JP2007108274A - Three-dimensional display device - Google Patents

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英明 ▲高▼田
Hideaki Takada
Shiro Suyama
史朗 陶山
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宗和 伊達
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To present only beautiful three-dimensional images to an observer, without making the observer observe a plurality of blurred two-dimensional images. <P>SOLUTION: The three-dimensional display device displays a three-dimensional display image, by displaying two-dimensional images on a plurality of display screens disposed in different depths, as viewed from an observer. The three-dimensional display device has a sight-limiting device that allows an observer to observe only from a narrow area around the observer. The sight-limiting device is a device, by which the directionality of light emitted from each of back lights disposed optically behind the corresponding display screens, as viewed optically from the observer is narrowed around the observer. Alternatively, the sight-limiting device is a device that intercepts light other than light in the direction of the observer. Alternatively, the sight limiting device is a device, by which light other than light in the direction of the observer is made to condense in the direction of the observer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、3次元表示装置に係り、特に、DFD(Depth-Fused3-D)方式の3次元表示装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional display device, and more particularly to a DFD (Depth-Fused3-D) type three-dimensional display device.

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方式の3次元表示装置を提案している(例えば、特許文献1、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ものである。
The present inventors have proposed a DFD-type three-dimensional display device that can suppress contradiction among physiological factors of stereoscopic vision and can easily perform three-dimensional display without using stereoscopic glasses. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).
The proposed three-dimensional display device described above displays a two-dimensional image on a plurality of display surfaces, and changes the brightness or transparency of the two-dimensional image displayed on the plurality of display surfaces for each display surface. A three-dimensional stereoscopic image is displayed.

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
As prior art documents related to the invention of the present application, there are the following.
Japanese Patent No. 3022558 Japanese Patent No. 3460671

前述した3次元表示方法では、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面に表示される2次元画像が重なり合うことで3次元立体像が表示される。
しかしながら、観察者が、この重なり合う視点以外から観察した場合には、3次元立体像としてではなく、複数の2次元像がズレた状態で、画質の悪い画像を観察することとなる。
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、3次元表示装置において、複数の2次元像がズレた状態の画像を観察者に観察させることなく、綺麗な3次元立体像のみを観察者に提示することが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、3次元表示装置において、各表示面での発光光、あるいは各表示面を透過する透過光を、観察者を中心とした狭い範囲のみに効率よく集中させることで、各表示面を構成する自発光型表示装置に画像を表示するための消費電力、あるいは、各表示面を構成する透過型表示装置を照射するバックライトを点灯させるために必要な消費電力を大幅に削減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。
In the three-dimensional display method described above, a three-dimensional stereoscopic image is displayed by overlapping two-dimensional images displayed on a plurality of display surfaces arranged at different depth positions as viewed from the observer.
However, when the observer observes from other than the overlapping viewpoint, an image with poor image quality is observed in a state where a plurality of two-dimensional images are shifted, not as a three-dimensional stereoscopic image.
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to allow an observer to observe an image in which a plurality of two-dimensional images are shifted in a three-dimensional display device. Therefore, it is an object of the present invention to provide a technique capable of presenting only a beautiful three-dimensional stereoscopic image to an observer.
Another object of the present invention is to efficiently concentrate light emitted from each display surface or transmitted light transmitted through each display surface only in a narrow range centering on the observer in the three-dimensional display device. Thus, the power consumption for displaying an image on the self-luminous display device constituting each display surface, or the power consumption necessary for turning on the backlight for illuminating the transmissive display device constituting each display surface. The object is to provide a technique that can be significantly reduced.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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配置される複数の表示面に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次元表示装置において、観察者の方向を中心とした狭い範囲のみから観察できる視域限定装置を有することを特徴とする。
また、本発明では、前記3次元表示装置は、前記各表示面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2次元像を、それぞれの表示面に表示し、当該表示される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て、3次元立体像を表示する。
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image by displaying two-dimensional images on a plurality of display surfaces arranged at different depth positions as viewed from an observer. And a viewing zone limiting device capable of observing only from a narrow range centering on the direction of the observer.
In the present invention, the three-dimensional display device displays on each display surface a two-dimensional image obtained by projecting a display target object from the viewing direction of the observer on each display surface, and displays the two-dimensional image. A three-dimensional stereoscopic image is displayed by independently changing the luminance or transmittance of the two-dimensional image for each display surface.

また、本発明では、前記視域限定装置は、前記観察者から見て最前面の表示面と、前記観察者との間に、あるいは、前記観察者から光学的に見て前記各表示面の前方に配置される。
また、本発明では、前記表示面が背面からの光を透過する透過型の場合に、前記視域限定装置は、前記観察者から見て最後面の表示面の後方、あるいは、前記観察者から光学的に見て前記各表示面の後方に配置される。
また、本発明では、前記視域限定装置は、前記表示面の後方に配置されるバックライトの照射光の指向性を、前記観察者の方向を中心に狭くする装置である。
また、本発明では、前記視域限定装置は、前記観察者の方向以外の光を遮る装置である。
また、本発明では、前記視域限定装置は、前記観察者の方向以外の光を前記観察者の方向へ集光させる装置である。
Further, in the present invention, the viewing area limiting device is provided between the frontmost display surface viewed from the observer and the observer, or optically viewed from the observer. Arranged forward.
In the present invention, when the display surface is a transmissive type that transmits light from the back surface, the viewing area limiting device is behind the last display surface as viewed from the observer, or from the observer. Optically disposed behind each display surface.
Further, in the present invention, the viewing zone limiting device is a device that narrows the directivity of the irradiation light of the backlight arranged behind the display surface, centering on the direction of the observer.
In the present invention, the viewing area limiting device is a device that blocks light other than the direction of the observer.
In the present invention, the viewing area limiting device is a device that condenses light other than the direction of the observer in the direction of the observer.

