JP2016090726A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平板状のスクリーン部に対して集光点の合う投影光学系をそのまま用いたとしても、立体的なスクリーン部に対して投影光の集光点をずれにくくして精細な映像を表示する。【解決手段】表示装置１０は、画像の投影光を照射する投影部２２と、投影部２２の光出射側に設けられ、少なくとも一部が投影光の進行方向に向けて凸形状となるように立体的に形成され、拡散性を有する拡散透過部３５と、拡散透過部３５における凸形状の投影部２２側の凹部３５３に配置された光透過部３６とを含むスクリーン部３１と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、表示装置に関する。

近年、鑑賞者に対して印象付けた告知を行うべく、人型に形成された板状のスクリーンに対して人物画像を投影し、種々の告知を行わせる表示装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１５０２２１号公報

ところで、より現実味のある印象を鑑賞者に与えるべく、立体的に形成されたスクリーン部に対して人物画像を投影する手法が検討されている。
平板状のスクリーン部であると、投影装置からスクリーン部までの距離がスクリーン部全体でほぼ均等であるためにスクリーン部の表面全体で投影光の集光点を合わせることが容易である。
しかしながら、立体的なスクリーンであると、スクリーン部の場所によって投影装置からの距離が異なってしまう。元々、平面状のスクリーン部の表面で投影光の集光点が合うように投影光を照射している場合、立体的なスクリーン部に対しては場所によって投影光の集光点がスクリーン部の表面からずれてしまう。

そこで本発明の課題は、平板状のスクリーン部に対して集光点の合う投影光学系をそのまま用いたとしても、立体的なスクリーン部に対して投影光の集光点をずれにくくして精細な映像を表示することである。

以上の課題を解決するため、本発明の一の態様によれば、
画像の投影光を照射する投影部と、
前記投影部の光出射側に設けられ、少なくとも一部が前記投影光の進行方向に向けて凸形状となるように立体的に形成され、拡散性を有する拡散透過部と、前記拡散透過部における前記凸形状の前記投影部側の凹部に配置された光透過部とを含むスクリーン部と、を備えることを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によれば、平板状のスクリーン部に対して集光点の合う投影光学系をそのまま用いたとしても、立体的なスクリーン部に対して投影光の集光点をずれにくくして精細な映像を表示することができる。

本実施形態に係る表示装置を斜め上方から見た斜視図である。 本実施形態に係る表示装置を略正面から見た斜視図である。 本実施形態に係る表示装置の内部構成を示す斜視図である。 本実施形態に係るスクリーン部の断面図である。 本実施形態に係る拡散透過部、光透過部、フレネルレンズ及び投影部の関係を模式的に示す説明図である。 図５における拡散透過部、光透過部、フレネルレンズを拡大して示す説明図である。 本実施形態に係る表示装置の主制御構成を示すブロック図である。 光透過部の変形例を示す模式図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、本発明に係る実施形態の表示装置１０を斜め上方から見た斜視図である。図２は表示装置１０を略正面から見た斜視図である。図３は、表示装置１０の内部構成を示す斜視図である。
表示装置１０は、例えば、店舗や展示会会場などに設置され、商品の説明、案内、アンケート等のコンテンツを再生するものであってもよいし、介護施設等に設置され、脳活性化のための間題を出題するコンテンツを再生するものであってもよく、その使用用途は特に限定されない。
なお、本実施形態では、スクリーン部３１に人物像が映し出され、その人物像が何等かの説明や案内を行うコンテンツを再生するのに適したものとして、図１に示すように、人型のスクリーン部３１とした場合を示しているが、スクリーン部３１の形状などは、これに限定されるものではない。

表示装置１０は、全体略矩形箱状の筐体２０を有する。
表示装置１０は、店舗や展示会場の商用電源を主電源とするもので、その商用電源からの電力の供給を受けるためのコンセント（図示せず）を備えた電源コード１１を備えるとともに、主電源からの電力の供給が断たれたときのための補助電源（バッテリなど）１２も備えている。
なお、表示装置１０においては、商用電源から供給された電力を表示装置１０の駆動に適した状態にするための電源アダプタなどの部分を指して主電源と呼ぶ。

