JP2006285112A - ３次元表示方法および３次元表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＦＤ表示方式の３次元表示装置において、前後２面において輝度の減算を行うことにより、輝度の低い表示対象物体を容易に３次元表示すること。
【解決手段】 ＤＦＤ表示方式の３次元表示方法において、隣接する２つの表示面をそれぞれ前面、後面とするとき、前面に表示される２次元像の輝度または透過度から、後面に表示される２次元像の輝度または透過度を減算し、当該２次元像の輝度または透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される２次元像の輝度または透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＤＦＤ表示方式の３次元表示方法および３次元表示装置に係り、特に、輝度の低い表示対象物体を、ＤＦＤ表示方式により３次元表示する際に有効な技術に関する。

本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、かつ、簡便に、立体メガネを用いないで３次元表示が可能な、ＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示装置を提案している（下記、特許文献１，特許文献２参照）。
前述した提案済みの３次元表示装置は、複数の表示面に２次元像を表示し、この複数の表示面に表示される２次元像の輝度（あるいは、透過度）を各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示する。

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。
特許第３０２２５５８号明細書 特許第３４６０６７１号明細書

図１６は、従来のＤＦＤ方式の３次元表示方式を説明するための図である。
図１６（ａ）は、発光型の透過型ディスプレイ（７−１，７−２）を２枚積層して構成されるＤＦＤ方式の３次元表示装置であり、ここでは、輝度加算方式と呼ぶ。
図１６（ａ）において、前面のディスプレイ（７−１）の発光素子の輝度をＩ_Ｆとし、後面のディスプレイの発光素子の輝度をＩ_Ｒとすると、輝度加算方式では、これら前面と後面からの輝度が単純に加算されるので、その重なった部分の輝度は、Ｉ＝Ｉ_Ｆ＋Ｉ_Ｒとなる。
図１６（ｂ）は、カラーフィルタなどの素子を用いた吸収型の透過型ディスプレイ（７−１，７−２）を２枚積層して構成されるＤＦＤ方式の３次元表示装置であり、ここでは、輝度除算方式と呼ぶ。
図１６（ｂ）において、後面のディスプレイの吸収素子を透過した透過光をＩ_Ｒとすると、前面のディスプレイの吸収素子を透過した透過光は、前面のディスプレイの透過率との積になるため、その重なった部分の輝度は、Ｉ＝Ｉ_Ｆ・Ｉ_Ｒとなる。

輝度加算方式を用いるＤＦＤ方式の３次元表示方法では、輝度の低い表示対象物体を、ＤＦＤ表示方式により３次元表示することは、例えば、前面および後面に輝度を分配することが難しくなるために困難であった。
特に、表現したい表示対象物体の輝度が、周囲の輝度より低い場合には、周囲の輝度まで輝度を高めることができないため、前面と後面の中間付近のみに表示範囲が限定され、３次元表示がさらに困難になるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＤＦＤ表示方式の３次元表示方法および３次元表示装置において、前後２面において輝度の減算を行うことにより、輝度の低い表示対象物体を容易に３次元表示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。
前述の課題を解決するために、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を生成し、前記複数の表示面に前記生成された２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示するＤＦＤ方式の３次元表示方法において、隣接する２つの表示面をそれぞれ前面、後面とするとき、前面に表示される２次元像の輝度または透過度から、後面に表示される２次元像の輝度または透過度を減算し、当該２次元像の輝度または透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される２次元像の輝度または透過度を各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる。

前述の３次元表示方法を実際に実現する一具体例としては、前記複数の表示面を、それぞれ液晶表示パネルを有する透過型表示装置で構成し、前記複数の透過型表示装置を挟むように配置される第１および第２の偏光板と、隣接する２つの透過型表示装置の間に配置される複数の波長板０１を設け、この波長板０１により、隣接する２つの透過型表示装置をそれぞれ前面の透過型表示装置、後面の透過型表示装置とするとき、前面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度から後面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を減算し、前面の透過型表示装置および後面の透過型表示装置は、前記減算された２次元像の透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、それぞれの透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を変化させる。

