JP3789321B2 - 表示方法および表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示方法および表示装置に係わり、特に、二次元像と三次元像とを表示可能な表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＤＭＤ（Digital Mirror Display）、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のように、二次元像を表示する二次元表示装置は、広く使用されている。
また、三次元立体像を表示する三次元表示装置として、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て、三次元立体像を連続的に表示可能な三次元表示方法が、例えば、特許第３０２２５５８号明細書（以下、文献（イ）という。）に開示されている。
【０００３】
この文献（イ）に記載されている三次元表示方法は、光学的に、複数の表示面、例えば、表示面Ａと、表示面Ｂの２個の表示面を観察者から見て異なった奥行き位置に配置する。
そして、表示面Ａと表示面Ｂの間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する場合には、三次元物体を観察者から見て表示面Ａと表示面Ｂとに射影した二次元像を生成し、これらの二次元像を、表示面Ａと表示面Ｂとに各々表示し、かつ、これらの二次元像の輝度を三次元物体の奥行き位置に応じて変化させる。
このようにすることで、二次元像は、表示面Ａと表示面Ｂの奥行き位置のみに表示されるにも拘わらず、観察者には、三次元物体の奥行き位置にあると感じさせることができる。
このように、前述の文献（イ）に記載の三次元表示方法では、立体視の生理的要因間の矛盾を抑制でき、かつ情報量を少なくでき、電気的に書き換え可能な三次元動画像を再生することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来より、二元像を単独で表示する二次元表示装置、あるいは、三元像立体を単独で表示する三次元表示装置は知られているが、同一の表示装置で、二次元像と三次元立体像とを表示する表示装置は知られていない。
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、同一の装置で、二次元像と三次元像とを切り替えて表示可能な表示方法および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、二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示方法であって、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面の中の、互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に、光を透過あるいは遮断する切替板を配置し、前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成し、前記切替板を透過状態に切り替え、前記生成された二次元像の輝度（あるいは透過度）を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記生成された二次元像を複数の表示面に表示して三次元立体像を表示し、前記切替板を遮断状態に切り替え、二次元像を観察者から見て前記切替板の前方の表示面に表示して二次元像を表示する。
【０００６】
また、本発明は、二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示装置であって、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面と、前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に配置され、光を透過あるいは遮断する第２の手段と、前記第２の手段を透過状態、あるいは遮断状態に切り替え、観察者から見て前記第２の手段の後方の表示面に表示される二次元像を透過、あるいは遮断する第３の手段と、前記第２の手段が透過状態のときに、前記各表示面に表示される二次元像の輝度（あるいは透過度）を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記第１の手段で生成された二次元像を前記複数の表示面に表示する第４の手段と、前記第２の手段が非透過状態のときに、観察者から見て前記第２の手段の前方の表示面に二次元像を表示する第５の手段とを具備することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記第２の手段は、透過状態あるいは散乱状態に切替可能な散乱板、または、透過状態あるいは反射状態に切替可能な反射板であることを特徴とする。
【０００７】
【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］
なお、本実施の形態では、像を配置する「面」という表現を用いるが、これは光学などで多用される像面などと同様な表現であり、かつこのような像面を実現する手段としては、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、波長板などの種々の光学素子と、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＤＭＤ（Digital Mirror Display）、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の二次元表示装置とを用いて、多くの光学的組み合わせ技術により、実現可能なことは明らかである。
また、提示する三次元立体像を主に２つの面に二次元像として表示する場合について述べるが、これを２つ以上の面としても同様な効果が期待できることは明らかである。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態１の表示方法を説明するための図である。
図１に示すように、本実施の形態では、観察者１００の前面に複数の面、例えば、面（１０１，１０２）（面１０１が面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの面（１０１，１０２）にそれぞれ二次元像を表示する。
これらの面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するためには、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系を構築する。
この二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、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、この表示面の設定方法については、前述の文献（イ）を参照されたい。
さらに、本実施の形態では、面１０１と、面１０２との間に、切替板２００が配置される。
【０００９】
この切替板２００は、透過状態と非透過状態とが切替可能であり、透過状態において、切替板２００の後側の面１０２に表示された二次元像を透過させ、非透過状態において、切替板２００の後側の面１０２に表示された二次元像を散乱させて遮断する。
したがって、この切替板２００が非透過状態のときには、面１０１に普通の二次元像を表示することにより、観察者１００には、面１０１に表示される二次元像が観察される。
また、この切替板２００が透過状態のときには、観察者１００には、三次元立体像が観察される。
なお、この切替板２００は、切替制御装置２１０により制御される。
【００１０】
以下、切替板２００が透過状態のときに、三次元立体像を表示する三次元表示方法について、図２ないし図６を用いて説明する。なお、図３ないし図６では、切替板２００の図示は省略している。
初めに、図２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、前記の面（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、視線方向から三次元物体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】
図３に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々面１０１と面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。
本実施の形態においても、前述の文献（イ）に記載の方法と同様に、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て、表示面１０１と表示面１０２の間に存在する三次元物体１０４の三次元立体像を表示する。
【００１２】
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。
例えば、三次元物体１０４が面１０１上にある場合には、図３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、面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度をゼロとする。
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面１０１より面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図４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。
なお、図３ないし図６では、白黒図面であるため、分かりやすいように、輝度の高い方を濃く示してある。
【００１３】
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面１０１より面１０２側にさらに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、三次元物体１０４が面１０２上にある場合には、図６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、面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度をゼロとする。
なお、前述の説明において、面（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像の輝度をゼロとするとは、面（１０１，１０２）上に何も表示しないことを意味する。
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、面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、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。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００１４】
なお、前記説明においては、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、例えば、面（１０１，１０２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態の方法は、例えば、三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。
三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１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、三次元物体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。
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。
図７（ａ）が観察者１００に近い面、例えば、面１０１に表示される２Ｄ化像の一例であり、図７（ｂ）が観察者１００に遠い面、例えば、面１０２に表示される２Ｄ化像の一例である。
例えば、三次元物体として、図７に示したようなケーキを例に取ると、上に立てたロウソクを除き、ケーキ（三次元物体）の上面及び下面は、例えば、ほぼ平坦であり、かつその側面は、例えば、円柱状であり、ロウソクは、例えば、上面の円周近傍に配置する。
【００１５】
