CN1950744A - 三维显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维显示器，能够解决三维图像的颜色不均和强度不均。所述三维显示器包括：二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述横排上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素，上述纵列的彩色象素同色地构成；以及微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到，上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，所述三维显示器，当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，彩色象素的垂直方向的间距为p_y，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，具有θ＝tan^－1 (3p_x/Np_y)的关系式。

Description

三维显示器

技术领域

本发明涉及三维图像显示方式，尤其涉及使用微透镜片(lenticular sheet)的三维图像显示。

背景技术

目前，三维显示器的显示方式以双眼式立体显示方式为主流。其以在左右眼睛显示不同的图像，使人获得立体感作为其原理。在双眼式立体显示方式中，存在人移动头部时物体的观察方向不变化、即没有运动视差的缺点。并且，眼睛的对焦、即调焦落在显示有图像的屏幕上，存在与三维物体的显示位置不一致的矛盾。该矛盾是观察三维图像时产生眼疲劳的原因。

人们要求三维显示器可以更自然地进行三维显示。这能够通过在不同的水平方向上同时显示多个图像来实现。在多眼式立体显示方式中，在空间的水平方向上设定多个视点，在各个视点显示不同的图像。通过使视点间隔比两眼间隔小，而在左右眼睛显示不同的图像。当增加视点数量时，移动头部时看到的图像发生变化，能得到运动视差。

最近，人们提出了以下方法：不在空间上设定视点，而是对于不同的投影方向准备多个三维物体的平行投影图像即指向性图像，在对应的方向上用准平行光同时显示(例如，参照非专利文献1)。还公开了如下内容：当增加要显示的指向性图像时，可以得到自然的运动视差。尤其是在取指向性图像数量为64时，可以对三维图像进行眼睛的对焦，能够解决观察三维图像时的眼疲劳(例如，参照非专利文献2)。

如上所述，在三维显示器中，需要在水平方向上显示多个图像。构成三维显示器显示面的、被水平/垂直配置的象素，具有多个水平显示方向，需要能够控制在各水平方向上显示的光的强度和颜色。将其称为三维象素。

作为在水平方向上具有多个显示方向的三维显示器的构成方法，众所周知有把微透镜片组合到液晶板等二维显示器上的方法。这里，所谓微透镜片是将多个一维透镜即柱面透镜配置在与透镜中心轴正交方向上的薄片。构成微透镜片的柱面透镜被配置成其焦点面与液晶板的显示面一致。二维显示器的显示面由被配置成水平/垂直的多个象素构成，使一个柱面透镜与被配置在水平方向上的多个象素相对应地构成三维象素。以从柱面透镜中心轴到各象素的水平距离，来确定从该象素射出的光通过柱面透镜后水平行进方向。由此，得到与所使用的水平象素数量相同的水平显示方向。在该构成方法中，当使水平显示方向增多时，会出现三维显示的水平方向的分辨率极度降低，并且，产生三维显示的水平/垂直的分辨率不平衡的问题。

解决该问题的方法已被提出(参照专利文献1)。图1A是表示现有技术中将微透镜片相对象素的垂直排列方向倾斜配置的结构的图。在图1A中，例示了实现彩色显示的构成方法，图中的象素是RGB彩色象素。由水平方向为M个、垂直方向为N个即M×N个彩色象素构成一个三维象素，实现M×N个水平显示方向。这时，微透镜片的倾斜角为θ时，根据θ＝tan^-1(p_x/Np_y)，可以将相对于三维象素内的所有彩色象素的柱面透镜中心轴的水平距离设定成不同的值。这里，p_x是彩色象素的水平间距(pitch)，p_y是彩色象素的垂直间距。

在图1A所示的现有技术中公开了如下内容：设N＝2、M＝7/2，使用7个彩色象素构成一个三维象素，实现了7个水平显示方向。这样，通过倾斜使用微透镜片3，不仅能够使用水平方向的彩色象素2，还能够使用垂直方向的彩色象素2，构成一个三维象素，能够抑制三维显示的水平方向分辨率的降低，并可以提高水平/垂直方向分辨率的平衡。

非专利文献1：高木康博，“使用经变形二维配置的多重远心光学系统的三维显示器”，影像信息介质学会杂志，Vol.57，no.2，p294-300(2003)

非专利文献2：福富武史、名手久贵、高木康博，“指向性图像的使用高密度显示的三维图像中的调节响应”，影像信息介质学会杂志，Vol.58，no.1，p69-74(2004)

专利文献1：美国专利第6,064,424号

发明内容

但是，在图1A所公开的显示方法中，因为使一个彩色象素与一个水平显示方向对应，因此，三维象素只能在一个水平显示方向上显示RGB三原色中的一个颜色。特别是在图1B中，示出了7个水平显示方向中第4个水平显示方向的显示颜色。因此，如图1B所示，提出了如下方法：通过组合使用3个三维象素来实现全色显示。

当人观察三维显示器的屏幕时，如图2所示，来自多个水平方向的光线入射到眼睛。在专利文献1所公开的显示方法中指出了如下问题：由于水平显示方向上的三维象素的显示颜色发生变化，因此，三维图像产生颜色不均。而且，因为最大强度依赖于彩色象素的象素构造而关于水平显示方向发生变化，因此，还存在视网膜像中产生水平方向的强度不均的问题。

如上所述，在迄今为止所公知的显示方法中，只能显示三原色中的一个颜色，在一个三维象素中显示RGB全色是不可能的。而且，由于存在象素构造引起的、水平显示方向的光强度变化，因此，还存在三维图像中产生颜色不均或强度不均的问题。

而且，在现有技术中，以液晶显示器为代表的二维显示器的彩色象素的形状被制成长方形，最近，为达到扩大可视角等目的，使用多畴(multi domain)形状等变形形状。由此，二维显示器的彩色象素形状，不限于具有适于三维显示器的彩色象素形状。因此，希望能够将作为二维显示器而开发的显示板用于三维显示器中。

