專利名稱：選擇性照亮柱鏡影像的背照顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在柱鏡影像的載像層上形成顯示圖像的過程，具體地說，本發(fā)明涉及用于照亮柱鏡影像的顯示系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明披露了一種可以選擇觀看在柱鏡影像的載像層上形成的單獨圖像的新穎背照顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在此，術(shù)語“柱鏡影像”用于描述在柱鏡支撐或襯底的背面形成的圖像等級，該圖像等級能夠以某個觀看角度選擇性觀看一組圖像中的一個圖像。柱鏡襯底是由適當(dāng)透明材料制成的圓柱形透鏡(或微透鏡)平行陣列，圓柱形透鏡平行陣列形成在其上施加特殊格式圖像數(shù)據(jù)的襯底。在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，此特殊格式圖像數(shù)據(jù)由設(shè)置在每個微透鏡之后并沿著其長度方向的單獨的平行圖像掃描線或圖像視域構(gòu)成。另一方面，還將這些圖像視域掃描線稱為線型或積分圖像數(shù)據(jù)。利用當(dāng)前可用的高清晰度成像技術(shù)，通常在每個微透鏡之后平行設(shè)置許多相異圖像視域掃描線。隨著每個微透鏡之后的圖像視域掃描線數(shù)量的增加，對于給定微透鏡尺寸，必須成正比減小每條掃描線之間的間隔。根據(jù)產(chǎn)生圖像的成像技術(shù)，圖像視域掃描線間隔通常在12至15微米數(shù)量級或更低。
設(shè)計柱鏡襯底的厚度，以使在將圖像數(shù)據(jù)施加到襯底的背面時，圖像視域掃描線位于每個單獨微透鏡的后焦距位置。這樣，在以不同觀看角度觀察微透鏡時，可以獨立于其它圖像視域，通過微透鏡觀看給定微透鏡之后的每個圖像視域。這是因為或者通過透射或者通過反射，從視域掃描線發(fā)出到微透鏡表面的光錐折射并形成以一定角度從透鏡出射的基本平行的光束，該角度由圖像掃描線相對于透鏡的布置決定。從微透鏡出射的平行光束寬度與微透鏡的寬度相同，因此可以認(rèn)為視域掃描線的寬度被放大到微透鏡的寬度。
在垂直于微透鏡的方向，柱鏡影像的清晰度始終等于柱鏡陣列的間距。在觀看角度發(fā)生變化時實際可以看到的不同圖像數(shù)量是設(shè)置在每個微透鏡之后的圖像掃描線的數(shù)量。當(dāng)然，對于實際上可以精確分辨多少相異視域始終存在實際限制。這種限制由諸如柱鏡襯底各透鏡的光學(xué)質(zhì)量、用于形成圖像掃描線的介質(zhì)的分辨率以及柱鏡襯底厚度的制造公差等確定。
根據(jù)起始源圖像的內(nèi)容以及這些源圖像如何被格式化和如何被施加到柱鏡陣列襯底，可以產(chǎn)生不同的柱鏡影像效果。如果起始源圖像數(shù)據(jù)含有場景的多重視差圖像，則可以在柱鏡襯底上以這樣的方式對該數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，以致可以產(chǎn)生自動立體圖像。在此例中，在人觀看立體圖像時，垂直排列微透鏡。由于每只眼睛從不同角度觀看微透鏡，所以每只眼睛分別看到微透鏡之后的不同視域，并且該圖像顯得具有景深質(zhì)量。
柱鏡成像的另一個用途是觀看運動圖像內(nèi)容或動態(tài)圖像內(nèi)容。在這種情況下，對可能是從視頻削波獲得的瞬時圖像序列進(jìn)行抽樣、格式化并施加到柱鏡襯底。在用于此應(yīng)用中時，水平排列微透鏡，并且在這種情況下，每只眼睛恰恰可以分別看到相同視域。然后，可以沿圖像的水平軸手動旋轉(zhuǎn)柱鏡影像，這樣眼睛就可以看到產(chǎn)生運動效果或場景變化效果的序列圖像視域。這種方法的稍許變換例是，在形成抽象畫的一張柱鏡卡上一起順序設(shè)置幾個不同圖像場景。各圖像可以是主題相關(guān)的，但是各個圖像本身通常是不同圖片。因此，圖像可以是與家庭度假或者婚禮有關(guān)的場景。通常，將在這種柱鏡卡上顯示的單獨圖像數(shù)量限制為2至4幅。這是因為，在柱鏡卡上附加的圖片越多，觀看每幅單獨圖片的總觀看角度就越小。這樣就使得觀看該卡的人難以一次僅觀看一幅圖像。
如上所述，利用圓柱形透鏡和其限制每只眼睛的觀看視域的事實，可以實現(xiàn)選擇性觀看單獨圖像。通過相對于微透鏡的中心線改變眼睛的觀看角度，可以改變每只眼睛的可視視域。這意味著，為了看到柱鏡影像的不同圖像視域，或者必須轉(zhuǎn)動柱鏡介質(zhì)，或者必須用物理方法移動觀眾眼睛的位置。因此，在實際使用中，小型柱鏡卡通常握持在手中并被轉(zhuǎn)動，而大柱鏡影像通常背照，并在垂直方向固定安裝微透鏡，這要求觀眾走過柱鏡影像。
