專利名稱：三維圖像顯示設(shè)備,便攜式終端設(shè)備,以及雙面透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維圖像顯示設(shè)備和一種便攜式終端設(shè)備，其包括光學(xué)單元，該單元基本上包括比如雙面透鏡和蠅眼透鏡的多個透鏡，以及雙面透鏡，本發(fā)明特別涉及一種三維圖像顯示設(shè)備，便攜式終端設(shè)備，以及雙面透鏡，其中由透鏡形狀產(chǎn)生的帶狀圖形不出現(xiàn)在觀看者識別出的三維圖像中，從而提高了顯示質(zhì)量。

背景技術(shù)：
按照慣例，正在研究能夠顯示三維圖像的顯示設(shè)備。關(guān)于雙目視覺，在公元前280年，希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德(Euclid)認(rèn)為“雙目視覺是當(dāng)右眼和左眼同時從不同方向觀看看相同物體的不同圖像時獲得的感覺”(參考由Chihiro Masuda寫作并且由Sangyo Tosho K.K.發(fā)行的文獻(xiàn)“三維顯示”第一頁)。特別的，作為三維圖像顯示設(shè)備的功能，它需要彼此具有視差的圖像，單獨呈現(xiàn)給觀看者的右眼和左眼。
現(xiàn)在正在研究很多作為特別實現(xiàn)這種功能的方法的三維圖像顯示方法。將三維圖像顯示方法大致劃分為使用眼鏡的方法和不使用眼鏡的方法。雖然使用眼鏡的方法是使用色差的彩色立體圖方法，使用偏振的偏振眼鏡方法，或類似的方法，這些方法基本上都帶給觀看者佩戴眼鏡的負(fù)擔(dān)，使得近年來正在積極研究不使用眼鏡的方法。
無眼鏡方法是雙面透鏡方法，視差隔板方法，以及類似的方法。視差隔板方法是由Berthier在1896年發(fā)明的三維圖像顯示方法，并且由Ives在1903證明了此概念。圖1是一光學(xué)模型圖，示出了通過視差隔板方法顯示三維圖像的方法。如圖1所示，視差隔板101是在其上形成有大量薄的垂直帶狀開口，也就是，狹縫101a的隔板(光屏蔽)。并且將顯示面板102布置在視差隔板101的一個表面附近。用于左眼的像素102a和用戶右眼的像素102b排列在顯示面板102上，并且在垂直于狹縫101a的水平方向的方向上。另外，在視差隔板101的另一表面，也就是，顯示面板102的另一側(cè)附近布置光源(沒有示出)。
從光源發(fā)射的光的一部分由視差隔板101阻擋。另一方面，通過狹縫101的沒有被視差隔板阻擋的光，透過用于左眼的像素102a并且變?yōu)楣馐?03a，或者透過用于右眼的像素102b并且變?yōu)楣馐?03b。在執(zhí)行這些的過程中，這樣布置用于左眼的像素102a和用于右眼的像素102b，使得透過用于左眼的像素102a的光束103a到達(dá)觀看者的左眼104a并且透過用于右眼的像素102b的光束103b到達(dá)觀看者的右眼104b。這樣，來自不同像素的光到達(dá)觀看者的雙眼，使得觀看者可以將在顯示面板102上顯示的圖像識別為三維圖像。
上述視差隔板方法，當(dāng)最初發(fā)明時，具有下面的問題因為視差隔板布置在像素和眼睛之間，它成為了刺眼的東西并且導(dǎo)致低可見度。但是，隨著近年來液晶顯示面板的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)⒁暡罡舭宀贾迷陲@示面板的后側(cè)，并且改進(jìn)了可見度的問題。因此，仍在積極研究視差隔板的三維圖像顯示設(shè)備。
同時，在大約1910年左右由Ives等發(fā)明了雙面透鏡方法。如上述的文獻(xiàn)(由Chihiro Masuda寫作并由Sangyo Tosho K.K.發(fā)行的“三維顯示”第一頁)的描述。圖2是一示出了雙面透鏡的透視圖，并且圖3是一示出了使用雙面透鏡的三維圖像顯示方法的光學(xué)模型圖。如圖2所示，雙面透鏡110的一個表面是平坦表面并且在另一表面上形成多個在一個方向延伸使得它們的水平方向彼此平行的波浪型凸面部分(柱面透鏡)111。之后，如圖3所示，在雙面透鏡110的焦平面上布置顯示面板114，在該顯示面板中為左眼顯示用于左眼113a的圖像的像素112a和為右眼顯示用于右眼113b的圖像的像素112b交替的排列。這樣，從用于左眼的像素112a和用于右眼的像素112b發(fā)射的光由雙面透鏡110在用于左眼113a或用于右眼113b的方向中分配。因此，來自不同像素的光到達(dá)觀看者的右眼和左眼，從而允許觀看者識別出三維圖像。
上述視差隔板方法是其中隔板消除了不需要的光的方法，而雙面透鏡方法是其中透鏡改變光的傳播方向并且使用所有從光源發(fā)射的光的方法，使得在理論上顯示屏的亮度不會降低。因此，希望雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備可以應(yīng)用到需要附加高亮度顯示和低能耗表現(xiàn)的便攜式設(shè)備中。
作為雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備，提出使用雙面透鏡的顯示設(shè)備，在此設(shè)備中柱面透鏡的透鏡間距是0.2196mm和0.2197mm并且平均透鏡間距是0.21963mm(日本專利公開申請No.H09(1997)-133892)。