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。
(1)本発明の3次元表示装置によれば、複数の2次元像が重なり合う視点方向からのみ観察できるようにしたので、複数の2次元像がズレた状態の画像を観察者に観察させることなく、綺麗な3次元画像のみを観察者に提示することが可能となる。
(2)本発明の3次元表示装置によれば、各表示面での発光光、あるいは各表示面を透過する透過光を、観察者を中心とした狭い範囲のみに効率よく集中させることができるので、各表示面を構成する自発光型表示装置に画像を表示するための消費電力、あるいは、各表示面を構成する透過型表示装置を照射するバックライトを点灯させるために必要な消費電力を大幅に削減することが可能となる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) According to the three-dimensional display device of the present invention, since the plurality of two-dimensional images can be observed only from the viewpoint direction where the two-dimensional images overlap, the observer can observe an image in which the plurality of two-dimensional images are shifted. In addition, only a beautiful three-dimensional image can be presented to the observer.
(2) According to the three-dimensional display device of the present invention, the emitted light on each display surface or the transmitted light transmitted through each display surface can be efficiently concentrated only in a narrow range centered on the observer. Therefore, the power consumption for displaying an image on the self-luminous display device constituting each display surface, or the power consumption necessary for turning on the backlight for illuminating the transmissive display device constituting each display surface. It becomes possible to reduce significantly.

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。
[DFD型の3次元表示装置の一例]
図8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8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(11,12)(表示面11が表示面12より観察者100に近い)を設定し、これらの表示面(11,12)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13を構築する。
前記2次元表示装置としては、例えば、CRT、液晶ディスプレイパネル、LEDディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、ELディスプレイパネル、FEDディスプレイパネル、DMD、プロジェクション方式ディスプレイパネル、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8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8に示す3次元表示装置では、図9に示すように、観察者100に提示したい3次元物体16を、観察者100の両眼の視線方向から、前述の表示面(11,12)へ射影した像(以下、「2D化像」と呼ぶ)(14,15)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16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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
[Example of DFD type 3D display device]
FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a DFD type three-dimensional display device.
The three-dimensional display device shown in FIG. 8 sets a plurality of surfaces, for example, display surfaces (11, 12) (the display surface 11 is closer to the observer 100 than the display surface 12) on the front surface of the observer 100. In order to display a plurality of two-dimensional images on the display surfaces (11, 12), an optical system 13 is constructed using a two-dimensional display device and various optical elements.
Examples of the two-dimensional display device include a CRT, a liquid crystal display panel, an LED display panel, a plasma display panel, an EL display panel, an FED display panel, a DMD, a projection display panel, and a line drawing display such as an oscilloscope. As the optical element, for example, a lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved mirror, a prism, a polarization element, a wave plate, or the like is used.
Note that FIG. 8 has the same configuration as that described in the above-mentioned Patent Document 1, and refer to the above-mentioned Patent Document 1 for the method of setting the display surface.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 8, as shown in FIG. 9, the three-dimensional object 16 to be presented to the observer 100 is transferred from the line of sight of both eyes of the observer 100 to the display surface (11, 12). A projected image (hereinafter referred to as a “2D image”) (14, 15) is generated.
As a method for generating this 2D image, for example, a method using a two-dimensional image obtained by photographing a three-dimensional object 16 with a camera from the line-of-sight direction, a method of combining from a plurality of two-dimensional images taken from different directions, or There are various methods such as a computer graphic synthesis technique and a method using modeling.

図8に示すように、前記2D化像(14,15)を、各々表示面11と表示面12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(14,15)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(14,15)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16の奥行き位置に対応して変えることで、3次元物体16の3次元立体像を表示する。
その2D化像(14,15)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16が表示面11上にある場合には、図10に示すように、この上の2D化像14の輝度を3次元物体16の輝度に等しくし、表示面12上の2D化像15の輝度はゼロとする。
次に、例えば、3次元物体16が観察者100より少し遠ざかって表示面11より表示面12側に少し寄った位置にある場合には、図11に示すように、2D化像14の輝度を少し下げ、2D化像15の輝度を少し上げる。
As shown in FIG. 8, the 2D image (14, 15) overlaps both the display surface 11 and the display surface 12 as seen from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the viewer 100, respectively. To display. This can be achieved, for example, by controlling the arrangement of the center position and the gravity center position of each 2D image (14, 15) and the enlargement / reduction of each image.
On the apparatus having such a configuration, the luminance of each of the 2D images (14, 15) is changed in accordance with the depth position of the three-dimensional object 16 while keeping the overall luminance viewed from the observer 100 constant. Thus, a three-dimensional stereoscopic image of the three-dimensional object 16 is displayed.
An example of how to change the brightness of each 2D image (14, 15) will be described. Here, since it is a black and white drawing, for the sake of easy understanding, in the following drawings, the higher luminance is shown darker.
For example, when the three-dimensional object 16 is on the display surface 11, as shown in FIG. 10, the luminance of the 2D image 14 above is made equal to the luminance of the three-dimensional object 16 and 2D on the display surface 12 is displayed. The brightness of the converted image 15 is zero.
Next, for example, when the three-dimensional object 16 is slightly away from the viewer 100 and is slightly closer to the display surface 12 than the display surface 11, the brightness of the 2D image 14 is increased as shown in FIG. Slightly lower the brightness of the 2D image 15 slightly.

