(57)【要約】【課題】複数のピンを並べて構成されるモデルを用いて立体画像を表示する技術において、ピンの数よりも少ない数のアクチュエータによって駆動が可能であり、かつ形成した形状が保持できる、形状形成装置を提供する。【解決手段】軸方向をそろえて配列された複数のピン１１１を軸方向に移動させることによって、立体形状を形成する立体モデル形成部１１０と、この立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１とは別個に、このピン１１１の数よりも少ない数だけ設けられ、このピン１１１の一端に接して軸方向に押すことによりピン１１１を軸方向に移動させるアクチュエータ１２０と、ピン１１１を軸方向に移動自在に支持する支持手段であって、ピン１１１に対する保持機能の作動時にピン１１１の軸方向の動きを抑制する支持部１３０とを備える。【選択図】図５
2009098559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向をそろえて配列された複数のピンを軸方向に移動させることによって、立体形状を形成する立体形状形成手段と、
前記立体形状形成手段を構成する前記ピンとは別個に、当該ピンの数よりも少ない数だけ設けられ、当該ピンの一端に接して軸方向に押すことにより当該ピンを軸方向に移動させる移動手段と、
前記ピンを軸方向に移動自在に支持する支持手段であって、当該ピンに対する保持機能の作動時に当該ピンの軸方向の動きを抑制する支持手段と
を備えることを特徴とする形状形成装置。
【請求項２】
前記支持手段は、前記保持機能の作動時に保持部材を前記支持手段に接触させて摩擦により前記ピンの動きを抑制することを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置。
【請求項３】
前記支持手段は、保持機能の作動時に、前記移動手段による前記ピンの移動が可能である程度の摩擦力を生じるように前記保持部材を当該ピンに接触させることを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置。
【請求項４】
前記ピンが前記支持手段に対してあらかじめ設定された位置まで挿入された状態で当該ピンの先端に当たる停止手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置。
【請求項５】
前記ピンの先端から所定の長さの位置に、前記支持手段に対する挿入を妨げる突起を設けたことを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置。
【請求項６】
軸方向をそろえて配列された複数のピンを軸方向に移動させて、立体形状を形成する立体形状形成手段と、
前記立体形状形成手段を構成する前記ピンとは別個に、当該ピンの数よりも少ない数だけ設けられ、当該ピンの一端に接して軸方向に押し上げることにより当該ピンを軸方向に移動させる移動手段と、
前記ピンを軸方向に移動自在に支持する支持手段であって、前記ピンを前記移動手段により押し上げられた状態で保持する保持機能を有し、当該保持機能を非作動とすることにより当該ピンを初期位置に戻す支持手段と
を備えることを特徴とする形状形成装置。
【請求項７】
軸方向をそろえて配列された複数のピンを軸方向に移動させて、立体形状を形成する立体形状形成手段と、
前記複数のピンより少ない数だけ設けられ、前記立体形状形成手段を構成する前記ピンに対して当該ピンを軸方向に移動させる移動手段と、
前記ピンを軸方向に移動自在に支持する支持手段とを備え、
前記支持手段は、
前記立体形状形成手段を構成する前記ピンに接触して摩擦により前記ピンを前記移動手段により押し上げられた状態で保持する保持部材と、
作動時に前記保持部材を前記ピンに接触させ、非作動時に前記保持部材を前記ピンに対して非接触の状態とする機構部と
を備えることを特徴とする形状形成装置。
【請求項８】
前記支持手段の前記保持部材は、前記ピンの配列のうち１列に並ぶピンごとに設けられ、前記機構部の制御により当該１列の各ピンに接触する板状または線状の部材であることを特徴とする請求項７に記載の形状形成装置。
【請求項９】
前記機構部は、
前記保持部材の長手方向に沿って予め設定された間隔で設けられ、当該保持部材を移動させて前記ピンに対する接触および非接触の状態を制御する案内部材と、
前記案内部材を動作させる動力部と
を備えることを特徴とする請求項８に記載の形状形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元マトリクス状に複数の「ピン」と呼ばれる棒状の部材を並べ、個々のピンを軸方向に移動させることで立体形状のモデルを構成し、このモデルを用いて立体画像を表示するピンディスプレイと呼ばれる技術がある。以下、本明細書でいうピンとは、このピンディスプレイに用いられるピンを意味する。従来技術における画像を表示する手段は、ピンをスクリーンとして用いて画像を投影するものや、ピン自体を表示素子として用いるもの、ピンを布状のスクリーンで覆って画像を投影するもの等、様々である。
【０００３】
特許文献１に記載されたこの種の従来技術は、角柱のピン（形状可変素子）により構成された立体形状モデルと、立体形状モデルの側面に配置された反射ミラーと、立体形状モデルの形状情報並びに立体形状モデルの上面および側面の表面テクスチャの画像情報を格納する制御装置と、前記形状情報に基づいて角柱のピンを駆動する形状可変素子駆動装置と、前記画像情報に基づいて立体形状モデルの上面の表面テクスチャ画像を立体形状モデルの上面に投影し、また立体形状モデルの側面の表面テクスチャ画像を反射ミラーを介して立体形状モデルの側面に投影するプロジェクタとを備えるものである。制御装置には入力装置が接続される。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたこの種の従来技術は、一定の間隔をおいて配列される複数の平行なピンと、該ピンを軸線方向に沿って別々に直線移動させる複数のアクチュエータと、該アクチュエータを駆動するドライバとを具備し、各ピンの先端位置を変化させて立体的な画像を表示するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３８１８１号公報
