JP2012163702A - Parallax type three-dimensional aerial video display device - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of displaying a video image formed by each of real mirror video image forming optical systems as a three-dimensional aerial video image having no distortion by parallax.SOLUTION: In the parallax type three-dimensional aerial video display device, real mirror video image forming optical systems 2A1 and 2A2 which can form real images of objects to be projected at a plane symmetrical position with respect to element plane surfaces S1 and S2 are arranged side by side therein, the same objects O1 and O2 to be projected are arranged so as to correspond to each of the image forming optical systems 2A1 and 2A2 at the same position with the angle relationship, and a real mirror video image P1 of the object O1 to be projected which is formed by the image forming optical system for a right eye that is the real mirror video image forming optical system 2A1 relatively arranged in the left side and corresponds to the image forming optical system 2A1, and a real mirror video image P2 of the object O2 to be projected which is formed by the image forming optical system for a left eye that is the real mirror video image forming optical system 2A2 relatively arranged in the right side and corresponds to the image forming optical system 2A2 are displayed at the same position so as to overlap each other.

Description

本発明は、視差を利用して歪みのない立体空中映像を見ることができるようにした表示装置に関するものである。   The present invention relates to a display device that allows a stereoscopic aerial image without distortion to be viewed using parallax.

近年、立体映像を閲覧可能とする技術が開発されてきている。例えば、結像光学系として凸レンズや凹面鏡を利用するものとして、高速表示が可能な2次元ディスプレイを光学系の光軸に対して傾けて配置し、ミラースキャナにより光軸に対して傾いた2次元像を移動させ、それにあわせて2次元ディスプレイに表示物体の断面像を表示させることにより、3次元像を形成する、という体積走査法による3次元像の立体表示方法が提案されている(非特許文献1参照)。この方法によれば、3次元実像が形成されているので、眼鏡などの装着物は不要であり、人の立体視知覚要因を全て満たすことができる、とされている。   In recent years, techniques for enabling viewing of stereoscopic images have been developed. For example, assuming that a convex lens or a concave mirror is used as the imaging optical system, a two-dimensional display capable of high-speed display is arranged inclined with respect to the optical axis of the optical system, and two-dimensional inclined with respect to the optical axis by a mirror scanner There has been proposed a stereoscopic display method of a three-dimensional image by a volume scanning method in which a three-dimensional image is formed by moving an image and displaying a cross-sectional image of a display object on a two-dimensional display accordingly (non-patent document). Reference 1). According to this method, since a three-dimensional real image is formed, a wearing object such as eyeglasses is unnecessary, and it can be said that it can satisfy all human stereoscopic perception factors.

しかしながら、非特許文献1に開示されているような立体表示方法では、光学系として凸レンズや凹面鏡を用いていることから、その収差のために形状に歪みが生じ、定位を完全に安定させることは困難である。   However, in the stereoscopic display method disclosed in Non-Patent Document 1, since a convex lens or a concave mirror is used as an optical system, the shape is distorted due to the aberration, and the localization is completely stabilized. Have difficulty.

一方、本発明者は、等倍結像光学系として、2つの鏡面から構成される2面コーナーリフレクタを多数備えた光学素子である実鏡映像結像素子(以下、必要に応じて「2面コーナーリフレクタアレイ」という)(特許文献1参照)や、再帰反射機能を備えたレトロリフレクタアレイとハーフミラーとを利用した実鏡映像結像光学系(特許文献2参照)を提案してきている。また、焦点距離が無限大であるアフォーカル光学系を備えたアフォーカルレンズアレイを用い、アフォーカルレンズ素子の素子面を対称面として反対側の空間に被投影物の像を結像させる機能を実現した実鏡映像結像光学系も提案されている(特許文献3参照)。これらの実鏡映像結像光学系は、被投影物をその光学系に設定される対称面(2面コーナーリフレクタアレイの素子面、ハーフミラー面、アフォーカルレンズアレイの素子面)に対する面対称位置に等倍の実像として歪みなく結像させるものであり、被投影物が2次元であれば2次元の実像を、被投影物が3次元であれば3次元の実像を観察することができるものである。   On the other hand, the present inventor, as an equal-magnification imaging optical system, uses a real mirror image forming element (hereinafter referred to as “two surfaces” as necessary) which is an optical element provided with a number of two-surface corner reflectors composed of two mirror surfaces. (Referred to as "Corner Reflector Array") (see Patent Document 1) and a real mirror image forming optical system (see Patent Document 2) using a retroreflector array having a retroreflective function and a half mirror. In addition, using an afocal lens array equipped with an afocal optical system with an infinite focal length, the element surface of the afocal lens element is used as a symmetry plane, and the image of the projection object is formed in the opposite space. A real mirror image forming optical system that has been realized has also been proposed (see Patent Document 3). These real mirror image forming optical systems have a plane-symmetrical position with respect to a symmetry plane (element surface of a two-surface corner reflector array, half mirror surface, element surface of an afocal lens array) in which the projection object is set in the optical system. The image is formed as a real image with the same magnification without distortion, and a two-dimensional real image can be observed if the projection object is two-dimensional, and a three-dimensional real image can be observed if the projection object is three-dimensional. It is.

そして、本発明者は、上述した各実鏡映像結像光学系を応用した歪みのない3次元空中映像表示装置を提供すべく、体積走査法による3次元空中映像ディスプレイ装置を案出している(特許文献4参照)。この3次元空中映像ディスプレイ装置は、被投影物として映像を表示する表示面を備えたディスプレイを実鏡映像結像光学系の対称面の下面側に配置して、駆動手段によってディスプレイを表示面に対して垂直方向の成分を含む運動をするように動作させ、駆動手段によるディスプレイの動作と同期させて表示面に表示される映像を変化させることにより、その映像を対称面の上面側の空間に立体映像(以下、「立体空中映像」と称する場合がある)として結像させるものである。   Then, the present inventor has devised a three-dimensional aerial image display device using a volume scanning method in order to provide a distortion-free three-dimensional aerial image display device to which each of the above-described real mirror image forming optical systems is applied ( (See Patent Document 4). In this three-dimensional aerial image display device, a display having a display surface for displaying an image as a projection object is arranged on the lower surface side of the symmetry surface of the real mirror image forming optical system, and the display is displayed on the display surface by driving means. On the other hand, it is operated so as to perform a motion including a vertical component, and the image displayed on the display surface is changed in synchronism with the operation of the display by the driving means. The image is formed as a stereoscopic image (hereinafter, sometimes referred to as “stereoscopic aerial image”).

このような体積走査型3次元空中映像ディスプレイ装置であれば、被投影物を対称面を境にして面対称位置に歪みのない実像として結像する実鏡映像結像光学系を利用して、その対称面の一方側の空間において3次元空間を埋めるような立体運動をするディスプレイ、換言すれば体積走査型立体ディスプレイに表示される映像の実像を、他方側の空間に歪みのない空中立体像として表示して観察できる。   With such a volume scanning type three-dimensional aerial image display device, using a real mirror image forming optical system that forms an image of a projection object as a real image without distortion at a plane symmetrical position with respect to a symmetry plane, A display that moves three-dimensionally in a space on one side of the plane of symmetry, in other words, a real image displayed on a volumetric scanning three-dimensional display, and an aerial stereoscopic image that has no distortion in the other space. Can be displayed and observed.

国際公開第2007/116639号International Publication No. 2007/116663 特開2009−025776号公報JP 2009-025776 A 特開2008−158114号公報JP 2008-158114 A 特開2009−075483号公報JP 2009-075483 A

“Volumetric display system based onthree-dimensional scanning of inclined optical image”、Daisuke Miyazaki et al,、Optic Express、Vol.14 Issue 26、pp.12760−12769“Volumetric display system based on three-dimensional scanning of inclined optical image”, Daisuke Miyazaki et al, Optic Express, Vol. 14 Issue 26, pp. 12760-12769

しかしながら、上述した体積走査型3次元空中映像ディスプレイ装置は、ディスプレイを表示面に対して垂直方向の成分を含む運動をするように動作させる機械的な駆動手段を必須とするものである。   However, the above-described volume scanning type three-dimensional aerial image display apparatus requires mechanical driving means for operating the display so as to perform a motion including a component in a direction perpendicular to the display surface.

そこで本発明は、上述した駆動手段を用いることなく、各実鏡映像結像光学系により結像される映像を視差により歪みのない3次元空中映像として表示可能な装置の提供を主たる目的とするものである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide an apparatus capable of displaying an image formed by each real mirror image forming optical system as a three-dimensional aerial image free from distortion due to parallax without using the driving means described above. Is.

すなわち本発明は、被投影物の実像を、対称面となるある1つの幾何平面に対する面対称位置に結像可能な実鏡映像結像光学系を少なくとも2つ並べて配置するとともに、各結像光学系に対応してそれぞれに被投影物を配置した3次元空中映像表示装置である。ここで、実鏡映像結像光学系は、対称面を境にして被投影物を面対称位置に歪みのない実像として結像するものであり、上述した2面コーナーリフレクタアレイによって構成したもの、又はハーフミラーとレトロリフレクタアレイとを用いて構成したもの、或いはマイクロレンズアレイ(アフォーカルレンズアレイを含む)によって構成したものが適切であるが、その他のレンズや反射鏡等の光学機器を用いて構成した光学系であってもよい。また、被投影物については、例えば画面に表示された映像(2次元)が好ましく、各被投影物がそれぞれ実鏡映像結像光学系に対して向きを含めて同じ映像である場合は、各実鏡映像結像光学系により結像した実像は全て等しくなる。なお、被投影物が物体(3次元)であってもよい。   That is, according to the present invention, at least two real mirror image forming optical systems capable of forming a real image of a projection object at a plane-symmetrical position with respect to one geometric plane serving as a symmetry plane are arranged side by side. This is a three-dimensional aerial image display device in which projection objects are arranged corresponding to each system. Here, the real mirror image forming optical system forms an object to be projected as a real image without distortion at a plane symmetrical position with respect to the symmetry plane, and is constituted by the above-described two-surface corner reflector array, Or, it is appropriate to use a half mirror and retroreflector array, or a micro lens array (including an afocal lens array), but use other optical devices such as lenses and reflectors. It may be a configured optical system. For the projection object, for example, an image (two-dimensional) displayed on the screen is preferable, and when each projection object is the same image including the direction with respect to the real mirror image forming optical system, All real images formed by the real mirror image forming optical system are equal. Note that the projection object may be an object (three-dimensional).

