JP2527709B2 - 平板パネル表示等に用いる光学的空間アドレスシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は平行光ビームを１次元アレーもしくは２次元
アレー内に導入して，その光ビームによって決定される
３次元空間内の所望の一点に該光ビームを導くようにし
た光学的空間アドレスシステムに係わるものである． ［従来の技術］ 電算機や各種表示装置等の使用度が増大するにともな
い，平行光ビームを空間内の所望の一点に正確に導くこ
とができるようにすることが，ますます重要な課題とな
っている．この種のシステムはその他の機器同様，経済
性にすぐれていることもさることながら，構造が簡単で
あることが望まれる．このようなシステムは特に平板パ
ネル型表示装置に用いて，表示スクリーン上の特定の燐
光体すなわちピクセルを励起するのに好適である．こう
したシステムは，仮に実現可能であったとしても，在来
の技術をもってしては製造コストが甚だ高くつき，実際
問題としては，このようなシステムは，特に光反射面と
しての切子面群形成面を有する光反射背景体からレーザ
ビームを複数回反射させることにより空間的な位置のＸ
−Ｙアドレスを行なうようにしたものとしては，いまだ
に実現されていない． 階段状段部を有する光反射背景体を用いることなく偏
向レーザビームにより空間的なアドレスを行なうように
したＸ−Ｙアドレスシステムの公知例としては，レーザ
プリンタがある．このようなレーザプリンタは，光ビー
ムをＸ軸方向およびＹ軸方向に偏向させるとともに，光
強度の変調を行なって印字すべき紙面に直接入射させる
ようにしたもので，光学系の偏向量にくらべて印字され
る文字の寸法が小さく，大きな三次元的経路を選択した
場合は印字の精度があまり高くないという欠点があっ
た．このため，平行光ビームを比較的大きな三次元的経
路を経て三次元空間内の一点に正確に導くことができ，
なおかつ構造が簡単で比較的安価なシステムの実現が望
まれていた． ［問題点を解決しようとするための手段］ このような要望を満たすべく本発明は，切子面群形成
面を有する光反射背景体を用いて大きな三次元的経路を
正確に選択することができるとともに，光ビーム自体の
偏向角を比較的小さくした空間的Ｘ−Ｙ軸選択システム
を提供するものである．この切子面群形成面を有する光
反射背景体システムは光ビームの僅かな角度位置の変化
から例および行全体を選択するように特に設計されてお
り，これにより空間内の非連続点に空間位置を選択する
ことが可能となる．このためにはまず光ビームを二次元
的に偏向させ，しかる後に仮想Ｘ−Ｙ平面の後背に配置
した切子面群に入射させる．この切子面群に入射した光
ビームは，該仮想Ｘ−Ｙ平面において該光ビームを偏向
させるのに用いる各種パラメータに一義的に関係する座
標（X₁,Y₂）で与えられる点で該平面を通過し，光ビー
ムの偏向を制御する電気的アドレスによって該ビームが
空間内のある点に射突する．光ビームとしては固体レー
ザの発振によるレーザビームを使用することとするが，
その他各種の平行光ビームを用いることもできる．この
ような光ビームの発生方式やその偏向方法等については
よく知られているところであり，また本発明の主題でも
ないので，その詳細についてはここでは敢えて説明しな
い． 上記のように構成した本発明に係るシステムの重要な
特徴は，三次元的構造の光反射背景体に切子面群形成面
を設けたことにあり，このため，光ビームの偏向角を該
光反射背景体のＸ軸およびＹ軸方向に選定した場合に
は，該光ビームは第１の組の切子面上のただ一点に射突
してＹ軸に沿って反射される．かくてただ一点に射突し
かつ反射された光ビームは，第２の組の切子面において
光ビーム源からの出射光の偏向座標により定まる位置に
入射し，光反射背景体のＺ軸に沿って該第２の組の切子
面から反射される．この場合ビームのＸ座標は該ビーム
が第１の組の切子面に入射してこれから反射する位置に
より定まるものであり，この位置はさらに光ビーム源か
らの偏向光ビームに与えられた座標により定まるもので
ある． かくてＸ−Ｙ平面におけるＸ軸を中心とする光ビーム
の偏向によって列がただひとつ特定され，またＸ−Ｚ平
面におけるＸ軸を中心とする光ビームの角度上の偏向に
よって行がただひとつ特定される．かくてＹ軸方向およ
びＺ軸方向の偏向が行なわれることにより，ピクセルの
二次元的アレー内のただひとつのピクセルが,X−Ｙ平面
内に配置したスクリーン等上での光反射背景体の出力に
応じて指定されることとなる．この三次元的切子面形成
アレーの正確な形状は，使用する光学系の偏向特性によ
り決定されるが，その設計は，周知のように電算機を用
