特開 2023-19687 空間浮遊映像表示装置

(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】P2023019687

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】空間浮遊映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021124616

(22)【出願日】2021-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005810

【氏名又は名称】マクセル株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391019681

【氏名又は名称】株式会社コムテック

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 宏明

(72)【発明者】

【氏名】平田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】藤田 浩司

(72)【発明者】

【氏名】尾澤 康行

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 崇人

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 睦己

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199BA32

2H199BB10

2H199BB12

2H199BB15

2H199BB20

2H199BB52

(57)【要約】

【課題】車両内での使用に好適で、視認性の高い空間浮遊映像を表示できる技術を提供する。本発明によれば、持続可能な開発目標の「3すべての人に健康と福祉を」、「9産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献する。
【解決手段】空間浮遊映像表示装置は、車両内の天井またはバックミラーの近傍の位置に取り付け可能である、映像表示装置１が収納された筐体１０６を備える。筐体１０６の外側には、所定の角度で配置された、偏光分離部材１０１と、λ／４板２１が設けられた再帰反射部材２とを備える。映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、偏光分離部材１０１で反射され、再帰反射部材２で再帰反射され、λ／４板２１の通過によって偏光変換され、偏光変換後の映像光は、偏光分離部材１０１を透過し、所定の位置に、空間浮遊映像３を表示する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間浮遊映像を表示する空間浮遊映像表示装置であって、
映像制御部が収納された第１筐体と、
前記第１筐体と有線または無線で接続され、車両内の天井またはバックミラーの近傍の位置に取り付け可能である、映像表示装置が収納された第２筐体と、
前記第２筐体の外側で、前記映像表示装置に対し所定の角度で斜めに配置された偏光分離部材と、
前記第２筐体の外側で、前記偏光分離部材に対し所定の角度で斜めに配置され、再帰反射面にλ／４板が設けられた再帰反射部材と、
を備え、
前記映像表示装置は、光源装置と、映像源としての液晶表示パネルとを有し、
前記液晶表示パネルから出射する特定偏波の映像光は、前記偏光分離部材で反射され、前記再帰反射部材に入射して再帰反射され、前記λ／４板の通過によって偏光変換されることで他方の偏波の映像光となり、前記他方の偏波の映像光は、前記偏光分離部材を透過し、透過した映像光に基づいて、所定の位置に、実像である空間浮遊映像を表示する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項2】

請求項１記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記再帰反射部材は、前記偏光分離部材からの映像光の入射角度が、０度から１０度までの範囲内から選択された角度となるように配置されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項3】

請求項２記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記再帰反射部材は、前記偏光分離部材からの映像光の入射角度が０度となるように配置されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項4】

請求項２記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記再帰反射部材は、前記偏光分離部材からの映像光の入射角度が１０度となるように、前記映像表示装置に対し垂直に配置されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項5】

請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記第２筐体から下側に、前記偏光分離部材および前記再帰反射部材が吊り下げられている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項6】

請求項１記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記偏光分離部材および前記再帰反射部材は、前記第２筐体に対し、支柱によって支持されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項7】

請求項６記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記支柱の表面は、外光反射防止のための遮光性を有する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項8】

請求項６に記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記支柱は、透明部材を用いて構成されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項9】

請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記偏光分離部材は、反射型偏光板、あるいは特定偏波を反射させる金属多層膜から形成されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項10】

請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記映像表示装置は、前記液晶表示パネルの映像光出射側に設けられた吸収型偏光板を有する、または、前記液晶表示パネルの映像表示面に反射防止膜が設けられている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項11】

請求項１記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記再帰反射部材の再帰反射面の面粗さは、前記空間浮遊映像のボケ量と前記映像表示装置の画素サイズとの比率が４０％以下となるように設定されており、
前記光源装置は、
点状または面状の光源と、
前記光源からの光の発散角を低減する光学素子部と、
前記光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換部と、
前記光源からの光を前記液晶表示パネルに伝搬する反射面を有する導光体と、
を備え、
前記反射面の形状と面粗さによって前記液晶表示パネルからの映像光の映像光束を制御する、
空間浮遊映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空間浮遊映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空間浮遊映像表示装置の一例として、特許文献１は「情報処理装置のＣＰＵは、空気中に形成される像へのユーザの接近方向を検知する接近方向検知部と、入力が検知された座標を検知する入力座標検知部と、操作の受け付けを処理する操作受付部と、受け付けた操作に応じて操作画面を更新する操作画面更新部とを備える。ＣＰＵは、ユーザが予め定めた方向から像に接近する場合、ユーザの動きを操作として受け付け、操作に応じた処理を実行する。」とする記載を開示している（要約抜粋）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２８７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した特許文献１の空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像の操作性を向上させることはできても、空間浮遊映像の見た目の解像度やコントラストの向上については考慮されておらず、更なる映像品質の向上が求められているという実情がある。

【0005】

空間浮遊映像表示装置の用途は幅広く、サイネージ（広告用看板）として用いれば、従来の平面ディスプレイには無い「空間に映像が浮かんで表示される」という珍しさから、多くの人の関心を引き寄せるという効果がある。また、特許文献１にも記載されたように、空間浮遊映像を何等かの操作を行うためのヒューマン・インタフェースとして用いれば、その無接触という特徴から、押しボタン等の接触部分を媒介としたウイルス感染を防止する効果を得ることができる。

【0006】

一方、空間浮遊映像装置を自動車等の車両内に手軽に設置することができれば、空間浮遊映像として表示される人の映像（以下、コンシェルジュ）が、例えば、道案内やＰＯＩ（Point Of Interest）情報を運転者（ドライバ）に伝えることができる。また逆に、運転者が、上記コンシェルジュに対して、エアコンの温度設定や音楽の選曲などを音声等による手段で指示し、それに対して、上記コンシェルジュが音声で応答することができれば、通常のボタン操作による指示よりも、見た目にも楽しく、より安全で快適な運転支援が可能となる。上記コンシェルジュによる音声の発声や、運転者の音声認識や応答は、すでに車両に備えられた公知の技術を用いて、実現することができる。

【0007】

本発明の目的は、特に、車両内での使用に好適で、視認性の高い空間浮遊映像を表示することができる空間浮遊映像表示装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、以下の通りである。空間浮遊映像を表示する空間浮遊映像表示装置であって、映像制御部が収納された第１筐体と、前記第１筐体と有線または無線で接続され、車両内の天井またはバックミラーの近傍の位置に取り付け可能である、映像表示装置が収納された第２筐体と、前記第２筐体の外側で、前記映像表示装置に対し所定の角度で斜めに配置された偏光分離部材と、前記第２筐体の外側で、前記偏光分離部材に対し所定の角度で斜めに配置され、再帰反射面にλ／４板が設けられた再帰反射部材と、を備え、前記映像表示装置は、光源装置と、映像源としての液晶表示パネルとを有し、前記液晶表示パネルから出射する特定偏波の映像光は、前記偏光分離部材で反射され、前記再帰反射部材に入射して再帰反射され、前記λ／４板の通過によって偏光変換されることで他方の偏波の映像光となり、前記他方の偏波の映像光は、前記偏光分離部材を透過し、透過した映像光に基づいて、所定の位置に、実像である空間浮遊映像を表示する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、特に車両内で使用するのに好適で、車両内に設置しやすく、視認性の高い空間浮遊映像を表示することができる空間浮遊映像表示装置を実現できる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例を示す図である。

【図2】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の一例としてＶ型の構成を示す図である。

【図3】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の一例としてＺ型の構成を示す図である。

【図4】再帰反射板の詳細な構造を示す図である。

【図5】再帰反射部材の表面粗さと再帰反射像（空間浮遊映像）のボケ量の関係を表す特性図である。

【図6】映像表示装置の構成例を示す図である。

【図7】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の外観を示す配置図である。

【図8A】本発明の一実施例（第１実施例）に係る空間浮遊映像表示装置の構造を示す図である。

【図8B】本発明の一実施例（第２実施例）に係る空間浮遊映像表示装置の構造を示す図である。

【図9】本発明の一実施例に係る車載用空間浮遊映像表示装置の車両内部への設置例（第１設置例）を示す図である。

【図10】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の車両内部への他の設置例（第２設置例）を示す図である。

