JP2004144800A

JP2004144800A - 三次元表示装置

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Publication number: JP2004144800A
Application number: JP2002306547A
Authority: JP
Inventors: Shiro Suyama; 陶山　史朗; Hideaki Takada; 高田　英明; Munekazu Date; 伊達　宗和
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: JP3739348B2

Abstract

【課題】立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能であって、構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示装置を提供する。
【解決手段】第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有する透明自発光型表示装置と、前記透明自発光型表示装置の利用者側で、前記第２の画素群上に設けられる光遮断手段と、前記透明自発光型表示装置の利用者側と反対の側で、前記第１の画素群上に設けられる円偏光板と、利用者から見て前記透明自発光型表示装置の後方に配置される反射ミラーと、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を、前記第１および第２の画素群毎にそれぞれ独立に変化させる手段とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないで三次元立体像が表示可能な三次元表示装置に係わり、特に、構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を提案している（例えば、特許文献参照。）。
【０００３】
【特許文献】
特許第３０２２５５８号公報
【０００４】
図７は、従来の三次元表示装置の概略構成を示す図であり、前述の特許文献に図１として図示されている三次元表示装置である。
同図に示すように、従来の三次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の表示面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するために、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
以下、図７ないし図１２を用いて、本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理について説明する。
図８に示すように、観察者１００に提示したい三次元物体１０４を、観察者１００の両眼の視線方向から、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から物体１０４をカメラで撮影した二次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の二次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
【０００５】
そして、図７に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本発明の基本となる三次元表示装置の重要な要点は、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
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、以下の図面では輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、三次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図９に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
【０００６】
次に、例えば、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図１０に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。
さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図１１に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
遂に、例えば、三次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１２に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に三次元物体１０４が位置しているように感じられる。
即ち、例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４があるように感じられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した二次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
そのため、前述した三次元表示装置は、前述の特許文献の実施の形態３以降に記載しているように、構成が複雑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、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないで三次元立体像が表示可能であるとともに、構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示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。
【０００８】
【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、第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有する透明自発光型表示装置と、前記透明自発光型表示装置の利用者側で、前記第２の画素群上に設けられる光遮断手段と、前記透明自発光型表示装置の利用者側と反対の側で、前記第１の画素群上に設けられる円偏光板と、利用者から見て前記透明自発光型表示装置の後方に配置される反射ミラーと、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を変化させる手段とを備える三次元表示装置であって、前記第１の画素群および第２の画素群は、利用者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した二次元像をそれぞれ表示し、前記手段は、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を、前記第１および第２の画素群毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有する透明自発光型表示装置と、前記透明自発光型表示装置の利用者側で、前記第２の画素群上に設けられる光遮断手段と、前記透明自発光型表示装置の利用者側と反対の側で、前記第１の画素群上に設けられる直線偏光板と、利用者から見て前記透明自発光型表示装置の後方に配置される反射ミラーと、前記透明自発光型表示装置と前記反射ミラーとの間に配置される１／４波長板と、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を変化させる手段とを備える三次元表示装置であって、前記第１の画素群および第２の画素群は、利用者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した二次元像をそれぞれ表示し、前記手段は、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を、前記第１および第２の画素群毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記光遮断手段が、光遮蔽膜あるいはミラー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、前記透明自発光型表示装置が、エレクトロルミネセンス表示装置であ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。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
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。同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、透明自発光形表示装置２００と、利用者から見て透明自発光形表示装置２００の後方に配置される反射ミラー２１０とを備える。
透明自発光形表示装置２００は、例えば、マトリクス状に配置される複数の画素を有し、この複数の画素は、前面用画素（本発明の第１の画素群）２０１と、後面用画素（本発明の第２の画素群）２０２とに大別される。
また、透明自発光形表示装置２００の利用者側で、後面用画素上には、光遮蔽手段２０３が形成され、透明自発光型表示装置２００の利用者側と反対の側で、前面用画素上には、円偏光板２０５が設けられる。
なお、本実施の形態において、前面用画素２０１に供給される映像信号は、前述の図８に示す２Ｄ化像１０５であり、後面用画素２０２に供給される映像信号は、前述の図８に示す２Ｄ化像１０６であり、これらの映像信号は、モノクロ、あるいはカラーの映像信号であってもよい。
【００１１】
ここで、透明自発光形表示装置２００は、有機エレクトロルミネセンス表示装置、あるいは、無機エレクトロルミネセンス表示装置などのエレクトロルミネセンス表示装置で構成される。
また、光遮蔽手段２０３は、光遮蔽層（マスク）あるいはミラーで構成される。
透明自発光形表示装置２００においては、発光光は、利用者側および反射ミラー側の両方向側に照射される。
本実施の形態において、前面用画素２０１の発光光で、利用者側に照射された光はそのまま利用者に到達する。
一方、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、円偏光板２０５を通過して、反射ミラー２１０に至り、反射ミラー２１０で反射され、円偏光板２０５に到達する。
