JP3825414B2 - 三次元表示装置 - Google Patents
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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、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察できる三次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、メガネを用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を提案している（例えば、特許文献参照。）。
【０００３】
なお、本願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【特許文献】
特許第３０２２５５８号公報
【非特許文献】
「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」（岡野、小林共編、培風館）
【０００４】
図８は、本発明の基本となる三次元表示装置の概略構成を示す図であり、前述の特許文献に図１として図示されている三次元表示装置である。
同図に示す三次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の表示面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するために、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
以下、図８ないし図１３を用いて、本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理について説明する。
図９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、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から物体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。
【０００５】
そして、図８に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本発明の基本となる三次元表示装置の重要な要点は、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
その変え方の一例を以下に述べる。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、三次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図１０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。
【０００６】
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１１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１２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。
遂に、例えば、三次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１３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。
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、前述の特許文献に記載した三次元表示装置では、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、２Ｄ化像（１０５，１０６）を各々表示面１０１と表示面１０２の双方に表示する必要がある。
そのため、前述の特許文献に記載した三次元表示装置では、三次元立体像が観察される位置が限定されることになり、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能な三次元表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００８】
【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、一個の表示装置と、観察者の両眼の眼前に設けられ、それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズと、ｎを２以上の整数とするとき、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離をｎ段階に変化させる駆動装置と、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離のｋ（１≦ｋ≦ｎ）段階の変化と同期して、観察者から見て異なった奥行き位置にあるｎ個の表示面の中でｋ番目の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像を、前記一個の表示装置に表示させる同期装置とを備える三次元表示装置であって、前記同期装置は、前記一個の表示装置に表示させる二次元像の輝度を、ｎ個の二次元像毎にそれぞれ独立に変化させる。
また、本発明では、前記駆動装置が、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離を時分割でｎ段階に変化させる。
また、本発明では、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズは、焦点距離を、２つの固定した焦点距離に切替可能な二焦点レンズ（例えば、二周波液晶を用いた二焦点レンズ）である。
【０００９】
また、本発明は、一個の表示装置と、前記表示装置の観察者側に設けられ、前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに切り替える偏光切替装置と、観察者の両眼の眼前に設けられ、それぞれが一個の偏光型二焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズと、前記偏光切替装置において前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を前記第１の偏光方向に切り替えたときに、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像の中の一方の二次元像を前記一個の表示装置に表示させ、あるいは、前記偏光切替装置において前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を前記第２の偏光方向に切り替えたときに、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像の中の他方の二次元像を前記一個の表示装置に表示させる駆動装置とを備える三次元表示装置であって、前記駆動手段は、前記表示装置に表示させる二次元像の輝度を、２つの二次元像毎にそれぞれ独立に変化させる。
また、本発明では、前記観察者がかけるメガネを備え、前記メガネは、左右のレンズとして、前記２つの部分レンズを有する。
【００１１】
【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］
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。
同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、大画面表示装置（以下、単に、表示装置という）２００と、観察者１００の両眼の眼前に配置される部分レンズ（１３１，１３２）と、駆動装置２１０と、同期装置２２０とを備える。
ここで、部分レンズ（１３１，１３２）は、可変焦点レンズ１３０の一部を構成する。また、この部分レンズ（１３１，１３２）は、例えば、図１に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
