(57)【要約】【課題】  観察者から見て奥行き方向に配置された複数の表示面にそれぞれ２次元化像を表示して３次元立体像を表示する際に、不透明な表示手段を使用可能とする。【解決手段】  観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示手段に対して、それぞれ２次元像を表示して３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、前記観察者から見て最も遠い位置の表示手段以外の表示手段は、複数の孔あるいは複数の透明領域を有し、前記観察者は、前記複数の孔あるいは複数の透明領域を介して後面の表示手段に表示される２次元像が観察可能である。前記複数の孔あるいは複数の透明領域は、１行おき、１列おき、あるいは、市松模様に形成される。【選択図】        図１
2006285113.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手段に対して、それぞれ２次元像を表示して３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、
前記観察者から見て最も遠い位置の表示手段以外の表示手段は、複数の孔あるいは複数の透明領域を有し、
前記観察者は、前記複数の孔あるいは複数の透明領域を介して後面の表示手段に表示される２次元像を観察可能であることを特徴とする３次元表示装置。
【請求項２】
前記複数の孔あるいは複数の透明領域は、１行おき、１列おき、あるいは、市松模様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次元表示装置。
【請求項３】
前記２次元像は、表示対象物体を奥行き方向に標本化した奥行き標本化画像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３次元表示装置。
【請求項４】
前記２次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置にあるそれぞれの表示手段に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像であり、
当該２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示手段毎に各々独立に変化させて、前記各表示手段にそれぞれ表示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５】
前記表示手段は、２次元像が印刷された印刷物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４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次元表示装置に係り、特に、観察者から見て奥行き方向に配置された複数の不透明の表示手段にそれぞれ２次元像を表示して３次元立体像を表示する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、図９に示す体積型方式が知られている
この体積型方式においては、図９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二次元像（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。
また、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（下記、特許文献１，特許文献２参照）。
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（あるいは、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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したいずれの３次元表示方法においても、観察者１００は、前面の表示面を通して後面の表示面に表示された２次元像を観察する必要があり、そのため、観察者１００から見て最も遠い位置の表示面以外の表示面は透明である必要がある。
そのため、観察者１００から見て異なった奥行き位置にそれぞれ表示装置を配置し、それぞれの表示装置に２次元像を表示して、前述した３次元表示方法を実施する場合に、表示装置として、透明な表示装置（例えば、透過型表示装置、ＥＬ表示装置など）が必要となり、不透明な表示装置が使用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、観察者から見て奥行き方向に配置された複数の表示面にそれぞれ２次元化像を表示して３次元立体像を表示する際に、不透明な表示手段を使用可能と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ある複数の表示手段に対して、それぞれ２次元像を表示して３次元立体像を表示する３次元表示装置であって、前記観察者から見て最も遠い位置の表示手段以外の表示手段は、複数の孔あるいは複数の透明領域を有し、前記観察者は、前記複数の孔あるいは複数の透明領域を介して後面の表示手段に表示される２次元像を観察可能であることを特徴とする。
また、本発明では、前記複数の孔あるいは複数の透明領域は、１行おき、１列おき、あるいは、市松模様に形成される。
ここで、前記２次元像は、表示対象物体を奥行き方向に標本化した奥行き標本化画像である。
または、前記２次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置にあるそれぞれの表示手段に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像であり、当該２次元像の輝度あるいは透過度を前記各表示手段毎に各々独立に変化させて、前記各表示手段にそれぞれ表示する。
さらに、本発明では、前記表示手段は、２次元像が印刷された印刷物である。
【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。
本発明によれば、観察者から見て奥行き方向に配置された複数の表示面にそれぞれ２次元化像を表示して３次元立体像を表示する際に、不透明な表示手段を使用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、本発明の実施例の３次元表示装置を説明するための断面図である。
同図において、１１，１２は表示手段であり、表示手段１１は、表示手段１２より観察者１００に近い位置に配置される。
本実施例において、少なくとも表示手段１１は不透明であり、表示手段１１には、多数の孔あるいは透明な領域１１ａが形成される。
したがって、観察者１００は、この多数の孔あるいは透明な領域１１ａを介して、後面の表示手段１２に表示された２次元像を観察することができる。
したがって、表示手段（１１，１２）に表示される２次元像が、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二次元像（以下、奥行き標本化画像という。）であれば、観察者１００は、擬似的に３次元立体像を観察することが可能となる。
ここで、複数の孔あるいは複数の透明領域１１ａは、１行おき、１列おき、あるいは、市松模様に形成することができる。
また、複数の孔あるいは複数の透明領域１１ａの開口面積は、表示手段１１と表示手段１２の観察者から見た輝度可変範囲をできるだけ同じにするために、表示手段１１の不透明な表示領域の面積の４０％以上、６０％以下が望ましい。
【０００８】
本発明は、前述したＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示方法にも適用可能である。始めに、前述したＤＦＤ方式の３次元表示方法について説明する。
［ＤＦＤ方式の３次元表示装置の一例］
図２は、ＤＦＤ方式の３次元表示装置の一例を説明するための図である。
図２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２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２に示す３次元表示装置では、図３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２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４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。
【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。
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７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２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、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】
［ＤＦＤ方式の３次元表示装置の他の例］
図８は、ＤＦＤ方式の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
図８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２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８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８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。
【００１３】
図８に示す３次元表示装置においても、前述の図３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８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８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。
【００１４】
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。
【００１５】
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８に示す３次元表示装置においても、図２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２、図８に示す３次元表示装置において、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、複数の表示面における輝度の変化、あるいは、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。
【００１６】
本発明を、前述したＤＦＤ方式の３次元表示方法に適用する場合には、図１に示す表示手段（１１，１２）に、前述した２Ｄ化像（１０５，１０６，１０７，１０８）を表示すればよい。これにより、観察者１００は、擬似的に３次元立体像を観察することが可能となる。
また、前述の説明では、表示手段が、前面の表示手段１１と後面の表示手段１２の２つの場合について説明したが、表示手段は、３個以上であってもよい。
但し、３個以上の場合は、各表示手段に表示される２次元像における、観察者１００に観察される部位が少なくなるので、擬似的に３次元立体像が観察されなくなることが想定される。従って、表示手段は、前面の表示手段１１と後面の表示手段１２の２つの場合が好ましい。
なお、表示手段としては、不透明な表示装置が使用可能であるが、最も簡単な方法は、表示手段として、例えば、奥行き標本化像、あるいは、２Ｄ化像が印刷されたフィルム、またはプラスチック板などの印刷物を用いる方法である。
この場合に、前述したＤＦＤ方式の３次元表示方法では、２Ｄ化像の輝度、あるいは透過度を、各表示面毎に独立に変化させて印刷する必要がある。
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】
【００１７】
【図１】本発明の実施例の３次元表示装置を説明するための断面図である。
【図２】ＤＦＤ方式の３次元表示装置の一例を説明するための図である。
【図３】ＤＦＤ方式の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４】ＤＦＤ方式の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５】ＤＦＤ方式の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６】ＤＦＤ方式の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７】ＤＦＤ方式の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８】ＤＦＤ方式の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
【図９】従来の体積型方式の３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１，１２  表示手段
１１ａ  孔あるいは透明領域
１００  観察者
１０１，１０２、１３１ａ〜１３１ｅ  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
１３２ａ〜１３２ｅ  奥行き標本化画像
【図１】
2006285113.tif 000003
【図２】
2006285113.tif 000004
【図３】
2006285113.tif 000005
【図４】
2006285113.tif 000006
【図５】
2006285113.tif 000007
【図６】
2006285113.tif 000008
【図７】
2006285113.tif 000009
【図８】
2006285113.tif 000010
【図９】
2006285113.tif 000011