(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、観察者が左右・上下方向に移動しても継ぎ目のない３次元立体像を、観察者が観察可能とする。【解決手段】  観察者から見て異なった奥行き位置に、複数の２次元画像（例えば、表示対象物体を奥行き方向に標本化した２次元画像）をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示方法において、隣接する２つの奥行き位置に表示される２つの２次元像の端部の上下・左右方向の少なくとも一部を接続する側壁像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示する。また、前記側壁像は、観察者から見て斜めに形成されている。さらに、前記側壁像の光線方向を制限し、前記側壁像の輝度を減少させる。【選択図】        図１
2006301094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者から見て異なった奥行き位置に、複数の２次元画像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示方法において、
隣接する２つの奥行き位置に表示される２つの２次元像の端部の上下・左右方向の少なくとも一部を接続する側壁像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示することを特徴とする３次元表示方法。
【請求項２】
前記側壁像は、観察者から見て斜めに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示方法。
【請求項３】
前記側壁像の光線方向を制限し、前記側壁像の輝度を減少させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元表示方法。
【請求項４】
前記複数の２次元像は、表示対象物体を奥行き方向に標本化した２次元画像であ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３次元表示方法。
【請求項５】
表示装置と、
前記表示装置の観察者側に配置される可変焦点光学系とを備え、
前記可変焦点光学系は、観察者から見て異なった奥行き位置に、時分割で前記表示装置に表示される複数の２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、
前記表示装置は、隣接する２つの奥行き位置に表示される２つの２次元像の端部の上下・左右方向の少なくとも一部を接続する側壁像を表示し、
前記可変焦点光学系は、時分割で前記表示装置に表示される前記側壁像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示することを特徴とする３次元表示装置。
【請求項６】
第１の表示装置と、
前記第１の表示装置の観察者側に配置される可変焦点光学系とを備える３次元表示装置であって、
隣接する２つの奥行き位置の２つの２次元像の端部の上下・左右方向の少なくとも一部を接続する側壁像を表示する第２の表示装置と、
前記第２の表示装置に表示される側壁像を、前記第１の表示装置に表示される複数の２次元像に合成する光学系とを備え、
前記可変焦点光学系は、観察者から見て異なった奥行き位置に、時分割で前記第１の表示装置に表示される複数の２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示するとともに、時分割で前記第２の表示装置に表示される前記側壁像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示することを特徴とする３次元表示装置。
【請求項７】
前記可変焦点光学系は、隣接する２つの奥行き位置の間に前記側壁像を表示する際に、奥行き方向において前記側壁像の拡大率を変化させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の３次元表示装置。
【請求項８】
前記可変焦点光学系は、隣接する２つの奥行き位置の間に前記側壁像を表示する際に、奥行き方向において前記側壁像を上下・左右方向に移動させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の３次元表示装置。
【請求項９】
第１の表示装置と、
前記第１の表示装置の観察者側に配置される第１の可変焦点光学系とを備え、
前記第１の可変焦点光学系は、観察者から見て異なった奥行き位置に、時分割で前記第１の表示装置に表示される複数の２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、
隣接する２つの奥行き位置に表示される２つの２次元像の端部の上下・左右方向の少なくとも一部を接続する側壁像を表示する第２の表示装置と、
時分割で前記第２の表示装置に表示される前記側壁像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示する第２の可変焦点光学系と、
前記第１の可変焦点光学系により表示される複数の２次元像と、前記第２の可変焦点光学系により表示される側壁像とを合成する光学系とを備えることを特徴とする３次元表示装置。
【請求項１０】
前記第１の可変焦点光学系は、焦点距離を離散的に変化させる離散的可変焦点光学系であり、
前記第２の可変焦点光学系は、焦点距離を連続的に変化可能な連続的可変焦点光学系であることを特徴とする請求項９に記載の３次元表示装置。
【請求項１１】
