JP4406766B2 - ３次元画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転する２次元表示ディスプレイの回転角に同期して、この２次元表示ディスプレイに画像を切り替えて表示することによって３次元画像を表示する３次元画像表示装置に関する。

３次元画像を表示する３次元画像表示装置（３次元ディスプレイ装置と称することもある）は、医療や化学（分子構造解析）、機械設計（ＣＡＤ）、広告ディスプレイ、エンターテイメントなど多くの分野でその実現が望まれている。

その結果、３次元ディスプレイ装置として、両眼視差を利用したものが実用化され、例えば、５０インチ型の４視点の３次元ディスプレイ装置が発表されたり、３次元ディスプレイ機能を組み込んだ携帯電話が実用化されている。

これらの両眼視差を利用した３次元ディスプレイ装置は、平面ディスプレイ装置から比較的容易に３次元画像を表示することが可能である反面、立体に見える視点位置が限定されてしまい、観察者が自由な位置から画像を観察することができない。

そこで、観察者が自由な位置から３次元画像を観察できる方式として、体積走査型の３次元ディスプレイ装置が知られており、製品として実用化されている。

図１２はこの体積走査型の３次元ディスプレイ装置の概略構造を示した図である。３次元ディスプレイ装置１３２は、台座部１３４と、台座部１３４の上で高速回転（７３０ｒｐｍ）するスクリーン１３６と、このスクリーン１３６を収納する風防１３８を有している。台座部１３４は回転するスクリーン１３６にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を使用して画像を投影するプロジェクタを構成する光学系を内蔵し、その投影ミラ−部１４０が台座部１３４の上面に設置されている。このプロジェクション機能はスクリーン１３６の回転角に同期して３次元オブジェクトの２次元断面画像（以降、単に断面画像という場合もある）をスクリーン１３６に切り替えて投影する。

ここで、上記した体積走査型の３次元ディスプレイ装置により３次元画像を表示できる原理について図１３を用いて説明する。図１３（Ａ）に示すように、ある丸い３次元オブジェクト１４２を表示することを考える。スクリーン１３６が連続的に回転している状態で、スクリーン１３６がある回転角のとき、この３次元オブジェクト１４２の表面切断画像を考える。

図１３（Ｂ）に示すように、アングル（回転角）１のとき、スクリーン１３６は３次元オブジェクト１４２に僅かに侵入した位置にあり、その表面切断画像（以下断面図と称する）は図１３（Ｃ）のアングル１に示すように、初めは小さい円１４４となる。以下同様で、スクリーン１３６は３次元オブジェクト１４２に侵入するにつれて、その断面画像の大きさが変化し、アングル３で円１４４のサイズが最大、その後アングル５でまた小さくなり、最後に、スクリーン１３６は３次元オブジェクト１４２から離脱する。

このようにスクリーン１３６のアングル毎に、図１３（Ｃ）に示したような３次元オブジェクトの断面画像を投影ミラ−部１４０からスクリーン１３６に投影して表示させるようにする。この時スクリーン１３６が高速回転していれば、目の積分効果によりスクリーン１３６は見えなくなり、表示した断面画像が残像として全て見えるようになる。そのため、連続した断面画像の集合として、３次元オブジェクト１４２の３次元画像が表示される。この効果が有効にあらわれるためには、体積の書き換え周期が３０Ｈｚ以上あることが望ましい。（それ以下でもちらつきはあるものの３次元画像表示は可能）そのため、スクリーン１３６の回転数として１５Ｈｚ以上（９００ｒｐｍ）が望ましい。

しかし、回転するスクリーン１３６にプロジェクタを用いて画像を表示するには、複数回に亙りミラーに映像を反射させる必要があるため、精度良く画像を表示するには、ミラーによる複雑な反射系を精密に作る必要がある。これでは、装置の価格が高くなってしまうし、そもそも表示精度を上げることが難しく、ぼやけた３次元画像しか得られず、その上、３次元画像の輝度やコントラストを向上させることも難しいという問題がある。

このような３次元ディスプレイ装置の問題点を解決する１つの方法として、プロジェクタを使用せずに、回転する自発光の２次元表示ディスプレイ（２次元表示パネルに同じ）にその回転角に同期して画像を切り替えて直接表示する方式があり、この方式では、３次元画像を鮮明に表示できると共に、表示精度、輝度及びコントラストを向上させることができ、このような方式の基本アイデアが公知となっている（例えば特許文献１参照）。
特表昭５６−５００３１３号公報 （第３−８頁、第１図）

しかしながら、従来の回転する自発光の２次元表示ディスプレイにその回転角に同期して画像を切り替えて表示する方式では、その自発光２次元表示ディスプレイとして、以下の条件が必要となる。（１）高速リフレッシュレート、例えば、体積の書き換え周期が３０Ｈｚで、角度分解能を２度（一周で１８０）とすると、自発光２次元表示ディスプレイの１画面の書き換え周期は３０Ｈｚ×１８０＝４８００Ｈｚとなる。（２）ディスプレイとしての基本性能である高精細・高輝度・高コントラスト、（３）視野角が広い、これは視野角が狭いと斜めからディスプレイを見ても表示画像が見えず、これでは３次元画像として見えない。（４）薄い、ディスプレイが厚いとその部分は画像が表示されないため違和感のある３次元画像となる。（５）表面と裏面の両面発光。

