(57)【要約】【課題】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用光学素子を備える３次元表示装置において、モアレの発生を防止する。【解決手段】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用光学素子を備える３次元表示装置であって、前記各表示用光学素子は、複数の画素を有し、前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、表示用光学素子の観察者側の表面に配置されるとともに、表示用光学素子の観察者側の表面に平行でない壁と、前記壁より観察者側に近い側に配置される拡散板とを備え、前記壁は、光が不透過、あるいは光を反射する材質で構成される。また、前記壁は、表示用光学素子の表面に垂直に配置される。また、前記壁は、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全ての画素の境界に配置される。【選択図】        図１
2004336290.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配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置であって、
前記各表示用光学素子は、複数の画素を有し、
前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、表示用光学素子の観察者側の表面に配置されるとともに、表示用光学素子の観察者側の表面に平行でない壁と、
前記壁より観察者側に近い側に配置される拡散板とを備え、
前記壁は、光が不透過、あるいは光を反射する材質で構成されることを特徴とする３次元表示装置。
【請求項２】
前記壁は、表示用光学素子の表面に垂直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。
【請求項３】
前記壁の厚さを、前記壁の周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えない厚さと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】
前記壁は、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全ての画素の境界に配置され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次元表示装置。
【請求項５】
前記壁は、前記壁の周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えないような周期構造で配置され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次元表示装置。
【請求項６】
前記拡散板の拡散度を、前記観察者から見て前記拡散板の奥にあり、かつ、壁の間にある構造を前記観察者が認識できない拡散度としたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項７】
前記拡散板は、偏光を保存することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項８】
前記壁と前記拡散板とを接触して配置することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項９】
前記壁と前記拡散板とを、前記壁の厚さが前記観察者側から見て分からなくなる間隔をおいて配置することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１０】
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用光学素子を備える３次元表示装置であって、
前記各表示用光学素子は、複数の画素を備え、
前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、観察者に近い側に配置されるオプティカルファイバプレートとを備えることを特徴とする３次元表示装置。
【請求項１１】
前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の表面に垂直であることを特徴とする請求項７に記載の３次元表示装置。
【請求項１２】
前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全て画素毎に配置されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の３次元表示装置。
【請求項１３】
前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、前記各ファイバの周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えないような周期構造で配置されることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１４】
前記各表示用光学素子に表示される２次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置に配置されるそれぞれの表示用光学素子に対して、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であって、かつ、前記各表示用光学素子に表示される２次元像における前記観察者から見た輝度を、前記表示対象物体の奥行き位置に応じてそれぞれ独立に変化させることを特徴とする請求項１ないし請求項１３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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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用光学素子を備える３次元表示装置に係り、特に、モアレの発生を防止する３次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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３次元表示装置が知られている（下記特許文献１、特許文献２参照）
これらの３次元表示装置に使用される透過型表示装置では、図１４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、前述の各特許文献に記載されている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（干渉縞）が発生するという問題点があった。
このモアレの発生を防止するために、前述の特許文献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。
【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】
特開２００１−５４１４４号公報
【特許文献２】
特許第３３３５９９８号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献２に記載されているような拡散板を用いてモアレの発生を防止する方法は、画像がぼけ表示分解能が低下する、あるいは、光が拡散するので正面の輝度が暗くなってしまう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、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示用光学素子を備える３次元表示装置において、表示分解能を低下させることなく、モアレの発生を防止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。
【０００５】
【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。
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用光学素子を備える３次元表示装置であって、前記各表示用光学素子は、複数の画素を有し、前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、観察者に近い側に配置され、表示用光学素子の表面に平行でない壁と、前記壁より観察者側に近い側に配置される拡散板とを備え、前記壁は、光が不透過、あるいは光を反射する材質で構成される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁は、表示用光学素子の表面に垂直に配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁の厚さを、前記壁の周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えない厚さとする。
