JP3779575B2 - 三次元表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元表示装置に係わり、特に、複数の観察者に、三次元立体像を表示する際に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に、二次元像を表示し、かつ、それぞれの表示面に表示される二次元像の輝度を独立に変化させて、三次元立体像を連続的に表示可能な三次元表示装置が、例えば、特許第３０２２５５８号明細書（以下、文献（イ）という。）に開示されている。
この文献（イ）に記載されている三次元表示装置は、光学的に、複数の表示面、例えば、表示面Ａと、表示面Ｂの２個の表示面を観察者から見て異なった奥行き位置に配置する。
ここで、表示面Ａのほうが、表示面Ｂよりも観察者側に近いものとする。
【０００３】
そして、表示面Ａと表示面Ｂの間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する場合には、三次元物体を観察者から見て表示面Ａと表示面Ｂとに射影した二次元像を生成し、これらの二次元像を、表示面Ａと表示面Ｂとに各々表示し、かつ、これらの二次元像の輝度を三次元物体の奥行き位置に応じて変化させる。
このようにすることで、二次元像は、表示面Ａと表示面Ｂの奥行き位置のみに表示されるにも拘わらず、観察者には、三次元物体の奥行き位置にあると感じさせることができる。
このように、前述の文献（イ）に記載の三次元表示装置では、立体視の生理的要因間の矛盾を抑制でき、かつ情報量を少なくでき、電気的に書き換え可能な三次元動画像を再生することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の文献（イ）に記載の三次元表示装置では、表示面Ａに表示される二次元像と、表示面Ｂに表示される二次元像とが、観察者から見て重なる場合に、前述の三次元立体像が知覚される。
そのため、前述の文献（イ）に記載の三次元表示装置では、複数の観察者に同時に、三次元立体像を表示するのが困難であるという問題点があった。
また、複数の観察者に三次元立体像を表示することも可能ではあるが、その場合には、例えば、表示面Ａに、複数の観察者毎の複数の二次元像を表示する必要がある等、装置構成が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数の表示面に表示される二次元像の輝度、または透過度を、それぞれ独立に変化させて三次元立体像を表示する三次元表示装置において、簡単な構成で、複数の観察者に同時に、三次元立体像を表示することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面と、前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、前記第１の手段で生成された二次元像を前記各表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記複数の表示面は、複数の二次元表示装置と、前記各二次元表示装置の二次元像をそれぞれ観察者の視線上の像として配置する光学素子とから構成されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面と、前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、前記第１の手段で生成された二次元像を前記表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記複数の表示面は、透過型表示装置で構成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態では、前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のプリズム素子を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のレンズ素子を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射するホログラフィック光学素子であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
なお、本実施の形態では、像を配置する「表示面」という表現を用いるが、これは光学などで多用される像面などと同様な表現であり、かつこのような像面を実現する手段としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などの種々の光学素子と、二次元表示装置とを用いて、多くの光学的組み合わせ技術により、実現可能なことは明らかである。
また、提示する三次元立体像を主に２つの表示面に二次元像として表示する場合について述べるが、これを２つ以上の表示面としても同様な効果が期待できることは明らかである。
【００１０】
［本発明の実施の形態１の三次元表示方法の原理］
図２は、本発明の実施の形態１の三次元表示方法の原理を説明するための図である。
本実施の形態では、図１に示すように、観察者１００の前面に複数の表示面、例えば、表示面（１０１，１０２）（面１０１が面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）にそれぞれ二次元像を表示する。
これらの表示面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するためには、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系を構築する。
【００１１】
この二次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＤＭＤ（Digital Mirror Display）、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図１は、前述の文献（イ）（特許第３０２２５５８号明細書）に記載されているものと同じ構成のものであり、また、この表示面の設定方法については、前述の文献（イ）を参照されたい。
【００１２】
以下、本実施の形態の三次元表示方法について説明する。
初めに、図３に示すように、観察者１００に提示したい三次元物体１０４を、観察者１００の両眼の視線方向から、前記の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）である２Ｄ化像（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から三次元物体１０４をカメラで撮影した二次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の二次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
【００１３】
前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、図２に示すように、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本実施の形態では、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えて、表示面１０１と表示面１０２の間に存在する三次元物体１０４の三次元立体像を表示する。
【００１４】
その２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の変え方の一例について説明する。
