JP2006030753A - 三次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察光のない場所での表示の観察を可能とし、薄くて軽量で大きさの選定が自由な表示を実現することが可能な三次元画像表示装置を提供する。
【解決手段】二次元画像表示装置１９は、透明支持基板９及び透明アノード電極板１０及び正孔輸送層１１、パターニングして塗布された緑色発光層１２、青色発光層１３、赤色発光層１４からなる自発光層１５及び電子注入層１６とカソード電極板１７で構成される。ここでは、透明アノード電極板１０とカソード電極板１７がそれぞれ画素毎に対向電極として設けられているのではなく、共に二次元平面電極となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、アミューズメント分野、エンターテインメント分野、情報分野、マルチメディア分野、コミュニケーション分野、ディスプレイ分野、医療分野、芸術分野、教育分野、設計支援分野、シミュレーション分野、セキュリティ分野等で使われる三次元画像表示装置に関する。

従来から、三次元画像を表示する様々な技術が開発されてきた。これらの三次元画像を表示する方法は大別すると、二次元画像の投影像を空間に焦点を合わせたレンズを通して三次元画像と錯覚させる空間像投影方式等に代表されるような錯覚を利用する方法と、両眼視差を活用し、二次元画像の集積物を眼鏡や裸眼で三次元画像を表示する方法と、物体から発せられた光の情報を干渉縞として記録し、これに再生光をあて三次元画像を再現するホログラム方式に代表される真の三次元画像表示方法の３つの方法に分けられる。

この内、両眼視差を活用する方法については、右目と左目それぞれ違うレンズを通して視差のある２枚の画像を見るステレオスコープ、赤と青の色違いの両眼視差画像を赤青メガネを通して画像を見るアナグリフ方式、右目用の画像と左目用の画像にそれぞれ直交する偏光板を装着し、同様に右目側と左目側に直交する偏光板を装着した眼鏡でみる偏光眼鏡方式等の眼鏡を用いる方法と、両眼視差を含んだ２枚の絵を右目で右の画像、左目で左の画像を見る平行法、短冊状に配置した左右の絵をスリットを通して見るパララックスバリア方式、バリアの代わりに縦長の蒲鉾型レンズを配置したレンチキュラレンズ方式等の裸眼で見る方法に分けられる。

また、真の三次元画像方法といわれるホログラム方式では、ビームスプリッタ等で２つに分けられたレーザー光の一方を直接物体に当て反射した光（物体光）ともう一方の直接光（参照光）を記録材料に当て、２つの光が干渉して起きた干渉縞を記録し、この記録材料に再生照明光を当てると、干渉縞で回折が起こり元の物体の三次元画像が表示できる。この場合、水平方向及び垂直方向の視差を持つ三次元画像が表示できるが、再生の際にレーザー光で照明しなければはっきりした三次元画像の表示ができない。

再生照明光として白色光を用いて三次元画像を表示する方法としては、物体光と参照光を記録材料の表裏から対向するように当て、同様に干渉縞を記録するリップマンホログラム方式があるが、この場合、記録に用いたレーザー光が１色の場合、モノクロームの三次元画像となるため、自然な色での表示には、赤、緑、青の３色のレーザー光が必要となる。

また同様に白色光で三次元画像を表示する方法として、リップマンホログラム方式等で作られたマスターホログラムに水平方向のスリットを設け、再度、別の記録材料に記録するレインボウホログラム方式がある。レインボウホログラム方式では、白色光を用いて元の物体の色を表示できるが、水平方向の三次元画像の表示となり垂直方向での三次元画像の表示が犠牲となる。