【図11】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置における、支柱に関する構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。図面において、各構成要素の表現は、発明の理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、および範囲等を表していない場合がある。説明上、プログラムによる処理について説明する場合に、プログラムや機能や処理部等を主体として説明する場合があるが、それらについてのハードウェアとしての主体は、プロセッサ、あるいはそのプロセッサ等で構成されるコントローラ、装置、計算機、システム等である。計算機は、プロセッサによって、適宜にメモリや通信インタフェース等の資源を用いながら、メモリ上に読み出されたプログラムに従った処理を実行する。これにより、所定の機能や処理部等が実現される。プロセッサは、例えばＣＰＵやＧＰＵ等の半導体デバイス等で構成される。プロセッサは、所定の演算が可能な装置や回路で構成される。処理は、ソフトウェアプログラム処理に限らず、専用回路でも実装可能である。専用回路は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＣＰＬＤ等が適用可能である。プログラムは、対象計算機に予めデータとしてインストールされていてもよいし、プログラムソースから対象計算機にデータとして配布されてインストールされてもよい。プログラムソースは、通信網上のプログラム配布サーバでもよいし、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（メモリカード等）等でもよい。プログラムは、複数のモジュールから構成されてもよい。コンピュータシステムは、複数台の装置によって構成されてもよい。コンピュータシステムは、クライアントサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等で構成されてもよい。各種のデータや情報は、例えばテーブルやリスト等の構造で構成されるが、これに限定されない。識別情報、識別子、ＩＤ、名、番号等の表現は互いに置換可能である。

【0012】

＜実施の形態＞
実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、映像源である映像表示装置を含み、映像表示装置は、空間浮遊映像を形成する特定偏波の映像光（例えばＳ偏光）を発する映像表示素子である液晶表示パネルと、液晶表示パネルにバックライト（言い換えると光源光）を発生する光源装置と、偏光分離部材（言い換えるとビームスプリッタ）と、再帰反射面上に位相差板（言い換えるとλ／４板）が設けられた再帰反射部材とを備える。Ｓ偏光（直交偏光）は、入射面に対して垂直方向に偏光していること（ここで、Ｓはドイツ語のＳｅｎｋｒｅｃｈｔの略）を指す。

【0013】

映像表示装置における光源装置からのバックライトに基づいて液晶表示パネルから発せられた特定偏波（例えばＳ偏光）の映像光は、まずビームスプリッタ（言い換えると偏光分離部材）に向かう。ビームスプリッタは、液晶表示パネルからの特定偏波の映像光を反射する。ビームスプリッタにより反射された映像光は、再帰反射部材に向かう。再帰反射部材には、再帰反射面である表面に位相差板（λ／４板）が設置されている。液晶表示パネルからの特定偏波の映像光に基づいてビームスプリッタで反射された映像光は、再帰反射部材の表面で再帰反射される。この特定偏波の映像光は、再帰反射部材への入光時と再帰反射部材からの反射時との計２回、位相差板（λ／４板）を通過することで、偏光変換される。即ち、その特定偏波の映像光は、他方の偏波（例えばＰ偏光）に変換される。Ｐ偏光（平行偏光）は、入射面に対して水平方向に偏光していることを指す（ここで、ＰはＰａｒａｌｌｅｌの略）。

【0014】

再帰反射部材で反射された、偏光変換後の他方の偏波の映像光は、ビームスプリッタへ向かう。ビームスプリッタは、他方の偏波の映像光を透過させる。ビームスプリッタを透過した他方の偏波の映像光は、ビームスプリッタを挟んで再帰反射部材とは反対側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像を形成・表示する。

【0015】

実施の形態での映像表示装置は、空間浮遊映像のコントラスト性能を改善するために、光源装置からの光源光を特定方向の偏光に揃える偏光変換部を設けてもよい。例えば、光源装置は、点状または面状の光源と、光源からの光の発散角を低減する光学素子部と、光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換部と、光源からの光を液晶表示パネルに伝搬する反射面を有する導光体とを備え、反射面の形状と面粗さによって液晶表示パネルからの映像光の映像光束を制御する。

【0016】

実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、限定しないが、特に車両内での使用を考慮し、車両内の天井またはバックミラーの近傍に設置可能な、空間浮遊映像表示部と、その空間浮遊映像表示部とは分けて設けられた映像制御部とを有する。映像制御部は、第１筐体に実装・収納される。第１筐体の映像制御部は、第２筐体の映像表示装置に対し供給すべき映像信号や制御信号を生成する映像信号処理回路、映像素材を蓄積したメモリ、車両のバッテリーから供給された電圧を所定の電圧に変換するための電源回路等を含む。第１筐体と第２筐体とは、有線または無線で接続される。第１筐体は、車両のダッシュボード上に設置されてもよいし、運転者や同乗者からは見えない場所（例えばグローブボックス内）に設置されてもよい。

【0017】

空間浮遊映像表示部は、薄型である第２筐体に実装・収納された映像表示装置と、第２筐体の外側に配置された光学系として、偏光分離部材（ビームスプリッタ）、および、λ／４板が設けられた再帰反射部材を有する。第２筐体内には、視認性の高い空間浮遊映像を生成するための映像表示装置が内蔵されている。映像表示装置からは映像光を第２筐体の開口部を通じて下方のビームスプリッタへ向けて出射する。第２筐体の外に配置された光学系は、筐体で覆わずに、第２筐体の下側に支柱を介して吊り下げられるようにして配置されている。

【0018】

第２筐体の下側には、ビームスプリッタが所定の角度で斜めに傾いて配置されている。ビームスプリッタの後側には、再帰反射部材が配置されている。ビームスプリッタで反射された映像光は、再帰反射部材に向けて、やや斜め上方向に進む。再帰反射部材は、ビームスプリッタからの映像光の入射角度が０度から１０度程度の範囲内の所定の角度となるように配置されている。再帰反射部材で反射された映像光は、ビームスプリッタに向けて戻るようにやや斜め下方向に進む。その映像光は、そのままビームスプリッタを透過してやや斜め下方向に進んで、所定の距離の位置に、空間浮遊映像を形成する。

【0019】

［空間浮遊映像表示装置］
以下の実施例は、例えば、大面積な映像発光源からの映像光による映像を、ショーウィンドのガラス等の空間を仕切る透明部材を介して透過して、店舗の空間の内部または外部に空間浮遊映像として表示可能な空間浮遊映像表示装置に関する。また、以下の別の実施例は、上記実施例とは別に、小面積（例えば、２～５インチ程度）の映像発光源からの映像光による映像を、後述するビームスプリッタおよび再帰反射板等で構成された光学系を用いた、車両内での空間浮遊映像の表示に供せられる空間浮遊映像表示装置に関する。

【0020】

なお、以下の実施例の説明では、空間に浮遊する映像を「空間浮遊映像」という用語で表現している。この用語の代わりに、「空中像」、「空中浮遊映像」、「表示映像の空間浮遊光学像」、「表示映像の空中浮遊光学像」等と表現しても構わない。実施例の説明で用いる「空間浮遊映像」との用語は、これらの用語の代表例として用いている。

【0021】

以下の実施例によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。また、実施例の空間浮遊映像表示装置は、車両内部のような限られた空間においても設置可能であり、車両外部からの太陽光等の強い光が差し込む状態にあっても、従来の液晶表示パネル等のように外光反射によって視認性が著しく低下するようなことが無い空間浮遊映像を、運転者等の人に対して提示可能となる。

【0022】

従来技術例の空間浮遊映像表示装置では、高解像度なカラー表示映像源としての有機ＥＬパネルや液晶表示パネルを、再帰反射部材と組み合わせて用いている。従来技術例の空間浮遊映像表示装置では、映像光が広角で拡散するため、以下のような課題があった。

