(57)【要約】      （修正有）【課題】立体空中映像と、この立体空中映像の任意の断面に相当する平面空中映像とを重ねた状態で表示可能な装置を提供する。【解決手段】立体映像Ｏｘを第１素子平面ＳＡに対する面対称位置に結像可能な実鏡映像結像光学系２Ａと、平面映像Ｏｙを第２素子平面ＳＢに対する面対称位置に結像可能な実鏡映像結像光学系２Ｂと、観察空間に移動自在に配置される枠６と、観察空間における枠６の位置等に関する情報である枠情報を検出する検出手段５と、検出手段５で検出した枠情報に基づき平面映像用ディスプレイ５をその表示面５ａに表示させた平面映像Ｏｙを第２素子平面ＳＢを透過させて枠６内に平面空中映像Ｐｙとして結像可能な位置に移動させる制御手段とを備え、断面映像Ｏｙを立体空中映像Ｐｘと重なる位置にある枠６内に空中映像Ｐｙとして結像させる空中表示装置Ｘとした。【選択図】図２
2014139622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対称面となるある１つの幾何平面の一方側に表示又は配置した立体映像又は立体物の実像を、前記第１対称面の他方側である観察側の空間のうち第１対称面に対する面対称位置に立体空中映像として結像可能な立体映像用実鏡映像結像光学系と、
前記第１対称面とは異なる角度で配置され第２対称面となるある１つの幾何平面を有し、当該第２対称面の一方側に表示した平面映像の実像を、第２対称面の他方側である観察側の空間のうち第２対称面に対する面対称位置に平面空中映像として結像可能な平面映像用実鏡映像結像光学系と、
前記第２対称面の観察側の空間における、前記第１対称面の観察側の空間に結像される前記立体空中映像を切断し得る範囲で移動可能な枠の少なくとも位置及び姿勢に関する情報である枠情報を検出する検出手段と、
前記第２対称面の一方側に配置されて前記被投影物として平面映像を表示する表示面を備えた平面映像用ディスプレイと、
前記検出手段により検出した前記枠情報に基づいて、前記平面映像用ディスプレイをその表示面に表示させた平面映像を前記第２対称面を透過させて前記枠内に平面空中映像として結像可能な位置に移動させる制御手段と、を具備し、
前記制御手段による前記平面映像用ディスプレイの移動に同期させて前記表示面に表示される平面映像を、前記立体空中映像の異なる部分に変化させることにより、当該平面映像を前記立体空中映像と重なる位置にある前記枠内に平面空中映像として結像させることを特徴とする可動式空中映像表示装置。
【請求項２】
前記平面映像用ディスプレイの表示部から前記第２対称面を透過した光が当該第２対称面を境にした前記平面映像用ディスプレイの面対称位置に到達する前の時点で前記立体映像用実鏡映像結像光学系を経由し得るように構成し、当該立体映像実鏡映像光学系のうち前記第２対称面を透過した光が進入し得る面に反射光学系を形成し、前記表示部に表示される平面映像が前記第２対称面を透過した後に前記反射光学系で反射して結像するように設定している請求項１に記載の可動式空中映像表示装置。
【請求項３】
前記立体空中映像の異なる部分が前記立体空中映像の異なる切断面に相当する断面映像である請求項１又は２の何れかに記載の可動式空中映像表示装置。
【請求項４】
前記立体映像用実鏡映像結像光学系の前記第１対称面の一方側に配置されて被投影物として映像を表示する立体映像用表示面を備えた立体映像用ディスプレイと、
立体映像用ディスプレイを、その立体映像用表示面に対して垂直方向の成分を含む運動をするように動作させる駆動手段とをさらに備え、
前記駆動手段による前記立体映像用ディスプレイの動作と同期させて前記立体映像用表示面に表示される映像を変化させることにより、当該映像を前記第１対称面の観察側の空間に立体空中映像として結像させる請求項１乃至３の何れかに記載の可動式空中映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みのない立体空中映像と、この立体空中映像の一部分に相当する平面空中映像とを同じ空間に表示することが可能な表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体映像を閲覧可能とする技術が開発されてきている。例えば、結像光学系として凸レンズや凹面鏡を利用するものとして、高速表示が可能な２次元ディスプレイを光学系の光軸に対して傾けて配置し、ミラースキャナにより光軸に対して傾いた２次元像を移動させ、それにあわせて２次元ディスプレイに表示物体の断面像を表示させることにより、３次元像を形成する、という体積走査法による３次元像の立体表示方法が提案されている（非特許文献１参照）。この方法によれば、３次元実像が形成されているので、眼鏡などの装着物は不要であり、人の立体視知覚要因を全て満たすことができる、とされている。
【０００３】
しかしながら、非特許文献１に開示されているような立体表示方法では、光学系として凸レンズや凹面鏡を多数用いていることから、その収差のために形状に歪みが生じ、定位を完全に安定させることは困難である。
【０００４】
一方、本発明者は、等倍結像光学系として、２つの鏡面から構成される２面コーナーリフレクタを多数備えた光学素子である実鏡映像結像素子（以下、必要に応じて「２面コーナーリフレクタアレイ」という）（特許文献１参照）や、再帰反射機能を備えたレトロリフレクタアレイとハーフミラーとを利用した実鏡映像結像光学系（特許文献２参照）を提案してきている。これらの実鏡映像結像光学系は、被投影物をその光学系に設定される対称面（２面コーナーリフレクタアレイの素子面、ハーフミラー面）に対する面対称位置に等倍の実像として歪みなく結像させるものであり、被投影物が２次元であれば２次元の実像を、被投影物が３次元であれば３次元の実像を観察することができるものである。
【０００５】
そして、本発明者は、上述した各実鏡映像結像光学系を応用した歪みのない空中映像表示装置を提供すべく、体積走査法による３次元空中映像ディスプレイ装置を案出している（特許文献３参照）。この３次元空中映像ディスプレイ装置は、被投影物として映像を表示する表示面を備えたディスプレイを実鏡映像結像光学系の対称面の下面側に配置して、駆動手段によってディスプレイを表示面に対して垂直方向の成分を含む運動をするように動作させ、駆動手段によるディスプレイの動作と同期させて表示面に表示される映像を変化させることにより、その映像を対称面の上面側の空間に立体映像（以下、「立体空中映像」と称する場合がある）として結像させるものである。
【０００６】
このような体積走査型３次元空中映像ディスプレイ装置であれば、被投影物を対称面を境にして面対称位置に歪みのない実像として結像する実鏡映像結像光学系を利用して、その対称面の一方側の空間において３次元空間を埋めるような立体運動をするディスプレイ、換言すれば体積走査型立体ディスプレイに表示される映像の実像を、他方側の空間に歪みのない空中立体像として表示して観察できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１６６３９号
【特許文献２】特開２００９−０２５７７６号公報
【特許文献３】特開２００９−０７５４８３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“Volumetric display system based on three-dimensional scanning ofinclined optical image”、Ｄａｉｓｕｋｅ  Ｍｉｙａｚａｋｉ  et al,、Ｏｐｔｉｃ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．１４  Ｉｓｓｕｅ  ２６、ｐｐ．１２７６０−１２７６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した体積走査型３次元空中映像ディスプレイ装置では、ディスプレイを表示面が対称面に対して垂直方向の成分を含む運動をするように動作させている間は、常に空中立体映像が表示されることになるが、この空中立体映像の適宜箇所における断面や特定部分を表示させることは困難または不可能であった。
【００１０】
そこで本発明は、上述した実鏡映像結像光学系により結像される立体空中映像と、立体空中映像の任意の部分に相当する平面空中映像とを重ね合わせて表示できる装置の提供を主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明は、第１対称面となるある１つの幾何平面の一方側に表示又は配置した立体映像又は立体物の実像を、第１対称面の他方側である観察側の空間のうち第１対称面に対する面対称位置に立体空中映像として結像可能な立体映像用実鏡映像結像光学系と、第１対称面とは異なる角度で配置され第２対称面となるある１つの幾何平面を有してこの第２対称面の一方側に表示した平面映像の実像を、第２対称面の他方側である観察側の空間のうち第２対称面に対する面対象位置に平面空中映像として結像可能な平面映像用実鏡映像結像光学系と、第２対称面の観察側の空間における、第１対称面の観察側の空間に結像される立体空中映像を切断し得る範囲で移動可能な枠の少なくとも位置及び姿勢に関する情報である枠情報を検出する検出手段と、第２対称面の一方側に配置されて被投影物として平面映像を表示する表示面を備えた平面映像用ディスプレイと、検出手段により検出した枠情報に基づいて平面映像用ディスプレイをその表示面に表示させた平面映像を平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面を透過させて枠内に平面空中映像として結像可能な位置に移動させる制御手段とを備えた可動式空中映像表示装置である。
【００１２】
