特開 2024-29819 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】P2024029819

(43)【公開日】2024-03-07

(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 20200101AFI20240229BHJP

   G09F 19/12 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

G09F19/12 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132214

(22)【出願日】2022-08-23

(71)【出願人】

【識別番号】000005810

【氏名又は名称】マクセル株式会社

(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

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199BA32

2H199BA61

2H199BA63

2H199BB10

2H199BB12

2H199BB14

2H199BB15

2H199BB20

2H199BB53

2H199BB59

2H199BB67

(57)【要約】

【課題】室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、室内のテーブル等の面上に好適に設置可能である、映像表示装置１が収容された筐体１０６を備える。筐体１０６の外側には、λ／４板２１が設けられた再帰反射部材２と、所定の角度で配置された偏光分離部材１０１（ビームスプリッタ）とを備える。映像表示装置１からのＰ偏光の映像光は、偏光分離部材１０１および再帰反射部材２等を経由してＳ偏光に変換され、Ｓ偏光の映像光に基づいて、所定の位置に、空間浮遊映像３を表示する。
【選択図】図１０

【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、
映像表示装置が収容された筐体と、
前記筐体の外側に前記映像表示装置と対向して配置され、再帰反射面にλ／４板が設けられた再帰反射部材と、
前記筐体の外側で前記映像表示装置と前記再帰反射部材とを結ぶ空間に、前記映像表示装置および前記再帰反射部材に対し所定の角度で配置された偏光分離部材と、
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、前記偏光分離部材に対して、特定の入射角をもって入射し、前記偏光分離部材を通過し、前記再帰反射部材で反射され、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、前記偏光分離部材によって反射され、反射され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、
前記偏光分離部材に対して入射する、特定偏波の映像光は、Ｐ偏光である、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項3】

請求項１記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記偏光分離部材に対して入射する、特定の入射角は、４５度以上、６０度以下の範囲内の角度である、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項4】

請求項１記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記偏光分離部材に対して入射する、特定の入射角は、前記偏光分離部材の材質に対応したブリュースター角、もしくは、前記ブリュースター角よりも小さい、５０度から前記ブリュースター角未満までの範囲内の角度である、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項5】

請求項４記載の空間浮遊映像表示装置において、
形成された前記空間浮遊映像の表示される面が鉛直面となるように、前記映像表示装置が収容された前記筐体は、前記空間浮遊映像が形成される側に対応した前側の面が、後ろ側の面よりも高さが高くされている、
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、前記映像表示装置が収容された前記筐体に対し、フレーム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が、ガラス基板上に光学薄膜として形成されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項8】

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。

【請求項9】

請求項２記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記液晶表示パネルからの映像光は、Ｓ偏光であり、
前記液晶表示パネルからのＳ偏光の映像光を、前記偏光分離部材に対して入射するための前記Ｐ偏光に変換する、λ／２板を備える、
空間浮遊映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空間浮遊映像表示装置の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

空間浮遊映像表示装置の一例として、特開２０１９－１２８７２２号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、「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」旨が記載されている。

【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】

特許文献１のような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いない。空間浮遊映像について更なる映像品質の向上が求められている実情がある。

【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効果が得られる。また、特許文献１にも記載のように、空間浮遊映像をなんら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、非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が得られる。さらに、空間浮遊映像表示装置を自宅の書斎や居間、あるいは職場等に手軽に設置することができれば、従来は液晶画面などに単に表示されていた文字や図形、あるいは動画などが、空間浮遊映像として表示されることとなり、見た目にも楽しく、インテリアのアクセサリーとしても、好適である。

【0006】

一方、空間浮遊映像表示装置を室内で用いる場合、特に、家族が集まる居間や、職場で少なくとも複数の人が存在する事務室などでは、空間浮遊映像は、利用する特定の個人（以後、利用者と称する）だけが見えるようにすることが望ましい。ところが、後述するように、利用者の目の位置とは反対側にいる人からも、空間浮遊映像の元となる映像源から発せられた映像光が視認できてしまうという課題がある。この課題を解決すること、すなわち、利用者以外の人として利用者の目の位置とは反対側にいる人から、映像光を視認できないようにすることが望まれていた。

【0007】

本開示の目的は、空間浮遊映像表示装置に関して、利用者が空間浮遊映像を視認する場合に、利用者の目の位置とは反対側にいる人から映像光が視認できないようにすることができる技術を提供することである。また、本開示の目的は、室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、一例を挙げるならば以下の通りである。一実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、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、映像表示装置と対向して配置され、再帰反射面にλ／４板（位相差板、四分の一波長板）が設けられた再帰反射部材と、前記映像表示装置と前記再帰反射部材とを結ぶ空間に、前記映像表示装置および前記再帰反射部材に対し所定の角度で配置された偏光分離部材と、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される特定偏波の映像光、具体的には、Ｐ偏光の映像光は、前記偏光分離部材（ビームスプリッタともいう）を透過し、前記再帰反射部材で反射され、前記λ／４板を２度通過することによって、Ｓ偏光の映像光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材で反射したＳ偏波の映像光は、前記偏光分離部材によって反射し、反射され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。

【0009】

ここで、上記Ｐ偏光の映像光が、ビームスプリッタを透過する際、Ｐ偏光の映像光の一部はビームスプリッタを透過せずに反射する。このビームスプリッタで反射した一部の反射映像光は、空間浮遊映像表示装置の裏側、より詳細には、空間浮遊映像を視認する利用者の目の位置とは反対側にいる人からも視認できるという課題が生じる。

