JP3950080B2

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Publication number: JP3950080B2
Application number: JP2003135252A
Authority: JP
Inventors: 宗和伊達; 史朗陶山; 英明高田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP2004343270A

Description

【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、複数の物体像を重ねて表示する際に、観察者から見て後側に位置する物体像の全部、あるいは一部を消去可能とした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）。
【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】
前述の特許文献２に記載されている３次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置に、例えば、自動車などの動画像を表示し、観察者から遠い透過型表示装置に、背景画像を表示することにより、観察者に奥行きのある画像を提示することが可能である。
しかしながら、前述の特許文献２に記載されている３次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置では、観察者から遠い透過型表示装置を通過した光により画像が表示されるため、観察者に最も近い透過型表示装置に表示される画像が、観察者にとって不自然な透明状態になるという問題点があった。
例えば、図１３に示すように、観察者側に丸い物体１１、観察者から遠い位置に四角形状の物体１２があり、観察者から見て、丸い物体１１と、四角形状の物体１２とが一部が重なっている場合、観察者側から観察すると、図１３に示すように、四角形状の物体１２の一部が丸い物体１１で覆われて観察される。
しかしながら、前述の特許文献２に記載されている３次元表示装置において、観察者に最も近い透過型表示装置に、丸い物体１１の画像２１を表示し、観察者から遠い透過型表示装置に、四角形状の物体１２の画像２１を表示した場合、観察者側から観察すると、図１４のように、丸い物体１１が透明のように観察される。
【０００５】
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、観察者から見て後面にある物体像の全部、あるいは一部を非表示状態に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。
【０００６】
【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。
本発明の３次元表示装置は、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、前記各表示用光学素子は、入射される光の偏光を制御する光学素子であり、前記表示用光学素子の間に配置される偏光解消板を備えることを特徴とする。
また、本発明の３次元表示装置は、ｎを２以上の整数とするとき、観察者から見て異なった奥行き位置に配置されるｎ個の液晶表示パネルと、前記ｎ個の液晶表示パネルの前記観察者側と反対の側に配置されるｎ個の偏光板と、前記ｎ個偏光板の中で前記観察者から最も遠い位置に配置される偏光板以外の偏光板における、前記観察者側と反対の側に配置される（ｎ−１）個の偏光解消板と、前記観察者に最も近い位置に配置される液晶表示パネルの前記観察者側に配置される前面偏光板とを備え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］
図１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１に示すように、観察者１００の前面に、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）が配置される。
透過型表示装置１１１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（２１１，２１２）とを有し、透過型表示装置１１２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とを有する。
また、液晶表示パネル２０２と、偏光板２１２との間に、偏光解消板１５０が配置される。また、図１には図示していないが、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１１１と反対の側）に、光源（バックライト）が配置される。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２０２）の内部にカラーフィルタ（図示せず）を設けたり、液晶表示パネル（２０１，２０２）に表示される２次元像に同期してバックライトの色を変化させるフィールドシーケンシャル駆動することにより、カラー表示を行うことができる。
【０００８】
液晶表示パネル（２０１，２０２）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、垂直配向型（ＶＡ）液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせなどが使用される。
本実施の形態では、透過型表示装置１１１に、例えば、車両などの動画像を表示し、透過型表示装置１１２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。
偏光解消板１５０は、アクティブ領域１５０ａと、非アクティブ領域１５０ｂとを有し、アクティブ領域１５０ａは、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射し、非アクティブ領域１５０ｂは、入射される光の偏光を保存して出射する。
アクティブ領域１５０ａと、非アクティブ領域１５０ｂとは、任意に選択することが可能である。
【０００９】
本実施の形態において、前述したように、液晶表示パネル２０１に、丸い物体の画像を表示し、液晶表示パネル２０２に、四角形状の物体の画像を表示した場合を考える。そして、偏光解消板１５０における、丸い物体と、四角形状の物体とが重なっている部分に対応する部分をアクティブ領域１５０ａにする。
すると、液晶表示パネル２０２から照射される光で、アクティブ領域１５０ａを通過する光は、無偏光となり、非アクティブ領域１５０ｂを通過する光は偏光状態を維持する。したがって、本実施の形態では、図１３に示すように、四角形状の物体１２の一部が丸い物体１１で覆われて観察される。
このように、本実施の形態では、前面にある物体像の後側の後面像だけを非表示状態とすることができるので、前述の図１４に示したように、前面にある物体像が不自然な透明状態になるのを防止することが可能である。
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、図２に示すように、透過型表示装置１１１と、透過型表示装置１１２との間に、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０３および偏光板２１４で構成される透過型表示装置１１３と偏光解消板１５０を組として、１つ以上配置することにより、透過型表示装置を３以上積層することも可能である。
また、透過型表示装置（１１１，１１２）は、液晶表示パネル（２０１，２０２）を使用するものに限らず、入射される光の偏光を制御して画像を表示する表示用光学素子を備えるものであってもよい。
【００１０】
［実施の形態２］
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。
初めに、図３〜図８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。
ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の３次元表示装置では、図３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、垂直配向型（ＶＡ）液晶ディスプレイ、あるいはこれらの組み合わせ）などが使用される。
また、光学素子としは、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３では、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。
【００１１】
初めに、図４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３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。
【００１２】
ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式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５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６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。
【００１３】
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７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８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。
【００１４】
本実施の形態の３次元表示装置の構成は、図１に示す前述の実施の形態１の３次元表示装置と同じである。
本実施の形態では、各透過型表示装置（１１１，１１２）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３〜図８で説明したように変化させることにより、各透過型表示装置（１１１，１１２）上、あるいは、透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２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。
この場合に、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、本実施の形態では、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。
但し、本実施の形態において、偏光解消板１５０の中で非アクティブ領域１５０ｂとされる部分は、観察者１００から見て、透過型表示装置１１１に表示される２Ｄ化像１０７と、透過型表示装置１１２に表示される２Ｄ化像１０８とが重なる所に位置する部分であり、偏光解消板１５０の中でアクティブ領域１５０ａとされる部分は、それ以外の部分である。
【００１５】
図３〜図８で説明した３次元表示装置では、各透過型表示装置（１０１，１０２）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）を表示した場合に、観察者１００に３次元立体像が観察される。
そのため、図３〜図８で説明した３次元表示装置では、観察者１００が左右・上下方向に移動すると３次元立体像を観察できなくなるが、本実施の形態では、観察者１００の左右・上下方向の移動に応じて、透過型表示装置１１２に表示する２Ｄ化像１０８の表示位置、および、偏光解消板１５０の中で非アクティブ領域１５０ｂとされる位置を制御することにより、観察者１００が左右・上下方向に移動しても、３次元立体像を観察することが可能となる。
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。
例えば、図２に示すように、透過型表示装置１１１と、透過型表示装置１１２との間に、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０３および偏光板２１４で構成される透過型表示装置１１３と偏光解消板１５０を組として、１つ以上配置することにより、透過型表示装置を３以上積層することも可能である。
【００１６】
以下、前述の各実施の形態に使用される偏光解消板１５０の構成について説明する。
偏光解消板１５０の最も簡単な構造は、図９に示すように、特定の部分が１／４波長板５１とされる、光学的に透明な板５０からなる光学素子である。
なお、図９において、１／４波長板５１に代えて、高次波長板、あるいは散乱板を使用することも可能である。
図９に示す偏光解消板１５０では、１／４波長板５１（または、高次波長板、あるいは、散乱板）の部分がアクティブ領域１５０ａとなり、その他の部分が非アクティブ領域１５０ｂとなる。
したがって、１／４波長板５１以外の部分は、入射される光の偏光を維持して出射する必要がある。
一方、１／４波長板５１に、直線偏光の光が入射されると、出射される光は円偏光となるので、１／４波長板５１は、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射する。同様に、高次波長板に、直線偏光の光が入射される場合でも、無偏光の光を出射することができる。
また、散乱板に、直線偏光の光が入射されると、入射される光は拡散されるので、散乱板も、入射される光の偏光を解消して無偏光の光として出射する。
なお、図９に示す偏光解消板１５０は、各透過型表示装置（１１１，１１２）に静止画像を表示する場合に有効であり、各透過型表示装置（１１１，１１２）に動画像を表示する場合には、以下に説明する偏光解消板１５０を使用する必要がある。
