JP4110188B2 - 立体表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像を表示する立体表示装置に関する。

従来、立体画像を表示する立体表示装置として、右目と左目との間に生じる視差を利用するものや立体的なスクリーンに画像を投射するものなどがある。しかし、表示される画像を視認者の好みの方向から視認できないという問題がある。そこで、画像を表する光源を回転させることにより奥行きのある立体画像を形成可能な立体表示装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１記載の立体表示装置は、回転軸を中心として放射状に配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する表示部が回転軸に沿って複数配置された構成となっている。そして、この立体表示装置では、複数の表示部を回転軸の軸回りで回転させながら、この回転に同期してＬＥＤを点滅させて表示光を出射することにより、立体画像を形成している。
また、特許文献２記載の立体表示装置は、回転軸を中心として出射端の高さが異なる複数のファイバシートを放射状に配置した構成となっている。そして、この立体表示装置では、ファイバシートを回転軸の軸回りで回転させながら、この回転に同期して表示光を出射させることにより、立体画像を形成している。
特開平６−３４２２６２号公報 特開昭６２−８７９３１号公報

しかしながら、上記従来の立体表示装置においても、以下の課題が残されている。すなわち、特許文献１に記載の立体表示装置では、ＬＥＤを回転に同期させて点滅する必要があり、立体画像の表示の制御が複雑であると共にコストが高くなるという問題がある。また、特許文献２記載の立体表示装置では、回転に同期した画像切替処理を行う必要があるため、立体画像の表示の制御が複雑であるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、画像表示の制御が容易な立体表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる立体表示装置は、表示光を出射するマトリクス状に配置された複数の表示画素を備えた画像表示面を有する表示光源手段と、前記表示画素から出射する表示光を受光する受光端及び前記表示光を出射する出射端を有する複数の導光部材と、前記複数の導光部材を前記画像表示面に垂直な回転軸の軸回りで回転させる回転手段とを備え、前記導光部材の受光端における回転半径と前記出射端における回転軌跡とが、１対１の関係に設定されていることを特徴とする。

この発明では、導光部材の回転に同期して導光部材に供給する表示光を切り替える必要がないため、立体画像表示の制御が容易となる。
すなわち、１つの導光部材が出射端から表示光を出射させながら回転すると、環状の画像が形成される。そして、複数の導光部材が表示光を出射させながら回転すると、複数の環状の画像が形成される。このとき、導光部材の受光端における回転半径と出射端における回転軌跡とが、１対１の関係に設定されているので、受光端の回転半径が異れば、出射端の回転軌跡（出射端の高さ座標及び回転半径座標（奥行き座標））も異なり、画像表示面及び受光端の回転半径座標及び回転角座標に対応して光の出射座標が決定されて、出射端の回転領域に立体的な画像が表示される。
このように、同じ表示光位置上を通る導光部材は、必ず同じ座標で同じ表示光を出射するように設定されている。このため、光の出射座標に対応した画像表示面の位置に所定の表示光（色や輝度）を設定することで、表示光を導光部材の回転に応じて切り替えることなく、出射座標位置に応じて異なる色や輝度の立体画像を表示することができる。したがって、立体画像表示の制御が容易となり、製造コストの削減が図れる。

また、本発明にかかる立体表示装置は、前記画像表示面が、１つの前記導光部材の前記受光端の回転軌跡に沿って複数配置された表示画素を有することが好ましい。
この発明では、受光端の回転軌跡に沿って表示画素を複数配置し、導光部材の回転に応じて出射端から異なる表示光を出射させることで、種々の立体画像を表示する。

また、本発明にかかる立体表示装置は、前記出射端の回転半径が大きいほど、該出射端から出射する前記表示光の輝度を大きくする輝度補正機構を有することが好ましい。
この発明では、回転半径の異なる出射端により表示される表示光の輝度をそろえることができ、立体画像の表示品質が向上する。すなわち、出射端の回転半径が大きくなるほど、回転軸の軸回りにおける回転時に出射端が単位時間当たりに移動する距離が大きくなる。そのため、出射端の回転半径が大きくなるほど、出射端から出射する表示光の単位距離当たりの輝度が小さくなる。したがって、回転半径が大きい出射端からより大きな輝度の表示光を出射させることで、各出射端から出射する表示光の輝度が均一になる。

また、本発明にかかる立体表示装置は、前記出射端の回転半径が大きいほど、前記導光部材の前記出射端の面積が大きくなることが好ましい。
この発明では、出射端の面積を回転半径が大きくなるほど大きくすることで、上述と同様に、各出射端から出射する表示光の輝度が均一になる。

