JP3022558B1 - 三次元表示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 眼鏡を用いないで動画表示が可能であり、か
つ、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、さら
に、電気的に書換えが可能な三次元表示方法を提供す
る。 【解決手段】 奥行き位置の異なる複数の表示面にそれ
ぞれ二次元像を表示して、三次元立体像を生成する三次
元表示方法であって、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二次元像を生成し、前記生成さ
れた二次元像の輝度を前記各表示面毎に各々独立に変化
させて、前記生成された二次元像を複数の表示面に表示
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元立体像を、
情報量を少なくして、電子的に動画再生できる三次元表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気的に書き換え可能で、情報量
が少なく、動画の立体表示を可能とする装置として、図
２７に示す液晶シャッタ眼鏡方式がよく知られている。
以下、この液晶シャッタ眼鏡方式の原理について説明す
る。この液晶シャッタ眼鏡方式においては、カメラ（６
０２，６０３）により、三次元物体６０１を異なる方向
から撮影し、三次元物体６０１を異なる方向から撮影し
た像（視差像）を生成する。カメラ（６０２，６０３）
により撮影された映像を、映像信号変換装置６０４で合
成して１つの映像信号とし、二次元表示装置（例えば、
ＣＲＴ表示装置）６０５に入力する。観察者６０７は、
液晶シャッタ眼鏡６０６をかけて二次元表示装置６０５
の映像を観察する。ここで、二次元表示装置６０５がカ
メラ６０３の映像を表示している時に、液晶シャッタ眼
鏡６０６は左側が非透過状態、右側が透過状態とされ、
また、二次元表示装置６０５がカメラ６０２の映像を表
示している時に、液晶シャッタ眼鏡６０６は左側が透過
状態、右側が非透過状態とされる。前記動作を高速で切
り替えると、眼の残像効果により両眼に視差像が見える
ように感じる。したがって、両眼視差による立体視が可
能となる。また、従来の電気的に書き換え可能で、情報
量が少なく、動画の立体表示を可能とする装置として、
図２８に示す体積型方式も提案されている。以下、この
体積型方式の原理について説明する。この体積型方式に
おいては、図２８（ｂ）に示すように、三次元物体６１
１を観察者から見て奥行き方向に標本化して二次元像の
集まり６１２とし、この二次元像の集まり６１２を、図
２８（ａ）に示す体積型三次元表示装置６１３を用い
て、例えば、時分割で再び奥行き方向に配置して三次元
の再現像６１４を再構成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
２７に示す液晶シャッタ眼鏡方式は、液晶シャッタ眼鏡
６０６が必須であるため、テレビ会議のような場合に
は、非常に不自然であるという問題点があった。また、
立体視の生理的要因の中で、両眼視差、輻輳と、ピント
調節との間に大きな矛盾が生じる。即ち、前記図２７に
示す液晶シャッタ眼鏡方式では、両眼視差と輻輳はほぼ
満足できるが、ピント面が表示面にあるため、この矛盾
により、眼精疲労などを生じるという問題点があった。
また、前記図２８に示す体積型方式は、再現する三次元
物体６１１の奥行き位置が実際に像を表示する面に近く
て、かつその面に挟まれているため、前記図２７に示す
液晶シャッタ眼鏡方式と異なり、両眼視差、輻輳と、ピ
ント調節との間の矛盾を抑制することができる。しかし
ながら、この体積型方式では、奥行き方向に位置が離散
的であるため、その中間位置の三次元物体や奥行き方向
に大きく変化している三次元物体を再現するのが困難で
あ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、眼鏡を用いないで動画表示が可能な三次元表示
方法および装置を提供することにある。本発明の他の目
的は、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制することが
可能な三次元表示方法および装置を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、電気的に書換えが可能な三次
元表示方法および装置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及び新規な特徴は、本明細書
の記述及び添付図面によって明らかにする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。即ち、本発明は、奥行き位置の異な
る複数の表示面にそれぞれ二次元像を表示して、三次元
立体像を生成する三次元表示方法であって、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二次元像
を生成し、前記生成された二次元像の輝度を前記各表示
面毎に各々独立に変化させて、前記生成された二次元像
を複数の表示面に表示することを特徴とする。また、本
発明は、前記表示対象物体が、観察者に近い奥行き位置
に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
を高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
像の輝度を低くし、また、前記表示対象物体が、観察者
から遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前
記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する
前記二次元像の輝度を低くし、観察者から遠い表示面に
表示する前記二次元像の輝度を高くすることを特徴とす
る。また、本発明は、前記二次元像が観察者の右眼と左
眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように、前記二次
元像を前記複数の表示面に表示し、かつ観察者の見る総
体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等しくなるよう
にすることを特徴とする。また、本発明は、前記二次元
像が観察者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、前記二次元像を前記複数の表示面に表示
し、かつ表示対象物体の奥行き位置が観察者から遠い場
合は近い場合に比べて観察者の見る総体的な輝度を低く
することを特徴とする。また、本発明は、前記観察者の
右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼との間の
一点とすることを特徴とする。また、本発明は、前記観
察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼の
中心点とすることを特徴とする。また、本発明は、前記
観察者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、前記複数の表示面に表示される二次元像に対し
て、観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加え
ることを特徴とする。また、本発明は、前記二次元像を
表示する表示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に
対してそれらの表示面に表示された複数の二次元像が、
観察者の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有
する範囲とすることを特徴とする。また、本発明は、前
記二次元像を表示する表示面間の奥行き位置を、同一表
示対象物体に対してそれらの表示面に表示された複数の
二次元像が、観察者から見て表示対象物体の奥行き位置
にピントを合わせた方が、前記複数の表示面にピントを
合わせるより画像のぼけが少ない範囲内とすることを特
徴とする。また、本発明は、前記二次元像を順次切り替
えることにより、三次元の動画像を生成することを特徴
とする。また、本発明は、前記二次元像が奥行き方向に
移動する複数の物体像を含む場合であって、当該物体の
移動方向が観察者に近づく方向である場合に、前記二次
元像の切り替えに同期して、前記複数の表示面のうちの
観察者に近い表示面に表示する前記物体像の輝度を順次
高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記物体像の
輝度を順次低くし、また、当該物体の移動方向が観察者
から遠ざかる方向である場合に、前記二次元像の切り替
えに同期して、前記複数の表示面のうちの観察者に近い
表示面に表示する前記物体像の輝度を順次低くし、観察
者から遠い表示面に表示する前記物体像の輝度を順次高
くすることを特徴とする。