【0010】

本実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、上記ビームスプリッタで反射した上記反射映像光を生じない、または、上記反射映像光の光量を十分に低減させる構成とした。より具体的には、本実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、上記映像光（Ｐ偏光映像光）のビームスプリッタへの入射角を所定の角度（ブリュースター角：θＢ）とすることで、上記反射映像光が生じない構成とした。

【発明の効果】

【0011】

本開示のうち代表的な実施の形態によれば、空間浮遊映像表示に関して、利用者が空間浮遊映像を視認する場合に、利用者の目の位置とは反対側にいる人から映像光が視認できないようにすることができる。また、代表的な実施の形態によれば、室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。代表的な実施の形態によれば、明るく、視認性の高い空間浮遊映像を表示できると共に、空間浮遊映像を形成する元となる映像光がビームスプリッタで反射することによって生じる反射映像光が生じない、またはその反射映像光の光量を十分に低減させる構成とする。これにより、利用者の目の位置とは反対側にいる人からは上記反射映像光を視認できないという効果をもたらす空間浮遊映像表示装置を提供できる。上記した課題および上記以外の課題、ならびにそれらの課題を解決する構成、および効果等については、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】

【0012】

【図1】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】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】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】再帰反射部材の詳細な構造の例を示す図である。

【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）のボケ量との関係を表す特性図である。

【図6】一実施例に係る映像表示装置の構成例を示す図である。

【図7】一実施例（第１実施例）に係る空間浮遊映像表示装置の外観構成例を示す図である。

【図8】一実施例（第１実施例）に係る空間浮遊映像表示装置で、横から見た断面の構成例を示す図である。

【図9】一実施例（第２実施例）に係る空間浮遊映像表示装置の外観構成例を示す斜視図である。

【図10】一実施例（第２実施例）に係る空間浮遊映像表示装置で、横から見た断面の構成例を示す図である。

【図11】入射角と反射率の関係、ブリュースター角について示す図である。

【図12】一実施例（第３実施例）に係る空間浮遊映像表示装置の外観構成例を示す斜視図である。

【図13】一実施例（第３実施例）に係る空間浮遊映像表示装置で、横から見た断面の構成例を示す図である。

【図14】一実施例（第２実施例の変形例）に係る空間浮遊映像表示装置で、映像表示装置部におけるλ／２板の実装例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら本開示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、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／ＭＰＵ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、例えばメモリカードやディスク等でもよい。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、名前、番号等の表現は互いに置換可能である。

【0014】

＜実施の形態＞
実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、映像表示装置と、偏光分離部材であるビームスプリッタと、再帰反射面にλ／４板（位相差板、四分の一波長板）が設けられた再帰反射部材とを有して構成される。映像表示装置は、光源装置と、映像源（映像表示素子）として特定偏波の映像光（例えばＰ偏光）を発する表示パネルまたは液晶表示パネルとを有して構成される。光源装置は、液晶表示パネルにバックライトとしての光を発生・供給する。映像表示装置の液晶表示パネルと再帰反射部材とを結んだ空間には、偏光分離部材が配置される。偏光分離部材は、液晶表示パネルからの特定偏波の映像光を、再帰反射部材に向けて透過させ、再帰反射部材およびλ／４板によって偏光変換された後の他方の偏波（例えばＳ偏光）の映像光を反射させる性質を有する。反射後の他方の偏波の映像光は、映像表示装置とは異なる方向における所定の位置に、実像である空間浮遊映像を生成・表示する。

【0015】

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（偏光変換素子など）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、導光体の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、限定しないが特に室内での使用を考慮し、机の上に設置可能な筐体を有する映像表示装置部と、フレーム構造より成る空間浮遊映像表示部とを有して構成される。

【0017】

映像表示装置部は、主に、液晶表示パネルと、光源（バックライト）とを有して構成される。

【0018】

空間浮遊映像表示部は、偏光分離部材および再帰反射部材などから成る光学系を有して構成される。本実施例の光学系は、金属や樹脂によるフレームで支えられる構造を備える。

【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、ショーウィンドゥのガラス等の、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、上記実施例とは別に、より小面積（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、後述する偏光分離部材（言い換えると、偏光ビームスプリッタ、または単に、ビームスプリッタ）および再帰反射板などで構成された光学系を用いた、主に室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、ショーウィンドゥのガラス面や光透過性の板材上に高解像度の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、書斎の机の上、リビングルームのテーブル上、カウンターキッチンなど、比較的小さな空間においても設置可能である。また、実施例によれば、特に、空間浮遊映像を視認できる利用者に対し空間浮遊映像表示装置をはさんで反対側にいる人からは反射映像光（詳細は後述）を視認できないようにした空間浮遊映像表示装置を提供可能となる。実施例によれば、特に、室内でインテリア小物、あるいは、情報機器の表示装置として好適な空間浮遊映像表示装置を提供可能となる。

【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において、再帰反射部２ａが６面体であるために、正規に反射する反射光の他に、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。再帰反射部材２は、再帰反射板、あるいは再帰反射シート等とも呼ばれる。

【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、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、ガラス等の光透過性部材（透明部材とも記載）であるショーウィンドゥ（ウィンドゥガラス）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可能である。具体的には、空間浮遊情報表示装置における映像表示装置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、実像である空間浮遊映像３を形成する。図１の（Ａ）では、奥行き方向において、ウィンドゥガラス１０５に対し奥側が店舗内空間、手前側が店舗外空間（例えば歩道）である場合を示している。他方、ウィンドゥガラス１０５に特定偏波を反射する手段（光学部材など）を設けることで、映像光束を反射させて、店舗内の所望の位置に空間浮遊映像３を形成することもできる。

