JP2000175220A - 三次元表示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 眼鏡等を用いることなく立体視の生理的要因
である両眼視差、輻輳、ピント調節および動的視差等を
満足すると共に、表示速度が低速な二次元表示装置を使
用しても画質の劣化がない三次元画像を得ることができ
る三次元表示方法を提供する。 【解決手段】 複数の二次元表示装置（２１ａ〜２１
ｎ）の各々に、三次元立体像を奥行き標本化した複数の
二次元像の中の任意の一つを表示し、焦点可変手段（２
６）の焦点位置の変化に同期して、前記複数の二次元表
示装置に表示された二次元像の一つを選択し、かつ、当
該焦点可変手段により結像位置を変化させて表示するス
テップを、人間の眼の残像時間以内に高速に繰り返して
三次元立体像を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元表示方法及
び装置に係わり、特に、二次元像を時分割に表示して三
次元像を表示する三次元表示装置において、表示速度が
低速の二次元表示装置を使用しても画質の劣化のない三
次元像を得ることができる三次元表示方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元表示装置として、液晶シャ
ッター眼鏡を用いた装置、レンチキュラレンズ板を用い
た装置、あるいはホログラフィが知られている。しかし
ながら、液晶シャッター眼鏡を用いた装置では、常時、
液晶シャッター眼鏡をかけていなければならず、例え
ば、テレビ会議では参加者の顔を確認できず不自然であ
るという問題点があった。また、レンチキュラレンズ板
を用いた装置では、両眼で視差像を観察できる範囲が狭
い範囲に限られるという問題点があった。さらに、液晶
シャッター眼鏡、またはレンチキュラレンズ板を用いた
装置では、観察者が認識する輻輳と眼のピント位置との
間に矛盾が生じることになるので、眼精疲労を生じさせ
るという問題点があった。一方、ホログラフィは、立体
視の生理的要因をほとんど満足することができるが、こ
のホログラフィは、レーザ光等のコヒーレント光が必要
であると共に、リアルタイムで動画の情報を処理できな
いという問題点があった。

【０００３】これら、問題点を解決する三次元表示装置
として、可変焦点レンズ型三次元表示装置が知られてい
る（特開平９−２４３９６０参照）。

【０００４】図４は、従来の可変焦点レンズ型三次元表
示装置の一例の表示動作原理を説明するための図であ
る。同図に示す可変焦点レンズ型三次元表示装置は、二
次元表示装置１１、可変焦点レンズ１２、駆動装置１３
および同期装置１４から構成される。可変焦点レンズ１
２は、二次元表示装置１１と観察者１６との間に設置さ
れ、駆動装置１３の出力に基づいて焦点距離を所定の速
度で変化させる。同期装置１４は、駆動装置１３の駆動
信号に基づいて、二次元表示装置１１に表示する二次元
像を可変焦点レンズ１２の焦点位置に同期させる装置で
ある。即ち、駆動装置１３により、三次元物体を奥行き
方向に標本化した奥行き標本化像を時分割で、二次元表
示装置１１に表示し、また、同期装置１４により、この
表示に同期させて可変焦点レンズ１２の焦点距離を変化
させる。これにより、レンズの原理から、可変焦点レン
ズ１２の焦点距離に対応して、二次元表示装置１１に表
示された奥行き標本化像の結像位置が奥行き方向に変化
する。これにより、眼の残像効果によって、観察者１６
は、二次元表示装置１１に表示される二次元像を奥行き
方向に実質的に配列された標本化像の集まりである立体
像１５として観察することができるので、両眼視差、輻
輳、ピント調節および動的視差等の立体の生理的要因を
矛盾することなく満足でき、自然な立体視を実現するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
可変焦点レンズ型三次元表示装置では、奥行き方向の二
次元像を時分割で表示する必要があるため、表示速度が
高速の二次元表示装置１１を必要とし、表示速度が低速
の二次元表示装置１１を使用した場合には、ちらつき等
の画質劣化が著しく、不自然な三次元画像になるという
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、三
次元表示方法および装置において、眼鏡等を用いること
なく立体視の生理的要因である両眼視差、輻輳、ピント
調節および動的視差等を満足すると共に、表示速度が低
速な二次元表示装置を使用しても画質の劣化がない三次
元画像を得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。

