JP2006234915A - 立体物表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の観察方向に対して同じ形状の立体物を表示することができ、しかも安価に得ることができる立体物表示装置を提供する。
【解決手段】透過型液晶表示パネル１を、回転軸１５を中心として回転するように配置させ、被表示立体物を回転軸１５の周りを予め定めた角度で分割した回転角ごとの放射面で断面した複数の断面画像データに基づき、液晶表示パネル１の回転に同期させて、その液晶表示パネル１の回転角に対応する断面画像を液晶表示パネル１に表示させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、立体物を表示する立体物表示装置に関する。

従来、立体物を表示する表示装置としては、レーザ光を利用したホログラム表示装置がある（特許文献１参照）。
特開２００３−２１８２０号公報

しかし、前記ホログラム表示装置は、非常に高価である。

この発明は、広範囲の観察方向に対して同じ形状の立体物を表示することができ、しかも安価に得ることができる立体物表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の立体物表示装置は、光の透過を制御する複数の画素がマトリックス状に配列された画面領域を有し、予め定めた回転中心軸を中心として回転する透過型液晶表示パネルと、前記回転中心軸を中心として回転する前記液晶表示パネルの前記回転中心軸の周を任意の数で分割した各回転角ごとに、前記回転中心軸の近傍に配置した被表示立体物の、前記液晶表示パネルの表示面に対応する面で断面した断面画像をそれぞれ前記液晶表示パネルに表示させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

この立体物表示装置において、前記液晶表示パネルは、前記回転中心軸とこの回転中心軸からの放射線を含む放射面に沿って配置され、前記制御手段は、前記回転中心軸を中心として回転する前記液晶表示パネルの予め定めた回転角度ごとに、前記回転角度に対応する前記回転中心軸を含む放射面で被表示立体物を切断した断面画像データに基づいて、前記断面画像を前記液晶表示パネルに表示させるのが望ましい。

また、前記液晶表示パネルは、その回転中心を挟んで一方の側と他方の側とにそれぞれ画面領域を有しているのが好ましい。

この発明の立体物表示装置は、透過型液晶表示パネルを、予め定めた回転中心軸を中心に回転させ、前記透過型液晶表示パネルに、前記回転中心軸の周を任意の数で分割した各回転角ごとに、前記回転中心軸の近傍に配置した被表示立体物の、前記液晶表示パネルの表示面に対応する面で断面した断面画像を表示させるものであるため、広範囲の観察方向に対して、前記液晶表示パネルの前記各回転角毎の断面画像が目の残像効果により重なって見え、その断面画像の重なりによって立体物を表示することができる。

しかも、この立体物表示装置は、前記液晶表示パネルを回転させ、その回転に同期させて、前記複数の放射面に沿った断面画像を前記液晶表示パネルに表示させる簡単な構成であるため、安価に得ることができる。

この立体象表示装置において、前記液晶表示パネルは、前記回転中心軸とこの前記回転中心軸の放射線を含む面に沿って配置され、前記制御手段は、前記回転中心軸を中心として回転する前記液晶表示パネルの予め定めた回転角度ごとに、前記回転角度に対応する前記回転中心軸を含む放射面で被表示立体物を切断した断面画像データに基づいて、前記断面画像を前記液晶表示パネルに表示させるのが望ましい。

また、前記液晶表示パネルは、その回転中心を挟んで一方の側と他方の側とにそれぞれ画面領域を有しているのが好ましく、このようにすることにより、より多くの放射面に沿う断面画像を前記液晶表示パネルに表示させ、再現性の良い立体物を表示することができるとともに、前記液晶表示パネルの回転中心軸を中心とする重量バランスを良くし、前記液晶表示パネルを振動させることなく安定に回転させて、ふらつきや歪みの無い高品質の立体物を表示することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図７はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は立体物表示装置の斜視図である。

