(57)【要約】【課題】以上、本発明により、動画を表示することができる三次元表示装置及びそれを用いた三次元表示方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる三次元表示装置は、フォトクロミック材料を含む表示部と、表示部に第一の領域の光を照射する第一の光源と、表示部に第二の領域の光を照射する第二の光源と、第一の光源及び前記第二の光源の発光を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。また、本発明に係る三次元表示方法は、フォトクロミック材料を含む立体表示部に、第一の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第一の領域の光を照射するとともに、第二の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第二の領域の光を照射することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトクロミック材料を含む表示部と、
前記表示部に第一の領域の光を照射する第一の光源と、
前記表示部に第二の領域の光を照射する第二の光源と、
前記第一の光源及び前記第二の光源の発光を制御する制御装置と、を備える三次元表示装置。
【請求項２】
前記第一の光源は、可視領域の光を照射する可視光源であり、
前記第二の光源は、紫外領域の光を照射する紫外光源である、請求項１記載の三次元表示装置。
【請求項３】
前記表示部は、光透過性樹脂に前記フォトクロミック材料を保持させたものである請求項１記載の三次元表示装置。
【請求項４】
フォトクロミック材料を含む立体表示部に、第一の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第一の領域の光を照射するとともに、第二の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第二の領域の光を照射する、三次元表示方法。
【請求項５】
前記第一の領域の光は可視領域の光であり、前記第二の領域の光は紫外領域の光である請求項４記載の三次元表示方法。
【請求項６】
前記第一の領域の光の照射における照射領域及び非照射領域、並びに、前記第二の領域の光の照射における照射領域及び非照射領域、の少なくともいずれかを時間経過とともに変化させる請求項４記載の三次元表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元表示装置及びそれを用いた三次元表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を立体的に表示する技術として、例えば、下記特許文献１には、複数の二次元情報から三次元立体画像情報を作成する技術が開示されている。この方法を使用すれば、ＬＥＤ等の発光部品を画素として三次元的に立体的に配置し、立体画像情報に対応させた位置の画素を発光させて立体的に画像を表示させることが可能である。
【０００３】
また、下記特許文献２には、量子ドットを発光部品に採用し、これを含む量子ドットブロックを三次元的に複数組み合わせてなる量子ドットディスプレイと、これに量子ドットを発光させるための光を照射することで、立体的に画像を表示させる方法が開示されている。この方法によると、配線が膨大になることや、画像が配線などによって隠れてしまうという問題（オクルージョン）が発生することなく、画像を立体的に表示することが可能である。この技術を用いた量子ドットに基づく光制御ボリュームディスプレイは下記非特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０８４０９５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６５６１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒ．Ｈｉｒａｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ, Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｄｏｔ−Ｂａｓｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ”，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｒｅｐｏｒｔｓ，５，８４７２，２０１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献２及び上記非特許文献１で開示されたディスプレイ及び方法によると、表示可能な三次元像は事前の設計に従ったものであって、事前の設計と異なった三次元像に変更することはできなかった。つまり、三次元像を切り替えることができないので、動画化が実現されていないという課題があった。
