JP2005173212A - 立体画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 特殊な眼鏡のような機材を使用することなく、観者が裸眼の状態でも立体画像を視認させることが可能な立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】 EL素子10をドットマトリクス状に配置してなる透明表示パネル22をモータ27により回転駆動させ、その回転角に同期して透明表示パネル22に画像を表示させることで観者に立体的な画像を視認させるように立体表示装置21を構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、透明表示器に画像を表示させることで、観者に立体的な画像を視認させるための立体画像表示装置に関する。
例えば、アーケードゲームなどに代表されるアミューズメント機器や、CTスキャンによって取り込んだ患部の画像を表示する医療機器、また、映像を相互に表示することで遠方の相手との間で会議をおこなうテレビ会議システムなどにおいては、三次元の立体画像を表示させることで臨場感や実物感を得るようにしたいという要求がある。
従来の立体画像表示装置として、例えば特許文献1には、観者に立体画像用の眼鏡をかけさせ、表示器に右目用の画像と左目用の画像とを表示させて、観者の右目には右目用の画像が視認されるように、左目には左目用の画像が視認されるようにすることで、擬似的に立体画像を認識させる技術が開示されている。
特開昭61−227498号公報
しかしながら、特許文献1に開示されている技術には、以下のような欠点があった。
・立体画像を認識させるため特殊な眼鏡が必要であり、例えば近視用の眼鏡を既に装着している人間にとっては、眼鏡を2重にかけなければならないという不便さがある。また、眼鏡のような機材を、立体画像を同時に観ようとする観者の人数分だけ用意しなければならない。
・表示器に対して立体画像が視認できる位置の関係は決まっており、観者がその位置から外れてしまうと、立体画像を視認できなくなってしまう。
・網膜結像を利用して擬似的に立体画像を認識させているので、人によってはめまいなどの不快感や障害を引き起こす可能性がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特殊な眼鏡のような機材を使用することなく、観者が裸眼の状態でも立体画像を視認させることが可能な立体画像表示装置を提供することにある。
請求項1記載の立体画像表示装置によれば、自発光する画素をドットマトリクス状に配置してなる透明表示器を回転駆動させ、その回転角に同期して透明表示器に画像を表示させることで観者に立体的な画像を視認させる。即ち、透明表示器を回転駆動させると観者の目には表示画像の残像が映るため、表示器の回転角に同期して画像を表示させれば、観者の視覚に立体的な画像を視認させることが可能となる。従って、特殊な眼鏡のような機材を使用する必要がなくなる。また、透明表示器を用いることで、その周囲に位置する観者の全てに立体的な画像を視認させることができる。加えて、残像現象を利用するので、観者に不快感などを感じさせることもない。
請求項2記載の立体画像表示装置によれば、自発光する画素をドットマトリクス状に配置してなる透明表示器を表示面に対して垂直となる方向に駆動し、その変位位置に同期して当該透明表示器に画像を表示させることで、観者に立体的な画像を視認させる。即ち、この場合も、観者の目には表示画像の残像が映るので、表示器の変位位置に同期して画像を表示させれば、観者の視覚に立体的な画像を視認させることが可能となる。
請求項3記載の立体画像表示装置によれば、表示制御手段は、観者に視認させる立体画像を変化させるように透明表示器に表示させる画像を変化させるので、立体画像の表示パターンを変化させたり、動画像を立体的に表示することも可能となる。
請求項4記載の立体画像表示装置によれば、駆動機構が表示制御手段も透明表示器と共に駆動するので、両者間で伝達される信号の配線について、駆動状態を考慮する必要がなくなる。
請求項5記載の立体画像表示装置によれば、表示制御手段は、外部より与えられる画像信号に基づいて、観者に視認させる立体的な画像を変化させるので、必要に応じてより多様に表示を変化させることができる。