本发明人有鉴于上述情况，为了解决上述技术问题而进行了刻苦研发，最终完成了本发明。即，在本发明的第一实施形态中，提供一种三维显示器，包括：二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述横排上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素，上述纵列的彩色象素同色地构成；以及微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到，上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，所述三维显示器，当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，彩色象素的垂直方向的间距为p_y，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，具有θ＝tan^-1(3p_x/Np_y)的关系式。根据上述结构，在本发明的三维显示器中，使用彩色象素为条纹(stripe)配置的二维显示器，对于来自三维象素的光的一个水平显示方向，3种彩色象素可以完全对应。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述N为3的倍数。根据上述结构，可以实现在来自三维象素的光的水平显示方向上消除颜色不均。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，Np_y≤3Mp_x。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设上述彩色象素的水平宽度和垂直宽度分别为w、h，则w＝3p_x/N。根据上述结构，可以实现消除相对于来自三维象素的光的水平显示方向的强度不均。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述w的值为[1-(1/2)(h/p_y)](3p_x/N)～[1+(h/p_y)](3p_x/N)的范围。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述h的值是与w相同或近似的值。根据上述结构，可以降低来自三维象素的光的水平显示方向上的光强度的变化。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，当设从上述彩色象素射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-t tanθ+x表示时，上述直线上的一个彩色象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+{\mathrm{ip}}_y\tan \mathrm{\θ})---\left(I\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(I)不依赖于x，是大致恒定的值。

另外，本发明的第二实施方式中，提供一种三维显示器，包括：二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述纵列上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素；以及微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到，上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，所述三维显示器，当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，彩色象素的垂直方向的间距为p_y，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，具有θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x/p_y]的关系式。根据上述结构，在本发明的三维显示器中，使用倾斜配置彩色象素的二维显示器，对于来自三维象素的光的一个水平显示方向，3种彩色象素可以完全对应。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述N为3的倍数。根据上述结构，可以实现在来自三维象素的光的水平显示方向上消除颜色不均。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，Np_y≤3Mp_x。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设上述彩色象素的水平宽度和垂直宽度分别为w、h，则w＝3p_x/N。根据上述结构，可以消除相对于来自三维象素的光的水平显示方向的强度不均。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述w的值为{1-(1/2)(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)≤w≤{1+(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)的范围，根据上述结构，可以降低来自三维象素的光的水平显示方向上的光强度的变化。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述h的值为3p_y/(N-3)。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设从上述彩色象素射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-t tanθ+x表示时，上述直线上的一个象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+i(p_x-p_y\tan \mathrm{\θ}))---\left(\mathrm{II}\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(II)不依赖于x，是大致恒定的值。

而且，本发明的第三实施方式中，提供一种三维显示器，包括：二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述横排上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素，上述纵列的彩色象素同色地构成；微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到；以及开口阵列，被设置在上述二维显示器和上述微透镜片之间，具有多个开口部；上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，所述三维显示器，当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，上述彩色象素的垂直方向的间距为p_y，上述开口部的水平方向的间距为p_x’，上述开口部的垂直方向的间距为p_y’，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，p_x＝p_x’、p_y＝p_y’，具有θ＝tan^-1(3p_x’/Np_y’)的关系式。在本发明的第三实施方式中，通过使用相对于彩色象素的形状处于预定关系的开口阵列，可以抑制从二维显示器的彩色象素射出的光的发散，生成最适合的彩色象素。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述N为3的倍数。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，Np_y′≤3Mp_x′。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设上述开口部的水平宽度和垂直宽度分别为w’、h’，则w’＝3p_x’/N。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述w’的值为1-(1/2)(h′/p_y′)(3p_x′/N)～1+(h′/p_y′)(3p_x′/N)的范围。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述h’的值是与p_y’相同或近似的值。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设从上述开口部射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-ttanθ+x表示时，上述直线上的一个彩色象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+i{p_y}^{\′}\mathrm{an}\mathrm{\θ})---\left(\mathrm{III}\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(III)不依赖于x，是大致恒定的值。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述彩色象素具有被分割成上下左右的多区。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，还包括配置在上述二维显示器和上述开口阵列之间的漫射板。

而且，本发明的第四实施方式中，提供一种三维显示器，包括：二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述纵列上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素；微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到；以及开口阵列，被设置在上述二维显示器和上述微透镜片之间，具有多个开口部；上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，所述三维显示器，当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，上述彩色象素的垂直方向的间距为p_y，上述开口部的水平方向的间距为p_x’，上述开口部的垂直方向的间距为p_y’，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，p_x＝p_x’、p_y＝p_y’，具有θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x’/p_y’]的关系式。在本发明的第四实施方式中，通过使用相对于彩色象素的形状处于预定关系的开口阵列，可以抑制从二维显示器的彩色象素射出的光的发散，生成最适合的彩色象素。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述N为3的倍数。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，N_y′≤3Mp_x′。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设上述开口部的水平宽度和垂直宽度分别为w’、h’，则w’＝3p_x’/N。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述w’的值为{1-(1/2)(N/3-1)(h/p_y′)}(3p_x′/N)≤w′≤{1+(N/3-1)(h/p_y′)}(3p_x′/N)的范围。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述h’的值为3p_y′/(N-3)。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，设从上述开口部射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-ttanθ+x表示时，上述直线上的一个彩色象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+i(p_x-p_y\tan \mathrm{\θ}))---\left(\mathrm{IV}\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(IV)不依赖于x，是大致恒定的值。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，上述彩色象素具有被分割成上下左右的多区。

根据本发明的优选实施方式，其特征是，在上述三维显示器中，还包括配置在上述二维显示器和上述开口阵列之间的漫射板。

根据本发明，能够在水平显示方向上显示多个不同的图像，实现消除了颜色不均和强度不均的三维显示器。

附图说明

图1A是图示表示在现有技术的基于三维显示的彩色显示中，二维显示器和微透镜片之间的关系的俯视图。图1B表示显示在特定水平方向的三维象素的颜色。

图2是图示表示三维显示中水平显示方向和视网膜像之间的关系的水平剖视图。

图3是概略地表示本发明的第一实施方式中三维象素的结构的图。

图4A是用于说明从三维象素射出的光线的水平显示方向的图。图4B是放大图4A所示的平面21的一部分后的图。

图5是表示本发明的第一实施方式中同色的彩色象素和柱面透镜的关系的图。

图6是表示在本发明中，使彩色象素的形状为长方形时，水平显示方向和最大光强度的关系。图6A表示h tanθ≤w的情况，图6B表示h tanθ≥w的情况。

图7A、7B是表示在本发明中，对一个三维象素的水平显示方向的最大光强度变为恒定的条件的图。这里，如图7A所示，最大光强度不随着水平显示方向发生变化，是满足代表对于一个彩色象素的强度分布的台形斜边部完全与相向的台形斜边部分重合的情况。

