特許 6232163 空中像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6232163

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】空中像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20171106BHJP

   G03B 35/18 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   G03B35/18

【請求項の数】13

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2017-508130(P2017-508130)

(86)(22)【出願日】2016年8月31日

(86)【国際出願番号】JP2016003970

(87)【国際公開番号】WO2017038091

(87)【国際公開日】20170309

【審査請求日】2017年3月30日

(31)【優先権主張番号】特願2015-171121(P2015-171121)

(32)【優先日】2015年8月31日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-31344(P2016-31344)

(32)【優先日】2016年2月22日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-62537(P2016-62537)

(32)【優先日】2016年3月25日

(33)【優先権主張国】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２７年９月２６日付でＷｏｒｌｄ Ｍａｋｅｒ Ｆａｉｒｅ ＮＹ ２０１５において、日本電信電話株式会社が空間像投影装置について公開。 平成２７年１１月３日付でＳｉｇｇｒａｐｈ Ａｓｉａ ２０１５において、日本電信電話株式会社が空間像投影装置について公開。 平成２８年２月２４日付で第２０回一般社団法人情報処理学会シンポジウム インタラクション２０１６論文集において、巻口 誉宗らが空間像投影装置について公開。

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】巻口 誉宗

(72)【発明者】

【氏名】新島 有信

(72)【発明者】

【氏名】松村 成宗

(72)【発明者】

【氏名】日高 浩太

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０８８６８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０１３０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１７７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０７７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３４２１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１７２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６２６２８４１（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１，２７／０２，２７／２２

Ｈ０４Ｎ １３／０４

Ｇ０３Ｂ ３５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示装置と、
前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第３の光学素子であって、前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の透過面に向けて反射する前記第３の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される、前記第１の光学素子と前記第３の光学素子との間に配置された１以上の第４の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記１以上の第４の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される１以上の第５の光学素子であって、前記表示装置から出射されて前記１以上の第４の光学素子を透過した光を前記１以上の第４の光学素子の反射面に向けて反射する、前記１以上の第５の光学素子と、を備え、
前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の表示像に対応する第１の虚像を形成し、
前記表示装置から出射され、前記第３の光学素子で反射された光が、前記表示装置に表示された第２の表示像に対応する第２の虚像を形成し、
前記表示装置から出射され、前記１以上の第５の光学素子で反射されて前記１以上の第４の光学素子の反射面で前記第１の光学素子の透過面に向けて反射された光が、前記表示装置に表示された１以上の第３の表示像に対応する１以上の第３の虚像を形成し、
前記第１の光学素子、前記１以上の第４の光学素子、前記第３の光学素子の順に、前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長が長くなるように、前記第２の光学素子および前記１以上の第５の光学素子が設けられ、前記第２の光学素子は、前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長が、前記第３の光学素子が前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長よりも長くなるように設けられていることを特徴とする、空中像表示装置。

【請求項2】

前記第１および第２の表示像ならびに前記１以上の第３の表示像の大きさは、対応する光学素子の配置順に前記第１の表示像から順に大きいことを特徴とする、請求項１に記載の空中像表示装置。

【請求項3】

前記第１の光学素子、前記１以上の第４の光学素子、前記第３の光学素子の上端の位置は、前記第１の光学素子から配置順に高いことを特徴とする、請求項１に記載の空中像表示装置。

【請求項4】

表示装置と、
前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第３の光学素子であって、前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の透過面に向けて反射する前記第３の光学素子を備え、
前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の虚像を形成し、
前記表示装置から出射され、前記第３の光学素子で反射された光が、前記表示装置に表示された第２の表示像に対応する第２の虚像を形成し、
前記第２の光学素子は、前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長が、前記第３の光学素子が前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長よりも長くなるように設けられており、
前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子よりも高い反射率を有し、前記第２の光学素子は、観察者が前記第１の光学素子側から前記第１および第２の虚像を見たとき、前記第１の虚像が前記第２の虚像よりも奥側に形成されるように設けられていることを特徴とする、空中像表示装置。

【請求項5】

前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子および前記１以上の第４の光学素子よりも高い反射率を有し、前記第２の光学素子は、観察者が前記第１の光学素子側から前記第１および第２の虚像を見たとき、前記第１の虚像が前記第２の虚像よりも奥側に形成されるように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の空中像表示装置。

【請求項6】

表示装置と、
前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、を備え、前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の虚像を形成し、
前記第２の光学素子は、複数の光学素子を含み、前記第１の光学素子を透過した光を前記複数の光学素子間で複数回反射して、前記第１の光学素子に出射することを特徴とする、空中像表示装置。

【請求項7】

表示装置と、
前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、を備え、前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の虚像を形成し、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とが成す角度は略４５°であり、前記第１の光学素子と前記表示装置の表示面とが成す角度は、０°より大きく６０°未満であることを特徴とする、空中像表示装置。

【請求項8】

表示装置と、
前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、を備え、前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の虚像を形成し、
前記第２の光学素子は前記表示装置の表示面に対して略平行に設けられ、前記第２の光学素子と前記第１の光学素子とが成す角度は４５°から所定角度だけずれ、前記第１の光学素子と前記表示面とが成す角度は、０°より大きく９０°未満であり、
前記所定角度に応じて前記表示面の表示像の補正が行われることを特徴とする、空中像表示装置。

【請求項9】

表示装置と、
前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、
前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、を備え、前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の虚像を形成し、
前記表示装置は、第１の表示装置と、前記第１および第２の光学素子を挟んで前記第１の表示装置に対向して設けられた第２の表示装置とを含み、
前記第２の光学素子は、前記第１の表示装置から出射され、前記第１の光学素子を透過した光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する反射面と、前記第２の表示装置から出射された光を透過する、前記第２の光学素子の反射面と対向する透過面とを有し、
前記第１の表示装置から出射された光は、前記第１の光学素子の透過面を透過して前記第２の光学素子の反射面に入射し、
前記第２の表示装置から出射された光は、前記第２の光学素子の透過面を透過して前記第１の光学素子の反射面に入射し、
前記第１の表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記第１の表示装置に表示された第２の表示像に対応する第２の虚像を形成し、前記第２の表示装置から出射され、前記第２の光学素子を透過して前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記第２の表示装置に表示された第３の表示像に対応する第３の虚像を形成することを特徴とする、空中像表示装置。

【請求項10】

前記第１の表示装置と、前記第２の表示装置と、前記第２の光学素子とは互いに略平行に設けられ、
前記前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子と略４５°の角度を成すように配置されることを特徴とする、請求項９に記載の空中像表示装置。

【請求項11】

前記第１の表示装置から出射された光が入射される第３の光学素子であって、前記第１の表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の透過面に向けて反射する前記第３の光学素子をさらに備え、
前記第１の表示装置から出射され、前記第３の光学素子で反射された光が、前記第１の表示装置に表示された第４の表示像に対応する第４の虚像を形成することを特徴とする、請求項９に記載の空中像表示装置。

【請求項12】

前記第１および第２の表示装置から出射された光が入射される、前記第１の光学素子と前記第３の光学素子との間に配置された１以上の第４の光学素子であって、前記第１の表示装置から入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記１以上の第４の光学素子と、
前記第１および第２の表示装置から出射された光が入射される１以上の第５の光学素子であって、前記第１の表示装置から出射されて前記１以上の第４の光学素子を透過した光を前記１以上の第４の光学素子の反射面に向けて反射する反射面と、前記第２の表示装置から出射された光を透過する、前記１以上の第５の光学素子の反射面と対向する透過面とを有する、前記１以上の第５の光学素子と、
をさらに備え、
前記第１の表示装置から出射され、前記１以上の第５の光学素子で反射されて前記１以上の第４の光学素子の反射面で反射された光が、前記第１の表示装置に表示された１以上の第５の表示像に対応する１以上の第５の虚像を形成し、前記第２の表示装置から出射され、前記１以上の第５の光学素子を透過して前記１以上の第４の光学素子の反射面で反射された光が、前記第２の表示装置に表示された１以上の第６の表示像に対応する１以上の第６の虚像を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の空中像表示装置。

【請求項13】

前記第２〜４の虚像、前記１以上の第５の虚像および前記１以上の６の虚像が形成される領域が前記第１の表示装置により照明されることを特徴とする、請求項９に記載の空中像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空中像を表示する空中像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンやタブレット端末などの表示装置の表示面から出射された光を、表示面に対して傾斜して設けられたハーフミラーや透明板などの光学素子により反射することで、表示面に表示された表示像の虚像を空間に投影する空中像表示装置がある（例えば、非特許文献１参照）。このような空中像表示装置の中には、複数の光学素子により形成された複数の虚像を観察者から見て前後に重畳して表示することで立体感のある空中像を表示する多面投影型の空中像表示装置がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】「Ｐａｌｍ Ｔｏｐ Ｔｈｅaｔｅｒ」、[online]、［平成２７年６月８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.palmtoptheater.com/ja/device.html＞

【非特許文献2】陶山史朗、他１名、「新たな奥行き知覚現象に基づく三次元表示方式」、Advanced Image Seminar 2001、画像電子学会、2001年4月20日、pp.39-46

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図２２は、多面投影型の空中像表示装置１０の構成例を示す側面図である。図２２に示す空中像表示装置１０は、表示装置１１の表示面の異なる表示領域に個別に表示された複数の表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者１から見て前後に重畳して表示することで、空中像を表示するものである。

【0005】

図２２に示す空中像表示装置１０においては、表示装置１１が、空中像表示装置１０の筐体１０ａの一面（図２２においては筐体１０ａの上面）に、表示面が筐体１０ａ側を向くようにして（図２２においては表示面を下向きにして）、設置される。筐体１０ａの表示装置１１の設置面のうち、表示装置１１の表示面に対応する領域には、表示面から出射された光が筐体１０ａ内に入射するように、開口が設けられている。なお、当該開口は、透明な部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。以下では、筐体１０ａの観察者１側の面から筐体１０ａの観察者１側の面と対向する面に向かう方向（観察者１の観察方向）をＸ方向とする。

【0006】

図２２に示す空中像表示装置１０は、光学素子１２，１３を備える。

【0007】

光学素子１２，１３は、表示装置１１の表示面に沿って、表示面から見て−Ｘ方向に略４５°傾斜して設けられ、観察者１の観察方向に沿って順次配列されている。図２２においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３が設けられ、奥側に光学素子１２が設けられている。

【0008】

光学素子１２は、光学素子１２に対応する表示面の表示領域から出射された出射光を観察者１に向かう方向（−Ｘ方向）に反射する。光学素子１３は、光学素子１３に対応する表示面の表示領域からの出射光を観察者１に向かう方向（−Ｘ方向）に反射する。また、光学素子１３は、光学素子１２により観察者１に向かう方向に反射された光を透過する。光学素子１２，１３の具体例としては、反射と透過の比率を任意に設計できるハーフミラー（以下、ハーフミラーと記載）、反射率が0ではない透明板（以下、透明板と記載）などがある。

