特開 2024-102912 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】P2024102912

(43)【公開日】2024-08-01

(54)【発明の名称】空中映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20240725BHJP

   G03B 35/18 20210101ALI20240725BHJP

   H04N 13/346 20180101ALI20240725BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

G03B35/18

H04N13/346

H04N13/302

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006982

(22)【出願日】2023-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100099748

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 克志

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(72)【発明者】

【氏名】安次嶺 勉成

【テーマコード（参考）】

2H059

2H199

5C061

【Ｆターム（参考）】

2H059AB01

2H059AB12

2H059AC08

2H199BA32

2H199BB10

2H199BB12

2H199BB15

2H199BB20

2H199BB30

5C061AA06

5C061AB16

(57)【要約】

【課題】 空中映像の輝度を向上させることが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の空中映像表示装置１００は、空中映像Ｑを生成するための開口１４２を含む意匠Ｐが形成された再帰反射層１４０と、再帰反射層１４０の底面側に配置された偏光板１３０と、偏光板１３０の下方に配置された拡散層１２０と、拡散層１２０の下方に配置された光源１１０と、再帰反射層１４０の上面側に配置された偏光ビームスプリッター１５０とを有し、直下型の光源１１０を利用して意匠Ｐの空中映像Ｑを偏光ビームスプリッター１５０の上方に表示させる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再帰反射を利用して空中像を表示可能な表示装置であって、
空中映像を生成するための開口を含む意匠が形成された再帰反射層と、
前記再帰反射層の一方の主面側に配置された光源と、
前記再帰反射層の一方の主面と対向する他方の主面側に配置されたビームスプリッターとを有し、
前記意匠の空中映像を前記ビームスプリッター上に表示させる、表示装置。

【請求項2】

前記開口には、光の乱反射を抑制するための反射抑制部材が設けられる、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記反射抑制部材は、前記開口の内壁に形成された光吸収層である、請求項２に記載の表示装置。

【請求項4】

前記光吸収層は、前記開口の内壁を黒色で塗装した層である、請求項３に記載の表示装置。

【請求項5】

前記反射抑制部材は、前記開口内に嵌め込まれた光透光性のある光学部材である、請求項１に記載の表示装置。

【請求項6】

表示装置はさらに、前記光源と前記再帰反射層との間に拡散層を含む、請求項１に記載の表示装置。

【請求項7】

前記拡散層に形成された凸部が、前記再帰反射層の前記開口内に嵌め込まれる、請求項６に記載の表示装置。

【請求項8】

表示装置はさらに、前記再帰反射層と前記光源との間に配置された偏光板を含み、前記再帰反射層は、λ／４位相フィルムを含み、前記ビームスプリッターは、偏光ビームスプリッターである、請求項１に記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、再帰反射を利用して空中に映像を表示する機能を備えた空中映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

再帰反射を用いた空中表示（Ａｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ｂｙ Ｒｅｔｒｏ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＩＲＲ）が知られている。例えば、特許文献１の表示装置は、空中に形成される像をより広い角度から観察可能とするため、２つの再帰反射部材を用い、その一方の再帰反射部材を光源の出射軸上に配置している。特許文献２の表示装置は、画像の結像位置の調整を容易にするため、ハーフミラー、再帰反射部材、および画像出力装置をそれぞれ平行に配置している。特許文献３の表示装置は、画像の視認性の低下を抑制するため、光が位相差部材（λ／４板）を透過する回数を低減している。特許文献４の表示装置は、装置の薄型化を図るため、ビームスプリッターに対しディスプレイおよび再帰反射部材を平行に配置し、ディスプレイ上に偏向光学素子を配置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１０７１６５号公報

【特許文献2】特開２０１８－８１１３８号公報

【特許文献3】特開２０１９－６６８３３号公報

【特許文献4】特開２０１９－１０１０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

再帰反射部材を利用した空中映像表示装置において、薄型でありかつ広視野角の空中映像を表示するため、図１（Ｂ）に示すように、再帰反射部材２０、導光板３０およびハーフミラー４０を積層し、導光板３０の側方に光源５０を配置する構造が提案されている。図１（Ａ）は、空中映像Ｑが表示される様子を示す斜視図、図１（Ｂ）は、空中映像表示装置の概略断面図である。

【0005】

光源５０を出射した光Ｌは、導光板３０の側部３２を照射し、導光板３０の内部を水平方向に進行し、導光板３０の内部を一様に照射する。導光板３０の底部には、入射した光Ｌを垂直方向に向けて拡散するための光拡散部Ｐが形成され、この光拡散部Ｐは、空中映像Ｑを生成するための意匠（原画像）を構成する。図の例では、光拡散部Ｐは、リング状または環状の意匠である。再帰反射部材２０は、入射光と同じ方向に光を反射する光学部材であり、ハーフミラー４０は、入射光の一部を反射させ、一部を透過させる光学部材である。

