專利名稱：顯示三維圖像的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及向觀看者提供三維圖像的顯示器，更具體地說，涉及使得二維顯示器可以從單個顯示器提供三維圖像的方法和裝置。
背景技術：
在諸如陰極射線管(CRT)等平面顯示裝置上通常顯示的是二維圖像。然而，也存在著觀看三維或者看起來是三維的圖像的需要。例如，游戲、商品交易、機械設計、娛樂等應用都要使用三維圖像，其使得用戶可以看到具有更大現(xiàn)實性的物體和圖像。
人們已設計出幾種裝置來滿足這種需要。一種裝置使得觀看者的左眼和右眼可以看到略微不同的圖像，以提供與深度知覺一致的、所觀看圖像是三維圖像的效果。一個圖像相應于左眼應該看到的，另一個圖像相應于右眼應該看到的，這樣這兩個圖像在觀察角度方面具有觀看者的雙眼距離的差別，從而產生三維效果。
如果使用兩個顯示器，一個眼睛用一個，則可以容易地為每只眼睛提供不同的圖像。然而，如果觀看者在觀看一個顯示器，則為每只眼睛顯示不同的圖像并不這樣簡單?？梢詾閱蝹€顯示器提供這種效果的一種裝置是三維眼鏡，使用者把它戴在眼睛上以使得一只眼睛可以看到顯示器上的它的相應圖像，但不允許它看到打算提供給另一只眼睛的圖像。例如，某些類型的三維眼鏡提供了這樣的濾鏡，其為一只眼睛濾除打算提供給另一只眼睛的、圖像的特定顏色，其中所顯示的圖像已經過特殊的處理，以至于該圖像的兩個顏色中的每個對應于相應的眼睛將看到的。其它類型的眼鏡可以提供這樣的偏振鏡或電子快門，其使得每只眼睛只看到顯示器上打算讓它看到的圖像。
然而，對用戶來說三維眼鏡戴起來可能不方便或笨重。人們已設計出一些裝置，其允許在單個顯示器上觀看三維圖像，而無需眼鏡。例如，一些裝置在觀看者和顯示器之間設置由一些垂直條組成的格柵，一圖像被顯示時具有相應于這些垂直條的兩個不同圖像，因而觀看者的每只眼鏡看到其相應的圖像。但是，提供這種阻擋格柵的現(xiàn)有裝置例如液晶顯示器快門是昂貴的，并要求復雜的制造過程，因而這在低成本的消費者市場中構成了嚴重障礙。

發(fā)明內容
本申請案的發(fā)明提供了使用一顯示裝置顯示三維圖像的裝置和方法。在第一個方面中，一種允許使用顯示二維圖像的顯示裝置觀看三維圖像的裝置包括一阻擋格柵和一驅動系統(tǒng)。所述阻擋格柵被置于顯示裝置的顯示和觀看者之間，而所述驅動系統(tǒng)根據多個圖像的顯示振蕩阻擋格柵。每個圖像都與格柵對準，并且每個圖像都被如此構成，以至于觀看者的每只眼睛只看到所顯示圖像的打算讓這只眼睛看到的部分，因而產生了三維效果。在第二個方面中，一種使用能夠顯示二維圖像的顯示裝置提供三維圖像的方法包括生成多個復合圖像，其中每個復合圖像包括兩個單獨圖像的諸部分，每個單獨圖像是從觀看者的雙眼之一的觀察角度獲得的。這些復合圖像以一顯示頻率每次一個地顯示在該顯示裝置上，并且一阻擋格柵被振蕩并被置于復合圖像的顯示和觀看者之間，因而觀看者的每只眼睛只看到這些復合圖像的打算讓這只眼睛看到的部分。在第三個方面中，一種提供三維圖像的系統(tǒng)包括一顯示裝置和一阻擋裝置。該顯示裝置能夠顯示二維圖像，并使其顯示多個復合圖像，其中每個復合圖像包括兩個單獨圖像的交替出現(xiàn)的諸部分，每個單獨圖像反映一觀看者的雙眼之一的觀察角度。該阻擋裝置被置于該顯示裝置和觀看者之間，并包括根據這些復合圖像的顯示而被振蕩的一格柵。每個復合圖像都被如此構成并與該格柵對準，以至于觀看者的每只眼睛只能通過該格柵的諸間隙看到這些復合圖像的打算讓這只眼睛看到的部分，由此產生了三維效果。
本發(fā)明提供了用于使用單個二維顯示器顯示三維圖像的方法和裝置，而無需觀看者戴特殊的眼鏡或類似的裝置。此外，本發(fā)明可以為左眼和右眼兩者顯示全部圖像，而只有極少量的圖像被阻擋，并且該裝置的成本低，運行效率高。


圖1是本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的俯視圖；圖2a和圖2b是本明的復合圖像從中產生的左圖像和右圖像的示意圖；圖3是所顯示的復合圖像和在該復合圖像前移動的阻擋格柵的諸阻擋部分的示意圖；圖4是所顯示的復合圖像和在該復合圖像前移動的阻擋格柵的諸阻擋部分的另一實施方式的示意圖；圖5是本發(fā)明的阻擋裝置的一實施示例的立體分解圖；圖6是描繪了本發(fā)明的、用于實現(xiàn)三維圖像的方法的流程圖；圖7是描繪了圖6的一步驟的流程圖，在該步驟中確定阻擋格柵的固有頻率；以及圖8是描繪了圖6的一步驟的流程圖，在該步驟中將格柵的振蕩的固有頻率匹配于顯示裝置上的復合圖像顯示的頻率。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及提供三維圖像的顯示器，更具體地說，涉及使得二維顯示器從單個顯示器提供三維圖像、而用戶無需戴特殊眼鏡或其他裝置的方法和裝置。提供了以下說明，以使得本領域的普通技術人員能夠實現(xiàn)和使用本發(fā)明，并且該說明是在專利申請及其要求的情境下提供的。對該優(yōu)選實施例的各種修改以及這里描述的一般性原則和特征對于本領域的技術人員將是顯而易見的。因此，本發(fā)明不是要限于所顯示的該實施例，而是與符合這里描述的原則和特征的最大范圍相一致。