ところが上記公知例では、自発光ディスプレイの実施例として２次元に配列されたＬＥＤパネルを用いることが記述されているが、現在まで、２次元に配列されたＬＥＤで、上記のような条件を満たすようなものは存在せず、従って、ＬＥＤパネルを用いて回転する自発光の２次元表示ディスプレイを構成しても、角度分解能が悪いものしかできず、それ故ちらつきが大きく且つ解像度が粗い３次元画像しか表示できない。このため、回転するＬＥＤパネルにその回転角に同期して２次元の断面画像を表示しても実用レベルのまともな３次元画像を表示することは不可能である。

また、回転する自発光の２次元表示ディスプレイ側に２次元画像データを送信しなければならないが、２次元表示ディスプレイ側を回転せる回転軸に配線した伝送路とこの伝送路に摺動する固定導体板からなる有線の伝送方式を用いると、摺動部分があるため耐久性や信頼性に問題がある。そこで、回転する自発光の２次元表示ディスプレイ側に無線で２次元画像データを送信することが考えられる。しかし、例えば、２次元表示ディスプレイの画面が６００×４８０ドットで、２次元表示ディスプレイが３０回転／秒し、１回転する間に３ビット（８色）の２次元画像を１８０回書き換えるとすると、６００×４８０×３０×３×１８０＝４．３Ｇｂｐｓの転送レートが必要で、このような転送レートの無線通信路を構築することは困難である。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、回転する自発光の２次元表示ディスプレイ側に無線通信により画像データを容易に送信することができ且つ、回転する自発光の２次元表示ディスプレイを用いて実用レベルの品質を持った３次元画像を表示することができる３次元画像表示装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、回転する自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、前記回転体を回転自在に支持する支持体と、前記支持体に搭載され、前記２次元表示パネルに前記２次元画像を表示させるための画像データを圧縮する圧縮手段と、前記支持体に搭載され、前記圧縮された画像データを回転体側に送信する送信手段と、前記回転体に搭載され、前記送信されてきた圧縮画像データを受信する受信手段と、前記回転体に搭載され、前記受信した圧縮画像データを伸長することにより元の画像データを復元する伸長手段とを備え、前記自発光の２次元表示パネルの各画素は、１回転中に前記２次元画像を切り替える数に相当する個数の記憶手段を有し、前記２次元画像を切り替える数の前記記憶手段は、１回転分の復元された前記画像データを記憶し、前記自発光の２次元表示パネルの全ての画素の前記回転角に対応する前記記憶手段から前記画像データが同時に読み出されることにより、各画素が発光することを特徴とする。

このように本発明の３次元画像表示装置では、２次元表示パネルに表示する画像の画像データを支持体側で圧縮してから回転体側に送信することにより、単位時間当たりの送信画像データ量を減少させることができるため、前記送信時の転送レートを下げることができる。それ故、前記送受信手段に非常に高速の転送レートを持たせる必要がなくなり、無線通信を含む通常の通信方式により２次元表示パネルの回転角に同期して切り替わる大量の画像データを容易に支持体側に転送することができる。特に支持体と回転体間の通信に通常の無線通信を用いることができるため、通信路から摺動部などの機械的な部分を無くすことができ、前記通信の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
また、本発明の３次元画像表示装置では、２次元表示パネルの各画素が１回転中に２次元画像を切り替える数に相当する個数の記憶手段を有し、１回転分の復元された画像データを記憶し、２次元表示パネルの全ての画素の回転角に対応する記憶手段から画像データが同時に読み出されることにより各画素が発光することで、１画素分の切り替え走査で、回転角毎の画像の表示を切り替えることができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、高速回転する自発光の２次元表示ディスプレイにその回転角に同期して表示する大量の画像データを支持体側から回転体側へ圧縮して送信することにより、単位時間当たりの送信画像データ量を大幅に減少させることができ、転送レートを下げることができるため、支持体と回転体間のデータ通信に非常に高速の転送レートを持たせる必要がなくなり、通常の通信方式により前記大量の画像データを容易に支持体側に転送することができる。
また、回転する自発光の２次元表示ディスプレイとして有機ＥＬパネルを用いることにより、この有機ＥＬパネルにその回転角に同期して２次元断面画像を切り替えて表示する際のリフレッシュレートを高速にすることができるため、前記２次元断面画像の集合としての３次元画像をちらつきなく表示することができ、実用レベルの３次元画像表示装置を実現することができる。
自発光の２次元表示パネルとして１枚の有機エレクトロルミネッセンスパネルで両面発光のもの、または、２枚の片面発光の有機エレクトロルミネッセンスパネルの非発光面同士を貼り合わせたパネルを用いることにより、回転数を少なくしてもちらつきのない３次元画像を表示することができる。
更に、支持体と回転体間の通信に通常の無線通信を用いることにより、通信路から摺動部などの機械的な部分を無くすことができ、前記通信の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
また、２次元表示ディスプレイに切り替えて表示される画像データの中の隣接する２個の画像データの差分を取つて圧縮しているため、隣接する２個の画像データがそれ程違わない場合は、圧縮が効果的に行われ、送信する画像データ量を著しく減らすことができる。
更に、自発光の２次元表示パネルとして記憶手段を内蔵したものを用いているため、２次元表示パネルにその回転角に同期して前記記憶手段から画像データを読み出してその表示部に表示するため、伸長して復元した画像データを前記回転角の同期タイミングに独立して前記記憶手段に書き込めば良く、圧縮、送信、伸長の動作タイミング制御を容易に行うことができ、制御系を簡単化することができる。