また、ｎを２以上の整数（ｎ≧２）とするとき、この可変焦点レンズ１３０は、焦点距離をｎ段階に変化させることができるが、以降の説明では、ｎが２の場合について説明する。
【００１２】
図２に示すように、本実施の形態では、駆動装置２１０により、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離を、時分割で２段階に変化させ、表示装置２００に表示された二次元像を、結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させる。
そして、同期装置２２０により、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２１に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０５を表示し、また、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２２に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０６を表示させ、さらに、当該２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝度を、図１０ないし図１３において説明したように変化させる。
この動作を人間の目の残像時間内に行うことにより、本実施の形態の三次元表示装置は、図３に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
なお、図３において、１１１は、結像面１０２１に結像された二次元画像からなる表示面、１１２は、結像面１０２２に結像された二次元画像からなる表示面である。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、前述した本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１３】
そして、本実施の形態の三次元表示装置では、可変焦点レンズ１３０の一部を構成する２つの部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置し、即ち、各観察者毎に可変焦点レンズ１３０を配置するようにしたので、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
その上、本実施の形態の三次元表示装置では、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制することができ、しかも、観察像そのものが、奥行き方向に移動するため、立体視の要因を満足させやすい。
なお、前述の説明では、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離を２段階に変化させる場合について説明したが、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離を２以上のｎ段階に変化させることも可能である。
この場合には、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離のｎ段階の変化と同期して、観察者から見て異なった奥行き位置にあるｎ個の表示面の中でｎ番目の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像を、表示装置２００に表示させる。
【００１４】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、大画面表示装置（以下、単に、表示装置という）２００と、表示装置２００と観察者との間に配置され、表示装置２００から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに切り替える偏光切替装置１５０と、観察者１００の両眼の眼前に配置される部分レンズ（１３１，１３２）と、同期装置２２０とを備える。
ここで、部分レンズ（１３１，１３２）は、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する。また、この部分レンズ（１３１，１３２）は、例えば、図４に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
前述の実施の形態と同様、表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
【００１５】
２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の偏光型二焦点レンズ１３５は、入射される光が第１の偏光方向のときと、入射される光が第２の偏光方向のときとで、焦点距離が異なるレンズである。
本実施の形態では、偏光切替装置１５０により、偏光切替装置１５０から出力される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに時分割で切り替える。
これにより、本実施の形態では、時分割により、表示装置２００に表示された二次元像を、図２に示すように、結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させることができる。
そして、同期装置２２０により、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２１に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０５を表示し、また、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２２に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０６を表示させ、さらに、当該２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝度を、図１０ないし図１３において説明したように変化させる。
この動作を人間の目の残像時間内に行うことにより、本実施の形態の三次元表示装置は、図３に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、前述した本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１６】
なお、図４では、偏光切替装置１５０を、部分レンズ（１３１，１３２）の直前に配置するようにしたが、この偏光切替装置１５０は、表示装置２００上に配置してもよく、また、部分レンズ（１３１，１３２）上に、部分レンズ（１３１，１３２）と一体に配置してもよい。
以上説明したように、本実施の形態の三次元表示装置でも、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置し、即ち、各観察者毎に可偏光型二焦点レンズ１３５を配置するようにしたので、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
その上、本実施の形態の三次元表示装置では、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制することができ、しかも、観察像そのものが、奥行き方向に移動するため、立体視の要因を満足させやすい。
【００１７】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、大画面表示装置（以下、単に、表示装置という）２００と、表示装置２００と観察者との間に配置され、表示装置２００から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向との間で任意の偏光方向へ切り替え可能な偏光可変装置１５１と、観察者１００の両眼の眼前に配置される部分レンズ（１３１，１３２）と、同期装置２２０とを備える。
ここで、部分レンズ（１３１，１３２）は、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する。また、この部分レンズ（１３１，１３２）は、例えば、図５に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
前述の実施の形態と同様、表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