例えば、三次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図４に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
なお、図４ないし図７では、白黒図面であるため、分かりやすいように、輝度の高い方を濃く示してある。
次に、例えば、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図５に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。
さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図６に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
【００１５】
さらに、例えば、三次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図７に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
なお、前述の説明および後述する説明において、表示面（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像の輝度をゼロとするとは、表示面（１０１，１０２）上に何も表示しないことを意味する。
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に三次元物体１０４が位置しているように感じられる。
即ち、例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４があるように感じられる。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００１６】
なお、前記説明においては、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、例えば、表示面（１０１，１０２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態は、例えば、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合における重要な要点は、図２に示す構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の部位の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の各部位が有する奥行き位置に対応して変えることである。
その２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の変え方の一例について説明する。
【００１７】
図８（ａ）が観察者１００に近い表示面、例えば、表示面１０１に表示される２Ｄ化像の一例であり、図８（ｂ）が観察者１００に遠い表示面、例えば、表示面１０２に表示される２Ｄ化像の一例である。
例えば、三次元物体として、図８に示したようなケーキを例に取ると、上に立てたロウソクを除き、ケーキ（三次元物体）の上面及び下面は、例えば、ほぼ平坦であり、かつその側面は、例えば、円柱状であり、ロウソクは、例えば、上面の円周近傍に配置する。
この場合の２Ｄ化像では、上面及び下表示面においては、上方の方が奥に位置し、かつその側面では真ん中が手前で端に行くに従って奥に位置し、さらに隠れている上方の真ん中は奥に位置することとなる。
【００１８】
この場合、上面及び下表示面における輝度変化は、観察者１００に近い表示面、例えば、表示面１０１においては、図８（ａ）に示すように、観察者１００に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が高く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度が低くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
また、観察者に遠い表示面、例えば表示面１０２においては、図８（ｂ）に示すように、観察者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が低く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度が高くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
【００１９】
次に、円柱部分の輝度変化もその奥行き位置に対応して、観察者１００に近い表示面、例えば、表示面１０１においては、図８（ａ）に示すように、観察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が高く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が低くなるように徐々に変化させる。
また、観察者１００に遠い表示面、例えば、表示面１０２においては、図８（ｂ）に示すように、観察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が低く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が高くなるように徐々に変化させる。
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが二次元像であっても、観察者１００にはあたかも上面、下表示面がほぼ平らな円柱状のケーキがあるように感じられる。
【００２０】
なお、前述の説明では、二次元像を配置する表示面の中で主に２つの表示面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの表示面の間にある場合について述べたが、二次元像を配置する表示面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する物体の位置が異なる場合であっても、同様な手法により三次元立体像を表示することが可能であることは明らかである。
例えば、表示面が３つで、観察者１００に近い表示面と、中間の表示面との間に第１の三次元物体が、中間の表示面と、観察者１００に遠い表示面との間に第２の三次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い表示面と、中間の表示面とに、第１の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の表示面と、観察者１００に遠い表示面とに第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
【００２１】
さらに、本実施の形態においては、２Ｄ化像が三次元的に移動する場合に関しては特に述べなかったが、観察者の左右上下方向への移動に関しては通常の二次元表示装置の場合と同様に表示面内での動画再生によって可能であり、奥行き方向への移動に関しては、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元立体像の奥行き位置の時間的変化に対応して変化させることにより、三次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、三次元立体像が表示面１０１より表示面１０２まで時間的に移動する場合について説明する。
