JP2007225638A - Stereoscopic display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体物を実際に表示する立体表示装置に関するものである。 The present invention relates to a stereoscopic display device that actually displays a stereoscopic object.
従来、立体物を表示する装置として、複数配置されたステッピングモータと、該ステッピングモータのシャフトの先端に設けた雄ネジ部にキャップ状に形成されたナット状部材を螺合させた構造体とを具備した構造体ディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。 Conventionally, as a device for displaying a three-dimensional object, a plurality of stepping motors and a structure in which a nut-like member formed in a cap shape is screwed to a male screw portion provided at the tip of a shaft of the stepping motor. Proposed structural displays have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
この装置により、広告や絵画等を立体的に表示したり、コンピュータディスプレイの文字や図形等を立体表示したりすることができ、またその表示したものを利用して視覚障害者等にそれらの形状を認識させることにも用いることができる。 With this device, advertisements and pictures can be displayed three-dimensionally, and characters and figures on computer displays can be displayed three-dimensionally. Can also be used for recognizing.
しかしながら、これらの技術においてステッピングモータの駆動による構造体の上下移動により立体物を表示するものであるために一旦立体物を表示するとつぎに立体物を表示するためには時間を要するものであった。また、構造体の上下位置により立体形状を表示するだけであるために表現できる立体物の種類に限界があった。 However, in these techniques, since the three-dimensional object is displayed by moving the structure up and down by driving the stepping motor, once the three-dimensional object is displayed, it takes time to display the three-dimensional object next. . In addition, there is a limit to the types of three-dimensional objects that can be expressed because only the three-dimensional shape is displayed according to the vertical position of the structure.
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、様々な立体物をリアルに表現し、連続的に形態を変化させることのできる立体表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic display device that can realistically express various three-dimensional objects and continuously change their forms. .
前記課題を解決するために提供する本発明は、発光手段を内蔵した透明で棒状の構造体と、該構造体を長さ方向に上下移動させるアクチュエータとからなる表示素子が配列された表示部と、前記表示素子ごとにアクチュエータ及び発光手段を制御する制御部と、外部から表示する立体物の情報が入力されるデータ入力部とを備え、前記制御部は、前記データ入力部に入力された立体物の情報に基づき前記表示素子ごとにアクチュエータに構造体を上下移動させるとともに発光手段を発光させて、表示部全体として前記立体物の形態を表示することを特徴とする立体表示装置である。 The present invention provided to solve the above problems includes a display unit in which display elements each including a transparent rod-like structure including a light-emitting unit and an actuator that vertically moves the structure are arranged. A control unit for controlling the actuator and the light emitting means for each display element, and a data input unit for inputting information of a three-dimensional object to be displayed from the outside, wherein the control unit is a three-dimensional input to the data input unit. A stereoscopic display device that displays the form of the three-dimensional object as a whole display unit by causing the actuator to move the structure up and down for each display element based on information on the object and causing the light emitting means to emit light.
ここで、前記制御部は、時間経過と共に前記構造体の上下位置を変動させ前記立体物の動きを表現することが好ましい。 Here, it is preferable that the control unit expresses the movement of the three-dimensional object by changing the vertical position of the structure over time.
また、前記表示部表面は透明で可撓性のあるフィルムで覆われており、前記制御部は、該フィルムを上下運動する前記構造体の先端で支持させることにより撓ませて前記立体物の形状を表示するとよい。 In addition, the surface of the display unit is covered with a transparent and flexible film, and the control unit is bent by supporting the film at the tip of the structure that moves up and down to form the three-dimensional object. Should be displayed.
また、前記アクチュエータは、ポリマーアクチュエータ素子からなることが好適である。 The actuator is preferably made of a polymer actuator element.
本発明によれば、構造体により立体物の形状を表現すると共に発光手段の発光する光で該立体物の模様や色調を表現することにより様々な立体物をリアルに表示することができる。また、構造体の連続的な上下移動により、連続的に形態を変化させ立体物の動きを表現することができる。さらに、構造体を上下移動させるためのアクチュエータとしてポリマーアクチュエータ素子を使用することで、立体表示装置の小型化が可能である。 According to the present invention, various three-dimensional objects can be realistically displayed by expressing the shape of a three-dimensional object with a structure and expressing the pattern and color tone of the three-dimensional object with light emitted from the light emitting means. In addition, the movement of the three-dimensional object can be expressed by continuously changing the form by the continuous vertical movement of the structure. Further, by using a polymer actuator element as an actuator for moving the structure up and down, the stereoscopic display device can be reduced in size.
以下に、本発明に係る立体表示装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る立体表示装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の立体表示装置のうち、表示素子配列領域の断面構成を示す概略図である。
Hereinafter, a first embodiment of a stereoscopic display device according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a stereoscopic display device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a display element array region in the stereoscopic display device of the present invention.
立体表示装置１００は、発光手段１３を内蔵した透明で棒状の構造体１２と、該構造体１２を長さ方向に上下移動させるアクチュエータ１５とからなる表示素子１１が表示素子配列領域１０ａに配列された表示部１０と、前記表示素子１１ごとにアクチュエータ１５及び発光手段１３を制御する制御部２０と、外部から表示する立体物の情報が入力されるデータ入力部３０とを備えており、制御部２０は、データ入力部３０に入力された立体物の情報に基づき前記表示素子１１ごとにアクチュエータ１５に構造体１２を上下移動させるとともに発光手段１３を発光させて、表示部１０全体として前記立体物の形態を表示するものである。 In the stereoscopic display device 100, a display element 11 including a transparent rod-like structure body 12 including a light emitting means 13 and an actuator 15 for moving the structure body 12 up and down in the length direction is arranged in a display element arrangement region 10a. A display unit 10, a control unit 20 for controlling the actuator 15 and the light emitting means 13 for each display element 11, and a data input unit 30 for inputting information of a solid object to be displayed from the outside. 20, based on the information of the three-dimensional object input to the data input unit 30, the actuator 15 moves the structural body 12 up and down for each display element 11 and causes the light emitting means 13 to emit light, so that the display unit 10 as a whole has the three-dimensional object. Is displayed.
