特許 6297273 空間立体表示装置及びその作動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6297273

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】空間立体表示装置及びその作動方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20180312BHJP

   H04N 13/30 20180101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   H04N13/04 900

【請求項の数】8

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-147410(P2013-147410)

(22)【出願日】2013年7月16日

(65)【公開番号】特開2014-21499(P2014-21499A)

(43)【公開日】2014年2月3日

【審査請求日】2016年7月8日

(31)【優先権主張番号】201220342721.7

(32)【優先日】2012年7月13日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】510280589

【氏名又は名称】京東方科技集團股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＯＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(73)【特許権者】

【識別番号】511121702

【氏名又は名称】成都京東方光電科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】辛 燕霞

(72)【発明者】

【氏名】スン・イク・パク

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼ 玉清

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００８１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１０５３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００６６７３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２ − ２７／２６

Ｈ０４Ｎ １３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３Ｄ変調器と接続し、レーザ光を発するレーザ光源と、
前記３Ｄ変調器と接続し、前記レーザ光源から発するレーザ光を受け、前記３Ｄ変調器の制御で、所定のアドレッシング情報に基き、該レーザ光を可変等傾半反射半透過ユニットに照射させる二次元走査ユニットと、
前記二次元走査ユニットから照射してくるレーザ光を受け、透過及び反射を介して、該レーザ光を結像空間で交差する第一分光及び第二分光に分離する前記可変等傾半反射半透過ユニットと、
前記可変等傾半反射半透過ユニットと接続し、前記結像空間における前記第一分光と前記第二分光との交差位置を制御する動力源及び位置センサーユニットと、
内部にアップコンバージョン材料が設置されており、前記第一分光及び前記第二分光が交差する位置にある前記アップコンバージョン材料が励起されて発光点が形成される結像空間と、
前記レーザ光源、前記二次元走査ユニット、前記動力源及び位置センサーユニットをそれぞれ制御するように、前記レーザ光源と、前記二次元走査ユニットと、前記動力源及び位置センサーユニットとに接続する３Ｄ変調器と、を備える空間立体表示装置であって、
前記可変等傾半反射半透過ユニットは、半反射半透過膜と、前記半反射半透過膜の下方に位置した反射鏡とを備え、前記二次元走査ユニットからのレーザ光が前記半反射半透過膜に直接入射し、前記反射鏡は初期傾きで前記半反射半透過膜が位置する平面に対して傾いて設置され、
前記半反射半透過膜が所在する平面に対して垂直な方向における前記反射鏡と半反射半透過膜との間の距離が可変であることを特徴とする空間立体表示装置。

【請求項2】

前記半反射半透過膜に直接入射するレーザ光の一部は前記半反射半透過膜に反射されて前記第一分光を形成し、前記半反射半透過膜に直接入射するレーザ光の他の部分が前記半反射半透過膜を透過し、前記反射鏡に反射され、再び前記半反射半透過膜に透過して前記第二分光を形成することが特徴とする請求項１に記載の空間立体表示装置。

【請求項3】

前記反射鏡の下方に、前記反射鏡と接続する前記動力源及び位置センサーユニットが設置されており、前記動力源及び位置センサーユニットが前記３Ｄ変調器と接続し、前記反射鏡を前記初期傾きが変わらない状態で、前記半反射半透過膜が所在する平面に垂直方向に移動させるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空間立体表示装置。

【請求項4】

前記アップコンバージョン材料は前記結像空間に均一に分布されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空間立体表示装置。

【請求項5】

前記アップコンバージョン材料は、希土類元素をドープしたフッ化物ガラス、硫化物ガラス、テルル酸塩ガラス、ビスマス酸塩ガラス、ゲルマニウム酸塩ガラス、ハロゲン酸化物ガラスのいずれか一種であることを特徴とする請求項４に記載の空間立体表示装置。

【請求項6】

前記レーザ光源と前記二次元走査ユニットとの間に設置され、前記レーザ光源から発するレーザ光を集光するレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空間立体表示装置。

