JP2005172969A - ３次元表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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装置と、拡散板とを備える３次元表示装置であって、モアレを消失させるための条件を最適化した３次元表示装置を提供する。
【解決手段】 観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記観察者に最も近い位置にある表示装置の前記観察者側に配置され、光を拡散する拡散板を有し、前記拡散板の拡散度と、前記拡散板と前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置との間の間隔とは、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されている。
【選択図】 図４

Description

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装置を備える３次元表示装置に係り、特に、モアレ（干渉縞）の発生を防止する技術に関する。

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２１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。

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。
特開２００１−５４１４４号公報 特許第３３３５９９８号明細書

しかしながら、前述の特許文献２には、モアレを消失させるための条件（例えば、拡散板の拡散度等）については何ら開示されていないばかりか、拡散板に代わる光学素子を用いてモアレの発生を防止する点については何ら開示されていない。
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装置と、拡散板とを備える３次元表示装置であって、モアレを消失させるための条件を最適化した３次元表示装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、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装置を備える３次元表示装置において、拡散板に代わる光学素子を用いて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。

本願の発明者らは、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透過型表示装置と、拡散板とを備える３次元表示装置において、前記拡散板の拡散度と、前記拡散板が配置される位置を最適化すると、モアレが消失することを見い出した。
本発明は、前記知見に基づき成されたものであり、本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明の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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記観察者に最も近い位置にある表示装置の前記観察者側に配置され、光を拡散する拡散板を有し、前記拡散板の拡散度と、前記拡散板と前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置との間の間隔とは、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする。
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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記各表示装置間に配置され、光を拡散する少なくとも１個の拡散板を有し、前記各拡散板の拡散度と、前記各拡散板と前記各拡散板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置との間の間隔とは、前記各拡散板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする。

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前面の表示装置と後面の表示装置とを備え、前記前面の表示装置は、第１の液晶パネルと、前記第１の液晶パネルの観察者側に配置される第１の偏光板とを有し、前記後面の表示装置は、第２の液晶パネルと、前記第２の液晶パネルの観察者と反対の側に配置される第２の偏光板とを有する３次元表示装置であって、前記第１の偏光板は、光を拡散する拡散性を有し、前記第１の偏光板の拡散度と、前記第1の偏光板と前記第２の液晶パネルとの間の間隔とは、前記第２の液晶パネルの最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする。
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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記観察者に最も近い位置に位置する表示装置以外の表示装置は、内部に光を拡散する拡散層を有し、前記各拡散層の拡散度と、前記各拡散層が内部に設けられる表示装置の前記各拡散層の位置とは、前記各拡散層が内部に設けられる表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする。
また、本発明では、前記表示装置における最も小さな周期を持つ構造は、カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造である。

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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記各表示装置間に配置され、光を複数の光路に分岐する光学素子を有することを特徴とする。
また、本発明では、前記光学素子は、プリズム、レンチキュラーレンズ、あるいは、回折格子である。
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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記観察者に最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は、当該表示装置の前記観察者から見て後方に配置される表示装置に表示される像を、回折効果によりボケさせモアレの発生を防止する程度の微細な電極構造を有することを特徴とする。
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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記観察者に最も近い位置に位置する表示装置以外の表示装置の前記観察者側に配置されるマイクロレンズアレイを有することを特徴とする。

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装置を備え、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、前記各表示装置間に配置され、点光源を一定の形の実像あるいは虚像に変換する複数の像変換板を有することを特徴とする。
また、本発明の好ましい実施例では、前記各像変換板により変換される実像あるいは虚像の一定の形は、前記各像変換板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造と同じ、あるいは、これより大きな面積を有する。
また、本発明の好ましい実施例では、前記各像変換板は、光の回折と干渉を利用した回折格子、またはホログラム光学素子である。
また、本発明の好ましい実施例では、前記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（Depth Fused 3-D）方式の３次元表示装置である。

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装置を備える３次元表示装置において、モアレの発生を防止することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例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。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施例では、図１に示すように、観察者１００の前面に、透過型表示装置（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。
本実施例では、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。
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。
本実施例において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、図１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。

