專利名稱：3d圖像/2d圖像切換顯示裝置和便攜式終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠顯示3D圖像和2D圖像、并且能夠從一個切換到另一個的三維(3D)圖像/二維(2D)圖像切換顯示裝置，以及一種包括3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的便攜式終端設(shè)備。
背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)了能夠顯示3D圖像的顯示裝置。目前已經(jīng)研究的3D圖像顯示系統(tǒng)可以被劃分為使用眼鏡方式的系統(tǒng)和不使用眼鏡方式的系統(tǒng)。當采用使用眼鏡方式的系統(tǒng)時，用戶實際上不能夠避免佩戴眼鏡，其中，使用眼鏡的方式包括立體相片(anaglyph)方式、以及利用偏振的偏振玻璃方式。在這方面，最近已經(jīng)對不使用的無眼鏡3D圖像顯示裝置進行了積極的研究。
無眼鏡3D圖像顯示裝置包括視差柵欄(parallax barrier)方式的裝置和柱狀透鏡(lenticular lens)方式的裝置。1896年，Berthier想到了視差柵欄方式，并且由Ives于1903年對其進行了論證。視差柵欄具有在其中形成的多個細小的垂直開口或者切口。在視差柵欄的周圍沿著與切口的長度方向垂直的方向布置著用于右眼的象素(此后被稱為“右眼象素”)和用于左眼的象素(此后被稱為“左眼象素”)。當通過視差柵欄時，來自象素的光被部分地遮蔽。更具體地說，對象素進行布置，從而使來自左眼象素的光到達左眼，而防止其去往右眼象素，同時使來自右眼象素的光到達右眼而不到達左眼。因此，來自左眼象素的光和來自右眼象素的光分別到達左眼和右眼，從而允許用戶將圖像識別為3D圖像。在設(shè)計視差柵欄時，將視差柵欄設(shè)置在象素和眼睛之間，因此成為刺眼的東西，并且提供較低的可視度。最近對液晶顯示器的研究成果可以將視差柵欄布置在每一個顯示器的背后，從而改善了可視性。這造成了最近對視差柵欄方式的顯示器的積極研究。
大約在1910年，由以上提到的Ives等人發(fā)明了柱狀透鏡方式的顯示裝置，例如，在來自Sangyo Tosho出版有限公司的Chihiro Masuda所寫的《3D Display》中對其進行了描述。圖1是顯示柱狀透鏡的形狀的透視圖。如圖1所示，柱狀透鏡100具有具有兩個面，其中一個面是平的，而另一個面具有在其中形成的按照一個方向延伸的多個半圓柱狀的突出部分。顯示針對右眼的圖像的右眼象素和顯示針對左眼的圖像的左眼象素交替布置在透鏡的焦平面上。因此，由柱狀透鏡100將來自每一個象素的光分配到分別去往右眼和左眼的方向。這可以使右眼和左眼識別不同的圖像，從而觀察者可以識別3D圖像。目前，此柱狀透鏡方式被廣泛用于立體電視等。
最近，還對允許3D圖像顯示裝置顯示2D圖像進行了研究。最早的方案是使前述的針對右眼和針對左眼的圖像相互匹配，并且顯示相同的圖像。在這種情況下，在兩個象素之上應(yīng)該顯示相同的信息，從而將分辨率降低到一半。這特別提出了一個重要的問題在顯示2D圖像時，使用最頻繁的文本字符的可視度顯著地降低。
目前，已經(jīng)對顯示3D圖像和2D圖像、并且將它們從一個切換到另一個而不降低分辨率的方案進行了研究。例如，日本專利待審公開No.068961/1996和日本專利待審公開No.112273/1992對使用柱狀透鏡的3D圖像顯示裝置進行了描述，其中對該裝置進行了設(shè)計，從而在柱狀透鏡和透明板之間，并且面向柱狀透鏡的不規(guī)則面(irregular side)，注入與柱狀透鏡材料具有相同折射率的物質(zhì)，以消除透鏡效果。圖2是顯示傳統(tǒng)的3D圖像顯示裝置的透視圖。如圖2所示，透明板103設(shè)置在該傳統(tǒng)3D圖像顯示裝置101的柱狀透鏡102的突起面，并且使間隙104位于柱狀透鏡102和透明板103之間。在顯示2D圖像時，當顯示2D圖像時，由泵105(pump)等將具有與透鏡相同折射率的液態(tài)物質(zhì)(未示出)注入間隙104。這使透鏡效果失效，并且可以確保2D顯示。在顯示3D圖像的情況下，從間隙104中排出注入的物質(zhì)，以使透鏡效果有效，從而確保3D顯示。
日本專利待審公開No.197343/1997描述了一種通過改變象素的圖像顯示表面和柱狀透鏡之間的距離，在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換的3D圖像顯示裝置。圖3是顯示該3D圖像顯示裝置的橫截面圖。如圖3所示，在該傳統(tǒng)3D圖像顯示裝置111中，在柱狀透鏡112和圖像顯示單元113之間的距離是可變的。右眼象素114和左眼象素115交替布置在圖像顯示單元113上。當將在柱狀透鏡112和圖像顯示單元113之間的距離設(shè)置為柱狀透鏡的焦距時，對于來自象素114和115的光，柱狀透鏡112的透鏡效果變得有效，從而確保了3D圖像的顯示。另一方面，當將柱狀透鏡112和圖像顯示單元113之間的距離設(shè)置為約等于零時，柱狀透鏡112的透鏡效果失效，從而可以顯示2D圖像。在將諸如液晶設(shè)備的電子顯示器用作圖像顯示單元113的情況下，玻璃基板的厚度限制了可變的距離，從而難以將柱狀透鏡112和圖像顯示單元113之間的距離設(shè)置為約等于零。為了處理這樣的困難，在圖像顯示單元113的柱狀透鏡面的表面設(shè)置諸如纖維面板116的圖像轉(zhuǎn)移裝置，以便等效地使柱狀透鏡112靠近圖像顯示單元113的附近。
然而，現(xiàn)有技術(shù)具有以下問題。傳統(tǒng)的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置具有柱狀透鏡，并且通過使柱狀透鏡的透鏡效果有效來顯示3D圖像，通過使光學(xué)凸透鏡的透鏡效果無效來顯示2D圖像。由于在使柱狀透鏡的透鏡效果有效和失效之間進行切換的切換裝置尺寸較大，因此，不利地，3D圖像/2D圖像切換顯示裝置變得較厚和較大。切換裝置的存在降低了顯示質(zhì)量。此外，切換裝置的操作需要花費時間，從而需要較長的時間來在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換。因此，切換裝置的使用增加了3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的成本。
將更具體地對這些問題進行討論。依據(jù)如圖2所示的、在日本專利待審公開No.068961/1996和日本專利待審公開No.112273/1992中描述的現(xiàn)有技術(shù)，通過泵105將具有與柱狀透鏡102材料相同折射率的液態(tài)物質(zhì)注入間隙104、以及從間隙104中排出該液態(tài)物質(zhì)的裝置用作切換裝置，以便使柱狀透鏡的透鏡效果有效/失效。然而，該方法需要泵105以便注入和排出液態(tài)物質(zhì)，并且需要容器存儲放電的液態(tài)物質(zhì)。該需要不可避免地使裝置增大，并且增加了成本。如果沒有完全地實現(xiàn)液態(tài)物質(zhì)的注入和排出，會產(chǎn)生氣泡等，從而降低顯示質(zhì)量。此外，液態(tài)物質(zhì)的注入和顯示需要花費時間，從而造成需要較長的時間在顯示2D圖像和顯示3D圖像之間從一個切換到另一個。
在如圖3所示的日本專利待審申請No.197343/1997中描述的現(xiàn)有技術(shù)，將改變柱狀透鏡112和圖像顯示單元113之間的距離的裝置用作切換裝置，以便使柱狀透鏡的透鏡效果有效/失效。該結(jié)構(gòu)需要用于改變距離的空間，從而增加了3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的厚度。需要使用價格昂貴的纖維面板116等會導(dǎo)致成本的增加。此外，由于來自圖像顯示單元113的光通過光纖面板116，因此，與不設(shè)置光纖面板116的情況相比，顯示質(zhì)量變低。另一問題在于柱狀透鏡112的移動需要花費時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種薄、小并且低成本的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置、以及使用該3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的便攜式終端設(shè)備，從而確保在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行快速的切換，提供較高的顯示質(zhì)量，并且特別適用于諸如便攜式電話和PDC(個人數(shù)字助理)的移動應(yīng)用。
依據(jù)本發(fā)明的三維(3D)圖像/二維(2D)圖像切換顯示裝置包括顯示單元，它具有周期性排列的多個象素組，其中每一個象素組包括第一到第n象素(n為等于或者大于2的整數(shù))；第一光學(xué)單元，該光學(xué)單元具有與各個象素組相關(guān)的周期性排列的第一光學(xué)元件，并且對從象素輸出的光進行折射；以及第二光學(xué)單元，該光學(xué)單元具有與各個象素組相關(guān)的周期性排列的第二光學(xué)元件，并且對從第一光單元中輸出的光進行折射，其中，當由第一到第n象素顯示的圖像彼此不同時，將第二光學(xué)單元相對于第一光學(xué)單元設(shè)置在第一位置，從而使第一和第二光學(xué)單元按照相互不同的第一和第n方向輸出從第一到第n象素中輸出的光，以及，當?shù)谝坏降趎象素單獨地顯示相同的圖像時，將第二光學(xué)單元相對于第一光學(xué)單元設(shè)置在第二位置，其中，將第二位置設(shè)置在按照第二光學(xué)元件的排列方向，離第二光學(xué)元件的排列周期的一半的距離、或者等于第二光學(xué)元件的排列周期的整數(shù)倍加上排列周期的一半得到的距離的位置上，從而使第一和第二光學(xué)單元按照相同的方向輸出從第一到第n象素輸出的光。
依據(jù)本發(fā)明，可以通過改變第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元的相對位置，在是按照相互不同的第一到第n方向輸出從第一到第n象素輸出的光、還是按照相同的方向輸出所述的光之間作出選擇。如果由第一到第n象素顯示的圖像相互不同，并且第一和第二光學(xué)單元按照相互不同的第一到第n方向輸出從第一到第n象素中輸出的光，則觀察者可以通過改變觀察點，觀察不同的圖像。這可以允許觀察者識別3D圖像。如果第一到第n象素單獨地顯示相同的圖像，并且第一和第二光學(xué)單元按照相同的方向輸出從第一到第n象素中輸出的光，則可以按照較高的分辨率顯示2D圖像。第一到第n象素單獨地顯示相同的圖像表示這些象素一起顯示相同的圖像。與其中由相互不同的第一到第n象素顯示圖像的情況相比，這可以將相同圖像的分辨率增加n倍。
依據(jù)本發(fā)明，可以通過相對于第一光學(xué)單元將第二光學(xué)單元移動了第二光學(xué)單元的排列周期的一半距離、或者等于第二光學(xué)元件的排列周期的整數(shù)倍加上排列周期的距離的一半的距離，在是按照彼此不同的第一到第n方向輸出從第一到第n象素中輸出的光、還是按照相同的方向輸出所述的光之間作出選擇。這可以實現(xiàn)薄、小和低成本的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，從而確保從一種圖像顯示向另一中圖像顯示的快速切換。此外，由于除了第一和第二光學(xué)單元之外，不存在讓從象素中輸出的光通過的結(jié)構(gòu)元件，因此顯示質(zhì)量極佳。使用第一和第二光學(xué)單元可以降低象差，因此，可以實現(xiàn)高質(zhì)量的圖像顯示。
顯示單元可以具有兩種象素，即針對右眼的右眼象素和針對左眼的左眼象素，在顯示3D圖像時，右眼象素可以顯示針對右眼的圖像，左眼象素可以顯示針對左眼的圖像，并且第一和第二光學(xué)單元可以按照第一方向輸出從右眼象素中輸出的光、以及按照第二方向輸出從左眼象素中輸出的光，在顯示2D圖像時，右眼象素和左眼象素一起可以顯示2D圖像，并且第一和第二光學(xué)單元可以按照相同的方向輸出從右眼象素和左眼象素中輸出的光。這就是前述的n等于2的情況。當觀察者將右眼移動到第一方向的前方，并且將左眼移動到第二方向的前方時，觀察者可以用右眼觀察針對右眼的圖像，以及用左眼觀察針對左眼的圖像。結(jié)果，觀察者可以識別3D圖像。在顯示2D圖像時，觀察者可以用右眼和左眼觀察相同的圖像。
此外，第一光學(xué)單元可以是包括一個或者多個凸面型柱狀透鏡的第一柱狀透鏡部分，其中，第一光學(xué)元件是透鏡元件，第二光學(xué)單元可以是包括一個或者多個凸面型柱狀透鏡的第二柱狀透鏡部分，其中，第二光學(xué)元件是透鏡元件，在顯示3D圖像時，位于第二柱狀透鏡部分的中心的所述透鏡元件的光軸可以與第一柱狀透鏡部分的一個透鏡元件的光軸大體一致，在顯示2D圖像時，可以將位于第二柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸從位于第一柱狀透鏡部分的中心的所述透鏡元件的光軸移動第二柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的長度的一半、或者等于第二柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的整數(shù)倍加上所述的排列周期的長度的一半的長度。
當?shù)谝恢鶢钔哥R的透鏡元件的光軸與第二柱狀透鏡的透鏡元件的光軸匹配時，第一和第二柱狀透鏡變得等價于其曲率等于第一和第二柱狀透鏡的曲率的兩倍、并且其排列周期等于第一和第二柱狀透鏡的排列周期的單個的虛擬柱狀透鏡。這可以使針對右眼的圖像按照第一方向輸出，以及使針對左眼的圖像按照第二方向輸出。此外，當將第一柱狀透鏡的透鏡元件的光軸從第二柱狀透鏡的透鏡元件的光軸移動排列周期的一半時，第一和第二柱狀透鏡變?yōu)槠淝实扔诘谝缓偷诙鶢钔哥R的曲率的兩倍，并且其排列周期大約等于第一和第二柱狀透鏡的排列周期的一半的單個的虛擬柱狀透鏡。這可以允許透鏡元件分別與各個圖像對應(yīng)，從而按照相同的方向，對各個圖像進行放大地投影。
此外，第一和第二柱狀透鏡部分中的至少一個可以包括兩個或者更多相互堆疊的柱狀透鏡。在這種情況下，3D圖像/2D圖像切換顯示裝置具有三個或者更多的柱狀透鏡。該結(jié)構(gòu)還降低了象差(aberration)。
此外，優(yōu)選的是，第一柱狀透鏡部分的透鏡元件的曲率應(yīng)該等于第二柱狀透鏡部分的透鏡元件的曲率，并且在將第一和第二柱狀透鏡部分看作單個的虛擬柱狀透鏡的情況下，在第一和第二柱狀透鏡部分之間的間隙應(yīng)該等于或者小于虛擬柱狀透鏡的透鏡元件的焦距的20％。這可以實現(xiàn)更好的3D圖像顯示。
此外，優(yōu)選的是，在顯示3D圖像時，位于第一柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸和位于第二柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸之間的偏差量應(yīng)該等于或者小于第一柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的12％。這可以實現(xiàn)更好的3D圖像顯示。
