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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine stereoskopische Anzeigevorrichtung, die ein stereoskopisches Bild in die Luft projizieren kann.
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STAND DER TECHNIK
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Es sind bereits stereoskopische Anzeigevorrichtungen untersucht worden, die so ausgestaltet sind, dass sie ein stereoskopisches Bild in die Luft projizieren können, das ein Betrachter visuell wahrnehmen kann, ohne ein speziell ausgebildetes Instrument zum Betrachten des stereoskopischen Bilds, wie beispielsweise eine polarisierte Brille, zu verwenden (vergleiche beispielsweise die Patentdokumente 1 bis 3).
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Die im Patentdokument 1 offenbarte stereoskopische Anzeigevorrichtung umfasst beispielsweise ein elektronisch gebildetes synthetisches stereoskopisches Bild, eine Abbildungseinheit zum Abbilden eines realen Bilds des synthetischen stereoskopischen Bilds und eine Fokussierungsvorrichtung, um eine Fokuslage von Augen eines Betrachters nahezu in Übereinstimmung mit einer Position des realen Bilds zu bringen. Außerdem umfasst diese stereoskopische Anzeigevorrichtung eine z-Richtung-Abtasteinheit, eine Rotation-Abtasteinheit und eine Matrixanzeige als eine Erzeugungseinheit des synthetischen stereoskopischen Bildes, um die Leistungsfähigkeit der Anzeige zu verbessern.
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Außerdem umfasst eine im Patentdokument 2 offenbarte stereoskopische zweidimensionale Bildanzeigevorrichtung eine Bildtransmissionstafel, ein Abbildungsabschnittanzeigeobjekt und ein Gehäuse. Die Bildtransmissionstafel ist parallel zu und gesondert von einer Bildanzeigefläche angeordnet und ist aus einem Mikrolinsenfeld gebildet, welches aus einer Mehrzahl von Linsen gebildet ist und eine nutzbare Fläche, die größer als jene eines anzuzeigenden Bildes ist, sowie einen Linsenrahmenbereich aufweist, der eine Peripherie des nutzbaren Bereichs des Mikrolinsenfelds umgibt. Die Bildtransmissionstafel erzeugt eine Abbildungsfläche zum Anzeigen eines realen Bilds eines zweidimensionalen Bilds in einem Raum an einer von dem Mikrolinsenfeld abgewandten Seite einer Anzeigeeinheit, die vor dem Linsenrahmenbereich angeordnet ist. Das Abbildungsabschnittanzeigeobjekt ist in der Nähe der Abbildungsfläche angeordnet, und das Gehäuse umschließt den optischen Weg zwischen der Anzeigeeinheit und der Bildtransmissionstafel, um den optischen Weg abzudunkeln.
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Außerdem verwendet eine in Patentdokument 3 offenbarte optische Abbildungsvorrichtung erste und zweite Lichtsteuertafeln, die durch Anordnen einer großen Anzahl an bandförmigen flachen Lichtreflektoren nebeneinander mit einem konstanten Rasterabstand in einer Fläche an einer Seite einer durchsichtigen flachen Platte innerhalb der durchsichtigen flachen Platte gebildet sind. Ein-Flächen-Seiten der jeweiligen ersten Lichtsteuertafel und zweiten Lichtleitertafel sind in Gegenüberstellung zueinander so angeordnet, dass die flachen Lichtreflektoren senkrecht zueinander sind.
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DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENTE
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- Patentdokument 1: JP 2003 - 107 402 A
- Patentdokument 2: JP 2007 - 304 609 A
- Patentdokument 3: WO 2009 / 131 128 A1 , JP 2012 - 198 391 A , US 2010 / 0 321 781 A1 , US 2011 / 0 310 491 A1 , US 2007 / 0 159 673 A1
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Bei der im Patentdokument 1 offenbarten stereoskopischen Anzeigevorrichtung ist jedoch die gesamte Vorrichtung komplex, da die Matrixanzeige für die Bildung des synthetischen stereoskopischen Bilds mechanisch abgetastet werden muss.
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Außerdem wird bei der im Patentdokument 2 offenbarten stereoskopischen zweidimensionalen Anzeigevorrichtung das reale Bild des auf der Bildanzeigefläche angezeigten zweidimensionalen Bilds lediglich durch das Mikrolinsenfeld gebildet, so dass kein stereoskopisches Bild im wahren Sinne in die Luft projiziert wird.
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Ferner wird auch bei der im Patentdokument 3 offenbarten optischen Abbildungsvorrichtung, da Lichtstrahlen, die von jedem Punkt auf einem zu projizierenden Objekt emittiert werden, auf einen entsprechenden Punkt auf einem projizierten Bild abgebildet werden, das projizierte Bild nicht zu einem stereoskopischen Bild, außer wenn das Objekt selbst eine dreidimensionale Form aufweist.
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Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine stereoskopische Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die ein stereoskopisches Bild eines Objekts in die Luft projizieren kann, ohne das zu projizierende Objekt selbst zu verwenden.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
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Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine stereoskopische Anzeigevorrichtung bereitgestellt. Diese stereoskopische Anzeigevorrichtung umfasst: eine Bildanzeigeeinheit zum Anzeigen, bezüglich jedem von einer Mehrzahl von Bildpunkten innerhalb eines vorbestimmten Raumbereichs, eines Bilds eines in den vorbestimmten Raumbereich an dem relevanten Bildpunkt zu projizierenden Objekts in einem zu dem relevanten Bildpunkt korrespondierenden Block von einer Vielzahl von Blöcken, die durch Unterteilen eines Anzeigebereichs gewonnen werden; eine erste Linse, die konfiguriert ist, um Lichtstrahlen, die aus jedem der Mehrzahl von Blöcken der Bildanzeigeeinheit ausgegeben werden, zu Lichtstrahlen zu machen, die in voneinander verschiedene Richtungen gelenkt werden; eine Lichtleiterplatte, die ein durchsichtiges Element ist und in Form einer Platte gebildet ist, wobei die Lichtleiterplatte eine Einfallsfläche, die der Bildanzeigeeinheit mit der ersten Linse dazwischen zugewandt ist, sowie eine Mehrzahl von ersten Deflektoren aufweist, die in einer Emissionsfläche als einer Oberfläche der Lichtleiterplatte oder einer von der Emissionsfläche abgewandten Fläche vorgesehen sind, wobei die Mehrzahl von ersten Deflektoren konfiguriert ist, die aus jedem der Mehrzahl von Blöcken ausgegebenen und in die Lichtleiterplatte von der Einfallsfläche eintretenden Lichtstrahlen in die voneinander verschiedenen Richtungen zu lenken und die Lichtstrahlen von der Emissionsfläche zu emittieren; und einen zweiten Deflektor, der so angeordnet ist, dass er der Emissionsfläche der Lichtleiterplatte zugewandt ist, wobei der zweite Deflektor konfiguriert ist, um bezüglich jedem der Mehrzahl von ersten Deflektoren die Lichtstrahlen von jedem der Mehrzahl von Blöcken, die von der Emissionsfläche durch die relevanten ersten Deflektoren emittiert werden, zu dem korrespondierenden Bildpunkt der Mehrzahl von Bildpunkten zu lenken.
