JP2014139622A - Movable aerial image display device - Google Patents
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本発明は、歪みのない立体空中映像と、この立体空中映像の一部分に相当する平面空中映像とを同じ空間に表示することが可能な表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display device that can display a stereoscopic aerial image without distortion and a planar aerial image corresponding to a part of the stereoscopic aerial image in the same space.
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多数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 as disclosed in Non-Patent
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。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)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. These real mirror image-forming optical systems have no distortion as a real image at an equal magnification in a plane symmetric position with respect to a symmetry plane (element surface of the two-surface corner reflector array, half mirror surface) set on the projection object. If the projection object is two-dimensional, a two-dimensional real image can be observed. If the projection object is three-dimensional, a three-dimensional real image can be observed.
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3参照)。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 based on volume scanning in order to provide a distortion-free aerial image display device to which each of the above-described real mirror image forming optical systems is applied (Patent Literature). 3). 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.
ところで、上述した体積走査型3次元空中映像ディスプレイ装置では、ディスプレイを表示面が対称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ている間は、常に空中立体映像が表示されることになるが、この空中立体映像の適宜箇所における断面や特定部分を表示させることは困難または不可能であった。 By the way, in the above-described volume scanning type three-dimensional aerial image display device, the aerial stereoscopic image is always displayed while the display is operated so that the display surface moves in a direction including a component perpendicular to the symmetry plane. However, it is difficult or impossible to display a cross section or a specific portion at an appropriate position of the aerial stereoscopic image.
そこで本発明は、上述した実鏡映像結像光学系により結像される立体空中映像と、立体空中映像の任意の部分に相当する平面空中映像とを重ね合わせて表示できる装置の提供を主たる目的とするものである。 Accordingly, the present invention mainly provides a device capable of displaying a stereoscopic aerial image formed by the above-described real-mirror image imaging optical system and a planar aerial image corresponding to an arbitrary part of the stereoscopic aerial image. It is what.
すなわち本発明は、第1対称面となるある1つの幾何平面の一方側に表示又は配置した立体映像又は立体物の実像を、第1対称面の他方側である観察側の空間のうち第1対称面に対する面対称位置に立体空中映像として結像可能な立体映像用実鏡映像結像光学系と、第1対称面とは異なる角度で配置され第2対称面となるある1つの幾何平面を有してこの第2対称面の一方側に表示した平面映像の実像を、第2対称面の他方側である観察側の空間のうち第2対称面に対する面対象位置に平面空中映像として結像可能な平面映像用実鏡映像結像光学系と、第2対称面の観察側の空間における、第1対称面の観察側の空間に結像される立体空中映像を切断し得る範囲で移動可能な枠の少なくとも位置及び姿勢に関する情報である枠情報を検出する検出手段と、第2対称面の一方側に配置されて被投影物として平面映像を表示する表示面を備えた平面映像用ディスプレイと、検出手段により検出した枠情報に基づいて平面映像用ディスプレイをその表示面に表示させた平面映像を平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面を透過させて枠内に平面空中映像として結像可能な位置に移動させる制御手段とを備えた可動式空中映像表示装置である。 That is, according to the present invention, a real image of a stereoscopic image or a three-dimensional object displayed or arranged on one side of a certain geometric plane serving as a first symmetry plane is displayed in the first space in the observation side which is the other side of the first symmetry plane. An actual mirror image forming optical system for stereoscopic images capable of forming an image as a stereoscopic aerial image at a plane symmetric position with respect to the symmetry plane, and one geometric plane that is arranged at a different angle from the first symmetry surface and serves as the second symmetry surface The real image of the planar image displayed on one side of the second symmetry plane is imaged as a planar aerial image at the plane target position with respect to the second symmetry plane in the observation side space on the other side of the second symmetry plane. Possible to move within the range that can cut the 3D aerial image formed in the space on the observation side of the first symmetry plane in the real mirror image imaging optical system for plane image and the space on the observation side of the second symmetry plane Detects frame information that is information on at least the position and orientation of the correct frame A planar video display having a display unit arranged on one side of the second symmetry plane and displaying a planar video as a projection object, and a planar video display based on the frame information detected by the detection unit. Control means for moving the planar image displayed on the display surface to a position where it can be imaged as a planar aerial image in the frame through the second symmetry plane of the real mirror image imaging optical system for planar images. It is a movable aerial image display device.
ここで、立体映像用実鏡映像結像光学系及び平面映像用実鏡映像結像光学系は、それぞれの対称面(第1対称面、第2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。立体映像用実鏡映像結像光学系と平面映像用実鏡映像結像光学系とをそれぞれ結像様式の異なる光学系で構成することも可能である。なお、立体物自体や立体映像(体積走査方式で立体的に見せた映像を含む)を立体映像用実鏡映像結像光学系により立体空中映像として結像させた場合、観察可能なその立体空中映像の奥行きは立体物や立体映像の奥行きとは反転したものとなる。 Here, the real mirror image forming optical system for stereoscopic images and the real mirror image forming optical system for planar images are arranged so that the projection object faces the respective planes of symmetry (first symmetry plane, second symmetry plane). An image formed as a real image without distortion at a symmetric position, which is constituted by the above-described two-surface corner reflector array, or one constituted by using a half mirror and a retroreflector array is suitable. Or an optical system configured using an optical device such as a mirror. The real mirror image imaging optical system for stereoscopic images and the real mirror image imaging optical system for planar images can be configured by optical systems having different imaging modes. When a three-dimensional object itself or a three-dimensional image (including a three-dimensional image displayed by the volume scanning method) is imaged as a three-dimensional aerial image using a three-dimensional real image imaging optical system, the three-dimensional aerial image that can be observed The depth of the image is reversed from the depth of the three-dimensional object or the three-dimensional image.
また、枠としては、枠内の領域を枠外の領域から完全に隔離し得る多角形状または環状等の完全閉ループ状をなす実体物が好ましいが、枠内の領域の一部を枠外の領域に開放した例えばコ字形状や部分円弧状等の非完全閉ループ状をなす実体物を適用することもでき、観察時に人の手指等で形作った枠を用いることもできる。さらに、枠内は空間であってもよく、枠内にガラスやアクリル樹脂等の実体物を配置してもよい。 In addition, as the frame, an entity having a completely closed loop shape such as a polygonal shape or an annular shape that can completely isolate the region in the frame from the region outside the frame is preferable, but a part of the region in the frame is opened to the region outside the frame. For example, an entity having an incomplete closed loop shape such as a U-shape or a partial arc shape can be applied, and a frame formed with human fingers or the like at the time of observation can also be used. Further, the inside of the frame may be a space, and an entity such as glass or acrylic resin may be arranged in the frame.
また、検出手段としては、カメラ等の撮像機器(撮像素子)を用いた撮像処理によって枠情報を検出するものや、電磁気や超音波を利用して枠情報を検出するもの、或いは枠を実体物で形成した場合にはこの枠を移動させる例えばリンク機構等の機械的な枠移動機構の作動状態から枠情報を検出するもの等が挙げられる。ここで、枠情報は、第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に関する情報のみからなるものであったり、第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に加えて枠の形状に関するものであってもよい。なお、「枠の形状」には、枠の外観形状のみならず枠の大きさも含まれる。 Further, as a detecting means, a frame information is detected by an imaging process using an imaging device (imaging device) such as a camera, a frame information is detected using electromagnetics or ultrasonic waves, or a frame is an entity. For example, the frame information may be detected from the operating state of a mechanical frame moving mechanism such as a link mechanism that moves the frame. Here, the frame information includes only information on the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane, or the position and orientation of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane. In addition to (angle), it may relate to the shape of the frame. The “frame shape” includes not only the outer shape of the frame but also the size of the frame.
また、本発明に適用される平面映像用ディスプレイは、画面に映像を表示する一般的な意味でのディスプレイ装置だけでなく、プロジェクタ等で投射された映像を映すスクリーン等の映像を表示可能なもの全般を含む趣旨であり、表示面は平面だけでなく曲面であってもよい。平面映像用ディスプレイのサイズは、枠と同等ないし略同等の大きさであってもよいし、枠よりも大きくてもよい。ここで、平面映像用ディスプレイのサイズが枠と同等ないし略同等である場合には、検出手段により第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)のみを検出するように構成すればよく、平面映像用ディスプレイのサイズが枠よりも十分大きい場合には、検出手段により第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に加えて枠の形状を検出するように構成することが好ましい。これは、本発明に係る可動式空中映像表示装置では、平面映像用ディスプレイのサイズが枠よりも大きい場合に、枠内には平面映像用ディスプレイの表示面全体に表示された映像のうち枠のサイズに相当する部分のみが実鏡映像として表示されるという特性があることから、平面映像用ディスプレイのサイズが枠よりも相対的に大きい場合には、検出手段で枠の形状をも検出して、平面映像用ディスプレイの表示面のうち枠のサイズに相当する領域部分にのみ映像を表示するようにすればよい。 Further, the flat image display applied to the present invention can display not only a display device in a general sense of displaying an image on a screen but also an image such as a screen for projecting an image projected by a projector or the like. The display surface includes not only a flat surface but also a curved surface. The size of the flat image display may be the same or substantially the same size as the frame, or may be larger than the frame. Here, when the size of the flat image display is the same or substantially the same as the frame, the detection means detects only the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane. If the size of the flat image display is sufficiently larger than the frame, the detection means detects the shape of the frame in addition to the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane. It is preferable to configure as described above. This is because in the movable aerial video display device according to the present invention, when the size of the flat video display is larger than the frame, the frame of the video displayed on the entire display surface of the flat video display is within the frame. Since only the portion corresponding to the size is displayed as a real mirror image, when the size of the flat image display is relatively larger than the frame, the shape of the frame is also detected by the detecting means. The video may be displayed only in the area corresponding to the size of the frame on the display surface of the flat video display.