图8A、8B、8C、8D是表示对于一个三维象素的水平显示方向的光强度变化为50％的条件的图。

图9是概略地表示在本发明的第一实施方式的一个实施方式中，N＝6时三维象素的结构的图。

图10是概略地表示在本发明的第一实施方式的一个实施方式中，N＝4时三维象素的结构的图。

图11A是表示对于任意形状的象素的射出光量分布的最大光强度的图，图11B是表示对于任意形状的象素的水平显示方向的最大光强度的图。

图12是表示在本发明中，对于使用任意形状彩色象素的三维象素的水平显示方向的光强度的图。

图13是表示在本发明的第二实施方式中，倾斜彩色象素配置和从柱面透镜中心轴到彩色象素中心的水平距离的关系的图。

图14是表示本发明的第二实施方式的一个实施方式中，N＝6时三维象素的结构。

图15是表示本发明的第二实施方式的一个实施方式中，N＝4时三维象素的结构。

图16表示本发明的第三和第四实施方式中三维显示器的概略剖视图。

图17是说明本发明的第三和第四实施方式中二维显示器和开口阵列之间的关系的图。图17中的剖面线表示遮光部。

图18是表示用于本发明的二维显示器的彩色象素构造的一个例子的概略剖视图。图18中的RGB在垂直方向上具有同色的彩色象素。

图19表示在本发明的第三和第四实施方式的三维显示器中，设有漫射板的三维显示器的概略剖视图。

图20表示用于本发明的实施例的彩色象素构造的概略图。图13中的RGB在垂直方向上具有同色的彩色象素。

图21A表示本发明的实施例中，对于一个彩色象素的水平显示方向的强度分布的一部分，图21B表示本发明的实施例中，对于一个三维象素的水平显示方向的强度分布的一部分。

图22表示本发明中，设计成N＝6的三维显示器的规格。

图23表示用根据本发明的类型I的规格试制成的三维显示器得到的三维图像的图片。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。以下的实施方式是用于说明本发明的示例，并非将本发明仅限定于该实施方式。本发明只要不脱离其技术思想，可以以多种形态来实施。因为相同的附图标记表示相同的部分，因此，通用于本说明书的全部附图。

本发明的三维显示器，具有二维显示器和配置在该二维显示器上的微透镜片。

(本发明的第一实施方式)

在本发明所使用的二维显示器中，为了实现彩色显示，与RGB三原色对应的3种彩色象素被二维地配置在垂直方向和水平方向上。在本发明的第一实施方式中，使用条纹(stripe)配置进行说明，该条纹配置为与RGB三原色对应的3种彩色象素在垂直方向上配置相同的彩色象素，在水平方向上RGB的彩色象素有周期性地配置。在以下的说明中，作为彩色象素使用RGB这3种进行说明，但在3种以外的情况下，例如4种的情况下也可以使用本发明的概念。

作为本发明所使用的、具有彩色象素构造的二维显示器，可以列举液晶显示器、等离子显示器、有机EL显示器等，但不限于此。

另外，本发明所使用的微透镜片是具有多个细长半圆锥形透镜的柱面透镜的薄片，是将多个柱面透镜配置在与柱面透镜中心轴正交的方向上的薄片。

在本发明中，由3倍于水平显示方向数量的彩色象素构成一个三维象素，实现可全色显示的三维象素。

图3是概略地表示本发明的三维象素结构的图。如上所述，在图3中本发明所使用的微透镜片3是具有一维透镜即柱面透镜4，且将多个透镜配置在与上述柱面透镜中心轴8正交的方向上的薄片。而且，微透镜片3被配置成使柱面透镜的焦点面与配置有二维显示器1的彩色象素2的显示面一致。

对于柱面透镜中心轴8，从水平方向上分离距离x的二维显示器的显示面上的一点发出的光被柱面透镜4折射，并在水平方向上表示成角度φ＝tan^-1(x/f)。这里，f是柱面透镜的焦距，是指从三维象素射出的光线的水平显示方向。因此，通过将柱面透镜中心轴8相对于彩色象素2的垂直配置方向倾斜地使用，在相同的水平位置，能够对垂直位置不同的同色彩色象素2给出不同的水平显示方向。

图4A、4B是用于说明水平显示方向的图。如图4A所示，在相对于三维显示器的显示面垂直的恒定平面21上，从三维显示器20射出的光线中的光线22，相对于上述显示面的法线行进的角度称作。图4B是放大上述平面21的一部分后的图，示意地表示上述x、f、以及的关系。

如上所述，在本发明中，如图3所示，使一个柱面透镜4与水平方向上3M个、垂直方向上N个即3M×N个彩色象素相对应，构成一个三维象素。这种情况下，RGB这3种彩色象素组将分别使用M×N个。在图3中列举M＝4、N＝4的情况。

柱面透镜中心轴相对于彩色象素垂直排列方向的倾斜角θ可以通过以下方式求出。即，在考虑距离柱面透镜中心轴的水平距离时，在同色的彩色象素中，在垂直位置相差1象素的最相近的彩色象素之间，水平距离变化p_ytanθ。当与N象素的垂直位置的差异对应的水平距离的变化Np_ytanθ，等于位于相同水平线上的同色彩色象素的水平距离的变化3p_x时，一个三维象素内的同色彩色象素的水平距离等间隔地变化。因此，通过Np_ytanθ＝3p_x，计算微透镜片的倾斜角θ为θ＝tan^-1(3p_x/Np_y)。

这时，与RGB各色对应的M×N个彩色象素相对于柱面透镜中心轴8具有完全不同的水平距离，其值以等间隔p_ytanθ＝3p_x/N变化。因此，能够对RGB各色实现M×N个水平显示方向，能够控制各个水平显示方向上表示的光的强度和颜色。在图3中，使用水平方向上12个、垂直方向上4个象素的彩色象素，实现了16个方向的水平显示方向。

