特表 2024-537876 浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置及びそれを備えた多層表示機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-16

(54)【発明の名称】浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置及びそれを備えた多層表示機器

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521182

(86)(22)【出願日】2022-10-08

(85)【翻訳文提出日】2024-06-03

(86)【国際出願番号】 CN2022123759

(87)【国際公開番号】W WO2023056921

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】202111172371.4

(32)【優先日】2021-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522294453

【氏名又は名称】上海誉沛光▲電▼科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＹＵＰＥＩ ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001070

【氏名又は名称】弁理士法人エスエス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】牛磊

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199BA07

2H199BA17

2H199BA20

2H199BA32

2H199BA63

2H199BB01

2H199BB04

2H199BB06

2H199BB08

2H199BB12

2H199BB14

2H199BB20

2H199BB32

2H199BB52

2H199BB59

(57)【要約】

本発明は、浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置及び当該スプライスディスプレイ装置を含む多層表示機器に関する。当該スプライスディスプレイ装置は、表示面上にターゲット画像を構成する表示光を発するように配置された表示モジュールと、表示光を受けて空中に浮遊画像を形成するように配置された複数の光学結像モジュールと、光をｙ方向において発散させるための一次元散乱スクリーンと、を備え、複数の光学結像モジュールのそれぞれは、表示面からのポイント光ビームがｙ方向において一次元散乱スクリーン上に収束されるための第１の一次元共役結像素子と、表示面からのポイント光ビームが、ｘ方向において一次元散乱スクリーンが位置する平面とは異なる浮遊画像面に収束されるための第２の一次元共役結像素子とを含み、ｘ方向およびｙ方向は、光学結像モジュールの主光軸にそれぞれ直交する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示面上にターゲット画像を構成する表示光を発するように配置された表示モジュールと、
前記表示光を受けて空中に浮遊画像を形成するように配置された複数の光学結像モジュールと、
光をｙ方向において発散させるための一次元散乱スクリーンと、を備え、前記複数の光学結像モジュールのそれぞれは、
前記表示面からのポイント光ビームがｙ方向において前記一次元散乱スクリーン上に収束されるための第１の一次元共役結像素子と、
前記表示面からのポイント光ビームが、ｘ方向において一次元散乱スクリーンが位置する平面とは異なる浮遊画像面に収束されるための第２の一次元共役結像素子とを含み、前記ｘ方向および前記ｙ方向はそれぞれ、前記光学結像モジュールの主光軸に直交する、ことを特徴とする浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置。

【請求項2】

前記第１の一次元共役結像素子は主光軸に沿って前記表示面と前記第２の一次元共役結像素子との間に設けられ、
前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子とは、相対的に平行して設けられ、
前記第１の一次元共役結像素子のマイクロ構造ユニットと前記第２の一次元共役結像素子のマイクロ構造ユニットとは、直交して設けられ、および／あるいは
前記表示モジュールの表示面と前記一次元散乱スクリーンとが互いに平行して設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項3】

前記表示面から前記第１の一次元共役結像素子までの光路はａであり、前記表示面から前記第２の一次元共役結像素子までの光路はｂであると、ｂ≦２ａを満たす、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項4】

前記表示モジュールは、複数の表示ユニットによりスプライスして構成されているか、または前記表示モジュールは、複数の個別の表示領域を有している、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項5】

前記複数の光学結像モジュールのｘ方向の像高さはｘ方向の物高さに等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項6】

前記表示面に表示された前記ターゲット画像と前記浮遊画像面に現れた浮遊懸画像とは、正立結像関係である、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項7】

前記複数の光学結像モジュールは同じ構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項8】

前記一次元散乱スクリーンと前記第１の一次元共役結像素子との間の光路は、前記表示面と前記第１の一次元共役結像素子との間の光路にほぼ等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項9】

前記表示面と前記浮遊画像面とは、前記第２の一次元共役結像素子に対してほぼ対称に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項10】

前記複数の光学結像モジュールのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールは、ｘ方向の光線を制限するのではなく、ｙ方向に前記少なくとも１つの光学結像モジュールを通過する光線の高さを制限するための一次元開口絞りを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項11】

前記複数の光学結像モジュールは、前記ｙ方向にミラーリングして設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項12】

前記複数の光学結像モジュールのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールは、分光平板をさらに備え、前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子は、再帰反射スクリーンであり、前記表示光は前記分光平板により反射された後に前記第１の一次元共役結像素子に入り、前記第１の一次元共役結像素子により反射された後に更に前記分光平板により透過されて前記第２の一次元共役結像素子に入り、前記第２の一次元共役結像素子により反射された後に前記分光平板により反射された後に、前記浮遊画像面上に前記浮遊画像として形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項13】

前記少なくとも１つの光学結像モジュールにより前記一次元散乱スクリーンに結像されたｙ方向の像高さは、前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子との間隔以上である、ことを特徴とする請求項２に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項14】

前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子との間隔は、２００ｍｍより小さい、ことを特徴とする請求項１３に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項15】

前記分光平板は、前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子との間に傾斜して設けられ且つ前記表示面と前記浮遊画像面との間にあり、前記分光平板は偏光分光平板であり、前記少なくとも１つの光学結像モジュールは、
前記第１の一次元共役結像素子と前記分光平板との間に設けられた第１の位相遅延板と、
前記第２の一次元共役結像素子と前記分光平板との間に設けられた第２の位相遅延板と、を備える、ことを特徴とする請求項１２に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項16】

前記第１及び第２の位相遅延板は、光軸方向と前記再帰反射スクリーンのマイクロ構造ユニットの延びる方向との間の角度が２２．５°または６７．５°となる１/２λ波長板である、ことを特徴とする請求項１５に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項17】

前記複数の光学結像モジュールのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールは、予め定められた角度範囲を通過する光線に用いられたフィルタ素子をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項18】

前記一次元散乱スクリーンは、全体の散乱スクリーンであるか、または複数の個別の散乱スクリーンから構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項19】

前記スプライスディスプレイ装置は、前記主光軸に沿って前記複数の光学結像モジュールと前記一次元散乱スクリーンとの間に設けられた少なくとも１つの光線偏向ユニットをさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項20】

少なくとも１つの光線偏向ユニットは、フレネルレンズを備える、ことを特徴とする請求項１９に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項21】

前記スプライスディスプレイ装置は、前記主光軸に沿って前記一次元散乱スクリーンと前記浮遊画像面との間に設けられたレンズアレイをさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項22】

前記表示モジュールは、三次元ディスプレイである、ことを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項23】

