2022-129472 空中像描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022129472

(43)【公開日】2022-09-06

(54)【発明の名称】空中像描画装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/00 20060101AFI20220830BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20220830BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20220830BHJP

【ＦＩ】

G02B5/00 Z

G06F3/041 580

G06F3/044 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021028142

(22)【出願日】2021-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】515270828

【氏名又は名称】株式会社パリティ・イノベーションズ

(74)【代理人】

【識別番号】100084375

【弁理士】

【氏名又は名称】板谷 康夫

(74)【代理人】

【識別番号】100125221

【弁理士】

【氏名又は名称】水田 愼一

(74)【代理人】

【識別番号】100142077

【弁理士】

【氏名又は名称】板谷 真之

(72)【発明者】

【氏名】徳田 雄嵩

【テーマコード（参考）】

2H042

【Ｆターム（参考）】

2H042AA02

2H042AA20

2H042AA26

(57)【要約】

【課題】空中像描画装置から空中に飛び出した像を実際に描画する。
【解決手段】空中像描画装置１ａは、一面に表示面２１を有する表示装置２と、表示面２１を覆う透明なスペーサ３と、スペーサ３の表示面２１と相対する面とは反対側の面を覆う透明な光学素子４と、を備える。表示装置２は、光学素子４上へのタッチ操作に応じて表示面２１に表示する表示パターンを変化させる。光学素子４は、光学素子４の表層から隔離した空中に表示パターンの実像を結像させる。この構成によれば、表示装置２上の表示パターンが光学素子４の作用により空中で結像するので、空中像描画装置１ａから空中に飛び出した像ＨＹ、ＨＧを実際に描画することができる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面に表示面を有する表示装置と、前記表示面を覆うような平板状に形成された透明なスペーサと、前記スペーサの前記表示面と相対する面とは反対側の面を覆う透明な光学素子と、を備え、
前記表示装置は、前記光学素子上へのタッチ操作に応じて前記表示面に表示する表示パターンを変化させ、
前記光学素子は、該光学素子の表層から隔離した空中に前記表示パターンの実像を結像させることを特徴とする空中像描画装置。

【請求項2】

前記光学素子上へのタッチ操作は、空中描画ペンを用いて成されることを特徴とする請求項１に記載の空中像描画装置。

【請求項3】

前記表示装置は、互いに平行に配設された第１のシート及び第２のシートと、前記第１のシート及び第２のシートの間に平面視で格子状に設けられたセル内において前記第１のシート側又は第２のシート側に移動可能に分散されたマイクロマグネットと、を有し、
前記マイクロマグネットは、少なくとも一方の極に蛍光材、蓄光材又は着色塗料を有し、
前記空中描画ペンは、ペン先及びペン尻に互いに極性の異なる磁性体を有することを特徴とする請求項２に記載の空中像描画装置。

【請求項4】

前記マイクロマグネットは、両極に互いに異なる蛍光材、蓄光材又は着色塗料を有することを特徴とする請求項３に記載の空中像描画装置。

【請求項5】

前記スペーサの側面に面して設けられたエッジライトを更に備え、
前記蛍光塗料及び蓄光塗料は、前記エッジライトから出射されて前記スペーサの内部を導光されてきた光により励起されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の空中像描画装置。

【請求項6】

前記表示装置とスペーサとの間又は前記光学素子の表層に設けられ不透明なサーモクロミックインクを含んだサーモクロミックインク層を更に備え、
前記サーモクロミックインクは、所定温度以上に加熱されると透明になり、
前記空中描画ペンは、所定温度以上に加熱された放射熱体をペン先に有することを特徴とする請求項２に記載の空中像描画装置。

【請求項7】

前記光学素子の全域に亘って形成され該光学素子の表層から前記スペーサまで貫通した複数の透明導電体と、前記スペーサと表示装置との間に設けられ静電容量方式で作用する透明なタッチパネルと、を更に備え、
前記スペーサは、前記光学素子から表示装置に向かう方向にのみ導電する機能を持つドット導電スペーサにより構成され、
前記表示装置は、ディスプレイにより構成され、前記透明導電体及びスペーサを介して前記タッチパネルが静電容量変化を感知したときに、その感知部分の直下で明光することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空中像描画装置。

