CN1591174A - 三维图像显示装置及显示方法,向其分配视差图像的方法 - Google Patents

Abstract

一种装置，具有显示单元和掩模。该单元具有按矩阵形式设置的像素，这些像素分为第一组和第二组以显示元素图像。该掩模具有与第一像素组相对的第一光学开口和与第二像素组中相应的一个相对的第二光学开口。第一像素组的中心与第一开口轴一致，第二像素组的每个中心偏离第二光学开口轴中的相应一个，并且偏离量根据第一和第二像素组中心之间的距离逐渐增加。线从第一和第二像素组通过第一和第二光学开口轴射到参考平面上。

Description

三维图像显示装置及显示方法，向其分配视差图像的方法

相关申请

本申请以2002年12月27日申请的在先日本专利申请No.2002-382389和2003年2月25日申请的日本专利申请No.2003-47733为基础并要求这两个申请的优先权，在此将它们的全部内容引作参考。

技术领域

本发明涉及显示三维图像的显示装置，尤其涉及布置视差图像以确保最大视区的方法、观察者能够从视区中识别偏差的方法、以及用于实现该方法的装置。

背景技术

现有各种显示三维图像的系统，粗略分为两种方法。其中之一是利用双目视差立体观察的系统，另一种方法是确实在空间中形成空间图像的空间图像再现系统。

对于双目视差系统，人们已经提出了有/无镜片的各种系统：不仅有包括用于左/右眼视频信息的双目系统(所谓的立体方法)，而且有多目系统，在多目系统中设置视频摄影时的多个观测位置，从而增加信息量，扩展可观测范围。此处，在双目系统中，为左、右眼分别设置两个摄影位置以获得左、右眼的图像，这样图像可分别由左、右眼看到。和双目系统相比，在多目系统中视频摄影位置进一步增加。

在没有任何镜片的系统中，在没有任何镜片条件下的立体观察是可行的，不一定需要镜片，但可观测范围受到限制。然而，采用镜片对观测者来说是个负担。因此近些年来，对将双凸透镜或视差狭缝(slit)与显示器相结合的系统的研究已经成为主流，在没有任何镜片的条件下的观测是可行的。

和双目视差系统相比，其中图像在空间中再观的空间图像再现系统是用于三维图像再现的理想系统，时计业(horography)分类在空间图像再现系统中。这种系统有时称作由法国人Lippmann在1908年提出的整体成像(II)系统(也称作整体摄影(IP)系统、有时称作光线再现法)，有时还分类在双目视差系统中。然而，在II系统中，光线于再现时沿着再现光学路径传播以再现完整的三维图像，所述路径与在摄影时的摄影光学路径相反。因此，理想的整体成像(II)系统必须分类在空间图像再现系统中。

例如在日本专利申请JP特开平10-239785和2001-56450中已经公开了整体成像(II)系统或光线再现系统。这里，术语“整体成像法”和“光线再现法”的意思并不确切建立在立体显示方法中，但可以认为该方法大致基于相同的原理。在以下的描述中，作为包括光线再现系统的概念，将该系统称作“整体成像系统”。

此外，当像多目系统或II系统那样在没有任何镜片的条件下显示三维图像时，例如有时采用下述系统或装置。在该系统中，设置显示单元，它具有多个二维设置的像素，在像素的前面设置掩模。这些像素显示二维图像，该二维图像通过掩模投射在前部空间中，形成三维图像。掩模具有开口、狭缝或窗口，它们每一个的尺寸小于像素的尺寸，一般具有与像素差不多相同的尺寸。掩模(mask)具有控制从像素发出的光线的传输的功能，因此掩模是所谓的传输控制单元，开口是所谓的传输控制部件，由二维设置的针孔或微透镜实现开口。在应用整体成像系统的三维图像显示装置中，正如在这些现有技术公开的那样，可以再现自然的三维图像。可以采用液晶显示单元作为显示单元，该显示单元包括与矩阵中布置的像素相对应的图像显示元件。

在显示单元中大量的图像图形构成了元素图像，这些元素图像根据视角在可视方式上细微地不同，在三维图像显示装置上通过各个针孔或微透镜在空间显示这些元素图像。也就是说，光线从大量对应于元素图像的图像图形通过相应的针孔或微透镜，或者从光源通过针孔或微透镜和图像图形投射到显示装置的前部空间。这些光线在传输控制部件如针孔或微透镜的前面形成三维实像。当这些光线的路径外推到针孔或微透镜的传输控制部件背面的后部空间上时，在针孔或微透镜的传输控制部件的后部空间上观测到三维虚像(在后部空间侧所观测到的并不存在的图像)。也就是说，正如由观测者看到的那样，通过从元素图像发出并在传输控制部件的前部空间中形成图像的一束光线观测到三维实像，通过在传输控制部件的后部空间中也形成图像的该束光线观测到三维虚像。

如上所述，人们已经提出了在实际空间中显示三维图像的各种系统。在最终的三维图像显示器中，所显示的图像看上去是自然的，就象显示图像真的存在于实际空间中那样。从这点来看，整体成像系统似乎是更好的方法，因为能够通过简单的结构形成自然的立体图像。由于在整体成像系统中实际再现了立体图像，因此就不需要光学装置如偏振镜。此外，由于立体图像的视角随着观测者观察的角度变化，因此获得了自然的运动视差，能够再现更真实的立体图像。在这一方面，这种方法是更好的。

应注意，没有任何镜片的多目显示装置好象具有与II系统显示装置相同的构成。然而，多目系统的显示装置与II系统明显的不同在于，来自装置的光线会聚在位于视觉距离中的观测平面上。对于多目系统的显示装置，要求观测者位于视觉距离之中或周围，并且要求将在此视觉距离中光线的会聚点设定为两眼间距离的(1/整数)倍。换句话说，当观测者位于视觉距离中时，需要让经过出射光瞳的(1/整数)的光线投射到观测者的双眼上。对于多目系统的显示装置，即使当构成对应于一个出射光瞳的一组视差图像的视差图像的数量少时，也可以通过双目视差识别三维图像。因此，当由于各种因素例如在多目系统的显示装置中图像显示单元的分辨率限制了像素的数量时，和II系统相比的优势在于，其能够表现出具有更高空间频率的三维图像。然而，当观测者在多目系统的显示装置中横向移动时，以及当在会聚点之间的间隔不够短时，存在下述问题：观测到三维图像的抖动(flipping)；或者限制了沿观察方向的视区。

重要地是，当作为摄影概念的整体图像系统(II系统)利用电子装置如LCD和PDP实现时，存在着视区的概念，但还没有研究考虑到视区而准备在图像显示单元上显示的图像的方法。如果在由图像显示单元显示的三维图像的形成中没有引入视区的概念，则存在着如下描述的实际视区窄的问题。

来自光源的光线经过其中显示视差图像的传输型显示单元的各像素沿所有方向传播，并通过传输部分如针孔阵列、狭缝板、飞眼(fly-eye)透镜阵列或具有出射光瞳阵列的双凸透镜阵列传输，如上所述。因此，对光线进行控制以便承载视差信息并沿预定方向投射。沿预定方向发出的光线入射到观测者的眼睛上并根据观测者眼睛的位置由观测者的眼睛从视觉上识别出，由双目视差识别出三维图像。如果大量的光线充分地投射在前部空间中，则在显示单元的前面或后边形成三维实像或虚像，观测者能够识别出该图像。在此说明书中，一个出射光瞳的多个视差图像被称作元素图像。

在上述显示装置中，将从像素发出的光线设计成经过相应的出射光瞳并射向预定方向，但一些光线实际上经过其它的出射光瞳，尤其是经过相邻的出射光瞳并射向另一方向。经过此错误出射光瞳的光线对于形成将被原始显示的三维图像是不需要的。因此，阻碍了正确三维图像(以下称作正确图像)的显示。并且这种错误光线形成了与原始三维图像不同的图像(以下称作错误图像)。错误图像类似于正确图像，但根据相对于设计值的偏离形成为扭曲的图像。当错误光线阻碍了正确图像时，正确和错误图像以混合方式从视觉上识别。

在没有考虑视区的II系统的三维图像显示装置中，没有详细研究在对应于出射光瞳的元素图像之间的位置关系。出于上述原因，其中仅观察到正确图像的真实视区是窄的，在窄的视区之外具有其中错误和正确图像混合的混合区域和其中产生错误图像的错误图像区域。在任何情况下，甚至与混合和错误图像区域相比，其中仅形成正确图像的视区也是窄的，并且是基本上不能实际采用的有限区域。

如上所述，在采用II系统的三维图像显示装置中，指出了以下问题：视区窄，包括混合的和视觉识别的正确和错误图像的区域大。

此外，如上所述，在三维图像显示装置中，由用于显示三维图像的各像素显示的元素图像被掩模局部地阻挡，观测者在视觉上仅识别出通过开口如狭缝传输的光线。因此，对于各观测位置来说，用于显示经过特定开口视觉识别的二维图像的像素是可以变化的，并且能够在不采用镜片的条件下显示三维图像。然而，当从如上所述的视区中的正确位置观测时，看到了原始的真实图像即正确图像。但当观测者的观测位置偏离时，与正确图像不同的错误图像逐步地混合，最终仅看到错误图像。这是因为在从包括偏离观测位置的宽视场来观测开口的情况下，由用于显示相邻于原始像素设置的三维图像的像素所显示的一部分元素图像经过与用于显示三维图像的特定像素相对地设置的开口被视觉地识别出来。

可以在各领域中采用利用上述构成的三维图像显示装置，医学应用是该装置的重要应用之一。当三维图像显示装置用在医学领域中时，至关重要的一点是错误图像不能被看出来，或者观测者不能识别出由观测者看到的三维图像包括错误图像。然而，在常规三维图像显示装置中，不可避免地看到错误图像。另外，当看到的三维图像包括错误图像时，不能在所看到的三维图像包括错误图像的情况下总是认识到观测到了错误图像。

为了解决这一问题，正如在日本专利申请JP特开2002-72136中公开的那样，人们提出了利用光的折射。应注意此处具有光闸功能的滤色器构成用于显示三维图像的像素，取代利用掩模，在滤色器的背面上设置白色点光源阵列。

在JP特开2002-72136中描述的技术中，在滤色器和白色点光源阵列之间插入其折射率大于1的透明介质。在此结构中，在来自每个白色点光源的光线之中，在宽视场侧上的光线分量能够完全地由在滤色器侧上的透明介质表面反射。因此，当适当地设置在透明介质和滤色器之间的距离时，可以防止来自相对于用于显示三维图像的像素设置的白色点光源的光线进入用于显示三维图像的相邻像素。因此，可以防止看到错误图像。

然而，由于在此方法中采用了光线的折射，因此加宽了可以看到真实图像的观测位置的范围。因此存在以下问题：改变了在观测位置不规则移动的情况下产生的图像，丢失了自然运动图形，或者为了获得自然的运动视差，必须大幅度地增加包括在用于显示三维图像的像素中的用于显示二维图像的像素数量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种三维图像显示装置用以扩大视区，其中，为了显示正确的图像和使混有错误图像的观测角最小化，在该视区中在视觉上仅识别出承载视差图像的光线。

本发明的另一个目的是提供一种三维图像显示装置以及利用该装置的显示方法，在该装置中看不到错误图像或者观测者能识别出由该观测者看到的三维图像包括错误图像。

根据本发明的一个方面，提供一种用于显示三维图像的装置，该三维图像能够在具有参考平面的视区中被观测到，所述参考平面与该装置隔开预定距离，所述装置包括：

具有以矩阵形式设置的像素的显示单元，这些像素被分成第一组和第二组用来显示元素图像，该第一和第二像素组分别具有第一和第二像素组中心；和

具有第一光学开口和第二光学开口的传输控制部件，其被构成为控制来自元素图像的光线的传输，该第一光学开口与第一像素组相对，该第二光学开口与第二像素组中相应的一个相对，该第一和第二光学开口分别具有第一和第二开口轴，第一像素组中心与第一开口轴一致，每个第二像素组中心偏离第二开口轴中相应的一个，偏离量根据第一像素组中心和第二像素组中心之间的距离逐步地增加，光线从第一像素组通过第一开口轴射向参考平面，光线从每个第二像素组通过相应的一个第二开口轴射向参考平面。

根据本发明的另一方面，提供一种在用于显示三维图像的装置中分配视差图像的方法，所述三维图像能够在视区中观测到，显示单元包括显示器，传输控制部件具有光学开口，所述显示器具有以矩阵形式设置的像素，所述像素分成像素组用以显示元素图像，所述光学开口构成为控制来自元素图像的光线的传输，所述方法包括：

确定参考平面，该参考平面距显示单元预定距离设置，参考平面的中心作为视区的中心；

为光学开口设置最佳的光线路径，各个最佳路径经过各光学开口的中心到达视区的中心或最接近于视区中心的位置，以及确定光学开口和位于经过光学开口的最佳路径上的相应像素组之间的关系；和

将视差图像提供给基于最佳路径的像素组。

根据本发明的再一个方面，提供一种在用于显示三维图像的装置中分配视差图像的方法，所述三维图像能够在视区中观测到，显示单元包括具有以矩阵形式设置的像素的显示器，传输控制部件具有光学开口，所述光学开口构成为控制来自元素图像的光线的传输，所述方法包括：

确定其中来自像素的光线经过光学开口并射向视区的第一状态以及其中来自像素的光线经过光学开口并射向视区外部的第二状态之一；

确定在第一状态中将由视差图像数据分配给像素的视差图像；和

将光学开口改变为在第二状态中另一个光学开口并确定所述第一和第二状态之一。

根据本发明的又一个方面，提供一种显示三维图像的方法，该三维图像能够在具有参考平面的视区中被观测到，所述参考平面与该显示装置隔开预定距离，该显示方法包括：

在以矩阵形式设置的像素上显示元素图像，这些像素被分成第一组和第二组，该第一和第二像素组分别具有第一和第二像素组中心；和

利用第一光学开口和第二光学开口控制来自元素图像的光线的传输，第一光学开口与第一像素组相对，第二光学开口与第二像素组中相应的一个相对，第一和第二光学开口分别具有第一和第二开口轴，第一像素组中心与第一开口轴一致，各个第二像素组中心偏离相应的一个第二开口轴，偏离量根据第一像素组中心和第二像素组中心之间的距离逐步地增加，光线从第一像素组通过第一开口轴射向参考平面，以及光线从各个第二像素组通过相应的一个第二开口轴射向参考平面。

根据本发明的再一方面，提供一种利用整体成像系统显示三维图像的装置，该装置包括：

具有垂直和水平设置的多个像素单元的显示器，各个像素单元包括在该像素单元中部设置的第一组子像素和在该像素单元外围边缘设置的第二组子像素；和

与像素单元相对设置并具有光学开口的掩模，该光学开口使得第一组子像素显示三维图像并使得第二组子像素显示与三维图像有区别的用于警告的图像。

根据本发明的另一方面，提供一种用于显示能够在视区域中观测到的三维图像的装置，包括：

垂直和水平设置的多个像素单元，各个像素单元包括第一组子像素；

与多个像素单元相对设置并包括与各个像素单元相对设置的第一光学开口的第一屏蔽层；和

在多个像素单元和第一屏蔽层之间设置的第二屏蔽层，该第二屏蔽层与像素单元和第一屏蔽层分离并包括分别与第一光学开口相对置的第二光学开口。

应注意在本说明书中的术语“整体成像(II)系统”和“多目系统”区分如下。

多目系统是三维图像显示系统，其中假定观测位置与显示平面隔开一个观测视觉距离，其中在此情况下采用通过左、右眼观测在两个摄影位置拍摄出的二维图像的设计方式。也就是说，多目系统以这样的方式设计：在与显示平面隔开所述观测视觉距离的平面中设置对左、右眼的两对或多对会聚点，用于显示在各个观测位置拍摄的二维图像的显示光线会聚在该会聚点上。应注意在此采用的二维图像是由透视投影法拍摄出的。

