JP2023553920A - 非メガネ方式の３ｄ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明において非メガネ方式の３Ｄ表示装置を提供する。【解決手段】前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は表示部品と視覚調節装置を含む。前記表示部品は複数の表示ユニットがマトリックス状に配列されることにより形成される表示ユニットアレイを含む。前記視覚調節装置は複数のマイクロプリズムブロックがマトリックス状に配列されることにより形成されるマイクロプリズムブロックアレイを含む。マイクロプリズムブロックアレイのマイクロプリズムブロックは複数組に分けられ、各マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角による角度の組合せは予め設定される。それにより、一組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は１つのビューポイントに集光し、複数組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は複数のビューポイントにそれぞれ集光する。本発明は各マイクロプリズムブロックの傾斜面の角度を適当に設計することにより、いろいろなビューポイントを形成し、いろいろな視角において観察することによりいろいろな三次元の表示効果を獲得することができる。

Description

本発明は、表示技術の分野に属し、特に、非メガネ方式の３Ｄ表示装置に関するものである。

われわれがいろいろな情報を獲得する１つの手段である視覚はわれわれの生活で重要な役割をしている。自然の物は３Ｄの形態で存在しているが、従来の表示装置は２Ｄ画面しか表示することができない。深度が含まれない平面型情報はわれわれが世界中のいろいろな知識を探知するか或いは把握する効率に影響を与えるおそれがある。研究によると、人類大脳の５０％は視覚によって獲得した視覚情報の処理に用いられる。いろいろな物を２Ｄ画面で表示することにより人類大脳の利用率が低下するおそれがある。非メガネ方式の３Ｄ（three dimensional、以下３Ｄと略称）表示手段は、映画、ゲーム、教育、車用システム、航空、医療、軍事等の分野において重要な役割をしている。例えば、軍事の分野において、武器の製造、戦場の分析、軍隊の指揮、遠隔操作等を３Ｄ画像で表示することにより作業の効率を大幅に向上させることができる。したがって、３Ｄ表示手段を次世代の表示技術といい、いろいろな技術分野の技術者と表示装置メーカーの研究者たちの注目を集めている。

視差バリア（parallax barrier）、円筒型レンズアレイ（Cylindrical lens array）、時空間再利用（Spatiotemporal reuse）、集成ライトフィールド（Integrated light field）等により非メガネ方式の３Ｄ表示装置の原理と方法を実現する。それらはいずれも、周期性があるマイクロ構造またはナノ構造がある光学部品により表示ライトフィールドに対して位相の調節をする。いろいろな視角下の画像情報は平行光線を用いることによりいろいろな視角に投射する。オートステレオ（auto stereo）技術は大幅に発展しているが、非メガネ方式の３Ｄ表示技術は平板表示分野において大幅に使用されていない。しかしながら、非メガネ方式の３Ｄ表示技術は、眩暈（コンバージェンス調停矛盾（Convergence Mediates Contradictions））、画像のクロストーク／ゴースト、分解度が低下する欠点等をあるので、非メガネ方式の３Ｄ表示装置の薄肉化、光線の利用率等の問題を解決する必要がある。

視覚障害法（Visual impairment method）、マイクロカラムレンズグレーティング法（Microcolumn lens grating method）はいずれも、視差原理によるものである。該原理の発明時間は１００年以上過ぎた。国内のメーカーにおいて、視差原理による非メガネ方式の３Ｄ表示装置を提案した後、いずれもクロストークによる視覚の疲労等を避けることができない。それにより非メガネ方式の３Ｄ表示装置をわれわれの生活において幅広く使用することができない。

特許番号がＣＮ１０５９５９６７２Ｂである中国特許には自発発光型表示技術を採用する非メガネ方式の３Ｄ表示装置が開示されている。ナノグレーティング画素構造の方向位相板（Directional phase plate）により入射画像に対してウェーブフロント変調（Wavefront Modulation）をすることにより、いろいろな視角下の３Ｄ画像を形成する。しかしながら、位相板の画素と表示パネルの画素を完璧に接着させる必要があるので、製造の難易度が増加し、２つの画素を要求のとおりに容易に接着させることができない。また、ナノグレーティングで光線の変調をし、かつその１級光線をビューポイントに集光させるが、屈折の最高の効率は４０％しかないので、光線の利用率が低いとの欠点を有している。