回転する自発光の２次元表示ディスプレイ側に無線通信により画像データを容易に送信する目的を、画像データを圧縮して２次元表示ディスプレイ側に送信することにより実現した。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元画像表示装置の外観例を示した斜視図である。３次元画像表示装置２は、円筒状の台座部４と、台座部４の上面に回転自在に設置された円板状の回転板６と、この回転板６の直径方向に垂直に立設された１枚の四角形状の有機エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと略称する）パネル８から構成されている。この有機ＥＬパネル８は矢印２００に示すように片面発光タイプで、回転板６が回転すると、有機ＥＬパネル８も回転し、その回転軸Ｏは回転板６の中心点と一致する。但し、図１において、特許請求の範囲の２次元表示パネルが有機ＥＬパネル８に相当し、回転体が回転板６に相当し、支持体が台座部４に相当する。

図２は有機ＥＬパネル８に画像を表示する３次元画像表示回路の構成を示したブロック図である。

３次元画像表示回路は、台座部４と回転板６に分かれて搭載されている。台座部４側は、外部から画像データと制御情報を受け取る受信手段１２と、受信した画像データを圧縮する圧縮部１４、圧縮部１４の動作領域を提供するメモリ１６と、圧縮した画像データを回転板６側に送信する伝送手段１８と、受信した画像データの画像処理等を行う制御部２０を有している。

回転板６側は、台座部４側から送信された圧縮画像データを受信する受信手段２２と、受信した圧縮データを伸長して有機ＥＬパネル８に画像データを出力する伸長部２４と、伸長部２４の動作領域を提供するメモリ２６と、有機ＥＬパネル８、即ち回転板６の回転角を検出する光学式或いは機械式などのアングルセンサ２８と、受信手段２２や伸長部２４を制御する制御部３０を有している。但し、図２において、特許請求の範囲の圧縮手段が圧縮部１４に相当し、送信手段が伝送手段１８に相当し、伸長手段が伸長部２４に相当する。

ここで、有機ＥＬパネル８は、図示されない記憶素子（メモリ）を含む表示部８２と、表示部８２に含まれる記憶素子に画像データを書き込むためのソース信号線駆動回路８４と、同記憶素子に画像データを書き込むための書込用ゲート信号線駆動回路８６と、表示用ゲート信号線駆動回路８８とを備え、回転板６上に立設されている。

尚、台座部４の受信手段１２は外部通信路４０を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成される制御装置１０に接続されている。

図３は表示部８２の回路構成を示した回路図である。表示部８２は、行方向に３２０個、列方向に２００個マトリックス状に配列された画素９０により構成されている。各画素９０は、ソース信号線駆動回路８４から出る複数のソース信号線５２、書込用ゲート信号線駆動回路８６から出る複数の書込用ゲート信号線Ｘ、表示用ゲート信号線駆動回路８８から出る複数の表示用ゲート信号線Ｙに接続されている。

図４は表示部８２を構成する画素９０の回路構成を示した回路図である。ソース信号線
５２に書込スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）５４を介して例えばＳＲＡＭ等の記憶素子５６の書き込み側が接続され、この記憶素子５６の読み出し側が表示スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）５８を介して有機ＥＬ素子６２を駆動するＥＬ駆動用トランジスタ（ＴＦＴ）６０のゲートに接続されている。但し、図４において、特許請求の範囲の第２の記憶手段は記憶素子５６に相当する。

ｎ個の書込スイッチ用トランジスタ５４、記憶素子５６、表示スイッチ用トランジスタ５８は有機ＥＬパネル８に表示する画像を切り替える回転角（ここでは２度）で３６０度を除した数（ｎ＝１８０）だけ配置されている。書込スイッチ用トランジスタ５４のゲートは書込用ゲート信号線Ｘ（Ｘ＝１〜ｎ）に接続され、表示スイッチ用トランジスタ５８のゲートは表示用信号線Ｙ（Ｙ＝１〜ｎ）に接続され、ＥＬ駆動用トランジスタ６０のソースは電源供給線６４に、ドレインは有機ＥＬ素子６２に接続され、有機ＥＬ素子６２の他端（カソード側）は接地されている。

図５は図４に示した画素９０を構成する有機ＥＬ素子６２の構造を示した断面図である。光透過性カソード６６とメタルアノード６８の間に有機発光層（図では発光層）７０が挟まれて成る積層体が、ガラス基板７２上に形成されて有機ＥＬ素子６２が構成されている。光透過性カソード６６とメタルアノード６８の間に電圧がかかると有機発光層７０が発光し、光はメタルアノード６８により反射され、光透過性カソード６６、保護層９６、透明シール９８を通して一方向に放射される。尚、図３で示した記憶素子５６は例えばガラス基板７２内に搭載される。

