(57)【要約】【課題】  【解決手段】  虚像の画像表示システムを提供して、それは、機体、透光スクリーン２、及び前記機体に設けられている画像ソース１を含む。前記画像ソース１は、カラーの画像光を前記透光スクリーン２に伝送するために使われる。前記透光スクリーン２は、透明基板と、前記透明基板の表面上に配置された光学フィルム３を含み、前記光学フィルム３は、画像ソースで生じられたカラーの画像光と環境光にあるカラーの画像光の波長と同じな第一環境光に対して、高い反射率を有し、第二環境光に対して、高い透過率を有し、前記第二環境光は、第一環境光の波長条件に合致しない環境光となる。これらの虚像の画像表示システムは、現有の投影反射型のファントムイメージングシステムにて観察者がクリア、高コントラスト、現実感と環境環に入る虚像ホログラフィックの立体画像を見難い技術問題を解決できて、観察者は、迫真度が高い、クリア、色が鮮明な、高コントラスト、高輝度の画像、空に結像する虚像画像を見える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
虚像の画像表示システムであって、それは、機体、透光スクリーン、及び前記機体に設けられている画像ソースを含み、
前記画像ソースは、カラーの画像光を前記透光スクリーンに伝送するために使われており；
前記透光スクリーンは、透明基板と、前記透明基板の表面上に配置された光学フィルムを含み、前記光学フィルムは、画像ソースで生じられたカラーの画像光と環境光にあるカラーの画像光の波長と同じな第一環境光に対して、高い反射率を有し、第二環境光に対して、高い透過率を有し、前記第二環境光は、第一環境光の波長条件に合致しない環境光となることを特徴とする、虚像の画像表示システム。
【請求項２】
前記画像ソースで生成されたカラーの画像光は、波長が605〜680nmである第一光と、波長が500〜565nmである第二光と、波長が420〜490nmである第三光との中の一つまたは一つ以上を混合することを特徴とする請求項１に虚像の画像表示システム。
【請求項３】
前記光学フィルムは、反射層を含み、前記反射層は、カラーの画像光及び環境光にあるカラーの画像光の波長と同じな第一環境光に対して、高い反射率を有し、第二環境光に対して、高い透過率を有することを特徴とする請求項１または請求項３に虚像の画像表示システム。
【請求項４】
前記光学フィルムは、更に、反射層にコーティングされていたレンズ層を含み、前記レンズ層は、薄膜光学レンズ若しくは薄膜光学レンズの配列となり、前記薄膜光学レンズ若しくは前記薄膜光学レンズの配列は、カラーの画像光または環境光に対して調節して光路中にある発散又は収束した光線を変更することに用いられる特性があることを特徴とする請求項１に虚像の画像表示システム。
【請求項５】
前記薄膜光学レンズは、フレネルレンズとなって、前記薄膜光学レンズの配列は、フレネルレンズの配列となることを特徴とする請求項４に虚像の画像表示システム。
【請求項６】
前記透明基板の材質は、透明ガラス、透明セラミックス、又は透明な無機誘電材料又は有機化合物であり、前記透明基板の厚さは、０.０１ミリメートル〜５００ミリメートルであることを特徴とする請求項５に虚像の画像表示システム。
【請求項７】
前記透明セラミックス又は透明な無機誘電体材料は、透明アルミナ、焼結コランダム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化イットリウム、酸化イットリウム - 酸化ジルコニウム、ヒ化ガリウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、フッ化マグネシウム或いはフッ化カルシウムを含むことを特徴とする請求項６に虚像の画像表示システム。
【請求項８】
前記透明な有機材料は、PMMA、PC、PS、PET、PETG、透明ABS、透明PP、透明PA、SAN、MS、MBS、PES、JDシリーズの光学樹脂、CR-39、TPX、HEMA、F4、F3、EFP、PVF、PVDF、EP、PF、UP、酢酸セルロース、硝酸セルロース又はEVAから選ばれる一つまたは一つ以上の組合を含み；
前記PESは、ポリエーテルスルホンであり、前記JDシリーズの光学樹脂は、PESの共重合体の誘導体であり、前記SANは、スチレン/アクリロニトリルコポリマーであり、前記TRXは、ポリメチル-1-ペンテンであり、前記BSは、25％のブタジエン/75％のスチレンであり、前記CR-３９は、ビスアリルジグリコールカーボネートポリマーであり、前記HEMAは、ポリバブルのヒドロキシエチルメタクリレートであることを特徴とする請求項７に虚像の画像表示システム。