請求項１から請求項２２のいずれか一項に記載のスプライスディスプレイ装置と、
前記スプライスディスプレイ装置の光学的下流に設けられ、表示面が前記浮遊画像面と異なる位置にある透明表示装置と、を備える、ことを特徴とする多層表示機器。

【請求項24】

前記透明表示装置は、透明ディスプレイを備えるか、または画像を透明／半透明フィルムに投影することにより実現される、ことを特徴とする請求項２３に記載の多層表示機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載の実施例は、全般的に光場三次元表示技術に関し、より具体的には、浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置及び当該スプライスディスプレイ装置を備えた多層表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

多くの表示技術の中で、空中浮遊ディスプレイ技術は画像を空気の中に表現することができ、視聴者に強烈な視覚衝撃と本物でも偽物でもある感覚体験を与えることができるため、多くの研究者の注目を集めている。

【0003】

従来の浮遊表示技術には主に以下の３つのカテゴリがある。第１のカテゴリは伝統的な光学レンズ結像、例えば凹面反射鏡プラス分光鏡の構造であり、当該光学構造はこのような表示システムが最初に提案した方案である。照明された実際の物体またはＬＣＤにより表示された内容は、分光鏡により反射されて凹面反射鏡に入り、光線は凹面反射鏡の収束作用を経て再び分光鏡を通過した後、その反対側に結像される。このとき、観察者は空中浮遊の映像を見ることができる。この技術方案の浮遊画像の結像サイズは小さく、歪みなどの収差は深刻である。第２のカテゴリは集成結像原理を利用することである。このような方式はマイクロレンズアレイといくつかの画像セルアレイから構成され、画像セルにおいて同一の画像情報を表示する点から発せられた光線が、対応するマイクロレンズを通過して空間中に収束されて浮遊像点を形成する。このような方式の利点は、表示装置の厚さが超薄型であり、厚さは基本的にディスプレイの厚さであることである。欠点は分解率が低く、コストが高いことである。

【0004】

第３のカテゴリは特殊なマイクロ構造で構成された「負屈折率スクリーン」を用いて浮遊結像を行い、主に以下のいくつかの種類がある。ａ．逆反射構造プラスビームスプリッタであり、当該構成は、主にガラス微小ビーズまたはマイクロプリズムアレイから構成された。この構造により、反射光線と入射光線とが互いに平行で方向が逆の効果を得ることができる。表示源から発せられた光線はビームスプリッタを介して逆反射構造に入射し、逆反射構造を通過した反射光線は、入射光線の反対方向に沿って再びビームスプリッタを通過して、その反対側に収束して結像される。ｂ．二層平面鏡アレイであり、この方案は、上下二層平面鏡アレイから構成され、２層間の平面鏡ユニットが互いに垂直である。表示源から発せられた光線が当該平面鏡アレイで反射された後に、もう一つ側で収束して結像される。ｃ．マイクロ凸台構造アレイであり、この方案はマイクロ凸台構造アレイで構成され、表示源から発せられた光線がマイクロ凸台構造の２回の反射を経て、もう一つ側で収束して結像される。このような技術案の利点は、収差がないことである。欠点はゴースト像が存在し、「負屈折率スクリーン」は加工コストが高く、システムの体積が大きいことである。

【0005】

シーンのニーズに応じて、浮遊画像の必要なサイズが異なる。従来技術では、上記のような様々な浮遊表示技術が存在するが、浮遊表示装置に表示された浮遊画像のサイズは一般的にメーカー設計段階で限定され、使用時に調整できない。

【0006】

このように、ユーザが異なるアプリケーションシーンに基づいて異なるサイズの浮遊画像を表現させることを望む場合、通常は異なるサイズの浮遊ディスプレイ装置を購入する必要がある。浮遊ディスプレイ装置のメーカーにとっては、異なるユーザニーズに対して異なる浮遊表示装置（特に異なるサイズの画像表示ユニットに適合するために異なる光学システムを設計する）を設計し、１つずつ適合させる必要があり、それによって大きな人手と材料資源が消費される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の例示的な実施例は、従来技術における上記および/またはその他の問題点を克服するためになされたものであり、特に、単一のモジュラー設計を利用して様々なサイズの浮遊画像のシームレスなスプライスを実現することができる同時に、より低い製造コストとよりコンパクトな光学レイアウトを有することができる浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

具体的には、本発明の例示的な実施例は表示面上にターゲット画像を構成する表示光を発するように配置された表示モジュールと、前記表示光を受けて空中に浮遊画像を形成するように配置された複数の光学結像モジュールと、光をｙ方向において発散させるための一次元散乱スクリーンと、を備え、前記複数の光学結像モジュールのそれぞれは、前記表示面からのポイント光ビームがｙ方向において前記一次元散乱スクリーン上に収束されるための第１の一次元共役結像素子と、前記表示面からのポイント光ビームが、ｘ方向において前記一次元散乱スクリーンが位置する平面とは異なる浮遊画像面に収束されるための第２の一次元共役結像素子とを含み、前記ｘ方向および前記ｙ方向はそれぞれ、前記光学結像モジュールの主光軸に直交する、ことを特徴とする浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置を提供する。

【0009】

上記の例示的実施例によるスプライスディスプレイ装置では、表示モジュールと複数の結像モジュールによって空中に浮遊画像が形成されると同時に散乱スクリーンを利用して第２の方向に大きな視角範囲を形成することができるため、大きいサイズの浮遊表示を実現することができる。このようなスプライスディスプレイ装置は、特定のサイズの浮遊画像に対して異なる光学結像システムを設計する必要はなく、必要な浮遊画像の大きさに応じて表示モジュール、適切な数量の結像モジュール、散乱スクリーンを選択するだけであり、また小さいサイズの光学素子は大きいサイズの光学素子よりも加工しやすいため、異なるサイズの浮遊表示を実現することに対して明らかにコストを低減した。また、このようなスプライスディスプレイ装置は、従来技術における大きいサイズの浮遊表示装置よりも明らかに厚みが減少し、よりコンパクトになっている。

【0010】

本発明の別の例示的な実施例によれば、上記の例示的な実施例によるスプライスディスプレイ装置と、前記スプライスディスプレイ装置の光学的下流に設けられ、表示面が前記浮遊画像面と異なる位置にある透明表示装置と、を備える、ことを特徴とする多層表示機器を提供する。

【0011】

他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、図面、および請求項によって明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本発明は、本発明の例示的な実施例について添付の図面を参照しながら説明することによって、より本発明をよりよく理解されるであろう。添付の図面において、