此外，設(shè)置的第一和第二雙光凸透鏡部分可以分別相對于顯示單元移動，在顯示3D圖像時，位于第一和第二柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸可以通過由位于顯示單元的中心的右眼象素和左眼象素組成的象素組的中心，在顯示2D圖像時，位于第一柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸可以通過從所述的象素組的中心移動第一柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的四分之一的長度、或者等于第一柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的整數(shù)倍加上所述排列周期的四分之一的長度的位置，并且位于第二柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸可以通過、按照與相對于顯示單元進行移動的方向相反的方向，從象素組的中心移動所述排列周期的四分之一的長度、或者等于第二柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的整數(shù)倍加上所述的排列周期的四分之一的長度的位置。這可以使3D可視范圍和2D可視范圍相互匹配，從而不需要在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換時改變觀察點。
此外，優(yōu)選的是，在顯示2D圖像時，應(yīng)該將其中對象素的光發(fā)射部分進行放大地投影的2D可視范圍的寬度設(shè)置得大于觀察者兩只眼睛之間的距離，以及在顯示3D圖像時，應(yīng)該將其中通過離象素最近的透鏡元件對從所述的象素輸出的光進行放大地投影的3D可視范圍的寬度設(shè)置為觀察者的兩只眼睛之間的距離的兩倍。這可以使3D可視范圍和2D可視范圍相互重疊的區(qū)域最大。雖然觀察者的兩只眼睛之間的距離彼此不同，但是可以采用希望成為本發(fā)明的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的用戶的兩只眼睛之間的平均距離。通常，經(jīng)常使用諸如65mm的值作為兩只眼睛之間的距離。
第一和第二光學(xué)單元的其中之一可以是包括一個或者多個凸面型柱狀透鏡的凸面型柱狀透鏡部分，第一和第二光學(xué)單元中的另一個可以是包括一個或者多個凹面型柱狀透鏡的凹面型柱狀透鏡部分，在第一到第n象素分別顯示第一到第n圖像時，可以將位于凸面型柱狀透鏡部分的中心的所述透鏡元件中心的光軸從位于凹面型柱狀透鏡部分的中心的所述透鏡元件的光軸移動凸面型柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期的長度的一半，或者等于凸面型柱狀透鏡的透鏡元件的排列周期的整數(shù)倍加上排列周期的長度的一半的長度，并且在第一到第n象素分別一起顯示相同的圖像時，位于凸面型柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸可以與凹面型柱狀透鏡部分的一個透鏡元件的光軸大體一致。
在將凸面型柱狀透鏡的光軸從凹面型柱狀透鏡的光軸移動排列周期的一半時，凸面型和凹面型柱狀透鏡變?yōu)榈葍r于其上排列有與各個象素對應(yīng)的棱鏡元件的單個的虛擬棱鏡板。虛擬棱鏡板使從第一到第n象素輸出的光按照第一到第n方向輸出。當凸面型柱狀透鏡的光軸與凹面型柱狀透鏡的光軸匹配時，抵消了透鏡功能，并且按照相同的方向輸出從第一到第n象素中輸出的光。
此外，第一光學(xué)單元可以是包括一個或者多個飛孔(fly-eye)透鏡的第一飛孔透鏡部分，第二光學(xué)單元可以是包括一個或者多個飛孔透鏡的第二飛孔透鏡部分，并且第二飛孔透鏡部分可以相對于第一飛孔透鏡部分，按照對顯示單元中的象素進行排列的所有方向移動。這可以允許光按照對象素進行排列的每一個方向照射。結(jié)果，例如，可以按照除了屏幕的左右方向之外的上下方向輸出不同的圖像。因此，即使當諸如將屏幕的方向切換到左右方向和上下方向，還可以確保在每一個方向上的3D圖像顯示。此外，可以實現(xiàn)在上下方向的3D感覺。
第一光學(xué)單元可以是其上排列有棱鏡元件的第一棱鏡板，第二光學(xué)單元可以是其上排列有棱鏡元件的第二棱鏡板，在顯示3D圖像時，從與顯示單元的顯示表面垂直的方向上可以看到，位于第二棱鏡板的中心的棱鏡元件的頂點可以與位于第一棱鏡板中的一個棱鏡元件和與所述的一個棱鏡元件鄰接的棱鏡元件之間的谷底部分大體一致，在顯示2D圖像時，從與顯示單元的顯示表面垂直的方向可以看到，位于第二棱鏡板中心的棱鏡元件的頂點可以與第一棱鏡板的一個棱鏡元件的頂點大體一致。與使用柱狀透鏡的情況相比，使用棱鏡板作為光學(xué)單元可以使成本降低。
優(yōu)選的是，顯示單元應(yīng)該具有對從象素中輸出的光進行著色的濾色器，并且應(yīng)該具有著色為多種顏色且相互平行地周期性排列的條狀部分，條狀部分的長度方向應(yīng)該與第一和第二光學(xué)元件的排列方向平行。這可以防止顏色干擾(color moiré)的產(chǎn)生，從而確保高質(zhì)量的圖像顯示。
可選擇的是，顯示單元應(yīng)該通過彩色場序制顯示(color field sequentialdisplay)方法來顯示圖像。這可以取消對濾色器的需要，并且可以降低色彩空間分割(division of the color space)從而改善圖像顯示質(zhì)量。還可以將象素數(shù)量降低到通常數(shù)量的三分之一。此外，不存在由濾色器產(chǎn)生的光吸收，從而改善了可以有助于節(jié)能的發(fā)射效率。
3D圖像/2D圖像切換顯示裝置還可以包括裝入顯示單元和第一和第二光學(xué)單元，并且將第二光學(xué)單元固定在其上的外殼(casing)。在這種情況下，第二光學(xué)單元可以具有作為顯示單元的保護板、觸摸板、或者前光的能力。這消除了特別地提供保護板、觸摸板或者前光的需要，從而可以增強所述裝置的能力和/或使所述裝置變薄。
第一光學(xué)單元的至少一部分可以與構(gòu)成顯示單元的顯示表面的構(gòu)件結(jié)合起來形成。這可以使3D圖像/2D圖像切換顯示裝置更薄。如果將3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的厚度設(shè)為不變，則可以增加其他的光學(xué)單元的厚度，從而抑制光學(xué)單元的扭曲和變形。這可以使具有較高的顯示質(zhì)量的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置被高成品率地制造。
從與顯示單元的顯示表面垂直的方向可以看到，第一和第二光學(xué)單元中的至少一個可以被分割為多個部分，并且多個部分可以相互獨立地移動。這可以確保同時顯示2D圖像和高分辨率的2D圖像。
優(yōu)選的是，應(yīng)該為第一和第二光學(xué)單元中的至少一個設(shè)置框架。這可以抑制諸如扭曲和變形的光學(xué)單元的變化。
此外，優(yōu)選的是，應(yīng)該在第一和第二光學(xué)單元中的至少一個的表面上形成抗反射涂層。這可以抑制光學(xué)單元對光的反射，從而改善顯示質(zhì)量。
3D圖像/2D圖像切換顯示裝置還可以包括與第一和第二光學(xué)單元中的至少一個連接的執(zhí)行裝置(actuator)，以便將第一和第二光學(xué)單元中的所述的一個相對于另一個光學(xué)單元而移動。
3D圖像/2D圖像切換顯示裝置還可以包括外殼，用于裝入顯示單元以及第一和第二光學(xué)單元；以及一對或者多對非線性彈簧，所述的彈簧位于外殼和第一和第二光學(xué)單元的至少一個之間，從而按照第一光學(xué)元件的排列方向伸長和縮短，并且當位移量超過閾值時，其反作用力不連續(xù)地降低，并且對所述的彈簧進行設(shè)置，從而使每對非線性彈簧中的一個的位移量大于閾值，而另一非線性彈簧的位移量小于閾值。因此，由于非線性彈簧的反作用力的差別，可以將光學(xué)單元穩(wěn)定地保持在第一位置或者第二位置。
所述的執(zhí)行裝置可以是由形狀記憶合金組成的線性構(gòu)件，并且與電源連接。因此，可以使用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對電信號進行操作的執(zhí)行裝置。
依據(jù)本發(fā)明的便攜式終端設(shè)備具有如上所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置。該便攜式終端設(shè)備可以是便攜式電話、便攜式終端、PDA、游戲機、數(shù)字相機、或者數(shù)字錄像機(digital video)。
依據(jù)本發(fā)明，如上所闡明的，提供了其上排列有第一光學(xué)元件的第一光學(xué)單元、以及其上排列有第二光學(xué)元件的第二光學(xué)單元，并且第二光學(xué)單元相對于第二光學(xué)單元，按照第一和第二光學(xué)單元的排列方向移動，以便改變第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元的相對位置，從而可以在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間從一個切換到另一個。這可以實現(xiàn)薄、小且低成本的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，從而在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行快速的切換，并且提供較高的顯示質(zhì)量。


圖1是示出柱狀透鏡的形狀的透視圖；圖2是示出一種傳統(tǒng)3D圖像顯示裝置的透視圖；圖3是示出另一傳統(tǒng)的3D圖像顯示裝置的橫截面圖；圖4是示出依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖；圖5是示出依據(jù)本實施例的便攜式終端設(shè)備的透視圖；圖6A和6B是說明切換顯示裝置的操作的橫截面圖，圖6A示出顯示3D圖像的情況，而圖6B示出顯示2D圖像的情況；圖7是示出在顯示3D圖像時，將兩個柱狀透鏡看作單個的柱狀透鏡的情況下的光學(xué)模型；圖8示出等價于兩個柱狀透鏡的單個的柱狀透鏡的橫截面圖；圖9是示出用于在實施例中仿真的光學(xué)模型，并且示出在顯示3D圖像時的布置；圖10是示出仿真結(jié)果的曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度(irradiance)。
圖11是示出在使用單個的柱狀透鏡顯示3D圖像的情況下、以及在不使用柱狀透鏡顯示2D圖像情況下的曲線圖；其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度。
圖12是示出仿真結(jié)果的曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度。
圖13是示出柱狀透鏡之間的距離對3D圖像的顯示質(zhì)量的影響，其中，水平軸示出觀察者在柱狀透鏡的z軸上的位置，垂直軸示出對比率(CR)；圖14是示出仿真結(jié)果的曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度；圖15是示出柱狀透鏡之間的距離對3D圖像的顯示質(zhì)量的影響的曲線圖，其中，水平軸示出觀察者在柱狀透鏡的X軸上的位置，垂直軸示出對比率CR；圖16是示出依據(jù)本發(fā)明的第二實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出2D圖像的顯示狀態(tài)；圖17是示出在圖16中的裝置上的仿真結(jié)果，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度；圖18是示出依據(jù)本發(fā)明的第三實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出3D圖像的顯示狀態(tài)；圖19是示出依據(jù)本發(fā)明的第四實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出了3D圖像的顯示狀態(tài)；圖20A和20B是示出3D可視范圍和2D可視范圍的容許范圍的曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度；
圖21A和21B是示出依據(jù)本發(fā)明的第五實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，圖21A示出2D圖像顯示狀態(tài)，而圖21B示出3D圖像顯示狀態(tài)；圖22是示出透鏡的形狀的曲線圖，其中，在水平軸上采用在與光軸垂直的透鏡上的位置，在垂直軸上采用在該位置上透鏡的高度；圖23示出從一個象素的一個末端部分(end portion)輸出的光的路徑的圖；圖24是示出從該象素的另一末端部分輸出的光的路徑的圖；圖25是示出從象素的中心部分輸出的光的路徑的圖；圖26是示出在圖21A和21B中所示的裝置上的仿真結(jié)果，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度；圖27A和27B是示出依據(jù)第五實施例的修改的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，圖27A示出了2D圖像的顯示狀態(tài)，而圖27B示出了3D圖像的顯示狀態(tài)；圖28A和28B是示出依據(jù)本發(fā)明的第六實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，圖28A示出2D圖像的顯示狀態(tài)，而圖28B示出3D圖像的顯示狀態(tài)；圖29是示出在圖28A和28B中所示的裝置上的仿真結(jié)果，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度；圖30A和30B是示出依據(jù)本發(fā)明的第七實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，圖30A示出3D圖像的顯示狀態(tài)，而圖30B示出2D圖像的顯示狀態(tài)；圖31A和31B是示出3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖，圖31A示出3D圖像顯示狀態(tài)，而圖31B示出2D圖像的顯示狀態(tài)；圖32是示出依據(jù)本發(fā)明的第八實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出了3D圖像的顯示狀態(tài)；圖33是示出該切換顯示裝置的光學(xué)模型的圖；圖34是示出依據(jù)本發(fā)明的第九實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖；圖35是示出依據(jù)本發(fā)明的第十實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出了3D圖像顯示狀態(tài)；圖36是示出依據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖；圖37是示出非線性彈簧的特性的曲線圖，其中，在水平軸上采用位移位置，在垂直軸上采用反作用力；以及圖38是示出依據(jù)本發(fā)明的第十二實施例的切換顯示裝置的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖對本發(fā)明的實施例進行具體的描述。首先，將描述第一實施例。圖4是示出依據(jù)本實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，圖5是示出依據(jù)本實施例的便攜式終端設(shè)備的透視圖。圖4還示出觀察者的右眼51和左眼52。
如圖4所示，依據(jù)本實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置1(此后也被稱為“切換顯示裝置1”)具有液晶顯示(LCD)單元2、以及具有設(shè)置在光從其中輸出的LCD單元2的一面上的光學(xué)分配器3。
LCD單元2具有背光(backlight)10，玻璃基板23、液晶(LC)層24、濾色器26和玻璃基板25，其中，濾色器26和玻璃基板25被設(shè)置在LCD單元2中輸入來自背光10的光的位置上，并且從背光開始按順序相互平行。將左眼象素41和右眼象素42交替地排列在LC層24之上。按照需要，將諸如起偏振片或者補償器的光學(xué)薄膜8貼附于玻璃基板25上。濾色器是條形的，并且具有相互平行地周期性排列的紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)條。
