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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯機器に係わり、特に、三次元立体像を表示可能な三次元表示装置を備える携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、携帯電話機、あるいは携帯情報端末（ＰＤＡ；Personal Digital Assistant）などの携帯機器が広く普及している。
これらの携帯機器では、一般に、表示部として二次元表示装置、例えば、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式の液晶表示装置、あるいは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）方式の液晶表示装置が使用されている。
一方、三次元立体像を表示可能な三次元表示装置として、例えば、液晶シャッタ眼鏡方式、あるいは、体積型方式等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような携帯機器において、ディスプレイ部として、三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を使用することにより、例えば、実体地図が表示可能となり、利用者にとってより利便性を向上させることが可能となる。
しかしながら、従来の携帯機器において、ディスプレイ部として使用される表示装置は、例えば、前述した液晶表示装置などの、二次元像を表示する二次元表示装置が一般的であり、三次元立体像を表示する三次元表示装置を使用したものは知られていない。
一方、三次元立体像を表示可能な三次元表示装置は、前述したように、液晶シャッタ眼鏡方式、あるいは、体積型方式等が知られている。
しかしながら、液晶シャッタ眼鏡方式では、液晶シャッタ眼鏡が必須であるため、非常に不自然であるばかりか、立体視の生理的要因の中で、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間に大きな矛盾が生じる。
即ち、この液晶シャッタ眼鏡方式では、両眼視差と輻輳はほぼ満足できるが、ピント面が表示面にあるため、この矛盾により、眼精疲労などを生じるという問題点があった。
また、体積型方式では、奥行き方向に位置が離散的であるため、その中間位置の三次元物体や奥行き方向に大きく変化している三次元物体を再現するのが困難であるという問題点があった。
【０００４】
このように、従来、携帯機器の表示部として、三次元立体像を表示可能な表示装置で、しかも、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を備えたものは知られていない。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ディスプレイ部として、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像を表示可能な三次元表示装置を用いた携帯機器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及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本願の発明者は、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像を表示可能な三次元表示方法および三次元表示装置を、特願２００１−１２６６８号で提案している。
本発明は、前述した三次元表示装置を、携帯機器のディスプレイ部として使用するものである。
【０００６】
即ち、本発明は、三次元表示装置を備える携帯機器であって、前記三次元表示装置は、表示される二次元像の偏光方向を変更可能な第１の透過型表示装置と、利用者から見て前記第１の透過型表示装置の後方に配置され、表示される二次元像の偏光方向を変更可能な第２の透過型表示装置と、前記第１の透過型表示装置と前記第２の透過型表示装置との間に配置されるレンズと、前記各透過型表示装置に表示される二次元像の偏光方向を、各透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させる第１の手段と、前記第１および第２の透過型表示装置を挟むように配置される一対の偏光板とを有し、前記第１および第２の透過型表示装置の少なくとも一方は、カラーフィルタを有するとともに、前記各透過型表示装置は、前記利用者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した二次元像を表示し、前記第１の手段は、各透過型表示装置に表示される二次元像の偏光方向を前記各透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させて、前記各透過型表示装置に表示される二次元像の前記利用者から見た透過度を前記各透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させ、前記レンズは、前記第１の透過型表示装置に近接して配置され、前記第２の透過型表示装置に表示される二次元像を、前記第１の透過型表示装置よりも前記利用者側に実像として結像させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態では、前記第１および第２の透過型表示装置の少なくとも一方は、内部にカラーフィルタを有することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記三次元表示装置は、前記第１の透過型表示装置と第２の透過型表示装置との間に配置される散乱板を有し、前記第１および第２の透過型表示装置は、カラー画像の二次元像を表示することを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態では、前記三次元表示装置は、前記第１の透過型表示装置と前記第２の透過型表示装置との間に配置される透明基板を有することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記三次元表示装置は、利用者から見て前記第１の透過型表示装置の前面、または、利用者から見て前記第２の透過型表示装置の後面、あるいは、前記第１の透過型表示装置と前記第２の透過型表示装置との間の位置に、一定の方向に対して視域幅を持った光を透過する透過制限装置を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態では、前記利用者から見て前記第２の透過型表示装置の後方に配置される光源を有し、前記各透過型表示装置は、前記光源からの照射光の偏光方向を変化させて、表示される二次元像の偏光方向を可変することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態では、前記各透過表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に狭持される液晶層とを有し、前記各透過型表示装置は、液晶層に印加する電圧を変化させて、前記表示される二次元像の偏光方向を可変することを特徴とする。
【００１０】
【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の携帯電話機の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の携帯電話機は、ディスプレイ部として、第１の透過型表示装置１０１と第２の透過型表示装置１０２とで構成される三次元表示装置を用いたものである。
この２つの透過型表示装置（１０１，１０２）は、外部筐体１０の内部に配置される。
【００１１】
［本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理］
図２〜図７は、本発明の基本となる三次元表示装置の原理を説明するための図である。
図２に示す三次元表示装置では、観察者１００の前面に、２つの透過型表示装置、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。
前記透過型表示装置（１０１，１０２）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、あるいはこれらの組み合わせなどを使用する。
また、光学素子としは、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
本実施の形態では、一例として光源１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置された場合を示す。
【００１２】
次に、図３に示すように、観察者１００に提示したい三次元物体１０４を、観察者１００から見て、前記透過型表示装置（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の視線方向から三次元物体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。
前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、図２に示すように、各々透過型表示装置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。
【００１３】
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。
本発明における重要な要点は、その観察者１００が見る像の輝度を、表示しようとする三次元物体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。
【００１４】
例えば、三次元物体１０４が透過型表示装置１０１上にある場合には、図４に示すように、透過型表示装置１０１上の透過度を、２Ｄ化像１０７の輝度が三次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置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、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって、透過型表示装置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５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。
【００１５】
さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって、透過型表示装置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。
遂に、例えば、三次元物体１０４が透過型表示装置１０２上にある場合には、図７に示すように、透過型表示装置１０２上の透過度を、２Ｄ化像１０８の輝度が三次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置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）の中間に三次元物体１０４が位置しているように感じられる。
即ち、例えば、透過型表示装置（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三次元物体１０４があるように感じられる。
【００１６】
［本実施の形態の三次元表示装置の構成］
図８は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
本実施の形態の三次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３との間に、透過型表示装置１０１と、散乱板２０４と、透過型表示装置１０２とが配置される。
透過型表示装置１０１は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０１と、カラーフィルタ２０２とで構成され、同様に、透過型表示装置１０２は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２１１と、カラーフィルタ２１２とで構成される。
また、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１０２と反対の側）に、光源（バックライト）２０５が配置される。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２１１）は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶表示装置、ホモジニアス型液晶表示装置、強誘電液晶表示装置、反強誘電液晶表示装置などから偏光板を取り除いた装置で構成される。
【００１７】
液晶表示パネル（２０１，２１１）は、各画素単位で、偏光の方向を変化できるので、出射光の偏光方向と、出射側の偏光板の偏光方向により、出射する光の強度を変化でき、全体として光の透過度を変化させることができる。
したがって、液晶表示パネル（２０１，２１１）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２１１毎に、独立に透過度を変化させることができる。
但し、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）上に表示される２Ｄ化像（１０７，１０８）は、カラー画像の二次元像である必要がある。
【００１８】
これにより、前記［本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理］で説明した原理により、透過型表示装置（１０１，１０２）上、あるいは、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の任意の位置に、三次元立体像を表示することが可能である。
しかも、本実施の形態では、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の各画素単位に、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色から成るカラーフィルタ（２０２，２１２）を配置するようにしたので、カラー画像の三次元立体像を表示することができる。
但し、本実施の形態では、偏光方向が、液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２１とを通過する間に変化することを考慮して、各液晶表示パネル（２０１，２１２）の偏光方向の制御を行う必要がある。
【００１９】
なお、図１０に示すように、透過型表示装置１０１として、両側に偏光板（２０３，２０３１）を設けた液晶表示パネル２０１、および、透過型表示装置１０２として、両側に偏光板（２１３，２１３１）を設けた液晶表示パネル２１１を使用する場合には、光源２０５からの照射光の光路中に４枚の偏光板（２０３，２０３１，２１３，２１３１）が挿入されることになるので、全体としての透過度が低くなり、表示が暗くなる欠点がある。
これに対して、本実施の形態では、透過型表示装置（１０１，１０２）を、２枚の偏光板（２０３，２１３）で挟むようにしたので、表示が暗くなるのを防止することができる。
その上、本実施の形態では、液晶表示パネル（２０１，２１１）における輝度を実質的に大きな自由度で制御できる利点も有する。
【００２０】
すなわち、図１０に示す透過型表示装置（１０１，１０２）の場合には、光源２０５からの照射光は、各透過型表示装置（１０１，１０２）を通過する間に変化しない、あるいは減少するしかなく、各透過型表示装置（１０１，１０２）における輝度は、変化しない、あるいは、減少するしかない。
これに対して、本実施の形態の三次元表示装置では、出射側の偏光板２０３までは、光量は実質的にほとんど変化せず、各液晶表示パネル（２０１，２１１）ではその偏光方向のみが変化している。
しかも、偏光方向は、各液晶表示パネル（２０１，２１１）でほぼ加算されて回転していくが、出射側の偏光板２０３の外から観察した場合、出射側の偏光板２０３の透過偏光方向を基準として０〜９０度までは各液晶表示パネル（２０１，２１１）の輝度は減少し、９０〜１８０度までは輝度は上昇し、１８０〜２７０度までは輝度は減少し、２７０〜３６０度までは輝度は上昇するというように輝度の上昇、減少を繰り返せる。
【００２１】
したがって、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の輝度は、その直前の偏光可変装置の輝度に比べて、上昇することも、変化しないことも、減少することも可能となる。
但し、実際には、例えば、ツイストネマティック型液晶表示装置などにおいては、最大の角度変化が９０度である場合が多いため、これを考慮して設計を行う必要がある。
本実施の形態では、各透過型表示装置（１０１，１０２）は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル（２０１，２１１）と、カラーフィルタ（２０２，２１２）とで構成される。
そのため、カラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがある。