また、本発明にかかる立体表示装置は、前記出射端の回転半径が大きいほど、前記出射端の回転軌跡が同一である前記導光部材が多くなることが好ましい。
この発明では、出射端の回転軌跡が同一である導光部材の数を出射端の回転半径が大きくなるほど多くすることで、上述と同様に、各回転軌跡を通過する出射端により表示される画像の輝度が均一になる。

また、本発明にかかる立体表示装置は、前記導光部材に、前記表示光を増幅する増幅手段が設けられていることが好ましい。
この発明では、受光端で受光した表示光の強度を増大させて出射端から出射させる。

本発明の立体表示装置によれば、導光部材の受光端における回転半径と出射端における回転軌跡とが、１対１の関係に設定されているので、表示光を導光部材の回転に応じて切り替える制御を行わなくても、容易に立体的な画像を表示させることができる。

以下、本発明における立体表示装置の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図１は、本実施形態における立体表示装置を示す概略構成図、図２は立体画像の表示状態を説明する説明図である。

本実施形態における立体表示装置１は、例えばインテリアや住宅などの建築物の立体表示などに用いられる表示装置である。そして、立体表示装置１は、図１に示すように、複数の光ファイバ（導光部材）２と、複数の光ファイバ２に表示光を供給する液晶ディスプレイ（表示光源手段）３と、複数の光ファイバ２を支持する支持台４と、支持台４を回転軸Ｚの軸回りで回転させる回転手段５とを備えている。ここで、回転軸Ｚに対して垂直な面を基準面Ｓとし、回転軸Ｚと基準面Ｓとの交点を基準点Ｐとする。

複数の光ファイバ２は、一端が液晶ディスプレイ３に臨んで液晶ディスプレイ３から照射される表示光を受光する受光端１１、他端が表示光を出射する出射端１２となっている。また、複数の光ファイバ２は、回転軸Ｚの軸回りにおける受光端１１の回転半径がそれぞれ異なるように、適宜湾曲などして配置されている。すなわち、複数の光ファイバ２の受光端１１は、回転軸Ｚの軸回りにおける回転軌跡がそれぞれ異なっている。なお、各受光端１１の回転軌跡は、同一面上となっている。

そして、複数の光ファイバ２は、その出射端１２が基準面Ｓの面方向（回転軸Ｚに対して垂直な方向）に表示光を出射するように適宜湾曲して配置されていると共に、出射端１２の回転半径及び高さ位置は、それぞれ対応する受光端１１の回転半径によって異なって設定されている。つまり、光ファイバ２の受光端１１における回転半径と光ファイバ２の出射端１２における回転軌跡とが、１対１の関係に設定されている。これは、画像表示面１３中の座標（受光端１１の座標に相当）のうち回転半径ｒに、出射端１２の回転半径ｒだけでなく高さｚを含めたこれら２つの座標情報を持たせることになり、回転に同期した画像切り替えが不要になる。

具体的には、複数の光ファイバ２は、回転軸Ｚの軸回りにおける出射端１２の回転半径に応じて複数本ずつ組分けして配置された第１から第３ファイバ群２Ａ〜２Ｃを構成している。
第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２は、それぞれの出射端１２が回転軸Ｚの軸回りにおける回転半径がｒ１となるように配置されている。そして、各光ファイバ２は、基準面Ｓに対する出射端１２の高さがそれぞれ異なるように適宜湾曲などして配置されている。したがって、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転することにより、半径ｒ１の円柱状の画像が形成される。

第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２は、上述と同様に、それぞれの出射端１２が回転軸Ｚの軸回りにおける回転半径がｒ２（ｒ２＜ｒ１）となるように配置されている。そして、各光ファイバ２は、それぞれの出射端１２が基準面Ｓに対して高さを異ならせて配置されている。したがって、第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転することにより、半径ｒ２の円柱状の画像が形成される。

第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２は、上述と同様に、それぞれの出射端１２が回転軸Ｚの軸回りにおける回転半径がｒ３（ｒ３＜ｒ２）となるように配置されている。そして、各光ファイバ２は、それぞれの出射端１２が基準面Ｓに対して高さを異ならせて配置されている。したがって、第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転することにより、半径ｒ３の円柱状の画像が形成される。
以上より、第１から第３ファイバ群２Ａ〜２Ｃを構成する複数の光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転することにより、同心の３つの円柱状画像が形成される。

