JPH0833591B2 - ３次元表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は３次元表示装置に関する。

【従来の技術】

２次元図形の表示面に対して略々垂直な方向に駆動変
位される２次元図形の表示部が予め定められたそれぞれ
異なる空間位置に変位した時に、それぞれの空間位置と
対応して予め用意されている２次元図形が前記の２次元
図形の表示部に表示されるようにして空間に３次元像が
描出されるようにした３次元表示装置は、例えばＸ線CT
（Ｘ線コンピューテッド・トモグラフイ）の表示装置、
その他多くの用途のための３次元像の表示装置として好
適なものであり、従来から各種形態の３次元表示装置が
提案されている。 ところで、前記した３次元表示装置では３次元像の断
面図形となる２次元図形の表示部を空間内で移動させて
空中に３次元像を表示させるようにしているものなの
で、２次元図形の表示部としては３次元像の奥行き以上
の移動範囲での移動が必要とされるから、大きな３次元
像を表示したい場合には、当然のことながら２次元図形
の表示部の移動範囲も大きくしなければならず、そのた
めに、２次元図形の表示部その他、移動する各構成部分
に加わる加速度も大きなものとなり、限度を越すと構成
部品の破壊を招いたりするために、表示できる３次元像
の大きさには自ら限界があり、また、大きな３次元像の
表示を行なおうとすれば構造の頑丈な装置が必要とされ
るなどの問題があった。 前記した問題点が生じない３次元表示装置として特公
昭63−52518号公報に開示されているように、スクリー
ン上の各点における入射光と透過光との方向がスクリー
ン面に対して鏡面対称となるような性質を有している如
き指向性スクリーンを、その面に対して前後方向に駆動
変位させると共に、前記した指向性スクリーンの空間中
に占めるそれぞれ異なる所定の位置と対応した複数の２
次元図形を、順次に前記した指向性スクリーンの一方の
面の近傍の固定された面に表示させるようにすることに
より、移動する構成部分のストロークが、空中に表示さ
れるべき３次元像の半分で済むようにできる第９図に例
示されているような３次元表示装置が提案された。 第９図においてCRTは２次元図形の表示部として用い
られている陰極線管であり、この陰極線管CRTでは、空
中に表示すべき３次元像の断面を示す２次元図形を電子
ビームの走査によって次々に蛍光面上に表示するという
動作を行なう。DSは指向性スクリーンであり、この指向
性スクリーンDSは、それに入射された光線を鏡対称的に
出射させうるような特性を有するものとして構成されて
いて、往復直線運動の駆動装置によって図中の矢印Ｙ方
向に駆動変位される。 第９図示の３次元表示装置では、モータＭによって回
転されるクランク１にロッド２を介して、スリーブ３に
摺動自在に支持されているスライダ４の１端を連結し、
また、前記のスライダ４の他端には指向性スクリーンDS
を固着し、さらに指向性スクリーンDSにはスリーブ５に
摺動自在に支持されているスライダ６の１端を固着し、
スライダ６の他端には指向性スクリーンDSの位置信号の
発生器７を設けており、前記したモータＭが回転される
ことにより指向性スクリーンDSが図中の矢印Ｙ方向に往
復直線運動を行なうようになされており、また、前記し
た指向性スクリーンDSの位置信号の発生器７から発生さ
れた位置信号に従って陰極線管CRTの蛍光面上に、空間
の各位置毎に必要とされる２次元図形を表示させること
により、陰極線管CRTの蛍光面上の２次元図形が指向性
スクリーンDSの機能により、それのスクリーン面に対し
て鏡対称な位置に実像を結んで空間に３次元像を表示す
る。 すなわち、第９図において陰極線管CRTの蛍光面上に
おけるＡ点はＡ′点に、またＢ点はＢ′点にそれぞれ実
像を結ぶ。そして、前記した実像の結ぶ位置は指向性ス
クリーンDS及び陰極線管CRTの移動と対応して変化す
る。第12図は前記の動作を具体的に明らかにするための
図である。 第12図においてP1は指向性スクリーンDSが陰極線管CR
Tの蛍光面とが最も近接した時の位置を示し、また、P2
は指向性スクリーンDSが陰極線管CRTの蛍光面から最も
隔離した時の位置を示す。 指向性スクリーンDSが陰極線管CRTの蛍光面に最も近
接した時の位置P1にあるときの指向性スクリーンDSと陰
極線管CRTの蛍光面との間隔をd1とすると、指向性スク
リーンDSによって空間中に生じる実像Ａ′,B′は、指向
性スクリーンDSにおける陰極線管CRT側とは反対の側
で、指向性スクリーンDSからの距離がd1の位置を占め、
また指向性スクリーンDSが陰極線管CRTの蛍光面から最
も隔離した時の位置P2にあるときの指向性スクリーンDS
と陰極線管CRTの蛍光面との間隔をd2とすると、指向性
スクリーンDSによって空間中に生じる実像Ａ″,B″は、
指向性スクリーンDSと陰極線管CRTの螢光面との間隔がd
2となっているので、指向性スクリーンDSによって空間
中に生じる実像Ａ″,B″は指向性スクリーンDSにおける
陰極線管CRT側とは反対側で、指向性スクリーンDSから
の距離がd2の位置を占める。 前記した指向性スクリーンDSによって空間中に生じる
