JP7259105B2 - 平面および曲面ミラーを備えたクローキングデバイスおよびこれを含むビークル - Google Patents
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Description
本明細書は、概して、物体が透明に見えるようにするための装置および方法に関し、より具体的には、ビークル(車両、乗り物、輸送体)のピラー用のクローキングデバイスおよびビークルのピラーを透明に見えるようにするための方法に関する。
ビークルのピラーを透明にすると考えられるクローキングデバイスについての研究が公表されている。このような研究は、ビークルの乗員が見掛け上、ビークルピラーを通して「見る」ことができるようにし、これによってビークル内の死角を減少させるためにメタマテリアルを使用すること、または表示スクリーンと組み合わせてビデオカメラを使用することを開示している。しかしながら、メタマテリアルおよびビデオ技術は、複雑な材料設計および設備を使用する。
一実施形態において、クローキングデバイスは、物体サイド、画像サイド、および、物体サイドから画像サイドまで延在する頂点軸を含む。外向きミラー表面と内向き表面とを有する物体サイドクローキング領域(CR)平面反射境界、および外向きミラー表面と内向き表面とを有する画像サイドCR平面反射境界が含まれる。クローキング領域は、物体サイドCR平面反射境界および画像サイドCR平面反射境界の内向き表面に囲まれている。内向きミラー表面を備えた少なくとも1つの外部曲面反射境界が、物体サイドCR平面反射境界および画像サイドCR平面反射境界から離隔されている。外向きミラー表面を備えた中央に位置付けされた平面反射境界が、物体サイドおよび画像サイドCR平面反射境界の間に位置付けされ、少なくとも1つの外部曲面反射境界の内向きミラー表面に面する。実施形態において、少なくとも1つの外部曲面反射境界は、物体サイドCR平面反射境界の外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する物体サイド内向き放物ミラー表面と、画像サイドCR平面反射境界の外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する画像サイド内向き放物ミラー表面とを含む。中央に位置付けされた平面反射境界は、物体サイドCR平面反射境界に対し45°で配向されていてよく、画像サイドCR平面反射境界は、中央に位置付けされた平面反射境界に対し45°で配向されていてよい。
本開示中に記載の1つ以上(1又は複数)の実施形態によると、クローキングデバイスは概して、複数の平面ミラーおよび1つの曲面ミラーを含み、これらが入射光をクローキング領域の周りに導く。本開示中に記載のクローキングデバイスは、物体からの光を反射させ、集束させ、発散させ、再度集束させるために、凹面ミラー、放物線ミラーおよび平面ミラーを利用することができる。本開示中に記載のクローキングデバイスは、ビークルAピラー、Bピラー、Cピラー、Dピラーなどのビークル部材をクローキングし、ビークル部材がもたらす「死角」を除去するために使用可能である。死角とは、乗員の視界が妨害され得るビークルの領域を意味する。クローキングデバイスがなければビークルのピラーによって妨害されると思われる画像を、曲面ミラーを使用することにより、ドライバは知覚することができる。本開示では、クローキングデバイスのさまざまな実施形態およびその使用方法が、添付図面を具体的に参照しながら、さらに詳細に説明される。
ここで図8A~8Dを参照すると、クローキングアセンブリ10の物体サイド12に位置付けされたエンブレムの形をした物体の、市販のソフトウェアプログラム(Zemax Optic Studio)を用いてシミュレートされた画像サイド14から見た画像が描かれている。内向きミラー表面152、154、172、174は、関係式y(x)=X2/52にしたがった放物ミラー表面であり、外向きミラー表面162、182は4.0mmの長さ(Y方向)を有していた。内向きミラー表面152、154、172、174についての対応する焦点距離は13.0mmであった。全デバイス面積と隠された領域についての縦横比は、それぞれ0.71および0.9であり、クローキング比(すなわち隠された面積/合計デバイス面積)は約37%であった。図8Aは、+Y方向からの、すなわち頂点軸16に沿って+Y方向で画像Iを検分する人から見たクローキングアセンブリ10の視角と頂点軸16との間に全く不整合がない(0°)物体の画像を描いている。すなわち本開示中で使用される不整合なる用語は、クローキングアセンブリの頂点軸と、図中の+Y方向により描かれているように画像サイドからクローキングアセンブリを検分する観察者の視線とによって画定される角度(本開示においては視角とも呼ばれる)を意味する。図8Bは、頂点軸16とクローキングアセンブリ10の視角の間に1°の不整合を有する物体の画像を描いている。図8Cは、頂点軸16とクローキングアセンブリ10の視角の間に2°の不整合を有する物体の画像を描いている。図8Dは、頂点軸16とクローキングアセンブリ10の視角の間に3°の不整合を有する物体の画像を描いている。図8A~8D中の画像により示されているように、クローキングアセンブリ10の物体サイド12の物体の画像は、最高2°の不整合で明瞭に見ることができ、最高3°の不整合でもなお視認可能である。
