(57)【要約】【課題】立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能な三次元表示装置を提供する。【解決手段】右目用の視差像と左目用の視差像を表示する表示装置と、観察者の右目の眼前に設けられる第１の二焦点レンズと、観察者の左目の眼前に設けられる第２の二焦点レンズと、同期装置とを備え、同期装置は、第１及び第２の二焦点レンズの焦点距離を一方の焦点距離に切り替えたときに表示装置に表示される右目用及び左目用の視差像の輝度と、第１及び第２の二焦点レンズの焦点距離を他方の焦点距離に切り替えたときに表示装置に表示される右目用及び左目用の視差像の輝度を、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させる。【選択図】        図１
2004294848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右目用の視差像と、左目用の視差像を表示する表示装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に切替可能な第１の二焦点レンズと、
前記観察者の左目の眼前に設けられ、焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に切替可能な第２の二焦点レンズと、
前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離とに切り替え、かつ、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離とに切り替える同期装置とを備える三次元表示装置であって、
前記同期装置は、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度と、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第２の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させ、かつ、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度と、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第４の焦点距離に切り替えたときに前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させることを特徴とする三次元表示装置。
【請求項２】
前記観察者の右目の眼前に設けられる第１のシャッタ手段と、
前記観察者の左目の眼前に設けられる第２のシャッタとを備え、
前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、
前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を透過状態、前記第２のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を非透過状態、前記第２のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に時分割で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
【請求項３】
前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、
前記観察者の右目の眼前に設けられる第１のシャッタ手段と、
前記観察者の左目の眼前に設けられる第２のシャッタとを備え、
前記第１および第２の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、
前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、
前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を透過状態、前記第２のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の方向と第２の方向とに時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を非透過状態、前記第２のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の方向と第２の方向とに時分割で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
【請求項４】
前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する第１の手段と、
前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する第２の手段とを備え、
前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、
前記同期装置は、前記偏光切替器を制御し、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の偏光方向に切り替えるとともに、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第２の偏光方向に切り替えるとともに、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に時分割で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
【請求項５】
前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する第１の手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する第２の手段とを備え、
前記表示装置は、偏光方向が第１の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第２の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、
前記同期装置は、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に時分割で切り替え、かつ、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に時分割で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
【請求項６】
前記第１の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第１の偏光切替装置と、
前記第２の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第２の偏光切替装置と、
前記第１の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する第１の手段と、
前記第２の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する第２の手段とを備え、
前記第１および第２の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、
