JP2005295325A

JP2005295325A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2005295325A
Application number: JP2004109216A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yamazaki; 克則山崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】従来よりも高い立体感や臨場感を有する画像を形成することのできる画像表示
装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置１００は、画像を表示する表示面１１０Ｇ，１１０
Ｈを表裏にそれぞれ有する表示体１１０と、該表示体１１０を回転させる回転駆動手段１
２０とを有する画像表示装置において、前記表示体１１０は、前記表示体から離間した回
転軸線１１０Ｘの周りに、一方の前記表示面１１０Ｇが前記回転軸線１１０Ｘに対向し、
他方の前記表示面１１０Ｈが前記回転軸線１１０Ｘとは反対側に向いた姿勢で、回転可能
に構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は画像表示装置に係り、特に、表示面を備えた表示体を回転させた状態で画像を
観察し得るように構成された画像表示装置の構造に関する。

従来から、表示面を高速に自転させた状態で、表示面の回転角に応じて映像を切り換え
ることにより、視覚の残存効果を利用して画像を表示するように構成された回転ディスプ
レイシステムが知られている（例えば、以下の非特許文献１参照）。

この回転ディスプレイシステムでは、図６に示すように、撮影系２０において、対象物
を周囲に配置された４台の小型カメラ２１によって撮影し、その撮影画像を画像合成器２
２によって合成した後に制御用ＰＣ３０に送り、所定の画像処理を行う。その後、この画
像処理された合成画像を基に、複数の表示方位に応じた複数の表示画像を形成し、これら
の各表示画像を図７に示す画像表示装置１０に順次送出し、支持台１２上において自転軸
１１Ｘの周りを高速に自転する表示体１１の自転角度に応じてその表示面１１Ｇ上に表示
画像を表示するようになっている。

一方、画像投影装置及びスクリーンを高速に体積走査しながら、画像投影装置からスク
リーンに対象物の断面画像を順次投影することにより、視覚の残存効果を利用して立体画
像を表示するように構成された立体画像表示装置も知られている（例えば、以下の特許文
献１参照）。
前田寛幸、他３名、「実空間ビデオアバタのための全周ディスプレイシステムの試作と評価」日本バーチャルリアリティ学会第８回大会論文集ｐ．１１５−１１８（２００３年９月）特開２００１−１９７５２４号公報

ところで、上記の回転ディスプレイシステムにおいては表示面やスクリーンを自転させ
ながら表示を行っているが、その自転軸は表示体やスクリーンとほぼ重なった位置に設定
されていることにより、画像の中心すなわち自転軸と、観察者との間の距離が変化しない
ため、視認される画像が立体感や臨場感に乏しいものになるという問題があった。

一方、上記の画像投影装置及びスクリーンを用いた立体画像表示装置では、スクリーン
を体積走査することにより立体画像を表示するように構成したものであるが、図５に示す
画像表示装置１０と同様にスクリーンを自転させた場合には、上記と同様に画像の中心、
すなわち自転軸と、観察者との距離が変化しないため、通常の画像を投影しただけでは立
体感や臨場感のある画像を視認することができない。また、対象物の断面画像をスクリー
ンの体積走査の態様（例えば回転角度）に応じて複雑に加工して投影しなければならない
ため、投影画像の処理が複雑になるという問題点がある。また、このような断面画像を投
影する方法では、視認される画像が対象物の透視画像となるので、画像の明瞭性を高める
ことが難しいという問題点がある。

そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、従来よりも高い立体感
や臨場感を有する画像を形成することのできる画像表示装置を提供することにある。また
、他の目的は、従来よりも簡単な画像処理で足り、しかも、従来よりも明瞭な立体的画像
を表示できる画像表示装置を提供することにある。

本発明の画像表示装置は、画像を表示する表示面を表裏にそれぞれ有する表示体と、該
表示体を回転させる回転駆動手段とを有する画像表示装置において、前記表示体は、前記
表示体から離間した回転軸線の周りに、一方の前記表示面が前記回転軸線に対向し、他方
の前記表示面が前記回転軸線とは反対側に向いた姿勢で、回転可能に構成されていること
を特徴とする。