【0009】

光学素子１２による対応する表示領域からの入射光の反射により、光学素子１２に対応する表示領域に表示された表示像Ａ１の虚像Ｂ１が、観察者１から見ると、光学素子１２の奥側の端部の位置に形成される。また、光学素子１３による対応する表示領域からの入射光の反射により、光学素子１３に対応する表示領域に表示された表示像Ａ２の虚像Ｂ２が、観察者１から見ると、光学素子１３の奥側の端部の位置に形成される。

【0010】

上述したように、光学素子１２，１３は、観察者１の観察方向に順次配列されている。また、光学素子１３は、光学素子１２により反射された光を透過する。そのため、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２とが観察者１から見て前後に重畳して表示され、観察者１は、立体感のある空中像を視認することができる。

【0011】

図２２に示すように、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２とを前後に重畳して表示する場合、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との間の距離ｄｉｆｆを小さくすることで、より立体感のある空中像を表示することができる。しかしながら、空中像表示装置１０においては、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との間の距離ｄｉｆｆを、虚像Ｂ１の高さＨ以下にはできないという問題がある。以下では、この問題について、図２３を参照して説明する。

【0012】

虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との間の距離ｄｉｆｆを小さくするためには、図２３に示すように、光学素子１２と光学素子１３との間の距離を縮めることが考えられる。光学素子１２と光学素子１３との距離を縮めると、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との間の距離ｄｉｆｆを小さくすることができる。しかしながら、光学素子１２と光学素子１３との間の距離を虚像Ｂ１の高さＨ以下に縮めると、図２３に示すように、表示像Ａ１の表示領域の一部と光学素子１３とが重なり、光学素子１３により表示像Ａ１の一部分の虚像Ｂ１’が形成されてしまう。その結果、空中像を適切に表示することができなくなる。したがって、空中像表示装置１０においては、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との間の距離ｄｉｆｆは、虚像Ｂ１の高さＨ以下にはできず、より立体感のある空中像の表示が困難である。

【0013】

虚像Ｂ１は、表示装置１１と光学素子１３との間の距離を大きくすれば観察者から見てより奥側に形成することができるが、このとき表示装置１１と光学素子１２との間の距離も大きくなり、虚像Ｂ２も観察者から見てより奥側に形成されてしまう。表示装置１１をＸ方向に対して傾けて設置すれば、光学素子１３を光学素子１２より表示装置１１から離すことができるが、虚像がＸ方向、または−Ｘ方向に傾いて表示されてしまう。

【0014】

本発明の目的は、上述した課題を解決し、少なくとも１つの表示装置と虚像を形成する光学素子との距離を変えずに、観察者から見える虚像の奥行きを変えることができる空中像表示装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題を解決するため、本発明に係る空中像表示装置は、表示装置と、前記表示装置から出射された光が入射される第１の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記第１の光学素子と、前記表示装置から出射された光が入射される第２の光学素子であって、前記第１の光学素子を透過した前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する前記第２の光学素子と、を備え、前記表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記表示装置に表示された第１の表示像に対応する第１の虚像を形成することを特徴とする。

【0016】

本発明の別の態様では、前記表示装置から出射された光が入射される第３の光学素子であって、前記表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の透過面に向けて反射する前記第３の光学素子をさらに備え、前記表示装置から出射され、前記第３の光学素子で反射された光が、前記表示装置に表示された第２の表示像に対応する第２の虚像を形成し、前記第２の光学素子は、前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長が、前記第３の光学素子が前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長よりも長くなるように設けられていることを特徴とする。

【0017】

本発明の別の態様では、前記表示装置から出射された光が入射される、前記第１の光学素子と前記第３の光学素子との間に配置された１以上の第４の光学素子であって、入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記１以上の第４の光学素子と、前記表示装置から出射された光が入射される１以上の第５の光学素子であって、前記表示装置から出射されて前記１以上の第４の光学素子を透過した光を前記１以上の第４の光学素子の反射面に向けて反射する、前記１以上の第５の光学素子と、をさらに備え、前記表示装置から出射され、前記１以上の第５の光学素子で反射されて前記１以上の第４の光学素子の反射面で前記第１の光学素子の透過面に向けて反射された光が、前記表示装置に表示された１以上の第３の表示像に対応する１以上の第３の虚像を形成し、前記第１の光学素子、前記１以上の第４の光学素子、前記第３の光学素子の順に、前記表示装置から出射された光を反射するまでの光路長が長くなるように、前記第２の光学素子および前記１以上の第５の光学素子が設けられていることを特徴とする。

【0018】

本発明の別の態様では、前記第１および第２の表示像ならびに前記１以上の第３の表示像の大きさは、対応する光学素子の配置順に前記第１の表示像から順に大きいことを特徴とする。

【0019】

本発明の別の態様では、前記第１の光学素子、前記１以上の第４の光学素子、前記第３の光学素子の上端の位置は、前記第１の光学素子から配置順に高いことを特徴とする。

【0020】

本発明の別の態様では、前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子および前記１以上の第４の光学素子よりも高い反射率を有し、前記第２の光学素子は、観察者が前記第１の光学素子側から前記第１および第２の虚像を見たとき、前記第１の虚像が前記第２の虚像よりも奥側に形成されるように設けられていることを特徴とする。

【0021】

本発明の別の態様では、前記第２の光学素子は、複数の光学素子を含み、前記第１の光学素子を透過した光を前記複数の光学素子間で複数回反射して、前記第１の光学素子に出射することを特徴とする。

【0022】

本発明の別の態様では、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とが成す角度は略４５°であり、前記第１の光学素子と前記表示装置の表示面とが成す角度は、０°より大きく９０°未満であることを特徴とする。

【0023】

本発明の別の態様では、前記第２の光学素子は前記表示装置の表示面に対して略平行に設けられ、前記第２の光学素子と前記第１の光学素子とが成す角度は４５°から所定角度だけずれ、前記第１の光学素子と前記表示面とが成す角度は、０°より大きく９０°未満であり、前記所定角度に応じて前記表示面の表示像の補正が行われることを特徴とする。

【0024】

本発明の別の態様では、前記表示装置は、第１の表示装置と、前記第１および第２の光学素子を挟んで前記第１の表示装置に対向して設けられた第２の表示装置とを含み、前記第２の光学素子は、前記第１の表示装置から出射され、前記第１の光学素子を透過した光を前記第１の光学素子の反射面に向けて反射する反射面と、前記第２の表示装置から出射された光を透過する、前記第２の光学素子の反射面と対向する透過面とを有し、前記第１の表示装置から出射された光は、前記第１の光学素子の透過面を透過して前記第２の光学素子の反射面に入射し、前記第２の表示装置から出射された光は、前記第２の光学素子の透過面を透過して前記第１の光学素子の反射面に入射し、前記第１の表示装置から出射され、前記第２の光学素子で反射されて前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記第１の表示装置に表示された第２の表示像に対応する第２の虚像を形成し、前記第２の表示装置から出射され、前記第２の光学素子を透過して前記第１の光学素子の反射面で反射された光が、前記第２の表示装置に表示された第３の表示像に対応する第３の虚像を形成することを特徴とする。

【0025】

本発明の別の態様では、前記第１の表示装置と、前記第２の表示装置と、前記第２の光学素子とは互いに略平行に設けられ、前記前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子と略４５°の角度を成すように配置されることを特徴とする。

【0026】

本発明の別の態様では、前記第１の表示装置から出射された光が入射される第３の光学素子であって、前記第１の表示装置から出射された光を前記第１の光学素子の透過面に向けて反射する前記第３の光学素子をさらに備え、前記第１の表示装置から出射され、前記第３の光学素子で反射された光が、前記第１の表示装置に表示された第４の表示像に対応する第４の虚像を形成することを特徴とする。

【0027】

本発明の別の態様では、前記第１および第２の表示装置から出射された光が入射される、前記第１の光学素子と前記第３の光学素子との間に配置された１以上の第４の光学素子であって、前記第１の表示装置から入射された光の一部が透過し、一部が反射する前記１以上の第４の光学素子と、前記第１および第２の表示装置から出射された光が入射される１以上の第５の光学素子であって、前記第１の表示装置から出射されて前記１以上の第４の光学素子を透過した光を前記１以上の第４の光学素子の反射面に向けて反射する反射面と、前記第２の表示装置から出射された光を透過する、前記１以上の第５の光学素子の反射面と対向する透過面とを有する、前記１以上の第５の光学素子と、をさらに備え、前記第１の表示装置から出射され、前記１以上の第５の光学素子で反射されて前記１以上の第４の光学素子の反射面で反射された光が、前記第１の表示装置に表示された１以上の第５の表示像に対応する１以上の第５の虚像を形成し、前記第２の表示装置から出射され、前記１以上の第５の光学素子を透過して前記１以上の第４の光学素子の反射面で反射された光が、前記第２の表示装置に表示された１以上の第６の表示像に対応する１以上の第６の虚像を形成することを特徴とする。

【0028】

本発明の別の態様では、前記第２〜４の虚像、前記１以上の第５の虚像および前記１以上の６の虚像が形成される領域が前記第１の表示装置により照明されることを特徴とする。

【0029】

本発明の別の態様では、前記第１の虚像の第１の部分を結像する第１のレンズと、前記第１の虚像の第２の部分を結像する第２のレンズと、をさらに備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明に係る空中像表示装置によれば、少なくとも１つの表示装置と虚像を形成する光学素子との距離を変えずに、観察者から見える虚像の奥行きを変えることができる。これを利用することで、立体感のある空中像を表示することができる。また、設計の自由度が高く、実物体と虚像との重ね合わせが可能であり、隠ぺいも生じない。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る空中像表示装置の構成例を示す図である。

【図2】光学素子１３０による光の透過および反射を示す図である。

【図3】図１に示す空中像表示装置による空中像の表示について説明するための図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る空中像表示装置の他の構成例を示す図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る空中像表示装置の構成例を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る空中像表示装置の他の構成例を示す図である。