【請求項９】
前記反射層は、厚さが５nm〜１０００nmである金属メッキ、或いは、粒径が５nm〜５００nmであるナノ金属粒子のコーティング、或いは、厚さが５nm〜１０００nmである誘電体材料コーティング中の一つ層又は一つ以上の層の組合せであることを特徴とする請求項８に虚像の画像表示システム。
【請求項１０】
前記金属メッキの材料は、アルミニウム、銀、金、銅、クロム、白金とロジウムから選ばれる1つまたは複数の混合であって、前記誘電体材料コーティングの材料は、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、焼結コランダム、マグネシア、ベリリア、イットリア、酸化イットリウム - 酸化ジルコニウム、ヒ化ガリウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、フッカルシウムから選ばれる一つ或いは一つ以上の混合であることを特徴とする請求項９に虚像の画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、虚像の画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の投影像は、画像を直接に不透明または透光スクリーン面上に結像させて、2Dの平面画像とならせていたため、無三次元又はホログラフィックの表示効果が全くなかった。部分的に、大型ステージの投影反射型のファントム結像システムに用いられていたが、例えば、中国特許CN 1294517 C、CN1166210AとCN1035777A等文献に掲載されたように、使用している反射投影システムに用いられた画像光の反射型スクリーンは、特に画像ソースによる三色の特定の波長に対応して発光して選択性に反射波長特性を有する光学フィルムを備える調合がないため、観察者が見たのは、反射で結像を通っていた画像の質量が劣り（低輝度とコントラスト、低い色飽和度）、鮮やかな、鋭い、鮮明な、高コントラスト、明るさが高い、さらに、迫真度が高いカラーの画像を得ることができず、従って、生き生きとした立体感とホログラフィックの画像表示を楽しむことは困難であった。
【０００３】
現有技術は、広いスペクトルの反射特性を有する反射膜システムを使用して、その反射光は、大部分を含む可視領域内（420nmから750nmまで）に対してして、連続的な波長範囲を有する光波は、全部反射されて、それによって、それぞれに環境光と画像光を全部で反射されず、大量な環境光を取り込んだため、画像光は、最終的な画像表示の品質が劣り、観察者に、クリア、高コントラスト、真実感及び環境感に入るホログラフィな立体画像を見せることが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現有の投影反射型のファントム結像システムは、観察者にクリアな高コントラストで、実際的な感覚で、環境感に入るようなバーチャルリアリティーな立体画像を見せることが困難であり、この技術を解決するために、本発明は、虚像の画像表示システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の技術解決方案は、虚像の画像表示システムを提供して、特に、それは、機体、透光スクリーン、及び前記機体に設けられている画像ソースを含む。
【０００６】
前記画像ソースは、カラーの画像光を前記透光スクリーンに伝送するために使われている。
【０００７】
前記透光スクリーンは、透明基板と、前記透明基板の表面上に配置された光学フィルムを含み、前記光学フィルムは、画像光で生じられたカラーの画像光と環境光にあるカラーの画像光の波長と同じ第一環境光に対して、高い反射率を有し、第二環境光に対して、高い透過率を有し、前記第二環境光は、第一環境光の波長条件に合致しない環境光となる。
【０００８】
前記画像ソースで生成されたカラーの画像光は、波長が605〜680nmである第一光と、波長が500〜565nmである第二光と、波長が420〜490nmである第三光との中の一つまたは一つ以上を混合する。
【０００９】
