专利名称：选择性照亮柱镜影像的背照显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在柱镜影像的载像层上形成显示图像的过程，具体地说，本发明涉及用于照亮柱镜影像的显示系统。具体地说，本发明披露了一种可以选择观看在柱镜影像的载像层上形成的单独图像的新颖背照显示系统。
背景技术：
在此，术语“柱镜影像”用于描述在柱镜支撑或衬底的背面形成的图像等级，该图像等级能够以某个观看角度选择性观看一组图像中的一个图像。柱镜衬底是由适当透明材料制成的圆柱形透镜(或微透镜)平行阵列，圆柱形透镜平行阵列形成在其上施加特殊格式图像数据的衬底。在本技术领域内，此特殊格式图像数据由设置在每个微透镜之后并沿着其长度方向的单独的平行图像扫描线或图像视域构成。另一方面，还将这些图像视域扫描线称为线型或积分图像数据。利用当前可用的高清晰度成像技术，通常在每个微透镜之后平行设置许多相异图像视域扫描线。随着每个微透镜之后的图像视域扫描线数量的增加，对于给定微透镜尺寸，必须成正比减小每条扫描线之间的间隔。根据产生图像的成像技术，图像视域扫描线间隔通常在12至15微米数量级或更低。
设计柱镜衬底的厚度，以使在将图像数据施加到衬底的背面时，图像视域扫描线位于每个单独微透镜的后焦距位置。这样，在以不同观看角度观察微透镜时，可以独立于其它图像视域，通过微透镜观看给定微透镜之后的每个图像视域。这是因为或者通过透射或者通过反射，从视域扫描线发出到微透镜表面的光锥折射并形成以一定角度从透镜出射的基本平行的光束，该角度由图像扫描线相对于透镜的布置决定。从微透镜出射的平行光束宽度与微透镜的宽度相同，因此可以认为视域扫描线的宽度被放大到微透镜的宽度。
在垂直于微透镜的方向，柱镜影像的清晰度始终等于柱镜阵列的间距。在观看角度发生变化时实际可以看到的不同图像数量是设置在每个微透镜之后的图像扫描线的数量。当然，对于实际上可以精确分辨多少相异视域始终存在实际限制。这种限制由诸如柱镜衬底各透镜的光学质量、用于形成图像扫描线的介质的分辨率以及柱镜衬底厚度的制造公差等确定。
根据起始源图像的内容以及这些源图像如何被格式化和如何被施加到柱镜阵列衬底，可以产生不同的柱镜影像效果。如果起始源图像数据含有场景的多重视差图像，则可以在柱镜衬底上以这样的方式对该数据进行格式化，以致可以产生自动立体图像。在此例中，在人观看立体图像时，垂直排列微透镜。由于每只眼睛从不同角度观看微透镜，所以每只眼睛分别看到微透镜之后的不同视域，并且该图像显得具有景深质量。
柱镜成像的另一个用途是观看运动图像内容或动态图像内容。在这种情况下，对可能是从视频削波获得的瞬时图像序列进行抽样、格式化并施加到柱镜衬底。在用于此应用中时，水平排列微透镜，并且在这种情况下，每只眼睛恰恰可以分别看到相同视域。然后，可以沿图像的水平轴手动旋转柱镜影像，这样眼睛就可以看到产生运动效果或场景变化效果的序列图像视域。这种方法的稍许变换例是，在形成抽象画的一张柱镜卡上一起顺序设置几个不同图像场景。各图像可以是主题相关的，但是各个图像本身通常是不同图片。因此，图像可以是与家庭度假或者婚礼有关的场景。通常，将在这种柱镜卡上显示的单独图像数量限制为2至4幅。这是因为，在柱镜卡上附加的图片越多，观看每幅单独图片的总观看角度就越小。这样就使得观看该卡的人难以一次仅观看一幅图像。
如上所述，利用圆柱形透镜和其限制每只眼睛的观看视域的事实，可以实现选择性观看单独图像。通过相对于微透镜的中心线改变眼睛的观看角度，可以改变每只眼睛的可视视域。这意味着，为了看到柱镜影像的不同图像视域，或者必须转动柱镜介质，或者必须用物理方法移动观众眼睛的位置。因此，在实际使用中，小型柱镜卡通常握持在手中并被转动，而大柱镜影像通常背照，并在垂直方向固定安装微透镜，这要求观众走过柱镜影像。
然而，观看柱镜影像的上述方法存在几个缺陷。在第一个例子中，其中柱镜影像握持在个人的手中并被转动，这通常仅适于一次仅一个人观看该图像。这与可以被一个以上人观看的正常照片相反，因为只有一个视域，并且每个人可以观看同样图像。利用柱镜影像，这种现象就不复存在了，并且在观看柱镜影像的另一个人握持该卡时，他通常观看不同的图像。
