JPS593478A - レ−ザ−光による図形表示装置 - 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】 本発明は、レーザー光による図形表示装置に関するもの
であり、よシ詳しくは、電子計算機に対する図形の入出
力等を目的とし、スタイラスで半透明デジタイザの表面
に描いた図形等の情報に基づいてレーザー光を変調し、
その変調したレーザー光を正弦波振動する水平、垂直偏
向ξう〜で偏向して、半透明デジタイザの裏面を水平、
垂直走査させ、それにより上記図形等の画像を半透明デ
ジタイザ上に表示するようにした図形表示装置に関する
ものである。

従来、電子計算機を利用して２イトペンで隘極線管表示
装置（ＣＲＴ）に電子回路図や種々の物品のデザインを
描き、さらにライトペンで必要な加筆、修正を行うこと
によシミ子回路の設計や物品をデザインすること等が行
われている。しかしながら、ＣＨ，Ｔｒｉ画像表示を行
う管面が厚いガラス板によって形成され、且つそのガラ
ス板が湾曲しているため、必然的に画像に視差が生じ、
ライトペンによって思い通りの図形を描いだシ、必要な
加筆、修正を行うのが著しく困難で、使いにくいという
欠点がある。

一方、ＣＩ（Ｔに表示するだめの入力装置として、タブ
レット上にスタイラスで描記するようにした装置を用い
ることもできる。しかしながら、この場合にはタブレッ
ト上に描いた図形をそのままタブレット上に表示できず
、描く位置とは異なる位置に置かれたＣＲＴに表示する
ことになるため、先に描いた図形を見ながら加筆、修正
することは実際上不可能である。

そこで、上記タブレット等に代えて半透明デジタイザを
用い、半透明デジタイザ上へのスタイラスによる図形等
の描記に伴い、その半透明デジタイザをスクリーンとし
て、上記摘記に応じて制御されたレーザー光により水平
、垂直走査し、上記図形等の画像を投影表示することが
考えられる。

この場合、レーザー光による走査を行うだめの水平、垂
直偏向には、レーザー光を正弦波振動する水平、垂直偏
向ミラーで反射させればよいが、それにより得た水平、
垂直偏向するレーザー光では次のような理由によって上
記図形等の画像を適切なものとして得ることができない
。即ち、レーザー光を正弦波振動する水平偏向ミラーで
偏向させ（２Ｗ＋、）π（ｎ：整数）の部分が一本の水
平走査線となシ、ＣＺｎ＋−）π〜（２ｒＬ十−）πの
部分２ が次の水平走査線となるが、それらは垂直偏向を受けて
ジグザグ状に連続するものとなり、各水平走査線が平行
にならないため、適切な画像が得られない。これを是正
するには、上記画部分のうちのいずれかの走査線のみを
使用すればよいが、その場合には新たに画面にフリッカ
−が発生するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するだめ、レーザー光
を二種類の偏波に分離し、一方の偏波においては走査線
を上記（２ｎ　＋　−）π〜（２Ｗ＋−）π２　　　　
　　　　　　　　２ の間のみで使用し、他方の偏波においては走査線を上記
（２ｎ　＋−）π〜（２ｎ十−）πの間のみで使２　　
　　　　　　　　　　　２ 用し、一方の偏波を反転プリズムにより反転した後にそ
れらを合成して画像を描かせようとするものである。

このような原理に基づく本発明の図形表示装置は、半透
明デジタイザ上にスタイラスで描記した図形等の座標に
対応する変調信号によりレーザー管から投射されるレー
ザー光の変調を行う偏光変調器を備え、この偏光変調器
を、レーザー光を二種類の偏波に分離した後に再び合成
する一対のビームスプリッタ−と、それらの間に配設さ
れて、各偏波を上記変調信号に基づいて変調すると共に
、後記水平偏向器の正弦波振動の周期を基準として、両
偏波をそれぞれ（２ＴＬ＋−）π〜（２ｎ十−）πの２ 間及び（ｚｒＬ十−）π〜（２ル十−）πの範囲外で消
２ 大して出力する変調器とにより構成し、さらにこめ偏光
変調器から出力される合成レーザー光を正弦波振動する
水平偏向ミラーでの反射により水平偏向させる水平偏向
器、その水平偏向器から出力される合成レーザー光を二
種類の偏波に分離した後に合成する一対のビームスプリ
ッターノ間ニ、分離された一方の偏波を他方の偏波とπ
の位相のずれで同一の偏向変位角をもつように反転させ
る反転プリズムを設けた水平信号調整器、その出力を垂
直偏向ミラーの振動により垂直偏向させる垂直偏向器と
を備えたことを特徴とするものである。

