JPWO2013118698A1 - 立体像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の立体像の欠けを少なくする立体像投影装置を提供する。【解決手段】自己の第１焦点に置かれた仮想点光源からの光を平行光として反射させるように構成された第１反射手段と、平行光を自己の第２焦点に集束させるように構成された第２反射手段とを備え、第１及び第２反射手段は、一方の反射手段の焦点が他方の反射手段の中心点に一致するように配置され、第１反射手段は、少なくとも一部に光の一部を反射させ、他の一部を透過させる半透過領域を有し、第１及び第２反射手段の内側に配置された対象物の立体像を、半透過領域を介して第１反射手段の外側に投影する。【選択図】 図１

Description

本発明は、立体像投影装置に関し、特に、装置内部に載置された対象物の像を装置外部に投影することができる立体像投影装置に関する。

従来から、対象物の像を立体的に投影することできるものとして、曲面を有する二個の対向する反射鏡をハマグリ型に合わせ、上側の反射鏡の開口部において内部に載置された対象物の実像を結像させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる装置では、対象物からの光が上側の反射鏡で反射され、次いで下側の反射鏡で反射され、そして上側の反射鏡に設けられた開口部を通過して開口部上に像を結ぶものである。この装置によれば、観察者は開口部に投影された対象物の立体的な像を鑑賞することができ、主に玩具又は装飾品として利用されている。

米国特許第３６４７２８４号明細書

特許文献１に記載された装置は、上側の反射鏡に設けられた開口部を通過して開口部上に像を結ぶものであるから、観察者の視点の角度（仰角）によっては、像の一部又は全部が欠けることがあり、観察可能な仰角方向の範囲が限られる。また、視点が仰角方向に移動する場合、像の連続性が維持されず、対象物の像そのものでないことが容易に分かってしまう。

また、かかる装置では、通常、上側の反射鏡の中央付近に開口部が設けられており、対象物を下側の反射鏡の中心付近に載置する必要がある。もし下側の反射鏡において中央付近から外れた位置に対象物を載置すると、実像を結合させるための光が開口部でない領域に反射されてしまうため、像を投影することができなかった。このように、従来の装置では対象物の載置位置が下側の反射鏡の中心付近に制約されていた。さらに、開口部の径よりも大きい対象物の場合、その像全体を投影することができず、一部が欠けてしまうことがある。

加えて、開口部を上方から覗き込むと、対象物本体が視認できてしまい、観察者からすれば、興が削がれるものとなる。さらに、開口部を介して、対象物が外気、湿気、紫外線などにさらされることもあり、対象物が劣化、破損するおそれがある。また、対象物を触ったり容易に取出したりすることができるので、貴重な品物である場合、盗難のおそれもある。

また、従来の装置においては、対象物は下側の反射鏡の中心付近に載置するだけで、固定されていないので、これが転がらないように装置を水平に保つ必要がある。このため、かかる装置は、斜めに設置したり壁に設置したりする用途に適していない。さらに、対象物は下側の反射鏡面上に単に静止状態で置かれているだけであるので、対象物を動的に投影する用途に適していない。対象物の像の全周を鑑賞するためには、観察者が装置の周りを移動する必要がある。

本発明は、前述した問題の少なくとも一部を解決することができる三次元像投影装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明の立体像投影装置は、自己の第１焦点に置かれた仮想点光源からの光を平行光として反射させるように構成された第１反射手段と、平行光を自己の第２焦点に集束させるように構成された第２反射手段とを備え、第１及び第２反射手段は、一方の反射手段の焦点が他方の反射手段の中心点に一致するように配置され、第１反射手段は、少なくとも一部に光の一部を反射させ、他の一部を透過させる半透過領域を有し、第１及び第２反射手段の内側に配置された対象物の立体像を、半透過領域を介して第１反射手段の外側に投影する。

上記立体像投影装置において、第１及び第２反射手段は、所定の焦点距離を有する放物面鏡であることが好ましい。半透過領域は、ハーフミラーによって形成されることが好ましい。

また、上記立体像投影装置において、第１偏光波を照射可能な照明手段を備え、第１反射手段の半透過領域が、第１偏光波を反射し、第１偏光波と直交する第２偏光波を透過するワイヤグリッドによって構成され、第２反射手段は、反射層よりも内面表面側に四分の一波長板の層を有することが好ましい。

また、上記立体像投影装置において、第１及び第２反射手段は、放物面鏡と同じ光学特性を有するホログラフィック光学素子によって構成されることが好ましい。上記第１及び第２反射手段は、それぞれ平板状に形成されることが好ましい。また、上記第１及び第２反射手段は、それぞれ他方の反射手段に向かって幅広となる側面を有し、第１及び第２反射手段の横幅の最大が第１及び第２反射手段の焦点距離よりも短いことが好ましい。