図６は上記した回転板６を回転させる回転機構を示した斜視図及び平面図である。図６（Ａ）に示すように、回転板６は台座部４にその中心が軸７８（図６（Ｂ）参照）により回転自在に軸支されている。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、回転板６の裏面には、４個の磁石７４が同一円周上に等間隔で、しかも隣り合う磁石７４の極性が互いに異なるように配置され、更に、これら磁石７４の間に電力及びデータを受電及び受信する受電コイル７６が等間隔で、上記磁石７４が配置されている円周上に配置されている。また、台座部４の上面には、図６（Ｃ）に示すように、回転板６の駆動用及びデータ送信用の駆動コイル４４が同一円周上に等間隔で配置され、駆動コイル４４に電流を流した時に隣接する駆動コイル４４が互いに逆極性になるように、隣接する駆動コイル４４の巻回方向を逆にしてある。尚、磁石７４の配置円周と駆動コイル４４の配置円周の直径は同一であり、台座部４の伝送手段１８は駆動コイル４４と信号増幅器４６から構成されている。また、回転板６の受電コイル７６は受信手段２２を構成している。

次に本実施の形態の動作について説明するが、まず、その概略動作を図１を用いて説明する。図１にて、台座部４の上面に設置された回転板６が回転軸Ｏを中心にして高速で回転（例えば９００ｒｐｍ）するため、回転板６に立設された有機ＥＬパネル８が高速回転する。この状態で、表示する３次元オブジェクトを有機ＥＬパネル８の回転角（例えば２度）毎に、有機ＥＬパネル８で仮想的に切断した時に得られる２次元の断面画像データを、台座部４側から回転板６側に供給する。

有機ＥＬパネル８は回転角毎の２次元の断面画像データを一旦図示されない記憶素子に記憶した後、有機ＥＬパネル８の回転角に応じて、該当する断面画像データを記憶素子から読み出し、この断面画像データに従って有機ＥＬパネル８の表示部を構成する自発光のマトリックス状に配置された複数の画素を点滅させる。

これにより、マトリックス状に配置された自発光の画素により２次元の断面画像が表示され、それが有機ＥＬパネル８の回転角に同期して切り替わるため、連続する２次元の断面画像の集合として３次元オブジェクト画像が表示される。尚、図中の矢印２００は有機ＥＬパネル８の画素の発光方向を示しており、本例の有機ＥＬパネル８は片面発光である。

ここで、有機ＥＬパネル８は次のような周知の特性を持っている。（１）画素を構成する有機ＥＬ素子の反応速度が早い（数１０マイクロセコンド）、（２）有機ＥＬ素子が自発光なため、視野角が広い、（１８０度近い）、（３）有機ＥＬ素子が自発光なため、高精細・高輝度・高コントラストが実現可能、（４）有機ＥＬ素子が自発光なため、非常に薄い（１ｍｍ程度）。

従って、回転角に同期して表示画像を切り替えて直接表示する自発光の２次元表示ディスプレイとして、上記特性を持った有機ＥＬパネル８を用いることにより、３次元オブジェクトを３次元画像として鮮明な画像で表示することができる。

以下、本実施の形態の動作について更に詳しく説明する。図２の制御装置１０は、例えば表示すべき図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すような、球体の３次元オブジェクト画像データの時間変化に対する差分データ３０２、３０４を生成し、これら差分データを外部通信路４０を通して台座部４の受信手段１２に送信する。

台座部４の制御部２０は受信手段１２により外部通信路４０から受信された差分データ３０２、３０４より、元の３次元オブジェクト画像データを復元する。更に、制御部２０は復元された３次元オブジェクト画像データから、有機ＥＬパネル８の回転角（例えば２度）毎に有機ＥＬパネル８の平面で３次元オブジェクトを仮想的に切断した時に生じる断面画像データを生成し、これら断面画像データを圧縮部１４に順次出力する。

ここで、復元した３次元オブジェクトが例えば図８（Ａ）に示すような球体８０２であった場合、制御部２０は、有機ＥＬパネル８の回転角毎に、有機ＥＬパネル８の平面で３次元オブジェクトを仮想的にスライスしたときに生じる断面画像より断面画像データを生成する。この場合、図８（Ｂ）に示すように、有機ＥＬパネル８の回転角０度、２度、４度、６度、８度の断面画像データ１０２、１０４、１０６、１０８、１１０が生成されて圧縮部１４に順次出力される。尚、回転角１０度以降も同様で、有機ＥＬパネル８の１回転当たり、１８０枚の断面画像データが生成される。

次に圧縮部１４による断面画像データの圧縮動作を図９を参照して説明する。圧縮部１４は、一つ前に表示する断面画像データと次に表示する断面画像データの差分データをメモリ１６を用いて算出する。例えば、一つ前の断面画像データが図９の２１２に示すようなデータで、次に表示する断面画像データが図９の２１４に示すようなデータであると、差分データは図９の２１６に示すような斜線部分となる。このように圧縮部１４により圧縮されて得られた差分データは伝送手段１８に出力する。伝送手段１８は入力される差分データを電磁結合を利用した無線通信により回転板６側に送信する。尚、この無線通信については後述する。

回転板６の受信手段２２は、台座部４から送信されて来た上記の差分データを受信して、伸長部２４に出力する。伸長部２４は入力される差分データから有機ＥＬパネル８の回転角毎の断面画像データをメモリ２６を用いて復元する。この伸長部２４により一つ前に復元された断面画像データが図９の２１２に示すようなデータであった場合、今回入力される差分データ（斜線部分）２１６を断面画像データ２１２に加算することにより、図９の２１４で示すような次回表示する断面画像データを復元する。伸長部２４は復元した断面画像データを有機ＥＬパネル８に順次出力する。