圖1是本發(fā)明的用于為觀看者提供三維圖像的顯示系統(tǒng)10的俯視圖。顯示系統(tǒng)10包括一顯示裝置12、一計算機14和一阻擋裝置16。顯示裝置12可以是在近似二維的顯示屏幕18上提供圖像的多種裝置中的任何一個。例如，可以使用被提供用來顯示圖像的陰極射線管(CRT)裝置、液晶顯示(LCD)裝置、等離子體屏幕、投影裝置、電視或其它適當類型的顯示裝置。顯示裝置12能夠顯示大量的個別圖像單元(像素)，這些像素共同構成了在顯示裝置12的顯示屏幕18上顯示的圖像。最好使用具有高的刷新速率例如至少60Hz的顯示器。
計算機14與顯示裝置12連接，并控制顯示裝置12的圖像顯示。計算機14可以是能夠向顯示裝置12發(fā)送適當的信號、以使該顯示裝置中諸像素的發(fā)光從而描繪出所要的圖像的任何適用的控制器。例如，計算機14可以是通過一I/O端口連接于一顯示裝置12例如一平板式顯示器或CRT監(jiān)視器的個人或便攜式計算機。在其它一些實施例中，計算機14可以納入顯示裝置12的機殼中。
阻擋裝置16置于顯示裝置12的顯示屏幕18和顯示屏幕18上的圖像的觀看者20之間，因而阻擋裝置16可以修改觀看者的視圖。該阻擋裝置16包括一機殼22，該機殼最好附裝在顯示裝置12的機殼上，這樣阻擋裝置16被置于靠近屏幕18處。阻擋裝置被置于距離屏幕為A處；為清楚起見，圖1顯示出阻擋裝置16被置于屏幕18前的距離大于實際的情況。如下所述，實際距離A是由多種因素決定的。
阻擋裝置16包括一阻擋格柵24，該阻擋格柵包括多個如圖1所示相互間隔的垂直排列的條26。優(yōu)選地，這些條如此間隔，以至于一條的寬度大體相等于相鄰兩條之間的空隙的寬度。如此設置諸阻擋條26的位置，以至于顯示在顯示屏幕18上的一圖像的特定諸片斷或部分對于觀看者的左眼可見，而該圖像的其他部分對觀看者的右眼可見，從而產生三維圖像的幻覺。優(yōu)選地，在格柵前面放置一透明防護屏28(例如塑料的或玻璃的)，以便格柵24不會被干擾或妨礙。
因此，在屏幕18上顯示的圖像是一復合圖像，其由一些打算讓左眼看到的部分和一些打算讓右眼看到的部分所組成。該復合圖像優(yōu)選地包括一些交替出現(xiàn)的條30，其中每隔一個的一些條30屬于左眼圖像，而其他的條32屬于右眼圖像。在圖1中，為了描繪的目的，圖像的條30和32被顯示為相互偏移，但實際上它們是顯示在屏幕上的一個平面上。圖像條30和32具有的寬度相應于諸阻擋條26和其間空隙的寬度。下文中將參照圖2a至4h更詳細地描述這種復合圖像的生成。
圖像條30和32的位置相應于阻擋格柵24的諸條26和諸空隙的位置，因而觀看者的雙眼將看到各自適當的圖像。這樣，如從觀看者的左眼發(fā)出的假想線36a和36b所示，線36a被允許穿過阻擋格柵24中的諸空隙(開口)，而線36b則被格柵24的條26所阻擋。線36a的穿過表明左眼能夠看到打算讓左眼看到的、圖像的諸條30，而線36b的被阻擋表明左眼看不到打算讓右眼看到的、圖像的諸條32。類似地，線38a表明用戶的右眼能夠看到圖像的條32，而線38b表明其右眼看不到條30。
然而，使用這種系統(tǒng)只向左眼呈現(xiàn)全部左眼圖像的一半，同樣也只向右眼呈現(xiàn)全部右眼圖像的一半。因此，本發(fā)明提供了如箭頭40所示從一端到另一端來回移動的阻擋格柵24，這使得每只眼睛可以看到打算讓這只眼睛看到的圖像的先前未顯示出來的部分。計算機14控制圖像顯示以使得圖像按照格柵24的移動而改變，以便每只眼睛在格柵移動的范圍內看到打算讓這只眼睛看到的整幅圖像。例如，圖像的諸條30和32改變的頻率與格柵24的振蕩的頻率相匹配。這樣，觀看者的每只眼睛從這只眼睛的角度看到一幅完整的圖像，由此產生了深度知覺和三維的感覺。下文將詳細描述實現(xiàn)這種效果的一些實施例。阻擋格柵24的振蕩范圍不必很大；例如，如果使用足夠窄的阻擋條和圖像條，則1毫米的移動范圍就足夠了。
用戶相對于阻擋格柵和顯示裝置的位置對于獲得所希望的三維效果是重要的。用戶應該位于距離B處，以便左眼和右眼的視圖在移動著的格柵24的所希望的相應的位置處被正確地阻擋。格柵距屏幕的距離A和從格柵24到觀看者20的距離B由已知的三角關系相關聯(lián)。例如，觀看者的合適位置的一個例子是在格柵前大約20英寸(距離B)，而從屏幕到格柵的距離A是大約0.27英寸。也可以實施與此不同的位置和距離。
圖2a和圖2b示出了例如通過使用一攝像機得到的完整圖像50和52。左圖像50代表從一人的左眼的角度觀看的一對象的圖像，而右圖像52代表從該人的右眼的角度觀看的同一對象的圖像。獲得這些圖像的一種方式是提供二架攝像機，其間的距離大約相等于一般人的雙眼的距離，例如大約80毫米。這二架攝像機拍攝同一對象的圖像，其中左圖像50是由左邊的攝像機拍攝所得，而右圖像52是由右邊的攝像機拍攝所得。由于二架攝像機之間的距離，這兩個圖像是不完全相同的，而是反映了來自它們的不同觀察角度的視差。也可以使用其他方法獲得這些圖像。
例如，如果使用數字攝像機，則每個圖像50和52由諸像素的網格所構成。因為像素的列對于本發(fā)明提供所顯示圖像中的條30和32很重要，所以每個圖像中的像素的諸垂直列被標為L1、L2、L3等(對于左圖像50)以及R1、R2、R3等(對于右圖像52)。這些列貫穿圖像的整個高度。使用模擬攝像機拍攝的圖像可以類似地被數字化為具有諸像素列的數字圖像。
