JP2001054144A - 三次元表示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 眼鏡を用いないで動画表示が可能であり、か
つ、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、さら
に、電気的に書換えが可能な三次元表示方法を提供す
る。 【解決手段】 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を生成し、前記生成され
た二次元像を前記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
せて、三次元立体像を生成する三次元表示方法であっ
て、前記各表示面に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て、前記各表示面
に表示される前記二次元像の輝度をそれぞれ独立に変化
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元表示方法お
よび装置に係わり、特に、三次元立体像を、情報量を少
なくして、電子的に動画再生できる三次元表示方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気的に書き換え可能で、情報量
が少なく、動画の立体表示を可能とする装置として、図
２９に示す液晶シャッタ眼鏡方式がよく知られている。
以下、この液晶シャッタ眼鏡方式の原理について説明す
る。この液晶シャッタ眼鏡方式においては、カメラ（６
０２，６０３）により、三次元物体６０１を異なる方向
から撮影し、三次元物体６０１を異なる方向から撮影し
た像（視差像）を生成する。カメラ（６０２，６０３）
により撮影された映像を、映像信号変換装置６０４で合
成して１つの映像信号とし、二次元表示装置（例えば、
ＣＲＴ表示装置）６０５に入力する。観察者６０７は、
液晶シャッタ眼鏡６０６をかけて二次元表示装置６０５
の映像を観察する。

【０００３】ここで、二次元表示装置６０５がカメラ６
０３の映像を表示している時に、液晶シャッタ眼鏡６０
６は左側が非透過状態、右側が透過状態とされ、また、
二次元表示装置６０５がカメラ６０２の映像を表示して
いる時に、液晶シャッタ眼鏡６０６は左側が透過状態、
右側が非透過状態とされる。前記動作を高速で切り替え
ると、眼の残像効果により両眼に視差像が見えるように
感じる。したがって、両眼視差による立体視が可能とな
る。また、従来の電気的に書き換え可能で、情報量が少
なく、動画の立体表示を可能とする装置として、図３０
に示す体積型方式も提案されている。以下、この体積型
方式の原理について説明する。この体積型方式において
は、図３０（ｂ）に示すように、三次元物体６１１を観
察者から見て奥行き方向に標本化して二次元像の集まり
６１２とし、この二次元像の集まり６１２を、図３０
（ａ）に示す体積型三次元表示装置６１３を用いて、例
えば、時分割で再び奥行き方向に配置して三次元の再現
像６１４を再構成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
２９に示す液晶シャッタ眼鏡方式は、液晶シャッタ眼鏡
６０６が必須であるため、テレビ会議のような場合に
は、非常に不自然であるという問題点があった。また、
立体視の生理的要因の中で、両眼視差、輻輳と、ピント
調節との間に大きな矛盾が生じる。即ち、前記図２９に
示す液晶シャッタ眼鏡方式では、両眼視差と輻輳はほぼ
満足できるが、ピント面が表示面にあるため、この矛盾
により、眼精疲労などを生じるという問題点があった。
また、前記図３０に示す体積型方式は、再現する三次元
物体６１１の奥行き位置が実際に像を表示する面に近く
て、かつその面に挟まれているため、前記図２９に示す
液晶シャッタ眼鏡方式と異なり、両眼視差、輻輳と、ピ
ント調節との間の矛盾を抑制することができる。しかし
ながら、この体積型方式では、奥行き方向に位置が離散
的であるため、その中間位置の三次元物体や奥行き方向
に大きく変化している三次元物体を再現するのが困難で
あ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、眼鏡を
用いないで動画表示が可能な三次元表示方法および装置
を提供することにある。本発明の他の目的は、立体視の
生理的要因間での矛盾を抑制することが可能な三次元表
示方法および装置を提供することにある。本発明の他の
目的は、電気的に書換えが可能な三次元表示方法および
装置を提供することにある。本発明の前記ならびにその
他の目的及び新規な特徴は、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を
生成し、前記生成された二次元像を前記観察者から見て
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て、三次元立体像を生成する三
次元表示方法であって、前記各表示面に表示される二次
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
せて、前記各表示面に表示される前記二次元像の輝度を
それぞれ独立に変化させ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を生成
し、前記生成された二次元像を前記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て、三次元立体像を生成する三次元
表示方法であって、前記各表示面に表示される二次元像
の偏光方向を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させ
て、前記各表示面に表示される前記二次元像の輝度をそ
れぞれ独立に変化させることを特徴とする三次元表示方
法。

【０００８】また、本発明は、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、前記複数の表示面のうちの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、前記複数の表
示面のうちの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、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低くすることを特徴と
する。

【０００９】また、本発明は、前記二次元像が前記観察
者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、前記二次元像を前記複数の表示面に表示し、かつ前
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することを特徴とする。また、本
発明は、前記二次元像が前記観察者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、前記二次元像を前
記複数の表示面に表示し、かつ表示対象物体の奥行き位
置が前記観察者から遠い場合は近い場合に比べて、前記
二次元像の透過度を高くすることを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、前記観察者の右眼と左眼
とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼との間の一点とする
ことを特徴とする。また、本発明は、前記観察者の右眼
と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼の中心点とす
ることを特徴とする。また、本発明は、前記観察者の右
眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように、前
記各表示面に表示される二次元像に対して、前記観察者
から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加えることを特
徴とする。また、本発明は、前記二次元像を表示する表
示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に対してそれ
らの表示面に表示された複数の二次元像が、前記観察者
の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範
囲とすることを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、前記二次元像を表示する
表示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に対してそ
れらの表示面に表示された複数の二次元像が、前記観察
者から見て表示対象物体の奥行き位置にピントを合わせ
た方が、前記複数の表示面にピントを合わせるより画像
のぼけが少ない範囲内とすることを特徴とする。また、
本発明は、前記二次元像を時間的変化に応じて順次切り
替えることにより、三次元の動画像を表示することを特
徴とする。また、本発明は、前記二次元像が奥行き方向
に移動する複数の物体像を含む場合であって、当該物体
の移動方向が前記観察者に近づく方向である場合に、前
記二次元像の切り替えに同期して、前記複数の表示面の
うちの前記観察者に近い表示面に表示する前記物体像の
透過度を順次高くし、前記観察者から遠い表示面に表示
する前記物体像の透過度を順次低くし、また、当該物体
の移動方向が前記観察者から遠ざかる方向である場合
に、前記二次元像の切り替えに同期して、前記複数の表
示面のうちの前記観察者に近い表示面に表示する前記物
体像の透過度を順次低くし、前記観察者から遠い表示面
に表示する前記物体像の透過度を順次高くすることを特
徴とする。

