JP5904437B2 - Spatial image display device - Google Patents

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Description

本発明は、空間中に映像を表示する空間映像表示装置に関し、特に、反射型面対称結像素子を用いて、その素子の一方側に置かれた被投影物の像を素子の反対側の面対称となる位置に結像させる空間映像表示装置に関する。   The present invention relates to a spatial image display apparatus that displays an image in a space, and in particular, using a reflection-type plane-symmetric imaging element, an image of a projection object placed on one side of the element is displayed on the opposite side of the element. The present invention relates to a spatial image display device that forms an image at a position that is plane-symmetric.

従来、リアルな3次元空中映像を実現するために、様々な光学素子が開発されている。例えば、特許文献1には、反射型面対称結像素子を用いてその素子の一方側に置かれた被投影物である物体の像を素子の反対側の面対称となる位置に結像させる空間映像表示装置が開示されている。この空間映像表示装置で用いられる反射型面対称結像素子は、所定の基盤を厚み方向に貫通させた複数の穴を備え、各穴の内壁に直交する2つの鏡面要素から構成される単位光学素子を形成したものであって、その穴を通じて基盤の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、2つの鏡面要素でそれぞれ1回ずつ反射させるものである。被投影物から発せられた光は反射型面対称結像素子の単位光学素子を通過する際に2つの鏡面要素の一方で反射した後、鏡面で反射して反射光となり、その反射光が更に単位光学素子の2つの鏡面要素の他方で反射して、被投影物を仮想鏡に映した位置に結像することになる。   Conventionally, various optical elements have been developed in order to realize a realistic three-dimensional aerial image. For example, in Patent Document 1, an image of an object that is a projection object placed on one side of an element is formed at a position that is plane-symmetrical on the opposite side of the element by using a reflective surface-symmetric imaging element. A spatial video display device is disclosed. The reflection-type plane-symmetric imaging element used in this spatial image display device has a plurality of holes that penetrate a predetermined base in the thickness direction, and is a unit optical system that is composed of two mirror surface elements orthogonal to the inner wall of each hole An element is formed, and when light is transmitted from one surface direction of the substrate to the other surface direction through the hole, the light is reflected once by each of the two mirror elements. The light emitted from the projection is reflected by one of the two mirror elements when passing through the unit optical element of the reflective surface-symmetric imaging element, and then reflected by the mirror surface to become reflected light. The light is reflected by the other of the two specular elements of the unit optical element, and the projection object is imaged at a position reflected on the virtual mirror.

しかしながら、上記の光学素子には非常に微細な加工技術が要求されるため、このような光学素子を用いた空間映像表示装置では製造コストがかかるという問題がある。そこで、本出願人は、製造コストがかからない反射型面対称結像素子を特許文献2において提案している。   However, since the above-described optical element requires a very fine processing technique, a spatial image display device using such an optical element has a problem that manufacturing costs are high. In view of this, the present applicant has proposed a reflection-type plane-symmetric imaging element that does not require manufacturing costs in Patent Document 2.

図1〜図3は、特許文献2で提案された反射型面対称結像素子の構成を示す図である。図1は反射型面対称結像素子の外観図、図2は反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図、図3は反射型面対称結像素子を形成する2つのミラーシートの組合せを示す外観図である。   1 to 3 are diagrams showing the configuration of a reflection-type plane-symmetric imaging element proposed in Patent Document 2. FIG. FIG. 1 is an external view of a reflective plane-symmetric imaging element, FIG. 2 is an external view of a rectangular parallelepiped material constituting the reflective plane-symmetric imaging element, and FIG. 3 is two mirror sheets forming the reflective plane-symmetric imaging element It is an external view which shows these combinations.

反射型面対称結像素子2は、図1及び図3に示すように、各々が多数の棒状の直方体材20を並列に密着させることにより形成された2つのミラーシート21、22を有する。   As shown in FIGS. 1 and 3, the reflection-type plane-symmetric imaging element 2 includes two mirror sheets 21 and 22 each formed by closely contacting a large number of rod-shaped rectangular parallelepiped materials 20 in parallel.

直方体材20は、図2に示すように、長手部材であり、長手方向に垂直な方向、すなわち、短手方向の四角形の断面の一辺が数百μmないし数cm前後の透明なアクリルに代表されるプラスチックまたはガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、数十mm〜数m程度である。なお、長手方向に伸長した4面のうちの3面は光の透過または反射に使用する面であるため、滑らかな状態とする。直方体材20はミラーシート21、22各々で100本〜20000本程度用いられる。   As shown in FIG. 2, the rectangular parallelepiped material 20 is a long member, and is represented by transparent acrylic whose one side of a rectangular cross section in the direction perpendicular to the longitudinal direction, that is, in the short direction, is several hundred μm to several cm. Made of plastic or glass rod. The length varies depending on the size of the projected image, but is about several tens mm to several m. Note that three of the four surfaces extending in the longitudinal direction are surfaces used for light transmission or reflection, and thus are in a smooth state. About 100 to 20000 rectangular parallelepiped materials 20 are used for each of the mirror sheets 21 and 22.

図2に示すように、直方体材20の長手方向に伸長した1面には光反射膜23が形成され、それにより光反射面23となっている。光反射膜23はアルミや銀の蒸着あるいはスパッタなどによって形成される。   As shown in FIG. 2, a light reflecting film 23 is formed on one surface of the rectangular parallelepiped material 20 extending in the longitudinal direction, thereby forming the light reflecting surface 23. The light reflecting film 23 is formed by vapor deposition or sputtering of aluminum or silver.