したがって、従来の技術の欠点を解決できる技術的事項を提供する必要がある。

本発明の目的は、いろいろな視角においていろいろな３Ｄ表示画面を観覧できる非メガネ方式の３Ｄ表示装置を提供することにある。

本発明の目的を実現するため、本発明の実施例において非メガネ方式の３Ｄ表示装置を提供する。前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は表示部品と視覚調節装置を含む。前記表示部品は複数の表示ユニットがマトリックス状に配列されることにより形成される表示ユニットアレイを含む。前記視覚調節装置は複数のマイクロプリズムブロックがマトリックス状に配列されることにより形成されるマイクロプリズムブロックアレイを含み、各マイクロプリズムブロックは１つの表示ユニットに対応する。前記マイクロプリズムブロックは前記表示ユニットに近づいている第一表面と前記表示ユニットから離れている第二表面を含む。前記表示ユニットが出射する光線は前記マイクロプリズムブロックの第一表面から前記マイクロプリズムブロックに入射し、前記マイクロプリズムブロックに入射する光線は前記マイクロプリズムブロックの第二表面から出射する。第一方向において前記マイクロプリズムブロックの第二表面と第一表面との間には第一夾角が形成され、第一方向に垂直する第二方向において前記マイクロプリズムブロックの第二表面と第一表面との間には第二夾角が形成される。前記マイクロプリズムブロックの第二表面から出射する光線は前記表示ユニットの表示面から出射する光線の出射角度、第一夾角及び第二夾角により確定される。マイクロプリズムブロックアレイのマイクロプリズムブロックは複数組に分けられ、各マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角による角度の組合せは予め設定される。それにより、一組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は１つのビューポイントに集光し、複数組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は複数のビューポイントにそれぞれ集光する。

従来の技術と比較してみると、本発明のマイクロプリズムブロックは前記表示ユニットの光線を事前設定方法により所定の方向に投射する。その場合、一組の表示ユニットの光線が所定のマイクロプリズムブロックを通過するときその光線を１つのビューポイントに集光させ、複数組の表示ユニットの光線が所定のマイクロプリズムブロックを通過するときその光線を複数のビューポイントにそれぞれ集光させることができる。したがって、いろいろな視角において観察することによりいろいろな三次元の表示効果を獲得することができる。

本発明の実施例に係る表示モジュールの構造を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る表示モジュールの構造を示す側面図である。 点光源の光線光路の二次元平面を示す図である。 平面ｓｐｆがｘｏｚ平面に照り映える原理を示す図である。 平面ｓｐｆがｙｏｚ平面に照り映える原理を示す図である。 本発明の実施例に係る非メガネ方式の３Ｄ表示装置の構造を示す図である。 図６中の口径アレイ絞りを示す平面図である。 図６中の口径アレイ絞りの口径により光線が伝播されることを示す図である。 本発明の他の実施例に係る非メガネ方式の３Ｄ表示装置の構造を示す図である。 マイクロプリズムブロックの分界線に取り付けられる遮光装置の構造を示す図である。 本発明の非メガネ方式の３Ｄ表示装置のマイクロプリズムブロックアレイの各組のマイクロプリズムブロックを示す図である。 視覚調節装置の設計過程を示す流れ図である。 本発明の他の実施例に係る表示モジュールの構造を示す斜視図である。 グレーティングのフォトエフェクトの原理を示す図である。

本発明の事前設定目的を達成する技術的手段と発明の効果をより詳細に説明するため、以下、図面と好適な実施例により本発明の具体的な実施形態、構造、特徴及び発明の効果を詳細に説明する。

本発明はマイクロプリズムブロック（Microprism block）の傾斜面の角度を適当に設計することにより前記マイクロプリズムブロックから出射する光線の出射角度を制御することができる。その原理により、一組の表示ユニットの光線が所定のマイクロプリズムブロックを通過するときその光線を１つのビューポイント（Viewpoint）に集光させ、複数組の表示ユニットの光線が所定のマイクロプリズムブロックを通過するときその光線を複数のビューポイントにそれぞれ集光させることができる。したがって、いろいろな視角において観察することによりいろいろな三次元の表示効果を獲得することができる。

第一実施例
本発明の第一実施例において表示モジュールを提供する。前記表示モジュールは１つの表示画素または１つの表示ユニットであることができる。図１は本発明の実施例に係る表示モジュールの構造を示す斜視図である。図２は本発明の実施例に係る表示モジュールの側面の構造を示す図である。図１と図２に示すとおり、前記表示モジュール１００は１つの表示ユニット１１０と１つのマイクロプリズムブロック１２０を含む。