また、筐体２０の一方の端部（図１において右端）には、スクリーン取付部３２を介してスクリーン部３１が交換可能に取り付けられており、コンテンツに応じて適切な形状のスクリーン部３１に交換することが可能になっている。
なお、以下の説明においては、筐体２０を机等に載置した際の上方（上側）を「上方（上側）」とし、スクリーン部３１側を「前方（前側）」とし、スクリーン部３１と反対側を「後方（背面側）」として説明する。
筐体２０におけるスクリーン取付部３２の下方には、ボタン式の操作部４５と、音声を出力するスピーカなどの音声出力部４６と、人感センサ４７と、が設けられている。

筐体２０は、前後左右を囲う側板２１を有し、上方に開口部を有している。
そして、図３に示すように、開口部には、パネル２３が取り付けられており、パネル２３の中央は光を透過する透明部２３１とされている。
なお、本実施形態では、パネル２３の透明部２３１以外の部分が、黒色印刷等により、筐体２０の内部が見えないようにされているが、これに限定されるものではなく、パネル２３全部を透明にしてもよい。

図３に示すように、筐体２０の内部における略中央には、投影光を生成して筐体２０の後方に向けて照射する投影部２２が、スクリーン部３１の背面側の下方に位置するように設けられている。
そして、筐体２０の後方には、凹面の反射面を有する第１のミラー２４が設けられており、第１のミラー２４が、投影部２２からの投影光を、平面の反射面を有する第２のミラー２５へ向けて反射し、さらに、投影光は、第２のミラー２５でスクリーン部３１へ向けて反射される。

従って、投影部２２から発せられた投影光（画像）ＬＢ１は、第１のミラー２４で下方に向けて反射された後、第２のミラー２５で上方に向けて反射され、パネル２３の透明部２３１を通って筐体２０の外部に設けられているスクリーン部３１に投影される（投影光ＬＢ２）。このようにスクリーン部３１は、投影部２２の光出射側に配置されているため、投影部２２から照射された投影光を背面で受けて前面で表示することになる。

図４は、スクリーン部３１を上方から見た断面図である。
スクリーン部３１は、本体部３３と、本体部３３の背面側に配置されたフレネルレンズ３４と、を備えている。
本体部３３は、拡散透過部３５と、当該拡散透過部３５の一部に重なるように設けられた光透過部３６と、を備えている。

拡散透過部３５は、拡散性を有し、例えば光を拡散して透過する樹脂やガラスから形成されており、平板状に形成された平板部３５１と、投影光の進行方向に向けて凸形状となるように立体的に形成された立体部３５２とを備えている。平板部３５１は、各種情報が表示される掲示部であるため、視認性を確保すべく平板状に形成されている。また、立体部３５２は、背面側が開放された中空形状となっている。立体部３５２は、人をなす投影光が投影される部分であり、リアリティを追求するのであれば、より人に近い立体形状に形成されていることが好ましい。さらに、立体部３５２の拡散透過部３５においては、少なくとも一部のパーツの表面にマット加工が施されていることが好ましい。マット加工によって、外部の光が拡散透過部３５の表面で反射しにくくなり、映像が見えにくくなることを防止することができる。

光透過部３６は、例えば光透過性を有する樹脂やガラスから形成されている。具体的には光透過部３６は、拡散透過部３５の立体部３５２における投影部２２側の凹部３５３に配置されている。光透過部３６の投影部２２側の表面は、フレネルレンズ３４と間隔を空けて当該フレネルレンズ３４に沿うような平面状に形成されている。

フレネルレンズ３４は、投影光を偏向し、板状に形成されていて、拡散透過部３５の背面側全体を覆うようになっている。具体的には、光出射側であるフレネルレンズ３４の拡散透過部３５側は、のこぎり歯状の断面形状となっている。そして、フレネルレンズ３４の投影部２２側は平面になっている。なお、フレネルレンズ３４の形状はこの構造に限らない。この構造とは反対に、フレネルレンズ３４の拡散透過部３５側が平面になっており、フレネルレンズ３４の投影部２２側がのこぎり歯状の断面形状となっていても良い。或いは、フレネルレンズ３４の両面側が共にのこぎり歯状の断面形状となっていても良い。

