JPH01193836A - 三次元表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
可使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−（Ｂａｋｅｒ）による米国特許第３，４７１，
８４１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）面を銀メツキ
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（７）
　１９６１年７月２８日号で、バリー・ニス・スト−バ
ー（Ｈａｒｒ７　Ｓ、５ｔｏｖｅｒ）がｒ固体背影上で
の３次元グラフ表示技術１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防げること
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
しうるちのであった。

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０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、スクリーンと映像の大きさが、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Ｓに参照文献として組み入れである。そ
れに加えて、米国特許第１，７９４，１０３号、第３，
８８２，５５３号、第３，９７０，３８１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。

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０本発明に
よるシステムは、例えば、アニメーシ遭ン、レーダ表示
、分子研究、ハーモニックデイスプレィ、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０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（おちて）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０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０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ＴＡ節可崗であって、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０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ｆ屯である。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
の円柱体の一対を、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、気体勤人陰極線
管、あるいは真空陰極線管中に内設することができ、こ
の場合、これらの鍮極線管内では、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である０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Ｘ−Ｙ平面に沿って走査し、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ｌ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で
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ｍ塁（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ｌは、本明細書中
に記載したシステム用である限り、その−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である。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０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０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２Ｂ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２０．２２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Ｍ７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４
２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ｌ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ｌ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而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ｌ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ｌが透視可
使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ｌ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を提供することによ
って達成可使で、第二のレーザ装置９、第二の変調器１
０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ｌ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、シかしながら、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平面に対しである角度に配設さ
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ｌ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ｌ上に表
示するもので、表示体ｌの回転に応じて、表示上の固定
点が表示体１上に入射し、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ｌ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ｌの裏面上に表示し、表示体ｌ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ー２
り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。

（０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．、、、鏡体手続
補正書（方式） １　！１を件の表示 昭和６３年　特許願　第２５３６６８号２　発明の名称 三次元表示システム ３　補正をする者 市外との関係　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国テキサス州、ダラス　ノースセ
ントラル　エクスプレスウェイ　１３５００４代理人〒
１５０　　＠（０３）　４９８４４２Ｇ住　所　東京都
渋谷区道玄坂ＩＴ目２０番２号５　補正命令の日付　　
昭和６４年１月６日（平成１年１月３１日発送）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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
   像を伝送する伝送手段と、 （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。