【００１８】
２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の偏光型二焦点レンズ１３５は、入射される光が第１の偏光方向のときと、入射される光が第２の偏光方向のときとで、焦点距離が異なるレンズである。
例えば、図６に示すように、偏光可変装置１５１から出射される二次元像の偏光方向が、Ａの方向である場合に、偏光型二焦点レンズ１３５には、図６に示すｐ１の第１の偏光方向の二次元像と、図６に示すｐ２の第２の偏光方向の二次元像が入射された場合と等価となる。
したがって、偏光型二焦点レンズ１３５は、偏光可変装置１５１から出射される二次元像の偏光方向が、図６に示すＡの方向である場合に、偏光可変装置１５１から出射される二次元像は、例えば、図２に示すような結像面１０２１と結像面１０２２とに結像する。
この場合に、図２に示すような結像面１０２１と結像面１０２２とに結像される二次元像の輝度は、偏光可変装置１５１から出射される二次元像の偏光方向を、第１の偏光方向と、第２の偏光方向との間で切り替える（図６に示すθを可変）ことにより変化させることができる。
【００１９】
即ち、本実施の形態において、同期装置２２０で偏光可変装置１５１を制御し、偏光可変装置１５１から出力される二次元像の偏光方向を、表示装置２００に表示される二次元像の観察者１００から見た奥行き位置に応じて切り替えることにより、図２に示すような結像面１０２１と結像面１０２２とに結像される二次元像の輝度を、図１０ないし図１３において説明したように変化させることができる。
そのため、本実施の形態の三次元表示装置においても、前述した本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
なお、偏光可変装置１５１として、液晶を用いた装置を使用することにより、光の偏光方向を画素単位に変化させることが可能である。
以上説明したように、本実施の形態の三次元表示装置でも、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置し、即ち、各観察者毎に可偏光型二焦点レンズ１３５を配置するようにしたので、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
その上、本実施の形態の三次元表示装置では、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制することができ、しかも、観察像そのものが、奥行き方向に移動するため、立体視の要因を満足させやすい。
【００２０】
図７は、本発明の実施の形態２、３における、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の偏光型二焦点レンズ１３５の一例の概略構成を示す図である。
図７に示す偏光型二焦点レンズ１３５は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、固定焦点レンズ３０１と、複屈折領域３０２とから構成される。
ここで、固定焦点レンズ３０１は、例えば、図７（ｂ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、または、図７（ａ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凹レンズ、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるレンズ系、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるミラー系等により構成される。
また、複屈折領域３０２、例えば、液晶やＰＬＺＴ等からなる複領域屈折性を有する媒体で構成される。
【００２１】
ここで、固定焦点レンズ３０１の屈折率をｎ１とし、入射光の第１の偏光方向、並びに、第２の偏光方向における、複屈折領域３０２の屈折率を、それぞれｎ２１、ｎ２２とする。
例えば、複屈折領域３０２から光を入射した場合、入射光の偏光方向に応じてそれぞれに屈折率ｎ２１、ｎ２２を感じて進行した後、屈折率ｎ１の固定焦点レンズ３０１と接することになる。
したがって、出射光は、入射光の偏光状態に応じて異なった位置に結像する。即ち、偏光方向により焦点距離が相違する二焦点レンズ１３５として動作する。
逆に、固定焦点レンズ３０１側から入射した場合にも、同様に固有偏光方向に応じた屈折率により、二つの結像面に分離して結像する。
なお、図７に示すように、複屈折領域３０２が液晶の場合、配向膜３０３を付け加えることにより、複屈折領域３０２側から入射した光に対して、面内均一な分離を得ることができる。
【００２２】
また、図７に示す偏光型二焦点レンズ１３５において、固定焦点レンズ３０１がない場合でも、複屈折領域３０２の片面あるいは両面が、図７に示すような、レンズ形状やプリズム形状をしている場合には、同様な効果がある。
さらに、複屈折性を有する媒体としては、液晶が屈折率異方性が大きいために有益であり、その種類としては通常のネマティック液晶の他、例えば、高分子分散型液晶、ホログラフィック高分子分散型液晶、高分子液晶、スメクティック液晶、強誘電液晶、高分子安定化強誘電液晶などがある。
さらに、液晶以外でも高分子材料の主軸を揃えて形成することにより複屈折性を得ることができることは明らかである。
前述の実施の形態２の偏光切替装置１５０、あるいは、前述の実施の形態３の偏光可変装置１５１としては、例えば、電界や電圧により複屈折性を変化できる媒質（例えば、液晶やＰＬＺＴ等）を用いた装置がよく知られている。液晶を用いた装置としては、例えば、「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」（岡野、小林共編、培風館）などに多くの種類が記載されている。
【００２３】
なお、本実施の形態では、可変焦点レンズ１３０（あるいは、偏光型二焦点レンズ１３５）の一部を構成する２つの部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置する方法として、２つの部分レンズ（１３１，１３２）が左右のレンズとして取り付けられたメガネを用意し、観察者１００が、このメガネをかける方法を採用したが、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置する方法は、これに限定されるものではなく、その他の方法を用いてもよい。
さらに、前述の説明では、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０（あるいは偏光型二焦点レンズ１３５）の焦点距離を時分割で２段階に変化させ、あるいは、偏光可変装置１５１での偏光方向を可変することにより、表示装置２００に表示された２Ｄ化像を、結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させて表現する方法および装置について主に述べたが、本実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法及び装置としても使用できる。
【００２４】
同様に、本実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が移動する場合にも使用できる。
２Ｄ化像が三次元的に移動する場合、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装置内での動画再生によって可能であり、奥行き方向への移動に関しては、前述の特許文献に記載したように、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０（あるいは偏光型二焦点レンズ１３５）の焦点距離を、時分割で２段階に変化させ、あるいは、偏光可変装置１５１での偏光方向を可変することにより、表示装置２００に表示された２Ｄ化像を結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させるときに、表示装置２００に表示される２Ｄ化像の輝度の変化を時間的に行うことで、三次元像の動画を表現することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施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。