光學(xué)分配器3具有作為第一光學(xué)單元的凸面型柱狀透鏡31、以及作為第二光學(xué)單元的凸面型柱狀透鏡32。與圖1所示的柱狀透鏡100相似，柱狀透鏡31具有兩個面，一個面是平的，另一個面具有在其上按照一個方向延伸并且作為光學(xué)元件或者透鏡元件的多個半圓柱狀的突出部分31a(柱面透鏡)。與柱狀透鏡31形狀相同的柱狀透鏡32具有兩個面，其中一個面是平面，另一個面具有在其上形成的多個半圓柱狀的突出部分32a(柱面透鏡)。由于柱狀透鏡31和32是凸面型透鏡，因此它們具有正焦距。柱狀透鏡31和32相互平行地排列，且使突出部分31a面向突出部分32a。與柱狀透鏡31相比，柱狀透鏡32位置離LCD單元2更近。突出部分31a的排列方向(string direction)和突出部分32a的排列方向為同一方向11。此外，柱狀透鏡的透鏡節(jié)距(lens pitch)在方向11上，對應(yīng)于一對沿著方向11排列、并且彼此相鄰的單一的左眼象素41和右眼象素42的長度。即，一個突出部分31a和一個突出部分32a與象素組對應(yīng)，其中，每一個象素組由一對象素41和42組成。
將柱狀透鏡32通過光電粘合層9貼附于LCD單元2的光學(xué)薄膜8。此時，將柱狀透鏡32固定到LCD單元2上，并且使柱狀透鏡32的中心與LCD單元2的中心一致。此外，濾色器26的條的長度方向與突出部分31a和32a的排列方向11匹配。當濾色器26的長度方向變?yōu)榕c方向11垂直時，柱狀透鏡導(dǎo)致被觀察為顏色干擾的顏色分離，從而降低顯示質(zhì)量。因此，有效的是，條的長度方向應(yīng)該與方向11匹配。因此，在切換顯示裝置1中，按照指定的順序相互平行地排列背光10、玻璃基板23、LC層24、濾色器26、玻璃基板25、光學(xué)薄膜8、光電固化粘合層9、柱狀透鏡32、以及柱狀透鏡31。
用于抑制諸如扭曲和變形的柱狀透鏡31的變化(transfomation)的框架7連接到柱狀透鏡31的外圍(periphery)。執(zhí)行裝置6連接到框架7，并且可以相對于柱狀透鏡32，按照方向11移動柱狀透鏡31。柱狀透鏡31和32由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。此外，在柱狀透鏡31和32的表面上形成低反射涂層(未示出)，即用于抑制表面反射的抗反射涂層。此外，還提供了裝入LCD單元2和光學(xué)分配器3的外殼(未示出)，該外殼構(gòu)成切換顯示裝置1的外板(outside plate)。外殼具有用于引導(dǎo)柱狀透鏡31移動的引導(dǎo)單元。例如，該引導(dǎo)單元是溝槽。
下面，將討論依據(jù)本實施例的便攜式終端設(shè)備。圖6A和6B是說明切換顯示裝置1的操作的橫截面圖。圖6A示出顯示3D圖像的情況，圖6B示出顯示2D圖像的情況。圖7是示出在顯示3D圖像時，將兩個柱狀透鏡看作單個的柱狀透鏡的情況下的圖，圖8是示出在顯示2D圖像時，等價于兩個柱狀透鏡的單個的柱狀透鏡的橫截面圖。注意，在圖6A和6B中未示出背光10、濾色器26、光學(xué)薄膜8、光電固化層9、框架7、以及執(zhí)行裝置6。在圖16、18、19、21A、21B、27A、27B、28A、28B、30A、30B和32中的情況與此相同。
現(xiàn)在將開始對顯示3D圖像的情況進行討論。如圖6A所示，為了由切換顯示裝置1顯示3D圖像，由執(zhí)行裝置6(見圖4)對柱狀透鏡31的位置進行調(diào)整，從而使柱狀透鏡31的突出部分31a的光軸(此后還被稱為“柱狀透鏡31的光軸”)與柱狀透鏡32的突出部分32a的光軸(此后還被稱為“柱狀透鏡32的光軸”)一致。即，使柱狀透鏡31的突出部分31a面對柱狀透鏡32的突出部分32a。然后，左眼象素41顯示針對左眼的圖像，右眼象素42顯示針對右眼的圖像。
如圖4和6A，從背光10輸出的光按照指定的順序，通過LCD單元2的玻璃基板23、LC層24、以及玻璃基板25。此時，由LC層24的象素41和42形成圖像。然后，已經(jīng)進入玻璃基板25的光通過濾色器26、光學(xué)薄膜8、以及光電固化粘合層9，并且進入光學(xué)分配器3。入射到光學(xué)分配器3的光被分配到兩個方向，一個方向去往觀察者的左眼52，另一個方向去往右眼51。下面，將詳細描述分配操作。
如圖6A所示，在對柱狀透鏡31和32進行排列，從而使突出部分31a面對突出部分32a的情況下，柱狀透鏡31和32的突出部分31a和32a的高度相對于這些透鏡的焦距足夠小，因而可以將兩個柱狀透鏡31和32看作等價于具有兩倍于這些透鏡的能力的單個的柱狀透鏡。即，圖6A所示的兩個柱狀透鏡31和32等價于圖7所示的單個的柱狀透鏡，所述的柱狀透鏡的透鏡節(jié)距等于柱狀透鏡31和32的透鏡節(jié)距，并且其曲率等于柱狀透鏡31和32的曲率的兩倍。
如圖7所示，由柱狀透鏡36對從左眼象素41輸出的光進行折射，并且將所述的光向區(qū)域EL傳播。由柱狀透鏡36對從右眼象素42中輸出的光進行折射，并且將所述的光向區(qū)域ER傳播。因此，當觀察者將左眼52移動到區(qū)域EL，并且將右眼51移動到區(qū)域ER時，將針對左眼的圖像輸入到左眼52，并且將針對右眼的圖像輸入到右眼，從而使觀察者可以識別3D圖像。
下面，將討論顯示2D圖像的情況。如圖6B所示，為了由切換顯示裝置1顯示2D圖像，由執(zhí)行裝置6對柱狀透鏡31的位置進行調(diào)整，從而使柱狀透鏡31的光軸從柱狀透鏡32的光軸按照方向11移動透鏡節(jié)距的一半。即，使柱狀透鏡31的每一個突出部分31a面向柱狀透鏡32的突出部分32a之間的部分。在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換時，只需要將柱狀透鏡31相對于柱狀透鏡32，按照方向11移動透鏡節(jié)距的0.5倍的距離，但是還可以移動等于透鏡節(jié)距的整數(shù)倍加上透鏡節(jié)距的0.5倍的距離，例如，透鏡節(jié)距的1.5倍的距離。然后，使象素41和42顯示2D圖像。此時，將象素41和42作為獨立的象素驅(qū)動，以便一起顯示相同的圖像。因此，2D圖像的分辨率變?yōu)榍笆龅?D圖像的分辨率的兩倍。
如圖4和6B所示，從背光10輸出的光按照指定的順序通過玻璃基板23、LC層24、玻璃基板25、濾色器26、光學(xué)薄膜8、以及光電粘合層9，并且進入光學(xué)分配器3。由光學(xué)分配器3的柱狀透鏡32和31按照一個方向輸出已經(jīng)進入光學(xué)分配器3的光。結(jié)果，將已經(jīng)通過象素41和42的光都輸入到觀察者的左眼52和右眼51。下面，將對該操作進行詳細的描述。
在將柱狀透鏡31的光軸從柱狀透鏡32的光軸按照方向11，移動透鏡節(jié)距的一半的情況下，如圖6B所示，柱狀透鏡31和32變?yōu)榇篌w等價于單個的凸透鏡37，所述的單個的柱狀透鏡37的透鏡節(jié)距等于柱狀透鏡31和32的透鏡節(jié)距的一半，并且其曲率等于如8所述的柱狀透鏡31和32的曲率的兩倍。
由柱狀透鏡31和32對從象素41和42輸出的光進行折射，并且按照相同的方向輸出。此時，將每一個象素放大到具有給定寬度e的觀察平面上的區(qū)域，并且所述的象素的周期節(jié)距也變?yōu)閑。因此，將從象素41輸出的光和從象素42輸出的光都輸入到觀察者的左眼52和右眼51。結(jié)果，將相同的圖像輸入到左眼52和右眼51，從而使觀察者可以識別2D圖像。
下面，將對切換顯示裝置1的各個部分的尺寸進行討論。雖然將對其中使用兩個透鏡的情況進行描述，但是首先將使用圖7所示的光學(xué)模型對單個的柱狀透鏡的情況進行描述。讓H等于柱狀透鏡36的厚度，并且讓n等于柱狀透鏡36的折射率。假定柱狀透鏡36的一個面是平的，而另一個面具有沿著方向11排列，并且按照一個方向延伸的凸面型柱面透鏡或者半圓柱狀突出部分36a。讓f等于柱狀透鏡的焦距，并且讓L等于透鏡節(jié)距。LCD單元2的象素按照組進行排列，其中每一個組由兩個象素組成，即單個的左眼象素41和單個的右眼象素42。讓P等于每一個象素的寬度。兩個象素的組即單個的左眼象素41和單個的右眼象素42對應(yīng)于單一的突出部分36a。讓D等于柱狀透鏡36和觀察者之間的距離，讓e等于作為3D可視范圍的區(qū)域EL和區(qū)域ER在方向11上的長度，所述的區(qū)域EL，和區(qū)域ER即左眼52和右眼51位于離透鏡距離D、并且與觀察者可以識別3D圖像的透鏡平行的虛擬平面上的區(qū)域。此外，讓W(xué)L等于從位于凸透鏡36的中心的突出部分36a的中心到位于柱狀透鏡36的末端的突出部分36a中心的距離，并且讓W(xué)P等于從位于LCD單元2的中心的一對左眼象素41和右眼象素42的中心到位于LCD單元2的末端的象素對的中心的距離。此外，讓α和β分別等于位于柱狀透鏡36的中心的突出部分36a上的光的入射角和輸出角(output angle)，并且讓γ和δ分別等于位于柱狀透鏡36的末端的突出部分36a上的光的入射角和輸出角。讓C等于在距離WL和距離WP之間的差，并且讓2m等于包括在距離WP的區(qū)域內(nèi)的象素的數(shù)量。
通常，由于經(jīng)常依據(jù)顯示單元來設(shè)計柱狀透鏡，因此將P作為常量來對待。此外，通過選擇用于柱狀透鏡的材料來確定n。將透鏡和觀察者之間的距離D和3D可視范圍e設(shè)置為期望的值。使用這些值，可以確定透鏡表面和象素之間的距離H和透鏡節(jié)距L。依據(jù)Snell的定律和幾何關(guān)系，可以導(dǎo)出以下的等式1到6。等式7到9如下。
n×sinα＝sinβ[等式2]D×tanβ＝e[等式3]H×tanα＝P[等式4]n×sinγ＝sinδ H×tanγ＝C[等式6]D×tanδ＝WL[等式7]WP-WL＝C[等式8]WP＝2×m×P[等式9]WL＝m×L從等式2、1和3中分別推導(dǎo)出以下的等式10、11和12。
β=arctan(eD)]]>[等式11]α=arcsin(sinβn)]]>[等式12]H=Ptanα]]>從等式6和9推導(dǎo)出以下的等式13。從等式7到9推導(dǎo)出以下的等式14。此外，從等式5推導(dǎo)出以下給出的等式15。
δ=arctan(m×LD)]]>[等式14]C＝2×m×P-m×L[等式15]γ=arctan(CH)]]>
如果如以下的等式16所示，將柱狀透鏡的厚度H設(shè)置為等于焦距f，則從以下的等式17可以獲得透鏡的曲率半徑r。
f＝H[等式17]r=H×n-1n]]>以下將示出切換顯示裝置1的具體尺寸的一個實例。以下給出的尺寸用于舉例說明而使本實施例更容易理解，而不是限定性的。如果舉例來說，使用具有象素節(jié)距P為0.24mm的顯示單元，并且使用具有折射率n等于1.49的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為柱狀透鏡的材料，在透鏡和觀察者之間的距離D為280nm，3D可視范圍的長度e為65mm，以及將m的值設(shè)置為60，則從以上給出的等式可以知道應(yīng)該將透鏡表面和象素之間的距離設(shè)置為1.57mm，將透鏡節(jié)距L設(shè)置為0.4782mm，并且將透鏡的曲率半徑r設(shè)置為0.5161mm。
依據(jù)這些結(jié)果，然后設(shè)計具有兩個柱狀透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。由于兩個柱狀透鏡31和32等價于先前提到的單個的柱狀透鏡36，因此，將兩個柱狀透鏡31和32的曲率半徑R設(shè)計為單個的柱狀透鏡36的曲率半徑r的兩倍。即，滿足以下的等式18。例如，兩個柱狀透鏡31和32的曲率半徑R是1.032mm。由所熟知的方案將柱狀透鏡處理為前面所提到的形狀。柱狀透鏡31和32的厚度等于例如0.5mm。在兩個柱狀透鏡31和32之間的間隙等于例如30μm。此外，玻璃基板23和25的厚度為例如0.7mm，以及光學(xué)薄膜的厚度為例如0.15mm。
R＝2×r為了研究該設(shè)計的適當性，使用市場上可得到的光束追蹤仿真器(raytracing sinulator)執(zhí)行計算機輔助仿真。圖9是示出在該仿真中所使用的光學(xué)模型的圖，并且示出了在顯示3D圖像時的排列。圖10是示出仿真結(jié)果的曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度，圖11是示出使用單個的柱狀透鏡顯示3D圖像的情況下、以及不使用柱狀透鏡使用2D圖像的情況下的仿真結(jié)果，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度。
如圖9所示，將具有曲率半徑R等于1.032mm的九個半圓柱狀突出32a排列在顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32上，將排列節(jié)距(透鏡節(jié)距)L設(shè)置為0.4782mm，并且將厚度H設(shè)置為1.57mm。將位于九個突出部分的中心的突出部分32c的中心設(shè)置為仿真的原點，將Z軸設(shè)置在厚度方向，而將X軸設(shè)置在透鏡的排列方向。將具有與柱狀透鏡32相同的節(jié)距和相同的曲率半徑的透鏡用作觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31，并且將柱狀透鏡31的厚度設(shè)置為0.5mm。柱狀透鏡31具有方向朝著顯示單元、并且與顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32相鄰的透鏡表面。
將作為象素的單個的照亮體43，即具有等于0.186mm寬度的發(fā)光區(qū)域，排列在坐標系中作為中心的位置(x，z)＝(0.12mm，-1.57mm)，并且使其靠近顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32的平整的面。即，該設(shè)置允許來自照亮體43的光進入右眼，但不進入左眼。在光發(fā)射區(qū)域的任一面上設(shè)置0.027mm的非顯示區(qū)域。因此，區(qū)域0≤x≤0.027mm、以及區(qū)域0.213≤x≤0.240mm變?yōu)榉秋@示區(qū)域，區(qū)域0.027≤x≤0.213mm變?yōu)榘l(fā)光區(qū)域。非顯示區(qū)域等價于為了將顯示信號轉(zhuǎn)移(transfer)到象素而設(shè)置的光屏蔽部分。將等價于觀察位置的光接收表面53設(shè)置在區(qū)域-150≤x≤150mm上。在對2D圖像的顯示進行仿真的情況下，將觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31按照+X方向移動透鏡節(jié)距的一半(0.2391mm)。
為了估算顯示屏幕的均勻性，對于位于顯示屏幕末端的象素進行相似的計算。為了實現(xiàn)均勻的顯示，必要并且充分的條件是針對顯示屏幕的中心的仿真結(jié)果應(yīng)該與針對顯示屏幕的末端的仿真結(jié)果一致。這是由于位于顯示屏幕的中心和末端的象素的顯示質(zhì)量要取位于中心的象素的顯示質(zhì)量和位于顯示屏幕的末端的象素的顯示質(zhì)量之間的中間值，通過估算中心象素和末端象素的顯示質(zhì)量可以估算整個顯示屏的顯示質(zhì)量。在位于顯示屏幕末端的象素的仿真中，將位于屏幕末端的透鏡的中心設(shè)置為原點，并且按照針對顯示屏幕中心進行設(shè)置的情況，對兩個柱狀透鏡進行設(shè)置。將作為象素的、具有寬度0.186mm的照亮體設(shè)置在作為中心的x＝0.227mm的位置，而考慮到透鏡節(jié)距和象素節(jié)距之間的差別，設(shè)置偏移量C＝0.107mm。在X方向上，將光接收表面設(shè)置在±150mm的區(qū)域上，其中，將位置(x，z)＝(-28.692mm，280mm)作為中心。圖11示出了這些仿真結(jié)果。