另外，當(dāng)前已經(jīng)實現(xiàn)了使用視差隔板方法和雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備的商業(yè)化(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27中)。例如，文獻(xiàn)(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27中)介紹了使用對角尺寸為7英寸的液晶顯示面板的雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備，該顯示面板具有在水平方向上800點和在垂直方向上480點的顯示點數(shù)量。圖4是示出了現(xiàn)有的雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備的顯示方法的光學(xué)模型圖，其在文獻(xiàn)(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27)中說明。如圖4所示，三維圖像顯示設(shè)備是5視點方法，其中雙面透鏡120布置在液晶顯示面板121的圖像顯示側(cè)并且一個柱面透鏡對應(yīng)于用于在液晶顯示面板121中的紅(R)，綠(G)和藍(lán)(B)的每一點的每5個點。在5視點方法的三維圖像顯示設(shè)備中，通過改變圖像的觀看方向，觀看者可以看到五個不同圖像。
另外，在文獻(xiàn)(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27)中說明的現(xiàn)有的雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備，是當(dāng)在雙面透鏡120和液晶顯示面板121之間的距離是0.6mm時顯示三維圖像，并且當(dāng)距離是1.2mm時顯示二維圖像的顯示設(shè)備。通常，液晶顯示面板121的像素122包括3點RGB，并且它的長度大約是0.192mm。因此，經(jīng)過計算，在現(xiàn)有的三維圖像顯示設(shè)備中的使用的雙面透鏡的間距是大約0.32mm。
但是，現(xiàn)有的雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備具有下面的問題，在顯示圖像上出現(xiàn)的亮的和暗的帶狀圖形使得顯示質(zhì)量降低。這個問題不僅僅在使用雙面透鏡的設(shè)備中出現(xiàn)，而且在所有使用在表面上具有不均勻性的透鏡，比如蠅眼透鏡的三維圖像顯示設(shè)備中出現(xiàn)。特別的，因為在蠅眼透鏡中透鏡是二維排列的，亮的和暗的帶狀圖像二維交叉，并且在顯示圖像上出現(xiàn)亮的和暗的粒狀圖像，從而降低顯示質(zhì)量。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供三維圖像顯示設(shè)備，便攜式終端設(shè)備，以及雙面透鏡，其中可以防止在觀看者識別出的三維圖像中帶狀圖形的出現(xiàn)并且提高顯示質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè)備包括具有多個像素部分的顯示面板，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期提供所述像素部分；還包括光學(xué)單元，其包括多個折射從像素發(fā)射的光的透鏡，在該光學(xué)單元中光學(xué)單元折射從像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許觀看者識別出三維圖像，而且光學(xué)單元的透鏡間距小于等于0.2mm。
在本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè)備中，設(shè)置光學(xué)單元的透鏡間距小于等于0.2mm。當(dāng)觀看者手持三維圖像顯示設(shè)備并且在他/她移動的同時觀看三維圖像時，在所有線段中最長的線段和光學(xué)單元的表面之間的距離是大約350mm，這些線段都和連接顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素的線段平行，并且在觀看者可以識別出三維圖像的三維可視范圍中。之后，通過設(shè)置光學(xué)單元的透鏡間距小于等于0.2mm，設(shè)置在三維圖像中出現(xiàn)的帶狀圖形中的亮的部分和暗的部分的寬度不大于觀看者的分辨率，從而在即使他/她手持三維圖像顯示設(shè)備并且在他/她移動的同時觀看三維圖像時，也可以防止觀看者識別出在三維圖像中的帶狀圖形。
根據(jù)本發(fā)明的另一三維圖像顯示設(shè)備包括具有多個像素部分的顯示面板，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期提供所述像素部分；還包括光學(xué)單元，其包括多個折射從像素發(fā)射的光的透鏡，在該光學(xué)單元中光學(xué)單元折射從像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許觀看者識別出三維圖像，并且在觀看者可以識別出三維圖像的三維可視范圍中的多個線段之中最長的線段和光學(xué)單元的表面之間的距離為OD(mm)并且設(shè)置光學(xué)單元的透鏡間距為L(mm)時，其中所述多個線段平行于連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段，距離OD小于等于350mm，并且距離OD和透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式1。
(表達(dá)式1) L≤2×OD×tan(1’) 在本發(fā)明中，通過設(shè)置透鏡間距L小于等于距離OD和1分的角度的正切的乘積的兩倍，使得當(dāng)觀看者和光學(xué)單元之間的距離是350mm并且觀看者的視力是1.0時，設(shè)置在三維圖像中出現(xiàn)的帶狀圖形中的亮的部分和暗的部分的寬度不大于觀看者的分辨率，其中距離OD是在和連接顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素的線段平行，并且在觀看者可以識別出三維圖像的三維可視范圍中的線段之中最長的線段和光學(xué)單元的表面之間的距離。這樣，觀看者不能識別出帶狀圖形，并且防止了由于使用在表面上具有不均勻性的透鏡所產(chǎn)生的顯示圖像質(zhì)量的降低。
