JP2009186654A - 三次元画像描画方法及び三次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーの小さなレーザ光源を用いてプラズマを発光させ、中空に立体カラー画像を描くことができる三次元画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の三次元画像表示装置は、赤色と緑色と青色とのうちの少なくとも一色のレーザビームを出射するレーザ光源３と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体２が封入された透明容器と１、液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに時系列的にプラズマ発光輝点２ａ’を生成するためにレーザ光源３の発光タイミングを制御する制御手段４と、各描画予定箇所２ａに存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点２ａ’を起点とするレーザビームＲＰの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために一色のレーザビームを描画予定箇所２ａに集光させる光学系５と、各描画予定箇所２ａにレーザビームＲＰの集光位置が位置するようにレーザビームＲＰを走査する走査手段７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ発光を利用して中空にカラー画像を立体的に描画する三次元画像描画方法及びプラズマ発光を利用して中空にカラー画像を立体的に表示する三次元画像表示装置に関する。

従来から、プラズマ発光を利用して中空にカラー画像を立体的に表示する三次元画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、非線形光学効果により波長変換を行う線形光学材料からなる微粒子が浮遊している気体のエアロゾル又は液体若しくは固体のコロイド分散体に対して赤外レーザ光を照射し、微粒子の波長変換作用によって発生した可視光の散乱により、立体画像を描く三次元画像表示装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

更に、気体をブレークダウンさせるレーザ光の閾値を低減させるために、微粒子を気体に混在させる方法が知られている（例えば、非特許文献３参照。）。

更に、非線形光学効果を用いたアップコンバージョン法により固体中にフルカラー描画を行う３次元ディスプレイ装置が知られている。このものでは、描画スクリーンを特殊な方法で作成するため、そのスクリーンのサイズが高々１センチメートル程度である（例えば、非特許文献４参照）。

更に、水中でのブレークダウンを用いた3次元ディスプレイ装置も知られている（例えば、非特許文献５参照）。このものでは、通常の水道水を用い、閾値低減は十分ではなく、カラー化に外付けしたカラー液晶画面を用いている。

また、更に、食塩水中で、ブレークダウン閾値を低減できることも知られている（例えば、非特許文献６参照）。このものは、3次元ディスプレイ装置については、開示も示唆もされていない。
特開２００３−２３３３３９号公報 特開２００３−２８７７１１号公報 1 March 1988 / Vol.27,No.5 / APPLIED OPTICS 30 August 1996/Vol.273,p1185/Science 25 July 2007/Vol.4,No.14,p430/ELEX 愛知工業大学研究報告Vol/38.・B,p69（平成15年3月19日発行）

ところで、実用化の観点からすると、パワーの小さなレーザ光源を用いてプラズマを発光させ、中空に立体カラー画像を描くことができるようにすることが望ましい。また、人体に対する安全性を考慮する必要もある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、パワーの小さなレーザ光源を用いてプラズマを発光させ、中空に立体カラー画像を描くことができる三次元画像描画方法及び三次元画像表示装置を提供することにある。

請求項１に記載の三次元描画方法は、透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に一色のレーザビームを集光させて各描画予定箇所毎にプラズマ発光輝点を生成すると共に、該一色のレーザビームのみにより生成されたプラズマ発光輝点に起因する前記一色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする。

請求項２に記載の三次元描画方法は、透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所毎に前記三色のレーザビームのいずれか一色のレーザビームによりプラズマ発光輝点を生成すると共に、該一色のレーザビームのみにより生成されたプラズマ発光輝点に起因する前記一色のレーザビームの前方散乱現象と残りの二色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする。

請求項３に記載の三次元描画方法は、透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所毎に前記三色のレーザビームのうちの二色のレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成すると共に、該二色のレーザビームの協働により生成されたプラズマ発光輝点に起因する二色のレーザビームの前方散乱現象と残りの一色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする。

請求項４に記載の三次元描画方法は、透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所毎に前記三色のレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成すると共に、該三色のレーザビームの協働により生成されたプラズマ発光輝点に起因する三色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする。

