JP3877704B2

JP3877704B2 - 3D display device

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Publication number: JP3877704B2
Application number: JP2003129736A
Authority: JP
Inventors: 宗和伊達; 史朗陶山; 英明高田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: JP2004333869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置に係り、特に、モアレの発生を防止する３次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の透過型表示装置（例えば、液晶表示装置）を、観察者から見て異なった奥行き位置に配置することにより、観察者に３次元立体像を表示する３次元表示装置が知られている（下記特許文献１、特許文献２参照）。
これらの３次元表示装置に使用される透過型表示装置では、図１８に示すように、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、複数の画素１０が配置される。
そのため、前述の各特許文献に記載されている３次元表示装置では、各透過型表示装置の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するという問題点があった。
このモアレの発生を防止するために、前述の特許文献２には、複数の透過型表示装置の間に拡散板を配置することが記載されている。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】
特開２００１−５４１４４号公報
【特許文献２】
特許第３３３５９９８号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献２に記載されているような拡散板を用いてモアレの発生を防止する方法は、画像がぼけ表示分解能が低下する、あるいは、光が拡散するので正面の輝度が暗くなってしまうという問題点があった。
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、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置において、拡散板を使用することなく、モアレの発生を防止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。
【０００５】
【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。
前述したモアレが発生する理由は、３次元表示装置に使用される表示用光学素子において、複数の画素の重心位置が周期的になるように、複数の画素が配置されていることに原因がある。
そこで、本発明では、３次元表示装置に使用される表示用光学素子において、複数配置される画素の重心位置が非周期的なるようにしたことを最も主要な特徴とする。
即ち、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置であって、前記各表示用光学素子は、複数の画素を有し、前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、前記複数の画素の重心位置が非周期的になるように、前記複数の画素が配置されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置であって、前記各表示用光学素子は、複数の画素を有するとともに、前記複数の画素は、前記複数の画素の重心位置が周期的になるように配置され、前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、前記表示用光学素子の表示面側に配置され、前記複数の画素の重心位置を光学的に非周期的とするシフト光学系を備えることを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記シフト光学系が、凹凸を有する透明板、凹凸を有する透明板を組み合わせたもの、不均一な屈折率を有する透明板、あるいは、ファイバーのある端点の他表面への斜影がもう一方の端点と異なるファイバーを含むオプティカルファイバープレートであることを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記シフト光学系は、偏光を保存する。
【０００７】
また、本発明において、表示用光学素子の各画素は、発光素子からなる画素、あるいは、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素である。
ここで、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素は、散乱度、透過率、吸収率、または、複屈折率を制御することにより出射光を制御する画素である。
また、本発明において、前記各表示用光学素子に表示される２次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置に配置されるそれぞれの表示用光学素子に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像であって、かつ、前記各表示用光学素子に表示される２次元像における前記観察者から見た輝度を、前記表示対象物体の奥行き位置に応じてそれぞれ独立に変化させることを特徴とする。
【０００８】
【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。
［本実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の構造］
図１、図２は、本発明の実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の各画素の配置状態の一例を示す図である。
図１、図２に示すように、同図に示す表示用光学素子は、複数の画素１０の重心位置が非周期的になるように、複数の画素１０を配置したことを特徴とする。
これにより、図１に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図１に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、図１に示す表示用光学素子１１では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
ここで、画素１０の重心位置とは、例えば、画素の形に切り抜いた紙を、一点で支持したときに、バランスがとれる点である。
【０００９】
図３は、本発明の実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例を示す要部断面図である。
図３に示す表示用光学素子では、図１８に示すように、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、表示用光学素子１１の複数の画素１０が配置される。
しかしながら、図３に示す表示用光学素子では、表示用光学素子１１の前面にシフト光学系を配置し、観察者から見た場合に、表示用光学素子１１における複数の画素１０の重心位置が非周期的になるようにしたものである。
図３に示す表示用光学素子では、このシフト光学系として、凹凸を有する透明板２０が使用される。
表示用光学素子１１の画素１０から出射する光は、凹凸を有する透明板２０の表面を通るときに光線が曲げられるので、図３の実線に示すように、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、表示用光学素子の複数の画素１０が配置されていても、観察者には、図３の波線に示すように、複数の画素１０の重心位置が非周期的になるように、表示用光学素子１１の複数の画素１０が配置されているように感じられる。なお、図３において、実線は実際の画素１０の位置を示し、波線は、観察者に感じられる見かけ上の画素１０の位置を示す。
これにより、図３に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図３に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、図３に示す表示用光学素子１１では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
【００１０】
図４は、図３に示す表示用光学素子に使用されるシフト光学系の他の例を示す要部断面図である。
図４にシフト光学系は、凹凸を有する透明板２０と、凹凸を有する透明板２１とを組み合わせたものである。
図４に示す凹凸を有する透明板２０と、凹凸を有する透明板２１を使用することにより、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、表示用光学素子の複数の画素１０が配置されていても、観察者には、複数の画素１０の重心位置が非周期的になるように、表示用光学素子１１の複数の画素１０が配置されているように感じられる。
これにより、図４に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図４に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、図４に示す表示用光学素子１１では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
【００１１】
図５は、図３に示す表示用光学素子に使用されるシフト光学系の他の例を示す要部断面図である。
図５に示すシフト光学系は、不均一な屈折率を有する透明板２２である。
図５に示す不均一な屈折率を有する透明板２２を光が通過する際に、屈折率の変化により光線が曲げられるので、前述の図３の場合と同様、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、表示用光学素子の複数の画素１０が配置されていても、観察者には、複数の画素１０の重心位置が非周期的になるように、表示用光学素子１１の複数の画素１０が配置されているように感じられる。
これにより、図５に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図５に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、図５に示す表示用光学素子１１では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
なお、図５では、不均一な屈折率を有する透明板２２として、内部に、平板状の高屈折率部分２２ａを有する透明板を図示しているが、高屈折率部分２２ａは平板状である必要はなく、また、図５において、高屈折率部分２２ａは、低屈折率部分であってもよい。
即ち、図５に示す不均一な屈折率を有する透明板２２は、透明板の一方から入射される光が、図３、図４に示すような光路を通り、透明板の他方から出射されるものであればよい。
【００１２】
図６は、図３に示す表示用光学素子に使用されるシフト光学系の他の例を示す要部断面図である。
図６に示すシフト光学系は、ファイバーのある端点の他表面への斜影がもう一方の端点と異なるファイバーを含むオプティカルファイバープレート２３である。
図６に示すオプティカルファイバープレート２３では、オプティカルファイバープレート２３を構成する個々のファイバーの中で一部のファイバー（例えば、２３ａ，２３ｂ）が湾曲している。
そのため、図６の矢印Ａの位置から、ファイバー２３ａに入射する光は、矢印Ａとは異なる位置である、図６の矢印Ｂの位置から出射する。
図６に示すオプティカルファイバープレート２３を使用することにより、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、表示用光学素子の複数の画素１０が配置されていても、観察者には、複数の画素１０の重心位置が非周期的になるように、表示用光学素子１１の複数の画素１０が配置されているように感じられる。
これにより、図６に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図６に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、図６に示す表示用光学素子１１では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
