JP2005039581A - ３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する２次元表示ディスプレイを用いて実用レベルの品質の３次元画像を表示することと、電力及び画像データを無線で２次元表示ディスプレイ側に伝送すること。
【解決手段】回転する２次元表示ディスプレイとして高速リフレッシュレートの有機ＥＬパネル８を用い、この有機ＥＬパネル８が立設された回転板６の裏側に４個の磁石７４を配置し、台座部４の上面に４個の駆動コイル４４を配置し、駆動コイル４４に交流を流すことにより、回転板６を高速回転させる。その際に、回転板６の裏側に４個の受電コイル７６を設け、これら受電コイル７６と駆動コイル４４の磁気結合により駆動コイル４４から受電コイル７６側に電力を無線で送電すると共に、駆動コイル４４に流す前記交流を断面画像データで変調することにより、受電コイル７６側に誘導される交流から断面画像データを抽出して、駆動コイル４４から受電コイル７６側に画像データを無線で送信する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、回転する２次元表示ディスプレイの回転角に同期して、この２次元表示ディスプレイに画像を切り替えて表示することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置に関する。

３次元画像を表示する３次元画像表示装置（３次元ディスプレイ装置と称することもある）は、医療や化学（分子構造解析）、機械設計（ＣＡＤ）、広告ディスプレイ、エンターテイメントなど多くの分野でその実現が望まれている。

その結果、３次元ディスプレイ装置として、両眼視差を利用したものが実用化され、例えば、５０インチ型の４視点の３次元ディスプレイ装置が発表されたり、３次元ディスプレイ機能を組み込んだ携帯電話が実用化されている。

これらの両眼視差を利用した３次元ディスプレイ装置は、平面ディスプレイ装置から比較的容易に３次元画像を表示することが可能である反面、立体に見える視点位置が限定されてしまい、観察者が自由な位置から画像を観察することができない。

そこで、観察者が自由な位置から３次元画像を観察できる方式として、体積走査型の３次元ディスプレイ装置が知られており、製品として実用化されている。

図１７はこの体積走査型の３次元ディスプレイ装置の概略構造を示した図である。３次元ディスプレイ装置１３２は、台座部１３４と、台座部１３４の上で高速回転（７３０ｒｐｍ）するスクリーン１３６と、このスクリーン１３６を収納する風防１３８を有している。台座部１３４は回転するスクリーン１３６にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を使用して画像を投影するプロジェクタを構成する光学系を内蔵し、その投影ミラ−部１４０が台座部１３４の上面に設置されている。このプロジェクション機能はスクリーン１３６の回転角に同期して３次元オブジェクトの断面画像をスクリーン１３６に切り替えて投影する。

ここで、上記した体積走査型の３次元ディスプレイ装置により３次元画像を表示できる原理について図１８を用いて説明する。図１８（Ａ）に示すように、ある丸い３次元オブジェクト１４２を表示することを考える。スクリーン１３６が連続的に回転している状態で、スクリーン１３６がある回転角のとき、この３次元オブジェクト１４２の表面切断画像を考える。

図１８（Ｂ）に示すように、アングル（回転角）１のとき、スクリーン１３６は３次元オブジェクト１４２に僅かに侵入した位置にあり、その表面切断画像（以下断面図と称する）は図１８（Ｃ）のアングル１に示すように、初めは小さい円１４４となる。以下同様で、スクリーン１３６は３次元オブジェクト１４２に侵入するにつれて、その断面画像の大きさが変化し、アングル３で円１４４のサイズが最大、その後アングル５でまた小さくなり、最後に、スクリーン１３６は３次元オブジェクト１４２から離脱する。

このようにスクリーン１３６のアングル毎に、図１８（Ｃ）に示したような３次元オブジェクトの断面画像を投影ミラ−部１４０からスクリーン１３６に投影して表示させるようにする。この時スクリーン１３６が高速回転していれば、目の積分効果によりスクリーン１３６は見えなくなり、表示した断面画像が残像として全て見えるようになる。そのため、連続した断面画像の集合として、３次元オブジェクト１４２の３次元画像が表示される。この効果が有効にあらわれるためには、体積の書き換え周期が３０Ｈｚ以上あることが望ましい。（それ以下でもちらつきはあるものの３次元画像表示は可能）そのため、スクリーン１３６の回転数として１５Ｈｚ以上（９００ｒｐｍ）が望ましい。

しかし、回転するスクリーン１３６にプロジェクタを用いて画像を表示するには、複数回に亙りミラーに映像を反射させる必要があるため、精度良く画像を表示するには、ミラーによる複雑な反射系を精密に作る必要がある。これでは、装置の価格が高くなってしまうし、そもそも表示精度を上げることが難しく、ぼやけた３次元画像しか得られず、その上、３次元画像の輝度やコントラストを向上させることも難しいという問題がある。

このような３次元ディスプレイ装置の問題点を解決する１つの方法として、プロジェクタを使用せずに、図１９に示すような構成とすれば良い。図１９にて、台座部４０２に内蔵されたモータ４０４により回転する回転板４０６に垂直に立設されて共に回転する自発光の２次元表示ディスプレイ（２次元表示パネルに同じ）４０８に、その回転角に同期して画像を切り替えて直接表示する方式がある。この方式では、３次元画像を鮮明に表示できると共に、表示精度、輝度及びコントラストを向上させることができ、このような方式の基本アイデアが公知となっている（例えば特許文献１参照）。

また、上記した図１９のような構成では、回転板４０６側に電力を供給するため、台座部４０２に内蔵された電源部５００から回転軸５０２に摺動接触するブラシ部５０４と、回転板４０６の裏面外周部に円環状に配線されたコイル状の電極（図示せず）に摺動接触するブラシ部５０６などのブラシ摺動機構を通して回転板４０６側の電子回路５０８に電力を送電している。
特表昭５６−５００３１３号公報 （第３−８頁、第１図）

