CN101641630B

CN101641630B - 多视点空中映像显示元件

Info

Publication number: CN101641630B
Application number: CN2008800071974A
Authority: CN
Inventors: 前川聪
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: JP5024712B2; US20100073751A1; JPWO2008111426A1; WO2008111426A1; US8123370B2; CN101641630A

Abstract

一种多视点空中映像显示元件(3)如下构成：在构成一个平面并可使光透过的元件面S上朝向多个方向形成多个相互正交的两个镜面要素(11)、(12)所组成的双面角形反射器(1)，通过使从被投影物体O所发出的光在各双面角形反射器(1)上反射二次并使之透过元件面S，而使被投影物体的漂浮在空中的像O在与元件面S相对的被投影物体O的面对称位置进行成像，以便许多人能够对其从元件面S的另一侧的多个方向进行观察。

Description

多视点空中映像显示元件

技术领域本发明涉及可以从多个观察位置共享被投影物体漂浮在空中的实像并对其进行观察的光学元件即多视点空中映像显示元件。

背景技术迄今为止本发明人提出了具备多个大致正交的两个镜面的反射型实镜映像成像元件即双面角形反射器阵列所组成的光学器件(参照专利文献1)。这一光学器件具备如下新的成像方式：通过使从双面角形反射器阵列中的元件面的一侧所配置的被投影物体(包含具有实体的物体、映像)发出的光一边在上述两个镜面(以下为双面角形反射器)分别进行反射一边透过双面角形反射器阵列，而使该被投影物体的镜映像的实像成像在元件面的另一侧的空间。

这种光学器件，以利用镜面的光的反射作为其基本原理，解决利用了微透镜的折射型实镜映像成像元件即远焦透镜阵列(例如，参照专利文献2)中的问题点、即由于利用光的折射作用而只能从相对于元件面大致垂直方向进行观察之类的问题，而具有能够相对于元件面带较大角度进行观察之类的优点。专利文献1：日本专利申请特愿2006-080009申请说明书专利文献2：日本专利公开特开2005-010755号公报

发明内容可是，双面角形反射器阵列在从被投影物体所发出的光在各双面角形反射器的两个镜面各反射一次(合计二次)并透过双面角形反射器阵列的情况下，就以该物体的像正确地进行成像的方式而被构成。作为考虑了抑制杂散光的最简单的构成，将此双面角形反射器全部朝向同一方向进行排列，但在此情况下，就成为仅可以从一个方向进行观察的构成。为此，从观察者左右方向的视场狭窄，难以多个人同时观察一个被投影物体的像。

因而，本发明的主要目的就是提供一种新的光学元件，一边利用双面角形反射器一边使多个人能够从各种各样的方向来观察被投影物体漂浮在空中的像。

即本发明提供一种多视点空中映像显示元件，其特征在于：在构成一个平面并使光透过的元件面上，将相互正交的两个镜面要素所组成的双面角形反射器在具有垂直于上述元件面的旋转轴的旋转方向上朝向多个方向形成多个，通过使从被配置在上述元件面的一侧的被投影物体发出的光在上述各双面角形反射器中的两个镜面要素上分别反射一次并使之透过该元件面，使该被投影物体的像以可以从上述元件面另一侧的多个方向进行观察的方式成像在与上述元件面相对的上述被投影物体的面对称位置。这样的多视点下的观察通过采用可以进行相对于元件面带角度的观察的、双面角形反射器阵列而初次成为可能。

如果是这样的构成的光学元件，在来自被投影物体的光透过元件面之际，在各双面角形反射器的两个镜面各反射一次并成像在元件面的相反侧的空中。即、从观察者就可以观察在两个镜面要素的内角与视线方向相对的双面角形反射器进行反射而成像的被投影物体的像。而且，由于多个双面角形反射器在元件面上朝向多个方向而配置，所以就能够相对于元件面从多个方向来观察被投影物体的像。另外，根据利用了这样的双面角形反射器的成像方式，能够确保相对于深度方向宽广的焦点范围，从多个方向共享所成像的虚拟三维像或者二维像，从多个方向假想地用手指等触摸或者指点同一被投影物体的实像的行为就成为可能，能够获得迄今为止没有的像的利用形态。此外，构成相互正交的双面角形反射器的两个镜面要素既可以共享边缘部使其相互接触，也可以使其相互不接触而相互空开间隙进行配置。另外，被投影物体既可以为一个也可以为多个。在被投影物体仅有一个的情况下能够如上述那样从多个方向观察同一被投影物体的实像，在例如配置多个液晶画面并将它们所显示的各映像设为多个被投影物体的情况下，就能够使各映像的实像同时进行成像并从多个方向进行观察。