そして、本発明に係る3次元空中映像表示装置は、相対的に左側に配置した実鏡映像結像光学系を右目用の実鏡映像結像光学系として機能させるとともに、相対的に右側に配置した実鏡映像結像光学系を左目用の実鏡映像結像光学系として機能させ、右目用結像光学系によって結像される対応する被投影物の実鏡映像と、左目用結像光学系によって結像される対応する被投影物の実鏡映像とを同じ位置で重ね合わせて表示させることを特徴としている。   The three-dimensional aerial image display device according to the present invention causes the real mirror image forming optical system disposed relatively on the left side to function as the real mirror image forming optical system for the right eye, and is disposed relatively on the right side. The real mirror image forming optical system functions as a left-eye image forming optical system, and the corresponding real object image formed by the right-eye image forming optical system and the left-eye image forming optical system. It is characterized in that a real mirror image of a corresponding projection object imaged by the system is superimposed and displayed at the same position.

このような視差式3次元空中映像表示装置によれば、各実鏡映像結像光学系を利用してそれぞれの対称面の一方側の空間に、各結像光学系に対応して配置した被投影物の実像を、他方側の空間に歪みのない像として重なり合うように表示するため、右目による像と左目による像との視差を利用して立体像を観察することができる。しかも、上述した機械的な駆動手段を利用する態様と比較して、構造の簡素化を図ることもできる。さらに、本発明の3次元空中映像表示装置であれば、被投影物として立体物や立体映像(体積走査方式で立体的に見せた映像を含む)を用いなくても平面上に描かれた図形(絵、文字含む)や、平面ディスプレイに表した映像を適用することができる。また、本発明の3次元空中映像表示装置では、実鏡映像結像光学系の周辺には被投影物以外の物品を配置する必要がないため、被投影物の配置箇所が大幅に制約されることがなく、被投影物の配置自由度が高まる。   According to such a parallax type three-dimensional aerial image display device, each real mirror image imaging optical system is used and is disposed in a space on one side of each symmetry plane so as to correspond to each imaging optical system. Since the real image of the projection is displayed so as to overlap with the other space as an undistorted image, a stereoscopic image can be observed using the parallax between the image by the right eye and the image by the left eye. In addition, the structure can be simplified as compared with the aspect using the mechanical drive means described above. Furthermore, in the three-dimensional aerial image display device of the present invention, a figure drawn on a plane without using a three-dimensional object or a three-dimensional image (including a three-dimensional image displayed by a volume scanning method) as a projection object. (Including pictures and characters) and images displayed on a flat display can be applied. Further, in the three-dimensional aerial image display device of the present invention, it is not necessary to arrange an article other than the projection object around the real mirror imaging optical system, so that the arrangement location of the projection object is greatly restricted. This increases the degree of freedom of arrangement of the projection object.

特に、本発明の視差式3次元空中映像表示装置において、3つ以上の実鏡映像結像光学系を並べて配置すれば、これら3つ以上の結像光学系に対応して配置した同一の被投影物の実像が3つ以上重なり合うように表示することができ、複数の視点から立体空中映像を観察することができる。つまり、ある視点で右目用結像光学系として機能する実鏡映像結像光学系が、異なる視点では左目用結像光学系として機能する。   In particular, in the parallax type three-dimensional aerial image display device of the present invention, if three or more real mirror image forming optical systems are arranged side by side, the same object disposed corresponding to the three or more image forming optical systems is arranged. Three or more real images of the projection can be displayed so as to overlap each other, and a stereoscopic aerial image can be observed from a plurality of viewpoints. That is, a real mirror image forming optical system that functions as a right eye imaging optical system at a certain viewpoint functions as a left eye imaging optical system at a different viewpoint.

同様の原理に基づき、複数の実鏡映像光学系を環状に並べて配置した視差式3次元空中映像表示装置であれば、全周囲から立体空中映像を観察することができ、汎用性に富むものになる。   Based on the same principle, a parallax type three-dimensional aerial image display device in which a plurality of real mirror image optical systems are arranged in a ring shape can observe a three-dimensional aerial image from the entire periphery, and is versatile. Become.

本発明によれば、被投影物の実像をある1つの幾何平面(対称面)に対する面対称位置に結像する実鏡映像結像光学系を複数並べて配置するという簡易な構成で、相対的に右側に配置した実鏡映像光学系で結像する実像を左目で見るとともに、相対的に左側に配置した実鏡映像光学系で結像する実像を右目で見ることで、両眼視差により、対称面の反対側の空間に歪みのない立体空中映像として結像させて観察することができるという、新しい立体空中映像の表示方法、観察方法を提供することが可能である。   According to the present invention, a simple configuration in which a plurality of real mirror image forming optical systems that form a real image of a projection object at a plane-symmetrical position with respect to a certain geometric plane (symmetry plane) are arranged side by side relatively. The real image formed by the real mirror imaging optical system placed on the right side is viewed with the left eye, and the real image formed by the real mirror imaging optical system placed relatively on the left side is viewed with the right eye, thereby symmetric with binocular parallax. It is possible to provide a new method for displaying and observing a three-dimensional aerial image that can be observed as a three-dimensional aerial image without distortion in the space opposite to the surface.

本発明の第1実施形態に係る視差式立体空中映像表示装置を概略的に示す図。1 is a diagram schematically showing a parallax stereoscopic aerial image display device according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態に適用される実鏡映像結像光学系である2面コーナーリフレクタアレイを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the 2 surface corner reflector array which is a real mirror image formation optical system applied to the embodiment. 図2のA領域を拡大して模式的に示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view schematically showing an enlarged area A of FIG. 2. 同2面コーナーリフレクタアレイによる結像様式を模式的に示す図。The figure which shows typically the image formation mode by the same 2 surface corner reflector array. 同実施形態の一変形例に係る視差式立体空中映像表示装置を概略的に示す図。The figure which shows schematically the parallax type | formula three-dimensional aerial image display apparatus which concerns on the modification of the embodiment. 同実施形態のさらに異なる一変形例に係る視差式立体空中映像表示装置を概略的に示す図。The figure which shows schematically the parallax type | formula three-dimensional aerial image display apparatus which concerns on another modification of the embodiment. 同実施形態に適用される2面コーナーリフレクタアレイの他の例を図3に対応して示す概略的な斜視図。FIG. 4 is a schematic perspective view showing another example of the two-surface corner reflector array applied to the embodiment, corresponding to FIG. 3. 本発明の第2実施形態に係る視差式立体空中映像表示装置を概略的に示す側面図。The side view which shows roughly the parallax type | formula three-dimensional aerial image display apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態に適用される実鏡映像結像光学系であるレトロリフレクタアレイの一部を拡大して示す概略的な正面図。The schematic front view which expands and shows a part of retro reflector array which is a real mirror image formation optical system applied to the embodiment. 同レトロリフレクタアレイによる光線の反射の様子を模式的に示す図。The figure which shows typically the mode of the reflection of the light ray by the retro-reflector array. 本発明の第3実施形態に係る視差式立体空中映像表示装置を概略的に示す図。The figure which shows roughly the parallax type | formula three-dimensional aerial image display apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 同実施形態に適用される実鏡映像結像光学系であるマイクロレンズアレイ(アフォーカルレンズアレイ)の構成及び結像様式を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of a micro lens array (afocal lens array) which is a real mirror image formation optical system applied to the embodiment, and an imaging mode.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態> まず、本発明の第1実施形態を図1〜図7を参照して説明する。本実施形態に係る視差式立体空中映像表示装置(以下、「3次元空中映像表示装置」と称する)X1は、図1に示すように、実鏡映像結像光学系の1種として、多数の2面コーナーリフレクタ1を形成した複数(図示例では2つ)の実鏡映像結像素子(以下、「2面コーナーリフレクタアレイ」と称し、図中、符号2A1,2A2で表す)と、各実鏡映像結像素子2A1,2A2の素子平面S1,S2ごとに対応して配置される被投影物O1,O2とを備えるものである。   First Embodiment First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a parallax type stereoscopic aerial image display device (hereinafter referred to as “three-dimensional aerial image display device”) X1 according to the present embodiment is a large number of types of real mirror image imaging optical systems. A plurality of (two in the illustrated example) real mirror image forming elements (hereinafter referred to as “two-sided corner reflector array”, which are indicated by reference numerals 2A1 and 2A2 in the figure) on which the two-sided corner reflector 1 is formed, Projection objects O1 and O2 arranged corresponding to the element planes S1 and S2 of the mirror image forming elements 2A1 and 2A2, respectively.

各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2は、それぞれにおける全2面コーナーリフレクタ1を各々構成する2つの鏡面11,12に対してほぼ垂直な平面を素子平面S1,S2としている。そして、これら各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2においては、各素子平面S1,S2を対称面として、面対称位置に被投影物O1,O2の実鏡映像P1,P2が結像する。本実施形態では、平面視二等辺三角形状ないし平面視略二等辺三角形状をなす2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を適用しており、これら各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を平面視略扇状となるように並べて配置(図示例では2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2における2つの等辺のうち一方の等辺(長辺)同士を接合して配置)している。また、本実施形態では、これら2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を平面的(同一平板上)に並べている。したがって、これら2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の素子面は同一平面上に設定される。   In each of the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2, element planes S1 and S2 are planes substantially perpendicular to the two mirror surfaces 11 and 12 constituting the entire two-surface corner reflector 1, respectively. In each of these two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2, real mirror images P1 and P2 of the projections O1 and O2 are formed at plane-symmetric positions with the element planes S1 and S2 as symmetry planes. In this embodiment, two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 having an isosceles triangle shape in plan view or a substantially isosceles triangle shape in plan view are applied, and each of these two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 is substantially fan-shaped in plan view. Are arranged side by side (in the example shown in the figure, one of the two equal sides in the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 is arranged by joining the long sides). In the present embodiment, these two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 are arranged in a plane (on the same flat plate). Therefore, the element surfaces of these two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 are set on the same plane.

