JP2731544B2 - 三次元表示システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は三次元表示システムに関するものであり、特
に、一つのスクリーン上に三次元で映像を表示すること
が可能で、一つもしくはそれ以上のかかる映像がスクリ
ーンの同じ側又はそれの裏側のいずれかから二次元に投
影可能であるようなシステムに関する。

＜従来の技術＞ レーザ光線のような光線を変調もしくは走査して、走
査した光線を次いでスクリーン上に投影することは、従
来技術として公知であった。そのようなシステムの例
は、ベーカー（Baker）による米国特許第3,471,641号と
第3,549,800号に記述されている。

三次元表示を提供することは、長い間、要請されてい
るところでもあった。かかる三次元表示を創り出すため
の先行技術のシステムは、平担なプレート形の鏡を動か
して、あるいは、プラスチックの鏡をたわめて、陰極線
管（CRT）の映像を反射させることで、嵩のある表示を
創り出すものであった。類似の技術では、金属環上にマ
イラー半透膜を伸延させて、表（おもて）面を銀メッキ
したものが採用されており、そのような鏡を振動させ、
その鏡の運動に同期させて、陰極線管上に表示された情
報を反射する。上述の技術や、それ以外の陰極線管によ
る二次元表示を三次元表示に変換する技術については、
エレクトロニクス（Electronics）誌の1961年７月28日
号で、ハリー・エス・ストーバー（Harry S.Stover）が
『固体背影上での３次元グラフ表示技術』という表題の
論文にて論じている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 先行技術の三次元表示技術は、陰極線管スクリーンで
使用するので、生成された映像を選定された所定の角度
からしか視認できないという点で、制約を受けていた。
更に、そのような先行技術のシステムは、一般的には、
リアルタイムで映像を生成させることはできなかった
し、またスクリーンの振動周波数の可能範囲の面でも制
約があった。更に、振動鏡体を用いることにより、その
鏡体の比較的大きな質量が実質的に光線の偏向を妨げる
ことに由来する諸問題を導出していた。例えば、そのよ
うな先行技術のシステムに関しては、一般的には、鏡体
に約0.4ミリメーターの変位を付与しうるものであっ
た。

かくして、あらゆる角度から視認可能な三次元映像を
提供すべく、種々の周波数で実質的な変位を起こさせる
ことのできるような三次元表示システムであって、簡単
で経済的なものに対する需要が喚起されるに至った。こ
の課題を解決するシステムは、ガルシア（Garcia）によ
る米国特許第4,130,832号に開示されており、そこでの
三次元表示は、鏡体の方向に光線を指向させるレーザ装
置を含んでおり、その鏡体は圧電振動素子によりＸ−Ｙ
平面内で駆動される。反射光線は三次元映像を形成すべ
く、圧電振動素子により駆動されている振動スクリーン
の方に向けられる。

このシステムは、所望の結果を得るが、反面、表示さ
れる映像の大きさという点で限界がある。と言うのは、
スクリーン映像の大きさが、圧電振動素子の大きさによ
って決まるからである。同様に、このシステムはＧによ
って悪影響を及ぼされるのであり、それによって、例え
ば、航空機の場合のように、そのような力が存在すると
ころでは問題が生じている。上述の先行技術は、本明細
書に参照文献として組み入れてある。それに加えて、米
国特許第1,794,103号、第3,682,553号、第3,970,361号
を、上述したタイプの典型的な表示の先行技術としてこ
こに挙げておく。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明によれば、先行技術の上述の課題を最小限に軽
減するものであり、Ｇによって殆ど悪影響を及ぼされる
ことなく且つ表示される映像とスクリーンの大きさが、
それぞれ、ディスクとモータの大きさにより決まるよう
な、三次元表示システムを提供するものである。本発明
によるシステムは、例えば、アニメーション、レーダ表
示、分子研究、ハーモニックディスプレイ、軍事用コン
ピュータグラフィックス等々、ビジネス用にも産業用に
も使用可能である。