三次元立体像が表示面１０１上にある場合には、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元立体像の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
【００２２】
次に、例えば、三次元立体像が、次第に観察者１００より時間的に少し遠ざかり、表示面１０１より表示面１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的に少し上げる。
次に、例えば、三次元立体像が観察者１００より時間的にさらに遠ざかり、表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的にさらに下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的にさらに上げる。
さらに、例えば、三次元立体像が、表示面１０２上まで時間的に移動してきた場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させてこの上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度がゼロとなるまで変化させる。
【００２３】
このように表示することにより、人の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の間を、表示面１０１から表示面１０２に三次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。
なお、前述の説明では、三次元立体像が表示面１０１から表示面１０２まで移動する場合について述べたが、これが表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から表示面１０２まで移動する場合や、表示面１０１から表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から表示面（１０１，１０２）の間の途中の別な奥行き位置まで移動する場合であっても、同様なことが可能なことは明らかである。
【００２４】
また、前述の説明では、２Ｄ化像を配置する表示面の中で主に２つの表示面に関してのみ記述し、かつ観察者１００に提示する三次元立体像が２つの表示面の間を移動する場合について述べたが、二次元像を配置する表示面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次元物体が複数の表示面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、三次元立体像を表示可能であり、同様な効果が期待できることは明らかである。
さらに、前述の説明では、１個の三次元立体像が二次元像を配置する２つの表示面内で移動する場合について説明したが、複数個の三次元物体が移動する場合、即ち、表示される二次元像が、それぞれ移動方向の異なる複数の物体像を含む場合には、各表示面に表示される物体像の輝度を、物体像毎に、その物体の移動方向および移動速度に応じて変化させればよいことは明らかである。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の文献（イ）（特許第３０２２５５８号明細書）を参照されたい。
【００２５】
［本実施の形態１の三次元表示装置の特徴］
図１は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の三次元表示装置では、表示面１０１の観察者側に、出射光の偏向方向がそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材１０３が設けられる。
前記光学部材１０３の複数の領域は、表示面１０１から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射する。
したがって、図１に示すように、表示面（１０１，１０２）を透過し、光学部材１０３に入射する光（図１のＡ）の中の一部は、図１のＢに示すように直進し、これにより、観察者１００ａは、三次元立体像が観察することができる。
また、光学部材１０３に入射する光（図１のＡ）の中の一部は、図１のＣに示すように偏向方向が可変され、これにより、観察者１００ｂも、三次元立体像が観察することができる。
即ち、観察者１００ｂには、表示面１０２に表示される二次元像は、図１に示すＦの位置ではなく、図１に示すＧに位置に表示されるように知覚される。
【００２６】
図９は、図１に示す光学部材１０３の一例を示す模式図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す（イ）の部分の断面図である。
図９に示す光学部材１０３は、光の入射面（または、出射面、あるいは入射面および出射面）に、入射される光をそれぞれ異なる方向に出射する複数のプリズム素子を形成したものであり、これにより、出射光の偏向方向がそれぞれ異なる複数の領域が形成される。即ち、図９に示す光学部材は、それぞれ出射光の偏向方向が異なる複数のプリズム素子の集合体で構成される。
なお、図１に示す光学部材１０３は、光の入射面（または、出射面、あるいは入射面および出射面）に、入射される光をそれぞれ異なる方向に出射する複数のレンズ素子を形成するようにしてもよい。即ち、図１に示す光学部材１０３は、それぞれ出射光の偏向方向が異なる複数のレンズ素子の集合体で構成してもよい。
さらに、図１に示す光学部材１０３は、表示面１０１から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射できるホログラフィック光学素子であってもよい。
なお、光学部材１０３は、表示面１０２に表示される二次元像を位置を、光学的に移動するものであり、したがって、本実施の形態において、光学部材１０３は、図１０に示すように、表示面１０１の表示面１０２側に設けてもよいことは明らかである。
【００２７】
以下、本実施の形態の三次元表示装置における、表示面の設定方法の一例について説明する。
図１１に示す例では、複数の二次元表示装置（１２１，１２２）と、全反射鏡１２３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前述した複数の二元像を表示する像面（即ち、本発明の表示面）（１２５，１２６）を構成したものである。
各々の配置を変えることにより、二次元表示装置１２１の表示が全反射鏡１２３で反射して部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができる。これにより、前述の表示面（１０１，１０２）を構成することができる。
このような光学系では、鏡のみを用いるため、画質の劣化が少ない利点を有する。
【００２８】
前記二次元表示装置（１２１，１２２）としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどを用いる。
但し、本実施の形態における全反射鏡１２３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１２１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは明らかである。
また、図１１では、像面の奥行き位置の順序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、全反射鏡あるいは部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２９】
