JP2004343270A

JP2004343270A - Three-dimensional display device

Info

Publication number: JP2004343270A
Application number: JP2003135252A
Authority: JP
Inventors: Munekazu Date; 宗和伊達; Shiro Suyama; 史朗陶山; Hideaki Takada; 英明高田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP3950080B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional display device provided with a plurality of display optical elements disposed at different depth positions when viewed from a viewer that brings all or part of object images located on rear faces when viewed from the viewer into a non-display state. <P>SOLUTION: The three-dimensional display device is provided with: n (n is an integer of 2 or over) liquid crystal display panels located at different depth positions when viewed from the viewer; n polarization plates located to a side opposite to the viewer side of the n liquid crystal display panels; (n-1) depolarizing plates in the polarizing plates except the polarizing plate placed remotest from the viewer among the n polarizing plates and located at the side opposite to the viewer side; and a front face polarizing plate located to the viewer side in the liquid crystal display panel located at a position closest to the viewer. <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、複数の物体像を重ねて表示する際に、観察者から見て後側に位置する物体像の全部、あるいは一部を消去可能とした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）。
【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】
前述の特許文献２に記載されている３次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置に、例えば、自動車などの動画像を表示し、観察者から遠い透過型表示装置に、背景画像を表示することにより、観察者に奥行きのある画像を提示することが可能である。
しかしながら、前述の特許文献２に記載されている３次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置では、観察者から遠い透過型表示装置を通過した光により画像が表示されるため、観察者に最も近い透過型表示装置に表示される画像が、観察者にとって不自然な透明状態になるという問題点があった。
例えば、図１３に示すように、観察者側に丸い物体１１、観察者から遠い位置に四角形状の物体１２があり、観察者から見て、丸い物体１１と、四角形状の物体１２とが一部が重なっている場合、観察者側から観察すると、図１３に示すように、四角形状の物体１２の一部が丸い物体１１で覆われて観察される。
しかしながら、前述の特許文献２に記載されている３次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置に、丸い物体１１の画像２１を表示し、観察者から遠い透過型表示装置に、四角形状の物体１２の画像２１を表示した場合、観察者側から観察すると、図１４のように、丸い物体１１が透明のように観察される。
【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、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、観察者から見て後面にある物体像の全部、あるいは一部を非表示状態に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。
【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。
本発明の３次元表示装置は、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、前記各表示用光学素子は、入射される光の偏光を制御する光学素子であり、前記表示用光学素子の間に配置される偏光解消板を備えることを特徴とする。
また、本発明の３次元表示装置は、ｎを２以上の整数とするとき、観察者から見て異なった奥行き位置に配置されるｎ個の液晶表示パネルと、前記ｎ個の液晶表示パネルの前記観察者側と反対の側に配置されるｎ個の偏光板と、前記ｎ個偏光板の中で前記観察者から最も遠い位置に配置される偏光板以外の偏光板における、前記観察者側と反対の側に配置される（ｎ−１）個の偏光解消板と、前記観察者に最も近い位置に配置される液晶表示パネルの前記観察者側に配置される前面偏光板とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【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１に示すように、観察者１００の前面に、透過型表示装置（１１１，１１２）（透過型表示装置１１１が透過型表示装置１１２より観察者１００に近い）が配置される。
透過型表示装置１１１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（２１１，２１２）とを有し、透過型表示装置１１２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とを有する。
また、液晶表示パネル２０２と、偏光板２１２との間に、偏光解消板１５０が配置される。また、図１には図示していないが、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１１１と反対の側）に、光源（バックライト）が配置される。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２０２）の内部にカラーフィルタ（図示せず）を設けたり、液晶表示パネル（２０１，２０２）に表示される２次元像に同期してバックライトの色を変化させるフィールドシーケンシャル駆動することにより、カラー表示を行うことができる。
【０００８】
液晶表示パネル（２０１，２０２）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、垂直配向型（ＶＡ）液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせなどが使用される。
本実施の形態では、透過型表示装置１１１に、例えば、車両などの動画像を表示し、透過型表示装置１１２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。
偏光解消板１５０は、アクティブ領域１５０ａと、非アクティブ領域１５０ｂとを有し、アクティブ領域１５０ａは、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射し、非アクティブ領域１５０ｂは、入射される光の偏光を保存して出射する。
アクティブ領域１５０ａと、非アクティブ領域１５０ｂとは、任意に選択することが可能である。
【０００９】
本実施の形態において、前述したように、液晶表示パネル２０１に、丸い物体の画像を表示し、液晶表示パネル２０２に、四角形状の物体の画像を表示した場合を考える。そして、偏光解消板１５０における、丸い物体と、四角形状の物体とが重なっている部分に対応する部分をアクティブ領域１５０ａにする。
すると、液晶表示パネル２０２から照射される光で、アクティブ領域１５０ａを通過する光は、無偏光となり、非アクティブ領域１５０ｂを通過する光は偏光状態を維持する。したがって、本実施の形態では、図１３に示すように、四角形状の物体１２の一部が丸い物体１１で覆われて観察される。
このように、本実施の形態では、前面にある物体像の後側の後面像だけを非表示状態とすることができるので、前述の図１４に示したように、前面にある物体像が不自然な透明状態になるのを防止することが可能である。
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、図２に示すように、透過型表示装置１１１と、透過型表示装置１１２との間に、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０３および偏光板２１４で構成される透過型表示装置１１３と偏光解消板１５０を組として、１つ以上配置することにより、透過型表示装置を３以上積層することも可能である。
また、透過型表示装置（１１１，１１２）は、液晶表示パネル（２０１，２０２）を使用するものに限らず、入射される光の偏光を制御して画像を表示する表示用光学素子を備えるものであってもよい。
【００１０】
［実施の形態２］
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。
初めに、図３〜図８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。
ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の３次元表示装置では、図３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、垂直配向型（ＶＡ）液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせ）などが使用される。
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。
図３では、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。
【００１１】
初めに、図４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３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。
【００１２】
ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式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５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６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。
【００１３】
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７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８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。
【００１４】
本実施の形態の３次元表示装置の構成は、図１に示す前述の実施の形態１の３次元表示装置と同じである。