【0006】

導光層３０に入射した光Ｌは、光拡散部Ｐで拡散または散乱され、拡散または散乱した光は、ハーフミラー４０で一部が反射され、その反射光が再帰反射部材２０によって入射した光と同じ方向に反射され、その反射光がハーフミラー４０を透過し、透過した光がハーフミラー４０の上方に空中映像Ｑを結像させる。ユーザーの視点Ｕからは、空中に浮かび上がった空中映像Ｑが観察される。

【0007】

しかしながら、このような空中映像表示装置１０は、導光板３０を用いることで薄型化、高視野角を達成することができる反面、水平方向に進行する光の一部を光拡散部Ｐで垂直方向に拡散させる構造であるため、光の利用効率が悪く、空中映像Ｑが暗いといった課題があった。

【0008】

本発明は、このような従来の課題を解決し、空中映像の輝度を向上させることが可能な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】

【0009】

本発明に係る表示装置は、再帰反射を利用して空中像を表示可能なものであって、空中映像を生成するための開口を含む意匠が形成された再帰反射層と、前記再帰反射層の一方の主面側に配置された光源と、前記再帰反射層の一方の主面と対向する他方の主面側に配置されたビームスプリッターとを有し、前記意匠の空中映像を前記ビームスプリッター上に表示させる。

【0010】

ある態様では、前記開口には、光の乱反射を抑制するための反射抑制部材が設けられる。ある態様では、前記反射抑制部材は、前記開口の内壁に形成された光吸収層である。ある態様では、前記光吸収層は、前記開口の内壁を黒色で塗装した層である。ある態様では、前記反射抑制部材は、前記開口内に嵌め込まれた光透光性のある光学部材である。ある態様では、表示装置はさらに、前記光源と前記再帰反射層との間に拡散層を含む。ある態様では、前記拡散層に形成された凸部が、前記再帰反射層の前記開口内に嵌め込まれる。ある態様では、表示装置はさらに、前記再帰反射層と前記光源との間に配置された偏光板を含み、前記再帰反射層は、λ／４位相フィルムを含み、前記ビームスプリッターは、偏光ビームスプリッターである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、再帰反射層に開口を含む意匠を形成し、再帰反射層の一方の主面側から再帰反射層を照射し、再帰反射層の他方の面側に空中映像を表示させるようにしたので、従来のように導光板を用いる構成と比較して、光の利用効率を向上させ、空中映像の輝度を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】従来の空中映像表示装置を説明する図である。

【図2】図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る空中映像表示装置による空中映像の表示例を示す図、図２（Ｂ）は、第１の実施例に係る空中映像表示装置の構成を示す概略断面図である。

【図3】本発明の第２の実施例に係る空中映像表示装置の構成を示す概略断面図である。

【図4】本発明の第３の実施例に係る空中映像表示装置の構成を示す概略断面図である。

【図5】本発明の第３の実施例の変形例に係る空中映像表示装置の構成を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明の表示装置は、特殊なメガネ等をかけなくても３次元空間内に再帰反射を用いた空中映像を表示する。ある態様では、本発明の表示装置は、空中映像を利用したユーザー入力インターフェースに適用される。なお、以下の実施例で参照される図面は、発明の理解を容易にするために誇大した表示を含んでおり、実際の製品の形状やスケールをそのまま表したものではないことに留意すべきである。

【実施例0014】

次に、本発明の実施例について詳細に説明する。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る空中映像表示装置の空中映像の表示例、図２（Ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る空中映像表示装置の構成を示す概略断面図である。

【0015】

図２（Ａ）に示すように、空中映像表示装置１００は、ハウジング等の筐体の表面から高さＤの位置に空中映像Ｑを表示し、ユーザーは、高さＤの空中映像Ｑを視覚的に認知することができる。空中映像Ｑの大きさ、数、態様などは、特に限定されないが、例えば、ユーザーが入力操作を行うためのアイコンなどを表すものである。

【0016】

図２（Ｂ）に示すように、空中映像装置１００は、１つまたは複数の光源１１０、拡散層１２０、偏光板１３０、再帰反射層１４０、偏光ビームスプリッター１５０を含んで構成される。

【0017】

光源１１０は、拡散層１２０の下方に配置され、一定の出射角（または放射角）を持つ光を拡散層１２０の底面に向けて出射する。光源１１０は、特に限定されないが、例えば、発光ダイオードやレーザーダイオードのような発光素子を用いることができる。また、光源１１０の数や配置も特に限定されないが、光源１１０は、再帰反射層１４０に形成される開口１４２を含む領域を、再帰反射層１４０の底面側から効果的に照射できるように配置される。