前述の３次元表示方法を実際に実現する他の具体例としては、前記複数の表示面を、それぞれ液晶表示パネルを有する透過型表示装置で構成し、前記複数の透過型表示装置を挟むように配置される第１および第２の偏光板を設け、隣接する２つの透過型表示装置をそれぞれ前面の透過型表示装置、後面の透過型表示装置とするとき、後面の透過型表示装置の液晶表示パネルによる偏光分布の変化と、前面の透過型表示装置の液晶表示パネルによる偏光分布の変化とを、相補的あるいは相互補完的となし、前面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度から後面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を減算し、前面の透過型表示装置および後面の透過型表示装置は、前面減算された２次元像の透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、それぞれの透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を変化させる。
例えば、前記液晶表示パネルが、ツイストネマティック型液晶表示パネルの場合には、電圧を印加したときに、前記後面の透過型表示装置と前記前面の透過型表示装置の液晶表示パネルにおける液晶分子のねじれ方向を逆回りとする。
または、前記液晶表示パネルが、インプレイン型液晶表示パネルの場合には、電圧を印加したときに、前記後面の透過型表示装置と前記前面の透過型表示装置の液晶表示パネルにおける液晶分子の回転方向を同一方向とする。
あるいは、前記液晶表示パネルが、ＯＣＢ型液晶表示パネルの場合には、前記後面の透過型表示装置と前記前面の透過型表示装置の液晶表示パネルにおける基板付近の液晶分子の配向方向を直交させる。

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、前後２面において輝度の減算を行うことにより、輝度の低い表示対象物体を容易に３次元表示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。
始めに、本発明の基本となるＤＦＤ型の３次元表示装置について説明する。
［ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例］
図７は、ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例を説明するための図である。
図７に示す３次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の２次元像を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
前記２次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ、プロジェクション方式ディスプレイ、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図７は、前述の特許文献１に記載されているものと同じ構成のものであり、また、この表示面の設定方法については、前述の特許文献１を参照されたい。
図７に示す３次元表示装置では、図８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の両眼の視線方向から、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から３次元物体１０４をカメラで撮影した２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２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。

図７に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
かかる構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることで、３次元物体１０４の３次元立体像を表示する。
その２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の変え方の一例について説明する。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では、輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図９に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図１０に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。

次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図１１に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
さらに、例えば、３次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１２に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に３次元物体１０４が位置しているように感じられる。
例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。

なお、前記説明においては、例えば、３次元物体全体の奥行き位置を、例えば、表示面（１０１，１０２）に表示した２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図７に示す３次元表示装置は、例えば、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
３次元物体自体が有する奥行きを表現する場合における重要な要点は、図７に示す構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の部位の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の各部位が有する奥行き位置に対応して変えることである。
なお、前述の説明では、２次元像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの面の間にある場合について述べたが、２次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する物体の位置が異なる場合であっても、同様な手法により３次元立体像を表示することが可能であることは明らかである。
例えば、面が３つで、観察者１００に近い面と、中間の面との間に第１の３次元物体が、中間の面と、観察者１００に遠い面との間に第２の３次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い面と、中間の面とに、第１の３次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の面と、観察者１００に遠い面とに第２の３次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の３次元物体の３次元立体像を表示することができる。

さらに、２Ｄ化像が３次元的に移動する場合に関しては、観察者の左右上下方向への移動に関しては通常の２次元表示装置の場合と同様に表示面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、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元立体像の奥行き位置の時間的変化に対応して変化させることにより、３次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、３次元立体像が表示面１０１より表示面１０２まで時間的に移動する場合について説明する。
３次元立体像が表示面１０１上にある場合には、図９に示すように、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元立体像の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、３次元立体像が、次第に観察者１００より時間的に少し遠ざかり、表示面１０１より表示面１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、図１０に示すように、３次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的に少し上げる。

次に、例えば、３次元立体像が観察者１００より時間的にさらに遠ざかり、表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、図１１に示すように、３次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的にさらに下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的にさらに上げる。
さらに、例えば、３次元立体像が表示面１０２上まで時間的に移動してきた場合には、図１２に示すように、３次元立体像の奥行き位置の移動に対応させてこの上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度がゼロとなるまで変化させる。
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（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の間を、表示面１０１から表示面１０２に３次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。

