JP2008268694A - ３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、前後、左右、上下から自由に観察できる３次元画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明の３次元画像表示装置は、液体が満たされた密閉容器１と、この密閉容器１内の液体に表示する映像に対応した３次元形状の気泡群１０１を加熱沸騰させて発生させる気泡発生装置２と、この気泡群１０１に映像を投影する可視光投影機３と、を備え、映像光を気泡に拡散させて３次元映像２００を表示する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、３次元画像表示装置に関する。

医療分野による画像診断や手術のシミュレーション、建築分野、車、電化製品等の設計におけるＣＡＤ装置、航空管制における航空機の位置表示、科学技術計算における分子構造の表示など、多くの分野で３次元情報が取り扱われている。これらの装置に付属するＣＲＴや液晶表示等の表示装置は、２次元映像しか表示できない。このため、遠近法などを利用した疑似３次元方式が一般的な表示法として用いられている。しかしながら、上記の３次元情報を十分に表示することはできておらず、前後、左右、上下から自由に観察できる３次元画像表示装置が望まれている。

従来、３次元表示に用いられてきた方法は、殆どが両眼視差を用いて実現したものであり、不自然さや疲労感を伴っていた。

また、球体状の水膜スクリーンを形成し、水膜スクリーンに地球儀をコンピュータグラフィックス映像として提示させて、観察者に地球儀として認識させるものが知られている（特許文献１参照）。

また、水槽に気泡群を発生させ、この気泡群をスクリーンとして用い、映像投射して水中に映像を映し出す装置が知られている（特許文献２）。
特開平１０−１４８７８８号公報 特開平０８−３６２２３号公報

上記した特許文献１に記載のものは、地球儀のように、球体状のものを立体的に表示させることはできるが、表示させる対象が球体以外のものに変化する場合には、対応できない。また、特許文献２のものは、水槽内に映像を表示することはできるが、映像はあくまでも２次元表示であり、３次元表示はできなかった。

この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、前後、左右、上下から自由に観察できる３次元画像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の３次元画像表示装置は、液体が満たされた密閉容器と、この密閉容器内の液体に３次元状態の気泡群を発生させる気泡発生手段と、この気泡群に映像を投影する投影手段と、を備え、映像光を気泡に拡散させて３次元映像を表示することを特徴とする。

前記気泡発生手段は、加熱沸騰により気泡を発生させることを特徴とする。

また、前記気泡群は、表示する映像に対応した３次元形状に形成されることを特徴とする。

また、この発明は、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整手段が設けられ、前記圧力調整手段により、密閉容器内の液体を沸騰寸前に調整すると共に発生した気泡を消去するように調整するように構成することができる。

また、前記気泡発生手段は、レーザ光を照射し、前記密閉容器の所定位置にレーザ光を集光させることを特徴とする。

そして、前記気泡発生手段は、レーザ発生器と、このレーザ発生器からの光を映像信号に対応してオン・オフするマイクロミラーを多数設けたデジタル・マイクロミラー・デバイスと、このデジタル・マイクロミラー・デバイスで反射されたレーザ光を３次元の映像情報に基づいて密閉容器内に集光させる位置を変化させる集光手段と、を備えて構成できる。

また、前記集光手段は、画素数に対応した複数の可変焦点レンズで構成すればよい。

また、前記気泡発生手段は、密閉容器内に３次元状に配置された複数の抵抗素子で構成することができる。

この発明は、表示映像に対応して形成された３次元形状の気泡群に映像が表示される。従って、密閉容器内に３次元形状の立体像が表示され、密閉容器をどの方向から観察しても立体像を観察することができる。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図１は、この発明にかかる３次元画像表示装置の概念を示す模式図である。図１に示すように、この発明の３次元画像表示装置は、密閉容器１内に液体、例えば、水を満たしておき、気泡発生装置２により、密閉容器１内に表示する映像に対応した気泡を水中に発生させる。この気泡発生装置２は、気泡の発生位置を３次元的に制御し、映像に対応する気泡を発生するものである。この発明においては、この気泡の発生を密閉容器１内に収容した水の任意の点に熱を加え、その部分の水を加熱して気泡を発生させる。後述するように、この気泡発生装置２は、レーザ光を用い、光学系を用いて集光させて熱を加えたり、あるいは、密閉容器に発熱抵抗体を３次元状に配列し、該当する位置の発熱抵抗体を発熱させて、所定の位置に気泡を発生させるものである。