【請求項8】

前記光学素子の表層に設けられた透明なタッチパネルを更に備え、
前記表示装置は、ディスプレイにより構成され、前記タッチパネルがタッチ操作を感知したときに、その感知部分の直下で明光することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空中像描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空中に飛び出した像を描画することができる空中像描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ある空間を仕切る平面体の一方の面側に被投影物を配置し、他方の一面側の空間において面対称となる位置に、被投影物の鏡映像を結像させる光学素子が発案されている。この種のものとして、各々が互いに直交する２つの微小な鏡面（反射面）から成る２面コーナーリフレクタを複数、平面的に集合させた構造を有する光学素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１は、複数の２面コーナーリフレクタが一平面上に格子状に整列配置されて成る２面コーナーリフレクタアレイを有する光学素子を開示している。この光学素子では、２面コーナーリフレクタを成す各鏡面が、光学素子の素子面に対して垂直に配置されている。そのため、素子面の一方の面側に配置した被観察物から発せられた光は、光学素子を通過する際に２面コーナーリフレクタで２回反射されて屈曲し、被観察物がない他方の一面側の空間に実像として結像する。これにより、被観察物が、光学素子の素子面に対して対称位置に存在するように、その実像が結像される。また、被投影物として、液晶ディスプレイのような映像表示装置を用い、映像表示装置が発せられた光を、光学素子により空中に結像させることで、空中に任意の画像や映像を表示することができる空間映像表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－１９１４０４号公報

【特許文献2】特開２９１５－１９１０５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述したような空間映像表示装置では、液晶ディスプレイのような映像表示装置に予め設定された画像や映像を空中に表示するに過ぎず、空中に飛び出した像をユーザが直感的にリアルタイムで描画できるものではない。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するものであって、空中に飛び出した像をユーザが直感的にリアルタイムで描画することができる空中像描画装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の空中像描画装置は、一面に表示面を有する表示装置と、前記表示面を覆うような平板状に形成された透明なスペーサと、前記スペーサの前記表示面と相対する面とは反対側の面を覆う透明な光学素子と、を備え、前記表示装置は、前記光学素子上へのタッチ操作に応じて前記表示面に表示する表示パターンを変化させ、前記光学素子は、該光学素子の表層から隔離した空中に前記表示パターンの実像を結像させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の空中像描画装置によれば、表示装置上の表示パターンが光学素子の作用により空中で結像するので、空中像描画装置から空中に飛び出した像を実際に描画することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る空中像描画装置の斜視図。

【図2】（ａ）（ｂ）は、上記空中像描画装置を構成する光学素子の斜視図。

【図3】上記光学素子による光の反射パターンを示す模式図。

【図4】（ａ）は本発明の実施例１に係る空中像描画装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線断面図、（ｃ）は同空中像描画装置を構成するマイクロマグネットの模式図。

【図5】上記実施例１に係る空中像描画装置の作用を示す側断面図。

【図6】上記実施例１の変形例に係る空中像描画装置の作用を示す側断面図。

【図7】上記実施例１及びその変形例に係る空中像描画装置で用いられる電磁石マグネットペンを示す図。

【図8】本発明の実施例２に係る空中像描画装置で用いられるサーモクロミックインクの温度特性を示す図。

【図9】（ａ）（ｂ）は、上記実施例２に係る空中像描画装置の構成及び作用を示す側断面図。

【図10】（ａ）（ｂ）は、上記実施例２の変形例に係る空中像描画装置の構成及び作用を示す側断面図。

【図11】（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例３に係る空中像描画装置の構成及び作用を示す側断面図。

【図12】上記実施例３の変形例に係る空中像描画装置の構成及び作用を示す側断面図。

【図13】（ａ）（ｂ）は、上記空中像描画装置の使用例１を示す斜視図。

【図14】（ａ）は上記空中像描画装置の使用例２を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線断面図。