【特許文献２】特開平８−３６６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ピンの数とアクチュエータの数が等しい場合は、形成した形状をアクチュエータによって保持することが可能であるが、ピンの数より少ないアクチュエータによってマトリクス駆動させる場合には、形成した形状を保持する必要がある。本発明の目的は、複数のピンを並べて構成されるモデルを用いて形状を形成する技術において、ピンの数よりも少ない数のアクチュエータによって駆動が可能であり、かつ形成した形状が保持できる、形状形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、
軸方向をそろえて配列された複数のピンを軸方向に移動させることによって、立体形状を形成する立体形状形成手段と、
前記立体形状形成手段を構成する前記ピンとは別個に、当該ピンの数よりも少ない数だけ設けられ、当該ピンの一端に接して軸方向に押すことにより当該ピンを軸方向に移動させる移動手段と、
前記ピンを軸方向に移動自在に支持する支持手段であって、当該ピンに対する保持機能の作動時に当該ピンの軸方向の動きを抑制する支持手段と
を備えることを特徴とする形状形成装置である。
請求項２に係る発明は、
前記支持手段が、前記保持機能の作動時に保持部材を前記支持手段に接触させて摩擦により前記ピンの動きを抑制することを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置である。
請求項３に係る発明は、
前記支持手段が、保持機能の作動時に、前記移動手段による前記ピンの移動が可能である程度の摩擦力を生じるように前記保持部材を当該ピンに接触させることを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置である。
請求項４に係る発明は、
前記ピンが前記支持手段に対してあらかじめ設定された位置まで挿入された状態で当該ピンの先端に当たる停止手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置である。
請求項５に係る発明は、
前記ピンの先端から所定の長さの位置に、前記支持手段に対する挿入を妨げる突起を設けたことを特徴とする請求項１に記載の形状形成装置である。
請求項６に係る発明は、
軸方向をそろえて配列された複数のピンを軸方向に移動させて、立体形状を形成する立体形状形成手段と、
前記立体形状形成手段を構成する前記ピンとは別個に、当該ピンの数よりも少ない数だけ設けられ、当該ピンの一端に接して軸方向に押し上げることにより当該ピンを軸方向に移動させる移動手段と、
前記ピンを軸方向に移動自在に支持する支持手段であって、前記ピンを前記移動手段により押し上げられた状態で保持する保持機能を有し、当該保持機能を非作動とすることにより当該ピンを初期位置に戻す支持手段と
を備えることを特徴とする形状形成装置である。
請求項７に係る発明は、
軸方向をそろえて配列された複数のピンを軸方向に移動させて、立体形状を形成する立体形状形成手段と、
前記複数のピンより少ない数だけ設けられ、前記立体形状形成手段を構成する前記ピンに対して当該ピンを軸方向に移動させる移動手段と、
前記ピンを軸方向に移動自在に支持する支持手段とを備え、
前記支持手段は、
前記立体形状形成手段を構成する前記ピンに接触して摩擦により前記ピンを前記移動手段により押し上げられた状態で保持する保持部材と、
作動時に前記保持部材を前記ピンに接触させ、非作動時に前記保持部材を前記ピンに対して非接触の状態とする機構部と
を備えることを特徴とする形状形成装置である。
請求項８に係る発明は、
前記支持手段の前記保持部材が、前記ピンの配列のうち１列に並ぶピンごとに設けられ、前記機構部の制御により当該１列の各ピンに接触する板状または線状の部材であることを特徴とする請求項７に記載の形状形成装置である。
請求項９に係る発明は、
前記機構部が、
前記保持部材の長手方向に沿って予め設定された間隔で設けられ、当該保持部材を移動させて前記ピンに対する接触および非接触の状態を制御する案内部材と、
前記案内部材を動作させる動力部と
を備えることを特徴とする請求項８に記載の形状形成装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、複数のピンを並べて構成されるモデルを用いて形状を形成する技術において、ピンの数よりも少ない数のアクチュエータによって駆動が可能であり、かつ形成した形状が保持できる形状形成装置を提供できる。
請求項２の発明によれば、保持部材を支持手段に接触させるという簡易な構成で、形成した形状を保持できる。
請求項３の発明によれば、保持機能が作動した状態のままで移動手段がピンを移動することができ、移動手段がピンから離れた後も、ピンの位置を保持できる。
請求項４の発明によれば、ピンが支持手段に対して予め設定された位置までしか挿入されず、本発明を用いない場合に比べて、ピンどうしがかみ合うことを防止できる。
請求項５の発明によれば、ピンが支持手段に対して突起の位置までしか挿入されず、本発明を用いない場合に比べて、ピンどうしがかみ合うことを防止できる。