このような複数の直方体材20について、1つの直方体材20の光反射膜23を形成した面とは反対側の対向面24と別の直方体材20の光反射面23を密着させてミラーシート21、22が形成される。ミラーシート21、22は、図3に示すように、直方体材20の並列方向が交差するようにいずれか一方を90度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって、反射型面対称結像素子2が形成される。ミラーシート21の各直方体材20とミラーシート22の各直方体材20とが交差する部分が微小ミラーユニット(単位光学素子)を構成し、各微小ミラーユニットのミラーシート21の光反射面23が第1光反射面となり、ミラーシート22の光反射面23が第2光反射面となる。   With respect to such a plurality of rectangular parallelepiped members 20, a mirror sheet 21 is formed by bringing the opposite surface 24 opposite to the surface on which the light reflecting film 23 of one rectangular parallelepiped member 20 is formed into close contact with the light reflecting surface 23 of another rectangular parallelepiped member 20. , 22 are formed. As shown in FIG. 3, the mirror sheets 21 and 22 are bonded together in a state in which one of the rectangular parallelepiped materials 20 is rotated by 90 degrees so that the parallel directions of the rectangular parallelepiped materials 20 cross each other. 2 is formed. A portion where each rectangular parallelepiped material 20 of the mirror sheet 21 and each rectangular parallelepiped material 20 of the mirror sheet 22 intersect constitutes a minute mirror unit (unit optical element), and the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 21 of each minute mirror unit is the first. The light reflecting surface 23 of the mirror sheet 22 becomes the second light reflecting surface.

かかる反射型面対称結像素子2を用いた空間映像表示装置においては、図4に示すように、物体(例えば、ディスプレイ装置の画面上に表示された映像などの被投影物でもよい)1が反射型面対称結像素子2の一方の面側に配置され、反射型面対称結像素子2には物体1からの光が斜めに入射するようになっている。反射型面対称結像素子2の他方の面側には観察者の目Eが位置し、反射型面対称結像素子2について物体1と面対称となる空間位置に実像3、すなわち空間映像3が形成される。なお、図4における反射型面対称結像素子2の両端部である下端A、上端A’は、図1の反射型面対称結像素子2の対向角A、A’に対応している。より詳しくは、図5に示すように、物体1からの光は矢印Y1の方向でミラーシート22の光反射面23(第2光反射面)に反射し、その反射光は矢印Y2の方向でミラーシート21の光反射面23(第1光反射面)に反射し、その反射光は矢印Y3の方向で観察者に向けて進むので、反射型面対称結像素子2の各光反射面23でそれぞれ1回、つまり2回反射して鏡映像を作り出すようになっている。   In the spatial image display device using such a reflective plane-symmetric imaging element 2, as shown in FIG. 4, an object (for example, a projection object such as an image displayed on the screen of a display device) 1 is present. The reflection-type plane-symmetric imaging element 2 is disposed on one surface side, and light from the object 1 is incident on the reflection-type plane-symmetric imaging element 2 obliquely. The observer's eye E is located on the other surface side of the reflective surface-symmetric imaging element 2, and the real image 3, that is, the spatial image 3, is located at a spatial position that is plane-symmetric with the object 1 with respect to the reflective surface-symmetric imaging element 2. Is formed. Note that the lower end A and the upper end A ′, which are both ends of the reflective plane-symmetric imaging element 2 in FIG. 4, correspond to the opposing angles A and A ′ of the reflective plane-symmetric imaging element 2 in FIG. 1. More specifically, as shown in FIG. 5, the light from the object 1 is reflected on the light reflecting surface 23 (second light reflecting surface) of the mirror sheet 22 in the direction of the arrow Y1, and the reflected light is reflected in the direction of the arrow Y2. The light is reflected on the light reflecting surface 23 (first light reflecting surface) of the mirror sheet 21 and the reflected light travels toward the observer in the direction of the arrow Y3. Each of them is reflected once, that is, twice to create a mirror image.

特開2008−158114号公報JP 2008-158114 A 国際公開第WO2009/136578号パンフレットInternational Publication No. WO2009 / 136578 Pamphlet

しかしながら、特許文献2に示した空間映像表示装置においては、物体1から射出された光線の一部(図5に示す矢印Y4)がミラーシート22の光反射面23(第2光反射面)の端面E1に当たって反射し観察者側に届かなくなる、あるいは、周囲の環境から飛来する外来光(図5に示す矢印Y5)がミラーシート21の光反射面23(第1光反射面)の端面E2に当たって反射し、観察者が不要な光を観察することとなり、投影された空間映像3が不鮮明であったり、立体感が失われたりすることがあった。   However, in the spatial image display device disclosed in Patent Document 2, a part of the light beam emitted from the object 1 (arrow Y4 shown in FIG. 5) is formed on the light reflecting surface 23 (second light reflecting surface) of the mirror sheet 22. The external light (arrow Y5 shown in FIG. 5) that hits the end surface E1 and is reflected and does not reach the observer side or comes from the surrounding environment hits the end surface E2 of the light reflecting surface 23 (first light reflecting surface) of the mirror sheet 21. The light is reflected and the observer observes unnecessary light, and the projected spatial image 3 may be unclear or the stereoscopic effect may be lost.

本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、被投影物から出射された光を効率よく利用するとともに周囲からの外来光の反射を軽減し、空間映像のコントラストをより向上させることができる空間映像表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances. As an example of the problem, the light emitted from the projection object is efficiently used and the reflection of the external light from the surroundings is reduced, so that the spatial image is reproduced. An object of the present invention is to provide a spatial video display device capable of further improving contrast.

上記の課題を達成するため、本発明の請求項1に係る空間映像表示装置は、長手方向に伸長した4つの面のうちの1面が物体からの光を反射する光反射面である直方体の長手部材を、一の長手部材の前記光反射面及び前記一の長手部材と隣接する他の長手部材の前記光反射面と対向する面が重なるように複数並べて形成された第1ミラーシート及び第2ミラーシートの前記光反射面がそれぞれ交差するように重ねられている反射型面対称結像素子を備え、前記長手部材の前記光反射面の長手方向に延びる端部の辺で面取りされていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a spatial image display device according to claim 1 of the present invention is a rectangular parallelepiped in which one of four surfaces extending in the longitudinal direction is a light reflecting surface that reflects light from an object. A first mirror sheet formed by arranging a plurality of longitudinal members such that the light reflecting surface of one longitudinal member and the surface facing the light reflecting surface of another longitudinal member adjacent to the one longitudinal member overlap; A reflection-type plane-symmetric imaging element that is overlapped so that the light reflection surfaces of the two mirror sheets intersect with each other, and chamfered at a side of an end portion of the longitudinal member that extends in the longitudinal direction of the light reflection surface ; It is characterized by that.