次に、例えば、3次元物体16が観察者100よりさらに遠ざかって表示面11より表示面12側にさらに寄った位置にある場合には、図12に示すように、2D化像14の輝度をさらに下げ、2D化像15の輝度をさらに上げる。
さらに、例えば、3次元物体16が表示面12上にある場合には、図13に示すように、この上の2D化像15の輝度を3次元物体16の輝度に等しくし、表示面11上の2D化像14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(14,15)であっても、観察者100にはあたかも表示面(11,12)の中間に3次元物体16が位置しているように感じられる。
例えば、表示面(11,12)にほぼ等輝度の2D化像(14,15)を表示した場合には、表示面(11,12)の奥行き位置の中間付近に3次元物体16があるように感じられる。この場合に、この3次元物体16は、観察者100には立体感を伴って知覚される。
Next, for example, when the three-dimensional object 16 is further away from the observer 100 and is further away from the display surface 11 toward the display surface 12, the luminance of the 2D image 14 is increased as shown in FIG. Further down, the brightness of the 2D image 15 is further increased.
Further, for example, when the three-dimensional object 16 is on the display surface 12, as shown in FIG. 13, the luminance of the 2D image 15 above is made equal to the luminance of the three-dimensional object 16, and the The brightness of the 2D image 14 is zero.
By displaying in this way, even if the 2D image (14, 15) is displayed due to the physiological or psychological factors or illusions of the observer (person) 100, it is as if the observer 100 is present. It feels as if the three-dimensional object 16 is located in the middle of the display surfaces (11, 12).
For example, when a 2D image (14, 15) having substantially the same luminance is displayed on the display surface (11, 12), the three-dimensional object 16 appears near the middle of the depth position of the display surface (11, 12). I can feel it. In this case, the three-dimensional object 16 is perceived by the observer 100 with a stereoscopic effect.

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(11,12)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8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8に示す構成を有する装置上で、2D化像(14,15)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16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。
In the above description, for example, the method of expressing the depth position of the entire three-dimensional object using, for example, a two-dimensional image displayed on the display surface (11, 12) has been mainly described. It is obvious that the 3D display device can be used as a method of expressing the depth of the 3D object itself, for example.
An important point in expressing the depth of the three-dimensional object itself is that the luminance of each part of the 2D image (14, 15) is viewed from the observer 100 on the apparatus having the configuration shown in FIG. It is to change corresponding to the depth position of each part of the three-dimensional object 16 while keeping the overall luminance constant.
In the above description, the description has been given of the case where only two surfaces are mainly described among the surfaces on which the two-dimensional image is arranged, and the object to be presented to the observer is between the two surfaces. It is obvious that a three-dimensional stereoscopic image can be displayed by a similar method even when the number of surfaces on which images are arranged is larger than this or when the position of an object to be presented is different.
For example, there are three surfaces, a first three-dimensional object between the surface close to the observer 100 and the intermediate surface, and a second 3 between the intermediate surface and the surface far from the observer 100. When a three-dimensional object exists, a 2D image of the first three-dimensional object is displayed on a surface close to the observer 100 and an intermediate surface, and on the intermediate surface and a surface far from the observer 100. By displaying the 2D image of the second 3D object, it is possible to display 3D images of the first and second 3D objects.

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(14,15)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11より表示面12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11上にある場合には、図10に示すように、表示面11上の2D化像14の輝度を3次元立体像の輝度に等しくし、表示面12上の2D化像15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11より表示面12側に時間的に少し寄ってくる場合には、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14の輝度を時間的に少し下げ、かつ2D化像15の輝度を時間的に少し上げる。
Furthermore, regarding the case where the 2D image is moved three-dimensionally, the movement of the observer in the horizontal and vertical directions can be achieved by moving image reproduction on the display surface as in the case of a normal two-dimensional display device. Regarding the movement in the depth direction, the luminance of each of the 2D images (14, 15) is changed with time in the depth position of the three-dimensional stereoscopic image while keeping the overall luminance seen from the observer 100 constant. It is clear that a moving image of a three-dimensional image can be expressed by changing it correspondingly.
For example, a case where a three-dimensional stereoscopic image moves from the display surface 11 to the display surface 12 in time will be described.
When the three-dimensional stereoscopic image is on the display surface 11, the luminance of the 2D image 14 on the display surface 11 is made equal to the luminance of the three-dimensional stereoscopic image, as shown in FIG. The brightness of the converted image 15 is zero.
Next, for example, when the three-dimensional stereoscopic image gradually moves away from the viewer 100 in time and slightly approaches in time from the display surface 11 toward the display surface 12, as shown in FIG. Corresponding to the movement of the depth position of the three-dimensional stereoscopic image, the luminance of the 2D image 14 is slightly lowered in time, and the luminance of the 2D image 15 is slightly increased in time.

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11より表示面12側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、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2D化像14の輝度を時間的にさらに下げ、かつ2D化像15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12上まで時間的に移動してきた場合には、図13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15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11上の2D化像14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(14,15)であっても、観察者100にはあたかも表示面(11,12)の間を、表示面11から表示面12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。
Next, for example, when the three-dimensional stereoscopic image is further distant from the observer 100 in time and moved to the position closer to the display surface 12 than the display surface 11, as shown in FIG. Corresponding to the movement of the depth position of the three-dimensional stereoscopic image, the luminance of the 2D image 14 is further lowered in time, and the luminance of the 2D image 15 is further raised in time.
Further, for example, when the three-dimensional stereoscopic image has moved to the display surface 12 over time, as shown in FIG. 13, the 2D image above this corresponding to the movement of the depth position of the three-dimensional stereoscopic image. The luminance of 15 is changed over time until it becomes equal to the luminance of the three-dimensional stereoscopic image, and is changed until the luminance of the 2D image 14 on the display surface 11 becomes zero.
By displaying in this way, even if a 2D image (14, 15) is displayed due to a human physiological or psychological factor or illusion, the viewer 100 is as if the display surface (11, 12), it is felt that the three-dimensional stereoscopic image moves from the display surface 11 to the display surface 12 in the depth direction.