另一个问题，特别是对于柱镜抽象图像，与适当照亮柱镜影像有关。不幸的是，导致在特定角度仅允许观看一个视域的柱镜影响对照亮相同也有相同的效果。定向光源不能照亮所有视域，因为微透镜仅使光照射位于光源观看角度内的视域。如果观看柱镜影像使用的光源角度不同于观众眼睛相对于柱镜卡的角度，则图像表现得非常黑。唯一补救措施是，改变观看卡的方向，直到光源照亮与所观看视域相同的视域。通常，在光源位于观看柱镜影像的观众之后时，会出现这种现象。
在上述第二个例子中，固定在某种类型框架内或者被背照的大型柱镜影像要求观众用物理方法改变其位置以观看不同视域。在这种类型的显示器中，通常以垂直方向排列微透镜，所以观众可以通过该显示器看到不同视域。这种观看过程的问题在于，在从一个视域转换到下一个视域时，左眼和右眼看到不同视域，并且图像模糊。此外，对于要观看前面的视域的观众也不方便，因为他们被迫前、后走动到正确观看角度。
第6,078,424号美国专利披露了一种采用柱镜屏幕的图像显示设备。此显示器的主要目的是观看含有图像信息的、所谓“载像部件”。从实质上说，载像部件就是通常与柱镜衬底(在第6,078,424号美国专利中为屏幕)接合的部件，该部件允许正确观看柱镜影像。然而，此图像显示设备具有自己的柱镜屏幕，利用此柱镜屏幕，可以观看通过柱镜屏幕格式化的载像部件。在一个实施例中，用挠性部件支撑柱镜屏幕，该挠性部件允许屏幕以平行于屏幕平面的方向和垂直于微透镜长轴的方向精确移动。此显示器的不同点在于，一旦将载像部件设置在显示器内柱镜屏幕之后的位置，屏幕就会通过载像部件移动，因此可以看到每个后续视域。这与绕柱镜屏幕的长轴转动的典型柱镜影像相反。此外，还披露了一种用于背照图像以改善不良光线观看环境的装置。这种显示器使得改变不同载像部件容易了，因此可以观看不同载像部件上的不同图像。
然而，在实际实现这种柱镜显示设备时存在困难，因为要求在柱镜屏幕与柱镜影像之间保持非常精确对准。不仅在屏幕与图像的间隔和平直度方面要求精确对准，而且要求在微透镜与图像扫描线之间的平行度方面精确对准。在卡表面上，柱镜屏幕与载像部件之间的间隔必须保持小于0.0254mm。这样就需要一种尽管每天都被正常使用、但是在其寿命范围内仍保持平直的柱镜屏幕。此外，载像部件还在看片器中应至少保持多么平直的方面具有这样的要求。如果不可能使用塑料材料，则难以实现这种平直度。另一个非常困难的技术问题是，使柱镜屏幕的间隔与载像部件上的图像匹配。看片器的柱镜屏幕间隔必须保持低于0.1％的公差。在温度和湿度发生变化时，对这种类型显示器生产的载像部件也同样必须保持此公差。
因此，最好有一种可以顺序、自动显示柱镜影像并且可以不考虑环境照明条件而对图像提供充分照明的显示设备。具有用于显示被多个观众在不同观看位置同时观看的柱镜影像的显示器也将是有益的。此外，最好有一种可以选择性地显示柱镜影像的单独图像视域并可以不同速率和任何要求顺序从一幅图像转移到下一幅图像的显示器。最后，最重要的是，这种显示设备能够显示柱镜影像，而且这种柱镜影像并不局限于一组图像。因此，能够从一组柱镜影像快速、容易地变更为不同组柱镜影像的显示设备非常有用。
发明概述本发明的一个目的是提供一种以一次仅选择性照亮柱镜影像的一个图像视域的方式，背照柱镜影像的方法和设备。本发明的另一个目的是提供一种从照亮柱镜影像中的任意一幅图像视域变更为照亮不同图像视域，从而无需移动柱镜介质或观众眼睛的位置，就可以时间为序观看每个柱镜影像的方法和设备。本发明的第三个目的是提供一种可以被快速配置以显示不同柱镜影像组的设备。
本发明涉及提供一种时序显示柱镜影像上的每个不同图像视域的新颖显示设备，其中可以依次自动照亮每个图像视域。
根据本发明的一个方面，选择性照亮在柱镜影像的载像层上形成的一组图像中的一个图像的方法包括提供照明光源的步骤，照明光通过柱镜影像的微透镜侧射出。通过微透镜的光线从位于柱镜影像的观看距离的点射出。以这样的方式定位照明光源，即照明光源发出的光束对位于柱镜影像中心并垂直于图像平面的线形成的角度与一组图像内的第一幅图像的正确观看角度对应。该照明光源是平行于微透镜纵轴的直线式光源。
