JP2006343418A - 表示装置，表示素子および表示装置の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多様な画像表現が可能な表示装置，表示素子および表示方法を提供すること。
【解決手段】 ３次元表面表示装置１０に設けられた各ピクセル１００は，自己のピクセルが表示する色情報および位置情報を外部コントローラ４０から受信する通信部６０５と，受信された色情報に応じた色を表示する表示部１０５と，３次元表面表示装置１０の表示面に略垂直な高さ方向に表示部１０５を支持する支持部６１０と，受信された位置情報に応じて支持部６１０を所定の位置まで駆動することにより表示部１０５の位置を変化させる駆動部６１５と，により示される機能をそれぞれ備えている。３次元表面表示装置１０は，このように構成された各ピクセル１００をそれぞれ単独で動作させることにより，３次元表面表示装置１０の表示面に現れる色と凹凸とによって，人の目を引きつける画像を表現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は，画像を表現する表示装置，表示素子および表示装置の表示方法に関する。

近年のディスプレイに関する技術は，主に，レゾリューションを高く，画面を広く，明るく，そして，薄型で軽量なディスプレイを目指して進展している。一方，この方向とは別に，形状および画像の両方を提示できる表示装置も従来から提案されている。このような表示装置では，高さ方向に移動可能な表示要素（表示素子）が多数配列されていて，各表示要素に表示する色をそれぞれ変化させることにより所望の画像を表面に映し出すとともに，各表示要素の高さをそれぞれ変化させることにより表面に現れる凹凸によって所望の形状を表現する（たとえば，特許文献１を参照。）。

特開２００４−３４７８９７号公報

しかし，多数の表示要素が表示する色や高さは，入力ユニットから入力された画像データや高さデータ，または，Ｉ／Ｆユニットから受信された画像データや高さデータに応じて，表示装置に設けられた一の制御部により統括して制御されていた。このため，各表示要素が，独立して外部とそれぞれ通信し，これにより得られたデータを用いて独立してそれぞれ動作することはできなかった。

また，今後，家庭やオフィス，公共の場所等に設置されるディスプレイが増加してくることを想定すると，現在，主流となっているディスプレイの薄型化および軽量化という方向の発展とは一線を画した，たとえば，「ライトテラピー」なる効果により心を癒すような新しい特徴を有するディスプレイが望まれている。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，より多様な画像表現が可能な表示装置，表示素子および表示方法を提供することにある。

上記課題の少なくとも一つを解決するために，本発明のある観点によれば，複数の表示素子により表示面に画像を表現する表示装置が提供される。この表示装置に設けられた各表示素子は，自己の表示素子が表示する色に関する情報および／または自己の表示素子の位置に関する情報を外部装置から受信する通信部と，上記受信された色に関する情報に応じた色を表示する表示部と，上記表示装置の表示面に略垂直な高さ方向に上記表示部を支持する支持部と，上記受信された位置に関する情報に応じて上記支持部を所定の位置まで駆動することにより上記表示部の位置を変化させる駆動部と，をそれぞれ備えている。

このように，各表示素子（各ピクセル）は，一つの独立したユニットになっている。これにより，本発明の表示装置は，一つの制御機構がすべての表示素子を統括して制御していたことから生じる従来の表示装置に存在する数量的な制約を離れて，複数の表示素子をそれぞれ単独に動作させることができる。

また，本発明の表示装置によれば，各表示素子が，それぞれ独立して外部装置と通信することができる。これにより，各表示素子は，外部装置から色に関する情報や表示素子の位置に関する情報をそれぞれ単独に受信することができる。

この結果，本発明の表示装置では，表示素子毎に受信した所望の色を表示素子毎にそれぞれ表現することにより，各表示素子に表現された色の集合によって画像を表現することができる。

また，本発明の表示装置では，表示素子毎に受信した所定の位置まで上記支持部を駆動することにより上記表示部の位置を表示素子毎にそれぞれ変化させることによって，表示装置の表示面に所望の凹凸を設けることができる。この結果，人の目を引きつけ，人の視覚に訴える画像を表現することができる。

また，表示装置の各表示素子は，簡単な構造のみから構成される。このため，複数の表示素子を有する表示装置を容易に製造できるとともに，表示装置の製造コストを下げることができる。

通信部には，複数の外部装置が接続されていて，複数の外部装置と通信するようにしてもよい。これにより，複数の機器を使用する複数の使用者が，共有して一つの表示素子を使用することも可能となる。なお，上記通信部は，ＩＰプロトコルに基づいて外部と通信するようにしてもよい。

ここで，表示素子が表示する色に関する情報は，たとえば，輝度，彩度，明度，色相などの情報であってもよい。また，表示素子の位置に関する情報は，表示素子の位置情報自体（すなわち，表示部の高さ情報）であってもよく，表示素子の位置を示す情報を抽出することが可能な情報（たとえば，２次元画像情報）であってもよい。２次元画像情報から高さ情報を抽出する一例としては，画像データの特徴部分をズームする画像処理を行う場合，特徴部分をズームするときに生じる画像の歪み量を高さ情報として抽出する場合が挙げられる。なお，この表示素子の高さの情報は，支持部の絶対的位置を示す情報であってもよく，支持部の現在の位置からの相対的位置を示す情報であってもよい。

さらに，上記表示素子は，上記表示装置に設けられた平面または曲面のいずれかの面に自己を固定する固定部を有していてもよい。この場合，上記表示装置は，上記各表示素子を上記表示装置に着脱させることにより，自表示装置の表示面の形状を自由に変化させることができる。

これにより，前表示装置は，複数の表示素子を好きな場所に好きな個数だけ自由に配置することができる。このようにして，各表示素子を並べ替えることにより，表示装置は，ディスプレイの形状を変化させることができる。この結果，本発明の表示装置は，従来の表示装置に存在する位置的な制約を離れて，各表示素子を用いて自由な形状を創作することができる。

さらに，上記各表示素子は，自己の表示素子への接触の有無を検知する検知部をそれぞれ有し，上記表示装置は，上記検知された接触の有無に応じて，上記表示部に表示させる色および／または上記表示部の高さを変化させるようにしてもよい。