ここで、立体映像用実鏡映像結像光学系及び平面映像用実鏡映像結像光学系は、それぞれの対称面（第１対称面、第２対称面）を境にして被投影物を面対称位置に歪みのない実像として結像するものであり、上述した２面コーナーリフレクタアレイによって構成したもの、又はハーフミラーとレトロリフレクタアレイとを用いて構成したものが適切であるが、その他のレンズや反射鏡等の光学機器を用いて構成した光学系であってもよい。立体映像用実鏡映像結像光学系と平面映像用実鏡映像結像光学系とをそれぞれ結像様式の異なる光学系で構成することも可能である。なお、立体物自体や立体映像（体積走査方式で立体的に見せた映像を含む）を立体映像用実鏡映像結像光学系により立体空中映像として結像させた場合、観察可能なその立体空中映像の奥行きは立体物や立体映像の奥行きとは反転したものとなる。
【００１３】
また、枠としては、枠内の領域を枠外の領域から完全に隔離し得る多角形状または環状等の完全閉ループ状をなす実体物が好ましいが、枠内の領域の一部を枠外の領域に開放した例えばコ字形状や部分円弧状等の非完全閉ループ状をなす実体物を適用することもでき、観察時に人の手指等で形作った枠を用いることもできる。さらに、枠内は空間であってもよく、枠内にガラスやアクリル樹脂等の実体物を配置してもよい。
【００１４】
また、検出手段としては、カメラ等の撮像機器（撮像素子）を用いた撮像処理によって枠情報を検出するものや、電磁気や超音波を利用して枠情報を検出するもの、或いは枠を実体物で形成した場合にはこの枠を移動させる例えばリンク機構等の機械的な枠移動機構の作動状態から枠情報を検出するもの等が挙げられる。ここで、枠情報は、第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に関する情報のみからなるものであったり、第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に加えて枠の形状に関するものであってもよい。なお、「枠の形状」には、枠の外観形状のみならず枠の大きさも含まれる。
【００１５】
また、本発明に適用される平面映像用ディスプレイは、画面に映像を表示する一般的な意味でのディスプレイ装置だけでなく、プロジェクタ等で投射された映像を映すスクリーン等の映像を表示可能なもの全般を含む趣旨であり、表示面は平面だけでなく曲面であってもよい。平面映像用ディスプレイのサイズは、枠と同等ないし略同等の大きさであってもよいし、枠よりも大きくてもよい。ここで、平面映像用ディスプレイのサイズが枠と同等ないし略同等である場合には、検出手段により第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）のみを検出するように構成すればよく、平面映像用ディスプレイのサイズが枠よりも十分大きい場合には、検出手段により第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に加えて枠の形状を検出するように構成することが好ましい。これは、本発明に係る可動式空中映像表示装置では、平面映像用ディスプレイのサイズが枠よりも大きい場合に、枠内には平面映像用ディスプレイの表示面全体に表示された映像のうち枠のサイズに相当する部分のみが実鏡映像として表示されるという特性があることから、平面映像用ディスプレイのサイズが枠よりも相対的に大きい場合には、検出手段で枠の形状をも検出して、平面映像用ディスプレイの表示面のうち枠のサイズに相当する領域部分にのみ映像を表示するようにすればよい。
【００１６】
制御手段は、平面映像用ディスプレイをその表示面に表示させた平面映像を第２対称面を透過させて枠内に平面空中映像として結像可能な位置に移動させるものであればよく、平面映像用ディスプレイが枠よりもサイズが相対的に大きい場合には、枠の形状に応じて表示面における映像の表示領域を変化させる制御手段を採用することもできる。ここで平面映像用ディスプレイの移動には、所定方向に沿った平行移動のみならず、回転移動（第２対称面に対する姿勢を変更する移動）も含まれる。すなわち、制御手段による平面映像用ディスプレイの動作は、並進運動（並進３自由度のうち少なくとも１自由度の並進運動）だけであったり、回転運動（回転２自由度のうち少なくとも１自由度の回転運動）だけであったり、並進運動及び回転運動との組み合わせ、これら何れの運動であってもよい。
【００１７】
そして、本発明に係る可動式空中映像表示装置は、制御手段による平面映像用ディスプレイの移動に同期させてその表示面に表示される平面映像を、立体空中映像の異なる部分に変化させることにより、平面映像を立体空中映像と重なる位置にある枠内に平面空中映像として結像させることを特徴としている。
【００１８】
このような可動式空中映像表示装置によれば、立体映像用実鏡映像結像光学系によりこの立体映像用実鏡映像結像光学系の第１対称面の観察側空間に立体空中映像を結像させることができるとともに、平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面の観察側空間において立体空中映像を切断し得る位置に配置した枠内に、この平面映像用実鏡映像結像光学系により平面空中映像を結像させることができるため、観察者は空中において重なり合って表示される立体空中映像及び平面空中映像とを同時に観察することができる。しかも、枠を移動させた場合に、平面映像用ディスプレイも移動させてその表示面に表示される平面映像を立体空中映像の異なる部分に変化させることにより、枠内に移動前の映像（実像）とは異なる映像（実像）を歪みのない平面空中映像として表示することができる。
【００１９】
したがって、観察者は、立体空中映像に重なるように配置された枠の位置にあたかもディスプレイが実在するかのように表示される平面空中映像（実像）を立体空中映像と一緒に観察することができるのみならず、枠の移動に伴って変化する枠内の映像（実像）を観察することにより立体空中映像のうち特徴的な箇所や重要な箇所等、部分的な箇所の形状を容易に把握することができる。また、本発明の可動式空中映像表示装置であれば、枠内に表示される平面空中映像（実像）を例えばポインタ等で指し示すことも可能であり、立体空中映像における特定箇所等を簡便に記録することができる。
【００２０】
また、本発明の可動式空中映像表示装置では、第２対称面の観察側の空間のうち第２対称面に対する面対称位置の第１対称面に対する面対象位置に枠を配置し、この枠内に表示される平面空中映像を立体空中映像と重なるように表示させる構成を採用できるが、次のような構成を採用することもできる。すなわち、平面映像用ディスプレイの表示部から平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面を透過した光がこの第２対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置に到達する前の時点で立体映像用実鏡映像結像光学系を経由し得るようにして、立体映像実鏡映像光学系のうち第２対称面を透過した光が進入し得る面に反射光学系を形成し、表示部に表示される平面映像が第２対称面を透過した後に反射光学系で反射して結像するようにした構成を採用することができる。ここで、反射光学系は、第１対称面の観察側からの光線を鏡面反射させるものである。
【００２１】
特に、本発明の可動式空中映像表示装置において、制御手段による平面映像用ディスプレイの移動に同期させて表示面に表示される平面映像を立体空中映像の異なる切断面に相当する断面映像に変化させるようにすれば、立体空中映像の内部形状や内部構造の的確な把握が要求される分野、例えばＣＴ検査やＭＲＩ検査等を扱う医学分野や、地質構造探査や海底構造探査等の自然科学諸分野にも好適に応用することができる。
【００２２】
また、本発明では、立体映像用実鏡映像結像光学系の第１対称面の一方側に配置されて被投影物として映像を表示する立体映像用表示面を備えた立体映像用ディスプレイと、立体映像用ディスプレイをその立体映像用表示面に対して垂直方向の成分を含む運動をするように動作させる駆動手段とをさらに備えた可動式空中映像表示装置とし、駆動手段による立体映像用ディスプレイの動作と同期させてその表示面に表示される映像を変化させることにより、それらの映像を第１対称面の観察側の空間に立体空中映像として結像させるように構成することもできる。この場合、駆動手段により立体映像用ディスプレイがその表示面に対して垂直方向の成分を含む運動、すなわち３次元空間を埋める立体的な動きをすることから、駆動手段と立体映像用ディスプレイは実質的に体積走査型の立体ディスプレイとして機能し、立体映像用ディスプレイに表示される映像の実像を、観察側の空間に歪みのない立体空中映像として表示して観察できる。なお、駆動手段には、立体映像用ディスプレイを所望する３次元空間を埋めるような運動通りに動作させる適宜の態様のものを採用すればよい。ここで立体映像用ディスプレイの運動には、一定方向への振動をはじめとして、立体映像用ディスプレイの表示面が何らかの３次元空間を埋めるように動きさえすればよく、この表示面と垂直な方向の成分を含んでいればどのような運動であってもよい。ただし、立体映像用ディスプレイの「３次元空間を埋める立体的な動き」もしくは「３次元運動」や「立体運動」という表現は、立体映像用ディスプレイが必ずしも３自由度で動作することだけを意味するものではなく、１自由度の運動であっても所定の３次元空間を埋める運動も含むものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、立体映像または立体物の実像をある１つの幾何平面（第１対称面）に対する面対称位置に結像する立体映像用実鏡映像結像光学系、及び平面映像の実像をある１つの幾何平面（第２対称面）に対する面対称位置に結像する平面映像用実鏡映像結像光学系を配置し、第２対称面の観察側の空間に枠を移動自在に配置し、第２対称面の反観察側の空間に枠の移動に応じて枠内に平面空中映像を表示させる位置に移動制御可能なディスプレイを配置するという構成により、観察側の空間に立体空中映像と平面空中映像とを重ね合わせて表示することができる。さらに、立体空中映像を切断し得る範囲内における枠の移動に応じて、平面映像用ディスプレイの表示面に表示させる映像を立体空中映像の異なる部分に変化させることで、その変化した映像を平面空中映像として立体空中映像と重ね合わせて表示させることができ、観察対象の立体空中映像を部分単位で容易に把握することができるという、新しい空中映像の表示方法、観察方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る可動式空中映像表示装置を概略的に示す図。