しかしながら、従来の回転する自発光の２次元表示ディスプレイ４０８にその回転角に同期して画像を切り替えて表示する方式では、自発光の２次元表示ディスプレイとして、以下の条件が必要となる。（１）高速リフレッシュレート、例えば、体積の書き換え周期が３０Ｈｚで、角度分解能を２度（一周で１８０）とすると、自発光２次元表示ディスプレイの１画面の書き換え周期は３０Ｈｚ×１８０＝４８００Ｈｚとなる。（２）ディスプレイとしての基本性能である高精細・高輝度・高コントラスト、（３）視野角が広い、これは視野角が狭いと斜めからディスプレイを見ても表示画像が見えず、これでは３次元画像として見えない。（４）薄い、ディスプレイが厚いとその部分は画像が表示されないため違和感のある３次元画像となる。（５）表面と裏面の両面発光。

ところが上記公知例では、自発光ディスプレイの実施例として２次元に配列されたＬＥＤパネルを用いることが記述されているが、現在まで、２次元に配列されたＬＥＤで、上記のような条件を満たすようなものは存在せず、従って、ＬＥＤパネルを用いて回転する自発光の２次元表示ディスプレイを構成しても、角度分解能が悪いものしかできず、それ故ちらつきが大きく且つ解像度が粗い３次元画像しか表示できない。このため、回転するＬＥＤパネルにその回転角に同期して２次元の断面画像を表示しても実用レベルのまともな３次元画像を表示することは不可能である。

また、上記のように回転板４０６側で必要とする電力を台座部４０２側から摺動接触部を持つ電力供給路を通して回転板４０６側に有線で供給する構成では、摺動接触部の摩耗によりその耐久性に限界があり、また、摺動接触部の接触が円滑で無いと電気的な雑音が発生するなどの問題がある。その上、画像データを回転板４０６側の電子回路５０８に別の摺動接触部などを設けて別途送信しなければならず、この摺動接触部にも同様の耐久性と雑音発生の問題がある。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、電力及び画像データを同時に無線で回転する自発光の２次元表示ディスプレイ側に送ることができると共に、無線による電力伝送及び画像データ伝送を容易にする２次元表示ディスプレイの回転機構を備え且つ、回転する自発光の２次元表示ディスプレイを用いて実用レベルの品質を持った３次元画像を表示することができる３次元画像表示装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、回転する自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置にあって、前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、前記回転体を回転自在に支持する支持体と、前記回転体の裏面に配置される複数の磁石と、前記支持体に前記複数の磁石に対向して配置される複数の駆動コイルと、前記複数のコイルと前記磁石の相対的な位置に応じて極性が反転する電流を前記複数のコイルに流す駆動手段とを具備することを特徴とする。

このように本発明の３次元画像表示装置では、回転体の裏面に配置される複数の磁石と、前記複数の磁石に対向して支持体に配置される複数の駆動コイルとの相対的な位置に応じて極性が反転する例えば交流を前記複数のコイルに流して駆動コイルと磁石との間に回転板を一方向に回転させるような斥力と引力を発生させることにより回転板を回転させることができる。その際に、回転体側の前記駆動コイルに対向する位置に受電コイルを設ければ、この受電コイルと前記駆動コイルの磁気結合により、受電コイル側に交流が誘導されるため、電力を無線にて支持体から回転体側に伝送することができる。更に、前記駆動コイルを流れる交流を画像データで変調することにより、受電コイル側に誘導される交流も画像データで変調されたものになり、この画像データを抽出することにより、画像データを無線にて支持体側から回転体側に送信することができる。更に、自発光の２次元表示パネルとして高速のリフレッシュレートを持つ有機ＥＬパネルを用いることにより、２次元の断面画像を有機ＥＬパネルの回転角に同期して高速で切り替えて表示することができるため、角度分解能を上げることができ、前記２次元の断面画像の集合としての３次元画像をちらつきなく表示することができる。

また、本発明は、回転する１枚の自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、前記回転体を回転自在に支持する支持体と、前記支持体側から前記回転体側に磁気結合を利用して電力を無線で送電する送電手段とを具備することを特徴とする。

このように本発明の３次元画像表示装置では、支持体側から前記回転体側に磁気結合を利用して電力を無線で送電する送電手段を設けることにより、送電手段を電力伝送に特化することができるため、送電手段を最適に設計することができ、電力を支持体側から回転体側に効率良く送電することができる。

また、本発明は、回転する１枚の自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、前記回転体を回転自在に支持する支持体と、前記支持体側から前記回転体側に無線により画像データを送信する通信手段とを具備することを特徴とする。

このように本発明の３次元画像表示装置では、支持体側から回転体側に画像データを無線送信する通信手段を設けることにより、通信手段を画像伝送に特化することができるため、通信手段を例えば光通信方式とか近距離無線方式などの最適な方式として設計することができるため、無線通信を用いて画像データを支持体側から回転体側に効率良く送信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、回転体の裏面に配置される複数の磁石と、支持体に前記複数の磁石に対向して配置される複数の駆動コイルとの相対的な位置に応じて、極性が反転する例えば交流を前記複数のコイルに流して駆動コイルと磁石との間に回転板を一方向に回転させるような斥力と引力を発生させることによって回転板を回転させる回転機構を採用しているため、回転体を高速且つ円滑に回転させることができる。
また、前記回転機構の一部分用いて電力を同時に無線で２次元表示ディスプレイ側に送ることができ、使用部品の共通化により部品点数を減らして装置の製造コストを削減することができる。
更に、前記回転機構の一部分用いて電力及び画像データを同時に無線で２次元表示ディスプレイ側に送ることができ、使用部品の大幅な共通化により部品点数を減らして装置の製造コストを更に削減することができる。
また、前記回転機構とは別に、磁気結合を利用して無線で電力を２次元表示ディスプレイ側に送電することにより、回転機構系及び電力伝送系をそれぞれ最適化することができ、回転機構系及び電力伝送系の効率を向上させることができる。
更に、前記回転機構とは別に設けた電力伝送系に乗せて画像データを送信することにより、部品点数を減らして装置の製造コストを更に削減することができる。
また、前記回転機構及び電力伝送系とは別に画像データを無線伝送することにより、通信系を最適化して効率良く画像データを２次元表示ディスプレイ側に伝送することができる。