【0026】

図１の（Ｂ）は、上述した映像表示装置１のブロック構成を示す。映像表示装置１は、空間浮遊映像３の原画像を表示する映像表示部１ａと、入力された映像を映像表示部１ａの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）入力などの有線での入力信号への対応と、Ｗｉ－Ｆｉ（Wireless Fidelity：登録商標）などの無線での入力信号への対応とを行う。映像表示装置１は、映像受信・表示装置として単独で機能するものでもあり、外部ＰＣ、タブレットやスマートフォンなどからの映像情報を表示することもできる。更に、映像表示装置１は、スティックＰＣなどを接続すれば、計算処理や映像解析処理などの能力を持たせることもできる。

【0027】

［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、平面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、平面ガラス等の透明部材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。

【0028】

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の方向に進み、透明部材１００に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）で反射され、光軸Ａ２の方向に進み、再帰反射部材２に入射する。本例では、ビームスプリッタ１０１は、シート状に形成されて、平面ガラス等の透明部材１００の下面に粘着されている。または、平面ガラスに直接、光学薄膜を蒸着することで、ビームスプリッタ１０１が形成されてもよい。

【0029】

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上の映像光は、再帰反射部材２への入射の際と再帰反射部材２から出射の際との計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、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、利用者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などに採用する場合に、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される。より具体的には、ビームスプリッタ１０１は、平面ガラス（例えば石英ガラス）上に光学薄膜を蒸着して構成することができる。

【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度程度の角度をなして、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。

【0035】

図３に示すＺ型の構成では、方向Ｃから入射してくる外光の再帰反射部材２や映像表示装置１に対しての影響を低減することを目的として、ガラス板等の透明部材１００および吸収型偏光板１１２を備えている。図３に示すように、映像表示装置１および再帰反射部材２は、透明部材１００および吸収型偏光板１１２と９０度程度の角度をなして配置されており、ビームスプリッタ１０１とは略４５度程度の角度をなして配置されている。本実施例では、ビームスプリッタ１０１は水平方向に配置されており、映像表示装置１、より具体的には液晶表示パネル１１上に表示された映像の位置と、空間浮遊映像３が形成される位置とは、ビームスプリッタ１０１と面対称の位置関係となる。

【0036】

［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角柱からなる再帰反射部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（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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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（方向Ｄと対応する）で、再帰反射部材２に向かって進む。

【0042】

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：Parallel Polarization）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、Ｓ偏光（垂直偏光：Senkrecht Polarization）の映像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。このビームスプリッタ１０１は、一般的に平板ガラス基板上に光学薄膜を蒸着することで形成することができる。したがって、ビームスプリッタ１０１の屈折率は、実質的に平板ガラスの屈折率ｎ（ｎ＝約１．５）と同じ値を有する。

【0043】

一方、再帰反射部材２の光入射面（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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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（利用者が空間浮遊映像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。

【0047】

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。

【0048】

［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の光出射側に液晶表示パネル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。

【0049】

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の光入射側には、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。

【0050】

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。導光体２０３の上面とは、導光体２０３の反射で反射された光を出射する出射面のことを言う。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。

【0051】

光源装置１３は、導光体２０３の光入射側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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

＜机上設置型（Ｚ型）の空間浮遊映像表示装置＞
次に、図７以降を用いて、一実施例に係る、机上設置型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、図３に示すＺ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。

【0056】

［第１実施例］
図７は、一実施例（第１実施例とする）に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の外観構成例を示す。図７に示す第１実施例の空間浮遊映像表示装置は、大別して、映像表示装置部３００（それに対応する筐体１０６）と、空間浮遊映像表示部４００とを備える。映像表示装置部３００は、筐体１０６（言い換えると映像表示装置１の収納部）に実装・収納されている。空間浮遊映像表示部４００は、再帰反射部材２、λ／４板２１、ビームスプリッタ１０１、および、これらを支えるフレーム１０８などにより構成される。

【0057】

図７では、図示のＸ－Ｙ面を机面（本例では水平面）とした場合に、その机面上に筐体１０６が配置されている。筐体１０６は概略的に長方体形状、所定の高さの平板形状である。筐体１０６内には机面に沿って映像表示装置１が配置されている。筐体１０６の上に、空間浮遊映像表示部４００が配置されている。ビームスプリッタ１０１が机面に対し斜めに配置されている。ビームスプリッタ１０１の上に、再帰反射部材２およびλ／４板２１が、机面に沿って配置されている。λ／４板２１は、上側にある再帰反射部材２に対し下側に向いて配置されている。つまり、λ／４板２１は、再帰反射部材２の光入射側に配置されている。空間浮遊映像３は、筐体１０６と再帰反射部材２との間で、ビームスプリッタ１０１から前側（Ｙ方向）に出て、鉛直方向（Ｘ－Ｚ面）に立つように形成される。

【0058】

空間浮遊映像３は、筐体１０６と再帰反射部材２との間で、ビームスプリッタ１０１から前側（Ｙ方向）に出て、鉛直方向（Ｘ－Ｚ面）に立つように形成される。空間浮遊映像表示装置の筐体１０６が一番下に配置されることには限定されない。状況に応じて、筐体１０６と再帰反射部材２との位置関係は逆でもよいし、上下だけではなく、左右配置でもよい。つまり、ビームスプリッタ１０１は筐体１０６の光出射側と再帰反射部材２との間に配置されており、筐体１０６の光出射側と再帰反射部材２の光入出射側とは対向して配置され、ビームスプリッタ１０１は再帰反射部材２の光入出射面に対して斜めに配置されている。

