JP6183604B2 - 情報表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、交通標識や広告、フェンス、壁等、観察者の視点位置側方に位置する情報表示装置に関するものである。特に、表示面に太陽電池が配設され、発電可能な情報表示装置に関する。
フェンスの基本機能は、敷地や道路等に設置され、境界、進入防止、転落防止、目隠しであるが、照明装置、侵入者を検知するセンサーなどの検知手段とスピーカーや発光体等の報知手段を備えた侵入者報知装置、サイン、道路標識などの電気装置を付帯することで、基本機能を高性能化することができる。さらに、太陽電池による電力自給式にすることで、系統電源からの電力配線が布設されていない地域でもこれらの電気装置を使用することができる。この具体例として、特許文献1ではフェンスの上端付近に太陽電池を設置した発電フェンスが開示されている。
特開2005−126930号公報 特許第4086206号公報
近年、特許文献1に開示されている発電フェンスを始めとして、太陽電池を併設した多くの電力自給式の電気製品が開発されている。これらの製品では、共通して外観の環境調和性が課題となっている。すなわち、メガソーラーなどの専用施設に設置されていて人目に触れることがない太陽電池とは異なり、電力自給式の電気機器に搭載される太陽電池の多くは身近な生活空間で使用されるために、人の感性に馴染むデザイン性を有することが求められる。太陽電池の外観色は濃紺色や黒色の単一色である上に、光照射面を露出させる必要があるために、電気機器に太陽電池をそのまま併設してしまうと外観を周囲の環境に調和させることができない。
そこで、特許文献2では、装飾具と太陽電池モジュールを一体化することで外観を環境に調和させる技術が開示されている。この特許文献2に開示されている構成では、太陽電池での発電量と装飾具による意匠性を両立することで外観を環境に調和させる効果が得られる。しかし、特許文献2でこの効果が得られるのは、太陽光、太陽電池モジュール、観察者の位置関係が一定の条件を満たす場合であり、太陽電池複合型フェンスの用途で想定される位置関係では効果を得ることができなかった。
この発明は上記の課題を解決するためになされたものである。すなわちこの発明は太陽電池での発電量と、フェンス外観の環境調和性が両立できる情報表示装置を提供することを目的とする。
そのため、以下の構成要件を有することを特徴としている。
観察者の視点側方に配置される情報表示装置であって、
上下方向に隣り合って配列された複数の単位表示部を備え、
前記単位表示部は、
観察者に観察させる像を表示する表示部と、
前記表示部に隣り合って配置された太陽電池部と、
前記表示部及び前記太陽電池部の観察者側に配置されたレンズと、を備え、
少なくとも1つの前記単位表示部は、下記条件式(1)と条件式(2)を満たすことを特徴とする。
|(i−h)/a| < |x1/f| < |(i−h)/b| ・・・(1)
|(i+j−h)/a| < |x2/f| < |(i+j−h)/b| ・・・(2)
ただし、
f:前記レンズの焦点距離
a:前記情報表示装置を視認可能とする最長距離
b:前記情報表示装置を視認可能とする最短距離 x1:前記レンズ主軸位置から前記表示部の上端までの距離
x2:前記レンズ主軸位置から前記表示部の下端までの距離
i:観察者の視点範囲の高さ
j:視点範囲下端の高さ
h:前記情報表示装置内での観察対象となる前記単位表示部の高さ
さらに本発明に係る情報表示装置は、
複数の前記単位表示部間で、前記表示部と前記太陽電池部の配置位置が異なることを特徴とする。
さらに本発明に係る情報表示装置において、
隣り合う前記単位表示部の間には反射面が形成されていることを特徴とする。
さらに本発明に係る情報表示装置は、
複数の前記単位表示部間で、前記表示部の高さと前記太陽電池部の高さの比率が異なることを特徴とする。
さらに本発明に係る情報表示装置は、
複数の前記単位表示部間で、前記レンズの光学特性が異なることを特徴とする。
本発明に係る情報表示装置によれば、所定範囲の視野角方向から観察する観察者に対して所望の図柄を視認させることにより得られる外観の環境調和性と、太陽電池での発電量を高い水準で両立することが可能となる。