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁は、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全ての画素の境界に配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁は、前記壁の周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えないような周期構造で配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記拡散板の拡散度を、前記観察者から見て前記拡散板の奥にあり、かつ、壁の間にある構造を前記観察者が認識できない拡散度とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記拡散板は、偏光を保存する。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁と前記拡散板とを接触して配置する。
本発明の好ましい実施の形態では、前記壁と前記拡散板とを、前記壁の厚さが前記観察者側から見て分からなくなる間隔をおいて配置する。
【０００７】
また、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用光学素子を備える３次元表示装置であって、前記各表示用光学素子は、複数の画素を備え、前記複数の表示用光学素子の少なくとも１つは、観察者に近い側に配置されるオプティカルファイバプレートとを備える。
本発明の好ましい実施の形態では、前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の表面に垂直である。
本発明の好ましい実施の形態では、前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の赤、緑、青のサブピクセルを含む全て画素毎に配置される。
本発明の好ましい実施の形態では、前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、前記各ファイバの周期構造と、前記少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、前記観察者に見えないような周期構造で配置される。
また、本発明において、前記各表示用光学素子に表示される２次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置に配置されるそれぞれの表示用光学素子に対して、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であって、かつ、前記各表示用光学素子に表示される２次元像における前記観察者から見た輝度を、前記表示対象物体の奥行き位置に応じてそれぞれ独立に変化させることを特徴とする。
【０００８】
【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。
［本実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の構造］
図１は、本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の概略構成を示す要部断面図である。
図１に示す表示用光学素子１１では、表示用光学素子１１の前面に壁１２と拡散板１３とが配置される。
ここで、拡散板１３は、観察者から見て拡散板１３の奥にあり、かつ、壁１２の間にある構造を観察者が認識できない程度に、拡散度を強くする。
これにより、図１に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図１に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
なお、図１に示す表示用光学素子１１では、壁１２の厚さが厚くなると、モアレが少し見えるようになるので、壁１２の厚さは、モアレが見えなくなるように充分薄くする必要がある。
【０００９】
また、壁１２は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む全ての画素１０の境界で、表示用光学素子１１の表面に垂直に配置される。
そのため、各画素１０から出射される光は、隣接する画素から出射される光と混合されることがないので、画素１０の輪郭がボケることもない。したがって、表示分解能（あるいは、解像度）が低下せず、しかも、近くから見てもカラー分離せず、表示用光学素子１１に表示される２次元像が見やすくなる。
さらに、本実施の形態では、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各サブピクセルから構成される各画素１０から出射される光は、拡散板１３で混合されるので、本実施の形態では、表示用光学素子１１が、例えば、カラーフィルターを有する液晶表示装置などの場合、カラーフィルターによるモアレを防止することができる。
また、通常、表示用光学素子１１は、一対のガラス基板で挟まれる構造とされるので、図２に示すように、壁１２は、一対のガラス基板（２０，２１）の一方のガラス基板２０上に配置される。
【００１０】
図３は、本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
図３に示す表示用光学素子１１は、図３に示すように、壁１２と拡散板１３とを接触させて配置せずに、壁１２と拡散板１３とを所定の間隔をおいて配置した点で、図１に示す表示用光学素子と相異するが、その他の構成は、図１に示す表示用光学素子１１と同じである。
図３に示す表示用光学素子１１においても、拡散板１３は、観察者から見て拡散板１３の奥にあり、かつ、壁１２の間にある構造を観察者が認識できない程度に、拡散度を強くする。
これにより、図３に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図１に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
【００１１】
図３に示す表示用光学素子１１でも、壁１２は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む全ての画素１０の境界で、表示用光学素子１１の表面に垂直に配置されるので、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各サブピクセルから構成される各画素から出射される光は、拡散板１３で混合され、さらに、壁１２と拡散板１３との間に隙間があるため、壁１２の厚みに起因する構造をぼけさせることができる。
したがって、本実施の形態では、表示用光学素子１１が、例えば、カラーフィルターを有する液晶表示装置などの場合、カラーフィルターによるモアレと、壁１２の厚みによるモアレを防止することができる。
但し、本実施の形態では、壁１２と拡散板１３との間に隙間があるため、各画素から出射される光は、隣接する画素から出射される光とわずかに混合するため、画素の輪郭が、ほんの少しボケることになる。
また、通常、表示用光学素子１１は、一対のガラス基板で挟まれる構造とされるので、図３に示す表示用光学素子１１においても、前述したように、壁１２は、一対のガラス基板の一方のガラス基板上に配置される。
【００１２】
図４は、本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
図４に示す表示用光学素子１１では、表示用光学素子１１の前面に、オプティカルファイバプレート１５とが配置される。
ここで、オプティカルファイバプレート１５を構成する各ファイバは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む１つの画素毎に、表示用光学素子１１の表面に垂直に配置される。
そのため、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各サブピクセルから構成される各画素１０から出射される光は、オプティカルファイバプレート１５で混合される。
これにより、図４に示す表示用光学素子１１と、他の表示用光学素子を積層しても、図１に示す表示用光学素子１１および他の表示用光学素子の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
この場合に、隣接する各画素１０から出射される光は、オプティカルファイバプレート１５で混合されることがないので、画素の輪郭がボケることもない。
このため、表示分解能（あるいは、解像度）が低下せず、しかも、近くから見てもカラー分離せず、表示用光学素子１１に表示される２次元像が見やすくなる。
また、本実施の形態においても、表示用光学素子１１が、例えば、カラーフィルターを有する液晶表示装置などの場合、カラーフィルターによるモアレを防止することができる。
【００１３】
なお、本実施の形態において、画素１０の形状を、ヘキサ構造（６角形形状）にすることにより、開ロ率が向上し、さらに、モアレがゆがんで見えにくくすることが可能である。
また、通常、表示用光学素子１１は、一対のガラス基板で挟まれる構造とされるので、図４に示す表示用光学素子１１においても、前述したように、オプティカルファイバプレート１５は、一対のガラス基板の一方のガラス基板上に配置される。
なお、前述の図１ないし図４に示す表示用光学素子１１では、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のサブピクセルを含む１つの画素毎に、壁１２、あるいは、オプティカルファイバプレート１５の各ファイバを配置した場合について説明したが、壁１２、あるいは、オプティカルファイバプレート１５の各ファイバは、１画素以外、例えば、０．８画素、１．３画素、２画素毎に配置した場合でも同様な効果があることはいうまでもない。
【００１４】
［実施の形態１］
図５は、本発明の実施の形態１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施の形態では、図５に示すように、観察者１００の前面に、透過型表示装置（１０１，１０２）（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）を配置する。
本実施の形態では、透過型表示装置１０１に、例えば、車両などの動画像を表示し、透過型表示装置１０２に、背景画像を表示することにより、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。
本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図４に示す表示用光学素子で構成される。
ここで、透過型表示装置（１０１，１０２）としては、液晶表示装置（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）、あるいは、ＥＬ表示装置などが使用される。
【００１５】
したがって、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）がＥＬ表示装置などの自発光型の表示装置の場合は、画素１０は、発光素子からなる画素となる。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、画素１０は、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素となる。
ここで、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素は、散乱度、透過率、吸収率、または、複屈折率を制御することにより出射光を制御する画素である。
本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、図５に示すように、観察者１００から見て最も後方に、光源１１０を配置する必要があるが、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。
このように、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図４に示す表示用光学素子であるため、各透過型表示装置（１０１，１０２）の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
また、本実施の形態では、画素の輪郭がボケることがないので、表示分解能（あるいは、解像度）を低下させることなく、立体表示を行うことが可能となる。
なお、本実施の形態において、透過型表示装置は２つに限定されるものではなく、２つ以上の透過型表示装置を使用することも可能である。
【００１６】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
本実施の形態では、図６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）（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）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。
透過型表示装置（１０１，１０２）としては、液晶表示装置（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）、あるいは、ＥＬ表示装置などが使用される。
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６に示す３次元表示装置は、透過型表示装置（１０１，１０２）として液晶表示装置を使用するものであり、そのため、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す。
【００１７】
本実施の形態の３次元表示装置は、前述の特許文献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６〜図１１を用いて、ＤＦＤ方式の３次元表示装置の原理について説明する。
初めに、図７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。
この２Ｄ化像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。
この２Ｄ化像（１０５，１０６）を、図６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、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。
【００１８】
本実施の形態における重要な要点は、その観察者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８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、その透過型表示装置１０２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９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。
【００１９】
また、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１０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、例えば、３次元物体１０４が透過型表示装置１０２上にある場合には、図１１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。
【００２０】
本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図４に示す表示用光学素子で構成される。
したがって、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）がＥＬ表示装置などの自発光型の表示装置の場合は、画素１０は、発光素子からなる画素となる。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）が、液晶表示装置などの場合は、画素１０は、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素となる。
ここで、光学特性を制御することにより出射光を制御する画素は、散乱度、透過率、吸収率、または、複屈折率を制御することにより出射光を制御する画素である。
なお、図６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。
このように、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１ないし図４に示す表示用光学素子であるため、各透過型表示装置（１０１，１０２）の画素パターンが干渉して、モアレ（干渉縞）が発生するのを防止することが可能となる。
また、本実施の形態でも、画素の輪郭がボケることがないので、表示分解能（あるいは、解像度）を低下させることなく、立体表示を行うことが可能となる。
【００２１】
図１２は、図６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１２に示すように、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、カラーフィルター（図示せず）も設けられる。また、偏光板２１３の後方（偏光板２１３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、各画素単位で、偏光の方向を変化できるので、出射光の偏光方向と、出射側の偏光板の偏光方向により、出射する光の強度を変化でき、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）の各画素単位に、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毎に、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２Ｄ化像（１０７，１０８）は、カラー画像の二次元像である。
なお、図１２に示す３次元表示装置は、前述の実施の形態１の３次元表示装置にも適用可能である。
【００２２】
［実施の形態２の変形例］
図１３は、本発明の実施の形態２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１３に示す３次元表示装置では、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１３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）の内部には、カラーフィルター（図示せず）も設けられる。
図１３に示す３次元表示装置でも、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６〜図１１で説明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。
【００２３】
但し、本実施の形態では、偏光方向が、液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２１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（２０１，２１２）の偏光方向の制御を行う必要がある。
前述の図１２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、表示が暗くなる欠点がある。
これに対して、図１３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。
その上、図１〜図３に示す表示用光学素子１１の拡散板１３の材料として、複屈折率の小さい、あるいは、複屈折のない材料を用いると、拡散板１３により偏光が変化しない（即ち、拡散板１３が偏光を保存する）ので、コントラストの低下などの表示特性が劣化するのを防止でき、高コントラスト比を得ることが可能となる。
【００２４】
また、図１３に示す３次元表示装置では、液晶表示パネル（２０１，２０２）における輝度を実質的に大きな自由度で制御できる利点も有する。
すなわち、図１２に示す透過型表示装置（１０１，１０２）の場合には、光源１１０からの照射光は、各透過型表示装置（１０１，１０２）を通過する間に変化しない、あるいは減少するしかなく、各透過型表示装置（１０１，１０２）における輝度は、変化しない、あるいは、減少するしかない。
これに対して、図１３に示す３次元表示装置では、出射側の偏光板２０３までは、光量は実質的にほとんど変化せず、各液晶表示パネル（２０１，２０２）ではその偏光方向のみが変化している。
しかも、偏光方向は、各液晶表示パネル（２０１，２０２）でほぼ加算されて回転していくが、出射側の偏光板２０３の外から観察した場合、出射側の偏光板２０３の透過偏光方向を基準として０〜９０度までは各液晶表示パネル（２０１，２０２）の輝度は減少し、９０〜１８０度までは輝度は上昇し、１８０〜２７０度までは輝度は減少し、２７０〜３６０度までは輝度は上昇するというように輝度の上昇、減少を繰り返せる。
したがって、各液晶表示パネル（２０１，２０２）の輝度は、その直前の偏光可変装置の輝度に比べて、上昇することも、変化しないことも、減少することも可能となる。
但し、実際には、例えば、ツイストネマティック型液晶表示装置などにおいては、最大の角度変化が９０度である場合が多いため、これを考慮して設計を行う必要がある。
【００２５】
なお、前述の説明では、２Ｄ化像を表示する透過型表示装置の中で主に２つの透過型表示装置に関してのみ記述し、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説明したが、２Ｄ化像を表示する透過型表示装置の個数がこれよりも多く、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、本実施の形態における二次元像の表示面は、本発明の趣旨から見て、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、各透過型表示装置（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、本実施の形態の３次元表示装置は、前述の特許文献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、本実施の形態の３次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、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、前述の特許文献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。
【００２６】
なお、前述の各実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図１に示す表示用光学素子である場合に、壁１２の厚さが厚くなると、モアレが少し見えるようになるので、壁１２の厚さは、壁１２の周期構造と、少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、観察者に見えない厚さとする必要がある。
また、前述の各実施の形態において、壁１２を、壁１２の周期構造と、少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレが、観察者に見えないような周期構造で配置することで、観察者にモアレが観察に見えなくすることが可能である。
さらに、前述の各実施の形態において、透過型表示装置（１０１，１０２）の少なくとも１つが、前述の図４に示す表示用光学素子である場合に、オプティカルファイバプレート１５を構成する各ファイバを、例えば、ヘキサ構造（６角形形状）等のような周期構造で配置することにより、各ファイバの周期構造と、少なくとも１つの表示用光学素子以外の表示用光学素子における画素構造、あるいは赤、緑、青のサブピクセル構造を含む周期構造とで生じるモアレがゆがんで、前記観察者に見えにくくすることが可能である。
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。
【００２７】
【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、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用光学素子を備える３次元表示装置において、表示分解能を低下させることなく、モアレの発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の一例の概略構成を示す要部断面図である。
【図２】図１に示す表示用光学素子の変形例の概略構成を示す要部断面図である。
【図３】本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
【図４】本発明の各実施の形態の３次元表示装置に適用される表示用光学素子の他の例の概略構成を示す要部断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２の３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２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】本発明の実施の形態２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９】本発明の実施の形態２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１０】本発明の実施の形態２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１１】本発明の実施の形態２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１２】図６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１３】本発明の実施の形態２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１４】従来のフラットディスプレイの各画素の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…画素、１１…表示用光学素子、１２…壁、１３…拡散板、１５…オプティカルファイバプレート、２０，２１…ガラス基板、１００…観察者、１０１，１０２…透過型表示装置、１０３…光学系、１０４…３次元物体、１０５，１０６，１０７，１０８…２Ｄ化像、１１０…光源、２０１，２０２…液晶表示パネル、２０３，２１３，２０３１，２１３１…偏光板。
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月12日(2003.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
前記オプティカルファイバプレートを構成する各ファイバは、表示用光学素子の表面に垂直であることを特徴とする請求項１０に記載の３次元表示装置。