なお、前述の説明では、３次元立体像が表示面１０１から表示面１０２まで移動する場合について述べたが、これが表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から表示面１０２まで移動する場合や、表示面１０１から表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から表示面（１０１，１０２）の間の途中の別な奥行き位置まで移動する場合であっても、同様なことが可能なことは明らかである。
なお、前述の説明では、２Ｄ化像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ記述し、かつ観察者１００に提示する３次元立体像が２つの面の間を移動する場合について述べたが、２次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する３次元物体が複数の面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、３次元立体像を表示可能であり、同様な効果が期待できることは明らかである。
また、前述の説明では、１個の３次元立体像が２次元像を配置する二つの面内で移動する場合について説明したが、複数個の３次元物体が移動する場合、即ち、表示される２次元像が、それぞれ移動方向の異なる複数の物体像を含む場合には、各表示面に表示される物体像の輝度を、物体像毎に、その物体の移動方向および移動速度に応じて変化させればよいことは明らかである。

［ＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例］
図１３は、本発明の前提となるＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
図１３に示す３次元表示装置は、観察者１００の前方に、複数の透過型表示装置、例えば、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）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。即ち、本実施例では、前述の図７における表示面（１０１，１０２）に代えて、透過型表示装置（１１１，１１２）を用いるものである。
前記透過型表示装置（１１１，１１２）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、あるいはこれらの組み合わせなどを使用する。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。
なお、図１３では、バックライト（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し、また、図１３は、前述の特許文献２に記載されているものと同じ構成のものである。

図１３に示す３次元表示装置においても、前述の図８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、前記透過型表示装置（１１１，１１２）へ射影した２Ｄ化像（１０７，１０８）を生成する。
前記２Ｄ化像（１０７，１０８）を、図１３に示すように、各々透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２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（１０７，１０８）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、光源１１０から射出された光で、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。
図１３に示す３次元表示装置では、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えて、透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２との間に存在する３次元物体の３次元立体像を表示する。

その２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の変え方の一例について説明する。
例えば、３次元物体１０４が透過型表示装置１１１上にある場合には、透過型表示装置１１１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１１２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１１２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１１１より透過型表示装置１１２側に少し寄った位置にある場合には、透過型表示装置１１１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１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を少し減少させる。
次に、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１１１より透過型表示装置１１２側にさらに寄った位置にある場合には、透過型表示装置１１１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１１２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１１２上にある場合には、透過型表示装置１１２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１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置１１１の最大値とする。

このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０７，１０８）であっても、観察者１００にはあたかも透過型表示装置（１１１，１１２）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（１１１，１１２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０７，１０８）を表示した場合には、透過型表示装置（１１１，１１２）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。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
なお、前述の説明においては、例えば、３次元物体全体の奥行き位置を、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）に表示した２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図１３に示す３次元表示装置においても、図７に示す３次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、例えば、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
また、図１３に示す３次元表示装置においても、図７に示す３次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が３次元的に移動する場合には、観察者１００の左右上下方向への移動に関しては通常の２次元表示装置の場合と同様に透過型表示装置内での動画再生によって可能であり、また、奥行き方向への移動に関しては、複数の透過型表示装置における透過度の変化を時間的に行うことで、３次元立体像の動画を表現することができることは明らかである。

［図１３に示す３次元表示装置の変形例］
図１４は、図１３に示す３次元表示装置の変形例を説明するための図である。
図１４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、透過型表示装置１１１と、散乱板２０４と、透過型表示装置１１２とが配置される。
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、カラーフィルタ２０２とで構成され、同様に、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２１１と、カラーフィルタ２１２とで構成される。
また、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１１２と反対の側）に、光源（バックライト）２０５が配置される。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２１１）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構成される。
液晶表示パネル（２０１，２１１）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（２０１，２１１）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２１１毎に、独立に透過度を変化させることができる。
但し、図１４に示す３次元表示装置では、透過型表示装置（１１１，１１２）上に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）は、カラー画像の２次元像である必要がある。

図１４に示す３次元表示装置でも、前述した手法により、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。
しかも、図１４に示す３次元表示装置では、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の各画素単位に、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色から成るカラーフィルタ（２０２，２１２）を配置するようにしたので、カラー画像の３次元立体像を表示することができる。
但し、図１４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２１１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（２０１，２１１）の偏光方向の制御を行う必要がある。
図１４に示す３次元表示装置では、各透過型表示装置（１０１，１０２）は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル（２０１，２１１）と、カラーフィルタ（２０２，２１２）とで構成される。そのため、カラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがある。
そのため、図１４に示す３次元表示装置では、カラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２１２との間に、散乱板２０４を配置し、前述したモアレが発生するの防止するようにしている。