図１と図２において、前記マイクロプリズムブロックの第一表面１２１と前記表示ユニット１１０の光線出射面は平行であり、前記第二表面１２２は第一表面１２１に対して傾斜している傾斜面である。他の実施例において、前記マイクロプリズムブロックを逆に配置することができる。その場合、前記マイクロプリズムブロックの第二表面（表示ユニットから離れている表面）と前記表示ユニットの光線出射面は平行であり、前記マイクロプリズムブロックの第一表面（表示ユニットに近づいている表面）は第二表面に対して傾斜している傾斜面である。

前記マイクロプリズムブロックは屈折の原理により第二表面から出射する光線の出射角度を制御する。図１に示すとおり、前記第二表面１２２から出射する光線の出射角度は２つのパラメーターにより定義される。一つ目のパラメーターは出射光線が平面ｘｏｙに相対する方向であり、二つ目のパラメーターは出射光線が平面ｘｏｙの夾角に相対する角度である。出射光線の波長は前記マイクロプリズムブロックの辺長よりＮ倍小さい。Ｎは２より大きいか或いは等しい数値である。例えば、赤色光線の波長の範囲が６２５～７４０ｎｍであり、前記マイクロプリズムブロックの辺長は３．７ｕｍ以上であることができる。図１と図２において、前記マイクロプリズムブロックの入射光線、すなわち前記表示ユニット１１０から出射する光線は第一表面１２１に垂直であるか或いは第一表面１２１に垂直でない。

本発明の実施例において、前記表示ユニットは１つまたは複数の発光画素（Luminescent pixel）であり、前記発光画素はＬＥＤ画素またはＬＣＤ画素であることができる。その場合、前記表示ユニットは電子装置の表示パネルの１つまたは複数の画素であり、前記発光画素はＬＥＤ画素またはＬＣＤ画素が表示する内容は自動に変化することができる。他の実施例において、前記表示ユニットは１つまたは複数の反射画素（Reflective pixels）であることもできる。前記反射画素は発光をしない。前記反射画素に入射する外部の光線は前記反射画素に照射する。そのとき、前記表示ユニットは静態画像中の１つまたは複数の画素を表示することができるので、前記表示ユニットを表示画素ということもできる。

以下、図１～図１５により前記マイクロプリズムブロックが出射する光線の出射角度を制御する原理を詳細に説明する。

図２は、前記表示ユニット１１０が位置している平面の法線方向ｎと前記マイクロプリズムブロックの傾斜面の法線方向ｎ’で構成される表面を示す図である。

前記入射光線の波長λは１つの画素のサイズＰ（例えば前記マイクロプリズムブロックの辺長）よりはるかに小さい（P≧２λ）とき、その光線の出射方向はスネル法則（Snell's Law）に従う。

図３に示すとおり、非メガネ方式の３Ｄ表示装置において、点光源が出射する光線を所定の集光点に集光させるため、各表示画素に対応する前記マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角を計算し、かつそれにより各表示ユニットの面型を確定する必要がある。

事前設定条件により平面を推定する。
スネル法則による構造の入射面はつぎのとおりでる。
出射面はつぎのとおりでる。
（２）を（１）に入れる。

以上のとおり、構造の屈折率ｎ、角度Ａ、Ｂ及びｐｆのみにより前記マイクロプリズムブロックの傾斜角度θを獲得することができる。二次元空間中の３つの点光源ｓ、画素の位置ｐ及び集光点ｆにより前記角度Ａ、Ｂ及びｐｆを獲得することができる。

光源ｓ（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）、構造面の画像点ｐ（ｘｐ、ｙｐ、０）及び集光点ｆ（ｘｆ、ｙｆ、ｚｆ）が三次元空間内に位置しているとき、平面ｓｐｆの法線と構造面の法線は垂直でなく、両者の間に一定の夾角が形成される。

平面ｓｐｆが構造面ｘｙ０に垂直であるｘＯｚ平面とＯｙｚ平面に照り映えることを、前記マイクロプリズムブロックの傾斜面により入射光線のｘ軸上の位相変調（phase modulation）と入射光線のｙ軸上の位相変調をすることにみなすことができる。