该显示设备包括其发出的光线被引导到柱镜介质的出射侧的照明光源。柱镜影像必须是透射型的，其中照明光通过图像。以这样的方式控制照明光源发散角，即它与每个微透镜之后的单独图像视域的位置一致。这样，一次只能照亮某个选择的图像视域，因此在从柱镜衬底的对侧观看时，该选择图像视域可见。就是这种机制使得人眼在任何一个位置只能看到某个图像视域。然后，通过改变照明光源相对于微透镜的角度，可以选择性地照亮不同图像视域。将适当漫射材料设置在柱镜影像的图像侧以漫射来自选择视域的光，从而对其提供更宽观看角度。
本发明提供了一种可以自动观看柱镜影像、而无需相对移动柱镜影像或观众的位置的新颖显示设备。此外，即使多个观众相对于柱镜介质的位置不同，他们仍可以看到同一幅图像。
根据以下对优选实施例所做的详细说明和所附权利要求，并且通过参考附图，可以更清楚地理解本发明的这些以及其它方面、目的、特征以及优势。
附图简述
图1是典型的现有技术柱镜影像卡的透视图；图2A和图2B是用于说明微透镜如何保证选择观看图像从而允许由特定观看角度观看一幅图像的原理图；图3是由设置在图像层上的原始图片格式化图像信息过程的示意图；图4是用于说明如何确定柱镜影像观看距离的原理图；图5A和图5B示出如何通过位于相同观看距离、但是处于不同观看角度的同一个微透镜来观看不同图像；图6A、图6B和图6C示出如何观看具有运动图像效果或抽象图像效果的柱镜影像；图7A和图7B说明如何利用照明光源代替观众眼睛以照亮一个图像视域；图8A和图8B是说明从背面观看柱镜影像的观众如何观看利用照明光源通过微透镜照亮的单独图像视域的原理图；图9示出利用载像层上的扩散层从而能够从柱镜影像的背面观看图像视域的过程；图10A、图10B以及图10C示出利用移动照明光源选择性照亮单独图像视域的方法；图11示出用于选择性照亮单独图像视域的另一种方法；图12示出采用直线式照明光源的背照柱镜显示设备；图13是能够替换柱镜影像卡并可以快速从一个柱镜影像卡变更为另一个柱镜影像卡的背照柱镜显示设备的透视图；图14示出具有两个可以照亮不同观看角度的照明区域的背照柱镜显示设备；图15是图14所示背照柱镜显示设备的俯视图；图16A和图16B是用于说明将柱镜影像的观看距离设置为无限远以及如何照亮图像视域的原理图；以及图17是具有可以正确照亮其观看距离为无限远的柱镜影像的照明光源实施例的原理图。
为了便于理解，在可能的情况下，尽量利用了相同参考标号表示附图中相同的单元。
发明详述以下的详细讨论将首先讨论柱镜影像的现有技术以及位于柱镜影像之后可以选择性观看不同图像视域的机构。该讨论对于解释如何利用这种机构获得选择性背照显示器是有用的。通过参考图1至图5可以清楚地理解这些内容。
图1是具有透明柱镜衬底10的柱镜影像的典型结构示意图，透明柱镜衬底10具有背面6以及在其中形成圆柱形透镜或微透镜18的正面4。设置微透镜曲率和衬底厚度，使得平坦背面6位于透镜的间距上。在背面6上施加载像层12，载像层12含有特殊格式图像数据。为了简洁起见，将微透镜2之后的图像数据部分地示为两条平行的像点线20和26(被表示为三角形和圆形的不同图像内容)。实际上，各微透镜均具有在其后形成在载像层上的多重图像视域扫描线。为了正确显示柱镜影像，必须利用柱镜阵列准确记录载像层的平行度和方位。根据载像层12的类型，还存在与载像层分层的漫反射层8。所设置该漫反射层8用于将微透镜侧照射的光反射出去，这样就可以从正面看到图像了。另一方面，还可以以透射方式观看某些柱镜影像卡，其中漫反射层8不发生反射，而是透射并漫射背面光源发出的光。
图2A示出具有双凸透镜18阵列的柱镜衬底10的侧视图。仅示出3个透镜。在位于微透镜之前的漫射环境照明光源14和16通过透镜和透明衬底时，它照亮柱镜衬底10的背面6上的载像层12。然后，照明光锥被漫反射层8和载像层12的像点20反射并通过透镜出去。然而，因为图像层位于每个微透镜的焦距位置，所以图像层上任何光点产生的光锥均会从透镜表面出射准直光束。准直光束相对于微透镜中心线的准确角度依赖于像点相对于光所通过的透镜的中心的位置。在图2A中，像点20刚好位于透镜中心线上，因此平行于透镜中心轴出射准直光束。