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Bei dieser stereoskopischen Anzeigevorrichtung ist es bevorzugt, dass die erste Linse die von jedem der Mehrzahl von Blöcken der Bildanzeigeeinheit ausgegebenen Lichtstrahlen zumindest in Richtungen kollimiert, die senkrecht zu einer Längsrichtung der Einfallsfläche sind, um die Lichtstrahlen zu den in voneinander verschiedene Richtungen gelenkten Lichtstrahlen zu machen.
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Außerdem ist es bei dieser stereoskopischen Anzeigevorrichtung bevorzugt, dass der zweite Deflektor ein Prisma oder eine zweite Linse bezüglich jedem der Mehrzahl von ersten Deflektoren aufweist, wobei das Prisma oder die zweite Linse konfiguriert sind, um die in einer Einheit der Lichtstrahlen von jedem der Mehrzahl von Blöcken durch den relevanten ersten Deflektor von der Emissionsfläche emittierten Lichtstrahlen zu dem korrespondierenden Bildpunkt der Mehrzahl von Bildpunkten zu lenken.
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Außerdem ist es bei dieser stereoskopischen Anzeigevorrichtung bevorzugt, dass die Bildanzeigeeinheit durch Transformieren von Koordinaten jedes in einem ersten Koordinatensystem repräsentierten Punkts des Objekts zu Koordinatenwerten eines in dem vorbestimmten Raumbereich befindlichen zweiten Koordinatensystems den Punkt des Objekts an jedem der Mehrzahl von Bildpunkten spezifiziert, um das Bild des Objekts an dem spezifizierten Punkt in dem korrespondierenden Block anzuzeigen.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Eine Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Wirkung, dass ein stereoskopisches Bild eines Objekts in die Luft projiziert werden kann, ohne das zu projizierende Objekt selbst zu verwenden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine schematische Seitenansicht der stereoskopischen Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Korrespondenzrelation zwischen einem in einem Anzeigebereich einer zweidimensionalen Anzeige befindlichen Block und jedem Bildpunkt innerhalb eines Raumbereichs, in den ein stereoskopisches Bild projiziert wird, darstellt.
- 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Streufläche, von einer Vorderseite aus gesehen.
- 5A ist eine schematische Vorderansicht einer Prismenfeldfolie.
- 5B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Prismenfelds.
- 6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Relation zwischen einer Position des Blocks auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige und eines korrespondierenden Mikroprismas in jedem der Prismenfelder darstellt.
- 7A ist eine schematische Seitenansicht der Prismenfeldfolie gemäß einer Modifikation.
- 7B ist eine schematische Seitenansicht der Prismenfeldfolie gemäß einer Modifikation.
- 8A ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Prismenfeldfolie, in der die Mikroprismen einstückig gebildet sind.
- 8B ist eine schematische Seitenansicht der Prismenfeldfolie und einer Lichtleiterplatte gemäß dieser Modifikation.
- 9 ist eine schematische Seitenschnittansicht der Lichtleiterplatte gemäß einer anderen Modifikation.
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WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird eine stereoskopische Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die stereoskopische Anzeigevorrichtung umfasst eine flache plattenförmige Lichtleiterplatte und eine Bildanzeigevorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie einer in einer Seitenwand der Lichtleiterplatte gebildeten Einfallsfläche zugewandt ist. Ein Anzeigebereich einer Anzeige, welche die Bildanzeigevorrichtung aufweist, ist in eine Mehrzahl von Blöcken unterteilt, und jeder der Blöcke korrespondiert zu einem einer Mehrzahl von Bildpunkten, die sich in einem Raumbereich befinden, in den ein stereoskopisches Bild eines Objekts projiziert wird. Die Bildanzeigevorrichtung zeigt für jeden der Blöcke ein Bild des Objekts an dem Bildpunkt an, der zu dem Block korrespondiert. Lichtstrahlen, die von jedem der Blöcke ausgegeben werden, werden durch eine Kollimierungslinse kollimiert, die zwischen der Bildanzeigevorrichtung und der Einfallsfläche angeordnet ist, und treten von der Einfallsfläche in das Innere der Lichtleiterplatte ein. Die kollimierten Lichtstrahlen von jedem der Blöcke werden durch eine Mehrzahl von Prismen reflektiert, die in einer Streufläche gebildet sind, die eine Fläche an einer von einer Emissionsfläche abgewandten Seite ist. Die Emissionsfläche ist eine Fläche der Lichtleiterplatte an einer Seite, die einem Betrachter zugewandt ist. Die reflektierten Lichtstrahlen werden von der Lichtleiterplatte durch die Emissionsfläche in voneinander verschiedenen Richtunge emittiert. Die Lichtstrahlen von jedem der Blöcke, die von der Lichtleiterplatte emittiert worden sind, werden durch ein für jedes der Prismen der Lichtleiterplatte vorgesehenes Prismenfeld zu dem korrespondierenden Bildpunkt gelenkt. Dies ermöglicht es, dass das stereoskopische Bild des Objekts durch die an den einzelnen Bildpunkten gesammelten Lichtstrahlen von den einzelnen Prismen projiziert wird.
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Nachstehend wird aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung die dem Betrachter zugewandte Seite als vorn festgelegt und eine davon abgewandte Seite als hinten festgelegt.
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1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Seitenansicht der stereoskopischen Anzeigevorrichtung. Eine stereoskopische Anzeigevorrichtung 1 weist eine Bildanzeigevorrichtung 11, eine Kollimierungslinse 12, eine Lichtleiterplatte 13 und eine Prismenfeldfolie 14 auf. Nachstehend wird eine Richtung parallel zu einer Längsrichtung einer Einfallsfläche 13a der Lichtleiterplatte 13 als eine x-Richtung definiert, und eine Normalenrichtung auf die Einfallsfläche 13a wird als eine y-Richtung in einer Fläche parallel zu einer Streufläche 13b definiert, die sich an einer Rückseite der Lichtleiterplatte 13 befindet. Außerdem ist eine Normalenrichtung auf die Streufläche 13b und eine an einer Vorderseite der Lichtleiterplatte 13 angeordnete Emissionsfläche 13c als z-Richtung definiert. Es ist zu beachten, dass jede der folgenden Figuren einen Überblick über die Anordnungsrelationen von jeweiligen Komponenten in der stereoskopischen Anzeigevorrichtung darstellt, jedoch keine tatsächlichen Abmessungen und eine Anzahl von Prismen oder dergleichen darstellt.
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Die Bildanzeigevorrichtung 11 ist ein Beispiel einer Bildanzeigeeinheit und weist beispielsweise eine zweidimensionale Anzeige 21 und eine Steuervorrichtung 22 auf. Die zweidimensionale Anzeige 21 und die Steuervorrichtung 22 sind mittels eines Videokabels verbunden.
