JP6381760B1 - 全周画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者が移動することなく全周囲から同じ画像を観察可能な、物理的可動部がない円筒型の表示装置を提供する。【解決手段】それぞれ円筒形を成すディスプレイ１０１と電子シャッタースクリーン１０２とレンズアレイ１０３とを中心軸がほぼ一致するよう組み合わせることで構成される表示装置を使用し、ディスプレイの側面の一部に画像を表示し、画像の表示箇所とをシャッタースクリーン１０２に設けたスリット４０１を一定速度で回転移動させ、外部観察者がスリットを介して画像を観察可能にする。【選択図】図６

Description

本願発明は画像表示装置、特に、機械的可動部分を備えず、全周囲から画像を観察可能な画像表示装置に関する。

広告ディスプレイ等に利用可能な画像表示装置を実現するための技術が数多く存在する。その一種として、全周囲から観察可能という特徴を持つ円筒型画像表示装置がある。この種の画像表示装置は一般にパララックスバリア型と呼ばれ、スクリーンとプロジェクター等の映像投影装置を物理的に回転し、スクリーンと一体となったスリットを通してスクリーンを外部から観察できるようにすることで、全周囲から動画や静止画を観察可能にできる（たとえば、特許文献１および特許文献２）。しかし、このような装置はプロジェクタ−等の映像投影装置を物理的に回転させなければならないことから、機構が大がかりになりがちであるという課題があった。

物理的な回転機構なしに、全周囲から観察可能であり、あたかも中空に文字や図形が浮かび上がっているかのような効果を提供できる表示装置が望まれていたが、そのような技術は存在していなかった。

特許公開公報 特開２０１６−１７０２３１ 特許公開公報 特開２０１１−１０７６６５

観察者が移動することなく全周囲から同じ画像を観察可能な、物理的可動部部分を有さない表示装置を提供する。

本願発明は、画像表示手段と前記画像表示手段と観察者との間に位置するシャッタースクリーンとから成る、コンピューターにより制御される表示装置であって、前記画像表示手段の表面の一部を成す領域が画像を表示し、前記画像が前記画像表示手段上をほぼ一定速度で移動し、前記シャッタースクリーンには観察者が前記画像を外部から観察するためのスリットが設けられ、前記スリットが前記画像の移動に合わせて移動する表示装置を提供することで上記課題を解決する。

また、本願発明は、さらに、前記シャッタースクリーンの外側または内側にレンズアレイを備え、前記レンズアレイはシリンダーレンズをほぼ垂直方向にほぼ隙間なく並べた構造である段落０００６に記載の表示装置を提供することで上記課題を解決する。

また、本願発明は、前記画像表示手段は曲面に成形した平面ディスプレイから構成される段落０００６または段落０００７に記載の表示装置を提供することで上記課題を解決する。

また、本願発明は、前記画像表示手段は円筒形の形状を成す段落０００６、段落０００７、または、段落０００８に記載の表示装置を提供することで上記課題を解決する。

また、本願発明は、前記画像表示手段の表面の一部を成す前記領域が複数存在する段落０００６、段落０００７、段落０００８、または、段落０００９に記載の表示装置を提供することで上記課題を解決する。

また、本願発明は、段落０００６、段落０００７、段落０００８、段落０００９、または、段落００１０に記載の表示装置を制御するコンピューター・プログラムであって前記画像表示手段に移動する画像を表示する命令と前記シャッタースクリーンの前記スリットの位置を移動する命令とを含むコンピューター・プログラムを提供することで上記課題を解決する。

観察者が移動することなく全周囲から同じ画像を観察可能な、物理的可動部部分を有さない表示装置が提供される。

本願発明に係る画像表示装置の実施例を含むシステムの全体構成の例である。 本願発明に係る画像表示装置の実施例の上面図と平面図である。 本願発明に係る画像表示装置の実施例の円筒ディスプレイ上の画像表示位置を表す図である。 本願発明に係る画像表示装置の実施例の円筒シャッタースクリーンの構造を表す図である。 本願発明に係る画像表示装置の実施例の円筒レンズアレイを構成するシリンダーレンズの形状の例を表す図である。 本願発明に係る画像表示装置の実施例のディスプレイ上の画像の円筒レンズアレイによる屈折による結像を表す図である。 本願発明に係る画像表示装置の実施例によって平面的画像が観察可能になる原理を表す図である。 本願発明に係る円筒ディスプレイの形状の様々な実施例を表す図である。