图2B示出位于透镜中心轴之上距离28位置的不同像点26。因此，像点26产生的光锥以相对于透镜中心轴成角度76从微透镜出射。因此，不难理解，以不同观看角度，通过同一个微透镜可以观看光点20和26。在观众眼睛观看柱镜影像时，眼睛可见的特定像点依赖于眼睛视点相对于柱镜介质中心线的角度。以不同观看角度，选择性观看不同图像视域的柱镜影像的能力可以产生诸如自动立体图像3D、运动以及抽象的所有图像效果。以下的讨论将集中在其中利用以水平方向排列的微透镜观看图像的柱镜影像的类型，因为这正是利用本发明可以显示的图像类型。
图3示出如何对每个微透镜之后的图像数据进行格式化以产生抽象效果的原理图。在图3中，示出3个由圆形30、三角形36以及正方形42构成的不同源图像。每个图像必须在垂直方向以最后的柱镜影像分辨率分别进行抽样。由于在介质上总共有9个微透镜，所以必须对每幅图像进行抽样以产生9线的线型图像。所示的源图像被抽样后以圆形32、三角形38以及正方形44的形式示在原始图像的左侧。在水平方向进行图像抽样可以具有不同分辨率，并且通常非常高。当前，通常利用可以产生线型图像的数字扫描与图像处理技术，实现抽样过程。一旦3幅图像均被抽样，则必须将它们组织在一个合成图像文件内以将其印刷在载像层12上。这可以通过隔行扫描每幅图像内的各单独行实现。由于存在三幅源图像，所以在每个微透镜之后有3条图像视域扫描线。然后，以这样的方式格式化图像数据，以便将每幅图像的第一行设置在第一微透镜之后。如图3所示，将圆形图像数据32的第一行设置在第一微透镜之后的图像位置34。将第二个三角形图像数据38的第一行设置在第一微透镜之后的位置40，以及将第三个正方形图像数据44的第一行设置在第一微透镜之后的位置46。
然后，以这样的方式扫描每幅图像的第二行，使它们落在第二微透镜之后。持续进行此过程，直到每幅源图像的所有图像行被扫描。
如图3所示，将从上到下的所有图像视域扫描线精确设置在每个微透镜之后。事实上，如果以这样的方式将图像数据施加到微透镜上，则存在观众通过微透镜观看图像的问题。此问题在于，观众不能在给定位置完全观看任何一个视域。这是因为该图像的图像视域扫描线出射的所有平行光束不会会聚到观众的眼睛位置。然而，通过以稍低于微透镜间隔的间隔将图像视域扫描线间隔开，可以使该图像视域会聚。在垂直方向提高图像数据的放大率会使图像数据大于柱镜介质。这样会导致使图像视域扫描线会聚到规定点，并将此称作柱镜影像观看距离。
图4清楚地示出三角形20中心图像的图像视域光束会聚到位于柱镜影像的观看距离54的观众眼睛50。利用在图像视域扫描线距离柱镜影像中心的距离变得更远时，图像视域扫描线从以微透镜中心线58为中心离开的事实，可以实现此会聚过程。
图5A和图5B示出不同图片图像视域产生的光束如何被会聚到以不同观看角度和正确观看距离观看的观众眼睛。图5A示出在观看角度平行于柱镜影像中心线70的情况下的观众眼睛50。所示的柱镜影像卡被划分为3个部分上部60、中部64以及下部68。用图形表示的每个部分分别在一个微透镜之后具有两个由三角形像点20和正方形图像数据66构成的不同图像视域。实际上，所有微透镜在其后均具有图像数据。这样做是为了简化附图和解释文本。
根据此观点，每个部分上的三角形像点20出射的所有光束被会聚到观众眼睛50，并且通过整个柱镜卡可见三角形图像。在观众眼睛位置变更到图5B所示的位置时，观看角度就不平行于柱镜影像中心线70。此不同观看角度72将位于正方形图像数据66的所有图像视域扫描线会聚的位置。因此，在此观看位置，通过整个卡可见正方形图像。因此，在以不同观看角度观看时，通过相同微透镜可以容易地观看两个完全不同图片。
