３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示物体、３次元画像作成装置、３次元画像作成方法、プログラムおよび記録媒体
【課題】表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚を可能とする。
【解決手段】観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成し、前記生成された２次元画像の彩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２次元画像を２つの表示面に表示する。前記２つの表示面のうちの前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の彩度よりも、前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の彩度を低くする。
【解決手段】観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成し、前記生成された２次元画像の彩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２次元画像を２つの表示面に表示する。前記２つの表示面のうちの前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の彩度よりも、前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の彩度を低くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示物体、３次元画像作成装置、３次元画像作成方法、プログラムおよび記録媒体に係り、特に、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元画像を、任意の奥行き幅を持たせて重ねて表示することにより、３次元立体像を表示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
奥行き位置を知覚できる３次元表示方法については様々な提案がなされているが、複数の２次元画像を重ね合わせることにより、３次元立体像を表示するＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｕｓｅｄ−３Ｄ）方式の３次元表示方法は、長時間見ても比較的疲れにくく、自然な立体像を知覚できることから注目を集めている。（下記、特許文献１参照）
ＤＦＤ方式の３次元表示方法は、複数の２次元像を重ね合わせることにより、３次元立体像を表示する方法であり、この３次元表示方法では、奥行きの異なる複数の表示面に２次元像を表示し、各表示面に表示する２次元像の輝度あるいは透過度をそれぞれ独立に変化させることで、観察者は正面から観察した場合に連続的な奥行き表現が可能な３次元立体像を表示できる。
また、このＤＦＤ方式の３次元表示方法においては、各表示面に表示する２次元像にグラデーション効果を用いることで、正面からずれた位置から観察したときに違和感なくつながって見えることから、連続的な３次元立体像の表現が実現できる手法が提案されている。（下記、非特許文献１参照）
【０００３】
このグラデーション効果による３次元表示方法は、観察者の視線方向から射影した２次元像を、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に表示するときに、観察者に近い表示面（前面）に表示する２次元像には、輝度を段階的に変化させたグラデーションを設け、また、観察者から遠い側の表示面（後面）に表示する２次元画像は、前面に表示される２次元像の最も最前部に表示される部分の輝度よりも低い輝度で同一に表示することによって、３次元立体像を表示できる。
この３次元表示においては、電子ディスプレイを奥行き方向に重ねた表示装置、プロジェクターやハーフミラーを使って、奥行き位置の異なる表示面を重ねる構成、また、透明フィルムに印刷した２次元画像を奥行き位置を変えて重ねる構成などで３次元立体像の表現が可能である。透明フィルムに印刷した２次元画像は光の透過率を変化させて輝度を変化させる。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０２２５５８号明細書
【非特許文献１】安藤 他，ＤＦＤ表示における広視域角コンテンツ表現方法の提案，映像情報メディア学会主催 立体映像技術研究会，予稿集，Ｐ２７（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、輝度分配したそれぞれの２次元像を重ねて表示するため、表示面のバックの光量が少ないと２次元像の輝度が小さくなり、輝度分配した輝度の差が小さくなる。そのため３次元立体像の立体感を知覚することが難しかった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＤＦＤ方式の３次元表示方法および装置において、表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚が可能になる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の３次元表示方法を利用する３次元表示物体を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記３次元表示物体に表示する２次元画像を生成する３次元画像作成装置および３次元画像作成方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の３次元画像作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムと、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
（１）奥行き位置の異なる２つの表示面にそれぞれ２次元画像を表示して、３次元立体像を生成する３次元表示方法であって、観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成し、前記生成された２次元画像の彩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２次元画像を２つの表示面に表示することを特徴とする。
（２）（１）において、前記２つの表示面のうち前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の彩度を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の彩度よりも低くすることを特徴とする。
（３）（１）または（２）において、前記２次元画像が前記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２次元画像を前記２つの表示面に表示し、かつ前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の幅を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の幅よりも大きくする。
（４）（３）において、前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼との間の一点とする。
（５）（３）において、前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼の中心点とする。
（６）（３）ないし（５）の何れかにおいて、前記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２つの表示面に表示される２次元画像に対して、前記観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加える。
（７）（１）ないし（６）の何れかにおいて、前記２次元画像を表示する表示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に表示された２つの２次元画像が、観察者の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲とする。
（８）（１）ないし（７）に記載の３次元表示方法を実行する３次元表示装置である。
【０００８】
（９）第１の表示対象物の２次元画像と第２の表示対象物の２次元画像を任意の奥行き幅を持たせて重ねて表示することにより、３次元立体像を表示する３次元表示物体であって、観察者に近い第１の表示面に表示される前記第１の２次元画像は、前記第１の表示面と前記観察者から遠い第２の表示面との間の表示面間隔に比例した幅を持つ郭線線領域１を有し、前記輪郭線領域１は、前記輪郭線領域１の内部の画像と前記輪郭線領域１との境界部分が前記輪郭線領域１の内部の画像の色と同じであり、かつ、外側に向かって単調に透明度が増加しており、前記第２の表示面に表示される前記第２の２次元画像は、前記表示面間隔に比例した幅と、前記表示面間隔と所定の視域角の正接の積に比例した幅の和の幅を持つ輪郭線領域２を有し、前記輪郭線領域２の色は、前記輪郭線領域２の内部の画像の色と等しく、前記第２の２次元画像の色の彩度は、前記第１の２次元画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の彩度よりも低い。
【０００９】
（１０）（９）に記載の３次元表示物体における、第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像と、第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像とを作成する３次元画像作成方法であって、表示対象物の画像と、前記第１の表示面と前記第２の表示面との間の表示面間隔と、所定の視域角と、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合とを取り込んで保持する第１のステップと、前記表示面間隔に比例した値を図形輪郭線領域幅とする第２のステップと、前記表示対象物の画像の輪郭線領域の幅を前記図形輪郭線領域幅とした、輪郭線領域１を有する画像を生成する第３のステップと、前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域１の透明度を外側に向かって単調に増加させた、輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を生成する第４のステップと、前記第４のステップで生成した画像を、第１の２次元画像として出力する第５のステップと、前記表示面間隔と前記視域角の正接の積に比例した値を、前記第１の２次元画像の画像サイズに対する前記第２の２次元画像の画像サイズのずれ幅とする第６のステップと、前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域として、前記輪郭線領域１に前記第６のステップで決定した前記ずれ幅を加えた輪郭線領域２を有し、かつ、前記輪郭線領域２の色を前記第３のステップで生成した前記画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の色と等しくした、輪郭線領域２を有する画像を生成する第７のステップと、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合に基づき、前記第７のステップで生成した前記輪郭線領域２を有する画像の色の彩度を変換する第８のステップと、前記第８のステップで彩度を変換した画像を、前記第２の２次元画像として出力する第９のステップとを有する。
（１１）（１０）に記載の３次元画像作成方法を実行する３次元表示装置である。
（１２）（１０）に記載の３次元画像作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
（１３）（１２）に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１０】
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、表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１の３次元表示装置における、各面に表示される２Ｄ化像の重なり位置を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例２の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例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２において、２次元表示装置が増えた場合の一実施例を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の３次元表示装置において、２個のプロジェクタ型２次元表示装置と散乱板を用いて、プロジェクタから散乱板に画像を投影する光学系を構成した一実施例を示す図である。
【図９】本発明の実施例２において、光学装置を追加する別の一実施例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３のバリフォーカル・ミラー方式の体積型３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３の振動スクリーン方式の体積型３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の実施例４の回転ＬＥＤ方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施例５のシンサライザ方式の３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例６の３次元表示物体の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施例６の３次元表示物体において、透明な板と表示対象物の図形の２次元画像を印刷した透明フィルムを貼り合わせる前の状態を上から見た図である。
【図１５】本発明の実施例６の３次元画像作成装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施例６の３次元画像作成方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】前後の表示面の表示面間隔に対する図形輪郭線領域幅の関係を示すグラフである。
【図１８】図形輪郭線領域幅における図形輪郭線領域の色の透明度中間点の設定位置に対する図面の立体感を示すグラフである。
【図１９】視域角に対する前後の表示面の表示面間隔と前後表示面の図形幅の拡大幅を示すグラフである。
【図２０】前後の表示面の表示面間隔に対する視域角と前後表示面の図形幅の拡大幅を示すグラフである。
【図２１】前表示面の図形画像の図形の色の彩度割合を１００％した場合に対する後表示面の図形画像の図形の色の彩度割合と図形画像の立体感の関係を示すグラフである。