反射型面対称結像素子の外観図である。It is an external view of a reflection type plane-symmetric image formation element. 図1の反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図である。It is an external view of the rectangular parallelepiped material which comprises the reflection type plane-symmetric image formation element of FIG. 図1の反射型面対称結像素子を形成する2つのミラーシートの組合せを示す図である。It is a figure which shows the combination of two mirror sheets which form the reflection type plane-symmetric image formation element of FIG. 図1の反射型面対称結像素子を用いた空間映像表示装置の光学系の概略図である。It is the schematic of the optical system of the spatial image display apparatus using the reflection type plane-symmetric image formation element of FIG. 図1の反射型面対称結像素子において光が2回反射する様子を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows a mode that light reflects twice in the reflection type plane-symmetric image formation element of FIG. 本発明の実施の形態に係る反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図である。It is an external view of the rectangular parallelepiped material which comprises the reflection type plane-symmetric image formation element which concerns on embodiment of this invention. 図6に示す直方体材を並べることにより形成されるミラーシートの外観図である。It is an external view of the mirror sheet formed by arranging the rectangular parallelepiped materials shown in FIG. 図7に示すミラーシートの空隙に樹脂等を充填して形成されたミラーシートの外観図である。FIG. 8 is an external view of a mirror sheet formed by filling a gap or the like in the mirror sheet shown in FIG. 7 with a resin or the like. 図8に示すミラーシートの組合せを示す外観図である。It is an external view which shows the combination of the mirror sheet | seat shown in FIG. 図7に示すミラーシートの正面図である。FIG. 8 is a front view of the mirror sheet shown in FIG. 7. 図8に示すミラーシートの正面図である。It is a front view of the mirror sheet shown in FIG. 本発明の実施の形態に係る反射型面対称結像素子の外観図である。1 is an external view of a reflective surface-symmetric imaging element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る反射型面対称結像素子を構成するミラーシートの作用を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the effect | action of the mirror sheet | seat which comprises the reflection type plane-symmetric image formation element which concerns on embodiment of this invention. 従来の反射型面対称結像素子を構成するミラーシートの作用を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the effect | action of the mirror sheet | seat which comprises the conventional reflection type plane-symmetric image formation element. 本発明の実施の形態に係る反射型面対称結像素子を構成するミラーシートの変形例の作用を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the effect | action of the modification of the mirror sheet | seat which comprises the reflection type plane-symmetric image formation element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る反射型面対称結像素子を構成するミラーシートの変形例の作用を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the effect | action of the modification of the mirror sheet | seat which comprises the reflection type plane-symmetric image formation element which concerns on embodiment of this invention. 他の構成の反射型面対称結像素子の外観図である。It is an external view of the reflection type plane-symmetric image formation element of other composition. 図17に示す反射型面対称結像素子の鏡面要素を示す外観図である。It is an external view which shows the mirror surface element of the reflection type plane-symmetric image formation element shown in FIG. 本発明の実施の形態に係る反射型面対称結像素子の鏡面要素を示す外観図である。It is an external view which shows the mirror surface element of the reflection type plane-symmetric image formation element which concerns on embodiment of this invention. 図19に示す反射型面対称結像素子の作用を示す概要図である。FIG. 20 is a schematic diagram showing the operation of the reflective surface-symmetric imaging element shown in FIG. 19.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、図6〜図12を用いて、本実施の形態に係る反射型面対称結像素子4の製造方法及び構成について説明する。図6は、反射型面対称結像素子4を構成する直方体材20の外観図、図7は、図6に示す直方体材20を並べることにより形成されるミラーシート21、22の外観図、図8は、図7に示すミラーシート21、22の空隙に樹脂等を充填して形成されたミラーシート41、42の外観図、図9は、図8に示すミラーシート41、42の組合せを示す外観図である。また、図10は、ミラーシート21、22を図7の正面方向(図7に示すA方向)から見た図(正面断面図ともいう)、図11は、ミラーシート41、42を図8の正面方向(図8に示すA方向)から見た図(正面断面図ともいう)、図12は、反射型面対称結像素子4の外観図である。   First, the manufacturing method and configuration of the reflective surface-symmetric imaging element 4 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an external view of a rectangular parallelepiped material 20 constituting the reflective surface-symmetric imaging element 4, and FIG. 7 is an external view of mirror sheets 21 and 22 formed by arranging the rectangular parallelepiped materials 20 shown in FIG. 8 is an external view of the mirror sheets 41 and 42 formed by filling the gaps in the mirror sheets 21 and 22 shown in FIG. 7 with a resin or the like, and FIG. 9 is a combination of the mirror sheets 41 and 42 shown in FIG. It is an external view. 10 is a view (also referred to as a front cross-sectional view) of the mirror sheets 21 and 22 viewed from the front direction of FIG. 7 (direction A shown in FIG. 7), and FIG. 11 shows the mirror sheets 41 and 42 of FIG. FIG. 12 (also referred to as a front sectional view) viewed from the front direction (A direction shown in FIG. 8) and FIG. 12 are external views of the reflective plane-symmetric imaging element 4.

本実施の形態に係る直方体材20は、図2に示した直方体材20から光反射面23の面取りを行ったものである。詳しくは、本実施の形態に係る直方体材20は、図6に示すように、光反射面23における長手方向の上下両端の2辺を、長手方向に沿って、光反射面23に対して傾斜した所定角度α(αは鋭角な角度が望ましく、例えば、15〜45度など)で面取りして、作成される。   The rectangular parallelepiped material 20 according to the present embodiment is obtained by chamfering the light reflecting surface 23 from the rectangular parallelepiped material 20 shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 6, the rectangular parallelepiped material 20 according to the present embodiment is inclined with respect to the light reflecting surface 23 along the longitudinal direction on both sides of the light reflecting surface 23 in the longitudinal direction. It is created by chamfering at a predetermined angle α (α is preferably an acute angle, for example, 15 to 45 degrees).