【0023】

図４に示すように、再帰反射部材２（再帰反射板、あるいは再帰反射シートと記載する場合もある）において、再帰反射素子である再帰反射部２ａが６面体である。そのために、再帰反射部材２で正規に反射する反射光によって形成される正規像の他に、再帰反射部材２に斜めから入射する映像光よってゴースト像が発生し、空間浮遊映像の画質を損ねるという課題があった。

【0024】

また、図５に示すように、映像源である映像表示装置からの映像光を再帰反射部材２で反射させて得られた空間浮遊映像は、上述したゴースト像の他に、液晶表示パネルの画素ごとにボケが生じるという課題もあった。

【0025】

図１は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例と構成例を示す。図１の（Ａ）は、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置の全体構成を示す。例えば、店舗等においては、ガラス等の透光性の部材（透明部材）であるショーウィンド（ウィンドガラス１０５）により空間が仕切られている。本実施例の空間浮遊情報表示装置によれば、かかる透明部材を透過して、空間浮遊映像を店舗の空間の外部に対して一方向に表示することが可能である。

【0026】

具体的には、映像表示装置１から狭角な指向特性でかつ特定偏波の光が、映像光束として出射し、再帰反射部材２に一旦入射し、再帰反射してウィンドガラス１０５を透過して、店舗の空間の外側に、実像である空中像として空間浮遊映像３を形成する。図１では、ウィンドガラス１０５の内側（例えば店舗内）を奥行方向にしてウィンドガラス１０５の外側（例えば歩道）が手前になるように示している。他方、ウィンドガラス１０５に特定偏波を反射する手段を設けることで、その手段によって映像光束を反射させ、店舗内の所望の位置に空中像を形成することもできる。

【0027】

図１の（Ｂ）は、上述した映像表示装置１の構成例を示すブロック図である。映像表示装置１は、空中像の原画像を表示する映像表示部１ａと、入力された映像をパネルの解像度に合わせて変換する映像制御部１ｂと、映像信号を受信する映像信号受信部１ｃと、受信アンテナ１ｄとを含んでいる。映像信号受信部１ｃは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus：登録商標）入力やＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface：登録商標）入力等の有線での入力信号への対応と、Ｗｉ－Ｆｉ（Wireless Fidelity：登録商標）等の無線入力信号への対応とを行い、映像受信・表示装置として単独で機能するものでもあり、タブレットやスマートフォン等からの映像情報を表示することもできる。更に、ステックＰＣ等を接続すれば、計算処理や映像解析処理等の能力を持たせることもできる。

【0028】

［空間浮遊映像表示装置 Ｖ型］
図２は、一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部の構成例を示す。図２の実施例は、映像表示装置１と、再帰反射部材（言い換えると再帰反射板）２とが、略Ｖ字型に配置されている構成（以下、Ｖ型と記載）を示す。図２に示すように、Ｖ型の構成では、ガラス等の透明部材１００（本例では水平方向に配置されている）に対する斜め方向（光軸Ａ１に対応する方向）には、特定偏波の映像光を発生する映像表示装置１を備える。また、透明部材１００に対する他の斜め方向（光軸Ａ２に対応する方向）には、再帰反射部材２を備える。映像表示装置１は、光源装置１３、液晶表示素子である液晶表示パネル１１、吸収型偏光板１２等で構成されている。透明部材１００には、設けられた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有するビームスプリッタ１０１（偏光分離部材）が設けられている。本例では、ビームスプリッタ１０１は、シート状に形成されて、透明部材１００の下面に粘着されている。

【0029】

図２で、映像表示装置１の液晶表示パネル１１から発する特定偏波の映像光は、光軸Ａ１上を進んで、透明部材１００に設けられたビームスプリッタ１０１（偏光分離部材）で反射され、光軸Ａ２上を進んで、再帰反射部材２に入射する。再帰反射部材２の映像光入射面（言い換えると再帰反射面）には、λ／４板２１が設けられている。λ／４板２１は、言い換えると、偏光変換素子、位相差板、四分の一波長板である。

【0030】

ビームスプリッタ１０１からの光軸Ａ２上の特定偏波の映像光は、再帰反射部材２への入射の際と出射の際との計２回、λ／４板２１を通過させられることで、特定偏波（一方の偏波）から他方の偏波へ偏光変換される。ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射するビームスプリッタ１０１は、偏光変換後の他方の偏波の映像光については透過する性質を有する。よって、偏光変換後の他方の偏波の映像光は、光軸Ａ２上を進んで、ビームスプリッタ１０１を透過する。ビームスプリッタ１０１を透過した映像光は、光軸Ａ２に対応する光軸Ａ３の方向で、透明部材１００の外側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像３を形成・表示する。

【0031】

なお、空間浮遊映像３を形成する光は、再帰反射部材２から空間浮遊映像３の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空間浮遊映像３の光学像を通過後も直進する。よって、図２の構成では、光軸Ａ３に対応した、矢印で示す方向Ａから、ユーザが視認する場合には、空間浮遊映像３は明るい映像として視認される。しかし、例えば矢印で示す方向Ｂから他の人が視認する場合には、空間浮遊映像３は映像として一切視認できない。このような特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステム等に採用する場合に、非常に好適である。

【0032】

なお、再帰反射部材２の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになることがある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述したビームスプリッタ１０１で反射されて映像表示装置１の方に戻る。この戻った光が、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で再反射することで、ゴースト像を発生させ、空間浮遊映像３の画質を低下させる可能性がある。そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面には吸収型偏光板１２が設けられている。映像表示装置１から出射する映像光については吸収型偏光板１２を透過させ、ビームスプリッタ１０１から戻ってくる反射光については吸収型偏光板１２で吸収させる。これにより、上記再反射を抑制でき、空間浮遊映像３のゴースト像による画質低下を防止することができる。

【0033】

上述したビームスプリッタ（偏光分離部材）１０１は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。

【0034】

［空間浮遊映像表示装置 Ｚ型］
図３は、図２の実施例とは異なる、一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部の構成例を示す。図３の実施例は、映像表示装置１と再帰反射部材２（再帰反射板）とが対向して配置され、それらを結ぶ空間に、ビームスプリッタ１０１が、映像表示装置１と再帰反射部材２に対し互いに４５度程度の角度を為して、概略的にＺ字型（または、逆Ｚ字型）に配置されている構成（以下、Ｚ型と記載）を示している。このＺ型の構成では、ガラス板等の透明部材１００および吸収型偏光板１１２に対しては、映像表示装置１および再帰反射部材２が、９０度程度の角度を為して配置されており、ビームスプリッタ１０１が、４５度程度の角度を為して配置されている。本例では、ビームスプリッタ１０１は水平方向に配置されている。

【0035】

［再帰反射部材］
図４の（Ａ）には、代表的な再帰反射部材２として、今回の検討に用いた日本カ－バイト工業株式会社製の再帰反射部材２（再帰反射板）の表面形状を示す。図４の（Ａ）は上面図、図４の（Ｂ）は側面図を示す。再帰反射部材２の表面において、規則的に配列された６角柱から成る再帰反射部２ａを有する。再帰反射部２ａの内部に入射した光線は、６角柱の壁面と底面で反射されて、再帰反射光として、入射光に対応した方向に出射する。この出射した光は、例えば図２や図３に示す構成で、正規な反射像である正規像として空間浮遊映像３を形成する。一方、図４の（Ｂ）に示したように、映像表示装置１からの映像光のうちで再帰反射部材２に対し斜めに入射した映像光によっては、正規像とは別の位置に、図示しないゴースト像が形成される。このゴースト像が空間浮遊映像３の視認性を低下させる。

