CN102053378A - 立体图像显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立体图像显示装置及其驱动方法。该图像显示装置包括：图像显示部；以及柱状透镜，包括以线性阵列设置的多个透镜。每个透镜由具有共同光轴的多个相邻可变透镜来限定。图像显示装置还包括控制器，该控制器控制多个可变透镜的光学特性以使至少一个透镜的共同光轴在给定方向上移动。

Description

立体图像显示装置及其驱动方法
相关申请的参考
本申请要求于2009年10月28日提交的日本专利申请JP2009-247480的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本公开涉及立体图像显示装置及其驱动方法，更具体地，涉及所谓的透镜式立体图像显示装置及其驱动方法。
背景技术
已知各种裸眼双目立体图像显示装置，其允许在图像观察者观察具有视差的两幅图像时进行立体观看。人们正努力将上述显示装置中的透镜式立体图像显示装置商品化。透镜式立体图像显示装置是诸如液晶显示装置的图像显示部(二维图像显示装置)和柱状透镜(lenticular lens)的组合。这里，柱状透镜由并排设置的多个柱面透镜(cylindrical lens，圆柱透镜)组成。将柱状透镜和图像显示装置设置成使柱面透镜的焦平面与图像显示部的显示表面一致。图像显示部和柱状透镜的所有设置中的最简单设置是将图像显示部和柱状透镜设置为使透镜的轴线和图像显示部的垂直方向平行。
顺便提及，图像显示部通常包括以二维矩阵在水平方向和垂直方向设置的多个像素。柱面透镜针对给定数量的水平方向设置的像素进行设置。如在图17中的概念图中所示，柱状透镜允许从适用于显示例如“A”的一组像素(图17中属于该组的像素用“1”表示)发出的光束在第一视点(空间“a”)处形成图像。另一方面，柱状透镜允许从适用于显示例如“B”的一组像素(图17中属于该组的像素用“2”表示)发出的光束在第二视点(空间“b”)处形成图像。应该注意，虽然由实线或者点划线表示的光束组到达空间“a”或者“b”，但由虚线表示的光束组没有到达空间“a”或者“b”。假设图像观察者的左眼和右眼分别位于空间“a”和“b”处，当在图像显示部上同时显示这些图像时，图像观察者可以将适当图像“A”和“B”作为立体图像而感知。这里，在图17中所示的实例中，因为图像“A”和“B”在图像显示部上同时进行显示，所以获得了两个视点。通常，当在图像显示部上显示NPOV幅不同图像时，获得NPOV个视点。
例如，从JP-T-2006-521572和JP-T-2008-529045(下文中，分别称作专利文件1和专利文件2)中了解的立体图像显示装置，其包括使用电润湿法由液体透镜所制成的柱状透镜。
这里，术语“电润湿”是指这样的现象，即，当将电压施加在导电液体和电极之间时，在电极表面和液体之间的固液界面处的能量改变(液体表面的形状改变)。图18A和图18B为示出电润湿后的工作原理的示图。如图18A示意性示出的那样，我们假设在电极101的表面上形成绝缘膜102，由电解溶液所构成的导电液滴103在绝缘膜102上。为了防水对绝缘膜102的表面进行了处理。当如图18A所示没有施加电压时，由于接触角θ0较大，在绝缘膜102的表面和液滴103之间的相互作用能较低。这里，接触角θ0为在绝缘膜102的表面和液滴103的切线之间形成的角，并且取决于包括液滴103的表面张力和绝缘膜102的表面能的物理特性。
如图18B所示，另一方面，当将电压施加在电极101和液滴103之间时，液滴的电解离子聚集在绝缘膜102的表面上，由双电荷层承载的电荷量改变，从而引起液滴103的表面张力的改变。这种现象为电润湿并且根据施加的电压来改变液滴103的接触角θV。即，通过下面给出的作为等式A的Lippman-Young等式，图18A中的接触角θV表示为施加的电压V的函数。
cos(θV)＝cos(θ0)+(1/2)(ε0·ε)/(γLG·t)×V2  …(A)
其中，
ε0：真空介电常数
ε：绝缘膜的比介电常数
γLG：电解溶液的表面张力
t：绝缘膜的厚度
如上所述，液滴103的表面形状(曲率)根据施加在电极101和液滴103之间的电压V而改变。因此，使用液滴103作为透镜元件提供了能够电控制焦点(焦距)的光学元件。
发明内容
在透镜式立体图像显示装置中必须增加视点的数量以扩展可以进行立体观看的空间区域。然而，如上所述，必须在图像显示部上显示NPOV幅不同图像以获得NPOV个视点。由于视点数量增加而导致了立体图像的分辨率降低。
然而，在以上专利文件1和专利文件2中没有公开用于解决这个问题的方法。
例如，在日本专利公开第2009-048116号(下文中，称作专利文件3)中公开了用于解决该问题的方法。在专利文件3中所公开的立体图像显示装置包括位移装置。位移装置导致至少柱状透镜或者图像显示部在与图像显示部的显示表面平行(近似平行)的平面内进行往复运动。这就相对于图像显示装置的每个像素机械地并且周期地改变每个柱面透镜的位置，因此，通过每个柱面透镜来周期性地移动从任意像素发出的显示图像光的方向。该技术很好地解决了由视点数量增加而导致的立体图像的分辨率减小的问题。然而，由于位移装置包括机械位移装置，更具体地，包括压电元件，所以难以快速控制每个柱面透镜相对于图像显示部的每个像素的周期性位移。此外，难以满足对于更高可靠性的需要，并且难以允许应用于更大的立体图像显示装置。
在一种实施方式中，一种图像显示装置包括：图像显示部；和柱状透镜，包括以线性阵列设置的多个透镜。每个透镜由具有共同光轴的多个相邻可变透镜来限定。图像显示装置还包括控制器，控制多个可变透镜中的光学特性以使至少一个透镜的共同光轴在给定方向上移动。
在一种实施方式中，一种显示图像的方法包括：在图像显示装置上显示图像；控制多个透镜的光学特性以使多个透镜形成柱状透镜，每个透镜具有共同光轴并且包括多个相邻可变透镜；以及改变多个可变透镜的光学特性以使至少一个透镜的共同光轴在给定方向上移动。
在一种实施方式中，一种光学装置包括：多个可变透镜，以线性阵列进行设置，每个透镜由具有共同光轴的多个相邻可变透镜来限定；和控制器，控制多个透镜的光学特性以使至少一个透镜的共同光轴在给定方向上移动。
在一种实施方式中，一种控制包括多个可变透镜的光学装置的方法包括：控制多个可变透镜的光学特性以使多个相邻可变透镜形成具有共同光轴的透镜；以及改变多个可变透镜的光学特性以使透镜的共同光轴在给定方向上移动。
在一种实施方式中，一种立体图像显示装置包括：图像显示部；柱状透镜，包括以线性阵列设置的多个液体透镜；以及控制器，控制液体透镜的液-液界面的形状以使在线性阵列的给定方向上在多个相邻液体透镜中按顺序形成第一液-液界面形状。在该实施方式中，与图像显示部的图像帧的切换同步地按顺序形成液-液界面形状。
在一种实施方式中，一种立体显示图像的方法包括：在图像显示装置上显示图像；以及控制以线性阵列设置的多个液体透镜中的液-液界面的形状，以在线性阵列的给定方向上在多个相邻液体透镜中按顺序形成第一液-液界面形状。在该实施方式中，与图像显示部的图像帧的切换同步地顺序形成液-液界面形状。
在一种实施方式中，一种立体图像显示装置包括：图像显示部；以线性阵列设置的多个液体透镜室，每个液体透镜室包括多个壁，该多个壁包含第一液体和第二液体，第一液体与第二液体不混溶，以及第一电极、第二电极以及第三电极，设置在室的壁上；以及控制器，对于液体透镜室之一，将第一电势施加至第一电极并且将第二电势施加至第二电极以在第一液体和第二液体之间形成界面形状。在该实施方式中，控制器将电势施加至在线性阵列的给定方向上的多个不同液体透镜室中的每一个的第一电极和第二电极，从而在该不同液体透镜室中按顺序形成界面形状。此外，与图像显示部的图像帧的切换同步地执行在不同液体透镜室中形成界面形状。
鉴于前面所述，期望提供一种立体图像显示装置及其驱动方法，其允许在大的空间区域中观察立体图像而不使用任何机械装置而且还允许迅速显示高清晰度立体图像。
本文描述了其它的特性和优点，并且根据以下的详细描述和附图，其它的特性和优点将是显而易见的。
附图说明
图1A和图1B分别为根据实施方式1的立体图像显示装置的概念图和柱状透镜部的示意性局部截面图；
图2A至图2C为组成根据实施方式1的立体图像显示装置的柱状透镜部的柱面透镜的光轴在X方向上移动的方式的示意性局部截面图；
图3为示出根据实施方式1的立体图像显示装置的整体构造的框图；