特别是在将上述元件面上所形成的多个双面角形反射器朝向的方向设为随机的情况下，由于元件的构造一样，所以不存在元件中心，在哪个地方都可以进行全方位成像，还有被投影物体与元件面相对的配置位置的自由度也较高之类的优点。但是，由于存在不被用于从被投影物体所发出的光的反射的双面角形反射器，所以元件的透射率变低。另外由于存在与观察方向相对着的镜面要素，所以有可能易于产生一次反射所造成的杂散光，但由于构成双面角形反射器的镜面要素的方向是随机的，所以不会用一次反射所造成的杂散光进行成像。

另外，在将上述多个双面角形反射器以全部朝向规定的一点的方式而形成的情况下，通过在通过该一点的元件面的垂线近旁确定被投影物体的配置位置，就能够从多个视点共享在该元件面的相反侧成像的实像。

除以上以外，作为能够从多个方向观察空中的实像的多视点空中映像显示元件的构成，还能够采用在上述元件面上形成多个使多个上述双面角形反射器朝向同一方向的区域，并对每个该各区域使双面角形反射器朝向的方向不同的形态。

在此情况下，上述多个区域能够通过以规定位置为基准的角度在上述元件面上进行划分。通过这样进行处理，就能够从被投影物体与元件面相对的相反侧、从多个角度来观察实像。即、由于将内角朝向作为基准的规定位置朝向的多个双面角形反射器的集合存在于某角度范围内的区域，该区域在元件面上被配置多个，所以就能够一边改变角度一边从多个方向进行像的观察。在这一形态的情况下，由于从某视点进行了观看时所利用的双面角形反射器被密集配置所以透射率变高。但是，由于元件构造不一样而产生中央部所以可以成像位置就被限定。这样的现象除了在元件面上以随机的方向形成了双面角形反射器的多视点空中映像显示元件外，对其以外的本发明所涉及的多视点空中映像显示元件是共同的。

或者，还能够通过各自独立的双面角形反射器阵列而构成多个上述双面角形反射器朝向同一方向的区域。在此情况下就在可使光透过的部分元件面上将相互正交的两个镜面要素所组成的双面角形反射器都朝向同一方向而形成多个该各双面角形反射器阵列，通过使从被配置在该部分元件面的一侧的被投影物体发出的光在上述各双面角形反射器中的两个镜面要素上分别反射一次并使之透过该部分元件面，使该被投影物体的像以可以从上述元件面的另一侧进行观察的方式成像在上述被投影物体相对于上述部分元件面的面对称位置，通过上述多个双面角形反射器阵列上的部分元件面的集合而构成上述元件面。该各双面角形反射器阵列是在可使光透过的部分元件面上将相互正交的两个镜面要素所组成的双面角形反射器都朝向同一方向而形成多个，通过使从被配置在该部分元件面的一侧的被投影物体发出的光在上述各双面角形反射器中的两个镜面要素上分别反射一次并使之透过该部分元件面，使该被投影物体的像以可以从上述元件面的另一侧进行观察的方式成像在上述被投影物体相对于上述部分元件面的面对称位置。即、通过各双面角形反射器阵列的部分元件面的集合而构成上述元件面。在此情况下，与将双面角形反射器朝向多个方向同时形成在单一元件面上的形态相比较，在各双面角形反射器阵列形成多个朝向一个方向的双面角形反射器就较为容易，所以通过将多个这样的双面角形反射器阵列平面地组合起来就能够以更低成本来制作本发明的多视点空中映像显示元件。

在如以上那样的本发明的各多视点空中映像显示元件中，在不同朝向的双面角形反射器接近配置在被投影物体非常近处的情况下，就有可能将产生杂散光。因而，通过在包含通过被投影物体的上述元件面的垂线的该元件面上的一定区域不形成上述双面角形反射器这样构成多视点空中映像显示元件，就能够防止杂散光并观察鲜明的像。此外，为了防止杂散光而不形成双面角形反射器的元件面上的部位，优选的措施是使其不透明进行遮光等。

具体而言，作为理想的构成能够列举如下形态，即双面角形反射器在使呈板状的底座沿厚度方向贯通的孔的内壁形成了上述正交的两个镜面要素，在光通过该孔从底座的一个面方向透射至另一面方向之际，在两个镜面要素上分别反射一次。此外，在此情况下，相对于两个镜面要素垂直的面、例如若底座为平坦的薄板状就是通过其壁厚的中央部且垂直于两个镜面要素的面(通常是与底座的外表面平行的面)相当于多视点空中映像显示元件的元件面。