然而，觀看柱鏡影像的上述方法存在幾個缺陷。在第一個例子中，其中柱鏡影像握持在個人的手中并被轉(zhuǎn)動，這通常僅適于一次僅一個人觀看該圖像。這與可以被一個以上人觀看的正常照片相反，因為只有一個視域，并且每個人可以觀看同樣圖像。利用柱鏡影像，這種現(xiàn)象就不復(fù)存在了，并且在觀看柱鏡影像的另一個人握持該卡時，他通常觀看不同的圖像。
另一個問題，特別是對于柱鏡抽象圖像，與適當(dāng)照亮柱鏡影像有關(guān)。不幸的是，導(dǎo)致在特定角度僅允許觀看一個視域的柱鏡影響對照亮相同也有相同的效果。定向光源不能照亮所有視域，因為微透鏡僅使光照射位于光源觀看角度內(nèi)的視域。如果觀看柱鏡影像使用的光源角度不同于觀眾眼睛相對于柱鏡卡的角度，則圖像表現(xiàn)得非常黑。唯一補(bǔ)救措施是，改變觀看卡的方向，直到光源照亮與所觀看視域相同的視域。通常，在光源位于觀看柱鏡影像的觀眾之后時，會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
在上述第二個例子中，固定在某種類型框架內(nèi)或者被背照的大型柱鏡影像要求觀眾用物理方法改變其位置以觀看不同視域。在這種類型的顯示器中，通常以垂直方向排列微透鏡，所以觀眾可以通過該顯示器看到不同視域。這種觀看過程的問題在于，在從一個視域轉(zhuǎn)換到下一個視域時，左眼和右眼看到不同視域，并且圖像模糊。此外，對于要觀看前面的視域的觀眾也不方便，因為他們被迫前、后走動到正確觀看角度。
第6,078,424號美國專利披露了一種采用柱鏡屏幕的圖像顯示設(shè)備。此顯示器的主要目的是觀看含有圖像信息的、所謂“載像部件”。從實質(zhì)上說，載像部件就是通常與柱鏡襯底(在第6,078,424號美國專利中為屏幕)接合的部件，該部件允許正確觀看柱鏡影像。然而，此圖像顯示設(shè)備具有自己的柱鏡屏幕，利用此柱鏡屏幕，可以觀看通過柱鏡屏幕格式化的載像部件。在一個實施例中，用撓性部件支撐柱鏡屏幕，該撓性部件允許屏幕以平行于屏幕平面的方向和垂直于微透鏡長軸的方向精確移動。此顯示器的不同點在于，一旦將載像部件設(shè)置在顯示器內(nèi)柱鏡屏幕之后的位置，屏幕就會通過載像部件移動，因此可以看到每個后續(xù)視域。這與繞柱鏡屏幕的長軸轉(zhuǎn)動的典型柱鏡影像相反。此外，還披露了一種用于背照圖像以改善不良光線觀看環(huán)境的裝置。這種顯示器使得改變不同載像部件容易了，因此可以觀看不同載像部件上的不同圖像。
然而，在實際實現(xiàn)這種柱鏡顯示設(shè)備時存在困難，因為要求在柱鏡屏幕與柱鏡影像之間保持非常精確對準(zhǔn)。不僅在屏幕與圖像的間隔和平直度方面要求精確對準(zhǔn)，而且要求在微透鏡與圖像掃描線之間的平行度方面精確對準(zhǔn)。在卡表面上，柱鏡屏幕與載像部件之間的間隔必須保持小于0.0254mm。這樣就需要一種盡管每天都被正常使用、但是在其壽命范圍內(nèi)仍保持平直的柱鏡屏幕。此外，載像部件還在看片器中應(yīng)至少保持多么平直的方面具有這樣的要求。如果不可能使用塑料材料，則難以實現(xiàn)這種平直度。另一個非常困難的技術(shù)問題是，使柱鏡屏幕的間隔與載像部件上的圖像匹配?？雌鞯闹R屏幕間隔必須保持低于0.1％的公差。在溫度和濕度發(fā)生變化時，對這種類型顯示器生產(chǎn)的載像部件也同樣必須保持此公差。
因此，最好有一種可以順序、自動顯示柱鏡影像并且可以不考慮環(huán)境照明條件而對圖像提供充分照明的顯示設(shè)備。具有用于顯示被多個觀眾在不同觀看位置同時觀看的柱鏡影像的顯示器也將是有益的。此外，最好有一種可以選擇性地顯示柱鏡影像的單獨圖像視域并可以不同速率和任何要求順序從一幅圖像轉(zhuǎn)移到下一幅圖像的顯示器。最后，最重要的是，這種顯示設(shè)備能夠顯示柱鏡影像，而且這種柱鏡影像并不局限于一組圖像。因此，能夠從一組柱鏡影像快速、容易地變更為不同組柱鏡影像的顯示設(shè)備非常有用。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種以一次僅選擇性照亮柱鏡影像的一個圖像視域的方式，背照柱鏡影像的方法和設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是提供一種從照亮柱鏡影像中的任意一幅圖像視域變更為照亮不同圖像視域，從而無需移動柱鏡介質(zhì)或觀眾眼睛的位置，就可以時間為序觀看每個柱鏡影像的方法和設(shè)備。本發(fā)明的第三個目的是提供一種可以被快速配置以顯示不同柱鏡影像組的設(shè)備。
本發(fā)明涉及提供一種時序顯示柱鏡影像上的每個不同圖像視域的新穎顯示設(shè)備，其中可以依次自動照亮每個圖像視域。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，選擇性照亮在柱鏡影像的載像層上形成的一組圖像中的一個圖像的方法包括提供照明光源的步驟，照明光通過柱鏡影像的微透鏡側(cè)射出。通過微透鏡的光線從位于柱鏡影像的觀看距離的點射出。以這樣的方式定位照明光源，即照明光源發(fā)出的光束對位于柱鏡影像中心并垂直于圖像平面的線形成的角度與一組圖像內(nèi)的第一幅圖像的正確觀看角度對應(yīng)。該照明光源是平行于微透鏡縱軸的直線式光源。