出于比較的目的，在使用其曲率等于柱狀透鏡31和32的曲率的兩倍的單個的柱狀透鏡顯示3D圖像的情況下、以及在不使用柱狀透鏡顯示2D圖像的情況下執(zhí)行仿真。在圖11中示出了仿真結(jié)果。
在使用圖9所示的光學(xué)模型進行仿真的情況下，如圖10所示，在顯示3D圖像時，照度在區(qū)域-60≤x≤0mm變得較高，并且在另一區(qū)域變得較低。雖然在區(qū)域-150≤x≤-120mm可以看到較低的峰值，但是它是已經(jīng)通過圖9所示的突出部分32b的光。在區(qū)域-60≤x≤0mm中所看到峰值是已經(jīng)通過在九個突出部分中位于中心的突出部分32c的光。此外，在區(qū)域60≤x≤120mm中所看到的峰值是已經(jīng)通過圖9所示的突出部分32d的光。
在觀察者的兩只眼睛之間的距離為65mm，并且兩只眼睛的中心位置x＝0mm的情況下，例如，右眼的位置變?yōu)閤＝-32.5mm，并且左眼的位置變?yōu)閤＝+32.5mm。因此，在進行圖10所示的顯示的情況下，足夠量的光進入右眼，但是，光幾乎沒有進入左眼，這表示在圖4所示的實際切換顯示裝置1中，使左眼象素顯示針對左眼的圖像、以及使右眼象素顯示針對右眼的圖像的情況下，針對左眼的圖像被輸入到左眼，針對右眼的圖像被輸入右眼，并且確保兩個圖像充分地分離，從而使觀察者可以較好地識別3D圖像。
在如圖11所示，使用單個的柱狀透鏡顯示3D圖像的情況下，可以獲得與圖10所示使用兩個透鏡的情況下獲得的結(jié)果大體相同的結(jié)果，但是，放大地投影的象素寬度大于圖10所示的使用兩個透鏡的情況。這是由于與使用等價于兩個透鏡的單個的透鏡的情況相比，使用兩個透鏡可以降低象差，從而可以抑制投影的圖像的模糊(blurriness)。即，與使用單個透鏡的情況相比，使用兩個透鏡可以實現(xiàn)具有更低象差的高質(zhì)量的3D圖像的顯示，并且不可能導(dǎo)致色度亮度干擾。
在顯示2D圖像時，出現(xiàn)了以大約60mm為周期的降低照度的區(qū)域。這是前面提到的非顯示區(qū)域被放大地投影的區(qū)域。除了此區(qū)域外，照度在較寬的區(qū)域-90≤x≤+150mm上變得大致均勻。
在如圖11所示不使用柱狀透鏡顯示2D圖像的情況下，在整個觀察區(qū)域獲得幾乎均勻的照度分布。雖然與如圖11所示的不使用柱狀透鏡顯示2D圖像的情況相比，在如圖11所示使用兩個柱狀透鏡顯示2D圖像的情況下，可以識別對非顯示區(qū)域進行放大地投影的區(qū)域、或者非2D可視范圍，但是，除了在不使用透鏡的情況下的較暗部分(dark portion)，可以獲得相似的結(jié)果。
也就是說，如果避開了前面提到的2D可視范圍，則即使在使用兩個透鏡的情況下，也會將具有彼此相等的照度的光輸入到右眼和左眼，這表示即使在圖4所示的實際切換顯示裝置1中的左眼象素和右眼象素都用作獨立的象素，并且顯示高分辨率的2D圖像，通過適當?shù)剡x擇觀察位置，以及例如從圖10所示的A-A位置位置進行觀察，可以使相同的圖像輸入左眼和右眼，觀察者可以較好地識別2D圖像。
此外，如圖10所示，對于3D圖像和2D圖像而言，在顯示單元的中心象素上的仿真結(jié)果與在末端象素上的仿真結(jié)果大體一致。因此，在整個顯示屏幕上可以實現(xiàn)均勻的顯示。當對在具有圖10所示結(jié)果的仿真中設(shè)想的切換顯示進行組裝而將顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡固定到LCD單元上時，顯而易見的是，通過將兩個柱狀透鏡設(shè)置在用于顯示2D圖像的狀態(tài)，并且將柱狀透鏡調(diào)整到從其兩只眼睛的距離為65mm的觀察者的前方觀察到的、使LCD單元的亮度最小的位置，可以精確地排列顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡。
以下將描述本發(fā)明的各個結(jié)構(gòu)元件的限定值的原因。
在第一柱狀透鏡部分和第二柱狀透鏡部分之間的間隙等于或者小于虛擬柱狀透鏡的透鏡元件的焦距的20％在使用兩個透鏡的情況下，象素位于比第一透鏡的焦距更近的位置，以致于從第一透鏡的一個突出部分輸出的光按照較寬的范圍進入第二透鏡。因此，在透鏡之間的間隙的增加使入射到、除了排列在面對第一透鏡中光從中輸出的突出部分的位置上的第二透鏡的突出部分之外的、第二透鏡的其他突出部分上的光的量增加，從而降低了特性。例如，將從圖9所示的突出部分32c輸出的大部分光輸入到突出部分31b、31d等。因此，需要將透鏡間的間隙設(shè)置在給定的范圍內(nèi)。
為了研究在對兩個柱狀透鏡進行排列的情況下，在Z軸方向的容許誤差，即在兩個柱狀透鏡之間的距離，通過改變這兩個透鏡在Z軸上的位置來進行仿真。在將觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的位置在Z軸的正方向，設(shè)置為5μm、50μm、100μm和500μm的情況下，進行與以上所述的仿真相似的仿真。在圖12中示出了結(jié)果。
圖12是示出該仿真結(jié)果的曲線圖，其中在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用觀察位置的照度，以及，圖13是示出在柱狀透鏡之間的距離對3D圖像的顯示質(zhì)量的影響的曲線圖，其中，水平軸示出了觀察者在柱狀透鏡的Z軸上的位置，垂直軸示出了對比率CR。在圖12所示的仿真結(jié)果中，在兩只眼睛中心位置x＝0mm(即右眼的位置為x＝-32.5mm，左眼的位置為x＝32.5mm)、并且將兩只眼睛的距離設(shè)置為65mm的情況下計算的對比率的結(jié)果是在圖10示出的“0mm”處所看到的結(jié)果。在兩只眼睛的中心位置x＝25.5mm(即右眼的位置為x＝-7mm，左眼的位置為x＝58mm)、并且兩只眼睛之間的距離設(shè)置為65mm的情況下計算對比率的結(jié)果是在圖10示出的“25.5mm”所看到的結(jié)果。
將色度亮度干擾作為用于定量地估算顯示特性的指標(index)。由對比率CR來估算色度亮度干擾，并且值CR的絕對值越大，色度亮度干擾越少出現(xiàn)，從而實現(xiàn)了較好的3D顯示。假定iR是入射到右眼的光的亮度，iL是入射到左眼的光的亮度，可以由以下的等式19來定義對比率CR。依據(jù)在NHK STRL R&D，Vol.2，p.13-17，1993中由Haruo Isono所寫的標題為《3D Display Without Multiple-eye glasses》的文檔，對比率CR應(yīng)該小于大約-7.8dB，或者{右眼圖像的亮度/左眼圖像的亮度}＜1/6，以便確保較好的3D顯示。
CR=10×log(iRiL)]]>如圖12所示，在觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的位置為z≤100μm情況下，即使透鏡之間的距離增大，也不會看到顯示特性的較大變化。然而，在觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的位置變?yōu)閦≤500μm的情況下，雖然當觀察位置在區(qū)域-35≤x≤35mm的區(qū)域中時，可以獲得與在z≤100μm的情況下所獲得的結(jié)果幾乎相同的結(jié)果，但是降低了在其他區(qū)域中的顯示特性。
如圖13所示，在將右眼和左眼的位置設(shè)置在x＝±32.5mm，即兩只眼睛中心位置在x＝0mm的情況下，即使透鏡的位置在500μm，也不會出現(xiàn)特性的顯著惡化?？紤]在±60mm的范圍內(nèi)對右眼和左眼已經(jīng)進行移動的情況，需要在兩只眼睛的中心位置為x＝25.5mm的情況下進行估算。在如圖13所示的兩只眼睛的中心位置為x＝25.5mm的情況下，隨著透鏡間隙增加，可以看到性能的惡化，當觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的位置變?yōu)閦＝500μm時，特性變得顯著地降低。如從圖13中顯而易見，優(yōu)選的是，應(yīng)該將柱狀透鏡之間的間隙設(shè)置在320μm以內(nèi)，以便即使在±60mm的觀察區(qū)域的末端，也可以實現(xiàn)CR＜-7.8dB。
由于該值是在此仿真中為顯示單元和透鏡設(shè)置的容許值，因此，可以由普通的指標(index)表達容許值。通常，焦距是成為在光軸方向上的透鏡長度的參考的量。在此仿真中，對于兩只眼睛之間的距離的容許值為320μm，以及從等式16可見，等于透鏡厚度H的透鏡的焦距f為1.57mm。因此，在兩只眼睛之間的距離的容許值等于焦距的20％。換句話說，優(yōu)選的是，在兩只眼睛之間的距離的容許值應(yīng)該處于焦距的20％之內(nèi)。
位于第一柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸和位于第二柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸之間的偏差量等于或者小于第一柱狀透鏡部分的透鏡元件的排列周期(layout cycle)的12％為了研究在排列兩個柱狀透鏡的情況下在X軸方向上的容許誤差，即在執(zhí)行3D顯示時在兩個柱狀透鏡的光軸之間的距離的容許值，通過改變透鏡在X軸方向上的位置來進行仿真。具體地說，當相對于顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡，將在觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的位置按照X軸的方向，改變到x＝0μm、±30μm、±50μm、以及±100μm時進行仿真。注意x＝0表示如從與柱狀透鏡的光軸平行的方向可以看到，觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的中心與顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡的中心匹配，并且兩個柱狀透鏡的光軸相互一致的情況。
圖14是示出該仿真的結(jié)果的曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度，圖15是示出柱狀透鏡之間的距離對3D圖像的顯示質(zhì)量的影響，其中，水平軸示出觀察者在柱狀透鏡的X軸上的位置，垂直軸示出對比率CR。雖然圖14和1 5示出了在x≥0的范圍內(nèi)的仿真結(jié)果，但是在x＜0的范圍內(nèi)的仿真結(jié)果與在x≥0的情況下的仿真結(jié)果相同。
從圖14中顯而易見當透鏡之間的位置偏差變得越大時，特性從靠近觀察區(qū)域的中心附近開始降低。此現(xiàn)象看來是由于從顯示單元一側(cè)的透鏡的一個突出部分、向與此突出部分面對的觀察者一側(cè)的透鏡的突出部分相鄰的突出部分傳播的雜散光的增加所造成的。如圖15所示，為了實現(xiàn)對比率CR＜-7.8dB，應(yīng)該將柱狀透鏡的偏差量設(shè)置為±60μm或者更低。
由于該值是按照Z軸方向的情況，為顯示單元和透鏡在仿真中設(shè)置的容許值，因此，由普通的指標(ordinary index)來表達該容許值。通常，透鏡節(jié)距是成為在與透鏡的光軸垂直的方向上的柱狀透鏡的長度的參考的量。在仿真中，在透鏡之間的偏差量的容許值為±60μm，并且透鏡節(jié)距L是0.4782mm，因此，在X軸方向上的透鏡偏差量的容許值等于透鏡節(jié)距的12％。換句話說，優(yōu)選的是，應(yīng)該將兩個透鏡的光軸之間的偏差量設(shè)置在透鏡節(jié)距的12％之內(nèi)。
如上所述，依據(jù)本實例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置通過組合兩個被組合的柱狀透鏡，并且將柱狀透鏡中的一個相對于另一個柱狀透鏡按照與光軸垂直的方向移動透鏡節(jié)距的一半，可以在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換。因此，切換顯示裝置不需要大尺寸的切換裝置來對圖像顯示進行切換。透鏡較短的移動距離有助于使切換顯示裝置更薄、更小和更輕，并且降低了成本。透鏡的較短的移動距離還可以確保在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行快速的切換。此外，由于不存在干涉光通過區(qū)域的切換裝置，因此，顯示質(zhì)量不會變低。
與諸如在日本專利待審公開No.068961/1996和日本專利待審公開No.112273/1992中描述的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例既不需要泵，也不需要容器等，而在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，需要注入或者排出具有與柱狀透鏡的材料相同的折射率的液態(tài)物質(zhì)。因此，本實施例可以降低裝置的尺寸和成本。既不需要注入也不需要排出液態(tài)物質(zhì)可以確保對圖像顯示的快速切換，并且不會產(chǎn)生不完全注入和不完全排出的問題，因而確保了較高的顯示質(zhì)量。此外，與其中使柱狀透鏡和圖像顯示單元之間的距離可變的日本專利待審公開No.197343/1997相比，本實施例不需要使距離可變的空間，并且可以使裝置更薄。此外，由于不需要昂貴的纖維面板，因而成本可以更低。簡而言之，本實施例可以提供具有諸如外形薄、尺寸小、重量輕、快切換、高質(zhì)量顯示、以及低成本的特征的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置。
因此，依據(jù)本實施例的3D/2D圖像切換顯示裝置可以適用于諸如便攜式電話的便攜式設(shè)備，并且可以顯示都較好的3D圖像和2D圖像。與將該裝置用于較大的顯示設(shè)備不同，當將依據(jù)本實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置用于便攜式設(shè)備時，觀察者可以任意地調(diào)整他的兩只眼睛和顯示屏幕之間的位置關(guān)系，從而可以快速地找到最佳的可視范圍。
雖然依據(jù)本實施例的切換顯示裝置具有作為光源設(shè)置的背光，但是可以設(shè)置前光來替換背光，在這種情況下，考慮到入射到LCD單元上的光束，優(yōu)選的是，將光源設(shè)置在顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡的末端部分，并且使來自光源的光被輸入到顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡。此時，顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡的不規(guī)則表面充當使入射光向LCD單元散射的溝槽，從而不需要特別為前光形成溝槽。
依據(jù)本實施例的便攜式終端設(shè)備可以適合于諸如便攜式終端、PDA、游戲機、數(shù)字相機、數(shù)字錄像機、以及便攜式電話的便攜式終端設(shè)備。此外，除了LCD單元之外，還可以將有機場致發(fā)光顯示單元、等離子體顯示單元、CRT顯示單元、LED顯示單元、場發(fā)射顯示單元、PALC(等離子體尋址液晶)等用作顯示單元。即使在使用LCD單元的情況下，不僅可以使用普通透射型LCD單元，還可以使用反射型LCD單元、半透射(transflective)型LCD單元、處處可見半透射型(visible everywheretransflective type)LCD單元等。依據(jù)本實施例的便攜式終端設(shè)備還可以適用于諸如印刷品(print)的靜止圖像。
下面，將描述本發(fā)明的第二實施例。圖16是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖。圖17是示出對圖16所示的裝置進行仿真的結(jié)果的曲線圖，其中在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的亮度。本實施例的特征在于在顯示2D圖像時，將柱狀透鏡的位置相對于顯示單元中的象素，從顯示3D圖像時的位置移動透鏡節(jié)距的四分之一(1/4)。
