JPH11272202A - 立体表示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体表示方法及び装置において、観察者から
見て前後の表示画像のファントム現象を回避し、動画再
生が可能で、より自然に近い立体視を可能にする。 【解決手段】 ２次元表示装置の表示像を観察する際
に、焦点可変手段により焦点位置を変化させて結像位置
を変化させ、３次元立体像を奥行き標本化した２次元像
のうち前記結像位置に該当する２次元像を前記２次元表
示装置に表示させ、人間の眼の残像時間以内に高速に繰
り返すことにより３次元立体像を表示する立体表示方法
において、２次元像をその結像位置に応じて別々の２次
元表示装置に表示させる第一のステップと、当該２次元
像が観察者から見て最前面の２次元像でない場合は、観
察者から見て当該２次元像より手前にある２次元像中の
物体像で当該２次元像が隠される部分をマスクで覆って
当該２次元像の該部分を表示させない第二のステップと
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体表示方法及び
装置に関し、特に、可変焦点型立体表示装置を有する奥
行き標本化型立体表示装置において、観察者から見て隠
れるべき画像部分を覆い隠すことによって、立体視にお
ける実際の像と奥行き標本化型立体表示装置による画像
との矛盾を解決することが可能な立体表示技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、２次元画像表示装置の２次元像を
奥行き方向に展開して３次元像を再現する立体表示装置
としては、可変焦点型立体表示装置（特開平９−２５８
２７１号公報）、あるいは奥行き標本化型立体表示装置
（「三次元映像」稲田修一編著、（株）昭晃堂、１９９
１．７．５、ｐ１３−２４）が良く知られている。

【０００３】図１０に前記可変焦点型立体表示装置の一
例として、可変焦点レンズ型装置の表示原理を説明する
ための図を示す。ここで、可変焦点レンズとは、フレネ
ルレンズと液晶の層を透明電極によって挟み、それに電
界をかけることによって液晶の屈折率が変化する作用に
より、焦点距離が変化するレンズである。

【０００４】まず、図１２に示すように、３次元物体１
２０６を観察者からの距離が等価な位置で平行な面で奥
行き標本化して、２次元像である奥行き標本化像の集合
１２０７に分解する。

【０００５】次に、図１０に示すように、この奥行き標
本化像１２０７を時分割で２次元表示装置１００１に表
示し、これを表示するべき位置に同期させて可変焦点レ
ンズ１００２の焦点距離を変化させる。これによりレン
ズの原理から、可変焦点レンズ１００２の焦点距離に対
応して、２次元表示装置１００１に表示した奥行き標本
化像１２０７の像位置が奥行き方向に変化する。

【０００６】したがって、これを人の眼の残像時間以内
に高速に行えば、残像効果により３次元画像（立体像）
１００３として観察できる。図１０（ａ）に３次元像が
虚像の場合（２次元表示装置１００１を可変焦点レンズ
１００２の焦点距離以内に配置）を、図１０（ｂ）に３
次元像が実像の場合（２次元表示装置１００１を可変焦
点レンズ１００２の焦点距離より外に配置）を示す。

【０００７】図１１に前記奥行き標本化型立体表示装置
の一例として、振動スクリーン型装置の表示原理を説明
するための図を示す。

【０００８】奥行き標本化とは物体を奥行き方向に平行
な面でかき割に分割したものを空間上に配置したもので
ある。図１２に示すように、３次元物体１２０６を奥行
き標本化して、２次元像である奥行き標本化像の集合１
２０７に分解する。次に、図１１に示すように、この奥
行き標本化像１２０７を時分割で画像の位置に応じて同
期させて２次元表示装置１１０１に表示し、この表示に
同期させて２次元表示装置１１０１を駆動装置１１０２
で奥行き方向の標本化位置に応じた位置に高速に移動さ
せる。これを人の眼の残像時間以内に高速に行えば、残
像効果により３次元像（立体像）１１０３として観察で
きる。

【０００９】前記した従来の立体表示装置では、実際に
表示像が奥行き方向に変化して表示されるため、人の立
体視の生理的要因（両眼視差、輻輳、ピント調節、動的
視差など）をほぼ満足できる利点を有している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、奥行き
方向を時分割で表示し、残像現象により３次元像に統合
するため、本来ならば観察者（例えば、図１０の１００
４，図１１の１１０４）の位置からでは隠されている、
物体の裏側や内部（例えば、図１０の１００５，図１１
の１１０５）、あるいは後方の物体などが透けて見える
ファントム現象を回避することが困難であるという問題
点を有していた。これは、自然な像を再現する上で大き
な障害となり、これらの立体表示装置が実質的にワイヤ
ーフレーム状の像の再現にしか使えない大きな原因とな
っていた。