本発明の第一の実施例によるシステムは、モータ軸の
軸端に連結されたディスク状のスクリーンを含むもので
ある。このディスクはモータの軸に45度の角度で取り付
けられている。但し、この角度に関しては、もっと大き
な、あるいはもっと小さな奥行き、即ち、Ｚ軸方向の距
離となるようにこれを変更することが可能であり、その
結果、ディスクが回転すると、ディスク上の任意の与え
られた点のＺ軸に沿っての変位がおこる。例えば、変調
器を通じて、レーザ光源からの光線のようなものをスク
リーン上で映像のＸ−Ｙ走査を行うような走査装置に向
けて投射することにより、スクリーン上に映像を形成す
るが、ここで言うスクリーンは上述したディスクであ
る。ディスクは、一種の合成樹脂であるルーサイトのよ
うな半透明のものとすることができるので、ディスクの
表（おもて）面上にでも裏面上にでも、あるいは両方の
面上にでも映像を投影することができる。次いでモータ
速度を制御することで、走査中の光線に対する変調ない
しは断続（光線の抜き取り）を回転ディスクに同期さ
せ、これにより、三次元パターンがスクリーン上に出現
する。走査装置からスクリーン上に入射する光線のＸ−
Ｙ走査平面上のいかなる点もＺ軸方向に動くことが了解
できる。と言うのは、その点においてスクリーン、即
ち、ディスクは、かかるＺ軸方向への動きを呈するから
である。表示映像のこの動きが三次元効果を与える。所
望であれば、ディスクの角度は、作動中に調節可能であ
って、ディスク面と走査されたＸ−Ｙ映像のＸ−Ｙ平面
との間の角度を調節することで、三次元映像のＺ軸方向
の距離、つまり、奥行が定まる。

好ましい実施例では、ディスクは平担な不透明のスク
リーンであって、それの一方の面上で、そこに走査され
た映像を受像するものであるが、そのスクリーンはそれ
以外の数多くの形態をとることができる。例えば、その
ディスクは、ルーサイトのような半透明なものであって
よいので、それにより、裏表両面上でそこに走査された
映像を受像することが可能である。ルーサイトのディス
クに関しては、角度をつけて先端を斜裁断した同一形状
の円柱状の一対を、当該斜裁断した面どうしで、それら
の面が面一となるようにぴたりと合わせて、その斜裁断
面が半透明であるような別の円柱体を形成したものとい
う形態であってもよい。加えて、スクリーン上にＸ−Ｙ
映像の投影を行って三次元映像を与えている間、スクリ
ーンの少なくともある部分が、それの回転時にＺ軸方向
に動くことだけが必要なので、スクリーンを平担体以外
の形態とすることができる。他の実施態様として、ディ
スクを、気体封入陰極線管、あるいは真空陰極線管中に
内接することができ、この場合、これらの陰極線管内で
は、該陰極線管の走査光線の入射により該ディスク上に
映像が形成されている。このディスク上にリンをあしら
うことができて、励起時、これが三次元映像を形成す
る。更に又別の実施態様として、スクリーンを平担体と
し、これを投影されたＸ−Ｙ映像に対面して配置するこ
とができる。そこで、三次元効果を得るのは、Ｘ−Ｙ映
像の走査に同期してＺ軸に沿ってスクリーン全体を動か
すことによる。スクリーンに取り付けられカム駆動のシ
ャフトが、スクリーンに、かかるＺ軸沿いの動きを与え
ることができる。

＜実施例＞ さて、第１図を参照すると、ここには本発明によるシ
ステムの概略図が示してある。本システムは、レーザ装
置７を含んでおり、このレーザ装置は、変調器４を通じ
て、Ｘ−Ｙ走査装置５上にレーザ光線３を投射する。変
調器４は所定の方法（図示せず）で外部から制御されて
おり、ここを通過するレーザ光線３の強度を制御する。
所望であれば、光線が変調器４を全く通らないように
も、光線の強度を制御することができる。

Ｘ−Ｙ走査装置５の走査速度は、通常の方法で（図示
せず）外部から制御可能であるが、該走査装置５は変調
器４からの光線３を所定軸（Ｚ軸）に沿ってＸ−Ｙ平面
上で走査し、この平面でのＸ−Ｙ映像６を、後述するよ
うに、ディスク形態のスクリーン１上に投影する。これ
まで記述した構造はすべて、特殊なスクリーンとその作
動に関することを除いては、公知であり、上記の従来技
術やその他で記述してある。