根据这种设计，观测者能够在不采用任何镜片的条件下利用左、右眼在与屏幕隔开一观测视觉距离L的位置中看到分离的图像(在两个摄影位置中拍摄的各个二维图像)。此外，当以水平方向设置两对或多对会聚点时，以及沿向左和/或向右方向移动观测位置时，转换利用左、右眼观测到的图像。因此，观测者能够根据观测位置的移动证实三维图像的变化情况。

另一方面，II系统是利用如下设计的三维图像显示系统：在各个摄影位置拍摄出的二维图像不集中一点上。例如，以下述方式设计该系统：假定观测位置与显示平面隔开无限大的距离，根据观测角度对在多个摄影位置上拍摄的各个图像转换利用一只眼睛观测到的图像。具体而言，与多目系统的透视投影的不同点在于采用了由平行投影法拍摄的图像。

根据此设计，由于实际上在与显示平面隔开无限距离的位置不能观测到图像，因此利用一只眼睛观测到二维图像并不等于在任何摄影位置拍摄的图像。然而，利用左和右眼观测到的各二维图像是通过由平行投影法从多个方向拍摄的图像相加而构成的，因此由透射投影法在观测位置拍摄的二维图像是经过平均形成的。根据此构成，能够分别利用左、右眼看到分离的图像，由观测者看到的三维图像等同于在以任意方向实际观测拍摄物体的情况下识别的图像。

此外，在此说明书中，术语“显示参考位置”表示位于显示平面上的任意点或直线。术语“显示参考位置”还可以设置在显示平面中的任何地方。然而，当“显示参考位置”是点时，该点典型地设置在显示平面的大致中心位置。当“显示参考位置”是直线时，该直线典型地设置为经过显示平面的大致中心位置并垂直于连接观测者双眼的直线。

附图说明

图1是示意性地表示根据本发明第一实施例显示三维图像的II系统显示装置的结构的截面图；

图2是表示通过本发明提出的方法使在图1中所示的显示装置的视区最大化的示意图；

图3是示意性地表示图1中所示的显示装置的显示单元的平面图；

图4A和4B是示意性地表示图1中所示的传输控制部件的两个例子的平面图，该传输控制部件包括应对图3所示的显示单元的像素的配置；

图5是示意性地表示特定像素组的说明图，其中元素图像相对于或示意性地相对于图1所示的显示装置中的视区中心设置；

图6是表示光线路径的关系的说明图，利用此光线经过在传输控制部件的中心轴上设置的开口照射视区，在显示装置中的视区示于图1中；

图7是表示在图1所示的显示装置中由特定像素产生并经过光学开口的光线以参考距离入射到的位置的说明图；

图8A至8C是根据对比例的显示装置的示意图，其中元素图像设置在显示单元中，使得构成各元素图像的像素组中心与光学开口4的中心一致；

图9A至9C是表示向根据本发明第一实施例的显示单元分配元素图像的方法的示意图；

图10是表示在图1所示的显示装置的特定情况下、由在远离中心或视区的区域中显示的假定元素图像产生的光线组角度的说明图；

图11是表示在图1所示的显示装置的特定情况下、投射到视区端部的光线角度的示意图；

图12是在图1所示的显示装置中、在基本视差数是偶数的情况下取得视差图像总数的说明图；

图13是在图1所示的显示装置中、在基本视差数是奇数的情况下取得视差图像总数的说明图；

图14是在图1所示的显示装置中、在基本视差数是偶数的情况下取得将根据光学开口和像素之间的位置关系处理的视差图像的序号的说明图；

图15是在图1所示的显示装置中、在基本视差数是奇数的情况下取得将根据光学开口和像素之间的排列关系处理的视差图像的序号的说明图；

图16是表示在图1所示的显示装置中的特定情况下用于判断由像素产生并经过光学开口的光线是否可以投射到视区范围内的标准的说明图；

图17是表示用于获得将要在图1中所示的显示装置中的显示单元上显示的元素图像的摄影方向的说明图；

图18是表示第一算法的流程图，该第一算法根据用于确定将在根据本发明第一实施例的显示装置的显示单元中显示的元素图像组的方法来描述用于布置视差图像的程序；

图19是表示第二算法的流程图，该第二算法根据用于确定将在根据本发明另一实施例的显示装置的显示单元中显示的元素图像组的方法来描述用于布置视差图像的程序；

图20是示意性表示根据本发明修改例的三维图像显示装置的平面图，其中用于显示图3所示三维图像的像素与图4A所示的传输控制部件相结合，以便在视区外部的观测中警告是可能的；

图21A是示意性表示在图20中所示的三维图像显示装置和观测位置之间的关系的说明图；

图21B是示意性表示在图21A中所示的各观测位置的观测中所看到的三维图像的图表；

图22是示意性表示双目系统用于显示警告用图像的情况的说明图；

图23是示意性表示图20中所示的三维图像显示装置的修改例的平面图；

图24A是示意性表示根据本发明另一修改例的II系统三维图像显示装置的平面图；

图24B是示意性表示用于显示三维图像的像素与图24A中所示的三维图像显示装置中的开口的相对位置的平面图；

图25A是示意性表示图24A和24B中所示的三维图像显示装置和观测位置之间的关系的说明图；

图25B是示意性表示在图25A中所示的各观测位置的观测中所看到的三维图像的图表；

图26是示意性表示根据本发明再一个修改例的三维图像显示装置的截面图；

图27是示意性表示根据本发明又一个修改例的三维图像显示装置的截面图；

图28A至28H是示意性表示可在图25A和25B中所示的修改例中采用的掩模的制备方法的截面图。

具体实施方式

下面参考附图描述根据本发明实施例的三维图像显示装置。

图1表示根据本发明第一实施例的三维图像显示装置的结构。如图1所示，三维图像显示装置包括：发出作为背景光的光线的光源1；包括图像显示元素阵列的图像显示单元2，该图像显示元素阵列被来自光源1的光线照射并包括对应于像素的显示器件的图像显示元素阵列，这些像素具有相等的尺寸并以矩阵形式，即以行/列的形式设置；以及具有传输控制部件3的掩模，该部件3限制经过图像显示单元2的光线以控制光线的方向。应注意图1中的箭头10表示观测者观察三维图像显示装置的方向。当从此方向观察装置时，可以观测到三维立体图像。

图像显示单元2显示在像素中显示三维图像所需的视差图像信息，并包括传输型和自发射型，该传输型通过光线以便向光线赋予图像信息，该自发射型自身产生承载图像信息的光线。利用传输型图像显示装置，需要如图1所示的光源1。当图像显示单元2是如图2所示的自发射型的，自然不需要光源1。人们认为包括传输型和自发射型的图像显示单元2经常被用于直接瞄准型二维显示器或发射型显示器中，直接瞄准型二维显示器例如为阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。

另一方面，称作所谓“掩模”的传输控制部件3对应于其中适当地设置用于限制将要传播的光线并使光线射向预定方向的传输控制部件4的针孔阵列、阵列板如狭缝阵列、用于控制光线的射入和射出以使光线射向预定方向的飞眼透镜、或双凸透镜的分段透镜阵列板等。这些传输控制部件4和光学分段4具有控制来自图像显示单元2的光线和使光线射向预定方向的功能。传输控制部件4简称为开口或光学开口4。开口4以矩阵或狭缝的形式设置在传输控制部件3上。对于传输控制部件3，代替这些光学器件，还可以采用液晶显示器(LCD)作为光闸，在光闸中可以随时间变化传输控制部件的位置和形状。

此外，由显示驱动电路5驱动图像显示单元2以向对应于各光学开口4的像素分配和显示视差图像信息，承载了视差图像的光线通过后面描述的光学开口4投射到前部空间中。在图1所示的传输型图像显示装置的设置中，依次设置光源1、图像显示单元2和传输控制部件3。然而，即使当由传输控制部件3替代图像显示单元2，并且按光源1、传输控制部件3和图像显示单元2的顺序设置时，也能够产生承载类似视差图像的光线。

在以下的描述中，正如图3中示意性地示出的那样，在图像显示单元2中，以矩阵的形式设置用于显示三维图像11的像素单元(以下简称为像素)，各像素单元由多个子像素12构成，这些子像素12同样以二维矩阵的形式设置。对于传输控制部件3，正如图4A中所示的一个例子，在透明基板上形成限定光学开口4的屏蔽图形。作为选择，可在屏蔽板上形成对应于光学开口4的通孔。此处，在传输控制部件3中设置光学开口4，使得开口4以矩阵形式与用于显示三维图像11的像素相对设置。在如下所述的没有沿垂直方向给出视差而沿水平方向给出视差的图像显示单元2中，正如图4B所示，在传输控制部件3上形成以沿垂直方向延伸的狭缝方式形成的光学开口4。狭缝4也可以设置为面向显示器上的像素11并沿水平方向设置。

当图像显示单元2是单色型的时，例如假设各子像素12显示的颜色相同，并且各子像素12能够形成用于显示二维图像的像素。在此情况中，各光学开口4通常具有类似于一个子像素12的形状，典型地具有与一个子像素12基本相同的形状和尺寸。

此外，当图1所示的图像显示单元2是全色型的时，例如可以通过以红、绿和蓝三种颜色显示的三种子像素12构成用于显示三维图像11的像素。用于显示二维图像的像素也可以由红、绿、蓝子像素12构成，图1所示的三维图像显示装置也可以显示二维平面图像。在其中假设像素11作为一个单元的前一种情况中，各光学开口4通常具有类似于用于显示由红、绿、蓝三种子像素12构成的二维图像的一个像素的形状，并典型地具有与用于显示二维图像的一个像素基本相同的形状和尺寸。此外，在假设子像素作为该单元的后一种情况中，各光学开口4通常具有类似于一个子像素12的形状，并典型地具有与一个子像素12大约相同的形状和尺寸。

此外，图4A表示其中开口以网格形式设置的例子，但开口也可以在空间上均匀地设置，也可以例如以棋盘图形的方式设置。

在第一实施例中，例如通过下述方法由图1所示的显示装置显示三维图像。如果由观测者看到的三维图像包括错误图像，就能够由观测者识别出错误的显示。

以下将描述图1所示的设置实例。图1表示以垂直方向观测装置的状态，即，沿水平方向的装置截面图。在图1所示的三维图像显示装置中，如图2所示，在图像显示单元2上显示由多个视差图像构成的元素图像P1至Pn，这些视差图像根据视角在观察方式上略有不同。

各元素图像P1至Pn作为对应于光学开口4如针孔或微透镜的图像图形在多个像素11即像素组中进行显示。由对应于元素图像的大量图形发出的光线作为光线R经过相应的光学开口4例如针孔或微透镜发射到显示装置的前部。这些光线R在针孔或微透镜的传输控制部件3的前表面上形成实像，并在显示单元2的后部空间上形成虚像。也就是说，借助包括光学开口4的传输控制部件3，通过由射向显示单元2上的图形的光线R构成的光线组观测到三维实像。三维实像是由光线组R形成的，该光线组R从在图像显示单元2上的图形通过针孔或微透镜的传输控制部件3朝观测者传播。

如图2所示，在三维图像显示装置中，设置参考距离L，这用于在图像显示单元2上设置元素图像，设置参考距离L处的参考平面14。以与图1同样的方式，图2也是沿水平方向的示意性截面图，它表示光线路径。在图2中用hva表示参考平面14的水平方向的视区宽度，用V0表示视区的中心。元素图像相对于相应的传输控制部件3，即光学开口4偏心地设置，使得来自元素图像的光线R的路径投射在水平方向的视区中具有宽度hva的参考平面上。此处，如上所述，在视区中，仅观测到三维正确图像，视区对应于排除了混合区和错误图像区的区域，所述混合区是指错误图像作为三维图像与正确图像一起被观察到的区域，所述错误图像区是指产生错误图像的区域。如果相对于传输控制部件即光学开口4的中心改变相应元素图像P1至Pn的设置，那么由元素图像P1至Pn发出并通过所有光学开口4传输的光线Rx基本上在以参考距离L的区域中相互叠加，视区的宽度hva基本上最大化。在图2中，在宽度为hva的参考平面14的端部，光线Rx就好像它们相互交叉在一点上那样被引出，但正如下面明确描述的那样，光线实际上经过具有特定宽度的一个区域。在图2中，应注意到，在参考平面14的端部具有特定宽度的区域被看作是一个点并引出。

接着，参考图5至19描述使参考距离中的宽度hva最大化的方法。下面将描述使视区在水平方向上最大化的方法，但该方法也可以应用在使垂直方向的视区最大化上。应注意，将图像显示单元2的屏幕左端设为0，对于一个表面在右侧上设为+值。

图5表示特定的像素组，在该像素组中，元素图像相对于或示意性地相对于视区的中心设置。假设显示单元2具有由所示参数确定的尺寸。通常作为实际的显示单元，在整个屏幕范围内以特定的像素间距hp设置具有水平像素数量(尺寸H)的像素。此处，像素对应于三种像素，即，一组红(R)、绿(G)、蓝(B)子像素。像素间距hp对应于各像素的像素间距hp，在这些像素中显示在对应于三维图像的最小单元中的视差图像。图5表示相对于或基本上相对于视区中心设置的特定像素组。因此，由各像素发出并通过传输控制部件3的光学开口4射向参考距离L的宽度hva的光线在相对于开口中心轴Op呈对称投射角θ0的范围内进行照射，所述开口中心轴Op经过光学开口4中心并与图像显示单元2呈直角交叉。将发出以此方式经过特定光学开口4射向宽度hva的光线组的一组视差图像称作元素图像Px，元素图像Px形成三维立体图像。

此外，图5所示的传输控制部件3的横向宽度对应于显示单元的像素间距(hp)。传输控制部件包括光学开口4，此光学开口4以垂直方向连续延伸并具有图4B所示的垂直细长形状。将此光学开口4形成为以像素间距hp整数倍的间隔(hsp)在板中设置的狭缝，光学开口4的间隔hsp具有以下关系：间隔等于元素图像Px的宽度。为了简化以下说明，将描述限于下述关系的实例：光学开口4的间隔hsp等于元素图像Px的宽度。在此例子中，由Nvs＝hsp/hp(光学开口4的间隔/像素宽度)表示基本视差图像的数量(Nvs)，即，构成元素图像的像素的数量。也就是说，对于相对于或基本上相对于视区中心设置的元素图像Px，在图像显示单元2上的元素图像由该数量的视差图像构成。该数量对应于基本视差图像的数量Nvs。此外，从开口中心轴Op到在元素图像Px的最外端设置的像素中心的距离hs表示为hs＝hp(Nvs-1)/2。

