：沿水平和垂直方向二维排列的二维显示装置阵列；二维显示装置阵列的图像产生侧上排列的透镜阵列；透镜阵列的图像产生侧上排列的孔径阵列；孔径阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和垂直漫射体附近产生的像平面，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

(6)一种三维显示装置，包括：沿水平和垂直方向二维排列的照明光学***阵列；照明光学***阵列的图像产生侧上排列的透射型二维显示装置阵列；透射型二维显示装置阵列的图像产生侧上排列的透镜阵列；透镜阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和图像产生侧上垂直漫射体附近产生的像平面，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

(7)一种三维显示装置，包括：沿水平和垂直方向二维排列的照明光学***阵列；照明光学***阵列的图像产生侧上排列的透射型二维显示装置阵列；透射型二维显示装置阵列的图像产生侧上排列的透镜阵列；透镜阵列的图像产生侧上排列的孔径阵列；孔径阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和图像产生侧上垂直漫射体附近产生的像平面，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

(8)一种三维显示装置，包括：沿水平和垂直方向二维排列的光源阵列；光源阵列的图像产生侧上排列的微透镜；和微透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体以构造一个像素，且显示平面是由像素的二维阵列构成，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

(9)一种三维显示装置，包括：沿水平和垂直方向二维排列的光源阵列；光源阵列的图像产生侧上排列的针孔；和针孔的图像产生侧上排列的垂直漫射体以构造一个像素，且显示平面是由像素的二维阵列构成，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

(10)一种三维显示装置，包括：发散光源；发散光源的图像产生侧上排列的透射型光调制器阵列；和透射型光调制器阵列的图像产生侧上排列的垂直漫射体以构造一个像素，且显示平面是由像素的二维阵列构成，其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

附图说明

图1是常规双目立体显示***的说明图。

图2是利用双凸透镜状胶片实现多视图三维显示***的常规装置方框图。

图3是利用反射型双凸透镜状胶片实现多视图三维显示***的常规装置方框图。

图4是是利用视差挡板实现多视图三维显示***的常规装置方框图。

图5是图像源显示角范围的二维排列和通过扩大垂直显示角范围实现沿水平方向产生高密度图像的说明图，它说明本发明的原理。

图6是本发明第一个实施例的三维显示装置方框图(No.1)。

图7是本发明第一个实施例的三维显示装置方框图(No.2)。

图8是按照本发明第一个实施例的多重成像***中的显示方向说明图。

图9是按照本发明第一个实施例的显示角范围说明图。

图10是本发明第一个实施例中二维显示装置附近的改进三维显示装置的方框图。

图11是双凸透镜状胶片的功能说明图。

图12是本发明第二个实施例的三维显示装置方框图。

图13是按照本发明第二个实施例具有微透镜的显示方向说明图。

图14是按照本发明第二个实施例的显示角范围说明图。

图15是本发明第二个实施例中二维显示装置附近的改进三维显示装置的方框图。

具体实施方式

以下详细地描述本发明的实施例。

首先，描述本说明书中使用的术语。从图像显示平面发射的光线发射角称之为显示角；当光线发射角局限于某个角度范围内时，这个角度范围称之为显示角范围；其中发射角是从像平面的法线测量的。就是说，在观察像平面时，仅仅在显示角范围内可以观看到图像。显示角范围的中心方向称之为显示方向。此外，用于图像显示的二维显示装置和光源阵列统称为图像源。

图5是多个图像源显示角范围的二维排列和通过扩大垂直显示角范围实现沿水平方向产生高密度图像的说明图，它说明本发明的原理；图5(a)表示图像源显示角范围的二维排列；而图5(b)表示通过扩大垂直显示角范围产生公共的垂直显示角范围。

在这些附图中，参考数字1表示图像的显示角范围；数字2表示水平显示角；数字3表示垂直显示角；数字4表示沿垂直方向扩大的每个图像的显示角范围；和数字5表示公共的垂直显示角范围。

在过去，为了显示沿不同水平显示方向的图像，图像源仅沿水平方向排列。按照本发明，通过沿水平方向和垂直方向排列图像源，就可以排列多个图像源。当图像源是沿二维方向排列时，以下的实施例中要描述这种情况，图像的显示角范围也是沿二维方向分布。其中全部图像排列成沿不同的水平显示方向。