なお、本実施の形態の光反射面23は、アルミや銀の蒸着あるいはスパッタなどによって形成され、膜厚を0.1〜10μmとする光反射膜である。本実施の形態では、この光反射膜の上下端面が、面取り加工(切削・研磨)されているが、本明細書では、説明上、面取り部分を大きく誇張して図面上に表している。   The light reflecting surface 23 of the present embodiment is a light reflecting film that is formed by vapor deposition or sputtering of aluminum or silver and has a thickness of 0.1 to 10 μm. In the present embodiment, the upper and lower end surfaces of the light reflecting film are chamfered (cut / polished), but in the present specification, the chamfered portions are greatly exaggerated for the sake of explanation.

次に、面取りされた直方体材20それぞれを、図7に示すように、一の直方体材20の光反射面23と隣接する他の直方体材20の対向面24を密着させて平板状のミラーシート21、22を形成する。この結果、平板状のミラーシート21、22の上下表面(光反射面23に垂直な平板面)には、図7及び図10に示すように、断面がクサビ形の空隙26が複数形成される。   Next, as shown in FIG. 7, each of the chamfered rectangular parallelepiped materials 20 is brought into close contact with the light reflecting surface 23 of one rectangular parallelepiped material 20 and the opposing surface 24 of another rectangular parallelepiped material 20 so as to be a flat mirror sheet. 21 and 22 are formed. As a result, as shown in FIGS. 7 and 10, a plurality of wedge-shaped voids 26 having a cross section are formed on the upper and lower surfaces (flat surfaces perpendicular to the light reflecting surface 23) of the flat mirror sheets 21 and 22. .

次に、図8に示すように、ミラーシート21、22の上下表面のうち、一方の面の空隙26には、光を吸収する黒色の樹脂または接着剤(以下、樹脂等25aという)、他方の面の空隙26には、母材(直方体材20)と略同一の屈折率(n=1.4〜1.6)を有する透明な樹脂または接着剤(以下、樹脂等25bという。また、樹脂等25aと25bを合わせて樹脂等25と称する)を充填して、ミラーシート21、22を固定する。以下、空隙26に樹脂等25を充填したミラーシート21、22をそれぞれ、ミラーシート41、42と称する。この結果、図8及び図11に示すように、断面がクサビ形の空隙26は樹脂等25に充填されるので、上下表面は平らとなり平板状のミラーシート41、42が形成される。   Next, as shown in FIG. 8, the gap 26 on one surface of the upper and lower surfaces of the mirror sheets 21 and 22 has a black resin or adhesive (hereinafter referred to as a resin 25 a) that absorbs light, and the other A transparent resin or adhesive having a refractive index (n = 1.4 to 1.6) substantially the same as that of the base material (cuboid material 20) (hereinafter referred to as resin etc. 25b) is provided in the space 26 on the surface. Resin etc. 25a and 25b are combined and called resin etc. 25), and mirror sheets 21 and 22 are fixed. Hereinafter, the mirror sheets 21 and 22 in which the gap 26 is filled with the resin 25 or the like are referred to as mirror sheets 41 and 42, respectively. As a result, as shown in FIGS. 8 and 11, since the wedge-shaped gap 26 is filled with the resin 25 or the like, the upper and lower surfaces become flat and flat mirror sheets 41 and 42 are formed.

次に、樹脂等25a及び25bを充填されたミラーシート41、42を、図9に示すように、直方体材40の並列方向が交差するようにいずれか一方を90度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって、反射型面対称結像素子4が形成される。図12に示すように、ミラーシート41の各直方体材40とミラーシート42の各直方体材40とが交差する部分が微小ミラーユニット(単位光学素子)を構成し、各微小ミラーユニットのミラーシート41の光反射面23が第1光反射面となり、ミラーシート42の光反射面23が第2光反射面となる。   Next, the mirror sheets 41 and 42 filled with the resin 25a and 25b are bonded together in a state where one of them is rotated 90 degrees so that the parallel direction of the rectangular parallelepiped materials 40 intersect as shown in FIG. Thereby, the reflection-type plane-symmetric imaging element 4 is formed. As shown in FIG. 12, the portion where each rectangular parallelepiped material 40 of the mirror sheet 41 and each rectangular parallelepiped material 40 of the mirror sheet 42 intersect constitutes a micro mirror unit (unit optical element), and the mirror sheet 41 of each micro mirror unit. The light reflecting surface 23 becomes the first light reflecting surface, and the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 42 becomes the second light reflecting surface.

なお、図9及び図12に示すように、ミラーシート41と42を光反射面23の方向に重ね合わせる場合、樹脂等25aは、観察者の目Eが位置する側の表面、樹脂等25bは物体1が位置する側の表面となるように、ミラーシート41、42は重ね合される。   9 and 12, when the mirror sheets 41 and 42 are overlapped in the direction of the light reflecting surface 23, the resin 25a is the surface on the side where the eye E of the observer is located, the resin 25b is The mirror sheets 41 and 42 are overlapped so as to be the surface on the side where the object 1 is located.

次に、図13及び図14を用いて、本実施の形態に係る反射型面対称結像素子4の作用について説明する。図13は、反射型面対称結像素子4を構成するミラーシート41、42の正面断面図であり、ミラーシート41、42に入射する光の進路を示す図、図14は、面取りをしていない直方体材20を用いて製造された従来の反射型面対称結像素子2を構成するミラーシート21、22の正面断面図であり、ミラーシート21、22に入射する光の進路を示す図である。   Next, the operation of the reflective surface-symmetric imaging element 4 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a front cross-sectional view of the mirror sheets 41 and 42 constituting the reflective surface-symmetric imaging element 4, and shows a path of light incident on the mirror sheets 41 and 42, and FIG. 14 is chamfered. It is front sectional drawing of the mirror sheets 21 and 22 which comprise the conventional reflection type plane-symmetric image formation element 2 manufactured using the rectangular parallelepiped material 20, and is a figure which shows the course of the light which injects into the mirror sheets 21 and 22 is there.

