JP2004045694A - 立体画像表示装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】明瞭な立体画像を表示可能な立体画像表示装置及び方法を提供する。
【解決手段】複数の発光素子4と、該複数の発光素子4を第1の回転軸101からの距離及び該第1の回転軸101の軸方向における位置が異なるようにそれぞれ支持する支持体2と、該支持体2を第1の回転軸101の周りに回転させる駆動装置3と、複数の発光素子4の発光を制御する制御装置8とを備え、制御装置8が複数の発光素子4の発光を各々の第1の回転軸101周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御することにより立体画像を表示する。
【選択図】 図1
【解決手段】複数の発光素子4と、該複数の発光素子4を第1の回転軸101からの距離及び該第1の回転軸101の軸方向における位置が異なるようにそれぞれ支持する支持体2と、該支持体2を第1の回転軸101の周りに回転させる駆動装置3と、複数の発光素子4の発光を制御する制御装置8とを備え、制御装置8が複数の発光素子4の発光を各々の第1の回転軸101周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御することにより立体画像を表示する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像表示装置及び方法に関し、特に、複数の方向から立体画像を視認できるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
3次元のディスプレイは近年開発が盛んであるが、これには画像が明瞭でないという問題があった。
【0003】
また、メガネ方式などで立体表示を行うと、視覚生理に反した表示により目が疲れたり、船酔い症状が起きる場合があった。逆に、ホログラフィ技術を用いれば、目にやさしい立体表示が可能であるが、画像作成に大掛かりな装置を必要とするため高価となる。
【0004】
このような3次元のディスプレイの一例として、スクリーンに画像を映写しながら回転させ、目の残像を利用して立体画像を表示する装置が米国特許6183088に開示されている。図15にこの立体画像表示装置の構成を模式的に示す。
【0005】
この立体画像表示装置では、画像ソース8からミラー109を介して画像をスクリーン110へ映写しながら、駆動装置103によって該スクリーン110を回転軸11の軸心の周りに730rpmで回転させている。このようにスクリーン110を早く回転させると、目の残像によって水平360度、垂直190度の広い角度範囲内で立体画像131を見ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この立体画像表示装置では、図18に示すように、スクリーン110が観察者121の正面を向く位置Aに位置するときは鮮明な画像A’が見られるが、スクリーン110が観察者121に対し45度斜めを向く位置Bに位置するときは、スクリーン110を斜めに見るため画像B’が変形し輝度も下がる。そのため、ボケが生じる。さらに、スクリーン110が観察者121に対し真横を向く位置Cに位置するときは、スクリーン110の画像を見ることができず、該スクリーン110の影C’が見られるため、表示される立体画像における輝度むらとなって該立体画像の質を低下させる。
【0007】
また、スクリーン110が半透明または透明なため、スクリーン110の裏側に映写された画像がスクリーン110から透けて表側の画像と重なり、画像が乱れて立体画像131が透けて見えるという不具合がある。このような問題から立体画像が明瞭でないという課題があった。
【0008】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、明瞭な立体画像を表示可能な立体画像表示装置及び方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る立体画像表示装置及び方法は、複数の発光素子を第1の回転軸からの距離及び該第1の回転軸の軸方向における位置が異なるように支持体によってそれぞれ支持し、該支持体を前記第1の回転軸の周りに回転させ、前記複数の発光素子の発光を各々の前記第1の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御することにより立体画像を表示する(請求項1,12)。かかる構成とすると、複数の発光素子の第1の回転軸からの距離が異なるので、発光素子の回転の半径方向に奥行きを持った画像表示領域が形成され、立体画像表示が可能となる。そして、発光素子の発光により立体画像を表示するので、本質的に明瞭な立体画像を表示することができる。
【0010】
この場合、前記支持体をさらに前記第1の回転軸の軸方向に往復動させ、前記複数の発光素子の発光をさらに各々の往復軌道上の位置に応じてそれぞれ制御してもよい(請求項2,13)。かかる構成とすると、画像表示領域を拡大することができる。
【0011】
また、前記支持体をさらに前記第1の回転軸と異なる第2の回転軸の周りに回転させ、前記複数の発光素子の発光をさらに各々の前記第2の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御してもよい(請求項3,14)。かかる構成とすると、画像表示領域を拡大することができる。
【0012】
また、前記複数の発光素子を、前記第1の回転軸を含む互いに異なる平面内に該回転軸からの距離が互いに異なるようにそれぞれ延在する複数の列状に支持してもよい(請求項4,15)。かかる構成とすると、支持体の構造を簡素化することができる。
【0013】
また、前記発光素子の複数の列が、半円形、半長円形、三角形、及び矩形のいずれかであり、かつ該複数の列の前記第1の回転軸周りの回転軌道が少なくとも半径方向に並ぶように形成されてもよい(請求項5,16)。かかる構成とすると、発光素子の列の形状を適宜選択することにより、表示対象たる立体画像に好適な画像表示領域を得ることができる。
【0014】
また、前記発光素子の複数の列がらせん状であってもよい(請求項6,17)。かかる構成とすると、少ない発光素子で立体画像を表示することができる。
【0015】
また、前記発光素子は、その回転軌道の外側に発光するのが好ましい(請求項7,18)。かかる構成とすると、第1の回転軸を包含するように立体画像を表示することにより、裏側が透けずに明瞭に表示することができる。
【0016】
また、前記発光素子が、さらに、前記回転軌道の外側への発光とは独立に制御されるようにしてその回転軌道の内側に発光してもよい(請求項8,19)。かかる構成とすると、内側への発光を適宜制御することにより、立体画像の表面の、画像表示領域の中心を向いた部分を適切に表示することができる。
【0017】
また、前記発光素子がLEDであってもよい(請求項9,20)。かかる構成とすると、LEDが面発光をするので、立体画像表示を好適に行うことができる。
【0018】
また、前記発光素子が有機EL素子であってもよい(請求項10,21)。かかる構成とすると、高精細な立体画像表示を行うことができる。
【0019】
また、前記複数の発光素子の前記第1の回転軸の周りの回転領域を保護カバーによって囲んでもよい(請求項11,22)。かかる構成とすると、回転する発光素子や支持体に人等が接触するのを防止して安全を確保することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1に係る立体画像表示装置の構成を模式的に示す斜視図、図2は図1の支持体の構成を示す平面図、図3は図1の立体画像装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。
【0021】
図1及び図2を参照すると、本実施の立体画像表示装置1は、LEDアレイAr1〜Arnと、LEDAr1〜Arnを支持する支持体2と、支持体2を移動させる移動機構3と、装置全体の動作を制御する制御装置8とを有している。ここで、本明細書では、複数の単位構成要素の集合からなる集合構成要素の各々を表記する場合にはその集合構成要素を示す符号に1〜nの添え字を付し、任意の単位構成要素を表記する場合には、その集合構成要素を示す符号にxの添え字を付す。
【0022】
支持体2は、回転軸Sfと、回転軸Sfに配設されたフレーム群Flとを有している。フレーム群Flを構成する複数のフレームFl1〜Flnは、それぞれ、細幅の板状の部材で構成され、回転軸Sfの軸心101から半径方向に延びる平面内にて半円形に曲がるようにして、その両端が該回転軸Sfに固定されている。複数のフレームFl1〜Flnは、各々の中心点(半円形の頂点)T1〜Tnの高さ(軸心101への投影位置)が所定の点Oに位置し、平面視において(回転軸Sfの軸方向から見て)回転軸Sfの軸心101の周りに所定角度θ(例えば、30度)の間隔で位置し、かつ、半径r1〜rnが所定長さLづつ順に小さくなるように設けられている。複数(例えば12個、図1及び2には一部のみ示す)のフレームFl1〜Flnを平面視において重ならないように配置したのは、それらが重なると内側のフレームFlxのLED4の発光が視認できないからである。フレームFl1〜Flnは、白色や明るい色であるとLED4の発光時に乱反射して視認性を低下させるので、黒色や暗い色であることが望ましい。本実施の形態では黒色の樹脂で構成されている。そして、各フレームFl1〜Flnの外面に、その長さ方向に一列に複数の発光素子としてのLED4が、それぞれ、配設されている。このように配設された列状のLEDがLEDアレイAr1〜Arnを構成している。LED4は、R(赤)、G(緑)、及びB(青)の各色発光用の3つのLEDで構成されており、各色発光用の3つのLED相互間の相対的な輝度を制御することによりLED4の発光色が制御される。また、支持体移動機構3は、ここではモータで構成され、回転軸Sfを回転させる。