在以此方式相对于或基本上相对于图像显示单元2的视区中心设置的区域中，如图6所示，开口中心轴Op经过元素图像Px的中心，构成元素图像Px的像素相对于开口中心轴Op基本上几何对称地设置。如下所述，除了沿着屏幕相对于或基本上相对于视区中心设置的元素图像Px之外，构成显示单元上的元素图像的像素组逐步偏离相应开口的中心轴Op，并被设置。结果，像素相对于经过视区中心V0并以直角与图像显示单元2相交的正交线对称地设置。

此处，3×hp表示由三个子像素(子像素R、G、B)构成的像素的宽度。有效光屏幕宽度H是由像素宽度乘以像素总数(尺寸H)计算出的。假设Nvs是显示单元的总像素数量(＝3×尺寸H)的公分母，狭缝数量Ns根据屏幕宽度由Ns＝H/hsp(屏幕宽度/光学开口4的间隔)表示。在光学开口4和显示单元2之间的间隔(间隙)由g＝hs/tanθ0表示。θ0可由光学视区和宽度hva确定。上述关系集中示于下面的表1中。

表1

参数	参数含义
		L	参考距离
尺寸H	水平像素的数量
		Hp	水平子像素间距，即，子像素的像素宽度[mm]
Nvs＝hsp/hp	基本视差图像数量(自然数)
		θ0	视区的投射角
hs＝hp(Nvs-1)/2	在光学开口(狭缝)4中心和元素图像端部的像素中心之间的距离
		hsp	在光学开口(狭缝)4之间的间隔
H＝3×hp×尺寸H	显示单元2的屏幕宽度
		Ns＝H/hsp	光学开口(狭缝)4的数量(自然数)
g＝hs/tanθ0	间隙[mm]

重复来说，在本说明书中，将在光学开口(狭缝)4之间的间隔(hsp)设为常数以简化说明。由于在光学开口之间的间隔是构成三维图像的光线组的间隔，因此可以说为了把三维图像的分辨率设为常数而把狭缝间距hsp也设为常数是自然的。另外在这里，假定在传输控制部件3的光学开口4之间的间隔hsp是像素间距hp的整数倍。在按照这一假设来设计显示设备的下述算法中，对应于光线的光学路径的线路基本上相互平行，各条线路从像素的中心向相应光学开口4的中心伸展。将相同的视差数量分配到像素和相应光学开口4。如果沿着预定方向拍摄物体以产生视差图像或图像，该预定方向对应于将像素中心连接到相应光学开口4中心的线路，并且视差图像对应于一部分目标图像，将该目标图像沿预定方向经开口投射到显示单元上。

还可以将沿垂直方向的垂直视差按与在此描述的沿水平方向的水平视差相同的方式赋予像素。因此在这里，为了简化说明，省略了垂直视差的描述。

此外，在下面的描述之前，由下述等式(1)、(2)确定像素的中心位置(Xp)和光学开口4的中心位置(Xs)。像素中心位置(Xp)表示在显示单元2的一端(Xp＝0；图6)和像素的中心位置之间的距离。像素序号vp是整数，将第一像素分配给像素序号0。第一像素具有对应于特定距离的中心位置(Xp)，该距离为像素间距hp的1/2。如果像素序号是第1号，则像素中心位置(Xp)是(1+1/2)hp。类似地，假设像素序号是第vp号，则像素中心位置(Xp)如下表示：

Xp＝(vp+1/2)×hp...(1)，

(vp＝0，1，2，...，像素序号，0≤vp≤3×尺寸H-1)。

此处，由于像素序号从最左测像素向最右测像素分配，如等式(1)所示，最大像素序号vp是从总像素数量(3×尺寸H)中减去序号0所得到的数量(3×尺寸H-1)。

此外，光学开口4的位置(Xs)从显示单元2的一端(X0)向相对端以相等间隔(hsp)设置。当光学开口4的序号vs为第0号时，该位置是狭缝宽度hsp的1/2(Xs＝hsp/2)。如果光学开口4的序号是第1号，光学开口4的位置(Xs)是(1+1/2)×hsp。同样，假设光学开口4的序号是第vs号，光学开口4的位置(Xs)表示为：

Xs＝(vs+1/2)×hsp

(vs＝0，1，2，...，光学开口4的序号，0≤vs≤Ns-1)...(2)此处，光学开口4的序号vs从在传输控制部件3的一个最外端的附近设置的光学开口4a向相对端按序号依次增加的方式进行分配。最大光学开口4的序号是从总光学开口4数量Ns减去序号0所得到的数量(Ns-1)。

接下来，根据上述假设和等式(1)、(2)描述在参考距离L中的宽度hva。总的来说，在II系统中，与多目系统显示设备的不同，承载视差图像的光线不集中在参考平面14中的一点上。在多目系统中，来自视差图像的光线集中在视觉距离L中的一点上。因此，所产生的点的数量对应于构成视差图像的数量。因此，在观察距离L中光线入射到的区域定义为视区。然而II系统中，承载各视差图像的光线不集中在参考平面14上。尤其是，在其中承载各视差图像的光线由上述平行光线构成的II系统的该实施例中，由像素间距hps、狭缝间距hsp、投射角度θ0和间隙g确定平行光线的路径，并且该平行光线基本上均匀地分布在视区中。按照此方式，在II系统的显示设备的设计中需要考虑光线的均匀分布。因此，在下述II系统的显示设备的设计算法中，基于像素和开口设定在参考距离L中的视区Vf的宽度(hva)。这样选择开口以使得由各像素产生并经过所选择的光学开口4的光线使等式(3)最小化，

hvm(Xp，Xs)＝

|H/2-{Xp+(Xs-Xp)×(L+g)/g}|...(3)

其中hvm(Xp，Xs1)是在参考平面14上点Vm和中心点V0之间的间隔。

参考图6和7描述等式(3)。在等式(3)中，除了上述假设，假设视区的中心V0与图像显示单元2的中心一致。也就是说，确定宽度hva以使得经过显示单元2的屏幕中心并与参考平面14呈直角交叉的中心线与视区宽度的中心V0一致，对来自任意视差图像Px或Pc的光线进行设计以使其入射到具有宽度hva的参考平面14上。也就是说，构成视差图像Px或Pc的像素和对各像素相应的光学开口4具有预定的关系以满足等式(3)，通过等式(3)所示的算法确定像素和相应的光学开口4，以使得光线达到预定的宽度hva。

此处，Pc表示元素图像，该图像对应于其中心与正交线Op一致的开口，该正交线Op经过视区的中心V0并与显示单元2和传输控制部件3呈直角相交。此外，元素图像Pc可以不实际地提供，而可以是虚拟地提供。这是因为开口4的中心可以不与正交线Opc的交叉点一致。例如，如果开口的数量Ns是偶数，正交线Opc与传输控制部件3在与开口4中心不同的点上交叉。在图5的说明中，描述了元素图像Px“基本上”相对于视区的中心设置。此外，如果设置视区使其从显示单元的前部大幅度偏离，那么经过视区中心V0的正交线可以不直接与显示单元相交，交叉点可以不设置在显示单元上而设置在显示单元的外侧。因此，元素图像Pc由以下概念限定：该元素图像Pc对应于一开口，该开口具有与正交线Opc相一致的中心，正交线Opc经过视区的中心V0并与显示单元2呈直角相交。

接下来，在图7中，描述了在入射位置Vm和V0之间的间隔和在位置Vn和V0之间的间隔。这样确定入射位置Vm和Vn，以使得对应于主要光线路径、并将特定像素px的中心连接到特定光学开口4m、4n的中心的线路在参考距离为L的参考平面14上与入射位置Vm和Vn交叉。还这样确定入射位置V0以使得视区的中心轴与在参考距离为L的参考平面上的入射位置Vo交叉。在此实施例中，视区的中心轴与经过显示单元2中心的正交线一致，在这里这是先决条件，参考平面是V0。

下面更详细地描述等式(3)的关系。将沿水平方向在特定像素Px的中心和特定光学开口4m、4n的中心之间的距离表示为(Xs-Xp)。此处，相对于光学开口4m的距离是(Xs1-Xp)，如图7所示；相对于光学开口4n的距离是(Xs2-Xp)，如图7所示。对于所有的光学开口4，在光学开口4中心和像素Px的中心之间的距离表示为(Xs-Xp)。

在图7中，在光学控制部分3和经过像素Px中心并以直角与光学控制部分3相交的正交线之间设置交叉点Sx，还设置正交线以直角与参考平面14相交的交叉点Vx。呈现像素px并经过光学开口4m中心的主要光线入射到参考平面14上的入射点Vm、Vn。由交叉点Sx、特定像素Px的中心和光学开口4m、4n的中心形成的三角形类似于由交叉点Vx、像素Px的中心和入射点Vm、Vn形成的三角形。因此，如图7所示，相对于光学开口4m、4n，建立下述关系：

在入射点Vm和交叉点Vx之间的距离

＝{(Xp-Xs1)×(L+g)/g}；和

在入射点Vn和交叉点Vx之间的距离

＝{(Xs2-Xp)×(L+g)/g}。

此外，入射点Vm、Vn的位置由与显示单元2的一端(X0)的距离表示如下：

入射点Vm的位置：

Vm＝{Xp-(Xp-Xs1)×(L+g)/g}；和

入射点Vn的位置：

Vn＝{Xp+(Xs2-Xp)×(L+g)/g}。

建立以下总的等式：

入射点的位置

＝{Xp+(Xs-Xp)×(L+g)/g}。

因此，在参考平面14上的点Vm和Vo之间的间隔hvm(Xp，Xs1)以及在点Vn和Vo之间的间隔(Xp，Xs2)如下表示。也就是说，间隔hvm(Xp，Xs1)和hvm(Xp，Xs2)对应于在参考距离为L的参考平面中视区的中心(在经过显示单元2的中心的正交线和参考平面14之间的交叉点，这在此作为先决条件)和入射点Vm、Vn之间的间隔，并表示如下，正如从图7中明显看出的那样：

hvm(Xp，Xs1)＝H/2+{Xp-(Xp-Xs1)×(L+g)/g}；和

hvm(Xp，Xs2)＝{Xp+(Xs2-Xp)×(L+g)/g}-H/2。

由总的等式(3)表示间隔hvm(Xp，Xs)。再重复指出，在假设经过视区的参考平面中的中心V0并与显示单元呈直角交叉的正交线与显示单元的中心相交的条件下确定等式(3)。同样在与上述情况不同的情况下，当利用等式(3)的H/2取代经过视区的参考平面中的中心V0并与显示单元呈直角交叉的正交线的水平坐标时，可以运用由等式(3)表示的概念。

根据特定像素(Xp)选择光学开口4(狭缝：Xs)使得由等式(3)表示的宽度hvm(Xp，Xs)最小化。然后，来自像素的光线可有效地入射在视区上。也就是说，由每个像素的多个光学开口(狭缝)4确定特定的光学开口(狭缝)4，可以在像素中设置相对于包括一线路的光线为最优的视差图像，该线路将光学开口(狭缝)的中心(Xs)与像素的中心(Xp)连接作为路径。

图8A、8B和8C表示根据对比例子的示意图，其中视差图像以如下方式设置：各元素图像的中心与光学开口4的中心一致。图9A、9B和9C表示设置视差图像以使等式(3)最小化的示意图。在图8A、8B和8C和图9A、9B和9C中，图8B和9B表示显示装置的结构和由在显示装置中显示的元素图像确定的光线的路径。图8A和9A表示放大的设置图，其中根据光学开口4将视差图像分配给显示单元2上的各像素。图8C和9C表示将图8A和9A所示的视差图像经过光学开口4投射到视区的参考平面14的位置，使得该位置与图8B和9B的位置一致。在图8A、8B、8C和图9A、9B、9C中，示出了指定为第六至第十(vs＝6-10)的光学开口4，第六至第十是光学开口4的序号(vs)。在图8A和9A中作为像素序号(vs)示出了第28号至第54号，根据图8C和9C中的像素序号作为像素的投射位置示出了第25号至第57号。在图像显示单元2的像素中显示出对应光学开口4序号的元素图像。表示参考平面14上元素图像的序号采用对应的开口序号vs＝6至10。

如上所述，在本发明中，确定光学开口4的间距以使得基本视差图像的数量hsp/hp是自然数。因此，将各像素中心连接到光学开口4中心的线路(主要光线路径)与同一视差序号具有相应(parallel)关系。也就是说，在图8A、8B和8C所示的对比例子中，各元素图像(vs＝6-10)由五个像素构成，其中显示由第一至第五视差序号表示的五个视差图像。以下述方式将视差图像给予像素：使像素中心与相应的光学开口4中心连接的光线的路径具有被此相应的关系，在所述像素中心中，显示具有视差序号1的视差图像。类似地，以这样的方式将视差图像给予像素：光线路径具有彼此相应的关系，其中具有视差序号2至5的视差图像进行传播所沿的路径从像素中心向相应光学开口4的中心延伸。因此，对应于各元素图像(vs＝6-10)的光线从光学开口以相同的扩展角散开。重复来说，来自每个像素的光线沿所有前方散开，利用光线照射传输控制部件3的所有开口，各开口允许光线通过，但根据主要光线确定在各像素中显示的视差图像，所述主要光线显示为将像素的中心连接到对应于该像素的一个光学开口的中心的线路。经过相应开口的主要光线的路径满足上述关系。根据上述关系，从各相邻元素图像经过光学开口4的光线以下述方式偏移：在参考距离为L的参考平面14中按光学开口4的间隔hsp偏离入射位置。入射位置的偏离如图8C中的阴影所示。

由像素vp＝29至33产生的元素图像经过如图8A和8B所示的开口序号为6(vs＝6)的开口4、并投射到参考平面以便形成投射图像(在图8C中类似地表示为vp＝29-33)。由像素vp＝34-38产生的相邻元素图像也形成如图8C所示的相邻投射图像(类似地表示为vp＝34-38)。在参考平面上这样形成用vp＝34-38表示的相邻元素图像，即，使其从由vp＝29-33表示的投射元素图像偏移，偏移量为光学开口4的间隔hsp。类似地，投射元素图像vp＝39-43也这样偏移：在参考平面上从相邻于由图8C中的vp＝34-38表示的投射元素图像偏移，偏移量为光学开口4的间隔hsp。结果，在图8A至8C中所示的对比例子中，包括重叠区域的部分很窄，所述重叠区域是指从各视差图像发出的光线入射到的区域，即，在整个屏幕区域中可视觉地识别出正确图像的区域变窄。例如，在观测者以参考距离L由箭头A所示的水平位置进行观测时，如图8C所示，相对于开口vs＝6-8，观测到由正确元素图像发出的光线。但对于经过开口Vs＝9、10的光线，甚至观察到来自显示应当经过相邻开口Vs＝10、11(Vs＝11；未示出)的元素图像的像素Vp＝49、54的光线。