さらに、上記立体像投影装置において、半透過領域は、第１反射手段の中心点を含む円形又は多角形の一部に形成されることが好ましい。半透過領域は、第１反射手段の全部に形成されてもよい。

上記立体像投影装置において、対象物を載置する載置手段を備えることが好ましい。上記載置手段は、第２反射手段の開口部に脱着可能に取り付けられ、内側表面に光を反射する加工を有することが好ましい。対象物を駆動する駆動手段を備えることが好ましい。第１及び第２反射手段を含む筺体が密閉可能であることが好ましい。

本発明によれば、立体像投影装置の上側の反射手段には物理的な開口部がなく、第１の反射手段に設けられた半透過領域の外側に結像するため、観察者の視点が（仰角方向に）移動しても、像の欠けが少なく、像の連続性を従来よりも維持することができ、内部の対象物が見えにくくなる。さらに、開口部を介して、対象物が外気、湿気、紫外線などにさらされないので、対象物の劣化、破損を抑えることができ、また、第１の反射手段に開口がないので、対象物を直接触ったり取出したりすることができないので、対象物の安全性を高められる。また、半透過領域は、適宜の大きさ、配置及び形状で構成することができ、装置の大きさ、配置及び形状等についての設計の自由度が高くなる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。

本発明の第１の実施形態の立体像投影装置の概略構成図 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は半透過領域の構成の一例 本発明の第２の実施形態の立体像投影装置の概略構成図 本発明の第３の実施形態の立体像投影装置の概略構成図 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は筺体の形状の一例 本発明の第４の実施形態の立体像投影装置の概略構成図 放物面鏡の曲面形状の一例 筺体の全体構成の一例

[本発明の概要]
本発明は、投影位置において物理的な開口部を設けることなく、筺体内部に格納された対象物の実像を筺体外部に投影することができ、観察者に立体的な像を鑑賞させることができる立体像投影装置である。本発明の立体像投影装置は、少なくとも、半透過領域２を具備する第１反射手段１と、第２反射手段４とを備える（図１、３、４、６、８参照）。なお、以下、他方の反射手段が位置する方向を内側と呼び、反対の方向を外側と呼ぶ。

第１反射手段１は、自己の第１焦点Ｆ１に置かれた仮想点光源からの光１５を平行光１６として反射するように構成され、第１反射手段１の少なくとも一部には、光の一部を反射させ、他の一部を透過させるように形成された半透過領域２が形成される。第２反射手段４は、第１反射手段からの平行光を、自己の第２焦点Ｆ２に集束させるように構成される。

各反射手段１及び４は、例えば、放物面鏡によって構成してもよいし（第１及び第２の実施形態参照）、放物面鏡と同等の作用（光学特性）を有するホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）によって構成してもよい（第３及び第４の実施形態参照）。また、いずれか一方の反射手段を放物面鏡で構成し、他方の反射手段をホログラフィック光学素子で構成することもできる。

ここで、本発明に用いる放物面鏡とは、方程式ｙ＝ｘ^２／４ｆ（焦点：Ｆ（０,ｆ））で示される放物線を、その対称軸（この場合ｙ軸）の周りに回転させた曲面により形成された放物面形状を含む反射鏡（図７参照）である。放物線の頂点Ｏ（０,０）と対称軸上の焦点Ｆ（０,ｆ）との距離が放物面の焦点距離ｆとなる。ただし、本発明の第１及び第２の反射手段としては、その全部が放物面形状であることが好ましいが、少なくとも一部において放物面形状を有していればよい。例えば、対象物の取り付けを容易にしたり、安定性を確保するため、第２反射手段の中心近傍を平面としてもよいし、上記方程式で示される放物線を基準として収差を補正するため、放物面形状を若干変更させた曲面であってもよい。放物面鏡においてその放物面を規定する焦点Ｆに仮想の点光源が置かれていると、放物面鏡は、点光源からの光を反射して平行光とする作用を有する。言い換えると、放物面鏡は、対称軸に対する平行光が入射されると、その平行光を反射して、焦点Ｆに向けて集束させる作用を有する。