図１２に示す例は、前記全反射鏡１２３を使わずに二次表示装置１２１を直接配置し、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前述した複数の二元像を表示する像面（１２５，１２６）を構成したものである。
即ち、二次元表示装置１２１の表示が部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができる。これにより、前述の表示面（１０１，１０２）を構成することができる。
なお、図１２では、像面の奥行き位置の順序が、二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００３０】
前記光学系にレンズなどを含めることにより、像面の位置をよりフレキシブルに変更できる一例を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。
図１３（ａ）に示すように、複数の二次元表示装置（１３１，１３２）と、例えば、全反射鏡１３３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置関係をより柔軟に設定することが可能である。
但し、図１３（ａ）における全反射鏡１３３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１３１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは明らかである。
【００３１】
また、図１３（ｂ）に示すように、前記全反射鏡１３３を使わずに二次元表示装置１３１を直接配置し、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置関係をより柔軟に設定することが可能である。
勿論、凸レンズだけでなく組み合わせレンズなどのレンズ光学系を用いることが歪みなどの点で有利になる場合もあることは、通常のレンズ光学系と同様である。
また、この場合はレンズの焦点距離よりも近い位置に二次元表示装置を設置した虚像を用いる場合を例として示したが、レンズの焦点距離よりも遠い位置に二次元表示装置を設置する実像を用いる場合でも同様なことができることは明らかである。
【００３２】
［実施の形態２］
［本発明の実施の形態２の三次元表示方法の原理］
図１４は、本発明の実施の形態２の三次元表示方法の原理を説明するための図である。
本実施の形態では、図１４に示すように、観察者１００の前面に、複数の透過型表示装置、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）（透過型表示装置１１１が透過型表示装置１１２より観察者１００に近い）と、種々の光学素子と、光源１１０を用いて光学系を構築する。
即ち、本実施の形態は、前述の実施の形態１の表示面（１０１，１０２）に代えて、透過形表示装置（１１１，１１２）を用いるものである。
【００３３】
前記透過型表示装置（１１１，１１２）としては、例えば、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶ディスプレイ、ホモジニアス型液晶ディスプレイ、強誘電液晶ディスプレイ、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせなどを使用する。
また、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲表示面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
本実施の形態では、一例として光源１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置された場合を示す。
なお、本実施の形態に使用可能な透過型表示装置については、特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
【００３４】
以下、本実施の形態の三次元表示方法について説明する。
本実施の形態においても、前述の実施の形態１と同様、観察者１００に提示したい三次元物体１０４を、観察者１００から見て、前記透過型表示装置（１１１，１１２）へ射影した２Ｄ化像（１０７，１０８）を生成する。
前記２Ｄ化像（１０７，１０８）を、図１４に示すように、各々透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２との双方に、観察者１００の右眼と左眼を結ぶ線上の一点から見て重なるように、２Ｄ化像（１０７，１０８）として表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大／縮小率を制御することで可能となる。
前記構成を有する装置上で、観察者１００が見る像は、光源１１０から射出された光で、２Ｄ化像１０８を透過し、さらに２Ｄ化像１０７を透過した光によって生成される。
【００３５】
本実施の形態では、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えて、透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２との間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する。
その２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の変え方の一例について説明する。
例えば、三次元物体１０４が透過型表示装置１１１上にある場合には、透過型表示装置１１１上の透過度を、２Ｄ化像１０７の輝度が三次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を、例えば、その透過型表示装置１１２の最大値とする。
【００３６】
次に、例えば、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって、透過型表示装置１１１より透過型表示装置１１２側に少し寄った位置にある場合には、透過型表示装置１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を少し増加させ、透過型表示装置１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を少し減少させる。
さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって、透過型表示装置１１１より透過型表示装置１１２側にさらに寄った位置にある場合には、透過型表示装置１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度をさらに増加させ、透過型表示装置１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度をさらに減少させる。
さらに、例えば、三次元物体１０４が透過型表示装置１１２上にある場合には、透過型表示装置１１２上の透過度を、２Ｄ化像１０８の輝度が三次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置１１１の最大値とする。
【００３７】
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０７，１０８）であっても、観察者１００にはあたかも透過型表示装置（１１１，１１２）の中間に三次元物体１０４が位置しているように感じられる。