本発明の実施形態に係る標識の正面図、断面図 本発明の実施形態に係る観察者による標識観察の様子を示す図 本発明の実施形態に係る単位表示部の断面図 本発明の実施形態に係る単位表示部(下方領域)を示す図 本発明の実施形態に係る単位表示部(下方領域)を示す図 本発明の他の実施形態に係る単位表示部の断面図 本発明の他の実施形態に係る単位表示部について、反射面の突出量(下限)を説明するための図 本発明の他の実施形態に係る単位表示部について、反射面の突出量(上限)を説明するための図
本発明の実施形態に係る情報表示装置1は、観察者の側方に配置される、具体的には観察者の視点位置と同じ高さにおいて情報を表示する形態である。このような形態としては
フェンス上に設置された広告用の看板、あるいは、道路標識等があり、観察者が歩行の際、あるいは、乗車している車両内から観察可能な表示体である。
図1には、本発明の実施形態に係る情報表示装置1の正面図、断面図が示されている。図1(A)は、情報表示装置1の正面図、すなわち、観察者側からみたときの情報表示装置1の様子であり、図1(B)は、図1(A)中、G−G間の断面図である。図に示すように、表示面をXY平面にとり、観察者の視認する方向をZ軸の正の方向にとっている。
本実施形態の情報表示装置1は、道路等に面したフェンス上等に設置され、歩行者やドライバーに対して各種情報を視認させる表示体である。そのため、情報表示装置1の前面側(観察者側)からは、情報としての絵柄が視認可能となっている。本実施形態の情報表示装置1は、このような情報伝達機能に加え、太陽光等、受光した光による発電機能を備えたものとなっている。情報表示装置1は、複数の単位表示部11a〜11pを備えている。図に示されるように単位表示部11a〜11pは、上下方向(Y軸方向)に隣り合って配置され、各単位表示部11a〜11pは、情報伝達機能と発電機能を有して構成されている。なお、図に示す情報表示装置1は、模式的に示したものであり、情報表示装置1内における単位表示部11a〜11pの数、高さ等は実情に応じて適宜形態が使用される。
図1(B)に示される断面図に示されるように、単位表示部11aは、レンズ12aと、表示部13a、太陽電池部14aを備えている。表示部13aには、印刷、塗装などによる図柄が形成されている。表示部13aは、このような形態に代え、LED、液晶表示装置などの能動素子により図柄を形成可能な形態を採用することも可能である。太陽電池部14aは、太陽光等の光を受光して発電を行う部材である。太陽電池部14aの表面は、暗色で形成されており、図柄を表示することはできない。図1(A)の正面図は、観察者による観察像を示した模式図であり、便宜上、太陽電池部14aの位置についても図柄を示したものとなっている。
本実施形態の情報表示装置1は、観察者の視点位置と同じ高さを含むように設置され、観察者の平行な視線にて観察可能な形態となっている。そのため、観察者の標準的な視点位置に平行な位置では、レンズ12に対向する領域中、表示部13aが中央に位置し、その上下に太陽電池14aが隣り合って配置されている。表示部13aと太陽電池部14aの前面(観察者側)には、視認効果、並びに、発電効果を高めるためのレンズ12aが配置されている。レンズ12aは、表示部13aから出射される表示光を適切な方向へ射出することで観察者に対する視認効果を高めるとともに、入射する光を太陽電池部14aに集光することで発電効果を高めることを可能としている。
本実施形態の情報表示装置1は、このような単位表示部11aを上下方向に隣り合わせて配置することで構成されている。なお、本実施形態では各単位表示部11a〜11pの構成(レンズ12の形状、表示部13と太陽電池部の高さの比率等)は、同じ構成を採用している。各単位表示部11a〜11pの構成を同じにすることで、情報表示装置1の構造が簡易化され、製造上のコストを抑えるとともに、複数の大きさ、形状の情報表示装置1に対しての適用が容易となる。なお、各単位表示部11a〜11pの構成は、情報表示装置1内の高さ方向の位置によって異ならせることも可能である。このような応用形態については後述する。