なお、前述の説明において、画素とは、赤、緑、青のサブピクセルの集まりでも、あるいは、赤、緑、青の各サブピクセルであってもよい。
【００１３】
［実施の形態１］
図７は、本発明の実施の形態１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施の形態では、図７に示すように、観察者１００の前面に、透過型表示装置（１０１，１０２）（透過型表示装置１０１が透過型表示装置１０２より観察者１００に近い）を配置する。
本実施の形態では、透過型表示装置１０１に、例えば、車両などの動画像を表示し、透過型表示装置１０２に、背景画像を表示することにより、観察者１００に奥行きのある画像を提示することが可能である。
本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図６に示す表示用光学素子で構成される。
ここで、透過型表示装置（１０１，１０２）としては、液晶表示装置（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）、あるいは、ＥＬ表示装置などが使用される。
【００１４】
したがって、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）がＥＬ表示装置などの自発光型の表示装置の場合は、画素１０は、発光素子からなる画素となる。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、画素１０は、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素となる。
ここで、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素は、散乱度、透過率、吸収率、または、複屈折率を制御することにより出射光を制御する画素である。
本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、図７に示すように、観察者１００から見て最も後方に、光源１１０を配置する必要があるが、透過型表示装置１０２がＥＬ表示装置などの自発光型表示装置の場合は、光源１１０は必要ない。
このように、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図６に示す表示用光学素子であるため、各透過型表示装置（１０１，１０２）の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、本実施の形態では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
なお、本実施の形態において、透過型表示装置は２つに限定されるものではなく、２つ以上の透過型表示装置を使用することも可能である。
【００１５】
［実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施の形態では、図８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（１０１，１０２）（透過型表示装置１０１が透過型表示装置１０２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１０３を構築する。
透過型表示装置（１０１，１０２）としては、液晶表示装置（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）、あるいは、ＥＬ表示装置などが使用される。
また、光学素子としは、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
図８に示す３次元表示装置は、透過型表示装置（１０１，１０２）として液晶表示装置を使用するものであり、そのため、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。
【００１６】
本実施の形態の３次元表示装置は、前述の特許文献１に記載されているＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の３次元表示装置である。
以下、図８〜図１３を用いて、ＤＦＤ方式の３次元表示装置の原理について説明する。
初めに、図９に示すように、観察者１００に提示したい３次元物体１０４を、観察者１００から見て、透過型表示装置（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、観察者１００の視線方向から３次元物体１０４をカメラ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。
この２Ｄ化像（１０５，１０６）を、図８に示すように、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２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（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、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。
【００１７】
本実施の形態における重要な要点は、その観察者１００が見る像の輝度を、表示しようとする３次元物体１０４の輝度と同じになるように一定に保ちつつ、２Ｄ化像１０７と２Ｄ化像１０８の透過度の配分を変えることで、観察者１００の感じる像の奥行き位置を変えることである。
その変え方の一例を以下に述べる。
なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように図面上では透過度が低い方を濃く示してある。
例えば、３次元物体１０４が透過型表示装置１０１上にある場合には、図１０に示すように、透過型表示装置１０１上の透過度を、２Ｄ化像１０７の輝度が３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１０２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１０２の最大値とする。
次に、例えば、３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１０１より透過型表示装置１０２側に少し寄った位置にある場合には、図１１に示すように、透過型表示装置１０１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１０２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を少し減少させる。
【００１８】
また、例えば、３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１０１より透過型表示装置１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図１２に示すように、透過型表示装置１０１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１０２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、３次元物体１０４が透過型表示装置１０２上にある場合には、図１３に示すように、透過型表示装置１０２上の透過度を、２Ｄ化像１０８の輝度が３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１０１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置１０１の最大値とする。
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（１０７，１０８）であっても、観察者１００にはあたかも透過型表示装置（１０１，１０２）の中間に３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（１０１，１０２）の２Ｄ化像（１０７，１０８）の部分の透過度をほぼ同じに設定した場合には、透過型表示装置（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。
【００１９】
本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図６に示す表示用光学素子で構成される。
したがって、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）がＥＬ表示装置などの自発光型の表示装置の場合は、画素１０は、発光素子からなる画素となる。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、画素１０は、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素となる。
ここで、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素は、散乱度、透過率、吸収率、または、複屈折率を制御することにより出射光を制御する画素である。
なお、図８では、光源１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置されるが、透過型表示装置１０２がＥＬ表示装置などの自発光型表示装置の場合は、光源１１０は必要ない。
このように、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図６に示す表示用光学素子であるため、各透過型表示装置（１０１，１０２）の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
しかも、本実施の形態では、拡散板を使用しないので、画像がぼけ表示分解能が低下することもなく、あるいは、光が拡散して正面の輝度が暗くなることもない。
【００２０】
図１４は、図８に示す透過型表示装置（１０１，１０２）の一例の概略構成を示す模式図である。
図１４に示すように、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、偏光板（２０３，２０３１）とを有し、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２０２と、偏光板（２１３，２１３１）とを有する。
液晶表示パネル（２０１，２０２）の内部には、カラーフィルタ（図示せず）も設けられる。
液晶表示パネル（２０１，２０２）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（２０１，２０２）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２０２毎に、独立に透過度を変化させることができる。
ここで、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。
なお、図１４に示す３次元表示装置は、前述の実施の形態１の３次元表示装置にも適用可能である。
【００２１】
［実施の形態２の変形例］
図１５は、本発明の実施の形態２の３次元表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。
図１５に示す３次元表示装置では、透過型表示装置１０１が、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０１と偏光板２０３とを有し、透過型表示装置１０２が、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０２と偏光板２１３を有する。
即ち、図１５に示す３次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３との間に、液晶表示パネル２０１と、液晶表示パネル２０２とが配置される。
また、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１０１と反対の側）に、光源（バックライト）１１０が配置される。
液晶表示パネル（２０１，２０２）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板を取り除いた装置である。
また、液晶表示パネル（２０１，２０２）の内部には、カラーフィルタ（図示せず）も設けられる。
【００２２】