この場合の２Ｄ化像では、上面及び下面においては、上方の方が奥に位置し、かつその側面では真ん中が手前で端に行くに従って奥に位置し、さらに隠れている上方の真ん中は奥に位置することとなる。
この場合、上面及び下面における輝度変化は、観察者１００に近い面、例えば、面１０１においては、図７（ａ）に示すように、観察者１００に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が高く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度が低くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
また、観察者に遠い面、例えば面１０２においては、図７（ｂ）に示すように、観察者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が低く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度が高くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
【００１６】
次に、円柱部分の輝度変化もその奥行き位置に対応して、観察者１００に近い面、例えば、面１０１においては、図７（ａ）に示すように、観察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が高く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が低くなるように徐々に変化させる。
また、観察者１００に遠い面、例えば、面１０２においては、図７（ｂ）に示すように、観察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が低く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が高くなるように徐々に変化させる。
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、表示しているのが二次元像であっても、観察者１００にはあたかも上面、下面がほぼ平らな円柱状のケーキがあるように感じられる。
【００１７】
なお、前述の説明では、二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、二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、同様な手法により三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の三次元物体が、中間の面と、観察者１００に遠い面との間に第２の三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の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の面と、観察者１００に遠い面とに第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
【００１８】
さらに、本実施の形態においては、２Ｄ化像が三次元的に移動する場合に関しては特に述べなかったが、観察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表示面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、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、三次元立体像の奥行き位置の時間的変化に対応して変化させることにより、三次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、三次元立体像が面１０１より面１０２まで時間的に移動する場合について説明する。
三次元立体像が面１０１上にある場合には、面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元立体像の輝度に等しくし、面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、三次元立体像が、次第に観察者１００より時間的に少し遠ざかり、面１０１より面１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的に少し上げる。
【００１９】
次に、例えば、三次元立体像が観察者１００より時間的にさらに遠ざかり、面１０１より面１０２側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的にさらに下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的にさらに上げる。
また、例えば、三次元立体像が、遂に面１０２上まで時間的に移動してきた場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させてこの上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度がゼロとなるまで変化させる。
【００２０】
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（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも面（１０１，１０２）の間を、面１０１から面１０２に三次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。
なお、前述の説明では、三次元立体像が面１０１から面１０２まで移動する場合について述べたが、これが面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から面１０２まで移動する場合や、面１０１から面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から面（１０１，１０２）の間の途中の別な奥行き位置まで移動する場合であっても、同様なことが可能なことは明らかである。
【００２１】
また、前述の説明では、２Ｄ化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１００に提示する三次元立体像が２つの面の間を移動する場合について述べたが、二次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次元物体が複数の面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、三次元立体像を表示可能であり、同様な効果が期待できることは明らかである。
さらに、前述の説明では、１個の三次元立体像が二次元像を配置する２つの面内で移動する場合について説明したが、複数個の三次元物体が移動する場合、即ち、表示される二次元像が、それぞれ移動方向の異なる複数の物体像を含む場合には、各表示面に表示される物体像の輝度を、物体像毎に、その物体の移動方向および移動速度に応じて変化させればよいことは明らかである。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の文献（イ）（特許第３０２２５５８号明細書）を参照されたい。
【００２２】
以下、本実施の形態の表示方法を実現するための表示装置の一例について説明する。
図８に示す表示装置は、複数の二次元表示装置（１２１，１２２）と、全反射鏡１２３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前述した複数の二元像を表示する結像面（１２５，１２６）を構成したものである。
各々の配置を変えることにより、二次元表示装置１２１の表示が全反射鏡１２３で反射して部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができる。これにより、前述の面（１０１，１０２）を構成することができる。
このような光学系では、鏡のみを用いるため、画質の劣化が少ない利点を有する。
【００２３】
前記二次元表示装置（１２１，１２２）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、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ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を用いる。
但し、本実施の形態における全反射鏡１２３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１２１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは明らかである。
また、図８では、像面の奥行き位置の順序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、全反射鏡あるいは部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２４】
また、図９に示すように、前記全反射鏡１２３を使わずに二次表示装置１２１を直接配置し、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前述した複数の二元像を表示する面（１２５，１２６）を構成したものである。
即ち、二次元表示装置１２１の表示が部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができる。これにより、前述の面（１０１，１０２）を構成することができる。
なお、図９では、像面の奥行き位置の順序が、二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２５】
前記光学系にレンズなどを含めることにより、像面の位置をよりフレキシブルに変更できる一実施の形態を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。
図１０（ａ）に示すように、複数の二次元表示装置（１３１，１３２）と、例えば、全反射鏡１３３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置関係をより柔軟に設定できることが分かる。
但し、本実施の形態における全反射鏡１３３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１３１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは明らかである。
【００２６】
また、図１０（ｂ）に示すように、前記全反射鏡１３３を使わずに二次元表示装置１３１を直接配置し、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置関係をより柔軟に設定できる。
勿論、凸レンズだけでなく組み合わせレンズなどのレンズ光学系を用いることが歪みなどの点で有利になる場合もあることは、通常のレンズ光学系と同様である。
また、この場合はレンズの焦点距離よりも近い位置に二次元表示装置を設置した虚像を用いる場合を例として示したが、レンズの焦点距離よりも遠い位置に二次元表示装置を設置する実像を用いる場合でも同様なことができることは明らかである。
さらに、図１０では、結像面の奥行き位置の順序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることやレンズなどの光学系の配置により、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２７】
［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２の概略構成を示す図である。
本実施の形態では、図１１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（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を用いて光学系を構築する。
即ち、本実施の形態では、前述の実施の形態１の表示面（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。
本実施の形態では、一例として光源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。
なお、本実施の形態に使用可能な透過型表示装置については、特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
【００２８】
