專利名稱：多視點空中映像顯示元件的制作方法
多視點空中映像顯示元件
即本發(fā)明提供一種多視點空中映像顯示元件，其特征在于在構(gòu) 成一個平面并使光透過的元件面上，將相互正交的兩個鏡面要素所組 成的雙面角形反射器在具有垂直于上述元件面的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上 朝向多個方向形成多個，通過使從被配置在上述元件面的一側(cè)的4皮投 影物體發(fā)出的光在上述各雙面角形反射器中的兩個鏡面要素上分別反 射 一 次并使之透過該元件面，使該被投影物體的像以可以從上述元件 面另一側(cè)的多個方向進行觀察的方式成像在與上述元件面相對的上述 被投影物體的面對稱位置。這樣的多視點下的觀察通過采用可以進行 相對于元件面帶角度的觀察的、雙面角形反射器陣列而初次成為可能。
特別是在將上述元件面上所形成的多個雙面角形反射器朝向的 方向設(shè)為隨機的情況下，由于元件的構(gòu)造一樣，所以不存在元件中心， 在哪個地方都可以進行全方位成像，還有被投影物體與元件面相對的 配置位置的自由度也較高之類的優(yōu)點。但是，由于存在不被用于從被 投影物體所發(fā)出的光的反射的雙面角形反射器，所以元件的透射率變 低。另外由于存在與觀察方向相對著的鏡面要素，所以有可能易于產(chǎn) 生一次反射所造成的雜散光，但由于構(gòu)成雙面角形反射器的鏡面要素 的方向是隨機的，所以不會用一次反射所造成的雜散光進行成像。
另外，在將上述多個雙面角形反射器以全部朝向規(guī)定的一點的方 式而形成的情況下，通過在通過該一點的元件面的垂線近旁確定纟皮投 影物體的配置位置，就能夠從多個視點共享在該元件面的相反側(cè)成像 的實像。
具體而言，作為理想的構(gòu)成能夠列舉如下形態(tài)，即雙面角形反射 器在使呈板狀的底座沿厚度方向貫通的孔的內(nèi)壁形成了上述正交的兩 個鏡面要素，在光通過該孔從底座的一個面方向透射至另一面方向之 際，在兩個鏡面要素上分別反射一次。此外，在此情況下，相對于兩 個鏡面要素垂直的面、例如若底座為平坦的薄板狀就是通過其壁厚的 中央部且垂直于兩個鏡面要素的面(通常是與底座的外表面平行的面) 相當于多視點空中映像顯示元件的元件面。
<第2實施方式>圖6中用示意性的平面圖所示的本發(fā)明第2實施方式是至少能夠從3個方向觀察被投影物體O的像的多視點空中映像顯示元件3B。但是，在該圖中，雙面角形反射器l用灰色來表示其全體集合，并將其內(nèi)角的朝向用V字形狀較大夸張來進行表示。(關(guān)于圖6以后的附圖也同樣如此)。
[0031
本實施方式的多視點空中映像顯示元件3B能夠通過使例如將第1實施方式中所用的6個雙面角形反射器陣列2B分別切斷成兩半之中的一方，改變朝向進行再接合而構(gòu)成。具體而言，各雙面角形反射器陣列2B與第1實施方式中所用的雙面角形反射器陣列2A相同，將雙面角形反射器1的方向在元件面S內(nèi)傾斜45。而形成，如圖7所示那樣用通過元件的中心與側(cè)邊緣以角度600相交的直線二分割成兩個梯形狀，并使用其中一方(在圖示例子中左上一半)的雙面角形反射器陣列2B1。即、通過在6個呈梯形狀的雙面角形反射器陣列2B之中將3個反過來，并將已反過來的和未反過來的一邊改變朝向一邊以梯形的長邊彼此鄰接的方式進行接合，而獲得圖6所示的多視點空中映像顯示元件3B。此外，不言而喻這一多視點空中映像顯示元件3B還能夠通過從當初就使用6張呈與雙面角形反射器陣列2B1同樣的梯形狀的雙面角形反射器陣列來進行形成，而不是切斷正方形狀的雙面角形反射器陣列2B。此外，在對應(yīng)于同一視點的兩個成像元件的邊界部分，通過顧及到不破壞各雙面角形反射器而作為賦予了級差的邊界線，就可以避免邊界部分處的成像不連續(xù)。[0032
