專利名稱：裸眼立體視覺顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裸眼立體視覺顯示器。
背景技術(shù)：
作為本技術(shù)領(lǐng)域的背景技術(shù)，有日本特開2008-139524號公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)。在此公報(bào)中，公開了以下技術(shù)從投影儀投影出的光線在通過微透鏡陣列時(shí)偏轉(zhuǎn)，并擴(kuò)散為指向性的光線，因此向人的左右眼睛射入不同的光線，感知為立體影像。像這樣使用通過某種方法偏轉(zhuǎn)光線的技術(shù)，人通過看到此偏轉(zhuǎn)后的光線能夠?qū)崿F(xiàn)立體感知。在此，所謂“偏轉(zhuǎn)”是指改變光的前進(jìn)方向。另外，一般來說，當(dāng)光通過物質(zhì)內(nèi)部時(shí)，在微觀上，光會(huì)在構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子上散射，或在結(jié)構(gòu)性的不連續(xù)部分衍射。這在宏觀上觀測為光的漫射或折射?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)(專利文獻(xiàn)) 專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-139524號公報(bào)在所述專利文獻(xiàn)I中，從投影儀投影出的光線通過微透鏡后，聚光到非常小的區(qū)域(以下稱此區(qū)域?yàn)槠D(zhuǎn)支點(diǎn))，以此區(qū)域?yàn)橹c(diǎn)擴(kuò)散為指向性的光線，因此人在觀察立體視覺顯示器的時(shí)候識(shí)別為立體畫像，會(huì)聚到偏轉(zhuǎn)支點(diǎn)的光識(shí)別為非常小的像素。如果投影儀足夠緊密地排列，相鄰的所述偏轉(zhuǎn)支點(diǎn)之間離得足夠近，則沒有問題，但實(shí)際上此間隔較寬，人在觀察畫面的時(shí)候，感知為不平滑的、有間隙的影像。像這樣如果感知到像素之間的間隙，則存在以下問題即使存在很多像素也會(huì)成為損壞立體感和畫質(zhì)感這一結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不用緊密排列投影儀，顯示的立體影像就變得平滑且提高了立體感、畫質(zhì)感的裸眼立體視覺顯示器。為了達(dá)成所述目的，本發(fā)明是裸眼立體視覺顯示器，其特征在于具有二維影像顯示裝置和光學(xué)元件；所述光學(xué)元件同時(shí)進(jìn)行從所述二維影像顯示裝置射出的光的漫射和偏轉(zhuǎn)，從而顯示立體影像。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供顯示的立體影像變得平滑且提高了立體感、畫質(zhì)感的裸眼立體視覺顯示器。通過以下實(shí)施方式的說明，來明確除所述以外的課題、結(jié)構(gòu)以及效果。


圖I是裸眼立體視覺顯示器的結(jié)構(gòu)圖的例子。圖2是光學(xué)元件的例子。圖3是光學(xué)元件的例子。圖4是光學(xué)元件的例子。
圖5是光學(xué)元件的例子。圖6是光學(xué)元件的例子。圖7是光學(xué)元件的例子。圖8是光學(xué)元件的例子。圖9是裸眼立體視覺顯示器的結(jié)構(gòu)圖的例子。圖10是裸眼立體視覺顯示器的結(jié)構(gòu)圖的例子。符號說明
I 二維影像顯示器件2光學(xué)元件3 右眼4 左眼5 光線6 光線21單光學(xué)元件22漫射元件31單光學(xué)元件41單光學(xué)元件42透射部43非透射部61單光學(xué)元件62 凸部63 凹部81單光學(xué)元件91投影儀101投影儀群112單光學(xué)元件
具體實(shí)施例方式以下用設(shè)計(jì)圖說明一下實(shí)施例。實(shí)施例I在本實(shí)施例中，說明具有光學(xué)元件陣列的裸眼立體視覺顯示器的例子，該光學(xué)元件陣列同時(shí)具有漫射效果和偏轉(zhuǎn)效果。圖I是本實(shí)施例的裸眼立體視覺顯示器的結(jié)構(gòu)圖的例子。裸眼立體視覺顯示器具有二維影像顯示器件I、光學(xué)元件2。從二維影像顯示器件I射出的光線在光學(xué)元件2偏轉(zhuǎn)，當(dāng)用戶從圖I的右側(cè)觀察時(shí)，分別向右眼3、左眼4射入不同的光線5、6。由于具有不同顏色和亮度的光線射入右眼3和左眼4，因此裸眼就能夠?qū)崿F(xiàn)立體視覺。二維影像顯示器件I可以是液晶顯示器、等離子顯示器、有機(jī)EL顯示器、場致發(fā)射顯示器、投影儀等作為一般的影像顯示裝置而利用的器件。