【0018】

拡散層１２０は、例えば、矩形状の上面および当該上面に対向する底面を含む、フィルム状、シート状または板状の光学部材である。拡散層１２０は、光源１１０から出射された光Ｌを底面側から入射し、入射した光を拡散し、拡散した光を、拡散層１２０の上面側から出射させる。ある態様では、拡散層１２０から出射された光は、再帰反射層１４０の開口１４２を含む領域を、再帰反射層１４０の底面側から概ね均一に照射する。

【0019】

拡散層１２０の上面側には、偏光板１３０が配置される。偏光板１３０は、フィルム状、シート状または板状の光学部材であり、例えば、偏光フィルターあるいはＤＢＥＦ（反射型偏光素子）から構成される。偏光板１３０は、光源１１０から入射した光の中から、ある偏光状態の光（例えば、直線偏光）を出射させる。

【0020】

偏光板１３０の上方に再帰反射層１４０が形成される。再帰反射層１４０は、入射光と同じ方向に光を反射する、フィルム状、シート状または板状の光学部材であり、例えば、三角錐型再帰反射素子、フルキューブコーナー型再帰反射素子などのプリズム型再帰反射素子やビーズ型再帰反射素子によって構成される。

【0021】

また、再帰反射層１４０の表面には、位相差フィルムとして、例えば、λ／４フィルムが設けられる。位相差フィルムは、入射する光と出射する光との間に位相差を与え、例えば、λ／４フィルムであれば、入射光と出射光の間にλ／４の位相差を与える。再帰反射層１４０の表面にλ／４フィルムを設けた場合、λ／４を２回通過することになるので、再帰反射層１４０に入射する光と再帰反射層１４０を出射する光の間に、λ／４×２の位相差が与えられる。

【0022】

本実施例において特徴的なことの１つは、再帰反射層１４０には、空中映像Ｑを生成するための開口１４２を含む意匠Ｐ（原画像）が形成されることである。開口１４２を含む意匠Ｐは、特に限定されないが、例えば、図２（Ａ）に示すような、ユーザー操作のためのアイコンを表す空中映像Ｑの原画像である。

【0023】

再帰反射層１４０の上方には、空隙を介して偏光ビームスプリッター１５０が配置される。再帰反射層１４０と偏光ビームスプリッター１５０との間の距離は、空中映像Ｑを生成する高さＤを規定する。偏光ビームスプリッター１５０は、入射した光の一部を透過し、一部を反射する光学素子であり、入射光をp偏光成分とs偏光成分とに分割する偏光分離素子である。例えば、偏光ビームスプリッター１５０は、ある偏光状態の光の一部を透過し、一部を反射する。

【0024】

このように構成された空中映像表示装置１００において、光源１１０から出射された光Ｌは、拡散層１２０で拡散された後、偏光板１３０で偏光状態の光となって再帰反射層１４０の底面側を照射する。再帰反射層１４０の底面側を照射した光は、開口１４２を通過し、その一部の光が偏光ビームスプリッター１５０を透過し、残りの光が偏光ビームスプリッター１５０で反射される。

【0025】

偏光ビームスプリッター１５０で反射された光は、再帰反射層１４０によって入射光と同じ方向に反射される。このとき、再帰反射層１４０に入射する光は、λ／４フィルムを通過し、反射されるときに、再度、λ／４フィルムを通過するため、入射光と出射光との間にλ／２の位相差が与えられる。もし、入射光が直線偏光であり、その偏光角がα°であれば、出射光は、偏光角がα°＋９０の直線偏光の光となる。

【0026】

こうして、再帰反射層１４０によって反射された光の偏光状態は、元の偏光状態から異なり、その光が偏光ビームスプリッター１５０を透過することで、開口１４２を含む意匠Ｐの空中映像Ｑが結像される。空中映像Ｑは、偏光ビームスプリッター１５０から高さＤの位置に生成され、空中映像Ｑと意匠Ｐは、偏光ビームスプリッター１５０の面に関し対称の位置である。

【0027】

従来の導光板を利用した空中映像は、その一部の光を垂直方向に反射させて空中映像を生成するため、光の利用効率が悪く、高輝度のＬＣＤやＬＥＤを用意する必要があったが、本実施例は、再帰反射層の直下に配置された光源からの光で再帰反射層を照射する構造を採用することで、光の利用効率を向上させ、輝度が明るい空中映像を安価なＬＥＤを用いて実現することが可能である。これにより、空中映像表示装置の小型化と低消費電力化を実現し、小型でありながら広視野角、高輝度の空中映像表示装置の提供を可能にし、様々な機器への空中映像表示装置の組み込みを行うことが可能になる。