【図２】同実施形態に係る可動式空中映像表示装置による光線の反射の様子を模式的に示す図。
【図３】同実施形態に適用される実鏡映像結像光学系である２面コーナーリフレクタアレイを模式的に示す平面図。
【図４】図３のＡ領域を拡大して模式的に示す斜視図。
【図５】同２面コーナーリフレクタアレイによる結像様式を模式的に示す図。
【図６】同実施形態において立体映像用ディスプレイの映像とその立体空中映像との関係を模式的に示す図。
【図７】同実施形態における立体映像用ディスプレイを目標値に移動させるフローチャート。
【図８】同実施形態において観察空間に表示される立体空中映像の一例を示す図。
【図９】同実施形態においてある時点の平面映像用ディスプレイに表示させた断面映像の模式図。
【図１０】同実施形態において観察空間に表示される空中映像の模式図。
【図１１】同実施形態においてある時点（図９に示す時点とは異なる時点）の平面映像用ディスプレイに表示させた断面映像の模式図。
【図１２】同時点における図１０に対応する図。
【図１３】同実施形態に適用される２面コーナーリフレクタアレイの他の例を示す概略的な斜視図であり図４に対応する図。
【図１４】同実施形態に適用される実鏡映像結像光学系の一変形例であるレトロリフレクタアレイの結像様式を模式的に示す側面図。
【図１５】同レトロリフレクタアレイの一部を拡大して示す概略的な正面図。
【図１６】同レトロリフレクタアレイによる光線の反射の様子を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る可動式空中映像表示装置Ｘは、図１及び図２に示すように、実鏡映像結像光学系の１種として、多数の２面コーナーリフレクタ１を形成した立体映像用実鏡映像結像素子２Ａ及び平面映像用実鏡映像結像素子２Ｂ（以下、「立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ」、「平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂ」と称する場合がある）と、映像を表示する表示面３ａを備えた立体映像用ディスプレイ３と、この立体映像用ディスプレイ３に立体的な運動を行わせる駆動手段４と、平面映像用実鏡映像結像素子２Ｂの一方の側（図１及び図２では左側）に移動自在に配置されて映像を表示する表示面５ａを有する平面映像用ディスプレイ５と、平面映像用実鏡映像結像素子２Ｂの他方側（図１及び図２では右側）である観察側に移動自在に配置される枠６と、平面映像用実鏡映像結像素子２Ｂに対する枠６の相対位置及び相対角度に関する情報である枠情報をリアルタイムで検出する検出手段７と、検出手段７で検出した枠情報に基づいて平面映像用ディスプレイ５に適宜な運動を行わせる制御手段８とを備えるものである。
【００２７】
すなわち、運動する立体映像用ディスプレイ３の表示面３ａに逐次表示される映像Ｏｘが、本実施形態においては立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａによる鏡映像の実像（実鏡映像）として立体空中映像Ｐｘを結像させる元となる被投影物であり、運動する平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに逐次表示される映像Ｏｙが、本実施形態においては平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂによる鏡映像の実像（実鏡映像）として平面空中映像Ｐｙを結像させる元となる被投影物である。以下、各部について説明する。
【００２８】
立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ及び平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂは、略同一の構造であり、以下では立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ及び平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを総称して「２面コーナーリフレクタアレイ２」とする。
【００２９】
２面コーナーリフレクタアレイ２は、全２面コーナーリフレクタ１を各々構成する２つの鏡面１１，１２に対してほぼ垂直な平面を素子平面Ｓ（立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの素子平面を「第１素子平面ＳＡ」と称し、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの素子平面を「第２素子平面ＳＢ」と称する場合がある）としている。そして、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａにおいては、素子平面ＳＡを対称面（本発明の「第１対称面」に相当）として、面対称位置に被投影物Ｏｘの実鏡映像Ｐｘが結像し、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂにおいては、素子平面ＳＢを対称面（本発明の「第２対称面」に相当）として、面対称位置に被投影物Ｏｙの実鏡映像Ｐｙが結像する（図１及び図２参照）。本実施形態では、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａに対応させて被投影物Ｏｘを素子平面ＳＡの一方側（図示例では下方側）に配置することによって、第１素子平面ＳＡの他方側である観察側（図示例では上方側）に立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａを通じて被投影物Ｏｘの実鏡映像Ｐｘが結像し、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂに対応させて被投影物Ｏｙを第２素子平面ＳＢの一方側（図示例では左方側）に配置することによって、素子平面ＳＢの他方側である観察側（図示例では右方側）に平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを通じて被投影物Ｏｙの実鏡映像Ｐｙが結像するように構成している。
【００３０】
２面コーナーリフレクタアレイ２は、図３及び図４（図４は図３のＡ領域拡大図である）に示すように、平板状の基盤２１を備え、この基盤２１に、平らな基盤表面に対して垂直に肉厚を貫通する正方形の穴２２を多数形成し、各穴２２の内壁面を２面コーナーリフレクタ１として利用するために、穴２２の内壁面のうち直交する２つにそれぞれ鏡面１１，１２を形成したものである。基盤２１は、厚み寸法が例えば５０〜２００μｍ、本実施形態では１００μｍの薄板状をなす平面視正方形状のものを適用している。なお、基盤２１の厚さや平面形状、平面寸法は適宜設定することができる。
【００３１】
そして、２面コーナーリフレクタアレイ２は、図５に示すように、２つの鏡面１１，１２に対してほぼ垂直な平面を素子平面Ｓとするものであり、この素子平面Ｓを対称面として、面対称位置に被投影物の実鏡映像が結像する。本実施形態において２面コーナーリフレクタ１は２面コーナーリフレクタアレイ２の全体と比べて非常に微小であるので、図１においては２面コーナーリフレクタ１の集合全体をグレーで表し、その内角の向きをＶ字形状で模式的に表してある。また、図４に示すように、２面コーナーリフレクタ１は、光を透過させるために基盤２１に形成した物理的・光学的な穴２２を利用して形成したものである。本実施形態では、まず基盤２１に平面視ほぼ矩形状（具体的に本実施形態では正方形状）の穴２２を多数形成し、各穴２２のうち隣接して直交する２つの内壁面に平滑鏡面処理を施して鏡面１１，１２とし、これら鏡面１１，１２を反射面として機能する２面コーナーリフレクタ１としている。なお、穴２２の内壁面のうち２面コーナーリフレクタ１以外の部分には鏡面処理を施さず光が反射不能な面とするか、もしくは角度をつけるなどして多重反射光を抑制することが好ましい。２面コーナーリフレクタ１は、基盤２１上において鏡面１１，１２がなす内角が全て同じ向きとなるように形成している。以下、この鏡面１１，１２の内角の向きを、２面コーナーリフレクタ１の向き（方向）と称することがある。本実施形態では、２面コーナーリフレクタ１の向きを全て同一方向に設定している。鏡面１１，１２の形成にあたって本実施形態では、金属製の金型をまず作成し、鏡面１１，１２を形成すべき内壁面をナノスケールの切削加工処理をすることによって鏡面形成を行い、これらの面粗さを１０ｎｍ以下とし、可視光スペクトル域に対して一様に鏡面となるようにしている。
【００３２】
具体的に２面コーナーリフレクタ１を構成する鏡面１１，１２は、一辺が例えば５０〜２００μｍ、本実施形態では基盤２１の厚さに対応させた１００μｍであり、先に作成した金型を用いたプレス工法をナノスケールに応用したナノインプリント工法又は電鋳工法により、１つの基盤２１に所定ピッチで複数形成されている。本実施形態では、全ての２面コーナーリフレクタ１が素子平面ＳＡ上に想定される規則的な格子点上に整列されて同一方向を向くようにしている。なお、隣り合う２面コーナーリフレクタ１同士の離間寸法を極力小さく設定することで、透過率を向上させることができる。そして、前記基盤２１のうち、２面コーナーリフレクタ１及び後述する反射光学系を形成した部分以外の部位には遮光処理を施し、本実施形態では基盤２１の下面に図示しない薄板状をなす透明な補強材を設けている。本実施形態では、このような２面コーナーリフレクタ１を平面視正方形状の基盤２１に数万ないし数十万個設けた立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａを採用している。