【0023】
図3を併せて参照すると、制御装置8は、点灯制御回路7、移動制御回路5、及びLEDドライバ6を有している。点灯制御回路7はCPU等の演算装置で構成され、入力される立体画像信号に基づいてLEDアレイAr1〜Arnの発光を制御する点灯制御信号をLEDドライバ6に出力する。LEDドライバ6は、ICチップで構成され、入力される点灯制御信号に基づいてLEDアレイAr1〜Arnの各LED4に駆動信号を出力して該各LED4を発光させる。移動制御回路5は、CPU等の演算装置で構成され、点灯制御回路7の発光制御と同期して支持体2を回転させるような移動制御信号を出力する。支持体移動機構3は、入力されるこの移動制御信号に応じて支持体2を回転させる。
【0024】
図4は画素の配置を示す画像表示領域の模式図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心に沿った画像表示領域の断面を示す図、(b)は支持体の回転軸の軸心に垂直な画像表示領域の断面を示す図である。
【0025】
図1及び図4(a),(b)を参照すると、支持体2を回転軸Sfの軸心101の周りに回転させると、複数のフレームFl1〜FlnのLEDアレイAr1〜Arnが前記軸心101上の点Oを中心とする同心球殻状の軌跡を描く。そして、各LEDアレイAr1〜Arnの同心球殻状の軌跡は、該各LEDアレイAr1〜Arnに属する各LED4が描く、前記軸心101上の点Oを中心とする同心円状の軌跡の集合からなっている。この立体画像表示装置1においては、各LED4の同心円状の軌跡上に複数の画素32が想定されている。そして、各LEDアレイAr1〜Arnに属する各LED4に対応する画素32群によって、各LEDアレイAr1〜Arn毎に球殻状の画素群(以下、画素殻という)Ps1〜Psnが形成され、この画素殻Ps1〜Psnの全体によって、球状の画像表示領域31が形成されている。
【0026】
画素32は、図4(a)に示すように、支持体2の回転軸の軸心101に沿った画像表示領域31の断面においては、画素殻Ps1〜Psnは間隔Lを有し、各画素殻Ps1〜Psnにおいて、画素32は周方向に等間隔で位置している。この画素殻Ps1〜Psnの間隔LはフレームFl1〜Flnの半径r1〜rnの差異に対応し、画素32の周方向の配置は、各LEDアレイAr1〜ArnにおけるLED4の配置に対応している。また、画素32は、図4(b)に示すように、支持体2の回転軸Sfの軸心101に垂直な画像表示領域31の断面においても、各画素殻Ps1〜Psnにおける画素32は周方向に等間隔で位置している。この各画素殻Ps1〜Psnにおける画素32の周方向における位置は、各LEDアレイAr1〜ArnにおけるLED4の発光位置に対応している。そして、立体画像信号を用いた各LED4の発光制御においては、各画素32の位置は極座標で表される。
【0027】
ここで、立体画像信号とは、図4(a),(b)に示すように3次元的に配置された複数の画素を所定の色にしてそれらの画素からなる画像表示領域に立体的な画像を表示するための信号をいう。
【0028】
次に、以上のように構成された立体表示装置1の動作を説明する。
【0029】
図1〜図4において、立体画像表示装置1では、点灯制御回路7に立体画像信号が入力されると、点灯制御回路7は移動制御回路5にこの立体画像信号に同期させるための同期信号を出力する。すると、移動制御回路5は、この同期信号に基づいて移動制御信号を支持体移動機構3に出力する。支持体移動機構3は、入力される移動制御信号に従って支持体2を回転させる。すると、各LEDアレイAr1〜Arnが、立体画像信号に同期して、回転軸Sfの中心軸101の周りに球殻状の軌跡を描くようにして回転する。一方、点灯制御回路7は、前記立体画像信号に基づいて点灯制御信号をLEDドライバ6に出力する。LEDドライバ6は、この点灯制御信号に従い各LEDアレイAr1〜Arnに駆動信号を出力して各LED4を発光させる。
【0030】
ここで、立体画像信号は、それに含まれる画像情報が平面画像ではなく立体画像の画像情報である点を除いて平面画像信号と同様である。つまり、立体画像信号は1コマ(1つの立体静止画像)に対応するフレーム単位に区分され、各フレームに各画素32の色情報(輝度情報及び色相情報)が含まれている。点灯制御回路7は、回転するLEDアレイAr1〜Arnの各LED4が、各々の軌跡上に想定された各画素32に対応する位置に差し掛かると、そこで、その画素32に対応する色情報の色を発光するよう、点灯制御信号によりLEDドライバ6を介して各LED4を制御する。これにより、各LED4は、回転しながら、その軌跡上に想定された所定数の画素32に対応する位置で立体画像信号に対応する色を順次発光する。すると、残像により、立体画像表示装置1の観察者には、仮想の各画素32において立体画像信号に対応する色が一斉に発光されたように見え、それより、該立体画像信号に対応する立体画像が視認される。この残像が有効に生じるためには、LED4が所定の速度で移動する必要があり、このため、支持体2を5〜30Hz(300〜1800rpm)で回転させるのが好ましい。本実施の形態では、支持体2を10Hz(600rpm)で回転させている。また、各フレームの画像情報を異ならせた場合、平面動画像の場合と同様に、観察者には、各フレームに対応する立体静止画像の残像により、連続するフレームに対応する立体動画像が視認される。
【0031】
例えば、表面に地形の凹凸が表された地球儀のその表面の各部位を図4の3次元的に配置された画素32に対応させるようにしてその位置及び色を特定した立体画像信号を生成し、この立体画像信号を点灯制御回路7に入力すると、前記地球儀の立体画像が画像表示領域31に表示される。この立体画像では、地形の凹凸が実際の奥行きを伴って表される。この奥行きは、支持体2のフレームFl1〜Flnの数を増やし、各画素殻Ps1〜Psnの間隔Lを小さくする程、高精細に表すことができる。
【0032】
図5は本実施の形態の立体画像表示装置1による表示を従来例による表示と対比した模式図であって、(a)は本実施の形態による表示を示す図、(b)は従来例による表示を示す図、図6は立体画像と発光素子の発光指向性との関係を示す図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心101に垂直な画像表示領域31の断面における画素の発光方向を示す図、(b)はLEDの発光指向性を示す断面図である。
【0033】
図5(b)に示すように、従来例では画像表示領域31に、例えば三角錘の立体画像35を表示した場合、裏側の稜線35aが透けて見え、観察者が違和感を覚える。
これに対し、本実施の形態では、図5(a)に示すように、三角錘の立体画像35を画像表示領域31の中心点Oを包含するようにして表示した場合、裏側は透けて見えず、自然でかつ明瞭な表示がなされる。
【0034】
この理由は以下の通りである。従来例の場合、図17及び図18に示すように、ミラー109から投射された画像表示用の光がスクリーン110の主面の法線方向に乱反射される。換言すれば、画像を表示する光が、スクリーン110から画像表示領域131の周方向に乱反射される。そのため、例えば、スクリーン110がBの位置にある場合、画像B’に示す球状の立体画像131の向かって左側の端部は本来観察者121には見えない部分であるにも関わらず観察者に見えてしまう。よって、立体画像131,35の裏側が透けて見えることになる。
【0035】
一方、本実施の形態の場合には、図6(b)に示すように、LED4は面発光するので、その発光面側にしか光を発しない。そして、このLED4がフレームFlxの外面に発光面を外側に向けて配設されている。そのため、図6(a)に示すように、画像を表示する光34が画像表示領域31の半径方向に発せられる。それ故、立体画像(ここでは三角錘)35を、画像表示領域31の中心Oを包含するようにして表示した場合、画素32から発せられる光34は立体画像35の外部に向かうため、該立体画像35が透けて見えることはなく、自然でかつ明瞭な表示となる。
【0036】
なお、LED4の発光強度はその発光面の法線方向において最大となるので、図6(a)も含め、以下ではLED4の発光方向をその発光面の法線方向として表す。また、一般に、物体の表面は入射光を乱反射するので、立体画像が自然に見えるためには、図6(b)に示すLED4のように180度の角度範囲に向けて発光する(すなわち半球状の発光指向性を有する)発光素子が好ましい。
【0037】
以上のように、本実施の形態においては、発光素子4から画像表示領域31の半径方向に発光されるので、自然でかつ明瞭な立体画像が得られしかもこの立体画像をいずれの方角からも観察することができる。また、発光素子の発光によって画像が表示されるので本質的に明瞭な立体画像が得られる。従って、特に、緊急時の表示等、安全面に関する広告等に使用すると大きな効果がある。例えば、火災時に逃げる方向を矢印で表示する場合、平面画像表示装置ではその逃げる方向を表示した画面を3次元的にどう置くかによって、矢印の向きが最大180度異なる可能性がある。これに対し、本実施の形態の立体画像表示装置のように360度の角度範囲、すなわち、どの方向から見ても3次元的であるように矢印を表示すれば、どこから見ても正確に方向を示すことができ、安全を確保することができる。
【0038】