圖3是從圖2a和圖2b的圖像50和52產生的復合圖像的示意圖。圖3顯示所述顯示屏幕18的一任意部分。第一復合圖像56由諸像素列53(類似于圖2a至2b的像素列)表示，其中圖像56是這樣產生的，即從右圖像52提供2個像素列，接著是來自左圖像50的4個連續(xù)的像素列，接著是來自右圖像52的下2個像素列，然后在該復合圖像的其余部分重復這種結構。例如，復合圖像56提供了像素列R1和R2，接著是列L3、L4、L5和L6，接著是列R7和R8，等等。因此，在這個例子中，一圖像條，例如圖1所示的諸圖像條30或32中的一個，是4個像素寬，其應該大約相應于觀看者的一只眼睛從格柵24的兩阻擋條之間所看到的圖像的大小。當顯示裝置12顯示復合圖像56時，觀看者的左眼只能(大致地)通過格柵24看到“L”列，而其右眼只能(大致地)看到“R”列。
在其他一些實施例中可以使用其他圖像條(以及阻擋條)寬度。與提供所要的阻擋效果所需的寬度相應的像素數量可以取決于圖像的分辨率、格柵24的阻擋條的實際寬度和/或其他因素。
該第一復合圖像56在時間t＝0時顯示出來(這個例子在系統(tǒng)的所有初始化已發(fā)生后發(fā)生)。復合圖像56在經過時間t＝T/4到時間T/2的期間被連續(xù)顯示，其中T是振蕩著的阻擋格柵24的移動周期和改變的諸復合圖像的重復循環(huán)的周期。在時間t＝T/2時，顯示的圖像改變?yōu)閺秃蠄D像58，該復合圖像是以類似的方式使用原始圖像50和52的未在復合圖像56中使用過的諸像素列構成的。因此，圖像58開始于像素列L1和L2，接著是4個像素列R3、R4、R5和R6，接著是列L7、L8，等等。這是復合圖像56的互補圖像，其提供了圖像56中缺少的另一半圖像條。復合圖像58在經過時間t＝3T/4直到t＝T的期間顯示。
本發(fā)明的這一實施例是以這樣的方式運行，即根據阻擋格柵24的振蕩交替地顯示復合圖像56和58。因而，當時間t＝T之后，復合圖像56再次顯示出來，并且時間復位為t＝0。
例如，阻擋格柵穿過在時間t＝0時的中間位置，移向右邊。在圖3的例子中，在該中間位置，格柵的一阻擋條位于圖像56的最左邊的4個像素列(R1、R2、L3和L4)之前，而該阻擋條右邊的空隙使得像素列L5、L6、R7和R8可以暫時被觀看者的右眼看到。陰影區(qū)域60表示當阻擋格柵在復合圖像的前面振蕩時該阻擋條的移動位置。阻擋條60和空隙使得所顯示的像素可以被觀看者的右眼臨時看到；其左眼視圖將與此相似，但就哪些像素被阻擋和被看見而言是相反的(即陰影部分將從最右邊4個像素列之前開始)。
當時間t從t＝0開始增加時，該阻擋條60如圖所示移向右邊。到時間t＝T/4時，該阻擋條已經移過了中間的諸像素列，最終遮蓋了L5、L6、R7和R8。在這一移動過程中，像素列R1、R2、R7和R8在大部分時間里暴露于觀看者的右眼之下，而諸左眼像素列在其間的大部分時間是被遮蓋的；這使得右眼在格柵24的移動的大部分時間可以看到打算讓它看到的諸像素列。
在時間t＝T/4時，繼續(xù)顯示復合圖像56，但是阻擋格柵60已經到達移動的極限，并開始移回左邊。當該阻擋條60在t＝T/2時到達左邊4個像素列的時候，該阻擋條已經越過了所有8個所顯示的圖像列，但其遮蓋中間的4個像素列L3至L6的時間最長，這正確地在大部分時間里阻擋了右眼看到諸左眼像素列。
在t＝T/2時，格柵24再次處于其中間位置，而所顯示的圖像改變?yōu)閺秃蠄D像58。該阻擋條60繼續(xù)移向左邊，并如所希望的那樣，其遮蓋像素列L1和L2的時間長于遮蓋像素列R3和R4的時間。同時，位于其右邊的、由陰影區(qū)域62所代表的下一個阻擋條向左移動到像素R5、R6、L7和L8之前，并如所希望的那樣，在大部分時間里遮蓋了像素L7和L8。
在時間t＝3T/4時，阻擋格柵已到達其移動的另一個極限，并且阻擋條60已移到列L1左邊的諸像素列(未示出)之前，因而像素列L1、L2、R3、R4被解除阻擋，而列R5、R6、L7和L8被阻擋。當隨著時間的行進諸阻擋條移回右邊時，阻擋條60移到列L1、L2、R3、R4之前，但遮蓋列L1和L2的時間最長，因而右眼在大部分時間看到列R3和R4。同時，阻擋條62也移向右邊，在此期間遮蓋列L7和L8的時間最長，并允許右眼在大部分時間看到R5和R6。在時間t＝T時，諸阻擋條到達了所述中間位置，而圖像顯示和格柵移動再次在時間t＝0時開始。
使用這種方法，每只眼睛在大部分時間里看到打算讓它看到的視圖。當格柵24的諸阻擋條之間的諸空隙或未阻擋的部分在諸圖像條之間移動，暴露出打算讓另一只眼睛看到的像素條的某些部分時，將會出現(xiàn)一種歪曲效應。但是，這種效應并不會對三維效果造成很大損害，這是由于格柵24的正弦運動，即每只眼睛可以在大約2/3的時間里看到超過一半的正確圖像。
也可以使用其他方法。例如，可以提供其他像素圖案。應當如此選擇分配給每個復合圖像的諸像素，以致于在考慮到格柵24移動的情況下，每只眼睛在圖像顯示的大部分時間里看到正確的圖像。例如，在復合圖像56中，像素L3可以由R3取代，因為在周期T的大約一半的時間里，右眼在該時間的超過一半的時間看到錯誤的像素。
此外，可以對格柵的移動進行最優(yōu)化，以便與該例子所示的相比，所意欲的諸像素列的更大區(qū)域可以被所意欲的眼睛所看到。例如，可以使得諸阻擋條移動超出圖3所示的諸極限，以便諸像素列的更多區(qū)域可以暴露于正確的眼睛之下。