【０００７】即ち、本発明は、三次元表示方法におい
て、複数の二次元表示装置の各々に、三次元立体像を奥
行き標本化した複数の二次元像の中の任意の一つを表示
し、焦点可変手段の焦点位置の変化に同期して、前記複
数の二次元表示装置に表示された二次元像の一つを選択
し、かつ、当該焦点可変手段により結像位置を変化させ
て表示するステップを、人間の眼の残像時間以内に高速
に繰り返して三次元立体像を生成することを特徴とす
る。また、本発明は、前記三次元立体像を奥行き標本化
した複数の二次元像の中で、予め順位付けされた二次元
像を、前記複数の二次元表示装置の各々に表示し、前記
焦点可変手段の焦点位置の変化に同期して、前記複数の
二次元表示装置に表示された二次元像を、予め決定され
た順番で順次選択することを特徴とする。また、本発明
は、前記各二次元表示装置に、それぞれ異なる結像位置
の二次元像を表示し、前記焦点可変手段の焦点位置の変
化に同期して、前記複数の二次元表示装置に表示された
二次元像の中で、前記焦点可変手段の焦点位置により決
定される結像位置の二次元像を選択することを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明は、三次元表示装置におい
て、三次元立体像を奥行き標本化した複数の二次元像の
中の任意の一つを表示する複数の二次元表示装置と、前
記各二次元表示装置に映像信号を配信する映像配信装置
と、前記各二次元表示装置に表示される二次元像の結像
位置を変化させる焦点可変手段と、前記各二次元表示装
置ごとに設けられるシャッター装置であって、前記焦点
可変手段の焦点位置の変化に同期して前記複数の二次元
表示装置に表示される二次元像の中の任意の一つを選択
する複数のシャッター装置とを備えることを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明は、前記各シャッター装置
は、前記各二次元表示装置に表示される二次元像を、透
過状態または遮断状態、透過状態または散乱状態、透過
状態または偏向状態、透過状態または反射状態、反射状
態または遮断状態、反射状態または散乱状態、あるい
は、反射状態または偏向状態のいずれか一つの状態に切
り換えて、前記各二次元表示装置に表示される二次元像
を選択することを特徴とする。また、本発明は、前記各
シャッター装置を制御する奥行き制御装置を、さらに備
えることを特徴とする。また、本発明は、前記各二次元
表示装置は、前記三次元立体像を奥行き標本化した複数
の二次元像の中で、予め順位付けされた二次元像を表示
し、前記各シャッター装置は、前記焦点可変手段の焦点
位置の変化に同期して、前記複数の二次元表示装置に表
示される二次元像を、予め決定された順番で順次選択す
ることを特徴とする。また、本発明は、前記各二次元表
示装置は、それぞれ異なる結像位置の二次元像を表示
し、前記各シャッター装置は、前記焦点可変手段の焦点
位置の変化に同期して、前記複数の二次元表示装置に表
示された二次元像の中で、前記焦点可変手段の焦点位置
により決定される結像位置の二次元像を選択することを
特徴とする。また、本発明は、前記焦点可変手段は、固
定焦点レンズと、屈折率可変物質とを有する層と、当該
層を狭持する少なくとも一対の透明電極とから構成され
る可変焦点レンズであることを特徴とする。また、本発
明は、前記屈折率可変物質は、分子の向きにより誘電率
異方性を有する液晶であることを特徴とする。また、本
発明は、前記各二次元表示装置は、プロジェクタ装置で
あり、当該プロジェクタ装置から投射される二次元像が
投影される投影用スクリーンを、さらに備えることを特
徴とする。また、本発明は、同一光軸上に並べられ、前
記プロジェクタ装置から投射される二次元像を前面に反
射し、後面の像はそのまま透過させる複数の反射装置で
あって、前記プロジェクタ装置から投射される二次元像
を前記投影用スクリーンに投射する反射装置を、さらに
備えることを特徴とする。また、本発明は、前記各プロ
ジェクタ装置ごとに設けられ、前記プロジェクタ装置か
らの二次元像を前記投影用スクリーンに投射する投影光
学系を、さらに備えることを特徴とする。また、本発明
は、同一光軸上に並べられ、前記各二次元表示装置から
投射される像を前面に反射し、後面の像はそのまま透過
させる複数の反射装置を備えることを特徴とする。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】［実施の形態１］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。本
実施の形態の三次元表示装置は、複数のプロジェクタ装
置（２１ａ〜２１ｎ）、映像配信装置２２、複数のシャ
ッター装置（２３ａ〜２３ｎ）、奥行き制御装置２４、
投影用スクリーン２５、および可変焦点レンズ２６で構
成される。ここで、プロジェクタ装置（２１ａ〜２１
ｎ）、シャッター装置（２３ａ〜２３ｎ）、投影用スク
リーン２５、および可変焦点レンズ２６は、観察者２７
側から見て、可変焦点レンズ２６、投影用スクリーン２
５、シャッター装置（２３ａ〜２３ｎ）、プロジェクタ
装置（２１ａ〜２１ｎ）の順に配置されている。なお、
図１において、２８は二次元像（２Ｄ像）、２９は三次
元空間像（３Ｄ空間像）である。ここで、各プロジェク
タ装置（２１ａ〜２１ｎ）は、例えば、ＣＲＴ型、ＬＣ
Ｄ型、ＩＬＡ（image light amplifier)型、あるいはＤ
ＬＰ（digital light processing）型等のプロジェクタ
装置で構成される。

