(57)【要約】【課題】プロジェクタとホログラフッィクスクリーンとを用いて、構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示装置を提供する。【解決手段】ホログラフッィクスクリーンと、ホログラフッィクスクリーンの後方に配置される反射ミラーと、ホログラフッィクスクリーンの前方に配置される第１および第２のプロジェクタと、第１および第２のプロジェクタから投影される二次元像の輝度を、第１および第２のプロジェクタ毎にそれぞれ独立に変化させる手段とを備え、ホログラフッィクスクリーンは、第１のプロジェクタから投影される光を透過させ、かつ、反射ミラーで反射された第１のプロジェクタから投影される光を観察者側に散乱させるとともに、第２のプロジェクタから投影される光を反射ミラー側に散乱させ、かつ、反射ミラーで反射された第２のプロジェクタから投影される光の前記散乱光を透過させる。【選択図】        図１
2004163528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィックスクリーンと、
観察者から見て前記ホログラフィックスクリーンの後方に配置される反射ミラーと、
前記観察者から見て前記ホログラフィックスクリーンの前方に配置され、前記ホログラフィックスクリーンに対して二次元像を投射する第１および第２のプロジェクタと、
前記第１および第２のプロジェクタから投影される二次元像の輝度を、前記第１および第２のプロジェクタ毎にそれぞれ独立に変化させる手段とを備える三次元表示装置であって、
前記第１および第２のプロジェクタは、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をそれぞれ投影し、
前記ホログラフィックスクリーンは、前記第１のプロジェクタから投影される光を透過させ、かつ、前記反射ミラーで反射された前記第１のプロジェクタから投影される光を、前記観察者側に散乱させるとともに、前記第２のプロジェクタから投影される光を、前記反射ミラー側に散乱させ、かつ、前記反射ミラーで反射された前記第２のプロジェクタから投影される光の前記散乱光を透過させることを特徴とする三次元表示装置。
【請求項２】
ホログラフィックスクリーンと、
観察者から見て前記ホログラフィックスクリーンの後方に配置される反射ミラーと、
前記観察者から見て前記ホログラフィックスクリーンの前方に配置され、前記ホログラフィックスクリーンに対して二次元像を投射する第１および第２のプロジェクタと、
前記第１および第２のプロジェクタから投影される二次元像の輝度を、前記第１および第２のプロジェクタ毎にそれぞれ独立に変化させる手段とを備える三次元表示装置であって、
前記第１および第２のプロジェクタは、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をそれぞれ投影し、
前記ホログラフィックスクリーンは、前記第１のプロジェクタから投影される光を透過させるとともに、前記反射ミラーで反射された前記第１のプロジェクタから投影される光を、前記反射ミラー側に散乱させ、かつ、前記反射ミラーで反射された前記第１のプロジェクタから投影される光の前記散乱光を透過させ、さらに、前記第２のプロジェクタから投影される光を、前記観察者側に散乱させることを特徴とする三次元表示装置。
【発明の詳細な説明】
【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、プロジェクタを用いて、複数の表示面に表示される二次元像の輝度を、それぞれ独立に変化させて三次元立体像を表示する三次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、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、二次元像を表示し、かつ、それぞれの表示面に表示される二次元像の輝度を独立に変化させることにより、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡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であって、プロジェクタ型二次元表示装置を使用する三次元表示装置を提案している（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【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１】
特許第３０２２５５８号公報
【特許文献２】
特願２００１−２５０９４４号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、従来の三次元表示装置の一例を示す図であり、前述の特許文献１の図２１に記載されている三次元表示装置を示す図である。
図１０に示す三次元表示装置は、複数のプロジェクタ型二次元表示装置（例えば、ＣＲＴ型、ＬＣＤ型、ＩＬＶ型、ＤＭＤ型など）（１６１〜１６５）と、散乱板（１６６〜１７０）とを用いるものである。
ここで、散乱板（１６６〜１７０）は、例えば、高分子分散型液晶素子、あるいはホログラフィック高分子分散型液晶素子、あるいは液晶とマルチレンズアレイの組み合わせ素子などのように散乱／透過、あるいは反射／透過を制御でき、またシャッタ（１７１〜１７５）は、例えば、ツイストネマティック液晶素子、あるいは強誘電液晶素子、あるいは機械的シャッタ素子などのように透過／遮断を制御できるものとする。
しかしながら、図１０に示す三次元表示装置では、時分割で散乱板（１６６〜１７０）を散乱／透過状態に制御する必要があり、そのため、図１０に示す三次元表示装置では、散乱板（１６６〜１７０）を散乱／透過状態にするため制御装置が必要となり、装置構成が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
図１１は、従来の三次元表示装置の他の例を示す図であり、前述の特許文献２の図１に記載されている三次元表示装置を示す図である。
図１１に示す三次元表示装置は、複数のプロジェクタ型二次元表示装置（１６１，１６２）と、反射型ホログラフィック拡散板（１３１，１３２）とを用いるものである。
図１１に示す三次元表示装置では、反射型ホログラフィック拡散板（１３１，１３２）を用いているため、図１０に示す三次元表示装置のように、時分割で散乱板（１６６〜１７０）を散乱／透過状態とするタイミングに合わせて、シャッタ（１７１〜１７５）を透過／遮断状態とする必要がないので、図１０に示す三次元表示装置に比して、シャッタ（１７１，１７２）を制御するための制御機構を簡略化することが可能となる。
しかしながら、図１１に示す三次元表示装置では、観察者１００から見て奥行き方向に、複数の反射型ホログラフィック拡散板を配置する必要があるため、三次元表示装置の奥行きが長くなり、コンパクトに構成することができないという問題点あった。
【０００６】
このように、従来のプロジェクタ型二次元表示装置を用いる三次元表示装置は、構成が複雑で、かつコンパクトに構成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、プロジェクタとホログラフィックスクリーンとを用いて、構成が簡単で、かつ、コンパクト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。
【０００７】
【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、ホログラフィックスクリーンと、観察者から見て前記ホログラフィックスクリーンの後方に配置される反射ミラーと、前記観察者から見て前記ホログラフィックスクリーンの前方に配置され、前記ホログラフィックスクリーンに対して二次元像を投射する第１および第２のプロジェクタと、前記第１および第２のプロジェクタから投影される二次元像の輝度を、前記第１および第２のプロジェクタ毎にそれぞれ独立に変化させる手段とを備え、前記第１および第２のプロジェクタは、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をそれぞれ投影する三次元表示装置である。
【０００８】
本発明では、前記ホログラフィックスクリーンは、前記ホログラフィックスクリーンは、前記第１のプロジェクタから投影される光を透過させ、かつ、前記反射ミラーで反射された前記第１のプロジェクタから投影される光を、前記観察者側に散乱させるとともに、前記第２のプロジェクタから投影される光を、前記反射ミラー側に散乱させ、かつ、前記反射ミラーで反射された前記第２のプロジェクタから投影される光の前記散乱光を透過させることを特徴とする。
また、前記ホログラフィックスクリーンは、前記第１のプロジェクタから投影される光を透過させるとともに、前記反射ミラーで反射された前記第１のプロジェクタから投影される光を、前記反射ミラー側に散乱させ、かつ、前記反射ミラーで反射された前記第１のプロジェクタから投影される光の前記散乱光を透過させ、さらに、前記第２のプロジェクタから投影される光を、前記観察者側に散乱させることを特徴とする。
【０００９】
【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、透過型ホログラフィックスクリーン１０と、観察者から見てホログラフィックスクリーン１０の後方に配置される反射ミラー１５と、観察者から見てホログラフィックスクリーン１０の前方に配置され、ホログラフィックスクリーン１０に対して二次元像を投射する第１および第２のプロジェクタ型二次元表示装置（例えば、ＣＲＴ型、ＬＣＤ型、ＩＬＶ型、ＤＭＤ型など；以下、単に、プロジェクタという。）（１１，１２）とを備える。
透過型ホログラフィックスクリーン１０は、一定の入射角度方向から光のみを、光の入射側と反対の側に散乱（以下、前方散乱光という。）し、かつ、前方散乱される光の入射角度が、観察者側から光が入射される場合と、反射ミラー側から光が入射される場合とでは異なっている。
本実施の形態では、ホログラフィックスクリーン１０は、第１のプロジェクタ１１から入射される光を反射ミラー側に散乱し、かつ、この散乱光で、反射ミラー１５で反射された光を透過させる。
また、第２のプロジェクタ１２から入射される光を透過させ、かつ、このホログラフィックスクリーン１０を透過した光で、反射ミラー１５で反射された光を観察者側に散乱させる。
【００１０】
［本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理］
以下、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。
図２〜図７は、本発明の基本となる三次元表示装置の原理を説明するための図である。
図２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。
図３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。
【００１１】
そして、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。
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４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。
【００１２】
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。
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。
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７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。
【００１３】
本実施の形態において、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン１０に入射される光は、ホログラフィックスクリーン１０を透過し、反射ミラー１５で反射された後、再びホログラフィックスクリーン１０に入射され、観察者側に散乱されて観察者側に到達する。
したがって、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン１０に対して投影された二次元像は、観察者には、ホログラフィックスクリーン１０の位置の二次元像として観察される。
一方、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン１０に入射される光は、ホログラフィックスクリーン１０で反射ミラー側に散乱され、この散乱光は、反射ミラー１５で反射され、ホログラフィックスクリーン１０を透過して観察者側に到達する。
したがって、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン１０に対して投影された二次元像は、観察者には、ホログラフィックスクリーン１０の位置から２Ｔの距離離れた位置の二次元像として観察される。
ここで、Ｔは、図１に示すホログラフィックスクリーン１０と反射ミラー１５との間の距離である。
【００１４】
したがって、本実施の形態の三次元表示装置は、図８に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
なお、図８において、１１１は、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン１０に対して投影された二次元像からなる表示面、１１２は、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン１０に対して投影された二次元像からなる表示面であり、表示面１１１と表示面１１２との間の距離は前述した２Ｔである。
そして、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン１０に対して投影される二次元像を、前述の図３において説明した２Ｄ化像１０５となし、また、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン１０に対して投影される二次元像を、前述の図３において説明した２Ｄ化像１０６となし、さらに、当該２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝度を、図４ないし図７において説明したように変化させることにより、本実施の形態においても、前述した［本実施の形態の基本となる三次元表示装置の表示原理］で説明した原理により、三次元立体像を表示することができる。
【００１５】
［実施の形態２］
図９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、反射型ホログラフィックスクリーン２０と、観察者から見てホログラフィックスクリーン２０の後方に配置される反射ミラー１５と、観察者から見てホログラフィックスクリーン２０の前方に配置され、ホログラフィックスクリーン２０に対して二次元像を投射する第１および第２のプロジェクタ型二次元表示装置（例えば、ＣＲＴ型、ＬＣＤ型、ＩＬＶ型、ＤＭＤ型など；以下、単に、プロジェクタという。）（１１，１２）とを備える。
反射型ホログラフィックスクリーン２０は、一定の入射角度方向から光のみを、光の入射側と同一の側に散乱（以下、後方散乱光という。）し、かつ、後方散乱される光の入射角度が、観察者側から光が入射される場合と、反射ミラー側から光が入射される場合とでは異なっている。
本実施の形態では、ホログラフィックスクリーン２０は、第１のプロジェクタ１１から入射される光を観察者側に散乱させる。
また、第２のプロジェクタ１２から入射される光を透過させるとともに、このホログラフィックスクリーン２０を透過した光で、反射ミラー１５で反射された光を反射ミラー側に散乱させ、かつ、図９の矢印Ａ、Ｂに示すように、この反射ミラー側に散乱された光で反射ミラー１５で反射された光を透過させる。
【００１６】
本実施の形態において、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン２０に入射される光は、ホログラフィックスクリーン２０を透過し、反射ミラー１５で反射された後、再びホログラフィックスクリーン２０に入射され、反射ミラー側に散乱された後、反射ミラー１５で反射されて観察者側に到達する。したがって、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン２０に対して投影された二次元像は、観察者には、ホログラフィックスクリーン２０の位置から２Ｔの距離離れた位置の二次元像として観察される。
一方、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン２０に入射される光は、ホログラフィックスクリーン２０で観察者側に散乱され、観察者側に到達する。
したがって、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン２０に対して投影された二次元像は、観察者には、ホログラフィックスクリーン２０の位置の二次元像として観察される。
【００１７】
ここで、Ｔは、図１に示すホログラフィックスクリーン２０と反射ミラー１５との間の距離である。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置も、図８に示す三次元表示装置と光学的に等価になる。
そして、第１のプロジェクタ１１からホログラフィックスクリーン２０に対して投影される二次元像を、前述の図３において説明した２Ｄ化像１０５となし、また、第２のプロジェクタ１２からホログラフィックスクリーン２０に対して投影される二次元像を、前述の図３において説明した２Ｄ化像１０６となし、さらに、当該２Ｄ化像（１０５，１０６）の輝度を、図４ないし図７において説明したように変化させることにより、本実施の形態においても、前述した［本実施の形態の基本となる三次元表示装置の表示原理］で説明した原理により、三次元立体像を表示することができる。
【００１８】
このように、本発明の各実施の形態の三次元表示装置は、１個のホログラフィックスクリーン（１０，２０）の後方に反射ミラー１５を配置するだけであるので、本発明の各実施の形態の三次元表示装置では、図１０に示す従来の三次元表示装置に比して、構成を簡略化でき、かつ、三次元表示装置の奥行きを短くすることができるので、コンパクトに構成することが可能となる。
なお、本発明の各実施の形態において、第１のプロジェクタ１１および第２のプロジェクタ１２に供給される映像信号は、モノクロ、あるいはカラーの映像信号であってもよい。
なお、前述の説明では、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、第１のプロジェクタ１１、および第２のプロジェクタ１２から投影される２Ｄ化像を用いて表現する方法および装置について主に述べたが、本発明の各実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献１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。
【００１９】
同様に、本発明の各実施の形態の三次元表示装置は、前述の特許文献１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、利用者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第１および第２のプロジェクタ（１１，１２）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１に記載したように、第１のプロジェクタ１１、および第２のプロジェクタ１２から投影される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。
【００２０】
【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。
本発明によれば、プロジェクタとホログラフィックスクリーンとを用いて、構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示装置を提供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３】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４】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５】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６】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７】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８】本発明の実施の形態１の三次元表示装置と等価な三次元表示装置を示す図である。
【図９】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１０】従来の三次元表示装置の一例の概略構成を示す図である。
【図１１】従来の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…透過型ホログラフィックスクリーン、１１，１２，１６１〜１６５…プロジェクタ型二次元表示装置、１５…反射ミラー、２０…反射型ホログラフィックスクリーン、１００…観察者、１０１，１０２…表示面、１０４…三次元物体、１０５，１０６…２Ｄ化像、１３１，１３２…反射型ホログラフィック拡散板、１６６〜１７０…散乱板、１７１〜１７５…シャッタ。
【図１】
2004163528.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】
2004163528.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004163528.tif 000011
【図１０】
2004163528.tif 000012
【図１１】
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