これによれば，ユーザがいずれかの表示素子に触れた場合，これに反応して表示素子の色が変化したり，表示素子の高さが変化する。この結果，ユーザは，自らの動作に反応して表示装置が表示する色がどのように変化するのかを楽しむだけでなく，自らの動作に反応して表示装置がどのように動き，それによって表示装置の表面の凹凸がどのように変化するのかを楽しむことができる。すなわち，本発明の表示装置によれば，ユーザは，自己の動作に対応した表示装置の静的変化と動的変化とを楽しむことができる。

なお，表示素子への接触の有無を検知する検知部の一例としては，表示素子に設置された接触検出電極などの接触センサや，表示素子に加えられた力の有無を検知する力センサまたは張力センサが挙げられる。しかし，検知部は，これに限られず，表示素子への接触の有無を検知することができれば，どんなセンサであってもよい。

さらに，上記各表示素子は，自己の表示素子の隣に他の表示素子が存在するか否かを検出する自動位置検出部をそれぞれ有していてもよい。この場合，上記通信部は，位置を検出するための発信信号を発信し，自動位置検出部は，上記発信された発信信号に応答して応答信号を受信した場合，上記応答信号を受信した方向の自己の表示素子の隣に他の表示素子が存在することを検出するよいにしてもよい。また，上記自動位置検出部は，赤外線を用いて上記発信信号および応答信号を送受信してもよい。

これによれば，各表示素子が，赤外線などを用いてそれぞれ通信することにより，自己の表示素子の隣に他の表示素子が存在するか否かが検出される。これにより，表示装置に設けられたすべての表示素子は，各表示素子の隣に存在する他の表示素子の位置を外部装置にそれぞれ通知する。これにより，外部装置は，表示装置を構成するすべての表示素子によって形成される形状を特定することができる。この結果，外部装置は，表示装置を構成する各表示素子の位置をメモリ等に予め記憶しておくことが不要になるだけでなく，特定された形状が考慮された，最適な色情報や位置情報をコンテンツとして生成することができる。

このようにして，表示装置は，各表示素子の検出情報に基づいて特定された表示素子全体の形状を考慮して最適化されたコンテンツに基づいて，自己の形状に合わせて最適化された色と凹凸により画像を表現することができる。

また，本発明の他の観点によれば，上記表示素子が表示する色に関する情報と上記表示素子の位置に関する情報とを外部から受信する通信部と，上記受信された色に関する情報に応じた色を表示する表示部と，上記表示面に略垂直な高さ方向に上記表示部を支持する支持部と，上記受信された位置に関する情報に応じて上記支持部を所定の位置まで駆動することにより，上記表示部の位置を変化させる駆動部と，を備えることを特徴とする表示素子が提供される。

これによれば，各表示素子が，外部装置とそれぞれ独立して通信する。これにより，各表示素子は，外部装置から色に関する情報や表示素子の位置に関する情報をそれぞれ単独に受信することができる。表示装置は，受信された各情報に基づいて，自己の形状に合わせて最適化された色と形状により画像を表現することができる。

また，本発明の他の観点によれば，表示装置を形成する複数の表示素子へ各表示素子の位置を検出するための検出信号を発信し，前記発信した検出信号に応じて，前記各表示素子により検出された自己の表示素子の隣に存在する他の表示素子の位置を各表示素子から受信し，前記各表示素子から受信した前記各表示素子の隣に存在する表示素子の位置から前記表示装置が有する複数の表示素子によって形成される形状を特定する情報処理装置が提供される。

これによれば，情報処理装置（外部機器）は，各表示機器により自動に検出される隣の表示素子の位置情報を各表示素子からそれぞれ受信することにより，表示装置が有するすべての表示素子によって形成される表示面の形状を知ることができる。これにより，機器は，表示装置を構成する各表示素子の位置をメモリ等に予め記憶しておくことが不要になるだけでなく，特定した形状を考慮して，最適な色情報や位置情報をコンテンツとして各表示素子に送信することができる。

また，本発明の他の観点によれば，複数の表示素子により表示面に画像を表現する表示装置の表示方法が提供される。具体的には，各表示素子の表示部が表示する色に関する情報と前記各表示素子の位置に関する情報とを外部装置から各表示素子にそれぞれ受信させる動作と，前記受信された色に関する情報に応じた色を前記各表示素子にそれぞれ表示させる動作と，前記受信された位置に関する情報に応じて前記各表示素子の位置をそれぞれ変化させる動作と，の３つの動作を前記複数の表示素子にそれぞれ単独に実行させることにより，前記表示面に現れる色および前記表示装置の表示面に現れる凹凸によって画像を表現することを特徴とする表示装置の表示方法が提供される。

これによれば，従来の表示装置に存在する数量的な制約を離れて，複数の表示素子を用いてその表示面に所望の色を現し，各表示素子に現された色の集合によって画像を表現するとともに，表示装置の表示面に現れる凹凸によって，人の目を引きつけ，人の視覚に訴える画像を表現することができる。

以上説明したように，本発明によれば，各表示素子をそれぞれ独立して動作することにより，多様な画像表現が可能な表示装置，表示素子および表示方法を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１実施形態）
まず，本発明の第１実施形態にかかる３次元表面表示装置について，図１を参照しながら説明する。

（３次元表面表示装置）
３次元表面表示装置１０は，多数のピクセル１００から構成される。たとえば，図１の３次元表面表示装置１０は，４０個のピクセル１００から構成されている。各ピクセルは正６角形となっており，３次元表面表示装置１０は，これらを８×５のマトリックス状に配置したピクセルを有している。各ピクセル１００の底面は，ボード２０に着脱可能に固定されている。各ピクセル１００は，各ピクセルの高さ方向（Ｚ軸方向）に可動可能に配設されている。３次元表面表示装置１０の表示面には，各ピクセルの頂上の位置の違いによって凹凸が生じる。このようにして，３次元表面表示装置１０は，３次元的表面を形成するようになっている。

