特開 2023-3982 空中映像表示装置

(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】P2023003982

(43)【公開日】2023-01-17

(54)【発明の名称】空中映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20230110BHJP

   G02B 5/124 20060101ALI20230110BHJP

   G02B 5/136 20060101ALI20230110BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

G02B5/124

G02B5/136

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021105396

(22)【出願日】2021-06-25

(71)【出願人】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂井 雅彦

【テーマコード（参考）】

2H042

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H042EA04

2H042EA11

2H042EA15

2H042EA21

2H199BA32

2H199BA45

2H199BA49

2H199BB10

2H199BB17

2H199BB18

2H199BB20

2H199BB52

2H199BB59

(57)【要約】

【課題】空中映像が見える位置が分かりやすく、他者からのぞき見されにくい空中映像表示装置を提供する。
【解決手段】映像表示器３と、光を透過または反射させるビームスプリッタ４と、映像表示器３から出射されビームスプリッタ４で反射された光を再帰反射させる再帰反射シート５と、ビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かった光を反射して再帰反射シート５に導くミラー６と、ミラー６の表面に設けられ、光を透過する透過状態および光の透過を制限する制限状態の２つの状態を持つ透過光制御シート７と、観察者１１の位置を検出するセンサ８と、センサ８の出力に応じて、透過光制御シート７を透過状態または制限状態のいずれかに切り替える制御器９とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像表示器と、
光を透過または反射させるビームスプリッタと、
前記映像表示器から出射され前記ビームスプリッタで反射された光を再帰反射させる再帰反射シートと、
前記ビームスプリッタから前記再帰反射シートの外側に向かった光を反射して前記再帰反射シートに導くミラーと、
前記ミラーの表面に設けられ、光を透過する透過状態および光の透過を制限する制限状態の２つの状態を持つ透過光制御シートと、
観察者の位置を検出するセンサと、
前記センサの出力に応じて、前記透過光制御シートを前記透過状態または前記制限状態のいずれかに切り替える制御器とを備えたことを特徴とする空中映像表示装置。

【請求項2】

前記センサがあらかじめ定められたエリア内に前記観察者を検出したときに、前記制御器が前記透過光制御シートを前記制限状態にし、
前記センサがあらかじめ定められたエリア内に前記観察者を検出していないときに、前記制御器が前記透過光制御シートを前記透過状態にすることを特徴とする請求項１に記載の空中映像表示装置。

【請求項3】

前記制御器は、
前記センサがあらかじめ定められたエリア内に前記観察者の手あるいは指を検出したときに、前記透過光制御シートを前記制限状態にし、
空中映像に表示される内容、および、前記センサによって検出される前記観察者の手あるいは指の位置によって、前記観察者による操作を判断し、
前記観察者による操作が完了したとき、あるいは、前記観察者による操作が完了してからあらかじめ定められた時間が経過したとき、あるいは、あらかじめ定められた内容の空中映像への表示が完了したときに、前記透過光制御シートを前記透過状態にすることを特徴とする請求項１に記載の空中映像表示装置。

【請求項4】

前記透過光制御シートは、前記制限状態において透過する光を遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空中映像表示装置。

【請求項5】

前記透過光制御シートは、前記制限状態において透過する光を散乱させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空中映像表示装置。

【請求項6】

前記ミラーの反射面である平面は、前記ビームスプリッタの反射面である平面と前記再帰反射シートの表面である平面とに対して垂直な面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の空中映像表示装置。

【請求項7】

前記ミラーは、前記再帰反射シートに接していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の空中映像表示装置。

【請求項8】

前記ミラーは、前記ビームスプリッタに接していることを特徴とする請求項７に記載の空中映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、空中映像表示装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特殊なメガネが不要で、霧などのスクリーンを使用せずに空中に映像を表示することができる空中映像表示装置が知られている。例えば、ビームスプリッタと再帰反射シートとを用いて、映像表示器に表示された映像をビームスプリッタに対して面対称な位置の空間に結像させて映像を表示する空中映像表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２５７７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に示された空中映像表示装置では、空中に表示された映像（以下、空中映像と記す）を観察する観察者の位置として、空中映像の全体が見える観察位置が存在する。観察位置から観察者が見る空中映像の視点の先には、ビームスプリッタおよび再帰反射シートが存在する。これに対して、観察位置の外から観察者が見る空中映像の視点の先にはビームスプリッタまたは再帰反射シートの少なくとも一方が存在しないため、観察位置の外から観察者が見る空中映像は端部が切れた映像となる。空中映像の全体を見ようとする観察者は、観察位置を探しながら移動することとなる。