また、ホログラフィック光学素子は、ホログラムの光学特性（角度選択性、回折効率、波長選択性など）を利用した光学素子であり、個々のホログラムにおいて、回折効率、角度選択性を適宜設定することによって、位置毎に異なる光線の反射方向、透過率などが設定された光学素子を構成することができる。第１反射手段として使用されるホログラフィック光学素子は、第１放物面鏡１（図１参照）と同様に、第１反射手段１の焦点Ｆ１（放物面鏡１の焦点Ｆ１に対応する）に置かれた仮想点光源から拡がる光１５を反射して平行光１６とすることができる。また、第２反射手段４として使用されるホログラフィック光学素子は、第２放物面鏡４（図１参照）と同様に、平行光１６を第２反射手段４の焦点Ｆ２（放物面鏡４の焦点Ｆ２に対応する）に向けて反射することができる。例えば、ホログラフィック光学素子は、リップマン方式（反射型）の薄いホログラムとして、内側の焦点位置に配置した点光源からの光と、外側からの平行光とを干渉させてホログラムを形成したものを使用することができる。ホログラフィック光学素子は、放物面鏡と比べると、比較的自由に形状や大きさを設計することができ、平板状、曲面状、半樽型、円錐台状等の様々な形状とすることができる。

半透過領域２は、光の一部を反射し、他の一部を透過させる作用を有するものであり、例えば、ハーフミラー、特定の偏光波のみを通過させる偏光素子又はホログラフィック光学素子によって構成することができる。ここで、本発明の半透過領域を形成するハーフミラーは、透過率と反射率とが等しいもの（５０％：５０％）に限定されず、反射層の材質、厚さ、及び吸収層の挿入によって透過率及び反射率を適宜設定したものも含む。ホログラフィック光学素子は、回折効率の設定により透過率を適宜設定可能であり、平面形状及び曲面形状の両方にも加工可能である。本発明の半透過領域２は、少なくとも第１反射手段の一部に設けられていればよく、第１反射手段の全部を半透過領域２としてもよい。また、本発明の半透過領域２を第１反射手段の一部に設ける場合は、その範囲、配置、形状、数量等を任意に設定することができる。半透過領域２の透過率と反射率の比としては、使用する光源の種類や光量、装置外部の明るさ等にも影響されるが、透過率として５％〜９５％の範囲とすることが好ましい。

本発明では、第１反射手段１と、第２反射手段４と、必要に応じて筺体用部材７とを組み合わせて筺体を形成することが好ましい。筺体は、その内部に対象物２０を格納可能であり、対象物２０を外部から視認及び取り出しできないように、組み合わせた状態では物理的な開口部を持たないことが好ましい。また、外気、湿気、紫外線、水分などを遮断できるような密閉容器であることがさらに好ましい。筺体用部材７は、第１反射手段１の周辺と第２反射手段４の周辺を連結させるように構成されていてもよく、第１反射手段１と第２反射手段４とを所定の配置に固定することができる。

さらに、本発明の立体像投影装置は、対象物２０を載置する載置手段８、対象物２０を駆動する駆動手段９、筺体内部に光を照射する照明手段１０などを適宜備えてもよい。

載置手段８は、対象物２０を第１反射手段と第２反射手段４に固定するものであり、第２反射手段４の内側表面にネジや嵌合手段等によって取り付け可能に構成されていてもよいが、より好ましくは、第２反射手段４の一部に設けられた開口部に脱着可能にネジや嵌合手段等によって取り付け可能に構成されていることが好ましい。第２反射手段４の開口部に載置手段８を取り付ける場合、取り付けた状態の載置手段８が、第２反射手段４と一体となって反射するように、載置手段８の内側表面に反射層を設けることが好ましく、かかる反射層は、平行光を第２焦点Ｆ２に集束させるような光学特性を有することがさらに好ましい。

また、載置手段８に磁石を使用する場合、磁性を有する対象物を筺体外部に置かれた載置手段からの磁力によって非接触で保持することもできる。この場合、磁石の引力を利用して保持することも可能であるし、反発力を利用して浮遊させることも可能である。さらに、載置手段を磁性体として、外部の磁性体からの磁力によって筺体内部に保持させることもできる。これらの場合、第２反射手段には載置手段を取付けるための開口部を設けなくてもよい。

また、駆動手段９は、対象物２０を駆動する駆動部、例えば回転モータ、アクチュエータ、送風ファン、流体吹付けノズル、スクリューなどと、駆動部に動力を供給する動力源、例えば電源、電池等とを備えている。駆動手段９は、対象物２０の内部に駆動部を設け、筺体外部に動力源を設け、外部から供給される動力によって、対象物を駆動するよう構成してもよいし、対象物を保持、固定する載置手段に駆動部を設け、載置手段又はそれ以外の筺体外部に動力源を設け、対象物を駆動するよう構成してもよい。後者の場合、対象物を保持、固定する載置手段自体を駆動することによって、対象物を動作させてもよいし、載置手段を固定したまま、対象物を動作させてもよい。駆動手段によって、動きのある対象物２０を投影することができるので、観察者に印象的、効果的な映像を与えることができる。