【００１７】
各透過型表示装置（１１１，１１２）に動画像を表示する場合に、有効な偏光解消板１５０としては、液晶パネルを使用する偏光解消板である。
液晶パネルを使用する偏光解消板の第１の例としては、高分子分散型液晶パネルである。
高分子分散型液晶パネルでは、高分子分散型液晶に電圧を印加しない状態では入射される光を拡散し、高分子分散型液晶に十分な電圧を印加した場合には、高分子に分散された液晶分子は電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の拡散、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、高分子分散型液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００１８】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第２の例としては、図１０（ａ）に示すように、各画素単位に、液晶分子の初期配向方向６１をランダムな方向、あるいは、図１０（ｂ）に示すように、液晶分子の初期配向方向６１を放射状の方向とした液晶パネルである。なお、図１０（ｂ）に示すような液晶分子の初期配向方向６１は、例えば、画素間に高分子の壁を設けると、液晶分子が壁に対して垂直に配向するので容易に実現することができる。
図１０に示すような液晶分子の初期配向方向６１を有する液晶パネルでは、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光はランダムな偏光（所謂、無偏光）となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光のランダムな偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００１９】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第３の例としては、液晶層の屈折率異方性（Δｎ）とその厚さ（ｄ）との積（Δｎ・ｄ）を、下記（１）式のように設定した液晶パネルである。
【数１】
Δｎ・ｄ＝（２ｎ−１）λ／４・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｎは１以上の整数、λは入射される光の波長である。
液晶パネルの液晶層の屈折率異方性（Δｎ）とその厚さ（ｄ）との積（Δｎ・ｄ）を、前述の（１）式のように設定すると、液晶パネルは、１／４波長板と同じ機能を奏する。
したがって、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される直線偏光の光は、円偏光の光となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の円偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
これにより各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００２０】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第４の例としては、液晶パネルの複数の画素（以下、画素ブロックという）の各画素毎に、液晶分子の初期配向方向をランダムの方向とした液晶パネルである。
その一例を図１１に示す。
図１１（ａ）が、偏光解消板として使用される液晶パネルの観察者側に配置される液晶表示パネル（図１では、透過型表示装置１１１を構成する液晶表示パネル２０１）３０の画素の大きさを示す、図１１（ｂ）が、偏光解消板として使用される液晶パネル３１の画素の大きさを示す。
図１１に示す例では、液晶表示パネル３０の１画素に対して、液晶パネル３１の４画素が対応する。
そして、液晶表示パネル３０の１画素に対応する液晶パネル３１の４画素の各画素毎に、それぞれ液晶分子の配向方向を異ならせる。
そのため、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光は各画素毎に異なる方向の偏光となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の各画素毎に異なる方向の偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの４画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
【００２１】
液晶パネルの複数の画素（以下、画素ブロックという）の各画素毎に、液晶分子の初期配向方向をランダムの方向とした液晶パネルの他の例を、図１２に示す。
図１２（ａ）が、偏光解消板として使用される液晶パネルの観察者側に配置される液晶表示パネル（図１では、透過型表示装置１１１を構成する液晶表示パネル２０１）３０の画素の大きさを示す、図１１（ｂ）が、偏光解消板として使用される液晶パネル３１の画素の大きさを示す。
図１２に示す例では、液晶表示パネル３０の１画素に対して、液晶パネル３１の１画素が対応する。
そして、液晶表示パネル３０では、４画素単位で、入射される光の偏光方向を制御し、液晶表示パネル３０の４画素に対応する液晶パネル３１の４画素の各画素毎に、それぞれ液晶分子の配向方向を異ならせる。
そのため、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光は各画素毎に異なる方向の偏光となって出射され、液晶に十分な電圧を印加した場合には、液晶分子が電界方向に並び、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
前述した入射される光の各画素毎に異なる方向の偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、液晶パネルの４画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
なお、これまでの説明では、液晶分子の初期配向方向を利用する場合について説明したが、画素に飽和電圧に満たない電圧を印加すると、画素は電圧によって異なる複屈折状態となる。したがって、各画素毎に異なる電圧を印加しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
また、前述の液晶パネルとしては、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＳＴＮモードの液晶が使用可能である。
【００２２】
液晶パネルを使用する偏光解消板の第５の例としては、液晶分子の初期配向方向が垂直配向の液晶パネルである。
液晶分子の初期配向方向が垂直配向の液晶パネルでは、液晶に電圧を印加しない状態では、入射される光の偏光を維持したまま出射する。
また、液晶に十分な電圧を印加した場合には、Δε（誘電率異方性）＜０の液晶を用いているため、液晶分子が電界方向に対して傾斜する。このとき、傾斜する方向を電極構造などで場所により異ならせることができる。
そのため、液晶に十分な電圧を印加した場合には、入射される光はランダムな偏光（所謂、無偏光）となって出射される。
前述した入射される光のランダムな偏光、あるいは、入射される光の透過は、各画素単位に制御することが可能である。
したがって、各透過型表示装置（１１１，１１２）に表示される動画像の位置に応じて、高分子分散型液晶パネルの各画素単位に印加する電圧を制御することにより、選択的にアクティブ領域１５０ａ（電圧を印加しない領域）と、非アクティブ領域１５０ｂ（電圧を印加した領域）を生成することができる。
以上説明した偏光解消板１５０を使用することにより、観察者１００から見て後面にある物体像の全部、あるいは一部を非表示状態にすることが可能となる。
また、前述の特許文献２に記載されている選択的な拡散板を使用する場合には、周囲の照明光により拡散領域の輝度が上昇し、不自然な表示になる場合があるが、前述した偏光解消板１５０を使用する場合には、周囲の照明光により、偏光解消板１５０の観察者側に配置される透過型表示装置の表示が変化することがない。
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。
【００２３】
【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、観察者から見て後面にある物体像の全部、あるいは一部を非表示状態に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３次元表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１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３】ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の３次元表示装置概略構成を示す模式図である。
【図４】ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の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５】ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の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６】ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の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７】ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の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】ＤＦＤ（Depth Fused 3-D）方式の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】本発明の各実施の形態に使用される偏光解消板の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の各実施の形態において、偏光解消板として使用される液晶パネルの一例の初期配向方向を示す模式図である。
【図１１】本発明の各実施の形態において、偏光解消板として使用される液晶パネルの他の例を示す模式図である。
【図１２】本発明の各実施の形態において、偏光解消板として使用される液晶パネルの他の例を示す模式図である。
【図１３】丸い物体と、四角形状の物体とが一部が重なっている場合、観察者に観察される状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す物体像を従来の３次元表示装置に表示した場合に、観察者に観察される画像を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…丸い物体、１２…四角形状の物体、２１…丸い物体の画像、２２…四角形状の物体の画像、３０，２０１，２０２，２０３…液晶表示パネル、３１…液晶パネル、５０…光学的に透明な板、５１…１／４波長板、６１…初期配向方向、１００…観察者、１０１，１０２，１１１，１１２，１１３…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、１５０…偏光解消板、１５０ａ…アクティブ領域、１５０ｂ…非アクティブ領域、２１１，２１２，２１３，２１４…偏光板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer, and particularly viewed from an observer when displaying a plurality of object images in a superimposed manner. The present invention relates to a three-dimensional display device that can erase all or part of an object image located on the rear side.
[0002]
[Prior art]
A three-dimensional display device that displays a three-dimensional stereoscopic image to an observer by arranging a plurality of transmission type display devices (for example, liquid crystal display devices) at different depth positions as viewed from the observer is known ( (See Patent Document 1 and Patent Document 2 below).
[0003]
As prior art documents related to the invention of the present application, there are the following.
[Patent Document 1]
JP 2001-54144 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3335998 Specification