また、画素を実際に3次元的に配置すれば、立体画像を表示することが可能であるが、膨大な数の発光素子が必要とされるため、実現することが困難である。一方、本実施の形態の立体画像表示装置では、発光素子の回転軌道上に画素を仮想することにより3次元的な画素配置を形成するので、必要な発光素子の数が比較的少なくて済む。従って、発光素子数の観点から実現可能な立体画像表示装置を提供できる。
実施の形態2
図7は本発明の実施の形態2に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。図7において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0039】
図7に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、支持体2のフレームFl1〜Flnが矩形のプレート状に形成されており、その外側の側面にLEDアレイAr1〜Arnが形成されている。フレームFl1〜Flnは透明な材料で構成されている。その他の点は実施の形態1と同様である。
【0040】
このように構成された立体画像表示装置では、支持体2が回転すると、同心円筒状の画素殻からなる円柱状の画素表示領域が形成される。この場合、各画素の位置は円柱座標で特定される。そして、実施の形態1と同様に、立体画像信号に応じてLED4の発光を制御することにより、立体画像が表示される。
【0041】
なお、フレームFl1〜Flnを実施の形態1と同様に、細幅の板状の部材を矩形に曲げて形成してもよい。このようにフレームFl1〜Flnを細幅の板状にすると、支持体2の回転時における空気抵抗が減少して負荷が小さくなるため、支持体移動機構3(図1参照)を小型化することができる。
実施の形態3
図8は本発明の実施の形態3に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。図8において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0042】
図7に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、支持体2のフレームFl1〜Flnが、互いに相似な直角三角形Tr1〜Trnの斜辺をそれぞれ構成するように形成され、その上端の高さが一致するようにして回転軸Sfに取り付けられている。そして、該フレームFl1〜Flnの外面にLEDアレイAr1〜Arnが配設されている。その他の点は実施の形態1と同様である。
【0043】
このように構成された立体画像表示装置では、支持体2が回転すると、同心円錐状の画素殻からなる円錐状の画素表示領域が形成され、該円錐状の画素表示領域に立体画像が表示される。
実施の形態4
図9は本発明の実施の形態4に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。図9において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0044】
図9に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、支持体2のフレームFl1〜Fln(図には2つのみ示す)が、螺旋状にそれぞれ形成され、回転軸Sfの軸方向に所定のピッチでずれるようにして該回転軸Sfに取り付けられている。そして、該フレームFl1〜Flnの外面にLEDアレイAr1〜Arnが形成されている。その他の点は実施の形態1と同様である。
【0045】
このような構成とすると、少ないLEDアレイAr1〜Arnで立体表示が可能となり、LED4の数を低減して立体表示装置のコストを下げることができる。
実施の形態5
本発明の実施の形態5は、立体画像の表面の、画像表示領域の中心点を向いた部分を適切に表示可能な立体画像表示装置を例示する。
【0046】
図10は、図1の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。
【0047】
図10に示すように、図1の立体画像表示装置1によって、例えば、画像表示領域31の中心点Oを含まないように位置する2つの立体画像35A及び35Bを表示した場合、各立体画像35A,35Bの表面の中心点Oを向いた部分に位置する画素32bから発する光34は、各立体画像35A,35Bの内部に向かう。そのため、立体画像が観察者121と前記中心点Oとの間に位置する場合には、その立体画像(図10では立体画像35A)は裏側が透けて見え、立体画像が前記中心点Oに対し観察者121と反対側に位置する場合には、その立体画像(図10では立体画像35B)は表側が見えない、つまり全く見えないことになる。本実施の形態はこのような課題を解決することを目的としている。
【0048】
図11は本実施の形態に係る立体表示装置の要部を模式的に示す斜視図、図12は図11の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。図11において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0049】
本実施の形態は、以下の点が実施の形態1と異なっており、その他の点は実施の形態1と同様である。
【0050】
図11に示すように、本実施の形態の立体画像表示装置においては、支持体のフレームFlxの外面及び内面に、それぞれ、LED4A,4Bが配設されている。以下では、LED4Aを外側LED、LED4Bを内側LEDと呼ぶ。そして、図11及び図12に示すように、例えば、画像表示領域31の中心点Oを含まないように位置する2つの立体画像35A及び35Bを表示する場合には、各立体画像35A,35Bの表面の前記中心点Oを向いた部分A,Bに位置する画素32bにおいては、内側LED4Bが発光し、その他の部分に位置する画素32aにおいては外側LED4Aが発光するように、該LED4A,4Bが制御される。これにより、立体画像35A及び35Bの各画素32a,32bから発する光34が、各立体画像35A,35Bの外部に向かうので、該立体画像35A,35Bの裏側が透けたり、表側が見えなかったりするのが防止される。その結果、立体画像35A及び35Bを適切に表示することができる。
【0051】
ところで、上記では、画像表示領域31の中心点Oを含まないように位置する立体画像35A,35Bの表面の前記中心点Oを向いた部分A,Bを適切に表示する構成を説明したが、この構成は、任意の立体画像の表面の前記中心点Oを向いた部分についても同様に適用できる。例えば、前記中心点Oを含む立体画像であっても、その表面に大きな凹凸を有する場合には、その表面に前記中心点Oを向いた部分が生じる。この部分は、上述の立体画像35A,35Bの表面の前記中心点Oを向いた部分A,Bと全く同じ問題を生じるので、全く同様の構成によりこれを解決することができる。
【0052】
また、上記構成では、任意の立体画像の表面が画像表示領域31の中心点Oに向いているか否かを判別する必要があるが、これは、例えば、図12に示すように、立体画像A,Bの表面の当該部位が画像表示領域31の半径41を基準として前記中心点O側に傾斜している否かにより判別することができる。
【0053】
以上のように、本実施の形態によれば、必要なLEDの数が2倍になるが、立体画像の表面の、画像表示領域の中心点を向いた部分を適切に表示することができる。
【0054】
なお、支持体の外面及び内面に多くの発光素子、例えば、支持体の同一断面内に4個以上の発光素子を備えた場合には、更に複雑な凹凸表面を有する立体画像を表示することができる。
実施の形態6
図13は本発明の実施の形態6に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図である。図13において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0055】
図13に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置1では、支持体2の回転領域を囲むように透明又は半透明のカバー42が配設されている。これにより、高速回転する支持体2に人等が接触するのを防止して安全を確保することができる。
実施の形態7
図14は本発明の実施の形態7に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図であって、(a)は支持体を停止させた状態を示す図、(b)は支持体を回転させた状態を示す図、(c)は支持体を回転させつつ軸方向に移動させた状態を示す図である。図14において図8と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0056】
図14に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、実施の形態3の画像表示装置において、支持体2が軸方向に移動可能に構成されたものである。具体的には、支持体移動機構3が、支持体2の回転軸Sfを回転させるモータMと、該モータMを支持する可動体45と、該可動体45を回転軸Sfの軸方向に移動させる軸方向駆動装置(図14にはその可動部を示す)46とを備えている。軸方向駆動装置46は、例えば、流体シリンダ、リニアサーボモータ等で構成される。このモータM及び軸方向駆動装置46が移動制御回路5(図3参照)によって制御される。
【0057】
このように構成された立体画像表示装置では、移動制御回路5がモータMを回転させると、図14(b)に示すように、実施の形態3と同様に円錐状の画像表示領域31’が形成される。この状態で、移動制御回路5がさらに軸方向駆動装置46を動作させると、図14(c)に示すように、軸方向駆動装置46の可動部が支持体2をその回転軸Sfの軸方向に所定長往復動させる。それにより、前記円錐状画像表示領域に円柱状の画像表示領域が付加されてなる画像領域31が形成される。そして、点灯制御回路7がこの支持体2の移動に合わせて各LEDの発光を制御する。