【００１２】また、本発明は、三次元表示装置であっ
て、前記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を生成する第１の手段と、前記
観察者から見て異なった奥行き位置に配置され、前記第
１の手段で生成された二次元像をそれぞれ表示する複数
の透過型表示装置と、前記各透過型表示装置に表示され
る前記第１の手段で生成された二次元像の透過度を、各
透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手
段とを具備することを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、前記観察者から見て前記
複数の透過型表示装置の後方に配置される第１の光源を
有し、前記各透過型表示装置は、前記第１の光源からの
光の透過度を変化させることを特徴とする。また、本発
明は、前記複数の透過型表示装置の前方に配置される少
なくとも１個の第２の光源を有し、前記各透過型表示装
置は、前記少なくとも１個の第２の光源からの光の散乱
度、あるいは変化率を変化させ、かつ、後方に位置する
透過型表示装置からの光の透過度を変化させることを特
徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記複数の透過型表示装
置が、光源からの光の中で、赤の透過度を変化し、緑と
青の光をほぼ全て透過する装置と、緑の透過度を変化
し、赤と青の光をほぼ全て透過する装置と、青の透過度
を変化し、赤と緑の光をほぼ全て透過する装置とを有す
ることを特徴とする。また、本発明は、前記複数の透過
型表示装置が、光源からの光の透過度をほぼ可視光全域
にわたって一様に変化する一様表示装置と、発光色を、
時分割的に赤、緑、青と高速に変化する光源と、前記光
源の色の変化と前記一様表示装置の表示とを同期させる
同期装置とを含むことを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、前記複数の透過型表示装
置が、光の偏光方向を変化できる複数の偏光可変装置を
含み、さらに、前記複数の偏光変化装置全体あるいは一
部を挟む偏光板を有することを特徴とする。また、本発
明は、前記複数の透過型表示装置が、光源からの光の中
で、赤の偏光方向を変化し、緑と青の偏光方向がほとん
ど変化しない装置と、緑の偏光方向を変化し、赤と青の
偏光方向がほとんど変化しない装置と、青の偏光方向を
変化し、赤と緑の偏光方向がほとんど変化しない装置と
を含み、さらに、これらの装置全体あるいは一部を挟む
偏光板を有することを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、前記各透過型表示装置
は、偏光可変装置と、前記偏光可変装置からの出射側に
設けられる出射側偏光板とを有することを特徴とする。
また、本発明は、前記偏光可変装置からの入射側に設け
られる入射側偏光板を、さらに有することを特徴とす
る。また、本発明は、前記複数の透過型表示装置の中の
少なくとも１つが、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、あるいは、ホログラフィック高分子分散型
液晶ディスプレイであることを特徴とする。

【００１７】

【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。なお、以下
の実施の形態では、提示する三次元物体を主に２つの透
過型表示装置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つ以上の透過型表示装置としても同様
な効果が期待できることは明らかである。 ［実施の形態１］図１〜図６は、本発明の実施の形態１
の三次元表示装置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。
前記透過型表示装置（１０１，１０２）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。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。

【００１８】次に、図２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から見
て、前記透過型表示装置（１０１，１０２）へ射影した
像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ。）である２Ｄ化像（１
０５，１０６）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の視線方向から三次元物
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。前
記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、図１に示すように、
各々透過型表示装置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（１０５，１０
６）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１
０８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。

【００１９】本発明における重要な要点は、その観察者
１００が見る像の輝度を、表示しようとする三次元物体
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、三次
元物体１０４が透過型表示装置１０１上にある場合に
は、図３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、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４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。

【００２０】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５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。遂に、例えば、三次元物体１０４
が透過型表示装置１０２上にある場合には、図６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）
の中間に三次元物体１０４が位置しているように感じら
れる。

【００２１】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（１０
１，１０２）の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０
４があるように感じられる。本実施の形態において、前
記した２Ｄ化像を観察者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表示する場合において、特
に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点とし
て、右眼と左眼の間の一点を用いる場合には、前記した
複数の面（即ち、透過型表示装置（１０１，１０２）の
配置位置）の中間位置における三次元知覚の効果を得ら
れる信頼性が大きくなる（簡単に言うと多くの人が、あ
るいは多くの場合に効果が得られる）。さらに、観察者
１００の左右眼の中心位置を前記一点として用いると、
さらに効果を得やすくなるとともに、左右眼における、
例えば、透過型表示装置（１０１，１０２）上に表示さ
れる透過二次元像から生じる二重像の大きさを小さくで
きる利点を有する。

【００２２】その上、前記重なるように表示した２Ｄ化
像の観察者１００から見た左右方向の大きさを拡大・縮
小することは、知覚される深さや傾きなどを人工的に変
化させることに有効である。また、前記した効果を得る
ための、前記透過二次元像を表示する面間の奥行き距離
（即ち、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２
との間の距離）は、同じ表示対象物体（三次元物体１０
４）に対して、それらの面に表示された複数の二次元像
（２Ｄ化像）が、観察者１００の右眼と左眼の位置から
単眼で見て共通領域を有する範囲である。即ち、共通領
域がない状態では、この効果は消失し、観察者１００に
は前記面に奥行き方向に離れて感じられる。

【００２３】本実施の形態においては、図２９に示した
従来法と異なり、実際に像を表示する面が、その錯覚位
置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、従来法に
あった両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大
きく抑制でき、眼精疲労などを抑制できると考えられ
る。また、ピント調節自体は、観察者１００が２つ以上
の面を同時に見ることになるため、双方の像を最もぼけ
さずに見ることができる位置に定位することとなるた
め、従来法の欠点を大きく改善できる。この場合、複数
の２Ｄ化像（１０７，１０８）を表示する複数の面の奥
行き距離は、観察者１００から見て表示対象物体の奥行
き位置にピントを合わせた方が、前記複数の面にピント
を合わせるより画像のぼけが少ない範囲内とする必要が
ある。