或者，即便将双面角形反射器设为在透明的筒状体的内壁面形成了上述正交的两个镜面要素，在光通过上述筒状体从相对于上述各镜面要素垂直的一个面侧透射至另一面侧之际，在两个镜面要素上分别反射一次，也能够获得与利用孔的内壁时同样的作用。此外，在此情况下也是相对于两个镜面要素垂直的面、例如若筒状体的外形为立方体形状就是通过其高度方向的中央部且垂直于两个镜面要素的面相当于多视点空中映像显示元件的元件面。

另外，通过将这些孔的内壁或者筒状体的内壁面之中、形成上述双面角形反射器的两个镜面以外的面设为非镜面，就能够防止光在一个孔或者筒状体中反射三次以上的多重反射。

另外，通过将孔的内壁或者筒状体的内壁面之中、形成上述双面角形反射器的两个镜面要素以外的面以相对于上述元件面不垂直的方式进行形成，也可获得防止多重反射的效果。

在通过本发明中的多视点空中映像显示装置来进行被投影物体的实像观察的情况下，将会看见从被配置在实像背面的多个双面角形反射器的元件面斜着透射过来的光线，但在从相反方向来观看此元件面的情况下，有时候就能够直接观察被配置在元件面下部的被投影物体。因而，考虑如下对策，即在元件面上配置仅仅将特定方向的光线透射/遮断或者漫射的光学上的视线控制部件，借助于这一视线控制部件，仅仅透过进行成像的光线，并遮断其他作为杂散光的光线。由此，观察者就可以仅仅观察作为空中映像的实像，而不会见到元件面下部的被投影物体。视线控制部件既可以设置在元件面上的实像成像一侧的面，也可以设置在该被投影物体一侧的面。此外，作为视线控制部件的具体例子，能够使用仅仅使特定方向的光线漫射的视界控制膜(例如「ルミステイ(商品名、住友化学株式会社制造)」)或通过微小的天窗仅仅遮断特定方向的光线的视角调整膜(例如「ライトコントロ一ルフイルム(商品名、住友スリ一エム株式会社制造)」)等光学膜等。此外，不仅可以扩张天窗方式平行地配置板条，还可以采用将板条配置成格子状的方式。

根据本发明，通过在元件面上适宜地改变方向配置多个双面角形反射器，或者将具备多个朝向同一方向的双面角形反射器的双面角形反射器阵列作为部分元件面改变方向并配置多个，就可以从该元件面另一侧的多个方向观察被配置在元件面的一侧的被投影物体的像。这样所观察的像不管被投影物体是二维物体还是三维物体还是映像都能够使其在空中成像，观察者能够假想地进行选取。例如在本发明的多视点空中映像显示元件是能够从隔着元件面与被投影物体相反侧的全方向(360°)观察像的情况下，如果被投影物体是平面则不论从哪里观看都能够在空中的相同位置看见，如果被投影物体是立体物体就能够看见纵深反转了的像。另外，通过将这样的本发明的多视点空中映像显示元件嵌入规定的桌台等的桌面并在桌面的下方配置被投影物体，就能够实现可以从多个方向同时(多个人)观察被投影物体的像的实现新显示形式的显示器装置。

附图说明图1是概略性地表示本发明第1实施方式所涉及的多视点空中映像显示元件的立体图。图2是表示该实施方式上所应用的双面角形反射器阵列的平面图。图3是将该双面角形反射器阵列的一部分放大进行表示的立体图。图4是示意性地表示利用该实施方式的多视点空中映像显示元件的成像方式的平面图。图5是示意性地表示利用该实施方式的多视点空中映像显示元件的成像方式的立体图。图6是概略性地表示本发明第2实施方式所涉及的多视点空中映像显示元件的平面图。图7是表示该实施方式上所应用的双面角形反射器阵列的平面图。图8是概略性地表示本发明第3实施方式所涉及的多视点空中映像显示元件的平面图。图9是表示该多视点空中映像显示元件的其他例子的平面图。图10是概略性地表示本发明第4实施方式所涉及的多视点空中映像显示元件的平面图。图11是概略性地表示本发明第5实施方式所涉及的多视点空中映像显示元件的平面图。图12是概略性地表示在第1实施方式中被投影物体为三维物体时所观察的实像之一例的立体图。图13是表示第1实施方式上所应用的双面角形反射器阵列的其他例子的立体图。