【0013】

【図1】本発明の実施例による浮遊画像用のスプライスディスプレイ（Splice Display）を示す模式的ブロック図である。

【図2】本発明の実施例による一次元散乱スクリーンを含むスプライスディスプレイを示す模式図である。

【図3】本発明の実施例による光学結像モジュールと一次元散乱スクリーンの第１の方向と第２の方向においてのそれぞれの光線伝搬を示す原理模式図である。

【図4】表示モジュール上の画素点が複数の光学結像モジュールを通って第１の像面における同一点に結像されることを示す模式図である。

【図5】一次元再帰反射スクリーンの例示的構造を示す。

【図6】本発明の選択可能な実施例による光学結像モジュールの模式的ブロック図である。

【図7】再帰反射スクリーンの二次反射光線と一次反射光線を示す模式図である。

【図8】本発明の選択可能な実施例による光学結像モジュールを示す模式的ブロック図である。

【図9】超マイクロルーバー構造を示す構造例である。

【図10】本発明のもう一つの選択可能な実施例による光学結像モジュールを示す模式的ブロック図である。

【図11】再帰反射スクリーンの一次反射光線を示す模式図である。

【図12】本発明のもう一つの選択可能な実施例による光学結像モジュールを示す模式的ブロック図である。

【図13】柱面鋸歯回折格子を示す構造例である。

【図14】本発明の好ましい実施例によるスプライスディスプレイ装置を示す模式的構造図である。

【図15】本発明の実施例による多層表示機器を示す模式図である。

【図16】マイクロ投影により実現される透明表示装置を示す模式図である。

【図17】多層表示機器により裸眼３Ｄ表示が実現されることを示す模式図である。

【図18A】三次元ディスプレイを用いた表示モジュールを示す説明的模式図である。

【図18B】三次元ディスプレイを用いた表示モジュールを示す説明的模式図である。

【図18C】三次元ディスプレイを用いた表示モジュールを示す説明的模式図である。

【図19】選択可能の光線偏向ユニットを含むスプライスディスプレイ装置を示す模式図である。

【図20】選択可能のレンズアレイを含むスプライスディスプレイ装置を示す模式図である。

【図21】選択可能のマイクロレンズアレイを含むスプライスディスプレイ装置の一部分を示す模式図である。

【図22】選択可能でミラーリングして設けられた光学結像モジュールを含むスプライスディスプレイ装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の具体的な実施形態について説明するが、これらの実施形態の具体的な説明において、簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施形態の全ての特徴を完全に説明することは不可能であることに留意されたい。理解されるべきことは、いずれかの実施形態の実際に実施される過程において、いずれかのエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトの過程において、開発者の具体的な目標を達成するために、システム関連または商業関連の制約を満たすために、様々な具体的な意思決定が行われることがよくあるように、これもある実施形態から別の実施形態へと変化することがある。また、理解できるのは、このような開発には複雑で冗長な努力が必要であるかもしれないが、本発明に開示した内容に関連する当業者にとっては、本開示で開示された技術内容を基に行われる設計、製造又は生産等の変更の一部は既存の技術的手段に過ぎず、本開示の内容が不十分であると理解すべきではない。

【0015】

別段の定義がない限り、特許請求の範囲及び明細書において使用される技術用語又は科学用語は、当該発明が属する技術分野において一般的な技能を有する者が理解する一般的な意味を有するものでなければならない。本発明特許出願の明細書及び特許請求の範囲において使用されている「第１」、「第２」及び類似の語句は、いかなる順序、数量又は重要性を示すものではなく、単に異なる構成部分を区別するために使用されている。「１つ」や「１」などの類似語は数量制限を示すものではなく、少なくとも１つ存在することを示している。「備える」又は「含む」等の類似の語句は、「備える」又は「含む」の前にある素子又は物体が「備える」又は「含む」の後に列挙された素子又は物体及びその均等な素子を包含することを意味しており、他の素子又は物体を排除するものではない。「接続」や「つながる」などの類似の語句は物理的あるいは機械的な接続に限定するものではなく、直接的なものか間接的なものかに限定下するものでもない。「ＡはＢにほぼ等しい」という語句は、プロセス製造における公差、すなわちＡとＢの数値が互いの±１０％以内であることを考慮することを意味する。

【0016】

説明の便宜上、光は光路に沿って光ビームにおいて光学的な「上流」位置から光学的な「下流」位置へ伝搬すると考えられる。したがって、光路における光学素子の相対位置も、これら二つの用語で記述することができる。

【0017】

浮遊ディスプレイ装置は、通常画像表示ユニットと光学システムとを含み、その中、画像表示ユニットは直接表示または間接投影の方式を用いて光学システムの被写体面上に元の画像を表現し、その後、画像光が光学システムにより空中に浮遊画像として形成される。大きいサイズの浮遊表示を実現しようとすると、より大きな光学素子を加工する必要があり、これにより加工コストの急速な上昇と光学素子の精度の低下を招くことがある。そこで、画像表示ユニットと複数の光学システムを備え、空中に複数の浮遊子画像を形成し、複数の浮遊子画像をスプライスして完全な浮遊画像を形成する浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置を提案した。この技術方案は、浮遊画像のシームレスなスプライスを実現すると同時に、低い製造コストを有し、浮遊ディスプレイ装置をよりコンパクトにすることができる。

【0018】

図１は本発明の実施例による浮遊画像用のスプライスディスプレイ（Splice Display）装置１００を示す模式的ブロック図である。図１を参照すると、本発明の実施例に係るスプライスディスプレイ装置１００は、表示モジュール１１０と複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎとを備えることができる。表示モジュール１１０は、ターゲット画像を構成する表示光を発するように配置されることができる。複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎは、空中に浮遊画像を形成するように表示モジュール１１０から発せられた表示光を受光するように配置されることができる。各光学結像モジュール１２０_ｉは、被写体面１０、第１の像面１５、及び第２の像面２０を画定する。表示モジュール１１０（特にその表示面）は、複数の光学結像モジュールの被写体面１０に配置されている。表示モジュール１１０上の画素点から発せられた光線は、複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールにより第１の像面１５にｙ方向において収束され、第２の像面２０にｘ方向において収束されることができる。

【0019】

本発明の実施例では、表示モジュール１１０は、複数の表示ユニットによりスプライスされて構成されてもよいし、単一の表示装置であってもよく、単一の表示装置は単一の完全な表示領域であってもよいし複数の個別の表示領域を有してもよく、このようにして、表示モジュール１１０は、ｙ方向に沿って配列された複数の表示部を備えることができる。各表示部は、ターゲット画像の対応する部分を表示するように配置されることができる。表示モジュール１１０に表示されたターゲット画像と、複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎの浮遊画像面（すなわち、第２の像面２０）に表現した浮遊画像とは、ｙ方向において正立結像関係とすることができる。