【0005】

空中映像の全体を見ようとする観察者は、観察位置を探しながら移動することとなるので、観察位置はなるべく広い方が、すなわち、ビームスプリッタおよび再帰反射シートはなるべく大きい方が、空中映像が見える位置が分かりやすい。一方、観察位置において空中映像表示装置を操作している観察者にとっては、観察位置が広いと他者からのぞき見されるため、観察位置はなるべく狭い方が、すなわち、ビームスプリッタおよび再帰反射シートはなるべく小さい方が良い。そのため、空中映像が見える位置が分かりやすく、さらに、他者からのぞき見されにくい空中映像表示装置の実現が困難であるという課題があった。

【0006】

本願は、上述の課題を解決するためになされたものであり、空中映像が見える位置が分かりやすく、他者からのぞき見されにくい空中映像表示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】

本願に開示される空中映像表示装置は、映像表示器と、光を透過または反射させるビームスプリッタと、映像表示器から出射されビームスプリッタで反射された光を再帰反射させる再帰反射シートと、ビームスプリッタから再帰反射シートの外側に向かった光を反射して再帰反射シートに導くミラーと、ミラーの表面に設けられ、光を透過する透過状態および光の透過を制限する制限状態の２つの状態を持つ透過光制御シートと、観察者の位置を検出するセンサと、センサの出力に応じて、透過光制御シートを透過状態または制限状態のいずれかに切り替える制御器とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本願に開示される空中映像表示装置は、ビームスプリッタから再帰反射シートの外側に向かった光を反射して再帰反射シートに導くミラーと、ミラーの表面に設けられ、光を透過する透過状態および光の透過を制限する制限状態の２つの状態を持つ透過光制御シートと、観察者の位置を検出するセンサと、センサの出力に応じて、透過光制御シートを透過状態または制限状態のいずれかに切り替える制御器とを備えたので、空中映像が見える位置が分かりやすく、他者からのぞき見されにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１による空中映像表示装置の模式図である。

【図2】実施の形態２による空中映像表示装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本願を実施するための実施の形態に係る空中映像表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

【0011】

実施の形態１．
図１は実施の形態１による空中映像表示装置１の模式図である。図１の上の図は空中映像表示装置１を側面から見た図であり、図１の下の図は空中映像表示装置１を上部から見た図である。図１において、ｘ軸は観察者１１から見た左右方向であり、ｙ軸は観察者１１から見た奥行方向であり、ｚ軸は観察者１１から見た上下方向である。ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、それぞれ、お互いに直交している。

【0012】

空中映像表示装置１は、筐体２と、筐体２の内部に配置された映像表示器３と、筐体２の開口部に設けられたビームスプリッタ４と、筐体２の内部に配置された再帰反射シート５と、筐体２の内部に配置されたミラー６と、ミラー６の表面に設置され透過状態および制限状態の２つの状態を持つ透過光制御シート７と、観察者１１の位置を検出するセンサ８と、センサ８の出力に応じて透過光制御シート７を制御する制御器９とを備えている。図１の下の図では、センサ８および制御器９は示されていない。映像表示器３としては、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤ素子が配列されたディスプレイなどを用いることができる。ビームスプリッタ４としては、例えば、ハーフミラー、反射型偏光板などを用いることができる。再帰反射シート５としては、例えば、球状の透明ガラスビーズを並べたガラスビーズ方式のシート、透明な三角錐を配列したマイクロプリズム方式のシートなどを用いることができる。映像表示器３から出射された光はビームスプリッタ４に入射し、その一部が反射されて再帰反射シート５に入射する。再帰反射シート５は、入射した光を入射方向へ反射する特性を有している。再帰反射シート５は、ビームスプリッタ４から入射した光をビームスプリッタ４に向かって反射させる。再帰反射シート５からビームスプリッタ４に向かって反射された光は、一部がビームスプリッタ４を透過する。このようにして、映像表示器３から出射された光は、ビームスプリッタ４を透過して筐体２の外側で結像され、空中映像１０となる。観察者１１は、この空中映像１０を観察することができる。

【0013】

観察者１１から見て再帰反射シート５の左右に１枚ずつ設けられたミラー６のそれぞれは、全反射性で平面であり、ビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かった光を反射して再帰反射シート５に導くものである。図１に示す空中映像表示装置１では、観察者１１から見た左右方向は、映像表示器３の表示面である平面に直角に交わる直線と、ビームスプリッタ４の反射面である平面に直角に交わる直線との、両方の直線と直角に交わる直線に沿った方向、すなわちｘ軸に沿った方向である。

