JP2013228671A

JP2013228671A - 表示装置

Info

Publication number: JP2013228671A
Application number: JP2012271449A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Juji; 紀行十二
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-11-07

Abstract

【課題】奥行き感に富む立体的な二次元映像を、複数の方向に向けて、個別に表示することのできる表示装置を提供する。
【解決手段】この表示装置は、パネル状の結像光学素子（マイクロミラーアレイ１０）と、複数台のフラットパネルディスプレイＤｍ（Ｄ１，Ｄ２，・・・）をそれぞれ載置するためのディスプレイ載置面Ｓｎａ（Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，・・・）を複数備え、マイクロミラーアレイ１０の下側に、このアレイ１０の下面１０ａに対して所定角度（α，β，・・・）傾斜した状態で上記各ディスプレイ載置面Ｓｎａが配置され、ディスプレイ載置面Ｓｎａに載置される各ディスプレイＤｍから投射されマイクロミラーアレイ１０を透過した光により、各ディスプレイＤｍに表示された映像（画像Ｉ）が、それぞれ、アレイ１０の上側に浮かび上がった状態（空間像Ｉ’）で個別に結像するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、写真等の二次元映像を空間に浮かび上がった状態で投影することにより、奥行き感を持った映像を、複数同時に表示する表示装置に関するものである。

従来、立体像を含む画像を表示する画像表示面（液晶表示パネル等）の手前側（鑑賞者側）に、この表示面から離間して、空間に上記画像を結像する画像伝達パネル（結像光学素子）を配置した画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。

この画像表示装置は、上記画像表示面に平行して離間する位置に、両面にマトリクス状に互いに隣接して配列された複数の凸レンズ（単位光学素子）を備える一対のマイクロレンズアレイ（結像光学素子）が配設されており、このマイクロレンズアレイの結像作用により、上記表示面とは反対側の空間（上記結像光学素子の素子面に対して表示面とは反対側の位置）に、上記画像の正立等倍像を投影（結像）させることができる。

特開２００３−９８４７９号公報

しかしながら、上記従来の画像表示装置においては、上記液晶表示パネル等の表示面に表示された画像が、上記光学素子（マイクロレンズアレイ）の正面（すなわち、画像表示装置の正面）に結像するため、鑑賞者の視野内にその装置の枠等が入ってしまい、立体感や臨場感等が得られにくいという欠点がある。しかも、この画像表示装置を多人数で同時に鑑賞しようとする場合、上記画像表示面（液晶表示パネル等）を複数準備しても、これらから投影される画像が、同じ方向の空間位置に近接して（まとまって）表示されるため、同時に覗き込もうとする他人どうしの頭部（視点）が接近し過ぎてしまい、各個人が自由に最適な位置から鑑賞できないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、奥行き感に富む立体的な二次元映像を、複数の方向に向けて、個別に表示することのできる表示装置の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の表示装置は、パネル状の結像光学素子と、フラットパネルディスプレイを載置するためのディスプレイ載置面を有する載置台を複数台備え、上記結像光学素子の下側に、この結像光学素子の下面に対して所定角度傾斜した状態で、上記各ディスプレイ載置面が配置され、上記ディスプレイ載置面に載置される各ディスプレイから投射され上記結像光学素子を透過した光により、上記各ディスプレイに表示された映像の投影像が、それぞれ、この結像光学素子の上側に浮かび上がった状態で結像するようになっているという構成をとる。

すなわち、本発明者は、前記課題を解決するため研究を重ね、その結果、結像機能を有するパネル状の光学素子（マイクロミラーアレイ）を用いて、その下側に複数のフラットパネルディスプレイを配列することにより、各ディスプレイに個別に映し出された映像を、多人数で同時にかつ個別に鑑賞できることを見出し、本発明に到達した。