制御手段は、平面映像用ディスプレイをその表示面に表示させた平面映像を第2対称面を透過させて枠内に平面空中映像として結像可能な位置に移動させるものであればよく、平面映像用ディスプレイが枠よりもサイズが相対的に大きい場合には、枠の形状に応じて表示面における映像の表示領域を変化させる制御手段を採用することもできる。ここで平面映像用ディスプレイの移動には、所定方向に沿った平行移動のみならず、回転移動(第2対称面に対する姿勢を変更する移動)も含まれる。すなわち、制御手段による平面映像用ディスプレイの動作は、並進運動(並進3自由度のうち少なくとも1自由度の並進運動)だけであったり、回転運動(回転2自由度のうち少なくとも1自由度の回転運動)だけであったり、並進運動及び回転運動との組み合わせ、これら何れの運動であってもよい。 The control means may be any means as long as it allows the plane image displayed on the display surface of the plane image display to move to a position where it can be imaged as a plane aerial image within the frame through the second symmetry plane. When the display for display is relatively larger in size than the frame, control means for changing the display area of the video on the display surface according to the shape of the frame may be employed. Here, the movement of the flat image display includes not only a parallel movement along a predetermined direction but also a rotational movement (a movement for changing the posture with respect to the second symmetry plane). That is, the operation of the flat image display by the control means is only translational movement (translational movement of at least one degree of freedom in three translational degrees of freedom) or rotational movement (rotation of at least one degree of freedom in two rotational degrees of freedom). Motion) only, or a combination of translational motion and rotational motion, and any of these motions.
そして、本発明に係る可動式空中映像表示装置は、制御手段による平面映像用ディスプレイの移動に同期させてその表示面に表示される平面映像を、立体空中映像の異なる部分に変化させることにより、平面映像を立体空中映像と重なる位置にある枠内に平面空中映像として結像させることを特徴としている。 Then, the movable aerial video display device according to the present invention changes the planar video displayed on the display surface in synchronization with the movement of the planar video display by the control means to a different part of the stereoscopic aerial video, The planar image is formed as a planar aerial image in a frame at a position overlapping the stereoscopic aerial image.
このような可動式空中映像表示装置によれば、立体映像用実鏡映像結像光学系によりこの立体映像用実鏡映像結像光学系の第1対称面の観察側空間に立体空中映像を結像させることができるとともに、平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面の観察側空間において立体空中映像を切断し得る位置に配置した枠内に、この平面映像用実鏡映像結像光学系により平面空中映像を結像させることができるため、観察者は空中において重なり合って表示される立体空中映像及び平面空中映像とを同時に観察することができる。しかも、枠を移動させた場合に、平面映像用ディスプレイも移動させてその表示面に表示される平面映像を立体空中映像の異なる部分に変化させることにより、枠内に移動前の映像(実像)とは異なる映像(実像)を歪みのない平面空中映像として表示することができる。 According to such a movable aerial image display apparatus, a stereoscopic aerial image is connected to the observation side space of the first symmetry plane of the stereoscopic image imaging optical system for stereoscopic images by the stereoscopic image imaging optical system for stereoscopic images. In addition, the real image for plane image can be formed in a frame arranged at a position where the stereoscopic aerial image can be cut in the observation side space of the second symmetry plane of the real mirror image forming optical system for plane image. Since a planar aerial image can be formed by the image optical system, an observer can simultaneously observe a stereoscopic aerial image and a planar aerial image that are displayed overlapping in the air. In addition, when the frame is moved, the plane image display is also moved to change the plane image displayed on the display surface to a different part of the 3D aerial image, so that the image before moving into the frame (real image) An image (real image) different from that can be displayed as a flat aerial image without distortion.
したがって、観察者は、立体空中映像に重なるように配置された枠の位置にあたかもディスプレイが実在するかのように表示される平面空中映像(実像)を立体空中映像と一緒に観察することができるのみならず、枠の移動に伴って変化する枠内の映像(実像)を観察することにより立体空中映像のうち特徴的な箇所や重要な箇所等、部分的な箇所の形状を容易に把握することができる。また、本発明の可動式空中映像表示装置であれば、枠内に表示される平面空中映像(実像)を例えばポインタ等で指し示すことも可能であり、立体空中映像における特定箇所等を簡便に記録することができる。 Therefore, the observer can observe the planar aerial image (real image) displayed as if the display is present at the position of the frame arranged so as to overlap the stereoscopic aerial image together with the stereoscopic aerial image. In addition, by observing the image (real image) in the frame that changes with the movement of the frame, it is possible to easily grasp the shape of partial parts such as characteristic parts and important parts of stereoscopic aerial images. be able to. In addition, with the movable aerial image display device of the present invention, a planar aerial image (real image) displayed in a frame can be pointed, for example, with a pointer or the like, and a specific location in a stereoscopic aerial image can be easily recorded. can do.
また、本発明の可動式空中映像表示装置では、第2対称面の観察側の空間のうち第2対称面に対する面対称位置の第1対称面に対する面対象位置に枠を配置し、この枠内に表示される平面空中映像を立体空中映像と重なるように表示させる構成を採用できるが、次のような構成を採用することもできる。すなわち、平面映像用ディスプレイの表示部から平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面を透過した光がこの第2対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置に到達する前の時点で立体映像用実鏡映像結像光学系を経由し得るようにして、立体映像実鏡映像光学系のうち第2対称面を透過した光が進入し得る面に反射光学系を形成し、表示部に表示される平面映像が第2対称面を透過した後に反射光学系で反射して結像するようにした構成を採用することができる。ここで、反射光学系は、第1対称面の観察側からの光線を鏡面反射させるものである。 In the movable aerial image display device of the present invention, a frame is arranged at a plane target position with respect to the first symmetry plane in the plane of symmetry with respect to the second symmetry plane in the space on the observation side of the second symmetry plane. The planar aerial image displayed on the screen can be displayed so as to overlap the stereoscopic aerial image, but the following configuration can also be employed. That is, the light transmitted from the display unit of the flat image display through the second symmetry plane of the real image imaging optical system for flat image reaches the plane symmetry position of the flat image display with the second symmetry plane as a boundary. A reflective optical system is formed on the surface through which the light transmitted through the second symmetric surface of the stereoscopic image can be passed through the real image imaging optical system for stereoscopic images at the previous time. In addition, it is possible to employ a configuration in which a planar image displayed on the display unit is reflected by the reflection optical system after passing through the second symmetry plane and imaged. Here, the reflection optical system mirror-reflects the light beam from the observation side of the first symmetry plane.
特に、本発明の可動式空中映像表示装置において、制御手段による平面映像用ディスプレイの移動に同期させて表示面に表示される平面映像を立体空中映像の異なる切断面に相当する断面映像に変化させるようにすれば、立体空中映像の内部形状や内部構造の的確な把握が要求される分野、例えばCT検査やMRI検査等を扱う医学分野や、地質構造探査や海底構造探査等の自然科学諸分野にも好適に応用することができる。 In particular, in the movable aerial image display device of the present invention, the planar image displayed on the display surface is changed to a cross-sectional image corresponding to a different cut surface of the stereoscopic aerial image in synchronization with the movement of the flat image display by the control means. By doing so, fields that require accurate understanding of the internal shape and internal structure of stereoscopic aerial images, such as medical fields that handle CT and MRI inspections, and various natural science fields such as geological structure exploration and seafloor structure exploration Also, it can be suitably applied to.