如上所述，在本发明中，由水平方向上3M个、垂直方向上N个即3M×N个彩色象素构成一个三维象素，设微透镜片的倾斜角θ为θ＝tan^-1(3p_x/Np_y)，从而可以在M×N个水平显示方向上进行全色显示。

另一方面，在专利文献1所公开的现有技术中，由水平方向上M个、垂直方向上N个即M×N个彩色象素构成一个三维象素，实现M×N个水平显示方向。因此，在一个三维象素中，基本上只能显示RGB中的一个颜色。而且，微透镜片的倾斜角θ＝tan^-1(p_x/Np_y)。这样，在专利文献1所公开的显示方法中，一个水平显示方向上只能对应RGB彩色象素中的一种彩色象素，而在本发明的现实方法中，对于一个水平显示方向，RGB的3种彩色象素将完全对应。

在一个三维象素内，在同一水平方向上显示的RGB彩色象素的垂直位置的差异，最大为三维象素的垂直宽度(Np_x)。为了该垂直位置的差异不被察觉，且三维象素被识别为一个象素，优选为三维象素的水平宽度(3Mp_x)大于等于该最大垂直位置的差异(Np_y)。也就是，优选为Np_y≤3Mp_x。

由于彩色象素不是点，其自身具有一定的大小，因此，一个彩色象素相对于柱面透镜中心轴所具有的水平距离为恒定宽度。因此，一个彩色象素占有的水平显示方向也为恒定宽度。

图5是表示同色的彩色象素和柱面透镜的关系的图。如图5所示，用c表示一个彩色象素2的中心和柱面透镜中心轴8的水平距离。考虑与该柱面透镜中心轴8平行、水平距离为x的直线。图5所示的标记11表示与柱面透镜中心轴平行的直线。

从该平行线上的各点射出的光通过柱面透镜后，在水平方向上向同一方向以角度φ＝tan^-1(x/f)前进。因此，以该平行线横切一个彩色象素的长度，确定在该水平方向上前进的光的最大强度。

下面，讨论彩色象素的形状为长方形的情况。设长方形的水平宽度为w，垂直宽度为h。通过柱面透镜后的光的水平显示方向和最大强度I的关系，如下所述。

h tanθ≤w时，

$I\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& (x\≤c-(w+h\tan \mathrm{\θ})/2)\\ I_0\{x-c+(w+h\tan \mathrm{\θ})/2\}/h\tan \mathrm{\θ}& (c-(w+h\tan \mathrm{\θ})/2\≤x\≤c-(w-h\tan \mathrm{\θ})/2)\\ I_0& (c-(w-h\tan \mathrm{\θ})/2\≤x\≤c+(w-h\tan \mathrm{\θ})/2)\\ I_0\{-x+c+(w+h\tan \mathrm{\θ})/2\}/h\tan \mathrm{\θ}& (c+(w-h\tan \mathrm{\θ})/2\≤x\≤c+(w+h\tan \mathrm{\θ})/2)\\ 0& (c+(w+h\tan \mathrm{\θ})/2\≤x)\end{array}\right.$

φ＝tan^-1(x/f)

h tanθ≥w时，

$I\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& (x\≤c-(w+h\tan \mathrm{\θ})/2)\\ I_0\{x-c+(w+h\tan \mathrm{\θ})/2\}/w& (c-(h\tan \mathrm{\θ}+w)/2\≤x\≤c-(h\tan \mathrm{\θ}-w)/2)\\ I_0& (c-(h\tan \mathrm{\θ}-w)/2\≤x\≤c+(h\tan \mathrm{\θ}-w)/2)\\ I_0\{-x+c+(w+h\tan \mathrm{\θ})/2\}/\mathrm{w\θ}& (c+(h\tan \mathrm{\θ}-w)/2\≤x\≤c+(h\tan \mathrm{\θ}+w)/2)\\ 0& (c+(h\tan \mathrm{\θ}+w)/2\≤x)\end{array}\right.$

φ＝tan^-1(x/f)

这里，用将水平显示方向作为变量的函数表示I时，由于是含有反三角函数的复杂的函数式，因此，将与柱面透镜中心轴的距离x作为变量。

图6A、6B是表示上述结果的图。图6A表示h tanθ≤w的情况，图6B表示h tanθ≥w的情况。同色的彩色象素组相对于柱面透镜中心轴所具有的水平距离的值以等距离p_ytanθ变化。因此，在横轴方向上逐个错开p_ytanθ地使图6A、6B的强度分布叠加，从而能够求出对三维象素的水平显示方向的最大光强度。这里，虽说是当然的事情，但优选为最大光强度不随着水平显示方向发生变化。

图7A、7B是表示对一个三维象素的水平显示方向的最大光强度变为恒定的条件的图。如图7A所示，水平显示方向的最大光强度不发生变化，是满足表示对于一个彩色象素的强度分布的台形斜边部与相向的台形斜边部分完全重合的情况，称作表示图7B所示的强度分布的情况。

该条件在h tanθ≤w时，台形斜边部完全重合时的台形之间的距离为w，所以，当w＝p_ytanθ成立时才能实现。换言之，由tanθ＝3p_y/Np_y可知，当彩色象素的水平宽度w＝3p_x/N时才能实现。

另一方面，当h tanθ≥w时，台形斜边部完全重合时的台形之间的距离为h tanθ，当h tanθ＝p_ytanθ时，即h＝p_y时才能实现。这由于在上下彩色象素之间存在遮光部，且h＜p_y，因而不能完全满足。减小遮光部虽然可以大致满足，但根据h tanθ≥w和tanθ＝3p_y/Np_y的关系，需要使p_x/w≥N/3。由于左右的彩色象素之间也存在遮光部，因此，在考虑到p_x/w≤1时，需要使N小于等于3。因此，三维象素所使用的垂直方向的彩色象素数量受到限制。

接着，求出用于将最大轻度的变化抑制在50％以下的条件。这里，考虑h tanθ≤w的情况。图8A、8B是表示对一个三维象素的水平显示方向的光强度变化为50％的条件的图。图8A是台形过分重合的情况，根据w-h tanθ＝p_ytanθ，求出满足该式的彩色象素的水平宽度w＝(1+h/p_y)(3p_x/N)。这时对三维象素的水平显示方向的最大光强度如图8B所示。图8C是台形重合不足的情况，根据(1/2)h tanθ+w＝p_ytanθ，求出w＝[1-(1/2)(h/p_y)](3p_x/N)。这时对三维象素的水平显示方向的最大光强度如图8D所示。根据上述说明可知，为了使水平显示方向的光强度的变化小于等于50％，需要使彩色象素的水平宽度满足：