図４に示すとおり、下記式を獲得することができる。

図５に示すとおり、下記式を獲得することができる。

光源はＬＣＤ、ＬＥＤ等の平面表示装置が出射する光線であるとき、入射光線は略平行光線にされているので、角度Ａｘ、Ａｙいずれも９０にされ、獲得した式はつぎのとおりである。

第二実施例
本発明の第二実施例において、非メガネ方式の３Ｄ表示装置を提供する。図６は本発明の実施例に係る非メガネ方式の３Ｄ表示装置の構造を示す図である。図６に示すとおり、前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は表示部品６１０と視覚調節装置６２０を含む。

前記表示部品６１０は複数の表示ユニットがマトリックス状に配列されることにより形成される表示ユニットアレイを含む。前記表示部品６１０がＬＥＤ、ＬＣＤ等の表示パネルであるとき、前記表示パネルは発光をすることができ、使用者は前記表示パネルが出射する光線を見ることができる。そのとき、前記表示部品６１０の各表示ユニットは発光画素である。他の実施例において、前記表示部品６１０は１つの静態画像であることができる。前記静態画像は発光をせず、静態画像に入射する光線を反射するときのみ、前記静態画像を見ることができる。その場合、各表示ユニットは発光画素でなく、反射画素である。

図６の例示には６つの表示ユニットのみが示されており、６つの表示ユニットは６１０－１～６１０－６で示されている。しかしながら、実際の表示装置は、数千、数万またはより多い画素ユニットを含むことができる。前記視覚調節装置６２０は複数のマイクロプリズムブロックがマトリックス状に配列されることにより形成されるマイクロプリズムブロックアレイを含む。図６の例示には６つのマイクロプリズムブロックのみが示されており、６つのマイクロプリズムブロックは６２０－１～６２０－６で示されている。しかしながら、実際の表示装置は、数千、数万またはより多いマイクロプリズムブロックを含むことができる。各マイクロプリズムブロックとそれに対応する表示ユニットはいずれも、第一実施例に係る表示モジュール１００を構成することができる。各マイクロプリズムブロックと各表示ユニットが作動すること、マイクロプリズムブロックと表示ユニットが連動すること等は、表示モジュール１００の事項を参照することができるので、ここで再び説明しない。

各表示ユニットを１つの画素とみなすことができるが、観察の角度が異なることにより１つ表示ユニットと所定のマイクロプリズムブロックで構成される組合せを１つの画素とみなすこともできる。

図６に示すとおり、前記マイクロプリズムブロック６２０－１～６２０－６の第一表面（表示部品に近づいている表面）は平面であり、第二表面は第一表面に対して傾斜している傾斜面であり、各マイクロプリズムブロック６２０－１～６２０－６の第一表面は１つの表面に位置している。

上述したとおり、他の実施例において、前記視覚調節装置６２０を逆に配置することもできる。その場合、マイクロプリズムブロックの傾斜面は前記表示ユニットに向いている。すなわち、前記マイクロプリズムブロックの第二表面（表示部品から離れている表面）は平面であり、第一表面（表示部品に近づいている表面）は第二表面に対して傾斜している傾斜面であり、各マイクロプリズムブロックの第二表面は１つの表面に位置している。

マイクロプリズムブロックアレイのマイクロプリズムブロックは複数組に分けられ、各マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角による角度の組合せは予め設定される。それにより、一組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は１つのビューポイントに集光し、複数組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は複数のビューポイントにそれぞれ集光する。

図６の例示において、複数のマイクロプリズムブロックは３組に分けられる。具体的に、マイクロプリズムブロック６２０－１と６２０－４は一組に分けられ、そのマイクロプリズムブロックが出射する光線はビューポイント１に集光し、マイクロプリズムブロック６２０－２と６２０－５は一組に分けられ、そのマイクロプリズムブロックが出射する光線はビューポイント２に集光し、マイクロプリズムブロック６２０－３と６２０－６は一組に分けられ、そのマイクロプリズムブロックが出射する光線はビューポイント３に集光する。実際の応用において、複数のマイクロプリズムブロックは少なくとも３組、例えば数百組または数千組に分けられることができる。マイクロプリズムブロックの組が多ければ多いほど、ビューポイントの数量も増加することができる。各組のマイクロプリズムブロックの数量は数千であるか或いはより多いことができる。