【００２５】
【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。
本発明の三次元表示装置によれば、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察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概略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動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の三次元表示装置と光学的に等価な三次元表示装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態３の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２、３の三次元表示装置における、２つの部分レンズが一部を構成する偏光型二焦点レンズの一例の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の基本となる三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の基本となる三次元表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図１０】従来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１１】本発明の基本となる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１２】本発明の基本となる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１３】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１００…観察者、１０１，１０２、１１１，１１２…表示面、１０３…光学系、１０４…三次元物体、１０５，１０６…２Ｄ化像、１３０…可変焦点レンズ、１３１，１３２…部分レンズ、１３５…偏光型二焦点レンズ、１５０…偏光切替装置、１５１…偏光可変装置、２００…大画面表示装置、２１０…駆動装置、２２０…同期装置、３０１…固定焦点レンズ、３０２…複屈折領域、３０３…配向膜、１０２１，１０２２…結像面。
【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、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察できる三次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、メガネを用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を提案している（例えば、特許文献参照。）。
【０００３】
なお、本願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【特許文献】
特許第３０２２５５８号公報
【非特許文献】
「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」（岡野、小林共編、培風館）
【０００４】
図８は、本発明の基本となる三次元表示装置の概略構成を示す図であり、前述の特許文献に図１として図示されている三次元表示装置である。
同図に示す三次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の表示面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するために、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
以下、図８ないし図１３を用いて、本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理について説明する。
図９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、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から物体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。
【０００５】
そして、図８に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本発明の基本となる三次元表示装置の重要な要点は、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
その変え方の一例を以下に述べる。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、三次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図１０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。
【０００６】
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１１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１２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。
遂に、例えば、三次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１３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。
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、前述の特許文献に記載した三次元表示装置では、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、２Ｄ化像（１０５，１０６）を各々表示面１０１と表示面１０２の双方に表示する必要がある。
そのため、前述の特許文献に記載した三次元表示装置では、三次元立体像が観察される位置が限定されることになり、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能な三次元表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００８】
【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、一個の表示装置と、観察者の両眼の眼前に設けられ、それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズと、ｎを２以上の整数とするとき、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離をｎ段階に変化させる駆動装置と、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離のｋ（１≦ｋ≦ｎ）段階の変化と同期して、観察者から見て異なった奥行き位置にあるｎ個の表示面の中でｋ番目の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像を、前記一個の表示装置に表示させる同期装置とを備える三次元表示装置であって、前記同期装置は、前記一個の表示装置に表示させる二次元像の輝度を、ｎ個の二次元像毎にそれぞれ独立に変化させる。
また、本発明では、前記駆動装置が、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離を時分割でｎ段階に変化させる。
また、本発明では、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズは、焦点距離を、２つの固定した焦点距離に切替可能な二焦点レンズ（例えば、二周波液晶を用いた二焦点レンズ）である。
【０００９】