［図１４に示す３次元表示装置の変形例］
図１５は、図１４に示す３次元表示装置の変形例の概略構成を示す図である。
図１５に示す３次元表示装置は、透過型表示装置１１１のカラーフィルタ２０２が省略され、透過型表示装置１１１が白黒（モノクロ）表示の透過型表示装置である点で、図１４に示す３次元表示装置と異なっている。
また、図１５に示す３次元表示装置では、前述したカラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがないので、散乱板２０４も省略されている。
但し、図１５に示す３次元表示装置では、透過型表示装置１１１上に表示される２Ｄ化像１０７は、白黒画像の２次元像であり、透過型表示装置１１２上に表示される２Ｄ化像１０８は、カラー画像の２次元像である必要がある。
また、図１５に示す３次元表示装置では、図８に示す３次元表示装置に比して、カラーフィルタが一枚省略されているので、図８に示す３次元表示装置よりも表示が明るくなる。

ＤＦＤ型の３次元表示装置では、各表示面における観察者１００から見た輝度を、各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示する。
即ち、図７に示す３次元表示装置では、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて３次元立体像を表示する。
また、図１３に示す３次元表示装置では、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて３次元立体像を表示する。
このように、図７に示す３次元表示装置では、３次元物体１０４に近い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度を、３次元物体１０４に遠い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度よりも増加させるのに対して、図１３に示す３次元表示装置では、３次元物体１０４に近い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を、３次元物体１０４に遠い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度よりも減少させる点で異なっている。
したがって、図１３に示す３次元表示装置において、図７に示す３次元表示装置と同様の手法を用いて、３次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、３次元立体像の動画を表現する場合には、図７に示す３次元表示装置において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を増加させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を減少させ、また、図１３に示す３次元表示装置において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を減少させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を増加させるようにすればよい。

［実施例１］
本実施例は、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を生成し、前記複数の表示面に前記生成された２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示方法（所謂、ＤＦＤ方式の３次元表示方法）において、隣接する２つの表示面をそれぞれ前面、後面とするとき、前面に表示される２次元像の輝度から後面に表示される２次元像の輝度を減算、あるいは、前面に表示される２次元像の透過度から後面に表示される２次元像の透過度を減算し、当該２次元像の輝度あるいは透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される２次元像の輝度、あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする。
本実施例のように、輝度の減算を用いると、前面あるいは後面上の輝度の高い２次元像から輝度を減らせることができるため、輝度が低い表示対象物体の場合の方が３次元表示しやすくなる。特に、表現したい表示対象物体の輝度が周囲の輝度より低い場合には、さらに３次元表示しやすくなる。
また、同様な理由で、輝度の低い（濃度の濃い）方が３次元表示しやすい除算の場合（印刷型など）に比べても、輝度の関係が線形であるため、輝度の分配がやりやすくかつ階調をフルに使えるなどの利点がある。

図１は、本発明の原理を説明するための図であり、同図において、１０１は前面の表示面、１０２は後面の表示面であり、Ａ，Ｂは、表示面１０１において、２次元像（オブジェクト）と周囲との境界部分、Ｃ，Ｄは、表示面１０２において、２次元像（オブジェクト）と周囲との境界部分である。
図２は、本発明において、観察者１００の左眼と右眼とを結ぶ線に平行な線に沿った表示面（１０１，１０２）上の２次元像の輝度と周囲部分の輝度と、観察者１００の網膜で感じられる網膜像の明るさを示すグラフである。
ここでは、図２（ａ）に示すように、表示面１０２の周囲の輝度が、表示面１０１の周囲の輝度よりも明るいものとする。
観察者１００の左眼で観察した場合、Ｃの外側では、表示面（１０１，１０２）の周囲部分のみが観察され、ＣとＡとの間では、表示面１０１の周囲部分と表示面１０２の２次元像とが観察され、ＡとＤとの間では、表示面（１０１，１０２）の２次元像が観察され、ＤとＢとの間では、表示面１０１の２次元像と表示面１０２の周囲部分とが観察され、Ｂの外側では、表示面（１０１，１０２）の周囲部分のみが観察される。
したがって、観察者１００の左眼で観察した場合に、観察者１００の網膜上で観察される網膜像は、図２（ｂ）に示すグラフとなる。
このグラフから分かるように、表示面１０１の２次元像の輝度から、表示面１０２の２次元像の輝度を減算した値の絶対値が一定（図２（ａ）のＶｂ）となるように、表示面１０１の２次元像の輝度を増加させると、観察者１００に感じられるオブジェクトの位置は、前面（表示面１０１）側となり、また、表示面１０１の２次元像の輝度を減少させると、観察者１００に感じられるオブジェクトの位置は、後面（表示面１０２）側となる。