例如，图像源是沿二维方向排列的，每个图像的显示角范围如图5(a)所示。因为图像源还沿垂直方向排列，图像的垂直显示方向之间的差异是个问题；然而，利用仅沿垂直方向漫射光的垂直漫射体(未画出)，每个图像的垂直显示角范围被扩大以产生全部图像公共的垂直显示角范围(公共垂直显示角范围)5，如图5(b)所示。在这个范围内，全部图像是沿不同的水平方向显示，因此，可以得到与全部图像沿水平方向排列的相同效应。就是说，在这个垂直显示角范围内，当观察点沿水平方向运动时，可以观察到全部图像，此外，每个图像有不同的水平显示方向。

以下详细地描述几个具体例子。

首先，描述复用像平面的配置。

图6是本发明第一个实施例的三维显示装置方框图(No.1)；图6(a)是整体的示意图；图6(b)是它的二维显示装置阵列平面图；图6(c)是它的透镜阵列平面图；和图6(d)是它的孔径阵列平面图。此外，图7是本发明第一个实施例的三维显示装置方框图(No.2)；图7(a)是它的水平部分示意图；和图7(b)是它的垂直部分示意图。

在这些附图中，参考数字10表示二维显示装置阵列；数字11表示每个二维显示装置；数字12表示透镜阵列；数字13表示每个孔径；数字14表示孔径阵列；数字15表示每个孔径；数字16表示公共透镜；数字17表示垂直漫射体；数字18表示公共像平面；和数字19表示光轴。

按照该实施例，像平面被复用。就是说，成像***是沿二维方向排列，因此产生沿不同水平和垂直显示方向的多个图像和利用垂直漫射体17消除沿垂直显示方向的差别。通过排列成像***使全部图像有不同的水平显示方向，可以沿不同的水平显示方向产生成像***数目的图像。

详细地说，如图7(a)和图7(b)所示，多个无焦光学***被复用。一般地说，无焦光学***是由两个透镜构成；然而，按照该实施例，利用一个公共透镜16作为图像侧上的公共透镜使光学***被复用。二维显示装置11排列在各自无焦光学***的物平面上以显示各自的图像。全部无焦光学***的图像成像在公共像平面18的相同位置。公共像平面18上的图像是沿水平和垂直方向显示，不同地对应于远焦成像***相对光轴19的位置。

参照图8对此给予描述。在这个附图中，参考数字21表示二维图像显示装置；数字22表示透镜；数字23表示孔径阵列；数字24表示公共透镜；数字25表示公共像平面；和数字26表示光轴。图8(a)是多重成像***的水平剖面示意图，它说明二维显示装置21与透镜22的组合相对光轴26的位置确定公共像平面25上图像的水平显示方向。

图8(b)是沿不同于图8(a)中垂直方向的水平剖面示意图，它说明由于二维显示装置21与透镜22的组合相对光轴26的位置与图8(a)中的位置不同，沿水平方向显示的图像与图8(a)中显示的图像不同。

图8(c)是多重成像***的垂直剖面示意图，它说明对应于二维显示装置21与透镜22的组合相对光轴26的位置确定垂直显示方向。

其中，构成无焦光学***的二维图像产生装置11，透镜13和孔径15是沿二维方向排列，因此，全部图像有不同的水平显示方向。例如，这些元件沿二维方向的排列如图6(b)至6(d)所示。此外，在多重成像***的公共像平面18附近，用于扩展光的垂直漫射体17仅沿垂直方向排列。

这样一来，虽然水平显示角范围没有变化，如图7(a)所示，而全部图像的垂直显示角范围扩大成图7(b)所示，因此，沿垂直方向产生全部图像公共的显示角范围。这对应于图5(b)所示的公共垂直显示角范围5，而在这个显示角范围内，当观察点沿水平方向运动时，可以观看到全部图像。此外，每个图像沿水平方向有不同的显示方向。

如图9所示，排列在透镜阵列32与公共透镜36之间的孔径阵列34有用于确定多重成像***产生的每个图像显示角范围的功能。如图9(a)所示，在孔径阵列34中每个孔径35是很小的情况下，每个无焦光学***产生的图像显示角范围38是很小的。