【0036】

そこで、本実施例（図３）では、映像表示装置１に表示した映像に基づき、ゴースト像を形成すること無く、実像である空間浮遊映像３を表示する。この空間浮遊映像３の解像度は、液晶表示パネル１１の解像度の他に、図４の（Ａ）で示す再帰反射部材２の再帰反射部２ａの外径ＤとピッチＰに大きく依存する。例えば、７インチのＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００画素）の液晶表示パネル１１を用いる場合には、１画素（１トリプレット）が約８０μｍであっても、例えば再帰反射部２ａの直径Ｄが２４０μｍでピッチＰが３００μｍであれば、空間浮遊映像３の１画素は３００μｍ相当となる。このため、空間浮遊映像３の実効的な解像度は１／３程度に低下する。そこで、空間浮遊映像３の解像度を映像表示装置１の解像度と同等にするためには、再帰反射部２ａの直径ＤとピッチＰを、液晶表示パネルの１画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射部材２と液晶表示パネル１１の画素によるモアレの発生を抑えるためには、それぞれのピッチ比を１画素の整数倍から外して設計するとよい。また、形状は、再帰反射部２ａのいずれの一辺も液晶表示パネル１１の１画素のいずれの一辺と重ならないように配置した形状とするとよい。

【0037】

本発明者は、視認性を向上するために許容できる空間浮遊映像３の像のボケ量ｌ（スモールＬ）と画素サイズＬ（ラージＬ）との関係を、画素ピッチ４０μｍの液晶表示パネル１１と本実施例の狭発散角（発散角１５°）の光源装置１３とを組み合わせた映像表示装置１を作成して実験により求めた。図５に、その実験結果を示す。視認性が悪化するボケ量ｌは、画素サイズの４０％以下が望ましく、１５％以下であれば殆ど目立たないことが分かった。このボケ量ｌが許容量となる反射面の面粗さは、測定距離４０μｍの範囲において平均粗さが１６０ｎｍ以下であり、より目立たないボケ量ｌとなるには、反射面の面粗さは１２０ｎｍ以下が望ましいことが分かった。このため、前述した再帰反射部材２の表面粗さを軽減するとともに、反射面を形成する反射膜とその保護膜を含めた面粗さを、上述した値以下とすることが望まれる。

【0038】

一方、再帰反射部材２を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形するとよい。具体的には、再帰反射部２ａを整列させてフィルム上に賦形する方法である。この方法では、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、ロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し、紫外線を照射して硬化させ、所望形状の再帰反射部材２を得る。

【0039】

本実施例の映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、特定偏波の光を生成する光源としての光源装置１３（詳しくは図６）とにより、上述した再帰反射部材２に対して斜めから映像光が入射する可能性が小さくなる。その結果、ゴースト像の発生を抑え、たとえゴースト像が発生したとしてもそのゴースト像の輝度が低いという、構造的に優れたシステムとなる。

【0040】

一方、図３に示すＺ型の空間浮遊映像表示装置の構成では、液晶表示パネル１１と吸収型偏光板１２と光源装置１３とを有して構成された映像表示装置１は、所定の角度（例えば水平面のビームスプリッタ１０１に対して４５度程度の角度）をもって配置されている。映像表示装置１からの映像光は、光軸Ｂ１の方向（ビームスプリッタ１０１に対する斜め方向）で、ビームスプリッタ１０１を通過し、光軸Ｂ１に対応した光軸Ｂ２の方向で、再帰反射部材２に向かって進む。

【0041】

ここで、映像表示装置１からの映像光は、特定偏波の光として、例えば、Ｐ偏光（平行偏光）の特性を有する映像光である。また、ビームスプリッタ１０１は、反射型偏光板のような偏光分離部材であって、映像表示装置１からのＰ偏光の映像光については透過するが、逆にＳ偏光（直交偏光）については反射する性質を有している。このビームスプリッタ１０１は、反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜から形成される。

【0042】

一方、再帰反射部材２の光入射面である再帰反射面には、λ／４板２１が設けられている。映像表示装置１からのビームスプリッタ１０１を透過したＰ偏光の映像光は、再帰反射部材２に対する入射と出射の際にλ／４板２１を計２度通過させられることで、Ｐ偏光からＳ偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材２からの偏光変換後のＳ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１で反射され、透明部材１００等に向かって進む。反射後の光軸Ｂ３に対応する方向（ビームスプリッタ１０１に対する斜め方向）を進んだＳ偏光の映像光は、ガラス板等による透明部材１００および吸収型偏光板１１２を透過し、透明部材１００等の外側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像３を生成・表示する。

【0043】

ここで、映像表示装置１や再帰反射部材２やビームスプリッタ１０１等の光学部品により構成される光学系に対して、太陽光や照明光が入射することによる画質低下を軽減するためには、透明部材１００の外表面に吸収型偏光板１１２を設けるとよい。再帰反射部材２で光が再帰反射することで偏光軸が不揃いになる場合があるため、ビームスプリッタ１０１では一部の映像光が反射して映像表示装置１の方に戻る場合がある。この戻った光が、再度、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で反射することで、ゴースト像を発生させ、空間浮遊映像３の画質を著しく低下させる。

【0044】

そこで、図２および図３に示すいずれの実施例においても、映像表示装置１の映像表示面には吸収型偏光板１２が設けられている。もしくは、映像表示装置１の表面に設けた吸収型偏光板１２の映像出射側面に、図示しない反射防止膜を設けてもよい。これにより、ゴースト像を発生させる原因となる光を、吸収型偏光板１２で吸収させることで、空間浮遊映像３のゴースト像による画質低下を防止する。

【0045】

さらに、図３のＺ型の構成では、再帰反射部材２に外光が直接入射すると、強力なゴースト像を発生させる。そのため、このゴースト像の発生を抑制・防止するために、この実施例では、再帰反射部材２を外光の入射方向に対して下向きに傾けることで、外光の入射を妨げる構成とする。具体的には、外光の主な入射方向を、矢印で示す方向Ｃ（ユーザが空間浮遊映像３を正面から視認する方向）に対応する方向（光軸Ｂ３のような斜め方向）とする。その場合に、再帰反射部材２は、光軸Ｂ２が、その方向Ｃ（光軸Ｂ３）に対し、例えば９０度程度の関係となるように配置されている。言い換えると、再帰反射部材２の主面が、透明部材１００等の主面に対し、例えば９０度程度の関係となるように配置されている。これにより、方向Ｃで入射した場合の外光は、再帰反射部材２の主面（再帰反射面）に直接的に入射することが無いので、ゴースト像の発生が防止される。

【0046】

また、映像表示装置１についても、外光の入射方向（方向Ｃ）とは異なる向きに配置されている。具体的には、映像表示装置１の主面（映像光出射面）は、再帰反射部材２の主面と同じ向き（言い換えると平行）に配置されており、映像表示装置１の光軸Ｂ１が外光の入射方向（方向Ｃ）に対応する光軸Ｂ３に対して９０度程度の関係で配置されている。また、開口部として機能する透明部材１００の主面に対し方向Ｃで外光が入射する場合の光束の範囲を考えた場合に、その範囲の外側にやや離れた位置に映像表示装置１が配置されている。これらにより、映像表示装置１での再反射を原因とするゴースト像の発生が軽減される。

【0047】

［映像表示装置］
図６は、図２や図３の実施例に適用可能である映像表示装置１の構成例を示す。この映像表示装置１は、光源装置１３、液晶表示パネル１１、光方向変換パネル５４等を有して構成されている。液晶表示パネル１１の映像出射面側には、前述の吸収型偏光板１２が設けられてもよい。光源装置１３は、光源を構成する半導体光源（固体光源）である複数のＬＥＤ素子２０１（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、および導光体２０３等を有して構成されている。図６では、光源装置１３の上に液晶表示パネル１１と光方向変換パネル５４が配置された状態を展開斜視図として示している。

【0048】

光源装置１３は、例えば、プラスチック等のケース（図示しない）により形成され、内部にＬＥＤ素子２０１、および導光体２０３を収納して構成されている。導光体２０３の端面には、それぞれのＬＥＤ素子２０１からの発散光を略平行光束に変換するために、受光端面２０３ａが設けられている。受光端面２０３ａは、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状が設けられている。

【0049】

さらに、導光体２０３の上面には、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースの１つの側面（図６では下側の側面）には、複数のＬＥＤ素子２０１が取り付けられている。複数のＬＥＤ素子２０１からの光は、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状によって、略コリメート光（略平行光）に変換される。このため、受光端面２０３ａの受光部とＬＥＤ素子２０１とは、所定の位置関係を保って取り付けられている。