請求項５に記載の三次元描画方法は、透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に不可視レーザビームを集光させて各描画予定箇所毎にプラズマ発光輝点を生成すると共に、前記プラズマ発光輝点に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて、前記プラズマ発光輝点に起因する前記三色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする。

請求項６に記載の三次元画像表示装置は、赤色と緑色と青色とのうちの少なくとも一色のレーザビームを出射するレーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的にプラズマ発光輝点を生成するために前記レーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記一色のレーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項７に記載の三次元画像表示装置は、赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記各レーザ光源のうちの１個のレーザ光源から出射されたレーザビームによりプラズマ発光輝点を生成するために該１個のレーザ光源の発光タイミングを制御すると共に該１個のレーザ光源の発光タイミングに同期して残りの２個のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記各レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項８に記載の三次元画像表示装置は、赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記各レーザ光源のうちの２個のレーザ光源から出射されたレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成するために該２個のレーザ光源の発光タイミングを制御すると共に該２個のレーザ光源の発光タイミングに同期して残りの１個のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項９に記載の三次元画像表示装置は、赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記各レーザ光源から出射されたレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成するために該各レーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記各レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項１０に記載の三次元画像表示装置は、赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、不可視レーザビームを出射する不可視レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記不可視レーザ光源から出射された不可視レーザビームによりプラズマ発光輝点を生成するために前記不可視レーザ光源の発光タイミングを制御すると共に該不可視レーザ光源の発光タイミングに同期して前記赤色レーザ光源と前記緑色レーザ光源と前記青色レーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させるために前記不可視レーザビームを集光させると共にプラズマ発光輝点を起点とする赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項１１に記載の三次元画像表示装置は、前記不可視レーザビームが赤外レーザビーム又は紫外レーザビームであることを特徴とする。

請求項１２に記載の三次元画像表示装置は、前記光学系は光路合成ミラーと集光レンズとを有し、前記赤色レーザビームと前記緑色レーザビームと前記青色レーザビームとは前記光路合成ミラーにより前記集光レンズの光軸と同方向から前記プラズマ発光輝点に照射され、前記不可視レーザビームは前記集光レンズの光軸と直交する方向から前記プラズマ発光輝点に照射されることを特徴とする。

請求項１３に記載の三次元画像表示装置は、前記液体が水とイオン化物質とからなることを特徴とする。

請求項１４に記載の三次元画像表示装置は、前記イオン化物質が塩化物であることを特徴とする。

請求項１５に記載の三次元画像表示装置は、前記塩化物が塩化ナトリウムであることを特徴とする。塩化ナトリウムを用いた場合、プラズマ発光の閾値を空気中の約１／２０に低減できる。

請求項１６に記載の三次元画像表示装置は、前記塩化ナトリウムを含んだ液体の濃度が飽和状態にあることを特徴とする。

請求項１７に記載の三次元画像表示装置は、前記塩化物が塩化亜鉛であることを特徴とする。塩化亜鉛を用いた場合、プラズマ発光の閾値を空気中の約１／１００に低減できる。

請求項１８に記載の三次元画像表示装置は、前記液体が水と水に浮遊する微粒子とからなることを特徴とする。

請求項１９に記載の三次元画像表示装置は、前記透明容器が直方体形状とされ、視認窓を覗いて残余の窓が黒色透明体で被覆されていることを特徴とする。

請求項２０に記載の三次元画像表示装置は、前記不可視レーザビームが赤外レーザビームと紫外レーザビームとからなり、前記赤外レーザビームと前記紫外レーザビームとの双方の協働によって描画予定箇所にプラズマ発光輝点を生成することを特徴とする。

請求項１ないし請求項１１、請求項２０に記載の発明によれば、プラズマ発光の閾値を低減させつつ、三次元的カラー画像を中空に描いて提示できる。

請求項１２に記載の発明によれば、目に対する安全性を図りつつ三次元的カラー画像を表示できる。

請求項１３ないし請求項１７に記載の発明によれば、安価に入手可能な材料を用いて三次元的カラー画像を提示可能、かつ、プラズマ発生の閾値を低減できる。

請求項１８に記載の発明によれば、イオン化物質を用いなくとも、三次元的カラー画像を表示できる。

請求項１９に記載の発明によれば、白色のみならず黒色も表現可能である。

以下に、本発明に係わる三次元描画方法及び三次元画像表示装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
図１は本発明に係わる三次元画像描画方法及び三次元画像表示装置の第１実施例を説明するための概要図である。この図１において、１は直方体形状の透明容器である。