【００２４】また、図３０に示した従来法と異なり、面
の中間位置に存在する三次元物体（即ち、複数の透過型
表示装置の間にある三次元物体）も観察者１００に対し
ては三次元的に見えるため、従来の書割り的な立体感で
はない利点を有する。さらに、本実施の形態では、複数
の透過型表示装置の間にある三次元物体も表現できるこ
とから、三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減ら
せる利点も有する。また、本実施の形態では、透過度の
制御のみによる人の生理的、あるいは心理的要因、ある
いは錯覚を利用しているため、光源として、特に、レー
ザーなどのコヒーレント光源を必要とせず、かつカラー
化も容易である利点を有している。また、本実施の形態
は、機械的駆動部を含まないため、軽量化、信頼性の向
上などに適している利点を有する。

【００２５】なお、前記説明では、複数の２Ｄ化像（１
０７，１０８）の部分の透過度を変化させる場合につい
て説明したが、例えば、複数の２Ｄ化像（１０７，１０
８）の透過度の変化は前記した通りとし、かつ、観察者
１００から見た総体的な色を変化させない範囲で、各２
Ｄ化像（１０７，１０８）の色を変えても、本発明の効
果としては同様な効果が得られる。本実施の形態では、
前後の２Ｄ化像（１０７，１０８）の輝度比で見かけの
奥行き位置を変化させている。したがって、観察者１０
０がこれを重ねて見たときに提示したい三次元立体像の
色（例えば、黄色）と同じになるように、前方の透過型
表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７の色（例えば、赤
色）と、後方の透過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０
８の色（例えば、緑色）とを変えることができる。これ
は、例えば、輪郭の部分の色が中とは異なり、通常の場
合では違和感を感じる要因となるが、例えば背景との色
彩的なマッチングなどの点で効果を得られる場合があ
る。

【００２６】なお、本実施の形態においては、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
三次元物体が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、あるいは提示する三次元物体の
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。

【００２７】［実施の形態２］前記実施の形態では、例
えば、三次元物体１０４全体の奥行き位置を、例えば、
透過型表示装置（１０１，１０２）に表示した２Ｄ化像
を用いて表現する方法および装置について主に述べた
が、本発明は、例えば、三次元物体自体が有する奥行き
を表現する方法及び装置としても使用できることは明ら
かである。本実施の形態における重要な要点は、図１と
同様な構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０
８）の各々の部位の透過度を、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
の変え方の一例を、例えば、２つの透過型表示装置（例
えば、図１の１０１，１０２）を用いる場合を例とし
て、図７、図８を用いて以下に説明する。なお、ここ
で、白黒図面であるため、図７、図８においては、分か
りやすいように輝度が高い方を濃く示してある。

【００２８】図７が観察者に近い透過型表示装置（例え
ば、図１の１０１）に表示される２Ｄ化像の一例であ
り、図８が観察者に遠い透過型表示装置（例えば、図１
の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７、図８に示すようなケーキ
を例に取ると、上に立てたロウソクを除き、三次元物体
（例えば、ケーキ）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とする。
この場合の２Ｄ化像では、上面及び下面においては上方
の方が奥に位置することとなり、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。この場
合、上面及び下面における輝度変化は、観察者に近い透
過型表示装置（例えば、図１の１０１）においては、図
７に示すように、観察者に近い部位（２Ｄ化像では、例
えば、下方）が透過度が低く、かつ遠い部位（２Ｄ化像
では、例えば、上方）が透過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。

【００２９】また、観察者に遠い透過型表示装置（例え
ば、図１の１０２）においては、図８に示すように、観
察者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば、下方）が透過
度が高く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば、上
方）が透過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。次に、円柱部分の透過度の変化も
その奥行き位置に対応して、観察者に近い透過型表示装
置（例えば、図１の１０１）においては、図７に示すよ
うに、観察者に近い部位（例えば、真ん中付近）が透過
度が低く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が透
過度が高くなるように徐々に変化させる。また、観察者
に遠い透過型表示装置（例えば、図１の１０２）におい
ては、図８に示すように、観察者に近い部位（例えば、
真ん中付近）が透過度が高く、かつ遠い部位（例えば、
左右の端付近）が透過度が低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、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化像であっても、観察者（例えば、図１の１０
０）にはあたかも上面、下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。

【００３０】なお、本実施の形態では、上面、下面がほ
ぼ平らな円柱状の物体を例としたが、他の形状の物体で
あっても同様なことが可能であることは明らかである。
本実施の形態においては、複数の面に表示する２Ｄ化像
の部分の透過度を観察者から見た総体的な輝度を一定に
保ちつつ変化させる場合について説明した。しかしなが
ら、観察者から見た総体的な輝度を奥にいくに従って徐
々に減少させることで、立体感を強調することはコンピ
ュータグラフィックにおいてよく用いられている手法で
あり、本実施の形態においてもこれを採用することでそ
の効果をよりいっそう助長できることは明らかであり、
その一例を以下に、図９、図１０を用いて説明する。な
お、ここでは、白黒図面であるため、図９、図１０にお
いては、分かりやすいように輝度が高い方を濃く示して
ある。

【００３１】図９においては、下の床部分の輝度を上方
に徐々に低下させることで、あたかも上方の床が奥行き
方向に奥にあるように感じられる。さらに、図１０にお
いては図９と同様に床部分だけでなく、チェイン（輪上
の物）の部分においても、左方向に徐々に輝度を低下さ
せることで左部分のチェインが奥行き方向に奥にあるよ
うに感じられる効果を得ることができる。なお、このよ
うな輝度低下の程度の算出方法として、三次元物体の輝
度Ｂに対して前記効果を得るための輝度Ｂ’として、例
えば Ｂ’＝Ｂ×Ｔ０／Ｔ（Ｔ：視点からの距離、Ｔ
０：視点から基準面への距離）の計算式によるなど多数
の方法があることは明らかである。

【００３２】［実施の形態３］前記各実施の形態におい
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透過型表示
装置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記した内容から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
像の動画を表現することができることは明らかである。
以下に、その一例を図１を用いて説明する。本実施の形
態における要点は、前記実施の形態１と同様な構成を有
する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の部
分の透過度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一
定に保ちつつ、三次元物体の奥行き位置の時間的変化に
対応して変化させることである。