【0050】

光源装置１３は、導光体２０３の端面に設けられた受光部である受光端面２０３ａに、光源であるＬＥＤ素子２０１が複数並べられた光源ユニットを取り付けて構成されている。ＬＥＤ素子２０１からの発散光束は、導光体２０３の受光端面２０３ａのレンズ形状によって、略コリメート光とされる。この略コリメート光は、導光体２０３の内部を矢印で示す方向Ａに導光する。方向Ａは、液晶表示パネル１１に対して略平行な方向（図面では下から上への方向）である。方向Ａに導光した光は、導光体２０３に備える光束方向変換部２０４によって光束方向が変換されて、導光体２０３に対し略平行な液晶表示パネル１１に向かって、矢印で示す方向Ｂに出射する。方向Ｂは、液晶表示パネル１１の表示面に対して略垂直な方向である。

【0051】

導光体２０３は、導光体２０３内部または表面の形状によって、光束方向変換部２０４の分布（言い換えると密度）が最適化されている構成を有する。これにより、方向Ｂで示す光源装置１３からの出射光束であって液晶表示パネル１１への入射光束である光の均一性を制御することができる。

【0052】

さらに、光源装置１３と液晶表示パネル１１とを含んで構成される映像表示装置１において、方向Ｂで示す光源装置１３からの出射光束の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置１３からの方向Ｂの光の指向性を制御することもできる。より具体的には、光源装置１３として、狭角な発散角を有する光源を構成することができる。この結果、映像表示装置１からの映像光は、レーザ光のように観察者に対して高い指向性（言い換えると直進性）で効率良く届くこととなり、高品位な空間浮遊映像を高解像度で表示できる。それとともに、光源装置１３のＬＥＤ素子２０１を含む映像表示装置１による消費電力を著しく低減可能となる。

【0053】

また、光源装置１３の図示しないケースの上面に取り付けられる液晶表示パネル１１の図示しないフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、当該液晶表示パネル１１に電気的に接続された図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）等とが取り付けられて構成されている。液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、ＬＥＤ素子２０１と共に、電子装置を構成する図示しない制御回路からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって、表示映像を生成する。

【0054】

＜車載用空間浮遊映像表示装置（Ｖ型）＞
次に、図７以降を用いて、実施例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置について説明する。以降に示す各実施例の空間浮遊映像表示装置は、基本構成としては前述の図２のＶ型の構成に該当する。空間浮遊映像３を形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置の各構成要素（映像表示装置１、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材２等）は、所定の位置関係を有して相互に固定されている。

【0055】

［空間浮遊映像表示装置の外観例］
図７は、一実施例に係る、特に、車載用として好適な空間浮遊映像表示装置の外観の一例を示す。図７の実施例の車載用の空間浮遊映像表示装置は、大別して、映像制御部３００と、空間浮遊映像表示部４００とを備える。図７では、空間浮遊映像表示部４００を装置正面に対して側面（図示のＸ方向）から見た場合の外観を示している。なお、説明上、座標系および方向として、図示の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いる場合がある。Ｘ方向は装置の左右方向であり、Ｙ方向は装置の前後方向であり、Ｚ方向は装置の上下方向である。Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

【0056】

ユーザは、概略的にＹ方向で、空間浮遊映像表示部４００によって形成される空間浮遊映像３（破線枠で示す）を視認する。装置正面は、ユーザが概略的にＹ方向で空間浮遊映像表示部４００を視認する場合に対応した面である。詳しくは後述するが、ユーザは、装置正面に対し、視点からＹ方向でやや斜め上への視線方向（図示の方向Ｅと対応する）で、空間浮遊映像表示部４００による空間浮遊映像３を好適に視認する。なお、図７の実施例の構成のうちの特に再帰反射部材２の配置は、詳しくは、後述の図８Ｂの構成（第２実施例）と対応した例を図示している。

【0057】

映像制御部３００は、第１筐体である筐体１０７（言い換えると映像制御部収納部）に実装・収納されている。映像制御部３００は、図１の（Ｂ）の映像制御部１ｂおよび映像信号受信部１ｃ等を実装した部分である。筐体１０７内には、映像制御部１ｂおよび映像信号受信部１ｃ等の実装物である回路基板等が収納されている。映像制御部３００は、前述のように映像表示装置１に対し映像信号や制御信号等を生成して供給する映像信号処理回路や、映像素材などのデータや情報を蓄積するメモリや、車両のバッテリーから供給された電圧を所定の電圧に変換するための電源回路等を含む。

【0058】

空間浮遊映像表示部４００のうち、映像表示装置１（概略的に図示）は、第２筐体である筐体１０６（映像表示装置収納部）に実装・収納されている。筐体１０６内には、映像表示装置１を構成する、前述（図２と同様）の光源装置１３、液晶表示パネル１１、吸収型偏光板１２等が収納・固定されている。筐体１０７と筐体１０６とは、有線のケーブル１０５で接続されている。ケーブル１０５は、制御信号線や電源供給線等より成る。なお、変形例では、筐体１０７と筐体１０６とが、無線（例えばＷｉ－Ｆｉ等の近距離無線通信インタフェース）で接続されてもよい。

【0059】

空間浮遊映像表示部４００は、図１の（Ｂ）の映像表示部１ａを実装した部分であり、映像表示装置１を収納した筐体１０６と、筐体１０６の外の下側に配置された、ビームスプリッタ１０１、λ／４板２１が設けられた再帰反射部材２、および支柱１０８等を有して構成されている。図２と同様に、再帰反射部材２の再帰反射面にはλ／４板２１が設けられている。例えば再帰反射部材２の表面にλ／４板２１が貼り付けられている。筐体１０６の下面には開口部１０６１を有し、筐体１０６内の映像表示装置１からの映像光がその開口部１０６１を経由して下側（Ｚ方向、図７中の太い矢印の向き）に出射する。本実施例では、映像表示装置１から出射される特定偏波の映像光は、Ｓ偏光である。

【0060】

図７の実施例で、ビームスプリッタ１０１と映像表示装置１と再帰反射部材２との配置関係は、図２と同様に、Ｖ型の構成となっている。図７の構成要素（ビームスプリッタ１０１と映像表示装置１と再帰反射部材２）を図面内で回転させた場合、図２の構成要素の配置関係と同様となる。即ち、Ｖ型の構成での配置関係は、ビームスプリッタ１０１に対し、映像表示装置１が４５度程度で一方の斜めに配置され、再帰反射部材２が４５度程度で他方の斜め（映像表示装置１に対しては９０度程度）に配置されている。図７の配置関係では、映像表示装置１（特に液晶表示パネル１１）の主面が水平方向（Ｙ方向）に配置され、映像表示装置１に対し、再帰反射部材２が９０度程度に配置されている。そして、ビームスプリッタ１０１が映像表示装置１および再帰反射部材２に対しそれぞれ４５度程度に斜め（ビームスプリッタ１０１の主面がＹ方向で後ろから前に斜め上）に配置されている。

【0061】

映像表示装置１からＺ方向の下に出射したＳ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１で反射されて、再帰反射部材２に向かう。ビームスプリッタ１０１で反射されたＳ偏光の映像光は、再帰反射部材２で再帰反射され、λ／板２１を計２回通過することで、他方の偏波の映像光であるＰ偏光に偏光変換されて、ビームスプリッタ１０１に戻る。偏光変換後のＰ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１を透過し、Ｙ方向で前の所定の位置に、空間浮遊映像３（破線で示す）を形成・表示する。

【0062】

筐体１０６は「薄型筐体」と称する場合がある。ここで、薄型とは、筐体１０６の厚さが、鉛直方向（幅や奥行きの寸法）に対して比較的小さく抑えられていることを指す。本実施例では、図示のように、空間浮遊映像表示部４００は、映像制御部３００の筐体１０７と分けられるとともに、筐体１０６の外側に、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２等を、筐体で覆わずに露出して配置した構成としている。そのため、筐体１０６は比較的小型（コンパクト）で、上述したように筐体の厚さが小さく抑えられた薄型となっている。