請求項６の発明によれば、支持手段が有する保持機能を非作動とすることによりピンが自発的に初期位置に戻る形状形成装置を提供できる。
請求項７の発明によれば、機構的にピンに対する保持機能の作動・非作動を切り換えられる保持手段を備えた形状形成装置を提供できる。
請求項８の発明によれば、本発明を用いない場合に比べて、狭い間隔で配列されたピンに対しても、保持機能を働かせることができる。
請求項９の発明によれば、本発明を用いない場合に比べて、保持部材が撓むことなく、各ピンに対して保持機能を働かせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態が適用される形状形成装置の全体構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の形状形成装置は、立体形状の表面に立体画像を投影できるようになっており、表面に立体画像を表示する立体ディスプレイ１００と、立体ディスプレイ１００を囲むように四方に配置された反射鏡２００ａ〜２００ｄと、立体ディスプレイ１００の上面および側面の表面テクスチャの画像データを保持する制御装置３００と、制御装置３００の画像データに基づいて立体ディスプレイ１００に画像を投影するプロジェクタ４００とを備える。ここで、投影される画像は、上面の表面テクスチャ画像が立体ディスプレイ１００の上面に直接投影され、側面の表面テクスチャ画像が反射鏡２００ａ〜２００ｄを介して立体ディスプレイ１００の側面に投影される。制御装置３００は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータで構成することができる。
【００１０】
図２は、立体ディスプレイ１００および反射鏡２００ａ〜２００ｄをプロジェクタ４００のレンズ位置から見下ろした様子を示す図である。
図２の中央には立体ディスプレイ１００の上面が位置し、立体ディスプレイ１００の各側面には反射鏡２００ａ〜２００ｄの反射面が相対する。反射鏡２００ａ〜２００ｄは、反射鏡２００ａ〜２００ｄの設置により側面から立体ディスプレイ１００が見えなくなるのを防ぐために、ハーフミラーで構成しても良い。
【００１１】
図３は、立体ディスプレイ１００に投影される表面テクスチャ画像の一例を示す図である。
図示の画像は、自動車の表面テクスチャ画像であり、カラー写真のように色や表面形状等の質感が反映されたものである。また図示の画像は、上面の表面テクスチャ画像３０１、前後左右の側面の表面テクスチャ画像３０２〜３０５の合計５種類の投影画像からなる。これらの表面テクスチャ画像３０１〜３０５は、制御装置３００が保持する画像データに基づいて形成されたものである。プロジェクタ４００は、この表面テクスチャ画像３０１〜３０５をそれぞれ対応する立体ディスプレイ１００および反射鏡２００ａ〜２００ｄに投射する。なお、プロジェクタ４００からの投影画像は、表面テクスチャ画像３０１〜３０５以外の部分３０６については黒くすることが好ましい。この部分３０６が明るいと、光が投射すべき立体ディスプレイ１００の反対側に漏れ、そこでの立体ディスプレイ１００の観察に適さなくなるからである。
【００１２】
図４は、立体ディスプレイ１００および反射鏡２００ａ〜２００ｄに投影された表面テクスチャ画像３０１〜３０５を示す図である。
立体ディスプレイ１００の上面には対応する上面の表面テクスチャ画像３０１が投影され、立体ディスプレイ１００の各側面に相対する反射鏡２００ａ〜２００ｄには対応する前後左右の側面の表面テクスチャ画像３０２〜３０５が投影される。このようにして、立体ディスプレイ１００の表面に立体画像が表示されることとなる。
【００１３】
図５は、本実施形態による立体ディスプレイ１００の構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態の立体ディスプレイ１００は、立体形状形成手段である立体モデル形成部１１０と、移動手段であるアクチュエータ１２０と、立体モデル形成部１１０の形状を固定するための支持部１３０とを備える。また、立体モデル形成部１１０またはアクチュエータ１２０の少なくとも一方を移動させて両者の相対位置を変化させる位置制御機構１５０（位置制御手段）を備えている。なお、本実施形態では立体形状形成手段に画像を表示させる。
【００１４】
立体モデル形成部１１０は、軸方向をそろえて配列された複数のピン１１１により構成される。このピン１１１が各々独立に軸方向へ移動することにより、所望の立体形状を形成させることができる。図５に示す例では、ピン１１１は、ｎ本×ｍ本のマトリクス状に配列されている。具体的には、例えば３２×３２＝１０２４本のピン１１１で立体モデル形成部１１０が構成される。立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１の数が多いほど精細な立体形状を形成できることは言うまでもない。
【００１５】
図６は、ピン１１１の構成を示す図である。
図６（ａ）に示すように、本実施形態で用いられるピン１１１は、立体形状を形成するための形成部１１１ａと、形成部１１１ａを支持するための指示棒１１１ｂとからなる。形成部１１１ａは、断面が正方形または長方形の角柱部材である。指示棒１１１ｂは、形成部１１１ａよりも細い棒状部材であり、軸方向を合わせて形成部１１１ａの一端に設けてある。具体的な断面のサイズは、例えば、形成部１１１ａを３ｍｍ×３ｍｍ程度、指示棒１１１ｂを径１ｍｍ程度とする。形成部１１１ａを角柱とすることにより、図６（ｂ）に示すように、複数のピン１１１をマトリクス状に配列すると、形成部１１１ａが隙間なく並び、表面をスクリーンとして用いるのに好適となる。また、指示棒１１１ｂを形成部１１１ａよりも細くすることにより、ピン１１１をマトリクス状に配列した状態でも指示棒１１１ｂどうしの間には一定の隙間が保たれる。なお、本実施形態では形成部１１１ａに画像が表示される。