透明容器１の内部には、プラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体２が充填されている。この液体２は水と水に溶解するイオン化物質とからなっている。このイオン化物質には塩化物を用いる。塩化物には人体に対して毒性の少ない塩化ナトリウム又は塩化亜鉛を用いる。塩化ナトリウムを含んだ水の濃度はなるべく飽和状態にあることが望ましい。

その透明容器１にはレーザ光源３が臨まさせて設けられている。このレーザ光源３には一色のレーザビーム、例えば、赤色レーザビーム、緑色レーザビーム、青色レーザビームのいずれか一色のレーザビームを出射可能なものを用いる。

そのレーザ光源３は、発光源とこの発光源から出射されたレーザビームを平行光束に変換するレンズとを備えている。そのレーザ光源３の発光タイミングは制御手段４によって制御される。その制御手段４は、液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに時系列的にプラズマ発光輝点を生成するためにレーザ光源３の発光タイミングを三次元画像構築データを用いて制御する。

その透明容器１には、レーザ光源３が臨む側の面１ａに入射窓１ａ’が設けられている。透明窓１ａ’とレーザ光源３との間には、各描画予定箇所（三次元座標位置）２ａに存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点２ａ’を起点とするレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために、一色のレーザビームを描画予定箇所２ａに集光させる光学系５として集光レンズ５ａが設けられている。この集光レンズ５ａは制御手段６によってその光軸Ｏ１方向に可動される。この制御手段６は、ここでは、描画予定箇所２ａにレーザビームの集光位置が位置するようにレーザビームを走査する走査手段７としての偏向素子をも制御する。この走査手段７には、例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、音響光学素子等を用いる。この制御手段４，６は、例えば、図２に示す統括コントローラ４６によって制御される。

レーザ光源３から出射されたレーザビームは集光レンズ５ａに導かれ、この集光レンズ５ａにより描画予定箇所２ａに集光照射される。その描画予定箇所２ａに存在する物質がそのレーザビームによりプラズマ発光される。

従って、この実施例１によれば、互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに一色のレーザビームを集光させて各描画予定箇所２ａ毎にその一色のレーザビームを用いてプラズマ発光輝点２ａ’を生成可能である。このプラズマ発光輝点２ａ’から放射される光は白色光である。

一色のレーザビームがこのプラズマ発光輝点２ａ’に当たると、この一色のレーザビームＲＰが、図２に示すように散乱される。この光の散乱強度は、図２に示すように、レーザビームの主進行方向のレーザビームＲＰ１の強度が大きく、この主進行方向から外れるに伴って、レーザビームの強度が小さくなる。従って、透明容器１の面１ａに対向する面１ｂ方向から、プラズマ発光輝点２ａ’を見ると、そのレーザビームが有する色に色づいて見える。また、面１ｂに直交する面１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ方向からプラズマ発光輝点２ａ’を見ると、そのレーザビームが有する色と白色との混じった色に見える。

従って、プラズマ発光輝点２ａ’を三次元画像構築データに基づいて時系列的に変化させることにより、一色のレーザビームのみを用いて生成されたプラズマ発光輝点２ａ’に起因する一色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことができる。

なお実施例１では、イオン化物質として食塩と塩化亜鉛とを用いる場合について説明したが、食塩と塩化亜鉛とでは、以下に述べるような差異がある。

図６に示すように、食塩の場合、その濃度が３０％程度までの間、ブレークダウン閾値は濃度にほぼ一次比例して減衰するが、塩化亜鉛の場合、ブレークダウン閾値は、その濃度が１０％程度の間に急激に低下し、濃度１０％から５０％までの間では、ブレークダウン閾値はほぼ一定である。従って、ブレークダウン閾値を低減させるためには、塩化亜鉛水溶液を用いるのが望ましい。

しかしながら、塩化亜鉛は、わずかながら毒性があるので、透明容器１の密閉性を考慮する必要がある。食塩の場合、毒性がないので、毒性の観点からは、食塩を用いるのが望ましい。