該顯示設(shè)備包括其發(fā)出的光線被引導(dǎo)到柱鏡介質(zhì)的出射側(cè)的照明光源。柱鏡影像必須是透射型的，其中照明光通過圖像。以這樣的方式控制照明光源發(fā)散角，即它與每個微透鏡之后的單獨圖像視域的位置一致。這樣，一次只能照亮某個選擇的圖像視域，因此在從柱鏡襯底的對側(cè)觀看時，該選擇圖像視域可見。就是這種機(jī)制使得人眼在任何一個位置只能看到某個圖像視域。然后，通過改變照明光源相對于微透鏡的角度，可以選擇性地照亮不同圖像視域。將適當(dāng)漫射材料設(shè)置在柱鏡影像的圖像側(cè)以漫射來自選擇視域的光，從而對其提供更寬觀看角度。
本發(fā)明提供了一種可以自動觀看柱鏡影像、而無需相對移動柱鏡影像或觀眾的位置的新穎顯示設(shè)備。此外，即使多個觀眾相對于柱鏡介質(zhì)的位置不同，他們?nèi)钥梢钥吹酵环鶊D像。
根據(jù)以下對優(yōu)選實施例所做的詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求，并且通過參考附圖，可以更清楚地理解本發(fā)明的這些以及其它方面、目的、特征以及優(yōu)勢。
附圖簡述

圖1是典型的現(xiàn)有技術(shù)柱鏡影像卡的透視圖；圖2A和圖2B是用于說明微透鏡如何保證選擇觀看圖像從而允許由特定觀看角度觀看一幅圖像的原理圖；圖3是由設(shè)置在圖像層上的原始圖片格式化圖像信息過程的示意圖；圖4是用于說明如何確定柱鏡影像觀看距離的原理圖；圖5A和圖5B示出如何通過位于相同觀看距離、但是處于不同觀看角度的同一個微透鏡來觀看不同圖像；圖6A、圖6B和圖6C示出如何觀看具有運動圖像效果或抽象圖像效果的柱鏡影像；圖7A和圖7B說明如何利用照明光源代替觀眾眼睛以照亮一個圖像視域；圖8A和圖8B是說明從背面觀看柱鏡影像的觀眾如何觀看利用照明光源通過微透鏡照亮的單獨圖像視域的原理圖；圖9示出利用載像層上的擴(kuò)散層從而能夠從柱鏡影像的背面觀看圖像視域的過程；圖10A、圖10B以及圖10C示出利用移動照明光源選擇性照亮單獨圖像視域的方法；圖11示出用于選擇性照亮單獨圖像視域的另一種方法；圖12示出采用直線式照明光源的背照柱鏡顯示設(shè)備；圖13是能夠替換柱鏡影像卡并可以快速從一個柱鏡影像卡變更為另一個柱鏡影像卡的背照柱鏡顯示設(shè)備的透視圖；圖14示出具有兩個可以照亮不同觀看角度的照明區(qū)域的背照柱鏡顯示設(shè)備；圖15是圖14所示背照柱鏡顯示設(shè)備的俯視圖；圖16A和圖16B是用于說明將柱鏡影像的觀看距離設(shè)置為無限遠(yuǎn)以及如何照亮圖像視域的原理圖；以及圖17是具有可以正確照亮其觀看距離為無限遠(yuǎn)的柱鏡影像的照明光源實施例的原理圖。
為了便于理解，在可能的情況下，盡量利用了相同參考標(biāo)號表示附圖中相同的單元。
發(fā)明詳述以下的詳細(xì)討論將首先討論柱鏡影像的現(xiàn)有技術(shù)以及位于柱鏡影像之后可以選擇性觀看不同圖像視域的機(jī)構(gòu)。該討論對于解釋如何利用這種機(jī)構(gòu)獲得選擇性背照顯示器是有用的。通過參考圖1至圖5可以清楚地理解這些內(nèi)容。
圖1是具有透明柱鏡襯底10的柱鏡影像的典型結(jié)構(gòu)示意圖，透明柱鏡襯底10具有背面6以及在其中形成圓柱形透鏡或微透鏡18的正面4。設(shè)置微透鏡曲率和襯底厚度，使得平坦背面6位于透鏡的間距上。在背面6上施加載像層12，載像層12含有特殊格式圖像數(shù)據(jù)。為了簡潔起見，將微透鏡2之后的圖像數(shù)據(jù)部分地示為兩條平行的像點線20和26(被表示為三角形和圓形的不同圖像內(nèi)容)。實際上，各微透鏡均具有在其后形成在載像層上的多重圖像視域掃描線。為了正確顯示柱鏡影像，必須利用柱鏡陣列準(zhǔn)確記錄載像層的平行度和方位。根據(jù)載像層12的類型，還存在與載像層分層的漫反射層8。所設(shè)置該漫反射層8用于將微透鏡側(cè)照射的光反射出去，這樣就可以從正面看到圖像了。另一方面，還可以以透射方式觀看某些柱鏡影像卡，其中漫反射層8不發(fā)生反射，而是透射并漫射背面光源發(fā)出的光。