いての反復演算により行われる． ［実施例］ 次に図面を参照して本発明の実施例を説明する．第１
図および第２図に本発明による光学的空間アドレスシス
テムの第一の実施例を示す．同図において，光ビーム供
給源１はＹ−Ｚ偏向系を有し，このＹ−Ｚ偏向系により
Ｘ軸方向に平行な方向から該光ビームを偏向させる．こ
の光ビーム供給源１としてはレーザその他所望の平行光
ビームの発生手段を用いることができ，また光ビーム３
をＸ軸方向から偏向させるＹ−Ｚ偏向系も公知のもので
あるため，その詳細については記載および図示を省略す
る．光ビーム供給源１から発した光ビーム３は全体とし
て平行６面体形状の光反射背景体５に入射する．この光
反射背景体５はその面上に切子面９を有する第１の切子
面群形成面７と，その面上に切子面13を有する第２の切
子面群形成面11とにより画成された凹陥部を有する．切
子面９および13は，光ビーム３がまず切子面９に入射し
てＹ軸に平行な方向に該切子面９から反射され，しかる
のち切子面13に入射してＺ軸に平行な方向に反射される
ように形成配置してある．光ビーム供給源，すなわち光
ビームの方向を制御する手段としてのＹ−Ｚ偏向系１
は，切子面13から反射した後の光ビーム３が通るＸ−Ｙ
平面における例を，前記切子面９のいずれかにおける位
置によってただひとつ定めるようにアドレスされる．す
なわち，たとえばいま平行６面体の光反射背景体５の右
側のＸ−Ｙ平面内に燐光体層を形成した長方形のプレー
トを置いたとすると，光ビーム３に対するＹ−Ｚ偏向系
１の最初のアドレスに応じて，切子面13から反射した光
ビーム３が該プレート上のただひとつの燐光体すなわち
ピクセル（画素）に射突する．かくして光ビーム３をＺ
軸に平行に偏向させることによりただひとつの行を指定
し,Y軸に平行に偏向させることによりただひとつの列を
指定し，かくて光ビーム３をＹ軸およびＺ軸方向の両方
向に偏向させることによって，光反射背景体５の出力に
おける２次元ピクセルアレー中のただひとつのピクセル
を，上述のようにして選択するのである． つぎに第１図および第２図に示された第１の実施例の
光反射背景体５について説明する．第１の切子面群形成
面７の切子面９は全体として階段を形成するように配列
され，その階段は,X−Ｙ平面上に約45°の角度で位置す
る直線の直下の多数の切子面９で形成されるものであ
り，従って光ビーム３はＸ−Ｙ平面に対して約45°の角
度の切子面９に到達した後,Y軸に平行に進んで第２の切
子面群形成面11の切子面13に入射する．この場合，光ビ
ーム３が切子面13に入射する位置は，該ビームが入射し
た切子面９およびその切子面９に対するビームの入射位
置により定まる．図示のように切子面９の幅は第１図に
おいて第１の切子面群形成面７の左から右に向って徐々
に減少し，さらに第２の切子面群形成面11は全体として
凹状で，かつ，いくぶん円形に湾曲した曲面をなし，そ
の各面は，光反射背景体５内面で第１の切子面群形成面
７により形成される階段状輪郭の一つずつに，概ね追従
するようになっている．また個々の切子面13の曲率半径
は光反射背景体５の上端に向って増大し，図示の実施例
の場合，最上端に位置する切子面13の曲率半径はほぼ無
限大である．なお，第２の切子面群形成面11の切子面13
も全体としてＸ−Ｚ平面に対して約45°の角度に配列さ
れ，光ビーム３をＺ軸に平行に反射するようになってい
る． さて，光反射背景体５の左方でＹ−Ｚ偏向系（光ビー
ム供給源）１から発した光ビーム３は,X軸すなわち光反
射背景体５の外表面の水平方向とほぼ平行に直進し,X−
Ｙ平面に対して約45°の角度の切子面９のひとつに達し
て図面中の垂直方向T1,T2,すなわちＹ軸に平行な方向に
偏向される．このとき，光ビーム３の上方偏向度が小さ
く，入射した一つの切子面９のすぐ上の切子面に入射し
た場合には，後者の切子面によって該ビーム３が反射さ
れて隣接する次の列に次々と入り，その結果，階段状の
第１の切子面群形成面７全体を越えて光反射背景体５の
右側面に到達し，表示システムの最後の列を画成すべく
上方に向って偏向することとなる．光ビーム３が偏向さ
れて異なる切子面９を通過する際，その角度が光背景反
射体５の幅方向の寸法にくらべて僅かに変化するので，
偏向後の光ビーム３が，事実上，階段状の各反射面から
成る列形状に沿って進行するように，個々の切子面９の
角度を適切に調節しておく．かくて光ビーム３の鏡面反
射により生ずるビームがすべて垂直方向T1,T2となるよ
うに，階段状部すなわち第１の切子面群形成面７の各切
子面９の角度を設計時に設定する．また切子面９から切
子面13に向う光ビーム３が垂直方向すなわちＹ軸方向か
ら傾斜せず，第１の切子面群形成面７から垂直に進行し