なお、前述の説明では、3次元立体像が表示面11から表示面12まで移動する場合について述べたが、これが表示面(11,12)の間の途中の奥行き位置から表示面12まで移動する場合や、表示面11から表示面(11,12)の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、表示面(11,12)の間の途中の奥行き位置から表示面(11,12)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。
In the above description, the case where the three-dimensional stereoscopic image moves from the display surface 11 to the display surface 12 has been described. However, this moves from the halfway position between the display surfaces (11, 12) to the display surface 12. Or when moving from the display surface 11 to a halfway depth position between the display surfaces (11, 12) or from a halfway depth position between the display surfaces (11, 12). It is clear that the same can be done even when moving to another depth position in the middle.
In the above description, a description is given of a case where only two surfaces are mainly described among surfaces on which a 2D image is arranged, and a three-dimensional stereoscopic image presented to the observer 100 moves between the two surfaces. However, even if the number of planes on which a two-dimensional image is arranged is larger than this, or even when a three-dimensional object to be presented moves across multiple planes, a three-dimensional stereoscopic image is displayed using the same method. Obviously, similar effects can be expected.
In the above description, the case where one three-dimensional stereoscopic image moves in two planes on which two-dimensional images are arranged has been described. However, when a plurality of three-dimensional objects move, that is, displayed. When the two-dimensional image includes a plurality of object images having different movement directions, the luminance of the object image displayed on each display surface changes for each object image according to the movement direction and movement speed of the object. Obviously, you can do that.

[DFD型の3次元表示装置の他の例]
図14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14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(21,22)(透過型表示装置21が透過型表示装置22より観察者100に近い)と、種々の光学素子と、光源23を用いて光学系13を構築する。即ち、本実施例では、前述の図8における表示面(11,12)に代えて、透過型表示装置(21,22)を用いるものである。
前記透過型表示装置(21,22)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パネル、イン・プレイン型液晶ディスプレイパネル、ホモジニアス型液晶ディスプレイパネル、強誘電液晶ディスプレイパネル、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイパネル、高分子分散型液晶ディスプレイパネル、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイパネル、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14では、バックライト(光源)23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14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。
[Other examples of DFD type 3D display devices]
FIG. 14 is a diagram for explaining another example of the DFD type three-dimensional display device as a premise of the present invention.
The three-dimensional display device shown in FIG. 14 has a plurality of transmissive display devices such as transmissive display devices (21, 22) (the transmissive display device 21 is more observable than the transmissive display device 22 in front of the observer 100. The optical system 13 is constructed using various optical elements and a light source 23. That is, in this embodiment, the transmissive display devices (21, 22) are used in place of the display surfaces (11, 12) in FIG.
Examples of the transmissive display devices (21, 22) include twisted nematic liquid crystal display panels, in-plane liquid crystal display panels, homogeneous liquid crystal display panels, ferroelectric liquid crystal display panels, guest-host liquid crystal display panels, A polymer dispersed liquid crystal display panel, a holographic polymer dispersed liquid crystal display panel, or a combination thereof is used. In addition, as the optical element, for example, a lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved mirror, a prism, a polarization element, a wave plate, or the like is used.
FIG. 14 shows a case where the backlight (light source) 23 is arranged at the rearmost position when viewed from the observer 100, and FIG. 14 shows the same configuration as that described in Patent Document 2 described above. belongs to.

図14に示す3次元表示装置においても、前述の図9に示すように、観察者100に提示したい3次元物体16を、観察者100から見て、前記透過型表示装置(21,22)へ射影した2D化像(14,15)を生成する。
前記2D化像(14,15)を、図14に示すように、各々透過型表示装置21と透過型表示装置22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(14,15)として表示する。
これは、例えば、2D化像(14,15)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23から射出された光で、2D化像15を透過し、さらに2D化像14を透過した光によって生成される。
図14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(14,15)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16の奥行き位置に対応して変えて、透過型表示装置21と透過型表示装置22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。
Also in the three-dimensional display device shown in FIG. 14, as shown in FIG. 9 described above, the three-dimensional object 16 desired to be presented to the observer 100 is viewed from the observer 100 to the transmissive display device (21, 22). A projected 2D image (14, 15) is generated.
As shown in FIG. 14, the 2D image (14, 15) is applied to both the transmissive display device 21 and the transmissive display device 22 from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the observer 100. Displayed as a 2D image (14, 15) so as to overlap.
This can be achieved, for example, by controlling the arrangement of the center position and the center of gravity position of each 2D image (14, 15) and the enlargement / reduction ratio of each image.
On the apparatus having the above-described configuration, an image viewed by the observer 100 is generated by light emitted from the light source 23, transmitted through the 2D image 15, and further transmitted through the 2D image 14.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 14, the distribution of the transmittance of each of the 2D images (14, 15) is kept constant on the device having the above-described configuration while keeping the overall luminance viewed from the observer 100 constant. The three-dimensional stereoscopic image of the three-dimensional object existing between the transmissive display device 21 and the transmissive display device 22 is displayed in accordance with the depth position of the three-dimensional object 16.