图4为用于描述在根据实施方式1的立体图像显示装置中当在X方向上移动组成柱状透镜部的柱面透镜的光轴时在不同视点处获得的图像种类的示图；
图5为延续图4的示图，用于描述在根据实施方式1的立体图像显示装置中当在X方向上移动组成柱状透镜部的柱面透镜的光轴时，在不同视点处获得的图像种类；
图6为延续图5的示图，用于描述在根据实施方式1的立体图像显示装置中当在X方向上移动组成柱状透镜部的柱面透镜的光轴时，在不同视点处获得的图像种类；
图7A为沿图7B中的箭头A-A截取的透镜室的示意性截面图，图7B为沿图7A中的箭头B-B截取的透镜室的示意性截面图，而图7C为沿图7A中的箭头C-C截取的透镜室的示意性截面图；
图8A至图8C为沿图7A中的箭头C-C截取的透镜室的示意性截面图，示意性地描述液体透镜的工作原理；
图9为根据实施方式1的柱状透镜部的一部分的、沿图7B中的箭头A-A截取的类似的示意性截面图；
图10A至图10C为根据实施方式1的柱状透镜部的一部分的、沿图9中的箭头C-C截取的示意性截面图，示意性地描述液体透镜的动作；
图11A至图11C为根据实施方式2、3以及4的柱状透镜部的一部分的、沿图9中的箭头C-C截取的类似的示意性截面图，示意性地描述液体透镜的动作；
图12为示出根据实施方式5的立体图像显示装置的整体构造的框图；
图13为用于描述像素间距、视点到视点的距离以及柱面透镜间距之间的关系的示意图；
图14为根据实施方式6的立体图像显示装置的柱状透镜部的概念图；
图15为用于描述根据实施方式7的立体图像显示装置的柱状透镜部、图像显示部以及其它组件的设置的概念图；
图16为用于描述根据实施方式7的立体图像显示装置的变形例的柱状透镜部、图像显示部以及其它组件的设置的概念图；
图17为现有技术的柱状透镜式立体图像显示装置的概念图；以及
图18A和图18B为用于描述电毛细管现象的工作原理图。
具体实施方式
因此，在以下实施方式中所使用的值和材料仅为示例性的。将按以下顺序给出描述。
1.立体图像显示装置及其驱动方法的总体描述
2.实施方式1(立体图像显示装置及其驱动方法)
3.实施方式2(实施方式1的变形)
4.实施方式3(实施方式1的另一变形)
5.实施方式4(实施方式1的又一变形)
6.实施方式5(实施方式1的又一变形)
7.实施方式6(实施方式1的又一变形)
8.实施方式7(实施方式1的又一变形及其它)
[立体图像显示装置及其驱动方法的总体描述]
在根据一个实施方式的立体图像显示装置中，优选地，应该对施加于每个透镜室中的电极的电压进行控制，以使在X方向上移动柱面透镜的光轴与图像显示部上的图像帧之间的切换同步。此外，在根据该实施方式的立体图像显示装置的驱动方法中，优选地，在X方向上移动柱面透镜的光轴应该与图像显示部上的图像帧之间的切换同步。
在根据该实施方式(包括以上优选实施方式)的立体图像显示装置或者立体图像显示装置的驱动方法中，可以通过控制施加于每个透镜室中的电极的电压来改变柱面透镜的设置间距。在这种情况下，优选地，立体图像显示装置等应该能够通过改变柱面透镜的设置间距来改变观看距离。此外，立体图像显示装置等应该优选地包括位置测量部，并且基于从位置测量部获得的图像观察者的位置信息来控制施加于每个室中的电极的电压。该构造有助于立体图像的最佳观察(观看)区域。因为每个柱面透镜包括由多个连续透镜室组成的菲涅尔透镜，所以可以通过控制施加于每个透镜室中的电极的电压来容易地改变柱面透镜的设置间距。其中，可以用作位置测量部的装置为具有能够捕捉静态或者移动图像的固态成像元件的视频摄像机或者网络相机和红外线位置测量装置。这里术语“观看距离”指的是当柱状透镜部面对图像观察者时从柱状透镜部至图像观察者的距离并且指的是当图像显示部面对图像观察者时从图像显示部至图像观察者的距离。
在包括以上各种优选模式和构造的立体图像显示装置等中，可以将透镜室(为了方便起见，下文中，称作“边界透镜室”)设置在柱面透镜之间。通过透镜控制部的控制，边界透镜室具有与柱面透镜的屈光力(optical power)在符号上相反的屈光力。这防止穿过边界透镜室的光到达图像观察者，因此，使得图像观察者难以在视觉上感知柱面透镜之间的边界区域，从而提供改善的显示图像质量。边界透镜室的数量需要仅为一个或者两个以上。这里，如果柱面透镜用作凸透镜，则边界透镜室仅需要用作凹透镜。另一方面，如果柱面透镜用作凹透镜，则边界透镜室仅需要用作凸透镜。
此外，包括以上各种优选模式和构造的立体图像显示装置等可以包括光源，以使光源、图像显示部以及柱状透镜部依次设置。可选地，可以依次设置光源、柱状透镜部以及图像显示部。在前一种情况下，柱面透镜仅需要用作凸透镜。另一方面，在后一种情况下，柱面透镜仅需要用作凸透镜或者凹透镜。在这些情况下，图像显示部可以包括例如液晶显示装置和称之为背光的光源。然而，根据本实施方式的立体图像显示装置不限于这些构造。可以将自发光图像显示装置，更具体地，例如有机电致发光显示装置或者等离子体显示装置，用作图像显示部。
更进一步，在根据包括上面各种优选模式和构造的实施方式的立体图像显示装置等中，柱状透镜部可以包括：
(A)壳体，以及
(B)(M-1)个隔离壁构件，
壳体包括第一侧构件、第二侧构件、第三侧构件以及第四侧构件。第二侧构件与第一侧构件相对。第三侧构件连接第一侧构件的一个端部和第二侧构件的一个端部。第四侧构件连接第一侧构件的另一个端部和第二侧构件的另一个端部。
壳体进一步包括：附接至第一侧构件、第二侧构件、第三侧构件以及第四侧构件的顶部表面的顶板。
壳体更进一步包括：附接至第一侧构件、第二侧构件、第三侧构件以及第四侧构件的底部表面的底板。
将(M-1)个隔离壁构件彼此平行地设置在第一侧构件和第二侧构件之间。
并排设置M个透镜室。
(a)第一透镜室包括：第一侧构件和第三侧构件，第一隔离壁构件、第四侧构件、顶板和底板。第一电极设置在组成第一透镜室的顶板的内表面上。第二电极设置在组成第一透镜室的第一侧构件的内表面上。第三电极设置在组成第一透镜室的第一隔离壁构件的内表面上。
(b)第(m+1)个透镜室包括：第m个(其中，m＝1，2，…M-2)隔离壁构件、第三侧构件、第(m+1)个隔离壁构件、第四侧构件、顶板以及底板。第一电极设置在组成第(m+1)个透镜室的顶板的内表面上。第二电极设置在组成第(m+1)个透镜室的第m个隔离壁构件的内表面上。第三电极设置在组成第(m+1)个透镜室的第(m+1)个隔离壁构件的内表面上。
(c)第M个透镜室包括：第(M-1)个隔离壁构件、第三侧构件、第二侧构件、第四侧构件、顶板以及底板。第一电极设置在组成第M个透镜室的顶板的内表面上。第二电极设置在组成第M个透镜室的第(M-1)个隔离壁构件的内表面上。第三电极设置在组成第M个透镜室的第二侧构件的内表面上。为了方便起见，将具有这种构造的柱状透镜部称作“M透镜室结构柱状透镜部”。
在M透镜室结构柱状透镜部中，优选地，至少应该将第一侧构件、第二侧构件以及隔离壁构件的表面(第一液体和第二液体之间的界面位于此处)处理成是防水的。柱面透镜的光轴可以通过改变施加于每个透镜室中的第二电极和第三电极的电压而在X方向上移动。其中，防水处理方法为通过CVD(化学气相沉积)形成聚对二甲苯和涂覆诸如PVDF(聚偏氟乙烯)和PTFE(聚四氟乙烯)的氟基聚合体。至少第一侧构件、第二侧构件以及隔离壁构件的表面(第一液体和第二液体之间的界面位于此处)可以涂覆有由多种高介电常数材料和防水材料的组合所组成的分层结构。可选地，至少外壁构件和隔离壁构件的表面(第一液体和第二液体的界面位于此处)可以涂覆有分层结构。
在M透镜室结构柱状透镜部中，隔离壁构件的底部表面可以延伸至底板，而隔离壁构件的顶部表面可以延伸至顶板。为了方便起见，将这种构造称作“第A种构造”。这里，术语“隔离壁构件的顶部表面”指与顶板相对的表面，而术语“隔离壁构件的底部表面”指与底板相对的表面。在后面的描述中同样如此。可选地，隔离壁构件的底部表面可以延伸至底板，具有设置在隔离壁构件顶部表面和顶板之间的间隙。应该注意，为了方便起见，将这种构造称作“第B种构造”。仍可选地，间隙可以设置在隔离壁构件的底部表面和底板之间，具有延伸至顶板的隔离壁构件的顶部表面。为了方便起见，将这种构造称作“第C种构造”。仍可选地，间隙可以设置在隔离壁构件的底部表面和底板之间，而另一间隙设置在隔离壁构件的顶部表面和顶板之间。为了方便起见，将这种构造称作“第D种构造”。应该注意，在第D种构造中，仅需要以适当的方式将隔离壁构件固定至外壁构件、底板、顶板等。