如图9(b)所示，若扩大孔径35，则显示角范围38就变得较大。按照这种方式，由于孔径35的尺寸确定图像的显示角范围38，孔径阵列34中的孔径分布与图5(a)所示显示角范围的分布近似地一致。此外，参考数字31表示二维显示装置；数字33表示每个透镜；和数字37表示公共像平面。

就是说，图6(d)与图5(a)一致。所以，当孔径很小时，在有相邻水平显示方向的图像显示角范围之间出现不连续性，因此，当眼睛沿水平方向运动时，产生图像不能观看到的范围。这种情况称之为图像不连续性。当无焦光学***仅沿水平方向排列时，不管孔径扩展到多大，使图像的显示角范围与相邻图像的显示角范围发生接触受到限制，在它们之间不能产生重叠。

然而，当无焦光学***是沿二维方向排列时，如图5(b)所示，在有相邻水平显示方向的图像显示角范围之间可以产生重叠，因此，可以避免图像不连续性，从而实现平滑的运动视差。

代替在透镜阵列32与公共透镜36之间排列孔径阵列34，通过控制从二维显示装置31发射的光发射角，可以获得与设置孔径阵列34相同的效应。

图10(a)表示利用表面发射光源40，照明透镜41，透射型二维显示装置42的构成方法。在包含照明透镜41和透镜43的成像***中，在相同位置形成表面发射光源40的图像44以及具有与孔径阵列34(见图9)中孔径35(见图9)相同的尺寸，可以控制从透射型二维显示装置42发射的光发射角。表面发射光源40还可以利用其组合中的孔径代替。

图10(b)表示利用点光源46，照明透镜41，透射型二维显示装置42的构成方法。点光源46排列在与照明透镜41相邻的位置，它接近照明透镜41的焦点45，以便利用发散光照明透射型二维显示装置42，可以控制从透射型二维显示装置42发射的光发射角。点光源46也可以利用其组合中的针孔代替。可以组合以上描述的两种构成方法。

此外，这些构成方法显然可以与孔径阵列结合。除了这些方法以外，只要可以限制从二维显示装置发射的光发射角，可以利用任何其他的方法。

作为多重成像***中的公共透镜，要求该透镜至少大于透镜阵列。因此，可以利用费涅耳透镜。与球面透镜比较，费涅耳透镜是又薄和重量又轻。除了这些透镜之外，可以利用球面反射镜，而且在这种情况下，可以利用球面反射镜使光学***中的光程折叠，从而使整个装置小型化。

作为二维显示装置，可以利用常规的二维显示装置，例如，液晶显示板。若利用小尺寸的液晶显示板，则可以沿二维方向排列多个图像，并可以显示运动和彩色图像。除此以外，可以利用任何的二维显示装置，只要它能够产生二维图像。

小尺寸液晶显示板的尺寸可以是，例如，20mm×20mm。在这种情况下，若按照该实施例沿二维方向排列时，甚至可以排列50至100个显示板，这些显示板的面积约为140mm×140mm至200mm×200mm。然而，若按照常规方式仅沿水平方向排列时，则需要约1000mm至2000mm的宽度放置显示板。

作为垂直漫射体，可以利用双凸透镜状胶片。如图11(a)所示，若光入射到有柱面透镜50的双凸透镜状胶片51，柱面透镜50是排列在其上面的一维透镜，则光仅沿柱面透镜的排列方向52漫射，而不沿与此垂直的方向漫射。

如图11(b)所示，双凸透镜状胶片51围绕光倾斜的中心沿一维方向漫射倾斜的入射光。所以，如图5所示，显示角范围仅沿垂直方向扩大，而保持入射图像的显示角范围中心。除了双凸透镜状胶片以外，可以利用全息光学元件作为垂直漫射体。除了这些以外，只要它仅沿垂直方向(一个方向)漫射光，可以利用任何的装置作为垂直漫射体。

本发明的特征是，双凸透镜状胶片排列成使柱面透镜沿垂直方向排齐，它不同于常规的双凸透镜方法。

由于多重成像***是离轴光学***，可以产生因像差引起的图像畸变。通过最佳设计诸如透镜的光学***，使像差减小以抑制图像畸变。此外，利用电路技术反向畸变二维显示装置上显示的二维图像，也可以校正图像畸变。