【0059】

フレーム１０８は、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材２およびλ／４板２１を支持する部材である。フレーム１０８は、筐体１０６の上面の２つの角から上に出て、ビームスプリッタ１０１の２つの斜辺に沿って斜め上に延在し、水平方向（Ｙ方向）に曲がって、再帰反射部材２等の２つの辺に沿って延在したあと、それらの端部がＸ方向に沿って延在して閉じている。

【0060】

本実施例では、筐体１０６内に、図６のような映像表示装置１の構成要素、すなわち、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等が収容され固定されている。筐体１０６の上部には開口部１０６１が設けられている。開口部１０６１は映像光が透過する部分である。開口部１０６１には透明部材などが設けられてもよい。映像表示装置１上、より具体的には、液晶表示パネル１１上に表示された映像に対応する映像光は、この開口部１０６１を経て、上方のビームスプリッタ１０１に向かって進む。

【0061】

図７では、空間浮遊映像表示装置を上側方（斜め上）から見た場合の外観の斜視図を示している。ここでの装置正面は、空間浮遊映像表示部４００で形成する空間浮遊映像３（破線枠で示す）を利用者が正面から視認できる方向に対応した面とする。方向Ｆは、利用者が空間浮遊映像３を正面から視認する方向であり、Ｙ方向の負方向と対応している。

【0062】

説明上、図示の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のような座標系や方向を用いる場合がある。Ｚ方向は、鉛直方向、上下方向（空間浮遊映像３の画面内での垂直方向）であり、Ｘ方向およびＹ方向は、２つの水平方向であり、Ｘ方向は、左右方向（空間浮遊映像３の画面内での水平方向）であり、Ｙ方向は、奥行き方向、前後方向（利用者が空間浮遊映像３を見る方向）である。

【0063】

本実施例では、図示のように、空間浮遊映像表示部４００は、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。また、筐体１０６は、比較的小型（コンパクト）でＺ方向の厚さが小さく抑えられた薄型となっている。本実施例では、空間浮遊映像表示部４００は、筐体１０６の上側に、支柱であるフレーム１０８を介して、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２等を支えるようにして、配置・固定されている。よって、利用者の視点からＹ方向、正面（方向Ｆ）で空間浮遊映像表示部４００（特に空間浮遊映像３）を見る場合、利用者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、利用者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。

【0064】

ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２は、厚さが十分に薄い。樹脂材で構成される再帰反射部材２の主面は、Ｘ方向およびＹ方向（例えば水平方向）に沿って配置されている。よって、利用者の視点からＹ方向、正面（方向Ｆ）で空間浮遊映像３を視認する際には、再帰反射部材２はあまり目立たない。また、空間浮遊映像３を表示せず空間浮遊映像表示装置を利用しない時には、利用者の視点からＹ方向（方向Ｆ）で空間浮遊映像表示部４００を見た場合には、ビームスプリッタ１０１は半透明板に見え、ビームスプリッタ１０１の奥側をある程度視認可能である。

【0065】

すでに述べたように、ビームスプリッタ１０１は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する性質を有し、例えば平板ガラス基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。このとき、ビームスプリッタ１０１に対する偏光光の入射角としては、４５度±１５度程度のものが一般的に用いられる。また、映像表示装置部３００、ビームスプリッタ１０１、および再帰反射部材２等は、図３のＺ型の構成と同様に、所定の位置関係を有して配置・固定されている。

【0066】

図７に示すように、筐体１０６、すなわち映像表示装置部３００の上側または映像表示装置部３００の光出射側には、支柱であるフレーム１０８を介して、ビームスプリッタ１０１がＸ－Ｙ面に対し斜面を形成するように配置されている。さらに、ビームスプリッタ１０１に対し、支柱であるフレーム１０８を介して、再帰反射部材２およびλ／４板２１がＸ－Ｙ面に配置されている。ここで、ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２は、それぞれ、主面の長方形の２辺または３辺が、対応する支柱であるフレーム１０８に接着されて固定されている。そして、図示のように、ビームスプリッタ１０１に対しＹ方向で手前側の所定の位置に、空間浮遊映像３が形成される。

【0067】

図８は、図７の映像表示装置部３００、および空間浮遊映像表示部４００を、側面、Ｘ方向（図７における方向Ｅ）から見た場合の断面図による内部構造を示す。この映像表示装置部３００、および空間浮遊映像表示部４００は、図示のように、図３のＺ型の構造を有する。図３の構成を図面内で回転させ、図３における方向Ｄを鉛直方向（Ｚ方向）となるようにした場合、透明部材１００と吸収型偏光板１１２を除けば、図３の構成と図８の構成は同様の構成となる。

【0068】

図８において、映像表示装置部３００、すなわち、筐体１０６、および筐体１０６内に収容されている映像表示装置１において、液晶表示パネル１１からの映像光がＺ方向で上向きに出射される向きに配置されている。すなわち、液晶表示パネル１１の映像表示面は、Ｘ－Ｙ面（水平面）に配置されている。また、筐体１０６内において、下から順に、光源装置１３、液晶表示パネル１１、吸収型偏光板１２が配置されている。図８では、映像表示装置１から、開口部１０６１を経て、上向きに光軸Ｃ１上に出射される映像光を、破線矢印で示している。３本の破線矢印の中央が光軸、左右両側が光束の範囲を示す。

【0069】

液晶表示パネル１１より出射された映像光は、所定の偏光特性、例えば、Ｐ偏光（平行偏光：ＰはParallelの略）を有する光とする。このＰ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１をそのまま上方に通過し、光軸Ｃ１に対応した光軸Ｃ２上を再帰反射部材２に向かって進む。ビームスプリッタ１０１は、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光（垂直偏光：ＳはSenkrechtの略）を反射させる性質を有する。ビームスプリッタ１０１は、このＰ偏光の映像光（光軸Ｃ１、Ｚ方向）と、例えば約４５度の角度をなすように配置されている。すなわち、ビームスプリッタ１０１は、主面が、液晶表示パネル１１および再帰反射部材２の主面のＹ方向に対し約４５度の角度をなすように配置されている。