【図２２】前面の透明フィルムと後面の透明フィルムに印刷する図形の２次元画像の一例を示す図である。
【図２３】図２１に示す２次元画像を用いたときに、図１３に示す３次元表示物体で観察者から観察される３次元立体像の図形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例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。
また、本実施例では、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２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３次元立体像を主に２つの面に２次元像として表示する場合について述べ、さらに、２つの表示面に表示する２次元像は、図形、文字、記号、ロゴマークなどである。
【００１３】
［実施例１］
図１、図２は、本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
本実施例の３次元表示装置の原理は、まず、図１に示すように、観察者１００の前面に２つの面、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２つの２次元像を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する（詳細は後述する）。
前述の２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。
次に、図２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、視線方向から物体１０４をカメラで撮影した２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２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。
【００１４】
図１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（例えば、右眼と左眼の中心点）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。
本発明における重要な要点は、前記構成を有する装置上で、観察者１００から見て近い側に表示する２Ｄ化像１０５の彩度を１００％とした場合に、これに対して、図３に示すように、観察者から見て遠い側に表示する２Ｄ化像１０６の彩度を２０〜５０％に設定して表示することである。
このように表示することにより、観察者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にはあたかも立体的な３次元表示物体のように感じられる。
本発明の３次元立体像は、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て、観察者１００の視力の下で重なるように前面１０１の２Ｄ化像１０５と後面１０２の２Ｄ化像１０６を表示面に表示し、かつ観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅を、観察者１００に近い側の表示面１０１に表示する２Ｄ化像１０５の幅よりも大きくした場合に起こる。
【００１５】
観察者１００に近い側の表示面１０１に表示する２Ｄ化像１０５の幅Ａに対して、観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅Ａ’は、Ａ’＝２×（０．１×Ｂ×ｔａｎθ）＋Ａ（Ｂは、２つの表示面の面間隔、θは視域角）の計算式により得ることができる。
観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅Ａ’が、上記算出式で算出される幅よりも狭い場合は、３次元立体像の立体感が減少し、観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅Ａ’が、観察者１００に近い側の表示面１０１に表示する２Ｄ化像１０５の幅Ａと同じ幅になると、３次元立体像は観察されず、前後の２つの２次元像として観察される。
本発明の三次元立体像は、図４（ａ）に示すように、右眼像、左眼像において、前後の２次元像が重なりあった領域に発現する。そのため、前後の面間距離が大きく離れ、例えば、図４（ｂ）に示すように、右眼像、左眼像において、前後の２Ｄ化像（１０５，１０６）が重ならず、離れるようになると、本発明の３次元立体像は観察されず、前後の２つの２次元像として観察される。
したがって、本実施例において、３次元立体像を発現させるためには、２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示する表示面（１０１，１０２）の間の奥行き位置は、同じ表示対象物体に対してそれらの面に表示された２つの２Ｄ化像（１０５，１０６）が観察者１００の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲である。即ち、共通領域でない状態では、この効果（３次元立体像が発明する効果）は消失し、観察者１００には、前後面が奥行き方向に離れて感じられる。
【００１６】
［実施例２］
図５は、本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を説明するための図である。
本実施例の３次元表示装置は、図５（ａ）に示すように、まず、２個の２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、前述の実施例で述べた２つの２次元像を配置するための光学系を構成したものである。
各々の配置を変えることにより、２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、２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。
２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、本実施例における全反射鏡１２３を部分反射鏡に代えても、２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００１７】
また、図５（ｂ）に示すように、全反射鏡１２３を使わずに２次元表示装置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、前述の実施例で述べた２個の２次元像を配置するための光学系を構成することができる。
即ち、２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、２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が、２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２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。
【００１８】
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例を図６に示す。
図６（ａ）に示すように、２個の２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、本実施例における全反射鏡１３３を部分反射鏡に代えても、２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００１９】
また、図６（ｂ）に示すように、全反射鏡１３３を使わずに２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２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２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００２０】
図７にさらに２次元表示装置が増えた場合の一実施例を示す。
例えば、複数の２次元表示装置（１４１〜１４５）と、全反射鏡１４６（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１４７（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）、１４８（例えば、反射率／透過率＝３３．３／６６．７）、１４９（例えば、反射率／透過率＝２５／７５）、１５０（例えば、反射率／透過率＝２０／８０）を用いて、複数の２次元像を配置するための光学系を構成した例である。
各々の配置を変えることにより、２次元表示装置１４１の表示が全反射鏡１４６で反射して部分反射鏡（１４７〜１５０）を透過してできる像面１５１と、２次元表示装置（１４２〜１４５）の表示が各々部分反射鏡（１４７〜１５０）で反射して部分反射鏡と透過してできる像面（１５２〜１５５）を各々奥行き方向に異なる位置に配置することができる。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。
なお、この例では、２次元表示装置が５個の場合について述べたが、それ以外の個数でも同様な構成が可能なことは明らかである。この場合においても、図５に対する図６のようにレンズ光学系を付加することにより、像面の位置を制御しやすくなることは同様に明らかである。但し、本実施例における全反射鏡１４３を部分反射鏡に代えても、２次元表示装置１４１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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００２１】
図８は２個のプロジェクタ型２次元表示装置（例えば、ＣＲＴ型、ＬＣＤ型、ＩＬＶ型、ＤＭＤ型など）（１６１，１６２）と、散乱板（１６３，１６４）を用いて、プロジェクタから散乱板に画像を投影することにより、複数の２次元像を配置するための光学系を構成した一実施例を示す。
ここで、散乱板（１６３，１６４）は、例えば、高分子分散型液晶素子、あるいはホログラフィック高分子分散型液晶素子、あるいは液晶とマルチレンズアレイの組合せ素子などのように散乱／透過、あるいは反射／透過を制御でき、また、シャッタ（１６５，１６６）は、例えば、ツイストネマティック液晶素子、あるいは強誘電液晶素子、あるいは機械的シャッタ素子などのように透過／遮断を制御できるものとする。
散乱板（１６３，１６４）の奥行き位置を変えて配置し、これらの散乱板（１６３，１６４）にプロジェクタ型２次元表示装置（１６１、１６２）の各々のピント面を合わせて映像を投射し、かつ散乱板（１６３，１６４）の散乱／透過のタイミングとシャッタ（１６３，１６４）の透過／遮断のタイミングを合わせて駆動することにより、時分割で、散乱板（１６３，１６４）上に形成される像面（１６７，１６８）の奥行き位置を制御できる。
このように、プロジェクタを用いる場合には、装置のレイアウトの自由度が大きい利点を有する。また、シャッタの代わりに、プロジェクタのランプをＯＮ／ＯＦＦしてもよいことは明らかである。
また、本実施例においては、３次元表示装置付近、内部あるいはこれより奥に像面がある場合について主に述べたが、これらの像面を光学装置を追加することにより、３次元表示装置より離して、あるいは前面に配置することも容易に可能である。
その一実施例を図９に示す。例えば、図９に示すような光学系１８１の例えば前面に、例えばレンズ光学系１８３を配置することにより、例えば内部像面１８２を外部像面１８４の位置へ変換できることは明らかである。
このような場合には、像が空間に浮いて再現されるため、像が装置内部や後方にある場合に比べ、観察者にとってより３次元に感じやすいという利点を有する。
【００２２】
［実施例３］
本発明の実施例３は、前述の実施例１における複数の２次元像を配置するための光学系を体積型３次元表示装置を用いて構成した一実施例である。
例えば、「３次元ディスプレイ」（増田千尋著、産業図書（株））に記述されているように、体積型３次元表示装置は、奥行き方向に標本化した２次元像（実施例１における２Ｄ化像と同意義）を積層することにより、３次元表示を行う方式である。
この体積型３次元表示装置には、例えば、バリフォーカル・ミラー方式と振動スクリーン方式とがある。
バリフォーカル・ミラー方式の体積型３次元表示装置は、図１０に示すように、ＴＶ（テレビジョン）等の２次元表示装置２０４上に表示された映像をハーフミラー２０１とバリフォーカル・ミラー２０２を通して観察者１００が３次元立体像（虚像）２０３を観察する構成になっている。
この方法におけるキーデバイスであるバリフォーカル・ミラー２０２は、例えばウーハー（低音発生用スピーカ）の表面に例えばアルミなどの金属や誘電体多層膜などを塗布して凹面鏡のようにした装置であり、通常のウーハーのように振動させるとこの凹面鏡部分の曲率が変化し、その焦点距離を変化できる。
このため、２次元表示装置２０４の例えば虚像や実像の位置をこの焦点距離変化に伴って変化できる。したがって、バリフォーカル・ミラー２０２の焦点距離変化に同期して、２次元表示装置２０４に奥行き標本化像（３次元物体を奥行き方向に輪切りにして標本化した２次元像）を表示することにより、時分割で３次元立体像を表示できる（残像効果を利用）。
本発明では、この方法と装置を用いて、残像時間内に、２次元表示装置の短時間表示を複数回繰り返すことにより、複数の２次元像面を提供できる。また、バリフォーカル・ミラー２０２の振動位置によって像面の奥行き位置が指定できる。
したがって、これらの像面に前述の実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。本方法では、可動部が少ない利点を有する他、像面を複数枚容易に形成できる利点も有する。
【００２３】
振動スクリーン方式の体積型３次元表示装置は、図１１に示すように、奥行き方向に振動する振動スクリーン（例えば、拡散板やレンティキュラ板や縄の目レンズ板など）３０１と、レンズを含む光学系３０２と、レーザ光をラスタースキャン（水平・垂直方向走査）するスキャン装置（水平・垂直方向走査器、例えばポリゴンミラーやガルバノミラーなどを用いた光偏向装置などより構成）３０３と、レーザ光源３０４などで構成される。
この方法では、振動スクリーン３０１が所望の奥行き位置にいるときに高速でスキャン装置３０３を駆動してその奥行き位置における標本化像を書くことを、奥行き位置を変化させて残像時間以内に繰り返すことにより３次元立体像を再現できる。
本発明では、この方法と装置を用いて、残像時間内に、標本化像の振動スクリーン３０１ヘの高速な書き込みを複数回繰り返すことにより、複数の２次元像面を提供できる。振動スクリーン３０１の位置によって像面の奥行き位置が指定できる。したがって、これらの像面に前述の実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。
本方法では、スクリーン面での歪みなどを抑制することが容易である利点と、像面を複数枚容易に形成できる利点を有する。
【００２４】
［実施例４］
本発明の実施例４は、回転ＬＥＤ方式の三次元表示装置であり、図１２Ａに示すように、ＬＥＤアレイよりなるＬＥＤ表示装置４０１と、このＬＥＤ表示装置４０１を回転させる回転装置４０２と、映像信号をＬＥＤ表示装置４０１に供給する映像供給装置４０３などで構成される。