以降では図を参照しながら本願発明の実施例について説明する。

図１に本願発明に係る画像表示装置の実施例を含むシステムの全体構成の例を示す。本実施例に係る画像表示装置は、それぞれ中心軸をほぼ共通にし、円筒形の形状を成す、円筒ディスプレイ（101）、円筒シャッタースクリーン（102）、および、円筒レンズアレイ（103）から構成され、コンピューター（104）の映像出力を、周囲にいる観察者（105）（本願発明の構成要素ではない）に向けて表示する。後述の原理により、観察者（105）は、本願画像表示装置の周囲のいずれの場所にいても、あたかも平面ディスプレイに表示されているかのような画像を観察できる。

円筒ディスプレイ（101）、円筒シャッタースクリーン（102）、および、円筒レンズアレイ（103）の上部は密閉されていてもよいが、開放されていてもよい。円筒ディスプレイ（101）、円筒シャッタースクリーン（102）、および、円筒レンズアレイ（103）は、機械的可動部分を有しないことが望ましい。

図2に、本願発明に係る画像表示装置の実施例の上面図（図2-a）と平面図（図2-b）を示す。円筒ディスプレイ（101）は、円筒形の形状を成し、側面の全周に表示が可能となっている表示手段であり、典型的には、曲面加工可能なLEDディスプレイあるいは液晶ディスプレイ等を円筒形に形成することにより実現可能であるが、他の表示技術を使用してもよい。円筒ディスプレイ（101）は直径およそ300ミリメートルの円筒形を成していてよいが、さらに大型または小型であってもよい。本願発明に係る表示装置は機械的可動部を有しないため、可動部の物理的条件に制限されないサイズの装置を製造可能な点で優位性を有する。後述のとおり、円筒ディスプレイ（101）は、接続されたコンピューター機器からの入力にしたがって側面の一部に表示対象の映像を表示し、その表示位置は時間と共に移動していく。この移動する画像の表示領域は、円筒シャッタースクリーン（102）の動作と同期し、観察者からは表示領域のみが見えるように制御される。

円筒シャッタースクリーン（102）は、円筒ディスプレイ（101）の映像が表示されている部分を外部から観察できるようにするためのスリット（幅は典型的には５ミリメートル程度）を形成するための手段であり、液晶シャッター等の技術を使用し、機械的な可動部なしに実現されることが好ましい。円筒シャッタースクリーン（102）は円筒ディスプレイ（101）よりも直径が大きい円筒形を成すことが好ましい。本願発明に係る表示装置は機械的可動部を有しないため、可動部の物理的条件に制限されないサイズの装置を製造可能な点で優位性を有する。液晶シャッターは、外部から提供される駆動電圧により、透明状態と半透明状態を高速で切り替えられる技術であり、この技術を使用して円筒シャッタースクリーン（102）は、コンピューター（104）の入力にしたがって、円筒ディスプレイ（101）の画像に対応する位置に透明なスリットを形成し、それ以外の位置を不透明とすることができる。発明者による実験では毎分900回転以上の速度で画像の表示位置を移動することが好ましいが、現在の液晶シャッター技術を使用すれば、それと同等の速度でスリットを移動させるよう制御ことが可能である。

円筒レンズアレイ（103）は、多数のシリンダーレンズを円筒形に配置した構造であり、後述する原理により、円筒ディスプレイ（101）上に表示された曲面の映像を観察者から見た場合に平面に見えるように屈折させる役割を果たす。なお、図１および図２では、円筒レンズアレイ（103）が円筒シャッタースクリーン（102）の外側にある構造が示されているが、円筒レンズアレイ（103）の円筒シャッタースクリーン（102）の外側に配置される構造であってもよい。