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Die zweidimensionale Anzeige 21 weist beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige oder eine organische EL-Anzeige auf. Ein Anzeigebereich auf der zweidimensionalen Anzeige 21 ist in eine Mehrzahl von Blöcken unterteilt, und jeder der Blöcke korrespondiert 1:1 zu einem jeweiligen der Mehrzahl von Bildpunkten, die sich in einem Raumbereich 200 befinden, in den das stereoskopische Bild durch die stereoskopische Anzeigevorrichtung 1 zu projizieren ist. D.h., ein Bild eines in den einzelnen Blöcken angezeigten Objekts wird durch die stereoskopische Anzeigevorrichtung 1 auf den Bildpunkt innerhalb des Raumbereichs 200 entsprechend dem relevanten Block projiziert.
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Die Steuervorrichtung 22 weist beispielsweise einen oder eine Mehrzahl von Prozessoren, eine Grafikkarte, eine flüchtige oder nichtflüchtige Halbleiterspeicherschaltung und eine Kommunikationsschnittstelle auf, um externe Geräte und die Steuervorrichtung in eine Kommunikationsverbindung zu bringen. Die Steuervorrichtung 22 kann außerdem eine Zugriffsvorrichtung für einen Zugriff auf ein magnetisches Aufzeichnungsmedium oder ein optisches Aufzeichnungsmedium aufweisen.
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Die Steuervorrichtung 22 speichert dreidimensionale Daten des zu projizierenden Objekts oder erlangt die dreidimensionalen Daten des Objekts von einem anderen Gerät (nicht dargestellt) durch die Kommunikationsschnittstelle. Die dreidimensionalen Daten des Objekts umfassen beispielsweise Koordinatenwerte jedes Punkts des Objekts in einem dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem als einer Referenz (nachstehend einfach als Referenzkoordinatensystem bezeichnet), Information über eine Farbe und eine Luminanz jedes Punktes, Information einer Richtung als Referenz (beispielsweise Information, die durch zwei Referenzpunkte repräsentiert ist, die in dem Objekt gesetzt sind), und Information von Größen (beispielsweise Vertikal-, Horizontal- und Tiefenmaße).
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Die Steuervorrichtung 22 zeigt das Bild des Objekts in der zweidimensionalen Anzeige 21 in einer Form an, die es der stereoskopischen Anzeigevorrichtung 1 ermöglicht, das stereoskopische Bild des Objekts auf der Basis der dreidimensionalen Daten des zu projizierenden Objekts zu projizieren. Beispielsweise legt die Steuervorrichtung 22 die Größen, die Richtung und die Position des stereoskopischen Bilds des Objekts innerhalb des Raumbereichs nach Maßgabe eines von einem anderen Gerät (nicht dargestellt) empfangenen Steuersignals fest. Die Steuervorrichtung 22 führt eine affine Transformation von den Koordinatenwerten jedes Punkts aus Werten in dem Referenzkoordinatensystem zu Werten in einem dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem (nachstehend einfach als ein Raumkoordinatensystem bezeichnet) aus, das sich so in dem Raumbereich befindet, dass die Größen, die Richtung und die Position des Objekts die festgelegten Werte aufweisen. Jeweilige Koeffizienten der affinen Transformation werden beispielsweise auf der Basis von Koordinatenwerten der Referenzpunkte, der Information der Richtung und der Information der Größen, die in den dreidimensionalen Daten des Objekts enthalten sind, und entsprechender Information, die in dem Steuersignal enthalten ist, berechnet.
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Die Steuervorrichtung 22 spezifiziert einen Punkt des Objekts entsprechend jedem der Bildpunkte innerhalb des Raumbereichs, wenn das Objekt in den Raumbereich projiziert wird, auf der Basis der Koordinatenwerte jedes Punkts des Objekts in dem Raumkoordinatensystem. Unter Zugriff auf die dreidimensionalen Daten und eine Korrespondenzrelation zwischen jedem der einzelnen Punkte und jedem der Blöcke, die zuvor gespeichert wurden, veranlasst die Steuervorrichtung 22, dass das Bild des Punkts des Objekts an dem anzuzeigenden Bildpunkt in dem entsprechenden Block des Anzeigebereichs der zweidimensionalen Anzeige 21 für jeden der Bildpunkte angezeigt wird. Der Block kann einem Pixel der zweidimensionalen Anzeige 21 entsprechen oder kann eine Vielzahl von Pixeln enthalten, die zumindest in der x-Richtung oder der z-Richtung nebeneinanderliegen.
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3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Korrespondenzrelation zwischen jedem der in dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 befindlichen Blöcke und jedem der Bildpunkte innerhalb des Raumbereichs darstellt, in den das stereoskopische Bild projiziert wird.
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Ein Raumbereich 300 weist beispielsweise Größen von 80 mm in der z-Richtung und jeweils 125 mm in der x-Richtung und der y-Richtung auf. Der Raumbereich 300 ist in z-Richtung in 16 Teilbereiche 301 unterteilt, und in jedem der Teilbereiche 301 befinden sich sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung fünf Bildpunkte 302, d.h., es sind insgesamt 25 Bildpunkte 302 vorhanden bzw. gesetzt. In 3 sind zur Vereinfachung nur die Bildpunkte 302 in einem der Teilbereiche 301 dargestellt. Indessen ist ein Anzeigebereich 310 der zweidimensionalen Anzeige 21 auch in eine Anzahl von großen Blöcken 311 unterteilt, die gleich der Unterteilungsanzahl in der z-Richtung des Raumbereichs 300 (in diesem Beispiel vier in der x-Richtung x vier in der z-Richtung = 16).
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Jeder der Mehrzahl von großen Blöcken 311 entspricht 1:1 einem jeweiligen der Teilbereiche 301. Während beispielsweise in dem Anzeigebereich 310 die Reihenfolge der Anordnung der großen Blöcke 311 beliebig ist, sind die großen Blöcke 311 in dem Raumbereich 300 entsprechend den Teilbereichen 301, die dem Betrachter näher sind, in der Reihenfolge einer Rasterabtastung nebeneinander angeordnet.
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Jeder der großen Blöcke 311 ist in eine Anzahl von Blöcken 312 unterteilt, die gleich der Anzahl der in dem entsprechenden Teilbereich 301 enthaltenen Bildpunkte ist (in diesem Beispiel fünf in der x-Richtung x fünf in der z-Richtung = 25). Jeder der Blöcke 312 innerhalb jedes der großen Blöcke 311 korrespondiert 1:1 zu dem jeweiligen der Bildpunkte 302 in dem Teilbereich 301 innerhalb des Raumbereichs 300 entsprechend dem großen Block 311. Demzufolge kann in jedem der Blöcke 312 das Bild des zu projizierenden Objekts an dem entsprechenden Bildpunkt 302 in dem Raumbereich 300 angezeigt werden. Während die Reihenfolge der Anordnung der jeweiligen Blöcke 312 beliebig ist, sind die jeweiligen Blöcke 312 beispielsweise in der gleichen Reihenfolge wie die Reihenfolge der Anordnung der Bildpunkte 302 innerhalb des entsprechenden Teilbereichs 301 angeordnet.