【0058】
このような構成とすると、点灯制御回路7がLEDの回転と往復動とをベクトル合成し、それに合わせて該LEDの発光を制御する必要がある。そのため、その発光制御が複雑になるが、少ない発光素子で広範囲の立体画像表示を行うことができる。特に、画像表示領域31が大きい場合や表示内容が大きく変わらない場合には、支持体2の形状を表示内容に特化させて回転と往復動とによって表示領域を拡大することにより、少ない発光素子で効率良く表示することができる。
実施の形態8
実施の形態7では、支持体2を回転に加えて往復動させることによって、画像表示領域を拡大したが、本発明の実施の形態8では、支持体2を複数の軸の周りに回転させることによって、画像表示領域を拡大する。
【0059】
図15は本実施の形態に係る立体画像表示装置の構成を示す斜視図、図16は図15の立体画像表示装置の画像表示領域を示す模式図である。図15において図8と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0060】
図16に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、実施の形態3の画像表示装置において、支持体2がその回転軸101に垂直な軸の周りに回転可能に構成されたものである。
【0061】
具体的には、支持体移動機構3が、支持体2の回転軸Sfを回転させるモータMと、回転軸Sfに垂直に配され該モータMを保持する直交回転軸Sf’と、該直交回転軸Sf’をその軸心101’の周りに回転させるモータM’とを備えている。このモータM,M’が移動制御回路5(図3参照)によって制御される。
【0062】
このように構成された立体画像表示装置では、移動制御回路5がモータM及びモータM’を回転させると、図16に示すように、実施の形態3と同様の円錐状の画像表示領域を直交回転軸の軸心101’の周りに回転させてなる画像表示領域31が形成される。この画像表示領域31は、内周側を頂点とする三角形の断面を有するリング状の形状を有している。そして、点灯制御回路7がこの支持体2の移動に合わせて各LEDの発光を制御する。
【0063】
このような構成とすると、実施の形態7に比べてより画像表示領域31を拡大することができる。但し、点灯制御回路7による発光素子の発光制御はより複雑になる。なお、回転軸の数を増やしてもよく、その場合にはさらに画像表示領域を拡大することができるが、その分、回転軸の駆動機構及び発光素子の発光制御が複雑化するため、コストを考慮する必要がある。
【0064】
なお、実施の形態1乃至8では、半球状の発光指向性を有する発光素子を用いたが、球状の発光指向性を有する(全方向に発光する)発光素子を用いてもよい。但し、発光素子から発光される光がフレームの裏側に出射されると、立体画像が透けて見えるので、フレームを不透明にしてこれを防止する必要がある。
【0065】
また、発光素子としてLEDを使用したが、例えば、有機EL素子を用いてもよい。この場合、支持体上にドライバを含めて有機EL素子を印刷により形成することができ、しかも、LEDを採用する場合に比べて、支持体上により多くの発光部(画素)を形成することができる。そのため、より高精細な立体画像が得られる。但し、有機EL素子は全方向に発光するため、有機EL素子を不透明なフレーム上に形成する必要がある。
【0066】
また、発光素子として、PDP(プラズマディスプレイパネル)を用いてもよい。このようにすると、高精細で明るい立体画像が得られる。
【0067】
また、フレームの材料として樹脂を用いたが、これに限られず、金属等でもよい。
【0068】
また、実施の形態1、3〜8では支持体2のフレームFl1〜Flnを細幅の板状の部材で構成したが、これをプレート状の部材で構成してもよい。但し、このプレート状の部材は透明であることが好ましい。
【0069】
また、LEDアレイAr1〜Arnを半長円形に形成してもよい。
【0070】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したような形態で実施され、明瞭な立体画像を表示することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る立体画像表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図2】図1の支持体の構成を示す平面図である。
【図3】図1の立体画像装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。
【図4】画素の配置を示す画像表示領域の模式図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心に沿った画像表示領域の断面を示す図、(b)は支持体の回転軸の軸心に垂直な画像表示領域の断面を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態1の立体画像表示装置による表示を従来例による表示と対比した模式図であって、(a)は本実施の形態による表示を示す図、(b)は従来例による表示を示す図である。
【図6】立体画像と発光素子の発光指向性との関係を示す図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心に垂直な画像表示領域の断面における画素の発光方向を示す図、(b)はLEDの発光指向性を示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態2に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態4に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。
【図10】図1の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。
【図11】本発明の実施の形態5に係る立体表示装置の要部を模式的に示す斜視図である。
【図12】図11の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。
【図13】本発明の実施の形態6に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図である。
【図14】本発明の実施の形態7に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図であって、(a)は支持体を停止させた状態を示す図、(b)は支持体を回転させた状態を示す図、(c)は支持体を回転させつつ軸方向に移動させた状態を示す図である。
【図15】本発明の実施の形態8に係る立体画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図16】図15の立体画像表示装置の画像表示領域を示す模式図である。
【図17】従来の立体画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図18】従来の立体画像表示装置の画像表示動作を示す模式図である。
【符号の説明】
1 立体画像表示装置
2 支持体
3 支持体移動機構
4 LED
5 移動制御回路
6 LEDドライバ
7 点灯制御回路
8 制御装置
31,31’ 画像表示領域
32 画素
34 光
35,35A,35B 立体画像
35a 稜線
42 カバー
45 可動体
46 軸方向駆動装置
101 回転軸の軸心
101’ 直交回転軸の軸心
Ar LEDアレイ
Fl フレーム
L 画素殻の間隔
M,M’ モータ
O 画素領域の中心点
Ps 画素殻
r フレームの半径
Sf 回転軸
Sf’ 直交回転軸
T 中心
Tr 直角三角形
θ フレームの角度間隔
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像表示装置及び方法に関し、特に、複数の方向から立体画像を視認できるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
3次元のディスプレイは近年開発が盛んであるが、これには画像が明瞭でないという問題があった。
【0003】
また、メガネ方式などで立体表示を行うと、視覚生理に反した表示により目が疲れたり、船酔い症状が起きる場合があった。逆に、ホログラフィ技術を用いれば、目にやさしい立体表示が可能であるが、画像作成に大掛かりな装置を必要とするため高価となる。
【0004】
このような3次元のディスプレイの一例として、スクリーンに画像を映写しながら回転させ、目の残像を利用して立体画像を表示する装置が米国特許6183088に開示されている。図15にこの立体画像表示装置の構成を模式的に示す。
【0005】
この立体画像表示装置では、画像ソース8からミラー109を介して画像をスクリーン110へ映写しながら、駆動装置103によって該スクリーン110を回転軸11の軸心の周りに730rpmで回転させている。このようにスクリーン110を早く回転させると、目の残像によって水平360度、垂直190度の広い角度範囲内で立体画像131を見ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この立体画像表示装置では、図18に示すように、スクリーン110が観察者121の正面を向く位置Aに位置するときは鮮明な画像A’が見られるが、スクリーン110が観察者121に対し45度斜めを向く位置Bに位置するときは、スクリーン110を斜めに見るため画像B’が変形し輝度も下がる。そのため、ボケが生じる。さらに、スクリーン110が観察者121に対し真横を向く位置Cに位置するときは、スクリーン110の画像を見ることができず、該スクリーン110の影C’が見られるため、表示される立体画像における輝度むらとなって該立体画像の質を低下させる。