電力及び画像データを同時に無線で回転する自発光の２次元表示ディスプレイ側に送ることができると共に、無線による電力伝送及び画像データ伝送を容易にする２次元表示ディスプレイの回転機構を備え且つ、回転する自発光の２次元表示ディスプレイを用いて実用レベルの品質を持った３次元画像を表示させる目的を、回転体の裏面に配置される複数の磁石と、支持体に前記複数の磁石に対向して配置される複数の駆動コイルとの相対的な位置に応じて、極性が反転する例えば交流を前記複数のコイルに流して駆動コイルと磁石との間に回転板を一方向に回転させるような斥力と引力を発生させることによって回転板を回転させる回転機構を採用すると共に、自発光の２次元表示ディスプレイとして有機エレクトロルミネッセンスパネルを用いることによって実現した。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元画像表示装置の外観例を示した斜視図である。

３次元画像表示装置２は、円筒状の台座部４と、台座部４の上面に回転自在に垂直に立設された円板状の回転板６と、この回転板６の直径方向に立設された１枚の四角形状の有機エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと略称する）パネル８から構成されている。この有機ＥＬパネル８は矢印２００に示すように片面発光タイプで、回転板６が回転すると、有機ＥＬパネル８も回転し、その回転軸Ｏは回転板６の中心点と一致する。但し、図１において、特許請求の範囲の２次元表示パネルが有機ＥＬパネル８に相当し、回転体が回転板６に相当し、支持体が台座部４に相当する。

図２は有機ＥＬパネル８に画像を表示する３次元画像表示回路の構成を示したブロック図である。

３次元画像表示回路は、台座部４と回転板６に分かれて搭載されている。台座部４側は、外部から画像データと制御情報を受け取る受信手段１２と、受信した画像データを圧縮する圧縮部１４、圧縮部１４の動作領域を提供するメモリ１６と、圧縮した画像データを回転板６側に送信する伝送手段１８と、受信した画像データの画像処理等を行う制御部２０を有している。

回転板６側は、台座部４側から送信された圧縮画像データを受信する受信手段２２と、受信した圧縮データを伸長して有機ＥＬパネル８に画像データを出力する伸長部２４と、伸長部２４の動作領域を提供するメモリ２６と、有機ＥＬパネル８、即ち回転板６の回転角を検出する光学式或いは機械式などのアングルセンサ２８と、受信手段２２や伸長部２４を制御する制御部３０を有している。但し、特許請求の範囲の送信手段は伝送手段１８に相当し、受信手段は受信手段２２に相当し、請求項７の通信手段は伝送手段１８及び受信手段２２に相当する。

ここで、有機ＥＬパネル８は、図示されない記憶素子（メモリ）を含む表示部８２と、表示部８２に含まれる記憶素子に画像データを書き込むためのソース信号線駆動回路８４と、同記憶素子に画像データを書き込むための書込用ゲート信号線駆動回路８６と、表示用ゲート信号線駆動回路８８とを備え、回転板６上に立設されている。

尚、台座部４の受信手段１２は外部通信路４０を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成される制御装置１０に接続されている。

図３は表示部８２の回路構成を示した回路図である。表示部８２は、行方向に３２０個、列方向に２００個マトリックス状に配列された画素９０により構成されている。各画素９０は、ソース信号線駆動回路８４から出る複数のソース信号線５２、書込用ゲート信号線駆動回路８６から出る複数の書込用ゲート信号線Ｘ、表示用ゲート信号線駆動回路８８から出る複数の表示用ゲート信号線Ｙに接続されている。

図４は表示部８２を構成する画素９０の回路構成を示した回路図である。ソース信号線５２に書込スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）５４を介して例えばＳＲＡＭ等の記憶素子５６の書き込み側が接続され、この記憶素子５６の読み出し側が表示スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）５８を介して有機ＥＬ素子６２を駆動するＥＬ駆動用トランジスタ（ＴＦＴ）６０のゲートに接続されている。

ｎ個の書込スイッチ用トランジスタ５４、記憶素子５６、表示スイッチ用トランジスタ５８は有機ＥＬパネル８に表示する画像を切り替える回転角（ここでは２度）で３６０度を除した数（ｎ＝１８０）だけ配置されている。書込スイッチ用トランジスタ５４のゲートは書込用ゲート信号線Ｘ（Ｘ＝１〜ｎ）に接続され、表示スイッチ用トランジスタ５８のゲートは表示用信号線Ｙ（Ｙ＝１〜ｎ）に接続され、ＥＬ駆動用トランジスタ６０のソースは電源供給線６４に、ドレインは有機ＥＬ素子６２に接続され、有機ＥＬ素子６２の他端（カソード側）は接地されている。

図５は図４に示した画素９０を構成する有機ＥＬ素子６２の構造を示した断面図である。光透過性カソード６６とメタルアノード６８の間に有機発光層（図では発光層）７０が挟まれて成る積層体が、ガラス基板７２上に形成されて有機ＥＬ素子６２が構成されている。光透過性カソード６６とメタルアノード６８の間に電圧がかかると有機発光層７０が発光し、光はメタルアノード６８により反射され、光透過性カソード６６、保護層９６、透明シール９８を通して一方向に放射される。尚、図３で示した記憶素子５６は例えばガラス基板７２内に搭載される。