【００１１】一方、立体視の生理的要因をほとんど満た
し、かつ、ファントム現象を回避できる立体表示方式と
して、ホログラフィがよく知られている。しかし、ホロ
グラフィは、撮像にコヒーレント光が必要である他、必
要な情報量が膨大であるため、電気的な書き換えが困難
であり、動的表示に適さないなどの問題点を有してい
る。

【００１２】このように、従来の立体表示装置では、立
体視の生理的要因をほぼ満足し、かつ、ファントム現象
を回避して自然な３次元像を動画再生することは困難で
あった。

【００１３】本発明の目的は、立体表示方法及び装置に
おいて、観察者から見て前後の表示画像のファントム現
象を回避し、動画再生が可能で、より自然に近い立体視
が可能な技術を提供することにある。

【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
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。

【００１５】

【発明を解決するための手段】本願において開示する発
明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下
のとおりである。

【００１６】（１）焦点可変手段を通して２次元表示装
置の表示像を観察する際に、前記焦点可変手段により焦
点位置を変化させて結像位置を変化させるステップと、
３次元立体像を奥行き標本化した２次元像のうち前記結
像位置に該当する２次元像を前記２次元表示装置に表示
させるステップとを、人間の眼の残像時間以内に高速に
繰り返すことにより３次元立体像を表示する立体表示方
法において、２次元像をその結像位置に応じて別々の２
次元表示装置に表示させる第一のステップと、当該２次
元像が観察者から見て最前面の２次元像でない場合は、
観察者から見て当該２次元像より手前にある２次元像中
の物体像で当該２次元像が隠される部分をマスクで覆っ
て当該２次元像の該部分を表示させない第二のステップ
とを有する。

【００１７】（２）前記第二のステップが、観察者から
見て前記２次元表示装置の表示する２次元像より手前に
ある２次元像の数と同数のマスクを用い、各々のマスク
のパターンを当該２次元像より手前にある各２次元像の
中の物体像がそれぞれ当該２次元像を隠す部分のパター
ンとし、各々のマスクを重ねることで、観察者から見て
当該２次元像より手前にある２次元像中の物体像で当該
２次元像が隠される部分を表示させないステップであ
る。

【００１８】（３）観察者の位置の移動に応じ、前記マ
スクに対し平行移動または拡大または縮小のいずれかま
たは複数の処理を行う。

【００１９】（４）半透明な立体像を表示する場合は、
前記マスクの透過率を変化させ、手前の２次元像で当該
２次元像の隠される部分を所望の透過率で表示させる。

【００２０】（５）表示像の結像位置を変化させる焦点
可変手段と、３次元立体像を奥行き標本化した２次元像
を表示する複数の２次元表示装置と、該複数の２次元表
示装置のうち最前面の２次元像を表示する２次元表示装
置を除く複数の２次元表示装置の各前面にそれぞれ一つ
または複数個配置したマスク装置と、前記焦点可変手段
の焦点位置の変化に同期して前記複数の２次元表示装置
の表示像のうち該当する表示像を選択するシャッター装
置と、前記２次元表示装置の各表示像を前記焦点可変手
段を通して観察できる位置に表示する表示手段とを具備
する立体表示装置である。

【００２１】（６）前記表示手段が、投影用スクリーン
と、前記２次元表示装置の表示像を当該投影用スクリー
ンに投射するために前記２次元表示装置の各々に設けた
投影光学系とからなる。

【００２２】（７）前記表示手段が、投影用スクリーン
と、同一光軸上に並べた、前記２次元表示装置から投射
される像を前面に反射し、後面の像はそのまま透過する
複数の反射装置と、前記２次元表示装置の表示像を前記
反射装置に反射させて前記投影用スクリーンに投射する
ために前記２次元表示装置の各々に設けた投影光学系と
からなる。

【００２３】（８）前記表示手段が、同一光軸上に並べ
た前記２次元表示装置から投射される像を前面に反射
し、後面の像はそのまま透過する複数の反射装置からな
る。

【００２４】（９）前記２次元表示装置が透過形の場合
は、前記マスク装置の各々を前記２次元表示装置の各背
面に配置する。

【００２５】（１０）表示像の結像位置を変化させる焦
点可変手段と、該焦点可変手段と同一光軸上に、前方や
側方からの光源の光を観察者の方向へ反射させ、かつ、
背面からの光は透過する手段を有する反射装置を、３次
元立体像を奥行き標本化した２次元像を表示する透過形
の２次元表示装置の背面に配置して組にしたものを複数
組配置し、最背面の２次元像を表示する前記反射装置と
２次元表示装置の組を除く、前記反射装置と２次元表示
装置の組の各背面に各々マスク装置を配置した立体表示
装置である。