図３に本願発明に係る画像表示装置の実施例のディスプレイ上の画像表示位置の例を示す。ある一時点において、円筒ディスプレイ（101）上の画像は、円筒の一部を成す表示領域（301）に表示される。この表示領域（301）は、長方形の領域を円筒の側面に貼り付けた形状であることが好ましい。図3における表示領域（301）中の文字列"Hello"は表示される文字列の例示である。図３では、表示領域（301）が、円筒ディスプレイ（101）の最下部から最上部までを占めているが、必ずしもそうである必要はなく、最下部から所定の距離だけ上方の位置と最上部から所定の距離だけ下方の位置との間に存在していてもよい。

表示領域（301）は、時間の経過と共に円筒ディスプレイ（101）上を望ましくは一定速度で移動する。移動速度はおよそ毎分900回転であってよい。十分に高速で回転すれば観察はシャッターや画像の移動を直接的に意識することはなく静止した画像のイメージを観察可能である。移動方向は上面から見た時に時計回りであっても反時計回りであってもよい。図３に示した矢印は上方から見たときに時計回りに表示領域（301）が移動していくことの模式的表現である。円筒ディスプレイ（101）はLEDディスプレイ等の技術で実現されることからコンピューター（104）からの入力信号にしたがって任意の位置に画像を表示可能であり、このような表示領域（301）の移動も容易に実現可能である。

図3-bに示すように、一つの円筒ディスプレイ（101）上に複数の表示領域（301-１、301-2）があってもよい。この場合、複数の表示領域（301-1、301-2）のそれぞれには同一の画像が表示されることが好ましい。また、複数の表示領域（301-1、301-2）のそれぞれは円筒ディスプレイ（101）の側面上で等間隔を成すことが望ましい。図3-bでは表示領域が2つの場合の例を示しているが、3つ以上の表示領域があってもよい。複数の表示領域が存在する時は、そのそれぞれに対応して円筒シャッタースクリーン（102）上にも複数のスリットが設けられる。複数の表示領域を使用することで、表示領域の実質的移動速度を高速化できるという利点が得られる。

図４に円筒シャッタースクリーン（102）の構造の例を示す（図4-aは斜視図、図4-bは上面図、図4-cは平面図）。円筒シャッタースクリーン（102）には、円筒ディスプレイ（101）上の表示領域（301）の位置に対応した透明な領域であるスリット（401）が作られる。観察者はスリット（401）を通して表示領域（301）上の画像を観察する。円筒シャッタースクリーン（102）のスリット（401）以外の領域は不透明である。スリット（401）の位置の制御は画像表示用のコンピューター（104）によって行なってもよく、他のコンピューターによって行なってもよい。円筒シャッタースクリーン（102）は光散乱性液晶や強誘電性液晶を使用した液晶シャッター等の技術を使用して実現され、外部の信号電圧に従って任意の位置に透明な領域を構成できることから、本願に係るスリット（401）を技術的に実現可能である。結果的に、観察者の視点（303）からは、円筒レンズアレイ（103）および円筒シャッタースクリーン（102）上のスリット（401）を介して、表示領域（301）の画像が見えることになり、円筒ディスプレイ（101）上のそれ以外の領域は円筒シャッターアレイ（102）のスリット（401）以外の不透明な部分に遮られて、観察者からは見えない。

スリット（401）は、表示領域（301）の位置に合わせて、円筒シャッタースクリーン（102）上を移動する。図４の矢印はスリット（401）が上方から見て時計回りに移動することを模式的に示した表現である。言うまでもなく表示領域（301）が上方から見て時計回りに移動するときはスリット（401）も同じ向きで同じ速度で、円筒シャッタースクリーン（102）上を移動する。また、円筒ディスプレイ（101）上に複数の表示領域（301）が存在するときは、そのそれぞれに対してスリット（401）が存在し、複数のスリット（401）が存在することになる。なお、図４では、スリット（401）は、円筒シャッタースクリーン（102）の最下部から最上部を占めているが、必ずしもそうである必要はなく、円筒ディスプレイ（101）上の表示領域（301）の位置と合わせて、円筒シャッタースクリーン（102）上の所定の下位位置から所定の上位位置の間を占めていてもよい。

