JPWO2007091373A1 - ３次元表示装置及び画像提示方法 - Google Patents

Abstract

観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の透過型表示装置と、光を拡散させるモアレ解消素子とを備え、前記モアレ解消素子は、前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する透過型表示装置を構成する画素の境界の間隔の２倍を周期とする空間周波数以上の空間周波数をカットする空間周波特性を有する。

Description

本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示装置を備える３次元表示装置及び画像提示方法に係り、特に、モアレ（干渉縞）の発生を防止する技術に関する。

特許第３４６０６７１号（特許文献１）に記載の３次元表示装置は、複数の透過型表示装置（例えば、液晶表示装置）を、観察者から見て異なった奥行き位置に配置することにより、観察者に３次元立体像を表示するものである。

この３次元表示装置に使用される透過型表示装置では、図１に示すように、複数の画素１０の重心位置が周期的になるように、複数の画素１０が配置される。

そのため、この３次元表示装置では、各透過型表示装置の画素パターンが干渉して、モアレが発生するという課題があった。

このようなモアレの発生を防止するために、特許第３３３５９９８号（特許文献２）には、複数の透過型表示装置の間に拡散板を配置することが記載されている。

しかしながら、特許文献２には、モアレを消失させるための条件については何ら開示されていない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の透過型表示装置と、モアレ解消素子とを備える３次元表示装置において、モアレを消失させるための条件を最適化する技術を提供することにある。

本発明の第１の側面は、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の透過型表示装置と、光を拡散させるモアレ解消素子を備えた３次元表示装置において、前記モアレ解消素子は、前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する第一の表示装置を構成する画素の境界の間隔の２倍を周期とする空間周波数以上の空間周波数をカットする空間周波数特性を有することである。

本発明の第２の側面は、複数の透過型表示装置と光を拡散させるモアレ解消素子とを、観察者から見て異なった奥行き位置に配置する画像提示方法であって、前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する透過型表示装置を前記観察者が見たときに原画像に近い画像に見えるように、前記原画像を強調処理し、強調処理した画像を、前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する透過型表示装置に表示することである。

図１は、従来のフラットディスプレイの画素の配置状態を示す図である。 図２は、本発明の実施例１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 図３は、図２に示す透過型表示装置の概略構成を示す模式図である。 図４は、図３に示す透過型表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施例１の３次元表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。 図６は、図２に示すモアレ解消素子の一例の概略構成を示す模式図である。 図７は、図２に示すモアレ解消素子の他の例を示す模式図である。 図８は、本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 図９は、本発明の実施例３の３次元表示装置の一例の概略構成を示す模式図である。 図１０は、本発明の実施例３の３次元表示装置の他の例の概略構成を示す模式図である。 図１１は、本発明の実施例４の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。 図１２は、本発明の実施例４の３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は、本発明の実施例４の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 図１４は、本発明の実施例４の３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は、本発明の実施例４の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 図１６は、本発明の実施例４の３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。 図１７は、本発明の実施例５の画像表示方法を説明するための図である。 図１８は、本発明の実施例５の画像処理方法の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

なお、実施例を説明するための全図面において、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。

［実施例１］
図２は、本発明の実施例１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。

本実施例では、図２に示すように、観察者１００の前面に透過型表示装置１０１，１０２を配置する。ここでは、透過型表示装置１０１が透過型表示装置１０２より観察者１００に近いものとする。

本実施例では、例えば、透過型表示装置１０１に車両などの動画像を表示させ、透過型表示装置１０２に背景画像を表示させることにより、観察者１００に奥行きのある画像を提示することが可能である。

ここで、透過型表示装置１０１，１０２としては、液晶表示装置、あるいは、ＥＬ表示装置などが使用される。液晶表示装置としては、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が挙げられる。

本実施例において、透過型表示装置１０１，１０２が液晶表示装置などの場合には、図２に示すように、観察者１００から見て最も後方に光源１１０を配置させる必要がある。一方、透過型表示装置１０２がＥＬ表示装置などの自発光型表示装置の場合には、光源１１０は必要なく、表示装置も透過型である必要はない。