【図15】従来のタッチパネルで生じる視度差を示す側断面図。

【図16】本発明の実施例４に係る空中像描画装置の構成及び作用を示す側断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態に係る空中像描画装置について、図面を参照して説明する。図１に示すように、空中像描画装置１は、基本構造として表示装置２、スペーサ３及び光学素子４を備える。表示装置２は、矩形平板状に形成され、一面に表示面２１を有する。スペーサ３は、表示面２１を覆うような矩形平板状に形成され、表示装置２からの光を透過させる透明な材料により構成されている。光学素子４は、スペーサ３により表示装置２と所定の距離隔てられ、スペーサ３において表示面２１と相対する面３１とは反対側の面３２を覆うような矩形平板状に形成されている。以下では図例に従って、下方から順に表示装置２、スペーサ３及び光学素子４が積層され、表示装置２は、上方に向かって光を出射するものとして説明する。

【0011】

図２（ａ）に示すように、光学素子４は、スペーサ３と平行に拡がる矩形平板状の基盤４１と、基盤４１からスペーサ３とは反対側に突出した複数の突状部４２と、を有する。基盤４１及び複数の突状部４２は、透明な材料により一体的に形成されている。複数の突状部４２は、それぞれ四角錐台状に形成され、互いに同じ向きで格子状に配置されている。なお、図例では理解を容易にするために突状部４２を大きく描画しているが、実際の突状部４２の大きさはμｍオーダーであって、基盤４１やスペーサ３の厚みに比べるとずっと小さい。

【0012】

図２（ｂ）に示すように、各々の突状部４２は、基盤４１に対して垂直に立設された垂直面４３、４４と、基盤４１に対して傾斜した傾斜面４５、４６と、基盤４１に対して平行に設けられた上面４７と、を有する。垂直面４３、４４は、互いに直交して隣接し、表示装置２からの光を反射する２面コーナーリフレクタ４８を成している（次項参照）。光学素子４の詳細な構造については、本出願人による以前の出願（例えば、国際公開第２０１８／１３９１４１号）を参照されたい。

【0013】

図３に示すように、表示装置２の所定点Ｏから光学素子４に向かって発せられた光（一点鎖線で示す）は、光学素子４において２面コーナーリフレクタ４８を成す垂直面４３、４４（それぞれ模式的に直線で表す）により反射された後、光学素子４が拡がる面を基準として点Ｏと面対称位置にある点Ｐを通る。これにより、表示装置２上に表示された表示パターン（実物Ｔ）の実像Ｉが、光学素子４の表層から隔離した空中に結像して、空中に浮遊した空中ハイライト像となる。このとき、光学素子４の表層から実像Ｉまでの浮遊距離は、光学素子４から表示装置２までの距離、すなわち、スペーサ３（不図示）の厚みと等しくなるので、スペーサ３の厚みを変えることで実像Ｉの浮遊距離を調整することができる。

【0014】

以下、本発明の４つの実施例に係る空中像描画装置について個別に説明する。

【0015】

（実施例１）
図４（ａ）（ｂ）に示すように、空中像描画装置１ａでは、スペーサ３の側面３３に面して複数のエッジライト３４が設けられている。スペーサ３は、例えば、透明なアクリル樹脂により構成される。複数のエッジライト３４は、紫外光を出射する紫外ＬＥＤにより構成され、各々の光軸を側面３３に直交させた状態でスペーサ３の全周に亘って配置されている。エッジライト３４から出射されて側面３３からスペーサ３に入射した紫外光は、スペーサ３の内部で全反射を繰り返しながらスペーサ３の内方に向かって進み、その過程で一部の紫外光がスペーサ３の面３１、３２から外部に出射する。すなわち、スペーサ３は、エッジライト３４からの紫外光を導光する導光板として機能する。

【0016】

また、空中像描画装置１ａは、ペン型に形成された空中描画ペン５を備える（図４（ａ）参照）。空中描画ペン５は、ペン先及びペン尻に互いに極性の異なる磁性体を有し、図例ではペン先及びペン尻にそれぞれＳ極５１及びＮ極５２を有するマグネットペンにより構成されている。Ｓ極５１及びＮ極５２の磁力は、光学素子４及びスペーサ３を通して表示装置２に作用するような強さに調整されている。