【００１６】
アクチュエータ１２０は、立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１の指示棒１１１ｂの端部に接して、ピン１１１の軸方向へ押すことにより、ピン１１１の軸方向の移動を制御する。アクチュエータ１２０による各ピン１１１の移動量は、制御装置３００により制御される。制御装置３００は、立体モデル形成部１１０により形成する立体形状を表すデータに基づいてアクチュエータ１２０の動作を制御する。立体形状を表すデータとしては、例えば、立体表示しようとする物体の形状が３ＤモデリングされたＣＡＤデータ等として与えられていれば、これを用いれば良い。また、任意の演算処理によりデータを計算しても良いし、外部装置により計算されたデータを受信して用いても良い。
【００１７】
本実施形態のアクチュエータ１２０はピン１１１と分離して設けられる。また詳しくは後述するが、本実施形態では、アクチュエータ１２０はピン１１１よりも少ない数だけ設けられる。したがって、アクチュエータ１２０が一度に動作制御できるのは、立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１の一部のみである。そして、立体モデル形成部１１０およびアクチュエータ１２０のいずれか一方または両方を移動させて相対位置を変えることにより、アクチュエータ１２０が立体モデル形成部１１０を構成する全てのピン１１１に対応して軸方向の移動を制御できるようにする。
【００１８】
支持部１３０は、立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１を支持する。また、アクチュエータ１２０によりピン１１１を軸方向に移動させて形成した立体形状を維持するために各ピン１１１の軸方向の位置を固定する保持手段としても機能する。
図５に示したように、支持部１３０は、ピン１１１をマトリクス状に配列するための支持筐体１３１と、ピン１１１の軸方向の移動を制限して位置を固定する保持機構１４０とを備える。
支持筐体１３１は、天板１３１ａと底板１３１ｂと側板１３１ｃとを組み合わせて構成されており、天板１３１ａおよび底板１３１ｂには、複数の貫通孔がマトリクス状に形成されている。支持筐体１３１の各部材は、例えば金属で形成されている。天板１３１ａおよび底板１３１ｂの対応位置にある２つの貫通孔にピン１１１の指示棒１１１ｂを通すことで、ピン１１１がマトリクス状に配列され、各ピン１１１の軸方向が固定される。貫通孔の径は、ピン１１１の指示棒１１１ｂよりも若干大きく（例えば、指示棒１１１ｂの径１ｍｍに対して貫通孔の径１．１ｍｍ程度）、これによりピン１１１が軸方向に自在かつ滑らかに移動する。
【００１９】
図７および図８は、保持機構１４０の主要部の構成を示す図である。
保持機構１４０は、ピン１１１の指示棒１１１ｂに接触して指示棒１１１ｂの軸方向の動きを抑制するブレーキシュー１４１と、ブレーキシュー１４１を動作させるための駆動部１４３と、駆動部１４３の動作をブレーキシュー１４１に伝達するガイド１４２（案内部材）とを備える。このうち、図７および図８にはブレーキシュー１４１とガイド１４２とが図示されており、駆動部１４３は図示されていない。図７および図８に示されたブレーキシュー１４１およびガイド１４２は、支持筐体１３１内に形成される空間に収納される。また、ガイド１４２と駆動部１４３とで、ブレーキシュー１４１をピン１１１の指示棒１１１ｂに接触させたり離したりするための機構部をなす。
【００２０】
図７（ａ）に示すように、ブレーキシュー１４１は、例えば金属で形成された長尺な板状部材であり、ピン１１１の指示棒１１１ｂに接触する面に布製のパッドを設けてある。詳しくは後述するが、ブレーキシュー１４１は、保持時に、ピン１１１のマトリクス状の配列における１列分の指示棒１１１ｂに対して、布製パッドを設けた面を接触させる。指示棒１１１ｂへの接触面に布製パッドを設けることで、指示棒１１１ｂに接触した際に生じる摩擦力が大きくなる。
【００２１】
ガイド１４２は案内部材に該当し、例えば金属で形成された長尺な板状部材であり、図７（ｂ）に示すように、ブレーキシュー１４１を挿入する孔１４２ａが長手方向に沿って複数開けられている。孔１４２ａは、マトリクス状に配列されたピン１１１の指示棒１１１ｂの配置間隔と同じ間隔でも受けられている。そのため、孔１４２ａに挿入されたブレーキシュー１４１は、図８に示すように、ピン１１１の配列の１列ごとに配置されることとなる。この状態で、図７（ｂ）に記載された矢印の方向へガイド１４２を移動させると、ブレーキシュー１４１の布製パッドが設けられた面が一定の圧力でピン１１１の指示棒１１１ｂに押し当てられる。
【００２２】
図９は、ガイド１４２により誘導されるブレーキシュー１４１の動きを示す図である。
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、マトリクス状に配列されたピン１１１の指示棒１１１ｂに対して、１列ごとにブレーキシュー１４１が差し挟まれている。そして、非保持（ブレーキオフ）時には、図９（ａ）に示すように、ガイド１４２がブレーキシュー１４１を矢印方向（図の上方向）に誘導し、これによってブレーキシュー１４１が指示棒１１１ｂから離れる。そのため、各ピン１１１は、その軸方向に自在に移動できる。一方、保持（ブレーキオン）時には、図９（ｂ）に示すように、ガイド１４２がブレーキシュー１４１を矢印方向（図の下方向）に誘導し、これによってブレーキシュー１４１が指示棒１１１ｂに接触する。そのため、各ピン１１１は、ブレーキシュー１４１の布製パッドと指示棒１１１ｂとの間に生じる摩擦力によって、軸方向への移動が抑制される。