本実施の形態では、各透過型表示装置（１１１，１１２）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３〜図８で説明したように変化させることにより、各透過型表示装置（１１１，１１２）上、あるいは、透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２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。
この場合に、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、本実施の形態では、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。
但し、本実施の形態において、偏光解消板１５０の中で非アクティブ領域１５０ｂとされる部分は、観察者１００から見て、透過型表示装置１１１に表示される２Ｄ化像１０７と、透過型表示装置１１２に表示される２Ｄ化像１０８とが重なる所に位置する部分であり、偏光解消板１５０の中でアクティブ領域１５０ａとされる部分は、それ以外の部分である。
【００１５】
図３〜図８で説明した３次元表示装置では、各透過型表示装置（１０１，１０２）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）を表示した場合に、観察者１００に３次元立体像が観察される。
そのため、図３〜図８で説明した３次元表示装置では、観察者１００が左右・上下方向に移動すると３次元立体像を観察できなくなるが、本実施の形態では、観察者１００の左右・上下方向の移動に応じて、透過型表示装置１１２に表示する２Ｄ化像１０８の表示位置、および、偏光解消板１５０の中で非アクティブ領域１５０ｂとされる位置を制御することにより、観察者１００が左右・上下方向に移動しても、３次元立体像を観察することが可能となる。
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。
例えば、図２に示すように、透過型表示装置１１１と、透過型表示装置１１２との間に、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０３および偏光板２１４で構成される透過型表示装置１１３と偏光解消板１５０を組として、１つ以上配置することにより、透過型表示装置を３以上積層することも可能である。
【００１６】
以下、前述の各実施の形態に使用される偏光解消板１５０の構成について説明する。
偏光解消板１５０の最も簡単な構造は、図９に示すように、特定の部分が１／４波長板５１とされる、光学的に透明な板５０からなる光学素子である。
なお、図９において、１／４波長板５１に代えて、高次波長板、あるいは散乱板を使用することも可能である。
図９に示す偏光解消板１５０では、１／４波長板５１（または、高次波長板、あるいは、散乱板）の部分がアクティブ領域１５０ａとなり、その他の部分が非アクティブ領域１５０ｂとなる。
したがって、１／４波長板５１以外の部分は、入射される光の偏光を維持して出射する必要がある。
一方、１／４波長板５１に、直線偏光の光が入射されると、出射される光は円偏光となるので、１／４波長板５１は、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射する。同様に、高次波長板に、直線偏光の光が入射される場合でも、無偏光の光を出射することができる。
また、散乱板に、直線偏光の光が入射されると、入射される光は拡散されるので、散乱板も、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射する。
なお、図９に示す偏光解消板１５０は、各透過型表示装置（１１１，１１２）に静止画像を表示する場合に有効であり、各透過型表示装置（１１１，１１２）に動画像を表示する場合には、以下に説明する偏光解消板１５０を使用する必要がある。
【００１７】
各透過型表示装置（１１１，１１２）に動画像を表示する場合に、有効な偏光解消板１５０としては、液晶パネルを使用する偏光解消板である。
液晶パネルを使用する偏光解消板の第１の例としては、高分子分散型液晶パネルである。
高分子分散型液晶パネルでは、高分子分散型液晶に電圧を印加しない状態では入射される光を拡散し、高分子分散型液晶に十分な電圧を印加した場合には、高分子に分散された液晶分子は電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の拡散、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、高分子分散型液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００１８】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第２の例としては、図１０（ａ）に示すように、各画素単位に、液晶分子の初期配向方向６１をランダムな方向、あるいは、図１０（ｂ）に示すように、液晶分子の初期配向方向６１を放射状の方向とした液晶パネルである。なお、図１０（ｂ）に示すような液晶分子の初期配向方向６１は、例えば、画素間に高分子の壁を設けると、液晶分子が壁に対して垂直に配向するので容易に実現することができる。
図１０に示すような液晶分子の初期配向方向６１を有する液晶パネルでは、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光はランダムな偏光（所謂、無偏光）となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光のランダムな偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００１９】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第３の例としては、液晶層の屈折率異方性（Δｎ）とその厚さ（ｄ）との積（Δｎ・ｄ）を、下記（１）式のように設定した液晶パネルである。
【数１】
Δｎ・ｄ＝（２ｎ−１）λ／４・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｎは１以上の整数、λは入射される光の波長である。
液晶パネルの液晶層の屈折率異方性（Δｎ）とその厚さ（ｄ）との積（Δｎ・ｄ）を、前述の（１）式のように設定すると、液晶パネルは、１／４波長板と同じ機能を奏する。
したがって、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される直線偏光の光は、円偏光の光となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の円偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
これにより各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００２０】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第４の例としては、液晶パネルの複数の画素（以下、画素ブロックという）の各画素毎に、液晶分子の初期配向方向をランダムの方向とした液晶パネルである。
その一例を図１１に示す。
図１１（ａ）が、偏光解消板として使用される液晶パネルの観察者側に配置される液晶表示パネル（図１では、透過型表示装置１１１を構成する液晶表示パネル２０１）３０の画素の大きさを示す、図１１（ｂ）が、偏光解消板として使用される液晶パネル３１の画素の大きさを示す。
図１１に示す例では、液晶表示パネル３０の１画素に対して、液晶パネル３１の４画素が対応する。
そして、液晶表示パネル３０の１画素に対応する液晶パネル３１の４画素の各画素毎に、それぞれ液晶分子の配向方向を異ならせる。
そのため、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光は各画素毎に異なる方向の偏光となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の各画素毎に異なる方向の偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの４画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００２１】
液晶パネルの複数の画素（以下、画素ブロックという）の各画素毎に、液晶分子の初期配向方向をランダムの方向とした液晶パネルの他の例を、図１２に示す。
図１２（ａ）が、偏光解消板として使用される液晶パネルの観察者側に配置される液晶表示パネル（図１では、透過型表示装置１１１を構成する液晶表示パネル２０１）３０の画素の大きさを示す、図１１（ｂ）が、偏光解消板として使用される液晶パネル３１の画素の大きさを示す。
図１２に示す例では、液晶表示パネル３０の１画素に対して、液晶パネル３１の１画素が対応する。
そして、液晶表示パネル３０では、４画素単位で、入射される光の偏光方向を制御し、液晶表示パネル３０の４画素に対応する液晶パネル３１の４画素の各画素毎に、それぞれ液晶分子の配向方向を異ならせる。
そのため、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光は各画素毎に異なる方向の偏光となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の各画素毎に異なる方向の偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの４画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
なお、これまでの説明では、液晶分子の初期配向方向を利用する場合について説明したが、画素に飽和電圧に満たない電圧を印加すると、画素は電圧によって異なる複屈折状態となる。したがって、各画素毎に異なる電圧を印加しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
また、前述の液晶パネルとしては、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＳＴＮモードの液晶が使用可能である。
【００２２】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第５の例としては、液晶分子の初期配向方向が垂直配向の液晶パネルである。
液晶分子の初期配向方向が垂直配向の液晶パネルでは、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
また、液晶に十分な電圧を印加した場合には、Δε（誘電率異方性）＜０の液晶を用いているため、液晶分子が電界方向に対して傾斜する。このとき、傾斜する方向を電極構造などで場所により異ならせることができる。
そのため、液晶に十分な電圧を印加した場合には、入射される光はランダムな偏光（所謂、無偏光）となって出射される。
前述した入射される光のランダムな偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、高分子分散型液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
以上説明した偏光解消板１５０を使用することにより、観察者１００から見て後面にある物体像の全部、あるいは一部を非表示状態にすることが可能となる。
また、前述の特許文献２に記載されている選択的な拡散板を使用する場合には、周囲の照明光により拡散領域の輝度が上昇し、不自然な表示になる場合があるが、前述した偏光解消板１５０を使用する場合には、周囲の照明光により、偏光解消板１５０の観察者側に配置される透過型表示装置の表示が変化することがない。
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。
【００２３】
【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、観察者から見て後面にある物体像の全部、あるいは一部を非表示状態に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３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１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３】ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の３次元表示装置概略構成を示す模式図である。