【0017】

表示装置２は、スペーサ３の面３１に面した第１のシート２２と、第１のシート２２と平行に設けられた第２のシート２３と、第１のシート２２及び第２のシート２３と直交して第１のシート２２と第２のシート２３とを繋ぐ複数の仕切り板２４と、仕切り板２４、第１のシート２２及び第２のシート２３により囲まれた領域から成る複数のセル（小室）２５と、各々のセル２５に充填された高粘性液体２６と、高粘性液体２６に分散されたマイクロマグネット２７と、を有する（図４（ｂ）参照）。第１のシート２２は、透明な材料により構成され、出射面２１を成している。複数のセル２５は、例えば、ハニカム状に配置されている。高粘性液体２６は、不透明で黒色や灰色のような暗い色の液体、例えば、オイルにより構成されている。

【0018】

マイクロマグネット２７は、少なくとも一方の極に蛍光材、蓄光材又は着色塗料を有し、本実施例では、Ｎ極及びＳ極にそれぞれ黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂを有する（図４（ｃ）参照）。黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂは、エッジライト３４からの紫外光により励起され、それぞれ黄色光及び緑色光を発する。

【0019】

また、空中像描画装置１ａは、表示装置２で表示したものを消去するための消去用スライダ６を備える（図４（ａ）参照）。消去用スライダ６は、表示装置２の一辺Ｓ１に亘って伸びる長尺な消去磁石シート６１と、消去磁石シート６１の一端に取り付けられた持ち手６２と、を有する。持ち手６２は、辺Ｓ１と直交する表示装置２の辺Ｓ２に亘って筐体７に設けられたスリット７１に沿って、スライド移動可能に保持されている。消去磁石シート６１は、第２のシート２３の下側に配置され、持ち手６２をスリット７１に沿って移動させると第２のシート２３の端から端までスライド移動する（図４（ｂ）参照）。消去磁石シート６１のスライド移動に伴い、消去磁石シート６１の磁力によってマイクロマグネット２７がセル２５内において第２のシート２３側に引きつけられる。

【0020】

次に、上記のように構成された空中像描画装置１ａの作用について説明する。まず、持ち手６２をスリット７１の全長に亘ってスライド移動させることで、すべてのセル２５においてマイクロマグネット２７を第２のシート２３側に引きつける。この状態から、図５に示すように、空中描画ペン５のＳ極５１を光学素子４の一部に接触（タッチ操作）させると、その接触部分に対応するセル２５において、Ｓ極５１の磁力によってマイクロマグネット２７がＮ極を上にして第１のシート２２側に引き上げられる。そうすると、Ｎ極に配置された黄色蛍光材２８ａが、エッジライト３４から出射されてスペーサ３の内部を導光されてきた後に第１のシート２２を透過した紫外光により励起され、黄色光を発する。このような黄色光（光路を一点鎖線で示す）は、第１のシート２２及びスペーサ３を透過して光学素子４に入射し、そこで図３に示した様式で反射されることで光学素子４上方の空中に黄色の空中ハイライト像ＨＹを与える。

【0021】

同様にして、空中描画ペン５のＮ極５２を光学素子４に接触させた場合には、マイクロマグネット２７のＳ極に配置された緑色蛍光材２８ｂがエッジライト３４からの紫外光により励起され、緑色蛍光材２８ｂから発せられた緑色光（光路を二点鎖線で示す）が、光学素子４上方の空中に緑色の空中ハイライト像ＨＧを与える。このような空中ハイライト像ＨＹ、ＨＧは、空中描画ペン５を光学素子４の表層から離して空中描画ペン５による磁力が無くなったとしても、セル２５内でマイクロマグネット２７が高粘性液体２６に分散されていて直ぐには沈降しないので所定時間維持される。

