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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元表示装置に係わり、特に、複数の観察者に、三次元立体像を表示する際に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、二次元像を表示し、かつ、それぞれの表示面に表示される二次元像の輝度を独立に変化させて、三次元立体像を連続的に表示可能な三次元表示装置が、例えば、特許第３０２２５５８号明細書（以下、文献（イ）という。）に開示されている。
この文献（イ）に記載されている三次元表示装置は、光学的に、複数の表示面、例えば、表示面Ａと、表示面Ｂの２個の表示面を観察者から見て異なった奥行き位置に配置する。
ここで、表示面Ａのほうが、表示面Ｂよりも観察者側に近いものとする。
【０００３】
そして、表示面Ａと表示面Ｂの間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する場合には、三次元物体を観察者から見て表示面Ａと表示面Ｂとに射影した二次元像を生成し、これらの二次元像を、表示面Ａと表示面Ｂとに各々表示し、かつ、これらの二次元像の輝度を三次元物体の奥行き位置に応じて変化させる。
このようにすることで、二次元像は、表示面Ａと表示面Ｂの奥行き位置のみに表示されるにも拘わらず、観察者には、三次元物体の奥行き位置にあると感じさせることができる。
このように、前述の文献（イ）に記載の三次元表示装置では、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の文献（イ）に記載の三次元表示装置では、表示面Ａに表示される二次元像と、表示面Ｂに表示される二次元像とが、観察者から見て重なる場合に、前述の三次元立体像が知覚される。
そのため、前述の文献（イ）に記載の三次元表示装置では、複数の観察者に同時に、三次元立体像を表示するのが困難であるという問題点があった。
また、複数の観察者に三次元立体像を表示することも可能ではあるが、その場合には、例えば、表示面Ａに、複数の観察者毎の複数の二次元像を表示する必要がある等、装置構成が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数の表示面に表示される二次元像の輝度、または透過度を、それぞれ独立に変化させて三次元立体像を表示する三次元表示装置において、簡単な構成で、複数の観察者に同時に、三次元立体像を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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、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と、前記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前記各表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記複数の表示面は、複数の二次元表示装置と、前記各二次元表示装置の二次元像をそれぞれ観察者の視線上の像として配置する光学素子とから構成されることを特徴とする。
【０００７】
また、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と、前記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前記表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記複数の表示面は、透過型表示装置で構成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態では、前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のプリズム素子を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のレンズ素子を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射するホログラフィック光学素子であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
なお、本実施の形態では、像を配置する「表示面」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、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つの表示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つ以上の表示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。
【００１０】
［本発明の実施の形態１の三次元表示方法の原理］
図２は、本発明の実施の形態１の三次元表示方法の原理を説明するための図である。
本実施の形態では、図１に示すように、観察者１００の前面に複数の表示面、例えば、表示面（１０１，１０２）（面１０１が面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）にそれぞれ二次元像を表示する。
これらの表示面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するためには、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系を構築する。
【００１１】
この二次元表示装置としては、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１は、前述の文献（イ）（特許第３０２２５５８号明細書）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、前述の文献（イ）を参照されたい。
【００１２】
以下、本実施の形態の三次元表示方法について説明する。
初めに、図３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１００の両眼の視線方向から、前記の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）である２Ｄ化像（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から三次元物体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。
【００１３】
前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、図２に示すように、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。
本実施の形態では、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て、表示面１０１と表示面１０２の間に存在する三次元物体１０４の三次元立体像を表示する。
【００１４】
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。
例えば、三次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図４に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元物体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。
なお、図４ないし図７では、白黒図面であるため、分かりやすいように、輝度の高い方を濃く示してある。
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５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６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。
【００１５】
さらに、例えば、三次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図７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、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
なお、前述の説明および後述する説明において、表示面（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像の輝度をゼロとするとは、表示面（１０１，１０２）上に何も表示しないことを意味する。
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、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三次元物体１０４があるように感じられる。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００１６】
なお、前記説明においては、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、例えば、表示面（１０１，１０２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態は、例えば、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
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２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、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。
【００１７】
図８（ａ）が観察者１００に近い表示面、例えば、表示面１０１に表示される２Ｄ化像の一例であり、図８（ｂ）が観察者１００に遠い表示面、例えば、表示面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８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、上面及び下表示面においては、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。
【００１８】
この場合、上面及び下表示面における輝度変化は、観察者１００に近い表示面、例えば、表示面１０１においては、図８（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、観察者に遠い表示面、例えば表示面１０２においては、図８（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。
【００１９】
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に近い表示面、例えば、表示面１０１においては、図８（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に遠い表示面、例えば、表示面１０２においては、図８（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、下表示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。
【００２０】
なお、前述の説明では、二次元像を配置する表示面の中で主に２つの表示面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの表示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表示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、同様な手法により三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、表示面が３つで、観察者１００に近い表示面と、中間の表示面との間に第１の三次元物体が、中間の表示面と、観察者１００に遠い表示面との間に第２の三次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い表示面と、中間の表示面とに、第１の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の表示面と、観察者１００に遠い表示面とに第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
【００２１】
さらに、本実施の形態においては、２Ｄ化像が三次元的に移動する場合に関しては特に述べなかったが、観察者の左右上下方向への移動に関しては通常の二次元表示装置の場合と同様に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、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により、三次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、三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。
三次元立体像が表示面１０１上にある場合には、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を三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。
【００２２】
次に、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、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、三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、三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、三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、三次元立体像が、表示面１０２上まで時間的に移動してきた場合には、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１０６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。
【００２３】
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、前述の説明では、三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。
【００２４】
また、前述の説明では、２Ｄ化像を配置する表示面の中で主に２つの表示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つの表示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表示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表示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、三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。
さらに、前述の説明では、１個の三次元立体像が二次元像を配置する２つの表示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。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の文献（イ）（特許第３０２２５５８号明細書）を参照されたい。
【００２５】
［本実施の形態１の三次元表示装置の特徴］
図１は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の三次元表示装置では、表示面１０１の観察者側に、出射光の偏向方向がそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材１０３が設けられる。
前記光学部材１０３の複数の領域は、表示面１０１から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射する。
したがって、図１に示すように、表示面（１０１，１０２）を透過し、光学部材１０３に入射する光（図１のＡ）の中の一部は、図１のＢに示すように直進し、これにより、観察者１００ａは、三次元立体像が観察することができる。
また、光学部材１０３に入射する光（図１のＡ）の中の一部は、図１のＣに示すように偏向方向が可変され、これにより、観察者１００ｂも、三次元立体像が観察することができる。
即ち、観察者１００ｂには、表示面１０２に表示される二次元像は、図１に示すＦの位置ではなく、図１に示すＧに位置に表示されるように知覚される。
【００２６】
図９は、図１に示す光学部材１０３の一例を示す模式図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示す（イ）の部分の断面図である。
図９に示す光学部材１０３は、光の入射面（または、出射面、あるいは入射面および出射面）に、入射される光をそれぞれ異なる方向に出射する複数のプリズム素子を形成したものであり、これにより、出射光の偏向方向がそれぞれ異なる複数の領域が形成される。即ち、図９に示す光学部材は、それぞれ出射光の偏向方向が異なる複数のプリズム素子の集合体で構成される。
なお、図１に示す光学部材１０３は、光の入射面（または、出射面、あるいは入射面および出射面）に、入射される光をそれぞれ異なる方向に出射する複数のレンズ素子を形成するようにしてもよい。即ち、図１に示す光学部材１０３は、それぞれ出射光の偏向方向が異なる複数のレンズ素子の集合体で構成してもよい。
さらに、図１に示す光学部材１０３は、表示面１０１から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射できるホログラフィック光学素子であってもよい。
なお、光学部材１０３は、表示面１０２に表示される二次元像を位置を、光学的に移動するものであり、したがって、本実施の形態において、光学部材１０３は、図１０に示すように、表示面１０１の表示面１０２側に設けてもよいことは明らかである。
【００２７】
以下、本実施の形態の三次元表示装置における、表示面の設定方法の一例について説明する。
図１１に示す例では、複数の二次元表示装置（１２１，１２２）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、前述した複数の二元像を表示する像面（即ち、本発明の表示面）（１２５，１２６）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。これにより、前述の表示面（１０１，１０２）を構成することができる。
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。
【００２８】
前記二次元表示装置（１２１，１２２）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、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１２１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。
また、図１１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。
【００２９】
図１２に示す例は、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、前述した複数の二元像を表示する像面（１２５，１２６）を構成したものである。
即ち、二次元表示装置１２１の表示が部分反射鏡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。これにより、前述の表示面（１０１，１０２）を構成することができる。
なお、図１２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。
【００３０】
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例を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。
図１３（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＝５０／５０）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１３６の位置関係をより柔軟に設定することが可能である。
但し、図１３（ａ）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。
【００３１】
また、図１３（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１３６の位置関係をより柔軟に設定することが可能である。
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。
【００３２】
［実施の形態２］
［本発明の実施の形態２の三次元表示方法の原理］