図５は、拡散透過部３５、光透過部３６、フレネルレンズ３４及び投影部２２の関係を模式的に示す説明図である。図６は、図５における拡散透過部３５、光透過部３６、フレネルレンズ３４を拡大して示す説明図である。
拡散透過部３５の立体部３５２内の光透過部３６とフレネルレンズ３４とは、所定の距離だけ離間している。また、投影部２２は投射レンズを有しており、投影部２２とスクリーン部３１との配置関係は、投影部２２の投射レンズの光軸に対してスクリーン部３１が上方に配置されている。すなわち、投影部２２は、スクリーン部３１の下方に配置されているシフト光学系となっている。また、フレネルレンズ３４は投影部２２の投射レンズ投影光の光軸に対して略垂直に配置されている。
ここで、投影部２２から出射された投影光のうち、上下方向に５分割された位置に照射された投影光Ｌ１〜Ｌ５を示している。最も下に位置する投影光Ｌ１は、投影部２２の光軸Ｇに沿って進行する投影光であり、これから上に行くにつれて光軸Ｇからずれ、フレネルレンズ３４に到達したときには当該フレネルレンズ３４に対して斜めに投影光Ｌ２〜Ｌ５が入射することになる。

フレネルレンズ３４は、投影部２２から投影された投影光Ｌ２〜Ｌ５を所定の角度で屈折させることで、投影光Ｌ１〜Ｌ５を全体として光軸Ｇに平行な光に変換する。ここで、鑑賞者Ｈは、スクリーン部３１に正対して当該スクリーン部３１上の映像を鑑賞するために、その正対位置（仮想平面Ｈ１）から正確に映像が視認できるようにすることが望まれる。このため、フレネルレンズ３４は、仮想平面Ｈ１に対して略直交する平行光になるように投影光Ｌ１〜Ｌ５を変換する構成に形成されている。これにより輝度ムラの少ない画像がスクリーン部３１に投影されることになる。
なお、フレネルレンズ３４を出射した投影光Ｌ１〜Ｌ５は、必ずしも平行光である必要はない。鑑賞者Ｈは、一般的にスクリーン部３１より高い視点からスクリーン部３１を見る場合が多い。よって、投影光Ｌ１〜Ｌ５を、フレネルレンズ３４を介すことで、鑑賞者Ｈの視線の方向（例えばスクリーン部３１と略直交する方向に対して上向きに１０°）である平行に近い少し拡がる光に変換する構成としても良い。

そして、平行光となった投影光Ｌ１〜Ｌ５のうち、光透過部３６を透過する投影光Ｌ３〜Ｌ５においては、空気よりも屈折率の高い光透過部３６を透過することにより集光点がより遠方にシフトすることになる。例えば、上述したように平板状のスクリーン部３１の表面Ｈ２に集光点が合うような投影光学系をそのまま用いたとしても、光透過部３６を透過することにより集光点が遠方にシフトし、投影光Ｌ３〜Ｌ５の集光点は立体部３５２の表面近傍に位置することになる。

また、図１〜図３に示すように、スクリーン部３１は、スクリーン取付部３２により回動可能に支持されており、使用時にはスクリーン部３１を立てた状態にでき、使用しない時は、筐体２０側にスクリーン部３１を倒した状態にできる。
このため、表示装置１０を移動する時などに、スクリーン部３１が持ち運びの邪魔にならないように、筐体２０側にスクリーン部３１を倒して収納することができる。

次に、図７に示すブロック図を参照しながら、本発明に係る実施形態の表示装置１０の主な構成について、さらに説明する。

投影部２２は、制御部４１と、プロジェクタ４２と、記憶部４３と、通信部４４と、を主に備えており、プロジェクタ４２、記憶部４３、通信部４４は、各々制御部４１に接続されている。また、制御部４１には、操作部４５、音声出力部４６、人感センサ４７が接続されている。

制御部４１は、記憶部４３に記億されている各種のプログラムを実行して所定の演算や各部の制御を行うＣＰＵとプログラム実行時の作業領域となるメモリとを備えている（いずれも図示略）。
そして、制御部４１は、記憶部４３のプログラム記憶部４３１に記憶されているプログラムとの協働により、各部を制御する。

プロジェクタ４２は、制御部４１から出力された画像データを投影光に変換してスクリーン部３１に向けて照射する投影装置である。
例えば、プロジェクタ４２としては、アレイ状に配列された複数個（ＸＧＡの場合、横１０２４画素×縦７６８画素)の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン/オフ動作して表示動作することでその反射光により光像を形成する表示素子であるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を利用したＤＬＰ（Digital Light Processing）（登録商標）プロジェクタが適用可能である。