上述例子是用于提供靜止的三維圖像；然而，也可以使用本發(fā)明提供電影或動畫。例如，一個電影包括若干單獨的幀，其中每一幀是一個圖像。這樣，該電影的每一幀可以這樣顯示，即以與阻擋格柵24的振蕩相匹配的適當頻率顯示第一復合圖像、然后顯示第二復合圖像。然后，采用兩個復合圖像以類似方式顯示該電影的下一幀。如果希望一幀顯示更長的時間，則其兩個復合圖像可以在屏幕上以合適的頻率交替顯示所需的較長的時間，直至下一幀通過交替顯示其復合圖像同樣長的時間而顯示，等等。
圖4是顯示了本發(fā)明的一不同實施例的示意圖，在該實施例中，當在顯示屏幕18上顯示圖像時，多于兩個的復合圖像被使用，并在更頻繁的時間間隔被改變。以上參照圖3描述的輕微的歪曲效應可以通過顯示這樣的復合圖像來進一步降低，這種復合圖像具有的像素列更緊密地跟隨阻擋格柵24的移動。不是只有兩個復合圖像56和58被顯示來表現(xiàn)三維圖像，而是可以顯示更多的復合圖像來表現(xiàn)三維圖像。在圖4的例子中，3個不同的復合圖像從左圖像50和右圖像52中生成，并以一特殊的順序顯示在與上個實施例中圖3的兩個圖像所顯示的同樣的時間長度的8個分段中。因此，當所使用的顯示裝置12能夠以至少4倍于圖3的實施例所需的交替速率刷新圖像時，該實施例運行得最好。在其他一些實施例中，可以使用不同數量的復合圖像，而所述時間長度也可以根據需要以其他方式進行劃分。
圖4示出了8個復合圖像70、72、74、76、78、80、82和84，這些復合圖像將在與阻擋格柵24的振蕩周期匹配的周期內以所示的順序重復地顯示(這些復合圖像中的某些是相同的，因此實際上只需要3個不同的圖像)。與圖3的實施例類似地，圖像70可以在時間t＝0時顯示，此時格柵24處在其中間(停止)位置，一阻擋條86遮蓋了左邊的像素列R1、R2、L3和L4。與圖3中一樣，阻擋條86和88出現(xiàn)在觀看者的右眼視圖中。當格柵移向右邊時，阻擋條86在大部分時間遮蓋了左眼列L3至L6，而使右眼列R1、R2、R7和R8的大部分未被阻擋以便觀看。
在時間t＝T/8時，所顯示的圖像改變?yōu)閺秃蠄D像72，以適應格柵24的新位置。當格柵繼續(xù)移向右邊時，條86在大部分時間遮蓋了位于右邊的像素列L5至L8，而使右眼列R1至R4在大部分時間敞開以便觀看。在時間t＝T/4，所顯示的圖像改變?yōu)閺秃蠄D像74，其與復合圖像72是相同的，而格柵已到達其移動的最右邊極限。然后，當格柵移回左邊時，阻擋條86再次在大部分時間里遮蓋了左眼像素列L5至L8。
在時間t＝3T/8時，圖像改變?yōu)閺秃蠄D像76(其與復合圖像70相同)，而阻擋條86繼續(xù)向左邊移動，在大部分時間覆蓋了中部的像素列L3至L6的，直至時間到達t＝T/2。在t＝T/2時，阻擋條86返回到所述中間位置，而所顯示的圖像改變?yōu)閺秃蠄D像78。然后，格柵繼續(xù)向左邊移動，其間，阻擋條86在大部分時間遮蓋了像素列L1和L2，同時下一個最右阻擋條88進入本區(qū)域并在大部分時間里遮蓋了列L7和L8，而使列R3至R6在大部分時間里是可見的。在時間t＝5T/8時，所顯示的圖像改變?yōu)閺秃蠄D像80，條86繼續(xù)移離顯示出的諸列，而條88遮蓋了列L5至L8。在時間t＝3T/4時，顯示出復合圖像82，其與圖像80相同。此時，格柵24已到達其左邊極限，并隨后開始向右移動，因而條86返回顯示出的諸像素列，而條88開始移離，但仍然遮蓋著列L5至L8。在時間t＝7T/8，顯示出復合圖像84，同時，條86在大部分時間里在列L1和L2前移動，而條88當其離開顯示出的像素時在大部分時間里在列L7和L8前移動。然后時間到達t＝T，其與t＝0時相同，此時重復所述順序，即復合圖像70被再次顯示。
該實施例允許諸復合圖像的所顯示的諸像素在格柵24移動時更精確地跟隨格柵24中的諸阻擋條和諸間隙的位置，因而與圖3的實施例相比，它允許以更長的時間為每只眼睛顯示更大比例的正確的圖像。在所述時間長度內使用更多復合圖像和時間分段可以使每只眼睛看到其正確圖像的時間最大化，因而減少了由格柵的移動造成的任何歪曲。
圖5是本發(fā)明的阻擋裝置16的一實施示例的分解圖。阻擋裝置16包括框架100、阻擋格柵24、后面板102、防護屏28、撓性組件106、探測組件108、驅動組件110、撓性調整組件112、控制器138、電池180、和電源開關182。
框架100在其結構內容納和支持阻擋格柵24。格柵24可以在框架100內沿著x軸在兩個方向上振蕩，而框架100保持靜止?？蚣?00包括一后面板102，其位于格柵24的朝向顯示屏幕的一面并把格柵封裝在框架100中。優(yōu)選地，在面板102上提供一連接裝置，以使得所述面板和框架連接到顯示裝置12上。例如，可以在后面板102上附著一些鋼質區(qū)域116，這些鋼質區(qū)域與附著在顯示裝置12的機殼前面的磁條部分相對應，這樣框架100就可以連接到顯示裝置12的磁條上。也可以使用其他的粘合劑或連接裝置。防護屏28是一種玻璃或塑料的透明材料，其保護框架100中的格柵24，并使得觀看者可以從框架100內部，并穿過格柵24的未被阻擋的諸部分看過去。優(yōu)選地，框架100也包括用于把裝置16的諸組件保持在適當位置的各種裝配件和容座。
