專利名稱：立體影像顯示系統的制作方法
技術領域：
本發明是關于一套立體影像顯示系統，利用雙眼的視差，可以產生立體影像效果。本系統使用的顯示器包含一像素平面，這里，左右圖像既對整個屏幕也對相鄰像素進行交替顯示。
現有的立體影像顯示系統乃是使用特殊的眼鏡，比如紅色和蘭色濾光眼鏡、LCD光闌護目鏡或偏振濾光眼鏡等。其他一些已有的立體影像顯示系統是利用帶固定縫間距的視差隔離器或使用雙凸透鏡片。所有這些已知立體影像顯示系統均有這樣的缺點，即它們在觀察區域外的區域顯示虛幻影像和/或由于系統的固定幾何尺寸而使觀察位置也是固定的。
因此，本發明的一個目的即是提供一種立體影像顯示系統，此系統可以克服上述現有技術的缺點。
此目的是由各獨立權利要求所述的內容來實現的。本發明的優選實施例在從屬權利要求中述及。
本立體影像顯示系統的第一個實施例具有一個包括用于交替顯示左右圖像的像素平面的顯示器，和一個放置在顯示器的前面，由隔離條組成的視差隔離器，相鄰的隔離條的距離或間距是可變的。這樣，就能夠改變觀察位置，它是距離的函數。
隔離條可采用任何光隔離器件，比如液晶顯示器件或機械器件。
如果隔離條包括機械器件，則距離的變化可用縮放器來實現，每個隔離條都同該縮放器相連。最好每個隔離條同縮放器的每個連接軸相連，縮放器的一個連接軸在空間上固定，這樣縮放器相對于顯示器的位置就是固定的。縮放器的移動可由一套與之相連的移動桿機構來實現，此機構由一個控制器來控制。
最好每個隔離條是可旋轉的，從而使隔離器與顯示平面之間的角度是可變的。這樣，不但是所說的隔離條之間的距離，而且隔離器的寬度，即隔離條在顯示平面上的投影也是可調的。隔離條的旋轉可用一齒條齒輪機構來實現。齒條最好可以直線移動。本立體影像顯示系統還包含控制齒條驅動機構的控制器。進一步地，縮放器的兩端都可由移動桿機構來控制。
在本立體影像顯示系統的這一實施例中，像素平面的相鄰像素交替顯示左右圖像。
本立體影像顯示系統的另一可能的實施例具有一個包含用于顯示左右圖像的像素平面的顯示器，以及一些放置在顯示器前面，在左右眼之間逐條排列的移動隔離條。在這里，如果隔離條設定為第一種模式第一個角度，則在右圖像顯示時就把右圖像引到右眼，如果設定為第二種模式第二角度，則在左圖像顯示時就把左圖像引到左眼。
本立體影像顯示系統的隔離條設置成基本上與顯示器垂直，也就是說，在中間位置，隔離條與顯示器平面間的角度近似為90度。
最好左右觀察方向的切換足夠的快，這樣，由于人眼的影像殘留效應，而產生連續圖像的效果。
本立體影像顯示系統的隔離條與一套切換裝置相連，此裝置在左右圖像觀察位置之間切換隔離條。這樣的切換裝置可用連接臂構成。
本立體影像顯示系統還包括一個移動隔離條控制器和一個用來切換左右圖像的顯示控制器，兩者均受一公共定時信號的控制。
進而，立體影像顯示系統的切換裝置可以包括一固定臂和一連接臂，從而使移動隔離器部分能獨立于顯示屏幕。
按照本發明，本立體影像顯示系統還可以具有這樣一個隔離器，它由一個垂直放置在顯示器上的固定隔離器和一個設置在固定隔離器之上的移動隔離器來構成，這樣，在第一種狀態，移動隔離器的位置使右眼只能看到右圖像，而在另一種狀態，移動隔離器的另一位置使左眼只能看到左圖像。
兩個位置之間的切換必須快到能產生穩定的圖像效果。
在本立體影像顯示系統中，移動隔離器可依照其狀態在平行于像素平面的平面內移動，而且移動隔離器可由具有互相平行排列的矩形開孔的隔離片構成。本系統還包括一控制器，一切換器(即顯示控制器)和一移動機構，其中控制器和切換器受一公共定時信號控制。
在這種立體影像顯示系統的另一實施例中，移動隔離器是由帶有條形光闌的液晶來構成的，它可以根據其狀態在透明和不透明之間切換。這樣的系統還包括一個控制液晶光闌的控制器和一個切換左右圖像的切換器，二者均受控于一公共定時信號。
