JP2007163897A

JP2007163897A - ３次元ディスプレイ

Info

Publication number: JP2007163897A
Application number: JP2005360860A
Authority: JP
Inventors: Shuji Koeda; 周史小枝
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】安全で、多人数が同時に様々な角度から見ることができる３次元ディスプレイを提供する。
【解決手段】２光子吸収物質を含む発光領域１１と、発光領域１１を走査するレーザビームＬ１，Ｌ２を出力するレーザ光源１２，１３と、レーザビームＬ１，Ｌ２が発光領域１１の任意の点で交差するように調整するミラー１４，１５，１６，１７を備え、レーザビームＬ１，Ｌ２の交点Ｐにおけるレーザ光の強度は２光子吸収物質が発光する閾値以上となり、交点Ｐ以外の領域では、強度が閾値未満である。フォトディテクタ１８は、発光領域１１の交点Ｐの発光を検知し、フォトディテクタ１８によって発光が検知されない場合には、フィードバック機構によりレーザビームＬ１，Ｌ２の交点の位置および交差角度の少なくとも一つを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２光子吸収物質を用いた３次元ディスプレイに関する。

近年、２光子吸収物質が様々な分野で注目を集めている。特に、同時に２つの光子が吸収されたときにのみ発光する同時２光子吸収物質は、レーザ等で励起する場合、発光の閾値となる光強度が存在する。レンズでレーザ光の焦点を通常の蛍光物質に合わせた場合には、光の強度に合わせて全体が発光するが、同時２光子吸収物質の場合には、焦点のみが発光するため、空間の任意の点を発光させることが可能である。このような物質の例は、例えば特許文献１に開示されている。

一方、工業分野や医療分野においては、３次元ディスプレイを用いて対象物の立体特性を把握する試みが行われている。現状では、多くの３次元ディスプレイは視差を利用した平面ディスプレイであることから、実際の立体を把握するには不充分である。また、３次元映像を見ることができる角度が限られているため、複数の人物が同時に映像を見ながら検討するには不便であった。

なお、例えば非特許文献１には、高強度のレーザを用いて大気をプラズマ発光させる方式の３次元ディスプレイが開示されているが、実用化のためには、高強度レーザを用いることから消費電力が大きい、焦点での光強度が高く危険性がある、プラズマの騒音が大きい、といった点を改良する必要がある。

特開平２００４−１４９５１７号公報 ASCII,Vol.29,#6 June 2005,p.17

本発明の目的は、安全で、多人数が同時に様々な角度から見ることができる３次元ディスプレイを提供することである。

本発明による３次元ディスプレイは、同時に２つの光子が吸収されたときにのみ発光する２光子吸収物質を含む領域と、前記領域を走査するレーザビームを出力する複数のレーザビーム発光部を備え、各々のレーザビーム発光部から出力されるレーザビームの交点におけるレーザ光の強度は、前記２光子吸収物質が発光する閾値以上となり、前記交点以外の領域では、前記強度が前記閾値未満であることを特徴とする。
これにより、視差を利用した擬似的な３次元ディスプレイではなく、多人数が同時に様々な角度から見ることができる３次元ディスプレイを提供することができる。また、安全で低消費電力な３次元ディスプレイが実現できる。

また、本発明による３次元ディスプレイは、前記複数のレーザビーム発光部から出力される各々のレーザビームの光路を調整する光学系をさらに備える。
前記光学系には、例えばガルバノミラーが含まれ、ガルバノミラーの回転角によってレーザビームの光路を調整する。

また、光センサにより前記領域の任意の点の発光を検知する光検知手段を備え、前記光検知手段によって発光が検知されない場合に、フィードバック機構により各々のレーザビームの光路を補正する。これにより所望の点を正確に発光させることができる。

前記各々のレーザビームは、前記交点において互いに直交することが好ましい。これにより、交点におけるスポット径を絞ることができるので、解像度を上げることができる。

前記各々のレーザビームの波長は、可視光領域外であることが望ましい。これにより、２光子吸収物質の励起のためのレーザビームが視認されて３次元画像の表示の邪魔になることを防ぐことができる。

例えば、前記領域にそれぞれＲＧＢの発光を生じる３種類の２光子吸収物質が含まれるようにすれば、多色表示が可能となる。その場合、それぞれの光子吸収物質の吸収光の波長はそれぞれ異なることが望ましい。これにより、所望の色を発光させることが容易になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による３次元ディスプレイ１０の構成を示す図である。

発光領域（領域）１１は、ビスシクロアミン系の２光子吸収物質溶液を蓄えた槽、または２光子吸収物質を添加したアクリル樹脂等の透明樹脂である。

レーザ光源（レーザビーム発光部）１２，１３は、レーザビームの波長が可視光領域外、望ましくは赤外領域であることが望ましい。ここでは、波長１０６４ｍｍの赤外域のＹＡＧレーザ光源を用いる。
レーザ光源１２，１３から出力されるそれぞれのレーザビームの強度は、発光領域１１に含まれる２光子吸収物質の発光閾値（以下、閾値と記す。）以下に設定されており、それぞれのレーザビームの交点の強度が閾値を超えるように設定されている。
すなわち、レーザビームの交点以外では、２光子吸収物質による光子吸収確率が無視できるようにそれぞれのビームの出力が調整されている。

