特許 7572516 浮遊投影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】浮遊投影装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20241016BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

G02B5/00 Z

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023120244

(22)【出願日】2023-07-24

【審査請求日】2023-08-31

(73)【特許権者】

【識別番号】502160992

【氏名又は名称】宏達國際電子股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】李 卓奕

(72)【発明者】

【氏名】劉 奎均

(72)【発明者】

【氏名】陳 緯峻

【審査官】河村 麻梨子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０２５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１１８６９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００７－５０１９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０７２２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２８６１２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３０／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ミラー構造と、
前記ミラー構造を覆い、前記ミラー構造との間に収容空間を形成する光学構造と、
前記光学構造上に設置され、位相差フィルム層と、前記ミラー構造の内面と前記位相差フィルム層との間に設置される偏光選択反射フィルム層と、を備える光学コーティングと、
前記光学構造と前記ミラー構造との間に形成される前記収容空間に設置され、前記光学構造に向けて複数の画像ビームを送信するのに用いられるディスプレイと、
を備える浮遊投影装置。

【請求項2】

前記複数の画像ビームは、前記光学構造の内面上で１回目の反射を発生して、複数の第１の反射ビームを生成し、前記複数の第１の反射ビームは、前記ミラー構造の反射面上で２回目の反射を発生して、複数の第２の反射ビームを生成し、前記複数の第２の反射ビームは、前記光学構造の前記内面を通過して、実像の表示画像を形成する、請求項１に記載の浮遊投影装置。

【請求項3】

前記ディスプレイは、第１の旋回性を有する円偏光の前記複数の画像ビームを投影して、前記位相差フィルム層は、前記複数の画像ビームを第１の方向の直線偏光に変換し、前記偏光選択反射フィルム層は、前記第１の方向の直線偏光の前記複数の画像ビームを反射して、前記複数の第１の反射ビームを生成し、前記位相差フィルム層は、前記複数の第１の反射ビームを前記第１の旋回性を有する円偏光にさらに変換する、請求項２に記載の浮遊投影装置。

【請求項4】

前記ミラー構造の反射面は、前記複数の第１の反射ビームを反射して、第２の旋回性を有する円偏光の前記複数の第２の反射ビームを生成する、請求項２に記載の浮遊投影装置。

【請求項5】

前記位相差フィルム層は、前記複数の第２の反射ビームを第２の方向の直線偏光に変換し、前記偏光選択反射フィルム層は、前記第２の方向の直線偏光の前記複数の第２の反射ビームを通過する、請求項４に記載の浮遊投影装置。

【請求項6】

表示画像は、前記収容空間の外側で前記光学構造の外面に隣接して結像される、請求項１に記載の浮遊投影装置。

【請求項7】

前記ミラー構造と前記光学構造は、第１の曲率半径及び第２の曲率半径をそれぞれ有し、前記第１の曲率半径と前記第２の曲率半径は非ゼロの実数である、請求項１に記載の浮遊投影装置。

【請求項8】

前記ミラー構造の凹面と前記光学構造の凹面とは互いに対向する、請求項７に記載の浮遊投影装置。

【請求項9】

前記ミラー構造と前記光学構造のうちの一方は平面構造であり、前記ミラー構造と前記光学構造のうちの他方は一定の曲率半径を有し、前記曲率半径は非ゼロの実数である、請求項１に記載の浮遊投影装置。

【請求項10】

前記光学構造は、透明構造体である、請求項１に記載の浮遊投影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、浮遊投影装置に関し、特に、表示効果を向上させることができる浮遊投影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術において、浮遊投影装置は、互いに重畳された２つの凹面のミラー構造を有し、上層のミラー構造の中央部分に開口部が形成される。浮遊投影装置には実物が設置される。実物の画像は浮遊投影装置内で多重反射を起こし、上層のミラー構造の中央部分の開口部を通過して、浮遊投影装置の上方に実物に近い表示画像を結像する。

【0003】

上記従来技術の浮遊投影装置では、生成される表示画像の視角がある程度限定される。さらに、ユーザが表示画像を上方から観察する場合、その開口部分から同時に浮遊投影装置内部の実物が容易に観察されるため、視覚的な干渉の現象が発生する。

【発明の概要】

【0004】

本発明は、表示効果を効果的に向上させることができる浮遊投影装置を提供する。

【0005】

本発明の浮遊投影装置は、ミラー構造と、光学構造と、光学コーティングと、ディスプレイと、を備える。光学構造はミラー構造を覆い、ミラー構造との間に収容空間を形成する。光学コーティングは、光学構造上に配置される。ディスプレイは、光学構造とミラー構造との間に形成される収容空間に設置され、光学構造に向けて複数の画像ビームを送信するために用いられる。