図２は、図１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２に示す例では、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（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）上に表示される像は、カラー画像の二次元像である。

［図２に示す透過型表示装置の変形例］
図３は、図２に示す透過型表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。
図３に示す例では、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２１３を有する。
即ち、図３に示す３次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３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、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（図示せず）も設けられる。
図３に示す３次元表示装置でも、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、図３に示す３次元表示装置では、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２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３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（２０３，２１３）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。
また、図３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２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３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。

本実施例では、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間には、拡散板１２０が配置される。
ここで、拡散板１２０の拡散度と、拡散板１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔（図１に示すＴ）とは、透過型表示装置１０２（拡散板１２０の観察者１００から見て後方に配置される透過型表示装置）の最も小さな周期を持つ構造が、観察者１００から視認できなくなるように設定されている。
３次元表示装置において発生するモアレは、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造と、前方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造とが、３次元表示装置からある所定の観察距離にいる観察者から見たときに、わずかにずれて観察されるために生じる空間周波数領域におけるうなり（ビート）現象であると言える。
このとき、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造の空間周波数の方が、観察者から離れている分だけ、前方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造の空間周波数より、観察者には高く観察される。
このため、一定の拡散度を有する拡散板１２０を、後方に配置される表示装置（本実施例では、透過型表示装置１０２）の表示面から一定の距離（Ｔ）前方に配置し、当該拡散板を、後方に配置される表示装置からある所定の観察距離にいる観察者から見て、前記最も小さな周期を持つ構造の空間周波数以上をカットする空間周波数領域におけるローパスフィルタとして作用させることによって、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなるようにすれば、前述のうなり（ビート）現象は生じなくなり、モアレも発生しなくなる。

したがって、拡散板１２０を配置する位置は、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなるのであれば、後方に配置される表示装置と前方に配置される表示装置との間であっても、あるいは、図４に示すように、後方に配置される表示装置（図４の透過型表示１０２）と前方に配置される表示装置（図４の透過型表示１０１）の双方の前面であっても構わない。
しかし、３次元表示装置の表示自体の分解能を必要以上に損なわないためには、拡散板１２０を配置する位置は、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなる範囲内で、可能な限り、後方に配置される表示装置の表示面に近付ける（Ｔを小さくする）ことが望ましい。
この場合に、前述の最も小さな周期を持つ構造とは、例えば、カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造である。
即ち、前述の最も小さな周期を持つ構造が、カラーフィルター配列構造の場合には、前述のカラーフィルター配列構造が、観察者１００から視認できなくなるように、拡散板１２０の拡散度と、拡散板１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔を設定する。
また、前述の最も小さな周期を持つ構造が、ブラックマトリックス配列構造の場合には、前述のブラックマトリックス配列構造が、観察者１００から視認できなくなるように、拡散板１２０の拡散度と、拡散板１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔を設定する。

このように、本実施例では、透過型表示装置１０２の最も小さな周期を持つ構造が、観察者１００から視認できなくなるように、拡散板１２０の拡散度と、拡散板１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔とを設定するようにしたので、モアレが発生するのを防止することが可能となる。
図５は、図１に示す拡散板１２０の一例の概略構成を示す模式図であり、図５に示す拡散板１２０は、板状の透明物質１２１の表面状態をランダムな状態（図５の１２２）と成し、透明物質１２１を透過する光を拡散させたものである。
図６は、図１に示す拡散板１２０の他の例の概略構成を示す模式図であり、図６に示す拡散板１２０は、板状の透明物質１２１の内部に、屈折率の異なるもの（図６の１２３）を多数分散させて、透明物質１２１を透過する光を拡散させたものである。
なお、本実施例において、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。
この場合に、拡散板は、各透過型表示装置の間に配置される。さらに、当該各拡散板の拡散度と、各拡散板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置との間の間隔とは、各拡散板の観察者から見て後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなるように設定される。