なお、図13及び図14においては、ミラーシートの上方に観察者の目Eは配置され、ミラーシートの下方に物体1が配置されているものとする。また、反射型面対称結像素子4を構成するミラーシート41、42、反射型面対称結像素子2を構成するミラーシート21、22は、同一の作用を示すため、図13及び図14においては、一つのミラーシートの作用だけを表記している。   In FIGS. 13 and 14, it is assumed that the observer's eyes E are arranged above the mirror sheet and the object 1 is arranged below the mirror sheet. Further, since the mirror sheets 41 and 42 constituting the reflection type plane symmetric imaging element 4 and the mirror sheets 21 and 22 constituting the reflection type plane symmetric imaging element 2 exhibit the same action, in FIG. 13 and FIG. Shows only the action of one mirror sheet.

本実施の形態に係る反射型面対称結像素子4では、図13に示すように、物体(被投影物)1から射出された光は、ミラーシート41、42の光反射面23の端面E1に当たっても樹脂等25bが介在するため反射されることなく、ミラーシート41、42内を透過し、観察者の目に届くようになっている。また、外来光OLがミラーシート41の光反射面23の端面E2に当たっても樹脂等25aに吸収されるため、外来光OLが反射して観察者の目に届くことはない。   In the reflection-type plane-symmetric imaging element 4 according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the light emitted from the object (projected object) 1 is the end face E1 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheets 41 and 42. In this case, the resin 25b is interposed, so that it passes through the mirror sheets 41 and 42 and reaches the eyes of the observer without being reflected. Further, even if the extraneous light OL hits the end surface E2 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 41, it is absorbed by the resin 25a, so that the extraneous light OL is not reflected and reaches the observer's eyes.

一方、従来の反射型面対称結像素子2では、図14に示すように、物体(被投影物)1から射出された光は、ミラーシート41、42の光反射面23の端面E1に当たって反射し観察者側に届かなくなる、また、外来光OLがミラーシート21の光反射面23の端面E2に当たって反射し、観察者が不要な光を観察することとなり、投影された空間映像3が不鮮明であったり、立体感が失われたりすることが生じる。   On the other hand, in the conventional reflection-type plane-symmetric imaging element 2, as shown in FIG. 14, the light emitted from the object (projected object) 1 hits the end surface E1 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheets 41 and 42 and is reflected. The extraneous light OL hits the end surface E2 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 21 and is reflected and the observer observes unnecessary light, and the projected spatial image 3 is unclear. Or the stereoscopic effect may be lost.

本実施の形態の係る反射型面対称結像素子4は、このような不具合を解消したものであり、物体1から出射された光を効率よく利用するとともに周囲からの外来光の反射を軽減し、空間映像のコントラストをより向上させることができるようになっている。   The reflection-type plane-symmetric imaging element 4 according to the present embodiment eliminates such inconveniences and efficiently uses the light emitted from the object 1 and reduces the reflection of external light from the surroundings. The contrast of spatial images can be further improved.

<その他の実施形態>
図15は、ミラーシート21、22の物体1側及び観察者側のいずれの空隙26にも樹脂等25bを充填したミラーシート41A、42Aの正面断面図である(変形例1)。この場合には、周辺環境から飛来する外来光OLがミラーシート41の光反射面23の端面E2に当たったとしても、外来光は観察者の視線方向とは反対側に反射するので、外来光OLが観察者の目に届くことはない。また、物体1から射出された光は、ミラーシート41、42の光反射面23の端面E1に当たっても反射されることなく、ミラーシート41、42内を透過し、観察者の目に届くので、光の利用効率を向上させることができる。
<Other embodiments>
FIG. 15 is a front sectional view of mirror sheets 41A and 42A in which the gaps 26 on the object 1 side and the viewer side of the mirror sheets 21 and 22 are filled with resin or the like 25b (Modification 1). In this case, even if the extraneous light OL coming from the surrounding environment hits the end surface E2 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 41, the extraneous light is reflected to the side opposite to the viewing direction of the observer. The OL never reaches the observer's eyes. In addition, the light emitted from the object 1 is not reflected even if it hits the end surface E1 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheets 41 and 42, and passes through the mirror sheets 41 and 42 and reaches the eyes of the observer. Light utilization efficiency can be improved.

図16は、ミラーシート21、22の物体1側及び観察者側のいずれの空隙26にも樹脂等25aを充填したミラーシート41B、42Bの正面断面図である(変形例2)。この場合には、周辺環境から飛来する外来光OLがミラーシート41の光反射面23の端面E2に当たったとしても、樹脂等25aに吸収されるため、外来光OLが反射して観察者の目に届くことはない。また、上記実施の形態及び上記変形例1と比べて、光の利用効率は若干減少するが、物体1から射出された光は、ミラーシート41、42の光反射面23の端面E1に当たっても樹脂等25aに吸収されるため、周囲からの外来光OLの反射を軽減し、空間映像のコントラストを向上させることができる。   FIG. 16 is a front cross-sectional view of mirror sheets 41B and 42B in which the gaps 26 on the object 1 side and the observer side of the mirror sheets 21 and 22 are filled with resin or the like 25a (Modification 2). In this case, even if the extraneous light OL coming from the surrounding environment hits the end surface E2 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 41, the extraneous light OL is reflected and reflected by the resin 25a. Never reach the eyes. In addition, the light use efficiency is slightly reduced as compared with the above embodiment and the first modification, but the light emitted from the object 1 is resin even if it hits the end surface E1 of the light reflecting surface 23 of the mirror sheets 41 and 42. Therefore, the reflection of the external light OL from the surroundings can be reduced, and the contrast of the spatial image can be improved.

なお、上記変形例1及び2においては、2つのミラーシートにはそれぞれ同一の樹脂を充填させるため、製造作業がより容易となり、製造コストを低減することができる。   In the first and second modified examples, since the two mirror sheets are filled with the same resin, the manufacturing operation becomes easier and the manufacturing cost can be reduced.