根據(jù)本發(fā)明的另一三維圖像顯示設(shè)備包括具有多個像素部分的顯示面板，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期提供所述像素部分；還包括光學(xué)單元，其包括多個折射從像素發(fā)射的光的透鏡，在該光學(xué)單元中光學(xué)單元折射從像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許觀看者識別出三維圖像，而且光學(xué)單元的透鏡間距小于等于0.124mm。
如上所述，當(dāng)觀看者手持三維圖像顯示設(shè)備并且在他/她移動的同時觀看三維圖像時，在其中到光學(xué)單元的表面的距離為最小的三維圖像可視范圍之內(nèi)的點和光學(xué)單元的表面之間的距離是213mm。因此，在本發(fā)明中，通過設(shè)置光學(xué)單元的透鏡間距小于等于0.124mm，可以在即使他/她手持三維圖像顯示設(shè)備并且在他/她移動的同時觀看三維圖像時，設(shè)置在三維圖像中出現(xiàn)的帶狀圖形中的亮的部分和暗的部分的寬度不大于在整個三維可見范圍中的具有1.0的視力的觀看者的分辨率。
根據(jù)本發(fā)明的另一三維圖像顯示設(shè)備包括具有多個像素部分的顯示面板，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期提供所述像素部分；還包括光學(xué)單元，其包括多個折射從像素發(fā)射的光的透鏡，在該光學(xué)單元中光學(xué)單元折射從像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許觀看者識別出三維圖像，而且當(dāng)設(shè)置在其中到光學(xué)單元的表面的距離為最小，并且觀看者可以識別出三維圖像的三維圖像可視范圍之內(nèi)的點和光學(xué)單元的表面之間的距離為ND(mm)，并且設(shè)置光學(xué)單元的透鏡間距為L(mm)時，距離ND小于等于213mm，并且距離ND和透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式2。
(表達(dá)式2) L≤2×ND×tan(1’) 在本發(fā)明中，通過設(shè)置透鏡間距L小于等于距離ND和1分的角度的正切的乘積兩倍，使得當(dāng)距離ND小于等于213mm并且觀看者的視力是1.0時，設(shè)置在三維圖像中出現(xiàn)的帶狀圖形中的亮的部分和暗的部分的寬度不大于觀看者的分辨率，其中距離ND是在其中到光學(xué)單元的表面的距離為最小的三維圖像可視范圍之內(nèi)的點和光學(xué)單元的表面之間的距離。
優(yōu)選的，像素部分包括兩種類型的像素，用于右眼的像素和用于左眼的像素。因此，當(dāng)允許用于右眼的像素和用于左眼的像素顯示不同圖像時，觀看者通過他的/她的右眼和左眼觀看不同的圖像，且觀看者可以識別出三維圖像。另外，用過允許用于右眼的像素和用于左眼的像素顯示相同圖像，觀看者還可以識別出二維圖像。
另外，例如，雙面透鏡或蠅眼透鏡可以用作光學(xué)單元。當(dāng)雙面透鏡用于光學(xué)單元時，可以拓寬在雙面透鏡的水平方向上的三維可視范圍。另一方面，當(dāng)蠅眼透鏡用于光學(xué)單元時，它可以在水平的和垂直的四個方向上顯示不同圖像。例如，觀看者通過改變在垂直方向上的觀察位置觀看不同的三維圖像，從而增強了3-D感覺。
另外，例如，顯示面板是液晶顯示面板。這使得能夠制造多種尺寸的三維圖像顯示設(shè)備，范圍從比如便攜式設(shè)備的小型顯示設(shè)備到多個觀看者同時觀看的大型顯示設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的便攜式移動終端具有上述三維圖像顯示設(shè)備。在本發(fā)明中，通過在其上安裝上述的三維圖像顯示設(shè)備，即使在移動終端設(shè)備上，觀看者也可以觀看高質(zhì)量三維圖像。
另外，便攜式終端設(shè)備是，例如，手機，PDA(個人數(shù)字助理)，游戲機，數(shù)字照相機，數(shù)字?jǐn)z像機。通過在這些便攜式設(shè)備上安裝上述的三維圖像顯示設(shè)備，觀看者可以很容易的享受高質(zhì)量三維圖像。
根據(jù)本發(fā)明的雙面透鏡是其中排列多個柱面透鏡使得它們的水平方向彼此平行的雙面透鏡，并且柱面透鏡的透鏡間距小于等于0.124mm。在本發(fā)明中，通過設(shè)置在雙面透鏡上的柱面透鏡的透鏡間距小于等于0.124mm，允許當(dāng)透鏡用作此三維圖像顯示設(shè)備的光學(xué)單元時，觀看者能夠觀看三維圖像，同時無法識別出在整個三維可視范圍上的帶狀圖形。
根據(jù)本發(fā)明，在具有實質(zhì)上包括多個比如雙面透鏡和蠅眼透鏡的透鏡的光學(xué)單元的三維圖像顯示設(shè)備中，設(shè)置多個透鏡的透鏡間距小于等于0.2mm來防止觀看者識別出由于外部光在透鏡表面反射產(chǎn)生的帶狀圖形，并且提高觀看者觀看的三維圖像的顯示質(zhì)量。