クローキングデバイスであって、
物体サイド、画像サイド、および、前記物体サイドから前記画像サイドまで延在する頂点軸と、
外向きミラー表面と内向き表面とを有する物体サイドCR平面反射境界、および、外向きミラー表面と内向き表面とを有する画像サイドCR平面反射境界と、
前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界の内向き表面によって囲まれたクローキング領域と、
前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界から離隔された内向きミラー表面を含む少なくとも1つの外部曲面反射境界と、
前記少なくとも1つの外部曲面反射境界の前記内向きミラー表面の間に位置付けされかつ当該内向きミラー表面に面する外向きミラー表面を含む、中央に位置付けされた平面反射境界と、
を含み、
前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされ前記クローキング領域により視認不能化された物体からの光が、前記物体サイドCR平面反射境界、前記少なくとも1つの外部曲面反射境界、前記中央に位置付けされた平面反射境界、および前記画像サイドCR平面反射境界により前記クローキング領域の周りに反射されて前記クローキングデバイスの画像サイドに前記物体の画像を形成し、こうして前記物体からの前記光が前記クローキング領域を通過したようにみえる、
クローキングデバイス。
[例2]
前記少なくとも1つの外部曲面反射境界が、前記物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する物体サイド内向き放物ミラー表面と、前記画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する画像サイド内向き放物ミラー表面と、を含む、例1に記載のクローキングデバイス。
[例3]
前記物体サイドCR平面反射境界は、前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされた前記物体からの入射光を互いに平行に前記物体サイド内向き放物ミラー表面に反射するように配向されており、前記物体サイド内向き放物ミラー表面は、前記物体サイドCR平面反射境界からの光を前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面に反射し集束させるように配向されており、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面は、前記物体サイド内向き放物ミラー表面からの光を前記画像サイド内向き放物ミラー表面に反射するように配向されており、前記画像サイド内向き放物ミラー表面は、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面からの光を前記画像サイドCR平面反射境界に反射し集束するように配向されており、前記画像サイドCR平面反射境界は、前記画像サイド内向き放物ミラー表面からの光を互いに平行に反射して前記クローキングデバイスの前記画像サイドに前記物体の前記画像を形成するように配向されている、例2に記載のクローキングデバイス。
[例4]
前記物体サイド内向き放物ミラー表面が、前記物体サイドCR平面反射境界からの入射光を焦線に集束させ、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記焦線に位置付けされている、例2に記載のクローキングデバイス。
[例5]
前記画像サイド内向き放物ミラー表面が、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面から反射された発散光を集束させる、例2に記載のクローキングデバイス。
[例6]
前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されており、前記画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されている、例1に記載のクローキングデバイス。
[例7]
前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記頂点軸に対して平行に配向されている、例1に記載のクローキングデバイス。
[例8]
各々が外向きミラー表面と内向き表面とを含む、一対の物体サイドCR平面反射境界と、
各々が外向きミラー表面と内向き表面とを含む、一対の画像サイドCR平面反射境界と、
各々が前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界から離隔された内向きミラー表面を含む、少なくとも一対の外部曲面反射境界と、
各々が前記少なくとも1つの外部曲面反射境界の間に位置付けされ前記少なくとも1つの外部曲面反射境界の前記内向きミラー表面に面する外向きミラー表面を含む、一対の中央に位置付けされた平面反射境界と、
をさらに含み、
