CN100524016C - 立体图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可转换显示二维图像和立体图像的立体图像显示装置。该装置可以设置显示具有偏振光的立体图像信息或二维图像信息用的图像显示部件，位于双折射型透镜之间的双折射相位调制部件，从而可以进行偏振光面旋转操作。

Description

立体图像显示装置

技术领域

本发明涉及立体图像显示装置。

背景技术

作为使用二维平面显示装置的立体图像显示方法，已经有专利申请提出了在图像显示面合成显示具有多个视线方向的图像，并能根据观测者的视点位置选择目视对应的图像的方法。

作为立体图像的显示方法，有通过在左右眼的视点位置观察显示图像的两个图像的两眼式，和类似的，相对多个视点位置形成多个图像的多眼式，还有不关注视点位置，将相对多个视线方向的图1像在图像显示面实施合成显示的集成全息照相法(IP法)。

作为选择图像的方法，已知的有通过针孔和缝隙状部件将光学遮蔽部和开口部成组设置成阵列状的方法、和在图像显示面上设置透镜阵列或双凸状透镜阵列并将透镜的成像位置作为像素位置的方法。从显示亮度的观点考虑，由于遮蔽部的存在会使显示亮度下降，图像选择方法最好是使用透镜的方法。例如，图19表示的是使用双凸透镜31的已有立体图像显示装置的构成形式，和对于像素19的显示原理。在已有的构成形式中，双凸透镜31的聚光作用和立体图像显示间的关系如图20所示。该图20表示出主光线32和透镜透过光33介于双凸透镜31之间的关系。

为了满足用同一显示装置选择地显示二维图像和立体图像的要求，也有专利申请提出了各种选择性显示二维图像和立体图像的方法。在将透镜阵列用于图像选择部件的构成形式中，有专利申请提出了通过使透镜形成折射率可变层来转换有无透镜作用的选择显示方法(例如专利文献1)。在在此，叙述了在折射率控制实现部件中利用电压控制液晶取向的液晶透镜。通过转换有无透镜作用的方式，在显示二维图像时，能以二维平面显示装置按本身的析象清晰度进行图像显示。

对于液晶透镜的实现方法，有文件提出了以下几种方案，在凸面或凹面透镜面和基板间封入液晶材料的方法(非专利文献1)、将透镜构造形成为菲涅耳透镜的方法(非专利文献2)、对入射面设定折射率调制的射型透镜的方法(非专利文献3)、对入射面内和光传播方向设定折射率调制的折射率分布型透镜的方法(非专利文献4)等。

[专利文献1]日本特开2000-102038号

[非专利文献1]S.Sato，J.J.App.Phys.Vol.18，No.9，(1979)P.1679-1684

[非专利文献2]S.Sato et al.，J.J.App.Phys.Vol.24，No.8，(1985)P.L626-L628

[非专利文献3]S.T.Kowel et aL，App.OpticsVol.23，No.2，(1984)p.278-289

[非专利文献4]T.Nose et al.，Liquid Crystals Vol.5，No.5，(1989)P.1425-1433

液晶透镜由于具有双折射性(折射率各向导性)，所以仅对特定的偏振光成分产生透镜效果。因此，需要将焦点距离设计在规定位置处。而且需要对偏振光方向是否具有透镜效果进行分析和设计，由于设计的限制多，实际实施有困难，所以仅以限定的液晶动作模式是可以实现的。

另一方面，在图像显示部件使用LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)时，由于LCD通常具有视角依赖性，对显示图像的偏振光方向存在限制。因此，使液晶透镜的偏振光方向和图像显示部件侧的偏振光方向直接对应时，在液晶透镜的设计上出现困难，不对应时，由于透镜作用的混合又会在显示图像时产生交调失真，引起显示等级的下降。

另外，液晶的折射率各向异性高达0.2左右，因此，如果通过液晶的取向控制要控制有无透镜效果时，必然要增加液晶层厚度，结果只能实现几分之一秒的延迟应答时间。

因此，在二维图像和立体图像转换时的过渡应答期间中，存在有显示出不希望显示的图像的可能性。

而且，在将液晶透镜分割成多个区域并实施混合显示二维图像和立体图像时，由于液晶透镜的电压——取向特性缓慢，所以通过行选择对无源矩阵型部件实施驱动困难，必须进行仅选择限定区域的分段型驱动，或实施高成本的有源矩阵型的驱动。