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Wenn ein stereoskopisches Bild 321 eines vorbestimmten Objekts in den Raumbereich 300 projiziert wird, wird demzufolge in jedem der großen Blöcke 311 ein Abschnitt 322 des stereoskopischen Bilds 321 angezeigt, wobei der Abschnitt 322 den Teilbereich 301 innerhalb des Raumbereichs 300 entsprechend dem relevanten großen Block 311 überlappt. In jedem der Blöcke 312 innerhalb jedes der großen Blöcke 311 kann ein Bild eines Abschnitts entsprechend den Blöcken 312 in dem relevanten Abschnitt 322 angezeigt werden.
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Von den jeweiligen Blöcken 312 kann die Steuervorrichtung 22 in dem Block, in dem kein Bild des auf den entsprechenden Bildpunkt 302 zu projizierenden Objekts existiert, veranlassen, dass nichts anzuzeigen ist. In ähnlicher Weise kann von den Blöcken 312, bezüglich des Blocks, bei dem sich von der Seite des Betrachters ausgesehen der entsprechende Bildpunkt 302 an der Rückseite des Objekts befindet, die Steuervorrichtung 22 ebenfalls nichts anzeigen.
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Die vorstehend beschriebene Korrespondenzrelation ist ein Beispiel, und solange jeder der in dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 befindlichen Blöcke und jeder der Bildpunkte innerhalb des Raumbereichs, in den das stereoskopische Bild projiziert wird, einander 1:1 entsprechen, kann jeder der Blöcke in beliebiger Weise angeordnet sein.
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In dem Fall, in dem die Kollimierungslinse 12 so angeordnet ist, dass ein Zentrum der Einfallsfläche 13a und eine optische Achse der Kollimierungslinse 12 in der z-Richtung übereinstimmen, bilden Lichtstrahlen, die von zwei Punkten in gleichen Abständen, wobei die optische Achse in der z-Richtung dazwischen angeordnet ist, in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse ausgegeben werden und in die Lichtleiterplatte 13 durch die Einlassfläche 13a eintreten, gleiche Winkel zur Streufläche 13b. Dies ermöglicht es, dass die Lichtstrahlen von diesen zwei Punkten bei einem gleichen Prisma 131 reflektiert werden und zu einem visuellen Punkt hin gehen. Daher werden diese zwei Punkte von dem Betrachter in einer überlappenden Weise gesehen.
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Demzufolge ist die zweidimensionale Anzeige 21 der Bildanzeigevorrichtung 11 vorzugsweise so angeordnet, dass sich der gesamte Anzeigebereich an der Vorderseite oder an der Rückseite bezüglich der Lichtleiterplatte 13 in der z-Richtung befindet. Bei der Ausführungsform ist der gesamte Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 an der Rückseite bezüglich der Lichtleiterplatte 13 angeordnet.
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Außerdem ist in diesem Fall, um die Menge an von der Bildanzeigevorrichtung 11 über die Kollimierungslinse 12 in die Lichtleiterplatte 13 eintretendem Licht zu erhöhen, vorzugsweise ein Spiegel 15 angeordnet, der an einer entgegengesetzten Seite der Bildanzeigevorrichtung 11 angeordnet ist, wie durch eine gestrichelte Linie in 2 angegeben, wobei die optische Achse der Kollimierungslinse 12 in der z-Richtung dazwischen liegt, und der eine Reflexionsfläche parallel zur Emissionsfläche 13c aufweist und zur Bildanzeigevorrichtung 11 hin gerichtet ist.
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Die Kollimierungslinse 12 ist zwischen der Bildanzeigevorrichtung 11 und der Einfallsfläche 13a der Lichtleiterplatte 13 angeordnet. Bei der Ausführungsform ist die Kollimierungslinse 12 so angeordnet, dass ihre optische Achse parallel zu einer Normalen auf die Einfallsfläche 13a ist. Die Kollimierungslinse 12 kann eine Massenlinse sein oder kann eine Fresnel-Linse sein. Außerdem kann die Kollimierungslinse 12 eine Linse oder eine Mehrzahl von Linsen umfassen, die in der y-Richtung angeordnet ist. Außerdem kann zumindest eine der Linsenflächen der Kollimierungslinse 12 mit einer asphärischen Fläche gebildet sein, um Aberration zu reduzieren.
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Außerdem kann die Kollimierungslinse 12 einstückig mit der Einfallsfläche 13a gebildet sein. D.h., die Einfallsfläche 13a kann als eine konvexe Linsenfläche bezüglich der zweidimensionalen Anzeige 21 gebildet sein.
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Die Kollimierungslinse kollimiert die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 der Bildanzeigevorrichtung 11 ausgegebenen Lichtstrahlen. Daher ist die zweidimensionale Anzeige 21 auf einer lokalen Ebene der Kollimierungslinse 12 angeordnet (beispielsweise an einer Position entsprechend einem Brennwert f = 300 mm). Das bedeutet, dass die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 ausgegebenen Lichtstrahlen durch die Kollimierungslinse 12 zu parallelen Lichtstrahlen gemacht werden und in die Lichtleiterplatte 13 eintreten. Dementsprechend treten die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 ausgegebenen Lichtstrahlen in die Lichtleiterplatte 13 als parallele Lichtstrahlen ein, die unterschiedliche Richtungen nach Maßgabe der Position des Blocks aufweisen (d.h., unterschiedliche Winkel bezüglich der optischen Achse der Kollimierungslinse 12 und der Normalen auf die Einfallsfläche 13a aufweisen) und sich innerhalb der Lichtleiterplatte 13 ausbreiten.
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Die Lichtleiterplatte 13 richtet die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 der Bildanzeigevorrichtung 11 ausgegebenen Lichtstrahlen zur Seite des Betrachters hin aus. Daher ist die Lichtleiterplatte 13 ein durchsichtiges Element, das in Form einer flachen Platte gebildet ist (wobei ein Element beispielsweise Größen von 200 mm in der x-Richtung, 300 mm in der y-Richtung und 2 mm in der z-Richtung aufweist), und eine Seitenwand an einer von der Bildanzeigevorrichtung 11 abgewandten Seite ist als die Einfallsfläche 13a gebildet. Die von der Einfallsfläche 13a in die Lichtleiterplatte 13 eintretenden Lichtstrahlen breiten sich längs der y-Richtung aus, während sie zwischen der Streufläche 13b, die eine Fläche an der Rückseite der Lichtleiterplatte 13 ist, und der Emissionsfläche 13c, die eine Fläche an der Vorderseite der Lichtleiterplatte 13 ist, d.h. eine von der Streufläche 13b abgewandte Fläche, totalreflektiert werden.
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Außerdem ist in der Streufläche 13 der Lichtleiterplatte 13 eine Mehrzahl von Prismen 131 gebildet, die zum Reflektieren der durch die Einfallsfläche 13a in die Lichtleiterplatte 13 eintretenden Lichtstrahlen konfiguriert ist, um diese durch die Emissionsfläche 13c zur Seite des Betrachters hin zu emittieren. Jedes der Prismen 131 ist ein Beispiel eines ersten Deflektors. Wie später ausführlich beschrieben wird, werden die aus den jeweiligen Blöcken auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 ausgegebenen und sich innerhalb der Lichtleiterplatte 13 ausbreitenden Lichtstrahlen durch die Prismen 131 und entsprechende Mikroprismen in einem entsprechenden, in der Prismenfeldfolie 14 gebildeten Prismenfeld zu dem Bildpunkt entsprechend dem relevanten Block hin gelenkt.