【００１３】また、複数のシャッター装置（２３ａ〜２
３ｎ）は、各プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）毎に
設けられ、各プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）に表
示される二次元像を、透過状態または遮断状態、透過状
態または散乱状態、透過状態または偏向状態、透過状態
または反射状態、反射状態または遮断状態、反射状態ま
たは散乱状態、あるいは、反射状態または偏向状態のい
ずれか一つの状態に切り換えるものであり、例えば、強
誘電液晶シャッター、反強誘電液晶シャッター、高分子
分散型液晶シャッター、ホログラフィック高分子分散型
液晶シャッター、ゲスト−ホスト型液晶シャッター、マ
イクロミラー型シャッター、可動ミラー型シャッター、
回転スリット型シャッター、光偏向素子シャッターなど
で構成される。さらに、投影用スクリーン２５は、例え
ば、透過型拡散板、ホログラフィック拡散板、レンティ
キュラの組み合わせ、蠅の目レンズ、磨りガラスなどで
構成される。

【００１４】可変焦点レンズ２６は、後述するように、
焦点距離が所定の速度で変化できるように構成されたレ
ンズであり、投影用スクリーン２５に表示された二次元
像２８を、観察者２７が三次元空間像２９としてできる
ようにする機能を有する。複数のプロジェクタ装置（２
１ａ〜２１ｎ）は、三次元物体を奥行き方向に標本化し
た奥行き標本化像（二次元像）を表示させるための装置
であり、ここでは三次元物体を奥行き方向に標本化した
奥行き標本化像（二次元像）の数（ｎ）に等しい数のプ
ロジェクタ装置を設置した場合について考える。各プロ
ジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）の映像入力端子には、
映像配信装置２２からの映像信号が各々独立に入力され
るようになっており、例えば、プロジェクタ装置２１ａ
には、三次元物体を奥行き方向に標本化した奥行き標本
化像の中の１番目に相当する二次元像の映像信号が、プ
ロジェクタ装置２１ｎには、三次元物体を奥行き方向に
標本化した奥行き標本化像の中のｎ番目に相当する二次
元像の映像信号が入力される。

【００１５】プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）の投
射レンズ前方には、各々シャッター装置（２３ａ〜２３
ｎ）が配置されており、シャッター装置（２３ａ〜２３
ｎ）が透過状態となっているプロジェクタ装置の映像の
みが投影用スクリーン２５に表示される。このシャッタ
ー装置（２３ａ〜２３ｎ）は、奥行き制御装置２４によ
って開閉が制御される。奥行き制御装置２４は、可変焦
点レンズ２６の焦点距離の変化速度に同期して、シャッ
ター装置（２３ａ〜２３ｎ）を順次透過状態とするの
で、したがって、プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）
に表示された映像が、二次元像２８として順次投影用ス
クリーン２５に表示される。そして、可変焦点レンズ２
６の働きにより、順次変化する二次元像２８が三次元空
間像２９として表示されることになり、観察者２７は立
体画像を観察することが可能となる。