この方法では、ＬＥＤ表示装置４０１の回転軸を中心とする極座標で三次元物体を標本化する必要がある。
このような極座標での標本化像を用いて、ＬＥＤ表示装置４０１の回転に同期させて極座標で標本化された二次元像をＬＥＤ表示装置４０１に表示することを、回転角を変えて繰り返すことにより三次元立体像を再現できる。
本発明では、この方法と装置を用いて、所望の二次元像面を上記極座標に変換し、その変換した位置座標のＬＥＤに残像時間内に高速に表示することを、回転角を変化させながら繰り返すことにより、複数の二次元像面を提供できる。
そして、これらの像面に前記実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。
本方法では、スクリーン面での歪みなどを抑制することが容易である利点と、ＬＥＤ表示装置４０１を比較的容易に回転できる利点と、像面を複数枚容易に形成できる利点を有する。
【００２５】
［実施例５］
本発明の実施例５は、シンサライザ方式の３次元表示装置であり、図１２Ｂに示すように、２次元像が記録されたフィルムあるいは２次元表示装置（例えばＣＲＴや液晶ディスプレイなど）５０１と、プリズムやミラーなどの変換光学系５０２と、投影ドラム５０３で構成される。５０４は光源、５０５はシャッタである。
この方法におけるキーデバイスである投影ドラム５０３は、厚みの変化した透明材質（例えば、ガラス、あるいはアクリルなどの透明プラスチックなど）からなり、これを通して前述したフィルムあるいは２次元表示装置５０１の表示を結像させる。
この方法では、投影ドラム５０３を回転させると厚みが変化し、これにより像面の位置が変化することを利用している。したがって、この像面位置の変化に同期して、２次元表示装置５０１に奥行き標本化像（３次元物体を奥行き方向に輪切りにして標本化した２次元像）を表示することにより、時分割で３次元立体像を表示できる（残像効果を利用）。
本発明では、この方法と装置を利用して、残像時間内にフィルムあるいは２次元表示装置の短時間表示を複数回繰り返すことにより、複数の２次元像面を提供できる。また、投影ドラムの厚みによって像面の奥行き位置が指定できる。したがって、これらの像面に前述の実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。本方法では、可動部が少ない利点を有する他、像面を複数枚容易に形成できる利点も有する。
【００２６】
［実施例６］
図１３は、本発明の実施例６の３次元表示物体の概略構成を示す斜視図であり、図１４は、本発明の実施例の３次元物体において、透明な板と表示対象物の図形の２次元画像を印刷した透明フィルムを貼り合わせる前の状態を上から見た図である。
図１３、図１４において、１は観察者、２は透明な板、１１，１２は透明な板２の前後の表面、３は表示対象物、２１，２２は透明な板２に張り合わせた表示対象物の２次元画像を印刷した透明フィルム、３１，３２はその透明フィルム（２１，２２）の表示面を示している。
本実施例の３次元表示物体は、表示対象物３として、３次元立体像の図形を表示させた構成であり、図１４に示すように、表示対象物３の２次元画像を印刷した２枚の透明フィルム（２１，２２）を、厚みを持った透明な板２の前後の表面（１１、１２）に２次元画像の図形が重なるように貼り合わせた構成となっている。
本実施例は、後述するように、前面の透明フィルム２１に印刷した２次元画像の図形（本願発明の第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像）のエッジをぼかし（本願発明のグラデーション）、後面の透明フィルム２２に印刷した２次元画像の図形（本願発明の第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像）のエッジ領域を、前面の透明フィルム２１に印刷した２次元画像の図形よりも大きくすることを特徴とする。
本実施例では、３次元表示の表示対象物３を、観察者１が正面から観察しても、正面からずれた位置から観察しても、表示面（３１、３２）に表示した２次元画像の図形が連続的につながり、自然な３次元立体像の図形として認識される。
【００２７】
図１５は、本発明の実施例の３次元画像作成装置の概略構成を示すブロック図であり、図１３に示す３次元表示物体における、前面の透明フィルム２１に印刷した２次元画像と、後面の透明フィルム２２に印刷した２次元画像を生成する３次元画像作成装置の概略構成を示す図である。
図１５に示すように、本実施例の３次元画像作成装置は、図形画像データ入力部６０１と、データ入力部６０２と、図形輪郭線領域幅決定部６０３と、図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像生成部（以下、図形画像生成部１）６０５と、図形輪郭線領域にグラデーションを設けた図形画像生成部（以下、図形画像生成部２）６０６と、前後表示面の図形幅の拡大幅決定部６０４と、図形幅を太くした図形画像生成部（以下、図形画像生成部３）６０７と、彩度変換部６０８と、出力部６０９とで構成される。
図形輪郭線領域幅決定部６０３は、データ入力部６０２から入力された前後の表示面の表示面間隔から図形輪郭線領域の幅を決定する。
図形画像生成部１（６０５）は、図形画像データ入力部６０１から入力された図形画像の図形輪郭線領域幅を、図形輪郭線領域幅決定部６０３で決定した輪郭線領域の幅に設定した図形画像を作成する。
図形画像生成部２（６０６）は、図形画像生成部１（６０５）で作成された図形画像の図形輪郭線領域に透明度の変化によるグラデーションを設けた図形画像を作成する。
作成した図形輪郭線領域幅を変化させて、その輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域１）にグラデーションを設けた図形画像は、前面表示用の２次元画像（本願発明の第１の表示面に表示される第１の２次元画像）として出力部６０９から出力される。
【００２８】
前後表示面の図形幅の拡大幅決定部６０４は、データ入力部６０２から入力された前後の表示面の表示面間隔、および視域角から、前面に表示する図形幅（本願発明の第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像）に対して、後面に表示する図形幅（本願発明の第２の表示面に表示される第２の２次元画像）の拡大幅を決定する。
図形画像生成部３（６０７）は、図形画像生成部１（６０５）で作成された図形画像の図形輪郭線領域幅に、前後表示面の図形幅の拡大幅決定部６０４で決定した後面に表示する図形幅の拡大幅を加え、図形と輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域２）を同一の色とした図形画像を作成する。
彩度変換部６０８は、図形画像生成部３（６０７）で生成された図形画像の図形の彩度を、データ入力部６０２から入力された前後の表示面の図形の色の彩度割合によって変化させる。
図形幅を太くして彩度を変化させた図形画像は後面表示用の２次元画像（本願発明の第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像）として出力部６０９から出力される。
【００２９】
図１６は、本発明の実施例の３次元画像作成方法の処理手順を示すフローチャートであり、図１５に示す３次元画像作成装置において、図形画像データ入力部６０１から入力した図形画像と、データ入力部６０２から入力した各データから、前面表示用と後面表示用の図形画像を作成し、前後表示面の２次元画像として出力するまでの手順を示すフローチャートである。
まず、入力図形画像を図形画像データ入力部６０１から取得する（ステップ６１１）。
次に、データ入力部６０２から入力した前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）から図形輪郭線領域幅（Ｘ）を、Ｘ＝０．３Ｙの式によって算出する。この式は、図１７に示す、前後の表示面の面間隔に対する図形輪郭線領域幅の関係から得ることができる。
ステップ６１１で入力した図形画像の図形輪郭線領域を、ステップ６１２で算出して決定した図形輪郭線領域幅に設定し、図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像を作成する（ステップ６１３）。
次に、ステップ６１２で変化させた図形輪郭線領域幅において、その輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域１）にグラデーションを設ける処理を行う（ステップ６１４）。グラデーションは、図形の輪郭線領域の内側から外側に向かって段階的に輪郭線領域の色の透明度を高くするが、図１８に示す図形輪郭線領域幅内における図形輪郭線領域の色の透明度中間点の設定位置と図形の立体感の関係から、透明度の中間点を図形輪郭線領域幅の３０〜６０％の位置に設定することで、図形画像を前後の表示面に奥行き方向に重ねて表示したときに自然な立体図形の表現が実現できる。
次に、ステップ６１４で、輪郭線領域にグラデーションを設ける処理を行った図形画像を前面表示用の２次元画像（本願発明の第１の表示面に表示される第１の２次元画像）として出力する（ステップ６１５）。
【００３０】
後面表示用の２次元画像を作成する場合は、まず、前後表示面の図形幅の拡大幅をデータ入力部６０２から入力した前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）、視域角（θ）から算出する（ステップ６１６）。
図１９に、視域角（θ）に対する前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）と、前後面の図形幅の拡大幅（Ｚ）の関係、図２０に、前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）に対する視域角（θ）と、前後面の図形幅（Ｚ）の拡大幅の関係を示す。
図１９、図２０から前後面の図形幅の拡大幅（Ｚ）と前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）、視域角（θ）の正接（ｔａｎθ）はそれぞれ比例関係にあり、Ｚ＝０．１Ｙｔａｎθの計算式によって、前後面の図形幅の拡大幅（Ｚ）を算出できる。
次に、ステップ６１６で算出した図形幅の拡大幅を、ステップ６１３で図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像の図形（図形平坦部分＋図形輪郭線領域）幅に足すことにより、図形幅を太くした図形画像を作成する（ステップ６１７）。この時点では、図形の平坦部分と図形輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域２）の部分は、ステップ６１１の入力図形画像の図形と同じ色になっている。
次に、ステップ６１７で図形幅を太くした図形画像の彩度割合を変換する（ステップ６１８）。彩度割合は、図２１に示すように、前表示面の図形画像の図形の色の彩度割合を１００％した場合に対する、後表示面の図形画像の図形の色の彩度割合と図形画像の立体感の関係から、後表示面の図形の色の彩度を、前表示面の図形の色の彩度（１００％）に対して１０〜５０％に設定することで、立体感が増し、奥行き感のある立体図形の表現が実現できる。
なお、図２１において、Ａは、前表示面の図形に輪郭線領域１を、後表示面の図形に輪郭線領域２を設けた本実施例における図形の立体感を示し、Ｂは、前表示面の図形に輪郭線領域１を設けず、後表示面の図形に輪郭線領域２を設けた場合における、立体感を示す。
図形幅を太くして彩度を変化させた図形画像を後面表示用の２次元画像（本願発明の第２の表示面に表示される第２の２次元画像）として出力する（ステップ６１９）。
【００３１】
図２２は、図１６に示すフローチャートに従って作成した前後の表示面に表示される図形画像の一例を示す図である。
図中の透明フィルム２１は、前面表示用の図形画像、透明フィルム２２は、後面表示用の図形画像である。
透明フィル２１に印刷した図形画像のＡ０は図形部分、Ａ１は透明度の中間点を図形輪郭線領域幅の３０〜６０％の位置に設定したグラデーションを設けた図形輪郭線領域部分（本願発明の輪郭線領域１）である。
透明フィルム２２に印刷した図形画像のＡ０’は図形部分、Ａ１’は図形輪郭線領域を拡大した図形輪郭線領域部分（本願発明の輪郭線領域２）である。
図２３は、図２２に示す２次元画像を用いたときに、図１３に示す３次元表示物体で観察者から観察される３次元立体像の図形を示す図である。
観察者１が、図１３に示す３次元表示物体を正面から見たときに観察される３次元立体像の図形を図２３（ａ）に示す。実際には、透明フィルム（２１，２２）の表示面（３１、３２）には奥行き位置の差があり、また、透明な板２に貼り付けた透明フィルム２１に印刷されている図形画像の輪郭線領域の透明度を段階的に高くしてグラデーションを設け、透明フィルム２２に印刷されている図形画像（後表示面の図形画像）の図形の彩度を透明フィルム２１に印刷されている図形画像（前表示面の図形画像）の彩度よりも低くすることで、図形の３次元立体像が観察される。
また、図１３に示す３次元表示物体を正面から表示面に向かって右にずれた位置から、観察者１が観察した様子を図２３（ｂ）に示す。
図２３（ｂ）に示すように、観察者１が、３次元表示物体の正面からずれた位置から観察した場合でも、透明な板２に貼り付けた透明フィルム２１に印刷されている２次元画像の図形の輪郭線領域のグラデーション部分と、透明フィルム２２に印刷されている図形輪郭線領域を拡大して図形幅を太くした図形画像とが奥行き方向に連続的につながり、自然な３次元立体像の図形として観察される。
このように、観察者１は頭を動かした状態でも３次元立体像の図形を観察できるため、運動視差による立体表現が可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施例によれば、図形の立体表現手法による３次元表示で、前表示面に相当する２次元画像の図形の輪郭領域幅を前後表示面の面間幅に応じて変化させ、その輪郭線領域の透明度を段階的に高くすることと、後表示面に相当する２次元画像の図形幅を前表示面に表示する２次元画像の図形幅よりも太くし、その図形と輪郭線領域の色の彩度割合を、前表示面に表示する２次元画像の図形の色の彩度割合よりも低くすることにより、奥行き方向に重ねて表示したときに、観察者の視線位置がずれても、連続的な奥行き位置表現を可能にし、それによって観察位置の範囲が広くでき、３次元表示装置の表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚が可能となる効果がある。
なお、本実施例では、透明な板２に透明フィルム（２１，２２）を張り合わせた構成を例に挙げて説明したが、透明な物（例えば、窓ガラス、グラス、容器）であれば表示可能である。また、３次元表示の表示対象物体として図形を例にとったが、文字、記号、マーク、ロゴでも表示可能である。
また、前述の説明では、図１に示す３次元表示物体について適用した例について説明したが、本発明は、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの２次元表示装置に、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を表示し、かつ、それぞれの表示装置に表示される２次元像の彩度を独立に変更して、３次元立体像を表示する３次元表示装置にも適用可能である。