【０００５】また、本発明は、三次元表示装置であっ
て、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
影した二次元像を生成する第１の手段と、前記第１の手
段で生成された二次元像を、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表示する第２の手段と、
前記複数の表示面に表示される二次元像の輝度を、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
ことを特徴とする。また、本発明は、前記第２の手段
が、複数の二次元表示装置と、前記複数の二次元表示装
置のうち観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二
次元表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各
二次元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像と
して配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴と
する。また、本発明は、前記第２の手段が、複数の二次
元表示装置と、前記複数の二次元表示装置のうち観察者
より最も遠い奥行き位置に配置される二次元表示装置以
外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次元表示装置
の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として配置する部
分反射鏡とレンズの組合わせとから構成されることを特
徴とする。また、本発明は、前記第２の手段が、複数の
二次元表示装置と、前記複数の二次元表示装置のうち観
察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元表示装
置と組み合わされ、当該二次元表示装置の表示を観察者
の視線上の像として配置する全反射鏡あるいは部分反射
鏡と、前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される
二次元表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、
各二次元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像
として配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴
とする。また、本発明は、前記第２の手段が、複数の二
次元表示装置と、前記複数の二次元表示装置のうち観察
者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元表示装置
と組み合わされ、当該二次元表示装置の表示を観察者の
視線上の像として配置する全反射鏡とレンズの組合わ
せ、あるいは部分反射鏡とレンズの組合わせと、前記観
察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元表示装
置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次元表示
装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として配置す
る部分反射鏡とレンズの組合わせとから構成されること
を特徴とする。また、本発明は、前記第２の手段が、観
察者から見て異なった奥行き位置に配置した、透過状態
と散乱状態の切替制御が可能な複数の散乱板、または反
射状態と透過状態の切替制御が可能な複数の反射板と、
前記複数の散乱板または複数の反射板の各々に二次元像
を投射する複数の投射型二次元表示装置と、前記複数の
散乱板または複数の反射板と前記複数の投射型二次元表
示装置との間に配置され、前記複数の散乱板の透過状態
と散乱状態の切替、または前記複数の反射板の反射状態
と透過状態の切替と同期して透過状態と遮断状態を切替
る複数のシャッタとから構成されることを特徴とする。
また、本発明は、前記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と観察者との間に、レンズ光学系
を設置したことを特徴とする。また、本発明は、前記第
２の手段が、二次元表示装置と、光学系と、バリフォー
カル・ミラーとから構成されることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記第２の手段が、奥行き方向に振動す
る振動スクリーンと、レンズを含む光学系と、レーザ光
をラスタースキャンするスキャン手段と、レーザ光源と
から構成されることを特徴とする。また、本発明は、前
記第２の手段が、ＬＥＤアレイよりなるＬＥＤ表示装置
と、前記ＬＥＤ表示装置を並進／回転させる並進／回転
装置と、映像信号をＬＥＤ表示装置に供給する映像供給
装置とから構成されることを特徴とする。また、本発明
は、前記第２の手段が、二次元像が記録されたフィルム
あるいは二次元表示装置と、プリズムやミラーを有する
変換光学系と、投影ドラムとから構成されることを特徴
とする。また、本発明は、前記第２の手段が、前記第１
の手段で生成された二次元像を、観察者の右眼と左眼と
を結ぶ線上の一点から見て重なるように前記複数の表示
面に表示することを特徴とする。また、本発明は、前記
第２の手段が、前記第１の手段で生成された二次元像
に、観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加え
て、前記複数の表示面に表示することを特徴とする。ま
た、本発明は、前記第２の手段が、前記第１の手段で生
成された二次元像を順次切り替えて表示して、三次元の
動画像を生成することを特徴とする。また、本発明は、
前記第３の手段が、前記第１の手段で生成された二次元
像が、奥行き方向に移動する複数の物体像を含む場合
に、当該物体の移動方向が観察者に近づく方向である場
合に、前記第２の手段での二次元像の切り替えに同期し
て、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表
示する前記物体像の輝度を順次高くし、観察者から遠い
表示面に表示する前記物体像の輝度を順次低くし、ま
た、当該物体の移動方向が観察者から遠ざかる方向であ
る場合に、前記第２の手段での二次元像の切り替えに同
期して、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面
に表示する前記物体像の輝度を順次低くし、観察者から
遠い表示面に表示する前記物体像の輝度を順次高くする
ことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。なお、本実
施の形態では、像を配置する「面」という表現を用いる
が、これは光学などで多用される像面などと同様な表現
であり、かつこのような像面を実現する手段としては、
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、波長板などの種々の光学素子と、例え
ば、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイ、液晶ディスプレ
イ、ＬＥＤ（Ｌight Ｅmission Ｄiode）ディスプレ
イ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Ｆield Ｅmission
Ｄisplay）、ＤＭＤ（Ｄigital Ｍirror Ｄisplay）、
プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレ
イなどの二次元表示装置とを用いて、多くの光学的組み
合わせ技術により、実現可能なことは明らかである。ま
た、提示する三次元立体像を主に２つの面に二次元像と
して表示する場合について述べるが、これを２つ以上の
面としても同様な効果が期待できることは明らかであ
る。

【０００７】［実施の形態１］図１〜図８は本発明によ
る実施の形態１の三次元表示装置の原理を説明するため
の図である。本実施の形態の三次元表示装置の原理は、
まず、図１に示すように、観察者１００の前面に複数の
面、例えば、面（１０１，１０２）（面１０１が面１０
２より観察者１００に近い）を設定し、これらの面（１
０１，１０２）に複数の二次元像を表示するために、二
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（詳細は後述する）。前記二次元表示装置とし
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、ＦＥＤディスプレ
イ、プロジェクション型ディスプレイ、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。次に、図２に示すように、観
察者１００に提示したい三次元物体１０４を、観察者１
００の両眼の視線方向から、前記の面（１０１，１０
２）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、視線方向から物体１０４
をカメラで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。図１に
示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々
面１０１と面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。

【０００８】本発明における重要な要点は、前記構成を
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、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変え
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、以下の図面では輝度の高い方を濃く示してある（但
し、図８を除く。）。例えば、三次元物体１０４が面１
０１上にある場合には、図３に示すように、この上の２
Ｄ化像１０５の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しく
し、面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、三次元物体１０４が観察者１００より少
し遠ざかって面１０１より面１０２側に少し寄った位置
にある場合には、図４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。
さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１００より
さらに遠ざかって面１０１より面１０２側にさらに寄っ
た位置にある場合には、図５に示すように、２Ｄ化像１
０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさら
に上げる。遂に、例えば、三次元物体１０４が面１０２
上にある場合には、図６に示すように、この上の２Ｄ化
像１０６の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、
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にはあたかも面（１０１，１０２）の中間に三次
元物体１０４が位置しているように感じられる。即ち、
例えば、面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像
（１０５，１０６）を表示した場合には、面（１０１，
１０２）の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４が
あるように感じられる。