【0028】

次に、本発明の第２の実施例について説明する。直下に配置された光源１１０によって再帰反射層１４０の開口１４２を含む意匠Ｐを底面側から照射すると、開口１４２のエッジで乱反射が発生し、原映像が目立ち、空中映像の視認性が低下するという課題が生じ得る。

【0029】

このような課題を解決するため、第２の実施例に係る空中映像表示装置１００Ａでは、図３に示すように、少なくとも開口１４２のエッジを覆うように、開口１４２の内壁に光吸収層１４４を設ける。光吸収層１４４は、例えば、黒色を塗装した層である。

【0030】

光源１１０から出射された光Ｌは、拡散層１２０および偏光板１３０を介して再帰反射層１４０の底面側を照射する。このとき、開口１４０のエッジは、光吸収層１４４によって覆われているため、底面側から照射した光が開口１４２のエッジで乱反射することが抑制される。これにより、原映像の発生が抑制され、空中映像Ｐの視認性が改善される。

【0031】

次に、本発明の第３の実施例について説明する。第２の実施例では、再帰反射層１４０の開口１４２に光吸収層１４４を設けたが、第３の実施例では、再帰反射層１４０の開口１４２に、拡散層１２０のそのものの形状を嵌め合わせる構造を用いる。

【0032】

第３の実施例に係る空中映像表示装置１００Ｂでは、図４に示すように、拡散層１２０の上面１１２に、再帰反射層１４０の開口１４２に嵌め合うことができる形状の凸部１２４を形成する。拡散層１２０の上面１２２を再帰反射層１４０の底面に接触させ、凸部１２４を開口１４２内に挿入し、凸部１２４を開口１４２に嵌め合わせる。ある態様では、凸部１２４の上面が再帰反射層１４０の上面と概ね同一平面となるように凸部１２４の高さが選択される。そして、凸部１２４の上面のみを覆うように偏光板１３０Ａが配置される。また、別な態様では、凸部１２４の上面が再帰反射層１４０の上面よりも幾分窪むように凸部１２４の高さを選択するようにしてもよい。この場合、偏光板１３０Ａは、凸部１２４の幾分窪んだ上面に配置される。こうして、開口１４２に凸部１２４を嵌合させることで、開口１４２のエッジが凸部１２４によって覆われる。

【0033】

光源１１０から出射した光Ｌは、拡散層１２０で拡散され、拡散された光は、再帰反射層１４０の底面側を照射する。このとき、開口１４２のエッジは、凸部１２４との嵌め合う構造により覆われているため、底面側から照射した光が開口１４２のエッジで乱反射することが抑制される。これにより、原映像の発生が抑制され、空中映像Ｐの視認性が改善される。

【0034】

次に、第３の実施例の変形例について説明する。図４に示す例では、拡散層１２０の上面１２２に凸部１２４を一体に形成し、凸部１２４を開口１４２に嵌め合わせたが、本変形例に係る空中映像表示装置１００Ｃでは、拡散層１２０の凸部１２４を用いる代わりに、図５（Ａ）に示すように、開口１４２に嵌め合わせ可能な光透過性の光学部材２００を用いる。光学部材２００は、拡散層１２０と同一の材料から構成されるものであってもよいし、あるいは、拡散層１２０と異なる材料、例えば、光を透過するガラスやアクリル等から構成されてもよい。光学部材２００を開口１４２に嵌め合わせたとき、再帰反射層１４０の底面が概ね同一平面となるように、光学部材２００の高さが選択される。

【0035】

拡散層１２０の平坦な上面１２２が再帰反射層１４０の平坦な底面に接触するように結合され、光学部材２００の上面には、先の実施例と同様に偏光板１３０Ａが配置される。また、別な態様として、図５（Ｂ）に示すように、再帰反射層１４０の底面と、拡散層１２０の上面１２２との間に、第１、第２の実施例のときと同様に、偏光板１３０を配置するようにしてもよい。この場合には、光学部材２００の上面の偏光板１３０Ａは不要である。

【0036】

本実施例の空中映像表示装置は、あらゆる機器の情報の表示やユーザー入力に適用することができ、例えば、コンピュータ装置、車載用電子機器、銀行等のＡＴＭ、駅等のチケットの購入機、エレベータの入力ボタンなどに適用することができる。

【0037】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

【符号の説明】

【0038】

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ：空中映像表示装置
１１０：光源
１２０：拡散層
１２２：上面
１２４：凸部
１３０、１３０Ａ：偏光板
１４０：再帰反射層
１４２：開口
１５０：偏光ビームスプリッター
２００：光学部材
Ｐ：意匠（原画像）
Ｑ：空中映像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】