次に有機ＥＬパネル８での画像表示動作を図３、図４を参照して説明する。図３にて、有機ＥＬパネル８のソース信号線駆動回路８４と書込用ゲート信号線駆動回路８６はソース信号線５２と書込用ゲート信号線Ｘを順番にアクティブにし、これら信号線が交差しているところに接続された画素９０に対してソース信号線５２から断面画像データを送ることにより、各画素９０が表示すべき断面画像データを各画素９０の記憶素子５６（図４参照）に書き込むことができる。この例の記憶素子５６は有機ＥＬパネル８の回転分解能 （この例では２度）に対応して、１個の画素９０に対して１８０個あるため、有機ＥＬパネル８の回転角に対応した１回転分の全ての断面画像データが１画素中の各記憶素子５６に書き込まれることになる。

図４にて、この画素９０に接続されている書込用ゲート信号線Ｘの中の有機ＥＬパネル８の回転角が０度の時の断面画像を書き込むための書込用ゲート信号線１がハイレベルになると、この書込用ゲート信号線１にゲートが接続された書込スイッチ用トランジスタ５４がオンになる。これにより、ソース信号線５２を通して前記回転角が０度の時の断面画像データがこのトランジスタ５４に接続された記憶素子５６に書き込まれる。その後、書込用ゲート信号線１がローレベルになって書込スイッチ用トランジスタ５４がオフになり、次に書込用ゲート信号線２がハイレベルになると、この書込用ゲート信号線２にゲートが接続された書込スイッチ用トランジスタ５４がオンになるため、ソース信号線５２を通して前記回転角が２度の時の断面画像データがこのトランジスタ５４に接続された記憶素子５６に書き込まれる。以下同様で、１個の画素９０に設けられた複数の記憶素子５６に有機ＥＬパネル８の回転角毎の１回転分の全ての断面画像データが記憶される。このような１個の画素９０に対する前記回転角毎の断面画像データの書き込みは、図３に示した全ての画素９０に対して同様に行われる。

上記のようにして図３に示した表示部８２を構成する全ての画素９０に有機ＥＬパネル８の回転角毎の１回転分の全ての断面画像データが記憶されると、表示用ゲート信号線駆動回路８８は、表示用ゲート信号線Ｙをアングルセンサ８の検出回転角に同期して順次ハイレベルにすることにより、全ての画素９０の記憶素子５６から例えば前記回転角が０度の時の断面画像データを同時に読み出して、表示部８２を構成する全ての画素９０の有機ＥＬ素子６２を点滅させる。これにより、表示部８２に有機ＥＬパネル８の回転角が０度の時の断面画像が表示される。従って、１画素分の切り替え走査で、有機ＥＬパネル８の回転角毎の断面画像の表示を切り替えることができる。

ここで、上記した断面画像の表示動作について図４を用いて画素単位で説明する。有機ＥＬパネル８の回転角が０度の時の断面画像データを表示するために、表示用ゲート信号線１がハイレベルになると、この表示用ゲート信号線１にゲートが接続された表示スイッチ用トランジスタ５８がオンになって、このトランジスタ５８に接続された記憶素子５６から前記回転角が０度の時の断面画像データが読み出され、ＥＬ駆動用トランジスタ６０のゲートに印加される。その結果、断面画像データが“１”であればＥＬ駆動用トランジスタ６０がオンして有機ＥＬ素子６２に電源供給線６４から電圧が印加され発光し、断面画像データが“０”であればＥＬ駆動用トランジスタ６０がオフして有機ＥＬ素子６２に電圧が印加されず発光しない。

ところで、上記の有機ＥＬパネル８が内蔵する記憶素子５６は１ビットの画像データを記憶するタイプであるため、有機ＥＬパネル８が表示する画像は白黒画像を前提として説明したが、記憶素子５６の容量を多ビット化し、ソース信号線５２を通して送られてくる画像データをＡ／Ｄ変換した後、この記憶素子５６に記憶させることにより、表示画像をカラー化することができる。記憶素子５６の容量を例えば３ビットとすることにより、８色を表示することができる。

次に回転板６の回転動作及台座部４側から回転板６側に電力を伝送する動作について図６及び図１０を参照して説明する。

まず、回転動作について説明する。今、回転板６の裏面に配置された磁石７４と、台座部４の上面に配置された駆動コイル４４との相対的な位置関係が図１０（Ａ）に示した如くであった場合、駆動コイル４４には図示の極性になるように電流が流される。ここで、Ｎ極になった駆動コイル４４（Ａ）に着目すると、その両側の磁石７４（１）はＮ極、磁石７４（２）はＳ極であるため、磁石７４（１）との間には斥力が、磁石７４（２）との間には引力が発生する。他の駆動コイル４４とその両側にある磁石７４との間にも同様に斥力と引力が発生し、図中矢印の方向に回転板６が回転する。但し、図中、Ｆは回転板６の回転方向を知るための目印である。