なお、本発明の３次元画像作成装置は、コンピュータで実行することも可能である。この場合、本発明の３次元画像作成方法は、コンピュータ内のハードディスクなどに格納されるプログラムを、コンピュータが実行することにより行われる。そして、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは、ネットワークを介したダウンロードにより供給される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前述の実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１００ 観察者
２ 透明な板
３ 表示対象物
１１，１２ 透明な板の前後の表面
２１，２２ 透明フィルム
３１，３２ 透明フィルムの表示面
１０１，１０２ 面
１０３ 光学系
１０４ ３次元物体
１０５，１０６ ２Ｄ化像
１２１，１２２，１３１，１３２，１４１〜１４５，２０４ ２次元表示装置
１２３，１３３，１４６ 全反射鏡
１２４，１３４，１４７〜１５０ 部分反射鏡
１２５，１２６，１３５，１３６，１５１〜１５５、１６７，１６８ 像面
１３７，１３８ 凸レンズ
１６１，１６２ プロジェクタ型２次元表示装置
１６３，１６４ 散乱板
１６５，１６６，５０５ シャッタ
１８２ 内部像面
１８３ レンズ光学系
１８４ 外部像面
２０１ ハーフミラーを含む光学系
２０２ バリフォーカル・ミラー
２０３ 虚像
３０１ 振動スクリーン
３０２ レンズを含む光学系
３０３ スキャン装置
３０４ レーザ光源
４０１ ＬＥＤ表示装置
４０２ 回転装置
４０３ 映像供給装置
５０１ ２次元像が記録されたフィルムまたは２次元表示装置
５０２ 変換光学系
５０３ 投影ドラム
５０４ 光源
６０１ 図形画像データ入力部
６０２ データ入力部
６０３ 図形輪郭線領域幅決定部
６０４ 前後表示面の図形幅の拡大幅決定部
６０５ 図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像生成部（図形画像生成部１）
６０６ 図形輪郭線領域にグラデーションを設けた図形画像生成部(図形画像生成部２)
６０７ 図形幅を太くした図形画像生成部（図形画像生成部３）
６０８ 彩度変換部
６０９ 出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示物体、３次元画像作成装置、３次元画像作成方法、プログラムおよび記録媒体に係り、特に、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元画像を、任意の奥行き幅を持たせて重ねて表示することにより、３次元立体像を表示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
奥行き位置を知覚できる３次元表示方法については様々な提案がなされているが、複数の２次元画像を重ね合わせることにより、３次元立体像を表示するＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｕｓｅｄ−３Ｄ）方式の３次元表示方法は、長時間見ても比較的疲れにくく、自然な立体像を知覚できることから注目を集めている。（下記、特許文献１参照）
ＤＦＤ方式の３次元表示方法は、複数の２次元像を重ね合わせることにより、３次元立体像を表示する方法であり、この３次元表示方法では、奥行きの異なる複数の表示面に２次元像を表示し、各表示面に表示する２次元像の輝度あるいは透過度をそれぞれ独立に変化させることで、観察者は正面から観察した場合に連続的な奥行き表現が可能な３次元立体像を表示できる。
また、このＤＦＤ方式の３次元表示方法においては、各表示面に表示する２次元像にグラデーション効果を用いることで、正面からずれた位置から観察したときに違和感なくつながって見えることから、連続的な３次元立体像の表現が実現できる手法が提案されている。（下記、非特許文献１参照）
【０００３】
このグラデーション効果による３次元表示方法は、観察者の視線方向から射影した２次元像を、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に表示するときに、観察者に近い表示面（前面）に表示する２次元像には、輝度を段階的に変化させたグラデーションを設け、また、観察者から遠い側の表示面（後面）に表示する２次元画像は、前面に表示される２次元像の最も最前部に表示される部分の輝度よりも低い輝度で同一に表示することによって、３次元立体像を表示できる。
この３次元表示においては、電子ディスプレイを奥行き方向に重ねた表示装置、プロジェクターやハーフミラーを使って、奥行き位置の異なる表示面を重ねる構成、また、透明フィルムに印刷した２次元画像を奥行き位置を変えて重ねる構成などで３次元立体像の表現が可能である。透明フィルムに印刷した２次元画像は光の透過率を変化させて輝度を変化させる。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０２２５５８号明細書
【非特許文献１】安藤 他，ＤＦＤ表示における広視域角コンテンツ表現方法の提案，映像情報メディア学会主催 立体映像技術研究会，予稿集，Ｐ２７（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、輝度分配したそれぞれの２次元像を重ねて表示するため、表示面のバックの光量が少ないと２次元像の輝度が小さくなり、輝度分配した輝度の差が小さくなる。そのため３次元立体像の立体感を知覚することが難しかった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＤＦＤ方式の３次元表示方法および装置において、表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚が可能になる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の３次元表示方法を利用する３次元表示物体を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記３次元表示物体に表示する２次元画像を生成する３次元画像作成装置および３次元画像作成方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の３次元画像作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムと、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
（１）奥行き位置の異なる２つの表示面にそれぞれ２次元画像を表示して、３次元立体像を生成する３次元表示方法であって、観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成し、前記生成された２次元画像の彩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２次元画像を２つの表示面に表示することを特徴とする。
（２）（１）において、前記２つの表示面のうち前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の彩度を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の彩度よりも低くすることを特徴とする。
（３）（１）または（２）において、前記２次元画像が前記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２次元画像を前記２つの表示面に表示し、かつ前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の幅を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の幅よりも大きくする。
（４）（３）において、前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼との間の一点とする。
（５）（３）において、前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼の中心点とする。
（６）（３）ないし（５）の何れかにおいて、前記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２つの表示面に表示される２次元画像に対して、前記観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加える。
（７）（１）ないし（６）の何れかにおいて、前記２次元画像を表示する表示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に表示された２つの２次元画像が、観察者の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲とする。
（８）（１）ないし（７）に記載の３次元表示方法を実行する３次元表示装置である。
【０００８】
（９）第１の表示対象物の２次元画像と第２の表示対象物の２次元画像を任意の奥行き幅を持たせて重ねて表示することにより、３次元立体像を表示する３次元表示物体であって、観察者に近い第１の表示面に表示される前記第１の２次元画像は、前記第１の表示面と前記観察者から遠い第２の表示面との間の表示面間隔に比例した幅を持つ郭線線領域１を有し、前記輪郭線領域１は、前記輪郭線領域１の内部の画像と前記輪郭線領域１との境界部分が前記輪郭線領域１の内部の画像の色と同じであり、かつ、外側に向かって単調に透明度が増加しており、前記第２の表示面に表示される前記第２の２次元画像は、前記表示面間隔に比例した幅と、前記表示面間隔と所定の視域角の正接の積に比例した幅の和の幅を持つ輪郭線領域２を有し、前記輪郭線領域２の色は、前記輪郭線領域２の内部の画像の色と等しく、前記第２の２次元画像の色の彩度は、前記第１の２次元画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の彩度よりも低い。
【０００９】
（１０）（９）に記載の３次元表示物体における、第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像と、第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像とを作成する３次元画像作成方法であって、表示対象物の画像と、前記第１の表示面と前記第２の表示面との間の表示面間隔と、所定の視域角と、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合とを取り込んで保持する第１のステップと、前記表示面間隔に比例した値を図形輪郭線領域幅とする第２のステップと、前記表示対象物の画像の輪郭線領域の幅を前記図形輪郭線領域幅とした、輪郭線領域１を有する画像を生成する第３のステップと、前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域１の透明度を外側に向かって単調に増加させた、輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を生成する第４のステップと、前記第４のステップで生成した画像を、第１の２次元画像として出力する第５のステップと、前記表示面間隔と前記視域角の正接の積に比例した値を、前記第１の２次元画像の画像サイズに対する前記第２の２次元画像の画像サイズのずれ幅とする第６のステップと、前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域として、前記輪郭線領域１に前記第６のステップで決定した前記ずれ幅を加えた輪郭線領域２を有し、かつ、前記輪郭線領域２の色を前記第３のステップで生成した前記画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の色と等しくした、輪郭線領域２を有する画像を生成する第７のステップと、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合に基づき、前記第７のステップで生成した前記輪郭線領域２を有する画像の色の彩度を変換する第８のステップと、前記第８のステップで彩度を変換した画像を、前記第２の２次元画像として出力する第９のステップとを有する。
（１１）（１０）に記載の３次元画像作成方法を実行する３次元表示装置である。
（１２）（１０）に記載の３次元画像作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
（１３）（１２）に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１０】
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、表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１の３次元表示装置における、各面に表示される２Ｄ化像の重なり位置を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例２の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例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２において、２次元表示装置が増えた場合の一実施例を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の３次元表示装置において、２個のプロジェクタ型２次元表示装置と散乱板を用いて、プロジェクタから散乱板に画像を投影する光学系を構成した一実施例を示す図である。
【図９】本発明の実施例２において、光学装置を追加する別の一実施例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３のバリフォーカル・ミラー方式の体積型３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３の振動スクリーン方式の体積型３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の実施例４の回転ＬＥＤ方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施例５のシンサライザ方式の３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例６の３次元表示物体の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施例６の３次元表示物体において、透明な板と表示対象物の図形の２次元画像を印刷した透明フィルムを貼り合わせる前の状態を上から見た図である。