また、本発明では、立体映像用実鏡映像結像光学系の第1対称面の一方側に配置されて被投影物として映像を表示する立体映像用表示面を備えた立体映像用ディスプレイと、立体映像用ディスプレイをその立体映像用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駆動手段とをさらに備えた可動式空中映像表示装置とし、駆動手段による立体映像用ディスプレイの動作と同期させてその表示面に表示される映像を変化させることにより、それらの映像を第1対称面の観察側の空間に立体空中映像として結像させるように構成することもできる。この場合、駆動手段により立体映像用ディスプレイがその表示面に対して垂直方向の成分を含む運動、すなわち3次元空間を埋める立体的な動きをすることから、駆動手段と立体映像用ディスプレイは実質的に体積走査型の立体ディスプレイとして機能し、立体映像用ディスプレイに表示される映像の実像を、観察側の空間に歪みのない立体空中映像として表示して観察できる。なお、駆動手段には、立体映像用ディスプレイを所望する3次元空間を埋めるような運動通りに動作させる適宜の態様のものを採用すればよい。ここで立体映像用ディスプレイの運動には、一定方向への振動をはじめとして、立体映像用ディスプレイの表示面が何らかの3次元空間を埋めるように動きさえすればよく、この表示面と垂直な方向の成分を含んでいればどのような運動であってもよい。ただし、立体映像用ディスプレイの「3次元空間を埋める立体的な動き」もしくは「3次元運動」や「立体運動」という表現は、立体映像用ディスプレイが必ずしも3自由度で動作することだけを意味するものではなく、1自由度の運動であっても所定の3次元空間を埋める運動も含むものである。 Further, in the present invention, a stereoscopic video display including a stereoscopic video display surface that is disposed on one side of the first symmetry plane of the real mirror video imaging optical system for stereoscopic video and displays a video as a projection object; A movable aerial video display device further comprising a driving means for operating the stereoscopic video display so as to perform a motion including a component in a direction perpendicular to the stereoscopic video display surface. By changing the images displayed on the display surface in synchronization with the operation, the images can be formed as a three-dimensional aerial image in the space on the observation side of the first symmetry plane. In this case, the driving means and the stereoscopic image display are substantially connected to each other because the stereoscopic display is moved by the driving means in a motion including a component in a direction perpendicular to the display surface, that is, a stereoscopic movement filling the three-dimensional space. In addition, it functions as a volume scanning type stereoscopic display, and a real image displayed on the stereoscopic image display can be displayed and observed as a stereoscopic aerial image without distortion in the space on the observation side. In addition, what is necessary is just to employ | adopt the thing of the appropriate | suitable aspect which operates according to the exercise | movement which fills up the desired three-dimensional space as a drive means. Here, the movement of the stereoscopic image display only needs to move so that the display surface of the stereoscopic image display fills some three-dimensional space, including vibrations in a certain direction, in a direction perpendicular to the display surface. Any movement may be used as long as it contains a component. However, the expression “stereoscopic motion filling a three-dimensional space” or “three-dimensional motion” or “stereoscopic motion” of a stereoscopic video display only means that the stereoscopic video display operates with three degrees of freedom. It is not intended to include a motion that fills a predetermined three-dimensional space even if it is a motion of one degree of freedom.
本発明によれば、立体映像または立体物の実像をある1つの幾何平面(第1対称面)に対する面対称位置に結像する立体映像用実鏡映像結像光学系、及び平面映像の実像をある1つの幾何平面(第2対称面)に対する面対称位置に結像する平面映像用実鏡映像結像光学系を配置し、第2対称面の観察側の空間に枠を移動自在に配置し、第2対称面の反観察側の空間に枠の移動に応じて枠内に平面空中映像を表示させる位置に移動制御可能なディスプレイを配置するという構成により、観察側の空間に立体空中映像と平面空中映像とを重ね合わせて表示することができる。さらに、立体空中映像を切断し得る範囲内における枠の移動に応じて、平面映像用ディスプレイの表示面に表示させる映像を立体空中映像の異なる部分に変化させることで、その変化した映像を平面空中映像として立体空中映像と重ね合わせて表示させることができ、観察対象の立体空中映像を部分単位で容易に把握することができるという、新しい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 stereoscopic image real-image imaging optical system that forms a stereoscopic image or a real image of a stereoscopic object at a plane-symmetrical position with respect to a certain geometric plane (first symmetry plane), and a real image of the planar image A real mirror image forming optical system for a plane image that forms an image at a plane symmetric position with respect to a certain geometric plane (second symmetry plane) is arranged, and a frame is movably arranged in a space on the observation side of the second symmetry plane. In the space on the anti-observation side of the second symmetry plane, a display capable of movement control is arranged at a position to display a planar aerial image in the frame in accordance with the movement of the frame, so that a stereoscopic aerial image and A plane aerial image can be superimposed and displayed. Furthermore, by changing the image displayed on the display surface of the flat image display to a different part of the 3D aerial image according to the movement of the frame within the range where the 3D aerial image can be cut, the changed image is It is possible to provide a new aerial image display method and observation method that can be displayed superimposed on a 3D aerial image as a video, and that the 3D aerial image to be observed can be easily grasped in units of parts. is there.
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.
本発明の一実施形態に係る可動式空中映像表示装置Xは、図1及び図2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を形成した立体映像用実鏡映像結像素子2A及び平面映像用実鏡映像結像素子2B(以下、「立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A」、「平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2B」と称する場合がある)と、映像を表示する表示面3aを備えた立体映像用ディスプレイ3と、この立体映像用ディスプレイ3に立体的な運動を行わせる駆動手段4と、平面映像用実鏡映像結像素子2Bの一方の側(図1及び図2では左側)に移動自在に配置されて映像を表示する表示面5aを有する平面映像用ディスプレイ5と、平面映像用実鏡映像結像素子2Bの他方側(図1及び図2では右側)である観察側に移動自在に配置される枠6と、平面映像用実鏡映像結像素子2Bに対する枠6の相対位置及び相対角度に関する情報である枠情報をリアルタイムで検出する検出手段7と、検出手段7で検出した枠情報に基づいて平面映像用ディスプレイ5に適宜な運動を行わせる制御手段8とを備えるものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the movable aerial image display device X according to an embodiment of the present invention is a three-dimensional structure in which a large number of two-
すなわち、運動する立体映像用ディスプレイ3の表示面3aに逐次表示される映像Oxが、本実施形態においては立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aによる鏡映像の実像(実鏡映像)として立体空中映像Pxを結像させる元となる被投影物であり、運動する平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに逐次表示される映像Oyが、本実施形態においては平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bによる鏡映像の実像(実鏡映像)として平面空中映像Pyを結像させる元となる被投影物である。以下、各部について説明する。
That is, the image Ox sequentially displayed on the
立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A及び平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bは、略同一の構造であり、以下では立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A及び平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを総称して「2面コーナーリフレクタアレイ2」とする。
The two-surface
2面コーナーリフレクタアレイ2は、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S(立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの素子平面を「第1素子平面SA」と称し、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの素子平面を「第2素子平面SB」と称する場合がある)としている。そして、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aにおいては、素子平面SAを対称面(本発明の「第1対称面」に相当)として、面対称位置に被投影物Oxの実鏡映像Pxが結像し、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bにおいては、素子平面SBを対称面(本発明の「第2対称面」に相当)として、面対称位置に被投影物Oyの実鏡映像Pyが結像する(図1及び図2参照)。本実施形態では、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aに対応させて被投影物Oxを素子平面SAの一方側(図示例では下方側)に配置することによって、第1素子平面SAの他方側である観察側(図示例では上方側)に立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aを通じて被投影物Oxの実鏡映像Pxが結像し、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bに対応させて被投影物Oyを第2素子平面SBの一方側(図示例では左方側)に配置することによって、素子平面SBの他方側である観察側(図示例では右方側)に平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを通じて被投影物Oyの実鏡映像Pyが結像するように構成している。
In the two-surface
2面コーナーリフレクタアレイ2は、図3及び図4(図4は図3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正方形の穴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正方形状のものを適用している。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 FIG. 3 and FIG. 4 (FIG. 4 is an enlarged view of the area A in FIG. 3), the two-sided
そして、2面コーナーリフレクタアレイ2は、図5に示すように、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2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4に示すように、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。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の向きを全て同一方向に設定している。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。
As shown in FIG. 5, the two-surface
具体的に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SA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及び後述する反射光学系を形成した部分以外の部位には遮光処理を施し、本実施形態では基盤21の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を平面視正方形状の基盤21に数万ないし数十万個設けた立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aを採用している。
Specifically, the mirror surfaces 11 and 12 constituting the two-
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 |
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2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2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4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-