こうして、回転板６の裏面に配置された磁石７４と、台座部４の上面に配置された駆動コイル４４との相対的な位置関係は図１０（Ｂ）に示したように変化し、回転板６の慣性力により、回転板６は左回転方向に行き過ぎて図１０（Ｃ）に示したように、回転板６の裏面に配置された磁石７４と、台座部４の上面に配置された駆動コイル４４との相対的な位置関係が変化する。この状態で、駆動コイル４４に流していた電流の向きを反対にして、図１０（Ｄ）に示したようにその極性を反転させる。

これにより、駆動コイル４４（Ｂ）はＳ極からＮ極となるため、近接しているＮ極の磁石７４（３）との間に斥力が発生する。これは他の駆動コイル４４と磁石７４の間でも同様で、結局、回転板６は左回転方向に回転を継続する。このように、磁石７４と駆動コイル４４の相対的な位置に応じて、駆動コイル４４に流れる電流の向きを高速で切り替えることにより、回転板６を高速で回転（９００ｒｐｍ）させることができる。

次に電力の伝送動作について説明する。図６（Ｂ）に示すように、回転板６の裏側には、受電コイル７６が磁石７４と同一の円周上に配置されている。今、台座部４側の駆動コイル４４に回転板６を回転させるために正弦波電流を流して、駆動コイル４４の電磁石としての極性をスイッチングさせた場合に、駆動コイル４４の中心と受電コイル７６の中心が一致するような位置関係に両コイルが近接する際に、両コイルの電磁的な結合度が最大になり、駆動コイル４４側に流れている正弦波電流と同様の正弦波電流が受電コイル７６側に誘導されて発生する。従って、４個の受電コイル７６を同一方向に誘導電流が流れるように接続することにより、回転板６側で必要とする電力を取り出すことができる。

最後に、台座部４側から回転板６側に圧縮した画像データを無線通信で送信する動作について説明する。伝送手段１８により駆動コイル４４側に流れている正弦波電流を圧縮部１４から入力される圧縮画像データで変調する。これにより、受電コイル７６に誘導される正弦波電流も圧縮した画像データで変調された電流となる。そこで、受電手段２２は受電コイル７６に誘導される正弦波電流から圧縮画像データをハイパスフィルターなどを用いて抽出して、圧縮画像データを復調することができる。

本実施の形態によれば、高速回転する自発光の２次元表示ディスプレイとして、有機ＥＬパネル８を用いることにより、画素９０を構成する速い反応速度を持った有機ＥＬ素子６２によって２次元の断面画像を有機ＥＬパネル８の回転角に同期して高速（例えばリフレッシュ周波数４．８ＫＨｚ前後）で切り替えて表示することができるため、角度分解能を上げることができ、前記２次元の断面画像の集合としての３次元画像をちらつきなく表示することができるため、実用レベルの品質を持った３次元画像表示装置を実現することができる。

特に有機ＥＬパネル８は記憶素子５６を内蔵しているため、画素９０毎に断面画像データを記憶素子５６に一旦記憶してから有機ＥＬパネル８の回転角に同期して読み出し、読み出した断面画像データを有機ＥＬ素子６２を駆動するＥＬ駆動用トランジスタ６０に印加することにより、断面画像データをＥＬ駆動用トランジスタ６０に印加するまでの配線路を短くして配線の時定数を小さくすることができるため、配線が長い画面サイズの大きな有機ＥＬパネルでもそのリフレッシュレートを高速にして３次元画像を表示することができる。更に、表示する３次元画像が静止画であった場合は一度１回転分の断面画像データを全ての画素毎に記憶素子５６に送ってしまえば、後は１回転分の断面画像データを記憶素子５６から読み出すだけで３次元画像を表示できるため、台座部４側の３次元画像表示回路や回転板６側の受信手段２２、伸長手段２４の動作を停止することができるため、省電力化を図ることができる。

また、高速回転する回転板６側に台座部４から断面画像データを送信する際に、圧縮部１４により断面画像データを圧縮して回転板６側に無線送信し、回転板６側の伸長部２４は受信した圧縮画像を伸長して元の断面画像データに復元するため、単位時間当たりの送信画像データ量を減少させることができ、通常の転送レートを持った無線通信、本例では電磁結合を用いた無線通信により容易に画像データを遅滞なく台座部４から回転板６側に送信することができる。

更に、台座部４から高速回転する回転板６側に無線通信により断面画像データを送信することができるため、従来のように通信路から摺動部などの機械的な部分を無くすことができ、それ故、断面画像データ送信の耐久性及び信頼性を向上させることができる。

また、有機ＥＬパネル８が記憶素子５６を有するタイプであるので、上記した画像データの圧縮、無線送信、伸長のタイミングを有機ＥＬパネル８の回転角とは独立に選択できるため、圧縮部１４、伝送手段１８、受信手段２２、伸長部２４の動作タイミング制御を容易に行うことができ、制御系を簡単化することができる。

図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る３次元画像表示装置の３次元画像表示回路を示したブロック図である。但し、第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。