実像Ａ″,B″の位置と、指向性スクリーンDSによって空
間中に生じる実像Ａ′,B′の位置との間隔は、陰極線管
CRTの蛍光面の位置を基準とすると、 2d2−2d1＝２（d2−d1） …（１） 前記の（１）式で示され、また、指向性スクリーンDS
の最大振幅Ｓは Ｓ＝d2−d1 …（２） 前記の（２）式で示されるから、図中の実像Ａ″,B″
の位置は、実像Ａ′,B′の位置から2Sの距離にあり、結
局、表示できる３次元像の映出範囲IZの奥行きは、図中
のＡ′Ｂ′の面から図中のＡ″Ｂ″の面までの2Sとして
示されるものとなり、３次元表示装置によって空中に表
示される３次元像は、指向性スクリーンDSの最大振幅Ｓ
の２倍に相当する奥行きを有するものとなされる。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、第９図及び第12図を参照して説明した３次
元像の表示装置において、３次元像の各断面と対応する
２次元像を空間中に表示させるのに使用されている指向
性スクリーンDSは、スクリーン上の各点における入射光
と透過光との方向がスクリーン面に対して鏡対称となる
ような性質を有するような構成の指向性スクリーンであ
り、それは例えば第10図，第11図に例示されているよう
に光路中に直列的な配置態様で設けられた複数組のレン
ズアレイ板によって構成されたものが使用されていた。 第10図に例示されている指向性スクリーンDSは、それ
ぞれ同一の焦点距離を有する多数の凸レンズ（素子レン
ズ）ε，ε…を配列した２枚のレンズアレイ板42,43
を、前記の各レンズアレイ板42,43における互に対応す
る凸レンズの光軸及び焦点面が一致するように合わせる
とともに、前記の焦点面に散光面44を配置した構成態様
のものであり、また第11図に例示されている指向性スク
リーンDSは、焦点距離f1,f3が同一の凸レンズL1,L3と、
焦点距離f2が前記した凸レンズL1,L3の焦点距離の1/2、
すなわち、f2＝f1/2＝f3/2であるような凸レンズL2等を
素子レンズとして、それぞれ構成されているレンズアレ
イ8,10,9が、第11図に示されているように直列的に配列
されているような構成態様のものであったが、前記した
指向性スクリーンDSはそれに入射した平行光が指向性ス
クリーンDSから平行光として出射できるような機能、す
なわち、無限遠の被写体の像を無限遠に結像させうるよ
うな機能を有する光学系で構成されていた。 しかし、指向性スクリーンDSで取扱う被写体は指向性
スクリーンDSから有限長の距離の位置に置かれている２
次元図形板K1,K2…であり、また、指向性スクリーンDS
から出射した光による実像の位置Ａ′,B′（Ａ″,B″）
も指向性スクリーンDSから有限長の距離に生じるから、
指向性スクリーンDSから出射されて空中に結像される像
の画素の大きさは指向性スクリーンDSを構成しているレ
ンズアレイ８〜10に使用されている素子レンズの径より
も小さくはなり得ないために高解像度の像を空中に表示
させることが困難であった。

【課題を解決するための手段】 本発明は空中に表示させるべき３次元像における複数
の断面位置のそれぞれと個別に対応して前記の断面図形
を表わす２次元図形が順次に表示される２次元図形の表
示面と、スクリーン上の各点における入射光と透過光と
の方向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性質
を有している如き指向性スクリーンとの間隔を相対的に
変位させて空中に３次元像を表示させるようにした３次
元表示装置において、前記した指向性スクリーンとして
それぞれ微小な素子レンズを２次元的に配列して構成し
てなるレンズアレイ板の３組のものを光路に直列的に配
置した構成態様のものを用いるとともに、前記した２次
元図形の表示面と指向性スクリーンとの間隔の変化に対
応して、前記の３組のレンズアレイ板からなる指向性ス
クリーンにおける個々の素子レンズによる前記した２次
元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性スクリーン
面に対して面対称の位置に結像するように前記した３組
のレンズアレイ板の間隔を制御するようにした３次元表
示装置、及び空中に表示させるべき３次元像における複
数の断面位置のそれぞれと個別に対応して前記の断面図
形を表わす２次元図形が順次に表示される２次元図形の
表示面と、スクリーン上の各点における入射光と透過光
との方向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性
質を有している如き指向性スクリーンとの間隔を相対的
に変位させて空中に３次元像を表示させるようにした３
次元表示装置において、前記した指向性スクリーンとし
てそれぞれ微小な素子レンズを２次元的に配列して構成
してなるレンズアレイ板の２組のものを光路に直列的に
配置した構成態様のものを用いるとともに、前記した２
次元図形の表示面と指向性スクリーンとの間隔の変化に
対応して、前記の２組のレンズアレイ板からなる指向性
スクリーンにおける個々の素子レンズによる前記した２
次元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性スクリー