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the three-dimensional display device described in Patent Document 2 described above, for example, a moving image of an automobile or the like is displayed on the transmissive display device closest to the observer, and the background image is displayed on the transmissive display device far from the observer. By displaying, it is possible to present a deep image to the observer.
However, in the three-dimensional display device described in Patent Document 2 described above, in the transmissive display device closest to the observer, an image is displayed by light passing through the transmissive display device far from the observer. There is a problem that an image displayed on the transmissive display device closest to the viewer is in an unnatural transparent state for the viewer.
For example, as shown in FIG. 13, there is a round object 11 on the observer side, and a square object 12 at a position far from the observer, and the round object 11 and the square object 12 are one when viewed from the observer. In the case where the parts overlap, when observed from the observer side, a part of the quadrangular object 12 is covered with the round object 11 and observed as shown in FIG.
However, in the three-dimensional display device described in Patent Document 2, the image 21 of the round object 11 is displayed on the transmissive display device closest to the observer, and the square is displayed on the transmissive display device far from the observer. When the image 21 of the shaped object 12 is displayed, when viewed from the observer side, the round object 11 is observed as transparent as shown in FIG.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional display including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer. An object of the present invention is to provide a technique capable of making all or a part of an object image on the rear surface viewed from an observer non-displayed in a display device.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
A three-dimensional display device according to the present invention includes a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from an observer, and each of the display optical elements controls an optical element that polarizes incident light. And a depolarizing plate disposed between the display optical elements.
Further, the three-dimensional display device of the present invention includes n liquid crystal display panels arranged at different depth positions when viewed from the observer, where n is an integer of 2 or more, and the n liquid crystal display panels. The observer side in a polarizing plate other than the n polarizing plates disposed on the side opposite to the observer side and the polarizing plate disposed farthest from the observer among the n polarizing plates. (N-1) depolarizing plates disposed on the opposite side of the liquid crystal display, and a front polarizing plate disposed on the viewer side of the liquid crystal display panel disposed at a position closest to the viewer. It is characterized by.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
In this embodiment, as shown in FIG. 1, transmissive display devices (111, 112) (the transmissive display device 111 is closer to the viewer 100 than the transmissive display device 112) are arranged on the front surface of the viewer 100. Is done.
The transmissive display device 111 includes a liquid crystal display panel 201 that functions as a polarization variable device and a polarizing plate (211, 212), and the transmissive display device 112 includes a liquid crystal display panel 202 that functions as a polarization variable device and a polarizing plate. 213.
A depolarization plate 150 is disposed between the liquid crystal display panel 202 and the polarizing plate 212. Although not shown in FIG. 1, a light source (backlight) is disposed behind the polarizing plate 213 (on the side opposite to the transmissive display device 111 of the polarizing plate 213).
Here, a color filter (not shown) is provided in the liquid crystal display panel (201, 202), or the backlight color is changed in synchronization with the two-dimensional image displayed on the liquid crystal display panel (201, 202). By performing field sequential driving, color display can be performed.
[0008]
Examples of liquid crystal display panels (201, 202) include twisted nematic liquid crystal displays, in-plane liquid crystal displays, homogeneous liquid crystal displays, ferroelectric liquid crystal displays, guest-host liquid crystal displays, polymer dispersed liquid crystal displays, A holographic polymer dispersed liquid crystal display, a vertical alignment (VA) liquid crystal display, or a combination thereof is used.
In the present embodiment, for example, a moving image of a vehicle or the like is displayed on the transmissive display device 111, and a background image is displayed on the transmissive display device 112, thereby presenting a deep image to the observer 100. It is possible.
The depolarizing plate 150 has an active area 150a and an inactive area 150b. The active area 150a depolarizes incident light and emits it as non-polarized light, and the inactive area 150b is incident. The polarization of the emitted light is preserved and emitted.
The active area 150a and the inactive area 150b can be arbitrarily selected.
[0009]
In this embodiment, as described above, a case where a round object image is displayed on the liquid crystal display panel 201 and a quadrangular object image is displayed on the liquid crystal display panel 202 is considered. Then, a portion corresponding to a portion where the round object and the quadrangular object overlap in the depolarizing plate 150 is set as the active region 150a.
Then, the light emitted from the liquid crystal display panel 202 that passes through the active region 150a is unpolarized, and the light that passes through the inactive region 150b maintains the polarization state. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, a part of the quadrangular object 12 is covered with the round object 11 and observed.