照明手段１０は、筺体内部を照らし、対象物２０に光を供給するものであり、自然光を筺体内部に取り入れる採光窓、半透過領域を介して筐体の外側から光を照射する光源、筐体内部に設置された白色光、特定の波長又は特定の偏光波を生成する光源等によって構成することができる。照明手段として筐体に採光窓を設ける場合、第１反射手段１、第２反射手段４又は筐体用部材７の一部に開口又はガラス等の透明領域を設ければよいが、投影に影響しないように、筐体用部材７に設けることが好ましい。筐体内部に光源を設置する場合は、第１反射手段１、第２反射手段４又は筐体用部材７の内側に光源を取り付ければよいが、投影に影響しないように、筐体用部材７に設けることが好ましい。また、筐体内部に光源を設置する場合、載置手段又は駆動手段と一体に構成され、対象物を下方から照らす光源であってもよい。この場合、載置手段などを介して電力供給ケーブルを対象物本体に接続し、透過性を有する対象物そのものを発光させるように構成してもよい。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態の立体像投影装置の概略構成図である。本実施形態は、第１反射手段及び第２反射手段として、放物面鏡を採用する例である。第１反射手段１（以下、放物面鏡１ともいう）は、放物面の対称軸との交点である頂点Ｏ１、放物面の焦点Ｆ１を有する。同様に、第２反射手段４（以下、放物面鏡４ともいう）は、放物面の対称軸との交点である頂点Ｏ２、放物面の焦点Ｆ２を有する。

放物面鏡１は、自己の焦点Ｆ１に仮想の点光源が置かれている場合、点光源からの光１５を反射して、対称軸Ｌに平行な平行光１６を形成することができる。放物面鏡４は、放物面鏡１からの平行光１６を反射して、自己の焦点Ｆ２へ向かう集束光１７を形成することができる。

放物面鏡１の焦点距離（頂点Ｏ１から焦点Ｆ１までの距離）と、放物面鏡４の焦点距離（頂点Ｏ２から焦点Ｆ２までの距離）とが等しいことが好ましく、この場合、対向する各放物面鏡を、一方の放物面鏡の焦点が他方の放物面鏡の頂点に一致するように配置すると、各放物面鏡の対称軸Ｌは、図示のとおり一致し、対称軸Ｌの長さが各放物面鏡の焦点距離となる。なお、焦点距離と、各放物面鏡の高さの合計とが一致しないこともあるので、各放物面鏡の間の隙間に筺体用部材７を設けて、放物面鏡と筺体用部材７からなる筺体を構成してもよい。

第１反射手段１には、一部の光を反射させつつ、他の一部の光を透過する半透過領域２が形成される。この半透過領域２は第１反射手段１の中心又は第２反射手段４の焦点を含むことが好ましい。半透過領域２を介して、第２反射手段４によって反射された光１７が筺体の外部に達するので、本立体像投影装置によれば、焦点Ｆ１の近傍に載置された対象物２０の像３０を、焦点Ｆ２の近傍に投影することができる。

半透過領域２は、ハーフミラーによって構成することができる。ただし、これに限定されず、他に偏光素子（特定の偏光波による光源が別途必要）、ホログラフィック光学素子などを使用することができる。半透過領域２においても、放物面鏡と同等の作用（光学特性）を有することが好ましい。ハーフミラーを採用する場合、反射手段の部材において、反射層の代わりに半透過層を蒸着すればよいので、低コストで形成することができる。しかしながら、内部の対象物からの直接光も透過し、観察者が内部に載置された対象物を直接視認できてしまうおそれがある。半透過領域２の範囲、配置、形状、数量については適宜設定することができる。

図２は、半透過領域２の形成範囲の一例である。図２（Ａ）は、第１反射手段１の中心点Ｏ１（放物面の頂点）の付近に円形状の半透過領域２ａを設けた例である。図２（Ｂ）は、第１反射手段１の全面に半透過領域２ｂを設けた例である。図２（Ｃ）は、第１反射手段１の中心点Ｏ１を含まず、任意の形状の複数の半透過領域を設けた例であり、長方形状の半透過領域２ｃと、円形状の半透過領域２ｄとが中心点Ｏ１に対して９０度の位置に配置されている。