【００１６】前記説明では、三次元物体を奥行き方向に
標本化した奥行き標本化像の数と、同じ数のプロジェク
タ装置（２１ａ〜２１ｎ）を設置した場合について説明
したが、プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）の数を奥
行き標本化像の数の半分とした場合、即ち、三次元物体
を奥行き方向に２ｎ個の奥行き標本化像に標本化した場
合について説明する。この場合には、ｎ個のプロジェク
タ装置で２ｎ面の二次元像を表示することになるので、
例えば、プロジェクタ装置２１ｉ（但し、ｉは１〜ｎ）
には、奥行き標本化像の中の（ｉ）番目と（ｎ＋ｉ）番
目に相当する二次元像の映像信号が、映像配信装置２２
から供給される。また、シャッター装置（２３ａ〜２３
ｎ）は、可変焦点レンズ２６の駆動周期の半分の周期で
順次開閉される。即ち、奥行き標本化像の中の（ｉ）番
目と（ｎ＋ｉ）番目に相当する映像を投影用スクリーン
２５に表示するタイミングで、シャッター装置２３ｉ
（ｉは１〜ｎ）を透過状態とすることにより、投影用ス
クリーン２５上に奥行き方向の標本化数に相当する２ｎ
個の二次元像を表示できる。このように駆動表示するこ
とにより、奥行き方向の標本化数の半分の数のプロジェ
クタ装置（２１ａ〜２１ｎ）とシャッター装置（２３ａ
〜２３ｎ）とで、前記同様、三次元表示をすることが可
能である。なお、設置するプロジェクタ装置（２１ａ〜
２１ｎ）の数は、プロジェクタ装置の表示スピード、ま
たは、映像配信装置２２の映像供給能力と、表示したい
三次元画像の奥行き方向の標本化数とを考慮して決定す
ればよいことは当然である。

【００１７】図２は、本実施の形態１の可変焦点レンズ
の一例の概略構成を示す図である。同図に示す可変焦点
レンズは、固定焦点レンズ３１と屈折率可変物質３２と
を一定の間隔で、一対の透明電極（３３，３４）で挟ん
だ構造の可変焦点レンズである。固定焦点レンズ３１
は、例えば、ガラスやプラスチック製の単レンズ、ある
いはフレネルレンズなどが使用される。また、屈折率可
変物質３２は、例えば、二周波駆動液晶、高分子分散型
液晶などが使用される。透明電極（３３，３４）は、例
えば、ＩＴＯ膜、ＳｎＯｘ膜などが使用される。なお、
図２において、３５は駆動装置、３６は入射光、３７，
３８は出射光である。以下、屈折率可変物質３２として
二周波駆動液晶を用いる場合について説明する。

【００１８】二周波駆動液晶は、屈折率異方性と誘電率
異方性を有し、誘電率異方性の符号は印加電界の周波数
によって変化する。そのため、透明電極（３３，３４）
へ印加する印加電界の周波数の変化により、二周波駆動
液晶の分子の向きを電界の向きに応じて変化させること
ができる。したがって、屈折率異方性に基づき、入射光
３６が感じる屈折率を、印加電界の周波数変化により変
えられるため、可変焦点レンズの焦点距離を変化でき
る。なお、可変焦点レンズの駆動法の詳細については、
本出願人が先に出願した特開平９−２４３９６０号を参
照されたい。

【００１９】本実施の形態の可変焦点レンズは、前記し
たように主に電界によってその屈折率を変化できるた
め、その電界を大きくすることにより、可変焦点レンズ
の焦点距離の変化速度を容易に高速化できる利点を有し
ている。なお、屈折率可変物質３２として、高分子中に
粒径の小さな液晶を数多く分散した高分子分散型液晶を
使った場合でも、液晶の粒径を可視光の波長よりも充分
に小さく、例えば、１００ｎｍ以下とすることにより、
散乱を抑制でき、高い透過度と解像度を有する利点があ
り、高速な可変焦点レンズとして本発明に適用可能であ
る。

【００２０】［実施の形態２］前記実施の形態１の三次
元表示装置では、三次元物体を奥行き方向に標本化した
奥行き標本化像（二次元像）を、順次投影用スクリーン
２５に表示する場合について説明したが、任意の奥行き
位置に複数個の二次元像を提示することもできる。以
下、３Ｄ空間像２９内の二次元像の数（ｎ）に等しい数
のプロジェクタ装置を設置した場合で、任意の奥行き位
置に複数個の二次元像を表示する場合について説明す
る。なお、本実施の形態２の三次元表示装置の構成は、
図１と同じであるので図示は省略する。本実施の形態の
三次元表示装置でも、各プロジェクタ装置（２１ａ〜２
１ｎ）の映像入力端子には、映像配信装置２２からの映
像信号が各々独立に入力されるようになっており、例え
ば、プロジェクタ装置２１ａには、３Ｄ空間像２９内の
二次元像の中の１番目に相当する二次元像の映像信号
が、プロジェクタ装置２１ｎには、３Ｄ空間像２９内の
二次元像の中のｎ番目に相当する二次元像の映像信号が
入力される。前記した如く、プロジェクタ装置（２１ａ
〜２１ｎ）の投射レンズ前方には各々シャッター装置
（２３ａ〜２３ｎ）が設置されており、シャッター装置
が透過状態となっているプロジェクタ装置の映像のみが
投影用スクリーン２５に表示される。