図2には、本発明の実施形態に係る観察者による情報表示装置1の観察形態が示されている。本実施形態の情報表示装置1は、車両3から観察する形態としている。情報表示装置1のある観察位置Pに対する観察は、車両3に乗車するドライバーの視点位置O(ドライバーの視点範囲j内)から、側方に位置する情報表示装置1を眺める形態で行われる。
視点位置Oから観察位置PまでのZ方向の距離をzとした場合、図に示すように車両3から観察する形態では、法令あるいは規則において定められる距離内で観察することになる。具体的(日本国の場合)には、距離zの最長距離aは、情報表示装置1を最も遠くから見る場合であり、道路構造例第5条第4項で定められている道路幅(14[m])となる。また、距離zの最短距離bは、情報表示装置1を最も近くから見る場合であって、道路構造例第8条第2項に定められている路肩幅(0.5[m])となる。
情報表示装置1を構成する複数の単位表示部11a〜11p内において、少なくとも1つの単位表示部11a〜11pが、最長距離a、最短距離bにおいて視認可能であることが好ましい。最長距離a、最短距離b等、設計上の各種値は、情報表示装置1を使用する国(米国、中国、欧州各国等)の規定あるいは法律等に準拠して定めることが可能である。
本実施形態において、観察者Oの視点位置の取り得る範囲は0.5〜2.0[m]に設定されている。これは、図のように車両3から情報表示装置1を観察する形態以外に、歩行する観察者Oによる観察形態を考慮したものである。観察者の年齢による身長の違い、あるいは、観察者の状態(立った状態、しゃがんだ状態等)を考慮して、0.5〜2.0[m]の間で移動可能として取り扱うこととしている。本実施形態においでは、交通標識
装置1内の観察位置Pについて、路面からの高さをhとして取り扱うこととする。この観察位置Pから観察者Oの視点範囲上端(2.0[m])を見込む角度をθ2、観察位置Pから観察者Oの視点範囲下端(0.5[m])を見込む角度をθ1と設定する。
図3には、本発明の実施形態に係る単位表示部11の断面図が示されている。図1で説明したように、単位表示部11は、表示部13、太陽電池14、レンズ12を備えている。この実施形態では、レンズ12に対向する領域中、中央に表示部13が位置し、表示部13の上方と下方に太陽電池部14A、14Bが隣り合って配置されている。このような配置形態は、図2中の視点範囲jと平行な範囲に位置する情報表示装置1の領域中において好適である。図2で説明した視点範囲j内から表示部13に表示された図柄を効果的に観察する、言い換えると、太陽電池部14の暗色表面がなるべく観察されないようにするには、表示部13から射出される光線が、観察者(視点範囲内)側に届くように角度θ1と角度θ2を形成すればよい。すなわち、表示部13の上端から出射される光が視点範囲jの下端に届き、表示部13の下端から出射される光が視点範囲jの上端に届くようにすればよい。
このような条件を数式でもって表すと以下の条件式が導き出せる。まず、図3の関係から角度θ1、θ2は、共に以下のように示される。
tanθ1=|i−h|/z
tanθ2=|i+j−h|/z
ただし、
i:視点範囲下限の高さ
j:視点範囲の高さ
h:観察位置Pの高さ
z:観察者から観察位置までの距離
前述したように日本国内における最長距離はa(日本国の場合14[m])であって、最短距離はb(日本国の場合0.5[m])であるため、視点範囲の下端から観察位置Pを視認可能とする条件は、単位表示部11の光学構成との関係から、以下の条件式(1)を満たす必要がある。ここで、fはレンズ12の焦点距離、x1はレンズ主軸12aから表示部13の上端までの距離をいう。なお、焦点距離fはレンズ12の開口絞りの中心から表示基準面Aまでの距離とする。レンズ12にシリンドリカルレンズ(もしくはレンチ
キュラーレンズ)を使用する場合は、レンズ12を構成する凸面を開口絞りと考え、当該凸面の中心位置が開口絞りの中心となる。また、開口絞りから表示基準面Aの間に光学要素を設ける場合は、像側、すなわち、表示基準面A側からみた開口絞りの像、すなわち射出瞳の中心から表示基準A面までの距離とすればよい。
|(i−h)/a| < |x1/f| < |(i−h)/b| ・・・(1)