そして、各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2に対応させてそれぞれ独立の被投影物O1,O2を素子平面S1,S2の一方側(図示例では下方)に配置することによって、素子平面S1の他方側(図示例では上方)には2面コーナーリフレクタアレイ2A1を通じて被投影物O1の実鏡映像P1が結像するとともに、素子平面S2の他方側(図示例では上方)には2面コーナーリフレクタアレイ2A2を通じて被投影物O2の実鏡映像P2が結像する。そして、2面コーナーリフレクタアレイ2A1に対する被投影物O1の相対位置及び相対角度と、2面コーナーリフレクタアレイ2A2に対する被投影物O2の相対位置及び相対角度とを同一に設定することにより、2面コーナーリフレクタアレイ2A1を通じて観察できる被投影物O1の実鏡映像P1と、2面コーナーリフレクタアレイ2A2を通じて観察できる被投影物O2の実鏡映像P2とが空間的に重なり合うように実像として結像させることができる。ここで、観察者Wから見て相対的に向かって左側に配置した実鏡映像結像光学系である2面コーナーリフレクタアレイ2A1が本発明の右目用結像光学系として機能し、相対的に向かって右側に配置した実鏡映像結像光学系である2面コーナーリフレクタアレイ2A2が本発明の左目用結像光学系として機能する。その結果、空中で重なり合う実鏡映像P1,P2を両目で観察した場合、視差によって空中に浮かぶ立体映像が観察できる。なお、両眼視差を与えるためには、例えば観察距離が30cmであれば、各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の中心角(2つの等辺の挟む角度)は11度以下に設定すればよい。ちなみに本実施形態では、各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の中心角を10度に設定している。   Then, by arranging the independent projections O1 and O2 on one side (downward in the illustrated example) of the element planes S1 and S2 so as to correspond to the respective two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2, the other of the element planes S1 is arranged. A real mirror image P1 of the projection object O1 is formed on the side (upper in the illustrated example) through the two-surface corner reflector array 2A1, and a two-surface corner reflector array is formed on the other side (upper in the illustrated example) of the element plane S2. A real mirror image P2 of the projection object O2 is formed through 2A2. Then, the relative position and relative angle of the projection object O1 with respect to the two-surface corner reflector array 2A1 and the relative position and relative angle of the projection object O2 with respect to the two-surface corner reflector array 2A2 are set to be the same. The real mirror image P1 of the projection object O1 that can be observed through the reflector array 2A1 and the real mirror image P2 of the projection object O2 that can be observed through the two-surface corner reflector array 2A2 are formed as real images so as to overlap spatially. it can. Here, the two-surface corner reflector array 2A1, which is a real mirror image-forming optical system disposed relatively to the left as viewed from the observer W, functions as the right-eye imaging optical system of the present invention, and is relatively A two-surface corner reflector array 2A2, which is a real mirror image imaging optical system arranged on the right side, functions as the left-eye imaging optical system of the present invention. As a result, when the real mirror images P1 and P2 overlapping in the air are observed with both eyes, a stereoscopic image floating in the air due to parallax can be observed. In order to give binocular parallax, for example, when the observation distance is 30 cm, the center angle (angle between two equal sides) of each of the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 may be set to 11 degrees or less. Incidentally, in this embodiment, the center angle of each of the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 is set to 10 degrees.

以下、各部の具体的構成及び結像様式について説明する。なお、以降の説明では、2つの2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2及び素子平面S1,S2を総称する場合は、符号2A及びSを用いるものとする。   Hereinafter, the specific configuration and imaging mode of each part will be described. In the following description, when the two two-sided corner reflector arrays 2A1 and 2A2 and the element planes S1 and S2 are collectively referred to, reference numerals 2A and S are used.

各2面コーナーリフレクタアレイ2Aは、図2及び図3(図3は図2のA領域拡大図である)に示すように、平板状の基盤21を備え、この基盤21に、平らな基盤表面に対して垂直に肉厚を貫通する穴22を多数形成し、各穴22の内壁面を2面コーナーリフレクタ1として利用するために、穴22の内壁面のうち直交する2つにそれぞれ鏡面11,12を形成したものである。基盤21は、厚み寸法が例えば50〜200μm、本実施形態では100μmの薄板状をなす平面視二等辺三角形状のものを適用しているが、図2及び図3では、説明の便宜上、平面視正方形状のものを示している。なお。基盤21の厚さや平面形状、平面寸法は適宜設定することができる。   As shown in FIGS. 2 and 3 (FIG. 3 is an enlarged view of a region A in FIG. 2), each two-sided corner reflector array 2A includes a flat base 21 and a flat base surface. In order to form a large number of holes 22 penetrating through the wall perpendicularly to each other and to use the inner wall surface of each hole 22 as the two-surface corner reflector 1, the mirror surface 11 , 12 are formed. The base 21 is applied with an isosceles triangular shape in a planar view having a thickness of 50 to 200 μm, for example, 100 μm in the present embodiment. However, in FIG. 2 and FIG. A square shape is shown. Note that. The thickness, planar shape, and planar dimensions of the base 21 can be set as appropriate.

そして、各2面コーナーリフレクタアレイ2Aは、2つの鏡面11,12に対してほぼ垂直な平面を素子平面Sとするものであり、この素子平面Sを対称面として、面対称位置に被投影物の実鏡映像が結像する。本実施形態において2面コーナーリフレクタ1は2面コーナーリフレクタアレイ2Aの全体と比べて非常に微小であるので、図1においては2面コーナーリフレクタ1の集合全体をグレーで表し、その内角の向きをV字形状で模式的に表してある。また、図3に示すように、各2面コーナーリフレクタ1は、光を透過させるために基盤21に形成した物理的・光学的な穴22を利用して形成したものである。本実施形態では、まず基盤21に平面視ほぼ矩形状(具体的に本実施形態では正方形状)の穴22を多数形成し、各穴22のうち隣接して直交する2つの内壁面に平滑鏡面処理を施して鏡面11,12とし、これら鏡面11,12を反射面として機能する2面コーナーリフレクタ1としている。なお、穴22の内壁面のうち2面コーナーリフレクタ1以外の部分には鏡面処理を施さず光が反射不能な面とするか、もしくは角度をつけるなどして多重反射光を抑制することが好ましい。各2面コーナーリフレクタ1は、基盤21上において鏡面11,12がなす内角が全て同じ向きとなるように形成している。以下、この鏡面11,12の内角の向きを、2面コーナーリフレクタ1の向き(方向)と称することがある。本実施形態では、2面コーナーリフレクタ1の向きを全て2面コーナーリフレクタアレイ2Aの中心方向(相等しい二辺の交点)に設定している。鏡面11,12の形成にあたって本実施形態では、金属製の金型をまず作成し、鏡面11,12を形成すべき内壁面をナノスケールの切削加工処理をすることによって鏡面形成を行い、これらの面粗さを10nm以下とし、可視光スペクトル域に対して一様に鏡面となるようにしている。   Each of the two-surface corner reflector arrays 2A has a plane substantially perpendicular to the two mirror surfaces 11 and 12 as an element plane S. The projection plane is located at a plane-symmetrical position with the element plane S as a symmetry plane. The real mirror image is formed. In the present embodiment, the two-surface corner reflector 1 is very small compared to the entire two-surface corner reflector array 2A. Therefore, in FIG. 1, the entire set of the two-surface corner reflectors 1 is represented in gray, and the direction of the inner angle is indicated. It is schematically represented by a V shape. Further, as shown in FIG. 3, each two-sided corner reflector 1 is formed using physical and optical holes 22 formed in the base 21 in order to transmit light. In the present embodiment, first, a large number of holes 22 having a substantially rectangular shape in plan view (specifically, a square shape in the present embodiment) are formed in the base 21, and smooth mirror surfaces are formed on two adjacent inner wall surfaces orthogonal to each other among the holes 22. The mirror surfaces 11 and 12 are processed to form a two-surface corner reflector 1 that functions as a reflecting surface. In addition, it is preferable to suppress a part of the inner wall surface of the hole 22 other than the two-surface corner reflector 1 from being subjected to mirror surface treatment so that light cannot be reflected, or to prevent multiple reflected light by providing an angle. . Each two-surface corner reflector 1 is formed on the base 21 so that the inner angles formed by the mirror surfaces 11 and 12 are all in the same direction. Hereinafter, the direction of the inner angle of the mirror surfaces 11 and 12 may be referred to as the direction (direction) of the dihedral corner reflector 1. In the present embodiment, the orientations of the two-surface corner reflector 1 are all set to the center direction of the two-surface corner reflector array 2A (intersection of two equal sides). In forming the mirror surfaces 11 and 12, in the present embodiment, a metal mold is first created, and the inner wall surface on which the mirror surfaces 11 and 12 are to be formed is subjected to nanoscale cutting processing to form the mirror surfaces. The surface roughness is 10 nm or less, and the surface is uniformly mirrored with respect to the visible light spectrum region.

具体的に各2面コーナーリフレクタ1を構成する鏡面11,12は、一辺が例えば50〜200μm、本実施形態では基盤21の厚さに対応させた100μmであり、先に作成した金型を用いたプレス工法をナノスケールに応用したナノインプリント工法又は電鋳工法により、1つの基盤21に所定ピッチで複数形成されている。本実施形態では、全ての2面コーナーリフレクタ1が素子平面S上に想定される規則的な格子点上に整列されて同一方向を向くようにしている。なお、隣り合う2面コーナーリフレクタ1同士の離間寸法を極力小さく設定することで、透過率を向上させることができる。そして、前記基盤21のうち、2面コーナーリフレクタ1を形成した部分以外の部位には遮光処理を施し、基盤21の上面及び下面に図示しない薄板状をなす透明な補強材を設けている。本実施形態では、このような2面コーナーリフレクタ1を平面視二等辺三角形状の基盤21に数万ないし数十万個設けた2面コーナーリフレクタアレイ2Aを採用している。   Specifically, each of the mirror surfaces 11 and 12 constituting each two-sided corner reflector 1 has a side of, for example, 50 to 200 μm, and in this embodiment, 100 μm corresponding to the thickness of the base 21. A plurality of substrates are formed at a predetermined pitch on a single substrate 21 by a nanoimprint method or an electroforming method in which the conventional press method is applied to the nanoscale. In the present embodiment, all the two-surface corner reflectors 1 are aligned on regular lattice points assumed on the element plane S and face the same direction. In addition, the transmittance | permeability can be improved by setting the separation | spacing dimension of adjacent 2 surface corner reflectors 1 as small as possible. In addition, a portion of the base 21 other than the portion where the two-surface corner reflector 1 is formed is subjected to a light shielding process, and a transparent reinforcing material having a thin plate shape (not shown) is provided on the upper and lower surfaces of the base 21. In the present embodiment, a two-surface corner reflector array 2A in which tens of thousands to hundreds of thousands of such two-surface corner reflectors 1 are provided on a base 21 having an isosceles triangle shape in plan view is employed.