圖2A示出具有雙凸透鏡18陣列的柱鏡襯底10的側(cè)視圖。僅示出3個透鏡。在位于微透鏡之前的漫射環(huán)境照明光源14和16通過透鏡和透明襯底時，它照亮柱鏡襯底10的背面6上的載像層12。然后，照明光錐被漫反射層8和載像層12的像點20反射并通過透鏡出去。然而，因為圖像層位于每個微透鏡的焦距位置，所以圖像層上任何光點產(chǎn)生的光錐均會從透鏡表面出射準(zhǔn)直光束。準(zhǔn)直光束相對于微透鏡中心線的準(zhǔn)確角度依賴于像點相對于光所通過的透鏡的中心的位置。在圖2A中，像點20剛好位于透鏡中心線上，因此平行于透鏡中心軸出射準(zhǔn)直光束。
圖2B示出位于透鏡中心軸之上距離28位置的不同像點26。因此，像點26產(chǎn)生的光錐以相對于透鏡中心軸成角度76從微透鏡出射。因此，不難理解，以不同觀看角度，通過同一個微透鏡可以觀看光點20和26。在觀眾眼睛觀看柱鏡影像時，眼睛可見的特定像點依賴于眼睛視點相對于柱鏡介質(zhì)中心線的角度。以不同觀看角度，選擇性觀看不同圖像視域的柱鏡影像的能力可以產(chǎn)生諸如自動立體圖像3D、運動以及抽象的所有圖像效果。以下的討論將集中在其中利用以水平方向排列的微透鏡觀看圖像的柱鏡影像的類型，因為這正是利用本發(fā)明可以顯示的圖像類型。
圖3示出如何對每個微透鏡之后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化以產(chǎn)生抽象效果的原理圖。在圖3中，示出3個由圓形30、三角形36以及正方形42構(gòu)成的不同源圖像。每個圖像必須在垂直方向以最后的柱鏡影像分辨率分別進(jìn)行抽樣。由于在介質(zhì)上總共有9個微透鏡，所以必須對每幅圖像進(jìn)行抽樣以產(chǎn)生9線的線型圖像。所示的源圖像被抽樣后以圓形32、三角形38以及正方形44的形式示在原始圖像的左側(cè)。在水平方向進(jìn)行圖像抽樣可以具有不同分辨率，并且通常非常高。當(dāng)前，通常利用可以產(chǎn)生線型圖像的數(shù)字掃描與圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)抽樣過程。一旦3幅圖像均被抽樣，則必須將它們組織在一個合成圖像文件內(nèi)以將其印刷在載像層12上。這可以通過隔行掃描每幅圖像內(nèi)的各單獨行實現(xiàn)。由于存在三幅源圖像，所以在每個微透鏡之后有3條圖像視域掃描線。然后，以這樣的方式格式化圖像數(shù)據(jù)，以便將每幅圖像的第一行設(shè)置在第一微透鏡之后。如圖3所示，將圓形圖像數(shù)據(jù)32的第一行設(shè)置在第一微透鏡之后的圖像位置34。將第二個三角形圖像數(shù)據(jù)38的第一行設(shè)置在第一微透鏡之后的位置40，以及將第三個正方形圖像數(shù)據(jù)44的第一行設(shè)置在第一微透鏡之后的位置46。
然后，以這樣的方式掃描每幅圖像的第二行，使它們落在第二微透鏡之后。持續(xù)進(jìn)行此過程，直到每幅源圖像的所有圖像行被掃描。
如圖3所示，將從上到下的所有圖像視域掃描線精確設(shè)置在每個微透鏡之后。事實上，如果以這樣的方式將圖像數(shù)據(jù)施加到微透鏡上，則存在觀眾通過微透鏡觀看圖像的問題。此問題在于，觀眾不能在給定位置完全觀看任何一個視域。這是因為該圖像的圖像視域掃描線出射的所有平行光束不會會聚到觀眾的眼睛位置。然而，通過以稍低于微透鏡間隔的間隔將圖像視域掃描線間隔開，可以使該圖像視域會聚。在垂直方向提高圖像數(shù)據(jù)的放大率會使圖像數(shù)據(jù)大于柱鏡介質(zhì)。這樣會導(dǎo)致使圖像視域掃描線會聚到規(guī)定點，并將此稱作柱鏡影像觀看距離。
圖4清楚地示出三角形20中心圖像的圖像視域光束會聚到位于柱鏡影像的觀看距離54的觀眾眼睛50。利用在圖像視域掃描線距離柱鏡影像中心的距離變得更遠(yuǎn)時，圖像視域掃描線從以微透鏡中心線58為中心離開的事實，可以實現(xiàn)此會聚過程。
圖5A和圖5B示出不同圖片圖像視域產(chǎn)生的光束如何被會聚到以不同觀看角度和正確觀看距離觀看的觀眾眼睛。圖5A示出在觀看角度平行于柱鏡影像中心線70的情況下的觀眾眼睛50。所示的柱鏡影像卡被劃分為3個部分上部60、中部64以及下部68。用圖形表示的每個部分分別在一個微透鏡之后具有兩個由三角形像點20和正方形圖像數(shù)據(jù)66構(gòu)成的不同圖像視域。實際上，所有微透鏡在其后均具有圖像數(shù)據(jù)。這樣做是為了簡化附圖和解釋文本。
根據(jù)此觀點，每個部分上的三角形像點20出射的所有光束被會聚到觀眾眼睛50，并且通過整個柱鏡卡可見三角形圖像。在觀眾眼睛位置變更到圖5B所示的位置時，觀看角度就不平行于柱鏡影像中心線70。此不同觀看角度72將位于正方形圖像數(shù)據(jù)66的所有圖像視域掃描線會聚的位置。因此，在此觀看位置，通過整個卡可見正方形圖像。因此，在以不同觀看角度觀看時，通過相同微透鏡可以容易地觀看兩個完全不同圖片。