【００２３】
また、ガイド１４２は、マトリクス状に配列されたピン１１１の指示棒１１１ｂの各列に対して、数本の指示棒１１１ｂごとに設けられる（図７および図９では４本ごと、図８では２本ごとに１つのガイド１４２が設けられている）。ガイド１４２の間隔が広いと、図１０に示すようにブレーキシュー１４１が撓んでしまい、保持時に中間付近の指示棒１１１ｂに対して十分な圧力をもって接触させることができず、ピン１１１が保持されなくなってしまうことが考えられる。そこで、予め設定された間隔でガイド１４２を配置することによって、ブレーキシュー１４１が撓むことを防止している。
【００２４】
図１１は、ブレーキシュー１４１を動作させてピン１１１を保持させる駆動部１４３の構成例を示す図である。
図１１に示す駆動部１４３は、ガイド１４２の一端に取り付けられた駆動バー１４３ａと、駆動バー１４３ａを移動させる動力部としてのモータ１４３ｂおよびネジ１４３ｃとで構成される。
駆動バー１４３ａは、長尺な板状部材であり、ブレーキシュー１４１と並行に配置されて、各ガイド１４２の端部に固定されている。
モータ１４３ｂは、支持筐体１３１に対して位置が固定されている。
ネジ１４３ｃは、モータ１４３ｂの回転軸に固定され、回転軸の回転運動を駆動バー１４３ａの直線運動に変換する。これにより、モータ１４３ｂの駆動に伴って、駆動バー１４３ａがモータ１４３ｂに近づいたり遠ざかったりすることとなる。ここで、駆動バー１４３ａをモータ１４３ｂに近づけるようなネジ１４３ｃの回転を順回転とし、駆動バー１４３ａをモータ１４３ｂから遠ざけるようなネジ１４３ｃの回転を逆回転とする。
【００２５】
以上のような構成の駆動部１４３において、モータ１４３ｂが駆動してネジ１４３ｃを順回転させると、駆動バー１４３ａがモータ１４３ｂに近づくように移動し、駆動バー１４３ａに固定されたガイド１４２を牽引する。そして、このガイド１４２の移動に誘導されて、ブレーキシュー１４１が一定の圧力でピン１１１の指示棒１１１ｂに接触し、ピン１１１を保持することとなる。
反対に、モータ１４３ｂが駆動してネジ１４３ｃを逆回転させると、駆動バー１４３ａがモータ１４３ｂから遠ざかるように移動し、駆動バー１４３ａに固定されたガイド１４２を押し戻す。そして、このガイド１４２の移動に誘導されて、ブレーキシュー１４１がピン１１１の指示棒１１１ｂから離れ、ピン１１１に対する保持が解除されることとなる。
【００２６】
ここで、立体モデル形成部１１０が１０００本のピン１１１で構成されている場合を考える。この場合、各ピン１１１に対して３０ｇの力でブレーキシュー１４１を押し当てるためには、３０ｋｇの力で駆動バー１４３ａを牽引することが必要となる。そこで、トルクの小さなモータでも強力な力を発生させるため、ネジ１４３ｃとしては、例えば台形ネジが用いられる。
なお、図１１に示した構成は、駆動部１４３を実現する構成の一例に過ぎず、図示の構成に限定するものではない。
【００２７】
図１２は、保持機構１４０の機能を説明する図である。
本実施形態では、支持筐体１３１により、ピン１１１の軸方向が略垂直となるように支持されるものとする。したがって、保持機構１４０により保持されていない状態では、ピン１１１は自重によって下降し、支持部１３０に最も深く挿入された状態となる。これを初期状態とする。また、本実施形態では、保持機構１４０により保持されている状態でも、アクチュエータ１２０によるピン１１１の移動が可能とする。すなわち、駆動部１４３の動作によりブレーキシュー１４１がピン１１１の指示棒１１１ｂに接触して生じる摩擦力は、ピン１１１が自重によって下降することはないが、アクチュエータ１２０によるピン１１１の移動は妨げない程度とする。言い換えれば、アクチュエータ１２０は、保持機構１４０によりピン１１１が保持されている際のブレーキシュー１４１と指示棒１１１ｂとの間の摩擦力よりも強い力でピン１１１を移動させる。
【００２８】
立体ディスプレイ１００を動作させる際には、まず初期状態にあるピン１１１に対して、保持機構１４０を動作させてブレーキシュー１４１を指示棒１１１ｂに接触させ、ピン１１１が保持された状態とする（図１２（ａ））。図１２（ａ）では、ピン１１１の形成部１１１ａと支持筐体１３１の天板１３１ａとの間に隙間が空いているが、これについては後述する。
この状態で、アクチュエータ１２０を動作させ、ピン１１１を所望の位置に移動させる（図１２（ｂ））。上述したように、保持機構１４０により保持された状態でもアクチュエータ１２０によるピン１１１の移動は可能である。
次に、アクチュエータ１２０を初期状態に戻すが、保持機構１４０により保持されているため、ピン１１１はアクチュエータ１２０によって押し上げられた位置に留まる（図１２（ｃ））。
この後、保持機構１４０を動作させてブレーキシュー１４１を指示棒１１１ｂから離すと、保持が解除されてピン１１１は自重で下降し、初期状態に戻る（図１２（ｄ））。
【００２９】
次に、上記のような保持機構１４０の働きを含む立体ディスプレイ１００の全体動作を説明する。
図１３〜図１５は、本実施形態におけるピン１１１の移動制御を説明する図である。
図示の例では簡単のため、１列に並んだピン１１１を同じく１列に並んだアクチュエータ１２０が移動する様子を示している。また、アクチュエータ１２０の数は、ピン１１１の数よりも少ないことを上述したが、図示の例では簡単のため、全てのピン１１１にアクチュエータ１２０が対応している。
【００３０】