また、本発明は、一個の表示装置と、前記表示装置の観察者側に設けられ、前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに切り替える偏光切替装置と、観察者の両眼の眼前に設けられ、それぞれが一個の偏光型二焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズと、前記偏光切替装置において前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を前記第１の偏光方向に切り替えたときに、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像の中の一方の二次元像を前記一個の表示装置に表示させ、あるいは、前記偏光切替装置において前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を前記第２の偏光方向に切り替えたときに、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像の中の他方の二次元像を前記一個の表示装置に表示させる駆動装置とを備える三次元表示装置であって、前記駆動手段は、前記表示装置に表示させる二次元像の輝度を、２つの二次元像毎にそれぞれ独立に変化させる。
また、本発明では、前記観察者がかけるメガネを備え、前記メガネは、左右のレンズとして、前記２つの部分レンズを有する。
【００１１】
【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］
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。
同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、大画面表示装置（以下、単に、表示装置という）２００と、観察者１００の両眼の眼前に配置される部分レンズ（１３１，１３２）と、駆動装置２１０と、同期装置２２０とを備える。
ここで、部分レンズ（１３１，１３２）は、可変焦点レンズ１３０の一部を構成する。また、この部分レンズ（１３１，１３２）は、例えば、図１に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
また、ｎを２以上の整数（ｎ≧２）とするとき、この可変焦点レンズ１３０は、焦点距離をｎ段階に変化させることができるが、以降の説明では、ｎが２の場合について説明する。
【００１２】
図２に示すように、本実施の形態では、駆動装置２１０により、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離を、時分割で２段階に変化させ、表示装置２００に表示された二次元像を、結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させる。
そして、同期装置２２０により、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２１に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０５を表示し、また、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２２に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０６を表示させ、さらに、当該２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝度を、図１０ないし図１３において説明したように変化させる。
この動作を人間の目の残像時間内に行うことにより、本実施の形態の三次元表示装置は、図３に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
なお、図３において、１１１は、結像面１０２１に結像された二次元画像からなる表示面、１１２は、結像面１０２２に結像された二次元画像からなる表示面である。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、前述した本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１３】
そして、本実施の形態の三次元表示装置では、可変焦点レンズ１３０の一部を構成する２つの部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置し、即ち、各観察者毎に可変焦点レンズ１３０を配置するようにしたので、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
その上、本実施の形態の三次元表示装置では、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制することができ、しかも、観察像そのものが、奥行き方向に移動するため、立体視の要因を満足させやすい。
なお、前述の説明では、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離を２段階に変化させる場合について説明したが、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離を２以上のｎ段階に変化させることも可能である。
この場合には、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０の焦点距離のｎ段階の変化と同期して、観察者から見て異なった奥行き位置にあるｎ個の表示面の中でｎ番目の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像を、表示装置２００に表示させる。
【００１４】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、大画面表示装置（以下、単に、表示装置という）２００と、表示装置２００と観察者との間に配置され、表示装置２００から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに切り替える偏光切替装置１５０と、観察者１００の両眼の眼前に配置される部分レンズ（１３１，１３２）と、同期装置２２０とを備える。
ここで、部分レンズ（１３１，１３２）は、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する。また、この部分レンズ（１３１，１３２）は、例えば、図４に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
前述の実施の形態と同様、表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
【００１５】
２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の偏光型二焦点レンズ１３５は、入射される光が第１の偏光方向のときと、入射される光が第２の偏光方向のときとで、焦点距離が異なるレンズである。
本実施の形態では、偏光切替装置１５０により、偏光切替装置１５０から出力される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに時分割で切り替える。
これにより、本実施の形態では、時分割により、表示装置２００に表示された二次元像を、図２に示すように、結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させることができる。
そして、同期装置２２０により、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２１に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０５を表示し、また、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２２に結像させる時に、表示装置２００に、前述の図９で説明した２Ｄ化像１０６を表示させ、さらに、当該２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝度を、図１０ないし図１３において説明したように変化させる。
