JPS6287931A - ３次元画像表示装置及びその使用方法 - 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、３次元画像表示装置とこの装置の使用方法と
に関するものである。

〔発明の概要〕

本願の第１発明は、３次元画像表示装置において、複数
の光ファイバシートを放射状に配列して螺旋体を形成す
ると共に、光ファイバシート同士の間で光ファイバシー
トに密接する様に遮光体を配することによって、簡単な
機構で３次元動画像を実時間表示することができる様に
したものである。

また本願の第２発明は、上記の様な３次元画像表示装置
の使用方法において、螺旋体と同軸で互いに所定の回転
角ずつずれている複数の螺旋状切断面像による３次元画
像を表示することによって、使用すべき３次元画像表示
装置の製造コストを低減させることができる様にしたも
のである。

［従来の技術〕 ３次元画像表示装置は、両眼視差を主に利用するものと
、空間に３次元画像を実際に表示するものとに大別され
る。前者は２眼式立体映画に代表されるが、この方式で
は視点を変えても物体の見える面は変わらず、真の３次
元画像表示装置とは言い難い。後者はホログラフィがそ
の代表的なものであり、視点の変化によって物体の見え
る面も変化する。しかしながらホログラフィは、画像情
報を電気信号として伝送すること及び実時間表示が極め
て困難である。

３次元画像は、物体の各切断面の像或いは各奥行の位置
にある部分の像を順次表示することによっても得ること
ができる。

この原理に基づく第１の従来例としては、Ｌａ５ｅｒｓ
＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　　Ｍａｒｃｈ　　１９８
３　Ｐ、５５〜５６に示されている様に、回転している
螺旋面上にレーザ光を投影しこの投影点でレーザ光を散
乱させて３次元画像を表示し、この３次元画像をその周
囲から見る様にしたものがある。

また第２の従来例としては、特開昭５７−１７１３１３
号公報に示されている様に、ＣＲＴとこのＣＲＴとの間
に扇形空間を形成する様に揺動する可動反射鏡とによっ
て、立体的な線画を表示する様にしたものがある。

また第３の従来例としては、ＡＰＰＬＩＥＤ　　０ＰＴ
ＩＣ５／Ｖｏ１．２１．　ｒｌｋＬ２０／１５　０ｃｔ
ｏｂｅｒ　　１９８２　ｐ、３６５９〜３６６３に示さ
れている様に、奥行方向の面数だけのＣＲＴを用意し、
これらのＣＲＴからの像をハーフミラ−によって合成す
る様にしたものがある。

更に第４の従来例としては、古（から知られているバリ
フォーカルミラ一式がある。

ところで、上記の第１従来例の螺旋面は極座標走査で走
査をするのが好ましいが、この極座標走査をレーザで高
速に行うことは困難である。また、高速走査の可能なＣ
ＲＴからの投影によって螺旋の１ピツチに相当する高さ
の範囲に亙って焦点ずれがなくしかも大きさが一定な像
を表示するための光学系を実現することも困難である。

従って、この第１従来例では、ベクトル走査による線画
以外の一般的なしかもカラーの３次元画像を表示するこ
とは困難である。

また上記の第２従来例も、ベクトル走査によって線画を
表示するものであり、線画以外の一般的な３次元画像を
表示することは困難である。

また上記の第３従来例では、奥行方向の面数だけのＣＲ
Ｔが必要なために構成が複雑であり、ハーフミラ−によ
って合成できる像の故にも限度があるので奥行方向の分
解能の向上にも限度がある。

また上記の第４従来例では、焦点ずれを起こしている光
束からのノイズが多いために像が全体としてぼやけてお
り、しかも像の遠近と大小との関係が逆でありこれを予
め補正しておく必要があることから構成も複雑である。