また、前述実施の形態と同様、本実施の形態でも、透過型表示装置１１１と、透過型表示装置１１２との間に、切替板２００が配置される。
したがって、この切替板２００が非透過状態のときには、透過型表示装置１１１に普通の二次元像を表示することにより、観察者１００には、透過型表示装置面１１１に表示される二次元像が観察される。
また、この切替板２００が透過状態のときには、観察者１００には、三次元立体像が観察される。
以下、切替板２００が透過状態のときに、三次元立体像を表示する三次元表示方法について説明する。
本実施の形態においても、前述の実施の形態１と同様、観察者１００に提示したい三次元物体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。
【００２９】
前記２Ｄ化像（１０７，１０８）を、図１１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。
本実施の形態では、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、三次元物体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との間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する。
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。
【００３０】
例えば、三次元物体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の輝度が三次元物体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、三次元物体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。
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、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。
【００３１】
さらに、例えば、三次元物体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の輝度が三次元物体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。
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、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三次元物体１０４があるように感じられる。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００３２】
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、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、例えば、三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、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が三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二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、三次元立体像の動画を表現することができることは明らかである。
【００３３】
なお、前記実施の形態１では、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
また、本実施の形態では、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、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
即ち、前記実施の形態１の方法では、三次元物体１０４に近い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度を、三次元物体１０４に遠い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度よりも増加させるのに対して、本実施の形態の方法では、三次元物体１０４に近い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を、三次元物体１０４に遠い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度よりも減少させる点で異なっている。
【００３４】
したがって、本実施の形態において、前記実施の形態１と同様の手法を用いて、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、三次元立体像の動画を表現する場合には、前記実施の形態１において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を増加させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を減少させ、また、前記実施の形態１において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を減少させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を増加させるようにすればよい。
また、本実施の形態においても、二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、二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、三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。
【００３５】
例えば、透過型表示装置が３つで、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置との間に第１の三次元物体が、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置との間に第２の三次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置とに、第１の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置に第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１１１，１１２）の一方、あるいは、両方は、カラー表示可能な透過型表示装置である場合には、観察者１００にはカラーの三次元立体像を観察することが可能となる。
このように、前述の各実施の形態によれば、同一の装置で、かつ、簡単に、二次元像と三次元像とを切り替えて表示することが可能となる。
【００３６】
以下に、本実施の形態の透過型表示装置（１１１，１１２）に使用可能な液晶ディスプレイを説明する。
以下の液晶ディスプレイは、各画素単位で、光の透過度を変化させることができ、また、各画素毎に、例えば、赤、緑、青のフィルターを交互に配列することにより、フルカラーの透過度を制御することが可能である。
図１２は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能なツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ツイストネマティック型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５０３，５０４）で、液晶５０１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５０３，５０４）上には液晶５０１を配向させるための配向膜（５０５，５０６）が配置されており、配向膜（５０５，５０６）の配向方向は、例えば、上下で直交化されている。
透明導電膜（５０３，５０４）に電圧を印加しない場合には、液晶５０１の液晶分子は配向膜（５０５，５０６）の配向規制力により、配向膜（５０５，５０６）の近傍では、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に平行に配向方向に沿って並ぶ。
【００３７】
この場合、図１３（ａ）に示すように、液晶分子は、ねじれた構造となり、入射光はこの構造に従って偏光方向が、例えば、９０度変化する。
一方、図１３（ｂ）に示すように、透明導電膜（５０３，５０４）に十分な電圧Ｖ５ａを印加した場合には、液晶分子は、電界により電界方向、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に垂直に並び、透過する光の偏光は変化しない。
電圧が、電圧Ｖ５ａ以下の場合にはその電圧に応じて偏光方向は連続的に変化する。
このように、ツイストネマティック型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５０３，５０４）に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
【００３８】
図１４は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能なイン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
イン・プレイン型液晶ディスプレイの基本構成は、配向膜（５１２，５１４）で液晶５１３を挟み、配向膜５１４の外側に、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５１１，５１５）を設け、さらに、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５１１，５１５）は同一平面内にあり、また、配向膜５１２と配向膜５１４との配向方向は平行である。
図１５（ａ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に電圧を印加しない場合には、液晶５１３の液晶分子は、配向膜（５１２，５１４）の配向規制力により、配向膜（５１２，５１４）の配向方向に整列する。
【００３９】
これに対して、図１５（ｂ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｂを印加すると、液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
このように、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化できる。
さらに、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧がＶ５ｂ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、イン・プレイン型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
【００４０】
図１６は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能なホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ホモジニアス型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５２１，５２５）で、液晶（例えば、ネマティック液晶など）５２３を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５２１，５２５）上には液晶５２３を配向させるための配向膜（５２２，５２４）が配置される。
なお、図１６に示す透過型表示装置では、ホモジニアス配向の液晶を用いるため、配向膜５２２の配向方向と配向膜５２４との配向方向を同じ（平行）とする。
さらに、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、図１７に示すように、入射光の偏光方向を、この配向膜（５２２，５２４）の配向方向とずらして入射する。
例えば、直線偏光の時は０度方向と９０度方向の中間方向であり、例えば、特に、４５度ずらして入射する、あるいは円偏光あるいは楕円偏光とする。
【００４１】