前記表示装置は、偏光方向が第１の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第２の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、
前記同期装置は、前記第１および第２の偏光切替器を制御し、前記第１および第２の偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向に時分割で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表示装置。
【請求項７】
前記観察者がかけるメガネを備え、
前記メガネは、左右のレンズとして、前記第１および第２の可変焦点レンズを有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、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察できる三次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元立体像を表示する装置として、二眼式立体表示装置が知られている（例えば、特許文献参照）。
図１７は、従来の二眼式立体表示装置の一例を示す図であり、この図１７に示す二眼式立体表示装置は、前述の特許文献の図２７に記載されている液晶シャッタ眼鏡方式の立体表示装置である。
以下、この液晶シャッタ眼鏡方式の原理について説明する。
この液晶シャッタ眼鏡方式においては、カメラ（６０２，６０３）により、三次元物体６０１を異なる方向から撮影し、三次元物体６０１を異なる方向から撮影した像（視差像）を生成する。
カメラ（６０２，６０３）により撮影された映像を、映像信号変換装置６０４で合成して１つの映像信号とし、二次元表示装置（例えば、ＣＲＴ表示装置）６０５に入力する。観察者６０７は、液晶シャッタ眼鏡６０６をかけて二次元表示装置６０５の映像を観察する。
ここで、二次元表示装置６０５がカメラ６０３の映像を表示している時に、液晶シャッタ眼鏡６０６は左側が非透過状態、右側が透過状態とされ、また、二次元表示装置６０５がカメラ６０２の映像を表示している時に、液晶シャッタ眼鏡６０６は左側が透過状態、右側が非透過状態とされる。
前記動作を高速で切り替えると、眼の残像効果により両眼に視差像が見えるように感じる。したがって、両眼視差による立体視が可能となる。
【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】
特許第３０２２５５８号公報
【非特許文献】
「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」（岡野、小林共編、培風館）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図１７に示す液晶シャッタ眼鏡方式は、立体視の生理的要因の中で、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間に大きな矛盾が生じる。
即ち、液晶シャッタ眼鏡方式では、両眼視差と輻輳はほぼ満足できるが、ピント面が表示面にあるため、この矛盾により、眼精疲労などを生じ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、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能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。
【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。
即ち、本発明は、右目用の視差像と、左目用の視差像を表示する表示装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に切替可能な第１の二焦点レンズと、前記観察者の左目の眼前に設けられ、焦点距離を第３の焦点距離と第３の焦点距離に切替可能な第２の二焦点レンズと、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離とに切り替え、かつ、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離とに切り替える同期装置とを備える三次元表示装置であって、前記同期装置は、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度と、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第２の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記右目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させ、かつ、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度と、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第４の焦点距離に切り替えたときに、前記表示装置に表示される前記左目用の視差像の輝度を、前記右目用の視差像および前記左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置に応じて変化させる。
【０００６】
また、本発明では、前記観察者の右目の眼前に設けられる第１のシャッタ手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられる第２のシャッタとを備え、前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を透過状態、前記第２のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を非透過状態、前記第２のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に時分割で切り替える。
【０００７】
また、本発明では、前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられる第１のシャッタ手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられる第２のシャッタとを備え、前記第１および第２の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、前記同期装置は、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を透過状態、前記第２のシャッタ手段を非透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の方向と第２の方向とに時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに、前記第１のシャッタ手段を非透過状態、前記第２のシャッタ手段を透過状態にするとともに、前記偏光切替装置を制御し、前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の方向と第２の方向とに時分割で切り替える。
【０００８】