具体实施方式以下，参照附图来说明本发明的实施方式。<第1实施方式>图1所示的本发明第1实施方式是具有两个双面角形反射器阵列2A1，2A2的多视点空中映像显示元件3A之一例，其中该双面角形反射器阵列具备多个双面角形反射器1。本实施方式的多视点空中映像显示元件3A构成为：使一对双面角形反射器阵列2A1，2A2正对着进行配置，并且在这些双面角形反射器阵列2A1，2A2的接合部分处的元件面S的一面侧(在图示例中为下方)配置被投影物体O，由此从视点V1通过双面角形反射器阵列2A1、从视点V2通过双面角形反射器阵列2A2来观察被投影物体O的像P。其中，多视点空中映像显示元件S将各双面角形反射器阵列2A1，2A2作为部分元件面s而构成。此外，由于双面角形反射器1与双面角形反射器阵列2A1，2A2相比非常微小，所以在该图中用灰色来表示双面角形反射器1的全体集合，其内角的朝向用V字形状来表示。以下，就各部分的具体构成以及成像方式进行说明。此外，设在以下的说明中，在总称两个双面角形反射器阵列2A1，2A2时使用标记2A。

各双面角形反射器阵列2A如图2所示那样具备平板状的底座21，在此底座21上形成多个相对于平坦的底座表面垂直地贯通板厚的孔22，为了将各孔22的内壁面作为双面角形反射器1来利用，而在孔22的内壁面之中正交的两个面上分别形成镜面要素11，12。

底座21的厚度尺寸例如为50～200μm，在本实施方式中为100μm的薄板状，虽然在本实施方式中应用一边分别约5cm的俯视正方形状，但底座21的厚度及平面尺寸能够适宜设定而不限于这些。如放大图2的A部在图3所示那样，各双面角形反射器1为了使光透过而利用在底座21上所形成的物理上/光学上的孔22来形成。在本实施方式中，首先在底座21上形成多个俯视大致矩形状(具体而言在本实施方式中为正方形状)的孔22，对各孔22之中邻接正交的两个内壁面实施平滑镜面处理并作为镜面要素11，12，而形成将这些镜面要素11，12作为反射面发挥功能的双面角形反射器1。此外，最好是对孔22的内壁面之中双面角形反射器1以外的部分不实施镜面处理而作为不能反射光的面、或者带上角度等以抑制多重反射光。各双面角形反射器1在底座21上以镜面要素11，12所成的内角全部为同一朝向的方式而形成。下面，有时候将此镜面要素11，12的内角的朝向称之为双面角形反射器1的朝向(方向)。当形成镜面要素11，12时，在本实施方式中，首先制作金属制造的金属模，并通过对应当形成镜面要素11，12的内壁面进行纳米尺度的切削加工处理来进行镜面形成，使它们的表面粗糙度小于等于10nm而相对于可见光频谱带一致地成为镜面。

具体而言，构成各双面角形反射器1的镜面要素11，12一边例如为50～200μm，在本实施方式中为与底座21的厚度相对应的100μm，通过将采用了先前所制作的金属模的冲压工序应用于纳米尺度的纳米刻印加工方法或者电铸加工方法，在一个底座21上以规定间距形成多个。在本实施方式中，使在各双面角形反射器1的部分元件面s上形成V字形状的各边相对于底座21的宽度方向或者深度方向倾斜45度，同时使所有双面角形反射器1在元件面S上所假想的有规则的格子点上进行排列并朝向同一方向。此外，通过尽量小地设定相邻的双面角形反射器1彼此的间隔尺寸，就能够使透射率提高。然后，在上述底座21之中、形成了双面角形反射器1的部分以外的部位实施遮光处理，并在底座21的上面以及下面设置未图示的呈薄板状的透明的加强物。在本实施方式中，采用在底座21上设置了数万乃至数十万个这种双面角形反射器1的双面角形反射器阵列2A。

作为其他的镜面要素的形成方法，在通过电铸加工方法用铝或镍等金属形成了底座21的情况下，只要金属模的表面粗糙度足够小，镜面要素11，12就因此而自然地成为镜面。另外，在采用纳米刻印加工方法，对底座21采用了树脂制作等的情况下，为制作镜面要素11，12就需要通过溅射等来实施镜面涂覆。

这样在底座21上所形成的双面角形反射器1具有使从底座21的表面侧(或者里面侧)进入到孔22的光在一个镜面要素(11或者12)进行反射，进而使其反射光在另一个镜面要素(12或者11)进行反射而使之向底座21的反面侧(或者表面侧)通过的功能，如果从侧方来观看此光的路径则光的进入路径和出射路径隔着底座21而形成面对称，所以通过如上述那样在底座21上形成多个双面角形反射器1，而作为双面角形反射器阵列2A发挥功能。即、这种双面角形反射器阵列2A的部分元件面s(假定通过底座21壁厚的中央部并与各镜面要素正交的面，在图中用想象线来表示)就是使处于底座21一侧的被投影物体的实像成像于另一侧的面对称位置的面。