初期状態では、図１３に示すように、ピン１１１が支持部１３０に最も深く挿入された状態で位置を合わせている。図１３では、ピン１１１の指示棒１１１ｂとアクチュエータ１２０との間に隙間が空いているが、これはピン１１１とアクチュエータ１２０とが分離していることを表しているに過ぎない。実際には、ピン１１１が支持部１３０に最も深く挿入された状態で、指示棒１１１ｂとアクチュエータ１２０とが接していても良い。
【００３１】
次に、制御装置３００の制御によりアクチュエータ１２０が動作し、図１４に示すように、個々のアクチュエータ１２０が対応しているピン１１１を指示棒１１１ｂ側から軸方向に押して移動させる。これにより、個々の形成部１１１ａの位置が変わり、形成部１１１ａの集合が特定の立体形状を形成することとなる。
【００３２】
次に、制御装置３００の制御によりアクチュエータ１２０が初期状態に戻る。このとき、支持部１３０の保持機構１４０による保持が掛かって各ピン１１１の位置が固定されるので、図１５に示すように、アクチュエータ１２０が初期状態に戻ってピン１１１の指示棒１１１ｂから離れても、形成部１１１ａによって形成された形状は維持される。
この後、保持機構１４０の保持が解除されれば、各ピン１１１は自重により下降し、図１３の初期状態に戻る。
【００３３】
次に、位置制御機構１５０について説明する。
上述したように、本実施形態では、ピン１１１よりも少ない数のアクチュエータ１２０が設けられる。そして、立体モデル形成部１１０とアクチュエータ１２０との間の相対位置を変えることにより、アクチュエータ１２０が立体モデル形成部１１０を構成する全てのピン１１１に対応して軸方向の移動を制御できるようにしている。位置制御機構１５０は、この立体モデル形成部１１０とアクチュエータ１２０との間の相対位置を変えるために、立体モデル形成部１１０およびアクチュエータ１２０のいずれか一方または両方を移動させる機構である。
【００３４】
本実施形態では、立体モデル形成部１１０とアクチュエータ１２０との間の相対位置を変えることができれば良い。したがって、位置制御機構１５０は、アクチュエータ１２０を移動させるものであっても、立体モデル形成部１１０を移動させるものであっても構わない。また、立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１の数および配列の形、アクチュエータ１２０の数および配列の形によって、好適な機構は異なる場合があると考えられる。したがって、実際の機構としては、立体モデル形成部１１０およびアクチュエータ１２０の具体的な構成に応じて、これらを機械的に移動させ得る既知の任意の機構を適用すれば良い。具体的な機構としては、例えば、立体モデル形成部１１０やアクチュエータ１２０の移動経路に沿って設置されたレール上を立体モデル形成部１１０のピン１１１を装着した支持部１３０やアクチュエータ１２０が走行する機構、機械アーム等を用いて２次元平面上の任意の位置へ移動させるような機構等が考えられる。
【００３５】
図１６−１、１６−２（以下、両図をまとめて図１６と記す）は、アクチュエータ１２０を移動させながら、立体モデル形成部１１０のピン１１１を移動していく様子を示す図である。
図１６の例では、立体モデル形成部１１０のピン１１１はｎ列×ｍ列のマトリクス状に配列されている。また、ｎ個のアクチュエータ１２０が、ｎ個のピン１１１の列に沿って１列に並べて設けられている。したがって、アクチュエータ１２０は、一度にｎ個（１列分）のピン１１１を移動する。また、図示しない位置制御機構１５０が、アクチュエータ１２０をｍ個のピン１１１の列に沿って（すなわちアクチュエータ１２０の列と直交する方向に）移動させる。なお、以下の説明では、図１６に示すピン１１１の配列のうちｎ個のピン１１１の列の位置を表すために、図示の「前」「後」の記載に従って、「前方」、「後方」といった呼び方をする。アクチュエータ１２０の移動方向についても同様である。また、ｎ個のピン１１１の列のうち最前列を第１列とし、順次後方へ向かって第２列、第３列、・・・、第ｍ列と数える。
【００３６】
立体形状の形成動作が開始されると、図１６（ａ）に示すように、まず、位置制御機構１５０がアクチュエータ１２０を第１列のピン１１１の位置に合わせる。アクチュエータ１２０の初期位置を予めこの位置に設定しておいても良い。
次に、アクチュエータ１２０が動作して、図１６（ｂ）に示すように、第１列のｎ個のピン１１１を移動する。この後、アクチュエータ１２０は初期状態に戻るが、図１５を参照して説明したように、最前列のｎ個のピン１１１はアクチュエータ１２０により移動された位置に維持される。
【００３７】
次に、位置制御機構１５０がアクチュエータ１２０をピン１１１の１列分後方へ移動させ、図１６（ｃ）に示すように、第２列のピン１１１の位置に合わせる。そして、アクチュエータ１２０が動作し、図１６（ｄ）に示すように、第２列のｎ個のピン１１１を移動する。この後、アクチュエータ１２０は初期状態に戻り、位置制御機構１５０がアクチュエータ１２０をピン１１１の１列分後方へ移動させて、第３列のピン１１１の位置に合わせる。
このようにして、アクチュエータ１２０を順次後方へ移動させながら１列ずつ（ｎ個ずつ）ピン１１１を移動する動作をｍ回繰り返すことにより、ｎ列×ｍ列のマトリクス状に配列されたピン１１１の全てが移動され、所望の立体形状が形成されることとなる。図１６（ｅ）は第ｍ列までのピン１１１の移動が完了した様子を示す。
この後、保持機構１４０を動作させてピン１１１に対する保持を解除すると、各ピン１１１が自重で下降し、立体モデル形成部１１０全体が初期状態に戻る。図１６（ｆ）はピン１１１が下降して立体モデル形成部１１０が初期状態に戻った様子を示す。
【００３８】
