(57)【要約】【課題】  ＤＦＤ表示方式の３次元表示装置において、使用する表示装置の表示特性に応じて、望ましい色再現性や奥行き位置再現性を実現する。【解決手段】  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２次元像をそれぞれ表示し、当該各表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、前記各表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる処理手段を備え、前記処理手段は、入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配して前記各表示面に表示される２次元像を生成する輝度分配処理手段を有し、前記輝度分配処理手段は、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配する変換特性として、１種類、または３種類、あるいは４種類以上の変換特性を有する。【選択図】        図４
2006208868.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ある複数の表示面に２次元像をそれぞれ表示し、当該各表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、
前記各表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる処理手段を備え、
前記処理手段は、入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配して前記各表示面に表示される２次元像を生成する輝度分配処理手段を有し、
前記輝度分配処理手段は、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配する変換特性として、１種類、または３種類、あるいは４種類以上の変換特性を有することを特徴とする３次元表示装置。
【請求項２】
前記輝度分配処理手段は、各表示面を構成する表示装置のγ特性と、前記１種類、または３種類、あるいは４種類以上の変換特性とを合成した変換特性を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項３】
前記輝度分配処理手段は、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配して前記各表示面に表示される２次元像を生成するＲＯＭテーブルを有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３次元表示装置。
【請求項４】
前記輝度分配処理手段は、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配して前記各表示面に表示される２次元像を生成する数値演算装置を有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３次元表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＦＤ表示方式の３次元表示装置に係り、特に、表示面として使用する表示装置の表示特性に応じて、望ましい色再現性や奥行き位置再現性を実現する際に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、かつ、簡便に、立体メガネを用いないで３次元表示が可能な、ＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示装置を提案している（特許文献１，非特許文献１参照）。
前述した提案済みの３次元表示装置は、複数の表示面に２次元像を表示し、この複数の表示面に表示される２次元像の輝度を各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示するものである。
さらに、前述と同様の方式を用いた３次元表示装置について、液晶表示装置を用いて小型化した立体表示装置も提案している。（下記特許文献２、非特許文献２参照）
この３次元表示装置では、２面の液晶表示装置に２次元像を表示し、この２面の液晶表示装置に表示される２次元像の透過度を各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示するものである。
しかし、この小型の立体表示装置では、２面の液晶表示装置の、それぞれの偏光角変化量の加算の結果、得られる輝度加算特性が単純な輝度加算特性からわずかにずれ、何らかの補正処理が必要であると報告されている。
さらに、前述と同様の液晶表示装置を用いた３次元表示装置の輝度加算特性について、非線形な輝度加算特性の計算結果が示されている。（下記非特許文献３参照）
さらに、液晶表示装置（代表的なTwisted Nematic型やECBモード型）の光透過特性は、例えば、下記非特許文献４などに記載されており、その特性は液晶の屈折率異方性と液晶層の厚さ、透過光の波長から決まることが示されている。
この他、下記特許文献３では、ユーザが３次元表示装置の奥行き表現特性をユーザが調整することで、ユーザ毎の好みに合った奥行き表示を実現する装置構成およびその手法について述べられている。
【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３０２２５５８号明細書
【特許文献２】特許第３４６０６７１号明細書
【特許文献３】特開２００４−２００７８４号公報（木村一夫、石榑康夫、能登肇、高田英明、「３次元映像端末装置、プログラムおよび記録媒体」）
【非特許文献１】高田英明、陶山史朗、大塚作一、上平員丈、酒井重信、「新方式メガネなし３次元ディスプレイ」、３次元画像コンファレンス2000講演論文集、4-5、pp,99-102（2000）
【非特許文献２】高田英明、陶山史朗、伊達宗和、昼間香織、中沢憲二、「前後２面のＬＣＤを積層した小型ＤＦＤディスプレイ」、映像メディア学会誌、vol.58、No.6、PP.807-810（2004）
【非特許文献３】M.Date，H.Takada，S.Suyama，K.Nakazawa:“Luminance Additivity in Compact      Depth-Fused-3D Display Using a Stack of Two TN-LCDs”,3D2-4,IDW'03,pp.1409-1412
【非特許文献４】堀 浩雄、鈴木幸治編：“カラー液晶ディスプレイ”、共立出版、2001年6月25日、初版１刷発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の非特許文献１に記載の３次元表示装置では、それぞれの表示面に対応する表示装置の輝度を表示物体の表示位置に応じて単純に比例関係で近似して表示すればよい。
しかしながら、前述の非特許文献２あるいは非特許文献３に記載の３次元表示装置では、各表示面の表示装置の表示輝度を単純な輝度分配としただけでは、望ましい立体錯視現象を生じる表示輝度からわずかな「ずれ」（輝度ずれ）が発生してしまうという課題があった。
また、液晶表示装置に代表される偏光を用いた表示装置では、前述の非特許文献４に示されるように、その透過光には波長依存性があるため、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色を用いたカラー表示を行う場合、そのそれぞれの透過光強度に差が発生し、本来望ましい色再現性からずれるという課題があった。
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、ＤＦＤ表示方式の３次元表示装置において、使用する表示装置の表示特性に応じて、望ましい色再現性や奥行き位置再現性を実現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。
【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。
前述の課題を解決するために、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に２次元像をそれぞれ表示し、当該各表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させて３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、前記各表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示面毎にそれぞれ独立に変化させる処理手段を備え、前記処理手段は、入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配して前記各表示面に表示される２次元像を生成する輝度分配処理手段を有する。
そして、本発明では、まず、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配する変換特性として、１種類の変換特性を有する輝度分配処理手段を用いる。
１種類の変換特性は、入力映像信号がコンポーネント信号（ＲＧＢ３原色）であっても、コンポジット信号（輝度、色差信号）であっても、ともに共通に利用できる線形な特性（ｆ（ａ＋ｂ）＝ｆ（ａ）＋ｆ（ｂ）の関係が成り立つ関数、ｆは線形な関数）を用い、その変換テーブルを時分割で参照することで、輝度分配処理を行った。
このような構成とすることで、変換テーブルを記憶する記憶装置の記憶容量を最小限にし、経済的な構成することが可能となる。
【０００６】
また、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配する変換特性として、独立の３種類の変換特性を有する輝度分配処理手段を用いることで、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色を用いたカラー表示を行う場合、各表示面の表示装置の表示特性（色特性）に依存したばらつきを前記独立の３種類の変換特性を有する輝度分配処理手段により補正することができ、望ましい奥行き位置再現性や色再現性を有した３次元表示装置を提供することが可能となる。
さらに、同様に、前記入力２次元像の輝度を前記各表示面毎に分配する変換特性として、独立の４種類以上の変換特性を有する輝度分配処理手段を有することで多色（４色以上）の表示装置における表示装置に依存した表示特性（色特性）のばらつきを、前記独立の４種類以上の変換特性を有する輝度分配処理手段により補正することができ、望ましい奥行き位置再現性や色再現性を有した３次元表示装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
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、ＤＦＤ表示方式の３次元表示装置において、使用する表示装置の表示特性に応じて、望ましい色再現性や奥行き位置再現性を実現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】
【０００８】
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。
始めに、本発明の基本となるＤＦＤ型の３次元表示装置について説明する。
［ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例］
図９は、ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例を説明するための図である。
図９に示す３次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の面、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２次元像を表示するために、２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。
前記２次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、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９は、前述の特許文献１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、前述の特許文献１を参照されたい。
図９に示す３次元表示装置では、図１０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３次元物体１０４をカメラで撮影した２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２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。
【０００９】
図９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。
かかる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、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることで、３次元物体１０４の３次元立体像を表示する。
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。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、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図１１に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を３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。
次に、例えば、３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１２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。
【００１０】
次に、例えば、３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１３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。
さらに、例えば、３次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１４に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を３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３次元物体１０４が位置しているように感じられる。
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３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００１１】
なお、前記説明においては、例えば、３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２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図９に示す３次元表示装置は、例えば、３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。
３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９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、３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。
なお、前述の説明では、２次元像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの面の間にある場合について述べたが、２次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する物体の位置が異なる場合であっても、同様な手法により３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、面が３つで、観察者１００に近い面と、中間の面との間に第１の３次元物体が、中間の面と、観察者１００に遠い面との間に第２の３次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い面と、中間の面とに、第１の３次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の面と、観察者１００に遠い面とに第２の３次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の３次元物体の３次元立体像を表示することができる。
【００１２】
さらに、２Ｄ化像が３次元的に移動する場合に関しては、観察者の左右上下方向への移動に関しては通常の２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、３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、３次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、３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。
３次元立体像が表示面１０１上にある場合には、図１１に示すように、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を３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。
次に、例えば、３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、図１２に示すように、３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。
【００１３】
次に、例えば、３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、図１３に示すように、３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、３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、図１４に示すように、３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３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。
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３次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。
【００１４】
なお、前述の説明では、３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。
なお、前述の説明では、２Ｄ化像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ記述し、かつ観察者１００に提示する３次元立体像が２つの面の間を移動する場合について述べたが、２次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する３次元物体が複数の面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、３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。
また、前述の説明では、１個の３次元立体像が２次元像を配置する二つの面内で移動する場合について説明したが、複数個の３次元物体が移動する場合、即ち、表示される２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。
【００１５】
［ＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例］
図１５は、本発明の前提となるＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
図１５に示す３次元表示装置は、観察者１００の前方に、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１０３を構築する。即ち、本実施例では、前述の図９における表示面（１０１，１０２）に代えて、透過型表示装置（１１１，１１２）を用いるものである。
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、曲面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図１５では、バックライト（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し、また、図１５は、前述の特許文献２に記載されているものと同じ構成のものである。
【００１６】
図１５に示す３次元表示装置においても、前述の図１０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、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１５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。
図１５に示す３次元表示装置では、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、３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３次元物体の３次元立体像を表示する。
【００１７】
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、３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。
次に、例えば、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。
次に、例えば、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、３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。
【００１８】
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（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３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
なお、前述の説明においては、例えば、３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２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図１５に示す３次元表示装置においても、図９に示す３次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、例えば、３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、図１５に示す３次元表示装置においても、図９に示す３次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が３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２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、３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。
【００１９】
ＤＦＤ型の３次元表示装置では、各表示面における観察者１００から見た輝度を、各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示する。
即ち、図９に示す３次元表示装置では、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、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて３次元立体像を表示する。
また、図１５に示す３次元表示装置では、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、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて３次元立体像を表示する。
このように、図９に示す３次元表示装置では、３次元物体１０４に近い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度を、３次元物体１０４に遠い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度よりも増加させるのに対して、図１５に示す３次元表示装置では、３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、３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。
したがって、図１５に示す３次元表示装置において、図９に示す３次元表示装置と同様の手法を用いて、３次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、３次元立体像の動画を表現する場合には、図９に示す３次元表示装置において、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、図１５に示す３次元表示装置において、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。
【００２０】
［実施例］
図１は、本発明の実施例の３次元表示装置の基本構成を示す図であり、同図（ａ）は２面の表示手段（６−１，６−２）を用いた構成であり、同図（ｂ）は３面以上の表示手段（６−１，６−２,...,６−ｎ）を用いた構成である。
本実施例では、処理手段３に映像信号（２次元像）１と、映像信号（奥行き情報）２とが入力され、処理手段３が、奥行き情報２に基づき映像信号（２次元像）１の輝度を分配することにより、映像信号（４−１，４−２，４−１，４−２,...,４−ｎ）を生成し、表示手段に供給して、前述のＤＦＤ方式の３次元表示方法により３次元立体像を表示する。
図２は、図１（ａ）の入出力画像の一例を示す写真であり、同図（ａ）は映像信号１を映像化したもの、同図（ｂ）は映像信号（奥行き情報）２を映像化したものである。
図２（ａ）と図２（ｂ）の画素数は同じであり、図２（ｂ）は映像の各画素毎に対応した奥行き情報を持っている。図２（ｂ）の例では、明るい部分ほど観察者からの距離が小さく、暗い部分ほど観察者からの距離は大きいことを示している。
なお、映像信号（奥行き情報）２とは、３次元物体の奥行き方向の情報（Ｘ，Ｙ，ＺのＺ）を輝度の情報に置き換えて、輝度の濃淡画像として構成したものである。この３次元物体の奥行き方向の情報は、例えば、視線方向から３次元物体をカメラで撮影する際に、カメラ位置から３次元物体までの距離を、距離測定装置で測定し、その距離データに基づき生成することができる。
図２（ｃ）は、出力となる前面の表示手段に表示される映像（映像−１）を示す写真、図２（ｄ）は、出力となる後面の表示手段に表示される映像（映像−２）を示す写真である。
【００２１】
図３−１は、図１（ａ）に示す処理手段３の一例を示すブロック図である。
図３−１に示す例では、処理手段３は、奥行き指定手段（３−４）と、少なくとも１種類の変換手段を有する輝度分配手段（３−３）と、拡大縮小処理手段（３−５）とを備える。
奥行き指定手段（３−４）は、映像信号（奥行き情報）２の値から表示する奥行き範囲の値を指定する機能を有する。
また、拡大縮小処理手段（３−５）は、輝度分配処理手段（３−３）から出力された映像信号について、例えば、後面の表示装置（６−２）に表示する映像を、前面の表示装置（６−１）に表示する映像に対して拡大し、観察者からみて前面と後面の映像が重なるような処理を行う。
図３−１−１は、図３−１に示す奥行き指定手段（３−４）の構成例を示す図である。
図３−１−１（ａ）は、奥行き指定手段の入出力を示すブロック図であり、入力Ｚｉｎと出力Ｏｕｔの関係を、図３−１−１（ｃ）に示す。また、前面と後面の２枚の透過型ディスプレイ（７−１，７−２）を積層して構成するＤＦＤ表示装置の構成を、図３−１−１（ｂ）に示す。
透過型ディスプレイ（７−１，７−２）の面間隔は、ここでは、ｄで表す。入力となる奥行き情報Ｚｉｎは、０〜∞が想定されるが、図３−１−１（ｂ）のＤＦＤ表示装置では、表示可能な奥行きの再現範囲は最大でも面間隔ｄとなるので、奥行き範囲指定手段（３−４）では、その出力範囲を０〜ｄに制限する。その範囲指定の方法には、図３−１−１（ｃ）に示す単純飽和型、対数型、Ｓ字型などいくつか存在するが、その特性は任意に決定できる。
【００２２】
図７は、γ補正機能付きの輝度分配処理の構成例を示す図であり、図７（ａ）は、通常のγ特性（入力信号対出力輝度特性）を有する表示装置（ディスプレイ）（７−３）への表示を表す図である。入力となる画像データは、図７（ａ）に示すように、表示輝度ＲＧＢに−γの特性で補正したデータ値を持つことになる。
入力に表示輝度ＲＧＢに−γの特性で補正したデータ値を用いる場合、図７（ｂ）に示す構成とすることで、輝度分配処理を実現することができる。
この構成は、輝度分配処理手段（３−３）の入力側のγ補正手段（３−６）でγ補正を行い、出力側の−γ補正手段（３−７）で−γ補正を行う構成である。
このようなγ補正を加えた構成トータルで考えた場合においても、その入力と出力の関係は１対１に対応するので、テーブル参照型の装置構成でγ補正付き輝度分配処理機能を実現することができる。
図３−１の構成の特徴は、例えば、各原色Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれについて同じ１種の変換手段を用いて輝度分配処理を行う構成である。
例えば、映像信号１にＲ、Ｇ、Ｂ（コンポーネント）信号（３−１）を用いる場合では、Ｒ、Ｇ、Ｂ各原色毎に共通の変換テーブルを時分割で参照し、奥行き情報Ｚの値に応じたＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの映像出力信号（３−４−１、３−４−２）を得ることができる。
変換テーブルの一例を図８に示す。図８に示す変換テーブルは、メモリ・アドレスに映像信号の値と、奥行き信号の値を組合せた値を用い、そのアドレスに対応した記憶値に出力となる映像信号値が記憶されている。
【００２３】
図３−１−２に、輝度分配処理として、輝度加算方式と輝度除算方式の考え方を示す。
図３−１−２（ａ）に輝度加算方式を実現する構成図を示す。ＤＦＤ表示装置は、発光型の透過型ディスプレイ（７−１，７−２）を２枚積層して構成される。
前面のディスプレイ（７−１）の発光素子の輝度をＩＦとし、後面のディスプレイの発光素子の輝度をＩＲとする。輝度加算方式では、これら前面と後面からの輝度が単純に加算されるので、その重なった部分の輝度は、Ｉ＝ＩＦ＋ＩＲとなる。
輝度分配処理が輝度加算方式の場合、変換テーブルの演算式は、下記（３−１）、（３−２）式の通りである。
ＩＦ＝Ｉ・Ｚ                  ・・・・・・・・・・・・・・・・  （３−１）  
ＩＲ＝Ｉ・（１−Ｚ）           ・・・・・・・・・・・・・・・・  （３−２）  
ここで、Ｉ＝Ｒ，Ｇ，Ｂの値である。Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについて、図示しない正規化手段によって０から１に正規化されている。また、Ｚは奥行き情報であり、これも図示しない正規化手段によって０から１に正規化されている。
図３−１−２（ｂ）に輝度除算方式を実現する構成図を示す。ＤＦＤ表示装置は、カラーフィルタなどの素子を用いた吸収型の透過型ディスプレイ（７−１，７−２）を２枚積層して構成される。
後面のディスプレイの吸収素子を透過した透過光をＩＲとし、さらに前面のディスプレイの吸収素子を透過した透過光は、前面のディスプレイの透過率との積になるため、その重なった部分の輝度は、Ｉ＝ＩＦ・ＩＲとなる。
輝度分配処理が輝度除算方式の場合、変換テーブルの演算式は、下記（３−３）、（３−４）式の通りである。
ＩＦ＝ＩＺ                  ・    ・・・・・・・・・・・・・・・  （３−３）  
ＩＲ＝Ｉ（１−Ｚ）              ・・・・・・・・・・・・・・・・  （３−４）  
ここで、Ｉ＝Ｒ、Ｇ、Ｂの値である。Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについては、図示しない正規化手段によって０から１に正規化されている。また、Ｚは奥行き情報であり、これも図示しない正規化手段によって０から１に正規化されている。
【００２４】
図３−２は、図１（ａ）に示す処理手段３の他の例を示すブロック図であり、映像信号（３−１）にコンポジット信号（輝度Ｙ、色差Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）を用いた例である。
例えば、コンポジット信号SMPTE170Mの例では、Ｒ、Ｇ、ＢとＹ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの関係は以下の式で表現できる。
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ
Ｒ−Ｙ＝０．７０１Ｒ−０．５８７Ｇ−０．１１４Ｂ
Ｂ−Ｙ＝−０．２９９Ｒ−０．５８７Ｇ＋０．８８６Ｂ
輝度加算方式の場合、変換形式を（３−１）、（３−２）式の例を用いると、輝度分配処理手段（３−３）の内容は、図３−１に示した変換テーブルと同一の構成を利用することができる。
図３−１及び図３−２に示す例では、輝度分配処理手段（３−３）の内容を数式で表現可能な変換特性の例を示したが、この変換特性は入力と出力が任意の特性であっても実現できる。
また、この輝度分配処理手段（３−３）の実現方法として、既存のディジタル信号処理回路、具体的にはＲＯＭ（読出し専用メモリ）を用いた変換テーブルでも可能であるし、専用の数値演算回路（ＣＰＵ）にプログラミングして実現してもよい。
【００２５】
図３−１あるいは図３−２に示した構成の特徴は、１種類の変換手段を有した輝度分配手段（３−３）を有する構成である。
このような構成を採用することで、Ｒ、Ｇ、Ｂ各原色毎の輝度分配特性が共通化できるため、その変換テーブルの記憶容量が最小限で実現でき、経済的な３次元表示装置を提供可能である。
また、輝度加算方式を用いる３次元表示装置の場合、コンポーネント信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）でもコンポジット信号（例えば、Ｙ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）でも共通の変換テーブルを用いることができるので、映像信号の種類に依存しない装置を簡単に構成できる特徴がある。
さらに、変換テーブルの構成をＲＯＭテーブル構成とすることで、その記憶データを任意の特性にすることができ、使用する表示装置の特性に合った輝度分配処理が実現でき、その結果、奥行き再現性の高い３次元表示装置を実現できる。
【００２６】
図４は、参考文献２に記載の液晶表示装置の構造とその透過特性（波長依存性）例を示す図である。図４において、４−１−１，４−１−２は液晶セル、４−２−１，４−２−２は偏光板である。
参考文献４に記載の通り、液晶の透過光は、液晶の屈折率異方性△ｎと液晶層の厚さｄと波長λの関数で表せる。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の波長に依存して、その透過光特性はわずかに異なってくる。その特性例を図４（ａ）（補正前の特性）に示す。
この特性を補正するために、予め液晶表示装置の波長依存性を測定し、その逆特性を用いてＲ、Ｇ、Ｂ各信号に補正を加えると図４（ｂ）のようにＲ、Ｇ、Ｂ各色ともに特性をそろえることができる。
この補正値は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎に独立であるため、各色毎に独立の変換テーブル、すなわち３種の変換特性を持つ輝度分配手段を設けることで実現できる。
【００２７】
図５−１に、輝度分配処理手段（５−３）内に、各色毎に独立した３種の変換手段を設けた構成例を示す。ここでは、入力映像信号（５−１）にＲ、Ｇ、Ｂコンポーネント信号を用いている。
図３−１の例と同様、変換テーブルの内容を変更することにより、輝度換算方式、輝度除算方式いずれにも対応可能である。
変換テーブルの構成にＲＯＭ（読出し専用メモリ）を用いた場合、ＲＧＢ各色毎に並列で動作可能であるため、高品質な色再現を要求する用途に有利である。
しかし、ＲＯＭ記憶容量が図３−１の例に比較して３倍となるのでコストが増加する傾向にある。
図５−２に、図５−１と同様に、輝度分配処理手段（５−３）において、独立した３種の変換手段を設けた構成例を示す。
この構成では、入力の映像信号（５−１）にコンポジット信号（Ｙ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）を用いた例である。
図３−１、図３−２の実施例と同様に、この輝度分配処理手段（５−３）の実現方法として、既存のディジタル信号処理回路、具体的には、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）を用いた変換テーブル（メモリ−アドレスに映像信号の値と奥行き信号の値を組合せた値を用い、そのアドレスに対応した記憶値に出力となる映像信号値を記憶すればよい）でも可能であるし、専用の数値演算回路（ＣＰＵ）にプログラミングして実現してもよい。
【００２８】
図６に、輝度分配処理手段（６−３）内に、４種以上の変換手段を有する構成例を示す。入力となる映像信号（６−１−１）は多色のコンポーネント信号を想定しており、それぞれの色に対応した独立なＣ１〜Ｃｎ（ｎは４以上の整数）のｎ本の信号から構成されている。
また、輝度分配処理手段（６−３）の中には、それぞれの色信号に対応した独立の変換テーブルがｎ個並列に接続されていることが特徴である。
図６の構成を用いると、多色の表示装置について、図４に示した特性と同様に各色毎に異なる表示特性（入力信号対出力輝度）を有する場合、予め測定した結果から補正値を求めておき、その補正値に基づき輝度分配処理を行うことで、色再現性が良好で奥行き再現性に優れた立体表示装置を提供することができる。
【００２９】
以上説明したように、図３−１あるいは図３−２に示した構成では、１種類の変換手段を有した輝度分配手段（３−３）を有する構成であり、このような構成を採用することで、Ｒ、Ｇ、Ｂ各原色毎の輝度分配特性が共通化できるため、その変換テーブルの記憶容量が最小限で実現でき、経済的な３次元表示装置を提供可能である。
また、輝度加算方式を用いる３次元表示装置の場合、コンポーネント信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）でもコンポジット信号（例えば、Ｙ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）でも共通の変換テーブルを用いることができるので、映像信号の種類に依存しない装置を簡単に構成できる特徴がある。
さらに、変換テーブルの構成をＲＯＭテーブル構成とすることで、その記憶データを任意の特性にすることができ、使用する表示装置の特性に合った輝度分配処理を実現することができ、その結果として、奥行き再現性の高い３次元表示装置を実現できる。
また、図５−１に示した輝度分配処理手段（５−３）において、各色毎に独立した３種の変換手段を設けた構成例では、予め用いる表示装置の波長依存性を測定し、その逆特性を用いてＲ、Ｇ、Ｂ各信号に補正を加えるとＲ、Ｇ、Ｂ各色ともに表示特性（入力信号対出力輝度）をそろえることができる。
この補正値はＲ、Ｇ、Ｂ各色毎に独立であるため、各色毎に独立の変換テーブル、すなわち３種の変換特性を持つ輝度分配手段を設けることで実現できる。
【００３０】
すなわち、各色毎に異なる表示特性（入力信号対出力輝度）を有する場合、予め測定した結果から補正値を求めておき、その補正値に基づき輝度分配処理を行うことで、色再現性が良好でかつ奥行き再現性に優れた立体表示装置を提供することができる。
さらに、変換テーブルをＲＯＭ（読出し専用メモリ）を用いて並列に構成した場合、ＲＧＢ各色信号毎に並列で動作可能であるため、高品質な色再現を要求する用途に有利となる。
図６の構成を用いると、多色の表示装置について、図４に示した特性と同様に各色毎に異なる表示特性（入力信号対出力輝度）を有する場合、予め測定した結果から補正値を求めておき、その補正値に基づき輝度分配処理を行うことで、色再現性が良好でかつ奥行き再現性に優れた立体表示装置を提供することができる。
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】
【００３１】
【図１】本発明の実施例の３次元表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】図１（ａ）の入出力画像の一例を示す写真である。
【図３−１】図１（ａ）に示す処理手段の一例を示すブロック図である。
【図３−１−１】図３−１に示す奥行き指定手段の構成例を示す図である。
【図３−１−２】輝度分配処理として、輝度加算方式と輝度除算方式の考え方を説明するための図である。
【図３−２】図１（ａ）に示す処理手段の他の例を示すブロック図であり。
【図４】参考文献２に記載の液晶表示装置の構造とその透過特性（波長依存性）例を示す図である。
【図５−１】輝度分配処理手段内に、各色毎に独立した３種の変換手段を設けた構成の一例を示す図である。
【図５−２】輝度分配処理手段内に、各色毎に独立した３種の変換手段を設けた構成の他の例を示す図である。
【図６】輝度分配処理手段内に、４種以上の変換手段を有する構成の一例を示す図である。
【図７】γ補正機能付きの輝度分配処理の構成例を示す図である。
【図８】輝度分配処理手段に使用される変換テーブルの一例を示す図である。
【図９】本発明の基本となる３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の基本となる３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１１】本発明の基本となる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１２】本発明の基本となる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】本発明の基本となる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】本発明の基本となる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】本発明の前提となるＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
３，３−１  処理手段
３−３，５−３，６−３  輝度分配処理手段
３−４  奥行き範囲指定手段
３−５  拡大縮小処理手段
３−６  γ補正手段
３−７  −γ補正手段
４−１−１，４−１−２  液晶セル
４−２−１，４−２−２  偏光板
６−１，６−２,...,６−ｎ  表示手段
７−１，７−２，７−３  ディスプレイ
１００  観察者
１０１，１０２  表示面
１０３  光学系
１０４  ３次元物体
１０５，１０６，１０７，１０８  ２Ｄ化像
１１１，１１２  透過型表示装置
１１０  バックライト
【図１】
2006208868.tif 000003
【図２】
2006208868.tif 000004
【図３−１】
2006208868.tif 000005
【図３−１−１】
2006208868.tif 000006
【図３−１−２】
2006208868.tif 000007
【図３−２】
2006208868.tif 000008
【図４】
2006208868.tif 000009
【図５−１】
2006208868.tif 000010
【図５−２】
2006208868.tif 000011
【図６】
2006208868.tif 000012
【図７】
2006208868.tif 000013
【図８】
2006208868.tif 000014
【図９】
2006208868.tif 000015
【図１０】
2006208868.tif 000016
【図１１】
2006208868.tif 000017
【図１２】
2006208868.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
2006208868.tif 000020
【図１５】
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