記憶部４３は、ＨＤＤや不揮発性の半導体メモリ等により構成されており、プログラム記憶部４３１、画像データ記憶部４３２、音声データ記憶部４３３等が設けられている。
例えば、プログラム記憶部４３１には、制御部４１で実行されるシステムプログラムや各種処理プログラム、これらのプログラムの実行に必要なデータ等が記憶されている。
また、画像データ記憶部４３２には、コンテンツ再生時において表示対象となる画像データなどが記憶されている。
さらに、音声データ記憶部４３３には、コンテンツの音声出力用の音声データが記憶されている。

通信部４４は、例えば、外部の情報端末（図示省略）などとの通信を可能とし、データ送受信などを行う。
具体的な通信方式は、特に限定されるものではなく、例えば、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、ＮＦＣ等による無線接続であってもよいし、例えば、ＵＳＢケーブル等を用いた有線接続であってもよい。
通信部４４は、例えば、スクリーン部３１に映し出す新しいコンテンツなどのデータを画像データ記憶部４３２や音声データ記憶部４３３に取り込むときのデータ受信手段として機能する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
人感センサ４７が鑑賞者Ｈを検出し、その検出信号が制御部４１に入力されたり、操作部４５が操作されて、その操作信号が制御部４１に入力されると、制御部４１は、所定の画像データ及び音声データを読み出して、プロジェクタ４２及び音声出力部４６を制御して、所定のコンテンツを再生する。
これによりスクリーン部３１に投影光が投影される。この際、制御部４１は、平板部３５１と立体部３５２とに対応する画像を、何れも平板部３５１及び立体部３５２の形状に応じた補正を行っていない。
前述したように、プロジェクタ４２から投影された投影光は、フレネルレンズ３４、仮想平面Ｈ１に対して略直交する平行光に変換されているため、輝度ムラの少ない画像がスクリーン部３１全体に投影されることになる。
また、立体部３５２においては、投影光Ｌ３〜Ｌ５が光透過部３６を透過することにより、投影光Ｌ３〜Ｌ５の集光点が立体部３５２の表面近傍に位置することになる。これにより、立体部３５２に対して精細な画像を表示することができる。

以上のように、本実施形態によれば、拡散透過部３５の立体部３５２内には、当該立体部３５２の凹部３５３を埋めるように光透過部３６が設けられているので、光透過部３６を透過する投影光Ｌ３〜Ｌ５においては、空気よりも屈折率の高い光透過部３６を透過することにより集光点がより遠方にシフトすることになる。例えば、上述したように平板状のスクリーン部３１の表面Ｈ２に集光点が合うような投影光学系をそのまま用いたとしても、光透過部３６を透過することにより集光点が遠方にシフトし、投影光Ｌ３〜Ｌ５の集光点が立体部３５２の表面近傍に位置することになる。
このように、平板状のスクリーン部に対して集光点の合う投影光学系をそのまま用いたとしても、立体的なスクリーン部３１に対して投影光Ｌ３〜Ｌ５の集光点をずれにくくして精細な映像を表示することができる。

また、フレネルレンズ３４の少なくとも一部が拡散透過部３５の立体部３５２から離れるように、フレネルレンズ３４が拡散透過部３５の背面側に配置され、投影部２２から投影された投影光を平行光に変換して、立体部３５２に向けて案内しているので、立体部３５２に対しては平行光となった投影光が投影されることになる。これにより、輝度ムラの少ない画像を立体部３５２に表示することができる。
また、平行光となった投影光が立体部３５２に投影されるために、フレネルレンズ３４に到達した投影光を立体部３５２の周縁部が遮ってしまうことを防止することができる。これにより、立体部３５２の全体に画像を表示することができる。

また、前述したように、フレネルレンズ３４が投影部２２から投影された投影光を平行光に変換して、立体部３５２に向けて案内することにより、立体部３５２の全体に画像を表示することができるので、投影光の一部が遮られる可能性が大きかった位置、つまりスクリーン部３１の背面側の下方に投影部２２を配置することが可能となる。スクリーン部３１の背面側の下方に投影部２２を配置すれば、投影部２２をスクリーン部３１の真後ろに配置する場合と比しても投影部２２を目立たなくすることができ、なおかつコンパクトにすることができる。