在本实施方式中，优选地，第一液体和第二液体应该彼此不能溶解并且彼此不混溶。此外，在M透镜室结构柱状透镜部中，第一液体可以导电，而第二液体绝缘。第一电极可以与第一液体接触。第二电极可以经由绝缘膜与第一液体和第二液体接触。第三电极可以经由绝缘膜与第一液体和第二液体接触。另一方面，优选地，顶板、底板以及第一电极应该由对入射在柱状透镜部上的光透明的材料制成。
其中，导电液体(或者极性液体；下文中，可以总称为导电液体)为水、电解溶液(诸如氯化钾、氯化钠、氯化锂以及硫酸钠的电解质的水溶液)、具有溶解在其中的这些电解质的任何一种的水溶液(诸如三甘醇水溶液)、具有小分子量的醇(诸如甲醇和乙醇)、室温熔盐(离子液体)、诸如纯水的极性液体、以及这些液体的混合物。诸如甲醇和乙醇的醇仅需要通过将其制成水溶液或者在其中盐溶解而使其导电使用。另一方面，其中，绝缘液体(或者非极性液体；下文中，可总称为绝缘液体)为包括诸如癸烷、十二烷、十六烷和十一烷的烃系材料、硅油以及氟系材料的非极性溶剂。导电和绝缘液体必须具有不同折射率并且能够共存而没有混溶。优选地，导电液体和绝缘液体具有尽可能相同的密度。尽管优选地，导电液体和绝缘液体对入射在柱状透镜部上的光(称作入射光)为透明的，但是在某些情况下，导电和绝缘液体可能为有色的。
在M透镜室结构柱状透镜部中，可能需要入射光从其中穿过的构件(更具体地，至少顶板和底板)由对入射光透明的材料制成。术语“对入射光透明”指的是入射光的透光率为大于等于80％的情况。其中，可以用于穿过入射光的材料为亚克力类树脂、聚碳酸酯树脂(PC)、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、多芳基树脂(PAR)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PAR)以及玻璃。入射光从其中穿过的构件可以由相同材料或者不同材料制成。光可以从顶板进入柱状透镜部而从底板离开柱状透镜部。可选地，光可以从底板进入柱状透镜部而从顶板离开柱状透镜部。
根据位置和需要的特性，电极可以由的透明材料制成，例如氧化铟锡(ITO，包括掺杂Sn的In2O3、晶体ITO、非晶ITO以及添加银的ITO)、氧化铟锌(IZO)、In2O3基材料(包括IFO，其为掺杂F的In2O3)、氧化锡(包括ATO和FTO，ATO为掺杂Sb的SnO2，FTO为掺杂F的SnO2)、氧化锌基材料(ZnO，包括：掺杂Al的ZnO、掺杂B的ZnO以及掺杂Ga的ZnO)、Sb2O5基材料、In4Sn3O12、InGaZnO、氧化钛(TiO2)、尖晶石氧化物、导电金属氧化物(诸如具有YbFe2O4结构的氧化物)、金属、合金以及半导体材料。可选地，电极可以由诸如金属和合金的不透明材料制成。更具体地，其中，可以用作电极的材料为：诸如铝(Al)、钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、铬(Cr)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、铁(Fe)、铂(Pt)以及锌(Zn)的金属；包含这些金属元素(例如，MoW)或者包含这些金属元素(例如，诸如TiN的氮化物和诸如WSi2、MoSi2、TiSi2以及TaSi2的硅化物)的合金；诸如硅(Si)的半导体；以及诸如金刚石的碳薄膜。其中，用于形成这些电极的方法为：气相沉积方法，例如电子束气相沉积和热丝气相沉积，溅射，CVD，溅射、CVD或者离子电镀以及蚀刻的组合；丝网印刷；电镀(电镀和化学电镀)；剥离；激光磨蚀(laser abrasion)以及溶胶-凝胶方法。
绝缘膜在材料方面没有具体限制，只要该绝缘膜是由电绝缘材料制成的。优选地，选择具有相对高的比介电常数的材料。另一方面，尽管为了获得相对大的静电电容薄绝缘膜为优选的，但是绝缘膜必须厚到足以提供需要的绝缘强度。其中，可以用作绝缘膜的材料为：SiOx材料和SiN、诸如SiON的SiO2基材料、氟氧化硅、聚酰亚胺树脂、SOG(旋涂玻璃)、低熔点玻璃和玻璃浆料、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铬(CrOx)、氧化锆(ZrO2)、氧化铌((Nb2O5)、氧化锡(SnO2)以及氧化钒(VOx)。其中，用于形成绝缘膜的这些方法为：诸如CVD、涂覆、溅射、丝网印刷、电镀、电沉积以及浸渍的公知工艺。
在M透镜室结构柱状透镜部中，对于透镜室，隔离壁构件之间在沿着X方向的距离或者外壁构件与第一或者第(M-1)个隔离壁构件之间在沿着X方向的距离对于所有透镜室可以相同，或者一个透镜室与另一透镜室不同。优选地，可以将透镜室的第二电极和第三电极之间沿着X方向的距离(或者隔离壁构件之间沿着X方向的距离或者外部构件与第一或者第(M-1)个隔离壁构件之间沿着X方向的距离)设置为小于等于毛细管长度κ-1。这里，术语“毛细管长度κ-1”指的是其内重力对界面张力的影响可以忽略的最大长度。更具体地，毛细管长度κ-1可以通过以下等式B来表示，其中，导电液体和绝缘液体之间的界面张力为Δγ，两种液体之间的密度差为Δρ，重力加速度为g：
κ-1＝{Δγ/(Δρ·g)}1/2   …(B)
下面概括了符号M、NCL、NLC-unit、NPOV、Npx以及Nunit-TL中的每一个表示什么。应该注意，在根据实施方式的立体图像显示装置中的术语“像素子单元”(稍后详细描述)对应于在共同的二维图像显示装置中的“像素”，在根据实施方式的立体图像显示装置中的术语“像素”对应于在共同的二维图像显示装置中的“子像素”。
M：透镜室的数量
NCL：柱面透镜的数量
NLC-unit：组成单个柱面透镜的透镜室的数量
NPOV：视点的数量
Npx：组成像素子单元(稍后所述)的像素的数量
Nunit-TL：在图像显示装置中水平设置的像素单元的数量
在根据包括上面各种优选模式和构造的实施方式的立体图像显示装置等中，柱面透镜(菲涅尔透镜)由多个连续透镜室组成。这里，当NLC-unit表示连续透镜室的数量(组成单个柱面透镜的透镜室的数量)，NLC-unit可以为2≤NLC-unit≤30，更优选地，5≤NLC-unit≤20。
应该注意，NCL×NLC-unit≤M。这里，如果没有设置边界透镜室，则M＝NCL×NLC-unit。另一方面，当设置边界透镜室时，边界透镜室的数量由(M-NCL×NLC-unit)给出。
另一方面，当由Npx来表示组成水平设置在图像显示部中的每个像素子单元的像素的数量时，每个像素子单元可以包括(例如)三种类型的像素，即，红像素、绿像素以及蓝像素(例如，像素的数量为具有一个红像素、一个绿像素以及一个蓝像素的三个像素；Npx＝3)。可选地，例如，每个像素子单元可以包括具有一个红像素、两个绿像素以及一个蓝像素的四个像素(Npx＝4)。仍可选地，例如，每个像素子单元可以包括：外加这三种不同像素的四种或者多种类型的像素(包括：适用于发出用于改善亮度的白光、为了更宽的颜色再现范围的补色光、为了更宽颜色再现范围的黄光、以及为了更宽颜色再现范围的黄光和蓝绿光的这些像素)。作为在图像显示部中水平地和垂直地设置的像素子单元的可能数量Npx，可以引用图像显示分辨率的某些实例，不仅包括：VGA(640，480)、S-VGA(800，600)、XGA(1024，768)、APRC(1152，900)、S-XGA(1280，1024)、U-XGA(1600，1200)、HD-TV(1920，1080)、Q-XGA(2048，1536)，而且包括(1920，1035)、(720，480)、(854，480)、(1280，960)、(4096，2160)以及(3840，2160)。然而，像素子单元的可能数量Npx不仅限于以上情况。
必须在图像显示部上显示NPOV幅不同图像以获得NPOV个视点。然而，NPOV仅需要大于二。为了在图像显示部上显示NPOV幅不同图像，每个像素单元由NPOV个子单元组成。组成单个像素单元的像素的数量为NPOV×Npx个。这里，当在图像显示部中水平设置的像素单元的数量由Nunit-TL来表示时，Nunit-TL的值对应于图像显示部的水平分辨率(立体图像显示装置的水平分辨率)，而在图像显示部中水平设置的像素的总数量由Nunit-TL×NPOV×Npx给出。每个像素的透镜室的数量为0.25个至4个，并且优选地，0.5个至2个。