【0007】
また、スクリーン110が半透明または透明なため、スクリーン110の裏側に映写された画像がスクリーン110から透けて表側の画像と重なり、画像が乱れて立体画像131が透けて見えるという不具合がある。このような問題から立体画像が明瞭でないという課題があった。
【0008】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、明瞭な立体画像を表示可能な立体画像表示装置及び方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る立体画像表示装置及び方法は、複数の発光素子を第1の回転軸からの距離及び該第1の回転軸の軸方向における位置が異なるように支持体によってそれぞれ支持し、該支持体を前記第1の回転軸の周りに回転させ、前記複数の発光素子の発光を各々の前記第1の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御することにより立体画像を表示する(請求項1,12)。かかる構成とすると、複数の発光素子の第1の回転軸からの距離が異なるので、発光素子の回転の半径方向に奥行きを持った画像表示領域が形成され、立体画像表示が可能となる。そして、発光素子の発光により立体画像を表示するので、本質的に明瞭な立体画像を表示することができる。
【0010】
この場合、前記支持体をさらに前記第1の回転軸の軸方向に往復動させ、前記複数の発光素子の発光をさらに各々の往復軌道上の位置に応じてそれぞれ制御してもよい(請求項2,13)。かかる構成とすると、画像表示領域を拡大することができる。
【0011】
また、前記支持体をさらに前記第1の回転軸と異なる第2の回転軸の周りに回転させ、前記複数の発光素子の発光をさらに各々の前記第2の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御してもよい(請求項3,14)。かかる構成とすると、画像表示領域を拡大することができる。
【0012】
また、前記複数の発光素子を、前記第1の回転軸を含む互いに異なる平面内に該回転軸からの距離が互いに異なるようにそれぞれ延在する複数の列状に支持してもよい(請求項4,15)。かかる構成とすると、支持体の構造を簡素化することができる。
【0013】
また、前記発光素子の複数の列が、半円形、半長円形、三角形、及び矩形のいずれかであり、かつ該複数の列の前記第1の回転軸周りの回転軌道が少なくとも半径方向に並ぶように形成されてもよい(請求項5,16)。かかる構成とすると、発光素子の列の形状を適宜選択することにより、表示対象たる立体画像に好適な画像表示領域を得ることができる。
【0014】
また、前記発光素子の複数の列がらせん状であってもよい(請求項6,17)。かかる構成とすると、少ない発光素子で立体画像を表示することができる。
【0015】
また、前記発光素子は、その回転軌道の外側に発光するのが好ましい(請求項7,18)。かかる構成とすると、第1の回転軸を包含するように立体画像を表示することにより、裏側が透けずに明瞭に表示することができる。
【0016】
また、前記発光素子が、さらに、前記回転軌道の外側への発光とは独立に制御されるようにしてその回転軌道の内側に発光してもよい(請求項8,19)。かかる構成とすると、内側への発光を適宜制御することにより、立体画像の表面の、画像表示領域の中心を向いた部分を適切に表示することができる。
【0017】
また、前記発光素子がLEDであってもよい(請求項9,20)。かかる構成とすると、LEDが面発光をするので、立体画像表示を好適に行うことができる。
【0018】
また、前記発光素子が有機EL素子であってもよい(請求項10,21)。かかる構成とすると、高精細な立体画像表示を行うことができる。
【0019】
また、前記複数の発光素子の前記第1の回転軸の周りの回転領域を保護カバーによって囲んでもよい(請求項11,22)。かかる構成とすると、回転する発光素子や支持体に人等が接触するのを防止して安全を確保することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1に係る立体画像表示装置の構成を模式的に示す斜視図、図2は図1の支持体の構成を示す平面図、図3は図1の立体画像装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。
【0021】
図1及び図2を参照すると、本実施の立体画像表示装置1は、LEDアレイAr1〜Arnと、LEDAr1〜Arnを支持する支持体2と、支持体2を移動させる移動機構3と、装置全体の動作を制御する制御装置8とを有している。ここで、本明細書では、複数の単位構成要素の集合からなる集合構成要素の各々を表記する場合にはその集合構成要素を示す符号に1〜nの添え字を付し、任意の単位構成要素を表記する場合には、その集合構成要素を示す符号にxの添え字を付す。
【0022】
支持体2は、回転軸Sfと、回転軸Sfに配設されたフレーム群Flとを有している。フレーム群Flを構成する複数のフレームFl1〜Flnは、それぞれ、細幅の板状の部材で構成され、回転軸Sfの軸心101から半径方向に延びる平面内にて半円形に曲がるようにして、その両端が該回転軸Sfに固定されている。複数のフレームFl1〜Flnは、各々の中心点(半円形の頂点)T1〜Tnの高さ(軸心101への投影位置)が所定の点Oに位置し、平面視において(回転軸Sfの軸方向から見て)回転軸Sfの軸心101の周りに所定角度θ(例えば、30度)の間隔で位置し、かつ、半径r1〜rnが所定長さLづつ順に小さくなるように設けられている。複数(例えば12個、図1及び2には一部のみ示す)のフレームFl1〜Flnを平面視において重ならないように配置したのは、それらが重なると内側のフレームFlxのLED4の発光が視認できないからである。フレームFl1〜Flnは、白色や明るい色であるとLED4の発光時に乱反射して視認性を低下させるので、黒色や暗い色であることが望ましい。本実施の形態では黒色の樹脂で構成されている。そして、各フレームFl1〜Flnの外面に、その長さ方向に一列に複数の発光素子としてのLED4が、それぞれ、配設されている。このように配設された列状のLEDがLEDアレイAr1〜Arnを構成している。LED4は、R(赤)、G(緑)、及びB(青)の各色発光用の3つのLEDで構成されており、各色発光用の3つのLED相互間の相対的な輝度を制御することによりLED4の発光色が制御される。また、支持体移動機構3は、ここではモータで構成され、回転軸Sfを回転させる。
【0023】
図3を併せて参照すると、制御装置8は、点灯制御回路7、移動制御回路5、及びLEDドライバ6を有している。点灯制御回路7はCPU等の演算装置で構成され、入力される立体画像信号に基づいてLEDアレイAr1〜Arnの発光を制御する点灯制御信号をLEDドライバ6に出力する。LEDドライバ6は、ICチップで構成され、入力される点灯制御信号に基づいてLEDアレイAr1〜Arnの各LED4に駆動信号を出力して該各LED4を発光させる。移動制御回路5は、CPU等の演算装置で構成され、点灯制御回路7の発光制御と同期して支持体2を回転させるような移動制御信号を出力する。支持体移動機構3は、入力されるこの移動制御信号に応じて支持体2を回転させる。
【0024】
図4は画素の配置を示す画像表示領域の模式図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心に沿った画像表示領域の断面を示す図、(b)は支持体の回転軸の軸心に垂直な画像表示領域の断面を示す図である。
【0025】
図1及び図4(a),(b)を参照すると、支持体2を回転軸Sfの軸心101の周りに回転させると、複数のフレームFl1〜FlnのLEDアレイAr1〜Arnが前記軸心101上の点Oを中心とする同心球殻状の軌跡を描く。そして、各LEDアレイAr1〜Arnの同心球殻状の軌跡は、該各LEDアレイAr1〜Arnに属する各LED4が描く、前記軸心101上の点Oを中心とする同心円状の軌跡の集合からなっている。この立体画像表示装置1においては、各LED4の同心円状の軌跡上に複数の画素32が想定されている。そして、各LEDアレイAr1〜Arnに属する各LED4に対応する画素32群によって、各LEDアレイAr1〜Arn毎に球殻状の画素群(以下、画素殻という)Ps1〜Psnが形成され、この画素殻Ps1〜Psnの全体によって、球状の画像表示領域31が形成されている。
【0026】
画素32は、図4(a)に示すように、支持体2の回転軸の軸心101に沿った画像表示領域31の断面においては、画素殻Ps1〜Psnは間隔Lを有し、各画素殻Ps1〜Psnにおいて、画素32は周方向に等間隔で位置している。この画素殻Ps1〜Psnの間隔LはフレームFl1〜Flnの半径r1〜rnの差異に対応し、画素32の周方向の配置は、各LEDアレイAr1〜ArnにおけるLED4の配置に対応している。また、画素32は、図4(b)に示すように、支持体2の回転軸Sfの軸心101に垂直な画像表示領域31の断面においても、各画素殻Ps1〜Psnにおける画素32は周方向に等間隔で位置している。この各画素殻Ps1〜Psnにおける画素32の周方向における位置は、各LEDアレイAr1〜ArnにおけるLED4の発光位置に対応している。そして、立体画像信号を用いた各LED4の発光制御においては、各画素32の位置は極座標で表される。