【0063】

本実施例では、液晶表示パネル１１として、略３インチの液晶表示装置を採用する。これに対応して、本実施例では、薄型である筐体１０６の寸法・形状は、空間浮遊映像３側（Ｙ方向）から見た場合に、幅５５ｍｍ、奥行き９０ｍｍ、厚さ２３ｍｍとしている。後述するが、本実施例の空間浮遊映像表示装置は、筐体１０６の上面部が車両室内の天井部に対し固定される。そのため、筐体１０６は、運転者や他の乗員から見て存在がなるべく気にならない程度に薄型形状であることが望ましい。また、筐体１０６には、光源装置１３および液晶表示パネル１１を備える映像表示装置１を収納し、さらに、光源装置１３から発せられる熱を放熱するための空間も確保する必要がある。それらを考慮して、本実施例では、筐体１０６の厚さを２３ｍｍとした。

【0064】

［支柱について］
図７に示すように、映像表示装置１を収納した筐体１０６からは、下側に支柱１０８によって保持される形で、ビームスプリッタ１０１と、λ／４板２１が形成された再帰反射部材２とから成る光学系（詳しくは図８Ｂ）が、配置・固定されている。本実施例では、ビームスプリッタ１０１は主面が長方形であり、また、再帰反射部材２も同様に主面が長方形である。これに対応して、支柱１０８は、ビームスプリッタ１０１の縁部（少なくとも左右辺）、および再帰反射部材２の縁部（少なくとも左右辺）を支える形状となっている。この構成により、映像表示装置１、ビームスプリッタ１０１、および再帰反射部材２は、図７の位置関係が保たれている。

【0065】

支柱１０８は、柱形状、あるいは棒状や細長い長板形状などを有する支持部、支持物、支持器具であり、言い換えると、固定部やつり下げ部である。支柱１０８は、筐体１０６に対し下側にビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２をつり下げるようにして支持・固定するための物、器具、機械的機構である。

【0066】

支柱１０８の素材としては、アルミや鉄などの金属や、樹脂等を用いることができる。ユーザが空間浮遊映像３を視認する際に、空間浮遊映像３の空中浮遊感を際立たせ、空間浮遊映像３以外の構成要素がなるべく目立たない方が好ましい。よって、支柱１０８は、ビームスプリッタ１０１等を覆う筐体ではなく、支持のための剛性・強度を確保した上で、例えば柱状として、体積を最小限としている。

【0067】

図７での支柱１０８の構成例は以下の通りである。支柱１０８は、詳しくは、支柱１０８ａ、支柱１０８ｂ、支柱１０８ｃを有し、それらがつながっている。支柱１０８ａは、筐体１０６の下面でＹ方向に前側の左右の角部から下に、ビームスプリッタ１０１の前側の左右の角部付近まで延在する支柱部分である。支柱１０８ｂは、ビームスプリッタ１０１の前側の左右の角部付近から、ビームスプリッタ１０１の縁部に沿って斜め下後方に、ビームスプリッタ１０１の後側の左右の角部付近（言い換えると再帰反射部材２の下端付近）まで延在する支柱部分である。支柱１０８ｃは、ビームスプリッタ１０１の後側の左右の角部付近から、再帰反射部材２の縁部に沿って鉛直上方に、再帰反射部材２の上端の左右の角部付近まで延在する支柱部分である。支柱１０８ｃの上端では、再帰反射部材２の上辺に沿って接続する支柱部分を有してもよい。

【0068】

ここで、支柱１０８の材質について説明する。支柱１０８は、軽量であり、かつ振動に強い材質であるとよい。支柱１０８の材質は、例えば、アルミニウムのような金属でもよく、また、プラスチックのような樹脂材であってもよい。いすれの場合も、車両の内部に差し込む太陽光などの外光に対してなるべく反射しないように、支柱１０８の表面は、外光反射防止のための遮光性を有することが望ましい。

【0069】

また、空間浮遊映像３の空中浮遊感（空中に映像だけが浮かび上がっているように見える感覚）をより際立たせるためには、支柱１０８は、ユーザから見た場合に、より目立たないことが望ましい。その場合、支柱１０８は、透明に近い性質（光透過性）を持つ素材、例えば光透過性樹脂により構成してもよい。

【0070】

筐体１０６から下に伸びる支柱１０８が透明部材で構成される場合、ユーザの視点から、即ち装置正面方向（方向Ｅ）から空間浮遊映像３を見る場合、ユーザの視界に入る筐体は、薄型である筐体１０６のみとなる。そのため、本実施例は、ユーザの視界を遮る物が少なく、空間浮遊映像３の空中浮遊感を高めることができ、利用に好適である。

【0071】

［空間浮遊映像表示の構造例］
次に、図８Ａや図８Ｂを用いて、図７の実施例における空間浮遊映像表示の光学系などの構造例について、より詳しく説明する。図８Ａは、図７の空間浮遊映像表示部４００の構造に関するある実施例（第１実施例とする）を示し、図８Ｂは、図７の空間浮遊映像表示部４００の構造に関する別の実施例（第２実施例とする）を示す。

【0072】

［第１実施例］
まず、図８Ａは、第１実施例での空間浮遊映像表示装置の空間浮遊映像表示部４００を側面（Ｘ方向）から見た場合の構造を示す。図８Ａにおいて、破線枠で示す空間浮遊映像表示部４００は、筐体１０６が、後述の図９または図１０のように、車両内の上部である天井部に固定される。筐体１０６内に収納されている映像表示装置１は、図示の断面において、上から順に概略的に、光源装置１３、液晶表示パネル１１、および吸収型偏光板１２が配置されている。この映像表示装置１は、前述の図６を同様に適用できる。

【0073】

映像表示装置１からの映像光は、鉛直方向（Ｚ方向）の真下、ビームスプリッタ１０１に向けて出射される。この映像光の方向を、一点鎖線の光軸Ｃ１で示し、それに対し両側の破線は光束の範囲を示す。液晶表示パネル１１より出射された映像光は、例えば、Ｓ偏光（直交偏光）を有する映像光である。このＳ偏光の映像光は、光軸Ｃ１上、入射角度αで斜めに配置されたビームスプリッタ１０１に入射し反射される。図８Ａの第１実施例での入射角度αは、４０度である。光軸Ｃ１とビームスプリッタ１０１の主面とが為す角度βは、５０度である。

【0074】

ビームスプリッタ１０１で反射されたＳ偏光の映像光は、Ｙ方向で後側に、光軸Ｃ２で示すやや斜め上方向に、再帰反射部材２等に向かって進む。光軸Ｃ２の方向は、光軸Ｃ１に対し８０度の方向であり、水平方向に対して１０度の斜め上方向である。再帰反射部材２の光入射面にはλ／４板２１が設けられている。映像表示装置１からのＳ偏光の映像光に基づいてビームスプリッタ１０１で反射された映像光は、光軸Ｃ２上で、再帰反射部材２での入射（反射前）と出射（反射後）の際に、計２度、λ／４板２１を通過することで、偏光変換される。具体的には、Ｓ偏光（直交偏光）がＰ偏光（平行偏光）に変換される。この結果、再帰反射部材２で反射後のＰ偏光の映像光は、光軸Ｃ２上をビームスプリッタ１０１の方へ戻り、ビームスプリッタ１０１を透過し、透過後の光軸Ｃ２に対応した光軸Ｃ３上を進む。そして、図８Ａに示すように、そのＰ偏光の映像光は、光軸Ｃ３上、ビームスプリッタ１０１よりも前側の所定の距離の位置に、実像である空間浮遊映像３を形成・表示する。空間浮遊映像３が形成される位置は、映像表示装置１や光学系の設計に応じて決まる。

【0075】

ここで、図８Ａの第１実施例では、λ／４板２１を備えた再帰反射部材２は、図示の位置Ａに配置されている。位置Ａは、ビームスプリッタ１０１からの映像光の光軸Ｃ２に対し、入射角度θが０度となるように、再帰反射部材２の主面が垂直（光軸Ｃ２と再帰反射部材２の主面とが為す角度φ＝９０度）に配置される位置である。再帰反射部材２は、位置Ａにおいて、主面がやや斜め下に傾くように配置されている。再帰反射部材２の光軸Ｃ２（言い換えると空間浮遊映像３を形成する映像光の光軸）は、水平方向（Ｙ方向）に対して為す角度をｖとすると、角度ｖは、ｖ＝１０度である。