【０００９】なお、前記説明においては、例えば、三次
元物体１０４全体の奥行き位置を、例えば、面（１０
１，１０２）に表示した二次元像を用いて表現する方法
及び装置について主に述べたが、本実施の形態の方法
は、例えば、三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ことは明らかである。
その一例を以下の一実施の形態で説明する。三次元物体
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１に示す構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０
５，１０６）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、三次元物体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。その変え方の一実施の形態を、例えば、表示面を２
面用いる場合を例として図７を用いて以下に説明する。
図７（ａ）が観察者１００に近い面、例えば、面１０１
に表示される２Ｄ化像の一例であり、図７（ｂ）が観察
者１００に遠い面、例えば、面１０２に表示される２Ｄ
化像の一例である。例えば、三次元物体として図７に示
したようなケーキを例に取ると、上に立てたロウソクを
除き、ケーキ（三次元物体）の上面及び下面は、例え
ば、ほぼ平坦であり、かつその側面は、例えば、円柱状
であり、ロウソクは、例えば、上面の円周近傍に配置す
る。この場合の２Ｄ化像では、上面及び下面において
は、上方の方が奥に位置し、かつその側面では真ん中が
手前で端に行くに従って奥に位置し、さらに隠れている
上方の真ん中は奥に位置することとなる。この場合、上
面及び下面における輝度変化は、観察者１００に近い
面、例えば、面１０１においては、図７（ａ）に示すよ
うに、観察者１００に近い部位（２Ｄ化像では、例えば
下方）が輝度が高く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例
えば上方）が輝度が低くなるようにその奥行き位置に対
応して徐々に変化させる。また、観察者に遠い面、例え
ば面１０２においては、図７（ｂ）に示すように、観察
者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が低
く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度
が高くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化
させる。次に、円柱部分の輝度変化もその奥行き位置に
対応して、観察者１００に近い面、例えば、面１０１に
おいては、図７（ａ）に示すように、観察者１００に近
い部位（例えば、真中付近）が輝度が高く、かつ遠い部
位（例えば、左右の端付近）が輝度が低くなるように徐
々に変化させる。また、観察者１００に遠い面、例え
ば、面１０２においては、図７（ｂ）に示すように、観
察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が低
く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が高
くなるように徐々に変化させる。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、表示しているのが二次元像で
あっても、観察者１００にはあたかも上面、下面がほぼ
平らな円柱状のケーキがあるように感じられる。なお、
この実施の形態では、上面、下面がほぼ平らな円柱状の
三次元物体を例としたが、他の形状の三次元物体であっ
ても同様なことが可能であることは明らかである。

【００１０】また、本実施の形態においては、複数の面
に表示する２Ｄ化像の輝度を観察者１００から見た総体
的な輝度を一定に保ちつつ変化させる場合について説明
した。しかしながら、観察者１００から見た総体的な輝
度を奥にいくに従って徐々に減少させることで、立体感
を強調することはコンピュータグラフィックにおいてよ
く用いられている手法であり、本発明においてもこれを
採用することでその効果をよりいっそう助長できること
は明らかであり、その一実施の形態を図８（ａ）、
（ｂ）に示す。図８（ａ）においては、下の床部分の輝
度を上方に徐々に低下させることで、あたかも上方の床
が奥行き方向に奥にあるように感じられる。さらに、図
８（ｂ）においては図８（ａ）と同様に床部分だけでな
く、チェイン（輪上の物）の部分においても、左方向に
徐々に輝度を低下させることで左部分のチェインが奥行
き方向に奥にあるように感じられる効果を得ることがで
きる。なお、このような輝度低下の程度の算出方法とし
て、三次元物体の輝度Ｂに対して上記効果を得るための
輝度Ｂ’として、例えば、Ｂ’＝Ｂ×Ｔ０／Ｔ（Ｔ：視
点からの距離、Ｔ０：視点から基準面への距離）の計算
式によるなど多数の方法があることは明らかである。ま
た、本実施の形態における二次元像面としては、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。

【００１１】また、本実施の形態においては、図２７に
示した従来法と異なり、実際に像を表示する面が、その
錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、従
来法にあった両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛
盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制できると考え
られる。

【００１２】また、ピント調整自体は、観察者１００が
２つ以上の面を同時に見ることになるため、双方の２Ｄ
化像を最もぼけさせずに見ることができる位置に定位さ
れることになり、従来法の欠点を大きく改善できる。こ
の場合、複数の２Ｄ化像（例えば、図１の１０５，１０
６）を表示する複数の面（例えば、図１の１０１，１０
２）の奥行き距離は、観察者１００から見て表示対象物
体の奥行き位置にピントを合わせた方が、前記複数の面
にピントを合わせるより画像のぼけが少ない範囲とす
る。また、図２８に示した従来法と異なり、像面の中間
位置に存在する物体も観察者に対しては三次元的に見え
るため、従来の書割り的な立体感ではない利点を有す
る。さらに、本実施の形態においては、複数の面の間に
ある物体も表現できることから、三次元表示を行う場合
のデータ量を大きく減らせる利点も有する。また、本実
施の形態においては、像の輝度の変化のみによる人の生
理的あるいは心理的要因あるいは錯覚を利用しているた
め、光源として特にレーザーなどのコヒーレント光源を
必要とせず、かつカラー化も容易である利点を有してい
る。また、本発明は、機械的駆動部を含まないため、軽
量化、信頼性の向上などに適している利点を有する。ま
た、本実施の形態においては、二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、二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
様な構成が可能であることは明らかである。

【００１３】本発明の三次元立体像は、観察者１００の
右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て、観察者１００
の視力の下で重なるように前面１０１の二Ｄ化像１０５
と後面１０２の二Ｄ化像１０６の大きさを制御した場合
に起こる（正確に言うと、観察者１００の右眼と左眼を
結ぶ線上の一点から見て、観察者１００の視力の下で上
下方向が重なることが必須条件である）。以下、図９を
用いて、本実施の形態における二Ｄ化像（１０５，１０
６）の重なり位置について説明する。本実施の形態にお
いて、二Ｄ化像（１０５，１０６）の重なり位置の中
で、最も良い重なり位置は、図９（ａ）に示すように、
右眼と左眼の中間位置である。それは両眼から見た場合
のエッジ部分の二重像が小さいからである。良好に本発
明の三次元立体像が観察されるのは、両眼の間であり、
図９（ｂ）に示すような位置が限界である。但し、観察
者１００の視力の範囲内で、図９（ｂ）と区別できない
図９（ｃ）程度に両眼から外れても本発明の三次元立体
像は観察される可能性がある。この位置よりさらに外れ
る場合には、一般には本発明の三次元立体像は観察され
ず、前後の２つの二次元像として観察される。このよう
に、２Ｄ化像（１０５，１０６）を観察者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
る場合において、特に、観察者１００の右眼と左眼とを
結ぶ線上の一点として、右眼と左眼の間の一点を用いる
場合には、前記した複数の面（１０１，１０２）の中間
位置における三次元知覚の効果が得られる信頼性が大き
くなる（簡単に言うと、多くの人に、あるいは多くの場
合の効果が得られる。）。さらに、観察者１００の右眼
と左眼とを結ぶ線上の一点として、観察者１００の左右
眼の中心位置を用いる場合には、さらに効果を得やすく
なるとともに、左右眼における、例えば、面（１０１，
１０２）に生じる二重像の大きさを小さくできる利点を
有する。また、前記重なるように表示した２Ｄ化像（１
０５，１０６）の観察者１００から見た左右方向の大き
さを拡大・縮小することは、知覚される深さや傾きなど
を人工的に変化される際に有効である。