圖1是一光學(xué)模型圖，示出了通過視差隔板方法顯示三維圖像的方法； 圖2是一示出了雙面透鏡的透視圖； 圖3是一光學(xué)模型圖，示出了使用雙面透鏡的三維圖像顯示方法； 圖4是一光學(xué)模型圖，示出了現(xiàn)有的雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備的顯示方法，其在文獻(xiàn)(Nikkei Electronics，在2003年1月6日公布的，No.838，pp.26-27)中說明； 圖5A是一標(biāo)準(zhǔn)視圖，示出了當(dāng)外部光是發(fā)散光時在透鏡表面的光反射，并且圖5B是一示出了當(dāng)外部光是平行光時在透鏡表面的光反射的標(biāo)準(zhǔn)視圖； 圖6是一透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的三維圖像顯示設(shè)備； 圖7是一光學(xué)模型圖，示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的三維圖像顯示設(shè)備中，顯示面板，光學(xué)單元，以及觀看者的光學(xué)布置； 圖8是一透視圖，示出了當(dāng)移動設(shè)備時，其中觀看者觀看在根據(jù)本發(fā)明的實施例的三維圖像顯示設(shè)備上顯示的圖像的情景； 圖9是一透視圖，示出了在其中安裝了這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備的手機； 圖10是一示出了蠅眼透鏡的透視圖。

具體實施例方式 因為在現(xiàn)有的雙面透鏡方法的三維圖像顯示設(shè)備中，在底架的帶狀圖形被看到而且覆蓋在顯示圖像上，使得由觀看者識別出的顯示圖像的質(zhì)量降低并且因此該帶狀圖形成為在圖像觀察中的刺眼的東西。于是，本發(fā)明的發(fā)明者將他們自己投入關(guān)于雙面透鏡的柱面透鏡的透鏡間距L和出現(xiàn)在三維圖像上的帶狀圖形的可見性的研究中，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)外部光在透鏡表面反射時會觀看到帶狀圖形。
帶狀圖形的亮的部分和暗的部分的總寬度等于柱面透鏡的透鏡間距L，并且每一亮的部分和暗的部分的寬度根據(jù)外部光的特性而發(fā)生變化。圖5A是一標(biāo)準(zhǔn)視圖，示出了當(dāng)外部光是發(fā)散光時在透鏡表面的光反射，并且圖5B是一示出了當(dāng)外部光是平行光時在透鏡表面的光反射的標(biāo)準(zhǔn)視圖。如圖5A所示，當(dāng)外部光是發(fā)散光時，來自多個方向的外部光6a在雙面透鏡2的表面上反射，使得入射到觀看者5的反射的光不依賴于在雙面透鏡2的表面處的位置。
另一方面，如圖5B所示，當(dāng)外部光6a是平行光時，反射方向根據(jù)在雙面透鏡2的表面處的位置而不同，并且使得在特定位置反射的光入射到觀看者5且使得在其它位置發(fā)射的光不會入射到觀看者5。這樣，觀看者在三維圖像中識別出對應(yīng)于透鏡表面的形狀的亮的和暗的帶狀圖形。實際上，外部光的流量分配特性依賴于使用透鏡的環(huán)境。例如，光在直接日光下是平行光并且在間接照射的室內(nèi)是發(fā)散光。另外，已知在直接熒光照射附近的光具有特性，即混合了平行光和發(fā)散光。外部光的流量分配特性根據(jù)環(huán)境而不同；每一在三維圖像上出現(xiàn)的帶狀圖形的亮的部分和暗的部分的每一寬度依賴于使用透鏡的環(huán)境。
另外，如上所述，亮的部分和暗的部分的總寬度等于雙面透鏡2的柱面透鏡3的透鏡間距L，并且通常是固定的。因為這個原因，當(dāng)因為外部光6a的流量分配特性而亮的部分的寬度增加時，暗的部分的寬度減小，與此相反，當(dāng)暗的部分的寬度增加時亮的部分的寬度減小。在這個情況中，因為其寬度減小的部分難以識別，它不會被認(rèn)做帶狀圖形。因此，當(dāng)亮的部分和暗的部分具有相同的寬度時，就是說，當(dāng)每一亮的部分和暗的部分具有透鏡間距的(1/2)寬度時，可以最清楚的看到帶狀圖形。為了防止觀看者識別出帶狀圖形，需要設(shè)置亮的部分的寬度或暗的部分的寬度大于等于觀看者的視力的分辨率。觀看者視力和觀看者可以識別的最小觀看角度之間的關(guān)系由下面的表達(dá)式3給出。
(表達(dá)式3) 視力＝1/最小觀看角度(分) 例如，假定觀看者的視力是通常的視力1.0，根據(jù)表達(dá)式3，觀看者的最小觀看角度是1分。另外，當(dāng)使用顯示面板時，其中包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素的多個像素部分周期性德排列，并且當(dāng)觀看者可以識別出三維圖像的三維可視范圍中的多個線段之中最長的線段和光學(xué)單元的表面之間的距離為用于觀看者識別出三維圖像的最佳距離，就是說，最佳觀察距離OD(mm)，并且最佳觀察距離OD小于等于350mm時，觀看者的分辨率等于最佳觀察距離OD和1分的角度的正切的乘積，其中所述多個線段平行于連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段。因此，當(dāng)最佳觀察距離OD小于等于350mm時，通過設(shè)置亮的部分的寬度或暗的部分的寬度小于等于這個值，觀看者不能識別出帶狀圖形。
如上所述，當(dāng)帶的亮的部分和暗的部分的寬度相等并且每一寬度為透鏡間距的(1/2)時可以最清楚的看到帶狀圖形。于是，在本發(fā)明中，設(shè)置柱面透鏡3的透鏡間距L小于等于最佳觀察距離OD和1分的角度的正切的乘積的兩倍。這樣，因為觀看者不能識別出在三維圖像中，因為外部光在雙面透鏡2的表面處反射產(chǎn)生的帶狀圖形，所以觀看者看到的三維圖像的顯示質(zhì)量相比現(xiàn)有的三維圖像顯示設(shè)備得到了提高。
在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的三維圖像顯示設(shè)備。圖6是一示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的三維圖像顯示設(shè)備的透視圖。并且，圖7是示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的三維圖像顯示設(shè)備中，顯示面板，光學(xué)單元和觀看者的光學(xué)布置的光學(xué)模型圖。如圖6和7所示，透射式液晶顯示面板4用作在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中的顯示面板，并且將作為光學(xué)單元的雙面透鏡2布置在面對觀看者5的液晶顯示面板4的表面上。