另一方面，在图9A、9B和9C中，将对应于光学开口4的视差图像这样分配到像素，即，满足使等式(3)的关系最小化的关系。换句话说，如果将视差图像分配给特定像素，根据等式(3)确定承载视差图像的光线和光线的方向。也就是说，如果相对于特定像素确定光学开口4，则确定经过光学开口4并承载视差图像的光线。即使指定特定像素例如由像素序号41(vp＝41)表示的像素，来自特定像素的光线也是不能确定的，这是因为像素向各个方向发出光线。因此，来自该像素的光线不仅入射到具有开口序号8(vs＝8)的光学开口4上，而且还入射到由其它开口序号(vs＝6、7、9、10)表示的光学开口4上，来自由像素序号41(vp＝41)表示的像素的光线经过这些光学开口4(vs＝6-10)射出。在图9A、9B、9C所示的例子中，来自由像素序号41(vp＝41)表示的像素的光线不仅经过具有开口序号8(vs＝8)的开口射出、而且经过具有开口序号Vs＝7、9的开口射出并投射到参考平面上。根据使等式(3)的关系最小化的关系、相对于由像素序号41(vp＝41)表示的像素确定光学开口4。然后，确定来自像素的光线路径，并将对应于该方向的视差图像分配给该像素。光线从具有开口序号8的开口(vs＝8)射向在参考距离中的入射位置，该入射位置最接近于在由像素序号41(vp＝41)表示的像素中的入射位置Vo。因此，选择使等式(3)的关系最小化的开口，将对应于摄影方向的视差图像根据光学开口4和像素之间的关系分配给像素。也就是说，从由像素序号41(vp＝41)表示的像素经过具有开口序号Vs＝7、9的开口射出的光线路径不被选择以确定参考平面的宽度hvm。

通过选择使由等式(3)确定的宽度hvm最大化的光线，与图8A、8B和8C所示设置不同，改变对于像素序号(vp＝28、33、49、54)的像素的光学开口4，改变在像素中显示的视差图像。在图9A中，斜线表示在各像素上形成的元素图像，其中和图8A所示的设置相比，改变了在元素图像和相应的开口序号之间的关系。从各视差图像发出并经过相应光学开口4的光线路径入射到以屏幕中心为中心的宽度hva或特定区域上。例如，在观测者以参考距离L从箭头A所示的水平方向进行观测时，如图9C所示，应理解射向参考平面中的观测者的光线涉及将被显示的元素图像，所述光线从具有开口序号vs＝6-10的开口投射并预先分派给由开口序号vs＝6-10表示的各像素。

在以上说明中，以在参考距离中的视区的中心为基础选择对应于各像素的光学开口4，结果，确定出在参考距离中视区的宽度(hva)。如图9C所示，作为II系统设计的特征，在参考距离L中承载视差信息的光线不入射在同一点上，对于各元素图像逐步地偏离。因此，在此说明书中，如果光线的入射位置的差别在偏离范围内，各入射点作为相同的入射点进行描述。另一方面，当首先确定视区(hva)时，选择入射在视区上的光线的路径，对于各像素也可以确定光学开口4。出于光线的入射位置有偏离的原因，利用不等式确定下述视区。此外，可以以下述方式选择各像素的光学开口4，即，仅当在像素间距hp和光学开口之间的间隔hsp是常数时。

如图6所示，利用基本视差图像数量(Nvs)作为参考、以视区的宽度(2Ltanθ0)为基础、通过等式(4)将一个像素加入基本视差像素数量Nvs，从而获得表示宽度hva的区域。

hva≤2Ltanθ0×(Nvs+1)/Nvs...(4)

如果满足等式(4)，如图9A、9B和9C所示，在远离视区中心的外侧上相对于光学开口4分派元素图像。结果，光线能够有效地会聚在视区上。结果，和对比例子相比，扩大了由等式(4)确定的视区。如果元素图像的设置向外部偏移，就设置其构成像素增加了一个的元素图像。例如，像由对应于具有如图9A、9B和9C所示的开口序号(vp＝9)的光学开口4的像素序号(vp＝44-49)表示像素组那样，设置由从五个基本视差像素增加1个的六像素构成的像素组(元素图像)，以及使元素图像向外移动。

为了设计视差图像的设置，在经过参考距离中的视区的中心V0的法线和显示单元2的垂直交叉点附近的区域(特定区域)中，在参考距离中的入射位置移动了光学开口4的每个间距的同时重复设置由基本视差像素构成的各元素图像。如果重复设置元素图像，则在参考距离中从元素图像发出并经过开口的光线的入射位置不满足由等式(4)确定的宽度hva。如果产生元素图像，那么又产生了(基本视差图像数量+1)个视差图像，相对于相应光学开口4的中心分派元素图像，并且光学开口4移到外部。以此方式重复地设置元素图像，从而在屏幕上完全地安排各视差图像。此处，将视区的中心V0设置为与屏幕中心一致，但实际设计不限于在视区中心V0和屏幕中心之间保持一致。

接下来，描述总视差图像数量的概念。该总视差图像数量相当于在通过平行投射拍摄三维立体图像和向各像素分配视差图像中所需的拍摄方向的数量。在假设像素间距hp和狭缝间隔hsp是常数的条件下，在下面描述确定宽度hva的等式。

由像素宽度划分光学开口4的间距(hsp)，从而确定特定的基本视差图像数量Nvs。通过将附加视差的数量加入基本视差图像数量Nvs所获得的数量对应于总视差图像数量。为了使视区最大，随着附加视差的增加增加了利用平行投射进行拍摄的方向，以及根据上述方法在各像素上设置视差图像。下面将详细描述拍摄方向的增加。

在本发明中提出的算法需要以浅(shallow)拍摄角拍摄的图像信息，该浅拍摄角具有如下所述如图10所示的主要光线的更大入射角θ1以获得附加的视差，即附加的拍摄方向。为了简化说明，在图10中也同样以与图2和6中的假设相同的方式使视区的中心与显示单元的中心一致。

来自相对视区中心设置的视差图像Pc的光线通过开口4投射到由相对于图6所示的中心线Op相同投射角θ0所限定的对称区域。在图10中，为了以相同方式与图6进行对照，同样示出了对称区域。在图10中，在主要光线Op和FR1之间以及在主要光线Op和相对于中心线Op具有相同投射角θ0的FR2之间确定对称区域，所述中心线Op经过远离显示单元2中心的视差图像Px。

在第一实施例中，如图10所示，来自远离显示单元2中心的视差图像Px的光线通过开口4投射到在主要光线Op和FR3之间的第一区域以及在主要光线Op和FR4之间的第二区域。第一区域的投射角θs小于角度θ0，第二区域的投射角θ1大于角度θ0。因此，射向角度θ1和θ0之间的附加范围(θ1-θ0)的光线的视差图像信息需要重新加入到在角度±θ0之间的数据上。这意味着必须根据在附加区域(θ1-θ0)中光线的路径利用平行投射加入拍摄。

正如从图10中看出的那样，对应于投射到在光线FR1和FR3之间的第二区域的光线的视差图像信息取决于与显示单元2中心的距离变得不需要了，并且必须加入对应于投射在光线FR2和FR4之间的区域中的光线的视差图像信息。这意味着需要根据在相应光学开口4的中心位置和视区的中心之间的距离将元素图像Px的中心位置移向外部。如果如上所述正确地选择视差图像信息，就能够相对于显示单元的整个表面以宽度hva观测到正确图像。

在本实施例中，假设像素间隔hp和狭缝间隔hsp是常数。在此实施例中，根据与视区中心的距离，以离散方式在显示单元上重复地加入和设置形成视差图像的附加元素图像Px’。也就是说，如果元素图像Px对应于视差图像的基本视差图像数量Nvs并加入附加元素图像Px’，那么通过向基本视差图像数量Nvs加1而获得视差图像数量(Nvs+1)，以及附加元素图像Px’附加地设置以便跟随元素图像Px。总视差图像数量(Nall)将用作以下描述，它包括在FR2至FR4区域内的视差图像数量以及在对称于FR2至FR4区域的区域内视差图像数量。

参考图11描述计算总视差图像数量(Nall：实数)的方法。

当注意到由中心线Op分开的显示单元2的一个区域2-1时，区域的宽度对应于1/2屏幕宽度(H/2)。此处，当考虑到最外端的元素图像Pa时，元素图像Pa通过对应于元素图像Pa的最外端的光学开口4a投射到具有宽度hva的视区。在本实施例中，光学开口4的数量设为Ns＝H/hsp，其为整数。因此，当将显示单元2的外端作为参考时，与外端远离1/2开口(狭缝)间隔hsp设置最外端光学开口4a。也就是说，经过最外端光学开口4a的中心线Opa与显示单元2的外端的距离为1/2开口(狭缝)间隔hsp。此1/2开口(狭缝)间隔hsp由hp×Nsv/2表示，这从表1中明显看出。此外，最外端光学开口4a的中心线Opa与显示单元2的中心线Opc间隔距离(H/2-hp×Nvs/2)。在参考距离为L的参考平面14中的视区的宽度hva由hva表示，正如表1和等式(4)中所限定的那样。由于从显示单元2的中心线Opc到宽度hva的另一端(未示出)的距离是hva/2，因此从具有宽度hva的参考平面14的另一端到最外端上的光学开口4a的中心线Opa的距离表示为(H/2-hp×Nvs/2+hva/2)。包括中心线Opa并包括作为底边的元素图像Pa和具有高度g的三角形相似于包括中心线Opa并包括作为底线的距离(H/2-hp×Nvs/2+hva/2)和具有高度L的三角形。因此，在将宽度hva的另一端连接到开口4a的直线与具有显示单元2的显示器的交叉点以及开口4a的中心线Opa之间的距离Wa表示为(H/2-hp×Nvs/2+hva/2)×g/L。

接下来，研究在此距离Wa(未示出)中设置的视差图像的数量。图12是在基本视差数量是偶数的情况下用于获得视差图像的数量的说明图。在图12中，左侧对应于显示单元2的左端区域，右侧对应于显示单元2的右端区域。光学开口(狭缝)的位置Xs对应于在左或右端设置的光学开口(狭缝)4a、4b的中心，即，图11所示的轴Opa或Opb。箭头101、102表示将光学开口(狭缝)4a、4b连接到宽度hva另一端的线路。如图12所示，当基本视差数量是偶数时，光学开口4的位置Xs与像素的边界区一致。根据这一点，获得了从相邻于光学开口4a的外部设置的像素中心到由箭头101所示的入射位置的宽度(Wa-0.5hp)。接下来，将此宽度(Wa-0.5hp)除以像素宽度hp，将1加入到通过取整获得的整数值，考虑到显示单元2的另一个区域2-2将该值翻一倍。因此，考虑到最大入射角获得了入射到宽度hva内部上的视差图像的数量(＝Nall)。在图12中，箭头101、102表示将光学开口4a、4b连接到宽度hva另一端的线路。从在线路101、102和显示单元之间的交叉点外部的像素或多个像素上显示的视差图像出射并经过光学开口4a、4b的光线射向宽度hva的外部，并且不入射到视区中的宽度hva之上。也就是说，在显示单元2的外部设置虚像素，根据像素间距hp的外插法确定虚像素的位置。因此，从在虚像素上显示的视差图像中出射的光线不通过光学开口4a、4b入射到宽度hva上。因此，当计算总视差图像数量时，将宽度(Wa-0.5hp)除以像素宽度hp获得的数值取整以获得整数值。因此，能够在入射到宽度hva的范围内计算总视差图像数量。即，下述结果：

Nall(偶数)＝{(Wa-0.5hp)/hp+1}×2...(5)

图13是在基本视差数量是奇数的情况下获得差图像的说明图。在图13中，以与图12相同的方式，左侧对应于显示单元2的左端区域，右侧对应于显示单元2的右端区域。光学开口(狭缝)的位置Xs同样对应于在左或右侧设置的光学开口(狭缝)4a或4b的中心，即，在图12中所示的轴Opa或Opb。箭头101、102表示将光学开口(狭缝)4a、4b连接到宽度hva另一端的线路。如图12所示，当基本视差数量是奇数时，光学开口(狭缝)4的位置Xs与像素中心Xp一致。也就是说，宽度Wa除以像素宽度hp。为了得到视差图像的数量，加1得到的值(Wa/hp+1)。被取整以获得整数值，考虑到显示单元的另一个区域2-2将此值(Wa/hp+1)翻一倍。这里，平行于显示单元2法线的光线在区域2-1和2-2中是相同的。因此，在此视差方向上得到Nall，即，不包括1。

Nall(奇数)＝(Wa/hp+1)×2-1...(6)。

关于对(Wa/hp+1)取整以获得整数值的原因类似于对偶数的描述。

等式(5)和(6)是一致的(未示出)，并由下述总的等式(7)表示。

Nall＝2Wa/hp+1

＝(2(H/2-hp×Nvs/2+hva/2)×g/L)/hp+1

＝(H-hp×Nvs+hva)×g/L/hp+1

＝(H-hp×Nvs+(2Ltanθ0(Nvs+1)/Nvs)×g/L/hp+1...(7)

等式(7)的总视差图像数量(Nall：实数)表示视差图像数量，该视差图像数量足以用来添加发射到在图10中所示的显示单元2的相对端上具有投射角θ1的区域FR2-FR4的光线组，投射角θ1对应投射角θ的最大值。因此，这表示为了将元素图像分配给显示单元2上的所有像素，可以存在视差图像的总视差图像数量。

应该指出，重复地说，在图12中，在元素图像Pa、Pb或与该图像相邻设置的多个元素图像中，不必为构成元素图像Pa、Pb的所有视差图像准备像素。具体地，在具有参考距离的参考平面中的视区相对于显示单元的区域较窄，或者视区中心不与屏幕中心一致。当参考距离为L的参考平面14中的视区相对于显示单元2的显示平面很大并在内部受到限制时，以及当元素图像按照承载视差图像的光线入射到视区内部的方式设置时，相应的开口4到元素图像的位置的距离可能很大。在这种情况下，对应于位于显示单元外部的区域中的开口的元素图像设置在显示单元外部，并且不准备像素。

接下来，将参照图14-16介绍用于获得在每个像素中设置的视差图像的序号(对应用于通过平行投射拍摄的摄像机的固定的每个拍摄角度的序号)的程序。在下面的说明中，假设视差图像和光学开口4按照从显示单元2的一端到另一端的顺序编号。同样，根据各像素对将要设置的各视差图像进行编号，并且视差图像序号是根据相对于光学开口4的位置获得的，对应于其中设置视差图像的像素。

当基本视差图像数量(Nvs)是偶数时，光学开口4与像素边界位置相对设置，如图14所示，并且中心线Op穿过相邻像素的边界。当确定像素中心位置(Xp)和光学开口4的中心位置(X_s1)时，对应于像素和光学开口4的视差图像序号(N(Xp，Xs)：整数)如下由总视差图像数量(Nall)和像素宽度hp来表示。

N(Xp，Xs)＝(Nall/2-1)-{(Xs-1/2hp)-Xp}/hp...(8)，

其中{Xs-Xp}是某个像素的中心与对应该像素中心的光学开口4的中心线之间的距离。假设开口的中心穿过各像素之间的边界。于是，从光学开口4的中心位置(Xs)减去像素半宽(1/2hp)以获得与光学开口4的中心位置相邻设置的像素的中心与目标像素的中心之间的距离(Xs-1/2hp)。而且，(Nall/2-1)是通过最大视差图像数量Nall除以2并减去1得到的并在与光学开口4相邻设置的像素中显示的视差图像数量。从视差数量中减去在从{(Xs-1/2hp)-Xp}获得的距离中以像素间距hp设置的视差图像的数量，从而确定在与点Xs隔开的点Xp中设置的像素中安排的视差图像序号。

另一方面，当视差图像数量(Nvs)为偶数时，如图15所示，光学开口4与像素中心相对设置，并且中心线Op穿过像素的中心。在这种情况下，取决于像素中心位置(Xp)和光学开口4的中心位置(Xs)的视差序号(N：整数)如下由总视差图像数量(Nall)和像素宽度hp表示，表示方式与偶数时相同。

N(Xp，Xs)＝(Nall/2-0.5)-(Xs-Xp)/hp...(9)

在等式(9)中，由于总视差图像数量(Nall)是奇数，因此对于在与光学开口4相对设置的像素中安排的视差图像的数量，值1/2(＝0.5)加到(Nall/2)上，换言之，最大视差数量通过(Nall/2-0.5)改变到整数。与光学开口4的中心位置相对设置的像素的中心与目标像素的中心之间的距离由(Xs-Xp)获得，并且该距离除以像素宽度以得到在这个距离中设置的视差图像的数量。当从与光学开口4相对设置的像素的视差数量减去在从(Xs-Xp)获得的距离中按像素间距hp设置的视差图像的数量时，确定设置在离开Xs的Xp中设置的像素中安排的视差图像的序号。

等式(8)和(9)等同于下列等式(10)。

N(Xp，Xs)＝Nall/2-(Xs-Xp)/hp-0.5...(10)

重复地说，如参照图10和11所述的，总视差图像数量(Nall)对应用于在角度±θ1中通过平行投射进行拍摄的摄像机的拍摄方向的总数量，并且每个视差序号N(Xp，Xs)对应拍摄方向的序号。

前面已经介绍了在各个像素中设置视差图像和元素图像以便使等式(3)最小化的方法。下面将介绍用于在宽度hva基础上设置视差图像的算法。该算法是在像素间隔hp和狭缝间隔hsp是不同于等式(3)的常数时并按照与在等式(4)中限定的宽度hva和总视差数量(7)的假设相同的方式建立的。根据来自将像素位置Xp连接到光学开口位置Xs的视差图像的光线的路径是否入射到由等式(4)确定的宽度hva内部，假设光线的路径穿过其中心位置是Xs的开口，判断视差图像是否设置在其中心位置为Xp的像素中。图16示出了在该算法基础上设置视差图像的方法。在图16中，由光学开口4的中心和其中将要设置视差图像的像素中心之间的间隔(Xp-Xs)以及来自视差图像的光线路径，获得在参考距离L的平面中的光线的入射位置(|Xp-Xs|×L/g)。从下述等式(11)判断入射位置是否被包含于宽度hva的参考平面14内。

|Xp-Xs|×L/g＜hva/2-(H/2-Xs)...(11)

其中|Xp-Xs|×L/g是在参考距离L内的光学开口4的中心轴Opx和光线的入射位置之间的距离，hva/2对应由等式(4)确定的参考视区平面14中的视区宽度的1/2，并且hva/2-(H/2-Xs)是从光学开口4的中心轴Opx到参考视区平面14的端部的距离。因此，等式(11)是由从像素(Xs)发射并经光学开口(Xp)通过的光线的路径判断光线是否入射到宽度hva的内部的标准。

在图16中，只有宽度hva的一端用做确定光线路径的判断标准。实际上，还可以只基于在一侧上的判断参考值在显示单元整个区域中设置元素图像。具体说，(11)的判断是按照从屏幕的最左边上的像素和最左边开口的顺序开始的。当满足等式(11)的条件时，对应于经光学开口(Xp)通过的光线路径的视差图像被分配给像素。当不满足等式(11)时，光学开口4的序号增加一。即，当光学开口在右边偏移一个时，可以设置元素图像，以便在参考距离内的光线的入射位置处于宽度hva中。就是说，当来自某个像素的光线没有经过光学开口4射向宽度hva时，该开口改变到相邻光学开口4，并且使用等式(11)检验改变的光学开口4。

此外，下面将参照图17介绍为了获得在像素中显示的视差图像而用于移动摄像机位置(Xc)的程序。通过下列等式(12)(Xc_开始)并从由等式(7)获得的总视差图像数量Nall获得具有最大投射角θ1的摄像机位置。摄像机以拍摄间隔从这个位置间歇地移动，该拍摄间隔与像素间隔成比例。当改变摄像机位置(Xc)时，通过平行投射进行拍摄，以便获得所需的视差图像。

Xc_开始＝H/2+hp(Nall-1)/2×L/g...(12)

Xc＝Xc_开始-vi×hp×L/g...(13)

(vi＝0、1、2、...；视差序号，0＜vi＜Nall-1)

前面已经介绍了用于在显示单元中设置元素图像的两种算法。首先，将参照图18介绍用于通过等式(3)的算法设置元素图像的程序。

首先，确定表1中所示的各个参数的值，并且获得参考距离L和在参考视区平面14中的视区的中心V0，如步骤S1中所示。在步骤S2中，视区(hva)是从等式(4)获得的，总视差图像数量(Nall)是从等式(7)获得的。接着，如步骤S3所示，从等式(1)和(2)获得显示单元2的一端的像素和光学开口4的位置(Xp，Xs)，以便开始执行用于确定将要设置在像素中的元素图像的一系列步骤。

在步骤S4中，按照从屏幕一端的光学开口的顺序，使用等式(3)计算从像素发射并穿过光学开口4的光线在参考距离L中的入射位置和视区中心V0之间的间隔。当入射位置不是最接近视区中心V0时(NO)，假定光学开口4不对应于具有该序号的像素。如步骤S5所示，增加开口序号，以及指定与该光学开口4相邻设置的另一光学开口4。检验光线在参考距离L中的入射位置是否同样最接近于相对于新指定的光学开口4应该为视区中心的位置，并且重复这种操作，直到获得最接近位置关系为止。

也就是说，重复步骤S5，直到在经过所有光学开口从像素发射的所有光线的组在参考距离L中的入射位置与视区中心V0之间的间隔中发现具有最小值的关系为止，并确定对应该像素的光学开口。此外，如步骤S6所示，使用等式(10)确定设置的视差图像的序号，并将图像分配给该像素。在步骤S6中使用的视差图像是通过在由等式(12)、(13)确定的拍摄位置中设置摄像机并通过平行投射进行拍摄而获得的。

接下来，如步骤S7所示，像素序号增加1，以便更新像素序号。如步骤S8所示，当更新的像素序号vp在像素序号(0≤vp≤3×尺寸H-1)内时，相对于由更新的像素序号再次确定的像素执行步骤S4、S5、S6、S8。当在步骤S8中像素序号vp超过(像素序号-1)时，假设完成了元素图像在像素中的设置，由此结束该步骤，如步骤S9所示。

接着，将参照图19介绍在参考距离内的视区基础上设置元素图像的程序。

首先，确定表1中所示的各个参数值，以及在步骤S11中获得参考距离。在步骤S12中，从等式(4)获得视区(hva)，并且从等式(7)获得总视差图像数量(Nall)。接着，如步骤S13所示，从等式(1)和(2)获得显示单元2的一端的像素和光学开口4的位置(Xp，Xs)，以便开始执行用于确定将在该像素中设置的元素图像的一系列步骤。

在步骤S14中，使用等式(11)判断从具有指定像素序号的像素发射并穿过具有指定开口序号的光学开口4的光线是否射向参考距离L内的宽度hva中。当穿过指定光学开口4的光线射向宽度hva中时，建立该具有指定序号的像素和该具有指定序号的光学开口4之间的对应关系。如步骤S16所示，使用等式(10)确定设置的视差图像的序号，并且将图像分配给该像素。当来自具有该序号的像素的光线射向宽度hva(NO)的外部时，假设在步骤S14中检测的光学开口4不对应于具有该指定像素序号的像素。如步骤S15所示，增加开口序号，并指定与光学开口4相对设置的另一光学开口4。同样相对于与新指定的开口序号相关的光学开口4检验光线的路径是否进入宽度hva。当穿过具有新指定的开口序号的光学开口的光线入射到宽度hva时，在指定像素序号和该像素之间建立对应关系。如步骤S16所示，使用等式(10)确定设置的视差图像的序号，并且将该图像分配给该像素。在步骤S16中使用的视差图像是通过在由等式(12)和(13)确定的拍摄位置设置摄像机和通过平行投射进行拍摄而获得的。

接着，如步骤S17所示，像素序号增加1，以便更新像素序号。如步骤S18所示，当更新的像素序号vp处于像素序号(0≤vp≤3×尺寸H-1)内时，相对于由更新像素序号再次确定的像素执行步骤S14-S17。当在步骤S18中像素序号vp超过(像素序号-1)时，假设完成了在该像素内的元素图像的设置，由此结束该步骤，如步骤S19所示。

接着，下面再参照图9A-9C简要说明在上述两种方法中设置元素图像。在图9A-9C中，为了简化说明，参考视差图像数量Nvs设定为Nvs＝5。在参考距离L内与视区中心相对设置的元素图像设置成用于对应Vs＝8的光学开口4。基于参考距离L内承载视差图像的光线的入射位置与视区中心V0之间的距离，或者基于宽度hva，改变相应的光学开口4。对于规定光线路径和要显示的视差图像的像素序号，由箭头SH1-SH4示出了光学开口4的变化，由阴影线和方框示出了要显示的视差图像的变化。结果，在图9A-9C中，选择到视区中心的距离最短(等式(3))或入射到宽度hva内(等式(11))的光线路径。与相对视区中心设置的元素图像隔开，相对于该相应光学开口4的中心，元素图像的中心偏移到外部。

图9A-9C表示相对于考距离L的结果。根据尺寸L适当改变元素图像的设置。具体说，当投射角θ0或显示单元2和传输控制部件3之间的间隙g保特恒定时，随着L的减小，由等式(4)确定的参考距离L中的宽度hva变窄。因此，元素图像如此设置，以便进一步增加元素图像中心相对于光学开口4的中心的偏移量，这取决于到视区中心的距离。而且，元素图像所需要的视差图像的总数量增加。另一方面，当L增加时，上述偏移量减小。从上述关系看出，当视区不足以与显示单元的面积相比时，增加参考距离L和放大视区是有效的。

应该指出的是，如上所述，等式(4)和后面的等式都是在假设像素间距hp和光学开口间距hsp不变以及穿过参考离L内的视区中心V0并与显示单元2垂直相交的正交线与显示单元2的显示区中心一致的基础上建立的。然而，由等式(3)所做的判断不需要这些假设。就是说，在开口4的间距以一定周期和按照逐步方式从传输控制部件3的中心向端部改变时，即，当存在多个Nvs值时或当Nvs不是自然数时，也可以执行该应用。在这些情况下，沿着图18而不是图19中所示的流程，选择用于确定视差图像的光线的路径是适合的。在图18的流程中，为了确定要设置的视差图像的数量，从等式(4)计算宽度hva。但是，这个提议的范围取决于选择光线路径的方法，以便使视区最大(等式(3)、(11))。当只确定光线路径时，不难设定光线的每个倾斜度的视差图像的数量。而且，已经描述了为了获得用于最小化等式(3)的关系，相对于在步骤S4中的所有光学开口，从光线路径计算在距离L内的光线的入射位置。然而，当像素间距hp和光学开口间距hsp恒定时，从屏幕一端中的光学开口开始研究特定像素。在等式(3)的减小值增加时，确定使等式(3)最小的光学开口，并且该步骤转移到步骤S6。即使在这种情况下，也不存在问题。

而且，在上述实施例中，为了介绍可以用平面方式显示立体图像的概念，只描述了水平方向的视差图像，但是，显然还可以用与上述方式相同的方式相对于垂直方向分布视差图像。

下面将介绍例子。

(例1)

在本例中，只提供对立体视区的有效水平视差效果。对于液晶显示器件，使用QUXGA-LCD(像素数量3200×2400，屏幕尺寸422.4mm×316.8mm)。最小驱动单元是R、G和B子像素。并排设置的三个R、G和B子像素通常形成一个像素(三元组)，但是为了增加本例的显示单元中的水平像素数量，R、G和B子像素作为一个像素来处理。子像素具有44μm的横向宽度和132μm的垂直长度。背景光设置在显示单元的背面。在观察者一侧，以狭缝形式提供传输控制部件，每个狭缝的宽度为44μm，各狭缝以0.704mm的间隔设置，从而形成用于只在水平方向由II系统提供视差信息的狭缝阵列。狭缝阵列是通过在玻璃板上形成和构图铬和氧化铬膜制备的。由于在传输控制部件上不形成任何膜，因此保持玻璃的透明度。由于铬和氧化铬膜形成在屏蔽区域中，故从玻璃表面可以观察到黑色氧化铬膜，并且从背面可以观察到反射性能。在II系统三维图像显示设备中，组合了液晶显示器件以便与液晶显示器件相对地设置这个狭缝板的铬表面，根据图18中所示的算法确定视差图像对像素的分布，并且显示元素图像。按照如下方式确定本例的视区，即穿过参考距离为L的参考平面的中心位置V0并与面板垂直的正交线与面板的中心一致。

这里，表2的值用做参数。

[表2]

参数	符号和数值
		水平像素数量	尺寸H＝3200
视差数量	Nvs＝16
		子像素水平宽度[mm]	Hp＝0.044
开口中心和元素图像端部上的像素中心之间的距离	hs＝hp(Nvs-1)/2
		狭缝4的间隔	hsp
视区[rad.]	θ0＝10
		参考距离[mm]	L＝1000
屏幕宽度[mm]	H＝3×hp×尺寸H
		狭缝的数量	Ns＝H/hsp
间隙[mm]	g＝hs/tanθ0
		总视差数量	Nall
	＝(H×hp×Nvs+(2Ltanθ0(Nvs+1)/Nvs))×g/L)/hp+1
		子像素序号	vp＝0，1，2，...(0＜vp＜3×尺寸H-1)
狭缝序号	vs＝0，1，2，...(0＜vs＜Ns-1)
		视差序号	vi＝0，1，2，...(0＜vi＜Nall-1)
像素中心位置[mm]	Xp＝(vp+1/2)×hp
		狭缝中心位置[mm]	Xs＝(vs+1/2)×hsp
摄像机的初始位置	Xc_开始＝H/2+hp(Nall-1)/2×L/g
		摄像机位置	Xc＝Xc_开始-vi×hp×L/g

当通过等式(3)的判断方法将要显示的视差图像分配给每个像素时，总视差数量为34个视差，并且构成在中部附近分布的元素图像的视差图像的序号N(Xp，Xs)是8-23，其中所述中部与显示单元中的视区中心相对设置。另一方面，相对于从屏幕左端数第二个位置上的狭缝4分配N(Xp，Xs)＝0到15的元素图像，相对于从屏幕右端数第二个位置上的狭缝4分配N(Xp，Xs)＝18到33的元素图像，并且元素图像的位置相对于相应的狭缝偏向外部。就是说，对于构成用于从屏幕左端数第二个位置上的狭缝4的元素图像的像素组，在狭缝4的中部设置的法线Op的左侧上的像素序号是16，而在左侧的像素的序号是0。元素图像的中心将构成为从法线Op向显示单元2外部偏移。另一方面，对于构成用于从屏幕右端数第二个位置上的狭缝4的元素图像的像素组，通过与在狭缝4的中部设置的法线Op的上述左侧上的像素序号相对的序号分布各像素。

当在显示单元中显示由这种算法准备的元素图像组时，在参考距离中的正确图像观察范围(hva)是约35cm。识别在这个视区之外的整个屏幕中图像切换到错误图像的情况，并且在另一个外部区域中，视觉地识别错误图像，

(例2)