図１４は、本発明の実施の形態２の三次元表示方法の原理を説明するための図である。
本実施の形態では、図１４に示すように、観察者１００の前面に、複数の透過型表示装置、例えば、透過型表示装置（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を用いて光学系を構築する。
即ち、本実施の形態は、前述の実施の形態１の表示面（１０１，１０２）に代えて、透過形表示装置（１１１，１１２）を用いるものである。
【００３３】
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、曲表示面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
本実施の形態では、一例として光源１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置された場合を示す。
なお、本実施の形態に使用可能な透過型表示装置については、特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
【００３４】
以下、本実施の形態の三次元表示方法について説明する。
本実施の形態においても、前述の実施の形態１と同様、観察者１００に提示したい三次元物体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１４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。
【００３５】
本実施の形態では、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、三次元物体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との間に存在する三次元物体の三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、三次元物体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の輝度が三次元物体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。
【００３６】
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、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。
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、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、三次元物体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の輝度が三次元物体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。
【００３７】
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、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三次元物体１０４があるように感じられる。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００３８】
なお、前述の説明では、例えば、三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）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、例えば、三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、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が三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二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、三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。
【００３９】
なお、前記実施の形態１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、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
これに対して、本実施の形態では、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、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
即ち、前記実施の形態１の方法では、三次元物体１０４に近い方の表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を、三次元物体１０４に遠い方の表示面に表示される２Ｄ化像の輝度よりも増加させるのに対して、本実施の形態の方法では、三次元物体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、三次元物体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。
【００４０】
したがって、本実施の形態において、前記実施の形態１と同様の手法を用いて、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、三次元立体像の動画を表現する場合には、前記実施の形態１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、前記実施の形態１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。
また、本実施の形態においても、二次元像を配置する表示面の中で主に２つの表示面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの表示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表示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、三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。
【００４１】
例えば、透過型表示装置が３つで、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置との間に第１の三次元物体が、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置との間に第２の三次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置とに、第１の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置に第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１１１，１１２）の一方、あるいは、両方は、カラー表示可能な透過型表示装置である場合には、観察者１００にはカラーの三次元立体像を観察することが可能となる。
【００４２】
［本実施の形態２の三次元表示装置の特徴］
図１５は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
図１５に示すように、本実施の形態の三次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３との間に、透過型表示装置１０１と、散乱板２０４と、透過型表示装置１０２とが配置され、偏光板２０３の観察者側に、光の偏向方向がそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材１０３が設けられる。
透過型表示装置１０１は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０１と、カラーフィルタ２０２とで構成され、同様に、透過型表示装置１０２は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル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１０２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枚を取り除いた装置で構成される。
【００４３】
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、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）は、カラー画像の二次元像である必要がある。
これにより、前述の「本発明の実施の形態２の三次元表示方法の原理］で説明した原理により、透過型表示装置（１０１，１０２）上、あるいは、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の任意の位置に、三次元立体像を表示することが可能であるとともに、前述の段落番号「００２２」で説明した理由により、複数の観察者に対して三次元立体像を表示することが可能である。
【００４４】
しかも、本実施の形態では、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、カラー画像の三次元立体像を表示することができる。
但し、本実施の形態では、偏光方向が、液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２１とを通過する間に変化することを考慮して、各液晶表示パネル（２０１，２１２）の偏光方向の制御を行う必要がある。
なお、本実施の形態においても、光学部材１０３を、透過型表示装置１０１と、散乱板２０４との間に配置するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）を、２枚の偏光板（２０３，２１３）で挟むようにしたので、表示が暗くなるのを防止することができる。
その上、本実施の形態では、液晶表示パネル（２０１，２１１）における輝度を実質的に大きな自由度で制御できる利点も有する。
本実施の形態の三次元表示装置では、出射側の偏光板２０３までは、光量は実質的にほとんど変化せず、各液晶表示パネル（２０１，２１１）ではその偏光方向のみが変化している。
しかも、偏光方向は、各液晶表示パネル（２０１，２１１）でほぼ加算されて回転していくが、出射側の偏光板２０３の外から観察した場合、出射側の偏光板２０３の透過偏光方向を基準として０〜９０度までは各液晶表示パネル（２０１，２１１）の輝度は減少し、９０〜１８０度までは輝度は上昇し、１８０〜２７０度までは輝度は減少し、２７０〜３６０度までは輝度は上昇するというように輝度の上昇、減少を繰り返せる。
【００４６】
したがって、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の輝度は、その直前の偏光可変装置の輝度に比べて、上昇することも、変化しないことも、減少することも可能となる。
但し、実際には、例えば、ツイストネマティック型液晶表示装置などにおいては、最大の角度変化が９０度である場合が多いため、これを考慮して設計を行う必要がある。
本実施の形態では、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、本実施の形態では、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。
【００４７】
［本実施の形態の三次元表示装置の変形例］
図１６は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の変形例の概略構成を示す図である。
図１６に示す三次元表示装置は、透過型表示装置１０１のカラーフィルタ２０２が省略され、透過型表示装置１０１が白黒（モノクロ）表示の透過型表示装置である点で、図１５に示す三次元表示装置と異なっている。なお、図１６では、光学部材１０３の図示は省略している。
また、図１６に示す三次元表示装置では、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。
【００４８】
図１６に示す三次元表示装置でも、透過型表示装置（１０１，１０２）上、あるいは、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の任意の位置に、カラー画像の三次元立体像を表示することが可能である。
但し、図１６に示す三次元表示装置では、透過型表示装置１０１上に表示される２Ｄ化像１０７は、白黒画像の二次元像であり、透過型表示装置１０２上に表示される２Ｄ化像１０８は、カラー画像の二次元像である必要がある。
また、図１６に示す三次元表示装置では、図１５に示す三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１５に示す三次元表示装置よりも表示が明るくなる。
【００４９】
以下、本実施の形態の三次元表示装置における、液晶表示パネル（２０１，２１１）として使用可能な表示装置の一例について説明する。
本実施の形態の液晶表示パネル（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枚を取り除いた装置で構成される。
図１７は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ツイストネマティック型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５０３，５０４）で、液晶５０１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
【００５０】
ここで、透明導電膜（５０３，５０４）上には液晶５０１を配向させるための配向膜（５０５，５０６）が配置されており、配向膜（５０５，５０６）の配向方向は、例えば、上下で直交化されている。
透明導電膜（５０３，５０４）に電圧を印加しない場合には、液晶５０１の液晶分子は配向膜（５０５，５０６）の配向規制力により、配向膜（５０５，５０６）の近傍では、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に平行に配向方向に沿って並ぶ。
この場合、図１８（ａ）に示すように、液晶分子は、ねじれた構造となり、入射光はこの構造に従って偏光方向が、例えば、９０度変化する。
【００５１】
一方、図１８（ｂ）に示すように、透明導電膜（５０３，５０４）に十分な電圧Ｖ５ａを印加した場合には、液晶分子は、電界により電界方向例えば透明導電膜（５０３，５０４）に垂直に並び、透過する光の偏光は変化しない。
電圧が、電圧Ｖ５ａ以下の場合にはその電圧に応じて偏光方向は連続的に変化する。
このように、ツイストネマティック型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５０３，５０４）に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図１７に示すツイストネマティック型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５２】
図１９は、イン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
イン・プレイン型液晶ディスプレイの基本構成は、配向膜（５１２，５１４）で液晶５１３を挟み、配向膜５１４の外側に、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５１１，５１５）を設け、さらに、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５１１，５１５）は同一平表示面内にあり、また、配向膜５１２と配向膜５１４との配向方向は平行である。
図２０（ａ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に電圧を印加しない場合には、液晶５１３の液晶分子は、配向膜（５１２，５１４）の配向規制力により、配向膜（５１２，５１４）の配向方向に整列する。
これに対して、図２０（ｂ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｂを印加すると、液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
【００５３】
このように、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化できる。
さらに、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧がＶ５ｂ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、イン・プレイン型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図１９に示すイン・プレイン型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５４】
図２１は、ホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ホモジニアス型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５２１，５２５）で、液晶（例えば、ネマティック液晶など）５２３を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５２１，５２５）上には液晶５２３を配向させるための配向膜（５２２，５２４）が配置される。
なお、図２１に示す透過型表示装置では、ホモジニアス配向の液晶を用いるため、配向膜５２２の配向方向と配向膜５２４との配向方向を同じ（平行）とする。
さらに、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、図２２に示すように、入射光の偏光方向を、この配向膜（５２２，５２４）の配向方向とずらして入射する。
【００５５】
例えば、直線偏光の時は０度方向と９０度方向の中間方向であり、例えば、特に、４５度ずらして入射する、あるいは円偏光あるいは楕円偏光とする。
図２３（ｂ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ６を加えると、液晶５２３の液晶分子はその印加電圧方向に整列する。このため、入射光の偏光方向はほとんど変化せずに出射していく。
これに対して、図２３（ａ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に電圧を印加しない場合には、配向膜（５２２，５２４）の配向規制力により、液晶分子は、配向膜（５２２，５２４）の配向方向に向き、かつ配向膜（５２２，５２４）に平行に並ぶ。
このため、入射光はこの液晶分子の複屈折性により偏光方向が変化して出射する。
【００５６】
また、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧がＶ６以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を可変でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図２１に示すホモジニアス型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５７】
図２４は、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５３３，５３４）で、液晶（例えば、強誘電液晶、あるいは反強誘電液晶など）５３１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５３３，５３４）上には液晶５３１を配向させるための配向膜（５３５，５３６）が配置される。
図２５に示すように、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電界の方向にしたがって、液晶５３１の自発分極の向きが変化するため、液晶５３１（強誘電液晶あるいは反強誘電液晶）の厚さを充分に薄く（例えば、１μｍ〜２μｍ程度など）しておくと、液晶５３１の自発分極が透明導電膜（５３３，５３４）と同じ平表示面内で変化する。
【００５８】
このように、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電圧により、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７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。
本実施の形態の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図２４に示す強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００５９】
前記図１５、図１６に示す構成では、カラーフィルタ（２０２，２１２）は、液晶表示パネル（２０１，２１１）の外側に配置される構成であったが、このカラーフィルタは、一般に市販されているＴＦＴ方式の液晶表示パネル、あるいはＳＴＮ方式の液晶表示パネルのように、カラーフィルタを液晶表示パネル内に設けるようにしてもよい。
図２６は、内部にカラーフィルタを設けた液晶表示パネルの概略構成を示す要部断面図である。