また、前述の各ホログラム方式は、全てレーザー光による記録が必要であり、レーザー光を照射しても問題のない対象物に制限される。

これを改善する方法としてホログラフィックステレオグラム方式がある。この方式では、複数の異なる視点から見た二次元画像を原画として用い、それぞれの原画を一駒一駒投
影レンズと円筒形レンズにより縦に細長く引き伸ばし、適切な位置に置かれた縦長のスリットを通し透過光となるレーザー光と、参照光となるレーザー光により干渉縞を記録材料に記録する。原画は、コンピュータグラフィック作成されたものであっても良い。この方式で作成されたホログラムをマスターホログラムとし、リップマンホログラム方式やレインボウホログラム方式と組み合わせることにより、白色光での三次元画像の表示ができる。ホログラフィックステレオグラム方式とレインボウホログラム方式を組み合わせた方式では様々な題材の三次元画像を選択することができ、また画像の元になる干渉縞は、印刷により大量に複製できることから、クレジットカードや紙幣の偽造防止やステッカー等に活用範囲は広がっている。しかし、ホログラム方式の場合、マスターホログラムの作成には、レーザー光が必要であり、製作設備が大掛かりとなり、また、マスターホログラムとなる記録材料として非常に高い解像力を持つ感光材料を必要とすることから、あまり大きなサイズの表示ができない等の問題があり、活用の範囲に限りがある。

これに対し、前述の両眼視差を利用した三次元画像の表示方法であるパララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式に於いては、左目と右目の間隔を基に左目用の画像と右目用の画像を普通の紙に印刷し、その表面の適宜な位置にバリアやレンズを配置することで三次元画像の表示が可能であるため、製作設備も簡単で大きさの制限はなく、バリアやレンズに薄くて軽い材料を採用することで、様々な形態をとることが可能であり、最近ではポスターやプロモーション用シートや写真展等で活用されている。

しかしながら、上述のどちらの方式においても、三次元画像を表示するための再生光や三次元画像の表示を観察するための観察光が必要であり、再生光や観察光のない場所での表示の観察はできない。

こういう状況の中で、最近では、発達してきた液晶技術やコンピュータ技術等を活用する方法が台頭してきた。水平方向の異なる視点からの多数の視差画像又は／及び垂直方向の異なる視点からの多数の視差画像を二次元平面に並べ、画像の数だけ表示装置を配列し、それを大口径レンズや大口径凹面鏡で結像させる多眼式や各視差画像を画素に分解し、同じ象限の画素を再配列して１つの要素画像とし、この要素画像の表示装置を複数個並べ、それぞれの要素画像表示装置に対応したピンホールやマイクロレンズ等を用いて結像させる多重化多眼方式や、多重化の場合と同様の要素画像を微小カメラやピンホールアレイやマイクロ凸レンズアレイ等を通して直接撮影されたあるいはコンピュータグラフィックスで作成した当該再配列要素画像をそのままピンホールアレイやマイクロ凸レンズアレイを用いて結像させるインテグラルフォトグラフィ方式などがある。その一例として、（特許文献１）に開示がある。

この各多眼方式やインテグラルフォトグラフィ方式では、複雑な計算を要する反面、自然な三次元画像の表示に近く動画への応用も可能なことから表示装置として液晶パネルが採用されることが多い。この液晶パネルを使うためには、表示の観察を行うためにはバックライトが必要であるが、反面、表示装置自身が観察光を持つという利点がある。しかし、液晶パネルでは画素単位での制御が必要であり、電極のマトリックス状の配置等液晶パネルの駆動回路が複雑となり、大型にすることは困難であり、その形態に制限が生じる。
国際公開第００／５９２３５号パンフレット

これらの三次元画像情報の表示方法に於いて課題をまとめると、表示自身の観察のためには、再生光や観察光が必要で、これらの光がない場所では、三次元画像の表示を観察できず、その用途に制限が生じる。また、バックライト等自ら観察光を持つ方法においては、現状では、自由に大きさを選定できず、その用途が制限される。三次元画像の表示の用
途を拡大していくためには、三次元画像の表示を観察するための観察光を自ら保有し、いかなる大きさも選定でき、尚且つ、薄くて軽量な表示方法が必要となる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、観察光のない場所での表示の観察を可能とし、薄くて軽量で大きさの選定が自由な表示を実現することが可能な三次元画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、異なる色の光を発光する自発光材料からなる複数の自発光層を、平面状の対向電極で挟んで形成された二次元画像表示装置の前面にマイクロ凸レンズアレイを設置して三次元画像を表示することを特徴とする三次元画像表示装置である。