【請求項7】

前記３Ｄ変調器は前記レーザ光源が発するレーザ光の強度を変調するように、前記レーザ光源を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の空間立体表示装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の空間立体表示装置の作動方法であって、前記３Ｄ変調器はコンピュータの制御により、レーザ光源が発するレーザ光の強度を調整制御するとともに、二次元走査ユニット及び可変等傾半反射半透過ユニットを調整制御することで、レーザ光のアドレッシング点の制御が実現され、二つのレーザ光束が結像空間内で指定されたアドレッシングルートに沿って進めまられ、コンピュータには表示する三次元画像の空間マトリックスや関数が導入されることを特徴とする空間立体表示装置の作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空間立体表示装置及びその作動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リアル三次元表示技術(Ｔｒｕｅ ３Ｄ Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ)は新しい三次元画像表示技術である。リアル三次元表示技術は空間に直接三次元画像を形成する。その結像原理は、二つの赤外レーザ光束が交差して作用することで、三次元データフィールドに直接三次元画像を生成することである。この技術は多視点、全視野及び数人の同時観察することを実現できる他に、実物をよりよく表示することもできる。よりよい可視効果がある動画三次元立体画像が得られるように、二つのレーザ光束の交差点が指定されたアドレッシングルートに沿って絶えずに移動する必要があり、かつ所定の走査周波数を有することを確保すべきである。これは高い走査周波数であれば、画像の完全性が確保できるからである。そして、画像をリフレッシュする際、表示する画像を変えることで、動画効果が実現される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

そこで、精確に二つのレーザ光束の交差点を指定されたアドレッシングルートに移動させるように制御するのが鍵である。通常に、二つのレーザ光束の走査面は互いに垂直する。図１には従来におけるリアル三次元表示装置を示すブロック図である。図１を参照すると、このシステムが三次元画像を表示する作動プロセスは下記のようになる。即ち、まず、第一レーザ光源１−１と第二レーザ光源２−１とが波長が異なる二つのレーザ光束を射出し、第一レーザ光源１−１と第二レーザ光源１−２とのそれぞれが備えるレンズによって集光され、そして、それぞれと対応する第一光電レギュレータ１−２と第二光電レギュレータ２−２に送られ、調節された後、第一レンズ１−３と第二レンズ２−３にそれぞれ送られて、所望の光源が得られる。この光源はＸＺ走査ユニット１−４とＹＺ走査ユニット２−４のダイクロイックミラーに入って分離され、その後、それぞれと対応する二次元走査機に伝達される。二次元走査機は、デジタルシンセサイザーによってそのアドレスを解析し制御して、結像空間３０中の正しいアドレッシング点が得られることで、結像空間３０における三次元結像が実現される。コンピュータ３は、３Ｄ変調器２４の３Ｄインターフェース及び３Ｄソフトウェアを介して結像空間３０におけるレーザ光の交差点の位置を制御する。ここで、コンピュータ３が３Ｄ変調器２４を介してリアルタイムに制御するように、コンピュータ３には表示する三次元画像が予め空間マトリックスや関数の形態で導入される。上記のリアル三次元表示システムは、二つのレーザ光束によってアドレッシングを行うので、装置の構成が複雑になり、制御しにくくなる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、構成が簡単である制御しやすい空間立体表示装置及びその作動方法を提供する。

【0005】

本発明の実施例が提供する空間立体表示装置は、レーザ光源と、二次元走査ユニットと、可変等傾半反射半透過ユニットと、動力源及び位置センサーユニットと、結像空間と、３Ｄ変調器とを備える。レーザ光源は３Ｄ変調器と接続し、レーザ光を発する。二次元走査ユニットは、前記３Ｄ変調器と接続し、前記レーザ光源が発するレーザ光を受け、前記３Ｄ変調器の制御により所定のアドレッシング情報に基づき、レーザ光を可変等傾半反射半透過ユニットに照射する。前記可変等傾半反射半透過ユニットは、前記二次元走査ユニットから照射してくる前記レーザ光を受け、透過及び反射を介してこのレーザ光を結像空間に交差する第一分光と第二分光とに分離する。動力源及び位置センサーユニットは、前記可変等傾半反射半透過ユニットと接続し、前記第一分光と第二分光とが前記結像空間に交差する位置を制御する。前記結像空間は、内部にアップコンバージョン材料を設置しており、第一分光及び第二分光が交差する位置にある前記変換材料が励起されて発光点が形成される。３Ｄ変調器は、前記レーザ光源と、前記二次元走査ユニットと、前記動力源及び位置センサーユニットとをそれぞれ制御するように、前記レーザ光源と、前記二次元走査ユニットと、前期動力源及び位置センサーユニットとに接続する。