【００２１】可変焦点レンズ２６の焦点距離の変化に同
期して、可変焦点レンズ２６の焦点距離が各々のプロジ
ェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）の映像の奥行き位置に対
応する値になった時に、奥行き制御装置２４により、各
々のシャッター装置（２３ａ〜２３ｎ）を透過状態とす
ることにより、プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）に
表示された映像が投影用スクリーン２５に二次元像２８
として表示されることになる。そして、前記したよう
に、可変焦点レンズ２６の働きにより、二次元像２８が
任意の奥行き位置にある三次元空間像２９の一つとして
表示されることになり、観察者２７は三次元画像を観察
することが可能となる。前記説明では、３Ｄ空間像２９
内の二次元像の数（ｎ）と等しい数のプロジェクタ装置
を設置した場合であったが、プロジェクタ装置の数を３
Ｄ空間像２９内の二次元像の数（ｎ）の半分とした場合
についても実施形態１と同様に、可変焦点レンズ２６の
焦点距離変化の往復を使用することにより可能となるこ
とは明らかである。

【００２２】なお、設置するプロジェクタ装置の数は、
プロジェクタ装置（２１ａ〜２１ｎ）の表示スピード、
または、映像配信装置２２の映像供給能力と、表示した
い三次元画像の奥行き方向の映像数（ｎ）とを考慮して
決定すればよいことは当然である。また、前記各々のシ
ャッター装置（２３ａ〜２３ｎ）を透過状態にする時刻
を、徐々に変化させることにより、奥行き方向に移動す
る映像を得ることができることは明らかであり、かつこ
れと二次元面内での動き（通常のプロジェクタの映像で
実現できる）とを合わせることにより三次元的に移動す
る動画像を得ることができることは明らかである。

【００２３】［実施の形態３］図３は、本発明の実施の
形態３の三次元表示装置の概略構成を示す図である。本
実施の形態の三次元表示装置は、背面からの光は透過し
前面から光を反射する反射装置を用いて、複数の二次元
表示装置を可変焦点レンズと同一の光軸上に配置したも
のである。なお、本実施の形態においても、映像背信装
置、奥行き制御装置は、前記実施の形態１と同じものを
使用するが、図３では省略している。図３に示す可変焦
点レンズ３０６は、前記各実施の形態と同様、焦点位置
（即ち、結像位置）を周期的に変化させるものであり、
高周波と低周波の切り替えにて駆動する二周波液晶を用
いているので、この周波数は毎秒６０Ｈｚ以上と高速で
ある。

【００２４】本実施の形態の三次元表示装置において、
二次元表示装置（３０１，３０２，３０３，３０４）に
は、それぞれ所望の標本化二次元像を表示させておき、
シャッター装置（３０７，３０８，３０９，３１０）は
初めは閉じておく。可変焦点レンズ３０６の焦点位置を
周期的に変化させたとき、結像位置が３１８の位置にな
るタイミングと同期してシャッター装置３０７を開け、
二次元表示装置３０１から反射装置３１５により、投影
用スクリーン３０５に像を投射して像３１８を表示し、
直ちにシャッター装置３０７を閉じる。次に、結像位置
が３１９の位置になるタイミングと同期してシャッター
装置３０８を開け、二次元表示装置３０２から反射装置
３１６により、投影用スクリーン３０５に像を投射して
像３１９を表示し、直ちにシャッター装置３０８を閉じ
る。可変焦点レンズ３０６の周期的な焦点位置の変化に
同期して、二次元表示装置（３０３，３０４）に対して
も、前記した手順を同様に行う。このとき可変焦点レン
ズ３０６の１周期の速度は６０Ｈｚ以上であるので、人
間の眼の残像時間以内であり、観察者には結像位置の異
なる像（３１８，３１９，３２０，３２１）がほぼ同時
に観察され、空間上にある立体として認識される。