NLC-unit根据柱面透镜占用的位置可以为恒定的或者可变的。另一方面，当沿着穿过柱面透镜的中心的YZ平面切割柱面透镜时所获得的包括在XZ平面中的光学平面可以关于YZ平面对称或者在某些情况下关于该YZ平面不对称。X方向可以与图像显示部的水平方向平行或者相对于其以给定角倾斜。当柱状透镜部面对图像观察者时，优选地，应该将柱状透镜部和图像显示部设置为使得柱面透镜的焦平面与图像显示部的显示表面相一致。然而，本发明不仅限于此。另一方面，当图像显示部面对图像观察者并且柱面透镜用作凸透镜时，优选地，应该将柱状透镜部和图像显示部设置为使得从柱面透镜至图像显示部的显示表面的距离是柱面透镜的焦距的两倍。当柱面透镜用作凹透镜时，优选地，柱状透镜部和图像显示部被设置为使得从柱面透镜至图像显示部的显示表面的距离与柱面透镜的焦距相一致。然而，本实施方式不仅限于此。尽管每个柱面透镜由多个连续透镜室组成，并且菲涅尔透镜的一部分由每个透镜室组成，但是可以将“菲涅尔透镜”的一部分形状称作开诺全息形状(kinoform shape)。其中，像素的可能布置类型为条纹、斜纹、三角以及矩形布置。
[实施方式1]
实施方式1涉及立体图像显示装置及其驱动方法。图1A示出了根据实施方式1的立体图像显示装置的概念示图。图1B和图2A至图2C示出了柱状透镜部的示意性局部截面图。应该注意的是尽管为了方便起见，以凸透镜或者凹透镜的形式示出了柱状透镜部10，但是实际上柱状透镜部在外观上是平板形式。
根据实施方式1的立体图像显示装置1包括：
(A)图像显示部40，具有以二维矩阵设置的多个像素41，
(B)柱状透镜部10，由并排设置的多个柱面透镜组成，以及
(C)透镜控制部56。
这里，实施方式1进一步包括光源。依次设置光源、图像显示部40以及柱状透镜部10。图像显示部40包括液晶显示装置，而光源包括已知的背光42。
立体图像显示装置1包括图3中所示的控制电路50。控制电路50包括：数据驱动器54、栅极驱动器55、定时控制部(定时发生器)52、图像信号处理部(信号发生器)51、图像存储器53以及透镜控制部56。数据驱动器54基于图像信号将驱动电压提供给组成图像显示部40的像素41。栅极驱动器55沿着未示出的扫描线一条线一条线地按顺序驱动像素41。定时控制部52控制数据驱动器54和栅极驱动器55。图像信号处理部51处理外部提供的图像信号以生成分开的图像信号。图像存储器53是适用于存储来自图像信号处理部51的分开的图像信号的帧存储器。
图像信号处理部51将一段外部提供的图像数据划分为给定数量段(例如，两段或者四段)图像数据(分开的图像数据)。即，图像信号处理部51将组成一段图像数据的图像信号划分为组成给定数量图像显示帧(给定数量图像信号组)的图像信号并且将图像信号发送给图像存储器53。此外，图像信号处理部51将给定控制信号提供给定时控制部52以使数据驱动器54、栅极驱动器55以及透镜控制部56与图像显示帧之间的切换同步地操作。透镜控制部56根据由定时控制部52所执行的定时控制将各种级别的电压提供给形成透镜室18的电极21、22以及23。应该注意，可以通过捕捉要从各种角度显示的目标来预先准备这些分开的图像信号。
当其中设置了多(NCL)个柱面透镜的方向假设是X方向(其中，柱面透镜的轴线定向在Y方向，并且其中柱面透镜的光轴OA定向在Z方向时)时，柱状透镜部10包括在X方向上并排设置的多(M)个透镜室18(其轴线定向在Y方向上)。每个柱面透镜包括由多(NLC-unit)个连续透镜室18所组成的菲涅尔透镜。每个透镜室18具有电极21、22以及23并且填充(密封)有具有不同折射率的的第一液体31和第二液体32。每个透镜室18形成液体透镜，由第一液体31和第二液体32之间的界面组成的液体透镜表面随着施加于电极21、22以及23的电压而发生改变。柱面透镜用作凸透镜。
透镜控制部56控制施加于每个透镜室18中的电极21、22和23的电压以在X方向上移动柱面透镜的光轴OA。更具体地，在X方向上移动柱面透镜的光轴OA与图像显示部40上的图像帧之间的切换同步。假设将X方向定向为与图像显示部的水平方向平行。此外，将柱状透镜部10和图像显示部40设置为使得柱面透镜的焦平面与图像显示部40的显示表面相一致。
更具体地，如图1B所示，我们假设，将电压Vs-R施加于第s个透镜室18S的第三电极23，将电压V(s+1)-L施加于第(s+1)个透镜室的第二电极22，将电压V(s+1)-R施加于第(s+1)个透镜室的第三电极23等，并且将电压V(s+10)-R施加于第(s+10)个透镜室18(S+10)的第三电极23，并且将电压V(s+11)-L施加于第(s+11)个透镜室的第二电极22。在图1B所示的条件下，如在下面的表1中所示，由透镜控制部56来控制施加于电极22和电极23的电压。在表1中越高，电压级别就越高。通过利用透镜控制部56控制施加于电极22和23的电压，更具体地，通过每当图像显示帧切换时改变施加于电极22和23的电压，如图2A至图2C所示，可以在X方向上移动柱面透镜的光轴OA(通过在图2A至图2C中的虚线示出)。在实施方式1中，电极21接地而用作共用电极。
[表1]
V(s+1)-R＝V(s+5)-L＝V(s+6)-R＝V(s+10)-L
V(s+2)-R＝V(s+4)-L＝V(s+7)-R＝V(s+9)-L
V(s+3)-L＝V(s+3)-R＝V(s+8)-L＝V(s+8)-R
V(s+2)-L＝V(s+4)-R＝V(s+7)-L＝V(s+9)-R
V(s+1)-L＝V(s+5)-R＝V(s+6)-L＝V(s+10)-R
根据实施方式1的立体图像显示装置的驱动方法使用根据实施方式1的立体图像显示装置1。该驱动方法通过利用透镜控制部56控制施加于每个室18中的电极21、22和23的电压而在X方向上移动柱面透镜的光轴OA。这里，在X方向上移动柱面透镜的光轴OA与图像显示部40上的图像帧之间的切换同步。
下文中，将参照图4至图6给出当在根据实施方式1的立体图像显示装置中在X方向上移动组成柱状透镜部10的柱面透镜的光轴OA时在不同视点处所获得图像种类的描述。这些图示出了仿佛在柱面透镜之间存在不组成柱面透镜的区域。然而，实际上，在柱面透镜之间不存在不组成柱面透镜的区域。
当在图像显示部上显示NPOV幅不同图像时，每幅图像通过NCL个柱面透镜聚焦在单个视点处。为了在图像显示部上显示NPOV幅不同图像，将像素子单元分组成NPOV个不同像素子单元组。尽管这里将给出假设NPOV为三个(3)的描述，但是NPOV不限于三个(3)。如图4所示，我们假设，通过NCL个柱面透镜将显示在第一像素子单元组[1]上的图像“A1”(由图4中的实线所示)聚焦在第一视点处，通过NCL个柱面透镜将显示在第二像素子单元组[2]上的图像“B1”(由图4中的虚线所示)聚焦在第二视点处，通过NCL个柱面透镜将显示在第三像素子单元组[3]上的图像“C1”(由图4中的点划线所示)聚焦在第三视点处。这些图像“A1”、“B1”、“C1”同时在图像显示部上显示。接下来，在图像显示部上切换图像帧。这时，在X方向上移动柱面透镜的光轴OA与图像显示部上的图像帧之间的切换同步。然后，如图5所述，通过NCL个柱面透镜将显示在第二像素子单元组[2]上的图像“A2”(由图5中的虚线所示)聚焦在第一视点处。通过NCL个柱面透镜将显示在第三像素子单元组[3]上的图像“B2”(由图5中的点划线所示)聚焦在第二视点处。通过NCL个柱面透镜将显示在第一像素子单元组[1]上的图像“C2”(由图5中的实线所示)聚焦在第三视点处。这些图像“A2”、“B2”、“C2”也在图像显示部上同时显示。此外，在图像显示部上切换图像帧。这时，在X方向上类似地移动柱面透镜的光轴OA与图像显示部上的图像帧之间的切换同步。然后，如图6所述，通过NCL个柱面透镜将显示在第三像素子单元组[3]上的图像“A3”(由图6中的点划线所示)聚焦在第一视点处。通过NCL个柱面透镜将显示在第一像素子单元组[1]上的图像“B3”(由图6中的实线所示)聚焦在第二视点处。通过NCL个柱面透镜将显示在第二像素子单元组[2]上的图像“C3”(由图6中的虚线所示)聚焦在第三视点处。这些图像“A3”、“B3”、“C3”也在图像显示部上同时显示。另一方面，图像“A1”、“A2”、“A3”是产生自单段图像数据“A0”的相同图像。类似地，图像“B1”、“B2”、“B3”是产生自单段图像数据“B0”的相同图像。图像“C1”、“C2”、“C3”是产生自单段图像数据“C0”的相同图像。即，在NPOV个不同像素41上空间显示单段图像数据。
如上所述，将单段图像数据在时间上划分为给定数量(例如，两个或者四个)的图像数据段(分开的图像数据)。一个图像通过给定数量的图像帧按顺序地在第一像素子单元组[1]、第二像素子单元组[2]以及第三像素子单元组[3]，一直到第NPOV像素子单元组[NPOV]上进行显示。即，图像数据的单个空间段在整个图像显示部上进行显示。这有助于图像显示部的更高的可视分辨率，因此解决了由增加视点所导致的立体图像分辨率降低的问题。