【0020】

本発明の実施例によるスプライスディスプレイ装置１００は、図２に示すように、ｙ方向に光を発散するように第１の像面１５上に放置された一次元散乱スクリーン１３０をさらに備えることができる。本発明の実施例では、一次元散乱スクリーン１３０は、全体の散乱スクリーンであってもよいし、複数の個別の散乱スクリーンで構成されてもよい。本発明の一部分の実施例では、表示モジュール１１０の表示面は、一次元散乱スクリーン１３０と互いに平行して設けられることができる。

【0021】

図３は本発明の実施例による光学結像モジュール１２０と一次元散乱スクリーン１３０の第１の方向と第２の方向においてのそれぞれの光線伝搬を示す原理模式図である。光学結像モジュール１２０は、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２とを備え、被写体面１０、第１の像面１５および第２の像面２０を画定することができる。第１の一次元共役結像素子１２１は、被写体面１０上の点（ｂ１、ｏ、ｂ２）からの光束が第１の像面１５上にｙ方向において収束されるように、第１の方向（ｙ方向）に結像するためのマイクロ構造ユニットを有することができる。一次元散乱スクリーン１３０は、ｙ方向に光線を発散するために第１の像面１５上に配置されることができる。第２の一次元共役結像素子１２２は、被写体面１０上の点（ａ１、ｏ、ａ２）からの光束が第２の像面２０上にｘ方向において収束されるように、第２の方向（ｘ方向）に結像するためのマイクロ構造ユニットを有することができる。第１の一次元共役結像素子１２１のマイクロ構造ユニットと第２の一次元共役結像素子１２２のマイクロ構造ユニットとは、直交して設けられることができる。第１の方向及び第２の方向は、それぞれ光学結像モジュール１２０の主光軸に直交する。第１の一次元共役結像素子１２１は、主光軸に沿って、被写体面１０と第２の一次元共役結像素子１２２との間に設けられることができる。第１の一次元共役結像素子１２１及び／又は第２の一次元共役結像素子１２２は、透過式であってもよく、反射式であってもよい。例として、第１の一次元共役結像素子１２１及び／又は第２の一次元共役結像素子１２２は、一次元再帰反射スクリーン、一次元格子透過アレイ、一次元ホログラフィック回折格子などであってもよい。このような共役結像素子を採用する利点は、位置関係（被写体と像）が共役であり、画像が拡大せず、収差がないことである。

【0022】

本発明のいくつかの実施例では、一次元散乱スクリーン１３０と第１の一次元共役結像素子１２１との間の光路は、被写体面１０と第１の一次元共役結像素子１２１との間の光路にほぼ等しく、且つ、一次元散乱スクリーン１３０はｙ方向に光を発散することができる。あるいは、被写体面１０から第１の一次元共役結像素子１２１までの光路（距離）をａとすることができ、被写体面１０から第２の一次元共役結像素子１２２までの光路（距離）をｂとすると、ｂ≦２ａを満たすことができる。浮遊画像の高さ（一次元散乱スクリーン１３０までの距離）は２＊（ｂ－ａ）である。あるいは、光学結像モジュール１２０の被写体面１０と第２の像面２０は、第２の一次元共役結像素子１２２に対してほぼ対称に設けられることができる。あるいは、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２とは、相対的に平行して設けられることができる。あるいは、光学結像モジュール１２０は、ｘ方向に光の通過を制限するのではなく、ｙ方向に光学結像モジュール１２０を通過する光線の高さを制限するための一次元開口絞りを有してもよい。好ましく、第１の一次元共役結像素子１２１は、このような一次元開口絞りとして設けられることができる。

【0023】

図示するように、ｘ方向において、被写体面１０における被写体点ａ１、ｏ、ａ２から発せられた光線は、第２の一次元共役結像素子１２２により第２の像面２０上においてａ１”、ｏ”，ａ２”に結像される。ｙ方向において、被写体点ｂ１、ｏ、ｂ１から発せられた光線は、第１の一次元共役結像素子１２１により一次元散乱スクリーン１３０に結像されて、像点ｂ１’、ｏ’、ｂ２’を形成する。像点ｂ１’、ｏ’、ｂ２’の光線は、散乱スクリーン１３０によってｙ方向に散乱されることで、ｙ方向に大きな視角範囲を形成する。光学結像モジュール１２０は、ｘ方向の像高さ（第２の像面２０上）がｘ方向の被写体高さ（被写体面１０上）に等しくてもよく、また、ｙ方向の像高さ（第１の像面１５上）が、ｙ方向の被写体高（被写体面１０上）に等しくてもよく、ｙ方向の被写体高さ（ｙ方向拡大光学システムが存在する場合）よりも大きくてもよい。本発明の実施例では、複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎは、同じ構造を有してもよい。

【0024】

以上、本発明の例示的な実施例による浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置１００について説明した。この装置では、表示モジュールと複数の結像モジュールにより空中に浮遊画像が形成されると同時に散乱スクリーンを利用して第２の方向に大きな視角範囲を形成することができるため、大きいサイズの浮遊表示を実現することができる。このようなスプライスディプレー装置１００は、特定のサイズの浮遊画像に対して異なる光学結像システムを設計する必要はなく、必要な浮遊画像の大きさに応じて表示モジュール、適切な数の結像モジュール、散乱スクリーンを選択するだけであり、また小さいサイズの光学素子は大きいサイズの光学素子よりも加工しやすいため、異なるサイズの浮遊表示を実現することに対して明らかにコストを低減した。また、このようなスプライスディスプレイ装置１００は、従来技術における大きいサイズの浮遊表示装置よりも明らかに厚みが減少し、よりコンパクトになっている。

【0025】

ｘ方向については、光学結像モジュールの物理的構造及び光学的特性はほぼ同じであってもよいので、光学素子のサイズをさらに小さくして加工を容易にするために、ｘ方向においてもいくつかの組の上記スプライス表示装置によってさらにスプライスで形成されることができることが理解される。

【0026】

中心の視野の光線の受光テーパ角が大きく、エッジ光線の受光テーパ角が小さいため、個別の光学結像モジュール１２０_ｉに対して、中心の輝度がエッジ輝度より大きく、輝度ムラを引き起こす可能性がある。輝度ムラの問題を効果的に改善するために、表示モジュール１１０上の画素点から発せられた光線を複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎにより同一点に結像させることができる。