【００２６】（１１）前記反射装置がホログラフィック
・オプティカル・エレメントからなる。

【００２７】（１２）表示像の結像位置を変化させる焦
点可変手段と、該焦点可変手段と同一光軸上に、前方や
側方からの光源の光を観察者の方向へ反射させ、かつ、
背面からの光は任意の画素を透過または遮断する手段を
有するマスク装置を、３次元立体像を奥行き標本化した
２次元像を表示する透過形の２次元表示装置の背面に配
置して組にしたものを複数組配置した立体表示装置であ
る。

【００２８】（１３）前記マスク装置がホログラフィッ
ク高分子分散液晶素子からなる。

【００２９】（１４）前記マスク装置が、ツイスト・ネ
マティック型液晶、またはゲスト−ホスト型液晶、また
はホログラフィック高分子分散型液晶を用いた、縦横に
画素を配置して任意の画素の状態の制御が可能な装置か
らなる。

【００３０】（１５）前記マスク装置が、マスクを機械
的に平行移動する手段、またはマスク表示の画素の相対
位置を保ちつつ表示を平行移動する手段、または光の屈
折あるいは回折を利用した光学素子によりマスク像の光
束を平行移動する手段のいずれかを有する。

【００３１】（１６）観察者の移動を検出する手段と、
検出した移動量に応じてマスクを移動・変形させる機能
とを有する。

【００３２】（１７）前記焦点可変手段が、可変焦点レ
ンズである。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態（実施
例）を図面を参照して詳細に説明する。

【００３４】（実施例１）図１は本発明の実施例１の立
体表示装置の構成を説明するための概略図であり、図１
（ａ）はスクリーンに対して前面から投影する形態を示
す図、図１（ｂ）は背面から投影する形態を示す図であ
る。

【００３５】本実施例１の立体表示装置は、図１に示す
ように、例えば、２次元表示装置１０１、１０２、投影
用スクリーン１０３、可変焦点レンズ１０４、シャッタ
ー装置１０５、１０６からなる従来の可変焦点レンズ型
立体表示装置と、マスクを移動する手段を具備するマス
ク装置１０７から構成される。２次元表示装置１０１、
１０２には、ＣＲＴ、プロジェクター、液晶ディスプレ
イ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等を用い
ることができる。

【００３６】なお、２次元表示装置１０１、１０２が液
晶ディスプレイのように透過型の場合は、図１３
（ａ）、（ｂ）に示すように、マスク装置１３０２を２
次元表示装置１３０１の前面あるいは後面のどちらに配
置しても良い。

【００３７】シャッター装置１０５、１０６は、可変焦
点レンズの焦点位置の変化、すなわち、結像位置の変化
と同期して奥行き画像を順番に時分割でスクリーンに表
示させるための装置であり、機械的なメカニカルシャッ
ターや液晶を用いたシャッターや強誘電体の電気光学効
果やドメイン・スイッチングを利用した強誘電体シャッ
ターなどを用いることができる。

【００３８】他の時分割の方法として、図１４の（ｂ）
に示すように、２次元表示装置１４０１が透過型あるい
は反射型の場合に限り、光源１４０４自体を画像の位置
に同期して点滅させる方法、あるいは図１４の（ａ）に
示すように、光源１４０３の光を透過／遮断させるシャ
ッター装置を光源の前面に配置し、時分割を行うことが
できる。

【００３９】ここで、１つの２次元表示装置から前後の
奥行き画像を表示する場合に、高速で画像の描画／消去
をする必要（例えば、前後３枚の奥行き画像の場合、１
枚あたり３０フレーム／秒の時には２次元表示装置では
９０フレーム／秒の表示が要求される）があり、マスク
装置も同様に高速で描画／消去を繰り返す必要がある。
ここでは、複数台の２次元表示装置と複数台のマスク装
置を用いることにより、この問題を解決することができ
る。

【００４０】前記可変焦点レンズ１０４は、焦点位置す
なわち結像位置を周期的に変化させるものであり、高周
波と低周波の切り替えにて駆動する二周波液晶を用いて
いるので、この周波数は毎秒６０Ｈｚ以上と高速であ
る。

【００４１】２次元表示装置１０１と１０２には、それ
ぞれ所望の標本化２次元像を表示させておき、シャッタ
ー装置１０５と１０６は初めは閉じておく。可変焦点レ
ンズ１０４の焦点位置を周期的に変化させたとき、結像
位置が１０８の位置になるタイミングと同期してシャッ
ター装置１０５を開け、２次元表示装置１０１より投影
用スクリーン１０３に像を投射して像１０８を表示し、
直ちにシャッター装置１０５を閉じる。次に、結像位置
が１０９の位置になるタイミングと同期してシャッター
装置１０６を開け、２次元表示装置１０２よりマスク装
置１０７を通して投影用スクリーン１０３に像を投射し
てして像１０９を表示し、直ちにシャッター装置１０６
を閉じる。