在是這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1的顯示面板的液晶顯示面板4上，多個為右眼顯示用于右眼52的圖像的像素42和多個為左眼顯示用于左眼51的圖像的像素41沿著水平方向10交替排列，并且用于右眼的像素42和用于左眼的像素41在垂直方向11上排列。每一用于左眼的像素41和用于右眼的像素42具有紅的子像素，綠的子像素和藍(lán)的子像素。另外，在用于右眼的像素42和由于左眼的像素41的后表面上布置光源20。另外，液晶顯示面板4的顯示平面是包括水平的方向10和垂直的方向11的平面，并且水平方向10和垂直方向11彼此垂直。
在是這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1的光學(xué)單元的雙面透鏡2中，面對顯示面板的側(cè)面是平坦表面并且形成多個波浪型透鏡(柱面透鏡)3使其在面對觀看者5的表面上彼此平行。布置雙面透鏡2使得柱面透鏡3的水平方向和液晶顯示面板4的垂直方向11平行，并且一個柱面透鏡3對應(yīng)于一行在垂直方向11上排列的像素對，其中每一對包括彼此相鄰的用于左眼的像素41和用于右眼的像素42。另外，在這個實施例中的三維圖像顯示設(shè)備的柱面透鏡3的透鏡間距L(mm)小于等于最佳觀察距離OD和1分的角度的正切的乘積的兩倍。
在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中，設(shè)置透鏡間距L小于等于最佳觀察距離OD和1分的角度的正切的乘積的兩倍，當(dāng)最佳觀察距離OD小于等于350mm時，能夠設(shè)置在三維圖像上出現(xiàn)的帶狀圖形的亮的部分和暗的部分的寬度不大于具有1.0的視力的觀看者5的分辨率。這防止觀看者5識別出帶狀圖形，并且即使在使用比如雙面透鏡2的其表面不平坦的透鏡時也可以不降低顯示質(zhì)量的實現(xiàn)三維圖像顯示。
之后，將描述在這個實施例中的最佳觀察距離OD的定義。如圖7所示，在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中，當(dāng)觀看者5的右眼52在右眼區(qū)域72存在并且左眼51在左眼區(qū)域71中存在時，觀看者5可以識別出三維圖像。但是，因為在右眼52和左眼51之間的間隔是固定的并且不能夠?qū)⒂已酆妥笱鄄贾迷谒袇^(qū)域，使得布置限于在右眼52和左眼51之間的間隔的范圍內(nèi)。特別的，當(dāng)在右眼52和左眼5 1之間的間隔的中心存在于三維可視范圍7中時，觀看者可以識別出三維圖像。當(dāng)在右眼52和左眼51之間的間隔的中心位于在三維可視范圍7中的水平方向10上的對角線上時，在水平方向10上的觀察區(qū)域變?yōu)樽畲?，使得這個位置是最理想的觀察位置。因此，在這個實施例中，將在三維可視范圍7中的水平方向10上的對角線和雙面透鏡2的表面之間的距離定義為最佳觀察距離OD。
另外，如圖7所示，在本發(fā)明的三維圖像顯示設(shè)備1中，將雙面透鏡2的厚度和折射率分別定義為H和n，并且將柱面透鏡3的透鏡間距定義為L。雙面透鏡2的折射率n由使用的材料決定。另外，將布置在作為顯示面板的液晶顯示面板4上的每一用于左眼的像素41和用于右眼的像素42的間距定義為P。通常，因為經(jīng)常是設(shè)計雙面透鏡2用于顯示面板的情況，將像素間距P視為常數(shù)。另外，將通過雙面透鏡2投影在最佳觀察距離OD上的一個像素的圖像定義為擴展投影寬度e。注意到將擴展投影寬度e認(rèn)為是在這個實施例中在右眼52和左眼51之間的距離。假定在位于雙面透鏡2的水平方向10的中心處的柱面透鏡3a的中心和位于雙面透鏡2的末端處的柱面透鏡3c的中心之間的距離是WL，并且位于液晶顯示面板4的中心的包括用于左眼的像素41a和用于右眼的像素42a的像素對的中心位置、和位于液晶顯示面板4的末端的像素對的中心位置之間的距離是WP，常數(shù)可通過Snell定律和幾何關(guān)系由下面的表達(dá)式4到9表示。
(表達(dá)式4) n＝sinβ/sinα (表達(dá)式5) n＝sinδ/sinγ (表達(dá)式6) e＝OD×tanβ (表達(dá)式7) P＝H×tanα (表達(dá)式8) H＝C/tanδ (表達(dá)式9) OD＝WL/tanδ 在表達(dá)式4到9中，α和β示出了在位于雙面透鏡2的中心的柱面透鏡3a處光的入射角和輸出角度，并且γ和6示出了在位于雙面透鏡2的末端的柱面透鏡3b處光的入射角和輸出角度(參考圖7)。另外，在表達(dá)式8中的C是在距離WL和距離WP之間的差值，其由下面的表達(dá)式10表示。
(表達(dá)式10) WP-WL＝C 在表達(dá)式10中，假定包括在距離WP的區(qū)域中的像素的數(shù)量是2m，下面的表達(dá)式11和12成立。
(表達(dá)式11) WP＝2mP (表達(dá)式12) WL＝mL 因此，在這個實施例中的三維圖像顯示設(shè)備1中的最佳觀察距離OD可以通過下面的表達(dá)式13建立。