【図１５】本発明の実施例６の３次元画像作成装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施例６の３次元画像作成方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】前後の表示面の表示面間隔に対する図形輪郭線領域幅の関係を示すグラフである。
【図１８】図形輪郭線領域幅における図形輪郭線領域の色の透明度中間点の設定位置に対する図面の立体感を示すグラフである。
【図１９】視域角に対する前後の表示面の表示面間隔と前後表示面の図形幅の拡大幅を示すグラフである。
【図２０】前後の表示面の表示面間隔に対する視域角と前後表示面の図形幅の拡大幅を示すグラフである。
【図２１】前表示面の図形画像の図形の色の彩度割合を１００％した場合に対する後表示面の図形画像の図形の色の彩度割合と図形画像の立体感の関係を示すグラフである。
【図２２】前面の透明フィルムと後面の透明フィルムに印刷する図形の２次元画像の一例を示す図である。
【図２３】図２１に示す２次元画像を用いたときに、図１３に示す３次元表示物体で観察者から観察される３次元立体像の図形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例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。
また、本実施例では、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２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３次元立体像を主に２つの面に２次元像として表示する場合について述べ、さらに、２つの表示面に表示する２次元像は、図形、文字、記号、ロゴマークなどである。
【００１３】
［実施例１］
図１、図２は、本発明の実施例１の３次元表示装置の原理を説明するための図である。
本実施例の３次元表示装置の原理は、まず、図１に示すように、観察者１００の前面に２つの面、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２つの２次元像を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する（詳細は後述する）。
前述の２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。
次に、図２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、視線方向から物体１０４をカメラで撮影した２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２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。
【００１４】
図１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（例えば、右眼と左眼の中心点）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。
本発明における重要な要点は、前記構成を有する装置上で、観察者１００から見て近い側に表示する２Ｄ化像１０５の彩度を１００％とした場合に、これに対して、図３に示すように、観察者から見て遠い側に表示する２Ｄ化像１０６の彩度を２０〜５０％に設定して表示することである。
このように表示することにより、観察者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にはあたかも立体的な３次元表示物体のように感じられる。
本発明の３次元立体像は、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て、観察者１００の視力の下で重なるように前面１０１の２Ｄ化像１０５と後面１０２の２Ｄ化像１０６を表示面に表示し、かつ観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅を、観察者１００に近い側の表示面１０１に表示する２Ｄ化像１０５の幅よりも大きくした場合に起こる。
【００１５】
観察者１００に近い側の表示面１０１に表示する２Ｄ化像１０５の幅Ａに対して、観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅Ａ’は、Ａ’＝２×（０．１×Ｂ×ｔａｎθ）＋Ａ（Ｂは、２つの表示面の面間隔、θは視域角）の計算式により得ることができる。
観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅Ａ’が、上記算出式で算出される幅よりも狭い場合は、３次元立体像の立体感が減少し、観察者１００から遠い側の表示面１０２に表示する２Ｄ化像１０６の幅Ａ’が、観察者１００に近い側の表示面１０１に表示する２Ｄ化像１０５の幅Ａと同じ幅になると、３次元立体像は観察されず、前後の２つの２次元像として観察される。
本発明の三次元立体像は、図４（ａ）に示すように、右眼像、左眼像において、前後の２次元像が重なりあった領域に発現する。そのため、前後の面間距離が大きく離れ、例えば、図４（ｂ）に示すように、右眼像、左眼像において、前後の２Ｄ化像（１０５，１０６）が重ならず、離れるようになると、本発明の３次元立体像は観察されず、前後の２つの２次元像として観察される。
したがって、本実施例において、３次元立体像を発現させるためには、２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示する表示面（１０１，１０２）の間の奥行き位置は、同じ表示対象物体に対してそれらの面に表示された２つの２Ｄ化像（１０５，１０６）が観察者１００の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲である。即ち、共通領域でない状態では、この効果（３次元立体像が発明する効果）は消失し、観察者１００には、前後面が奥行き方向に離れて感じられる。
【００１６】
［実施例２］
図５は、本発明の実施例２の３次元表示装置の概略構成を説明するための図である。
本実施例の３次元表示装置は、図５（ａ）に示すように、まず、２個の２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、前述の実施例で述べた２つの２次元像を配置するための光学系を構成したものである。
各々の配置を変えることにより、２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、２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。
２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、本実施例における全反射鏡１２３を部分反射鏡に代えても、２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００１７】
また、図５（ｂ）に示すように、全反射鏡１２３を使わずに２次元表示装置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、前述の実施例で述べた２個の２次元像を配置するための光学系を構成することができる。
即ち、２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、２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が、２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２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。
【００１８】
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例を図６に示す。
図６（ａ）に示すように、２個の２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、本実施例における全反射鏡１３３を部分反射鏡に代えても、２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００１９】
また、図６（ｂ）に示すように、全反射鏡１３３を使わずに２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２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２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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００２０】
図７にさらに２次元表示装置が増えた場合の一実施例を示す。
例えば、複数の２次元表示装置（１４１〜１４５）と、全反射鏡１４６（例えば、反射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡１４７（例えば、反射率／透過率＝５０／５０）、１４８（例えば、反射率／透過率＝３３．３／６６．７）、１４９（例えば、反射率／透過率＝２５／７５）、１５０（例えば、反射率／透過率＝２０／８０）を用いて、複数の２次元像を配置するための光学系を構成した例である。
各々の配置を変えることにより、２次元表示装置１４１の表示が全反射鏡１４６で反射して部分反射鏡（１４７〜１５０）を透過してできる像面１５１と、２次元表示装置（１４２〜１４５）の表示が各々部分反射鏡（１４７〜１５０）で反射して部分反射鏡と透過してできる像面（１５２〜１５５）を各々奥行き方向に異なる位置に配置することができる。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。
なお、この例では、２次元表示装置が５個の場合について述べたが、それ以外の個数でも同様な構成が可能なことは明らかである。この場合においても、図５に対する図６のようにレンズ光学系を付加することにより、像面の位置を制御しやすくなることは同様に明らかである。但し、本実施例における全反射鏡１４３を部分反射鏡に代えても、２次元表示装置１４１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。
本実施例では像面の奥行き位置の順序が２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２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。
【００２１】
図８は２個のプロジェクタ型２次元表示装置（例えば、ＣＲＴ型、ＬＣＤ型、ＩＬＶ型、ＤＭＤ型など）（１６１，１６２）と、散乱板（１６３，１６４）を用いて、プロジェクタから散乱板に画像を投影することにより、複数の２次元像を配置するための光学系を構成した一実施例を示す。
ここで、散乱板（１６３，１６４）は、例えば、高分子分散型液晶素子、あるいはホログラフィック高分子分散型液晶素子、あるいは液晶とマルチレンズアレイの組合せ素子などのように散乱／透過、あるいは反射／透過を制御でき、また、シャッタ（１６５，１６６）は、例えば、ツイストネマティック液晶素子、あるいは強誘電液晶素子、あるいは機械的シャッタ素子などのように透過／遮断を制御できるものとする。
散乱板（１６３，１６４）の奥行き位置を変えて配置し、これらの散乱板（１６３，１６４）にプロジェクタ型２次元表示装置（１６１、１６２）の各々のピント面を合わせて映像を投射し、かつ散乱板（１６３，１６４）の散乱／透過のタイミングとシャッタ（１６３，１６４）の透過／遮断のタイミングを合わせて駆動することにより、時分割で、散乱板（１６３，１６４）上に形成される像面（１６７，１６８）の奥行き位置を制御できる。
このように、プロジェクタを用いる場合には、装置のレイアウトの自由度が大きい利点を有する。また、シャッタの代わりに、プロジェクタのランプをＯＮ／ＯＦＦしてもよいことは明らかである。
また、本実施例においては、３次元表示装置付近、内部あるいはこれより奥に像面がある場合について主に述べたが、これらの像面を光学装置を追加することにより、３次元表示装置より離して、あるいは前面に配置することも容易に可能である。
その一実施例を図９に示す。例えば、図９に示すような光学系１８１の例えば前面に、例えばレンズ光学系１８３を配置することにより、例えば内部像面１８２を外部像面１８４の位置へ変換できることは明らかである。
このような場合には、像が空間に浮いて再現されるため、像が装置内部や後方にある場合に比べ、観察者にとってより３次元に感じやすいという利点を有する。
【００２２】
［実施例３］
本発明の実施例３は、前述の実施例１における複数の２次元像を配置するための光学系を体積型３次元表示装置を用いて構成した一実施例である。
例えば、「３次元ディスプレイ」（増田千尋著、産業図書（株））に記述されているように、体積型３次元表示装置は、奥行き方向に標本化した２次元像（実施例１における２Ｄ化像と同意義）を積層することにより、３次元表示を行う方式である。
この体積型３次元表示装置には、例えば、バリフォーカル・ミラー方式と振動スクリーン方式とがある。
バリフォーカル・ミラー方式の体積型３次元表示装置は、図１０に示すように、ＴＶ（テレビジョン）等の２次元表示装置２０４上に表示された映像をハーフミラー２０１とバリフォーカル・ミラー２０２を通して観察者１００が３次元立体像（虚像）２０３を観察する構成になっている。
この方法におけるキーデバイスであるバリフォーカル・ミラー２０２は、例えばウーハー（低音発生用スピーカ）の表面に例えばアルミなどの金属や誘電体多層膜などを塗布して凹面鏡のようにした装置であり、通常のウーハーのように振動させるとこの凹面鏡部分の曲率が変化し、その焦点距離を変化できる。
このため、２次元表示装置２０４の例えば虚像や実像の位置をこの焦点距離変化に伴って変化できる。したがって、バリフォーカル・ミラー２０２の焦点距離変化に同期して、２次元表示装置２０４に奥行き標本化像（３次元物体を奥行き方向に輪切りにして標本化した２次元像）を表示することにより、時分割で３次元立体像を表示できる（残像効果を利用）。
本発明では、この方法と装置を用いて、残像時間内に、２次元表示装置の短時間表示を複数回繰り返すことにより、複数の２次元像面を提供できる。また、バリフォーカル・ミラー２０２の振動位置によって像面の奥行き位置が指定できる。
したがって、これらの像面に前述の実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。本方法では、可動部が少ない利点を有する他、像面を複数枚容易に形成できる利点も有する。
【００２３】
振動スクリーン方式の体積型３次元表示装置は、図１１に示すように、奥行き方向に振動する振動スクリーン（例えば、拡散板やレンティキュラ板や縄の目レンズ板など）３０１と、レンズを含む光学系３０２と、レーザ光をラスタースキャン（水平・垂直方向走査）するスキャン装置（水平・垂直方向走査器、例えばポリゴンミラーやガルバノミラーなどを用いた光偏向装置などより構成）３０３と、レーザ光源３０４などで構成される。