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4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Streufläche 13b von der Vorderseite ausgesehen. Die Mehrzahl von Prismen 131 ist in Form eines quadratischen Gitters mit einem vorbestimmten Rasterabstand (beispielsweise 2 mm) in der x-Richtung und der y-Richtung angeordnet. Die Prismen 131 können in einer Zickzackform angeordnet sein. Jedes der Prismen 131 ist beispielsweise als eine im Wesentlichen dreieckige Nut gebildet, die sich in x-Richtung erstreckt, d.h. einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung der Einfallsfläche 13a ist, und die eine vorbestimmte Breite (beispielsweise 10 µm) in der y-Richtung aufweist. Jedes der Mehrzahl von Prismen 131 bildet einen vorbestimmten Winkel α mit der Streufläche 13b und weist eine Reflexionsfläche 131a auf, die so ausgerichtet ist, dass sie der Einfallsfläche 13a zugewandt ist. Der vorbestimmte Winkel α ist auf einen Winkel eingestellt, der es ermöglicht, dass die von der Bildanzeigevorrichtung 11 in die Lichtleiterplatte 13 eintretenden Lichtstrahlen totalreflektiert und zur Emissionsfläche 13c hin gerichtet werden, beispielsweise 35° bis 45° zur Streufläche 13b. Während bei der Ausführungsform die jeweiligen Prismen 131 so gebildet sind, dass der Winkel α gleich ist, kann der Winkel α in jedem der Prismen 131 unterschiedlich sein.
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Da die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 der Bildanzeigevorrichtung 11 ausgegebenen und in die Lichtleiterplatte 13 eintretenden Lichtstrahlen zu parallelen Lichtstrahlen werden, wird ein Winkel nach Maßgabe der Position des relevanten Blocks in einer xz-Ebene bezüglich der Reflexionsfläche 131a des Prismas 131 gebildet. Daher werden die aus den jeweiligen der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 ausgegebenen Lichtstrahlen von der Emissionsfläche 13c in unterschiedliche Richtungen nach Maßgabe der Position des relevanten Blocks in der xz-Ebene emittiert.
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Eine Anordnungsdichte ist vorzugsweise eine obere Grenze oder weniger als die Anordnungsdichte, welche dem Betrachter den Eindruck einer visuellen Wahrnehmung des Objekts (nicht dargestellt) an der Rückseite der Lichtleiterplatte 13 durch ein durchsichtiges Element oder durch einen leeren Raum hindurch vermittelt. Die Anordnungsdichte ist ein Verhältnis eines Flächeninhalts eines Bereichs, in dem die Prismen 131 gebildet sind, zu einem Flächeninhalt der Streufläche 13b. Demzufolge können die Prismen 131 beispielsweise vorzugsweise so angeordnet sein, dass die Anordnungsdichte 30,0 % oder weniger beträgt.
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Alternativ ist bei der Lichtleiterplatte 13 ein Trübungswert vorzugsweise eine obere Grenze oder weniger des Trübungswerts, der dem Betrachter den Eindruck einer visuellen Wahrnehmung des Objekts (nicht dargestellt) an der Rückseite der Lichtleiterplatte 13 durch ein durchsichtiges Element oder durch einen leeren Raum hindurch vermittelt. Der Trübungswert gibt ein Verhältnis von gestreutem Licht zu insgesamt durchgelassenem Licht an. Die Prismen 131 sind beispielsweise vorzugsweise so angeordnet, dass der Trübungswert 28 % oder weniger beträgt.
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Die Prismenfeldfolie 14 ist ein Beispiel eines zweiten Deflektors und kann beispielsweise ein folienartiges Element sein, das aus einem bezüglich sichtbarem Licht durchsichtigen Material gebildet ist. Die Prismenfeldfolie 14 ist an der Vorderseite bezüglich der Emissionsfläche 13c der Lichtleiterplatte 13 angeordnet. Die Prismenfeldfolie 14 lenkt die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 ausgegebenen und aus der Lichtemissionsfläche 13c des Lichtwellenleiters 13 emittierten Lichtstrahlen an den entsprechenden Bildpunkt.
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5A ist eine schematische Vorderansicht der Prismenfeldfolie. Ferner ist 5B eine schematische perspektivische Ansicht eines Prismenfelds. Die Prismenfeldfolie 14 weist eine Mehrzahl von Prismenfeldern 141 auf, und jedes der Prismenfelder 141 entspricht 1:1 einem entsprechenden der Mehrzahl von Prismen 131. In der Ausführungsform sind, da die Mehrzahl von Prismen 131 in der Form des quadratischen Gitters mit vorbestimmtem Rasterabstand (beispielsweise 2 mm) in der x-Richtung und der y-Richtung ist, auch die Prismenfelder 141 in der Form des quadratischen Gitters mit dem vorbestimmten Rasterabstand (beispielsweise 2 mm) in der x-Richtung und der y-Richtung angeordnet. Außerdem weist jedes der Prismenfelder 141 die gleiche Anzahl an Mikroprismen 142 wie die Anzahl an Blöcken auf, die sich in dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 befinden, und jedes der Mikroprismen 142 entspricht 1:1 einem jeweiligen der in dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 befindlichen Blöcke. Wenn beispielsweise der Anzeigebereich in die (100 in x-Richtung x 100 in z-Richtung) Blöcke unterteilt ist, weist jedes der Prismenfelder 141 die (100 in der x-Richtung x 100 in der y-Richtung) Mikroprismen 142 auf. Abschnitte zwischen den benachbarten Mikroprismen 142 und Abschnitte zwischen den benachbarten Prismenfeldern 141 können mit einem Material maskiert sein, das kein Licht durchlässt (beispielsweise Harz, Papier oder dergleichen), und sie können mit einem Material maskiert sein, das eine Durchlässigkeit mit einem vorbestimmten Wert (beispielsweise einige %) oder weniger (beispielsweise Tinte oder dergleichen) aufweist.
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Wie oben beschrieben, werden die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 ausgegebenen Lichtstrahlen durch die Kollimierungslinse 12 kollimiert und von der Emissionsfläche 13c nach Maßgabe der Position des relevanten Blocks in der xz-Ebene in die unterschiedlichen Richtungen emittiert. Daher werden die aus jedem der Blöcke ausgegebenen und von der Emissionsfläche 13c emittierten Lichtstrahlen an unterschiedlichen Positionen zu einem Zeitpunkt übertragen, wenn sie durch die Prismenfeldfolie 14 nach Maßgabe der Position des relevanten Blocks in der xz-Ebene übertragen werden. Demzufolge wird jedes der Mikroprismen 142 in einer vorbestimmten Größe (beispielsweise 10 µm × 10 µm) an den Positionen gebildet, an denen der Lichtstrahl von dem korrespondierenden Block durch die Prismenfeldfolie 14 übertragen wird.