当根据图19的算法利用等式(11)的判断方法在与例1相同的构成中设置元素图像时，获得与例1完全相同的元素图像组。

(例3)

在与例1相同的构成和算法中将参考距离改变到1.5m。视差的总数为28，与例1相比减少了，而且构成在中部附近的元素图像中设置的元素图像的视差图像的序号N(Xp，Xs)是6到21，其中所述中部与显示单元中的视区中心相对设置。另一方面，对于从屏幕左端数第二个位置上的狭缝4的元素图像，分配N(Xp，Xs)＝0到15的视差图像。对于从右端数第二个位置上的狭缝4的元素图像，分配N(Xp，Xs)＝12到27的视差图像。而且，对于构成用于从屏幕左端数第二个位置上的狭缝4的元素图像的像素组，在狭缝4的中部设置的法线Op的左侧有14个像素，而在右侧的像素的数量是2。该组进一步设置在左侧。构成从屏幕右端数第二个位置上的狭缝4的元素图像的像素的分布是相反的，进一步在右侧设置像素。即，在两个组中，构成元素图像的像素组的中心从穿过相应狭缝中心的法线Op向显示单元2外部偏移。

通过这种算法准备的元素图像组被显示在显示单元中，并且在参考距离中的正确图像观察范围(hva)是约55cm。识别在这个视区之外的整个屏幕中图像切换到错误图像的情况，并且进一步在外部区域中视觉地识别错误图像。

(例4)

按与例1相同的构成和算法将视区θ0改变到15度。视差的总数为28，并且构成在中部附近设置的元素图像的视差图像的序号N(Xp，Xs)是6到21，其中所述中部与显示单元中的视区中心相对设置。另一方面，对于从屏幕左端数第二个位置上的狭缝4的元素图像，分配N(Xp，Xs)＝0到15的图像。对于从右端数第二个位置上的狭缝4的元素图像，分配N(Xp，Xs)＝12到27的图像。而且，对于构成用于从屏幕左端数第二个位置上的狭缝4的元素图像的像素组，在狭缝4的中部设置的法线Op的左侧有14个像素，而在右侧的像素的数量是2。该组进一步设置在左侧。构成从屏幕右端数第二个位置上的狭缝4的元素图像的像素的分布是相反的，并且进一步在右侧设置像素。即，在两个组中，构成元素图像的像素组的中心从穿过相应狭缝中心的法线Op向显示单元2外部偏移。

通过这种算法准备的元素图像组被显示在显示单元中，并且在参考距离中的正确图像观察范围(hva)是约55cm。识别在这个视区之外的整个屏幕中图像切换到错误图像的情况，并且进一步在外部区域中视觉地识别错误图像。

(比较例1)

在与例1相同的构成中，不使用本发明提出的算法。在整个显示单元2的区域中，基本视差数量是16，设定为该狭缝设置的相同序号N(Xp，Xs)＝0到15的视差图像。而且，在整个显示单元2的区域中，构成用于狭缝4的元素图像的像素组的中心与位于相应狭缝4的中心的法线Op一致。

当用这种方式构成的元素图像组显示在显示单元中时，在1m的参考距离中观察整个屏幕，没有可观察到正确图像的任何范围。在距离1.5m的位置上，在小于屏幕宽度的约13cm范围内，相对于整个屏幕可观察到正确图像。在约28cm的每个相对的外部区域中，正确和错误图像混合并被观察到。

(比较例2)

在与例1相同的构成中，设定0.5m的短参考距离，并根据图16的算法通过等式(3)的判断方法准备元素图像组，并且在显示单元2中显示。则，在参考距离内的正确图像观察范围(hva)为约18cm，小于屏幕宽度，构成一种三维图像显示装置，并提供这样的暗示，即限制了深度方向的视区和限制了三维图像的可观察范围。

前面已经参照图1-19介绍了扩大显示正确图像的视区的方法。接下来，将参照图20-31介绍一种显示方法，在这种显示方法中，观察者可以认识到在包括正确图像的显示的视区外部观察到虚像。显然可以单独实现根据图20-28所示的第二实施例的显示方法，并且还可以与放大视区的显示方法组合起来。

在下面的说明中，如图3所示，用于显示三维图像的每个像素11由以二维方式设置的多个子像素12构成。如图4所示，规则地设置光学开口4。因此，光学开口4相对于用于显示三维图像11的像素的相对位置在显示平面内是恒定的。

图20是表示采用用于显示图3中所示的三维图像11的像素和图4A中所示的传输控制部件3的掩模的三维图像显示装置的平面示意图。应该指出的是在图20中，只相对于传输控制部件3绘出了光学开口4。

在第二实施例中，在被包含在用于显示三维图像11的像素中的用于显示二维图像的多个像素当中，这里指的是子像素12当中，在显示三维图像时使用设置在中部的子像素12A，并且在显示可从三维图像识别的用于警告的图像时使用设置在周边的子像素12B。应该指出的是，在由被包含于用于显示三维图像11的像素中的用于显示二维图像的多个像素所显示的图像当中，下面将在显示三维图像时使用的图像称为元素图像。

图21A是表示在图20中所示的三维图像显示装置和观察位置之间的关系的示意图。图21B是表示在图21A中所示的观察位置A、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E2中观察到的三维图像的示意图。应该指出的是在图21A中，每条虚线51是将用于显示三维图像11的各像素之间的边界连接到传输控制部件3(对应主要光线)的光学开口4的直线。在图21A中，每条虚线52表示只观察到真实图像(正确图像)的观察位置与观察到错误图像的观察位置之间的边界。用虚线52包围的区域对应只观察到正确图像的观察位置。与上述相同，下面将只观察到真实图像(正确图像)的观察位置称为“视区”。

如图21B所示，在观察位置A、B1、B2，只观察到正确图像61A。在图21A中所示的虚线52下面的区域(视区)中观察，根据观察位置改变观察正确图像61A的方式。

在观察位置C1、C2、D1、D2，正确图像61A与错误图像61B混合并且可以一同被观察到。这里，识别出错误图像61B，这是因为观察到了由用于显示三维图像11的像素显示的一部分元素图像，其中用于显示三维图像11的像素与和某一光学开口4相对设置的用于显示三维图像11的像素相邻设置。在观察到的三维图像中错误图像61B的比例在视区的宽范围一侧增加。在观察位置E1、E2，由于相对于所有光学开口4观察到由用于显示三维图像11的相邻像素显示的一部分元素图像，因此只观察到错误图像61B。

在该第二实施例中，可区别于正确图像61A或错误图像61B的警告用图像是由图20中所示的子像素12B显示的。作为警告用图像，例如，所有子像素12B处于暗显示状态或明亮显示状态。子像素12B设置在用于显示三维图像11的各像素之间的边屏处。因此，在从观察位置B1向C1移动时，在错误图像61B之前出现警告用线性图像62。在从观察位置C1向D1移动时，随着被观察到的三维图像中所具有的错误图像61B的比例增加，警告用图像62从图的左侧向右侧移动。在从观察位置D1进一步向E1移动时，警告用图像62消失，并且只观察到错误图像61B。

应该注意到，对于警告用图像62，一个眼睛位于图21A中所示的虚线52外部的区域中，并且观察到一条直线，直到两个眼睛超过所有虚线51为止。

通过这种方式，根据第二实施例，观察者通过警告用线性图像62可以识别出观察位置偏离视区。应该指出，前面已经参照图21A和21B描述了观察位置在水平方向的移动。但是，当观察位置在垂直方向移动时，观察者也可以通过相类似的方法识别观察位置偏离视区。在这种情况下，警告用图像是一条水平直线。而且，警告用图像62随着观察位置的移动移动。因此，即使在正确图像61A和错误图像61B包括线性部分时，也可以很容易地从这些图像中区别出警告用线性图像62。

此外，在第二实施例中，与使用折射光不同，不能扩大能够观察到真实图像的参考距离内的视区宽度或可以观察到真实图像的观察位置的区域。因此，即使在用于显示三维图像11的像素中所包含的用于显示二维图像的像素的数量，即子像素12或12a的数量相对少时，也可以在观察位置移动时平缓地改变图像。

通过这种方式，根据第二实施例，观察者可以可靠地识别出观察位置偏离视区。只利用II系统就可获得识别偏离视区的效果，并且利用双目或多目系统不能获得这个效果。这将参照图22进行说明。

图22是表示使用双目系统来显示警告用图像的情况的示意图。在图22中，在区域52R中，经过右侧光学开口4可以观察到用于右眼的图像的区域81R与经过左侧光学开口4可以观察到用于右眼的图像的区域82R叠加。而且，在区域52L中，经过右侧光学开口4可以观察到用于左眼的图像的区域81L与经过左侧光学开口4可以观察到用于左眼的图像的区域82L叠加。此外，区域83表示观察到警告用图像的区域。

在双目系统中，当左眼位于由虚线52L包围的区域中，并且右眼只位于由虚线52R包围的区域中时，只观察到真实图像。当观察位置偏移以及一个眼睛位于区域83中时，观察者观察到警告用图像，并且识别出观察位置偏离视区。

然而，在区域85中，经过右侧光学开口4可以观察到用于左眼的图像的区域81L与经过左侧光学开口4可以观察到用于右眼的图像的区域82L叠加，并且经过右侧光学开口4可以观察到用于右眼的图像的区域81L与经过左侧光学开口4可以观察到用于左眼的图像的区域82L叠加。即，当观察位置处于区域85中时，观察者观察不到任何警告用图像，并观察到失真的三维图像。因此，当观察位置偏移时，一个眼睛位于区域85中，而另一个眼睛位于区域52R或52L中，或者当两个眼睛都位于区域85中时，对于观察者来说识别出观察位置偏离视区是相当困难的。通过这种方式，在多目系统中，不能使观察者确信地识别出观察位置偏离视区。

在第二实施例中，如图20所示，在显示警告用图像62时使用的子像素12B相对于在显示三维图像时使用的子像素12A设置，但是还可以使用其它设置方式。

图23是表示图20中所示的三维图像显示装置的修改例的示意平面图。在图22中，在包含于用于显示三维图像11的像素中的子像素12当中，下端行和右端列中的子像素是用于显示警告用图像62的子像素12B。另一方面，在图23中，在包含于用于显示三维图像11的像素中的子像素12当中，除了下端行和右端列中的子像素之外，上端行和左端列中的子像素也是用于显示警告用图像62的子像素12B。在这种情况下，用于显示三维图像的子像素12A与用于显示警告用图像62的子像素12B的比率下降，但是可以显示更容易被观察到的警告用图像62。

在第二实施例中，用于显示三维图像11的像素中的子像素12B不仅形成一行或一列，而且形成多个行或多个列。而且，当观察者只在水平方向充分识别出观察位置偏离视区时，或者于只在水平方向提供视差信息的一维II系统中，在用于显示三维图像11的像素中，用于显示警告用图像的子像素12B不必沿着用于显示三维图像11的垂直相邻像素之间的边界设置。同样，当观察者可以只在垂直方向充分识别观察位置偏离视区时，在用于显示三维图像11的像素中，用于显示警告用图像的子像素12B不必沿着用于显示三维图像11的水平相邻像素之间的边界设置。

接下来介绍本发明的一个修改例。该实施例类似于第二实施例，除了用于显示三图像11的像素相对于光学开口4的相对位置按照逐步方式，在远离显示参考位置的方向偏移并与在显示平面中的显示参考位置隔开。就是说，这个修改例对应第一和第二实施例的组合实施例。

图24A是表示根据本发明该修改实施例的II系统的三维图像显示装置的示意平面图。图24B是表示在图24A的三维图像显示装置中用于显示三维图像11的像素相对于光学开口4的相对位置的示意平面图。应该指出的是，在图24A所示的用于显示三维图像11的像素当中，图24B中所示的用于显示三维图像11的像素位于区域B0中。

在图24A和24B所示的结构中，在水平方向中的光学开口4之间的间隔设定为恒定值，在用于显示三维图像11的像素中沿水平方向设置的子像素12A的数量在区域A0、A2R、A4R、A2L、A4L中设定为9，在区域A1R、A3R、A1L、A3L中设定为10。因而，用于显示三维图像11的像素相对于光学开口4的相对位置按照逐步方式在远离一直线的方向偏移，其中该直线穿过用于显示三维图像11的像素的中心并在垂直方向延伸，这取决于与该直线的距离。此外，在这种结构中，在垂直方向光学开口4之间的间隔设定为恒定值，用于显示三维图像11的像素相对于光学开口4的相对位置按照逐步方式在远离一直线的方向偏移，其中该直线穿过用于显示三维图像11的像素的中心并在水平方向延伸，这取决于与该直线的距离。

应该指出的是在图24A中，在中间绘制的用于显示三维图像11的像素的中心对应于显示参考位置。就是说，如图24A所示，在区域A0与区域B0叠加的区域中，光学开口4与用于显示三维图像11的像素的中心相对设置，如图24B所示。另一方面，用于显示三维图像11的像素与在区域A0的右侧区域中的光学开口4的中心的右侧上的位置相对设置，并且用于显示三维图像11的像素与在左侧上的区域中的光学开口4的中心的左侧上的位置相对设置。同样，用于显示三维图像11的像素与区域B0上方的区域中的光学开口4的中心上方的位置相对设置，并且用于显示三维图像11的像素与在下部区域中的光学开口4的中心下面的位置相对设置。

当使用这种结构时，以及当用与参照图20的第二实施例所述的方式相同的方式显示图像时，观察者可以识别出被观察者觉察到的三维图像包括错误图像(如果有的话)。此外，在本修改实施例中，用与图20中所示第二实施例相同的方式，即使在包含于用于显示三维图像11的像素中的用于显示二维图像的像素(子像素12或12a)的数量相对较少时，在观察位置移动时可以平缓地改变图像。

此外，在涉及图24A和24B的另一修改例中，由于使用上述结构，故可以观察到不同于图20中所示第二实施例的警告用图像62。

图25A是表示在图24A和24B中所示的三维图像显示装置与观察位置之间的关系的示意图。图25B是表示在图25A中所示的各观察位置观察到的三维图像的示意图。在图21A中，使得把用于显示三维图像11的像素之间的边界连接到传输控制部件3的光学开口4的直线51互相平行。另一方面，在图25A中，在一组中彼此平行的多条直线51在一个点55上相交。

如图25B所示，在观察位置A、B1和B2只观察到真实图像61A。此外，在由图25B中所示的虚线52下面的区域(视区)中观察时，观察真实图像61A的方法按照与参照图21A和21B所述的方式相同的方式根据观察位置改变。

在观察位置C1和C2，双眼位于视区外部并在相交点55附近，其中在该相交点55利用分布装置(distribution)显示警告用图像。因此，观察者在整个屏幕上观察到警告用图像62。应该指出的是，这里警告用图像62作为一个例子具有棋盘图形。这里，对于容易观察到警告用图像62的观察者，设计位于彼此相邻设置的用于显示三维图像11的各像素之间的边界中的子像素12B的列的数量N、像素12B的宽度w、传输控制部件3和相交点55之间的距离(参考距离)L、在用于显示三维图像11的像素和传输控制部件3之间的间隙g以及双眼之间的间隔D，以便满足不等式D≤N×w×L/g。利用D＞N×w×L/g，在观察位置C1、C2中在屏幕上作为多条垂直线视觉上识别出警告用图像，其中这些垂直线基本上以相等间隔设置。