【００３３】その一例として、例えば、三次元物体が透
過型表示装置１０１より透過型表示装置１０２まで時間
的に移動する場合について述べる。例えば、三次元物体
が透過型表示装置１０１の奥行き位置にある場合には、
図３に示すように、透過型表示装置１０１上の透過度
を、２Ｄ化像１０７の輝度が三次元物体の輝度に等しく
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の最
大値とする。次第に、例えば、三次元物体が観察者１０
０より時間的に少し遠ざかり透過型表示装置１０１より
透過型表示装置１０２側に時間的に少し寄ってくる場合
には、図４に示すように、三次元物体の奥行き位置の移
動に対応させて、透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１
０７部分の透過度を時間的に少しづつ増加させ、かつ透
過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度
を時間的に少しづつ減少させる。

【００３４】さらに、例えば、三次元物体が観察者１０
０より時間的にさらに遠ざかり透過型表示装置１０１よ
り透過型表示装置１０２側にさらに寄った位置に時間的
に移動する場合には、図５に示すように、三次元物体の
奥行き位置の移動に対応させて、透過型表示装置１０１
上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を時間的にさらに増
加させ、かつ透過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０８
の部分の透過度を時間的にさらに減少させる。遂に、例
えば、三次元物体が透過型表示装置１０２の奥行き位置
まで時間的に移動してきた場合には、図６に示すよう
に、三次元物体の奥行き位置の移動に対応させて、透過
型表示装置１０２上の透過度を２Ｄ化像１０８の輝度が
三次元物体の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、
かつ透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７の部分の
透過度を、例えば、その透過型表示装置の最大値となる
まで変化させる。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（１０
１，１０２）の間を、透過型表示装置１０１から透過型
表示装置１０２に三次元物体１０４が奥行き方向に移動
するように感じられる。

【００３５】なお、本実施の形態においては、三次元物
体１０４が透過型表示装置１０１から透過型表示装置１
０２まで移動する場合について説明したが、これが透過
型表示装置（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置
から透過型表示装置１０２まで移動する場合や、透過型
表示装置１０１から透過型表示装置（１０１，１０２）
の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、透過型表
示装置（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から
透過型表示装置（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。また、本実施の形態において
は、２Ｄ化像（二次元像）を配置する透過型表示装置の
中で主に２つの透過型表示装置（１０１，１０２）に関
してのみ説明し、かつ観察者１００に提示する物体が２
つの透過型表示装置（１０１，１０２）の間を移動する
場合について説明したが、２Ｄ化像を配置する透過型表
示装置の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次
元物体が複数の透過型表示装置をまたがって移動する場
合であっても、同様な構成が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。

【００３６】［実施の形態４］前記各実施の形態では、
観察者（例えば、図１の１００）から見て、前記複数の
透過型表示装置（例えば、図１の１０１、１０２）の後
方に光源（例えば、図１の１１０）を配置し、透過度の
変化を利用する場合について説明したが、複数の透過型
表示装置に、透過度とともに散乱度も変化できる装置を
用いて透過度の変化とともに散乱度の変化を利用しても
本発明の効果を得ることができる。図１１〜図１３に、
その一例を示す。まず、図１１に示すように、観察者１
００から見て前方に複数の透過型表示装置（４０１，４
０２）の各々に光源（４０３，４０４）が配置される場
合が考えられる。例えば、２つの透過型表示装置（４０
１，４０２）と光源（４０３，４０４）を用いる場合を
例にとると、図１と前記各実施の形態で述べた透過度の
変化によりもたらされた本発明の効果は、前方の光源４
０３からの光の前方の透過型表示装置４０１における散
乱度の変化、および後方の透過型表示装置４０２からの
光の前方の透過型表示装置４０１における透過度の変化
によりもたらされることとなる。

【００３７】即ち、前方の透過型表示装置４０１に表示
される２Ｄ化像４０７は、光源４０３からの散乱度、後
方の透過型表示装置４０２からの光の強さとその前方の
透過型表示装置４０１における透過度により決定され、
後方の透過型表示装置４０２に表示される２Ｄ化像４０
８は、光源４０４の光の強さによって決定される。これ
により、その奥行き位置の制御は、前記各実施の形態に
比べて多少複雑になるが、光源の配置の自由度など装置
構成における自由度などの利点がある。この場合に、図
１２に示すように、さらに光源を追加して、後方の透過
型表示装置４０２の後方に光源４０５を設けることも考
えられる。この場合には、前方の透過型表示装置４０１
と、後方の透過型表示装置４０２とをほぼ対等に扱える
ため、装置制御上で簡便となる利点を有する。さらに、
図１３に示すように、各光源（４０３，４０４）を前後
の透過型表示装置（４０１，４０２）を照らすようにす
ることも、光源の光の有効利用から有益である。なお、
本実施の形態では、例として２つの透過型表示装置（４
０１，４０２）を用いた場合を示したが、これがさらに
多数となっても同様な効果が期待できることは明らかで
ある。また、本実施の形態における複数の透過型表示装
置（４０１，４０２）にレンズやミラーなどを組み合わ
せて、その配置の自由度を増したり、像の奥行き位置な
どを自由に変化できることは光学上から明らかである。

【００３８】［実施の形態５］以下、前記各実施の形態
に使用可能な透過型表示装置について説明する。図１４
は、前記各実施の形態の透過型表示装置の一例を示す斜
視図である。図１４に示す透過型表示装置は、光源から
の光の中で、赤の透過度を変化し、緑と青の光がほぼ全
て透過する赤透過型表示装置３０１と、緑の透過度を変
化し、赤と青の光がほぼ全て透過する緑透過型表示装置
３０２と、青の透過度を変化し、赤と緑の光がほぼ全て
透過する青透過型表示装置３０３を積層して形成され
る。このような表示装置は、例えば、後に詳細を述べる
種々の液晶を用いた表示装置により実現できる。また、
透過型表示装置として、光源からの光の透過度をほぼ可
視光全域にわたって一様に変化する一様表示装置を用
い、かつ、光源を、例えば、赤、緑、青と時分割的に変
化させ、さらに、同期装置により、この光源の色の変化
と一様表示装置に表示される表示画像とを同期させるよ
うにしても、前記図１４に示すものと同様な効果を得る
ことが可能である。