本発明の表示装置は、映像を表示する各フラットパネルディスプレイが、載置台のディスプレイ載置面によって、その表示面をパネル状の結像光学素子に対して所定角度傾斜させた状態で配置され、これら各ディスプレイ（光源）から発せられた光が、これらのディスプレイの上側に配置された結像光学素子を透過し、その上方（パネル上面の上方）に、立体的な二次元映像として、個別に結像するようになっている。これにより、本発明の表示装置は、１台の表示装置により、多人数に対して、奥行き感を持った擬似的な立体像（立体的二次元映像）を、同時にかつ個別に提供することができる。なお、鑑賞者各個人に提供する映像は、同じであっても、それぞれ別のものであっても構わない。

また、本発明の表示装置のなかでも、上記パネル状の結像光学素子の下面に対する各フラットパネルディスプレイの傾斜角が、３０°以上９０°未満に設定されているものは、各ディスプレイに表示される立体的二次元映像を、より浮遊感の強い立体的な映像として表示することができる。

さらに、本発明の表示装置のなかでも、特に、上記パネル状の結像光学素子が、コーナーリフレクタ型の単位光学素子からなるマイクロミラーアレイであるものは、上記表示される立体的二次元映像を、より輝度の高い鮮明な映像として表示することができる。

なお、本発明の表示装置における「パネル状の結像光学素子」とは、被投影物の鏡像を実像として結像させる屈折型結像素子（フレネルレンズ等を含む各種レンズや、アフォーカル光学系のマイクロミラー，コーナーリフレクタ等）のうち、その外形形状がパネル状あるいは平板状で、かつ、その表裏面（上下面）が比較的平坦でフラットなものを指す。また、上記パネル状の結像光学素子の「上面」，「下面」とは、ケースまたはハウジング等の外側面，内側面を指す言葉で、結像の基準（光路の屈折点）となる、結像光学素子の「素子面」とほぼ平行な面を表す。

本発明の第１実施形態における表示装置の外観斜視図である。第２実施形態の表示装置の外観斜視図である。第３実施形態の表示装置の外観斜視図である。第４実施形態の表示装置における載置台およびディスプレイの配置を示す平面図である。第５実施形態の表示装置における載置台およびディスプレイの配置を示す平面図である。第６実施形態の表示装置の内部構造を示す図である。第７実施形態の表示装置におけるディスプレイの配置を示す平面図である。上記表示装置に用いられるマイクロミラーアレイの構造を説明する図である。上記マイクロミラーアレイによる空間像の投影方式を説明する図である。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１実施形態における表示装置の外観斜視図であり、図２〜図５は、その変形例にあたる第２〜第５実施形態の表示装置の構成を説明する図である。なお、フラットパネルディスプレイＤｍ（ｍ台のディスプレイを、符号Ｄ１，Ｄ２，・・・で表す）の表示面Ｄｍａに表示される映像（画像Ｉ）および空間に投影される空間像Ｉ’（犬の写真や太線矢印で表示）は、その厚みを強調して図示している。また、各実施形態においては、フラットパネルディスプレイとして、携帯電話（スマートフォン等）に搭載の液晶表示画面（ＬＣＤ）を利用している。

本実施形態における表示装置は、図１等に示すように、パネル状の結像光学素子（マイクロミラーアレイ１０）と、フラットパネルディスプレイ（Ｄｍ）を載置するためのディスプレイ載置面（Ｓｎａ）を有する載置台Ｓｎを複数台（ｎ台、図１では符号Ｓ１，Ｓ２の２台）備えている。また、上記マイクロミラーアレイ１０の下側に、このマイクロミラーアレイ１０の下面１０ｂに対して所定角度（α，β，・・・）傾いた状態で、上記各載置台（Ｓ１，Ｓ２）が配置されている。そして、これら載置台（Ｓ１，Ｓ２）上面のディスプレイ載置面（Ｓ１ａ，Ｓ２ａ）に載置された各ディスプレイ（Ｄ１，Ｄ２）から投射される光（バックライト光）により、上記各ディスプレイ（Ｄ１，Ｄ２）に表示された映像（画像Ｉ_D1，Ｉ_D2）の投影像が、マイクロミラーアレイ上面１０ａの上側（上方）に、それぞれ別の方向に向けて個別に結像（空間像Ｉ'_D1，Ｉ'_D2）し、これらの空間像Ｉ'_D1，Ｉ'_D2を、異なる鑑賞者の視点（白抜き矢印Ｅ１，Ｅ２）から、それぞれ独立して眺めることができる。これが、本発明の表示装置の特徴である。

