(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】P2025006165
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20250109BHJP
G09F 13/16 20060101ALI20250109BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20250109BHJP
G02B 30/54 20200101ALN20250109BHJP
【FI】
G02B30/56
G09F13/16 F
G09F9/00 358
G09F9/00 313
G02B30/54
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023106796
(22)【出願日】2023-06-29
(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】湯座 慎吾
(72)【発明者】
【氏名】内山 龍
【テーマコード(参考)】
2H199
5C096
5G435
【Fターム(参考)】
2H199BA25
2H199BA32
2H199BB10
2H199BB12
2H199BB15
2H199BB18
2H199BB20
2H199BB30
2H199BB59
2H199BB67
2H199BB68
5C096AA11
5C096BA04
5C096BC12
5C096BC15
5C096CB05
5C096CC06
5C096CE03
5C096DB06
5C096DB10
5C096DB18
5C096DB26
5C096DB35
5C096DC04
5C096FA03
5C096FA18
5G435AA18
5G435BB05
5G435BB12
5G435EE18
5G435LL08
5G435LL17
(57)【要約】
【課題】 空中像を可変し、小型化が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の表示装置100は、ハウジング110の内部に、複数の意匠Pがそれぞれ異なる位置に形成された円盤状の再帰反射シート120と、再帰反射シート120を照射するLED光源140と、ビームスプリッター130と、再帰反射シート120を回転移動させるモーター150とを含む。再帰反射シートを回転移動させ、LED光源140によって照射された意匠Pの空中像Qの切り替えを可能にする。
【選択図】
図3
【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、
切り欠きまたは開口を含む意匠が形成された再帰反射部材と、
前記再帰反射部材を裏面側から照射する光源と、
前記再帰反射部材の上方に配置され、再帰反射された光を透過可能な光学部材と、
前記再帰反射部材を移動させる移動手段とを含み、
前記再帰反射部材が移動されたとき、前記意匠の空中像を変化させる、表示装置。
【請求項2】
前記再帰反射部材に複数の意匠が形成され、
前記再帰反射部材が移動されたとき、空中像が別の空中像に切り替えられる、請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
前記再帰反射部材が移動されたとき、前記意匠が移動することで空中像が移動される、請求項1に記載の表示装置。
【請求項4】
前記再帰反射部材は回転可能に取り付けられ、前記移動手段は、前記再帰反射部材を回転させ、
前記光源の照射位置と重複する意匠の空中像が表示される、請求項1に記載の表示装置。
【請求項5】
前記再帰反射部材は、一対の回転部材間に巻回されたベルト状の再帰反射シートを有し、前記移動手段は、前記再帰反射シートを水平方向に移動させ、
前記光源の照射位置と重複する意匠の空中像が表示される、請求項1に記載の表示装置。
【請求項6】
前記一対の回転部材間に複数の再帰反射シートが並列に巻回され、複数の再帰反射シートの各々には、少なくとも1つの意匠が形成される、請求項5に記載の表示装置。
【請求項7】
前記移動手段は、複数の再帰反射シートを別々に駆動する、請求項6に記載の表示装置。
【請求項8】
表示装置はさらに、前記光源と前記再帰反射部材との間に拡散板を含む、請求項1に記載の表示装置。
【請求項9】
表示装置はさらに、前記光源と前記再帰反射部材との間に偏光板を含む、請求項8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像表示装置に関し、特に空中像を可変する機能を備えた表示装置に関する。
【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た表示装置を開示している。また、特許文献2は、再帰反射部材で正反射された光が観察範囲に入らないように光源および再帰反射部材が位置決めすることで、コントラストや視認性の低下を抑制した表示装置を開示している。