図１８（ｂ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｃを加えると、液晶５２３の液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
このため、入射光の偏光方向はほとんど変化せずに出射していく。
これに対して、図１８（ａ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に電圧を印加しない場合には、配向膜（５２２，５２４）の配向規制力により、液晶分子は、配向膜（５２２，５２４）の配向方向に向き、かつ配向膜（５２２，５２４）に平行に並ぶ。
このため、入射光はこの液晶分子の複屈折性により偏光方向が変化して出射する。
また、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧がＶ５ｃ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を可変でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
【００４２】
図１９は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能な強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５３３，５３４）で、液晶（例えば、強誘電液晶、あるいは反強誘電液晶など）５３１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５３３，５３４）上には液晶５３１を配向させるための配向膜（５３５，５３６）が配置される。
図２０に示すように、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電界の方向にしたがって、液晶５３１の自発分極の向きが変化するため、液晶５３１（強誘電液晶あるいは反強誘電液晶）の厚さを充分に薄く（例えば、１μｍ〜２μｍ程度など）しておくと、液晶５３１の自発分極が透明導電膜（５３３，５３４）と同じ平面内で変化する。
このように、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電圧により、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７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。
【００４３】
前述の各実施の形態の切替板２００としては、透過状態あるいは散乱状態に切替可能な散乱板、または、透過状態あるいは反射状態に切替可能な反射板を使用することが可能である。
この透過状態あるいは散乱状態を切替可能な散乱板としては、高分子分散型液晶ディスプレイ、あるいは、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイが使用可能である。
以下、前述の各実施の形態の切替板２００として使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイ、および、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイについて説明する。
【００４４】
図２１は、前記各実施の形態の切替板に使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
高分子分散型液晶ディスプレイの基本構成は、高分子５５１中に液晶５５２が粒状に分散している高分子分散型液晶層を、透明導電膜（５５３，５５４）で挟んだ構成である。
例えば、透明導電膜（５５３，５５４）に電圧を印加しない状態では、液晶５５２はランダムな向きを向いているため、例えば、高分子５５１と異なる屈折率を有しており、このために入射光は散乱され、その強度は低減される。
一方、透明導電膜（５５３，５５４）に電圧を印加した状態では、液晶５５２は電界方向に向き、例えば、高分子５５１とほぼ同じ屈折率となるため、入射光はそのまま透過し、その強度は変わらない。
【００４５】
図２２は、前記各実施の形態の切替板に使用可能なホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの基本構成は、高分子５６１中に液晶５６２が粒状に分散しているホログラフィック高分子分散型液晶層を、透明導電膜（５６３，５６４）で挟んだ構成である。
ここで、液晶５６２の粒子は、使用する波長に比べて小さく、かつ図２２に示すように、層状に配列している。
例えば、透明導電膜（５６３，５６４）に電圧を印加しない状態では、液晶５６２はランダムな向きを向いているため、例えば、高分子５６１と異なる屈折率を有しており、このために入射光は散乱され、層状の配列によりブラッグ反射を起こし、その向きが大きく変化され、例えばその強度は低減される。
【００４６】
一方、透明導電膜（５６３，５６４）に電圧を印加した状態では、液晶５６２は電界方向に向き、例えば、高分子５６１とほぼ同じ屈折率となるため、ブラッグ反射は起こらず、入射光はそのまま透過し、その強度は変わらない。
このように、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイによれば、光の透過度を変化させることができる。
ここで、液晶５６２がランダムな向きを向いている場合に高分子５６１と屈折率が等しくなり、電界方向を向いた場合に高分子５６１と屈折率が異なるようにすることもできることは明らかである。
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。
【００４７】
【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、同一の装置で、かつ、簡単に、二次元像と三次元像とを切り替えて表示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の表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の表示面に表示される２Ｄ化像の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の他の表示方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の表示装置の一例の概略構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１の表示装置の他の例の概略構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の表示装置の他の例の概略構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の表示装置の基本構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１３】ツイストネマティック型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なイン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１５】イン・プレイン型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１７】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１８】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能な強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２０】強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態の切替板に使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態の切替板に使用可能なホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１００…観察者、１０１，１０２…面、１０４…三次元物体、１０５，１０６，１０７，１０８…２Ｄ化像、１０９…三次元立体像、１１０…光源、１１１，１１２…透過型表示装置、１２１，１２２，１３１，１３２…二次元表示装置、１２３，１３３…全反射鏡、１２４，１３４…部分反射鏡、１２５，１２６，１３５，１３６…像面、１３７，１３８…凸レンズ、２００…切替板、２１０…切替制御装置、５０１，５１３，５２３，５３１，５５２，５６２…液晶、５０３，５０４，５１１，５１５，５２１，５２５，５３３，５３４，５５３，５５４，５６３，５６４…透明導電膜、５０５，５０６，５１２，５１４，５２２，５２４，５３５，５３６，…配向膜、５５１，５６１…高分子、５０７，５０８…偏光板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示方法および表示装置に係わり、特に、二次元像と三次元像とを表示可能な表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＤＭＤ（Digital Mirror Display）、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のように、二次元像を表示する二次元表示装置は、広く使用されている。
また、三次元立体像を表示する三次元表示装置として、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て、三次元立体像を連続的に表示可能な三次元表示方法が、例えば、特許第３０２２５５８号明細書（以下、文献（イ）という。）に開示されている。
【０００３】
この文献（イ）に記載されている三次元表示方法は、光学的に、複数の表示面、例えば、表示面Ａと、表示面Ｂの２個の表示面を観察者から見て異なった奥行き位置に配置する。
そして、表示面Ａと表示面Ｂの間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する場合には、三次元物体を観察者から見て表示面Ａと表示面Ｂとに射影した二次元像を生成し、これらの二次元像を、表示面Ａと表示面Ｂとに各々表示し、かつ、これらの二次元像の輝度を三次元物体の奥行き位置に応じて変化させる。
このようにすることで、二次元像は、表示面Ａと表示面Ｂの奥行き位置のみに表示されるにも拘わらず、観察者には、三次元物体の奥行き位置にあると感じさせることができる。
このように、前述の文献（イ）に記載の三次元表示方法では、立体視の生理的要因間の矛盾を抑制でき、かつ情報量を少なくでき、電気的に書き換え可能な三次元動画像を再生することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来より、二元像を単独で表示する二次元表示装置、あるいは、三元像立体を単独で表示する三次元表示装置は知られているが、同一の表示装置で、二次元像と三次元立体像とを表示する表示装置は知られていない。
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、同一の装置で、二次元像と三次元像とを切り替えて表示可能な表示方法および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、二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示方法であって、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面の中の、互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に、光を透過あるいは遮断する切替板を配置し、前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成し、前記切替板を透過状態に切り替え、前記生成された二次元像の輝度（あるいは透過度）を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記生成された二次元像を複数の表示面に表示して三次元立体像を表示し、前記切替板を遮断状態に切り替え、二次元像を観察者から見て前記切替板の前方の表示面に表示して二次元像を表示する。
【０００６】