【0070】

一方、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から発射され、ビームスプリッタ１０１を透過した光軸Ｃ２上のＰ偏光の映像光は、再帰反射部材２で反射される前と反射された後との計２回、λ／４板２１を通過することで、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で反射後の光軸Ｃ２上を進んだＳ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１で反射され、Ｙ方向の光軸Ｃ３上を進む。このＳ偏光の映像光は、図示のようにＹ方向で手前側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像３を生成・表示する。

【0071】

空間浮遊映像３が形成される所定の位置は、映像表示装置１、ビームスプリッタ１０１、および偏光分離部材２を含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。本実施例では、この空間浮遊映像３の形成の位置は、奥行き方向（Ｙ方向）で、再帰反射部材２の主面の領域のうちの手前側の端部付近の位置とされている。この所定の位置は、設計によって調整可能である。上述の通り、本実施例では、空間浮遊映像３は、直線偏光（本実施例ではＳ偏光）した映像光により生成される。利用者（空間浮遊映像３を観察する観察者）は、Ｙ方向の手前側、すなわち矢印で示す方向Ｆから、この空間浮遊映像３を好適に視認できる。

【0072】

上記実施例では、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８のようにＺ型の位置関係を保ち、かつ、利用者（観察者）に対し視認性に優れた空間浮遊映像３を提供することができる。上記実施例の空間浮遊映像表示装置は、机やテーブルや棚などの水平面上に配置した状態で好適に利用可能である。

【0073】

なお、図８のように、Ｐ偏光の映像光（光軸Ｃ１、Ｚ方向）に対してビームスプリッタ１０１が約４５度の角度をなすように配置されている場合、映像表示装置１上、すなわち、液晶表示パネル１１上に表示された映像は、その縦横比を保ったまま、空間浮遊映像３として生成・表示される。より具体的には、液晶表示パネル１１上に真円が表示された場合には、空間浮遊映像３としても、同じく真円が表示される。

【0074】

［第２実施例］
ここで、上記第１実施例の空間浮遊映像表示装置の利用時に、利用者（観察者）の視点からＹ方向（水平方向）で空間浮遊映像表示部４００を見た場合、すなわち、図８の方向Ｆからは、ビームスプリッタ１０１は半透明板のように見える。そのため、利用者は、空間浮遊像３を観察しながら、ビームスプリッタ１０１の奥側（利用者から見て、ビームスプリッタ１０１の反対側）の様子をある程度視認可能である。このことは、逆に、ビームスプリッタ１０１の奥側、すなわち、利用者から見てビームスプリッタ１０１の反対側、すなわち図８の方向Ｇからも、ビームスプリッタ１０１を介して、利用者側の様子をある程度視認可能であることを意味する。ただし、実像である空間浮遊映像３そのものは、方向Ｇから視認することはできない。

【0075】

すでに述べたように、ビームスプリッタ１０１は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する性質を有し、例えば平板ガラス基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。したがって、ビームスプリッタ１０１の表面に映像光（ここでは、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１から照射されたＰ偏光映像光）が照射されると、その光の多くはビームスプリッタ１０１を透過する一方で、上記ビームスプリッタ１０１に照射された光の少なくとも一部は、ビームスプリッタ１０１上の反射光として視認されることになる。

【0076】

すなわち、図８において、映像表示装置１から出射された光軸Ｃ１上の映像光がビームスプリッタ１０１に照射された場合には、上記映像光の大部分（略９０％以上）は、ビームスプリッタ１０１を透過して再帰反射シート２に到達する一方で、上記映像光の一部（略５～１０％程度）は、ビームスプリッタ１０１上で反射する。この反射する光を反射映像光Ｒとして示す。

【0077】

言い換えると、図８において、空間浮遊映像表示部４００を、本来の利用者の視点の方向Ｆとは反対の方向Ｇから観察すると、ビームスプリッタ１０１上で反射した映像光（図８での反射映像光Ｒ）が見えてしまうという課題がある。この反射映像光Ｒは、空間浮遊映像表示部４００の周囲の明るさが小さい場合、すなわち、室内が暗い場合には、より顕著に視認できる。

【0078】

以下、この課題に対する解決手段、すなわち、図８の方向Ｇから反射映像光Ｒを見えないようにする、あるいは、反射映像光Ｒの輝度を低減する方法について記載する。

【0079】

図９，図１０は、上記課題を解決するために、図７，図８に示す空間浮遊映像表示部４００を、より縦長に変形した実施例であり、空間浮遊映像表示装置を上側方（斜め上）から見た場合の外観の斜視図を示す。図９での装置全体のＺ方向の高さは、図７での装置全体のＺ方向の高さよりも大きい。図１０でのビームスプリッタ１０１の斜面の配置の角度Ｂ２は、図８での角度Ｂ１（４５度程度）よりも大きい。ここでの装置正面は、図７と同様に、空間浮遊映像表示部４００で形成する空間浮遊映像３（破線枠で示す）を利用者が略正面から視認できる方向Ｆに対応した面とする。図９において、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｘ方向およびＹ方向は２つの水平方向であり、Ｘ方向は左右方向（空間浮遊映像３の画面内での水平方向）であり、Ｙ方向は奥行き方向、前後方向（利用者が空間浮遊映像３を見る方向）である。