【0076】

図８Ａのように、空間浮遊映像３は、再帰反射部材２に対し、角度ｖ＝１０度のやや斜め下方向の光軸Ｃ２，Ｃ３上で、ビームスプリッタ１０１よりも前側でやや下側の位置に生成される。言い換えると、第１実施例での空間浮遊映像３は、水平線よりも角度ｖで図示の右下に傾いた方向に生成される。この結果、ユーザが装置正面からこの空間浮遊映像３を視認する場合、ユーザの視線は、方向Ｅに対応した視線方向で示すように、やや下側から見上げる向きとなる。後述（図９や図１０）するように、ユーザとして車両内の運転者は、車両の上部のバックミラー付近を見上げた時に、ごく自然な方向に、空間浮遊映像３を視認することができる。

【0077】

図７～図８Ｂの実施例では、車載の用途（図９や図１０）において、空間浮遊映像３の空中浮遊感をより高めるために、空間浮遊映像３の出射・形成のための光軸Ｃ２，Ｃ３の方向を、水平方向に対しやや斜め下の方向としており、具体的には角度ｖを１０度としている。例えば後述の図９のように、運転者の視点からやや斜め上方向に空間浮遊映像表示部４００による空間浮遊映像３を視認する。その際には、筐体１０６および再帰反射部材２に対し、前側でやや下側にずれた位置に空間浮遊映像３が視認できる。よって、このような実施例によれば、空間浮遊映像３を水平方向の光軸上に出射・形成する形態の場合と比べて、空間浮遊映像３の空中浮遊感をより高めることができる。

【0078】

ここで、ユーザが空間浮遊映像３を視認する場合の視線の方向（方向Ｅ）および角度（角度ｖ）は、主に、映像光に対するビームスプリッタ１０１の配置の角度（角度α，β）との関係で決定される。図８Ａの第１実施例では、ｖ＝１０度とするために、α＝４０度、β＝５０度として、ビームスプリッタ１０１の配置が決定されている。

【0079】

なお、図７～図８Ｂのような構造で、角度ｖ＝１０度として、空間浮遊映像３の形成の方向およびユーザの視線の方向をやや斜めとして構成できる。それとは別に、図示しないが、ボールジョイント等の取り付け器具を用いて、筐体１０６の上面部を車両の天井部に対し固定して設置することができる。これにより、筐体１０６や光学系を含む空間浮遊映像表示部４００の向きを可変として、空間浮遊映像３を視認するユーザの視点位置・視線方向に合わせるように調整することも可能である。

【0080】

［再帰反射部材への入射角度に関する検討］
次に、再帰反射部材２の配置の向き等について検討する。再帰反射部材２は、実装にも依るが、光入射方向がどの方向であっても基本的には再帰反射が可能であり、入射映像光に対する入射角度が、ある程度の範囲内であれば、再帰反射が可能である。図８Ａの第１実施例では、ビームスプリッタ１０１からの光軸Ｃ２上の映像光に対して再帰反射部材２の主面が為す角度φは、φ＝９０度であり、即ち入射映像光に対し再帰反射面が垂直である。実装にも依るが、再帰反射部材２に対する映像光の入射角度θが、垂直（０度）である場合には、再帰反射が最も効率的に可能であり、前述のゴースト像の発生が最も少なく、空間浮遊映像３の明るさを大きくできる。このような効果を考慮して、図８Ａの第１実施例では、再帰反射部材２の配置を、位置Ａとしている。

【0081】

ところが、図８Ａの第１実施例での位置Ａのように、再帰反射部材２に対する入射角度θを０度とした場合には、別の課題が生じ得る。これについて以下に説明する。図８Ａの構成では、実装にもよるが、再帰反射部材２に対する映像光の入射に対し、再帰反射部材２の表面に貼り付けられたλ／４板２１の面で、鏡面反射が生じる場合がある。このλ／４板２１上による鏡面反射による像（鏡面反射像）が、Ｙ方向でユーザから見て空間浮遊映像３の後ろ側に視認される可能性がある。その場合、ユーザから見て鏡面反射像が気になり、空間浮遊映像３の視認性が低下する恐れがある。

【0082】

そこで、図８Ａの第１実施例に対し、再帰反射部材２の配置に関する工夫を加えた実施例が図８Ｂの第２実施例である。第２実施例は、位置Ｂに再帰反射部材２を配置することで、上記のようなλ／４板２１の鏡面反射像による視認性の低下を防止・抑制する効果を得た構成である。

【0083】

［第２実施例］
図８Ｂの第２実施例では、再帰反射部材２は、映像表示装置１に対して垂直に、鉛直方向（Ｚ方向）に立つように位置Ｂに配置されている。位置Ｂは、ビームスプリッタ１０１からのやや斜め上の光軸Ｃ２上の入射映像光に対し、垂直ではなく、入射角度θが１０度（＝角度ｖ）となるように、再帰反射部材２の主面が鉛直方向（Ｚ方向）に立つように配置される位置であり、映像表示装置１に対しては再帰反射部材２が９０度となる配置位置である。なお、図８Ｂで、入射角度θは、水平方向に対しＺ方向で下回りに角度を増加する方向を、角度の正方向としている（後述の鏡面反射光を斜め上方向とするため）。

【0084】

位置Ｂの配置の結果、ビームスプリッタ１０１で反射された光軸Ｃ２上の映像光の、再帰反射部材２への入射角度θは、図８Ａの位置Ａの場合のような垂直（θ＝０度）ではなくなり、θ＝１０度となる。位置Ｂの場合では、光軸Ｃ２上の映像光に対して再帰反射部材２の主面が為す角度φは、８０度となっている（θ＋φ＝９０度）。この角度φ＝８０度は、図８Ａの場合の角度φ＝９０度に対し、θ＝ｖ＝１０度だけ異なる。

【0085】

図８Ｂの第２実施例のように、再帰反射部材２への入射角度θを１０度とした場合、再帰反射部材２によるゴースト像の発生はごくわずかに認められるものの、そのゴースト像による空間浮遊映像３の品質劣化はほぼゼロに等しい。一方、その入射角度θを所定の範囲内でなるべく大きくした方が、λ／４板２１による鏡面反射像の発生が防止できる。再帰反射部材２およびλ／４板２１の実装例に対応した特性では、入射角度θを１０度までとすることが望ましい。

【0086】

上記検討の結果、第２実施例では、λ／４板２１による鏡面反射像が視認されることを防止し、かつ、再帰反射部材２によるゴースト像の影響も殆ど気にならないように、効果のバランスを採った設計として、再帰反射部材２への入射角度θを１０度（＝ｖ）とし、角度φ＝８０度とした。

【0087】

言い換えると、第２実施例では、再帰反射部材２により生じ得るゴースト像による空間浮遊映像３の視認性の低下および明るさの低下の悪影響と、λ／４板２１により生じ得る鏡面反射像による視認性の低下との両方を考慮して、それらの総合的な悪影響が最小となり、空間浮遊映像３の視認性を高めることができるように、再帰反射部材２を位置Ｂの構成とした。

【0088】

図８Ｂの第２実施例では、ビームスプリッタ１０１からの光軸Ｃ２上の入射映像光に対するλ／４板２１からの鏡面反射光の方向を、二点鎖線の矢印で図示している。このように、第２実施例における光学系は、λ／４板２１からの鏡面反射光が生じたとしても、その鏡面反射光の方向は、図示のようにＹ方向で斜め上方向となり、空間浮遊映像３の範囲から外れ、ユーザの視点の方向には向かわない。よって、第２実施例では、ユーザが空間浮遊映像３の背後にその鏡面反射光を視認することは防止され、空間浮遊映像３の品質を高くできる。