この方法では、振動スクリーン３０１が所望の奥行き位置にいるときに高速でスキャン装置３０３を駆動してその奥行き位置における標本化像を書くことを、奥行き位置を変化させて残像時間以内に繰り返すことにより３次元立体像を再現できる。
本発明では、この方法と装置を用いて、残像時間内に、標本化像の振動スクリーン３０１ヘの高速な書き込みを複数回繰り返すことにより、複数の２次元像面を提供できる。振動スクリーン３０１の位置によって像面の奥行き位置が指定できる。したがって、これらの像面に前述の実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。
本方法では、スクリーン面での歪みなどを抑制することが容易である利点と、像面を複数枚容易に形成できる利点を有する。
【００２４】
［実施例４］
本発明の実施例４は、回転ＬＥＤ方式の三次元表示装置であり、図１２Ａに示すように、ＬＥＤアレイよりなるＬＥＤ表示装置４０１と、このＬＥＤ表示装置４０１を回転させる回転装置４０２と、映像信号をＬＥＤ表示装置４０１に供給する映像供給装置４０３などで構成される。
この方法では、ＬＥＤ表示装置４０１の回転軸を中心とする極座標で三次元物体を標本化する必要がある。
このような極座標での標本化像を用いて、ＬＥＤ表示装置４０１の回転に同期させて極座標で標本化された二次元像をＬＥＤ表示装置４０１に表示することを、回転角を変えて繰り返すことにより三次元立体像を再現できる。
本発明では、この方法と装置を用いて、所望の二次元像面を上記極座標に変換し、その変換した位置座標のＬＥＤに残像時間内に高速に表示することを、回転角を変化させながら繰り返すことにより、複数の二次元像面を提供できる。
そして、これらの像面に前記実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。
本方法では、スクリーン面での歪みなどを抑制することが容易である利点と、ＬＥＤ表示装置４０１を比較的容易に回転できる利点と、像面を複数枚容易に形成できる利点を有する。
【００２５】
［実施例５］
本発明の実施例５は、シンサライザ方式の３次元表示装置であり、図１２Ｂに示すように、２次元像が記録されたフィルムあるいは２次元表示装置（例えばＣＲＴや液晶ディスプレイなど）５０１と、プリズムやミラーなどの変換光学系５０２と、投影ドラム５０３で構成される。５０４は光源、５０５はシャッタである。
この方法におけるキーデバイスである投影ドラム５０３は、厚みの変化した透明材質（例えば、ガラス、あるいはアクリルなどの透明プラスチックなど）からなり、これを通して前述したフィルムあるいは２次元表示装置５０１の表示を結像させる。
この方法では、投影ドラム５０３を回転させると厚みが変化し、これにより像面の位置が変化することを利用している。したがって、この像面位置の変化に同期して、２次元表示装置５０１に奥行き標本化像（３次元物体を奥行き方向に輪切りにして標本化した２次元像）を表示することにより、時分割で３次元立体像を表示できる（残像効果を利用）。
本発明では、この方法と装置を利用して、残像時間内にフィルムあるいは２次元表示装置の短時間表示を複数回繰り返すことにより、複数の２次元像面を提供できる。また、投影ドラムの厚みによって像面の奥行き位置が指定できる。したがって、これらの像面に前述の実施例１で述べた２Ｄ化像の彩度を変化させて表示することにより、本発明の効果を得ることができる。本方法では、可動部が少ない利点を有する他、像面を複数枚容易に形成できる利点も有する。
【００２６】
［実施例６］
図１３は、本発明の実施例６の３次元表示物体の概略構成を示す斜視図であり、図１４は、本発明の実施例の３次元物体において、透明な板と表示対象物の図形の２次元画像を印刷した透明フィルムを貼り合わせる前の状態を上から見た図である。
図１３、図１４において、１は観察者、２は透明な板、１１，１２は透明な板２の前後の表面、３は表示対象物、２１，２２は透明な板２に張り合わせた表示対象物の２次元画像を印刷した透明フィルム、３１，３２はその透明フィルム（２１，２２）の表示面を示している。
本実施例の３次元表示物体は、表示対象物３として、３次元立体像の図形を表示させた構成であり、図１４に示すように、表示対象物３の２次元画像を印刷した２枚の透明フィルム（２１，２２）を、厚みを持った透明な板２の前後の表面（１１、１２）に２次元画像の図形が重なるように貼り合わせた構成となっている。
本実施例は、後述するように、前面の透明フィルム２１に印刷した２次元画像の図形（本願発明の第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像）のエッジをぼかし（本願発明のグラデーション）、後面の透明フィルム２２に印刷した２次元画像の図形（本願発明の第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像）のエッジ領域を、前面の透明フィルム２１に印刷した２次元画像の図形よりも大きくすることを特徴とする。
本実施例では、３次元表示の表示対象物３を、観察者１が正面から観察しても、正面からずれた位置から観察しても、表示面（３１、３２）に表示した２次元画像の図形が連続的につながり、自然な３次元立体像の図形として認識される。
【００２７】
図１５は、本発明の実施例の３次元画像作成装置の概略構成を示すブロック図であり、図１３に示す３次元表示物体における、前面の透明フィルム２１に印刷した２次元画像と、後面の透明フィルム２２に印刷した２次元画像を生成する３次元画像作成装置の概略構成を示す図である。
図１５に示すように、本実施例の３次元画像作成装置は、図形画像データ入力部６０１と、データ入力部６０２と、図形輪郭線領域幅決定部６０３と、図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像生成部（以下、図形画像生成部１）６０５と、図形輪郭線領域にグラデーションを設けた図形画像生成部（以下、図形画像生成部２）６０６と、前後表示面の図形幅の拡大幅決定部６０４と、図形幅を太くした図形画像生成部（以下、図形画像生成部３）６０７と、彩度変換部６０８と、出力部６０９とで構成される。
図形輪郭線領域幅決定部６０３は、データ入力部６０２から入力された前後の表示面の表示面間隔から図形輪郭線領域の幅を決定する。
図形画像生成部１（６０５）は、図形画像データ入力部６０１から入力された図形画像の図形輪郭線領域幅を、図形輪郭線領域幅決定部６０３で決定した輪郭線領域の幅に設定した図形画像を作成する。
図形画像生成部２（６０６）は、図形画像生成部１（６０５）で作成された図形画像の図形輪郭線領域に透明度の変化によるグラデーションを設けた図形画像を作成する。
作成した図形輪郭線領域幅を変化させて、その輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域１）にグラデーションを設けた図形画像は、前面表示用の２次元画像（本願発明の第１の表示面に表示される第１の２次元画像）として出力部６０９から出力される。
【００２８】
前後表示面の図形幅の拡大幅決定部６０４は、データ入力部６０２から入力された前後の表示面の表示面間隔、および視域角から、前面に表示する図形幅（本願発明の第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像）に対して、後面に表示する図形幅（本願発明の第２の表示面に表示される第２の２次元画像）の拡大幅を決定する。
図形画像生成部３（６０７）は、図形画像生成部１（６０５）で作成された図形画像の図形輪郭線領域幅に、前後表示面の図形幅の拡大幅決定部６０４で決定した後面に表示する図形幅の拡大幅を加え、図形と輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域２）を同一の色とした図形画像を作成する。
彩度変換部６０８は、図形画像生成部３（６０７）で生成された図形画像の図形の彩度を、データ入力部６０２から入力された前後の表示面の図形の色の彩度割合によって変化させる。
図形幅を太くして彩度を変化させた図形画像は後面表示用の２次元画像（本願発明の第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像）として出力部６０９から出力される。
【００２９】
図１６は、本発明の実施例の３次元画像作成方法の処理手順を示すフローチャートであり、図１５に示す３次元画像作成装置において、図形画像データ入力部６０１から入力した図形画像と、データ入力部６０２から入力した各データから、前面表示用と後面表示用の図形画像を作成し、前後表示面の２次元画像として出力するまでの手順を示すフローチャートである。
まず、入力図形画像を図形画像データ入力部６０１から取得する（ステップ６１１）。
次に、データ入力部６０２から入力した前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）から図形輪郭線領域幅（Ｘ）を、Ｘ＝０．３Ｙの式によって算出する。この式は、図１７に示す、前後の表示面の面間隔に対する図形輪郭線領域幅の関係から得ることができる。
ステップ６１１で入力した図形画像の図形輪郭線領域を、ステップ６１２で算出して決定した図形輪郭線領域幅に設定し、図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像を作成する（ステップ６１３）。
次に、ステップ６１２で変化させた図形輪郭線領域幅において、その輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域１）にグラデーションを設ける処理を行う（ステップ６１４）。グラデーションは、図形の輪郭線領域の内側から外側に向かって段階的に輪郭線領域の色の透明度を高くするが、図１８に示す図形輪郭線領域幅内における図形輪郭線領域の色の透明度中間点の設定位置と図形の立体感の関係から、透明度の中間点を図形輪郭線領域幅の３０〜６０％の位置に設定することで、図形画像を前後の表示面に奥行き方向に重ねて表示したときに自然な立体図形の表現が実現できる。
次に、ステップ６１４で、輪郭線領域にグラデーションを設ける処理を行った図形画像を前面表示用の２次元画像（本願発明の第１の表示面に表示される第１の２次元画像）として出力する（ステップ６１５）。
【００３０】
後面表示用の２次元画像を作成する場合は、まず、前後表示面の図形幅の拡大幅をデータ入力部６０２から入力した前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）、視域角（θ）から算出する（ステップ６１６）。
図１９に、視域角（θ）に対する前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）と、前後面の図形幅の拡大幅（Ｚ）の関係、図２０に、前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）に対する視域角（θ）と、前後面の図形幅（Ｚ）の拡大幅の関係を示す。
図１９、図２０から前後面の図形幅の拡大幅（Ｚ）と前後の表示面の表示面間隔（Ｙ）、視域角（θ）の正接（ｔａｎθ）はそれぞれ比例関係にあり、Ｚ＝０．１Ｙｔａｎθの計算式によって、前後面の図形幅の拡大幅（Ｚ）を算出できる。
次に、ステップ６１６で算出した図形幅の拡大幅を、ステップ６１３で図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像の図形（図形平坦部分＋図形輪郭線領域）幅に足すことにより、図形幅を太くした図形画像を作成する（ステップ６１７）。この時点では、図形の平坦部分と図形輪郭線領域（本願発明の輪郭線領域２）の部分は、ステップ６１１の入力図形画像の図形と同じ色になっている。
次に、ステップ６１７で図形幅を太くした図形画像の彩度割合を変換する（ステップ６１８）。彩度割合は、図２１に示すように、前表示面の図形画像の図形の色の彩度割合を１００％した場合に対する、後表示面の図形画像の図形の色の彩度割合と図形画像の立体感の関係から、後表示面の図形の色の彩度を、前表示面の図形の色の彩度（１００％）に対して１０〜５０％に設定することで、立体感が増し、奥行き感のある立体図形の表現が実現できる。
なお、図２１において、Ａは、前表示面の図形に輪郭線領域１を、後表示面の図形に輪郭線領域２を設けた本実施例における図形の立体感を示し、Ｂは、前表示面の図形に輪郭線領域１を設けず、後表示面の図形に輪郭線領域２を設けた場合における、立体感を示す。
図形幅を太くして彩度を変化させた図形画像を後面表示用の２次元画像（本願発明の第２の表示面に表示される第２の２次元画像）として出力する（ステップ６１９）。
【００３１】
図２２は、図１６に示すフローチャートに従って作成した前後の表示面に表示される図形画像の一例を示す図である。
図中の透明フィルム２１は、前面表示用の図形画像、透明フィルム２２は、後面表示用の図形画像である。
透明フィル２１に印刷した図形画像のＡ０は図形部分、Ａ１は透明度の中間点を図形輪郭線領域幅の３０〜６０％の位置に設定したグラデーションを設けた図形輪郭線領域部分（本願発明の輪郭線領域１）である。
透明フィルム２２に印刷した図形画像のＡ０’は図形部分、Ａ１’は図形輪郭線領域を拡大した図形輪郭線領域部分（本願発明の輪郭線領域２）である。
図２３は、図２２に示す２次元画像を用いたときに、図１３に示す３次元表示物体で観察者から観察される３次元立体像の図形を示す図である。
観察者１が、図１３に示す３次元表示物体を正面から見たときに観察される３次元立体像の図形を図２３（ａ）に示す。実際には、透明フィルム（２１，２２）の表示面（３１、３２）には奥行き位置の差があり、また、透明な板２に貼り付けた透明フィルム２１に印刷されている図形画像の輪郭線領域の透明度を段階的に高くしてグラデーションを設け、透明フィルム２２に印刷されている図形画像（後表示面の図形画像）の図形の彩度を透明フィルム２１に印刷されている図形画像（前表示面の図形画像）の彩度よりも低くすることで、図形の３次元立体像が観察される。
また、図１３に示す３次元表示物体を正面から表示面に向かって右にずれた位置から、観察者１が観察した様子を図２３（ｂ）に示す。
図２３（ｂ）に示すように、観察者１が、３次元表示物体の正面からずれた位置から観察した場合でも、透明な板２に貼り付けた透明フィルム２１に印刷されている２次元画像の図形の輪郭線領域のグラデーション部分と、透明フィルム２２に印刷されている図形輪郭線領域を拡大して図形幅を太くした図形画像とが奥行き方向に連続的につながり、自然な３次元立体像の図形として観察される。
このように、観察者１は頭を動かした状態でも３次元立体像の図形を観察できるため、運動視差による立体表現が可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施例によれば、図形の立体表現手法による３次元表示で、前表示面に相当する２次元画像の図形の輪郭領域幅を前後表示面の面間幅に応じて変化させ、その輪郭線領域の透明度を段階的に高くすることと、後表示面に相当する２次元画像の図形幅を前表示面に表示する２次元画像の図形幅よりも太くし、その図形と輪郭線領域の色の彩度割合を、前表示面に表示する２次元画像の図形の色の彩度割合よりも低くすることにより、奥行き方向に重ねて表示したときに、観察者の視線位置がずれても、連続的な奥行き位置表現を可能にし、それによって観察位置の範囲が広くでき、３次元表示装置の表示面のバック光量が少なくても、３次元立体像の立体感の知覚が可能となる効果がある。