【0027】
ここで、立体画像信号とは、図4(a),(b)に示すように3次元的に配置された複数の画素を所定の色にしてそれらの画素からなる画像表示領域に立体的な画像を表示するための信号をいう。
【0028】
次に、以上のように構成された立体表示装置1の動作を説明する。
【0029】
図1〜図4において、立体画像表示装置1では、点灯制御回路7に立体画像信号が入力されると、点灯制御回路7は移動制御回路5にこの立体画像信号に同期させるための同期信号を出力する。すると、移動制御回路5は、この同期信号に基づいて移動制御信号を支持体移動機構3に出力する。支持体移動機構3は、入力される移動制御信号に従って支持体2を回転させる。すると、各LEDアレイAr1〜Arnが、立体画像信号に同期して、回転軸Sfの中心軸101の周りに球殻状の軌跡を描くようにして回転する。一方、点灯制御回路7は、前記立体画像信号に基づいて点灯制御信号をLEDドライバ6に出力する。LEDドライバ6は、この点灯制御信号に従い各LEDアレイAr1〜Arnに駆動信号を出力して各LED4を発光させる。
【0030】
ここで、立体画像信号は、それに含まれる画像情報が平面画像ではなく立体画像の画像情報である点を除いて平面画像信号と同様である。つまり、立体画像信号は1コマ(1つの立体静止画像)に対応するフレーム単位に区分され、各フレームに各画素32の色情報(輝度情報及び色相情報)が含まれている。点灯制御回路7は、回転するLEDアレイAr1〜Arnの各LED4が、各々の軌跡上に想定された各画素32に対応する位置に差し掛かると、そこで、その画素32に対応する色情報の色を発光するよう、点灯制御信号によりLEDドライバ6を介して各LED4を制御する。これにより、各LED4は、回転しながら、その軌跡上に想定された所定数の画素32に対応する位置で立体画像信号に対応する色を順次発光する。すると、残像により、立体画像表示装置1の観察者には、仮想の各画素32において立体画像信号に対応する色が一斉に発光されたように見え、それより、該立体画像信号に対応する立体画像が視認される。この残像が有効に生じるためには、LED4が所定の速度で移動する必要があり、このため、支持体2を5〜30Hz(300〜1800rpm)で回転させるのが好ましい。本実施の形態では、支持体2を10Hz(600rpm)で回転させている。また、各フレームの画像情報を異ならせた場合、平面動画像の場合と同様に、観察者には、各フレームに対応する立体静止画像の残像により、連続するフレームに対応する立体動画像が視認される。
【0031】
例えば、表面に地形の凹凸が表された地球儀のその表面の各部位を図4の3次元的に配置された画素32に対応させるようにしてその位置及び色を特定した立体画像信号を生成し、この立体画像信号を点灯制御回路7に入力すると、前記地球儀の立体画像が画像表示領域31に表示される。この立体画像では、地形の凹凸が実際の奥行きを伴って表される。この奥行きは、支持体2のフレームFl1〜Flnの数を増やし、各画素殻Ps1〜Psnの間隔Lを小さくする程、高精細に表すことができる。
【0032】
図5は本実施の形態の立体画像表示装置1による表示を従来例による表示と対比した模式図であって、(a)は本実施の形態による表示を示す図、(b)は従来例による表示を示す図、図6は立体画像と発光素子の発光指向性との関係を示す図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心101に垂直な画像表示領域31の断面における画素の発光方向を示す図、(b)はLEDの発光指向性を示す断面図である。
【0033】
図5(b)に示すように、従来例では画像表示領域31に、例えば三角錘の立体画像35を表示した場合、裏側の稜線35aが透けて見え、観察者が違和感を覚える。
これに対し、本実施の形態では、図5(a)に示すように、三角錘の立体画像35を画像表示領域31の中心点Oを包含するようにして表示した場合、裏側は透けて見えず、自然でかつ明瞭な表示がなされる。
【0034】
この理由は以下の通りである。従来例の場合、図17及び図18に示すように、ミラー109から投射された画像表示用の光がスクリーン110の主面の法線方向に乱反射される。換言すれば、画像を表示する光が、スクリーン110から画像表示領域131の周方向に乱反射される。そのため、例えば、スクリーン110がBの位置にある場合、画像B’に示す球状の立体画像131の向かって左側の端部は本来観察者121には見えない部分であるにも関わらず観察者に見えてしまう。よって、立体画像131,35の裏側が透けて見えることになる。
【0035】
一方、本実施の形態の場合には、図6(b)に示すように、LED4は面発光するので、その発光面側にしか光を発しない。そして、このLED4がフレームFlxの外面に発光面を外側に向けて配設されている。そのため、図6(a)に示すように、画像を表示する光34が画像表示領域31の半径方向に発せられる。それ故、立体画像(ここでは三角錘)35を、画像表示領域31の中心Oを包含するようにして表示した場合、画素32から発せられる光34は立体画像35の外部に向かうため、該立体画像35が透けて見えることはなく、自然でかつ明瞭な表示となる。
【0036】
なお、LED4の発光強度はその発光面の法線方向において最大となるので、図6(a)も含め、以下ではLED4の発光方向をその発光面の法線方向として表す。また、一般に、物体の表面は入射光を乱反射するので、立体画像が自然に見えるためには、図6(b)に示すLED4のように180度の角度範囲に向けて発光する(すなわち半球状の発光指向性を有する)発光素子が好ましい。
【0037】
以上のように、本実施の形態においては、発光素子4から画像表示領域31の半径方向に発光されるので、自然でかつ明瞭な立体画像が得られしかもこの立体画像をいずれの方角からも観察することができる。また、発光素子の発光によって画像が表示されるので本質的に明瞭な立体画像が得られる。従って、特に、緊急時の表示等、安全面に関する広告等に使用すると大きな効果がある。例えば、火災時に逃げる方向を矢印で表示する場合、平面画像表示装置ではその逃げる方向を表示した画面を3次元的にどう置くかによって、矢印の向きが最大180度異なる可能性がある。これに対し、本実施の形態の立体画像表示装置のように360度の角度範囲、すなわち、どの方向から見ても3次元的であるように矢印を表示すれば、どこから見ても正確に方向を示すことができ、安全を確保することができる。
【0038】
また、画素を実際に3次元的に配置すれば、立体画像を表示することが可能であるが、膨大な数の発光素子が必要とされるため、実現することが困難である。一方、本実施の形態の立体画像表示装置では、発光素子の回転軌道上に画素を仮想することにより3次元的な画素配置を形成するので、必要な発光素子の数が比較的少なくて済む。従って、発光素子数の観点から実現可能な立体画像表示装置を提供できる。
実施の形態2
図7は本発明の実施の形態2に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。図7において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0039】
図7に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、支持体2のフレームFl1〜Flnが矩形のプレート状に形成されており、その外側の側面にLEDアレイAr1〜Arnが形成されている。フレームFl1〜Flnは透明な材料で構成されている。その他の点は実施の形態1と同様である。
【0040】
このように構成された立体画像表示装置では、支持体2が回転すると、同心円筒状の画素殻からなる円柱状の画素表示領域が形成される。この場合、各画素の位置は円柱座標で特定される。そして、実施の形態1と同様に、立体画像信号に応じてLED4の発光を制御することにより、立体画像が表示される。
【0041】
なお、フレームFl1〜Flnを実施の形態1と同様に、細幅の板状の部材を矩形に曲げて形成してもよい。このようにフレームFl1〜Flnを細幅の板状にすると、支持体2の回転時における空気抵抗が減少して負荷が小さくなるため、支持体移動機構3(図1参照)を小型化することができる。
実施の形態3
図8は本発明の実施の形態3に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。図8において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0042】
図7に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、支持体2のフレームFl1〜Flnが、互いに相似な直角三角形Tr1〜Trnの斜辺をそれぞれ構成するように形成され、その上端の高さが一致するようにして回転軸Sfに取り付けられている。そして、該フレームFl1〜Flnの外面にLEDアレイAr1〜Arnが配設されている。その他の点は実施の形態1と同様である。
【0043】
このように構成された立体画像表示装置では、支持体2が回転すると、同心円錐状の画素殻からなる円錐状の画素表示領域が形成され、該円錐状の画素表示領域に立体画像が表示される。
実施の形態4
図9は本発明の実施の形態4に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。図9において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0044】