前記第２の表示装置は、観察者から見て斜めに配置されていることを特徴とする請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１２】
前記第２の可変焦点光学系は、隣接する２つの奥行き位置の間に前記側壁像を表示する際に、奥行き方向において前記側壁像の拡大率を変化させることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１３】
前記第２の可変焦点光学系は、隣接する２つの奥行き位置の間に前記側壁像を表示する際に、奥行き方向において前記側壁像を上下・左右方向に移動させることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１４】
前記側壁像の光線方向を制限するマスク像を表示する第３の表示装置を備えることを特徴とする請求項５ないし請求項１１のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１５】
表示装置と、
前記表示装置の観察者側に配置される可変焦点光学系とを備え、
前記可変焦点光学系は、観察者から見て異なった奥行き位置に、時分割で前記表示装置に表示される複数の２次元像をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、
前記可変焦点光学系は、隣接する２つの奥行き位置で観察者側の奥行き位置を前面とするとき、前面に表示される２次元像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示することを特徴とする３次元表示装置。
【請求項１６】
前記複数の２次元像は、表示対象物体を奥行き方向に標本化した２次元画像であることを特徴とする請求項５ないし請求項１５のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元表示方法および３次元表示装置に係り、特に、簡単な構成で、観察者が左右・上下方向に移動しても継ぎ目のない３次元立体像を観察可能な３次元表示方法および３次元表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元立体像を表示する装置として、例えば、体積型方式が知られている。（下記、特許文献１参照）
この体積型方式においては、図１０に示すように、３次元物体を観察者１００から見て奥行き方向に標本化した２次元像（奥行き標本化画像）（１３２ａ〜１３２ｅ）を、例えば、観察者１００から見て奥行き方向に配置された表示面（１３１ａ〜１３１ｅ）にそれぞれ表示して３次元立体像を表示する。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特許第３３１０１５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した体積型方式では、面状（奥行き方向に厚さがほとんどない）の表示像（奥行き標本化画像）（１３２ａ〜１３２ｅ）を、所定の間隔をおいて配置した表示面（１３１ａ〜１３１ｅ）に積層して表示することが基本となっている。
そのため、観察者が、正面から左右・上下方向に移動すると継ぎ目が観察されるという問題点があった。
前述の問題点を解決するために、従来は、ＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示方法等と組合せ、前後面でオーバーラップ部分を設定するようにしている。
この方法によれば、観察者の頭の振れ程度では継ぎ目は見え難いが、それ以上の角度では依然として継ぎ目が見えるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、３次元表示方法および３次元表示装置において、簡単な構成で、観察者が左右・上下方向に移動しても継ぎ目のない３次元立体像を、観察者が観察可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、３次元表示方法および３次元表示装置において、側壁像追加による派生現象を防止す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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の目的を達成するための、本発明は、観察者から見て異なった奥行き位置に、複数の２次元画像（例えば、表示対象物体を奥行き方向に標本化した２次元画像）をそれぞれ表示して３次元立体像を表示する３次元表示方法において、隣接する２つの奥行き位置に表示される２つの２次元像の端部の上下・左右方向の少なくとも一部を接続する側壁像を、隣接する２つの奥行き位置の間に表示することを特徴とする。
また、本発明では、前記側壁像は、観察者から見て斜めに形成されていることを特徴とする。
また、本発明では、前記側壁像の光線方向を制限し、前記側壁像の輝度を減少させることを特徴とする。
また、本発明は、前述の３次元表示方法を実施する３次元表示装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明によれば、簡単な構成で、観察者が左右・上下方向に移動しても継ぎ目のない３次元立体像を、観察者が観察することが可能となる。
（２）本発明によれば、観察者に観察される３次元立体像が、側壁像の部分が異様に光った３次元立体像となるのを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の３次元表示方法を説明するための断面図である。
同図に示すように、本発明の３次元表示方法でも、積層像１を、例えば、観察者１００から見て奥行き方向に配置された表示面（３ａ，３ｂ，３ｃ，…）にそれぞれ表示して３次元立体像を表示する。ここで、この積層像１は、例えば、３次元物体を観察者１００から見て奥行き方向に標本化した２次元像（奥行き標本化画像）である。