【0006】

また、本発明の他の実施例は上記空間立体表示装置の作動方法を提供する。即ち、前記３Ｄ変調器はコンピュータの制御により、レーザ光源が発するレーザ光の強度を調整制御するとともに、二次元走査ユニット及び可変等傾半反射半透過ユニットを調整制御することで、レーザ光のアドレッシング点を制御する。二つのレーザ光束が結像空間内で指定されたアドレッシングルートに沿って進むようになる。なお、コンピュータには表示する三次元画像の空間マトリックスや関数が導入されている。

【0007】

本発明の実施例における技術手段をより明瞭に説明するため、以下実施例の図面について簡単に紹介する。なお、下記に説明する図面はただ本発明の実施例の一部であり、本発明を限定することはない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】従来におけるリアル三次元表示システムを示すブロック図である。

【図2】本発明の実施例における空間立体表示装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施例の目的、技術手段及び効果をより明瞭にするために、以下、本発明の実施例を表す図面を参照しながら、本発明の実施例を明瞭且つ完全に説明する。なお、ここで記載された実施例は、ただ本発明の一部の実施例だけであり、本発明の全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労働をしない前提で得られる他の実施例は全て本発明の技術範囲に含まれる。

【0010】

図２は本発明の実施例に係る空間立体表示装置の構成を示す模式図である。図２を参照すると、該空間立体表示装置はレーザ光源１０と、二次元走査ユニット１２と、可変等傾半反射半透過ユニット２０と、動力源及び位置センサーユニット２３と、結像空間３０と、３Ｄ変調器２４とを備える。レーザ光源１０は３Ｄ変調器２４と接続し、レーザ光を発する。二次元走査ユニット１２は、３Ｄ変調器２４と接続し、レーザ光源１０が発するレーザ光を受け、３Ｄ変調器２４の制御で所定のアドレッシング情報に基づき、レーザ光を可変等傾半反射半透過ユニット２０に照射する。可変等傾半反射半透過ユニット２０は二次元走査ユニット１２から照射してくる前記レーザ光を受け、透過及び反射を介してレーザ光を結像空間３０に交差する第一分光と第二分光とに分離する。動力源及び位置センサーユニット２３は可変等傾半反射半透過ユニット２０と接続し、前記第一分光と第二分光が前記結像空間に交差する位置を制御する。結像空間３０は、内部にアップコンバージョン材料を設置しており、第一分光及び第二分光が交差する位置にある前記アップコンバージョン材料が励起されて発光点が形成される。３Ｄ変調器２４は、レーザ光源１０と、二次元走査ユニット１２と、動力源及び位置センサーユニット２３とをそれぞれ制御するように、レーザ光源１０と、二次元走査ユニット１２と、動力源及び位置センサーユニット２３とに接続する。

【0011】

例えば、可変等傾半反射半透過ユニット２０は、半反射半透過膜２１と、半反射半透過膜２１の下方に設置され、かつ半反射半透過膜２１に対して傾いている反射鏡２２とを備える。反射鏡２２は、下方にそれと接続する動力源及び位置センサーユニット２３が取り付けられ、半反射半透過膜２１に対する初期傾きを有する。結像過程において、この初期傾きが変化しないが、反射鏡２２と半反射半透過膜２１との間の半反射半透過膜が存在する平面に垂直する方向における距離のみが変化する。言い換えると、動力源及び位置センサーユニット２３は、反射鏡２２が半反射半透過膜２１に対して垂直に上下移動するように制御することで、反射鏡２２と半反射半透過膜２１の間の半反射半透過膜が存在する平面に垂直方向における距離を変化させる。半反射半透過膜２１はその平面に入射するレーザ光を反射光と透過光との二光束に分離することができ、透過光が半反射半透過膜２１を透過した後反射鏡２２を介して反射され、また、半反射半透過膜２１によって屈折されて射出する。このように、一レーザ光束は可変等傾半反射半透過ユニット２０を介して交差する二つのレーザ光束になる。実際には、反射鏡２２は半反射半透過膜２１に対して傾くように設置されることで、可変等傾半反射半透過ユニット２０を介して二つのレーザ光束が交差することが実現される。反射鏡２２は半反射半透過膜２１に対して平行に設置されると、二つのレーザ光束が交差せず平行に射出され、結像することが実現できなくなる。