図9に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、支持体2のフレームFl1〜Fln(図には2つのみ示す)が、螺旋状にそれぞれ形成され、回転軸Sfの軸方向に所定のピッチでずれるようにして該回転軸Sfに取り付けられている。そして、該フレームFl1〜Flnの外面にLEDアレイAr1〜Arnが形成されている。その他の点は実施の形態1と同様である。
【0045】
このような構成とすると、少ないLEDアレイAr1〜Arnで立体表示が可能となり、LED4の数を低減して立体表示装置のコストを下げることができる。
実施の形態5
本発明の実施の形態5は、立体画像の表面の、画像表示領域の中心点を向いた部分を適切に表示可能な立体画像表示装置を例示する。
【0046】
図10は、図1の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。
【0047】
図10に示すように、図1の立体画像表示装置1によって、例えば、画像表示領域31の中心点Oを含まないように位置する2つの立体画像35A及び35Bを表示した場合、各立体画像35A,35Bの表面の中心点Oを向いた部分に位置する画素32bから発する光34は、各立体画像35A,35Bの内部に向かう。そのため、立体画像が観察者121と前記中心点Oとの間に位置する場合には、その立体画像(図10では立体画像35A)は裏側が透けて見え、立体画像が前記中心点Oに対し観察者121と反対側に位置する場合には、その立体画像(図10では立体画像35B)は表側が見えない、つまり全く見えないことになる。本実施の形態はこのような課題を解決することを目的としている。
【0048】
図11は本実施の形態に係る立体表示装置の要部を模式的に示す斜視図、図12は図11の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。図11において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0049】
本実施の形態は、以下の点が実施の形態1と異なっており、その他の点は実施の形態1と同様である。
【0050】
図11に示すように、本実施の形態の立体画像表示装置においては、支持体のフレームFlxの外面及び内面に、それぞれ、LED4A,4Bが配設されている。以下では、LED4Aを外側LED、LED4Bを内側LEDと呼ぶ。そして、図11及び図12に示すように、例えば、画像表示領域31の中心点Oを含まないように位置する2つの立体画像35A及び35Bを表示する場合には、各立体画像35A,35Bの表面の前記中心点Oを向いた部分A,Bに位置する画素32bにおいては、内側LED4Bが発光し、その他の部分に位置する画素32aにおいては外側LED4Aが発光するように、該LED4A,4Bが制御される。これにより、立体画像35A及び35Bの各画素32a,32bから発する光34が、各立体画像35A,35Bの外部に向かうので、該立体画像35A,35Bの裏側が透けたり、表側が見えなかったりするのが防止される。その結果、立体画像35A及び35Bを適切に表示することができる。
【0051】
ところで、上記では、画像表示領域31の中心点Oを含まないように位置する立体画像35A,35Bの表面の前記中心点Oを向いた部分A,Bを適切に表示する構成を説明したが、この構成は、任意の立体画像の表面の前記中心点Oを向いた部分についても同様に適用できる。例えば、前記中心点Oを含む立体画像であっても、その表面に大きな凹凸を有する場合には、その表面に前記中心点Oを向いた部分が生じる。この部分は、上述の立体画像35A,35Bの表面の前記中心点Oを向いた部分A,Bと全く同じ問題を生じるので、全く同様の構成によりこれを解決することができる。
【0052】
また、上記構成では、任意の立体画像の表面が画像表示領域31の中心点Oに向いているか否かを判別する必要があるが、これは、例えば、図12に示すように、立体画像A,Bの表面の当該部位が画像表示領域31の半径41を基準として前記中心点O側に傾斜している否かにより判別することができる。
【0053】
以上のように、本実施の形態によれば、必要なLEDの数が2倍になるが、立体画像の表面の、画像表示領域の中心点を向いた部分を適切に表示することができる。
【0054】
なお、支持体の外面及び内面に多くの発光素子、例えば、支持体の同一断面内に4個以上の発光素子を備えた場合には、更に複雑な凹凸表面を有する立体画像を表示することができる。
実施の形態6
図13は本発明の実施の形態6に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図である。図13において図1と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0055】
図13に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置1では、支持体2の回転領域を囲むように透明又は半透明のカバー42が配設されている。これにより、高速回転する支持体2に人等が接触するのを防止して安全を確保することができる。
実施の形態7
図14は本発明の実施の形態7に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図であって、(a)は支持体を停止させた状態を示す図、(b)は支持体を回転させた状態を示す図、(c)は支持体を回転させつつ軸方向に移動させた状態を示す図である。図14において図8と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0056】
図14に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、実施の形態3の画像表示装置において、支持体2が軸方向に移動可能に構成されたものである。具体的には、支持体移動機構3が、支持体2の回転軸Sfを回転させるモータMと、該モータMを支持する可動体45と、該可動体45を回転軸Sfの軸方向に移動させる軸方向駆動装置(図14にはその可動部を示す)46とを備えている。軸方向駆動装置46は、例えば、流体シリンダ、リニアサーボモータ等で構成される。このモータM及び軸方向駆動装置46が移動制御回路5(図3参照)によって制御される。
【0057】
このように構成された立体画像表示装置では、移動制御回路5がモータMを回転させると、図14(b)に示すように、実施の形態3と同様に円錐状の画像表示領域31’が形成される。この状態で、移動制御回路5がさらに軸方向駆動装置46を動作させると、図14(c)に示すように、軸方向駆動装置46の可動部が支持体2をその回転軸Sfの軸方向に所定長往復動させる。それにより、前記円錐状画像表示領域に円柱状の画像表示領域が付加されてなる画像領域31が形成される。そして、点灯制御回路7がこの支持体2の移動に合わせて各LEDの発光を制御する。
【0058】
このような構成とすると、点灯制御回路7がLEDの回転と往復動とをベクトル合成し、それに合わせて該LEDの発光を制御する必要がある。そのため、その発光制御が複雑になるが、少ない発光素子で広範囲の立体画像表示を行うことができる。特に、画像表示領域31が大きい場合や表示内容が大きく変わらない場合には、支持体2の形状を表示内容に特化させて回転と往復動とによって表示領域を拡大することにより、少ない発光素子で効率良く表示することができる。
実施の形態8
実施の形態7では、支持体2を回転に加えて往復動させることによって、画像表示領域を拡大したが、本発明の実施の形態8では、支持体2を複数の軸の周りに回転させることによって、画像表示領域を拡大する。
【0059】
図15は本実施の形態に係る立体画像表示装置の構成を示す斜視図、図16は図15の立体画像表示装置の画像表示領域を示す模式図である。図15において図8と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【0060】
図16に示すように、本実施の形態に係る立体画像表示装置は、実施の形態3の画像表示装置において、支持体2がその回転軸101に垂直な軸の周りに回転可能に構成されたものである。
【0061】
具体的には、支持体移動機構3が、支持体2の回転軸Sfを回転させるモータMと、回転軸Sfに垂直に配され該モータMを保持する直交回転軸Sf’と、該直交回転軸Sf’をその軸心101’の周りに回転させるモータM’とを備えている。このモータM,M’が移動制御回路5(図3参照)によって制御される。
【0062】
このように構成された立体画像表示装置では、移動制御回路5がモータM及びモータM’を回転させると、図16に示すように、実施の形態3と同様の円錐状の画像表示領域を直交回転軸の軸心101’の周りに回転させてなる画像表示領域31が形成される。この画像表示領域31は、内周側を頂点とする三角形の断面を有するリング状の形状を有している。そして、点灯制御回路7がこの支持体2の移動に合わせて各LEDの発光を制御する。
【0063】
このような構成とすると、実施の形態7に比べてより画像表示領域31を拡大することができる。但し、点灯制御回路7による発光素子の発光制御はより複雑になる。なお、回転軸の数を増やしてもよく、その場合にはさらに画像表示領域を拡大することができるが、その分、回転軸の駆動機構及び発光素子の発光制御が複雑化するため、コストを考慮する必要がある。
【0064】
なお、実施の形態1乃至8では、半球状の発光指向性を有する発光素子を用いたが、球状の発光指向性を有する(全方向に発光する)発光素子を用いてもよい。但し、発光素子から発光される光がフレームの裏側に出射されると、立体画像が透けて見えるので、フレームを不透明にしてこれを防止する必要がある。
【0065】