即，在立体图像显示装置1中，数据驱动器54和栅极驱动器55基于从图像信号处理部51所提供的分开的图像信号而将驱动电压(像素应用电压)(未示出)提供给像素41的像素电极。更具体地，栅极驱动器55将脉冲电压施加于在图像显示部40的行中的TFT元件的栅电极。同时，数据驱动器54基于分开的图像信号将像素应用电压施加于行中的像素电极。这通过未示出的液晶层调制从背光所发出的光，使得组成图像的光(显示图像光)从图像显示部40的每个像素41发出并且产生二维显示图像。从图像显示部40所发出的显示图像光穿过柱状透镜部10。这时，为了基于从透镜控制部56所提供的控制信号在X方向上移动柱面透镜的光轴OA，控制施加于每个透镜室18中的电极21、22和23的电压。结果，每当针对每个图像显示帧切换分开的图像信号时，从像素41发出的显示图像光的方向改变。这里，显示图像光包含关于双眼视差和倾向角(vergence angle)的信息。因为根据从图像观察者至图像显示部的距离发出适当的显示图像光，所以根据从图像观察者至图像显示部的距离来显示期望的立体图像。
如上所述，在根据实施方式1的立体图像显示装置1或者其驱动方法中，透镜控制部56控制施加于每个透镜室18中的电极21、22和23的电压以在X方向上移动柱面透镜的光轴OA。此外，当透镜控制部56控制施加于每个透镜室中的电极21、22和23的电压的时候，柱面透镜的光轴OA在X方向上移动。如上所述，在X方向上移动柱面透镜的光轴OA有助于图像显示部40的更高的可视分辨率，因此，解决了由增加视点的数量NPOV所导致的立体图像的分辨率降低的问题。增加视点数量NPOV允许在大空间区域中观察立体图像。另一方面，在X方向上的柱面透镜的光轴OA的移动是基于液体透镜的作用而不是通过使用任何机械装置来达到。结果，可以高速控制移动，因此允许应用于大面积立体图像显示装置。
当一人通过立体图像显示装置观察立体图像时，可能存在不利地影响对整个屏幕的视觉感知的在幻视条件(pseudoscopic condition，逆视状态)下的空间区域。术语“幻视条件”指的是最初应该通过图像观察者的左眼视觉感知的图像进入右眼，而最初应该通过图像观察者的右眼视觉感知的图像进入左眼的现象。即，当图像观察者可以保真显示地观看左图像和右图像时，他或者她可以感知立体图像。然而，如果图像观察者在左图像和右图像颠倒的幻视位置处，则他或者她不能正确地感知立体图像。因此，如果幻视条件发生，则图像观察者必须移动至他或者她可以正确感知立体图像的位置。对于在现有技术中的立体图像显示装置，论述了作为幻视条件的解决办法的称为头跟踪的技术。该技术依靠对立体图像显示装置的操作来移动幻视位置以显示图像使得观察者可以一直在保真显示位置处观看图像。然而，至今还没有实现观看区域的高精确调节。
实施方式1可以通过在X方向上移动柱面透镜的光轴OA来移动在幻视的条件下空间区域，因此，允许高精确调节观看区域而避免了更大观察位置的幻视位置。这基本上消除了图像观察者移动至他或者她可以正确感知立体图像的位置的需要。应该注意，如果立体图像显示装置具有适用于测量图像观察者的位置的位置测量部57(将在稍后进行描述实施方式5中描述)，则可将幻视位置从图像观察者所在的空间区域移开。
下文中，将给出组成柱状透镜部10的透镜室和其它组件的描述。
M透镜室结构柱状透镜部10包括壳体。图7A至图7C示意性地示出了假设柱状透镜部10包括单个透镜室18时组成透镜室18的壳体。这里，图7A为沿着图7B中的箭头A-A截取的示意性截面图，图7B为沿着图7A(没有示出第一液体)中的箭头B-B截取的示意性截面图，而图7C和图8A至图8C为沿着图7A中的箭头C-C截取的示意性截面图。当沿着XZ平面切割时的液体透镜的形状为示意性的并且与实际形状不同。
壳体包括第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13以及第四侧构件14。第二侧构件12与第一侧构件11相对。第三侧构件13连接第一侧构件11的一个端部和第二侧构件12的一个端部。第四侧构件14连接第一侧构件11的另一个端部和第二侧构件12的另一个端部。
壳体进一步包括：附接至第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13以及第四侧构件14的顶部表面的顶板15。
壳体更进一步包括：附接至第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13以及第四侧构件14的底部表面的底板16。
透镜室用第一液体31和第二液体32来填充。第一液体31和第二液体32形成用作柱面透镜的液体透镜，柱面透镜的轴线在第一侧构件11和第二侧构件12延伸的方向(Y方向)上延伸。
将第一电极21设置在顶板15的内表面上。将第二电极22设置在第一侧构件11的内表面上。将第三电极23设置在第二侧构件12的内表面上。这里，在图7A至图7C所示的条件下，没有将电压施加于第一电极21、第二电极22以及第三电极23。
当将适当电压施加于第一电极21、第二电极22以及第三电极23的条件下时，在第一液体31和第二液体32之间的界面的状态发生改变而成在图8A、图8B或者图8C中所示的状态。这里，图8A示出了将相同的电压施加于第二电极22和第三电极23的状态。当沿着XZ平面切割时在透镜室中所形成的液体透镜的形状关于光轴OA对称。另一方面，图8B和图8C示出了将不同电压施加于第二电极22和第三电极23的状态。当沿着XZ平面切割时在透镜室中所形成的液体透镜的形状关于光轴OA不对称。应该注意，在图8C中所示的条件下在第二电极22和第三电极23之间的电势差大于在图8B条件下的电势差。如图8B和图8C所示，可以根据在第二电极22和第三电极23之间的电势差改变每个透镜室的屈光力。此外，可以在与Y方向垂直的X方向上移动液体透镜的光轴OA(由虚线所示)。更进一步地，可以通过NLC-unit个连续透镜室18作为一个整体形成菲涅尔透镜。
如上所述，M透镜室结构柱状透镜部10由多个透镜室18组成。这里，图9和图10A至图10C示出了多个透镜室18的示意性截面图。应该注意，图9为沿着图7B中的箭头A-A截取的类似示意性截面图，而图10A至图10C为沿着图9中的箭头C-C截取的示意性截面图。应该注意，沿着图9中所示的箭头B-B截取的示意性截面图与在图7B中所示的类似。上述M透镜室结构柱状透镜部具有第A种构造。
具有第A种构造的M透镜室结构柱状透镜部10包括：
(A)壳体，以及
(B)(M-1)个隔离壁构件17
壳体包括第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13以及第四侧构件14。第二侧构件12与第一侧构件11相对。第三侧构件13连接第一侧构件11的一个端部和第二侧构件12的一个端部。第四侧构件14连接第一侧构件11的另一个端部和第二侧构件12的另一个端部。
壳体进一步包括：附接至第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13以及第四侧构件14的顶部表面的顶板15。
壳体更进一步包括：附接至第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13以及第四侧构件14的底部表面的底板16。
将(M-1)个隔离壁构件17彼此平行地设置在第一侧构件11和第二侧构件12之间。
这里，在所示的实例中，仅为了简化说明，并排设置透镜室18(181、182、183、184以及185)。每个透镜室18(181、182、183、184以及185)填充有第一液体31和第二液体32。第一液体31和第二液体32形成用作柱面透镜的液体透镜，该柱面透镜的轴线平行于隔离壁构件17延伸的方向(Y方向)延伸。
第一透镜室181包括第一侧构件11和第三侧构件13、第一隔离壁构件17、第四侧构件14、顶板15以及底板16。第一电极21设置在组成透镜室181的顶板15的内表面上。第二电极22设置在组成透镜室181的第一侧构件11的内表面上。第三电极23设置在组成透镜室181的隔离壁构件17的内表面上。
