JP5466793B1

JP5466793B1 - 立体像表示装置及び立体像表示方法

Info

Publication number: JP5466793B1
Application number: JP2013539049A
Authority: JP
Inventors: 誠大坪
Original assignee: Asukanet Co Ltd
Current assignee: Asukanet Co Ltd
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: JPWO2014174693A1

Abstract

互いに直角に交わる３つの反射面１７〜１９を有し、３つの反射面１７〜１９の角部側に反射光出口１１ａが設けられたキュービックコーナー体１２を、キュービックコーナー体１２の軸心を平行にして平面状に複数並べ、かつキュービックコーナー体１２の入光面にハーフミラー１４を配置した立体像表示装置１０を用い、キュービックコーナー体１２に入光面から対象物２６からの光を入れてキュービックコーナー体１２で再帰反射をさせ、その再帰反射光をハーフミラー１４で反射させて反射光出口１１ａから外部に出光して結像させる。これによって、立体像表示装置１０を正面視して立体像、即ち対象物の実像を鑑賞できる。

Description

本発明は立法体の３面を有するコーナーキューブ（以下、キュービックコーナー体と称する）又は球体等を用いた立体像表示装置及び立体像表示方法に関する。

従来、立体画像を表示する装置及び方法として、特許文献１記載の立体像の表示装置、及び特許文献２記載の光学結像装置及び方法が知られている。特許文献１記載の技術は、多数のキュービックミラーを格子状に並べ、各キュービックミラーの一面で反射した光をキュービックミラーの直交面で反射させて、表示装置の反対側の面に実像として立体像を形成させるものである。

また、特許文献２記載の光学結像装置６０は、図５に示すように、表裏面に対して直交する帯状の平面反射部６３、６４を多数備えた第１、第２の光制御部材６５、６６を、それぞれの平面反射部６３、６４が直交するようにして並べ、表裏面の一方側に配置された立体像６７を他方側に実像６８として形成するものであった。

特開２００９−３００６２３号公報ＷＯ２００９／１３１１２８号公報

しかしながら、特許文献２記載の光学結像装置６０（特許文献１記載の表示装置においても同じ）においては、立体像６７を表裏面に対して斜め方向に配置し、立体像６７からの光を入れて、表裏面から斜め方向に立体像６７に対応する実像６８を形成させることが基本原理であるので、光学結像装置６０の表裏面の正面（対向面）にある立体像の実像形成は困難であるという問題があった。
勿論、鏡等を置いて、結像位置を変えることは可能であるが、構造が複雑となり、全体として装置自体が厚みを有するという問題点があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、装置を正面視して対象物の実像を形成可能な立体像表示装置及び立体像表示方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る立体像表示装置は、（光が）表裏に抜ける反射光出口を有する再帰性反射材の入光側に、ハーフミラーを配置し、該再帰性反射材によって反射した対象物からの光を前記ハーフミラーに反射させ、結像位置を変えた。

第２の発明に係る立体像表示装置は、第１の発明に係る立体像表示装置において、前記再帰性反射材は平面状に並べて配置された球体からなる。

第３の発明に係る立体像表示装置は、第１の発明に係る立体像表示装置において、前記再帰性反射材は、互いに直角に交わる３つの反射面を有し、該３つの反射面の角部側に前記反射光出口が設けられたキュービックコーナー体をその軸心を平行にして多数並べて構成され、その上に前記ハーフミラーが配置されている。

また、第３の発明に係る立体像表示装置において、前記反射光出口は、前記キュービックコーナー体の角部から一定高さ位置まで除去されて形成されているのがよい。この場合、前記キュービックコーナー体は該キュービックコーナー体の角部を基準とした高さをｈとした場合、前記反射光出口が前記角部から（０．３〜０．８）ｈの高さ範囲の位置に形成されているのが好ましい。

第３の発明に係る立体像表示装置において、前記キュービックコーナー体は透明プラスチック又はガラスからなって、前記３つの反射面は鏡面処理が行われているのが好ましい。

そして、第４の発明に係る立体像表示方法は、互いに直角に交わる３つの反射面を有し、該３つの反射面の角部側に反射光出口が設けられたキュービックコーナー体を、該キュービックコーナー体の軸心を平行にして平面状に複数並べ、かつ前記キュービックコーナー体の入光面にハーフミラーを配置した立体像表示装置を用い、前記キュービックコーナー体に入光面から対象物からの光を入れて前記キュービックコーナー体で再帰反射をさせ、その再帰反射光を前記ハーフミラーで反射させて前記反射光出口から外部に出光して結像させる。

本発明に係る立体像表示装置及び立体像表示方法は、例えば、対象物（被写体及び光源を含む）からの光を再帰性反射材で入射方向に反射させ、再度ハーフミラーで反射させているので、立体像表示装置に対して一方側の垂直位置に置いた対象物（例えば、立体像）を、立体像表示装置の他方側の垂直位置に実像として形成させることができる。
従って、立体像表示装置を正面視して対象物の実像を鑑賞することができ、装置全体の薄型化が可能となる。
特に、本発明においては、立体像表示装置の裏面側に配置された対象物（電気信号等による仮想画像も含む）を、立体像表示装置の表面側に結像できるので、例えば、携帯電話又は他のディスプレイに容易に利用できる。