【0014】

図１の下の図では、ビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かう光の例を矢印で示している。図１の下の図においては、映像表示器３から出射されビームスプリッタ４で反射された光が、再帰反射シート５の外側に向かっている。ここでは、透過光制御シート７が透過状態のときの、ビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かう光について説明する。映像表示器３から出射されビームスプリッタ４で反射されビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かう光は、透過光制御シート７を透過して、ミラー６に反射される。ミラー６に反射された光は、再び透過光制御シート７を透過し、再帰反射シート５に導かれる。透過光制御シート７を透過して再帰反射シート５に導かれた光は、再帰反射シート５によってミラー６の方向に反射される。ミラー６の方向に反射された光は、透過光制御シート７を透過してミラー６で反射され、再び透過光制御シート７を透過し、一部がビームスプリッタ４を透過して、空中映像１０の一部となる。

【0015】

図１の下の図において、観察者１１は、ミラー６に反射した再帰反射シート５を、仮想的再帰反射シート１２として見ることができる。実施の形態１による空中映像表示装置１では、ミラー６を再帰反射シート５の観察者１１から見た左右方向のそれぞれの端部の周辺に設置することにより、再帰反射シート５を仮想的再帰反射シート１２の位置まで広げたときと同じだけ、観察者１１から見た左右方向の視野角を広げることができる。観察者１１から見た左右方向の視野角を広げることにより、空中映像表示装置１の左右方向から近づいた観察者１１にとって空中映像１０の全体を見ることがより容易になる。

【0016】

また、ミラー６の端部が再帰反射シート５の表面に接することにより、空中映像１０として見える光の一部がミラー６に反射され一部がミラー６に反射されていないものであった場合であっても、空中映像１０を連続した映像として見ることができる。

【0017】

なお、図１に示す空中映像表示装置１では、ミラー６を平面として、ミラー６の反射面である平面を、ビームスプリッタ４の反射面である平面と再帰反射シート５の表面である平面とに対して垂直な面としているが、ビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かった光を反射して再帰反射シート５に導くものであればどのようなものでも構わない。ただし、再帰反射シート５は光の入射角が大きくなるほど再帰反射性の性能が下がるため、ミラー６を平面として、ミラー６の反射面である平面を、ビームスプリッタ４の反射面である平面と再帰反射シート５の表面である平面とに対して垂直な面とすることにより、再帰反射シート５の再帰反射性の性能を保ったまま、小さな筐体で視野角を大きな空中映像表示装置１を実現することができる。また、ミラー６の反射面である平面を、ビームスプリッタ４の反射面である平面と再帰反射シート５の表面である平面とに対して垂直な面とし、ミラー６をビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かった光を反射して再帰反射シート５に導く位置に設けることにより、観察者１１から見た左右方向にミラー６を配置することになり、観察者１１から見た左右方向の視野角を広げ、空中映像表示装置１の左右方向から近づいた観察者１１にとって空中映像１０の全体を見ることがより容易になる。

【0018】

センサ８は、観察者の位置を検出するものであり、例えば、空間領域内の物体の位置を検出する三次元距離センサである。三次元距離センサとしては、例えば、ＴｏＦセンサ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｓｅｎｓｏｒ）、ステレオカメラなどを用いることができる。センサ８は、例えば、観察者１１の目の位置を検出してもよい。センサ８によって複数の人が検出されたときは、例えば、空中映像１０の中心とビームスプリッタ４の中心を結ぶ直線に目の位置が最も近い人を観察者１１としてもよく、空中映像１０の中心と再帰反射シート５の中心を結ぶ直線に目の位置が最も近い人を観察者１１としてもよく、目の位置が空中映像１０に最も近い人を観察者１１としてもよい。また、センサ８は、例えば、観察者１１の手あるいは指の位置を検出してもよい。観察者１１の手あるいは指が空中映像１０を含むあらかじめ定められたエリアにある場合、観察者１１が空中映像表示装置１を操作していると判断することができる。