【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2022-150245号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
AIRR方式の空中像表示装置は、液晶ディスプレイ(LCD)や発光ダイオード(LED)を光源に利用している。
図1は、LCDを光源に利用した表示装置の概略構成を示す図である。表示装置10は、ハウジング20の内部に、LCD30、再帰反射部材40やビームプリッター50等を含む光学系を配置し、LCD30に表示された映像の空中像Qを表示する。空中像Qは、例えば、ユーザーが入力操作を行うためのアイコンなどであり、この操作がセンサSによって検出される。このような表示装置10は、LCD30に表示する映像を変化させることで空中像Qを変化することができるが、LCD30自体のサイズが大きいことが原因で全体の光学系のサイズが大きくなるといった課題がある。
【0005】
図2は、LEDを光源に利用した表示装置の概略構成を示す図であり、
図2(A)は、表示装置の全体を示す斜視図、
図2(B)は、概略断面図である。
図2(B)に示すように、表示装置50は、ハウジング60の内部に、例えば、LED70、再帰反射層80、ビームスプリッターまたはハーフミラー90を配置する。再帰反射層80には、空中像Qの原画像を生成するための切り欠きまたは開口を含む意匠Pが形成される。
【0006】
LED70から出射された光は、再帰反射層80を照射し、意匠Pを通過した光が再帰反射層80とビームスプリッター90との間で再帰反射され、意匠Pの空中像Qがハウジング60の上方に表示される。このような表示装置50は、LED70を用いるため装置全体を小型化することができるが、その反面、意匠Pによる文字やアイコンが固定であり、それ故、空中像Qも固定されてしまうという課題がある。
【0007】
本発明は、このような従来の課題を解決し、空中像を可変し、かつ小型化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】
【0008】
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、切り欠きまたは開口を含む意匠が形成された再帰反射部材と、前記再帰反射部材を裏面側から照射する光源と、前記再帰反射部材の上方に配置され、再帰反射された光を透過可能な光学部材と、前記再帰反射部材を移動させる移動手段とを含み、前記再帰反射部材が移動されたとき、前記意匠の空中像を変化させる。
【0009】
ある態様では、前記再帰反射部材に複数の意匠が形成され、前記再帰反射部材が移動されたとき、空中像が別の空中像に切り替えられる。ある態様では、前記再帰反射部材が移動されたとき、前記意匠が移動することで空中像が移動される。ある態様では、前記再帰反射部材は回転可能に取り付けられ、前記移動手段は、前記再帰反射部材を回転させ、前記光源の照射位置と重複する意匠の空中像が表示される。ある態様では、前記再帰反射部材は、一対の回転部材間に巻回されたベルト状の再帰反射シートを有し、前記移動手段は、前記再帰反射シートを水平方向に移動させ、前記光源の照射位置と重複する意匠の空中像が表示される。ある態様では、前記一対の回転部材間に複数の再帰反射シートが並列に巻回され、複数の再帰反射シートの各々には、少なくとも1つの意匠が形成される。ある態様では、前記移動手段は、複数の再帰反射シートを別々に駆動する。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部材との間に拡散板を含む。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部材との間に偏光板を含む。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、切り欠きまたは開口を含む意匠が形成された再帰反射部材を裏面側から光源で照射し、当該再帰反射部材を移動させるようにしたので、光源によって照射される意匠を変化させることができ、これにより空中像を変化させることができる。また、LED等の光源を利用するため、表示装置のサイズの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】従来の空中像表示装置の概略構成を示す図である。
【
図2】従来の空中像表示装置の概略構成を示す図である。
【
図3】本発明の第1の実施例に係る表示装置を示し、
図3(A)は、全体構成を示す斜視図、
図3(B)は、再帰反射シートの拡大図、
図3(C)は、
図3(B)のA-A線の概略断面図である。