そのため、本実施の形態では、カラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２１２との間に、散乱板２０４を配置し、前述したモアレが発生するの防止するようにしている。
【００２２】
本実施の形態では、図９に示すように、基地局２０から、前述した２Ｄ化像、即ち、図３に示すように、携帯電話機を使用する人（以下、利用者という）に提示したい三次元物体を、利用者から見て、透過型表示装置（１０１，１０２）へ射影した二次元像を表示する映像信号を、携帯電話器に送出し、各透過型表示装置（１０１，１０２）に表示することにより、カラー画像の三次元立体像（例えば、実体地図、立体キャラクタなど）を、利用者に表示することができる。
本実施の形態の携帯電話機では、ディスプレイ部として二次元表示装置を使用する従来の携帯電話器とは異なり、奥行きを持った三次元立体像を表示することが可能である。
そのため、例えば、実体地図を表示する場合には、利用者は、目的の場所をより早く、且つ正確に把握することが可能であり、また、例えば、立体キャラクタを表示する場合には、実際の三次元物体と同じような立体像を観察することができるので、利用者は、より親近感を持って三次元立体像を観察することができる。
さらに、例えば、携帯電話機を使用してネットワークゲームを行う場合には、より臨場感を伴うゲームを行うことが可能となる。
【００２３】
［本実施の形態の三次元表示装置の変形例］
図１１は、本発明の実施の形態１の三次元表示装置の変形例の概略構成を示す図である。
図１１に示す三次元表示装置は、透過型表示装置１０１のカラーフィルタ２０２が省略され、透過型表示装置１０１が白黒（モノクロ）表示の透過型表示装置である点で、図８に示す三次元表示装置と異なっている。
また、図１１に示す三次元表示装置では、前述したカラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがないので、散乱板２０４も省略されている。
【００２４】
図１１に示す三次元表示装置でも、前記［本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理］で説明した原理により、透過型表示装置（１０１，１０２）上、あるいは、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の任意の位置に、カラー画像の三次元立体像を表示することが可能である。
但し、図１１に示す三次元表示装置では、透過型表示装置１０１上に表示される２Ｄ化像１０７は、白黒画像の二次元像であり、透過型表示装置１０２上に表示される２Ｄ化像１０８は、カラー画像の二次元像である必要がある。
また、図１１に示す三次元表示装置では、図８に示す三次元表示装置に比して、カラーフィルタが一枚省略されているので、図８に示す三次元表示装置よりも表示が明るくなる。
【００２５】
また、本実施の形態において、前記した２Ｄ化像を利用者の右眼と左眼を結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する場合において、特に、利用者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点として、右眼と左眼の間の一点を用いる場合には、前記した複数の面（即ち、透過型表示装置（１０１，１０２）の配置位置）の中間位置における三次元知覚の効果を得られる信頼性が大きくなる（簡単に言うと多くの人が、あるいは多くの場合に効果が得られる）。
さらに、利用者の左右眼の中心位置を前記一点として用いると、さらに効果を得やすくなるとともに、左右眼における、例えば、透過型表示装置（１０１，１０２）上に表示される透過二次元像から生じる二重像の大きさを小さくできる利点を有する。
【００２６】
その上、前記重なるように表示した２Ｄ化像の利用者から見た左右方向の大きさを拡大・縮小することは、知覚される深さや傾きなどを人工的に変化させることに有効である。
また、前記した効果を得るための、前記透過二次元像を表示する面間の奥行き距離（即ち、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の距離）は、同じ表示対象物体（三次元物体１０４）に対して、それらの面に表示された複数の二次元像（２Ｄ化像）が、利用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である。
即ち、共通領域がない状態では、この効果は消失し、利用者には前記面に奥行き方向に離れて感じられる。
【００２７】
本実施の形態の三次元表示装置においては、従来の液晶シャッタ眼鏡方式と異なり、実際に像を表示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在するため、従来法にあった両眼視差、輻輳と、ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制できると考えられる。
また、ピント調節自体は、利用者が２つ以上の面を同時に見ることになるため、双方の像を最もぼけさずに見ることができる位置に定位することとなるため、従来法の欠点を大きく改善できる。
この場合、複数の２Ｄ化像（１０７，１０８）を表示する複数の面の奥行き距離は、利用者から見て表示対象物体の奥行き位置にピントを合わせた方が、前記複数の面にピントを合わせるより画像のぼけが少ない範囲内とする必要がある。
【００２８】
また、従来の体積型方式と異なり、面の中間位置に存在する三次元物体（即ち、複数の透過型表示装置の間にある三次元物体）も利用者に対しては三次元的に見えるため、従来の書割り的な立体感ではない利点を有する。
さらに、本実施の形態では、複数の透過型表示装置の間にある三次元物体も表現できることから、三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減らせる利点も有する。
また、本実施の形態では、透過度の制御のみによる人の生理的、あるいは心理的要因、あるいは錯覚を利用しているため、光源として、特に、レーザーなどのコヒーレント光源を必要とせず、かつカラー化も容易である利点を有している。
また、本実施の形態は、機械的駆動部を含まないため、軽量化、信頼性の向上などに適している利点を有する。
【００２９】
なお、前記説明では、複数の２Ｄ化像（１０７，１０８）の部分の透過度を変化させる場合について説明したが、例えば、複数の２Ｄ化像（１０７，１０８）の透過度の変化は前記した通りとし、かつ、利用者から見た総体的な色を変化させない範囲で、各２Ｄ化像（１０７，１０８）の色を変えても、本発明の効果としては同様な効果が得られる。
本実施の形態の三次元表示装置では、前後の２Ｄ化像（１０７，１０８）の輝度比で見かけの奥行き位置を変化させている。
したがって、利用者がこれを重ねて見たときに提示したい三次元立体像の色（例えば、黄色）と同じになるように、前方の透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７の色（例えば、赤色）と、後方の透過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０８の色（例えば、緑色）とを変えることができる。
これは、例えば、輪郭の部分の色が中とは異なり、通常の場合では違和感を感じる要因となるが、例えば背景との色彩的なマッチングなどの点で効果を得られる場合がある。
【００３０】
［三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合の表示方法］
前述の説明では、例えば、三次元物体１０４全体の奥行き位置を、例えば、透過型表示装置（１０１，１０２）に表示した２Ｄ化像を用いて表現する方法および装置について主に述べたが、本実施の形態の三次元表示装置は、例えば、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法及び装置としても使用できることは明らかである。
以下、前述した三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合の表示方法について説明する。
この場合における重要な要点は、図２と同様な構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の部位の透過度を、利用者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の各部位が有する奥行き位置に対応して変えることである。
その変え方の一例を、図１２、図１３を用いて以下に説明する。
なお、ここで、白黒図面であるため、図１２、図１３においては、分かりやすいように輝度が高い方を濃く示してある。
【００３１】
図１２が、利用者に近い透過型表示装置（例えば、図２の１０１）に表示される２Ｄ化像の一例であり、図１３が、利用者から遠い透過型表示装置（例えば、図２の１０２）に表示される２Ｄ化像の一例である。
例えば、三次元物体として、図１２、図１３に示すようなケーキを例に取ると、上に立てたロウソクを除き、三次元物体（例えば、ケーキ）の上面及び下面は、例えば、ほぼ平坦であり、かつ、その側面は、例えば、円柱状であり、ロウソクは、例えば、上面の円周近傍に配置するとする。
この場合の２Ｄ化像では、上面及び下面においては上方の方が奥に位置することとなり、かつその側面では真ん中が手前で端に行くに従って奥に位置し、さらに隠れている上方の真ん中は奥に位置することとなる。
この場合、上面及び下面における輝度変化は、利用者に近い透過型表示装置（例えば、図２の１０１）においては、図１２に示すように、利用者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば、下方）が透過度が低く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば、上方）が透過度が高くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
【００３２】
また、利用者から遠い透過型表示装置（例えば、図２の１０２）においては、図１３に示すように、利用者に近い部位（２Ｄ化像では、例えば、下方）が透過度が高く、かつ遠い部位（２Ｄ化像では、例えば、上方）が透過度が低くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に変化させる。
次に、円柱部分の透過度の変化もその奥行き位置に対応して、利用者に近い透過型表示装置（例えば、図２の１０１）においては、図１２に示すように、利用者に近い部位（例えば、真ん中付近）が透過度が低く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が透過度が高くなるように徐々に変化させる。
また、利用者から遠い透過型表示装置（例えば、図２の１０２）においては、図１３に示すように、利用者に近い部位（例えば、真ん中付近）が透過度が高く、かつ遠い部位（例えば、左右の端付近）が透過度が低くなるように徐々に変化させる。
このように表示することにより、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化像であっても、利用者（例えば、図２の１００）にはあたかも上面、下面がほぼ平らな円柱状のケーキがあるように感じられる。
【００３３】
［三次元物体自体が移動する場合の表示方法］
前述の説明では、例えば、三次元物体１０４全体の奥行き位置を、例えば、透過型表示装置（１０１，１０２）に表示した２Ｄ化像を用いて表現する方法および装置について主に述べたが、本実施の形態の三次元表示装置は、三次元物体自体が移動する場合にも使用できる。
２Ｄ化像が三次元的に移動する場合、利用者の左右上下方向への移動に関しては通常の二次元表示装置の場合と同様に透過型表示装置内での動画再生によって可能であり、奥行き方向への移動に関しては、各透過型表示装置における透過度の変化を時間的に行うことで、三次元像の動画を表現することができることは明らかである。
以下、前述した三次元物体自体が移動する場合の表示方法について説明する。
この場合における要点は、図２と同様な構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の部分の透過度を、利用者から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体の奥行き位置の時間的変化に対応して変化させることである。
【００３４】
その一例として、例えば、三次元物体が透過型表示装置１０１より透過型表示装置１０２まで時間的に移動する場合について、図４ないし図７を用いて説明する。
例えば、三次元物体が透過型表示装置１０１の奥行き位置にある場合には、図４に示すように、透過型表示装置１０１上の透過度を、２Ｄ化像１０７の輝度が三次元物体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の最大値とする。
次第に、例えば、三次元物体が利用者より時間的に少し遠ざかり透過型表示装置１０１より透過型表示装置１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、図５に示すように、三次元物体の奥行き位置の移動に対応させて、透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７部分の透過度を時間的に少しづつ増加させ、かつ透過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を時間的に少しづつ減少させる。
【００３５】
さらに、例えば、三次元物体が利用者より時間的にさらに遠ざかり透過型表示装置１０１より透過型表示装置１０２側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、図６に示すように、三次元物体の奥行き位置の移動に対応させて、透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を時間的にさらに増加させ、かつ透過型表示装置１０２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を時間的にさらに減少させる。
さらに、例えば、三次元物体が透過型表示装置１０２の奥行き位置まで時間的に移動してきた場合には、図７に示すように、三次元物体の奥行き位置の移動に対応させて、透過型表示装置１０２上の透過度を２Ｄ化像１０８の輝度が三次元物体の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ透過型表示装置１０１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を、例えば、その透過型表示装置の最大値となるまで変化させる。
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、利用者にはあたかも透過型表示装置（１０１，１０２）の間を、透過型表示装置１０１から透過型表示装置１０２に三次元物体１０４が奥行き方向に移動するように感じられる。
【００３６】
なお、前述の説明においては、三次元物体１０４が透過型表示装置１０１から透過型表示装置１０２まで移動する場合について説明したが、これが透過型表示装置（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から透過型表示装置１０２まで移動する場合や、透過型表示装置１０１から透過型表示装置（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、透過型表示装置（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から透過型表示装置（１０１，１０２）の間の途中の別な奥行き位置まで移動する場合であっても、同様なことが可能なことは明らかである。
また、利用者に提示する物体が２つの透過型表示装置（１０１，１０２）の間を移動する場合について説明したが、提示する三次元物体が複数であっても、同様な構成が可能であり同様な効果が期待できることは明らかである。
【００３７】
また、前述の説明では、透過型表示装置１０１と、透過型表示装置１０２とは、空間を介して向かい合わせて配置する場合について説明したが、透過型表示装置１０１と、透過型表示装置１０２とは、図１４に示すように、厚い透明基板３０の両側に配置するようにしてもよい。
図１４に示す構造の場合には、透過型表示装置１０１と、透過型表示装置１０２との間に、塵やゴミが入るのを防止できるばかりでなく、透明基板３０の厚さを調整することにより、透過型表示装置１０１と透過型表示装置１０２との間の間隔を、簡単に調整することが可能となる。
さらに、本実施の形態における二次元像の表示面は、本発明の趣旨から見て、必ずしも平面である必要はなく、球面や楕円面や二次曲面や他の複雑な曲面であっても同様な効果が得られることは明らかである。
【００３８】
［実施の形態２］
図１５は、本発明の実施の形態２の携帯電話機の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の携帯電話機も、ディスプレイ部として、第１の透過型表示装置１０１と第２の透過型表示装置１０２とで構成される三次元表示装置を用いたものであるが、本実施の形態では、第１の透過型表示装置１０１の利用者と反対の側にレンズ１３０が配置される。