在两个透镜构成的无焦光学***中，这两个透镜一般是这样排列的，使两个透镜的焦平面互相一致，而物体和像平面排列在这两个透镜的其他焦平面上。

在参照图6和图7对此给予描述时，构成透镜阵列12的透镜13焦平面与公共透镜16的焦平面互相一致。在透镜13的另一个焦平面上，排列二维显示装置阵列11，而在公共透镜16的另一个焦平面，排列公共像平面18。按照该实施例，还可以利用实现二维图像显示装置与像平面之间成像关系的各种成像***。

作为构成多重成像***的无焦光学***的二维排列，除了图6(b)至6(d)所示的二维排列以外，还可以有各种排列，其中各个成像***的水平位置互相不一致。图6(b)至6(d)所示的二维排列是这样设计的，它考虑到在多重成像***的光轴19与每个无焦光学***之间的距离增大时，像差引起的图像畸变会增大。在图6(b)至6(d)中，虽然为了简单化使无焦光学***排列成有相等的间隔，但是它们不一定要排列成相等的间隔。具体地说，为了保持有相邻水平显示方向的图像角变化沿水平方向是恒定的，最好是，水平方向的间隔是随从中心到周边距离的增大而增大。

以下，描述本发明的第二个实施例。

图12是按照本发明第二个实施例的方框图；图12(a)是显示平面的示意图；图12(b)是显示平面上一个像素的结构示意图；和图12(c)是光源阵列的平面图。在这些附图中，参考数字60表示显示平面；数字61表示显示平面60上的一个像素；数字62表示光源阵列；数字63表示微透镜；数字64表示垂直漫射体；和数字65表示光源。

在这个实施例中，描述像素级复用的配置。

其中利用微透镜阵列，每个微透镜63用作三维显示装置中的一个像素。在每个微透镜63的焦平面上，设置沿二维方向排列的光源阵列62。从构成光源阵列62的每个光源65发射的光线在传输通过微透镜63之后有前进的垂直方向和水平方向，它们对应于光源65相对微透镜63的位置。参照图13对此给予描述。

图13(a)是说明一个像素水平剖面图的示意图，它说明光源71相对于微透镜72光轴73的位置确定光传输通过该透镜之后的水平前进方向。13(b)是垂直位置与图13(a)不同的水平剖面图，它说明由于光源71相对于光轴73的位置不同于图13a)中的位置，光的水平前进方向不同于图13(a)中的水平前进方向。13(c)是垂直剖面图，它说明光源71相对于光轴73的位置确定光的垂直前进方向。

其中，确定光源阵列70中光源71的二维装置，使来自全部光源的光线有不同的水平方向。例如，光源排列成如图12(c)所示。于是，当利用垂直漫射体64仅沿垂直方向扩大光前进方向时，产生来自全部光源的光线公共的垂直前进方向范围。

在这个公共垂直前进方向范围内，来自光源的光线有各不相同的水平前进方向。就是说，可以控制从微透镜发射的光线，对应于它们的水平前进方向。当每个单独微透镜用作三维显示装置中一个像素时，为的是利用全部微透镜阵列显示整个屏幕，可以显示对应于不同光水平前进方向的图像。就是说，在整个显示平面60上，所有光源阵列62内处在相同相对位置的光源组沿一个水平显示方向产生图像。就是说，可以显示构成光源阵列62中光源数目的图像。

构成光源阵列62中光源65的水平宽度确定对应图像的显示角范围。参照图14对此给予描述。

如图14(a)所示，若光源80的水平宽度81很小，则每个图像的显示角范围83就很小。如图14(b)所示，若光源80的水平宽度81增大，则每个图像的显示角范围83就增大。在这些附图中，参考数字82表示微透镜。

按照这种方式，光源80的尺寸确定每个图像的显示角范围83，因此，光源阵列62中光源的分布近似地确定显示角范围的分布，如图5(a)所示。就是说，图12(c)与图5(a)一致。所以，若每个水平宽度81很小，则在有相邻水平方向的图像显示角范围之间出现图像不连续性。因此，当观察点沿水平方向运动时，产生图像不能观看到的范围。