发明内容

本发明的立体图像显示装置，其特征是具有：配置多个像素并发出具有偏振光的图像光的图像显示部件；设置在上述图像显示部件上，并对具有第1偏振光方向的光有透镜作用而对具有与上述第1偏振光方向不同的第2偏振光方向的光没有透镜作用的双折射型透镜阵列；和设置在上述图像显示部件和上述双折射型透镜阵列之间，并使上述图像光的偏振光面旋转的双折射性相位调制部件。

在此，上述双折射型相位调制部件可以利用施加电压使相位轴产生变化。

上述双折射性相位调制部件也可以对上述图像显示部件的一部分画面变更相位轴。

上述双折射性相位调制部件还可以在上述图像显示部件的画面上形成相位轴不同的多个区域。

上述透镜阵列还可以具备液晶层和挟持住上述液晶层的一对电极，通过向上述电极间施加电压而使焦点位置产生变化。

附图说明

图1是本发明第1实施形态的构成图。

图2是说明本发明第1实施形态的液晶透镜的构成形式和聚焦作用的剖面图。

图3是表示本发明第1实施形态的液晶透镜引起的立体图像显示时的成像特性的剖面图。

图4是本发明第1实施形态的控制方框图。

图5是本发明第2实施形态的构成图。

图6是本发明第2实施形态构成形式的侧面图。

图7是本发明第2实施形态的控制方框图。

图8是本发明第2实施形态中的显示模式和电压附加状态及偏振光状态间的关系图。

图9是本发明第2实施形态中图像显示模式转换时的转换程序的示意图。

图10是本发明第3实施形态的构成图。

图11是在本发明的第3实施形态中表示立体图像显示领域和液晶单元驱动状态间的关系的正面图。

图12是本发明第3实施形态的无源矩阵型液晶单元的构成图。

图13是本发明第3实施形态的控制方框图。

图14是本发明第3实施形态的窗口画面的一例的示意图。

图15是在本发明第3实施形态中移动窗口显示位置时的处理流程的示意图。

图16是本发明第4实施形态的构成图。

图17是本发明第4实施形态构成形式的侧面图。

图18是本发明第4实施形态的控制方框图。

图19是表示利用双凸透镜的已有立体图像显示装置构成形式和显示原理的示意图。

图20是在已有的构成形式中表示双凸透镜的聚光作用和立体图像显示间的关系的剖面图。

具体实施方式

以下，对根据本发明的立体图像显示装置进行详细说明。但是，本发明的构成形式并不局限于以下所叙述的实施形态，也可以对本发明实施形态和实施例所叙述的构成形式中的各部分实施各式各样地组合。另外，为了说明的简略化，对出现在多个图中的同一构件给予同一标号。在图中，从显示装置向观测者方向是Z轴，显示面内的水平(左右)方向为X轴，纵向(上下)方向为Y轴。

实施形态1

以下，说明本发明的第1实施形式

图1是本实施形态的概要说明图。

作为本实施形态的立体图像显示装置具有作为图像显示部件的LCD1、和在大致等于LCD1象素的整数倍的透镜间距处具有双凸透镜作用的双折射型透镜阵列6。另外，还设置有作为无源双折射型相位调制部件的1/2波长薄膜5。在此，将从图1像显示部件向透镜阵列方向的光称为图像光。图像显示部件可以是自发发光的部件，也可以是使用由背后的透过光的部件，从图像显示部件射出的光，总称为图像光。

LCD1是在透明基板间挟持有液晶的液晶单元3的前后位置处设置有用偏振光板2、4挟持的构造，可以将立体图像或二维图像作为显示图像进行转换显示。

在偏振光板2的背面备有背光光源(图示省略)，显示图像用的光由在光出射侧偏振光板4的偏振光透过轴8方向具有偏振光成分的直线偏振光9产生的图像光构成。

LCD1的液晶动作模式是TN(Twisted Nematic)模式，为了对称地保持住左右方向(xz面内)的视角特性，偏振光透过轴8的方向为θ＝45°。

1/2波长薄膜5是由具有双折射性的耐热透明树脂(例如，降冰片烯、聚碳酸酯树脂系光学树脂)构成的光透过性薄膜，作为以超前相位轴或延迟相位轴规定的相位轴方位10为θ＝22.5°。该1/2波长薄膜5使入射直线偏振光9变换为偏振光方向θ＝0°的出射光11，将直线偏振光旋转45°。