【００４２】前記可変焦点レンズ１０４の周期的な焦点
位置の変化に同期して前記の手順を繰り返す。このと
き、可変焦点レンズ１０４の１周期の速度は６０Ｈｚ以
上であるので、人間の眼の残像時間以内であり、観察者
には結像位置の異なる像１０８と１０９がほぼ同時に観
察され、空間上にある立体として認識される。なお、マ
スク装置１０７には像１０８に本来隠れて見えない部分
を隠すためのマスク像を表示し、像の重なり合う部分の
光を遮る役割をしている。このままでは観察者から像１
０８の陰になって見えるはずのない像１０９の一部分が
透けて見えてしまう。

【００４３】そこで、表示装置の前面または後面あるい
はそれと光学的に等価な位置に像１０８に隠れて見えな
い部分を覆い隠すマスク装置１０７を配置することによ
り、２次元表示装置１０１から表示される像１０８に隠
れていなければならない部分は、マスク装置１０７に遮
断され投影されないことにより、後の像１０９が透けて
見えることが無くなる。

【００４４】ここで、投影像に台形歪みができることが
予想されるが、これが問題にならないくらい２次元表示
装置１０１と投影用スクリーン１０３の距離を大きくと
り、投影する角度は小さいものとすればよい。あるいは
２次元表示装置１０１の表示画像を台形歪みを考慮して
変形したものを表示すればよいし、あるいはレンズ系に
よって表示画像を変形させてもよい。

【００４５】マスク装置１０７の概念図を図５に示す。
このマスク装置５０１のマスクには、縦横にマスク表示
画素５０２を配置した液晶パネル（ゲスト−ホスト型液
晶、ツイスト・ネマティック型液晶、高分子分散型液
晶、ホログラフィック高分子分散型液晶等）を使用し、
任意の画素について透過／遮断、または透過／反射、ま
たは透過／吸収の切り替えをすることができるものであ
る。そして半透明な物質を３次元の立体で表示するため
に、マスク装置のマスク表示５０３に、透過率の変化が
可能な液晶パネル（階調表現の可能なもの）を用いるこ
とにより、表現する物質に合わせた透過率で透過させ、
半透明物質でも表現可能なマスク装置である。

【００４６】このマスク装置５０１のマスク表示部分の
概念を図７に示す。

【００４７】（ａ）例えば表示画像７０１は最前面に表
示されるので、前面に画像がないためマスク無しでその
まま投影像７１０として投影される。

【００４８】（ｂ）次の表示画像７０２は、その前面に
ある表示画像７０１に隠れる部分を隠すためにマスク画
像７０７を通過させることにより、マスクに隠されない
部分のみの投影像７１１が投影される。

【００４９】（ｃ）同様に次の表示画像７０３は、すぐ
前面の表示画像を隠すマスク画像７０８を通過し、か
つ、最前面の表示画像を覆い隠すマスク画像７０７を通
過することにより、投影像７１２が投影される。

【００５０】（ｄ）同様に次の表示画像７０４は、すぐ
前面の表示画像を隠すマスク画像７０９を通過し、か
つ、もう１つ前面の表示画像を覆い隠すマスク画像７０
８を透過し、かつ、最前面の表示画像を覆い隠すマスク
画像７０７を通過することにより、投影像７１３が投影
される。従来の立体表示装置で４枚の奥行きをもった立
体表示画像を表示したものは表示画像７０５のように後
ろが透けて見えるが、本方法で表示したものは、投影像
７１４のように後ろが透けることなく表示することが可
能となる。

【００５１】さらに、観察者が移動したときには、その
動きに追従してマスク移動手段によりマスクを移動させ
ることによって、観察者からは前面の画像によって隠さ
れていなければならない後方の画像の一部分を観察者の
位置に応じて隠す。

【００５２】マスクの移動の概念を表したものを図８に
示す。正面からの像８０５から各方向へ動かしたときの
像を像８０１から像８０９に示す。例えば、左右方向の
場合、観察者が立体表示装置に向かって正面から右に移
動したときには、マスクを正面８０５から右８０６のよ
うに左方向へ移動することにより、観察者の位置から見
える必要のある部分は見ることができ、隠れていなけれ
ばならない部分は、マスクによって隠されている。

【００５３】上下方向の場合は正面８０５から上８０２
ヘ、あるいは下８０８へ移動させる。上下左右方向を同
時に動かすことにより、右上８０３や右下８０９などに
も移動することができる。