(表達(dá)式13) OD＝(L×H)/(2P-L) 之后，將對其中觀看者手持這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備并且在他/她移動的同時觀看圖像的情況進(jìn)行描述。圖8是示出了這個景象的透視圖。例如，當(dāng)觀看者5手持作為便攜式設(shè)備的這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1，并且在他/她移動的同時觀看圖像時，最佳觀察距離OD大約是350mm。于是，在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中，設(shè)置透鏡間距L小于等于0.2mm。這樣，觀看者5即使在手持三維圖像顯示設(shè)備1并且在他/她移動的同時觀看圖像時，也可以觀看三維圖像而不會識別出在三維圖像上的帶狀圖形。
另外，在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中，當(dāng)觀看者5的兩只眼睛的中心位于三維可視區(qū)域7中，可以實現(xiàn)雙目視覺，并且即使離開如圖7所示的顯示面板3距離ND(mm)的區(qū)域中的情況下，仍然存在可以實現(xiàn)雙目視覺的位置。同時，在這個實施例中，將某點和柱面透鏡3之間的距離定義為最短觀察距離ND，其中該點到柱面透鏡3的距離在實現(xiàn)雙目視覺的區(qū)域(三維可視區(qū)域7)中為最短。例如，通過找到一個點到顯示像素的距離計算出最短觀察距離ND，其中該點在從位于顯示面板3的最右邊用于右眼的像素42的右端發(fā)射的光到右眼區(qū)域72的方向上，遠(yuǎn)離光學(xué)系統(tǒng)中心(e/2)距離。這樣，從幾何關(guān)系得出下面的表達(dá)式14成立。
(表達(dá)式14) (WL+e):OD＝(WL+e/2):ND 因此，最短觀察距離ND由下面的表達(dá)式15建立。
(表達(dá)式15) ND＝(OD×(WL+e/2))/(WL+e) 在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中，通過設(shè)置柱面透鏡3的透鏡間距L小于等于最短觀察距離ND和1分的角度的正切的乘積的兩倍，當(dāng)最短觀察距離ND小于等于213mm時，可以將在三維圖像上出現(xiàn)的帶狀圖形中的亮的部分和暗的部分的寬度設(shè)置為不大于在整個三維可視范圍中的具有1.0的視力的觀看者的分辨率。
之后，將檢查最短觀察距離ND的一個特定實例。圖9是示出了在其中安裝了這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備的手機的透視圖。例如，當(dāng)這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1如圖9所示安裝在手機8中時，在具有用在通常的手機中的2.2英寸的對角尺寸的顯示設(shè)備中的顯示區(qū)域的水平寬度是36mm并且設(shè)置WL的值為大約18mm。另外，假定設(shè)置最佳觀察距離OD是350mm，從這個距離觀看者可以在他/她移動的同時手持手機8觀看三維圖像，并且設(shè)置擴展投影寬度e是65mm，從表達(dá)式15可以計算出最短觀察距離是213mm。另外，通過表達(dá)式1計算出通過其可以防止觀看者在最短觀察距離ND看到帶狀圖形的透鏡間距是0.124mm。換句話說，通過設(shè)置透鏡間距小于等于0.124mm，觀看者可以在整個三維可視范圍中觀看三維圖像，而且不會識別出帶狀圖形。
之后，將描述這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1的操作。在這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1中，具有上述柱面透鏡3的雙面透鏡2改變從液晶顯示面板4的每一像素發(fā)射的光線的傳播方向，并且使得從用于右眼的像素42發(fā)射的光線入射到觀看者5的右眼52，以及使得從用于左眼的像素41發(fā)射的光線入射到觀看者5的左眼51。結(jié)果，來自不同像素的光線到達(dá)觀看者5的右眼和左眼，并且觀看者5將在液晶顯示面板4上顯示的圖像識別為三維圖像。
另外，這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備1可以用在多種便攜式終端設(shè)備中，比如除了上述的手機以外的PDA，游戲機，數(shù)字照相機，數(shù)字?jǐn)z像機。在其中安裝了這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備的便攜式終端設(shè)備中，可以顯示高質(zhì)量三維圖像，同時相比現(xiàn)有的安裝有顯示二維圖像的顯示設(shè)備的便攜式終端設(shè)備，亮度不會降低。
雖然在這個實施例中描述了其中使用雙面透鏡2的情況，本發(fā)明并不限于此，其中有規(guī)律的透鏡以矩陣狀態(tài)排列的蠅眼透鏡，或者類似的透鏡都可以使用。圖10是示出了蠅眼透鏡的透視圖。通過使用如圖10所示作為光學(xué)單元的蠅眼透鏡9，可以顯示在水平和垂直的四個方向上不同的圖像。因此，觀看者可以通過改變在垂直方向上的觀察位置觀看不同三維圖像，例如，增強3-D感覺。
另外，盡管透射式液晶顯示面板用作這個實施例的三維圖像顯示設(shè)備中的顯示面板，本發(fā)明并不限于此?？梢允褂梅瓷涫揭壕э@示面板，其中每一像素提供有傳送區(qū)域和反射區(qū)域的半透射式液晶顯示面板，或者VE(到處可見)透反射式混合的液晶顯示面板。另外，液晶顯示面板的驅(qū)動方法可以是有源矩陣類型，比如TFT(薄膜晶體管)類型和TFD(薄膜二極管)類型，或者無源矩陣類型，比如STN(超扭曲向列型液晶)類型。另外，作為顯示面板，可以使用除了液晶顯示面板以外的其它顯示面板，例如，有機電激發(fā)光顯示面板，等離子顯示設(shè)備，CRT(陰極射線管)顯示面板，LED(發(fā)光二極管)顯示面板，場致發(fā)射顯示面板，或者PALC(等離子尋址液晶)顯示面板。
權(quán)利要求