［実施例２］
図７は、本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
なお、図７では、透過型表示装置（１０１，１０２）として、図３に示す透過型表示装置を採用した場合を図示しており、図７において、１０は画素である。
以下、本実施例について、前述の実施例１との相違点を中心に説明する。
図７に示すように、本実施例では、拡散板１２０の機能を果たす拡散層１２５を、後方の透過型表示装置１０２の内部に設けるようにしたものである。
本実施例では、拡散層１２５を、後方に配置される透過型表示装置１０２の表示面に近付ける（Ｔを小さくする）ことでできるので、３次元表示装置の表示自体の分解能を損なわないようにすることができる。

［実施例３］
図８は、本発明の実施例３の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
なお、図８でも、透過型表示装置（１０１，１０２）として、図３に示す透過型表示装置を採用した場合を図示している。
以下、本実施例について、前述の実施例１との相違点を中心に説明する。
図８に示すように、本実施例では、偏光板２０３として、拡散性のある偏光板２１３を使用することにより、偏光板自体に拡散板１２０の機能を持たせたものである。
本実施例では、偏光板自体に拡散板１２０の機能を持たせたるようにしたので、部品点数を削減することができる。

［実施例４］
本実施例の３次元表示装置は、拡散板１２０に代えて、光を複数に分岐する光学素子を使用した点で前述の実施例１の３次元表示装置と相異する。
以下、本実施例について、前述の実施例１との相違点を中心に説明する。
図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例４の３次元表示装置の一例の概略構成を示す模式図である。なお、図９（ａ）、（ｂ）でも、透過型表示装置（１０１，１０２）として、図３に示す透過型表示装置を採用した場合を図示している。
図９（ａ）、（ｂ）に示す例では、光を複数に分岐する光学素子として、透過型表示装置１０１の液晶表示パネル２０１の内面に、プリズム１５０を配置したものである。
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、透過型表示装置１０１の液晶表示パネル２０１の内面に、プリズム１５０を配置すると、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像の２重像、あるいは、３重像以上の多重像が観測されるので、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて、モアレの発生を防止することが可能となる。
なお、図９（ａ）は、観察者１００に、透過型表示装置１０２に表示される像の２重像が観測される場合、また、図９（ｂ）は、観察者１００に、透過型表示装置１０２に表示される像の３重像が観測される場合を図示している。

図１０は、本発明の実施例４の３次元表示装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図１０でも、透過型表示装置（１０１，１０２）として、図３に示す透過型表示装置を採用した場合を図示している。
図１０に示す例では、光を複数に分岐する光学素子として、透過型表示装置１０２の液晶表示パネル２０２の内面に、レンチキュラーレンズ１５１を配置したものである。
図１０に示すように、透過型表示装置１０１の液晶表示パネル２０１の内面に、レンチキュラーレンズ１５１を配置すると、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて観察されるので、モアレの発生を防止することが可能となる。

図１１は、本発明の実施例４の３次元表示装置の他の例の概略構成を示す模式図である。なお、図１１でも、透過型表示装置（１０１，１０２）として、図３に示す透過型表示装置を採用した場合を図示している。
図１１に示す例では、光を複数に分岐する光学素子として、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間に配置された回折格子１５３を配置したものである。
図１１に示すように、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間に配置された回折格子１５３を配置すると、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像の２重像、あるいは、３重像以上の多重像が観測されるので、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて、モアレの発生を防止することが可能となる。
なお、図１１において、透過型表示装置１０１の電極構造として、透過型表示装置１０２に表示される像が、回折効果によりボケる程度の微細な電極構造（例えば、ＩＰＳなどの微細電極構造など）とすることにより、回折格子１５３を省略することもできる。この場合であっても、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて観察されるので、モアレの発生を防止することが可能となる。