図３は、図２に示す透過型表示装置１０１，１０２の一例の概略構成を示す模式図である。

図３に示す例では、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、偏光板２０３，２０３１とを有し、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２０２と、偏光板２１３，２１３１とを有する。

液晶表示パネル２０１，２０２の内部には、カラーフィルタ（図示せず）も設けられる。また、偏光板２１３１の後方（偏光板２１３１の透過型表示装置１０１と反対の側）に光源（バックライト）１１０が配置される。

液晶表示パネル２０１，２０２は、画素単位で光の偏光方向を変化させることができるので、出射光の偏光方向と出射側の偏光板の偏光方向とにより、出射光の強度を変えることができ、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２０１，２０２を構成する画素を通過する光の偏光方向を画素毎に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２０２のそれぞれにおいて、独立に透過度を変化させることができる。ここで、透過型表示装置１０１，１０２上に表示される像はカラー画像の二次元像である。

［図３に示す透過型表示装置の変形例］
図４は、図３に示す透過型表示装置の変形例の概略構成を示す模式図である。

図４に示す例では、透過型表示装置１０１が、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０１と偏光板２０３とを有し、透過型表示装置１０２が、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０２と偏光板２１３１を有する。

即ち、図４に示す３次元表示装置では、偏光板２０３と偏光板２１３１との間に、液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２０２とが配置される。また、偏光板２１３１の後方（偏光板２１３１の透過型表示装置１０１と反対の側）に光源（バックライト）１１０が配置される。

液晶表示パネル２０１，２０２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、垂直配向型液晶表示装置などから偏光板を取り除いた装置である。また、液晶表示パネル２０１，２０２の内部に、カラーフィルタ（図示せず）を設けるか、バックライトの色を高速に変化させ同期表示するフィールドシーケンシャルカラー表示を行うことによりカラー表示が可能である。

図４に示す３次元表示装置でも、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２０２のそれぞれにおいて、独立に透過度を変化させることができる。但し、図４に示す３次元表示装置では、偏光方向が液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２０２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２０１，２０２の偏光方向の制御を行う必要がある。

図３に示すように、透過型表示装置１０１として両側に偏光板２０３，２０３１を設けた液晶表示パネル２０１、および、透過型表示装置１０２として両側に偏光板（２１３，２１３１を設けた液晶表示パネル２０２を使用する場合には、光源１１０からの照射光の光路中に４枚の偏光板２０３，２０３１，２１３，２１３１が挿入されることになるので、全体としての透過度が低くなり、表示が暗くなる。

これに対して、図４に示す３次元表示装置では、液晶表示パネル２０１，２０２を２枚の偏光板２０３，２１３１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。

本実施例では、図２に示すように、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間にモアレ解消素子１２０が配置される。

ここで、モアレ解消素子１２０の拡散度と、モアレ解消素子１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔Ｔとは、透過型表示装置１０２（観察者１００から見てモアレ解消素子１２０の後方に配置される透過型表示装置）の最も小さな周期を持つ構造が観察者１００から視認できなくなるように設定されている。

３次元表示装置において発生するモアレは、３次元表示装置からある所定の観察距離にいる観察者から見たときに、観測者から見て後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造と、観測者から見て前方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造とがわずかにずれて観察されるために生じる空間周波数領域におけるうなり（ビート）現象である。

このとき、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造の空間周波数の方が、当該表示装置が観察者から離れている分だけ、前方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造の空間周波数より、観察者には高く観察される。

このため、一定の拡散度を有するモアレ解消素子１２０を透過型表示装置１０２の表示面から一定の距離Ｔだけ前方に配置し、モアレ解消素子１２０を、透過型表示装置１０２から所定の観察距離にいる観察者から見て、透過型表示装置１０２の最も小さな周期に相当する空間周波数以上の空間周波数をカットする、空間周波数領域におけるローパスフィルタとして作用させることによって、後方に配置される表示装置の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなるようにすれば、前述のうなり（ビート）現象は生じなくなり、モアレも発生しなくなる。