ここで、2面コーナーリフレクタアレイ2による結像様式について、図5を参照しながら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5(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2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2の素子平面S(図5(b)参照)に対して点光源oの面対称位置(同図では、p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。本実施形態では、このような2面コーナーリフレクタアレイ2によって立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを構成している。
Here, the image formation mode by the two-surface
そして、図1に示すように、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの下方側に配置される被投影物Oxとして、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの下方側に配置される立体映像用ディスプレイ3の表示領域(表示面3a)に表示させた映像を適用している。すなわち、立体映像用ディスプレイ3の表示面3aに表示される映像Oxが、本実施形態においては立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aによる鏡映像の実像(実鏡映像)Px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。
Then, as shown in FIG. 1, as the projection object Ox arranged below the two-sided
立体映像用ディスプレイ3は、曲面であってもよいが、表示面3a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。本実施形態では、図1に示すように、表示面3aが平面形状の立体映像用ディスプレイ3を採用し、その表示面3aが立体映像用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第1素子平面SAと垂直となるように配置される。なお、立体映像用ディスプレイ3の配置姿勢は必ずしもこの限りとする必要はなく、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上面側のある視点から見た場合に、表示面3aに表示される映像Oxの実像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。
The
駆動手段4は、立体映像用ディスプレイ3に3次元の動作を与えるものであって、他の物体を駆動するための機構や装置であれば、モータ、スプリング、歯車、ギヤ、レール等を用いた適宜の構成のものを利用可能である。本実施形態では、図1に示すように、駆動手段4を、立体映像用ディスプレイ3(及び表示面3a)を立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの第1素子平面SAの下面側の空間内で当該第1素子平面SAと平行に振動(往復運動)させる構成のものを採用することとしている。このような往復運動を立体映像用ディスプレイ3に行わせる駆動手段4としては、例えば、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの第1素子平面SAと平行な図示しないレールと、このレールに沿って立体映像用ディスプレイ3を往復させる図示しないモータ等の駆動装置等を適用することができる。そして、立体映像用ディスプレイ3の表示面3aに表示される映像Oxは、駆動手段4による立体映像用ディスプレイ3の位置変化に対応して順次変化させることとする。このように、駆動手段4によって立体映像用ディスプレイ3を立体運動させることから、立体映像用ディスプレイ3及び駆動手段4は、体積走査型の立体ディスプレイとして機能することとなる。
The driving
なお、ここでは立体映像用ディスプレイ3の運動を、表示面3aを平行に保ったままの往復運動としているが、必ずしも平行である必要性はない。また運動方向についても必ずしも素子平面SAとの関係性を考慮する必要はない。さらに運動として、振動(往復運動)としているが、必ずしも往復する必要はなく、一方向への循環運動とすることも可能である。
Here, the movement of the
次に、立体映像用ディスプレイ3の表示面3aに順次表示される映像Oxと、その映像Oxの立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aにより結像する立体空中映像Pxとについて、一例を挙げて説明する。この例では、立体映像用ディスプレイ3が往復運動の半分(往路、復路)で球が描かれる映像Oxが順次表示面3aに表示され、それに伴って実像である球の立体空中映像Px(但し、映像Oxとは奥行きが反転している)が結像する様子を示すものとする。図6(a)に立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aと立体映像用ディスプレイ3との位置関係を時間を追って間欠的に示すように、立体映像用ディスプレイ3は一往復運動の間に、時刻t1〜t9において同図に示す各位置、すなわち時刻t1において振動を開始し、t5の位置で振幅の他端側に達し、t9の位置でt1と同じ位置に戻るものとする。各時刻t1〜t9において立体映像用ディスプレイ3の表示面3aには、同図(b)に示すように、中心の位置は一定で直径の異なる円の図形が順次表示される。それに対応して、同図(a),(c)に示すように、表示面3aの立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの第1素子平面SAに対する面対称位置には、各時刻の映像Oxの実鏡映像Pxとして、映像Oxと同一図形の円の像が順次結像する。立体映像用ディスプレイ3の実際の動きは連続的なものであるため、観察者の視点Wからは球の透視像として立体空中映像Pxが見えることとなる。なお、この球体は、立体映像用ディスプレイ3の運動によって作られる立体像と奥行きが反転したものとなる。
Next, the video Ox sequentially displayed on the
一方、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bは、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aと略同じ結像様式で、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SB(以下、「第2素子平面SB」と称する場合がある)とし、この素子平面SBを対称面(本発明の「第2対称面」に相当)として、面対称位置に被投影物Oyの実鏡映像Pyを結像させるものである。本実施形態では、第2素子平面SBを立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの第1素子平面SAに対して所定の角度(例えば90度)となるように平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2B及び立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの相対位置を設定している。
On the other hand, the two-sided
本実施形態では、このような平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの一方側に配置される被投影物として、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの一方側に配置される平面映像用ディスプレイ5の表示領域(表示面)5aに表示させた映像Oyを適用している。すなわち、平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに表示される映像Oyが、本実施形態においては平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bによる鏡映像の実像(実鏡映像)Pyとして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 the projection object arranged on one side of the two-surface
平面映像用ディスプレイ5は、その平面寸法が平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの平面寸法よりも小さいことが好ましい。平面映像用ディスプレイ5の表面(図1中の右側面)側に形成される表示面5a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平面映像用ディスプレイ5を適宜使用することができる。本実施形態では、図1に示すように、表示面5aが平面形状をなす平面映像用ディスプレイ5を採用し、制御手段8により次に説明する枠6の移動に応じて平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの一方側(図中左側)の空間で移動可能に構成している。
The
枠6は、その平面寸法が平面映像用ディスプレイ5の平面寸法よりも小さいものであってもよいが、本実施形態では平面映像用ディスプレイ5の平面寸法と同一ないし略同一のものを適用している。図1では平面形状が矩形状ないし略矩形状の枠6を示している。本実施形態の枠6は、適宜の素材(例えば金属や合成樹脂等)によって形成された実体物であり、枠6内を中空にしている。この枠6は、オペレータ或いは観察者の意図によって平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの他方側である観察側(図中右側)の空間において移動可能なものである。本実施形態では、枠6の一部に接続した支持部61を図示しない駆動手段で回転運動させたり、平行移動させることによって、枠6を平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの観察側の空間において移動させるように構成している。また、本実施形態では、駆動手段を、平面映像用ディスプレイ5(及び表示面5a)を平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの第2素子平面SBの観察側の空間内で立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの第1素子平面SAと平行に往復運動させたり、回転運動させる構成のものを採用することとしている。すなわち、本実施形態の枠6は、回転2自由度運動及び高さ方向(第2素子平面SBの法線方向)への並進1自由度運動可能なものである。なお、駆動手段としては、モータ、スプリング、歯車、ギヤ、レール等が挙げられる。
The plane dimension of the
検出手段7は、例えば支持部61の回転角度や移動距離に基づいて第2素子平面(第2対称面)SBの観察側の空間における枠6の位置及び姿勢(角度)に関する情報である枠情報を検出するものである。なお、検出手段7として、カメラ等の撮像機器によって撮像した映像に基づいて枠情報を検出する態様や、電磁気や超音波を利用して枠情報を検出する態様を採用することもできる。
The detection means 7 is frame information that is information on the position and orientation (angle) of the
制御手段8は、検出手段7により検出した枠情報に基づき、第2素子平面(第2対称面)SBの反観察側(図中左側)の空間に配置されている平面映像用ディスプレイ5を、その表示面5aに表示させた平面映像Oyを第2対称面SBを透過させて枠6内に平面空中映像Pyとして結像可能な位置に移動させる制御を行うものである。平面映像用ディスプレイ5を移動させるための駆動手段(図示省略)は、枠6を移動させるための駆動手段4と同一ないし略同一のものを適用することができるが、枠6を移動させるための駆動手段4とは異なる構造の駆動手段であっても構わない。本実施形態では、図1に示すように、検出手段7による検出処理及び制御手段8による制御処理をそれぞれ個別の処理装置で行うようにしているが、検出手段7に検出処理と制御手段8による制御処理を共通のCPU等の処理装置で行うようにすることも可能である。なお、上述した立体映像用ディスプレイ3を駆動させる駆動手段4をこの制御手段8で制御するようにしてもよい。
Based on the frame information detected by the detection means 7, the control means 8 displays the
また、本実施形態の制御手段8は、枠6の移動に応じて平面映像用ディスプレイ5を移動させるディスプレイ移動制御機能とともに、移動後の平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに移動前の映像とは異なる映像を表示させる表示切替制御機能も有する。この表示切替制御機能は、例えば、移動前の平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに立体空中映像Pxの任意の切断面に相当する断面映像を表示させ、移動後の平面映像用ディスプレイ5の表示面5aには立体空中映像Pxにおける異なる方向や異なる部分での切断面に相当する断面映像を表示させるものである。このように、本実施形態では、制御手段8により、平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに表示される映像Oyを、平面映像用ディスプレイ5の位置変化(移動)に対応して順次変化させることができる。
Further, the control means 8 of the present embodiment has a display movement control function for moving the
そして、本実施形態では、平面映像用ディスプレイ5の表示面5aから平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを透過した光が平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの第2素子平面SBを境にした平面映像用ディスプレイ5の面対称位置に到達する前の時点で立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aを経由し得るように、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aと平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bとの相対位置を設定している。また、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aのうち、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを透過した光が進入する側の面(図1では上面)を、第1対称面(第1素子平面SA)の観察側(図1では上側)からの光線を鏡面反射させる反射光学系2Amに形成している。本実施形態では、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上面に適宜の手段で鏡面処理を施すことにより反射光学系2Amを形成している。ここで、立体映像用ディスプレイ3に表示される映像(光)は立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aを透過して結像できるように、反射光学系2Amは立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aのうち反観察側(図中下方側)から進入する光の透過を許容するものである。なお、鏡面処理に代えて、または加えて、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの上面にハーフミラーを配置することによって反射光学系2Amを形成することもできる。
In the present embodiment, the light transmitted from the
このような構成を採用することで平面映像用ディスプレイ5の表示面5aから平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを透過した光(平面映像)は、第2素子平面SBに対する平面映像用ディスプレイ5の表示面5aの面対称位置に到達する前に立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの反射光学系2Amに到達し、この反射光学系2Amで反射して観察側の空間に平面空中映像として結像することになる。そして、平面空中映像として結像する位置に枠6を配置することにより、枠6内に平面空中映像が表示されることになる。
By adopting such a configuration, the light (planar image) transmitted from the
ここで、第2素子平面SBに対する平面映像用ディスプレイ5の表示面5aの面対称位置を「正規の面対称位置5s」(図1に陰線で示す位置)とすれば、平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに表示させた平面映像Oyは、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A(第1素子平面)を境にした「正規の面対称位置5s」の面対称位置に平面空中映像Pyとして結像する。したがって、本実施形態では、制御手段8が、検出手段7で検出した枠情報に基づき、例えば立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A(第1素子平面SA)を境にした枠6の面対称位置を基準位置として求め、さらに平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2B(第2素子平面SB)に対するこの基準位置の面対称位置に平面映像用ディスプレイ5を移動させる制御を行うようにしている。
Here, if the plane symmetric position of the
そして、本実施形態の可動式空中映像表示装置Xは、枠6の移動範囲を立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A(第1素子平面SA)の観察側の空間に結像する立体空中映像Pxを切断し得る範囲に設定している。
Then, the movable aerial image display device X of the present embodiment forms a stereoscopic aerial image Px that forms an image of the moving range of the
次に、本実施形態に係る可動式空中映像表示装置Xの作用について説明する。 Next, the operation of the movable aerial image display device X according to the present embodiment will be described.