この動作を人間の目の残像時間内に行うことにより、本実施の形態の三次元表示装置は、図３に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、前述した本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１６】
なお、図４では、偏光切替装置１５０を、部分レンズ（１３１，１３２）の直前に配置するようにしたが、この偏光切替装置１５０は、表示装置２００上に配置してもよく、また、部分レンズ（１３１，１３２）上に、部分レンズ（１３１，１３２）と一体に配置してもよい。
以上説明したように、本実施の形態の三次元表示装置でも、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置し、即ち、各観察者毎に可偏光型二焦点レンズ１３５を配置するようにしたので、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
その上、本実施の形態の三次元表示装置では、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制することができ、しかも、観察像そのものが、奥行き方向に移動するため、立体視の要因を満足させやすい。
【００１７】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の三次元表示装置は、大画面表示装置（以下、単に、表示装置という）２００と、表示装置２００と観察者との間に配置され、表示装置２００から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向との間で任意の偏光方向へ切り替え可能な偏光可変装置１５１と、観察者１００の両眼の眼前に配置される部分レンズ（１３１，１３２）と、同期装置２２０とを備える。
ここで、部分レンズ（１３１，１３２）は、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する。また、この部分レンズ（１３１，１３２）は、例えば、図５に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
前述の実施の形態と同様、表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
【００１８】
２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の偏光型二焦点レンズ１３５は、入射される光が第１の偏光方向のときと、入射される光が第２の偏光方向のときとで、焦点距離が異なるレンズである。
例えば、図６に示すように、偏光可変装置１５１から出射される二次元像の偏光方向が、Ａの方向である場合に、偏光型二焦点レンズ１３５には、図６に示すｐ１の第１の偏光方向の二次元像と、図６に示すｐ２の第２の偏光方向の二次元像が入射された場合と等価となる。
したがって、偏光型二焦点レンズ１３５は、偏光可変装置１５１から出射される二次元像の偏光方向が、図６に示すＡの方向である場合に、偏光可変装置１５１から出射される二次元像は、例えば、図２に示すような結像面１０２１と結像面１０２２とに結像する。
この場合に、図２に示すような結像面１０２１と結像面１０２２とに結像される二次元像の輝度は、偏光可変装置１５１から出射される二次元像の偏光方向を、第１の偏光方向と、第２の偏光方向との間で切り替える（図６に示すθを可変）ことにより変化させることができる。
【００１９】
即ち、本実施の形態において、同期装置２２０で偏光可変装置１５１を制御し、偏光可変装置１５１から出力される二次元像の偏光方向を、表示装置２００に表示される二次元像の観察者１００から見た奥行き位置に応じて切り替えることにより、図２に示すような結像面１０２１と結像面１０２２とに結像される二次元像の輝度を、図１０ないし図１３において説明したように変化させることができる。
そのため、本実施の形態の三次元表示装置においても、前述した本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
なお、偏光可変装置１５１として、液晶を用いた装置を使用することにより、光の偏光方向を画素単位に変化させることが可能である。
以上説明したように、本実施の形態の三次元表示装置でも、偏光型二焦点レンズ１３５の一部を構成する部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置し、即ち、各観察者毎に可偏光型二焦点レンズ１３５を配置するようにしたので、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
その上、本実施の形態の三次元表示装置では、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制することができ、しかも、観察像そのものが、奥行き方向に移動するため、立体視の要因を満足させやすい。
【００２０】
図７は、本発明の実施の形態２、３における、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の偏光型二焦点レンズ１３５の一例の概略構成を示す図である。
図７に示す偏光型二焦点レンズ１３５は、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、固定焦点レンズ３０１と、複屈折領域３０２とから構成される。
ここで、固定焦点レンズ３０１は、例えば、図７（ｂ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、または、図７（ａ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凹レンズ、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるレンズ系、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるミラー系等により構成される。
また、複屈折領域３０２、例えば、液晶やＰＬＺＴ等からなる複領域屈折性を有する媒体で構成される。
【００２１】
ここで、固定焦点レンズ３０１の屈折率をｎ１とし、入射光の第１の偏光方向、並びに、第２の偏光方向における、複屈折領域３０２の屈折率を、それぞれｎ２１、ｎ２２とする。
例えば、複屈折領域３０２から光を入射した場合、入射光の偏光方向に応じてそれぞれに屈折率ｎ２１、ｎ２２を感じて進行した後、屈折率ｎ１の固定焦点レンズ３０１と接することになる。
したがって、出射光は、入射光の偏光状態に応じて異なった位置に結像する。即ち、偏光方向により焦点距離が相違する二焦点レンズ１３５として動作する。
逆に、固定焦点レンズ３０１側から入射した場合にも、同様に固有偏光方向に応じた屈折率により、二つの結像面に分離して結像する。
なお、図７に示すように、複屈折領域３０２が液晶の場合、配向膜３０３を付け加えることにより、複屈折領域３０２側から入射した光に対して、面内均一な分離を得ることができる。
【００２２】
また、図７に示す偏光型二焦点レンズ１３５において、固定焦点レンズ３０１がない場合でも、複屈折領域３０２の片面あるいは両面が、図７に示すような、レンズ形状やプリズム形状をしている場合には、同様な効果がある。
さらに、複屈折性を有する媒体としては、液晶が屈折率異方性が大きいために有益であり、その種類としては通常のネマティック液晶の他、例えば、高分子分散型液晶、ホログラフィック高分子分散型液晶、高分子液晶、スメクティック液晶、強誘電液晶、高分子安定化強誘電液晶などがある。
さらに、液晶以外でも高分子材料の主軸を揃えて形成することにより複屈折性を得ることができることは明らかである。
前述の実施の形態２の偏光切替装置１５０、あるいは、前述の実施の形態３の偏光可変装置１５１としては、例えば、電界や電圧により複屈折性を変化できる媒質（例えば、液晶やＰＬＺＴ等）を用いた装置がよく知られている。液晶を用いた装置としては、例えば、「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」（岡野、小林共編、培風館）などに多くの種類が記載されている。
【００２３】