さらに、前述の説明では、表示面１０２の２次元像の輝度が、表示面１０１の２次元像の輝度よりも明るい場合について説明したが、図２（ｃ）に示すように、表示面１０１の２次元像の輝度が、表示面１０２の２次元像の輝度よりも明るい場合も想定される。
この場合でも、表示面１０１の２次元像の輝度から、表示面１０２の２次元像の輝度を減算した値の絶対値は一定の値、図２（ａ）のＶｂに示す値となり、また、この状態において、観察者１００の左眼で観察した場合に、観察者１００の網膜上で観察される網膜像を、図２（ｄ）に示すグラフとなる。
この場合でも、表示面１０１の２次元像の輝度を増加させると、観察者１００に感じられるオブジェクトの位置は、前面（表示面１０１）側となり、また、表示面１０１の２次元像の輝度を減少させると、観察者１００に感じられるオブジェクトの位置は、後面（表示面１０２）側となる。
なお、図３（ａ）に示すように、表示面１０２の２次元像の輝度が、表示面１０１の２次元像の輝度よりも明るいときに、表示面１０１の２次元像の輝度から、表示面１０２の２次元像の輝度を減算した値の絶対値が一定の値となるように、表示面１０１の２次元像の輝度をより明るくすると、表示面１０２の２次元像の輝度もより明るくする必要がある。
この状態において、観察者１００の左眼で観察した場合に、観察者１００の網膜上で観察される網膜像を、図３（ｂ）に示すグラフとなる。
この場合には、観察者１００に感じられるオブジェクトの位置は、表示面１０１よりも前面側に飛び出してくる。
なお、図２、図３に示すグラフにおいて、前面の表示面１０１と、後面の表示面１０２の輝度分布を入れ替えても、観察者１００に感じられるオブジェクトの位置は変わらない。また、図２、図３に示すグラフは、あくまで一例であって、これ以外場合でも、観察者１００には、表示面１０１と表示面１０２の２次元像の輝度に応じた位置にオブジェクトが感じられる。

図４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断面図である。
本実施例では、前述の図１４、図１５に示す構成、即ち、前後２面の向かい合った面に偏光板がない透過型表示装置の構成において、その間に、波長板１３１を挿入したものである。
なお、各透過型表示装置（１１１，１１２）が、カラー画像の２次元像を表示する透過型表示装置である場合には、モアレの発生を防止するために、カラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２１２との間に、散乱板２０４が配置されるが、図４、および後述する図５、図６では、散乱板２０４の図示は省略する。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２１１）は、ツイストネマティック型液晶、インプレイン型液晶表示パネル、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend Mode）型液晶表示パネルなどが使用可能であり、また、ｎを正の奇数とするとき、波長板１３１は、（ｎ／２）波長板を使用する。
（ｎ／２）波長板は、良く知られているように、入射光が直線偏光の場合、偏光方向を、ｘ（fast）軸に対して反転させ、あるいは、入射光が円偏光の場合、逆回りの円偏光とする。
そのため、透過型表示装置１１２の液晶表示パネル２１１から出力される光の偏光分布を、波長板１３１で変化させることにより、透過型表示装置１１１の液晶表示パネル２０１での偏光分布の変化を、実質的に逆補正でき、これにより、実質的に、前面の透過型表示装置１１２上での輝度と、後面の透過型表示装置１１２上での輝度との差の絶対値を表現することができる。