1.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括折射從所述像素發(fā)射的光的多個透鏡，
其中所述顯示設(shè)備通過反射光來顯示圖像，
所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，而且，當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中，線段中的最長線段和所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為OD(mm)、并且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，其中所述線段與連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段相平行，所述距離OD和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×OD×tan(1’)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距小于等于0.2mm。
3.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括折射從所述像素發(fā)射的光的多個透鏡，
其中，所述顯示設(shè)備通過反射光來顯示圖像，
其中所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，并且當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中的與所述光學(xué)單元表面的距離最小的點、與所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為ND(mm)，而且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，所述距離ND和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×ND×tan(1’)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距L小于或等于0.124mm。
5.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括折射從所述像素發(fā)射的光的多個透鏡，
其中，所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，并且當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中，線段中的最長線段和所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為OD(mm)、并且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，其中所述線段與連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段相平行，每一個所述像素的間距被設(shè)置為P(mm)，所述透鏡和所述像素之間的距離被設(shè)置為H(mm)，則所述距離OD和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×OD×tan(1’)
OD＝L×H/(2P-L)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距小于等于0.2mm。
7.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括折射從所述像素發(fā)射的光的多個透鏡，
其中，所述顯示設(shè)備通過反射光來顯示圖像，
其中所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，并且當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中的與所述光學(xué)單元表面的距離最小的點、與所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為ND(mm)，而且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，每一個所述像素的間距被設(shè)置為P(mm)，所述透鏡和所述像素之間的距離被設(shè)置為H(mm)，
當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中，所述光學(xué)單元表面和線段中的最長線段之間的距離被設(shè)置為OD(mm)、并且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，其中所述線段與連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段相平行，在距離OD(mm)上投影的一個像素的圖像的寬度被設(shè)置為e(mm)，并且從顯示屏幕的中心到端部的透鏡數(shù)目被設(shè)置為m，則所述距離ND和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×ND×tan(1’)
ND＝OD×(m×L+e/2)/(m×L+e)
OD＝L×H/(2P-1)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距L小于或等于0.124mm。
9.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括多個透鏡，該多個透鏡具有折射從所述像素發(fā)射的光的表面反射，