また、発光素子としてLEDを使用したが、例えば、有機EL素子を用いてもよい。この場合、支持体上にドライバを含めて有機EL素子を印刷により形成することができ、しかも、LEDを採用する場合に比べて、支持体上により多くの発光部(画素)を形成することができる。そのため、より高精細な立体画像が得られる。但し、有機EL素子は全方向に発光するため、有機EL素子を不透明なフレーム上に形成する必要がある。
【0066】
また、発光素子として、PDP(プラズマディスプレイパネル)を用いてもよい。このようにすると、高精細で明るい立体画像が得られる。
【0067】
また、フレームの材料として樹脂を用いたが、これに限られず、金属等でもよい。
【0068】
また、実施の形態1、3〜8では支持体2のフレームFl1〜Flnを細幅の板状の部材で構成したが、これをプレート状の部材で構成してもよい。但し、このプレート状の部材は透明であることが好ましい。
【0069】
また、LEDアレイAr1〜Arnを半長円形に形成してもよい。
【0070】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したような形態で実施され、明瞭な立体画像を表示することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る立体画像表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図2】図1の支持体の構成を示す平面図である。
【図3】図1の立体画像装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。
【図4】画素の配置を示す画像表示領域の模式図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心に沿った画像表示領域の断面を示す図、(b)は支持体の回転軸の軸心に垂直な画像表示領域の断面を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態1の立体画像表示装置による表示を従来例による表示と対比した模式図であって、(a)は本実施の形態による表示を示す図、(b)は従来例による表示を示す図である。
【図6】立体画像と発光素子の発光指向性との関係を示す図であって、(a)は支持体の回転軸の軸心に垂直な画像表示領域の断面における画素の発光方向を示す図、(b)はLEDの発光指向性を示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態2に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態4に係る立体画像表示装置の要部を示す図である。
【図10】図1の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。
【図11】本発明の実施の形態5に係る立体表示装置の要部を模式的に示す斜視図である。
【図12】図11の立体画像表示装置によって、画像表示領域の中心点を含まないように位置する2つの立体画像を表示した場合を模式的に示す断面図である。
【図13】本発明の実施の形態6に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図である。
【図14】本発明の実施の形態7に係る立体画像表示装置の要部の構成を示す斜視図であって、(a)は支持体を停止させた状態を示す図、(b)は支持体を回転させた状態を示す図、(c)は支持体を回転させつつ軸方向に移動させた状態を示す図である。
【図15】本発明の実施の形態8に係る立体画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図16】図15の立体画像表示装置の画像表示領域を示す模式図である。
【図17】従来の立体画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図18】従来の立体画像表示装置の画像表示動作を示す模式図である。
【符号の説明】
1 立体画像表示装置
2 支持体
3 支持体移動機構
4 LED
5 移動制御回路
6 LEDドライバ
7 点灯制御回路
8 制御装置
31,31’ 画像表示領域
32 画素
34 光
35,35A,35B 立体画像
35a 稜線
42 カバー
45 可動体
46 軸方向駆動装置
101 回転軸の軸心
101’ 直交回転軸の軸心
Ar LEDアレイ
Fl フレーム
L 画素殻の間隔
M,M’ モータ
O 画素領域の中心点
Ps 画素殻
r フレームの半径
Sf 回転軸
Sf’ 直交回転軸
T 中心
Tr 直角三角形
θ フレームの角度間隔
Claims (22)
- 複数の発光素子と、該複数の発光素子を第1の回転軸からの距離及び該第1の回転軸の軸方向における位置が異なるようにそれぞれ支持する支持体と、該支持体を前記第1の回転軸の周りに回転させる駆動装置と、前記複数の発光素子の発光を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置が前記複数の発光素子の発光を各々の前記第1の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御することにより、立体画像を表示する、立体画像表示装置。 - 前記駆動装置が前記支持体をさらに前記第1の回転軸の軸方向に往復動させ、前記制御装置が前記複数の発光素子の発光をさらに各々の往復軌道上の位置に応じてそれぞれ制御する、請求項1記載の立体画像表示装置。
- 前記駆動装置が前記支持体をさらに前記第1の回転軸と異なる第2の回転軸の周りに回転させ、前記制御装置が前記複数の発光素子の発光をさらに各々の前記第2の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御する、請求項1記載の立体画像表示装置。
- 前記複数の発光素子が、前記第1の回転軸を含む互いに異なる平面内に該回転軸からの距離が互いに異なるようにそれぞれ延在する複数の列状に支持されてなる、請求項1乃至3のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記発光素子の複数の列が、半円形、半長円形、三角形、及び矩形のいずれかであり、かつ該複数の列の前記第1の回転軸周りの回転軌道が少なくとも半径方向に並ぶように形成される、請求項4記載の立体画像表示装置。
- 前記発光素子の複数の列がらせん状である、請求項1乃至3のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記発光素子がその回転軌道の外側に発光する、請求項1乃至6のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記発光素子が、さらに、前記回転軌道の外側への発光とは独立に制御されるようにしてその回転軌道の内側に発光する、請求項7記載の立体画像表示装置。
- 前記発光素子がLEDである、請求項1乃至8のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記発光素子が有機EL素子である、請求項1乃至8のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 前記複数の発光素子の前記第1の回転軸の周りの回転領域を囲むように保護カバーが配設された、請求項1乃至10のいずれかに記載の立体画像表示装置。
- 複数の発光素子を第1の回転軸からの距離及び該第1の回転軸の軸方向における位置が異なるように支持体によってそれぞれ支持し、該支持体を前記第1の回転軸の周りに回転させ、前記複数の発光素子の発光を各々の前記第1の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御することにより立体画像を表示する、立体画像表示方法。
- 前記支持体をさらに前記第1の回転軸の軸方向に往復動させ、前記複数の発光素子の発光をさらに各々の往復軌道上の位置に応じてそれぞれ制御する、請求項12記載の立体画像表示方法。
- 前記支持体をさらに前記第1の回転軸と異なる第2の回転軸の周りに回転させ、前記複数の発光素子の発光をさらに各々の前記第2の回転軸周りの回転軌道上の位置に応じてそれぞれ制御する、請求項12記載の立体画像表示方法。
- 前記複数の発光素子を、前記第1の回転軸を含む互いに異なる平面内に該回転軸からの距離が互いに異なるようにそれぞれ延在する複数の列状に支持する、請求項12乃至14のいずれかに記載の立体画像表示方法。
- 前記発光素子の複数の列が、半円形、半長円形、三角形、及び矩形のいずれかであり、かつ該複数の列の前記第1の回転軸周りの回転軌道が少なくとも半径方向に並ぶように形成される、請求項15記載の立体画像表示方法。
- 前記発光素子の複数の列がらせん状である、請求項12乃至14のいずれかに記載の立体画像表示方法。
- 前記発光素子がその回転軌道の外側に発光する、請求項12乃至17のいずれかに記載の立体画像表示方法。
- 前記発光素子が、さらに、前記回転軌道の外側への発光とは独立に制御されるようにしてその回転軌道の内側に発光する、請求項18記載の立体画像表示方法。
- 前記発光素子がLEDである、請求項12乃至19のいずれかに記載の立体画像表示方法。
- 前記発光素子が有機EL素子である、請求項12乃至19のいずれかに記載の立体画像表示方法。
- 前記複数の発光素子の前記第1の回転軸の周りの回転領域を保護カバーによって囲む、請求項12乃至21のいずれかに記載の立体画像表示方法。
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