JP2004294848A - 三次元表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】右目用の視差像と左目用の視差像を表示する表示装置と、観察者の右目の眼前に設けられる第1の二焦点レンズと、観察者の左目の眼前に設けられる第2の二焦点レンズと、同期装置とを備え、同期装置は、第1及び第2の二焦点レンズの焦点距離を一方の焦点距離に切り替えたときに表示装置に表示される右目用及び左目用の視差像の輝度と、第1及び第2の二焦点レンズの焦点距離を他方の焦点距離に切り替えたときに表示装置に表示される右目用及び左目用の視差像の輝度を、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元表示装置に係わり、特に、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察できる三次元表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
三次元立体像を表示する装置として、二眼式立体表示装置が知られている(例えば、特許文献参照)。
図17は、従来の二眼式立体表示装置の一例を示す図であり、この図17に示す二眼式立体表示装置は、前述の特許文献の図27に記載されている液晶シャッタ眼鏡方式の立体表示装置である。
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(602,603)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。
ここで、二次元表示装置605がカメラ603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。
【0003】
なお、本願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【特許文献】
特許第3022558号公報
【非特許文献】
「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」(岡野、小林共編、培風館)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図17に示す液晶シャッタ眼鏡方式は、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、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。
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、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能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。
【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。
即ち、本発明は、右目用の視差像と、左目用の視差像を表示する表示装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に切替可能な第1の二焦点レンズと、前記観察者の左目の眼前に設けられ、焦点距離を第3の焦点距離と第3の焦点距離に切替可能な第2の二焦点レンズと、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離とに切り替え、かつ、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離とに切り替える同期装置とを備える三次元表示装置であって、前記同期装置は、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度と、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第2の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させ、かつ、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度と、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第4の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させる。
【0006】
また、本発明では、前記観察者の右目の眼前に設けられる第1のシャッタ手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられる第2のシャッタとを備え、前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を透過状態、前記第2のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を非透過状態、前記第2のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に時分割で切り替える。
【0007】
また、本発明では、前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられる第1のシャッタ手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられる第2のシャッタとを備え、前記第1および第2の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を透過状態、前記第2のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の方向と第2の方向とに時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を非透過状態、前記第2のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の方向と第2の方向とに時分割で切り替える。
【0008】
また、本発明では、前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する第1の手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する第2の手段とを備え、前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、前記同期装置は、前記偏光切替器を制御し、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の偏光方向に切り替えるとともに、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第2の偏光方向に切り替えるとともに、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に時分割で切り替える。
【0009】
また、本発明では、前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する第1の手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する第2の手段とを備え、前記表示装置は、偏光方向が第1の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第2の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、前記同期装置は、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に時分割で切り替え、かつ、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に時分割で切り替える。
【0010】
また、本発明では、前記第1の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第1の偏光切替装置と、前記第2の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第2の偏光切替装置と、前記第1の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する第1の手段と、前記第2の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する第2の手段とを備え、前記第1および第2の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、前記表示装置は、偏光方向が第1の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第2の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、前記同期装置は、前記第1および第2の偏光切替器を制御し、前記第1および第2の偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の偏光方向と第2の偏光方向に時分割で切り替える。
また、本発明では、前記観察者がかけるメガネを備え、前記メガネは、左右のレンズとして、前記第1および第2の可変焦点レンズを有する。
【0011】
本発明によれば、観察者が、第1および第2の二焦点レンズが左右のレンズとして取り付けられたメガネをかけるなどの方法により、観察者の右目の眼前に第1の二焦点レンズと、前記観察者の左目の眼前に第2の二焦点レンズとを配置し、前述の特許文献に記載されているDFD(Depth Fused 3−D)方式の三次元表示装置の原理を適用し、右目用及び左目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように、観察者に知覚させるようにしたので、従来の二眼式立体表示装置で問題となっていた眼精疲労などを軽減することが可能となる。
【0012】
【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。
図1は、本発明の基本となる三次元表示装置の概略構成を示す図である。
図1に示す三次元表示装置は、表示装置200と、観察者100の右目の眼前に配置される第1の二焦点レンズ131と、観察者100の左目の眼前に配置される第2の二焦点レンズ132と、同期装置210とを備える。ここで、表示装置200は、右目用の視差像(二次元像)と、左目用の視差像を表示する。
ここで、第1の二焦点レンズ131は、焦点距離を、第1の焦点距離と第2の焦点距離とに切り替えることができ、また、第2の二焦点レンズ132は、焦点距離を、第3の焦点距離と第4の焦点距離とに切り替えることができる。
第1の二焦点レンズ131と第2の二焦点レンズ132とは、例えば、図1に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者100は、このメガネをかけて表示装置200を観察する。
【0013】
図2は、従来の二眼式立体表示装置における三次元立体像の奥行き位置と、右目用および左目用の視差像におけ表示装置上の位置を示す模式図であり、同図において、10は表示装置200の表示面、11は、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置を表す。
この図2において、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置11の中の位置x0の画素の、観察者100が実際に観察する表示装置200の表示面10の位置は、右目用の視差像では21の位置で、左目用の視差像では22の位置となる。
このように、従来の二眼式立体表示装置では、立体視の生理的要因の中で、両眼視差と輻輳はほぼ満足できるが、右目用及び左目用の視差像の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。なお、図2において、dR、dLを視差量とすると、位置x0、位置x0の奥行き位置z0、視距離(観察者と表示装置の表示面との間の距離)D、観察者の両眼間隔Eとの間には、下記(1)、(2)式の関係がある。
【数1】
dL=z0×(E/2−x0)/(D−z0) ・・・・・・・・ (1)
dR=z0×(E/2+x0)/(D−z0) ・・・・・・・・ (2)
【0014】
この問題点を解決するために、本実施の形態の三次元表示装置では、前述の特許文献に記載されているDFD(Depth Fused 3−D)方式の三次元表示装置の原理を適用し、右目用及び左目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように、観察者に知覚させて、従来の二眼式立体表示装置で問題となっていた眼精疲労などを軽減するものである。
以下、本実施の形態の三次元表示装置について説明するが、初めに、DFD(Depth Fused 3−D)方式の三次元表示装置の原理について説明する。
図3は、DFD方式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。
DFD方式の三次元表示装置では、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。
【0015】
以下、図3ないし図8を用いて、DFD方式の三次元表示装置の表示原理について説明する。
図4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。
そして、図3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。
【0016】
DFD方式の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5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。
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6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。
【0017】
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7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8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。
【0018】
図9に示すように、本実施の形態の三次元表示装置では、同期装置210により、観察者100の右目の眼前に配置された第1の二焦点レンズ131の焦点距離を、時分割で2段階に変化させ、表示装置200に表示された二次元像を結像面1021と結像面1022とに結像させる。
そして、同期装置210により、表示装置200に表示された二次元像を結像面1021に結像させる時に、表示装置200に第1の視差像を表示し、また、表示装置200に表示された二次元像を結像面1022に結像させる時に、表示装置200に第2の視差像を表示する。この動作を人間の目の残像時間内に行う。
ここで、第1の視差像と第2の視差像は、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像である。
この場合、位置x0の奥行き位置は、前述の(1)、(2)式により求めることができる。
【0019】
前述したように、DFD方式の三次元表示装置の重要な要点は、2D化像(105,106)の各々の輝度を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、3次元物体104の奥行き位置に対応して変えることである。
したがって、前述したように、第1の視差像と第2の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200(即ち、結像面(1021,1022))に表示することにより、観察者100には、右目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように知覚される。
即ち、第1の視差像と第2の視差像として、右目用の視差像の輝度を一対一に分割した画像を表示装置200に表示することにより、観察者100には、結像面(1021,1022)の中間付近に、右目用の視差像のピント面があるように感じられる。
【0020】
ここで、右目用の視差像の輝度の分割比率を変化させることにより、観察者100に感じられる右目用の視差像のピント面は、結像面1021から結像面1022の間で変化させることができる。
また、左目用の視差像についても、右目用の視差像と同様に表示する。
これにより、観察者100には、右目用および左目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように感じられるので、本実施の形態の三次元表示装置では、従来の二眼式立体表示装置で問題となっていた眼精疲労などを軽減することができ、これにより、多人数の人が同時に長時間、三次元立体像を観察することが可能となる。
【0021】
以下、本発明の実施の形態の三次元表示装置について説明する。
図10は、本発明の実施の形態の三次元表示装置の一例の概略構成を示す図である。
図10に示す三次元表示装置は、第1の二焦点レンズ131の表示装置側に第1のシャッタ装置141が配置され、また、第2の二焦点レンズ132の表示装置側に第2のシャッタ装置142が配置されている点で、図1に示す三次元表示装置と相異する。
図10に示す三次元表示装置では、表示装置200が、右目用の視差像および左目用の視差像を交互に表示し、それに合わせて、同期装置210は、表示装置200が右目用の視差像を表示するときに、第1のシャッタ装置141を透過状態、第2のシャッタ装置142を非透過状態となし、また、表示装置200が左目用の視差像を表示するときに、第2のシャッタ装置142を透過状態、第1のシャッタ装置141を非透過状態となす。
【0022】
また、同期装置210は、表示装置200が右目用の視差像を表示するときに、第1の二焦点レンズ131の焦点距離を2段階に時分割で変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)に表示させる。
また、同期装置210は、表示装置200が左目用の視差像を表示するときに、第2の二焦点レンズ132の焦点距離を2段階に時分割で変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。
なお、図10に示す三次元表示装置において、第1および第2のシャッタ装置(141,142)は、第1および第2の二焦点レンズ(131,132)の観察者側に設置してもよい。
【0023】
図11は、本発明の実施の形態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11に示す三次元表示装置は、表示装置200の観察者側に偏光切替装置135が配置されるとともに、第1の二焦点レンズ131と第2の二焦点レンズ132が、偏光型二焦点レンズ(133,134)である点で図10に示す三次元表示装置と相異する。
偏光型二焦点レンズ(133,134)は、入射される光の偏光方向により焦点距離が2段階に変化するレンズであり、入射される光の偏光方向により、図9に示すように、表示置200に表示された二次元像を、第1の結像面1021と第2の結像面1022とに結像させることができる。
図11に示す三次元表示装置では、表示装置200が、右目用の視差像および左目用の視差像を交互に表示し、同期装置210は、表示装置200が右目用の視差像を表示するときに、第1のシャッタ装置141を透過状態、第2のシャッタ装置142を非透過状態となし、また、表示装置200が左目用の視差像を表示するときに、第2のシャッタ装置142を透過状態、第1のシャッタ装置141を非透過状態となす。
【0024】
また、同期装置210は、表示装置200が右目用の視差像を表示するときに、偏光切替装置135を制御し、偏光切替装置135から出力される右目用の視差像の偏光方向を第1の偏光方向と、第2の偏光方向に時分割で切り替えて、偏光型二焦点レンズ133の焦点距離を時分割で2段階に変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。
また、同期装置210は、表示装置200が左目用の視差像を表示するときに、偏光切替装置135を制御し、偏光切替装置135から出力される右目用の視差像の偏光方向を第1の偏光方向と、第2の偏光方向に時分割で切り替えて、偏光型二焦点レンズ134の焦点距離を時分割で2段階に変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。
なお、図11に示す三次元表示装置において、第1および第2のシャッタ装置(141,142)は、偏光型二焦点レンズ(133,134)の観察者側に設置してもよい。
【0025】
図12は、図11に示す偏光型二焦点レンズ(133,134)の一例の概略構成を示す図である。
図12に示す偏光型二焦点レンズは、同図(a)、(b)に示すように、固定焦点レンズ301と、複屈折領域302とから構成される。
ここで、固定焦点レンズ301は、例えば、図12(b)に示すガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、または、図12(a)に示すガラスあるいはプラスチック製の凹レンズ、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるレンズ系、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるミラー系等により構成される。
また、複屈折領域302、例えば、液晶やPLZT等からなる複領域屈折性を有する媒体で構成される。
【0026】
ここで、固定焦点レンズ301の屈折率をn1とし、入射光の第1の偏光方向、並びに、第2の偏光方向における、複屈折領域302の屈折率を、それぞれn21、n22とする。
例えば、複屈折領域302から光を入射した場合、入射光の偏光方向に応じてそれぞれに屈折率n21、n22を感じて進行した後、屈折率n1の固定焦点レンズ301と接することになる。
したがって、出射光は、入射光の偏光状態に応じて異なった位置に結像する。即ち、偏光方向により焦点距離が相違する二焦点レンズとして動作する。
逆に、固定焦点レンズ301側から入射した場合にも、同様に固有偏光方向に応じた屈折率により、二つの結像面に分離して結像する。
なお、図12に示すように、複屈折領域302が液晶の場合、配向膜303を付け加えることにより、複屈折領域302側から入射した光に対して、面内均一な分離を得ることができる。
【0027】
また、図12に示す偏光型二焦点レンズにおいて、固定焦点レンズ301がない場合でも、複屈折領域302の片面あるいは両面が、図12に示すような、レンズ形状やプリズム形状をしている場合には、同様な効果がある。
さらに、複屈折性を有する媒体としては、液晶が屈折率異方性が大きいために有益であり、その種類としては通常のネマティック液晶の他、例えば、高分子分散型液晶、ホログラフィック高分子分散型液晶、高分子液晶、スメクティック液晶、強誘電液晶、高分子安定化強誘電液晶などがある。
さらに、液晶以外でも高分子材料の主軸を揃えて形成することにより複屈折性を得ることができることは明らかである。
本実施の形態の偏光切替装置135としては、例えば、電界や電圧により複屈折性を変化できる媒質(例えば、液晶やPLZT等)を用いた装置がよく知られている。液晶を用いた装置としては、例えば、前述の非特許文献などに多くの種類が記載されている。
【0028】
図13は、本発明の実施の形態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に示す三次元表示装置は、表示装置200の観察者側に偏光切替装置135が配置されるとともに、第1の二焦点レンズ131の表示装置側に、第1の直線偏光子151が配置され、また、第2の二焦点レンズ132の表示装置側に第2の直線偏光子152が配置されている点で、図1に示す三次元表示装置と相異する。
図13に示す三次元表示装置では、表示装置200が、右目用の視差像および左目用の視差像を交互に表示し、それに合わせて、同期装置210が、偏光切替装置135を制御し、偏光切替装置135から出力される右目用の視差像の偏光方向を第1の偏光方向に、偏光切替装置135から出力される左目用の視差像の偏光方向を第2の偏光方向に切り替える。
また、直線偏光子151は、偏光方向が第1の方向であり、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する。
同様に、直線偏光子152は、偏光方向が第2の方向であり、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する。
【0029】
また、同期装置210は、表示装置200が右目用の視差像を表示するときに、第1の二焦点レンズ131の焦点距離を2段階に時分割で変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。
また、同期装置210は、表示装置200が左目用の視差像を表示するときに、第2の二焦点レンズ132の焦点距離を2段階に時分割で変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200(即ち、結像面(1021,1022)に)に表示させる。
なお、図13に示す三次元表示装置において、第1および第2の直線偏光子(151,152)は、第1および第2の二焦点レンズ(131,132)の観察者側に設置してもよい。
また、図10、図11、図13に示す三次元表示装置において、表示装置200としては、例えば、CRT、液晶ディスプレイ、LEDディスプレイ、EL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が使用される。
【0030】
図14は、本発明の実施の形態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に示す三次元表示装置では、表示装置200が、偏光方向が第1の方向である右目用の視差像と、偏光方向が第2の方向である左目用の視差像を同時に表示するとともに、第1の二焦点レンズ131の表示装置側に、第1の直線偏光子151が配置され、また、第2の二焦点レンズ132の表示装置側に第2の直線偏光子152が配置されている点で、図1に示す三次元表示装置と相異する。
図14に示す表示装置200の一例を図15に示す。
図15に示す表示装置200は、第1および第2のプロジェクタ型二次元表示装置(例えば、CRT型、LCD型、ILV型、DMD型など)(161,162)と、スクリーン163とで構成される。
ここで、スクリーン163は、透過型のスクリーン、あるいは、反射型のスクリーンのどちらでもよい。
【0031】
スクリーン163が透過型のスクリーンの場合は、第1および第2のプロジェクタ型二次元表示装置(161,162)が、スクリーン163の、観察者と反対側に配置され、スクリーン163が反射型のスクリーンの場合は、第1および第2のプロジェクタ型二次元表示装置(161,162)が、スクリーン163の観察者側に配置される。
第1のプロジェクタ型二次元表示装置161は、偏光方向が第1の方向の第3直線偏光子153を有し、右目用の視差像として、偏光方向が第1の方向の視差像をスクリーン163に投影する。
第2のプロジェクタ型二次元表示装置162は、偏光方向が第2の方向の第4直線偏光子154を有し、左目用の視差像として、偏光方向が第2の方向の視差像をスクリーン163に投影する。
また、直線偏光子151は、偏光方向が第1の方向であり、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する。
同様に、直線偏光子152は、偏光方向が第2の方向であり、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する。
【0032】
また、同期装置210は、第1の二焦点レンズ131の焦点距離を2段階に時分割で変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。
また、同期装置210は、第2の二焦点レンズ132の焦点距離を2段階に時分割で変化させるとともに、第1の視差像と第2の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。
なお、図14に示す三次元表示装置において、第1および第2の直線偏光子(151,152)は、第1および第2の二焦点レンズ(131,132)の観察者側に設置してもよい。
【0033】
図16は、本発明の実施の形態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16に示す三次元表示装置は、第1の二焦点レンズ131と第2の二焦点レンズ132が、偏光型二焦点レンズ(133,134)であり、偏光型二焦点レンズ133と直線偏光子151との間に第1の偏光切替装置136が配置され、かつ、偏光型二焦点レンズ134と第2の直線偏光子152との間に第2の偏光切替装置137が配置される点で図14に示す三次元表示装置と相異する。
図16に示す三次元表示装置でも、表示装置200が、偏光方向が第1の方向である右目用の視差像と、偏光方向が第2の方向である左目用の視差像を同時に表示する。
そして、同期装置210は、第1の偏光切替装置136と、第2の偏光切替装置137とを制御し、第1および第2の偏光切替装置(136,137)から出力される視差像の偏光方向を第1の偏光方向と、第2の偏光方向に時分割で切り替えるとともに、右目用および左目用の第1の視差像と第2の視差像として、右目用および左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置(図2の11)に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置200に(即ち、結像面(1021,1022)に)表示させる。なお、図16に示す三次元表示装置において、偏光型二焦点レンズ(133,134)として、図12に示すものが、また、表示装置200として、図15に示す表示装置が使用可能である。
【0034】
なお、前述の説明では、第1および第2の二焦点レンズ(131,132)、または、偏光型二焦点レンズ(133,134)を、観察者100の眼前に配置する方法として、第1および第2の二焦点レンズ(131,132)、または、偏光型二焦点レンズ(133,134)が左右のレンズとして取り付けられたメガネを用意し、観察者100が、このメガネをかける方法を採用したが、第1および第2の二焦点レンズ(131,132)を、観察者100の眼前に配置する方法は、これに限定されるものではなく、その他の方法を用いてもよい。
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。
【0035】
【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。
本発明の三次元表示装置によれば、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本となる三次元表示装置の基本構成を示す図である。
【図2】従来の二眼式立体表示装置における三次元立体像の奥行き位置と、右目用および左目用の視差像におけ表示装置上の位置を示す模式図である。
【図3】DFD方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図4】DFD方式の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5】DFD方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図6】DFD方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図7】DFD方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図8】DFD方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図9】本発明の実施の形態の三次元表示装置において、第1および第2の二焦点レンズによる結像面を示す図である。
【図10】本発明の実施の形態の三次元表示装置の一例の概略構成を示す図である。
【図11】本発明の実施の形態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12】図11、図16に示す偏光型二焦点レンズの一例の概略構成を示す図である。
【図13】本発明の実施の形態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】本発明の実施の形態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15】図14に示す表示装置の一例を示す図である。
【図16】本発明の実施の形態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17】従来の二眼式立体表示装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
10…表示装置の表示面、11…右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置、21…観察者が実際に観察する右目用の視差像の表示装置の表示面の位置、22…観察者が実際に観察する左目用の視差像の表示装置の表示面の位置、100,607…観察者、101,102…表示面、103…光学系、104,601…三次元物体、105,106…2D化像、131,132…二焦点レンズ、133,134…偏光型二焦点レンズ、135,136,137…偏光切替装置、141,142…シャッタ装置、151〜154…直線偏光子、200…表示装置、210…同期装置、161,162…プロジェクタ型二次元表示装置、163…スクリーン、301…固定焦点レンズ、302…複屈折領域、303…配向膜、602,603…カメラ、604…映像信号変換装置、605…CRT表示装置、606…液晶シャッタ眼鏡、1021,1022…結像面。
Claims (7)
- 右目用の視差像と、左目用の視差像を表示する表示装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に切替可能な第1の二焦点レンズと、
前記観察者の左目の眼前に設けられ、焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に切替可能な第2の二焦点レンズと、
前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離とに切り替え、かつ、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離とに切り替える同期装置とを備える三次元表示装置であって、
前記同期装置は、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度と、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第2の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させ、かつ、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度と、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第4の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させることを特徴とする三次元表示装置。 - 前記観察者の右目の眼前に設けられる第1のシャッタ手段と、
前記観察者の左目の眼前に設けられる第2のシャッタとを備え、
前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、
前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を透過状態、前記第2のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を非透過状態、前記第2のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に時分割で切り替えることを特徴とする請求項1に記載の三次元表示装置。 - 前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、
前記観察者の右目の眼前に設けられる第1のシャッタ手段と、
前記観察者の左目の眼前に設けられる第2のシャッタとを備え、
前記第1および第2の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、
前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、
前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を透過状態、前記第2のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の方向と第2の方向とに時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第1のシャッタ手段を非透過状態、前記第2のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の方向と第2の方向とに時分割で切り替えることを特徴とする請求項1に記載の三次元表示装置。 - 前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する第1の手段と、
前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する第2の手段とを備え、
前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、
前記同期装置は、前記偏光切替器を制御し、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の偏光方向に切り替えるとともに、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第2の偏光方向に切り替えるとともに、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に時分割で切り替えることを特徴とする請求項1に記載の三次元表示装置。 - 前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する第1の手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する第2の手段とを備え、
前記表示装置は、偏光方向が第1の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第2の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、
前記同期装置は、前記第1の二焦点レンズの焦点距離を第1の焦点距離と第2の焦点距離に時分割で切り替え、かつ、前記第2の二焦点レンズの焦点距離を第3の焦点距離と第4の焦点距離に時分割で切り替えることを特徴とする請求項1に記載の三次元表示装置。 - 前記第1の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第1の偏光切替装置と、
前記第2の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第2の偏光切替装置と、
前記第1の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第1の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第2の偏光方向の光を遮断する第1の手段と、
前記第2の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第2の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第1の偏光方向の光を遮断する第2の手段とを備え、
前記第1および第2の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、
前記表示装置は、偏光方向が第1の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第2の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、
前記同期装置は、前記第1および第2の偏光切替器を制御し、前記第1および第2の偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第1の偏光方向と第2の偏光方向に時分割で切り替えることを特徴とする請求項1に記載の三次元表示装置。 - 前記観察者がかけるメガネを備え、
前記メガネは、左右のレンズとして、前記第1および第2の可変焦点レンズを有することを特徴とする請求項1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。
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