図６は上記した回転板６を回転させる回転機構を示した斜視図及び平面図である。図６（Ａ）に示すように、回転板６は台座部４にその中心が軸７８（図６（Ｂ）参照）により回転自在に軸支されている。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、回転板６の裏面には、４個の磁石（永久磁石或いは電磁石）７４が同一円周上に等間隔で、しかも隣り合う磁石７４の極性が互いに異なるように配置され、更に、これら磁石７４の間に電力及びデータを受電及び受信する受電コイル７６が等間隔で、上記磁石７４が配置されている円周上に配置されている。また、台座部４の上面には、図６（Ｃ）に示すように、回転板６の駆動用及びデータ送信用の駆動コイル４４が同一円周上に等間隔で配置され、駆動コイル４４に駆動手段４８から電流を流した時に隣接する駆動コイル４４が互いに逆極性になるように、隣接する駆動コイル４４の巻回方向を逆にしてある。尚、磁石７４の配置円周と駆動コイル４４の配置円周の直径は同一であり、台座部４の伝送手段１８は駆動コイル４４と信号増幅器４６から構成されている。また、回転板６の受電コイル７６は受信手段２２を構成している。但し、特許請求の範囲の磁石は磁石７４に相当し、駆動コイルは駆動コイル４４に相当し、駆動手段は駆動手段４８に相当する。受電コイルは受電コイル７６又は図１１の受電コイル２３２に相当する。

次に本実施の形態の動作について説明するが、まず、その概略動作を図１を用いて説明する。図１にて、台座部４の上面に設置された回転板６が回転軸Ｏを中心にして高速で回転（例えば９００ｒｐｍ）するため、回転板６に立設された有機ＥＬパネル８が高速回転する。この状態で、表示する３次元オブジェクトを有機ＥＬパネル８の回転角（例えば２度）毎に、有機ＥＬパネル８で仮想的に切断した時に得られる２次元の断面画像データを、台座部４側から回転板６側に供給する。

有機ＥＬパネル８は回転角毎の２次元の断面画像データを一旦図示されない記憶素子に記憶した後、有機ＥＬパネル８の回転角に応じて、該当する断面画像データを記憶素子から読み出し、この断面画像データに従って有機ＥＬパネル８の表示部を構成する自発光のマトリックス状に配置された複数の画素を点滅させる。

これにより、マトリックス状に配置された自発光の画素により２次元の断面画像が表示され、それが有機ＥＬパネル８の回転角に同期して切り替わるため、連続する２次元の断面画像の集合として３次元オブジェクト画像が表示される。尚、図中の矢印２００は有機ＥＬパネル８の画素の発光方向を示しており、本例の有機ＥＬパネル８は片面発光である。

ここで、有機ＥＬパネル８は次のような周知の特性を持っている。（１）画素を構成する有機ＥＬ素子の反応速度が早い（数１０マイクロセコンド）、（２）有機ＥＬ素子が自発光なため、視野角が広い、（１８０度近い）、（３）有機ＥＬ素子が自発光なため、高精細・高輝度・高コントラストが実現可能、（４）有機ＥＬ素子が自発光なため、非常に薄い（１ｍｍ程度）。

従って、回転角に同期して表示画像を切り替えて直接表示する自発光の２次元表示ディスプレイとして、上記特性を持った有機ＥＬパネル８を用いることにより、３次元オブジェクトを３次元画像として鮮明な画像で表示することができる。

以下、本実施の形態の動作について更に詳しく説明する。図２の制御装置１０は、例えば表示すべき図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すような、球体の３次元オブジェクト画像データの時間変化に対する差分データ３０２、３０４を生成し、これら差分データを外部通信路４０を通して台座部４の受信手段１２に送信する。

台座部４の制御部２０は受信手段１２により外部通信路４０から受信された差分データ３０２、３０４より、元の３次元オブジェクト画像データを復元する。更に、制御部２０は復元された３次元オブジェクト画像データから、有機ＥＬパネル８の回転角（例えば２度）毎に有機ＥＬパネル８の平面で３次元オブジェクトを仮想的に切断した時に生じる断面画像データを生成し、これら断面画像データを圧縮部１４に順次出力する。

ここで、復元した３次元オブジェクトが例えば図８（Ａ）に示すような球体８０２であった場合、制御部２０は、有機ＥＬパネル８の回転角毎に、有機ＥＬパネル８の平面で３次元オブジェクトを仮想的にスライスしたときに生じる断面画像より断面画像データを生成する。この場合、図８（Ｂ）に示すように、有機ＥＬパネル８の回転角０度、２度、４度、６度、８度の断面画像データ１０２、１０４、１０６、１０８、１１０が生成されて圧縮部１４に順次出力される。尚、回転角１０度以降も同様で、有機ＥＬパネル８の１回転当たり、１８０枚の断面画像データが生成される。

圧縮部１４は、一つ前の断面画像データと次に表示する断面画像データの差分データをメモリ１６を用いて算出し、得られた差分データを伝送手段１８に出力する。伝送手段１８は入力される差分データを電磁結合を利用した無線通信により回転板６側に送信する。尚、この無線通信については後述する。

回転板６の受信手段２２は、台座部４から送信されて来た上記の差分データを受信して、伸長部２４に出力する。伸長部２４は入力される差分データから有機ＥＬパネル８の回転角毎の断面画像データをメモリ２６を用いて復元し、これら復元した断面画像データを有機ＥＬパネル８に順次出力する。