ここで、表示素子１１は、棒状の構造体１２の一端にアクチュエータ１５が一本の棒形状を呈するように連結されており、該構造体１２の他端側で発光手段１３により所定のカラー色で発光表示するようになっている（図２）。 Here, the display element 11 is connected to one end of a rod-shaped structure 12 so that the actuator 15 has a single bar shape, and a predetermined color color is provided by the light emitting means 13 on the other end side of the structure 12. Is displayed with light emission (FIG. 2).
この表示素子１１は、隣接する表示素子１１との間隔が一定となるように基準面ＢＦ上にアクチュエータ１５を固定して配置されるとともに、発光手段１３により発光する部分が表示板１７に設けられた孔から突出するようになっている。 The display element 11 is arranged with the actuator 15 fixed on the reference plane BF so that the interval between the adjacent display elements 11 is constant, and a portion that emits light by the light emitting means 13 is provided on the display plate 17. It protrudes from the hole.
構造体１２の外形は細長い棒形状のものであれば、とくに限定されないが例えばピン、円柱、角柱などでよい。また、必ずしも構造体１２全体が透明である必要はなく、発光手段１３の光を外部に表示する部分が透明であればよい。あるいは、構造体１２の先端から発光手段１３の発光部分（光拡散体１３ｂ部分）と露出させてもよい。 The outer shape of the structure 12 is not particularly limited as long as it has an elongated rod shape, but may be a pin, a cylinder, a prism, or the like. In addition, the entire structure 12 does not necessarily have to be transparent, and the portion of the light emitting means 13 that displays the light to the outside may be transparent. Or you may expose the light emission part (light diffuser 13b part) of the light emission means 13 from the front-end | tip of the structure 12. FIG.
発光手段１３は、構造体１２の上下移動に追従しながら外部からの光を構造体１２内部に伝達する光ファイバー１３ａと、該光ファイバー１３ａからの光を拡散して表示する光拡散体１３ｂとから構成されている。なお、この光の光源としては公知技術のものでよいが、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を用いればよい。 The light emitting means 13 includes an optical fiber 13a that transmits external light into the structure 12 while following the vertical movement of the structure 12, and a light diffuser 13b that diffuses and displays the light from the optical fiber 13a. Has been. The light source of this light may be a known one, but for example, a light emitting diode (LED) element may be used.
アクチュエータ１５は、構造体１２を上下移動させる機構であり、例えばポリマーアクチュエータ素子からなることが好ましい。 The actuator 15 is a mechanism for moving the structure 12 up and down, and is preferably made of, for example, a polymer actuator element.
図３にポリマーアクチュエータ素子を用いたアクチュエータの例を示す全体図、図４にこのポリマーアクチュエータ素子の概略図を示す。
アクチュエータ１５は、複数の中空の切頭錐体であるポリマーアクチュエータ素子１５ａ同士が接合されて蛇腹形状をなし、そのポリマーアクチュエータ素子１５ａの１つの表裏面にリード線１５４が接続された構成となっている。また、アクチュエータ１５は、内部を長手方向に貫通する穴を有している。また、ポリマーアクチュエータ素子１５ａは、中空の切頭錐体１つ分で陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子体１５１と、イオン導電性高分子体１５１の内面、外面それぞれに設けられる電極膜１５２とを備える構成となっている。
FIG. 3 is an overall view showing an example of an actuator using a polymer actuator element, and FIG. 4 is a schematic view of the polymer actuator element.
The actuator 15 has a configuration in which polymer actuator elements 15a, which are a plurality of hollow truncated cones, are joined together to form a bellows shape, and a lead wire 154 is connected to one front and back surfaces of the polymer actuator element 15a. Yes. The actuator 15 has a hole that penetrates the inside in the longitudinal direction. The polymer actuator element 15a includes an ion conductive polymer 151 impregnated with a cationic material by one hollow truncated cone, and electrodes provided on the inner and outer surfaces of the ion conductive polymer 151, respectively. The film 152 is provided.
なお、ここでいうポリマーアクチュエータ素子１５ａは、特許第２９６１１２５号公報、特開平１１−２０６１６２号公報などで開示されている従来公知のものでもよいが、それ以外に例えばつぎのような構成のものを使うとよい。
図５は、本発明で使用するポリマーアクチュエータ素子の基本的構成を示す断面図である。
ポリマーアクチュエータ素子ａ１は、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜（イオン導電性高分子フィルム）１と、該イオン導電性高分子膜１の両面それぞれに設けられる電極膜２と、該電極膜２それぞれに電気的に接続されたリード線４とを備え、１対のリード線４より電極膜２間に電圧が印加されることによりイオン導電性高分子膜１が湾曲または変形するものである。
The polymer actuator element 15a referred to here may be a conventionally known one disclosed in Japanese Patent No. 2961125, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206162, or the like. Use it.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the basic structure of the polymer actuator element used in the present invention.
The polymer actuator element a1 includes an ion conductive polymer film (ion conductive polymer film) 1 impregnated with a cationic substance, an electrode film 2 provided on each of both surfaces of the ion conductive polymer film 1, A lead wire 4 electrically connected to each electrode film 2, and the ion conductive polymer film 1 is bent or deformed when a voltage is applied between the electrode films 2 from a pair of lead wires 4. It is.