【図7】本発明に係る空中像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。

【図8】図７に示す空中像表示装置における虚像の形成について説明するための図である。

【図9】本発明に係る反射部材の他の構成例を示す図である。

【図10】本発明に係る空中像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。

【図11】本発明の第３の実施形態に係る空中像表示装置の構成例を示す図である。

【図12】図１１に示す表示装置の表示面の上面図である。

【図13】図１１に示す空中像表示装置における光学素子の配置例を説明するための図である。

【図14】本発明の第４の実施形態に係る空中像表示装置の構成例を示す図である。

【図15】図１４に示す空中像表示装置による空中像の表示について説明するための図である。

【図16】本発明の第５の実施形態に係る空中像表示装置の構成および空中像の表示について説明するための図である。

【図17】本発明の第６の実施形態に係る空中像表示装置の構成および空中像の表示について説明するための図である。

【図18】本発明の第７の実施形態に係る空中像表示装置の構成および空中像の表示について説明するための図である。

【図19】図１８に示す表示装置の表示面の上面図である。

【図20】本発明の第７の実施形態に係る空中像表示装置の他の構成例を示す図である。

【図21A】本発明の第８の実施形態に係る空中像表示装置の構成例を示す側面図である。

【図21B】本発明の第８の実施形態に係る空中像表示装置の構成例を示す上面図である。

【図22】関連する空中像表示装置の構成例を示す図である。

【図23】図２２に示す空中像表示装置の課題を説明するための図である。

【図24】関連する従来の空中像表示装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施の形態について説明する。

【0033】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空中像表示装置１００の構成例を示す側面図である。図１に示す空中像表示装置１００は、表示装置１１０の表示面の異なる表示領域に個別に表示された複数の表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者１に対して前後に重畳して表示することで、空中像を表示するものである。

【0034】

図１に示す空中像表示装置１００においては、表示装置１１０が、空中像表示装置１００の筐体１００ａの一面（図１においては筐体１００ａの上面）に、表示面が筐体１００ａ側を向くようにして（図１においては表示面を下向きにして）、設置される。筐体１００ａの表示装置１１０の設置面のうち、表示装置１１０の表示面に対応する領域には、表示面から出射された光が筐体１００ａ内に入射するように、開口が設けられている。当該開口は、透明な部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。なお、表示装置１１０は、例えば、スマートフォン、タブレット端末などであるが、これらに限られるものではなく、より大きなサイズの表示面を有する表示装置であってもよい。また、表示装置１１０は、空中像表示装置１００と一体的に設けられていてもよい。また、図１においては便宜上、表示装置１１０と筐体１００ａの上面とが所定の間隔を隔てて設けられているように示されているが、実際には、表示装置１１０と筐体１００ａの上面とは略密接している。なお、以下では、筐体１００ａの観察者１側の面からその面に対向する面に向かう方向（観察者１の観察方向）をＸ方向とする。また、以下では、表示装置１１０の表示面の向く方向をＹ方向とする。

【0035】

図１に示す空中像表示装置１００は、光学素子１２０，１３０と、反射部材１４０とを備える。ここでは、光学素子１２０，１３０と、反射部材１４０とを、説明の便宜上、用語を区別して用いているが、反射部材１４０も一般には光学素子１２０，１３０と同じ光学素子である。光学素子１２０，１３０と、反射部材１４０との区別は、本発明における使用目的の違いによってなされているだけであることに留意されたい。

【0036】

光学素子１２０，１３０は、表示装置１１０の表示面のそれぞれ異なる表示領域に対応して設けられ、表示面に沿って、観察者１の観察方向に沿って順次配列されている。図１においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３０が設けられ、奥側に光学素子１２０が設けられている。

【0037】

光学素子１２０は、表示装置１１０の表示面から見て−Ｘ方向に略４５°傾斜して設けられており、光学素子１２０に対応する表示面の表示領域からの出射光を観察者１に向かう方向に反射する。

【0038】

光学素子１３０は、表示装置１１０の表示面から見てＸ方向に略４５°傾斜して設けられている。したがって、光学素子１２０と光学素子１３０とは反対方向に傾いている。光学素子１３０は、光学素子１３０に対応する表示面の表示領域からの出射光（図２に示す光２０１）を透過し、その透過光が後述する反射部材１４０により反射された光（図２に示す光２０２）を反射して、観察者１に向かう方向に光（図２に示す光２０３）を出射する。また、光学素子１３０は、光学素子１２０から出射された、観察者１に向かう光（図２に示す光２０４）を透過する。光学素子１２０，１３０の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。

【0039】

反射部材１４０は、光学素子１３０に対応し、表示装置１１０の表示面に対して略平行に設けられ、光学素子１３０を光学素子１３０に対応する表示領域と挟むように設けられている。つまり、光学素子１３０に対応する表示領域と、光学素子１３０と、反射部材１４０とが略直線上に設けられている。したがって、光学素子１３０に対応する表示領域から出射され、光学素子１３０を透過した光は、反射部材１４０に入射する。反射部材１４０は、入射光を光学素子１３０に向けて反射する。反射部材１４０の具体例としては、入射光を全反射するフルミラーなどがある。

【0040】

図３は、空中像表示装置１００による空中像の表示について説明するための図である。なお、以下では、光学素子１２０，１３０のＹ方向の厚さはＤであるとする。

【0041】

光学素子１２０に対応する表示領域からの出射光が光学素子１２０により観察者１に向かって反射されることで、光学素子１２０に対応する表示領域に表示された表示像Ａ１の虚像Ｂ１が、観察者１から見ると、光学素子１２０の奥側の端部の位置に形成される。このように、光学素子１２０は、対応する表示領域からの入射光を直接的に反射することで、虚像Ｂ１を形成する。

【0042】

また、光学素子１３０に対応する表示領域からの出射光が光学素子１３０を透過して反射部材１４０に入射することで、光学素子１３０に対応する表示領域に表示された表示像Ａ２の虚像Ｂ２’が、反射部材１４０からＹ方向にＤだけ離れた位置に形成される。さらに、光学素子１３０を透過し、反射部材１４０により光学素子１３０に向けて反射された光が光学素子１３０により観察者１に向かって反射されることで、虚像Ｂ２’の虚像Ｂ２が、観察者１から見ると、光学素子１３０の奥側の端部からＤだけＸ方向に奥側の位置に形成される。このように、光学素子１３０は、対応する表示領域からの出射光を間接的に（対応する表示領域からの出射光が反射部材１４０により反射された後に）反射することで、虚像Ｂ２を形成する。

【0043】

上述したように、光学素子１２０，１３０は、観察者１の観察方向に順次配列されている。また、光学素子１３０は、光学素子１２０により反射された光を透過する。そのため、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２とが観察者１から見て前後に重畳して表示され、観察者１は、立体的のある空中像を視認することができる。

【0044】

ここで、図１に示す空中像表示装置１００においては、観察者１から見ると、虚像Ｂ２を光学素子１３０の奥側の端部よりもＤだけＸ方向に奥側の位置に形成することができる。そのため、光学素子１２０と光学素子１３０との間の距離を調整することで、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との距離が虚像の高さよりも小さい、より立体感のある空中像を表示することができる。さらに、図３から明らかなように、光学素子１２０と光学素子１３０との間の整距離を縮めても（観察者１から見て、光学素子１２０の手前側の端部と光学素子１３０の奥側の端部とを接触させても）、一方の光学素子と他方の光学素子に対応する表示領域とが重なることがないので、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２とが干渉を起こすことがない。

【0045】

なお、虚像Ｂ１は表示領域からの出射光が光学素子１２０により１回反射されて形成されるため、表示像Ａ１は、実際の表示対象像を左右に反転させたものとなる。また、虚像Ｂ２は表示領域からの出射光が反射部材１４０と光学素子１３０とで２回反射されて形成されるため、表示像Ａ２は、実際の表示対象像を上下に反転させたものとなる。

【0046】

これまでは、光学素子１３０の数が１つである例を用いて説明したが、光学素子１３０の数は、２以上であってもよい。図４は、複数の光学素子１３０を複数備える空中像表示装置１００の構成例を示す側面図である。

【0047】

図４に示す空中像表示装置１００は、複数の光学素子１３０（光学素子１３０−１，１３０−２）と、各光学素子１３０に対応する反射部材１４０（１４０−１，１４０−２）とが設けられている。

【0048】

光学素子１３０−１，１３０−２は、観察者１の観察方向に沿って、順次配列されている。図４においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３０−２が設けられ、奥側に光学素子１３０−１が設けられている。

【0049】

反射部材１４０−１は、光学素子１３０−１に対応し、筐体１０１ａの上面（表示装置１１０の表示面）からＹ方向にＤだけ離れた位置に設けられている。また、反射部材１４０−２は、光学素子１３０−２に対応し、光学素子１３０−２のＸ方向奥側の端部からＹ方向にＥだけ離れた位置に設けられている。

【0050】

光学素子１３０−１は、対応する表示領域からの出射光を透過し、その透過光が反射部材１４０−１により反射された反射光を観察者１に向かって反射する。また、光学素子１３０−１は、光学素子１２０により観察者１に向かって反射された光を透過する。

【0051】

光学素子１３０−２は、対応する表示領域からの出射光を透過し、その透過光が反射部材１４０−２により反射された反射光を観察者１に向かって反射する。また、光学素子１３０−２は、光学素子１２０および光学素子１３０−１により観察者１に向かって反射された光を透過する。

【0052】

光学素子１３０−１と光学素子１３０−２とを比較すると、対応する表示領域から出射され、各光学素子に入射する入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長は、光学素子１３０−２の方が長い。また、光学素子１３０−１と光学素子１２０とを比較すると、対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長は、光学素子１３０−１の方が長い（光学素子１２０の場合は、略ゼロ）。このように、図４に示す空中像表示装置１００においては、観察者１から見て手前側の光学素子ほど、対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長が長くなるように、各光学素子１３０に対応する反射部材１４０が設けられている。なお、図１に示す空中像表示装置１００においても、観察者１から見て手前側の光学素子、すなわち、光学素子１３０の方が奥側の光学素子１２０よりも、対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長が長くなるように、各光学素子１３０に対応する反射部材１４０が設けられている。

【0053】

光学素子１２０に対応する表示領域からの出射光が光学素子１２０により観察者１に向かって反射されることで、光学素子１２０に対応する表示領域に表示された表示像Ａ１の虚像Ｂ１が、観察者１から見ると、光学素子１２０の奥側の端部の位置に形成される。

【0054】

また、光学素子１３０−１に対応する表示領域からの出射光が光学素子１３０−１を透過して反射部材１４０−１に入射することで、光学素子１３０−１に対応する表示領域に表示された表示像Ａ２の虚像Ｂ２’が、反射部材１４０−１からＹ方向にＤだけ離れた位置に形成される。さらに、反射部材１４０−１により光学素子１３０−１に向けて反射された光が光学素子１３０−１により観察者１に向かって反射されることで、虚像Ｂ２’の虚像Ｂ２が、観察者１から見ると、光学素子１３０−１の奥側の端部からＤだけ奥側に形成される。同様にして、光学素子１３０−２に対応する表示領域に表示された表示像Ａ３の虚像Ｂ３’が、反射部材１４０−２からＹ方向にＤ＋Ｅだけ離れた位置に形成される。さらに、虚像Ｂ３’の虚像Ｂ３が、観察者１から見ると、光学素子１３０−２の奥側の端部からＤ＋Ｅだけ奥側の位置に形成される。