【0080】

図９では、図７と同様に、筐体１０６、すなわち映像表示装置部３００の上側には、支柱であるフレーム１０８を介して、ビームスプリッタ１０１がＸ－Ｙ面（水平面）に対し斜面を形成するように配置されている。さらに、ビームスプリッタ１０１に対し、支柱であるフレーム１０８を介して、再帰反射部材２およびλ／４板２１がＸ－Ｙ面に配置されている。ここで、ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２は、それぞれ、長方形の２辺または３辺が、対応する支柱であるフレーム１０８に接着されて固定されている。そして、図示のように、ビームスプリッタ１０１に対しＹ方向で手前側の所定の位置に、空間浮遊映像３の上部が利用者の手前側にやや傾くように形成される。つまり、Ｚ方向において、空間浮遊映像３の上部は空間浮遊映像３の下部より利用者側に傾くように形成される。図示のように、空間浮遊映像３のＺ方向に延在する２つの辺が、Ｚ方向（鉛直方向）に対し所定の角度γで傾いている。

【0081】

図１０は、図９に示す空間浮遊映像表示装置を側面、すなわち、Ｘ軸方向、図９の方向Ｈから見た模式図である。なお、図１０では、前述の方向Ｆを同じくＹ方向の負方向とし、方向Ｆ’は、やや斜めに形成された空間浮遊映像３を正面（面垂直方向）から視認する場合の斜め方向として図示している。

【0082】

図１０において、液晶表示パネル１１から出射される映像光は、一般的に直線偏光（Ｓ偏光、または、Ｐ偏光）の映像光である。図１０の実施例では、液晶表示パネル１１から出射される映像光は、Ｐ偏光の映像光である。本実施例では、上記映像光がビームスプリッタ１０１を透過するようにするために、液晶表示パネル１１から出射される映像光がＰ偏光である場合には、そのままビームスプリッタ１０１に出射すればよい。それに対し、液晶表示パネル１１から出射される映像光がＳ偏光である場合には、このＳ偏光映像光をＰ偏光に変換するために、λ／２板１４（図１４）を通過させる。

【0083】

図１４には、液晶表示パネル１１から出射される映像光がＳ偏光である場合の一実施例（第２実施例の変形例）でのλ／２板１４の配置例を示す。このλ／２板１４は、再帰反射部材２のλ／４板２１とは別の素子であり、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する、偏光変換素子、位相差板、二分の一波長板である。ここで、上記液晶表示パネル１１とλ／２板１４は、光源装置１３、および吸収型偏光板１２と共に、筐体１０６内の例えば図示する位置に配置されている。図１４では、液晶表示パネル１１の映像光出射面に、Ｚ方向で上側に接してλ／２板１４が設けられ、その上側に接して吸収型偏光板１２が設けられている。

【0084】

図１４の例に限らず、他の構成例としては、筐体１０６の開口部１０６１において、透明部材の下面にλ／２板１４が設けられてもよい。

【0085】

図１０で液晶表示パネル１１からのＰ偏光のままの映像光、または図１４でλ／２板１４によってＰ偏光に変換された映像光（Ｐ偏光映像光）は、図１０でビームスプリッタ１０１を透過し、λ／４板２１を介して、再帰反射部材２に入射する。このとき、再帰反射部材２に入射した映像光は、再帰反射部材２への入射時と反射時の２回、λ／４板２１を通過するため、Ｓ偏光映像光に変換される。再帰反射部材２で反射した映像光は、上記の通り、Ｓ偏光映像光に変換されているため、ビームスプリッタ１０１で反射する。その結果、図１０に示す位置に、空間浮遊映像３が生成される。

【0086】

このとき、図１０において、液晶表示パネル１１からのＰ偏光のままの映像光、または上記λ／２板１４を通過してＰ偏光に変換された映像光は、ビームスプリッタ１０１に入射した際に、ビームスプリッタ１０１への入射角αに応じて、ビームスプリッタ１０１上で反射する割合（反射率）が異なる。

【0087】

図１１に示すグラフは、空気中から、屈折率ｎ＝１．５のガラスにＳ偏光およびＰ偏光の光を入射させた場合の、入射角とガラス表面での反射率（％Ｒ）を表すグラフである。図１１において、破線で示した曲線はＳ偏光の映像光の入射角の変化に対する反射率の変化を示し、実線で示した曲線はＰ偏光の映像光の入射角の変化に対する反射率の変化を示している。図１１に示すように、Ｓ偏光の映像光では、入射角が大きいほど反射率が増加する単調増加の関係であるのに対し、Ｐ偏光の映像光では、入射角が大きくなるほど反射率が０に近づき、ある角度で反射率は０となり、さらに入射角が大きくなると再び反射率が増加する関係を有する。また、Ｓ偏光の映像光の反射率は、同じ入射角であれば、常にＰ偏光の映像光の反射率よりも大きい。

【0088】

図１１に示すように、Ｐ偏光の映像光において、反射率が０となる入射角は、ブリュースター角（θＢとする）と呼ばれる。このブリュースター角θＢは、２つの物質（ここでは空気とガラス）の屈折率から、次の式１で定まる。

【0089】

（式１） θＢ＝arctan(n2/n1)

【0090】

式１において、n1は入射側（すなわち空気）の屈折率、n2は透過側（すなわちガラス）の屈折率である。例えば、屈折率１の空気中から屈折率が１．５のガラスに入射する光のブリュースター角θＢは、５６．３度である。