【図４】ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の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５】ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の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６】ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の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７】ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の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】ＤＦＤ（ＤｅｐｔｈＦｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の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】本発明の各実施の形態に使用される偏光解消板の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の各実施の形態において、偏光解消板として使用される液晶パネルの一例の初期配向方向を示す模式図である。
【図１１】本発明の各実施の形態において、偏光解消板として使用される液晶パネルの他の例を示す模式図である。
【図１２】本発明の各実施の形態において、偏光解消板として使用される液晶パネルの他の例を示す模式図である。
【図１３】丸い物体と、四角形状の物体とが一部が重なっている場合、観察者に観察される状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す物体像を従来の３次元表示装置に表示した場合に、観察者に観察される画像を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…丸い物体、１２…四角形状の物体、２１…丸い物体の画像、２２…四角形状の物体の画像、３０，２０１，２０２，２０３…液晶表示パネル、３１…液晶パネル、５０…光学的に透明な板、５１…１／４波長板、６１…初期配向方向、１００…観察者、１０１，１０２，１１１，１１２，１１３…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、１５０…偏光解消板、１５０ａ…アクティブ領域、１５０ｂ…非アクティブ領域、２１１，２１２，２１３，２１４…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 when viewed from an observer, and particularly to a three-dimensional display device in which a plurality of object images are superimposed and displayed. The present invention relates to a three-dimensional display device capable of erasing all or a part of an object image located on the rear side.
[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).
[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]
In the three-dimensional display device described in Patent Document 2, for example, a moving image of an automobile or the like is displayed on a transmission type display device closest to the observer, and a background image is displayed on a transmission type display device far from the observer. Is displayed, it is possible to present a deep image to the observer.
However, in the three-dimensional display device described in Patent Document 2 described above, in the transmission type display device closest to the observer, an image is displayed by light passing through the transmission type display device far from the observer. There is a problem that an image displayed on the transmission type display device closest to the observer becomes an unnatural transparent state for the observer.
For example, as shown in FIG. 13, there is a round object 11 on the observer side and a square object 12 at a position far from the observer, and when viewed from the observer, the round object 11 and the square object 12 are one. When the parts overlap, when viewed from the observer side, as shown in FIG. 13, a part of the square object 12 is covered with the round object 11 and observed.
However, in the three-dimensional display device described in Patent Document 2 described above, the image 21 of the round object 11 is displayed on the transmission type display device closest to the observer, and the square image is displayed on the transmission type display device far from the observer. When the image 21 of the shaped object 12 is displayed, when viewed from the observer side, the round object 11 is observed as transparent as shown in FIG.
[0005]
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 technology that enables a display device to hide all or a part of an object image on a rear surface as viewed from an observer.
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.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
A three-dimensional display device according to the present invention includes a plurality of display optical elements arranged at different depth positions when viewed from an observer, and each of the display optical elements controls an incident light. And a depolarizing plate disposed between the display optical elements.
In the three-dimensional display device of the present invention, when n is an integer of 2 or more, n liquid crystal display panels arranged at different depth positions as viewed from an observer; The n observer side of the n polarizing plates arranged on the side opposite to the observer side, and a polarizer other than the polarizer arranged farthest from the observer among the n polarizers (N-1) depolarizing plates arranged on the side opposite to the above, and a front polarizing plate arranged on the observer side of the liquid crystal display panel arranged closest to the observer. It is characterized by.
[0007]
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.
[Embodiment 1]
FIG. 1 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. 1, a transmissive display device (111, 112) (the transmissive display device 111 is closer to the observer 100 than the transmissive display device 112) is arranged in front of the observer 100. Is done.
The transmission type display device 111 has a liquid crystal display panel 201 functioning as a polarization changing device and polarizing plates (211, 212). The transmission type display device 112 has a liquid crystal display panel 202 functioning as a polarization changing device and a polarizing plate. 213.
A depolarizing plate 150 is provided between the liquid crystal display panel 202 and the polarizing plate 212. Although not shown in FIG. 1, a light source (backlight) is arranged behind the polarizing plate 213 (on the side of the polarizing plate 213 opposite to the transmissive display device 111).