請求項6記載の立体画像表示装置によれば、表示制御手段は、無線通信手段を介して外部より与えられる画像信号を受信するので、駆動機構によって透明表示器と共に駆動されている状態であっても、外部より送信される画像信号を容易に受信することができる。
請求項7記載の立体画像表示装置によれば、EL素子を画素とすることで、高輝度で表示むらの少ない透明表示器を構成することができる。
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図9を参照して説明する。図1は、立体画像表示装置の外観構成を示す斜視図である。立体画像表示装置21は、透明表示パネル(透明表示器)22、パネル駆動制御部23、ターンテーブル(駆動機構)24及び回転機構部25(駆動機構,図2参照)で構成されている。即ち、ターンテーブル24の上に、透明表示パネル22及びパネル駆動制御部23が載置された状態で固定されている。
透明表示パネル22は、無機EL素子を画素として構成されている。図4は、透明表示パネル22の構成を模式的な断面によって示すものである。透明表示パネル22は、ガラス基板2の上に、第1電極3、第1絶縁層4、発光層5、第2絶縁層6、第2電極7が真空蒸着又はスパッタリングなどにより順次積層されて構成されている。第1電極3と第2電極7とは、互いに直交する方向に形成されており、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明性を有する材質からなる。
発光層5は、例えばZnS,ZnSe等の半導体材料で形成され、発光中心材料にMnを用いた場合は黄橙色、Tbを用いた場合は緑色、Smを用いた場合は赤色の発光を生じるようになる。また、第1絶縁層4、第2絶縁層6は、TiO2,AlO3,SiO2,Si34などの誘電体からなる。これらの層の厚さ寸法は、ガラス基板2を除くと凡そ2μm程度である。また、耐湿保護のため、接着剤8を介してもう1枚のガラス基板9を張り合わせている。そして、複数の第1電極3と第2電極7とが交差する点に、EL素子10がマトリクス状に形成されている。
図5は、パネル駆動制御部23の電気的構成を示す機能ブロック図である。透明表示パネル22は、上述した第1電極3を走査電極(以下、走査電極3とする)、第2電極7をデータ電極(以下、データ電極7とする)としている。そして、走査電極3はロウドライバIC(走査側駆動回路)12によって駆動され、データ電極7はカラムドライバIC(データ側駆動回路)13によって駆動される。尚、透明表示パネル22においてm×nのマトリクスで配置されるEL素子10は、図5においてコンデンサのシンボルで示している。
ロウドライバIC12は、具体的には図示しないが、シフトレジスタ、出力制御回路、電圧出力部、電圧出力部を論理データに基づいて制御するレベルシフト回路などで構成されている。ロウドライバIC12は、フローティング状態の基準電位FGNDが切換えにより変動するように構成され、表示制御部(表示制御手段)14より出力される制御信号は、アイソレーション回路15内部のフォトカプラなどによってレベル変換されるようになっている。
また、ロウドライバIC12によって出力されるパルス状の走査電圧は、電源回路16より与えられる基準電位や各種電圧に基づいてロウコンポジット回路17で生成されて供給される。そして、ロウドライバIC12は、ロウコンポジット回路17より供給されるパルス状の交流電圧とアイソレーション回路15を介して与えられる制御信号に基づいて、走査電極3に線順次走査電圧を出力する。走査電圧は、例えば−200V,250Vの交流電圧として出力される。
一方、カラムドライバIC13も同様に、シフトレジスタ、出力制御回路、電圧出力部、電圧出力部を論理データに基づいて制御するレベルシフト回路などで構成されている。カラムドライバIC13によって出力されるパルス状のデータ電圧は、電源回路16より与えられる基準電位や各種電圧に基づいてカラムコンポジット回路18で生成されて供給される。そして、カラムドライバIC13は、カラムコンポジット回路18より供給されるパルス状の電圧と表示制御部14より与えられる制御信号に基づいて、データ電極7にデータ電圧を出力する。そのデータ電圧は、約50Vをハイレベル、0Vをロウレベルとして出力される。