したがって、モアレ解消素子１２０を配置する位置は、透過型表示装置１０２の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなるのであれば、透過型表示装置１０２と透過型表示装置１０１との間であっても、あるいは、図５に示すように、透過型表示１０２と透過型表示１０１の双方の前面であっても構わない。

しかし、３次元表示装置の表示自体の分解能を必要以上に損なわないためには、モアレ解消素子１２０を配置する位置は、透過型表示装置１０２の最も小さな周期を持つ構造が観察者から視認できなくなる範囲内で、可能な限り、透過型表示装置１０２の表示面に近付ける（Ｔを小さくする）ことが望ましい。

この場合に、前述の最も小さな周期を持つ構造とは、例えば、カラーフィルタ配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造である。前述の最も小さな周期を持つ構造がカラーフィルタ配列構造の場合には、カラーフィルタ配列構造が観察者１００から視認できなくなるように、モアレ解消素子１２０の拡散度と、モアレ解消素子１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔を設定する。

また、前述の最も小さな周期を持つ構造がブラックマトリックス配列構造であるか、フィールドシーケンシャルカラー液晶表示装置のようにカラーフィルタを有しない場合には、ブラックマトリックス配列構造が観察者１００から視認できなくなるように、モアレ解消素子１２０の拡散度と、モアレ解消素子１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔を設定する。

このように、本実施例では、透過型表示装置１０２の最も小さな周期を持つ構造が、観察者１００から視認できなくなるように、モアレ解消素子１２０の拡散度と、モアレ解消素子１２０と透過型表示装置１０２との間の間隔とを設定するようにしたので、モアレが発生するのを防止することが可能となる。

フィールドシーケンシャルカラー表示方式の場合、ブラックマトリクス幅の２倍の周期は、表示可能な最も細かいラインアンドスペースの周期に比べ充分小さい。そのため、前者の周期に相当する空間周波数をカットし、後者の周期に相当する空間周波数を透過するローパスフィルタには、それほど急峻なカットオフ特性が要求されないので、モアレ解消素子の設計や製作が容易になるという利点がある。

図６は、図２に示すモアレ解消素子１２０の一例の概略構成を示す模式図であり、図６に示すモアレ解消素子１２０は、板状の透明物質（第１の透明材料）１２１の表面形状をランダムな凹凸状態（複数の窪部１２２）としたことによって、透明物質１２１を透過する光を拡散させるものである。本発明における拡散は、凹凸構造の屈折による効果、レンズ効果、散乱効果など原理を問わず入射光線の広がり角が素子を通過することにより増大する現象をいう。

特に、ビーム整形ディフューザー（Ｌｉｇｈｔ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ｗｗｗ．ｐｏｃ．ｃｏｍ，２０６００ Ｇｒａｍｅｒｃｙ Ｐｌａｃｅ，Ｂｕｉｌｄｉｎｇ １００，Ｔｏｒｒａｎｃｅ，ＣＡ ９０５０１−１８２１，Ｕ．Ｓ．Ａ．）のように光の拡散の広がり角が所望の値になるような素子を用いると最低限のぼけでモアレを解消できる。

また、図６では、複数の窪部１２２は屈折率１の空気で満たされているが、これらの窪部１２２を第１の透明材料とは異なる屈折率を有する透明物質（第２の透明材料）で充填することにより、広がり角を制御し良好なカットオフ条件を得ることができる。

また、基材として透明な板やフィルムではなく、偏光板・偏光フィルムを用いることにより偏光板と一体としてもよく、モアレ解消素子の生産性の向上が期待できる。また、市販のアンチグレア処理を施した偏光板（日東電工社ＮＰＦシリーズアンチグレア処理ＡＧＳ１，ＡＧＳ２Ｂ，ＡＧ３０Ｇなど）が適している。

凹凸構造を構成する複数の窪部１２２の平均直径は、画素の周期よりも小さい必要があり、数分の１程度が望ましく、特に、１０分の１以下であるとざらつきの少ない良好な画質が得られる。