【0089】

上記第１実施例や第２実施例に限らず、再帰反射部材２の配置は、ビームスプリッタ１０１からの入射映像光に対する入射角度θを、０度から１０度程度の角度範囲内から選択した角度とすればよい。第２実施例でのθ＝１０度の構成は、仮にθ＝５度とした場合の構成と比べても、λ／４板２１の鏡面反射像による悪影響をより低減することができる。

【0090】

また、一般に、鏡面反射する部材に対しては、いわゆるＡＲコート（Anti Reflection Coating）を施すことで、鏡面反射を防止・低減できることがよく知られている。しかしながら、例えば図８Ａの第１実施例の構成において、λ／４板２１の表面にＡＲコートを施す場合、鏡面反射が防止できるものの、逆に、λ／４板２１上で映像光が発散してしまい、その結果、空間浮遊映像３にボケが生じて、映像品質が低下する可能性がある。特に、映像源である液晶表示パネル１２の表示面のサイズが小さいほど、そのボケが生じやすい。そのため、上記第１実施例および第２実施例は、λ／４板２１に対しＡＲコートが施されていない構成とした。その上で、上述のように、特に第２実施例では、λ／４板２１を備える再帰反射部材２の配置を入射角度θ＝１０度として工夫することで、空間浮遊映像３の総合的な品質を高める構成とした。

【0091】

付け加えると、図８Ｂの第２実施例は、上述のように、ユーザの好適な視線方向（方向Ｅ）に対応させて空間浮遊映像３の光軸Ｃ２，Ｃ３の方向をやや斜め下となる角度ｖ＝１０度とし、かつ、再帰反射部材２およびλ／４板２１による作用を考慮して位置Ｂの配置（入射角度θ＝１０度、φ＝８０度）とし、これに対応させて、ビームスプリッタ１０１の斜めの配置の角度（α＝４０度，β＝５０度）も設計されている。

【0092】

上記の結果、第２実施例によれば、実用上、ゴースト像が殆ど無く、λ／４板２１による鏡面反射の影響も殆ど無い、高品質で好適な空間浮遊映像３を得ることができた。

【0093】

［車両内への空間浮遊映像表示装置の設置例］
図９は、上述した車載用の空間浮遊映像表示装置の、車両内部への設置例（第１設置例とする）を示す。図９では、右ハンドルの場合の運転者からみて、バックミラー（言い換えるとルームミラー）２１０２の右側に空間浮遊映像表示部４００が配置され、その位置に空間浮遊映像表示部４００による空間浮遊映像３が形成・表示される例を示している。この第１設置例では、映像表示装置１が収納されている筐体１０６が、車両内の天井部２１０３に固定されている。

【0094】

一方、映像制御部３００が収納されている筐体１０７は、ダッシュボード２１００上の、例えば、右ハンドルの運転者にとって邪魔にならない（目障りにならない）左隅の位置に配置されている。また、筐体１０６に収納された映像表示装置１と、筐体１０７に収納された映像制御部３００とを接続するためのケーブル１０５は、図９の点線で示すように、Ａピラー２１０５内部と車両の天井部２１０３の内部を通すことにより、目立つことなく配線することが可能である。

【0095】

図１０は、車載用の空間浮遊映像表示装置の、車両内部への他の設置例（第２設置例とする）を示す。図１０では、図９と同様に、右ハンドルの運転者からみて、バックミラー２１０２の右側に配置された空間浮遊映像表示部４００による空間浮遊映像３が表示される例を示している。この第２設置例では、映像制御部３００が収納されている筐体１０７は、ダッシュボード２１００上ではなく、車両内の天井部２０１３におけるバックミラー２１０２を取り付けるための取付部カバー２１０７の内部に収納されている。この第２設置例によれば、筐体１０６と筐体１０７の間のケーブル１０５の配線２１０８もより短くて済み、また、ダッシュボード２１００上に筐体１０７が設置されないので、ダッシュボード２１００上もすっきりとした見栄えとなる、という利点がある。

【0096】

［変形例－支柱］
図１１は、空間浮遊映像表示部４００の支柱１０８の構成に関する変形例を示す。図１１では、空間浮遊映像表示部４００を概略的に装置正面（Ｙ方向）で見た場合の模式的な構成図を示す。この変形例は、図７での支柱１０８の構成例に対して異なる点としては、筐体１０６の下面と、再帰反射部材２および再帰反射部材２の縁部を支持する支柱１０８（１０８ｃ）との間も、支柱１０８（特に支柱１０８ｄ）によって接続されている点がある。図１１では、再帰反射部材２およびλ／４板２１については実線の矩形で簡易的に図示し、ビームスプリッタ１０１については破線の矩形で簡易的に図示している。

【0097】

支柱１０８は、構成部分として、前述の支柱１０８ａ、支柱１０８ｂ、支柱１０８ｃに加え、支柱１０８ｄを有する。支柱１０８ｄは、支柱１０８ｃの延長部分であり、再帰反射部材２の縁部を支持する支柱１０８ｃの上端（左右）から、Ｚ方向の上に、筐体１０６の下面のＹ方向で後側の左右の角部まで延在している部分である。支柱１０８ｃと支柱１０８ｄで１本の支柱と捉えてもよい。

【0098】

このような支柱１０８の構成例に限らず、各種の構成が可能である。前側の支柱１０８ａを無くした構成例も可能である。また例えば、ビームスプリッタ１０１の上下辺や再帰反射部材２等の上下辺が支柱１０８によって支持された構成でもよい。

【0099】

［効果等］
以上のように、実施例や変形例によれば、車両内での使用に好適で、視認性の高い空間浮遊映像を表示することができる空間浮遊映像表示装置を提供できる。図７～図８Ｂの実施例の空間浮遊映像表示装置は、図９や図１０のように車両内に手軽に設置可能である。

【0100】

実施例では、空間浮遊映像表示装置を、図９等のように車両内の天井部２１０３またはバックミラー２１０２の近傍に配置することを考慮して、２つの筐体（筐体１０７と筐体１０６）に分け、空間浮遊映像表示部４００をコンパクト、軽量にした。また、空間浮遊映像表示部４００による空間浮遊映像３をユーザから視認する際に、空間浮遊映像３の空中浮遊感を高める、言い換えるとより強調するために、映像表示装置１を収納した筐体１０６と、筐体などで覆わずに露出したビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２とに分けることで、筐体１０６を薄型にした。

【0101】

筐体１０６の下側に、支柱１０８を介して、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２等を吊り下げるように配置した。構成要素のうち相対的には映像表示装置１が一番重く、ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２等は軽いので、映像表示装置１を収納した筐体１０６を鉛直方向で一番上側に配置して天井部２１０３から吊り下げられる構成とした。また、ユーザから見て、支柱１０８等がなるべく目立たないように構成した。

【0102】

実施例の車載用の空間浮遊映像表示装置をユーザが利用する場合、空間浮遊映像３として例えばコンシェルジュの映像を表示し、コンシェルジュによって道案内やＰＯＩ情報などを運転者に伝えることができる。これにより、見た目にも楽しく、より安全で快適な運転支援などが可能となる。

【0103】

本実施例に係る技術では、空間浮遊映像を高解像度かつ高輝度な映像情報を空間浮遊した状態で表示することにより、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。

【0104】

また、本実施例に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さく、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、明るく鮮明な空間浮遊映像を得ることを可能にする。本実施例に係る技術によれば、消費電力を大幅に低減することが可能な、利用性に優れた非接触ユーザインタフェースを提供することができる。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献する。

【0105】

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。特に限定しない場合、各構成要素は、単数でも複数でもよい。各実施例の構成要素について、必須構成要素を除き、追加・削除・置換などが可能である。

【符号の説明】

【0106】

１…映像表示装置、２…再帰反射部材、３…空間浮遊映像、１１…液晶表示パネル、１２…吸収型偏光板、１３…光源装置、２１…λ／４板、１０１…ビームスプリッタ（偏光分離部材）、１０５…ケーブル、１０６…筐体（第２筐体）、１０７…筐体（第１筐体）、１０８…支柱、３００…映像制御部、４００…空間浮遊映像表示部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】