この発明の実施形態においては、気泡発生の制御を容易に行うために、圧力制御装置６により、密閉容器１内の水を沸騰寸前まで制御している。そして、表示する映像に対応した３次元形状の複数の点の位置を加熱し、熱を加えた部分を沸騰させ、３次元状態の気泡群１０１を生成する。表示する映像が、球状の場合には、球状の気泡群１０１を生成し、矩形状の場合には矩形状の気泡群１０１を生成するものである。

圧力制御装置６は、水で満たされた容器内の圧力を沸騰する寸前に制御するもので、水温に対応して制御する。このため、圧力制御装置６は、温度センサを備え、温度センサの出力に基づき密閉容器１内の圧力を制御する。例えば、温度センサにより水温が４０℃と判断されると、圧力を０．０７気圧になるように制御する。

発生された気泡群１０１に、可視光投影機３より、映像光を投射する。水中に可視光の映像光を投射すると、気泡のない部分は光が透過し、気泡のある部分は光が拡散し、気泡群１０１に映像２００が表示されることになる。

この表示された映像２００は、表示映像に対応して形成された３次元形状の気泡群１０１に表示される。従って、密閉容器１内に３次元形状の立体像が表示される。密閉容器１をどの方向から観察しても立体像を観察することができる。見る角度によって映像は見え方が異なる任意視点の映像表示装置となる。

気泡の消去は、圧力を変化させることにより行う、例えば、振動板６１を容器１内に配設し、振動板６１の駆動による圧力変化により、気泡を消去させることができる。振動板６１の駆動は圧力制御装置６により制御する。

動画を表示する場合には、人の視覚の時間分解能より速い周波数、例えば、５０ｈｚの周波数で振動板６１を駆動し、気泡群の発生、消去を５０ｈｚの周波数で制御する。気泡の発生消去に合わせて可視光投影機３からの映像を切り替えれば、立体像の動画を表示することができる。なお、水中での圧力変化の伝達速度（音速）は、１５００ｍ／秒であるので、１ｍ四方のディスプレイで１５００／２ｈｚ迄は原理的には気泡の発生、消去が行える。

また、上記した気泡群の１つの気泡が表示装置の１画素に対応することになる。気泡の大きさは小さいほど解像度を上げることができる。気泡としては、マイクロバブル（直径１／１００ｍｍ程度）からマイクロナノバブル（直径数百ｎｍから１／１００ｍｍ）の気泡を発生させるように制御する。このようなマイクロバブル、マイクロナノバブルの小さな気泡は、浮上速度は非常にゆっくりしており、圧力を制御しない場合には、１ｃｍ浮上するのに１分以上かかる。気泡群の発生、消去を５０ｈｚの周波数で制御し、気泡の発生／消去に合わせて可視光投影機３からの映像を表示する場合には、気泡は、人間の視覚では、止まった状態と認識され、気泡群１００は、所定の位置に止まった状態で認識される。

次に、この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

この実施形態は、例えば、密閉容器１内に表示する立体映像は、Ｘ（横）軸１２００画素、Ｙ軸（高さ）８００画素、Ｚ軸（奥行き）１００段階とする。そして、Ｘ軸は８０ｃｍ、Ｙ軸は４５ｃｍ、Ｚ軸は３０ｃｍとする。密閉容器１内には、透明な水が満たされている。この密閉容器１内のＸ×Ｙ×Ｚ（１２００×８００×１００）の任意の点に表示映像に対応する気泡を発生させる。そして、毎秒５０枚の３次元（立体）画像を表示することで、動画を表示することができる。

図２は、レーザ光を光学系を用いて集光させて熱を加えることにより、気泡発生を行う気泡発生装置の概略構成を示す模式図である。

図２に示すように、この実施形態における気泡発生装置は、平面レーザ発生器２１、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤという。）２２、投射レンズ２３、集光器２４を備える。

図３に示すように、平面レーザ発生器２１は、レーザ発生器２１０から出射されるビームをレンズ系２１１で、ＤＭＤ２２のサイズと等しいかそれより大きな平面サイズ５０以上のビーム径に拡大する。この平面レーザ発生器２１からレーザビームが定常的に発生される。このレーザは、水に対する吸収係数が０．１〜０．０１である波長８００ｎｍ〜９００ｎｍを用いている。