在實際使用過程中，通常在觀眾位置保持固定而柱鏡卡本身轉(zhuǎn)動以觀看每幅圖片的情況下，觀看使用抽象或多重圖像效果的較小柱鏡影像。如圖6A、6B以及6C所示，在觀看眼睛50之前，以方向A轉(zhuǎn)動柱鏡影像卡62。在圖6A、6B以及6C所示的每個不同位置，在光束52會聚到觀眾眼睛59上時，位于載像層的不同圖像視域組74將變得可見。在轉(zhuǎn)動卡時，產(chǎn)生新觀看角度72，并且不同圖像視域掃描線的光束52會聚到觀眾眼睛50。
在此對現(xiàn)有技術(shù)所做的討論已經(jīng)清楚地說明柱鏡影像如何提供多重圖像視域以及它們通常是如何被顯示的機(jī)制。現(xiàn)在，將詳細(xì)說明顯示器觀眾如何使用同一種機(jī)制選擇性照亮不同圖像視域。
圖7A與圖4相同，用于說明像點20的光束52如何會聚到觀眾眼睛50。如果利用照明點光源56替代觀眾眼睛50，如圖7B所示，則照明光源56出射的光束發(fā)散進(jìn)入柱鏡襯底10的微透鏡。可以清楚地看到，這些光束的發(fā)散角與圖7A所示的會聚角相同。因此，通過微透鏡，照明光源發(fā)出的照明光照亮載像層上的圖像視域像點20。此實用特征可以用于選擇性照亮一組僅屬于一幅如圖所示作為三角形圖像數(shù)據(jù)的圖片的視域掃描線。
圖8A和圖8B詳細(xì)示出如何通過改變照明光源相對于柱鏡影像中心線的角度，選擇性照亮屬于兩個單獨圖片的兩個單獨圖像視域的。在圖8A內(nèi)，照明光源發(fā)出的光束80進(jìn)入柱鏡襯底的柱鏡側(cè)，并會聚到載像層12上的像點20。載像層12屬于透射型的，所以在觀眾眼睛50觀察到發(fā)散光束86時，允許照明光源發(fā)出的光束80通過像點20。由于照明光源發(fā)出的光束80以特定角度進(jìn)入微透鏡，所以它們不對像點26提供照明。因此，觀眾眼睛50看到的圖像完全是由像點20產(chǎn)生的。由于從背面而不是通過微透鏡觀看圖像，所以為了使觀眾保持正確方向，必須將載像層12上的圖像數(shù)據(jù)由左反轉(zhuǎn)到右。
在圖8B中，在進(jìn)入微透鏡時，照明光源發(fā)出的光束84具有不同觀看角度72。在進(jìn)入微透鏡后，該光束會聚到像點26，以僅對它提供照明。通過像點26后，觀眾眼睛50觀察到出射的發(fā)散光束88。因此，通過改變通過微透鏡的照明角度，從背面觀看柱鏡影像的觀眾可以選擇性地觀看不同圖像視域。
圖9示出在載像層12之后附加的用于漫射出射光束90的附加漫反射層8。由于會聚的載像層的照明光錐非常窄，第一漫反射層8用于在不降低光強(qiáng)情況下提高觀察像點26的角度。此外，此漫射層還用作保護(hù)層以避免劃傷載像層12。
圖10A、10B以及10C示出如何配置柱鏡影像顯示器以為觀看圖像的人單獨照亮每個圖像視域?；緳C(jī)構(gòu)包括位于觀看距離的照明光源94，并使照明光源94以箭頭B方向通過某個角度移動，如圖10A、10B以及10C所示。柱鏡影像具有三幅不同圖片，圖像視域74包括正方形、三角形以及圓形圖像數(shù)據(jù)，如圖形所示。事實上，每個微透鏡之后均存在圖像數(shù)據(jù)，但是為了簡潔起見，僅示出三個微透鏡之后的圖像數(shù)據(jù)。觀眾眼睛50從對準(zhǔn)照明光源一側(cè)觀看柱鏡影像。在照明光源94的位置以箭頭B方向移動時，觀眾眼睛將順序看到柱鏡影像上的每幅圖片，即正方形96、三角形98以及圓形102。其特殊優(yōu)勢在于，觀眾眼睛不必改變其觀看位置。此外，如果不止一個觀眾在觀看顯示器，則他們將同時觀看同一幅圖像。
圖11示出另一種方法，其中不是通過不同觀看角度移動光源，而是在不同觀看角度設(shè)置單獨照明光源。如圖11所示，在正方形106、三角形108以及圓形110的觀看角度存在3個單獨照明光源。當(dāng)分別接通每個照明光源時，與該觀看角度相關(guān)的圖像視域被照亮，在柱鏡影像卡的對面的觀眾眼睛50可見。該方法的滿意特征在于，通過接通與特定視域有關(guān)的照明光源，可以任意要求順序照亮三個圖像視域中的任何一個圖像視域。另一個滿意特征在于，通過逐漸降低一個照明光源的光強(qiáng)，而提高另一個照明光源的光強(qiáng)，實現(xiàn)從任何一個圖像到另一個圖像的圖像消隱效果。
以上討論局限于柱鏡影像上的視域數(shù)量為3個的情況。這樣可以使討論過程前后一致有助于清楚地說明本發(fā)明。然而，顯然，此設(shè)備可以顯示的視域數(shù)量并不局限于3個，也可以不同以產(chǎn)生不同效果?？梢詫ｉT設(shè)計一種顯示器僅顯示三幅抽象圖片，同時也可以設(shè)置有能力觀看20至30個不同視域以顯示動畫效果或運動效果的不同顯示器。