多视点空中映像显示元件3A使用两个上述的双面角形反射器阵列2A(标记2A1，2A2)，并采用使双面角形反射器阵列2A1，2A2的边缘部彼此接合起来的构成，以便在使两者的双面角形反射器1相互对置的状态下使部分元件面s彼此为一个面而在一个平面上构成元件面S。进而，在两双面角形反射器阵列2A1，2A2的接合部分上在元件面S一侧(底座21的下方侧)的中央部配置被投影物体O。被投影物体O能够应用二维物体(虽然严格而言不是二维物体，例如描绘在纸上的字符及图案等)、三维物体、映像等。在本实施方式中作为被投影物体O的一例，表示在图5中应用了字母“F”字符的二维图形的例子。但是，被投影物体O的“F”字符被上下颠倒进行配置以使所观察的实像的“F”字符成为上下正确的朝向。

这里，将利用本实施方式的多视点空中映像显示元件3A的成像方式与从被投影物体O所发出的光的路径一起进行说明。如图4中平面的示意图所示那样，从被投影物体O所发出的光(箭头方向、用实线所示。三维地从纸面里侧向纸面跟前侧行进)在通过任意一方的双面角形反射器阵列2A的底座21上所形成的孔22之际，通过在构成双面角形反射器1的一个镜面要素11(或者12)进行反射并进一步在另一个镜面要素12(或者11)进行反射(用虚线表示透射光的光线)，而相对于双面角形反射器阵列2A的部分元件面s在被投影物体O的面对称位置作为“F”字符进行成像。此外，在各镜面要素11，12各反射一次后的利用双面角形反射器1的反射光，在图4中以不通过被投影物体O的位置的方式来表示，这是因为将双面角形反射器1的大小夸张进行放大显示的缘故，实际上与从被投影物体的距离相比较，双面角形反射器1是极其微小的，所以成像点处的反射光的扩展就同样是微小的。具体而言，就是扩展到双面角形反射器1大小的2倍程度。此实像P如图5示意性地所示那样，通过从该双面角形反射器阵列2A的双面角形反射器的镜面要素11，12看得见的位置、即从另一侧的双面角形反射器阵列2A的底座21的上方进行观察就可以视觉辨认。关于在另一侧的双面角形反射器阵列2A透射/反射并成像的被投影物体O的像作用也同样如此，由于被投影物体O即“F”字符的里侧通过双面角形反射器阵列2A而成像，所以观察到将“F”字符反过来的状态的像。详言之，当光相对于相互正交的镜面要素11，12反射两次后，则光的分量之中、平行于底座21的面方向的分量(换言之就是与元件面S平行的分量)就返回到入射方向，另一方面，平行于镜面要素11，12的面方向的分量(换言之就是相对于元件面S垂直的分量)将保存该分量。其结果就是透过了各双面角形反射器阵列2A的二次反射光必定通过相对于元件面S面对称的点。而且，由于所有方向的光从作为光源的被投影物体O出来，所以这些光在透过双面角形反射器阵列2A之际在各双面角形反射器1反射两次，全部汇集于同一点而结成焦点。这样，由于透过了各双面角形反射器阵列2A的二次反射光向面对称位置进行聚焦，所以就可以在相对于深度方向(相对于元件面S垂直的方向)较宽广的范围结成焦点。而且，当在底座21的下面侧的空间配置三维物体作为被投影物体O的情况下，三维像就漂浮在底座21的上面侧。但是，该三维像其凹凸反转。此外，关于被投影物体O为三维物体时所观察的像，参照图13后面进行叙述。

<第2实施方式>图6中用示意性的平面图所示的本发明第2实施方式是至少能够从3个方向观察被投影物体O的像的多视点空中映像显示元件3B。但是，在该图中，双面角形反射器1用灰色来表示其全体集合，并将其内角的朝向用V字形状较大夸张来进行表示。(关于图6以后的附图也同样如此)。

本实施方式的多视点空中映像显示元件3B能够通过使例如将第1实施方式中所用的6个双面角形反射器阵列2B分别切断成两半之中的一方，改变朝向进行再接合而构成。具体而言，各双面角形反射器阵列2B与第1实施方式中所用的双面角形反射器阵列2A相同，将双面角形反射器1的方向在元件面S内倾斜45°而形成，如图7所示那样用通过元件的中心与侧边缘以角度60°相交的直线二分割成两个梯形状，并使用其中一方(在图示例子中左上一半)的双面角形反射器阵列2B1。即、通过在6个呈梯形状的双面角形反射器阵列2B之中将3个反过来，并将已反过来的和未反过来的一边改变朝向一边以梯形的长边彼此邻接的方式进行接合，而获得图6所示的多视点空中映像显示元件3B。此外，不言而喻这一多视点空中映像显示元件3B还能够通过从当初就使用6张呈与双面角形反射器阵列2B1同样的梯形状的双面角形反射器阵列来进行形成，而不是切断正方形状的双面角形反射器阵列2B。此外，在对应于同一视点的两个成像元件的边界部分，通过顾及到不破坏各双面角形反射器而作为赋予了级差的边界线，就可以避免边界部分处的成像不连续。

