JP2004040667A

JP2004040667A - 三次元画像表示装置

Info

Publication number: JP2004040667A
Application number: JP2002197836A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Sakamoto; 坂本　康正
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】視野角が広く、振動も少ない三次元画像表示装置を提供する。
【解決手段】発光素子４２を縦に配列したアレイ４２Ａを回転するテーブル３上に複数配列して表示パネルを構成する。発光素子４２はすべてテーブル３の回転中心から放射方向に指向している。表示パネル１６はテーブル３の中心寄りから外周に広がって円弧状に形成され、各アレイ４２Ａは円周方向には等角度間隔で、半径方向には等間隔で配置される。発光素子４２のアレイ４２Ａには、ビデオデータ供給手段からアレイ４２Ａの回転位置に応じて三次元画像用のビデオデータが供給される。
【選択図】　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元画像表示装置に関し、特に、眼鏡無しで三次元動画像を観察することができる三次元画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三次画像つまり立体画像を観察する方式として、特殊な眼鏡を使用するものと、そのような眼鏡を使用しないものとが知られる。眼鏡無しで立体画像を観察する方式としては、両眼視差式、ホログラフィ方式、奥行き標本化方式等が知られる。
【０００３】
両眼視差方式は、左目用画像と右目用画像とを表示し、観察者の網膜上で両画像を合成させるものであり、例えば特開平６−２６５８１８号公報に一例が記載されている。この方式は目が疲れやすい欠点がある。
【０００４】
ホログラフィ方式は、参照光と被写体からの反射光を干渉縞に記録し、この記録をガスレーザ光で背後から照明することによって三次元虚像を生じさせる。ホログラフィ方式を利用した三次元画像表示装置の一例が特開２００１−３１３９５９号公報に記載されている。このホログラフィ方式はレーザ光の反射光を利用するものであるため、人物の記録に適さないのと、暗い場所でしか像を観察できないという欠点がある。
【０００５】
奥行き標本化方式では、奥行き方向での複数位置における２次元切断面の画像を結像系の移動と同期させて高速で切り替えて表示し、目の残像作用を利用して立体画像を表示する。この方式では、正面から見た場合に立体感が得られるが、側面から見た場合は立体感が得られない。つまり視野角が制限されるという欠点がある。
【０００６】
上記各方式の欠点を解消する三次元画像表示装置として、発光ダイオードを多数（例えば９６個×９６個）配列した表示面を、所定のストローク（例えば１００ｍｍ）で往復動させ、この往復動に同期させてコンピュータグラフィック画像を表示面に表示させる三次元画像表示装置が提案されている。この方式では、例えば発光ダイオードを１ｍｍ間隔で配置すれば、３６０度方向から観察することができる９５×９５×１００ｍｍの立体画像を表示することができる。
【０００７】
また、高速で発光ダイオードのアレイを回転させ、その回転中の適切な位置で該発光ダイオードを三次元データに従って発光させ三次元画像を得る装置も考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記発光ダイオードの表示面を往復動させる方式では、所望の解像度を得るため、表示面を高速（例えば２０ヘルツ）で往復動させている。このように表示面を高速で往復動させる構造では振動が激しいため実用化が容易ではなかった。
【０００９】