【0027】

図４を参照すると、表示モジュール１１０の表示面における画素点（例えば、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）は、複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎ（図４ではｂ、ｃが第１の光学結像モジュール１２０_１及び第２の光学結像モジュール１２０_２のみを示しているが、当業者は、画素点から発せられた光は、すべての複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎによってと理解できる）により、第１の像面１５（散乱スクリーン１３０がここに放置されている）における同一点（例えば、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１）に結像される。

【0028】

本発明の選択可能な実施例では、複数の光学結像モジュール１２０_１～ｎのうちの少なくとも１つの光学結像モジュール１２０は、被写体面から発せられた光線を反射するための分光平板をさらに備える。分光平板の使用には、表示モジュールから発せられた光が人の目に直接的に入射されるのを阻止することと、光路を折り畳む（例えば、光学長さをｚ方向からｙ方向へ変換する）ことにより、光学モジュールの厚さを減少させることという利点がある。本発明の選択可能な実施例では、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２は、再帰反射スクリーン（ＲＭＡ）であってもよい。一次元再帰反射スクリーンの例は、図５に示すように、一次元再帰反射スクリーンの表面に任意的に照射された光線は、一部分が元の角度に従って反射される。

【0029】

図６は本発明の選択可能な実施例による光学結像モジュールを示す模式的ブロック図である。図に示すように、表示面／被写体面１０における表示光は、分光平板１２３により反射された後に、第１の一次元共役結像素子（一次元再帰スクリーン）１２１に入り、第１の一次元共役結像素子１２１により反射された後に、再び分光平板１２３により透過されて第２の一次元共役結像素子再帰スクリーン１２２に入り、第２の一次元共役結像素子１２２により反射された後に、再び分光平板１２３により反射された後に、第２の像面２０に浮遊画像として形成されることができる。

【0030】

本発明の選択可能な実施例において、光学結像モジュール１２０の第１の像面１５におけるｙ方向の像高さは、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２との間の間隔以上である。例として、光学結像モジュール１２０の第１の像面１５におけるｙ方向の像高さは、２００ｍｍ未満であってもよく、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２との間の間隔は２００ｍｍ未満であってもよい。

【0031】

図６に示すように、本実施例では、分光平板１２３は、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２との間に傾斜して設けられ且つ光学結像モジュール１２０の被写体面１０と第１の像面１５との間にあることができ、第１の一次元共役結像素子１２１と第２の一次元共役結像素子１２２とが相対的に平行して設けられることができる。光学結像モジュール１２０の被写体面１０に配置された表示モジュール１１０（特にその表示面）と第１および第２の一次元共役結像素子１２１、１２２は互いに垂直に設けられることができ、分光平板１２３はそれぞれ表示面、第１の一次元共役結像素子１２１および第２の一次元共役結像素子１２２と角度で設けられることができ、４５°角で設けられることが好ましい。

【0032】

選択可能な実施例では、一次元散乱スクリーン１３０と第１の一次元共役結像素子１２１との間の光路は、表示モジュール１１０と第１の一次元共役結像素子１２１との間の光路とほぼ等しいことができる。表示モジュール１１０及び第２の像面２０における浮遊画像は、第２の一次元共役結像素子１２２に対してほぼ対称に設けられることができる。好ましくは、第１の一次元共役結像素子１２１は、光学結像モジュール１２０を通った光線の高さをｙ方向において制限するように光学結像モジュール１２０の開口絞りとして設けられることができ、例えば、ｙ方向通光開口を１００ｍｍ以下に設けられる。

【0033】

図７を参照すると、再帰反射スクリーンにとって、再帰反射スクリーンのマイクロ構造上で二次反射された光線こそは結像光線であり、一次反射された光線はゴースト像を形成する可能性のある迷光である。したがって、図８に示すように、好ましい実施例では、光学結像モジュール８２０は、第１の一次元共役結像素子８２１と分光平板８２３との間に設けられたフィルタ素子８２４を備えることができ、光線角度セレクタとして使用され、小角度光線で大角度光線を吸収することができる。フィルタ素子８２４は、超マイクロルーバー構造（Microlourver）であってもよく、めっき膜を用いて実現してもよい。超マイクロルーバー構造の例は、図９に示すように、小角度光線（通常±２５度の範囲内の光線）で大角度光線を吸収するように使用されることができ、このように正常な表示光線は通過することができ、一次反射された光線は角度が大きいために吸収され、ゴースト像を除去する役割を果たすことができる。フィルタ素子８２４は第２の一次元共役結像素子８２２の一次反射によるゴースト像を除去するために、第２の一次元共役結像素子８２２と分光平板８２３との間にさらに設けられることができると理解されてもよい。

【0034】

本発明のもう一つの選択可能な実施例では、偏光吸収によりゴースト像が除去されることができる。図１０を参照すると、光学結像モジュール１０２０は、第１の再帰反射スクリーン１０２１と第２の再帰反射スクリーン１０２２との間に設けられた偏光分光平板１０２３に加えて、更に、第１の１／２λ波長板１０２５、第２の１/２λ波長板１０２６及び偏光板１０２７を備える。偏光分光平板は平板上に偏光分光膜をめっきすることによって実現されてもよいし、または偏光分光平板１０２３が偏光分光膜（ＡＰＦ）１０２４を平板表面に貼り付けることで形成されてもよい。第１の１/２λ波長板１０２５は、第１の再帰反射スクリーン１０２１の入光側（例えば、第１の再帰反射スクリーン１０２１と分光平板１０２３との間）に設けられてもよく、第２の１／２λ波長板１０２６は、第２の再帰反射スクリーン１０２２の入光側（例えば、第２の反射板１０２２と分光平板１０２３との間）に設けられてもよい。１/２λ波長板１０２５及び１０２６の光軸方向と一次元再帰反射スクリーンマイクロ構造方向との間の夾角は、２２．５°又は６７．５°であってもよい。偏光板１０２７は、分光平板１０２３と第２の像面２０との間に設けられてもよい。

【0035】

図１０に示すように、表示面（すなわち、被写体面１０）から発せられた光をｓ偏光（０度方向）とする（本願ではこれに限定されず、表示面から発せられた光は自然光であってもよい）と、偏光分光平板１０２３に照射されてから反射され、１／２波長板１０２５に照射されて、４５度線偏光になり、その後、第１の再帰反射スクリーン１０２１に照射され、直角マイクロ構造により２回反射された後も依然として４５度線偏光であり、再び第１の１／２λ波長板１０２５を通ってｐ偏光（９０度方向）に変換され、偏光分光平板１０２３を通過して１／２波長板１０２６に照射され、４５度線偏光になり、その後第２の再帰反射スクリーン１０２２に照射され、直角マイクロ構造により２回反射された後も依然として４５度線偏光であり、再び第２の１／２λ波長板１０２６を通って、ｓ偏光（０度方向）になり、偏光分光平板１０２３により再び反射され、偏光板１０２７に照射され、偏光板１０２７をｓ偏光が通って第１の像面１５に配置された散乱スクリーン１０３０に照射される。