ここで、走査電圧が250Vである場合、データ電圧として0Vが出力されるとEL素子10の両端に印加される合成電圧は250VとなりEL素子10は発光し、データ電圧として50Vが出力されると合成電圧は200VとなりEL素子10は発光しない。一方、走査電圧が−200Vである場合、データ電圧として0Vが出力されるとEL素子10の両端に印加される合成電圧は200VとなりEL素子10は発光せず、データ電圧として50Vが出力されると合成電圧は250VとなりEL素子10は発光する。
コントローラICである表示制御部14には、外部より画面切替信号、角度信号(これらについては後述する)、クロック(CLK)信号が与えられ、それらの入力信号に基づいて各制御信号をアイソレーション回路15、ロウコンポジット回路17、カラムコンポジット回路18に夫々出力する。また、アイソレーション回路15には、回路グランドGND及び制御電源VCCを渡している。
電源回路16は、スイッチングレギュレータを備えてなるDC−DCコンバータ等で構成され、外部より与えられる直流電源VDDに基づいて+Vrow(250V),−Vrow(−200V),Vcol(約50V)を生成し、ロウコンポジット回路17,カラムコンポジット回路18に夫々供給する。また、電源回路16は、フローティング電位のF5Vとフローティング基準電位のFGNDをアイソレーション回路15に渡している。
図2は、回転機構部25の構成を示す正面方向断面図である。ケース26の内底部にはモータ27が固定されており、上方に伸びるモータ27の回転軸28は、ケース26の上方に設けられた開口26aを介して外部に露出しており、その先端にターンテーブル24の中心が固定されている。また、エンコーダディスク29は、回転軸28に貫通した状態で固定されており、ケース26の上方カバー裏面には、光学式のエンコーダセンサ30が配置されている。
図3は、エンコーダ部分の構成を示す平面図である。エンコーダディスク29の外周部には、回転角15度毎にA相信号を出力するための複数のスリット31Aが形成されており、その内周側には、原点であるZ相信号を出力するためのスリット31Zが形成されている。そして、スリット31A,31Zの位置に合わせて、エンコーダセンサ30A,30Zが配置されている。
エンコーダセンサ30は、具体的には図示しないが投光素子及び受光素子を内蔵している。投光素子より発せられた光はエンコーダディスク29に反射して受光素子に受光されるが、スリット31が形成されている部分では光が反射せず受光されなくなることでスリット31が検出され、パルス信号(A相,Z相信号)をカウンタ32に出力する。カウンタ32は、Z相信号が入力されるとリセットされ(回転角0度)、A相信号が入力される毎にアップカウント動作を行なう。従って、15×(カウント値)がターンテーブル24の回転角を示す。ここで、エンコーダディスク29,エンコーダセンサ30及びカウンタ32は、エンコーダ33を構成している。
図6は、表示制御部14の内部構成を機能別に示すブロック図である。表示制御部14は、大別して、メモリ34とコントローラ35とで構成されている。コントローラ35は、更に、タイマ36、画面セット計算部37、画面番号計算部38、メモリアドレス計算部39、駆動波形・制御信号生成部40で構成されている。尚、以下の説明において、1つの立体画像を表示するための画像の集合を画像セット、画像セットを構成する各画像を画像パーツと称する。
メモリ34には、複数の画像セットをなす画像データが記憶されている。画面セット計算部37は、タイマ36によって一定周期毎に出力されるタイミング信号(若しくは、外部より与えられる画面切替信号)に応じて、どの画面セットを表示するかを計算し、計算結果をメモリアドレス計算部39に出力する。また、画面番号計算部38は、エンコーダ33より出力される角度データに基づいて、どの画像パーツを表示するかを計算し、計算結果をメモリアドレス計算部39に出力する。
メモリアドレス計算部39は、2つの計算部37,38による計算結果より、メモリ34の何れのアドレスに記憶された画像データを読み出すかを計算し、アドレス信号を出力する。そして、メモリ34より読み出された画像データは駆動波形・制御信号生成部40に与えられ、ドライバIC12,13側に出力される制御信号に変換される。
次に、本実施例の作用について図7乃至図9も参照して説明する。図7は、立体画像表示装置21によって表示しようとする、一辺がWの立方体41の立体画像例である。回転角度座標の原点0度を立体画像表示装置21の正面として、立方体41の一面もその正面を向いているとする。すると、正面(0度)方向から立方体41を見ると、その横幅寸法はWに等しい(図8(a)参照,画像パーツ1)。