【0022】

一方、光学素子４において空中描画ペン５を接触させなかった箇所では、セル２５内でマイクロマグネット２７が第２のシート２３側に引きつけられたままなので、エッジライト３４からの紫外光による黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂの励起は起こらない。そのため、そのようなセル２５は、第１のシート２２側から見たときに、高粘性液体２６の色（黒色や灰色）を呈する。これにより、空中像描画装置１ａを斜め上方から見ると、黒色や灰色をバックグラウンドとして、空中描画ペン５を接触させた箇所で空中ハイライト像ＨＹ、ＨＧが空中像描画装置１ａの上面から浮遊して見える。

【0023】

空中ハイライト像ＨＹ、ＨＧを消去するには、持ち手６２をスリット７１の全長に亘ってスライド移動させる。これにより、消去磁石シート６１の磁力によってすべてのセル２５においてマイクロマグネット２７が第２のシート２３側に引きつけられ、エッジライト３４からの紫外光による黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂの励起が起こらなくなる。また、空中ハイライト像ＨＹを与えている箇所、すなわち、黄色蛍光材２８ａ（Ｎ極）が第１のシート２２に接するようにしてマイクロマグネット２７が引き上げられているセル２５に対して空中描画ペン５のＮ極５２を作用させ、磁力の反発を利用することでマイクロマグネット２７を第２のシート２３側に移動させて空中ハイライト像ＨＹを消去してもよい。同様に、空中ハイライト像ＨＧを与えている箇所に空中描画ペン５のＳ極５１を作用させて、空中ハイライト像ＨＧを消去してもよい。

【0024】

なお、本実施例ではエッジライト３４として紫外ＬＥＤを用い、これと黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂを組み合わせたが、組み合わせはこれに限定されず、例えば、紫外ＬＥＤと蓄光材を組み合わせてもよいし、可視光を出射する可視光ＬＥＤと同可視光により励起される蛍光材又は蓄光材を組み合わせてもよく、赤外光を出射する赤外光ＬＥＤと同赤外光により励起される蛍光材又は蓄光材を組み合わせてもよい。

【0025】

（実施例１の変形例）
次に、上記実施例の変形例に係る空中像描画装置について、図６を参照して説明する。空中像描画装置１ｂは、上述した空中像描画装置１ａからエッジライト３４を取り除いたものである。黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂは、エッジライト３４からの光ではなく、外部から光学素子４及びスペーサ３を通して表示装置２に入射してきた環境光により励起される。このような空中像描画装置１ｂによれば、エッジライト３４を駆動するための電源が不要となるので、電源の取れない場所にも設置することが可能となって設置自由度を高めることができる。

【0026】

なお、黄色蛍光材２８ａ及び緑色蛍光材２８ｂの代わりに、例えば、黄色蓄光材及び緑色蓄光材、或いは、黄色塗料や緑色塗料等の着色塗料を用いることもできる。また、マイクロマグネット２７は、必ずしも両極（Ｎ極及びＳ極）に互いに異なる蛍光材、蓄光材又は着色塗料を有する必要はなく、両極に同じ蛍光材、蓄光材又は着色塗料を有してもよいし、一方の極だけに蛍光材、蓄光材又は着色塗料を有してもよい。

【0027】

上記実施例1及びその変形例で用いられた空中描画ペン５（マグネットペン）は、電磁石を利用した電磁石マグネットペンにより代替可能である。図７に示すように、このような電磁石マグネットペンは、電磁石ＥＭへの通電をオンオフ制御するスイッチＳＷを有し、スイッチＳＷをオンにするとペン先がＮ極又はＳ極（図例ではＮ極）に磁化するように構成されている。

【0028】

（実施例２）
次に、実施例２に係る空中像描画装置について、図８及び図９を参照して説明する。本実施例では、温度に依存して色が可逆的に変化するサーモクロミックインクを利用している。図８に示すように、本実施例のサーモクロミックインクは、温度がＴ１よりも低い場合には不透明（黒色）で、温度がＴ１より高くなると徐々に透明度を増し、温度がＴ２に達すると透明（無色）になる。そして、温度がＴ２からΔＨ（ヒステリシス巾）低くなってＴ３になると不透明化が始まり、温度がＴ４に達すると元の不透明な状態に戻る。ΔＨは、例えば、２０℃に設定される。温度Ｔ１は、表示装置２の発光時における最高表面温度ＴＨよりも高く設定され、温度Ｔ３、Ｔ４は、それぞれ３５℃程度及び２５℃程度に設定される。