上記表示装置について、詳しく説明すると、使用する結像光学素子（１０）としては、フレネルレンズ等を含む各種レンズや、アフォーカル光学系のマイクロミラー，コーナーリフレクタ等の屈折型結像素子を用いることができる。なかでも、本実施形態においては、図８に示すような、素子面Ｐに対して面対称の位置に像を結ぶ、マイクロミラーアレイ（凸型コーナーリフレクタアレイ）１０が、好適に使用される。上記マイクロミラーアレイ１０は、ディスプレイＤ１，Ｄ２等の上方に配設された支持板２０（図１〜図３参照）や、後記のケースやハウジング（符号３０、図６参照）の上面板（天板３０ａ）等に取り付けられ、その素子面Ｐ（上面１０ａ）が、鑑賞者（Ｅ１，Ｅ２）から見て略水平になるように保持されている。

上記マイクロミラーアレイ（コーナーリフレクタアレイ）１０について、より詳しく説明すると、このマイクロミラーアレイ１０は、図８に示すように、基板（基盤）１１の下面（図１〜図３におけるマイクロミラーアレイ１０の下面１０ｂ側）に、下向き凸状の多数の微小な四角柱状単位光学素子１２（コーナーリフレクタ）が、斜め碁盤目状に並ぶように配列されている（図８はアレイを下側から見上げた図である。）。

なお、上記マイクロミラーアレイ１０の各四角柱状の単位光学素子１２は、コーナーリフレクタを構成する各光反射面、四角柱側方の第１の側面１２ａおよび第２の側面１２ｂ（第３の側面１２ｃおよび第４の側面１２ｄは、この図では見えない）が、それぞれ、「基板表面方向の横幅（幅ｗ）に対する基板厚さ方向の縦長さ（高さｈ）の比」〔アスペクト比（ｈ／ｗ）〕が１．５以上の長方形状に形成されている。

また、それぞれの単位光学素子１２は、各コーナー１２ｅを構成する光反射面のうち、一方の「一対の光反射面（第１の側面１２ａ，第２の側面１２ｂ，これらの間のコーナー１２ｅ）」が、鑑賞者の視点の方向（図１におけるＥ１側またはＥ２側の一方）を向き、他方の「一対の光反射面（図示見えない側の第３の側面１２ｃ，第４の側面１２ｄ）」が、別の鑑賞者の視点の方向（図１におけるＥ２側またはＥ１側の一方）を向くようになっている。なお、このマイクロミラーアレイ１０とその周囲を上から見た場合、上記アレイ１０は、図９のように、その外縁（外辺）を鑑賞者の正面（Ｅ１方向またはＥ２方向）に対して４５°回転させて配設されており、マイクロミラーアレイ１０の下側（下面１０ｂ側）の画像Ｉが、このアレイ１０（素子面Ｐ）に対して面対称の位置（上面１０ａの上方）に投影され、空間像Ｉ’が結像するようになっている。