そこで本願の出願人は、これらの問題点を解決するため
に、特願昭５９−２００３０１号において以下の様な提
案をした。

第５図及び第６図は、夫々この提案による３次元画像表
示装置を示している。これらの３次元画像表示装置は、
複数の光ファイバシート１または複数の光ファイバ１′
の夫々の一端面によって平面２を形成すると共に他端面
によって螺旋面３を形成する様に複数の光ファイバシー
ト１を放射状に配列するかまたは複数の光ファイバ１′
を柱状に配列して成る螺旋体４を有している。

そして、螺旋体４をその軸心５を中心として回転させ、
螺旋面３の高さを与える１つの半径に対応する平面２の
１つの半径上に線状の像６を極座標における動径として
投影しこの動径を」二記回転に同期して回転させること
によって、被表示物体の上記高さにおける軸心５に垂直
な切断面像を投影し、螺旋体４の略−回転ごとに順次異
なる半径上に上記投影を行い、光ファイバシートｌまた
は光フアイバ１゛中を平面２から螺旋面３へ像６を伝搬
させ、回転している螺旋面３で形成される円柱空間内に
軸心５に垂直で高さが互いに異なる複数の切断面像を順
次表示することによって、３次元画像を表示するように
している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この様にして３次元画像を表示すると、像６
が表示される螺旋面３上の半径の数または光ファイバシ
ート１の枚数をｎとした場合、螺旋体４の０回の回転で
、３次元画像の１回の表示が完成される。

このために、例えばｎ＝１０とすると共に、３次元画像
の表示回数を経験的にフリッカが目立たない程度の毎秒
２０回とすると、螺旋体４を２００ｒｐｓという極めて
高速で機械的に回転させなければならない。しかし、そ
のためには高性能の駆動機構が必要であり、３次元画像
表示装置の製造コストが高くなってしまう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願の第１発明による３次元画像表示装置は、互いに長
さの異なる複数の光ファイバシートｌの夫々の一端面２
１．２２．２３によって平面２を形成すると共に他端面
３１．３２．３３によって螺旋面３を形成する様に前記
複数の光フアイバシー）１を放射状に配列して成る螺旋
体４と、前記光ファイバシート１同士の間でこれらの光
ファイバシート１に密接する様に配されている遮光体１
１．１２とを夫々具備している。

また本願の第２発明による３次元画像表示装置の使用方
法は、前記螺旋体４をその軸心５を中心として第１の速
度で回転させ、前記一端面２１．２２．２３から前記他
端面３１．３２．３３までの高さに対応する夫々の高さ
での被表示物体の切ｌ折面のうちで前記他端面３１．３
２．３３の夫々に対応する部分の線状の像６をこれらの
他端面３１．３２．３３と同一の前記光ファイバシート
１における前記一端面２１．２２．２３の夫々に前記軸
心５を中心として前記第１の速度よりも速い第２の速度
で回転する動径として順次投影し、前記第１の速度での
前記回転の角度に対応する前記綿状の像６の前記投影を
前記第１の速度での前記回転に同期して順次行い、前記
光ファイバシート１中を前記一端面２１．２２．２３か
ら前記他端面３１．３２．３３へ前記線状の像６を伝搬
させることによって、回転している前記螺旋面３で形成
される円柱空間内に前記螺旋体４と同軸で互いに所定の
回転角ずつずれている複数の螺旋状切断面像による３次
元画像を表示するようにしている。

〔作　用〕

本願の第１発明による３次元画像表示装置では、放射状
に配列されている光ファイバシート１同士の間で光フア
イバシー）１に密接する様に遮光体１１．１２が配され
ているので、光ファイパートｌ以外の部分での螺旋面３
側への像６の伝搬が■止される。

また本願の第２の発明による３次元画像表示装置の使用
方法では、被表示物体の螺旋状切断面４１．４２．４３
の像を形成するための線状の像６を、螺旋体４の回転速
度よりも早い速度で回転させるので、螺旋体４の１回の
回転によって３次元画像の１回の表示が完成され得る。