ＤＭＤ２２は、ＤＭＤ駆動回路２２０により駆動される。ＤＭＤ２２は、画素数に等しい数のマイクロミラーで構成され、この実施形態では、１２００×８００のマイクロミラーを有する。個々のマイクロミラーは、それぞれ特定の（Ｘ、Ｙ）画素を担当する。ＤＭＤ駆動回路２２０により、表示する映像の各画素に対応したレーザ光を投射レンズ２３に向けて反射（ＯＮ）させ、表示しない領域の光は、投射レンズ２３以外に向かうように反射（ＯＦＦ）するよう制御される。ＤＭＤ２２は、多数のマイクロミラーが平面に配列され、マイクロミラーを傾斜させて画素毎の光の反射の方向を切り替えることにより、画素のＯＮ／ＯＦＦ（オン・オフ）が制御される。

ＤＭＤ駆動回路２２０は、表示する映像信号によりＤＭＤ２２の各マイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御する。この実施形態は、５０００分の１秒単位でＯＮ／ＯＦＦ制御される。この発明に用いるＤＭＤ２２が反射する電磁波は、可視光線ではなく、レーザ光の波長である。レーザ発生器２１のレーザ発生の時間的な制御が難しい場合でも、ＤＭＤ２２により、レーザ光の反射を制御することができる。

投射レンズ２３は、ＤＭＤ２２から得られた映像に対応したレーザ光で構成された２次元平面の光を密閉容器１内に表示する映像の大きさに対応するＸＹ平面サイズ５１の大きさに拡大して集光器２４に与える。この実施形態においては、Ｘ軸は８０ｃｍ、Ｙ軸は４５ｃｍの大きさの平面サイズ５１に拡大される。このサイズ５１内に、映像に対応した１２００×８００ドットのレーザ光がＤＭＤ２２の各マイクロミラーから与えられる。

集光器２４は、ＤＭＤ２２、投射レンズ２３を経て与えられたレーザ光が密閉容器１内に集光するＺ軸方向の位置を変化させるものである。この実施形態においては、Ｚ軸方向が３０ｃｍであり、密閉容器１内で集光される位置が集光器２４により、Ｚ軸方向で３０ｃｍの範囲で調整される。この集光器２４は、表示画素に対応してＺ軸方向への集光位置を変化させるもので、レンズの焦点を変化させるものや異なる焦点距離のレンズを用いて集光位置を変えるように構成することができる。

この実施形態においては、画素数に等しい数、即ち、１２００×８００個の可変焦点レンズからなる可変焦点レンズ群を備える。可変焦点レンズ（凸レンズ）群は、Ｘ軸が８０ｃｍ、Ｙ軸が４５ｃｍの大きさの平面サイズ５１に対応して設けられている。そして、この集光器２４を構成する可変焦点レンズ群は、表示する映像信号から算出した各画素のＺ方向のデータに基づき、レンズ駆動回路２４０にて、各画素に対応する可変焦点レンズの焦点距離を変化させる。この可変焦点レンズにより設定された各焦点に対応して密閉容器１内に、表示する映像に対応した３次元の位置にレーザ光が集光され、その集光位置における水が沸騰し、気泡が発生する。

次に、各構成要素について、図面を参照してさらに説明する。図３は、レーザ発生器２１の構成を示す説明図である。

この実施形態に用いるレーザ発生器２１は、一般的なレーザ発生器２１０から出射されるレーザビームをレンズ系２１１で拡大した平行ビームとして出射される。このレンズ系２１１では、ＤＭＤ２２のマイクロミラーが設けられた領域より大きい平面サイズ５０を含む大きさのビーム径に拡大される。

この実施形態に用いられる集光器２４について、図４に従い説明する。図４は、集光器２４の構成を示す説明図である。図４に示すように、この実施形態においては、即ち、１２００×８００個の可変焦点レンズ（凸レンズ）２４_１〜２４_ｎをＸ軸は８０ｃｍ、Ｙ軸は４５ｃｍの大きさの平面サイズ５１に対応してマトリクス状に配置されている。可変焦点レンズは、焦点距離を電気的に変化させ、集光する位置を決定する。可変焦点レンズ２４_１〜２４_ｎは、ＤＭＤ２２、投射レンズ２３を経て与えられる各画素に対応するレーザ光を所定のＺ方向の距離で集光させるものである。映像信号に基づき算出した各画素のＺ方向の値に基づき、レンズ駆動回路２４０が可変焦点レンズの焦点距離を電気的に変化させる。この実施形態においては、Ｚ方向は３０ｃｍであり、Ｚ方向を１００段階の焦点距離で変化させるように構成している。図４の例で示すように、可変焦点レンズ２４_１は、焦点距離が長くなるように制御され、集光位置（ｆ）はレーザ光が入射する密閉容器１の奥側になっている。可変焦点レンズ２４_２は、焦点距離が短くなるように制御され、集光位置（ｆ）はレーザ光が入射する密閉容器１の手前側になっている。密閉容器１内のレーザ光の集光位置で気泡が発生する。