{1-(1/2)(h/p_y)}(3p_x/N)≤w≤{1+(h/p_y)}(3p_x/N)。

理想的彩色象素的宽度3p_x/N为从1-(1/2)(h/p_y)倍到1+(h/p_y)的允许范围。尤其可知h/p_y越大，即彩色象素的垂直宽度h越大，相对于彩色象素的水平宽度w的允许范围就越大。

根据以上说明可以清楚，当考虑象素的制造精度时，即使在w＝3p_x/N的情况下，也增大象素的垂直宽度h，优选为接近p_y。

同样地考虑，要求用于将最大强度的变化抑制到小于等于20％的条件时，则

{1-(1/5)(h/p_y)}(3p_x/N)≤w≤{1+(1/4)(h/p_y)}(3p_x/N)。

彩色象素的水平宽度w＝3p_x/N时，理论上最大光强度不随着水平显示方向发生变化。但实际上，考虑到制造误差等原因，就不能完全满足该要求。另外，当不满足w＝3p_x/N时，当然，水平显示方向的最大光强度发生变化。RGB各色的光强度变为最大/最小的方向不一致的情况下，随着水平显示方向产生颜色偏差，三维图像的颜色再现性恶化。例如，当显示白色时，取决于水平显示方向颜色变化成RGB。颜色不同的彩色象素之间，相对于柱面透镜中心轴的水平距离为p_x或2p_x的不同的值。而在同色的彩色象素中，彩色象素相对于柱面透镜中心轴的水平距离以等间隔p_ytanθ＝(3/N)p_x变化。同色的彩色象素的位置在垂直方向上变化N/3象素时，水平距离变化p_x，当变化2N/3象素时，水平距离将变化2p_x。因此，当取N为3的倍数时，能够使RGB的彩色象素具有的水平距离完全一致。由此，能够使水平显示方向的光强度的变化在RGB三原色中均匀，能够消除水平显示方向上的颜色偏差。

N＝3时w＝p_x。当考虑到彩色象素之间存在遮光部时，难以严格满足该关系。这里，N＝6时的例子如图9所示。在图9中，微透镜片的倾斜角为θ＝tan^-1(p_x/2p_y)。另外，在w＝p_x/2时，设计成不发生水平显示方向上最大强度的变动。而且，设计成通过将N取为3的倍数，抑制因制造精度而不能严格满足w＝p_x/2时产生的颜色偏差。在图9中，当M＝6时，由108个彩色象素构成一个三维象素，实现了36个方向的水平显示方向。

图10是N＝4时的设计例。这种情况下，微透镜片的倾斜角θ为θ＝tan^-1(3p_x/4p_y)。另外，在w＝3px/4时，设计成不发生水平显示方向上最大强度的变动。在图10中，当M＝4时，由48个彩色象素构成一个三维象素，实现了16个方向的水平显示方向。

在以上的说明中，以长方形说明了彩色象素的形状。但是，实际的彩色象素的形状是长方形缺少一部分的形状，或者使用变形成多区构造的象素构造。在此，对于彩色象素为任意形状的情况，详细描述如下。

图11A是表示任意形状的象素和射出光量分布的图。图11B是表示一个象素占有的对水平显示方向的最大光强度的图。用函数f(s，t)表示从彩色象素射出的最大光强度的分布。在图11A中，在二维显示器的发光面上，考虑与柱面透镜中心轴平行的直线。从该平行线上发出的光通过柱面透镜后，在同一水平方向上前进。因此，用象素中平行线上的各点的光强度的和，求出相应的水平显示方向上的最大光强度。与柱面透镜中心轴8平行、水平距离为x的直线用s＝-t tanθ+x表示，所以，该直线上的象素强度的和由下式给出。

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

φ＝tan^-1(x/f)

图11B是例示该情况的图。与同色的彩色象素的柱面透镜中心轴的水平距离以等间隔p_ytanθ变化。由此，对三维象素整体的水平显示方向的光强度由下式给出。

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+{\mathrm{ip}}_y\tan \mathrm{\θ})$

图12是表示对使用任意形状彩色象素的三维象素的水平显示方向的光强度的图。在图12中，通过使虚线所示的来自各象素的光强度叠加，求出实线所示的对三维象素的水平显示方向的光强度。如图12所示，优选的是使实线所示的上述叠加的光强度Is(x)对水平显示方向大致恒定地，确定象素构造、微透镜片的倾斜角θ。

(本发明的第二实施方式)

在以上的说明中，利用与RGB三原色对应的3种彩色象素为条纹配置的情况进行了说明。作为彩色象素的配置，还可以考虑同色的彩色象素偏向倾斜方向的倾斜彩色象素配置，使用该配置说明本发明的第二实施方式。

图13表示在本发明的第二实施方式中，倾斜彩色象素配置和从柱面透镜中心轴到彩色象素中心的水平距离的关系。当考虑同色的彩色象素时，在垂直位置相差1象素的最相近的彩色象素之间，水平距离变化p_x-p_ytanθ。与N象素的垂直位置的差异对应的水平距离的变化N(p_x-p_ytanθ)等于在相同水平线上的同色彩色象素的水平距离的变化3p_x时，一个三维象素内的同色彩色象素的水平距离等间隔地变化。因此，通过N(p_x-p_ytanθ)＝3p_x，计算微透镜片的倾斜角θ为θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x/p_y)]。

如上所述，在条纹配置的情况下，同色彩色象素的水平距离以等间隔p_xtanθ变化，而在倾斜彩色象素配置中，以等间隔p_x-p_ytanθ变化。对于微透镜片的倾斜角度，在为条纹配置时为θ＝tan^-1(3p_x/Np_y)，而在为倾斜彩色象素配置时为θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x/p_y)]。