また、複数のモアレ解消素子を積層させると、その広がり角は積層させた各素子の広がり角の総和となるので、モアレ解消素子を複数積層させることにより広がり角を容易に調整できる。

このように、モアレ解消素子の表面形状ランダムな凹凸構造とすることにより、凹凸構造と画素周期の干渉によるモアレが発生しにくくなる。そのため、凹凸構造の寸法や配置に高精度が要求されないので、モアレ解消素子の製造が容易になる。

凹凸構造の面に（ｘ，ｙ）座標を考える。モアレ解消素子１２０に光が垂直に入射した時の出射光と素子法線とがなす角をθ（ｘ，ｙ）とする。

手前と奥に位置する表示装置の間隔をｄ、奥に位置する表示装置の表示可能な最も細かい周期をａとしたとき、ｔａｎθの２乗の平均値が（ａ／２ｄ）２におおむね等しいとき、特に、画像をぼかさずにモアレを抑制することができる。

なお、本実施例において、透過型表示装置は２つに限定されるものではなく、３つ以上の透過型表示装置を使用することも可能である。この場合には、モアレ解消素子１２０を複数設け、各モアレ解消素子１２０を透過型表示装置の間に配置すると、最も遠くにある画面のボケ量を最小にできる。

この場合でも、前面以外の表示画面に対するローパスフィルタのカットオフ周波数が、各画面の最小ラインアンドスペースの周波数とおおむね等しいか、低周波であれば、モアレを解消できる。

図７は、図２に示すモアレ解消素子の他の例を示す模式図であり、この例は、モアレ解消素子の拡散特性に異方性を持たせたことを特徴とする。この例におけるモアレ解消素子１２０は、凹凸構造が形成された表面内において、ある軸方向に対する複数の窪部１２２の傾斜角の分布の分散と、それと直交する軸に対する複数の窪部１２２の傾斜角の分布の分散とを異ならせることにより実現される。これは、前述したビーム整形ディフューザーの一製品として市販されている。例えば、ストライプ状のカラーフィルタ画像構造を有する透過型表示装置を観測者１００から見て遠くに設けた場合、カラーフィルタの色が変化する方向については広い広がり角を示し、それと直交する方向についてはブラックマトリックスの幅程度のわずかな広がり角を示すモアレ解消素子を使用することによって、良好にモアレを解消できる。このような構成では、モアレ解消素子１２０の広がり角の小さい方向については画像のぼけが小さいので、この方向を観測者１００の顔の左右方向（目の間隔方向、通常は水平方向）と一致させることにより、観測者１００に表示がシャープであるという印象を与えることができる。

図７において、方向Ａはモアレ解消素子１２０の拡散度が高い軸方向を示し、方向Ｂはモアレ解消素子１２０の拡散度が小さい軸方向を示す。ここで、軸方向Ｂと観測者１００の通常の頭の左右方向や、軸方向Ｂとストライプ画素の同一色が続く方向との一致は完全なものである必要はなく、観測者１００によって知覚される画像のぼけが大きくならない範囲、若しくは、新たな方向でのモアレが生じない範囲であれば多少ずれてもかまわない。

また、モアレ解消素子１２０の拡散度の小さい軸方向Ｂの拡散幅が、表示素子の画素の境界の間隔（ブラックマトリックスの幅）に比べて小さ過ぎる場合、モアレ解消素子１２０を若干回転させることにより、両軸方向に適度な拡散を得ることができる。これにより、ブラックマトリックスがほけるため、モアレを解消することができる。すなわち、観測者１００から見てモアレ解消素子１２０よりも遠くに配置された表示素子１０２がストライプ状の色画素を有する場合、モアレ解消素子１２０の拡散度が小さい軸方向Ｂと、表示素子１０２のストライプ画素の同一色が続く方向とをずらせて回転配置させると、それらの方向のなす角が４５度に満たない角度において、拡散度が小さい軸方向Ｂと直交する方向のモアレ縞が見えなくなる。