かかる本発明の図形表示装置によれば、レーザー光を二
種類の偏波に分離してそれぞれ個別に変調し、さらに部
分的に消光すると共に一方の偏波を反転プリズムで反転
し、両偏披を互いにπの位相のずれで同一の偏向変位角
のものとして合成出力させるようにしたので、これによ
り得られる水平偏光レーザー光を垂直偏向させることに
よシ、スクリーン上において互いに平行する水平走査線
を得ることができ、スクリーン上に変調信号に対応する
画像を描かせることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
と、第１図に示す図形表示装置は、電子計算機との対話
等に用いるもので、レーザー光を振動するミラーにおい
て反射させてスクリーンを構成する半透明デジタイザ１
の裏面を水平及び垂直に走査させ、スタイラス２でデジ
タイザ１の表面に描いた図形等の画像をその描記位置に
実時間的に表示するようにしたものであり、大別して電
気的制御回路部とレーザー光処理部により構成されてい
る。

上記電気的制御回路部は、スタイラス２で押圧した半透
明デジタイザｌ上の位置の座標信号を検出して電子計算
機に入力する座標検出兼入力回路を備え、上記座標信号
を処理するソフトウェアをもった電子計算機に映像信号
発生回路を接続し、この映像信号発生回路は映像信号を
レーザー光の水平、垂直偏向と同期させるためにその偏
向を制御する偏向制御回路と接続し、さらにその映像信
号によってレーザー光を変調するために、上記映像信号
発生回路にはレーザー光変調回路を介して偏光変調器を
接続している。

一方、レーザー光処理部においては、レーザー管３から
投射されたレーザー光Ｌ１がレンズ系４を通して偏光変
調器５に送られる。この偏光変調器５は、レーザー光を
映像信号に基づいて変調することにより、そのレーザー
光に半透明デジタイザ１土の表示図形等に対応した濃淡
情報を与えると共に、後述するように半透明デジタイザ
１の画面を水平走査するレーザー光の走査線を互いに平
行にするために所要の断続的信号として出力するもので
、第２図に示すように、レーザー管３からのレーザー光
Ｌｌを二種類の偏波ｔ、　、　ｔ２に偏光分離するビー
ムスプリッタ−７を備え、各偏波ｔ、　、　ｔ２の光路
に上記レーザー光変調回路と接続した立上シ特性の良い
変調器８，９を配設することにより、変調器８，９に入
力する偏波ｔ、　、　ｚ２を映像信号に基づいて変調す
ると共に、変調器の変調偏波ｔ３　。

ｔ４を断続的信号として出力するようにしている。

即ち、後述する水平偏向器１３における平面ミラー１６
　（Ｌの正弦波振動の周期を基準として、一方の変調器
８からは、 （２ｎ＋−）π〜（２が十−）π　（ｎ：整数）・・・
（１）２　　　　　　　　　　　　２ の範囲外で消光する変調偏波を出力すると共に、他方の
変調器９からは、 （２ｎ十−）π〜（２ｒＬ十−）π　　　　　　−−−
（２）２ の範囲外で消光する変調偏波を出力するようにしている
。さらに、変調器８，９の彼に上記一対の変調偏波１３
　、　ｔ４を合成レーザー光Ｌ２に合成するビームスプ
リッタ−１０を配設している。なお、上記ビームスプリ
ッタ−７，１０間における二つの光路の光路差は彼に補
償される。まだ、図中、１１　、１２は偏波を反射する
ミラーである。

上記偏光変調器５の次段に配設した水平偏向器１３、水
平信号調整器１４及び水平偏向曲面ミラー１５は、上記
合成レーザー光Ｌ２を水平偏向するものである。先ず、
合成レーザー光を微小角だけ水平偏向させる水平偏向器
１３は、第６図乃至第５図に示すように、両端を固定し
だ略円柱状の高透磁率の金属棒１６を備え、その外周面
の一部を平面化して研摩し、あるいは金属を蒸着するこ
とにより、平面ミラー１６αを形設し、その金属棒１６
を固定状態のリング状交流電磁石１７に遊挿し、電磁石
１７の径方向に対向する二対の磁極１８α、１８ｂ及び
１９α。

１９　ｂのコイルをリード線加により上記偏向制御回１
２（例えば話ｋ）１ｚ）を流し、それにより生じｍ、東
流磁界に基づくトルク’ｒ、　、　Ｔ２により、固定状
態の金属棒１６をそれ自体の弾性を利用して交互に逆向
きに捩り、金属棒１６をその共振点近傍の速い周期で剪
断強さ内において僅かに捩り弾性振動させると、それに
伴って金属棒１６上の平面ミラー１６αが微小変位角で
正弦波状に高周波振動し、この平面ミラー１６αで合成
レーザー光Ｌ２を反射させることにより、その合成レー
ザー光Ｌ２を微小角だけ水平偏向させることができる。