双折射型透镜阵列6是在平行透明基板之间，使用着对具有正的介电各向异性的液晶进行均匀取向的液晶单元的液晶透镜阵列。即，通过电压附加部件7在设置于液晶单元内的梳状电极处附加上电压，可以使液晶的取向状态发生空间分布，以具有透镜作用。在此的液晶取向方向，使分子长轴(导向偶极子)的方向为θ＝0°，梳状电极的电极形状为沿y轴方向伸长，沿x轴方向具有规定的间距。因此，电场分布在电极间相对yz面对称，液晶的分子轴保持为θ＝0°，相对xz面内形成有空间分布。

其结果是对θ＝0°的入射偏振光方向12，在施加电压时发生双凸透镜作用。即，对入射偏振光方向12，可以产生与设置有在y轴方向有棱线、在x轴方向有规定间距的双凸透镜阵列时等效的透镜作用。在不施加电压时，由于不会形成液晶取向的空间分布，所以透镜作用消失。

另一方面，对于θ＝90°的入射偏振光方向13，由于与液晶的取向状态无关，折射率是常光线折射率，所以可以保持一定，即不发生透镜作用。

下面利用图2，更详细说明本实施形态的由液晶构成的透镜阵列6的构造形式和聚光作用。

在透明的平行平板的透明基板18处分别设置有共用的透明电极16和梳状电极17。在该透明基板18之间挟持着TN液晶15。

在此，电压附加方法包括有将电极16、17作为两个端子，对交流电压实施附加的方法、和将梳状电极17形成偶数行、奇数行两组，作为三个端子对交流电压实施附加的方法。

总之，通过在两电极16、17间施加电压来产生电场的空间分布，对于具有偏振光方向12的偏振光成分，可以产生间距为p、焦点距离为f的透镜作用。因而，具有偏振光方向12的直线偏振光在透镜阵列6内，将产生轧迹弯曲。

液晶层15的取向状态如上面途述的那样，由于分子长轴的方向仅相对xz面内变化，所以对与其正交的偏振光成分13，与电压附加状态无关，不具有透镜作用。因此，偏振光成分13在透镜阵列6内一直前进。

实际上，在电极和液晶界面间还设置有用于适当控制电场分布的电介质层、取向膜等，在图2的图示中省略了这些部件。

因而，如图3所示可知，按照使LCD1的象素19位于焦点距离f处的方式配置这样的透镜阵列6，对于在x轴方向有偏振光成分的直线偏振光，能构成双凸透镜型的立体图像显示装置。

如以上说明的那样，在图1中，由于1/2波长薄膜的偏振光旋转作用，作为图像光的直线偏振光11，在液晶透镜阵列6中能与发生透镜作用转换的偏振光方向12一致。

透镜阵列6的出射直线偏振光14具有θ＝0°的偏振光方向，所以可以通过电压附加部件7的电压附加/无附加控制进行聚光，或原封不动、不接受调调制地透过。因而，通过与立体图像和二维图像的选择状态同步地转换电压附加部件7的电压附加/无附加的方式，可以使LCD1显示的图像在具有最大析象清晰度的立体图像、二维图像间实施转换显示成为可能。

在不使用1/2波长薄膜5时，入射到液晶透镜6的图像的偏振光为θ＝45°的直线偏振光9。因此，由于在液晶透镜6中不产生透镜作用的偏振光成分13包含在入射偏振光成分内，所以在立体图像显示时会发生图像多重显示的交调失真。

另一方面，将LCD1的出射偏振光方向8设为θ＝0°时，LCD1的视角特性方面不好。

使透镜6倾斜，将产生透镜作用的偏振光方向设为θ＝45°时，由于视差信息沿倾斜方向产生，不能显示出立体图像。

这样，作为无源的双析射型相位调制部件的1/2波长薄膜5，能使LCD1的显示特性最佳化，同时具有能对使用透镜6的立体图像和二维图像实施没有交调失真的良好选择显示的功能。