スクリーン１は、モータシャフト２を介してモータ８
により回転させられており、モータ速度は制御器（図示
せず）により制御可能である。モータ速度は、走査装置
５の走査速度と同期するのが好ましい。そのような同期
を確保するための回路で典型的なものの一つを第２図に
示してあり、同期が確保されると、ディスク上の同一の
点が、該ディスクに投射されるＸ−Ｙ走査平面の特定の
一部分の受像位置を常に占めることとなる。第２図の回
路については後述する。

続いて、第１図において、スクリーン１は、本明細書
中に記載したシステム用である限り、その一側方のみか
ら見るためのものであるならば、標準型の映写スクリー
ンであってよい。このスクリーンの角度は、走査装置５
から受像した映像平面、つまり、Ｘ−Ｙ平面に対して45
度であるのが好ましい。しかしながら、この角度は、ど
ちらの方向にも約45度変えることができ、そのような角
度変更による効果は、表示映像の奥行き、即ち、Ｚ軸上
の距離を当該角度の連続変化に応じて変えることであ
る。所望であれば、シャフト２上の鏡を回転させるタイ
プの公知の構造（図示せず）により、スクリーン角を作
動中にも変更可能である。

ここで第２図を参照すると、同図では、第１図のもの
と同様の構造は、同じ参照番号で引用してある。第２図
中、走査装置５は、制御バスから派生するGSI走査装置
バス上の信号によって制御されている。制御バス上の信
号は、同期しているユーザ側の回路36から得られるもの
であり、この回路は、例えばこの回路への制御入力によ
るといったように、手動で制御することができる。回路
36は、モータ制御器32をも制御してモータ８の速度を制
御する。回路36は、変調器制御回路34を介して変調器４
をも制御することができる。そのような回路は公知であ
る。走査装置５はデジタルからアナログへの変換器24を
含み、この変換器は増幅器26を介してＹ軸信号を供給
し、またデジタルからアナログへの変換器28を含み、こ
の変換器は増幅器30を介してＸ軸信号を供給する。増幅
器26、30からの信号は、Ｘ軸とＹ軸の各走査デバイス2
0、22をそれぞれ制御し、これらのデバイス20、22が、
レーザ装置７からの変調された光線を反射する鏡体42の
位置を決める。

作動にあたっては、レーザ装置７からの光線が、外部
制御可能な変調器４により変調されて、Ｘ−Ｙ走査装置
５に付属する走査デバイス20、22で駆動される鏡体42に
入射する変調済み光線３を得るが、走査装置５、ひいて
は鏡体42は、第２図のGSI走査用バスと制御用バス上に
ある信号によって決まるような外部制御可能な走査速度
を持つ。走査装置５は、鏡体42を介してＸ−Ｙ平面の光
線を回転スクリーン１上で走査し、スクリーン１の回転
速度は、上述したように、走査装置５の走査速度に同期
している。既に説明したように、スクリーン１上に入射
するＸ−Ｙ平面の光線のいかなる点も、スクリーン上の
諸点の同様の運動により、Ｚ面におけるハーモニック型
運動を示す。従って、走査装置５の走査速度とスクリー
ン１の回転速度が共に十分に大きければ、スクリーン１
上の任意の点で該スクリーン上に入射する光線は、Ｚ軸
に沿って十分迅速に動き、公知のように、１本の完全な
線として現われる。その結果、スクリーンの角によって
定まる奥行きを有する三次元表示が得られる。

本発明の第二の実施例によれば、スクリーン１が透視
可能なように半透明である点を除いて、上述の第一の実
施例のシステムと全く同一である。この方式では、三次
元映像が、スクリーン１の裏表両面で得られる。これは
第１図を参照すると、上記したものと同様の、第二の映
像形成システムの提供することによって達成可能で、第
二のレーザ装置９、第二の変調器10のほか、第二の変調
済み光線11を受取ってこれを走査するための走査装置12
を含むものである。第二のシステムは既述のシステムの
作動と同じ要領で作動し、半透明のスクリーン１の裏面
に向けて、第二のＸ−Ｙ平面内の第二の映像を投射す
る。この映像は、スクリーンの背後に配置されている点
を除いては、既述したものと同じ要領でＺ方向に動く。
しかしながら、スクリーン１の半透明である性質の故、
両映像は、スクリーンのどちらの側からも三次元で視認
可能である。