前記光学フィルムは、反射層を含み、前記反射層は、カラーの画像光及び環境光にあるカラーの画像光の波長と同じな第一環境光に対して、高い反射率を有し、第二環境光に対して、高い透過率を有する。
【００１０】
前記光学フィルムは、更に、反射層にコーティングされていたレンズ層を含み、前記レンズ層は、薄膜光学レンズ若しくは薄膜光学レンズの配列となって、前記薄膜光学レンズ若しくは前記薄膜光学レンズの配列は、カラーの画像光または環境光に対して調節して光路中にある発散又は収束した光線を変更することに用いられる特性がある。
【００１１】
前記薄膜光学レンズは、フレネルレンズとなって、前記薄膜光学レンズの配列は、フレネルレンズの配列となる。
【００１２】
前記透明基板の材質は、透明ガラス、透明セラミックス、又は透明な無機誘電材料又は有機化合物であり、前記透明基板の厚さは、０.０１ミリメートル〜５００ミリメートルである。
【００１３】
前記透明セラミックス又は透明な無機誘電体材料は、透明アルミナ、焼結コランダム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化イットリウム、酸化イットリウム - 酸化ジルコニウム、ヒ化ガリウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、フッ化マグネシウム或いはフッ化カルシウムを含む。
【００１４】
前記透明な有機材料は、PMMA、PC、PS、PET、PETG、透明ABS、透明PP、透明PA、SAN、MS、MBS、PES、JDシリーズの光学樹脂、CR-39、TPX、HEMA、F4、F3、EFP、PVF、PVDF、EP、PF、UP、酢酸セルロース、硝酸セルロース又はEVAを含む。
【００１５】
前記PESは、ポリエーテルスルホンであり、前記JDシリーズの光学樹脂は、PESの共重合体の誘導体であり、前記SANは、スチレン/アクリロニトリルコポリマーであり、前記TRXは、ポリメチル-1-ペンテンであり、前記BSは、25％のブタジエン/75％のスチレンであり、前記CR-39は、ビスアリルジグリコールカーボネートポリマーであり、前記HEMAは、ポリバブルのヒドロキシエチルメタクリレートである。
【００１６】
前記反射層は、厚さが５nm〜１０００nmである金属メッキ、或いは、粒径が５nm〜５００nmであるナノ金属粒子のコーティング、或いは、厚さが５nm〜１０００nmである誘電体材料コーティング中の一つ層又は一つ以上の層の組合せとなる。
【００１７】
前記金属メッキの材料は、アルミニウム、銀、金、銅、クロム、白金とロジウムの中にの1つまたは複数の混合であって、前記誘電体材料コーティングの材料は、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、焼結コランダム、マグネシア、ベリリア、イットリア、酸化イットリウム - 酸化ジルコニウム、ヒ化ガリウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、フッカルシウム中の一つ或いは一つ以上の混合である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、利点を有し、本発明で、観察者は、鮮やか、鋭い、鮮明な、高コントラスト、高輝度の画像、空に結像された虚像の画像を見ることができ、その画像は、効果的に環境と統合することができ、それによって、観察者は、任意の立体メガネを使用せずに、裸眼で立体画像およびホログラフィックの画像を観察することが可能となる。  
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の結構を示す図である。
【図２】環境光が透光スクリーンを通っての通ることを示す図である。
【図３】光学フィルムの反射層の動作原理を示す図である。
【図４】光学フィルムのレンズ層の動作原理を示す図である。図４aは収束の概略図である。図４bは発散の概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に示すように、本発明は、虚像の画像表示システムの結構を示し、それは、コンピュータ制御システム、映像信号インターフェース、機体、透光スクリーン２と本体内に配置された画像ソース１を含む。前記コンピュータ制御システムは、前記映像信号インターフェースで前記画像ソース１を接続する。前記画像ソース１は、カラー画像を生成して透光スクリーン２に伝送するために用いられ、前記透光スクリーン２の表面で光学フィルム３を設け、前記光学フィルム３は、画像ソース１で、生じられたカラーの画像光と環境光にあるカラーの画像光の波長と同じな第一環境光に対して、高い反射率を有し、カラーの画像光の波長と異なる第二環境光に対して、高い透過率を有し、前記第二環境光は、第一環境光の波長条件に合致しない環境光となる。図２に示すように、連続スペクトルの自然環境光は、ほとんど通る。