Here, a color filter (not shown) is provided inside the liquid crystal display panel (201, 202), or the color of the backlight is changed in synchronization with a two-dimensional image displayed on the liquid crystal display panel (201, 202). By performing the field sequential driving, color display can be performed.
[0008]
Examples of the liquid crystal display panel (201, 202) include 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, a vertical alignment (VA) liquid crystal display, or a combination thereof is used.
In the present embodiment, for example, a moving image of a vehicle or the like is displayed on the transmissive display device 111, and a background image is displayed on the transmissive display device 112, so that the observer 100 is presented with a deep image. It is possible.
The depolarizing plate 150 has an active region 150a and a non-active region 150b. The active region 150a depolarizes incident light and emits it as unpolarized light. The emitted light is preserved and emitted.
The active area 150a and the inactive area 150b can be arbitrarily selected.
[0009]
In the present embodiment, as described above, a case is considered where an image of a round object is displayed on liquid crystal display panel 201 and an image of a square object is displayed on liquid crystal display panel 202. Then, a portion of the depolarizing plate 150 corresponding to a portion where the round object and the square object overlap each other is set as the active region 150a.
Then, light emitted from the liquid crystal display panel 202 and passing through the active region 150a becomes non-polarized light, and light passing through the non-active region 150b maintains a polarization state. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, a part of the quadrangular object 12 is covered with the round object 11 and observed.
As described above, in the present embodiment, only the rear image on the rear side of the object image on the front surface can be set to the non-display state, so that the object image on the front surface is not displayed as shown in FIG. It is possible to prevent a natural transparent state.
In this embodiment, the number of transmission type display devices is not limited to two. As shown in FIG. 2, a polarization variable device is provided between the transmission type display device 111 and the transmission type display device 112. The transmission type display device 113 composed of the liquid crystal display panel 203 and the polarizing plate 214 functioning as a set and the depolarizing plate 150 are grouped, and at least one transmission type display device can be stacked. is there.
The transmissive display device (111, 112) is not limited to the one using the liquid crystal display panel (201, 202), but includes a display optical element for displaying an image by controlling the polarization of incident light. It may be.
[0010]
[Embodiment 2]
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.
First, the principle of the DFD type three-dimensional display device will be described with reference to FIGS.
In the three-dimensional display device of the DFD (Depth Fused 3-D) system, as shown in FIG. 3, a plurality of transmissive display devices, for example, transmissive display devices (101, 102) (transmissive The optical system 103 is constructed by using the type display device 101 closer to the observer 100 than the transmission type display device 102), 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 dispersed liquid crystal display, a holographic polymer dispersed liquid crystal display, a vertical alignment (VA) liquid crystal display, or a combination thereof are 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.
FIG. 3 shows a case where a liquid crystal display device is used as the transmissive display device (101, 102). Therefore, a case is shown in which the light source 110 is arranged at the rearmost position as viewed from the observer 100.
[0011]
First, as shown in FIG. 4, an image (hereinafter, referred to as a “2D image”) in which 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). 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. 3, the two-dimensional images (105, 106) are viewed by both the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102 from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer 100. 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.
[0012]
An important point in the DFD (Depth Fused 3-D) method 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, and the 2D image is obtained. By changing the distribution of the transmittance between the image 107 and the 2D image 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.
[0013]
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and 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 transmission type 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.
[0014]
The configuration of the three-dimensional display device of the present embodiment is the same as that of the above-described three-dimensional display device of the first embodiment shown in FIG.
In the present embodiment, the brightness of the image viewed from the observer 100 in the 2D images (107, 108) displayed on the respective transmissive display devices (111, 112) is as described with reference to FIGS. , A three-dimensional stereoscopic image can be displayed on each transmissive display device (111, 112) or at an arbitrary position between the transmissive display device 111 and the transmissive display device 112. It is.