【００３３】
なお、電鋳工法によりアルミニウムやニッケル等の金属で基盤２１を形成した場合、鏡面１１，１２は、金型の面粗さが十分小さければ、それによって自然に鏡面となる。また、ナノインプリント工法を用いて、基盤２１を樹脂製などとした場合には、鏡面１１，１２を作成するには、スパッタリング等によって、鏡面コーティングを施す必要がある。
【００３４】
このようにして基盤２１に形成した２面コーナーリフレクタ１は、基盤２１の表面側（又は裏面側）から穴２２に入った光を一方の鏡面（１１又は１２）で反射させ、さらにその反射光を他方の鏡面（１２又は１１）で反射させて基盤２１の裏面側（又は表面側）へと通過させる機能を有し、この光の進入経路と射出経路とが基盤２１を挟んで面対称をなすことから、上述のように基盤２１上に多数の２面コーナーリフレクタ１を形成することで、２面コーナーリフレクタアレイ２として機能する。すなわち、斯かる２面コーナーリフレクタアレイ２の素子平面Ｓ（基盤２１の肉厚の中央部を通り各鏡面と直交する面を仮定し、図４中に想像線で示す）は、基盤２１の一方側にある被投影物の実像を他方側の面対称位置に鏡像（実鏡映像）として結像させる対称面となる。
【００３５】
ここで、２面コーナーリフレクタアレイ２による結像様式について、図５を参照しながら被投影物として点光源ｏから発せられた光の経路とともに簡単に説明する。図５（ａ）に平面的な模式図で、同図（ｂ）に模式的な側面図でそれぞれ示すように、点光源ｏから発せられる光（矢印方向、実線で示す。３次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行する）は、２面コーナーリフレクタアレイ２の基盤２１（同図では省略）に形成した穴２２（同図では省略）を通過する際に、２面コーナーリフレクタ１を構成する一方の鏡面１１（又は１２）で反射して更に他方の鏡面１２（又は１１）で反射した後に素子平面Ｓを透過し（透過光の光線を破線で示す）、２面コーナーリフレクタアレイ２の素子平面Ｓ（図５（ｂ）参照）に対して点光源ｏの面対称位置（同図では、ｐの位置）を広がりながら通過する。すなわち、結局は点光源ｏの素子平面Ｓに対する面対称位置に透過光が集まり、実鏡映像ｐとして結像することになる。本実施形態では、このような２面コーナーリフレクタアレイ２によって立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを構成している。
【００３６】
そして、図１に示すように、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの下方側に配置される被投影物Ｏｘとして、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの下方側に配置される立体映像用ディスプレイ３の表示領域（表示面３ａ）に表示させた映像を適用している。すなわち、立体映像用ディスプレイ３の表示面３ａに表示される映像Ｏｘが、本実施形態においては立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａによる鏡映像の実像（実鏡映像）Ｐｘとして立体空中映像を結像させる元となる被投影物である。
【００３７】
立体映像用ディスプレイ３は、曲面であってもよいが、表示面３ａがほぼ平面であれば適宜の公知の形態のディスプレイを適宜使用することができる。本実施形態では、図１に示すように、表示面３ａが平面形状の立体映像用ディスプレイ３を採用し、その表示面３ａが立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの下面側の空間において第１素子平面ＳＡと垂直となるように配置される。なお、立体映像用ディスプレイ３の配置姿勢は必ずしもこの限りとする必要はなく、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの上面側のある視点から見た場合に、表示面３ａに表示される映像Ｏｘの実像が見えるような姿勢であれば、適宜に設定することができる。
【００３８】
駆動手段４は、立体映像用ディスプレイ３に３次元の動作を与えるものであって、他の物体を駆動するための機構や装置であれば、モータ、スプリング、歯車、ギヤ、レール等を用いた適宜の構成のものを利用可能である。本実施形態では、図１に示すように、駆動手段４を、立体映像用ディスプレイ３（及び表示面３ａ）を立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの第１素子平面ＳＡの下面側の空間内で当該第１素子平面ＳＡと平行に振動（往復運動）させる構成のものを採用することとしている。このような往復運動を立体映像用ディスプレイ３に行わせる駆動手段４としては、例えば、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの第１素子平面ＳＡと平行な図示しないレールと、このレールに沿って立体映像用ディスプレイ３を往復させる図示しないモータ等の駆動装置等を適用することができる。そして、立体映像用ディスプレイ３の表示面３ａに表示される映像Ｏｘは、駆動手段４による立体映像用ディスプレイ３の位置変化に対応して順次変化させることとする。このように、駆動手段４によって立体映像用ディスプレイ３を立体運動させることから、立体映像用ディスプレイ３及び駆動手段４は、体積走査型の立体ディスプレイとして機能することとなる。
【００３９】
なお、ここでは立体映像用ディスプレイ３の運動を、表示面３ａを平行に保ったままの往復運動としているが、必ずしも平行である必要性はない。また運動方向についても必ずしも素子平面ＳＡとの関係性を考慮する必要はない。さらに運動として、振動（往復運動）としているが、必ずしも往復する必要はなく、一方向への循環運動とすることも可能である。
【００４０】
次に、立体映像用ディスプレイ３の表示面３ａに順次表示される映像Ｏｘと、その映像Ｏｘの立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａにより結像する立体空中映像Ｐｘとについて、一例を挙げて説明する。この例では、立体映像用ディスプレイ３が往復運動の半分（往路、復路）で球が描かれる映像Ｏｘが順次表示面３ａに表示され、それに伴って実像である球の立体空中映像Ｐｘ（但し、映像Ｏｘとは奥行きが反転している）が結像する様子を示すものとする。図６（ａ）に立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａと立体映像用ディスプレイ３との位置関係を時間を追って間欠的に示すように、立体映像用ディスプレイ３は一往復運動の間に、時刻ｔ１〜ｔ９において同図に示す各位置、すなわち時刻ｔ１において振動を開始し、ｔ５の位置で振幅の他端側に達し、ｔ９の位置でｔ１と同じ位置に戻るものとする。各時刻ｔ１〜ｔ９において立体映像用ディスプレイ３の表示面３ａには、同図（ｂ）に示すように、中心の位置は一定で直径の異なる円の図形が順次表示される。それに対応して、同図（ａ），（ｃ）に示すように、表示面３ａの立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの第１素子平面ＳＡに対する面対称位置には、各時刻の映像Ｏｘの実鏡映像Ｐｘとして、映像Ｏｘと同一図形の円の像が順次結像する。立体映像用ディスプレイ３の実際の動きは連続的なものであるため、観察者の視点Ｗからは球の透視像として立体空中映像Ｐｘが見えることとなる。なお、この球体は、立体映像用ディスプレイ３の運動によって作られる立体像と奥行きが反転したものとなる。
【００４１】
一方、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂは、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａと略同じ結像様式で、全２面コーナーリフレクタ１を各々構成する２つの鏡面１１，１２に対してほぼ垂直な平面を素子平面ＳＢ（以下、「第２素子平面ＳＢ」と称する場合がある）とし、この素子平面ＳＢを対称面（本発明の「第２対称面」に相当）として、面対称位置に被投影物Ｏｙの実鏡映像Ｐｙを結像させるものである。本実施形態では、第２素子平面ＳＢを立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの第１素子平面ＳＡに対して所定の角度（例えば９０度）となるように平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂ及び立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの相対位置を設定している。
【００４２】
本実施形態では、このような平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの一方側に配置される被投影物として、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの一方側に配置される平面映像用ディスプレイ５の表示領域（表示面）５ａに表示させた映像Ｏｙを適用している。すなわち、平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに表示される映像Ｏｙが、本実施形態においては平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂによる鏡映像の実像（実鏡映像）Ｐｙとして空中映像を結像させる元となる被投影物である。
【００４３】