【００３９】次に、図１５〜図２３に、偏光の方向を各
画素単位で変化できる偏光可変装置と、この偏光可変装
置の光の出射側に偏光板を配した構造を有する透過型表
示装置の一例を示す。偏光可変装置は、偏光方向を変え
ることができるため、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。ここ
で、各画素に、例えば、赤、緑、青のフィルターを交互
に配列したり、また、光源を、例えば、赤、緑、青と時
分割的に変化させたりすることで、フルカラーの透過度
制御ができることは明らかである。また、例えば、入射
側に偏光性の光源を用いたり、偏光板を配したりするこ
とも制御性を向上させるために有効であることは明らか
である。

【００４０】図１５は、前記各実施の形態の透過型表示
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。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（５０３，５０
４）で、液晶５０１を挟み、その外側に偏光板（５０
７，５０８）を配置した構成である。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（５０
５，５０６）の近傍では、例えば、透明導電膜（５０
３，５０４）に平行に配向方向に沿って並ぶ。この場
合、図１６（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。一方、図１６（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。

【００４１】図１７は、前記各実施の形態の透過型表示
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。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、Ｉ
ＴＯ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１
８（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１８（ｂ）に示すように、透明導電膜（５１
１，５１５）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。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。

【００４２】図１９は、前記各実施の形態の透過型表示
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。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１９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２０
に示すように、入射光の偏光方向を、この配向膜（５２
２，５２４）の配向方向とずらして入射する。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２１（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Ｖ５ｃ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２１（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（５２
２，５２４）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（５
２２，５２４）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。また、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する
電圧がＶ５ｃ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（５２１，５２
５）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５０
７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。

【００４３】図２２は、前記各実施の形態の透過型表示
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。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、Ｉ
ＴＯ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（５０
７，５０８）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２３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〜２
μｍ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）と同じ平面内で変化する。
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。

【００４４】［実施の形態６］図２４は、前記各実施の
形態の透過型表示装置の一例を示す斜視図である。前述
したような偏光可変装置を利用した透過型表示装置で
は、複数台を直列に重ねると多数枚の偏光板を必要とす
るために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。そこで、図２４に示すように、偏光可変
装置（例えば、すでに述べた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）（３
１１〜３１ｎ）を複数台配置し、この全体を２枚の偏光
板（３２ｌ，３２２）で挟むようにすることで表示が暗
くなるのを防止することができる。但し、本実施の形態
では、偏光方向が前記各偏光可変装置（３１１〜３１
ｎ）を複数台通過する間に変化することを考慮して、前
記各偏光可変装置（３１１〜３１ｎ）の偏光方向の制御
を行う必要がある。なお、本実施の形態の偏光可変装置
（３１１〜３１ｎ）においては、各装置における輝度を
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、前述した透過型表示装置では、光源からの光は各
装置を経る間に変化しないあるいは減少するしかなく、
各装置における輝度は変化しないあるいは減少する自由
度しかない。

【００４５】これに対して、本実施の形態においては、
出射側の偏光板３２１までは、光量は実質的にほとんど
変化せず、各偏光可変装置（３１１〜３１ｎ）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
偏光可変装置（３１１〜３１ｎ）でほぼ加算されて回転
していくが、出射側の偏光板３２１の外から観察した場
合、出射側の偏光板３２１の透過偏光方向を基準として
０〜９０度までは各偏光可変装置（３１１〜３１ｎ）の
輝度は減少し、９０〜１８０度までは輝度は上昇し、１
８０〜２７０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、各偏光可変装置（３１１〜３
１ｎ）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。ここで、各画素に、例えば、赤、緑、青
のフィルターを交互に配列したり、また、光源を、例え
ば、赤、緑、青と時分割的に変化させたりすることで、
フルカラーの輝度制御ができることは明らかである。

【００４６】図２５は、前記各実施の形態の透過型表示
装置の一例を示す斜視図である。図２５に示す透過型表
示装置は、図１４に示す装置に、本実施の形態を適用し
たものである。図２５に示す透過型表示装置は、光源か
らの光の中で、例えば、赤の偏光方向を変化し、緑と青
の偏光方向がほとんど変化せずに透過する赤偏光可変装
置３３１と、緑の偏光方向を変化し、赤と青の偏光方向
がほとんど変化せずに透過する緑偏光可変装置３３２
と、青の偏光方向を変化し、赤と緑の偏光方向がほとん
ど変化せずに透過する青偏光可変装置３３３とを積層し
て構成される。このような表示装置は、例えば、種々の
液晶を用いた表示装置から偏光板を除いた構成により容
易に実現することができる。

【００４７】本実施の形態における大きなメリットの一
つは、前述したように、表示全体を明るくすることがで
きることであり、もう一つは、輝度の加算・減算が自由
にできることである。例えば、前述した透過度を変え
て、各表示面に表示される二次元像の輝度を変化させる
場合には、基本的には、輝度の減算のみしかあり得な
い。即ち、ある二次元表示装置で透過度を下げて輝度を
減少させると、それ以降の二次元表示装置の輝度を再び
増加させることは困難である。これを行うためには、途
中で光を二次元表示装置の外から補充しなければならな
い。例えば、各々の表示面毎に照明を設けてその照明度
を逐次制御したり、あるいは画素毎に照明を制御できる
装置が新たに必要となる。

【００４８】これに対して、偏光方向を変える場合に
は、出射側（観察者側）の偏光板の偏光方向を垂直方向
から測った角度が同じであれば同一の輝度を与える。即
ち、例えば、偏光方向を、例えば、時計回りに順次角度
を加算していく場合であっても、同一の輝度を有する点
が、例えば、０〜３６０度まででも４カ所あることにな
る。むろん、偏光は、回転対象であるから、３６０度回
れば同じことになり、これは、反時計周りに角度を加算
していく場合でも同様である。したがって、偏光方向の
回転角は一方向であっても、透過度の場合と異なり、実
効的に輝度は加算したり減算したりできる。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。