ミラー（光学系）１４，１５，１６，１７は、回転軸を有するガルバノミラーである。図に示すように、ミラー１４，１５のそれぞれの回転軸は直交しており、レーザ光源１２から出力されるレーザビームＬ１の光路をそれぞれの回転角によって２方向に調整する。また、ミラー１６，１７のそれぞれの回転軸は直交しており、レーザ光源１３から出力されるレーザビームＬ２の光路をそれぞれの回転角によって２方向に調整する。

フォトディテクタ（光検知手段）１８は、発光領域１１の任意の点の発光を光センサによって検知できるように設置されている。
レーザ光源１２，１３、ミラー１４，１５，１６，１７およびフォトディテクタ１８は、フィードバック制御機構（図示せず）に接続されている。

次に、３次元ディスプレイ１０の動作について説明する。
３次元ディスプレイ１０は、発光領域１１をレーザ光源１２，１３から出力されるレーザビームＬ１，Ｌ２でスキャンし、レーザビームＬ１，Ｌ２が交差する点Ｐを発光させることにより立体映像を形成する。レーザビームＬ１，Ｌ２が点Ｐにおいて交差するように、ミラー１４，１５，１６，１７の回転角が調整される。

この時、点Ｐで発光が行われたか否かをフォトディテクタ１８が検知し、発光が検知されない場合には、フィードバック制御機構によりミラー１４，１５，１６，１７の角度を調整する。例えば、レーザビームＬ１を基準とした場合、レーザビームＬ２が上下左右の４方向にずれる場合がある。そこで発光が検知されない場合、レーザ光源１３側のミラー１６，１７の２軸回転角をそれぞれ基準角度より増減させる。

なお、レーザビームＬ１とレーザビームＬ２の交わる点Ｐにおける交差角は９０度となるように調整される。これにより、点Ｐにおけるスポット径を絞ることができるので、解像度を上げることができる。

なお、レーザ光源およびミラーの個数や設置位置は図１の例に限られない。
また、レーザビームＬ１，Ｌ２の光路は、ミラー１４，１５，１６，１７の回転角の調整のみではなく、レーザ光源自体の角度や位置によって調整してもよい。
また、レーザビームの交点位置と交点における強度を調整するため、液晶またはＧＬＶ（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）からなる回折素子、圧電素子、液圧駆動による可変焦点レンズ、モーター回転による可変焦点レンズ等の可変焦点機構とガルバノミラーを組み合わせてもよい。

また、レーザビームＬ１，Ｌ２の強度を可変とし、発光領域１１の透明度が低い場合には、発光領域１１の中央部に近いほど光強度を上げるようにすれば画像の明るさを補正することができる。

また、発光領域１１にそれぞれＲＧＢの発光を生じる３種類の２光子吸収物質が含まれるようにすることにより、多色表示が可能となる。
具体的には、例えば4,7-ビス(4-N,N-ジアリルアミノフェニル)-2,1,3-ベンゾチアジアゾール類（赤）、2,5-ビス(4’-ジメチルアミノシンナミリデン)シクロペンタノン（緑）などの発光物質を用いることができる。
なお発光領域１１に含まれる２光子吸収物質の種類は、上記のものに限られないが、各々の２光子吸収物質の吸収光の波長は異なっているほうが好ましい。これにより、レーザビームの波長を使い分けることで所望の色を発光させることが容易になる。

本発明の実施の形態１による３次元ディスプレイの構成を示す図である。

符号の説明

１０３次元ディスプレイ、１１発光領域、１２，１３レーザ光源、１４，１５，１６，１７ミラー、１８フォトディテクタ、Ｌ１，Ｌ２レーザビーム

Claims

同時に２つの光子が吸収されたときにのみ発光する２光子吸収物質を含む領域と、
前記領域を走査するレーザビームを出力する複数のレーザビーム発光部を備え、
各々のレーザビーム発光部から出力されるレーザビームの交点におけるレーザ光の強度は、前記２光子吸収物質が発光する閾値以上となり、前記交点以外の領域では、前記強度が前記閾値未満であることを特徴とする３次元ディスプレイ。
前記複数のレーザビーム発光部から出力される各々のレーザビームの光路を調整する光学系を備えたことを特徴とする請求項１に記載の３次元ディスプレイ。
前記光学系は、ガルバノミラーを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元ディスプレイ。
光センサにより前記領域の任意の点の発光を検知する光検知手段を備え、
前記光検知手段によって前記交点の発光が検知されない場合に、フィードバック機構により各々のレーザビームの光路を補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元ディスプレイ。
前記各々のレーザビームは、前記交点において互いに直交することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の３次元ディスプレイ。
前記各々のレーザビームの波長が可視光領域外であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の３次元ディスプレイ。
前記領域には、それぞれ吸収光の波長がそれぞれ異なる複数種類の２光子吸収物質が含まれることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の３次元ディスプレイ。
前記領域には、それぞれＲＧＢの発光を生じる３種類の２光子吸収物質が含まれることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の３次元ディスプレイ。