【００５４】移動量は観察者の上下左右の移動量に比例
した量を移動し、前後方向に対しても、観察者の前後位
置の移動量に比例して、表示するマスクの大きさを拡
大、縮小する。

【００５５】本発明の構成は、従来の立体表示装置の構
成にマスク移動手段を有するマスク装置を追加するのみ
であり、かつ、画像の複雑な加工が必要ないという利点
を有している。このため、動画のような表示の高速性を
要求するものに対しても適用が可能である。

【００５６】マスク装置の有するマスク移動手段の概念
図を図６に示す。前記移動機能を実現するには、図６
（ａ）に示すような、画素の表示をシフトレジスタ等を
用いて回路的に縦横にシフトさせるか、あるいは入力信
号をあらかじめソフトウェアなどでシフトしたものを入
力する方法、図６（ｂ）に示すような、機械的にマスク
装置自体を縦横に平行移動させる方法、図６（ｃ）に示
すような、プリズムや平行平板などの光学素子のマスク
装置に対する角度を変えることによってマスク装置に入
射する光の位置を平行移動させるような光の屈折や回折
を用いて曲げる、あるいは平行移動させる方法のいずれ
かを用いればよい。

【００５７】移動する観察者の位置を検出する手段とし
て、センサ類によって移動位置を検出する手段を図９に
示す。

【００５８】図９（ａ）に示すような、複数の赤外線セ
ンサをある角度毎に観察者を検出できるように並べ、観
察者の前方あるいは後方からどのセンサの範囲に観察者
がいるのかを検知する赤外線センサ方式、図９（ｂ）に
示すような、観察者の側方あるいは前方、あるいは後
方、あるいはその両方を組み合わせ、センサから観察者
までの距離を計測し観察者の位置を検知する超音波セン
サ方式、図９（ｃ）に示すような、レーザー光の反射を
利用し距離を測定することにより観察者の位置を検出す
るレーザー距離計測方式、光センサを床面、あるいは前
後、左右に配し、観察者によって光が遮られた場所を検
知する光センサ方式、図９（ｄ）に示すような、固定さ
れたカメラからの画像から画像処理により観察者の位置
を計算する、あるいはマーカーを付けた観察者のマーカ
ーの位置を画像から検出するカメラ方式、のいずれかを
用いることができる。

【００５９】（実施例２）図２は本発明の実施例２の立
体表示装置の構成を説明するための概略構成図であり、
図２（ａ）はスクリーンに対して前面から投影する事例
を示す図、図２（ｂ）は背面から投影する事例を示す図
である。

【００６０】前記実施例１では、２台の２次元表示装置
からの画像から、奥行き方向に２枚の立体表示を行って
いるが、本実施例２の立体表示装置は、複数台の２次元
表示装置からの画像から、奥行き方向に複数枚の立体表
示を行うものである。

【００６１】本実施例２の立体表示装置は、図２に示す
ように、各像より前に結像される像を覆い隠すために、
各表示装置の前あるいは光学的に等価な位置に、観察者
から見てその像より前面に表示される画像と重なる部分
を隠すためのマスクを表示するマスク装置を、その表示
画像より前面にある画像の数だけ配置することにより、
複数枚の奥行きが有る場合でも透けて見えるという問題
を解決できる。

【００６２】例えば、２次元表示装置２０１から投影用
スクリーン２０５に投影された画像を可変焦点レンズ２
０６によって像２１７に結像する。次の２次元表示装置
２０２からの像は２次元表示装置２０１からの像２１７
を覆い隠すためのマスク装置２１１を透過し像２１８に
結像する。この次の２次元表示装置２０３からの像２１
７は２次元表示装置２０１と２０２からの像２１８，２
１９を覆い隠すためのマスク装置２１２と２１３を透過
し像２２０に結像する。このように表示したい２次元表
示装置の前面に、観察者から見て前面に表示される画像
を隠すマスク装置を必要な数だけ透過させる構成であ
る。

【００６３】２次元表示装置２０１、２０２が透過型あ
るいは反射型（液晶ディスプレイなどでバックライトを
必要とするものや反射を利用したもの）の場合に限り、
バックライトなどの照明（ＥＬ，ＬＥＤ，蛍光管，放電
管，電球を含む）の前面にシャッター装置を配置し、バ
ックライトの光源からの光を透過／遮断する、あるいは
シャッター装置の代わりにバックライトの光源を直接点
滅させることによって時分割を行うことができる。

【００６４】（実施例３）図３は本発明の実施例３の立
体表示装置の構成を説明するための概念図であり、図３
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ異なる結像方式を説明するた
めの概念図である。