在此，图像显示部件是以用作为利用偏振光的图像显示部件的LCD1为例进行说明的，然而在不利用偏振光的图1像显示部件，例如CRT(Cathode RayTube，布老恩管)PDP(Plasma Display Panel，等离子体显示器)、OLED(OrganicLight Emission Diode，有机EL(Electro Luminescence))、FED(Field EmissionDisplay，菲尔德发射显示器)等的显示面处设置偏光板，也可以对显示图像赋予偏光性。

对于透镜阵列，也可以将方解石或石英石等具有双折射性的光学结晶体加工成透镜状使用。即，折射率可变并不是必要的，也可以采用光学特性没有动态变化的无源元件。因而，通过使液晶性介质固化，由例如高分子液晶或在单体混合构成液晶，以规定的取向状态用紫外线或热进行聚合物化，也可以形成作为无源元件且具有多重折射性的液晶阵列。

为了用液晶透镜构成透镜阵列并仅在特定的入射偏振光方向产生透镜作用，最好是在平行平板间射入液晶材料，呈通过施加电压对液晶取向状态实施空间控制的构造形式。具体地说，可以为在入射面内以规定的间距产生折射率分布的衍射型透镜，在光传播方向产生折射率分布的折射率分布透镜，或在入射面内和光传播方向两方均产生折射率分布的部件。

为了在特定的偏振光方向产生双凸透镜作用，例如，可以使用由具有正介电各向异性的向列液晶形成的均匀取向单元，并且相对液晶的取向方向，沿垂直方向以规定间距设置梳型状电极。这样，可以构成在特定的偏振光入射轴处附加有电压时能产生双凸透镜作用，而在其他偏振光入射轴处没有透镜作用的透镜。

在此所说的双凸透镜作用是指，与对于使双凸透镜的棱线方向(透镜曲率无限大的方向)与梳型状电极方向一致地配置的场合等效的聚光作用。这样构造的液晶透镜，能通过改变施加电压来使焦点可变。不施加电压时没有透镜作用，即可以通过控制施加电压的ON/OFF，控制透镜作用的ON/OFF。

图4是在本实施形态中用于进行二维图像显示和立体图像显示间转换控制的控制方框图。观测者对二维图像显示和立体图像显示的转换选择，可以通过作为诸如键盘、鼠标等的开关部件的二维图像/立体图像显示转换选择输入部件62，传递给立体图像显示控制部件61。立体图像显示控制部件61由在LCD1处显示图像用的图像数据组件64、备有进行LCD1的图像显示控制的显示控制器65的图形控制器63、CPU66控制双折射型透镜阵列6的电压附加部件7用的双折射透镜阵列控制器67构成。

接收到观测者给出的图像显示模式选择信号、而且已选择的图像显示模式为立体图像显示时，CPU66在图像数据组件64中存储入立体图像数据，对双折射透镜阵列控制器67发送出施加电压ON的控制信号。双折射透镜阵列控制器67对电压附加部件7设定施加电压值、施加电压波形、频率的参数，并进行控制。另一方面，通过图形控制器63在LCD1显示出立体图像数据，观测者利用电压附加部件7附加上电压，经过产生透镜效果的双折射透镜阵列6观察立体图像数据，所以能观测到立体图像。

同样，在选择为二维图像显示时，CPU66经过图形控制器63在LCD1上显示出二维图像数据，对双折射透镜阵列控制器67发送出施加电压OFF的控制信号，观察者经过无透镜效果的双折射透镜阵列6，能观察到和通常LCD相同的二维图像数据。

对于双折射型相位调制部件，对于采用偏振光方向的旋转角是固定的无源元件的场合，也可使用由透明的延伸薄膜形成的双折射相位差薄薄、或方解石和石英等的双折射性光学结晶。

为了使偏光面旋转，双折射性相位调制部件可以为对入射波长延迟值为1/2的所谓1/2波长薄膜(1/2波长片)。使用单一的1/2波长薄膜时，相位轴配置在将偏光面的旋转角等分为1/2的角度处，但为了能减轻波长分散并实现宽带通化，也可以使用多个1/2波长薄膜或接近1/2波长条件的相位差薄膜进行偏振光旋转操作。例如，对于从0°向90°的偏振光旋转操作，可以采用从光入射侧为67.5°、22.5°方位配置着的两个1/2波长薄膜等等的在先技术中已知的各种方式。