在這樣所獲得的多視點空中映像顯示元件3B中，6個雙面角形反射器陣列2B1就成為將梯形的斜邊和長邊所形成的角集合在中心部的形態(tài)，能夠在此中心部處的底座21，的一面?zhèn)?紙面下方)配置纟皮投影物體O，并從另一面?zhèn)?紙面上方)來觀察被投影物體O的像。即、如圖6所示那樣使梯形的斜邊彼此接合起來的兩個雙面角形反射器陣列2B1因為雙面角形反射器1以大致同一方向朝向被投影物體O,所以如果隔著多視點空中映像顯示元件3B的中心部從梯形的斜邊的延長方向進行觀察(在該圖中用箭頭來表示視線)，就能夠確+人由兩個雙面角形反射器陣列2B1產(chǎn)生的被投影物體0的像。而且，這樣朝向大致同一方向的雙面角形反射器陣列2B1的組合，在本實施方式的多^L點空中映像顯示元件3B中有3組，所以至少可以從3個方向進行像的觀察，進而如果分別正對于6個雙面角形反射器陣列2B1的雙面角形反射器1進行觀察，在此多視點空中映像顯示元件3B中就可以從6方向進行像的觀察。但是，朝向大致同一方向的兩個雙面角形反射器陣列2m中的雙面角形反射器l并非準確地朝向同一方向，而是分別與視線方向有大約15。左右的變位，但這一程度的角度差異在觀察者的雙眼視差的范圍內(nèi)，能夠認為大致朝向同一方向。
[00331
此外，在相當于被投影物體O與底座21，相對的正上方的多視點空中映像顯示元件3B的中央部，由于在朝向不同方向的雙面角形反射器l接近而存在多個的情況下，極有可能產(chǎn)生雜散光而不能鮮明地成像，所以最好在進行俯視時底座21，上的與被投影物體O重疊的部位不形成雙面角形反射器1等并設(shè)為不透明以預(yù)先防止雜散光。
0034
<第3實施方式>圖8中示意性的平面圖所示的本發(fā)明第3實施方式是呈圓盤狀的多視點空中映像顯示元件3C，對于一個被投影物體O的像可以從4方向進行觀察。具體而言，此多視點空中映像顯示元件3C由4個俯視呈扇形的雙面角形反射器陣列2C所構(gòu)成。各雙面角形反射器陣列2C是中心角均成卯。同形狀同大小的、被接合成一個面的圓形狀。在這樣的雙面角形反射器陣列2C中，雙面角形反射器1與第1實施方式的情況同樣地形成，部分元件面s與元件面S的關(guān)系也與第1實施方式相同，但在本實施方式中，各雙面角形反射器陣列2C的雙面角形反射器1朝向各自的中心角(頂點)的方向，與第2實施方式的情況一樣地為了防止雜散光，不在中心角近處形成雙面角形反射器l。
[0035
在這樣的形態(tài)的多視點空中映像顯示元件3C中，以其中心為基準、每隔規(guī)定角度(在此例中為90。)雙面角形反射器l被劃分成朝向一定方向的區(qū)域，各區(qū)域由雙面角形反射器陣列2C所構(gòu)成。然后，就能夠在該中心部處的一面?zhèn)?紙面下方)配置被投影物體O,并從多面?zhèn)?紙面上方)來觀察被投影物體O的像。即、如果在隔著中心部面對的l個雙面角形反射器陣列2C的方向進行觀察(在該圖中用箭頭來表示視線)，就能夠看見由該雙面角形反射器陣列2C產(chǎn)生的被投影物體O的像，可以從總共4方向進行像的觀察。
[0036
此外，在雙面角形反射器陣列中，其個數(shù)和扇形形狀的中心角的大小能夠任意地設(shè)定，可以觀察被投影物體O的視點的個數(shù)也能夠依照它們進行變更。另外，這樣的多視點空中映像顯示元件3C，即便取代將多個雙面角形反射器陣列接合成一個面的構(gòu)成，而通過如圖9中變形例所示那樣在具有元件面的1張底座4上從其中心部起每隔規(guī)定角度(在該圖的例子中為每卯。)形成多個朝向同一方向的雙面角形反
18射器l來進行構(gòu)成，也可獲得起到同樣效果的多^L點空中映像顯示元 件3C，。除此以外，即便取代上述那樣的呈扇形的4個雙面角形反射 器陣列2C，而通過利用例如呈四角形等扇形以外的形狀的4個雙面角 形反射器陣列，也能夠獲得具有與本實施方式同樣效果的多視點空中 映^^顯示元件。 [0037