【0012】

なお、本発明の実施例における技術用語「可変等傾半反射半透過ユニット」とは、その中の反射鏡が半反射半透過膜に対する傾きが変化せず、二者の間の半反射半透過膜が所在する平面に垂直する方向における距離が変化する半反射半透過であることを意味する。

【0013】

さらに、結像空間３０内にアップコンバージョン材料３１が設置される。アップコンバージョンとは、長波長の光が短波長の光を励起する過程である。アップコンバージョン材料とは、赤外光の励起によって可視光を発することが可能な発光材料であり、つまり、赤外光を可視光に変換する材料である。アップコンバージョン材料は、吸収する光子エネルギーが放射する光子エネルギーより低いであることを特徴とし、このような現象がストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）法則を違反するので、反ストークス（Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ）法則発光材料とも言われている。可変等傾半反射半透過ユニット２０を介した二つのレーザ光束は最後に交差してアップコンバージョン材料３１に作用することになり、アップコンバージョン材料３１を励起し発光させ、発光点が形成される。アップコンバージョン材料３１は均一に結像空間３０に分布されて、空間立体表示における発光一致性を実現する。アップコンバージョン材料３１が均一に分布されない場合、空間立体表示に部分的な明るさ不良が生じられ、表示効果を影響する。

【0014】

さらに、アップコンバージョン材料３１は結像空間３０内に均一に分布されて、密度が高い立体形態の表示装置が製造され、その等方性及び透明度が確保される。例えば、本発明の実施例の空間立体表示装置が採用するアップコンバージョン材料は、実際の実験において見つけられた性能が優れたアップコンバージョン材料である。例えば、希土類イオンをドープしたフッ化物ガラス、希土類イオンをドープした硫化物ガラス、希土類イオンをドープしたテルル酸塩ガラス、希土類イオンをドープしたビスマス酸塩ガラス、希土類イオンをドープしたゲルマニウム酸塩ガラス、希土類イオンをドープしたハロゲン酸化物ガラスなどの希土をドープした固体化合物である。なお、希土類元素は、周期表のランタン系列元素、即ちランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）及び二種のランタン系列と密接に関係する元素、つまり、スカンジウム（Ｓｃ）とイットリウム（Ｙ）を含む１７種の元素を指している。

【0015】

本発明の実施例において、表示する三次元画像は空間マトリックスや関数という形態でコンピュータに導入され、コンピュータが３Ｄ変調器２４を介してリアルタイムに制御する。３Ｄ変調器２４はレーザ光源１０と接続し、レーザ光源１０から発するレーザ光を変調する。３Ｄ変調器２４は二次元走査ユニット１２と接続し、二次元走査ユニット１２に集積されているダイクロイックミラーがレーザ光源１０から発するレーザ光を処理する。３Ｄ変調器２４は二次元走査ユニット１２を制御することでレーザ光のアドレスを解析し制御する。さらに、３Ｄ変調器２４は動力源及び位置センサーユニット２３と接続し、動力源及び位置センサーユニット２３を制御することで反射鏡２２の位置の調整を行う。３Ｄ変調器２４はレーザ光源１０から発するレーザ光の強度を調整するように制御するとともに、二次元走査ユニット１２及び可変等傾半反射半透過ユニット２０を調整するように制御することで、レーザ光のアドレッシング点を制御し、二つのレーザ光束が結像空間３０内において指定されたアドレッシングルートに沿って進むようにし、これによって、指定されたアドレッシングルートにおける発光点を所定の周波数で発光させて結像する。レーザ光源１０から発するレーザ光の強度を調整するために、レーザ光を集光するように、図１に示すようにレンズ１１を設置してもよい。