また、立方体41を正面から15度の角度で見た場合、立方体41の横幅寸法はW/cos(15°)となって見える(図8(b)参照,画像パーツ2)。同様に、30度,45度の角度で見た場合、立方体41の横幅寸法は、W/cos(30°),W/cos(45°)となって見える(図8(c),(d)参照,画像パーツ3,4)。
従って、透明表示パネル22の表示面が正面を向いている場合は画像パーツ1を表示させ、そこから、モータ27を回転させて表示面が15度傾いた時点では画像パーツ2を表示させ、更に表示面が30度,45度傾いた時点では画像パーツ3,4を夫々表示させる。そして、表示面の傾きが45度を超えると、立方体41の次の面が見えてくるので、傾きが60度,75度,90度に変化した場合は、画像パーツ3,2,1を表示させる。
以降、図9に示すように、90度毎に上記の表示パターンを繰り返す。すると、各画像パーツが表示される間の期間は、人間の目には直前に表示された画像パーツの残像が映るので、回転する透明表示パネル22を観る者には、立方体41の立体的な画像を視認させることができる。例えば、残像を利用して表示を行う表示装置については、特開平2−213892号公報に記載されている(但し、1次元の表示素子アレイを用いて2次元画像を表示させるもの)。
尚、本実施例では、表示対象を立方体41としたことで画像セットを構成するパーツ数は「4」で十分であるが、表示対象の形状に応じて、立体的な画像を十分に表現可能となる回転角の分解能とパーツ数とを適宜選択して実施すれば良い。
以上のように本実施例によれば、EL素子10をドットマトリクス状に配置してなる透明表示パネル22をモータ27により回転駆動させ、その回転角に同期して透明表示パネル22に画像を表示させることで観者に立体的な画像を視認させるように、立体表示装置21を構成した。従って、特殊な眼鏡のような機材を使用する必要がなくなる。また、透明表示パネル22を用いることで、その周囲に位置する観者の全てに立体的な画像を視認させることができる。
そして、表示制御部14は、観者に視認させる立体的な画像を変化させるように透明表示パネル22に表示させる画像を変化させるので、立体画像の表示パターンを変化させたり、動画像を立体的に表示することも可能となる。従って、例えばアミューズメント機器に対して適用すれば、高い映像表現力を付与することができる。
また、ターンテーブル24上に透明表示パネル22及びパネル駆動制御部23を載置して、回転機構部25によって両者を一体に回転させるので、両者間の信号配線について駆動状態を考慮する必要がなくなる。加えて、EL素子10を画素とすることで、高輝度で表示むらの少ない透明表示パネル22を構成することができ、透明表示パネル22を用いたことで、透明表示パネル22を異なる方向から観ている者に、立体的な画像を同時に視認させることができる。
(第2実施例)
図10及び図11は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例は、第1実施例におけるパネル駆動制御部23のように、画像データを予めメモリ34に記憶しておく形態とは異なり、画像データが外部よりリアルタイムで転送される形態を採用した場合を示す。
即ち、図10に示すように、コントローラ35Aは駆動波形・制御信号生成部(表示制御手段)42のみによって構成されており、駆動波形・制御信号生成部42には、外部より同期信号、ドットクロック、映像信号が与えられている。そして、駆動波形・制御信号生成部42は、それらの信号に基づいて駆動信号や制御信号を生成出力する。図11は、各信号の具体的な波形の一例を示すものである。同期信号は、周波数220Hzの垂直同期信号VSYNCと、周波数27.0kHzの水平同期信号HSYNCからなる。ドットクロックDCLKは周波数5MHzであり(周期T=200ns)、映像信号DATA0はロウ側奇数ライン用のデータ、映像信号DATA1はロウ側遇数ライン用のデータである。
透明表示パネルの画素マトリクスを、120×256とする。水平同期信号HSYNCの周期Hは185T(=37μs)であり(図11(b)参照)、垂直同期信号VSYNCの周期Vは123H(=4.551ms)である(図11(a)参照)。水平同期信号HSYNCは、各周期の冒頭に2Hのハイレベル期間があり、その後、水平同期信号HSYNCに基づきカラム方向の120ラインについて表示を行い、1Hのブランクを置いて次の周期に至る。