なお、本実施の形態では、可変焦点レンズ１３０（あるいは、偏光型二焦点レンズ１３５）の一部を構成する２つの部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置する方法として、２つの部分レンズ（１３１，１３２）が左右のレンズとして取り付けられたメガネを用意し、観察者１００が、このメガネをかける方法を採用したが、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置する方法は、これに限定されるものではなく、その他の方法を用いてもよい。
さらに、前述の説明では、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０（あるいは偏光型二焦点レンズ１３５）の焦点距離を時分割で２段階に変化させ、あるいは、偏光可変装置１５１での偏光方向を可変することにより、表示装置２００に表示された２Ｄ化像を、結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させて表現する方法および装置について主に述べたが、本実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法及び装置としても使用できる。
【００２４】
同様に、本実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が移動する場合にも使用できる。
２Ｄ化像が三次元的に移動する場合、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装置内での動画再生によって可能であり、奥行き方向への移動に関しては、前述の特許文献に記載したように、２つの部分レンズ（１３１，１３２）を構成の一部として有する一個の可変焦点レンズ１３０（あるいは偏光型二焦点レンズ１３５）の焦点距離を、時分割で２段階に変化させ、あるいは、偏光可変装置１５１での偏光方向を可変することにより、表示装置２００に表示された２Ｄ化像を結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させるときに、表示装置２００に表示される２Ｄ化像の輝度の変化を時間的に行うことで、三次元像の動画を表現することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施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。
【００２５】
【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。
本発明の三次元表示装置によれば、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察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概略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動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の三次元表示装置と光学的に等価な三次元表示装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態３の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２、３の三次元表示装置における、２つの部分レンズが一部を構成する偏光型二焦点レンズの一例の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の基本となる三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の基本となる三次元表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図１０】従来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１１】本発明の基本となる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１２】本発明の基本となる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１３】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１００…観察者、１０１，１０２、１１１，１１２…表示面、１０３…光学系、１０４…三次元物体、１０５，１０６…２Ｄ化像、１３０…可変焦点レンズ、１３１，１３２…部分レンズ、１３５…偏光型二焦点レンズ、１５０…偏光切替装置、１５１…偏光可変装置、２００…大画面表示装置、２１０…駆動装置、２２０…同期装置、３０１…固定焦点レンズ、３０２…複屈折領域、３０３…配向膜、１０２１，１０２２…結像面。
Claims (6)
- 一個の表示装置と、
観察者の両眼の眼前に設けられ、それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズと、
ｎを２以上の整数とするとき、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離をｎ段階に変化させる駆動装置と、
前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離のｋ（１≦ｋ≦ｎ）段階の変化と同期して、観察者から見て異なった奥行き位置にあるｎ個の表示面の中でｋ番目の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像を、前記一個の表示装置に表示させる同期装置とを備える三次元表示装置であって、
前記同期装置は、前記一個の表示装置に表示させる二次元像の輝度を、ｎ個の二次元像毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする三次元表示装置。 - 前記駆動装置は、前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズの焦点距離を時分割でｎ段階に変化させることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
- 前記それぞれが一個の可変焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズは、焦点距離を、２つの固定した焦点距離に切替可能な二焦点レンズであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元表示装置。
- 前記二焦点レンズは、二周波液晶を用いた二焦点レンズであることを特徴とする請求項３に記載の三次元表示装置。
- 一個の表示装置と、
前記表示装置の観察者側に設けられ、前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向とに切り替える偏光切替装置と、
観察者の両眼の眼前に設けられ、それぞれが一個の偏光型二焦点レンズの一部を構成する２つの部分レンズと、
前記偏光切替装置において前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を前記第１の偏光方向に切り替えたときに、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像の中の一方の二次元像を前記一個の表示装置に表示させ、あるいは、前記偏光切替装置において前記一個の表示装置から入射される二次元像の偏光方向を前記第２の偏光方向に切り替えたときに、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像の中の他方の二次元像を前記一個の表示装置に表示させる駆動装置とを備える三次元表示装置であって、
前記駆動手段は、前記表示装置に表示させる二次元像の輝度を、２つの二次元像毎にそれぞれ独立に変化させることを特徴とする三次元表示装置。 - 前記観察者がかけるメガネを備え、
前記メガネは、左右のレンズとして、前記２つの部分レンズを有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の三次元表示装置。
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