In this case, the liquid crystal display panel (201, 202) can change the direction of polarized light in each pixel unit. Therefore, in this embodiment, the light passing through each pixel unit of the liquid crystal display panel (201, 202) is changed. , The transmittance can be independently changed for each of the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 202.
However, in the present embodiment, the portion of the depolarizing plate 150 that is the inactive region 150b is, as viewed from the observer 100, a 2D image 107 displayed on the transmission type display device 111 and a transmission type display 107. The portion that is located where the 2D image 108 displayed on the device 112 overlaps, and the portion that is the active region 150a in the depolarizing plate 150 is the other portion.
[0015]
In the three-dimensional display device described with reference to FIGS. When (107, 108) is displayed, the observer 100 observes a three-dimensional stereoscopic image.
Therefore, in the three-dimensional display device described with reference to FIGS. 3 to 8, if the observer 100 moves in the left-right and up-down directions, it becomes impossible to observe a three-dimensional stereoscopic image. By controlling the display position of the 2D image 108 displayed on the transmissive display device 112 and the position of the inactive region 150b in the depolarizing plate 150 according to the movement in the direction, the observer 100 Even when moving in the left / right and up / down directions, a three-dimensional stereoscopic image can be observed.
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.
For example, as shown in FIG. 2, a transmissive display device 113 including a liquid crystal display panel 203 functioning as a polarization variable device and a polarizing plate 214 is provided between a transmissive display device 111 and a transmissive display device 112. By arranging one or more depolarizing plates 150 as a set, three or more transmissive display devices can be stacked.
[0016]
Hereinafter, the configuration of the depolarizing plate 150 used in each of the above-described embodiments will be described.
The simplest structure of the depolarizing plate 150 is, as shown in FIG. 9, an optical element composed of an optically transparent plate 50 in which a specific portion is a quarter-wave plate 51.
In FIG. 9, a high-order wavelength plate or a scattering plate can be used instead of the quarter-wave plate 51.
In the depolarizing plate 150 shown in FIG. 9, the portion of the quarter-wave plate 51 (or higher-order wavelength plate or scattering plate) becomes the active region 150a, and the other portions become the non-active regions 150b.
Therefore, portions other than the quarter-wave plate 51 need to emit the light while maintaining the polarization of the incident light.
On the other hand, when linearly polarized light is incident on the quarter-wave plate 51, the emitted light becomes circularly-polarized light. The light is emitted as polarized light. Similarly, even when linearly polarized light is incident on the higher-order wavelength plate, unpolarized light can be emitted.
Further, when linearly polarized light is incident on the scattering plate, the incident light is diffused, so that the scattering plate also depolarizes the incident light and emits it as unpolarized light.
The depolarizing plate 150 shown in FIG. 9 is effective when displaying a still image on each transmission type display device (111, 112), and displays a moving image on each transmission type display device (111, 112). In such a case, it is necessary to use the depolarizing plate 150 described below.
[0017]
When a moving image is displayed on each of the transmissive display devices (111, 112), an effective depolarizing plate 150 is a depolarizing plate using a liquid crystal panel.
A first example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel is a polymer dispersed liquid crystal panel.
In a polymer-dispersed liquid crystal panel, incident light is diffused when no voltage is applied to the polymer-dispersed liquid crystal, and when a sufficient voltage is applied to the polymer-dispersed liquid crystal, the polymer is dispersed in the polymer. The liquid crystal molecules are arranged in the direction of the electric field and are emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The diffusion of the incident light or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, by controlling the voltage applied to each pixel unit of the polymer dispersed liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmission type display device (111, 112), the active region 150a can be selectively provided. (A region to which a voltage is not applied) and an inactive region 150b (a region to which a voltage is applied) can be generated.
[0018]
As a second example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel, as shown in FIG. 10A, the initial alignment direction 61 of the liquid crystal molecules is randomly set in each pixel unit, or as shown in FIG. As shown in (1), the liquid crystal panel has an initial alignment direction 61 of liquid crystal molecules in a radial direction. The initial alignment direction 61 of the liquid crystal molecules as shown in FIG. 10B can be easily realized, for example, when a polymer wall is provided between pixels, the liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the wall. Can be.