阻擋格柵24被顯示為具有多個與敞開的諸空隙相互交替的阻擋條，這些空隙使得觀看者可以看到格柵后面的顯示圖像，如參照圖1描述的那樣。格柵24能夠從一中間位置沿著x軸在兩個方向上橫向移動一短距離。在所描述的實施例中，這種移動是由撓性組件106提供的，該撓性組件包括多個撓性構件120。構件120可以是由金屬、塑料或其他合適的材料構成的柔韌的板簧。每個撓性構件120的一端連接到阻擋格柵24上，而另一端剛性連接到框架106的例如容座122中。每個容座122可以牢固地接納一配合部分124，一相應的撓性構件120連接于此配合部分；例如，撓性構件120的一部分可以插入配合部分124的一接納槽。
探測組件108用來為控制器138提供有關阻擋格柵的移動和顯示頻率的信息，以便使對格柵的驅動最優(yōu)化，并使圖像的顯示和格柵的移動同步。組件108包括第一光探測器128，其用來跟蹤阻擋格柵24的移動，并向控制器138提供信息。光探測器128被放置的位置使其可以通過阻擋格柵24接受來自顯示裝置12的顯示區(qū)域的光。當格柵24處于其初始位置即停止位置時，光探測器128接受最大量的光，即光探測器未被格柵24的諸阻擋條的任何部分所阻擋。優(yōu)選地，所述顯示區(qū)域的一專用的白色或淺色部分與光探測器128對準，以提供最大的光照。當驅動組件110移動格柵(將在下文中描述)時，格柵24的一阻擋條逐漸移動到光探測器128的前面，從而減少了對光探測器的光照。當格柵處于其移動的一極限位置時，光探測器128將接受到一特定的閾值水平的光照。這樣，通過監(jiān)視該光探測器128，計算機14可以確定格柵24的位置。這一點將參照圖6作更詳細的描述。
探測組件108也可以包括一第二光探測器130，其用來確定諸復合圖像在顯示裝置12上的顯示頻率。該光探測器130被放置的位置使其可以探測來自顯示裝置12的光，并使其朝向格柵中的一窗口132。該窗口132使得光探測器130從不會被格柵24的諸阻擋條所阻擋(應注意光探測器128不與該窗口132對準)。優(yōu)選地，顯示屏幕上的所顯示圖像的一相應的“頻率探測區(qū)域”以與諸復合圖像被顯示的頻率相同的頻率在一淺色光如白色和一深色光如黑色之間交替改變。光探測器130能夠探測到光的差別，因而能夠區(qū)分這兩種顏色。這樣，如果如圖3中那樣交替地顯示兩個復合圖像，則每當顯示一新的復合圖新時，該頻率探測區(qū)域就在淺色和深色之間進行改變。如果如圖4中那樣，多于兩個復合圖像被顯示，則每當諸復合圖像的一完整周期完成時，例如對于圖4，每當顯示所述8個圖像中的第一復合圖像時，該頻率探測區(qū)域就在淺色和深色之間進行改變。因此，可以使用光探測器130來確定圖像顯示頻率，以便格柵24的頻率可以與圖像的顯示相匹配，正如下文參照圖6描述的那樣。
框架100上的一遮蓋區(qū)域134可被置于觀看者和所述第一和第二光探測器128和130所使用的顯示的專用區(qū)域之間。這樣，遮蓋區(qū)域134可以遮蓋光探測器128所使用的淺色區(qū)域和光探測器130所使用的頻率探測區(qū)域，以及這些光探測器本身，從而使觀看者看不到這些區(qū)域和探測器。
上述實施例假設阻擋裝置16不能與顯示裝置12或計算機14直接通信。這使得用戶可以容易地在一現(xiàn)有顯示裝置上設置該阻擋裝置，也更容易使位于遠處的一計算機14可以與一本地顯示器共同使用(例如，當計算機14通過一計算機網絡與顯示裝置12連接時)。作為另一種選擇，在一不同的實施例中，阻擋裝置16可以包括至計算機14的一通信信道(例如一有線或無線傳輸)，其中圖像的顯示頻率對于該計算機是已知的，因而可以被直接提供給阻擋裝置16的控制器138，從而排除了對所述第二個光探測器130的需要?；蛘?，在計算機14和阻擋格柵16之間進行通信的實施例中，可以將所顯示圖像的頻率與測量出的格柵的頻率相匹配，而不是如為本實施例所描述的那樣在相反方向進行。
在其他一些實施例中，可以使用光探測器之外的其他類型的傳感器來確定格柵24相對于其移動極限的位置，以及在顯示屏幕上的圖像的頻率。傳感器也可以置于與圖5的實施例中的位置不同的位置。
一控制器138可以包括在探測組件108的一電路板上，或者設置在阻擋裝置16的其他地方。如下文將參照圖6更詳細描述的那樣，控制器138初始化并且控制阻擋裝置16的諸組件。控制器138可以是一微處理器、狀態(tài)邏輯、或其他微控制器，以及與包括在阻擋裝置16中的適當的電子組件的接口，這樣的電子組件例如是存儲器、模擬-數字控制器、數字-模擬控制器、I/O組件(如有必要)等。
驅動組件110用來移動阻擋格柵24。在所描述的實施例中，驅動組件包括連接于阻擋格柵24的一音圈140，以及固定于框架100的一接納磁體組件142。當音圈140被置于磁體組件142中，并且通過導線144向該音圈施加電流時，由于電流和磁體之間的電磁相互作用，線性力將沿著x軸施加到音圈上，由此，力被施加到格柵24上，并使格柵沿x軸移動。所描述的實施例中的力只在一個方向上被施加給格柵，但作為另一種選擇，它也可以在兩個方向上被施加。
可以向音圈施加恒定電壓的驅動電壓脈沖，以便提供剛好足夠的力來使格柵以所需的振幅振蕩。脈沖的寬度可以改變，以減少或增加力被施加到格柵上的時間。驅動脈沖的時間選擇取決于來自光探測器128的閾值信號，以便可以改變格柵的振蕩頻率，而不會造成電周期和機械周期的相互沖突。此外，可以使用本領域的技術人員所知道的諧波平衡方法，并結合以所述框架的質量，來消除來自系統(tǒng)的任何不希望有的振動或噪音；例如，可以向框架100添加一重物或者引入一互補的振蕩來消除不希望有的振動。