【０００７】
原理的には、三次元的に配置した量子ドットを任意点で励起することでこの問題は解決可能であるが、そのためには励起光を非常に高コントラストに集光する必要があり、未だ実現されていない。すなわち、このように、量子ドットに基づく光制御ボリュームディスプレイには、動画化の実現が困難であるという課題が残る。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、動画を表示することができる三次元表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の一の観点に係る三次元表示装置は、フォトクロミック材料を含む表示部と、表示部に第一の領域の光を照射する第一の光源と、表示部に第二の領域の光を照射する第二の光源と、第一の光源及び前記第二の光源の発光を制御する制御装置と、を備える。
【００１０】
また、本発明の他の一観点に係る三次元表示方法は、フォトクロミック材料を含む立体表示部に、第一の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第一の領域の光を照射するとともに、第二の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第二の領域の光を照射する。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明により、動画を表示することができる三次元表示装置及びそれを用いた三次元表示方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態を用いる三次元表示装置の概略図である。
【図２】実施形態に係る三次元表示装置の動作を示す模式図である。
【図３】実施形態に係る三次元表示装置の動作を示す模式図である。
【図４】実施例に係る三次元表示装置の図（写真代用）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る三次元表示装置（以下「本表示装置」という。）１の概略を示す図である。三次元表示装置１は、表示部２と、第一の光源３と、第二の光源４と、制御装置５と、を備える。
【００１５】
本実施形態において、表示部２は、フォトクロミック材料を含んで一定の体積を占める物体である。表示部２は、フォトクロミック材料と、このフォトクロミック材料を分散又は溶解させて保持する媒体と、を少なくとも含んでいる。
【００１６】
本実施形態において、フォトクロミック材料とは、光の作用によって、例えば分子構造が変化し、光吸収や発光などの特性が可逆的に変化する材料をいう。また本実施形態においてフォトクロミック材料としては、限定されるわけではないが、異なる波長領域の光によって発色と消色が制御可能であるものが好ましく、より具体的には、紫外領域の光を受けることにより発色する一方、可視領域の光を受けることにより消色するものであることが好ましい。
【００１７】
フォトクロミック材料としては、上記の機能を有するものである限りにおいて限定されるわけではないが、例えば、いわゆる光の照射によって着色する状態に変化する一方、他の光の照射によって消色する状態に変化する化合物、いわゆるＰ型化合物であることが好ましく、例えばスピロピラン及びこの誘導体、ジアリールエテン及びこの誘導体、並びに、フルギド及びこの誘導体の少なくともいずれかを含むことが好ましい。
【００１８】
本表示装置１におけるフォトクロミック材料の注目すべき特性は、異なる領域の光具体的には紫外領域の光と可視領域の光を同時に照射したときに、２つの光の強度バランスによって色変化を制御できる点にある。具体的には、紫外領域の光を照射した場合は発色する一方、可視領域の光を照射すると消色する。そして、紫外領域の光と可視領域の光を同時に照射した場合は消色するよう調整する。つまり、二つの異なる波長領域の光、より具体的には紫外領域の光と可視領域の光の照射を入力とし、照射後の色状態の変化を出力とすることで、２入力１出力が実現できる。この具体的な制御方法については後述する。
【００１９】
本表示装置１において、表示部に含ませるフォトクロミック材料の量は、使用するフォトクロミック材料の種類、発色効率、所望の発色強度に基づき適宜調整可能である。フォトクロミック材料を含ませる量に応じて、発色強度を変えることができる。フォトクロミック材料の分散又は溶解の程度は、均一であることが立体画像を均一の発色効率で表示できるため好ましいが、表示に使われない角部や辺部、外面に近い部分がある場合は、当該部分を薄くしてもよい。