（Ａ）は本発明の一実施例に係る立体像表示装置の断面図、（Ｂ）は同底面図である。（Ａ）は同立体像表示装置の原理を示す側面図、（Ｂ）は同平面図である。同立体像表示装置の形成方法を示す斜視図である。本発明の一実施例に係る立体像表示装置の動作説明図である。従来例に係る立体像表示装置の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施例について説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２（Ａ）に示すように、本発明の一実施例に係る立体像表示装置１０は、頂部１１が欠損して反射光出口１１ａを形成する多数のキュービックコーナー体１２が隙間なく隣接して配置された光制御部材１３と、光制御部材１３の入光側に設けられたハーフミラー１４とを有している。なお、キュービックコーナー体１２はコーナーキューブと称され、再帰性反射材として一般に利用されている。また、反射光出口１１ａはキュービックコーナー体１２の表裏を光が抜ける構造となっている。

キュービックコーナー体１２は、ガラス又はプラスチックからなる透明体を主体とし、図２（Ａ）、（Ｂ）、図３に示すように立方体１６の直交する３つの面（反射面）１７〜１９を有している。３つの面１７〜１９は、直角２等辺三角形の頂部１１が一定の高さｈ１で水平に切除されている（図２（Ａ））。これによって、キュービックコーナー体１２は等脚台形からなる３つの面１７〜１９と、３つの面１７〜１９の底辺（又は天井辺）２０〜２２によって囲まれる正三角形２３と、頂部平面２４とを有している。

図３においては、立方体１６の角部をそれぞれＡ〜Ｈとして以下の説明を行う。立方体１６の一稜（辺）の長さをａとし、ＡＥの中点をＱとすると、ＡＱ＝ａ／√２となり、ＱＣ＝ａ・√（３／２）、ＱＢ＝ａ／√２、ｃｏｓθ＝ＱＢ／ＱＣ＝１／√３となる。従って、キュービックコーナー体１２の頂角Ｂを基準として、垂直に中心線ｍを配置した場合、水平面Ｎに対する各面１７〜１９の傾きθは、ａｒｃｃｏｓ（１／√３）≒５４．７３６度となる。

キュービックコーナー体１２は中心線ｍを垂直にした場合、平面視して正三角形となるので、図１（Ｂ）に示すように多数のキュービックコーナー体１２を軸心ｍを平行にして平面状に隙間なく敷きつめることができる。この場合、キュービックコーナー体１２は、図２（Ａ）に示すように高さｈ１の位置で頂部１１を除去し、中心線ｍに垂直な頂部平面２４を形成している。この頂部平面２４はこの実施例においては表裏に抜ける反射光出口１１ａとなる。また、キュービックコーナー体１２の外側の面１７〜１９には鏡面処理（ハーフミラーではない）が行われている。これによって、光制御部材１３は入射光と反射光が同一角度にある再帰性反射材として機能する。

頂部平面２４を形成するカット高さｈ１は、キュービックコーナー体１２を中心線ｍを垂直にして立てた場合の角Ｂを基準とした高さ（ＢＳ）ｈの０．３〜０．８倍（より好ましくは０．３５〜０．５倍）の高さとするのが好ましい。高さｈ１を大きくすると、キュービックコーナー体１２の反射面積が減少し、高さｈ１を小さくすると、反射光が減少し結像された実像の光量が不足する。

この状態で、多数敷きつめられたキュービックコーナー体１２によって構成される光制御部材１３の入光側は平面状となって入光面を形成し、その上にハーフミラー１４を形成する。この場合のハーフミラー１４の光透過率は２０〜８０％（より好ましくは、４０〜７０％）とするのがよい。これによって、対象物（平面又は立体のディスプレイ画像を含む）２６からの光はハーフミラー１４を介して光制御部材１３に入り、同一角度で反射するが、ハーフミラー１４の内側面で反射し、反射光出口１１ａから出て、立体像表示装置１０の外側位置で結像する。

なお、キュービックコーナー体１２の入光側に直接ハーフミラーを形成することもできるが、キュービックコーナー体１２の入光側に透明板材を配置し、この透明板材の表面又は裏面にハーフミラーを形成することもできる。
また、多数のキュービックコーナー体１２を並べた状態の光制御部材１３を、金型成形すると共に、これらの入光面を連結する部材を透明にして、この中間素材となる光制御部材１３の表面にハーフミラーを形成し、裏側傾斜面を鏡面処理して、底面視して正三角形の透光性を有する頂部平面２４を形成することもできる。なお、頂部平面２４は裏側を鏡面処理した原キュービックコーナー体の頂部を水平に切断して形成してもよい。