一方、視点範囲の上端から観察位置Pを視認可能とする条件は、単位表示部11の光学構成との関係から、以下に示す条件式(2)を満たす必要がある。ここで、fはレンズ12の焦点距離、x2はレンズ主軸12aから表示部13の下端までの距離をいう。
|(i+j−h)/a| < |x2/f| < |(i+j−h)/b| ・・・(2)
少なくとも条件式(1)と条件式(2)を満足することにより、観察者Oの視点範囲内において表示部13に表示される視認性を確保しつつ、太陽電池部14による発電を可能とする情報表示装置1を提供することが可能となる。情報表示装置1内の適宜箇所に位置する単位表示部11が視認可能とする条件式(1)と条件式(2)を満足する場合、ある程度の大きさ以内の情報表示装置1であれば、所定の条件式における許容範囲内となり、視認可能となることが予想される。本実施形態の情報表示装置1において、条件式を厳格に適用する場合、情報表示装置1内の全ての単位表示部11について、条件式(1)と条件式(2)を満たすようにすることで視認性能の更なる向上が図られる。なお、最長距離a、最短距離b等、設計上の各種値は、情報表示装置1を使用する国(米国、中国、欧州各国等)の規定あるいは法律等に準拠して定めることが可能である。
図3で説明した表示部13と太陽電池部14A、14Bの配置形態は、情報表示装置1内の、観察者Oの視点範囲に略平行な領域において好適である。情報表示装置1が大型化した場合、観察者は情報表示装置1の上方を見上げて観察することとなる。一方、路面に近い位置に対しては情報表示装置1の下方を見下ろして観察することになる。このような事情を考慮して、表示部13と太陽電池部14A、14Bの配置形態は、観察位置Pの高さに応じて変更することとしてもよい。
図4には、情報表示装置1の上方に位置する単位表示部11の断面図が示されている。この単位表示部11では、太陽電池14の上方に1つの表示部13を隣り合わせた配置形態となっている。このように観察者が見上げた状態で観察される情報表示装置1の上方位置においては、表示部13を上方に位置させた配置形態を採用することが視認性の向上を図る上で好ましい。
図5には、情報表示装置1の下方に位置する単位表示部11の断面図が示されている。この単位表示部11では、太陽電池14の下方に1つの表示部13を隣り合わせた配置形態となっている。このように観察者が見下ろす状態で観察される情報表示装置1の下方位置においては、表示部13を下方に位置させた配置形態を採用することが視認性の向上を図る上で好ましい。
このような表示部13と太陽電池部14は、情報表示装置1中の単位表示部11の高さhに応じて、変更することとなる。図3、図4では、それぞれ、表示部13をレンズ12に対向する領域中の上端、下端に位置させているが、単位表示部11の高さに応じて、図3に示される表示部13の位置、あるいは、表示部13の高さを段階的に変更することとしてもよい。
本実施形態の情報表示装置1は、図1で説明したように複数の単位表示部11a〜11pを上下方向に配列することで構成されている。図3では1つの単位表示部11を例にとって説明を行ったが、実際には、複数の単位表示部11a〜11pが配列されているため、隣り合う単位表示部11a〜11p間で光学的な干渉が発生することが考えられる。こ
のような光学的干渉は、例えば、単位表示部11fの表示部13fを観察すべきところ、隣り合う単位表示部11eの太陽電池部14eを観察してしまうことで、観察する像に歪みが生じる、あるいは、単位表示部11eの太陽電池部14eに入射すべき光が、隣り合う単位表示部11fの表示部13fに入射することで発電効率が低下してしまうことが考えられる。
このような光学的な干渉は、図4、図5で説明したように情報表示装置1を見上げて観察する位置(情報表示装置1の上方位置)、あるいは、情報表示装置1を見下ろして観察する位置(情報表示装置1の下方位置)で発生することが考えられる。このような光学的な干渉を抑制するため、本発明の他の実施形態に係る情報表示装置1では、情報表示装置1の上方位置(あるいは下方位置)に配置される単位表示部11について、隣り合う単位表示部11の間に反射面Bを形成したことを特徴としている。図6には、情報表示装置1の上方に位置する単位表示部11について、図4と同様の断面図が示されている。