［実施例２］
図８は、本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。

なお、図８でも、透過型表示装置として、図４に示す透過型表示装置１０１，１０２を採用した場合を図示している。

以下、本実施例について、前述の実施例１との相違点のみを説明する。

図８に示すように、本実施例では、偏光板２０３の代わりに、拡散性を有する偏光板２０５を使用することにより、偏光板自体にモアレ解消素子１２０の機能を持たせた。

このように、本実施例では、偏光板自体にモアレ解消素子１２０の機能を持たせたるようにしたので、３次元表示装置の部品点数を削減することができる。

［実施例３］
本実施例の３次元表示装置は、モアレ解消素子１２０として、光を複数に分岐する光学素子を使用した点で前述の実施例１の３次元表示装置と相異する。

以下、本実施例について、前述の実施例１との相違点のみを説明する。

図９（ａ）、図９（ｂ）は、本発明の実施例３の３次元表示装置の一例の概略構成を示す模式図である。なお、図９（ａ）、図９（ｂ）でも、透過型表示装置として、図４に示す透過型表示装置１０１，１０２を採用した場合を図示している。

図９（ａ）、図９（ｂ）に示す例では、光を複数に分岐する光学素子として、透過型表示装置１０１の液晶表示パネル２０１の内面に、プリズム１５０を配置したものである。

これにより、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像の２重像、あるいは、３重像以上の多重像が観測されるので、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて、モアレの発生を防止することが可能となる。

なお、図９（ａ）は、観察者１００に、透過型表示装置１０２に表示される像の２重像が観測される場合、また、図９（ｂ）は、観察者１００に、透過型表示装置１０２に表示される像の３重像が観測される場合を図示している。

図１０は、本発明の実施例３の３次元表示装置の他の例の概略構成を示す模式図である。

なお、図１０でも、透過型表示装置として、図４に示す透過型表示装置１０１，１０２を採用した場合を図示している。

図１０に示す例では、光を複数に分岐する光学素子として、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間に回折格子１５３を配置したものである。

図１０に示すように、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間に回折格子１５３を配置すると、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像の２重像、あるいは、３重像以上の多重像が観測される。したがって、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて、モアレの発生を防止することが可能となる。

なお、図１０において、透過型表示装置１０１の電極構造として、透過型表示装置１０２に表示される像が回折効果によりボケる程度の微細な電極構造（例えば、ＩＰＳなどの微細電極構造など）とすることにより、回折格子１５３を省略することもできる。この場合であっても、観察者１００には、透過型表示装置１０２に表示される像がボケて観察されるので、モアレの発生を防止することが可能となる。

［実施例４］
図１１は、本発明の実施例４の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。

本実施例では、図１１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１０１，１０２と、種々の光学素子と、光源１１０を用いて光学系（３次元表示装置）１０３を構築する。ここでは、透過型表示装置１０１が透過型表示装置１０２より観察者１００に近いものとする。

透過型表示装置１０１，１０２としては、液晶表示装置、あるいは、ＥＬ表示装置などが使用される。液晶表示装置としては、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が挙げられる。

また、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。

図１１に示す３次元表示装置１０３は、透過型表示装置として液晶表示装置１０１，１０２を使用するため、光源１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置されている。

本実施例の３次元表示装置１０３は、特許文献１に記載されているＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ Ｆｕｓｅｄ ３−Ｄ）方式の３次元表示装置である。

以下、図１１〜図１６を用いて、ＤＦＤ方式の３次元表示装置１０３の原理について説明する。

初めに、図１２に示すように、観察者１００に提示したい３次元物体１０４を、観察者１００から見て、透過型表示装置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。

２Ｄ化像１０５，１０６の生成方法としては、例えば、観察者１００の視線方向から３次元物体１０４をカメラ撮影した二次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の二次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。

２Ｄ化像１０５，１０６を、図１１に示すように、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２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／縮小率とを制御することで可能となる。

このような構成を有する３次元表示装置１０３上で観察者１００が見る像は、光源１１０から出射された光が、２Ｄ化像１０８を透過し、さらに２Ｄ化像１０７を透過することによって生成される。