なお、気泡を発生させない場合には、ＤＭＤ２２の駆動により、集光器２４には、レーザ光が与えられない。

可変焦点レンズとしては、例えば、液晶レンズを用いることができる。但し、可変焦点レンズは液晶レンズに限らず、２枚の弾力性を持った透明な板や膜で、透明な液体やゲル状物質を挟み、その周囲を変形可能な材質で接合し内部を密閉し、周囲を変化させて内圧により透明な板または膜を変形させて焦点を変化させる構造のものなども用いることができる。

図４に示したものは、可変焦点レンズを用いて集光器２４を構成したが、レンズ位置を変化させてレーザ光の集光位置を変化させるように構成できる。図５は、レンズの位置を変化させて集光器２４を構成した例を示す説明図である。

図５に示すように、この実施形態においては、即ち、１２００×８００個の凸レンズ２４ａをＸ軸は８０ｃｍ、Ｙ軸は４５ｃｍの大きさの平面サイズ５１に対応してマトリクス状に配置されている。凸レンズ２４ａは、Ｚ軸方向に対して高速移動が可能に構成され、凸レンズ２４ａの移動位置で集光する位置を決定する。凸レンズ２４ａは、ＤＭＤ２２、投射レンズ２３を経て与えられる各画素に対応するレーザ光を所定のＺ方向の距離で集光させるためにＺ方向に移動するものである。映像信号に基づき算出した各画素のＺ方向の値に基づき、レンズ駆動回路２３が凸レンズ２４ａの移動距離を変化させる。この実施形態においては、Ｚ方向は３０ｃｍであり、Ｚ方向を１００段階の焦点距離で変化させるように構成している。

この凸レンズ２４ａは、１つの凸レンズで構成したものや、主レンズの前の付加レンズを設け、付加レンズを移動させるもの等がある。凸レンズ２４ａの移動位置に対応して、集光位置（ｆ）が変化し、密閉容器１内のレーザ光の集光位置で気泡が発生する。

また、集光器２４の他の構成としては、焦点距離が異なるレンズを用意する。そして、焦点距離が同じレンズ同士を例えばＹ方向の画素数より多く用意して列状に配置してレンズ群を構成する。焦点距離が違うレンズ群を用意し、例えば、円状に配置し、これらレンズ群を回転させ、各画素において、所望の焦点距離の位置のところに該当するレンズが到達したときに、ＤＭＤ２２を制御して、レーザビームを照射するようにすれば、焦点距離に対応した集光位置（ｆ）で密閉容器１内で気泡が発生する。

次に、上記した気泡発生装置を用いた３次元画像表示装置の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、この発明にかかる３次元画像表示装置の実施形態を示す模式図、図７は、この発明にかかる３次元画像表示装置の実施形態の構成を示すブロック図である。

図６に示すように、レーザ発生器からのレーザ光をＤＭＤ２２により、表示する画素に対応して反射方向が制御され、表示させる映像に該当する画素に対応したレーザ光２５０を投射レンズ２３方向へ導く。投射レンズ２３とＤＭＤ２２との間には、背面からのレーザ光２５０は透過させ、正面からの可視光３１は反射するハーフミラー８が配置されている。ＤＭＤ２２で反射したレーザ光２５０は、ハーフミラー８を透過し、投射レンズ２３に与えられる。

ＤＭＤ２２から得られた映像に対応したレーザ光２５０で構成された２次元平面の光を投射レンズ２３が密閉容器１内に表示する映像の大きさであるＸＹ平面サイズ５１の大きさに拡大する。そして、拡大されたレーザ光が集光器２４に与えられる。

集光器２４では、各画素に対応するレーザ光を所定のＺ方向の距離で集光させる。映像信号に基づき算出した各画素のＺ方向の値に基づき、焦点距離を変化させ、集光器２４により各画素のＺ方向の値に対応して、密閉容器１内の所定のＸ、Ｙ、Ｚ位置でレーザ光が集光される。密閉容器１内に満たされていた水は集光した位置のレーザ光で加熱され、気泡が発生する。