ン面に対して面対称の位置に結像するように前記した３
組のレンズアレイ板の間隔を制御するようにした３次元
表示装置を提供する。

【作用】

微小な素子レンズを２次元的に配列して構成してなる
レンズアレイ板の３組のものを光路に直列的に配置し
て、スクリーン上の各点における入射光と透過光との方
向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性質を示
すようなものとして構成された指向性スクリーンと、２
次元図形の表示面との間隔の変化に対応して、前記の３
組のレンズアレイ板からなる指向性スクリーンにおける
個々の素子レンズによる前記した２次元図形の表示面の
正立等倍像が、常に指向性スクリーン面に対して面対称
の位置に結像するように前記した３組のレンズアレイ板
の間隔を制御する。 また微小な素子レンズを２次元的に配列して構成して
なるレンズアレイ板の２組のものを光路に直列的に配置
して、スクリーン上の各点における入射光と透過光との
方向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性質を
示すようなものとして構成された指向性スクリーンと、
２次元図形の表示面との間隔の変化に対応して、前記の
３組のレンズアレイ板からなる指向性スクリーンにおけ
る個々の素子レンズによる前記した２次元図形の表示面
の正立等倍像が、常に指向性スクリーン面に対して面対
称の位置に結像するように前記した２組のレンズアレイ
板の間隔を制御する。 それにより、前記したレンズアレイ板の構成に使用さ
れている微小レンズの性能に応じた解像度を有する画像
を空間に表示させることができる。

【実施例】

以下、本発明の３次元表示装置の具体的な内容を添付
図面を参照して詳細に説明する。第１図は本発明の３次
元表示装置の一実施例の構成を示す側断面図、第２図及
び第３図は第１図に示されている３次元表示装置に使用
されている指向性スクリーンの構成原理及び動作原理を
説明するのに使用される側断面図、第４図は第１図に示
されている３次元表示装置に使用されている指向性スク
リーンの説明に使用される図、第５図乃至第８図は他の
構成態様の指向性スクリーンを示す側断面図である。 第１図においてCRTは２次元図形の表示部として用い
られている陰極線管であり、この陰極線管CRTでは空中
に表示させる３次元像の断面と対応する２次元図形を電
子ビームの走査によって次々に蛍光面上に表示するとい
う動作を行なう。 前記した２次元図形の表示部としては空中に表示させ
るべき３次元像の複数の断面と対応する２次元図形を順
次に表示できる機能を備えているものであれば、どのよ
うな構成のものでも使用できることはいうまでもない。 DSはスクリーン上の各点における入射光と透過光との
方向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性質を
有している如き指向性スクリーンであり、この指向性ス
クリーンDSはそれぞれ微小な素子レンズを２次元的に配
列して構成してなるレンズアレイ板の複数組のものを光
路に直列的に配置した構成態様のものとなされている
が、この指向性スクリーンDSの具体的な構成例は第２
図，第３図及び第５図乃至第８図等に例示されている
が、指向性スクリーンDSは往復直線運動の駆動装置によ
ってそれのスクリーン面に垂直な方向第１図中の矢印Ｙ
方向）に駆動変位されるようになされている。 第１図示の３次元表示装置中で使用されている指向性
スクリーンDSの往復直線運動の駆動装置は、第９図を参
照して既述した従来例の３次元表示装置中で使用されて
いる指向性スクリーンDSの往復直線運動の駆動装置と同
様のものであって、モータＭによって回転されるクラン
ク１にロッド２を介して、スリーブ３に摺動自在に支持
されているスライダ４の１端を連結し、また、前記のス
ライダ４の他端には指向性スクリーンDSを固着し、さら
に指向性スクリーンDSにはスリーブ５に摺動自在に支持
されているスライダ６の１端を固着し、スライダ６の他
端には指向性スクリーンDSの位置信号の発生器７を設け
てあって、前記したモータＭが回転されることにより指
向性スクリーンDSが図中の矢印Ｙ方向に往復直線運動を
行なうようになされている。 前記した指向性スクリーンDSの位置信号の発生器７と
しては光学的な位置センサ、静電的な位置センサ、動電
的な位置センサ、電磁的な位置センサ等の内から任意の
構成態様のものが使用できることはいうまでもない。 そして指向性スクリーンDSが予め定められたそれぞれ
異なる空間位置に変位した時に、前記した指向性スクリ
ーンDSの位置信号の発生器７から発生された位置信号に
従って２次元図形の表示面（陰極線管CRTの蛍光面）上
に、空間の各位置毎に必要とされる２次元図形が表示さ
れることにより、陰極線管CRTの蛍光面上の２次元図形
が指向性スクリーンDSの機能により、指向性スクリーン
DSの中心面に対して鏡対称な位置に実像を結んで空間に
３次元像が表示されるようにするのに、本発明の３次元
表示装置においては、前記した陰極線管CRTの蛍光面
と、それぞれ微小な素子レンズを２次元的に配列して構