また、本発明は、二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示装置であって、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面と、前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に配置され、光を透過あるいは遮断する第２の手段と、前記第２の手段を透過状態、あるいは遮断状態に切り替え、観察者から見て前記第２の手段の後方の表示面に表示される二次元像を透過、あるいは遮断する第３の手段と、前記第２の手段が透過状態のときに、前記各表示面に表示される二次元像の輝度（あるいは透過度）を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記第１の手段で生成された二次元像を前記複数の表示面に表示する第４の手段と、前記第２の手段が非透過状態のときに、観察者から見て前記第２の手段の前方の表示面に二次元像を表示する第５の手段とを具備することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記第２の手段は、透過状態あるいは散乱状態に切替可能な散乱板、または、透過状態あるいは反射状態に切替可能な反射板であることを特徴とする。
【０００７】
【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］
なお、本実施の形態では、像を配置する「面」という表現を用いるが、これは光学などで多用される像面などと同様な表現であり、かつこのような像面を実現する手段としては、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、波長板などの種々の光学素子と、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＤＭＤ（Digital Mirror Display）、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の二次元表示装置とを用いて、多くの光学的組み合わせ技術により、実現可能なことは明らかである。
また、提示する三次元立体像を主に２つの面に二次元像として表示する場合について述べるが、これを２つ以上の面としても同様な効果が期待できることは明らかである。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態１の表示方法を説明するための図である。
図１に示すように、本実施の形態では、観察者１００の前面に複数の面、例えば、面（１０１，１０２）（面１０１が面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの面（１０１，１０２）にそれぞれ二次元像を表示する。
これらの面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するためには、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系を構築する。
この二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、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、この表示面の設定方法については、前述の文献（イ）を参照されたい。
さらに、本実施の形態では、面１０１と、面１０２との間に、切替板２００が配置される。
【０００９】
この切替板２００は、透過状態と非透過状態とが切替可能であり、透過状態において、切替板２００の後側の面１０２に表示された二次元像を透過させ、非透過状態において、切替板２００の後側の面１０２に表示された二次元像を散乱させて遮断する。
したがって、この切替板２００が非透過状態のときには、面１０１に普通の二次元像を表示することにより、観察者１００には、面１０１に表示される二次元像が観察される。
また、この切替板２００が透過状態のときには、観察者１００には、三次元立体像が観察される。
なお、この切替板２００は、切替制御装置２１０により制御される。
【００１０】
以下、切替板２００が透過状態のときに、三次元立体像を表示する三次元表示方法について、図２ないし図６を用いて説明する。なお、図３ないし図６では、切替板２００の図示は省略している。
初めに、図２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、前記の面（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、視線方向から三次元物体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】
図３に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々面１０１と面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。
本実施の形態においても、前述の文献（イ）に記載の方法と同様に、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て、表示面１０１と表示面１０２の間に存在する三次元物体１０４の三次元立体像を表示する。
【００１２】
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。
例えば、三次元物体１０４が面１０１上にある場合には、図３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、面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度をゼロとする。
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面１０１より面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図４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。
なお、図３ないし図６では、白黒図面であるため、分かりやすいように、輝度の高い方を濃く示してある。
【００１３】
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面１０１より面１０２側にさらに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、三次元物体１０４が面１０２上にある場合には、図６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、面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度をゼロとする。
なお、前述の説明において、面（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像の輝度をゼロとするとは、面（１０１，１０２）上に何も表示しないことを意味する。
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、面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、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。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００１４】
なお、前記説明においては、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、例えば、面（１０１，１０２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態の方法は、例えば、三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。
三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１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、三次元物体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。
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。
図７（ａ）が観察者１００に近い面、例えば、面１０１に表示される２Ｄ化像の一例であり、図７（ｂ）が観察者１００に遠い面、例えば、面１０２に表示される２Ｄ化像の一例である。
例えば、三次元物体として、図７に示したようなケーキを例に取ると、上に立てたロウソクを除き、ケーキ（三次元物体）の上面及び下面は、例えば、ほぼ平坦であり、かつその側面は、例えば、円柱状であり、ロウソクは、例えば、上面の円周近傍に配置する。
【００１５】
この場合の２Ｄ化像では、上面及び下面においては、上方の方が奥に位置し、かつその側面では真ん中が手前で端に行くに従って奥に位置し、さらに隠れている上方の真ん中は奥に位置することとなる。
この場合、上面及び下面における輝度変化は、観察者１００に近い面、例えば、面１０１においては、図７（ａ）に示すように、観察者１００に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が高く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度が低くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
また、観察者に遠い面、例えば面１０２においては、図７（ｂ）に示すように、観察者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば下方）が輝度が低く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば上方）が輝度が高くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
【００１６】
次に、円柱部分の輝度変化もその奥行き位置に対応して、観察者１００に近い面、例えば、面１０１においては、図７（ａ）に示すように、観察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が高く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が低くなるように徐々に変化させる。
また、観察者１００に遠い面、例えば、面１０２においては、図７（ｂ）に示すように、観察者１００に近い部位（例えば、真中付近）が輝度が低く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が輝度が高くなるように徐々に変化させる。
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、表示しているのが二次元像であっても、観察者１００にはあたかも上面、下面がほぼ平らな円柱状のケーキがあるように感じられる。
【００１７】
なお、前述の説明では、二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、二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、同様な手法により三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の三次元物体が、中間の面と、観察者１００に遠い面との間に第２の三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の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の面と、観察者１００に遠い面とに第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
【００１８】
さらに、本実施の形態においては、２Ｄ化像が三次元的に移動する場合に関しては特に述べなかったが、観察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表示面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、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、三次元立体像の奥行き位置の時間的変化に対応して変化させることにより、三次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、三次元立体像が面１０１より面１０２まで時間的に移動する場合について説明する。