【0036】

第１の再帰反射スクリーン１０２１により一次反射された光線（ゴースト像光線、図１１に示すように）に対して、第１の１／２λ波長板１０２５を２回通っても依然としてｓ偏光（０度方向）であり、分光平板１０２３により元の経路を再帰反射されて通過できない。この例では、偏光板１０２７がｓ偏光を通過させｐ偏光を吸収するように設定されている。あるいは、偏光板１０２７は円偏光板であってもよく、このように設けられることにより、外部から光学結像モジュールに入射された光線が再び反射されて出るのを防ぐことができ、消光作用を果たすことができる。

【0037】

あるいは、第２の１/２λ波長板１０２６は、偏光分光平板１０２３の表面に設けられ、散乱スクリーン１０３０に向かっていることができ、偏光板１０２７はｐ偏光を通過させｓ偏光を吸収する。表示面（すなわち、被写体面１０）から発せられた光をｓ偏光とすると、偏光分光平板１０２３に照射された後に反射され、第１の再帰反射スクリーン１０２１に照射されて反射され、第１の１／２λ波長板１０２５を２回通って、ｐ偏光に変換され、偏光分光平板１０２３を通過した後に第２の１/２λ波長板１０２６を通過して４５度偏光に変換され第２の再帰反射スクリーン１０２２に照射されて反射され、再び第２の１/２λ波長板１０２６を通ってｓ偏光になり、偏光分光平板により再び反射され、３回目で第２の１/２λ波長板１０２６を通ってｐ偏光になり、偏光板１０２７を通って第１の像面１５に配置された散乱スクリーン１０３０に照射される。

【0038】

あるいは、光学結像モジュール１０２０は、ｘ方向に光線の通過を制限するのではなく、ｙ方向に光学結像モジュール１０２０を通過する光線の高さを制限するための一次元開口絞り１０２８を備えることもできる。前述したように、開口絞り１０２８は、個別で（図示のように）設けられてもよいし、第１の再帰反射スクリーン１０２１と一体化されてもよい。

【0039】

あるいは、光学結像モジュール１２２０は、１つまたは複数のレンズ（またはレンズ群）を備えることもできる。図１２を参照すると、光学結像モジュール１２２０は、第１の再帰反射スクリーン１２２１、第２の再帰反射スクリーン１２２２及び分光平板１２２３に加えて、第１のレンズ１２２４及び第２のレンズ１２２５を更に備えることもできる。第１のレンズ１２２４及び第２のレンズ１２２５は、ｙ方向にのみ屈折度を有する柱面鏡であってもよい。レンズを増加させることにより、光学結像モジュール１２２０は、ｙ方向において拡大の役割を有し、すなわち、第１の像面１５における像高さが被写体面における物高さよりも大きくなる。第１のレンズ１０２４は、被写体面１０と分光平板１２２３との間に設けられてもよく、第２のレンズ１２２５は、第２の再帰反射スクリーン１２２２と分光平板１２２３との間に設けられてもよい。好ましくは、第２のレンズ１２２５は、第２の再帰反射スクリーン１２２２と一体に形成されてもよい。例えば、第２のレンズ１２２５及び第２の再帰反射スクリーン１２２２に用いられるように、柱面鏡と一次元再帰反射スクリーンとを柱面鋸歯回折格子に一体成形することができる。図１３に示すように、柱面鋸歯回折格子のｙ方向は曲面であり、ｘ方向は一次元鋸歯構造であり、鋸歯構造は頂角が９０度の二等辺三角形構造である。

【0040】

あるいは、図１９を参照すると、スプライスディスプレイ装置１００は、光学結像モジュール１２０から出射された光線をコリメートするための１つまたは複数の光線偏向ユニット１４０をさらに備え、コリメートされた光線はさらに散乱スクリーン１３０を通って、より均一な視野分布を得ることができる。好ましくは、光線偏向ユニット１４０は、レンズ間の継ぎ目が浮遊画像に表現されるのを回避するために等間隔のフレネルレンズであってもよい。例えば、光線偏向ユニット１４０はＴＩＲフレネルレンズであってもよい。

【0041】

図１４に示すように、好ましくは、表示モジュール１１０は単一のフラットパネルディスプレイであり、表示モジュールは単一の完全な表示領域であり、複数の光学結像モジュール１２０は、２つの直交する一次元再帰反射スクリーンと分光平板とを含む反射式構造を採用する。ディスプレイ上の１つの画素点ａから発せられた光の一部分は光学結像モジュール１２０１により結像され、他の一部分は光学結像モジュール１２０２により結像され、最終的に散乱スクリーン１３０上で同一の像点ａ’に結像される。光学結像モジュール１２０１を通った光ビームは下画角のみを有し、光学結像モジュール１２０２を通った光ビームは上画角のみを有し、このような反射式構造のスプライス要求により、画素点ａから発せられる光の中の一部分が再帰反射スクリーンによって遮られることで、一部分の視野が失われてしまうため、一次元散乱スクリーン１３０の役割は、像点ａ’点の光線をｙ方向に拡散させることにより、ｙ方向に大角度で連続的な視野角が得られることである。一方、ｘ方向のスプライスについては、再帰反射スクリーンなど、物理構造上の遮蔽が存在しないため、大角度で連続的な視野角が得られやすく、散乱スクリーンによる光束の拡散が不要である。このような構造を採用する利点は、光学システムが収差無のシステムであり、像面湾曲などの収差を補正する必要がなく、構造が簡単であり、被写体面、像面はｘ、ｙの二つの方向において大きさが等しい結像であり、画像に対して追加のスケーリング変換を行う必要がないことである。また、表示モジュールは完全な単一画像であるため、画像に対して追加のスプライス処理を行う必要がなく、各光学結像モジュールと表示モジュールについて１対１のスプライス位置合わせ処理をする必要もなく、製造の難易度を簡略化し、コストを削減した。同時に光学結像モジュールの中心とエッジ画素を通ったビームテーパ角の大きさがバランスされ、散乱スクリーン１３０に照射された異なる画素点によって形成されたビームエネルギーを接近させ、輝度を均一させた。