依據(jù)第一實施例，由于如圖10所示，在顯示2D圖像時也對象素的非顯示區(qū)域進行放大，在2D可視范圍中產(chǎn)生了其中不能夠識別2D圖像的非2D可視范圍。由于該非2D可視范圍與3D可視范圍重疊，2D可視范圍和3D可視范圍相互偏離。因此，在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換時，為了觀察應(yīng)該移動觀察點，這會較麻煩。
為了解決這一問題，非2D可視范圍和3D可視范圍不應(yīng)該相互符合。存在兩種可能方法來實現(xiàn)這一目的。第一方案是將在顯示2D圖像時的透鏡位置相對于顯示單元移動透鏡節(jié)距的1/4。第二方案是將3D可視范圍設(shè)置得較大。在以下的第二實施例的描述中，將討論第一方案。
依據(jù)第一實施例，通過將兩個柱狀透鏡相互移動透鏡節(jié)距的一半獲得的虛擬透鏡的曲面具有原始柱狀透鏡的節(jié)距的一半，并且該虛擬透鏡的光軸與每一個象素的中心一致。結(jié)果，將觀察位置的中心作為中心，對象素進行放大地投影。因此，依據(jù)第二實施例，如圖16所示，將兩個柱狀透鏡的位置和象素的位置沿著方向11移動透鏡節(jié)距的1/4。結(jié)果，將等價的虛擬透鏡的曲面的光軸相對于每一個象素的中心移動透鏡節(jié)距的1/4。因此，還將放大的圖像的中心移動已放大的透鏡節(jié)距的1/4。這可以使2D可視范圍和3D可視范圍相互一致。
如圖16所示，當依據(jù)本實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置使用與第一實施例中所使用的相同的LCD單元2、柱狀透鏡單元31和32時，不將顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32貼附于LCD單元2，而按照離LCD單元2諸如大約20μm的間隙進行排列。此外，還將用于按照透鏡排列方向11移動顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32的執(zhí)行裝置6連接到柱狀透鏡32。除了以上提到的之外的本實施例的切換顯示裝置的其他結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同。
下面將對依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作進行描述。在顯示3D圖像時，對執(zhí)行裝置進行操作，從而使兩個柱狀透鏡的光軸與在顯示屏幕中心的一對象素的中心匹配。在顯示2D圖像時，通過驅(qū)動相關(guān)的執(zhí)行裝置，將顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32的光軸按照方向11移動透鏡節(jié)距的1/4，并且通過驅(qū)動相關(guān)的執(zhí)行裝置，將觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31的光軸按照與柱狀透鏡32的移動方向相反的方向，移動透鏡節(jié)距的1/4。結(jié)果，將柱狀透鏡31的光軸和柱狀透鏡32的光軸移動透鏡節(jié)距的一半，以及將等價于兩個透鏡的單個透鏡的光軸相對于每一個象素移動透鏡節(jié)距的1/4。
只要兩個透鏡按照相反的方向移動，不管每一個透鏡的移動方向，都可以獲得相同的結(jié)果。除了以上討論的操作之外的本實施例的切換顯示裝置的其他操作與第一實施例的操作相同。上述的操作可以使在顯示3D圖像時的3D可視范圍與在顯示2D圖像時的2D可視范圍一致，從而實現(xiàn)極佳的3D圖像顯示和2D圖像顯示。
圖17示出了對圖16所示的光學(xué)系統(tǒng)進行計算機輔助仿真的結(jié)果。除了以上提到的條件之外的仿真中的其他條件與在第一實施例中的仿真條件相同。如圖17所示，第二實施例的仿真結(jié)果示出2D可視范圍與3D可視范圍相互匹配。
由于本實施例明顯地可以允許2D可視范圍與3D可視范圍匹配，因此，在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換時，不需要變換觀察點。除了以上所提到的效果之外，本實施例的切換顯示裝置的其他效果與第一實施例相同。
下面將討論依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，如18是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出了3D圖像顯示狀態(tài)。如圖18所示，依據(jù)本實施例的切換顯示裝置與依據(jù)第二實施例的切換顯示裝置的不同之處在于執(zhí)行裝置連接到LCD單元2和顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32。除了此不同之外，本實施例的其他結(jié)構(gòu)與第二實施例中結(jié)構(gòu)相同。
因此，本發(fā)明的切換顯示裝置通過移動LCD單元2和顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32，而不是如在第二實施例中的切換顯示裝置所作的移動兩個柱狀透鏡31和32，在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換。具體地說，在顯示3D圖像時，對連接到柱狀透鏡32上的執(zhí)行裝置6和連接到LCD單元2上的執(zhí)行裝置進行操作，從而使兩個柱狀透鏡的光軸與在顯示屏幕中間的象素之間的部分一致。在顯示2D圖像時，對連接到柱狀透鏡32上的執(zhí)行裝置6進行操作，以便將柱狀透鏡32的光軸按照透鏡元件的排列方向11移動透鏡節(jié)距的一半，并且對連接到LCD單元2上的執(zhí)行裝置6進行操作，以便將LCD單元2的位置按照與柱狀透鏡32的移動方向相反的方向移動透鏡節(jié)距的1/4。結(jié)果，在柱狀透鏡31、柱狀透鏡32以及LCD單元2之間的相對位置關(guān)系變得與在第二實施例中顯示2D圖像時所獲得的位置關(guān)系相同。除此之外的本實施例的其他操作與第二實施例中的操作相同。
在使裝置的最上面的表面可移動的情況下，很有可能會由于灰塵的影響而造成操作故障。因此，這就需要為觀察者一側(cè)的柱狀透鏡另外在觀察者一側(cè)設(shè)置保護板，在這種情況下，保護板的厚度增加了該裝置的整個厚度。因此，依據(jù)本實施例，對觀察者一側(cè)的柱狀透鏡進行固定，并且將執(zhí)行裝置連接到顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡、以及LCD單元，以便使兩者都可以移動。這可以使觀察者一側(cè)的柱狀透鏡具有保護板的能力，并且因而使整個裝置變薄。觀察者一側(cè)的柱狀透鏡還可以具有觸摸板或者前光的能力。特別地，在提供前光的能力的情況下，可以在觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的觀察者一側(cè)的較平的面上設(shè)置用于將光向LCD單元散射的溝槽，或者可以由柱狀透鏡的不規(guī)則表面將光向LCD單元散射，從而消除對形成這樣的溝槽的需要。
從以上所述顯而易見，本實施例可以使在顯示3D圖像時的3D可視范圍與在顯示2D圖像時的2D可視范圍一致，因而可以實現(xiàn)薄且高度可靠的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置。除以上提到的之外的本實施例的其他效果與第二實施例中的效果相同。
下面，將描述本發(fā)明的第四實施例。圖19是示出依據(jù)本發(fā)明的實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出了3D圖像顯示狀態(tài)。在該實施例的描述中，將討論在前面對第二實施例的描述中提到的、使3D可視范圍與2D可視范圍一致的第二方案，即將3D可視范圍設(shè)置得較大的方案。如圖19所示，使本實施例的切換顯示裝置中的柱狀透鏡31和32的焦距比依據(jù)第一實施例的切換顯示裝置的焦距更短。除了此差別之外的其他結(jié)構(gòu)與第一實施例中的結(jié)構(gòu)相同。
本實施例使3D可視范圍大于第一實例中的3D可視范圍。當3D可視范圍變得越大時，2D可視范圍不可避免地變得更大。對3D可視范圍和2D可視范圍進行設(shè)計，以便使它們在觀察者的兩只眼睛的位置上相互重疊。下面將討論設(shè)計方案。假定在圖10中，左眼位于例如x＝32.5mm，右眼位于例如x＝-32.5mm。在這種情況下，兩只眼睛位于非2D可視范圍，在該范圍中，對在2D顯示中的非顯示區(qū)域進行放大地投影，從而使觀察者不能夠識別2D圖像。在以X＝0的位置作為中心，按照±X方向?qū)?D圖像和2D圖像進行放大時，在圖10中的±x方向?qū)υ谖恢?20≤x≤20mm上的2D可視范圍進行放大，并且2D可視范圍的末端到達兩只眼睛的位置(x＝±32.5mm)，從而使觀察者可以識別2D圖像。然而，當進一步對圖像進行放大時，在位置-50≤x≤-10mm的3D可視范圍被按照-x方向移動，以致于離開了右眼(x＝-32.5mm)的位置，從而觀察者不能夠識別3D圖像。
圖20A和20B是示出3D可視范圍和2D可視范圍的容許范圍的典型曲線圖，其中，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度。假定WBM是兩個相鄰的象素的非顯示部分的總寬度，Weye是兩只眼睛之間的距離，則圖20A所示的3D可視范圍的容許寬度W3D是從眼睛的位置到非2D可視范圍的距離，并且由以下的等式20給定。2D可視范圍的容許寬度W2D是從眼睛到非2D可視范圍的距離，并且由以下的等式21給出。
W3D=Weye2-e×WBM2×P]]>[等式21]W2D=e2-Weye2-e×WBM2×P]]>W3D和W2D相互匹配的情況是可以在最大的范圍內(nèi)識別3D圖像和2D圖像的情況。此時，滿足以下的等式。這等價于將3D可視范圍設(shè)置為兩只眼睛之間的距離的兩倍。
e＝2×Weye以下將描述依據(jù)上述設(shè)計的本實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的尺寸的一個實例。例如，柱狀透鏡的曲率半徑為0.74mm，透鏡節(jié)距為0.4791mm。此外，顯示單元一側(cè)的透鏡板的厚度為0.3mm。該切換顯示裝置的其他部分的尺寸與前面示出的第一實施例中的尺寸相同。當此3D圖像/2D圖像切換顯示裝置按照與第一實施例中所作的相同的方式進行操作，并且在離柱狀透鏡400mm的位置進行觀察時，在顯示3D圖像時和顯示2D圖像時都可以進行觀察，而不需要改變觀察點。可以確保在任一情況下的可視范圍為離可視范圍中心±18mm，這可以使3D可視/2D可視切換顯示裝置提供較寬的觀察范圍。
下面將描述本發(fā)明的第五實施例。圖21A和21B是顯示依據(jù)本發(fā)明的該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置。圖21A示出2D圖像顯示狀態(tài)，圖21B示出3D圖像顯示狀態(tài)。圖22是示出透鏡的形狀的曲線圖，其中在水平軸上采用與光軸垂直的透鏡上的位置，垂直軸采用在該位置上的透鏡高度。圖23是示出從一個象素的一個末端部分中輸出的光的路徑的圖，圖24是示出從該象素的另一末端部分輸出的光的路徑的圖，以及，圖25是示出從該象素的中心部分輸出的光路徑的圖。此外，圖26是示出對圖21A和21B所示的裝置進行仿真的結(jié)果的曲線圖，其中在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度。
如圖21A和21B所示，依據(jù)本實施例的切換裝置的特征在于兩個柱狀透鏡的其中之一是凹面型柱狀透鏡。在依據(jù)本實施例的切換顯示裝置中，將凸面型柱狀透鏡32設(shè)置在LCD單元一側(cè)，另外將凹面型柱狀透鏡33設(shè)置在相對于雙透鏡32的觀察者一側(cè)。將執(zhí)行裝置連接到凹面型柱狀透鏡33，從而使柱狀透鏡33可以按照作為透鏡元件的內(nèi)凹部分的排列方向移動。凸面型柱狀透鏡32的焦距的絕對值大約等于凹面型柱狀透鏡33的焦距的絕對值。除了該不同之外的該實施例的其他結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。為了顯示2D圖像，如圖21A所示，對柱狀透鏡32和33進行排列，從而使凸面型柱狀透鏡32的光軸與凹面型柱狀透鏡33的光軸匹配。該排列使兩個柱狀透鏡的透鏡作用相互抵消，從而實現(xiàn)2D顯示。為了顯示3D圖像，如圖21B所示，對柱狀透鏡32和33進行排列，從而使凸面型柱狀透鏡32的光軸從凹面型柱狀透鏡33的光軸移動透鏡節(jié)距的一半。這防止如在顯示2D圖像所作的兩個柱狀透鏡的透鏡效果的相互抵消，因此可以確保較好的3D顯示。
現(xiàn)在將對如何設(shè)計本實施例中的柱狀透鏡進行詳細的描述。為了實現(xiàn)較好的2D顯示而對透鏡進行的限制較簡單，這只要使凹透鏡的焦距的絕對值與凸透鏡的焦距的絕對值一致。因此，我們來考慮用于實現(xiàn)較好的3D顯示的條件。
在對凹面型柱狀透鏡和凸面型柱狀透鏡進行排列，以便使它們相互移動透鏡節(jié)距的一半的情況下，等價于這兩個透鏡的單個的虛擬透鏡(此后被稱為“組合透鏡”)具有如圖22所示幾乎線性的形狀。因此，在顯示3D圖像時，組合透鏡具有與包括按照透鏡節(jié)距排列的多個棱鏡的棱鏡板的能力。因此，只要對路徑的傾斜角(傾角)進行設(shè)計就足夠了。與透鏡不同，在棱鏡的情況下，來自象素的一個點的光被投影到觀察平面，而不經(jīng)過聚焦作用，因而會變?yōu)橐皇?a bundle of light)，從而投影的圖像的照度分配被預(yù)期為具有象山一樣的形狀。為了使3D顯示的效果最好，應(yīng)該將山頂?shù)奈恢迷O(shè)置為眼睛的位置，這等價于來自象素中心的光被分散，并且將被分散的光在位置x＝±(e/2)周圍寬度為e的范圍上分散的情況。
此時，如圖23所示，當右眼象素和左眼象素之間的邊界為x＝0時，由棱鏡板34或者組合透鏡將位于與右眼象素42相關(guān)的左眼象素(未示出)較遠處的、此右眼象素42的一側(cè)的末端(圖中的右手端)發(fā)出的光投影到觀察平面上的區(qū)域-3×e/2≤x≤-e/2。如圖24所示，由棱鏡板34將位于與象素42相關(guān)的左眼象素較近處的、此右眼象素42的另一側(cè)的末端(圖中的左手端)投影在觀察平面上的區(qū)域-e/2≤x≤e/2。如圖25所示，由棱鏡板34將從右眼象素42的中心發(fā)出的光投影到觀察平面上的區(qū)域-e≤x≤0。假定棱鏡的傾斜角為θ，則依據(jù)Snell定律，滿足以下的等式23。
n×sin(θ-α2)=sinθ]]>使用在第一實施例中的值，則棱鏡的傾斜角θ變?yōu)棣龋?3.1°?，F(xiàn)在將對通過將凹透鏡的光軸與凸透鏡的光軸相互移動透鏡節(jié)距的一半來實現(xiàn)傾斜角θ的方法進行描述。如圖22所示，在將具有曲率半徑R的透鏡相互移動透鏡節(jié)距的一半的情況下，由以下的等式24給出在包括光軸的橫截面中的凸透鏡表面f(x)，以及由以下的等式25給出凹透鏡表面g(x)。因此，由以下的等式26給出組合透鏡的透鏡表面h(x)。
f(x)=-R2-(L2)2+R2-x2]]>[等式25]g(x)=R2-(L2)2-R2-(x-L2)2]]>[等式26]h(x)=f(x)+g(x)=R2-x2-R2-(x-L2)2]]>依據(jù)等式26可以推導(dǎo)出以下給出的等式27和28。結(jié)果，由以下的等式29表達傾斜角θ。用以下的等式29求解曲率半徑R得到以下的等式30。
h(0)=R-R2-(L2)2]]>[等式28]h(L2)=-R+R2-(L2)2]]>[等式29]