【0006】

以上に基づいて、本発明の浮遊投影装置は、上方の光学構造上に光学コーティングを設置する。光学コーティングは、ビームの偏光方向に応じて、画像ビームを反射又は通過させ、浮遊投影装置の上方に表示画像を結像することができる。このようにして、浮遊投影装置が生成する表示画像の視角を大幅に向上することができ、表示画像の品質を効果的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の結像方法の概略図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の画像ビームの進行詳細の概略図である。

【図4】本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の結像距離離の概略図である。

【図5A】本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の概略図である。

【図5B】図５Ａの浮遊投影装置５００にかかる画像ビームの進行経路の概略図である。

【図6A】本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の概略図である。

【図6B】図６Ａの浮遊投影装置６００にかかる画像ビームの進行経路の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１を参照すると、図１は、本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の概略図である。浮遊投影装置１００は、ミラー構造１１０と、光学構造１２０と、光学コーティング１３０と、ディスプレイ１４０と、を備える。本実施形態において、光学構造１２０は、ミラー構造１１０の上方に設置される。ここで、光学構造１２０はミラー構造１１０を覆い、ミラー構造１１０との間に収容空間Ｚ１を形成する。光学コーティング１３０は光学構造１２０上に設置される。ここで、光学コーティング１３０は光学構造１２０がミラー構造１１０に向かう内面ＳＩ上に設置される。ディスプレイ１４０は収容空間Ｚ１に設置される。ディスプレイ１４０は、光学構造１２０に向けて複数の画像ビームＩＭＢを送信するために用いられる。

【0009】

本実施形態において、光学コーティング１３０は、位相差フィルム層と、偏光選択反射フィルム層と、を備える。ここで、偏光選択反射フィルム層は、位相差フィルム層とミラー構造１１０の内面ＳＩとの間に設置される。位相差フィルム層は、受信するビームの偏光形態を変更することができ、偏光選択反射フィルム層は、受信するビームの偏光形態に応じて、受信するビームを反射するか又は通過するかを選択するように配置される。

【0010】

本実施形態において、ディスプレイ１４０が送信する画像ビームＩＭＢは、ミラー構造１１０及び光学コーティング１３０において、複数回の反射及び１回の通過の動作を発生することができ、ミラー構造１１０と光学構造１２０との間で形成される収容空間Ｚ１の外側で、光学構造１２０の外面ＳＯに近い結像平面ＩＭＰ上において、実像の表示画像を形成することができる。

【0011】

上記結像方法により、さまざまな角度から見ることができる実際の物体に近い表示画像を生成することができ、これをホログラム（ｈｏｌｏｇｒａｍ）と呼ぶことができる。

【0012】

本実施形態において、光学構造１２０は透明構造体であって良い。また、本実施形態において、ミラー構造１１０及び光学構造１２０はいずれも凹面構造であって良く、且つ、ミラー構造１１０の凹面と光学構造１２０の凹面とは互いに対向していても良い。ミラー構造１１０及び光学構造１２０は、第１の曲率半径及び第２の曲率半径をそれぞれ有していても良く、ここで、第１の曲率半径及び第２の曲率半径は非ゼロの実数である。また、ディスプレイ１４０は液晶ディスプレイであって良い。

【0013】

本発明の実施形態のビームの進行経路に関して、本発明の実施形態の浮遊投影装置の結像方法の概略図を示す図２を参照できる。図２において、ディスプレイ１４０は、光学コーティング１３０に向けて画像ビームＩＭＢ１及びＩＭＢ２を送信することができる。光学コーティング１３０は、画像ビームＩＭＢ１及びＩＭＢ２をそれぞれ反射して、反射ビームＲＢ１１及びＲＢ２１を生成することができる。反射ビームＲＢ１１及びＲＢ２１はミラー構造１１０に向けて前進する。ミラー構造１１０は、反射ビームＲＢ１１及びＲＢ２１を反射して、反射ビームＲＢ１２及びＲＢ２２をそれぞれ生成するためにも用いられる。

【0014】

次いで、反射ビームＲＢ１２及びＲＢ２２は、光学コーティング１３０及び光学構造１２０を通過することができ、収容空間Ｚ１の外側で表示画像を生成することができる。

【0015】

さらなる説明のために、図３に図示される本発明の実施形態の浮遊投影装置の画像ビームの進行の詳細にかかる概略図を参照されたい。本実施形態において、ディスプレイが生成する画像ビームＩＭＢは第１の旋回性を有する円偏光であり、第１の旋向性は、例えば右旋性である。画像ビームＩＭＢが位相差フィルム層ＱＷＰに送信されるとき、位相差フィルム層ＱＷＰは画像ビームＩＭＢを第１の方向の直線偏光に変更することができ、第１の方向は、例えば垂直方向である。本実施形態において、位相差フィルム層ＱＷＰは１／４位相差板であって良い。