<第4實施方式>

圖10中示意性的平面圖所示的本發(fā)明第4實施 方式是與第3實施方式及其變形例同樣地呈圓盤狀的多視點空中映像 顯示元件3D，將底座5上所形成的全部雙面角形反射器1朝向特定的 一點而形成。雖然在本實施方式中，作為一例采用了將全雙面角形反 射器l朝向元件面S的中心點而形成，但雙面角形反射器l朝向的點 能夠任意地進行設(shè)定，多視點空中映像顯示元件3D的俯視形狀也并 不限定于圓形。
[0038
在這樣的多視點空中映像顯示元件3D的情況下，通過所有雙面 角形反射器1朝向的一點就被配置在本例中通過多視點空中映像顯示 元件3D的中心的垂線上的元件面S的一面?zhèn)?在圖示例中為里面?zhèn)?。 據(jù)此，被投影物體O的實像就在上述垂線上元件面S另一面?zhèn)鹊目罩?進行成像，觀察者就能夠從元件面S另一面?zhèn)?在圖示例中為表面?zhèn)? 上方的任意方向來觀察該實像。
[0039
<第5實施方式>圖11中示意性的平面圖所示的本發(fā)明第5實施 方式是對與第1實施方式同樣的底座5，在底座面的面上將多個雙面 角形反射器l朝向隨機的方向而形成的多視點空中映像顯示元件3E。 雖然在此多視點空中映像顯示元件3E的情況下，被投影物體O可以 配置在底座6的下面?zhèn)鹊娜我馓帲诒緦嵤┓绞街惺桥渲迷诘鬃? 的中央部下方。這樣將多個雙面角形反射器1的朝向設(shè)為隨機的情況 與處于一定角度范圍的雙面角形反射器朝向同一方向的情況相比較， 將獲得成為雜散光的一次反射光更加漫射，并且二次反射光的橫向視角擴大，與透射率的視角相對的峰值變得平坦之類的效果。而且，若
從底座6上方處的某一位置進行觀察，則能夠看見通過將內(nèi)角朝向與 其視線方向大致面對的方向的多個雙面角形反射器1而成像的被投影 物體O的像。即、從底座6上方可以從與底座面平行的全方向(360。) 來觀察被投影物體O的像。此外，在如以上那樣的隨機配置雙面角形 反射器的朝向的情況下，即便在如圖2以及圖3所示那樣的成像元件 的構(gòu)造中，采取將孔或者筒狀體的4個側(cè)壁全部作為正交面且反射面， 并構(gòu)成4組雙面角形反射器的形態(tài)也是有效的。在此情況下，雖然會 發(fā)生多重反射的問題，但能夠通過4組雙面角形反射器來增加成像的 明亮度。
[0040
以上主要就被投影物體o為二維物體或者二維映像的情況進行 了說明，在這里，參照圖12就被投影物體O為三維立體物體或者立 體映像的情況進行說明。在這里，如該圖所示那樣，以在第1實施方 式的多視點空中映像顯示元件3A中采用了圓柱狀物體作為被投影物 體O時的實像觀察形態(tài)為一例來進行說明。即、雖然被投影物體O的 利用多視點空中映像顯示元件3A(詳細而言是利用各雙面角形反射器 陣列2A1,2A2)的成像方式自身如上述那樣，但在從視點VI來觀看的 情況下，被投影物體O的外壁面(凸面)之中雙面角形反射器陣列2A1 側(cè)面的一部分被作為凹面的實像P1而，見察。另一方面，在從視點V2 來觀看的情況下，被投影物體O的外壁面(凸面)之中雙面角形反射器 陣列2A2側(cè)的一部分被作為凹面的實像P2(圖中虛線所示)而觀察。例 如圖示例子那樣，在被投影物體O即圓柱的外壁面在雙面角形反射器 陣列2A1側(cè)顯示有字符"H"(圖中虛線所示)、在雙面角形反射器陣列 2A2側(cè)顯示有字符"L，，的情況下，從視點VI觀察到字符"H"好似被顯 示在圓柱的內(nèi)壁面，從視點V2觀察到字符"L"好似被顯示在圓柱的內(nèi) 壁面上。也就是說，被投影物體0和所觀察的實像P1，P2在與元件面 S平行的方向上凹凸關(guān)系逆轉(zhuǎn)。如果利用這樣的被投影物體和實像的 凹凸反轉(zhuǎn)，預(yù)先使欲觀察的三維物體即被投影物體O的與元件面S平行的方向的凹凸進行反轉(zhuǎn)，所觀察的實像的凹凸就如期待那樣成為具 有正確凹凸的像。