撓性調整組件112用來調整阻擋格柵24的振蕩的固有頻率以使其符合在顯示屏幕上顯示的圖像的頻率。為了使所使用的能量最少，基于諸撓性件和主彈簧的柔度、格柵的質量等等，格柵的固有(或基本)頻率應當與所顯示的復合圖像的頻率相匹配。由于格柵的質量是恒定和難以改變的，所以最好改變格柵的彈簧系統(tǒng)的彈性比率(彈性常數)或柔度。
撓性調整組件112包括若干組件以便改變格柵的彈性比率。在所描述的實施例中，該組件調整主彈簧150的有效圈數以改變格柵系統(tǒng)的固有頻率。該主彈簧作為設置在框架100和格柵24之間的另一撓性件而發(fā)揮作用，從而允許產生振蕩。主彈簧150具有連接于格柵24的螺紋152處的一端，該彈簧的該端緊密地旋合于所述螺紋之上，并且該彈簧的該端卡住以防止彈簧的轉動。彈簧150可以是例如鋼質螺旋彈簧，其平均直徑為0.5英寸，由直徑為0.091英寸的鋼絲制成，并具有18.5個有效圈，因而在格柵結構的重量大約是1.88盎司的情況下可以為格柵提供大約60周/秒的固有頻率。對于這種彈簧，添加或除去一個有效圈將改變固有頻率大約2.7％。當然，在其他實施例中，可以使用其他尺寸或類型的彈簧以及其他的格柵重量。
主彈簧150的有效圈數的調整是通過將螺紋桿154旋入主彈簧150的另一端而完成的(該螺紋桿的表面形狀可以與彈簧150另一端的螺紋152相同，只是其配合不應當那樣緊，以至于螺紋桿不能容易地轉動)。螺紋桿154的螺距與主彈簧的螺距相匹配，而其螺紋輪廓略大于彈簧線的直徑。螺紋桿154連接于一更大直徑的螺紋部分156，該螺紋部分螺旋配合于一螺母158，其中螺母158固定于框架100。在螺紋部分156中的一方孔接納具有正方形或矩形截面的一旋轉構件160，而該旋轉構件又連接于一蝸輪162。蝸輪162與蝸桿164相嚙合，蝸桿164又由蝸輪166驅動。蝸桿164固定于蝸輪166。蝸輪166與一蝸桿168相嚙合，而該蝸桿168由電動機170驅動。這樣，在運行過程中，電動機170被啟動以旋轉蝸桿168、蝸輪166、蝸桿164和蝸輪162，而蝸輪162又致使構件160旋轉螺紋桿156/154。這致使螺紋桿154在主彈簧旋入或旋出螺紋桿154的螺紋時除去或添加主彈簧的有效圈，從而調整了格柵系統(tǒng)的固有頻率。當構件160旋轉時，螺紋桿154/156沿著構件160線性移動，這是因為螺紋桿154/156已旋入固定于所述框架的螺母158。這一雙蝸輪蝸桿系統(tǒng)具有例如兩副15比1的蝸輪蝸桿，從而提供了從電動機170到螺紋桿154的225比1的總減速比。在其他實施例中，也可以使用其他減速比。
優(yōu)選地，阻擋裝置16還包括一電源，例如電池180，其可以與電動機170、音圈144和探測組件108連接以向上述組件提供電能。電池180例如可以如圖所示位于框架100的一邊。也可以使用其他電源，包括來自一電源插座、計算機14或顯示裝置12的電能。阻擋裝置16也可以包括一電源開關182，當該開關被用戶打開時，致使裝置16初始化并開始運行。
圖6是示出了本發(fā)明的用于實現(xiàn)三維圖像的方法200的流程圖。該方法的諸適當步驟可以在運行于計算機14或該阻擋裝置的控制器138上的軟件或固件中實施，和/或在硬件中實施，如本領域的技術人員所知道的那樣。諸軟件指令可以存儲在一計算機可讀介質例如存儲器、硬盤、CD-ROM或其他存儲介質中。
過程200開始于步驟202，并在步驟204，阻擋裝置16被設置在顯示裝置上。用戶使用上面描述的連接裝置例如磁條將所述阻擋裝置16連接起來，以致于透明的防護屏大致位于顯示裝置12的顯示屏幕18的中央。為協(xié)助完成此目的，最好由顯示裝置12顯示出一校準圖案。該校準圖案最好是具有一些圖像條的一格柵圖案，其與阻擋裝置16的格柵圖案相匹配。例如，該校準圖案可以是一系列深色和淺色交替的、與格柵24的諸垂直阻擋條具有大致相同的尺寸和空隙的垂直條。然后，用戶可以橫向地或旋轉地調整阻擋裝置16的位置，以便所述格柵圖案看起來與所述校準圖案相匹配，就是說，如此一來，用戶使用一只眼睛可以看到所有一種顏色(例如深色)顯示的條，而使用另一只眼睛可以看到所有另一種顏色(例如淺色)顯示的條(當用戶坐在適當的距離時)。所顯示的校準圖案的圖像條的顏色可以與阻擋格柵條的顏色不同，以便用戶可以更容易地確定它們何時對準。在這一過程之后，阻擋裝置處于對準的位置。
在步驟206，開始初始化過程。計算機14(和用戶)命令顯示裝置顯示一圖案，該圖案至少在可由所述第一光探測器128探測的所述區(qū)域中具有白色(或其他淺色)圖案。可以只在本初始化過程中顯示該區(qū)域；或者，該區(qū)域可以包括在每個所顯示的復合圖像中，在這種情況下可以立即以所需的頻率開始顯示諸復合圖像(從而可以跳過步驟214)。然后，電源開關182由用戶打開，而控制器138開始振蕩格柵24。
在步驟208，阻擋格柵24被振蕩，并且格柵的當前固有頻率被確定。這一點將參照圖7作更詳細的描述。在步驟210，所顯示圖像的頻率被確定。在所描述的圖5的實施例中，確定該頻率是通過這樣的方式，即使用第二光探測器130通過格柵24中的一窗口探測來自圖像的頻率探測區(qū)域的光，該頻率探測區(qū)域以復合圖像的顯示頻率交替顯示淺色光和深色光。步驟208和210可以以任何所希望的順序進行，或者基本同時地進行。
在步驟212，調整格柵24的固有頻率，以使格柵和顯示圖像的頻率同步。在一步驟將參照圖8更詳細地描述。