【0029】

図９（ａ）に示すように、空中像描画装置１ｃは、図１に示した空中像描画装置１を基に、上述したサーモクロミックインクを含むサーモクロミックインク層８を表示装置２とスペーサ３との間に設けたものである。表示装置２は、発光シート又はディスプレイにより構成される。また、空中描画ペン５は、熱を放射する放射熱体５３をペン先に有する熱放射式ペンにより構成されている。放射熱体５３は、例えば、遠赤外線を放射するＬＥＤ又はレーザや電気ヒータにより構成され、上述した温度Ｔ２よりも高温に加熱される。

【0030】

このような空中像描画装置１ｃにおいて空中描画ペン５の放射熱体５３が光学素子４に接触していない場合には、サーモクロミックインクの透明化が始まる温度Ｔ１が表示装置２の最高表面温度ＴＨよりも高く設定されているので、たとえ表示装置２を発光させたとしてもサーモクロミックインク層８は黒色のままで、表示装置２から出射された光はサーモクロミックインク層８により遮られて外部に出射しない。

【0031】

この状態から、図９（ｂ）に示すように、空中描画ペン５の放射熱体５３を光学素子４の一部に接触させると、その接触部分直下において放射熱体５３からの熱によってサーモクロミックインク層８のサーモクロミックインクが透明になって透明領域８１が生じる。そうすると、この透明領域８１を通って表示装置２からの光がスペーサ３及び光学素子４に入射し、光学素子４上方の空中に空中ハイライト像Ｈを与えるようになる。

【0032】

ここで、サーモクロミックインクのΔＨが２０℃と大きく設定され、且つサーモクロミックインクの不透明化が始まる温度Ｔ３が３５℃程度に設定されているので、このような空中ハイライト像Ｈは、出現して直ぐに消滅することはなく、少なくとも空中像描画装置１ｃを通常室温で使用している限りは出現し続ける。サーモクロミックインク層８を完全に黒色に戻すには、空中像描画装置１ｃを空冷ファンや熱冷却シートによって放熱・吸収させる、又は冷蔵庫等に入れて温度Ｔ４よりも低い温度まで冷却すればよい。

【0033】

（実施例２の変形例）
次に、実施例２の変形例に係る空中像描画装置について、図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１０（ａ）に示す空中像描画装置１ｄのように、サーモクロミックインク層８は、光学素子４の表層に設けられてもよい。このような構成において空中描画ペン５の放射熱体５３がサーモクロミックインク層８に接触していない場合には、表示装置２から出射された光は、スペーサ３及び光学素子４を透過するものの黒色のサーモクロミックインク層８により遮られて外部に出射しない。そして、この状態から、図１０（ｂ）に示すように、空中描画ペン５の放射熱体５３をサーモクロミックインク層８の一部に接触させると、その接触部分において放射熱体５３からの熱によってサーモクロミックインク層８に透明領域８１が生じ、この透明領域８１を通って表示装置２からの光が外部に出射して、光学素子４上方の空中に空中ハイライト像Ｈを与える。

【0034】

（実施例３）
次に、実施例３に係る空中像描画装置について、図１１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）に示すように、空中像描画装置１ｅは、図１に示した空中像描画装置１を基に、静電容量方式で作用する透明なタッチパネル９を表示装置２とスペーサ３との間に設けたものである。光学素子４は、上下方向に光学素子４を貫通して設けられた複数の透明導電体４９を有する。複数の透明導電体４９は、互いに所定の間隔を置いて光学素子４の全域に亘って配置されている。スペーサ３は、上下方向にのみ導電する機能を持つドット導電スペーサにより構成されている。表示装置２は、ディスプレイにより構成されている。空中描画ペン５は、ペン先に導電体５４を有する導電ペンにより構成されている。導電体５４が光学素子４に接触することで引き起こされる静電容量変化は、透明導電体４９及びスペーサ（ドット導電スペーサ）３を介してタッチパネル９で感知される。