て，次に上の切子面13に入射するように設計上の配慮を
払う．具体的には、光ビーム３が第１の切子面群形成面
７に入射する角度は、各切子面間で異なる。仮に、第５
図に示す通り、切子面91に対して光ビーム３が水平に入
射したとすると、下側に位置する切子面9aに対するXY平
面に関する入射角と、上側に位置する切子面9bの入射角
とは、それぞれ、θ１、θ２となり、切子面9a、9bを反
射した光ビームは垂直方向からそれぞれθ１、θ２だけ
ずれてしまう。従って、このようなずれ角を補正するよ
うに切子面９の傾斜角を設計時に選択する必要がある。
ついで第２の切子面群形成面11のバンドシェル（貝殻状
階段構造）状の行たる切子面13に光ビーム３が入射して
Ｚ軸方向に偏向される．切子面13には常にＹ軸方向に進
む光ビーム３が入射し，従ってこれら切子面13はＹ−Ｚ
平面に対して45°の角度で傾斜している． 光ビーム３が光反射背景体の凹陥部の内側，すなわ
ち，切子面９のひとつにて左方に偏向すると，そこから
反射したビームは上方の第２の切子面群形成面11,すな
わち凹陥部の上端部近傍の切子面13のひとつに入射し，
ビームは垂直方向の低い位置で外方に向って，すなわち
Ｙ軸の原点に近づく方向に反射される．また逆に，光ビ
ーム３が切子面９のひとつにて右方に向って偏向された
場合は，そのビームは第２の切子面群形成面11ないし凹
陥部の上端部に向って切子面13に入射し，垂直方向の高
い位置からＺ軸に沿って外方に偏向される． 上記構成のＸ−Ｙ偏向系は，光反射背景体５を特徴と
するもので，このような特徴は底部の階段状段部におけ
る切子面と頂部のバンドシェル状の反射系における切子
面の双方の構成に由来するものである．このような光反
射背景体５を得るためには，まずアルミニウム，黄銅，
スチール，プラスチック等の表面に切子面を機械加工に
より形成し，次いで，得られた加工物から金型を製作
し，この金型を用いて，たとえば公知の射出成型法等に
より多数の光反射背景体５を形成すればよい．この場
合，得られた切子面のプラスチック面は反射型の高いプ
ラスチックにより形成してもよく，あるいは成型により
得られたプラスチック面をアルミニウム等の反射材でメ
タライズ加工を施すことにより，上述のように光ビーム
を受けて鏡面反射を行なうようにする．このように切子
面を設けた光反射背景体５は，比較的安価な材料を用い
て比較的低コストで製作することができるもので，該材
料に光に対する反射性を与えることにより，該光反射背
景体の正面に設けた適当な表示体に対して，光ビームを
Ｘ−Ｙ方向に偏向させることが可能となる． 第3a図に本発明の参考例を示す．この参考例はプラッ
トホームとしての回転スタンド21を設けて，これに光ビ
ーム供給源１としてのレーザ23を装着したものである．
回転スタンド21にはさらにピボット27を中心として回動
自在のミラー25を枢支し，回転スタンド21の回転および
ピボット27を中心とするミラー25の回転をアドレス装置
（図示せず）にて制御することにより，回転スタンド21
の位置およびミラー25の角度を制御する． しかしてレーザ23から発した平行光ビーム28は垂直方
向に進んでミラー25に入射し，該ミラー25により偏向さ
れて，全体として略「すりばち」型の構成とした複数個
の同心状切子面群形成面29のひとつの切子面30に達す
る．この切子面群形成面29の一つから反射した光ビーム
28は垂直方向に進行して，第3b図の示すようにすりばち
の上端部に架設したスクリーン26等に入射し，前述の実
施例の場合と同様，切子面上の燐光体に射突する．個々
の切子面30はミラー25からの光を反射してこれを垂直方
向に向けるように設計されており，切子面群形成面29が
垂直方向に対してなす角度は，前述の実施例における第
１の切子面群形成面７につき説明したと同様の理由で，
可変かつ約45°とする．第3a図の構成の断面を，第3b図
に示す．同図からわかるように，回転スタンド21の位置
およびミラー25の角度を制御することにより，レーザ23
が回転されて光ビーム28の出射角度が変化するように偏
向され，従って光ビーム28は同心状に配した切子面群形
成面29のどの切子面にも到達することが可能であり，こ
のようにして各切子面30に入射した光ビーム28は該切子
面から垂直方向に反射され，かくて極空間アドレス機能
が得られるのである． さらに第3c図は上記参考例の変形例を示すもので，極
表示領域のうち一部分のみを利用した例である．すなわ
ちこの第3c図は第3a図の一部に相当する平面図で，燐光
体のアレー等，方形の直視用媒体22を極レーザビーム偏
向システムの一部上方に設置することにより，該システ