図５に、本願発明の実施例に係る円筒レンズアレイ（103）で使用されるシリンダーレンズ（501）の形状の例を示す。シリンダーレンズ（501）は、スリット（301）と同等のサイズであることが好ましく、典型的にはおよそ直径5ミリメートルであり、透明アクリルやガラス等の素材によって作られていてよい。円筒レンズアレイ（103）は多数のシリンダーレンズ（501）を垂直方向に向けて並べ、円筒状の透明な構造体に固着した構造を成していてよい。図５に図示したのはシリンダーレンズ（501）の断面の模式的表現である。シリンダーレンズ（501）は、正面方向（502）から見た場合には平面（または凹レンズ）として機能し、斜め方向（503、504）から見た場合には凸レンズとして機能する形状を成していてよい。このような形状により、曲面上の画像を平面上に結像させ、観察者に自然な画像を見せることができる。シリンダーレンズ（501）は、これ以外の形状で、正面方向（502）から見た場合の結像位置が、斜め方向（503、504）から見た場合の結像位置よりも後方（観察者から遠い位置）にあるような形状を成していてよい。

図６に、本願発明に係る画像表示装置の実施例のディスプレイ上の画像の円筒レンズアレイ（103）の屈折による結像の原理（上方から見た模式図）を示す。表示領域（301）に表示された画像は円筒シャッタースクリーン（102）のスリット（401）を通り、円筒レンズアレイ（103）上のシリンダーレンズ（501）により屈折され、観察者の目（601）に届く。なお、シリンダーレンズ（501）の形状と大きさは原理の説明のためのものであり縮尺は正確ではない。実際にはシリンダーレンズ（501）は円筒シャッタースクリーン（102）のスリット幅と同様に直径5ミリメートル程度であってよい。また、図面の簡素化のためにシリンダーレンズ（501）は数個しか図示していないが、実際にはシリンダーレンズ（501）は円筒レンズアレイ（103）の側面上に隙間なく設けられていることが望ましい。なお、観察者に見える画像と大きさと鮮明さを考慮して、スリット（401）の位置から見た表示領域（301）の視野角（図6におけるα）は約90度であることが好ましいことが発明者による実験により明らかになっている。

シリンダーレンズ（501）による屈折により、観察者からは、円筒の側面上にある表示領域（301）の画像はあたかも平面的画像（602）であるかのように見える。以降で説明する原理と合わせ、観察者は円筒上に貼り付けられた形状の画像ではなく、あたかも平面に貼り付けられたかのような画像を見ることができ、より自然な表示が実現される。

図7に、本願発明に係る画像表示装置の実施例によって平面的画像が観察可能になる原理）を示す。図7は上面から見た状況を示す模式図である。図7-a、図7-b、図7-cは時間の経過に伴う、表示領域の移動と観察者（601）の視点からの表示領域（301）の見え方を示す。なお、表示領域（301）が毎分900回転の速度で移動しているとすると、図7-aと図7-b間、および、図7-bと図7-c間の経過時間はそれぞれ約8ミリ秒となる。なお、図7は模式的表現であり、縮尺は正確ではない。

図7-aの時点では、観察者（601）は、シリンダーレンズ（501-1）とスリット（401）を通して表示領域（301）の左端を見ることになる。シリンダーレンズ（501-1）の凸レンズ効果により画像は701の位置に結像する。図7-bの時点では、観察者（601）は、シリンダーレンズ（501-2）とスリット（401）を通して表示領域（301）の中央部を見ることになる。画像は702の位置に結像する。図6-cの時点では、観察者（403）は、シリンダーレンズ（501-3）とスリット（401）を通して表示領域（301）の右端を見ることになる。シリンダーレンズ（501-1）の凸レンズ効果により画像は703の位置に結像する。結果的に観察者（601）は701、701、703を結ぶ線分を含む平面上に結像する画像を観察することになる。なお、図の簡略化のためにシリンダーレンズは関係するものしか図示していないが、実際には円筒レンズアレイ（103）上に隙間なく配置されている。この例ではシリンダーレンズが斜め方向から見た時に凸レンズとして、正面方向から見た時に平面として機能する場合の例であるが、斜め方向から見た時と正面方向から見た時の屈折率を変えることで曲面上の画像を平面上に結像させるという原理はシリンダーレンズの形状がこれ以外の場合でも同様である。

以下に本願発明に係る他の実施例について説明する。

本願発明に係る画像表示装置の実施例は、円筒レンズアレイ（103）に相当する構成要素を備えていなくてもよい。この場合には、曲面上の表示領域（301）に表示された画像をあたかも平面上に表示されたかのように観察できるという特徴は失われるが、依然として全方向から画像を観察可能であるという利点を達成可能である。