【００２５】本実施の形態の構成方法としては、図３
（ａ）に示すように、二次元画像を投影用スクリーン３
０５に投影し、その投影像を可変焦点レンズ３０６によ
って結像する方式と、図３（ｂ）に示すように、直接、
二次元表示装置からの画像を可変焦点レンズ３０６によ
って結像する方式とがある。例えば、二次元表示装置３
０１に表示された画像はシャッター装置３０７と投影光
学系３１１を通過し、反射装置３１５によって投影用ス
クリーン３０５に投射される。その投射された像を可変
焦点レンズ３０６によって像３１８として結像させる。
二次元表示装置３０２に表示される画像は、シャッター
装置３０８と投影光学系３１２を通過し、反射装置３１
６によって投影用スクリーン３０５に投射され、その投
射された像を可変焦点レンズ３０６によって像３１９と
して結像される。同様に、二次元表示装置３０３に表示
される画像は像３２０として、また、二次元表示装置３
０４に表示される画像は像３２１として結像される。

【００２６】ここで、各二次元表示装置（３０１〜３０
４）からの像の光軸を一致させるために、背面からの光
は透過し前面から光を反射する反射装置（３１５，３１
６，３１７）として、ハーフミラー、ＨＯＥ（ホログラ
フィック・オプティカル・エレメント：ある一方向から
の光だけを反射させ、それ以外の方向の光は透過させる
もの）等が使用可能である。なお、反射装置（３１５，
３１６，３１７）として、ＨＰＤＬＣ（ホログラフィッ
ク高分子分散型液晶：高速で反射／透過あるいは遮断／
透過の動作を駆動できる液晶）を利用することにより、
反射装置とシャッター装置の機能を１つの反射装置で共
用化することも可能である。

【００２７】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。 （１）本発明によれば、二次元表示装置の前面に配置し
たシャッター装置と可変焦点レンズとの動作周期を合わ
せればよいので、二次元表示装置への映像の供給は、可
変焦点レンズの動作と非同期でよく、例えば、３０、６
０フレーム／秒の通常のフレームレートで構わない。し
たがって、表示速度が高速な二次元表示装置は不必要で
あり、低速な二次元表示装置を使用して、画質の劣化が
ない三次元像を得ることが可能となる。 （２）本発明によれば、眼鏡等を用いることなく立体視
の生理的要因である両眼視差、輻輳、ピント調節および
動的視差等を満足すると共に、電気的に書き換え可能な
動画表示を行うことが可能となる。

【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概略
構成を示す図である。

【図２】本実施の形態１の可変焦点レンズの一例の概略
構成を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態３の三次元表示装置の概略
構成を示す図である。

【図４】従来の可変焦点レンズ型三次元表示装置の一例
の表示動作原理を説明するための図である。

【符号の説明】

１１…二次元表示装置、１２，２６，３０６…可変焦点
レンズ、１３，３５…駆動装置、１４…同期装置、１５
…立体像、１６，２７…観察者、２１ａ〜２１ｎ…プロ
ジェクタ装置、２２…映像配信装置、２３ａ〜２３ｎ，
３０７〜３１０…シャッター装置、２４…奥行き制御装
置、２５，３０５…投影用スクリーン、２８…二次元
像、２９…三次元空間像、３１…固定焦点レンズ、３２
…屈折率可変物質、３３，３４…透明電極、３６…入射
光、３７，３８…出射光、３０１〜３０４…二次元表示
装置、３１１〜３１４…投影光学系、３１５〜３１７…
反射装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上平 員丈 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5C061 AA06 AA20 AA23 AB14 AB16 AB24