【００４９】［実施の形態７］以下、前記各実施の形態
に使用可能な他の透過型表示装置について説明する。図
２６は、前記各実施の形態の透過型表示装置に使用可能
なゲスト−ホスト型液晶ディスプレイの一例を示す要部
断面図である。ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイの基
本構成は、液晶５４１と二色性色素５４２（分子の向き
により発色する色が異なる色素、特に、一方が無色に近
くなる場合を通常使用する）を含む混合体を、例えば、
ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５４
３，５４４）で挟む構成であり、透明導電膜（５４３，
５４４）上には、液晶５４１を一方向に配向させるため
に配向膜（５４５，５４６）が配置されている。ゲスト
−ホスト型液晶ディスプレイにおいて、透明導電膜（５
４３，５４４）に電圧を印加しない場合には、液晶５４
１は配向膜（５４５，５４６）の配向規制力により、例
えば、透明導電膜（５４３，５４４）に平行に並ぶ。す
ると、液晶５４１にひきずられて、二色性色素５４２も
平行に並び、透過する光は、例えば、無色と異なる色を
発色する。一方、透明導電膜（５４３，５４４）間に電
圧を印加した場合には、液晶５４１は電界により電界方
向、例えば、透明導電膜（５４３，５４４）に垂直に並
ぶ。すると、液晶５４１にひきずられて、二色性色素５
４２も垂直に並び、透過する光は、例えば、無色とな
る。このように、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイに
よれば、光の透過度を変化させることができる。ここ
で、二色性色素５４２に、例えば、イエロー、マジェン
ダ、シアンの三色を有するゲスト−ホスト型液晶ディス
プレイを直列に配置することにより、フルカラーの透過
度制御ができることは明らかである。また、二色性色素
５４２に黒を用い、時分割的にフルカラーの透過度制御
ができることも明らかである。

【００５０】図２７は、前記各実施の形態の透過型表示
装置に使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイの一例
を示す要部断面図である。高分子分散型液晶ディスプレ
イの基本構成は、高分子５５１中に液晶５５２が粒状に
分散している高分子分散型液晶層を、透明導電膜（５５
３，５５４）で挟んだ構成である。例えば、透明導電膜
（５５３，５５４）に電圧を印加しない状態では、液晶
５５２はランダムな向きを向いているため、例えば、高
分子５５１と異なる屈折率を有しており、このために入
射光は散乱され、その強度は低減される。一方、透明導
電膜（５５３，５５４）に電圧を印加した状態では、液
晶５５２は電界方向に向き、例えば、高分子５５１とほ
ぼ同じ屈折率となるため、入射光はそのまま透過し、そ
の強度は変わらない。このように、高分子分散型液晶デ
ィスプレイによれば、光の透過度を変化させることがで
きる。ここで、液晶５５２がランダムな向きを向いてい
る場合に、高分子５５１と屈折率が等しくなり、電界方
向を向いた場合に高分子５５１と屈折率が異なるように
することもできることは明らかである。また、各画素
を、例えば、赤、緑、青のフィルターを交互に配列した
り、光源を、例えば、赤、緑、青と時分割的に変化させ
たりすることで、フルカラーの透過度制御ができること
は明らかである。さらに、図２６に示すゲスト−ホスト
型と組み合わせて、液晶と二色性色素を粒状に高分子中
に分散させることで同様な効果を得られることは明らか
である。

【００５１】図２８は、前記各実施の形態の透過型表示
装置に使用可能なホログラフィック高分子分散型液晶デ
ィスプレイの一例を示す要部断面図である。ホログラフ
ィック高分子分散型液晶ディスプレイの基本構成は、高
分子５６１中に液晶５６２が粒状に分散しているホログ
ラフィック高分子分散型液晶層を、透明導電膜（５６
３，５６４）で挟んだ構成である。ここで、液晶５６２
の粒子は、使用する波長に比べて小さく、かつ図２８に
示すように、層状に配列している。例えば、透明導電膜
（５６３，５６４）に電圧を印加しない状態では、液晶
５６２はランダムな向きを向いているため、例えば、高
分子５６１と異なる屈折率を有しており、このために入
射光は散乱され、層状の配列によりブラッグ反射を起こ
し、その向きが大きく変化され、例えばその強度は低減
される。一方、透明導電膜（５６３，５６４）に電圧を
印加した状態では、液晶５６２は電界方向に向き、例え
ば、高分子５６１とほぼ同じ屈折率となるため、ブラッ
グ反射は起こらず、入射光はそのまま透過し、その強度
は変わらない。このように、ホログラフィック高分子分
散型液晶ディスプレイによれば、光の透過度を変化させ
ることができる。ここで、液晶５６２がランダムな向き
を向いている場合に高分子５６１と屈折率が等しくな
り、電界方向を向いた場合に高分子５６１と屈折率が異
なるようにすることもできることは明らかである。

【００５２】また、各画素を、例えば、赤、緑、青のフ
ィルターを交互に配列したり、光源を、例えば、赤、
緑、青と時分割的に変化させたりすることで、フルカラ
ーの透過度制御ができることは明らかである。また、図
２６に示すゲスト−ホスト型と組み合わせて、液晶と二
色性色素を粒状に高分子中に分散させることで同様な効
果を得られることは明らかである。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。

【００５３】

【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、眼鏡を用いることなく三次元動
画像を表示することが可能となる。 （２）本発明によれば、立体視の生理的要因間の矛盾を
抑制することが可能となる。 （３）本発明によれば、情報量が少なくでき、電気的に
書き換え可能な三次元動画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原理
を説明するための図である。

【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の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図４】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図５】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図６】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図７】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の前方
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８】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の後方
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２の三次元表示装置で表示
される三次元立体像の一例を示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態２の三次元表示装置で表
示される三次元立体像の一例を示す図である。

【図１１】本発明の実施の形態４の三次元表示装置の概
略構成を示す図である。

【図１２】本発明の実施の形態４の三次元表示装置の他
の例の概略構成を示す図である。

【図１３】本発明の実施の形態４の三次元表示装置の他
の例の概略構成を示す図である。

【図１４】前記各実施の形態の透過型表示装置の一例を
示す斜視図である。

【図１５】前記各実施の形態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１６】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１７】前記各実施の形態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１８】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１９】前記各実施の形態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２０】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２１】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２２】前記各実施の形態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２３】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２４】前記各実施の形態の透過型表示装置の一例を
示す斜視図である。