本実施例における重要な点は、観察者１００が見る像の輝度を、表示しようとする３次元物体１０４の輝度と同じになるように一定に保ちつつ、２Ｄ化像１０７と２Ｄ化像１０８の透過度の配分を変えることで、観察者１００の感じる像の奥行き位置を変えることである。

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図面上では透過度が低い方を濃く示してある。

例えば、３次元物体１０４が透過型表示装置１０１上にある場合には、図１２に示すように、透過型表示装置１０１上の透過度を２Ｄ化像１０７の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置１０２の最大値とする。

また、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって、透過型表示装置１０１より透過型表示装置１０２側に少し寄った位置にある場合には、図１３に示すように、透過型表示装置１０１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１０２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を少し減少させる。

また、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって、透過型表示装置１０１より透過型表示装置１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図１４に示すように、透過型表示装置１０１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１０２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、３次元物体１０４が透過型表示装置１０２上にある場合には、図１５に示すように、透過型表示装置１０２上の透過度を２Ｄ化像１０８の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置１０１の最大値とする。

このように表示することにより、人の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像１０７，１０８であっても、観察者１００にはあたかも透過型表示装置１０１，１０２の中間に３次元物体１０４が位置しているように感じられる。

即ち、例えば、透過型表示装置１０１，１０２の２Ｄ化像１０７，１０８の部分の透過度をほぼ同じに設定した場合には、透過型表示装置１０１，１０２の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。

なお、図１１では、光源１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置されるが、透過型表示装置１０２がＥＬ表示装置などの自発光型表示装置の場合は、光源１１０は必要ない。

前述したようなＤＦＤ方式の３次元表示装置においても、前述の各実施例で説明した手法を採用することにより、各透過型表示装置１０１，１０２における、最も小さな周期を持つ構造が干渉して、モアレが発生するのを防止することが可能となる。

なお、図１１に示す透過型表示装置１０１，１０２としては、図３、図４に示す透過型表示装置が使用可能であり、各透過型表示装置１０１，１０２に表示される２Ｄ化像１０７，１０８における観察者１００から見た像の輝度を、図１１〜図１６で説明したように変化させることにより、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３次元立体像を表示することが可能である。

なお、ここでは、２Ｄ化像を表示する透過型表示装置が２つであり、かつ観察者１００に提示する３次元物体が２つの透過型表示装置の間にある場合についてのみ説明したが、２Ｄ化像を表示する透過型表示装置の個数が３つ以上、あるいは提示する３次元物体の位置が異なる場合であっても、同様な構成が可能であることは明らかである。

さらに、本実施例における二次元像の表示面は、必ずしも平面である必要はなく、球面や楕円面や二次曲面や他の複雑な曲面であっても同様な効果が得られることは明らかである。

なお、前述の説明では、例えば、３次元物体全体の奥行き位置を、透過型表示装置１０１，１０２に表示した２Ｄ化像を用いて表現する場合について主に述べたが、本実施例の３次元表示装置は、特許文献１に記載したように、３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。

同様に、本実施例の３次元表示装置は、特許文献１に記載したように、３次元物体自体が移動する場合にも使用できる。

２Ｄ化像が３次元的に移動する場合、２Ｄ化像の左右・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各透過型表示装置１０１，１０２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、特許文献１に記載したように、各透過型表示装置１０１，１０２に表示される２Ｄ化像１０７，１０８の輝度（観察者１００から見た輝度）の変化を時間的に行うことで、３次元像の動画を表現することが可能である。

なお、本発明で述べるカットオフ周波数とは、ローレンツ型のように単調減少するフィルタにおけるカットオフ周波数だけでなく、Ｓｉｎｃ関数型のように振動しながら減少するフィルタの主要な減衰が始まる周波数をも含めたものを意味する。