通过对以上2点进行变更，也可以将条纹配置时得到的结果适用于倾斜彩色象素配置的情况。

这里，如下所述地求出使三维象素的水平显示方向上的最大强度恒定的条件。在彩色象素为长方形时，对于一个彩色象素占有的水平显示方向的光强度，能够与条纹配置时相同地显示，具有图6所示的分布。但是，由于同色的彩色象素相对于柱面透镜中心轴所具有的水平距离以等间隔p_x-p_ytanθ变化，因此，需要考虑用p_x-p_ytanθ置换图7A、7B的p_ytanθ，可知当h tanθ≤w的情况下可以在w＝p_x-p_ytanθ时实现。因此，可知w＝3p_x/N时即可。另外，可知当h tanθ≥w的情况下可以在h tanθ＝p_x-p_ytanθ时实现。因此，可知h＝3p_y/(N-3)即可。

另外，为了使水平显示方向上的光强度的变化小于等于50％，彩色象素的水平宽度需要满足

{1-(1/2)(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)≤w≤{1+(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)。

而且，为了将最大强度的变化抑制在小于等于20％的条件为

{1-(1/5)(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)≤w≤{1+(1/4)(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)。

另外，基于与条纹配置时相同的理由，构成一个三维象素的垂直方向的彩色象素数量N优选为3的倍数。同样地，优选为Np_y≤3Mp_x。

根据上述记载，在为倾斜彩色象素配置的情况下，本发明的优选实施方式的例子如图14所示。在图14所示的本发明的第二实施方式中的一个实施方式中，N＝6时w＝p_x/2。在图14所示的实施方式中，微透镜片的倾斜角度θ＝tan^-1(p_x/2p_y)。另外，设计成当w＝p_x/2时，不发生水平显示方向上最大强度的变动。而且，设计成通过取N为3的倍数，抑制因制造精度在不能严格满足w＝p_x/2时产生的颜色偏差。在图14中，当M＝6时，由108个彩色象素构成一个三维象素，实现了36个方向的水平显示方向。

图15是N＝4时的设计例。这种情况下，微透镜片的倾斜角θ＝tan^-1(p_x/4p_y)。另外，在w＝3p_x/4时，设计成不发生水平显示方向上最大强度的变动。在图15中，当M＝4时，由48个彩色象素构成一个三维象素，实现了16个方向的水平显示方向。

在本发明的第二实施方式中，在彩色象素不是长方形而是任意形状时，也可以与条纹配置时同样地进行考虑。在任意形状的情况下，由于同色的彩色象素的水平距离以等间隔p_x-p_ytanθ变化，对三维象素整体的水平显示方向的光强度由下式表示。

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+i(p_x-p_y\tan \mathrm{\θ}))$

由此，优选为使Is(x)大致恒定地，确定象素构造、微透镜片的倾斜角度。

在上述的说明中，说明了使微透镜片倾斜的方法，对于本领域的技术人员来说可以容易地理解：使二维显示器倾斜以代替使微透镜片倾斜也可以得到同样的效果。

在本发明的第一和第二的实施方式的说明中，本发明的构成方法使用微透镜片进行了说明，但对于本领域的技术人员来说也可以容易地理解：还能够使用视差遮障(parallax barrier)来实现以代替微透镜片。这里，所谓视差遮障是将狭缝(slit)排列在与其长度方向正交的方向上。这时，视差遮障不仅可以设置在二维显示器的观察者一侧，还可以设置在观察者的相反侧，即，在显示器显示面和背景灯之间。

另外，在上述的说明中，利用与构成三维象素的彩色象素组的正上方相对应地配置有柱面透镜的结构进行了说明。即，使用三维象素的水平间距和构成微透镜片的柱面透镜的水平间距相等的结构进行了说明。但是，即使在上述两个间距不相等的情况下，本发明也可以适用。这是为了在与三维屏幕的特定观察距离下扩大三维图像的水平观察范围而被广泛使用的手法。

(本发明的第三实施方式)

本发明的第三实施方式的三维显示器的基本构成形式与本发明的第一实施方式相同。由此，与二维显示器的彩色象素的水平方向间距、垂直方向间距、柱面透镜中心轴的倾斜角度θ、柱面透镜的横排及纵列相关的彩色象素组的个数的关系式，与本发明的第一实施方式相同。

但是，本发明的第三实施方式的三维显示器50，如图16所示，具有设置在二维显示器1和微透镜片3之间的开口阵列30。这里，本发明所使用的开口阵列可以使用铬掩模等金属膜，但不限于此。或者，可以将由被用于液晶显示板中彩色象素之间的布线部遮光的光吸收材料做成的黑条(black stripe)用于开口阵列。在二维显示器中使用的黑条中，在开口部形成有RGB滤色器，但在本发明所使用的开口阵列上不需要滤色器。另外，在图16所示的开口阵列30和二维显示器之间，二维显示器1和上述开口阵列30保持平行，为了维持二维显示器1和开口阵列30的距离恒定，优选为间隔有玻璃基板或聚丙烯等塑料板。

图17是说明本发明的第三实施方式中使用的二维显示器1和开口阵列30的关系的图。在图17中，以“ㄑ”字型说明二维显示器1的彩色象素的形状，但本发明不限于该形状。图17所示的二维显示器1的彩色象素的水平方向和垂直方向的间距分别为p_x、p_y。而本发明的第三实施方式中使用的开口阵列20的各开口部20的水平方向和垂直方向的间距分别为p_x’、p_y’，其开口部的水平宽度和垂直宽度分别为w’和h’。

并且，p_x、p_y、p_x’以及p_y’满足以下关系式时，经由彩色象素射出的光能够通过开口阵列，生成具有三维显示器的最佳形状的、虚拟彩色象素。

p_x＝p_x’、p_y＝p_y’，θ＝tan^-1(3p_x’/Np_y’)。

θ＝tan^-1(3p_x’/Np_y’)关系式的意义，与本发明的第一实施方式中说明的一致。

这样，使用具有符合上述关系式的开口部的开口阵列，通过使其开口形状为最佳形状，成为二维显示器发出的各光RGB的彩色象素的最佳形状，能够实现对水平显示方向的光强度的变化和颜色不均的抑制。