本発明の特徴とする点は、積層された積層像１の端面の間を、端面部とほぼ同一のテクスチャを有する側壁状の像（以下、側壁像という）２で結ぶようにしたものである。後述するように、この側壁像２は、観察者から見て必ずしも垂直でなくてよい。
側壁像２は、積層された積層像１の端面の、左右・上下方向の全部方向に形成してもよいが、積層された積層像１の端面の、左右・上下方向の少なくとも１方向に形成するようにしてもよい。
例えば、積層された積層像１の端面の左右方向だけに側壁像２を設けて、上下方向は従来のオーバーラップ方法で凌ぐようにしてもよく、さらに、本発明とオーバーラップ方法とを併用してもよい。
本発明の３次元表示方法によれば、継ぎ目を分かり難くすることができ、色々な方向から観察することが可能となる。
【０００８】
以下、本発明の３次元表示方法を実施するための３次元表示装置について説明する。
［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断面図である。
同図において、１０は表示装置、２０は可変焦点光学系である。
本実施例、あるいは後述する各実施例において、表示装置（１０，１１）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、ＥＬディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ、プロジェクション方式ディスプレイ、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどが使用可能である。
可変焦点光学系２０は、時分割で、表示装置１０に表示される積層像１を各表示面（３ａ，３ｂ，３ｃ，…）に表示すると同時に、時分割で、表示装置１０に表示される側壁像２を各表示面間に表示する。この可変焦点光学系２０は、焦点距離を連続的に変化するもの、あるいは、焦点距離を離散的に変化するものでもよい。本実施例は、３次元表示装置の装置構成が簡単であるという長所を有する。
【０００９】
［実施例２］
図３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断面図である。
同図において、１０，１１は表示装置、２０、２１は可変焦点光学系、３０はハーフミラー、３１はミラーである。
本実施例は、積層像用に、表示装置１０と、可変焦点光学系２０とを配置し、同様に、側壁像用に、表示装置１１と、可変焦点光学系２１とを配置し、これらを、ハーフミラー３０、ミラー３１から光学系で合成するものである。
可変焦点光学系２０は、時分割で、表示装置１０に表示される積層像１を各表示面（３ａ，３ｂ，３ｃ，…）に表示し、可変焦点光学系２１は、時分割で、表示装置１１に表示される側壁像２を各表示面間に表示する。
本実施例では、積層像用と、側壁像用とに、装置を専用化できるため、パラメータを最適化しやすく、積層像１と側壁像２とを同じ表示装置に表示する場合に比して表示装置の高速化が不要となるという長所を有する。
ここで、可変焦点光学系（２０，２１）は、焦点距離を連続的に変化させるもの、あるいは、焦点距離を離散的に変化させるものでもよいが、可変焦点光学系２０として、焦点距離を離散的に変化させるものを使用し、可変焦点光学系２１として、焦点距離を連続的に変化させるものを使用する場合には、可変焦点光学系（２０，２１）として、共に焦点距離を連続的に変化させるものを使用する場合に比して、像がきれいになる。
なお、可変焦点光学系（２０，２１）として、共に焦点距離を離散的に変化させるものも使用可能であることは言うまでもない。
【００１０】
［実施例３］
図４は、本発明の実施例３の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。
本実施例では、可変焦点光学系２０は、時分割で、表示装置１０に表示される積層像１を各表示面（３ａ，３ｂ，３ｃ，…）に表示すると同時に、隣接する２つの奥行き位置で観察者側の奥行き位置を前面とするとき、前面に表示される２次元像を、時分割で、隣接する２つの奥行き位置の間に表示する。
即ち、本実施例では、側壁像２を生成するのではなく、積層像１をそのまま奥行き方向に連続的に描画し、体積像４とするものである。
本実施例は、装置構成が簡単になるという長所を有する。
【００１１】
［実施例４］
図５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断面図である。
本実施例は、側壁像２を表示する表示装置１１を、観察者１００から見て斜めに配置したものである。したがって、本実施例では、図５に示すように、観察者１００から見て斜めになるように側壁像２が生成される。
本実施例では、表示装置１０に表示される積層像１と、表示装置１１に表示される側壁像２とは、ハーフミラー３０、ミラー３１から光学系で合成され、可変焦点光学系２０に入射される。
可変焦点光学系２０は、時分割で、表示装置１０に表示される積層像１を各表示面（３ａ，３ｂ，３ｃ，…）に表示するとともに、時分割で、表示装置１１に表示される側壁像２を各表示面間に表示する。
ここで、可変焦点光学系２０は、焦点距離を連続的に変化させるもの、あるいは、焦点距離を離散的に変化させるものであってもよい。
図６は、本発明の実施例４の３次元表示装置の変形例の概略構成を示す断面図である。
図６に示す３次元表示装置は、積層像用の可変焦点光学系２０と、側壁像用の可変焦点光学系２１とを配置した点で、図５に示す３次元表示装置と相違する。
図６に示す３次元表示装置は、積層像用と、側壁像用とに、装置を専用化できるため、パラメータを最適化しやすく、積層像１と側壁像２とを同じ表示装置に表示する場合に比して表示装置の高速化が不要となるという長所を有する。
ここで、可変焦点光学系（２０，２１）は、焦点距離を連続的に変化させるもの、あるいは、焦点距離を離散的に変化させるものであってもよく、例えば、可変焦点光学系（２０，２１）として、共に焦点距離を連続的に変化させるもの、あるいは、焦点距離を離散的に変化させるものであってもよい。
【００１２】
［実施例５］
図７は、本発明の３次元表示方法において、側壁像追加による派生現象を防止する方法を説明するための断面図である。
前述したように、本発明の３次元表示方法では、側壁像２は、観察者１００から見てずっと重なる状態であるため、側壁像２の輝度が積算され、側壁像２の部分が異様に光った３次元立体像となる。この現象は、特に、積層像２が、観察者１００から見て、垂直に近いほど顕著となる。
この現象を防止するためには、積層像２を、観察者１００から見て垂直にしない方法（以下、手法１という）と、図７の破線矢印に示すように、側壁像２の光線方向を制限することにより、輝度の積算を防止する方法（以下、手法２という）とがある。
前述の手法１の具体的な実現方法の一例（以下、第１の具体例）としては、前述の図５、図６に示すように、側壁像用の表示装置１１を、観察者１００から見て斜めに配置する方法がある。この方法は、本来の光線を全て使用できるとともに、構成が簡単であるという長所を有する。
また、前述の手法１の具体的な実現方法の他の例（以下、第２の具体例）としては、側壁像２を表示する光学系において、奥行き方向の拡大率を変える方法がある。この方法も、本来の光線を全て使用できるとともに、構成が簡単であるという長所を有する。
さらに、前述の手法１の具体的な実現方法の他の例（以下、第３の具体例）としては、側壁像２を表示する可変焦点光学系において、側壁像２の奥行き方向位置に合わせて、側壁像２を、左右・上下方向にズラしていく方法である。この方法も、本来の光線を全て使用できるという長所を有する。
また、第１の具体例と第２の具体例、あるいは、第１の具体例と第３の具体例を組み合わせてもよい。
【００１３】
前述の手法２の具体的な実現方法の一例としては、ミラーやレンズなどの光学系をモータなどを用いて機械的に動かして光線範囲を移動させる方法がある。この方法も、本来の光線を全て使用できるという長所を有する。
また、前述の手法２の具体的な実現方法の他の例としては、図８、図９に示す方法がある。図８、図９に示す方法は、ともに機械部分を使用方法であり、図８に示す方法は、２枚の表示装置（ここでは、２つの透過型表示装置）を用い、光源側からの光を表示装置１３に表示したマスク像５で制限し、表示装置１１に表示される側壁像２の光線範囲を実行的に制限するものである。
また、図９に示す方法は、観察者側に表示装置１３を配置し、表示装置１３に表示したマスク像５で、表示装置１１に表示される側壁像２の光線範囲を実行的に制限するものである。
ここで、側壁像２を表示する表示装置は、側壁像用の表示装置１１以外に、積層像１と側壁像２との２つの表示する表示装置１０であってもよい。
【００１４】
この場合、表示装置１３として液晶ディスプレイを使用し、表示装置１０において積層像１を表示する場合は、表示装置１３は入射される光をそのまま通過させ、表示装置１０において側壁像２を表示する場合は、表示装置１３にマスク像５を表示すればよい。
図８、図９に示す方法は、ともに、機械的部分がなく、高速性は不必要であるという長所を有する。
以上、説明したように、本実施例によれば、簡単な構成で、観察者が左右・上下方向に移動しても継ぎ目のない３次元立体像を、観察者が観察することが可能となるとともに、観察者に観察される３次元立体像が、側壁像の部分が異様に光った３次元立体像となるのを防止することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の３次元表示方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施例１の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例３の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例４の３次元表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例４の３次元表示装置の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の３次元表示方法において、側壁像追加による派生現象を防止する方法を説明するための断面図である。
【図８】図７に示す側壁像追加による派生現象を防止するための具体的な実現方法の一例を示す断面図である。
【図９】図７に示す側壁像追加による派生現象を防止するための具体的な実現方法の他の例を示す断面図である。
【図１０】従来の体積型方式の３次元表示方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  積層像
２  側壁像
３ａ，３ｂ，３ｃ，１３１ａ〜１３１ｅ  表示面
４  体積像
５  マスク像
１０，１１，１３  表示装置
２０，２１  可変焦点光学系
３０  ハーフミラー
３１  ミラー
１００  観察者
１３２ａ〜１３２ｅ  ２次元像（奥行き標本化画像）
【図１】
2006301094.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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