【0019】

透過光制御シート７は、ミラー６の表面に設けられ、光を透過する透過状態と、光の透過を制限する制限状態との、２つの状態を持つものである。制御器９は、センサ８の出力に応じて。透過光制御シート７を透過状態と制限状態とのいずれかに切り替える。例えば、センサ８があらかじめ定められたエリア内に観察者１１を検出したときには、制御器９は、透過光制御シート７を制限状態とし、透過光制御シート７の光の透過を制限する。例えば、ビームスプリッタ４から直接に再帰反射シート５に向かう光のみから空中映像１０の全体を観察できる位置に観察者１１の目を検出したときには、制御器９は、透過光制御シート７を制限状態として、透過光制御シート７の光の透過を制限する。これにより、観察者１１は空中映像１０の全体を見ることができるが、ミラー６によって反射される光が透過光制御シート７によって制限されるため、空中映像表示装置１の視野角が狭くなり、観察者１１以外の他者は空中映像１０の一部しか見ることができず、他者によるのぞき見を抑制することができる。

【0020】

なお、透過光制御シート７の制限状態において透過する光を遮断することにより、他者は空中映像１０の一部を除いてまったく見ることができなくなる。また、透過光制御シート７の制限状態において透過する光を散乱させることにより、他者は空中映像１０の一部を除いた領域において、空中映像１０の内容を確認することができないが空中映像１０が存在することを確認することができる。センサ８があらかじめ定められたエリア内に観察者を検出していないときは、制御器９は、透過光制御シート７を透過状態として、ミラー６によって反射された光を透過させる。これにより、空中映像があることの認知性を高めることができる。

【0021】

例えば、空中映像１０を含むあらかじめ定められたエリア内に観察者の手あるいは指を検出したときに、制御器９は透過光制御シート７を制限状態にしてもよい。これにより、例えば、空中映像１０に表示されたボタンを操作して暗証番号を入力している観察者１１は空中映像１０の全体を見ることができるが、透過光制御シート７によって光の透過が制限されることにより空中映像表示装置１の視野角が狭くなり、観察者１１以外の他者は空中映像１０の一部しか見ることができず、他者によるのぞき見を抑制することができる。センサ８があらかじめ定められたエリア内に観察者の手あるいは指を検出していないときは、制御器９は透過光制御シート７を透過状態とすることにより、空中映像があることの認知性を高めることができる。あるいは、制御器９は、空中映像１０に表示される内容、および、センサ８によって検出される観察者１１の手あるいは指の位置によって、観察者１１による操作を判断し、観察者１１による操作が完了したときに、あるいは、観察者１１による操作が完了してからあらかじめ定められた時間が経過したときに、透過光制御シート７を透過状態としてもよい。また、制御器９は、暗証番号入力の操作メニューなどのあらかじめ定められた内容の空中映像１０への表示が完了したときに、透過光制御シート７を透過状態としてもよい。

【0022】

以上のように、実施の形態１による空中映像表示装置１は、映像表示器３と、光を透過または反射させるビームスプリッタ４と、映像表示器３から出射されビームスプリッタ４で反射された光を再帰反射させる再帰反射シート５と、ビームスプリッタ４から再帰反射シート５の外側に向かった光を反射して再帰反射シート５に導くミラー６と、ミラー６の表面に設けられ、光を透過する透過状態および光の透過を制限する制限状態の２つの状態を持つ透過光制御シート７と、観察者１１の位置を検出するセンサ８と、センサ８の出力に応じて、透過光制御シート７を透過状態または制限状態のいずれかに切り替える制御器９とを備えたので、空中映像が見える位置が分かりやすく、他者からのぞき見されにくくすることができる。

【0023】

実施の形態２．
図２は、実施の形態２による空中映像表示装置１ａの模式図である。図２に示す実施の形態２による空中映像表示装置１ａを図１に示す実施の形態１による空中映像表示装置１と比較すると、ミラー６がミラー６ａになっており、透過光制御シート７が透過光制御シート７ａになっている。実施の形態２による空中映像表示装置１ａの他の構成は、実施の形態１による空中映像表示装置１と同じである。

【0024】

観察者１１から見て左右に１枚ずつ設けられたミラー６ａは、再帰反射シート５に接するとともに、ビームスプリッタ４とも接している。このように設置することにより、実施の形態１による空中映像表示装置１と同じ効果が得られるとともに、筐体２において仮想的再帰反射シート１２ａを最も大きくすることができ、視野角を最も広げることができる。なお、ミラー６ａの端部がビームスプリッタ４に接していても、ビームスプリッタ４の観察者１１から見た左右方向の端部がミラー６ａに接していても、どちらでもよい。

【0025】

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0026】

１、１ａ 空中映像表示装置、２ 筐体、３ 映像表示器、４ ビームスプリッタ、５ 再帰反射シート、６、６ａ ミラー、７、７ａ 透過光制御シート、８ センサ、９ 制御器、１０ 空中映像、１１ 観察者、１２、１２ａ 仮想的再帰反射シート。

【図1】

【図2】