平面映像用ディスプレイ５は、その平面寸法が平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの平面寸法よりも小さいことが好ましい。平面映像用ディスプレイ５の表面（図１中の右側面）側に形成される表示面５ａは曲面であってもよいが、ほぼ平面であれば適宜の公知の形態の平面映像用ディスプレイ５を適宜使用することができる。本実施形態では、図１に示すように、表示面５ａが平面形状をなす平面映像用ディスプレイ５を採用し、制御手段８により次に説明する枠６の移動に応じて平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの一方側（図中左側）の空間で移動可能に構成している。
【００４４】
枠６は、その平面寸法が平面映像用ディスプレイ５の平面寸法よりも小さいものであってもよいが、本実施形態では平面映像用ディスプレイ５の平面寸法と同一ないし略同一のものを適用している。図１では平面形状が矩形状ないし略矩形状の枠６を示している。本実施形態の枠６は、適宜の素材（例えば金属や合成樹脂等）によって形成された実体物であり、枠６内を中空にしている。この枠６は、オペレータ或いは観察者の意図によって平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの他方側である観察側（図中右側）の空間において移動可能なものである。本実施形態では、枠６の一部に接続した支持部６１を図示しない駆動手段で回転運動させたり、平行移動させることによって、枠６を平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの観察側の空間において移動させるように構成している。また、本実施形態では、駆動手段を、平面映像用ディスプレイ５（及び表示面５ａ）を平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの第２素子平面ＳＢの観察側の空間内で立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの第１素子平面ＳＡと平行に往復運動させたり、回転運動させる構成のものを採用することとしている。すなわち、本実施形態の枠６は、回転２自由度運動及び高さ方向（第２素子平面ＳＢの法線方向）への並進１自由度運動可能なものである。なお、駆動手段としては、モータ、スプリング、歯車、ギヤ、レール等が挙げられる。
【００４５】
検出手段７は、例えば支持部６１の回転角度や移動距離に基づいて第２素子平面（第２対称面）ＳＢの観察側の空間における枠６の位置及び姿勢（角度）に関する情報である枠情報を検出するものである。なお、検出手段７として、カメラ等の撮像機器によって撮像した映像に基づいて枠情報を検出する態様や、電磁気や超音波を利用して枠情報を検出する態様を採用することもできる。
【００４６】
制御手段８は、検出手段７により検出した枠情報に基づき、第２素子平面（第２対称面）ＳＢの反観察側（図中左側）の空間に配置されている平面映像用ディスプレイ５を、その表示面５ａに表示させた平面映像Ｏｙを第２対称面ＳＢを透過させて枠６内に平面空中映像Ｐｙとして結像可能な位置に移動させる制御を行うものである。平面映像用ディスプレイ５を移動させるための駆動手段（図示省略）は、枠６を移動させるための駆動手段４と同一ないし略同一のものを適用することができるが、枠６を移動させるための駆動手段４とは異なる構造の駆動手段であっても構わない。本実施形態では、図１に示すように、検出手段７による検出処理及び制御手段８による制御処理をそれぞれ個別の処理装置で行うようにしているが、検出手段７に検出処理と制御手段８による制御処理を共通のＣＰＵ等の処理装置で行うようにすることも可能である。なお、上述した立体映像用ディスプレイ３を駆動させる駆動手段４をこの制御手段８で制御するようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態の制御手段８は、枠６の移動に応じて平面映像用ディスプレイ５を移動させるディスプレイ移動制御機能とともに、移動後の平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに移動前の映像とは異なる映像を表示させる表示切替制御機能も有する。この表示切替制御機能は、例えば、移動前の平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに立体空中映像Ｐｘの任意の切断面に相当する断面映像を表示させ、移動後の平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａには立体空中映像Ｐｘにおける異なる方向や異なる部分での切断面に相当する断面映像を表示させるものである。このように、本実施形態では、制御手段８により、平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに表示される映像Ｏｙを、平面映像用ディスプレイ５の位置変化（移動）に対応して順次変化させることができる。
【００４８】
そして、本実施形態では、平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａから平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを透過した光が平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの第２素子平面ＳＢを境にした平面映像用ディスプレイ５の面対称位置に到達する前の時点で立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａを経由し得るように、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａと平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂとの相対位置を設定している。また、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａのうち、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを透過した光が進入する側の面（図１では上面）を、第１対称面（第１素子平面ＳＡ）の観察側（図１では上側）からの光線を鏡面反射させる反射光学系２Ａｍに形成している。本実施形態では、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの上面に適宜の手段で鏡面処理を施すことにより反射光学系２Ａｍを形成している。ここで、立体映像用ディスプレイ３に表示される映像（光）は立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａを透過して結像できるように、反射光学系２Ａｍは立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａのうち反観察側（図中下方側）から進入する光の透過を許容するものである。なお、鏡面処理に代えて、または加えて、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの上面にハーフミラーを配置することによって反射光学系２Ａｍを形成することもできる。
【００４９】
このような構成を採用することで平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａから平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを透過した光（平面映像）は、第２素子平面ＳＢに対する平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａの面対称位置に到達する前に立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの反射光学系２Ａｍに到達し、この反射光学系２Ａｍで反射して観察側の空間に平面空中映像として結像することになる。そして、平面空中映像として結像する位置に枠６を配置することにより、枠６内に平面空中映像が表示されることになる。
【００５０】
ここで、第２素子平面ＳＢに対する平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａの面対称位置を「正規の面対称位置５ｓ」（図１に陰線で示す位置）とすれば、平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに表示させた平面映像Ｏｙは、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ（第１素子平面）を境にした「正規の面対称位置５ｓ」の面対称位置に平面空中映像Ｐｙとして結像する。したがって、本実施形態では、制御手段８が、検出手段７で検出した枠情報に基づき、例えば立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ（第１素子平面ＳＡ）を境にした枠６の面対称位置を基準位置として求め、さらに平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂ（第２素子平面ＳＢ）に対するこの基準位置の面対称位置に平面映像用ディスプレイ５を移動させる制御を行うようにしている。
【００５１】
そして、本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘは、枠６の移動範囲を立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ（第１素子平面ＳＡ）の観察側の空間に結像する立体空中映像Ｐｘを切断し得る範囲に設定している。
【００５２】
次に、本実施形態に係る可動式空中映像表示装置Ｘの作用について説明する。
【００５３】