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Jedes der Mikroprismen 142 lenkt den Lichtstrahl von dem entsprechenden Block an den dem Block entsprechenden Bildpunkt. Daher ist beispielsweise jedes der Mehrzahl von Mikroprismen 142 als eine im Wesentlichen dreieckige Nut oder ein im Wesentlichen dreieckiger Vorsprung ausgebildet, wenn es von einer Seitenfläche der Prismenfeldfolie 14 auf der von der Emissionsfläche 13c abgewandten Seite und einer Fläche auf der Seite des Betrachters angesehen wird. Jedes der Mehrzahl von Mikroprismen 142 weist eine Brechungsfläche auf, die zum Brechen des Lichtstrahls von dem Block entsprechend dem relevanten Mikroprisma 142 zu dem entsprechenden Bildpunkt hin konfiguriert ist. Ein Winkel der Brechungsfläche zur Emissionsfläche 13c ist nach Maßgabe eines Brechungsindexes des die Prismenfeldfolie 14 bildenden Materials, einer Richtung des in das relevante Mikroprisma 142 eintretenden Lichtstrahls von dem entsprechenden Block und einer Positionsbeziehung zwischen dem relevanten Mikroprisma 142 und dem entsprechenden Bildpunkt bestimmt.
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Die Kollimierungslinse 12, die Lichtleiterplatte 13 und die Prismenfeldfolie 14 sind jeweils beispielsweise durch Gießen eines bezüglich sichtbarem Licht durchsichtigen Materials, beispielsweise Harz wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat und Cycloolefinpolymer, gebildet.
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6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Position des Blocks auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 und den entsprechenden Mikroprismen 142 in den jeweiligen Prismenfeldern 141 darstellt. Die aus einem Block 601 ausgegebenen Lichtstrahlen, kollimiert durch die Kollimierungslinse 12 und in die Lichtleiterplatte 13 eintretend, werden durch die jeweiligen Prismen 131 in die gleiche Richtung emittiert. Dementsprechend werden die jeweiligen relevanten Lichtstrahlen durch die Mikroprismen 142 an den gleichen Positionen in den jeweiligen Prismenfeldern 141 zu einem Bildpunkt 602 hin gebrochen. Als Folge wird, da die Lichtstrahlen von dem jeweiligen Prismenfeld 141 in den jeweils unterschiedlichen Richtungen am Bildpunkt 602 gesammelt werden, ein in dem Block 601 angezeigtes Bild an den Bildpunkt 602 projiziert.
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Wie oben beschrieben, kollimiert die stereoskopischen Anzeigevorrichtung die aus jedem der Blöcke auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige der Bildanzeigevorrichtung ausgegebenen Lichtstrahlen und bewirkt, dass die Lichtstrahlen in die Lichtleiterplatte eintreten, wodurch Information der Position des Blocks die Information der Position des Blocks in die Richtung der Lichtstrahlen transformiert. Diese stereoskopische Anzeigevorrichtung bewirkt, dass die Lichtstrahlen aus jedem der Blöcke in einer Einheit eines Blocks durch die Mehrzahl von Prismen, die in der Streufläche der Lichtleiterplatte vorgesehen sind, in die unterschiedlichen Richtungen emittiert werden. Bei dieser stereoskopischen Anzeigevorrichtung werden die Lichtstrahlen von jedem der Blöcke durch die Prismenfelder der Prismenfeldfolie entsprechend den relevanten Prismen der Lichtleiterplatte zu dem Bildpunkt entsprechend dem relevanten Block gelenkt. Dadurch kann die stereoskopische Anzeigevorrichtung das stereoskopische Bild des Objekts als an den Bildpunkten gesammelte Anhäufung der Lichtstrahlen anzeigen, ohne das Objekt selbst projizieren zu müssen. Außerdem kann bei dieser stereoskopischen Anzeigevorrichtung, da bei jedem der Bildpunkte die Lichtstrahlen existieren, die von den jeweiligen Prismen der Lichtleiterplatte zu dem Bildpunkt gelenkt wurden, der Betrachter das stereoskopische Bild aus einem weiten Bereich wahrnehmen. Außerdem können, da durch Ändern des Bilds des Objekts, das die Bildanzeigevorrichtung anzeigt, die unterschiedlichen stereoskopischen Bilder projiziert werden können, kann diese stereoskopische Anzeigevorrichtung ein dynamisches stereoskopisches Bild projizieren, ohne einen Mechanismus zu verwenden, der mechanisch arbeitet. Da außerdem bei dieser stereoskopischen Anzeigevorrichtung die Lichtleiterplatte durchsichtig ist, kann der Betrachter sowohl das Objekt an der Rückseite der Lichtleiterplatte als auch das projizierte stereoskopische Bild visuell wahrnehmen.
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Der gewählte Raumbereich ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Während beispielsweise in dem Beispiel von 3 eine Oberfläche des Raumbereichs als im Wesentlichen parallel zur Emissionsfläche 13c der Lichtleiterplatte 13 gewählt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und der Raumbereich kann so gewählt werden, dass eine Oberfläche an einer von der Emissionsfläche 13c abgewandten Seite zu der Emissionsfläche 13c geneigt ist. Außerdem weist der Raumbereich nicht unbedingt die Form des stereoskopischen Bereichs auf wie im Beispiel von 3, sondern er kann als asphärischer Bereich, als zylindrischer Bereich oder als ein dreieckpyramidenförmiger oder konusförmiger Bereich gewählt werden. Alternativ kann der Raumbereich planar gewählt werden. Außerdem müssen die Bildpunkte nicht in gleichen Intervallen gewählt werden, sondern der Abstand zwischen den benachbarten Bildpunkten kann mit abnehmendem Abstand der Bildpunkte von einem Zentrum des Raumbereichs oder mit kleinerem Abstand der Bildpunkte zur Seite des Betrachters abnehmen.
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Bei einigen projizierten Objekten ist der Fall gegeben, dass trotz verschiedener Bildpunkte, wenn der Betrachter die Bildpunkte von einem bestimmten Standpunkt aus betrachtet, die Bildpunkte sich auf der Rückseite des Objekts befinden, aber wenn der Betrachter die Bildpunkte von einem anderen Standpunkt aus sieht, sich die Bildpunkte an der Vorderseite befinden. Demzufolge kann, wenn die stereoskopische Anzeigevorrichtung 1 ein stereoskopisches Bild eines stationären Objekts projiziert, wenn sich der Bildpunkt bei Betrachtung von einem vorbestimmten Standpunkt auf der Rückseite des Objekts befindet, und bei Betrachtung von einem anderen Standpunkt aus auf der Vorderseite des Objekts befindet, das Mikroprisma entsprechend dem zu dem vorbestimmten Standpunkt hin zeigenden Lichtstrahl mit einem opaken Element maskiert werden. Da dies den Lichtstrahl von dem Punkt des Objekts abgeblockt, der ursprünglich von dem bestimmten Punkt nicht sichtbar sein sollte, wird ein natürlicheres stereoskopisches Objekt wiedergegeben.