図１５に示す３次元表示装置でも、各透過型表示装置（１０１，１０２）に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）における、観察者１００から見た像の輝度を、図８〜図１３で説明たように変化させることにより、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、３次元立体像を表示することが可能である。
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２１２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。
前述の図１４に示すように、透過型表示装置１０１として、両側に偏光板（２０３，２０３１）を設けた液晶表示パネル２０１、および、透過型表示装置１０２として、両側に偏光板（２１３，２１３１）を設けた液晶表示パネル２０２を使用する場合には、光源１１０からの照射光の光路中に４枚の偏光板（２０３，２０３１，２１３，２１３１）が挿入されることになるので、全体としての透過度が低くなり、表示が暗くなる欠点がある。
これに対して、図１５に示す３次元表示装置では、液晶表示パネル（２０１，２０２）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。
【００２３】
図１５に示す３次元表示装置において、従来のように、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間にモアレを防止するための拡散板を配置すると、拡散板で偏光が解消する方向に変化するので、コントラストの低下など表示特性が劣化する。
しかしながら、図１５に示す３次元表示装置では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図６に示す表示用光学素子であり、図１５に示す３次元表示装置では、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間にモアレを防止するための拡散板を配置する必要がないので、コントラストの低下などの表示特性が劣化することがない。
特に、図３〜図６に示す表示用光学素子のシフト光学系の材料として、複屈折率の小さい、あるいは、複屈折のない材料を用いると、シフト光学系により偏光が変化しない（即ち、シフト光学系が偏光を保存する）ので、コントラストの低下などの表示特性が劣化するのを防止することができる。
【００２４】
また、図１５に示す３次元表示装置では、液晶表示パネル（２０１，２０２）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。
すなわち、図１４に示す透過型表示装置（１０１，１０２）の場合には、光源１１０からの照射光は、各透過型表示装置（１０１，１０２）を通過する間に変化しない、あるいは減少するしかなく、各透過型表示装置（１０１，１０２）における輝度は、変化しない、あるいは、減少するしかない。
これに対して、図１５に示す３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（２０１，２０２）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（２０１，２０２）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（２０１，２０２）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。
したがって、各液晶表示パネル（２０１，２０２）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。
【００２５】
図１６は、本発明の実施の形態２の３次元表示装置の他の変形例の概略構成を示す模式図である。
図１６に示す３次元表示装置は、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間にフロントライト１５０を配置したものである。
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、偏光板（２０３，２０３１）とを有し、透過型表示装置１０２は、反射型の液晶表示装置であり、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０２と、偏光板２１３１と反射板２０５とを有する。
また、フロントライト１５０は、導光板１５１と、反射シート１５２と、光源（冷陰極蛍光灯）１５３とで構成される。
導光板１５１は、外部から入力される光は、そのまま通過するので、透過型表示装置１０２の反射板２０５で反射された光は、導光板１５１を通過して透過型表示装置１０１に入射される。
したがって、図１６に示す３次元表示装置でも、各透過型表示装置（１０１，１０２）に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）における、観察者１００から見た像の輝度を、図８〜図１３で説明たように変化させることにより、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、３次元立体像を表示することが可能である。
なお、図１６に示す３次元表示装置は、前述の実施の形態１の３次元表示装置にも適用可能である。
【００２６】
図１７は、本発明の実施の形態２の３次元表示装置の他の変形例の概略構成を示す模式図である。
図１７に示す３次元表示装置は、反射板２０５に代えて反射型偏光板２０６を使用し、かつ、内側の２つの偏光板（２０３１、２１３１）を省略した点で、図１６に示す３次元表示装置と相異する。
図１７に示す３次元表示装置でも、各透過型表示装置（１０１，１０２）に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）における、観察者１００から見た像の輝度を、図８〜図１３で説明たように変化させることにより、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、３次元立体像を表示することが可能である。
特に、導光板１５１、および、図３〜図６に示す表示用光学素子のシフト光学系の材料として、複屈折率の小さい、あるいは、複屈折のない材料を用いると、導光板１５１、およびシフト光学系により偏光が変化しないので、コントラストの低下などの表示特性が劣化するのを防止することができる。
なお、図１７に示す３次元表示装置は、前述の実施の形態１の３次元表示装置にも適用可能である。
【００２７】
また、前述の説明では、２Ｄ化像を表示する透過型表示装置の中で主に２つの透過型表示装置に関してのみ記述し、かつ観察者１００に提示する３次元物体が２つの透過型表示装置の間にある場合について説明したが、２Ｄ化像を表示する透過型表示装置の個数がこれよりも多く、あるいは提示する３次元物体の位置が異なる場合であっても、同様な構成が可能であることは明らかである。
さらに、本実施の形態における二次元像の表示面は、本発明の趣旨から見て、必ずしも平面である必要はなく、球面や楕円面や二次曲面や他の複雑な曲面であっても同様な効果が得られることは明らかである。
また、前述の説明では、例えば、３次元物体全体の奥行き位置を、各透過型表示装置（１０１，１０２）に表示した２Ｄ化像を用いて表現する場合について主に述べたが、本実施の形態の３次元表示装置は、前述の特許文献１に記載したように、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法及び装置としても使用できる。
同様に、本実施の形態の３次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、３次元物体自体が移動する場合にも使用できる。
２Ｄ化像が３次元的に移動する場合、２Ｄ化像の左右・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各透過型表示装置（１０１，１０２）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、前述の特許文献１に記載したように、透過型表示装置１０１、および透過型表示装置１０２に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）の輝度（観察者１００から見た輝度）の変化を時間的に行うことで、３次元像の動画を表現することが可能である。
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。
【００２８】
【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、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置において、拡散板を用いることなく、モアレの発生を防止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の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の各画素の配置状態の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の各画素の配置状態の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例を示す要部断面図である。
【図４】図４は、図３に示す表示用光学素子に使用されるシフト光学系の他の例を示す要部断面図である。
【図５】図３に示す表示用光学素子に使用されるシフト光学系の他の例を示す要部断面図である。
【図６】図３に示す表示用光学素子に使用されるシフト光学系の他の例を示す要部断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１４】図８に示す透過型表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の他の変形例の概略構成を示す模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の他の変形例の概略構成を示す模式図である。
【図１８】従来のフラットディスプレイの各画素の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…画素、１１…表示用光学素子、２０，２１…凹凸を有する透明板、２２…不均一な屈折率を有する透明板、２２ａ…高屈折率部分、２３…オプティカルファイバープレート、２３ａ，２３ｂ…ファイバー、１００…観察者、１０１，１０２…透過型表示装置、１０３…光学系、１０４…３次元物体、１０５，１０６，１０７，１０８…２Ｄ化像、１１０，１５３…光源、１５０…フロントライト、１５１…導光板、１５２…反射シート、２０１，２０２…液晶表示パネル、２０３，２１３，２０３１，２１３１…偏光板、２０５…反射板、２０６…反射型偏光板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer, and more particularly to a three-dimensional display device that prevents the occurrence of moire.
[0002]
[Prior art]
A three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image to an observer by arranging a plurality of transmission type display devices (for example, liquid crystal display devices) at different depth positions as viewed from the observer is known ( (See Patent Document 1 and Patent Document 2 below).
In the transmissive display device used for these three-dimensional display devices, as shown in FIG. 18, the plurality of pixels 10 are arranged so that the center of gravity positions of the plurality of pixels 10 are periodic.