この図２６において、ガラス基板３１０上には、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルタ３０２と、ブラックマトリクス３０３とが設けられ、これらの上に透明電極から成る対向電極３０６が形成される。
【００６０】
また、ガラス基板３１１上には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；非晶質シリコンＴＦＴ）３０４と、透明電極から成る画素電極３０５とが形成される。
なお、実際には、対向電極３０６上、および画素電極３０５上には、配向膜、あるいは保護膜などが形成されるが、図２６では、それらの図示は省略している。
画素電極３０５には、１水平走査ラインの間オンとなる薄膜トランジスタ３０４を介して、駆動電圧が印加される。
この画素電極３０５に印加する電圧を制御し、画素電極３０５と対向電極３０６との間の液晶層３０１に印加される印加電圧を変化させることにより、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各画素単位に、光の偏光方向を制御することができる。
【００６１】
図１５、図１６に示す構成において、この図２６に示す液晶表示パネルを使用しても、前述したような三次元立体像を得ることができる。
また、図１５、図１６に示す構成において、この図２６に示す液晶表示パネルを使用する場合には、一般に市販されている液晶表示パネルの一方の外側に設けられる偏光板を取り除くだけで使用可能となるという利点を有する。
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。
【００６２】
【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、複数の表示面に表示される二次元像の輝度、または透過度を、それぞれ独立に変化させて三次元立体像を表示する三次元表示装置において、簡単な構成で、複数の観察者に同時に、三次元立体像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の表示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の表示面に表示される２Ｄ化像の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の三次元表示装置において、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合に、前方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の光学部材の一例の概略構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の基本構成の他の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、各表示面の設定方法の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、各表示面の設定方法の他の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の三次元表示装置における、各表示面の設定方法の他の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の表示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基本構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の変形例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１８】ツイストネマティック型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なイン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２０】イン・プレイン型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２２】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２３】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２４】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能な強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２５】強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２６】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能な、内部にカラーフィルタを設けた液晶表示パネルの概略構成を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１００，１００ａ，１００ｂ…観察者、１０１，１０２…表示面、１０３…光学部材、１０４…三次元物体、１０５，１０６，１０７，１０８…２Ｄ化像、１１０…光源、１１１，１１２…透過型表示装置、１２１，１２２，１３１，１３２…二次元表示装置、１２３，１３３…全反射鏡、１２４，１３４…部分反射鏡、１２５，１２６，１３５，１３６…像面、１３７，１３８…凸レンズ、２０１，２１１…液晶表示パネル、２０２，２１２，３０２…カラーフィルタ、２０３，２１３，５０７，５０８…偏光板、２０４…散乱板、３０１，５０１，５１３，５２３，５３１…液晶、３０３…ブラックマトリクス、３０４…薄膜トランジスタ、３０５…画素電極、３０６…対向電極、３１０，３１１…ガラス基板、５０３，５０４，５１１，５１５，５２１，５２５，５３３，５３４…透明導電膜、５０５，５０６，５１２，５１４，５２２，５２４…配向膜、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…領域、ＢＲ…ブロック。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional display device, and more particularly to a technique that is effective when displaying a three-dimensional stereoscopic image to a plurality of observers.
[0002]
[Prior art]
3D images are displayed by displaying two-dimensional images on multiple display surfaces at different depths as viewed from the viewer, and independently changing the brightness of the two-dimensional images displayed on each display surface. Is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3022558 (hereinafter referred to as document (A)).
The three-dimensional display device described in this document (a) optically has a plurality of display surfaces, for example, display surfaces A and display surfaces B, which have different depths as viewed from the viewer. Place in position.
Here, it is assumed that the display surface A is closer to the viewer side than the display surface B.
[0003]
When a 3D stereoscopic image of a 3D object existing between the display surface A and the display surface B is displayed, the 3D object is projected onto the display surface A and the display surface B as viewed from the observer. A two-dimensional image is generated, these two-dimensional images are respectively displayed on the display surface A and the display surface B, and the luminance of these two-dimensional images is changed according to the depth position of the three-dimensional object.
By doing so, the two-dimensional image is displayed only at the depth positions of the display surface A and the display surface B, but the observer can feel that the two-dimensional image is at the depth position of the three-dimensional object. it can.
As described above, in the three-dimensional display device described in the above-mentioned document (A), it is possible to suppress a contradiction between physiological factors of stereoscopic vision, reduce the amount of information, and electrically rewritable three-dimensional moving images. It can be played back.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the three-dimensional display device described in the above-mentioned document (a), the two-dimensional image displayed on the display surface A and the two-dimensional image displayed on the display surface B overlap when viewed from the observer. A three-dimensional stereoscopic image is perceived.
Therefore, the three-dimensional display device described in the above-mentioned document (A) has a problem that it is difficult to simultaneously display a three-dimensional stereoscopic image to a plurality of observers.
Further, although it is possible to display a three-dimensional stereoscopic image to a plurality of observers, in that case, for example, it is necessary to display a plurality of two-dimensional images for each of the plurality of observers on the display surface A. There is a problem that the device configuration becomes complicated.
[0005]
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 independently change the brightness or transmittance of two-dimensional images displayed on a plurality of display surfaces. Another object of the present invention is to provide a technology capable of simultaneously displaying a three-dimensional stereoscopic image to a plurality of observers with a simple configuration in a three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image.
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.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
That is, the present invention , View A plurality of display surfaces at different depth positions as viewed from the observer, and a first means for generating a two-dimensional image obtained by projecting the display target object from the observer's line of sight on the plurality of display surfaces; A second means for displaying the two-dimensional image generated by the first means on each of the display surfaces, and changing the luminance of the displayed two-dimensional image independently for each of the display surfaces; An optical member having a plurality of regions disposed on a side opposite to the viewer of the display surface disposed at a position closest to the viewer among a plurality of display screens, and having a plurality of regions in which light deflection directions are different from each other; The plurality of regions of the optical member emit light incident from a display surface other than the display surface disposed at a position closest to the observer in different directions.
In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of display surfaces include a plurality of two-dimensional display devices and optical elements that respectively arrange the two-dimensional images of the two-dimensional display devices as images on the line of sight of the observer. It is characterized by being configured.
[0007]
The present invention also provides , View A plurality of display surfaces at different depth positions as viewed from the observer, and a first means for generating a two-dimensional image obtained by projecting the display target object from the observer's line of sight on the plurality of display surfaces; A second means for displaying the two-dimensional image generated by the first means on the display surface, respectively, and changing the transparency of the displayed two-dimensional image independently for each display surface; An optical member having a plurality of regions disposed on a side opposite to the viewer of the display surface disposed at a position closest to the viewer among a plurality of display screens, and having a plurality of regions in which light deflection directions are different from each other; The plurality of regions of the optical member emit light incident from a display surface other than the display surface disposed at a position closest to the observer in different directions.
In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of display surfaces are constituted by a transmissive display device.
[0008]
In a preferred embodiment of the present invention, the optical member includes a plurality of prism elements that emit incident light in different directions.
In a preferred embodiment of the present invention, the optical member includes a plurality of lens elements that emit incident light in different directions.
In a preferred embodiment of the present invention, the optical member is a holographic optical element that emits incident light in different directions.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[Embodiment 1]
In this embodiment, the expression “display surface” on which an image is arranged is used. This is the same expression as an image surface frequently used in optics and the like and means for realizing such an image surface. As, for example, using various optical elements such as a lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved mirror, a prism, a polarizing element, a wave plate, and a two-dimensional display device, by many optical combination techniques, It is clear that this is feasible.