【図２５】前記各実施の形態の透過型表示装置の一例を
示す斜視図である。

【図２６】前記各実施の形態の透過型表示装置に使用可
能なゲスト−ホスト型液晶ディスプレイの一例を示す要
部断面図である。

【図２７】前記各実施の形態の透過型表示装置に使用可
能な高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断
面図である。

【図２８】前記各実施の形態の透過型表示装置に使用可
能なホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの
一例を示す要部断面図である。

【図２９】従来の三次元表示装置の一例の概略構成を示
す図である。

【図３０】従来の三次元表示装置の他の例の概略構成を
示す図である。

【符号の説明】

１００，４００，６０７…観察者、１０１，１０２，４
０１，４０２…透過型表示装置、１０３…光学系、１０
４，６０１，６１１…３次元物体、１０５，１０６，１
０７，１０８，４０７，４０８…２Ｄ化像、１１０，４
０３，４０４，４０５…光源、３０１…赤透過型表示装
置、３０２…緑透過型表示装置、３０３…青透過型表示
装置、３１１〜３１ｎ…偏光可変装置、３２１，３２
２，５０７，５０８…偏光板、３３１…赤偏光可変装
置、３３２…緑偏光可変装置、３３３…青偏光可変装
置、５０１，５１３，５２３，５３１，５４１，５５
２，５６２…液晶、５０３，５０４，５１１，５１５，
５２１，５２５，５３３，５３４，５４３，５４４，５
５３，５５４，５６３，５６４…透明導電膜、５０５，
５０６，５１２，５１４，５２２，５２４，５３５，５
３６，５４５，５４６…配向膜、５４２…二色性色素、
５５１，５６１…高分子、６０２，６０３…カメラ、６
０４…映像信号変換装置、６０５…ＣＲＴ表示装置、６
０６…液晶シャッタ眼鏡、６１２…奥行き標本化像の集
まり、６１３…体積型表示装置、６１４…三次元の再現
像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上平 員丈 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 伊達 宗和 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5C006 AA16 AA22 AC21 AF27 AF44 AF51 BB11 BC16 EA01 EC12 FA55 FA56 5C061 AA06 AA27 AB01 AB14 AB18 5C080 AA10 BB05 CC03 DD01 DD30 EE19 EE28 FF09 GG12 JJ01 JJ02 JJ06