走査された光線のＸ−Ｙ平面に対してある角度に配設
されたディスクという形態での回転スクリーンに関し
て、本発明を記載してきたが、他の形状のスクリーン
を、開示されたものと代替することが可能であることは
了解されるべきである。

本発明は特定の好ましい実施例に関して記述してきた
が、数多くの変化変更は当該技術分野に熟練せる者にと
って直ちに明白となるものである。したがって、特許請
求の範囲は先行技術の観点から、かかる変化変更のすべ
てを包含して、可能な限り広く解釈されるものである。

本発明は要するに、三次元表示に関するものであり、
走査された光線を、回転表示体１の第一の表面に受像表
示すべく、固定軸２の周囲に回転する回転表示体１上に
表示するもので、表示体１の回転に応じて、表示上の固
定点が表示体１に入射し、走査された光線を通す軸に沿
ってのハーモニック運動を表示する。

本発明の第二の実施例によると、表示体１は半透明で
あり、第二の走査された光線に関し、これを受像するた
めに表示体１の裏面上に表示し、表示体１の回転に応じ
て第二の走査された光線を通る軸に沿ってのハーモニッ
ク運動を表示するものである。

以上の開示に付加して、更に下記の各項を付記するも
のである。

（１）（ａ）光線を発生するための光源と、 （ｂ）所定の二次元空間に当該光線から映像を形
成し且つ当該空間を通る軸を有する所定の光路に沿って
当該映像を伝送する伝達手段と、 （ｃ）回転する受光表面を有し、当該表面の回転
軸は、当該映像を受像して表示するために所定の軸に沿
って連続して運動成分を有し、当該受光表面は、その静
止状態のすべてにおいて、当該二次元空間から次第に異
ってゆく距離においてその連続部分を有する、回転受光
手段とから成る三次元表示システム。

（２）当該二次元空間における固定諸点は、当該所定光
路の方向において事実上ハーモニック運動を表示する当
該回転受光手段上に入射する、付記第一項のシステム。

（３）当該回転受光手段は平担面体である、付記第２項
記載の表示システム。

（４）当該平担面状体は当該所定軸に対して鋭角をな
す、付記第三項記載の表示システム。

（５）当該光線の強度を制御するための装置を更に含む
付記第４項記載の表示システム。

（６）当該表示の回転速度と、当該手段に対して相対的
に走査するための走査手段の走査速度とのいずれか一方
を制御するための手段を更に含む、付記第２項記載の表
示システム。

（７）第二の光線を発生するための第二の光源を更に含
み、第二の所定の二次元空間に当該第二の光線から第二
の映像を形成して且つ当該第二の空間を通る軸を有する
第二の所定の光路に沿って第二の映像を伝送する第二の
伝送手段を更に含み、当該回転軸受光手段は第二の回転
受光表面を有し、当該第二の表面の回転軸は当該第二の
映像を受像して表示するために所定の軸に沿って連続し
て運動成分を有し、当該第二の受光表面は、静止状態の
すべてにおいて当該第二の二次元空間から次第に異って
ゆく距離でその連続部分を有する付記第２項記載の方
法。

（８）当該回転受光手段は半透明である、付記第７項記
載の表示システム。

（９）当該表示の回転速度と、当該手段に対して相対的
に走査するための走査手段の走査速度とのいずれか一方
を制御するための手段を更に含む付記第７項記載の表示
装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるスクリーンを用いた三次元表示
システムの概略図である。 第２図は、表示スクリーンの回転との走査装置の同期を
示す回路図である。 図中参照番号は以下の通りである。 １……回転するスクリーン ２……シャフトモータ ４……変調器、５……走査装置 ７……レーザ光線発生装置 ８……モータ、42……鏡体

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三次元表示システムであって、 （ａ） 光線を発生するための光源と、 （ｂ） 所定のｘ−ｙ平面に前記光線から映像を形成
   し、前記ｘ−ｙ平面を通る所定の軸に沿って前記映像を
   伝送する手段と、 （ｃ） 前記所定の軸に沿って回転する軸を有し、前記
   映像を受けてスクリーンに表示する回転受光手段であっ
   て、前記所定の軸の回りで回転可能であり、前記スクリ
   ーンのすべての領域において、前記ｘ−ｙ平面から異な
   る距離に渡る連続して切れ目のない部分を有している前
   記回転受光手段と、 を含む前記三次元表示システム。