また，各ピクセル１００は，ＲＧＢおよびその合成色を発光する。これにより，３次元表面表示装置１０の表示面には，ＲＧＢカラーの画像が表示される。このようにして，３次元表面表示装置１０は，多数のピクセル１００が表示する色の違いにより画像を表現するようになっている。

各ピクセル１００には，データ通信機能，アドレス設定機能がそれぞれ備えられていて，ネットワーク３０を介して有線（または無線）にてそれぞれ接続された外部コントローラ（ＰＣ）４０と通信する。このようにして，各ピクセル１００は，データ表示，ピクセルのステータスの送信，アドレス設定をそれぞれ単独で行うことができる。

以上の構成により，３次元表面表示装置１０は，複数のピクセル１００を用いて，色および形状により３次元的形状を持つ画像を表現するようになっている。なお，各ピクセル１００は，画像を表現する最小単位であり，それぞれが独立した機能を有し，それらの機能を用いてそれぞれが単独で動作する表示素子に相当する。

（ピクセル）
つぎに，ピクセル１００のハードウエア構成について，図２〜図４を参照しながら説明する。図２は，ピクセル１００の斜視図である。また，図３は，図２の１−１’にて示した面（ＸＺ面）にてピクセル１００を切断した断面図である。図４は，ピクセル１００の各構成をブロックにて示した図である。なお，３次元表面表示装置１０に設けられた各ピクセル１００は，同一形状および同一機能を有しているため，以下の説明では，一つのピクセル１００について説明する。

図３にて示したように，ピクセル１００は，表示部１０５，支持部材１１０，ステッピングモータ１１５，動力伝達機構１２０，設置台１２５，スイッチ１３０およびマイクロコンピュータ１３５を含んで構成される。また，ピクセル１００には，接触検出電極２００が取り付けられている。さらに，図４にて示したように，ピクセル１００には，ＤＣ電源２０５およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１０が取り付けられていて，ＤＣ電源２０５から電力が供給されるようになっている。

表示部１０５は，フルカラーＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０５ａおよび表示ケース１０５ｂから構成される。フルカラーＬＥＤ１０５ａは，発光ダイオードであり，図４に示したＬＥＤドライバ１０５ａ１により制御された順方向の電流を図３の電線１０５ａ２に流すと，Ｒ（Ｒｅｄ），Ｇ（Ｇｒｅｅｎ），Ｂ（Ｂｌｕｅ）またはこれらの合成色に発光するようになっている。

表示ケース１０５ｂは，樹脂等からなり，ピクセル１００の上部にて笠状に設けられている。図２に示したように，表示ケース１０５ｂの上面は，中央部にて窪んだ形状を有する６面体である。その窪み部分の中央には，開口が設けられている。その開口には，フルカラーＬＥＤ１０５ａが差し込まれていて，これにより，開口は閉塞されている。表示ケース１０５ｂの外側面は，切り替えしのある６面形状を有している。表示ケース１０５ｂは，ピクセル１００の各構成部材を覆い隠すとともに，フルカラーＬＥＤ１０５ａから発光される各色の光を，たとえば，人々が心安らぐように，効果的に演出するために用いられる。よって，表示ケース１０５ｂの形状は，本実施形態にて示した形状に限られず，光を効果的に演出する形状であればよい。

図３の支持部材１１０は，長手方向の矩形部材１１０ａと短手方向の矩形部材１１０ｂとが接合されたＬ字型の部材から構成され，長手方向の矩形部材１１０ａの上端にて表示ケース１０５ｂの上面と接合されている。これにより，支持部材１１０は，表示ケース１０５ｂを３次元表面表示装置１０の表示面に略垂直な高さ方向に（すなわち，ピクセル１００の高さ（Ｚ軸）方向）に支持するようになっている。

ステッピングモータ１１５は，ＤＣ電源２０５から供給され，図４に示したステッピングモータドライバ１１５ａにより制御される電気信号に応じて，所定の角度を保持するように回転するようになっている。

動力伝達機構１２０は，ネジ１２０ａおよび連結部材１２０ｂから構成される。ネジ１２０ａは，らせん状に凹凸が設けられた棒状部材であり，その長手方向が，支持部材１１０の近傍にて支持部材１１０に略並行になるように設けられている。また，ネジ１２０ａの下端にてステッピングモータ１１５が固定されている。

連結部材１２０ｂは，面取りされた長方形の２枚の板から構成されている。両板の一端は，支持部材１１０の下部にてその両側面にて支持部材１１０に略垂直に固定されている。なお，図３には，支持部材１１０の片側面にて固定された連結部材１２０ｂのみが図示されている。連結部材１２０ｂの両板の内面には，ネジ１２０ａに設けられたらせん状の凹凸に対応する凹凸が設けられていて，その凹凸をネジ１２０ａの凹凸に螺合することにより，ネジ１２０ａの回転を連結部材１２０ｂに伝達するようになっている。

以上の構成により，動力伝達機構１２０は，ステッピングモータ１１５の力により生じるネジ１２０ａの回転運動を支持部材１１０の長手方向（ｚ軸方向）の直線運動に変換しながら支持部材１１０に伝達する。この結果，支持部材１１０は，所望の高さ（ｚ軸方向の位置）まで移動するようになっている。

設置台１２５は，フレーム１２５ａおよび取り付けマグネット１２５ｂから構成される。フレーム１２５ａは，ピクセル１００の下部に設けられ，ピクセル１００全体を支持する。取り付けマグネット１２５ｂは，図１に示したように，表示装置１０に設けられた平面状のボード２０や図示しない曲面状のボードや壁面等に自己のピクセル１００を固定する。

スイッチ１３０は，フレーム１２５ａの略中央に配設され，支持部材１１０の短手方向の矩形部材１１０ｂによりその上端が押圧されたとき，「ＯＮ」される。スイッチ１３０が「ＯＮ」されたとき，支持部材１１０の高さが「０」と判定され，ステッピングモータ１１５は，そのときのステッピングモータ１１５の回転角を「０」として制御されるようになっている。