図２（Ａ）の例では、第１放物面鏡１において、従来の開口部に代えて、ハーフミラーによる円形の半透過領域２ａが形成されるので、従来に比べて観察者が筺体内部の対象物を直接観察してしまうおそれが少ない。なお、円形に限らず、矩形の半透過領域を構成してもよい。図２（Ｂ）の例では、第１放物面鏡１の全面に半透過領域２ｂが設けられているので、対象物の像３０を筺体上のいずれの位置にも投影することができる。すなわち、従来では上側の反射鏡の中央付近に開口部が設けられており、対象物を下側の反射鏡の中心付近に載置する必要があったが、本実施の形態においては、第１放物面鏡１の全面が半透過領域２ｂであり、対象物２０を第２放物面鏡４上の適宜の位置に載置することができる。しかしながら、いずれの視点からも内部の対象物本体を視認できてしまうおそれもある。図２（Ｃ）の例では、第１放物面鏡１に中心点Ｏ１を含まない長方形の半透過領域２ｃと円形の半透過領域２ｄとが設けられ、放物面鏡４の対応する位置に載置された複数の対象物の像を同時に投影することができる。なお、この場合、複数の半透過領域を中心点Ｏ１に対称に形成すると、光の干渉により、像の結像が不十分となることがあるので、複数の半透過領域については中心点Ｏ１に対して非対称に形成してもよい。なお、図２（Ａ）ないし（Ｃ）では、長方形及び円形の半透過領域を構成したが、これに限定されない。半透過領域は、多角形であってもよいし、楕円形であてもよいし、各種図形の組み合わせであってもよい。

図１の説明に戻ると、本実施形態の立体像投影装置は、第１放物面鏡１、第２放物面鏡４（及び筺体用部材７）で構成される筺体本体のほか、対象物２０を載置する載置手段８、載置手段８を介して対象物２０を駆動する駆動手段９、筺体内部に照明を与える照明手段１０、及び筺体本体を支持する支持部材１１などを備えてもよい。

載置手段８は、第２反射手段に開口部を設けて取付けられてもよく、脱着可能に構成されてもよい。載置手段８には、表面加工がなされ、取付け時には、第２反射手段と一体となり、筺体内部での光の反射を妨げないように構成されることが好ましい。これによって、投影される像の欠けを少なくすることができる。なお、図２（Ｃ）に示したように、複数の半透過領域を設ける場合、対応する位置に複数の載置手段８を備えてもよい。

載置手段８には、対象物２０を固定又は半固定できる保持台、軸、つまみ（磁石を含む）などを使用することができる。また、対象物が転動可能なボウル、液体が蓄えられる又は封入される容器などを使用してもよい。駆動手段９の駆動部には、回転モータ、アクチュエータ、送風ファン、流体吹付けノズル、スクリューなどを使用することができる。対象物を保持、固定する載置手段自体を駆動することによって、対象物を動作させてもよいし、載置手段を固定したまま、対象物を動作させてもよい。また、対象物本体の中に駆動部を備え、筺体外部から供給される電力によって、対象物を駆動するよう構成してもよい。

対象物の動作については特に限定されるものではなく、例えば、回転運動、上下運動、前後左右の運動、揺動運動、部分的な運動（例えば、人形が手を振る動作）、振動（例えば、波の波紋）、浮遊（電磁力や圧縮空気の噴出等を利用）、遊泳（例えば、水中を泳ぐ模型）などがある。なお、図１では、載置手段８と駆動手段９とを別々に記載しているが、両者は一体の構成であってもよい。

照明手段１０は、筺体における側部（筺体用部材７）を介して電力が供給される光源であり、筺体内部を照らす。ただし、これに限定されず、単なる採光窓であってもよいし、半透過領域を介して光を照射する電灯であってもよい。また、載置手段又は駆動手段と一体に構成され、対象物を下方から照らす光源であってもよい。また、載置手段などを介して電力供給ケーブルを対象物本体に接続し、透過性を有する対象物そのものを発光させるように構成してもよい。

以上、説明したように、本実施形態によれば、第１反射手段１に、内部からの光の一部を透過させる半透過領域２を設けたので、かかる半透過領域２を介して筺体の内部に格納された対象物２０の実像３０を筺体の外部に投影することができる。

第１反射手段において対象物の像を結像させるための光１７を透過させる半透過領域を、適宜の大きさ、配置及び形状で構成することができるので、観察者の観察方向（仰角θ方向）が変化しても、像の欠けが少なく、像の連続性を維持することができる。また、半透過領域を適宜配置できるので、対象物の配置、形状の制約を少なくすることができる。

さらに、筺体の上面（第１反射手段）に物理的な開口部を持たないので、観察者からは、対象物本体を直接視認しにくくすることができる。観察者は、反射手段の開口部を有する従来の投影装置に比べて、内部の対象物を意識することなく、本立体像投影装置の筺体の外部に浮かび上がる立体的な像３０を鑑賞することができる。

適宜の載置手段により、対象物を保持できるので、立体像投影装置の筺体装置を任意の向き（姿勢）で設置可能である。加えて、駆動手段を設けた場合は、動的な対象物の投影が可能であるので、観察者の関心を惹きつける印象的、効果的な広告宣伝が期待できる。