つぎに、上記画像Ｉの表示に用いるフラットパネルディスプレイＤｍ（本例においては、ディスプレイＤ１，Ｄ２の２個）としては、バックライトを備える液晶表示パネル（ＬＣＤ）の他、プラズマディスプレイパネル，有機ＥＬ表示パネル等、全可視光波長にわたって、なるべく偏りのない「白色」と、非表示時の「黒色」とを、コントラスト良く再現できるディスプレイパネルを使用することができる。なお、ディスプレイＤｍは、携帯電話または携帯情報端末等の表示部であってもよく、具体的には、上記ディスプレイＤ１，Ｄ２として、スマートフォン，タブレット型ＰＣ，デジタルフォトフレームや、携帯型ケーム機，携帯型ブックリーダー，ＰＤＡ，電子辞書等のうち、その表示部が常時露出する（カバーされていない）タイプのなかで、上記載置台Ｓ１，Ｓ２上に載置できるサイズのものを使用することができる。また、外部光源により反射光で発色するディスプレイや、ブラウン管式のディスプレイを利用してもよい。

上記載置台Ｓｎ（本例においては、載置台Ｓ１，Ｓ２の２台）は、樹脂等を用いた成形体からなり、その傾斜状の側部Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂの上面が、ディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａとなっている。これらのディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａは、マイクロミラーアレイ１０の素子面Ｐ（またはアレイ１０の下面１０ｂ）および載置台Ｓ１，Ｓ２の接地面（この場合アレイ１０の下面１０ｂに平行）に対して、所定の角度α，βで傾斜する形状（図１参照）に形成されており、これらの表面には、上記フラットパネルディスプレイＤｍ等を位置決め（仮固定）するための吸着（粘着）テープ等（図示省略）が、取り付けられている。

そして、これらディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａ上に、それぞれ、スマートフォン（ディスプレイＤ１，Ｄ２）等を載置して位置決めすることにより、これらディスプレイＤ１，Ｄ２の表示面Ｄ１ａ，Ｄ２ａが、アレイ１０の下面１０ｂに対してα°またはβ°傾いた状態で保持されるようになっている。なお、各ディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａの、マイクロミラーアレイ１０の下面１０ｂに対する傾斜角α，βは、各ディスプレイＤ１，Ｄ２の仕様（面積）や規格（サイズ）等に応じて、結像光学素子（マイクロミラーアレイ１０）による結像が最適となるように、個別に調整されている。これら傾斜角α，βは、汎用のディスプレイの場合、通常３０°以上９０°未満、好ましくは４０°以上８０°以下に設定される。

また、ディスプレイ載置台Ｓｎ上に載置するフラットパネルディスプレイＤｍ（携帯電話やスマートフォン等）として、大きさや厚さの異なる種類ものを交換しながら使用する場合は、これらスマートフォン等のサイズに合わせ、寸法や傾斜角度等が異なるディスプレイ載置面を有する複数の載置台Ｓｎを予め準備し、これらを交換しながら使用してもよい。さらにまた、これらの載置台Ｓｎは、上記ディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａの角度（α，β等）や寸法等を自由に調節することのできる、可変式または可動式としてもよい。

上記の構成によれば、１つの結像光学素子（マイクロミラーアレイ１０）を用いて、異なる方向にいる鑑賞者（Ｅ１，Ｅ２等）に対し、各鑑賞者に応じて調整した個別の映像（立体的な二次元映像）を、同時にかつ他者の邪魔にならないように、表示・提供することが可能になる。したがって、本実施形態の表示装置は、複数の鑑賞者で同時に利用することができる。

なお、上記第１実施形態では、マイクロミラーアレイ１０の下に、２つ（２組）のディスプレイ載置台Ｓ１，Ｓ２とディスプレイＤ１，Ｄ２とが、互いに対向する位置に配置され、各鑑賞者Ｅ１，Ｅ２が、アレイ１０の平面中心に対して各ディスプレイＤ１，Ｄ２が置かれた方向と同じ位相に位置するアレイ１０の角部側から鑑賞する例を示したが、これらディスプレイＤｍ（およびこれとセットのディスプレイ載置台Ｓｎ）の配置や数等は、適宜変更することができる。