まず、本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘは、立体映像用ディスプレイ３と駆動手段４とを実質的な立体ディスプレイとして機能させ、立体映像用ディスプレイ３の表示面３ａに連続的に表示される映像Ｏｘを立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａを通じてその第１素子平面ＳＡに対する面対称位置に歪みのない実像の３次元空中映像Ｐｘとして結像させる。これにより、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの観察側の空間に、空中に浮遊して上下左右の視点移動に対しても空中に完全に静止した立体空中映像Ｐｘを表示することができる。上述の説明では、駆動手段４により立体映像用ディスプレイ３を振動運動（往復運動）させることにより、直径が変化する円形状の映像に基づいてその実鏡映像として空中に球状の３次元映像を結像させる態様（図１参照）を例示したが、立体映像用ディスプレイ３に表示させる映像を適宜変更することにより、種々の３次元映像を空中に結像させることができる。
【００５４】
そして、この可動式空中映像表示装置Ｘは、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを通じて、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの第２素子平面ＳＢを境にした平面映像用ディスプレイ５の面対称位置（正規の面対称位置５ｓ）に平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに表示された映像Ｏｙの実鏡映像Ｐｙを結像し得るが、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂを透過した映像Ｏｙ（光）は正規の面対称位置５ｓに到達するよりも先に立体映像用２面コーナーリフレクタ２Ａの反射光学系２Ａｍで反射して、立体空中映像Ｐｘを切断し得る位置に配置した枠６内に、平面映像Ｏｙの実鏡映像として、映像Ｏｙと同一図形の像Ｐｙが結像する。なお、平面映像Ｏｙが平面空中映像Ｐｙとして結像する位置は、上述したように立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの第１素子平面ＳＡに対する「正規の面対称位置５ｓ」の面対称位置である。
【００５５】
本実施形態に係る可動式空中映像表示装置Ｘは、枠６の位置や向き（姿勢）を枠情報として検出手段７によりリアルタイムで検出している。したがって、本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘにおいて、観察者またはオペレータの適宜の操作によって枠６の位置や向きが変えられた場合、つまり枠６が回転移動したり平行移動した場合に、検出手段７で少なくとも移動後の枠６の位置や向き（姿勢）を枠情報として検出し、この枠情報に基づいて制御手段８で枠６の移動量（例えば立体空中映像Ｐｘが結像される空間を座標として捉え、枠６の中心がどの座標からどの座標へ移動したかという移動量）を算出し、この算出情報に基づき制御手段８により枠６の移動量に応じて平面映像用ディスプレイ５を移動させる処理を行う。具体的には、検出手段７で検出した枠情報に基づき、制御手段８により立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ（第１素子平面ＳＡ）を境にした枠６の面対称位置である「正規の面対称位置５ｓ」を特定し、さらに平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂ（第２素子平面ＳＢ）を境にした「正規の面対称位置５ｓ」の面対称位置に平面映像用ディスプレイ５を移動させる。また、図７のフローチャートに示す制御則に基づいて平面映像用ディスプレイ５を移動させるようにしてもよい。すなわち、先ず検出手段７で枠４の位置及び向き（枠情報）を検出し（図７；Ｓ１）、制御手段８によりこの枠４の位置及び向きを第１素子平面ＳＡに対して面対称となる位置及び向きに変換し、その変換した値（位置及び向き）を第２素子平面ＳＢに対して面対称となる位置及び向きにさらに変換した値を目標値として算出する（同図；Ｓ２）。そして、平面映像用ディスプレイ５の位置及び向きを適宜の手段（枠４の位置及び向きを検出する検出手段７と同一又は別体のもの何れであってもよい）で検出し（同図；Ｓ３）、平面映像用ディスプレイ５の位置及び向きが前記目標値と一致するか否かを制御手段８により判定する（同図；Ｓ４）。平面映像用ディスプレイ５の位置及び向きが前記目標値と一致しない場合には（同図；Ｓ４Ｎ）、制御手段８により平面映像用ディスプレイ５の位置及び向きが前記目標値と一致するように平面映像用ディスプレイ５を回転移動させたり、平行移動させる（同図；Ｓ５）。そして、移動後の平面映像用ディスプレイ５の位置及び向きが目標値と一致するか否かを制御手段８によって再度判定する。平面映像用ディスプレイ５の位置及び向きが目標値と一致するまでＳ４及びＳ５を繰り返す。このように、本実施形態では、制御手段８のディスプレイ移動制御機能により、以上の手順を経て平面映像用ディスプレイ５を枠４内に表示面５ａの平面映像Ｏｙを平面空中映像Ｐｙとして表示させることが可能な位置に配置することができる。
【００５６】
そして、本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘは、制御手段８のディスプレイ移動制御機能により平面映像用ディスプレイ５を枠６内４に平面映像を表示可能な上述した位置に移動させるとともに、制御手段８の表示切替制御機能により少なくとも移動後の表示面５ａに、移動前の表示面５ａに表示させた映像とは異なる映像を表示させる。
【００５７】
本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘでは、例えば、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａの観察側の空間に３次元空中映像Ｐｘとして図８に示すリンゴＡを結像させる場合、ある時点における枠６による立体空中映像Ｐｘ（リンゴＡ）の切断面に相当する図９に示す断面（リンゴＡを上下に略二等分する部分で切断した断面）映像Ｏｙ１を平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに表示すると、枠６内にはこの断面画像Ｏｙ１の実鏡映像として、断面画像Ｏｙ１と同一図形の像（平面空中映像Ｐｙ１）が結像し、この平面空中映像Ｐｙ１が図１０に示すように立体空中映像Ｐｘと重なった状態で表示される。
【００５８】
そして、観察者またはオペレータの意図によって枠６を移動させた場合、例えば枠６を第１素子平面ＳＡに対する相対角度を変えずに高さ方向（立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａに接離する方向）へ平行移動させた場合には、平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに、図１１に示すように、中心の位置は図９と同じで外縁形状（直径）の異なるリンゴＡの断面画像Ｏｙ２を表示する。それに対応して、立体映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ａ（第１素子平面ＳＡ）に対する「正規の面対称位置５ｓ」（平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの第２素子平面ＳＢに対する表示面５ａの面対称位置）の面対称位置にある枠６内には、断面画像Ｏｙ２の実鏡映像として、Ｏｙ２と同一図形の像（平面空中映像Ｐｙ２）が結像し、観察者Ｗは図１２に示すように立体空中映像Ｐｘ（リンゴＡ）と重なってこの立体空中映像Ｐｘを切断したように表示される平面空中映像Ｐｙ２を観察することができる。
【００５９】
このように本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘは、空間に浮遊した立体空中映像Ｏｘを表示することができるとともに、観察者またはオペレータが立体空中映像Ｏｘのうち観察したい断面をこの枠６で切断するイメージで枠６を移動させた場合に、枠６の動きに合わせて平面映像用ディスプレイ５をリアルタイムで移動させて、この平面映像用ディスプレイ５の移動に同期させて表示面５ａに表示させる断面映像Ｏｙを移動後の枠６によって立体空中映像Ｐｘを切断した断面に相当する断面映像Ｏｙに切り替えることによって、枠６を移動させた前後において、観察対象の立体空中映像Ｐｘを所定部分で切断した映像Ｐｙを枠６内に表示させることができる。
【００６０】
したがって、観察者は、立体空中映像Ｐｘと、枠６内にあたかもディスプレイが存在しているかのように表示される断面映像Ｐｙとを同時に観察することができ、観察対象の立体空中映像Ｐｘの内部形状や内部構造の容易且つ効果的に把握することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘでは、図１に示すように、枠６内に表示された映像（実鏡映像）中にポインタＴ等の実体物を配置して例えば注目すべき箇所等を指し示すことができ、立体空中映像Ｏｘの内部形状や内部構造のさらなる理解の向上を図ることができる。
【００６２】
このように、本実施形態に係る可動式空中映像表示装置Ｘによれば、観察者は、立体映像用２面コーナーリフレクタ２Ａ及び平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの観察側の空間に歪むことなく表示された立体空中映像Ｐｘを確認しながら、この立体空中映像Ｐｘを切断し得る範囲で移動可能な枠６内に表示された断面映像Ｐｙを観察することができる。そして、本実施形態の可動式空中映像表示装置Ｘは、枠６の移動に連動して、平面映像用２面コーナーリフレクタアレイ２Ｂの反観察側の空間に配置した平面映像用ディスプレイ５の位置を適宜移動させることで、平面映像用ディスプレイ５の表示面５ａに表示させた断面映像Ｏｙを枠６内に実鏡映像Ｐｙとして表示させるとともに、平面映像用ディスプレイ５の移動に同期させて表示面５ａに表示させる断面映像Ｏｙを立体空中映像Ｐｘの異なる部分の断面画像に変更することにより、自由に任意の切断面を指定することが可能な断面画像表示装置として活用することができ、新しい映像の提示様式を提供することが可能である。