tan(θ)=4×(R-R2-(L2)2)L]]>[等式30]R=L×{1+(tanθ2)2}2tanθ]]>例如，如果將前述的值即傾斜角θ＝13.1°，以及透鏡節(jié)距L＝0.4782mm代入等式30中，則曲率半徑變?yōu)榈扔?.03mm，這等價于在使用單個柱狀透鏡的曲率半徑r＝0.5161的大約兩倍。
為了研究該設(shè)計的適當性，執(zhí)行計算機輔助仿真。在該仿真中所使用的光學(xué)模型與在第一實施例的仿真中所示的光學(xué)模型的不同在于將凹面型柱狀透鏡用作觀察者一側(cè)的柱狀透鏡，并且通過對兩個柱狀透鏡進行排列，以使它們的光軸相互一致來實現(xiàn)2D顯示，而通過對兩個柱狀透鏡進行排列，以使它們的光軸相互移動透鏡節(jié)距的一半來實現(xiàn)3D顯示。除了前面提到的幾個條件之外的仿真中的其他條件與在第一實施例中仿真相同。在圖26中說明了仿真結(jié)果。
如圖26所示，仿真結(jié)果示出對于2D顯示和3D顯示，在顯示屏幕中心的顯示特性與在顯示屏幕末端的顯示特性大致匹配。因此，切換顯示裝置可以實現(xiàn)在整個顯示屏幕上的均勻顯示。在2D顯示的情況下，不可以觀察到在第一實施例中觀察到的非顯示區(qū)域的放大的區(qū)域(見圖10)，并且獲得與不使用透鏡的情況下獲得的照度分布相似的均勻的照度分布。
從如上所述顯而易見，與其中使用兩個柱狀透鏡的情況相比，本實施例可以實現(xiàn)極佳的2D圖像顯示，其中不對象素的非顯示區(qū)域進行放大地投影。本實施例還可以確保3D圖像顯示。因此可以實現(xiàn)3D圖像/2D圖像切換顯示裝置。
雖然如同第一實施例，在本實施例中觀察者一側(cè)的柱狀透鏡或者凹面型柱狀透鏡33是可移動的，但是也可以象第二和第三實施例那樣，使LCD單元和顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡、或者凹面型的柱狀透鏡32為可移動的。此時較重要的是在顯示3D圖像時，右眼象素、左眼象素和凸面型柱狀透鏡的突出部分的相對排列，并且在右眼象素和左眼象素之間的邊界部分應(yīng)該與相關(guān)的突出部分的中心匹配。只要依照此規(guī)則，凸面型柱狀透鏡或者凹面型柱狀透鏡中的任何一個可以排列在顯示單元一側(cè)，或者可以使任一透鏡為可移動的。在將凸面型柱狀透鏡排列在顯示單元一側(cè)的情況下，通過對凸面型柱狀透鏡進行排列，可以實現(xiàn)精確的排列，從而可以觀察到具有較好質(zhì)量的在顯示單元上顯示的3D圖像。
下面將描述對第五實施例的修改。圖27A和27B是示出依據(jù)該修改的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖。圖27A示出2D圖像顯示狀態(tài)，圖27B示出3D圖像顯示狀態(tài)。在該修改中，以上所述的第五實施例的技術(shù)可以適合于多視(multi-view)型切換顯示裝置?！岸嘁曅汀笔瞧渲谐擞已巯笏睾妥笱巯笏刂膺€準備一種或者多種的象素，從而使三個象素或者更多的象素與柱狀透鏡的單個的透鏡元件相關(guān)。
如圖27A和27B所示，例如，四種象素401到404按照指定的順序，沿著方向11在LCD單元2的LC層24上周期性地排列。柱狀透鏡32中的一個突出部分32a和柱狀透鏡33中的一個突出部分33a與每一個由四個象素401到404組成的象素組相對應(yīng)。除了此特別的排列之外的本修改的其他結(jié)構(gòu)與第五實施例相同。
下面將對依據(jù)本修改的切換顯示裝置的操作進行討論。如圖27A所示，為了顯示2D圖像，使凸面型柱狀透鏡32的光軸與凹面型柱狀透鏡33的光軸一致。然后，使用作為獨立的象素處理的象素401到404來顯示相同的2D圖像。由于此時凸面型柱狀透鏡32和凹面型柱狀透鏡的透鏡效果相互抵消，從象素401到404輸出的光按照相同的方向傳播。
另一方面，如圖27B所示，作為比較，在顯示3D圖像時，將凸面型柱狀透鏡32的光軸從凹面型柱狀透鏡33的光軸移動透鏡節(jié)距的一半。因此，柱狀透鏡32和33充當按照第五實施例的棱鏡。然后，象素401到404分別顯示四種不同的圖像。此時，凸面型柱狀透鏡32和凹面型柱狀透鏡33產(chǎn)生棱鏡效果，并且按照第一方向輸出來自象素401的光，按照第二方向輸出來自象素402的光，按照第三方向輸出來自象素403的光，并且按照第四方向輸出來自象素404的光。因此，當觀察者改變觀察點時，觀察者可以識別四種圖像。結(jié)果，在顯示對象(subject)的圖像時，例如，可以進行顯示，以致于在從前方對切換顯示裝置進行觀察時，可以識別從前方看到的對象的圖像，在從傾斜的方向?qū)η袚Q顯示裝置進行觀察時，可以識別從傾斜方向看到的對象的圖像。除了以上已經(jīng)討論的操作和效果之外的本修改的其他操作和效果與第五實施例的操作和效果相同。象素的種數(shù)不局限于四個，而可以使用三種、五種或者更多種。
下面將描述本發(fā)明的第六實施例。圖28A和28B是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖。圖28A示出2D圖像的顯示狀態(tài)，圖28B示出3D圖像的顯示狀態(tài)。圖29是示出對圖28A和28B所示的裝置進行仿真的結(jié)果的曲線圖，在水平軸上采用觀察位置，在垂直軸上采用在觀察位置上的照度。
如圖28A和28B所示，與第一實施例相比，本實施例的特征在于使用兩個板狀構(gòu)件(plate-like member)(此后被稱為“棱鏡板”)來替代兩個柱狀透鏡，在所述的兩個板狀構(gòu)件中的每一個中，按照一個方向延伸的棱鏡狀的光學(xué)元件相互平行地排列。兩個棱鏡板35具有相同的形狀。將兩個棱鏡板35中排列在顯示單元一側(cè)的一個棱鏡板固定在LCD單元2上，并且將執(zhí)行裝置(未示出)連接到排列在觀察者一側(cè)的另一棱鏡板上，從而使觀察者一側(cè)的棱鏡板35可以按照棱鏡狀的光學(xué)元件的排列方向11移動。每一個棱鏡板35的傾斜角是在第五實施例中的虛擬棱鏡的傾斜角(θ＝13.1°)的一半。除了以上提到的結(jié)構(gòu)之外的本實施例的其他結(jié)構(gòu)與第五實施例中的結(jié)構(gòu)相同。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。在如圖28A所示，切換顯示裝置顯示2D圖像的情況下，對兩個棱鏡板35進行排列，從而使顯示單元一側(cè)的棱鏡板35的頂點與觀察者一側(cè)的棱鏡板35的谷底(trough)匹配。這使兩個棱鏡板35的棱鏡作用相互抵消，從而確保2D顯示。
如圖28B所示，在顯示3D圖像的情況下，對兩個棱鏡板35進行排列，從而使棱鏡板35的頂點相互匹配。與其中棱鏡效果相互抵消的2D顯示的情況不同，這使兩個棱鏡板35等價于具有傾斜角θ為13.1°的單個的虛擬棱鏡板35，從而可以按照第五實施例實現(xiàn)較好的3D顯示。
圖29示出使用以上所述的光學(xué)模型進行計算機輔助仿真的結(jié)果。除了以上所提到的條件，在仿真中的其他條件與在第一實施例的仿真中的條件相同。從圖29中顯而易見，與第五實施例的仿真結(jié)果類似(見圖26)，仿真的結(jié)果在2D顯示和3D顯示時，都示出了較好的效果。
與柱狀透鏡相比，由于棱鏡板具有簡單的形狀，因而可以按照較低的成本來制造。因此，本實施例可以實現(xiàn)3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的低成本的制造。除了以上所提到的效果之外，本實施例的切換顯示裝置的其他效果與第五實施例的效果相同。
下面將描述本發(fā)明的第七實施例。圖30A和30B是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖。圖30A示出3D圖像顯示狀態(tài)，圖30B示出2D圖像顯示狀態(tài)。圖31A和31B是示出3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖，圖31A示出3D圖像顯示狀態(tài)，而圖31B示出2D圖像顯示狀態(tài)。
如圖30A、30B、31A、以及31B所示，與第一實施例相比，依據(jù)本實例的切換顯示裝置具有兩個凸面型飛孔透鏡38和39來替換兩個柱狀透鏡?！帮w孔透鏡”是具有按照矩陣形式排列的普通透鏡的透鏡。在包括兩個飛孔透鏡38和39的焦點的平面上設(shè)置LCD單元2。LCD單元2具有分別示出不同的圖像的四種象素44到47。每一個象素44到47兩個兩個地排列，以便構(gòu)成一個象素組，每一組象素或者每一個象素組與飛孔透鏡的每一個透鏡元件對應(yīng)。這實現(xiàn)了全影攝影術(shù)(integral photography)的方案。將兩套執(zhí)行裝置(未示出)連接到觀察者一側(cè)的飛孔透鏡38，從而使飛孔透鏡38可以相對于飛孔透鏡39，按照與顯示單元一側(cè)的飛孔透鏡39垂直的任意方向移動。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。如圖30A和31A所示，在顯示3D圖像的情況下，對飛孔透鏡38進行排列，從而使飛孔透鏡38的每一個透鏡元件的光軸與飛孔透鏡39的相關(guān)的透鏡元件的光軸一致。因此，兩個凸面型飛孔透鏡38和39充當單個的虛擬飛孔透鏡。結(jié)果，凸面型的飛孔透鏡38和39分別按照第一和第四方向，輸出來自象素44到47的光。
如圖30B和31B所示，在示出2D圖像的情況下，對飛孔透鏡38進行排列，從而使其從飛孔透鏡39按照屏幕的左右方向或者屏幕的上下方向移動透鏡節(jié)距的一半，或者同時按照屏幕的左右方向和上下方向移動透鏡節(jié)距的一半，結(jié)果使飛孔透鏡38的光軸從飛孔透鏡39的光軸移動透鏡節(jié)距的一半。因此，兩個凸面型飛孔透鏡38和39充當單個的虛擬飛孔透鏡。結(jié)果，凸面型的飛孔透鏡38和39分別按照第一和第四方向輸出來自象素44到47的光。這可以依據(jù)與第一實施例相似的原理，使2D圖像得以顯示。
在如同第一實施例，將所設(shè)置的兩個柱狀透鏡中的一個按照它的突出部分的排列方向進行移動時，可以只按照一個方向來分配要由多種象素顯示的多個圖像。如果按照左右方向?qū)煞N圖像進行分配，以使不同的圖像輸入到右眼和左眼，則可以實現(xiàn)3D顯示。如果按照左右方向?qū)Χ喾N圖像進行分配，以便當觀察點按照左右方向移動時，可以識別不同的圖像，則可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的3D感覺。然而，第一實例所示出的結(jié)構(gòu)除了在柱狀透鏡的突出部分的排列方向之外，不能夠在其他方向分配圖像。
作為比較，依據(jù)第七實施例，設(shè)置了兩個飛孔透鏡，并且按照這些凸面型透鏡的透鏡元件的排列方向?qū)Χ喾N象素進行排列，從而使多個象素可以按照兩個或者兩個以上的方向分配。如果設(shè)置的執(zhí)行裝置不僅可以在水平方向移動透鏡，而且可以在垂直方向移動透鏡，則可以在水平3D感覺和垂直3D感覺之間進行選擇。即，如果除了左右方向之外，還按照上下方向來分配圖像，則即使按照與對于切換顯示裝置的屏幕的法線垂直的方向來顯示圖像的情況下，也可以實現(xiàn)3D顯示。即，即使在通過改變屏幕布局的垂直邊和水平邊進行觀察的情況下，也可以在分別對這些屏幕布局而言最佳的3D顯示和2D顯示之間進行選擇。例如，在將切換顯示裝置安裝在配備有照相機的便攜式電話的情況下，當將該電話用作普通的便攜式電話時，將屏幕垂直地排列，以便顯示3D圖像和2D圖像，而當將便攜式電話用作照相機時，考慮到3D CCD(電荷耦合裝置)的排列，對屏幕進行水平地排列，以便顯示3D圖像和2D圖像。例如，如果在斜上方觀察屏幕時，對從斜上方看到的對象的圖像進行識別，則觀察者可以在上下方向上獲得3D的感覺。如果按照任意的傾斜方向?qū)ο笏剡M行排列，并且使飛孔透鏡38可以在任意的傾斜方向移動，則可以在每一個方向上，在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行切換。結(jié)果，當不僅在左右方向，而且在上下方向和傾斜方向?qū)D像進行觀察時，觀察者都可以得到3D的感覺。
在如同本實施例，使用全影攝影術(shù)的情況下，優(yōu)選的是，使用時分顯示系統(tǒng)(場序制顯示系統(tǒng))。時分顯示系統(tǒng)是通過使按照RGB三種顏色背光閃爍，按照時序加法表達顏色而不需要使用濾色器的方法。最好選用時分顯示系統(tǒng)的原因是在全影攝影術(shù)中，飛孔透鏡按照上下方向、以及左右方向?qū)ο笏剡M行放大地投影。在使用序數(shù)濾色器的平面區(qū)分(plane division)型顏色顯示裝置中，與濾色器的條帶的延伸方向平行的透鏡部分(lens component)干擾了放大的圖像的色素(color element)，因此產(chǎn)生了顏色干擾，并且使可視性惡化。通過比較，時分顯示系統(tǒng)可以使用單一的方式顯示全色，因此，不會產(chǎn)生這樣的問題。雖然時分顯示系統(tǒng)需要至少三倍的正常驅(qū)動頻率，但是該系統(tǒng)可以將象素的數(shù)量降低到1/3，并且消除對濾色器的需要，從而具有諸如不會受到濾色器造成的光吸收的優(yōu)點，并且節(jié)省了功率消耗。由于具有這些特征，時分顯示系統(tǒng)可以適合于以上所述的第一到第六實施例，以及稍后將描述第八到第十二實施例。
下面將描述本發(fā)明的第八實施例。如圖32是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖，并且示出3D圖象顯示狀態(tài)。圖33是示出該切換顯示裝置的光學(xué)模型的圖。如圖32所示，本實施例的切換顯示裝置具有與LCD單元2的玻璃基板25結(jié)合形成的兩個柱狀透鏡中的一個，即柱狀透鏡12?？梢允褂?P模制法等作為在LCD單元2的玻璃基板25上設(shè)置柱狀透鏡的方法。具體地說，準備具有要模制的透鏡的形狀的倒置圖案的模具，并且將脫模制和光電固化樹脂涂在模具上，并且緊緊地附著在顯示單元之上。然后，對樹脂進行固化和分離，并且將柱狀透鏡的圖案轉(zhuǎn)移到顯示單元上。
在按照這種方式準備柱狀透鏡的情況下，由顯示單元的基板的厚度限制了透鏡的位置。在這一點上，如圖32所示，可以對觀察者一側(cè)的柱狀透鏡進行排列，并且使該雙透鏡表面朝向觀察者一側(cè)。在圖33所示的光學(xué)模型的顯示屏幕的中心部分，從Snell定律和幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出以下的等式31到36。
假定H1是從象素41和42到顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32的透鏡表面的距離，H2是從象素41和42到觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31的透鏡表面的距離，并且兩個柱狀透鏡可以被看作單個的虛擬柱狀透鏡，讓H為從象素41和42到虛擬柱狀透鏡的透鏡表面的距離，讓D等于從象素41和42到虛擬柱狀透鏡的距離，讓n為透鏡的折射率，讓L1為顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32的透鏡節(jié)距，讓L2為觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31的透鏡節(jié)距，讓P為象素41和42中的每一個的寬度，讓ΔP為在柱狀透鏡32的中心與從位于離象素41較遠的一側(cè)的象素42的末端輸出的光通過透鏡32的位置之間的距離，并且讓Δe為柱狀透鏡31的中心與從位于離象素41較遠的一側(cè)的象素42的末端輸出的光通過透鏡31的位置之間的距離。