［実施例５］
図１７は、本発明の実施例の画像提示方法を説明するための図であり、実施例１〜実施例４における３次元表示装置１０３において、観察者１００から見て奥側に位置する透過型表示装置１０２に表示される画像のボケを最小とする方法を説明するための図である。図１７（ａ）は、原画像の輝度の一例を表し、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す原画像のエッジ領域に後述する画像処理を施した強調画像の輝度を表し、図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）に示す強調画像に対して観測者が感じる輝度を表す。

本実施例の画像提示方法では、奥側に位置する透過型表示装置１０２に表示する画像として、原画像そのものではなく、原画像に画像処理を施した強調画像を表示させることを特徴とする。

本実施例の画像提示方法では、観測者１００が、モアレ解消素子１２０を介して、奥側に位置する透過型表示装置１０２に表示される画像を見たとき、原画像に近く見えるように、原画像に強調の画像処理を行う。

なお、図１７（ａ）〜１７（ｃ）では、奥側に位置する透過型表示装置１０２に表示する画像について水平方向の一直線状の輝度を用いて、本実施例の画像提示方法を説明している。

図１７（ａ）に示すように、原画像Ｇ１の輝度がステップ状に変化している場合、図１５（ｂ）に示すように、奥側に位置する透過型表示装置１０２に実際の表示させる画像として、オーバーシュートの輝度分布を持つように原画像Ｇ１のエッジ領域に強調処理を施した強調画像Ｇ２を作成する。すると、実際に観察者１００が見る画像は、強調画像Ｇ２をぼかしたものであるため、図１７（ｃ）に示すように、おおむね原画像Ｇ１に近い輝度となる。

本実施例の画像提示方法における画像処理の例として、アンシャープマスクがある。この処理は、原画像Ｇ１と、原画像Ｇ１をぼかし処理した画像Ｇ３について、｛Ｇ１−ｋ（Ｇ３−Ｇ１）｝に相当する処理を施した画像Ｇ２を表示するものである。但し、ｋは任意の数である。このように、原画像Ｇ１からぼけ画像Ｇ３と原画像Ｇ１との差を引くことにより、原画像Ｇ１を強調させると観測者１００が見た際、おおむね原画像Ｇ１に近くなる。

例えば、対角サイズ８インチ、画素数８００×４８０画素の液晶表示パネルを４ミリ間隔で積層し、アンチグレア処理した偏光板を最も手前の偏光板として使用した３次元表示装置において、市販の画像処理ソフトを使用し、半径０．５〜１ｐｉｘｅｌ、適用量２００％、しきい値０のアンシャープマスクを施した画像を表示したところ、後面のぼけが感じられない画像を観察することができた。

アンシャープマスクによる画像強調処理よって原画像Ｇ１から強調画像Ｇ２を作成する際には２次元のガウスぼけを適用することが多いが、モアレ解消素子のぼけ関数を使用するとより画質が向上する。また、モアレ解消素子に異方性を持たせた場合にはぼけ関数にも異方性を与えるとよい。その場合、アンシャープマスクの方向も１方向となるため、図１８に示すように、入力信号としての輝度信号Ｌ（時刻ｔにおける輝度信号をＬ_ｔと表す）に対する１次元フィルタ（出力信号：Ｙ_ｔ＝Σ_{ｋ＝０〜６}ａ_ｋＬ_ｔ−ｋ）を容易に構成することができる。なお、図１８において、記号Ｄは遅延を表す。また、原画像Ｇ１がカラー画像の場合には、３原色の輝度のそれぞれにこのフィルタをかければ良い。このフィルタはデジタルフィルタで構成してもよいし、オペアンプと遅延線との組み合わせのようなアナログ回路で構成してもよい。また、フィルタのサンプル点は画素単位が最も効率的ではあるが、異なっていてもよい。さらに、図１８に示したサンプル点の数“７”はあくまでも一例であり、フィルタ係数ａがおおむね０まで減衰する範囲をカバーできればサンプル点の数は幾つであってもよい。

なお、本実施例では、アンシャープマスク処理の場合について説明したが、ウイナーフィルタ、ラプラシアンフィルタ、デコンボリューションなどの画像処理方法を用いても良い。