また、フレネルレンズ３４が、投影部２２から投影された投影光を、スクリーン部３１に正対する仮想平面Ｈ１に対して略直交する平行光に変換しているので、鑑賞者Ｈが鑑賞するであろう位置（正対位置）から見た場合、通常、最も輝度の高い画像を立体部３５２に表示することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
例えば、図８に示すように、光透過部３６ａを投影部２２側に向けて凸となる形状に形成してもよい。こうした場合、光透過部３６ａの投影部２２側の表面から立体部３５２までの距離を大きくすることができ、立体部３５２の表面近傍に集光点が合う形状に光透過部３６ａを形成しやすくすることができる。こうした形状であれば、立体部３５２の表面近傍に投影光Ｌ２〜Ｌ５の集光点を上記実施形態よりも合わせやすくなる。

また、上記実施形態では、立体部３５２が曲面形状に形成された場合を例示して説明したが、立体部は如何なる形状であってもよい。例えば直方体状に形成された平板部３５１が凸となる立体部であってもよい。
また、輝度ムラの少ない画像を立体部３５２に表示するために光透過部３６ａの投影部２２側の面にフレネルレンズ加工を施してもよい。この場合、フレネルレンズ３４が不要となり、構成を簡易にすることができる。
また、本実施形態では、スクリーン部３１の一部が立体部３５２となっている場合を例示して説明したが、スクリーン部３１の全体が立体部であってもよい。
また、拡散透過部３５と光透過部３６とが同じ素材である場合には一体成型することも可能である。このとき、一体成型された光透過体（樹脂体若しくはガラス体等）の表面に拡散処理を施すことで、当該部分が拡散透過部として機能することになる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲をその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

〔付記〕
［請求項１］
画像の投影光を照射する投影部と、
前記投影部の光出射側に設けられ、少なくとも一部が前記投影光の進行方向に向けて凸形状となるように立体的に形成され、拡散性を有する拡散透過部と、前記拡散透過部における前記凸形状の前記投影部側の凹部に配置された光透過部とを含むスクリーン部と、を備えることを特徴とする表示装置。
［請求項２］
請求項１記載の表示装置において、
前記光透過部は、前記投影部側に向けて凸形状となるように形成されていることを特徴とする表示装置。
［請求項３］
請求項１又は２記載の表示装置において、
前記スクリーン部は、前記拡散透過部及び光透過部の前記投影部側に配置され、前記投影光を偏向するフレネルレンズを備えることを特徴とする表示装置。
［請求項４］
請求項３記載の表示装置において、
前記投影部は投射レンズを有しており、
前記フレネルレンズは板状に形成されており、前記投影部の投影光の光軸に対して略垂直に配置されていることを特徴とする表示装置。
［請求項５］
請求項３又は４記載の表示装置において、
前記フレネルレンズの光出射側はのこぎり歯状に形成されており、
前記拡散透過部の前記凸形状となる部分は、前記フレネルレンズと離間して配置されていることを特徴とする表示装置。
［請求項６］
請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記投影部は、前記スクリーン部の一方の面側の下方に配置されているシフト光学系であることを特徴とする表示装置。

１０ 表示装置
２２ 投影部
３１ スクリーン部
３２ スクリーン取付部
３３ 本体部
３４ フレネルレンズ
３５ 拡散透過部
３６ 光透過部
４１ 制御部
３５１ 平板部
３５２ 立体部
３５３ 凹部

Claims (6)

1. 画像の投影光を照射する投影部と、
   前記投影部の光出射側に設けられ、少なくとも一部が前記投影光の進行方向に向けて凸形状となるように立体的に形成され、拡散性を有する拡散透過部と、前記拡散透過部における前記凸形状の前記投影部側の凹部に配置された光透過部とを含むスクリーン部と、を備えることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１記載の表示装置において、
   前記光透過部は、前記投影部側に向けて凸形状となるように形成されていることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は２記載の表示装置において、
   前記スクリーン部は、前記拡散透過部及び光透過部の前記投影部側に配置され、前記投影光を偏向するフレネルレンズを備えることを特徴とする表示装置。
4. 請求項３記載の表示装置において、
   前記投影部は投射レンズを有しており、
   前記フレネルレンズは板状に形成されており、前記投影部の投影光の光軸に対して略垂直に配置されていることを特徴とする表示装置。
5. 請求項３又は４記載の表示装置において、
   前記フレネルレンズの光出射側はのこぎり歯状に形成されており、
   前記拡散透過部の前記凸形状となる部分は、前記フレネルレンズと離間して配置されていることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置において、
   前記投影部は、前記スクリーン部の一方の面側の下方に配置されているシフト光学系であることを特徴とする表示装置。

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