レンズ１３０としては、凸レンズ、凹レンズ、マイクロレンズアレイ、ホログラフッィクレンズ、マイクロレンズアレイを２枚重ねることによって倍率１の正立像で、かつ実像を結像させるレンズなどから構成される。
このレンズ１３０により、透過型表示装置１０２に表示される二次元像は、図１５に示す結像面１０２１に結像する。
したがって、本実施の形態の三次元表示装置では、三次元立体像は、図１５に示すように、透過型表示装置１０１の前方（透過型表示装置１０１の利用者側の方向）に、浮かび上がるように表示される。
そのため、本実施の形態では、例えば、立体キャラクタを表示する場合には、実際の三次元物体と同じような立体像を観察することができるので、利用者は、前述の実施の形態１よりも、さらに親近感を持って三次元立体像を観察することができる。
【００３９】
［実施の形態３］
図１６は、本発明の実施の形態３の携帯電話機の概略構成を示す図である。
本実施の形態の携帯電話機は、ディスプレイ部として、第１の透過型表示装置１０１と第２の透過型表示装置１０２とで構成される三次元表示装置を用いたものであるが、本実施の形態では、利用者から見て第２の透過型表示装置１０２の後ろ面に、例えば、正面付近からの光のみを透過する透過制限装置１３１を配置した点で前述の実施の形態の携帯電話機と相違する。
この透過制限装置１３１としては、ルーバーを多数並べたもの、あるいは、ルーバーを多数組み込んだシート、あるいはファイバアレイ、あるいは円形や多角形などの多数の格子状の隔壁で構成される。
これまでに説明した実施の形態の三次元表示装置では、ある一定の方向以外からの斜め横から観察すると、第１の透過型表示装置１０１に表示された二次元像と、第２の透過型表示装置１０２に表示された二次元像とが重ならず、違和感のある画像となるが、本実施の形態では、透過制限装置１３１により、ある一定の方向（例えば、正面付近）では実際の三次元物体と同じような立体像を観察でき、その一定方向付近以外（例えば、正面付近以外）からは画像を観察することができないので、違和感のない表示を実現することが可能である。
なお、透過制限装置１３１は、利用者から見て第１の透過型表示装置１０１の前面に配置するようにしてもよく、あるいは、第１の透過型表示装置１０１と第２の透過型表示装置１０２との間の任意の位置に配置するようにしてもよい。
【００４０】
［実施の形態４］
前述の実施の形態１〜３の液晶表示パネル（２０１，２１１）は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイ、イン・プレイン型液晶表示装置、ホモジニアス型液晶表示装置、強誘電液晶表示装置、反強誘電液晶表示装置などから偏光板を取り除いた装置で構成される。
図１７は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
ツイストネマティック型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５０３，５０４）で、液晶５０１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５０３，５０４）上には液晶５０１を配向させるための配向膜（５０５，５０６）が配置されており、配向膜（５０５，５０６）の配向方向は、例えば、上下で直交化されている。
透明導電膜（５０３，５０４）に電圧を印加しない場合には、液晶５０１の液晶分子は配向膜（５０５，５０６）の配向規制力により、配向膜（５０５，５０６）の近傍では、例えば、透明導電膜（５０３，５０４）に平行に配向方向に沿って並ぶ。
【００４１】
この場合、図１８（ａ）に示すように、液晶分子は、ねじれた構造となり、入射光はこの構造に従って偏光方向が、例えば、９０度変化する。
一方、図１８（ｂ）に示すように、透明導電膜（５０３，５０４）に十分な電圧Ｖ５ａを印加した場合には、液晶分子は、電界により電界方向例えば透明導電膜（５０３，５０４）に垂直に並び、透過する光の偏光は変化しない。
電圧が、電圧Ｖ５ａ以下の場合にはその電圧に応じて偏光方向は連続的に変化する。
このように、ツイストネマティック型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５０３，５０４）に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
前記実施の形態１の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図１７に示すツイストネマティック型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００４２】
図１９は、イン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
イン・プレイン型液晶ディスプレイの基本構成は、配向膜（５１２，５１４）で液晶５１３を挟み、配向膜５１４の外側に、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５１１，５１５）を設け、さらに、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５１１，５１５）は同一平面内にあり、また、配向膜５１２と配向膜５１４との配向方向は平行である。
図２０（ａ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に電圧を印加しない場合には、液晶５１３の液晶分子は、配向膜（５１２，５１４）の配向規制力により、配向膜（５１２，５１４）の配向方向に整列する。
これに対して、図２０（ｂ）に示すように、透明導電膜（５１１，５１５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｂを印加すると、液晶分子はその印加電圧方向に整列する。
【００４３】
このように、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化できる。
さらに、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧がＶ５ｂ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、イン・プレイン型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５１１，５１５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
前記実施の形態１の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図１９に示すイン・プレイン型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００４４】
図２１は、ホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。ホモジニアス型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５２１，５２５）で、液晶（例えば、ネマティック液晶など）５２３を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５２１，５２５）上には液晶５２３を配向させるための配向膜（５２２，５２４）が配置される。
なお、図２１に示す透過型表示装置では、ホモジニアス配向の液晶を用いるため、配向膜５２２の配向方向と配向膜５２４との配向方向を同じ（平行）とする。
さらに、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、図２２に示すように、入射光の偏光方向を、この配向膜（５２２，５２４）の配向方向とずらして入射する。
例えば、直線偏光の時は０度方向と９０度方向の中間方向であり、例えば、特に、４５度ずらして入射する、あるいは円偏光あるいは楕円偏光とする。
図２３（ｂ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に閾値電圧以上の充分な電圧Ｖ５ｃを加えると、液晶５２３の液晶分子はその印加電圧方向に整列する。このため、入射光の偏光方向はほとんど変化せずに出射していく。
【００４５】
これに対して、図２３（ａ）に示すように、透明導電膜（５２１，５２５）間に電圧を印加しない場合には、配向膜（５２２，５２４）の配向規制力により、液晶分子は、配向膜（５２２，５２４）の配向方向に向き、かつ配向膜（５２２，５２４）に平行に並ぶ。
このため、入射光はこの液晶分子の複屈折性により偏光方向が変化して出射する。
また、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧がＶ５ｃ以下の場合には、その電圧に応じた偏光方向の変化が連続的に得られる。
このように、ホモジニアス型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５２１，５２５）間に印加する電圧により、出射光の偏光方向を可変でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化できるので、全体として光の透過度を変化させることができる。
前記実施の形態１の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図２１に示すホモジニアス型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００４６】
図２４は、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの基本構成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯｘなどで形成される透明導電膜（５３３，５３４）で、液晶（例えば、強誘電液晶、あるいは反強誘電液晶など）５３１を挟み、その外側に偏光板（５０７，５０８）を配置した構成である。
ここで、透明導電膜（５３３，５３４）上には液晶５３１を配向させるための配向膜（５３５，５３６）が配置される。
図２５に示すように、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電界の方向にしたがって、液晶５３１の自発分極の向きが変化するため、液晶５３１（強誘電液晶あるいは反強誘電液晶）の厚さを充分に薄く（例えば、１μｍ〜２μｍ程度など）しておくと、液晶５３１の自発分極が透明導電膜（５３３，５３４）と同じ平面内で変化する。
【００４７】
このように、強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイでは、透明導電膜（５３３，５３４）間に印加する電圧により、複屈折性を有する液晶分子の整列する向きが変化するため、出射光の偏光状態を変化でき、これにより、光の出射側に設けられた偏光板５０７により、出射する光の強度を変化でき、全体として光の透過度を変化させることができる。
前述の実施の形態１〜３の液晶表示パネル（２０１，２１１）として、この図２４に示す強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイから偏光板（５０７，５０８）を取り除いた装置が使用可能である。
【００４８】
前記図８、図１１に示す構成では、カラーフィルタ（２０２，２１２）は、液晶表示パネル（２０１，２１１）の外側に配置される構成であったが、このカラーフィルタは、一般に市販されているＴＦＴ方式の液晶表示パネル、あるいはＳＴＮ方式の液晶表示パネルのように、カラーフィルタを液晶表示パネル内に設けるようにしてもよい。
図２６は、内部にカラーフィルタを設けた液晶表示パネルの概略構成を示す要部断面図である。
この図２６において、ガラス基板３１０上には、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルタ３０２と、ブラックマトリクス３０３とが設けられ、これらの上に透明電極から成る対向電極３０６が形成される。
また、ガラス基板３１１上には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；非晶質シリコンＴＦＴ）３０４と、透明電極から成る画素電極３０５とが形成される。
なお、実際には、対向電極３０６上、および画素電極３０５上には、配向膜、あるいは保護膜などが形成されるが、図２６では、それらの図示は省略している。
【００４９】
画素電極３０５には、１水平走査ラインの間オンとなる薄膜トランジスタ３０４を介して、駆動電圧が印加される。
この画素電極３０５に印加する電圧を制御し、画素電極３０５と対向電極３０６との間の液晶層３０１に印加される印加電圧を変化させることにより、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各画素単位に、光の偏光方向を制御することができる。
図８に示す構成において、この図２６に示す液晶表示パネルを使用しても、前述したような三次元立体像を得ることができる。
また、図８に示す構成において、この図２６に示す液晶表示パネルを使用する場合には、一般に市販されている液晶表示パネルの一方の外側に設けられる偏光板を取り除くだけで使用可能となるという利点を有する。
さらに、前記各実施の形態では、本発明を携帯電話器に適用した実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、携帯情報端末などの携帯機器に適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００５０】
【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、ディスプレイ部として、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像を表示可能な三次元表示装置を用いた携帯機器を提供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の携帯電話機の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図３】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図４】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図５】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図６】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図７】本発明の基本となる三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の携帯電話機の使用例を説明するための図である。
【図１０】両側に偏光板を配置した透過型表示装置を使用する三次元表示装置を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の三次元表示装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１の三次元表示装置において、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合に、前方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の三次元表示装置において、三次元物体自体が有する奥行きを表現する場合に、後方の透過型表示装置に表示される２Ｄ化像の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態の三次元表示装置の他の変形例の概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２の携帯電話機の概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の携帯電話機の概略構成を示す図である。
【図１７】ツイストネマティック型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図１８】ツイストネマティック型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図１９】イン・プレイン型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２０】イン・プレイン型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２１】ホモジニアス型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２２】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２３】ホモジニアス型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２４】強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの一例を示す要部断面図である。