以上の例では、立体モデル形成部１１０のｎ列×ｍ列のマトリクス状に配列されたピン１１１を、１列分のｎ個のアクチュエータ１２０を用いて移動したが、かかる構成に限定するものではない。例えば、ｎ／２個のアクチュエータ１２０を用い、まず第１列から後方へ、次に第ｍ列から前方へと１往復させることで、全てのピン１１１を移動するようにしても良い。また、必ずしもアクチュエータ１２０を１列に並べて設置しなくても良く、ｉ列×ｊ列のマトリクス状に配列するなど、任意のパターンを形成するように設置して良い。
【００３９】
ところで、立体モデル形成部１１０を構成するピン１１１は、図６に示したように形成部１１１ａと指示棒１１１ｂとで構成される。ここで、形成部１１１ａと指示棒１１１ｂとは、製作精度の影響で軸の中心がずれてしまうことがあり得る。そのため、図１７（ａ）に示すように、支持部１３０の上端（支持筐体１３１の天板１３１ａの上面、図中、破線で示した面）に形成部１１１ａの下端が接するまでピン１１１を深く挿入すると、隣接するピン１１１どうしがかみ合った状態となり（図中、破線で囲んだ箇所）、全く動かなくなったり、一方のピン１１１の移動に引きずられて隣接するピン１１１も移動してしまったりする場合がある。これを防止するには、図１７（ｂ）に示すように、ピン１１１が支持部１３０に最も深く挿入された状態でも、形成部１１１ａの下端と支持部１３０の上端との間に所定の距離が開くようにすれば良い。
【００４０】
図１８は、支持部１３０に対するピン１１１の挿入の深さを制限する手段の例を示す図である。
図１８に示す例では、支持部１３０の下にピン１１１の挿入を止める停止手段であるストッパ１６０が設けられている。ストッパ１６０は、例えば金属や硬質の樹脂で形成された板状部材であり、ピン１１１が支持部１３０に対して予め設定された位置まで挿入されると、ピン１１１の指示棒１１１ｂの先端がストッパ１６０に当たるように配置される。この構成では、アクチュエータ１２０によるピン１１１の移動が行われないとき（アクチュエータ１２０の待機状態）は、アクチュエータ１２０は全てのピン１１１から外れ、ストッパ１６０の上にピン１１１が位置する状態となる。
【００４１】
図１８（ａ）は、アクチュエータ１２０によるピン１１１の移動が完了し、アクチュエータ１２０が待機状態となった様子を示す。図示のように、全てのピン１１１がストッパ１６０の上に来ている。
図１８（ｂ）は、この状態で保持機構１４０による保持を解除した様子を示す。各ピン１１１は自重によって下降するが、図示のように、指示棒１１１ｂの先端がストッパ１６０に当たったところで止まる。すなわち、ピン１１１の指示棒１１１ｂの先端がストッパ１６０に突き当たるので、ピン１１１が支持部１３０に対して最も深く挿入された状態でも、所定の高さだけ形成部１１１ａが支持部１３０から離れた状態となる。そして、これが立体モデル形成部１１０の初期状態となる。
【００４２】
図１８（ｃ）は、次にアクチュエータ１２０によるピン１１１の移動を行う際の動作を示す。図示のように、位置制御機構１５０の制御により、ピン１１１が順次アクチュエータ１２０に対応する位置へ移動し、アクチュエータ１２０による移動が行われる。なお、図１８（ｃ）によれば、ストッパ１６０とアクチュエータ１２０との位置関係は固定されており、アクチュエータ１２０によるピン１１１の移動が行われる際には、各ピン１１１が順次ストッパ１６０から離れてアクチュエータ１２０に対応する位置に来る。すなわち、ピン１１１は、アクチュエータ１２０に対応する位置に来る直前までストッパ１６０に当たっている。しかしながら、図１１を参照して説明したように、アクチュエータ１２０によるピン１１１の移動が行われる際には保持機構１４０により保持されているので、これ以前にストッパ１６０を取り外してしまっても構わない。
【００４３】
一方、図１８（ｃ）に示したように、各ピン１１１がアクチュエータ１２０に対応する位置に来る直前までストッパ１６０上にある構成の場合、ピン１１１の指示棒１１１ｂの先端がストッパ１６０の上面を擦りながら移動することとなる。そのため、指示棒１１１ｂの先端とストッパ１６０の上面との間の摩擦により、指示棒１１１ｂが曲がったり、異音が発生したりする場合がある。これを防止するためには、図１９に示すように、ストッパ１６０の上面をアクチュエータ１２０に向かう方向へ傾斜させると良い。このようにすれば、指示棒１１１ｂの先端とストッパ１６０の上面との間の摩擦が小さくなり、上記のような不具合が生じなくなる。
【００４４】
図２０は、支持部１３０に対するピン１１１の挿入の深さを制限する手段の他の例を示す図である。
この例では、図２０（ａ）に示すように、ピン１１１の指示棒１１１ｂに突起１１１ｃを設けている。この突起１１１ｃは、ピン１１１の一方の先端または形成部１１１ａの下端から所定の距離の位置に設けられている。このように構成されたピン１１１を用いて立体モデル形成部１１０を構成すれば、図２０（ｂ）に示すように、ピン１１１は、突起１１１ｃの位置までしか支持部１３０に挿入されない。したがって、ピン１１１が支持部１３０に対して最も深く挿入された状態でも、形成部１１１ａの下端から突起１１１ｃまでの長さだけ形成部１１１ａが支持部１３０から離れた状態となる。そして、これが立体モデル形成部１１０の初期状態となる。
【００４５】
以上、ピン１１１が支持部１３０に対して最も深く挿入された状態（立体モデル形成部１１０の初期状態）で、所定の高さだけ形成部１１１ａが支持部１３０から離れた状態となるようにする手段の例を説明した。しかしながら、支持部１３０に対するピン１１１の挿入の深さを制限する手段は、上記の例に限定されず、他の構成にて実現しても良い。
【００４６】