即ち、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０７，１０８）を表示した場合には、透過型表示装置（１１１，１１２）の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４があるように感じられる。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００３８】
なお、前述の説明では、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、例えば、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
また、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が三次元的に移動する場合には、観察者１００の左右上下方向への移動に関しては通常の二次元表示装置の場合と同様に透過型表示装置内での動画再生によって可能であり、また、奥行き方向への移動に関しては、複数の透過型表示装置における透過度の変化を時間的に行うことで、三次元立体像の動画を表現することができることは明らかである。
【００３９】
なお、前記実施の形態１では、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
これに対して、本実施の形態では、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
即ち、前記実施の形態１の方法では、三次元物体１０４に近い方の表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を、三次元物体１０４に遠い方の表示面に表示される２Ｄ化像の輝度よりも増加させるのに対して、本実施の形態の方法では、三次元物体１０４に近い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を、三次元物体１０４に遠い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度よりも減少させる点で異なっている。
【００４０】
したがって、本実施の形態において、前記実施の形態１と同様の手法を用いて、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、三次元立体像の動画を表現する場合には、前記実施の形態１において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を増加させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を減少させ、また、前記実施の形態１において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を減少させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を増加させるようにすればよい。
また、本実施の形態においても、二次元像を配置する表示面の中で主に２つの表示面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの表示面の間にある場合について述べたが、二次元像を配置する表示面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する物体の位置が異なる場合であっても、同様な手法により、三次元立体像を表示することが可能であることは明らかである。
【００４１】
例えば、透過型表示装置が３つで、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置との間に第１の三次元物体が、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置との間に第２の三次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置とに、第１の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置に第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１１１，１１２）の一方、あるいは、両方は、カラー表示可能な透過型表示装置である場合には、観察者１００にはカラーの三次元立体像を観察することが可能となる。
【００４２】
［本実施の形態２の三次元表示装置の特徴］
図１５は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
図１５に示すように、本実施の形態の三次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３との間に、透過型表示装置１０１と、散乱板２０４と、透過型表示装置１０２とが配置され、偏光板２０３の観察者側に、光の偏向方向がそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材１０３が設けられる。
透過型表示装置１０１は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０１と、カラーフィルタ２０２とで構成され、同様に、透過型表示装置１０２は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２１１と、カラーフィルタ２１２とで構成される。
また、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１０２と反対の側）に、光源（バックライト）２０５が配置される。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２１１）は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶表示装置、ホモジニアス型液晶表示装置、強誘電液晶表示装置、反強誘電液晶表示装置などから偏光枚を取り除いた装置で構成される。
【００４３】
液晶表示パネル（２０１，２１１）は、各画素単位で、偏光の方向を変化できるので、出射光の偏光方向と、出射側の偏光板の偏光方向により、出射する光の強度を変化でき、全体として光の透過度を変化させることができる。
したがって、液晶表示パネル（２０１，２１１）の各画素単位に、通過する光の偏光方向を制御することにより、液晶表示パネル２０１および液晶表示パネル２１１毎に、独立に透過度を変化させることができる。
但し、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）は、カラー画像の二次元像である必要がある。
これにより、前述の「本発明の実施の形態２の三次元表示方法の原理］で説明した原理により、透過型表示装置（１０１，１０２）上、あるいは、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の任意の位置に、三次元立体像を表示することが可能であるとともに、前述の段落番号「００２２」で説明した理由により、複数の観察者に対して三次元立体像を表示することが可能である。
【００４４】
しかも、本実施の形態では、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の各画素単位に、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色から成るカラーフィルタ（２０２，２１２）を配置するようにしたので、カラー画像の三次元立体像を表示することができる。
