JP2015143785A - Stereoscopic image display device and stereoscopic image display method - Google Patents
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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)を用いた立体像表示装置及び立体像表示方法に関する。 The present invention relates to a stereoscopic image display device and a stereoscopic image display method using a corner cube (hereinafter referred to as a cubic corner body) having three surfaces of a legislative body.
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空間に実像として立体像を形成させるものである。
Conventionally, as an apparatus and method for displaying a stereoscopic image, a stereoscopic image display apparatus described in
また、特許文献2記載の光学結像装置60は、図7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。
In addition, as shown in FIG. 7, the
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(対向位置)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。
However, in the
Of course, it is possible to change the imaging position by placing a mirror or the like, but there is a problem that the structure becomes complicated and the apparatus itself has a thickness.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、装置を正面視して立体像(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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a stereoscopic image display device and a stereoscopic image display method capable of forming a stereoscopic image (real image) when the apparatus is viewed from the front.
前記目的に沿う第1の発明に係る立体像表示装置は、表裏に抜ける反射光出口をそれぞれ有するキュービックコーナー体を軸心を平行にして配置した再帰性反射材の入光側に、光反射部と光透過部が混在した部分透過ミラーを設け、前記光透過部を通って、前記再帰性反射材によって反射した対象物からの光を前記光反射部で再反射させ、前記反射光出口から外部に出光させて結像した。 The stereoscopic image display device according to the first invention that meets the above object is characterized in that a light reflecting portion is provided on a light incident side of a retroreflecting material in which cubic corner bodies each having reflected light exits that pass through the front and back are arranged in parallel. And a partially transmissive mirror in which a light transmissive portion is mixed, light from the object reflected by the retroreflecting material through the light transmissive portion is rereflected by the light reflective portion, and externally from the reflected light exit The light was emitted and imaged.
第1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、互いに直角に交わる3つの反射面(直角2等辺三角形の一部)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ているのが好ましい。 In the stereoscopic image display device according to the first aspect of the present invention, the cubic corner body has three reflecting surfaces (a part of a right-angled isosceles triangle) intersecting at right angles to each other, and the corners of the three reflecting surfaces are on the corner side. A reflected light exit is preferably provided.
なお、部分透過ミラーの透光率(透過領域面積/全面積)は30〜70%の範囲であるのが好ましい。また、光透過部と光反射部の形状は多角形(三角形を含む)であるのが好ましいが、縞状、散在状であってもよい。一つの光透過部又は光反射部の大きさは、一つのキュービックコーナー体の入光面(例えば、正三角形の平面)の1/1000〜1/50程度(より好ましくは、1/200〜1/50)であるのが好ましい。 In addition, it is preferable that the transmissivity (transmission area area / total area) of the partial transmission mirror is in the range of 30 to 70%. Moreover, although it is preferable that the shape of a light transmission part and a light reflection part is a polygon (a triangle is included), it may be striped and scattered. The size of one light transmitting portion or light reflecting portion is about 1/1000 to 1/50 (more preferably 1/200 to 1) of the light incident surface (for example, a regular triangular plane) of one cubic corner body. / 50).
第1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仮想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好ましい。 In the stereoscopic image display device according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the reflected light exit is formed by removing the reflected light exit from a virtual corner of the cubic corner body to a certain height position.
第1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該キュービックコーナー体の仮想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仮想角部から(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。 In the stereoscopic image display device according to the first aspect of the present invention, when the cubic corner body has a height relative to the virtual corner portion of the cubic corner body as h, the reflected light exit exits from the virtual corner portion (0. It is preferably formed at a position in the height range of 3 to 0.8) h.
第1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。 In the stereoscopic image display device according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the cubic corner body is made of transparent plastic or glass, and the three reflecting surfaces are mirror-finished.
そして、第2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て再帰性反射材を形成し、前記再帰性反射材の入光面に光反射部と光透過部が混在した部分透過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前記光透過部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光反射部で反射させて、前記反射光出口から外部に出光して結像させる。 In the stereoscopic image display method according to the second invention, a cubic corner body having three reflecting surfaces intersecting at right angles to each other, and having a reflected light exit provided on a corner side of the three reflecting surfaces, is connected to the cubic corner body. A three-dimensional image in which a retroreflective material is formed by arranging a plurality of planar shapes in parallel with the axis of the corner body in parallel, and a partially transmissive mirror in which a light reflecting portion and a light transmitting portion are mixed is arranged on the light incident surface of the retroreflective material Using a display device, light from an object is put into the cubic corner body from the light transmitting portion, retroreflected by the cubic corner body, the retroreflected light is reflected by the light reflecting portion, and the reflected light Light is emitted from the exit to the outside to form an image.