此外，第(m+1)个透镜室18(m+1)包括：第m(其中，m＝1，2，…M-2)个隔离壁构件17、第三侧构件13、第(m+1)个隔离壁构件17、第四侧构件14、顶板15以及底板16。将第一电极21设置在组成第(m+1)个透镜室18(m+1)的顶板15的内表面上。将第二电极22设置在组成第(m+1)个透镜室18(m+1)的第m个隔离壁构件17的内表面上。将第三电极23设置在组成第(m+1)个透镜室18(m+1)的第(m+1)个隔离壁构件17的内表面上。
更进一步地，第M个透镜室18M(＝185)包括：第(M-1)个隔离壁构件17、第三侧构件13、第二侧构件12、第四侧构件14、顶板15以及底板16。将第一电极21设置在组成第M个透镜室18M的顶板15的内表面上。将第二电极22设置在组成第M个透镜室18M的第(M-1)个隔离壁构件17的内表面上。将第三电极23设置在组成第M个透镜室18M的第二侧构件12的内表面上。
应该注意，在所示的实例中，尽管在每个透镜室中设置了第一电极21，但是可以将单个第一电极21设置在如图1A和图1B或者图2A至图2C中所示的顶板15的内表面上。
在具有第A种构造的M透镜室结构柱状透镜部10中，至少将第一侧构件11和第二侧构件12以及隔离壁构件17的表面(这些构件与第一液体31和第二液体32之间的界面位于此表面)处理成是防水的。另一方面，尽管图1A和图1B或者图2A至图2C示出了仿佛在隔离壁构件17的顶部表面和顶板15之间存在间隙，但是隔离壁构件17的底部表面延伸至底板16并且其顶部表面延伸至顶板15。壳体在外观上为矩形。光从底板16进入柱状透镜部10并且从顶板15离开柱状透镜部10。
在根据实施方式1或者根据稍后将描述的实施方式2至实施方式7中的任何一个实施方式的柱状透镜部中，第一液体31和第二液体32彼此不能溶解并且不混溶。第一液体31和第二液体32之间的界面构成透镜表面。这里，第一液体31导电而第二液体32绝缘。第一电极21与第一液体31接触。第二电极22经由绝缘膜24与第一液体31和第二液体32接触。第三电极23经由绝缘膜24与第一液体31和第二液体32接触。另一方面，顶板15和底板16以及第一电极21由对于入射在柱状透镜部10上的光透明的材料制成。
更具体地，顶板15、底板16、第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13和第四侧构件14以及隔离壁构件17由玻璃或者诸如亚克力树脂的树脂制成。导电的第一液体31由密度为1.06g/cm3并且折射率为1.34的氟化锂的水溶液制成。另一方面，绝缘第二液体32由密度为1.02g/cm3并且折射率为1.49的硅油(TSF437，由Momentive Performance Materials Japan LLC制造(former GEToshiba Silicone))制成。第一电极21由ITO制成，而第二电极22和第三电极23由例如金属(诸如金、铝、铜以及银)制成。绝缘膜24由诸如聚对二甲苯、氧化钽以及氧化钛的金属氧化物制成。应该注意，将防水处理层(未示出)设置在绝缘膜24的顶部上。防水处理层由聚对二甲苯或者氟基聚合体制成。优选地，应该将第一电极21的表面和第三侧构件13和第四侧构件14的内表面处理成是防水的。除非另有规定，否则以上情况对于稍后将描述的根据实施方式2至实施方式7的柱状透镜部同样如此。
第一电极21、第二电极22以及第三电极23经由未示出的连接部连接至透镜控制部56使得期望电压被施加于这些电极上。当将电压施加于第一电极21、第二电极22以及第三电极23时，由第一液体31和第二液体32之间的界面组成的透镜表面发生从图10A中所示的向下凸的状态改变至图10B中所示的向上凸的状态。透镜表面根据施加于电极21、22以及23的电压而改变(参照等式A)。在图10B中所示的实例中，向第二电极22和第三电极23施加相同的电压。因此，当沿着XZ平面切割时在透镜室中形成的液体透镜的形状关于液体透镜的光轴对称。另一方面，图10C示出了当向第二电极22和第三电极23施加不同电压时的状态。在这种情况下，形成菲涅尔透镜。此外，作为一个整体的柱状透镜部10的光轴可以移动。此外，可以根据第二电极22和第三电极23之间的电势差来改变每个透镜室的屈光力。应该注意，当菲涅尔透镜根据施加于第一电极21、第二电极22以及第三电极23的电压来输送屈光力时，该菲尼尔透镜的屈光力在YZ平面(或者与YZ平面平行的平面)内基本上为零。在XZ平面中的菲涅尔透镜的屈光力具有有限值。这里，术语“菲尼尔透镜的光轴”指的是当沿着XZ平面切割菲涅尔透镜时连接由作为一个整体的菲涅尔透镜得到的虚拟透镜(根据作为一个整体的菲涅尔透镜得到的单个透镜)的两个虚拟光学表面的曲率中心的直线。
根据实施方式1的柱状透镜部10的以上基本操作对于稍后将描述的根据实施方式2至实施方式7的柱状透镜部相同。
[实施方式2]
实施方式2为实施方式1的变形并且涉及第B种构造。如图11A中的示意性截面图中所示，在M透镜室结构柱状透镜部10中，隔离壁构件17的底部表面延伸至底板16，具有设置在隔离壁构件17的顶部表面和顶板15之间的间隙。应该注意，图11A以及稍后将描述的图11B和图11C为沿着图9中的箭头C-C截取的类似示意性截面图。除在这方面以外，根据实施方式2的立体图像显示装置可以以与根据实施方式1的立体图像显示装置相同的方式来构造和构成。因此，省略了其详细描述。
[实施方式3]
实施方式3也为实施方式1的变形并且涉及第C种构造。如图11B中的示意性截面图中所示，在根据实施方式3的M透镜室结构柱状透镜部中，在隔离壁构件17的底部表面和底板16之间设置间隙，并且隔离壁构件17的顶部表面延伸至顶板15。除在这方面以外，根据实施方式3的立体图像显示装置可以以与实施方式1的立体图像显示装置相同的方式构造和构成。因此，省略了其详细描述。
[实施方式4]
实施方式4也为实施方式1的变形并且涉及第D种构造。如图11C中的示意性截面图中所示，在根据实施方式4的M透镜室结构的柱状透镜部中，在隔离壁构件17的底部表面和底板16之间设置间隙，并且还在隔离壁构件17的顶部表面和顶板15之间设置间隙。除在这方面以外，根据实施方式4的立体图像显示装置可以以与根据实施方式1的立体图像显示装置相同的方式来构造和构成。因此，省略了其详细描述。
例如，如下所述，可以制造在实施方式4中所述的柱状透镜部。
首先，制造第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13、第四侧构件14、顶板15、底板16以及隔离壁构件17。应该注意，在第二侧构件12和第四侧构件14上适当地设置适用于注入液体的注入口和适用于流出液体的流出口。然后，使用例如粘合剂将第一侧构件11、第二侧构件12、第三侧构件13、第四侧构件14、底板16以及隔离壁构件17装配在一起。接下来，基于例如溅射或者电镀在第一侧构件11和第三侧构件13以及隔离壁构件17上形成第二电极22和第三电极23。另一方面，基于例如溅射或者电镀在顶板15上预先形成第一电极21。然后，将顶板15固定至侧构件11、12、13和14。
接下来，首先，从设置在第二侧构件12上的注入口(未示出)注入第二液体32，随后注入第一液体31，同时使透镜室18降压。这时，第一液体31被注入，同时形成与第二液体32的界面。从流出口(未示出)流出一部分第二液体32。最后，将注入口和流出口密封，并且将电极连接至透镜控制部56以完成柱状透镜部。
应该注意，实质上，在其它实施方式中描述的柱状透镜部可以以基本相同的方式进行制造。
[实施方式5]
实施方式5为实施方式1至实施方式4的变形。在根据实施方式5的立体图像显示装置中，在每个透镜室中控制施加于电极的电压以改变柱面透镜的设置间距。这里，可以通过改变柱面透镜的设置间距来改变观看距离，即，从图像观察者至图像显示部的距离。图13为用于描述在根据实施方式5的立体图像显示装置中像素间距、视点到视点距离和柱面透镜间距之间的关系的示意图。图12为示出根据实施方式5的立体图像显示装置的整体构造的框图。
我们假设两个像素，一个包括在第一像素子单元组[1](称作“像素-1”)中而另一个包括在第二像素子单元组[2](称作“像素-2”)中。这里，我们假设在图像显示部中像素-1和像素-2彼此相邻设置使得通过像素-1(一种，点图像)所获得的图像和通过像素-2(一种，点图像)所获得的图像彼此相邻。如图13所示，像素-1和像素-2之间的距离(像素-1和像素-2之间的间距)由“P1”表示。此外，从图像显示部40至柱状透镜部10的距离由d1表示，第一视点和第二视点之间的距离(视点与视点距离)由P2表示，从图像显示部40至包含两个视点的虚拟平面的距离由d2表示，以及相邻柱面透镜之间的间距(在柱面透镜的设置中的空间频率)由P3表示。从图13中，P1、P2、P3、d1和d2之间的关系如通过以下等式1和等式2所示。