ＤＭＤ２２及び集光器２４により、気泡の発生位置が３次元的に制御され、映像に対応する気泡が密閉容器１内に形成される。この気泡は、表示する映像の３次元形状に対応し、球状の場合には、球状の気泡群を生成し、矩形状の場合には矩形状の気泡群が生成される。

発生された気泡群１０１に、可視光投影機３より、映像光を投射する。可視光投影機３は、光を変調する液晶パネルあるいはＤＭＤ等を備え、光源からの光を映像信号に基づき変調し、その映像光３１を出力する。この映像光３１は、ハーフミラー８で反射され、投射レンズ２３に与えられる。この実施形態においては、ＤＭＤ２２からのレーザ光２５０が与えられる投射レンズ２３、集光器２４と同じ経路を、可視光投影機３からの映像光３１が通る。ＤＭＤ２２のＸＹ平面サイズと可視光投影機３から出力されるＸＹ平面サイズは同じ大きさに制御されている。そして、レーザ光２５０と映像光３１は、重なって、投射レンズ２３、集光器２４に与えられる。映像光３１は、映像データに対応して形成された気泡に投影されることになる。水中に可視光の映像光３１を投射すると、気泡のない部分は光が透過し、気泡のある部分は光が拡散し、気泡群１０１に映像２００が表示されることになる。

この表示された映像２００は、表示映像に対応して形成された３次元形状の気泡群１０１に表示される。従って、容器内に３次元形状の立体像が表示される。密閉容器１をどの方向から観察しても立体像を観察することができる。

映像の消去は、気泡を消去することにより行う。気泡の消去は、圧力を変化させることにより行う、振動板６１を容器１内に配設し、圧力制御装置６の振動板６１の駆動による圧力変化により、気泡を消去させる。動画を表示する場合には、人の視覚の時間分解能より速い周波数で振動板６１を駆動し、気泡群の発生、消去を５０ｈｚの周波数で制御する。気泡の発生消去に合わせて可視光投影機３からの映像を切り替え、立体像の動画を表示する。

次に、この実施形態の３次元画像表示装置を駆動する回路構成とその動作について、図７に従い説明する。

３Ｄ立体カメラなどにより得られた３次元位置とその画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とで構成される３次元映像信号がＡＤ変換回路１０に与えられる。ＡＤ変換回路１０に入力された３次元位置と画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号は、ここでデジタル信号に変換されて画像処理回路１１に出力される。この画像処理回路１１では、送られてきたデジタル映像信号に補正処理が施され、可視光投影機３とデータ変換回路１２に映像信号が与えられる。また、画像処理回路１１では、３次元位置のデータと各画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号を出力する。可視光投影機３には、各画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号からなる２次元映像信号が与えられ、データ変換回路１２には、各画素位置と３次元位置データが与えられる。

データ変換回路１２は、与えられた３次元位置データに基づき、各画素毎のＺ値と、ＤＭＤ２２の各画素に対応したＯＮ／ＯＦＦ信号に変換し、内部のフレームメモリに格納する。ＯＮ／ＯＦＦ信号はデータ変換回路１２のフレームメモリに格納され、フレームメモリ毎にＤＭＤ駆動回路２２０に送られる。ＤＭＤ駆動回路２２０は、送られてきたＯＮ／ＯＦＦの２値信号に基づきＤＭＤ２２の各画素に対応して設けられたマイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦする。

ＤＭＤ２２には、レーザ装置２１からのレーザ光が与えられ、マイクロミラーのＯＮ／ＯＦＦに従い、ＯＮしたマイクロミラーの画素のレーザ光がハーフミラー８、投射レンズ２３を経て集光器２４としての可変焦点レンズ群に与えられる。

また、各画素毎のＺ値はレンズ駆動回路２４０に与えられ、レンズ駆動回路２４０内のメモリに格納される。そして、ＤＭＤ駆動回路２２０の駆動に同期して、レンズ駆動回路２４０は、集光器２４としての可変焦点レンズ群の各画素に対応する可変焦点レンズの焦点距離をＺ値に応じて変化させる。ＤＭＤ２２から与えられるレーザ光が各画素のＺ方向の値に対応して、密閉容器１内の所定のＸ、Ｙ、Ｚ位置でレーザ光が集光される。