为了使双折射性相位调制部件的相位轴旋转可变，最好在双折射型相位调制部件处使用液晶单元。

对于相位轴变化的控制，大致分为使相位轴角度变化的方法和选择有无相位轴的方法，这些都能适用于本发明。

使相位轴角度变化方法的实例，包括采用使用具有自发极化的强介电性液晶(FLC：Ferroelectric Liquid Crystal)材料的SSFLC(Surface StabilizedFerroelectric Liquid Crystal)、或使用反强介电性液晶(AFLC：Anti-Ferroelectric Liquid Crystal)材料的Half-V(也存存在称为TLAF：ThresholdLess Anti-Ferroelectric modc的场合)等的动作模式。这两个动作模式应答性迅速，较理想。

选择有无相位轴的方法实例，包括作为能实现同样迅速应答速度的动作模式的使用向列液晶材料的π扭转单元(弯曲取向单元)等等。

而且，在将双折射性相位调制部件的相位轴可变控制设为部分能选择的矩阵型部件时，最好不采用薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)等的开关元件，使用无源矩阵型，即可通过线状电极的选择扫描实施驱动的液晶动作模式型部件比较好。作为这样的模式部件，可以使用由向列液晶材料形成的STN(Super Twisted Nematric)或BTN(Bi-stable Twisted Nematic)模式部件。

实施形态2

图5是说明第2实施形态的概略图。

和前述实施形态相同，设置有作为图像显示部件的LCD1、和在大致等于LCD1的象素整数倍的透镜间距处具有双凸透镜作用的透镜阵列6。和前述实施例相同的部分，省略了详细的说明。

在本实施形态中，双折射相位调制部分使用的是具有自发极化性能的强介电性液晶单元20。采用这种方式，可以构成能响应立体图像和二维图像的显示转换，对相位轴方位实施切换的有源元件。

强介电性液晶单元20是一种将强介电性液晶封入在一对基板间的部件。在基板上分别设有电极，以便能在强介电性液晶上施加电压。强介电性液晶单元20有自发极化性能，通过适当设计液晶材料、元件间隙，能形成为1/2波长板。

图6是表示本实施形态构成的侧面图。强介电性液晶单元20在透明基板37内，通过共用透明电极38挟持着强介电性液晶39，利用与共用透明电极38连接着的电压附加部件21，可以将电压附加在强介电性液晶上，由此使取向产生变化，使相位轴方位产生转换。

双折射透镜和实施形态1相同，经过强介电性液晶单元20将焦点距离f设定在象素19上。位于强介电性液晶单元20对面侧的透明基板18和强介电性液晶单元20的基板38是可共用型基板。

利用电压附加部件21进行施加电压的极性转换，可以将相位轴控制在第1相位轴方位θ＝22.5°(图中符号22)、第2相位轴方位θ＝67.5°(图中符号23)这两种状态下。

液晶材料具有自发极化性能，由于单元可实现间隙薄，与液晶透镜的延迟应答时间相比，强介电性液晶单元20可实现1ms以下的高速应答。因此，在转换相位轴时，可通过电压附加部件21的极性转换进行瞬时转换。

当LCD1的图像光是θ＝45°的直线偏振光9时如沿第1相位轴方位23控制强介电性液晶单元20，由强介电性液晶单元20出射的直线偏振光24的方向为θ＝0°。另一方面，如控制在第2相位轴方位23时，则由强介电性液晶单元20出射的直线偏振光24的方向为θ＝90°。

因而，在第1相位轴方位22控制强介电性液晶20时，透镜阵列6具有作为透镜使用的功能。处于可实施立体图像显示的模式。另一方面，将其控制在第2相位轴方位23时，透镜阵列6不具有透镜的功能，不能显示出立体图像。即，处于二维图像显示模式。

图7是本实施形态进行二维图1像/立体图像显示的转换控制的控制方框图。对强介电性液晶单元20和双折射透镜阵列6实施电压附加控制的二维图像/立体图像转换控制部件69，由强介电性液晶单元控制器70和双折射型透镜阵列控制器67构成，并可以各自独立地对电压附加部件进行电压附加控制。