在步驟214，通過顯示諸復合圖像而開始三維圖像的顯示，如以上參照圖2a至4h描述的那樣(除非這些圖像已在步驟206顯示了)。站在適當距離和位置的觀看者可以看到三維圖像。也可以通過這樣的方式提供運動圖像，即在本步驟順序地顯示一些由交替顯示的諸復合圖像組成的圖像組。在顯示之后，該過程結束，如步驟214所示。
圖7是描述圖6的步驟208的流程圖，其中格柵24的固有頻率被確定。本方法優(yōu)選地由阻擋裝置上的控制器138實施，但在其他實施例中可以由其他裝置例如計算機14實施。本方法開始于步驟230，并在步驟232，當電源開關已打開后，控制器138用音圈142以預定的電流水平在一個方向上驅動格柵。在所描述的圖5的實施例中，格柵24從一中間位置開始，因而所述第一光探測器128與格柵的阻擋條之間的空隙完全對準，這樣該光探測器可以探測到來自所述顯示區(qū)域的相應專用淺色區(qū)域的最大強度的光。當格柵24被從該中間位置移開并且一阻擋條被移到該光探測器128的前面時，該光探測器所探測到的光的強度減少。當格柵到達所需的最遠位置時，由該光探測器128探測到的光處于一閾值水平。因而，當在步驟232探測到該閾值時，格柵處于其行程的所需最大極限位置(振幅)。由于格柵的諸撓性件的彈性和由該第一電壓脈沖所引起的動量，格柵的移動將完全超過該所需極限位置。
在步驟234，該驅動信號被清除，這樣，由于諸撓性件和彈簧150的彈性，格柵24將以其固有頻率向所述中間位置移回。格柵相繼地到達其所需極限位置(此時可以探測到所述閾值水平)所需的時間是格柵的機械系統(tǒng)(諸撓性件、彈簧、重物等)的固有周期。因為所需最大振幅已被超過，所以可以測量若干振蕩循環(huán)。
在步驟236，驅動脈沖仍然處于被清除狀態(tài)，直到所述閾值信號被超過的時間長度接近于零?，F(xiàn)在再次把驅動脈沖施加到格柵上，以再次朝著其行程極限的方向驅動它，直到第一光探測器128穩(wěn)定地探測到所述閾值信號。因為希望消耗最少的能量來驅動格柵，所以應當使用驅動格柵到達所述閾值水平的位置所需的最少能量。因此，在步驟238，所述控制器將驅動信號脈沖寬度減少到使得格柵到達所述閾值水平所需的最小水平，由此避免了格柵的移動超出所述極限，并使得用于驅動格柵的能量最優(yōu)化。然后，本過程在步驟240完成。
圖8是描繪了圖6的步驟212的流程圖，其中格柵24的振蕩的固有頻率匹配于諸復合圖像在顯示裝置12上顯示的頻率。該過程開始于步驟250，并且在步驟252，該過程檢查格柵的固有頻率是否與顯示頻率相匹配。如果匹配，則該過程繼續(xù)進行到步驟258，其將在下文描述。如果不匹配，則在步驟254，控制器138改變格柵的彈性比率，以改變所述固有頻率。在所描述的實施例中，這要求啟動電動機170，以旋轉螺紋桿154來改變所述主彈簧150的圈數，由此改變彈簧150和格柵的彈性比率，以及振蕩的固有頻率。例如，可以旋轉螺紋桿154一整圈，來改變固有頻率。在其他實施例中，可以以其他方式改變固有頻率。
在步驟256，再次測量格柵系統(tǒng)的固有頻率。這可以通過這樣的方式完成，即向其極限位置移動格柵直到所述第一光探測器128檢測到所述閾值，然后清除驅動信號，如在圖7的過程中描述的那樣。用于獲得固有頻率的另一種實施辦法是測量諸驅動脈沖之間的時間或者諸相繼閾值信號之間的時間。然后，本過程返回到步驟252，以檢查固有頻率是否與顯示頻率匹配。一旦這兩個頻率匹配，則實施步驟258，其中對驅動信號進行最優(yōu)化，以便消除移動過頭，并使能量消耗最小化，這類似于圖7中的步驟238；這一步驟可以在運行過程中周期性地或不斷地進行。然后，本過程在步驟260結束。
對顯示頻率和格柵頻率的讀取，以及對這些頻率的調整以使其相互匹配，也可以在顯示系統(tǒng)的運行過程中周期性地進行，以保證這些設備被正確地同步。
盡管已根據所示實施例描述了本發(fā)明，本領域的普通技術人員可以容易地認識到，對這些實施例可以有各種改變，并且這些改變將處于本發(fā)明的精神和范圍之內。例如，多種類型的機械系統(tǒng)可以提供所需的格柵振蕩，以及顯示和/或格柵頻率的調整。因而，本領域的普通技術人員可以進行多種修改，而不脫離所附權利要求的精神和范圍。
權利要求
1.一種允許使用一個顯示二維圖像的顯示裝置觀看三維圖像的裝置，該裝置包括被置于所述顯示裝置的顯示和觀看者之間的一阻擋格柵；以及用于根據多個圖像的顯示振蕩所述阻擋格柵的一驅動系統(tǒng)，其中每個圖像大致與所述格柵對準，并且每個圖像被這樣構成，以至于觀看者的每只眼睛只能看到所顯示圖像的、打算讓這只眼睛看到的所顯示部分，從而產生三維效果。
2.權利要求1的裝置，其中所述阻擋格柵包括多個由空隙相互隔開的阻擋條。
3.權利要求2的裝置，其中所述諸阻擋條是垂直排列的。
4.權利要求1的裝置，其中所述顯示裝置包括一大致為平面的顯示屏幕，且其中所述阻擋格柵被置于所述顯示屏幕的前面。
5.權利要求1的裝置，其中所述格柵的所述振蕩相應于所述圖像的顯示，其中觀看者的每只眼睛當所述格柵被移動到一個位置時被阻擋而看不到打算讓觀看者的另一只眼睛看到的一半圖像，且其中每只眼睛當所述格柵被移動到另一個位置時可以看到圖像的先前被阻擋的打算讓這只眼睛看到的一半圖像。
6.權利要求1的裝置，其進一步包括用于設置所述阻擋格柵的振蕩以使其與所述多個圖像的顯示相匹配的一控制系統(tǒng)。