なお、上記金属棒１６はその一端だけを固定状態とする
こともできる。而して、このようにして水平偏向された
合成レーザー光Ｌ３の偏向角変位は、上記正弦波の（”
）　ｓ　（２）式の範囲において、位相πのずれで変位
が逆転している。

上記合成レーザー光Ｌ３が入力される次段の水平信号調
整器１４は、合成レーザー光Ｌ３を構成する一対の偏波
ｔｓ　、　ｔｅの光路長及び偏向角変位を一致させるも
ので、第６＠に示すように、合成レーザー光Ｌ３を分離
、合成する一対のビームスプリッタ−２、”（、２４と
、それらの間に配設して像の左右を反転する反転プリズ
ム部及び複数のミラー２６とによシ構成され、ビームス
プリッタ−２３を透過した一方の偏波ｔ６の光路をミラ
ー２６によって延長して一対の偏波における光路長を一
致させると共に、他方の偏波ｔ５を反転プリズムがで反
転させることによシ一対の偏波の偏向変位角を一致させ
、さらにそれらの偏波をビームスプリッタ−２４で合成
して周期がπの偏向角変位を持つ合成レーザー光Ｌ４を
得るように構成している。

その合成レーザー光Ｌ４が入力される次段の水平偏向曲
面ミラー１５け、合成レーザー九Ｌ４の水平偏向角を拡
大すると共に、各々の水平走査線が等速度で走査を行う
ようにするもので、入力する合成レーザー光Ｌ４の水平
偏向速度との関係において形成した曲面状のミラー面１
５αを備えている。なお、上記ミラー面１５αでの反射
により合成レーザー光Ｌ５のビーム自体が拡がるのが避
けられないため、前もってレンズでビーム自体に負の拡
がり角を与えておく必要がある。まだ、一つの水平偏向
曲面ミラー１５によっては、半透明デジタイザ１の画面
を左右に走査するだけの大きさの偏向角が得られない場
合には、水平偏向曲面ミラー１５を多段に設けることも
できる。

このようにして得られた合成レーザー光Ｌ５が入力され
る垂直偏向器２７及び垂直偏向曲面ミラー２８は、上記
水平偏向後の合成レーザー光Ｌ５を引続き垂直偏向させ
るものである。先ず、微小角だけ垂直偏向させる垂直偏
向器２７は、第７図乃至第９図を形成すると共に、その
金属棒３１を固定状態の一対のリング状交流電磁石３２
　、３２に遊挿し、一対の電磁石３２　、３２のそれぞ
れにおいて径方向に対向する二対の磁極３３α、３３ｂ
及びあα、　３４．６のコイル金属棒３１をトルクＴ１
′、Ｔ２′で交互に逆向きに捩ってミラー３１　（ｌを
微小捩り弾性振動させ、これによって正弦波状に振動す
るミラー３１　ｅＬで合成レーザー光Ｌ６を反射させ、
垂直偏向させるように構成している。この場合において
、金属棒３１におけるミラー３１αの両側を一対の電磁
石３２　、３２で捩るようにしたので、ミラー３１αの
変形は阻止され、また上記コイルに低周波電流を流すよ
うにしたので、金属棒３１の捩りばね定数が大きいこと
から、金属棒３１は加えるトルクに一致して振動するこ
とになる。

なお、金属棒３１は、上記金属棒１６と同様に、一端だ
けを固定することもできる。

このように構成した垂直偏向器２７の次段に配設した垂
直偏向曲面ミラー２８は、上記水平偏向曲面ミラー１５
と同様に、垂直偏向器２７で偏向させた合成レーザー光
Ｌ６の偏向角を拡大するもので、垂直−査における走査
速度な等速度とする曲面状のミート−回路αを備えたも
のとして構成され、このミラー面２８　ＣＬで反射され
た合成レーザー光Ｌ７は上記半透明デジタイザ１の裏面
からその画面を水平、垂直に繰返して走査する仁とにな
る。

次に、上記装置の動作を説明する。

先ず、スタイラス２で半透明デジタイザ１上に図形等を
描けば、座標検出兼入力回路によシ図形等を構成する各
点の座標信号が順次検出されて電子計算機に入力され、
それらの信号が電子計算機において処理され映像信号発
生回路に入力され、その映像信号発生回路において電子
計算機からの濃淡信号が偏向制御回路からの制御信号に
より水平、垂直偏向と同期した映像信号となり、その映
像信号がレーザー光変調回路に送られる。