なお、本実施例では、透明な板２に透明フィルム（２１，２２）を張り合わせた構成を例に挙げて説明したが、透明な物（例えば、窓ガラス、グラス、容器）であれば表示可能である。また、３次元表示の表示対象物体として図形を例にとったが、文字、記号、マーク、ロゴでも表示可能である。
また、前述の説明では、図１に示す３次元表示物体について適用した例について説明したが、本発明は、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの２次元表示装置に、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した２次元像を表示し、かつ、それぞれの表示装置に表示される２次元像の彩度を独立に変更して、３次元立体像を表示する３次元表示装置にも適用可能である。
なお、本発明の３次元画像作成装置は、コンピュータで実行することも可能である。この場合、本発明の３次元画像作成方法は、コンピュータ内のハードディスクなどに格納されるプログラムを、コンピュータが実行することにより行われる。そして、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは、ネットワークを介したダウンロードにより供給される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前述の実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１００ 観察者
２ 透明な板
３ 表示対象物
１１，１２ 透明な板の前後の表面
２１，２２ 透明フィルム
３１，３２ 透明フィルムの表示面
１０１，１０２ 面
１０３ 光学系
１０４ ３次元物体
１０５，１０６ ２Ｄ化像
１２１，１２２，１３１，１３２，１４１〜１４５，２０４ ２次元表示装置
１２３，１３３，１４６ 全反射鏡
１２４，１３４，１４７〜１５０ 部分反射鏡
１２５，１２６，１３５，１３６，１５１〜１５５、１６７，１６８ 像面
１３７，１３８ 凸レンズ
１６１，１６２ プロジェクタ型２次元表示装置
１６３，１６４ 散乱板
１６５，１６６，５０５ シャッタ
１８２ 内部像面
１８３ レンズ光学系
１８４ 外部像面
２０１ ハーフミラーを含む光学系
２０２ バリフォーカル・ミラー
２０３ 虚像
３０１ 振動スクリーン
３０２ レンズを含む光学系
３０３ スキャン装置
３０４ レーザ光源
４０１ ＬＥＤ表示装置
４０２ 回転装置
４０３ 映像供給装置
５０１ ２次元像が記録されたフィルムまたは２次元表示装置
５０２ 変換光学系
５０３ 投影ドラム
５０４ 光源
６０１ 図形画像データ入力部
６０２ データ入力部
６０３ 図形輪郭線領域幅決定部
６０４ 前後表示面の図形幅の拡大幅決定部
６０５ 図形輪郭線領域幅を変化させた図形画像生成部（図形画像生成部１）
６０６ 図形輪郭線領域にグラデーションを設けた図形画像生成部(図形画像生成部２)
６０７ 図形幅を太くした図形画像生成部（図形画像生成部３）
６０８ 彩度変換部
６０９ 出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
奥行き位置の異なる２つの表示面にそれぞれ２次元画像を表示して、３次元立体像を生成する３次元表示方法であって、
観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成し、
前記生成された２次元画像の彩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２次元画像を２つの表示面に表示することを特徴とする３次元表示方法。
【請求項２】
前記２つの表示面のうち前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の彩度を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の彩度よりも低くすることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示方法。
【請求項３】
前記２次元画像が前記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２次元画像を前記２つの表示面に表示し、かつ前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の幅を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の幅よりも大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元表示方法。
【請求項４】
前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼との間の一点とすることを特徴とする請求項３に記載の３次元表示方法。
【請求項５】
前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼の中心点とすることを特徴とする請求項３に記載の３次元表示方法。
【請求項６】
前記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２つの表示面に表示される２次元画像に対して、前記観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加えることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元表示方法。
【請求項７】
前記２次元画像を表示する表示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に表示された２つの２次元画像が、観察者の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の３次元表示方法。
【請求項８】
観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成する第１の手段と、
前記第１の手段で生成された２次元画像を、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に表示する第２の手段と、
前記２つの表示面に表示される２次元画像の彩度を、各表示面毎に各々独立に変化させる第３の手段とを具備することを特徴とする３次元表示装置。
【請求項９】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１０】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示をそれぞれ前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とレンズの組合わせとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１１】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者から遠い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する全反射鏡あるいは部分反射鏡と、
前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１２】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者から遠い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する全反射鏡とレンズの組合わせ、あるいは部分反射鏡とレンズの組合わせと、
前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とレンズの組合わせとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１３】
前記第２の手段は、前記観察者から見て異なった奥行き位置に配置した、透過状態と散乱状態の切替制御が可能な２つの散乱板、または反射状態と透過状態の切替制御が可能な２つの反射板と、
前記２つの散乱板または２つの反射板の各々に２次元画像を投射する２つの投射型２次元表示装置と、
前記２つの散乱板または２つの反射板と前記２つの投射型２次元表示装置との間に配置され、前記２つの散乱板の透過状態と散乱状態の切替、または前記２つの反射板の反射状態と透過状態の切替と同期して透過状態と遮断状態を切替る２つのシャッタとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１４】
前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面と前記観察者との間に、レンズ光学系を設置したことを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１５】
前記第２の手段は、２次元表示装置と、
光学系と、
バリフォーカル・ミラーとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１６】
前記第２の手段は、奥行き方向に振動する振動スクリーンと、
レンズを含む光学系と、
レーザ光をラスタースキャンするスキャン手段と、
レーザ光源とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１７】
前記第２の手段は、ＬＥＤアレイよりなるＬＥＤ表示装置と、
前記ＬＥＤ表示装置を並進／回転させる並進／回転装置と、
映像信号をＬＥＤ表示装置に供給する映像供給装置とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１８】
前記第２の手段は、２次元画像が記録されたフィルムあるいは２次元表示装置と、
プリズムやミラーを有する変換光学系と、
投影ドラムとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１９】
前記第２の手段は、前記第１の手段で生成された２次元画像を、前記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２つの表示面に表示することを特徴とする請求項８ないし請求項１８のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項２０】
前記第２の手段は、前記第１の手段で生成された２次元画像に、前記観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加えて、前記２つの表示面に表示することを特徴とする請求項１９に記載の３次元表示装置。
【請求項２１】
第１の表示対象物の２次元画像と第２の表示対象物の２次元画像を任意の奥行き幅を持たせて重ねて表示することにより、３次元立体像を表示する３次元表示物体であって、
観察者に近い第１の表示面に表示される前記第１の２次元画像は、前記第１の表示面と前記観察者から遠い第２の表示面との間の表示面間隔に比例した幅を持つ輪郭線領域１を有し、
前記輪郭線領域１は、前記輪郭線領域１の内部の画像と前記輪郭線領域１との境界部分が前記輪郭線領域１の内部の画像の色と同じであり、かつ、外側に向かって単調に透明度が増加しており、
前記第２の表示面に表示される前記第２の２次元画像は、前記表示面間隔に比例した幅と、前記表示面間隔と所定の視域角の正接の積に比例した幅の和の幅を持つ輪郭線領域２を有し、
前記輪郭線領域２の色は、前記輪郭線領域２の内部の画像の色と等しく、
前記第２の２次元画像の色の彩度は、前記第１の２次元画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の彩度よりも低いことを特徴とする３次元表示物体。
【請求項２２】
請求項２１に記載の３次元表示物体における、第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像と、第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像とを作成する３次元画像作成装置であって、
表示対象物の画像を取り込む図形画像データ入力手段と、
前記第１の表示面と前記第２の表示面との間の表示面間隔と、所定の視域角と、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合とを入力して保持するデータ入力手段と、
前記表示面間隔に比例した値を図形輪郭線領域幅とする図形輪郭線領域幅決定手段と、
前記表示対象物の画像の輪郭線領域の幅を前記図形輪郭線領域幅とした、輪郭線領域１を有する画像を生成する図形画像生成手段１と、
前記図形画像生成手段１で生成した前記画像の前記輪郭線領域１の透明度を外側に向かって単調に増加させた、輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を生成する図形画像生成手段２と、
前記表示面間隔と前記視域角の正接の積に比例した値を、前記第１の２次元画像の画像サイズに対する前記第２の２次元画像の画像サイズのずれ幅とする図形幅ずれ幅決定手段と、
前記図形画像生成手段１で生成した前記画像の輪郭線領域として、前記輪郭線領域１に前記図形幅ずれ幅決定手段で決定した前記ずれ幅を加えた輪郭線領域２を有し、かつ、前記輪郭線領域２の色を前記図形画像生成手段１で生成した前記画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の色と等しくした、輪郭線領域２を有する画像を生成する図形画像生成手段３と、
前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合に基づき、前記図形画像生成手段３で生成した前記輪郭線領域２を有する画像の色の彩度を変換する彩度変換部と、
前記図形画師生成手段２で生成した前記輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を前記第１の２次元画像として出力し、前記彩度変換部で彩度を変換した前記輪郭線領域２を有する画像を前記第２の２次元画像として出力する出力手段とを具備することを特徴とする３次元画像作成装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の３次元表示物体における、第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像と、第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像とを作成する３次元画像作成方法であって、
表示対象物の画像と、前記第１の表示面と前記第２の表示面との間の表示面間隔と、所定の視域角と、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合とを取り込んで保持する第１のステップと、
前記表示面間隔に比例した値を図形輪郭線領域幅とする第２のステップと、
前記表示対象物の画像の輪郭線領域の幅を前記図形輪郭線領域幅とした、輪郭線領域１を有する画像を生成する第３のステップと、