d2＝(P1+P2)d1/P1               …(1)
P3＝{(d2-d1)/d2}NPOV·P1       …(2)
从等式1和等式2导出以下等式3和等式4：
d2＝NPOV·P1·d1/(NPOV·P1-P3) …(3)
P2＝P1·P3/(NPOV·P1-P3)       …(4)
顺便提及，通常，现有技术中的立体图像显示装置不能改变由柱状透镜部的间距P3确定的距离d2(参照上面的等式3)。因此，在通过假设房间的具体大小而预先确定观看距离(d2-d1)以后，设计立体图像显示装置。结果，如果图像观察者在假设距离(d2-d1)外部的位置处观察图像，则可能对感知立体图像产生不利影响。即，根据要观察图像的房间的大小，需要多种模式。这在考虑批量生产时是有问题的。
根据等式3，如果相邻柱面透镜之间的设置间距P3可以改变，则d2(即，观看距离(d2-d1))可以改变。这消除了对根据要观察图像的房间大小的多种模式的需要。因此，即使图像观察者的位置改变，即，即使距离d2改变，根据实施方式5的立体图像显示装置也可以改变相邻柱面透镜之间的间距P3。这确保了不会妨碍图像观察者对立体图像的观察。应该注意，为了改变在相邻柱面透镜之间的间距P3，仅有必要用透镜控制部56适当改变施加于电极21、22和23的电压。
根据实施方式5的立体图像显示装置进一步包括适用于测量图像观察者的位置的位置测量部57，因此，基于由位置测量部57所获得的图像观察者的位置信息来控制施加于每个透镜室中的电极的电压。如图12所示，其中，可以用作位置测量部57的装置为具有能够捕捉静止或者移动图像的固态成像装置的摄像机或者网络相机和红外线位置测量装置。响应于来自位置测量部57的输出，透镜控制部56仅需要通过公知的方法来确定图像观察者的位置并且基于图像观察者的位置信息控制施加于如上所述的每个透镜室18中的电极21、22和23的电压。
可选地，立体图像显示装置可以具有用于进入诸如“1m”、“2m”、或者“3m”的图像观察者的近似位置(从立体图像显示装置至图像观察者的距离)的开关或者其它控制。在这种情况下，透镜控制部56检查哪个开关被操作以控制施加于每个透镜室18中的电极21、22和23的电压。
除在这方面以外，根据实施方式5的立体图像显示装置可以以与根据实施方式1的立体图像显示装置相同的方式构筑和构成。因此，省略了其详细描述。
[实施方式6]
实施方式6为实施方式1至实施方式5的变形。图14示出了柱状透镜部10A的示意图。在实施方式6中，边界透镜室19设置在柱面透镜之间。边界透镜室19具有与柱面透镜的屈光力符号相反的屈光力。更具体地，柱面透镜用作凸透镜，并且由边界透镜室19形成的透镜用作凹透镜。
除在这方面以外，根据实施方式6的立体图像显示装置可以以与根据实施方式1的立体图像显示装置相同的方式构造和构成。因此，省略了其详细描述。在实施方式6中，穿过边界透镜部19的光没有到达图像观察者，因此，图像观察者难以在视觉上感知柱面透镜之间的边界区域，从而提供显示立体图像的改善的质量。
[实施方式7]
实施方式7为实施方式1至实施方式6的变形。如在用于描述图15中的立体图像显示装置的柱状透镜部、图像显示部以及其它组件的设置的概念图中所示，在实施方式7中，依次设置光源、柱状透镜部10B以及图像显示部40。此外，柱面透镜用作柱状透镜部10B中的凸透镜。来自定向光源的光束(即，从光源所发出的平行光束)穿过柱状透镜部10B，进入图像显示部40。在图15中，柱面透镜的焦平面由长点划线示出。将柱状透镜部10B和图像显示部40设置为使得从柱面透镜至图像显示部的显示表面的距离为柱面透镜的焦距的两倍。
可选地，如在用于描述在图16中的立体图像显示装置的柱状透镜部、图像显示部以及其它组件的构造的概念图中所示，柱面透镜可以用作在柱状透镜部10C中的凹透镜。来自定向光源的光束(即，从光源所发出的平行光束)穿过柱状透镜部10C，进入图像显示部40。在图16中，柱面透镜的焦平面由长点划线示出。将柱状透镜部10C和图像显示部40设置为使得从柱面透镜至图像显示部的显示平面的距离与柱面透镜的焦距相同。
立体图像显示装置和柱状透镜部的构造和结构仅是示意性的，并且组成柱状透镜部和其它组件的材料也是示意性的。可以对它们进行适当改变。此外，还可以根据与液体直接接触或者经由绝缘膜与其接触的液体的性能(导电和绝缘)适当改变第一电极、第二电极以及第三电极的构造、结构、布置以及其它性能。可以通过在X方向上移动组成柱状透镜部的柱面透镜的光轴来改变视点位置。为了改变视点位置，立体图像显示装置可以具有用于进入诸如“立体图像显示装置的前面”、“从立体图像显示装置的前面向右0.5m”、或者“从立体图像显示装置的前面向左0.5m”的图像观察者的近似位置的开关或者其它控制。透镜控制部56检查哪个开关被操作以控制施加于如上所述的每个透镜室18中的电极21、22和23的电压。可以通过基于从位置测量部57获得的图像观察者的位置信息控制施加于每个透镜室中的电极的电压来改变视点位置。可选地，当图像观察者在观察立体图像显示装置上显示的图像的同时通过操作合适的开关调节观看距离和视点位置的时候，可以用透镜控制部56来控制施加于每个透镜室18中的电极21、22和23的电压。另一方面，尽管已经用实施方式描述在立体图像显示装置上显示正在移动的图像的情况，但是也可以在立体图像显示装置上显示静态图像。在实施方式中，图像显示部包括液晶显示装置。然而，图像显示部可以包括自发光图像显示装置，更具体地，包括有机电致发光显示装置或者等离子体显示装置。柱状透镜部中的顶板和底板的概念是相对的。因此，可以将顶板理解为第一光传输构件，并且将底板理解为第二光传输构件。
应该理解，对于本领域的技术人员，文中所述的当前优选实施方式的各种改变和变形是显而易见的。这样改变和变形可以在没有背离本主题的精神和范围并且没有减少其预期优点的情况下进行。因此，所附权利要求包括了这些改变和变形。

Claims (45)

1.一种图像显示装置，包括：
图像显示部；
柱状透镜，包括以线性阵列设置的多个透镜，每个透镜由具有共同光轴的多个相邻可变透镜来限定；以及
控制器，控制多个可变透镜的光学特性以使至少一个所述透镜的所述共同光轴在给定方向上移动。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，每个所述可变透镜为液体透镜。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，每个透镜为菲涅尔透镜。
4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述控制器使所述多个可变透镜的所述光学特性与所述图像显示部的图像帧的切换同步地改变。
5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，通过以线性阵列设置的多个所述透镜将各自由不同像素子单元组显示的多幅不同图像聚焦至多个相应的视点。
6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述控制器使多个透镜的所述共同光轴的所述移动与图像帧的切换同步，使得：
在第一时间，第一图像由第一像素子单元组通过位于第一位置的多个透镜显示至第一视点，以及
在第二时间，第二图像由第二像素子单元组通过位于第二位置的所述透镜显示至所述第一视点，所述透镜的所述第二位置相对于所述第一位置移位。
7.根据权利要求6所述的图像显示装置，其中，所述控制器使所述透镜的所述共同光轴的所述移动同步，使得：
在所述第一时间，第三图像由所述第二像素子单元组通过位于所述第一位置处的所述透镜显示至第二视点，以及
在所述第二时间，第四图像由第三像素子单元组通过位于所述第二位置处的所述透镜显示至所述第二视点。
8.根据权利要求6所述的图像显示装置，其中，所述控制器使所述透镜的所述共同光轴的所述移动同步，使得：
在所述第一时间，第五图像由第三像素子单元组通过位于所述第一位置处的所述透镜显示至第三视点，以及
在所述第二时间，第六图像由第一像素子单元组通过位于所述第二位置处的所述透镜显示至所述第三视点。
9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，透镜之间的设置间距是可变的。