在实际使用过程中，通常在观众位置保持固定而柱镜卡本身转动以观看每幅图片的情况下，观看使用抽象或多重图像效果的较小柱镜影像。如图6A、6B以及6C所示，在观看眼睛50之前，以方向A转动柱镜影像卡62。在图6A、6B以及6C所示的每个不同位置，在光束52会聚到观众眼睛59上时，位于载像层的不同图像视域组74将变得可见。在转动卡时，产生新观看角度72，并且不同图像视域扫描线的光束52会聚到观众眼睛50。
在此对现有技术所做的讨论已经清楚地说明柱镜影像如何提供多重图像视域以及它们通常是如何被显示的机制。现在，将详细说明显示器观众如何使用同一种机制选择性照亮不同图像视域。
图7A与图4相同，用于说明像点20的光束52如何会聚到观众眼睛50。如果利用照明点光源56替代观众眼睛50，如图7B所示，则照明光源56出射的光束发散进入柱镜衬底10的微透镜。可以清楚地看到，这些光束的发散角与图7A所示的会聚角相同。因此，通过微透镜，照明光源发出的照明光照亮载像层上的图像视域像点20。此实用特征可以用于选择性照亮一组仅属于一幅如图所示作为三角形图像数据的图片的视域扫描线。
图8A和图8B详细示出如何通过改变照明光源相对于柱镜影像中心线的角度，选择性照亮属于两个单独图片的两个单独图像视域的。在图8A内，照明光源发出的光束80进入柱镜衬底的柱镜侧，并会聚到载像层12上的像点20。载像层12属于透射型的，所以在观众眼睛50观察到发散光束86时，允许照明光源发出的光束80通过像点20。由于照明光源发出的光束80以特定角度进入微透镜，所以它们不对像点26提供照明。因此，观众眼睛50看到的图像完全是由像点20产生的。由于从背面而不是通过微透镜观看图像，所以为了使观众保持正确方向，必须将载像层12上的图像数据由左反转到右。
在图8B中，在进入微透镜时，照明光源发出的光束84具有不同观看角度72。在进入微透镜后，该光束会聚到像点26，以仅对它提供照明。通过像点26后，观众眼睛50观察到出射的发散光束88。因此，通过改变通过微透镜的照明角度，从背面观看柱镜影像的观众可以选择性地观看不同图像视域。
图9示出在载像层12之后附加的用于漫射出射光束90的附加漫反射层8。由于会聚的载像层的照明光锥非常窄，第一漫反射层8用于在不降低光强情况下提高观察像点26的角度。此外，此漫射层还用作保护层以避免划伤载像层12。
图10A、10B以及10C示出如何配置柱镜影像显示器以为观看图像的人单独照亮每个图像视域。基本机构包括位于观看距离的照明光源94，并使照明光源94以箭头B方向通过某个角度移动，如图10A、10B以及10C所示。柱镜影像具有三幅不同图片，图像视域74包括正方形、三角形以及圆形图像数据，如图形所示。事实上，每个微透镜之后均存在图像数据，但是为了简洁起见，仅示出三个微透镜之后的图像数据。观众眼睛50从对准照明光源一侧观看柱镜影像。在照明光源94的位置以箭头B方向移动时，观众眼睛将顺序看到柱镜影像上的每幅图片，即正方形96、三角形98以及圆形102。其特殊优势在于，观众眼睛不必改变其观看位置。此外，如果不止一个观众在观看显示器，则他们将同时观看同一幅图像。
图11示出另一种方法，其中不是通过不同观看角度移动光源，而是在不同观看角度设置单独照明光源。如图11所示，在正方形106、三角形108以及圆形110的观看角度存在3个单独照明光源。当分别接通每个照明光源时，与该观看角度相关的图像视域被照亮，在柱镜影像卡的对面的观众眼睛50可见。该方法的满意特征在于，通过接通与特定视域有关的照明光源，可以任意要求顺序照亮三个图像视域中的任何一个图像视域。另一个满意特征在于，通过逐渐降低一个照明光源的光强，而提高另一个照明光源的光强，实现从任何一个图像到另一个图像的图像消隐效果。
以上讨论局限于柱镜影像上的视域数量为3个的情况。这样可以使讨论过程前后一致有助于清楚地说明本发明。然而，显然，此设备可以显示的视域数量并不局限于3个，也可以不同以产生不同效果。可以专门设计一种显示器仅显示三幅抽象图片，同时也可以设置有能力观看20至30个不同视域以显示动画效果或运动效果的不同显示器。