本例の３次元画像表示回路も、台座部４と回転板６に分かれて搭載されているが、回転板６上に垂直に立設されている有機ＥＬパネル９４の構造が内部に記憶素子を持たない通常の有機ＥＬパネルである。それに伴い、伸長部２４により伸長されて復元された断面画像データは画像メモリ１２０に一旦格納された後、有機ＥＬパネル９４の回転角に同期して読み出されることにより、有機ＥＬパネル９４に入力される構成となっており、この画像メモリ１２０への断面画像データの読み出し書込み制御は制御部３０が行う構成となっている。これらの点が第１の実施の形態と異なるところであり、他の構成は第１の実施の形態の３次元画像表示回路と同様である。また、画像メモリ１２０は伸長部２４が圧縮画像データを伸長する際のメモリ領域も提供している。但し、図１１において、特許請求の範囲の第１の記憶手段が画像メモリ１２０に相当し、記憶制御手段が制御部３０に相当する。

尚、図示及び説明は省略するが、有機ＥＬパネル９４に画像を表示する３次元画像表示回路や回転板６の回転機構及び電力伝送系などのその他の構成及び動作は第１の実施の形態と同様である。

次に本実施形態の動作について説明する。本例の圧縮部１４も制御部２０により生成された一つ前の断面画像データと今回送信する断面画像データとの差分を取ることにより、
断面画像データを圧縮し、この圧縮された断面画像データが伝送手段１８から電磁結合による無線通信で回転板６側に送信される。

回転板６側の伸長部２４は受信手段２２で受信した圧縮画像データを画像メモリ１２０の予め設定された領域を用いて伸長し、元の断面画像データを復元する。制御部３０は伸長部２４で復元された断面画像データを画像メモリ１２０に書き込むが、この画像メモリ１２０は有機ＥＬパネル９４の少なくとも２画面分、言い換えると、２アングル分以上の断面画像データを予め書込んでおく。

ここで、表示する断面画像データ、断面画像データは制御部２０により表示順に作成された後、圧縮部１４によって圧縮されて送信されるため、伸長部２４で復元される断面画像データも表示順になり、したがって、画像メモリ１２０では、最初に表示すべき断面画像データの書込み順が最も旧くなっている。

次に、制御部３０はアングルセンサ２８の検出回転角（有機ＥＬパネル９４の回転角）に同期して、その回転角に対応した表示すべき断面画像データ、最も旧く記憶された断面画像データを画像メモリ１２０から読み出して、有機ＥＬパネル９４に出力することにより断面画像を表示すると共に、伸長部２４により新たに復元された断面画像データを画像メモリ１２０に書き込む制御を行うことにより、伸長部２４による断面画像データの復元タイミングと有機ＥＬパネル９４の回転角に同期した断面画像データの表示タイミングのラグを調整している。

本実施の形態では、有機ＥＬパネル９４として記憶素子を持たない通常構成のものを用いたが、画面サイズが小さい場合は画素に画像データを伝送する配線が短く配線容量が小さいため、リフレッシュレートを高速にすることができ、第１の実施の形態と同様に実用レベルの品質を持った３次元画像を表示することができる。しかも、通常構成の有機ＥＬパネル８は安価であるため、その分、装置のコストを削減することができる。

また、第１の実施の形態と同様に、高速回転する回転板６側に台座部４から断面画像データを送信する際に、圧縮部１４により断面画像データを圧縮して回転板６側に無線送信し、回転板６側の伸長部２４により圧縮画像を伸長して元の断面画像データに復元することにより、単位時間当たりの送信画像データ量を減少させることができる。それ故、通常の転送レートを持った無線通信、本例では電磁結合を用いた無線通信により容易に断面画像データを遅滞なく台座部４から回転板６側に送信することができる。

また、伸長部２４により復元された断面画像データを一旦画像メモリ１２０に保持してから有機ＥＬパネル９４にその回転角に同期して出力することにより、前記断面画像データの復元タイミングと断面画像データの表示タイミングのラグを調整できるため、画像データの圧縮、無線送信、伸長のタイミングを有機ＥＬパネル８の回転角とは独立に選択できるため、圧縮部１４、伝送手段１８、受信手段２２、伸長部２４の動作タイミング制御を容易に行うことができ、制御系を簡単化することができる。

更に、表示する３次元画像が静止画であった場合は、１回転分の断面画像データを画像メモリ１２０に一度保持してしまえば、後は１回転分の断面画像データを画像メモリ１２０から読み出すだけで３次元画像を表示できるため、台座部４側の３次元画像表示回路や回転板６側の受信手段２２、伸長手段２４の動作を停止することができるため、省電力化を図ることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

上記実施の形態では、隣接する２つの断面画像データの差分を取って画像を圧縮したが、圧縮方法はこれに限ることはなく、断面画像データの冗長な部分、例えば背景の部分を削除することにより、画像そのものを圧縮しても良いし、或いは伸長部で画像を復元するためのデータのみを送ることにより、画像を圧縮しても良い、更に、断面画像データが時間変化する場合は、時間により変化した部分のみを送るようにして画像を圧縮することができ、各種の圧縮方法を適用することができる。

また、上記実施の形態では、台座部４と回転板６間の断面画像データの無線送信方式として電磁結合を用いたが、電波を用いる通常の無線方式や赤外線などを用いる光通信方式など各種の無線方式を用いることができる。