【0055】

光学素子１３０−１は、光学素子１２０により観察者１に向かって反射された光を透過する。また、光学素子１３０−２は、光学素子１２０および光学素子１３０−１により観察者１に向かって反射された光を透過する。そのため、虚像Ｂ１、虚像Ｂ２および虚像Ｂ３が観察者１から見ると前後に重畳して表示される。このように、図４に示す空中像表示装置１００においては、任意の枚数の虚像を重畳して空中像を表示することができる。さらに、図４に示す空中像表示装置１００においては、観察者１から見て手前側の光学素子１３０ほど、対応する表示領域からの入射光を所定方向に反射するまでの光路長が長くなるように、対応する反射部材１４０が設けられている。そのため、観察者１から見て手前側の光学素子１３０による虚像ほど、Ｘ方向に奥側の位置に大きくシフトして形成されるので、各虚像間の距離を縮め、より立体感のある空中像を表示することができる。

【0056】

なお、図４に示す空中像表示装置１００においては、光学素子１３０−２と反射部材１４０−２との間の距離Ｅなどを調整することで、虚像Ｂ２と虚像Ｂ３との間の距離が小さい、より立体感のある空中像を表示することができる。したがって、図４に示す空中像表示装置１００においては、光学素子１２０は必須の構成ではなく、光学素子１２０を複数設置することで空中像を増やすこともできる。

【0057】

要は、本発明においては、反射部材１４０は、対応する光学素子１３０が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長が、対応する光学素子１３０よりも観察者１から見て奥側に設けられた光学素子（光学素子１２０であるか、光学素子１３０であるかは問わない）が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長（光学素子１２０の場合は、略ゼロ）よりも長くなるように設けられていればよい。このような構成により、光学素子１３０により形成される虚像が、その光学素子１３０よりも観察者１から見て奥側に設けられた他の光学素子により形成される虚像に近づくので、２つの虚像間の距離を縮め、より立体感のある空中像を表示することができる。

【0058】

このように本実施形態によれば、空中像表示装置１００は、表示装置１１０の表示面のそれぞれ異なる表示領域に対応し、対応する表示領域からの入射光を反射することで対応する表示領域の表示像の虚像を形成する複数の光学素子を備え、観察者１の観察方向に沿って複数の光学素子を順次配列し、複数の光学素子それぞれにより形成される虚像を重畳して観察者１に視認させる。また、空中像表示装置１００は、複数の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子１３０に対応し、対応する光学素子１３０を光学素子１３０に対応する表示領域と挟むように設けられた反射部材１４０を備える。反射部材１４０が対応して設けられた光学素子１３０は、対応する表示領域からの入射光を反射部材１４０に透過し、透過した光が反射部材１４０により反射された光を反射することで虚像を形成する。また、反射部材１４０は、対応する光学素子１３０が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長が、対応する光学素子１３０よりも観察者１から見て奥側に設けられた他の光学素子が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長よりも長くなるように設けられている。

【0059】

そのため、光学素子１３０により形成される虚像を、その光学素子１３０よりも観察者１から見て奥側に設けられた他の光学素子により形成される虚像に近づけることができるので、より立体感のある空中像を表示することができる。

【0060】

また、本実施形態においては、２以上の光学素子１３０に対応して反射部材１４０が設けられ、観察者１から見て手前側に設けられた光学素子１３０ほど、対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長が長くなるように対応する反射部材１４０が設けられている。そのため、任意の枚数の虚像を重畳しつつ、各虚像間の距離を縮め、より立体感のある空中像を表示することができる。

【0061】

（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、光学素子１３０による虚像Ｂ２は、表示領域から出射された光が光学素子１３０を透過し、その透過光が反射部材１４０により反射され、その反射光が光学素子１３０により反射されることで形成される。そのため、虚像Ｂ２は、表示領域に表示された表示像と比べて明るさが減衰する。さらに、第１の実施形態においては、光学素子１３０による虚像Ｂ２が光学素子１２０による虚像Ｂ１よりも観察者１から見て手前側に形成されるため、表示される空中像は全体として暗いものとなってしまう。

【0062】

虚像の明るさを上げるために、例えば、図２２に示す空中像表示装置１０において、光学素子１２として反射率の高い（例えば、入射した光を全反射する）ミラーを用いることが考えられる。光学素子１２の反射率を高めることで、虚像Ｂ１の明るさを上げることができる。

【0063】

しかしながら、空中像表示装置１０においては、光学素子１３は、光学素子１２から出射された光を透過する必要がある。そのため、光学素子１３の反射率を上げることはできない。また、虚像Ｂ２が虚像Ｂ１よりも観察者１から見て手前側に形成される。そのため、空中像表示装置１０においては、明るい空中像を表示することが困難である。そこで、本実施形態においては、表示される空中像の明るさを上げるための構成について説明する。

【0064】

図５は、本発明の第２の実施形態に係る空中像表示装置１００Ａの構成例を示す側面図である。

【0065】

図５に示す空中像表示装置１００Ａは、図１に示す空中像表示装置１００と比較して、光学素子１２０を光学素子１２０ａに変更した点と、反射部材１４０の位置を変更した点とが異なる。

【0066】

光学素子１２０ａは、他の光学素子（光学素子１３０）よりも高い反射率を有し、対応する表示領域からの出射光を観察者１に向かう方向に反射（例えば、全反射）する。光学素子１２０ａの具体例としては、例えば、フルミラーがある。光学素子１２０ａに対応する表示領域からの入射光が光学素子１２０ａにより観察者１に向かって反射されることで、光学素子１２０ａに対応する表示領域に表示される表示像Ａ１の虚像Ｂ１が、観察者１から見ると、光学素子１２０ａの奥側の端部の位置に形成される。ここで、光学素子１２０ａとして反射率の高い光学素子を用いているため、光学素子１２０ａにより形成される虚像Ｂ１は、第１の実施形態において形成される虚像Ｂ１よりも明るくなる。

【0067】

反射部材１４０は、観察者1から見て光学素子１３０の奥側の端部からＹ方向にＥだけ離れた位置に設けられている。すなわち、反射部材１４０は、筐体１００ａの上面（表示装置１１０の表示面）からＤ＋Ｅだけ離れて設けられている。したがって、光学素子１３０に対応する表示領域に表示された表示像Ａ２の虚像Ｂ２’が、反射部材１４０からＹ方向にＤ＋Ｅだけ離れた位置に形成される。さらに、虚像Ｂ２’の虚像Ｂ２が、観察者１から見ると、光学素子１３０の奥側の端部からＤ＋２Ｅだけ奥側の位置に形成される。

【0068】

空中像表示装置１００Ａにおいては、観察者１から見て、虚像Ｂ２が虚像Ｂ１よりも奥側に形成されるように、反射部材１４０が設けられている（Ｅの値が調整されている）。このような構成により、より明るい虚像Ｂ１が、観察者１から見て、虚像Ｂ２よりも手前側に形成されるので、より明るい空中像を表示することができる。

【0069】

なお、図５に示す空中像表示装置１００Ａにおいては、反射部材１４０と光学素子１３０との間のＹ方向の距離を大きくすることで、観察者１から見て、虚像Ｂ２が虚像Ｂ１よりも奥側に形成されるようにしている。この場合、空中像表示装置１００ＡのＹ方向の装置サイズが増大してしまう。そこで、装置サイズの増大を抑制した空中像表示装置１００Ａの構成例を図６に示す。

【0070】

図６に示す空中像表示装置１００Ａは、図５に示す空中像表示装置１００Ａと比較して、反射部材１４０を反射部材１４０ａに変更した点が異なる。反射部材１４０ａは、ミラー１４１，１４２を備える。

【0071】

ミラー１４１は、光学素子１３０と略平行になるように設けられている。観察者１から見て、光学素子１３０の奥側の端部とミラー１４１の手前側の端部（上端）とのＹ方向の位置は略同じである。

【0072】

ミラー１４２は、ミラー１４１よりも観察者１から見て奥側に、表示装置１１０の表示面に対して略垂直に設けられている。

【0073】

反射部材１４０ａにおいては、ミラー１４１は、光学素子１３０を透過した光をミラー１４２に向けて反射する。ミラー１４２は、ミラー１４１の反射光をミラー１４１に向けて反射する。ミラー１４１は、ミラー１４２の反射光を光学素子１３０に反射する。

【0074】

したがって、ミラー１４１のＹ方向の厚みをＥ１とし、観察者１から見て、ミラー１４１の奥側の端部とミラー１４２との間の距離をＥ２とすると、光学素子１３０に対応する表示領域に表示された表示像Ａ２の虚像Ｂ２が、光学素子１３０の奥側の端部からＤ＋Ｅ１＋Ｅ２だけ奥側の位置に形成される。つまり、Ｅ１，Ｅ２の値を調整することで、図５に示す空中像表示装置１００Ａと同様に、虚像Ｂ２が虚像Ｂ１よりも後方に形成されるようにすることができる。

【0075】

ここで、図６に示す空中像表示装置１００Ａにおいては、光学素子１３０を透過した光を反射部材１４０ａにおいて複数回反射して光学素子１３０に出射することで、光学素子１３０への対応する表示領域からの入射光が観察者１に向かって反射されるまでの光路長として一定の長さを確保している。そのため、光学素子１３０と反射部材１４０との間にＹ方向に大きな間隔を設けなくても、光学素子１３０が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長として一定の長さを確保できるので、Ｙ方向の装置サイズの増大を抑制することができる。

【0076】

なお、反射部材１４０ａの構成は図６に示す構成に限られるものではない。表示領域から出射され、光学素子１３０を透過した光を複数回反射させた後、光学素子１３０に出射することができれば、反射部材１４０ａは、任意の構成とすることができる。

【0077】

このように本実施形態によれば、観察者１から見て最も奥側の光学素子１２０ａは、他の光学素子よりも高い反射率を有する。また、反射部材１４０は、対応する光学素子１３０により形成される虚像が、光学素子１２０ａにより形成される虚像よりも、観察者１から見て奥側に形成されるように設けられている。そのため、反射率の高い光学素子１２０ａによる虚像Ｂ１が、光学素子１３０による虚像Ｂ２よりも観察者１から見て手前側に形成されるので、表示される空中像をより明るくすることができる。

【0078】

また、本実施形態においては、反射部材１４０ａは、対応する光学素子１３０を透過した光を複数回反射して、対応する光学素子１３０に出射する。そのため、装置サイズの増大を抑制することができる。