なお、電鋳工法によりアルミニウムやニッケル等の金属で基盤21を形成した場合、鏡面11,12は、金型の面粗さが十分小さければ、それによって自然に鏡面となる。また、ナノインプリント工法を用いて、基盤21を樹脂製などとした場合には、鏡面11,12を作成するには、スパッタリング等によって、鏡面コーティングを施す必要がある。   In addition, when the base | substrate 21 is formed with metals, such as aluminum and nickel, by the electroforming method, if the surface roughness of a metal mold | die is small enough, the mirror surface 11 and 12 will become a mirror surface naturally by it. When the substrate 21 is made of resin or the like using the nanoimprint method, it is necessary to perform mirror coating by sputtering or the like in order to create the mirror surfaces 11 and 12.

このようにして基盤21に形成した2面コーナーリフレクタ1は、基盤21の表面側(又は裏面側)から穴22に入った光を一方の鏡面(11又は12)で反射させ、さらにその反射光を他方の鏡面(12又は11)で反射させて基盤21の裏面側(又は表面側)へと通過させる機能を有し、この光の進入経路と射出経路とが基盤21を挟んで面対称をなすことから、上述のように基盤21上に多数の2面コーナーリフレクタ1を形成することで、2面コーナーリフレクタアレイ2Aとして機能する。すなわち、斯かる2面コーナーリフレクタアレイ2Aの素子平面S(基盤21の肉厚の中央部を通り各鏡面と直交する面を仮定し、図3中に想像線で示す)は、基盤21の一方側にある被投影物の実像を他方側の面対称位置に鏡像(実鏡映像)として結像させる対称面となる。   The double-sided corner reflector 1 formed on the base 21 in this way reflects light entering the hole 22 from the front surface side (or back surface side) of the base 21 by one mirror surface (11 or 12) and further reflects the reflected light. Is reflected by the other mirror surface (12 or 11) and passes to the back surface side (or front surface side) of the base plate 21. The light entrance path and the light emission path are symmetrical with respect to the base plate 21. Therefore, by forming a large number of two-sided corner reflectors 1 on the base 21 as described above, the two-sided corner reflector array 2A functions. That is, the element plane S of the two-surface corner reflector array 2A (assuming a plane that passes through the central portion of the thickness of the base 21 and is orthogonal to each mirror surface and is indicated by an imaginary line in FIG. It becomes a symmetric plane that forms a real image of the projection object on the side as a mirror image (real mirror image) at a plane symmetric position on the other side.

ここで、2面コーナーリフレクタアレイ2Aによる結像様式について、被投影物として点光源oから発せられた光の経路とともに簡単に説明する。図4(a)に平面的な模式図で、同図(b)に模式的な側面図でそれぞれ示すように、点光源oから発せられる光(矢印方向、実線で示す。3次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行する)は、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの基盤21(同図では省略)に形成した穴22(同図では省略)を通過する際に、2面コーナーリフレクタ1を構成する一方の鏡面11(又は12)で反射して更に他方の鏡面12(又は11)で反射した後に素子平面Sを透過し(透過光の光線を破線で示す)、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの素子平面S(図4(b)参照)に対して点光源oの面対称位置(同図では、oの位置)を広がりながら通過する。すなわち、結局は点光源oの素子平面Sに対する面対称位置に透過光が集まり、実鏡映像pとして結像することになる。   Here, an image formation mode by the two-surface corner reflector array 2A will be briefly described along with a path of light emitted from the point light source o as a projection object. 4 (a) is a schematic plan view, and FIG. 4 (b) is a schematic side view. As shown in FIG. 4 (b), light emitted from a point light source o (indicated by an arrow and a solid line). The two-sided corner reflector 1 travels from the back side to the front side of the sheet when passing through a hole 22 (omitted in the figure) formed in the base 21 (omitted in the figure) of the two-sided corner reflector array 2A. Is reflected by one mirror surface 11 (or 12) constituting the light source and further reflected by the other mirror surface 12 (or 11) and then transmitted through the element plane S (rays of transmitted light are indicated by broken lines). The point light source o passes through the element plane S of 2A (see FIG. 4B) while spreading in a plane symmetrical position (position o in the figure). That is, in the end, the transmitted light gathers at a plane symmetric position with respect to the element plane S of the point light source o and forms an image as a real mirror image p.

本実施形態では、図1に示すように、このような2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の下方側に配置される被投影物O1,O2として、それぞれ2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の下方側に配置される各ディスプレイ31,32の表示領域(表示面)3a1,3a2に表示させた映像を適用している。すなわち、ディスプレイ31,32の表示面3a1,3a2に表示される映像O1,O2が、本実施形態においては2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2による鏡映像の実像(実鏡映像)P1,P2として立体空中映像を結像させる元となる被投影物である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, as the projections O1 and O2 disposed below the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2, the lower sides of the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2, respectively. The images displayed on the display areas (display surfaces) 3a1 and 3a2 of the respective displays 31 and 32 are applied. That is, the images O1 and O2 displayed on the display surfaces 3a1 and 3a2 of the displays 31 and 32 are three-dimensionally represented as real images (real mirror images) P1 and P2 of mirror images by the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 in this embodiment. This is a projection object from which an aerial image is formed.

各ディスプレイ31,32は、2面コーナーリフレクタアレイ2Aと同一ないし略同一の平面形状をなすものである。ディスプレイ31,32の表面(上面)側に形成される表示面3a1,3a2は曲面であってもよいが、ほぼ平面であれば適宜の公知の形態のディスプレイを適宜使用することができる。そして、2面コーナーリフレクタアレイ2A1に対する被投影物O1の相対位置及び相対角度と、2面コーナーリフレクタアレイ2A2に対する被投影物O2の相対位置及び相対角度とが同一になるように、2面コーナーリフレクタアレイ2A1に対するディスプレイ31の相対位置及び相対角度と、2面コーナーリフレクタアレイ2A2に対するディスプレイ32の相対位置及び相対角度とを同一に設定している。これにより、2面コーナーリフレクタアレイ2A1を通じて観察できる被投影物O1の実鏡映像P1と、2面コーナーリフレクタアレイ2A2を通じて観察できる被投影物O2の実鏡映像P2とが空間的に重なり合うように実像として結像させることができる。   Each display 31 and 32 has the same or substantially the same planar shape as the two-surface corner reflector array 2A. The display surfaces 3a1 and 3a2 formed on the front surface (upper surface) side of the displays 31 and 32 may be curved surfaces. However, as long as the display surfaces 3a1 and 3a2 are substantially flat, appropriate known displays can be appropriately used. The relative position and relative angle of the projection object O1 with respect to the two-surface corner reflector array 2A1 and the relative position and relative angle of the projection object O2 with respect to the two-surface corner reflector array 2A2 are the same. The relative position and relative angle of the display 31 with respect to the array 2A1 and the relative position and relative angle of the display 32 with respect to the two-sided corner reflector array 2A2 are set to be the same. As a result, the real image P1 of the projection object O1 that can be observed through the two-surface corner reflector array 2A1 and the real image P2 of the projection object O2 that can be observed through the two-surface corner reflector array 2A2 are spatially overlapped. Can be imaged.

本実施形態では、図1に示すように、表示面3a1,3a2が平面形状をなすディスプレイ31,32を採用し、その表示面3a1,3a2が2面コーナーリフレクタアレイ2Aの下面側の空間において素子平面S1,S2に対して任意の角度、例えば90度(垂直)となるように配置している。また、本実施形態では、各ディスプレイ31,32を、中心部(各ディスプレイ31,32における相等しい二辺の交点)が2面コーナーリフレクタアレイ2Aの中心部(相等しい二辺の交点)に接した状態で配置している。なお、ディスプレイ31,32の配置姿勢は必ずしもこの限りとする必要はなく、2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の上面側のある視点から見た場合に、表示面3a1,3a2に表示される映像O1,O2の実像(実鏡映像P1,P2)が見えるような姿勢であれば、適宜に設定することができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, displays 31 and 32 in which the display surfaces 3a1 and 3a2 have a planar shape are adopted, and the display surfaces 3a1 and 3a2 are elements in the space on the lower surface side of the two-surface corner reflector array 2A. It arrange | positions so that it may become an arbitrary angle with respect to plane S1, S2, for example, 90 degree | times (perpendicular). Further, in the present embodiment, the displays 31 and 32 are arranged such that the central portion (intersection of two equal sides in each display 31 and 32) is in contact with the central portion (intersection of two equal sides) of the two-surface corner reflector array 2A. Arranged in the state. Note that the orientation of the displays 31 and 32 is not necessarily limited to this, and the image O1 displayed on the display surfaces 3a1 and 3a2 when viewed from a certain viewpoint on the upper surface side of the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2. , O2 can be appropriately set as long as the real image (real mirror images P1, P2) can be seen.

次に、本実施形態に係る視差式3次元空中映像表示装置X1の作用について説明する。2つの2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2のうち観察者Wから見て相対的に左側に配置した2面コーナーリフレクタアレイ2A1を通じて、表示面3a1の2面コーナーリフレクタアレイ2A1の素子平面S1に対する面対称位置には、表示面3a1に表示された映像O1の実鏡映像P1として、映像O1と同一図形の像が結像する。また、観察者Wから見て相対的に右側に配置した2面コーナーリフレクタアレイ2A2を通じて、表示面3a2の2面コーナーリフレクタアレイ2A2の素子平面S2に対する面対称位置には、表示面3a2に表示された映像O2の実鏡映像P2として、映像O2と同一図形の像が結像する。そして、これら実鏡映像P1,P2は空間的に重なり合う位置(本実施形態では2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2の中心部における上方空間)に結像し、観察者Wが右目で2面コーナーリフレクタアレイ2A1を通じて結像される実鏡映像P1を見るとともに、左目で2面コーナーリフレクタアレイ2A2を通じて結像される実鏡映像P2を見ると、両眼視差により立体空中映像を観察することができる。   Next, an operation of the parallax type 3D aerial image display device X1 according to the present embodiment will be described. Through the two-surface corner reflector array 2A1 which is disposed on the left side relative to the observer W among the two two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2, the display surface 3a1 is plane-symmetric with respect to the element plane S1 of the two-surface corner reflector array 2A1. At the position, an image of the same figure as the image O1 is formed as a real mirror image P1 of the image O1 displayed on the display surface 3a1. Further, the display surface 3a2 is displayed on the display surface 3a2 at a plane-symmetrical position of the display surface 3a2 with respect to the element plane S2 of the two-surface corner reflector array 2A2 through the two-surface corner reflector array 2A2 that is disposed on the right side as viewed from the observer W. As an actual mirror image P2 of the image O2, an image having the same figure as the image O2 is formed. These real mirror images P1 and P2 are imaged at spatially overlapping positions (in this embodiment, the upper space at the center of the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2), and the observer W is the right-eye and the two-surface corner reflector. When viewing the real mirror image P1 imaged through the array 2A1 and viewing the real mirror image P2 imaged through the two-plane corner reflector array 2A2 with the left eye, a stereoscopic aerial image can be observed by binocular parallax.