当观察位置在宽视场一侧上移动时，观察者用一个眼睛观察到错误图像61B，并且另一个眼睛在整个屏幕上观察到警告用图像62。在观察位置进一步在宽视场一侧移动的观察位置E1、E2只观察到错误图像61B。

通过这种方式，根据本实施例，警告用图像62可以设定为二维。因此，更容易识别警告用图像62与真实图像61A或错误图像61B。

应该指出的是，只有当观察位置位于直线51的相交点55附近时，才在整个屏幕上观察到警告用图像62。例如，观察到的警告用图像62的宽度在观察位置D1、D2减小。通过这种方式，在本实施例中，当观察位置处于直线51上时，警告用图像62在整个屏幕上的比例随着直线51的相交点和观察位置之间的距离增加而减小。然而，当该距离足够短时，比在第二实施例中更容易观察到警告用图像62。

而且，从图21A与图25A的比较明显看出，与图4中所示的实施例相比，本实施例在扩大视区方面是有利的。应该指出的是，利用II系统产生的特征之一在于多条直线51彼此平行。

在上述实施例中，如图24A和24B所示，用于显示警告用图像62的子像素12B相对于用于显示三维图像的子像素12A设置，但是也可以使用其他它设置。

例如，在包含于用于显示三维图像11的像素中的子像素12当中，除了一个下端行和右端列中的子像素之外，在一个上端行和左端列中的子像素也可以用做用于显示警告用图像的子像素12B。

而且，用于显示三维图像11的像素中的子像素12B不仅形成一行或一列，而且形成多个行或列。

此外，当观察者只在水平方向上或者在只在水平方向提供视差信息的一维II系统中充分识别出观察位置偏离视区时，在用于显示三维图像11的像素中，用于显示警告用图像的子像素12B不必沿着用于显示三维图像11的各垂直相邻像素之间的边界设置。同样，当观察者只在垂直方向可以充分识别观察位置偏离视区时，在用于显示三维图像11的像素中，用于显示警告用图像的子像素12B不必沿着用于显示三维图像11的各水平相邻像素之间的边界设置。

而且，在图24A和24B中，一列子像素12A在包含于区域A1R、A3R、A1L和A3L中的用于显示三维图像11的像素外部增加。相应地，用于显示三维图像11的像素相对于光学开口4的相对位置在远离参考线的方向并离开该参考线偏移，其中该参考线穿过光学开口4的中心并在垂直方向延伸，但是也可以采用其它结构。例如，用于显示三维图像11的像素相对于光学开口4的相对位置还可以在远离参考线的方向并离开该参考线偏移，其中该参考线穿过用于显示三维图像11的中间像素的中心并在水平方向延伸。而且，用于显示三维图像11的像素相对于光学开口4的相对位置还可以在远离用于显示三维图像11的中间像素的中心(参考点)的方向偏移，这取决于与参考点的距离。

在图20或23的实施例中，用于显示警告用图像的子像素12B可具有不可变的显示状态。或者，对于用于显示警告用图像的子像素12B，显示状态可以按照与子像素12A相同的方式任意地改变。此外，在第二实施例和该修改例中，用于驱动子像素12A的驱动电路可以与用于驱动子像素12B的驱动电路分开设置。或者，子像素还可以由相同的驱动电路来驱动。就是说，在第二实施例和该修改例中，用于显示警告用图像62的结构还可以通过适当设计硬件或简单地通过信号处理来实现。在任何情况下，很容易设计或制造该三维图像显示装置。

而且，在第二实施例和该修改例中，当用于显示警告用图像的子像素12B的显示状态可变时，以及当由子像素12A显示动态图像时，由用于显示警告用图像的子像素12B显示静止图像。当子像素12A显示静止图像时，用于显示警告用图像的子像素12B可显示动态图像。

在图20或23所示的实施例中，真实图像61A或错误图像61B的显示颜色也可以不同于警告用图像62的显示颜色。而且，真实图像61A或错误图像61B在空间频率上还可以不同于警告用图像62。此外，真实图像61A或错误图像61B还可以在显示颜色和空间频率上都不同于警告用图像62。

而且，警告用图像的显示位置不是整个屏幕，也可以是屏幕的一部分。具体说，当没有任何垂直视差而只有水平视差时，也可以只在水平方向延伸的条形区中设置警告用图像。该条形区也可以设置在屏幕的上部、下部或中部。另一方面，当也有垂直视差时，警告用图像也可以在屏幕周围设置成框架形状。在任何情况下，在考虑到根据参考距离而以离散方式显示警告用图像的概率的情况下沿水平或垂直方向在连续区域中设置警告用图像时，可以更加可靠地在视觉上识别出警告用图像。

接着，将介绍本发明的另一修改例。

图26是表示根据本发明另一修改实施例的三维图像显示装置的示意剖面图。图26中所示的三维图像显示装置包括设置在垂直和水平方向的、用于显示三维图像11的像素，以及与这些像素相对设置的传输控制部件3。

传输控制部件3包括透明基板23、设置在透明基板23的前表面上的第一屏蔽层24、和设置在透明基板23的后表面上的第二屏蔽层25。应该注意，第二屏蔽层25包括屏蔽层25A和反射层25B。

在透明基板23的前表面上由第一屏蔽层24限定第一光学开口4-1以便面对像素11。可以如下面的详细说明那样确定第一光学开口4-1的尺寸和设置。

第二光学开口4-2也在透明基板23的后表面上由第二屏蔽层25限定，以便面对像素11和第一光学开口4-1。第二光学开口4-2对应在第二实施例和该修改例中所述的光学开口4。因此，当该三维图像显示装置是单色型时，每个第二光学开口4-2可具有类似于像素11的一个子像素的形状，或者可以典型地具有与一个子像素12大致相同的形状和尺寸。当该三维图像显示装置是全色型时，每个第二光学开口4-2可具有类似于像素之一的形状，其中每个像素由红、绿和蓝色的三个子像素构成，并且每个第二光学开口4-2可典型地具有与一个像素大致相同的形状和尺寸。或者，每个第二光学开口4-2可具有类似于一个子像素的形状，或者可以典型地具有与一个子像素大致相同的形状和尺寸。

在该实施例中，在上述结构中，各种尺寸或设置可以如下确定。即，首先，如此考虑和如此确定直线53，以至于在基板平面和该直线之间具有最小角度。直线53从位于用于三维图像的某一像素11的轮廓上的各点开始并延伸到面对像素11的第二光学开口4-2的轮廓上的各点。之后，按照如下方式确定第一光学开口4-1的位置和尺寸，即，第一光学开口4-1的轮廓基本上与第一屏蔽层24的边缘和直线53的相交部分一致。

利用这种结构，来自某个像素11的子像素的光线可以通过与该像素相对设置的第二光学开口4-2和第一光学开口4-1。然而，来自相邻像素11的子像素的光线不能通过第一光学开口4-1。因此，观察者只观察到真实图像，而不会观察到错误图像。

而且，在本实施例中，不同于使用光线的折射，为了获得上述效果，不扩大能观察到真实图像的视场角。因此，即使在包含于用于显示三维图像的像素11中的用于显示二维图像的像素的数量相对较少时，在观察位置移动时也能平缓地改变图像。

接着，将介绍本发明的另一实施例。

图27是表示根据本发明另一修改例的三维图像显示装置的示意剖面图。本实施例与上述实施例类似，除了第一光学开口4-1对应于在第一和第二实施例中所述的光学开口4并且按照下述方式确定第二光学开口4-2的尺寸和设置。

就是说，在本实施例中，如此考虑和如此确定直线54，以便在基板表面和直线54之间具有最大角度。这些直线从位于用于三维图像的某个像素11的轮廓上的各点开始并延伸到面对像素11的第一光学开口4-1的轮廓上的各点。之后，按照如下方式确定第二光学开口4-2的位置和尺寸，即，第二光学开口4-2的轮廓基本上与第二屏蔽层25的边缘和直线53的相交部分一致。

使用这种结构，按照与图26中所示的实施例相同的方式，观察者只观察到真实图像，而不会观察到错误图像。而且，在本实施例中，不同于使用光线的折射，为了获得上述效果，不扩大能观察到真实图像的视场角。因此，即使在包含于用于显示三维图像的像素11中的用于显示二维图像的像素的数量相对较少时，在观察位置移动时也能平缓地改变图像。

注意到在图26和27中，在用于显示三维图像的像素11中也可以使用自发射型显示装置。在图26和27中，在用于显示三维图像的像素11中也可以使用透射型液晶显示装置。在后一种情况下，背景光需设置在用于显示三维图像11的像素下面，并且传输控制部件3也可以设置在液晶显示装置的上方或下面。

在该修改例中，屏蔽层24、25优选地包括在观察者一侧上看上去是黑色的屏蔽层(例如屏蔽层25A)。这是因为在黑色显示时黑色按照与在液晶显示装置的滤色器中的黑色矩阵部分相同的方式充分析出。屏蔽层的材料的例子包括由氧化铬形成的金属膜、有机黑色颜料散射抗蚀剂等。应该指出的是，黑色颜料散射抗蚀剂包括在感光聚合物中散射的黑色颜料。这些例子包括“PD-170K(BM)”，它是由Hitachi化学有限公司制造的颜料散射型光敏溶液。另一黑色颜料散射抗蚀剂的例子包括其中碳或黑色颜料和碳的混合物被散射的抗蚀剂。

在图26或27所示的修改例中，在屏蔽层24、25当中，设置在光源一侧上的层可以包括或不包括在光源侧上的反射层(例如反射层25B)。当设置反射层时，提高了光的利用效率，并可以实现更高的亮度。应该指出的是，利用氧化铬膜作为屏蔽层，金属膜如铬膜可用做反射层，以便在很多情况下形成在屏蔽层上。而且，通常按照使端面不从屏蔽层突出的方式形成该反射层。

在该修改例中，屏蔽层24、25形成在一个基板23的相对表面上，但是屏蔽层24、25也可以形成在分离的基板上。此外，与后一种情况相比，由于在前一种情况下所需部件的数量较少，因此从减小厚度和重量方面考虑这种结构更有利。

而且，利用前种结构，与后一种情况相比，可以更容易实现高设置精度。就是说，例如，当在屏蔽层25之前形成屏蔽层24时，还可以在形成屏蔽层24时形成定位用标记。在这种情况下，可以在从背面确认标记的位置的同时进行形成屏蔽层25时的构图。

下面将介绍本发明的显示方法和装置的例子。

(例5)

在本例中，制备具有与图20中所示结构相同结构的三维图像显示装置。

具体说，在本例中，作为液晶显示装置，使用UXGA-LCD面板(像素数量1600×1200，屏幕尺寸240mm×180mm)。在该液晶显示装置中，红、绿和蓝三种类型的子像素12独立地被驱动。而且，每个红、绿和蓝子像素12在横向上的长度为50μm，纵向的长度为150μm。应该指出的是，在常规的二维图像显示装置中，并排设置的红、绿和蓝三个子像素通常形成一个像素(三元组)，但是在本例中红、绿和蓝子像素作为用于显示二维图像的像素被处理。而且，在该液晶显示装置中使用厚度为1.0mm的玻璃基板。

对于传输控制部件3，铬膜和氧化铬膜依次形成在玻璃基板的一个主表面上，并且对这些层叠膜进行构图以便形成该部件。应该注意到，通过构图，在垂直方向延伸并具有5μm的宽度的狭缝形光学开口4以0.8mm的间隔(中心之间的距离)设置在屏蔽层中。

而且，传输控制部件3按照如下方式设置，即，该部件的膜形成侧与液晶显示装置的前表面相对设置，并且液晶显示装置的前表面与膜形成表面之间的距离保持约为2.7mm。因而，在空气条件下，液晶显示装置的滤色器的前表面与传输控制部件3之间的距离约为3.3mm。在这种设计中，以1m的参考距离内的开口为中心的约240mm(＝0.8mm×1000mm/3.3mm)的宽度范围内可以观察到每个元素图像(在视区宽度的下面的说明中，示出了可用一个眼睛观察到图像的范围。利用两个眼睛，考虑到两个眼睛的位置，可以从这里所述的值减去眼睛之间的距离65mm。)

利用上述结构，获得了三维图像显示装置，其中在用于显示三维图像11的每个像素中沿横向设置16个子像素12。注意，在参考距离为1m或更小的区域中不存在只可观察到三维图像显示装置的真实图像的视区。这是因为在1m的参考距离内从宽度为240mm的屏幕相对端中的开口不能观察到与每个开口相对设置的元素图像。当参考距离设定为2.0m时，产生一个区域，在该区域中从宽度为240mm的屏幕相对端中的开口可观察到与每个开口相对设置的元素图像。在三维图像显示装置的2.0m参考距离内的视区宽度约为210mm(＝240mm×7个视差/8个视差；考虑到通过在观察位置上的光线的散射减小视区宽度)。

在该三维图像显示装置中，设置在相对端的每个子像素(总共两个子像素)用做用于显示警告用图像的子像素12B，并且其余子像素用做包含于用于显示三维图像的像素11中的16个像素12当中的用于显示三维图像的子像素12A。在所有用于显示警告用图像的子像素12B保持在明亮的显示状态时，驱动子像素12A以显示三维图像。当观察位置在水平方向移动时，观察屏幕。

结果是，警告用图像在1m或更小的参考距离内的任何区域中被混合和被观察到，并且可以清楚地识别出没有任何区域能够只观察到真实图像。而且，在2.0m的参考距离内，反射用于两个子像素的警告用图像的插入，并且视区宽度减小到约150mm(＝240mm×5个视差/8个视差)。但是，如参照图5A、5B所述，可以很容易地识别出出现在偏离视区的观察位置上的线性警告用图像62，并且错误图像61B被混合在被观察到的图像中。

(比较例1)

准备与例5中所述的三维图像显示装置相似的三维图像显示装置，除了被包含于用于显示三维图像的像素11中的所有16个子像素12用做用于显示三维图像的子像素12A之外。而且在这种三维图像显示装置中，驱动子像素12A以显示三维图像。在沿水平方式移动观察位置的同时，观察屏幕。结果是，不能很容易地识别出甚至在偏离视区的观察位置上也没有出现警告用图像62，或者不能很容易地识别出错误图像61B被混合在被观察到的图像中。

(例6)

准备包括与例5中所述结构相似的结构的三维图像显示装置，除了用于显示三维图像的像素11相对于光学开口4的相对位置在远离显示参考位置的方向上按照离开显示平面中的显示参考位置的逐步方式偏移之外，如参照图24A和24B所述。具体说，在用于显示三维图像的像素11中沿水平方向设置的子像素12的数量在区域A0、A2R、A4R、A2L、A4L中设定为16。在用于显示三维图像的每个像素11中沿水平方向设置的子像素12的数量在区域A1R、A3R、A1L、A3L中设定为17。应该指出的是在本例中，图25A中所示的显示平面和相交点55之间的距离(参考距离)在垂直于显示平面的方向上设定为1。在参考距离中只可观察到真实图像的视区的宽度设定为约230mm(＝240mm×15个视差/16个视差)。

在该三维图像显示装置中，设置在相对端上的的每个子像素(总共两个子像素)用做用于显示警告用图像的子像素12B，并且其余子像素用做被包含于用来显示三维图像的每个像素11中的16个子像素12当中的用于显示三维图像的子像素12A。当驱动用于显示警告用图像的子像素12B以显示棋盘图形时，驱动子像素12A以显示三维图像。在水平方向移动观察位置的同时，观察屏幕。