【００６５】前記実施例１、２では、奥行き方向の数に
よって各々の２次元表示装置の前面にマスク装置のマス
クの数が数多く必要であり、同じ動作をするマスクが各
表示装置ごとに存在している。

【００６６】本発明の実施例３の立体表示装置は、図３
に示すように、全ての投影あるいは透過する画像の光束
の中心を同じにし、各々の２次元表示装置からの画像が
必要なマスクだけを通過するように構成したものであ
る。

【００６７】例えば、２次元表示装置３０１に表示した
画像は、シャッター装置３０７と投影光学系３２１を通
過し、反射装置３１４によって投影用スクリーン３０５
に投射される。その投射された像を可変焦点レンズ３０
６によって像３１７に結像させる。２次元表示装置３０
２に表示した画像は、シャッター装置３０８と投影光学
系３２２を通過し、反射装置３１５によって観察者から
見て、その像より前面に結像される像を覆い隠すための
マスク装置３１１を透過し、投影用スクリーン３０５に
投射される。その投射された像を可変焦点レンズ３０６
によって像３１８に結像させる。

【００６８】２次元表示装置３０３に表示した画像は、
像３１９に結像される過程で、観察者から見てその像よ
り前面に結像される像を覆い隠すためのマスク装置３１
１と３１２を通過する。このマスク装置のマスクによっ
て２次元表示装置から表示された像３１７と３１８の陰
になる部分をマスクしている。このように観察者から見
て後方の像は、その像よりも前面の像を隠す共通したマ
スク装置を通過することにより、この方式では（奥行き
方向の像の数−１）枚のマスクだけ用意することによっ
て構成できる利点がある。

【００６９】ここで、各２次元表示装置からの像の光軸
を一致させるために、ハーフミラー、ＨＯＥ（ホログラ
フィック・オプティカル・エレメント：ある一方向から
の光だけを反射させ、それ以外の方向の光は透過させる
もの）などを用いて、背面からの光は透過し前面からの
光を反射する反射装置３１４、３１５、３１６を構成す
る。

【００７０】この反射装置にＨＰＤＬＣホログラフィッ
ク高分子分散型液晶（高速で反射／透過あるいは遮断／
透過の動作を駆動できる液晶）を利用することにより、
反射装置とシャッター装置の機能を１つの反射装置で共
用化でき、しかもＨＰＤＬＣに画素を配することによ
り、反射装置とシャッター装置とマスク装置の３つの機
能を１つの反射装置で共用化することができる。

【００７１】（実施例４）図４は本発明の実施例４の立
体表示装置の構成を説明するための概略構成図であり、
２次元表示装置として、透過性のある装置（液晶ディス
プレイ等）を用いて、複数の表示装置を積層させた構成
を示す。

【００７２】本発明の実施例４の立体表示装置は、図４
（ａ）に示すように、ＨＯＥを有する反射装置を配置
し、前方や側方からの光源の光を観察者の方向へ反射さ
せ表示装置のバックライトと同様の機能を持たせ、か
つ、背面からの光は透過させる。反射装置のすぐ後ろに
マスク装置を配置することによって、前の２次元表示装
置の画像に隠れていなければならない、後側になる２次
元表示装置の画像の一部分を隠すことができる構成であ
る。

【００７３】例えば、２次元表示装置４０３に表示され
る像４１５は、マスク装置４１０によって像４１６すな
わち２次元表示装置４０２の陰になる部分をマスクし、
マスク装置４０９によって像４１７、すなわち２次元表
示装置４０１の陰になる部分をマスクし、像４１５とし
て結像される。

【００７４】また、図４（ｂ）に示すように、画素を縦
横に配置することにより任意の画素を透過／遮断あるい
は透過／反射させ、かつ後方以外からの任意の方向から
の光源の光を観察者の方向へ反射させることにより、マ
スクされていない背面からの光は透過させ、マスクした
部分は光を観察者の方向へは通過させない、ＨＰＤＬＣ
を含むマスク装置を配置する構成である。

【００７５】２次元表示装置のすぐ後にマスク装置を配
置することによって、前の２次元表示装置の画像に隠れ
ていなければならない、後側になる２次元表示装置の画
像の一部分を隠すことができる構成である。例えば、２
次元表示装置４０３に表示される像４１５は、マスク装
置４１９によって像４１６、すなわち２次元表示装置４
０２の陰になる部分をマスクし、マスク装置４１８によ
って像４１７、すなわち２次元表示装置４０１の陰にな
る部分をマスクし、像４１５として結像される。この構
成の場合、２次元表示装置の画像位置とレンズの焦点距
離が一致したときに合わせて、２次元表示装置４０１、
４０２、４０３、４０４の順番に２次元像を表示してい
くことにより、像４１４、４１５、４１６、４１７を投
影する構成である。