例えば、液晶表示パネル（２０１，２１１）が、ツイストネマティック型液晶表示パネルであり、液晶表示パネルに電圧をかけないときに、偏光方向の主成分が右回りに変化するものを使用した場合に、波長板１３１を挿入することにより、透過型表示装置１１２の液晶表示パネル２１１からの出射光の偏光方向の主成分を左回りになるようにできるため、偏光方向の主成分の右回りの変化を減らす、あるいは過剰に左回りに回すことで、実質的に前面の輝度と後面の輝度の差の絶対値を表現できる。
本実施例は、従来の構成に、波長板１３１を挿入するだけであり、構成が簡単であるという作用・効果を有する。
図５は、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断面図である。
図５に示す３次元表示装置は、偏光板２０３と、透過型表示装置１１１との間に、第２の波長板１３２に挿入した点で、図４に示す３次元表示装置と相違する。ここで、ｎを正の奇数とするとき、波長板１３２は、（ｎ／２）波長板を使用する。
図５に示す３次元表示装置では、第２の波長板１３２より、波長分散などを補正することが可能である。

［実施例２］
図６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断面図である。
本実施例では、前述の図１４、図１５に示す構成、即ち、前後２面の向かい合った面に偏光板がない透過型表示装置の構成において、後面の透過型表示装置１１２の液晶表示パネル２１１による偏光分布の変化と、前面の透過型表示装置１１１の液晶表示パネル２０１による偏光分布の変化を、相補的あるいは相互補完的（所謂、前面の透過型表示装置１１１の液晶表示パネル２０１による偏光分布の変化と、後面の透過型表示装置１１２の液晶表示パネル２１１による偏光分布の変化の仕方を逆にする）にしたものである。
例えば、液晶表示パネル（２０１，２１１）が、ツイストネマティック型液晶表示パネルの場合には、液晶分子のねじれ方向を前面と後面で逆回りにする。
または、液晶表示パネル（２０１，２１１）が、インプレイン型液晶表示パネルの場合には、電圧をかけて液晶の回る方向を前面と後面で同一とする。
あるいは、液晶表示パネル（２０１，２１１）が、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend Mode）型液晶表示パネルの場合には、基板付近の液晶分子の配向している方向が前面と後面で直交、あるいは同じ種類のパネルを裏返す。

本実施例では、前後の液晶表示パネル（２０１，２１１）の前述した部分以外の部分を同様なパラメータで製作することにより、波長依存性などを同一化できる。
即ち、ツイストネマティック型液晶表示パネルの場合の液晶分子のねじれ方向、インプレイン型液晶表示パネルの場合の電圧をかけて液晶の回る方向、ＯＣＢ型液晶表示パネルの場合の基板近傍の配向方向など以外の製造パラメータ、例えば、液晶の種類、液晶ギャップ、配向膜の種類、ラビング方法およびその方向などをほぼ同一とすることにより、波長依存性などを同一化でき、色ずれなどが少なく黒側が出やすくなり、コントラストが上がりやすい。
なお、前述の各実施例では、３次元物体全体の奥行き位置を、例えば、表示面（１０１，１０２）に表示した２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法、あるいは、２Ｄ化像が３次元的に移動する場合も、前述した方法と同様の手法により実現可能であることはいうまでもない。
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。

本発明の原理を説明するための図である。 本発明において、表示面上の２次元像の輝度と、周囲部分の輝度と、観察者の網膜で感じられる網膜像の明るさの一例を示すグラフである。 本発明において、表示面上の２次元像の輝度と、周囲部分の輝度と、観察者の網膜で感じられる網膜像の明るさの他の例を示すグラフである。 本発明の実施例１の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。 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断面図である。 本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の基本となる３次元表示装置の概略構成を示す図である。 本発明の基本となる３次元表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。 本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 本発明の前提となるＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。 図１３に示す３次元表示装置の変形例を説明するための図である。 図１４に示す３次元表示装置の変形例の概略構成を示す図である。 従来のＤＦＤ方式の３次元表示方式を説明するための図である。

符号の説明

７−１，７−２ 液晶ディスプレイ
１００ 観察者
１０１，１０２ 表示面
１０３ 光学系
１０４ ３次元物体
１０５，１０６，１０７，１０８ ２Ｄ化像
１１１，１１２ 透過型表示装置
１１０，２０５ バックライト
１３１，１３２ （ｎ／２）波長板（ｎは正の奇数）
２０１，２１１ 液晶表示パネル
２０２，２１２ カラーフィルタ
２０３，２１３ 偏光板
２０４ 散乱板