【図２５】強誘電あるいは反強誘電型液晶ディスプレイの動作を説明するための図である。
【図２６】内部にカラーフィルタを設けた液晶表示パネルの概略構成を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０…外部筐体、２０…基地局、３０…透明基板、１００…観察者、１０１，１０２…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、１３０…レンズ、１３１…透過制限装置、２０１，２１１…液晶表示パネル、２０２，２１２，３０２…カラーフィルタ、２０３，２１３，５０７，５０８，２０３１，２１３１…偏光板、２０４…散乱板、３０１，５０１，５１３，５２３，５３１…液晶層、３０３…ブラックマトリクス、３０４…薄膜トランジスタ、３０５…画素電極、３０６…対向電極、３１０，３１１…ガラス基板、５０３，５０４，５１１，５１５，５２１，５２５，５３３，５３４…透明導電膜、５０５，５０６，５１２，５１４，５２２，５２４，５３５，５３６…配向膜、１０２１…結像面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a portable device, and more particularly to a portable device including a three-dimensional display device capable of displaying a three-dimensional stereoscopic image.
[0002]
[Prior art]
For example, mobile devices such as mobile phones or personal digital assistants (PDAs) are widely used.
In these portable devices, a two-dimensional display device such as an STN (Super Twisted Nematic) type liquid crystal display device or a TFT (Thin Film Transistor) type liquid crystal display device is generally used as the display unit.
On the other hand, as a three-dimensional display device capable of displaying a three-dimensional stereoscopic image, for example, a liquid crystal shutter glasses method or a volume type method is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the portable device as described above, by using a three-dimensional display device capable of displaying a three-dimensional stereoscopic image as the display unit, for example, a real map can be displayed, which can improve convenience for the user. It becomes possible.
However, in conventional portable devices, a display device used as a display unit is generally a two-dimensional display device that displays a two-dimensional image, such as the liquid crystal display device described above, and displays a three-dimensional stereoscopic image. There is no known one using a three-dimensional display device.
On the other hand, as described above, the liquid crystal shutter glasses method, the volume type method, or the like is known as a three-dimensional display device capable of displaying a three-dimensional stereoscopic image.
However, in the liquid crystal shutter glasses method, since the liquid crystal shutter glasses are indispensable, it is not only unnatural, but among the physiological factors of stereoscopic vision, there is a large amount between binocular parallax, convergence, and focus adjustment. A contradiction arises.
That is, in this liquid crystal shutter glasses method, binocular parallax and convergence are almost satisfactory, but since the focus surface is on the display surface, this contradiction causes eyestrain and the like.
In addition, since the volume type method has discrete positions in the depth direction, it is difficult to reproduce a three-dimensional object at an intermediate position or a three-dimensional object greatly changing in the depth direction. It was.
[0004]
As described above, conventionally, a display device capable of displaying a three-dimensional stereoscopic image as a display unit of a portable device, further suppressing a contradiction between physiological factors of stereoscopic vision, and using a color image without using glasses. There is no known device including a three-dimensional display device capable of displaying a three-dimensional stereoscopic image.
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to suppress contradiction among physiological factors of stereoscopic vision as a display unit and to use glasses. An object of the present invention is to provide a portable device using a 3D display device capable of displaying a 3D stereoscopic image of a color image.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and attached drawings.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
The inventor of the present application specializes in a three-dimensional display method and a three-dimensional display device capable of suppressing a contradiction between physiological factors of stereoscopic vision and displaying a three-dimensional stereoscopic image of a color image without using glasses. This is proposed in Japanese Patent Application No. 2001-12668.
The present invention uses the above-described three-dimensional display device as a display unit of a portable device.
[0006]
  That is, the present invention,threeDimension displayPlaceThe three-dimensional display device includes: a first transmissive display device capable of changing a polarization direction of a displayed two-dimensional image; and the first transmissive display device as viewed from a user. A second transmissive display device disposed behind and capable of changing the polarization direction of the displayed two-dimensional image;A lens disposed between the first transmissive display device and the second transmissive display device;The first means for independently changing the polarization direction of the two-dimensional image displayed on each transmissive display device for each transmissive display device, and the first and second transmissive display devices are sandwiched between the first means and the second transmissive display device. And at least one of the first and second transmissive display devices has a color filter, and the transmissive display devices are different from the user. A two-dimensional image obtained by projecting the display target object from the user's line-of-sight direction is displayed on a plurality of display surfaces at different depth positions, and the first means is a two-dimensional image displayed on each transmissive display device. The polarization direction of the image is changed independently for each of the transmissive display devices, and the transmittance of the two-dimensional image displayed on the transmissive display device as viewed from the user is changed for each of the transmissive display devices. Each changed independentlyThe lens is disposed in proximity to the first transmissive display device, and the two-dimensional image displayed on the second transmissive display device is used more than the first transmissive display device. Image as a real imageIt is characterized by that.
[0007]
In a preferred embodiment of the present invention, at least one of the first and second transmissive display devices has a color filter therein.
In a preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional display device includes a scattering plate disposed between the first transmissive display device and the second transmissive display device. The transmissive display device 2 displays a two-dimensional image of a color image.
[0008]
  In a preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional display device includes a transparent substrate disposed between the first transmissive display device and the second transmissive display device.The
  BookIn a preferred embodiment of the invention, the three-dimensional display device is a front surface of the first transmissive display device as viewed from a user, a rear surface of the second transmissive display device as viewed from a user, or And a transmission limiting device that transmits light having a viewing zone width in a certain direction at a position between the first transmissive display device and the second transmissive display device. To do.
[0009]
In a preferred embodiment of the present invention, a light source disposed behind the second transmissive display device as viewed from the user is provided, and each of the transmissive display devices is configured to polarize irradiation light from the light source. The polarization direction of the displayed two-dimensional image is varied by changing the direction.