前記表示ユニットアレイは所定の方式に配列され、かついろいろな視角下のいろいろな画像を表示することができる。各組のマイクロプリズムブロックに対応する表示ユニットは１つの視角下の画像を表示し、いろいろなマイクロプリズムブロックに対応する表示ユニットはいろいろな視角下の画像を表示する。本発明のビューポイントは出射光線の集光により形成されるものである。それにより、前記ビューポイントは、解像度（definition）が高く、クロストーク（crosstalk）がなく、観覧者の眩暈が容易に生じないとの利点を有している。本発明のマイクロプリズムブロックは屈折の原理により出射光線の出射角度を制御する方法を用いる。ナノグレーティング（Nano grating）で光線を調節する従来の方法と比較してみると、本発明の方法により光線の利用率を向上させることができる。

より具体的に、各マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角を事前設定角度の組合せに設定することにより各マイクロプリズムブロックの出射光線が事前設定出射角度を有するようにすることができる。それにより、一組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は１つのビューポイントに集光し、複数組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は複数のビューポイントにそれぞれ集光することができる。

１つのビューポイントにおいて観察するとき、前記ビューポイントに対応する一組のマイクロプリズムブロックに対応する表示ユニットが表示する一つの視覚下の画像を見ることができる。複数のビューポイントにおいて観察するとき、いろいろな組のマイクロプリズムブロックに対応する表示ユニットが表示するいろいろな視覚下の画像を見ることができる。図６のビューポイント１から観察するとき、表示ユニット６１０―１と６１０―４が表示する第一視覚下の画像を見ることができ、図６のビューポイント２から観察するとき、表示ユニット６１０―２と６１０―５が表示する第二視覚下の画像を見ることができ、図６のビューポイント３から観察するとき、表示ユニット６１０―３と６１０―６が表示する第三視覚下の画像を見ることができる。

観覧者の２つの目の間には一定の距離が存在することにより人類の二つの目は２つのビューポイントに位置している。それにより観覧者は３Ｄメガネを着用しなくても３Ｄ画像を見ることができる。観覧者が移動するとき、観覧者の２つの目は他の２つのビューポイントに移動する。例えば、図６に示すとおり、観覧者の右目がビューポイント１に位置し、観覧者の左目がビューポイント２に位置しているとき、第一視覚下の画像と第二視覚下の画像（その２つの画像には視覚差が存在する）で合成される３Ｄ画像を見ることができる。観覧者が左に移動するとき、観覧者の右目はビューポイント２に移動し、観覧者の左目はビューポイント３に移動する。その場合、第二視覚下の画像と第三視覚下の画像で合成される３Ｄ画像を見ることができる。以上のとおり、本発明の非メガネ方式の３Ｄ表示装置は数百または数千個のビューポイントを含むことにより、連続的でありかつクロストークがない視差画像を表示し、かつ疲労がない非メガネ方式の３Ｄ表示を実現することができる。

マイクロプリズムブロック６２０－１の集光ビューポイントが予め確定されることにより、光線の入射方向と光線の出射角度を確定し、マイクロプリズムブロック６２０－１の傾斜面の第一夾角と第二夾角を計算することができる。つぎに、マイクロプリズムブロック６２０－２～６２０－６の傾斜面の第一夾角と第二夾角を１つずつ計算する。最後に、マイクロプリズムブロック６２０－１と６２０－４の光線はビューポイント１に入射し、マイクロプリズムブロック６２０－２と６２０－５の光線はビューポイント２に入射し、マイクロプリズムブロック６２０－３と６２０－６の光線はビューポイント３に入射する。

図６に示すとおり、前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は前記表示部品６１０と前記視覚調節装置６２０との間に位置する口径アレイ絞り（aperture array diaphragm）６３０を含む。前記口径アレイ絞り６３０はマトリックス状に配列される口径を含み、各口径は１つの表示ユニットに対応し、１つの表示ユニットが出射する光線は所定の口径を通過することにより所定のマイクロプリズムブロックに伝播されることができる。前記口径アレイ絞り６３０は表示部品６１０が出射する光線に対して直線校正を実施することができる。図７は図６中の口径アレイ絞りを示す平面図である。図７に示すとおり、前記口径６３１は四角形の柱体である。他の実施例において、前記口径は円形柱体または多辺形柱体であることができる。図８は図６中の口径アレイ絞りの口径により光線が伝播されることを示す図である。図８において、前記口径６３１の前記表示ユニットに向く一側の直径は前記口径６３１の前記マイクロプリズムブロックに向く一側の直径より小さいことにより、光線の整形の効果を向上させることができる。他の実施例において、前記口径の直径は一致することができる。