成してなるレンズアレイ板の複数組のものを光路に直列
的に配置した構成態様の指向性スクリーンとの間隔の変
化に対応して、前記の複数組のレンズアレイ板からなる
指向性スクリーンにおける個々の素子レンズによる前記
した２次元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性ス
クリーン面に対して面対称の位置に結像するように指向
性スクリーンにおけるレンズアレイ板間の距離を、前記
した指向性スクリーンDSの位置信号の発生器７から発生
された指向性スクリーンDSの位置信号に基づいて変位さ
せて、指向性スクリーンDSの中心面を対称面として空中
へ形成される２次元図形の表示面の２次元図形の像面
に、レンズアレイ板を構成している多数の素子レンズの
径よりも小さな画素よりなる２次元図形が常に空中に形
成される状態となるように構成しているのであり、第１
図中に示されている３次元表示装置において前記の構成
は、指向性スクリーンDSの位置信号の発生器７から発生
された指向性スクリーンDSの位置信号（アナログ信号形
態の位置信号）を、アナログデジタル変換器38によって
デジタル信号形態の位置信号に変換し、そのデジタル信
号形態の位置信号をアドレス信号に用いて変換テーブル
39から指向性スクリーンDSを構成している複数のレンズ
アレイ板に対する変位信号を取出し、次いで変換テーブ
ル39から出力された信号をデジタルアナログ変換器40に
よってアナログ信号形態の変位信号に変換し、前記のア
ナログ信号形態の変位信号を駆動装置41に供給して、前
記の駆動装置41から指向性スクリーンを構成している複
数のレンズアレイ板を変位させるアクチュエータに駆動
信号を与えるようにすることにより、陰極線管CRTの蛍
光面と指向性スクリーンDSとの間隔の変化に対応して、
光路中に直列的な配置態様で設けられた複数のレンズア
レイ板よりなる指向性スクリーンにおけるレンズアレイ
板間の距離が、前記した指向性スクリーンDSの位置信号
の発生器７から発生された指向性スクリーンDSの位置信
号に基づいて変位されるようにされている。 第１図示の３次元表示装置で使用されている指向性ス
クリーンDSは、多数の微小な素子レンズL1（以下、単に
レンズL1と記載される場合もある）を配列させたレンズ
アレイ板11と、アクチュエータ14,15と、多数の微小な
素子レンズL2（以下、単にレンズL2と記載される場合も
ある）を配列させたレンズアレイ板12と、アクチュエー
タ16,17と、多数の微小な素子レンズL3（以下、単にレ
ンズL3と記載される場合もある）を配列させたレンズア
レイ板13とによって構成されているような構成形態のも
のであり、それの具体的な構成は第２図及び第３図に示
されている。 前記したアクチュエータ14,15は、陰極線管CRTの蛍光
面に表示された２次元図形が、指向性スクリーンDSにお
けるレンズアレイ板11における各レンズL1によって、レ
ンズアレイ板12における各レンズL2における主平面の位
置に結像する状態になるようにレンズアレイ板11,12万
の距離ｂ１を、陰極線管CRTの蛍光面と指向性スクリ
ーンDSとの距離ａ１に応じて変更するような動作を行
なうように前記シタ駆動装置41から供給される駆動装置
によって制御され、また、前記したアクチュエータ16,1
7は、指向性スクリーンDSにおけるレンズアレイ板12に
おける各レンズL2における主平面の位置に結像された陰
極線管CRTの蛍光面における２次元図形が、レンズアレ
イ板13における各レンズL3によって、指向性スクリーン
DSにおけるレンズアレイ板12における各レンズL2の主平
面の位置を対称面として、陰極線管CRTの蛍光面と対称
の位置（レンズアレイ板13から距離ａ１の位置）の空
中へ、レンズアレイ板11〜13を構成している多数の微小
な素子レンズL1,L2,L3の径よりも小さな画素よりなる２
次元図形を結像させる状態となるようにレンズアレイ板
12,13間の距離ｂ１を、陰極線管CRTの蛍光面と指向性
スクリーンDSとの距離ａ１に応じて変更するような動
作を行なうように前記した駆動装置41から供給される駆
動信号によって制御される。 第４図はａ１＝a,b１＝b,f＝1mmとした場合のａ
とｂとの関係を示す図であり、このａとｂとの関係が第
１図中の変換テーブル39で使用されて、前記した駆動信
号が発生されるのである。 第２図及び第３図においてCRTは２次元図形の表示面
となされる蛍光面を備えている陰極線管であり、この陰
極線管CRTは第１図中に示されている陰極線管CRTに対応
しているものである。第２図は陰極線管CRTの蛍光面と
指向性スクリーンDSとの距離ａ１が大きい場合の指向
性スクリーンDSにおける３つのレンズアレイ板11〜13と
アクチュエータ14〜17との状態を示している図であり、
また第３図は陰極線管CRTの蛍光面と指向性スクリーンD
Sとの距離ａ１が小さい場合の指向性スクリーンDSに
おける３つのレンズアレイ板11〜13とアクチュエータ14
〜17との状態を示している図である。 このように、本発明の３次元表示装置においては２次
元図形の表示面（陰極線管CRTの蛍光面）と指向性スク
リーンとの間隔ａ１の変化に対応して、光路中に直列