前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされ前記クローキング領域により視認不能化された前記物体からの光が、前記一対の物体サイドCR平面反射境界、前記少なくとも一対の外部曲面反射境界、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界、および前記一対の画像サイドCR平面反射境界によって前記クローキング領域の周りに反射される、
例1に記載のクローキングデバイス。
[例9]
クローキングデバイスアセンブリであって、
物体サイド、画像サイド、および、前記物体サイドから前記画像サイドまで延在する頂点軸と、
前記頂点軸の第1の側に位置付けされた第1の物体サイドCR平面反射境界および前記第1の側と反対側の前記頂点軸の第2の側に位置付けされた第2の物体サイドCR平面反射境界を含む、一対の物体サイドCR平面反射境界であって、各々が外向きミラー表面および内向き表面を含んでいる、一対の物体サイドCR平面反射境界と、
前記頂点軸の前記第1の側に位置付けされた第1の画像サイドCR平面反射境界および前記第1の側と反対側の前記頂点軸の前記第2の側に位置付けされた第2の画像サイドCR平面反射境界を含む、一対の画像サイドCR平面反射境界であって、各々が外向きミラー表面および内向き表面を含んでいる、一対の画像サイドCR平面反射境界と、
前記一対の物体サイドCR平面反射境界および前記一対の画像サイドCR平面反射境界の前記内向き表面に囲まれたクローキング領域と、
前記頂点軸の前記第1の側に位置付けされた第1の外部曲面反射境界および前記第1の側と反対側の前記頂点軸の前記第2の側に位置付けされた第2の外部曲面反射境界を含む、少なくとも一対の外部曲面反射境界であって、各々が前記一対の物体サイドCR平面反射境界および前記一対の画像サイドCR平面反射境界の各々から離隔された内向きミラー表面を含んでいる、少なくとも一対の外部曲面反射境界と、
前記頂点軸の前記第1の側に位置付けされた第1の中央に位置付けされた平面反射境界および前記第1の側とは反対側の前記頂点軸の前記第2の側に位置付けされた第2の中央に位置付けされた平面反射境界を含む、一対の中央に位置付けされた平面反射境界であって、各々が前記少なくとも一対の外部曲面反射境界の各々の前記外部曲面反射境界の前記内向きミラー表面の間に位置付けされ当該内向きミラー表面に面する外向きミラー表面を含んでいる、一対の中央に位置付けされた平面反射境界と、
を含み、
前記クローキングデバイスアセンブリの前記物体サイドに位置付けされ前記クローキング領域により視認不能化された物体からの光が、前記一対の物体サイドCR平面反射境界、前記少なくとも一対の外部曲面反射境界、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界、および前記一対の画像サイドCR平面反射境界により前記クローキング領域の周りに反射されて前記クローキングデバイスアセンブリの前記画像サイドに前記物体の画像を形成し、こうして、前記物体からの前記光が前記クローキング領域を通過したようにみえる、
クローキングデバイスアセンブリ。
[例10]
前記少なくとも一対の外部曲面反射境界の各々が、
前記一対の物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する物体サイド内向き放物ミラー表面と、
前記一対の画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する画像サイド内向き放物ミラー表面と、
を含んでいる、例9に記載のクローキングデバイスアセンブリ。
[例11]
前記一対の物体サイドCR平面反射境界は、前記クローキングデバイスアセンブリの前記物体サイドに位置付けされた前記物体からの入射光を互いに平行に前記一対の物体サイド内向き放物ミラー表面に反射するように配向されており、前記一対の物体サイド内向き放物ミラー表面は、前記一対の物体サイドCR平面反射境界からの光を前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記一対の外向きミラー表面に反射し集束させるように配向されており、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記一対の外向きミラー表面は、前記一対の物体サイド内向き放物ミラー表面からの光を前記一対の画像サイド内向き放物ミラー表面に反射するように配向されており、前記一対の画像サイド内向き放物ミラー表面は、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記一対の外向きミラー表面からの光を互いに平行に前記一対の画像サイドCR平面反射境界に反射し集束するように配向されており、前記一対の画像サイドCR平面反射境界は、前記一対の画像サイド内向き放物ミラー表面からの光を反射して前記クローキングデバイスアセンブリの前記画像サイドに前記物体の前記画像を形成するように配向されている、例10に記載のクローキングデバイスアセンブリ。
[例12]
前記一対の物体サイド内向き放物ミラー表面が、前記一対の物体サイドCR平面反射境界からの入射光を一対の焦線に集束させ、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記一対の外向きミラー表面が前記一対の焦線に位置付けされている、例10に記載のクローキングデバイスアセンブリ。