三次元画像の表示の基となる二次元画像を、自発光材料を塗布方式で描画することにより、大きさの制限もなく、また二次元画像表示装置を構成する各材料やマイクロ凸レンズアレイ等をそれぞれ屈曲性のよい材料を選択し、それぞれを薄膜で構成する事により、場所の制限もなく、再生光や観察光のない様々な場所での三次元画像の表示が可能となり、三次元画像の表示の用途を拡大していくという効果がある。

本発明の請求項１の発明は、異なる色の光を発光する自発光材料からなる複数の自発光層を、平面状の対向電極で挟んで形成された二次元画像表示装置の前面にマイクロ凸レンズアレイを設置して三次元画像を表示することを特徴とする三次元画像表示装置である。

三次元画像の表示の観察を可能とする透過光または反射光の外光を不要とし、三次元画像情報の表示のための観察光を自ら備える手段として、三次元画像情報の表示の基となる二次元表示において自発光材料を画像情報に基づき描画することで、観察光のない場所での表示の観察を可能とした。また、自発光材料による描画であるため、表示のための複雑な駆動回路は不要であり、薄くて軽量で大きさの選定が自由な表示方法が実現でき、様々な用途での活用が可能となる。

本発明の請求項２の発明は、自発光層と対向電極とが屈曲性のある材料で形成されていることを特徴とする。

自発光材料とその駆動材料等の関連する材料として屈曲性のある材料を選定することにより、薄型でフレキシブルな三次元画像表示装置を実現することができる。

本発明の請求項３の発明は、二次元画像表示装置は、外部電源と接続されていることを特徴とする。

太陽電池を含む外部電源と接続されていることにより、三次元画像の表示を屋内、屋外を問わず実現することができる。

本発明の請求項４の発明は、二次元画像表示装置は、内蔵電源または蓄電手段の少なくともいずれか一方を有していることを特徴とする。

太陽電池を含む内蔵電源または蓄電手段の少なくともいずれか一方を有していることにより、三次元画像の表示を屋内、屋外を問わず実現することができる。

本発明の請求項５の発明は、三次元画像の表示を人の検知により行う手段を持つことを特徴とする。

三次元画像の表示を人の検知により行う手段としては、焦電センサーやＲＦ−ＩＤタグを読み取る装置等があり、人等が接近した際に自動的に三次元画像を表示することができ、必要な時に表示されて注意を促すような用途への応用を行うことが可能となる。

本発明の請求項６の発明は、三次元画像の表示の基となる二次元画像表示部と共に機械による読み取りが可能な手段を合わせ持つことを特徴とする。

機械による読み取りを可能とする手段として、磁気材料等のパターニング形成があり、機械等での読み取りを可能とすることにより、三次元画像表示の目視及び磁気的なパターンの機械による読み取り等の双方による偽造チェックが実現でき、高度なセキュリティを要するものへの応用を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。

図１は、インテグラルフォトグラフィ方式の原理図である。また、図２は、本発明の二次元画像表示装置の原理図である。また、図３は本発明の二次元画像表示装置を用いたインテグラルフォトグラフィ方式の構成図である。

インテグラルフォトグラフィ方式はＭ． Ｇ． Ｌｉｐｍａｎｎによって１９０８年に提案された。Ｍ． Ｇ． Ｌｉｐｍａｎｎによるインテグラルフォトグラフィ方式は、ハエの目状の凸レンズアレイを用いて、ハエの目状の凸レンズアレイの焦点位置にフィルムを置き、そのフィルムの表面にハエの目状の凸レンズ毎の要素画像を記録し、このフィルムに記録させたハエの目状の凸レンズ毎の要素画像を撮影時と同じハエの目状の凸レンズアレイを用いて結像する事により、三次元画像を表示するというものであった。

但し、この場合は、レンズの径も大きく、画像も粗いものであったが、現在の代表的なインテグラルフォトグラフィ方式を、図１を用いて説明する。図１において、撮影対象物１から出た光は、各要素画像３を撮影する微小カメラ２に入射する。各微小カメラ２では、各要素画像３を撮影記録する。記録された各要素画像３がそのまま配列されて、二次元画像４が構成される。この二次元画像４の各要素画像３から出た光はそれぞれに対応したマイクロ凸レンズ５を通して結像点８に結像される。同様の手順で、二次元画像４にマイクロ凸レンズアレイ６を適切に配置することにより、各要素画像３の各光は結像点８に結像される。さらに、結像点８からの光が観察者の目７に入る事により、三次元画像が観察できる。実際には、各微小カメラ２で記録した各要素画像３を２次元画像４に配列する際に、虚像を消すための補正が必要となるが、ここではその方法の記述は省略する。

図１では、微小カメラ２で記録された要素画像３を基に説明したが、コンピュータグラフィックスを用いて、各要素画像３を作成し、二次元画像４を作成してもよい。但し、この場合は、前述の補正が含まれた二次元画像４を作成する必要がある。

次に、図２で本発明の自発光材料を描画した二次元画像表示装置１９の原理を説明する。発光の原理そのものは、例えば、（特許第２５９７３７７号公報）に示されるような自発光材料の発光の原理と同じであるが、フルカラー化を実現する方法として一般に多用される各色（緑、青、赤）をパターニングして塗布し、それぞれの色の画素毎に対応した発光のために必要な対向電極をマトリックス状に配列する方法とは異なり、本発明では、平面電極を対向させ、その間に自発光材料の各色（緑、青、赤）を適切な面積で描画する点を特徴とする。対向電極をマトリックス状に配列せずに、平面電極を対向させる構成とし
たことによって、画像毎の複雑な発光制御が不要となるため、非常に安価で作製が容易な装置を実現できるという利点がある。

図２に於いて、二次元画像表示装置１９は、透明支持基板９及び透明アノード電極板１０及び正孔輸送層１１、パターニングして塗布された緑色発光層１２、青色発光層１３、赤色発光層１４からなる自発光層１５及び電子注入層１６とカソード電極板１７で構成される。自発光層１５の塗布方法や全体の構成は、（特開平１０−１５３９６７号公報）や、（特開２００３−７７３０２号公報）等で示されているが、ここで異なる点は、透明アノード電極板１０とカソード電極板１７がそれぞれ画素毎に対向電極として設けられているのではなく、共に二次元平面電極となっている点である。

カラー化への対応は、緑色発光層１２、青色発光層１３、赤色発光層１４それぞれの塗布面積を色度図の色度座標に基付く数値比に合わせて決めることにより実現する。このようにして作成された二次元画像表示装置１９は、透明アノード電極板１０とカソード電極板１７に接続された電源１８を通電することにより、カラー画像そのものが自発光する二次元表示装置１９となる。ここで、電源１８は、家庭にあるコンセントからの電源でもよいし、太陽電池を始めとする蓄電池あるいは、マイクロウェーブを用いた無線蓄電装置でもよい。

図３は、図２で説明した二次元画像表示装置１９の前面にマイクロ凸レンズアレイ６を設置したものであり、これにより図１で説明したインテグラルフォトグラフィ方式による二次元画像を基にした三次元画像の表示を再生光や観察光のない様々な場所でも観察できる。また、本発明は、自発光する二次元画像表示装置１９に描画する二次元画像を様々な形態にすることにより、他の三次元画像表示方法に於いても同様に、二次元画像を基にした三次元画像の表示を再生光や観察光のない様々な場所でも観察できる。

また、二次元画像表示装置１９に適切なパターンで各画素を描画することによりバックライトとしても活用することができ、この場合は、通常の方法で印刷された二次元画像フィルム２０を二次元画像表示装置１９とマイクロ凸レンズアレイ６の間に挟むことによっても、図１で説明したようなインテグラルフォトグラフィ方式等による二次元画像を基にした三次元画像を再生光や観察光のない所でも表示できる。以上の様な方法を用いることにより、安価で作成が容易な三次元画像表示方法が実現できる。

また、二次元画像表示装置１９を構成する透明支持基板９、透明アノード電極板１０、カソード電極板１７及び二次元画像フィルム２０、マイクロ凸レンズアレイ６をそれぞれ屈曲性のよい材料を選択し、それぞれを薄膜で構成する事により、前述の塗布方式と相まって、三次元画像の表示を観察するための観察光を自ら保有し、いかなる大きさも選定でき、尚且つ、薄くて軽量な表示方法が実現でき、道路標識、案内図、看板、プロモーション用ポスター、ポートレート、部屋の壁紙、ステンドグラス、シャンデリア、趣味の置物等現在は、二次元画像や実際の立体物の置き換えとして三次元画像の表示の用途を拡大していく事ができる。

また、前述の三次元画像表示方法に、別途一般に知られる焦電センサーやＲＦ−ＩＤタグを読み取る装置等を備えることにより、人等が接近した際に自動的に三次元画像が表示される表示方法が実現でき、誘導用標識、陸上競技のトラックのライン、仏壇やロウソク、線香等普段は邪魔にならない様に工夫され、必要な時には表示され注意を促すような用途への応用を行うことにより、三次元画像の表示の用途を拡大していく事ができる。

また、前述の三次元画像表示方法に用いる二次元画像表示装置１９の一部に透明アノード電極板１０とカソード電極板１７がない部分を設け、そこに一般に知られる磁気材料等
をパターニングし、機械等での読み取りを可能とすることにより、三次元画像表示の目視及び磁気的なパターンの機械による読み取り等の双方による偽造チェック方法が実現でき、紙幣、証券、名刺や芸術品、美術品管理等の高度なセキュリティを要するものへの応用を行うことにより、三次元画像の表示の用途を拡大していく事ができる。

本発明の三次元画像表示方法は、アミューズメント分野、エンターテインメント分野、情報分野、マルチメディア分野、コミュニケーション分野、ディスプレイ分野、医療分野、芸術分野、教育分野、設計支援分野、シミュレーション分野、セキュリティ分野等で使われる三次元画像表示装置として有用である。

インテグラルフォトグラフィ方式の原理図 本発明の二次元画像表示装置の原理図 本発明の二次元画像表示装置を用いたインテグラルフォトグラフィ方式の構成図

符号の説明

１ 撮影対象物
２ 微小カメラ
３ 要素画像
４ 二次元画像
５ マイクロ凸レンズ
６ マイクロ凸レンズアレイ
７ 観察者の目
８ 結像点
９ 透明支持基板
１０ 透明アノード電極板
１１ 正孔輸送層
１２ 緑色発光層
１３ 青色発光層
１４ 赤色発光層
１５ 自発光層
１６ 電子注入層
１７ カソード電極板
１８ 電源
１９ 二次元画像表示装置
２０ 二次元画像フィルム

Claims (6)

1. 異なる色の光を発光する自発光材料からなる複数の自発光層を、平面状の対向電極で挟んで形成された二次元画像表示装置の前面にマイクロ凸レンズアレイを設置して三次元画像を表示することを特徴とする三次元画像表示装置。
2. 前記自発光層と前記対向電極とが屈曲性のある材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の三次元画像表示装置。
3. 前記二次元画像表示装置は、外部電源と接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元画像表示装置。
4. 前記二次元画像表示装置は、内蔵電源または蓄電手段の少なくともいずれか一方を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の三次元画像表示装置。
5. 前記三次元画像の表示を人の検知により行う手段を持つことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の三次元画像表示装置。
6. 前記三次元画像の表示の基となる二次元画像表示部と共に機械による読み取りが可能な手段を合わせ持つことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の三次元画像表示装置。

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