本發明的立體影像顯示系統的另一實施例，具有一個包括用于顯示左右圖像的像素平面的顯示器，還具有一種可在兩種偏振狀態之間來回切換的偏振裝置，該偏振裝置裝設在顯示器前面，緊挨其上是一偏振棱鏡片，它包括一個挨一個排列的許多棱鏡，形成一縱列型偏振棱鏡片，使一種偏振光由棱鏡反射到第一方向，另一種偏振光由棱鏡反射到第二方向。
在這樣的立體影像顯示系統中，最好每個像素列均對應偏振棱鏡片的一個偏振棱鏡。也就是說，每個偏振棱鏡覆蓋一個像素列。
此立體影像顯示系統還包括一偏振裝置控制器和一切換左右圖像的切換裝置，兩者均受一公共定時信號的控制。
為進一步降低左右圖像光線間的互相干擾，偏振棱鏡片的每個偏振棱鏡的形狀互不相同。
為使用更寬的顯示器，偏振棱鏡片上的每個靠外側的棱鏡可以遮蓋相鄰的靠內側的棱鏡。
利用上述的本發明的這些實施例，調節觀察距離和/或消除觀察區較外面的區域內的虛幻影像是可以實現的。
現結合附圖，闡述本發明的優選實施。
圖1示出第一種實施例，采用以縮放器改變縫間距的視差隔離器系統；圖2示出隔離條可旋轉的視差隔離器系統；圖3示出兩側驅動縮放器的視差隔離器系統；圖4示出采用第一種移動隔離器系統的立體影像顯示系統的原理圖；圖5示出移動隔離系統的截面圖，其中左圖像指向左眼；圖6同圖5，示出其中右圖像指向右眼；圖7示出移動隔離器系統的截面圖，并有隔離器驅動系統示例圖8示出移動隔離器驅動系統另一示例；圖9示出采用第二種移動隔離系統的立體影像顯示系統的原理圖；圖10示出圖9所示的移動隔離系統的截面圖，其中左圖像指向左眼；圖11同圖10，示出其中右圖像指向右眼；圖12示出移動隔離器系統的一個實施例，移動隔離器由平行于顯示器放置的隔離片構成；圖13示出圖9所示的移動隔離器系統的一個示例，移動隔離器由液晶系統構成；圖14示出采用偏振裝置和偏振棱鏡片的立體影像顯示系統的透視圖15示出圖14所示的(立體影像顯示)系統的截面圖；圖16示出圖13所示的立體影像顯示系統的截面圖，其中棱鏡的形狀各不相同；圖17示出偏振立體影像顯示系統的一個實施例，其中棱鏡互相遮蓋；圖18示出采用視差隔離器系統的立體影像顯示系統的原理圖。
圖18所示的為視差隔離器系統的基本原理，該系統包括顯示器1，它構成圖像平面或者說構成含交替的左圖像像素2和右圖像像素3的像素平面。在此例中，圖像是所謂的混合條形圖像，左右圖像的像素分別垂直排列。從各個像素的描述線中可很清楚地看出，右圖像像素3到左眼的路被視差隔離器4隔斷，同樣，左圖像像素2到右眼的路也被隔斷。從圖18還可以清楚地看出，采用隔離條間距固定的視差隔離器4的結果是左眼(LE)和右眼(RE)的觀察距離是固定的。
圖1所示的是觀察距離可變的視差隔離器系統的示例。視差隔離器系統4放置在顯示器1前面，由許多相互平行的隔離條5組成，并通過軸桿9與縮放器6在連接軸8處相連。縮放器6具有常規軸7和連接軸8。在一側，縮放器通過一個移動桿11連到受控制器13控制的移動桿機構12上。在此例中，隔離片5中的一個，最好選用中間位置的一個，通過軸桿9f連到空間的一個固定點10上。采用這種結構形式，各隔離條5間的距離或縫間距可通過移動桿11的移動來改變，從而相應地改變觀察距離。
這種移動由控制器13，通過觀察者和/或一個其值跟隨觀察者與顯示器1之間的距離而變化的控制信號來控制。
圖2是所發明的視差隔離器系統的另一個實施例，其中隔離條5的軸桿9連到一個齒輪齒條機構14上，此機構包括安裝在隔離條5的軸桿9頂部的直線形齒條15以及齒輪16。通過這樣一種由控制器18來控制的移動齒條機構17，可以轉動隔離條5，從而可以改變隔離條5和顯示平面1之間的角度，換句話說，是可改變隔離條5的面積在與顯示平面1平行的平面內的投影。利用這個系統，對已選定間距的隔離條，可獲得一個合適的隔離條的寬度。
控制器13和18可由未標出的輸入裝置來控制，例如通過觀察者和/或一個其值跟隨觀察者與顯示器1之間的距離而變化的控制信號來控制。
圖3是圖1所示的視差隔離器系統的又一實施例，其中視差隔離器系統同時在兩側由移動桿4和19通過移動桿機構12和20來驅動，兩者均受同一個控制器13的控制。圖3所示的實施例的另一不同點是，沒有任何一個隔離條與空間上的固定點相連。因此，縮放器不僅可以放大和縮小，還可以沿平行于顯示器1的平面移動而不進行縮放。這樣，當觀察者平行于顯示器1移動和改變觀察距離時，隔離器可沿平行于顯示器1的平面移動并進行放大或縮小。
按照圖3所示，該優選實施例中的隔離條5也可以轉動。當然，沒有裝置16到18，也可以設有裝置19和20。
利用未示出的控制器裝置，可相應地將來自所描述的像素2的光線導向右眼，將像素3的光線導向左眼。
圖1到圖3所示的原理的另一實施例(示畫出)，可采用液晶器件來實現。由于這種器件根據相應的控制信號可以是透明或不透明，則相應的光隔離條可由這種液晶器件來代替。隔離條的大小和間距可由控制信號來控制，可以由輸入裝置的信號和/或傳感器裝置的信號來決定。輸入裝置的信號可以分別由觀察者或使用者來定義，而傳感器裝置可以，比如說根據觀察者或使用者與顯示器1間的距離，來產生一個信號。
圖4所示的是移動隔離器系統22的一個實施例，它設置在一個含像素21的平面顯示器1之上。移動隔離器系統22包括許多可移動隔離條23，它們基本上與平面顯示器1的表面垂直，這樣，像素條或像素列就沿垂直方向形成。可移動隔離條23與平面顯示器1的表面之間的角度是可以根據情況而改變的，因此，光線就可以分別導向右眼RE或左眼LE。這點將在圖5和圖6中詳細解釋。
圖5是圖4所示的實施例的截面圖。在圖示的可移動隔離條23的方向，從所有的像素21出來的光線都導向左眼LE，也就是說，在這種情況下，平面顯示器1顯示的是完整的左圖像。右眼從平面顯示器的表面上看不到任何圖像，只能看到可移動隔離條的表面。
圖6是另一種情況，這里，由于可移動隔離條23的取向，含像素21的平面顯示器1的表面僅能被右眼RE看到。所以，在這種情況下，平面顯示器1只能顯示右圖像。
圖5和圖6清楚地說明了，隨著左圖像或右圖像的分別出現，必須改變可移動隔離條23的方向。為了獲得穩定的畫面或穩定的圖像，隔離條的移動必須足夠快，比如要快于每秒20次，這樣，利用人眼的圖像殘留效應，就可以產生立體影像效果。
圖7是一個實施例的截面圖，這里，可移動隔離器系統22的移動隔離條23通過連接臂24來移動。在本實施例中每個移動隔離條23都連接到連接臂24的一個軸樞。連接臂24的移動由一個受控于移動隔離條控制器27的移動機構26來驅動。還有，顯示器1由顯示控制器28來控制。這兩個控制器，移動隔離條控制器27和顯示控制器28，均受控于一公共定時信號29，這樣，連接臂24的移動就能與顯示器1上顯示的圖像的切換同步。
圖8是立體影像顯示系統的另一實施例，其采用的可移動隔離系統22不與顯示器1相連，亦即獨立于顯示器1。這種可移動隔離器系統包括一個固定臂30用于連接可移動隔離條23。可移動隔離條23通過樞軸25、連接臂24由移動機構26驅動。可移動隔離系統22的移動的控制和顯示器1上的圖像的控制由類同于圖7實施例的控制器配置來完成。
圖9所示的立體影像顯示系統中，根據情況，左眼和右眼間的光線被含有固定隔離條32和可移動隔離條33的隔離器系統31隔離開來。在此實施例中，固定隔離條32垂直設置于平面顯示器1的表面上部，從而形成縱列狀排列的像素21。在每個固定隔離條32的頂部，都裝設一個移動隔離條33，在兩個觀察位置看，均平行于顯示器1的表面。
圖10是圖9所示的實施例的截面圖，這里，可移動隔離條33指向圖10的左邊，因此，只有右眼能看到顯示器1表面上的圖像。左眼只能看到固定隔離條32和/或移動隔離條33的表面。
圖11是另一種情況，只有左眼能看到顯示器1表面上的圖像，也意味著顯示器1此時只能顯示左圖像。可移動隔離條33現在指到圖11的右邊。
圖12是利用圖9原理的另一實施例。在固定隔離條32之上放置一個具有平行矩形開孔33b和相應框架33c的板或片33a。框架33c構成移動隔離條。在這種情況下，此板可在控制器35的控制下，由移動機構34整體驅動。含像素21的顯示器1的圖像由控制器36來控制。公共定時信號37切換左右圖像信號并使帶可移動隔離條的板33a做精確的同步移動。
圖13是采用板或片33a的立體影像顯示系統的第二個實施例。在此例中，開孔33b和框架33c由液晶系統38構成。液晶系統的取向平行于平面顯示器1的圖像平面。液晶系統38包含條狀液晶光闌39和40，它們沿著所述像素縱列而排列并起到移動隔離器33的作用。這些液晶光闌39和40可根據情況從透明到不透明狀態來回切換，從而起到圖9和圖12中的移動隔離器33的作用。按照圖13所示的狀態，光闌39相當于框架33c，而光闌40相當于開孔33b。
液晶光闌的功能受控制器41的控制，并通過公共定時信號37與顯示控制器36保持同步。
已經指出，顯示器1最好由控制器36來控制，這樣才不會造成圖像的丟失。在圖10和圖11中已給出相應的效果，從圖上可看到右眼只能看到右像素RP的一部分(圖10)，左眼也只能看到左像素的一部分(圖11)。因此，控制器36可以受控于使用者的一個輸入信號和/或一個其值跟隨觀察者(也可以是使用者)與顯示器1之間的距離而變化的信號。
圖14所示的是采用偏振光產生立體影像效果的立體影像顯示系統。在包含像素21的平面顯示器1的上面，放置一偏振裝置42，它使發自像素21的光線起偏。在偏振裝置42的頂部有一排偏振棱鏡43，使每個棱鏡43的底覆蓋一列像素21。這些偏振棱鏡43構成一個偏振棱鏡片44。偏振裝置42由控制器45控制，而顯示器1由顯示控制器46控制。兩個控制器45和46均受公共定時信號47的定時控制。
圖15是圖14所示的立體影像顯示系統的截面圖。偏振裝置42覆蓋顯示器1，在其頂部設有由一排棱鏡43構成的偏振棱鏡片44。在圖15中，左眼LE只能看到偏振棱鏡43的右側面48，而右眼RE只能看到偏振棱鏡43的左側面49。當偏振裝置42的偏振方向平行于偏振棱鏡43的右側面48的偏振方向時，平面顯示器1顯示左眼能觀察到的圖像。在這段時間內，平面顯示器1的光線不能從棱鏡43的左側面49透射出來，因為偏振裝置42的偏振方向垂直于棱鏡43的左側面49的偏振方向。之后，偏振裝置42的偏振方向改變，并平行于棱鏡43的左側面49的偏振方向。此時，平面顯示器1顯示右眼圖像。在這段時間內，平面顯示器1的光線不能從棱鏡43的右側面48透射出來。過一會兒，偏振裝置42的偏振方向又變回到開始時的偏振方向。這個操作過程是連續重復的。這樣，顯示器1交替顯示左右眼圖像，就能夠以一種分時方式，使右眼只能看到右圖像，左眼只能看到左圖像。因此，如果上述的操作過程足夠快的話，由于圖像殘留效應和雙眼視差，就能產生立體影像效果。
圖16是采用偏振光的立體影像顯示系統的截面圖，其中偏振棱鏡片44上的偏振棱鏡43的形狀各不相同。棱鏡43的高度從顯示器1的外側到中部逐漸減小，也就是說，較外側的棱鏡高于相鄰的較內側的棱鏡。這種設置方式與圖15中的棱鏡形狀相比，降低了左右圖像光線的相互干擾。
圖17是采用偏振光的立體影像顯示系統的另一實施例，這里，偏振棱鏡的形狀與圖16所示的實施例不同，從顯示器1的外側到中部，較外側的棱鏡與較中間的相比更為懸突一些，也就是說，較外側的棱鏡遮擋著相鄰的較內側的棱鏡。采用這種設置和形狀，就可以使用寬于雙眼距離的顯示器。
權利要求
1.一種立體影像顯示系統，具有一個包括用于顯示左右圖像的像素平面的顯示器(1)，和一個放置在該顯示器(1)的前面、由隔離條(5)組成的視差隔離器(4)，其特征在于相鄰的隔離條之間的距離是可變的。
2.根據權利要求1所述的立體影像顯示系統，其中還包括一個縮放器(6)，所述隔離條(5)連接到該縮放器(6)上。
3.根據權利要求2所述的立體影像顯示系統，其特征在于，此系統包括一個控制器(13)，用于控制與縮放器(6)相連的移動桿機構(12)，從而驅動縮放器(6)，這里所述控制器(13)受控于一控制信號，該信號的值依賴于觀察者的輸入和/或所述觀察者與所述顯示器(1)之間的距離。
4.根據權利要求3所述的立體影像顯示系統，其中一個或多個隔離條(5)是可轉動的。
5.根據權利要求2到4所述的立體影像顯示系統，其中縮放器(6)在其兩端受移動桿機構(12，20)的控制。
6.根據權利要求1所述的立體影像顯示系統，其中所述隔離條用液晶器件來實現。
7.根據權利要求6所述的立體影像顯示系統，所述液晶器件受控于一控制信號，該信號的值依賴于觀察者的輸入和/或所述觀察者與所述顯示器(1)之間的距離，由此，所述隔離器件的大小和距離是可調的。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的立體影像顯示系統，其特征為所述像素平面的相鄰像素(2，3)交替顯示左右圖像。
9.一種立體影像顯示系統，具有一個包括用于顯示左右圖像的像素平面的顯示器(1)，其特征在于該系統還具有一個或多個移動隔離條(23，33)，這些隔離條(23，33)設置在顯示器(1)之前，在左右兩眼(LE，RE)之間逐條排列，這里，當隔離條(23)設定為第一種狀態時，在右圖像顯示在顯示器(1)上時就把右圖像引到右眼(RE)，當設定為第二種狀態時，在左圖像顯示在顯示器(1)上時就把左圖像引到左眼(LE)。
10.根據權利要求9所述的立體影像顯示系統，還包括一個移動隔離器控制器(27)和一個用于切換左右圖像的顯示控制器(28)，兩者均受一公共定時信號的控制。
11.根據權利要求9或10所述的立體影像顯示系統，其中移動隔離器(33)用一帶開孔(33b)的隔離片(33a)來構成，所述第一種狀態即所述片(33a)的第一個位置，所說的第二種狀態即所述片(33a)的第二個位置。
12.根據權利要求9到11所述的立體影像顯示系統，其中移動隔離器(33)用具有條狀光闌(39，40)的液晶器件(38)構成，它可以在透明和不透明狀態之間相互切換。
13.一種立體影像顯示系統，具有一個包括用于顯示左右圖像的像素平面的顯示器(1)，其特征在于該系統還具有一個可在兩種偏振狀態間切換的偏振裝置(42)，它裝設在顯示器(1)之前，并在其前面具有一包括許多棱鏡(43)的偏振棱鏡片(44)，該許多棱鏡(43)一個挨一個排列，形成一縱列狀偏振棱鏡片(44)，從而使一種偏振光由棱鏡(43)反射到第一方向，另一種偏振光由棱鏡(43)反射到第二方向。
14.根據權利要求13所述的立體影像顯示系統，其中顯示器(1)的每列像素對應于偏振棱鏡片(44)的一個偏振棱鏡(43)。
15.根據權利要求13或14所述的立體影像顯示系統，該系統還包括一個偏振裝置控制器(45)和一個用于切換左右圖像的顯示控制器(46)，兩者均受控于一公共定時信號。
16.根據權利要求13至15任一項所述的立體影像顯示系統，其中所述偏振棱鏡片(44)的各偏振棱鏡(43)具有不同的形狀。
17.根據權利要求13至16任一項所述的立體影像顯示系統，其中所述偏振棱鏡片(44)的偏振棱鏡(43)的每個較外側的棱鏡(43)均懸突于相鄰的較內側的棱鏡(43)之上。
全文摘要
立體影像效果可由雙眼視差產生。已知的立體影像顯示系統在圖像觀察位置之外的區域顯示虛幻的影像效果，而且觀察位置是固定的。為避免虛幻的影像效果和/或改變觀察位置，發明了采用間距可變的視差隔離器，平行于顯示平面的移動隔離器，以及與偏振棱鏡一起形成偏振光的偏振裝置的立體影像顯示系統。
文檔編號G02B27/22GK1155092SQ9612186
公開日1997年7月23日 申請日期1996年12月4日 優先權日1995年12月11日
發明者近澤美治 申請人:湯姆森多媒體公司