また、本発明では、前記表示装置の前記観察者側に配置される偏光切替装置と、前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する第１の手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する第２の手段とを備え、前記表示装置は、前記右目用の視差像と前記左目用の視差像とを交互に表示し、前記同期装置は、前記偏光切替器を制御し、前記表示装置が前記右目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の偏光方向に切り替えるとともに、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に時分割で切り替え、また、前記表示装置が前記左目用の視差像を表示するときに前記偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第２の偏光方向に切り替えるとともに、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に時分割で切り替える。
【０００９】
また、本発明では、前記観察者の右目の眼前に設けられ、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する第１の手段と、前記観察者の左目の眼前に設けられ、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する第２の手段とを備え、前記表示装置は、偏光方向が第１の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第２の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、前記同期装置は、前記第１の二焦点レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離に時分割で切り替え、かつ、前記第２の二焦点レンズの焦点距離を第３の焦点距離と第４の焦点距離に時分割で切り替える。
【００１０】
また、本発明では、前記第１の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第１の偏光切替装置と、前記第２の二焦点レンズと前記表示装置との間に設けられる第２の偏光切替装置と、前記第１の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する第１の手段と、前記第２の偏光切替装置と前記表示装置との間に設けられ、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する第２の手段とを備え、前記第１および第２の二焦点レンズは、偏光型二焦点レンズであり、前記表示装置は、偏光方向が第１の偏光方向である前記右目用の視差像と、偏光方向が第２の偏光方向である前記左目用の視差像とを同時に表示し、前記同期装置は、前記第１および第２の偏光切替器を制御し、前記第１および第２の偏光切替装置から出力される視差像の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向に時分割で切り替える。
また、本発明では、前記観察者がかけるメガネを備え、前記メガネは、左右のレンズとして、前記第１および第２の可変焦点レンズを有する。
【００１１】
本発明によれば、観察者が、第１および第２の二焦点レンズが左右のレンズとして取り付けられたメガネをかけるなどの方法により、観察者の右目の眼前に第１の二焦点レンズと、前記観察者の左目の眼前に第２の二焦点レンズとを配置し、前述の特許文献に記載されているＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ  Ｆｕｓｅｄ  ３−Ｄ）方式の三次元表示装置の原理を適用し、右目用及び左目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように、観察者に知覚させるようにしたので、従来の二眼式立体表示装置で問題となっていた眼精疲労などを軽減することが可能となる。
【００１２】
【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。
図１は、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１に示す三次元表示装置は、表示装置２００と、観察者１００の右目の眼前に配置される第１の二焦点レンズ１３１と、観察者１００の左目の眼前に配置される第２の二焦点レンズ１３２と、同期装置２１０とを備える。ここで、表示装置２００は、右目用の視差像（二次元像）と、左目用の視差像を表示する。
ここで、第１の二焦点レンズ１３１は、焦点距離を、第１の焦点距離と第２の焦点距離とに切り替えることができ、また、第２の二焦点レンズ１３２は、焦点距離を、第３の焦点距離と第４の焦点距離とに切り替えることができる。
第１の二焦点レンズ１３１と第２の二焦点レンズ１３２とは、例えば、図１に示すように、メガネの左右のレンズとして取り付けられ、観察者１００は、このメガネをかけて表示装置２００を観察する。
【００１３】
図２は、従来の二眼式立体表示装置における三次元立体像の奥行き位置と、右目用および左目用の視差像におけ表示装置上の位置を示す模式図であり、同図において、１０は表示装置２００の表示面、１１は、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置を表す。
この図２において、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置１１の中の位置ｘ０の画素の、観察者１００が実際に観察する表示装置２００の表示面１０の位置は、右目用の視差像では２１の位置で、左目用の視差像では２２の位置となる。
このように、従来の二眼式立体表示装置では、立体視の生理的要因の中で、両眼視差と輻輳はほぼ満足できるが、右目用及び左目用の視差像のピント面が表示面にあるため、この矛盾により、眼精疲労などを生じるという問題点があった。なお、図２において、ｄＲ、ｄＬを視差量とすると、位置ｘ０、位置ｘ０の奥行き位置ｚ０、視距離（観察者と表示装置の表示面との間の距離）Ｄ、観察者の両眼間隔Ｅとの間には、下記（１）、（２）式の関係がある。
【数１】
ｄＬ＝ｚ０×（Ｅ／２−ｘ０）／（Ｄ−ｚ０）  ・・・・・・・・  （１）
ｄＲ＝ｚ０×（Ｅ／２＋ｘ０）／（Ｄ−ｚ０）  ・・・・・・・・  （２）
【００１４】
この問題点を解決するために、本実施の形態の三次元表示装置では、前述の特許文献に記載されているＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ  Ｆｕｓｅｄ  ３−Ｄ）方式の三次元表示装置の原理を適用し、右目用及び左目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように、観察者に知覚させて、従来の二眼式立体表示装置で問題となっていた眼精疲労などを軽減するものである。
以下、本実施の形態の三次元表示装置について説明するが、初めに、ＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ  Ｆｕｓｅｄ  ３−Ｄ）方式の三次元表示装置の原理について説明する。
図３は、ＤＦＤ方式の三次元表示装置の概略構成を示す図であり、前述の特許文献に図１として図示されている三次元表示装置である。
ＤＦＤ方式の三次元表示装置では、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。
【００１５】