此外，讓W(xué)L1等于從位于柱狀透鏡31的中心的突出部分的中心到位于透鏡31的末端的突出部分的中心的距離，讓W(xué)L2等于從位于柱狀透鏡32的中心的突出部分的中心到位于透鏡32的末端的突出部分的中心的距離，讓W(xué)P等于位于LCD單元中心的一對左眼象素和右眼象素42的中心位置、與位于LCD單元2的末端的象素對的中心位置之間的距離，讓α和β分別等于位于柱狀透鏡32的中心的突出部分的光的入射角和輸出角，讓β和γ分別為位于柱狀透鏡31的中心的突出部分的光的入射角和輸入角。讓δ和ε分別等于位于柱狀透鏡32的末端的突出部分的光的入射角和輸出角，讓ε和φ分別等于位于柱狀透鏡31的末端的突出部分的光的入射角和輸出角，讓C1等于在距離WP和距離WL1之間的差，讓C2等于距離WP和距離WL2之間的差，并且讓2m等于包括在距離WP的區(qū)域內(nèi)的象素的數(shù)量。
n×sinα＝sinβ[等式32]n×sinβ＝sinγ[等式33](H2-H)tanβ＝Δe[等式34]
(D-H2+H)×tanγ＝e-Δe[等式35]H1×tanα＝ΔP[等式36](H-H1)tanβ＝P-ΔP此外，對于顯示屏幕末端，可以類似地推導(dǎo)出以下的等式37到41。
n×sinδ＝sinε[等式38]n×sinε＝sinφ[等式39]H1×tanδ＝2×m×P-m×L1[等式40](D-H2+H1)×tanφ＝m×L2[等式41](H2-H1)×tanε＝m×L1-m×L2此外，假定滿足以下的等式42。
H2-H1＝H然后，使用在第一實施例中所使用的值H＝1.57mm(即從象素41和42到虛擬透鏡的透鏡表面的距離值H)、象素節(jié)距P＝0.24mm，折射率n＝1.49，距離D＝280mm，3D可視范圍的寬度e＝65mm，以及m＝60對等式31到42進行求解。因此，得到的結(jié)果為顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡32和象素之間的距離H1＝0.707mm，顯示單元一側(cè)的雙透鏡32的節(jié)距L1＝0.4795mm，觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31和象素之間的距離H2＝2.51mm，以及觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31的透鏡節(jié)距L2＝0.4795mm。使用按照這種方式設(shè)計的切換顯示裝置，即使在兩個柱狀透鏡之間存在距離的情況下，也可以對透鏡進行排列，而不會降低顯示性能。
如上所述，依據(jù)本實施例，與LCD單元2的玻璃基板25結(jié)合的顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡的設(shè)置可以增加觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31的厚度，因而可以降低透鏡的扭曲和變形的影響，從而確保對具有較高質(zhì)量的切換顯示裝置的高成品率的制造。
下面將描述本發(fā)明的第九實施例。圖34是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖。如圖34所示，將觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31沿著突出部分(方向11)的排列方向分割為多個帶狀區(qū)段(band-1ike segment)31b到31e，從與LCD單元2的表面垂直的方向可以看到，這些帶狀區(qū)段的長度方向與方向11平行。將執(zhí)行裝置6連接到每一個部分，以便允許每一個區(qū)段可以獨立地移動。除了以上所討論的結(jié)構(gòu)之外的本實施例的其他結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。如圖34所示，LCD單元2(見圖7)顯示其中一部分為2D圖像，而另一部分為3D圖像的圖像。通過驅(qū)動各個執(zhí)行裝置，對其中顯示3D圖像的區(qū)域的區(qū)段、例如區(qū)段31c和31e進行排列，從而使這些透鏡的光軸相互一致，對其中顯示2D圖像的區(qū)域的區(qū)段、例如區(qū)段31b和31d進行排列，從而使這些透鏡的光軸相互移動透鏡節(jié)距的一半。這可以確保在顯示屏幕內(nèi)的不同的透鏡排列，從而可以在顯示屏幕內(nèi)可以顯示混合的3D圖像和2D圖像。除了以上討論的操作和效果之外，本實施例的其他操作和效果與第一實施例的操作和效果相同。
下面將描述本發(fā)明的第十實施例。圖35是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的橫截面圖。如圖35所示，在第一實施例中的觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31(見圖7)由在第十實施例中的兩個柱狀透鏡311和312的組合來構(gòu)成。即，依據(jù)本實施例的切換顯示裝置具有從顯示單元一側(cè)開始按照指定順序設(shè)置的三個柱狀透鏡32、311、312。在LCD單元2的基板上排列柱狀透鏡32，從而使其透鏡表面朝向觀察者一側(cè)，對柱狀透鏡311進行排列，從而使其透鏡表面朝向觀察者一側(cè)，以及，對柱狀透鏡312進行排列，從而使其透鏡表面朝向顯示單元一側(cè)。兩個柱狀透鏡311和312等價于單個的柱狀透鏡32。將柱狀透鏡311和312相互固定，并且將執(zhí)行裝置(未示出)連接到這兩個透鏡之上，從而使柱狀透鏡311和312可以按照方向11移動。除了以上所討論的結(jié)構(gòu)之外的本實施例的其他結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同。
依據(jù)第一實施例所采用的設(shè)計方案，對本實施例的切換顯示裝置的設(shè)計方案進行構(gòu)思。即，當將觀察者一側(cè)的柱狀透鏡分為兩個時，將每一個分開的透鏡部分的焦距和透鏡節(jié)距分別設(shè)置為2.064mm和0.4774mm，則可以實現(xiàn)使用三個透鏡基板的結(jié)構(gòu)。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。如圖35所示，在顯示3D圖像時，使柱狀透鏡32、311和312的光軸相互匹配。這可以使來自左眼象素41的光被輸出到觀察者的左眼52，并且使來自右眼象素42的光被輸入到右眼51，從而使觀察者可以識別3D圖像。在顯示2D圖像時，驅(qū)動執(zhí)行裝置以便將柱狀透鏡311和312的光軸從柱狀透鏡32的光軸移動透鏡節(jié)距的一半。此時，柱狀透鏡311的光軸與柱狀透鏡312的光軸保持一致。因此，三個柱狀透鏡的效果相互抵消，并且使觀察者可以識別2D圖像。除了以上所討論的操作之外的本實施例的其他操作與第一實施例的操作相同。
在本實施例中，與使用兩個透鏡的情況相比，使用三個透鏡可以進一步降低象差。這可以確保更好的顯示。
雖然前面對本實施例的描述闡明了由兩個透鏡構(gòu)成觀察者一側(cè)的柱狀透鏡的實例，但是本發(fā)明不限于這個特定的情況，觀察者一側(cè)的柱狀透鏡可以由三個或者更多的透鏡構(gòu)成，或者顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡可以由兩個凸透鏡或者更多的透鏡來構(gòu)成、或者觀察者一側(cè)的柱狀透鏡和顯示單元一側(cè)的柱狀透鏡可以同時由兩個或者更多的透鏡構(gòu)成。
下面將描述本發(fā)明的第十一實施例。圖36是示出依據(jù)該實施例的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖，圖37是示出非線性彈簧(non-linearspring)的特性的曲線圖，在水平軸上采用位移位置，在垂直軸上采用反作用力。如圖36所示，依據(jù)本實施例的切換顯示裝置與第一實施例的切換顯示裝置的不同之處在于執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)。
例如，當在第一實施例中，通過移動觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31，在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間從一個切換到另一個的時候，應(yīng)該將柱狀透鏡31的位置穩(wěn)定地排列在進行3D顯示的位置，即柱狀透鏡31的光軸與柱狀透鏡32的光軸一致的位置，或者穩(wěn)定地排列在進行2D顯示的位置，即將柱狀透鏡31的光軸從柱狀透鏡32的光軸進行移動后的位置。也就是說，如果柱狀透鏡31保持在前述的兩個位置之間的中間位置，則3D圖像和2D圖像都不能被穩(wěn)定地顯示。
在本實施例的切換顯示裝置中設(shè)置固定于外殼(未示出)上的固定框架72，并且將觀察者一側(cè)的柱狀透鏡31保持在固定框架72的開口部分。在方向11上的固定框架72的開口部分的長度長于在方向11上的柱狀透鏡31的長度，并且柱狀透鏡31可以在方向11上移動。兩對即四個非線性彈簧65到68設(shè)置在與移動方向11垂直的柱狀透鏡31的邊緣和固定框架72之間。非線性彈簧65和67形成一對，并且相互面對地排列。非線性彈簧66和68形成一對，并且相互面對地排列。非線性彈簧65和66連接到柱狀透鏡31的一個邊緣，而非線性彈簧67和68連接到柱狀透鏡31的另一邊緣。非線性彈簧65到68在方向11上擠壓柱狀透鏡31。在附著了非線性替換65和66的一側(cè)的邊緣設(shè)置了在方向11上按壓柱狀透鏡31的桿62，以及在附著了非線性彈簧67和68的一側(cè)的邊緣設(shè)置了在方向11上按壓柱狀透鏡31的桿64。對柱狀透鏡31進行限制，以使其不按照不希望的方向、即除了導(dǎo)軌(未示出)的方向11之外的其他方向移動。
當施加到非線性彈簧上的壓力(pressing force)增加時，彈簧的位移量依據(jù)壓力而增加，但是當將對抗恒定的反作用力F1的壓力施加到彈簧上導(dǎo)致彈簧的位移量超過給定的值c時，彈簧的反作用力從值F1改變到小于F1的值F2。當施加到彈簧上壓力從彈簧的位移量較大的狀態(tài)逐漸降低時，彈簧的位移量降低到值c，而同時顯示了較弱的反作用力F2，并且趨向于返回到基本狀態(tài)，而當位移量變得等于或者小于c時，顯示出較強的反作用力F1。在本實施例中，將非線性彈簧中的一個的位移量設(shè)置為小于值c的值，而將另一彈簧的位移量設(shè)置為如圖37所示的大于值c的值b。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。當如圖37所示，非線性彈簧65和66的位移量為a，并且非線性彈簧67和68的位移量為b時，非線性彈簧65和66的反作用力大于非線性彈簧67和68的反作用力，從而將柱狀透鏡31向非線性彈簧67和68擠壓。即，將柱狀透鏡31排列在由圖37中的雙點化線所表示的第一位置。當在此狀態(tài)推動桿64時，柱狀透鏡31向非線性彈簧65和66移動，結(jié)果，非線性彈簧65和66的位移量變?yōu)閎，而非線性彈簧67和68的位移量變?yōu)閍，從而將柱狀透鏡31壓向非線性彈簧65和66。即，將柱狀透鏡31排列在由圖37所示的實線所表示的第二位置。即使在釋放施加在桿64上的力量之后，非線性彈簧67和68的反作用力仍然大于非線性彈簧65和66的反作用力，從而將柱狀透鏡31穩(wěn)定地保持在第二位置。當在此狀態(tài)推動桿62時，柱狀透鏡31再次向第一位置移動，并且由于非線性彈簧65到68的反作用力之間的不同，穩(wěn)定地保持在第一位置。
在本實施例中，將第一位置作為諸如3D顯示發(fā)揮作用的位置來處理，而將第二位置作為諸如2D顯示發(fā)揮作用的位置來處理。依據(jù)本實施例，從以上所述顯而易見，使用簡單的結(jié)構(gòu)可以將柱狀透鏡31穩(wěn)定地保持在3D顯示位置和2D顯示位置中的任一個。除了以上所討論的操作和效果之外，本實施例的其他操作和效果與第一實施例的操作和效果相同。
下面將描述本發(fā)明的第十二實施例。圖38是示出依據(jù)該實施例的3D/2D圖像切換顯示裝置的俯視圖。如圖38所示，依據(jù)本實施例的切換顯示裝置具有“＜”狀的懸臂62a和64a來替換在第十一實施例中的桿62和64，并且懸臂62a和64a中的每一個的一端鄰接于柱狀透鏡31。懸臂62a和64a中的每一個具有支持其在固定框架72上旋轉(zhuǎn)的中心部分，以及，執(zhí)行裝置61和63的一端與懸臂62a和64a的另一端連接。執(zhí)行裝置61和63是由形狀記憶合金制成的金屬絲(wire)，并且可以縮短到導(dǎo)通狀態(tài)(conductive state)，但是可以由外力變形為非導(dǎo)通狀態(tài)。執(zhí)行裝置61和63獨立地通過各個開關(guān)(未示出)與電源連接，并且當合上開關(guān)時，電流會流過。將執(zhí)行裝置61的參考長度設(shè)置為一定的長度，從而在非導(dǎo)通狀態(tài)(non-conductive)，當柱狀透鏡31移動到執(zhí)行裝置61一側(cè)位置，即由圖38所示的實線表示的第二位置，并且使執(zhí)行裝置61伸長時，不需要將張力施加于懸臂62a，在導(dǎo)通狀態(tài)，對執(zhí)行裝置61進行縮短，以使柱狀透鏡31通過懸臂62a被充分地推到在另一側(cè)的位置，即由圖38中所示的雙點化線所表示的位置。按照與執(zhí)行裝置61相同的方式，對執(zhí)行裝置63的長度進行設(shè)計。
下面將描述依據(jù)本實施例的切換顯示裝置的操作。首先，假定如圖38所示，柱狀透鏡31處于由圖38中的雙點化線所表示的第一位置。此時，由于非線性彈簧65到68的反作用力之間的差別，將柱狀透鏡31穩(wěn)定地保持在第一位置。當給執(zhí)行裝置63通電時，執(zhí)行機構(gòu)63縮短以使懸臂64a旋轉(zhuǎn)，從而使懸臂64a向柱狀透鏡31推向由圖38中的實線所表示的第二位置。結(jié)果，柱狀透鏡從第一位置移動到第二位置。雖然柱狀透鏡31的移動使懸臂62a旋轉(zhuǎn)而伸長了執(zhí)行裝置61，但是處于非導(dǎo)通狀態(tài)的執(zhí)行裝置容易變形，因此，不會干擾柱狀透鏡31的移動。即使當此后停止給執(zhí)行裝置63通電，由于非線性彈簧65到68的反作用力之間的差別，會使柱狀透鏡31穩(wěn)定地保持在第二位置。同樣地，在將柱狀透鏡31從第二位置向第一位置移動的情況下，給執(zhí)行裝置61通電。結(jié)果，執(zhí)行裝置61縮短以使懸臂62a旋轉(zhuǎn)，從而將柱狀透鏡31推向第一位置。除了以上討論的操作之外，本實施例的其他操作與第十一實施例的操作相同。
從以上所述顯而易見，該實施例可以對柱狀透鏡31的移動進行電控制。這可以允許在顯示3D圖像和顯示2D圖像之間進行自動地切換。由于將形狀記憶合金的金屬絲用作執(zhí)行裝置，因此結(jié)構(gòu)較簡單，并且可以將切換顯示裝置構(gòu)造得更小型并且更輕便。
可以對彈簧進行連接，從而使執(zhí)行裝置總是按照長度方向伸長。這使執(zhí)行裝置在充電狀態(tài)縮短，從而移動柱狀透鏡31，但是在非導(dǎo)通狀態(tài)使執(zhí)行裝置充分伸長，從而可以防止懸臂推動柱狀透鏡31。這可以使非驅(qū)動側(cè)的執(zhí)行裝置不會成為驅(qū)動側(cè)的執(zhí)行裝置的負載，從而確保柱狀透鏡31的快速驅(qū)動。
在不需要使切換顯示裝置的外部尺寸較小的情況下，可以使用諸如電磁螺線管或者電磁馬達(electromagnetic motor)的電執(zhí)行裝置。此外，第十一實施例和第十二實施例可以與第二到第十實施例結(jié)合起來。
權(quán)利要求