上記の実施形態では、保持機構１４０のブレーキシュー１４１として、図７に、金属板に布製のパッドを設けた構成を例示した。しかしながら、ブレーキシュー１４１としては、他にピン１１１の指示棒１１１ｂに接触して適当な摩擦力を生じる種々の材料、形状を取ることができる。例えば、硬質ゴムの板状部材や、図２１に示すように樹脂製のワイヤ（線状部材）２１０を用いても良い。ただし、硬質ゴムの板状部材に穴を開けてピンを挿した形態では、立体モデル形成部１１０を初期状態に戻すのに大きな力（例えばピンが１０００本ある場合、１本を初期状態にする力が１００ｇのみだとしても合計で１００ｋｇの力）が必要となるため、上記の実施形態やワイヤによる形態が好ましい。
【００４７】
なお、本実施形態では、支持部１３０がピン１１１の軸方向が略垂直となるように支持することとした。そのため、保持機構１４０による保持を解除した場合に、ピン１１１が自重により下降し、立体モデル形成部１１０が自発的に初期状態に戻った。これに対し、立体ディスプレイ１００は、ピン１１１の軸方向が略水平となるように設置しても良い。この場合、保持機構１４０による保持を解除しても、ピン１１１が自重によって移動し初期位置に戻ることはない。しかし、保持機構１４０の保持が解除されていれば、ピン１１１の形成部１１１ａの先端側から押すことにより容易にピン１１１が移動するので、立体モデル形成部１１０を初期状態に戻すのに大きな力を必要としない。
【００４８】
また、本実施形態では、保持機構１４０が作動してピン１１１を保持している状態で、アクチュエータ１２０が動作してピン１１１を移動させることとした。これに対し、保持機構１４０の構成によっては、アクチュエータ１２０がピン１１１を移動させる際には保持機構１４０による保持を解除し、所望の位置にピン１１１を移動した後に保持機構１４０を作動させてピン１１１を保持するようにしても良い。この場合、保持機構１４０の機構部が個々のブレーキシュー１４１を個別に動作させるような機構が用いられる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、ピン１１１に形成部１１１ａを設け、ピン１１１を配列することにより構成される形成部１１１ａの集合をスクリーンとして用いることとしたが、ピンを布状のスクリーンで覆って形成される立体モデルに画像を表示する装置に対しても、本実施形態を同様に適用できる。このような装置でも、布状のスクリーンで立体モデルを形成するために、マトリクス状に配列されたピンを移動する必要がある。そこで、このピンの数よりも少ない数のアクチュエータと、アクチュエータを移動させて全てのピンに対応させるための位置制御機構とを用いて、全てのピンを移動することが可能である。そして、保持機構による保持の作動・非作動を切り換えることにより、作動時にはピンによって形成された立体モデルの形状が容易に変化せず、非作動時には容易に初期状態に戻す（あるいは変形させる）ことが可能となる。また、もともと着色されたピンによって立体形状を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態が適用される形状形成装置の構成を示す図である。
【図２】図１の形状形成装置において、立体ディスプレイおよび反射鏡をプロジェクタのレンズ位置から見下ろした様子を示す図である。
【図３】本実施形態の立体ディスプレイに投影される表面テクスチャ画像の一例を示す図である。
【図４】図２の立体ディスプレイおよび反射鏡に投影された表面テクスチャ画像を示す図である。
【図５】本実施形態による立体ディスプレイの構成を示す図である。
【図６】図５に示した立体ディスプレイのピンの構成を示す図である。
【図７】本実施形態の保持機構の主要部の構成を示す図である。
【図８】本実施形態の保持機構の主要部の構成を示す図であり、ブレーキシューおよびガイドの配置を示す図である。
【図９】ブレーキシューの動きを説明する図である。
【図１０】ガイドの間隔が広いためにブレーキシューが撓む様子を説明する図である。
【図１１】保持機構の駆動部の構成例を示す図である。
【図１２】保持機構の機能を説明する図である。
【図１３】本実施形態におけるピンの移動制御を説明する図であり、初期状態を示す図である。
【図１４】本実施形態におけるピンの移動制御を説明する図であり、アクチュエータを動作させた状態を示す図である。
【図１５】本実施形態におけるピンの移動制御を説明する図であり、ピンを移動した後にアクチュエータを初期状態に戻した状態を示す図である。
【図１６−１】本実施形態において、アクチュエータを移動させながら、立体モデル形成部のピンを移動していく様子を示す図である。
【図１６−２】本実施形態において、アクチュエータを移動させながら、立体モデル形成部のピンを移動していく様子を示す図である。
【図１７】ピンを支持部に対して深く挿入した場合に隣り合うピンがかみ合う様子を示す図である。
【図１８】支持部に対するピンの挿入の深さを制限する手段の例を示す図である。
【図１９】図１８に示す手段の変形例を示す図である。
【図２０】支持部に対するピンの挿入の深さを制限する手段の他の例を示す図である。
【図２１】ブレーキシューにワイヤを用いた場合の保持機構の主要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…立体ディスプレイ、１１０…立体モデル形成部、１１１…ピン、１１１ａ…形成部、１１１ｂ…指示棒、１２０…アクチュエータ、１３０…支持部、１３１…支持筐体、１３１ａ…天板、１３１ｂ…底板、１３１ｃ…側板、１４０…保持機構、１４１…ブレーキシュー、１４２…ガイド、１４３…駆動部、１４３ａ…駆動バー、１４３ｂ…モータ、１４３ｃ…ネジ、１５０…位置制御機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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