本願発明に係る円筒ディスプレイ（101）は実施例は、平面ディスプレイ技術を使用せずに、反射スクリーン素材を使用して、プロジェクターなどの投影装置から画像を映写してもよい。この場合には、観察者からの視界を妨げないように上方または下方から画像を映写することが好ましい。表示領域（301）の移動は投影装置から映写される画像を変化させることで実現することが好ましい。円筒ディスプレイ（101）上の広い領域に表示領域（301）を設けることができるように複数の投影装置を使用して、それぞれが映写する画像をコンピューター制御により連動させることで、表示領域（301）が円筒ディスプレイ（101）上を連続的に移動できるようにすることが好ましい。

本願発明に係る円筒ディスプレイ（101）は、平面ディスプレイ技術を使用せずに、透過型スクリーンを使用して、円筒ディスプレイ（101）の内部に設けられた投影装置から画像を映写してもよい。表示領域（301）の移動は投影装置から映写される画像を変化させることで実現可能である。円筒ディスプレイ（101）上の広い領域に表示領域（301）を設けることができるように複数の投影装置を使用して、それぞれが映写する画像をコンピューター制御により連動させることで、表示領域（301）が円筒ディスプレイ（101）上を連続的に移動できるようにすることが好ましい。

図8に示すように、本願発明に係る円筒ディスプレイ（101）は円筒形でなくてもよい。たとえば、円錐形（図8-a）、円錐形の上部を切り取った形状（図8-b）、円筒を垂直方向で切り取った形状（図8-c）（この場合には全周囲に向けて画像を表示することはできないが、単なる平面ディスプレイと比較してより広い範囲から画像を観察できるという利点は得られる）、または、直線部と曲線部を含むその他任意の形状であってよい（図8-d）。図示していないが、こららの場合には、円筒シャッタースクリーン（102）と円筒レンズアレイ（103）も円筒ディスプレイ（101）と同様の形状（円筒ディスプレイ（101）の少なくとも一部を覆う形状）であって、円筒ディスプレイ（101）上の表示領域（301）と観察者の間に設けられることが好ましい。また、前述のとおり円筒レンズアレイ（103）が設けられていなくてもよい。表示領域（301）が複数存在していてもよい。

（本願発明による顕著な技術的優位性）
本願発明は、機械的可動部を使用することなく、全周囲から平面上の表示として観察可能な画像を表示できる点で従来技術と比較して顕著な技術的優位性を提供する。機械的可動部がないことにより、重量を削減できる、サイズおよび形状の自由度を高められる、製造コストを削減できる、故障頻度を削減できる、保守費用を削減できる、作動時の騒音を削減できるといった優位性が得られる。

Claims (6)

1. 画像表示手段と前記画像表示手段と観察者との間に位置するシャッタースクリーンとから成る、コンピューターにより制御される表示装置であって、
   前記画像表示手段の表面の一部を成す領域が画像を表示し、
   前記画像が前記画像表示手段上をほぼ一定速度で移動し、
   前記シャッタースクリーンは、任意の位置に透明な領域をスリットとして形成するとともに、前記スリットが形成される領域以外の領域を不透明とするように制御可能なものであって、前記スリットを介して観察者が前記画像を外部から観察するように構成され、
   前記スリットが前記シャッタースクリーン上で前記画像の移動に合わせて移動するように制御される
   表示装置。
2. さらに、前記シャッタースクリーンの外側または内側にレンズアレイを備え、
   前記レンズアレイはシリンダーレンズをほぼ垂直方向にほぼ隙間なく並べた構造である
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記画像表示手段は曲面に成形した平面ディスプレイから構成される
   請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 前記画像表示手段は円筒形の形状を成す
   請求項１、請求項２、または、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記画像表示手段の表面の一部を成す前記領域が複数存在する
   請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４に記載の表示装置。
6. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５に記載の表示装置を制御するコンピューター・プログラムであって
   前記画像表示手段に移動する画像を表示する命令と
   前記シャッタースクリーンの前記スリットの位置を移動する命令とを含む
   コンピューター・プログラム。

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