Claims (10)

1. 観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を生成し、前記複数の表示面に前記生成された２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示方法であって、
   隣接する２つの表示面をそれぞれ前面、後面とするとき、前面に表示される２次元像の輝度または透過度から、後面に表示される２次元像の輝度または透過度を減算し、
   当該２次元像の輝度または透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される２次元像の輝度または透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする３次元表示方法。
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面と、
   前記それぞれの表示面に対して表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を、前記それぞれの表示面に表示する第１の手段と、
   前記各表示面に表示される２次元像の輝度または透過度を、各表示面毎に各々独立に変化させる第３の手段とを具備する３次元表示装置であって、
   前記第３の手段は、隣接する２つの表示面をそれぞれ前面、後面とするとき、前面に表示される２次元像の輝度または透過度から、後面に表示される２次元像の輝度または透過度を減算し、当該２次元像の輝度または透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記各表示面に表示される２次元像の輝度または透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする３次元表示装置。
3. 観察者から見て異なった奥行き位置に配置され、液晶表示パネルを有する複数の透過型表示装置と、
   前記複数の透過型表示装置を挟むように配置される第１および第２の偏光板と、
   隣接する２つの透過型表示装置の間に配置される複数の波長板０１を有し、
   前記各透過型表示装置は、それぞれの透過型表示装置に対して表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を、当該２次元像の透過度を各透過型表示装置毎に各々独立に変化させて表示する３次元表示装置であって、
   前記各波長板０１は、隣接する２つの透過型表示装置をそれぞれ前面の透過型表示装置、後面の透過型表示装置とするとき、前面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度から後面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を減算し、
   前面の透過型表示装置および後面の透過型表示装置は、前記減算された２次元像の透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、それぞれの透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を変化させることを特徴とする３次元表示装置。
4. 前記第１の偏光板は、前記観察者側に配置され、
   前記第１の偏光板と、前記観察者側に配置される透過型表示装置との間に配置される波長板０２を有することを特徴とする請求項３に記載の３次元表示装置。
5. 前記液晶表示パネルは、ツイストネマティック型液晶表示パネル、インプレイン型液晶表示パネル、あるいは、ＯＣＢ型液晶表示パネルであり、
   ｎを奇数とするとき、前記複数の波長板０１は、（ｎ／２）波長板であることを特徴とする請求項３または請求項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、液晶表示パネルを有する複数の透過型表示装置と、
   前記複数の透過型表示装置を挟むように配置される第１および第２の偏光板とを有し、
   前記各透過型表示装置は、それぞれの透過型表示装置に対して表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を、当該２次元像の透過度を各透過型表示装置毎に各々独立に変化させて表示する３次元表示装置であって、
   隣接する２つの透過型表示装置をそれぞれ前面の透過型表示装置、後面の透過型表示装置とするとき、後面の透過型表示装置の液晶表示パネルによる偏光分布の変化と、前面の透過型表示装置の液晶表示パネルによる偏光分布の変化とを、相補的あるいは相互補完的となし、前面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度から後面の透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を減算し、
   前面の透過型表示装置および後面の透過型表示装置は、前記減算された２次元像の透過度の差の絶対値によって前記観察者に観察される輝度が、元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、それぞれの透過型表示装置に表示される２次元像の透過度を変化させることを特徴とする３次元表示装置。
7. 前記液晶表示パネルは、ツイストネマティック型液晶表示パネルであり、
   電圧を印加したときに、前記後面の透過型表示装置と前記前面の透過型表示装置の液晶表示パネルにおける液晶分子のねじれ方向が、逆回り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. 前記液晶表示パネルは、インプレイン型液晶表示パネルであり、
   電圧を印加したときに、前記後面の透過型表示装置と前記前面の透過型表示装置の液晶表示パネルにおける液晶分子の回転方向が、同一方向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。
9. 前記液晶表示パネルは、ＯＣＢ型液晶表示パネルであり、
   前記後面の透過型表示装置と前記前面の透過型表示装置の液晶表示パネルにおける基板付近の液晶分子の配向方向が直交することを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。
10. 前記後面および前面の透過型表示装置において、液晶表示パネルにおける液晶の種類、液晶のギャップ長、および配向膜の種類が同一であることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
    

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