〔実施例〕

以下、本願の発明の一実施例を第１図〜第４図を参照し
ながら説明する。

第１図は、本実施例における３次元画像表示装置を示し
ている。この３次元画像表示装置は、複数の光ファイバ
シート１の放射状に並んでいる−端部同士の間で光ファ
イバシート１に密接する様に扇形の遮光体１１．１２、
・・−・・−・−・−・−・−・が配されており、光フ
ァイバシートＩの一端面２１．２２．２３、−・−・−
−−−−−−・・−・−と遮光体１１．１２、−・−−
−−−−一・−・とで平面２が形成されていることを除
いて、第５図に示した本出願人の先願における３次元画
像表示装置と実質的に同様の構成であってよい。

第２図は、この様な３次元画像表示装置によって３次元
画像を表示する方法の原理を示している。

３次元画像を表示するためには、まず、軸心５を中心と
して角速度ω、で螺旋体４を回転させる。

そして、第６図に示した様な線状の像６を、軸心５を中
心として角速度ωｒ　（ω１）ωＳ）で回転させ、一端
部２１．２２．２３、−・−・・−−−−−・−・・・
・−へ順次投影する。

この時、一端面２１へ投影する像６としては、一端面２
１に対応する他端面３１の高さの像、つまり表示すべき
３次元画像の底面の像とする。そして同様にして、一端
面２２．２３、・−ｍ−−−・・−・−−一−−−−へ
投影する像６としては、他端面３２．３３、・・・・−
−−−−−−−−−−・−の高さの像とする。

動径としての像６が１回転すると、その間に螺旋体４が
角度θ。だけ回転しているので、２回転目に投影すべき
像６としては、１回転目よりも角度θ。だけ回転した位
置に対応する像とする。

そして、この様な投影を順次に３６０／θ。回繰り返す
ことによって、つまり螺旋体４が１回転するまで順次に
投影を行うことによって、３次元画像の１回の表示が完
成する。即ち、第３図及び第４図に示す様に、表示すべ
き物体の螺旋状切断面４１．４２．４３またはその輪郭
の像が順次表示される。

従って、２０ｒｐｓという比較的低速で螺旋体４を回転
させても、既述の様に経験的にフリフカが目立たない程
度の毎秒２０回の３次元画像の表示を得ることができる
。

なお、上記の様にω、）ω、であるが、動径としての像
６は電子的に得られるので、高速回転が容易に得られる
。またω、とω９との回転方向は互いに同方向でも逆方
向でもよい。逆方向の場合も、ω、の符号を変で絶対値
が上記の不等式を満足する様にすれば、以下の各式はそ
のまま成立する。

ところで、動径としての像６が１回転目、２回転目、３
回転目、・−・−−−一−−−−−−・・−・・−に一
端面２１へ投影される位置を夫々２１１．２１２．２１
３、・・−・・−・−・−・−・・・・とすると、Ｎ回
転目に像６が一端面２１へ投影される時刻ｔ工は、 ２π −（Ｎ　−１） ｔｌＮ　　＝ ωｒ □−１ ω鴬 となる。同様に、像６が一端面２２へ投影される位置を
夫々２２１．２２２．２２３、−・・・・−・・・−・
・・−一−−−とすると共に、螺旋面３の段数つまり他
端面３１．３２．３３、・・−・・・・・−・・・・−
・の数をｎとすると、Ｎ回転目に像６が一端面２２へ投
影される時刻ｔｚＮは、（次頁に続く） □−１ ω８ となる。

そして、表示すべき３次元画像の例えば底面の高さの像
は、位置２１１．２１２．２１３、・−−−−・・−・
−・−・・・−・の順に離散的に表示される。従って、
位置２１１と２１２との間の角度θ。が回転方向の分解
能となり、この分解能θ。は、 ２π θ。＝ω、（ｔ１□−ｔｌ＋）”　　□ωｒ □−１ ω。