【0016】

本発明の実施例に係る空間立体表示装置は下記の具体的な原理によって作動する。３Ｄ変調器２４を介して変調されたレーザ光源１０から発するレーザ光が、可変等傾半反射半透過ユニット２０による反射及び透過によって二つのレーザ光束に分離され、結像空間３０におけるアップコンバージョン材料３１のボクセル点に交差し作用する。そして、アップコンバージョン材料３１の二回の共振吸収を介して、発光する中心電子が高い励起エネルギーレベルに励起され、そして、低いエネルギーレベルに遷移すると可視光の発射が発生する。これによって、結像空間３０におけるレーザ光の交差点の作用を受けるアップコンバージョン材料３１には、発光する輝点が形成される。二次元走査ユニット１２は順次に可変等傾半反射半透過ユニット２０を走査すると、空間において面図形（非水平面）が形成される。そして、動力源及び位置センサーユニット２３は反射鏡２２を半反射半透過膜が位置する平面に垂直方向に移動させるように調節することにより、結像空間３０の異なる空間層面に相応する面図形（非水平面）が形成される。レーザ光の交差点がこのようなルートに沿って結像空間３０において三次元空間のアドレッシングを行う。走査されたところは可視蛍光を発光できる輝帯である。即ち、レーザ光の交差点が移動するルートと同様な三次元立体画像が表示できる。このような表示形態を利用すると、肉眼で３６０°のあらゆる方位で可視できる三次元立体図形が見られる。これは、従来における二次元表示及び仮想的な三次元表示等技術が比べられない技術である。

【0017】

本発明の実施例の立体表示装置は主に画像エンジン及び表示モジュールという二つの部分から構成される。結像空間は透明であるので、コンピュータにより二つのレーザ光束の交差点を、アップコンバージョン材料を有する結像空間３０内で規定されたルートに沿ってアドレッシングをしながら走査するように制御することで、二つのレーザ光束がアップコンバージョン材料３１を励起することによる自発的に発光する三次元立体画像が見られるようになる。画像エンジンは画像データを適切な形態になるように処理し、レーザ光の移動や光電スイッチのオン動作を指令するように周辺装置を制御する機能を有し、レーザ光を指定されたアドレスに沿って進ませる。

【0018】

また、本発明の実施例は、上記のいずれかの空間立体表示装置の作動方法を提供する。３Ｄ変調器はコンピュータの制御で、レーザ光源から発するレーザ光の強度を調整するように制御するとともに、二次元走査ユニット及び可変等傾半反射半透過ユニットを調整するように制御することで、レーザ光のアドレッシング点を制御する。これによって、二つのレーザ光束は結像空間内で指定されたアドレッシングルートに沿って進むようになる。なお、コンピュータには表示する三次元画像に応じる空間マトリックスや関数が導入される。

【0019】

以上の実施例から、本発明の実施例は可変等傾半反射半透過ユニットを設置することによって、レーザ光源から可変等傾半反射半透過ユニットに放射するレーザ光が、可変等傾半反射半透過ユニットによる反射及び屈折を介して二つのレーザ光束に分離され、交差されて結像空間のアップコンバージョン材料に作用し、アップコンバージョン材料が励起されて発光し、発光点が形成され、そして、あるルートに沿ってアップコンバージョン材料において三次元空間のアドレッシングをしながら走査することで、レーザ光の交差点の移動ルートと同様な三次元立体画像が表示できるようになることが分かる。この空間立体表示装置は構成が簡単であり、制御しやすい点の他に、多視点、全視野及び数人の同時観察も実現できる。

【0020】

以上は本発明の実施例だけであり、本技術分野に詳しい当業者が、本発明に開示された範囲において、容易に考えられた変化や差替えは、本発明の保護範囲に含まれるものである。

【図1】

【図2】