1.一種三維(3D)圖像/二維(2D)圖像切換顯示裝置，包括顯示單元，它具有多個周期性排列的多個象素組，其中，每一個象素組包括第一到第n象素(n為等于或者大于2的整數(shù))；第一光學(xué)單元，它具有與所述的各個象素組相關(guān)的、周期性排列的第一光學(xué)元件，并且對從所述的象素中輸出的光進行折射；以及第二光學(xué)單元，它具有與所述的各個象素組相關(guān)的、周期性排列的第二光學(xué)元件，并且對從所述的第一光學(xué)單元中輸出的光進行折射，其中，當由所述的第一到第n象素顯示的圖象相互不同時，將所述的第二光學(xué)單元相對于所述的第一光學(xué)單元放置在第一位置，從而使所述的第一和第二光學(xué)單元按照相互不同的第一到第n方向，輸出從所述的第一到第n象素輸出的光，以及當所述的第一到第n象素獨立地顯示相同的圖像時，將所述的第二光學(xué)單元相對于所述的第一光學(xué)單元放置在第二位置，按照所述的第二光學(xué)元件的排列方向，將所述的第二位置設(shè)置在離所述的第一位置的距離等于所述的第二光學(xué)元件的排列周期的距離的一半，或者等于所述的第二光學(xué)元件的所述排列周期的整數(shù)倍加上所述的排列周期的距離一半所得到的距離，從而使所述的第一和第二光學(xué)單元按照相同的方向輸出從所述的第一到第n象素中輸出的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一光學(xué)元件的排列周期大致等于所述的第二光學(xué)元件的所述排列周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的顯示單元具有兩種象素，即針對右眼的象素和針對左眼的象素，并且在顯示3D圖像時，所述的右眼象素顯示針對所述的右眼的圖像，所述的左眼象素顯示針對所述的左眼的圖像，并且所述的第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元按照第一方向輸出從所述的右眼象素中輸出的光，以及按照第二方向輸出從所述的左眼象素中輸出的光，在顯示2D圖像時，所述的右眼象素和所述的左眼象素一起顯示相同的2D圖像，并且所述的第一和第二光學(xué)單元按照相同的方向，輸出從所述的右眼象素和所述的左眼象素中輸出的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一光學(xué)單元是包括一個或者多個凸面型柱狀透鏡的第一柱狀透鏡部分，其中所述的第一光學(xué)元件是透鏡元件，所述的第二光學(xué)單元是包括一個或者多個凸面型柱狀透鏡的第二柱狀透鏡部分，其中所述的第二光學(xué)元件是透鏡元件，在顯示3D圖像時，位于所述的第二柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸與所述的第一柱狀透鏡部分的一個透鏡元件的光軸大體一致，以及在顯示2D圖像時，將位于所述的第二柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸，從位于所述的第一柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸移動所述的第二雙透鏡部分的所述透鏡元件的排列周期的長度的一半，或者等于所述的第二柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的所述排列周期的整數(shù)倍加上所述的排列周期的長度的一半得到的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一和第二柱狀透鏡部分中的至少一個包括兩個或者多個相互堆疊(stack)的柱狀透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于對所述的第一柱狀透鏡部分的透鏡面進行布置，以使其面向所述的第二柱狀透鏡部分的透鏡面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于對所述的第一柱狀透鏡部分的透鏡面和所述的第二柱狀透鏡部分的透鏡面進行布置，以使它們朝向相同的方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的曲率等于所述的第二柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的曲率，并且在將所述的第一和第二柱狀透鏡部分看作單個的虛擬柱狀透鏡的情況下，所述的虛擬柱狀透鏡的透鏡元件的曲率等于所述的第一和第二柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的所述曲率的兩倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的曲率等于所述的第二柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的曲率，并且在將所述的第一和第二柱狀透鏡部分看作單個的虛擬柱狀透鏡的情況下，所述的第一和第二柱狀透鏡部分之間的間隙等于或者小于所述的虛擬柱狀透鏡的透鏡元件的焦距的20％。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于在顯示3D圖像時，位于所述的第一柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸與位于所述的第二柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸之間的偏差量等于或者小于所述的第一柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的排列周期的12％。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于設(shè)置的所述的第一和第二柱狀透鏡部分可以相對所述的顯示單元移動，在顯示3D圖像時，位于所述的第一和第二柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸通過位于所述的顯示單元的中心的象素組的中心，所述的象素組由所述的右眼象素和所述左眼象素組成，以及，在顯示2D圖像時，位于所述的第一柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸通過，從所述象素組的所述中心、按照所述的第一柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的排列周期的四分之一的長度，或者等于所述的第一柱狀透鏡部分所述透鏡元件的整數(shù)倍加上所述的排列周期的四分之一的長度所得到的長度進行移位后的位置，以及，位于所述的第二柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸通過，相對于所述的顯示單元、按照與前述的移動方向相反的方向，從所述的象素組的中心、按照所述排列周期的1/4，或者等于所述的第二柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的所述排列周期的整數(shù)倍加上所述的排列周期的1/4的長度后得到的長度進行移位后的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于在顯示2D圖像時，將其中對象素的發(fā)光部分進行放大地投影的2D可視范圍的寬度設(shè)置得比觀察者的兩只眼睛的距離更大。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于在顯示3D圖像時，將其中通過離象素最近的透鏡元件對從該象素中輸出的光進行放大地投影的3D可視范圍的寬度設(shè)置為觀察者的兩只眼睛之間的距離的兩倍。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一和第二光學(xué)單元中的一個是包括一個或者多個凸面型柱狀透鏡的凸面型柱狀透鏡部分，所述的第一和第二光學(xué)單元中的另一個是包括一個或者多個凹面型柱狀透鏡的凹面型柱狀透鏡部分，在所述的第一到第n象素分別顯示第一到第n圖像時，將位于所述的凸面型柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸從位于所述的凹面型柱狀透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸、移動所述的凸面型柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的排列周期的長度的一半，或者等于所述的凸面型柱狀透鏡部分的所述透鏡元件的所述排列周期的整數(shù)倍加上所述排列周期的長度的一半得到的長度，以及在所述的第一到第n象素分別一起顯示相同的圖像時，位于所述的凸面型柱狀透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸、與所述凹面型柱狀透鏡部分的一個透鏡元件的光軸大體一致。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述凸面型柱狀透鏡部分和所述凹面型柱狀透鏡部分中的至少一個包括兩個或者多個相互堆疊的柱狀透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一光學(xué)單元是包括一個或者多個飛孔透鏡的第一飛孔透鏡部分，所述的第二光學(xué)單元是包括一個或者多個飛孔透鏡的第二飛孔透鏡部分，并且所述的第二飛孔透鏡部分可以相對于所述的第一飛孔透鏡部分，在對所述顯示單元的所述象素進行排列的所有方向進行移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一和第二飛孔透鏡部分中的至少一個包括兩個或者多個相互堆疊的飛孔透鏡。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的顯示單元具有按照兩行乘以兩列的矩陣形式排列的第一到第四象素，并且所述的第一和第二飛孔部分包括凸面型的飛孔透鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的象素中的至少一個是針對右眼的右眼象素，其他象素中的至少一個是針對左眼的左眼象素，在顯示3D圖像時，所述的右眼象素顯示針對所述的右眼圖像，所述的左眼象素顯示針對所述的左眼的圖像，并且位于所述的第二飛孔透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸與所述的第一飛孔透鏡部分的一個透鏡元件的光軸大體一致，在顯示2D圖像的情況下，將位于所述的第二飛孔透鏡部分的所述中心的所述透鏡元件的所述光軸，從位于所述的第二飛孔透鏡部分的中心的透鏡元件的光軸、按照從針對所述的右眼的所述圖像去往針對左眼的所述圖像的方向，或者與此相反的方向，移動所述的第二飛孔透鏡部分的所述透鏡元件的排列周期的長度的一半，或者等于所述的第二飛孔透鏡部分的所述透鏡元件的排列周期的整數(shù)倍加上所述排列周期的長度的一半得到的長度。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一光學(xué)單元是其上排列有棱鏡元件的第一棱鏡板，所述的第二光學(xué)單元是其上排列有棱鏡元件的第二棱鏡板，在顯示3D圖像時，從與所述的顯示單元的顯示表面垂直的方向可以看到，位于所述的第二棱鏡板的中心的棱鏡元件的頂點，與所述的第一棱鏡板的一個棱鏡元件和與所述的這個棱鏡元件相鄰的棱鏡元件之間的谷地部分一致，以及，在顯示2D圖像時，從與所述的顯示單元的所述顯示表面垂直的所述方向可以看到，位于所述的第二棱鏡板的所述中心的所述棱鏡元件的所述頂點與所述的第一棱鏡板的一個棱鏡元件的頂點一致。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的顯示單元具有對從所述的象素輸出的光進行著色的濾色器，并且具有被著色為多種顏色并且相互平行地周期性排列的多個條形部分，所述的條形部分的長度方向與所述的第一和第二光學(xué)元件的排列方向平行。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的顯示單元使用彩色場序制顯示方法(color field sequentialdisplay method)來顯示圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于還包括裝入所述的顯示單元、以及所述的第一和第二光學(xué)單元的外殼，將所述的第二光學(xué)單元固定到該外殼上。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第二光學(xué)單元具有作為所述的顯示單元的保護板、觸摸板、或者前光的能力。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一光學(xué)單元的至少一部分與構(gòu)成所述的顯示單元的顯示表面的構(gòu)件結(jié)合在一起形成。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于從與所述的顯示單元的顯示表面垂直的方向可以看到，所述的第一和第二光學(xué)單元中的至少一個被分割為多個部分，所述的多個部分可以相互獨立地移動。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的第一和第二光學(xué)單元中的至少一個具有框架。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于在所述的第一和第二光學(xué)單元中的至少一個的表面上形成抗反射涂層(antireflection coating)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于還包括連接到所述的第一和第二光學(xué)單元中的至少一個上的執(zhí)行裝置，用于相對于一個光學(xué)單元，移動所述的第一和第二光學(xué)單元中的所述的另一個。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于還包括用于裝入所述的顯示單元和所述的第一和第二光學(xué)單元的外殼，以及，一對或者多對非線性彈簧，所述的彈簧位于所述的外殼和所述的第一和第二光學(xué)單元中的至少一個之間，并且使這些彈簧按照所述的第一光學(xué)單元的排列方向伸長和縮短，當位移量超過閾值時，這些彈簧的反作用力不連續(xù)地降低，并且對彈簧進行設(shè)置，從而使每一對非線性彈簧中的一個的位移量大于所述的閾值，而另一非線性彈簧的位移量變得小于所述的閾值。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于至少一對非線性彈簧與在所述的第一和第二光學(xué)單元中的所述一個，按照與所述的排列方向垂直的方向延伸的邊緣連接。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的執(zhí)行裝置是由形狀記憶合金制成的線性構(gòu)件，并且與電源連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置，其特征在于所述的顯示單元是液晶顯示單元。
34.一種具有權(quán)利要求1到33中的任何一個的3D圖像/2D圖像切換顯示裝置的便攜式終端設(shè)備。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的終端設(shè)備，其特征在于所述的便攜式終端設(shè)備是便攜式電話、便攜式終端、PDA(個人數(shù)字助理)、游戲機、數(shù)字相機、或者數(shù)字錄像機(digital video)。
全文摘要
一種3D圖像/2D圖像切換顯示裝置具有液晶顯示單元、以及第一和第二柱狀透鏡。為了顯示3D圖像，對第一柱狀透鏡進行排列，使第一柱狀透鏡的光軸與第二柱狀透鏡的光軸一致，從而使針對左眼的象素顯示針對左眼的圖像，針對右眼的象素顯示針對右眼的圖像。為了顯示2D圖像，對第一柱狀透鏡進行排列，使第一柱狀透鏡的光軸從第二柱狀透鏡的光軸移動透鏡節(jié)距的一半，從而，針對左眼的象素和針對右眼的象素獨立地顯示相同的圖象。
文檔編號H04N13/00GK1487331SQ0315534
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者上原伸一, 高梨伸彰, 葉山浩, 彰 申請人:日本電氣株式會社