第1、第2の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、再度部分透過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立体像(対象物)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。
ここで、部分透過ミラーを使用することによって、通常のハーフミラーに比較して光を通過する領域と光を反射する領域を明確に分けることができ、設計製作が容易となる。
In the stereoscopic image display device and the stereoscopic image display method according to the first and second inventions, for example, light from an object (including a subject and a light source) is reflected in an incident direction by a retroreflecting material, and then a partially transmissive mirror is used again. Therefore, the stereoscopic image (object) placed at the vertical position on one side with respect to the stereoscopic image display device can be formed as a real image at the vertical position on the other side of the stereoscopic image display device.
Here, by using the partial transmission mirror, it is possible to clearly separate the region through which light passes and the region through which light is reflected, as compared with a normal half mirror, which facilitates design and manufacture.
従って、立体像表示装置を正面視して立体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。
Therefore, the stereoscopic image display apparatus can be viewed from the front and the stereoscopic image can be viewed, and the entire apparatus can be thinned.
In particular, in the present invention, an object (including a virtual image by an electric signal or the like) arranged on the back side of the stereoscopic image display device can be imaged on the surface side of the stereoscopic image display device. Easy to use for other displays.
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の形態について説明する。
図1(A)、(B)、図2、図5に示すように、本発明の一実施の形態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部分透過ミラー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、多数並べて再帰性反射材として一般に利用されている。なお、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。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIGS. 1A, 1B, 2 and 5, the stereoscopic
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4(A)、(B)、図5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4(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、3つの面17〜19の角部側の頂部平面24とを有している。
The
図5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の一陵(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の仮想角部(立方体16の角部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。
In FIG. 5, the following description will be given with the corners of the
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(A)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の頂部には、図4(A)に示すように角部Bから高さ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はこの実施の形態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、通常は蒸着処理によって)が行われて、反射面が形成される。これによって、光制御部材13は入射光と反射光が水平又は垂直に対して同一角度(平行)にある再帰性反射材として機能する。
Since the
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h(=BS)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、反射光出口11aを通る反射光が減少し結像された実像の光量が不足する。
The cut height h1 that forms the
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の入光側は正三角形の平面13a(入光面)から構成されるので、その上に部分透過ミラー14を形成又は配置する。部分透過ミラー14の一つを図1(B)に示すが、それぞれ多数の三角形の光透過部14aと三角形の光反射部14bが隣り合って配置されている。部分透過ミラー14は、光透過部14aにマスクをかけて非マスク部に銀、アルミニウム、チタン等の白色金属を蒸着して、その後マスクを除去して形成される。
In this state, since the light incident side of the
光透過部14aと光反射部14bの一辺の長さは、正三角形の平面13aの1/1000〜1/50程度(より好ましくは、1/200〜1/50)となっている。
光透過部14aと光反射部14bの一辺の長さを小さくすると、製造が難しくなり、光の干渉が生じる。また、光透過部14aと光反射部14bの一辺の長さを大きくすると、像が不鮮明になるので、適正範囲にするのが好ましいが、キュービックコーナー体12の大きさによって異なるので、本発明はこの範囲に限定されるものではない。
The length of one side of the
If the length of one side of the
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からの光は部分透過ミラー14の光透過部14aを介して光制御部材13に入り、同一角度で反射するが、部分透過ミラー14の光反射部14bで反射し、反射光出口11aから出て、立体像表示装置10の外側位置で実像27を結像する。
As a result, light from the object 26 (including a flat or three-dimensional display image) 26 enters the
図3(A)〜(C)には、部分透過ミラー14の変形例を示すが、(A)は光透過部14cと光反射部dの形状を四角形としたもの、(B)は光透過部14eと光反射部14fの形状を縞状としたもの、(C)は多角形を同心状に配置して光透過部14gと光反射部14hを形成したものである。
それぞれの光透過部と光反射部の最小寸法は平面13aの1/1000〜1/50程度(より好ましくは、1/200〜1/50)とするのがよい。