図９は本発明の他の実施例に係る非メガネ方式の３Ｄ表示装置の構造を示す図である。図９に示すとおり、前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は表示部品９１０と視覚調節装置９２０を含む。前記視覚調節装置９２０の構造は図６の視覚調節装置６２０の構造と同じであるので、ここで再び説明しない。

図９の非メガネ方式の３Ｄ表示装置の表示部品９１０は平行光源を採用しない。図６中の複数の表示ユニットをマトリックス状に配置することにより表示ユニットアレイを形成することができる。ＬＥＤ表示パネルまたはＬＣＤ表示パネル等は点光源、例えば投影表示ユニットを採用する。

図１０に示すとおり、マイクロプリズムブロックの分界線に遮光装置６４０が更に取り付けられることによりいろいろなマイクロプリズムブロックの間の光線のクロストークを減少させることができる。遮光装置６４０は独立の部品として視覚調節装置の上方または下方に取り付けられるか或いは視覚調節装置に集積されることができる。

以下、前記マイクロプリズムブロックアレイの作動原理を詳細に説明する。図１１は本発明の非メガネ方式の３Ｄ表示装置中のマイクロプリズムブロックアレイの各マイクロプリズムブロックの構造を示す例示である。図１１に示すとおり、前記マイクロプリズムブロックアレイ６２０の各マイクロプリズムブロックは４組に分けられる。第一組のマイクロプリズムブロックの符号は１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄであり、その組のマイクロプリズムブロックは光線を集光させることによりビューポイント１を形成する。その場合、ビューポイント１の観察者はマイクロプリズムブロック１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄに対応する表示ユニットの点光源で構成される第一視差画像を見ることができる。第二組のマイクロプリズムブロックの符号は２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄであり、その組のマイクロプリズムブロックは光線を集光させることによりビューポイント２を形成する。その場合、ビューポイント２の観察者はマイクロプリズムブロック２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄに対応する表示ユニットの点光源で構成される第二視差画像を見ることができる。第三組のマイクロプリズムブロックの符号は３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄであり、その組のマイクロプリズムブロックは光線を集光させることによりビューポイント３を形成する。その場合、ビューポイント３の観察者はマイクロプリズムブロック３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄに対応する表示ユニットの点光源で構成される第三視差画像を見ることができる。第四組のマイクロプリズムブロックの符号は４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄであり、その組のマイクロプリズムブロックは光線を集光させることによりビューポイント４を形成する。その場合、ビューポイント４の観察者はマイクロプリズムブロック４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄに対応する表示ユニットの点光源で構成される第四視差画像を見ることができる。各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックはマトリックス状に配列される。すなわち、各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックは少なくとも二行と少なくとも二列に配列される。各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックはいろいろな位置に位置しているが、各マイクロプリズムブロックから出射する出射光線を少なくとも１つのビューポイントに集光させることができる。それにより各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックから出射する出射光線の方向は異なっている。前記マイクロプリズムブロックアレイ中の各行中のマイクロプリズムブロックは少なくとも２組のマイクロプリズムブロックに分配され、前記マイクロプリズムブロックアレイ中の各列中のマイクロプリズムブロックは少なくとも２組のマイクロプリズムブロックに分配されることができる。

以下、視覚調節装置６２０の設計過程を説明する。図１２は視覚調節装置の設計過程を示す流れ図である。

図６と図１２に示すとおり、３Ｄ表示装置の設計において、応用の需要によりパネルの位置、ビューポイントの分布（ビューポイントの数量、ビューポイントの間の間隔、可視範囲等を含む）及び入射光線の分布を確定することができる。図６に示すとおり、入射光線は平行入射光線であり、図９に示すとおり、入射光線は点光源の入射光線を用いる。つぎに、表示パネルの画素のサイズと配列方式によりパネル画素のビューポイントの分配方法を確定する。すなわち、所定の画素を一組に分け、各組の画素に対応するビューポイントを確定する。それにより表示パネルとビューポイントの分布との間の位置関係を確定する。つぎに、パネルの画素の入射光線と出射光線の方向及び位置をそれぞれ計算する。パネルの画素の入射光線の方向は前記表示ユニットに対応するマイクロプリズムブロックの出射光線の出射角度を指す。入射光線の入射方向、出射光線の出射角度及びスネル（屈折）法則により視覚調節装置に対応する画素上のマイクロプリズムブロックの傾斜面の法線方向、傾斜角度及びベクトル高さを計算することができる。その場合、法線方向及び傾斜角度により定義された傾斜面と、第一夾角及び第二夾角により定義された傾斜面は一致する。すなわち、両者のパラメーターは異なっているが、両者の物理的意味は同じである。それにより視覚調節装置の形状パラメーターを獲得することができる。最後に、実際の製造需要によりマイクロプリズムブロックの傾斜面をカットする必要があるかを決定し、視覚調節装置の製造と加工を実施することができる。