その2D化像(14,15)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16が透過型表示装置21上にある場合には、透過型表示装置21上の透過度を、2D化像14の輝度が3次元物体16の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置22上の2D化像15の部分の透過度を、例えば、その透過型表示装置22の最大値とする。
次に、例えば、3次元物体16が観察者100より少し遠ざかって、透過型表示装置21より透過型表示装置22側に少し寄った位置にある場合には、透過型表示装置21上の2D化像14の部分の透過度を少し増加させ、透過型表示装置22上の2D化像15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16が観察者100よりさらに遠ざかって、透過型表示装置21より透過型表示装置22側にさらに寄った位置にある場合には、透過型表示装置21上の2D化像14の部分の透過度をさらに増加させ、透過型表示装置22上の2D化像15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16が透過型表示装置22上にある場合には、透過型表示装置22上の透過度を、2D化像15の輝度が3次元物体16の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置21上の2D化像14の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置21の最大値とする。
An example of how to change the transmittance of each of the 2D images (14, 15) will be described.
For example, when the three-dimensional object 16 is on the transmissive display device 21, the transmittance on the transmissive display device 21 is set so that the luminance of the 2D image 14 is equal to the luminance of the three-dimensional object 16. The transmittance of the portion of the 2D image 15 on the transmissive display device 22 is, for example, the maximum value of the transmissive display device 22.
Next, for example, when the three-dimensional object 16 is slightly away from the observer 100 and is slightly closer to the transmissive display device 22 side than the transmissive display device 21, the 2D conversion on the transmissive display device 21 is performed. The transmittance of the portion of the image 14 is slightly increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 15 on the transmissive display device 22 is slightly decreased.
Next, for example, when the three-dimensional object 16 is further away from the viewer 100 and is located closer to the transmissive display device 22 than the transmissive display device 21, the 2D display on the transmissive display device 21 is performed. The transmittance of the portion of the image 14 is further increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 15 on the transmissive display device 22 is further decreased.
Further, for example, when the three-dimensional object 16 is on the transmissive display device 22, the transmittance on the transmissive display device 22 is set so that the luminance of the 2D image 15 is equal to the luminance of the three-dimensional object 16. For example, the transparency of the portion of the 2D image 14 on the transmissive display device 21 is set to the maximum value of the transmissive display device 21.

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(14,15)であっても、観察者100にはあたかも透過型表示装置(21,22)の中間に3次元物体16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(21,22)にほぼ等輝度の2D化像(14,15)を表示した場合には、透過型表示装置(21,22)の奥行き位置の中間付近に3次元物体16があるように感じられる。この場合に、この3次元物体16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(21,22)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14に示す3次元表示装置においても、図8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14に示す3次元表示装置においても、図8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。
By displaying in this way, even if the 2D image (14, 15) is displayed due to the physiological or psychological factors or illusions of the observer (person) 100, it is as if the observer 100 is present. It feels as if the three-dimensional object 16 is located in the middle of the transmissive display device (21, 22).
That is, for example, when a 2D image (14, 15) having substantially the same luminance is displayed on the transmissive display device (21, 22), 3 is displayed near the middle of the depth position of the transmissive display device (21, 22). It feels like there is a dimensional object 16. In this case, the three-dimensional object 16 is perceived by the observer 100 with a stereoscopic effect.
In the above description, for example, the method of expressing the depth position of the entire three-dimensional object using, for example, a two-dimensional image displayed on the transmissive display device (21, 22) has been mainly described. It is obvious that the three-dimensional display device shown in FIG. 14 can also be used as a method of expressing the depth of the three-dimensional object itself, for example, by a method similar to the method described in the three-dimensional display device shown in FIG.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 14 as well, when the 2D image is moved three-dimensionally by the same method as that described in the three-dimensional display device shown in FIG. The movement in the vertical direction is possible by moving image reproduction in the transmissive display device as in the case of a normal two-dimensional display device, and the movement in the depth direction is transmitted through a plurality of transmissive display devices. It is obvious that a moving image of a three-dimensional stereoscopic image can be expressed by temporally changing the degree.

[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を説明するための図である。
図15に示す3次元表示装置では、偏光板30と、偏光板36との間に、透過型表示装置21と、散乱板33と、透過型表示装置22とが配置される。
透過型表示装置21は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル32と、カラーフィルタ31とで構成され、同様に、透過型表示装置22は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル35と、カラーフィルタ34とで構成される。
また、偏光板36の後方(偏光板36の透過型表示装置22と反対の側)に、光源(バックライト)23が配置される。
ここで、液晶表示パネル(32,35)は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイパネル、イン・プレイン型液晶ディスプレイパネル、ホモジニアス型液晶ディスプレイパネル、強誘電液晶ディスプレイパネル、反強誘電液晶ディスプレイパネル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(32,35)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(32,35)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32および液晶表示パネル35毎に、独立に透過度を変化させることができる。
[Modification of 3D Display Device Shown in FIG. 14]
FIG. 15 is a diagram for explaining a modification of the three-dimensional display device shown in FIG.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the transmissive display device 21, the scattering plate 33, and the transmissive display device 22 are disposed between the polarizing plate 30 and the polarizing plate 36.
The transmissive display device 21 includes a liquid crystal display panel 32 that functions as a polarization variable device and a color filter 31. Similarly, the transmissive display device 22 includes a liquid crystal display panel 35 that functions as a polarization variable device, and a color filter. And a filter 34.
A light source (backlight) 23 is disposed behind the polarizing plate 36 (on the side opposite to the transmissive display device 22 of the polarizing plate 36).
Here, the liquid crystal display panels (32, 35) are polarizing plates from twisted nematic liquid crystal display panels, in-plane liquid crystal display panels, homogeneous liquid crystal display panels, ferroelectric liquid crystal display panels, antiferroelectric liquid crystal display panels, and the like. It consists of a device that has been removed.
Since the liquid crystal display panel (32, 35) can change the direction of polarization for each pixel, the intensity of the emitted light can be changed according to the polarization direction of the emitted light and the polarization direction of the polarizing plate on the exit side. As described above, the light transmittance can be changed.
Therefore, the transmittance can be changed independently for each of the liquid crystal display panel 32 and the liquid crystal display panel 35 by controlling the polarization direction of the light passing therethrough for each pixel unit of the liquid crystal display panel (32, 35). .