In addition, a case where a three-dimensional stereoscopic image to be presented is mainly displayed as a two-dimensional image on two display surfaces will be described, but it is obvious that the same effect can be expected when two or more display surfaces are used.
[0010]
[Principle of 3D Display Method of Embodiment 1 of the Present Invention]
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the three-dimensional display method according to Embodiment 1 of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of display surfaces, for example, display surfaces (101, 102) (the surface 101 is closer to the viewer 100 than the surface 102) are set on the front surface of the viewer 100. A two-dimensional image is displayed on each of these display surfaces (101, 102).
In order to display a plurality of two-dimensional images on these display surfaces (101, 102), an optical system is constructed using a two-dimensional display device and various optical elements.
[0011]
Examples of the two-dimensional display device include a CRT (cathode ray tube) display, a liquid crystal display, an LED (Light Emission Diode) display, a plasma display, an FED (Field Emission Display), a DMD (Digital Mirror Display), a projection display, and a line. 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 as an optical element using a drawing display.
1 has the same configuration as that described in the above-mentioned document (A) (Japanese Patent No. 3022558), and the method for setting the display surface is described in the above-mentioned document (I). Refer to).
[0012]
Hereinafter, the three-dimensional display method of the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 3, an image (hereinafter referred to as “hereinafter,“ a three-dimensional object 104) to be presented to the viewer 100 is projected onto the display surface (101, 102) from the direction of the eyes of both eyes of the viewer 100. 2D image (105, 106), which is called “2D image”.
As a method for generating this 2D image, for example, a method using a two-dimensional image obtained by photographing a three-dimensional object 104 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.
[0013]
As shown in FIG. 2, the 2D image (105, 106) overlaps both the display surface 101 and the display surface 102 as viewed 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 (105, 106) and the enlargement / reduction of each image.
In the present embodiment, the depth of the three-dimensional object 104 is kept constant while maintaining the overall luminance of the 2D image (105, 106) as viewed from the viewer 100 on the apparatus having the above configuration. A three-dimensional stereoscopic image of the three-dimensional object 104 existing between the display surface 101 and the display surface 102 is displayed in accordance with the position.
[0014]
An example of how to change the luminance of each 2D image (105, 106) will be described.
For example, when the three-dimensional object 104 is on the display surface 101, as shown in FIG. 4, the luminance of the 2D image 105 above is made equal to the luminance of the three-dimensional object 104 and 2D on the display surface 102 is displayed. The luminance of the converted image 106 is zero.
4 to 7 are black and white drawings, so that the higher luminance is shown darker for easy understanding.
Next, for example, when the three-dimensional object 104 is slightly away from the viewer 100 and is slightly closer to the display surface 102 than the display surface 101, the brightness of the 2D image 105 is increased as shown in FIG. Slightly lower the brightness of the 2D image 106 slightly.
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and is further away from the display surface 101 toward the display surface 102, the brightness of the 2D image 105 is further increased as shown in FIG. The brightness of the 2D image 106 is further increased.
[0015]
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is on the display surface 102, the luminance of the 2D image 106 above is made equal to the luminance of the three-dimensional object 104 as shown in FIG. The brightness of the 2D image 105 is zero.
In the above description and the description to be described later, setting the luminance of the 2D image displayed on the display surface (101, 102) to zero means that nothing is displayed on the display surface (101, 102). To do.
By displaying in this way, even if the 2D image (105, 106) is displayed due to the physiological or psychological factors or illusions of the observer (person) 100, it is as if the observer 100 It feels as if the three-dimensional object 104 is located in the middle of the display surfaces (101, 102).
That is, for example, when a 2D image (105, 106) having substantially equal luminance is displayed on the display surface (101, 102), the three-dimensional object 104 is located near the middle of the depth position of the display surface (101, 102). It feels like there is.
In this case, the three-dimensional object 104 is perceived by the observer 100 with a stereoscopic effect.
[0016]
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 (101, 102) has been mainly described. It is obvious that, for example, it can also be used as a method of expressing the depth of a three-dimensional object itself.
An important point in expressing the depth of the three-dimensional object itself is that the luminance of each part of the 2D image (105, 106) 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 104 while keeping the overall luminance constant.
An example of how to change the luminance of each 2D image (105, 106) will be described.
[0017]
FIG. 8A is an example of a 2D image displayed on a display surface close to the observer 100, for example, the display surface 101. FIG. 8B is a display surface far from the observer 100, for example, the display surface 102. 2D is an example of a 2D image displayed on the screen.
For example, when a cake as shown in FIG. 8 is taken as an example of a three-dimensional object, the upper surface and the lower surface of the cake (three-dimensional object) are, for example, substantially flat, except for the candle standing on the top. The side surface is, for example, a cylindrical shape, and the candle is disposed, for example, near the circumference of the upper surface.
In the 2D image in this case, on the upper surface and the lower display surface, the upper side is located at the back, and on the side surface, the middle is located at the back as it goes toward the end, and the upper middle that is further hidden is It will be located in the back.
[0018]
In this case, the luminance change on the upper and lower display surfaces is a portion close to the observer 100 (in the 2D image, as shown in FIG. 8A) on the display surface close to the observer 100, for example, the display surface 101. For example, the lower part is gradually changed corresponding to the depth position so that the luminance is high and the far part (for example, the upper part in the 2D image) has a low luminance.
On the display surface far from the viewer, for example, the display surface 102, as shown in FIG. 8B, a portion close to the viewer (for example, the lower side in the 2D image) has low brightness and a portion far from the viewer (2D In the converted image, for example, the upper part is gradually changed corresponding to the depth position so that the luminance becomes higher.
[0019]
Next, the luminance change of the cylindrical portion also corresponds to the depth position, and on the display surface close to the viewer 100, for example, on the display surface 101, as shown in FIG. For example, the luminance is gradually changed so that the luminance is high in the vicinity of the middle) and the luminance is low in the far part (for example, near the left and right ends).
Further, on a display surface far from the viewer 100, for example, the display screen 102, as shown in FIG. 8B, a portion close to the viewer 100 (for example, near the middle) has a low brightness and a portion far away (for example, near the viewer 100). , The left and right edges are gradually changed so that the luminance increases.
By displaying in this way, even if a two-dimensional image is displayed due to the physiological or psychological factors or illusions of the observer (person) 100, the observer 100 is as if the upper and lower display surfaces are displayed. There seems to be an almost flat columnar cake.
[0020]
In the above description, the description has been given of the case where only the two display surfaces are mainly described among the display surfaces on which the two-dimensional image is arranged, and the object to be presented to the observer is between the two display surfaces. It is clear that a 3D stereoscopic image can be displayed by the same method even when the number of display surfaces on which a 2D image is arranged is larger than this, or even when the position of an object to be presented is different. It is.
For example, there are three display surfaces, the first three-dimensional object between the display surface close to the observer 100 and the intermediate display surface, and the intermediate display surface and the display surface far from the observer 100 If the second three-dimensional object is present on the display surface, a 2D image of the first three-dimensional object is displayed on the display surface close to the viewer 100 and the intermediate display surface, and the intermediate display surface; By displaying the 2D image of the second three-dimensional object on the display surface far from the observer 100, it is possible to display the three-dimensional stereoscopic images of the first and second three-dimensional objects.
[0021]
Further, in the present embodiment, there is no particular description regarding the case where the 2D image moves three-dimensionally, but the movement of the observer in the left-right and up-down directions is the same as in the case of a normal two-dimensional display device. This is possible by moving image reproduction within the display surface. Regarding the movement in the depth direction, the luminance of each of the 2D images (105, 106) is kept constant while maintaining the overall luminance as viewed from the observer 100. It is obvious that a moving image of a three-dimensional image can be expressed by changing the depth position of the three-dimensional stereoscopic image corresponding to the temporal change.
For example, a case where a three-dimensional stereoscopic image moves from the display surface 101 to the display surface 102 over time will be described.
When the 3D stereoscopic image is on the display surface 101, the luminance of the 2D image 105 on the display surface 101 is made equal to the luminance of the 3D stereoscopic image, and the luminance of the 2D image 106 on the display surface 102 is zero. And
[0022]
Next, for example, when the 3D stereoscopic image gradually moves away from the observer 100 in time and slightly approaches the display surface 102 side from the display surface 101, the depth position of the 3D stereoscopic image is changed. Corresponding to the movement, the luminance of the 2D image 105 is slightly lowered in time, and the luminance of the 2D image 106 is slightly increased in time.
Next, for example, when the 3D stereoscopic image is further distant from the observer 100 in time and moved to a position closer to the display surface 102 than the display surface 101, the depth position of the 3D stereoscopic image is determined. Accordingly, the luminance of the 2D image 105 is further lowered with time, and the luminance of the 2D image 106 is further raised with time.