可視光投影機３は、画像処理回路１１より与えられた２次元映像信号により、映像光を投射する。この映像光は、ハーフミラー８で反射され、投射レンズ２３に与えられる。ＤＭＤ２２からのレーザ光が与えられる投射レンズ２３、集光器２４と同じ経路を、可視光投影機３からの映像光が通り、映像データに対応して形成された気泡に投影される。水中に可視光の映像光が投射されると、気泡のない部分は光が透過し、気泡のある部分は光が拡散し、生成された気泡群に映像２００が表示される。圧力制御装置５により、気泡群の発生、消去を５０ｈｚの周波数で制御する。気泡の発生消去に合わせて可視光投影機３からの映像を切り替え、立体像の動画を表示する。

尚、上記した実施形態においては、レーザ装置２１からのレーザ光をＤＭＤ２２を用いて、密閉容器１内に映像に対応する気泡群を形成している。密閉容器１内の所定の位置にレーザ光を与える方法としては、ＤＭＤを用いずに、ポリゴンミラーを用いて、レーザ光を走査する方法を用いることもできる。

また、３次元映像データとして、コンピュータグラフィック（ＣＧ）で作成したデータを用いる場合には、画像処理回路１１にＣＧで作成したデジタルの（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号を与え、データ変換回路１２に画素毎のＺ値を入力するように構成する。そして、可視光投影機３には、画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号からなる２次元映像信号を与え、データ変換回路１２は、各画素毎のＺ値と、ＤＭＤ２２の各画素に対応したＯＮ／ＯＦＦ信号に変換し、内部のフレームメモリに格納するように構成すればよい。

また、上記実施形態においては、可視光投影機３からの映像光をＤＭＤ２２からのレーザ光と重なり合って密閉容器１に与えているが、ＤＭＤ２２からの光路とは異なる方向から密閉容器１内の気泡群１０１に映像光を投影するように構成しても良い。

次に、この発明の他の実施形態につき、図８ないし図１０を参照して説明する。上記した実施形態は、気泡の発生をレーザ光を集光することで行っているのに対し、図８ないし図１０に示す実施形態においては、抵抗加熱により気泡を発生するように構成したものである。

図８に示すように、密閉容器１内に複数の抵抗体７…をマトリクス状に配置して発熱抵抗群７０設けている。抵抗体７…はＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の透明電極で接続されている。抵抗体７は、抵抗体駆動装置７００により、アクティブマトリクス駆動される。抵抗体７…は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性透明膜に、Ｘ軸は８０ｃｍ、Ｙ軸は４５ｃｍの大きさの平面サイズに、１２００×８００個配置される。そして、各抵抗体７が薄膜トランジスタを介してＸ線、Ｙ線となる透明電極に接続されてアレイ基板を構成している。このアレイ基板をＺ軸方向に１００個用意して、Ｘ，Ｙ、Ｚの立体映像に対応する複数の抵抗体７…からなる発熱抵抗群７０が密閉容器１内に配置される。

アレイ基板は、図９に示すように、Ｘドライバー回路７０１、Ｙドライバー回路７０２がＸ線、Ｙ線にそれぞれ接続され、図示しない薄膜トランジスタをＸドライバー回路７０１、Ｙドライバー回路７０２に入力される制御信号により、ＯＮ／ＯＦＦ制御し、抵抗体７への導通を制御する。

抵抗体駆動装置７００は、Ｚ軸方向に並べたアレイ基板のなかから対応するＺ軸のアレイ基板の対応する画素（Ｘ，Ｙ）の薄膜トランジスタをＯＮさせて、その抵抗体７の前にある水を加熱して気泡を発生させる。

この抵抗体駆動装置７００を表示映像に対応して駆動して３次元形状の気泡群を密閉容器１内に形成する。可視光投影機３から映像光を投射して、密閉容器１内に３次元形状の立体像を表示する。

映像の消去は、気泡を消去することにより行う。気泡の消去は、圧力を変化させることにより行う、振動板６１を容器１内に配設し、圧力制御装置６の振動板６１の駆動による圧力変化により、気泡を消去させる。