For this reason, the three-dimensional display device described in each of the above-mentioned patent documents has a problem in that moire (interference fringes) is generated due to interference between pixel patterns of each transmissive display device.
In order to prevent the occurrence of moire, Patent Document 2 described above describes disposing a diffusion plate between a plurality of transmissive display devices.
[0003]
As prior art documents related to the invention of the present application, there are the following.
[Patent Document 1]
JP 2001-54144 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3335998 Specification
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of preventing the generation of moire using the diffusion plate described in Patent Document 2 described above causes the image to be blurred and display resolution is reduced, or the light is diffused and the front luminance is darkened. There was a problem that it was.
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional display including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer. An object of the present invention is to provide a technique capable of preventing the occurrence of moire without using a diffusion plate in a display device.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
The reason why the above moire occurs is that in the display optical element used in the three-dimensional display device, the plurality of pixels are arranged so that the center of gravity positions of the plurality of pixels are periodic. .
Therefore, the most important feature of the present invention is that the center-of-gravity positions of a plurality of arranged pixels are non-periodic in a display optical element used in a three-dimensional display device.
That is, the present invention is a three-dimensional display device comprising a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from the observer, wherein each display optical element has a plurality of pixels, At least one of the plurality of display optical elements is characterized in that the plurality of pixels are arranged so that the gravity center positions of the plurality of pixels are aperiodic.
[0006]
Further, the present invention is a three-dimensional display device comprising a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from the observer, wherein each display optical element has a plurality of pixels, The plurality of pixels are arranged such that the gravity center positions of the plurality of pixels are periodic, and at least one of the plurality of display optical elements is arranged on a display surface side of the display optical element, A shift optical system that optically aperiodically positions the center of gravity of a plurality of pixels is provided.
In a preferred embodiment of the present invention, the shift optical system is a transparent plate having irregularities, a combination of transparent plates having irregularities, a transparent plate having a non-uniform refractive index, or the other surface of an end point with fibers. It is an optical fiber plate including a fiber whose bevel to the surface is different from the other end point.
In a preferred embodiment of the present invention, the shift optical system preserves polarized light.
[0007]
In the present invention, each pixel of the display optical element is a pixel formed of a light emitting element or a pixel that controls emitted light by controlling optical characteristics.
Here, the pixel that controls the emitted light by controlling the optical characteristics is a pixel that controls the emitted light by controlling the scattering degree, transmittance, absorption rate, or birefringence.
In the present invention, the two-dimensional image displayed on each of the display optical elements is a display target object for each of the display optical elements arranged at different depth positions as viewed from the observer. The two-dimensional image projected from the observer's line-of-sight direction, and the luminance viewed from the observer in the two-dimensional image displayed on each display optical element, according to the depth position of the display target object It is characterized by changing each independently.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[Structure of Display Optical Element Applied to 3D Display Device of Present Embodiment]
1 and 2 are diagrams illustrating an example of an arrangement state of each pixel of an example of a display optical element applied to the three-dimensional display device according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, the display optical element shown in FIG. 1 is characterized in that the plurality of pixels 10 are arranged so that the center of gravity positions of the plurality of pixels 10 are aperiodic.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 1 and other display optical elements are laminated, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. It is possible to prevent the occurrence of moiré (interference fringes).
In addition, since the display optical element 11 shown in FIG. 1 does not use a diffusion plate, the image is not blurred and display resolution is not lowered, or light is not diffused and the front luminance is not darkened.
Here, the position of the center of gravity of the pixel 10 is, for example, a point that is balanced when the paper cut into the shape of the pixel is supported at one point.
[0009]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing another example of the display optical element applied to the three-dimensional display device according to the embodiment of the present invention.