単位表示部11が、レンズ12、表示部13、太陽電池部14を備えて構成される点は、図4の実施形態と同様である。本実施形態では、隣り合う単位表示部11a〜11pの間に反射面が形成されている点において異なっている。レンズ12の上面と下面に反射面Bが形成されている。反射面Bは、表示部13、太陽電池部14の表面である表示基準面Aから観察側(Z軸の負の方向)に、突出量Mだけ突き出して形成されている。本実施形態では、ミラー隔壁15を配置することで反射面15を形成している。なお、レンズ12の上面に位置するミラー隔壁15の上面は、この単位表示部11の上方に隣り合って位置する他の単位表示部11の下面側の反射面として機能する。同じように、レンズ12の下面に位置するミラー隔壁15の下面は、この単位表示部11の下方に隣り合って位置する他の単位表示部11の上面側の反射面として機能する。反射面Bの形成は、ミラー隔壁15等の反射部材を配置する形態の他、レンズ12の表面に金属膜を蒸着する表面加工を施す等、各種形態で行うことが可能である。図中、ミラー隔壁15は、Y方向に関する厚みを有しているが、実際には、できる限り薄く形成することが好ましい。
このように、レンズ12の上面と下面に反射面を設けた形態では、表示部13の観察範囲(仰角θ)の拡大を図ることが可能である。仰角の下限値θ2については、図4で説明した形態と同様であり、条件式(1)、(2)を満たすことが必要とされる。仰角θの上限値θ1については、レンズ12の上面側の反射面Bによって拡大が図られたものとなっている。具体的には、反射面Bを設けたことで、表示部13と太陽電池部14の境界位置をレンズ12の上面に関して対称となる位置が、表示部13から出射される光の上限位置となる。したがって、反射面Bを設けた場合の仰角θの上限θ1は、単位表示部11の光学構成との関係から、以下の関係が必要となる。
tanθ1=(h−i)/b>(2D−x)/f
この式を書き換えると、レンズ12の焦点距離fについて、以下に示す条件式(3)が成立する。
f<(2D−x)*b/(h−i) ・・・(3)
ただし、
b:情報表示装置1を視認可能とする最短距離
D:レンズ主軸12aから表示部13の上端までの距離
このように、レンズ12の上面と下面に反射面を設けたことで、レンズ12の上面に位置する反射面Bは、表示部13の光学的拡大機能として作用する。さらに、レンズ12の下面に位置する反射面Bは、太陽電池部14の集光拡大機能として作用することとなる。ここでは、情報表示装置1の上方に位置する単位表示部11について説明を行ったが、情報表示装置1の下方に位置する単位表示部11、すなわち、見下ろす形態で観察される単
位表示部11についても同様に条件を定めることが可能である。
ところでこのような反射面Bを設けた場合、その突出量Mには、下限と上限が必要となる。具体的には、レンズ12の上面に位置する反射面Bについて突出量Mの下限が規定される。すなわち、反射面Bの突出量Mを短くし過ぎると、表示部13の下端位置から出射された光が反射面Bで反射されず、観察者とは異なる方向(上方)に射出されることとなる。
図7には、本発明の他の実施形態に係る単位表示部について、反射面の突出量M(下限)を説明するための図が示されている。反射面の突出量Mの下限は、表示部13と太陽電池部14の境界位置から出射された光が、反射面Bで反射されることが条件となる。この光線がレンズ主軸12aと形成する角度をφとすると、Mの下限は、以下の条件式(4−1)で表すことができる。
M>f−D/tanφ ・・・(4−1)
ここで、角度φは、条件式(2)で規定する最短距離bの仰角条件を満たす必要がある。したがって、
tanφ=(h−i)/b
b:情報表示装置1を視認可能とする最短距離
となる。
図8には、本発明の他の実施形態に係る単位表示部11について、反射面の突出量M(上限)を説明するための図が示されている。反射面Bの突出量Mの上限は、最も上方から出射される表示部13の光(反射面Bで反射された光)が、下方に位置する反射面Bで遮蔽されないことが条件となる。この光線がレンズ主軸12aと形成する角度をφとすると、Mの上限は、以下の条件式(4−2)で表すことができる。