いずれにしても、双方共に、閾値低減効果が顕著であるので、用途に応じて使い分けるのが望ましい。

また、この実施例１では、液体２を水とイオン化物質とからなる構成としたが、液体２を水と水に浮遊する微粒子とからなる構成とし、微粒子を用いてプラズマ発光の閾値を低減させる構成としても良い。

この微粒子には、例えば、酸化アルミニウムを用いる。この液体２中の微粒子の浮遊度を考慮して、小さな粒径、例えば、マイクロメートルからナノメートルサイズの粒子等を用いることもできる。その液体２を適宜時間間隔をおいて攪拌するのが望ましい。

なお、透明容器１の面１ｂに、くもりを防止するためその表面に撥水処理を施すのが望ましい。
（実施例２）
図３は本発明に係わる三次元画像描画方法及び三次元画像表示装置の第２実施例を説明するための概要図である。この図３において、第１実施例と同一構成要素については、同一符号を付して説明を省略することとし、異なる構成要素についてのみ説明する。

この実施例２では、レーザ光源には、赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源８と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源９と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源１０とが用いられている。

制御手段４は液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに時系列的に各レーザ光源のうちの１個のレーザ光源から出射されたレーザビームによりプラズマ発光輝点２ａ’を生成するためにその１個のレーザ光源の発光タイミングを制御すると共にその１個のレーザ光源の発光タイミングに同期して残りの２個のレーザ光源の発光タイミングを制御する機能を有する。

光学系５は、ここでは、光路合成ミラー１１ａ、１１ｂ、１１ｃと集光レンズ５ａとから構成されている。光路合成ミラー１１ａは、例えば、赤色レーザビームを反射するダイクロイックミラーから構成されている。光路合成ミラー１１ｂは赤色レーザビームを透過させかつ緑色レーザビームを反射するダイクロイックミラーから構成されている。光路合成ミラー１１ｃは、赤色レーザビームと緑色レーザビームとを反射させ、青色レーザビームを透過させるダイクロイックミラーから構成されている。各レーザ光源８〜１０から出射された各レーザビームは平行光束として同一光路を通って集光レンズ５ａに導かれる。各レーザビームはその集光レンズ５ａにより収束されつつ走査手段７に導かれる。走査手段７は、描画予定箇所２ａに各レーザビームの集光位置が位置するように各レーザビームを走査する。

この第２実施例によれば、透明容器１内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて、各描画予定箇所２ａ毎にこの三色のレーザビームのいずれか一色のレーザビーム（例えば、青色レーザビーム）によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成すると共に、この一色のレーザビームのみにより生成されたプラズマ発光輝点２ａ’に起因する一色のレーザビームの前方散乱現象と残りの二色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより、面１ｂを視認窓として透明容器１内を目視した場合に、透明容器１内に三次元的にカラー画像を認識できる。

この場合、透明容器１の視認窓としての面１ｂ及び面１ａの入射窓１ａ’を除いて、入射窓１ａ’以外の面１ａの部分、面１ｃ〜１ｆを黒色透明体で被覆しておくと、白色のみならず黒色も表現できる。
（変形例１）
実施例２では、赤色レーザ光源８と、緑色レーザ光源９と、青色レーザ光源１０とのうちいずれか１個のレーザ光源によりプラズマ発光輝点２ａ’を描画予定箇所２ａに生成することとしたが、制御手段４により液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに時系列的に各レーザ光源８、９、１０のうちの２個のレーザ光源から出射されたレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成するためにこの２個のレーザ光源の発光タイミングを制御すると共にこの２個のレーザ光源の発光タイミングに同期して残りの１個のレーザ光源の発光タイミングを制御する構成としても良い。

このように構成すると、互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所２ａ毎に三色のレーザビームのうちの二色のレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成すると共に、この二色のレーザビームの協働により生成されたプラズマ発光輝点２ａ’に起因する二色のレーザビームの前方散乱現象と残りの一色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことができる。