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Gemäß einer Modifikation kann jedes der Mikroprismen 142, die die Prismenfeldfolie 14 aufweist, eine Brechkraft aufweisen, um an einem entsprechenden Bildpunkt die parallelen Lichtstrahlen von dem entsprechenden Block auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige abzubilden, wobei die parallelen Lichtstrahlen von der Lichtleiterplatte emittiert werden. Deswegen kann beispielsweise die Brechungsfläche jedes der Mikroprismen 142 in einer asphärischen Form gebildet sein, die konvex auf der Luftseite ist. Außerdem kann die Brechkraft von jedem der Mikroprismen 142 so gewählt werden, dass sie umgekehrt proportional zum Abstand von einer Position des relevanten Mikroprismas 142 zu dem entsprechenden Bildpunkt ist, d.h., derart, dass der Abstand die Brennweite ist.
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7A ist eine schematische Seitenansicht der Prismenfeldfolie gemäß einer anderen Modifikation. Bei dieser Modifikation ist eine Mikrolinse 143 so gebildet, dass sie 1:1 jedem der Mikroprismen 142 in einer Fläche an einer entgegengesetzten Seite der Oberfläche der Prismenfeldfolie 14 entspricht, wo jedes der Mikroprismen 142 gebildet ist. In diesem Fall kann jede der Mikrolinsen 143 für das jeweilige der Mikroprismen 142 so gebildet sein, dass der parallele Lichtstrahl von dem Block auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige, wobei der parallele Lichtstrahl durch das Mikroprisma transmittiert wird, durch die entsprechende Mikrolinse 143 transmittiert wird. Eine Brechkraft von jeder der Mikrolinsen 143 kann so festgelegt werden, dass der durch die relevante Mikrolinse transmittierte parallele Lichtstrahl an dem Bildpunkt entsprechend der Mikrolinse 143 abgebildet wird.
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7B ist eine schematische Seitenansicht der Prismenfeldfolie gemäß einer weiteren Modifikation. Bei dieser Modifikation sind die Mikrolinsen 143 in einem folienartigen Element 144 gebildet, das separat von der Prismenfeldfolie vorgesehen ist. In diesem Fall kann das Element 144 zwischen der Emissionsfläche der Lichtleiterplatte 13 und der Prismenfeldfolie oder bezüglich der Prismenfeldfolie auf der Seite des Betrachters vorgesehen sein.
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Wenn außerdem bei jedem der Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Mikroprismen 142 ein Unterschied im Abstand von dem Mikroprisma zum entsprechenden Bildpunkt innerhalb eines vorbestimmten Zulässigkeitsbereichs liegt, kann eine Mikrolinse für die Mehrzahl von Mikroprismen 142 vorgesehen sein. In diesem Fall wird der vorbestimmte Zulässigkeitsbereich nach Maßgabe der zulässigen Bildqualität des stereoskopischen Bilds gewählt.
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Gemäß einer weiteren Modifikation kann die benachbarte Mehrzahl von Mikroprismen einstückig gebildet sein. 8A ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Prismenfeldfolie, bei der die Mikroprismen einstückig gebildet sind. Wenn die jeweiligen Blöcke, die der Mehrzahl von Bildpunkten entsprechen, die Seite an Seite in der x-Richtung angeordnet sind, ebenfalls Seite an Seite in der x-Richtung auf dem Anzeigebereich der zweidimensionalen Anzeige 21 angeordnet sind, sind die den Bildpunkten entsprechenden Mikroprismen 142 und die Blöcke gleichfalls Seite an Seite in x-Richtung angeordnet. Außerdem sind die Brechkraft der Kollimierungslinse 12 und die Abstände von der Prismenfeldfolie 14 zu jenen Bildpunkten in geeigneter Weise gewählt, wodurch Neigungen der Brechungsflächen der zu den Bildpunkten korrespondierenden Mikroprismen 142 und der Blöcke zu einer yz-Ebene gleich gemacht werden können. Demzufolge brauchen in diesem Fall, bei jeweiligen Mikroprismen 142, die Seite an Seite in der y-Richtung angeordnet sind und zu den jeweiligen der in 3 dargestellten großen Blöcke korrespondieren, nur die Neigungen zur xy-Ebene geändert werden. Daher kann, wie in 8A dargestellt, für jede Gruppe der Mikroprismen, die zu den gleichen Bildpunkten in der x-Richtung und der z-Richtung korrespondieren, jedes der Prismenfelder 141 als ein Prisma gebildet werden, das durch Verbinden der Brechungsflächen, von denen jede die Neigung zur xy-Ebene aufweist, gewonnen wird, wobei die Brechungsflächen den jeweiligen Mikroprismen 142 äquivalent sind, die Seite an Seite in der y-Richtung angeordnet sind. Dies reduziert Mikrostrukturen in der Prismenfeldfolie 14, was die Herstellung der Prismenfeldfolie 14 vereinfacht. 8B ist eine schematische Seitenansicht in der Prismenfeldfolie und der Lichtleiterplatte gemäß dieser Modifikation. Bei dieser Modifikation kann durch exaktes Einstellen der Brechungsflächen der integrierten Mikroprismen für jeden Abschnitt des Prismenfelds 141, der zu dem in 3 dargestellten einen großen Block korrespondiert, eine Position eines Teilbereichs 800 in dem zu dem großen Block korrespondierenden Raumbereich beliebig gewählt werden.
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Gemäß einer weiteren Modifikation können statt der in den einzelnen Prismenfeldern 141 enthaltenen Mikroprismen 142 Linsen verwendet werden. In diesem Fall wird eine Richtung der optischen Achse von jeder der Linsen nach Maßgabe einer Brechkraft der Linse, einer Richtung des von dem korrespondierenden Block in die Linse eintretenden Lichtstrahls und einer Positionsbeziehung zwischen der Linse und dem korrespondierenden Bildpunkt so eingestellt, dass der Lichtstrahl von dem korrespondierenden Block zu dem korrespondierenden Bildpunkt gelenkt wird. Auch in diesem Fall kann die Brechkraft von jeder der Linsen umgekehrt proportional zum Abstand von einer Position der relevanten Linse zu dem korrespondierenden Bildpunkt eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Modifikation kann eine Mehrzahl von Raumbereichen gewählt werden, in die jeweils das stereoskopische Bild projiziert wird. Auch in diesem Fall wird in jedem der Raumbereiche die Mehrzahl von Bildpunkten in der Weise gewählt, wie es bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurde. Der Anzeigebereich auf der zweidimensionalen Anzeige kann in eine Anzahl von Blöcken unterteilt werden, die gleich ist wie die Gesamtanzahl von Bildpunkten in den jeweiligen Raumbereichen. Jeder der Blöcke kann 1:1 mit beliebigen der Bildpunkte der Mehrzahl von Raumbereichen verknüpft sein, um ein Bild eines Objekts an dem Bildpunkt anzuzeigen. Außerdem kann auch jedes der Mikroprismen, die in den in der Prismenfeldfolie gebildeten einzelnen Prismenfeldern enthalten sind, so gebildet sein, dass es den durch das Mikroprisma transmittierten parallelen Lichtstrahl zu dem Bildpunkt eines beliebigen der Raumbereiche lenkt, der zu dem Block korrespondiert, der den parallelen Lichtstrahl ausgibt. Dies ermöglicht es, dass die stereoskopische Anzeigevorrichtung gleichzeitig eine Mehrzahl von voneinander verschiedenen stereoskopischen Bildern an voneinander verschiedenen Positionen anzeigt.