図15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(21,22)上、あるいは、透過型表示装置21と透過型表示装置22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15に示す3次元表示装置では、液晶表示パネル(32,35)を、2枚の偏光板(30,36)で挟むようにしたので、透過型表示装置として、両側に偏光板を設けた液晶表示パネルを使用する場合に比して、光源23からの照射光の光路中に挿入される偏光板の数を少なくすることができ、表示が暗くなるのを防止することができる。
また、図15に示す3次元表示装置では、各液晶表示パネル(32,35)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(31,34)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15に示す3次元表示装置では、偏光方向が、液晶表示パネル32と液晶表示パネル35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(32,35)の偏光方向の制御を行う必要がある。
図15に示す3次元表示装置では、各透過型表示装置(21,22)は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル(32,35)と、カラーフィルタ(31,34)とで構成される。そのため、カラーフィルタ31と、カラーフィルタ34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15に示す3次元表示装置では、カラーフィルタ31とカラーフィルタ34との間に、散乱板33を配置し、前述したモアレが発生するのを防止するようにしている。
Even in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the three-dimensional display device 21 or 22 is placed on the transmissive display device (21, 22) or an arbitrary position between the transmissive display device 21 and the transmissive display device 22 by the above-described method. A stereoscopic image can be displayed.
Moreover, in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, since the liquid crystal display panel (32, 35) is sandwiched between two polarizing plates (30, 36), a polarizing plate is provided on both sides as a transmissive display device. Compared with the case where the provided liquid crystal display panel is used, the number of polarizing plates inserted in the optical path of the irradiation light from the light source 23 can be reduced, and the display can be prevented from becoming dark.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 15, a color filter (31) composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B) is provided for each pixel of each liquid crystal display panel (32, 35). , 34) are arranged, so that a three-dimensional stereoscopic image of a color image can be displayed.
However, in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the polarization direction of each liquid crystal display panel (32, 35) is taken into consideration that the polarization direction changes while passing through the liquid crystal display panel 32 and the liquid crystal display panel 35. It is necessary to control the direction.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 15, each transmissive display device (21, 22) includes a liquid crystal display panel (32, 35) functioning as a polarization variable device and a color filter (31, 34). . Therefore, moire may occur due to differences in the arrangement direction, arrangement pitch, and the like of the red (R), green (G), and blue (B) filters in the color filter 31 and the color filter 34.
For this reason, in the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the scattering plate 33 is disposed between the color filter 31 and the color filter 34 to prevent the above-described moire from occurring.

[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要部断面図である。
本実施例の3次元表示装置は、表示面を構成する透過型表示装置を複数個重ね合わせた構成を基本とする。そして、図1に示すように、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(111,112)の最前面(観察者から見て最前面)の透過型表示装置111と、観察者101との間に、透過型表示装置(111,112)の正面付近以外からの光を制限する視域限定装置121を配置する。
これにより、観察者101の方向からは透過型表示装置(111,112)を用いた3次元表示装置の3次元像が観察できるが、観察者(102,103)の方向からは観察することができなくなる。
従来、複数の透過型表示装置を積層した3次元表示装置では、画像が重なり合う正面付近以外から観察すると、各々の表示装置の画像の間に隙間が見えてしまったり、各々の画像が重なり合ってしまったりして、本来の3次元画像とは異なったズレた画像が観察者に観察されてしまう。
本実施例では、この本来の3次元画像以外の視線方向を制限することで、観察者には綺麗な、本来の3次元画像のみを見せることが可能となる。
なお、図1では、透過型表示装置(111,112)の正面から画像が重なる場合について説明しているが、各々の画像を正面以外から重ね合わせている場合には、その重なり合う視線方向以外を制限することで、本来の3次元画像のみを観察可能である。
[Example 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of a three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
The three-dimensional display device according to the present embodiment is basically configured by stacking a plurality of transmissive display devices constituting a display surface. As shown in FIG. 1, the transmissive display device at the forefront (the forefront as viewed from the viewer) of the transmissive display devices (111, 112) arranged at different depth positions as viewed from the viewer. A viewing area limiting device 121 that limits light from other than near the front of the transmissive display device (111, 112) is disposed between the viewer 111 and the viewer 101.
As a result, a three-dimensional image of the three-dimensional display device using the transmissive display device (111, 112) can be observed from the direction of the observer 101, but can be observed from the direction of the observer (102, 103). become unable.
Conventionally, in a three-dimensional display device in which a plurality of transmissive display devices are stacked, when the image is observed from other than near the front where the images overlap, gaps can be seen between the images of the display devices, or the images overlap. As a result, an image different from the original three-dimensional image is observed by the observer.
In the present embodiment, by limiting the viewing direction other than the original three-dimensional image, it is possible to show only a beautiful original three-dimensional image to the observer.
In addition, although FIG. 1 demonstrates the case where an image overlaps from the front of a transmissive display apparatus (111,112), when each image is overlap | superposed from other than the front, it is except for the overlapping gaze direction. By limiting, it is possible to observe only the original three-dimensional image.

図2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要部断面図である。図2に示す3次元表示装置は、非透過な表示装置(211,212)を複数枚重ね合わせた構成を基本構成とするものであり、図2では、光を反射と透過の両方を行うことができるハーフミラー(231,232)を用いて、非透過な表示装置(211,212)を光学的に複数重ね合わせている。なお、非透過な表示装置(211,212)は表示面を構成する。
そして、視域限定装置(221,222)を、それぞれ非透過な表示装置(211,212)の前方(観察者から光学的に見て前方)にそれぞれ配置し、観察できる視線方向を制限している。これにより、図1に示す透過型表示装置と同様に、非透過型表示装置でも同様な効果を実現できる。
本実施例の視域限定装置は、図3に示す視域限定装置521のように、表示装置に垂直な方向に壁を立てて他方向からの視線を遮るルーバー511などで構成できる。
また、レンズやプリズムなどの光学系にて観察者の方向に集光して観察範囲に指向性を持たせることも可能である。即ち、視域限定装置は、単に所望の視域以外を遮蔽して制限するものだけでなく、他の視域方向への光を所望の方向に集めることで、光の利用効率を高めることも可能である。
例えば、非透過な表示装置(211,212)が自発光型表示装置の場合には、発光光の全てを、中心付近のみの角度方向へ集光することで、自発光型表示装置の消費電力を大幅に削減することも可能である。
さらに、図4に示すように、例えば、表示装置631の前面に、画素毎に対応したマイクロレンズ611を用いた視域限定装置621を配置し、表示装置631から出射した光を観察者の方向に集光することで実現することもできる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a principal part showing a schematic configuration of a modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention. The three-dimensional display device shown in FIG. 2 has a basic configuration in which a plurality of non-transparent display devices (211 and 212) are superposed, and in FIG. 2, the light is reflected and transmitted. A plurality of non-transparent display devices (211, 212) are optically superimposed using half mirrors (231, 232). The non-transparent display devices (211 and 212) constitute a display surface.
The viewing area limiting devices (221, 222) are respectively arranged in front of the non-transparent display devices (211 and 212) (frontward when viewed optically from the observer), and the viewing direction is limited. Yes. Thereby, the same effect can be realized in the non-transmissive display device as in the transmissive display device shown in FIG.
The viewing area limiting device of this embodiment can be configured with a louver 511 that blocks a line of sight from other directions by setting a wall in a direction perpendicular to the display device, like the viewing area limiting device 521 shown in FIG.
It is also possible to condense the observation range by directing light toward the observer with an optical system such as a lens or a prism. In other words, the viewing area limiting device is not limited to simply blocking and restricting areas other than the desired viewing area, but also improves the light utilization efficiency by collecting light in other viewing area directions in the desired direction. Is possible.
For example, when the non-transmissive display device (211 and 212) is a self-luminous display device, the power consumption of the self-luminous display device is obtained by condensing all of the emitted light in an angular direction only near the center. Can be significantly reduced.
Furthermore, as shown in FIG. 4, for example, a viewing area limiting device 621 using a microlens 611 corresponding to each pixel is arranged on the front surface of the display device 631, and the light emitted from the display device 631 is directed to the observer. It can also be realized by condensing light.

[実施例2]
図5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要部断面図である。
本実施例の3次元表示装置も、透過型表示装置を複数個重ね合わせた構成を基本とする。そして、図5に示すように、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(311,312)の最後面(観察者から見て最後面)の後ろに、視域限定装置321を配置する。
透過型表示装置は、背面からの光を透過させることで表示を行うことから、背面から来る光の範囲を視域限定装置321にて制限することで、複数の透過型表示装置(311,312)の画像が重なり合う方向のみから観察可能としている。
これにより、観察者301の方向からは透過型表示装置(311,312)を用いた3次元表示装置の3次元像が観察できるが、観察者(302,303)の方向からは観察することができなくなる。
図6は、本発明の実施例2の3次元表示装置の変形例の概略構成を示す要部断面図である。図6に示す3次元表示装置は、透過型表示装置(411,412)をハーフミラー(431,432)を用いて光学的に重ね合わせたものである。
図6に示す3次元表示装置では、各々の透過型表示装置(411,412)の後面(観察者から光学的に見て後面)に視域限定装置(421,422)を配置することで、後面からの光の範囲を制限し、図5に示す3次元表示装置と同様に観察できる範囲を制限することができる。
[Example 2]
FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing a schematic configuration of a three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention.
The three-dimensional display device of the present embodiment is also basically based on a configuration in which a plurality of transmissive display devices are stacked. Then, as shown in FIG. 5, the rear side of the plurality of transmissive display devices (311, 312) arranged at different depth positions as viewed from the viewer (the last surface as viewed from the viewer) is viewed behind. A region limiting device 321 is arranged.
Since the transmissive display device performs display by transmitting light from the back surface, the range of light coming from the back surface is limited by the viewing area limiting device 321, so that a plurality of transmissive display devices (311, 312) are displayed. ) Can be observed only from the overlapping direction.
As a result, a three-dimensional image of the three-dimensional display device using the transmission type display devices (311 and 312) can be observed from the direction of the observer 301, but can be observed from the direction of the observer (302, 303). become unable.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of a modified example of the three-dimensional display device according to Embodiment 2 of the present invention. The three-dimensional display device shown in FIG. 6 is obtained by optically superimposing transmissive display devices (411, 412) using half mirrors (431, 432).
In the three-dimensional display device shown in FIG. 6, the viewing area limiting devices (421, 422) are arranged on the rear surfaces (back surfaces as viewed optically from the observer) of the transmissive display devices (411, 412). By limiting the range of light from the rear surface, it is possible to limit the range that can be observed in the same manner as the three-dimensional display device shown in FIG.

なお、背面からの光としては、自然に入射する光でも良いが、バックライト(331,441,442)のように直接照明する方法もある。
透過型表示装置の後面に配置する視域限定装置は、単に所望の視域以外を遮蔽して制限するものだけでなく、他の視域方向への光を所望の方向に集めることで、光の利用効率を高めることも可能である。
例えば、バックライトから出射した全ての光(100%)を中心付近の20%のみの角度方向へ集光することで、バックライトの消費電力を1/5程度に削減することも可能である。
DFD方式の3次元表示装置では、透過型表示装置を複数重ね合わせることから、表示輝度が低くなるので、高輝度なバックライトが必要であることが知られており、バックライトの輝度の削減、あるいは、消費電力の削減は、DFD方式の3次元表示装置において有利である。
本実施例の視域限定装置は、レンズ、マイクロレンズ、プリズムなどの光学系で構成することができる。例えば、図7に示すように、バックライト741から広い範囲で出射した光をマイクロレンズやレンズなどの光学系にて観察者の方向に集光し、その光を透過型表示装置731に入射させることで実現することができる。
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。
The light from the back surface may be naturally incident light, but there is also a method of direct illumination such as backlights (331, 441, 442).
The viewing area limiting device disposed on the rear surface of the transmissive display device is not limited to simply blocking and restricting areas other than the desired viewing area, but also collects light in other viewing area directions in a desired direction. It is also possible to increase the use efficiency.
For example, it is possible to reduce the power consumption of the backlight to about 1/5 by condensing all the light (100%) emitted from the backlight in an angular direction of only 20% near the center.
In a DFD type three-dimensional display device, since a plurality of transmissive display devices are overlapped, the display luminance is low, so it is known that a high-luminance backlight is necessary, and the luminance of the backlight is reduced. Alternatively, reduction in power consumption is advantageous in a DFD three-dimensional display device.
The viewing area limiting device of this embodiment can be configured by an optical system such as a lens, a microlens, and a prism. For example, as shown in FIG. 7, light emitted from a backlight 741 in a wide range is condensed in the direction of the observer by an optical system such as a microlens or a lens, and the light is incident on a transmissive display device 731. Can be realized.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.