次に有機ＥＬパネル８での画像表示動作を図３、図４を参照して説明する。図３にて、有機ＥＬパネル８のソース信号線駆動回路８４と書込用ゲート信号線駆動回路８６はソース信号線５２と書込用ゲート信号線Ｘを順番にアクティブにし、これら信号線が交差しているところに接続された画素９０に対してソース信号線５２から断面画像データを送ることにより、各画素９０が表示すべき断面画像データを各画素９０の記憶素子５６（図４参照）に書き込むことができる。この例の記憶素子５６は有機ＥＬパネル８の回転分解能（この例では２度）に対応して、１個の画素９０に対して１８０個あるため、有機ＥＬパネル８の回転角に対応した１回転分の全ての断面画像データが１画素中の各記憶素子５６に書き込まれることになる。

図４にて、この画素９０に接続されている書込用ゲート信号線Ｘの中の有機ＥＬパネル８の回転角が０度の時の断面画像を書き込むための書込用ゲート信号線１がハイレベルになると、この書込用ゲート信号線１にゲートが接続された書込スイッチ用トランジスタ５４がオンになる。これにより、ソース信号線５２を通して前記回転角が０度の時の断面画像データがこの書込スイッチ用トランジスタ５４に接続された記憶素子５６に書き込まれる。その後、書込用ゲート信号線１がローレベルになって書込スイッチ用トランジスタ５４がオフになり、次に書込用ゲート信号線２がハイレベルになると、この書込用ゲート信号線２にゲートが接続された書込スイッチ用トランジスタ５４がオンになるため、ソース信号線５２を通して前記回転角が２度の時の断面画像データが記憶素子５６に書き込まれる。以下同様で、１個の画素９０に設けられた複数の記憶素子５６に有機ＥＬパネル８の回転角毎の１回転分の全ての断面画像データが記憶される。このような１個の画素９０に対する前記回転角毎の断面画像データの書き込みは、図３に示した全ての画素９０に対して同様に行われる。

上記のようにして図３に示した表示部８２を構成する全ての画素９０に有機ＥＬパネル８の回転角毎の１回転分の全ての断面画像データが記憶されると、表示用ゲート信号線駆動回路８８は、表示用ゲート信号線Ｙをアングルセンサ２８の検出回転角に同期して順次ハイレベルにすることにより、全ての画素９０の記憶素子５６から例えば前記回転角が０度の時の断面画像データを同時に読み出して、表示部８２を構成する全ての画素９０の有機ＥＬ素子６２を点滅させる。これにより、表示部８２に有機ＥＬパネル８の回転角が０度の時の断面画像が表示される。従って、１画素分の切り替え走査で、有機ＥＬパネル８の回転角毎の断面画像の表示を切り替えることができる。

ここで、上記した断面画像の表示動作について図４を用いて画素単位で説明する。有機ＥＬパネル８の回転角が０度の時の断面画像データを表示するために、表示用ゲート信号線１がハイレベルになると、この表示用ゲート信号線１にゲートが接続された表示スイッチ用トランジスタ５８がオンになって、この表示スイッチ用トランジスタ５８に接続された記憶素子５６から前記回転角が０度の時の断面画像データが読み出され、ＥＬ駆動用トランジスタ６０のゲートに印加される。その結果、断面画像データが“１”であればＥＬ駆動用トランジスタ６０がオンして有機ＥＬ素子６２に電源供給線６４から電圧が印加され発光し、断面画像データが“０”であればＥＬ駆動用トランジスタ６０がオフして有機ＥＬ素子６２に電圧が印加されず発光しない。

次に回転板６の回転動作及台座部４側から回転板６側に電力を伝送する動作について図６及び図９を参照して説明する。

まず、回転動作について説明する。今、回転板６の裏面に配置された磁石７４と、台座部４の上面に配置された駆動コイル４４との相対的な位置関係が図９（Ａ）に示した如くであった場合、駆動手段４８から駆動コイル４４には図示の極性になるように電流が流される。ここで、Ｎ極になった駆動コイル４４（Ａ）に着目すると、その両側の磁石７４（１）はＮ極、磁石７４（２）はＳ極であるため、磁石７４（１）との間には斥力が、磁石７４（２）との間には引力が発生する。他の駆動コイル４４とその両側にある磁石７４との間にも同様に斥力と引力が発生し、図中矢印の方向に回転板６が回転する。但し、図中、Ｆは回転板６の回転方向を知るための目印である。

こうして、回転板６の裏面に配置された磁石７４と、台座部４の上面に配置された駆動コイル４４との相対的な位置関係は図９（Ｂ）に示したように変化し、回転板６の慣性力により、回転板６は左回転方向に行き過ぎて図９（Ｃ）に示したように、回転板６の裏面に配置された磁石７４と、台座部４の上面に配置された駆動コイル４４との相対的な位置関係が変化する。この状態で、駆動手段４８は駆動コイル４４に流していた電流の向きを反対にして、図９（Ｄ）に示したようにその極性を反転させる。

これにより、駆動コイル４４（Ｂ）はＳ極からＮ極となるため、近接しているＮ極の磁石７４（３）との間に斥力が発生する。これは他の駆動コイル４４と磁石７４の間でも同様で、結局、回転板６は左回転方向に回転を継続する。このように、磁石７４と駆動コイル４４の相対的な位置に応じて、駆動手段４８は駆動コイル４４に流れる電流の向きを高速で切り替えることにより、回転板６を高速で回転（９００ｒｐｍ）させることができる。

次に電力の伝送動作について説明する。図６（Ｂ）に示すように、回転板６の裏側には、受電コイル７６が磁石７４と同一の円周上に配置されている。今、台座部４側の駆動コイル４４に駆動手段４８から回転板６を回転させるために正弦波電流を流して、駆動コイル４４の電磁石としての極性をスイッチングさせた場合に、駆動コイル４４の中心と受電コイル７６の中心が一致するような位置関係に両コイルが近接する際に、両コイルの電磁的な結合度が最大になり、駆動コイル４４側に流れている正弦波電流と同様の正弦波電流が受電コイル７６側に誘導されて発生する。従って、４個の受電コイル７６を同一方向に誘導電流が流れるように接続して取り出された交流電流を整流した後、ＤＣ／ＤＣレギュレータを通して回転板６側で必要とする電圧の電力を供給することができる。