【0035】

このような空中像描画装置１ｅにおいて、空中描画ペン５の導電体５４が光学素子４に接触しておらず、タッチパネル９が静電容量変化を感知していない場合には、表示装置２は、黒色や灰色のような暗い色を表示するように構成されている。このとき、表示装置２からは少ない光しか出射していないので、表示装置２からの光に起因する空中ハイライト像ＨＷは、非常に薄くて殆ど目視することができない。このような状態から、図１１（ｂ）に示すように、空中描画ペン５の導電体５４を光学素子４の一部に接触させると、その接触部分での静電容量変化がタッチパネル９で感知される。そして、この感知部分の直下にある表示装置２は、例えば、黄色のような明るい色で明光して明光領域２０を与えるように構成されている。このような明光領域２０から生じた空中ハイライト像Ｈは、薄い空中ハイライト像ＨＷの中で際立って見える。なお、光学素子４上へのタッチ操作は、ユーザの指により行ってもよい。

【0036】

このような空中像描画装置１ｅは、上記表示装置２及びタッチパネル９を備えた既存のタブレット端末の上に、光学素子４及びスペーサ３を配置することで構築することができる。そのため、既存のタブレット端末に容易且つ低コストな改良を施すことで、空中ハイライト像の表示を可能とすることができる。

【0037】

（実施例３の変形例）
次に、実施例３の変形例に係る空中像描画装置について、図１２を参照して説明する。空中像描画装置１ｆは、図１に示した空中像描画装置１を基に、透明なタッチパネル９を光学素子４の表層に設けたものである。タッチパネル９は、静電容量方式のものに限定されず、例えば、超音波方式、光学方式、抵抗膜方式又は電磁誘導方式のものを採用することができる。超音波方式、光学方式又は抵抗膜方式のタッチパネル９を採用した場合には、空中描画ペン５はタッチペンにより構成され、電磁誘導方式のタッチパネル９を採用した場合には、空中描画ペン５はデジタルペン（電子ペン）により構成される。表示装置２は、空中像描画装置１ｅと同様にディスプレイにより構成されている。

【0038】

このような空中像描画装置１ｆでも、空中描画ペン５を作用させた箇所で表示装置２に明光領域２０を生じさせるようにすれば、この明光領域２０に起因する空中ハイライト像Ｈを与えることができる。空中像描画装置１ｆによれば、その設置場所や設置コスト等に応じて多様な方式のタッチパネル９を採用することができるので汎用性が高い。

【0039】

次に、本発明に係る空中像描画装置の具体的な使用例について図１３及び図１４を参照して説明する。

【0040】

（使用例１）
まず、使用例１について図１３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１３（ａ）に示すように、例えば、上述した空中像描画装置１ａにおいて光学素子４の表層に透明又は半透明のシートＳＨを置き、このシートＳＨに鉛筆やボールペンといった通常の筆記具を用いて描画する。この上に、図１３（ｂ）に示すように、ペン先及びペン尻にそれぞれＳ極５１及びＮ極５２を有する空中描画ペン（マグネットペン）５を用いて湯気を表す模様や「ポカポカ」という文字を書き込む。そうすると、これらの模様や文字は、空中像描画装置１ａを斜め上方から見たときに、空中ハイライト像ＨとなってシートＳＨから浮遊して見える。なお、空中描画ペン５による描画の際には、スペーサ３（不図示）と同程度の厚みを持つ透明な下敷き（不図示）をシートＳＨの上に敷くことで、空中ハイライト像Ｈを実際に出現する位置で描画することが可能となる。