【００２０】
また、本実施形態において、表示部２は、光透過性樹脂にフォトクロミック材料を保持させたものであることが好ましい。このようにすることで、フォトクロミック材料を安定的に保持することが可能となる。ここで「光透過性樹脂」とは、表示部に入射される光の波長領域において透過性を備える、より具体的には入射した光の５０％以上を透過することのできる樹脂をいう。より具体的には、紫外領域の光と可視領域の光を表示部に入射させる場合、それぞれの領域における光の５０％以上を透過させることができるものであることが好ましい。
【００２１】
本実施形態において、表示部２の形状は、特に限定されないが、多面体であることが好ましく、具体的には立方体や直方体が好ましいが、デザインの観点から錐体であってもよく、更には球体等の曲面を有する形態であってもよい。
【００２２】
また、本実施形態において、表示部２の大きさも特に限定はされない。表示させたい立体画像の大きさや照射する光の強度などから適宜設計することができる。
【００２３】
最近は、量子ドットの脱有害物質化の研究も盛んに行われているが、量子ドットの現在の主流はカドミウムを基にしたものであり毒性が強い。対してフォトクロミック材料は安全性の高い物質を使用している。また、用途や特性、必要量が違うためあくまで参考ではあるが、量子ドット（ＮＮ−Ｌａｂｓ製）は３，２００，０００円／ｇであるのに対して、フォトクロミック材料（山田科学工業株式会社製）は１０，０００円／ｇ程度と量子ドットに比べて低額である。よって、安全性とコスト面において、フォトクロミック材料は優位性を有しているといえる。
【００２４】
本実施形態において、第一の光源３は、第一の領域の光を照射する光源である。ここで「第一の領域の光」とは、所定の波長領域の光であり、所定の面積をもって照射される光である。「第一」とは、上述及び下記のとおり他の領域の光と区別するために用いられる文言であり、この「第一」の文字そのものに技術的な意味は含まない。
【００２５】
本実施形態において、第一の領域の光の波長領域は、限定されるわけではないが、可視領域の光、具体的には３５０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲であって下記第二の領域の光と波長範囲が重複しない光であることが好ましい。可視領域の光の場合であって、フォトクロミック材料が当該可視領域で消色する材料であるとき、第一の領域の光が照射される範囲（面積）を、色を消色させておきたい範囲としておくことで、所望の表示を実現することができる。
【００２６】
一方、本実施形態において、第二の光源４は、第二の領域の光を照射する光源である。ここで「第二の領域の光」とは、所定の波長領域の光であって、所定の面積をもって照射される光である。「第二」とは、上記の「第一」の領域の光と区別するために用いられる文言であり、この「第二」の文字そのものに技術的な意味は含まれない。
【００２７】
また本実施形態において、第二の領域の光の波長領域は、限定されるわけではないが、紫外領域の光、より具体的には１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であって、上記第一の波長範囲と重複しない光であることが好ましい。紫外領域の光の場合であって、フォトクロミック材料が当該紫外領域の光によって発色するものであるとき、第二の領域の光が照射される範囲（面積）は、色を発色させておきたい範囲としておくことが好ましい。もちろん、使用するフォトクロミック材料に応じて、必要な領域の光を採用することができる。
【００２８】
具体的な光の照射方法については後述するが、第一の光源３及び第二の光源４が発する光は、上記のとおり平面状の光を発することができるだけでなく、この平面を複数の領域に分割して照射することができるものであることが好ましい。なお、この表示部２の形状が立方体や直方体である場合等は、この形状に合わせて、正方形又は長方形に分割することのできる光源であることが好ましく、より好ましくは一表示ラインに対応する程度の細い線状の光を照射できる構成、更には一つの画素となる領域に対応する程度の小面積の光を照射できる構成となっていることが好ましい。もちろん、本実施形態において、第一の光源３及び第二の光源４の大きさは、表示部２の形状や大きさ等に応じて、適宜設計することができる。
【００２９】