In this way, in this embodiment, only the rear image on the rear side of the object image on the front surface can be hidden, so that the object image on the front surface is not displayed as shown in FIG. It is possible to prevent natural transparency.
In the present embodiment, the number of transmissive display devices is not limited to two. As shown in FIG. 2, a polarization variable device is provided between the transmissive display device 111 and the transmissive display device 112. It is also possible to stack three or more transmissive display devices by disposing one or more transmissive display devices 113 each composed of a liquid crystal display panel 203 and a polarizing plate 214 functioning as a pair and a depolarization plate 150. is there.
The transmissive display device (111, 112) is not limited to the one using the liquid crystal display panel (201, 202), and includes a display optical element that displays an image by controlling the polarization of incident light. It may be.
[0010]
[Embodiment 2]
The three-dimensional display device of the present embodiment is a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device described in Patent Document 1 described above.
First, the principle of a DFD type three-dimensional display device will be described with reference to FIGS.
In the three-dimensional display device of the DFD (Depth Fused 3-D) method, as shown in FIG.
A plurality of transmissive display devices such as transmissive display devices (101, 102) (the transmissive display device 101 is closer to the viewer 100 than the transmissive display device 102) and various optical elements are provided on the front surface of the viewer 100. Then, the optical system 103 is constructed using the light source 110.
As the transmissive display devices (101, 102), liquid crystal display devices (for example, twisted nematic liquid crystal display, in-plane liquid crystal display, homogeneous liquid crystal display, ferroelectric liquid crystal display, guest-host liquid crystal display, polymer) Dispersion type liquid crystal display, holographic polymer dispersion type liquid crystal display, vertical alignment type (VA) liquid crystal display, or combinations thereof) are used.
Further, as the optical element, for example, a lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved mirror, a prism, a polarization element, a wave plate, or the like is used.
In FIG. 3, a liquid crystal display device is used as the transmissive display device (101, 102), and therefore, the case where the light source 110 is arranged at the rearmost position when viewed from the observer 100 is shown.
[0011]
First, as shown in FIG. 4, an image (hereinafter referred to as a “2D image”) obtained by projecting a three-dimensional object 104 to be presented to the viewer 100 onto the transmissive display device (101, 102) when viewed from the viewer 100. 2D image (105, 106) is generated.
As a method for generating the 2D image, for example, a method using a two-dimensional image obtained by photographing the three-dimensional object 104 with a camera from the viewing direction of the observer 100 or a combination of a plurality of two-dimensional images taken from different directions. There are various methods such as a method, a computer graphic synthesis technique, and a method using modeling.
As shown in FIG. 3, the 2D image (105, 106) is seen from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the observer 100 on both the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102. Are displayed as 2D images (107, 108).
This can be achieved, for example, by controlling the arrangement of the center position and the center of gravity position of each 2D image (105, 106) and the enlargement / reduction ratio of each image.
On the apparatus having the above-described configuration, an image viewed by the observer 100 is generated by light that has passed through the 2D image 108 and has further passed through the 2D image 107.
[0012]
An important point in the DFD (Depth Fused 3-D) method is that the luminance of the image seen by the observer 100 is kept constant so as to be the same as the luminance of the three-dimensional object 104 to be displayed, and the 2D image is obtained. The depth position of the image felt by the observer 100 is changed by changing the distribution of the transmittance between the 107 and the 2D image 108.
An example of how to change is described below.
Here, since it is a black and white drawing, the lower transmittance is shown darker in the drawing for easy understanding.
For example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 101, as shown in FIG. 5, the transmittance on the transmissive display device 101 is set so that the luminance of the 2D image 107 is the luminance of the three-dimensional object 104. And the transparency of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is set to the maximum value of the transmissive display device 102, for example.
Next, for example, when the three-dimensional object 104 is slightly away from the observer 100 and is slightly closer to the transmissive display device 102 side than the transmissive display device 101, as shown in FIG. The transmittance of the portion of the 2D image 107 on the display device 101 is slightly increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmission display device 102 is slightly decreased.
[0013]
For example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and is closer to the transmissive display device 102 than the transmissive display device 101, as shown in FIG. The transmittance of the portion of the 2D image 107 on the device 101 is further increased, and the transmittance of the portion of the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is further decreased.
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 102, as shown in FIG. And the transparency of the portion of the 2D image 107 on the transmissive display device 101 is set to the maximum value of the transmissive display device 101, for example.