この場合の部分透過ミラー14の光透過率は50%となるが、光透過部と光反射部の割り合い、又は形状を変えて40〜60%とすることもできる。
FIGS. 3A to 3C show modified examples of the
The minimum dimension of each light transmitting portion and light reflecting portion is preferably about 1/1000 to 1/50 (more preferably 1/200 to 1/50) of the
In this case, the light transmittance of the
なお、キュービックコーナー体12の入光側に直接部分透過ミラーを形成するのが好ましいが、光制御部材13の入光側に光反射部を散在させた透明板材(シート材、フィルムを含む)を配置することもできる。この透明板材の裏面(場合によっては表面)に部分透過ミラーを形成することになる。
また、多数のキュービックコーナー体12を並べた状態で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、部分透過ミラーを形成する。各キュービックコーナー体12の頂部(仮想角部)を切断して頂部平面24を形成することもできる。
In addition, although it is preferable to form a partial transmission mirror directly on the light incident side of the
In addition, a mold is formed in a state where a large number of
続いて、この立体像表示装置10の動作を説明し、本発明の一実施の形態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、図6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、部分透過ミラー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、キュービックコーナー体12の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、再帰反射光)を反射し、部分透過ミラー14に届く。即ち、対象物26からの光Lが、1)部分透過ミラー14の光透過部14a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、部分透過ミラー14の光反射部14bであるP4点で反射して、反射光出口11aから外部に出て結像する。
Subsequently, the operation of the stereoscopic
As shown in FIGS. 1, 4, and 6, when the
部分透過ミラー14の光透過部14aによって一部の光は透過するが、他の光は光反射部14b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は部分透過ミラー14の光反射部14b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、部分透過ミラー14の反射率を上げると対象物26からの光が減少し、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、部分透過ミラー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。正三角形23の面積は高さh1の二乗に比例する。
Although a part of the light is transmitted by the
なお、頂部をカットされていないキュービックコーナー体を軸心を平行にして平面状に並べて、光制御部材を設け、この光制御部材と対象物との間に、一枚のハーフミラー又は部分透過ミラーを斜めに配置すると、対象物からの光はハーフミラー又は部分透過ミラーを通過し、光制御部材内に進入して、再帰性反射を行い、ハーフミラー又は部分透過ミラーによって反射して、実像を形成することになるが、光制御部材と対象物の間でその外側位置に結像するので、実像を正面視できない。従って、本発明に係る立体像表示装置10の場合は、実像を正面視できるので、より応用範囲が広い。
In addition, the cubic corner bodies whose tops are not cut are arranged in a plane with the axes parallel to each other, a light control member is provided, and a half mirror or a partial transmission mirror is provided between the light control member and the object. Is obliquely arranged, the light from the object passes through the half mirror or partial transmission mirror, enters the light control member, performs retroreflection, and is reflected by the half mirror or partial transmission mirror to produce a real image. Although it will be formed, an image is formed at the outer position between the light control member and the object, so that the real image cannot be viewed from the front. Therefore, in the case of the stereoscopic
また、前記実施の形態においては、部分透過ミラーの代わりに、従来からのハーフミラーを使用することもできるが、ハーフミラーの場合、透光率の制御が難しく、部分透過ミラーの方が均一な製品を製造できる。
本発明は前記した実施の形態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。
In the above embodiment, a conventional half mirror can be used instead of the partial transmission mirror. However, in the case of a half mirror, it is difficult to control the transmissivity, and the partial transmission mirror is more uniform. Can produce products.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the configuration thereof can be changed without changing the gist of the present invention.
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、13a:平面、14:部分透過ミラー、14a:光透過部、14b:光反射部、14c:光透過部、14d:光反射部、14e:光透過部、14f:光反射部、14g:光透過部、14h:光反射部、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 10: Stereoscopic image display device, 11: Top portion, 11a: Reflected light exit, 12: Cubic corner body, 13: Light control member, 13a: Plane, 14: Partially transmitting mirror, 14a: Light transmitting portion, 14b: Light reflecting portion , 14c: light transmission part, 14d: light reflection part, 14e: light transmission part, 14f: light reflection part, 14g: light transmission part, 14h: light reflection part, 16: cube, 17-19: surface, 20-22 : Bottom, 23: equilateral triangle, 24: top plane, 26: object, 27: real image
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