【0079】

なお、第１および第２の実施形態においては、光学素子１３０は、表示面に対して略４５°傾いており、反射部材１４０は、表示面に対して略平行に設けられている例を用いて説明したが、これに限られるものではない。

【0080】

例えば、図７に示す空中像表示装置１００Ｂのように、光学素子１３０と反射部材１４０とが成す角度が略４５°であり、かつ、光学素子１３０と表示面とが成す角度が０より大きく９０°未満であれば、光学素子１３０が観察者１から見て前後に傾いていても、観察者１から見てＸ方向に傾きの無い虚像Ｂ２を形成することができる。以下では、その理由について図８を参照して説明する。

【0081】

図８は、図７に示す空中像表示装置１００Ｂにおける光学素子１３０および光学素子１３０に対応する構成を拡大した図である。図８において、光学素子１３０と反射部材１４０との接点を点Ｂとする。また、表示装置１１０の表示面から下ろした垂線Ｌ１と筐体１００ａの下面との交点を点Ｅとする。また、垂線Ｌ１と反射部材１４０との交点を点Ｄとする。表示装置１１０の表示面から下ろした垂線は、表示装置１１０の表示面から出射された光に相当する。表示装置１１０の表示面から出射された光が点Ｄにおいて反射された光に相当する直線Ｌ２と筐体１００ａの下面との交点を点Ａとする。また、直線Ｌ２と光学素子１３０との交点を点Ｃとする。また、点Ｄを通り、反射部材１４０と直交する垂線Ｌ３と筐体１００ａの下面との交点を点Ｆとする。また、∠ＡＣＢ＝∠ａとし、∠ＣＢＥ＝∠ｂとし、∠ＤＡＦ＝∠ｃとし、∠ＢＤＥ＝∠ｄとし、∠ＤＢＥ＝ｘとする。

【0082】

この場合、∠ＥＤＦ＝∠９０°−∠ＥＦＤである。ここで、三角形ＤＦＢにおいて、∠ＥＦＤ＝９０°−ｘであるので、∠ＥＤＦ＝ｘとなる。入射角と反射角とは等しいので、∠ＥＤＦ＝∠ＦＤＡ＝ｘである。

【0083】

また、∠ＤＢＣ＝４５°であるので、
∠ｂ＝４５°−ｘ ・・・式（１）
となる。また、三角形ＤＥＢにおいて、∠ＤＥＢ＝９０°より、
∠ｄ＝９０°−ｘ ・・・式（２）
である。

【0084】

また、三角形ＡＢＣにおいて、外角∠ｃは内角の和に等しいので、
∠ｃ＝∠ａ＋∠ｂ・・・式（３）
である。また、三角形ＤＡＢにおいて内角の和が１８０°であるので、
∠ｃ＝１８０°−（２ｘ＋ｄ）−ｘ＝１８０−３ｘ−ｄ
＝１８０°−３ｘ−（９０°−ｘ）＝９０°−２ｘ ・・・式（４）
である。

【0085】

式（３）＝式（４）より、∠ａ＝９０°−２ｘ−∠ｂ＝４５°−ｘ＝∠ｂとなり、∠ａ＝∠ｂ＝４５°−ｘとなる。

【0086】

したがって、点Ｄにおいて反射された光は、光学素子１３０と成す角度が４５°−ｘで点Ｃに入射する。反射角と出射角度とは等しいので、光学素子１３０により反射された光と、光学素子１３０とが成す角度は４５°−ｘ＝∠ａ＝∠ｂとなる。したがって、点Ｃで反射された光は、一点鎖線で示す筐体１００ａの下面と平行な方向に出射されるので、傾きの無い虚像を形成することができる。

【0087】

なお、光学素子１３０および反射部材１４０の両方を傾ける代わりに、図９に示すような、傾斜をつけた微小ミラー１４３を配列させたミラー板を反射部材１４０として用い、反射部材１４０と表示装置１１０の表示面とは平行なまま、光学素子１３０だけを４５°から前後に傾けるようにしてもよい。図９に示す反射部材１４０においては、垂直方向からの入射光が、微小ミラー１４３により所定角度だけ傾いて反射される。したがって、微小ミラー１４３の斜面の傾きを調整することで、傾きの無い虚像を形成することができる。図９に示す反射部材１４０を用いる場合、反射部材１４０（微小ミラー１４３）による反射光と光学素子１３０とが成す角度は４５°以上である必要がある。

【0088】

また、図１０に示すように、反射部材１４０は表示装置１１０の表示面と平行なまま、光学素子１３０だけを４５°から前後に傾けるようにしてもよい。光学素子１３０だけを４５°から傾けると、光学素子１３０と表示面とが成す角度が４５°からずれた分だけ、光学素子１３０により形成される虚像Ｂ１も、観察者１から見て前後に傾く。この場合、表示面と成す角度が４５°である場合からずれた角度に応じて、表示装置１１０で表示する表示像に対して、虚像Ｂ１の傾きを補償するような補正（例えば、台形補正）を行うことで、傾きの無い虚像Ｂ１を形成することができる。この場合も、光学素子１３０と表示面とが成す角度が０より大きく９０°未満である必要がある。

【0089】

光学素子１３０や反射部材１４０を傾けることにより、装置サイズの増大の抑制を図ることができる。

【0090】

（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態のように、複数の光学素子１２０，１３０を観察者１の観察方向（Ｘ方向）に沿って配置し、各光学素子１２０，１３０により形成される虚像を重畳して観察者１に視認させる場合、表示装置１１０のＸ方向の長さが一定であるとすると、光学素子１２０，１３０の数（層数）が増加するほど、各光学素子１２０，１３０に割り当てられる表示装置１１０の表示面の表示領域のＸ方向の長さが小さくなる。各光学素子１２０，１３０に割り当てられる表示領域（各光学素子１２０，１３０に対応する表示領域）のＸ方向の長さが小さくなると、各光学素子１２０，１３０により形成される虚像の高さが小さくなり、臨場感のある空中像の表示が困難になる。本実施形態においては、光学素子１２０，１３０の総数が増加した場合にも、臨場感のある空中像の表示が可能な構成について説明する。

【0091】

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る空中像表示装置１００Ｃの構成例を示す図である。

【0092】

図１１に示す空中像表示装置１００Ｃは、図４に示す空中像表示装置１００と同様に、１つの光学素子１２０ｂと、２つの光学素子１３０（光学素子１３０ｆ、１３０ｍ）と、各光学素子１３０に対応する反射部材１４０（１４０ｆ，１４０ｍ）とを備える。

【0093】

光学素子１２０ｂは光学素子１２０に対応するものであり、光学素子１３０ｆは光学素子１３０−２に対応するものであり、光学素子１３０ｍは光学素子１３０−１に対応するものである。また、反射部材１４０ｆは反射部材１４０−２に対応するものであり、反射部材１４０ｍは反射部材１４０−１に対応するものである。

【0094】

すなわち、本実施形態に係る空中像表示装置１００Ｃにおいては、観察者１の観察方向（観察者１の手前側から奥側に向かう方向）に沿って、光学素子１３０ｆ、光学素子１３０ｍ、光学素子１２０ｂがこの順に、順次配列されている。

【0095】

また、反射部材１４０ｆは、反射部材１４０−２に対応し、反射部材１３０ｆのＸ方向奥側の端部から所定距離だけ離れた位置に設けられている。反射部材１４０ｍは、反射部材１４０−１に対応し、反射部材１３０ｍのＸ方向奥側の端部から所定距離だけ離れた位置に設けられている。ここで、反射部材１４０ｆと光学素子１３０ｆとの間の距離は、反射部材１４０ｍと光学素子１３０ｍとの間の距離よりも大きい。

【0096】

したがって、空中像表示装置１００Ｃにおいては、図４に示す空中像表示装置１００と同様に、光学素子１３０ｆに対応する表示領域に表示された表示像Ａｆの虚像Ｂｆが光学素子１３０ｆにより形成され、光学素子１３０ｍに対応する表示領域に表示された表示像Ａｍの虚像Ｂｍが光学素子１３０ｍにより形成され、光学素子１２０ｂに対応する表示領域に表示された表示像Ａｂの虚像Ｂｂが光学素子１２０ｂにより形成され、各虚像Ｂｂ，Ｂｍ，Ｂｆが重畳して、観察者１に視認される。

【0097】

ここで、図４に示す空中像表示装置１００においては、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２の大きさは同じであり、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２の下端が同じ高さであるとすると、各光学素子１２０の上端の高さも同じであった。したがって、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２それぞれが表示装置１１０の表示面と対向する面のサイズも等しくなり、その結果、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２それぞれに対応する表示領域のサイズを等しくなる。すなわち、図４に示す空中像表示装置１００においては、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２それぞれに均等に、表示装置１１０の表示領域が割り当てられていた。

【0098】

そのため、図４に示す空中像表示装置１００においては、形成される虚像を重畳する光学素子１２０，１３０の数が増加すると、各光学素子１２０，１３０に割り当てられる表示領域のＸ方向の長さ小さくなり、臨場感のある空中像の表示が困難になる。

【0099】

一方、本実施形態に係る空中像表示装置１００Ｃにおいては、光学素子１２０ｂ，１３０ｆ，１３０ｍのサイズが異なっており、光学素子１３０ｍは光学素子１３０ｆよりも大きく、光学素子１２０ｂは光学素子１３０ｍよりも大きい。そして、光学素子１２０ｂ，１３０ｆ，１３０ｍの下端が同じ高さであるとすると、観察者１から見て奥側の光学素子ほど、上端の位置が高くなるように、光学素子１２０ｂ，１３０ｆ，１３０ｂが配置されている。

【0100】

このような構成により、光学素子１２０ｂ，１３０ｆ，１３０ｂそれぞれが表示装置１１０の表示面と対向する面のサイズ（Ｘ方向の長さ）も異なる。具体的には、図１２に示すように、光学素子１３０ｍに対応する表示領域１１０ｍのＸ方向の長さは、光学素子１３０ｆに対応する表示領域１１０ｆのＸ方向の長さよりも大きくなり、光学素子１２０ｂに対応する表示領域１１０ｂのＸ方向の長さは、光学素子１３０ｍに対応する表示領域１１０ｍのＸ方向の長さよりも大きくなる。すなわち、観察者１から見て、奥側の光学素子に対応する表示領域ほど、観察方向（Ｘ方向）に沿った長さが大きい。

【0101】

そして、図１１に示すように、観察者１から見て奥側の光学素子により形成される虚像ほど手前側に形成されるように、反射部材１４０ｆ、１４０ｍの位置などを調整する。こうすることで、観察者１から見て奥側ほど、高さ（Ｙ方向の大きさ）の小さい虚像が形成される。ここで、観察者１から見て奥側の虚像ほど高さが小さくなっても、観察者１の遠近感を損なうことなく、より臨場感のある空中像を観察者１に視認させることができる。