続いて、この立体像表示装置１０の動作を説明し、本発明の一実施例に係る立体像表示方法についても説明する。
以上の構成となった立体像表示装置１０の表側に、図１、図４に示すように、対象物２６を一定距離離しておくと、対象物２６からの光は、ハーフミラー１４を通過して光制御部材１３に入光する。光制御部材１３自体は再帰性反射材となっているので、３つの面１７〜１９を介して入射方向に再帰性反射材で光（即ち、再帰性反射光）を反射し、ハーフミラー１４に届く。即ち、対象物２６からの光Ｌが、１）ハーフミラー１４を通り抜けて、２）面１９のＰ１点で反射、３）面１８のＰ２点で反射、４）面１７のＰ３点で反射する。面１７のＰ３点での反射光は、光Ｌと平行になり、ハーフミラー１４のＰ４点で反射して、反射光出口１１ａから出て結像する。

ハーフミラー１４によって一部の光は透過するが、他の光はハーフミラー１４で反射し、反射光出口１１ａから図１で示す下側（外部）に抜けて、実像（立体像）２７を結像する。この場合の実像２７はハーフミラー１４の反射率が高いほど、反射光出口１１ａの面積が大きい程、理論的には明るくなるが、ハーフミラー１４の反射率を上げると対象物２６からの光が減少、反射光出口１１ａの面積が大きくなると、再帰性反射材の機能が低下する。従って、ハーフミラー１４の透過率は４０〜６０％に近い程良く、反射光出口１１ａの面積は正三角形２３の面積の２０〜３６％とするのがよい。なお、面積は高さｈ１の二乗に比例する。

以上の実施例においては、再帰性反射材としてキュービックコーナー体１２を用いたが、透明のボール（球体）を多数平面状に並べた再帰性反射材をキュービックコーナー体１２の集合からなる光制御部材１３の代わりに配置し、ハーフミラーを再帰性反射材の入光側に配置し、ボールから反射した光を、ハーフミラーに反射させると、理論上実像を形成することができる。この場合、透明のボールの間がハーフミラーからの反射光を通過させる反射光出口となる。なお、ボール（球体）を平面状に敷き詰めた場合、反射光出口の面積が全体の０．１倍程度となるので、ボール間に少しの隙間を設けて反射光出口の有効面積を向上することが好ましい。また、必要に応じて、ボールの頂部を部分的に欠如することもできる。

本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。

本発明に係る立体像表示装置においては、立体像表示装置を正面視してその手前側に対象物の実像を鑑賞することができ、装置全体の薄型化が可能となる。特に、携帯電話又はパソコンのディスプレイに適用した場合は、従来のように立体像表示装置を傾ける必要がないので、利便性が向上する。

１０：立体像表示装置、１１：頂部、１１ａ：反射光出口、１２：キュービックコーナー体、１３：光制御部材、１４：ハーフミラー、１６：立方体、１７〜１９：面、２０〜２２：底辺、２３：正三角形、２４：頂部平面、２６：対象物、２７：実像

Claims

表裏に抜ける反射光出口を有する再帰性反射材の入光側に、ハーフミラーを配置し、該再帰性反射材によって反射した対象物からの光を前記ハーフミラーに反射させ、結像位置を変えたことを特徴とする立体像表示装置。
請求項１記載の立体像表示装置において、前記再帰性反射材は平面状に並べて配置された球体からなることを特徴とする立体像表示装置。
請求項１記載の立体像表示装置において、前記再帰性反射材は、互いに直角に交わる３つの反射面を有し、該３つの反射面の角部側に前記反射光出口が設けられたキュービックコーナー体をその軸心を平行にして多数並べて構成され、その上に前記ハーフミラーが配置されていることを特徴とする立体像表示装置。
請求項３記載の立体像表示装置において、前記反射光出口は、前記キュービックコーナー体の角部から一定高さ位置まで除去されて形成されていることを特徴とする立体像表示装置。
請求項４記載の立体像表示装置において、前記キュービックコーナー体は該キュービックコーナー体の角部を基準とした高さをｈとした場合、前記反射光出口が前記角部から（０．３〜０．８）ｈの高さ範囲の位置に形成されていることを特徴とする立体像表示装置。
請求項３〜５のいずれか１項に記載の立体像表示装置において、前記キュービックコーナー体は透明プラスチック又はガラスからなって、前記３つの反射面は鏡面処理が行われていることを特徴とする立体像表示装置。
互いに直角に交わる３つの反射面を有し、該３つの反射面の角部側に反射光出口が設けられたキュービックコーナー体を、該キュービックコーナー体の軸心を平行にして平面状に複数並べ、かつ前記キュービックコーナー体の入光面にハーフミラーを配置した立体像表示装置を用い、前記キュービックコーナー体に入光面から対象物からの光を入れて前記キュービックコーナー体で再帰反射をさせ、その再帰反射光を前記ハーフミラーで反射させて前記反射光出口から外部に出光して結像させることを特徴とする立体像表示方法。