【００７６】以上、本発明を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し得る
ことはいうまでもない。

【００７７】

【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。

【００７８】可変焦点型立体表示装置あるいは奥行き標
本化型立体表示装置を含む立体表示装置と、光の透過／
遮断、透過／散乱、透過／反射に切り替わり、かつ、移
動することができるマスクを有するマスク装置により、
観察者から見て本来隠されていなければならない部分を
隠し、かつ、観察者の移動にともなってマスク装置を移
動させる移動装置によって、観察者の位置を特定せず、
自然な３次元像を動画再生できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の立体表示装置の構成を
説明するための概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態２の立体表示装置の構成を
説明するための概略構成図である。

【図３】本発明の実施の形態３の立体表示装置の構成を
説明するための概略構成図である。

【図４】本発明の実施の形態４の立体表示装置の構成を
説明するための概略構成図である。

【図５】マスク装置の構成を説明するための概略図であ
る。

【図６】移動装置の構成を説明するための概略図であ
る。

【図７】マスク装置のマスクの表示を説明するための概
略図である。

【図８】マスク装置マスクの移動を説明するための概略
図である。

【図９】視点移動検出方法を説明するための概略図であ
る。

【図１０】従来の可変焦点レンズを用いた立体表示装置
の構成を説明するための概略構成図である。

【図１１】従来の奥行き標本化型立体表示装置の構成を
説明するための概略構成図である。

【図１２】奥行き標本化の原理を説明するための図であ
る。

【図１３】可変焦点レンズを用いた立体表示装置の構成
を説明するための概略構成図である。

【図１４】可変焦点レンズを用いた立体表示装置の構成
を説明するための概略構成図である。

【符号の説明】

１０１、１０２…２次元表示装置、１０３…投影用スク
リーン、１０４…可変焦点レンズ、１０５、１０６…シ
ャッター装置、１０７…マスク装置、２０１〜２０４…
２次元表示装置、２０５…投影用スクリーン、２０６…
可変焦点レンズ、２１１〜２１６…マスク装置、２２１
〜２２４…投影光学系、３０１〜３０４…２次元表示装
置、３０５…投影用スクリーン、３０６…可変焦点レン
ズ、３０７〜３１０…シャッター装置、３１１〜３１３
…マスク装置、３１４〜３１６…反射装置、３２１〜３
２４…投影光学系、４０１〜４０４…２次元表示装置、
４０５〜４０８…反射装置、４０９〜４１１…マスク装
置、４１２…可変焦点レンズ、４１３…光源、５０１…
マスク装置、６０１〜６０３…マスク装置、６１０、６
１１…平行平板・プリズム、９０１…立体表示装置、９
０２…赤外線センサ、９０３…超音波距離センサ・レー
ザ距離センサ、９０４…光センサ、９０５…カメラ。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点可変手段を通して２次元表示装置の
   表示像を観察する際に、前記焦点可変手段により焦点位
   置を変化させて結像位置を変化させるステップと、３次
   元立体像を奥行き標本化した２次元像のうち前記結像位
   置に該当する２次元像を前記２次元表示装置に表示させ
   るステップとを、人間の眼の残像時間以内に高速に繰り
   返すことにより３次元立体像を表示する立体表示方法に
   おいて、 前記２次元像をその結像位置に応じて別々の２次元表示
   装置に表示させる第一のステップと、当該２次元像が観
   察者から見て最前面の２次元像でない場合は、観察者か
   ら見て当該２次元像より手前にある２次元像中の物体像
   で当該２次元像が隠される部分をマスクで覆って当該２
   次元像の該部分を表示させない第二のステップとを有す
   ることを特徴とする立体表示方法。
2. 【請求項２】 前記第二のステップが、観察者から見て
   前記２次元表示装置の表示する２次元像より手前にある
   ２次元像の数と同数のマスクを用い、各々のマスクのパ
   ターンを当該２次元像より手前にある各２次元像の中の
   物体像がそれぞれ当該２次元像を隠す部分のパターンと
   し、各々のマスクを重ねることで、観察者から見て当該
   ２次元像より手前にある２次元像中の物体像で当該２次
   元像が隠される部分を表示させないステップであること
   を特徴とする請求項１に記載の立体表示方法。
3. 【請求項３】 観察者の位置の移動に応じ、前記マスク
   に対し平行移動、拡大、縮小のうちいずれかまたは複数
   の処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載
   の立体表示方法。