【００１４】また、前記説明では、複数の２Ｄ化像（１
０５，１０６）の輝度を変化させる場合について説明し
たが、例えば、複数の２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝
度の変化は前記した通りとし、かつ観察者１００から見
た総体的な色を変化させない範囲で、各々の色を変えて
も、本発明の効果としては同様な効果が得られる。本発
明においては、前後の二Ｄ化像（１０５，１０６）の輝
度比で見かけの奥行き位置を変化させている。したがっ
て、図１０に示すように、観察者１００がこれを重ねて
見たときに提示したい三次元立体像１０７の色（図１０
では、例えば、黄色）と同じになるように、前面１０１
の二Ｄ化像１０５の色（図１０では、例えば、赤色）
と、後面１０２の二Ｄ化像１０６の色（図１０では、例
えば、緑色）を変えることができる。この場合に、例え
ば、輪郭の部分の色が中とは異なり、通常の場合では違
和感を感じる要因となるが、例えば、背景との色彩的な
マッチングなどの点で効果が得られる場合がある。本発
明の三次元立体像は、図１１（ａ）に示すように、右眼
像、左眼像において、前後の二次元像が重なり合った部
分がある場合に発現する。したがって、前後の面間距離
が大きく離れ、例えば、図１１（ｂ）のように、右眼
像、左眼像において、前後の二Ｄ化像（１０５，１０
６）が重ならず、離れるようになると本発明の三次元立
体像は発現せず、観察者１００には前後の２つの二次元
像として感じられる。したがって、本実施の形態におい
て、三次元立体像を発現させるためには、二Ｄ化像（１
０５，１０６）を表示する面（１０１，１０２）の間の
奥行き位置は、同じ表示対象物体に対してそれらの面に
表示された複数の二Ｄ化像（１０５，１０６）が、観察
者１００の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を
有する範囲である。即ち、共通領域でない状態では、こ
の効果（三次元立体像が発現する効果）は消失し、観察
者１００には前記面が奥行き方向に離れて感じられる。
また、本実施の形態において、二次元像を順次切替える
ことにより、三次元の動画像が表示可能であることは言
うまでもない。

【００１５】［実施の形態２］図１２〜図１７は、本発
明の実施の形態２の三次元表示装置の原理を説明するた
めの図である。本実施の形態の三次元表示装置は、ま
ず、図１２に示すように、観察者１００の前面に複数の
面、例えば、面（１１１，１１２）（面１１１が面１１
２より観察者１００に近い）を設定し、これらの面に複
数の二次元像を表示するために、例えば二次元表示装置
と、種々の光学素子を用いて光学系１１３を構築する。
この二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、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプ
レイ、線描画型ディスプレイなどが、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
鏡、プリズム、偏光素子、波長板などが使用可能であ
る。次に、図１３に示すように、観察者１００に提示し
たい三次元物体１１４を、観察者１００の両眼の視線方
向から、面（１１１，１１２）へ射影した像（２Ｄ化
像）（１１５，１１６）を生成する。この２Ｄ化像（１
１５，１１６）は、前記した如く、例えば、視線方向か
ら三次元物体１１４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
により生成可能である。図１２に示すように、この２Ｄ
化像（１１５，１１６）を、各々面１１１と面１１２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、前記したよう
に、例えば、２Ｄ化像（１１５，１１６）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。

【００１６】本実施の形態における重要な要点は、像
（１１５，１１６）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、三次元立体像の奥
行き位置の時間的変化に対応して変化させることであ
る。その一例として、以下、例えば、三次元立体像が面
１１１より面１１２まで時間的に移動する場合について
説明する。図１４に示すように、例えば、三次元立体像
が面１１１上にある場合には、面１１１上の２Ｄ化像１
１５の輝度を三次元立体像の輝度に等しくし、面１１２
上の２Ｄ化像１１６の輝度はゼロとする。

【００１７】次に、図１５に示すように、例えば、三次
元立体像が、次第に観察者１００より時間的に少し遠ざ
かり、面１１１より面１１２側に時間的に少し寄ってく
る場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応さ
せて２Ｄ化像１１５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２
Ｄ化像１１６の輝度を時間的に少し上げる。次に、図１
６に示すように、例えば、三次元立体像が観察者１００
より時間的にさらに遠ざかり、面１１１より面１１２側
にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、三次
元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１１
５の輝度を時間的にさらに下げ、かつ２Ｄ化像１１６の
輝度を時間的にさらに上げる。また、図１７に示すよう
に、例えば、三次元立体像が、遂に面１１２上まで時間
的に移動してきた場合には、三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１１６の輝度を三
次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、
かつ面１１１上の２Ｄ化像１１５の輝度がゼロとなるま
で変化させる。

【００１８】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（１１５，１１６）であっても、観察者
１００にはあたかも面（１１１，１１２）の間を、面１
１１から面１１２に三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、本実施の形態においては、
三次元立体像が面１１１から面１１２まで移動する場合
について述べたが、これが面（１１１，１１２）の間の
途中の奥行き位置から面１１２まで移動する場合や、面
１１１から面（１１１，１１２）の間の途中の奥行き位
置まで移動する場合や、面（１１１，１１２）の間の途
中の奥行き位置から面（１１１，１１２）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、本実施の形態に
おいては、二Ｄ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に提示する三次元
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、二次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あ
るいは提示する三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、同様な構成が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、本実施の形
態では、１個の三次元立体像が二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、複数個の三
次元物体が移動する場合、即ち、表示される二次元像
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。