In the display optical element shown in FIG. 3, as shown in FIG. 18, the plurality of pixels 10 of the display optical element 11 are arranged so that the barycentric positions of the plurality of pixels 10 are periodic.
However, in the display optical element shown in FIG. 3, the shift optical system is disposed in front of the display optical element 11, and the center of gravity of the plurality of pixels 10 in the display optical element 11 is not visible when viewed from the observer. It is designed to be periodic.
In the display optical element shown in FIG. 3, a transparent plate 20 having irregularities is used as the shift optical system.
Since the light emitted from the pixels 10 of the display optical element 11 is bent when passing through the surface of the transparent plate 20 having irregularities, the center of gravity positions of the plurality of pixels 10 are periodic as shown by the solid line in FIG. Thus, even if the plurality of pixels 10 of the display optical element are arranged, as shown by the wavy line in FIG. 3, the observer can make the positions of the centers of gravity of the plurality of pixels 10 non-periodic. It is felt that a plurality of pixels 10 of the display optical element 11 are arranged. In FIG. 3, the solid line indicates the actual position of the pixel 10, and the wavy line indicates the apparent position of the pixel 10 felt by the observer.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 3 and another display optical element are laminated, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. It is possible to prevent the occurrence of moiré (interference fringes).
In addition, since the display optical element 11 shown in FIG. 3 does not use a diffusion plate, the image is not blurred and the display resolution is not lowered, or the light is not diffused and the front brightness is not darkened.
[0010]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part showing another example of the shift optical system used in the display optical element shown in FIG.
The shift optical system shown in FIG. 4 is a combination of a transparent plate 20 having irregularities and a transparent plate 21 having irregularities.
By using the transparent plate 20 having unevenness and the transparent plate 21 having unevenness shown in FIG. 4, the plurality of pixels 10 of the display optical element are arranged so that the positions of the centers of gravity of the plurality of pixels 10 are periodic. Even so, the observer feels that the plurality of pixels 10 of the display optical element 11 are arranged so that the positions of the center of gravity of the plurality of pixels 10 are aperiodic.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 4 and other display optical elements are stacked, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. It is possible to prevent the occurrence of moiré (interference fringes).
In addition, since the display optical element 11 shown in FIG. 4 does not use a diffuser plate, the image is not blurred and the display resolution is not lowered, or the light is not diffused and the front luminance is not darkened.
[0011]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the principal part showing another example of the shift optical system used in the display optical element shown in FIG.
The shift optical system shown in FIG. 5 is a transparent plate 22 having a non-uniform refractive index.
When light passes through the transparent plate 22 having a non-uniform refractive index shown in FIG. 5, the light beam is bent due to the change in the refractive index. Therefore, as in the case of FIG. Even if the plurality of pixels 10 of the display optical element are arranged so as to be periodic, the observer is required to make the position of the center of gravity of the plurality of pixels 10 non-periodic. It feels like a plurality of pixels 10 are arranged.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 5 and other display optical elements are stacked, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. It is possible to prevent the occurrence of moiré (interference fringes).
In addition, since the display optical element 11 shown in FIG. 5 does not use a diffusion plate, the image is not blurred and display resolution is not lowered, or light is not diffused and the front luminance is not darkened.
In FIG. 5, a transparent plate having a flat high refractive index portion 22a is illustrated as the transparent plate 22 having a nonuniform refractive index, but the high refractive index portion 22a has a flat plate shape. It is not necessary, and in FIG. 5, the high refractive index portion 22a may be a low refractive index portion.
That is, in the transparent plate 22 having a non-uniform refractive index shown in FIG. 5, light incident from one of the transparent plates passes through the optical path as shown in FIGS. 3 and 4 and is emitted from the other transparent plate. Anything is acceptable.
[0012]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part showing another example of the shift optical system used in the display optical element shown in FIG.
The shift optical system shown in FIG. 6 is an optical fiber plate 23 including a fiber in which the bevel to the other surface of one end point of the fiber is different from that of the other end point.
In the optical fiber plate 23 shown in FIG. 6, some of the individual fibers (for example, 23 a and 23 b) among the individual fibers constituting the optical fiber plate 23 are curved.
Therefore, light incident on the fiber 23a from the position of the arrow A in FIG. 6 is emitted from the position of the arrow B in FIG.
By using the optical fiber plate 23 shown in FIG. 6, even if the plurality of pixels 10 of the display optical element are arranged so that the positions of the center of gravity of the plurality of pixels 10 are periodic, It seems that the plurality of pixels 10 of the display optical element 11 are arranged so that the positions of the center of gravity of the plurality of pixels 10 are aperiodic.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 6 and another display optical element are laminated, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. It is possible to prevent the occurrence of moiré (interference fringes).
In addition, since the display optical element 11 shown in FIG. 6 does not use a diffusion plate, the image is not blurred and the display resolution is not lowered, or the light is not diffused and the front luminance is not darkened.
In the above description, the pixel may be a collection of red, green, and blue subpixels, or each of red, green, and blue subpixels.
[0013]
[Embodiment 1]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
In this embodiment, as shown in FIG. 7, a transmissive display device (101, 102) (the transmissive display device 101 is closer to the observer 100 than the transmissive display device 102) is arranged on the front surface of the viewer 100. To do.
In the present embodiment, for example, a moving image of a vehicle or the like is displayed on the transmissive display device 101, and a background image is displayed on the transmissive display device 102, thereby presenting a deep image to the observer 100. It is possible.
In the present embodiment, at least one of the transmissive display devices (101, 102) includes the display optical element shown in FIGS. 1 to 6 described above.
Here, as the transmissive display devices (101, 102), liquid crystal display devices (for example, twisted nematic liquid crystal display, in-plane liquid crystal display, homogeneous liquid crystal display, ferroelectric liquid crystal display, guest-host liquid crystal display) , Polymer dispersion type liquid crystal display, holographic polymer dispersion type liquid crystal display, or a combination thereof) or EL display device.