この際、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、円偏光板２０５により、左周り（あるいは、右周り）の円偏光に変換されるが、反射ミラー２１０で反射されるときに、右周り（あるいは、左周り）の円偏光に変換されるので、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射され反射ミラー２１０で反射された光は、円偏光板２０５を通過できない。
したがって、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、利用者に到達することはない。
【００１２】
また、後面用画素２０２の発光光で、利用者側に照射された光は、光遮蔽手段（光遮蔽層あるいはミラー）２０３で通過が阻止されるので、利用者に直接到達することはない。
一方、後面用画素２０２の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、反射ミラー２１０に至り、反射ミラー２１０で反射され、ほぼ無偏光であるため円偏光板２０５を通過し、利用者に到達する。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、図２に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
なお、図２において、１１１は、前面用画素２０１により表示される表示画像からなる表示面、１１２は、後面用画素２０２により表示される表示画像からなる表示面であり、表示面１１１と表示面１１２との間の距離は２Ｔである。ここで、Ｔは、図１に示す透明自発光形表示装置２００と反射ミラー２１０との間の距離である。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、前述した〔本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理〕に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１３】
図３ないし図５は、本実施の形態の透明自発光形表示装置２００の前面用画素２０１および後面用画素２０２の配置例を示す模式図である。
図３は、各画素をマトリクス状に配置し、奇数番目の行の画素を前面用画素２０１、偶数番目の行の画素を後面用画素２０２としたものである。
図４は、各画素をマトリクス状に配置し、奇数番目の列の画素を前面用画素２０１、偶数番目の列の画素を後面用画素２０２としたものである。
図５は、各画素をマトリクス状に配置し、前面用画素２０１、後面用画素２０２とを、市松模様に形成したものである。
このように、本実施の形態の三次元表示装置は、一個の透明自発光形表示装置２００の後方に反射ミラー２１０を配置するだけであるので、本実施の形態の三次元表示装置では、図７に示す従来の三次元表示装置に比して、構成を簡略化でき、かつ、奥行きを短くすることができるので、コンパクトに構成することが可能となる。
【００１４】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２の三次元表示装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、透明自発光形表示装置２００と、利用者から見て透明自発光形表示装置２００の後方に配置される反射ミラー２１０と、透明自発光形表示装置２００と反射ミラー２１０との間に配置される１／４波長板２０７とを備える。
透明自発光形表示装置２００は、例えば、マトリクス状に配置される複数の画素を有し、この複数の画素は、前面用画素（本発明の第１の画素群）２０１と、後面用画素（本発明の第２の画素群）２０２とに大別される。
また、透明自発光形表示装置２００の利用者側で、後面用画素上には、光遮蔽手段２０３が形成され、透明自発光型表示装置２００の利用者側と反対の側で、前面用画素上には、直線偏光板２０６が設けられる。
ここで、透明自発光形表示装置２００は、有機エレクトロルミネセンス表示装置、あるいは、無機エレクトロルミネセンス表示装置などのエレクトロルミネセンス表示装置で構成される。
また、光遮蔽手段２０３は、光遮蔽層（マスク）あるいはミラーで構成される。
なお、本実施の形態において、前面用画素２０１に供給される映像信号は、前述の図８に示す２Ｄ化像１０５であり、後面用画素２０２に供給される映像信号は、前述の図８に示す２Ｄ化像１０６であり、これらの映像信号は、モノクロ、あるいはカラーの映像信号であってもよい。
【００１５】
透明自発光形表示装置２００においては、発光光は、利用者側および反射ミラー側の両方向側に照射される。
本実施の形態において、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、直線偏光板２０６と、１／４波長板２０７とを通過し、反射ミラー２１０に至り、反射ミラー２１０で反射され、１／４波長板２０７を通過し直線偏光板２０６に到達する。
この際、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、直線偏光板２０６と、１／４波長板２０７とで、左周り（あるいは、右周り）の円偏光に変換されるが、反射ミラー２１０で反射されるときに、右周り（あるいは、左周り）の円偏光に変換される。
そして、この右周り（あるいは、左周り）の円偏光は、１／４波長板２０７に入射され、直線偏光に変換される。
この時、１／４波長板２０７で変換された直線偏光の偏光方向は、直線偏光板２０６の偏光方向と９０°異なるため、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、直線偏光板２０６を通過できない。
したがって、前面用画素２０１の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、利用者に到達することはない。
【００１６】
また、後面用画素２０２の発光光で、利用者側に照射された光は、光遮蔽手段（光遮蔽層あるいはミラー）２０３で通過が阻止されるので、利用者に直接到達することはない。
一方、後面用画素２０２の発光光で、反射ミラー側に照射された光は、反射ミラー２１０に至り、反射ミラー２１０で反射され、ほぼ無偏光であるため、１／４波長板２０７と、直線偏光板２０６とを通過し、利用者に到達する。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置も、図２に示す三次元表示装置と光学的に等価となり、前述した〔本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理〕に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
なお、前述したように、直線偏光板２０６と、１／４波長板２０７とは、前面用画素２０１の発光光で反射ミラー側に照射された光を円偏光に変換する機能を有する。したがって、前述の実施の形態１の円偏光板２０５を、直線偏光板と、１／４波長板で構成するようにしてもよい。
このように、本実施の形態の三次元表示装置は、一個の透明自発光形表示装置２００の後方に、１／４波長板２０７と反射ミラー２１０とを配置するだけであるので、本実施の形態の三次元表示装置では、図７に示す従来の三次元表示装置に比して、構成を簡略化でき、かつ、奥行きを短くすることができるので、コンパクトに構成することが可能となる。
【００１７】
なお、前述の説明では、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、透明自発光型表示装置２００の前面用画素２０１および後面用画素２０２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、本実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、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。
同様に、本実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が移動する場合にも使用できる。
２Ｄ化像が三次元的に移動する場合、利用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明自発光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、前述の特許文献に記載したように、透明自発光型表示装置２００の前面用画素２０１および後面用画素２０２に表示される２Ｄ化像の輝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。
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。
【００１８】
【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、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能であって、構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示装置を提供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概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置と光学的に等価な三次元表示装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の透明自発光形表示装置における、前面用画素および後面用画素の配置例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１の透明自発光形表示装置における、前面用画素および後面用画素の他の配置例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１の透明自発光形表示装置における、前面用画素および後面用画素の他の配置例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の基本となる三次元表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図９】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１１】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１２】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１００…観察者、１０１，１０２，１１１，１１２…表示面、１０３…光学系、１０４…三次元物体、１０５，１０６…２Ｄ化像、２００…透明自発光形表示装置、２０１…前面用画素、２０２…後面用画素、２０３…光遮蔽手段（光遮蔽層あるいはミラー）、２０５…円偏光板、２０６…直線偏光板、２０７…１／４波長板、２１０…反射ミラー。