【
図4】本発明の第1の実施例に係る表示装置の動作を説明する図である。
【
図5】本発明の第1の実施例に係る表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【
図6】本発明の第2の実施例に係る表示装置の全体構成を示す斜視図とその要部を示す図である。
【
図7】本発明の第2の実施例の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明に係る表示装置は、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像を表示する。また、本発明に係る表示装置は、LED等の光源を用いて空中像を変化させる機能を備える。以下の実施例の説明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0013】
次に、本発明の第1の実施例について詳細に説明する。
図3は、本発明の第1の実施例に係る表示装置を示す図であり、
図3(A)は、表示装置の全体構成を示す斜視図、
図3(B)は、再帰反射シートの拡大図、
図3(C)は、
図3(B)のA-A線の概略断面図である。
【0014】
本実施例の表示装置100は、例えば、矩形状のハウジング110の内部に、再帰反射シート120、ビームスプリッター130、LED光源140、モーター150、回路基板等を配置し、ビームスプリッター130の上方に空中像Qを表示する。
【0015】
再帰反射シート120は、入射光と同じ方向に光を反射する光学部材であり、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。
【0016】
再帰反射シート120の形状は、特に限定されないが、例えば、円盤状の土台を含み、これに貼り付けられる。再帰反射シート120は、平坦な頂面122と、頂面122から傾斜する複数の平坦な傾斜面124とを含み、全体として概ね円盤状を有している。頂面122の裏面には軸126が設けられ、軸126がモーター150の回転軸に接続される。モーター150を回転させたとき、再帰反射シート120は、軸126を中心に回転するように構成される。また、再帰反射シート120の周縁近傍には、再帰反射シート122が連続する面であるかの如く、別の再帰反射シート128が設けられる。別の再帰反射シート128は、ハウジング110の底部に固定される。空中像Qを表示させたとき、ビームスプリッター130と対向する部分に再帰反射面が存在しない領域が生じると、空中像Qの視認性やコントラストが低下するため、別の再帰反射シート128を配置することでこのような現象を抑制する。
【0017】
複数の傾斜面124の各々には、切り欠きまたは開口により意匠Pが形成される。ここでは、再帰反射シート120に4つの傾斜面124が設けられ、これらの傾斜面124の各々に種類の異なる4つの意匠Pが形成されている。意匠Pは、例えば、ユーザーの操作対象としてのアイコンを表すものであり、意匠Pは、LED光源140によって照射されたとき、空中像Qの原映像となる。
【0018】
再帰反射シート120の下方にLED光源140が配置される。LED光源140は、ハウジング110の底部に固定され、再帰反射シート120の裏面側から照射する。LED光源140は、例えば、1つまたは複数のLEDを含み、予め決められた方向に向けて光を照射する。LED光源140が複数のLEDを含む面光源であるとき、LED光源140は、傾斜面124と概ね平行になるように配置され、好ましくは、再帰反射シート120の1つの傾斜面124の裏面全体を効率よく、満遍なく照射する。なお、LED光源140は、発光ダイオードのほかにも、レーザーダイオードを用いるものであってもよい。
【0019】
再帰反射シート120の上方には、ビームスプリッター130が配置される。ビームスプリッター130は、入射光を一定の割合で透過光と反射光に分離する光学部材である。ビームスプリッター130は、ハーフミラーであってもよい。
【0020】
モーター150は、再帰反射シート120の下方に配置され、上記したように、再帰反射シート120の軸126に接続される。モーター150は、再帰反射シート120を回転させることで、LED光源140の照射位置に、意匠Pが形成された傾斜面124を回転移動させる。モーター150は、後述するように、コントローラにより再帰反射シート120の回転を制御する。
【0021】
図4に示すように、モーター150によってある傾斜面124_1がLED光源140の照射位置に回転移動されたとき(図の例では、〇を表す意匠Pが照射位置に回転移動)、LED光源140は、傾斜面124_1を裏面側から照射し、その光は、意匠Pを構成する切り欠きまたは開口を通過または透過し、これにより、意匠Pの原映像が生成される。意匠Pを透過した光は、ビームスプリッター130で反射され、次いで、再帰反射シート120で再帰反射され、その反射した光がビームスプリッター130を透過し、意匠Pの空中像Qが表示される。空中像Qは、ビームスプリッター130の面に対し意匠Pと対称の位置に表示される。