例えば、図２に示す第２実施形態の場合、第１実施形態と同様、２組のディスプレイＤｎ（Ｄ１，Ｄ２）とディスプレイ載置台Ｓｎ（Ｓ１，Ｓ２）とを用いているが、これらディスプレイＤ１とＤ２とは、第１実施形態とは異なる、マイクロミラーアレイ１０の下で互いに直交する方向に向けて配置されている。この場合、各鑑賞者Ｅ１，Ｅ２は、上記マイクロミラーアレイ１０の中心に対して各ディスプレイＤ１，Ｄ２と同じ側に位置するアレイ１０の角部方向（各鑑賞者どうしが隣接する位置）から、上記ディスプレイＤ１とディスプレイＤ２から投影される空間像（Ｉ'_D1，Ｉ'_D2）を、それぞれ眺めることができる。

また、３組のディスプレイＤｍ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）とディスプレイ載置台Ｓｎ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）とを用いる場合は、図３に示す第３実施形態のように、互いに異なる三方向（マイクロミラーアレイ１０における３つの角部側）から、それぞれ異なる空間像（Ｉ'_D1，Ｉ'_D2，Ｉ'_D3）を鑑賞することが可能になる。

つぎに、より多く（４個以上）のフラットパネルディスプレイＤｍ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・）を用いる場合は、例えば、図４に示す第４実施形態のように、各ディスプレイＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を縦置き〔画面の長辺（長手方向）が上下方向になるように載置〕することによって、多数のディスプレイを並べることができる。この場合、各ディスプレイＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から投影される空間像（Ｉ'_D1，Ｉ'_D2，Ｉ'_D3，Ｉ'_D4）は、マイクロミラーアレイ１０の各角部の四方向から、それぞれ個別に鑑賞することができる。なお、図４は、マイクロミラーアレイ１０および支持板２０の下側に配列された各ディスプレイＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を、上から眺めた図であり、見易いように、上側のアレイ１０と支持板２０の記載を、仮想線（二点鎖線）としている。

また、さらに多人数での利用が必要な場合は、使用するディスプレイの画面の大きさにも左右されるが、例えば図５（第５実施形態）のように、同一円周上に等配（この例では８分割）になるように、各ディスプレイＤｍ（Ｄ１〜Ｄ８）を配置すればよい。なお、この例では、方形状のマイクロミラーアレイ１０の各辺に平行な位置〔すなわち、四角柱状の単位光学素子１２の各側面（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）に正対する位置（図８参照）〕からは、マイクロミラー（コーナーリフレクタ）の特性状、空間像を結像できないため、各ディスプレイＤｍ（Ｄ１〜Ｄ８）は、マイクロミラーアレイ１０の正方位置より、位相角をそれぞれ２２．５°ずらした位置に配置されている。

上記第１〜第５実施形態は、装置のデザイン性等を考慮せず、本発明の表示装置の構成を原理的に説明したものであるが、複数のフラットパネルディスプレイＤｍを収容できる容器（ケースまたはハウジング等）として、側面のない開放形のハウジング３０を用いた、より具体的な実施形態について説明する。ただし、本発明の表示装置に用いられるケースやハウジング等の形状等は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

図６は、本発明の第６実施形態における表示装置の構成を示す断面図であり、図７は、第７実施形態の表示装置におけるディスプレイの配置を示す平面図（俯瞰図）である。
これら第６，第７実施形態の表示装置には、天板３０ａと底板３０ｂ、および２つの側板（傾斜板）３０ｃ，３０ｄとからなる、ディスプレイ横方向（ディスプレイＤｍの挿入方向）の側面（側部）がないハウジング３０が使用されている。このハウジング３０の上面（天板３０ａ）に設けられた開口には、前記第１実施形態の支持板（２０）と同様、マイクロミラーアレイ１０が配設されており、その下側に位置する傾斜板３０ｃ，３０ｄ等の上面（内側面）が、フラットパネルディスプレイＤ１，Ｄ２を載置する載置台（ディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａ等）に形成されている。