液晶ディスプレイ３は、複数の光ファイバ２におけるそれぞれの受光端１１に臨む画像表示面１３を有しており、この画像表示面１３から表示光を複数の光ファイバ２のそれぞれに向けて出射する。そして、画像表示面１３には、マトリクス状に配置された複数の表示画素１３ａを有している。
複数の表示画素１３ａは、複数の光ファイバ２における各受光端１１の回転軌跡に沿って配置されている。そして、表示画素１３ａは、対向する光ファイバ２の受光端１１に表示光を入射させることで光ファイバ２内に表示光を導光させる。

ここで、各表示画素１３ａは、光ファイバ２の受光端１１がそれぞれ異なる回転軌跡を形成することから、１つの光ファイバ２に対してのみ表示光を出射する構成となっている。また、各表示画素１３ａは、回転軸Ｚの軸回りでの回転によって光ファイバ２の受光端１１がこの表示画素１３ａと対向したときにこの光ファイバ２の出射端１２が臨む位置において表示する画像に対応する表示光を出射する構成となっている。

例えば、光ファイバ２の出射端１２の基準点Ｐに対する位置を円筒座標系（ｒ、φ、ｚ）（ｒは回転半径、φは回転角、ｚは基準面Ｓからの高さ（距離））で表現したときに、各表示画素１３ａは、回転軸Ｚの軸回りでの回転によって対向配置される受光端１１を有する光ファイバ２の出射端１２の座標位置（ｒ、φ、ｚ）に対応する画像に応じた表示光を出射する。

また、液晶ディスプレイ３には、出射端１２の回転半径が大きいほど高い輝度の表示光をその光ファイバ２の受光端１１に向けて出射させる輝度制御部（輝度制御手段）１５が接続されている。すなわち、出射端１２の回転半径が大きいほど、回転軸Ｚの軸回りにおける回転時に単位時間当たりに移動する距離が大きくなる。そのため、出射端１２の回転半径が大きくなるほど、出射端１２から出射する表示光の単位距離当たりの輝度が小さくなる。そこで、輝度制御部１５が、表示画素１３ａと対向する光ファイバ２の出射端１２の回転半径が大きいほど表示画素１３ａから出射する表示光の輝度を大きくすることで、各光ファイバ２の出射端１２から出射する表示光の単位距離当たりの輝度がほぼ同等となっている。

支持台４は、図１に示すように、複数の光ファイバ２を回転軸Ｚの軸回りで回転可能に支持すると共に、画像表示面１３から出射する表示光のうち光ファイバ２で受光されない分を遮光する。
回転手段５は、例えばモータなどによって構成されており、支持台４により支持されている複数の光ファイバ２を回転軸Ｚの軸回りで回転させる。

次に、以上のような構成の立体表示装置１による立体画像の表示方法について説明する。

まず、液晶ディスプレイ３が画像表示面１３を構成する複数の表示画素１３ａのそれぞれから表示光を出射する。そして、複数の光ファイバ２は、複数の表示画素１３ａのうち各受光端１１と対向して配置されている表示画素１３ａから出射された表示光を受光端１１で受光する。そして、光ファイバ２は、光ファイバ２内を導光した表示光を出射端１２から外部に向けて出射する。ここで回転手段５が光ファイバ２を回転軸Ｚの軸回りで回転させると、複数の光ファイバ２は、回転移動による各位置で、受光端１１と対向して配置されている表示画素１３ａから出射された表示光を受光端１１で受光し、出射端１２から外部に向けて出射する。

したがって、光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転移動すると、出射端１２の回転軌跡に沿って環状の画像が形成される。そして、第１ファイバ群２Ａでは、出射端１２の回転軌跡が高さ位置においてそれぞれ異なるので、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２によって、図２に示すように、半径ｒ１の円柱状の画像が形成される。同様に、第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２及び第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２により、半径ｒ２の円柱状の画像及び半径ｒ３の円柱状の画像がそれぞれ形成される。つまり、第１ファイバ群２Ａ、第２ファイバ群２Ｂ及び第３ファイバ群２Ｃでは、それぞれ出射端１２の回転半径が異なる回転軌跡が得られる。

ここで、各表示画素１３ａは、回転によって光ファイバ２の受光端１１と対向したときに、この光ファイバ２の出射端１２の位置において表示する画像に対応する表示光を出射する。そのため、各光ファイバ２は、回転によって受光端１１を異なる表示画素１３ａと対向させる毎に異なる表示光を受光して出射端１２から出射することが可能となる。これにより、各光ファイバ２により、さまざまな立体画像が表示される。