0041
此外，本發(fā)明并不限定于上述的實施方式。例如，作為構(gòu)成雙面 角形反射器陣列的雙面角形反射器只要單單存在正交的兩片反射面即 可，作為此反射面能夠利用借助于反射金屬等的光的物質(zhì)具有鏡面精 度的平坦度的端面或者膜的反射、以及折射率不同的透明介質(zhì)彼此具 有鏡面精度的平坦度的邊界處的全反射等現(xiàn)象。更具體而言，例如在 上述的各實施方式，在雙面角形反射器陣列中，在薄板狀的底座21 上形成正方形狀的孔22，并通過該孔的內(nèi)周壁之中鄰接的兩個內(nèi)壁而 形成雙面角形反射器，但還可以取代這樣的構(gòu)成，如圖13中放大所示 那樣，通過以棋盤格狀形成多個在底座21的厚度方向上突出的透明筒 狀體23，并將各筒狀體23的內(nèi)壁面之中正交的兩個內(nèi)壁面作為鏡面 要素11，，12，的形態(tài)而形成雙面角形反射器1，。此鏡面要素H，，12，既能 夠利用全反射，還可以利用由反射膜產(chǎn)生的反射。在此情況下，通過 將筒狀體23上所形成的鏡面要素11，，12，以外的內(nèi)壁面不作為反射面 或者帶角度，就能夠消除多余反射而獲得更加鮮明的像。
[0042
進而，在上述的各實施方式中，能夠在雙面角形反射器陣列的上 面或者下面粘貼設(shè)置視界控制膜或者視角調(diào)整膜等光學(xué)膜，分別作為 使特定方向的光線透射且遮斷其他特定方向的光線、或者僅僅漫射特 定方向的光線的視線控制部件。具體而言就是借助于這一光學(xué)膜可以 使從被投影物體所發(fā)出的光線直接透過各雙面角形反射器陣列的方向 的光不到達視點，由此來防止能夠通過雙面角形反射器陣列從視點直 接觀察被投影物體，另 一方面僅僅使在雙面角形反射器進行二次反射 并透過雙面角形反射器陣列的方向的光線透過，由此能夠從視點僅觀 察被投影物體的實像。但是，使之透過雙面角形反射器陣列或者遮斷 的光線的方向在將光學(xué)膜粘貼在雙面角形反射器陣列的上面?zhèn)鹊那闆r 和粘貼在下面?zhèn)鹊那闆r中相反。[0043J
除此以外，還有構(gòu)成雙面角形反射器的兩個鏡面要素，只要是正 交的兩片反射面就能夠形成，還可以使其相互不接觸相互空開間隙進 行配置、以及多視點空中映像顯示元件或者雙面角形反射器陣列的形 狀能夠自由地設(shè)定等，關(guān)于各部分的具體構(gòu)成并不限于上述實施方式， 在不脫離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)可以進行各種各樣變形。
[0044
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明可以作為能夠同時從多個視點即多個人同時觀察被投影 物體的實鏡映像之類的、可以實現(xiàn)新的空中映像的觀察方法的顯示器 裝置來進行利用。
權(quán)利要求
1.一種多視點空中映像顯示元件，其特征在于在構(gòu)成一個平面并可使光透過的元件面上，將相互正交的兩個鏡面要素所組成的雙面角形反射器在具有垂直于上述元件面的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上朝向多個方向形成多個，通過使從被配置在上述元件面的一側(cè)的被投影物體發(fā)出的光在上述各雙面角形反射器中的兩個鏡面要素上分別反射一次并使之透過該元件面，使該被投影物體的像以可以從上述元件面另一側(cè)的多個方向進行觀察的方式成像在與上述元件面相對的上述被投影物體的面對稱位置。
2. 按照權(quán)利要求1所記載的多視點空中映像顯示元件，其特征在于將上述元件面上所形成的多個雙面角形反射器朝向的方向設(shè)為 隨機的。