光學(xué)元件2具有多個(gè)單光學(xué)元件。通常，單光學(xué)元件光軸排列在柵格上，或者光軸與最密填充結(jié)構(gòu)的中心一致等、或按照某些規(guī)則排列。在此，光軸是指穿過單光學(xué)元件的中心并與單光學(xué)元件的入射面垂直的直線。當(dāng)單光學(xué)元件是透鏡時(shí)，光軸變?yōu)榇┻^透鏡中心并與透鏡面垂直的直線。圖2是在包含單光學(xué)元件的光軸的面截?cái)鄦喂鈱W(xué)元件的結(jié)構(gòu)而進(jìn)行觀察的例子。單光學(xué)元件21包含漫射元件22。單光學(xué)元件21是稱為普通透鏡的元件，對于可見光的折射率在I到2之間，另外，由對于可見光的透射率在50%以上的材料制成。一般而言，單光學(xué)元件21是一側(cè)為半球面，半球面的相反側(cè)為平面的形狀，但也可以兩側(cè)都是球面。一般在現(xiàn)有技術(shù)中，單光學(xué)元件21通過將長方體的散光板和半球的透鏡粘在一起來實(shí)現(xiàn)。另外，使光僅在長方體或者在長方體和半球的整體散射，使光在半球的邊界面偏轉(zhuǎn)。 漫射元件22是大小不一的粒子狀的，具有通過使光散射使光以整體漫射的功能。漫射元件22與單光學(xué)元件21的大小相比足夠小(可見光的波長程度)。圖3是表示單光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。單光學(xué)元件31具有一側(cè)是球面,球面的相反側(cè)是平面的形狀,但是相對于球面部分的形狀，具有最大為原球面的曲率半徑的10%左右的長度的隨機(jī)的形狀畸變。在此，雖然隨機(jī)是指不規(guī)則，但也可以使用由計(jì)算機(jī)的隨機(jī)數(shù)生成程序生成的隨機(jī)數(shù)等。通過此隨機(jī)的形狀畸變，在一側(cè)球面的邊界面使各個(gè)光隨機(jī)折射而發(fā)生光的散射。其結(jié)果，圖3所示的結(jié)構(gòu)具有由形狀畸變引起的散射和由球面引起的偏轉(zhuǎn)的效果。圖4是表示單光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。單光學(xué)元件41具有透射部42、非透射部43、漫射元件22。透射部42和漫射元件22不是完全分離的狀態(tài)，而是漫射元件22混入透射部42的一部分的狀態(tài)。相鄰的非透射部43的間隔為可見光的波長的數(shù)倍以上。由多個(gè)非透射部43組成衍射透鏡，使光向特定的方向偏轉(zhuǎn)。圖5是表示單光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。單光學(xué)元件41具有透射部42、非透射部43。相鄰的非透射部43的間隔具有與基準(zhǔn)的長度相比為10%左右的隨機(jī)的長度變動(dòng)幅度。設(shè)此長度變動(dòng)幅度與可見光的波長范圍相比足夠大。由多個(gè)非透射部43組成衍射透鏡，使光向特定的方向偏轉(zhuǎn)。圖6是表示單光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。單光學(xué)元件61具有多個(gè)凸部62、多個(gè)凹部63、漫射粒子22。多個(gè)凸部62和多個(gè)凹部63由單一的物質(zhì)組成，在單光學(xué)元件的內(nèi)部含有漫射粒子22。從凸部62和凹部63的邊界的不連續(xù)部分產(chǎn)生光的衍射波，以整體組成衍射透鏡，使光向特定的方向偏轉(zhuǎn)。圖7是表示單光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。單光學(xué)元件61具有多個(gè)凸部62、多個(gè)凹部63。多個(gè)凸部62和多個(gè)凹部63的各自的寬度具有與該單一的凸部62或凹部63的基準(zhǔn)長度a相比隨機(jī)地為10%左右的長度差異的形狀。和圖5所示的結(jié)構(gòu)同樣地，設(shè)所述寬度相對于凸部62或凹部63的基準(zhǔn)長度a的隨機(jī)的變動(dòng)幅度與可見光的波長的范圍相比足夠大。由多個(gè)凸部62和凹部63組成衍射透鏡，使光向特定的方向偏轉(zhuǎn)。
在此，如果總結(jié)所述的圖2 圖8所示的各結(jié)構(gòu)，則如以下那樣。排列了多個(gè)在圖2及圖3中所示的單光學(xué)元件的光學(xué)元件2是使用半球面形狀使光偏轉(zhuǎn)的半球面透鏡。排列了多個(gè)在圖4及圖5中所示的單光學(xué)元件的光學(xué)元件2是通過使用透射部和非透射部控制光的透射的有無即光的振幅從而使光偏轉(zhuǎn)的振幅型衍射光柵透鏡。排列了多個(gè)在圖6及圖7中所示的單光學(xué)元件的光學(xué)元件2是通過使用凸部和凹部控制光的透射路線的差即光的相位從而使光偏轉(zhuǎn)的相位型衍射光柵透鏡。還有，排列了多個(gè)在圖2、圖4以及圖6中所示的單光學(xué)元件的光學(xué)元件2通過包含在單光學(xué)元件內(nèi)部的多個(gè)漫射元件使光漫射，排列了多個(gè)在圖3、圖5以及圖7中所示的單光學(xué)元件的光學(xué)元件2通過使設(shè)置在單光學(xué)元件表面上的結(jié)構(gòu)的尺寸隨機(jī)變動(dòng)使光漫射。圖8是表示單光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。
單光學(xué)元件81是計(jì)算機(jī)合成全息圖(hologram)。此單光學(xué)元件81例如是在特殊的膜(film)上形成的全息案(hologram pattern)。在衍射光柵上的圖案是固定的，與之相對，計(jì)算機(jī)合成全息圖可以采用任意的圖案。圖8所示的全息圖使入射進(jìn)來的光散射，并且發(fā)射偏轉(zhuǎn)后的光。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件有減少波紋(moire)的效果，提高立體影像的畫質(zhì)，該波紋依賴于二維影像顯示器的像素和光學(xué)元件的單光學(xué)元件的周期。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，說明具有光學(xué)元件陣列的投影儀方式裸眼立體視覺顯示器的例子，該光學(xué)元件陣列同時(shí)具有漫射效果和偏轉(zhuǎn)效果。圖9是本實(shí)施例的裸眼立體視覺顯示器的結(jié)構(gòu)圖。使用投影儀91作為圖I的二維影像顯示器件I。因?yàn)槠渌慕Y(jié)構(gòu)具有標(biāo)注了與已經(jīng)說明過的圖I所示的相同的符號的結(jié)構(gòu)和相同的功能，所以省略其說明。與圖I的結(jié)構(gòu)的較大的差別是，當(dāng)使用投影儀91時(shí)，投影儀91與光學(xué)元件2之間的距離變得比二維影像顯示器件I與光學(xué)元件2之間的距離長。實(shí)施例I的二維影像顯示器件I與光學(xué)元件2之間的距離通常與光學(xué)元件的焦距f大致相等，與之相對，在圖9的結(jié)構(gòu)中，投影儀91與光學(xué)元件2之間的距離變?yōu)榕c投影儀91的焦距f’大致相等。通常f’> f。在本實(shí)施例中，也可以應(yīng)用圖4 圖8所示的結(jié)構(gòu)作為圖9所示的光學(xué)元件2，或者應(yīng)用圖2及圖3所示的結(jié)構(gòu)作為組成光學(xué)元件2的多個(gè)單光學(xué)元件。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，說明具有光學(xué)元件陣列的多投影儀方式裸眼立體視覺顯示器的例子，該光學(xué)元件陣列同時(shí)具有漫射效果和偏轉(zhuǎn)效果。圖10是本實(shí)施例的裸眼立體視覺顯示器的結(jié)構(gòu)圖。使用投影儀群101作為圖I的二維影像顯示器件I。因?yàn)槠渌慕Y(jié)構(gòu)具有標(biāo)注了與已經(jīng)說明過的圖I所示的相同符號的結(jié)構(gòu)和相同的功能，所以省略其說明。在本實(shí)施例中，也可以應(yīng)用圖4 圖8所示的結(jié)構(gòu)作為圖9所示的光學(xué)元件2，或者應(yīng)用圖2及圖3所示的結(jié)構(gòu)作為組成光學(xué)元件2的多個(gè)單光學(xué)元件。在本結(jié)構(gòu)中，使用了多臺(tái)投影儀，因此影像變得明亮，另外由于提高了光線數(shù)因此 具有提高畫質(zhì)的效果。另外，由于光學(xué)元件具有漫射效果，因此有增大像素形狀的效果，從相鄰的投影儀射出的光線適當(dāng)?shù)鼗ハ嗷旌?，能夠顯示平滑且自然的立體影像。另外，本發(fā)明并不限定于所述的實(shí)施例，包含各種 各樣的變形例。例如，為了易于理解地說明本發(fā)明而詳細(xì)地說明了所述的實(shí)施例，但是并不限定于必需具備說明的全部的結(jié)構(gòu)。另外，可以將某一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分替換成其它的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，另外，也可以在某一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)上添加其它的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。另外，對于各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分，可以進(jìn)行其它結(jié)構(gòu)的追加、刪除或置換。
權(quán)利要求
1.一種裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 具有二維影像顯示裝置和光學(xué)元件，構(gòu)成所述光學(xué)元件的多個(gè)單光學(xué)元件中的每個(gè)單光學(xué)元件具有同時(shí)進(jìn)行從所述二維影像顯示裝置射出的光的漫射和偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是半球面透鏡，在所述單光學(xué)元件的內(nèi)部具有漫射粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是半球面透鏡，該半球面透鏡的球面部分的形狀具有球面的曲率的最大IO %的凹凸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是由透射部和非透射部組成的振幅型衍射光柵透鏡，在所述單光學(xué)元件的透射部的內(nèi)部具有漫射粒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是由透射部和非透射部組成的振幅型衍射光柵透鏡，所述單光學(xué)元件的各非透射部的長度具有最大10%的長度變動(dòng)幅度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是由凸部和凹部組成的相位型衍射光柵透鏡，在所述單光學(xué)元件的內(nèi)部具有漫射粒子。
7.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是由凸部和凹部組成的相位型衍射光柵透鏡，所述單光學(xué)元件的各凸部和各凹部的各自的長度具有各自的最大10%的變動(dòng)幅度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，構(gòu)成該光學(xué)元件的單光學(xué)元件是計(jì)算機(jī)合成全息圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中的任一項(xiàng)記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，所述二維影像顯示裝置是投影儀。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至8中的任一項(xiàng)記載的裸眼立體視覺顯示器，其特征在于， 在所述裸眼立體視覺顯示器中，所述二維影像顯示裝置由多臺(tái)投影儀組成。
全文摘要
從投影儀投影出的光線穿過微透鏡后，聚光到非常小的區(qū)域(以下稱此區(qū)域?yàn)槠D(zhuǎn)支點(diǎn))，以該區(qū)域?yàn)橹c(diǎn)擴(kuò)散為指向性的光線，因此人在觀察立體視覺顯示器的時(shí)候，識(shí)別為非常小的像素。實(shí)際上各偏轉(zhuǎn)支點(diǎn)彼此之間的間隔較大，人在觀察畫面的時(shí)候，感知為不平滑的、有間隙的影像。本發(fā)明提供一種裸眼立體視覺顯示器，其特征在于具有二維影像顯示裝置和光學(xué)元件，通過所述光學(xué)元件具有的、同時(shí)進(jìn)行從所述二維影像顯示裝置射出的光的漫射和偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)來顯示立體影像。
文檔編號G03B35/20GK102736253SQ201110337160
公開日2012年10月17日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者及川道雄, 小池崇文, 山崎真見 申請人:日立民用電子株式會(huì)社