【0041】

（使用例２）
次に、使用例２について図１４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本使用例では、例えば、空中像描画装置１ｃで空中ハイライト像Ｈとして金魚を表示した後、空中像描画装置１ｃの上に水Ｗを入れた透明な水槽ＡＱを置く。そうすると、空中像描画装置１ｃを斜め上方から見たときに、あたかも金魚が水Ｗの中で浮いて泳いでいるかのように見せることができる。なお、水Ｗは、透明なシリコン樹脂やガラスで代替してもよい。

【0042】

上記で説明した空中像描画装置１ａ－１ｆによれば、表示装置２に表示された表示パターンが、光学素子４の作用により空中像描画装置１ａ－１ｆ上方の空中で結像する。これにより、空中像描画装置１ａ－１ｆから空中に飛び出した像を実際に表示することができる。このような空中に飛び出した像は、臨場感や存在感に富んでおり、見た者に大きなインパクトを与えて強い印象を残すことができる。

【0043】

（実施例４）
また、本発明に係る空中像描画装置は、従来のタッチパネルが抱える視差ずれの問題も解消することができる。図１５に示すように、従来のタッチパネル９は、一般的にスペーサ（ガラス）３を介して表示装置２の上に重畳されている。このような構造で、ユーザＵが表示装置２に表示された仮想ボタンＢを斜め上方から見ると、この仮想ボタンＢの一端Ｂ１から出射された光Ｌ１（光路を一点鎖線で示す）は、タッチパネル９の点９１を通ってユーザＵに視認され、仮想ボタンＢの他端Ｂ２から出射された光Ｌ２（光路を二点鎖線で示す）は、タッチパネル９の点９２を通ってユーザＵに視認される。

【0044】

これにより、ユーザＵにはタッチパネル９の点９１、９２の間に仮想ボタンＢ’があるように見え、表示装置２に表示された仮想ボタンＢの位置との間に視差ずれＤが発生する。そのため、ユーザＵが、仮想ボタンＢを押圧しようとして仮想ボタンＢ’の点９１付近を押圧したとすると、点９１の直下には仮想ボタンＢが存在しないので、仮想ボタンＢを押圧することができないという問題が生じる。なお、従来のタッチパネル９にタッチペンを用いて文字や絵を描画し、それを表示装置２に表示させる場合にも、タッチペンのペン先の位置と、描画された文字や絵のピクセルの位置とのずれによって、ユーザＵが違和感を覚えたり、思い通りの描画をできないことがある。

【0045】

そこで、図１６に示すように、本発明に係る空中像描画装置１ｇでは、タッチパネル９とスペーサ３との間に上述したような光学素子４が設けられ、且つスペーサ３の厚みが、タッチパネル９の厚みと同程度となるように調整されている。このようにすることで、表示装置２の仮想ボタンＢは、視差ずれ無くタッチパネル９上に仮想ボタンＢ’として出現するので、ユーザは確実に仮想ボタンＢを押圧することができる。また、ユーザＵがタッチペンを用いて文字や絵を描画する場合にも、タッチペンのペン先の位置と、描画された文字や絵のピクセルの位置とが一致するので、ユーザＵは違和感なく、思い通りに描画することができる。

【0046】

なお、本発明に係る空中像描画装置は、上記実施形態、実施例及びその変形例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、空中像描画装置の形状は、矩形状に限定されず、円形状や楕円状であってもよい。また、本発明における「タッチ操作」が、上記実施例及びその変形例の説明で記述したような、空中描画ペン５やユーザＵの指を用いて成されるタップ入力や手書き入力を意味することは自明である。

【符号の説明】

【0047】

１、１ａ－１ｇ 空中像描画装置
２ 表示装置
２１ 表示面
２２ 第１のシート
２３ 第２のシート
２７ マイクロマグネット
２８ａ （黄色）蛍光材
２８ｂ （緑色）蛍光材
３ スペーサ
３１ スペーサの表示装置と相対する面
３２ スペーサの表示装置と相対する面とは反対側の面
３３ スペーサの側面
３４ エッジライト
４ 光学素子
４９ 透明導電体
５ 空中描画ペン
５３ 放射熱体
８ サーモクロミックインク層
９ タッチパネル

【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】