以下、図３ないし図８を用いて、ＤＦＤ方式の三次元表示装置の表示原理について説明する。
図４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。
そして、図３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。
【００１６】
ＤＦＤ方式の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５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。
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６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。
【００１７】
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７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８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。
【００１８】
図９に示すように、本実施の形態の三次元表示装置では、同期装置２１０により、観察者１００の右目の眼前に配置された第１の二焦点レンズ１３１の焦点距離を、時分割で２段階に変化させ、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２１と結像面１０２２とに結像させる。
そして、同期装置２１０により、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２１に結像させる時に、表示装置２００に第１の視差像を表示し、また、表示装置２００に表示された二次元像を結像面１０２２に結像させる時に、表示装置２００に第２の視差像を表示する。この動作を人間の目の残像時間内に行う。
ここで、第１の視差像と第２の視差像は、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像である。
この場合、位置ｘ０の奥行き位置は、前述の（１）、（２）式により求めることができる。
【００１９】
前述したように、ＤＦＤ方式の三次元表示装置の重要な要点は、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次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
したがって、前述したように、第１の視差像と第２の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００（即ち、結像面（１０２１，１０２２））に表示することにより、観察者１００には、右目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように知覚される。
即ち、第１の視差像と第２の視差像として、右目用の視差像の輝度を一対一に分割した画像を表示装置２００に表示することにより、観察者１００には、結像面（１０２１，１０２２）の中間付近に、右目用の視差像のピント面があるように感じられる。
【００２０】
ここで、右目用の視差像の輝度の分割比率を変化させることにより、観察者１００に感じられる右目用の視差像のピント面は、結像面１０２１から結像面１０２２の間で変化させることができる。
また、左目用の視差像についても、右目用の視差像と同様に表示する。
これにより、観察者１００には、右目用および左目用の視差像のピント面が、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置にあるように感じられるので、本実施の形態の三次元表示装置では、従来の二眼式立体表示装置で問題となっていた眼精疲労などを軽減することができ、これにより、多人数の人が同時に長時間、三次元立体像を観察することが可能となる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態の三次元表示装置について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態の三次元表示装置の一例の概略構成を示す図である。
図１０に示す三次元表示装置は、第１の二焦点レンズ１３１の表示装置側に第１のシャッタ装置１４１が配置され、また、第２の二焦点レンズ１３２の表示装置側に第２のシャッタ装置１４２が配置されている点で、図１に示す三次元表示装置と相異する。
図１０に示す三次元表示装置では、表示装置２００が、右目用の視差像および左目用の視差像を交互に表示し、それに合わせて、同期装置２１０は、表示装置２００が右目用の視差像を表示するときに、第１のシャッタ装置１４１を透過状態、第２のシャッタ装置１４２を非透過状態となし、また、表示装置２００が左目用の視差像を表示するときに、第２のシャッタ装置１４２を透過状態、第１のシャッタ装置１４１を非透過状態となす。
【００２２】
また、同期装置２１０は、表示装置２００が右目用の視差像を表示するときに、第１の二焦点レンズ１３１の焦点距離を２段階に時分割で変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）に表示させる。
また、同期装置２１０は、表示装置２００が左目用の視差像を表示するときに、第２の二焦点レンズ１３２の焦点距離を２段階に時分割で変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。
なお、図１０に示す三次元表示装置において、第１および第２のシャッタ装置（１４１，１４２）は、第１および第２の二焦点レンズ（１３１，１３２）の観察者側に設置してもよい。
【００２３】
図１１は、本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
図１１に示す三次元表示装置は、表示装置２００の観察者側に偏光切替装置１３５が配置されるとともに、第１の二焦点レンズ１３１と第２の二焦点レンズ１３２が、偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）である点で図１０に示す三次元表示装置と相異する。
偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）は、入射される光の偏光方向により焦点距離が２段階に変化するレンズであり、入射される光の偏光方向により、図９に示すように、表示置２００に表示された二次元像を、第１の結像面１０２１と第２の結像面１０２２とに結像させることができる。
図１１に示す三次元表示装置では、表示装置２００が、右目用の視差像および左目用の視差像を交互に表示し、同期装置２１０は、表示装置２００が右目用の視差像を表示するときに、第１のシャッタ装置１４１を透過状態、第２のシャッタ装置１４２を非透過状態となし、また、表示装置２００が左目用の視差像を表示するときに、第２のシャッタ装置１４２を透過状態、第１のシャッタ装置１４１を非透過状態となす。
【００２４】
また、同期装置２１０は、表示装置２００が右目用の視差像を表示するときに、偏光切替装置１３５を制御し、偏光切替装置１３５から出力される右目用の視差像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向に時分割で切り替えて、偏光型二焦点レンズ１３３の焦点距離を時分割で２段階に変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。