【0102】

各光学素子１２０，１３０のサイズや配置は、例えば、以下のようにして決定することができる。

【0103】

図１３に示すように、光学素子１３０ｆのＹ方向の長さをｂｆとし、光学素子１３０ｍのＹ方向の長さをｂｍとし、光学素子１２０ｂのＹ方向の長さをｂｇとし、光学素子１３０ｆの上端と表示装置１１０の表面との間の距離をａｆとし、光学素子１３０ｍと表示装置１１０の表示面との間の距離をａｍとし、光学素子１２０ｂと表示装置１１０の表示面との間の距離をａｂとし、光学素子１３０ｆの下端と反射部材１４０ｆとの間の距離をｄｆとし、光学素子１３０ｍの下端と反射部材１４０ｍとの間の距離をｄｍとし、Ｘ方向に沿った光学素子１３０ｆと光学素子１３０ｍとの間の距離をｃｆｍとし、Ｘ方向に沿った光学素子１３０ｍと光学素子１２０ｂとの間の距離をｃｍｇとすると、筐体１００ａの観察者１側の端部から虚像Ｂｆまでの距離ｘｆ、筐体１００ａの観察者１側の端部から虚像Ｂｍまでの距離ｘｍ、筐体１００ａの観察者１側の端部から虚像Ｂｂまでの距離ｘｂはそれぞれ、以下の式（５）〜（７）により求めることができる。
ｘｆ＝ｂｆ＋ｄｆ＋（ａｆ＋ｂｆ＋ｄｆ） ・・・式（５）
ｘｍ＝（ｂｆ＋ｃｆｍ＋ｂｍ）＋ｄｍ＋（ａｍ＋ｂｍ＋ｄｍ） ・・・式（６）
ｘｂ＝（ｂｆ＋ｃｆｍ＋ｂｍ＋ｃｍｇ）＋ｂｇ＋ａｂ ・・・式（７）

【0104】

例えば、ｂｆ＝２０ｍｍとし、ｂｍ＝３０ｍｍとし、ｂｇ＝４０ｍｍとし、ａｆ＝２８ｍｍとし、ａｍ＝１８ｍｍとし、ａｂ＝８ｍｍとし、ｄｆ＝３０ｍｍとし、ｄｍ＝７．５ｍｍとし、ｃｆｍ＝５ｍｍとし、ｃｍｇ＝５ｍｍとすると、式（５）〜（７）より、ｘｆ＝１２８ｍｍ、ｘｍ＝１１８ｍｍ、ｘｂ＝１０８ｍｍとなり、観察者１から見て手前側の光学素子による虚像ほど、観察者１から見て奥側に形成することができる。

【0105】

このように本実施形態に係る空中像表示装置１００Ｃにおいては、観察者１から見て奥側の光学素子に対応する表示領域ほど、観察方向（Ｘ方向）に沿った長さが大きく、また、観察者１から見て奥側の光学素子ほど、光学素子の上端の位置が高くなる。

【0106】

そのため、観察者１から見て手前側の光学素子による虚像ほど、観察者１から見て奥側に形成し、遠近感を損なわず、より臨場感のある空中像を観察者１に視認させることができる。

【0107】

尚、図１１，１３では、観察者１から見て手前側ほど光学素子は小さいが、これら大きさの異なる光学素子は、観察者１から見て手前側ほど大きくても良いし、真ん中が最も大きくても良い。それらいずれの場合も、観察者１から見て最も奥に配置される光学素子以外はハーフミラー、または透明板である。

【0108】

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

【0109】

表示面に表示された表示像の虚像を空間に投影する他の従来の空中像表示装置には、例えば、非特許文献２で提案されているような空中像表示装置もある。これは、奥行き位置の異なる２つの二次元像（表示像）の各々の輝度比を変化させることで、観察者に奥行き方向が異なる三次元像として知覚させる空中像表示装置である。この三次元像は、表示面とは異なる場所に表示される一種の虚像である。非特許文献２の空中像表示装置は、奥行きが異なる複数の三次元像を知覚させることが可能であり、映像を多層に提示できる。

【0110】

図２４は、非特許文献２の空中像表示装置１０の構成例を示す側面図である。観察者１側から空中像表示装置１０に向かう方向（観察者１の観察方向）がＸ方向である。空中像表示装置１０は、表示像Ａ２を表示させるための前面（観察者１から見て手前側）のディスプレイ１７２、および表示像Ａ１を表示させるための後面（観察者１から見て奥側）のディスプレイ１７１を備える。三次元像として知覚するために、観察者は、表示像Ａ２と表示像Ａ１とを重ねて見る必要がある。よって、少なくともディスプレイ１７２は透明ディスプレイでなければならない。したがって、空中像表示装置１０の設計の自由度を高めることは困難である。

【0111】

また、空中像表示装置１０では、表示像Ａ２と表示像Ａ１との輝度比によって三次元像の奥行きが定まる。設定した輝度比に変化が生じるため、空中像表示装置１０では、実物体（例えばフィギュアやレリーフなど）と三次元像との重ねあわせは困難である。また、空中像表示装置１０では、前面のディスプレイ１７２の表示像Ａ２によって、後面のディスプレイ１７１の他の表示像（表示像Ａ１以外の表示像）が隠されること（以下、隠ぺいという）が発生し得る。

【0112】

これに対し、以下に示す実施形態では、設計の自由度が高く、実物体と虚像との重ね合わせが可能で、隠ぺいを生じない空中像表示装置を実現することができる。

【0113】

（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る空中像表示装置１００の構成例を示す側面図である。図１４に示す空中像表示装置１００は、表示装置１１０および表示装置１１１の表示面に表示された複数の表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者１に対して前後に重畳して表示することで、空中像を表示するものである。ここで、表示装置１１０は本発明の第１の表示装置に対応する。また、表示装置１１１は本発明の第２の表示装置に対応する。表示装置１１１は表示装置１１０に対向して設けられる。本実施形態において表示装置１１０と表示装置１１１とは略平行に設けられている。

【0114】

図１４に示す空中像表示装置１００においては、表示装置１１０が、空中像表示装置１００の筐体１００ａの一面（図１４においては筐体１００ａの上面）に、表示面が筐体１００ａ側を向くようにして（図１４においては表示面を下向きにして）、設置される。また、表示装置１１１が、空中像表示装置１００の筐体１００ａの別の面（図１４においては筐体１００ａの下面）に、表示面が筐体１００ａ側を向くようにして（図１４においては表示面を上向きにして）、設置される。筐体１００ａは、表示装置１１０および表示装置１１１と対向する面（図１４においては筐体１００ａの上面および下面）に開口が設けられている。開口は、表示装置１１０および表示装置１１１の表示面の領域（表示領域）に対応するように設けられており、表示装置１１０および表示装置１１１の表示領域から出射された光が筐体１００ａ内に入射する。当該開口は、透明な部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。なお、表示装置１１０および表示装置１１１は、例えば、スマートフォン、タブレット端末などであるが、これらに限られるものではなく、より大きなサイズの表示面を有する表示装置であってもよい。また、表示装置１１０と表示装置１１１とは同一種類の表示装置であってもよいし、互いに種類の異なる表示装置であってもよい。また、表示装置１１０および表示装置１１１の少なくとも一方が、空中像表示装置１００と一体的に設けられていてもよい。図１４においては便宜上、表示装置１１０と筐体１００ａの上面とが所定の間隔を隔てて設けられているように示されているが、実際には、表示装置１１０と筐体１００ａの上面とは略密接している。一方、表示装置１１１と筐体１００ａの下面とは、所定の間隔（後述する図１５のｄ１）を隔てて設けられるが略密接していてもよい。以下では、筐体１００ａの観察者１側の面からその面に対向する面に向かう方向（観察者１の観察方向）をＸ方向とする。また、以下では、表示装置１１０の表示面の向く方向をＹ方向とする。また、本実施形態において、表示装置１１０の表示領域は本発明の第１の表示領域に対応する。また、本実施形態において、表示装置１１１の表示領域は本発明の第２の表示領域に対応する。

【0115】

図１４に示す空中像表示装置１００は、光学素子１３０，１４０を備える。光学素子１３０，１４０は、表示装置１１０，１１１の表示領域のそれぞれに対応して設けられている。光学素子１３０は本発明の第１の光学素子に対応する。また、光学素子１４０は、本発明の第２の光学素子に対応する。

【0116】

光学素子１３０は、表示装置１１０と表示装置１１１との間の空間に、表示装置１１０の表示面から見てＸ方向に略４５°傾斜して設けられている。したがって、光学素子１３０は、光学素子１４０と略４５°の角度を成している。光学素子１３０は、光学素子１３０に対応する表示面（表示装置１１０の表示面）の表示領域から出射された光（図２に示す光２０１）を透過する。光学素子１３０は、その透過光が光学素子１４０で反射した光（図２に示す光２０２）を反射して、観察者１に向かう方向に光（図２に示す光２０３）を出射する。また、光学素子１３０は、光学素子１３０の背後（奥側）から観察者１に向かう光（図２に示す光２０４）を透過する。

【0117】

光学素子１４０は、表示装置１１０と表示装置１１１との間の空間に設けられている。また、光学素子１４０は、表示装置１１０および表示装置１１１の表示面に対して略平行に設けられている。光学素子１４０は、光学素子１４０に対応する表示面（表示装置１１１の表示面）の表示領域からの出射光を透過する。また、光学素子１４０は、光学素子１３０を透過した表示装置１１０からの出射光を反射する。光学素子１３０，１４０の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。

【0118】

図１５は、空中像表示装置１００による空中像の表示について説明するための図である。なお、以下では、筐体１００ａの高さ（Ｙ方向の長さ）はＤであるとする。

【0119】

表示装置１１０には表示像Ａ２が表示されている。表示装置１１０からの出射光は光学素子１３０を透過して光学素子１４０に入射する。このことは、仮想的に、表示像Ａ２の虚像Ｂ２’が光学素子１４０からＹ方向にＤだけ離れた位置に形成されることに対応する。光学素子１４０は、光学素子１３０を透過した表示装置１１０からの光を反射する。このことは、虚像Ｂ２’からの光が光学素子１４０を透過して光学素子１３０に入射することに対応する。光学素子１４０から光学素子１３０へと向かう光は、光学素子１３０で観察者１に向かって反射される。そのため、観察者１から見ると、虚像Ｂ２（虚像Ｂ２’の光学素子１３０による反射像）が光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にＤだけ離れた位置に形成される。つまり、虚像Ｂ２は、光学素子１３０を基準として、観察者１の観察方向に沿って表示装置１１０と光学素子１４０との距離（図１５の例ではＤ）に応じた位置に形成される。このように、光学素子１３０は、対応する表示面（表示装置１１０の表示面）の表示領域からの出射光を間接的に（光学素子１４０により反射された後で）反射することによって虚像Ｂ２を形成する。