【００１９】［実施の形態３］図１８は、本発明の実施
の形態３の三次元表示装置の概略構成を説明するための
図である。本実施の形態の三次元表示装置は、図１８
（ａ）に示すように、まず、複数の二次元表示装置（１
２１，１２２）と、全反射鏡１２３（例えば、反射率／
透過率＝１００／０）、部分反射鏡１２４（例えば、反
射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前記実施の形態
１、２で述べた複数の二元像を配置するための光学系を
構成したものである。各々の配置を変えることにより、
二次元表示装置１２１の表示が全反射鏡１２３で反射し
て部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二
次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射し
てできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置
することができる。このような光学系では、鏡のみを用
いるため、画質の劣化が少ない利点を有する。前記二次
元表示装置（１２１，１２２）としては、例えば、ＣＲ
Ｔ、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、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤディスプレ
イ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディス
プレイなどを用いる。但し、本実施の形態における全反
射鏡１２３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１
２１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得
られることは明らかである。本実施の形態では像面の奥
行き位置の順序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と
同じ場合について説明したが、全反射鏡あるいは部分反
射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることに
より、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できるこ
とは明らかである。

【００２０】また、図１８（ｂ）に示すように、前記全
反射鏡１２３を使わずに二次表示装置１２１を直接配置
し、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０
／５０）を用いて、前記実施の形態１、２で述べた複数
の二元像を配置するための光学系を構成することができ
る。即ち、二次元表示装置１２１の表示が部分反射鏡１
２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１
２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１
２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができ
る。本実施の形態では像面の奥行き位置の順序が、二次
元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明
したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各
々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由
に変化できることは明らかである。

【００２１】前記光学系にレンズなどを含めることによ
り、像面の位置をよりフレキシブルに変更できる一実施
の形態を図１９に示す。図１９（ａ）に示すように、複
数の二次元表示装置（１３１，１３２）と、例えば全反
射鏡１３３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、
部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５
０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を
加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約
などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置
関係をより柔軟に設定できることが分かる。但し、本実
施の形態における全反射鏡１３３を部分反射鏡に代えて
も、二次元表示装置１３１の像の輝度は低下するが、本
発明の効果は同様に得られることは明らかである。本実
施の形態では像面の奥行き位置の順序が二次元表示装置
の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、全
反射鏡あるいは部分反射鏡から二次元表示装置までの距
離を各々変えることやレンズなどの光学系の配置によ
り、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できること
は明らかである。また、図１９（ｂ）に示すように、前
記全反射鏡１３３を使わずに二次元表示装置１３１を直
接配置し、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率
＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，
１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大
きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１
３６の位置関係をより柔軟に設定できる。勿論、凸レン
ズだけでなく組み合わせレンズなどのレンズ光学系を用
いることが歪みなどの点で有利になる場合もあること
は、通常のレンズ光学系と同様である。また、この場合
はレンズの焦点距離よりも近い位置に二次元表示装置を
設置した虚像を用いる場合を例として示したが、レンズ
の焦点距離よりも遠い位置に二次元表示装置を設置する
実像を用いる場合でも同様なことができることは明らか
である。本実施の形態では像面の奥行き位置の順序が二
次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説
明したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を
各々変えることやレンズなどの光学系の配置により、こ
の像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明ら
かである。

【００２２】図２０にさらに二次元表示装置が増えた場
合の一実施の形態を示す。例えば、複数の二次元表示装
置（１４１〜１４５）と、全反射鏡１４６（例えば、反
射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１４７（例え
ば、反射率／透過率＝５０／５０）、１４８（例えば、
反射率／透過率＝３３．３／６６．７）、１４９（例え
ば、反射率／透過率＝２５／７５）、１５０（例えば、
反射率／透過率＝２０／８０）を用いて、複数の二元像
を配置するための光学系を構成した例である。各々の配
置を変えることにより、二次元表示装置１４１の表示が
全反射鏡１４６で反射して部分反射鏡（１４７〜１５
０）を透過してできる像面１５１と、二次元表示装置
（１４２〜１４５）の表示が各々部分反射鏡（１４７〜
１５０）で反射して部分反射鏡と透過してできる像面
（１５２〜１５５）を各々奥行き方向に異なる位置に配
置することができる。このような光学系では、鏡のみを
用いるため、画質の劣化が少ない利点を有する。なお、
前記実施の形態では、二次元表示装置が５個の場合につ
いて述べたが、それ以外の個数でも同様な構成が可能な
ことは明らかである。この場合においても、図１８に対
する図１９のようにレンズ光学系を付加することによ
り、像面の位置を制御しやすくなることは同様に明らか
である。但し、本実施の形態における全反射鏡１４３を
部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１４１の像の輝
度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは
明らかである。本実施の形態では像面の奥行き位置の順
序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合につ
いて説明したが、全反射鏡あるいは部分反射鏡から二次
元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像
面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかで
ある。

【００２３】図２１は複数のプロジェクタ型二次元表示
装置（例えば、ＣＲＴ型、ＬＣＤ型、ＩＬＶ型、ＤＭＤ
型など）（１６１〜１６５）と、散乱板（１６６〜１７
０）を用いて、プロジェクタから散乱板に画像を投影す
ることにより、複数の二元像を配置するための光学系を
構成した一実施の形態を示す。ここで、散乱板（１６６
〜１７０）は、例えば、高分子分散型液晶素子、あるい
はホログラフィック高分子分散型液晶素子、あるいは液
晶とマルチレンズアレイの組合せ素子などのように散乱
／透過、あるいは反射／透過を制御でき、またシャッタ
（１７１〜１７５）は、例えば、ツイストネマティック
液晶素子、あるいは強誘電液晶素子、あるいは機械的シ
ャッタ素子などのように透過／遮断を制御できるものと
する。散乱板（１６６〜１７０）の奥行き位置を変えて
配置し、これらの散乱板（１６６〜１７０）にプロジェ
クタ型二次元表示装置（１６１〜１６５）の各々のピン
ト面を合わせて映像を投射し、かつ散乱板（１６６〜１
７０）の散乱／透過のタイミングとシャッタ（１７１〜
１７５）の透過／遮断のタイミングを合わせて駆動する
ことにより、時分割で、散乱板（１６６〜１７０）上に
形成される像面（１７１〜１７５）の奥行き位置を制御
できる。このように、プロジェクタを用いる場合には、
装置のレイアウトの自由度が大きい利点を有する。な
お、この実施の形態では、二次元表示装置が５個の場合
について述べたが、それ以外の個数でも同様な構成が可
能なことは明らかである。また、シャッタの代わりに、
プロジェクタのランプをＯＮ／ＯＦＦしてもよいことは
明らかである。また、本実施の形態においては、三次元
表示装置付近、内部あるいはこれより奥に像面がある場
合について主に述べたが、これらの像面を光学装置を追
加することにより、三次元表示装置より離して、あるい
は前面に配置することも容易に可能である。その一実施
の形態を図２２に示す。例えば、図２２に示すような光
学系１８１の例えば前面に、例えばレンズ光学系１８３
を配置することにより、例えば内部像面１８２を外部像
面１８４の位置へ変換できることは明らかである。この
ような場合には、像が空間に浮いて再現されるため、像
が装置内部や後方にある場合に比べ、観察者にとってよ
り三次元に感じやすいという利点を有する。