但し、本実施の形態では、偏光方向が、液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２１とを通過する間に変化することを考慮して、各液晶表示パネル（２０１，２１２）の偏光方向の制御を行う必要がある。
なお、本実施の形態においても、光学部材１０３を、透過型表示装置１０１と、散乱板２０４との間に配置するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）を、２枚の偏光板（２０３，２１３）で挟むようにしたので、表示が暗くなるのを防止することができる。
その上、本実施の形態では、液晶表示パネル（２０１，２１１）における輝度を実質的に大きな自由度で制御できる利点も有する。
本実施の形態の三次元表示装置では、出射側の偏光板２０３までは、光量は実質的にほとんど変化せず、各液晶表示パネル（２０１，２１１）ではその偏光方向のみが変化している。
しかも、偏光方向は、各液晶表示パネル（２０１，２１１）でほぼ加算されて回転していくが、出射側の偏光板２０３の外から観察した場合、出射側の偏光板２０３の透過偏光方向を基準として０〜９０度までは各液晶表示パネル（２０１，２１１）の輝度は減少し、９０〜１８０度までは輝度は上昇し、１８０〜２７０度までは輝度は減少し、２７０〜３６０度までは輝度は上昇するというように輝度の上昇、減少を繰り返せる。
【００４６】
したがって、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の輝度は、その直前の偏光可変装置の輝度に比べて、上昇することも、変化しないことも、減少することも可能となる。
但し、実際には、例えば、ツイストネマティック型液晶表示装置などにおいては、最大の角度変化が９０度である場合が多いため、これを考慮して設計を行う必要がある。
本実施の形態では、各透過型表示装置（１０１，１０２）は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル（２０１，２１１）と、カラーフィルタ（２０２，２１２）とで構成される。
そのため、カラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがある。
そのため、本実施の形態では、カラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２１２との間に、散乱板２０４を配置し、前述したモアレが発生するの防止するようにしている。
【００４７】
［本実施の形態の三次元表示装置の変形例］
図１６は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の変形例の概略構成を示す図である。
図１６に示す三次元表示装置は、透過型表示装置１０１のカラーフィルタ２０２が省略され、透過型表示装置１０１が白黒（モノクロ）表示の透過型表示装置である点で、図１５に示す三次元表示装置と異なっている。なお、図１６では、光学部材１０３の図示は省略している。
また、図１６に示す三次元表示装置では、前述したカラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがないので、散乱板２０４も省略されている。
【００４８】
図１６に示す三次元表示装置でも、透過型表示装置（１０１，１０２）上、あるいは、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の任意の位置に、カラー画像の三次元立体像を表示することが可能である。
但し、図１６に示す三次元表示装置では、透過型表示装置１０１上に表示される２Ｄ化像１０７は、白黒画像の二次元像であり、透過型表示装置１０２上に表示される２Ｄ化像１０８は、カラー画像の二次元像である必要がある。
また、図１６に示す三次元表示装置では、図１５に示す三次元表示装置に比して、カラーフィルタが一枚省略されているので、図１５に示す三次元表示装置よりも表示が明るくなる。
【００４９】
以下、本実施の形態の三次元表示装置における、液晶表示パネル（２０１，２１１）として使用可能な表示装置の一例について説明する。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶表示装置、ホモジニアス型液晶表示装置、強誘電液晶表示装置、反強誘電液晶表示装置などから偏光枚を取り除いた装置で構成される。
図１７は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ツイストネマティック型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５０３，５０４）で、液晶５０１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
【００５０】
ここで、透明導電膜（５０３，５０４）上には液晶５０１を配向させるための配向膜（５０５，５０６）が配置されており、配向膜（５０５，５０６）の配向方向は、例えば、上下で直交化されている。
透明導電膜（５０３，５０４）に電圧を印加しない場合には、液晶５０１の液晶分子は配向膜（５０５，５０６）の配向規制力により、配向膜（５０５，５０６）の近傍では、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に平行に配向方向に沿って並ぶ。
この場合、図１８（ａ）に示すように、液晶分子は、ねじれた構造となり、入射光はこの構造に従って偏光方向が、例えば、９０度変化する。
【００５１】
一方、図１８（ｂ）に示すように、透明導電膜（５０３，５０４）に十分な電圧Ｖ５ａを印加した場合には、液晶分子は、電界により電界方向例えば透明導電膜（５０３，５０４）に垂直に並び、透過する光の偏光は変化しない。
電圧が、電圧Ｖ５ａ以下の場合にはその電圧に応じて偏光方向は連続的に変化する。
このように、ツイストネマティック型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５０３，５０４）に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図１７に示すツイストネマティック型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５２】
図１９は、イン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
イン・プレイン型液晶ディスプレイの基本構成は、配向膜（５１２，５１４）で液晶５１３を挟み、配向膜５１４の外側に、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５１１，５１５）を設け、さらに、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５１１，５１５）は同一平表示面内にあり、また、配向膜５１２と配向膜５１４との配向方向は平行である。
図２０（ａ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に電圧を印加しない場合には、液晶５１３の液晶分子は、配向膜（５１２，５１４）の配向規制力により、配向膜（５１２，５１４）の配向方向に整列する。
これに対して、図２０（ｂ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｂを印加すると、液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
【００５３】
このように、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化できる。