これと並行して、偏光変調器５においては、レーザー管
３からのレーザー光Ｌ１が、第２図に示すように、予め
ビームスプリッタ−７により二種類の偏波ｔｌ　、　ｔ
、に分離され、それらの偏波ｔ、　、　Ｌ２が変調器８
，９において上記レーザー光変調回路からの変調信号に
基づいてそれぞれ個別に変調されＣ図形等の濃淡情報を
与えられると共に、水平偏向器１３における平面ミラー
１６αの正弦波振動の周期を基準として、上記（す及び
（２）式の範囲外で消光する二種類の変調偏波ｔ３　、
　ｔ４として出力され、さらにそれらがビームスプリッ
タ−１０で合成されて合成レーザー光Ｌ２となる。

上記合成レーザー光Ｌ２は、次段の水平偏向器１３にお
いて正弦波振動する平面ミラー１６αで反射され、高速
で水平偏向すると共に、その正弦波における上記（ｉ）
ｖ　（２７式のそれぞれの範囲外で消光するレーザー光
Ｌ３となる。

このようにして得られるレーザー光Ｌａ　ｔ’ｉ　、第
６図に示す次段の水平信号調整器１４において、ビーム
スプリッタ−２３により再び二種類の偏波ｔｓ　＋　ｔ
ｓに分離され、それぞれ異なる光路を通ることにょシ互
いの光路長が一致すると共に、一方の偏波ｔ５け反転プ
リズム四で反転して他方の偏波ｔ６とπの位相のずれで
同一の偏向変位角の偏波となり、それらの偏波ｔ５　、
　Ｉｓ　Ｆｉビームスリツメ−別で合成されて、周期が
πの偏向角変位を持ち且つ一方向に繰返し水平偏向する
合成レーザー光Ｌ４となり、さらに、そのレーザー光Ｌ
４は水平偏向曲面ミラー１５によって偏向角が拡大され
る。

さらに、上記水平偏向されたレーザー光Ｌ５は、第７図
乃至第９図に示す垂直偏向器２７により垂直偏向され、
その後垂直偏向曲面ミラー四により垂直偏向角が拡大さ
れて半透明デジタイザｌの裏面を水平、垂直走査し、上
記図形等の画像を描き出す。

このようにして、半透明デジタイザ１にはその裏面に図
形等の画像が描き出されるため、その画像を半透明デジ
タイザ１の表面から観察しながらスタイラス２により必
要な修正、加銀を行うことができる。

而して、このようなスタイラス２による図形等の描記は
、電子計算機に対する図形情報の入力とすることができ
、また半透明デジタイザは電子計算機において記憶、処
理した図形情報の出力装置として使用できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の図形表示装置の全体構成図、第２図は
その偏光変調器の構成図、第６図乃至第５図はその水平
偏向器のそれぞれ平面図、正面図及び第６図のＡ−Ａ線
断面図、第６図はその水平信号調整器の構成図、第７図
乃至第９図はその垂直偏向器のそれぞれ平面図、正面図
及び第８図のＢ−Ｂ線断面図である。 １・・・牛透明デジタイザ、２１１・・スタイラス、３
・・・レーザー管、　　　５＠・・偏光変調器、７．１
０，２．’（，２４−−−ビームスプリッタ−１８，９
・・・変調器、１３・・・水平偏向器、１４・・−水平
信号調整器、 １６α、３１α・・噛平面ミラー、 ５・・・反転プリズム、　ｎ・・・垂直偏向器、Ｌ１〜
Ｌ７＠・・レーザー光、ｔｘ〜ｔ６・・・偏波。 指定代理人 工業技術院製品科学研究所長 高橋教司 第２図 Ｒ 第８図 Ｋ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　半透明デジタイザ上にスタイラスで描記した図形
   等の座標に対応する変調信号によりレーザー管から投射
   されるレーザー光の変調を行う偏光変調器を備え、この
   偏光変調器を、レーザー光を二種類の偏波に分離した後
   に再び合成する一対のビームスプリッタ−と、それらの
   間に配設されて。 各偏波を上記変調信号に基づいて変調すると共に、後記
   水平偏向器の正弦波振動の周期を基準として、両偏波を
   それぞれ（２Ｗ＋−）π〜（２ｒＬ＋−）πの２　　　
   　　　　　　　　　　　２ 間及び（２Ｗ＋−）π〜（ｚｒｈ＋−）πの範囲外で消
   ２　　　　　　　　　　　　　　２ 光して出力する変調器とによシ構成し、さらにこの偏光
   変調器から出力される合成レーザー光を正弦波振動する
   水平偏向ミラーでの反射によシ水平偏向させる水平偏向
   器、その水平偏向器から出力される合成レーザー光を二
   種類の偏波に分離した彼に合成する一対のビームスプリ
   ッタ−の間に、分離された一方の偏波を他方の偏波とπ
   の位相のずれで同一の偏向変位角をもつように反転させ
   る反転プリズムを設けた水平信号調整器、その出力を垂
   直偏向ミ２−の振動により垂直偏向させる垂直偏向器と
   を備えたことを、特徴とするレーザー光による図形表示
   装置。