最後に、台座部４側から回転板６側に圧縮した画像データを無線通信で送信する動作について説明する。伝送手段１８により駆動コイル４４側に流れている正弦波電流を圧縮部１４から入力される圧縮画像データで変調する。これにより、受電コイル７６に誘導される正弦波電流も圧縮した画像データで変調された電流となる。そこで、受電手段２２は受電コイル７６に誘導される正弦波電流から圧縮画像データをハイパスフィルターなどを用いて抽出して、圧縮画像データを復調することができる。

本実施の形態によれば、高速回転する自発光の２次元表示ディスプレイとして、有機ＥＬパネル８を用いることにより、画素９０を構成する速い反応速度を持った有機ＥＬ素子６２によって２次元の断面画像を有機ＥＬパネル８の回転角に同期して高速（例えばリフレッシュ周波数４．８ＫＨｚ前後）で切り替えて表示することができるため、角度分解能を上げることができ、前記２次元の断面画像の集合としての３次元画像をちらつきなく表示することができるので、実用レベルの品質を持った３次元画像表示装置を実現することができる。しかも、投影画像でないため、鮮明な３次元画像を表示することができる。尚、本例の有機ＥＬパネル８は片面発光のタイプのものであるが、リフレッシュレートが十分に高速であれば、その分、有機ＥＬパネル８の回転数を上げることができ、片面発光のタイプでも上記した効果を得ることができる。

また、４個の磁石７６を回転板６の裏面に円形状に配置すると共に、４個の駆動コイル４４を台座４の上面に前記磁石７４と対向するように円形状に配置し、磁石７４と駆動コイル４４の相対的な位置に応じて駆動コイル４４に流れる電流の向きを切り替えることにより、磁石７４と駆動コイル４４間に発生する磁力の方向を切り替えて回転動力とすることにより、回転板６を高速で回転させる回転機構を採用しているため、回転板６の裏面に配置された磁石７４の間に受電コイル７６を設けるだけで、駆動コイル４４と受電コイル７６間の電磁結合を利用して駆動コイル４４に流れる正弦波電流に対応する正弦波電流を受電コイル７６側に電磁誘導で発生させ、発生した正弦波電流を回転板６側の電力として用いることができ、これにより、台座部４から回転板６側に無線で電力を送電することができる。したがって、摺動部などの機械的な部分を無くすことができ、電力伝送の耐久性及び信頼性を向上させることができると共に、雑音発生の無い電力伝送を行うことができる。

更に、伝送手段１８により駆動コイル４４に流す正弦波電流を圧縮断面画像データで変調することにより、受電コイル７６側に同様に変調された正弦波電流を発生させ、受信手段２２によりこの正弦波電流から圧縮断面画像データを抽出することにより、電力の無線送電と共に圧縮画像データの無線送信を行うことができ、無線送信の耐久性及び信頼性を向上させることができる。

また、回転板６の回転機構を構成する駆動コイル４４を回転板６の駆動用、電力伝送の送電用及び圧縮画像データの送信用に兼用で用いることができ且つ、受電コイル７６を電力受電用用及び圧縮画像データの受信用に兼用で用いることができるので、装置の部品点数を減らしてその組み立て性を良好にすることができると共に、装置の製造コストを低減させることができる。

尚、回転板６の裏面に配置される受電コイル７６は図１０に示すように四角形状でも、同様の効果があり、また、台座部４側に配置される駆動コイル４４も四角形状にしても良い。また、上記実施の形態では回転板６側に配置する磁石７４の数を４個としたが、磁石７４の数は２個、６個、８個等の偶数個であれば何個でも良く、それに応じて台座部４側に配置される駆動コイル４４の２個、６個、８個等の偶数となる。但し、回転板６側に配置するｎ個の磁石７４は回転板６のダイナミックバランスが取れるように配置されなければならない。更に、複数の磁石７４は回転板６の裏面に埋設し、その表面が回転板６の裏面と同一レベルの位置にすることにより、回転時の空気抵抗を低減させることができる。

図１１、図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る３次元画像表示装置の回転板の裏面と台座部の上面の構成を示した平面図である。但し、第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。

本実施の形態の３次元画像表示装置２も、台座部４と、台座部４の上面に回転自在に設置された円板状の回転板６と、この回転板６の直径方向に立設された１枚の四角形状の有機ＥＬパネル８とから構成され、その基本構成は第１の実施の形態と同様で、回転板６の裏面に４個の磁石７４が円周上に配置され、台座部４の上面に４個の駆動コイル４４が円周上に配置されている。しかし、回転板６の裏面には円形の受電コイル２３２がその中心に１個配置され、台座部４の上面には、円形の送電コイル２３４がその中心に１個配置されていて、回転板６の回転機構と電力伝送系が独立しているところが異なっている。特許請求の範囲の送電コイルは送電コイル２３４に相当し、送電手段は受電コイル２３２及び送電コイル２３４に相当する。

次に本実施の形態の動作について説明する。台座部４の上面の駆動コイル４４に電流の向きが高速で切り替わる交番電流を流すと、第１の実施の形態で説明したのと同じ動作原理で回転板６が高速回転し、それに伴い有機ＥＬパネル８が高速回転する。同時に、台座部４の上面の円形の送電コイル２３４に交流電流を流すと、受電コイル２３２と送電コイル２３４は近接対向配置されているため両コイルが磁気結合して、受電コイル２３２側に交流電流が誘導され、この交流電流を整流した後、ＤＣ／ＤＣレギュレータ（図示せず）を通して回転板６側で必要とする電圧の電力を供給することができる。