本立体像投影装置の筺体を密閉可能な構造とすれば、内部に格納される対象物（例えば、貴金属、記念品、重要資料、文化財など）を、外部環境に起因する影響（劣化、破損、水没、盗難など）から保護することができる。また、反射手段をパラボラ型の放物面鏡によって構成したので、投影装置の構造が簡易であり、低コストで実現できる。

［実施形態２］
図３は、本発明の第２の実施形態の立体像投影装置の概略構成図である。本実施形態は、第１反射手段１の半透過領域２を偏光素子によって構成する例である。本立体像投影装置は、さらに、特定の偏光波を照射する照明手段１０を備え、第１反射手段１の全面に偏光素子による半透過領域２を形成し、第２反射手段４に、筺体の内側から外側の方向に向かって、四分の一波長板６及び反射層５の二層をこの順で形成する。なお、本実施形態では、第１反射手段１の全面に、半透過領域としての偏光素子を設けたが、これに限定されない。第１反射手段１の一部を偏光素子によって構成し、その余を反射層によって構成してもよい。以下、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

偏光素子としては、例えば、ワイヤグリッドを使用することができる。ワイヤグリッドは、ワイヤに平行な第１偏光波（例えば、Ｐ波）を反射し、ワイヤに垂直な第２偏光波（例えば、Ｓ波）を透過する作用を有し、偏光フィルタとして機能するものである。また、ワイヤグリッドは、曲げ加工が可能なため、曲面形状への利用が可能である。

照明手段１０は、光源からの光を図示しない偏光フィルタを通過させることで第１偏光波（例えば、Ｐ波）を生成する。図２においては、駆動手段９内部に照明手段１０を配置し、載置手段８を通じて第２反射手段４の中心点Ｏ２から筐体内部に第１偏光波（Ｐ波）の光を供給した。第１偏光波（Ｐ波）の光は、ワイヤグリッドに対して平行であるので、第１反射手段１において反射され、平行光１６となる。そして、平行光１６が四分の一波長板６を通過すると、直線偏光のＰ波は円偏光となり、反射層５によって反射され、再び四分の一波長板６を通過すると、かかる円偏光は第１偏光波と直交する直線偏光の第２偏光波（Ｓ波）となる。そして、その第２偏光波１７は、ワイヤグリッドに対して垂直であるので、ワイヤグリッドを透過し、焦点Ｆ２において結像される。なお、図１に示したように、照明手段１０は、特定の偏光波を照射できれば、筺体内の側方に、筺体用部材７を介して設けたり、第１又は第２反射手段を介して設けたりする構成としてもよい。

したがって、本実施形態によれば、第１反射手段側の半透過領域をワイヤグリッドで構成し、第２反射手段側に波長板を構成したので、第２反射手段によって反射された光のみを筺体上部へ通過させることができ、観察者から筺体内部の対象物を視認しにくくすることができる。ただし、第２反射手段によって反射された光が対象物で反射して上方へ向かうこともあるので、観察者から筺体内部の対象物が視認できることもある。しかし、従来の開口部を有する投影装置に比較すれば、対象物を視認できる度合いは十分に小さい。

[実施形態３]
図４は、本発明の第３の実施形態の立体像投影装置の概略構成図である。本実施形態は、第１反射手段及び第２反射手段として、内側の焦点位置に配置した点光源からの光と、外側からの平行光とを干渉させて形成されたリップマン方式（反射型）の薄いホログラムを有するホログラフィック光学素子を採用する例である。

本実施形態において、第１反射手段１は、平板状に構成されるが、放物面鏡１（図１参照）と同様に、第１反射手段１の焦点Ｆ１（放物面鏡１の焦点Ｆ１に対応する）に置かれた仮想点光源から拡がる光１５を反射して平行光１６とすることができる。また、第２反射手段４も、平板状に構成されるが、放物面鏡４（図１参照）と同様に、平行光１６を第２反射手段４の焦点Ｆ２（放物面鏡４の焦点Ｆ２に対応する）に向けて反射することができる。したがって、第１反射手段１の焦点Ｆ１（放物面鏡１の焦点Ｆ１に対応する）に置かれた仮想点光源から拡がる光１５は、第１反射手段１によって反射され、平行光１６となり、次いで、第２反射手段４によって反射され、反射光１７は、第２反射手段４の焦点Ｆ２（放物面鏡４の焦点Ｆ２に対応する）に結像される。