By displaying in this way, even if it is a 2D image (107, 108) that is displayed due to a human physiological or psychological factor or illusion, it is as if the viewer 100 is a transmissive display device ( 101, 102), it is felt that the three-dimensional object 104 is located in the middle.
That is, for example, when the transparency of the 2D image (107, 108) of the transmissive display device (101, 102) is set to be substantially the same, the depth position of the transmissive display device (101, 102) is set. It feels like the three-dimensional object 104 is near the middle.
[0014]
The configuration of the three-dimensional display device of the present embodiment is the same as that of the above-described three-dimensional display device of the first embodiment shown in FIG.
In the present embodiment, the luminance of the image viewed from the observer 100 in the 2D image (107, 108) displayed on each transmissive display device (111, 112) has been described with reference to FIGS. It is possible to display a three-dimensional stereoscopic image on each transmissive display device (111, 112) or at an arbitrary position between the transmissive display device 111 and the transmissive display device 112. It is.
In this case, since the liquid crystal display panel (201, 202) can change the direction of polarization in units of pixels, in the present embodiment, light that passes through each pixel unit of the liquid crystal display panel (201, 202). By controlling the polarization direction, the transmittance can be changed independently for each of the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 202.
However, in the present embodiment, the portion of the depolarization plate 150 that is the inactive region 150b is the 2D image 107 displayed on the transmissive display device 111 and the transmissive display as viewed from the viewer 100. It is a part located where the 2D image 108 displayed on the apparatus 112 overlaps, and the part made into the active area 150a in the depolarizing plate 150 is the other part.
[0015]
In the three-dimensional display device described with reference to FIGS. 3 to 8, a 2D image is formed so as to overlap each transmissive display device (101, 102) as seen from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer 100. When (107, 108) is displayed, the observer 100 observes a three-dimensional stereoscopic image.
For this reason, in the three-dimensional display device described with reference to FIGS. 3 to 8, the three-dimensional stereoscopic image cannot be observed when the observer 100 moves in the horizontal and vertical directions. By controlling the display position of the 2D image 108 displayed on the transmissive display device 112 and the position to be the inactive area 150b in the depolarization plate 150 according to the movement of the direction, the observer 100 can It is possible to observe a three-dimensional stereoscopic image even when moving in the left-right and up-down directions.
In the above description, only the two transmissive display devices are mainly described among the transmissive display devices that display the 2D image, and the three-dimensional object presented to the observer 100 is the two transmissive display devices. However, even if the number of transmissive display devices that display 2D images is larger than this, or the positions of three-dimensional objects to be presented are different, the same configuration is possible. It is clear that there is.
For example, as shown in FIG. 2, a transmissive display device 113 including a liquid crystal display panel 203 and a polarizing plate 214 functioning as a polarization variable device between a transmissive display device 111 and a transmissive display device 112. It is possible to stack three or more transmissive display devices by arranging one or more depolarizing plates 150 as a set.
[0016]
Hereinafter, the configuration of the depolarizing plate 150 used in each of the above-described embodiments will be described.
The simplest structure of the depolarizing plate 150 is an optical element composed of an optically transparent plate 50 in which a specific portion is a quarter-wave plate 51 as shown in FIG.
In FIG. 9, a high-order wave plate or a scattering plate can be used instead of the quarter wave plate 51.
In the depolarizing plate 150 shown in FIG. 9, the quarter wavelength plate 51 (or higher-order wavelength plate or scattering plate) is the active region 150a, and the other portion is the inactive region 150b.
Therefore, the portions other than the quarter-wave plate 51 need to emit while maintaining the polarization of the incident light.
On the other hand, when linearly polarized light is incident on the quarter-wave plate 51, the emitted light becomes circularly polarized light. Therefore, the quarter-wave plate 51 cancels the polarization of the incident light. It is emitted as polarized light. Similarly, even when linearly polarized light is incident on the high-order wave plate, unpolarized light can be emitted.
Further, when linearly polarized light is incident on the scattering plate, the incident light is diffused, so that the scattering plate also depolarizes the incident light and emits it as non-polarized light.
The depolarizing plate 150 shown in FIG. 9 is effective when displaying a still image on each transmissive display device (111, 112), and displays a moving image on each transmissive display device (111, 112). In this case, it is necessary to use a depolarizing plate 150 described below.
[0017]
When displaying a moving image on each transmissive display device (111, 112), an effective depolarizing plate 150 is a depolarizing plate using a liquid crystal panel.
A first example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel is a polymer dispersion type liquid crystal panel.
In a polymer dispersion type liquid crystal panel, incident light is diffused when no voltage is applied to the polymer dispersion type liquid crystal, and when a sufficient voltage is applied to the polymer dispersion type liquid crystal, it is dispersed in the polymer. The liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field and emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The above-described diffusion of incident light or transmission of incident light can be controlled for each pixel unit.