一方、高速で発光ダイオードを回転させる装置では、振動の問題は少ないものの、一平面上に発光ダイオードを並べているため、奥行き標本化方式と同様、視野角が制限されるという問題を有している。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消し、振動を抑制した発光ダイオードの表示面で高視野角・高解像度の三次元画像を表示させることができる三次元画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、縦横複数列に配置された発光素子を有する複数の表示パネルと、前記表示パネルを一平面内に等間隔で立設させて配置する回転自在な支持部材と、前記支持部材を前記表示パネルの配置面内で回転させる駆動手段とを具備し、前記発光素子を前記支持部材の回転中心に対して放射方向に指向させ、かつ該表示パネルの縦方向の一端が縦方向の他端に対して前記回転中心寄りに偏って位置するように前記表示パネルを前記支持部材に配置するとともに、前記支持部材の回転に伴って変位する前記表示パネル上の発光素子を予定の位置で三次元画像に対応して点灯させるためビデオデータを供給するビデオデータ供給手段をさらに設けた点に第１の特徴がある。
【００１２】
第１の特徴によれば、表示パネル上の発光素子は支持部材上に立設され、駆動手段で回転させられる。発光素子は供給されるビデオデータに応じて回転方向の予定位置で点灯する。表示パネルは支持部材の回転中心側から外周寄りに偏倚して配置されているので、発光素子は、表示パネルの回転方向と支持部材の奥行き方向とを網羅して点灯し、三次元画像が表示される。特に、発光素子が放射方向に指向されているので、観察者が支持部材の外周側のどの方向から観察しても広い視野角で三次元画像を認識することができる。
【００１３】
また、本発明は、縦方向に複数の発光素子を配置した発光素子アレイを横方向に複数配置してなる複数の表示パネルと、前記表示パネルを一平面内に等間隔で立設させて配置する回転自在な支持部材と、前記支持部材を前記表示パネルの配置面内で回転させる駆動手段とを具備するとともに、前記発光素子を前記支持部材の回転中心に対して放射方向に指向させ、かつ前記複数の発光素子アレイを前記支持部材の回転中心側から外周に向かって一定間隔で偏倚させつつ、前記回転中心に対して等角度間隔で前記支持部材上に配置した点に第２の特徴がある。
【００１４】
第２の特徴によれば、発光素子アレイが等角度間隔で、しかも一定間隔で支持部材の奥行き方向に段々にずれて配置されているので、ビデオデータ供給手段からビデオデータ供給タイミングをとるのが容易である。つまり支持部材の回転速度と、発光素子アレイの配置間隔とが決定されればビデオデータの供給間隔は一定値に決定される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る三次元画像表示装置の斜視図、図２は同平面図である。同図において、三次元画像表示装置１は、ベース２に回転自在に支持されたテーブル３と、テーブル３の上に配置された三次元画像の表示パネルとしての複数枚（ここでは４枚）の表示板４とを備える。つまりテーブル３は表示板４の支持部材である。ベース２は天板２１および底板２２を有する。テーブル３の中心から下方に延びる軸５は、その上部が図示しない軸受を介して天板２１に支持される一方、下端は軸受６を介して底板２２に支持される。軸５にはギヤ７が結合され、このギヤ７にはモータ８のピニオン９およびロータリエンコーダ１０のピニオン１１が噛み合う。テーブル３が矢印Ｔの方向に回転するよう、モータ８の回転方向は決定される。
【００１６】
表示板４はテーブル３上に垂直に立てられた縦長の長方形基板４１とその上に行列配置された複数の発光ダイオード４２とからなる。表示板４に設けられる発光ダイオード４２の数は解像度に応じて決定されるが、一例として、縦（垂直）に４８個、横（水平）に１２個ずつの発光ダイオード４２が配列される。表示板４は、テーブル３の中心に裏面を向けて、９０度間隔で配置される。
【００１７】
上記構成において、モータ８を駆動すると、モータ８の回転はピニオン９およびギヤ７を介して軸５に伝達され、テーブル３は回転する。そして、この回転中、三次元画像のビデオデータに基づいて発光ダイオード４２を点灯させ、三次元画像を表示させる。ビデオデータの供給は各表示板４が６０度回転する間ずつ継続される。例えば、テーブル３の回転速度を５４０ｒｐｍ（９ｒｐｓ）としたとき、各表示板の発光ダイオード４２は最大で１８，５ミリ秒間点灯される。フレーム周波数は３６Ｈｚである。
【００１８】