また、ホログラフィック光学素子によって構成された反射手段は、回折効率の光学特性を利用して透過率を適宜設定することができるので、第１反射手段１のホログラフィック光学素子において、適宜の大きさ、形状の半透過領域を形成することができる。つまり、回折効率を４０％にすれば、ホログラフィック光学素子に照射された光のうち４０％が回折して反射し、残りの６０％が回折せずに透過するので、６０％の透過性を有する半透過領域を形成できる。第１反射手段の全面に透過性を持たせれば、対象物を第２反射手段のいずれの位置に載置しても、全面に形成された半透過領域を介して筺体の外部に対象物の像を投影することができるので好ましい。

図５は、本実施形態の立体像投影装置の筺体部分の形状の一例であり、筺体を上方から観た上面図である。ホログラフィック光学素子は、放物面鏡と比べると、比較的自由に形状や大きさを設計することができ、図５（Ａ）は、各反射手段１ａを長方形の平板で構成した例であり、筺体は直方体となる。図５（Ｂ）は、各反射手段１ｂを楕円形の平板で構成した例であり、筺体は直楕円柱となる。図５（Ｃ）は、第１反射手段を円形の平板で構成し、第２反射手段４ｃを、かかる円形よりも大きい円形の平板で構成した例であり、筺体は円錐台となる。なお、図４及び図５では、反射手段を平板状に形成したが、これに限定されず、曲面状に形成してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ホログラフィック光学素子の回折効率を適宜設定可能であるので、所望の透過率を実現可能であり、半透過領域を適宜設定することができる。また、ホログラフィック光学素子によって、反射手段を平板状に構成することができるので、パラボラ型の放物面鏡を重ね合わせた第１又は第２の実施形態に比べて、筺体の厚み（高さ）を薄くすることができ、省スペースが図れる。第２反射手段が平板であることから、対象物の配置、駆動に制約が少ない。さらに、パラボラ型の放物面鏡による筺体に比べると、支持台が必要でなく、安定した設置が可能である。

そして、ホログラフィック光学素子は、マスターとなるホログラフィック光学素子を作製すれば、それを複製することで容易に量産することができ、放物面鏡のように、曲面の精度が求められない点において製造が容易である。加えて、ホログラフィック光学素子は、放物面鏡と比べると、比較的自由に形状や大きさを設計することができるので、使用の形態に合わせて、自由に外観を設計することができる。

[実施形態４]
図６は、本発明の第４の実施形態の立体像投影装置の概略構成図である。本実施形態は、ホログラフィック光学素子によって形成した第１及び第２反射手段を縦長に形成し、占有面積を狭くしたものである。第１及び第２反射手段は、それぞれ他方の反射手段に向かって幅広となる側面を有している。図６においては、曲面状の側面を採用し、側面が膨らんだ形状の樽型の筺体を構成した例である。ただし、形状は樽型に限定されず、卵型（第１反射手段の半透過領域を曲面で形成したもの）、円錐台形を合わせた形状、多角錐台形等の形状を適宜設計することができる。第１及び第２反射手段は、筐体の占有面積を狭くするため、横幅の最大が焦点距離ｆよりも短くなるように設計することが好ましい。

図６の立体像投影装置においても、第２反射手段４の中心点Ｏ２（図１の放物面鏡４の頂点に対応する）に置かれた仮想点光源から拡がる光１５は、第１反射手段１によって反射され、平行光１６となって下方に進み、次いで、第２反射手段４によって反射され、反射光１７は、第２反射手段４の焦点Ｆ２に結像される。同図では、説明のため、第１反射手段１と第２反射手段４とを別体のものとして記載しているが、１枚のホログラフィック光学素子において回折方向を制御して第１及び第２反射手段と同じ機能を１枚のホログラフィック光学素子で実現してもよい。

半透過領域２については、ハーフミラーによって構成してもよいし、ホログラフィック光学素子によって構成してもよい。図６では、第１反射手段１と半透過領域２とが別々に別体として示されているが、これは単なる例示であって、筺体の上面及び側面を一体のホログラフィック光学素子によって形成してもよい。また、図６では、筺体の上部が平板として示されているが、これに限定されない。例えば、筺体を卵型のように構成してもよい。また、照明１０を適宜設けてもよい。図６においては、第１反射手段１と半透過領域２との境界部分に上方から下方に向けて照らす照明手段を設けた。

本実施形態によれば、第１及び第２反射手段の横幅の最大（典型的には上下の中央の幅）が、焦点距離ｆよりも短くなるように設計されており、省スペース化を図ることができる。このように縦長の筐体形状の場合、多数の筐体を並べて配置することができ、展示等の用途に有利である。