【0091】

図１１から明らかなように、Ｓ偏光の映像光では、入射角を変えても絶えず反射が起き、Ｐ偏光の映像光では、入射角がブリュースター角θＢとなったとき、物質（ガラス）の中に入ってしまい反射されなくなる。すなわち、ブリュースター角θＢでは反射率（％Ｒ）が０となるという性質がある。一方、式１から明らかなように、ブリュースター角は、入射する物質の屈折率により変化し、入射側に対し透過側の屈折率が大きいほどブリュースター角が大きくなる。

【0092】

上記の通り、ビームスプリッタ１０１の材質に応じた透過側の屈折率（n2）から、式１で求められるブリュースター角で、Ｐ偏光の映像光をビームスプリッタ１０１に入射する構成とした場合、ビームスプリッタ１０１上で反射することはなくなる。なお、すでに述べたように、ビームスプリッタ１０１は、例えば平面ガラス上に光学薄膜として形成されるため、ビームスプリッタ１０１のブリュースター角θＢは、ガラス（より具体的には、石英ガラス）のブリュースター角θＢと同じ値（５６．３度）となる。

【0093】

この結果、図１０において、液晶表示パネル１１からの映像光に基づいて映像表示装置１から発せられるＰ偏光の映像光を、ブリュースター角θＢでビームスプリッタ１０１に入射する構成とすれば、ビームスプリッタ１０１上で反射する反射映像光Ｒはほぼ０となる。空間浮遊映像３が形成されるのとは逆の向き、具体的には、図１０の方向Ｌからその反射映像光Ｒを視認することはできなくなる。これにより、空間浮遊映像表示装置の利用者以外の他者にとっては煩わしいかもしれない映像光が他者から見えにくいという効果、一方で、利用者としては、他者からは視認されたくない映像光を、他者から見られることがなくなるという効果を得ることができる。

【0094】

また、図１１に示すグラフから明らかなように、映像光のビームスプリッタ１０１への入射角αをブリュースター角θＢ（５６．３度）、または、ブリュースター角θＢに近い、いくぶん小さい角度（例えば、５０度から５６．３度未満までの範囲内の角度）（５０度≦α＜θＢ）とするだけでも、反射映像光Ｒを完全に０とすることはできないまでも、映像光のビームスプリッタ１０１での反射率は２％以下となり、反射映像光Ｒをほぼ視認できない程度に低減させることができる。また、ビームスプリッタ１０１への入射角αがブリュースター角θＢから離れた角度（例えばα＜５０度）であっても、図１１に示すグラフから、ビームスプリッタ１０１に入射する映像光を、例えばλ／２板１４を用いて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換するだけでも、反射映像光Ｒの輝度を低減させることができる。

【0095】

上記の通り、映像表示装置１から発せられた映像光が光軸Ｃ１上でビームスプリッタ１０１に入射する際の入射角αを、ブリュースター角θＢ（具体的には、５６．３度）もしくはブリュースター角θＢに近い範囲（５０度≦α＜θＢ）内の角度となるように構成する。すなわち、図１０のように、各構成要素の配置の角度などが規定される。図１０はα＝θＢとした例である。また、特に、ビームスプリッタ１０１の斜面の配置の角度は、Ｚ方向（鉛直方向）に対しては角度β（β＝９０度－θＢ＝３３．７度）となり、水平面（Ｙ方向）に対して角度Ｂ２（Ｂ２＝θＢ＝５６．３度）となる。

【0096】

これにより、ビームスプリッタ１０１における上記映像光の反射映像光Ｒをゼロ、もしくはゼロに近く、実用上問題とならない程度にできる。すなわち、空間浮遊映像３を視認できる側の反対側（方向Ｌ）からビームスプリッタ１０１を見た場合に、反射映像光Ｒを視認できない程度に低減可能となる。

【0097】

ビームスプリッタ１０１に対して入射する際の特定の入射角αは、上記ブリュースター角θＢに限らずに、４５度～６０度の範囲内の角度とすれば、上記実施例に近い効果が得られる。

【0098】

［変形例（第３実施例）］
ここで、ビームスプリッタ１０１に対する入射角をブリュースター角とした場合、さらに、以下に記載するような新たな課題が生じる。図８に示したように、Ｐ偏光の映像光（光軸Ｃ１、Ｚ方向）に対してビームスプリッタ１０１が略４５度をなすように配置されている構成の場合には、映像表示装置１上、すなわち、液晶表示パネル１１上に表示された映像は、その縦横比を保ったまま、空間浮遊映像３は、利用者の想定される視線の向き、すなわち水平方向（Ｙ方向）に対応した方向Ｆに生成・表示される。

【0099】

一方、図１０に示すように、Ｐ偏光の映像光のビームスプリッタ１０１への入射角αをブリュースター角θＢである５６．３度となるようにした構成では、空間浮遊映像３は、利用者（方向Ｆ）から見て、斜め下側の向き（方向Ｆ’に対応した向き）に生成されることとなる。図１０では、ビームスプリッタ１０１からのＳ偏光の映像光は、図示のように、鉛直方向（Ｚ方向）に対し（θＢ×２）に対応した角度を有する光軸Ｃ３上で反射されてくる。そのため、空間浮遊映像３の面は、その光軸Ｃ３の方向に対し垂直な面として、Ｘ－Ｚ面に対し所定の角度γ（θＢやβと関係して定まる角度）を有する、上辺が下に傾いた斜面として配置されている。

【0100】

この構成の場合には、利用者が方向Ｆから空間浮遊映像３を見る場合に、視認性が悪化するばかりか、利用者の目の位置によっては、空間浮遊映像３を視認できないという新たな課題が生じる。