在本实施形态中，在透镜阵列6采用液晶时，在透镜阵列6上附加稳定的电压，就能维持双折射透镜特性，按照与图像显示部件的立体图像和二维图像的选择显示同步的方式来选择电压附加部件21的极性，可以使透镜阵列6起到作为透镜使用的作用，或不起作用。因而，能使观测者看不到液晶透镜的过渡应答期间中发生的不希望出现的显示特性，实现转换显示。

在连续长期间显示二维图像时，从减少消耗电力的观点考虑，和前述实施形态相同，也可以使透镜阵列6处于不施加电压状态。在液晶透镜的应答结束以后，强介电性液晶单元20没有记忆性，所以即使不向强介电性液晶单元20施加施加电压，也不会产生问题。

图8是表示在连续长时间显示二维图像的二维图像显示模式40、和使用强介电性液晶单元20的相位轴方位转换二维图像和立体图像的二维图像/立体图像转换显示模式41下的二维图像显示时42、立体图像显示时43，电压附加部件和出射直线偏振光状态的汇总表。

对于二维图像显示模式40，强介电性液晶单元20的电压附加部件21、双折射透镜阵列6的电压附加部件7中的任一个，处于施加电压无附加(OFF)状态。双折射透镜阵列6没有透镜效果，强介电性液晶的取向状态也呈任意状态。

另一方面，对于二维图像/立体图像转换显示模式41，由于通过双折射透镜阵列6的电压附加部件7附加有电压，所以对θ＝0°方向的直线偏振光会产生透镜效果，通过向强介电性液晶单元20附加的电压极性，可以通过选择入射到双折射透镜阵列6的直线偏振光方位来决定有无透镜效果。

二维图像/立体图像转换显示模式41中的二维图像显示和立体图像显示间的转换，其强介电性液晶单元20的应答是高速的，看不到过渡应答期间中的不希望出现的显示，但从二维图像显示模式40向二维图像/立体图像转换显示模式41的转换，或相反方向的转换，应答比较慢，随着双折射透镜阵列的取向变化，为了使不希望出现的显示看不到，最好按规定程序实施模式的转换操作。

图9是上述图像显示模式转换时的电压附加程序的示意图。由观测者从二维图像显示模式40到二维图像/立体图像转换显示模式41进行模式选择时，可通过电压附加部件21使强介电性液晶单元20，从无施加电压(OFF)的状态转换至附加有实施二维图像显示时需要附加的正极性电压+V。在强介电性液晶单元20的应答完全结束的置位期间56后，再通过电压附加部件7在双折射透镜阵列6处施加电压。双折射透镜阵列6在过渡应答期间57中，对θ＝0°方向的直线偏振光慢慢产生透镜效果，但强介电性液晶单元20由于选择的是二维图像显示，所以观察图像无变化。在双折射透镜阵列6的应答结束后可转换选择二维图像/立体图像，并可通过向强介电性液晶单元20附加的电压极性来选择显示模式。

从二维图像/立体图像转换显示模式41向二维图像显示模式40实施模式变更选择时，可以按照与上述相反的顺序，首先使强介电性液晶单元20处于二维图像/立体图像转换显示模式41中的二维图像显示，然后将双折射透镜阵列6处的施加电压转移到无附加状态。在双折射透镜阵列6的透镜效果完全消失的过渡应答期间60后，再使强介电性液晶单元20的施加电压处于无附加状态。通过该程序，观察者可以按照看不到不希望出现的显示的方式连续观察二维图像。

而且，也可以和前述实施形态相同，不使用液晶构造透镜阵列6。

实施形态3

图10是说明本发明第3实施形态的概略图。图11是本实施例的双折射相位调制部件的平面图。

在本实施形态中，其特征是双折射相位调制部件为可矩阵驱动的液晶单元25。

和前述实施形态相同，可以设置有作为图像显示部件的LCD1和在大致等于LCD1象素的整数倍的透镜间距处具有双凸透镜作用的透镜阵列6，对于和前述实施例相同的部分，省略了详细说明。