[0014]
Therefore, in this embodiment, when the transmissive display device (101, 102) is a self-luminous display device such as an EL display device, the pixel 10 is a pixel including a light emitting element.
In this embodiment, when the transmissive display device (101, 102) is a liquid crystal display device or the like, the pixel 10 is a pixel that controls emitted light by controlling optical characteristics.
Here, the pixel that controls the emitted light by controlling the optical characteristics is a pixel that controls the emitted light by controlling the scattering degree, transmittance, absorption rate, or birefringence.
In the present embodiment, when the transmissive display device (101, 102) is a liquid crystal display device or the like, as shown in FIG. However, when the transmissive display device 102 is a self-luminous display device such as an EL display device, the light source 110 is not necessary.
Thus, in this embodiment, since at least one of the transmissive display devices (101, 102) is the display optical element shown in FIGS. 1 to 6, the transmissive display devices (101, 102). It is possible to prevent the occurrence of moire (interference fringes) due to the interference of the pixel pattern.
In addition, in the present embodiment, since a diffusion plate is not used, an image is not blurred and display resolution is not lowered, or light is not diffused and a front luminance is not darkened.
Note that in this embodiment mode, the number of transmissive display devices is not limited to two, and two or more transmissive display devices may be used.
[0015]
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, a plurality of transmissive display devices, for example, transmissive display devices (101, 102) (the transmissive display device 101 is transmissive display device 102) are provided on the front surface of the observer 100. The optical system 103 is constructed using various optical elements and the light source 110.
As the transmissive display devices (101, 102), liquid crystal display devices (for example, twisted nematic liquid crystal display, in-plane liquid crystal display, homogeneous liquid crystal display, ferroelectric liquid crystal display, guest-host liquid crystal display, polymer) A dispersion type liquid crystal display, a holographic polymer dispersion type liquid crystal display, or a combination thereof, or an EL display device is used.
Further, as the optical element, for example, a lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved mirror, a prism, a polarization element, a wave plate, or the like is used.
The three-dimensional display device shown in FIG. 8 uses a liquid crystal display device as the transmissive display device (101, 102), and therefore, the case where the light source 110 is arranged at the rearmost position when viewed from the observer 100 is shown. Show.
[0016]
The three-dimensional display device of the present embodiment is a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device described in Patent Document 1 described above.
Hereinafter, the principle of the DFD type three-dimensional display device will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 9, an image (hereinafter referred to as a “2D image”) obtained by projecting a three-dimensional object 104 desired to be presented to the viewer 100 onto the transmissive display device (101, 102) as viewed from the viewer 100. 2D image (105, 106) is generated.
As a method for generating the 2D image, for example, a method using a two-dimensional image obtained by photographing the three-dimensional object 104 with a camera from the viewing direction of the observer 100 or a combination of a plurality of two-dimensional images taken from different directions. There are various methods such as a method, a computer graphic synthesis technique, and a method using modeling.
As shown in FIG. 8, the 2D image (105, 106) is viewed from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the observer 100 on both the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. Are displayed as 2D images (107, 108).
This can be achieved, for example, by controlling the arrangement of the center position and the center of gravity position of each 2D image (105, 106) and the enlargement / reduction ratio of each image.
On the apparatus having the above-described configuration, an image viewed by the observer 100 is generated by light that has passed through the 2D image 108 and has further passed through the 2D image 107.
[0017]
An important point in the present embodiment is that the 2D image 107 and the 2D image are maintained while keeping the luminance of the image viewed by the observer 100 constant to be the same as the luminance of the three-dimensional object 104 to be displayed. The depth position of the image felt by the observer 100 is changed by changing the distribution of the transmittance of 108.
An example of how to change is described below.
Here, since it is a black and white drawing, the lower transmittance is shown darker in the drawing for easy understanding.
For example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 101, as shown in FIG. 10, the transmittance on the transmissive display device 101 is set so that the luminance of the 2D image 107 is the luminance of the three-dimensional object 104. And the transparency of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is set to the maximum value of the transmissive display device 102, for example.
Next, for example, when the three-dimensional object 104 is slightly away from the viewer 100 and is slightly closer to the transmissive display device 102 than the transmissive display device 101, as shown in FIG. The transmittance of the portion of the 2D image 107 on the display device 101 is slightly increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmission display device 102 is slightly decreased.
[0018]
For example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and is closer to the transmissive display device 102 than the transmissive display device 101, as shown in FIG. The transmittance of the portion of the 2D image 107 on the device 101 is further increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is further decreased.
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 102, as shown in FIG. And the transparency of the portion of the 2D image 107 on the transmissive display device 101 is set to the maximum value of the transmissive display device 101, for example.
By displaying in this way, even if it is a 2D image (107, 108) that is displayed due to a human physiological or psychological factor or illusion, it is as if the viewer 100 is a transmissive display device ( 101, 102), it is felt that the three-dimensional object 104 is located in the middle.
That is, for example, when the transparency of the 2D image (107, 108) of the transmissive display device (101, 102) is set to be substantially the same, the depth position of the transmissive display device (101, 102) is set. It feels like the three-dimensional object 104 is near the middle.
[0019]
In the present embodiment, at least one of the transmissive display devices (101, 102) includes the display optical element shown in FIGS. 1 to 6 described above.
Therefore, in this embodiment, when the transmissive display device (101, 102) is a self-luminous display device such as an EL display device, the pixel 10 is a pixel including a light emitting element.
In this embodiment, when the transmissive display device (101, 102) is a liquid crystal display device or the like, the pixel 10 is a pixel that controls emitted light by controlling optical characteristics.
Here, the pixel that controls the emitted light by controlling the optical characteristics is a pixel that controls the emitted light by controlling the scattering degree, transmittance, absorption rate, or birefringence.
In FIG. 8, the light source 110 is arranged at the rearmost position when viewed from the observer 100. However, when the transmissive display device 102 is a self-luminous display device such as an EL display device, the light source 110 is not necessary.
Thus, in this embodiment, since at least one of the transmissive display devices (101, 102) is the display optical element shown in FIGS. 1 to 6, the transmissive display devices (101, 102). It is possible to prevent the occurrence of moire (interference fringes) due to the interference of the pixel pattern.
