CN1841129A - 立体图像显示设备 - Google Patents

Abstract

即使视角很大或很宽，要减少交扰量或杂散光也是可能的。一种立体图像显示设备包括：平面显示装置和置于平面显示装置正面的光束控制单元。光束控制单元包括：具有多个透镜的第一透镜阵列，具有多个透镜的第二透镜阵列，以及设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间且具有多个透镜的第三透镜阵列。第三透镜阵列被配置为使得第一透镜阵列一侧的每个透镜与第二透镜阵列一侧的相应透镜相一致，并且第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，而第三透镜阵列的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率不同。

Description

立体图像显示设备

技术领域

本发明涉及一种立体图像显示设备。

背景技术

利用任意手段记录立体图像并再现该立体图像、被称为用于显示多幅视差图像的积分照相(integral photography)系统(以下称为“IP系统”)或光束再现系统的方法已经是众所周知的。假设一个观察者观察或观看一个物体或一个点。当位于由他/她的左右眼所限定的一个近距离处的物体的角度用α表示，且位于由他/她的左右眼所限定的一个远距离处的物体的角度用β表示时，α和β根据物体和观察者之间的位置关系而变化。(α-β)被称为“双眼视差”，人对双眼视差敏感，并能够将物体视为立体对象。

近些年来，自动立体图像显示设备得到了很大发展。许多自动立体图像显示设备配备有普通的平面显示装置(二维显示装置)以及设置在该平面显示装置的前表面或后表面上的光束控制单元。来自平面显示装置的光线角度能够由光束控制单元利用双眼视差来进行控制，使得当物体被观察者观看时，光线看起来好像是从位于距离平面显示装置大约几厘米远或者与之间隔开的物体发射出来的。这是因为，即使来自平面显示装置的光线被分布成为几种角度(称为“视差”)，由于平面显示装置的高精度显示，也能够得到具有一定程度高精度的图像。

当柱面透镜或透镜片被用作光束控制单元时，由于它比狭缝元件具有更高的光利用率，得到的优点是显示更加明亮。然而，立体图像显示设备不但具有显示立体图像(三维图像)(三维图像显示模式)的功能，还具有显示平面图像(二维图像)(二维图像显示模式)的功能。在这样的立体图像显示设备中，为了实现二维图像显示模式与三维图像显示模式之间的切换或转换，需要瞬时地生成或消除柱面透镜片的曲面。由于透镜的曲面大大影响了图像质量，当柱面透镜片被用作光束控制单元时，与狭缝元件用作光束控制单元相比，要实现这样的操作，即瞬时生成或消除曲面，是很困难的。

正如国际公开号为WO03/015424的专利(以下称为“专利文献1”)中所述，其中公开了一种显示设备，其加入了各向异性透镜和平面显示装置，该平面显示装置用于控制偏振方向以通过电气方式消除透镜效应，从而实现二维图像显示模式与三维图像显示模式之间的切换。双折射物质填充到透镜形状的元件中，各向同性物质填充到与其相对的位置上，从而使具有不同折射率的不同方向上的光线集聚在一起，并且折射率相同的各个方向的光线形成一幅二维图像。但是，在专利文献1所描述的技术中，使用单边凸透镜作为光束控制单元。在使用单边凸透镜的具有多个视差和大视角的立体图像显示设备中，当双折射率之差等于一个普通折射率时，透镜距(lens pitch)变大且曲率半径变小，透镜的步长(step)变大，使得要形成单边凸透镜是不可能的。即使光线被单边凸透镜集聚，交扰(crosstalk)会变得很大。

在JP-A-2000-503424中公开了一种立体图像显示设备，其设置有从以矩阵排列的像素产生输出的显示装置，例如矩阵LC显示板，允许来自不同像素组的输出通过的透镜元件阵列，以及形成至少一副能够被观察者的每只眼睛分别观察到的立体视图的透镜单元或装置。透镜单元包括具有电可变的折射率的电光材料，并且具有高分辨率的二维图像能够通过进行选择性切换或转换而被显示，从而消除透镜单元的性质。在JP-A-2000-503424中描述了关于单边透镜的例子，但没有描述关于增大视角的方法。

在JP-A-P2004-258631公开了一种能够以切换或转换的方式显示二维图像和三位图像的立体图像显示设备。在JP-A-P2004-258631中描述的立体图像显示设备配备有液晶显示装置，其包括排列的多个像素并输出偏振像光；设置在液晶显示装置上的透镜阵列，其作用于具有第一偏振方向的光线，但不作用于具有不同于第一偏振方向的第二偏振方向的光线；以及设置在液晶显示装置和透镜阵列之间的1/2波长薄膜，其旋转像光的偏振面。然而，在JP-A-P2004-258631中没有提出有关增大透镜阵列视角的建议。

当透镜阵列在立体图像显示设备中被用作光束控制单元时，相邻视差图像的信息与初始视差光线混淆在一起，被称为“交扰(crosstalk)”，从而阻碍了立体显示。这种现象发生在聚光范围在以下状况下达到几个子像素的时候，即特定方向上的视差光线通过透镜阵列被集聚到二维显示装置上。

在三维图像显示装置中，二维显示装置和光束控制单元之间的间隙g是根据视差的数量和视角来确定的。因此，当透镜片被用作光束控制单元时，透镜的曲率半径被确定，使得焦距与一个设定值相同。在具有大视角的立体图像显示设备中，由于透镜阵列和二维显示装置之间的间隙很小，透镜的曲率半径变得很小。因此，偏差变大且交扰增大，从而导致图像质量下降。这些问题必须被克服。

当透镜形成时，透镜的折射率和与透镜接触的介质的折射率之间的差影响着透镜球面的曲率半径。原因在于，除了受透镜效应影响的光折射效应之外，由于折射率变化导致的光折射效应也是能够预料到的。例如，当相同数量视差下的视角变大，透镜焦距必定被缩短或减小。有两种方法用于缩短透镜焦距。在第一种方法中，即使透镜形状的凸出和凹入之间的差很小，通过利用高折射率材料作为透镜材料、并利用低折射率材料(如空气)作为与透镜接触的介质，焦距也能够被缩短。在第二种方法中，即使不采用具有高折射率的透镜材料，通过减小透镜曲率半径并增大透镜凹入和凸出之间的差，也能实现聚光。