となる。つまり回転方向の分解能θ。は、螺旋面３の段
数には関係な（、ω、／ω、の値で決定される。

また、表示すべき３次元画像の例えば螺旋面４１の像は
、位置２１１．２２１．２３１、・−・・−一・・−・
・・・・−の順に離散的に表示される。そして、位置２
１１と２２１との間の角度θ、は、 ｎ　　　　ωＳ となる。

一方、第４図から明らかな様に、角度θ、が角度θ。の
整数倍でなければ、離散的に表示される３次元画像に、
螺旋面３の段毎にねじれが生じる。

そしてこのねじれの角度は、最大でθ。／２となる。従
って、例えばθ１＝θ。となる様に、つまりｎ−ω、／
ω５となる様に何れかの変数を設定すれば、このねじれ
は存在しなくなる。

なお、本実施例では平面２を形成する様な板状の遮光体
１１．１２が用いられているが、光ファイバシート１間
にこれらの光ファイバシートｌの支持体を兼ねる遮光体
を配する様にしてもよい。

〔発明の効果〕

本願の第１発明による３次元画像表示装置は、光フアイ
バ以外の部分での螺旋面側への像の伝搬を阻止している
。従って、動径としての線状の像を連続的に表示しつつ
螺旋体の速度よりも速い速度で回転させることができて
、離散的に表示するための回路等が不要であり、簡単な
機構で３次元動画像を実時間表示することができる。

また本願の第２発明による３次元画像表示装置の使用方
法は、螺旋体の１回の回転によって３次元画像の１回の
表示を完成させることができるので、螺旋体の回転を遅
くしてもフリッカの目立たない３次元画像を表示するこ
とができる。従って、螺旋体を高速に回転させる必要が
なくて３次元画像表示装置に高性能の駆動機構を要せず
、使用すべき３次元画像表示装置の製造コストを低減さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示しており、第１
図は３次元画像表示装置の斜視図、第２図〜第４図は夫
々３次元画像の表示方法を示す原理図である。 第５図及び第６図は夫々本願の出願人が先に提案した３
次元画像表示装置の斜視図である。 なお図面に用いた符号において、 １−−−−ｍ−−−−−−・−−一−−光ファイハシー
ト２・−−−一一一・−・−−−−−−一平面３−・・
−・・・−・−・・−螺旋面 ４−・−−−−−一−−−−・・・−螺旋体５−〜−−
−・−・・・−・−・−軸心６−−−−−−−−−−・
−・−・−像１１．１２−・−一−−−−・−遮光体２
１　、２．２　、２３−−−−−−・一端面３１　、３
２　、３３−−−−−一他端面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに長さの異なる複数の光ファイバシートの夫々
   の一端面によって平面を形成すると共に他端面によって
   螺旋面を形成する様に前記複数の光ファイバシートを放
   射状に配列して成る螺旋体と、 前記光ファイバシート同士の間でこれらの光ファイバシ
   ートに密接する様に配されている遮光体とを夫々具備す
   る３次元画像表示装置。 ２、前記螺旋体をその軸心を中心として第１の速度で回
   転させ、 前記一端面から前記他端面までの高さに対応する夫々の
   高さでの被表示物体の切断面のうちで前記他端面の夫々
   に対応する部分の線状の像をこれらの他端面と同一の前
   記光ファイバシートにおける前記一端面の夫々に前記軸
   心を中心として前記第１の速度よりも速い第２の速度で
   回転する動径として順次投影し、 前記第１の速度での前記回転の角度に対応する前記線状
   の像の前記投影を前記第１の速度での前記回転に同期し
   て順次行い、 前記光ファイバシート中を前記一端面から前記他端面へ
   前記線状の像を伝搬させることによって、回転している
   前記螺旋面で形成される円柱空間内に前記螺旋体と同軸
   で互いに所定の回転角ずつずれている複数の螺旋状切断
   面像による３次元画像を表示するようにした３次元画像
   表示装置の使用方法。