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Alternativ kann bei jedem der Raumbereiche eine gleiche Anzahl an Bildpunkten gewählt werden. Der Anzeigebereich auf der zweidimensionalen Anzeige kann in eine Anzahl von Blöcken unterteilt sein, die gleich ist wie eine Anzahl von in einem der Raumbereiche enthaltenen Bildpunkten. In diesem Fall ist die Brechungsfläche von jedem der Mikroprismen, die in den einzelnen in der Prismenfeldfolie gebildeten Prismenfeldern enthalten sind, in die gleiche Anzahl von Teilbrechungsflächen unterteilt wie die Anzahl von Raumbereichen. Jede der Teilbrechungsflächen ist so gebildet, dass sie den durch das relevante Mikroprisma transmittierten parallelen Lichtstrahl zu dem korrespondierenden Bildpunkt in jedem der Raumbereiche lenkt. Dies ermöglicht es, dass die stereoskopische Anzeigevorrichtung gleichzeitig das gleiche stereoskopische Bild an den unterschiedlichen Positionen projiziert.
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Gemäß einer weiteren Modifikation kann die Lichtleiterplatte 13 die sich innerhalb der Lichtleiterplatte 13 ausbreitenden Lichtstrahlen von der Emissionsfläche 13c in einer anderen Weise emittieren als die vorstehend beschriebenen Prismen.
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9 ist eine schematische Seitenschnittansicht der Lichtleiterplatte 13 längs der y-Richtung gemäß dieser Modifikation. Bei dieser Modifikation weist die Lichtleiterplatte 13 eine Mehrzahl von Prismen 132 auf, die in einem vorbestimmten Rasterabstand in der x-Richtung und der y-Richtung anstatt der in der Streufläche 13b gebildeten Prismen in der Emissionsfläche 13c angeordnet sind.
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Bei dieser Modifikation ragt jedes der Prismen 132 an der Vorderseite bezüglich der Emissionsfläche 13c hervor und ist als ein im Wesentlichen dreieckiger Vorsprung gebildet, der sich in x-Richtung erstreckt. Daher wird, wenn der Lichtstrahl von der zweidimensionalen Anzeige 21 der Bildanzeigevorrichtung 11, der von der Einfallsfläche 13a eintritt, in eines der Prismen 132 eintritt, der Lichtstrahl an einer Brechungsfläche an der von der Einfallsfläche 13a abgewandten Seite gebrochen und zur Vorderseite hin emittiert.
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Gemäß einer weiteren Modifikation können in der Lichtleiterplatte 13 statt der Prismen Beugungsgitter in der Streufläche 13b in einem vorbestimmten Rasterabstand in der x-Richtung und der y-Richtung gebildet sein, wobei die Beugungsgitter jeweils so konfiguriert sind, dass sie eine Reflexionsrichtung des Lichtstrahls in eine Richtung ändern, in welcher der Lichtstrahl emittiert wird, ohne an der Emissionsfläche 13c totalreflektiert zu werden. In diesem Fall weist jedes der Beugungsgitter beispielsweise eine Mehrzahl von Nuten auf, die Seite an Seite längs der y-Richtung angeordnet sind und sich längs der x-Richtung erstrecken.
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Gemäß einer weiteren Modifikation kann die Einfallsfläche so geformt sein, dass ein zwischen der Einfallsfläche und der Emissionsfläche der Lichtleiterplatte gebildeter Winkel ein Winkel ist, der kein rechter Winkel ist. Beispielsweise kann, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 2011-186332 offenbart ist, die Einfallsfläche in einer konischen Form gebildet sein. Alternativ kann die Einfallsfläche parallel zu der Emissionsfläche oder der Streufläche gebildet sein, und eine Oberfläche der Lichtleiterplatte an einer von der Einfallsfläche abgewandten Seite kann so gebildet sein, dass sie 45° zu der Emissionsfläche oder der Streufläche bildet. Da dies einen Winkel kleiner machen kann, der zwischen der zweidimensionalen Anzeige und der Emissionsfläche der Lichtleiterplatte vorhanden ist, kann die stereoskopische Anzeigevorrichtung dünner hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Modifikation kann die Kollimierungslinse 12 eine zylindrische Linse sein, die zum Kollimieren der Lichtstrahlen von den einzelnen Blöcken der zweidimensionalen Anzeige 21 der Bildanzeigevorrichtung 11 bezüglich nur der yz-Ebene konfiguriert ist, d.h. nur in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Einfallsfläche 13a der Lichtleiterplatte 13, oder sie kann eine torische Linse sein, die zum Kollimieren der Lichtstrahlen von den einzelnen Blöcken bezüglich der yz-Ebene und zum Sammeln der Lichtstrahlen bezüglich der xz-Ebene konfiguriert ist. Auch in diesem Fall unterscheidet sich an der Position von jedem der Prismen 131 der Lichtleiterplatte 13 die Richtung des Hauptstrahls von jedem der Blöcke nach Maßgabe der Position des relevanten Blocks, in dem zu den einzelnen Prismen 131 korrespondierenden Prismenfeld 141. Daher kann, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, das zu dem relevanten Block korrespondierende Mikroprisma 142 an einer Position vorgesehen werden, die der Hauptstrahl von jedem der Blöcke passiert.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen muss die Lichtleiterplatte 13 nicht notwendigerweise als flache Platte gebildet sein, sondern als eine Platte mit einer gekrümmten Emissionsfläche 13c. Dies ermöglicht es auch, dass die Lichtleiterplatte 13 längs eines Elements angeordnet wird, das mit einer gekrümmten Oberflächenform gebildet ist, wie beispielsweise eine Vorderscheibe eines Fahrzeugs, was einen Freiheitsgrad der Anordnung der stereoskopischen Anzeigevorrichtung erhöhen kann.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Diese stereoskopische Anzeigevorrichtung kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann diese stereoskopische Anzeigevorrichtung in einem Head-up-Display oder einem digitalen Beschilderungssystem verwendet werden. Außerdem kann diese stereoskopische Anzeigevorrichtung so angeordnet werden, dass die Emissionsfläche der Lichtleiterplatte sich an einer Bodenfläche, einer Wandfläche oder einer Deckenfläche befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- stereoskopische Anzeigevorrichtung
- 11
- Bildanzeigevorrichtung
- 21
- zweidimensionale Anzeige
- 22
- Steuervorrichtung
- 12
- Kollimierungslinse
- 13
- Lichtleiterplatte
- 13a
- Einfallsfläche
- 13b
- Streufläche
- 13c
- Emissionsfläche
- 131, 132
- Prisma
- 14
- Prismenfeldfolie
- 141
- Prismenfeld
- 142
- Mikroprisma
- 143
- Mikrolinse