Therefore, by controlling the voltage applied to each pixel unit of the polymer dispersed liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmissive display device (111, 112), the active region 150a is selectively selected. (A region where no voltage is applied) and an inactive region 150b (a region where a voltage is applied) can be generated.
[0018]
As a second example of the depolarizing plate using the liquid crystal panel, as shown in FIG. 10A, the initial alignment direction 61 of the liquid crystal molecules is random in each pixel unit, or FIG. As shown in FIG. 2, the liquid crystal panel has an initial alignment direction 61 of liquid crystal molecules in a radial direction. Note that the initial alignment direction 61 of the liquid crystal molecules as shown in FIG. 10B can be easily realized, for example, by providing a polymer wall between the pixels because the liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the wall. Can do.
In a liquid crystal panel having an initial alignment direction 61 of liquid crystal molecules as shown in FIG. 10, when no voltage is applied to the liquid crystal, incident light is emitted as random polarized light (so-called non-polarized light) and is emitted to the liquid crystal. When a sufficient voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field and emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The above-described random polarization of incident light or transmission of incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, the active region 150a (voltage is selectively applied) by controlling the voltage applied to each pixel unit of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmissive display device (111, 112). A non-active region) and an inactive region 150b (a region to which a voltage is applied) can be generated.
[0019]
As a third example of the depolarizing plate using the liquid crystal panel, the product (Δn · d) of the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal layer and its thickness (d) is expressed by the following equation (1). It is a liquid crystal panel set as follows.
[Expression 1]
Δn · d = (2n−1) λ / 4 (1)
Here, n is an integer of 1 or more, and λ is the wavelength of incident light.
When the product (Δn · d) of the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal layer of the liquid crystal panel and its thickness (d) is set as in the above-described equation (1), the liquid crystal panel is ¼. Performs the same function as the wave plate.
Therefore, in a state where no voltage is applied to the liquid crystal, the incident linearly polarized light is emitted as circularly polarized light, and when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are aligned in the electric field direction, The light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The aforementioned circular polarization of incident light or transmission of incident light can be controlled for each pixel.
Accordingly, the active region 150a (voltage is selectively applied) by controlling the voltage applied to each pixel unit of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmissive display device (111, 112). A non-active region) and an inactive region 150b (a region to which a voltage is applied) can be generated.
[0020]
A fourth example of a depolarizing plate using a liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is a random direction for each pixel of a plurality of pixels (hereinafter referred to as pixel blocks) of the liquid crystal panel. is there.
An example is shown in FIG.
FIG. 11A shows a pixel size of a liquid crystal display panel (liquid crystal display panel 201 constituting the transmissive display device 111 in FIG. 1) 30 arranged on the viewer side of the liquid crystal panel used as the depolarization plate. FIG. 11B shows the size of the pixels of the liquid crystal panel 31 used as a depolarizing plate.
In the example shown in FIG. 11, four pixels of the liquid crystal panel 31 correspond to one pixel of the liquid crystal display panel 30.
Then, the orientation directions of the liquid crystal molecules are made different for each of the four pixels of the liquid crystal panel 31 corresponding to one pixel of the liquid crystal display panel 30.
Therefore, in a state where no voltage is applied to the liquid crystal, incident light is emitted as polarized light in a different direction for each pixel, and when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, liquid crystal molecules are aligned in the electric field direction, The light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The above-described polarization of the incident light in a different direction for each pixel or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Accordingly, the active region 150a (voltage is selectively applied) by controlling the voltage applied to the unit of four pixels of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmissive display device (111, 112). A non-active region) and an inactive region 150b (a region to which a voltage is applied) can be generated.
[0021]
FIG. 12 shows another example of a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is a random direction for each pixel of a plurality of pixels (hereinafter referred to as pixel blocks) of the liquid crystal panel.
FIG. 12A shows a pixel size of a liquid crystal display panel 30 (in FIG. 1, the liquid crystal display panel 201 constituting the transmissive display device 111) disposed on the viewer side of a liquid crystal panel used as a depolarization plate. FIG. 11B shows the size of the pixels of the liquid crystal panel 31 used as a depolarizing plate.
In the example illustrated in FIG. 12, one pixel of the liquid crystal panel 31 corresponds to one pixel of the liquid crystal display panel 30.
In the liquid crystal display panel 30, the polarization direction of the incident light is controlled in units of four pixels, and the liquid crystal molecules of each of the four pixels of the liquid crystal panel 31 corresponding to the four pixels of the liquid crystal display panel 30 are controlled. Different orientation directions.