ムによる方形のＸ−Ｙ表示が可能となる． 第４図の本発明の他の参考例を示す．本参考例におい
ては複数の列および行のアドレスを各列それぞれと関連
させた複数のレーザ31により行ない，各レーザ31からの
平行光ビーム33をピボット37に枢支したミラー35によっ
て偏向させ，該ピボット37を中心として回動させる．光
ビーム33は各列のミラー35から偏向され，光反射背景体
の41の曲面に沿って配列された複数の切子面のひとつ39
に達する．これら切子面39はこれに入射する光を垂直方
向に，すなわち第４図においてＺ方向に偏向させる．か
くて光反射背景体41上に配置したスクリーン（図示せ
ず）上の燐光体ないしピクセルが同時にアクセスされる
ことになる． なおレーザ31はこれをたとえば光導体ロッド等，他の
光ビーム供給源に変えてもよい． ［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば，光ビームの偏向を単
純な構造の光反射面から成る光反射背景体により行なえ
るようにしたので，その偏向手段が極めて簡単かつ安価
なものとなり，従前から要望されていた光学空間アドレ
スシステムの構造コストの低廉価を容易に実現できると
いう優れた効果が奏される． その上，光反射背景体は，第１の組の光反射面のみで
構成して，光ビームの偏向の自由度を１とすることがで
きるので，基本となる１次元表示が複雑なビーム偏向手
段を伴なうこともなく，容易に行えるという効果もあ
る． さらに，第１の組の光反射面に，第２の組の光反射面
を加え，あるいは，これを元に戻すことにより，光ビー
ムの偏向の自由度を１と２との間で容易に変更できるの
で,1次元表示から２次元表示へあるいはその逆の態様に
簡単に移行できるという利点もある． 加えて，光反射背景体は，直方体状の空間スペースを
占めるうちだけの構成とすることができるので，光学的
空間システムをコンパクトにして，反射スペースの縮小
化を図れるという利点もある．

【図面の簡単な説明】

第１図は直方体に切子面群形成面を設けた空間アドレス
システムに本発明を適用した場合の実施例を示す概略斜
視図，第２図は第１図の２−２に沿って，すなわちＹ軸
およびＺ軸を含む面で切断して示す断面図，第3a図は本
発明の参考例の一部を切断して示す斜視図，第3b図は本
発明の第3a図の参考例にスクリーンを加えて示す断面
図，第3c図は第3a図の参考例における極表示領域のうち
一部のみを利用するようにした参考例を示し，第3a図の
構成を上方から見た場合の平面図，第４図は本発明の参
考例を示す斜視図，第５図は本発明の実施例の第１の組
の切子面と光ビームの入射角との関係を示す図である． 1,23……光ビーム供給源,3,28,33……光ビーム,5,41…
…光反射背景体,7……第１の切子面群形成面,11……第
２の切子面群形成面,9,13,30,39……切子面,21……回転
スタンド,23,31……レーザ,25,35……ミラー,29……切
子面群形成面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−66144（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−113639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−190918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−165115（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−153041（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）平行光ビーム源と、 （ｂ）前記光ビーム源からの平行光ビームを自由度２で
   偏向するための偏向手段と、 （ｃ）前記偏向手段により特定される空間内の一点に前
   記光ビームを入射させる光反射手段とからなり、前記光
   反射手段は、階段状の第１の組の切子面群形成面と階段
   状の第２の組の切子面群形成面とを有する部材を含み、
   前記第１の組の切子面群形成面は前記光ビーム源から偏
   向された光ビームを実質的に一定の方向へ平行に反射さ
   せて前記第２の組の切子面群形成面へ入射させ、前記第
   ２の組の切子面群形成面は該入射された光ビームを所定
   の位置へ再度反射させ、かつ、前記第２の組の切子面群
   形成面は、第１の組の切子面群形成面上に配置され、前
   記第１の組の切子面群形成面から遠ざかる方向に増加す
   る曲率半径を有することを特徴とする、光学的空間アド
   レスシステム。