図11(c)は、水平同期信号HSYNCの1周期を拡大して示すもので、冒頭から117Tがハイレベル、68Tがロウレベルとなる。HSYNCの周期冒頭から15はブランクであり、そこから128Tの間に奇数ライン(1,3,・・・,255),偶数ライン(2,4・・・,256)夫々128ラインずつのデータが出力される(図11(e),(f)参照)。そして、周期末尾の42Tもブランクとなる。映像信号DATA0,1は、ロウレベルで画素を発光させ、ハイレベルで画素を発光させないようにする。
以上のように第2実施例によれば、駆動波形・制御信号生成部42は外部より与えられる画像信号に基づいて、観者に視認させる立体画像を必要に応じてより多様に変化させることができる。例えば、CT(Computer Tomography)スキャンのような医療機器に本発明を適用した場合に、任意の画像をその場で選択して表示させることが可能となる。
(第3実施例)
図12は、本発明の第3実施例を示すものであり、第1,第2実施例と異なる部分についてのみ説明する。第2実施例の構成において、駆動波形・制御信号生成部42に外部より画像信号を与えるとすれば、実際には、ターンテーブル24上に位置する駆動波形・制御信号生成部42に対して、スリップリングのような機構を介して固定側より可動側に信号を伝達する必要がある(例えば、特開平2−213892号公報,第2図参照)。しかしながら、第2実施例で示したように、画像信号にはMHzオーダーの信号が含まれるため、可動機構部において画像信号等にノイズが載った場合に誤動作の発生が懸念される。
そこで、第3実施例では、図12に示すように、Bluetooth(登録商標)規格に準拠するトランスミッタ(無線通信手段)43及びレシーバ(無線通信手段)44を用い、外部より立体表示装置45に対して画像信号を送信する。即ち、外部の信号送信側は、トランスミッタ43を備えて、第2実施例で示した各信号で無線信号を変調して送信する。そして、立体表示装置45側はレシーバ44を備え、受信した無線信号を復調して駆動波形・制御信号生成部42に出力する。尚、駆動波形・制御信号生成部42にレシーバ44を加えたものが、パネル駆動制御部(表示制御手段)46を構成する。
以上のように構成された第3実施例によれば、駆動波形・制御信号生成部42は、レシーバ44を介して外部より与えられる画像信号を受信するので、メカニカルに構成される可動部を介すことなく信号の伝達が可能となり、回転機構部25によって透明表示パネル22と共に駆動されている状態であっても、外部より送信される画像信号を容易に受信することができる。
(第4実施例)
図13及び図14は本発明の第4実施例を示すものであり、第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。第4実施例の立体表示装置47は、透明表示パネル22及びパネル駆動回路部23に代わるパネル駆動回路部(表示制御手段)23Aを、スライド機構部(駆動機構)48に搭載し、透明表示パネル22の表示面と垂直な方向に往復移動させるように構成されている。
即ち、スライド機構部48は、所謂リニアアクチュエータをなすもので、2本のスライドレール49a,49bと、それらのレール49a,49bに載置されるテーブル50とで構成されており、テーブル50は、レール49a,49bに沿って図13中前後方向に移動される。そして、テーブル50の上に、透明表示パネル22及びパネル駆動回路部23Aが載置固定されている。
次に、第4実施例の作用について図14も参照して説明する。図14(a)は立体表示装置47の側面図であり、図14(b)は透明表示パネル22の変位位置に応じて表示される画像パーツを正面から見たものである。変位位置は(1)〜(4)の夫々において、大きさが異なる楕円形の図形が画像パーツ1〜4として表示される。
即ち、第1実施例のパネル駆動回路部22は、透明表示パネル22の回転角度に応じて表示させる画像パーツを変化させたが、第3実施例のパネル駆動回路部22Aは、透明表示パネル22の直線変位位置に応じて表示させる画像パーツを変化させている。斯様な形態で表示を行うことで、人間の目にはやはり残像効果が作用し、立体表示装置47を側面側から見るものには卵形の立体形状51を視認させることが可能となる。