Therefore, in a state where no voltage is applied to the liquid crystal, incident light is emitted as polarized light in a different direction for each pixel, and when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, liquid crystal molecules are aligned in the electric field direction, The light is emitted while maintaining the polarization of the incident light.
The above-described polarization of the incident light in a different direction for each pixel or the transmission of the incident light can be controlled for each pixel.
Accordingly, the active region 150a (voltage is selectively applied) by controlling the voltage applied to the unit of four pixels of the liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmissive display device (111, 112). A non-active region) and an inactive region 150b (a region to which a voltage is applied) can be generated.
In the above description, the case where the initial alignment direction of the liquid crystal molecules is used has been described. However, when a voltage less than the saturation voltage is applied to the pixel, the pixel enters a birefringence state that varies depending on the voltage. Therefore, it goes without saying that the same effect can be obtained even when different voltages are applied to each pixel.
Further, as the above-mentioned liquid crystal panel, TN mode, IPS mode, and STN mode liquid crystals can be used.
[0022]
A fifth example of the depolarizing plate using a liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is vertical alignment.
In a liquid crystal panel in which the initial alignment direction of liquid crystal molecules is vertical alignment, in a state where no voltage is applied to the liquid crystal, the light is emitted while maintaining the polarization of incident light.
In addition, when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are tilted with respect to the electric field direction because the liquid crystal with Δε (dielectric anisotropy) <0 is used. At this time, the tilting direction can be varied depending on the location of the electrode structure or the like.
Therefore, when a sufficient voltage is applied to the liquid crystal, incident light is emitted as random polarized light (so-called non-polarized light).
The above-described random polarization of incident light or transmission of incident light can be controlled for each pixel.
Therefore, by controlling the voltage applied to each pixel unit of the polymer dispersed liquid crystal panel according to the position of the moving image displayed on each transmissive display device (111, 112), the active region 150a is selectively selected. (A region where no voltage is applied) and an inactive region 150b (a region where a voltage is applied) can be generated.
By using the depolarizing plate 150 described above, it is possible to hide all or part of the object image on the rear surface as viewed from the observer 100.
In addition, when the selective diffusion plate described in Patent Document 2 is used, the luminance of the diffusion region may increase due to ambient illumination light, which may result in an unnatural display. When the depolarizing plate 150 is used, the display of the transmissive display device arranged on the viewer side of the depolarizing plate 150 is not changed by the surrounding illumination light.
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
[0023]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, in a three-dimensional display device including a plurality of display optical elements arranged at different depth positions as viewed from the observer, all or part of the object image on the rear surface as viewed from the observer is displayed. It becomes possible to make it a non-display state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a modification of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device.
FIG. 4 is a diagram for explaining a display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device;
FIG. 5 is a diagram for explaining a display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device;
FIG. 6 is a diagram for explaining a display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device;
FIG. 7 is a diagram for explaining a display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device.
FIG. 8 is a diagram for explaining a display principle of a DFD (Depth Fused 3-D) type three-dimensional display device;
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a depolarizing plate used in each embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an initial alignment direction of an example of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate in each embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing another example of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate in each embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing another example of a liquid crystal panel used as a depolarizing plate in each embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a state observed by an observer when a round object and a quadrangular object partially overlap each other.
FIG. 14 is a diagram for explaining an image observed by an observer when the object image shown in FIG. 13 is displayed on a conventional three-dimensional display device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Round object, 12 ... Square object, 21 ... Image of round object, 22 ... Image of square object, 30, 201, 202, 203 ... Liquid crystal display panel, 31 ... Liquid crystal panel, 50 ... Optically Transparent plate, 51 ... 1/4 wavelength plate, 61 ... Initial orientation direction, 100 ... Observer, 101, 102, 111, 112, 113 ... Transmission type display device, 103 ... Optical system, 104 ... Three-dimensional object, 105 106, 107, 108 ... 2D image, 110 ... light source, 150 ... depolarizing plate, 150a ... active region, 150b ... inactive region, 211, 212, 213, 214 ... polarizing plate.