まず、本実施形態の可動式空中映像表示装置Xは、立体映像用ディスプレイ3と駆動手段4とを実質的な立体ディスプレイとして機能させ、立体映像用ディスプレイ3の表示面3aに連続的に表示される映像Oxを立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aを通じてその第1素子平面SAに対する面対称位置に歪みのない実像の3次元空中映像Pxとして結像させる。これにより、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの観察側の空間に、空中に浮遊して上下左右の視点移動に対しても空中に完全に静止した立体空中映像Pxを表示することができる。上述の説明では、駆動手段4により立体映像用ディスプレイ3を振動運動(往復運動)させることにより、直径が変化する円形状の映像に基づいてその実鏡映像として空中に球状の3次元映像を結像させる態様(図1参照)を例示したが、立体映像用ディスプレイ3に表示させる映像を適宜変更することにより、種々の3次元映像を空中に結像させることができる。
First, the movable aerial video display device X of the present embodiment causes the
そして、この可動式空中映像表示装置Xは、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを通じて、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの第2素子平面SBを境にした平面映像用ディスプレイ5の面対称位置(正規の面対称位置5s)に平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに表示された映像Oyの実鏡映像Pyを結像し得るが、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bを透過した映像Oy(光)は正規の面対称位置5sに到達するよりも先に立体映像用2面コーナーリフレクタ2Aの反射光学系2Amで反射して、立体空中映像Pxを切断し得る位置に配置した枠6内に、平面映像Oyの実鏡映像として、映像Oyと同一図形の像Pyが結像する。なお、平面映像Oyが平面空中映像Pyとして結像する位置は、上述したように立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの第1素子平面SAに対する「正規の面対称位置5s」の面対称位置である。
This movable aerial image display device X is plane-symmetric with respect to the
本実施形態に係る可動式空中映像表示装置Xは、枠6の位置や向き(姿勢)を枠情報として検出手段7によりリアルタイムで検出している。したがって、本実施形態の可動式空中映像表示装置Xにおいて、観察者またはオペレータの適宜の操作によって枠6の位置や向きが変えられた場合、つまり枠6が回転移動したり平行移動した場合に、検出手段7で少なくとも移動後の枠6の位置や向き(姿勢)を枠情報として検出し、この枠情報に基づいて制御手段8で枠6の移動量(例えば立体空中映像Pxが結像される空間を座標として捉え、枠6の中心がどの座標からどの座標へ移動したかという移動量)を算出し、この算出情報に基づき制御手段8により枠6の移動量に応じて平面映像用ディスプレイ5を移動させる処理を行う。具体的には、検出手段7で検出した枠情報に基づき、制御手段8により立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A(第1素子平面SA)を境にした枠6の面対称位置である「正規の面対称位置5s」を特定し、さらに平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2B(第2素子平面SB)を境にした「正規の面対称位置5s」の面対称位置に平面映像用ディスプレイ5を移動させる。また、図7のフローチャートに示す制御則に基づいて平面映像用ディスプレイ5を移動させるようにしてもよい。すなわち、先ず検出手段7で枠4の位置及び向き(枠情報)を検出し(図7;S1)、制御手段8によりこの枠4の位置及び向きを第1素子平面SAに対して面対称となる位置及び向きに変換し、その変換した値(位置及び向き)を第2素子平面SBに対して面対称となる位置及び向きにさらに変換した値を目標値として算出する(同図;S2)。そして、平面映像用ディスプレイ5の位置及び向きを適宜の手段(枠4の位置及び向きを検出する検出手段7と同一又は別体のもの何れであってもよい)で検出し(同図;S3)、平面映像用ディスプレイ5の位置及び向きが前記目標値と一致するか否かを制御手段8により判定する(同図;S4)。平面映像用ディスプレイ5の位置及び向きが前記目標値と一致しない場合には(同図;S4N)、制御手段8により平面映像用ディスプレイ5の位置及び向きが前記目標値と一致するように平面映像用ディスプレイ5を回転移動させたり、平行移動させる(同図;S5)。そして、移動後の平面映像用ディスプレイ5の位置及び向きが目標値と一致するか否かを制御手段8によって再度判定する。平面映像用ディスプレイ5の位置及び向きが目標値と一致するまでS4及びS5を繰り返す。このように、本実施形態では、制御手段8のディスプレイ移動制御機能により、以上の手順を経て平面映像用ディスプレイ5を枠4内に表示面5aの平面映像Oyを平面空中映像Pyとして表示させることが可能な位置に配置することができる。
The movable aerial video display device X according to the present embodiment detects the position and orientation (posture) of the
そして、本実施形態の可動式空中映像表示装置Xは、制御手段8のディスプレイ移動制御機能により平面映像用ディスプレイ5を枠6内4に平面映像を表示可能な上述した位置に移動させるとともに、制御手段8の表示切替制御機能により少なくとも移動後の表示面5aに、移動前の表示面5aに表示させた映像とは異なる映像を表示させる。
The movable aerial image display apparatus X of the present embodiment moves the
本実施形態の可動式空中映像表示装置Xでは、例えば、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aの観察側の空間に3次元空中映像Pxとして図8に示すリンゴAを結像させる場合、ある時点における枠6による立体空中映像Px(リンゴA)の切断面に相当する図9に示す断面(リンゴAを上下に略二等分する部分で切断した断面)映像Oy1を平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに表示すると、枠6内にはこの断面画像Oy1の実鏡映像として、断面画像Oy1と同一図形の像(平面空中映像Py1)が結像し、この平面空中映像Py1が図10に示すように立体空中映像Pxと重なった状態で表示される。
In the movable aerial image display device X of the present embodiment, for example, when the apple A shown in FIG. 8 is imaged as a three-dimensional aerial image Px in the space on the observation side of the two-surface
そして、観察者またはオペレータの意図によって枠6を移動させた場合、例えば枠6を第1素子平面SAに対する相対角度を変えずに高さ方向(立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Aに接離する方向)へ平行移動させた場合には、平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに、図11に示すように、中心の位置は図9と同じで外縁形状(直径)の異なるリンゴAの断面画像Oy2を表示する。それに対応して、立体映像用2面コーナーリフレクタアレイ2A(第1素子平面SA)に対する「正規の面対称位置5s」(平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの第2素子平面SBに対する表示面5aの面対称位置)の面対称位置にある枠6内には、断面画像Oy2の実鏡映像として、Oy2と同一図形の像(平面空中映像Py2)が結像し、観察者Wは図12に示すように立体空中映像Px(リンゴA)と重なってこの立体空中映像Pxを切断したように表示される平面空中映像Py2を観察することができる。
When the
このように本実施形態の可動式空中映像表示装置Xは、空間に浮遊した立体空中映像Oxを表示することができるとともに、観察者またはオペレータが立体空中映像Oxのうち観察したい断面をこの枠6で切断するイメージで枠6を移動させた場合に、枠6の動きに合わせて平面映像用ディスプレイ5をリアルタイムで移動させて、この平面映像用ディスプレイ5の移動に同期させて表示面5aに表示させる断面映像Oyを移動後の枠6によって立体空中映像Pxを切断した断面に相当する断面映像Oyに切り替えることによって、枠6を移動させた前後において、観察対象の立体空中映像Pxを所定部分で切断した映像Pyを枠6内に表示させることができる。
As described above, the movable aerial image display device X of the present embodiment can display the stereoscopic aerial image Ox floating in the space, and the cross section that the observer or operator wants to observe in the stereoscopic aerial image Ox is displayed in the
したがって、観察者は、立体空中映像Pxと、枠6内にあたかもディスプレイが存在しているかのように表示される断面映像Pyとを同時に観察することができ、観察対象の立体空中映像Pxの内部形状や内部構造の容易且つ効果的に把握することができる。
Therefore, the observer can simultaneously observe the stereoscopic aerial image Px and the cross-sectional image Py displayed as if the display is present in the
さらに、本実施形態の可動式空中映像表示装置Xでは、図1に示すように、枠6内に表示された映像(実鏡映像)中にポインタT等の実体物を配置して例えば注目すべき箇所等を指し示すことができ、立体空中映像Oxの内部形状や内部構造のさらなる理解の向上を図ることができる。
Further, in the movable aerial image display device X of the present embodiment, as shown in FIG. 1, an entity such as a pointer T is arranged in the image (actual mirror image) displayed in the
このように、本実施形態に係る可動式空中映像表示装置Xによれば、観察者は、立体映像用2面コーナーリフレクタ2A及び平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの観察側の空間に歪むことなく表示された立体空中映像Pxを確認しながら、この立体空中映像Pxを切断し得る範囲で移動可能な枠6内に表示された断面映像Pyを観察することができる。そして、本実施形態の可動式空中映像表示装置Xは、枠6の移動に連動して、平面映像用2面コーナーリフレクタアレイ2Bの反観察側の空間に配置した平面映像用ディスプレイ5の位置を適宜移動させることで、平面映像用ディスプレイ5の表示面5aに表示させた断面映像Oyを枠6内に実鏡映像Pyとして表示させるとともに、平面映像用ディスプレイ5の移動に同期させて表示面5aに表示させる断面映像Oyを立体空中映像Pxの異なる部分の断面画像に変更することにより、自由に任意の切断面を指定することが可能な断面画像表示装置として活用することができ、新しい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 movable aerial image display device X according to the present embodiment, the observer is distorted into the space on the observation side of the two-surface corner reflector for
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。例えば、上述した実施形態では、回転移動(回転2自由度)及び1方向(対称面の法線方向)への平行移動(並進1自由度)が可能な枠や平面映像用ディスプレイを例示したが、これらの移動に加えて、または代えて、対称面の法線方向以外への平行移動、具体的には幅方向(左右方向)や前後方向への平行移動が可能な枠や平面映像用ディスプレイを適用することもできる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, a frame or a flat image display capable of rotational movement (two degrees of freedom of rotation) and parallel movement (one degree of freedom of translation) in one direction (normal direction of the symmetry plane) are illustrated. In addition to or in place of these movements, a frame or flat image display capable of parallel movement other than the normal direction of the symmetry plane, specifically, parallel movement in the width direction (left-right direction) and the front-rear direction Can also be applied.