在这样所获得的多视点空中映像显示元件3B中，6个双面角形反射器阵列2B1就成为将梯形的斜边和长边所形成的角集合在中心部的形态，能够在此中心部处的底座21’的一面侧(纸面下方)配置被投影物体O，并从另一面侧(纸面上方)来观察被投影物体O的像。即、如图6所示那样使梯形的斜边彼此接合起来的两个双面角形反射器阵列2B1因为双面角形反射器1以大致同一方向朝向被投影物体O，所以如果隔着多视点空中映像显示元件3B的中心部从梯形的斜边的延长方向进行观察(在该图中用箭头来表示视线)，就能够确认由两个双面角形反射器阵列2B1产生的被投影物体O的像。而且，这样朝向大致同一方向的双面角形反射器阵列2B1的组合，在本实施方式的多视点空中映像显示元件3B中有3组，所以至少可以从3个方向进行像的观察，进而如果分别正对于6个双面角形反射器阵列2B1的双面角形反射器1进行观察，在此多视点空中映像显示元件3B中就可以从6方向进行像的观察。但是，朝向大致同一方向的两个双面角形反射器阵列2B1中的双面角形反射器1并非准确地朝向同一方向，而是分别与视线方向有大约15°左右的变位，但这一程度的角度差异在观察者的双眼视差的范围内，能够认为大致朝向同一方向。

此外，在相当于被投影物体O与底座21’相对的正上方的多视点空中映像显示元件3B的中央部，由于在朝向不同方向的双面角形反射器1接近而存在多个的情况下，极有可能产生杂散光而不能鲜明地成像，所以最好在进行俯视时底座21’上的与被投影物体O重叠的部位不形成双面角形反射器1等并设为不透明以预先防止杂散光。

<第3实施方式>图8中示意性的平面图所示的本发明第3实施方式是呈圆盘状的多视点空中映像显示元件3C，对于一个被投影物体O的像可以从4方向进行观察。具体而言，此多视点空中映像显示元件3C由4个俯视呈扇形的双面角形反射器阵列2C所构成。各双面角形反射器阵列2C是中心角均成90°同形状同大小的、被接合成一个面的圆形状。在这样的双面角形反射器阵列2C中，双面角形反射器1与第1实施方式的情况同样地形成，部分元件面s与元件面S的关系也与第1实施方式相同，但在本实施方式中，各双面角形反射器阵列2C的双面角形反射器1朝向各自的中心角(顶点)的方向，与第2实施方式的情况一样地为了防止杂散光，不在中心角近处形成双面角形反射器1。

在这样的形态的多视点空中映像显示元件3C中，以其中心为基准、每隔规定角度(在此例中为90°)双面角形反射器1被划分成朝向一定方向的区域，各区域由双面角形反射器阵列2C所构成。然后，就能够在该中心部处的一面侧(纸面下方)配置被投影物体O，并从多面侧(纸面上方)来观察被投影物体O的像。即、如果在隔着中心部面对的1个双面角形反射器阵列2C的方向进行观察(在该图中用箭头来表示视线)，就能够看见由该双面角形反射器阵列2C产生的被投影物体O的像，可以从总共4方向进行像的观察。

此外，在双面角形反射器阵列中，其个数和扇形形状的中心角的大小能够任意地设定，可以观察被投影物体O的视点的个数也能够依照它们进行变更。另外，这样的多视点空中映像显示元件3C，即便取代将多个双面角形反射器阵列接合成一个面的构成，而通过如图9中变形例所示那样在具有元件面的1张底座4上从其中心部起每隔规定角度(在该图的例子中为每90°)形成多个朝向同一方向的双面角形反射器1来进行构成，也可获得起到同样效果的多视点空中映像显示元件3C’。除此以外，即便取代上述那样的呈扇形的4个双面角形反射器阵列2C，而通过利用例如呈四角形等扇形以外的形状的4个双面角形反射器阵列，也能够获得具有与本实施方式同样效果的多视点空中映像显示元件。

<第4实施方式>图10中示意性的平面图所示的本发明第4实施方式是与第3实施方式及其变形例同样地呈圆盘状的多视点空中映像显示元件3D，将底座5上所形成的全部双面角形反射器1朝向特定的一点而形成。虽然在本实施方式中，作为一例采用了将全双面角形反射器1朝向元件面S的中心点而形成，但双面角形反射器1朝向的点能够任意地进行设定，多视点空中映像显示元件3D的俯视形状也并不限定于圆形。