Claims

ｎを２以上の整数とするとき、観察者から見て異なった奥行き位置に配置されるｎ個の液晶表示パネルと、
前記ｎ個の液晶表示パネルの前記観察者側と反対の側に配置されるｎ個の偏光板と、
前記ｎ個偏光板の中で前記観察者から最も遠い位置に配置される偏光板以外の偏光板における、前記観察者側と反対の側に配置される（ｎ−１）個の偏光解消板と、
前記観察者に最も近い位置に配置される液晶表示パネルの前記観察者側に配置される前面偏光板とを備えることを特徴とする３次元表示装置。When n is an integer of 2 or more, n liquid crystal display panels arranged at different depth positions as viewed from the viewer,
N polarizing plates disposed on the side opposite to the viewer side of the n liquid crystal display panels;
(N-1) depolarizing plates disposed on the side opposite to the viewer side in the polarizing plates other than the polarizing plate disposed at the position farthest from the observer among the n polarizing plates; ,
A three-dimensional display device comprising: a front polarizing plate disposed on the viewer side of a liquid crystal display panel disposed at a position closest to the viewer.

前記ｎ個の液晶表示パネルに表示される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液晶表示パネルに対して、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ｎ個の液晶表示パネルに表示される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に記載の３次元表示装置。The two-dimensional images displayed on the n liquid crystal display panels are displayed on the object to be displayed from the viewing direction of the observer with respect to the respective liquid crystal display panels arranged at different depth positions as viewed from the observer. The projected two-dimensional image and the luminance viewed from the observer in the two-dimensional image displayed on the n liquid crystal display panels are independently changed according to the depth position of the display target object. The three-dimensional display device according to claim 1 .

前記偏光解消板は、当該偏光解消板の前記観察者側と反対の側に配置される表示装置に表示される画像の中で非表示にすべき領域が高次波長板として機能する光学素子であ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。The depolarizing plate is an optical element in which a region to be hidden in an image displayed on a display device disposed on the side opposite to the observer side of the depolarizing plate functions as a high-order wavelength plate. The three-dimensional display device according to claim 1 , wherein the three-dimensional display device is provided.

前記偏光解消板は、当該偏光解消板の前記観察者側と反対の側に配置される表示装置に表示される画像の中で非表示にすべき領域が１／４波長板として機能する光学素子であ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。The depolarizing plate is an optical element in which a region to be hidden in an image displayed on a display device disposed on the side opposite to the observer side of the depolarizing plate functions as a quarter wavelength plate The three-dimensional display device according to claim 1 , wherein the three-dimensional display device is a display device.

前記偏光解消板は、当該偏光解消板の前記観察者側と反対の側に配置される表示装置に表示される画像の中で非表示にすべき領域が散乱板として機能する光学素子であ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。The depolarizing plate is an optical element in which an area to be hidden in an image displayed on a display device disposed on the side opposite to the observer side of the depolarizing plate functions as a scattering plate. The three-dimensional display device according to claim 1 or 2 , characterized in that:

前記偏光解消板は、各画素単位に、入射される光を無偏光の光として出射、あるいは、入射される光の偏光を保存して出射する液晶パネルであ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。Said depolarizer is in units of pixels, emit light that is incident as the non-polarized light, or, according to claim 1, characterized in that a liquid crystal panel to emit to save the polarization of the incident light or The three-dimensional display device according to claim 2 .

前記液晶パネルは、各画素における液晶分子の初期配向方向がランダムな方向の液晶パネルであることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。The three-dimensional display device according to claim 6 , wherein the liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which an initial alignment direction of liquid crystal molecules in each pixel is a random direction.

ｍを２以上の整数とするとき、前記液晶パネルは、ｍ画素が、前記液晶パネルの前記観察者側に配置される液晶表示パネルの１画素に対応し、前記ｍ画素の各画素毎に、液晶分子の初期配向方向がそれぞれ異なっていることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。When m is an integer greater than or equal to 2, the liquid crystal panel corresponds to one pixel of a liquid crystal display panel arranged on the viewer side of the liquid crystal panel, and for each pixel of the m pixels, The three-dimensional display device according to claim 6 , wherein the initial alignment directions of the liquid crystal molecules are different from each other.

ｍを２以上の整数とするとき、前記液晶パネルは、ｍ画素が、前記液晶パネルの前記観察者側に配置される液晶表示パネルの１画素に対応し、前記ｍ画素の各画素毎に異なった電圧を印加することにより、前記ｍ画素の各画素を、それぞれ異なった複屈折状態とすることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。When m is an integer greater than or equal to 2, the liquid crystal panel corresponds to one pixel of the liquid crystal display panel arranged on the viewer side of the liquid crystal panel, and is different for each of the m pixels. The three-dimensional display device according to claim 6 , wherein each of the m pixels is set to a different birefringence state by applying a voltage.

ｍを２以上の整数とするとき、前記液晶パネルは、ｍ画素が、前記液晶パネルの前記観察者側に配置される液晶表示パネルのｍ画素に対応し、前記ｍ画素の各画素毎に、液晶分子の初期配向方向がそれぞれ異なっていることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。When m is an integer of 2 or more, the liquid crystal panel corresponds to m pixels of a liquid crystal display panel arranged on the viewer side of the liquid crystal panel, and for each pixel of the m pixels, three-dimensional display device according to claim 6, characterized in that initial alignment direction of the liquid crystal molecules are different from each other.

ｍを２以上の整数とするとき、前記液晶パネルは、ｍ画素が、前記液晶パネルの前記観察者側に配置される液晶表示パネルのｍ画素に対応し、前記ｍ画素の各画素毎に異なった電圧を印加することにより、前記ｍ画素の各画素を、それぞれ異なった複屈折状態とすることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。When m is an integer greater than or equal to 2, the liquid crystal panel has m pixels corresponding to m pixels of the liquid crystal display panel disposed on the viewer side of the liquid crystal panel, and is different for each of the m pixels. The three-dimensional display device according to claim 6 , wherein each of the m pixels is set to a different birefringence state by applying a voltage.

ｎを１以上の整数、λを入射される光の波長とするとき、前記液晶パネルは、液晶層の屈折率異方性とその厚さとの積が、（２ｎ−１）λ／４であることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。When n is an integer greater than or equal to 1 and λ is the wavelength of incident light, the liquid crystal panel has a product of the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer and its thickness of (2n−1) λ / 4. The three-dimensional display device according to claim 6 .

前記液晶パネルは、高分子分散型液晶パネルであることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。The three-dimensional display device according to claim 6 , wherein the liquid crystal panel is a polymer dispersion type liquid crystal panel.

前記液晶パネルは、液晶分子の初期配向方向が垂直方向の液晶パネルであることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。The three-dimensional display device according to claim 6 , wherein the liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which an initial alignment direction of liquid crystal molecules is a vertical direction.