的な配置態様で設けられた３組のレンズアレイ板11〜13
よりなる指向性スクリーンDSにおける中間のレンズアレ
イ板12と前後のレンズアレイ板11,13との距離ｂ１
を、前記の複数組のレンズアレイ板からなる指向性スク
リーンDSにおける個々の素子レンズによる前記した２次
元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性スクリーン
面に対して面対称の位置に結像する状態となるように変
位させて、指向性スクリーンDSの中心面を対称面として
空中へ形成される２次元図形の表示面の２次元図形の像
面に、レンズアレイ板を構成している多数の素子レンズ
の径よりも小さな画素よりなる２次元図形が常に空中に
形成される状態となるように、アクチュエータ14〜17に
よって制御しているので、従来の問題点が良好に解決さ
れうることは明らかである。 前記のように指向性スクリーンDSを構成している複数
のレンズアレイ板の間隔を変化させるために使用されて
いるアクチュエータは、それの構成態様が圧電（電歪）
型、動電型、電磁型、その他、任意の構成形態のもので
も使用できる。 前記した指向性スクリーンDSにおけるレンズアレイ板
12のレンズL2の作用は、前記のように各レンズアレイ板
の間隔ｂ１が変化した場合でも、レンズアレイ板11の
レンズL1を通過した光を、レンズアレイ板13のレンズL3
に有効に入射させるようにするためのものである。 すなわち、指向性スクリーンDSを構成している複数の
レンズアレイ板11〜13の間隔ｂ１が、第11図を参照し
て説明した指向性スクリーンDSの複数のレンズアレイ板
の間隔が常に一定に保たれている場合には、レンズL1の
光軸を通過した光を常にレンズL2の光軸とエンズL3の光
軸を通過する状態とし指向性スクリーンDSを構成させる
ことができるが、本発明の３次元表示装置においては指
向性スクリーンDSを構成している複数枚のレンズアレイ
板の間隔が、２次元図形の表示面（陰極線管CRTの蛍光
面）と指向性スクリーンDSとの間隔ａ１の変化に対応
して変化するようになされているのに、指向性スクリー
ンDSを構成している複数枚のレンズアレイ板に使用され
ている素子レンズはそれぞれ一定の焦点距離を有するも
のであるために、前記のように指向性スクリーンDSを構
成している複数枚のレンズアレイ板の間隔が前述のよう
に変化した場合にはレンズL1の光軸を通過した光を常に
レンズL2の光軸とレンズL3の光軸を通過させるようにし
て指向性スクリーンDSを構成させることは不可能であっ
て多少のけられの生じることは避けられず、レンズアレ
イ板11のレンズL1を通過した光の全部をレンズアレイ板
13のレンズL3に入射させることはできない。 それで、なるべく光の利用率を大きい状態として指向
性スクリーンDSを構成することが望まれる。今、レンズ
アレイ板11のレンズL1の焦点距離をf1,レンズアレイ板1
2のレンズL2の焦点距離をf2,レンズアレイ板13のレンズ
L3の焦点距離をf3とし、また、第４図中においてａ（＝
ａ１）が20mm〜70mmまで変化した場合には、例えばレ
ンズアレイ板12のレンズL2の焦点距離が前記したレンズ
アレイ板の間隔ｂ１の変化、すなわち、第４図中にお
けるａ＝20mmに対応するｂ＝1.053と、第４図中におけ
るａ＝70mmに対応するｂ＝1.014との略々中間の値（前
記した1.053と1.014との算術平均値1.034）、1.034f1＝
1.034f3＝2f2にされることは、レンズによるけられを少
なくする点から考えて望ましい。 前記の例の場合のように指向性スクリーンDSと２次元
図形の表示面との距離ａ１＝ａが20mm〜70mmに変化し
ても、第４図から指向性スクリーンDSにおけるレンズア
レイ板間の間隔ｂ１の変化は約39ミクロンというよう
に非常に小さいので、レンズによるけられの発生は実用
上は無視できる。 第５図は３枚のレンズアレイ板として平板型マイクロ
レンズアレイを用いて構成した指向性スクリーンDSの構
成例であって18〜21はガラス基板であり、また図中にお
けるγ，γ…は前記した平板状の各ガラス基板に構成さ
せたレンズ作用を有する半球状の屈折率分布領域である
が、前記のように平板状の各ガラス基板にレンズ作用を
有する多数の半球状の屈折率分布領域を、例えばイオン
交換法等の手段を適用して構成させて、多数の分布屈折
率レンズを備えているレンズアレイを作ることは周知で
ある。 第５図中に示されている22,23は空隙であり、また24
〜27はアクチュエータである。第５図に例示されている
ような構成の指向性スクリーンDSを、第１図中に示され
ている指向性スクリーンDSの代わりに使用しても、第１
図に示されている３次元表示装置と同様に２次元図形の
表示面と指向性スクリーンDSとの間隔の変化に対応し
て、前記の複数組のレンズアレイ板からなる指向性スク
リーンDSにおける個々の素子レンズγ，γ…による前記
した２次元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性ス
クリーン面に対して面対称の位置に結像する状態となる
ように、光路中に直列的な配置態様で設けられた３組の
レンズアレイ板よりなる指向性スクリーンDSにおける中