このように、本実施形態の3次元空中映像表示装置X1によれば、ディスプレイ31,32の表示面3a1,3a2に表示される各映像O1,O2をそれぞれ2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を通じてそれぞれの素子平面S1、S2に対する面対称位置に歪みのない実像P1,P2を視差方式により3次元空中映像として表示させることができ、何もない空中に浮遊して上下の視点移動に対しても映像位置が動かない立体空中映像という新しい立体映像の提示様式を提供することが可能である。   As described above, according to the three-dimensional aerial image display device X1 of the present embodiment, the images O1 and O2 displayed on the display surfaces 3a1 and 3a2 of the displays 31 and 32 are respectively transmitted through the two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2. Real images P1 and P2 having no distortion at the planes of symmetry with respect to the element planes S1 and S2 can be displayed as a three-dimensional aerial image by a parallax method, and the image can be floated in an empty space to move up and down the viewpoint. It is possible to provide a new 3D video presentation style called 3D aerial video that does not move.

しかも、本実施形態に係る立体空中映像表示装置X1は、視差による立体画像が表示可能であり、実鏡映像P1,P2の位置が立体画像の提示位置と一致することにより、少数の視差画像しかなくても輻輳と焦点の不一致を解消することができる。   In addition, the stereoscopic aerial image display device X1 according to the present embodiment can display a stereoscopic image based on parallax, and the positions of the real mirror images P1 and P2 coincide with the presentation position of the stereoscopic image, so that only a small number of parallax images can be displayed. Even if it is not, it is possible to eliminate the inconsistency between the congestion and the focus.

また、本実施形態の視差式立体空中映像表示装置X1は、1つの2面コーナーリフレクタアレイ2Aを通じて結像される実像を片眼で観察するものとして捉え、上述した実施形態のように2つの2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を並べて配置した場合、各2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を通じて結像される各実像P1,P2を、視差方式を利用して立体空中映像として表示するものである。したがって、2つの2面コーナーリフレクタアレイ2A1,2A2を並べて配置した場合には、視点がある方向に制限されてしまうが、上記実施形態で用いた2面コーナーリフレクタアレイ2Aと同様の構成のものを3つ以上環状ないし部分環状(扇状)に並べて配置し、各2面コーナーリフレクタアレイ2Aに対応してそれぞれに同一の被投影物を同じ位置及び角度関係で配置した場合には、複数の視点から立体空中映像を観察可能な3次元空中映像表示装置とすることも可能である。つまり、所定の視点から観察可能な立体空中映像を表示する2つの2面コーナーリフレクタアレイのうち右目用結像光学系として機能する2面コーナーリフレクタアレイは、異なる視点から観察可能な立体空中映像を表示する2つの2面コーナーリフレクタアレイのうち左目用結像光学系として機能する場合がある。すなわち、本実施形態の立体空中映像表示装置では、複数並べた2面コーナーリフレクタアレイ2Aの枚数から1を引いた数が、両眼視差を利用して3次元空中映像を観察可能な視点の数になり、複数の視点から同一形状の立体空中映像を同時に観察することが可能となり、立体空中映像の多視点化を容易に実現することができる。   In addition, the parallax type stereoscopic aerial image display device X1 of the present embodiment regards a real image formed through one two-plane corner reflector array 2A as being observed with one eye, and two two like the above-described embodiment. When the surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 are arranged side by side, the real images P1 and P2 formed through the two surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 are displayed as stereoscopic aerial images using a parallax method. Therefore, when the two two-surface corner reflector arrays 2A1 and 2A2 are arranged side by side, the viewpoint is limited to a certain direction, but the same configuration as the two-surface corner reflector array 2A used in the above embodiment is used. When three or more are arranged side by side in a ring or partial ring (fan shape) and the same projection object is arranged in the same position and angular relationship corresponding to each two-sided corner reflector array 2A, from a plurality of viewpoints A three-dimensional aerial image display device capable of observing a three-dimensional aerial image is also possible. That is, the two-surface corner reflector array that functions as the right-eye imaging optical system among the two two-surface corner reflector arrays that display a stereoscopic aerial image that can be observed from a predetermined viewpoint, displays a stereoscopic aerial image that can be observed from different viewpoints. Of the two two-surface corner reflector arrays to be displayed, the left-eye imaging optical system may function. That is, in the stereoscopic aerial image display device of the present embodiment, the number obtained by subtracting 1 from the number of the two-sided corner reflector array 2A arranged in a plurality is the number of viewpoints that can observe a three-dimensional aerial image using binocular parallax. Accordingly, it is possible to simultaneously observe a stereoscopic aerial image having the same shape from a plurality of viewpoints, and it is possible to easily realize a multi-viewpoint of the stereoscopic aerial image.

また、環状ないし部分環状(扇状)に並べた複数の2面コーナーリフレクタアレイをそれぞれ中心部(相等しい2辺の交点)側を反中心部側よりも凹ませた姿勢で配置したり、反中心部側を中心部(相等しい2辺の交点)側よりも凹ませた姿勢で配置することも可能である。これらの場合、隣り合う各2面コーナーリフレクタアレイの素子平面(対象面)は同一平面上に形成されないが、各2面コーナーリフレクタを通じて結像する被投影物の実鏡映像が空中で重なり合うように設定すれば、視差により空中立体映像を観察することができる。   In addition, a plurality of two-sided corner reflector arrays arranged in an annular shape or a partial annular shape (fan shape) are arranged in a posture in which the center portion (intersection of two equal sides) side is recessed from the anti-center portion side, It is also possible to arrange the part side in a posture that is recessed from the center part (the intersection of two equal sides) side. In these cases, the element planes (target planes) of the adjacent two-sided corner reflector arrays are not formed on the same plane, but the real mirror images of the projections formed through the two-sided corner reflectors overlap in the air. If set, an aerial stereoscopic image can be observed by parallax.

さらに、図5に示すように、2面コーナーリフレクタアレイ2Aのうち被投影物Oを配置する側(図示例では下方側)に素子平面Sと直交する姿勢で鏡Mを配置し、この鏡Mに対して所定角度でディスプレイ3’を配置した立体空中実鏡映像表示装置X2を構成することもできる。なお、図5では、説明の便宜上、1つの2面コーナーリフレクタ2Aに対する鏡M及び被投影物O(ディスプレイ3’)の配置態様を示しているが、図1に倣って2つ以上の2面コーナーリフレクタ2Aを並べ、各2面コーナーリフレクタ2Aに対応してそれぞれ鏡M及び被投影物O(ディスプレイ3’)を配置することによって立体空中実鏡映像表示装置X2を構成している。また、2面コーナーリフレクタ2A自体は上述した実施形態における2面コーナーリフレクタ2Aと同様のものである。   Further, as shown in FIG. 5, a mirror M is arranged in a posture orthogonal to the element plane S on the side where the projection object O is arranged (lower side in the illustrated example) in the two-surface corner reflector array 2A. The stereoscopic aerial mirror image display device X2 in which the display 3 ′ is arranged at a predetermined angle with respect to can also be configured. 5 shows the arrangement of the mirror M and the projection object O (display 3 ′) with respect to one two-sided corner reflector 2A for convenience of explanation, two or more two-sided surfaces according to FIG. The three-dimensional aerial mirror image display device X2 is configured by arranging the corner reflectors 2A and arranging the mirror M and the projection object O (display 3 ′) corresponding to each of the two-surface corner reflectors 2A. Further, the two-sided corner reflector 2A itself is the same as the two-sided corner reflector 2A in the above-described embodiment.

具体的には、図5に示すように、鏡Mを境界にして外側(反中心部側)にディスプレイ3’を任意の角度で配置すると、ディスプレイ3’に表示される映像(図示例ではディスプレイ3’の表示面3a’に表示させた被投影物O)の虚像Vが鏡Mに対する面対象位置(中心部側)に表示され、この虚像Vが鏡M及び2面コーナーリフレクタアレイ2Aを通じて、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの素子平面Sに対する面対象位置に実像(実鏡映像)Pとして表示される。したがって、2つ以上並べて配置した2面コーナーリフレクタアレイ2Aを通じて、各2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上方側における虚像Vの素子平面Sに対する面対称位置に、各ディスプレイ3’に表示された映像Oの実鏡映像P’として、映像Oと同一図形の像がそれぞれ結像する。そして、これら各実鏡映像Pは空間的に重なり合う位置に結像し、観察者Wは両眼視差により立体空中映像として観察することができる。   Specifically, as shown in FIG. 5, when the display 3 ′ is arranged at an arbitrary angle on the outside (on the opposite side of the center) with the mirror M as a boundary, an image (display in the illustrated example) is displayed on the display 3 ′. The virtual image V of the projection object O) displayed on the 3 ′ display surface 3a ′ is displayed at the surface target position (center side) with respect to the mirror M, and this virtual image V passes through the mirror M and the two-surface corner reflector array 2A. A real image (real mirror image) P is displayed at the surface target position with respect to the element plane S of the two-surface corner reflector array 2A. Therefore, through the two-surface corner reflector array 2A arranged in two or more, the image O displayed on each display 3 ′ is positioned in a plane-symmetrical position with respect to the element plane S of the virtual image V on the upper side of each two-surface corner reflector array 2A. As the real mirror image P ′, images of the same figure as the image O are formed. Each of these real mirror images P forms an image at a spatially overlapping position, and the observer W can observe as a stereoscopic aerial image by binocular parallax.

このような立体空中実鏡映像表示装置X2であっても、上述した視差方式により、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上方側に空中立体映像を表示することができる。このような態様であれば、ディスプレイ3’(被投影物O)として、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの平面形状よりも大きい平面形状のものを適用することが可能になるとともに、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの中心部側にディスプレイ3’を配置する必要がないため、中心部側の下方に広いフリースペースを確保することができる。   Even such a stereoscopic aerial image display device X2 can display an aerial stereoscopic image above the two-sided corner reflector array 2A by the above-described parallax method. With such an aspect, it is possible to apply a planar shape larger than the planar shape of the two-sided corner reflector array 2A as the display 3 ′ (projected object O) and the two-sided corner reflector array. Since it is not necessary to arrange the display 3 ′ on the center side of 2A, a wide free space can be secured below the center side.