In a preferred embodiment of the present invention, each of the transmissive display devices includes a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, and each of the transmissive display devices is applied to the liquid crystal layer. The polarization direction of the displayed two-dimensional image is varied by changing the voltage to be displayed.
[0010]
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 diagram showing a schematic configuration of the mobile phone according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in the figure, the mobile phone of this embodiment uses a three-dimensional display device composed of a first transmissive display device 101 and a second transmissive display device 102 as a display unit. It is.
These two transmissive display devices (101, 102) are arranged inside the external housing 10.
[0011]
[Display principle of the three-dimensional display device as the basis of the present invention]
2-7 is a figure for demonstrating the principle of the three-dimensional display apparatus used as the foundation of this invention.
In the three-dimensional display device shown in FIG. 2, two transmissive display devices, for example, transmissive display devices (101, 102) (the transmissive display device 101 is more observable than the transmissive display device 102 on the front of the observer 100. The optical system 103 is constructed using various optical elements and a light source 110.
As the transmissive display device (101, 102), for example, a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display, a homogeneous liquid crystal display, a ferroelectric liquid crystal display, or a combination thereof is 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 the present embodiment, as an example, a case where the light source 110 is arranged at the rearmost position when viewed from the observer 100 is shown.
[0012]
Next, as shown in FIG. 3, an image (hereinafter referred to as a “2D image”) of a three-dimensional object 104 desired to be presented to the viewer 100 as viewed from the viewer 100 and projected onto the transmissive display device (101, 102). 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. 2, the 2D image (105, 106) is obtained from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the viewer 100 on both the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102, respectively. The two-dimensional images (107, 108) are displayed so as to overlap.
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.
[0013]
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.
An important point in the present invention is that the luminance of the image viewed by the observer 100 is kept constant to be the same as the luminance of the three-dimensional object 104 to be displayed, while the 2D image 107 and the 2D image 108 are displayed. By changing the distribution of transmittance, the depth position of the image felt by the observer 100 is changed.
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.
[0014]
For example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 101, as shown in FIG. 4, 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.
[0015]
Further, for example, when the three-dimensional object 104 is further away from the observer 100 and is further away from the transmissive display device 101 toward the transmissive display device 102, 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.
Finally, for example, when the three-dimensional object 104 is on the transmissive display device 102, the transmittance on the transmissive display device 102 is set 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 a 2D image (107, 108) is displayed due to a human physiological or psychological factor or illusion, the viewer 100 feels as if a transmission type display device ( 101, 102) is felt as if 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.
[0016]
[Configuration of 3D Display Device of the Present Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
In the three-dimensional display device of this embodiment, the transmissive display device 101, the scattering plate 204, and the transmissive display device 102 are disposed between the polarizing plate 203 and the polarizing plate 213.
The transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 that functions as a polarization variable device and a color filter 202. Similarly, the transmissive display device 102 includes a liquid crystal display panel 211 that functions as a polarization variable device, and a color filter. And a filter 212.
A light source (backlight) 205 is disposed behind the polarizing plate 213 (on the side opposite to the transmissive display device 102 of the polarizing plate 213).
Here, the liquid crystal display panel (201, 211) has a polarizing plate formed from a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display device, a homogeneous liquid crystal display device, a ferroelectric liquid crystal display device, an antiferroelectric liquid crystal display device, or the like. Consists of removed devices.
[0017]
Since the liquid crystal display panel (201, 211) can change the direction of polarization in units of pixels, the intensity of the emitted light can be changed depending on the polarization direction of the emitted light and the polarization direction of the polarizing plate on the exit side. As described above, the light transmittance can be changed.
Therefore, the transmittance can be changed independently for each of the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 211 by controlling the polarization direction of the light passing through each pixel unit of the liquid crystal display panel (201, 211). .
However, in this embodiment, the 2D image (107, 108) displayed on the transmissive display device (101, 102) needs to be a two-dimensional image of a color image.
[0018]
Thus, on the transmission type display device (101, 102) or the transmission type display device 101 and the transmission type display device 102, the principle described in [Display principle of the three-dimensional display device as the basis of the present invention] is used. It is possible to display a three-dimensional stereoscopic image at any position between.
Moreover, in the present embodiment, color filters (202, 212) composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B) are provided for each pixel unit of each liquid crystal display panel (201, 211). Since they are arranged, a three-dimensional stereoscopic image of a color image can be displayed.
However, in the present embodiment, the polarization direction of each liquid crystal display panel (201, 212) is controlled in consideration that the polarization direction changes while passing through the liquid crystal display panel 201 and the liquid crystal display panel 21. There is a need to do.
[0019]
As shown in FIG. 10, the transmissive display device 101 includes a liquid crystal display panel 201 provided with polarizing plates (203, 2031) on both sides, and the transmissive display device 102 includes polarizing plates (213, 2131) on both sides. ), The four polarizing plates (203, 2031, 213, 2131) are inserted in the optical path of the irradiation light from the light source 205, so that as a whole There is a disadvantage that the transmittance of the display becomes low and the display becomes dark.
In contrast, in this embodiment, since the transmissive display device (101, 102) is sandwiched between the two polarizing plates (203, 213), it is possible to prevent the display from becoming dark. .
In addition, the present embodiment has an advantage that the luminance in the liquid crystal display panel (201, 211) can be controlled with a substantially large degree of freedom.
[0020]
That is, in the case of the transmissive display device (101, 102) shown in FIG. 10, the irradiation light from the light source 205 does not change or decreases while passing through each transmissive display device (101, 102). In addition, the luminance in each of the transmissive display devices (101, 102) does not change or decreases.
On the other hand, in the three-dimensional display device of the present embodiment, the light amount does not substantially change up to the polarizing plate 203 on the emission side, and only the polarization direction of each liquid crystal display panel (201, 211). It has changed.
In addition, the polarization direction is almost added and rotated in each liquid crystal display panel (201, 211), but when viewed from outside the output side polarizing plate 203, the transmission polarization direction of the output side polarizing plate 203 is changed. As a reference, the brightness of each liquid crystal display panel (201, 211) decreases from 0 to 90 degrees, the brightness increases from 90 to 180 degrees, the brightness decreases from 180 to 270 degrees, and from 270 to 360 degrees. Can increase and decrease in brightness as the brightness increases.
[0021]
Therefore, the luminance of each liquid crystal display panel (201, 211) can be increased, not changed, or decreased as compared with the luminance of the polarization variable device immediately before that.
However, in practice, for example, in a twisted nematic liquid crystal display device or the like, the maximum angle change is often 90 degrees, so it is necessary to design in consideration of this.
In this embodiment, each transmissive display device (101, 102) includes a liquid crystal display panel (201, 211) functioning as a polarization variable device and a color filter (202, 212).
Therefore, moire may occur due to differences in the arrangement direction, arrangement pitch, and the like of the red (R), green (G), and blue (B) filters in the color filter 202 and the color filter 212.
Therefore, in this embodiment, the scattering plate 204 is disposed between the color filter 202 and the color filter 212 so as to prevent the above-described moire from occurring.
[0022]
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the 2D image described above from the base station 20, that is, the tertiary desired to be presented to the person using the mobile phone (hereinafter referred to as the user) as shown in FIG. A video signal for displaying a two-dimensional image obtained by projecting the original object onto the transmissive display device (101, 102) when viewed from the user is transmitted to the mobile phone, and is transmitted to each transmissive display device (101, 102). By displaying, a three-dimensional stereoscopic image of a color image (for example, a real map, a stereoscopic character, etc.) can be displayed to the user.
Unlike the conventional mobile phone that uses a two-dimensional display device as a display unit, the mobile phone of the present embodiment can display a three-dimensional stereoscopic image having a depth.
Therefore, for example, when displaying a real map, the user can grasp the target place more quickly and accurately. For example, when displaying a stereoscopic character, Since a stereoscopic image similar to that of a three-dimensional object can be observed, the user can observe the three-dimensional stereoscopic image with a greater sense of familiarity.
Furthermore, for example, when a network game is played using a mobile phone, it is possible to play a game with a more realistic feeling.
[0023]
[Modification of 3D Display Device of this Embodiment]
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention.
The three-dimensional display device shown in FIG. 11 has the three-dimensional display device shown in FIG. 8 in that the color filter 202 of the transmissive display device 101 is omitted and the transmissive display device 101 is a transmissive display device for monochrome display. It is different from the display device.
Further, in the three-dimensional display device shown in FIG. 11, the arrangement direction, arrangement pitch, and the like of the red (R), green (G), and blue (B) filters in the color filter 202 and the color filter 212 described above. The scattering plate 204 is also omitted because there is no risk of moire due to the difference.
[0024]
Also in the three-dimensional display device shown in FIG. 11, on the transmissive display device (101, 102) or the transmissive display device 101 according to the principle described in [Display principle of the three-dimensional display device as the basis of the present invention]. 3D stereoscopic image of a color image can be displayed at an arbitrary position between the display device 102 and the transmissive display device 102.
However, in the three-dimensional display device shown in FIG. 11, the 2D image 107 displayed on the transmissive display device 101 is a two-dimensional image of a black and white image, and the 2D image displayed on the transmissive display device 102. 108 needs to be a two-dimensional image of a color image.
Further, in the three-dimensional display device shown in FIG. 11, since one color filter is omitted as compared with the three-dimensional display device shown in FIG. 8, the display becomes brighter than the three-dimensional display device shown in FIG. .
[0025]
In the present embodiment, when the 2D image is displayed so as to overlap when viewed from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the user, the right eye and the left eye of the user are particularly displayed. When one point between the right eye and the left eye is used as one point on the connecting line, the three-dimensional perception at the intermediate position between the plurality of planes (that is, the arrangement position of the transmissive display devices (101, 102)). The reliability with which the effect is obtained is increased (in short, many people can obtain the effect in many cases).