7.權利要求6的裝置，其中所述控制系統(tǒng)包括用于確定圖像的顯示頻率的一傳感器系統(tǒng)。
8.權利要求6的裝置，其中所述控制系統(tǒng)包括確定所述阻擋格柵的振蕩的當前頻率的一傳感器系統(tǒng)。
9.權利要求1的裝置，其進一步包括用來使得所述阻擋格柵可以相對于支持所述阻擋格柵的一框架振蕩的一彈簧懸掛裝置。
10.權利要求9的裝置，其中所述彈簧懸掛裝置包括多個撓性構件。
11.權利要求9的裝置，其中所述彈簧懸掛裝置包括這樣一裝置，該裝置可以改變所述彈簧懸掛裝置中的至少一個彈簧的彈性比率，以使得所述振蕩的格柵的固有頻率匹配于所述圖像的顯示頻率。
12.一種用于使用一個能夠顯示二維圖像的顯示裝置提供三維圖像的方法，該方法包括(a)生成多個復合圖像，其中每個復合圖像包括兩個單獨圖像的各部分，每個單獨圖像反映了觀看者的兩眼之一的觀察角度；(b)在所述顯示裝置上以一顯示頻率每次一個地顯示所述諸復合圖像；以及(c)振蕩被置于所述復合圖像的顯示和觀看者之間的一阻擋格柵，以便觀看者的每只眼睛只看到所述復合圖像的打算讓這只眼睛看到的各部分。
13.權利要求12的方法，其中每個復合圖像包括兩個單獨圖像的交替出現(xiàn)的部分。
14.權利要求12的方法，其中每個復合圖像具有打算讓觀看者的每只眼睛看到的各部分，其中不同的復合圖像中的相應的部分在它們各自的復合圖像中具有不同的位置。
15.權利要求12的方法，其中所述格柵的振蕩使得觀看者的每只眼睛看到顯示在所述顯示裝置的一顯示區(qū)域的打算讓這只眼睛看到的一圖像。
16.權利要求12的方法，其中所述多個復合圖像是以所述顯示頻率在所述顯示裝置上交替顯示的兩個復合圖像。
17.權利要求12的方法，其中所述多個復合圖像是由以一特定順序顯示的多于兩個的復合圖像組成的重復顯示的組。
18.權利要求12的方法，其中所述復合圖像的各部分是一些在打算讓觀看者的一只眼睛看到的一部分和打算讓觀看者的另一只眼睛看到的一部分之間進行交替的垂直條。
19.權利要求12的方法，其進一步檢測所述復合圖像的顯示頻率，并調整所述阻擋格柵的振蕩頻率以使其與所述顯示頻率相匹配。
20.權利要求19的方法，其中所述調整振蕩頻率包括調整所述阻擋格柵的一彈簧系統(tǒng)的彈性比率。
21.權利要求12的方法，其中所述復合圖像的顯示重復進行，以提供一個主題的復合圖像的靜態(tài)顯示。
22.權利要求12的方法，其中不同的復合圖像被順序顯示，以提供圖像的動畫顯示。
23.一種用于提供三維圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括能夠顯示兩維圖像的一個顯示裝置，其中所述顯示裝置被致使顯示多個復合圖像，其中每個復合圖像包括兩個單獨圖像交替出現(xiàn)的各部分，每個單獨圖像是從一觀看者的雙眼之一的觀察角度獲得的；以及被置于所述顯示裝置和所述觀看者之間的一阻擋裝置，所述阻擋裝置包括一格柵，其中所述阻擋格柵根據所述復合圖像的顯示被振蕩，且其中每個復合圖像被這樣構成并與所述格柵對準，以至于所述觀看者的每只眼睛只看到所述復合圖像的、打算讓這只眼睛通過所述格柵中的諸空隙看到的所顯示的部分，從而產生三維效果。
24.權利要求23的系統(tǒng)，其中所述格柵包括多個由空隙相互隔開的阻擋條，且其中觀看者的每只眼睛只能通過這些阻擋條之間的空隙看到所述復合圖像的打算讓這只眼睛看到的所顯示部分。
25.權利要求23的系統(tǒng)，其中所述顯示裝置包括一大致為平面的顯示屏幕，且其中所述阻擋格柵被置于所述顯示屏幕的前面。
26.權利要求23的系統(tǒng)，其中所述格柵的所述振蕩相應于所述圖像的顯示，其中所述觀看者的每只眼睛被阻擋而看不到打算讓所述觀看者的另一只眼睛看到的一半圖像，且其中每只眼睛當所述格柵處于一不同位置時能夠看到先前被阻擋的打算讓這只眼睛看到的一半圖像。
27.權利要求23的系統(tǒng)，其進一步包括用于設置所述阻擋格柵的所述振蕩以使其與所述多個圖像的顯示相匹配的一控制系統(tǒng)。
28.權利要求27的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被設置在所述阻擋裝置上，且其中所述控制系統(tǒng)包括用于確定所述圖像顯示頻率以及用于確定所述阻擋格柵的當前振蕩頻率的一探測系統(tǒng)。
29.權利要求23的系統(tǒng)，其進一步包括用于使得所述阻擋格柵相對于支持所述阻擋格柵的一框架而振蕩的一彈簧懸掛裝置。
30.權利要求29的系統(tǒng)，其中所述彈簧懸掛裝置包括這樣一裝置，該裝置可以改變所述彈簧懸掛裝置中的至少一個彈簧的彈性比率，以使得振蕩格柵的固有頻率與所述圖像的顯示頻率相匹配。
全文摘要
用于使用一顯示裝置顯示三維圖像的裝置和方法。一阻擋格柵被置于顯示裝置和一觀看者之間，而一驅動系統(tǒng)根據多個圖像的顯示來振蕩所述阻擋裝置。每個圖像與所述格柵對準，并被如此構成，以至于觀看者的每只眼睛只看到所顯示圖像的、打算讓這只眼睛看到的所顯示部分，從而產生了三維效果。
文檔編號H04N13/04GK1525209SQ20041000425
公開日2004年9月1日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權日2003年2月25日
發(fā)明者R·H·哈里斯, R H 哈里斯 申請人:國際商業(yè)機器公司