【0120】

また、表示装置１１１には表示像Ａ０が表示されている。表示装置１１１からの出射光は光学素子１４０を透過して光学素子１３０へと向かい、光学素子１３０で観察者１に向かって反射される。表示装置１１１は光学素子１４０とｄ１を隔てて設けられている。そのため、観察者１から見ると、表示像Ａ０の虚像Ｂ０が光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にｄ１だけ離れた位置に形成される。つまり、虚像Ｂ０は、光学素子１３０を基準として、観察者１の観察方向に沿って表示装置１１１と光学素子１４０との距離（図１５の例ではｄ１）に応じた位置に形成される。

【0121】

虚像Ｂ２が光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にＤだけ離れた位置に形成される。また、虚像Ｂ０が光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にｄ１だけ離れた位置に形成される。表示装置１１１と光学素子１４０との距離（ｄ１）を調整することで、干渉を生じることなく虚像Ｂ０と虚像Ｂ２とを重畳して表示することが可能である。虚像Ｂ０と虚像Ｂ２とが重畳して表示されることで、観察者１は立体感のある空中像を視認することができる。

【0122】

図１５の例では、ｄ１はＤよりも短いため、観察者１から見て虚像Ｂ２よりも手前に虚像Ｂ０があるように重畳している。ここで、ｄ１がＤよりも長いように設定すれば、観察者１から見て虚像Ｂ２よりもさらに奥側に虚像Ｂ０があるように重畳して表示することが可能である。

【0123】

ここで、虚像Ｂ０は表示装置１１１からの出射光が表示装置１１０の表示面から見てＸ方向に略４５°傾斜した光学素子１３０で反射されて形成される。そのため、表示像Ａ０は、実際の表示対象像を左右（紙面手前および奥側）および上下（図１５のＸ方向）に反転させたものとなる。また、虚像Ｂ２は表示装置１１０からの出射光が光学素子１３０および光学素子１４０で反射されて形成される。そのため、表示像Ａ２は、実際の表示対象像を上下に反転させたものとなる。

【0124】

また、表示装置１１０，１１１は、表示像Ａ０，Ａ２の背景を黒色で表示する。この黒色の背景部分は光を反射することが可能である。例えば、表示装置１１０から出射された光は光学素子１３０を透過して光学素子１４０で反射される。しかし、一部の光が光学素子１４０を透過して表示装置１１１に入射する可能性がある。このとき、一部の光が表示装置１１１に入射しても黒色の背景部分で反射されるので、表示装置１１０から出射された光をほぼ損なうことなく観察者１に向けることができる。

【0125】

以上のように、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、光学素子１３０，１４０を用いることによって、観察者１の観察方向に表示装置１１０および表示装置１１１を配置しなくてもよい。そのため、空中像表示装置１００は透明ディスプレイを用いる必要がない。表示装置１１０および表示装置１１１としては、例えば表示部がＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ等であるスマートフォン、タブレット端末等を用いることが可能であり、本実施形態に係る空中像表示装置１００は設計の自由度が高い。

【0126】

また、本実施形態に係る空中像表示装置１００では、表示装置１１０の表示像と表示装置１１１の表示像とはそれぞれが虚像を形成する異なる表示像であり、１つの虚像を生成するのに輝度比を調整した２つの表示像を用いる必要がない。本実施形態に係る空中像表示装置１００では、虚像が生成される空間に実物体を配置しても表示装置１１０および表示装置１１１に影響することはない。そのため、本実施形態に係る空中像表示装置１００は実物体と虚像との重ね合わせが可能である。

【0127】

また、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、観察者１が観察する空間（虚像が生成される空間）に表示装置１１０および表示装置１１１を配置しない。そのため、本実施形態に係る空中像表示装置１００では隠ぺいが生じることもない。よって、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、設計の自由度が高く、実物体と虚像との重ね合わせが可能であり、隠ぺいも生じないという効果を奏する。

【0128】

（第５の実施形態）
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る空中像表示装置１００の構成例を示す側面図である。本実施形態に係る空中像表示装置１００は、第４の実施形態に係る空中像表示装置１００の構成（図１５参照）に加えて光学素子１２０を備える。本実施形態において、表示装置１１０の表示面はＸ方向に光学素子１３０の手前側の端部から光学素子１２０の奥側の端部にわたる。表示装置１１０は、光学素子１２０，１３０に対応する表示面の異なる表示領域に表示像を個別に表示する。図１６では、図１５と同じ要素には同じ符号を付している。これらの要素については重複説明回避のため詳細な説明を省略する。

【0129】

図１６に示されるように、光学素子１２０，１３０は、表示装置１１０の表示面のそれぞれ異なる表示領域に対応して設けられ、表示面に沿って、観察者１の観察方向に沿って順次配列されている。図１６においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３０が設けられ、奥側に光学素子１２０が設けられている。

【0130】

光学素子１２０は、光学素子１３０とは異なり、表示装置１１０の表示面から見て−Ｘ方向に略４５°傾斜して設けられており、光学素子１２０に対応する表示面の表示領域からの出射光を観察者１に向かう方向に反射する。光学素子１２０の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。光学素子１２０は本発明の第３の光学素子に対応する。

【0131】

図１６に示されるように、光学素子１２０に対応する表示面（表示装置１１０の表示面）の表示領域からの出射光が、光学素子１２０により観察者１に向かって反射される。この表示領域に表示された表示像Ａ１の虚像Ｂ１が、観察者１から見ると、光学素子１２０の奥側の端部の位置に形成される。このように、光学素子１２０は、対応する表示領域からの入射光を直接的に反射することで、虚像Ｂ１を形成する。光学素子１２０が対応する表示領域は本発明の第３の表示領域に対応する。

【0132】

ここで、光学素子１３０は光学素子１２０により反射された光を透過する（図１５の光２０４参照）。第４の実施形態で説明したように、観察者１に対して虚像Ｂ０と虚像Ｂ２とが重畳して表示されるが、本実施形態では更に虚像Ｂ１が虚像Ｂ２の奥側に重畳して表示される。

【0133】

ここで、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２の位置関係について詳細に説明する。図１６に示されるように、観察者１から見ると、虚像Ｂ２は光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にＤだけ離れた位置に形成される。一方、虚像Ｂ１は光学素子１２０の奥側の端部の位置に形成される。そのため、光学素子１２０と光学素子１３０との間の距離を調整することで、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との距離が虚像の高さよりも小さくなるように設定できる。そのため、より立体感のある空中像を表示することができる。また、光学素子１２０と光学素子１３０との間の距離を調整することで、干渉を生じることなく虚像Ｂ１と虚像Ｂ２とを重畳して表示することが可能である。

【0134】

ここで、虚像Ｂ１は表示装置１１０からの出射光が表示装置１１０の表示面から見てＸ方向に略−４５°傾斜した光学素子１２０で反射されて形成される。そのため、表示像Ａ１は、実際の表示対象像を左右（紙面手前および奥側）に反転させたものとなる。

【0135】

以上のように、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、光学素子１２０を備えることによって更に虚像Ｂ１を虚像Ｂ２の奥側に重畳して表示できる。そのため、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、第４の実施例の効果に加えて、より立体感のある空中像を表示することができるという効果を奏する。このとき、光学素子１２０と光学素子１３０との間の距離を調整して、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２との距離が虚像の高さよりも小さくなるように設定することで、本実施形態に係る空中像表示装置１００は更に立体感のある空中像を表示することができる。

【0136】

（第６の実施形態）
第４の実施形態および第５の実施形態に係る空中像表示装置１００は、光学素子１３０の数が１つであった。しかし、光学素子１３０の数は２以上であってもよい。空中像表示装置１００では光学素子１４０が光学素子１３０と組み合わせて用いられるため、光学素子１４０の数も２以上になる。図１７は、光学素子１３０および光学素子１４０を複数備える、第６の実施形態に係る空中像表示装置１００の構成例を示す側面図である。図１７では、図１５および図１６と同じ要素には同じ符号を付している。これらの要素については重複説明回避のため詳細な説明を省略する。

【0137】

図１７に示されるように、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、複数の光学素子１３０（光学素子１３０−１，１３０−２）と、各光学素子１３０に対応する光学素子１４０（光学素子１４０−１，１４０−２）とが設けられている。本実施形態において、各光学素子１４０は、筐体１００ａの上面（表示装置１１０の表示面）からＹ方向にＤだけ離れた位置に設けられている。

【0138】

光学素子１３０−１，１３０−２は、観察者１の観察方向に沿って、順次配列されている。図１７においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３０−２が設けられ、奥側に光学素子１３０−１が設けられている。本実施形態において、表示装置１１０の表示面は光学素子１３０−２の手前側の端部から光学素子１２０の奥側の端部にわたる。表示装置１１０は、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２に対応する表示面の異なる表示領域に表示像を個別に表示する。光学素子１３０−２は、光学素子１３０−１に略平行に設けられている。光学素子１３０−１，１３０−２は、本発明の複数の第１の光学素子に対応する。

【0139】

光学素子１４０−１，１４０−２は、観察者１の観察方向に沿って、順次配列されている。図１７においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１４０−２が設けられ、奥側に光学素子１４０−１が設けられている。本実施形態において、表示装置１１１の表示面は光学素子１４０−２の手前側の端部から光学素子１４０−１の奥側の端部にわたる。表示装置１１１は、光学素子１４０−１，１４０−２に対応する表示面の異なる表示領域に表示像を個別に表示する。光学素子１４０−１，１４０−２は、本発明の複数の第２の光学素子に対応する。光学素子１４０−１，１４０−２は、表示装置１１０および表示装置１１１に略平行に設けられている。

【0140】

光学素子１３０−１は、光学素子１３０−１に対応する表示装置１１０の表示領域（本発明の複数の第１の表示領域の１つに対応）からの出射光を透過して、その透過光が光学素子１４０−１により反射された反射光を観察者１に向かって反射する。また、光学素子１３０−１は、光学素子１４０−１を透過した光学素子１４０−１に対応する表示装置１１１の表示領域（本発明の複数の第２の表示領域の１つに対応）からの出射光を観察者１に向かって反射する。また、光学素子１３０−１は、光学素子１２０により観察者１に向かって反射された光を透過する。