また、枠の形状は、枠内の領域を枠外の領域から完全に隔離し得る形状、例えば上述
した実施形態で示したような矩形状の他、三角形状や五角形状等の多角形状、或いは円(楕円含む)形等の完全閉ループ状であってもよいが、枠内の領域の一部を枠外の領域に開放した形状、例えばコ字形状や部分円弧状等の非完全閉ループ状であってもよい。
In addition, the shape of the frame is a shape that can completely isolate the region in the frame from the region outside the frame, for example, a polygonal shape such as a triangular shape or a pentagonal shape in addition to the rectangular shape shown in the above-described embodiment, or a circle It may be in a completely closed loop shape such as an ellipse (including an ellipse), but it is a shape in which a part of the area inside the frame is opened to an area outside the frame, for example, a non-completely closed loop shape such as a U-shape or a partial arc shape Also good.
また、枠内に、ガラスやアクリル樹脂等で形成した表示面を配置しても構わない。 In addition, a display surface formed of glass, acrylic resin, or the like may be disposed in the frame.
また、枠自体を手指で形成することもできる。この場合も枠の形状は特に限定されず、両手の指を使って矩形状や円形を形成したり、片方の手指のみを使って適宜の枠形状を形成することができる。 The frame itself can also be formed with fingers. Also in this case, the shape of the frame is not particularly limited, and a rectangular shape or a circular shape can be formed using fingers of both hands, or an appropriate frame shape can be formed using only one finger.
また、上述した実施形態では、検出手段により第2対称面(第2素子平面SB)の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)のみを検出する態様を例示したが、検出手段により第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に加えて枠の形状を検出するように構成することも可能である。例えば、ディスプレイのサイズが枠よりも十分大きい場合には、枠内にはディスプレイの表示面全体に表示された映像のうち枠のサイズに相当する部分のみが実鏡映像として表示されることから、ディスプレイのうち枠のサイズに相当する領域部分に映像を表示すればよい。そこで、検出手段により第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に加えて枠の形状を検出するように構成し、制御手段によりディスプレイの移動に加えてディスプレイの表示面における表示領域を枠のサイズ及び第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に応じて変化させるようにすれば、枠内に、ディスプレイの表示面のうち表示領域に表示させた映像を空中映像として結像させることができる。この場合、検出手段によって検出する枠情報には、第2対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢(角度)に加えて枠の形状(外観形状や大きさ)も含まれるようにすることが好ましい。なお、枠の形状が一定である場合には、予め枠の形状に関する情報を制御手段(制御部)に登録(送信)しておくこともできる。また、ディスプレイのサイズが枠よりも十分大きい場合にはディスプレイは枠の移動に応じてディスプレイ自体を移動させると共に表示面において映像を表示する領域を変更することが要求されるが、この場合、枠の前後左右方向への移動に応じてディスプレイを前後左右方向へ移動させる必要がない場合には、制御手段のディスプレイ移動制御機能によるディスプレイの移動は、回転移動及び対称面に対して接離する方向(上述の実施形態における高さ方向)への平行移動となる。 In the above-described embodiment, the detection unit detects only the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane (second element plane SB). In addition to the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the two symmetry planes, it is also possible to detect the shape of the frame. For example, when the size of the display is sufficiently larger than the frame, only the portion corresponding to the size of the frame of the image displayed on the entire display surface of the display is displayed as a real mirror image in the frame. An image may be displayed in an area corresponding to the size of the frame in the display. Therefore, the detection means is configured to detect the shape of the frame in addition to the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane, and the display surface of the display in addition to the movement of the display by the control means If the display area in is changed according to the size of the frame and the position and orientation (angle) of the frame in the space on the observation side of the second symmetry plane, the display area in the display area of the display is displayed in the frame. The formed image can be imaged as an aerial image. In this case, the frame information detected by the detection means includes the frame shape (appearance shape and size) in addition to the frame position and orientation (angle) in the space on the observation side of the second symmetry plane. It is preferable. In addition, when the shape of the frame is constant, information regarding the shape of the frame can be registered (transmitted) in advance in the control means (control unit). Further, when the size of the display is sufficiently larger than the frame, the display is required to move the display itself according to the movement of the frame and change the area for displaying the video on the display surface. When it is not necessary to move the display in the front / rear / right / left direction according to the movement in the front / rear / left / right direction, the display movement by the display movement control function of the control means is the direction of moving away from / in the rotational plane and the symmetry plane The parallel movement in the height direction in the above-described embodiment.
また、上述した実施形態では、駆動手段により立体映像用ディスプレイを振動運動(往復運動)させることにより、直径が変化する円形状の映像に基づいてその実鏡映像として空中に球状の3次元映像を結像させる体積走査型ディスプレイの態様を説明したが、立体映像用ディスプレイの表示面に表示させる映像と駆動手段による立体映像用ディスプレイの3次元運動の形態は適宜に設定することが可能である。例えば、立体映像用ディスプレイを表示面が立体映像用実鏡映像結像光学系の第1対称面と平行となるように配置して、駆動手段により立体映像用ディスプレイを第1対称面の法線方向に駆動すれば、第1対称面側を向く片面だけに表示面を備えた立体映像用ディスプレイを用いることができる。また、立体映像用ディスプレイとして、上述した体積走査型に代えて観察者の両目の視差を利用した視差方式により空中に3次元映像を結像させるディスプレイを適用することも可能である。 Further, in the above-described embodiment, the stereoscopic display is vibrated (reciprocated) by the driving means, so that a spherical three-dimensional image is formed in the air as a real mirror image based on a circular image whose diameter changes. Although the aspect of the volume scanning display to be imaged has been described, the image displayed on the display surface of the stereoscopic video display and the three-dimensional motion form of the stereoscopic video display by the driving means can be set as appropriate. For example, the stereoscopic image display is arranged such that the display surface is parallel to the first symmetry plane of the real image imaging optical system for stereoscopic images, and the stereoscopic image display is normal to the first symmetry plane by the driving means. When driven in the direction, a stereoscopic video display having a display surface only on one side facing the first symmetry plane side can be used. Further, as a stereoscopic image display, a display that forms a three-dimensional image in the air by a parallax method using the parallax of both eyes of an observer can be applied instead of the volume scanning type described above.