In addition, in the present embodiment, since a diffusion plate is not used, an image is not blurred and display resolution is not lowered, or light is not diffused and a front luminance is not darkened.
[0020]
FIG. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an example of the transmissive display device (101, 102) shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 that functions as a polarization variable device and polarizing plates (203 and 2031), and the transmissive display device 102 functions as a polarization variable device. Liquid crystal display panel 202 and polarizing plates (213, 2131).
A color filter (not shown) is also provided inside the liquid crystal display panel (201, 202).
Since the liquid crystal display panel (201, 202) can change the direction of polarization for each pixel, the intensity of the emitted light can be changed depending on the polarization direction of the emitted light and the polarization direction of the polarizing plate on the exit side. As described above, the light transmittance can be changed.
Therefore, the transmittance can be changed independently for each of the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 202 by controlling the polarization direction of the light passing through each pixel unit of the liquid crystal display panel (201, 202). .
Here, the 2D image (107, 108) displayed on the transmissive display device (101, 102) is a two-dimensional image of a color image.
Note that the three-dimensional display device shown in FIG. 14 is also applicable to the three-dimensional display device of the first embodiment.
[0021]
[Modification of Embodiment 2]
FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
In the three-dimensional display device illustrated in FIG. 15, the transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 and a polarizing plate 203 that function as a polarization variable device, and the transmissive display device 102 functions as a polarization variable device. A display panel 202 and a polarizing plate 213 are included.
That is, in the three-dimensional display device illustrated in FIG. 15, the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 202 are disposed between the polarizing plate 203 and the polarizing plate 213.
A light source (backlight) 110 is disposed behind the polarizing plate 213 (on the side opposite to the transmissive display device 101 of the polarizing plate 213).
A liquid crystal display panel (201, 202) is a device in which a polarizing plate is removed from a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display device, a homogeneous liquid crystal display device, a ferroelectric liquid crystal display device, an antiferroelectric liquid crystal display device, or the like. It is.
In addition, a color filter (not shown) is also provided in the liquid crystal display panel (201, 202).
[0022]
Also in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the luminance of the image viewed from the observer 100 in the 2D image (107, 108) displayed on each transmissive display device (101, 102) is shown in FIGS. As described above, a three-dimensional stereoscopic image is displayed on the transmissive display device (101, 102) or at an arbitrary position between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. It is possible.
However, in this embodiment, the polarization direction of each liquid crystal display panel (201, 212) is controlled in consideration that the polarization direction changes while passing through the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 212. There is a need to do.
As shown in FIG. 14 described above, the transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 provided with polarizing plates (203, 2031) on both sides, and the transmissive display device 102 includes polarizing plates (213, 2131) on both sides. ), The four polarizing plates (203, 2031, 213, 2131) are inserted in the optical path of the irradiation light from the light source 110. There is a disadvantage that the transmittance of the display becomes low and the display becomes dark.
On the other hand, in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, since the liquid crystal display panel (201, 202) is sandwiched between two polarizing plates (203, 213), the display is prevented from being darkened. be able to.
[0023]
In the three-dimensional display device shown in FIG. 15, when a diffusing plate for preventing moire is arranged between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102 as in the prior art, the direction in which polarization is eliminated by the diffusing plate. Therefore, display characteristics such as a decrease in contrast deteriorate.
However, in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, at least one of the transmissive display devices (101, 102) is the display optical element shown in FIGS. 1 to 6, and the three-dimensional display device shown in FIG. Then, since it is not necessary to arrange a diffusion plate for preventing moire between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102, display characteristics such as a decrease in contrast do not deteriorate.
In particular, when a material having a low birefringence or no birefringence is used as the material of the shift optical system of the display optical element shown in FIGS. Since the optical system preserves polarized light), it is possible to prevent display characteristics such as a decrease in contrast from being deteriorated.
[0024]
Further, the three-dimensional display device shown in FIG. 15 has an advantage that the luminance in the liquid crystal display panels (201, 202) can be controlled with a substantially large degree of freedom.
That is, in the case of the transmissive display device (101, 102) shown in FIG. 14, the irradiation light from the light source 110 does not change or decreases while passing through each transmissive display device (101, 102). In addition, the luminance in each of the transmissive display devices (101, 102) does not change or decreases.
On the other hand, in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the amount of light hardly changes up to the polarizing plate 203 on the emission side, and only the polarization direction changes in each liquid crystal display panel (201, 202). is doing.
In addition, the polarization direction is substantially added and rotated in each liquid crystal display panel (201, 202), but when viewed from outside the output side polarizing plate 203, the transmission polarization direction of the output side polarizing plate 203 is changed. As a reference, the brightness of each liquid crystal display panel (201, 202) decreases from 0 to 90 degrees, the brightness increases from 90 to 180 degrees, the brightness decreases from 180 to 270 degrees, and from 270 to 360 degrees. Can increase and decrease in brightness as the brightness increases.
Therefore, the luminance of each liquid crystal display panel (201, 202) can be increased, not changed, or decreased as compared with the luminance of the polarization variable device immediately before that.
However, in practice, for example, in a twisted nematic liquid crystal display device or the like, the maximum angle change is often 90 degrees, so it is necessary to design in consideration of this.
[0025]
FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
The three-dimensional display device shown in FIG. 16 has a front light 150 arranged between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102.
The transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 that functions as a polarization variable device and polarizing plates (203 and 2031). The transmissive display device 102 is a reflective liquid crystal display device, and the polarization variable device. A liquid crystal display panel 202 that functions as a polarizing plate 2131 and a reflection plate 205.
The front light 150 includes a light guide plate 151, a reflection sheet 152, and a light source (cold cathode fluorescent lamp) 153.
Since light input from the outside passes through the light guide plate 151 as it is, the light reflected by the reflection plate 205 of the transmissive display device 102 passes through the light guide plate 151 and enters the transmissive display device 101. .