如同在双凸透镜方法中，当光源阵列中的光源仅沿水平方向排列时，图像的显示角范围与相邻图像的显示角范围的接触受到限制，因此，不能在它们之间产生重叠。然而，按照该实施例，当光源阵列是沿二维方向排列时，如图5(b)所示，在有相邻水平显示方向的图像显示角范围之间可以产生重叠，因此，可以避免图像的不连续性，从而实现平滑的运动视差。

在参照图12描述时，光源阵列62位于微透镜63的焦平面上。然而，由于微透镜63的功能是改变光前进方向，即使光源阵列62不是在焦平面的位置上，光前进方向发生变化，因此，给光源阵列62排列的位置不局限于微透镜63的焦平面。

此外，除了微透镜以外，如图15所示，利用针孔92可以改变光前进方向。如图15(a)所示，针孔92排列在光源阵列90的发射侧位置上，确定发射光在传输通过针孔92之后的前进方向，它对应于光源阵列90中光源91的相对位置。

此外，如图15(b)所示，利用光调制器阵列93代替光源阵列90，在光调制器阵列93的入射侧上设置针孔92也具有相同的功能。其中，光调制器是能够控制光透射率的元件。光调制器阵列93中光调制器94的相对位置确定从每个光调制器94发射的光前进方向。在这种情况下，也可以利用点光源代替针孔。除了微透镜和针孔以外，可以利用任何的装置，只要它能改变光前进方向。

作为光源阵列中光源的二维排列，除了图12(c)所示的排列以外，如果每个光源的水平位置互相不一致，则可以形成各种排列。在图12(c)中，为了简单化，所示的光源在水平和垂直方向是有相等间隔的排列；然而，它不必是相等的间隔。具体地说，为了保持有相邻水平显示方向的图像角变化沿水平方向是恒定的，最好是，沿水平方向的间隔是随从中心到周边距离的增大而增大。按照该实施例，为了使三维图像具有彩色，可以利用与常规二维显示装置中相同的技术。可以利用这样一些方法，例如，利用三个RGB基色的光源作为一个光源的方法，以及组合分别制备的三个光源组的方法，它对应于有反半射镜的三个RGB基色。

按照该实施例，光源阵列组可以代替二维显示装置。在这种情况下，可以容易地显示运动和彩色图像。二维显示装置中的一个像素对应于一个光源。然而，要求二维显示装置有唯一的像素排列，如图12(c)所示。在普通的二维显示装置中，利用正交的像素排列，可以使用这种像素排列，或利用光学元件进行光转换。按照该实施例，不要求仅沿水平方向高密度排列像素，如同常规的双凸透镜方法，而可以沿二维方向用相同密度排列像素。作为二维显示装置，可以利用高分辨率的液晶显示板。

代替实际上沿二维方向排列光源阵列组，利用扫描光学***空间扫描光源可以与二维光源排列实际相同的效应。作为扫描方法，可以利用这样一些方法，例如，沿水平和垂直方向二维扫描一个或多个光源的方法，沿垂直方向排列一维光源阵列的方法或二维光源阵列沿水平方向进行一维扫描的方法，以及沿水平方向排列一维光源阵列的方法或二维光源阵列沿垂直方向进行一维扫描的方法。

作为垂直漫射体(单方向漫射体)，可以利用双凸透镜状胶片和全息光学元件。除此以外，可以利用任何其他的装置，只要它能沿一个方向漫射光。

透镜阵列和垂直漫射可用集成元件代替，该集成元件具有这两个元件组合功能。

虽然本实施例与常规的双凸透镜方法或IP方法完全相同，它们都是利用透镜阵列和光源阵列，它们之间明显的不同是，构成光源阵列的光源是沿二维方向排列的，因此，水平位置互相不一致，以及利用一维漫射体扩大垂直显示角范围，从而使它们互相合并。

此外，本发明不局限于上述的实施例，基于本发明的精神可以作各种改动，但这些改动不能超出本发明的范围。

如以上详细描述的，常规的多视图三维显示装置中的问题是，不能沿水平方向显示足够数目的图像。然而，按照本发明，可以大大增加沿水平方向显示的图像数目。所以，在解决调节与转向之间不一致性问题的同时，实现平滑的运动视差。