この変形例１によれば、赤色レーザ光源８と、緑色レーザ光源９と、青色レーザ光源１０とのうちいずれか１個のレーザ光源によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成する場合のレーザ光源のパワーに較べて、プラズマ発光輝点２ａ’を生成するのに用いる各レーザ光源のパワーを減少できる。
（変形例２）
実施例２では、赤色レーザ光源８と、緑色レーザ光源９と、青色レーザ光源１０とのうちいずれか１個のレーザ光源によりプラズマ発光輝点２ａ’を描画予定箇所２ａに生成することとしたが、制御手段４により液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに時系列的に各レーザ光源８、９、１０の３個のレーザ光源から出射されたレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成するためにこの３個のレーザ光源の発光タイミングを制御する構成としても良い。

このように構成すると、互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所２ａ毎に三色のレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成すると共に、この三色のレーザビームの協働により生成されたプラズマ発光輝点２ａ’に起因する三色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことができる。

この変形例２によれば、赤色レーザ光源８と、緑色レーザ光源９と、青色レーザ光源１０とのうちいずれか１個のレーザ光源によりプラズマ発光輝点２ａ’を生成する場合のレーザ光源のパワーに較べて、プラズマ発光輝点２ａ’を生成するのに用いる各レーザ光源のパワーを変形例１に較べて更に減少できる。
（実施例３）
図４は本発明に係わる三次元画像描画方法及び三次元画像表示装置の第３実施例を説明するための概要図である。

この第３実施例では、レーザ光源に赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源８と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源９と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源１０と、不可視レーザビームを出射する不可視レーザ光源１２とを用いる。

ここでは、不可視レーザ光源１２が液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに時系列的に不可視レーザ光源１２から出射された不可視レーザビームによりプラズマ発光輝点２ａ’を生成するのに用いられる。その不可視レーザビームには例えば赤外レーザビーム又は紫外レーザビームが用いられる。赤外レーザビームの生成には、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波長（1.064μｍ）のレーザビームを用いる。紫外レーザビームの生成には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの三倍高調波（355nm）のレーザビームを用いる。また、紫外レーザビームの生成にＫｒＦエキシマレーザの波長（248nm）のレーザビームを用いても良い。また、レーザビームの照射期間（パルス幅）は1ns以上100ns以下が妥当である。

制御手段４は、ここでは、不可視レーザ光源１２の発光タイミングを制御すると共にこの不可視レーザ光源１２の発光タイミングに同期して赤色レーザ光源８と緑色レーザ光源９と青色レーザ光源１０の発光タイミングを制御するのに用いられる。

光学系５は、ここでは、光路合成ミラー１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと集光レンズ５ａとから構成されている。光路合成ミラー１１ｃは赤色レーザビームと緑色レーザビームとを透過させかつ青色レーザビームを反射させるダイクロイックミラーから構成されている。光路合成ミラー１１ｄは、例えば、赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを反射させかつ不可視光を透過するダイクロイックミラーから構成されている。

不可視レーザ光源１２から出射された不可視レーザビームは、光路合成ミラー１１ｄを透過して集光レンズ５ａに導かれ、この集光レンズ５ａにより収束されつつ走査手段７に導かれる。走査手段７は、制御手段６に基づき描画予定箇所２ａに不可視レーザビームの集光位置が位置するように不可視レーザビームを走査する。

不可視レーザビームは描画予定箇所２ａに集光され、この描画予定箇所２ａに不可視レーザビームによりプラズマ発光輝点２ａ’が生成される。赤色レーザ光源８、緑色レーザ光源９、青色レーザ光源１０は、制御手段４により不可視レーザ光源１０の発振に同期して発振され、不可視レーザ光源１２の発光タイミングに同期して発光される。

各レーザ光源８〜１０から出射された三色のレーザビームは不可視レーザビームと同一光路を通って集光レンズ５ａに導かれる。各レーザビームはその集光レンズ５ａにより収束されつつ走査手段７に導かれる。各レーザビームは、その走査手段によりプラズマ発光輝点２ａ’の位置する箇所に集光される。

この構成によれば、透明容器１内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体２の互いに位置の異なる各描画予定箇所２ａに不可視レーザビームを集光させて各描画予定箇所２ａ毎にプラズマ発光輝点２ａ’を生成すると共に、このプラズマ発光輝点２ａ’に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて、このプラズマ発光輝点２ａ’に起因する三色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことができる。