本発明の実施例1の3次元表示装置の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the three-dimensional display apparatus of Example 1 of this invention. 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要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the modification of the three-dimensional display apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の視域限定装置の一例の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of an example of the visual field limitation apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の視域限定装置の他の例の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the other example of the visual field limitation apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の3次元表示装置の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the three-dimensional display apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の3次元表示装置の変形例の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the modification of the three-dimensional display apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の視域限定装置の一例の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of an example of the visual field limitation apparatus of Example 2 of this invention. 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。It is a figure which shows schematic structure of the three-dimensional display apparatus used as the basis of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the production | generation method of the 2D-ized image displayed on each display surface in the three-dimensional display apparatus used as the foundation of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the display principle of the three-dimensional display apparatus used as the basis of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the display principle of the three-dimensional display apparatus used as the basis of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the display principle of the three-dimensional display apparatus used as the basis of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the display principle of the three-dimensional display apparatus used as the basis of this invention. 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。It is a figure for demonstrating the other example of the DFD type three-dimensional display apparatus used as the premise of this invention. 図14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。It is a figure for demonstrating the modification of the three-dimensional display apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11,12 表示面
13 光学系
14,15 2D化像
16 3次元物体
21,22、111,112,311,312,411,412,631,731 透過型表示装置
23,331,441,442,741 バックライト
32,35 液晶表示パネル
31,34 カラーフィルタ
30,36 偏光板
33 散乱板
100,101,102,103,201,202,203,301,302,303,401,402,403,501,502,503,601,602,603,701,702,703 観察者
121,221,222,321,421,422,521,621,721 視域限定装置
231,232,431,432 ハーフミラー
211,212 非透過な表示装置
511 ルーバー
611,711 マイクロレンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11,12 Display surface 13 Optical system 14,15 2D-ized image 16 Three-dimensional object 21,22,111,112,311,312,311,412,631,731 Transmission type display device 23,331,441,442,741 Backlight 32, 35 Liquid crystal display panel 31, 34 Color filter 30, 36 Polarizing plate 33 Scattering plate 100, 101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 303, 401, 402, 403, 501, 502 , 503, 601, 602, 603, 701, 702, 703 Viewer 121, 221, 222, 321, 421, 422, 521, 621, 721 Viewing area limiting device 231, 232, 431, 432 Half mirror 211, 212 Non Transparent display device 511 Louver 611,711 Micro lens

Claims (9)

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に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次元表示装置において、
観察者の方向を中心とした狭い範囲のみから観察できる視域限定装置を有することを特徴とする3次元表示装置。
In a three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image by displaying two-dimensional images on a plurality of display surfaces arranged at different depth positions as viewed from the observer,
A three-dimensional display device comprising a viewing zone limiting device that allows observation from only a narrow range centered on an observer's direction.
前記3次元表示装置は、前記各表示面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2次元像を、それぞれの表示面に表示し、当該表示される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て、3次元立体像を表示することを特徴とする請求項1に記載の3次元表示装置。   The three-dimensional display device displays, on each display surface, a two-dimensional image obtained by projecting a display target object on each display surface from the viewing direction of the observer, and the brightness of the displayed two-dimensional image or The three-dimensional display device according to claim 1, wherein a three-dimensional stereoscopic image is displayed by changing the transmittance independently for each display surface. 前記視域限定装置は、前記観察者から見て最前面の表示面と、前記観察者との間に配置され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。   3. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the viewing area limiting device is disposed between a frontmost display surface viewed from the observer and the observer. 前記視域限定装置は、前記観察者から光学的に見て前記各表示面の前方に配置され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。   The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the viewing area limiting device is disposed in front of each display surface as viewed optically from the observer. 前記表示面が背面からの光を透過する透過型の場合に、前記視域限定装置は、前記観察者から見て最後面の表示面の後方に配置され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。   The display area limiting device is arranged behind the last display surface when viewed from the observer when the display surface is a transmissive type that transmits light from the back surface. The three-dimensional display device according to claim 2. 前記表示面が背面からの光を透過する透過型の場合に、前記視域限定装置は、前記観察者から光学的に見て前記各表示面の後方に配置され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。   The display area limiting device is disposed behind the display surfaces when viewed optically from the observer when the display surface is a transmissive type that transmits light from the back surface. The three-dimensional display device according to claim 1 or 2. 前記視域限定装置は、前記表示面の後方に配置されるバックライトの照射光の指向性を、前記観察者の方向を中心に狭くする装置であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の3次元表示装置。   6. The device according to claim 5, wherein the viewing area limiting device is a device that narrows the directivity of the irradiation light of a backlight disposed behind the display surface with respect to the direction of the observer. The three-dimensional display device according to 6. 前記視域限定装置は、前記観察者の方向以外の光を遮る装置であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の3次元表示装置。   The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the viewing area limiting device is a device that blocks light other than a direction of the observer. 前記視域限定装置は、前記観察者の方向以外の光を前記観察者の方向へ集光させる装置であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の3次元表示装置。
8. The three-dimensional image according to claim 1, wherein the viewing area limiting device is a device that collects light in a direction other than the direction of the observer in the direction of the observer. Display device.
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