この発明によれば、表示体が回転軸線の周りを回転すると、一方の表示面が回転軸線に
対向した状態で回転し、他方の表示面が回転軸線とは反対側を向いた状態で回転すること
となるので、回転軸線の周りの所定方位から表示面を観察した場合、一方の表示面が回転
軸線の背後に配置されたタイミングと、他方の表示面が回転軸線の手前に配置されたタイ
ミングとにおいてそれぞれの表示面に表示画像が形成されれば、観察者は、視線方向の前
後の異なる距離に表示された表示画像が重なることにより構成される、立体感や臨場感の
ある画像を視認できることになる。また、表裏の表示面が回転軸線及びその反対側を向い
た姿勢で回転するだけであるので、表示面上に形成すべき表示画像を形成するために複雑
な画像処理が不要であり、また、表示面に対する視線角度を大きく確保することが可能に
なるので、画像を明瞭に表示することが可能になる。

本発明において、前記表示面は、前記回転軸線を中心とする３次元回転体の外表面に沿
った湾曲面形状を有することが好ましい。これによれば、表示面が回転軸線を中心として
回転したとき、観察者から見た所定方向にある表示面の部分の視線方向の位置や面形状が
ほとんど変化しないので、観察者から見た表示画像の位置が変化しないように、表示面に
対して回転軸線周りの回転方向とは逆方向に表示画像を移動させる態様で表示を行った場
合、表示面上に画像が表示される時間を長く構成することが可能になるので、観察者の視
認する画像の明るさや明瞭性を高めることができる。また、スクリーン面として構成され
た表示面に対して画像投影装置から所定の画像を投影する場合には、予め表示面の湾曲面
形状に合致した画像投影を行うことにより、表示体が回転していく過程で表示面の投影範
囲におけるスクリーンの面方位がほとんど変化しないので、投影画像に台形歪が発生する
ことを防止できることから、観察者の視認する画像がぼけることを防止でき、また、上記
と同様に画像投影の時間を長くすることにより、画像の明るさや明瞭性を高めることがで
きる。

ここで、上記の３次元回転体とは、回転軸線を中心に所定の断面形状を回転させたとき
に、当該断面形状が通過する空間部分により構成される立体形状を言う。上記の表示面は
、上記の３次元回転体の外表面に沿った形状であれば如何なる形状であってもよいが、例
えば、前記回転軸線を中心とした円筒面、前記回転軸線上の所定位置を中心とした球面、
前記回転軸線を中心とする樽状面（トーリック面）などが挙げられる。これらの中でも、
上記表示面が回転軸線を中心とする円筒面形状を有する場合には、回転軸線を中心とする
半径方向にのみ表示面が湾曲しているため、表示面上に表示すべき表示画像を形成するた
めの画像処理も容易になり、また、表示体にその表示面を形成することが製造上容易にで
きるようになり、さらに、表示の視認性も良好であるなどという利点が得られる。

本発明において、前記表示面は投影画像を表示可能なスクリーン面であり、前記表示面
に対して画像を投影する画像投影手段をさらに有することが好ましい。これによれば、表
示面をスクリーン面とすることで、表示体を簡易に構成できる。この場合、画像投影手段
は、表示体とともに回転するように構成してもよく、また、回転軸線に対して所定位置に
固定されていてもよい。さらに、画像投影手段がスクリーン面の観察者側にある構成（フ
ロント・プロジェクション方式）であってもよく、また、画像投影手段がスクリーン面の
観察者とは反対側にある構成（リア・プロジェクション方式）であってもよい。さらにま
た、画像投影手段は、前記表示体の周囲の異なる角度位置に複数設けられていてもよい。

本発明において、前記画像投影手段は、前記回転軸線を中心とする画像投影領域を有す
ることが好ましい。これによれば、表示面のより広い範囲に対して画像を投影することが
でき、また、表示面に対してより長い間画像を投影することができるため、観察者の視認
する画像の面積を大きくし、或いは、画像の明るさやコントラストを高めることができる
。

本発明において、前記表示面には、前記回転軸線より観察者側にあるときには近景画像
が表示され、前記回転軸線の観察者とは反対側にあるときには遠景画像が表示されること
が好ましい。これによれば、観察者は、視覚の残存効果によって近景画像と遠景画像とを
重ね合わせた状態で視ることになるが、このとき、近景画像は近い場所にて表示され、遠
景画像は遠い場所にて表示されるため、立体感や臨場感のある画像を視認することができ
る。

次に、添付図面を参照して本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。

[第１実施形態]
図１は本発明に係る第１実施形態の画像表示装置１００の全体構成を示す概略斜視図、
図２は、画像表示装置１００の概略平面図である。この画像表示装置１００は、表示体１
１０と、この表示体１１０を支持する支持台１２０と、画像投影手段１３０とを有する。