図１３の表示モジュール２００の構造と図１の表示モジュール１００の構造は類似している。相違点は、図１３の表示モジュール２００は第二表面２２２上に形成されるグレーティング構造を更に含むことにある。グレーティング構造は角度選択性と波長選択性を有しているにより所定の角度で事前設定カラーを見ることができる。

前記グレーティング構造の作業原理は図１４を参照することができる。図１４は構造のサイズがナノレベルである屈折グレーティングがＸＹ平面とＸＺ平面に位置していることを示す構造図である。グレーティング関数によると、屈折グレーティング画素の周期と配向角度は下記式を満たす。

光線は一定の角度でＸＹ平面に入射し、θ１とφ１はそれぞれ、屈折光線２０２の屈折角度（屈折光線とｚ軸の正方向との間の夾角）と方位角度（屈折光線とｘ軸の正方向との間の夾角）を意味し、θとλはそれぞれ、表示光源２０１の入射角度（入射光線とｚ軸の正方向との間の夾角）と波長を意味し、・とφはそれぞれ、ナノ屈折グレーティング１０１の周期と配向角度（凹部の方向とｙ軸の正方向との間の夾角）を意味し、ｎは媒体中の光波の屈折率を意味する。以上のとおり、入射光線の波長、入射角度、屈折光線の屈折角度及び屈折光線の方位角度を確定した後、前記２つの式によりナノグレーティングの周期と配向角度を算出することができる。例えば、波長が６５０ｎｍである赤色光線は６０°の角度で入射し、光線の屈折角度は１０°であり、屈折方位角度は４５°である場合、所定のナノ屈折グレーティングの周期は５５０ｎｍであり、配向角度は－５．９６°であることを算出することができる。プリズム構造とグレーティング構造の周期と配向角度を確定することにより所定のビューポイントの位置に所定のカラーを表示することができる。それによりプリズムの傾斜角度またはグレーティングの周期に対する製造の精度を減少させることができる。また、グレーティングの凹槽の深さとデューティサイクル（Duty cycle）等を変換させることにより所定の観察位置のグレーティングの屈折効率を変換させ、輝度情報を表示することができる。画素化のプリズム構造は透明材料で製造される。外部の光線がプリズム構造に入射するとき、プリズム構造はその光線の屈折と反射を実施することができる。その光線は弱い波長選択性を有している。光線は、設計された画素化のプリズム構造を通過した後、傾斜表面のグレーティングを再び通過することにより、３Ｄ画像を表示することができる。

注意すべきことは、前記表示ユニット２１０が発光画素であり、かつ前記発光画素が出射する光線にカラーが含まれているとき、第二表面にグレーティング構造を形成しなくても、前記表示モジュールはカラーを表示することができる。第二表面にグレーティング構造を更に形成するとき、前記表示ユニット２１０が出射する光線のカラーを変換させ、フォトエフェクト（Photoeffect）を増加させることができる。

この明細書において、「含む」、「具備する」との用語またはそれらに類似している用語は非排除性（Excludability）用語である。すなわち、そのような用語は、記載されている事項だけでなく、記載されていない他の事項を更に含むことができる。

この明細書において、前、後、上、下等の方向性用語は、図面中の部品が図面に位置している位置と部品が他の部品に相対している位置を定義するものであり、本発明の技術的事項を詳細に説明するために用いるものである。注意すべきことは、この明細書において方向性用語を用いることにより本発明を限定する意図はない。

矛盾が生じない場合、本発明の実施例または実施例中の特徴を組み合わせることができる。

以上、本発明の好適な実施例を説明してきたが、前記実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明は前記実施例の構成にのみ限定されるものでない。この技術分野の技術者は本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計の変更、代替、改良等をすることができ、そのような設計の変更、代替、改良等があっても本発明に含まれることは勿論である。

Claims (11)