M<f+D/tanφ ・・・(4−2)
ここで、tanφについては、条件式(4−1)と同様である。
したがって、条件式(4−1)と条件式(4−2)満たす必要があり、両条件式をあわせると、以下の条件式(4)が成立する。
f+tanφ>M>f−tanφ ・・・(4)
ただし、
M:観察側への反射面の突出量
tanφ=(h−i)/b
b:情報表示装置1を視認可能とする最短距離
情報表示装置1の上方に位置する単位表示部11について反射面Bを設けた場合、このような突出量Mの関係を形成することで、観察者に対して表示部13が形成する像を適切に視認可能にするとともに、太陽電池部14における集光性能の向上を図り発電量の増加を図ることが可能となる。なお、情報表示装置1の下方に位置する単位表示部11、すなわち、見下ろす形態で観察される単位表示部11の反射面Bの突出量Mについても同様に条件を定めることが可能である。
以上、本発明の実施形態に係る情報表示装置1について説明を行ったが、本発明の情報表示装置1によれば、太陽電池による発電量、表示する像の視認性、並びに、外観の環境調和性を高い水準で両立することが可能となる。
情報表示装置1内に複数配置される単位表示部11は、同じ構成の単位表示部11のものを複数配置する形態の他、図4、図5で説明したようにその位置(高さh)に応じて異ならせることとしてもよい。あるいは、単位表示部11の構成は、交通表紙装置1の高さ
位置hに応じて、レンズ12の焦点距離f等、レンズ12の光学特性を異ならせることとしてもよい。この場合も同様に、表示部13の視認性、並びに、太陽電池14の集光性能の向上を図ることが可能となる。特に、情報表示装置1内の単位表示部11の構成が異なる場合、各単位表示部11において、上述した各種条件式を満たすことで、視認性の向上、並びに、太陽電池部14の集光性能の向上を図ることが可能となる。
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
1…情報表示装置
2…道路
3…車両
11…単位表示部
12…レンズ
12a…レンズ主軸
13…表示部
14…太陽電池部
15…ミラー隔壁

Claims (5)

  1. 観察者の視点側方に配置される情報表示装置であって、
    上下方向に隣り合って配列された複数の単位表示部を備え、
    前記単位表示部は、
    観察者に観察させる像を表示する表示部と、
    前記表示部に隣り合って配置された太陽電池部と、
    前記表示部及び前記太陽電池部の観察者側に配置されたレンズと、を備え、
    少なくとも1つの前記単位表示部は、下記条件式(1)と条件式(2)を満たすことを特徴とする
    情報表示装置。
    |(i−h)/a| < |x1/f| < |(i−h)/b| ・・・(1)
    |(i+j−h)/a| < |x2/f| < |(i+j−h)/b| ・・・(2)
    ただし、
    f:前記レンズの焦点距離
    a:前記情報表示装置を視認可能とする最長距離
    b:前記情報表示装置を視認可能とする最短距離
    x1:前記レンズ主軸位置から前記表示部の上端までの距離
    x2:前記レンズ主軸位置から前記表示部の下端までの距離
    i:観察者の視点範囲の高さ
    j:視点範囲下端の高さ
    h:前記情報表示装置内での観察対象となる前記単位表示部の高さ
  2. 複数の前記単位表示部間で、前記表示部と前記太陽電池部の配置位置が異なることを特徴とする
    請求項1に記載の情報表示装置。
  3. 隣り合う前記単位表示部の間には反射面が形成されていることを特徴とする
    請求項1または請求項2に記載の情報表示装置。
  4. 複数の前記単位表示部間で、前記表示部の高さと前記太陽電池部の高さの比率が異なることを特徴とする
    請求項1から請求項3の何れか1項に記載の情報表示装置。
  5. 複数の前記単位表示部間で、前記レンズの光学特性が異なることを特徴とする
    請求項1から請求項4の何れか1項に記載の情報表示装置。
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