Further, when the center position of the left and right eyes of the user is used as the one point, it becomes easier to obtain the effect, and for example, from a transmission two-dimensional image displayed on the transmission type display device (101, 102) in the left and right eyes. This has the advantage that the size of the resulting double image can be reduced.
[0026]
In addition, enlarging / reducing the size of the 2D image displayed in a overlapping manner as viewed from the user is effective for artificially changing the perceived depth or inclination.
In order to obtain the above-described effect, the depth distance between the surfaces displaying the transmission two-dimensional image (that is, the distance between the transmission display device 101 and the transmission display device 102) is the same display target object ( For a three-dimensional object 104), a plurality of two-dimensional images (two-dimensional images) displayed on those surfaces are ranges having a common area when viewed with a single eye from the positions of the right and left eyes of the user. .
That is, in the state where there is no common area, this effect disappears and the user feels that the surface is separated in the depth direction.
[0027]
In the three-dimensional display device according to the present embodiment, unlike the conventional liquid crystal shutter glasses method, there are at least two or more surfaces on which an image is actually displayed across the illusion position. It is considered that the contradiction between the eye parallax, the vergence, and the focus adjustment can be greatly suppressed, and eye strain can be suppressed.
In addition, since the focus adjustment itself allows the user to view two or more surfaces at the same time, it is localized at a position where both images can be viewed with the least blur, so the disadvantage of the conventional method is reduced. Can greatly improve.
In this case, the depth distance of the plurality of surfaces displaying the plurality of 2D images (107, 108) is such that the plurality of surfaces are focused when the depth position of the display target object is focused as viewed from the user. It is necessary to set the image to a range where there is less blur of the image than to match.
[0028]
In addition, unlike a conventional volume type method, a three-dimensional object (that is, a three-dimensional object between a plurality of transmissive display devices) existing at an intermediate position on the surface is also visible to the user three-dimensionally. This has the advantage of not being a conventional three-dimensional effect.
Furthermore, since the present embodiment can also represent a three-dimensional object between a plurality of transmissive display devices, it has the advantage of greatly reducing the amount of data when performing three-dimensional display.
Further, in this embodiment, since a human physiological or psychological factor or illusion based only on transmittance control is used, a coherent light source such as a laser is not particularly required as a light source, and color It has the advantage of being easy to make.
In addition, the present embodiment does not include a mechanical drive unit, and thus has an advantage suitable for weight reduction and reliability improvement.
[0029]
In the above description, the case of changing the transparency of the portions of the plurality of 2D images (107, 108) has been described. For example, the change in the transmittance of the plurality of 2D images (107, 108) has been described above. Even if the color of each 2D image (107, 108) is changed within a range that does not change the overall color viewed from the user, the same effect can be obtained as the effect of the present invention.
In the three-dimensional display device of the present embodiment, the apparent depth position is changed by the luminance ratio of the front and rear 2D images (107, 108).
Therefore, the color (for example, the 2D image 107 on the front transmissive display device 101 is set so as to be the same as the color (for example, yellow) of the three-dimensional stereoscopic image that the user wants to present when viewing the image in a superimposed manner. , Red) and the color (for example, green) of the 2D image 108 on the rear transmissive display device 102 can be changed.
For example, the color of the contour portion is different from the middle, and in the normal case, it causes a sense of incongruity, but there may be an effect in terms of color matching with the background, for example.
[0030]
[Display method for expressing depth of 3D object itself]
In the above description, for example, the method and apparatus for expressing the depth position of the entire three-dimensional object 104 using, for example, a 2D image displayed on the transmissive display device (101, 102) has been mainly described. It is obvious that the three-dimensional display device according to the embodiment can be used as, for example, a method and device for expressing the depth of a three-dimensional object itself.
Hereinafter, a display method for expressing the depth of the above-described three-dimensional object itself will be described.
An important point in this case is that the transmittance of each part of the 2D image (107, 108) is made constant on the overall brightness as viewed from the user 100 on an apparatus having the same configuration as in FIG. It is to change corresponding to the depth position which each site | part of the three-dimensional object 104 has, keeping.
An example of how to change this will be described below with reference to FIGS.
Here, since it is a black and white drawing, in FIG. 12 and FIG. 13, the higher luminance is shown darker for easy understanding.
[0031]
FIG. 12 shows an example of a 2D image displayed on a transmissive display device (for example, 101 in FIG. 2) close to the user. FIG. 13 shows a transmissive display device (for example, in FIG. 2) far from the user. 102) is an example of a 2D image displayed.
For example, when a cake as shown in FIGS. 12 and 13 is taken as an example of a three-dimensional object, the upper surface and the lower surface of the three-dimensional object (for example, cake) are substantially flat, for example, except for a candle standing on the top. The side surface is, for example, a columnar shape, and the candle is arranged, for example, in the vicinity of the circumference of the upper surface.
In the 2D image in this case, the upper side is located at the back on the upper surface and the lower surface, and the middle is located on the side as it goes toward the end on the side, and the upper middle that is hidden is located at the back. Will be located.
In this case, the luminance change on the upper surface and the lower surface is, as shown in FIG. 12, in a transmissive display device (for example, 101 in FIG. 2) close to the user, as shown in FIG. The lower part is gradually changed corresponding to the depth position so that the transmittance is low and the distant part (for example, the upper part in the 2D image) has a high degree of transparency.
[0032]
Further, in a transmissive display device (for example, 102 in FIG. 2) far from the user, as shown in FIG. 13, a portion close to the user (for example, the lower side in the 2D image) has high transmittance, and The distant part (for example, the upper part in the 2D image) is gradually changed corresponding to the depth position so that the transmittance is low.
Next, the change in the transmittance of the cylindrical portion also corresponds to the depth position, and in the transmissive display device close to the user (for example, 101 in FIG. 2), as shown in FIG. The transmittance is gradually changed so that the transmittance is low (for example, near the middle) and the distant portion (for example, near the left and right ends) has a high transmittance.
Further, in a transmissive display device (for example, 102 in FIG. 2) that is far from the user, as shown in FIG. , In the vicinity of the left and right edges) is gradually changed so that the transmittance becomes low.
By displaying in this way, even if a 2D image is displayed due to a human physiological or psychological factor or an illusion, the user (for example, 100 in FIG. 2) is as if the top surface is displayed. , It feels like there is a cylindrical cake whose bottom surface is almost flat.
[0033]
[Display method when the 3D object itself moves]
In the above description, for example, the method and apparatus for expressing the depth position of the entire three-dimensional object 104 using, for example, a 2D image displayed on the transmissive display device (101, 102) has been mainly described. The three-dimensional display device according to the embodiment can also be used when the three-dimensional object itself moves.
When the 2D image moves three-dimensionally, the movement of the user in the left / right and up / down directions can be achieved by moving image reproduction in the transmissive display device as in the case of a normal two-dimensional display device. As for the movement to, it is clear that a moving image of a three-dimensional image can be expressed by temporally changing the transmittance of each transmissive display device.
Hereinafter, a display method when the above-described three-dimensional object itself moves will be described.
The main point in this case is that the transmittance of each part of the 2D image (107, 108) on the apparatus having the same configuration as in FIG. This is to change the depth position of the three-dimensional object corresponding to the temporal change.
[0034]
As an example, for example, a case where a three-dimensional object moves from the transmissive display device 101 to the transmissive display device 102 over time will be described with reference to FIGS. 4 to 7.
For example, when the three-dimensional object is at the depth position of the transmissive display device 101, as shown in FIG. 4, the transmittance on the transmissive display device 101 is the luminance of the 2D image 107 and the luminance of the three-dimensional object. 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, for example.
Gradually, for example, when the three-dimensional object is slightly distant from the user and approaches the transmissive display device 102 from the transmissive display device 101, as shown in FIG. In response to the movement of the depth position, the transparency of the 2D image 107 portion on the transmissive display device 101 is increased little by little and the transmission of the 2D image image 108 portion on the transmissive display device 102 is increased. Decrease the temperature little by little.
[0035]
Furthermore, for example, when a three-dimensional object moves further away from the user in time and moves to a position closer to the transmission display device 102 than the transmission display device 101, as shown in FIG. Corresponding to the movement of the depth position of the three-dimensional object, the transmittance of the 2D image 107 on the transmissive display device 101 is further increased in time, and the 2D image 108 on the transmissive display device 102 is Further reduce the permeability of the part in time.
Furthermore, for example, when the three-dimensional object has moved to the depth position of the transmissive display device 102 over time, as shown in FIG. 7, the transmissive display is made corresponding to the movement of the depth position of the three-dimensional object. The transmittance on the device 102 is changed over time until the luminance of the 2D image 108 becomes equal to the luminance of the three-dimensional object, and the transmittance of the portion of the 2D image 107 on the transmissive display device 101 is, for example, This is changed until the maximum value of the transmissive display device is reached.
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, the user is as if it is a transmissive display device. It is felt that the three-dimensional object 104 moves in the depth direction from the transmissive display device 101 to the transmissive display device 102 between (101, 102).
[0036]
In the above description, the case where the three-dimensional object 104 moves from the transmissive display device 101 to the transmissive display device 102 has been described. However, this is a depth position in the middle between the transmissive display devices (101, 102). When moving from the transmissive display device 101 to the transmissive display device 102, or when moving to a mid-depth position between the transmissive display device 101 and the transmissive display device (101, 102), or the transmissive display device (101, 102). It is clear that the same can be done even when moving from a depth position in the middle to another depth position in the middle between the transmissive display devices (101, 102).
Moreover, although the case where the object presented to the user moves between the two transmissive display devices (101, 102) has been described, the same configuration is possible even when there are a plurality of three-dimensional objects to be presented. It is clear that a similar effect can be expected.
[0037]
In the above description, the case where the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102 are arranged facing each other through a space is described. However, the transmissive display device 101, the transmissive display device 102, May be arranged on both sides of a thick transparent substrate 30 as shown in FIG.