また、本発明の可動式空中映像表示装置において、CT検査やMRI検査で得られる平面映像を平面映像用ディスプレイの表示面に表示させ、このような検査映像を検査対象部位(例えば体の一部)の立体空中映像と重ねて表示するように設定すれば、患者や医療従事者等は枠内に結像される検査映像(平面映像)を観察することで、患部の症状は的確に把握することができる。また、ある地点の地質や海底の断面を平面映像用ディスプレイの表示面に表示させ、このような断面映像を探査対象部位の立体空中映像と重ねて表示するように設定すれば、地質構造探査や海底構造探査を容易且つ適切に行うことができる。このように、本発明の可動式空中映像表示装置は、医療分野や自然科学諸分野等幅広い分野での活用が期待できる。 Further, in the movable aerial image display device of the present invention, a planar image obtained by CT examination or MRI examination is displayed on the display surface of the planar image display, and such examination image is displayed on a region to be examined (for example, a part of the body). ) 3D aerial video, the patient and medical professionals can accurately grasp the symptoms of the affected area by observing the test video (planar video) imaged in the frame. be able to. In addition, if the geology of the point and the cross section of the sea floor are displayed on the display surface of the flat image display, and such a cross-sectional image is set to be superimposed on the three-dimensional aerial image of the exploration target area, Underwater structure exploration can be performed easily and appropriately. Thus, the movable aerial image display device of the present invention can be expected to be used in a wide range of fields such as the medical field and various fields of natural science.
また、上述した実施形態で示す2面コーナーリフレクタアレイは、同一方向を向いた2面コーナーリフレクタから構成されているため、視点がある方向に制限されてしまう可能性があることから、2面コーナーリフレクタの向きを複数方向に向けた2面コーナーリフレクタアレイを用いて、空中映像を複数の視点から観察可能な可動式空中映像表示装置とすることも可能である。 In addition, since the two-surface corner reflector array shown in the above-described embodiment is composed of two-surface corner reflectors facing in the same direction, there is a possibility that the viewpoint may be limited to a certain direction. It is also possible to provide a movable aerial image display device capable of observing aerial images from a plurality of viewpoints by using a two-surface corner reflector array in which the reflectors are directed in a plurality of directions.
また、上述した実施形態において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、2面コーナーリフレクタアレイ2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2を形成したが、このような構成に変えて、図13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2’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の面方向すなわち第2素子平面SB’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。
In the above-described embodiment, the two-surface corner reflector that constitutes the two-surface corner reflector array only needs to have two orthogonal reflecting surfaces, and this reflecting surface is made of a material that reflects light such as metal. Phenomena such as reflection by an end face or film having a flatness with a specular accuracy and total reflection at a boundary having a flatness with a specular accuracy between transparent media having different refractive indexes can be used. More specifically, for example, in the above-described embodiment, in the two-surface
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
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、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。 In addition, the two mirror elements constituting the two-surface corner reflector may be arranged with a gap between each other without contacting each other, as long as two orthogonal reflecting surfaces can be formed. The shape of the system or the dihedral corner reflector array can be set freely.
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、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。 Further, when the real mirror image forming optical system is composed of a two-surface corner reflector array, the mirror surface in the two-surface corner reflector has a gloss such as metal or resin regardless of whether it is solid or liquid. A material that reflects on a flat surface formed of a material 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.
また、上述した実施形態では、立体映像用実鏡映像結像光学系や平面映像用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例示したが、この2面コーナーリフレクタアレイに代えて、次に説明するハーフミラーHとレトロリフレクタアレイRを利用した実鏡映像結像光学系2Bを適用することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the two-surface corner reflector array is exemplified as the stereoscopic image real-mirror image imaging optical system and the planar image real-mirror image imaging optical system, but instead of this two-surface corner reflector array, A real mirror image forming
この実鏡映像結像光学系2Bは、図14に示すように、ハーフミラーHのハーフミラー面H1を対称面として、ハーフミラー面H1の下面側の空間に配置したディスプレイD(上述した立体映像用ディスプレイ、平面映像用ディスプレイに相当)の表示面Daに表示される映像Oをハーフミラー面H1で反射し、さらにレトロリフレクタアレイR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H1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H1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Rである。
As shown in FIG. 14, the real mirror image forming
レトロリフレクタアレイR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14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15(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R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R1は、3つの同形同大の直角二等辺三角形をなす鏡面R1a,R1b,R1c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R1a,R1b,R1c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R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R1は、3つの同形同大の正方形をなす鏡面R1a,R1b,R1c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R1a,R1b,R1cは互いに直交している。このレトロリフレクタアレイRは、同図(a)のレトロリフレクタアレイR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16(a)(b)にそれぞれ示したレトロリフレクタアレイRを例にして説明すると、鏡面のうちの一つ(例えばR1a)に入射した光は、順次他の鏡面(R1b,R1c)で反射することで、レトロリフレクタR1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R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R1がレトロリフレクタアレイR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 R that can retroreflect incident light can be applied to the retroreflector array R, 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. 14, or may be a flat surface. For example, the retroreflector array R shown in FIG. 15A with a part of the front view enlarged is a corner cube array that is a set of corner cubes using one corner of a rectangular parallelepiped. Each of the retro-reflectors R1 forms a regular triangle when the mirror surfaces R1a, R1b, and R1c that form three isosceles right-angled isosceles triangles are gathered at one point and viewed from the front. The mirror surfaces R1a, R1b, R1c are orthogonal to each other to form a corner cube. In addition, the retroreflector array R shown by enlarging a part of the front view in FIG. 5B is also a corner cube array that is a set of corner cubes that use one corner of the rectangular body. Each of the retro-reflectors R1 forms a regular hexagon when viewed from the front with three mirror surfaces R1a, R1b, and R1c having the same shape and the same size of squares gathered at one point, and these three mirror surfaces R1a, R1a, R1b and R1c are orthogonal to each other. The retroreflector array R is different in shape from the retroreflector array R shown in FIG. The retroreflector array R shown in FIGS. 16A and 16B will be described as an example. Light incident on one of the mirror surfaces (for example, R1a) is sequentially reflected by the other mirror surfaces (R1b, R1c). By doing so, the light is reflected in the original direction in which the light has entered the retroreflector R1. The paths of the incident light and the outgoing light with respect to the retroreflector array R are not strictly overlapping but are parallel, but when the retroreflector R1 is sufficiently smaller than the retroreflector array R, 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14の例では、部分球面形状のレトロリフレクタアレイRをディスプレイDの外側に配置したが、表示面Daの映像Oから発してハーフミラーH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 that retroreflects light rays by 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
一方、ハーフミラーH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、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H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H2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H2により、映像OがハーフミラーH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Hを通じて所定の視点以外からディスプレイDの表示面Da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、ハーフミラーHで一旦反射してレトロリフレクタアレイRで再帰反射した後にハーフミラーHを透過する方向の光線のみを透過させることで、実像Pを特定の視点から観察できるようにしてもよい。 On the other hand, the half mirror H can use what coated the thin reflective film on one surface of transparent thin plates, such as transparent resin and glass, for example. By applying non-reflection treatment (AR coating) to the opposite surface of the transparent thin plate, it is possible to prevent the real mirror image P from being doubled. In addition, on the actual upper surface of the half mirror H, as a line-of-sight control means for transmitting a light beam in a specific direction and blocking another light beam in a specific direction or diffusing only a light beam in a specific direction, a visual field control film or a visual field An optical film H2 such as a corner adjusting film can be attached and provided. Specifically, the optical film H2 prevents the light directly transmitted through the half mirror H from reaching the position other than the predetermined viewpoint through the half mirror H, thereby allowing the display D to be displayed from other than the predetermined viewpoint through the half mirror H. While preventing the image O of the display surface Da from being directly observable, only the light beam that is once reflected by the half mirror H and retroreflected by the retroreflector array R and then transmitted through the half mirror H is transmitted. Thus, the real image P may be observed from a specific viewpoint.
このようなハーフミラーH及びレトロリフレクタアレイRで構成した実鏡映像結像光学系2Bを用いた可動式空中映像表示装置であっても、上述した実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。
Even in the movable aerial image display device using the real mirror image forming
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、立体映像用ディスプレイや平面映像用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。ディスプレイの形状(外観形状や大きさ)も適宜変更することができる。 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 projector or the like as a stereoscopic image display or a flat image display. A screen that projects the projected image can also be adopted. Further, the display surface of the display may be a curved surface as well as a flat surface. The shape (appearance shape and size) of the display can be changed as appropriate.
また、立体映像用実鏡映像結像光学系の一方の空間に立体物を配置し、立体映像用実鏡映像結像光学系の他方の空間である観察側空間に、その立体物の実鏡映像としての立体空中映像を表示させることもできる。 In addition, a three-dimensional object is arranged in one space of the real image imaging optical system for stereoscopic images, and the real mirror of the three-dimensional object is placed in the observation side space, which is the other space of the real mirror image imaging optical system for stereoscopic images. It is also possible to display a stereoscopic aerial image as an image.