［実施例５］
本実施例の３次元表示装置は、拡散板１２０に代えて、マイクロレンズアレイを使用した点で前述の実施例１の３次元表示装置と相異する。
以下、本実施例について、前述の実施例１との相違点を中心に説明する。
図１２は、本発明の実施例５の３次元表示装置の一例の概略構成を示す模式図である。なお、図１２でも、透過型表示装置（１０１，１０２）として、図３に示す透過型表示装置を採用した場合を図示している。
図１２に示すように、本実施例では、透過型表示装置１０２の液晶表示パネル２０１の内面に、マイクロレンズアレイ１５５を配置する。
図１２に示すように、透過型表示装置１０２の液晶表示パネル２０１の内面に、マイクロレンズアレイ１５５を配置すると、画素１０の発光領域が拡大して、画素１０の隙間がなくなるので、透過型表示装置１０２における、モアレの原因となる最も小さな周期を持つ構造（カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス構造）を実質的に消すことができ、モアレの発生を防止することができる。

［実施例６］
図１３は、本発明の実施例６の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施例の３次元表示装置は、拡散板１２０に代えて、像変換板１３０を使用した点で前述の実施例の３次元表示装置と相異する。
以下、本実施例について、前述の実施例との相違点を中心に説明する。
なお、本実施例においても、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。
但し、本実施例において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、図１３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。
図１４は、図１３に示す像変換板１３０の動作を説明するため模式図である。
図１４に示すように、像変換板１３０は、点光源１３１からの光を、ある広がりを持つ一定の形の虚像（あるいは、実像）１３２に変換する。
そして、後面の透過型表示装置１０２に表示される２次元像は、光学的には点光源の集まりと考えられる。

そのため、本実施例において、観察者１００が、像変換板１３０を通して、後面の透過型表示装置１０２に表示される２次元像を観察すると、像変換板１３０により実質的に形成される虚像（あるいは、実像）の広がりの分だけ、透過型表示装置１０２に表示される２次元像がボケることになる。
したがって、透過型表示装置１０２における、モアレの原因となる最も小さな周期を持つ構造を実質的に消すことができ、モアレの発生を防止することができる。
この場合に、前述の最も小さな周期を持つ構造とは、例えば、カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造である。
また、像変換板１３０により変換される虚像（あるいは、実像）の一定の形は、透過型表示装置１０２における、最も小さな周期を持つ構造と同じ、あるいは、これより大きな面積を有することが好ましい。
このように、本実施例では、透過型表示装置１０１と透過型表示置１０２との間に、像変換板１３０を配置するようにしたので、透過型表示装置１０２の最も小さな周期を持つ構造を実質的に消すことができ、モアレが発生するのを防止することが可能となる。
なお、この像変換板１３０は、透過する光を実像あるいは虚像に変換するように設計された回折格子、あるいはホログラム光学素子が使用される。
さらに、本実施例において、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。この場合に、像変換板は、各透過型表示装置の間に配置される。

［実施例７］
図１５は、本発明の実施例７の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施例では、図１５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１５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。

本実施例の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（Depth Fused 3-D）方式の３次元表示装置である。
以下、図１５〜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１６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１５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。

本実施例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１７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１８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。

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１９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２０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。

なお、図１５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。
前述したようなＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の３次元表示装置においても、前述の各実施例で説明した手法を採用することにより、各透過型表示装置（１０１，１０２）における、最も小さな周期を持つ構造が干渉して、モアレが発生するのを防止することが可能となる。
なお、図１５に示す透過型表示装置（１０１，１０２）としては、前述の図２、図３に示す透過型表示装置が使用可能であり、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１５〜図２０で説明し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。
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、本実施例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、本実施例の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、本実施例の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。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例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。

本発明の実施例１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 図１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２に示す透過型表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例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１に示す拡散板の一例の概略構成を示す模式図である。 図１に示す拡散板の他の例の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例３の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例４の３次元表示装置の一例の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例４の３次元表示装置の他の例の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例４の３次元表示装置の他の例の概略構成を示す模式図である。 発明の実施例５の３次元表示装置の一例の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例６の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 図１３に示す像変換板の動作を説明するため模式図である。 本発明の実施例７の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例７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。 本発明の実施例７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。 本発明の実施例７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。 本発明の実施例７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。 本発明の実施例７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。 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
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
１２０ 拡散板
１２１ 板状の透明物質
１２２ 板状の透明物質１２１のランダムな表面状態
１２３ 板状の透明物質１２１の内部に分散された屈折率の異なるもの
１２５ 拡散層
１３０ 像変換板
１３１ 点光源
１３２ 虚像（あるいは、実像）
１５０ プリズム
１５１ レンチキュラーレンズ
１５３ 回折格子
１５５ マイクロレンズアレイ
２０３，２１３，２０３１，２１３１ 偏光板
２１３ 拡散性のある偏光板