Claims

第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有する透明自発光型表示装置と、
前記透明自発光型表示装置の利用者側で、前記第２の画素群上に設けられる光遮断手段と、
前記透明自発光型表示装置の利用者側と反対の側で、前記第１の画素群上に設けられる円偏光板と、
利用者から見て前記透明自発光型表示装置の後方に配置される反射ミラーと、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を変化させる手段とを備える三次元表示装置であって、
前記第１の画素群および第２の画素群は、利用者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した二次元像をそれぞれ表示し、
前記手段は、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を、前記第１および第２の画素群毎に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装置。
第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有する透明自発光型表示装置と、
前記透明自発光型表示装置の利用者側で、前記第２の画素群上に設けられる光遮断手段と、
前記透明自発光型表示装置の利用者側と反対の側で、前記第１の画素群上に設けられる直線偏光板と、
利用者から見て前記透明自発光型表示装置の後方に配置される反射ミラーと、前記透明自発光型表示装置と前記反射ミラーとの間に配置される１／４波長板と、
前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を変化させる手段とを備える三次元表示装置であって、
前記第１の画素群および第２の画素群は、利用者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した二次元像をそれぞれ表示し、
前記手段は、前記透明自発光型表示装置に表示される二次元像の輝度を、前記第１および第２の画素群毎に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装置。
前記光遮断手段は、光遮蔽膜あるいはミラーであることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
前記透明自発光型表示装置は、エレクトロルミネセンス表示装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の三次元表示装置。