イオン導電性高分子膜１は、フッ素樹脂、炭化水素系などを骨格としたイオン交換樹脂からなり、表裏２つの主面をもつ形状を呈している。例えば、短冊形状、円盤形状、円柱形状、円筒形状などが挙げられる。また、イオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂いずれでもよいが、このうち陽イオン交換樹脂が好適である。 The ion conductive polymer film 1 is made of an ion exchange resin having a skeleton made of a fluororesin, a hydrocarbon, or the like, and has a shape having two main surfaces. For example, a strip shape, a disk shape, a columnar shape, a cylindrical shape and the like can be mentioned. The ion exchange resin may be any one of an anion exchange resin, a cation exchange resin, and a both ion exchange resin, and among these, a cation exchange resin is preferable.
陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入されたものが挙げられ、とくにフッ素樹脂にスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入された陽イオン交換樹脂が好ましい。 Examples of the cation exchange resin include those in which functional groups such as sulfonic acid groups and carboxyl groups are introduced into polyethylene, polystyrene, fluororesin, and the like. In particular, functional groups such as sulfonic acid groups and carboxyl groups are introduced into fluororesins. Preferred cation exchange resins are preferred.
電極膜２は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂とからなり、前記カーボン粉末同士がイオン導電性樹脂を介して結合していることを特徴とする。カーボン粉末は、導電性をもつカーボンブラックの微細粉末であり、比表面積が大きなものほど電極膜２としてイオン導電性高分子膜１と接する表面積が大きくなりより大きな変形量を得ることができる。例えばケッチェンブラックが好ましい。また、イオン導電性樹脂は、イオン導電性高分子膜１を構成する材料と同じものでよい。 The electrode film 2 is made of carbon powder and an ion conductive resin, and the carbon powders are bonded to each other through the ion conductive resin. The carbon powder is a fine powder of carbon black having electrical conductivity, and the larger the specific surface area, the larger the surface area in contact with the ion conductive polymer film 1 as the electrode film 2 and the larger deformation amount can be obtained. For example, ketjen black is preferable. Further, the ion conductive resin may be the same as the material constituting the ion conductive polymer film 1.
また、電極膜２は、イオン導電性樹脂成分とカーボン粉末を含む塗料がイオン導電性高分子膜１に塗布されてなるものである。あるいは、電極膜２は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂とからなる導電膜がイオン導電性高分子膜１に圧着されてなるものである。
いずれの方法によっても、簡便に短時間で電極膜２を形成することができる。
The electrode film 2 is formed by applying a paint containing an ion conductive resin component and carbon powder to the ion conductive polymer film 1. Alternatively, the electrode film 2 is formed by pressure-bonding a conductive film made of carbon powder and an ion conductive resin to the ion conductive polymer film 1.
In any method, the electrode film 2 can be easily formed in a short time.
なお、少なくともイオン導電性高分子膜１に陽イオン物質が含浸されているが、該陽イオン物質とは、水及び金属イオン、水及び有機イオン、イオン液体のいずれかであることが好ましい。ここで、金属イオンとは例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン等が挙げられる。また、有機イオンとは例えば、アルキルアンモニウムイオン等が挙げられる。これらのイオンはイオン導電性高分子膜１中において水和物として存在している。イオン導電性高分子膜１が水及び金属イオン、または水及び有機イオンを含み、含水状態となっている場合には、ポリマーアクチュエータ素子ａ１は中からこの水が揮発しないように封止されていることが好ましい。 At least the ion conductive polymer membrane 1 is impregnated with a cationic substance, and the cationic substance is preferably any one of water and metal ions, water and organic ions, and ionic liquid. Here, examples of the metal ion include sodium ion, potassium ion, lithium ion, and magnesium ion. Examples of organic ions include alkyl ammonium ions. These ions exist as hydrates in the ion conductive polymer film 1. When the ion conductive polymer film 1 contains water and metal ions, or water and organic ions and is in a water-containing state, the polymer actuator element a1 is sealed so that the water does not volatilize. It is preferable.
また、イオン液体とは、常温溶融塩とも言われる不燃性、不揮発性のイオンのみからなる溶媒であり、例えばイミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物、脂肪族系化合物のものを使用することができる。イオン導電性高分子膜１にイオン液体を含浸させている場合には、揮発する心配なく高温あるいは真空中でもポリマーアクチュエータ素子ａ１を使用することができようになる。 The ionic liquid is a solvent composed only of non-flammable and nonvolatile ions, which is also called a room temperature molten salt. For example, an imidazolium ring compound, a pyridinium ring compound, or an aliphatic compound may be used. it can. When the ion conductive polymer film 1 is impregnated with an ionic liquid, the polymer actuator element a1 can be used even at high temperature or in vacuum without worrying about volatilization.
また、図６に、前記ポリマーアクチュエータ素子の変形例を示す。
図６は、本発明で使用する別のポリマーアクチュエータの基本的構成を示す断面図である。
ポリマーアクチュエータ素子ａ２は、上述したポリマーアクチュエータ素子ａ１の１対の電極膜２それぞれの上に金または白金からなる金属導電膜３を備え、該金属導電膜３にリード線４を電気的に接続した構成となっている。ここで、イオン導電性高分子膜１、電極膜２、イオン導電性高分子膜１に含浸させる陽イオン物質は、図５で示したものと同じである。
FIG. 6 shows a modification of the polymer actuator element.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the basic configuration of another polymer actuator used in the present invention.
The polymer actuator element a2 includes a metal conductive film 3 made of gold or platinum on each of the pair of electrode films 2 of the polymer actuator element a1 described above, and a lead wire 4 is electrically connected to the metal conductive film 3. It has a configuration. Here, the cation substance impregnated in the ion conductive polymer film 1, the electrode film 2, and the ion conductive polymer film 1 is the same as that shown in FIG.
ここで、金属導電膜３は、１対の電極膜２それぞれの上に湿式めっき法、蒸着法、スパッタ法などの従来公知の成膜手法により、金または白金の薄膜が形成されてなるものである。この金属導電膜３の厚さにはとくに制限はないが、リード線４からの電位が電極膜２に均等に印加されるように連続した膜となる程度の厚さであることが好ましい。 Here, the metal conductive film 3 is formed by forming a gold or platinum thin film on each of the pair of electrode films 2 by a conventionally known film forming method such as a wet plating method, a vapor deposition method, or a sputtering method. is there. The thickness of the metal conductive film 3 is not particularly limited, but is preferably such a thickness that a continuous film is formed so that the potential from the lead wire 4 is evenly applied to the electrode film 2.
図７に、これらのポリマーアクチュエータ素子ａ１，ａ２の動作原理を示す。ここでは、イオン導電性高分子膜１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。
図７（ａ）では、電源Ｅよりリード線４を通じて、図中左側のポリマーアクチュエータａ１の電極膜２にプラスの電位、図中右側の電極膜２にマイナスの電位を印加している。この電位差により、ポリマーアクチュエータ素子ａ１（ａ２）のイオン導電性高分子膜１中では、マイナスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜２にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動し、当該電極膜２の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。一方、プラスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜２近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子膜１は図中左側に湾曲するようになる。
FIG. 7 shows the operating principle of these polymer actuator elements a1 and a2. Here, the ion conductive polymer film 1 will be described as being impregnated with sodium ions.
In FIG. 7A, a positive potential is applied to the electrode film 2 of the polymer actuator a1 on the left side of the figure through the lead wire 4 from the power source E, and a negative potential is applied to the electrode film 2 on the right side of the figure. Due to this potential difference, sodium ion hydrate is attracted and moved to the electrode film 2 on the side to which a negative potential is applied (right side in the figure) in the ion conductive polymer film 1 of the polymer actuator element a1 (a2). However, it concentrates in the vicinity of the electrode film 2 and this region expands in volume. On the other hand, the sodium hydrate concentration in the vicinity of the electrode film 2 on the side to which a positive potential is applied (left side in the figure) decreases, and this region contracts in volume. As a result, a volume difference is generated between the two electrode film 2 vicinity regions of the ion conductive polymer film 1, and the ion conductive polymer film 1 is curved to the left in the figure.
図７（ｂ）では、２つの電極膜２がショートした状態でつながれることから２つの電極膜２近傍領域で蓄積された電荷に応じて放電が起こる。そして、その結果２つの電極膜２の間に電位差がなくなることから、イオン導電性高分子膜１の２つの電極膜２近傍領域の間に体積差はなくなり、イオン導電性高分子膜１は初期形状状態である真っ直ぐな状態となる。 In FIG. 7B, since the two electrode films 2 are connected in a short-circuit state, discharge occurs according to the electric charge accumulated in the vicinity of the two electrode films 2. As a result, there is no potential difference between the two electrode films 2, so there is no volume difference between the two electrode film 2 neighboring regions of the ion conductive polymer film 1, and the ion conductive polymer film 1 is in the initial state. It becomes a straight state which is a shape state.
図７（ｃ）では、電源Ｅよりリード線４を通じて、図中左側のポリマーアクチュエータ素子ａ１（ａ２）の電極膜２にマイナスの電位、図中右側の電極膜２にプラスの電位を印加しており、電圧印加方法が図７（ａ）の場合とは逆である。この電位差により、ポリマーアクチュエータ素子ａ１（ａ２）のイオン導電性高分子膜１中では、マイナスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜２の近傍領域は体積膨張するようになり、プラスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜２近傍領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子膜１は図中右側に湾曲するようになる。 In FIG. 7 (c), a negative potential is applied to the electrode film 2 of the polymer actuator element a1 (a2) on the left side of the figure through the lead wire 4 from the power source E, and a positive potential is applied to the electrode film 2 on the right side of the figure. Thus, the voltage application method is opposite to that in the case of FIG. Due to this potential difference, in the ion conductive polymer film 1 of the polymer actuator element a1 (a2), a region near the electrode film 2 on the side to which a negative potential is applied (left side in the figure) becomes volume-expanded. The area near the electrode film 2 on the side to which the positive potential is applied (the right side in the figure) contracts in volume. As a result, the ion conductive polymer film 1 is bent to the right side in the drawing.
なお図４において、イオン導電性高分子体１５１は形状が異なるだけで図５に示したイオン導電性高分子膜１と同じである。また、電極膜１５２、陽イオン物質も、図５に示した電極膜２、イオン導電性高分子膜１に含まれる陽イオン物質と同じである。 In FIG. 4, the ion conductive polymer 151 is the same as the ion conductive polymer film 1 shown in FIG. The electrode film 152 and the cationic substance are the same as the cationic substance contained in the electrode film 2 and the ion conductive polymer film 1 shown in FIG.
図８に、ポリマーアクチュエータ素子１５ａの動作原理を示す。ここでは、ポリマーアクチュエータ素子１５ａのイオン導電性高分子体１５１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。 FIG. 8 shows the operating principle of the polymer actuator element 15a. Here, it is assumed that sodium ion is impregnated in the ion conductive polymer 151 of the polymer actuator element 15a.
図８（ａ）では、電源Ｅよりリード線１５４を通じて、ポリマーアクチュエータ素子１５ａの内周面の電極膜１５２にプラスの電位、外周面の電極膜１５２にマイナスの電位を印加している。この電位差（０．５〜２．０Ｖ程度）により、イオン導電性高分子体１５１中では、マイナスの電位が印加された側（外周面）の電極膜１５２にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動し、当該電極膜１５２の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。一方、プラスの電位が印加された側（内周面）の電極膜１５２近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子体１５１の２つの電極膜１５２近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子体１５１は切頭錐体の開口部の口径が小さくなるように変形しその切頭錐体の高さが高くなる。 In FIG. 8A, a positive potential is applied to the electrode film 152 on the inner peripheral surface of the polymer actuator element 15a and a negative potential is applied to the electrode film 152 on the outer peripheral surface through the lead wire 154 from the power source E. Due to this potential difference (about 0.5 to 2.0 V), sodium ion hydrate is attracted to the electrode film 152 on the side (outer peripheral surface) to which a negative potential is applied in the ion conductive polymer 151. It moves and concentrates in the vicinity of the electrode film 152, and this region expands in volume. On the other hand, the sodium hydrate concentration in the vicinity of the electrode film 152 on the side to which the positive potential is applied (inner peripheral surface) decreases, and this region shrinks in volume. As a result, a volume difference is generated between the regions near the two electrode films 152 of the ion conductive polymer 151, and the ion conductive polymer 151 has a smaller opening diameter of the truncated cone. Deforms and the height of the truncated cone increases.
図８（ｂ）では、電源Ｅからの電圧印加はなく、２つの電極膜１５２間をショートさせることから、イオン導電性高分子体１５１の２つの電極膜１５２近傍領域の間に体積差はなく、イオン導電性高分子体１５１は変形することなく当初成形時の状態となる。 In FIG. 8B, no voltage is applied from the power source E, and the two electrode films 152 are short-circuited, so that there is no volume difference between the two electrode film 152 adjacent regions of the ion conductive polymer 151. The ion conductive polymer 151 is in the initial molding state without being deformed.
図８（ｃ）では、電源Ｅよりリード線１５４を通じて、ポリマーアクチュエータ素子１５ａの内周面の電極膜１５２にマイナスの電位、外周面の電極膜１５２にプラスの電位を印加しており、電圧印加方法が図８（ａ）の場合とは逆である。この電位差により、イオン導電性高分子体１５１中では、マイナスの電位が印加された側（内周面）の電極膜１５２の近傍領域は体積膨張するようになり、プラスの電位が印加された側（外周面）の電極膜１５２近傍領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子体１５１は切頭錐体の開口部の口径が大きくなるように変形しその切頭錐体の高さが低くなる。 In FIG. 8C, a negative potential is applied to the electrode film 152 on the inner peripheral surface of the polymer actuator element 15a and a positive potential is applied to the electrode film 152 on the outer peripheral surface of the polymer actuator element 15a through the lead wire 154 from the power source E. The method is the reverse of that shown in FIG. Due to this potential difference, in the ion conductive polymer 151, a region in the vicinity of the electrode film 152 on the side (inner peripheral surface) to which a negative potential is applied expands, and the side to which a positive potential is applied. The area in the vicinity of the electrode film 152 on the (outer peripheral surface) volume shrinks. As a result, the ion conductive polymer 151 is deformed so that the opening diameter of the truncated cone is increased, and the height of the truncated cone is lowered.
このポリマーアクチュエータ素子１５ａの動作原理に基づいて、本発明のアクチュエータ１５はつぎのように動作することになる。
図９に、本発明のアクチュエータ１５の動作を示す。ここでは、イオン導電性高分子体１５１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。
Based on the operating principle of the polymer actuator element 15a, the actuator 15 of the present invention operates as follows.
FIG. 9 shows the operation of the actuator 15 of the present invention. Here, it is assumed that the ion conductive polymer 151 is impregnated with sodium ions.
図９（ａ）では、電源Ｅよりリード線１５４を通じて、アクチュエータ１５の内周面の電極膜１５２にプラスの電位、外周面の電極膜１５２にマイナスの電位を印加している。この場合、図８（ａ）に示した場合と同様の現象が起こるが、イオン導電性高分子体１５１を構成する切頭錐体それぞれが変形することから、アクチュエータ１５全体としてはその全長が大きく伸長することとなる。これに伴い、構造体１２はアクチュエータ１５により押し上げられ、表示素子１１として表示板１７から大きく突出するようになる。また、光ファイバー１３ａは、構造体１２側からアクチュエータ１５の内部を貫通する穴を通って外部の光源に遊びの長さを持って接続されており、構造体１２の上方向の移動に追従することができる。 In FIG. 9A, a positive potential is applied to the electrode film 152 on the inner peripheral surface of the actuator 15 and a negative potential is applied to the electrode film 152 on the outer peripheral surface from the power source E through the lead wire 154. In this case, the same phenomenon as that shown in FIG. 8A occurs. However, since the truncated cones constituting the ion conductive polymer 151 are deformed, the entire length of the actuator 15 is large. It will be extended. Along with this, the structure 12 is pushed up by the actuator 15, and greatly protrudes from the display plate 17 as the display element 11. The optical fiber 13a is connected to an external light source with a play length through a hole penetrating the inside of the actuator 15 from the structure 12 side, and follows the upward movement of the structure 12. Can do.
図９（ｂ）では、電源Ｅからの電圧印加はなく、２つの電極膜１５２間はショートされ電位差がなくなる。この場合、図８（ｂ）に示した場合と同様に、イオン導電性高分子体１５１は変形することなく当初成形時の状態となる。 In FIG. 9B, no voltage is applied from the power source E, and the two electrode films 152 are short-circuited to eliminate the potential difference. In this case, similarly to the case shown in FIG. 8B, the ion conductive polymer 151 is in the initial molding state without being deformed.
図９（ｃ）では、電源Ｅよりリード線１５４を通じて、アクチュエータ１５の内周面の電極膜１５２にマイナスの電位、外周面の電極膜１５２にプラスの電位を印加している。この場合、図８（ｃ）に示した場合と同様の現象が起こるが、イオン導電性高分子体１５１を構成する切頭錐体それぞれが変形することから、アクチュエータ１５全体としてはその全長が大きく縮小することとなる。これに伴い、構造体１２はアクチュエータ１５により引き下げられ、表示素子１１として表示板１７からの突出量が小さくなるように下方向に移動する。 In FIG. 9C, a negative potential is applied to the electrode film 152 on the inner peripheral surface of the actuator 15 and a positive potential is applied to the electrode film 152 on the outer peripheral surface through the lead wire 154 from the power source E. In this case, the same phenomenon as that shown in FIG. 8C occurs. However, since the truncated cones constituting the ion conductive polymer 151 are deformed, the entire length of the actuator 15 is large. It will be reduced. Along with this, the structure 12 is pulled down by the actuator 15 and moves downward so that the amount of protrusion from the display plate 17 as the display element 11 becomes small.
以上のようにして、アクチュエータ１５の伸長または収縮に伴って表示素子１１の構造体１２の上下位置を調整することができる。
すなわち、図９に示すように、アクチュエータ１５の開口端に構造体１２を固定して設け、アクチュエータ１５を図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれの状態とすることで構造体１２の上下位置を調整することが可能である。
As described above, the vertical position of the structure 12 of the display element 11 can be adjusted as the actuator 15 extends or contracts.
That is, as shown in FIG. 9, the structure 12 is fixedly provided at the opening end of the actuator 15, and the actuator 15 is in the respective states of FIGS. 9A, 9 </ b> B, and 9 </ b> C, thereby the structure 12. It is possible to adjust the vertical position.
以上のアクチュエータ１５は次の手順で作製することができる。
（Ｓ１１）中心を円形にくり貫いた円盤形状のイオン導電性高分子膜を複数用意する。
（Ｓ１２）それぞれのイオン導電性高分子膜を図４に示すような中空の切頭錐体形状に変形させ、この状態でイオン導電性高分子膜のガラス転移点以上に加熱した後に冷却する。これにより、イオン導電性高分子膜は中空の切頭錐体形状として保持されるようになる。
（Ｓ１３）複数のステップＳ１２で得られたものをその切頭錐体の同じ口径となる開口部同士を向き合わせてその開口部端面を接着剤で接合する。これにより、複数の中空の切頭錐体同士が接合された蛇腹形状をなすイオン導電性高分子体１５１となる。
（Ｓ１４）有機溶媒にイオン導電性樹脂を溶解したものに、所定の比表面積のカーボン粉末を目標のカーボン粉末とイオン導電性樹脂との固形分重量比となるように混ぜ合わせ、分散させて塗料を得る。
（Ｓ１５）ステップＳ１４の塗料中にイオン導電性高分子体１５１をディッピング塗布し、その塗膜を大気中で乾燥させる。当該処理（ディッピング塗布−乾燥）を繰り返し、所望の厚さの電極膜１５２を内周面、外周面それぞれに形成する。これ以外にめっき法により導電性金属からなる電極膜１５２を形成してもよい。
（Ｓ１６）イオン導電性高分子体１５１に陽イオン物質を含浸させる処理を行う。具体的には、イオン導電性高分子体１５１に電極膜１５２を形成したものを金属イオン、有機イオンいずれかを含む塩化物溶液または水酸化物溶液、あるいはイオン液体に浸漬することにより、これらの金属イオン、有機イオン、イオン液体がイオン導電性高分子体１５１及び電極膜１５２中に含浸させる。
（Ｓ１７）１対の電極膜１５２それぞれにリード線１５４を接続して、アクチュエータ１５を完成する。
The actuator 15 described above can be manufactured by the following procedure.
(S11) A plurality of disc-shaped ion conductive polymer films having a center formed in a circular shape are prepared.
(S12) Each of the ion conductive polymer films is deformed into a hollow truncated cone shape as shown in FIG. 4, heated in the state above the glass transition point of the ion conductive polymer film, and then cooled. Accordingly, the ion conductive polymer film is held as a hollow truncated cone shape.
(S13) The openings obtained in the plurality of steps S12 face each other with the same diameter of the truncated cone, and the end faces of the openings are joined with an adhesive. As a result, an ion conductive polymer 151 having a bellows shape in which a plurality of hollow truncated cones are joined together is obtained.
(S14) A paint in which an ion conductive resin is dissolved in an organic solvent, and a carbon powder having a predetermined specific surface area is mixed and dispersed so as to obtain a solid weight ratio of the target carbon powder and the ion conductive resin. Get.
(S15) The ion conductive polymer 151 is dipped in the paint of step S14, and the coating film is dried in the air. The process (dipping coating-drying) is repeated to form an electrode film 152 having a desired thickness on each of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. In addition, the electrode film 152 made of a conductive metal may be formed by a plating method.
(S16) The ion conductive polymer 151 is impregnated with a cationic substance. Specifically, by immersing an ion conductive polymer 151 formed with an electrode film 152 in a chloride solution or hydroxide solution containing either metal ions or organic ions, or an ionic liquid, The ion conductive polymer 151 and the electrode film 152 are impregnated with metal ions, organic ions, and ionic liquid.
(S17) The lead wire 154 is connected to each of the pair of electrode films 152 to complete the actuator 15.
つぎに、本発明でいう立体物の形態とは、該立体物の形状と、立体物の模様及び／又は色調とが組み合わされてその立体物の外観が表示されるものである。詳しくは、立体物の形状は構造体１２が上下移動して表示板１７から突出している状態により表示され、立体物の模様及び／又は色調は発光手段１３の発光状態により表示される。また立体物の模様及び／又は色調を白黒表示する場合、発光手段１３の光は単色であり表示素子１１ごとの発光手段１３の光量が調整されて明暗表示することにより、その模様及び／又は色調が表現される。また立体物の模様及び／又は色調をカラー表示する場合、表示素子１１ごとの発光手段１３のＲＧＢ三原色の割合と光量が調整されて明暗表示することにより、その模様及び／又は色調が表現される。さらに、前記明暗表示としては、単に光量や三原色を調製するだけではなく、発光手段１３の発光状態により立体物の陰影を表現することにより、該立体物にある角度で外光が照らされたようなよりリアルな表示が可能となる。 Next, the form of the three-dimensional object referred to in the present invention means that the appearance of the three-dimensional object is displayed by combining the shape of the three-dimensional object and the pattern and / or color tone of the three-dimensional object. Specifically, the shape of the three-dimensional object is displayed when the structure 12 moves up and down and protrudes from the display board 17, and the pattern and / or color tone of the three-dimensional object is displayed according to the light emission state of the light emitting means 13. When the pattern and / or color tone of a three-dimensional object is displayed in black and white, the light emitted from the light emitting means 13 is a single color, and the light quantity of the light emitting means 13 for each display element 11 is adjusted to display the light and dark so that the pattern and / or color tone. Is expressed. When the pattern and / or color tone of a three-dimensional object is displayed in color, the pattern and / or color tone is expressed by adjusting the ratio of the RGB three primary colors and the amount of light of the light emitting means 13 for each display element 11 to display light and dark. . Furthermore, as the light and dark display, not only simply adjusting the light amount and the three primary colors, but also expressing the shadow of the three-dimensional object by the light emission state of the light emitting means 13, the external light seems to be illuminated at an angle on the three-dimensional object. A more realistic display is possible.
本発明によれば、制御部２０のアクチュエータ制御により、時間経過と共に構造体１２の上下位置を変動させて立体物の動きを表現することが可能である。図１０，図１１に、その具体例を示す。 According to the present invention, the movement of the three-dimensional object can be expressed by changing the vertical position of the structure 12 over time by the actuator control of the control unit 20. Specific examples are shown in FIGS.
図１０は、立体表示装置１００の表示部１０において立体形状の波が水平方向に移動する様子を表示する例である。
例えば、時間経過とともに図１０において構造体１２が最も突出している部分（波の高さとして最も高いピーク）Ｐ１が徐々に図中左方向（Ｘ方向）に移動していくことを表示する。これは、当初Ｐ１の位置の構造体１２の高さが最も高いが、次の瞬間にはＰ１の構造体１２の高さは少し低くなり同時にその左隣（仮にＰ´）の構造体１２の高さが最も高くなり、そのまた次の瞬間にはＰ１の位置の構造体１２の高さはさらに低くなり、Ｐ１´の位置の構造体１２も少し低くなり同時にその左隣の構造体１２の高さが最も高くなる、といった動作を繰り返して波が左方向に移動する様子を表現する。また、このときの構造体１２それぞれに対応した発光手段１３は、制御部２０の制御により単色（例えば青色）で発光しており、その明暗で波の動きを視覚的に理解し易くすることができる。具体的には図中Ｙ方向の中央に位置する表示素子１１は明るい青で表示され、そこから端に行くにつれて段階的に暗い青を表示するとともに、Ｙ方向同じ位置でＸ方向に並ぶ表示素子１１は同色とする。
FIG. 10 is an example of displaying a state in which a three-dimensional wave moves in the horizontal direction on the display unit 10 of the three-dimensional display device 100.
For example, it is displayed that the portion P1 where the structure 12 protrudes most in FIG. 10 (the highest peak as the wave height) P1 gradually moves in the left direction (X direction) in the drawing as time elapses. This is because the height of the structure 12 at the position of P1 is the highest at the beginning, but at the next moment, the height of the structure 12 of P1 becomes a little lower and at the same time the structure 12 on the left side (assuming P ′) At the next moment, the height of the structure 12 at the position P1 is further lowered, and the structure 12 at the position P1 ′ is also slightly lowered. The state that the wave moves to the left is expressed by repeating the operation of the highest height. Further, the light emitting means 13 corresponding to each structure 12 at this time emits light in a single color (for example, blue) under the control of the control unit 20, and it is easy to visually understand the movement of the waves in the light and dark. it can. Specifically, the display element 11 located at the center in the Y direction in the drawing is displayed in bright blue, and gradually displays dark blue as it goes from there to the end, and is also arranged in the X direction at the same position in the Y direction. 11 is the same color.
図１１は、立体表示装置１００の表示部１０において立体形状の複数のピークがその位置で垂直方向（上下方向）に伸縮を繰り返す様子を表示する例である。
例えば、時間経過とともに図１１において構造体１２が最も突出している部分Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８が徐々に高さが低くなるとともに、当初突出高さが低い部分Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が徐々に高さが高くなるよう表示する。また、部分Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が最も突出した状態となると今度は逆に部分Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が徐々に高さが低くなるとともに、部分Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８が徐々に高さが高くなるよう表示し、これを繰り返すものである。また、このときの構造体１２それぞれに対応した発光手段１３は、制御部２０の制御により部分Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４それぞれを中心とした一定範囲の表示素子１１ごとに色を違えたカラー表示となるように発光しており、その部分ごと動きを視覚的に理解し易くすることができる。
FIG. 11 shows an example in which the display unit 10 of the stereoscopic display device 100 displays a state in which a plurality of three-dimensional peaks repeatedly expand and contract in the vertical direction (vertical direction) at that position.
For example, the portions P2, P3, P4, P5, P6, P7, and P8 from which the structural body 12 protrudes most in FIG. 11 gradually decrease with time, and the portions B1 and B2 that initially have a low protrusion height. , B3, B4 are displayed so that the height gradually increases. In addition, when the portions B1, B2, B3, B4 are in the most protruding state, the portions B1, B2, B3, B4 are gradually lowered in height, and the portions P2, P3, P4, P5, P6 are gradually lowered. P7 and P8 are displayed so as to gradually increase in height, and this is repeated. Further, the light emitting means 13 corresponding to each structure 12 at this time is centered on each of the portions P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, B1, B2, B3, B4 under the control of the control unit 20. Light is emitted so that the display elements 11 in a certain range have different colors, and the movement of each part can be easily understood visually.
図１０、図１１の表示はいずれの場合も、立体表示装置１００のデータ入力部３０にその動きに関する情報も含んだ立体物情報が入力され、その立体物情報に基づいて制御部２０が表示部１０の表示素子１１それぞれを制御して立体物をリアルに表示するものである。ここで、データ入力部３０への情報の入力は立体表示装置１００に直接情報記録媒体を読み込ませることをおこなってもよいが、通信回線を通じた情報の入力を行ってもよい。 10 and 11, in any case, three-dimensional object information including information regarding the movement is input to the data input unit 30 of the three-dimensional display device 100, and the control unit 20 displays the display unit based on the three-dimensional object information. Each of the ten display elements 11 is controlled to display a three-dimensional object realistically. Here, the input of information to the data input unit 30 may be performed by causing the stereoscopic display device 100 to directly read the information recording medium, or may input information through a communication line.
また、このときの構造体１２は前述のアクチュエータ１５により上下移動させられるものであるが、構造体１２として先端のとがったピン形状のものを用い、その高さを調製すれば触感によりその立体物を感得できるような表示も可能である。 Further, the structure 12 at this time is moved up and down by the actuator 15 described above, but if the height of the structure 12 is a pin having a pointed tip and the height is adjusted, the three-dimensional object is obtained by tactile sensation. It is possible to display such that
次に、本発明に係る立体表示装置の第２の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、立体表示装置全体の概略構成は第１の実施の形態（図１）と同じであり、表示素子配列領域１０ａの断面構成が一部異なるだけである。
Next, a second embodiment of the stereoscopic display device according to the present invention will be described.
In the present embodiment, the schematic configuration of the entire stereoscopic display device is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), and only the cross-sectional configuration of the display element array region 10a is partially different.
図１２は、その表示素子配列領域の断面構成を示す概略図である。
図１２に示した構成は、第１の実施の形態の構成（図２）と比較すると、表示部１０表面は透明で可撓性のあるフィルム１６で覆われている点で異なり、それ以外は同じである。すなわち、フィルム１６の端部が表示板１７に固定されており、該フィルム１６の主面が構造体１２それぞれの先端に当接している。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the display element array region.
The configuration shown in FIG. 12 differs from the configuration of the first embodiment (FIG. 2) in that the surface of the display unit 10 is covered with a transparent and flexible film 16, and the rest The same. That is, the end of the film 16 is fixed to the display plate 17, and the main surface of the film 16 is in contact with the tip of each structure 12.
これによって、フィルム１６は、制御部２０の制御により上下運動する構造体１２の先端で支持されて撓むことでより滑らかな表面形状をもった立体物を表示することができる。また、フィルム１６は透明であるので、発光素子１１それぞれの光をフィルム１６を透過させて表示することができる。その具体例を図１３に示す。 Thereby, the film 16 can display a three-dimensional object having a smoother surface shape by being supported and bent by the tip of the structure 12 that moves up and down under the control of the control unit 20. Moreover, since the film 16 is transparent, the light of each light emitting element 11 can be transmitted through the film 16 and displayed. A specific example is shown in FIG.
図１３は、この立体表示装置の表示部１０において、もみじの葉を表示した例である。
図１３（ａ）は表示部１０の真上から見た様子を示しており、図１３（ｂ）は表示部１０の横から見た様子を示している。このように表示素子１１それぞれの構造体１２の微妙な高さの調整を行い、かつ発光手段１３によるカラー表示を適切に行うことにより繊細なテクスチャーも表現することが可能となる。
FIG. 13 shows an example in which maple leaves are displayed on the display unit 10 of this stereoscopic display device.
FIG. 13A shows a state viewed from directly above the display unit 10, and FIG. 13B shows a state viewed from the side of the display unit 10. As described above, delicate adjustment of the height of the structures 12 of the display elements 11 and appropriate color display by the light emitting means 13 can also be expressed.
なお、このときフィルム１６の材質、表面仕上げや表示素子１１それぞれの構造体１２の微妙な高さを調整することにより、人が直接触ってその触感からその立体物をリアルに感得させることも可能である。 At this time, by adjusting the material of the film 16, the surface finish, and the subtle height of each structure 12 of the display element 11, a person can directly touch and feel the three-dimensional object realistically from the touch. Is possible.
１…イオン導電性高分子膜、２，１５２…電極膜、３…金属導電膜、４，１５４…リード線、１０…表示部、１０ａ…表示素子配列領域、１１…表示素子、１２…構造体、１３…発光手段、１３ａ…光ファイバー、１３ｂ…光拡散体、１５…アクチュエータ、１６…フィルム、１７…表示板、１５ａ，ａ１，ａ２…ポリマーアクチュエータ素子、１５１…イオン導電性高分子体、２０…制御部、３０…データ入力部、１００…立体表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion conductive polymer film, 2,152 ... Electrode film, 3 ... Metal conductive film, 4,154 ... Lead wire, 10 ... Display part, 10a ... Display element arrangement area, 11 ... Display element, 12 ... Structure , 13: Light emitting means, 13a: Optical fiber, 13b: Light diffuser, 15 ... Actuator, 16 ... Film, 17 ... Display board, 15a, a1, a2 ... Polymer actuator element, 151 ... Ion conductive polymer, 20 ... Control unit, 30 ... data input unit, 100 ... stereoscopic display device
Claims (4)
前記制御部は、前記データ入力部に入力された立体物の情報に基づき前記表示素子ごとにアクチュエータに構造体を上下移動させるとともに発光手段を発光させて、表示部全体として前記立体物の形態を表示することを特徴とする立体表示装置。 A display unit in which display elements each including a transparent rod-like structure including a light-emitting unit and an actuator for moving the structure up and down in the length direction are arranged, and the actuator and the light-emitting unit are controlled for each display element. A control unit and a data input unit for inputting information of a three-dimensional object to be displayed from the outside,
The control unit causes the actuator to move the structure up and down for each display element based on the information of the three-dimensional object input to the data input unit, and causes the light emitting means to emit light, so that the display unit as a whole has the form of the three-dimensional object A stereoscopic display device characterized by displaying.
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