また、図6に示す立体空中実鏡映像表示装置X3においては、3つ以上の2面コーナーリフレクタアレイ2Aを環状又は部分環状(図示例では環状)に並べて配置するとともに、各2面コーナーリフレクタアレイ2Aに対応させてそれぞれ鏡M及びディスプレイ3’を配置した場合には、2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上方に複数の視点毎に観察可能な実像Pが結像し、観察者は両眼視差により立体空中映像として観察することができる。なお、図6では、ディスプレイ3’の表示面全体に表示させた四角形状の映像Oを2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上方側に実鏡映像Pとして結像させた場合を模式的に示し、実鏡映像Pを被投影物(映像O)よりも意図的に大きく示している。   In the stereoscopic aerial mirror image display device X3 shown in FIG. 6, three or more two-surface corner reflector arrays 2A are arranged side by side in an annular shape or a partial annular shape (annular shape in the illustrated example), and each two-surface corner reflector array is arranged. When the mirror M and the display 3 ′ are respectively arranged corresponding to 2A, a real image P that can be observed for each of a plurality of viewpoints is formed above the two-sided corner reflector array 2A. It can be observed as a three-dimensional aerial image. FIG. 6 schematically shows a case where a quadrangular image O displayed on the entire display surface of the display 3 ′ is imaged as a real mirror image P on the upper side of the two-surface corner reflector array 2A. The mirror image P is intentionally shown larger than the projection object (image O).

また、上述した各実施形態において2面コーナーリフレクタアレイを構成する2面コーナーリフレクタとしては単に直交する2枚の反射面が存在すればよく、この反射面としては、金属等の光を反射する物質の鏡面精度の平坦度を持つ端面もしくは膜による反射および、屈折率の異なる透明な媒質同士の鏡面精度の平坦度を持つ境界における全反射などの現象を利用することができる。より具体的には、例えば、上述した実施形態では、図2、図3で示したように、2面コーナーリフレクタアレイ2Aにおいて、薄板状の基盤21に正方形状の穴22を形成し、その穴の内周壁のうち隣接する2つにより2面コーナーリフレクタを形成したが、このような構成に変えて、図7に拡大して示すように、基盤21の厚み方向に突出する透明な筒状体23のそれぞれに2面コーナーリフレクタ1’を形成し、このような筒状体23を碁盤目状に多数形成した2面コーナーリフレクタアレイ2A’としてもよい。この場合、各筒状体23の内壁面のうち、直交する2つを鏡面要素11’,12’とした態様によっても2面コーナーリフレクタ1’を形成することが可能である。この場合、上述した実施形態と同様に、2面コーナーリフレクタ1’で2回反射する光が、基盤21の面方向すなわち素子平面S’に対して面対称な点を通過することにより、被投影物とは素子平面S’に対して反対側の空間に立体空中映像を結像させることができる。   Further, in each of the above-described embodiments, the two-surface corner reflector that constitutes the two-surface corner reflector array only needs to have two orthogonal reflecting surfaces, and the reflecting surface may be a substance that reflects light such as metal. It is possible to use phenomena such as reflection by an end face or film having a flatness with a specular accuracy of 5 mm and total reflection at a boundary having flatness with a specular accuracy between transparent media having different refractive indexes. More specifically, for example, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, in the two-sided corner reflector array 2 </ b> A, a square hole 22 is formed in the thin plate-like base 21, and the hole A two-sided corner reflector is formed by two adjacent ones of the inner peripheral walls of the glass plate, but instead of such a configuration, as shown in an enlarged view in FIG. A two-sided corner reflector array 2A ′ may be formed in which a two-sided corner reflector 1 ′ is formed in each of the two 23 and a large number of such cylindrical bodies 23 are formed in a grid pattern. In this case, the two-surface corner reflector 1 ′ can be formed also by an aspect in which two orthogonal surfaces among the inner wall surfaces of each cylindrical body 23 are mirror surface elements 11 ′ and 12 ′. In this case, similarly to the above-described embodiment, the light reflected twice by the two-surface corner reflector 1 ′ passes through a point that is plane-symmetric with respect to the surface direction of the substrate 21, that is, the element plane S ′. A three-dimensional aerial image can be formed in a space opposite to the element plane S ′.

なお、筒状体23の鏡面要素11’,12’以外の内壁面を鏡面としないか、もしくは素子平面S’に対して垂直以外の角度をつけることにより、余分な反射をなくして、より鮮明な像を得ることができる。また、2面コーナーリフレクタ1’を構成する2つの鏡面11’,12’は全反射を利用することもできるし、反射膜による反射を利用することも可能である。特に、鏡面11’,12’の全反射を利用する場合、全反射には臨界角が存在するため、多重反射は起こりにくくなることが期待できる。さらに、鏡面を形成すべき筒状体の2つの面に金属反射膜を付け、筒状体同士を接着することも可能である。この場合、鏡面以外の面への非鏡面化等の多重反射対策は必要であるが、開口率が高くなり、透過率が高い2面コーナーリフレクタアレイを得ることができる。   It should be noted that the inner wall surface other than the mirror surface elements 11 ′ and 12 ′ of the cylindrical body 23 is not a mirror surface, or an angle other than perpendicular to the element plane S ′ is provided, thereby eliminating excessive reflection and making it clearer. A good image can be obtained. The two mirror surfaces 11 ′ and 12 ′ constituting the two-surface corner reflector 1 ′ can use total reflection or can use reflection by a reflection film. In particular, when the total reflection of the mirror surfaces 11 ′ and 12 ′ is used, it can be expected that multiple reflections are less likely to occur because there is a critical angle for total reflection. Furthermore, it is also possible to attach a metal reflection film to two surfaces of a cylindrical body on which a mirror surface is to be formed, and bond the cylindrical bodies to each other. In this case, it is necessary to take measures against multiple reflections such as non-specularization to a surface other than the mirror surface, but a two-surface corner reflector array having a high aperture ratio and a high transmittance can be obtained.

その他、2面コーナーリフレクタを構成する2つの鏡面要素は、直交する2枚の反射面さえ形成できれば相互に接触させずに相互に間隙を空けて配置されていてもよいことや、多視点空中映像表示光学系又は2面コーナーリフレクタアレイの形状は自由に設定できることなど、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、種々変更が可能である。   In addition, the two specular elements constituting the two-surface corner reflector may be arranged with a gap between each other without being in contact with each other as long as two orthogonal reflecting surfaces can be formed. The specific configuration of each part is not limited to the above-described embodiment, such as the shape of the display optical system or the two-surface corner reflector array can be freely set, and various modifications can be made.

<第2実施形態> 次に、本発明の第2実施形態について図8〜図10を参照して説明する。本実施形態に係る3次元空中映像表示装置X4は、上記第1実施形態における実鏡映像結像光学系を2面コーナーリフレクタアレイ2Aから、ハーフミラー5とレトロリフレクタアレイ6を利用した実鏡映像結像光学系2Bに換えた構成を有するものである。図8では、説明の便宜上、1つの実鏡映像結像光学系2B、及びこの実鏡映像結像光学系2Bに対する被投影物O(ディスプレイ3)の配置態様を示しているが、図1に倣って2つ以上の実鏡映像結像光学系2Bを並べて配置するとともに、各の実鏡映像結像光学系2Bに対応してそれぞれ被投影物O(ディスプレイ3)を配置することによって立体空中実鏡映像表示装置X4を構成している。ディスプレイ3は第1実施形態のものに準じる構成であるが、平面形状は三角形状又は四角形状或いはその他の形状であっても構わない。   Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The three-dimensional aerial image display device X4 according to the present embodiment uses the real mirror image forming optical system in the first embodiment from the two-surface corner reflector array 2A to the real mirror image using the half mirror 5 and the retro reflector array 6. It has a configuration replaced with the imaging optical system 2B. For convenience of explanation, FIG. 8 shows one real mirror image forming optical system 2B and the arrangement of the projection object O (display 3) with respect to this real mirror image forming optical system 2B. By copying and arranging two or more real mirror image forming optical systems 2B side by side, and arranging each projection object O (display 3) corresponding to each real mirror image forming optical system 2B, the three-dimensional air A real mirror image display device X4 is configured. The display 3 has a configuration similar to that of the first embodiment, but the planar shape may be a triangular shape, a quadrangular shape, or other shapes.

本実施形態で適用される実鏡映像結像光学系2Bは、図8に示すように、ハーフミラー5のハーフミラー面51を対称面として、ハーフミラー面51の下面側の空間に配置したディスプレイ3の表示面31に表示される映像Oをハーフミラー面51で反射し、さらにレトロリフレクタアレイ6で再帰反射して入射してきた方向に戻り、ハーフミラー面51を透過することによって、映像Oの経時的な集合の対称面としてのハーフミラー面51に対する面対称位置に鏡映像Pを結像させるものである。ここで「再帰反射」とは、反射光を入射光が入射してきた方向へ反射(逆反射)する現象をいい、入射光と反射光とは平行であり且つ逆向きとなる。このような再帰反射作用を奏するレトロリフレクタをアレイ状に配置したものがレトロリフレクタアレイ6である。   As shown in FIG. 8, the real mirror image forming optical system 2 </ b> B applied in the present embodiment has a display in which the half mirror surface 51 of the half mirror 5 is a symmetrical surface and is disposed in a space on the lower surface side of the half mirror surface 51. 3 is reflected by the half mirror surface 51, is then retroreflected by the retroreflector array 6, returns to the incident direction, and is transmitted through the half mirror surface 51. A mirror image P is formed at a plane symmetrical position with respect to the half mirror surface 51 as a symmetrical plane of the set over time. Here, “retroreflection” refers to a phenomenon in which reflected light is reflected (reversely reflected) in a direction in which incident light is incident. The incident light and the reflected light are parallel and opposite to each other. A retro-reflector array 6 is an array of retro-reflectors having such a retroreflective action.