【0042】

あるいは、図２０を参照すると、スプライスディスプレイ装置１００は、散乱スクリーン１３０の前に設けられたレンズアレイ１５０をさらに備えてもよく、ここで、ｙ方向において、表示モジュール１１０の画像が光学結像モジュール１２０により散乱スクリーン１３０上に投影され、レンズアレイ１５０のうちの各サブレンズは、一つの画像領域に対応しており、浮遊画像の一部分を表示するように用いられ、散乱スクリーン１３０上で同一の画像情報を表す発光点が異なるサブレンズを通って空間中に１点に収束されることにより、ｙ方向においてｘ方向に形成された浮遊画像面２０と重ね合わせた浮遊画像面が形成されることを実現する。これにより、ｙ方向における浮遊画像の空間的な位置決め問題の解決を促進することができる。

【0043】

あるいは、スプライスディスプレイ装置１００は、散乱スクリーン１３０の前に配置されたマイクロレンズアレイ１６０をさらに備えてもよく、ｙ方向において、光学結像モジュール１２０により表示モジュール１１０の画像が散乱スクリーン１３０に投影される。多視点三次元表示の原理を利用して、人の目が異なるビューエリア位置でマイクロレンズアレイを通して見るのは散乱スクリーン上の異なる領域である。図２１に示すように、視点１において観察位置が見える画像はａ３ｂ３、視点２において観察位置が見える画像はａ２ｂ２、視点３において観察位置が見える画像はａ１ｂ１である。このように、空間中における人の目のｙ方向の観察位置は異なるが、見える浮遊像面の位置はすべてａｂで固定されており、人の目が知覚する当該画像面は、光学結像モジュールが水平面上に形成された浮遊画像面２０と重ね合わせる。これにより、ｙ方向における浮遊画像の空間的な位置決め問題の解決をすることができる。

【0044】

また、図２２を参照して、スプライスディスプレイ装置１００における複数の光学結像モジュール１２０はｙ方向にミラーリングして設けられてもよいので、共役結像素子１２１または１２２が重複使用可能であり、このように、複数の光学結像モジュール１２０のスプライスの部分のサイズを減少することができ、コストダウンの役割も果たす。

【0045】

本発明のもう一つの例示的な実施例によれば、多層表示機器も提供される。

【0046】

図１５は、本発明の実施例による多層表示装置１５００を示す模式図である。
多層表示装置１５００は、前述のスプライスディスプレイ装置１００と、透明表示装置２００とを備えることができる。透明表示装置２００は、スプライスディスプレイ装置１００の光出射側（光学下流側）に設けられてもよい。透明表示装置２００の表示面は、スプライスディスプレイ装置１００の浮遊画像面２０とは異なる位置にあり、具体的には浮遊画像面２０とスプライスディスプレイ装置１００との間にある。透明表示装置２００は、透明ＯＬＥＤ／ＬＥＤ／ＬＣＤディスプレイやフィルム（スライド）など、高い透過率を有することができる。図１６に示すように、透明表示装置２００は、スプライスディスプレイ装置１００の前に透明フィルム（フィルムヘイズが５％未満）を設置して、マイクロプロジェクターから画像を投射することにより得られることもできる。あるいは、当該透明フィルムは、光線に対して角度選択性を有し、大角度の光線に対しては散乱（投影画像）し、小角度の光線に対しては直接透過（浮遊画像）することができる。

【0047】

以上、本発明の例示的実施例による多層表示装置１５００について説明した。当該多層表示装置１５００は、表示面１と表示面２とを有し、スプライスディスプレイ装置１００は表示面１（像面２０）において浮遊画像を形成することができ、透明表示装置２００は表示面２において異なる情報を表示することができる。このようにして、副次的な情報を表示面２に表現させ、重要な情報を表示面１に表現させることができ、これにより人々の情報取得の効率と体験度を向上させることができる。あるいは、図１７に示すように、表示面１と表示面２に同じ大きさの映像を表示させ、物体が鑑賞者から遠近することによる暗さや色の違いを利用し、さらに前後の物体映像を重ね合わせて鑑賞者に立体感を与えることにより、裸眼３Ｄ表示を実現することもできる。

【0048】

或いは、表示モジュール１１０は、裸眼三次元ディスプレイであってもよく、三次元ディスプレイは、多視点自由立体ディスプレイであってもよいし、光場ディスプレイであってもよい。図１８Ａに示すように、通常の裸眼三次元ディスプレイは、フラットパネルディスプレイとマイクロ光学ユニットとから構成され、マイクロ光学ユニットは、マイクロレンズまたはスリット回折格子であってもよい。フラットパネルディスプレイは視差のある画像を生じて、マイクロ光学ユニットを経てから観察者の左右の目に別々に送り、人の目の両眼視差効果を利用して立体感を出す。図１８Ｂに示すように、表示モジュール１１０上のａ１点は右目に入り、ａ２点は左目に入り、両眼視差の原理により人の目が見る点は、スクリーンの前方にあるａ点である。スクリーン上のｂ１点は右目に入り、ｂ２点は左目に入り、両眼視差の原理により人の目が見る点は、スクリーンの後方にあるｂ点である。左右の眼が共通してスクリーン上のｃ点を見ているため、ｃ点の位置がスクリーン上にあることを感じる。これにより、従来の裸眼三次元ディスプレイが表現する３Ｄ画像は、スクリーンを深度中心とし前後一定の深度範囲内の３Ｄ画像である。見る時、人の目は三次元ディスプレイの物理画面に焦点を合わせるため、空間に浮いた三次元画像を感じることができず、体験に影響を与える。

【0049】

本発明における表示モジュール１１０は、当該問題をよく解決するように多視点/光場ディスプレイを採用してもよく、多視点/光場ディスプレイのスクリーン面が本発明の光学結像モジュール１２０により空間中に投影され、浮遊画像面として形成され、多視点/光場ディスプレイに視差画像を表示させることにより、空間中に浮遊画像面を深度中心とし前後の一定範囲の３Ｄ画像を形成することができる。図１７Ｃに示すように、浮遊画像面では、ａ点が前被写界深度面にあり、ｂ点が後被写界深度面にあり、ｃ点が表示装置の浮遊画像面にあり、これにより形成された３Ｄ画像は、完全に空中に浮いて、より良い３Ｄ効果の体験を有する。