[例13]
前記一対の画像サイド内向き放物ミラー表面が、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記一対の外向きミラー表面から反射された発散光を集束させる、例10に記載のクローキングデバイスアセンブリ。
[例14]
前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記一対の物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されており、前記一対の画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されている、例9に記載のクローキングデバイスアセンブリ。
[例15]
前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記頂点軸に対して平行に配向されている、例9に記載のクローキングデバイスアセンブリ。
[例16]
ビークルであって、
Aピラーと、
クローキングデバイスであって、
物体サイド、画像サイド、および、前記物体サイドから前記画像サイドまで延在する頂点軸と、
外向きミラー表面と内向き表面とを含む物体サイドCR平面反射境界、および、外向きミラー表面と内向き表面とを含む画像サイドCR平面反射境界と、
前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界の内向き表面に囲まれたクローキング領域であって、前記Aピラーが当該クローキング領域の内部に位置付けされている、クローキング領域と、
前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界から離隔された内向きミラー表面を含む少なくとも1つの外部曲面反射境界と、
外向きミラー表面を含む、中央に位置付けされた平面反射境界と、
を含むクローキングデバイスと、
を含み、
前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされ前記クローキング領域により視認不能化された物体からの光が、前記物体サイドCR平面反射境界、前記少なくとも1つの外部曲面反射境界、前記中央に位置付けされた平面反射境界、および前記画像サイドCR平面反射境界により前記Aピラーの周りに反射されて前記クローキングデバイスの画像サイドに前記物体の画像を形成し、こうして前記物体からの前記光が前記Aピラーを通過したようにみえる、
ビークル。
[例17]
前記少なくとも1つの外部曲面反射境界が、前記物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する物体サイド内向き放物ミラー表面と、前記画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する画像サイド内向き放物ミラー表面とを含む、例16に記載のビークル。
[例18]
前記物体サイド内向き放物ミラー表面が、前記物体サイドCR平面反射境界からの入射光を焦線に集束させるように配向され、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記焦線に位置付けされている、例17に記載のビークル。
[例19]
前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されており、前記画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されている、例16に記載のビークル。
[例20]
前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記頂点軸に対して平行に配向されている、例16に記載のビークル。
Claims (6)
- クローキングデバイスであって、
物体サイド、画像サイド、および、前記物体サイドから前記画像サイドまで延在する頂点軸と、
外向きミラー表面と内向き表面とを有する物体サイドCR平面反射境界であって、前記物体サイドCR平面反射境界は第1の端部と第2の端部とを有し、前記第1の端部は前記第2の端部より前記物体サイドの近くに位置する、物体サイドCR平面反射境界と、
外向きミラー表面と内向き表面とを有する画像サイドCR平面反射境界であって、前記画像サイドCR平面反射境界は第1の端部と第2の端部とを有し、前記第1の端部は前記第2の端部より前記画像サイドの近くに位置する、画像サイドCR平面反射境界と、
前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界の内向き表面によって囲まれたクローキング領域と、
前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界から離隔された内向きミラー表面を含む少なくとも1つの外部曲面反射境界と、
前記物体サイドCR平面反射境界の前記第2の端部と前記画像サイドCR平面反射境界の前記第2の端部の間に位置し、前記少なくとも1つの外部曲面反射境界の前記内向きミラー表面の間に位置付けされかつ当該内向きミラー表面に面する外向きミラー表面を含む、中央に位置付けされた平面反射境界と、