マイクロコンピュータ１３５は，図４に示したように，ＬＡＮ接続を可能とするコネクタ（ＬＡＮインタフェース１３５ａ），ＣＰＵ１３５ｂ，ＲＯＭ１３５ｃ，ＲＡＭ１３５ｄ，ＥＥＰＲＯＭ１３５ｅおよび内部インタフェース１３５ｆから構成される。ＲＯＭ１３５ｃは，ピクセル１００の各機能を実行するためのプログラムをそれぞれ記憶している。ＣＰＵ１３５ｂは，ＲＡＭ１３５ｄおよびＥＥＰＲＯＭ１３５ｅに格納された情報を用いて，ＲＯＭ１３５ｃに記憶された各プログラムを実行することによりピクセル１００の機能を達成するようになっている。

つぎに，このような構成を有するピクセル１００の動作について説明する。
（色により画像を表現）
まず，各ピクセル１００が，色により画像を表現する動作について説明する。具体的には，最初に，ＬＡＮインタフェース１３５ａが，外部コントローラ４０とＩＰプロトコルベースの通信を行い，ピクセル１００が表示する色情報とピクセル１００の位置情報とを外部コントローラ４０から受信する。たとえば，外部コントローラ４０は，支持部材１１０のＺ軸方向の位置情報を送信し，ＬＥＤ１０５ａが発光する光の輝度（点灯レベル情報）を色情報として送信する。

なお，外部コントローラ４０との通信に用いられるＩＰアドレスの変更等は，マイクロコンピュータ１３５が部品の機能として内臓しており，変更されたＩＰアドレス値は，たとえば，ＥＥＰＲＯＭ１３５ｅ等に格納される。また，ＩＰアドレスの変更等は，変更別途制御ソフトにより，通常のパーソナルコンピュータからＬＡＮ（インターネット）経由で取得可能である。

ＲＡＭ１３５ｄは，外部コントローラ４０から受信した位置情報および色情報を一時的に記憶する。ＣＰＵ１３５ｂは，ＲＡＭ１３５ｄに格納された色情報をデコードして電気信号（ＬＥＤ駆動情報）に変換し，その信号をＬＥＤのスイッチングドライバ１０５ａ１に送る。スイッチングドライバ１０５ａ１は，変換された信号をＰＷＭ（Pulse
Width Modulation）変調および輝度調整し，輝度調整後の電気信号を，電線１０５ａ２を介してＬＥＤ１０５ａに伝送する。このようにして，ＬＥＤ１０５ａは，所望の色を表示する。

（凹凸により画像を表現）
また，ＣＰＵ１３５ｂは，ＲＡＭ１３５ｄに格納された位置情報をデコードして電気信号（モータ駆動情報）に変換し，変換された信号をステッピングモータドライバ１１５ａに送る。ステッピングモータドライバ１１５ａは，変換された信号をＰＷＭ変調し，ＰＷＭ変調後の電気信号をステッピングモータ１１５に伝達する。ステッピングモータ１１５は，その動力によりネジ１２０ａを所望の回転角まで回転させる。これにより，表示部１０５は，支持部材１１０を介して所望の高さまで移動し，その高さに保持される。

表示装置１０には，ピクセル１００が多数並べて配置されている。配置された多数のピクセル１００は，各ピクセル１００が外部コントローラ４０から受信する色情報および位置情報にしたがって，それぞれ単独に動作する。これにより，たとえば，図５に示したリボンのように，表示装置１０は，各ピクセル１００の頂上の高さの相違によって表示面に現れる凹凸および各ピクセル１００のＬＥＤ１０５ａが表示する色の違いによって表示面に現れる色の変化の両方により画像を表現する。

以上に説明したように，本実施形態の３次元表面表示装置１０では，各ピクセル１００が，１つの機械的独立構造をそれぞれ有し，一つの独立したユニットになっていて，各ピクセル１００が，それぞれ独立して外部コントローラ４０と通信する。これにより，各ピクセル１００は，外部コントローラ４０から色情報および／または位置情報をそれぞれ単独に受信することができる。この結果，３次元表面表示装置１０では，ピクセル１００毎に，各ピクセル１００が受信した所望の色をそれぞれ表現し，各ピクセル１００に表現された色の集合によって画像を表現することができる。

また，本実施形態の３次元表面表示装置１０では，ピクセル１００毎に，各ピクセル１００がそれぞれ受信した位置情報に応じて支持部材１１０を所定の位置まで駆動し，これにより，フルカラーＬＥＤ１０５ａの位置を変化させる。これにより，３次元表面表示装置１０の表示面に所望の凹凸を設けることができる。

ここで，一般的に，人の目は，画像の解像度の違いをそれほど精度よく認識することはできない。一方，人の目は，画像の変化や形状の変化を比較的精度よく認識することができる。したがって，人は，３次元表面表示装置１０の表示面に現れる凹凸の変化を認識することは得意である。このような原理を利用して，本実施形態の３次元表面表示装置１０は，３次元表面表示装置１０の表示面に現れる凹凸と色の変化とによって，人の視覚に訴え，人の目を引きつける，今までにない画像表現を実現することができる。

また，本実施形態の表示装置１０では，これらのピクセル１００の取り付け面に凹凸がある場合や，あるいは，全体として３次元的曲面である場合においても，ピクセル１００が取り付けられる場所に局所的スムーズささえあれば，各ピクセル１００を設置することができる。たとえば，各ピクセル１００は，直角をなす，部屋のコーナーや段差のある面等にも配置可能である。もちろん，各ピクセル１００は，凹凸のある球面に取り付けることもできる。また，３次元表面表示装置１０に設けることのできるピクセル数に制限がないので，好きな場所に好きな個数だけピクセル１００を自由に配置することができる。このように，本実施形態の３次元表面表示装置１０では，複数のピクセル１００を曲平面に自由に配置することができる。すなわち，ピクセルの組み合わせた結果が自由形状となる。これにより，本実施形態の３次元表面表示装置１０では，自己がもつ形状自体と，その形状に映し出される画像の変化と，そして，その形状表面の凹凸の変化という３つの画像表現方法によって，従来にない，人の目を引きつける創作的なディスプレイを実現することができる。

さらに，３次元表面表示装置１０の各ピクセル１００は，簡単な構造のみから構成される。このため，３次元表面表示装置１０を容易に製造することができるとともに，３次元表面表示装置１０の製造コストを下げることができる。

なお，一つのピクセル１００に複数の外部コントローラ４０が接続されていてもよい。これによれば，複数の外部コントローラ４０を使用する複数の使用者が，共有して一つのピクセル１００を使用することができる。

また，図３に示した表示ケース１０５ｂの頂上部には，接触検出電極２００が設けられていてもよい。接触検出電極２００は，単純な電極であり，これに人の手などが触れると電源周波数の誘導を発生する。これにより，接触検出電極２００は，表示ケース１０５ｂの頂上部付近にへの接触の有無を検知する。接触検出電極２００が，表示ケース１０５ｂの頂上部付近への接触を検知した場合，マイクロコンピュータ１３５は，図３の電線２００ａ１を介して接触を知らせる検知信号を受信し，検知信号を駆動信号に変換してステッピングモータ１１５に伝達する。ステッピングモータ１１５の動力は，ネジ１２０ａの回転を通じて表示ケース１０５ｂの高さを変化させる。これに加え，マイクロコンピュータ１３５は，検知信号を電気信号に変換してスイッチングドライバ１０５ａ１に伝達し，これにより，フルカラーＬＥＤ１０５ａが表示する色を変化させるようにしてもよい。

これによれば，ユーザがいずれかのピクセル１００に触れた場合，これに反応してピクセル１００の色が変化したり，ピクセル１００の高さが変化する。この結果，ユーザは，自らの動作に反応して３次元表面表示装置１０が表示する色がどのように変化するのかを楽しむだけでなく，自らの動作に反応して３次元表面表示装置１０がどのように動き，それによって３次元表面表示装置１０の表面がどのように変化するのかを楽しむことができる。すなわち，本実施形態の３次元表面表示装置１０によれば，ユーザは，自己の動作に対応した３次元表面表示装置１０の静的変化と動的変化とを楽しむことができる。

なお，上述した色情報は，自己のピクセル１００が表示する色に関する情報の一例であり，輝度，彩度，明度，色相などの情報が挙げられる。また，上述した高さに関する情報は，自己のピクセル１００の位置に関する情報の一例であり，表示部１０５の高さデータ自体であってもよく，その高さ情報を抽出することができる情報（たとえば，２次元画像情報）であってもよい。

２次元画像情報から高さに関する情報を抽出する一例としては，画像データの特徴部分をズームする画像処理を行う場合，特徴部分をズームするときに生じる画像の歪み量を高さ情報として抽出する場合が挙げられる。このように高さ情報を抽出して画像の特徴部分を３次元表面表示装置１０の表示面の凹凸として立体的に表現することができる。

また，高さに関する情報を抽出する他の一例としては，テーマパークの混雑状態を示す情報から高さ情報を抽出する場合が挙げられる。この場合，３次元表面表示装置１０にテーマパークの地図を示した画像を現し，混雑している部分の高さをもり上げるように，その表示面に凹凸を設けることにより，地図に示したテーマパークの混雑状況を視覚的に示すことができる。

なお，ピクセル１００は，図６の機能ブロック図に示したように，通信部６０５，表示部１０５，支持部６１０，駆動部６１５，固定部６２０，検知部６２５および自動位置検出部６３０にて示した各機能により以上に説明した動作を実行する。

通信部６０５は，ピクセル１００が表示する色情報および／またはピクセル１００の位置情報を外部コントローラ４０から受信する。通信部６０５は，ＬＡＮインタフェース１３５ａに相当する。

また，前述したように，表示部１０５は，受信された色に関する情報に応じた色を表示する。支持部６１０は，３次元表面表示装置１０の表示面に略垂直な高さ方向に表示部１０５を支持する支持部材１１０に相当する。

駆動部６１５は，支持部６１０を所定の位置まで駆動することにより表示部１０５の位置を変化させる。本実施形態では，駆動部６１５として図３のステッピングモータ１１５を用いたが，通常のＤＣモータとリードネジの組み合わせ，形状記憶合金によるＺ軸動作，リニアモータ等，支持部材１１０の線型動作を実現する手段であればどのようなものも使用可能である。また，Ｚ軸動作のリニアリティーが重要でない場合には，駆動部６１５として，人工筋肉等も使用することができる。

固定部６２０は，３次元表面表示装置１０に設けられた平面または曲面の少なくともいずれかの面に自己を固定する。図３の取り付けマグネット１２５ｂは，固定部６２０の一例である。固定部６２０は，自己を固定する接着機能を備えていればマグネットに限られず，永久固着または着脱可能に固着できる接着剤などであってもよい。

検知部６２５は，自己への接触の有無を検知する。図３の接触検出電極２００などの接触センサは，ピクセル１００への接触の有無を検知する検知部６２５の一例である。検知部６２５の他の一例としては，ピクセル１００に加えられた力の有無を検知する力センサまたは張力センサが挙げられる。しかし，検知部６２５は，これに限られず，ピクセル１００への接触の有無を検知することができればどんなセンサであってもよい。

自動位置検出部６３０は，第２実施形態にかかる３次元表面表示装置１０の機能であるため，次の第２実施形態において説明する。

（第２実施形態）
第１実施形態にかかる３次元表面表示装置１０では，各ピクセル１００の具体的な配置を予め外部コントローラ４０に知らせる必要があった。すなわち，各ピクセル１００に振られたＩＰアドレスの物理的マップ状態を外部コントローラ４０に知らせる場合，最初にピクセル１００の物理配置を決めておき，その上で，それに応じたピクセル１００の物理位置とＩＰアドレスとの関係を予め外部コントローラ４０に設定する必要があった。

これに対して，本実施形態にかかる３次元表面表示装置１０では，各ピクセル１００の配置を自動検出する点において，ピクセル１００の物理位置とＩＰアドレスとの関係を予め外部コントローラ４０に設定する第１実施形態の３次元表面表示装置１０と相異する。したがって，その相異点である，３次元表面表示装置１０の各ピクセル１００がお互いの位置を自律的に検出する方法を中心に，本実施形態にかかる３次元表面表示装置１０について説明する。

図７は，各ピクセル１００（各ユニット）を５ヶ配置した時の例を示す。各ピクセル１００は同一のものであるが，識別するために，以下の説明ではピクセル１００ａ，ピクセル１００ｂ，ピクセル１００ｃ，ピクセル１００ｄおよびピクセル１００ｅと呼ぶ。なお，各ピクセルの符号は，ＩＰアドレスと等価と考えても差し支えない。

すべてのピクセルには，６組のＬＥＤ／フォトダイオードのペアからなるトランシーバ（たとえば，ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）のトランシーバ部分）が設けられている。具体的には，ピクセル１００ａには，トランシーバ１００ａ１〜トランシーバ１００ａ６が設けられている。また，ピクセル１００ｂには，トランシーバ１００ｂ１〜トランシーバ１００ｂ６が設けられている。また，ピクセル１００ｃには，トランシーバ１００ｃ１〜トランシーバ１００ｃ６が設けられ，ピクセル１００ｄには，トランシーバ１００ｄ１〜トランシーバ１００ｄ６が設けられ，ピクセル１００ｅには，トランシーバ１００ｅ１〜トランシーバ１００ｅ６が設けられている。

本実施形態にかかる３次元表面表示装置１０では，各トランシーバの光は，たとえば，図３に示した表示ケース１０５ｂを不透明とするなどの方法により，対向方向以外や１つのピクセルを通過してその隣に達しない工夫がされている。これにより，お互いに対向するトランシーバのみが通信可能となる。たとえば，トランシーバ１００ａ１に対向する位置にはトランシーバ１００ｂ１が設けられているので，トランシーバ１００ａ１とトランシーバ１００ｂ１とは通信できる。しかし，トランシーバ１００ａ１とその他のトランシーバとは通信できない。

各ピクセル１００に対するトランシーバの配置は，あらかじめ決定されていて，この場合は時計まわりに識別可能である。また，各ピクセル１００は，ＬＡＮ等のネットワークにそれぞれ接続されている。この状態で，各ピクセル１００に接続された外部コントローラ４０は，次のように，トランシーバにて自動検出された各ピクセル１００の位置を取得する。

（ピクセル位置の要求）
まず，ピクセル位置の要求方法について説明する。外部コントローラ４０は，この時点で，データ（色情報および位置情報）を各ピクセル１００に送信するディスプレイモードであるか，各ピクセル１００の位置を取得するロケーション検出モードであるかを判定する。ロケーション検出モードの場合，外部コントローラ４０は，各ピクセル１００の各ＩＰアドレスに対し，１つずつ個別にロケーション検出命令（検出信号）を送信する。なお，外部コントローラ４０にＬＡＮが接続されていることにより，外部コントローラ４０は，各ピクセル１００のＩＰアドレスを取得する。

（ピクセル位置の自動検出）
つぎに，このロケーション検出命令を受信したピクセル１００（自動位置検出部６３０）の具体的動作について，ピクセル１００ａを用いて以下に説明する。

ステップ１．
まず，ピクセル１００ａのトランシーバ１００ａ１が，外部コントローラ４０から送信されたロケーション検出命令を受信する。

ステップ２．
つぎに，トランシーバ１００ａ１が，自分が放つＩＰ信号を光により変調し，赤外線を用いて送信する。

ステップ３．
送信完了後，トランシーバ１００ａ１は，同一のペアとなっているフォトデバイスからの受信信号（隣のＩＰアドレス）を検出し続ける。

この場合，トランシーバ１００ａ１は，一定時間内に受信信号を検出する。そこで，トランシーバ１００ａ１は，この受信信号により，トランシーバ１００ａ１のすぐ隣にトランシーバ１００ｂ１が存在すると判断する。

同様に，トランシーバ１００ａ２について，ステップ（１）〜（３）の処理を実行する。これにより，トランシーバ１００ａ２は，トランシーバ１００ａ２のすぐ隣にトランシーバ１００ｃ１が存在すると判断する。

つぎに，トランシーバ１００ａ３について，ステップ（１）〜（３）の処理を実行する。すなわち，トランシーバ１００ａ３が，外部コントローラ４０から送信されたロケーション検出命令を受信すると（ステップ１），これに応じて自分が放つＩＰ信号を光により変調して送信する（ステップ２）。送信完了後，トランシーバ１００ａ３は，同一のペアとなっているフォトデバイスへの受信信号を検出し続ける（ステップ３）。

この場合，トランシーバ１００ａ３は，一定時間内に受信信号を検出しない。そこで，トランシーバ１００ａ３は，このすぐ隣にはデバイスが存在しないと判断する。

同様に，トランシーバ１００ａ４〜トランシーバ１００ａ６に対してステップ（１）〜（３）の動作を繰り返す。この結果，トランシーバ１００ａ４〜トランシーバ１００ａ６のすぐ隣にはデバイスが存在しないと判断される。

トランシーバ１００ａ６によるステップ（１）〜（３）の処理が完了すると，このピクセル１００ａと隣り合うＩＰアドレスがすべて分かったので，各ピクセル１００（通信部６０５）は，外部コントローラ４０に対して，隣り合うトランシーバ番号とそれに対応するＩＰアドレスのペアと対応づけて送信し，処理を終了する。

外部コントローラ４０は，次のピクセル（ピクセル１００ｂ〜ピクセル１００ｅ）に対してまったく同様にステップ（１）〜（３）の処理を，すべてのＩＰアドレス（トランシーバ）に対して順に要求する。外部コントローラ４０が，これに対するすべて結果をピクセル１００ｂ〜ピクセル１００ｅから受信したとき，外部コントローラ４０は，３次元表面表示装置１０が有するすべてのピクセル１００のＩＰアドレスとそのお互いの配置関係を把握することができる。

なお，トランシーバ同士の通信は半二重であり，この通信に使用するプロトコルに関しては既存のシリアル通信プロトコル等が流用できる。つまり，ＡＣＫ等による確認，パリティー等のチェックについては，既存のシリアル通信プロトコル等を流用することができる。あるいは，単純にＩＰアドレスを何回か繰り返し送信して，多数決により判定するような簡便な方式も使用可能である。

また，各ピクセルのトランシーバの，ロケーション検出モード時以外の動作については，受信の後，適当なタイミング内に自分のＩＰアドレスをそのトランシーバから送信するだけでよい。

以上に説明したように，本実施形態にかかる３次元表面表示装置１０によれば，ピクセル１００が，それぞれ単独で通信することにより，自己のピクセルの隣に他のピクセルが存在するか否かを検出することができる。この結果，各ピクセル１００の通信部６０５は，自動位置検出部６３０により検出された自己のピクセルの隣に存在する他のピクセルの位置を外部コントローラ４０に知らせることができる。

そして，３次元表面表示装置１０に設けられたすべてのピクセルが，自己の隣に存在するピクセルの位置を外部コントローラ４０にそれぞれ知らせることによって，外部コントローラ４０は，複数のピクセル１００によって形成される，３次元表面表示装置１０の表示面の形状を知ることができる。この結果，外部コントローラ４０は，３次元表面表示装置１０を構成する各ピクセルの位置をメモリ等に予め記憶しておくことが不要になるだけでなく，特定した形状を考慮して，最適な色情報や位置情報をコンテンツとして各ピクセルに送信することができる。

このようにして，３次元表面表示装置１０は，自己の形状を自動検出することにより，検出された自己の形状を考慮して最適化されたコンテンツに基づいて，自己の形状に合わせて最適化された色と形状により，さらに人の目を引きつける画像を表現することができる。

なお，ピクセルの配置や数やトランシーバによる通信手段は，自由に定められる。すなわち，ロケーション検出モードでは隣のＩＤが読めればいいので，トランシーバによる通信手段としては，ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）とＲＦリーダの組み合わせ（つまり，）を用いることができる。また，トランシーバによる通信手段として，近接通信に用いられる隣電磁界通信手段を用いてもよい。

以上に説明した第１実施形態の３次元表面表示装置１０によれば，各ピクセル１００がそれぞれ独立して動作することにより，多様な画像表現が可能な表示装置，表示素子および表示方法を提供することができる。また，以上に説明した第２実施形態の３次元表面表示装置１０によれば，自己の形状を自動検出し，検出された自己の形状を考慮して最適化された色と形状により，さらに人の目を引きつける画像を表現することができる。

上記実施形態において，各部の動作はお互いに関連しており，互いの関連を考慮しながら，一連の動作として置き換えることができる。そして，このように置き換えることにより，方法の発明の実施形態とすることができる。

また，上記各部の動作を，各部の処理と置き換えることにより，プログラムの実施の形態とすることができる。また，プログラムを，プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶させることで，プログラムに記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施の形態とすることができる。

したがって，表示装置の表示方法の実施形態は，複数の表示素子により表示面に画像を表現する表示装置の表示プログラムであって，各表示素子が表示する色に関する情報と上記各表示素子の位置に関する情報とを外部装置から各表示素子にそれぞれ受信させる処理と，上記受信された色に関する情報に応じた色を上記各表示素子にそれぞれ表示させる処理と，上記受信された位置に関する情報に応じて上記各表示素子の位置をそれぞれ変化させる処理と，の３つの処理を上記複数の表示素子のコンピュータにそれぞれ単独に実行させることにより，上記表示装置の表示面に現れる色および上記表示装置の表示面に現れる凹凸によって画像を表現することを特徴とする表示装置の表示プログラム，および，この表示プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施形態とすることができる。

なお，このプログラムの実施形態およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施形態における各処理は，コンピュータがプログラムを実行することにより達成される。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば，上述した３次元表面表示装置１０では，各ピクセル１００は正６角形となっており，これらを８×５のマトリックス状に配置した。しかし，３次元表面表示装置１０を構成するピクセル１００の数には制限はなく，また，各ピクセル１００の外形もこれらピクセルの組み合わせが取りうるどのような外形であってもよい。たとえば，ピクセル１００の表示ケース１０５ｂは，正四角形や正三角形等であってもよい。

また，各ピクセル１００は，単一フルカラーＬＥＤ１０５ａの代わりに，単色（ＲＧＢ）ＬＥＤ３ヶを一組として使用してもよい。また，フルカラーに拘れなければ適当な色のＬＥＤを使用してもよい。また，各ピクセル１００は，フィルターを用いた白熱光源，蛍光灯，ＣＲＴ，有機ＥＬ等も使用可能である。

また，上記実施形態では，各ピクセル１００は，各ピクセル１００にアドレスを割り当てて，ＩＰプロトコル（ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）やＵＤＰ（User Datagram Protocol））を使用して外部コントローラ４０と通信した。このように，ＩＰ（Internet
Protocol）プロトコルを使用して外部コントローラ４０と通信するメリットは大きいが，必ずしもこれである必要はなく，専用プロトコルに基づく制御も可能である。この場合，マイクロコンピュータのみで通信が可能となり，コネクタが不要となるため，装置全体の製造コストを低減することができる。ただし，この場合には，ピクセル１００を纏めて制御するマイクロプロセッサ，もしくはＰＣが必要である。また，制御方法も，たとえば，ＲＣ２３２Ｃのような古典的なものから，高速シリアル通信まで，ピクセル１００の要求する表示速度に応じて最適なものを使用することができる。

また，ピクセル１００の通信を，たとえば，８０２．１１のようなワイアレスＬＡＮシステムやブルーツース等の方式によりワイアレス化してもよい。この場合，上述したＬＡＮデバイスの代わりにワイアレスＬＡＮデバイスを用い，かつ電源をバッテリーとすればよい。ただし，完全ワイアレス動作の場合，外部レファレンスレベルがない。このため，各ピクセル１００が外部ＧＮＤというレファレンスをもち，外部電源動作により接触を検出し，人間に対する電源周波数の誘導が非常に有効に働いていた第１実施形態と比較すると，完全ワイアレス動作の場合には，電源誘導が使用しにくくなる。これの解決手段としては，単純にメカニカルスイッチを使用することや，フォトディテクタとＬＥＤとによる光方式とすることが考えられる。

また，電力供給については，第１実施形態においてはＬＡＮと電源という二本のケーブルにより外部との接続を行ったが，Power over Ether方式を使用すれば，一本のＬＡＮケーブルだけでも信号接続および電源供給が可能である。

また，外部コントローラ４０は，外部装置の一例であり，情報処理装置であれば，携帯電話，ＰＤＡ等のモバイル機器やＰＣであってもよい。

本発明は，各表示素子がそれぞれ独立して動作することにより，多様な画像表現が可能な表示装置に適用可能である。

本発明の第１実施形態にかかる表示装置を説明するための図である。 同実施の形態における各ピクセルの斜視図である。 同実施の形態における各ピクセルの断面図である。 同実施の形態における各ピクセルの構成図である。 同実施の形態における表示装置が表現する画像の一例を示した図である。 同実施の形態における各ピクセルの機能ブロック図である。 本発明の第２実施形態にかかる表示装置を説明するための図である。

符号の説明

１０ 表示装置
４０ 外部コントローラ
１００ ピクセル
１０５ 表示部
１１０ 支持部材
１１５ ステッピングモータ
１２０ 動力伝達機構
１２５ 設置台
１３０ スイッチ
１３５ マイクロコンピュータ
６０５ 通信部
６１０ 支持部
６１５ 駆動部
６２０ 固定部
６２５ 検知部
６３０ 自動位置検出部

Claims (14)

1. 複数の表示素子により表示面に画像を表現する表示装置であって：
   前記複数の表示素子の各表示素子は；
   自己の表示素子が表示する色に関する情報および／または自己の表示素子の位置に関する情報を外部装置から受信する通信部と；
   前記受信された色に関する情報に応じた色を表示する表示部と；
   前記表示装置の表示面に略垂直な高さ方向に前記表示部を支持する支持部と；
   前記受信された位置に関する情報に応じて前記支持部を所定の位置まで駆動することにより前記表示部の位置を変化させる駆動部と；をそれぞれ備え，
   前記複数の表示素子をそれぞれ単独に動作させることにより，前記表示面に現れる色および前記表示面に現れる凹凸によって画像を表現することを特徴とする表示装置。
2. 前記各表示素子は，さらに，
   前記表示装置に設けられた平面または曲面のいずれかの面に自己を固定する固定部をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載された表示装置。
3. 前記各表示素子は，
   前記固定部により前記表示装置に着脱可能にそれぞれ固定され，
   前記表示装置は，
   前記各表示素子を前記表示装置に着脱させることにより，自表示装置の表示面の形状を自由に変化させることを特徴とする請求項２に記載された表示装置。
4. 前記通信部は，
   ＩＰプロトコルに基づいて外部装置と通信することを特徴とする請求項１に記載された表示装置。
5. 前記各表示素子は，さらに，
   自己の表示素子への接触の有無を検知する検知部をそれぞれ有し，
   前記表示装置は，
   前記検知された接触の有無に応じて，前記表示部に表示させる色および／または前記表示部の高さを変化させることを特徴とする請求項１に記載された表示装置。
6. 前記各表示素子は，さらに，
   自己の表示素子の隣に他の表示素子が存在するか否かを検出する自動位置検出部をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載された表示装置。
7. 前記通信部は，
   位置を検出するための発信信号を発信し，
   前記自動位置検出部は，
   前記発信された発信信号に応答して応答信号を受信した場合，前記応答信号を受信した方向であって，自己の表示素子の隣に他の表示素子が存在することを検出することを特徴とする請求項６に記載された表示装置。
8. 前記自動位置検出部は，
   赤外線を用いて前記発信信号および応答信号を送受信することを特徴とする請求項７に記載された表示装置。
9. 前記通信部は，
   前記自動位置検出部により検出された自己の表示素子の隣に存在する他の表示素子の位置を外部装置に送信し，各表示素子から送信された前記他の表示素子の位置に基づいて外部装置により定められた前記色に関する情報および／または前記位置に関する情報を外部装置から受信し，
   前記表示部は，
   前記受信された色に関する情報に応じた色を表示し，
   前記駆動部は，
   前記受信された位置に関する情報に応じて前記支持部を所定の位置まで駆動することにより前記表示部の位置を変化させることを特徴とする請求項６に記載された表示装置。
10. 前記表示素子の位置に関する情報は，
    前記表示素子の位置を示す情報自体または前記表示素子の位置を示す情報を抽出することが可能な情報のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載された表示装置。
11. 前記通信部は，
    前記通信部と接続された複数の外部装置と通信することを特徴とする請求項１に記載された表示装置。
12. 色に関する情報と位置に関する情報とを外部装置から受信する通信部と；
    前記受信された色に関する情報に応じた色を表示する表示部と；
    前記表示面に略垂直な高さ方向に前記表示部を支持する支持部と；
    前記受信された位置に関する情報に応じて前記支持部を所定の位置まで駆動することにより，前記表示部の位置を変化させる駆動部と；を備えることを特徴とする表示素子。
13. 表示装置を形成する複数の表示素子へ各表示素子の位置を検出することを要求する検出信号を発信し，
    前記発信された検出信号に応じて前記各表示素子により検出された自己の表示素子の隣に存在する他の表示素子の位置を各表示素子から受信し，
    前記各表示素子から受信した前記各表示素子の隣に存在する表示素子の位置から前記表示装置が有する複数の表示素子によって形成される形状を特定する情報処理装置。
14. 複数の表示素子により表示面に画像を表現する表示装置の表示方法であって：
    各表示素子の表示部が表示する色に関する情報と前記各表示素子の位置に関する情報とを外部装置から各表示素子にそれぞれ受信させる動作と，前記受信された色に関する情報に応じた色を前記各表示素子にそれぞれ表示させる動作と，前記受信された位置に関する情報に応じて前記各表示素子の位置をそれぞれ変化させる動作と，を前記複数の表示素子にそれぞれ単独に実行させることにより，前記表示装置の表示面に現れる色および前記表示装置の表示面に現れる凹凸によって画像を表現することを特徴とする表示装置の表示方法。

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