本実施の形態によれば、回転板６の回転機構と電力伝送系が独立しているため、駆動コイル４４は回転板６の駆動のみの機能に則して設計をすれば良いため、最適のものを使用できると共に、駆動コイル４４に流す交番電流も最適な電圧、電流及び形状のものを選択できるため、駆動効率を第１の実施の形態よりも向上させることができる。

同様に、受電コイル２３２及び送電コイル２３４は磁気結合を用いた電力送電のみの機能に則して設計をすれば良いため、最適のものを使用できると共に、送電コイル２３４に流す交流電流も最適な電圧、電流のものを選択できるため、電力伝送効率を第１の実施の形態よりも向上させることができる。

したがって、本例では台座部４から回転板６側への断面画像データの送信は赤外線を用いた光通信や近距離無線通信を用いた通信手段（請求項８の通信手段に相当する。）で行われるが、第１の実施の形態と同様に上記した電力伝送時に送電コイル２３４に流す交流電流を断面画像データで変調することにより送信しても良い。その場合は、電力伝送に適した交流電流を断面画像データで変調するだけであるため、電力伝送への影響はほとんどない。

尚、受電コイル２３２の形は図１３に示すように四角形でも良く、その場合は送電コイルも図示はしないが四角形状となり、同様の効果を得ることができる。

図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る３次元画像表示装置の外観例を示した斜視図である。但し、第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。

３次元画像表示装置２は、円形の上面を持つ台座部４と、この台座部４の上面に回転自在に設置された円板状の回転板（図示せず）と、この回転板の直径方向に垂直に立設された１枚の四角形状の有機ＥＬパネル８から構成されている。台座部４の上面の直径に対して回転板の直径が短いため、この図では回転板は見えないが、この回転板の表面の外周部に沿って複数の磁石３６２が円形状に配置されている。また、この円形状に配置された複数の磁石３６２を外側から取り囲むように台座部４の上面の外周部に沿って複数の駆動コイル３６８が配置されている。

図１５は図１４に示した３次元画像表示装置２を上から見た平面図である。回転板６の外周部に沿って複数の磁石３６２が円形状に配置され、この複数の磁石３６２を外側から取り囲むように台座部４の上面に沿って複数の駆動コイル３６８が配置されている。また、磁石３６２は隣り合う磁石の極性が反対になるように配置され、また、駆動コイル３６８を電磁石にした場合、隣り合うコイルが互いに逆極性になるようにその巻回方向が互いに逆になるようにしてある。

図１６は上記した複数の磁石３６２と複数の駆動コイル３６８を側面から見た部分側面図である。磁石３６２は回転板（図示せず）の表面に立設され、同様に駆動コイル３６８も台座部４の上面に立設され、磁石３６２と駆動コイル３６８は所定の間隙が生じるように対向配置されている。

次に本実施の形態の回転板６の回転動作について説明する。複数の磁石３６２を外側から取り巻くように配置された複数の駆動コイル３６８に電流を流すと共に、複数の駆動コイル３６８により発生される磁極が例えば左回転方向に移動するように電流の向きを切り換える。これにより、複数の磁石３６２側に複数の駆動コイル３６８間に働く斥力と引力とにより回転板６が左回転する回転力が生じ、回転板６が回転する。

一方、電力伝送は第２の実施の形態と同様に回転板６の裏面に配置された受電コイル（図示せず）と、台座部４の上面に配置された送電コイル（図示せず）により独立に行われるものとする。また、台座部４から回転板６側への断面画像データの送信は赤外線を用いた光通信や近距離無線通信を用いた通信手段で行われるが、第２の実施の形態と同様に電力伝送時に送電コイルに流す交流電流を断面画像データで変調することにより送信しても良い。

本実施の形態も第２の実施の形態と同様の効果があるが、回転機構を構成する磁石３６２と駆動コイル３６８の数が多いため、回転板６を極めて円滑に回転させることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、回転板６側に複数の磁石７４を配置し、台座部４側に複数の駆動コイル７６を配置した回転機構を設けたが、回転板６を従来のようにモータなどで回転させ、台座部４側から回転板６側に電力及び画像データを電磁結合を用いて無線伝送する構成としても良く、或いは電力を電磁結合を用いて無線伝送し、画像データは光通信や近距離無線通信などの通常の通信手段で送信しても良い。

また、上記実施の形態では有機ＥＬパネル８として片面発光のものを用いたが、１枚の有機ＥＬパネルで両面発光のものや、２枚の片面発光の有機ＥＬパネルの非発光面同士を貼り合わせて１枚の有機ＥＬパネルとして両面発光としたものを用いることにより、有機ＥＬパネル８の回転数を上記実施の形態の例えば半分にしてもちらつきのない同品質の３次元画像を表示することができ、その分、回転板６の回転機構の消費電力を低減できると共に、その設計の容易化を図ることができる。特に２枚の有機ＥＬパネルを貼り合わせて１枚のパネルとしたものでは、１枚の有機ＥＬパネルで両面発光できるタイプのように表示画像の明るさが半減することがなくなり、片面から出る光量が減ることは無いので、有機ＥＬパネルの回転数を減らしてもちらつきのない、しかも明るい３次元画像を得ることができる。

更に、上記実施の形態では、記憶素子５６を内蔵する有機ＥＬパネル８を用いて、断面画像データをＥＬ駆動用トランジスタ６０に印加するまでの配線路を短くして配線の時定数を小さくすることにより、配線が長い画面サイズの大きな有機ＥＬパネルでもそのリフレッシュレートを高速にして、３次元画像を表示できるようにしてある。しかし、有機ＥＬパネル８の画面サイズが小さい場合は配線が短いため、上記した記憶素子がない通常の構成でもリフレッシュレートを高速にすることができるので、有機ＥＬパネル８として記憶素子のない通常構成のパネルを用いても、３次元画像を表示することができ、しかも、通常構成の有機ＥＬパネル８は安価であるため、その分、装置のコストを削減することができる。