間のレンズアレイ板と前後のレンズアレイ板との距離を
変化させて、指向性スクリーンDSにおける中間のレンズ
アレイ板の厚さ方向における中心面を対称面として空中
へ形成される２次元図形の表示面の２次元図形の像面
に、レンズアレイ板を構成している多数の素子レンズ
γ，γ…の径よりも小さな画素よりなる２次元図形が常
に空中に形成される状態となるように、アクチュエータ
24〜27によって制御して、従来の問題点が生じないよう
にすることができる。 次に、第６図乃至第８図は２次元図形の表示面と指向
性スクリーンとの間隔の変化に対応して、光路中に直列
的な配置態様で設けられた２組のレンズアレイ板（ガラ
ス基板18,19を有する２つの平板型マイクロレンズアレ
イで構成されている１組のレンズアレイ板と、ガラス基
板20,21を有する平板型マイクロレンズアレイで構成さ
れている１組のレンズアレイ板とからなる２組のレンズ
アレイ板）からなる指向性スクリーンDSにおける個々の
素子レンズγ，γ…（第６図の場合）、及び光路中に直
列的な配置態様で設けられた２組のレンズアレイ板30,3
1からなる指向性スクリーンDSにおける個々の素子レン
ズα，α…（第７図の場合）ならびに光路中に直列的な
配置態様で設けられた２組のレンズアレイ板34,35から
なる指向性スクリーンDSにおける個々の素子レンズδ，
δ…（第８図の場合）による前記した２次元図形の表示
面の正立等倍像が、常に指向性スクリーン面に対して面
対称の位置に結像する状態となるように、光路中に直列
的な配置態様で設けられた２組のレンズアレイ板よりな
る指向性スクリーンDSにおける中心面を対称面として空
中へ形成される２次元図形の表示面の２次元図形の像面
に、平板型マイクロレンズアレイにおける個々の素子レ
ンズγ，γ…の径よりも小さな画素よりなる２次元図形
が常に空中に形成される状態（第６図の場合）、及びレ
ンズアレイ板30,31を構成している多数の素子レンズの
個々の素子レンズα，α…の径よりも小さな画素よりな
る２次元図形が常に空中に形成される状態（第７図の場
合）、レンズアレイ板34,35を構成している多数の素子
レンズの個々の素子レンズδ，δ…の径よりも小さな画
素よりなる２次元図形が常に空中に形成される状態（第
８図の場合）となされるように、アクチュエータ29a,29
b（第６図の場合）、アクチュエータ32,33（第７図の場
合）、アクチュエータ36,37（第８図の場合）により変
化させるように制御するように構成された３次元表示装
置に使用される指向性スクリーンDSの構成例を示してい
る図である。 まず、第６図に示されている指向性スクリーンDSにお
いて、２組のレンズアレイ板を構成するのに用いられて
いる平板型マイクロレンズアレイは、平板状の各ガラス
基板18〜21に構成させたレンズ作用を有する半球状の屈
折率分布領域γ，γ…を備えており、前記の２組のレン
ズアレイ板の間には空隙28が設けられており、アクチュ
エータ29a,29bを備えている。 第６図に例示されているような構成の指向性スクリー
ンDSにおいて、２次元図形の表示面と指向性スクリーン
DSとの間隔の変化に対応して、前記の複数組のレンズア
レイ板からなる指向性スクリーンDSにおける個々の素子
レンズγ，γ…による前記した２次元図形の表示面の正
立等倍像が、常に指向性スクリーン面に対して面対称の
位置に結像する状態となるように、光路中に直列的な配
置態様で設けられた２組のレンズアレイ板よりなる指向
性スクリーンDSにおける前後のレンズアレイ板との距離
を変化させて、指向性スクリーンDSにおける中心面を対
称面として空中へ形成される２次元図形の表示面の２次
元図形の像面に、レンズアレイ板を構成している多数の
素子レンズγ，γ…の径よりも小さな画素よりなる２次
元図形が常に空中に形成される状態となるように、アク
チュエータ29a,29bによって制御して、従来の問題点が
生じないようにすることができる。 次に、第７図に示されている指向性スクリーンDSにお
いて、30,31はそれぞれレンズアレイ板、32,33はアクチ
ュエータであり、この第７図に示されている指向性スク
リーンDSの構成に使用されているレンズアレイ板30,31
は、感光性ガラスを利用して微小な球面を形成してレン
ズ化する、周知のいわゆる結晶化ガラス法を適用して構
成されたレンズアレイ板であり、図中においてα，α…
はガラスの収縮によって凸部となされて構成されたレン
ズ部、または図中のβ，β…は収縮後の結晶化ガラス部
（遮光層）である。 この第７図に示されている指向性スクリーンDSにおけ
る２枚のレンズアレイ板32,33における各素子レンズ
α，α…の球面が対面している部分には凹レンズ状の空
間が形成されているが、前記した各凹レンズ状の空間は
凸レンズのフィールドレンズと等価な作用を行なうもの
と考えることができるから、この第７図示の指向性スク
リーンDSは、２枚のレンズアレイ板32,33と、前記の２
枚のレンズアレイ板32,33の間の空間に形成された多数
の凹レンズ状の空間による多数の凸レンズのフィールド
レンズによるレンズアレイ板との３枚のレンズアレイ板
によって構成されている既述の指向性スクリーンDSと同