また本実施形態において、上記の光形状を構成するため、第一の光源３及び第二の光源４は、レーザー等小断面積の光を順次走査させて平面的にスキャンさせる光源であることとしてもよいが、例えば、液晶やディジタルミラーデバイスなど、光変調器（ＳＬＭ）によって、任意の光放出パターンを実現できるものであることや、所望の波長を発生させることのできる微小なＬＥＤをマトリクス状に多数配置したものであることもこのましい。またこの場合、照射する光のパターンを光変調器によって時間とともに変化させて、時系列的に表示する立体画像を切り替えていくことが好ましい。光のパターンを時間系列的に変化させることで、立体画像を動画化することが可能となる。
【００３０】
第一の光源３と第二の光源４との位置関係は、それぞれの照射する光が直交する位置関係が好ましいが、平行でなく交差する領域を形成することができれば、上記第二の領域の光の照射する領域、本来発色すべき領域（表示領域）において消色する領域（非表示領域）を形成することができる。
【００３１】
また本実施形態において、制御装置５は、限定されるわけではないが、具体的には、情報処理装置、いわゆるパーソナルコンピュータを用いて実現することができる。より具体的には、例えばＣＰＵ（中央演算装置）、メモリやハードディスク等の記録媒体等を備え、メモリやハードディスク等の記録装置に予め制御プログラム及び動画ファイルを記録させておき、制御プログラムを実行し、第一の光源３及び第二の光源４が照射する光のパターンや輝度などをコントロールし、制御装置として機能させ、予め記録した動画ファイルを再生させることができる。
【００３２】
本実施形態において、制御装置５によって第一の光源３及び第二の光源４が照射する第一の領域の光及び第二の領域の光のパターンや輝度などを制御することによって、表示部２の所望の場所にあるフォトクロミック材料を発色させて、立体画像を表示する。また、制御装置５によって、第一の光源３及び第二の光源４が照射する光のパターンや輝度などを時間経過によって変化させることで、表示部２に表示する立体画像を動画化することができる。
【００３３】
以上、本表示装置は、従来の光制御ボリュームディスプレイでは実現困難であった動画化を実現することができる。システムに必要なものは、フォトクロミック材料に加えて、光変調器、紫外・可視光源等のみであることから、非常に簡易に三次元動画像表示が可能である。
【００３４】
（三次元表示方法）
上記では本実施形態における三次元表示装置の構造について説明したが、ここでは、本表示装置を用いた三次元表示方法（以下「本方法」という。）について説明する。本方法を用いることで、立体画像を表示させ、更にこれらを時系列的に変化させて動画として表示することが可能となる。
【００３５】
まず、本方法は、フォトクロミック材料を含む表示部２に、第一の光源３によって、第一の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第一の領域の光を照射するとともに、第二の光源４によって、第二の方向から照射領域及び非照射領域に分けて第二の領域の光を照射する。
【００３６】
第一の方向と第二の方向は直交することが好ましいが、第一の領域の光と第二の領域の光が交差し、この交差した部分が一画素として特定の領域を形成することができる限りにおいて特に限定されるものではない。
【００３７】
図２、３は、本方法の概略を示す図である。本図では、説明の観点から、第一の領域の光が消色する領域を規定し、第二の領域の光が発色する領域を規定する。また第一の領域の光は、複数の線状に照射可能となっており、第二の領域の光は、縦横二次元的に複数の画素に細かく分割されて照射可能となっている。
【００３８】
図２において、（ａ）は、第二の光源から最も近い側の一ラインのみ第一の領域の光が照射されていない場合を、（ｂ）は、その途中の一ラインのみ第一の領域の光が照射していない場合を、（ｃ）は、第二の光源から最も遠い側の一ラインのみ第一の領域の光が照射されていない場合をそれぞれ側面から見た場合の例を示している。一方、図３（ａ）は図２（ａ）を正面から見た（第二の領域の光の進行方向に沿って表示部を見た）場合を、図３（ｂ）は図２（ｂ）の場合で表示部を正面から見た、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の場合で表示部を正面から見た場合のそれぞれを示している。
【００３９】
これらの図で示すように、それぞれ表示部は、（Ａ）紫外領域の光も可視領域の光も照射されない部分、（Ｂ）紫外領域の光のみ照射される部分、（Ｃ）可視領域の光のみ照射される部分（Ｄ）紫外領域の光も可視領域の光も照射される部分、に分類することができる。
【００４０】
（Ａ）紫外領域の光も可視領域の光も照射されない部分は、フォトクロミック材料のみが存在するものであり、これ自体は発色せず透明な状態を維持している。
【００４１】