In a liquid crystal panel having an initial alignment direction 61 of liquid crystal molecules as shown in FIG. 10, when no voltage is applied to the liquid crystal, incident light is emitted as random polarized light (so-called non-polarized light) and emitted. When a sufficient voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field, and are emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The aforementioned random polarization of the incident light or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, by controlling the voltage applied to each pixel of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each of the transmissive display devices (111, 112), the active region 150a (voltage application) can be selectively performed. And a non-active region 150b (a region to which a voltage is applied).
[0019]
As a third example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel, a product (Δn · d) of the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal layer and its thickness (d) is expressed by the following equation (1). It is a liquid crystal panel set as follows.
(Equation 1)
Δn · d = (2n−1) λ / 4 (1)
Here, n is an integer of 1 or more, and λ is the wavelength of incident light.
When the product (Δn · d) of the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal layer of the liquid crystal panel and its thickness (d) is set as in the above equation (1), the liquid crystal panel becomes はIt has the same function as a wave plate.
Therefore, when no voltage is applied to the liquid crystal, the incident linearly polarized light is emitted as circularly polarized light, and when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are arranged in the direction of the electric field, The light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The above-described circular polarization of incident light or transmission of incident light can be controlled for each pixel.
Thus, by controlling the voltage applied to each pixel of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each of the transmissive display devices (111, 112), the active region 150a (voltage application) can be selectively performed. And a non-active region 150b (a region to which a voltage is applied).
[0020]
As a fourth example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel, a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is a random direction for each pixel of a plurality of pixels (hereinafter referred to as a pixel block) of the liquid crystal panel. is there.
An example is shown in FIG.
FIG. 11A shows a pixel size of a liquid crystal display panel (the liquid crystal display panel 201 constituting the transmissive display device 111 in FIG. 1) 30 arranged on the viewer side of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate. FIG. 11B shows the size of a pixel of the liquid crystal panel 31 used as a depolarizing plate.
In the example shown in FIG. 11, four pixels of the liquid crystal panel 31 correspond to one pixel of the liquid crystal display panel 30.
Then, the alignment direction of the liquid crystal molecules is made different for each of the four pixels of the liquid crystal panel 31 corresponding to one pixel of the liquid crystal display panel 30.
Therefore, when no voltage is applied to the liquid crystal, the incident light is emitted as polarized light in a different direction for each pixel, and when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are arranged in the direction of the electric field, The light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The polarization of the incident light in different directions for each pixel or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, by controlling the voltage to be applied in units of four pixels of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each of the transmissive display devices (111, 112), the active region 150a (voltage application) can be selectively performed. And a non-active region 150b (a region to which a voltage is applied).
[0021]
FIG. 12 shows another example of a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is random for each pixel of a plurality of pixels (hereinafter, referred to as a pixel block) of the liquid crystal panel.
FIG. 12A shows a pixel size of a liquid crystal display panel (a liquid crystal display panel 201 included in the transmissive display device 111 in FIG. 1) 30 arranged on the viewer side of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate. FIG. 11B shows the size of a pixel of the liquid crystal panel 31 used as a depolarizing plate.
In the example shown in FIG. 12, one pixel of the liquid crystal panel 31 corresponds to one pixel of the liquid crystal display panel 30.
Then, in the liquid crystal display panel 30, the polarization direction of the incident light is controlled in units of four pixels, and each of the four pixels of the liquid crystal panel 31 corresponding to the four pixels of the liquid crystal display panel 30 has a liquid crystal molecule. The orientation direction is made different.
Therefore, when no voltage is applied to the liquid crystal, the incident light is emitted as polarized light in a different direction for each pixel, and when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are arranged in the direction of the electric field, The light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The polarization of the incident light in different directions for each pixel or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, by controlling the voltage to be applied in units of four pixels of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each of the transmissive display devices (111, 112), the active region 150a (voltage application) can be selectively performed. And a non-active region 150b (a region to which a voltage is applied).