结果是，反射用于两个子像素的警告用图像的插入，并且视区宽度减小到约200mm(＝240mm×13个视差/16个视差)。然而，如参照图24A、24B所述，可以很容易识别出在位于参考距离内但编离视区的观察位置中在整个屏幕上呈现出的具有棋盘图形的警告用图像62以及错误图像61B被混合在被观察到的图像中。而且，当观察位置偏离参考距离和视区时，在一部分屏幕上出现具有棋盘图形的警告用图像62。而且，在这种情况下，可以很容易地识别出错误图像61B被混合在被观察到的图像中。

(比较例2)

准备与例6中所述相似的三维图像显示装置，除了被包含于用于显示三维图像的每个像素11中的所有子像素12用做用于显示三维图像的子像素12A之外。而且，在这种三维图像显示装置中，驱动子像素12A以便显示三维图像。在水平方向移动观察位置的同时，观察屏幕。结果是，即使在观察位置偏离视区时，也没有出现警告用图像62。不能很容易地识别出错误图像61B被混合在被观察到的图像中。应该指出的是，在例6中视区宽度为约200mm，而在本比较例中视区宽度为约230mm(＝240mm×15个视差/16个视差)。

(例7)

图28A-28H是表示可用在图24A和24B所示的例7中的传输控制部件3的准备方法的示意剖面图。为了准备传输控制部件3，首先，如图28A所示，通过溅射工艺在玻璃基板23的一个主表面上形成厚度为100nm的氧化铬膜24。接着，在氧化铬膜24上施加厚度为约500-700nm的电子束保护层。对施加的膜进行热处理以形成抗蚀剂膜71。

然后，使用电子束绘制装置根据光学开口4-1相对于抗蚀剂膜71绘制图形。此外，对抗蚀剂膜71进行显影处理以形成抗蚀剂图形71，如图28B所示。应注意，进行图形绘制，以便在基板23的主表面的端部形成由氧化铬膜构成的定位用标记。

此后，这个抗蚀剂图形71用做对氧化铬膜24进行蚀刻处理的掩模。这里，例如，使用二代硝酸铯铵(dibasic cerium ammonium nitrate)和高氯酸进行各向同性湿法蚀刻。应该指出的是当进行各向异性蚀刻时，例如，可使用四氯化碳和氧的混合气体进行干法蚀刻。通过这种方式，获得图28C中所示的屏蔽图形24和定位用标记34。

从屏蔽图形24和定位用标记34除去抗蚀剂图形71之后，如图28D所示，将密封件72固定于基板23上以便不涂覆屏蔽图形24而是涂覆定位用标记34。而且，密封件73还固定于背面上与密封件72相对的位置上。

接着，如图28E所示，通过溅射工艺在其上固定密封件73的基板23的整个表面上形成厚度为60nm的氧化铬膜25A。然后，电子束抗蚀剂施加于基板23的相反表面上，厚度为约500到700nm，并且对施加的膜进行热处理以形成抗蚀剂膜74A、74B。

之后，如图28F所示，从基板23除去密封件72、73。当除去密封件72、73时，也除去了抗蚀剂膜74A、74B的位于密封件72、73上的部分。

然后，使用电子束绘制装置根据光学开口4-2相对于抗蚀剂膜74B绘制图形。在图形绘制期间定位时，使用标记34。此外，对抗蚀剂膜74B进行显影处理以形成抗蚀剂图形74B，如图28G所示。此后，抗蚀剂图形74B用做掩膜，对氧化铬膜25A进行蚀刻处理，这与参照图28C所述的相同。应该指出的是，定位用标记34可以通过这种蚀刻法除去，但是不会存在任何问题，因为标记34已经执行其功能。

然后，如图28H所示，从氧化铬膜24、25A除去抗蚀剂膜74A、74B，然后切割其上形成标记34的基板23的端部。通过这种方式获得传输控制部件3。

应该注意的是，在参照图28A-28H所述的方法中，省略了反射层25B。当设置反射层25B时，例如，可以在形成氧化铬膜25A的步骤和形成抗蚀剂膜74B的步骤之间增加在氧化铬膜25A上形成厚度为约100nm的铬膜25B的步骤。

而且，在参照图28A-28H所述的方法中，使用密封件72、73从氧化铬膜24、25A露出其上形成标记34的基板23的端部，但是也可使用如掩模溅射等方法。对于氧化铬膜25A的一侧上的表面，也可以使用在整个表面上形成氧化铬膜25A或氧化铬膜25A和铬膜25B的叠置膜，然后用氢氟酸擦掉对应标记34的部分的方法。

在本例中，通过上述方法准备了如图26所示的三维图像显示装置。应该指出的是在本例中，在用于显示三维图像的像素11中使用与例5中使用的相同的液晶显示装置并在背面上设置背景光。而且，厚度为1mm的玻璃基板用做透明基板23，在垂直方向延伸且宽度为约160μm的狭缝形光学开口4-1以0.8mm(中心之间的距离)的间隔设置在屏蔽图形24中，并且在垂直方向延伸且宽度为约50μm的狭缝形光学开口4-2以0.8mm(中心之间的距离)的间隔设置在屏蔽图形25中。此外，在空气条件下，传输控制部件3和用于显示三维图像的像素11之间的距离(对应于液晶显示装置的滤色器的表面和其上设置屏蔽层25的传输控制部件3的表面之间的距离)设定为约33mm。液晶显示装置的玻璃表面和其上设置屏蔽层25的传输控制部件3的表面之间的距离设定为约2.7mm。

在这种三维图像显示装置中，显示三维图像，并且在观察位置沿水平方向移动的同时观察相对表面。结果是，相对于其观察位置偏离视区的元素图像观察不到元素图像本身，并且错误图像61B没有混合在观察到的图像中。

(例8)

在本例中，用与例7中所述相同的方法准备图27中所示的三维图像显示装置。应该指出的是在本例中，在用于显示三维图像的像素11中使用与例5中所用相同的液晶显示装置，并且背景光设置在后表面上。厚度为1mm的玻璃基板用做透明基板23，在垂直方向延伸且宽度为约50μm的狭缝形光学开口4-1以0.8mm(中心之间的距离)的间隔设置在屏蔽层24中，并且在垂直方向延伸且宽度为约160μm的狭缝形光学开口4-2以0.8mm(中心之间的距离)的间隔设置在屏蔽层25中。对于与由偏移元素图像所需要的17个子像素构成的元素图像相对设置的开口，开口的宽度相应地扩大到约170μm。由于元素图像相对于开口向外偏移，因此开口的中心位置向内各偏移约10μm。此外，在空气条件下，传输控制部件3和用于显示三维图像的像素11之间的距离(对应于液晶显示装置的滤色器的表面与其上设置屏蔽层25的传输控制部件3的表面之间的距离)设定为约3.3mm。液晶显示装置的玻璃表面和其上设置屏蔽层25的传输控制部件3的表面之间的距离设定为约2.7mm。

在这种三维图像显示装置中，显示三维图像，并且在观察位置沿水平方向移动的同时观察屏幕。结果是，当在参考距离1m内观察位置偏离视区时，没有观察到元素图像本身。而且，错误图像61B没有混合在被观察到的图像中。而且，在观察位置偏离参考距离时，没有观察到其观察位置偏离视区的元素图像本身，并且错误图像61B没有混合在被观察到的图像中。

如上所述，根据本发明，提供一种三维图像显示装置和使用该装置的显示方法，其中观察者可以识别出没有观察到错误图像或者被观察者观察到的三维图像包括错误图像。即使在包含于用于显示三维图像的像素中的用于显示二维图像的像素的数量相对较少，在观察位置移动时也可以平缓地改变图像。

对于本领域普通技术人员来说附加的优点和修改是很容易理解的。因此，本发明的范围不限于这里所示和所述的具体细节和示意实施例。相应地，在不脱离由所附权利要求书及其等效形式所限定的本发明一般概念的精神或范围的情况下可以做各种修改。

Claims (23)

1.一种用于显示三维图像的装置，该三维图像能够在具有参考平面的视区中被观察到，所述装置包括：

具有以矩阵形式设置的像素的显示单元，这些像素被分成一个第一组和多个第二组来显示元素图像，该第一和第二像素组分别具有第一和第二像素组中心；和

具有一个第一光学开口和多个第二光学开口的传输控制部件，其被构成为控制来自元素图像的光线的传输，该第一光学开口与第一像素组相对，所述第二光学开口与第二像素组中相应的一个相对，第一和第二光学开口分别具有第一和第二开口轴，第一像素组中心与第一开口轴对准，第二像素组中心的每一个与相应的一个第二开口轴偏离，偏离量根据第一像素组中心和第二像素组中心之间的距离逐步地增加，光线被引导从第一像素组通过第一开口轴射向参考平面，以及光线被引导从第二像素组中的每一个通过相应的一个第二开口轴射向参考平面。

2.根据权利要求1的装置，其中，元素图像的第一像素组在沿水平方向设置的n个像素上进行显示，以及元素图像的第二像素组在沿水平方向设置的(n+1)个像素上进行显示，其中，n是自然数。

3.根据权利要求1的装置，其中，元素图像的第一像素组在沿垂直方向设置的n个像素上进行显示，以及元素图像的第二像素组在沿垂直方向设置的(n+1)个像素上进行显示，其中，n是自然数。

4.根据权利要求1的装置，其中，显示单元具有经过元素图像的第一像素组的中心轴，以及，所述偏离量相对于显示单元的中心轴对称地并逐步地被改变。

5.根据权利要求1的装置，其中，各光学开口在特定周期内以逐步改变的间距从传输控制部件的中心区域向端部设置。

6.根据权利要求1的装置，其中，各像素对应于按子像素间距设置的各子像素。

7.一种在用于显示三维图像的装置中分配视差图像的方法，所述三维图像能够在视区中观测到，显示单元包括显示器以及具有光学开口的传输控制部件，所述显示器具有以矩阵形式设置的像素，这些像素被分成像素组来显示元素图像，所述光学被开口构成为控制来自元素图像的光线的传输，所述方法包括：

确定参考平面，该参考平面距该显示单元预定距离设置，以及参考平面的中心作为视区的中心；

为各光学开口设置最佳的光线路径，每条最佳路径经过每个光学开口的中心到达视区的中心或接近于视区中心的位置，确定光学开口以及位于经过光学开口的最佳路径上的相应像素组之间的关系；和

基于最佳路径将各元素图像提供给各像素组。

8.根据权利要求7的方法，其中，光学开口在特定周期内以逐步改变的间距从传输控制部件的中心区域向端部设置。

9.根据权利要求7的方法，其中，各像素对应于按子像素间距设置的各子像素。

10.一种在用于显示三维图像的装置中分配视差图像的方法，所述三维图像能够在视区中观测到，显示单元包括具有以矩阵形式设置的像素的显示器，以及具有光学开口的传输控制部件，所述光学开口被构成为控制来自像素的光线的传输，所述方法包括：

确定第一状态和第二状态中之一，在该第一状态中，从像素发射的光线经过光学开口并射向视区，在该第二状态中，从像素发射的光线经过光学开口并从像素的位置射向视区外部；

在第一状态中基于光线路径确定将分配给各像素的视差图像信息；和将光学开口改变为在第二状态中的另一个光学开口并返回到所述确定第一和第二状态之一的步骤。

11.根据权利要求10的视差图像分配方法，其中，该视区具有预定宽度的参考平面，在第一状态中光线射向该预定宽度的参考平面，以及，在第二状态中光线射向该预定宽度的参考平面的外部。

12.根据权利要求10的视差图像分配方法，还包括根据参考距离、光学开口的间距、像素的间距、显示单元的像素数量和视区的宽度来确定视差图像数量信息。

13.一种显示三维图像的方法，该三维图像能够在具有参考平面的视区中被观察到，该显示方法包括：

在以矩阵形式设置的像素上显示元素图像，这些像素被分成一个第一组和多个第二组，该第一和第二像素组分别具有第一像素组中心和多个第二像素组中心；和

利用一个第一光学开口和多个第二光学开口控制从元素图像发射的光线的传输，该第一光学开口与第一像素组相对，第二光学开口与第二像素组中相应的一个相对，该第一和第二光学开口分别具有第一和第二开口轴，第一像素组中心与第一开口轴对准，每个第二像素组中心与相应的一个第二开口轴偏离，偏离量根据第一像素组中心和第二像素组中心之间的距离逐步地增加，光线被引导从第一像素组通过第一开口轴射向参考平面，以及光线被引导从第二像素组中的每一个通过相应的一个第二开口轴射向参考平面。

14.根据权利要求13的方法，其中，元素图像的第一像素组在沿水平方向设置的n个像素上进行显示，元素图像的第二像素组在沿水平方向设置的(n+1)个像素上进行显示，其中，n是自然数。

15.根据权利要求13的方法，其中，元素图像的第一像素组在沿垂直方向设置的n个像素上进行显示，元素图像的第二像素组在沿垂直方向设置的(n+1)个像素上进行显示，其中，n是自然数。

16.根据权利要求13的方法，其中，显示单元具有经过元素图像的第一像素组的中心轴，以及，所述偏置量相对于显示单元的中心轴对称地并逐步地被改变。

17.根据权利要求13的方法，其中，各光学开口在特定周期内以逐步改变的间距从传输控制部件的中心区域向端部设置。

18.根据权利要求13的方法，其中，各像素对应于按子像素间距设置的各子像素。

19.一种利用整体成像系统显示三维图像的装置，包括：

具有垂直和水平地设置的多个像素单元的显示器，每个像素单元包括在该像素单元中部设置的第一组子像素和在该像素单元外围边缘设置的第二组子像素；和

与各像素单元相对设置并具有光学开口的光学过滤器，所述光学开口使得第一组子像素显示三维图像，以及使得第二组子像素显示与三维图像相区别的用于警告的图像。

20.根据权利要求19的装置，其中，显示器具有参考位置，以及，第一组子像素相对于开口的相对位置沿远离参考位置的方向逐步地偏移。

21.一种用于显示能够在视区域中观测到的三维图像的装置，包括：垂直和水平地设置的多个像素单元，各像素单元包括第一组子像素；

相对于多个像素单元设置并包括与每个像素单元相对设置的第一光学开口的第一屏蔽层；和

在多个像素单元和第一屏蔽层之间设置的第二屏蔽层，该第二屏蔽层分别与各像素单元和第一屏蔽层分离并包括与第一光学开口相对设置的第二光学开口。

22.根据权利要求21的装置，进一步包括：在第一屏蔽层和第二屏蔽层之间设置的透明基板，用以支撑第一和第二屏蔽层。

23.一种用于显示三维图像的装置，该三维图像能够在具有区域轴和垂直于该区域轴的参考平面的视区中被观察到，所述装置包括：

具有以矩阵形式设置的像素的显示单元，这些像素被分成像素组来显示各元素图像，每个像素组具有一个像素组中心；和

具有光学开口的传输控制部件，其被构成为控制从各元素图像发射的光线的传输，所述光学开口与元素图像相对，各光学开口分别具有开口轴，在某些像素组中心和相应开口轴之间产生偏离，偏离量根据区域轴和相应开口中心之间的距离逐步地增加，光线被引导从各像素通过相应的开口轴射向参考平面。

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