また、立体映像用実鏡映像結像光学系の第1対称面と平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面との相対角度は任意に設定することができ、立体映像用実鏡映像結像光学系と平面映像用実鏡映像結像光学系とを離間させて配置することも可能である。 In addition, the relative angle between the first symmetry plane of the stereoscopic image imaging optical system for stereoscopic images and the second symmetry plane of the actual mirror imaging optical system for planar images can be arbitrarily set. It is also possible to dispose the mirror image forming optical system and the planar image real mirror image forming optical system apart from each other.
さらに、上述した実施形態では、平面映像用ディスプレイの表示部に表示された映像から平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面を透過した光が第2対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置(正規の面対称位置)に到達する前の時点で立体映像用実鏡映像結像光学系を経由し得るように構成した態様を例示したが、平面映像用ディスプレイの移動可能な範囲を適宜変更した場合(例えば図1において平面映像用実鏡映像結像光学系の一方の側であって且つ上方側の空間に平面映像用ディスプレイを移動可能に配置した場合)には、平面映像用ディスプレイの表示部に表示された映像から平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面を透過した光が、立体映像用実鏡映像結像光学系を経由することなく、第2対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置に到達する。このような場合であっても、第2対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置に配置した枠によって立体空中映像を切断し得るように構成することができ、枠内に表示される平面空中映像(空中断面映像)と立体空中映像とを同時に観察可能な表示装置を提供することができる。なお、この場合、制御手段は、検出手段で検出した枠情報から平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面に対する枠の相対位置及び相対角度を特定し、平面映像用ディスプレイが第2対称面に対してこの特定した相対位置及び相対角度と同等の関係となるように平面映像用ディスプレイを適宜移動させるものとなる。また、上述した実施形態と比較して、立体映像用実鏡映像結像光学系のうち平面映像用実鏡映像結像光学系の第2対称面を透過した光が進入し得る面に反射光学系を形成する必要がなく、製作工程の簡素化及びコスト削減を図ることができる。 Further, in the above-described embodiment, the light transmitted through the second symmetric surface of the real image imaging optical system for flat images from the image displayed on the display unit of the flat image display is a plane with the second symmetric surface as a boundary. Although an example of the configuration configured to be able to pass through the stereoscopic image imaging optical system for stereoscopic video before reaching the plane symmetrical position (regular plane symmetrical position) of the video display has been illustrated, When the movable range is appropriately changed (for example, when the flat image display is movably disposed in the space on one side and the upper side of the real image forming optical system for flat images in FIG. 1). The light that has passed through the second symmetry plane of the real image imaging optical system for flat images from the image displayed on the display unit of the flat image display passes through the real image imaging optical system for stereoscopic images Without the second symmetry plane It reaches the plane-symmetric position of the planar image for display. Even in such a case, the stereoscopic aerial image can be cut by the frame arranged at the plane symmetry position of the flat image display with the second symmetry plane as a boundary, and displayed in the frame. It is possible to provide a display device that can simultaneously observe a planar aerial image (aerial cross-sectional image) and a stereoscopic aerial image. In this case, the control means specifies the relative position and the relative angle of the frame with respect to the second symmetry plane of the real mirror image forming optical system for a flat image from the frame information detected by the detection means, and the flat image display is The flat image display is appropriately moved so as to have a relationship equivalent to the specified relative position and relative angle with respect to the two symmetry planes. Further, in comparison with the above-described embodiment, the reflection optics is used for the surface through which the light transmitted through the second symmetric surface of the real mirror image forming optical system for a three-dimensional image can enter. There is no need to form a system, and the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
また、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、第1実施形態等で示した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。 Further, in the present invention, when a two-surface corner reflector array is applied as a real mirror image forming optical system, in addition to the two-surface corner reflector array (such as 2A) shown in the first embodiment, the element surface is perpendicular to the element surface. A two-surface corner reflector array having a structure in which two slit mirror arrays having mirror surfaces parallel to each other are stacked vertically so that the mirror surfaces are perpendicular to each other can also be adopted.
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、立体空中映像を切断し得るように配置した枠内に表示させる平面映像(断面映像)を枠の移動に応じて変化させることができ、新たな映像手法を実現できる表示装置として利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a display device that can change a planar video (cross-sectional video) displayed in a frame arranged so as to cut a stereoscopic aerial video according to the movement of the frame, and can realize a new video technique. Is possible.
X…可動式空中映像表示装置
SA…第1対称面(第1素子平面)
SB…第2対称面(第2素子平面)
Ox…立体空中映像
Oy(Oy1、Oy2)…平面空中映像
2A…立体映像用実鏡映像結像光学系
2Am…反射光学系
2B…平面映像用実鏡映像結像光学系
3…立体映像用ディスプレイ
3a…表示面
4…駆動手段
5…平面映像用ディスプレイ
5a…表示面
6…枠
7…検出手段
8…制御手段
X: Movable aerial image display device SA: First symmetry plane (first element plane)
SB ... second symmetry plane (second element plane)
Ox ... 3D aerial image Oy (Oy1, Oy2) ... Plane
Claims (4)
前記第1対称面とは異なる角度で配置され第2対称面となるある1つの幾何平面を有し、当該第2対称面の一方側に表示した平面映像の実像を、第2対称面の他方側である観察側の空間のうち第2対称面に対する面対称位置に平面空中映像として結像可能な平面映像用実鏡映像結像光学系と、
前記第2対称面の観察側の空間における、前記第1対称面の観察側の空間に結像される前記立体空中映像を切断し得る範囲で移動可能な枠の少なくとも位置及び姿勢に関する情報である枠情報を検出する検出手段と、
前記第2対称面の一方側に配置されて前記被投影物として平面映像を表示する表示面を備えた平面映像用ディスプレイと、
前記検出手段により検出した前記枠情報に基づいて、前記平面映像用ディスプレイをその表示面に表示させた平面映像を前記第2対称面を透過させて前記枠内に平面空中映像として結像可能な位置に移動させる制御手段と、を具備し、
前記制御手段による前記平面映像用ディスプレイの移動に同期させて前記表示面に表示される平面映像を、前記立体空中映像の異なる部分に変化させることにより、当該平面映像を前記立体空中映像と重なる位置にある前記枠内に平面空中映像として結像させることを特徴とする可動式空中映像表示装置。 A plane with respect to the first symmetry plane in the space on the observation side, which is the other side of the first symmetry plane, and displays the real image of the stereoscopic image or the three-dimensional object displayed or arranged on one side of a certain geometric plane serving as the first symmetry plane A stereoscopic image imaging optical system for stereoscopic images capable of forming an image as a stereoscopic aerial image at a symmetrical position;
A real image of a planar image having one geometric plane disposed at an angle different from that of the first symmetry plane and serving as a second symmetry plane and displayed on one side of the second symmetry plane is represented by the other of the second symmetry planes. A real-mirror image imaging optical system for a planar image capable of forming an image as a planar aerial image at a plane-symmetric position with respect to the second symmetry plane in the observation-side space,
Information on at least the position and orientation of a movable frame within a range that can cut the stereoscopic aerial image formed in the space on the observation side of the first symmetry plane in the space on the observation side of the second symmetry plane. Detection means for detecting frame information;
A flat image display having a display surface arranged on one side of the second symmetry plane and displaying a flat image as the projection object;
Based on the frame information detected by the detection means, a planar image obtained by displaying the planar image display on its display surface can be imaged as a planar aerial image in the frame through the second symmetry plane. Control means for moving to a position,
A position where the planar video is overlapped with the stereoscopic aerial video by changing the planar video displayed on the display surface in synchronization with the movement of the planar video display by the control means to a different part of the stereoscopic aerial video. A movable aerial image display device that forms an image as a planar aerial image in the frame.
立体映像用ディスプレイを、その立体映像用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駆動手段とをさらに備え、
前記駆動手段による前記立体映像用ディスプレイの動作と同期させて前記立体映像用表示面に表示される映像を変化させることにより、当該映像を前記第1対称面の観察側の空間に立体空中映像として結像させる請求項1乃至3の何れかに記載の可動式空中映像表示装置。 A stereoscopic video display including a stereoscopic video display surface arranged on one side of the first symmetry plane of the stereoscopic video imaging optical system for displaying a video as a projection object;
Drive means for operating the stereoscopic video display so as to perform a motion including a component in a direction perpendicular to the stereoscopic video display surface;
By changing the video displayed on the stereoscopic video display surface in synchronization with the operation of the stereoscopic video display by the driving means, the video is converted into a stereoscopic aerial video in the space on the observation side of the first symmetry plane. The movable aerial image display device according to claim 1, wherein an image is formed.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2016051480A1 (en) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 日立マクセル株式会社 | Display device and apparatus incorporating same |
JP2017215289A (en) * | 2016-06-02 | 2017-12-07 | コニカミノルタ株式会社 | Evaluation method of imaging optical element, and evaluation device of imaging optical element |
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2013
- 2013-01-21 JP JP2013008391A patent/JP2014139622A/en active Pending
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