在这样的多视点空中映像显示元件3D的情况下，通过所有双面角形反射器1朝向的一点就被配置在本例中通过多视点空中映像显示元件3D的中心的垂线上的元件面S的一面侧(在图示例中为里面侧)。据此，被投影物体O的实像就在上述垂线上元件面S另一面侧的空中进行成像，观察者就能够从元件面S另一面侧(在图示例中为表面侧)上方的任意方向来观察该实像。

<第5实施方式>图11中示意性的平面图所示的本发明第5实施方式是对与第1实施方式同样的底座5，在底座面的面上将多个双面角形反射器1朝向随机的方向而形成的多视点空中映像显示元件3E。虽然在此多视点空中映像显示元件3E的情况下，被投影物体O可以配置在底座6的下面侧的任意处，但在本实施方式中是配置在底座5的中央部下方。这样将多个双面角形反射器1的朝向设为随机的情况与处于一定角度范围的双面角形反射器朝向同一方向的情况相比较，将获得成为杂散光的一次反射光更加漫射，并且二次反射光的横向视角扩大，与透射率的视角相对的峰值变得平坦之类的效果。而且，若从底座6上方处的某一位置进行观察，则能够看见通过将内角朝向与其视线方向大致面对的方向的多个双面角形反射器1而成像的被投影物体O的像。即、从底座6上方可以从与底座面平行的全方向(360°)来观察被投影物体O的像。此外，在如以上那样的随机配置双面角形反射器的朝向的情况下，即便在如图2以及图3所示那样的成像元件的构造中，采取将孔或者筒状体的4个侧壁全部作为正交面且反射面，并构成4组双面角形反射器的形态也是有效的。在此情况下，虽然会发生多重反射的问题，但能够通过4组双面角形反射器来增加成像的明亮度。

以上主要就被投影物体O为二维物体或者二维映像的情况进行了说明，在这里，参照图12就被投影物体O为三维立体物体或者立体映像的情况进行说明。在这里，如该图所示那样，以在第1实施方式的多视点空中映像显示元件3A中采用了圆柱状物体作为被投影物体O时的实像观察形态为一例来进行说明。即、虽然被投影物体O的利用多视点空中映像显示元件3A(详细而言是利用各双面角形反射器阵列2A1，2A2)的成像方式自身如上述那样，但在从视点V1来观看的情况下，被投影物体O的外壁面(凸面)之中双面角形反射器阵列2A1侧面的一部分被作为凹面的实像P1而观察。另一方面，在从视点V2来观看的情况下，被投影物体O的外壁面(凸面)之中双面角形反射器阵列2A2侧的一部分被作为凹面的实像P2(图中虚线所示)而观察。例如图示例子那样，在被投影物体O即圆柱的外壁面在双面角形反射器阵列2A1侧显示有字符“H”(图中虚线所示)、在双面角形反射器阵列2A2侧显示有字符“L”的情况下，从视点V1观察到字符“H”好似被显示在圆柱的内壁面，从视点V2观察到字符“L”好似被显示在圆柱的内壁面上。也就是说，被投影物体O和所观察的实像P1，P2在与元件面S平行的方向上凹凸关系逆转。如果利用这样的被投影物体和实像的凹凸反转，预先使欲观察的三维物体即被投影物体O的与元件面S平行的方向的凹凸进行反转，所观察的实像的凹凸就如期待那样成为具有正确凹凸的像。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式。例如，作为构成双面角形反射器阵列的双面角形反射器只要单单存在正交的两片反射面即可，作为此反射面能够利用借助于反射金属等的光的物质具有镜面精度的平坦度的端面或者膜的反射、以及折射率不同的透明介质彼此具有镜面精度的平坦度的边界处的全反射等现象。更具体而言，例如在上述的各实施方式，在双面角形反射器阵列中，在薄板状的底座21上形成正方形状的孔22，并通过该孔的内周壁之中邻接的两个内壁而形成双面角形反射器，但还可以取代这样的构成，如图13中放大所示那样，通过以棋盘格状形成多个在底座21的厚度方向上突出的透明筒状体23，并将各筒状体23的内壁面之中正交的两个内壁面作为镜面要素11’，12’的形态而形成双面角形反射器1’。此镜面要素11’，12’既能够利用全反射，还可以利用由反射膜产生的反射。在此情况下，通过将筒状体23上所形成的镜面要素11’，12’以外的内壁面不作为反射面或者带角度，就能够消除多余反射而获得更加鲜明的像。

进而，在上述的各实施方式中，能够在双面角形反射器阵列的上面或者下面粘贴设置视界控制膜或者视角调整膜等光学膜，分别作为使特定方向的光线透射且遮断其他特定方向的光线、或者仅仅漫射特定方向的光线的视线控制部件。具体而言就是借助于这一光学膜可以使从被投影物体所发出的光线直接透过各双面角形反射器阵列的方向的光不到达视点，由此来防止能够通过双面角形反射器阵列从视点直接观察被投影物体，另一方面仅仅使在双面角形反射器进行二次反射并透过双面角形反射器阵列的方向的光线透过，由此能够从视点仅观察被投影物体的实像。但是，使之透过双面角形反射器阵列或者遮断的光线的方向在将光学膜粘贴在双面角形反射器阵列的上面侧的情况和粘贴在下面侧的情况中相反。

除此以外，还有构成双面角形反射器的两个镜面要素，只要是正交的两片反射面就能够形成，还可以使其相互不接触相互空开间隙进行配置、以及多视点空中映像显示元件或者双面角形反射器阵列的形状能够自由地设定等，关于各部分的具体构成并不限于上述实施方式，在不脱离本发明精神的范围内可以进行各种各样变形。

工业上的可利用性本发明可以作为能够同时从多个视点即多个人同时观察被投影物体的实镜映像之类的、可以实现新的空中映像的观察方法的显示器装置来进行利用。

Claims

1.一种多视点空中映像显示元件，其特征在于：

在构成一个平面的元件面即可使光透过的形成有多个光学性的孔的元件面上，利用上述光学性的孔形成相互正交的两个镜面要素所组成的双面角形反射器，所述双面角形反射器在具有垂直于上述元件面的旋转轴的旋转方向上朝向多个方向形成多个，

通过使从被配置在上述元件面的一侧的被投影物体发出的光在上述各双面角形反射器中的两个镜面要素上分别反射一次并使之透过该元件面，

使该被投影物体的像以可以从上述元件面另一侧的多个方向进行观察的方式成像在与上述元件面相对的上述被投影物体的面对称位置。

2.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

将上述元件面上所形成的多个双面角形反射器朝向的方向设为随机的。

3.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

形成上述多个双面角形反射器，以使其全部朝向规定的一点。

4.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

在上述元件面上形成多个使多个上述双面角形反射器朝向同一方向的区域，并对每个该区域使双面角形反射器朝向的方向不同。

5.按照权利要求4所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

利用以规定位置为基准的角度对上述多个区域在上述元件面上进行划分。

6.按照权利要求4或5中任一项所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

通过各自独立的双面角形反射器阵列而构成上述各区域，

在可使光透过的部分元件面上将相互正交的两个镜面要素所组成的双面角形反射器都朝向同一方向而形成多个该双面角形反射器阵列，

通过使从被配置在该部分元件面的一侧的被投影物体发出的光在上述各双面角形反射器中的两个镜面要素上分别反射一次并透过该部分元件面，使该被投影物体的像以可以从上述元件面的另一侧进行观察的方式成像在上述被投影物体相对于上述部分元件面的面对称位置，

通过上述多个双面角形反射器阵列上的部分元件面的集合而构成上述元件面。

7.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

在包含通过上述被投影物体的上述元件面的垂线的该元件面上的一定区域不形成上述双面角形反射器。

8.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

上述双面角形反射器在使呈板状的底座沿厚度方向贯通的孔的内壁形成了上述正交的两个镜面要素，在光通过该孔从底座的一个面方向透射至另一面方向之际，在两个镜面要素上分别反射一次。

9.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

上述双面角形反射器在透明的筒状体的内壁面形成了上述正交的两个镜面要素，在光通过上述筒状体从相对于上述各镜面要素垂直的一个面侧透射至另一面侧之际，在两个镜面要素上分别反射一次。

10.按照权利要求8所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

将上述孔的内壁之中、形成上述双面角形反射器的两个镜面以外的面设为非镜面。

11.按照权利要求9所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

将上述筒状体的内壁面之中、形成上述双面角形反射器的两个镜面以外的面设为非镜面。

12.按照权利要求8所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

形成将上述孔的内壁之中的形成上述双面角形反射器的两个镜面要素以外的面，以使其与上述元件面不相垂直。

13.按照权利要求9所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

形成将上述筒状体的内壁面之中的形成上述双面角形反射器的两个镜面要素以外的面，以使其与上述元件面不相垂直。

14.按照权利要求1所记载的多视点空中映像显示元件，其特征在于：

在上述元件面上配置仅将特定方向的光线透射/遮断或者漫射的光学上的视线控制部件，借助于该视线控制部件，仅透过进行成像的光线，并遮断其他作为杂散光的光线。