また、上記変形例1及び2においては、2つのミラーシートにはそれぞれ同一の樹脂を充填させて反射型面対称結像素子を構成したが、2つのミラーシートに充填する樹脂を異なるようにしてもよい。例えば、一方の表面の空隙26に樹脂等25a、他方の表面の空隙26に樹脂等25bを充填したミラーシート41Cと、双方の表面の空隙26に樹脂等25bを充填したミラーシート42Cと、を備えた反射型面対称結像素子4Cでもよい。この場合、ミラーシート41Cの樹脂等25bが充填された表面と、ミラーシート42Cの樹脂等25bが充填された表面を密着させて重ね合わせるのが好適である。ミラーシート41Cの樹脂等25aが充填された表面が観察者側、ミラーシート42Cの樹脂等25bが充填された表面が物体側に位置付けられるので、物体1から出射された光を最も効率よく利用できるとともに周囲からの外来光の反射を軽減できるからである。   In the first and second modified examples, the two mirror sheets are filled with the same resin to form the reflective surface-symmetric imaging element. However, the resins filled in the two mirror sheets are different. Also good. For example, a mirror sheet 41C in which the gap 26 on one surface is filled with resin 25a, the gap 26 on the other surface is filled with resin 25b, and the mirror sheet 42C in which the gap 26 on both surfaces is filled with resin 25b, etc. The provided reflection-type plane-symmetric imaging element 4C may be used. In this case, it is preferable that the surface of the mirror sheet 41C filled with the resin 25b and the surface of the mirror sheet 42C filled with the resin 25b are brought into close contact with each other. Since the surface of the mirror sheet 41C filled with the resin 25a is positioned on the observer side and the surface of the mirror sheet 42C filled with the resin 25b is positioned on the object side, the light emitted from the object 1 can be used most efficiently. In addition, the reflection of extraneous light from the surroundings can be reduced.

また、上記実施の形態及び変形例では、ミラーシート21、22に形成された空隙26に樹脂等25を充填する場合について説明したが、より簡単な構成としては、ミラーシート21、22の空隙に樹脂等25を充填しなくてもよい。クサビ形の空隙26が存在することにより、物体1からの光の利用効率を向上させるとともに周囲からの外来光の反射を軽減できるためである。   In the embodiment and the modification described above, the case where the gaps 26 formed in the mirror sheets 21 and 22 are filled with the resin 25 or the like has been described. The resin or the like 25 may not be filled. This is because the presence of the wedge-shaped air gap 26 can improve the utilization efficiency of light from the object 1 and reduce reflection of external light from the surroundings.

また、反射型面対称結像素子の構成は、図1〜図16に示した長手部材である直方体材を用いて2つのミラーシートを形成する構成に限定されるものではなく、物体1からの光を反射型面対称結像素子に対して面対称な位置に実像として結像させる光学素子であれば、いずれの構成でもよい。例えば、特許文献1に示した反射型面対称結像素子の構成でもよい。図17は、このような反射型面対称結像素子5の外観斜視図であり、図18は、反射型面対称結像素子5の鏡面要素を示した図である。より詳しくは、反射型面対称結像素子5は、所定の基盤51を厚み方向に貫通させた複数の穴52を備え、各穴52の内壁に直交する2つの鏡面要素54a及び54bから構成される単位光学素子53を形成したものであって、その穴を通じて基盤51の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、2つの鏡面要素54a及び54bでそれぞれ1回ずつ反射させるようにしてもよい。   Further, the configuration of the reflection-type plane-symmetric imaging element is not limited to the configuration in which the two mirror sheets are formed using the rectangular parallelepiped material that is the longitudinal member shown in FIGS. Any configuration may be used as long as it is an optical element that forms light as a real image in a plane-symmetrical position with respect to the reflection-type plane-symmetric imaging element. For example, the configuration of a reflection-type plane-symmetric imaging element shown in Patent Document 1 may be used. FIG. 17 is an external perspective view of such a reflection-type plane-symmetric imaging element 5, and FIG. 18 is a diagram illustrating mirror elements of the reflection-type plane-symmetric imaging element 5. More specifically, the reflection-type plane-symmetric imaging element 5 includes a plurality of holes 52 penetrating a predetermined base 51 in the thickness direction, and includes two mirror surface elements 54 a and 54 b orthogonal to the inner wall of each hole 52. The unit optical element 53 is formed, and when light is transmitted from one surface direction of the base 51 to the other surface direction through the hole, the light is reflected once by the two mirror surface elements 54a and 54b. You may do it.

なお、反射型面対称結像素子5を用いる場合には、アルミやニッケル等の金属で基盤51を形成した場合、鏡面要素54a及び54bは、金型の面粗さが十分小さければ、それによって自然と鏡面となるので、基盤51全体を鏡面要素とすることができる。   When the reflective surface-symmetric imaging element 5 is used, when the base 51 is formed of a metal such as aluminum or nickel, the mirror elements 54a and 54b are Since it naturally becomes a mirror surface, the entire base 51 can be used as a mirror surface element.

このような反射型面対称結像素子5を用いた場合には、図19に示すように、鏡面要素54a及び54bの上下端面を、鏡面要素54a及び54bに対して傾斜した所定角度で面取り加工(切削・研磨)した反射型面対称結像素子5Aが好適である。図20は、反射型面対称結像素子5Aを図19の右側面方向(図19のB方向)から見た図である。なお、面取りされた傾斜面は、外来光OLを観察者の目Eの方向とは反対側に反射させるため、観察者の目Eの方向とは反対側の方向に配置される。   When such a reflective surface-symmetric imaging element 5 is used, as shown in FIG. 19, the upper and lower end surfaces of the mirror elements 54a and 54b are chamfered at a predetermined angle inclined with respect to the mirror elements 54a and 54b. The reflective surface-symmetric imaging element 5A (cut and polished) is suitable. FIG. 20 is a view of the reflective surface-symmetric imaging element 5A as viewed from the right side direction of FIG. 19 (direction B of FIG. 19). Note that the chamfered inclined surface is disposed in a direction opposite to the direction of the eyes E of the observer in order to reflect the extraneous light OL on the side opposite to the direction of the eyes E of the observer.