【0022】
次いで、モーター150により再帰反射シート120を回転させ、次の傾斜面124_2がLED光源140の照射位置に回転移動すると、次の傾斜面124_2に形成された意匠Pの空中像Qが表示され、空中像が別の空中像に切り替わる。
【0023】
このように本実施例によれば、再帰反射シート120を回転させることで、LED光源140によって照射される意匠P、つまり原映像を切り替えることができ、これに応じて空中像Qを変化あるいは切り替えることができる。また、液晶等のディスプレイを光源に利用しないため、ハウジング110の全体のサイズを小型化することができる。
【0024】
図5は、本実施例の表示装置の電気的な構成を示すブロック図の一例である。表示装置100は、再帰反射シート120の回転を制御するコントローラ200、モーター150を駆動するモーター駆動部210、外部ソースからの指示または操作検出部230からの検出結果受け取り、これをコントローラ200に提供する入力部220、空中像Qへのユーザーの入力操作の有無を検出する操作検出部230を含む。コントローラ200は、例えば、操作検出部230によって空中像Qへの入力操作が検出されたとき、再帰反射シート120を回転させ、次の意匠Pの空中像Qを表示させたり、あるいは、外部ソースからの指示に応答して再帰反射シート120を回転させ、別の意匠の空中像Qを表示させる。
【0025】
上記実施例では、再帰反射シート120を円盤状としたが、これは一例であり、他の形状であってもよい。また、4つの傾斜面のそれぞれに意匠を形成したが、意匠の数や、意匠の種類(文字、アイコンなど)は任意である。また、再帰反射シートを回転させる手段としてモーターを用いたが、モーター以外の機構を用いて再帰反射シートを回転させるようにしてもよい。さらに、再帰反射シートは回転のみならず、直線的に移動されるようにしてもよい。
【0026】
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
図6は、第2の実施例に係る表示装置を示す図であり、
図6(A)は、表示装置の全体構成を示す斜視図、
図6(B)は、その要部を示す図である。
【0027】
第1の実施例は、再帰反射シートを回転させて空中像を別の空中像に切り替える例を示したが、第2の実施例は、空中像に動きを付加するための構造に関する。
図6に示すように、表示装置300は、例えば、矩形状のハウジング310内に、
図6(B)に示すようなベルト状の再帰反射シート330、LED光源340、拡散板350、偏光板360、モーター370、回転ピン380を収容させ、ハウジング310の表面に偏光ビームスプリッター320を取り付けて構成される。これにより、偏光ビームスプリッター320から一定の高さに空中像Qが表示され、モーター370で再帰反射シート330を移動させたとき、空中像QがY1またY2の方向に移動する。
【0028】
再帰反射シート330は、例えば、一対の回転ピン380の間に巻回され、エンドレス状のベルトを構成する。一方の回転ピン380にはモーター370が接続され、モーター370の駆動により回転ピン380を回転させることで、再帰反射シート330がY1またはY2方向に移動する。また、再帰反射シート330には、少なくとも1つの意匠Pが形成される。意匠Pは、第1の実施例のときと同様に、切り欠きまたは開口によって構成される。
【0029】
再帰反射シート330の上側部分と下側部分との間の空間には、LED光源340、拡散板350、偏光板360が配置される。LED光源340は、複数のLEDを2次元的に配列させた概ね矩形状の面光源であり、一対の回転ピン380間に一定の長さをもって配置される。
【0030】
LED光源340の上方に拡散板350が配置される。拡散板350は、例えば、概ね矩形状の光学フィルム、拡散シートなどの光学素子である。拡散板350は、例えば、LED光源340と概ね同サイズを有し、LED光源340からの光を底面側から入射し、拡散した光を上面側から出射し、その上方にある偏光板360を概ね均一に照射する。
【0031】
拡散板350の上方に偏光板360が配置される。偏光板360は、例えば、偏光フィルターあるいはDBEF(反射型偏光素子)などの光学素子であり、拡散板350からの光の中で、ある偏光状態(例えば、直線偏光)の光を透過させる。偏光板360の偏光状態は、偏光ビームスプリッター320の偏光状態との関係において決められる。
【0032】