また、輝度制御部１５が光ファイバ２の出射端１２の回転半径が大きいほど表示画素１３ａから出射する表示光の輝度を大きくすることで、各光ファイバ２の出射端１２から出射する表示光の単位距離当たりの輝度がほぼ同等となっている。これにより、品質の高い立体画像が表示される。
以上のようにして、立体表示装置１により立体画像を表示する。

以上のように、本実施形態における立体表示装置１によれば、光ファイバ２の受光端１１における回転半径と出射端１２における回転軌跡とが、１対１の関係に設定されているので、受光端１１の回転半径が異れば、出射端１２の回転軌跡（出射端１２の高さ座標及び回転半径座標（奥行き座標））も異なり、画像表示面１３及び受光端１１の回転半径座標及び回転角座標に対応して光の出射座標が決定されて、出射端１２の回転領域に立体的な画像が表示される。

このように、光の出射座標に対応した画像表示面１３の位置に所定の表示光（色や輝度）を設定することで、表示光を光ファイバ２の回転に応じて切り替えることなく、出射座標位置に応じて異なる色や輝度の立体画像を表示することができる。したがって、立体画像表示の制御が容易となり、製造コストの削減が図れる。

ここで、受光端１１の回転軌跡に沿って複数の表示画素１３ａが配置されているので、光ファイバ２の出射端１２から回転に応じて異なる表示光が出射可能となり、さまざまな立体画像が表示できる。
また、輝度制御部１５が回転半径の異なる出射端１２により表示される表示光の輝度をそろえるので、各光ファイバ２により表示される立体画像の表示品質が向上する。

次に、本発明にかかる立体表示装置の第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第２の実施形態における立体表示装置２０では、図３に示すように、各光ファイバ２の出射端１２が上方に向けて配され、各光ファイバ２の出射端１２から基準面Ｓに対して垂直な方向に表示光が出射される点である。

すなわち、立体表示装置２０は、上述と同様に、第１から第３ファイバ群２Ａ〜２Ｃを有している。そして、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２は、上述した実施形態と同様に、それぞれの出射端１２が回転軸Ｚの軸回りにおける回転半径がｒ１となるように配置されている。また、各光ファイバ２は、基準面Ｓに対する出射端１２の高さがそれぞれ異なるように適宜湾曲などして配置されている。したがって、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転することにより、半径ｒ１で高さの異なる複数の環状画像が形成される。

また、第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２も、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２と同様に、それぞれの出射端１２の回転半径がｒ２（ｒ２＜ｒ１）となるように配置されている。したがって、第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２により、半径ｒ２で高さの異なる複数の環状画像が形成される。
そして、第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２も、それぞれの出射端１２の回転半径がｒ３（ｒ３＜ｒ２）となるように配置されている。したがって、第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２により、半径ｒ３で高さの異なる複数の環状画像が形成される。

また、立体表示装置２０は、各光ファイバ２の受光端１１に対して表示光を供給する表示光源部（表示光源手段）２１を備えている。この表示光源部２１は、回転軸Ｚの軸回りで回転する複数の光ファイバ２の各出射端１２により表示される画像が各表示画素１３ａに形成されたフィルム２２と、このフィルム２２に照明光を照射する照明光源２３とを備えている。また、フィルム２２は、表示させる立体画像に応じて交換可能となっている。

以上のような構成の立体表示装置２０では、第１から第３ファイバ群２Ａ〜２Ｃにより３つの半径及び高さの異なる複数の環状画像が形成される。ここで、各表示画素１３ａは、回転によって光ファイバ２の受光端１１と対向したときに、この光ファイバ２の出射端１２の位置において表示する画像に対応する表示光を出射する。以上のようにして、立体表示装置２０により立体画像を表示する。
以上のように、本実施形態における立体表示装置２０においても、上述と同様の作用、効果を奏する。

次に、本発明にかかる立体表示装置の第３の実施形態について、図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第３の実施形態における立体表示装置３０では、図４に示すように、各光ファイバ２の出射端１２から基準点Ｐに対して放射状に表示光が出射されるように配されている点である。

すなわち、立体表示装置３０は、上述と同様に、第１から第３ファイバ群２Ａ〜２Ｃを有している。そして、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２は、それぞれの出射端１２が回転軸Ｚ上の点Ｏからの距離がｒ１となるように配置されている。また、各光ファイバ２は、基準面Ｓに対する出射端１２の高さがそれぞれ異なるように適宜湾曲などして配置されている。したがって、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２が回転軸Ｚの軸回りで回転することにより、半径ｒ１の球状の画像が形成される。