【００２４】［実施の形態４］本発明の実施の形態４
は、前記実施の形態１、２における複数の二元像を配置
するための光学系を体積型三次元表示装置を用いて構成
した一実施の形態である。例えば、「３次元ディスプレ
イ」（増田千尋著、産業図書（株））に記述されている
ように、体積型三次元表示装置は、奥行き方向に標本化
した二次元像（実施の形態１における２Ｄ化像と同意
義）を積層することにより、三次元表示を行う方式であ
る。この体積型三次元表示装置には、例えば、バリフォ
ーカル・ミラー方式と振動スクリーン方式とがある。バ
リフォーカル・ミラー方式の体積型三次元表示装置は、
図２３に示すように、ＴＶ（テレビジョン）等の二次元
表示装置２０４上に表示された映像をハーフミラー２０
１とバリフォーカル・ミラー２０２を通して観察者１０
０が三次元立体像（虚像）２０３を観察する構成になっ
ている。この方法におけるキーデバイスであるバリフォ
ーカル・ミラー２０２は、例えばウーハー（低音発生用
スピーカ）の表面に例えばアルミなどの金属や誘電体多
層膜などを塗布して凹面鏡のようにした装置であり、通
常のウーハーのように振動させるとこの凹面鏡部分の曲
率が変化し、その焦点距離を変化できる。このため、二
次元表示装置２０４の例えば虚像や実像の位置をこの焦
点距離変化に伴って変化できる。したがって、バリフォ
ーカル・ミラー２０２の焦点距離変化に同期して、二次
元表示装置２０４に奥行き標本化像（三次元物体を奥行
き方向に輪切りにして標本化した二次元像）を表示する
ことにより、時分割で三次元立体像を表示できる（残像
効果を利用）。本発明では、この方法と装置を用いて、
残像時間内に、二次元表示装置の短時間表示を複数回繰
り返すことにより、複数の二次元像面を提供できる。ま
た、バリフォーカル・ミラー２０２の振動位置によって
像面の奥行き位置が指定できる。したがって、これらの
像面に前記実施の形態１、２で述べた２Ｄ化像の輝度を
変化させて表示することにより、本発明の効果を得るこ
とができる。本方法では、可動部が少ない利点を有する
他、像面を複数枚容易に形成できる利点も有する。

【００２５】振動スクリーン方式の体積型三次元表示装
置は、図２４に示すように、奥行き方向に振動する振動
スクリーン（例えば、拡散板やレンティキュラ板や縄の
目レンズ板など）３０１と、レンズを含む光学系３０２
と、レーザ光をラスタースキャン（水平・垂直方向走
査）するスキャン装置（水平・垂直方向走査器、例えば
ポリゴンミラーやガルバノミラーなどを用いた光偏向装
置などより構成）３０３と、レーザ光源３０４などで構
成される。この方法では、振動スクリーン３０１が所望
の奥行き位置にいるときに高速でスキャン装置３０３を
駆動してその奥行き位置における標本化像を書くこと
を、奥行き位置を変化させて残像時間以内に繰り返すこ
とにより三次元立体像を再現できる。本発明では、この
方法と装置を用いて、残像時間内に、前記標本化像の振
動スクリーン３０１ヘの高速な書き込みを複数回繰り返
すことにより、複数の二次元像面を提供できる。振動ス
クリーン３０１の位置によって像面の奥行き位置が指定
できる。したがって、これらの像面に前記実施の形態
１、２で述べた２Ｄ化像の輝度を変化させて表示するこ
とにより、本発明の効果を得ることができる。本方法で
は、スクリーン面での歪みなどを抑制することが容易で
ある利点と、像面を複数枚容易に形成できる利点を有す
る。

【００２６】［実施の形態５］本発明の実施の形態５
は、回転ＬＥＤ方式の三次元表示装置であり、図２５に
示すように、ＬＥＤアレイよりなるＬＥＤ表示装置４０
１と、このＬＥＤ表示装置４０１を回転させる回転装置
４０２と、映像信号をＬＥＤ表示装置４０１に供給する
映像供給装置４０３などで構成される。この方法では、
ＬＥＤ表示装置４０１の回転軸を中心とする極座標で三
次元物体を標本化する必要がある。このような極座標で
の標本化像を用いて、ＬＥＤ表示装置４０１の回転に同
期させて極座標で標本化された二次元像をＬＥＤ表示装
置４０１に表示することを、回転角を変えて繰り返すこ
とにより三次元立体像を再現できる。本発明では、この
方法と装置を用いて、所望の二次元像面を上記極座標に
変換し、その変換した位置座標のＬＥＤに残像時間内に
高速に表示することを、回転角を変化させながら繰り返
すことにより、複数の二次元像面を提供できる。そし
て、これらの像面に前記実施の形態１、２で述べた２Ｄ
化像の輝度を変化させて表示することにより、本発明の
効果を得ることができる。本方法では、スクリーン面で
の歪みなどを抑制することが容易である利点と、ＬＥＤ
表示装置４０１を比較的容易に回転できる利点と、像面
を複数枚容易に形成できる利点を有する。

【００２７】［実施の形態６］本発明の実施の形態６
は、シンサライザ方式の三次元表示装置であり、図２６
に示すように、二次元像が記録されたフィルムあるいは
二次元表示装置（例えばＣＲＴや液晶ディスプレイな
ど）５０１と、プリズムやミラーなどの変換光学系５０
２と、投影ドラム５０３で構成される。５０４は光源、
５０５はシャッタである。この方法におけるキーデバイ
スである投影ドラム５０３は、厚みの変化した透明材質
（例えば、ガラス、あるいはアクリルなどの透明プラス
チックなど）からなり、これを通して前記したフィルム
あるいは二次元表示装置５０１の表示を結像させる。こ
の方法では、投影ドラム５０３を回転させると厚みが変
化し、これにより像面の位置が変化することを利用して
いる。したがって、この像面位置の変化に同期して、二
次元表示装置５０１に奥行き標本化像（三次元物体を奥
行き方向に輪切りにして標本化した二次元像）を表示す
ることにより、時分割で三次元立体像を表示できる（残
像効果を利用）。本発明では、この方法と装置を利用し
て、残像時間内にフィルムあるいは二次元表示装置の短
時間表示を複数回繰り返すことにより、複数の二次元像
面を提供できる。また、投影ドラムの厚みによって像面
の奥行き位置が指定できる。したがって、これらの像面
に前記実施の形態１、２で述べた２Ｄ化像の輝度を変化
させて表示することにより、本発明の効果を得ることが
できる。本方法では、可動部が少ない利点を有する他、
像面を複数枚容易に形成できる利点も有する。以上、本
発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づ
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは勿論である。

【００２８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明によれば、観察者から異なった
奥行き位置を有する面１〜Ｎ（Ｎ≧２）に、三次元物体
を奥行き方向に輪切りにして標本化した複数の二次元像
を表示し、また、各々の面における各二次元像の輝度を
独立に変化させるようにしたので、立体視の生理的要因
間の矛盾を抑制でき、かつ情報量を少なくでき、電気的
に書き換え可能な三次元動画像を再生することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態１の三次元表示装置の
原理を説明するための図である。

【図２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図３】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図４】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図５】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図６】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図７】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するための図である。

【図８】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の原理
を説明するためのデイスプレイ上に表示した画像であ
る。

【図９】本発明の実施の形態１の三次元表示装置におけ
る、各面に表示される２Ｄ化像の重なり位置を説明する
ための図である。

【図１０】本発明の実施の形態１の三次元表示装置にお
ける、各面に表示される２Ｄ化像の色の配分を説明する
ための図である。

【図１１】本発明の実施の形態１の三次元表示装置にお
ける、各面の面間距離を説明するための図である。

【図１２】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の原
理を説明するための図である。

【図１３】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の原
理を説明するための図である。

【図１４】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の原
理を説明するための図である。

【図１５】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の原
理を説明するための図である。

【図１６】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の原
理を説明するための図である。

【図１７】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の原
理を説明するための図である。

【図１８】本発明の実施の形態３の三次元表示装置の概
略構成を説明するための図である。

【図１９】本発明の実施の形態３の光学系にレンズなど
を含めることにより、像面の位置をよりフレキシブルに
変更できる一実施の形態を示す図である。

【図２０】本発明の実施の形態３の二次元表示装置が増
えた場合の一実施の形態を示す図である。

【図２１】本発明の実施の形態３の複数のプロジェクタ
型二次元表示装置と散乱板を用いて、プロジェクタから
散乱板に画像を投影する光学系を構成した一実施の形態
を示す図である。

【図２２】本発明の実施の形態３の光学装置を追加する
別の一実施の形態を示す図である。

【図２３】本発明の実施の形態４のバリフォーカル・ミ
ラー方式の体積型三次元表示装置の概略構成を示す図で
ある。

【図２４】本発明の実施の形態４の振動スクリーン方式
の体積型三次元表示装置の概略構成を示す図である。

【図２５】本発明の実施の形態５の回転ＬＥＤ方式の三
次元表示装置の概略構成を示す図である。

【図２６】本発明の実施の形態６のシンサライザ方式の
三次元表示装置の概略構成を示す図である。

【図２７】従来の三次元表示装置の概略構成を示す図で
ある。

【図２８】従来の別の三次元表示装置の概略構成を示す
図である。

【符号の説明】

１００，６０７…観察者、１０１，１０２，１１１，１
１２…面、１０３，１１３，１８１…光学系、１０４，
１１４，６０１，６１１…三次元物体、１０５，１０
６，１１５，１１６…２Ｄ化像、１０７…三次元立体
像、１２１，１２２，１３１，１３２，１４１〜１４
５，２０４…二次元表示装置、１２３，１３３，１４６
…全反射鏡、１２４，１３４，１４７〜１５０…部分反
射鏡、１２５，１２６，１３５，１３６，１５１〜１５
５…像面、１３７，１３８…凸レンズ、１６１〜１６５
…プロジェクタ型二次元表示装置、１６６〜１７０…散
乱板、１７１〜１７５，５０５…シャッタ、１８２…内
部像面、１８３…レンズ光学系、１８４…外部像面、２
０１…ハーフミラーを含む光学系、２０２…バリフォー
カル・ミラー、２０３…虚像、３０１…振動スクリー
ン、３０２…レンズを含む光学系、３０３…スキャン装
置、３０４…レーザ光源、４０１…ＬＥＤ表示装置、４
０２…回転装置、４０３…映像供給装置、５０１…二次
元像が記録されたフィルムまたは二次元表示装置、５０
２…変換光学系、５０３…投影ドラム、５０４…光源、
６０２，６０３…カメラ、６０４…映像信号変換装置、
６０５…ＣＲＴ表示装置、６０６…液晶シャッタ眼鏡、
６１２…二次元像の集まり、６１３…体積型三次元表示
装置、６１４…三次元の再現像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04 (56)参考文献 特開 平５−241098（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−279391（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−89992（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−77121（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−47591（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/22