1. 非メガネ方式の３Ｄ表示装置は表示部品と視覚調節装置を含み、
   前記視覚調節装置は複数のマイクロプリズムブロックがマトリックス状に配列されることにより形成されるマイクロプリズムブロックアレイを含み、前記マイクロプリズムブロックは前記表示部品に近づいている第一表面と前記表示部品から離れている第二表面を含み、前記表示部品が出射する光線は前記マイクロプリズムブロックの第一表面から前記マイクロプリズムブロックに入射し、前記マイクロプリズムブロックに入射する光線は前記マイクロプリズムブロックの第二表面から出射し、第一方向において前記マイクロプリズムブロックの第二表面と第一表面との間には第一夾角が形成され、第一方向に垂直する第二方向において前記マイクロプリズムブロックの第二表面と第一表面との間には第二夾角が形成され、前記マイクロプリズムブロックの第二表面から出射する光線の出射角度は第一夾角と第二夾角により確定され、
   マイクロプリズムブロックアレイのマイクロプリズムブロックは複数組に分けられ、各マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角による角度の組合せは予め設定され、それにより一組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は１つのビューポイントに集光し、複数組のマイクロプリズムブロックが出射する光線は複数のビューポイントにそれぞれ集光することを特徴とする非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
2. 前記表示部品は複数の表示ユニットがマトリックス状に配列されることにより形成される表示ユニットアレイを含み、前記表示ユニットアレイは所定の方式に配列されかついろいろな視角下のいろいろな画像を表示し、各組のマイクロプリズムブロックに対応する表示ユニットは１つの視角下の画像を表示し、いろいろなマイクロプリズムブロックに対応する表示ユニットはいろいろな視角下の画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
3. 前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は前記表示部品と前記視覚調節装置との間に位置する口径アレイ絞りを含み、前記口径アレイ絞りはマトリックス状に配列される口径を含み、各口径は１つの表示ユニットに対応し、１つの表示ユニットが出射する光線は所定の口径を通過することにより所定のマイクロプリズムブロックに伝播されることを特徴とする請求項２に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
4. 前記口径の前記表示ユニットに向く一側の直径は前記口径の前記マイクロプリズムブロックに向く一側の直径より小さく、
   前記口径の形状は、円形柱体、四角形または多辺形柱体であることを特徴とする請求項３に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
5. 前記マイクロプリズムブロックの第一表面は平面であり、第二表面は第一表面に対して傾斜している傾斜面であり、各マイクロプリズムブロックの第一表面は１つの表面に位置しているか或いは、
   前記マイクロプリズムブロックの第二表面は平面であり、第一表面は第二表面に対して傾斜している傾斜面であり、各マイクロプリズムブロックの第二表面は１つの表面に位置していることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
6. 前記マイクロプリズムブロックは屈折の原理により前記第二表面から出射する光線の出射角度を制御し、
   出射光線の波長は前記マイクロプリズムブロックの辺長よりＮ倍小さく、Ｎは２より大きいか或いは等しく、
   一組の各マイクロプリズムブロックはいろいろな位置に配置され、いろいろな組のマイクロプリズムブロックは交差に配置されることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
7. 前記表示ユニットは１つまたは複数の発光画素であるか或いは１つまたは複数の反射画素であり、
   前記発光画素はＬＥＤ画素またはＬＣＤ画素であるか或いは前記表示部品は点光源であることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
8. 前記非メガネ方式の３Ｄ表示装置は各マイクロプリズムブロックの分界線に取り付けられる遮光装置を更に含み、前記遮光装置は独立の部品として視覚調節装置の上方または下方に取り付けられるか或いは視覚調節装置に集積されることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
9. 各マイクロプリズムブロックの第一夾角と第二夾角を事前設定角度の組合せにすることにより、各マイクロプリズムブロックの出射光線が事前設定出射角度を有するようにし、かつ一組のマイクロプリズムブロックが出射する光線を１つのビューポイントに集光させ、複数組のマイクロプリズムブロックが出射する光線を複数のビューポイントにそれぞれ集光させることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
10. 各マイクロプリズムブロックの第二表面上にはグレーティング構造が形成されることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。
11. 各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックは少なくとも二行と少なくとも二列に配列され、各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックはいろいろな位置に位置しているが、各組のマイクロプリズムブロック中の各マイクロプリズムブロックから出射する出射光線の方向は異なっていることにより、各マイクロプリズムブロックが出射する出射光線を少なくとも１つのビューポイントに集光させることができることを特徴とする請求項１に記載の非メガネ方式の３Ｄ表示装置。