【0016】

次いで、偏光選択反射フィルム層ＩＱＰＳは、垂直方向に直線偏光された画像ビームＩＭＢを受信し、画像ビームＩＭＢの反射を選択して、反射ビームＲＢ１を生成することができる。反射ビームＲＢ１は、位相差フィルム層ＱＷＰを通過して、位相差フィルム層ＱＷＰは反射ビームＲＢ１を右旋性の円偏光に変換することができる。

【0017】

右旋性の円偏光の反射ビームＲＢ１は、ミラー構造３１０の反射面に送信することができる。ミラー構造３１０は、反射ビームＲＢ１を反射し、反射ビームＲＢ２を生成するために用いられる。ここで、反射ビームＲＢ２は、第２の旋向性（左旋回）の円偏光である。次いで、反射ビームＲＢ２は、位相差フィルム層ＱＷＰを通過し、位相差フィルム層ＱＷＰは反射ビームＲＢ２を第２の方向の直線偏光に変換することができ、第２の方向は、例えば水平方向である。

【0018】

水平方向の直線偏光である反射ビームＲＢ２は、偏光選択反射フィルム層ＩＱＰＳに送信されることができる。さらに、偏光選択反射フィルム層ＩＱＰＳは、反射ビームＲＢ２を通過して、反射ビームＲＢ２を結像平面ＩＭＰ上に結像して、表示画像を形成することができる。

【0019】

本発明の実施形態における浮遊投影装置の結像距離の算出に関しては、本発明の実施形態の浮遊投影装置の結像距離の概略図を示す図４を参照されたい。本実施形態において、浮遊投影装置４００のミラー構造４１０及び光学構造４２０はいずれも凹面構造であり、曲率半径Ｒ２及びＲ１をそれぞれ有する。ミラー構造４１０と結像平面ＩＭＰの垂直距離はＬ（像距離）であり、ミラー構造４１０と光学コーティング４３０との間の垂直距離はＡである。

【式１】

【0020】

【0021】

式１に基づき、次の関係式１が得られる。式中、Ａは正であり、Ｒ１は負であり、Ｒ２は正である。

【式２】

【0022】

【0023】

式中、Ｉ１は一次結像の像距離であり、ＦＲ１は光学構造４２０の焦点距離である。

【0024】

関係式１より、一次結像における像距離を次の通り算出することができる。

【式３】

【0025】

【0026】

次いで、一次結像の像距離Ｉ１に基づき、二次結像の像距離をさらに算出することができる。

【式４】

【0027】

ここで、浮遊投影の要求によれば、像距離Ｌは距離Ａよりも大きい必要がある。したがって、設計においては、適当な曲率半径Ｒ２を有するミラー構造４１０及び曲率半径Ｒ１を有する光学構造４２０を選択することができ、浮遊投影装置４００は、表示画像をホログラム画像として効果的に生成することができる。

【0028】

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、図５Ａは、本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の概略図であり、図５Ｂは、図５Ａの浮遊投影装置５００の画像ビームの進行経路の概略図である。図５Ａにおいて、浮遊投影装置５００は、ミラー構造５１０と、光学構造５２０と、光学コーティング５３０と、ディスプレイ５４０と、を備える。図１の実施形態とは異なり、本実施形態において、ミラー構造５１０は平面構造であって良く、光学構造５２０及び光学コーティング５３０は凹面構造であって良く、光学構造５２０及び光学コーティング５３０により形成される凹面は、ミラー構造５１０の反射面に面する。

【0029】

図５Ｂでは、ディスプレイ５４０が生成する画像ビームは、可在光学コーティング５３０とミラー構造５１０との間で、複数回の反射及び単回の通過を発生し、結像平面ＩＭＰ上に表示画像を形成することができる。本実施形態において、浮遊投影装置５００の光学コーティング５３０は、曲率半径Ｒ１を有する。ミラー構造５１０と結像平面ＩＭＰの垂直距離はＬ（像距離）であり、ミラー構造５１０と光学コーティング５３０との間の垂直距離はＡである。上記公式１に基づき、関係式２を得ることができる。

【式５】

【0030】

式中、Ｉ１は一次結像の像距離であり、ＦＲ１は光学コーティング５３０の焦点距離である。さらに、次の通り導出することができる。

【式６】

【0031】

このとき、Ａは正であり、Ｒ１は負である。

【0032】

上記の導出から、光学コーティング５３０の結像距離はＡＰに等しいことが分かる。表示画像の浮遊の要求を満足するために、光学コーティング５３０の結像は、ミラー構造５１０の反射動作を介して、光学構造５２０の上方に生成することができる。したがって、光学コーティング５３０の結像距離は２Ａよりも大きい必要がある。また、本発明で生成される表示画像は実像であるので、距離Ａは曲率半径Ｒ１の２分の１よりも大きい必要がある。上記各要素を組み合わせると、関係式３を導出することができる。