Further, for example, when the three-dimensional stereoscopic image has moved over time to the display surface 102, the luminance of the 2D image 106 above the three-dimensional stereoscopic image 106 is adjusted to correspond to the movement of the depth position of the three-dimensional stereoscopic image. The time is changed until it becomes equal to the luminance of the stereoscopic image, and is changed until the luminance of the 2D image 105 on the display surface 101 becomes zero.
[0023]
By displaying in this way, even if a 2D image (105, 106) is displayed due to a human physiological or psychological factor or illusion, the viewer 100 is as if the display surface (101, 101) is displayed. 102), it is felt that the three-dimensional stereoscopic image moves from the display surface 101 to the display surface 102 in the depth direction.
In the above description, the case where the three-dimensional stereoscopic image moves from the display surface 101 to the display surface 102 has been described. However, this moves from the halfway position between the display surfaces (101, 102) to the display surface 102. In the case of moving to a depth position in the middle between the display surface 101 and the display surface (101, 102), or from the depth position in the middle between the display surfaces (101, 102). It is clear that the same can be done even when moving to another depth position in the middle.
[0024]
In the above description, only the two display surfaces are mainly described in the display surface on which the 2D image is arranged, and the three-dimensional stereoscopic image presented to the observer 100 moves between the two display surfaces. Although the number of display planes on which two-dimensional images are arranged is larger than this, or even when the three-dimensional object to be presented moves across multiple display planes, It is clear that the original stereoscopic image can be displayed and the same effect can be expected.
Furthermore, in the above description, a case where one 3D stereoscopic image moves within two display surfaces on which a 2D image is arranged has been described. However, when a plurality of 3D objects move, that is, displayed. When the two-dimensional image includes a plurality of object images having different movement directions, the brightness of the object image displayed on each display surface is determined according to the movement direction and movement speed of the object for each object image. Obviously, it can be changed.
For the detailed description of the three-dimensional display method of this embodiment, refer to the above-mentioned document (a) (Japanese Patent No. 3022558).
[0025]
[Features of the three-dimensional display device of the first embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, in the three-dimensional display device according to the present embodiment, an optical member 103 having a plurality of regions having different deflection directions of emitted light is provided on the viewer side of the display surface 101.
The plurality of regions of the optical member 103 emit light incident from the display surface 101 in different directions.
Therefore, as shown in FIG. 1, a part of the light (A in FIG. 1) that passes through the display surfaces (101, 102) and enters the optical member 103 goes straight as shown in B of FIG. Thereby, the observer 100a can observe a three-dimensional stereoscopic image.
In addition, a part of the light (A in FIG. 1) incident on the optical member 103 has a deflecting direction changed as shown in FIG. 1C, which allows the observer 100b to observe a three-dimensional stereoscopic image. can do.
In other words, the observer 100b perceives that the two-dimensional image displayed on the display surface 102 is displayed at the position G shown in FIG. 1 instead of the position F shown in FIG.
[0026]
FIG. 9 is a schematic view showing an example of the optical member 103 shown in FIG. 1. FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the portion (A) shown in FIG. It is.
The optical member 103 shown in FIG. 9 is formed by forming a plurality of prism elements that emit incident light in different directions on the light incident surface (or the exit surface, or the entrance surface and the exit surface), Thereby, a plurality of regions having different deflection directions of the emitted light are formed. That is, the optical member shown in FIG. 9 is composed of an assembly of a plurality of prism elements each having a different deflection direction of emitted light.
The optical member 103 shown in FIG. 1 forms a plurality of lens elements that emit incident light in different directions on the light incident surface (or the light exit surface, or the light entrance surface and the light exit surface). May be. That is, the optical member 103 shown in FIG. 1 may be configured by an assembly of a plurality of lens elements each having a different deflection direction of the emitted light.
Further, the optical member 103 shown in FIG. 1 may be a holographic optical element that can emit light incident from the display surface 101 in different directions.
The optical member 103 optically moves the position of the two-dimensional image displayed on the display surface 102. Therefore, in the present embodiment, the optical member 103 is as shown in FIG. Obviously, the display surface 101 may be provided on the display surface 102 side.
[0027]
Hereinafter, an example of a display surface setting method in the three-dimensional display device of the present embodiment will be described.
In the example shown in FIG. 11, a plurality of two-dimensional display devices (121, 122), a total reflection mirror 123 (for example, reflectance / transmittance = 100/0), and a partial reflection mirror 124 (for example, reflectance / transmittance). = 50/50) is used to constitute the image plane (that is, the display plane of the present invention) (125, 126) for displaying the plurality of binary images described above.
By changing the respective arrangements, the image surface 125 that the display of the two-dimensional display device 121 is reflected by the total reflection mirror 123 and transmitted through the partial reflection mirror 124, and the display of the two-dimensional display device 122 is the partial reflection mirror 124. It is possible to arrange the image plane 126 formed by reflection at a different position in the depth direction. Thereby, the above-mentioned display surfaces (101, 102) can be configured.
Since such an optical system uses only a mirror, it has an advantage that image quality is hardly deteriorated.
[0028]
As the two-dimensional display device (121, 122), for example, a CRT, a liquid crystal display, an LED display, a plasma display, an FED display, a DMD display, a projection display, a line drawing display, or the like is used.
However, even if the total reflection mirror 123 in this embodiment is replaced with a partial reflection mirror, the brightness of the image of the two-dimensional display device 121 is lowered, but it is clear that the effect of the present invention can be obtained in the same manner.
FIG. 11 illustrates the case where the order of the depth position of the image plane is the same as the order of the depth position of the two-dimensional display device. However, the distance from the total reflection mirror or the partial reflection mirror to the two-dimensional display device is changed. Thus, it is apparent that the order of the image plane depth positions can be freely changed.
[0029]
The example shown in FIG. 12 directly arranges the secondary display device 121 without using the total reflection mirror 123, and uses the partial reflection mirror 124 (for example, reflectance / transmittance = 50/50). The image plane (125, 126) for displaying the binary image is constructed.
That is, the image plane 125 that can be displayed on the two-dimensional display device 121 through the partial reflector 124 and the image plane 126 that can be displayed on the two-dimensional display device 122 by the partial reflector 124 are different in the depth direction. Can be placed in position. Thereby, the above-mentioned display surfaces (101, 102) can be configured.
In addition, in FIG. 12, although the case where the order of the depth position of the image plane is the same as the order of the depth position of the two-dimensional display device has been described, by changing the distance from the partial reflector to the two-dimensional display device, It is clear that the order of the image plane depth position can be freely changed.
[0030]
FIGS. 13A and 13B show an example in which the position of the image plane can be changed more flexibly by including a lens or the like in the optical system.
As shown in FIG. 13A, a plurality of two-dimensional display devices (131, 132), a total reflection mirror 133 (for example, reflectance / transmittance = 100/0), a partial reflection mirror 134 (for example, For example, by adding convex lenses (137, 138) to the configuration of (reflectance / transmittance = 50/50) and changing the image position, the image plane 135 and the image plane are limited due to the size restrictions of the apparatus. The positional relationship of 136 can be set more flexibly.
However, even if the total reflection mirror 133 in FIG. 13A is replaced with a partial reflection mirror, the brightness of the image of the two-dimensional display device 131 is lowered, but it is clear that the effect of the present invention can be obtained in the same manner.
[0031]
Further, as shown in FIG. 13B, the two-dimensional display device 131 is directly arranged without using the total reflection mirror 133, and the configuration of the partial reflection mirror 134 (for example, reflectance / transmittance = 50/50). In addition, for example, by changing the image position by adding convex lenses (137, 138), the positional relationship between the image plane 135 and the image plane 136, which is limited by the size restriction of the apparatus, can be set more flexibly. Is possible.
Of course, the use of a lens optical system such as a combination lens as well as a convex lens may be advantageous in terms of distortion and the like, as in a normal lens optical system.
In this case, the virtual image in which the two-dimensional display device is installed at a position closer to the focal length of the lens is used as an example, but a real image in which the two-dimensional display device is installed at a position farther than the focal length of the lens is shown. Obviously, the same can be done when used.
[0032]
[Embodiment 2]
[Principle of 3D Display Method of Embodiment 2 of the Present Invention]
FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of the three-dimensional display method according to the second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 14, a plurality of transmissive display devices such as transmissive display devices (111, 112) (the transmissive display device 111 is transmissive display device 112 are provided on the front surface of the viewer 100. The optical system is constructed using various optical elements and the light source 110.
That is, in this embodiment, a transmissive display device (111, 112) is used instead of the display surface (101, 102) of the first embodiment.
[0033]
Examples of the transmissive display device (111, 112) include a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display, a homogeneous liquid crystal display, a ferroelectric liquid crystal display, a guest-host liquid crystal display, and a polymer dispersed liquid crystal. A display, a holographic polymer dispersed liquid crystal display, 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 display surface mirror, a prism, a polarization element, a wavelength plate, or the like is used.
In the present embodiment, as an example, a case where the light source 110 is arranged at the rearmost position when viewed from the observer 100 is shown.
For a transmissive display device that can be used in this embodiment, see Japanese Patent Application No. 2000-124036.
[0034]
Hereinafter, the three-dimensional display method of the present embodiment will be described.
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the 3D object 104 desired to be presented to the viewer 100 is projected onto the transmissive display device (111, 112) as viewed from the viewer 100. An image (107, 108) is generated.
As shown in FIG. 14, the 2D image (107, 108) is displayed on each of the transmission display device 111 and the transmission display device 112 from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the observer 100. The two-dimensional images (107, 108) are displayed 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 (107, 108) 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 110, transmitted through the 2D image 108, and further transmitted through the 2D image 107.
[0035]
In the present embodiment, on the apparatus having the above-described configuration, the distribution of the transparency of each of the 2D images (107, 108) is kept constant while maintaining the overall luminance as viewed from the observer 100, and a three-dimensional object. The three-dimensional stereoscopic image of the three-dimensional object existing between the transmissive display device 111 and the transmissive display device 112 is displayed in accordance with the depth position 104.
An example of how to change the transparency of each of the 2D images (107, 108) will be described.
For example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 111, the transparency on the transmissive display device 111 is set so that the luminance of the 2D image 107 is equal to the luminance of the three-dimensional object 104. For example, the transparency of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 112 is set to the maximum value of the transmissive display device 112.
[0036]
Next, for example, when the three-dimensional object 104 is slightly away from the observer 100 and is slightly closer to the transmissive display device 112 than the transmissive display device 111, the 2D display on the transmissive display device 111 is performed. The transmittance of the portion of the image 107 is slightly increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 112 is slightly decreased.
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and is closer to the transmissive display device 112 than the transmissive display device 111, a 2D image on the transmissive display device 111 is obtained. The transmittance of the portion 107 is further increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 112 is further decreased.
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 112, the transmittance on the transmissive display device 112 is set so that the luminance of the 2D image 108 is equal to the luminance of the three-dimensional object 104. For example, the transparency of the portion of the 2D image 107 on the transmissive display device 111 is set to the maximum value of the transmissive display device 111.
[0037]
By displaying in this way, even if a 2D image (107, 108) is displayed due to a physiological or psychological factor or illusion of the observer (person) 100, the observer 100 is as if it is displayed. It feels as if the three-dimensional object 104 is positioned in the middle of the transmissive display device (111, 112).
That is, for example, when a 2D image (107, 108) with substantially equal luminance is displayed on the transmissive display device (111, 112), the third order is located near the middle of the depth position of the transmissive display device (111, 112). It feels like there is an original object 104.
In this case, the three-dimensional object 104 is perceived by the observer 100 with a stereoscopic effect.
[0038]
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 (111, 112) has been mainly described. It is obvious that the present invention can also be used as a method of expressing the depth of the three-dimensional object itself, for example, by the same method as the method described in the first embodiment.
Also in the present embodiment, when the 2D image moves three-dimensionally by the same method as that described in the first embodiment, the observer 100 moves in the horizontal and vertical directions. Is possible by reproducing a moving image in a transmissive display device as in the case of a normal two-dimensional display device. In addition, regarding movement in the depth direction, the change in transmittance in a plurality of transmissive display devices is temporally changed. Obviously, it is possible to express a moving image of a three-dimensional stereoscopic image.
[0039]
In the first embodiment, the luminance distribution of each of the 2D images (105, 106) corresponds to the depth position of the three-dimensional object 104 while keeping the overall luminance viewed from the observer 100 constant. To display a three-dimensional stereoscopic image.
On the other hand, in the present embodiment, the depth of the three-dimensional object 104 is maintained while keeping the overall luminance viewed from the observer 100 constant in the distribution of the transparency of each of the 2D images (107, 108). A three-dimensional stereoscopic image is displayed in accordance with the position.
That is, according to the method of the first embodiment, the brightness of the 2D image displayed on the display surface closer to the 3D object 104 is set to the brightness of the 2D image displayed on the display surface far from the 3D object 104. In contrast to the increase in luminance, in the method of the present embodiment, the transparency of the 2D image displayed on the transmission type display device closer to the three-dimensional object 104 is set to a value farther from the three-dimensional object 104. The difference is that it is made lower than the transmittance of the 2D image displayed on the transmissive display device.
[0040]
Therefore, in the present embodiment, when expressing the depth of the three-dimensional object itself or expressing a moving image of a three-dimensional stereoscopic image using the same technique as in the first embodiment, In the first embodiment, when the luminance of the 2D image displayed on each display surface is increased, the transparency of the 2D image displayed on each transmissive display device is decreased, and the first embodiment is also described. In the case of reducing the luminance of the 2D image displayed on each display surface, the transmittance of the 2D image displayed on each transmissive display device may be increased.
Also in the present embodiment, description will be given of a case where only two display surfaces are mainly described among display surfaces on which a two-dimensional image is arranged, and an object to be presented to an observer is between the two display surfaces. However, even when the number of display surfaces on which a two-dimensional image is arranged is larger than this, or even when the position of an object to be presented is different, it is possible to display a three-dimensional stereoscopic image by a similar method. It is clear.
[0041]
For example, there are three transmissive display devices, the first three-dimensional object is located between the transmissive display device close to the viewer 100 and the intermediate transmissive display device, the intermediate transmissive display device, and the viewer. When the second three-dimensional object exists between the transmissive display device far from 100, the first three-dimensional object is connected to the transmissive display device close to the observer 100 and the intermediate transmissive display device. By displaying the 2D image of the second 3D object on the intermediate transmission type display device and the transmission type display device far from the observer 100, the first and second 3D images are displayed. A three-dimensional stereoscopic image of the object can be displayed.
For the detailed description of the three-dimensional display method of the present embodiment, refer to the aforementioned Japanese Patent Application No. 2000-12403.
In the present embodiment, when one or both of the transmissive display devices (111, 112) are transmissive display devices capable of color display, the observer 100 can display a three-dimensional color image. Can be observed.
[0042]
[Features of the three-dimensional display device of the second embodiment]
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 15, in the three-dimensional display device of this embodiment, a transmissive display device 101, a scattering plate 204, and a transmissive display device 102 are provided between a polarizing plate 203 and a polarizing plate 213. The optical member 103 that is arranged and has a plurality of regions with different light deflection directions is provided on the viewer side of the polarizing plate 203.
The transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 that functions as a polarization variable device and a color filter 202. Similarly, the transmissive display device 102 includes a liquid crystal display panel 211 that functions as a polarization variable device, and a color filter. And a filter 212.
A light source (backlight) 205 is disposed behind the polarizing plate 213 (on the side opposite to the transmissive display device 102 of the polarizing plate 213).
Here, the liquid crystal display panel (201, 211) is a polarizing plate from a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display device, a homogeneous liquid crystal display device, a ferroelectric liquid crystal display device, an antiferroelectric liquid crystal display device, or the like. Consists of removed devices.
[0043]
Since the liquid crystal display panel (201, 211) can change the direction of polarization in units of pixels, the intensity of the emitted light can be changed depending on 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 201 and the liquid crystal display panel 211 by controlling the polarization direction of the light passing through each pixel unit of the liquid crystal display panel (201, 211). .
However, in this embodiment, the 2D image (107, 108) displayed on the transmissive display device (101, 102) needs to be a two-dimensional image of a color image.
Thus, according to the principle described in the above-mentioned “Principle of the three-dimensional display method according to the second embodiment of the present invention”, the transmissive display device 101 and the transmissive display device 101 and the transmissive display device. It is possible to display a three-dimensional stereoscopic image at an arbitrary position with respect to 102, and display a three-dimensional stereoscopic image to a plurality of observers for the reason described in paragraph [0022] above. Is possible.
[0044]
Moreover, in the present embodiment, color filters (202, 212) composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B) are provided for each pixel unit of each liquid crystal display panel (201, 211). Since they are arranged, a three-dimensional stereoscopic image of a color image can be displayed.
However, in the present embodiment, the polarization direction of each liquid crystal display panel (201, 212) is controlled in consideration that the polarization direction changes while passing through the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 21. There is a need to do.
Also in this embodiment, the optical member 103 may be disposed between the transmissive display device 101 and the scattering plate 204.
[0045]
In this embodiment, since the transmissive display device (101, 102) is sandwiched between the two polarizing plates (203, 213), it is possible to prevent the display from becoming dark.
In addition, the present embodiment has an advantage that the luminance in the liquid crystal display panel (201, 211) can be controlled with a substantially large degree of freedom.
In the three-dimensional display device of this embodiment, the amount of light does not substantially change up to the polarizing plate 203 on the emission side, and only the polarization direction of each liquid crystal display panel (201, 211) changes.
In addition, the polarization direction is almost added and rotated in each liquid crystal display panel (201, 211), but when viewed from outside the output side polarizing plate 203, the transmission polarization direction of the output side polarizing plate 203 is changed. As a reference, the brightness of each liquid crystal display panel (201, 211) decreases from 0 to 90 degrees, the brightness increases from 90 to 180 degrees, the brightness decreases from 180 to 270 degrees, and from 270 to 360 degrees. Can increase and decrease in brightness as the brightness increases.
[0046]
Therefore, the luminance of each liquid crystal display panel (201, 211) can be increased, not changed, or decreased as compared with the luminance of the polarization variable device immediately before that.
However, in practice, for example, in a twisted nematic liquid crystal display device or the like, the maximum angle change is often 90 degrees, so it is necessary to design in consideration of this.
In this embodiment, each transmissive display device (101, 102) includes a liquid crystal display panel (201, 211) functioning as a polarization variable device and a color filter (202, 212).
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 202 and the color filter 212.
Therefore, in this embodiment, the scattering plate 204 is disposed between the color filter 202 and the color filter 212 so as to prevent the above-described moire from occurring.
[0047]
[Modification of 3D Display Device of this Embodiment]
FIG. 16 is a diagram 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. 16 has the three-dimensional display device shown in FIG. 15 in that the color filter 202 of the transmissive display device 101 is omitted, and the transmissive display device 101 is a transmissive display device for monochrome display. It is different from the display device. In FIG. 16, the optical member 103 is not shown.
Further, in the three-dimensional display device shown in FIG. 16, the arrangement direction, arrangement pitch, and the like of the red (R), green (G), and blue (B) filters in the color filter 202 and the color filter 212 described above. The scattering plate 204 is also omitted because there is no risk of moire due to the difference.
[0048]
In the three-dimensional display device shown in FIG. 16 as well, a three-dimensional stereoscopic image of a color image is displayed on the transmissive display device (101, 102) or at an arbitrary position between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. Can be displayed.
However, in the three-dimensional display device shown in FIG. 16, the 2D image 107 displayed on the transmissive display device 101 is a two-dimensional image of a black and white image, and the 2D image displayed on the transmissive display device 102. 108 needs to be a two-dimensional image of a color image.
Further, in the three-dimensional display device shown in FIG. 16, since one color filter is omitted as compared with the three-dimensional display device shown in FIG. 15, the display becomes brighter than the three-dimensional display device shown in FIG. .
[0049]
Hereinafter, an example of a display device that can be used as the liquid crystal display panel (201, 211) in the three-dimensional display device of the present embodiment will be described.
The liquid crystal display panel (201, 211) of this embodiment is polarized from a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display device, a homogeneous liquid crystal display device, a ferroelectric liquid crystal display device, an antiferroelectric liquid crystal display device, or the like. Consists of a device with the sheet removed.
FIG. 17 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a twisted nematic liquid crystal display.
The basic configuration of the twisted nematic type liquid crystal display is, for example, a configuration in which a liquid crystal 501 is sandwiched between transparent conductive films (503, 504) formed of ITO, SnOx, and the like, and a polarizing plate (507, 508) is disposed outside. is there.
[0050]
Here, alignment films (505, 506) for aligning the liquid crystal 501 are arranged on the transparent conductive films (503, 504). The alignment directions of the alignment films (505, 506) are, for example, up and down. It is orthogonalized.
When no voltage is applied to the transparent conductive films (503, 504), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 501 are, for example, transparent in the vicinity of the alignment films (505, 506) due to the alignment regulating force of the alignment films (505, 506). They are aligned along the alignment direction in parallel with the conductive films (503, 504).
In this case, as shown in FIG. 18A, the liquid crystal molecules have a twisted structure, and the polarization direction of incident light changes, for example, by 90 degrees according to this structure.
[0051]
On the other hand, as shown in FIG. 18B, when a sufficient voltage V5a is applied to the transparent conductive film (503, 504), the liquid crystal molecules are applied in the electric field direction, for example, the transparent conductive film (503, 504) by the electric field. The polarization of light that is vertically aligned and transmitted does not change.
When the voltage is equal to or lower than the voltage V5a, the polarization direction changes continuously according to the voltage.
Thus, in the twisted nematic type liquid crystal display, the polarization direction of the emitted light can be changed by the voltage applied to the transparent conductive film (503, 504), and thereby the polarizing plate 507 provided on the light emitting side can Since the intensity of the emitted light can be changed, the light transmittance as a whole can be changed.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of this embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the twisted nematic liquid crystal display shown in FIG. 17 can be used.
[0052]
FIG. 19 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of an in-plane type liquid crystal display.
The basic configuration of the in-plane type liquid crystal display is that a liquid crystal 513 is sandwiched between alignment films (512, 514), and a transparent conductive film (511, 515) formed of, for example, ITO or SnOx is formed outside the alignment film 514. In addition, a polarizing plate (507, 508) is arranged on the outer side.
Here, the transparent conductive films (511, 515) are in the same flat display surface, and the alignment directions of the alignment film 512 and the alignment film 514 are parallel.
As shown in FIG. 20A, when no voltage is applied between the transparent conductive films (511, 515), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 513 are aligned by the alignment regulating force of the alignment films (512, 514). Align in the orientation direction of (512, 514).
On the other hand, as shown in FIG. 20B, when a sufficient voltage V5b higher than the threshold voltage is applied between the transparent conductive films (511, 515), the liquid crystal molecules are aligned in the applied voltage direction.
[0053]
In this way, since the alignment direction of the liquid crystal molecules having birefringence changes, the polarization state of the emitted light can be changed.
Further, when the voltage applied between the transparent conductive films (511, 515) is V5b or less, a change in the polarization direction according to the voltage is continuously obtained.
As described above, in the in-plane type liquid crystal display, the polarization direction of the emitted light can be changed by the voltage applied between the transparent conductive films (511, 515), whereby the polarizing plate 507 provided on the light emission side. Thus, since the intensity of the emitted light can be changed, the light transmittance can be changed as a whole.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of this embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the in-plane type liquid crystal display shown in FIG. 19 can be used.
[0054]
FIG. 21 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a homogeneous liquid crystal display.
The basic configuration of the homogeneous liquid crystal display is, for example, a transparent conductive film (521, 525) formed of ITO, SnOx, or the like, with a liquid crystal (eg, nematic liquid crystal) 523 sandwiched therebetween, and a polarizing plate (507, 508) on the outside thereof. ).
Here, alignment films (522, 524) for aligning the liquid crystal 523 are disposed on the transparent conductive films (521, 525).
Note that in the transmissive display device illustrated in FIG. 21, liquid crystal of homogeneous alignment is used, so that the alignment direction of the alignment film 522 and the alignment direction of the alignment film 524 are the same (parallel).
Further, in the homogeneous liquid crystal display, as shown in FIG. 22, the incident light is incident with the polarization direction shifted from the alignment direction of the alignment film (522, 524).
[0055]
For example, in the case of linearly polarized light, it is an intermediate direction between the 0 degree direction and the 90 degree direction. For example, the incident light is shifted by 45 degrees, or circularly polarized light or elliptically polarized light.
As shown in FIG. 23B, when a sufficient voltage V6 equal to or higher than the threshold voltage is applied between the transparent conductive films (521, 525), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 523 are aligned in the applied voltage direction. For this reason, the polarization direction of incident light is emitted with almost no change.
On the other hand, as shown in FIG. 23A, when no voltage is applied between the transparent conductive films (521, 525), the liquid crystal molecules are caused by the alignment regulating force of the alignment films (522, 524). The alignment film (522, 524) faces in the alignment direction and is aligned in parallel with the alignment film (522, 524).
Therefore, incident light is emitted with the polarization direction changed by the birefringence of the liquid crystal molecules.
[0056]
Moreover, when the voltage applied between the transparent conductive films (521, 525) is V6 or less, the change in the polarization direction according to the voltage is continuously obtained.
Thus, in the homogeneous type liquid crystal display, the polarization direction of the emitted light can be changed by the voltage applied between the transparent conductive films (521, 525), and thereby the polarizing plate 507 provided on the light emitting side can Since the intensity of the emitted light can be changed, the light transmittance as a whole can be changed.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of this embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the homogeneous liquid crystal display shown in FIG. 21 can be used.
[0057]
FIG. 24 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display.
The basic configuration of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display is, for example, a transparent conductive film (533, 534) formed of ITO, SnOx, or the like, and a liquid crystal (for example, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal) 531. And a polarizing plate (507, 508) is arranged on the outside.
Here, an alignment film (535, 536) for aligning the liquid crystal 531 is disposed on the transparent conductive film (533, 534).
As shown in FIG. 25, since the direction of spontaneous polarization of the liquid crystal 531 changes according to the direction of the electric field applied between the transparent conductive films (533, 534), the liquid crystal 531 (ferroelectric liquid crystal or antiferroelectric liquid crystal) If the thickness is sufficiently thin (for example, about 1 μm to 2 μm), the spontaneous polarization of the liquid crystal 531 changes within the same flat display surface as the transparent conductive film (533, 534).
[0058]
As described above, in the ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display, the alignment direction of the liquid crystal molecules having birefringence changes depending on the voltage applied between the transparent conductive films (533 and 534). The state can be changed, whereby the intensity of the emitted light can be changed by the polarizing plate 507 provided on the light emission side, and the light transmittance can be changed as a whole.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of the present embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display shown in FIG. 24 can be used.