前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域１の透明度を外側に向かって単調に増加させた、輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を生成する第４のステップと、 前記第４のステップで生成した画像を、第１の２次元画像として出力する第５のステップと、
前記表示面間隔と前記視域角の正接の積に比例した値を、前記第１の２次元画像の画像サイズに対する前記第２の２次元画像の画像サイズのずれ幅とする第６のステップと、
前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域として、前記輪郭線領域１に前記第６のステップで決定した前記ずれ幅を加えた輪郭線領域２を有し、かつ、前記輪郭線領域２の色を前記第３のステップで生成した前記画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の色と等しくした、輪郭線領域２を有する画像を生成する第７のステップと、
前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合に基づき、前記第７のステップで生成した前記輪郭線領域２を有する画像の色の彩度を変換する第８のステップと、
前記第８のステップで彩度を変換した画像を、前記第２の２次元画像として出力する第９のステップとを有することを特徴とする３次元画像作成方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の３次元画像作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
奥行き位置の異なる２つの表示面にそれぞれ２次元画像を表示して、３次元立体像を生成する３次元表示方法であって、
観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成し、
前記生成された２次元画像の彩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２次元画像を２つの表示面に表示することを特徴とする３次元表示方法。
【請求項２】
前記２つの表示面のうち前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の彩度を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の彩度よりも低くすることを特徴とする請求項１に記載の３次元表示方法。
【請求項３】
前記２次元画像が前記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２次元画像を前記２つの表示面に表示し、かつ前記観察者から遠い表示面に表示する前記２次元画像の幅を、前記観察者に近い表示面に表示する前記２次元画像の幅よりも大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元表示方法。
【請求項４】
前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼との間の一点とすることを特徴とする請求項３に記載の３次元表示方法。
【請求項５】
前記観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点を、右眼と左眼の中心点とすることを特徴とする請求項３に記載の３次元表示方法。
【請求項６】
前記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２つの表示面に表示される２次元画像に対して、前記観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加えることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元表示方法。
【請求項７】
前記２次元画像を表示する表示面間の奥行き位置を、同一表示対象物体に対してそれらの表示面に表示された２つの２次元画像が、観察者の右眼と左眼の位置から単眼で見て共通領域を有する範囲とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の３次元表示方法。
【請求項８】
観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した２次元画像を生成する第１の手段と、
前記第１の手段で生成された２次元画像を、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面に表示する第２の手段と、
前記２つの表示面に表示される２次元画像の彩度を、各表示面毎に各々独立に変化させる第３の手段とを具備することを特徴とする３次元表示装置。
【請求項９】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１０】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示をそれぞれ前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とレンズの組合わせとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１１】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者から遠い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する全反射鏡あるいは部分反射鏡と、
前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１２】
前記第２の手段は、２つの２次元表示装置と、
前記２つの２次元表示装置のうち前記観察者から遠い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する全反射鏡とレンズの組合わせ、あるいは部分反射鏡とレンズの組合わせと、
前記観察者に近い奥行き位置に配置される２次元表示装置と組み合わされ、当該２次元表示装置の表示を前記観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とレンズの組合わせとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１３】
前記第２の手段は、前記観察者から見て異なった奥行き位置に配置した、透過状態と散乱状態の切替制御が可能な２つの散乱板、または反射状態と透過状態の切替制御が可能な２つの反射板と、
前記２つの散乱板または２つの反射板の各々に２次元画像を投射する２つの投射型２次元表示装置と、
前記２つの散乱板または２つの反射板と前記２つの投射型２次元表示装置との間に配置され、前記２つの散乱板の透過状態と散乱状態の切替、または前記２つの反射板の反射状態と透過状態の切替と同期して透過状態と遮断状態を切替る２つのシャッタとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１４】
前記観察者から見て異なった奥行き位置にある２つの表示面と前記観察者との間に、レンズ光学系を設置したことを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項１５】
前記第２の手段は、２次元表示装置と、
光学系と、
バリフォーカル・ミラーとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１６】
前記第２の手段は、奥行き方向に振動する振動スクリーンと、
レンズを含む光学系と、
レーザ光をラスタースキャンするスキャン手段と、
レーザ光源とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１７】
前記第２の手段は、ＬＥＤアレイよりなるＬＥＤ表示装置と、
前記ＬＥＤ表示装置を並進／回転させる並進／回転装置と、
映像信号をＬＥＤ表示装置に供給する映像供給装置とから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１８】
前記第２の手段は、２次元画像が記録されたフィルムあるいは２次元表示装置と、
プリズムやミラーを有する変換光学系と、
投影ドラムとから構成されることを特徴とする請求項８に記載の３次元表示装置。
【請求項１９】
前記第２の手段は、前記第１の手段で生成された２次元画像を、前記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２つの表示面に表示することを特徴とする請求項８ないし請求項１８のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
【請求項２０】
前記第２の手段は、前記第１の手段で生成された２次元画像に、前記観察者から見て左右方向に拡大・縮小の変形を加えて、前記２つの表示面に表示することを特徴とする請求項１９に記載の３次元表示装置。
【請求項２１】
第１の表示対象物の２次元画像と第２の表示対象物の２次元画像を任意の奥行き幅を持たせて重ねて表示することにより、３次元立体像を表示する３次元表示物体であって、
観察者に近い第１の表示面に表示される前記第１の２次元画像は、前記第１の表示面と前記観察者から遠い第２の表示面との間の表示面間隔に比例した幅を持つ輪郭線領域１を有し、
前記輪郭線領域１は、前記輪郭線領域１の内部の画像と前記輪郭線領域１との境界部分が前記輪郭線領域１の内部の画像の色と同じであり、かつ、外側に向かって単調に透明度が増加しており、
前記第２の表示面に表示される前記第２の２次元画像は、前記表示面間隔に比例した幅と、前記表示面間隔と所定の視域角の正接の積に比例した幅の和の幅を持つ輪郭線領域２を有し、
前記輪郭線領域２の色は、前記輪郭線領域２の内部の画像の色と等しく、
前記第２の２次元画像の色の彩度は、前記第１の２次元画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の彩度よりも低いことを特徴とする３次元表示物体。
【請求項２２】
請求項２１に記載の３次元表示物体における、第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像と、第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像とを作成する３次元画像作成装置であって、
表示対象物の画像を取り込む図形画像データ入力手段と、
前記第１の表示面と前記第２の表示面との間の表示面間隔と、所定の視域角と、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合とを入力して保持するデータ入力手段と、
前記表示面間隔に比例した値を図形輪郭線領域幅とする図形輪郭線領域幅決定手段と、
前記表示対象物の画像の輪郭線領域の幅を前記図形輪郭線領域幅とした、輪郭線領域１を有する画像を生成する図形画像生成手段１と、
前記図形画像生成手段１で生成した前記画像の前記輪郭線領域１の透明度を外側に向かって単調に増加させた、輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を生成する図形画像生成手段２と、
前記表示面間隔と前記視域角の正接の積に比例した値を、前記第１の２次元画像の画像サイズに対する前記第２の２次元画像の画像サイズのずれ幅とする図形幅ずれ幅決定手段と、
前記図形画像生成手段１で生成した前記画像の輪郭線領域として、前記輪郭線領域１に前記図形幅ずれ幅決定手段で決定した前記ずれ幅を加えた輪郭線領域２を有し、かつ、前記輪郭線領域２の色を前記図形画像生成手段１で生成した前記画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の色と等しくした、輪郭線領域２を有する画像を生成する図形画像生成手段３と、
前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合に基づき、前記図形画像生成手段３で生成した前記輪郭線領域２を有する画像の色の彩度を変換する彩度変換部と、
前記図形画師生成手段２で生成した前記輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を前記第１の２次元画像として出力し、前記彩度変換部で彩度を変換した前記輪郭線領域２を有する画像を前記第２の２次元画像として出力する出力手段とを具備することを特徴とする３次元画像作成装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の３次元表示物体における、第１の表示面に表示される第１の表示対象物の２次元画像と、第２の表示面に表示される第２の表示対象物の２次元画像とを作成する３次元画像作成方法であって、
表示対象物の画像と、前記第１の表示面と前記第２の表示面との間の表示面間隔と、所定の視域角と、前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合とを取り込んで保持する第１のステップと、
前記表示面間隔に比例した値を図形輪郭線領域幅とする第２のステップと、
前記表示対象物の画像の輪郭線領域の幅を前記図形輪郭線領域幅とした、輪郭線領域１を有する画像を生成する第３のステップと、
前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域１の透明度を外側に向かって単調に増加させた、輪郭線領域１にグラデーションを設けた画像を生成する第４のステップと、 前記第４のステップで生成した画像を、第１の２次元画像として出力する第５のステップと、
前記表示面間隔と前記視域角の正接の積に比例した値を、前記第１の２次元画像の画像サイズに対する前記第２の２次元画像の画像サイズのずれ幅とする第６のステップと、
前記第３のステップで生成した前記画像の輪郭線領域として、前記輪郭線領域１に前記第６のステップで決定した前記ずれ幅を加えた輪郭線領域２を有し、かつ、前記輪郭線領域２の色を前記第３のステップで生成した前記画像の前記輪郭線領域１の内部の画像の色と等しくした、輪郭線領域２を有する画像を生成する第７のステップと、
前記第１の２次元画像に対する前記第２の２次元画像の彩度割合に基づき、前記第７のステップで生成した前記輪郭線領域２を有する画像の色の彩度を変換する第８のステップと、
前記第８のステップで彩度を変換した画像を、前記第２の２次元画像として出力する第９のステップとを有することを特徴とする３次元画像作成方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の３次元画像作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−１６０３６２（Ｐ２０１０−１６０３６２Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３０２４（Ｐ２００９−３０２４）
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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