參考圖12，圖12示出顯示設(shè)備的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。在圖12中，示出由透明柱鏡襯底和載像層12構(gòu)成的柱鏡影像卡的透視圖。由于照明光源陣列安裝在支撐114上，所以未示出點照明光源。一個照明光源112發(fā)出的是發(fā)散光束48，發(fā)散光束48照射柱鏡襯底10的微透鏡側(cè)。通過每個微透鏡聚焦的發(fā)散光束照射到對應(yīng)于選擇的觀看角度的特定圖像視域，在此例中為圖像數(shù)據(jù)。然后，照亮選擇圖像視域的光束在觀眾方向射出。使用直線式照明光源112可以對每個圖像視域掃描線提供均勻照明，并因此對整個顯示器提供更強(qiáng)的照明。通過其以箭頭C方向移動，示出照明光源112可以移過所有觀看角度。單獨照明光源112可以是當(dāng)前使用的任何適當(dāng)類型，包括LED、白熾燈或光纖束。盡管所示為單獨光源陣列，但是，顯然照明光源112可以直接用直線式照明光源代替，例如，熒光管或長型白熾燈或者其特性可以滿足上述背照顯示設(shè)備要求的任何照明光源。
圖13示出該顯示設(shè)備的其它特征。所示的背照顯示設(shè)備118能夠容易地更換柱鏡影像卡以便觀看。盡管非常簡化，但是圖13所示的顯示設(shè)備還是示出了本發(fā)明的基本單元。此外，顯然，相對于顯示器的總體尺寸，各單元各方面的總體尺寸和規(guī)模不正確，特別是柱鏡襯底上的微透鏡的厚度和尺寸。這樣做是為了與前面的說明一致。
在所示的顯示器的框架或主體126上安裝轉(zhuǎn)動式支撐桿122，轉(zhuǎn)動式支撐桿122使直線式照明光源保持在柱鏡影像的正確觀看距離。在對面設(shè)置第二轉(zhuǎn)動式支撐桿(未示出)以支撐直線式照明光源的另一端。如上所述，柱鏡影像包括柱鏡襯底10和載像層12。在轉(zhuǎn)動式支撐桿以箭頭C方向移動時，轉(zhuǎn)動式支撐桿使直線式照明光源112通過柱鏡影像的所有觀看角度移動。此外，通過在D方向通過門120滑動柱鏡影像卡，位于顯示設(shè)備頂部的向上翻轉(zhuǎn)該門可以使柱鏡影像設(shè)置在顯示器內(nèi)。位于框架兩側(cè)的樞軸支撐向上翻轉(zhuǎn)門。所示的可見樞軸130安裝在其上安裝軸銷128的框架126上。沿著顯示器的前緣設(shè)置固定片124，固定片124使柱鏡影像卡保持在顯示器內(nèi)。此外，還需要某種固定機(jī)構(gòu)將柱鏡影像卡固定在微透鏡側(cè)，不過在此未示出。將透明玻璃或塑料窗口安全安裝在顯示器框架上。盡管圖13中未具體示出，但是最好在顯示器正面設(shè)置塑料或玻璃罩以保護(hù)顯示器內(nèi)的柱鏡影像。
圖14示出另一種加強(qiáng)型顯示設(shè)備，該顯示器具有兩個單獨直線式照明光源，這兩個單獨直線式照明光源可以分別移動到不同觀看角度。這樣進(jìn)行加強(qiáng)實現(xiàn)的顯示設(shè)備具有兩個不同照明區(qū)，這兩個不同照明區(qū)提供實用顯示特性。在此實施例中，顯示器外部框架126與圖13中相同。同樣，支撐桿122支撐所示的直線式照明光源114，支撐桿122使直線式照明光源114保持在正確觀看距離并允許其在箭頭C方向移動。然而，根據(jù)此原理，直線式照明光源的長度只是柱鏡影像卡寬度的一半。利用不同直線式照明光源136照亮柱鏡影像卡的另一半，不同直線式照明光源136具有自己的支撐板134。支撐板134可以在箭頭D方向在整個觀看角度范圍移動。
在單獨直線式照明光源之間是隔板138，隔板138對內(nèi)部直線式照明光源136和112的內(nèi)部杠桿支撐臂提供支點。此外，隔板138還用作擋板，它將柱鏡影像卡分割為兩部分，從而限制每個直線式照明光源對其每一半顯示器進(jìn)行照明。如圖所示，還利用位于隔板138位置的分割中心線140，將柱鏡影像上的圖像視域分割為兩半，一半142和一半144。
每半柱鏡影像卡具有單獨相異的圖片信息。用圖形方法示出的左半部具有包括正方形和倒三角形在內(nèi)的圖像信息，而右半部具有用圖形方法表示的三角形和圓形圖像信息。由于左半部直線式照明光源和右半部直線式照明光源分別通過不同的觀看角度移動，所以每半直線式照明光源的不同圖像視域?qū)兊每梢?。這種配置的優(yōu)勢在于，每個直線式照明光源可以獨立于另一個直線式照明光源移動。例如，左半部柱鏡影像卡可以是動畫運動序列，而右半部柱鏡影像卡可以是一組可以含有文本的單獨圖像。通過所有觀看角度，左半部直線式照明光源連續(xù)前、后移動以在左半部柱鏡影像卡上產(chǎn)生連續(xù)動畫序列。同時，右半部直線式照明光源以不同速率移動以右側(cè)柱鏡影像卡的圖像視域內(nèi)的順序顯示文本信息。這種類型的顯示器可以應(yīng)用于廣告顯示。
圖15示出兩個區(qū)域顯示設(shè)備的俯視圖，有助于進(jìn)一步解釋這種顯示理論。從此俯視圖中可以清楚地看出由兩個直線式照明光源136和114構(gòu)成的機(jī)構(gòu)，其中直線式照明光源136升高到比直線式照明光源114高的位置。可以看到用于隔離這兩個區(qū)的隔板138具有支撐板134和122的軸銷細(xì)節(jié)。