偏光板360を用いた場合、再帰反射シート330の表面に、位相差フィルムとして、例えば、λ/4フィルムを設けるようにしてもよい。位相差フィルムは、入射光と出射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は、λ/4×2(往復)の位相差が生じる。
【0033】
再帰反射シート330の上方に偏光ビームスプリッター320が配置される。偏光ビームスプリッター320は、入射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320は、ある偏光状態の光の一部を透過し一部を反射する。
【0034】
LED光源340から出射された光は、拡散板350で拡散された後、偏光板360である偏光状態の光に変換され、再帰反射シート330の上側部分のほぼ全体を裏面側から照射する。再帰反射シート330には意匠Pが形成されており、偏光板360から出射された光は、意匠Pの切り欠きまたは開口を通過し、通過した光は、偏光ビームスプリッター320で反射され、反射された光は再帰反射シート320によって再帰反射され、再帰反射された光は、偏光ビームスプリッター320を透過し、意匠Pの空中像Qが表示される。空中像Qは、偏光ビームスプリッター320の主面に対し意匠Pと対称の位置に表示される。
【0035】
ここで、モーター370により回転ピン380を回転させると、再帰反射シート330がY1またはY2方向に移動し、意匠Pも水平方向に移動する。意匠Pは、水平移動されながらLED光源340によって照射されるため、空中像QもY1またはY2方向に移動する。
【0036】
このように本実施例によれば、意匠が形成された再帰反射シートを移動させることで、空中像に動きを付加することができる。また、表示装置の光源に液晶等のディスプレイを利用しないため、表示装置の小型化を図ることができる。上記の例では、再帰反射シート330に1つの意匠が示されているが、これに限らず、文字、アイコン(切り欠き)などを複数種類の意匠をベルト状の再帰反射シートに形成し、LED光源によって意匠が照射/非照射されることで、空中像の切り替えにも応用することができる。
【0037】
次に、第2の実施例の変形例を
図7に示す。同図に示す表示装置300Aは、ベルト状の複数の再帰反射シート330_1、330_2、330_3、330_4。330_5を並列にし、LED光源340を複数の再帰反射シートに同時に重複するように、ベルトの搬送方向と直交する方向に配置している。図の例では、再帰反射シート330_1~330_5の各々には、意匠P1、P2、P3が形成され(A、B、Cの文字の切り欠き)、再帰反射シート330_1~330_5の意匠P1が同時にLED光源340の照射位置に重複している状態を示している。これにより、偏光ビームスプリッター320の上方には、5つの意匠P1に対応する5つの空中像Q1が表示される。
【0038】
ここで、モーター370により回転ピン380を回転させ、再帰反射シート330_1~330_5を水平方向に移動させたとき、例えば、LED光源340の照射位置に各再帰反射シートの意匠P2が重複したとすると、意匠P2の空中像Q2が表示され、空中像Q1から空中像Q2への切り替えが行われる。
【0039】
上記の例では、モーター370により再帰反射シート330_1~330_5を同時に駆動したが、例えば、複数のモーターを利用して再帰反射シート330_1~330_5を各々に駆動するようにしてもよい。これにより、選択された1つまたは複数の空中像の切り替えを行うことができる。
【0040】
上記の例では、再帰反射シート330_1~330_5には、同じ意匠P1、P2、P3を形成したが、各再帰反射シートには、異なる意匠が形成されるようにしてもよく、また、意匠は、文字に限らず、アイコンなどでもよい。各再帰反射シートに形成される意匠の組み合わせ次第で、多種類のボタン表示などが可能になる。
【0041】
上記の例では、LED光源340の照射位置に、各再帰反射シートの1つの意匠が重複する例を示したが、各再帰反射シートの複数の意匠がLED光源340の照射位置に重複するようにしてもよい。例えば、ベルトの搬送方向のLED光源340の幅を広くすることで、各再帰反射シートの意匠P1、P2の空中像Q1、Q2が同時に表示されるようにしてもよい。さらに、LED光源340を
図6に示す第2の実施例のときと同様に一対の回転ピン380間に延在させることで、モーター370を駆動させたときに、複数の空中像Q1に動きを与えることも可能である。さらに、
図7に示す構成において、一対の回転ピン380間の距離を短くし、ベルトの長さを短くすることで、表示装置300Aの小型化を図ることができる。
【0042】
本実施例の表示装置は、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。
【0043】
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。