在本实施形态中，为了说明简单，是以LCD1的图像光的偏振光方向4为θ＝0°的场合为例进行说明的。这样的偏光板配置在VA(Vertically Align)、IPS(In-Plain Switching)模式等下，在使用时不会对视角特性产生不良影响。

液晶单元25是在一对基板间密封有液晶的部件，在两基板上还设置有对液晶施加电压用的电极。该液晶单元25形成为能矩阵驱动的电极构成形式。在此，所谓矩阵驱动如图11所示，是在液晶单元25的面上分割出多个区域30，并在所希望的区域30处施加电压的驱动方法。作为可实施矩阵驱动的电极构造，可以采用通常液晶显示装置所用的TFT驱动组件，或使梳状电极正交并附加规定电压脉冲的无源矩阵驱动组件等。

作为能矩阵驱动的液晶单元25的一例，可以为如图12表示的，使用无源矩阵型的STN模式液晶单元时的液晶单元组件。在相对侧形成有梳状透明电极82的透明基板80间，挟持着STN模式的液晶81。还备有LCD驱动器作为电压附加部件27，以便通过在梳状透明电极82上施加电压脉冲的方式在任意区域30处附加上所希望的电压。

图13是控制本实施形态的显示模式的控制方框图，二维图像/立体图像转换控制部件69具有对位于液晶单元25的希望位置处的窗口实施显示。控制用的图形控制器71，从而可以与LCD1侧的图形控制器63的图像数据组件64内部分保存着的立体图像数据对应，按照相同的显示位置、尺寸，对液晶单元25的窗口显示进行控制。

在该实施形态中，在液晶上附加有电压的区域29处可以使相位轴无效应，入射光的偏光方向无变化，仍原样透过。在不施加电压的区域，使入射光的偏光方向旋转。当然，根据使用的液晶种类、模式的不同，也可以使附加有电压的区域使入射光的偏光方向旋转，而在其他区域不使偏光方向旋转。

在液晶单元25内的区域29处，可以使偏振光成分不变化地使光透过，所以图像光仍旧以直线偏振光9(θ＝0°)的形式透过液晶单元25。从液晶单元25出射的直线偏振光28保持θ＝0°的方位，入射至透镜阵列6。因而，对于区域29，透镜阵列6产生透镜作用。

另一方面，在无施加电压的区域，相位轴26为θ＝45°，从液晶单元25出射的偏振光方向为θ＝90°，透镜阵列6不产生透镜作用。

如以上说明的那样，在显示部件1和透镜阵列6之间，设置有能满足1/2波长条件的矩阵驱动型液晶单元25，通过用电压附加部件27在液晶单元25的一部分区域29处施加电压的方式，能容易地在一幅图像上混合显示出立体图像和二维图像。例如在图11中，在显示二维图像的区域内设置电压附加区域29作为窗口，就能在窗口内显示出立体图像，即使用鼠标进行窗口的移动操作，通过与操作同步地移动电压附加区域29的方式，能在任意位置显示出立体图像。

图14是表示在利用窗口部分显示立体图像时的窗口图像构成的一例的示意图。区域29是显示图像用的区域，在选择为立体图像显示时，区域29处显示的是立体图像。位于区域29外侧的区域83可通过二维图像显示形成高精度显示，并可将操作窗口用的窗口控制杆和选择区域29为二维图像显示和立体图像显示用的控制按钮84，与操作窗口开关用的通常备有的控制按钮等一起配置在窗口控制杆区域处。在此，区域29的水平显示尺寸W最好是双折射型透镜阵列6的间距P的整数倍，垂直显示尺寸H最好是液晶单元25的单位区域30沿垂直方向尺寸的整数倍，在进行移动或放大等操作时，可按照符合这些条件的方式进行处理。

图15是进行立体图像显示中的窗口显示位置变更时所希望的显示程序的一例。观察者点击选择窗口的控制杆时，作为移动准备的处理，为通过显示出预先决定的图形图像等方式不对立体图像实施显示，然后将显示模式转换成二维图像显示。在显示模式转换后，也可以确认是否存在与已显示的立体图像对应的二维图像数据，并进行显示二维图像所需的处理85。通过这种移动前转换至二维图像显示的处理，就不必要在窗口移动作业中附着显示位置的变更逐一进行立体图像显示的更新，即使采用STN模式那样应答不比较快的液晶显示模式，也不会看到因立体图像数据和窗口显示位置不一致(应答延迟)等引起的不希望出现的显示。在观察者的窗口移动作业结束后，处于，图像非显示状态，在转换至立体图像显示模式作业后，可进行立体图像显示。