レトロリフレクタアレイ6には、入射光を厳密に逆反射させるものであればあらゆる種類のものを適用することができ、素材表面への再帰反射膜や再帰反射塗料のコーティングなども考えられる。また、その形状も図8に示すように曲面としてもよいし、平面とすることもできる。例えば、図9(a)に正面図の一部を拡大して示すレトロリフレクタアレイ6は、直方体内角の1つの角を利用するコーナーキューブの集合であるコーナーキューブアレイである。個々のレトロリフレクタ61は、3つの同形同大の直角二等辺三角形をなす鏡面61a,61b,61cを1点に集合させて正面視した場合に正三角形を形成するものであり、これら3つの鏡面61a,61b,61cは互いに直交してコーナーキューブを構成している。また、同図(b)に正面図の一部を拡大して示すレトロリフレクタアレイ6も、直方体内角の1つの角を利用するコーナーキューブの集合であるコーナーキューブアレイである。個々のレトロリフレクタ61は、3つの同形同大の正方形をなす鏡面61a,61b,61cを1点に集合させて正面視した場合に正六角形を形成するものであり、これら3つの鏡面61a,61b,61cは互いに直交している。このレトロリフレクタアレイ6は、同図(a)のレトロリフレクタアレイ6とは形状が異なるだけで再帰反射の原理は同じである。図10(a)(b)に、図9(a)(b)にそれぞれ示したレトロリフレクタアレイ6を例にして説明すると、鏡面のうちの一つ(例えば61a)に入射した光は、順次他の鏡面(61b,61c)で反射することで、レトロリフレクタ61へ光が入射してきた元の方向へ反射する。なおレトロリフレクタアレイ6に対する入射光と出射光の経路は、厳密には重ならず平行であるが、レトロリフレクタ61がレトロリフレクタアレイ6と比べて十分小さい場合には、入射光と出射光の経路が重なっているとみなしてもよい。これら2種類のコーナーキューブアレイの違いは、鏡面が二等辺三角形のものは比較的作成しやすいが反射率が若干低くなり、鏡面が正方形のものは二等辺三角形のものと比較して作成がやや難しい反面、反射率が高い、ということである。   Any type of retroreflector array 6 can be used as long as it strictly reflects back incident light, and a retroreflective film or a retroreflective coating may be applied to the surface of the material. Moreover, the shape may be a curved surface as shown in FIG. 8, or may be a flat surface. For example, the retroreflector array 6 shown in an enlarged part of the front view in FIG. 9A is a corner cube array that is a set of corner cubes using one corner of a rectangular parallelepiped. The individual retro-reflectors 61 form a regular triangle when the mirror surfaces 61a, 61b, 61c forming three isosceles right-angled isosceles triangles are gathered at one point and viewed from the front. The mirror surfaces 61a, 61b, 61c are orthogonal to each other to form a corner cube. In addition, the retroreflector array 6 shown in an enlarged part of the front view in FIG. 4B is also a corner cube array that is a set of corner cubes that use one corner of the rectangular parallelepiped. Each retroreflector 61 forms a regular hexagon when the mirror surfaces 61a, 61b, 61c forming three squares of the same shape and the same size are gathered at one point and viewed from the front, and these three mirror surfaces 61a, 61b and 61c are orthogonal to each other. The retroreflector array 6 is different in shape from the retroreflector array 6 shown in FIG. 10A and 10B, the retroreflector array 6 shown in FIGS. 9A and 9B will be described as an example. Light incident on one of the mirror surfaces (for example, 61a) By reflecting on the other mirror surfaces (61b, 61c), the light is reflected in the original direction in which the light has entered the retroreflector 61. The paths of the incident light and the outgoing light with respect to the retroreflector array 6 are not strictly overlapping but are parallel to each other. However, when the retroreflector 61 is sufficiently smaller than the retroreflector array 6, the paths of the incident light and the outgoing light. May be considered as overlapping. The difference between these two types of corner cube arrays is that the mirror surface is isosceles triangle is relatively easy to create, but the reflectivity is slightly lower, and the mirror surface is square is slightly easier to create than the isosceles triangle. While difficult, it has a high reflectivity.

なお、レトロリフレクタアレイ6には、上述したコーナーキューブアレイの他にも、3つの鏡面により光線を再帰反射させるもの(広義には「コーナーリフレクタ」)を採用することができる。図示しないが、例えば、単位再帰反射素子として、3つの鏡面のうち2つの鏡面同士が直交し、且つ他の1つの鏡面が他の2つの鏡面に対して90/N度(ただしNは整数とする)をなすものや、3つの鏡面がそれぞれ隣接する鏡面となす角度が90度、60度及び45度となる鋭角レトロリフレクタが、本実施形態に適用される再帰反射素子3として適している。その他にも、キャッツアイレトロリフレクタ等も単位再帰反射素子として利用することができる。これらのレトロリフレクタアレイは、平面的なものであっても、屈曲又は湾曲していてもよい。図8の例では、部分球面形状のレトロリフレクタアレイ6をディスプレイ3の外側に配置したが、表示面31の映像Oから発してハーフミラー5で反射した光を再帰反射することができるのであれば、レトロリフレクタアレイ6の形状及び配置位置は適宜に設定することができる。   In addition to the corner cube array described above, a retroreflector array 6 that retroreflects light rays with three mirror surfaces (“corner reflector” in a broad sense) can be employed. Although not shown, for example, as a unit retroreflective element, two mirror surfaces of three mirror surfaces are orthogonal to each other, and another mirror surface is 90 / N degrees with respect to the other two mirror surfaces (where N is an integer) And acute angle retroreflectors having angles of 90 degrees, 60 degrees, and 45 degrees formed by the adjacent mirror surfaces of the three mirror surfaces are suitable as the retroreflective element 3 applied to the present embodiment. In addition, a cat's eye retro reflector or the like can be used as a unit retroreflective element. These retro-reflector arrays may be planar or bent or curved. In the example of FIG. 8, the partially spherical retroreflector array 6 is arranged outside the display 3. However, if the light emitted from the image O on the display surface 31 and reflected by the half mirror 5 can be retroreflected. The shape and arrangement position of the retro reflector array 6 can be set as appropriate.

一方、ハーフミラー5は、例えば透明樹脂やガラス等の透明薄板の一方の面に薄い反射膜をコーティングしたものを利用することができる。この透明薄板の反対側の面には、無反射処理(ARコート)を施すことで、観察される実鏡映像Pが2重になるのを防止することができる。なお、ハーフミラー5の実上面には、それぞれ特定方向の光線を透過し且つ別の特定方向の光線を遮断するか、あるいは特定方向の光線のみを拡散する視線制御手段として、視界制御フィルム又は視野角調整フィルム等の光学フィルム52を貼り付けて設けることができる。具体的にはこの光学フィルム52により、映像Oがハーフミラー5を直接透過した光が所定の視点以外の位置には届かないようにすることで、ハーフミラー5を通じて所定の視点以外からディスプレイ3の表示面3の映像Oが直接観察できるようになることを防止する一方で、後述するハーフミラー5で一旦反射してレトロリフレクタアレイ6で再帰反射した後にハーフミラー6を透過する方向の光線のみを透過させることで、映像Oの実像Pのみを特定の視点から観察できるようにしている。   On the other hand, the half mirror 5 can use, for example, a thin reflective film coated on one surface of a transparent thin plate such as a transparent resin or glass. By applying anti-reflection treatment (AR coating) to the opposite surface of the transparent thin plate, it is possible to prevent the observed real mirror image P from being doubled. In addition, on the actual upper surface of the half mirror 5, a visual field control film or a visual field is used as a visual line control means that transmits a light beam in a specific direction and blocks a light beam in another specific direction or diffuses only a light beam in a specific direction. An optical film 52 such as a corner adjusting film can be attached and provided. Specifically, the optical film 52 prevents the light directly transmitted through the half mirror 5 from reaching the position other than the predetermined viewpoint through the optical mirror 52, thereby allowing the display 3 to be displayed from other than the predetermined viewpoint through the half mirror 5. While preventing the image O of the display surface 3 from being directly observable, only the light rays in the direction that passes through the half mirror 6 after being reflected once by the half mirror 5 described later and retroreflected by the retroreflector array 6 are used. By transmitting, only the real image P of the video O can be observed from a specific viewpoint.

このようなハーフミラー5及びレトロリフレクタアレイ6で構成した実鏡映像結像光学系2Bを第1実施形態の場合と同様に少なくとも2つ並べて配置するとともに、実鏡映像結像光学系2Bに対応してそれぞれに同一の被投影物Oを同じ位置及び角度関係で配置した3次元空中映像表示装置X4では、相対的に左側に配置した実鏡映像結像光学系2Bである右目用結像光学系によって結像される対応する被投影物の実鏡映像と、相対的に右側に配置した実鏡映像結像光学系2Bである左目用結像光学系によって結像される対応する被投影の実鏡映像とを同じ位置で重ね合わせて表示させることができ、視差により立体空中映像をハーフミラー5の上面側の空間に結像させて観察することが可能である。   As in the case of the first embodiment, at least two real mirror image forming optical systems 2B constituted by the half mirror 5 and the retroreflector array 6 are arranged side by side and correspond to the real mirror image forming optical system 2B. In the three-dimensional aerial image display device X4 in which the same projection object O is disposed at the same position and angular relationship, the right-eye imaging optical system that is the real mirror image imaging optical system 2B disposed relatively on the left side. A real mirror image of the corresponding projection object imaged by the system, and a corresponding projection image formed by the left-eye imaging optical system which is the real mirror image imaging optical system 2B disposed relatively on the right side. The real mirror image can be superimposed and displayed at the same position, and the stereoscopic aerial image can be imaged in the space on the upper surface side of the half mirror 5 by the parallax and observed.

<第3実施形態> 次に、本発明の第3実施形態を、図11、図12を参照して説明する。本実施形態に係る3次元空中映像表示装置X5は、実鏡映像結像光学系としてマイクロレンズアレイ2C(図11に示すマイクロレンズアレイ2C1,2C2を総称して2Cとする)を適用したものであり、ディスプレイ3(図11に示すディスプレイ31、32を総称して3とする)は第1実施形態のものに準じる構成であり、任意の平面形状をなす。なお、図11には平面視略矩形状のディスプレイ3を示している。本実施形態ではこのディスプレイ3をマイクロレンズアレイ2Cと対向する位置(図11では、ディスプレイ31の表示面3a1とマイクロレンズアレイ2C1の素子平面S3とが平行になる位置、ディスプレイ32の表示面3a2とマイクロレンズアレイ2C2の素子平面S4とが平行になる位置)に配置している。   <Third Embodiment> Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The three-dimensional aerial image display device X5 according to the present embodiment is an application of a microlens array 2C (the microlens arrays 2C1 and 2C2 shown in FIG. 11 are collectively referred to as 2C) as a real mirror image forming optical system. The display 3 (the displays 31 and 32 shown in FIG. 11 are collectively referred to as 3) has a configuration similar to that of the first embodiment, and has an arbitrary planar shape. FIG. 11 shows the display 3 having a substantially rectangular shape in plan view. In the present embodiment, the display 3 is opposed to the microlens array 2C (in FIG. 11, the display surface 3a1 of the display 31 and the element plane S3 of the microlens array 2C1 are parallel to each other, the display surface 3a2 of the display 32, The microlens array 2C2 is disposed at a position parallel to the element plane S4.