三次元立体像が面１０１上にある場合には、面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元立体像の輝度に等しくし、面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、三次元立体像が、次第に観察者１００より時間的に少し遠ざかり、面１０１より面１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的に少し上げる。
【００１９】
次に、例えば、三次元立体像が観察者１００より時間的にさらに遠ざかり、面１０１より面１０２側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的にさらに下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的にさらに上げる。
また、例えば、三次元立体像が、遂に面１０２上まで時間的に移動してきた場合には、三次元立体像の奥行き位置の移動に対応させてこの上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度がゼロとなるまで変化させる。
【００２０】
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（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも面（１０１，１０２）の間を、面１０１から面１０２に三次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。
なお、前述の説明では、三次元立体像が面１０１から面１０２まで移動する場合について述べたが、これが面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から面１０２まで移動する場合や、面１０１から面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から面（１０１，１０２）の間の途中の別な奥行き位置まで移動する場合であっても、同様なことが可能なことは明らかである。
【００２１】
また、前述の説明では、２Ｄ化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１００に提示する三次元立体像が２つの面の間を移動する場合について述べたが、二次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次元物体が複数の面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、三次元立体像を表示可能であり、同様な効果が期待できることは明らかである。
さらに、前述の説明では、１個の三次元立体像が二次元像を配置する２つの面内で移動する場合について説明したが、複数個の三次元物体が移動する場合、即ち、表示される二次元像が、それぞれ移動方向の異なる複数の物体像を含む場合には、各表示面に表示される物体像の輝度を、物体像毎に、その物体の移動方向および移動速度に応じて変化させればよいことは明らかである。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の文献（イ）（特許第３０２２５５８号明細書）を参照されたい。
【００２２】
以下、本実施の形態の表示方法を実現するための表示装置の一例について説明する。
図８に示す表示装置は、複数の二次元表示装置（１２１，１２２）と、全反射鏡１２３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前述した複数の二元像を表示する結像面（１２５，１２６）を構成したものである。
各々の配置を変えることにより、二次元表示装置１２１の表示が全反射鏡１２３で反射して部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができる。これにより、前述の面（１０１，１０２）を構成することができる。
このような光学系では、鏡のみを用いるため、画質の劣化が少ない利点を有する。
【００２３】
前記二次元表示装置（１２１，１２２）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、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ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を用いる。
但し、本実施の形態における全反射鏡１２３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１２１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは明らかである。
また、図８では、像面の奥行き位置の順序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、全反射鏡あるいは部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２４】
また、図９に示すように、前記全反射鏡１２３を使わずに二次表示装置１２１を直接配置し、部分反射鏡１２４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）を用いて、前述した複数の二元像を表示する面（１２５，１２６）を構成したものである。
即ち、二次元表示装置１２１の表示が部分反射鏡１２４を透過してできる像面１２５と、二次元表示装置１２２の表示が部分反射鏡１２４で反射してできる像面１２６とを奥行き方向に異なる位置に配置することができる。これにより、前述の面（１０１，１０２）を構成することができる。
なお、図９では、像面の奥行き位置の順序が、二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることにより、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２５】
前記光学系にレンズなどを含めることにより、像面の位置をよりフレキシブルに変更できる一実施の形態を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。
図１０（ａ）に示すように、複数の二次元表示装置（１３１，１３２）と、例えば、全反射鏡１３３（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置関係をより柔軟に設定できることが分かる。
但し、本実施の形態における全反射鏡１３３を部分反射鏡に代えても、二次元表示装置１３１の像の輝度は低下するが、本発明の効果は同様に得られることは明らかである。
【００２６】
また、図１０（ｂ）に示すように、前記全反射鏡１３３を使わずに二次元表示装置１３１を直接配置し、部分反射鏡１３４（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レンズ（１３７，１３８）を加えて像位置を変えることにより、装置の大きさの制約などにより限られていた像面１３５と像面１３６の位置関係をより柔軟に設定できる。
勿論、凸レンズだけでなく組み合わせレンズなどのレンズ光学系を用いることが歪みなどの点で有利になる場合もあることは、通常のレンズ光学系と同様である。
また、この場合はレンズの焦点距離よりも近い位置に二次元表示装置を設置した虚像を用いる場合を例として示したが、レンズの焦点距離よりも遠い位置に二次元表示装置を設置する実像を用いる場合でも同様なことができることは明らかである。
さらに、図１０では、結像面の奥行き位置の順序が二次元表示装置の奥行き位置の順序と同じ場合について説明したが、部分反射鏡から二次元表示装置までの距離を各々変えることやレンズなどの光学系の配置により、この像面奥行き位置の順序を自由に変化できることは明らかである。
【００２７】
［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２の概略構成を示す図である。
本実施の形態では、図１１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（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を用いて光学系を構築する。
即ち、本実施の形態では、前述の実施の形態１の表示面（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。
本実施の形態では、一例として光源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。
なお、本実施の形態に使用可能な透過型表示装置については、特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
【００２８】
また、前述実施の形態と同様、本実施の形態でも、透過型表示装置１１１と、透過型表示装置１１２との間に、切替板２００が配置される。
したがって、この切替板２００が非透過状態のときには、透過型表示装置１１１に普通の二次元像を表示することにより、観察者１００には、透過型表示装置面１１１に表示される二次元像が観察される。
また、この切替板２００が透過状態のときには、観察者１００には、三次元立体像が観察される。
以下、切替板２００が透過状態のときに、三次元立体像を表示する三次元表示方法について説明する。
本実施の形態においても、前述の実施の形態１と同様、観察者１００に提示したい三次元物体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。
【００２９】
前記２Ｄ化像（１０７，１０８）を、図１１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。
本実施の形態では、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、三次元物体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との間に存在する三次元物体の三次元立体像を表示する。
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。
【００３０】
例えば、三次元物体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の輝度が三次元物体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、三次元物体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。
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、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。
【００３１】
さらに、例えば、三次元物体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の輝度が三次元物体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。
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、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三次元物体１０４があるように感じられる。
この場合に、この三次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００３２】
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、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）に表示した二次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、例えば、三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、本実施の形態においても、前述の実施の形態１で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が三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二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、三次元立体像の動画を表現することができることは明らかである。