10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中，通过控制对各个所述可变透镜中包括的多个电极的电压施加来改变所述透镜的所述设置间距。
11.根据权利要求9所述的图像显示装置，还包括：位置测量部，被配置用于检测对象相对于所述图像显示部的位置，其中，所述控制器基于从所述位置测量部所获得的所述对象的位置信息来改变所述透镜的所述设置间距。
12.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，构成透镜的相邻可变透镜的数量是可变的。
13.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，边界透镜设置在相邻透镜之间，所述边界透镜均包括多个所述可变透镜并且具有与所述透镜的屈光力在符号上相反的屈光力。
14.根据权利要求1所述的图像显示装置，还包括光源，其中，所述光源、所述图像显示部以及所述柱状透镜依此顺序设置。
15.根据权利要求1所述的图像显示装置，还包括光源，其中，所述光源、所述柱状透镜以及所述图像显示部依此顺序设置。
16.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，每个所述可变透镜为具有室的液体透镜，并且相邻的液体透镜室由隔离壁构件分隔。
17.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中，电极被连接至各个所述液体透镜室的壁。
18.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中，第一液体是所有的所述液体透镜室共有的。
19.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示部、所述柱状透镜以及所述控制器协作使得所述图像能被立体显示。
20.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示部、所述柱状透镜以及所述控制器协作使得能够在不同的视点显示不同的图像。
21.一种显示图像的方法，所述方法包括：
在图像显示装置上显示图像；
控制多个透镜的光学特性以使所述多个透镜形成柱状透镜，每个所述透镜具有共同光轴并且包括多个相邻可变透镜；以及
改变多个所述可变透镜的所述光学特性以使至少一个所述透镜的所述共同光轴在给定方向上移动。
22.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，每个所述可变透镜为液体透镜。
23.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，每个透镜为菲涅尔透镜。
24.根据权利要求21所述的显示图像的方法，还包括：与所述图像显示部的图像帧的切换同步地改变所述多个可变透镜的所述光学特性。
25.根据权利要求21所述的显示图像的方法，还包括：通过以线性阵列设置的多个所述透镜将各自由不同像素子单元组显示的多幅不同图像聚焦至多个相应的视点。
26.根据权利要求21所述的显示图像的方法，还包括：使多个透镜的所述共同光轴的移动与图像帧的切换同步，使得：
在第一时间，第一图像由第一像素子单元组通过位于第一位置的多个透镜显示至第一视点，以及
在第二时间，第二图像由第二像素子单元组通过位于第二位置处的所述透镜显示至所述第一视点，所述透镜的所述第二位置相对于所述第一位置被改变。
27.根据权利要求26所述的显示图像的方法，还包括：使所述透镜的所述共同光轴的所述移动同步，使得：
在所述第一时间，第三图像由所述第二像素子单元组通过位于所述第一位置处的所述透镜显示至第二视点，以及
在所述第二时间，第四图像由第三像素子单元组通过位于所述第二位置处的所述透镜显示至所述第二视点。
28.根据权利要求26所述的显示图像的方法，还包括：使所述透镜的所述共同光轴的所述移动同步，使得：
在所述第一时间，第五图像由第三像素子单元组通过位于所述第一位置处的所述透镜显示至第三视点，以及
在所述第二时间，第六图像由第一像素子单元组通过位于所述第二位置处的所述透镜显示至所述第三视点。
29.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，透镜之间的设置间距是可变的。
30.根据权利要求29所述的显示图像的方法，还包括：通过控制对各个所述可变透镜中包括的多个电极的电压施加来改变所述透镜的所述设置间距。
31.根据权利要求29所述的显示图像的方法，还包括：检测对象相对于所述图像显示部的位置，并且基于检测到的所述对象的位置信息来改变所述透镜的所述设置间距。
32.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，构成透镜的相邻可变透镜的数量是可变的。
33.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，边界透镜设置在相邻透镜之间，所述边界透镜均包括多个所述可变透镜并且具有与所述透镜的屈光力在符号上相反的屈光力。
34.根据权利要求21所述的显示图像的方法，还包括：提供了光源，并且所述光源、所述图像显示部以及所述柱状透镜依此顺序设置。
35.根据权利要求21所述的显示图像的方法，还包括：提供了光源，并且所述光源、所述柱状透镜以及所述图像显示部依此顺序设置。
36.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，每个所述可变透镜为具有多个室的液体透镜，并且相邻的液体透镜室由隔离壁构件分隔。
37.根据权利要求36所述的显示图像的方法，其中，电极被连接至各个所述液体透镜室中的壁。
38.根据权利要求36所述的显示图像的方法，其中，第一液体是所有的所述液体透镜室共有的。
39.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，显示所述图像，以及控制并改变所述多个可变透镜的所述光学特性使得所述图像能被立体显示。
40.根据权利要求21所述的显示图像的方法，其中，显示所述图像，以及控制并改变所述多个可变透镜的所述光学特性使得能够在不同的视点显示不同的图像。
41.一种光学装置，包括
以线性阵列设置的多个可变透镜，每个透镜由具有共同光轴的多个相邻可变透镜来限定；以及
控制器，控制多个所述透镜的光学特性以使至少一个所述透镜的所述共同光轴在给定方向上移动。
42.一种控制包括多个可变透镜的光学装置的方法，所述方法包括：
控制多个可变透镜的光学特性以使多个相邻可变透镜形成具有共同光轴的透镜；以及
改变所述多个可变透镜的所述光学特性以使所述透镜的所述共同光轴在给定方向上移动。
43.一种立体图像显示装置，包括：
图像显示部；
柱状透镜，包括以线性阵列设置的多个液体透镜；以及
控制器，控制所述液体透镜的液-液界面的形状，使得在所述线性阵列的给定方向上在多个相邻液体透镜中顺序形成第一液-液界面形状，
其中，与所述图像显示部的图像帧的切换同步地顺序形成所述液-液界面形状。
44.一种立体显示图像的方法，所述方法包括：
在图像显示装置上显示图像；以及
控制以线性阵列设置的多个液体透镜的液-液界面的形状以在所述线性阵列的给定方向上在多个相邻液体透镜中顺序形成第一液-液界面形状，
其中，与所述图像显示部的图像帧的切换同步地顺序形成所述液-液界面形状。
45.一种立体图像显示装置，包括：
图像显示部；
以线性阵列设置的多个液体透镜室，每个液体透镜室包括：
多个壁，包围第一液体和第二液体，所述第一液体与所述第二液体不混溶，
第一电极、第二电极以及第三电极，设置在所述室的所述壁上；以及
控制器，用于对所述液体透镜室之一，将第一电势施加至所述第一电极并且将第二电势施加至所述第二电极以在所述第一液体和所述第二液体之间形成界面形状，
其中，所述控制器将电势施加至在线性阵列的给定方向上的多个不同液体透镜室中的每一个的第一电极和第二电极，从而在所述不同液体透镜室中顺序形成所述界面形状，以及
其中，与所述图像显示部的图像帧的切换同步地在所述不同液体透镜室中形成所述界面形状。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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