次に、（Ｂ）紫外領域の光のみ照射される部分は、発色する。すなわち、この部分が発色領域となっている。第二の領域の光は上記のとおり、縦横二次元的に複数の画素に細かく分割されて照射可能となっており、選択された部分が画素となり、所望の画像を形成する。
【００４２】
（Ｃ）可視領域の光のみ照射される部分は、そのまま消色された状態を維持することができる。
【００４３】
（Ｄ）紫外領域の光も可視領域の光も照射される部分は、消色する構成となっている。この部分は、紫外領域の光が照射されたとしても発色しない。具体的に説明すると、第二の光は表示部内において直線的に進むため、たとえ一画素程度の断面について着色させているとしてもその正面側から背面側に光は進み、これらの表示部のフォトクロミック材料も着色させてしまうことになる。しかしながら、例えば図２（ａ）の例では第二の光源から最も近い側の一ライン以外第一の領域の光が照射されているため消色しており、結果的に一面のみ画像が形成されることになる。そしてこの第一の領域の光を時系列的に順次図２（ｂ）、（ｃ）の方向にずらした場合も同様にして、画像のスライスを構成することが可能となり、結果として立体的な画像を形成することができる。
【００４４】
更に、ここで、上記（ａ）〜（ｃ）にいたる時間を、人間の視覚特性における時間分解能よりも十分に短くすることで、この時間内に発色した画素は全て同時に発色しているように見える（時分割表示方法）。つまり、（ａ）から（ｃ）にいたるまでを１フレームとする三次元動画表示が可能になる。
【００４５】
従来、二次元面を高速に走査することによって三次元的な像を再生可能なボリュームディスプレイ方式はいくつか提案されているが、どれも物理的な運動による走査を必要とする。これに対して、本実施形態では、光を操作するため高速な走査を実現可能であり、よって、高精細化も可能である。
【００４６】
以上、本実施形態により、動画を表示することができる三次元表示装置を提供することができる。
【実施例】
【００４７】
ここで、実際にフォトクロミック材料を含んだ表示部を作製し、本発明の原理を実証するために実験を行った。この結果について、図４を用いて以下に説明する。
【００４８】
紫外領域及び可視領域において透過性を備えたポリジメチルシロキサンを含む樹脂（ダウコーニング社製、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４ＳｉｌｉｃｏｎｅＥｌａｓｔｏｍｅｒ）にフォトクロミック材料（山田化学工業社製、ジアリールエテン）をトルエンに溶解後混ぜ合わせて分散させ、固形化し、表示部として用いた。なおこの大きさは１ｃｍ×１ｃｍ×３ｃｍとした。
【００４９】
そして、この表示部に対し、紫外領域の光、可視領域の光を照射することによりこの表示の変化について確認を行った。（ａ）は、紫外領域の光のみ照射した様子を、（ｂ）は、紫外領域の光及び可視領域の光を同時に照射した様子を、また、（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、それぞれ異なる部分を着色した様子を、それぞれ示す。
【００５０】
図（ａ）が示すように、表示部の下側から紫外光を照射すると、表示部は赤く着色する。一方、図（ｂ）で示すように、紫外光を照射した状態で側面方向から可視光を照射すると、消色している様子が確認できる。この結果は、可視光が当たっていない部分のみ着色するということを示している。
【００５１】
一方で、図（ｃ）（ｄ）（ｅ）で示すように、可視光を照射しない場所を変化させたときの様子である。可視光が当たっていない部分のみ着色している様子が確認できる。
【００５２】
この実験は原理確認が目的であるため、紫外光を広く面状として照射しているが、任意の三次元像を表示するためには、この紫外領域の光のパターンを制御すればよい。この結果から、紫外光の照射方面から見たときに、奥行き方向の任意の深さだけを着色させることが可能であることが確認できた。
【００５３】
以上、本実施例により、フォトクロミック材料を含んだ表示部に対し異なる波長領域の光を照射する、具体的には紫外領域の光と可視領域の光を照射することで任意の奥行き部分を発色させる三次元表示装置を実現できることを確認した。すなわち、光源の発光パターンを制御する制御装置を組み合わせることで、立体画像を表示する三次元表示装置を実現することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は三次元表示装置及びそれを用いた三次元表示装置として産業上の利用可能性がある。
【図１】
2017191255.tif 000003
【図２】
2017191255.tif 000004
【図３】
2017191255.tif 000005
【図４】
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