更に、上記実施の形態では、有機ＥＬパネル８、９４として片面発光のものを用いたが、１枚の有機ＥＬパネルで両面発光のものや、２枚の片面発光の有機ＥＬパネルの非発光面同士を貼り合わせて１枚の有機ＥＬパネルとして両面発光としたものを用いることにより、有機ＥＬパネル８、９４の回転数を上記実施の形態の例えば半分にしてもちらつきのない同品質の３次元画像を表示することができ、その分、回転板６の回転機構の消費電力を低減できると共に、その設計の容易化を図ることができる。特に２枚の有機ＥＬパネルを貼り合わせて１枚のパネルとしたものでは、１枚の有機ＥＬパネルで両面発光できるタイプのように表示画像の明るさが半減することがなくなり、片面から出る光量は上記実施の形態と同様になるので、有機ＥＬパネル９２の回転数を減らしてもちらつきのない、しかも明るい３次元画像を得ることができる。

また、上記実施の形態では、３次元画像表示回路の台座部４側に外部通信路４０を介して制御装置１０が接続された構成であったが、３次元オブジェクト画像データの時間変化に対する差分データを入力できるものであれば、受信機や光ディスク再生装置などの各種の映像機器を接続することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る３次元画像表示装置の外観例を示した斜視図である。 図１に示した有機ＥＬパネル８に画像を表示する３次元画像表示回路の構成を示したブロック図である。 図２に示した表示部８２の回路構成を示した回路図である。 図２に示した表示部８２を構成する画素９０の回路構成を示した回路図である。 図４に示した有機ＥＬパネル８の表示部の画素９０を構成する有機ＥＬ素子６２の構造を示した断面図である。 図１に示した回転板６を回転させる回転機構を説明する斜視図及び平面図である。 図２に示した制御装置１０で球体の３次元オブジェクト画像データの時間変化に対する差分データを生成する方法を示した図である。 図２に示した制御部２０により復元した３次元オブジェクト画像データからその断面画像データを作成する方法を示した図である。 図２に示した圧縮部１４及び伸長部２４の圧縮及び伸長動作を説明する図である。 図１、図６に示した回転板６を回転させる動作を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る３次元画像表示装置の３次元画像表示回路を示したブロック図である。 従来の体積走査型の３次元ディスプレイ装置の概略構造を示した図である。 図１２に示した体積走査型の３次元ディスプレイ装置により３次元画像を表示できる原理を説明する図である。

符号の説明

２……３次元画像表示装置、４……台座部、６……回転板、８、９４……有機エレクトロルミネッセンスパネル（有機ＥＬパネル）、１０……制御装置、１２、２２……受信手段、１４……圧縮部、１６、２６……メモリ、１８……伝送手段、２０、３０……制御部、２４……伸長部、２８……アングルセンサ、４０……外部通信路、４４……駆動コイル、４６……信号増幅器、５２……ソース信号線、５４……書込スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）、５６……記憶素子（メモリ）、５８……表示スイッチ用トランジスタ（ＴＦＴ）、６０…ＥＬ駆動用トランジスタ（ＴＦＴ）、６２……有機ＥＬ素子、６４……電源供給線、６６……光透過性カソード、６８……メタルアノード、７０……有機発光層、７２……ガラス基板、７４……磁石、７６……受電コイル、７８……軸、８２……表示部、８４……ソース信号線駆動回路、８６……書込用ゲート信号線駆動回路、８８……表示用ゲート信号線駆動回路、９０……画素、９６……保護層、９８……透明シール、１２０……画像メモリ、Ｘ……書込用ゲート信号線、Ｙ……表示用ゲート信号線。

Claims (5)

1. 回転する自発光の２次元表示パネルにその回転角に同期して２次元画像を切り替えて表示することによって前記２次元画像の集合としての３次元画像を表示する３次元画像表示装置であって、
   前記２次元表示パネルを固定支持して回転させる回転体と、
   前記回転体を回転自在に支持する支持体と、
   前記支持体に搭載され、前記２次元表示パネルに前記２次元画像を表示させるための画像データを圧縮する圧縮手段と、
   前記支持体に搭載され、前記圧縮された画像データを回転体側に送信する送信手段と、 前記回転体に搭載され、前記送信されてきた圧縮画像データを受信する受信手段と、
   前記回転体に搭載され、前記受信した圧縮画像データを伸長することにより元の画像データを復元する伸長手段とを備え、
   前記自発光の２次元表示パネルの各画素は、１回転中に前記２次元画像を切り替える数に相当する個数の記憶手段を有し、
   前記２次元画像を切り替える数の前記記憶手段は、１回転分の復元された前記画像データを記憶し、
   前記自発光の２次元表示パネルの全ての画素の前記回転角に対応する前記記憶手段から前記画像データが同時に読み出されることにより、各画素が発光する
   ことを特徴とする３次元画像表示装置。
2. 前記自発光の２次元表示パネルは有機エレクトロルミネッセンスパネルである
   ことを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
3. 前記圧縮送信手段は、前記圧縮画像データを無線通信にて受信伸長手段に送信する
   ことを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
4. 前記圧縮送信手段は、前記２次元表示パネルに表示する隣接する２画面の画像データの差分をとって差分画像データとすることにより画像データを圧縮し、前記受信伸長手段は前回伸長して復元した画像データと今回受信した差分画像データから前記２次元表示パネルに表示する画像データを復元する
   ことを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
5. 前記自発光の２次元表示パネルは１枚の有機エレクトロルミネッセンスパネルで両面発光のもの、または、２枚の片面発光の有機エレクトロルミネッセンスパネルの非発光面同士を貼り合わせたパネルである
   ことを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。

Images