Claims (15)

1. 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装置を備え、
   前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
   前記観察者に最も近い位置にある表示装置の前記観察者側に配置され、光を拡散する拡散板を有し、
   前記拡散板の拡散度と、前記拡散板と前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置との間の間隔とは、前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする３次元表示装置。
2. 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装置を備え、
   前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
   前記各表示装置間に配置され、光を拡散する少なくとも１個の拡散板を有し、
   前記各拡散板の拡散度と、前記各拡散板と前記各拡散板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置との間の間隔とは、前記各拡散板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする３次元表示装置。
3. 前記各拡散板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置における最も小さな周期を持つ構造は、カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元表示装置。
4. 観察者から見て異なった奥行き位置に配置される前面の表示装置と後面の表示装置とを備え、
   前記前面の表示装置は、第１の液晶パネルと、前記第１の液晶パネルの観察者側に配置される第１の偏光板とを有し、
   前記後面の表示装置は、第２の液晶パネルと、前記第２の液晶パネルの観察者と反対の側に配置される第２の偏光板とを有する３次元表示装置であって、
   前記第１の偏光板は、光を拡散する拡散性を有し、
   前記第１の偏光板の拡散度と、前記第1の偏光板と前記第２の液晶パネルとの間の間隔とは、前記第２の液晶パネルの最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする３次元表示装置。
5. 前記第２の液晶パネルにおける最も小さな周期を持つ構造は、カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造であることを特徴とする請求項４に記載の３次元表示装置。
6. 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装置を備え、
   前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
   前記観察者に最も近い位置に位置する表示装置以外の表示装置は、内部に光を拡散する拡散層を有し、
   前記各拡散層の拡散度と、前記各拡散層が内部に設けられる表示装置の前記各拡散層の位置とは、前記各拡散層が内部に設けられる表示装置の最も小さな周期を持つ構造が前記観察者から視認できなくなるように設定されていることを特徴とする３次元表示装置。
7. 前記各拡散層が内部に設けられる表示装置における最も小さな周期を持つ構造は、カラーフィルター配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造であることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。
8. 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装置を備え、
   前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
   前記各表示装置間に配置され、光を複数の光路に分岐する光学素子を有することを特徴とする３次元表示装置。
9. 前記光学素子は、プリズム、レンチキュラーレンズ、あるいは、回折格子であることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
10. 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装置を備え、
    前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
    前記観察者に最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は、当該表示装置の前記観察者から見て後方に配置される表示装置に表示される像を、回折効果によりボケさせモアレの発生を防止する程度の微細な電極構造を有することを特徴とする３次元表示装置。
11. 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装置を備え、
    前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
    前記観察者に最も近い位置に位置する表示装置以外の表示装置の前記観察者側に配置されるマイクロレンズアレイを有することを特徴とする３次元表示装置。
12. 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装置を備え、
    前記観察者から最も遠い位置に位置する表示装置以外の表示装置は透過型表示装置である３次元表示装置であって、
    前記各表示装置間に配置され、点光源を一定の形の実像あるいは虚像に変換する複数の像変換板を有することを特徴とする３次元表示装置。
13. 前記各像変換板により変換される実像あるいは虚像の一定の形は、前記各像変換板の前記観察者から見て後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造と同じ、あるいは、これより大きな面積を有することを特徴とする請求項１２に記載の３次元表示装置。
14. 前記各像変換板は、光の回折と干渉を利用した回折格子、またはホログラム光学素子であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の３次元表示装置。
15. 前記各表示装置に表示される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装置に対して、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、前記各表示装置に表示される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請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
    

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