在第一种方法中，由于透镜的凹入和凸出之间的差很小，所以透镜很容易生产，但即使为了减小偏差将透镜做成椭圆状，也不能很大程度上减小偏差，因为所述的差别太小。另一方面，在第二种方法中，由于透镜凹入和凸出之间的差很大，通过将透镜做成椭圆状而实现的偏差减小比第一种方法中偏差减小程度要大。因此，由于焦距与透镜和显示器之间的间隙彼此相等，二维显示装置的显示板的交扰量能够被减少，不论观察者是在屏幕中心还是在屏幕末端。然而，这样会出现一个问题，即使为了大大缩短透镜焦距而减小曲率半径，由于折射率的差别很小，也不能实现聚光。在这种情况下，使用双凸透镜来增大双凸透镜的曲率半径、以取代减小单边凸透镜的曲率半径的过程是很容易实现的，并且当双凸透镜的各个透镜面的曲率半径被设置成相等时，双凸透镜的各个凸透镜能够用相同或同一个模具来制造，从而避免了生产成本大幅增加。

作为与制造双凸透镜相关的问题之一，必须将两个凸透镜彼此定位，并保持所述凸透镜之间的间距不变。当使用如塑料或玻璃等硬质材料时，透镜能够按照设计被制造出来，但由于透镜中的凸起和凹入之间的间隙可能因为热收缩的差异或其它原因而出现，因此这种差异或其它差异必须被减小。当使用如液体等形状自由变化的材料来制造凹透镜和凸透镜中之一时，避免了间距的出现，但必须采用保持两个凸透镜之间间距不变的装置。

作为另外一个问题，当透镜阵列被用作立体图像显示设备的光束控制单元时，不仅应该考虑到当透镜从其正面被观看时的透镜光轴方向上的光线会聚，还必须考虑当透镜以视角θ被观看时在偏离透镜光轴方向的位置上的光线会聚。在单边凸透镜的情况下，通过一个透镜面的光线不通过另一个透镜面。在双凸透镜的情况下，通过一个透镜面的光线也通过另一个透镜面。通过两个彼此相对的双凸透镜的光线以设定值会聚在平面显示装置上的单元图像(对应于每个透镜的图像)的位置上，但由于通过外透镜的光线通过一个相邻的透镜，透镜末端的对于光线的透镜光学能力被降低至1/2，这时观察者观看到的光线是模糊的。因此，由于光会聚在一个不同于单元图像位置的位置上，因而导致了不同于初始视差图像的图像混合(以下称为“杂散光”)。由于以上情况损坏或恶化了三维图像显示性能，因此必须采取应对措施。

作为另一个问题，必须在立体图像显示设备中将观测区域中心对准中心观察者。因此，在观察者一侧放置一个透镜且在二维装置上放置一个透镜使得它们的光轴中心彼此重合变得十分重要。除非光轴彼此重合，否则就会出现杂散光增加的问题。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种立体图像显示设备，其中即使视角很宽或很大，交扰量和杂散光也能被减少。

根据本发明的第一方面的立体图像显示设备包括：

平面显示装置，其具有包括以矩阵方式排列的多个像素的显示平面；和

光束控制单元，其被设置在平面显示装置的正面并控制来自像素的光线，该光束控制单元包括：

具有多个透镜的第一透镜阵列，每个透镜在观察者一侧具有平面形状的表面，并且在平面显示装置一侧具有凹凸形状的表面；

具有多个透镜的第二透镜阵列，每个透镜在平面显示装置一侧具有平面形状的表面，并且在观察者一侧具有与第一透镜阵列的凹凸形状的尺寸大致相等的凹凸形状的表面，和

设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间且具有多个透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，并且在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，其中在第一透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出相对应，而在第一透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入相对应，其中

第三透镜阵列被配置为使得其第一透镜阵列一侧的每个透镜与其第二透镜阵列一侧的一个相应透镜相一致，并且

第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，并且第三透镜阵列的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率不同。

第一和第二阵列中的每一个可具有多个单边凹透镜，并且第三透镜阵列可具有多个双凸透镜。

第三透镜阵列中的每个双凸透镜的最小厚度表示为ds，视角表示为2θ，透镜距表示为Ip，并且第一透镜阵列的折射率表示为n，双凸透镜可满足关系ds×sinθ/(Ip×n)＜0.1。

第三透镜阵列可由自由改变形状的材料构成。

第三透镜阵列由透明固体材料构成，并且第一和第二透镜阵列可通过利用硅树脂冲压出第三透镜阵列的凸出和凹入来形成。

根据本发明的第二方面的立体图像显示设备包括：

平面显示装置，其具有包括以矩阵方式排列的多个像素的显示平面；和

光束控制单元，其设置在平面显示装置的正面并控制来自像素的光线，该光束控制单元包括：

具有多个单边凹透镜的第一透镜阵列，每个透镜在观察者一侧具有平面形状的表面，并且在平面显示装置一侧具有凹透镜形状的表面；

具有多个单边凹透镜的第二透镜阵列，每个透镜在平面显示装置一侧具有平面形状的表面，并且在观察者一侧具有与第一透镜阵列的凹透镜形状尺寸大致相等的凹透镜形状的表面，

设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间的透明基板，

设置在第一透镜阵列和透明基板之间且具有多个单边凸透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列的凹透镜形状相适合的凸透镜形状的表面，并且在透明基板一侧具有平面形状的表面，和

设置在透明基板和第二凸透镜阵列之间且具有多个单边凸透镜的第四透镜阵列，每个透镜在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列的凹透镜形状相适合并且与第三透镜阵列的凸透镜形状相对应的凸透镜形状的表面，并且在透明基板一侧具有平面形状的表面，其中

第三透镜阵列中的每个单边凸透镜被构造为使得其光轴与第四透镜阵列中的相应单边凸透镜重合，并且

第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，第三和第四透镜阵列的折射率比第一和第二透镜阵列的折射率高。

第三和第四透镜阵列可由自由改变形状的材料构成；

第三和第四透镜阵列由具有双折射率的材料构成。

透明基板可由第一和第二透明基板组成。

根据本发明的第三方面的光束控制单元包括：

具有多个透镜的第一透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，在另一侧具有凹凸形状的表面；

具有多个透镜的第二透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，在另一侧具有与第一透镜阵列的凹凸形状大致相等的凹凸形状的表面，和