マイクロレンズアレイ2Cは、図12に示すように、多数のマイクロレンズ7を1つの素子平面S(図11に示す素子平面S3,S4を総称してSとする)上に並べて構成される。マイクロレンズ7は無焦点型または焦点側の何れであってもよい。なお、無焦点側のマイクロレンズはアフォーカルレンズと称される。具体的にマイクロレンズ7は、素子平面Sに垂直な光軸gを共有し且つ互いの焦点距離fs,feを隔てた2つのレンズ71、72から構成される。この例では、レンズ71、72として共に凸レンズを適用している。これにより、素子平面Sの一方側からレンズ71…に入射した光は、それぞれ対をなす他方側のレンズ72…から出射して、光源とは素子平面Sに対して面対称となる位置に集光する。すなわち、図11において光源となるディスプレイ31,32の表示面3a1,3a2に表示される映像O1,O2は、素子平面S3,S4に対する面対称位置に結像する。なお、マイクロレンズアレイ2Cを用いて被投影物を素子平面Sに対する面対称位置に実像として結像させる場合、視野角は素子平面Sに対して垂直に近い方向に制限される。   As shown in FIG. 12, the microlens array 2C is configured by arranging a large number of microlenses 7 on one element plane S (element planes S3 and S4 shown in FIG. 11 are collectively referred to as S). The microlens 7 may be either a non-focal type or a focal side. The non-focal-side microlens is referred to as an afocal lens. Specifically, the microlens 7 includes two lenses 71 and 72 that share an optical axis g perpendicular to the element plane S and are spaced from each other by focal lengths fs and fe. In this example, convex lenses are applied as the lenses 71 and 72. As a result, light incident on the lenses 71 from one side of the element plane S is emitted from the other pair of lenses 72 and collected at a position that is plane-symmetric with respect to the element plane S. Shine. That is, the images O1 and O2 displayed on the display surfaces 3a1 and 3a2 of the displays 31 and 32 serving as the light sources in FIG. 11 are imaged at plane symmetry positions with respect to the element planes S3 and S4. Note that, when the projection object is formed as a real image at a plane-symmetrical position with respect to the element plane S using the microlens array 2C, the viewing angle is limited to a direction near the element plane S.

そして、第1実施形態と同様に、このような実鏡映像結像光学系2Cを少なくとも2つ(図示例では2つ)並べて配置するとともに、各実鏡映像結像光学系2C1,2C2に対応してそれぞれに同一の被投影物O1,O2を同じ位置及び角度関係で配置した3次元空中映像表示装置X5を構成することにより、相対的に左側に配置した実鏡映像結像光学系2C1である右目用結像光学系によって結像される対応する被投影物O1の実鏡映像P1と、相対的に右側に配置した実鏡映像結像光学系2C2である左目用結像光学系によって結像される対応する被投影O2の実鏡映像P2とを同じ位置で重ね合わせて表示させることができ、視差により立体空中映像を実鏡映像結像光学系2C1,2C2の上面側の空間に結像させて観察することが可能である。   As in the first embodiment, at least two (two in the illustrated example) such real mirror image forming optical systems 2C are arranged side by side, and correspond to each of the real mirror image forming optical systems 2C1 and 2C2. By configuring the three-dimensional aerial image display device X5 in which the same projections O1 and O2 are disposed at the same position and angle relationship, respectively, the real mirror image imaging optical system 2C1 disposed relatively on the left side. A real mirror image P1 of the corresponding projection object O1 imaged by a certain right eye imaging optical system is connected by a left eye imaging optical system which is a real mirror image imaging optical system 2C2 disposed on the right side. The real image P2 of the corresponding projection O2 to be imaged can be superimposed and displayed at the same position, and the stereoscopic aerial image is connected to the space on the upper surface side of the real image imaging optical systems 2C1 and 2C2 by parallax. It is possible to image and observe It is.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述した各例では、被投影物としてディスプレイに表示させた映像を用いたが、物体(3次元)そのものを被投影物として適用することもできる。ただし、観察される実像の奥行きは被投影物の奥行きとは反転したものとなる。また、被投影物としてディスプレイに表示される映像を適用する場合には、ディスプレイとして、画面に映像を表示する一般的な意味でのディスプレイだけでなく、プロジェクタ等で投射された映像を映すスクリーンを採用することもできる。また、ディスプレイの表示面は平面だけでなく曲面であってもよい。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. In each example described above, an image displayed on a display is used as a projection object. However, an object (three-dimensional) itself can be applied as a projection object. However, the depth of the observed real image is reversed from the depth of the projection object. In addition, when applying an image displayed on a display as an object to be projected, not only a display in a general sense of displaying an image on a screen but also a screen that displays an image projected by a projector or the like. It can also be adopted. Further, the display surface of the display may be a curved surface as well as a flat surface.

また、実鏡映像結像光学系を2面コーナーリフレクタアレイで構成する場合には、各2面コーナーリフレクタにおける鏡面としては、固体であるか液体であるかに関わらず金属や樹脂等の光沢のある物質によって形成された平坦面で反射するもの、あるいは異なる屈折率を持つ透明媒質同士の平坦な境界面において反射もしくは全反射するものなどを利用することができる。また、鏡面を全反射によって構成した場合には、複数の鏡面による望まない多重反射は、全反射の臨界角を超える可能性が高くなることから、自然に抑制されることが期待できる。また鏡面は、機能的に問題ない限り、光学的な穴の内壁のごく一部分に形成されていてもよく、平行に配置される複数の単位鏡面により構成されても構わない。後者の態様を換言すれば、1つの鏡面が複数の単位鏡面に分割されても構わないことを意味する。またこの場合、各単位鏡面は、必ずしも同一平面に存在していなくてもよく、それぞれが平行であればよい。さらに、各単位鏡面は、当接している態様、離れている態様のいずれもが許容される。また、光が2面コーナーリフレクタアレイの素子平面の一方側から他方側へと透過する際に2つの鏡面で1回ずつ反射すればよいので、2面コーナーリフレクタにおいて直交する2つの鏡面同士が離れている態様であってもよい。   In addition, when the real mirror image forming optical system is composed of a two-sided corner reflector array, the mirror surface in each two-sided corner reflector has a glossy surface such as metal or resin regardless of whether it is solid or liquid. A material that reflects on a flat surface formed of a certain substance or a material that reflects or totally reflects on a flat boundary surface between transparent media having different refractive indexes can be used. Further, when the mirror surface is configured by total reflection, undesired multiple reflection by a plurality of mirror surfaces is likely to exceed the critical angle of total reflection, so that it can be expected to be naturally suppressed. The mirror surface may be formed on a very small part of the inner wall of the optical hole as long as there is no functional problem, or may be constituted by a plurality of unit mirror surfaces arranged in parallel. In other words, the latter aspect means that one mirror surface may be divided into a plurality of unit mirror surfaces. In this case, the unit mirror surfaces do not necessarily have to be on the same plane as long as they are parallel to each other. Further, each unit mirror surface is allowed to be either in contact with or apart from each other. Further, when light is transmitted from one side of the element plane of the two-sided corner reflector array to the other side, it is only necessary to reflect the light once by two mirror surfaces, so that the two mirror surfaces orthogonal to each other in the two-sided corner reflector are separated from each other. It may be an embodiment.

さらに、本発明において実鏡映像結像光学系として2面コーナーリフレクタアレイを適用する場合、上述した2面コーナーリフレクタアレイ(2A等)以外にも、素子面に垂直であり且つ相互に平行な鏡面を有するスリットミラーアレイ2枚を、上下に鏡面が垂直となるように重ねた構造を有する2面コーナーリフレクタアレイを採用することもできる。   Furthermore, when a two-surface corner reflector array is applied as a real mirror image forming optical system in the present invention, in addition to the above-described two-surface corner reflector array (2A, etc.), mirror surfaces that are perpendicular to the element surface and parallel to each other A two-sided corner reflector array having a structure in which two slit mirror arrays each having a vertical axis are stacked so that the mirror surfaces are vertical may be employed.

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、ディスプレイに表示される映像を、視差により空中に浮かぶ3次元映像として表示させる表示装置として利用することが可能である。   The present invention can be used as a display device that displays a video displayed on a display as a three-dimensional video floating in the air due to parallax.

X1,X2,X3,X4,X5…視差式立体空中映像表示装置
S(S1,S2),S3,S4…対称面(素子平面)
O(O1,O2)…被投影物
P(P1,P2)…実鏡映像
2A(2A1,2A2),2A’,2B,2C(2C1,2C2)…実鏡映像結像光学系
X1, X2, X3, X4, X5 ... Parallax type stereoscopic aerial image display device S (S1, S2), S3, S4 ... Symmetry plane (element plane)
O (O1, O2) ... Projected object P (P1, P2) ... Real mirror image 2A (2A1, 2A2), 2A ', 2B, 2C (2C1, 2C2) ... Real mirror image imaging optical system

Claims (3)

被投影物の実像を、対称面となるある1つの幾何平面に対する面対称位置に結像可能な実鏡映像結像光学系を少なくとも2つ並べて配置し、
各結像光学系に対応してそれぞれに被投影物を配置してなり、
相対的に左側に配置した前記実鏡映像結像光学系である右目用結像光学系によって結像される対応する被投影物の実鏡映像と、
相対的に右側に配置した前記実鏡映像結像光学系である左目用結像光学系によって結像される対応する被投影物の実鏡映像とを同じ位置で重ね合わせて表示させることを特徴とする視差式3次元空中映像表示装置。
Arranging at least two real mirror image-forming optical systems that can form a real image of a projection object at a plane-symmetrical position with respect to a certain geometric plane as a symmetry plane;
A projection object is arranged for each imaging optical system,
A real mirror image of the corresponding projection imaged by the right-eye imaging optical system which is the real mirror video imaging optical system disposed relatively on the left side;
The actual mirror image of the corresponding projection image formed by the left-eye imaging optical system, which is the actual mirror image imaging optical system disposed relatively on the right side, is superimposed and displayed at the same position. A parallax type three-dimensional aerial image display device.
3つ以上の前記実鏡映像結像光学系を並べて配置している請求項1に記載の視差式3次元空中映像表示装置。 The parallax-type three-dimensional aerial image display device according to claim 1, wherein three or more real mirror image forming optical systems are arranged side by side. 複数の前記実鏡映像光学系を環状に並べて配置している請求項1又は2の何れかに記載の視差式3次元空中映像表示装置。 The parallax type three-dimensional aerial image display device according to claim 1, wherein the plurality of real mirror image optical systems are arranged in a ring shape.
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