【００２１】
前記画像ソース１は、三色の特定波長で発光されて：赤色（６０５〜６８０nm）、グリーン（５００〜５６５nm）、青色（４２０〜４９０nmの）で形成されているカラー画像を含み、一つまたは一つ以上の画像ソースは、前記特定波長を有するカラーの画像光を所定な光路に伝送する。
【００２２】
前記光学フィルムは、反射層を含み、前記反射層は、カラーの画像光と環境光にあるカラーの画像光の波長と同じな第一環境光に対して、高い反射率を有し、第二環境光に対して、高い透過率を有する。
【００２３】
空間の虚像結像の距離を調整できるために、前記光学フィルムは、更に、反射層にコーティングされていたレンズ層を含み、前記レンズ層は、透明基板と、前記透明基板の表面上に配置された薄膜光学レンズ若しくは薄膜光学レンズの配列を含み、前記薄膜光学レンズ若しくは前記薄膜光学レンズの配列は、カラーの画像光または環境光に対して調節して光路中にある発散又は収束した光線を変更することに用いられる特性がある。例えば、前記薄膜光学レンズは、フレネルレンズとなって、前記薄膜光学レンズの配列は、フレネルレンズの配列となる。
【００２４】
前記透光スクリーンの材料は、透明ガラス、透明セラミックス、透明な有機化合物またはポリマー或いはダンジンであり、前記透光スクリーンの厚さは、０.０１ミリメートル〜５００ミリメートルである。
【００２５】
前記画像ソースで生成されたカラーの画像光は、波長が605〜680nmであるレッドライトと、波長が500〜565nmであるグリーンライトと、波長が420〜490nmであるブルーライトとの中の一つまたは一つ以上を混合する。
【００２６】
その膜層は、前記画像ソース１から生じられた特定の波長、例えば、赤色（６０５〜６８０nm）、グリーン（５００〜５６５nm）、青色（４２０〜４９０nmの）との混合で形成されているカラー画像を反射することに用いられる。また、前記薄膜光学レンズ若しくは前記薄膜光学レンズの配列は、例えば、フレネルレンズ若しくはフレネルレンズの配列であって、前記薄膜光学レンズシステムは、結像光または環境光に対して調節して光路中にある発散又は収束した光線を変更する特性がある。前記画像ソース１から生じられた画像光は、特定の波長で、例えば、赤色（６０５〜６８０nm）、グリーン（５００〜５６５nm）、青色（４２０〜４９０nmの）で、単一の色または混合で発出して形成されたカラーの画像光である。前記透光スクリーンは、可視光で透明な材料で生成された剛性でまたは可撓性の基板を使用し、その厚さは、０.０１ミリメートル〜５００ミリメートルであり、前記材料は、透明ガラス、透明セラミックス（例えば、透明アルミナ、焼結コランダム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化イットリウム、酸化イットリウム - 酸化ジルコニウム等の酸化物透明セラミックスであり、或いは、透明な非酸化物セラミックスであり、例えば、ヒ化ガリウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等）、透明な有機化合物またはポリマー或いはダンジン等の透明材料であり、前記透明な有機材料は、主にPMMA、PC、PS、PET、PETG、透明ABS、透明PP、透明PA、SAN（また、ASとして知られている）、（また、K樹脂として知られている）、MS、MBS、PES、JDシリーズ、CR-39、TPX、HEMA、F4、F3、EFP、PVF、PVDF、EP、PF、UP、酢酸セルロース、硝酸セルロース、EVA等を含む。前記PESは、ポリエーテルスルホンであり、前記JDシリーズ光学フィルムは、PESの共重合誘導体であり、前記SANは、スチレン/アクリロニトリルコポリマーであり、前記TPXは、ポリメチル-1-ペンテンであり、前記BSは、25％ブタジエン/75％スチレンであり、前記CR-39は、ビスアリルジグリコールカーボネートポリマーであり、前記HEMAは、ポリバブルのヒドロキシエチルメタクリレートである。これらの透明な有機材料に、最も使われるのは、PC、PMMA、PS、PET、PETG、AS、BS、MS、MBS、透明ABS、透明PP と透明PAである。