したがって、反射型面対称結像素子5Aは、物体1からの光の利用効率を向上させるとともに外来光の反射を軽減できるので、空間映像のコントラストをより向上させることが可能である。   Accordingly, the reflection-type plane-symmetric imaging element 5A can improve the utilization efficiency of light from the object 1 and reduce reflection of extraneous light, so that the contrast of the spatial image can be further improved.

以上に述べた実施の形態によれば、物体1からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子を備えた空間映像表示装置であって、この反射型面対称結像素子は、長手方向に伸長した4つの面を有する透光の直方体からなり、4つの面のうちの1面を所定の厚みを有する光反射面23とする直方体材20を、反射面23が同一方向となるように、複数並べて形成したミラーシート21及びミラーシート22を備え、ミラーシート21及びミラーシート22において、1つの直方体材20の光反射面23と、隣接する直方体材20の対向面24が当接するように配列され、ミラーシート21の光反射面23とミラーシート22の光反射面23は直交するように、ミラーシート21とミラーシート22を、光反射面23に平行な方向に重ね合わせ、物体1からの光を、ミラーシート21及びミラーシート22の光反射面23にそれぞれ1回ずつ反射させて実像3を結像させるように構成されており、各直方体材20は、所定の厚みを有する光反射面23における2つの長手の角部が、長手方向に沿って、光反射面23に対して所定の角度で削られている空隙26を備えている。   According to the embodiment described above, it is a spatial image display device including a flat reflection type plane-symmetric imaging element that reflects light from the object 1 toward an observer, and this reflection type plane symmetry. The imaging element is formed of a light-transmitting rectangular parallelepiped having four surfaces extending in the longitudinal direction, and the rectangular parallelepiped material 20 having one of the four surfaces as a light reflecting surface 23 having a predetermined thickness is used as the reflecting surface 23. The mirror sheet 21 and the mirror sheet 22 are arranged side by side so that they are in the same direction. In the mirror sheet 21 and the mirror sheet 22, the light reflecting surface 23 of one rectangular parallelepiped material 20 and the opposing rectangular parallelepiped material 20 are opposed to each other. The mirror sheet 21 and the mirror sheet 22 are arranged in parallel with the light reflecting surface 23 so that the surfaces 24 are in contact with each other and the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 21 and the light reflecting surface 23 of the mirror sheet 22 are orthogonal to each other. And the light from the object 1 is reflected once on the light reflecting surfaces 23 of the mirror sheet 21 and the mirror sheet 22 to form a real image 3. Two longitudinal corners of the light reflecting surface 23 having a predetermined thickness are provided with gaps 26 that are cut at a predetermined angle with respect to the light reflecting surface 23 along the longitudinal direction.

この構成の反射型面対称結像素子を備えた空間映像表示装置によれば、物体から出射された光を効率よく利用するとともに周囲からの外来光の反射を軽減し、空間映像のコントラストをより向上させることができる。   According to the spatial image display device provided with the reflection type plane-symmetric imaging element having this configuration, the light emitted from the object is efficiently used and the reflection of the external light from the surroundings is reduced, and the contrast of the spatial image is further improved. Can be improved.

また、上記構成に、以下の構成を施してもよい。   Moreover, you may give the following structures to the said structure.

一例としては、ミラーシート21及びミラーシート22を、それぞれ、直方体材20の空隙26に対して、直方体材20と略同一の屈折率を有する透明な樹脂または接着剤である樹脂等25bが充填されているミラーシート41A及びミラーシート42Aとしてもよい。   As an example, each of the mirror sheet 21 and the mirror sheet 22 is filled with a resin 25b that is a transparent resin or an adhesive having substantially the same refractive index as that of the rectangular parallelepiped material 20 with respect to the gap 26 of the rectangular parallelepiped material 20. The mirror sheet 41A and the mirror sheet 42A may be used.

別の一例としては、ミラーシート21を、空隙26の一方の平板側に対しては、黒色の樹脂または接着剤である樹脂等25aが充填され、空隙26の他方の平板側に対しては、直方体材20と略同一の屈折率を有する透明な樹脂または接着剤である樹脂等25bが充填されたミラーシート41C、ミラーシート22を、空隙26に対して樹脂等25bが充填されたミラーシート42Cとし、ミラーシート41Cとミラーシート42Cは、ミラーシート41Cの樹脂等25bが充填された平板側と、ミラーシート42Cの樹脂等25bが充填された平板側とが当接するように重ね合わせてもよい。   As another example, the mirror sheet 21 is filled with a black resin or a resin 25a which is an adhesive on one flat plate side of the gap 26, and on the other flat plate side of the gap 26, The mirror sheet 41C and the mirror sheet 22 filled with a transparent resin having a refractive index substantially the same as that of the rectangular parallelepiped material 20 or the resin 25b as an adhesive, and the mirror sheet 42C filled with the resin 25b with respect to the gap 26 are used. The mirror sheet 41C and the mirror sheet 42C may be overlapped so that the flat plate side filled with the resin 25b of the mirror sheet 41C and the flat plate side filled with the resin 25b of the mirror sheet 42C abut. .

また、別の一例としては、ミラーシート21及びミラーシート22を、それぞれ、空隙26の一方の平板側に対しては、黒色の樹脂または接着剤である樹脂等25aが充填されたミラーシート41、空隙26の他方の平板側に対しては、直方体材20と略同一の屈折率を有する透明な樹脂または接着剤である樹脂等25bが充填されたミラーシート42とし、ミラーシート41とミラーシート42は、ミラーシート41の樹脂等25aが充填された平板側と、ミラーシート42の樹脂等25aが充填された平板側とが当接するように重ねわせられていてもよい。 As another example, the mirror sheet 21 and the mirror sheet 22 are respectively provided on the one flat plate side of the gap 26 with a mirror sheet 41 filled with black resin or resin 25a as an adhesive, On the other flat plate side of the gap 26, a mirror sheet 42 filled with a transparent resin 25b that is a transparent resin or an adhesive having substantially the same refractive index as the rectangular parallelepiped member 20, and the mirror sheet 41 and the mirror sheet 42 are used. has a flat side which resin 25a of the mirror sheet 41 is filled, the flat side resin 25a is filled in the mirror sheet 42 may be superposed Align to abut.