また、第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２も、第１ファイバ群２Ａを構成する光ファイバ２と同様に、それぞれの出射端１２の点Ｏからの距離がｒ２（ｒ２＜ｒ１）となるように配置されている。したがって、第２ファイバ群２Ｂを構成する光ファイバ２により、半径ｒ２の球状の画像が形成される。
そして、第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２も、それぞれの出射端１２の点Ｏからの距離がｒ３（ｒ３＜ｒ２）となるように配置されている。したがって、第３ファイバ群２Ｃを構成する光ファイバ２により、半径ｒ３の球状の画像が形成される。

以上のような構成の立体表示装置３０では、第１から第３ファイバ群２Ａ〜２Ｃにより３つの球状の画像が形成される。ここで、各表示画素１３ａは、回転軸Ｚの軸回りでの回転によって光ファイバ２の受光端１１がこの表示画素１３ａと対向したときにこの光ファイバ２の出射端１２が位置する位置において表示する画像に対応する表示光を出射する。以上のようにして、立体表示装置３０により立体画像を表示する。
このように、本実施形態における立体表示装置３０においても、上述と同様の作用、効果を奏する。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、複数の光ファイバにより３つの光ファイバ群が構成されているが、２や４つ以上の光ファイバ群が構成されてもよい。光ファイバ群をより多数設けることで、奥行きの表示を高精細に行うことができる。また、立体表示装置は、立体画像を表示可能であればよく、受光端及び出射端の回転軌跡が異なる２本を少なくとも有する構成であればよい。

また、液晶ディスプレイから出射する表示光を導光できれば、光ファイバに限らず、他の導光部材であってもよい。
そして、表示光源手段は、液晶ディスプレイや画像が記録されたフィルムとこのフィルムに照明光を照射する照明光源とを組み合わせたものに限らず、有機ＥＬディスプレイなど他の光源手段であってもよい。

また、輝度制御部により出射端の回転半径が大きい光ファイバの受光端に供給する表示光の輝度を高めることで、各出射端により形成される画像の輝度を同等としているが、以下の構成としてもよい。すなわち、出射端の回転半径が大きいほど出射端の面積を大きくすることにより、回転半径の大きい出射端から出射する表示光の輝度を高め、各出射端により形成される画像の輝度を同等としてもよい。

また、出射端の回転半径が大きいほど同一の回転軌跡上を移動する出射端を有する光ファイバを多数配置し、同一の回転軌跡における表示光の輝度の和を大きくすることで、各回転軌跡により形成される画像の輝度を同等としてもよい。この場合、同じ表示画素上を通る光ファイバは、必ず同じ座標で表示光を出射するように設定されている。なお、これらと上述した輝度制御部とを適宜組み合わせてもよい。

また、光ファイバの受光端と出射端との間に、表示光の強度を増幅させる光アンプなどの増幅手段を設けてもよい。これにより、受光端で受光した表示光の強度を増幅して出射端から出射することができる。
さらに、複数の光ファイバにより表示される画像は静止画像に限らず、動画像であってもよい。
また、インテリアなどに適用可能としているが、立体表示を行うものであれば、他の用途に用いられてもよい。

第１の実施形態における立体表示装置を示す概略構成図である。 立体画像の表示状態を示す説明図である。 第２の実施形態における立体表示装置を示す概略構成図である。 第３の実施形態における立体表示装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１，２０，３０…立体表示装置、２…光ファイバ（導光部材）、３…液晶ディスプレイ（表示光源手段）、５…回転手段、１１…受光端、１２…出射端、１３…画像表示面、１３ａ…表示画素、１５…輝度制御部（輝度補正機構）、２１…表示光源部（表示光源手段）、Ｚ…回転軸

Claims (3)

1. 表示光を出射するマトリクス状に配置された複数の表示画素を備えた画像表示面を有する表示光源手段と、
   前記表示画素から出射する表示光を受光する受光端及び前記表示光を出射する出射端を有する複数の導光部材と、
   前記複数の導光部材を前記画像表示面に垂直な回転軸の軸回りで回転させる回転手段とを備え、
   前記導光部材の受光端における回転半径と前記出射端における回転軌跡とが、１対１の関係に設定されていることを特徴とする立体表示装置。
2. 前記出射端の回転半径が大きいほど、前記表示画素から出射する表示光の輝度を大きくして前記出射端から出射する前記表示光の輝度を大きくする輝度補正機構を有することを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記出射端の回転半径が大きいほど、前記出射端の回転軌跡が同一である前記導光部材が多くなることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体表示装置。

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