[実施例]
以下、本発明の立体像投影装置のための放物面鏡を利用した筺体の構成の実施例について説明する。

図７は、筺体に使用した放物面鏡１及び４の曲面形状を規定する放物線の例である。本例では、焦点距離ｆを１９７ｍｍとした放物線ｙ＝ｘ^２／４ｆを用いた。かかる放物線において、頂点（０，０）から、１０．３ｍｍの高さでは、対称軸（ｙ軸）からのｘ軸方向への距離（半径）が９０ｍｍであり、２１．４ｍｍの高さでは、半径が１３０ｍｍであり、４１．１ｍｍの高さでは、半径が１８０ｍｍであり、５８．７ｍｍの高さでは、半径が２１５ｍｍである。

かかる放物線を対称軸の回りに回転させると、頂点（０，０）から焦点までの距離が１９７ｍｍである放物面が形成される。

図８は、かかる放物面の曲面形状を有する放物面鏡で筺体を構成した例である。放物面鏡１及び４は、ともに直径が４３０ｍｍであり、高さが６４．７ｍｍであり、放物面鏡の厚さが６ｍｍである。一方の放物面鏡の頂点を他方の焦点に一致するように配置すると、筺体の高さは２００．２ｍｍとなり、各放物面鏡の側縁の間隙は、７４．１ｍｍとなる。放物面鏡１には、その頂点Ｏ１を中心とする直径１００ｍｍの円形のハーフミラーによる半透過領域２が設けられる。かかる筺体を用いると、焦点Ｆ１の近傍に載置した対象物の立体像を筺体上面における焦点Ｆ２の近傍に投影することができた。

以上説明したとおり、本発明によれば、物理的な開口部を持たず、半透過領域を介して対象物の実像が投影されるので、観察者の視点が移動しても、像の欠けが少なく、対象物本体を視認しにくくすることができる。また、半透過領域の範囲、配置、形状を適宜設定することができるので、対象物が載置位置に制約が少なく、焦点Ｆ１上からある程度離れた位置に置かれても像を投影することができる。また、対象物を駆動することができるので、観察者の興味を惹く効果的な広告宣伝が可能となる。

１ 第１反射手段
２ 半透過領域
４ 第２反射手段
８ 載置手段
９ 駆動手段
１０ 照明手段
２０ 対象物
３０ 像
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点
Ｏ１ 放物面鏡１の頂点（中心点）
Ｏ２ 放物面鏡２の頂点（中心点）

Claims (13)

1. 自己の第１焦点に置かれた仮想点光源からの光を平行光として反射させるように構成された第１反射手段と、前記平行光を自己の第２焦点に集束させるように構成された第２反射手段とを備え、
   前記第１及び第２反射手段は、一方の反射手段の焦点が他方の反射手段の中心点に一致するように配置され、
   前記第１反射手段は、少なくとも一部に光の一部を反射させ、他の一部を透過させる半透過領域を有し、
   前記第１及び第２反射手段の内側に配置された対象物の立体像を、前記半透過領域を介して前記第１反射手段の外側に投影することを特徴とする立体像投影装置。
2. 前記第１及び第２反射手段は、所定の焦点距離を有する放物面鏡であることを特徴とする請求項１に記載の立体像投影装置。
3. 前記半透過領域は、ハーフミラーによって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体像投影装置。
4. 第１偏光波を照射可能な照明手段を備え、
   前記第１反射手段の半透過領域が、前記第１偏光波を反射し、前記第１偏光波と直交する第２偏光波を透過するワイヤグリッドによって構成され、
   前記第２反射手段は、反射層よりも内面表面側に四分の一波長板の層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体像投影装置。
5. 前記第１及び第２反射手段は、放物面鏡と同じ光学特性を有するホログラフィック光学素子によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の立体像投影装置。
6. 前記第１及び第２反射手段は、それぞれ平板状に形成されること特徴とする請求項５に記載の立体像投影装置。
7. 前記第１及び第２反射手段は、それぞれ他方の反射手段に向かって幅広となる側面を有し、第１及び第２反射手段の横幅の最大が前記第１及び第２反射手段の焦点距離よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の立体像投影装置。
8. 前記半透過領域は、前記第１反射手段の中心点を含む円形又は多角形の一部に形成されることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の立体像投影装置。
9. 前記半透過領域は、前記第１反射手段の全部に形成されることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の立体像投影装置。
10. 前記対象物を載置する載置手段を備えることを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の立体像投影装置。
11. 前記載置手段は、前記第２反射手段の開口部に脱着可能に取り付けられ、内側表面に光を反射する加工を有することを特徴とする請求項１０に記載の立体像投影装置。
12. 前記対象物を駆動する駆動手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１１の何れか１項に記載の立体像投影装置。
13. 前記第１及び第２反射手段を含む筺体が密閉可能であること特徴とする請求項１ないし１２の何れか１項に記載の立体像投影装置。

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