図３は、テーブル３が６０度回転する間点灯させたときの発光ダイオード４２の軌跡を示す図である。発光ダイオード４２を全部点灯させたときの軌跡である立体的な空間１００が画像表示範囲であり、この空間１００内で発光ダイオード４２の点灯状態に対応した三次元画像が形成される。
【００１９】
図４は発光ダイオード４２の点灯例を示す図である。同図では、表示板４の発光ダイオード４２の縦１列分の動きに関連する点灯例を示す。前記テーブル３を回転させると発光ダイオード４２の列（アレイ）４２Ａは矢印Ｔの方向に移動する。そして、移動中の予定のタイミングで発光ダイオード４２を点灯させる。この例では、アレイ４２Ａがポジションｐ１では上から４番目の発光ダイオード４２を点灯させ、ポジションｐ２では上から３〜５番目の発光ダイオード４２を点灯させる。以下、図示のように各ポジションｐ３〜ｐ５で画像に対応した発光ダイオード４２を順次点灯させることによって画像が表示される。表示板４の回転位置つまりポジションｐ１〜ｐ５はロータリエンコーダ１０から出力されるデジタルデータに基づいて検出されるので、この回転位置により各発光ダイオードアレイ４２Ａの位置を判断して、画像に対応する予定の位置で発光ダイオード４２を点灯させる。
【００２０】
１つのアレイ４２Ａによって平面的な画像が表示されるので、このアレイ４２Ａを複数配列したものに相当する表示板４を回転させつつ発光ダイオード４２を点灯させれば、各アレイによる平面的画像は組み合わさって立体的動画像が形成される。
【００２１】
図５は、発光ダイオードの点灯回路の要部を示すブロック図である。同図において、記憶装置（例えばＥＥＰＲＯＭ）１２には三次元画像表示用のビデオデータが格納される。ビデオデータとしては各アレイ４２Ａ毎に各ポジションつまりデータ出力位置のデータが格納される。同図には、記憶装置１２内のビデオデータが模式的に示されている。ビデオデータ「１」は発光ダイオードのオンデータ、ビデオデータ「０」は発光ダイオードのオフデータであり、１アレイ分の各ポジションでのデータを示す。符号ｐ０〜ｐｎはデータ出力ポジションを示し、各ポジションでビデオデータが出力されて、発光ダイオードが点灯される。
【００２２】
アドレス発生部１３はロータリエンコーダ１０の出力に従って、記憶装置１０のアドレスを決定する。記憶装置１２内に記憶されている対応ポジションのビデオデータは指定されたアドレスに従ってレジスタ１４に転送される。レジスタ１４に転送されたビデオデータ（オンデータ）に従ってＬＥＤドライバ１５のスイッチング素子がオンになり、発光ダイオードのアレイ４２Ａの対応する発光ダイオード４２が点灯する。このようなビデオデータの転送をロータリエンコーダ１０が出力するポジションに応じて実行し、表示板４に画像を表示させる。
【００２３】
図６は、本発明の第２実施形態に係る装置の斜視図であり、図７は平面図である。同図において、図１，２と同符号は同一または同等部分である。テーブル３はベース２に軸受（図示しない）で回転自在に支持される。テーブル３を駆動するモータ８はベースの下方に設けられる。テーブル３のポジション（回転角）が図示しないロータリエンコーダで検出されるのは第１の実施形態と同様である。
【００２４】
テーブル３の上には表示板１６が２組配置される。各表示板１６の組は複数の発光ダイオード４２を長尺の基板に上下に配列してなる複数本のアレイ４２Ａを備える。アレイ４２Ａはテーブル３の上方から見ると、テーブル３の外周から回転中心に向かって徐々に（例えば７ｍｍピッチで）近づいていく円弧に沿って配置される（図７参照）。
【００２５】
テーブル３の上には、発光ダイオード４２を駆動するためのマイクロコンピュータやその周辺要素からなる制御装置１７が設けられる。また、テーブル３の回転中心部には、制御装置１７に電源やロータリエンコーダからの信号を供給するためのロータリコネクタまたはスリップリング機構１８が設けられる。
【００２６】
なお、ロータリコネクタ１８を経由する給電等のケーブルを上方から案内するハンガ手段を設けるのがよい。また、ロータリコネクタ１８はテーブル３の下方に設けてもよい。
【００２７】