以上のように第4実施例によれば、立体表示装置47は、スライド機構部48により透明表示パネル22を表示面に対して垂直となる方向に駆動し、その変位位置に同期して当該透明表示パネル22に画像を表示させることで、観者に立体的な画像を視認させるようにしたので、この場合も、観者の視覚に立体的な画像を視認させることができる。
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
透明表示器としては、その他、無機EL素子を画素としたり、VFD(Vacuum Fluorescence Display)、PDP(Plasma Display Panel)等を用いて構成しても良い。
駆動機構は、手動で透明表示器等を駆動する構成であっても良い。
また、駆動機構によって透明表示器のみを駆動変位させても良い。
表示する立体画像は、1セットのみであっても良い。
エンコーダ33に代えて、モータ27の駆動パルスに基づいて回転角度を示す信号を得ても良い(特開平2−213892号公報参照)。
第3実施例における無線通信手段は、Bluetooth(登録商標)に限ることなく、その他無線LANなどでも良い。
第4実施例の構成に、第2,第3実施例の構成を組み合わせて実施しても良い。
本発明の第1実施例であり、立体画像表示装置の外観構成を示す斜視図 回転機構部の構成を示す正面方向断面図 エンコーダ部分の構成を示す平面図 透明表示パネルの構成を示す模式的断面図 パネル駆動制御部の電気的構成を示す機能ブロック図 表示制御部の内部構成を機能別に示すブロック図 立体画像表示装置によって表示しようとする、一辺がWの立方体の立体画像例を示す図 図7の立体画像を構成する画像セットの画像パーツを示す図 透明表示パネルの回転位置に応じた画像パーツの出力パターンを示す図 本発明の第2実施例を示す図6相当図 各信号の具体的な波形の一例を示す図 本発明の第3実施例を示す図6相当図 本発明の第4実施例を示す図1相当図 (a)は立体表示装置の側面図、(b)は透明表示パネルの変位位置に応じて表示される画像パーツを正面から見た図
符号の説明
図面中、10は無機EL素子(画素)、14は表示制御部(表示制御手段)、20は立体画像表示装置、21は透明表示パネル(透明表示器)、22はパネル駆動回路部(表示制御手段)、25は回転機構部25(駆動機構)、42は駆動波形・制御信号生成部(表示制御手段)、43はトランスミッタ(無線通信手段)、44はレシーバ(無線通信手段)、45は立体画像表示装置、46はパネル駆動制御部(表示制御手段)、47は立体画像表示装置、48はスライド機構部(駆動機構)を示す。

Claims (7)

  1. 自発光する画素をドットマトリクス状に配置してなる透明表示器と、
    この透明表示器を回転駆動する駆動機構と、
    前記透明表示器の回転角に同期して当該透明表示器に画像を表示させることで、観者に立体的な画像を視認させるように制御する表示制御手段とを備えたことを特徴とする立体画像表示装置。
  2. 自発光する画素をドットマトリクス状に配置してなる透明表示器と、
    この透明表示器を、表示面に対して垂直となる方向に駆動する駆動機構と、
    前記透明表示器の変位位置に同期して当該透明表示器に画像を表示させることで、観者に立体的な画像を視認させるように制御する表示制御手段とを備えたことを特徴とする立体画像表示装置。
  3. 前記表示制御手段は、観者に視認させる立体的な画像を変化させるように、前記透明表示器に表示させる画像を変化させることを特徴とする請求項1又は2記載の立体画像表示装置。
  4. 前記駆動機構が、前記表示制御手段も前記透明表示器と共に駆動するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の立体画像表示装置。
  5. 前記表示制御手段は、外部より与えられる画像信号に基づいて、観者に視認させる立体画像を変化させることを特徴とする請求項4記載の立体画像表示装置。
  6. 前記表示制御手段は、無線通信手段を介して外部より与えられる画像信号を受信することを特徴とする請求項5記載の立体画像表示装置。
  7. 前記透明表示器は、EL素子を画素として構成されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の立体画像表示装置。

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