Therefore, even in the three-dimensional display device shown in FIG. 16, the luminance of the image viewed from the observer 100 in the 2D image (107, 108) displayed on each transmissive display device (101, 102) is shown in FIG. By changing as described with reference to FIG. 13, a three-dimensional stereoscopic image is formed on the transmissive display device (101, 102) or at an arbitrary position between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. It is possible to display.
Note that the three-dimensional display device shown in FIG. 16 is also applicable to the three-dimensional display device of the first embodiment described above.
[0026]
FIG. 17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
The three-dimensional display device shown in FIG. 17 uses the reflective polarizing plate 206 instead of the reflecting plate 205, and omits the two inner polarizing plates (2031, 2131). Different from the display device.
Also in the three-dimensional display device shown in FIG. 17, the luminance of the image viewed from the observer 100 in the 2D images (107, 108) displayed on the transmissive display devices (101, 102) is shown in FIGS. As described above, a three-dimensional stereoscopic image is displayed on the transmissive display device (101, 102) or at an arbitrary position between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. It is possible.
In particular, when a material having a small birefringence or no birefringence is used as a material for the light guide plate 151 and the shift optical system of the display optical element shown in FIGS. Since the polarization is not changed by the optical system, it is possible to prevent display characteristics such as a decrease in contrast from being deteriorated.
Note that the three-dimensional display device shown in FIG. 17 can also be applied to the three-dimensional display device of the first embodiment.
[0027]
In the above description, only the two transmissive display devices are mainly described among the transmissive display devices that display the 2D image, and the three-dimensional object presented to the observer 100 is the two transmissive display devices. However, even if the number of transmissive display devices that display 2D images is larger than this, or the positions of three-dimensional objects to be presented are different, the same configuration is possible. It is clear that there is.
Further, the display surface of the two-dimensional image in the present embodiment is not necessarily a flat surface in view of the gist of the present invention, and may be a spherical surface, an elliptical surface, a quadric surface, or other complicated curved surface. It is clear that a good effect can be obtained.
In the above description, for example, the case where the depth position of the entire three-dimensional object is expressed using a 2D image displayed on each transmissive display device (101, 102) has been mainly described. The three-dimensional display device of the embodiment can also be used as a method and device for expressing the depth of the three-dimensional object itself, as described in Patent Document 1 described above.
Similarly, the three-dimensional display device according to the present embodiment can be used when the three-dimensional object itself moves as described in the aforementioned patent document.
When the 2D image moves three-dimensionally, the moving image in each transmissive display device (101, 102) is the same as in the case of a normal two-dimensional display device regarding the movement of the 2D image in the horizontal and vertical directions. The movement in the depth direction is possible by reproduction, and as described in Patent Document 1, the 2D image (107, 108) displayed on the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102 is displayed. It is possible to express a moving image of a three-dimensional image by temporally changing the luminance (luminance viewed from the observer 100).
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
[0028]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, in a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer, it is possible to prevent the occurrence of moire without using a diffusion plate. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an arrangement state of each pixel of an example of a display optical element applied to a three-dimensional display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement state of each pixel of an example of a display optical element applied to the three-dimensional display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a principal part showing another example of the display optical element applied to the three-dimensional display device according to the embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a principal part showing another example of a shift optical system used in the display optical element shown in FIG. 3. FIG.
5 is a cross-sectional view of a principal part showing another example of a shift optical system used in the display optical element shown in FIG. 3;
6 is a cross-sectional view of the principal part showing another example of the shift optical system used in the display optical element shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining a display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining a display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the transmissive display device shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating an arrangement state of each pixel of a conventional flat display.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pixel, 11 ... Display optical element, 20, 21 ... Transparent plate with unevenness, 22 ... Transparent plate with non-uniform refractive index, 22a ... High refractive index portion, 23 ... Optical fiber plate, 23a, 23b ... Fiber, 100 ... Observer, 101, 102 ... Transmission type display device, 103 ... Optical system, 104 ... Three-dimensional object, 105, 106, 107, 108 ... 2D image, 110, 153 ... Light source, 150 ... Front light, DESCRIPTION OF SYMBOLS 151 ... Light guide plate, 152 ... Reflective sheet, 201, 202 ... Liquid crystal display panel, 203, 213, 2031, 2131 ... Polarizing plate, 205 ... Reflecting plate, 206 ... Reflective polarizing plate.

Claims

A three-dimensional display device comprising a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer,
Each display optical element has a plurality of pixels,
The three-dimensional display device, wherein the plurality of pixels are arranged such that at least one of the plurality of display optical elements has a non-periodic center of gravity of the plurality of pixels.

A three-dimensional display device comprising a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer,
Each of the display optical elements has a plurality of pixels, and the plurality of pixels are arranged so that the gravity center positions of the plurality of pixels are periodic,
At least one of the plurality of display optical elements is provided on a display surface side of the display optical element, and includes a shift optical system that optically aperiodically positions the center of gravity of the plurality of pixels. A three-dimensional display device.

The three-dimensional display device according to claim 2, wherein the shift optical system is a transparent plate having irregularities.

The three-dimensional display device according to claim 2, wherein the shift optical system is a combination of concave and convex transparent plates.

The three-dimensional display device according to claim 2, wherein the shift optical system is a transparent plate having a non-uniform refractive index.

3. The three-dimensional display device according to claim 2, wherein the shift optical system is an optical fiber plate including a fiber in which a bevel to the other surface of one end point of the fiber is different from that of the other end point.

The three-dimensional display device according to claim 2, wherein the shift optical system stores polarized light.

The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the pixel is a pixel made of a light emitting element.

The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the pixel is a pixel that controls emitted light by controlling optical characteristics.

The three-dimensional display device according to claim 9, wherein the pixel is a pixel that controls emitted light by controlling a scattering degree, a transmittance, an absorptivity, or a birefringence.

The two-dimensional images displayed on the display optical elements are displayed on the display target object from the viewing direction of the observer with respect to the display optical elements arranged at different depth positions as viewed from the observer. The projected two-dimensional image and the luminance viewed from the observer in the two-dimensional image displayed on each display optical element are independently changed according to the depth position of the display target object. The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 10, wherein: