JP2004336290A

JP2004336290A - Three-dimensional display device

Info

Publication number: JP2004336290A
Application number: JP2003128047A
Authority: JP
Inventors: Shiro Suyama; 史朗陶山; Munekazu Date; 宗和伊達; Hideaki Takada; 英明高田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent occurrence of moire in a three-dimensional display device provided with a plurality of display optical elements arranged in different depth positions viewed from an observer. <P>SOLUTION: The three-dimensional display device is provided with a plurality of display optical elements arranged in the different depth positions viewed from the observer. Each display optical element has a plurality of pixels. At least one of a plurality of the display optical elements is provided with a wall which is arranged on a surface of an observer side of the display optical element and is not parallel to the surface of the observer side of the display optical element and a diffusion plate arranged nearer to the observer side rather than the wall. The wall is composed of a material through which light cannot be transmitted or which reflects light. The wall is arranged at a right angle to the surface of the display optical element. The wall is arranged at a boundary of all pixels including red, green and blue sub-pixels of the display optical element. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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１４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、表示分解能を低下させることなく、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。
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、観察者に近い側に配置され、表示用光学素子の表面に平行でない壁と、前記壁より観察者側に近い側に配置される拡散板とを備え、前記壁は、光が不透過、あるいは光を反射する材質で構成される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁は、表示用光学素子の表面に垂直に配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁の厚さを、前記壁の周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えない厚さとする。
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁は、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全ての画素の境界に配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁は、前記壁の周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えないような周期構造で配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記拡散板の拡散度を、前記観察者から見て前記拡散板の奥にあり、かつ、壁の間にある構造を前記観察者が認識できない拡散度とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記拡散板は、偏光を保存する。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁と前記拡散板とを接触して配置する。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁と前記拡散板とを、前記壁の厚さが前記観察者側から見て分からなくなる間隔をおいて配置する。
【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、複数の画素を備え、前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、観察者に近い側に配置されるオプティカルファイバプレートとを備える。
本発明の好ましい実施の形態では、前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の表面に垂直である。
本発明の好ましい実施の形態では、前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全て画素毎に配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、前記各ファイバの周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えないような周期構造で配置される。
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は、本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の概略構成を示す要部断面図である。
図１に示す表示用光学素子１１では、表示用光学素子１１の前面に壁１２と拡散板１３とが配置される。
ここで、拡散板１３は、観察者から見て拡散板１３の奥にあり、かつ、壁１２の間にある構造を観察者が認識できない程度に、拡散度を強くする。
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。
なお、図１に示す表示用光学素子１１では、壁１２の厚さが厚くなると、モアレが少し見えるようになるので、壁１２の厚さは、モアレが見えなくなるように充分薄くする必要がある。
【０００９】
また、壁１２は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む全ての画素１０の境界で、表示用光学素子１１の表面に垂直に配置される。
そのため、各画素１０から出射される光は、隣接する画素から出射される光と混合されることがないので、画素１０の輪郭がボケることもない。したがって、表示分解能（あるいは、解像度）が低下せず、しかも、近くから見てもカラー分離せず、表示用光学素子１１に表示される２次元像が見やすくなる。
さらに、本実施の形態では、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各サブピクセルから構成される各画素１０から出射される光は、拡散板１３で混合されるので、本実施の形態では、表示用光学素子１１が、例えば、カラーフィルターを有する液晶表示装置などの場合、カラーフィルターによるモアレを防止することができる。
また、通常、表示用光学素子１１は、一対のガラス基板で挟まれる構造とされるので、図２に示すように、壁１２は、一対のガラス基板（２０，２１）の一方のガラス基板２０上に配置される。
【００１０】
図３は、本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
図３に示す表示用光学素子１１は、図３に示すように、壁１２と拡散板１３とを接触させて配置せずに、壁１２と拡散板１３とを所定の間隔をおいて配置した点で、図１に示す表示用光学素子と相異するが、その他の構成は、図１に示す表示用光学素子１１と同じである。
図３に示す表示用光学素子１１においても、拡散板１３は、観察者から見て拡散板１３の奥にあり、かつ、壁１２の間にある構造を観察者が認識できない程度に、拡散度を強くする。
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。
【００１１】
図３に示す表示用光学素子１１でも、壁１２は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む全ての画素１０の境界で、表示用光学素子１１の表面に垂直に配置されるので、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各サブピクセルから構成される各画素から出射される光は、拡散板１３で混合され、さらに、壁１２と拡散板１３との間に隙間があるため、壁１２の厚みに起因する構造をぼけさせることができる。
したがって、本実施の形態では、表示用光学素子１１が、例えば、カラーフィルターを有する液晶表示装置などの場合、カラーフィルターによるモアレと、壁１２の厚みによるモアレを防止することができる。
但し、本実施の形態では、壁１２と拡散板１３との間に隙間があるため、各画素から出射される光は、隣接する画素から出射される光とわずかに混合するため、画素の輪郭が、ほんの少しボケることになる。
また、通常、表示用光学素子１１は、一対のガラス基板で挟まれる構造とされるので、図３に示す表示用光学素子１１においても、前述したように、壁１２は、一対のガラス基板の一方のガラス基板上に配置される。
【００１２】
図４は、本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
図４に示す表示用光学素子１１では、表示用光学素子１１の前面に、オプティカルファイバプレート１５とが配置される。
ここで、オプティカルファイバプレート１５を構成する各ファイバは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む１つの画素毎に、表示用光学素子１１の表面に垂直に配置される。
そのため、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各サブピクセルから構成される各画素１０から出射される光は、オプティカルファイバプレート１５で混合される。
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。
この場合に、隣接する各画素１０から出射される光は、オプティカルファイバプレート１５で混合されることがないので、画素の輪郭がボケることもない。
このため、表示分解能（あるいは、解像度）が低下せず、しかも、近くから見てもカラー分離せず、表示用光学素子１１に表示される２次元像が見やすくなる。
また、本実施の形態においても、表示用光学素子１１が、例えば、カラーフィルターを有する液晶表示装置などの場合、カラーフィルターによるモアレを防止することができる。
【００１３】
なお、本実施の形態において、画素１０の形状を、ヘキサ構造（６角形形状）にすることにより、開ロ率が向上し、さらに、モアレがゆがんで見えにくくすることが可能である。
また、通常、表示用光学素子１１は、一対のガラス基板で挟まれる構造とされるので、図４に示す表示用光学素子１１においても、前述したように、オプティカルファイバプレート１５は、一対のガラス基板の一方のガラス基板上に配置される。
なお、前述の図１ないし図４に示す表示用光学素子１１では、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む１つの画素毎に、壁１２、あるいは、オプティカルファイバプレート１５の各ファイバを配置した場合について説明したが、壁１２、あるいは、オプティカルファイバプレート１５の各ファイバは、１画素以外、例えば、０．８画素、１．３画素、２画素毎に配置した場合でも同様な効果があることはいうまでもない。
【００１４】
［実施の形態１］
図５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５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４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。
【００１５】
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５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４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。
また、本実施の形態では、画素の輪郭がボケることがないので、表示分解能（あるいは、解像度）を低下させることなく、立体表示を行うことが可能となる。
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。
【００１６】
［実施の形態２］
図６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６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、光学素子としては、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６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。
【００１７】
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（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の３次元表示装置である。
以下、図６〜図１１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７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６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。
【００１８】
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８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９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。
【００１９】
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１０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１１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。
【００２０】
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４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６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４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。
また、本実施の形態でも、画素の輪郭がボケることがないので、表示分解能（あるいは、解像度）を低下させることなく、立体表示を行うことが可能となる。
【００２１】
図１２は、図６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１２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、カラーフィルター（図示せず）も設けられる。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、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１２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。
【００２２】
［実施の形態２の変形例］
図１３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１３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２１３１を有する。
即ち、図１３に示す３次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３１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２１３１の後方（偏光板２１３１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、カラーフィルター（図示せず）も設けられる。
図１３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６〜図１１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。
【００２３】
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２１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１２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１３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（２０３，２１３１）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。
その上、図１〜図３に示す表示用光学素子１１の拡散板１３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、拡散板１３により偏光が変化しない（即ち、拡散板１３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でき、高コントラスト比を得ることが可能となる。
【００２４】
また、図１３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１２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１３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】
なお、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。
なお、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、各透過型表示装置（１０１，１０２）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。
【００２６】
なお、前述の各実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１に示す表示用光学素子である場合に、壁１２の厚さが厚くなると、モアレが少し見えるようになるので、壁１２の厚さは、壁１２の周期構造と、少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、観察者に見えない厚さとする必要がある。
また、前述の各実施の形態において、壁１２を、壁１２の周期構造と、少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、観察者に見えないような周期構造で配置することで、観察者にモアレが観察に見えなくすることが可能である。
さらに、前述の各実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図４に示す表示用光学素子である場合に、オプティカルファイバプレート１５を構成する各ファイバを、例えば、ヘキサ構造（６角形形状）等のような周期構造で配置することにより、各ファイバの周期構造と、少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレがゆがんで、前記観察者に見えにくく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。
【００２７】
【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、表示分解能を低下させることなく、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】本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の概略構成を示す要部断面図である。
【図２】図１に示す表示用光学素子の変形例の概略構成を示す要部断面図である。
【図３】本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
【図４】本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
【図５】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６】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７】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８】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】図６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１３】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１４】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、１２…壁、１３…拡散板、１５…オプティカルファイバプレート、２０，２１…ガラス基板、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…光源、２０１，２０２…液晶表示パネル、２０３，２１３，２０３１，２１３１…偏光板。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional display device having 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 occurrence of moire.
[0002]
[Prior art]
There is known a three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image to an observer by arranging a plurality of transmissive display devices (for example, liquid crystal display devices) at different depth positions as viewed from the observer ( (See Patent Documents 1 and 2 below)
In the transmissive display device used for these three-dimensional display devices, as shown in FIG. 14, a plurality of pixels 10 are arranged such that the positions of the centers of gravity of the plurality of pixels 10 are periodic.
Therefore, in the three-dimensional display devices described in the above-mentioned patent documents, there is a problem that pixel patterns of the transmissive display devices interfere with each other and moire (interference fringes) is generated.
In order to prevent the occurrence of moire, Patent Document 2 described above discloses that a diffusion plate is arranged between a plurality of transmissive display devices.
[0003]
Prior art documents related to the present invention include the following.
[Patent Document 1]
JP 2001-54144 A [Patent Document 2]
Patent No. 3335998 specification
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of preventing the occurrence of moiré by using a diffusion plate as described in Patent Document 2 described above causes the image to be blurred and the display resolution to be reduced, or the light to be diffused, so that the brightness in the front becomes dark. There was a problem that would.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional display device having a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer. It is an object of the present invention to provide a display device with a technology capable of preventing the occurrence of moire without lowering the display resolution.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
The present invention is a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer, wherein each of the display optical elements has a plurality of pixels, At least one of the display optical elements is provided with a wall which is arranged on the side close to the observer and is not parallel to the surface of the display optical element, and a diffusion plate which is arranged on the side closer to the observer side than the wall. The wall is made of a material that does not transmit light or reflects light.
In a preferred embodiment of the present invention, the wall is arranged perpendicular to the surface of the display optical element.
In a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the wall is determined by a periodic structure of the wall and a pixel structure in a display optical element other than the at least one display optical element, or red, green, and blue sub-pixels. Moire generated by the periodic structure including the structure has a thickness that cannot be seen by the observer.
[0006]
In a preferred embodiment of the invention, the wall is located at the boundary of all pixels of the display optical element, including the red, green and blue sub-pixels.
In a preferred embodiment of the present invention, the wall includes a periodic structure of the wall and a pixel structure in a display optical element other than the at least one display optical element, or a red, green, and blue subpixel structure. The moiré generated by the periodic structure is arranged in a periodic structure that is invisible to the observer.
In a preferred embodiment of the present invention, the diffusivity of the diffuser is set to a diffusivity that cannot be recognized by the observer in a structure located in the back of the diffuser when viewed from the observer and between the walls. .
In a preferred embodiment of the present invention, the diffuser preserves polarized light.
In a preferred embodiment of the present invention, the wall and the diffusion plate are arranged in contact with each other.
In a preferred embodiment of the present invention, the wall and the diffusion plate are arranged at an interval at which the thickness of the wall cannot be seen from the observer side.
[0007]
Further, the present invention is a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer, wherein each of the display optical elements includes a plurality of pixels, At least one of the plurality of display optical elements includes an optical fiber plate disposed on the side closer to the viewer.
In a preferred embodiment of the present invention, each fiber constituting the optical fiber plate is perpendicular to the surface of the display optical element.
In a preferred embodiment of the present invention, the fibers constituting the optical fiber plate are all arranged for each pixel including red, green and blue sub-pixels of the display optical element.
In a preferred embodiment of the present invention, each fiber constituting the optical fiber plate has a periodic structure of each fiber and a pixel structure in a display optical element other than the at least one display optical element, or a red or green structure. , And moiré caused by the periodic structure including the blue sub-pixel structure are arranged in a periodic structure that is invisible to the observer.
Further, in the present invention, the two-dimensional image displayed on each of the display optical elements, for each display optical element arranged at a different depth position viewed from the observer, the display target object is It is a two-dimensional image projected from the line of sight of the observer, and the luminance seen from the observer in the two-dimensional image displayed on each of the display optical elements according to the depth position of the display target object. It is characterized by being changed independently.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.
[Structure of display optical element applied to three-dimensional display device of present embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of an example of a display optical element applied to the three-dimensional display device of each embodiment of the present invention.
In the display optical element 11 shown in FIG. 1, a wall 12 and a diffusion plate 13 are arranged on the front surface of the display optical element 11.
Here, the diffusion plate 13 has a degree of diffusion that is deep inside the diffusion plate 13 as viewed from the observer and that the structure between the walls 12 cannot be recognized by the observer.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 1 and another display optical element are stacked, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. Moire (interference fringes) can be prevented from occurring.
In the display optical element 11 shown in FIG. 1, when the thickness of the wall 12 increases, moiré becomes slightly visible. Therefore, the thickness of the wall 12 needs to be sufficiently thin so that moiré cannot be seen. .
[0009]
The wall 12 is disposed perpendicular to the surface of the display optical element 11 at the boundary of all the pixels 10 including the red (R), green (G), and blue (B) subpixels.
Therefore, the light emitted from each pixel 10 is not mixed with the light emitted from an adjacent pixel, so that the outline of the pixel 10 is not blurred. Therefore, the two-dimensional image displayed on the display optical element 11 can be easily viewed without lowering the display resolution (or the resolution) and without causing color separation even when viewed from near.
Further, in the present embodiment, light emitted from each pixel 10 composed of red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels is mixed by the diffusion plate 13, In the embodiment, when the display optical element 11 is, for example, a liquid crystal display device having a color filter, it is possible to prevent moire caused by the color filter.
Further, since the display optical element 11 is usually structured to be sandwiched between a pair of glass substrates, as shown in FIG. 2, the wall 12 is formed of one of the pair of glass substrates (20, 21). Placed on top.
[0010]
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of another example of the display optical element applied to the three-dimensional display device of each embodiment of the present invention.
In the display optical element 11 shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3, the wall 12 and the diffusion plate 13 are not arranged in contact with each other, but the wall 12 and the diffusion plate 13 are arranged at a predetermined interval. This is different from the display optical element shown in FIG. 1 in the point, but the other configuration is the same as the display optical element 11 shown in FIG.
Also in the display optical element 11 shown in FIG. 3, the diffusion plate 13 has a degree of diffusion that is deep inside the diffusion plate 13 as viewed by the observer and that the structure between the walls 12 cannot be recognized by the observer. To strengthen.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 3 and another display optical element are stacked, the pixel patterns of the display optical element 11 and the other display optical element shown in FIG. Moire (interference fringes) can be prevented from occurring.
[0011]
In the display optical element 11 shown in FIG. 3 as well, the wall 12 is located on the surface of the display optical element 11 at the boundary of all the pixels 10 including the red (R), green (G), and blue (B) subpixels. Since the pixels are arranged vertically, light emitted from each pixel composed of red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels is mixed by the diffusion plate 13, Since there is a gap between the diffusion plate 13 and the diffusion plate 13, the structure caused by the thickness of the wall 12 can be blurred.
Therefore, in the present embodiment, when the display optical element 11 is, for example, a liquid crystal display device having a color filter, it is possible to prevent moire due to the color filter and moire due to the thickness of the wall 12.
However, in the present embodiment, since there is a gap between the wall 12 and the diffusion plate 13, light emitted from each pixel is slightly mixed with light emitted from an adjacent pixel. However, it will be slightly blurred.
In addition, since the display optical element 11 is usually configured to be sandwiched between a pair of glass substrates, the wall 12 is also formed of the pair of glass substrates as described above in the display optical element 11 shown in FIG. It is arranged on one glass substrate.
[0012]
FIG. 4 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of another example of the display optical element applied to the three-dimensional display device of each embodiment of the present invention.
In the display optical element 11 shown in FIG. 4, an optical fiber plate 15 is arranged on the front surface of the display optical element 11.
Here, each fiber constituting the optical fiber plate 15 is arranged perpendicular to the surface of the display optical element 11 for each pixel including red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels. Is done.
Therefore, the light emitted from each pixel 10 including the red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels is mixed by the optical fiber plate 15.
Thereby, even if the display optical element 11 shown in FIG. 4 and another display optical element are stacked, the pixel patterns of the display optical element 11 and other display optical elements shown in FIG. Moire (interference fringes) can be prevented from occurring.
In this case, the light emitted from each adjacent pixel 10 is not mixed by the optical fiber plate 15, so that the outline of the pixel is not blurred.
Therefore, the two-dimensional image displayed on the display optical element 11 can be easily viewed without lowering the display resolution (or the resolution), and without causing color separation even when viewed from close.
Also in the present embodiment, when the display optical element 11 is, for example, a liquid crystal display device having a color filter, it is possible to prevent moiré due to the color filter.
[0013]
In the present embodiment, when the pixel 10 has a hexa structure (hexagonal shape), the aperture ratio can be improved, and furthermore, moire can be distorted to make it difficult to see.
In addition, since the display optical element 11 is usually configured to be sandwiched between a pair of glass substrates, the optical fiber plate 15 also includes the pair of glass substrates as described above in the display optical element 11 shown in FIG. It is disposed on one of the glass substrates.
In the display optical element 11 shown in FIGS. 1 to 4 described above, the wall 12 or the optical fiber is provided for each pixel including the red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels. Although the case where each fiber of the plate 15 is arranged has been described, each fiber of the wall 12 or the optical fiber plate 15 is arranged every other than one pixel, for example, every 0.8 pixels, 1.3 pixels, and every 2 pixels. Needless to say, the same effect is obtained even in the case.
[0014]
[Embodiment 1]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, 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 in front of the observer 100. I 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 transmission type display devices (101, 102) is constituted by the above-described display optical element shown in FIGS.
Here, as the transmissive display device (101, 102), a liquid crystal display device (for example, a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display, a homogeneous liquid crystal display, a ferroelectric liquid crystal display, a guest-host liquid crystal display) , A polymer dispersed liquid crystal display, a holographic polymer dispersed liquid crystal display, or a combination thereof), or an EL display device.
[0015]
Therefore, in the present 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 the present 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, a pixel that controls emitted light by controlling the optical characteristics is a pixel that controls emitted light by controlling the degree of scattering, transmittance, absorptance, 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.
As described above, in the present embodiment, since at least one of the transmission type display devices (101, 102) is the display optical element shown in FIGS. ) Can prevent the occurrence of moire (interference fringes) due to interference of the pixel patterns.
Further, in the present embodiment, since the outline of the pixel is not blurred, it is possible to perform the three-dimensional display without lowering the display resolution (or the resolution).
In the present embodiment, the number of transmissive display devices is not limited to two, and two or more transmissive display devices can be used.
[0016]
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a plurality of transmissive display devices, for example, transmissive display devices (101, 102) (the transmissive display device 101 is The optical system 103 is constructed using various optical elements and the light source 110.
As the transmissive display device (101, 102), a liquid crystal display device (for example, a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display, a homogeneous liquid crystal display, a ferroelectric liquid crystal display, a guest-host liquid crystal display, a 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.
As the optical element, for example, a lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved mirror, a prism, a polarizing element, a wave plate, or the like is used.
The three-dimensional display device shown in FIG. 6 uses a liquid crystal display device as the transmissive display device (101, 102). Therefore, a case where the light source 110 is disposed at the rearmost position when viewed from the observer 100 is described. Show.
[0017]
The three-dimensional display device according to 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. 7, a three-dimensional object 104 to be presented to the observer 100 is viewed from the observer 100 and projected onto the transmissive display device (101, 102) (hereinafter referred to as a “2D image”). 2D images (105, 106).
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 from the line of sight of the observer 100, or combining two or more two-dimensional images photographed from different directions. There are various methods such as a method, a method using a synthesis technique and modeling by computer graphics.
As shown in FIG. 6, the 2D images (105, 106) are viewed from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer 100 to both the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. The images are displayed as 2D images (107, 108) so as to overlap each other.
This can be achieved, for example, by controlling the arrangement of the center position and the center of gravity of each of the 2D images (105, 106) and the enlargement / reduction ratio of each image.
An image viewed by the observer 100 on the apparatus having the above configuration is generated by light transmitted through the 2D image 108 and further transmitted through the 2D image 107.
[0018]
An important point in the present embodiment is that the brightness of the image viewed by the observer 100 is kept constant so as to be the same as the brightness of the three-dimensional object 104 to be displayed. By changing the distribution of the transmittance 108, the depth position of the image felt by the observer 100 is changed.
An example of the change is described below.
Since the drawing is a black-and-white drawing, the one with the lower transmittance is shown darker in the drawing for easy understanding.
For example, when the three-dimensional object 104 is on the transmission type display device 101, as shown in FIG. The transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is set to, for example, the maximum value of the transmissive display device 102.
Next, for example, when the three-dimensional object 104 is slightly away from the observer 100 and 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 type display device 102 is slightly reduced.
[0019]
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and is located at a position closer to the transmission type display device 102 side than the transmission type display device 101, as shown in FIG. The transmittance of the 2D image 107 on the device 101 is further increased, and the transmittance of the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is further reduced.
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 102, as shown in FIG. And the transmittance of the portion of the 2D image 107 on the transmissive display device 101 is set to, for example, the maximum value of the transmissive display device 101.
By displaying in this manner, even if what is displayed is a 2D image (107, 108) due to human physiological or psychological factors or an illusion, the observer 100 is as if to the transmission type display device ( 101, 102), it is felt that the three-dimensional object 104 is located.
That is, for example, when the transmissivity of the portion 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 determined. It is felt that there is a three-dimensional object 104 near the middle.
[0020]
In the present embodiment, at least one of the transmission type display devices (101, 102) is constituted by the above-described display optical element shown in FIGS.
Therefore, in the present 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 the present 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, a pixel that controls emitted light by controlling the optical characteristics is a pixel that controls emitted light by controlling the degree of scattering, transmittance, absorptance, or birefringence.
In FIG. 6, the light source 110 is located 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 required.
As described above, in the present embodiment, since at least one of the transmission type display devices (101, 102) is the display optical element shown in FIGS. ) Can prevent the occurrence of moire (interference fringes) due to interference of the pixel patterns.
Also in this embodiment, since the outline of the pixel is not blurred, it is possible to perform three-dimensional display without lowering the display resolution (or resolution).
[0021]
FIG. 12 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an example of the transmission type display device (101, 102) shown in FIG.
As shown in FIG. 12, the transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 functioning as a polarization variable device and polarizing plates (203, 2031), and the transmissive display device 102 functions as a polarization variable device. And a polarizing plate (213, 2131).
A color filter (not shown) is also provided inside the liquid crystal display panel (201, 202). A light source (backlight) 110 is disposed behind the polarizing plate 213 (on the side of the polarizing plate 213 opposite to the transmissive display device 101).
Since the liquid crystal display panels (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 emission side. As a result, the light transmittance can be changed.
Therefore, by controlling the polarization direction of light passing therethrough for each pixel of the liquid crystal display panel (201, 202), the transmittance can be independently changed for each of the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 202. .
Here, the 2D images (107, 108) displayed on the transmission type display devices (101, 102) are two-dimensional images of color images.
Note that the three-dimensional display device shown in FIG. 12 is also applicable to the three-dimensional display device of the first embodiment.
[0022]
[Modification of Second Embodiment]
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating 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. 13, a transmission type display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 functioning as a polarization changing device and a polarizing plate 203, and a transmission type display device 102 includes a liquid crystal functioning as a polarization changing device. A display panel 202 and a polarizing plate 2131 are provided.
That is, in the three-dimensional display device illustrated in FIG. 13, the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 202 are arranged between the polarizing plate 203 and the polarizing plate 2131.
A light source (backlight) 110 is disposed behind the polarizing plate 2131 (on the side of the polarizing plate 2131 opposite to the transmissive display device 101).
The liquid crystal display panel (201, 202) is a device obtained by removing a polarizing plate from a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display, a homogeneous liquid crystal display, a ferroelectric liquid crystal display, an anti-ferroelectric liquid crystal display, and the like. It is.
Further, a color filter (not shown) is provided inside the liquid crystal display panel (201, 202).
Also in the three-dimensional display device shown in FIG. 13, the brightness of the image viewed from the observer 100 in the 2D image (107, 108) displayed on each transmission type 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.
[0023]
However, in the present embodiment, the polarization direction of each liquid crystal display panel (201, 212) is controlled in consideration of the fact that the polarization direction changes while passing through the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 21. There is a need to do.
As shown in FIG. 12, the liquid crystal display panel 201 provided with polarizing plates (203, 2031) on both sides as the transmissive display device 101, and the polarizers (213, 2131) on both sides as the transmissive display device 102. ) Is used, four polarizing plates (203, 2031, 213, 2131) are inserted in the optical path of the irradiation light from the light source 110. Has the drawback that the transmittance becomes low and the display becomes dark.
On the other hand, in the three-dimensional display device shown in FIG. 13, the liquid crystal display panel (201, 202) is sandwiched between two polarizing plates (203, 2131), thereby preventing the display from becoming dark. be able to.
In addition, when a material having a small birefringence or no birefringence is used as a material of the diffusion plate 13 of the display optical element 11 shown in FIGS. Since the diffusion plate 13 preserves polarized light), it is possible to prevent display characteristics such as a decrease in contrast from deteriorating, and to obtain a high contrast ratio.
[0024]
Further, the three-dimensional display device shown in FIG. 13 has an advantage that the luminance of 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. 12, 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 of each transmissive display device (101, 102) does not change or only decreases.
On the other hand, in the three-dimensional display device shown in FIG. 13, the light amount substantially does not substantially change up to the polarizing plate 203 on the emission side, and only the polarization direction changes in each liquid crystal display panel (201, 202). are doing.
In addition, the polarization directions are substantially added and rotated in each of the liquid crystal display panels (201, 202), and when observed from outside the polarizing plate 203 on the emitting side, the transmitted polarizing direction of the polarizing plate 203 on the emitting side is changed. As a reference, the luminance of each liquid crystal display panel (201, 202) decreases from 0 to 90 degrees, increases from 90 to 180 degrees, decreases from 180 to 270 degrees, and decreases from 270 to 360 degrees. Can repeatedly increase and decrease the luminance, such as increasing the luminance.
Therefore, the brightness of each liquid crystal display panel (201, 202) can be increased, not changed, or decreased as compared with the brightness of the polarization variable device immediately before.
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]
In the above description, only two transmission-type display devices among transmission-type display devices that display a 2D image are mainly described, and the three-dimensional object presented to the observer 100 is two transmission-type display devices. However, the same configuration is possible even when the number of transmissive display devices that display a 2D image is larger than this, or when the position of the presented three-dimensional object is different. Clearly there is.
Furthermore, the display surface of the two-dimensional image in the present embodiment is not necessarily required to be a plane from the viewpoint of the present invention, and may be a spherical surface, an elliptical surface, a quadratic surface, or another complicated curved surface. It is clear that various effects can be obtained.
In the above description, for example, the case where the depth position of the entire three-dimensional object is expressed using the 2D image displayed on each of the transmissive display devices (101, 102) has been mainly described. The three-dimensional display device of the embodiment can also be used as a method and a device for expressing the depth of a three-dimensional object itself, as described in Patent Document 1 described above.
Similarly, the three-dimensional display device of the present embodiment can be used even when the three-dimensional object itself moves as described in the above-mentioned patent document.
When the 2D image moves three-dimensionally, moving the 2D image in the horizontal and vertical directions is the same as in the case of a normal two-dimensional display device, and is a moving image in each transmissive display device (101, 102). The movement in the depth direction is possible by reproduction, and as described in the above-mentioned Patent Document 1, the brightness (107, 108) of the 2D image (107, 108) displayed on each transmissive display device (101, 102). By temporally changing the luminance (as viewed from the observer 100), it is possible to express a moving image of a three-dimensional image.
[0026]
In each of the above-described embodiments, when at least one of the transmissive display devices (101, 102) is the optical element for display shown in FIG. The thickness of the wall 12 includes the periodic structure of the wall 12 and the pixel structure in the display optical element other than at least one display optical element, or the red, green, and blue sub-pixel structures, as it becomes slightly visible. Moire generated by the periodic structure needs to have a thickness that is invisible to an observer.
In each of the above-described embodiments, the wall 12 includes the periodic structure of the wall 12, a pixel structure in a display optical element other than at least one display optical element, or a red, green, and blue subpixel structure. By arranging the moire generated by the periodic structure so that the moiré is invisible to the observer, the moire can be made invisible to the observer.
Furthermore, in each of the above-described embodiments, when at least one of the transmission type display devices (101, 102) is the display optical element shown in FIG. For example, by arranging in a periodic structure such as a hexa structure (hexagonal shape) or the like, the periodic structure of each fiber and the pixel structure in the display optical element other than at least one display optical element, or red, green, Moire generated by the periodic structure including the blue sub-pixel structure can be distorted, making it difficult for the observer to see.
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say,
[0027]
【The invention's effect】
The following is a brief description of an effect obtained by a representative one of the inventions disclosed in the present application.
Advantageous Effects of Invention 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 occurrence of moire without lowering display resolution. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part showing a schematic configuration of an example of a display optical element applied to a three-dimensional display device according to each embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of a modification of the display optical element shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of another example of a display optical element applied to the three-dimensional display device of each embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of the display optical element applied to the three-dimensional display device of each embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment 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 a 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 schematic diagram showing a schematic configuration of the transmission type display device shown in FIG. 6;
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a modification of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an arrangement state of each pixel of a conventional flat display.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: pixel, 11: display optical element, 12: wall, 13: diffusion plate, 15: optical fiber plate, 20, 21: glass substrate, 100: observer, 101, 102: transmission type display device, 103: optical System, 104: three-dimensional object, 105, 106, 107, 108: 2D image, 110: light source, 201, 202: liquid crystal display panel, 203, 213, 2031, 131 ... polarizing plate.

Claims

A three-dimensional display device including 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,
At least one of the plurality of display optical elements is arranged on the observer side surface of the display optical element, and a wall that is not parallel to the observer side surface of the display optical element,
A diffuser plate disposed closer to the viewer side than the wall,
The three-dimensional display device, wherein the wall is made of a material that does not transmit light or reflects light.

The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the wall is disposed perpendicular to a surface of the display optical element.

The thickness of the wall is determined by a periodic structure of the wall and a pixel structure in a display optical element other than the at least one display optical element, or a moire generated by a periodic structure including red, green, and blue sub-pixel structures. 3. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein a thickness of the three-dimensional display is invisible to the observer. 4.

The three-dimensional wall according to any one of claims 1 to 3, wherein the wall is arranged at a boundary of all pixels including red, green, and blue sub-pixels of the display optical element. Display device.

The wall has a periodic structure of the wall and a pixel structure in a display optical element other than the at least one display optical element, or a moire generated by a periodic structure including a red, green, and blue subpixel structure. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the three-dimensional display device is arranged in a periodic structure that is invisible to an observer.

The diffusivity of the diffusion plate, wherein the structure located in the back of the diffusion plate as viewed from the observer and between the walls has a diffusivity that the observer cannot recognize. The three-dimensional display device according to claim 5.

The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the diffusion plate stores polarized light.

The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the wall and the diffusion plate are arranged in contact with each other.

The said wall and the said diffuser are arrange | positioned at intervals which the thickness of the said wall cannot see when it sees from the observer side, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. 3D display device.

A three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer,
Each of the display optical elements includes a plurality of pixels,
A three-dimensional display device, wherein at least one of the plurality of display optical elements includes an optical fiber plate arranged on a side close to an observer.

The three-dimensional display device according to claim 7, wherein each fiber constituting the optical fiber plate is perpendicular to a surface of the display optical element.

12. The three-dimensional optical device according to claim 10, wherein each of the fibers constituting the optical fiber plate is arranged for every pixel including red, green, and blue sub-pixels of the display optical element. Display device.

Each fiber constituting the optical fiber plate has a periodic structure including the periodic structure of each fiber and a pixel structure in a display optical element other than the at least one display optical element, or a cycle including a red, green, and blue sub-pixel structure. The three-dimensional display device according to any one of claims 10 to 12, wherein moire generated by the structure is arranged in a periodic structure that is invisible to the observer.

The two-dimensional image displayed on each of the display optical elements is, for each display optical element arranged at a different depth position as viewed from the observer, the display target object is viewed from the observer's line of sight. In the projected two-dimensional image, and in the two-dimensional image displayed on each of the display optical elements, the brightness viewed from the observer is 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 13, wherein: