JP2009109540A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像表示装置1は、光を走査する光走査手段5と、光走査手段5によって光が走査される光走査面32を有するスクリーン3とを有している。光走査手段5は、光を出射する光源ユニット(光出射部)54と、光源ユニット54から出射した光を反射する光反射部531eを備えた可動板531aが回動可能に設けられたアクチュエータ53と、アクチュエータ53を回動中心軸Jと平行な線分に対して直交するZ軸まわりに回転可能に支持する回転体51とを有している。画像表示装置1は、回転体51を回転させつつ可動板531aを回動させることにより、光反射部531eで反射したレーザ光を光走査面32に2次元的に走査するよう構成されている。
【選択図】図2
Description
しかしながら、特許文献1の画像表示装置では、投影画像を球体に投影するためにプロジェクタを使用しているため、装置の大型化を招いてしまう。また、プロジェクタにより投影された画像が球体上で歪んでしまわないように魚眼レンズを設けているが、この魚眼レンズは、比較的高価であり、装置の高コスト化を招いてしまう。
また、特許文献1の画像表示装置では、球体の位置や形状が一定の場合には、球体上に、所望の画像を映し出すことができるが、球体の位置や形状が変化する場合には、球体上に映し出される画像にピンぼけが発生したり、画像が歪んでしまったりする。
本発明の画像表示装置は、光を走査する光走査手段と、
シート状をなし、その一方の面が前記光走査手段によって光が走査される光走査面であるスクリーンとを有し、
前記光走査手段は、光を出射する光出射部と、該光出射部から出射した光を反射する光反射部を備えた可動板が回動可能に設けられたアクチュエータと、該アクチュエータを前記可動板の回動中心軸と平行な線分に対して直交する軸まわりに回転可能に支持する回転体とを有し、前記回転体を回転させつつ前記可動板を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を前記光走査面に2次元的に走査するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化および低コスト化を図るとともに、スクリーンの形状に影響を受けずに優れた画像表示特性を発揮できる画像表示装置を提供することができる。
これにより、アクチュエータと光出射部との離間距離を十分に確保しつつ、アクチュエータと光出射部とを設けることができる。その結果、アクチュエータによる光の走査が、光出射部に阻害されてしまうことを抑制することができる。
これにより、回転体を回転させたときに、不本意な振動が発生してしまうことを抑制し、画像表示装置を安定して作動させることができる。
これにより、光反射部と、光走査面の光が照射される位置との離間距離を比較的長く確保することができ、可動板の回動角を比較的小さくしても、光走査面の全域に光を走査することができる。その結果、可動板をより高速で回動させることができ、画像表示特性が向上する。
これにより、地球、野球ボールなどの略球状の物体の一部をスクリーン上に、歪みを発生させずに映し出すことができる。また、光走査手段は、球状の光走査面に光を走査するのに適した構成となっているため、前述した効果がより顕著なものとなる。
本発明の画像表示装置では、前記光走査面は、略半球面をなしていることが好ましい。
これにより、地球、野球ボールなどの略球状の物体の半分をスクリーン上に、歪みを発生させずに映し出すことができる。このように、略球状の物体の半分を映し出すことができれば、画像表示装置の利便性が向上する。
これにより、スクリーンの形状を変化させることができ、その形状に適した画像を表示することにより、優れた画像表示特性を発揮できる。
これにより、スクリーンの形状を変化させることができ、その形状に適した画像を表示することにより、優れた画像表示特性を発揮できる。
本発明の画像表示装置では、前記光走査面は、前記第3の状態にて略半球面をなしていることが好ましい。
これにより、スクリーンの過度な変形を防止し、スクリーンの耐久性が向上する。
これにより、より確実かつ安全に光走査面の曲率を所望の曲率に変更することができる。
本発明の画像表示装置では、前記曲率変更手段は、前記充填部内の前記気体の量を調整することにより前記充填部内の圧力を調整することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で光走査面の曲率を変更することができる。
前記曲率変更手段は、前記スクリーンの中央部から放射状に設けられた複数の超弾性合金と、該複数の超弾性合金を加熱または冷却する加熱冷却手段とを有し、該加熱冷却手段により、前記超弾性合金の形状を変化させ、それにより、前記光走査面の前記曲率を変更するよう構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で光走査面の曲率を変更することができる。
前記入力面の押圧による、前記光反射部と前記光走査面との間の前記光の光路長の変化に基づいて、前記入力面の押圧位置を検出する押圧位置検出手段を有していることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、入力面の複数の箇所を同時にタッチ入力できるタッチセンサ機能を付加することができる。その結果、押圧位置に対応してスクリーンに映し出された画像を変更したり動かしたりすることができ、利便性が向上する。
本発明の画像表示装置では、前記光反射部から出射してから、前記光走査面で反射し、再び前記光反射部に戻ってくるまでの時間に基づいて、前記光路長の変化を検知することが好ましい。
これにより、より正確に、光路長の変化を検知することができる。
これにより、簡単な構成でかつ正確に、入力面の押圧位置を検出することができる。
これにより、正確に、入力面の押圧位置を検出することができる。また、例えば、衝撃や長時間の使用によって、シート材が変形してしまった場合でも、その変形に影響されずに、押圧位置を検出することができる。また、閾値を設けることにより、例えば振動等によるシート材の微小変形を押圧と誤認識してしまうことを効果的に防止できる。
これにより、押圧位置が同じであっても、押圧速度の違いから異なる作動を行うことができ、画像表示装置の操作性、利便性およびアミューズメント性が向上する。
これにより、光走査面の曲率に合わせて、光走査面に映し出す画像の倍率を変更することができ、違和感のない画像を映し出すことができる。
本発明の画像表示装置では、前記光走査手段によって、前記スクリーンに描画される画像の拡大倍率と、前記光走査面の曲率とが連動していることが好ましい。
これにより、光走査面の曲率に対応するように映像を拡大または収縮することができ、違和感のない画像を映し出すことができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の画像表示装置の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の画像表示装置の第1実施形態を示す斜視図、図2ないし図4は、それぞれ、図1に示す画像表示装置が備えるスクリーンの変形を示す断面図、図5は、図1に示す画像表示装置の光走査手段が備えるアクチュエータの拡大図、図6は、図5に示すアクチュエータの駆動を示す図、図7は、図1に示す画像表示装置が備える制御系のブロック図、図8は、スクリーンの曲率を検知する曲率検知手段を示す図、図9および図10は、それぞれ、図1に示画像表示装置が備える押圧位置検出手段の作動を示す図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図2〜図4、図6、図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図5中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図1に示すように、互いに直交する3軸をそれぞれ、x軸、y軸およびz軸とする(他の図についても同様)。
ケーシング2は、上部開口21を有している。この上部開口21は、x−y平面にて、略円状をなしている。ケーシング2の大きさとしては、特に限定されないが、長さ、幅、厚さが、それぞれ、5〜50cm、5〜50cm、1〜10cmであるのが好ましく、10〜20cm、10〜20cm、1〜5cmであるのが好ましい。また、上部開口21の内径としては、特に限定されないが、1〜30cmであるのが好ましく、3〜10cmであるのがさらに好ましい。ケーシング2をこのような大きさとすることにより、スクリーン3に映し出された画像の視認性を確保しつつ、コンパクトで、持ち運び性、収納性などの利便性に優れた画像表示装置1を提供することができる。
本実施形態では、前記効果を顕著とするために、ケーシング2の内壁に、上部開口21の外周に沿った円環状の凹条22を形成し、固定部材24の上面に、凹条22に係合する円環状の凸条241を形成し、凹条22と凸条241とでスクリーン3の縁部を撓ませながら狭持している。
光透過板25は、例えば接着剤により固定部材24の下面に接合されている。光透過板25は、固定部材24の下面の周方向の全域と接合されていることが好ましい。これにより、光透過板25と固定部材24との密着性を向上させることができ、光透過板25と固定部材24の境界から気体が漏れ出すことを効果的に防止することができる。
なお、光透過板25の両面には、それぞれ、反射防止膜が設けられていてもよい。これにより、後述するアクチュエータ53により走査された光が光透過板25で反射してしまうことを効果的に防止することができる。
スクリーン3は、光透過性および光拡散性を有していて、いわゆる背面投影型のスクリーンである。スクリーン3の上部開口21から露出する部分の上面は、タッチペン等の入力器具や人間の指等で押圧(タッチ)され得るタッチ入力面31を構成し、下面は、光走査手段5によって光が走査される光走査面32を構成している。
このようなスクリーン3によれば、ケーシング2の内側から光走査手段5が光走査面32に光を走査することにより描画された画像を画像表示装置1の外側から視認できる。
また、光走査面32の第3の状態、すなわち曲率が最も大きい状態を半球面とすることにより、スクリーン3の過度な変形を防止し、スクリーン3の耐久性が向上する。
なお、第1の状態では、スクリーン3が中央部から放射状に若干伸張された状態となっているのが好ましい。これにより、スクリーン3に張りを与えることができ、光走査面32を第1の状態とすることが容易となる。
曲率変更手段4は、気密空間K内に充填された気体の量を調節することにより、気密空間K内の圧力を調整し、光走査面32の曲率を変更するよう構成されている。このように気密空間K内の圧力を調整することにより、より確実かつ安全に光走査面32の曲率を所望のものとすることができる。
コック43は、例えば二股コックであり、連通状態と開放状態と遮断状態とを切り換えることができる。
ポンプ41およびコック43は、それぞれ、作動制御装置8によって駆動が制御されている。作動制御装置8は、ポンプ41およびコック43を作動させて、気密空間K内の気体の量を調整し、以下に示すように光走査面32の曲率を変更する。
もちろん、スクリーン3が第3の状態となる前に、作動制御装置8がコック43を遮断状態とすれば、スクリーン3を第2の状態とすることができる。
なお、光走査面32の曲率は、曲率検知手段6により検知されており、この検知結果に基づいて作動制御手段7がポンプ41およびコック43の作動を制御するようになっている。曲率検知手段6については後述する。
もちろん、スクリーン3が第1の状態となる前に、作動制御装置8がコック43を遮断状態とすれば、スクリーン3を第2の状態とすることができる。
なお、気密空間Kは、気密的に形成されていなくてもよい。この場合、少なくとも、気密空間Kから漏れ出す単位時間あたりの気体の量が、ポンプ41から気密空間Kに供給される単位時間あたりの気体の量よりも少なければよい。これにより、気密空間Kから気体が漏れ出していても、ポンプ41からの気体の供給により、スクリーン3を膨らませることができる。
図2ないし図4に示すように、光走査手段5は、ケーシング2の内側に設けられていて、スクリーン3の光走査面32に光を走査するよう構成されている。このように、光走査手段5をケーシング2内に設けることにより、光走査面32に光を確実に走査することができるとともに、画像表示装置1の小型化を図ることができる。
回転体51は、円盤状をなしている。この回転体51の上面は、x−y平面とほぼ平行である。このような回転体51は、図2に示すように、x−y平面にて上部開口21のほぼ中心と交わり、かつ、z軸と平行な線分を回転軸(以下この軸を「回転軸Z」と言う)として回転可能となっている。なお、回転体51の構成材料としては、前述したケーシング2の構成材料と同様の材料を用いることができる。
以上の回転体51の挙動は、作動制御装置8によって検知されている。
レーザ光出射装置81は、回転体51の回転とともに回転し、レーザ光出射装置81がフォトダイオード82の上方を通過する(横切る)ときに、レーザ光出射装置81からのレーザ光がフォトダイオード82によって受光される。
図5に示すように、アクチュエータ53は、回転体51の上面(すなわち、x−y平面)に対して傾斜するように傾斜台512を介して回転体51に固定されている。傾斜台512は、回転体51と一体的に形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。また、アクチュエータ53の形状などによっては省略してもよい。
基体531は、可動板531aと、可動板531aを回動可能に支持する支持部531bと、可動板531aと支持部531bとを連結する1対の連結部531c、531dを有している。
支持部531bは、可動板531aの平面視にて、可動板531aの外周を囲むように設けられている。すなわち、支持部531bは、枠状をなしていて、その内側に可動板531aが位置している。
連結部531c、531dは、それぞれ、長手形状をなしている。また、連結部531c、531dは、それぞれ、弾性変形可能である。このような1対の連結部531c、531dは、互いに同軸的に設けられており、この軸(回動中心軸J)を中心として、可動板531aが支持部531bに対して回動する。本実施形態では、回動中心軸Jは、x−y平面と平行である。すなわち、回転中心軸Jは、回転体51の回転軸Zと平行な線分に対して直交している。
なお、スペーサ部材532と基体531との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤等の別部材を介して接合してもよいし、スペーサ部材532の構成材料などによっては陽極接合などを用いてもよい。
対向基板533は、スペーサ部材532と同様に、例えば、各種ガラス、シリコン、SiO2などで構成されている。このような対向基板533の上面であって、可動板531aと対向する部位には、コイル535が設けられている。
このような永久磁石534としては、特に限定されず、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などを用いることができる。
例えば、作動制御装置8によりコイル535に交番電圧を印加すると、可動板531aの厚さ方向(図6中上下方向)の磁界が発生し、かつ、その磁界の向きが周期的に切り換わる。すなわち、コイル535の上側付近がS極、下側付近がN極となる状態Aと、コイル535の上側付近がN極、下側付近がS極となる状態Bとが交互に切り換わる。
反対に、状態Bでは、図6(b)に示すように、永久磁石534の右側が下側へ変位するとともに、永久磁石534の左側が上側へ変位する。これにより、可動板531aが時計回りに傾斜する。
なお、このようなアクチュエータ53の構成としては、可動板531aを回動させることができれば、特に限定されず、いわゆる2自由度振動系のアクチュエータであってもよいし、コイル535と永久磁石534とを用いた電磁駆動にかえて、圧電素子を用いた圧電駆動や静電引力を用いた静電駆動を用いてもよい。
図5に示すように、作動制御装置8は、連結部531c上に設けられた圧電素子83を有している。圧電素子83は、可動板531aの回動に伴って連結部531cが捩り変形すると、それに伴って変形する。圧電素子83は、外力が付与されていない自然状態から変形すると、起電力を発生する性質を有していて、その起電力の大きさは、圧電素子83の変形量と対応している。
なお、作動制御装置8は、可動板531aの挙動をリアルタイムで検知していてもよいし、例えば、所定のタイミングで可動板531aの挙動を検知した後は、その検知タイミングと、コイル535に印加する交番電圧(波形や周波数)と基づいて予測してもよい。
図7に示すように、光源ユニット54は、各色のレーザ光源541r、541g、541bと、各レーザ光源541r、541g、541bに対応して設けられたコリメータレンズ542r、542g、542bおよびダイクロイックミラー543r、543g、543bとを備えている。
ダイクロイックミラー543r、543g、543bは、それぞれ、赤色レーザ光RR、緑色レーザ光GG、青色レーザ光BBを反射する特性を有し、各色のレーザ光RR、GG、BBを結合して1つのレーザ光LLを出射する。
作動制御手段7は、前記求められたタイミングで、レーザ光LLを出射するよう光源ユニット54の作動を制御する(すなわち、駆動信号を送信する)。これにより、光走査手段5によって、光走査面32の所望の位置に、所望の色のレーザ光LLを走査させることができ、光走査面32に所望の画像を描画することができる。
なお、光走査面32に走査されたレーザ光LLは、その一部が、光走査面32で反射し、再び光反射部531eに戻ってくる戻りレーザ光LL’となる。画像表示装置1は、このような戻りレーザ光LL’を利用して、タッチ入力面31の押圧位置を検出するよう構成されている。
すなわち、光走査手段5による光走査面32へのレーザ光LLの走査が開始されると、各画素には、回転体51が一回転するごとに一度、レーザ光LLが照射されることとなる。これにより、各画素には、モータ52の周期(回転数)と対応した時間間隔で間欠的にレーザ光LLが照射されることとなる。
曲率検知手段6は、x−y平面にて、光走査面32の中央に位置する部位(以下「頂部T」と言う)と可動板531a(光反射部531e)との離間距離に基づいて、光走査面32の曲率を検知するものである。これにより、比較的簡単な構成で、かつ、正確に光走査面32の曲率を検知することができる。
フォトダイオード61a、61b、61cは、x−y平面視にて、互いに間隔を隔てて回転体51の径方向に沿って配列している。図8に示すように、フォトダイオード61aは、光走査面32が第1状態の時に、頂部Tで反射されたレーザ光LLの一部を受光し、フォトダイオード61bは、光走査面32が第2状態の時に、頂部Tで反射されたレーザ光LLの一部を受光し、フォトダイオード61cは、光走査面32が第3状態の時に、頂部Tで反射されたレーザ光LLの一部を受光する。
電圧検知部62での検知結果は、作動制御装置8に送信される。
また、曲率検知手段6としては、気密空間K内に圧力センサを設け、この圧力センサにより検知される気密空間K内の圧力に基づいてスクリーン3の状態を検知してもよい。
タッチ入力面31が押圧され、スクリーン3が内側へ撓むと、その撓んだ部分における光反射部531eと光走査面32との間のレーザ光LLの光路長(以下、単に「光路長L」と言う)が、押圧されていない自然状態のときと比べて短くなる。
押圧位置検出手段6は、このような光路長Lの変化に基づいて、タッチ入力面31の押圧位置を検出するよう構成されている。これにより、押圧位置をより正確に検出することができる。
具体的な構成としては、図7に示すように、押圧位置検出手段7は、光源ユニット54と光反射部531eとの間に設けられ、戻りレーザ光LL’を分岐するビームスプリッタ71と、ビームスプリッタ71で分岐された戻りレーザ光LL’を受光するフォトダイオード(受光部)72と、フォトダイオード72に接続された時間差算出部73と、時間差算出部73に接続された検出部74とを有している。
時間差算出部73は、フォトダイオード72および作動制御装置8のそれぞれと接続されたタイミング記録部731と、タイミング記録部731に接続された算出部732とを有している。
算出部732で算出された時間差Sは、検出部74に送信される。
また、閾値を設けることにより、検出部74が、例えば振動等によるスクリーン3の微小変形を押圧と誤認識してしまうことを効果的に防止できる。その結果、押圧位置をより正確かつ確実に検出することができる。
図9は、タッチペンによってタッチ入力面が押圧された場合における、その押圧位置での時間差Sの経時変化を示した図である。以下では、同図に基づいて、押圧位置検出手段7が、どのようにしてタッチ入力面31の押圧位置を検出するかを説明する。
以下では、説明の便宜上、画素Pが押圧されている場合について代表して説明する。また、光反射部531eと画素Pとの間のレーザ光LLの光路長を「光路長LP」と言う。
[2]図9中(b)の状態でも、タッチ入力面31は、押圧されておらず、スクリーン3の形状は、(a)−(b)間で変化していない。すなわち、(b)の状態での光路長LPは、(a)の状態での光路長LPと等しく、当然、時間差S1と時間差S2とが等しくなる。これにより、検出部74は、(b)の状態では、画素Pは、押圧されていないと判断する。
このとき、検出部74は、さらに、押圧速度(平均速度)を求めることができる。具体的には、レーザ光LLの速度と、S2とS3との差から(b)−(c)間での画素Pの変位量が求められ、この変位量と光走査の周期(モータ52の周期)とに基づいて、画素Pを押圧する際の(b)−(c)間での押圧速度を求めることができる。
[5]図9中(e)の状態では、(d)の状態と同じ状態を維持している。そのため、時間差S5が時間差S4と等しくなる。これにより、検出部74は、(e)の状態では、(d)の押圧状態が維持されていると判断する。
[6]図9中(f)の状態では、画素Pの押圧が終了し、スクリーン3が自然状態に復帰している。そのため、時間差S6が時間差S5よりも大きくなる。これにより、検出部74は、(f)の状態では、画素Pが押圧されていない(すなわち、押圧が終了した)と判断する。
このようにして押圧位置検出手段7は、画素Pが押圧されているか否かを判断するとともに、押圧速度を検出する。以上、画素Pについて代表して説明したが、当然、タッチ入力面31の画素P以外の位置においても、これと同様にして、その位置が押圧されたか否かを判断することができる。
ここで、タッチ入力面31を押圧するときに、指の腹など比較的面積の大きいものによって押圧すると、タッチ入力面31は、操作者が意図しない部分が比較的広い範囲にわたって撓んでしまう場合がある。
このようなスクリーン3の撓みにより、画素P3〜P8に対応する部位では、それぞれ、時間差算出部73が1回目(図10(a)に示すスクリーン3が自然状態のとき)に算出した時間差S1に対して、2回目(図10(b)に示すスクリーン3が押圧状態のとき)に算出した時間差S2が小さくなっている。
画素P3〜P8における時間差S1と時間差S2との差分は、画素P5が最も大きく、画素P5から図10中左右方向へ向けて小さくなっている。
さらには、押圧位置検出手段7によれば、タッチ入力面31で指などをスライドさせた場合には、このスライドの軌跡およびスライド速度を検出することができる。これにより、スライド方向に沿って、スクリーン3に映し出された画像を回転させたり、スライド方向によって、スクリーン3に映し出される画像を異なるものとしたりでき、画像表示装置1は、優れた操作性、利便性およびアミューズメント性を発揮することができる。
また、押圧位置検出手段7によれば、押圧された領域の面積を求めることができるため、これらの違いによってスクリーン3に映し出される画像を変化させることができる。この点からも、画像表示装置1は、優れた操作性、利便性およびアミューズメント性を発揮することができる。
また、光走査ユニット54から出射されるレーザ光LLを利用するため、部品点数を削減することができ、画像表示装置1の低コスト化を図ることができる。
作動制御装置8は、押圧位置検出手段7から送信される信号(押圧位置等に関する情報)および曲率検知手段6から送信される信号(光走査面32の曲率に関する情報)に基づいて、図示を省略する制御部から送信される電気的信号を駆動信号に変換し、当該信号に応じて曲率変更手段4(ポンプ41、コック43)および光走査手段5(モータ52、コイル535および光源ユニット54)の作動を制御するものである。この際、作動制御装置8によって光源ユニット54及びアクチュエータ53の動作が制御され、レーザ光LLの強度、投射位置、照射タイミング等の調整が行われる。これにより、画像表示装置1は、タッチ入力操作に連動して、光走査面32の曲率を変更するとともに、スクリーン3上に映し出す画像を動かしたり変更したりすることができる。
ここで、本実施形態では、回転体51には、アクチュエータ53、光源ユニット54、フォトダイオード61a〜61cおよび押圧位置検出手段7が設けられているが、これらは、回転体51、アクチュエータ53、光源ユニット54、フォトダイオード61a〜61cおよび押圧位置検出手段7の集合体の重心が、回転軸Z上またはその近傍に位置するように回転体51に設けられている。これにより、回転体51を回転させたときに、不本意な振動が発生してしまうことを抑制し、画像表示装置1を安定して作動させることができる。
図11ないし図13は、それぞれ、図1に示す画像表示装置を地球儀として用いたときの模式図である。この場合、画像表示装置1の大きさとしては、ケーシング2の厚さ、長さ、幅が、それぞれ、3cm、10cm、15cm、上部開口21の内径が約8cm程度である。
[2]次いで、作動制御装置8は、モータ52を所定の回転数(例えば、3000回転/秒)で駆動させて回転体51を回転させるとともに、コイル535に所定の周波数(例えば、60KHz程度)の交番電圧を印加して可動板531aを所定の回動速度で回動させる。
この他にも、画像表示装置1を対面型ゲーム機として用いることもできる。
例えば、画像表示装置1でトランプ遊戯のひとつである「ポーカー」を行うとき、操作者2名(以下、操作者N、Mと言う)は、画像表示装置1を介して向かい合う。
そして、例えば、スクリーン3に映し出された「開始ボタン」を押圧すると、スクリーン3の操作者N側の面には、操作者Nの手札(5枚のトランプ)が映し出され、操作者M2側の面には、操作者Mの手札が映し出される。この状態では、スクリーン3が半球状となっているため、操作者N、Mは、互いに相手の手札を見ることはできない。
以上、画像表示装置1を対面型ゲーム機として用いた場合について説明した。なお、操作者の数は、2名に限定されず、例えば、スクリーン3を囲むようにして4人で行ってもよい。このとき、スクリーンは、x−y平面にて4分割される。
次に、本発明の画像表示装置の第2実施形態について説明する。
図14は、本発明の画像表示装置の第2実施形態を示す模式的斜視図、図15ないし図17は、それぞれ、図14に示す画像表示装置が備えるスクリーンの変形を示す断面図である。なお、説明の便宜上、図15ないし図17中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本発明の第2実施形態にかかる画像表示装置は、曲率変更手段の構成が異なる以外は、第1実施形態の画像表示装置とほぼ同様である。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
曲率変更手段4Aは、温度により形状が変化する8本の超弾性合金(形状記憶合金)45a〜45hと、超弾性合金45a〜45hを加熱または冷却する加熱冷却手段46Aとを有している。
超弾性合金45a〜45hは、それぞれ、常温で図15に示すような渦巻状となるよう形成されている。このような超弾性合金45a〜45hは、温度が上昇するに連れ、図16に示すように基端側から渦巻が解かれていき、光走査面32を上側へ押圧しながら光走査面32の中央部に向かうよう延びていく。
反対に、図17の状態から、超弾性合金45a〜45hを冷却していくと、超弾性合金45a〜45hは、図16の状態を経由して図15の状態に復帰する。
加熱冷却手段46Aとしてペルチェ素子を用いる場合には、吸熱面または発熱面となり得るいずれか一方の面を固定部材24に対して熱的に接続する(間接的であるか直接的であるかは問わない)。これにより、ペルチェ素子に一方の方向の電流を印加すれば、固定部材24を介して超弾性合金45a〜45hを加熱することができるし、他方の方向の電流を印加すれば、固定部材24を介して超弾性合金45a〜45hを冷却することができる。このようなペルチェ素子によれば、比較的簡単な構成で、超弾性合金45a〜45hの形状、すなわち、光走査面32の曲率を所望のものとすることができる。
このような加熱冷却手段46Aは、作動制御装置8により作動が制御されている。
なお、超弾性合金の数、形状、配置などは、本実施形態に限定されず、例えば、超弾性合金は、7本以下であってもよいし、9本以上であってもよい。また、複数の超弾性合金は、等角度間隔で配置されていなくてもよいし、常温で渦巻状をなしていなくてもよい。
以上のような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の画像表示装置の第3実施形態について説明する。
図18は、本発明の画像表示装置の第3実施形態を示す断面図である。
以下、第3実施形態の画像表示装置1Bについて、前述した実施形態の画像表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態にかかる画像表示装置1Bは、曲率変更手段4Bの構成が異なる以外は、第1実施形態のディスプレイ装置1とほぼ同様である。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。なお、図18では、説明の便宜上、光走査手段5、曲率検知手段6、押圧位置検出手段7については、図示を省略している。
加熱冷却手段46Bによって、気密空間K内の気体が加熱されれば、当該気体の体積が膨張し、よって、光走査面32が第1の状態から第3の状態へ向けて変化する。反対に、気密空間K内の気体が冷却されれば、当該気体の体積が収縮し、よって、光走査面32が第3の状態から第1の状態へ向けて変化する。
なお、本実施形態では、気密空間K内に気体が充填されているが、さらに液体が封入されていてもよい。加熱により液体が気化したときの体積の膨張は、気体の昇温による体積の膨張に比べ大きいため、これにより、より効率的に光走査面32の曲率を所望の曲率とすることができる。このような液体としては、比較的沸点の低い液体が好ましく、例えば、水、グリセリンなどが挙げられる。
以上のような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の画像表示装置の第4実施形態について説明する。
図19は、本発明の画像表示装置が備える光源ユニットを示す図である。
以下、第4実施形態の画像表示装置1Cについて、前述した実施形態の画像表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第4実施形態にかかる画像表示装置は、光源ユニット54Cの構成が異なる以外は、第1実施形態の画像表示装置とほぼ同様である。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
ダイクロイックミラー543r、543b、543vは、それぞれ、赤色レーザ光RR、青色レーザ光BB、紫外のレーザ光VVを反射する特性を有し、各色のレーザ光RR、BB、VVを結合して1つのレーザ光LLを射出する。
レーザ光LLのうち赤色及び青色のレーザ光RR、BBついては、光走査面32で散乱されるだけであるが、紫外のレーザ光VVについては、光走査面32に含まれる蛍光体によって緑色の蛍光を発生する。結果的に、各色のレーザ光RR、BB、VVに対応して赤色、青色、及び緑色の像光を発生させることができる。
もちろん、紫外のレーザ光と蛍光体との組み合わせではなく、紫等のレーザ光と蛍光体との組み合わせにより緑色の蛍光を発生させることによって、当初の目的を達することができる。
以上のような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の画像表示装置の第5実施形態について説明する。
図20は、本発明の画像表示装置の第5実施形態を示す図である。
以下、第5実施形態の画像表示装置1Dについて、前述した実施形態の画像表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第5実施形態にかかる画像表示装置1Dは、スクリーンが変形しないことと、それに伴って、曲率変更手段、曲率検知手段および押圧位置検出手段が省略されていること以外は、前述した第1実施形態の画像表示装置とほぼ同様である。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
また、例えば、スクリーン3を図20中左右に二分割することで、右側の面と左側の面とで異なる画像を映し出すことができる。これにより、例えば、複数の観察者が、それぞれ所望の画像(映像)を見ることができる。このとき、各観察者からは、他の観察者が見ている画像(映像)がほとんど見えないため、より集中して画像を見ることができる。
以上のような第5実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
また、前述した第1実施形態および第2実施形態では、光走査手段が気密空間の下側、すなわち、気密空間外に設けられていたが、これに限定されず、気密空間内に設けられていてもよい。具体的には、光透過板とスクリーンとの間に、回転体、アクチュエータ、光源ユニットが位置していてもよい。このとき、光透過板は、光透過性を有していなくてもよい。
また、前述した第4実施形態では、光走査面が半球面をなしていたが、これに限定されず、例えば、光走査面は、中央部と縁部とで曲率が異なる湾曲凸面であてもよいし、かまぼこ状であってもよいし、平面であってもよい。
Claims (19)
- 光を走査する光走査手段と、
シート状をなし、その一方の面が前記光走査手段によって光が走査される光走査面であるスクリーンとを有し、
前記光走査手段は、光を出射する光出射部と、該光出射部から出射した光を反射する光反射部を備えた可動板が回動可能に設けられたアクチュエータと、該アクチュエータを前記可動板の回動中心軸と平行な線分に対して直交する軸まわりに回転可能に支持する回転体とを有し、前記回転体を回転させつつ前記可動板を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を前記光走査面に2次元的に走査するよう構成されていることを特徴とする画像表示装置。 - 前記アクチュエータおよび前記光出射部は、前記回転体に、前記回転体の回転軸を介して互いに対向するよう設けられている請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記アクチュエータおよび前記光出射部は、前記回転体、前記アクチュエータおよび前記光出射部の集合体の重心が前記回転軸上またはその近傍に位置するよう設けられている請求項2に記載の画像表示装置。
- 前記アクチュエータは、側面視にて、前記回転体の一方側に位置しており、前記光走査面の他方側に光を走査するよう構成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記光走査面は、略球面をなしている請求項1ないし4のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記光走査面は、略半球面をなしている請求項5に記載の画像表示装置。
- 前記スクリーンは、可撓性を有していて、前記光走査面が前記回転体と反対側へ凸の略球面をなし得るよう形成され、前記光走査面の曲率を変更する曲率変更手段を有している請求項1ないし4のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記スクリーンは、前記光走査面が略平面をなす第1の状態と、前記光走査面が略球面をなす第2の状態と、前記光走査面が前記第2の状態よりも曲率の大きい略球面をなす第3の状態とをとり得ることができ、前記曲率変更手段は、前記第1の状態と前記第2の状態と前記第3の状態とを切り換えるよう構成されている請求項7に記載の画像表示装置。
- 前記光走査面は、前記第3の状態にて略半球面をなしている請求項8に記載の画像表示装置。
- 前記スクリーンは、伸縮性を有し、前記スクリーンの内側には、気体が充填された充填部が形成され、前記曲率変更手段は、前記充填部内の圧力を調整することにより、前記光走査面の前記曲率を変更する請求項7ないし9のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記曲率変更手段は、前記充填部内の前記気体の量を調整することにより前記充填部内の圧力を調整する請求項10に記載の画像表示装置。
- 前記スクリーンは、伸縮性を有し、
前記曲率変更手段は、前記スクリーンの中央部から放射状に設けられた複数の超弾性合金と、該複数の超弾性合金を加熱または冷却する加熱冷却手段とを有し、該加熱冷却手段により、前記超弾性合金の形状を変化させ、それにより、前記光走査面の前記曲率を変更するよう構成されている請求項7ないし9のいずれかに記載の画像表示装置。 - 前記スクリーンの前記光走査面と反対の面は、押圧操作される入力面であり、
前記入力面の押圧による、前記光反射部と前記光走査面との間の前記光の光路長の変化に基づいて、前記入力面の押圧位置を検出する押圧位置検出手段を有している請求項1ないし12のいずれかに記載の画像表示装置。 - 前記光反射部から出射してから、前記光走査面で反射し、再び前記光反射部に戻ってくるまでの時間に基づいて、前記光路長の変化を検知する請求項13に記載の画像表示装置。
- 前記押圧位置検出手段は、前記光出射部と前記光反射部との間の光路の途中または分岐した位置に設けられ、前記光走査面で反射し再び前記光反射部に戻ってきた光を受光する受光部と、前記光出射部から光が出射されるタイミングとその光が前記受光部で受光されたタイミングとの時間差を算出する時間差算出部と、前記時間差算出部による算出結果に基づいて前記入力面の押圧位置を検出する検出部とを有している請求項14に記載の画像表示装置。
- 前記時間差算出部は、前記光走査面の所定箇所における前記時間差を所定の時間間隔毎に算出し、前記検出部は、前記時間差算出部がn回目に算出した前記時間差と、n+1回目に算出した前記時間差との差を求め、その差が所定の閾値を超えた場合に当該箇所を前記押圧位置として検出する請求項15に記載の画像表示装置(ただし、nは自然数である)。
- 前記検出部は、さらに、前記時間差算出部がn回目に算出した前記時間差と、n+1回目に算出した前記時間差との差から前記押圧の押圧速度を求める請求項16に記載の画像表示装置(ただし、nは自然数である)。
- 前記光反射部から前記光走査面の所定箇所までの距離に基づいて、前記光走査面の前記曲率を検知する曲率検知手段を有している請求項7ないし17のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記光走査手段によって、前記スクリーンに描画される画像の拡大倍率と、前記光走査面の曲率とが連動している請求項1ないし18のいずれかに記載の画像表示装置。
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