此外，有相邻水平显示方向的图像显示角范围可以互相重叠，从而避免观察点运动时发生的图像不连续性。

此外，可以容易地显示运动和彩色图像。

工业应用

最好是，本发明结合能够大大增加沿水平方向显示图像数目的三维显示装置。

Claims (10)

1.一种三维显示方法，包括以下步骤：

沿水平和垂直方向二维排列多个图像源，为的是区分它们的水平显示方向；

利用垂直漫射体仅沿垂直方向扩大显示角范围，产生全部图像公共的垂直显示角范围，为的是消除沿垂直显示方向的差别，并能沿不同的水平显示方向显示多个图像；和

使相邻图像之间的显示角范围重叠，为的是能平滑地切换图像。

2.一种三维显示方法，包括以下步骤：

沿水平和垂直方向二维排列多个成像***，为的是沿不同的水平和垂直显示方向产生多个图像；和

利用垂直漫射体仅沿垂直方向扩大显示角范围，从而沿不同的水平显示方向产生成像***数目的图像。

3.一种三维显示方法，包括以下步骤：

利用二维透镜阵列中的每个透镜作为三维显示装置中的一个像素，与二维光源阵列对应的每个透镜产生沿不同水平和垂直方向前进的多条光线；和

利用垂直漫射体仅沿垂直方向扩大显示角范围，使全部二维透镜阵列沿不同的水平显示方向产生二维光源阵列中光源数目的图像。

4.一种三维显示装置，包括：

(a)沿水平和垂直方向二维排列的二维图像投影仪阵列；

(b)二维图像投影仪阵列的图像产生侧上排列的孔径阵列；

(c)孔径阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；

(d)公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和

(e)垂直漫射体附近产生的像平面，

(f)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

5.一种三维显示装置，包括：

(a)沿水平和垂直方向二维排列的二维显示装置阵列；

(b)二维显示装置阵列的图像产生侧上排列的透镜阵列；

(c)透镜阵列的图像产生侧上排列的孔径阵列；

(d)孔径阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；

(e)公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和

(f)垂直漫射体附近产生的像平面，

(g)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

6.一种三维显示装置，包括：

(a)沿水平和垂直方向二维排列的照明光学***阵列；

(b)照明光学***阵列的图像产生侧上排列的透射型二维显示装置阵列；

(c)透射型二维显示装置阵列的图像产生侧上排列的透镜阵列；

(d)透镜阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；

(e)公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和

(f)图像产生侧上垂直漫射体附近产生的像平面，

(g)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

7.一种三维显示装置，包括：

(a)沿水平和垂直方向二维排列的照明光学***阵列；

(b)照明光学***阵列的图像产生侧上排列的透射型二维显示装置阵列；

(c)透射型二维显示装置阵列的图像产生侧上排列的透镜阵列；

(d)透镜阵列的图像产生侧上排列的孔径阵列；

(e)孔径阵列的图像产生侧上排列的公共透镜；

(f)公共透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体；和

(g)图像产生侧上垂直漫射体附近产生的像平面，

(h)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

8.一种三维显示装置，包括：

(a)沿水平和垂直方向二维排列的光源阵列；

(b)光源阵列的图像产生侧上排列的微透镜；和

(c)微透镜的图像产生侧上排列的垂直漫射体以构造一个像素，且显示平面是由像素的二维阵列构成，

(d)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

9.一种三维显示装置，包括：

(a)沿水平和垂直方向二维排列的光源阵列；

(b)光源阵列的图像产生侧上排列的针孔；和

(c)针孔的图像产生侧上排列的垂直漫射体以构造一个像素，且显示平面是由像素的二维阵列构成，

(d)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

10.一种三维显示装置，包括：

(a)发散光源；

(b)发散光源的图像产生侧上排列的透射型光调制器阵列；和

(c)透射型光调制器阵列的图像产生侧上排列的垂直漫射体以构造一个像素，且显示平面是由像素的二维阵列构成，

(d)其中沿不同的水平显示方向产生多个图像。

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