参考图12，图12示出显示设备的进一步细节。在图12中，示出由透明柱镜衬底和载像层12构成的柱镜影像卡的透视图。由于照明光源阵列安装在支撑114上，所以未示出点照明光源。一个照明光源112发出的是发散光束48，发散光束48照射柱镜衬底10的微透镜侧。通过每个微透镜聚焦的发散光束照射到对应于选择的观看角度的特定图像视域，在此例中为图像数据。然后，照亮选择图像视域的光束在观众方向射出。使用直线式照明光源112可以对每个图像视域扫描线提供均匀照明，并因此对整个显示器提供更强的照明。通过其以箭头C方向移动，示出照明光源112可以移过所有观看角度。单独照明光源112可以是当前使用的任何适当类型，包括LED、白炽灯或光纤束。尽管所示为单独光源阵列，但是，显然照明光源112可以直接用直线式照明光源代替，例如，荧光管或长型白炽灯或者其特性可以满足上述背照显示设备要求的任何照明光源。
图13示出该显示设备的其它特征。所示的背照显示设备118能够容易地更换柱镜影像卡以便观看。尽管非常简化，但是图13所示的显示设备还是示出了本发明的基本单元。此外，显然，相对于显示器的总体尺寸，各单元各方面的总体尺寸和规模不正确，特别是柱镜衬底上的微透镜的厚度和尺寸。这样做是为了与前面的说明一致。
在所示的显示器的框架或主体126上安装转动式支撑杆122，转动式支撑杆122使直线式照明光源保持在柱镜影像的正确观看距离。在对面设置第二转动式支撑杆(未示出)以支撑直线式照明光源的另一端。如上所述，柱镜影像包括柱镜衬底10和载像层12。在转动式支撑杆以箭头C方向移动时，转动式支撑杆使直线式照明光源112通过柱镜影像的所有观看角度移动。此外，通过在D方向通过门120滑动柱镜影像卡，位于显示设备顶部的向上翻转该门可以使柱镜影像设置在显示器内。位于框架两侧的枢轴支撑向上翻转门。所示的可见枢轴130安装在其上安装轴销128的框架126上。沿着显示器的前缘设置固定片124，固定片124使柱镜影像卡保持在显示器内。此外，还需要某种固定机构将柱镜影像卡固定在微透镜侧，不过在此未示出。将透明玻璃或塑料窗口安全安装在显示器框架上。尽管图13中未具体示出，但是最好在显示器正面设置塑料或玻璃罩以保护显示器内的柱镜影像。
图14示出另一种加强型显示设备，该显示器具有两个单独直线式照明光源，这两个单独直线式照明光源可以分别移动到不同观看角度。这样进行加强实现的显示设备具有两个不同照明区，这两个不同照明区提供实用显示特性。在此实施例中，显示器外部框架126与图13中相同。同样，支撑杆122支撑所示的直线式照明光源114，支撑杆122使直线式照明光源114保持在正确观看距离并允许其在箭头C方向移动。然而，根据此原理，直线式照明光源的长度只是柱镜影像卡宽度的一半。利用不同直线式照明光源136照亮柱镜影像卡的另一半，不同直线式照明光源136具有自己的支撑板134。支撑板134可以在箭头D方向在整个观看角度范围移动。
在单独直线式照明光源之间是隔板138，隔板138对内部直线式照明光源136和112的内部杠杆支撑臂提供支点。此外，隔板138还用作挡板，它将柱镜影像卡分割为两部分，从而限制每个直线式照明光源对其每一半显示器进行照明。如图所示，还利用位于隔板138位置的分割中心线140，将柱镜影像上的图像视域分割为两半，一半142和一半144。
每半柱镜影像卡具有单独相异的图片信息。用图形方法示出的左半部具有包括正方形和倒三角形在内的图像信息，而右半部具有用图形方法表示的三角形和圆形图像信息。由于左半部直线式照明光源和右半部直线式照明光源分别通过不同的观看角度移动，所以每半直线式照明光源的不同图像视域将会变得可见。这种配置的优势在于，每个直线式照明光源可以独立于另一个直线式照明光源移动。例如，左半部柱镜影像卡可以是动画运动序列，而右半部柱镜影像卡可以是一组可以含有文本的单独图像。通过所有观看角度，左半部直线式照明光源连续前、后移动以在左半部柱镜影像卡上产生连续动画序列。同时，右半部直线式照明光源以不同速率移动以右侧柱镜影像卡的图像视域内的顺序显示文本信息。这种类型的显示器可以应用于广告显示。
图15示出两个区域显示设备的俯视图，有助于进一步解释这种显示理论。从此俯视图中可以清楚地看出由两个直线式照明光源136和114构成的机构，其中直线式照明光源136升高到比直线式照明光源114高的位置。可以看到用于隔离这两个区的隔板138具有支撑板134和122的轴销细节。