を含み、
第1の頂点は前記物体サイドCR平面反射境界の前記第1の端部により規定され、第2の頂点は前記画像サイドCR平面反射境界の前記第1の端部により規定され、前記頂点軸は前記第1の頂点から前記第2の頂点まで延び、
前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされ前記クローキング領域により視認不能化された物体からの光が、前記物体サイドCR平面反射境界、前記少なくとも1つの外部曲面反射境界、前記中央に位置付けされた平面反射境界、および前記画像サイドCR平面反射境界により前記クローキング領域の周りに反射されて前記クローキングデバイスの画像サイドに前記物体の画像を形成し、こうして前記物体からの前記光が前記クローキング領域を通過したようにみえ、
前記少なくとも1つの外部曲面反射境界が、前記物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する物体サイド内向き放物ミラー表面と、前記画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面に近接して位置付けされかつ当該外向きミラー表面に面する画像サイド内向き放物ミラー表面と、を含み、
前記物体サイド内向き放物ミラー表面が、前記物体サイドCR平面反射境界からの入射光を焦線に集束させ、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記焦線に位置付けされており、
前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記物体サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されており、前記画像サイドCR平面反射境界の前記外向きミラー表面が、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面から45°で配向されている、クローキングデバイス。 - 前記物体サイドCR平面反射境界は、前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされた前記物体からの入射光を互いに平行に前記物体サイド内向き放物ミラー表面に反射するように配向されており、前記物体サイド内向き放物ミラー表面は、前記物体サイドCR平面反射境界からの光を前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面に反射し集束させるように配向されており、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面は、前記物体サイド内向き放物ミラー表面からの光を前記画像サイド内向き放物ミラー表面に反射するように配向されており、前記画像サイド内向き放物ミラー表面は、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面からの光を前記画像サイドCR平面反射境界に反射し集束するように配向されており、前記画像サイドCR平面反射境界は、前記画像サイド内向き放物ミラー表面からの光を互いに平行に反射して前記クローキングデバイスの前記画像サイドに前記物体の前記画像を形成するように配向されている、請求項1に記載のクローキングデバイス。
- 前記画像サイド内向き放物ミラー表面が、前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面から反射された発散光を集束させる、請求項1に記載のクローキングデバイス。
- 前記中央に位置付けされた平面反射境界の前記外向きミラー表面が前記頂点軸に対して平行に配向されている、請求項1に記載のクローキングデバイス。
- 各々が外向きミラー表面と内向き表面とを含む、一対の物体サイドCR平面反射境界と、
各々が外向きミラー表面と内向き表面とを含む、一対の画像サイドCR平面反射境界と、
各々が前記物体サイドCR平面反射境界および前記画像サイドCR平面反射境界から離隔された内向きミラー表面を含む、少なくとも一対の外部曲面反射境界と、
各々が前記少なくとも1つの外部曲面反射境界の間に位置付けされ前記少なくとも1つの外部曲面反射境界の前記内向きミラー表面に面する外向きミラー表面を含む、一対の中央に位置付けされた平面反射境界と、
をさらに含み、
前記クローキングデバイスの前記物体サイドに位置付けされ前記クローキング領域により視認不能化された前記物体からの光が、前記一対の物体サイドCR平面反射境界、前記少なくとも一対の外部曲面反射境界、前記一対の中央に位置付けされた平面反射境界、および前記一対の画像サイドCR平面反射境界によって前記クローキング領域の周りに反射されて前記クローキングデバイスの画像サイドに前記物体の画像を形成する、請求項1に記載のクローキングデバイス。 - 請求項1に記載のクローキングデバイスを含むビークルであって、Aピラーが前記クローキング領域の内部に位置付けされている、ビークル。
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