次に、この実施形態の３次元画像表示装置を駆動する回路構成とその動作について、図１０に従い説明する。

３次元位置とその画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とで構成される３次元映像信号がＡＤ変換回路１０に与えられる。ＡＤ変換回路１０に入力された３次元位置と画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号は、ここでデジタル信号に変換されて画像処理回路１１に出力される。この画像処理回路１１では、送られてきたデジタル映像信号に補正処理が施され、可視光投影機３とデータ変換回路１２に映像信号が与えられる。また、画像処理回路１１では、３次元位置のデータと各画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号を出力する。可視光投影機３には、各画素の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号からなる２次元映像信号が与えられ、データ変換回路１２には、各画素位置と３次元位置データが与えられる。

データ変換回路１２は、各画素位置と３次元位置データに基づき、各画素毎のＺ値と、各画素に対応したＸ、Ｙの制御信号を作成し、抵抗体駆動装置７００に送る。抵抗体駆動装置７００は、送られてきたＺ値と、各画素に対応したＸ、Ｙの制御信号に基づき発熱抵抗体群７０を駆動し、密閉容器１内の所定のＸ、Ｙ、Ｚ位置で抵抗体７が発熱し、気泡が発生する。

可視光投影機３は、画像処理回路１１より与えられた２次元映像信号により、映像光を投射する。この映像光は、ミラー９で反射され、投射レンズ２３に与えられる。可視光投影機３からの映像光が映像データに対応して形成された気泡に投影される。水中に可視光の映像光が投射されると、気泡のない部分は光が透過し、気泡のある部分は光が拡散し、生成された気泡群に映像２００が表示される。圧力制御装置６により、気泡群の発生、消去を５０ｈｚの周波数で制御する。気泡の発生消去に合わせて可視光投影機３からの映像を切り替え、立体像の動画を表示する。

上記した各実施形態においては、密閉容器１内には、水を満たしていたが、密閉容器１内に満たす液体は水に限らず、エタノールなどの透明液体を用いても良い。また、上記した各実施形態においては、動画を表示する場合につき説明したが、静止画を表示するものにおいてもこの発明は適用できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明にかかる３次元画像表示装置の概念を示す模式図である。 この発明に用いられる気泡発生装置を示し、レーザ光を光学系を用いて集光させて熱を加えることにより、気泡発生を行う気泡発生装置の概略構成を示す模式図である。 この発明に用いられるレーザ発生器を示す説明図である。 この発明に用いられる集光器を示す説明図である。 この発明に用いられる集光器を示す説明図である。 この発明にかかる３次元画像表示装置の実施形態を示す模式図である。 この発明にかかる３次元画像表示装置の実施形態の構成を示すブロック図である。 この発明に用いられる気泡発生装置を示し、抵抗加熱により熱を加えることにより、気泡発生を行う気泡発生装置の概略構成を示す模式図である。 この発明に用いられる気泡発生装置を示し、抵抗加熱により熱を加えることにより、気泡発生を行う気泡発生装置の概略構成を示す模式図である。 この発明にかかる３次元画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 密閉容器、２ 気泡発生装置、３ 可視光投影機、６ 圧力制御装置、１０１ 気泡群、２００ 表示映像。

Claims (8)

1. 液体が満たされた密閉容器と、この密閉容器内の液体に３次元状態の気泡群を発生させる気泡発生手段と、この気泡群に映像を投影する投影手段と、を備え、映像光を気泡に拡散させて３次元映像を表示することを特徴とする３次元画像表示装置。
2. 前記気泡発生手段は、加熱沸騰により気泡を発生させることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。
3. 前記気泡群は、表示する映像に対応した３次元形状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元画像表示装置。
4. 前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整手段が設けられ、前記圧力調整手段により、密閉容器内の液体を沸騰寸前に調整すると共に発生した気泡を消去するように調整することを特徴とする請求項２に記載の３次元画像表示装置。
5. 前記気泡発生手段は、レーザ光を照射し、前記密閉容器の所定位置にレーザ光を集光させることを特徴とする請求項２に記載の３次元画像表示装置。
6. 前記気泡発生手段は、レーザ発生器と、このレーザ発生器からの光を映像信号に対応してオン・オフするマイクロミラーを多数設けたデジタル・マイクロミラー・デバイスと、このデジタル・マイクロミラー・デバイスで反射されたレーザ光を３次元の映像情報に基づいて密閉容器内に集光させる位置を変化させる集光手段と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の３次元画像表示装置。
7. 前記集光手段は、画素数に対応した複数の可変焦点レンズで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の３次元画像表示装置。
8. 前記気泡発生手段は、密閉容器内に３次元状に配置された複数の抵抗素子からなることを特徴とする請求項２に記載の３次元画像表示装置。

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