なお、透明容器１の各面１ａ〜１ｅに不可視レーザビームを反射する反射膜又は赤外線又は紫外線を吸収する吸収膜を形成することにすると、パワーの大きな不可視レーザビームが外部に漏れ出ることを防止できるので、人体に対して安全である。

また、不可視レーザビームとして赤外レーザビームと紫外レーザビームとを用い、赤外レーザビームと紫外レーザビームとの双方の協働によって描画予定箇所２ａにプラズマ発光輝点２ａ’を生成する構成とすることもできる。
（変形例）
この実施例３では、光学系５を光路合成ミラー１１ａ〜１１ｄと集光レンズ５ａとから構成し、不可視レーザビームの光路と同一光路を通って、赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとをプラズマ発光輝点２ａ’に導いてプラズマ発光輝点２ａ’に集光させる構成としたが、図５に示すように、光学系５を光路合成ミラー１１ａ〜１１ｃと集光レンズ５ａ、５ｂとから構成し、集光レンズ５ａの光軸Ｏ１と集光レンズ５ｂの光軸Ｏ２とを互いに直交する配置とし、不可視レーザビームを集光レンズ５ｂの光軸Ｏ２方向から描画予定箇所２ａに集光照射してプラズマ発光輝点２ａ’をその描画予定箇所２ａに生成し、赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを光路合成ミラー１１ａ〜１１ｃにより集光レンズ５ａの光軸Ｏ１と同方向からプラズマ発光輝点２ａに集光照射する構成としても良い。なお、この図５において、符号７’は不可視レーザビームの走査手段を示し、符号１ａ”は面１ｅに形成された入射窓を示している。

この変形例によれば、人が三次元カラー画像を視認する方向と直交する方向からプラズマ発光輝点生成に用いる不可視レーザビームを描画予定箇所２ａに照射する構成であるので、目に対する安全性の向上を図ることができる。

更に、赤色レーザービーム、緑色レーザービーム、青色レーザービームの入射方向を面１ａの下方から面１ｂの上方に向けて設定することにより、色づけに用いるレーザー自身の直接光を上方に反らすことによって、可視域レーザービームに対する目の安全性を図ることもできる。

本発明の実施例１に係わる三次元画像表示装置の概要を示す斜視図である。 図１に示す三次元画像表示装置の作用を説明するための模式図である。 本発明の実施例２に係わる三次元画像表示装置の概要を示す斜視図である。 本発明の実施例３に係わる三次元画像表示装置の概要を示す斜視図である。 図４に示す三次元画像表示装置の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係わる三次元画像表示装置に用いるイオン化物質の閾値と濃度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…透明容器
２…液体
３…レーザ光源
４、６…制御手段
５…光学系
７…走査手段
２ａ…描画予定箇所
２ａ’…プラズマ発光輝点
ＲＰ…レーザビーム

Claims (20)