また、別の一例としては、ミラーシート21及びミラーシート22を、それぞれ、空隙26に対して、黒色の樹脂または接着剤である第2の樹脂等が充填されたミラーシート41B及びミラーシート42Bとしてもよい。   As another example, the mirror sheet 21 and the mirror sheet 22 are respectively formed as a mirror sheet 41B and a mirror sheet 42B filled with a black resin or a second resin that is an adhesive with respect to the gap 26. Also good.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention without departing from the gist of the present invention. Such modifications and changes can be made, and those accompanying such modifications and changes are also included in the technical scope of the present invention.

1 ディスプレイ部
2,4,5,5A, 反射型面対称結像素子
3 空間映像(実像)
20 直方体材
21,22,41,42,41A,41B,41C,42,42A,42B,42C ミラーシート
23 光反射面
25a,25b,25 樹脂等
26 空隙
54a,54b 鏡面要素
1 Display unit 2, 4, 5, 5A, Reflective plane-symmetric imaging element 3 Spatial image (real image)
20 rectangular parallelepiped material 21, 22, 41, 42, 41A, 41B, 41C, 42, 42A, 42B, 42C mirror sheet 23 light reflecting surface 25a, 25b, 25 resin, etc. 26 gap 54a, 54b mirror surface element

Claims (5)

長手方向に伸長した4つの面のうちの1面が物体からの光を反射する光反射面である直方体の長手部材を、一の長手部材の前記光反射面及び前記一の長手部材と隣接する他の長手部材の前記光反射面と対向する面が重なるように複数並べて形成された第1ミラーシート及び第2ミラーシートの前記光反射面がそれぞれ交差するように重ねられている反射型面対称結像素子を備え、
前記長手部材の前記光反射面の長手方向に延びる端部の辺で面取りされていることを特徴とする空間映像表示装置。
A rectangular parallelepiped longitudinal member in which one of the four surfaces extending in the longitudinal direction is a light reflecting surface that reflects light from an object is adjacent to the light reflecting surface of the one longitudinal member and the one longitudinal member. Reflective surface symmetry in which the light reflecting surfaces of the first mirror sheet and the second mirror sheet, which are formed in a row so that the surfaces facing the light reflecting surfaces of the other longitudinal members overlap, are overlapped so as to intersect each other. An imaging element,
A spatial image display device, wherein the longitudinal member is chamfered at a side of an end portion extending in a longitudinal direction of the light reflecting surface.
前記第1ミラーシート及び前記第2ミラーシートは、それぞれ、
前記長手部材の削られた空隙部に対して、前記長手部材と略同一の屈折率を有する透明な樹脂または接着剤である第1の充填物が充填されていることを特徴とする請求項1に記載の空間映像表示装置。
The first mirror sheet and the second mirror sheet are respectively
2. The first filler, which is a transparent resin or adhesive having substantially the same refractive index as that of the longitudinal member, is filled in the void of the longitudinal member. The spatial image display device described in 1.
前記第1ミラーシートは、
前記長手部材の削られた空隙部の一方の平板側に対しては、黒色の樹脂または接着剤である第2の充填物が充填され、前記長手部材の削られた空隙部の他方の平板側に対しては、前記長手部材と略同一の屈折率を有する透明な樹脂または接着剤である第1の充填物が充填され、
前記第2ミラーシートは、
前記長手部材の削られた空隙部に対して、前記第1の充填物が充填され、
前記第1ミラーシートと前記第2ミラーシートは、
前記第1ミラーシートの前記第1の充填物が充填された平板側と、前記第2ミラーシートの前記第1の充填物が充填された平板側とが当接するように重ね合わせられていることを特徴とする請求項1に記載の空間映像表示装置。
The first mirror sheet is
One flat plate side of the void portion of the longitudinal member is filled with a second filler that is black resin or adhesive, and the other flat plate side of the void portion of the longitudinal member is cut. Is filled with a first filler which is a transparent resin or adhesive having substantially the same refractive index as the longitudinal member,
The second mirror sheet is
The first filler is filled into the void of the longitudinal member that has been cut away,
The first mirror sheet and the second mirror sheet are:
The flat plate side of the first mirror sheet filled with the first filler is overlapped with the flat plate side of the second mirror sheet filled with the first filler. The spatial image display device according to claim 1, wherein:
前記第1ミラーシート及び前記第2ミラーシートは、それぞれ、
前記長手部材の削られた空隙部の一方の平板側に対しては、黒色の樹脂または接着剤である第2の充填物が充填され、前記長手部材の削られた空隙部の他方の平板側に対しては、前記長手部材と略同一の屈折率を有する透明な樹脂または接着剤である第1の充填物が充填され
前記第1ミラーシートと前記第2ミラーシートは、
前記第1ミラーシートの前記第2の充填物が充填された平板側と、前記第2ミラーシートの前記第1の充填物が充填された平板側とが当接するように重ねわせられていることを特徴とする請求項1に記載の空間映像表示装置。
The first mirror sheet and the second mirror sheet are respectively
One flat plate side of the void portion of the longitudinal member is filled with a second filler that is black resin or adhesive, and the other flat plate side of the void portion of the longitudinal member is cut. Is filled with a first filler which is a transparent resin or adhesive having substantially the same refractive index as the longitudinal member ,
The first mirror sheet and the second mirror sheet are:
A flat side of the second filler is filled in the first mirror sheet, and the flat side of the first filler is filled in the second mirror sheet is superposed Align to abut The spatial image display device according to claim 1, wherein
前記第1ミラーシート及び前記第2ミラーシートは、それぞれ、
前記長手部材の削られた空隙部に対して、黒色の樹脂または接着剤である第2の充填物が充填されていることを特徴とする請求項1に記載の空間映像表示装置。
The first mirror sheet and the second mirror sheet are respectively
2. The spatial image display device according to claim 1, wherein a second filler, which is a black resin or an adhesive, is filled in the gap portion of the longitudinal member.
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