【００６３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、回転移動（回転２自由度）及び１方向（対称面の法線方向）への平行移動（並進１自由度）が可能な枠や平面映像用ディスプレイを例示したが、これらの移動に加えて、または代えて、対称面の法線方向以外への平行移動、具体的には幅方向（左右方向）や前後方向への平行移動が可能な枠や平面映像用ディスプレイを適用することもできる。
【００６４】
また、枠の形状は、枠内の領域を枠外の領域から完全に隔離し得る形状、例えば上述
した実施形態で示したような矩形状の他、三角形状や五角形状等の多角形状、或いは円（楕円含む）形等の完全閉ループ状であってもよいが、枠内の領域の一部を枠外の領域に開放した形状、例えばコ字形状や部分円弧状等の非完全閉ループ状であってもよい。
【００６５】
また、枠内に、ガラスやアクリル樹脂等で形成した表示面を配置しても構わない。
【００６６】
また、枠自体を手指で形成することもできる。この場合も枠の形状は特に限定されず、両手の指を使って矩形状や円形を形成したり、片方の手指のみを使って適宜の枠形状を形成することができる。
【００６７】
また、上述した実施形態では、検出手段により第２対称面（第２素子平面ＳＢ）の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）のみを検出する態様を例示したが、検出手段により第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に加えて枠の形状を検出するように構成することも可能である。例えば、ディスプレイのサイズが枠よりも十分大きい場合には、枠内にはディスプレイの表示面全体に表示された映像のうち枠のサイズに相当する部分のみが実鏡映像として表示されることから、ディスプレイのうち枠のサイズに相当する領域部分に映像を表示すればよい。そこで、検出手段により第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に加えて枠の形状を検出するように構成し、制御手段によりディスプレイの移動に加えてディスプレイの表示面における表示領域を枠のサイズ及び第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に応じて変化させるようにすれば、枠内に、ディスプレイの表示面のうち表示領域に表示させた映像を空中映像として結像させることができる。この場合、検出手段によって検出する枠情報には、第２対称面の観察側の空間における枠の位置及び姿勢（角度）に加えて枠の形状（外観形状や大きさ）も含まれるようにすることが好ましい。なお、枠の形状が一定である場合には、予め枠の形状に関する情報を制御手段（制御部）に登録（送信）しておくこともできる。また、ディスプレイのサイズが枠よりも十分大きい場合にはディスプレイは枠の移動に応じてディスプレイ自体を移動させると共に表示面において映像を表示する領域を変更することが要求されるが、この場合、枠の前後左右方向への移動に応じてディスプレイを前後左右方向へ移動させる必要がない場合には、制御手段のディスプレイ移動制御機能によるディスプレイの移動は、回転移動及び対称面に対して接離する方向（上述の実施形態における高さ方向）への平行移動となる。
【００６８】
また、上述した実施形態では、駆動手段により立体映像用ディスプレイを振動運動（往復運動）させることにより、直径が変化する円形状の映像に基づいてその実鏡映像として空中に球状の３次元映像を結像させる体積走査型ディスプレイの態様を説明したが、立体映像用ディスプレイの表示面に表示させる映像と駆動手段による立体映像用ディスプレイの３次元運動の形態は適宜に設定することが可能である。例えば、立体映像用ディスプレイを表示面が立体映像用実鏡映像結像光学系の第１対称面と平行となるように配置して、駆動手段により立体映像用ディスプレイを第１対称面の法線方向に駆動すれば、第１対称面側を向く片面だけに表示面を備えた立体映像用ディスプレイを用いることができる。また、立体映像用ディスプレイとして、上述した体積走査型に代えて観察者の両目の視差を利用した視差方式により空中に３次元映像を結像させるディスプレイを適用することも可能である。
【００６９】
また、本発明の可動式空中映像表示装置において、ＣＴ検査やＭＲＩ検査で得られる平面映像を平面映像用ディスプレイの表示面に表示させ、このような検査映像を検査対象部位（例えば体の一部）の立体空中映像と重ねて表示するように設定すれば、患者や医療従事者等は枠内に結像される検査映像（平面映像）を観察することで、患部の症状は的確に把握することができる。また、ある地点の地質や海底の断面を平面映像用ディスプレイの表示面に表示させ、このような断面映像を探査対象部位の立体空中映像と重ねて表示するように設定すれば、地質構造探査や海底構造探査を容易且つ適切に行うことができる。このように、本発明の可動式空中映像表示装置は、医療分野や自然科学諸分野等幅広い分野での活用が期待できる。
【００７０】
また、上述した実施形態で示す２面コーナーリフレクタアレイは、同一方向を向いた２面コーナーリフレクタから構成されているため、視点がある方向に制限されてしまう可能性があることから、２面コーナーリフレクタの向きを複数方向に向けた２面コーナーリフレクタアレイを用いて、空中映像を複数の視点から観察可能な可動式空中映像表示装置とすることも可能である。
【００７１】
また、上述した実施形態において２面コーナーリフレクタアレイを構成する２面コーナーリフレクタとしては単に直交する２枚の反射面が存在すればよく、この反射面としては、金属等の光を反射する物質の鏡面精度の平坦度を持つ端面もしくは膜による反射および、屈折率の異なる透明な媒質同士の鏡面精度の平坦度を持つ境界における全反射などの現象を利用することができる。より具体的には、例えば、上述した実施形態では、２面コーナーリフレクタアレイ２において、薄板状の基盤２１に正方形状の穴２２を形成し、その穴の内周壁のうち隣接する２つにより２面コーナーリフレクタ２を形成したが、このような構成に変えて、図１３に拡大して示すように、基盤２１の厚み方向に突出する透明な筒状体２３のそれぞれに２面コーナーリフレクタ１’を形成し、このような筒状体２３を碁盤目状に多数形成した２面コーナーリフレクタアレイ２’としてもよい。この場合、各筒状体２３の内壁面のうち、直交する２つを鏡面要素１１’，１２’とした態様によっても２面コーナーリフレクタ１’を形成することが可能である。この場合、上述した実施形態と同様に、２面コーナーリフレクタ１’で２回反射する光が、基盤２１の面方向すなわち第２素子平面ＳＢ’に対して面対称な点を通過することにより、被投影物とは素子平面Ｓ’に対して反対側の空間に立体空中映像を結像させることができる。
【００７２】
なお、筒状体２３の鏡面要素１１’，１２’以外の内壁面を鏡面としないか、もしくは素子平面Ｓ’に対して垂直以外の角度をつけることにより、余分な反射をなくして、より鮮明な像を得ることができる。また、２面コーナーリフレクタ１’を構成する２つの鏡面１１’，１２’は全反射を利用することもできるし、反射膜による反射を利用することも可能である。特に、鏡面１１’，１２’の全反射を利用する場合、全反射には臨界角が存在するため、多重反射は起こりにくくなることが期待できる。さらに、鏡面を形成すべき筒状体の２つの面に金属反射膜を付け、筒状体同士を接着することも可能である。この場合、鏡面以外の面への非鏡面化等の多重反射対策は必要であるが、開口率が高くなり、透過率が高い２面コーナーリフレクタアレイを得ることができる。
【００７３】
その他、２面コーナーリフレクタを構成する２つの鏡面要素は、直交する２枚の反射面さえ形成できれば相互に接触させずに相互に間隙を空けて配置されていてもよいことや、空中映像表示光学系又は２面コーナーリフレクタアレイの形状は自由に設定できる。
【００７４】
また、実鏡映像結像光学系を２面コーナーリフレクタアレイで構成する場合には、２面コーナーリフレクタにおける鏡面としては、固体であるか液体であるかに関わらず金属や樹脂等の光沢のある物質によって形成された平坦面で反射するもの、あるいは異なる屈折率を持つ透明媒質同士の平坦な境界面において反射もしくは全反射するものなどを利用することができる。また、鏡面を全反射によって構成した場合には、複数の鏡面による望まない多重反射は、全反射の臨界角を超える可能性が高くなることから、自然に抑制されることが期待できる。また鏡面は、機能的に問題ない限り、光学的な穴の内壁のごく一部分に形成されていてもよく、平行に配置される複数の単位鏡面により構成されても構わない。後者の態様を換言すれば、１つの鏡面が複数の単位鏡面に分割されても構わないことを意味する。またこの場合、各単位鏡面は、必ずしも同一平面に存在していなくてもよく、それぞれが平行であればよい。さらに、各単位鏡面は、当接している態様、離れている態様のいずれもが許容される。また、光が２面コーナーリフレクタアレイの素子平面の一方側から他方側へと透過する際に２つの鏡面で１回ずつ反射すればよいので、２面コーナーリフレクタにおいて直交する２つの鏡面同士が離れている態様であってもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、立体映像用実鏡映像結像光学系や平面映像用実鏡映像結像光学系として２面コーナーリフレクタアレイを例示したが、この２面コーナーリフレクタアレイに代えて、次に説明するハーフミラーＨとレトロリフレクタアレイＲを利用した実鏡映像結像光学系２Ｂを適用することもできる。
【００７６】