さらに、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧がＶ５ｂ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、イン・プレイン型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図１９に示すイン・プレイン型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５４】
図２１は、ホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ホモジニアス型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５２１，５２５）で、液晶（例えば、ネマティック液晶など）５２３を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５２１，５２５）上には液晶５２３を配向させるための配向膜（５２２，５２４）が配置される。
なお、図２１に示す透過型表示装置では、ホモジニアス配向の液晶を用いるため、配向膜５２２の配向方向と配向膜５２４との配向方向を同じ（平行）とする。
さらに、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、図２２に示すように、入射光の偏光方向を、この配向膜（５２２，５２４）の配向方向とずらして入射する。
【００５５】
例えば、直線偏光の時は０度方向と９０度方向の中間方向であり、例えば、特に、４５度ずらして入射する、あるいは円偏光あるいは楕円偏光とする。
図２３（ｂ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ６を加えると、液晶５２３の液晶分子はその印加電圧方向に整列する。このため、入射光の偏光方向はほとんど変化せずに出射していく。
これに対して、図２３（ａ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に電圧を印加しない場合には、配向膜（５２２，５２４）の配向規制力により、液晶分子は、配向膜（５２２，５２４）の配向方向に向き、かつ配向膜（５２２，５２４）に平行に並ぶ。
このため、入射光はこの液晶分子の複屈折性により偏光方向が変化して出射する。
【００５６】
また、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧がＶ６以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を可変でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図２１に示すホモジニアス型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５７】
図２４は、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５３３，５３４）で、液晶（例えば、強誘電液晶、あるいは反強誘電液晶など）５３１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５３３，５３４）上には液晶５３１を配向させるための配向膜（５３５，５３６）が配置される。
図２５に示すように、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電界の方向にしたがって、液晶５３１の自発分極の向きが変化するため、液晶５３１（強誘電液晶あるいは反強誘電液晶）の厚さを充分に薄く（例えば、１μｍ〜２μｍ程度など）しておくと、液晶５３１の自発分極が透明導電膜（５３３，５３４）と同じ平表示面内で変化する。
【００５８】
このように、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電圧により、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化でき、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図２４に示す強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５９】
前記図１５、図１６に示す構成では、カラーフィルタ（２０２，２１２）は、液晶表示パネル（２０１，２１１）の外側に配置される構成であったが、このカラーフィルタは、一般に市販されているＴＦＴ方式の液晶表示パネル、あるいはＳＴＮ方式の液晶表示パネルのように、カラーフィルタを液晶表示パネル内に設けるようにしてもよい。
図２６は、内部にカラーフィルタを設けた液晶表示パネルの概略構成を示す要部断面図である。
この図２６において、ガラス基板３１０上には、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルタ３０２と、ブラックマトリクス３０３とが設けられ、これらの上に透明電極から成る対向電極３０６が形成される。
【００６０】
また、ガラス基板３１１上には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；非晶質シリコンＴＦＴ）３０４と、透明電極から成る画素電極３０５とが形成される。
なお、実際には、対向電極３０６上、および画素電極３０５上には、配向膜、あるいは保護膜などが形成されるが、図２６では、それらの図示は省略している。
画素電極３０５には、１水平走査ラインの間オンとなる薄膜トランジスタ３０４を介して、駆動電圧が印加される。
この画素電極３０５に印加する電圧を制御し、画素電極３０５と対向電極３０６との間の液晶層３０１に印加される印加電圧を変化させることにより、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各画素単位に、光の偏光方向を制御することができる。
【００６１】
図１５、図１６に示す構成において、この図２６に示す液晶表示パネルを使用しても、前述したような三次元立体像を得ることができる。
また、図１５、図１６に示す構成において、この図２６に示す液晶表示パネルを使用する場合には、一般に市販されている液晶表示パネルの一方の外側に設けられる偏光板を取り除くだけで使用可能となるという利点を有する。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、複数の表示面に表示される二次元像の輝度、または透過度を、それぞれ独立に変化させて三次元立体像を表示する三次元表示装置において、簡単な構成で、複数の観察者に同時に、三次元立体像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の表示面に表示される２Ｄ化像の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の三次元表示装置において、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合に、前方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の光学部材の一例の概略構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の基本構成の他の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、各表示面の設定方法の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、各表示面の設定方法の