【0101】

そこで、図１２，図１３は、上記視認性が悪化する等の課題に対する解決手段に対応した実施例を示す。図１２では、この実施例の空間浮遊映像表示装置の斜視図を同様に示している。図１２において、空間浮遊映像３がＸ－Ｚ平面と一致するように、筐体１０６が変形されている。具体的には、筐体１０６における空間浮遊映像３が形成される側に対応したＹ方向で前側の面１０６ｓ１の高さを、図９の場合よりも高くし、空間浮遊映像３が形成される側の反対側に対応した後ろ側の面１０６ｓ２の高さを低くする。図９の例では、筐体１０６のＺ方向の高さが１０ｍｍ、Ｘ方向の幅が８０ｍｍ、Ｙ方向の奥行が３０ｍｍであるのに対し、図１２では面１０６ｓ１の高さが２６ｍｍ、面１０６ｓ２の高さが６ｍｍである。この結果、図１２では、前側と後ろ側との高さの差は２０ｍｍとなる。一方、前側と後ろ側との間の奥行は、同じ３０ｍｍである。このことから、図１２での空間浮遊映像表示部４００は、全体として角度arctan(20/30)、すなわち３３．７度、後方に倒れた配置になる。この３３．７度は、９０度と、ブリュースター角θＢである５６．３度との差分の角度βに相当する。あるいは、液晶表示パネルの光出射面と再帰反射部材２の光入射面のなす角の角度は、９０度と、ブリュースター角θＢとの差分の角度に相当する。

【0102】

図１３には、図１２に対応した、方向Ｈから見た断面図を示す。図１２，図１３で、前後面で高さが異なる筐体１０６の上面はＸ－Ｙ面に対し斜面となっており、その上面の上側には、図９，図１０と同様の位置関係で空間浮遊映像表示部４００が配置されている。映像表示装置１の光出射面が上記筐体１０６の上面に沿って配置される場合、筐体１０６内において、映像表示装置１は、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２に対しＺ形状をなすように、斜めに配置されている。つまり、映像表示装置１の光出射面または液晶表示パネルの表面は斜めに配置されており、または、ビームスプリッタ１０１と連結する筐体１０６側の映像表示装置１の出射面と再帰反射部材２との距離は、ビームスプリッタ１０１と連結していない筐体１０６側の映像表示装置１の出射面と再帰反射部材２との距離より短い。あるいは、映像表示装置１の光出射面または液晶表示パネルの光出射面は、形成された空間浮遊映像に対応する側が、空間浮遊映像に対向する側より再帰反射部材２との距離が短い。

【0103】

したがって、図１２の構成により、空間浮遊映像３が形成される面はＸ－Ｚ平面と一致することとなる。利用者の視線の向き（図１２でのＹ方向の負方向に対応した方向Ｍ）のとき、空間浮遊映像３は、利用者から見て、もっとも視認性の良い、すなわち、輝度が高く、また空間浮遊映像３の縦横比も本来の縦横比（液晶表示パネル１１に表示された映像と同じ縦横比）を有する映像となる。

【0104】

上記の通り、液晶表示パネル１１に表示されるＰ偏光の映像光のビームスプリッタ１０１への入射角がブリュースター角θＢである５６．３度である場合には、図９のように空間浮遊映像３が、斜め下の向きに生成されることとなり、利用者にとって視認性が悪化する。そこで、図１２のように、映像表示装置１を含む筐体１０６の前側を高く、後ろ側を低くすることで、空間浮遊映像３が形成される平面を、Ｘ－Ｚ平面と一致させることができる。これにより、空間浮遊映像３の視認性を最適にすることができ、利用に好適となる。

【0105】

［効果等］
以上のように、各実施例や変形例の空間浮遊映像表示装置によれば、主に室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。さらに、液晶表示パネル１１からの映像光に基づいた映像表示装置１からの映像光が、ビームスプリッタ１０１上で反射することに起因する、反射映像光の輝度をゼロ、もしくはその輝度を低減した、空間浮遊映像表示装置を提供できる。この結果、空間浮遊映像を観察できる位置にいる利用者から見て、空間浮遊映像表示装置の反対側にいる人からは、上記反射映像光を視認できなくなる。空間浮遊映像表示装置が設置された室内等で、利用者以外の人にとって不要な、あるいは煩わしいかもしれない映像光が、見えにくくなる効果をもたらす。

【0106】

また、上記反射映像光の輝度をゼロ、もしくは低減するために、ビームスプリッタ１０１に対する映像光の入射角を４５度からブリュースター角θＢである５６．３度と大きくする必要があることに起因して、空間浮遊映像が利用者から見て下側に傾くことで、視認性が悪化するという課題が生じる。この課題に対しては、映像表示装置１を含む筐体１０６の前側と後ろ側の高さを適切に変更することで、空間浮遊映像３が形成される面を鉛直面として、視認性を最適にすることができるという効果をもたらす。

【0107】

以上の効果により、各実施例や変形例の空間浮遊映像表示装置は、比較的狭い室内で使用しても、利用者以外の人にとっては不要な映像光を照射することなく、明るく、視認性に優れた空間浮遊映像を表示することができ、かつ、小型・軽量であるため、室内の机、テーブルの上や、棚などに、手軽に設置するのに好適である。

【0108】

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、この空間浮遊映像を非接触型のユーザインタフェースとして使用することも可能であり、利用者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「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。

【0109】

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（偏光）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。

【0110】

以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、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。各実施例を組み合わせた形態も可能である。

【符号の説明】

【0111】

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、１２，１１２：吸収型偏光板、１３：光源装置、２１：λ／４板、１００：透明部材、１０１：ビームスプリッタ（偏光分離部材）、１０６：筐体、１０８：フレーム、３００：映像表示装置部、４００：空間浮遊映像表示部、１０６１：開口部。

【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】