【0050】

以上、本発明の例示的な実施例によるスプライスディスプレイ装置、使用される光学結像モジュール、及び多層表示機器について詳細に説明した。本発明の利点は、１）スプライスディスプレイ装置における単一の光学結像モジュールの構造が簡単であり、しかも必要な光学素子のサイズが小さく、加工が容易であり、コストを効果的に削減できることである、２）必要に応じて、特定の数量の表示領域を有する表示モジュール（又は特定の数量の表示ユニット）と特定の数量の光学結像モジュール及び散乱スクリーンを採用して、異なるサイズの浮遊表示を実現することができ、すなわち、スプライスしながら使用すると特に大きいサイズの浮遊表示の実現に有利である、３）光学結像モジュールを一度に設計して、必要な浮遊画像サイズによって対応する数量の同一光学結像モジュールを使用して浮遊画像のシームレスなスプライスを行えばよく、異なる浮遊画像サイズに対して異なる光学結像モジュールを設計する必要がない、４）スプライスディスプレイ装置の厚さが小さくて、薄型化や軽量化を実現する、５）スプライスディスプレイ装置は、無収差方式とすることができ、光学収差を補正する必要がなく、光学構造が簡単である。このスプライスディスプレイ装置を用いて、表示モジュールの空中での光場再構築が実現され、光場三次元表示技術である。表示モジュールにおける光ビームがｘ方向に沿って光学結像モジュールによって結像された像側開き角は、両眼視差条件を満たすように相対的に大きくすることで、画像の浮遊表示が実現可能である。

【0051】

上記の説明は、限定的ではなく概略的なものであることが理解されるべきである。例えば、上述の実施例（および/またはその様々な態様）は、互いに関連して使用されてもよい。さらに、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の条件または材料を本発明の様々な実施形態の教示に適合させるために多くの修正を加えることができる。本明細書に記載された材料のサイズおよびタイプは、本発明の様々な実施例のパラメータを定義するために使用されるが、様々な実施例は限定的であることを意味するものではなく、例示的な実施例である。上記の説明を読んだ場合、他の多くの実施例は当業者にとって明白であろう。したがって、本発明の様々な実施例の範囲は、添付の請求項及びこれらの請求項で保護請求される均等な形態の全体的範囲を参照して決定されるべきであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示面上にターゲット画像を構成する表示光を発するように配置された表示モジュールと、
前記表示光を受けて空中に浮遊画像を形成するように配置された複数の光学結像モジュールと、
光をｙ方向において発散させるための一次元散乱スクリーンと、を備え、前記複数の光学結像モジュールのそれぞれは、
前記表示面からのポイント光ビームがｙ方向において前記一次元散乱スクリーン上に収束されるための第１の一次元共役結像素子と、
前記表示面からのポイント光ビームが、ｘ方向において一次元散乱スクリーンが位置する平面とは異なる浮遊画像面に収束されるための第２の一次元共役結像素子とを含み、前記ｘ方向および前記ｙ方向はそれぞれ、前記光学結像モジュールの主光軸に直交する、ことを特徴とする浮遊画像用のスプライスディスプレイ装置。

【請求項2】

前記第１の一次元共役結像素子は主光軸に沿って前記表示面と前記第２の一次元共役結像素子との間に設けられ、
前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子とは、相対的に平行して設けられ、
前記第１の一次元共役結像素子のマイクロ構造ユニットと前記第２の一次元共役結像素子のマイクロ構造ユニットとは、直交して設けられ、および／あるいは
前記表示モジュールの表示面と前記一次元散乱スクリーンとが互いに平行して設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項3】

前記表示面から前記第１の一次元共役結像素子までの光路はａであり、前記表示面から前記第２の一次元共役結像素子までの光路はｂであると、ｂ≦２ａを満たす、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項4】

前記表示モジュールは、複数の表示ユニットによりスプライスして構成されているか、または前記表示モジュールは、複数の個別の表示領域を有している、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項5】

前記複数の光学結像モジュールのｘ方向の像高さはｘ方向の物高さに等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項6】

前記表示面に表示された前記ターゲット画像と前記浮遊画像面に現れた浮遊画像とは、正立結像関係である、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項7】

前記複数の光学結像モジュールは同じ構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項8】

前記一次元散乱スクリーンと前記第１の一次元共役結像素子との間の光路は、前記表示面と前記第１の一次元共役結像素子との間の光路にほぼ等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項9】

前記表示面と前記浮遊画像面とは、前記第２の一次元共役結像素子に対してほぼ対称に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項10】

前記複数の光学結像モジュールのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールは、ｘ方向の光線を制限するのではなく、ｙ方向に前記少なくとも１つの光学結像モジュールを通過する光線の高さを制限するための一次元開口絞りを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項11】

前記複数の光学結像モジュールのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールは、分光平板をさらに備え、前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子は、再帰反射スクリーンであり、前記表示光は前記分光平板により反射された後に前記第１の一次元共役結像素子に入り、前記第１の一次元共役結像素子により反射された後に更に前記分光平板により透過されて前記第２の一次元共役結像素子に入り、前記第２の一次元共役結像素子により反射された後に前記分光平板により反射された後に、前記浮遊画像面上に前記浮遊画像として形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項12】

前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子との間隔は、２００ｍｍより小さい、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項13】

前記分光平板は、前記第１の一次元共役結像素子と前記第２の一次元共役結像素子との間に傾斜して設けられ且つ前記表示面と前記浮遊画像面との間にあり、前記分光平板は偏光分光平板であり、前記少なくとも１つの光学結像モジュールは、
前記第１の一次元共役結像素子と前記分光平板との間に設けられた第１の位相遅延板と、
前記第２の一次元共役結像素子と前記分光平板との間に設けられた第２の位相遅延板と、を備える、ことを特徴とする請求項１１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項14】

前記第１の位相遅延板及び第２の位相遅延板のうち少なくとも１つは、光軸方向と前記再帰反射スクリーンのマイクロ構造ユニットの延びる方向との間の角度が２２．５°または６７．５°となる１/２λ波長板である、ことを特徴とする請求項１３に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項15】

前記複数の光学結像モジュールのうちの少なくとも１つの光学結像モジュールは、予め定められた角度範囲を通過する光線に用いられたフィルタ素子をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項16】

前記スプライスディスプレイ装置は、前記主光軸に沿って前記複数の光学結像モジュールと前記一次元散乱スクリーンとの間に設けられた少なくとも１つの光線偏向ユニットをさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項17】

前記スプライスディスプレイ装置は、前記主光軸に沿って前記一次元散乱スクリーンと前記浮遊画像面との間に設けられたレンズアレイをさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項18】

前記表示モジュールは、三次元ディスプレイである、ことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のスプライスディスプレイ装置。

【請求項19】

請求項１に記載のスプライスディスプレイ装置と、
前記スプライスディスプレイ装置の光学的下流に設けられ、表示面が前記浮遊画像面と異なる位置にある透明表示装置と、を備える、ことを特徴とする多層表示機器。

【請求項20】

前記透明表示装置は、透明ディスプレイを備えるか、または画像を透明／半透明フィルムに投影することにより実現される、ことを特徴とする請求項１９に記載の多層表示機器。

【国際調査報告】