除了上述附圖中示出的單元外，要實現(xiàn)顯示設(shè)備還需要許多其它部件。具體地說，包圍顯示器的外殼、對送到照明光源的功率進(jìn)行控制的裝置以及在不同觀看角度移動它們的裝置。移動直線式照明光源實際使用的裝置包括本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的任何一種機(jī)械位移設(shè)備。這些設(shè)備的例子有凸輪、滑輪、直線式滑板以及導(dǎo)桿。實際輸入該機(jī)構(gòu)的動力可以是電機(jī)、螺線管以及手動推拉致動器。
如圖14和圖15所示的顯示器提供兩個區(qū)域的柱鏡影像視域，但是這僅是為了說明問題所舉的例子。顯示設(shè)備可以利用此原理創(chuàng)建多區(qū)域照明顯示器，并且通過適當(dāng)照明，可以提供上照明區(qū)和下照明區(qū)。
盡管上述討論以移動直線式照明光源通過不同觀看角度進(jìn)行照明為例進(jìn)行了說明，但是，顯然，這些顯示設(shè)備還可以使用本發(fā)明披露的變換照明方法。
現(xiàn)在，參考圖16A和圖16B說明另一種照明方法。為了便于進(jìn)行比較，圖16A重新示出位于位置148的發(fā)散照明光錐，位置148位于柱鏡影像的正確觀看距離54。柱鏡影像由透明柱鏡襯底10和載像層12構(gòu)成，并且在兩個不同圖像視域組內(nèi)具有用三角形和正方形表示的圖像信息。在照射柱鏡影像的微透鏡并通過柱鏡影像的微透鏡時，照明光會聚到與照明光源觀看角度對應(yīng)的一組圖像視域內(nèi)。位于位置150的另一個照明光源也位于正確觀看距離54，它會使照明光源的發(fā)散光束會聚到與照明光源觀看角度對應(yīng)的另一組視域內(nèi)。
已經(jīng)對如何通過根據(jù)柱鏡襯底上的各微透鏡之間的間距控制圖像放大率，確定柱鏡影像的觀看距離進(jìn)行了說明。圖16B示出所建立的其觀看距離54為無限遠(yuǎn)的柱鏡影像。在這種情況下，正確照亮一組給定圖像視域的唯一方法，是在距離柱鏡襯底上的微透鏡無限遠(yuǎn)的有效位置，設(shè)置照明光源。在以這種方式進(jìn)行照明時，照明光源發(fā)出的光束不再發(fā)散，而是平行光。用實線示出一組平行光中的光束152之一以某個角度從位于無限遠(yuǎn)距離的照明光源進(jìn)入右半部。用虛線示出的一組平行光中的另一束光154以不同角度從位于無限遠(yuǎn)距離的照明光源進(jìn)入右半部。由于每組照明光束分別以不同觀看角度進(jìn)入柱鏡影像的微透鏡內(nèi)，所以它們分別選擇性地照亮不同圖像視域組。
圖17示出實際上位于無限遠(yuǎn)處能夠改變平行光束的投影觀看角度的照明光源實施例。再一次示出由柱鏡襯底10和載像層12構(gòu)成的柱鏡影像，在載像層12上具有圖像信息，其放大產(chǎn)生的觀看距離為無限遠(yuǎn)距離。照明光源包括圓柱形透鏡陣列，其中示出陣列的頂部圓柱形透鏡158供參考。由于所有圓柱形透鏡的特征和運行過程相同，所以只要對圓柱形透鏡158進(jìn)行說明就足夠了。顯然，圓柱形透鏡158的長軸和圓柱形透鏡陣列垂直于附圖平面。在圓柱形透鏡158之后，位于其后焦平面的是照明光源160。照明光源160被示為點光源，但是實際上，照明光源160為直線式光源，其直線平行于圓柱形透鏡158的長軸。照明光源160發(fā)出的發(fā)散照明光束162將通過圓柱形透鏡158，從其它透鏡表面出射，并被準(zhǔn)直為平行光束164。相對于圓柱形透鏡的中心線170，垂直位置168確定照明光源發(fā)出的準(zhǔn)直光束角度172。然后，照明光源160發(fā)出的平行光束164進(jìn)入透明柱鏡襯底10的微透鏡并照射載像層12，從而照亮屬于正方形圖像信息的那組圖像視域。
由于位于圓柱形透鏡158的后焦平面的照明光源160的垂直位置相對于中心線170發(fā)生變化，所以圓柱形透鏡158出射的照明光束的角度172發(fā)生變化。在圓柱形透鏡158的后焦平面上的不同垂直位置示出另一個相同照明光源166。為了清楚起見，用虛線圓形示出另一個照明光源166，其出射的照明光源176也用虛線示出。圓柱形透鏡158后焦平面上的另一個照明光源166位于圓柱形透鏡158的中心線170的對面，因此照明光源發(fā)出的照明光平行光束的角度也相反。因此，或者通過將第一照明光源160移動到照明光源166的位置，或者通過利用單獨照明光源并分別單獨交替接通它們，可以以不同觀看角度產(chǎn)生圓柱形透鏡出射的照明平行光束。通過對陣列內(nèi)的圓柱形透鏡重復(fù)進(jìn)行此設(shè)置過程，可以選擇性地照亮全部柱鏡影像的單獨圖像視域組，從而進(jìn)行觀看。