【0141】

光学素子１３０−２は、光学素子１３０−２に対応する表示装置１１０の表示領域（本発明の複数の第１の表示領域の１つに対応）からの出射光を透過して、その透過光が光学素子１４０−２により反射された反射光を観察者１に向かって反射する。また、光学素子１３０−２は、光学素子１４０−２を透過した光学素子１４０−２に対応する表示装置１１１の表示領域（本発明の複数の第２の表示領域の１つに対応）からの出射光を観察者１に向かって反射する。また、光学素子１３０−２は、光学素子１２０および光学素子１３０−１により観察者１に向かって反射された光を透過する。

【0142】

図１７に示されるように、表示装置１１０は、光学素子１２０，１３０−１，１３０−２に対応する表示面の異なる表示領域に、それぞれ表示像Ａ１，Ａ２，Ａ３を表示する。また、表示装置１１１は、光学素子１４０−１，１４０−２に対応する表示面の異なる表示領域に、それぞれ表示像Ａ０，Ａ４を表示する。例えば表示像Ａ３の虚像Ｂ３は光学素子１３０−２の奥側の端部からＸ方向にＤだけ離れた位置に形成される。つまり、虚像Ｂ３は、光学素子１３０−２を基準として、観察者１の観察方向に沿って表示装置１１０と光学素子１４０−２との距離に応じた位置に形成される。また、例えば表示像Ａ４の虚像Ｂ４は光学素子１３０−２の奥側の端部からＸ方向にｄ１だけ離れた位置に形成される。つまり、虚像Ｂ４は、光学素子１３０−２を基準として、観察者１の観察方向に沿って表示装置１１１と光学素子１４０−２との距離に応じた位置に形成される。本実施形態に係る空中像表示装置１００は、観察者１から見て奥側から、表示像Ａ１の虚像Ｂ１，表示像Ａ２の虚像Ｂ２，表示像Ａ０の虚像Ｂ０，表示像Ａ３の虚像Ｂ３，表示像Ａ４の虚像Ｂ４を互いに干渉させずに重畳して表示することが可能である。ここで、図１７の例では、表示装置１１１と光学素子１４０との距離（ｄ１）は筐体１００ａの高さＤよりも短い。

【0143】

以上のように、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、光学素子１３０の数を複数とすることによって、更に重畳して表示できる虚像の数を増やすことができる。そのため、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、第４の実施例の効果に加えて、基本的な構成を変えずに容易に虚像の数を調整できるという効果を奏する。

【0144】

（第７の実施形態）
第４〜第６の実施形態において、表示装置１１０の表示面は、複数の表示領域に分かれている場合であっても表示像を表示するために用いられていた。第７の実施形態の実施形態においては、表示装置１１０の表示面の表示領域の一部を表示像の表示以外の用途で用いる。

【0145】

図１８は本実施形態に係る空中像表示装置１００の構成例を示す側面図である。図１８では、図１５〜図１７と同じ要素には同じ符号を付している。これらの要素については重複説明回避のため詳細な説明を省略する。

【0146】

図１８の空中像表示装置１００は、図１６に示される第５の実施形態に係る空中像表示装置１００と比較すると、光学素子１２０を削除した点が異なる。

【0147】

本実施形態においても、光学素子１３０に対応する表示装置１１０の表示領域に表示像Ａ２が表示される。そして、表示像Ａ２の虚像Ｂ２が、光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にＤだけ離れた位置に形成される。また、光学素子１４０に対応する表示装置１１１の表示領域に表示像Ａ０が表示される。そして、表示像Ａ０の虚像Ｂ０が、光学素子１３０の奥側の端部からＸ方向にｄ１だけ離れた位置に形成される。

【0148】

ここで、本実施形態においては、表示装置１１０の表示面は、図１９に示すように、空中像生成用領域１１０ａと、照明制御用領域１１０ｂという２つの領域に分けられている。

【0149】

空中像生成用領域１１０ａは、表示装置１１０が虚像Ｂ２に対応する表示像Ａ２を表示する領域である。

【0150】

照明制御用領域１１０ｂは、表示装置１１０の表示面における空中像生成用領域１１０ａとは異なる領域であり、虚像Ｂ０および虚像Ｂ２が形成される実空間１００ｂに対応する領域である。実空間１００ｂは、筐体１００ａ内において、観察者１から見て光学素子１３０の奥側の端部よりも奥側の空間である。すなわち、照明制御用領域１１０ｂは、図１９に示すように、観察者１から見て（Ｘ方向に向かって）、空中像生成用領域１１０ａよりも奥側に設けられている。照明制御用領域１１０ｂにおいては、実空間１００ｂを照明する（実空間１００ｂ内を照らす）ための表示が行われる。実空間１００ｂは本発明の虚像が形成される領域に対応する。

【0151】

例えば、魚の像を示す虚像Ｂ０および虚像Ｂ２を形成し、照明制御用領域１１０ｂには、実空間１００ｂにおいて、波の揺らぎを表現する照明効果が得られるような表示を行うことで、より現実感のある空中像を表示することができる。また、例えば、炎の像を示す虚像Ｂ０および虚像Ｂ２を形成し、照明制御用領域１１０ｂには、実空間１００ｂにおいて、炎により照らされる光を表現する照明効果が得られるような表示を行うことで、より現実感のある空中像を表示することができる。

【0152】

このように本実施形態においては、虚像Ｂ０および虚像Ｂ２は、観察者１から見て光学素子１３０の奥側の端部よりも離れた位置に形成される。虚像Ｂ０および虚像Ｂ２が光学素子１３０から離れて形成されることで、虚像Ｂ０および虚像Ｂ２が形成される実空間を照明することが可能となり、より現実感のある空中像を表示することができる。

【0153】

また、図２０に示されるように、実空間１００ｂには、フィギュアやレリーフなどの実物体１５１を配置し、虚像Ｂ２と合わせて観察者１に視認させてもよい。

【0154】

また、図２０に示されるように、照明制御用領域１１０ｂからの光が届く範囲の実空間１００ｂに、照明制御用領域１１０ｂからの光を拡散あるいは収束するレンズ、導光板、プリズム、ミラーなどの光学素子１５２を配置してもよい。このような光学素子１５２を配置することで、より照明効果を高めることができる。

【0155】

以上のように、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、虚像が形成される実空間１００ｂを照明することが可能である。そのため、本実施形態に係る空中像表示装置１００は、第４の実施例の効果に加えて、より現実感のある空中像を観察者１に視認させることができるという効果を奏する。

【0156】

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

【0157】

例えば、第６の実施形態において、各光学素子１４０は筐体１００ａの上面からＹ方向にＤだけ離れた位置に設けられている。各光学素子１４０は筐体１００ａの上面との距離を個別に設定可能としてもよい。このとき、虚像Ｂ２，Ｂ３が形成される位置を個別に調整可能である。このことによって、重畳する虚像の並び順をさらに変更可能である。また、各虚像間の距離を縮めることによって、より立体感のある空中像を表示することができる。

【0158】

また、例えば、第７の実施形態においては、表示装置１１０の表示面の一部に照明制御用領域１１０ｂを設け、照明制御用領域１１０ｂの表示により、実空間１００ｂを照明していた。しかし、これに限られるものではなく、表示装置１１０とは別に、実空間１００ｂを照明するための構成を設けてもよい。また、表示装置１１１の表示面の一部に照明制御用領域を設けてもよい。

【0159】

また、例えば、第７の実施形態においては、表示装置１１０の表示面を２つの領域に分けた。しかし、これに限られるものではなく、表示装置１１０に代えて２つの表示装置を用意し、一方の表示装置の表示面を空中像生成用領域１１０ａとし、他方の表示装置の表示面を照明制御用領域１１０ｂとしてもよい。

【0160】

さらに、第７の実施形態においては、光学素子を２つ用いたが、さらに光学素子を増やして虚像の数を増やしてもよい。

【0161】

（第８の実施形態）
第１〜第７の実施形態に係る空中像表示装置１００は、観察者が両目で同じ虚像を観察する構成であった。しかし、適切な視差を持つ右目用の虚像と左目用の虚像を表示することで、より立体的な虚像をつくることが可能になる。

【0162】

図２１Ａは、本発明の第８の実施形態に係る空中像表示装置１００の構成例を示す側面図であり、図２１Ｂはその上面図であって、表示装置１１０を説明のため省いて示した図である。図２１Ａ、図２１Ｂに示す空中像表示装置１００は、第１の実施形態に対して、レンズ１６０−１、１６０−２を設置し、表示装置１１０に右目用の表示像Ａ１−１、Ａ２−１と左目用の表示像Ａ２−１、Ａ２−２を表示している点が相違する。一方、表示装置１１０、光学素子１２０、１３０、反射部材１４０は、第１の実施形態と同じ構成であり、これらは右目、左目で共用される。

【0163】

レンズ１６０−１、１６０−２を備えることで、一方の目２−１はレンズ１６０−１を通して虚像Ｂ１−１、Ｂ２−１のみを観察可能となり、他方の目２−２はレンズ１６０−２を通して虚像Ｂ１−２、Ｂ２−２のみを観察可能となる。

【0164】

このように本実施形態においては、観察者は、右目と左目とで適切な視差を持った虚像を観察することが可能となり、両眼視差立体視によってより立体的な空中像を視認することができる。

【0165】

尚、本実施形態では、表示装置１１０、光学素子１２０、１３０、反射部材１４０を右目、左目で共用したが、表示装置、光学素子、反射部材を右目用、左目用で別個に用意してもよい。

【0166】

また、レンズ１６０−１、１６０−２に代えて、表示像Ａ１−１、Ａ２−１の表示領域と表示像Ａ２−１、Ａ２−２の表示領域の間に仕切り板を設ける構成としてもよい。

【0167】

実施形態１〜８ではそれぞれ具体的な構成を示して説明したが、本発明はこれら実施形態１〜８で示した構成に限定されず、これらを組み合わせた構成や、奥行きの異なる虚像の数をさらに増やすように光学素子の数を増やした構成も含むことに留意されたい。

【符号の説明】

【0168】

１ 観察者
２，２−１，２−２ 観察者の目
１０，１００，１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ 空中像表示装置
１００ａ 筐体
１００ｂ 実空間
１１０，１１１ 表示装置
１１０ａ 空中像生成用領域
１１０ｂ 照明制御用領域
１２０，１３０，１３０−１，１３０−２，１４０，１４０−１，１４０−２，１２０ａ，１２０ｂ，１３０ｆ，１３０ｍ 光学素子
１４０，１４０−１，１４０−２，１４０ａ，１４０ｆ，１４０ｍ 反射部材
１４１，１４２ ミラー
１４３ 微小ミラー
１５１ 実物体
１５２ 光学素子
１６０，１６０−１，１６０−２ レンズ
１７１，１７２ ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図22】

【図23】

【図24】