【００２７】
前記反射層は、少なくとも、一つ層の厚さが５nm〜１０００nmである金属メッキ、或いは、粒径が５nm〜５００nmであるナノ金属粒子（アルミニウム、銀、金、銅、クロム、白金、ロジウムなどの材料）のコーティング、或いは、厚さが５nm〜１０００nmである誘電体材料コーティング（酸化シリコン、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の材料）を含む。誘電体材料コーティングの各層の厚さが反射光の波長とは、一定の割合がある。
【００２８】
例えば、単一の金属メッキは、広いスペクトル範囲にわたって高い光反射率を達成することができる。金属粒子コーティングと誘電体コーティングとの複合は、特定の光波長の範囲内で高反射率を実施することが可能となる。単一ナノの金属コーティングは、表面等のイオン光波共鳴効果を利用して、特定波長の光の散射と屈折を実現することが可能となる。多層誘電体薄膜コーティングは、特定波長の光に対している高い反射率を実現することが可能となる。
【００２９】
特定な波長の反射膜の結構を例として、多層反射膜の結構は、少なくとも三層膜で設けられ、各膜は、サイズが異なる形態でのナノ金属イオンでコーティングすることにより形成され、特定波長範囲内の光波にとって強い散乱効果を発生させ、４５％以上の反射率を取得してしかも特定の波長選択性を有する高い反射率の薄膜特徴を備える。
【００３０】
特定な波長の反射膜の結構を例として、多層反射膜の結構は、高、低屈折率の二つ材料で交互に蒸着することによって形成され、各膜の厚さは、特定の波長の１/４となる。これらの条件下で、重畳の各界面に参加した反射光ベクトルと振動方向が同じである。前記特定波長の発射光の合成振幅は、フィルムの層数の増加に伴い増加し、最終的に特定波長光に対しての高反射率を形成して、理論的な反射率は100％に近づけることができる。図３に示す。
【００３１】
薄膜レンズを例として、前記薄膜レンズは、単一のフレネルレンズまたは、複数のフレネルレンズで形成された配列構造であってもいい、或いは、複数の液晶レンズで形成された配列構造である。前記薄膜光学レンズのシステムは、結像光または環境光に対して調節して光路中にある発散又は収束した光線を変更する特性がある。これによって、虚像結像のサイズと結像深度の変調を実現することができる。図４に示すように、図４aは、収束の概略図であって、図４bは、発散の概略図である。
【００３２】
本発明の作業原理は、
透光スクリーンは、画像発光の伝送光路に配置され、前記透光スクリーンの表面は、異なる光学機能を有する薄膜を配置し、前記光学フィルム３は、多層の異なる機能で構成され、それぞれに、光路中に伝送しているカラー画像光と外界環境光の伝送する特性を調節するのに用いられ、前記光学フィルム３を通って、光路にある伝送光に対して調節後、画像ソース１が発出した特定波長の三色画像光は、光学フィルムが設定された光路によって、反射され或いはほとんど観察者の目に反射され、同時に、連続スペクトル特徴を備える環境光は、光路に伝送して、前記特定の波長範囲を除去し、残り波長の環境光は、順調に前記波長選択の反射特徴を備える光学フィルム３の透光スクリーンを通って、それによって、透光スクリーン前にいる観察者が前記透光スクリーンの背後に一定距離の空にはっきりと鮮やかな色の空間虚像結像を生じることを観察でき、前記空間虚像結像は、透光スクリーン或いはほかの実物のキャリアに表示されていないが、空に表示されてしかも背景環境と一体と合わせ、従って、観察者にとって、前記画像が、立体な画像又はホログラム画像を有する画像表示特性を有しており、透光スクリーンは、可撓性で曲げ可能なプラスチックスクリーンまたは硬質ガラススクリーンであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１            画像ソース
２            透光スクリーン
３            光学フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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