この実鏡映像結像光学系２Ｂは、図１４に示すように、ハーフミラーＨのハーフミラー面Ｈ１を対称面として、ハーフミラー面Ｈ１の下面側の空間に配置したディスプレイＤ（上述した立体映像用ディスプレイ、平面映像用ディスプレイに相当）の表示面Ｄａに表示される映像Ｏをハーフミラー面Ｈ１で反射し、さらにレトロリフレクタアレイＲで再帰反射して入射してきた方向に戻り、ハーフミラー面Ｈ１を透過することによって、映像Ｏの経時的な集合の対称面としてのハーフミラー面Ｈ１に対する面対称位置に鏡映像Ｐを結像させるものである。ここで「再帰反射」とは、反射光を入射光が入射してきた方向へ反射（逆反射）する現象をいい、入射光と反射光とは平行であり且つ逆向きとなる。このような再帰反射作用を奏するレトロリフレクタをアレイ状に配置したものがレトロリフレクタアレイＲである。
【００７７】
レトロリフレクタアレイＲには、入射光を厳密に逆反射させるものであればあらゆる種類のものを適用することができ、素材表面への再帰反射膜や再帰反射塗料のコーティングなども考えられる。また、その形状も図１４に示すように曲面としてもよいし、平面とすることもできる。例えば、図１５（ａ）に正面図の一部を拡大して示すレトロリフレクタアレイＲは、直方体内角の１つの角を利用するコーナーキューブの集合であるコーナーキューブアレイである。個々のレトロリフレクタＲ１は、３つの同形同大の直角二等辺三角形をなす鏡面Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃを１点に集合させて正面視した場合に正三角形を形成するものであり、これら３つの鏡面Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃは互いに直交してコーナーキューブを構成している。また、同図（ｂ）に正面図の一部を拡大して示すレトロリフレクタアレイＲも、直方体内角の１つの角を利用するコーナーキューブの集合であるコーナーキューブアレイである。個々のレトロリフレクタＲ１は、３つの同形同大の正方形をなす鏡面Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃを１点に集合させて正面視した場合に正六角形を形成するものであり、これら３つの鏡面Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃは互いに直交している。このレトロリフレクタアレイＲは、同図（ａ）のレトロリフレクタアレイＲとは形状が異なるだけで再帰反射の原理は同じである。図１６（ａ）（ｂ）にそれぞれ示したレトロリフレクタアレイＲを例にして説明すると、鏡面のうちの一つ（例えばＲ１ａ）に入射した光は、順次他の鏡面（Ｒ１ｂ，Ｒ１ｃ）で反射することで、レトロリフレクタＲ１へ光が入射してきた元の方向へ反射する。なおレトロリフレクタアレイＲに対する入射光と出射光の経路は、厳密には重ならず平行であるが、レトロリフレクタＲ１がレトロリフレクタアレイＲと比べて十分小さい場合には、入射光と出射光の経路が重なっているとみなしてもよい。これら２種類のコーナーキューブアレイの違いは、鏡面が二等辺三角形のものは比較的作成しやすいが反射率が若干低くなり、鏡面が正方形のものは二等辺三角形のものと比較して作成がやや難しい反面、反射率が高い、ということである。
【００７８】
なお、レトロリフレクタアレイには、上述したコーナーキューブアレイの他にも、３つの鏡面により光線を再帰反射させるもの（広義には「コーナーリフレクタ」）を採用することができる。図示しないが、例えば、単位再帰反射素子として、３つの鏡面のうち２つの鏡面同士が直交し、且つ他の１つの鏡面が他の２つの鏡面に対して９０／Ｎ度（ただしＮは整数とする）をなすものや、３つの鏡面がそれぞれ隣接する鏡面となす角度が９０度、６０度及び４５度となる鋭角レトロリフレクタが、本実施形態に適用される再帰反射素子３として適している。その他にも、キャッツアイレトロリフレクタ等も単位再帰反射素子として利用することができる。これらのレトロリフレクタアレイは、平面的なものであっても、屈曲又は湾曲していてもよい。図１４の例では、部分球面形状のレトロリフレクタアレイＲをディスプレイＤの外側に配置したが、表示面Ｄａの映像Ｏから発してハーフミラーＨで反射した光を再帰反射することができるのであれば、レトロリフレクタアレイの形状及び配置位置は適宜に設定することができる。
【００７９】
一方、ハーフミラーＨは、例えば透明樹脂やガラス等の透明薄板の一方の面に薄い反射膜をコーティングしたものを利用することができる。この透明薄板の反対側の面には、無反射処理（ＡＲコート）を施すことで、実鏡映像Ｐが２重になるのを防止することができる。なお、ハーフミラーＨの実上面には、それぞれ特定方向の光線を透過し且つ別の特定方向の光線を遮断するか、あるいは特定方向の光線のみを拡散する視線制御手段として、視界制御フィルム又は視野角調整フィルム等の光学フィルムＨ２を貼り付けて設けることができる。具体的にはこの光学フィルムＨ２により、映像ＯがハーフミラーＨを直接透過した光が所定の視点以外の位置には届かないようにすることで、ハーフミラーＨを通じて所定の視点以外からディスプレイＤの表示面Ｄａの映像Ｏが直接観察できるようになることを防止する一方で、ハーフミラーＨで一旦反射してレトロリフレクタアレイＲで再帰反射した後にハーフミラーＨを透過する方向の光線のみを透過させることで、実像Ｐを特定の視点から観察できるようにしてもよい。
【００８０】
このようなハーフミラーＨ及びレトロリフレクタアレイＲで構成した実鏡映像結像光学系２Ｂを用いた可動式空中映像表示装置であっても、上述した実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
また、被投影物としてディスプレイに表示される映像を適用する場合には、立体映像用ディスプレイや平面映像用ディスプレイとして、画面に映像を表示する一般的な意味でのディスプレイだけでなく、プロジェクタ等で投射された映像を映すスクリーンを採用することもできる。また、ディスプレイの表示面は平面だけでなく曲面であってもよい。ディスプレイの形状（外観形状や大きさ）も適宜変更することができる。
【００８２】
また、立体映像用実鏡映像結像光学系の一方の空間に立体物を配置し、立体映像用実鏡映像結像光学系の他方の空間である観察側空間に、その立体物の実鏡映像としての立体空中映像を表示させることもできる。
【００８３】
また、立体映像用実鏡映像結像光学系の第１対称面と平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面との相対角度は任意に設定することができ、立体映像用実鏡映像結像光学系と平面映像用実鏡映像結像光学系とを離間させて配置することも可能である。
【００８４】
さらに、上述した実施形態では、平面映像用ディスプレイの表示部に表示された映像から平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面を透過した光が第２対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置（正規の面対称位置）に到達する前の時点で立体映像用実鏡映像結像光学系を経由し得るように構成した態様を例示したが、平面映像用ディスプレイの移動可能な範囲を適宜変更した場合（例えば図１において平面映像用実鏡映像結像光学系の一方の側であって且つ上方側の空間に平面映像用ディスプレイを移動可能に配置した場合）には、平面映像用ディスプレイの表示部に表示された映像から平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面を透過した光が、立体映像用実鏡映像結像光学系を経由することなく、第２対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置に到達する。このような場合であっても、第２対称面を境にした平面映像用ディスプレイの面対称位置に配置した枠によって立体空中映像を切断し得るように構成することができ、枠内に表示される平面空中映像（空中断面映像）と立体空中映像とを同時に観察可能な表示装置を提供することができる。なお、この場合、制御手段は、検出手段で検出した枠情報から平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面に対する枠の相対位置及び相対角度を特定し、平面映像用ディスプレイが第２対称面に対してこの特定した相対位置及び相対角度と同等の関係となるように平面映像用ディスプレイを適宜移動させるものとなる。また、上述した実施形態と比較して、立体映像用実鏡映像結像光学系のうち平面映像用実鏡映像結像光学系の第２対称面を透過した光が進入し得る面に反射光学系を形成する必要がなく、製作工程の簡素化及びコスト削減を図ることができる。
【００８５】
また、本発明において実鏡映像結像光学系として２面コーナーリフレクタアレイを適用する場合、第１実施形態等で示した２面コーナーリフレクタアレイ（２Ａ等）以外にも、素子面に垂直であり且つ相互に平行な鏡面を有するスリットミラーアレイ２枚を、上下に鏡面が垂直となるように重ねた構造を有する２面コーナーリフレクタアレイを採用することもできる。
【００８６】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、立体空中映像を切断し得るように配置した枠内に表示させる平面映像（断面映像）を枠の移動に応じて変化させることができ、新たな映像手法を実現できる表示装置として利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
Ｘ…可動式空中映像表示装置
ＳＡ…第１対称面（第１素子平面）
ＳＢ…第２対称面（第２素子平面）
Ｏｘ…立体空中映像
Ｏｙ（Ｏｙ１、Ｏｙ２）…平面空中映像
２Ａ…立体映像用実鏡映像結像光学系
２Ａｍ…反射光学系
２Ｂ…平面映像用実鏡映像結像光学系
３…立体映像用ディスプレイ
３ａ…表示面
４…駆動手段
５…平面映像用ディスプレイ
５ａ…表示面
６…枠
７…検出手段
８…制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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