また、同期装置２１０は、表示装置２００が左目用の視差像を表示するときに、偏光切替装置１３５を制御し、偏光切替装置１３５から出力される右目用の視差像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向に時分割で切り替えて、偏光型二焦点レンズ１３４の焦点距離を時分割で２段階に変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。
なお、図１１に示す三次元表示装置において、第１および第２のシャッタ装置（１４１，１４２）は、偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）の観察者側に設置してもよい。
【００２５】
図１２は、図１１に示す偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）の一例の概略構成を示す図である。
図１２に示す偏光型二焦点レンズは、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、固定焦点レンズ３０１と、複屈折領域３０２とから構成される。
ここで、固定焦点レンズ３０１は、例えば、図１２（ｂ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、または、図１２（ａ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凹レンズ、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるレンズ系、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるミラー系等により構成される。
また、複屈折領域３０２、例えば、液晶やＰＬＺＴ等からなる複領域屈折性を有する媒体で構成される。
【００２６】
ここで、固定焦点レンズ３０１の屈折率をｎ１とし、入射光の第１の偏光方向、並びに、第２の偏光方向における、複屈折領域３０２の屈折率を、それぞれｎ２１、ｎ２２とする。
例えば、複屈折領域３０２から光を入射した場合、入射光の偏光方向に応じてそれぞれに屈折率ｎ２１、ｎ２２を感じて進行した後、屈折率ｎ１の固定焦点レンズ３０１と接することになる。
したがって、出射光は、入射光の偏光状態に応じて異なった位置に結像する。即ち、偏光方向により焦点距離が相違する二焦点レンズとして動作する。
逆に、固定焦点レンズ３０１側から入射した場合にも、同様に固有偏光方向に応じた屈折率により、二つの結像面に分離して結像する。
なお、図１２に示すように、複屈折領域３０２が液晶の場合、配向膜３０３を付け加えることにより、複屈折領域３０２側から入射した光に対して、面内均一な分離を得ることができる。
【００２７】
また、図１２に示す偏光型二焦点レンズにおいて、固定焦点レンズ３０１がない場合でも、複屈折領域３０２の片面あるいは両面が、図１２に示すような、レンズ形状やプリズム形状をしている場合には、同様な効果がある。
さらに、複屈折性を有する媒体としては、液晶が屈折率異方性が大きいために有益であり、その種類としては通常のネマティック液晶の他、例えば、高分子分散型液晶、ホログラフィック高分子分散型液晶、高分子液晶、スメクティック液晶、強誘電液晶、高分子安定化強誘電液晶などがある。
さらに、液晶以外でも高分子材料の主軸を揃えて形成することにより複屈折性を得ることができることは明らかである。
本実施の形態の偏光切替装置１３５としては、例えば、電界や電圧により複屈折性を変化できる媒質（例えば、液晶やＰＬＺＴ等）を用いた装置がよく知られている。液晶を用いた装置としては、例えば、前述の非特許文献などに多くの種類が記載されている。
【００２８】
図１３は、本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
図１３に示す三次元表示装置は、表示装置２００の観察者側に偏光切替装置１３５が配置されるとともに、第１の二焦点レンズ１３１の表示装置側に、第１の直線偏光子１５１が配置され、また、第２の二焦点レンズ１３２の表示装置側に第２の直線偏光子１５２が配置されている点で、図１に示す三次元表示装置と相異する。
図１３に示す三次元表示装置では、表示装置２００が、右目用の視差像および左目用の視差像を交互に表示し、それに合わせて、同期装置２１０が、偏光切替装置１３５を制御し、偏光切替装置１３５から出力される右目用の視差像の偏光方向を第１の偏光方向に、偏光切替装置１３５から出力される左目用の視差像の偏光方向を第２の偏光方向に切り替える。
また、直線偏光子１５１は、偏光方向が第１の方向であり、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する。
同様に、直線偏光子１５２は、偏光方向が第２の方向であり、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する。
【００２９】
また、同期装置２１０は、表示装置２００が右目用の視差像を表示するときに、第１の二焦点レンズ１３１の焦点距離を２段階に時分割で変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。
また、同期装置２１０は、表示装置２００が左目用の視差像を表示するときに、第２の二焦点レンズ１３２の焦点距離を２段階に時分割で変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）に表示させる。
なお、図１３に示す三次元表示装置において、第１および第２の直線偏光子（１５１，１５２）は、第１および第２の二焦点レンズ（１３１，１３２）の観察者側に設置してもよい。
また、図１０、図１１、図１３に示す三次元表示装置において、表示装置２００としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどが使用される。
【００３０】
図１４は、本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
図１４に示す三次元表示装置では、表示装置２００が、偏光方向が第１の方向である右目用の視差像と、偏光方向が第２の方向である左目用の視差像を同時に表示するとともに、第１の二焦点レンズ１３１の表示装置側に、第１の直線偏光子１５１が配置され、また、第２の二焦点レンズ１３２の表示装置側に第２の直線偏光子１５２が配置されている点で、図１に示す三次元表示装置と相異する。
図１４に示す表示装置２００の一例を図１５に示す。
図１５に示す表示装置２００は、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）（１６１，１６２）と、スクリーン１６３とで構成される。
ここで、スクリーン１６３は、透過型のスクリーン、あるいは、反射型のスクリーンのどちらでもよい。
【００３１】
スクリーン１６３が透過型のスクリーンの場合は、第１および第２のプロジェクタ型二次元表示装置（１６１，１６２）が、スクリーン１６３の、観察者と反対側に配置され、スクリーン１６３が反射型のスクリーンの場合は、第１および第２のプロジェクタ型二次元表示装置（１６１，１６２）が、スクリーン１６３の観察者側に配置される。
第１のプロジェクタ型二次元表示装置１６１は、偏光方向が第１の方向の第３直線偏光子１５３を有し、右目用の視差像として、偏光方向が第１の方向の視差像をスクリーン１６３に投影する。
第２のプロジェクタ型二次元表示装置１６２は、偏光方向が第２の方向の第４直線偏光子１５４を有し、左目用の視差像として、偏光方向が第２の方向の視差像をスクリーン１６３に投影する。
また、直線偏光子１５１は、偏光方向が第１の方向であり、偏光方向が第１の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第２の偏光方向の光を遮断する。
同様に、直線偏光子１５２は、偏光方向が第２の方向であり、偏光方向が第２の偏光方向の光を通過させ、偏光方向が第１の偏光方向の光を遮断する。
【００３２】
また、同期装置２１０は、第１の二焦点レンズ１３１の焦点距離を２段階に時分割で変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、右目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。
また、同期装置２１０は、第２の二焦点レンズ１３２の焦点距離を２段階に時分割で変化させるとともに、第１の視差像と第２の視差像として、左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。
なお、図１４に示す三次元表示装置において、第１および第２の直線偏光子（１５１，１５２）は、第１および第２の二焦点レンズ（１３１，１３２）の観察者側に設置してもよい。
【００３３】
図１６は、本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
図１６に示す三次元表示装置は、第１の二焦点レンズ１３１と第２の二焦点レンズ１３２が、偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）であり、偏光型二焦点レンズ１３３と直線偏光子１５１との間に第１の偏光切替装置１３６が配置され、かつ、偏光型二焦点レンズ１３４と第２の直線偏光子１５２との間に第２の偏光切替装置１３７が配置される点で図１４に示す三次元表示装置と相異する。
図１６に示す三次元表示装置でも、表示装置２００が、偏光方向が第１の方向である右目用の視差像と、偏光方向が第２の方向である左目用の視差像を同時に表示する。
そして、同期装置２１０は、第１の偏光切替装置１３６と、第２の偏光切替装置１３７とを制御し、第１および第２の偏光切替装置（１３６，１３７）から出力される視差像の偏光方向を第１の偏光方向と、第２の偏光方向に時分割で切り替えるとともに、右目用および左目用の第１の視差像と第２の視差像として、右目用および左目用の視差像の各画素毎に、右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置（図２の１１）に応じて、輝度を分配した視差像を表示装置２００に（即ち、結像面（１０２１，１０２２）に）表示させる。なお、図１６に示す三次元表示装置において、偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）として、図１２に示すものが、また、表示装置２００として、図１５に示す表示装置が使用可能である。
【００３４】
なお、前述の説明では、第１および第２の二焦点レンズ（１３１，１３２）、または、偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）を、観察者１００の眼前に配置する方法として、第１および第２の二焦点レンズ（１３１，１３２）、または、偏光型二焦点レンズ（１３３，１３４）が左右のレンズとして取り付けられたメガネを用意し、観察者１００が、このメガネをかける方法を採用したが、第１および第２の二焦点レンズ（１３１，１３２）を、観察者１００の眼前に配置する方法は、これに限定されるものではなく、その他の方法を用いてもよい。
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。
【００３５】
【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。
本発明の三次元表示装置によれば、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、多人数の人が同時に三次元立体像を観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本となる三次元表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】従来の二眼式立体表示装置における三次元立体像の奥行き位置と、右目用および左目用の視差像におけ表示装置上の位置を示す模式図である。
【図３】ＤＦＤ方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図４】ＤＦＤ方式の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５】ＤＦＤ方式の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】ＤＦＤ方式の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】ＤＦＤ方式の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】ＤＦＤ方式の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９】本発明の実施の形態の三次元表示装置において、第１および第２の二焦点レンズによる結像面を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態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】本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１２】図１１、図１６に示す偏光型二焦点レンズの一例の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す表示装置の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１７】従来の二眼式立体表示装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…表示装置の表示面、１１…右目用の視差像および左目用の視差像による三次元立体像の奥行き位置、２１…観察者が実際に観察する右目用の視差像の表示装置の表示面の位置、２２…観察者が実際に観察する左目用の視差像の表示装置の表示面の位置、１００，６０７…観察者、１０１，１０２…表示面、１０３…光学系、１０４，６０１…三次元物体、１０５，１０６…２Ｄ化像、１３１，１３２…二焦点レンズ、１３３，１３４…偏光型二焦点レンズ、１３５，１３６，１３７…偏光切替装置、１４１，１４２…シャッタ装置、１５１〜１５４…直線偏光子、２００…表示装置、２１０…同期装置、１６１，１６２…プロジェクタ型二次元表示装置、１６３…スクリーン、３０１…固定焦点レンズ、３０２…複屈折領域、３０３…配向膜、６０２，６０３…カメラ、６０４…映像信号変換装置、６０５…ＣＲＴ表示装置、６０６…液晶シャッタ眼鏡、１０２１，１０２２…結像面。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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