上記第６実施形態における各傾斜板３０ｃ，３０ｄは、図６のように、前記第１実施形態の載置台のディスプレイ載置面（Ｓ１ａ，Ｓ２ａ）と同様、ハウジング３０の底板３０ｂおよびマイクロミラーアレイ１０の素子面Ｐ（またはその下面１０ｂ）に対して、所定角度αおよびβで傾斜するように形成されており、その上面（ディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａ）には、フラットパネルディスプレイＤｍ等を仮固定するための吸着テープ３１等が、貼り付けられている。

以上の第６実施形態の構成によっても、この表示装置は、フラットパネルディスプレイＤ１，Ｄ２を、所定のディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａ（傾斜板３０ｃ，３０ｄのハウジング内側面）にそれぞれセットすることにより、平面的な二次元映像（画像Ｉ_D1，Ｉ_D2）を、奥行き感を持った擬似的な立体像（立体的二次元映像、空間像Ｉ_D1，Ｉ_D2）として、それぞれが個別に、マイクロミラーアレイ１０の上方に表示（投影）することができる。しかも、上記表示装置は、そのハウジング３０の側面が大きく開口しているため、上記ディスプレイＤ１，Ｄ２（スマートフォン等）の挿入や取り出し等を、容易かつ簡単に行うことができるという点で有利である。

つぎに、図７に示す第７実施形態の表示装置は、フラットパネルディスプレイ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）として、専用のディスプレイ（ＬＣＤ装置）を、４つの傾斜板３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ（ディスプレイ載置面Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ４ａ，）を有するハウジング３１（天板３１ａ）の内部に固定したものである。この表示装置によっても、前記第４実施形態と同様、平面的な二次元映像（Ｉ_D1，Ｉ_D2，Ｉ_D3，Ｉ_D4）を、奥行き感を持った擬似的な立体像（立体的二次元映像）として、それぞれ個別に、マイクロミラーアレイ１０の上方に表示（投影）することができる。勿論、取り出しや交換等は不自由であるが、上記フラットパネルディスプレイ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）として、他の実施形態のようにスマートフォン等を用いてもよい。

なお、上記第１〜第７実施形態においては、各ディスプレイ載置面（載置台）に、同じ大きさ（同じ機種）のフラットパネルディスプレイ（スマートフォン等）を用いた例を示したが、これら使用するディスプレイの大きさ（面積）や形状および機種等は、一つずつ異なっていてもよい。本発明の表示装置におけるディスプレイ載置面（載置台）は、その上に載置する各ディスプレイの固定（載置）位置や傾斜角度等を、自由に調節することが可能なため、そのディスプレイに合った最適な設定を簡単に見つけることができる。

本発明の表示装置によれば、奥行き感に富むリアルな立体的二次元映像を、多方向から、多人数で同時に鑑賞することができる。したがって、商業施設や美術館，博物館等、多くの人が利用する施設での展示に適する。

１０マイクロミラーアレイ
１０ａ上面
１０ｂ下面
Ｄｍフラットパネルディスプレイ
Ｓｎ載置台
Ｓｎａディスプレイ載置面
Ｉ画像
Ｉ’ 空間像

Claims

パネル状の結像光学素子と、フラットパネルディスプレイを載置するためのディスプレイ載置面を有する載置台を複数台備え、上記結像光学素子の下側に、この結像光学素子の下面に対して所定角度傾斜した状態で、上記各ディスプレイ載置面が配置され、上記ディスプレイ載置面に載置される各ディスプレイから投射され上記結像光学素子を透過した光により、上記各ディスプレイに表示された映像の投影像が、それぞれ、この結像光学素子の上側に浮かび上がった状態で結像するようになっていることを特徴とする表示装置。
上記パネル状の結像光学素子の下面に対する上記各フラットパネルディスプレイの傾斜角が、それぞれ、３０°以上９０°未満に設定されている請求項１記載の表示装置。
上記パネル状の結像光学素子が、コーナーリフレクタ型の単位光学素子からなるマイクロミラーアレイである請求項１または２記載の表示装置。