In the case of the structure shown in FIG. 14, not only dust and dust can be prevented from entering between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102, but also the thickness of the transparent substrate 30 can be adjusted. Thus, the interval between the transmissive display device 101 and the transmissive display device 102 can be easily adjusted.
Further, the display surface of the two-dimensional image in the present embodiment is not necessarily a flat surface in view of the gist of the present invention, and may be a spherical surface, an elliptical surface, a quadric surface, or other complicated curved surface. It is clear that a good effect can be obtained.
[0038]
[Embodiment 2]
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of the mobile phone according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in the figure, the mobile phone of this embodiment also uses a three-dimensional display device composed of a first transmissive display device 101 and a second transmissive display device 102 as a display unit. However, in the present embodiment, the lens 130 is disposed on the side opposite to the user of the first transmissive display device 101.
The lens 130 includes a convex lens, a concave lens, a microlens array, a holographic lens, a lens that forms an erect image with a magnification of 1 and forms a real image by overlapping two microlens arrays.
With this lens 130, a two-dimensional image displayed on the transmissive display device 102 forms an image on the image plane 1021 shown in FIG.
Therefore, in the three-dimensional display device of the present embodiment, the three-dimensional stereoscopic image emerges in front of the transmissive display device 101 (in the direction of the user of the transmissive display device 101) as shown in FIG. Is displayed.
Therefore, in the present embodiment, for example, when displaying a three-dimensional character, a three-dimensional image similar to an actual three-dimensional object can be observed. In addition, a three-dimensional stereoscopic image can be observed with a sense of familiarity.
[0039]
[Embodiment 3]
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of the mobile phone according to Embodiment 3 of the present invention.
The cellular phone according to this embodiment uses a three-dimensional display device including the first transmissive display device 101 and the second transmissive display device 102 as a display unit. In the embodiment, the cellular phone according to the above-described embodiment is arranged on the rear surface of the second transmissive display device 102 as viewed from the user, for example, in that the transmission limiting device 131 that transmits only light from the vicinity of the front is arranged. Is different.
The permeation restricting device 131 is composed of a large number of louvers arranged, a sheet incorporating a large number of louvers, a fiber array, or a large number of lattice-shaped partition walls such as circles and polygons.
In the three-dimensional display device according to the embodiment described so far, the two-dimensional image displayed on the first transmission type display device 101 and the second transmission type when viewed from an oblique side other than a certain direction. Although the two-dimensional image displayed on the display device 102 does not overlap and the image is uncomfortable, in the present embodiment, the transmission restriction device 131 causes the actual tertiary in a certain direction (for example, near the front). A stereoscopic image similar to that of the original object can be observed, and an image cannot be observed from other than the vicinity of a certain direction (for example, other than the vicinity of the front), so that a display without a sense of incongruity can be realized.
The transmission limiting device 131 may be disposed in front of the first transmissive display device 101 as viewed from the user, or the first transmissive display device 101 and the second transmissive display device. You may make it arrange | position in the arbitrary positions between 102.
[0040]
[Embodiment 4]
The liquid crystal display panels (201, 211) of the above-described first to third embodiments include a twisted nematic liquid crystal display, an in-plane liquid crystal display device, a homogeneous liquid crystal display device, a ferroelectric liquid crystal display device, and an antiferroelectric liquid crystal display. It consists of a device with the polarizing plate removed from the device.
FIG. 17 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a twisted nematic liquid crystal display.
The basic configuration of the twisted nematic type liquid crystal display is, for example, a configuration in which a liquid crystal 501 is sandwiched between transparent conductive films (503, 504) formed of ITO, SnOx, or the like, and a polarizing plate (507, 508) is disposed outside. is there.
Here, alignment films (505, 506) for aligning the liquid crystal 501 are arranged on the transparent conductive films (503, 504). The alignment directions of the alignment films (505, 506) are, for example, up and down. It is orthogonalized.
When no voltage is applied to the transparent conductive films (503, 504), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 501 are, for example, transparent in the vicinity of the alignment films (505, 506) due to the alignment regulating force of the alignment films (505, 506). They are aligned along the alignment direction in parallel with the conductive films (503, 504).
[0041]
In this case, as shown in FIG. 18A, the liquid crystal molecules have a twisted structure, and the polarization direction of incident light changes, for example, by 90 degrees according to this structure.
On the other hand, as shown in FIG. 18B, when a sufficient voltage V5a is applied to the transparent conductive film (503, 504), the liquid crystal molecules are applied in the electric field direction, for example, the transparent conductive film (503, 504) by the electric field. The polarization of light that is vertically aligned and transmitted does not change.
When the voltage is equal to or lower than the voltage V5a, the polarization direction changes continuously according to the voltage.
Thus, in the twisted nematic type liquid crystal display, the polarization direction of the emitted light can be changed by the voltage applied to the transparent conductive film (503, 504), and thereby the polarizing plate 507 provided on the light emitting side can Since the intensity of the emitted light can be changed, the light transmittance as a whole can be changed.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of the first embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the twisted nematic liquid crystal display shown in FIG. 17 can be used.
[0042]
FIG. 19 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of an in-plane type liquid crystal display.
The basic configuration of the in-plane type liquid crystal display is that a liquid crystal 513 is sandwiched between alignment films (512, 514), and a transparent conductive film (511, 515) formed of, for example, ITO or SnOx is formed outside the alignment film 514. In addition, a polarizing plate (507, 508) is arranged on the outer side.
Here, the transparent conductive films (511, 515) are in the same plane, and the alignment directions of the alignment film 512 and the alignment film 514 are parallel.
As shown in FIG. 20A, when no voltage is applied between the transparent conductive films (511, 515), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 513 are aligned by the alignment regulating force of the alignment films (512, 514). Align in the orientation direction of (512, 514).
On the other hand, as shown in FIG. 20B, when a sufficient voltage V5b higher than the threshold voltage is applied between the transparent conductive films (511, 515), the liquid crystal molecules are aligned in the applied voltage direction.
[0043]
In this way, since the alignment direction of the liquid crystal molecules having birefringence changes, the polarization state of the emitted light can be changed.
Further, when the voltage applied between the transparent conductive films (511, 515) is V5b or less, a change in the polarization direction according to the voltage is continuously obtained.
As described above, in the in-plane type liquid crystal display, the polarization direction of the emitted light can be changed by the voltage applied between the transparent conductive films (511, 515), whereby the polarizing plate 507 provided on the light emission side. Thus, since the intensity of the emitted light can be changed, the light transmittance can be changed as a whole.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of the first embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the in-plane type liquid crystal display shown in FIG. 19 can be used.
[0044]
FIG. 21 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a homogeneous liquid crystal display. The basic configuration of the homogeneous liquid crystal display is, for example, a transparent conductive film (521, 525) formed of ITO, SnOx, or the like, with a liquid crystal (eg, nematic liquid crystal) 523 sandwiched therebetween, and a polarizing plate (507, 508) on the outer side. ).
Here, alignment films (522, 524) for aligning the liquid crystal 523 are disposed on the transparent conductive films (521, 525).
Note that in the transmissive display device illustrated in FIG. 21, liquid crystal of homogeneous alignment is used, so that the alignment direction of the alignment film 522 and the alignment direction of the alignment film 524 are the same (parallel).
Further, in the homogeneous liquid crystal display, as shown in FIG. 22, the incident light is incident with the polarization direction shifted from the alignment direction of the alignment film (522, 524).
For example, in the case of linearly polarized light, it is an intermediate direction between the 0 degree direction and the 90 degree direction. For example, the incident light is shifted by 45 degrees, or circularly polarized light or elliptically polarized light.
As shown in FIG. 23B, when a sufficient voltage V5c equal to or higher than the threshold voltage is applied between the transparent conductive films (521, 525), the liquid crystal molecules of the liquid crystal 523 are aligned in the applied voltage direction. For this reason, the polarization direction of incident light is emitted with almost no change.
[0045]
On the other hand, as shown in FIG. 23A, when no voltage is applied between the transparent conductive films (521, 525), the liquid crystal molecules are caused by the alignment regulating force of the alignment films (522, 524). The alignment film (522, 524) faces in the alignment direction and is aligned in parallel with the alignment film (522, 524).
Therefore, incident light is emitted with the polarization direction changed by the birefringence of the liquid crystal molecules.
Moreover, when the voltage applied between the transparent conductive films (521, 525) is V5c or less, a change in the polarization direction according to the voltage is continuously obtained.
Thus, in the homogeneous type liquid crystal display, the polarization direction of the emitted light can be changed by the voltage applied between the transparent conductive films (521, 525), and thereby the polarizing plate 507 provided on the light emitting side can Since the intensity of the emitted light can be changed, the light transmittance as a whole can be changed.
As the liquid crystal display panel (201, 211) of the first embodiment, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the homogeneous liquid crystal display shown in FIG. 21 can be used.
[0046]
FIG. 24 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display.
The basic configuration of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display is, for example, a transparent conductive film (533, 534) formed of ITO, SnOx, or the like, and a liquid crystal (for example, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal) 531. And a polarizing plate (507, 508) is arranged on the outside.
Here, an alignment film (535, 536) for aligning the liquid crystal 531 is disposed on the transparent conductive film (533, 534).
As shown in FIG. 25, since the direction of spontaneous polarization of the liquid crystal 531 changes according to the direction of the electric field applied between the transparent conductive films (533, 534), the liquid crystal 531 (ferroelectric liquid crystal or antiferroelectric liquid crystal) If the thickness is sufficiently thin (for example, about 1 μm to 2 μm), the spontaneous polarization of the liquid crystal 531 changes in the same plane as the transparent conductive film (533, 534).
[0047]
As described above, in the ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display, the alignment direction of the liquid crystal molecules having birefringence changes depending on the voltage applied between the transparent conductive films (533 and 534). The state can be changed, whereby the intensity of the emitted light can be changed by the polarizing plate 507 provided on the light emission side, and the light transmittance can be changed as a whole.