4. 【請求項４】 半透明な立体像を表示する場合は、前記
   マスクの透過率を変化させ、手前の２次元像で当該２次
   元像の隠される部分を所望の透過率で表示させることを
   特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の
   立体表示方法。
5. 【請求項５】 表示像の結像位置を変化させる焦点可変
   手段と、３次元立体像を奥行き標本化した２次元像を表
   示する複数の２次元表示装置と、該複数の２次元表示装
   置のうち最前面の２次元像を表示する２次元表示装置を
   除く複数の２次元表示装置の各前面にそれぞれ一つまた
   は複数個配置したマスク装置と、前記焦点可変手段の焦
   点位置の変化に同期して前記複数の２次元表示装置の表
   示像のうち該当する表示像を選択するシャッター装置
   と、前記２次元表示装置の各表示像を前記焦点可変手段
   を通して観察できる位置に表示する表示手段とを具備す
   ることを特徴とする立体表示装置。
6. 【請求項６】 前記表示手段が、投影用スクリーンと、
   前記２次元表示装置の表示像を当該投影用スクリーンに
   投射するために前記２次元表示装置の各々に設けた投影
   光学系とからなることを特徴とする請求項５に記載の立
   体表示装置。
7. 【請求項７】 前記表示手段が、投影用スクリーンと、
   同一光軸上に並べた、前記２次元表示装置から投射され
   る像を前面に反射し、後面の像はそのまま透過する複数
   の反射装置と、前記２次元表示装置の表示像を前記反射
   装置に反射させて前記投影用スクリーンに投射するため
   に前記２次元表示装置の各々に設けた投影光学系とから
   なることを特徴とする請求項５記載の立体表示装置。
8. 【請求項８】 前記表示手段が、同一光軸上に並べた前
   記２次元表示装置から投射される像を前面に反射し、後
   面の像はそのまま透過する複数の反射装置からなること
   を特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
9. 【請求項９】 前記２次元表示装置が透過形の場合は、
   前記マスク装置の各々を前記２次元表示装置の各背面に
   配置することを特徴とする請求項５乃至８のうちいずれ
   か１項に記載の立体表示装置。
10. 【請求項１０】 表示像の結像位置を変化させる焦点可
    変手段と、該焦点可変手段と同一光軸上に、前方や側方
    からの光源の光を観察者の方向へ反射させ、かつ、背面
    からの光は透過する手段を有する反射装置を、３次元立
    体像を奥行き標本化した２次元像を表示する透過形の２
    次元表示装置の背面に配置して組にしたものを複数組配
    置し、最背面の２次元像を表示する前記反射装置と２次
    元表示装置の組を除く、前記反射装置と２次元表示装置
    の組の各背面に各々マスク装置を配置したことを特徴と
    する立体表示装置。
11. 【請求項１１】 前記反射装置がホログラフィック・オ
    プティカル・エレメントからなることを特徴とする請求
    項１０に記載の立体表示装置。
12. 【請求項１２】 表示像の結像位置を変化させる焦点可
    変手段と、該焦点可変手段と同一光軸上に、前方や側方
    からの光源の光を観察者の方向へ反射させ、かつ、背面
    からの光は任意の画素を透過または遮断する手段を有す
    るマスク装置を、３次元立体像を奥行き標本化した２次
    元像を表示する透過形の２次元表示装置の背面に配置し
    て組にしたものを複数組配置したことを特徴とする立体
    表示装置。
13. 【請求項１３】 前記マスク装置がホログラフィック高
    分子分散液晶素子からなることを特徴とする請求項１２
    に記載の立体表示装置。
14. 【請求項１４】 前記マスク装置が、ツイスト・ネマテ
    ィック型液晶、またはゲスト−ホスト型液晶、またはホ
    ログラフィック高分子分散型液晶を用いた、縦横に画素
    を配置して任意の画素の状態の制御が可能な装置からな
    ることを特徴とする請求項５乃至１１のうちいずれか１
    項に記載の立体表示装置。
15. 【請求項１５】 前記マスク装置が、マスクを機械的に
    平行移動する手段、またはマスク表示の画素の相対位置
    を保ちつつ表示を平行移動する手段、または光の屈折あ
    るいは回折を利用した光学素子によりマスク像の光束を
    平行移動する手段のいずれかを有することを特徴とする
    請求項５乃至１４のうちいずれか１項に記載の立体表示
    装置。
16. 【請求項１６】 観察者の移動を検出する手段と、検出
    した移動量に応じてマスクを移動・変形させる機能とを
    有することを特徴とする請求項５から１５に記載の立体
    表示装置。
17. 【請求項１７】 前記焦点可変手段が、可変焦点レンズ
    であることを特徴とする請求項５乃至１６のうちいずれ
    か１項に記載の立体表示装置。