[发明专利]立体图像显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种显示立体图像的立体图像显示设备。

背景技术

已知一种方法，其通过采用某种方法记录立体图像并将其再生为立体图像。该方法称为全景摄影(integral photography)(以下也称为IP方法)或者光线再生方法，在该方法中，显示很大数量的视差图像。假设采用左右眼来观看一个物体。当观看位于近距离处的点A时，将该点A与左右眼形成的角表示为α。当观看位于远距离处的点B时，将该点B与左右眼形成的角表示为β。角α和β根据在物体与观看者之间的位置关系而变化。差值(α-β)称为双眼视差(binocular parallax)。人对于双眼视差敏感，并且能够产生立体观看效果。

近年来，没有玻璃的立体图像显示设备的开发有所前进。它们中很多都是通过以下实现的：使用普通的二维平面显示装置(例如，液晶显示器)；将由双凸透镜或狭缝(slit)形成的光学板放置在平面显示装置的前面或者后面；利用以上所述的双眼视差；并且控制来自平面显示装置的光线的角度，以便当观看者进行观看时，使光线看上去是从位于平面显示装置前后几个cm处的物体发出的。这是因为：由于实现了具有更高清晰度的二维显示装置，因此即使是平面显示装置的光线被散布在几种角度(称为视差)，也可以获得清晰度高达一定程度的图像。通过由此将IP方法应用于平面显示装置而实现的三维(以下也称为3D)显示方法被称为II(全景成像)方案。在II方案中，从一个透镜射出的光线数量对应于要素图像组(element image group)的数量。要素图像组的数量通常称为视差数量。在每个透镜中，视差光线是平行射出的。

在II方案中，根据观看者的位置和观看者观看时的角度，观看者观察到不同图像：1个视差的图像γ，2个视差的图像β，和3个视差的图像α。因此，观看者通过右眼与左眼之间的视差感知到一个立体实体。如果使用双凸透镜作为所述光学板，则优点在于：由于与狭缝相比，光的利用率较高，因此显示明亮。

通常，液晶显示装置频频用作在立体图像显示设备中所使用的平面显示装置。关于液晶中光传播的基本属性，在例如由Katsumi YoShino编写并由CORONA PUBLISHING有限公司出版的“The foundation of liquid crystaland display application”中的第43-44页中进行了描述。以下将简要描述这些基本属性。在液晶中，每个分子都具有细长的形状。在被称为指向矢(director)的分子纵向方向上，发生折射率的各向异性。例如，在向列型液晶中的很多分子是细长分子。它们的长轴方向被对齐并定向。然而，分子的位置关系是任意的。即使是分子的定向方向被对齐，绝对温度也不是0度，从而它们并非完美地平行并存在某种程度的波动。对一个局部区域进行观察，可以说分子在近似的一个方向上对齐。当假设一个在宏观上足够小但与液晶分子尺寸相比又很巨大的区域时，在该区域中的分子的平均定向方向用一个单位向量来表示，其被称为指向矢或者定向向量。将指向矢变得与基板几乎平行的一个定向，称为均匀定向。

假设光入射到光学上单轴性液晶上从而具有与光轴形成角θ的传播方向。在介质外侧并具有各向同性的折射率n₀的部分中，光在与波阵面垂直的方向上传播。而在该介质中，普通光线在波阵面法线方向上按照与在该介质外部相同方式传播。然而，对于异常光线而言，其在该介质中的能量传播方向变为相对于光轴成φ的方向。因此，在介质平面中，光在θ-φ的方向上传播，该方向是偏振方向。换而言之，在该介质中，在偏振方向上彼此正交的普通光线和异常光线在不同方向上传播。

此外，液晶的最大特征之一是光学各向异性。具体而言，由于分子排列的自由度与诸如水晶之类的其他各向异性介质相比很高，因此在长轴与短轴之间的折射率差异很大，而该折射率差异是双折射的评价标准。

如WO2003/015424A1中所述，存在一种二维图像/三维图像转换型显示装置，在该装置中，通过为平面显示装置添加用于控制各向异性透镜和偏振方向的手段，使得透镜的效果电气地消失。将具有双折射属性的物质放在透镜中，并将各向同性的物质放在与其相对的位置中。结果，在具有折射率差异的方向上的光线被透镜汇聚，而在没有折射率差异的方向上的光线形成二维图像。然而，在WO2003/015424A1中，没有描述用于防止三维图像显示相对于观看者在透镜脊线方向上进行观察的角度而质量变差的方法。