【式７】

【0033】

【0034】

すなわち、上記の関係式を満たす光学コーティング５３０の曲率半径Ｒ１を選択することにより、浮遊投影装置５００は表示画像をホログラム画像として効果的に生成することができる。

【0035】

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、図６Ａは、本発明の一実施形態にかかる浮遊投影装置の概略図を示し、図６Ｂは、図６Ａの浮遊投影装置６００における画像ビームの進行経路の概略図を示す。図６Ａにおいて、浮遊投影装置６００は、ミラー構造６１０と、光学構造６２０と、光学コーティング６３０と、ディスプレイ６４０と、を備える。図１の実施形態とは異なり、本実施形態において、ミラー構造６１０は凹面構造であって良く、光学構造６２０及び光学コーティング６３０は平面構造であって良く、ミラー構造６１０により形成される凹面は、光学構造６２０及び光学コーティング６３０に面していても良い。

【0036】

図６Ｂにおいて、ディスプレイ６４０が生成する画像ビームは、可在光学コーティング６３０とミラー構造６１０との間で、複数回の反射及び単回の通過を発生し、結像平面ＩＭＰ上に表示画像を形成することができる。本実施形態において、浮遊投影装置６００のミラー構造６１０は、曲率半径Ｒ２を有する。ミラー構造６１０と結像平面ＩＭＰの垂直距離はＬ（像距離）であり、ミラー構造６１０と光学コーティング６３０との間の垂直距離はＡである。上記公式１に基づき、関係式４を得ることができる。

【式８】

【0037】

式中、Ｉ１は一次結像の像距離であり、ＦＲ２はミラー構造６１０の焦点距離である。さらに、次の通り導出することができる。

【式９】

【0038】

このとき、Ａは負であり、Ｒ２は正である。

【0039】

表示画像の浮遊の要求を満足するために、一次結像の像距離Ｉ１は距離Ａよりも大きい必要がある。本発明で生成される表示画像は実像であるので、距離Ａは曲率半径Ｒ２の４分の１よりも大きい必要がある。上記各要素を組み合わせると、関係式５を導出することができる。

【式１０】

【0040】

【0041】

すなわち、上記の関係式を満たすミラー構造６１０の曲率半径Ｒ２を選択することにより、浮遊投影装置６００は表示画像をホログラム画像として効果的に生成することができる。

【0042】

本発明の浮遊投影装置は、対応して設置されるミラー構造及び光学構造を有する。光学構造上に設置された光学コーティングにより、ディスプレイが生成する画像ビームは、光学コーティングと光学構造との間で複数回反射して、画像ビームの偏光形態を変換することができる。光学コーティングは、特定の偏光形態を有する画像ビームを浮遊投影装置の上方に送信し、浮遊投影装置の上方でホログラム画像を生成することができる。これにより、浮遊投影装置が生成する表示画像は、比較的広い視野角を有することができ、ディスプレイが生成する画像ビームが直接ユーザの目に入ることがなくなるので、視覚的干渉の発生を効果的に回避することができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、浮遊投影の関連製品に応用することができ、浮遊投影装置の画像表示品質を向上させることができる。

【符号の説明】

【0044】

１００、４００、５００、６００：浮遊投影装置
１１０、４１０、５１０、６１０：ミラー構造
１２０、４２０、５２０、６２０：光学構造
１３０、４３０、５３０、６３０：光学コーティング
１４０、４４０、５４０、６４０：ディスプレイ
Ａ、Ｌ：距離
ＩＭＢ、ＩＭＢ１、ＩＭＢ２：画像ビーム
ＩＭＰ：結像平面
ＩＱＰＳ：偏光選択反射フィルム層
ＱＷＰ：位相差フィルム層
ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ１１、ＲＢ２１、ＲＢ１２、ＲＢ２２：反射ビーム
ＳＩ：内面
ＳＯ：外面
Ｚ１：収容空間

【要約】      （修正有）

【解決手段】浮遊投影装置は、ミラー構造と、光学構造と、光学コーティングと、ディスプレイと、を備える。光学構造はミラー構造を覆い、ミラー構造体との間に収容空間を形成する。光学コーティングは、光学構造上に配置される。ディスプレイは、光学構造ミラー構造体との間に形成される収容空間に配置され、光学構造に向けて複数の画像ビームを送信するために用いられる。
【効果】表示効果を効果的に向上させることができる浮遊投影装置を提供する。
【選択図】図1

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】