[0059]
In the configuration shown in FIGS. 15 and 16, the color filters (202, 212) are arranged outside the liquid crystal display panels (201, 211). However, these color filters are generally commercially available. A color filter may be provided in the liquid crystal display panel, such as a TFT liquid crystal display panel or an STN liquid crystal display panel.
FIG. 26 is a cross-sectional view of an essential part showing a schematic configuration of a liquid crystal display panel provided with a color filter therein.
In FIG. 26, a red (R), green (G), and blue (B) color filter 302 and a black matrix 303 are provided on a glass substrate 310, and a counter electrode made of a transparent electrode is provided thereon. 306 is formed.
[0060]
A thin film transistor (TFT; amorphous silicon TFT) 304 and a pixel electrode 305 made of a transparent electrode are formed on the glass substrate 311.
In practice, an alignment film, a protective film, or the like is formed on the counter electrode 306 and the pixel electrode 305, but these are not shown in FIG.
A driving voltage is applied to the pixel electrode 305 via the thin film transistor 304 that is turned on for one horizontal scanning line.
By controlling the voltage applied to the pixel electrode 305 and changing the applied voltage applied to the liquid crystal layer 301 between the pixel electrode 305 and the counter electrode 306, red (R), green (G), blue ( The polarization direction of light can be controlled for each pixel unit of B).
[0061]
In the configuration shown in FIGS. 15 and 16, the above-described three-dimensional stereoscopic image can be obtained even when the liquid crystal display panel shown in FIG. 26 is used.
In the configuration shown in FIGS. 15 and 16, when the liquid crystal display panel shown in FIG. 26 is used, it can be used by simply removing the polarizing plate provided on one outer side of the commercially available liquid crystal display panel. It has the advantage of becoming.
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
[0062]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, in a three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image by independently changing the luminance or transmittance of two-dimensional images displayed on a plurality of display surfaces, It is possible to simultaneously display a three-dimensional stereoscopic image to the observer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a three-dimensional display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a display principle of the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a 2D image displayed on the display surface according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional stereoscopic image in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional stereoscopic image in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional stereoscopic image in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional stereoscopic image in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a 2D image displayed on the front transmission display device when expressing the depth of the 3D object itself in the 3D display device according to the first embodiment of the present invention. is there.
FIG. 9 is a diagram for explaining a schematic configuration of an example of an optical member according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the basic configuration of the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a method for setting each display surface in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of a method for setting each display surface in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing another example of a method for setting each display surface in the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating a basic configuration of a three-dimensional display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a modification of the three-dimensional display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a principal part of an example of a twisted nematic liquid crystal display that can be used in the transmissive display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram for explaining the operation of a twisted nematic liquid crystal display.
FIG. 19 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of an in-plane liquid crystal display that can be used in the transmissive display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram for explaining the operation of the in-plane type liquid crystal display.
FIG. 21 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of a homogeneous liquid crystal display that can be used in the transmissive display device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of a homogeneous liquid crystal display.
FIG. 23 is a diagram for explaining the operation of a homogeneous liquid crystal display.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a principal part showing one example of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display that can be used in the transmissive display device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 25 is a diagram for explaining the operation of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a principal part showing a schematic configuration of a liquid crystal display panel provided with a color filter therein, which can be used in the transmissive display device according to Embodiment 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
100, 100a, 100b ... observer, 101, 102 ... display surface, 103 ... optical member, 104 ... three-dimensional object, 105, 106, 107, 108 ... 2D image, 110 ... light source, 111, 112 ... transmissive display Device, 121, 122, 131, 132 ... Two-dimensional display device, 123, 133 ... Total reflection mirror, 124, 134 ... Partial reflection mirror, 125, 126, 135, 136 ... Image plane, 137, 138 ... Convex lens, 201, 211 ... Liquid crystal display panel, 202, 212, 302 ... Color filter, 203, 213, 507, 508 ... Polarizing plate, 204 ... Scattering plate, 301, 501, 513, 523, 531 ... Liquid crystal, 303 ... Black matrix, 304 ... Thin film transistor, 305 ... pixel electrode, 306 ... counter electrode, 310, 311 ... glass substrate, 503, 504, 511 515,521,525,533,534 ... transparent conductive film, 505,506,512,514,522,524 ... orientation film, E1, E2, E3 ... area, BR ... block.

Claims (11)

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、
前記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前記各表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の輝度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、
前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、
前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする三次元表示装置。A plurality of display surfaces at different depth positions as viewed from the viewer;
A first means for generating a two-dimensional image obtained by projecting a display target object from an observer's line of sight on the plurality of display surfaces;
A second means for displaying the two-dimensional image generated by the first means on each of the display surfaces, and changing the luminance of the displayed two-dimensional image independently for each of the display surfaces;
An optical member having a plurality of regions disposed on a side opposite to the viewer of the display surface disposed at a position closest to the viewer among the plurality of display screens and having different light deflection directions from each other; With
The three-dimensional display device, wherein the plurality of regions of the optical member emit light incident from a display surface other than the display surface disposed at a position closest to the observer in different directions. 前記複数の表示面は、複数の二次元表示装置と、
前記各二次元表示装置の二次元像をそれぞれ観察者の視線上の像として配置する光学素子とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。 The plurality of display surfaces are a plurality of two-dimensional display devices,
The three-dimensional display device according to claim 1, further comprising: an optical element that arranges a two-dimensional image of each of the two-dimensional display devices as an image on an observer's line of sight . 前記第２の手段は、前記表示対象物体が、前記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、前記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、前記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または請求項２に記載の三次元表示装置。When the display target object is an object displayed at a depth position close to the observer, the second means increases the brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer, Reducing the brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface far from the observer;
Further, when the display target object is an object displayed at a depth position far from the observer, the brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer is lowered, and the display far from the observer is displayed. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein a luminance of the two-dimensional image displayed on a surface is increased . 前記第２の手段は、前記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、前記各表示面に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の三次元表示装置。The second means is characterized in that the luminance of the two-dimensional image displayed on each display surface is changed so that the overall luminance seen by the observer is equal to the luminance of the original display target object. The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 3. 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、
前記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前記表示面にそれぞれ表示し、当該表示される二次元像の透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる第２の手段と、
前記複数の表示面の中の、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面の前記観察者と反対の側に配置され、光の偏向方向が互いにそれぞれ異なる複数の領域を有する光学部材とを備え、
前記光学部材の前記複数の領域は、前記観察者に最も近い位置に配置される表示面以外の表示面から入射される光を、それぞれ異なる方向に出射することを特徴とする三次元表示装置。 A plurality of display surfaces at different depth positions as viewed from the viewer;
A first means for generating a two-dimensional image obtained by projecting a display target object from an observer's line of sight on the plurality of display surfaces;
Second means for displaying the two-dimensional image generated by the first means on the display surface, respectively, and independently changing the transparency of the displayed two-dimensional image for each display surface;
An optical member having a plurality of regions disposed on a side opposite to the viewer of the display surface disposed at a position closest to the viewer among the plurality of display screens and having different light deflection directions from each other; With
Wherein said plurality of regions of the optical element, the light incident from the display surface other than the display surface which is located closest to the observer, the three-dimensional display device you characterized in that emit in different directions . 前記複数の表示面は、透過型表示装置で構成されることを特徴とする請求項５に記載の三次元表示装置。 The three-dimensional display device according to claim 5, wherein the plurality of display surfaces are configured by a transmissive display device. 前記第２の手段は、前記表示対象物体が、前記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、前記観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の透過度を低くし、前記観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の透過度を高くし、
また、前記表示対象物体が、前記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、前記観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の透過度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の透過度を低くすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の三次元表示装置。 The second means lowers the transparency of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer when the display target object is an object displayed at a depth position close to the observer. , Increase the transparency of the two-dimensional image displayed on the display surface far from the observer,
Further, when the display target object is an object displayed at a depth position far from the observer, the transparency of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer is increased, and the object is far from the observer. The three-dimensional display device according to claim 5, wherein the two-dimensional image displayed on the display surface has low transparency . 前記第２の手段は、前記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、前記各表示面に表示される二次元像の透過度を変化させることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の三次元表示装置。 The second means changes the transmittance of the two-dimensional image displayed on each display surface so that the overall luminance seen by the observer is equal to the luminance of the original display target object. The three-dimensional display device according to any one of claims 5 to 7. 前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のプリズム素子を含む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装置。The optical member, the three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a plurality of prism elements for emitting incident light, the different directions. 前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射する複数のレンズ素子を含む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装置。The optical member, the three-dimensional display device according to the incident light, to any one of claims 1 to 8, characterized in that each include a plurality of lens elements that emit in different directions. 前記光学部材は、入射光を、それぞれ異なる方向に出射するホログラフィック光学素子であ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装置。The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the optical member is a holographic optical element that emits incident light in different directions.
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