实施形态4

图16是第4实施形态的说明图。

在本实施形态中，其特征是在第1实施形态的构成中附加有1/2波长薄膜5B和液晶透镜6B，使双折射相位调制部件和透镜阵列形成两级结构，由此形成沿纵向具有视差的立体图像显示装置。

和前述实施形态相同，设置有作为图像显示部件的LCD1、和在大致等于LCD1象素整数倍的透镜间距处具有双凸透镜作用的透镜阵列6A。对于和前述实施形态相同的部分，省略了详细的说明。在LCD1和透镜阵列，6A之间，还设有双折射相位调制部件5A。

附加的透镜阵列6B呈与透镜阵列6A旋转90°的构造形式，在附加上电压时，对θ＝90°的偏振光方向12B有沿图像上下方向的双凸透镜作用。透镜的焦点位置与透镜阵列6A相同，设定在位于LCD1的图像部位置处。

附加的双折射相位调制部件5B的相位轴方位10B为θ＝45°的方位，所以可以使透镜阵列6A的出射光的偏振光方向θ＝0°旋转90°，再入射到透镜阵列6B。采用这种构成形式，可以使入射到透镜阵列6B的光在透镜阵列6B处受到透镜作用。

图17表示本实施形态构成的侧面图。产生纵向视差的双折射透镜阵列6A和产生横向视差的双折射透镜阵列6B的焦点距离f_A、f_B，可以按照与前述实施形态相同的方式，按焦点位于LCD1的象素19上的方式实施设定。

由于两个双折射型透镜阵列的透镜效果，是沿画面横向方向和纵向方向这两个正交方向产生的，所以可以按照与彼此透镜状态无关的方式，独立地对焦点距离实施设定。

采用这种两级构造形式，不仅能选择显示立体图像和二维图像，而且通过对各个液晶透镜6A、6B独立地实施施加电压的控制，还能在立体图像显示时自由附加横向视差和纵向视差。而且，通过将各液晶透镜中的梳状电极分成几组实施独立控制的方式，还可以在实施立体图像显示时设定出若干个视差数。例如，由于横向视差数×纵向视差数能按16×6、32×3等多个条件实施设定，所以能按照显示内容、观察条件对最佳的立体图像显示条件实施设定。

图18为表示本实施形态的控制方框图。控制双折射透镜阵列6A、6B用的二维图像/立体图像转换控制部件69，由独立控制各个透镜阵列的双折射型透镜阵列控制器67A、68B构成。在图形控制器63的图像数据组件64中，保存有与显示模式对应的二维图像、具有规定视差数的立体图像数据，并可以在LCD1上实施显示。

综上所述，使用本发明的实施形态，就可以转换显示二维图像和立体图像，即能提供与现有技术相比，其显示等级高，能高速转换，且在任意选择区域都可以对二维图像和立体图像实施混合显示的立体图像显示装置。

Claims (5)

1、一种立体图像显示装置，其特征是具有：

配置多个象素并发出具有偏振光的图像光的图像显示部件；

设置在上述图像显示部件上、对具有第1偏振光方向的光起透镜作用、对具有与上述第1偏振光方向不同的第2偏振光方向的光不起透镜作用的双折射型透镜阵列；和

设置在上述图像显示部件和上述双折射型透镜阵列之间，使上述图像光的偏振光面旋转的双折射性相位调制部件。

2、如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征是：

上述双折射性相位调制部件利用施加电压使相位轴变化。

3、如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征是：

上述双折射性相位调制部件可对上述图像显示部件的一部分画面改变相位轴。

4、如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征是：

上述双折射性相位调制部件能在上述图像显示部件的画面上形成相位轴不同的多个区域。

5、如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征是：

上述双折射型透镜阵列具有液晶层和挟持着上述液晶层的一对电极，

通过在上述电极之间施加电压来使焦点位置变化。

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