图18表示能用于本发明的第三实施方式和下述第四实施方式的二维显示器的彩色象素构造的概略图。这里，图18所示的彩色象素构造被分割成上下左右，具有所谓的多区构造。RGB在垂直方向上具有同色的彩色象素。所涉及的彩色象素构造也可以适用于本发明的第三实施方式和下述的第四实施方式。

图19是作为本发明的第三实施方式的变形的，将漫射板35设置于开口阵列30和二维显示器之间的三维显示器50的概略剖视图。在开口阵列30和漫射板35之间、二维显示器1和上述漫射板35之间保持上述漫射板35及上述开口阵列相对于二维显示器1的平行度，为了维持与各部件1、35、30之间的距离恒定，优选为间隔有玻璃基板或聚丙烯等塑料板。图19所示的结构为，当从二维显示器1的彩色象素发出的光线的漫射性低的情况下，在开口阵列30的开口部不能得到充分的光强度分布时，可以在二维显示器的彩色象素和开口阵列之间设置漫射板，以调整光线的漫射性。

(本发明的第四实施方式)

本发明的第四实施方式的三维显示器的基本构成方式与本发明的第二实施方式相同。由此，与二维显示器的彩色象素的水平方向间距、垂直方向间距、柱面透镜中心轴的倾斜角度θ、柱面透镜的横排及纵列相关的彩色象素组的个数的关系式，与本发明的第二实施方式相同。

但是，本发明的第四实施方式的三维显示器50，如图16所示，具有设置在二维显示器1和微透镜片3之间的开口阵列30。这里，由于本发明所使用的开口阵列与本发明的第三实施方式中说明的相同，故而省略其说明。

图17是说明本发明的第四实施方式中使用的二维显示器1和开口阵列30的关系的图。在图17中，以“ㄑ”字型说明二维显示器1的彩色象素的形状，但本发明不限于该形状。图17所示的二维显示器1的彩色象素的水平方向和垂直方向的间距分别为p_x、p_y。而本发明的第四实施方式中使用的开口阵列20的各开口部20的水平方向和垂直方向的间距分别为p_x’、p_y’，其开口部的水平宽度和垂直宽度分别为w’和h’。

而且，p_x、p_y、p_x’和p_y’满足以下关系式时，经由彩色象素射出的光可以通过开口阵列，生成具有三维显示器中最佳形状的虚拟彩色象素。

p_x＝p_x’、p_y＝p_y’，θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x’/p_y’]。

θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x’/p_y’]关系式的意义，与本发明的第二实施方式中说明的一致。

这样，使用具有符合上述关系式的开口部的开口阵列，成为二维显示器发出的各光RGB的彩色象素的最佳形状，能够实现对水平显示方向的光强度的变化和颜色不均的抑制。

图19是作为本发明的第四实施方式的变形的，将漫射板35设置于开口阵列30和二维显示器之间的三维显示器50的概略剖视图。图23所示的结构为，当从二维显示器1的彩色象素发出的光线的漫射性低的情况下，在开口阵列30的开口部不能得到充分的光强度分布时，能够在二维显示器的彩色象素和开口阵列之间设置漫射板，以调整光线的漫射性。

实施例

以下，列举本发明的实施例，对本发明进行更详细的说明，但这只是列例，本发明不限于以下的具体例子。本领域的技术人员可以对以下所示的实施例进行各种变更以实施本发明，所涉及的变更包含在本申请权利要求的范围内。

作为二维显示器使用分辨率为3,840×2,400的液晶显示板(IBM制T221)。彩色象素具有RGB象素被配置在水平方向的条纹构造，彩色象素的象素数量为11,520×2,400象素。彩色象素的间距为p_x＝0.0415mm、p_y＝0.1245mm。

图20表示本发明的实施例所使用的液晶显示板的象素构造的概略图。其示出了水平方向6个、垂直方向3个的彩色象素。彩色象素具有被分割为上下左右的多区构造。

如图20所示，由于彩色象素不是长方形，因此，使用上述式(I)确定三维象素所使用的垂直象素数量N＝6。在图20中，可知其水平宽度w为水平间距p_x的大约一半比较妥当。

图21A表示本发明的实施例中，对于一个彩色象素的水平显示方向的强度分布的一部分，图21B表示本发明的实施例中，对于一个三维象素的水平显示方向的强度分布的一部分。虽说存在象素构造引起的若干轻度不均，但也可以得到大致恒定的强度分布。

图22表示根据本发明，N＝6时所设计的三维显示器的规格。在图22中，类型I是注重水平显示方向数量的设计，而类型II是注重三维象素数量的设计。

然后，基于本发明的类型I的规格试制了三维显示器。使用M＝12、即水平方向上36个、垂直方向上6个合计216个彩色象素，构成一个三维象素。水平显示方向为72个方向。图23表示用三维显示器所取得的三维图像的图片。图23所示的图片表示从多个不同水平方向拍摄的图片。如图23所示，在本发明的三维图像中，运动视差能够被观测到，而其图像的强度不均几乎观测不到。

工业可利用性

根据本发明，提供一种三维显示器，其能够在水平显示方向上显示多个不同图像，并能够消除颜色不均和强度不均。

Claims (36)

1.一种三维显示器，包括：

二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述横排上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素，上述纵列的彩色象素同色地构成；以及

微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到，

上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，

所述三维显示器，

当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，彩色象素的垂直方向的间距为p_y，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，具有θ＝tan^-1(3p_x/Np_y)的关系式。

2.根据权利要求1所述的三维显示器，上述二维显示器包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

3.根据权利要求1或2所述的三维显示器，上述N为3的倍数。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的三维显示器，在上述三维象素的结构中，Np_y≤3Mp_x。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的三维显示器，设上述彩色象素的水平宽度和垂直宽度分别为w、h时，w＝3p_x/N。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的三维显示器，上述w的值为[1-(1/2)(h/p_y)](3p_x/N)～[1+(h/p_y)](3p_x/N)的范围。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的三维显示器，上述h的值是与上述p_y的值相同或近似的值。

8.根据权利要求1～4中的任意一项所述的三维显示器，当设从上述彩色象素射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-t tanθ+x表示时，上述直线上的一个彩色象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+{\mathrm{ip}}_y\tan \mathrm{\θ})...\left(I\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(I)不依赖于x，是大致恒定的值。

9.一种三维显示器，包括：

二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述纵列上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素；以及