顯然，盡管上述描述對只有兩個照明光源用于照亮兩個圖像視域的情況進(jìn)行了說明，但是利用該方法的目的是表示對多個圖像視域照明的原理。因此，實際上，要求有多少個視域，該顯示器就能夠顯示多少個視域。
權(quán)利要求
1.一種用于選擇性照亮在柱鏡影像的載像層上形成的一組圖像中的圖像的方法，該方法包括步驟提供照明光源；通過所述柱鏡影像的微透鏡側(cè)照射所述照明光源發(fā)出的光；以這樣的方式使所述光通過所述柱鏡影像上的微透鏡，即所述照明光源發(fā)出的光束從位于所述柱鏡影像的觀看距離的點出射；以這樣的方式定位所述照明光源，即所述照明光源發(fā)出的光束相對于位于所述柱鏡影像中心并垂直于圖像平面的線的角度與第一圖像的正確觀看角度相對應(yīng)；以及其中所述照明光源是平行于所述微透鏡的縱軸的直線式光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟移動所述照明光源，以在改變所述角度時，對所述微透鏡保持所述正確觀看距離，從而照亮另一個圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟移動所述照明光源，以在改變所述角度時，對所述微透鏡保持所述正確觀看距離，從而順序產(chǎn)生不同觀看角度，以致一次一個地順序分別照亮所述圖像組內(nèi)的每幅圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法進(jìn)一步包括步驟設(shè)置多個分別位于所述觀看距離、并且分別位于對應(yīng)于所述圖像組內(nèi)的一個圖像的不同觀看角度的照明光源；以及一次一個地選擇性地對所述照明光源分別進(jìn)行通電和斷電以選擇性地照亮所述圖像組內(nèi)的一幅圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中以隨機(jī)順序?qū)λ龆鄠€照明光源進(jìn)行通電。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中以預(yù)選順序?qū)λ龆鄠€照明光源進(jìn)行通電。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在觀看周期中不是對所述多個照明光源內(nèi)的所有照明光源進(jìn)行通電。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中一個照明光源的所述通電斷電周期與另一個照明光源的所述通電斷電周期重疊以實現(xiàn)從一個圖像到另一個圖像的消隱效果。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述載像層是透射的以允許所述照明光通過所述載像層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柱鏡影像觀看距離等于所述照明光源的相應(yīng)觀看距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述柱鏡影像的觀看距離在從1英寸到無限遠(yuǎn)范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將漫射層施加到所述載像層以通過產(chǎn)生所述透射載像層的更寬觀看角度來提高圖像質(zhì)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將保護(hù)層施加到所述載像層以提高所述透射載像層的耐用性和抗劃傷性。
14.一種用于選擇性照亮在第一柱鏡影像載像層的第一區(qū)域形成的第一多個圖像內(nèi)的圖像的設(shè)備，該設(shè)備包括第一照明光源，將光線照射到所述柱鏡影像的微透鏡側(cè)的所述第一區(qū)域上；其中所述第一照明光源從位于所述第一柱鏡影像的觀看角度的點出射；其中所述第一照明光源發(fā)出的光束對位于所述柱鏡影像的中心并垂直于圖像平面的線形成的角度與所述第一多個圖像的第一圖像的周期觀看角度相對應(yīng)；以及其中所述第一照明光源是平行于所述微透鏡的縱軸的直線式光源。
全文摘要
一種包括照明光源(56)、用于自動觀看柱鏡影像卡(62)的背照顯示設(shè)備(118)，經(jīng)過設(shè)計，該照明光源(56)選擇性照亮在柱鏡介質(zhì)上形成的單獨圖像。根據(jù)柱鏡影像卡的觀看距離(54)和選擇觀看角度(72)，顯示器照明光源(56)使光通過柱鏡影像卡(62)以依次順序照亮每個圖像。
文檔編號G09F19/12GK1407369SQ021298
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月15日
發(fā)明者J·R·豪維爾 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司