この立体物表示装置は、光の透過を制御する複数の画素がマトリックス状に配列した画面領域２を有し、予め定めた回転中心軸とこの回転中心軸からの放射線を含む放射面に沿って配置され、前記回転中心軸を中心として回転する透過型液晶表示パネル１と、前記液晶表示パネル１の回転円内の空間に表示する被表示立体物の断面画像を前記液晶表示パネル１に表示させる制御手段１６（図３参照）とを備えている。

図２は前記透過型液晶表示パネル１の一部分の断面図であり、この液晶表示パネル１は、図示しない枠状のシール材を介して接合された一対の透明基板３，４と、これらの基板３，４の対向する内面にそれぞれ設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する透明電極５，６と、前記一対の基板３，４間の前記シール材で囲まれた領域に設けられた液晶層９と、前記一対の基板３，４の外面にそれぞれ透過軸を予め定めた方向に向けて配置された一対の偏光板１０，１１とからなっている。

なお、この実施例で用いた液晶表示パネル１は、一方の基板３の内面に、行方向（画面の左右方向）及び列方向（画面の上下方向）にマトリックス状に配列する複数の画素電極５を設け、他方の基板４の内面に前記複数の画素電極５に対向する一枚膜状の対向電極６を設けたアクティブマトリックス液晶表示パネルであり、図２では省略しているが、前記一方の基板３の内面には、前記複数の画素電極５にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴに画像データ信号を供給する複数のデータ配線が設けられている。

また、図２に示した液晶表示パネル１は、白黒画像を表示するものであるが、この液晶表示パネル１は、一対の基板３，４のいずれか一方の内面に複数の画素にそれぞれ対応させて赤、緑、青の３色のカラーフィルタを設けたカラー画像表示素子でもよい。

前記液晶表示パネル１は、その外周に補強枠１２を有しており、前記補強枠１２の一側縁を台座ケース１３の中心部に垂直に立設された回転軸１５に固定されている。

すなわち、液晶表示パネル１は、前記回転軸１５の回転により、その回転中心軸、つまり回転軸１５を中心とする円の接線方向に前記画面を向けて前記回転中心軸周りに回転される。

前記台座ケース１３は、例えば、前記液晶表示パネル１の回転中心からその反対側の側縁までの距離よりも僅かに大きい半径を有する円筒状または前記半径の円に外接する角筒状の薄型ケースであり、その上面の中心部に回転軸挿通孔１４が設けられている。

そして、前記回転軸１５は、その下端部を前記台座ケース１３内に設けられた図示しない軸受けに支持されて垂直に設けられており、前記台座ケース１３内に配置されたモータ１７（図３参照）により、直接またはギヤ機構を介して、例えば１／３０秒の回転速度で定速回転される。

図３は、前記被表示立体物の断面画像を前記液晶表示パネル１に表示させる制御手段１６の構成を示すブロック図であり、この制御手段１６は、前記台座ケース１３内に収容されている。

この制御手段１６は、前記モータ１７を駆動するモータ駆動部１８と、前記液晶表示パネル１に前記断面画像を表示させる表示駆動部１９と、前記モータ駆動部１８及び表示駆動部１９を制御する制御部２０とからなっている。

なお、図１では省略しているが、前記液晶表示パネル１の回転軸１５に固定された側の縁部には、前記複数のゲート配線に接続されたゲート側ドライバと、前記複数のデータ配線に接続されたデータ側ドライバが搭載されており、前記表示駆動部１９は、前記ゲート側ドライバから前記複数のゲート配線に順次ゲート信号を出力させ、それに同期させて前記データ側ドライバから前記複数のデータ配線に表示データ信号を出力させるように構成されている。

また、前記回転軸１５は中空軸とされており、前記表示駆動部１９は、前記回転軸１５内にその下端の開口部から引込まれ、前記液晶表示パネル１の固定部から軸外に導出されたフレキシブルリードを介して前記液晶表示パネル１のゲート側ドライバ及びデータ側ドライバに接続されている。