设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间且具有多个透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，并且在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，其中在第一透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出相对应，并且在第一透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入相对应，

其中第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，而第三透镜阵列的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率不同。

根据本发明的第四方面的光束控制单元包括：

具有多个单边凹透镜的第一透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，而在另一侧具有凹透镜形状的表面；

具有多个单边凹透镜的第二透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，而在另一侧具有与凹透镜形状尺寸大致相等的凹透镜形状的表面，

设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间的透明基板，

设置在第一透镜阵列和透明基板之间且具有多个单边凸透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列的凹透镜形状相适合的凸透镜形状的表面，且在透明基板一侧具有平面形状的表面，和

设置在透明基板和第二透镜阵列之间且具有多个单边凸透镜的第四透镜阵列，每个透镜在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列的凹透镜形状相适合并且与第三透镜阵列的凸透镜形状相对应的凸透镜形状的表面，并且在透明基板一侧具有平面形状的表面，其中第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，第三和第四透镜阵列的折射率比第一和第二透镜阵列的折射率高。

第三透镜阵列被配置为排列圆柱透镜使得各圆柱透镜的纵轴平行。

每个圆柱透镜可具有双折射率，其中纵轴方向的折射率与横轴方向的折射率不同。

横轴方向的折射率可与第一和第二透镜阵列的折射率之一相等。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的立体图像显示设备的水平截面图；

图2是说明双凸透镜焦距的原理图；

图3是第一实施方式中当具有相同折射率的透镜材料用于外透镜并且曲率半径r和透镜厚度d改变时从顶部观看透镜的示意性说明；

图4是第一实施方式中当具有相同折射率的透镜材料用于外透镜并且曲率半径r和透镜厚度d改变时从顶部观测透镜的示意性说明；

图5是第一实施方式中当具有相同折射率的透镜材料用于外透镜并且曲率半径r和透镜厚度d改变时从顶部观测透镜的示意性说明；

图6是通过对第一实施方式中的透镜形状进行优化而得到的d、ds和r之间的关系示图；

图7是说明第一实施方式中杂散光区域的光线轨迹图；

图8是第一实施方式中透镜形状为椭圆形的实施例视图；

图9是当ds值为0μm，0.187μm和0.414μm时杂散光区域比率与视角的关系示图；

图10是当通过透镜模拟器实现优化时所得的单边凸透镜和双凸透镜的交扰量与视角的关系示图；

图11是在立体图像显示设备中单边凸透镜被用作光束控制单元的情况下的视图；

图12是在立体图像显示设备中双凸透镜被用作光束控制单元的情况下的视图；

图13是根据第一实施方式的透镜阵列的另一个具体实施例的视图；

图14是根据本发明第二实施方式的立体图像显示设备的水平截面图；

图15是第二实施方式中在中央透明基板的折射率被改变的同时进行交扰量模拟的结果示图；

图16是根据本发明第二实施方式的第一修改的立体图像显示设备的水平截面图；

图17是根据本发明第二实施方式的第二修改的立体图像显示设备的水平截面图；

图18是说明液晶显示装置中偏振面改变90°的情况的示意图；

图19是说明液晶显示装置中不改变偏振面的情况的示意图；

图20是第二实施方式中三维显示模式下偏振面的说明图；

图21是第二实施方式中二维显示模式下偏振面的说明图；

图22第二实施方式中三维显示模式下偏振面的说明图；

图23是第二实施方式中二维显示模式下偏振面的说明图；

图24是第二实施方式中双折射薄膜的示图；

图25第二实施方式中将双折射薄膜冲压到一个双凸透镜上的过程；

图26是第二实施方式中双凸透镜被冲压到第二透镜上之后的透视图；

图27是第二实施方式中通过将第二透镜贴合到第一和第三透镜上所得的产品示图；

图28是第二实施方式中冲压半个第二透镜的过程的说明图；

图29是制造双折射圆柱的过程的说明图；

图30是按照图29所示横向地排列双折射圆柱以制造其透镜阵列的过程；以及

图31是通过将根据图30所示的过程所制造的双折射圆柱透镜贴合到第一和第三透镜而得到的产品图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

以下将参考图1至图12来说明根据本发明的第一实施方式的立体图像显示设备。图1是根据该实施方式的立体图像显示设备的水平截面图。

根据该实施方式的立体图像显示设备设置有平面显示装置(也称为“二维显示装置”)2和光束控制单元10。平面显示装置2是一个液晶显示装置，例如，它配备有用于显示具有以矩阵方式排列的多个像素的图像信息的显示部分3，以及用于保护显示部分3的保护基板4，该保护基板4由透明元件构成，例如玻璃。

光束控制单元10被设置在平面显示装置2的正面(观察者100所处的一侧)，并且设置有透镜阵列11，透镜阵列12和透镜阵列13。透镜阵列11包括多个单边凹透镜，其每个透镜在观察者100一侧具有平面形状，而在平面显示装置2一侧具有凹透镜形状。每个单边凹透镜在平面显示装置2的屏幕上以垂直方向延伸(与图1的图纸正交的方向)。透镜阵列13比透镜阵列11离平面显示装置2更近，其包括多个单边凹透镜，每个透镜在平面显示装置2一侧具有平面形状，而在观察者100一侧具有凹透镜形状，这些透镜被设置为对应于透镜阵列11的多个单边凹透镜。每个单边凹透镜在平面显示装置2的屏幕上以垂直方向延伸(与图1的图纸正交的方向)。透镜阵列11中的每个单边凹透镜的凹透镜形状与透镜阵列13中的每一个单边凹透镜的凹透镜形状大致相同。采用这样一种排列使得透镜阵列11中的每个单边凹透镜的光轴与透镜阵列13中的相应凹透镜的光轴近似于彼此重合。透镜阵列11和透镜阵列13之间设置了透镜阵列12，透镜阵列12具有多个双凸透镜，每个透镜在观察者100一侧具有凸透镜形状，而在平面显示装置2一侧也具有凸透镜形状。每一个双凸透镜在平面显示装置2的屏幕上以垂直方向延伸(与图1的图纸正交的方向)。透镜阵列12中的双凸透镜的相应凸透镜这样形成，使得它能够适配于透镜阵列11和透镜阵列13的凹透镜之间。在该实施方式中，透镜阵列11和透镜阵列13具有大致相同的折射率，但是透镜阵列12的折射率与透镜阵列11和13的折射率不同。

在图1中，附图标记40表示每个透镜的光轴，附图标记42表示进入观察者100眼睛的光线轨迹。附图标记3a表示一个正确的单位图像(分配给(或对应于)一个透镜的一组图像)的位置，附图标记3b表示一个错误的单位图像的位置，附图标记50表示杂散光区域。

接下来将要说明的是该实施方式中以上述方式构成的立体图像显示设备中杂散光和交扰量减少的条件。

参考图2可以得到双凸透镜的焦距。图2是示出了通过具有两种透镜曲面24和25的双凸透镜的光线轨迹。双凸透镜由折射率为N的介质22构成，折射率为n的介质21被设置在观察者100一侧，而折射率为n′的介质23被设置在与观察者100相对的一侧。

在图2中，u1，u2和u3表示分别具有折射率n，N和n′的介质21，22和23上到光轴40的入射角。附图标记H1和H2表示物体一侧的主点和图像一侧的主点。附图标记h1和h2表示当光线44进入透镜面24和进入透镜面25时距离光轴40的高度。附图标记r1和r2表示透镜面24和25的曲率半径。焦距f表示当图2中平行光线从观察者100一侧进入透镜时的主点和焦点之间的距离，该距离与图像一侧主点H2和焦点O之间的距离s′相对应。附图标记d表示凸透镜最厚的部分之间的距离，或双凸透镜的透镜厚度。

由图2得出以下关系。

${\mathrm{Nu}}_2={\mathrm{nu}}_1+\left(\frac{N-n}{r1}\right)h1$

$n^{\′}{u}_3={\mathrm{Nu}}_2+\left(\frac{n^{\′}-N}{r2}\right)h2$

h2＝h1-du₂

由上述等式可以得到以下等式(1)

$n^{\′}{u}_3=n\{1-\frac{d}{N}\left(\frac{n^{\′}-N}{r2}\right)\}u1+\{(\frac{N-n}{r1}+\frac{n^{\′}-N}{r2})-\frac{d}{N}\left(\frac{N-n}{r1}\right)\left(\frac{n^{\′}-N}{r2}\right)\}h1$

$\frac{1}{f}=\frac{u3}{h_1}\left(\begin{array}{cc}\mathrm{at}& u1=0\end{array}\right)=\frac{1}{n^{\′}}\{(\frac{N-n}{r1}+\frac{n^{\′}-N}{r2})-\frac{d}{N}\left(\frac{N-n}{r1}\right)\left(\frac{n^{\′}-N}{r2}\right)\}---\left(1\right)$

由等式公式(1)可知，假设焦距f固定，在双凸透镜22和介质21、23之间的折射率之差、曲率半径r1和r2、以及透镜厚度d之间存在一定关系。

一般来说，假设焦距固定，其中一种介质与折射率较小的透镜面相接触，透镜曲面的曲率半径变小，使得透镜的凸出和凹入变大。在这种情况下，通过采用椭圆形作为透镜形状，能够减小偏差。因此，鉴于这种优点，这里将折射率之差设置为一个较小的值，如0.1，使得椭圆形的采用变得简单。当在二维图像显示模式和三维图像显示模式之间切换时，可以有效地得到在折射率之差较小时透镜厚度和曲率半径之间的关系，因为普通液晶的折射率之差较小，是在0.1到0.2的范围内的一个值。

在等式(1)中，考虑到制造上的简单，将双凸透镜的曲率半径r1和r2设置成相同的，并且将最外侧(观察者100一侧)的介质21的折射率n和最内侧(与观察者100相对的一侧)的介质23的折射率n′设置成相同的。在这样的设置下，由等式(1)可以得到以下等式(2)和(3)。

$\frac{1}{f}=\frac{(N-n)}{\mathrm{rn}}(2-\frac{(N-n)d}{\mathrm{Nr}})---\left(2\right)$

$d=\frac{\mathrm{Nr}}{(N-n)}(2-\frac{\mathrm{rn}}{f(N-n)})---\left(3\right)$

在等式(3)中，由于透镜厚度d是透镜曲率半径r的二次函数，它具有一个极值。实际上，由于等式(3)中假设透镜曲面是球面，当为了减小透镜偏差使用椭圆形作为透镜曲面时，透镜厚度d不能正确地与等式(3)相一致，但是其趋向与公式(3)大致相吻合。

接下来，利用光学模拟器将透镜形状优化为椭圆形。在该实施方式中的各实施例通常配备有具有相同焦点的三种透镜11，12和13的情况下，当具有相同折射率的透镜材料被用于透镜11和13且曲率半径r和透镜厚度d发生改变时，对平面透镜的说明如图3、4和5所示。在图3至5中，双凸透镜最厚的部分的厚度表示为d，双凸透镜的各个透镜的最薄部分之间的距离表示为ds，并且每个透镜的凸出和凹入之间的差表示为d1。

图3为透镜的一个实施例的视图，这里曲率半径r被设定为最大值。在图3所示的实施例中，由于d1小而ds大，整体厚度d变得很大。在图3中，可以这样理解，由于ds很大，杂散光光区域50变得很宽或很大。图4为透镜的一个实施例的视图，这里曲率半径r相比于图3中透镜的曲率半径略微减小。在如图4所示的实施例中，由于曲率半径r的减小，在透镜表面使光线弯曲的能力变大。因此，在如图4所示的实施例中，ds变小且整体厚度d也变小。在如图4所示的实施例中，可以了解到，由于ds减小，杂散光区域50也变窄或变小。最后，图5为透镜的一个实施例的视图，这里曲率半径r被设定为最小值。在如图5所示的实施例中，由于d1变大而ds变为最小，整体厚度d再次变大。因此，在如图5所示的实施例中，可以说几乎没有杂散光区域50。

根据透镜形状的优化而得到的d、ds和r之间的关系如图6所示。在图6中，普通塑料透镜的值被用作折射率n和N，并且设折射率之差Δn(＝N-n)＝0.1。从图6可以看出，双凸透镜的厚度d和ds基于曲率半径r的增大而变大(变厚)。

从以上说明可以看出，为了使杂散光区域50很窄，必须减小ds。因此，在该实施方式中，杂散光区域50与单位图像区域的比率为10％或者更低，这个条件将作为一个目标予以说明。