其中所述顯示設(shè)備通過反射光來顯示圖像，
所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，而且，當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中，線段中的最長線段和所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為OD(mm)、并且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，其中所述線段與連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段相平行，所述距離OD和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×OD×tan(1’)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距小于等于0.2mm。
11.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括多個透鏡，該多個透鏡具有折射從所述像素發(fā)射的光的表面反射，
其中所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，并且當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中的與所述光學(xué)單元表面的距離最小的點、與所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為ND(mm)，而且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，所述距離ND和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×ND×tan(1’)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距L小于或等于0.124mm。
13.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括折射從所述像素發(fā)射的光的多個透鏡，
其中所述顯示設(shè)備通過反射光來顯示圖像，
所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，而且，當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中，線段中的最長線段和所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為OD(mm)、并且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，其中所述線段與連接顯示用于左眼圖像的像素和顯示用于右眼圖像的像素的線段相平行，所述距離OD和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×OD×tan(1’)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距小于等于0.2mm。
15.一種三維圖像顯示設(shè)備，包括
顯示面板，具有多個像素部分，其中每一像素部分包括顯示用于左眼的圖像的像素和顯示用于右眼的圖像的像素，在一個方向上周期性地提供所述像素部分；以及
光學(xué)單元，包括折射從所述像素發(fā)射的光的多個透鏡，
其中，所述顯示設(shè)備通過反射光來顯示圖像，
其中所述光學(xué)單元折射從所述像素發(fā)射的光并且以彼此不同的方向發(fā)射光，使得來自不同像素的光入射到觀看者的右眼和左眼，從而允許所述觀看者識別出三維圖像，并且當(dāng)在所述觀看者可以從中識別出三維圖像的三維可視范圍中的與所述光學(xué)單元表面的距離最小的點、與所述光學(xué)單元表面之間的距離被設(shè)置為ND(mm)，而且所述光學(xué)單元的透鏡間距被設(shè)置為L(mm)時，所述距離ND和所述透鏡間距L滿足下面的表達(dá)式
L≤2×ND×tan(1’)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述透鏡的透鏡間距L小于或等于0.124mm。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求1到16中任一項所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述光學(xué)單元是雙面透鏡。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求1到16中任一項所述的三維圖像顯示設(shè)備，其中所述顯示面板是液晶顯示面板。
19.一種便攜式終端設(shè)備，配備有根據(jù)上述權(quán)利要求1到16中任一項所述的三維圖像顯示設(shè)備。
全文摘要
提供了一種具有液晶顯示面板的三維圖像顯示設(shè)備，其中排列多個為右眼顯示用于右眼的圖像的像素和多個為左眼顯示用于左眼的圖像的像素，并且在面對觀看者的液晶顯示面板的一側(cè)布置雙面透鏡，使其面對液晶顯示面板的表面是平坦的并且面對觀看者的表面具有多個在其上形成使得彼此平行的波浪型柱面透鏡，其中設(shè)置雙面透鏡的柱面透鏡的透鏡間距小于等于0.2mm。
文檔編號G02B3/06GK101149487SQ20071018072
公開日2008年3月26日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者上原伸一, 高梨伸彰 申請人:日本電氣株式會社