【００３３】
なお、前記実施の形態１では、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
また、本実施の形態では、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、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変化させて三次元立体像を表示する。
即ち、前記実施の形態１の方法では、三次元物体１０４に近い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度を、三次元物体１０４に遠い方の面に表示される２Ｄ化像の輝度よりも増加させるのに対して、本実施の形態の方法では、三次元物体１０４に近い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を、三次元物体１０４に遠い方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度よりも減少させる点で異なっている。
【００３４】
したがって、本実施の形態において、前記実施の形態１と同様の手法を用いて、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合、あるいは、三次元立体像の動画を表現する場合には、前記実施の形態１において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を増加させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を減少させ、また、前記実施の形態１において、各表示面に表示される２Ｄ化像の輝度を減少させる場合には、各透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の透過度を増加させるようにすればよい。
また、本実施の形態においても、二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、二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、三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。
【００３５】
例えば、透過型表示装置が３つで、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置との間に第１の三次元物体が、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置との間に第２の三次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い透過型表示装置と、中間の透過型表示装置とに、第１の三次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の透過型表示装置と、観察者１００に遠い透過型表示装置に第２の三次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の三次元物体の三次元立体像を表示することができる。
なお、本実施の形態の三次元表示方法の詳細な説明については、前述の特願２０００−１２４０３６号を参照されたい。
また、本実施の形態において、透過型表示装置（１１１，１１２）の一方、あるいは、両方は、カラー表示可能な透過型表示装置である場合には、観察者１００にはカラーの三次元立体像を観察することが可能となる。
このように、前述の各実施の形態によれば、同一の装置で、かつ、簡単に、二次元像と三次元像とを切り替えて表示することが可能となる。
【００３６】
以下に、本実施の形態の透過型表示装置（１１１，１１２）に使用可能な液晶ディスプレイを説明する。
以下の液晶ディスプレイは、各画素単位で、光の透過度を変化させることができ、また、各画素毎に、例えば、赤、緑、青のフィルターを交互に配列することにより、フルカラーの透過度を制御することが可能である。
図１２は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能なツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ツイストネマティック型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５０３，５０４）で、液晶５０１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５０３，５０４）上には液晶５０１を配向させるための配向膜（５０５，５０６）が配置されており、配向膜（５０５，５０６）の配向方向は、例えば、上下で直交化されている。
透明導電膜（５０３，５０４）に電圧を印加しない場合には、液晶５０１の液晶分子は配向膜（５０５，５０６）の配向規制力により、配向膜（５０５，５０６）の近傍では、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に平行に配向方向に沿って並ぶ。
【００３７】
この場合、図１３（ａ）に示すように、液晶分子は、ねじれた構造となり、入射光はこの構造に従って偏光方向が、例えば、９０度変化する。
一方、図１３（ｂ）に示すように、透明導電膜（５０３，５０４）に十分な電圧Ｖ５ａを印加した場合には、液晶分子は、電界により電界方向、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に垂直に並び、透過する光の偏光は変化しない。
電圧が、電圧Ｖ５ａ以下の場合にはその電圧に応じて偏光方向は連続的に変化する。
このように、ツイストネマティック型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５０３，５０４）に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
【００３８】
図１４は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能なイン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
イン・プレイン型液晶ディスプレイの基本構成は、配向膜（５１２，５１４）で液晶５１３を挟み、配向膜５１４の外側に、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５１１，５１５）を設け、さらに、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５１１，５１５）は同一平面内にあり、また、配向膜５１２と配向膜５１４との配向方向は平行である。
図１５（ａ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に電圧を印加しない場合には、液晶５１３の液晶分子は、配向膜（５１２，５１４）の配向規制力により、配向膜（５１２，５１４）の配向方向に整列する。
【００３９】
これに対して、図１５（ｂ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｂを印加すると、液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
このように、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化できる。
さらに、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧がＶ５ｂ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、イン・プレイン型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
【００４０】
図１６は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能なホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ホモジニアス型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５２１，５２５）で、液晶（例えば、ネマティック液晶など）５２３を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５２１，５２５）上には液晶５２３を配向させるための配向膜（５２２，５２４）が配置される。
なお、図１６に示す透過型表示装置では、ホモジニアス配向の液晶を用いるため、配向膜５２２の配向方向と配向膜５２４との配向方向を同じ（平行）とする。
さらに、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、図１７に示すように、入射光の偏光方向を、この配向膜（５２２，５２４）の配向方向とずらして入射する。
例えば、直線偏光の時は０度方向と９０度方向の中間方向であり、例えば、特に、４５度ずらして入射する、あるいは円偏光あるいは楕円偏光とする。
【００４１】
図１８（ｂ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｃを加えると、液晶５２３の液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
このため、入射光の偏光方向はほとんど変化せずに出射していく。
これに対して、図１８（ａ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に電圧を印加しない場合には、配向膜（５２２，５２４）の配向規制力により、液晶分子は、配向膜（５２２，５２４）の配向方向に向き、かつ配向膜（５２２，５２４）に平行に並ぶ。
このため、入射光はこの液晶分子の複屈折性により偏光方向が変化して出射する。
また、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧がＶ５ｃ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を可変でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
【００４２】
図１９は、本実施の形態の透過型表示装置に使用可能な強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５３３，５３４）で、液晶（例えば、強誘電液晶、あるいは反強誘電液晶など）５３１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５３３，５３４）上には液晶５３１を配向させるための配向膜（５３５，５３６）が配置される。
図２０に示すように、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電界の方向にしたがって、液晶５３１の自発分極の向きが変化するため、液晶５３１（強誘電液晶あるいは反強誘電液晶）の厚さを充分に薄く（例えば、１μｍ〜２μｍ程度など）しておくと、液晶５３１の自発分極が透明導電膜（５３３，５３４）と同じ平面内で変化する。
このように、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電圧により、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７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。
【００４３】
前述の各実施の形態の切替板２００としては、透過状態あるいは散乱状態に切替可能な散乱板、または、透過状態あるいは反射状態に切替可能な反射板を使用することが可能である。
この透過状態あるいは散乱状態を切替可能な散乱板としては、高分子分散型液晶ディスプレイ、あるいは、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイが使用可能である。
以下、前述の各実施の形態の切替板２００として使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイ、および、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイについて説明する。
【００４４】
図２１は、前記各実施の形態の切替板に使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