除了上述附图中示出的单元外，要实现显示设备还需要许多其它部件。具体地说，包围显示器的外壳、对送到照明光源的功率进行控制的装置以及在不同观看角度移动它们的装置。移动直线式照明光源实际使用的装置包括本技术领域内众所周知的任何一种机械位移设备。这些设备的例子有凸轮、滑轮、直线式滑板以及导杆。实际输入该机构的动力可以是电机、螺线管以及手动推拉致动器。
如图14和图15所示的显示器提供两个区域的柱镜影像视域，但是这仅是为了说明问题所举的例子。显示设备可以利用此原理创建多区域照明显示器，并且通过适当照明，可以提供上照明区和下照明区。
尽管上述讨论以移动直线式照明光源通过不同观看角度进行照明为例进行了说明，但是，显然，这些显示设备还可以使用本发明披露的变换照明方法。
现在，参考图16A和图16B说明另一种照明方法。为了便于进行比较，图16A重新示出位于位置148的发散照明光锥，位置148位于柱镜影像的正确观看距离54。柱镜影像由透明柱镜衬底10和载像层12构成，并且在两个不同图像视域组内具有用三角形和正方形表示的图像信息。在照射柱镜影像的微透镜并通过柱镜影像的微透镜时，照明光会聚到与照明光源观看角度对应的一组图像视域内。位于位置150的另一个照明光源也位于正确观看距离54，它会使照明光源的发散光束会聚到与照明光源观看角度对应的另一组视域内。
已经对如何通过根据柱镜衬底上的各微透镜之间的间距控制图像放大率，确定柱镜影像的观看距离进行了说明。图16B示出所建立的其观看距离54为无限远的柱镜影像。在这种情况下，正确照亮一组给定图像视域的唯一方法，是在距离柱镜衬底上的微透镜无限远的有效位置，设置照明光源。在以这种方式进行照明时，照明光源发出的光束不再发散，而是平行光。用实线示出一组平行光中的光束152之一以某个角度从位于无限远距离的照明光源进入右半部。用虚线示出的一组平行光中的另一束光154以不同角度从位于无限远距离的照明光源进入右半部。由于每组照明光束分别以不同观看角度进入柱镜影像的微透镜内，所以它们分别选择性地照亮不同图像视域组。
图17示出实际上位于无限远处能够改变平行光束的投影观看角度的照明光源实施例。再一次示出由柱镜衬底10和载像层12构成的柱镜影像，在载像层12上具有图像信息，其放大产生的观看距离为无限远距离。照明光源包括圆柱形透镜阵列，其中示出阵列的顶部圆柱形透镜158供参考。由于所有圆柱形透镜的特征和运行过程相同，所以只要对圆柱形透镜158进行说明就足够了。显然，圆柱形透镜158的长轴和圆柱形透镜阵列垂直于附图平面。在圆柱形透镜158之后，位于其后焦平面的是照明光源160。照明光源160被示为点光源，但是实际上，照明光源160为直线式光源，其直线平行于圆柱形透镜158的长轴。照明光源160发出的发散照明光束162将通过圆柱形透镜158，从其它透镜表面出射，并被准直为平行光束164。相对于圆柱形透镜的中心线170，垂直位置168确定照明光源发出的准直光束角度172。然后，照明光源160发出的平行光束164进入透明柱镜衬底10的微透镜并照射载像层12，从而照亮属于正方形图像信息的那组图像视域。
由于位于圆柱形透镜158的后焦平面的照明光源160的垂直位置相对于中心线170发生变化，所以圆柱形透镜158出射的照明光束的角度172发生变化。在圆柱形透镜158的后焦平面上的不同垂直位置示出另一个相同照明光源166。为了清楚起见，用虚线圆形示出另一个照明光源166，其出射的照明光源176也用虚线示出。圆柱形透镜158后焦平面上的另一个照明光源166位于圆柱形透镜158的中心线170的对面，因此照明光源发出的照明光平行光束的角度也相反。因此，或者通过将第一照明光源160移动到照明光源166的位置，或者通过利用单独照明光源并分别单独交替接通它们，可以以不同观看角度产生圆柱形透镜出射的照明平行光束。通过对阵列内的圆柱形透镜重复进行此设置过程，可以选择性地照亮全部柱镜影像的单独图像视域组，从而进行观看。