また、上記実施の形態では、自発光の有機ＥＬパネル８に回転角に同期して断面画像を表示することにより、３次元画像を表示する構成としたが、回転するスクリーンに断面画像をプロジェクタで投影する形態の３次元画像表示装置で、回転力を提供すると共に回転側に電力を供給しなければならないような装置或いは、静止側と回転体側で構成される映像表示装置で、回転力を提供すると共に静止側から回転体側に電力や画像データ等を送信する装置に対しても本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

更に、上記実施の形態では、３次元画像表示回路の台座部４側に外部通信路４０を介して制御装置１０が接続された構成であったが、３次元オブジェクト画像データの時間変化に対する差分データを入力できるものであれば、受信機や光ディスク再生装置などの各種の映像機器を接続することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る３次元画像表示装置の外観例を示した斜視図である。 図１に示した有機ＥＬパネル８に画像を表示する３次元画像表示回路の構成を示したブロック図である。 図２に示した表示部８２の回路構成を示した回路図である。 図２に示した表示部８２を構成する画素９０の回路構成を示した回路図である。 図４に示した有機ＥＬパネル８の表示部の画素９０を構成する有機ＥＬ素子６２の構造を示した断面図である。 図１に示した回転板６を回転させる回転機構を説明する斜視図及び平面図である。 図２に示した制御装置１０で球体の３次元オブジェクト画像データの時間変化に対する差分データを生成する方法を示した図である。 図２に示した制御部２０により復元した３次元オブジェクト画像データからその断面画像データを作成する方法を示した図である。 図１、図６に示した回転板６を回転させる動作を説明する図である。 図６に示した受電コイルの他の形態を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元画像表示装置の回転板の裏面の構成を示した平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元画像表示装置の台座部の上面の構成を示した平面図である。 図１１に示した受電コイルの他の形態を示した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る３次元画像表示装置の外観例を示した斜視図である。 図１４に示した３次元画像表示装置２を上から見た平面図である。 図１５に示した複数の磁石３６２と複数の駆動コイル３６８を側面から見た部分側面図である。 従来の体積走査型の３次元ディスプレイ装置の概略構造を示した図である。 図１７に示した体積走査型の３次元ディスプレイ装置により３次元画像を表示できる原理を説明する図である。 従来の体積走査型の３次元ディスプレイ装置の他の概略構造を示した図である。

符号の説明

２……３次元画像表示装置、４……台座部、６……回転板、８……有機エレクトロルミネッセンスパネル（有機ＥＬパネル）、１０……制御装置、１２、２２……受信手段、１４……圧縮部、１６、２６……メモリ、１８……伝送手段、２０、３０……制御部、２４……伸長部、２８……アングルセンサ、４０……外部通信路、４４、３６８……駆動コイル、４６……信号増幅器、４８……駆動手段、５２……ソース信号線、５４……書込スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）、５６……記憶素子（メモリ）、５８……表示スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）、６０……ＥＬ駆動用トランジスタ（ＴＦＴ）、６２……有機ＥＬ素子、６４……電源供給線、６６……光透過性カソード、６８……メタルアノード、７０…有機発光層、７２……ガラス基板、７４、３６２……磁石、７６、２３２……受電コイル、７８……軸、８２……表示部、８４……ソース信号線駆動回路、８６……書込用ゲート信号線駆動回路、８８……表示用ゲート信号線駆動回路、９０……画素、９６……保護層、９８……透明シール、２３４……送電コイル、Ｘ……書込用ゲート信号線、Ｙ……表示用ゲート信号線。

Claims (9)

1. 回転する自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、
   前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、
   前記回転体を回転自在に支持する支持体と、
   前記回転体の裏面に配置される複数の磁石と、
   前記支持体に前記複数の磁石に対向して配置される複数の駆動コイルと、
   前記複数のコイルと前記磁石の相対的な位置に応じて極性が反転する電流を前記複数のコイルに流す駆動手段と、
   を具備することを特徴とする３次元画像表示装置。
2. 前記回転体の裏面の前記複数の駆動コイルに対向する位置に複数の受電コイルを配置し、前記受電コイルと前記駆動コイルの磁気結合を利用して電力を無線で前記支持体側から前記回転体側に送電することを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
3. 前記駆動コイルに流す交番電流を画像データで変調する送信手段と、前記受電コイルに誘導された交番電流から前記画像データを抽出する受信手段とを具備することを特徴とする請求項２記載の３次元画像表示装置。
4. 前記支持体の上面に前記駆動コイルとは別に送電コイルを設け、前記送電コイルと前記受電コイルの磁気結合を利用して電力を無線で前記支持体側から前記回転体側に送電することを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
5. 前記送電コイルに流す交番電流を画像データで変調する送信手段と、前記第１の受電コイルに誘導された交番電流から前記画像データを抽出する受信手段とを具備することを特徴とする請求項４記載の３次元画像表示装置。
6. 回転する自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、
   前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、
   前記回転体を回転自在に支持する支持体と、
   前記支持体側から前記回転体側に磁気結合を利用して電力を無線で送電する送電手段と、
   を具備することを特徴とする３次元画像表示装置。
7. 前記支持体側から前記回転体側に磁気結合を利用して電力を無線で送電すると共に、無線送電される前記電力に乗せて画像データを前記支持体側から前記回転体側に無線送信する通信手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の３次元画像表示装置。
8. 回転する自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、
   前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、
   前記回転体を回転自在に支持する支持体と、
   前記支持体側から前記回転体側に無線により画像データを送信する通信手段と、
   を具備することを特徴とする３次元画像表示装置。
9. 前記２次元表示パネルは有機エレクトロルミネッセンスパネルであることを特徴とする請求項１、６または８項記載の３次元画像表示装置。
   

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