表示体１１０は板状体であり、その表裏両面に、スクリーンとして機能する表示面１１
０Ｇ，１１０Ｈがそれぞれ設けられている。表示体１１０は支軸１１４を介して支持台１
２０の回転板１２１に接続固定されている。

支持台１２０においては、回転板１２１が回転中心１２１Ｘを中心に回転可能に構成さ
れ、支持台１２０内に配置された図示しない回転駆動手段（電動モータや輪列など）によ
って回転駆動されるように構成されている。したがって、回転板１２１が回転すると、表
示体１１０は回転軸線１１０Ｘの周りを回転するようになっている。

具体的には、表示体１１０は、断面円弧状に湾曲した板状体であり、図２に示すように
、凹状に湾曲した表示面１１０Ｇと、凸状に湾曲した表示面１１０Ｈとを有する。表示面
１１０Ｇと１１０Ｈは、回転軸線１１０Ｘを中心とした円筒面として構成されている。一
方の表示面１１０Ｇは内側に向き、回転軸線１１０Ｘに対向している。また、他方の表示
面１１０Ｈは外側に向き、回転軸線１１０Ｘとは反対側に向いている。

画像投影手段１３０は、液晶プロジェクタや映写機などで構成される。画像投影手段１
３０は適宜の画像を上記の表示面１１０Ｇ，１１０Ｈに画像を投影するように構成されて
いる。具体的には、この画像投影手段１３０は、回転軸線１１０Ｘを含む領域に画像を投
影するように構成されている。この実施形態において、画像投影手段１３０の画像投影部
（画像を外部へ投射する部分）１３０Ｐから投影される画像は、表示面１１０Ｇ，１１０
Ｈに直接投影され、観察者はその投影された画像を所定方位から視認できるように構成さ
れている。この場合、画像投影手段１３０の画像投影部１３０Ｐは表示面１１０Ｇ，１１
０Ｈの観察者側に配置され、いわゆるフロント・プロジェクション方式によって表示面１
１０Ｇ，１１０Ｈに表示画像を投影するように構成されている。

本実施形態においては、図２に示すように、表示面１１０Ｇ，１１０Ｈが回転軸線１１
０Ｘの周りを回転する方向に沿って湾曲しているので、画像投影手段１３０によって投影
された投影画像は、その湾曲面上に投影されたときに、たとえば観察者Ｘにとって正常な
（投影歪のない）画像として認識される態様で投影される。

また、画像投影手段１３０は、表示体１１０が回転軸線１１０Ｘを中心に回転するとき
、図２に実線で示すように、表示面１１０Ｇに画像を投影するタイミングと、表示面１１
０Ｈに画像を投影するタイミングとが生ずる。ここで、本実施形態の場合、画像投影手段
１３０は回転軸線１１０Ｘから見て表示体１１０の回転軌道の外側に配置されるので、表
示面１１０Ｇに対しては、画像投影部１３０Ｐから見て回転軸線１１０Ｘの背後に配置さ
れる時点で画像が投影され、表示面１１０Ｈに対しては、画像投影部１３０Ｐから見て回
転軸線１１０Ｘの手前に配置される時点で画像が投影される。

図３は、上記実施形態の画像表示装置１００を動作させ、表示体１１０を回転させたと
きの画像表示状態を示す概略斜視図である。ここで、図３（ａ）は表示面１１０Ｇに画像
が投影されている状態を示し、図３（ｂ）は表示面１１０Ｈに画像が投影されている状態
を示す。表示体１１０が回転軸線１１０Ｘの周りに回転するとき、画像投影手段１３０の
側に観察者がいるとすれば、表示面１１０Ｇは観察者に対して遠く離れた位置にて画像を
表示し、表示面１１０Ｈはそれよりも観察者に近い位置にて画像を表示することになる。
そして、観察者は表示面１１０Ｇ上に表示された画像と、表示面１１０Ｈ上に表示された
画像とを交互に繰り返し視認することになる。

本実施形態の画像表示装置１００においては、表示体１１０が回転することによって観
察者の視線方向の前後に配置される表示面１１０Ｇと１１０Ｈによって画像が交互に表示
されることから、例えば、表示面１１０Ｇ上に遠景画像を表示させ、表示面１１０Ｈ上に
近景画像を表示させることにより、観察者は、視覚の残存効果によって両画像が重ねあわ
された状態の画像を視認することになる。これによって、観察者は立体感や臨場感のある
画像を視認できることになる。

また、本実施形態においては、表示面１１０Ｇと１１０Ｈが回転軸線１１０Ｘを中心と
する円筒面であることにより、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、表示体１１０が図示
一点鎖線で示す角度位置から図示実線で示す角度位置に回転する期間においては、画像投
影手段１３０から投影される表示面上の投影画面の面形状が変化せず、その結果、上記期
間内においては同一の画像を投影し続けても台形歪が生ずることはない。したがって、表
示面１１０Ｇ，１１０Ｈに対して画像を投影し続ける時間を長くしても観察者の視認する
画像が劣化することはないので、従来に比べて画像の投影時間を長くすることができるこ
とから、より明るく、コントラストの高い画像を形成し得るようになる。

なお、画像表示装置１００においては、表示体１１０の周囲に画像投影手段１３０が１
つだけ配置されているが、回転軸線１１０Ｘの周りの異なる角度位置に複数の画像投影手
段を配置してもよい。この場合には、それぞれの画像投影手段によって投影された画像を
異なる角度位置においてそれぞれ視認できるようになる。

また、このように複数の画像投影手段を配置する場合においては、異なる画像投影手段
によってそれぞれ投影される画像が重なり合って視認されてしまうといったことを防止す
るために、表示面１１０Ｇ，１１０Ｈ上に形成される表示画像の視認角度を制限すること
が好ましい。例えば、表示面１１０Ｇ，１１０Ｈ上に視認角度を制限するための光学フィ
ルタを配置したり、或いは、表示面１１０Ｇ，１１０Ｈを再帰反射性スクリーンによって
構成したりすることができる。再帰反射性スクリーンは、例えば、多数の透明な微細な球
体や円柱体などを反射素材の表面に埋設したものなどが挙げられる。

[第２実施形態]
次に、図４を参照して、本発明に係る第２実施形態の画像表示装置２００について説明
する。図４（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の画像表示装置２００の動作状態を示す概略
斜視図である。この実施形態において、第１実施形態と同一部分については同一符号を付
して、その説明は省略する。この画像表示装置２００には、上記第１実施形態の表示体１
１０の代わりに、背面に投影された画像を表面上に表示できるスクリーン構造を有する表
示体２１０が設けられている。この表示体２１０は、表示面２１０Ｇに画像を投影すると
、その投影画像が表示面２１０Ｈ上に表示され、表示面２１０Ｈに画像を投影すると、そ
の投影画像が表示面２１０Ｇ上に表示されるようになっている。なお、表示体２１０及び
その表示面２１０Ｇ，２１０Ｈは、上記第１実施形態の表示体１１０及び表示面２１０Ｇ
、２１０Ｈと同様の形状を備えている。

本実施形態では、表示面２１０Ｇ，２１０Ｈに対して画像投影手段２３０とは反対側か
ら投影画像を視認できるように構成され、いわゆるリア・プロジェクション方式（背面投
射方式）の画像表示装置となっている。このような表示体２１０としては、例えば、公知
のレンチキュラーレンズスクリーンと拡散フィルタを組み合わせたものなどを用いること
ができる。

この第２実施形態においては、表示体２１０に対して画像投影手段２３０とは反対側に
いる観察者に画像を視認させることができる。この実施形態でも、第１実施形態と同様に
、図４（ａ）に示す表示面２１０Ｇ上に表示された画像と、図４（ｂ）に示す表示面２１
０Ｈ上に表示された画像とを重ね合わせた合成画像が形成される。この場合、作用効果は
第１実施形態と全く同様である。また、この実施形態では、観察者側に画像投影手段２３
０を配置する必要がないので、画像投影手段２３０が観察者の邪魔にならないとともに、
観察者が投影している画像に干渉して投影画像に影ができるなどといったことも回避でき
る。

なお、この第２実施形態においても、表示体２１０の周囲の異なる角度位置に複数の画
像投影手段を配置することができる。また、隣接する画像が重なり合って視認されてしま
うことを防止するために、上記第１実施形態と同様に表示体２１０の視認角度を狭めるこ
とが好ましい。

［第３実施形態］
次に、図５を参照して本発明に係る第３実施形態について説明する。この実施形態では
、表示体３１０、表示面３１０Ｇ，３１０Ｈ、支持台３２０及び回転板３２１は基本的に
上記各実施形態と同様の機能を有するが、表示体３１０に設けられる表示面３１０Ｇ，３
１０Ｈが投影スクリーンではなく、それ自体で表示画像を形成可能な表示装置によって構
成される表示画面となっている点で上記実施形態とは異なる。この場合、表示体３１０の
内部には電気光学表示装置が内蔵され、表示面３１０Ｇ，３１０Ｈにそれぞれ独立した画
像を表示できるように構成されている。このような表示体３１０の具体的構造としては２
つの電気光学表示装置を背中合わせに配置した構造などが挙げられる。

上記の電気光学表示装置は薄型ディスプレイが望ましい。具体的には、液晶表示装置（
ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、プラズマディスプレイ表示装置（ＰＤＰ：Plasma D
isplay Panel）、エレクトロルミネッセンス表示装置（Electroluminescence）、有機エ
レクトロルミネッセンス表示装置（Organic Electroluminescence）、電気泳動ディスプ
レイ表示装置、電子放出素子を用いた表示装置（Field Emission Display 及び Surface-
Conduction Electron-Emitter Display等）などの各種の表示装置を用いることができる
。

この実施形態でも、表示体３１０の表示面３１０Ｇ，３１０Ｈにそれぞれ画像を表示す
ることで、上記各実施形態と同様の重ね合わせられた複合画像を形成することができ、立
体感や臨場感を高めることができる。また、この実施形態では、表示体３１０のみで表示
画像を形成できるので、画像投影装置が不要になり、コンパクトに構成できる。さらに、
図示例とは異なり、表示体３１０の表示面３１０Ｇ，３１０Ｈが平面状に構成された場合
でも、画像投影を用いていないので、台形歪は発生しない。

尚、本発明に係る画像表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上
記実施形態においては、表示体に設けられる表示面は、それぞれ回転軸線を中心とした円
筒面状に構成されているが、円筒面以外であっても、所定の断面形状を回転軸線の周りに
回転させてなる３次元回転体の外表面に沿った湾曲面形状とすることができる。例えば、
回転軸線を中心とした球の表面の一部分や樽状体の側面の一部分（トーリック面）などの
各種の湾曲面形状とすることができる。

また、本発明に係る表示面は、上記の３次元回転体の外表面に沿った湾曲形状に限らず
、平坦面であってもよい。この場合に、第１実施形態や第２実施形態のように投影画像手
段によって画像を表示面上に投影すると、台形歪が生ずることが考えられるが、画像投影
時間を短くしたり、或いは、時間とともに表示面の角度が投影方向に対して傾斜するのに
合わせて、画像の投影態様を変化させたりすることによって、台形歪の発生を抑制し、支
障なく画像を視認できるように構成できる。

本発明に係る第１実施形態の画像表示装置の概略斜視図。第１実施形態の画像表示装置を概略平面図。第１実施形態の画像表示装置の動作状態を示す概略斜視図（ａ）及び（ｂ）。第２実施形態の画像表示装置の動作状態を示す概略斜視図（ａ）及び（ｂ）。第３実施形態の画像表示装置の概略斜視図。従来の画像表示装置に対する画像供給システムの構成を示す説明図。従来の画像表示装置の例を示す前方斜視図。

符号の説明

１００、２００、３００…画像表示装置、１１０…表示体、１１０Ｇ，１１０Ｈ…表示面
、１２０…画像投影手段、１１０Ｘ…回転軸線、１１４…支軸、１２０…支持台、１２１
…回転板

Claims

画像を表示する表示面を表裏にそれぞれ有する表示体と、該表示体を回転させる回転駆
動手段とを有する画像表示装置において、
前記表示体は、前記表示体から離間した回転軸線の周りに、一方の前記表示面が前記回
転軸線に対向し、他方の前記表示面が前記回転軸線とは反対側に向いた姿勢で、回転可能
に構成されていることを特徴とする画像表示装置。
前記表示面は、前記回転軸線を中心とする３次元回転体の外表面に沿った湾曲面形状を
有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記表示面は、前記回転軸線を中心とする円筒面形状を有することを特徴とする請求項
２に記載の画像表示装置。
前記表示面は投影画像を表示可能なスクリーン面であり、前記表示面に対して画像を投
影する画像投影手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記画像投影手段は、前記回転軸線を中心とする画像投影領域を有することを特徴とす
る請求項４に記載の画像表示装置。
前記表示面には、前記回転軸線より観察者側にあるときには近景画像が表示され、前記
回転軸線の観察者とは反対側にあるときには遠景画像が表示されることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれか一項に記載の画像表示装置。