様な機能を備えているものと考えることができる。 次に、第８図に示されている指向性スクリーンDSにお
いて、34,35はそれぞえレンズアレイ板、36,37はアクチ
ュエータであり、この第８図に示されている指向性スク
リーンDSの構成に使用されているレンズアレイ板34,35
は、屈折率が中心軸から周辺に向かって２乗分布近似に
減少して行くように構成されているロッドレンズδ，δ
…を配列して構成されており、前記した各レンズアレイ
板34,35の構成に用いられている各ロッドレンズδ，δ
…は1/4ピッチレンズであり、２枚のレンズアレイ板34,
35によって1/2ピッチレンズ（第３象限レンズ）として
１対１正立等倍結像条件を満足するロッドレンズδ，δ
…を構成する。 前記した第７図及び第８図に例示されているような構
成の指向性スクリーンDSを、第１図中に示されている指
向性スクリーンDSの代わりに使用されても、第１図に示
されている３次元表示装置と同様に２次元図形の表示面
と指向性スクリーンDSとの間隔の変化に対応して、光路
中に直列的な配置態様で設けられた２組のレンズアレイ
板よりなる指向性スクリーンDSにおける前後のレンズア
レイ板との距離を、指向性スクリーンDSの厚さ方向にお
ける中心面を対称面として空中へ形成される２次元図形
の表示面の２次元図形の像面に、レンズアレイ板30,31
を構成している多数の素子レンズα，α…の径よりも小
さな画素よりなる２次元図形が常に空中に形成される状
態（第７図の場合）となるようにアクチュエータによっ
て制御したり、またはレンズアレイ板34,35を構成して
いる多数の素子レンズδ，δ…の径よりも小さな画素よ
りなる２次元図形が常に空中に形成される状態（第８図
の場合）となるようにアクチュエータによって制御する
ことにより、従来の問題点が生じないようにすることが
できる。

【発明の効果】

以上、詳細に説明したところから明らかなように本発
明の３次元表示装置は、微小な素子レンズを２次元的に
配列して構成してなるレンズアレイ板の３組のものを光
路に直列定に配置して、スクリーン上の各点における入
射光と透過光との方向がスクリーン面に対して鏡対称と
なるような性質を示すようなものとして構成された指向
性スクリーンと、２次元図形の表示面との間隔の変化に
対応して、前記の３組のレンズアレイ板からなる指向性
スクリーンにおける個々の素子レンズによる前記した２
次元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性スクリー
ン面に対して面対称の位置に結像するように前記した３
組のレンズアレイ板の間隔を制御したり、微小な素子レ
ンズを２次元的に配列して構成してなるレンズアレイ板
の２組のものを光路に直列的に配置して、スクリーン上
の各点における入射光と透過光との方向がスクリーン面
に対して鏡対称となるような性質を示すようなものとし
て構成された指向性スクリーンと、２次元図形の表示面
との間隔の変化に対応して、前記の３組のレンズアレイ
板からなる指向性スクリーンにおける個々の素子レンズ
による前記した２次元図形の表示面の正立等倍像が、常
に指向性スクリーン面に対して面対称の位置に結像する
ように前記した２組のレンズアレイ板の間隔を制御した
りするものであるから、本発明の３次元表示装置は前記
したレンズアレイ板の構成に使用されている微小レンズ
の性能に応じた解像度を有する画像を空間に表示させる
ことができ、本発明によれば２次元図形の表示面と指向
性スクリーンとの間隔の変化に対応して、光路中に直列
的な配置態様で設けられた複数組のレンズアレイ板より
なる指向性スクリーンDSにおけるレンズアレイ板間の距
離を指向性スクリーンDSにおける厚さ方向における中心
面を対称面として空中へ形成される２次元図形の表示面
の２次元図形の像面に、レンズアレイ板を構成している
多数の素子レンズの径よりも小さな画素よりなる２次元
図形が常に空中に形成される状態になされるので、本発
明により既述した従来の３次元表示装置における問題点
は良好に解決できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の３次元表示装置の一実施例の構成を示
す側断面図、第２図及び第３図は第１図に示されている
３次元表示装置に使用されている指向性スクリーンの構
成原理及び動作原理を説明するのに使用される側断面
図、第４図は第１図に示されている３次元表示装置に使
用されている指向性スクリーンの説明に使用される図、
第５図乃至第８図は他の構成態様の指向性スクリーンを
示す側断面図、第９図は従来の３次元表示装置の一例構
成を示す図、第10図乃至第12図は従来装置に使用されて
いた指向性スクリーンを説明するための図である。 CRT……陰極線管、DS……指向性スクリーン、Ｍ……モ
ータ、K1,K2……２次元図形板、L1〜L3,α〜δ……レン
ズ、１……クランク、２……ロッド、3,5……スリー
ブ、4,6……スライダ、７……DSの位置信号の発生器、
８〜10〜13,18〜21,30,31,34,35……レンズアレイ、14
〜17,29a,29b,32,33,36,37……アクチュエータ、38……
アナログデジタル変換器、39……変換テーブル、40……