在图7中，在立体图像显示设备中的视角为2θ的情况下，当透镜距表示为Ip且图7中最靠近观察者100的凹透镜11的折射率表示为n，杂散光区域50与单位图像的比率表示为m，可以得到等式(4)，(5)和(6)。

sinθ＝nsinθ′              (4)

m＝ds×sinθ′/I_p＜0.1       (5)

m＝ds×sinθ/(I_p×n)＜0.1    (6)

附带而言，在图7中，由于图1所示的保护基板4具有与透镜13几乎相同的折射率，它被包括在透镜13中。如等式(2)所表示的，对于球面状透镜而言，如果确定了透镜厚度d，曲率半径r和透镜距Ip，就可以得到ds。透镜形状的形成能够满足等式(6)。当透镜为球面状和椭圆状时满足等式(4)至(6)。附带而言，图8所示为透镜为椭圆状的实施例。在图8中，双凸透镜12为椭圆状的情形用实线来表示，双凸透镜12为球面状的情形用虚线来表示。

当ds的取值为0μm，0.187μm和0.414μm时，视角与杂散光区域和单位图像的比率m的相关性如图9所示。从图9中可以看到，当ds的值为0.187μm或更小时，杂散光区域50在视角为45°或更小的范围内的比率m能够被减小到10％或者更小。

当通过透镜模拟器实现了优化时，视角与所得到的单边透镜和双凸透镜的交扰量的相关性θ如图10所示。这里，交扰量是指当光线由透镜利用像素宽度(子像素宽度)被聚集到二维显示装置上的范围标准化。由于视角θ是离开垂直于屏幕的直线的角度，由垂直直线的左侧视角和右侧视角组成的整体视角由2θ表示。在图10中，例如，图中指的是将三个像素信息单元以特定角度混合到视差光线中，这时交扰量为3。交扰量的增加导致显示质量降低，如三维图像显示出现毛边或重影。

从图10中可以了解到，在单边透镜中折射率之差Δn(＝N-n)＝0.1的情况下，由于透镜功率的缺陷，交扰量增大到4或更大。在单边透镜中折射率之差Δn(＝N-n)＝0.19的情况下，透镜功率增大，但交扰量很大，如2或更大，视角为0时交扰量为3。因此，由于视角为0时交扰量很大，图像恶化似乎更加明显。在双凸透镜中折射率之差Δn(＝N-n)＝0.1的情况下，由于交扰量在视角θ为30°或更小时被抑制为2，三维图像显示的恶化很小。附带而言，单边透镜的实施例如图11所示，双凸透镜的实施例如图12所示。在图11中，附图标记14表示单边凸透镜。在图11和12中，附图标记46表示当沿光轴的光线进入每个透镜时的平行光线的轨迹。

如上所述，根据该实施方式，即使视角很宽或很大，交扰量和杂散光也能够减少。

接下来要说明的是根据该实施方式制造透镜阵列11、12和13的方法。

在一种方法中，被一个平面所围绕的双凸透镜能够通过制作三种透镜阵列11、12和13的模具并制造三种塑料透镜以将它们组合来制造。

在另一种方法中，使用了硅橡胶。在该方法中，只有中心的透镜阵列12用塑料按照预定形状以很高的精度制成，观察者100一侧的透镜阵列11和二维显示装置2一侧的透镜阵列13利用硅橡胶模制成形，而不是用塑料制造全部的透镜。在这种方法中，透镜阵列11、12和13能够被廉价地结合在一起而没有任何缝隙。这里使用的是透明的硅橡胶。当透镜阵列11和13用硅橡胶模制成形时，尽可能使用双解型材料，并且硅橡胶在一个比中心塑料透镜12的允许温度限度更低的温度上被固化。

以下将参考图13说明根据该实施方式的透镜阵列11、12和13的另一个具体实施例。在图13所示的具体实施例中，在三种透镜阵列11、12和13中，设置在观察者100一侧的透镜阵列11和设置在二维显示装置一侧的透镜阵列13由塑料透镜构成，并且中心透镜阵列12通过填充例如液体等可自由改变形状的材料构成，从而制造出组合透镜。在这样形成的双凸透镜中，杂散光区域可通过使各个透镜彼此一致而减小到最小值。因此，为了方便定位，在连接观察者一侧的凸透镜11和二维显示装置一侧的透镜13的部分12a处设置有凹入和凸出。通过以这种方式提供凹入和凸出，具有高精度的定位能够基于自校准得以实现。

(第二实施方式)

接下来，将参考图14至23说明根据本发明第二实施方式的立体图像显示设备。图14是根据该实施方式的立体图像显示设备的水平截面图。

根据该实施方式的立体图像显示设备设置有平面显示装置(也称为“二维显示装置”)2和光束控制单元10。平面显示装置2是一个液晶显示装置，例如，它配备有用于显示具有以矩阵方式排列的多个像素的图像信息的显示部分3，以及用于保护显示部分3的保护基板4，该保护基板4由透明元件构成，例如玻璃。

光束控制单元10被设置在平面显示装置2的正面，并且它设置有透镜阵列15、16，透明基板17和透镜阵列18、19，它们从观察者一侧按上述顺序排列。透镜阵列15具有多个单边凹透镜，其中每个透镜在观察者一侧具有平面形状，并且在平面显示装置2一侧具有凹透镜形状。每个单边凹透镜在平面显示装置2的屏幕上以垂直方向延伸(与图14的图纸正交的方向)。透镜阵列19被设置在离平面显示装置2一侧的最近的位置，并且它包括多个单边凹透镜，每个单边凹透镜在平面显示装置2一侧具有平面形状，而在观察者一侧具有凹透镜形状。它们被设置为对应于透镜阵列15的多个单边凹透镜。每个单边凹透镜在平面显示装置2的屏幕上以垂直方向延伸(与图14的图纸正交的方向)。透镜阵列15中的每个单边凹透镜形状与透镜阵列19中每个单边凹透镜的凹透镜形状大致相同。采用这样一种排列使得彼此相对应的透镜阵列15和19中的单边透镜的光轴40几乎是彼此重合的。透明基板17是由在观察者一侧和平面显示器一侧都具有平面形状的透明元件构成的，其宽度为ds，并被设置在透镜阵列15和透镜阵列19之间，从而与透镜阵列16和透镜阵列18相接触。透镜阵列16由能够自由改变形状的物质构成，例如液体或液晶，其被填充在透镜阵列15的单边凹透镜的凹入部分和透明基板17的平面之间。透镜阵列18由能够自由改变形状的物质构成，例如液体或液晶，其被填充在透镜阵列19的单边凹透镜的凹入部分和透明基板17的另一平面之间。构成透镜阵列16和透镜阵列18的物质比构成透镜阵列15和19的物质具有更高的折射率。

在该实施方式中，如液晶之类的双折射材料被用作透镜阵列16和18的材料的例子将在以下进行说明。液晶被注入到通常具有几微米的厚度或尺寸的玻璃基板之间的间隙中，并且液晶分子的两端根据定向薄膜对齐。液晶分子在与玻璃基板相接的界面处保持定向，使得液晶分子在保持整个液晶的次序的同时能够对齐。这里出现了三个问题。

当玻璃基板之间的厚度(以下称为“间隙”)增大到几百微米时，只有在液晶和玻璃基板之间的界面上才能获得定向，而整个液晶的定向混乱，从而出现折射率的面内波动。鉴于光学特性而精确控制两个凸透镜之间的距离是必要的。当制造外凹透镜15和内凹透镜19并将液晶填充到其间的中心部分或间隙中时，如图1所示的结构中的中心部分或间隙内的液晶发生自由形变，从而使间隙适合整个透镜是很困难的。

因此，如图14所示，通过在凸透镜之间放置透明基板17能够得到以下三个优点：

(1)可通过将凹透镜15和19的凸出处与透明基板17相接触对间隙进行控制。

(2)通过在薄的透明基板17上制造液晶的定向薄膜，能够将间隙设定为透镜厚度的一半或更小，这就使得将液晶分子排列在相同或同一个方向上变得容易。

(3)由于薄的透明基板17没有曲面，也没有透镜效应，透明基板17的折射率可以任意选定。因此，定向薄膜工艺稳定，并且能够使用具有减小的吸水系数的硬质玻璃基板和简易的平面成形。可以使用可靠性差但是廉价的塑料薄膜，并且提高了自由度。

在上述第三项中，通过模拟中心透明基板17的不同折射率中的交扰量所得的结果如图15所示。图15示出了当透明基板17的折射率与包含在凹透镜15和19中的透镜阵列16和透镜阵列18的折射率正好相等时所得到的透镜模拟结果，以及当使用具有不同的折射率的材料时(具体而言，使用玻璃基板)所得的透镜模拟结果。从图15可以看出，两种情况差别不大，并且二者在三维图像显示性能上彼此没有太大不同。

如上所述，根据该实施方式，当采用大或宽的视角时，交扰量和杂散光减少。

接下来将要说明的是便于对观察者一侧和二维显示装置一侧的透镜进行定位的实施方式的修改。

首先要描述的是使观察者一侧的凹透镜15和二维显示装置一侧的凹透镜19的光轴40彼此重合的方法，其中在凹透镜15和凹透镜19之间夹着薄透明基板17。在一种方法中，将定位标记添加到透镜15、19和透镜基板17之间，并且凹透镜15和19被接合到透明基板17的两侧，这样使得透镜15、19和透明基板17彼此相一致。在该方法中，由于透镜材料不是位于凹透镜15和19的凹入处，不能用图像来实现定位。所以，如图16所示，可以采用这样一种结构，用两个薄的透明基板17a和17b作为透明基板，并且分别制造通过结合观察者一侧的凹透镜15和透明基板17a所得到的元件以及通过结合凹透镜19和透明基板17b所得到的元件。这种情况下的制造方法将在下面加以说明。

首先要完成的是将观察者一侧的凹透镜15和透明基板17a相互结合的步骤，注入液晶的步骤和密封液晶的步骤。接下来要完成的是将二维显示装置上的凹透镜19和透明基板17b相互结合的步骤，注入液晶的步骤和密封液晶的步骤。这时，观察者一侧二维显示装置一侧的透镜液晶被置于定向的状态。因此，当在三维图像显示模式下观测测试图像时，能够进行精确的定位。

由于观察者一侧的凹透镜15的厚度与焦距无关，为了减小透镜的热变形，要求凹透镜15必须具有一定程度的强度并且应当做得较薄。二维显示装置上的凹透镜19的厚度必须与焦距相匹配。因此，观察者一侧的透镜15和二维显示装置上的透镜19具有不同的厚度这种情况经常发生。由于这种情况下必须制造两种透镜，导致生产成本增加。三维图像显示恶化的一个可能的原因是由于两种透镜之间的热形变的差异。因此，如图17所示，通过将观察者一侧和二维显示装置上的透镜设置为具有相同的厚度并利用玻璃基板5调整该厚度，可以降低生产成本并提高可靠性。

接下来将要说明的是当实现二维图像和三维图像之间的转换时透镜折射率的条件。当长轴方向的折射率表示为ne且短轴方向的折射率为no时，存在许多其折射率之差(ne-no)＝Δn不为零的液晶。例如，当使用折射率之差Δn为正的液晶时，光线不能被会聚到三维图像显示器上，除非如图14、16或17所示的结构中的液晶透镜的折射率N大于观察者一侧或二维显示装置上的凹透镜的折射率n。因此，在三维图像显示模式下必须改变偏振面使得液晶较大的折射率ne增大。

接着，需要在二维图像显示模式下改变偏振面使得液晶较小的折射率no增大。这里，当观察者一侧和二维显示装置上的凹透镜的折射率n和no基本相同时，能够实现一个优质二维图像显示模式，而不会导致光线会聚。为了实现上述目的，希望定向薄膜的摩擦方向能与凹透镜的中心连线平行。

如上所述，以下将要说明的是三维图像显示模式和二维图像显示模式之间的液晶偏振面的变化。

改变偏振面的单元被粗略地分为两种情况，一种是每个单元被设置在二维显示装置2和由组合透镜构成的光束控制单元10之间，另一种情况是它被设置在光束控制单元10和观察者一侧之间。

例如，用于将偏振面改变90°的单元的一个例子如图18和19所示。在图18和19中，确定摩擦方向65，使得玻璃基板63a和63b的定向面相互旋转90°角，从而实现了摩擦。图18示出了没有用电压控制器66在玻璃基板63a和63b之间施加电压的情况，其中偏振面被旋转90°角。图19示出了用电压控制器66在玻璃基板63a和63b之间施加电压的情况，其中液晶64变为与玻璃基板63a和63b垂直，从而使偏振面不旋转。

图20和21示出了用于控制偏振面的单元60被设置在二维显示装置2和由组合透镜构成的光束控制单元10之间的情况。图20所示为三维图像显示模式。例如，当液晶显示装置2的偏振面62被设置为与液晶分子的长轴方向Ne平行且偏振面62不被旋转90°时，即使用如图19所示的状态时，偏振面62变为平行的，从而使三位图像显示模式得以改进。

图21所示为二维图像显示模式。当偏振面62被旋转90°角时，即当使用图18所示的状态时，偏振面62变为与液晶分子的短轴方向上的折射率No平行，从而使二维图像显示模式得以改进。当用于控制偏振面的单元60被设置在二维显示装置2和由组合透镜构成的光束控制单元10之间时，需要使组合透镜面和二维显示装置2的像素面之间的距离与焦距相一致。因此，如图18和19所示的夹着液晶64的玻璃基板必须利用抛光玻璃基板或类似工艺加工得较薄。

图22和23示出了用于控制偏振面的单元60被设置在由组合透镜构成的光束控制单元10和观察者100一侧之间的情况。图22所示为三维图像显示模式，其中二维显示装置2的偏振面62在长轴方向Ne和短轴方向No被相互旋转45°的方向上对齐。此外，具有相同亮度的图像由于由组合透镜构成的光束控制单元10而经过液晶分子的长轴方向Ne和短轴方向No两个方向。图23所示为三位图像显示模式。在这种情况下，由于偏振面62被旋转90°角，通过最上侧偏振板61，观察者只能观测到液晶分子长轴方向Ne的光。在二维图像显示模式中，偏振板62没有受到90°的旋转。只有与液晶分子的短轴方向No平行的光线允许经过最上侧的偏振面62。

由于偏振面能通过这些手段以电的方式改变，使得二维图像显示模式和三位图像显示模式之间的瞬时切换和转换成为可能。

在该实施方式中，光束控制单元中的中心透镜由双凸透镜构成的情况已经描述过了。然而，当中心透镜由双凹透镜构成时，通过在双凹透镜中填充具有比围绕它的物质的折射率更小的物质能够得到三维图像显示。

在第一和第二实施方式中，对于液晶显示装置被用作二维显示装置2的情况已经进行了说明。但是平面显示装置，如有机EL显示器或FED(场发射显示器)，可以被用作二维显示装置2。

在第一和第二实施方式中，柱面透镜片被用作光束控制单元10。由于不会出现任何与观察者能够看见图像的位置相关的光屏蔽部分，并且能够得到一个连续的图像，所以柱面透镜片在立体图像显示设备中更加有效。

在第一和第二实施方式中，构成光束控制单元10的柱面透镜在二维显示装置2的屏幕上以垂直方向排列，但是为了防止出现波纹，也可以倾斜排列。

此外，在第一和第二实施方式中示出了有关二维图像的深度的最佳位置的表示值，并且在该表示值附近也可以看到图像显示性能未恶化的二维图像。

在如上所述的立体图像显示设备中，二维图像显示模式和三维图像显示模式之间的切换能够在一个实际的水平时间内实现。

以下将要描述的是根据本发明的第一实施方式的立体图像显示设备的制造方法。聚碳酸酯薄膜或arton薄膜是已知的相差薄膜。通过将这些薄膜在特定方向上延伸，在这些薄膜平面上能获得双折射。这些薄膜主要被用来消除液晶单元的相差，从而减少颜色实现黑白显示。一些相差薄膜在折射率椭圆体结构中具有单轴定向nx＞ny＝nz。在双折射特性中，当折射率不同的特性nx＞ny被用在平面中时，二维和三维之间的图像转换可结合如图20、图21、图22和图23所示的结构来实现。这时，在如图1所示的结构中，在第一透镜和第三透镜的折射率为n的情况下，利用第二透镜的双折射，使得第二透镜中满足nx＞n和ny＝n。

例如，由于聚碳酸酯薄膜具有nx＝1.585和ny＝1.479的特性，折射率之差Δn变为0.106，这个值与上述液晶的双折射的各个折射率之间的折射率之差基本相同。

这里可以想到三种制造方法。其中提供了厚度与透镜的最大厚度相等的双折射薄膜20。如图25所示，提供了为透镜21所设置的模具，并且双折射薄膜20通过在施加压力到薄膜上的同时夹紧薄膜从而成形为透镜状。这时，设置的实现使得具有高折射率的nx变为与透镜圆柱平行。图26所示为在冲压透镜之后实现的双折射透镜。图27所示为使用图26所示的双折射透镜的第一实施方式的例子。利用图27所示的模具可制造出第一透镜11和第三透镜13，并且它们被调整为与图26所示的双折射透镜20的凸出和凹入相匹配。这时，第一透镜和第三透镜不具有双折射，但通过选择折射率大致等于图26中的ny的第一和第三透镜，可控制偏振方向以实现二维和三维之间的转换。第一和第三透镜可以单独作为塑料透镜制造，并且能够通过冲压硅橡胶简单地制造。

由于双折射薄膜通过延伸来制造，所以很难制造出很厚的薄膜。以下描述的是当不能制造出厚的双折射薄膜时所应用的方法。如图28所示，单边凸透镜利用透镜模具由双折射材料20制造出来。类似地，可以制造出具有相同形状的单边凸透镜。双凸透镜通过在其平面侧接合两个单边凸透镜而制造出来。为了利用图28所示的方法制造双凸透镜，必须以很高的精度将单边凸透镜相互定位。

以下描述的是另一种制造双折射透镜的方法。首先必须提供延伸时具有双折射特性的透明物质的材料。通过在圆柱高度方向上延伸圆柱形透明材料22，如图29所示的圆柱形透明材料22能够成形为具有期望的双折射特性的圆柱形透镜，如圆柱23所示。如图30所示，通过平行排列圆柱形透镜能够制造出根据第一实施方式的第二透镜阵列。如图31所示，通过在第一透镜11和第三透镜13之间夹着第二透镜阵列来制造如第一实施方式所示的透镜。

Claims (21)

1.一种立体图像显示设备，包括：

平面显示装置，其具有包括以矩阵方式排列的多个像素的显示平面；和

光束控制单元，其被设置在平面显示装置的正面并控制来自像素的光线，该光束控制单元包括：

具有多个透镜的第一透镜阵列，每个透镜在观察者一侧具有平面形状的表面，并且在平面显示装置一侧具有凹凸形状的表面；

具有多个透镜的第二透镜阵列，每个透镜在平面显示装置一侧具有平面形状的表面，并且在观察者一侧具有与第一透镜阵列的凹凸形状尺寸大致相等的凹凸形状的表面，及

被设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间且具有多个透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，而在第二透镜阵列上具有与第二透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，其中在第一透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出相对应，并且在第一透镜阵列上的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入相对应，其中

第三透镜阵列被配置为使得其第一透镜阵列一侧的每个透镜与其第二透镜阵列一侧的相应的透镜相一致，并且

第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，且第三透镜阵列的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率不同。

2.根据权利要求1的立体图像显示设备，其中第三透镜阵列由自由改变形状的材料构成。

3.根据权利要求1的立体图像显示设备，其中第三透镜阵列由透明固体材料构成，并且第一和第二透镜阵列通过利用硅树脂冲压出第三透镜阵列的凸出和凹入来形成。

4.根据权利要求1的立体图像显示设备，其中第一和第二透镜阵列中的每一个具有多个单边凹透镜，并且第三透镜阵列具有多个双凸透镜。

5.根据权利要求4的立体图像显示设备，其中，当第三透镜阵列中的每个双凸透镜的最小厚度表示为ds，视角表示为2θ，透镜距表示为Ip，且第一透镜阵列的折射率表示为n，则双凸透镜满足关系ds×sinθ/(Ip×n)＜0.1。

6.根据权利要求4的立体图像显示设备，其中第三透镜阵列由自由改变形状的材料构成。

7.根据权利要求4的立体图像显示设备，其中第三透镜阵列由透明固体材料构成，并且第一和第二透镜阵列通过利用硅树脂冲压出第三透镜阵列的凸出和凹入来形成。

8.一种立体图像显示设备，包括：

平面显示装置，其具有包括以矩阵方式排列的多个像素的显示平面；和

光束控制单元，其被设置在平面显示装置的正面并控制来自像素的光线，该光束控制单元包括：

具有多个单边凹透镜的第一透镜阵列，每个透镜在观察者一侧具有平面形状的表面，并且在平面显示装置上具有凹透镜形状的表面；

具有多个单边凹透镜的第二透镜阵列，每个透镜在平面显示装置一侧具有平面形状的表面，并且在观察者一侧具有与凹透镜形状尺寸大致相等的凹透镜形状的表面，

被设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间的透明基板，

被设置在第一透镜阵列和透明基板之间且具有多个单边凸透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列的凹透镜形状相适合的凸透镜形状的表面，而在透明基板一侧具有平面形状的表面，及

被设置在透明基板和第二凸透镜之间且具有多个单边凸透镜的第四透镜阵列，每个透镜在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列的凹透镜形状相适合且与第三透镜阵列的凸透镜形状相对应的凸透镜形状的表面，并且在透明基板一侧具有平面形状的表面，其中

第三透镜阵列的每个单边凸透镜被构造为使得其光轴与第四透镜阵列的相应单边凸透镜重合，并且

第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，第三和第四透镜阵列的折射率比第一和第二透镜阵列的折射率高。

9.根据权利要求8的立体图像显示设备，其中第三和第四透镜阵列由具有双折射率的材料构成。

10.根据权利要求8的立体图像显示设备，其中透明基板由第一和第二透明基板组成。

11.根据权利要求8的立体图像显示设备，其中第三和第四透镜阵列由自由改变形状的材料构成。

12.根据权利要求11的立体图像显示设备，其中第三和第四透镜阵列由具有双折射率的材料构成。

13.根据权利要求11的立体图像显示设备，其中透明基板由第一和第二透明基板组成。

14.一种光束控制单元，包括：

具有多个透镜的第一透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，而在另一侧具有凹凸形状的表面；

具有多个透镜的第二透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，而在另一侧具有与第一透镜阵列的凹凸形状大致相等的凹凸形状的表面，和

被设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间且具有多个透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，且在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列中的凹凸形状相适合的凹凸形状的表面，其中在第一透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凸出相对应，并且在第一透镜阵列上的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入与在第二透镜阵列一侧的第三透镜阵列中的每个透镜的凹入相对应，

其中第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，而第三透镜阵列的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率不同。

15.根据权利要求14的光束控制单元，其中第三透镜阵列被配置为排列圆柱透镜使得圆柱透镜的纵轴平行。

16.根据权利要求15的光束控制单元，其中每个圆柱透镜具有双折射率，其中纵轴方向的折射率与横轴方向的折射率不同。

17.根据权利要求16的光束控制单元，其中横轴方向的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率之一相等。

18.一种光束控制单元，包括：

具有多个单边凹透镜的第一透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，而在另一侧具有凹透镜形状的表面；

具有多个单边凹透镜的第二透镜阵列，每个透镜在一侧具有平面形状的表面，而在另一侧具有与凹透镜形状尺寸大致相等的凹透镜形状的表面，

被设置在第一透镜阵列和第二透镜阵列之间的透明基板，

被设置在第一透镜阵列和透明基板之间且具有多个单边凸透镜的第三透镜阵列，每个透镜在第一透镜阵列一侧具有与第一透镜阵列的凹透镜形状相适合的凸透镜形状的表面，且在透明基板一侧具有平面形状的表面，及

被设置在透明基板和第二凸透镜之间且具有多个单边凸透镜的第四透镜阵列，每个透镜在第二透镜阵列一侧具有与第二透镜阵列的凹透镜形状相适合并且与第三透镜阵列的凸透镜形状相对应的凸透镜形状的表面，并且在透明基板一侧具有平面形状的表面，其中第一和第二透镜阵列的折射率大致相同，而第三和第四透镜阵列的折射率比第一和第二透镜阵列的折射率高。

19.根据权利要求18的光束控制单元，其中第三透镜阵列被配置为排列圆柱透镜使得圆柱透镜的纵轴平行。

20.根据权利要求19的光束控制单元，其中每个圆柱透镜具有双折射率，其中纵轴方向的折射率与横轴方向的折射率不同。

21.根据权利要求20的光束控制单元，其中横轴方向的折射率与第一和第二透镜阵列的折射率之一相等。

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