他の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、各表示面の設定方法の他の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の基本構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の変形例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１８】ツイストネマティック型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なイン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２０】イン・プレイン型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２２】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２３】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２４】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能な強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２５】強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２６】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能な、内部にカラーフィルタを設けた液晶表示パネルの概略構成を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１００，１００ａ，１００ｂ…観察者、１０１，１０２…表示面、１０３…光学部材、１０４…三次元物体、１０５，１０６，１０７，１０８…２Ｄ化像、１１０…光源、１１１，１１２…透過型表示装置、１２１，１２２，１３１，１３２…二次元表示装置、１２３，１３３…全反射鏡、１２４，１３４…部分反射鏡、１２５，１２６，１３５，１３６…像面、１３７，１３８…凸レンズ、２０１，２１１…液晶表示パネル、２０２，２１２，３０２…カラーフィルタ、２０３，２１３，５０７，５０８…偏光板、２０４…散乱板、３０１，５０１，５１３，５２３，５３１…液晶、３０３…ブラックマトリクス、３０４…薄膜トランジスタ、３０５…画素電極、３０６…対向電極、３１０，３１１…ガラス基板、５０３，５０４，５１１，５１５，５２１，５２５，５３３，５３４…透明導電膜、５０５，５０６，５１２，５１４，５２２，５２４…配向膜、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…領域、ＢＲ…ブロック。

Claims (11)

1. 観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面と、
   前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、
   前記第１の手段で生成された二次元像を前記各表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、
   前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、
   前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする三次元表示装置。
2. 前記複数の表示面は、複数の二次元表示装置と、
   前記各二次元表示装置の二次元像をそれぞれ観察者の視線上の像として配置する光学素子とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
3. 前記第２の手段は、前記表示対象物体が、前記観察者に近い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度を高くし、前記観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の輝度を低くし、
   また、前記表示対象物体が、前記観察者から遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の輝度を高くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元表示装置。
4. 前記第２の手段は、前記観察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
5. 観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面と、
   前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、
   前記第１の手段で生成された二次元像を前記表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、
   前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、
   前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする三次元表示装置。
6. 前記複数の表示面は、透過型表示装置で構成されることを特徴とする請求項５に記載の三次元表示装置。
7. 前記第２の手段は、前記表示対象物体が、前記観察者に近い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の透過度を低くし、前記観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の透過度を高くし、
   また、前記表示対象物体が、前記観察者から遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の透過度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の透過度を低くすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の三次元表示装置。
8. 前記第２の手段は、前記観察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される二次元像の透過度を変化させることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
9. 前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のプリズム素子を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
10. 前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のレンズ素子を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
11. 前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射するホログラフィック光学素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の三次元表示装置。

Images