デジタルアナログ変換器、41……駆動装置、

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−69612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−71387（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−72595（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−74219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−102822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−104316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−106215（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−113116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−123533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−137388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−128938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−107247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−2033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−161737（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−16121（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−107247（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−30569（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭63−52518（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−11332（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空中に表示させるべき３次元像における複
   数の断面位置のそれぞれと個別に対応して前記の断面図
   形を表わす２次元図形が順次に表示される２次元図形の
   表示面と、スクリーン上の各点における入射光と透過光
   との方向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性
   質を有している如き指向性スクリーンとの間隔を相対的
   に変位させて空中に３次元像を表示させるようにした３
   次元表示装置において、前記した指向性スクリーンとし
   てそれぞれ微小な素子レンズを２次元的に配列して構成
   してなるレンズアレイ板の３組のものを光路に直列的に
   配置した構成態様のものを用いるとともに、前記した２
   次元図形の表示面と指向性スクリーンとの間隔の変化に
   対応して、前記の３組のレンズアレイ板からなる指向性
   スクリーンにおける個々の素子レンズによる前記した２
   次元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性スクリー
   ン面に対して面対称の位置に結像するように前記した３
   組のレンズアレイ板の間隔を制御するようにしたことを
   特徴とする３次元表示装置
2. 【請求項２】空中に表示させるべき３次元像における複
   数の断面位置のそれぞれと個別に対応して前記の断面図
   形を表わす２次元図形が順次に表示される２次元図形の
   表示面と、スクリーン上の各点における入射光と透過光
   との方向がスクリーン面に対して鏡対称となるような性
   質を有している如き指向性スクリーンとの間隔を相対的
   に変位させて空中に３次元像を表示させるようにした３
   次元表示装置において、前記した指向性スクリーンとし
   てそれぞれ微小な素子レンズを２次元的に配列して構成
   してなるレンズアレイ板の２組のものを光路に直列的に
   配置した構成態様のものを用いるとともに、前記した２
   次元図形の表示面と指向性スクリーンとの間隔の変化に
   対応して、前記の２組のレンズアレイ板からなる指向性
   スクリーンにおける個々の素子レンズによる前記した２
   次元図形の表示面の正立等倍像が、常に指向性スクリー
   ン面に対して面対称の位置に結像するように前記した３
   組のレンズアレイ板の間隔を制御するようにしたことを
   特徴とする３次元表示装置