表示板１６の各アレイ４２Ａは円弧状に、かつ、テーブル３の中心に対して等角度間隔（例えば８°間隔）で配置され、しかも発光ダイオード４２の光軸はテーブル３の中心から放射方向に指向させている。したがって、人がテーブル３の周辺のどの位置から観察しても、陰のない明瞭な三次元画像を認識することができる。
【００２８】
図８は画像表示範囲を示す平面図である。同図において、点Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚで囲まれる領域を画像表示範囲２０として想定する。このとき、奥つまりテーブル３の中心寄りの弧ＷＸが、テーブル３が回転角θ１だけ回転する範囲であったとすると、手前つまりテーブル３の外周寄りの弧ＹＺは回転角θ１より小さい角度θ２の範囲に含まれる。したがって、テーブル３の中心寄りにある発光ダイオード４２よりテーブル３の外周寄りにある発光ダイオード４２の点灯範囲を大きくすることにより、手前と奥とで等しい表示範囲が得られる。
【００２９】
なお、上記第２実施形態では、縦に発光ダイオードを配列した複数のアレイからなる表示板１６を２組設けたが、この組数に限定されず、例えば第１実施形態（図１）のように４組であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２の発明によれば、表示パネルは回転駆動されるので、往復動させるものと比較して振動は低く抑えられる。
【００３１】
また、発光素子を有する表示パネルを回転自在な支持部材上に回転中心から外周寄りに傾けて配置し、しかも発光素子は回転中心から放射方向に指向させて配置した。したがって、発光素子に三次元画像のビデオデータを供給することにより、表示パネル上に三次元画像を表示させることができる。また、広い視野角を確保することができる。
【００３２】
特に、請求項２の発明によれば、発光素子パネルを等間隔で配置したので、ビデオデータの供給間隔を一定にすることができ、制御が簡単化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元画像表示装置の斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】三次元画像の表示範囲を示す斜視図である。
【図４】ビデオデータに基づく発光ダイオードの点灯例を示す図である。
【図５】発光ダイオードの点灯回路の要部を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る三次元表示装置の斜視図である。
【図７】図６の平面図である。
【図８】三次元画像表示範囲の要部平面図である。
【符号の説明】
１…三次元画像表示装置、　３…テーブル、　４，１６…表示板、　８…モータ、　１０…ロータリエンコーダ、　１２…記憶装置、　１３…アドレス発生部、１５…発光ダイオードドライバ、　１７…制御装置、　１８…ロータリコネクタ、　４１…基板、　４２…発光ダイオード、　４２Ａ…発光ダイオードアレイ

Claims

縦横複数列に配置された発光素子を有する複数の表示パネルと、
前記表示パネルを一平面内に等間隔で立設させて配置する回転自在な支持部材と、
前記支持部材を前記表示パネルの配置面内で回転させる駆動手段とを具備するとともに、
前記発光素子を前記支持部材の回転中心に対して放射方向に指向させ、かつ該表示パネルの縦方向の一端が縦方向の他端に対して前記回転中心寄りに偏って位置するように前記表示パネルを前記支持部材に配置し、
前記支持部材の回転に伴って変位する前記表示パネル上の発光素子を予定の位置で三次元画像に対応して点灯させるためビデオデータを供給するビデオデータ供給手段をさらに具備したことを特徴とする三次元画像表示装置。
縦方向に複数の発光素子を配置した発光素子アレイを横方向に複数配置してなる複数の表示パネルと、
前記表示パネルを一平面内に等間隔で立設させて配置する回転自在な支持部材と、
前記支持部材を前記表示パネルの配置面内で回転させる駆動手段とを具備するとともに、
前記発光素子を前記支持部材の回転中心に対して放射方向に指向させ、かつ前記複数の発光素子アレイを前記支持部材の回転中心側から外周に向かって一定間隔で偏倚させつつ、前記回転中心に対して等角度間隔で前記支持部材上に配置したことを特徴とする三次元画像表示装置。