微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到，

上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，

所述三维显示器，

当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，彩色象素的垂直方向的间距为p_y，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，具有θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x/p_y]的关系式。

10.根据权利要求9所述的三维显示器，上述二维显示器包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

11.根据权利要求9或10所述的三维显示器，上述N为3的倍数。

12.根据权利要求9～11中的任意一项所述的三维显示器，在上述三维象素的结构中，Np_y≤3Mp_x。

13.根据权利要求9～12中的任意一项所述的三维显示器，设上述彩色象素的水平宽度和垂直宽度分别为w、h时，w＝3p_x/N。

14.根据权利要求9～13中的任意一项所述的三维显示器，上述w的值为{1-(1/2)(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)≤w≤{1+(N/3-1)(h/p_y)}(3p_x/N)的范围。

15.根据权利要求9～14中的任意一项所述的三维显示器，上述h的值为3p_y/(N-3)。

16.根据权利要求9～12中的任意一项所述的三维显示器，设从上述彩色象素射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-t tanθ+x表示时，上述直线上的一个象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+i(p_x-p_y\tan \mathrm{\θ}))...\left(\mathrm{II}\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(II)不依赖于x，是大致恒定的值。

17.一种三维显示器，包括：

二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述横排上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素，上述纵列的彩色象素同色地构成；

微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到；以及

开口阵列，被设置在上述二维显示器和上述微透镜片之间，具有多个开口部；

上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，

所述三维显示器，

当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，上述彩色象素的垂直方向的间距为p_y，上述开口部的水平方向的间距为p_x’，上述开口部的垂直方向的间距为p_y’，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，

p_x＝p_x’、p_y＝p_y’，

具有θ＝tan^-1(3p_x’/Np_y’)的关系式。

18.根据权利要求17所述的三维显示器，上述二维显示器包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

19.根据权利要求17或18所述的三维显示器，上述N为3的倍数。

20.根据权利要求17～19中的任意一项所述的三维显示器，在上述三维象素的结构中，Np_y’≤3Mp_x’。

21.根据权利要求17～19中的任意一项所述的三维显示器，设上述开口部的水平宽度和垂直宽度分别为w’、h’时，w’＝3p_x’/N。

22.根据权利要求17～21中的任意一项所述的三维显示器，上述w’的值为[1-(1/2)(h’/p_y’)](3p_x’/N)～[1+(h’/p_y’)](3p_x’/N)的范围。

23.根据权利要求17～22中的任意一项所述的三维显示器，上述h’的值是与p_y’相同或近似的值。

24.根据权利要求17～20中的任意一项所述的三维显示器，设从上述开口部射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-t tanθ+x表示时，上述直线上的一个彩色象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+{{\mathrm{ip}}_y}^{\′}\tan \mathrm{\θ})...\left(\mathrm{III}\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(III)不依赖于x，是大致恒定的值。

25.根据权利要求17～24中的任意一项所述的三维显示器，上述彩色象素具有被分割成上下左右的多区。

26.根据权利要求17～25中的任意一项所述的三维显示器，还包括配置在上述二维显示器和上述开口阵列之间的漫射板。

27.一种三维显示器，包括：

二维显示器，具有被配置成水平方向上延伸的横排和与该水平方向实质地垂直的垂直方向上延伸的纵列的多个彩色象素，在上述纵列上周期性地配置红、绿、蓝的彩色象素；

微透镜片，被设置在上述二维显示器上，且具有相互平行延伸的多个柱面透镜，上述彩色象素通过所述柱面透镜被观察到；以及

开口阵列，被设置在上述二维显示器和上述微透镜片之间，具有多个开口部；

上述柱面透镜中心轴，相对于上述二维显示器的纵列倾斜θ角度，

所述三维显示器，

当设上述彩色象素的水平方向的间距为p_x，上述彩色象素的垂直方向的间距为p_y，上述开口部的水平方向的间距为p_x’，上述开口部的垂直方向的间距为p_y’，构成一个三维象素的彩色象素组，由上述一个柱面透镜的横排为3M个、上述一个柱面透镜的纵列为N个即3M×N个上述彩色象素构成时，

p_x＝p_x’、p_y＝p_y’，

具有θ＝tan^-1[(1-3/N)p_x’/p_y’]的关系式。

28.根据权利要求27所述的三维显示器，上述二维显示器包括液晶显示器、有机EL显示器或等离子显示器的彩色象素。

29.根据权利要求27或28所述的三维显示器，上述N为3的倍数。

30.根据权利要求27～29中的任意一项所述的三维显示器，在上述三维象素的结构中，Np_y’≤3Mp_x’。

31.根据权利要求27～30中的任意一项所述的三维显示器，设上述开口部的水平宽度和垂直宽度分别为w’、h’时，w’＝3p_x’/N。

32.根据权利要求27～31中的任意一项所述的三维显示器，上述w’的值为{1-(1/2)(N/3-1)(h/p_y’)}(3p_x’/N)≤w’≤{1+(N/3-1)(h/p_y’)}(3p_x’/N)的范围。

33.根据权利要求27～32中的任意一项所述的三维显示器，上述h’的值为3p_y’/(N-3)。

34.根据权利要求27～30中的任意一项所述的三维显示器，设从上述开口部射出的最大光强度的分布为函数f(s，t)，与上述柱面透镜中心轴平行、与上述中心轴的水平距离为x的直线，用s＝-t tanθ+x表示时，上述直线上的一个彩色象素内的光强度的和由

$I\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}f(-t\tan \mathrm{\θ}+x,t)\mathrm{dt}$

表示，

对上述三维象素整体的水平显示方向的光强度由

$I_S\left(x\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}I(x+i({p_x}^{\′}-{p_y}^{\′}\tan \mathrm{\θ}))...\left(\mathrm{IV}\right)$

φ＝tan^-1(x/f)

给出，其中，f为柱面透镜的焦距，

设定各个参数，使得上述式(IV)不依赖于x，是大致恒定的值。

35.根据权利要求27～34中的任意一项所述的三维显示器，上述彩色象素具有被分割成上下左右的多区。

36.根据权利要求27～35中的任意一项所述的三维显示器，还包括配置在上述二维显示器和上述开口阵列之间的漫射板。

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