3.按照權(quán)利要求1所記載的多視點空中映像顯示元件，其特征在于形成上述多個雙面角形反射器，以使其全部朝向規(guī)定的一點。
4.按照權(quán)利要求1所記載的多視點空中映像顯示元件，其特征在于在上述元件面上形成多個使多個上述雙面角形反射器朝向同一 方向的區(qū)域，并對每個該各區(qū)域使雙面角形反射器朝向的方向不同。
5.按照權(quán)利要求4所記載的多視點空中映像顯示元件，其特征在于:利用以規(guī)定位置為基準的角度對上述多個區(qū)域在上述元件面上 進行劃分。
6. 按照權(quán)利要求4或5中任一項所記載的多視點空中映像顯示 元件，其特征在于通過各自獨立的雙面角形反射器陣列而構(gòu)成上述各區(qū)域， 在可使光透過的部分元件面上將相互正交的兩個鏡面要素所組 成的雙面角形反射器都朝向同一方向而形成多個該各雙面角形反射器陣列，通過使從被配置在該部分元件面的 一側(cè)的被投影物體發(fā)出的光 在上述各雙面角形反射器中的兩個鏡面要素上分別反射一次并透過該 部分元件面，使該被投影物體的像以可以從上述元件面的另 一側(cè)進行 觀察的方式成像在上述被投影物體相對于上述部分元件面的面對稱位 置， 、通過上述多個雙面角形反射器陣列上的部分元件面的集合而構(gòu) 成上述元件面。
7. 按照權(quán)利要求1至6中任一項所記載的多視點空中映l象顯示 元件，其特征在于在包含通過上述被投影物體的上迷元件面的垂線的該元件面上 的一定區(qū)域不形成上述雙面角形反射器。
8. 按照權(quán)利要求1至7中任一項所記栽的多視點空中映像顯示 元件，其特征在于上述雙面角形反射器在使呈板狀的底座沿厚度方向貫通的孔的 內(nèi)壁形成了上述正交的兩個鏡面要素，在光通過該孔從底座的一個面 方向透射至另一面方向之際，在兩個鏡面要素上分別反射一次。
9. 按照權(quán)利要求1至7中任一項所記載的多視點空中映像顯示元件，其特征在于上述雙面角形反射器在透明的筒狀體的內(nèi)壁面形成了上述正交 的兩個鏡面要素，在光通過上述筒狀體從相對于上述各鏡面要素垂直 的一個面?zhèn)韧干渲亮硪幻鎮(zhèn)戎H，在兩個鏡面要素上分別反射一次。
10. 按照權(quán)利要求8或9所記載的多視點空中映像顯示元件，其 特征在于將上述孔的內(nèi)壁或者上述筒狀體的內(nèi)壁面之中、形成上述雙面角 形反射器的兩個鏡面以外的面設(shè)為非鏡面。
11. 按照權(quán)利要求8至10中任一項所記載的多視點空中映像顯 示元件，其特征在于形成將上述孔的內(nèi)壁或者上述筒狀體的內(nèi)壁面之中的形成上述 雙面角形反射器的兩個鏡面要素以外的面，以使其與上述元件面不相 垂直。
12. 按照權(quán)利要求1至11中任一項所記栽的多視點空中映像顯 示元件，其特征在于在上述元件面上配置僅將特定方向的光線透射/遮斷或者漫射的 光學(xué)上的視線控制部件，借助于該視線控制部件，僅透過進行成像的 光線，并遮斷其他作為雜散光的光線。
全文摘要
一種多視點空中映像顯示元件(3)如下構(gòu)成在構(gòu)成一個平面并可使光透過的元件面S上朝向多個方向形成多個相互正交的兩個鏡面要素(11)、(12)所組成的雙面角形反射器(1)，通過使從被投影物體O所發(fā)出的光在各雙面角形反射器(1)上反射二次并使之透過元件面S，而使被投影物體的漂浮在空中的像O在與元件面S相對的被投影物體O的面對稱位置進行成像，以便許多人能夠?qū)ζ鋸脑鍿的另一側(cè)的多個方向進行觀察。
文檔編號G02B27/22GK101641630SQ20088000719
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者前川聰 申請人:獨立行政法人情報通信研究機構(gòu)