この制御手段１６は、前記モータ１７を駆動して前記液晶表示パネル１を回転させ、その回転に同期させて、前記液晶表示パネル１の回転円内の空間に表示する被表示立体物を、前記回転中心軸の周を任意の数で分割した各回転角ごとに、前記液晶表示パネル１の表示面に対応する面で断面した断面画像をそれぞれ表示させるものである。

前記液晶表示パネル１を前記回転中心軸（回転軸１５）とこの回転中心軸からの放射線を含む放射面に沿って配置したこの実施例の場合、前記制御手段１６は、前記回転中心軸を中心として回転する液晶表示パネル１の予め定めた回転角度ごとに、前記回転角度に対応する前記回転中心軸を含む放射面で被表示立体物を切断した断面画像データに基づいて、断面画像を前記液晶表示パネル１に表示させる。

図４及び図５は、前記被表示立体物の一例を示す斜視図及び平面図であり、この立体物Ａは、平面形状が矩形状の直方体の一端側の上に球体を載せた形状を有している。

前記断面画像データとしては、立体物を表示する空間（液晶表示パネル１の回転円内の空間）を、前記液晶表示パネル１の回転中心軸を中心とする予め定めた回転角、例えば１５°ずつの回転角の複数の垂直な放射面、つまり、０°，１５°，３０°，４５°，６０°，…３４５°の計２４面の放射面で切断された各断面のデータが用いられる。

例えば前記空間の図５の位置に立体物Ａを表示する場合、４５°，６０°，７５°，９０，１０５°，１２０，１３５°の各放射面で切断された断面のデータは、前記立体物Ａの断面画像を含むデータ、他の角度の放射面に沿う断面のデータは、前記立体物Ａの断面画像を含まない空白データである。

前記立体物Ａの前記各放射面で切断された断面画像データは、前記制御手段１６の表示駆動部１９に供給され、この表示駆動部１９から、前記液晶表示パネルの回転角に同期させて供給され前記液晶表示パネル１の画面が前記複数の放射面と実質的に平行になる各回転角ごとに表示される。

ここで、ｘ，ｙ，ｚ軸座標で表される空間の被表示立体物Ａを構成する任意の点の明暗または明暗と色を含む画像データの表示強度をＩ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とすると、このｘ，ｙ，ｚ軸座標上の任意の点における画像データの表示強度Ｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）は、前記液晶表示パネル１の回転中心軸をｚ軸としたとき、前記任意の点の前記ｚ軸からの距離をＸ、前記ｚ軸方向の前記任意の点の座標をＺ、液晶表示パネル１の回転角をφとすると、液晶表示パネル１の画面上では表示強度Ｉ（Ｘ，Ｚ，φ）で表される。

したがって、ｘ，ｙ，ｚ軸座標上の任意の点の画像データであるＩ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）は、
Ｘ＝√（ｘｉ^２＋ｙｉ^２）
Ｚ＝ｚｉ
φ＝ｔａｎ^−１（ｙｉ／ｘｉ）
を演算することによって、液晶表示パネル１上での画像データである表示強度Ｉ（Ｘ，Ｚ，φ）に座標変換することができる。

したがって、前記断面画像データは、前記式に基づいて、前記立体物Ａのｘ，ｙ，ｚ軸座標からなるデータから演算により求められる。

そして、前記制御手段１６は、前記液晶表示パネル１の回転に同期させて、前記液晶表示パネル１の各回転角ごとに、その回転角に対応する前記断面画像データに基づく画像データ信号を前記表示駆動部１９から前記液晶表示パネル１のデータ側ドライバに出力させ、その断面画像を前記液晶表示パネル１に表示させる。

図６は、前記各回転角毎の液晶表示パネル１の表示画像を前記液晶表示パネル１の正面方向（画面の法線方向）から見た図であり、上述したように前記空間の図５の位置に立体物Ａを表示する場合、０°〜３０°の範囲と１５０°〜３４５°の範囲の１５°毎の各回転角の表示は無表示であり、４５°，６０°，７５°，９０，１０５°，１２０，１３５°の各回転角ごとに、図のような断面画像Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７が表示される。

図７は、前記液晶表示パネル１の各回転角毎の表示画像を一方向から見た斜視図であり、前記４５°，６０°，７５°，９０，１０５°，１２０，１３５°の各回転角ごとに表示される断面画像Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７は、前記液晶表示パネル１が透過型でしかも広視野角であるため、前記液晶表示パネル１の回転円の全周のどの方向からも見ることができる。

そして、前記液晶表示パネル１は上述したように例えば１／３０秒の回転速度で定速回転され、その１５°の回転角ごとに、前記断面画像Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７が表示されるため、表示の観察者には、前記液晶表示パネル１の各回転角毎の表示画像が眼の残像効果により重なって、前記立体物Ａが空間内に浮かんでいるように見える。

このように、この立体物表示装置は、透過型液晶表示パネル１を、予め定めた回転中心軸を中心に回転させ、前記透過型液晶表示パネルに、前記回転中心軸の周を任意の数で分割した各回転角ごとに、前記回転中心軸の近傍に配置した被表示立体物Ａの、前記液晶表示パネルの表示面に対応する面で断面した断面画像を表示させるものであるため、広範囲の観察方向、つまり液晶表示パネル１の回転円の全周方向に対して、前記液晶表示パネル１の前記各回転角毎の断面画像が目の残像効果により重なって見え、その断面画像の重なりによって立体物を表示することができる。

しかも、この立体物表示装置は、前記液晶表示パネル１を回転させ、その回転に同期させて、前記複数の放射面に沿った断面画像を前記液晶表示パネル１に表示させる簡単な構成であるため、安価に得ることができる。

なお、上記表示例は、液晶表示パネル１の回転円内の空間の４５°付近〜１３５°付近の角度範囲に立体物を表示する例であるが、上記立体物表示装置は、前記空間の他の角度範囲にも、また前記空間の全周にわたる範囲にも表示することができる。

（第２の実施形態）
図８はこの発明の第２の実施例を示す立体物表示装置の斜視図である。なお、この実施例において、上述した第１の実施例を同じものについては、図に同符号を付してその説明を省略する。

この実施例の立体物表示装置は、回転中心を挟んで一方の側と他方の側とにそれぞれ画面領域２２ａ，２２ｂを有する液晶表示パネル２１を備え、上述した制御手段１６を、前記液晶表示パネル２１の回転に同期させて、被表示立体物を前記液晶表示パネル２１の回転中心軸の周りの予め定めた回転角度ごとに、前記回転角度に対応する前記回転中心軸とこの回転中心軸からその両側に広がる放射線とを含む放射面で被表示立体物を切断した断面画像データに基づいて、前記断面画像を前記液晶表示パネルに表示させるように構成したものである。

この実施例において、前記液晶表示パネル２１は、上述した第１の実施例の液晶表示パネル１と同じ構成で、外周に補強枠２３ａ，２３ｂを有する２つの透過型液晶表示素子２１ａ，２１ｂを、それぞれの画面が互いに面一になるようにして並置したものであり、両方の晶表示素子２１ａ，２１ｂの補強枠２３ａ，２３ｂの隣り合う側縁を、台座ケース１３の中心部に垂直に立設された回転軸１５に固定されている。

そして、この実施例では、立体物を表示する空間（液晶表示パネル２１の回転円内の空間）を、前記第１の実施例の１／２の広がり角、例えば７．５°ずつの回転角の計４８面の複数の放射面に沿って断面した複数の断面画像データに基づき、前記液晶表示パネル２１の前記一方の側の画面が前記複数の放射面のうちの１つ置きの放射面、つまり０°，１５°，３０°，４５°，６０°，…３４５°の放射面と実質的に平行になる各回転角ごとに、その回転角に対応する角度の放射面に沿った断面画像を前記液晶表示パネル２１の前記一方の側の画面領域２２ａに表示させ、前記液晶表示パネル２１の前記他方の側の画面が他の１つ置きの放射面、つまり７．５°，２２．５°，３７．５°，５２．５°，６７．５°，…３５２．５°の放射面と実質的に平行になる各回転角ごとに、その回転角に対応する角度の放射面に沿った断面画像を前記液晶表示パネル１の前記他方の側の画面領域２２ｂに表示させるようにしている。

この立体象表示装置は、このような構成であるため、前記液晶表示パネル２１の1回転で２つの断面画像を前記液晶表示パネル２１に表示させ、再現性の良い立体物を観察させることができるとともに、前記液晶表示パネル２１の回転中心軸を中心とする重量バランスを良くし、前記液晶表示パネル２１を振動させることなく安定に回転させて、ふらつきや歪みの無い高品質の立体物を表示することができる。

なお、この実施例では、液晶表示パネル２１を、２つの透過型液晶表示素子２１ａ，２１ｂを、それぞれの画面が互いに面一になるようにして並置した構成としているが、前記液晶表示パネル２１を、２つの液晶表示素子分の横長画面領域を有する一体構造とし、その画面領域の中央部を中心軸として回転させるようにしてもよい。

（他の実施形態）
上述した第１及び第２の実施例の立体物表示装置は、液晶表示パネル１，２１を、垂直な回転中心軸を中心として回転させるようにしたものであるが、前記液晶表示パネル１，２１は、水平な回転中心軸または斜めの回転中心軸を中心として回転させてもよい。

また、上述した第１及び第２の実施例の立体物表示装置では、液晶表示パネルを回転軸中心の放射面上に配置しているが、これに限ることなく、液晶表示パネルは、前記放射面にと平行でかつ回転中心軸からずらして配置しても良く、さらには前記放射面に対して傾けて配置してもよい。

この発明の第１の実施例を示す立体物表示装置の斜視図。 透過型液晶表示パネルの一部分の断面図。 前記被表示立体物表示装置の制御手段の構成を示すブロック図。 被表示立体物の一例を示す斜視図。 前記被表示立体物の平面図。 前記被表示立体物表示装置における各回転角毎の液晶表示パネルの表示画像を前記液晶表示パネルの正面方向から見た図。 前記液晶表示パネルの各回転角毎の表示画像を一方向から見た斜視図。 この発明の第２の実施例を示す立体物表示装置の斜視図。

符号の説明

１，２１…液晶表示パネル、２，２２ａ，２２ｂ…画面領域、１３…台座ケース、１５…回転軸、１６…制御手段。

Claims (3)

1. 光の透過を制御する複数の画素がマトリックス状に配列された画面領域を有し、予め定めた回転中心軸を中心として回転する透過型液晶表示パネルと、
   前記回転中心軸を中心として回転する前記液晶表示パネルの前記回転中心軸の周を任意の数で分割した各回転角ごとに、前記回転中心軸の近傍に配置した被表示立体物の、前記液晶表示パネルの表示面に対応する面で断面した断面画像をそれぞれ前記液晶表示パネルに表示させる制御手段とを備えたことを特徴とする立体物表示装置。
2. 液晶表示パネルは、回転中心軸とこの回転中心軸からの放射線を含む放射面に沿って配置され、
   制御手段は、前記回転中心軸を中心として回転する前記液晶表示パネルの予め定めた回転角度ごとに、前記回転角度に対応する前記回転中心軸を含む放射面で被表示立体物を切断した断面画像データに基づいて、前記断面画像を前記液晶表示パネルに表示させることを特徴とする請求項１に記載の立体物表示装置。
3. 液晶表示パネルは、その回転中心を挟んで一方の側と他方の側とにそれぞれ画面領域を有していることを特徴とする立体物表示装置。

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