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の二次元表示装置の各々に、三次元
   立体像を奥行き標本化した複数の二次元像の中の任意の
   一つを表示し、 焦点可変手段の焦点位置の変化に同期して、前記複数の
   二次元表示装置に表示された二次元像の一つを選択し、
   かつ、当該焦点可変手段により結像位置を変化させて表
   示するステップを、人間の眼の残像時間以内に高速に繰
   り返して三次元立体像を生成することを特徴とする三次
   元表示方法。
2. 【請求項２】 前記三次元立体像を奥行き標本化した複
   数の二次元像の中で、予め順位付けされた二次元像を、
   前記複数の二次元表示装置の各々に表示し、 前記焦点可変手段の焦点位置の変化に同期して、前記複
   数の二次元表示装置に表示された二次元像を、予め決定
   された順番で順次選択することを特徴とする請求項１に
   記載の三次元表示方法。
3. 【請求項３】 前記各二次元表示装置に、それぞれ異な
   る結像位置の二次元像を表示し、 前記焦点可変手段の焦点位置の変化に同期して、前記複
   数の二次元表示装置に表示された二次元像の中で、前記
   焦点可変手段の焦点位置により決定される結像位置の二
   次元像を選択することを特徴とする請求項１に記載の三
   次元表示方法。
4. 【請求項４】 三次元立体像を奥行き標本化した複数の
   二次元像の中の任意の一つを表示する複数の二次元表示
   装置と、 前記各二次元表示装置に映像信号を配信する映像配信装
   置と、 前記各二次元表示装置に表示される二次元像の結像位置
   を変化させる焦点可変手段と、 前記各二次元表示装置ごとに設けられるシャッター装置
   であって、前記焦点可変手段の焦点位置の変化に同期し
   て前記複数の二次元表示装置に表示される二次元像の中
   の任意の一つを選択する複数のシャッター装置とを備え
   ることを特徴とする三次元表示装置。
5. 【請求項５】 前記各シャッター装置は、前記各二次元
   表示装置に表示される二次元像を、透過状態または遮断
   状態、透過状態または散乱状態、透過状態または偏向状
   態、透過状態または反射状態、反射状態または遮断状
   態、反射状態または散乱状態、あるいは、反射状態また
   は偏向状態のいずれかに切り換えて、前記各二次元表示
   装置に表示される二次元像を選択することを特徴とする
   請求項４に記載の三次元表示装置。
6. 【請求項６】 前記各シャッター装置を制御する奥行き
   制御装置を、さらに備えることを特徴とする請求項４ま
   たは請求項５に記載の三次元表示装置。
7. 【請求項７】 前記各二次元表示装置は、前記三次元立
   体像を奥行き標本化した複数の二次元像の中で、予め順
   位付けされた二次元像を表示し、 前記各シャッター装置は、前記焦点可変手段の焦点位置
   の変化に同期して、前記複数の二次元表示装置に表示さ
   れる二次元像を、予め決定された順番で順次選択するこ
   とを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の三次元表示装置。
8. 【請求項８】 前記各二次元表示装置は、それぞれ異な
   る結像位置の二次元像を表示し、 前記各シャッター装置は、前記焦点可変手段の焦点位置
   の変化に同期して、前記複数の二次元表示装置に表示さ
   れた二次元像の中で、前記焦点可変手段の焦点位置によ
   り決定される結像位置の二次元像を選択することを特徴
   とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の
   三次元表示装置。
9. 【請求項９】 前記焦点可変手段は、固定焦点レンズ
   と、屈折率可変物質とを有する層と、 当該層を狭持する少なくとも一対の透明電極とから構成
   される可変焦点レンズであることを特徴とする請求項４
   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. 【請求項１０】 前記屈折率可変物質は、分子の向きに
    より誘電率異方性を有する液晶であることを特徴とする
    請求項９に記載の三次元表示装置。
11. 【請求項１１】 前記各二次元表示装置は、プロジェク
    タ装置であり、 当該プロジェクタ装置から投射される二次元像が投影さ
    れる投影用スクリーンを、さらに備えることを特徴とす
    る請求項４ないし請求項１０のいずれか１項に記載の三
    次元表示装置。
12. 【請求項１２】 同一光軸上に並べられ、前記プロジェ
    クタ装置から投射される二次元像を前面に反射し、後面
    の像はそのまま透過させる複数の反射装置であって、前
    記プロジェクタ装置から投射される二次元像を前記投影
    用スクリーンに投射する反射装置を、さらに備えること
    を特徴とする請求項１１に記載の三次元表示装置。
13. 【請求項１３】 前記各プロジェクタ装置ごとに設けら
    れ、前記プロジェクタ装置からの二次元像を前記投影用
    スクリーンに投射する投影光学系を、さらに備えること
    を特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の三次
    元表示装置。
14. 【請求項１４】 同一光軸上に並べられ、前記各二次元
    表示装置から投射される像を前面に反射し、後面の像は
    そのまま透過させる複数の反射装置を備えることを特徴
    とする請求項４ないし請求項１０のいずれか１項に記載
    の三次元表示装置。
15. 【請求項１５】 前記反射装置は、ホログラフィック・
    オプティカル・エレメントからなることを特徴とする請
    求項１２または請求項１４に記載の三次元表示装置。