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 奥行き位置の異なる複数の表示面にそれ
   ぞれ二次元像を表示して、三次元立体像を生成する三次
   元表示方法であって、 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
   た二次元像を生成し、 前記生成された二次元像の輝度を前記各表示面毎に各々
   独立に変化させて、前記生成された二次元像を複数の表
   示面に表示することを特徴とする三次元表示方法。
2. 【請求項２】 前記表示対象物体が、観察者に近い奥行
   き位置に表示される物体である場合に、前記複数の表示
   面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像
   の輝度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記
   二次元像の輝度を低くし、 また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置
   に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
   ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
   を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
   像の輝度を高くすることを特徴とする請求項１に記載の
   三次元表示方法。
3. 【請求項３】 前記二次元像が観察者の右眼と左眼とを
   結ぶ線上の一点から見て重なるように、前記二次元像を
   前記複数の表示面に表示し、かつ観察者の見る総体的な
   輝度が元の表示対象物体の輝度と等しくなるようにする
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次
   元表示方法。
4. 【請求項４】 前記二次元像が観察者の右眼と左眼とを
   結ぶ線上の一点から見て重なるように、前記二次元像を
   前記複数の表示面に表示し、かつ表示対象物体の奥行き
   位置が観察者から遠い場合は近い場合に比べて観察者の
   見る総体的な輝度を低くすることを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の三次元表示方法。
5. 【請求項５】 前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の
   一点を、右眼と左眼との間の一点とすることを特徴とす
   る請求項３または請求項４に記載の三次元表示方法。
6. 【請求項６】 前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の
   一点を、右眼と左眼の中心点とすることを特徴とする請
   求項３または請求項４に記載の三次元表示方法。
7. 【請求項７】 前記観察者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、前記複数の表示面に表示さ
   れる二次元像に対して、観察者から見て左右方向に拡大
   ・縮小の変形を加えることを特徴とする請求項３ないし
   請求項６のいずれか１項に記載の三次元表示方法。
8. 【請求項８】 前記二次元像を表示する表示面間の奥行
   き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に
   表示された複数の二次元像が、観察者の右眼と左眼の位
   置から単眼で見て共通領域を有する範囲とすることを特
   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
   の三次元表示方法。
9. 【請求項９】 前記二次元像を表示する表示面間の奥行
   き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に
   表示された複数の二次元像が、観察者から見て表示対象
   物体の奥行き位置にピントを合わせた方が、前記複数の
   表示面にピントを合わせるより画像のぼけが少ない範囲
   内とすることを特徴とする請求項１ないし請求項８のい
   ずれか１項に記載の三次元表示方法。
10. 【請求項１０】 前記二次元像を順次切り替えることに
    より、三次元の動画像を生成することを特徴とする請求
    項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の三次元表示
    方法。
11. 【請求項１１】 前記二次元像が奥行き方向に移動する
    複数の物体像を含む場合であって、当該物体の移動方向
    が観察者に近づく方向である場合に、前記二次元像の切
    り替えに同期して、前記複数の表示面のうちの観察者に
    近い表示面に表示する前記物体像の輝度を順次高くし、
    観察者から遠い表示面に表示する前記物体像の輝度を順
    次低くし、 また、当該物体の移動方向が観察者から遠ざかる方向で
    ある場合に、前記二次元像の切り替えに同期して、前記
    複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前
    記物体像の輝度を順次低くし、観察者から遠い表示面に
    表示する前記物体像の輝度を順次高くすることを特徴と
    する請求項１０に記載の三次元表示方法。
12. 【請求項１２】 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二次元像を生成する第１の手段と、 前記第１の手段で生成された二次元像を、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表示する第
    ２の手段と、 前記複数の表示面に表示される二次元像の輝度を、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
    ことを特徴とする三次元表示装置。
13. 【請求項１３】 前記第２の手段は、複数の二次元表示
    装置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
    行き位置に配置される二次元表示装置以外の二次元表示
    装置と組み合わされ、各二次元表示装置の表示をそれぞ
    れ観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とから
    構成されることを特徴とする請求項１２に記載の三次元
    表示装置。
14. 【請求項１４】 前記第２の手段は、複数の二次元表示
    装置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
    行き位置に配置される二次元表示装置以外の二次元表示
    装置と組み合わされ、各二次元表示装置の表示をそれぞ
    れ観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とレン
    ズの組合わせとから構成されることを特徴とする請求項
    １２に記載の三次元表示装置。
15. 【請求項１５】 前記第２の手段は、複数の二次元表示
    装置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
    行き位置に配置される二次元表示装置と組み合わされ、
    当該二次元表示装置の表示を観察者の視線上の像として
    配置する全反射鏡あるいは部分反射鏡と、 前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
    表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
    元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
    配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする
    請求項１２に記載の三次元表示装置。
16. 【請求項１６】 前記第２の手段は、複数の二次元表示
    装置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
    行き位置に配置される二次元表示装置と組み合わされ、
    当該二次元表示装置の表示を観察者の視線上の像として
    配置する全反射鏡とレンズの組合わせ、あるいは部分反
    射鏡とレンズの組合わせと、 前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
    表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
    元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
    配置する部分反射鏡とレンズの組合わせとから構成され
    ることを特徴とする請求項１２に記載の三次元表示装
    置。
17. 【請求項１７】 前記第２の手段は、観察者から見て異
    なった奥行き位置に配置した、透過状態と散乱状態の切
    替制御が可能な複数の散乱板、または反射状態と透過状
    態の切替制御が可能な複数の反射板と、 前記複数の散乱板または複数の反射板の各々に二次元像
    を投射する複数の投射型二次元表示装置と、 前記複数の散乱板または複数の反射板と前記複数の投射
    型二次元表示装置との間に配置され、前記複数の散乱板
    の透過状態と散乱状態の切替、または前記複数の反射板
    の反射状態と透過状態の切替と同期して透過状態と遮断
    状態を切替る複数のシャッタとから構成されることを特
    徴とする請求項１２に記載の三次元表示装置。
18. 【請求項１８】 前記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と観察者との間に、レンズ光学系
    を設置したことを特徴とする請求項１２ないし請求項１
    ７のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
19. 【請求項１９】 前記第２の手段は、二次元表示装置
    と、 光学系と、 バリフォーカル・ミラーとから構成されることを特徴と
    する請求項１２に記載の三次元表示装置。
20. 【請求項２０】 前記第２の手段は、奥行き方向に振動
    する振動スクリーンと、 レンズを含む光学系と、 レーザ光をラスタースキャンするスキャン手段と、 レーザ光源とから構成されることを特徴とする請求項１
    ２に記載の三次元表示装置。
21. 【請求項２１】 前記第２の手段は、ＬＥＤアレイより
    なるＬＥＤ表示装置と、 前記ＬＥＤ表示装置を並進／回転させる並進／回転装置
    と、 映像信号をＬＥＤ表示装置に供給する映像供給装置とか
    ら構成されることを特徴とする請求項１２に記載の三次
    元表示装置。
22. 【請求項２２】 前記第２の手段は、二次元像が記録さ
    れたフィルムあるいは二次元表示装置と、 プリズムやミラーを有する変換光学系と、 投影ドラムとから構成されることを特徴とする請求項１
    ２に記載の三次元表示装置。
23. 【請求項２３】 前記第２の手段は、前記第１の手段で
    生成された二次元像を、観察者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前記複数の表示面に表示
    することを特徴とする請求項１２ないし請求項２２のい
    ずれか１項に記載の三次元表示装置。
24. 【請求項２４】 前記第２の手段は、前記第１の手段で
    生成された二次元像に、観察者から見て左右方向に拡大
    ・縮小の変形を加えて、前記複数の表示面に表示するこ
    とを特徴とする請求項２３に記載の三次元表示装置。
25. 【請求項２５】 前記第２の手段は、前記第１の手段で
    生成された二次元像を順次切り替えて表示して、三次元
    の動画像を生成することを特徴とする請求項１２ないし
    請求項２４のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
26. 【請求項２６】 前記第３の手段は、前記第１の手段で
    生成された二次元像が、奥行き方向に移動する複数の物
    体像を含む場合であって、当該物体の移動方向が観察者
    に近づく方向である場合に、前記第２の手段での二次元
    像の切り替えに同期して、前記複数の表示面のうちの観
    察者に近い表示面に表示する前記物体像の輝度を順次高
    くし、観察者から遠い表示面に表示する前記物体像の輝
    度を順次低くし、 また、当該物体の移動方向が観察者から遠ざかる方向で
    ある場合に、前記第２の手段での二次元像の切り替えに
    同期して、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示
    面に表示する前記物体像の輝度を順次低くし、観察者か
    ら遠い表示面に表示する前記物体像の輝度を順次高くす
    ることを特徴とする請求項２５に記載の三次元表示装
    置。