本実施例の画像提示方法は、奥側に位置する透過型表示装置１０２が画像処理手段を備え、３次元表示を行うときに、前述した画像強調処理を行うようにしてもよく、あるいは、３次元表示を行うときに、奥側に位置する透過型表示装置１０２に、例えば、所定の記憶手段に記録された、前述した画像強調処理を施した画像を入力し、奥側に位置する透過型表示装置１０２に表示するようにしてもよい。後者の手法は、奥側に位置する透過型表示装置１０２が画像処理手段を備えていない場合に有効である。

以上において、本発明を実施例１〜５に基づき具体的に説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

本発明によれば、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示装置を備える３次元表示装置において、モアレの発生を防止すると共に、さらには、奥側に位置する表示装置の画面のボケを感じさせないことも可能となる。

Claims (16)

1. ３次元表示装置であって、
   観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の透過型表示装置と、
   光を拡散させるモアレ解消素子と、
   を備え、
   前記モアレ解消素子は、前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する第１の透過型表示装置を構成する画素の境界の間隔の２倍を周期とする空間周波数以上の空間周波数をカットする空間周波数特性を有することを特徴とする３次元表示装置。
2. 前記モアレ解消素子のカットオフ周波数は、前記第１の透過型表示装置が表示可能な最高空間周波数に等しいことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
3. 前記複数の透過型表示装置は、それぞれ偏光板を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
4. 前記モアレ解消素子は、前記観察者から見て最も手前に位置する第２の透過型表示装置よりも前記観察者側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
5. 前記モアレ解消素子は、表面にランダムに形成された複数の窪部を有する第一の透明材料から成る光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
6. 前記モアレ解消素子は、前記複数の窪部を前記第一の透明材料の屈折率とは異なる屈折率を有する第ニの透明材料で充填した光学素子であることを特徴とする請求項５に記載の３次元表示装置。
7. 前記モアレ解消素子は、拡散性の偏光板であることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
8. 前記モアレ解消素子は、前記第１の透過型表示素装置の前記観測者から遠い表面に設けられたプリスムであることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
9. 前記モアレ解消素子は、光を複数に分岐させる回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
10. 前記モアレ解消素子は、光を異方的に拡散させる拡散特性を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元表示素子。
11. 前記第１の透過型表示装置は、ストライプ状の色画素から構成され、前記モアレ解消素子の拡散度の小さい方向を前記色画素の同一色が続く方向と一致するように、前記モアレ解消素子を軸配置させることを特徴とする請求項１０に記載の３次元表示装置。
12. 前記モアレ解消素子の拡散度が小さい軸方向の拡散幅が、前記第１の透過型表示装置を構成する色画素の間隔よりも小さい場合には、前記モアレ解消素子の拡散度が小さい方向と前記色画素の同一色が続く方向との成す角度が４５度よりも小さな角度となるように前記モアレ解消素子を回転配置させることを特徴とする請求項１１に記載の３次元表示装置。
13. 前記第１の透過型表示装置は、画像処理手段を有し、
    前記画像処理手段は、原画像を強調処理した画像を生成し、生成された画像を前記第１の表示装置に表示させることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
14. 前記第１の透過型表示装置は、画像処理手段を有し、
    前記画像処理手段は、前記モアレ拡散素子の拡散度が大きい軸方向に対して原画像を強調処理した画像を生成し、生成した画像を前記第１の透過型表示装置に表示させる請求項１０に記載の３次元表示装置。
15. 前記画像処理手段による原画像の強調処理は、アンシャープマスク、ウィナーフィルタ、ラプラシアンフィルタ、及びデコンボリューションのうちの一つを用いて行われることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の３次元表示装置。
16. 画像提示方法であって、
    複数の透過型表示装置と光を拡散させるモアレ解消素子とを、観察者から見て異なった奥行き位置に配置し、
    前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する透過型表示装置を前記観察者が見たときに原画像に近い画像に見えるように、前記原画像を強調処理し、
    強調処理した画像を、前記観察者から見て前記モアレ解消素子よりも後に位置する透過型表示装置に表示することを特徴とする画像提示方法。

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