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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を生成し、 前記生成された二次元像を前記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
   独立に変化させて、三次元立体像を生成する三次元表示
   方法であって、 前記各表示面に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て、前記各表示面に表
   示される前記二次元像の輝度をそれぞれ独立に変化させ
   ることを特徴とする三次元表示方法。
2. 【請求項２】 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を生成し、 前記生成された二次元像を前記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
   独立に変化させて、三次元立体像を生成する三次元表示
   方法であって、 前記各表示面に表示される二次元像の偏光方向を前記各
   表示面毎にそれぞれ独立に変化させて、前記各表示面に
   表示される前記二次元像の輝度をそれぞれ独立に変化さ
   せることを特徴とする三次元表示方法。
3. 【請求項３】 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、前記複数の
   表示面のうちの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、前記複数の表示面
   のうちの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、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低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方法。
4. 【請求項４】 前記二次元像が前記観察者の右眼と左眼
   とを結ぶ線上の一点から見て重なるように、前記二次元
   像を前記複数の表示面に表示し、かつ前記観察者の見る
   総体的な輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなる
   ようにす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方法。
5. 【請求項５】 前記二次元像が前記観察者の右眼と左眼
   とを結ぶ線上の一点から見て重なるように、前記二次元
   像を前記複数の表示面に表示し、かつ表示対象物体の奥
   行き位置が前記観察者から遠い場合は近い場合に比べ
   て、前記二次元像の透過度を高くす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
   表示方法。
6. 【請求項６】 前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の
   一点を、右眼と左眼との間の一点とすることを特徴とす
   る請求項４または請求項５に記載の三次元表示方法。
7. 【請求項７】 前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の
   一点を、右眼と左眼の中心点とす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方法。
8. 【請求項８】 前記観察者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、前記各表示面に表示される
   二次元像に対して、前記観察者から見て左右方向に拡大
   ・縮小の変形を加えることを特徴とする請求項４ないし
   請求項７のいずれか１項に記載の三次元表示方法。
9. 【請求項９】 前記二次元像を表示する表示面間の奥行
   き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に
   表示された複数の二次元像が、前記観察者の右眼と左眼
   の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲とすること
   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
   記載の三次元表示方法。
10. 【請求項１０】 前記二次元像を表示する表示面間の奥
    行き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面
    に表示された複数の二次元像が、前記観察者から見て表
    示対象物体の奥行き位置にピントを合わせた方が、前記
    複数の表示面にピントを合わせるより画像のぼけが少な
    い範囲内とすることを特徴とする請求項１ないし請求項
    ９のいずれか１項に記載の三次元表示方法。
11. 【請求項１１】 前記二次元像を時間的変化に応じて順
    次切り替えることにより、三次元の動画像を表示するこ
    とを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１
    項に記載の三次元表示方法。
12. 【請求項１２】 前記二次元像が奥行き方向に移動する
    複数の物体像を含む場合であって、当該物体の移動方向
    が前記観察者に近づく方向である場合に、前記二次元像
    の切り替えに同期して、前記複数の表示面のうちの前記
    観察者に近い表示面に表示する前記物体像の透過度を順
    次高くし、前記観察者から遠い表示面に表示する前記物
    体像の透過度を順次低くし、 また、当該物体の移動方向が前記観察者から遠ざかる方
    向である場合に、前記二次元像の切り替えに同期して、
    前記複数の表示面のうちの前記観察者に近い表示面に表
    示する前記物体像の透過度を順次低くし、前記観察者か
    ら遠い表示面に表示する前記物体像の透過度を順次高く
    することを特徴とする請求項１１に記載の三次元表示方
    法。
13. 【請求項１３】 前記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を生成する第１の
    手段と、 前記観察者から見て異なった奥行き位置に配置され、前
    記第１の手段で生成された二次元像をそれぞれ表示する
    複数の透過型表示装置と、 前記各透過型表示装置に表示される前記第１の手段で生
    成された二次元像の透過度を、各透過型表示装置毎にそ
    れぞれ独立に変化させる第２の手段とを具備することを
    特徴とする三次元表示装置。
14. 【請求項１４】 前記各透過型表示装置は、前記第１の
    手段で生成された二次元像を、観察者の右眼と左眼とを
    結ぶ線上の一点から見て重なるように表示することを特
    徴とする請求項１３に記載の三次元表示装置。
15. 【請求項１５】 前記各透過型表示装置は、前記第１の
    手段で生成された二次元像に、前記観察者から見て左右
    方向に拡大・縮小の変形を加えて表示することを特徴と
    する請求項１４に記載の三次元表示装置。
16. 【請求項１６】 前記観察者から見て前記複数の透過型
    表示装置の後方に配置される第１の光源を有し、 前記各透過型表示装置は、前記第１の光源からの光の透
    過度を変化させることを特徴とする請求項１３ないし請
    求項１５のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
17. 【請求項１７】 前記複数の透過型表示装置の前方に配
    置される少なくとも１個の第２の光源を有し、 前記各透過型表示装置は、前記少なくとも１個の第２の
    光源からの光の散乱度、あるいは変化率を変化させ、か
    つ、後方に位置する透過型表示装置からの光の透過度を
    変化させることを特徴とする請求項１３ないし請求項１
    ６のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
18. 【請求項１８】 前記複数の透過型表示装置は、光源か
    らの光の中で、赤の透過度を変化し、緑と青の光をほぼ
    全て透過する装置と、 緑の透過度を変化し、赤と青の光をほぼ全て透過する装
    置と、 青の透過度を変化し、赤と緑の光をほぼ全て透過する装
    置とを有することを特徴とする請求項１３ないし請求項
    １６のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
19. 【請求項１９】 前記複数の透過型表示装置は、光源か
    らの光の透過度をほぼ可視光全域にわたって一様に変化
    する一様表示装置と、 発光色を、時分割的に赤、緑、青と高速に変化する光源
    と、 前記光源の色の変化と前記一様表示装置の表示とを同期
    させる同期装置とを含むことを特徴とする請求項１３な
    いし請求項１６のいずれか１項に記載の三次元表示装
    置。
20. 【請求項２０】 前記複数の透過型表示装置は、光の偏
    光方向を変化できる複数の偏光可変装置を含み、 さらに、前記複数の偏光変化装置全体あるいは一部を挟
    む偏光板を有することを特徴とする請求項１３ないし請
    求項１５のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
21. 【請求項２１】 発光色を、時分割的に赤、緑、青と高
    速に変化する光源と、 前記光源の色の変化と前記複数の透過型表示装置の表示
    とを同期させる同期装置とを含むことを特徴とする請求
    項２０に記載の三次元表示装置。
22. 【請求項２２】 前記複数の透過型表示装置は、光源か
    らの光の中で、赤の偏光方向を変化し、緑と青の偏光方
    向がほとんど変化しない装置と、 緑の偏光方向を変化し、赤と青の偏光方向がほとんど変
    化しない装置と、 青の偏光方向を変化し、赤と緑の偏光方向がほとんど変
    化しない装置とを含み、 さらに、これらの装置全体あるいは一部を挟む偏光板を
    有することを特徴とする請求項１３ないし請求項１５の
    いずれか１項に記載の三次元表示装置。
23. 【請求項２３】 前記各透過型表示装置は、偏光可変装
    置と、 前記偏光可変装置からの出射側に設けられる出射側偏光
    板とを有することを特徴とする請求項１３ないし請求項
    １７のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
24. 【請求項２４】 前記偏光可変装置からの入射側に設け
    られる入射側偏光板を、さらに有することを特徴とする
    請求項２３に記載の三次元表示装置。
25. 【請求項２５】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、ツイストネマティック型液晶ディスプレ
    イであることを特徴とする請求項１３ないし請求項１７
    のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
26. 【請求項２６】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、イン・プレイン型液晶ディスプレイであ
    ることを特徴とする請求項１３ないし請求項１７のいず
    れか１項に記載の三次元表示装置。
27. 【請求項２７】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、ホモジニアス型液晶ディスプレイである
    ことを特徴とする請求項１３ないし請求項１７のいずれ
    か１項に記載の三次元表示装置。
28. 【請求項２８】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、強誘電液晶ディスプレイであることを特
    徴とする請求項１３ないし請求項１７のいずれか１項に
    記載の三次元表示装置。
29. 【請求項２９】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイであ
    ることを特徴とする請求項１３ないし請求項１７のいず
    れか１項に記載の三次元表示装置。
30. 【請求項３０】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、高分子分散型液晶ディスプレイであるこ
    とを特徴とする請求項１３ないし請求項１７のいずれか
    １項に記載の三次元表示装置。
31. 【請求項３１】 前記複数の透過型表示装置の中の少な
    くとも１つは、ホログラフィック高分子分散型液晶ディ
    スプレイであることを特徴とする請求項１３ないし請求
    項１７のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
32. 【請求項３２】 前記各透過型表示装置は、前記第１の
    手段で生成された二次元像を時間的変化に応じて順次切
    り替えて表示して、三次元の動画像を表示することを特
    徴とする請求項１３ないし請求項３１のいずれか１項に
    記載の三次元表示装置。
33. 【請求項３３】 前記各透過型表示装置は、前記第１の
    手段で生成された二次元像が、奥行き方向に移動する複
    数の物体像を含む場合であって、当該物体の移動方向が
    前記観察者に近づく方向である場合に、前記二次元像の
    切り替えに同期して、前記複数の表示面のうちの前記観
    察者に近い表示面に表示する前記物体像の透過度を順次
    低くし、前記観察者から遠い表示面に表示する前記物体
    像の透過度を順次高くし、 また、当該物体の移動方向が前記観察者から遠ざかる方
    向である場合に、前記二次元像の切り替えに同期して、
    前記複数の表示面のうちの前記観察者に近い表示面に表
    示する前記物体像の透過度を順次高くし、前記観察者か
    ら遠い表示面に表示する前記物体像の透過度を順次低く
    することを特徴とする請求項３２に記載の三次元表示装
    置。