In the above description, the case where the initial alignment direction of the liquid crystal molecules is used has been described. However, when a voltage lower than the saturation voltage is applied to the pixel, the pixel enters a birefringence state that differs depending on the voltage. Therefore, it goes without saying that the same effect can be obtained even when a different voltage is applied to each pixel.
Further, as the above-mentioned liquid crystal panel, TN mode, IPS mode and STN mode liquid crystals can be used.
[0022]
A fifth example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is vertical alignment.
In a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is vertical, when no voltage is applied to the liquid crystal, the light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
When a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal having Δε (dielectric anisotropy) <0 is used, so that the liquid crystal molecules are inclined with respect to the direction of the electric field. At this time, the inclination direction can be made different depending on the location by the electrode structure or the like.
Therefore, when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the incident light is emitted as random polarized light (so-called non-polarized light).
The aforementioned random polarization of the incident light or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, by controlling the voltage applied to each pixel unit of the polymer dispersed liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmission type display device (111, 112), the active region 150a can be selectively provided. (A region to which a voltage is not applied) and an inactive region 150b (a region to which a voltage is applied) can be generated.
By using the depolarizing plate 150 described above, all or a part of the object image on the rear surface as viewed from the observer 100 can be set to the non-display state.
Also, when the selective diffusion plate described in Patent Document 2 is used, the brightness of the diffusion region increases due to the surrounding illumination light, which may result in an unnatural display. When the depolarizing plate 150 is used, the display of the transmission type display device arranged on the viewer side of the depolarizing plate 150 does not change due to the surrounding illumination light.
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,
[0023]
【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.
According to the present invention, in a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions when viewed from the observer, all or a part of the object image on the rear surface as viewed from the observer is displayed. It is possible to make it in a non-display state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a modification of the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional display device of a DFD (Depth Fused 3-D) system.
FIG. 4 is a diagram for explaining the display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device.
FIG. 5 is a diagram for explaining a display principle of a three-dimensional display device of a DFD (Depth Fused 3-D) system.
FIG. 6 is a diagram for explaining a display principle of a three-dimensional display device of a DFD (Depth Fused 3-D) system.
FIG. 7 is a diagram for explaining a display principle of a three-dimensional display device of a DFD (Depth Fused 3-D) system.
FIG. 8 is a diagram for explaining a display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a depolarizing plate used in each embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an initial alignment direction of an example of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate in each embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing another example of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate in each embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing another example of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate in each embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a state in which a round object and a square object are observed by an observer when a part of the object is overlapped.
FIG. 14 is a diagram for explaining an image observed by an observer when the object image shown in FIG. 13 is displayed on a conventional three-dimensional display device.
[Explanation of symbols]
11: round object, 12: square object, 21: image of round object, 22: image of square object, 30, 201, 202, 203: liquid crystal display panel, 31: liquid crystal panel, 50: optically Transparent plate, 51: 1/4 wavelength plate, 61: initial alignment direction, 100: observer, 101, 102, 111, 112, 113 ... transmission display device, 103: optical system, 104: three-dimensional object, 105 , 106, 107, 108: 2D image, 110: light source, 150: depolarizing plate, 150a: active area, 150b: inactive area, 211, 212, 213, 214: 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 is an optical element that controls the polarization of incident light,
A three-dimensional display device comprising a depolarizing plate disposed between the display optical elements.