高分子分散型液晶ディスプレイの基本構成は、高分子５５１中に液晶５５２が粒状に分散している高分子分散型液晶層を、透明導電膜（５５３，５５４）で挟んだ構成である。
例えば、透明導電膜（５５３，５５４）に電圧を印加しない状態では、液晶５５２はランダムな向きを向いているため、例えば、高分子５５１と異なる屈折率を有しており、このために入射光は散乱され、その強度は低減される。
一方、透明導電膜（５５３，５５４）に電圧を印加した状態では、液晶５５２は電界方向に向き、例えば、高分子５５１とほぼ同じ屈折率となるため、入射光はそのまま透過し、その強度は変わらない。
【００４５】
図２２は、前記各実施の形態の切替板に使用可能なホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの基本構成は、高分子５６１中に液晶５６２が粒状に分散しているホログラフィック高分子分散型液晶層を、透明導電膜（５６３，５６４）で挟んだ構成である。
ここで、液晶５６２の粒子は、使用する波長に比べて小さく、かつ図２２に示すように、層状に配列している。
例えば、透明導電膜（５６３，５６４）に電圧を印加しない状態では、液晶５６２はランダムな向きを向いているため、例えば、高分子５６１と異なる屈折率を有しており、このために入射光は散乱され、層状の配列によりブラッグ反射を起こし、その向きが大きく変化され、例えばその強度は低減される。
【００４６】
一方、透明導電膜（５６３，５６４）に電圧を印加した状態では、液晶５６２は電界方向に向き、例えば、高分子５６１とほぼ同じ屈折率となるため、ブラッグ反射は起こらず、入射光はそのまま透過し、その強度は変わらない。
このように、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイによれば、光の透過度を変化させることができる。
ここで、液晶５６２がランダムな向きを向いている場合に高分子５６１と屈折率が等しくなり、電界方向を向いた場合に高分子５６１と屈折率が異なるようにすることもできることは明らかである。
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。
【００４７】
【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、同一の装置で、かつ、簡単に、二次元像と三次元像とを切り替えて表示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の表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の表示面に表示される２Ｄ化像の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の表示方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の表示装置における、切替板が透過状態のときの、三次元立体像の他の表示方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の表示装置の一例の概略構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１の表示装置の他の例の概略構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の表示装置の他の例の概略構成を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の表示装置の基本構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１３】ツイストネマティック型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なイン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１５】イン・プレイン型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能なホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１７】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１８】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の透過型表示装置に使用可能な強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２０】強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態の切替板に使用可能な高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態の切替板に使用可能なホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１００…観察者、１０１，１０２…面、１０４…三次元物体、１０５，１０６，１０７，１０８…２Ｄ化像、１０９…三次元立体像、１１０…光源、１１１，１１２…透過型表示装置、１２１，１２２，１３１，１３２…二次元表示装置、１２３，１３３…全反射鏡、１２４，１３４…部分反射鏡、１２５，１２６，１３５，１３６…像面、１３７，１３８…凸レンズ、２００…切替板、２１０…切替制御装置、５０１，５１３，５２３，５３１，５５２，５６２…液晶、５０３，５０４，５１１，５１５，５２１，５２５，５３３，５３４，５５３，５５４，５６３，５６４…透明導電膜、５０５，５０６，５１２，５１４，５２２，５２４，５３５，５３６，…配向膜、５５１，５６１…高分子、５０７，５０８…偏光板。
Claims (11)
- 二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示方法であって、
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面の中の、互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に、光を透過あるいは遮断する切替板を配置し、
前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成し、
前記切替板を透過状態に切り替え、前記生成された二次元像の輝度を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記生成された二次元像を複数の表示面に表示して三次元立体像を表示し、
前記切替板を遮断状態に切り替え、二次元像を観察者から見て前記切替板の前方の表示面に表示して二次元像を表示することを特徴とする表示方法。 - 前記切替板を透過状態に切り替え三次元立体像を表示するときに、前記表示対象物体が、観察者に近い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示される前記二次元像の輝度を高くし、観察者から遠い表示面に表示される前記二次元像の輝度を低くし、
また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示される前記二次元像の輝度を低くし、観察者から遠い表示面に表示される前記二次元像の輝度を高くすることを特徴とする請求項１に記載の表示方法。 - 二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示方法であって、
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面の中の、互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に、光を透過あるいは遮断する切替板を配置し、
前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成し、
前記切替板を透過状態に切り替え、前記生成された二次元像の透過度を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記生成された二次元像を複数の表示面に表示して三次元立体像を表示し、
前記切替板を遮断状態に切り替え、二次元像を観察者から見て前記切替板の前方の表示面に表示して二次元像を表示することを特徴とする表示方法。 - 前記切替板を透過状態に切り替え三次元立体像を表示するときに、前記表示対象物体が、観察者に近い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示される前記二次元像の透過度を低くし、観察者から遠い表示面に表示される前記二次元像の透過度を高くし、
また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示される前記二次元像の透過度を高くし、観察者から遠い表示面に表示される前記二次元像の透過度を低くすることを特徴とする請求項３に記載の表示方法。 - 前記二次元像が観察者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、前記二次元像を前記複数の表示面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等しくなるようにすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の表示方法。
- 二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示装置であって、
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面と、
前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、
互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に配置され、光を透過あるいは遮断する第２の手段と、
前記第２の手段を透過状態、あるいは遮断状態に切り替え、観察者から見て前記第２の手段の後方の表示面に表示される二次元像を透過、あるいは遮断する第３の手段と、
前記第２の手段が透過状態のときに、前記各表示面に表示される二次元像の輝度を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記第１の手段で生成された二次元像を前記複数の表示面に表示する第４の手段と、
前記第２の手段が非透過状態のときに、観察者から見て前記第２の手段の前方の表示面に二次元像を表示する第５の手段とを具備することを特徴とする表示装置。 - 前記複数の表示面は、複数の二次元表示装置と、
前記各二次元表示装置の二次元像をそれぞれ観察者の視線上の像として配置する光学素子とから構成されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。 - 二次元像と三次元立体像とを切り替えて表示する表示装置であって、
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面と、
前記複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成する第１の手段と、
互いに隣接する表示面の間の少なくとも一つの表示面の間に配置され、光を透過あるいは遮断する第２の手段と、
前記第２の手段を透過状態、あるいは遮断状態に切り替え、観察者から見て前記第２の手段の後方の表示面に表示される二次元像を透過、あるいは遮断する第３の手段と、
前記第２の手段が透過状態のときに、前記各表示面に表示される二次元像の透過度を前記各表示面毎に各々独立に変化させて、前記第１の手段で生成された二次元像を前記複数の表示面に表示する第４の手段と、
前記第２の手段が非透過状態のときに、観察者から見て前記第２の手段の前方の表示面に二次元像を表示する第５の手段とを具備することを特徴とする表示装置。 - 前記複数の表示面は、透過型表示装置で構成されることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
- 前記第２の手段は、透過状態あるいは散乱状態に切替可能な散乱板であることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の表示装置。
- 前記第２の手段は、透過状態あるいは反射状態に切替可能な反射板であることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の表示装置。
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