As the liquid crystal display panels (201, 211) of the above-described first to third embodiments, an apparatus in which the polarizing plate (507, 508) is removed from the ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display shown in FIG. 24 can be used. .
[0048]
In the configuration shown in FIGS. 8 and 11, the color filters (202, 212) are arranged outside the liquid crystal display panels (201, 211), but these color filters are generally commercially available. A color filter may be provided in the liquid crystal display panel, such as a TFT liquid crystal display panel or an STN liquid crystal display panel.
FIG. 26 is a cross-sectional view of an essential part showing a schematic configuration of a liquid crystal display panel provided with a color filter therein.
In FIG. 26, a red (R), green (G), and blue (B) color filter 302 and a black matrix 303 are provided on a glass substrate 310, and a counter electrode made of a transparent electrode is provided thereon. 306 is formed.
A thin film transistor (TFT; amorphous silicon TFT) 304 and a pixel electrode 305 made of a transparent electrode are formed on the glass substrate 311.
In practice, an alignment film, a protective film, or the like is formed on the counter electrode 306 and the pixel electrode 305, but these are not shown in FIG.
[0049]
A driving voltage is applied to the pixel electrode 305 via the thin film transistor 304 that is turned on for one horizontal scanning line.
By controlling the voltage applied to the pixel electrode 305 and changing the applied voltage applied to the liquid crystal layer 301 between the pixel electrode 305 and the counter electrode 306, red (R), green (G), blue ( The polarization direction of light can be controlled for each pixel unit of B).
Even if the liquid crystal display panel shown in FIG. 26 is used in the configuration shown in FIG. 8, a three-dimensional stereoscopic image as described above can be obtained.
Further, in the configuration shown in FIG. 8, when the liquid crystal display panel shown in FIG. 26 is used, it can be used simply by removing a polarizing plate provided on one outer side of a commercially available liquid crystal display panel. Have advantages.
Further, in each of the above embodiments, the embodiment in which the present invention is applied to a mobile phone has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a portable device such as a portable information terminal. It is.
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.
[0050]
【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, as the display unit, a mobile phone using a three-dimensional display device capable of suppressing a contradiction between physiological factors of stereoscopic vision and displaying a three-dimensional stereoscopic image of a color image without using glasses. Equipment can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a mobile phone according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a display principle of a three-dimensional display device that is the basis of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device that is the basis of the present invention;
FIG. 4 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device that is the basis of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device that is the basis of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device that is the basis of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the display principle of the three-dimensional display device that is the basis of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of use of the mobile phone according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a three-dimensional display device using a transmissive display device in which polarizing plates are arranged on both sides.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the three-dimensional display device according to Embodiment 1 of the present invention;
12 is a diagram illustrating an example of a 2D image displayed on a front transmission display device when expressing the depth of a 3D object itself in the 3D display device according to the first embodiment of the present invention. FIG. is there.
FIG. 13 is a diagram showing an example of a 2D image displayed on the rear transmission display device when the depth of the 3D object itself is expressed in the 3D display device according to the first embodiment of the present invention. is there.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of another modification of the three-dimensional display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a mobile phone according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a mobile phone according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a main part showing an example of a twisted nematic type liquid crystal display.
FIG. 18 is a diagram for explaining the operation of a twisted nematic liquid crystal display.
FIG. 19 is a cross-sectional view of main parts showing an example of an in-plane type liquid crystal display.
FIG. 20 is a diagram for explaining the operation of the in-plane type liquid crystal display.
FIG. 21 is a cross-sectional view of main parts showing an example of a homogeneous liquid crystal display.
FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of a homogeneous liquid crystal display.
FIG. 23 is a diagram for explaining the operation of a homogeneous liquid crystal display.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display.
FIG. 25 is a diagram for explaining the operation of a ferroelectric or antiferroelectric liquid crystal display.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a principal part showing a schematic configuration of a liquid crystal display panel provided with color filters therein.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... External housing | casing, 20 ... Base station, 30 ... Transparent substrate, 100 ... Observer, 101, 102 ... Transmission type display apparatus, 103 ... Optical system, 104 ... Three-dimensional object, 105, 106, 107, 108 ... 2D 110, light source, 130, lens, 131, transmission limiting device, 201, 211, liquid crystal display panel, 202, 212, 302, color filter, 203, 213, 507, 508, 2031, 2131 ... polarizing plate, 204 ... scattering plate, 301, 501, 513, 523, 531 ... liquid crystal layer, 303 ... black matrix, 304 ... thin film transistor, 305 ... pixel electrode, 306 ... counter electrode, 310, 311 ... glass substrate, 503, 504, 511, 515 , 521, 525, 533, 534... Transparent conductive film, 505, 506, 512, 514, 522, 524, 53 , 536 ... orientation film, 1021 ... the image plane.

Claims (7)

三次元表示装置を備える携帯機器であって、
前記三次元表示装置は、表示される二次元像の偏光方向を変更可能な第１の透過型表示装置と、
利用者から見て前記第１の透過型表示装置の後方に配置され、表示される二次元像の偏光方向を変更可能な第２の透過型表示装置と、
前記第１の透過型表示装置と前記第２の透過型表示装置との間に配置されるレンズと、
前記各透過型表示装置に表示される二次元像の偏光方向を、各透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させる第１の手段と、
前記第１および第２の透過型表示装置を挟むように配置される一対の偏光板とを有し、
前記第１および第２の透過型表示装置の少なくとも一方は、カラーフィルタを有するとともに、前記各透過型表示装置は、前記利用者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した二次元像を表示し、
前記第１の手段は、各透過型表示装置に表示される二次元像の偏光方向を前記各透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させて、前記各透過型表示装置に表示される二次元像の前記利用者から見た透過度を前記各透過型表示装置毎にそれぞれ独立に変化させ、
前記レンズは、前記第１の透過型表示装置に近接して配置され、前記第２の透過型表示装置に表示される二次元像を、前記第１の透過型表示装置よりも前記利用者側に実像として結像させることを特徴とする携帯機器。A portable device including a three-dimensional display device,
The three-dimensional display device includes a first transmissive display device capable of changing a polarization direction of a displayed two-dimensional image;
A second transmissive display device disposed behind the first transmissive display device as viewed from the user and capable of changing a polarization direction of a displayed two-dimensional image;
A lens disposed between the first transmissive display device and the second transmissive display device;
First means for independently changing the polarization direction of the two-dimensional image displayed on each transmissive display device for each transmissive display device;
A pair of polarizing plates arranged so as to sandwich the first and second transmissive display devices,
At least one of the first and second transmissive display devices includes a color filter, and each transmissive display device displays on a plurality of display surfaces at different depth positions as viewed from the user. Displaying a two-dimensional image of the target object projected from the user's line of sight,
The first means changes the polarization direction of a two-dimensional image displayed on each transmissive display device independently for each transmissive display device, and displays the two-dimensional image displayed on each transmissive display device. The transparency of the image as seen from the user is changed independently for each of the transmissive display devices ,
The lens is disposed in the vicinity of the first transmissive display device, and a two-dimensional image displayed on the second transmissive display device is displayed on the user side with respect to the first transmissive display device. A portable device characterized in that a real image is formed . 前記第１および第２の透過型表示装置の少なくとも一方は、内部にカラーフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。  2. The portable device according to claim 1, wherein at least one of the first and second transmissive display devices includes a color filter therein. 前記三次元表示装置は、前記第１の透過型表示装置と第２の透過型表示装置との間に配置される散乱板を有し、
前記第１および第２の透過型表示装置は、カラー画像の二次元像を表示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯機器。The three-dimensional display device has a scattering plate disposed between the first transmissive display device and the second transmissive display device,
The portable device according to claim 1, wherein the first and second transmissive display devices display a two-dimensional image of a color image. 前記三次元表示装置は、前記第１の透過型表示装置と前記第２の透過型表示装置との間に配置される透明基板を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の携帯機器。  The said three-dimensional display apparatus has a transparent substrate arrange | positioned between the said 1st transmissive display apparatus and the said 2nd transmissive display apparatus, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Item 1. A portable device according to item 1. 前記三次元表示装置は、利用者から見て前記第１の透過型表示装置の前面、または、利用者から見て前記第２の透過型表示装置の後面、あるいは、前記第１の透過型表示装置と前記第２の透過型表示装置との間の位置に、一定の方向に対して視域幅を持った光を透過する透過制限装置を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の携帯機器。The three-dimensional display device is a front surface of the first transmissive display device as viewed from a user, a rear surface of the second transmissive display device as viewed from a user, or the first transmissive display. a position between the device and said second transmission type display device, according to claim 1 to claim 4, characterized in that it has a transmission limiting unit for transmitting light having a viewing zone width for a given direction The mobile device according to any one of the above. 前記利用者から見て前記第２の透過型表示装置の後方に配置される光源を有し、
前記各透過型表示装置は、前記光源からの照射光の偏光方向を変化させて、表示される二次元像の偏光方向を可変することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の携帯機器。A light source disposed behind the second transmissive display device as viewed from the user;
Wherein each transmissive display device, by changing the polarization direction of the irradiation light from the light source, any one of claims 1 to 5, characterized in that for varying the polarization direction of the two-dimensional image displayed 1 The portable device according to item. 前記各透過表示装置は、一対の基板と、
前記一対の基板間に狭持される液晶層とを有し、
前記各透過型表示装置は、液晶層に印加する電圧を変化させて、前記表示される二次元像の偏光方向を可変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項に記載の携帯機器。Each of the transmissive display devices includes a pair of substrates,
A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates,
Wherein each transmissive display device, by changing the voltage applied to the liquid crystal layer, in any one of claims 1 to 6, characterized in that for varying the polarization direction of the two-dimensional image that is the display The portable device described.
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