显然，尽管上述描述对只有两个照明光源用于照亮两个图像视域的情况进行了说明，但是利用该方法的目的是表示对多个图像视域照明的原理。因此，实际上，要求有多少个视域，该显示器就能够显示多少个视域。
权利要求
1.一种用于选择性照亮在柱镜影像的载像层上形成的一组图像中的图像的方法，该方法包括步骤提供照明光源；通过所述柱镜影像的微透镜侧照射所述照明光源发出的光；以这样的方式使所述光通过所述柱镜影像上的微透镜，即所述照明光源发出的光束从位于所述柱镜影像的观看距离的点出射；以这样的方式定位所述照明光源，即所述照明光源发出的光束相对于位于所述柱镜影像中心并垂直于图像平面的线的角度与第一图像的正确观看角度相对应；以及其中所述照明光源是平行于所述微透镜的纵轴的直线式光源。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括步骤移动所述照明光源，以在改变所述角度时，对所述微透镜保持所述正确观看距离，从而照亮另一个图像。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括步骤移动所述照明光源，以在改变所述角度时，对所述微透镜保持所述正确观看距离，从而顺序产生不同观看角度，以致一次一个地顺序分别照亮所述图像组内的每幅图像。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括步骤设置多个分别位于所述观看距离、并且分别位于对应于所述图像组内的一个图像的不同观看角度的照明光源；以及一次一个地选择性地对所述照明光源分别进行通电和断电以选择性地照亮所述图像组内的一幅图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其中以随机顺序对所述多个照明光源进行通电。
6.根据权利要求4所述的方法，其中以预选顺序对所述多个照明光源进行通电。
7.根据权利要求4所述的方法，其中在观看周期中不是对所述多个照明光源内的所有照明光源进行通电。
8.根据权利要求4所述的方法，其中一个照明光源的所述通电断电周期与另一个照明光源的所述通电断电周期重叠以实现从一个图像到另一个图像的消隐效果。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述载像层是透射的以允许所述照明光通过所述载像层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述柱镜影像观看距离等于所述照明光源的相应观看距离。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述柱镜影像的观看距离在从1英寸到无限远范围内。
12.根据权利要求8所述的方法，其中将漫射层施加到所述载像层以通过产生所述透射载像层的更宽观看角度来提高图像质量。
13.根据权利要求8所述的方法，其中将保护层施加到所述载像层以提高所述透射载像层的耐用性和抗划伤性。
14.一种用于选择性照亮在第一柱镜影像载像层的第一区域形成的第一多个图像内的图像的设备，该设备包括第一照明光源，将光线照射到所述柱镜影像的微透镜侧的所述第一区域上；其中所述第一照明光源从位于所述第一柱镜影像的观看角度的点出射；其中所述第一照明光源发出的光束对位于所述柱镜影像的中心并垂直于图像平面的线形成的角度与所述第一多个图像的第一图像的周期观看角度相对应；以及其中所述第一照明光源是平行于所述微透镜的纵轴的直线式光源。
全文摘要
一种包括照明光源(56)、用于自动观看柱镜影像卡(62)的背照显示设备(118)，经过设计，该照明光源(56)选择性照亮在柱镜介质上形成的单独图像。根据柱镜影像卡的观看距离(54)和选择观看角度(72)，显示器照明光源(56)使光通过柱镜影像卡(62)以依次顺序照亮每个图像。
文档编号G09F19/12GK1407369SQ021298
公开日2003年4月2日 申请日期2002年8月15日 优先权日2001年8月15日
发明者J·R·豪维尔 申请人:伊斯曼柯达公司