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 claim 1, wherein:

When n is an integer of 2 or more, n liquid crystal display panels arranged at different depth positions when viewed from an observer;
N polarizing plates disposed on a side of the n liquid crystal display panels opposite to the viewer side;
(N-1) depolarizing plates arranged on the side opposite to the observer side among the polarizers other than the polarizer arranged farthest from the observer among the n polarizers; ,
A three-dimensional display device comprising: a front polarizer disposed on the viewer side of a liquid crystal display panel disposed at a position closest to the viewer.

The two-dimensional images displayed on the n liquid crystal display panels are arranged such that a display target object is moved from a line of sight of the observer to each of the liquid crystal display panels arranged at different depth positions when viewed from the observer. In the projected two-dimensional image, and in the two-dimensional images displayed on the n liquid crystal display panels, 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 claim 2, wherein:

5. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the depolarizing plate is an optical element whose specific part is a high-order wavelength plate. 6.

5. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the depolarizing plate is an optical element whose specific part is a quarter-wave plate. 6.

The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 4, wherein the depolarizing plate is an optical element whose specific part is a scattering plate.

The liquid crystal panel according to claim 1, wherein the depolarization plate is a liquid crystal panel that emits incident light as unpolarized light or preserves and emits polarized light of incident light for each pixel unit. The three-dimensional display device according to claim 4.

9. The three-dimensional display device according to claim 8, wherein the liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which initial alignment directions of liquid crystal molecules in each pixel are random.

When m is an integer of 2 or more, in the liquid crystal panel, m pixels correspond to one pixel of a liquid crystal display panel arranged on the viewer side of the liquid crystal panel, and for each of the m pixels, 9. The three-dimensional display device according to claim 8, wherein the initial alignment directions of the liquid crystal molecules are different from each other.

When m is an integer of 2 or more, in the liquid crystal panel, m pixels correspond to one pixel of a liquid crystal display panel arranged on the observer side of the liquid crystal panel, and differ from each other of the m pixels. 9. The three-dimensional display device according to claim 8, wherein each of the m pixels is set to a different birefringence state by applying the applied voltage.

When m is an integer of 2 or more, in the liquid crystal panel, m pixels correspond to m pixels of a liquid crystal display panel arranged on the viewer side of the liquid crystal panel, and for each of the m pixels, 9. The three-dimensional display device according to claim 8, wherein the initial alignment directions of the liquid crystal molecules are different from each other.

When m is an integer of 2 or more, in the liquid crystal panel, m pixels correspond to m pixels of a liquid crystal display panel arranged on the viewer side of the liquid crystal panel, and are different for each of the m pixels. 9. The three-dimensional display device according to claim 8, wherein each of the m pixels is set to a different birefringence state by applying the applied voltage.

When n is an integer of 1 or more and λ is the wavelength of incident light, the product of the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer and the thickness of the liquid crystal layer is (2n−1) λ / 4. The three-dimensional display device according to claim 8, wherein:

The three-dimensional display device according to claim 8, wherein the liquid crystal panel is a polymer dispersed liquid crystal panel.

The three-dimensional display device according to claim 8, wherein the liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which an initial alignment direction of liquid crystal molecules is a vertical direction.