1. 透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に一色のレーザビームを集光させて各描画予定箇所毎にプラズマ発光輝点を生成すると共に、該一色のレーザビームのみにより生成されたプラズマ発光輝点に起因する前記一色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする三次元画像描画方法。
2. 透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所毎に前記三色のレーザビームのいずれか一色のレーザビームによりプラズマ発光輝点を生成すると共に、該一色のレーザビームのみにより生成されたプラズマ発光輝点に起因する前記一色のレーザビームの前方散乱現象と残りの二色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする三次元画像描画方法。
3. 透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所毎に前記三色のレーザビームのうちの二色のレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成すると共に、該二色のレーザビームの協働により生成されたプラズマ発光輝点に起因する二色のレーザビームの前方散乱現象と残りの一色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする三次元画像描画方法。
4. 透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて各描画予定箇所毎に前記三色のレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成すると共に、該三色のレーザビームの協働により生成されたプラズマ発光輝点に起因する三色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする三次元画像描画方法。
5. 透明容器内に存在しかつプラズマ発光の閾値を低減させるための物質を含む液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に不可視レーザビームを集光させて各描画予定箇所毎にプラズマ発光輝点を生成すると共に、前記プラズマ発光輝点に赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームとを集光させて、前記プラズマ発光輝点に起因する前記三色のレーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くことを特徴とする三次元画像描画方法。
6. 赤色と緑色と青色とのうちの少なくとも一色のレーザビームを出射するレーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的にプラズマ発光輝点を生成するために前記レーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記一色のレーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする三次元画像表示装置。
7. 赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記各レーザ光源のうちの１個のレーザ光源から出射されたレーザビームによりプラズマ発光輝点を生成するために該１個のレーザ光源の発光タイミングを制御すると共に該１個のレーザ光源の発光タイミングに同期して残りの２個のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記各レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする三次元画像表示装置。
8. 赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記各レーザ光源のうちの２個のレーザ光源から出射されたレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成するために該２個のレーザ光源の発光タイミングを制御すると共に該２個のレーザ光源の発光タイミングに同期して残りの１個のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする三次元画像表示装置。
9. 赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記各レーザ光源から出射されたレーザビームの協働によりプラズマ発光輝点を生成するために該各レーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させかつプラズマ発光輝点を起点とする前記各レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする三次元画像表示装置。
10. 赤色レーザビームを出射する赤色レーザ光源と、緑色レーザビームを出射する緑色レーザ光源と、青色レーザビームを出射する青色レーザ光源と、不可視レーザビームを出射する不可視レーザ光源と、プラズマ発光の閾値を低減させるための液体が封入された透明容器と、前記液体の互いに位置の異なる各描画予定箇所に時系列的に前記不可視レーザ光源から出射された不可視レーザビームによりプラズマ発光輝点を生成するために前記不可視レーザ光源の発光タイミングを制御すると共に該不可視レーザ光源の発光タイミングに同期して前記赤色レーザ光源と前記緑色レーザ光源と前記青色レーザ光源の発光タイミングを制御する制御手段と、前記各描画予定箇所に存在する物質をプラズマ発光させるために前記不可視レーザビームを集光させると共にプラズマ発光輝点を起点とする赤色レーザビームと緑色レーザビームと青色レーザビームの前方散乱現象と目の残像現象とにより三次元的にカラー画像を描くために前記各レーザビームを前記描画予定箇所に集光させる光学系と、前記各描画予定箇所に前記レーザビームの集光位置が位置するように前記各レーザビームを走査する走査手段と、を備えていることを特徴とする三次元画像表示装置。
11. 前記不可視レーザビームが赤外レーザビーム又は紫外レーザビームであることを特徴とする請求項１１に記載の三次元画像表示装置。
12. 前記光学系は光路合成ミラーと集光レンズとを有し、前記赤色レーザビームと前記緑色レーザビームと前記青色レーザビームとは前記光路合成ミラーにより前記集光レンズの光軸と同方向から前記プラズマ発光輝点に照射され、前記不可視レーザビームは前記集光レンズの光軸と直交する方向から前記プラズマ発光輝点に照射されることを特徴とする請求項１１に記載の三次元画像表示装置。
13. 前記液体が水とイオン化物質とからなることを特徴とする請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載の三次元画像表示装置。
14. 前記イオン化物質が塩化物であることを特徴とする請求項１３に記載の三次元画像表示装置。
15. 前記塩化物が塩化ナトリウムであることを特徴とする請求項１４に記載の三次元画像表示装置。
16. 前記塩化ナトリウムを含んだ液体の濃度が飽和状態にあることを特徴とする請求項１５に記載の三次元画像表示装置。
17. 前記塩化物が塩化亜鉛であることを特徴とする請求項１４に記載の三次元画像表示装置。
18. 前記液体が水と水に浮遊する微粒子とからなることを特徴とする請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載の三次元画像表示装置。
19. 前記透明容器が直方体形状とされ、視認窓を覗いて残余の窓が黒色透明体で被覆されていることを特徴とする請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載の三次元描画装置。
20. 前記不可視レーザビームが赤外レーザビームと紫外レーザビームとからなり、前記赤外レーザビームと前記紫外レーザビームとの双方の協働によって描画予定箇所にプラズマ発光輝点を生成することを特徴とする請求項１１に記載の三次元画像表示装置。

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