特許 7576517 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-23

(45)【発行日】2024-10-31

(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 20200101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021105463

(22)【出願日】2021-06-25

(65)【公開番号】P2023004010

(43)【公開日】2023-01-17

【審査請求日】2024-01-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000005810

【氏名又は名称】マクセル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】391019681

【氏名又は名称】株式会社コムテック

(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

(72)【発明者】

【氏名】尾澤 康行

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 崇人

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 睦己

【審査官】横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１１３４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００１４０５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１４２３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４０９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０７１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１６８６２６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｈ０４Ｎ １３／００－１７／０６

Ｇ０９Ｆ ９／００

Ｇ０９Ｇ ３／００－３／０８，３／１２

Ｇ０９Ｇ ３／１６，３／１９－３／２６

Ｇ０９Ｇ ３／３４，３／３８

Ｇ０３Ｂ ３５／００－３７／０６

(57)【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、
映像制御部が収容された第１筐体と、
前記第１筐体と有線または無線で接続され、車両内の天井に取り付けられる、映像表示装置が収容された第２筐体と、
前記第２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、
前記第２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、
前記第２筐体から下側に、前記偏光分離部材および前記再帰反射部材が吊り下げられている、
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、
前記偏光分離部材および前記再帰反射部材は、前記第２筐体に対し、支柱によって支持されている、
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、
前記偏光分離部材と前記空間浮遊映像の形成される所定の位置との間に、第２のλ／４板が配置されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項5】

請求項３記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記支柱は、前記偏光分離部材を支持する支柱と、前記再帰反射部材を支持する支柱と、前記第２筐体の下面と前記再帰反射部材との間を接続する支柱と、を有する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項6】

請求項３記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記偏光分離部材の背後に、前記第２筐体の下面と前記再帰反射部材との間を接続する透明部材による壁を有する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項7】

請求項３記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記支柱は、前記偏光分離部材を支持する支柱と、前記再帰反射部材を支持する支柱と、
前記再帰反射部材の手前側または奥側の辺に設けられ、この辺の幅よりも長い横支柱と、前記第２筐体の下面と前記横支柱との間を接続する縦支柱と、を有する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項8】

請求項３記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記再帰反射部材は、主面が台形形状を有し、
前記台形形状は、手前側の辺よりも奥側の辺が長い台形形状であり、
前記支柱は、前記偏光分離部材を支持する支柱と、前記台形形状の再帰反射部材を支持する支柱と、を有する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項9】

請求項３記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記支柱の表面は、外光反射防止のための遮光性を有する、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項10】

請求項３記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記支柱は、透明部材を用いて構成されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項11】

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から形成されている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項12】

請求項１記載の空間浮遊映像表示装置において、
前記映像表示装置は、前記液晶表示パネルの映像光出射側に設けられた吸収型偏光板を有する、または、前記液晶表示パネルの映像表示面に反射防止膜が設けられている、
空間浮遊映像表示装置。

【請求項13】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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、特許文献１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」旨を記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】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おらず、更なる映像品質の向上が求められているという実情がある。

【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。

【0006】

一方、空間浮遊映像表示装置を自動車等の車両内に手軽に設置することができれば、例えば空間浮遊映像として表示される人（コンシェルジュ）の映像と音声とによって、道案内やＰＯＩ（Point Of Interest）情報などを運転者に伝えることができる。逆に、運転者が、上記コンシェルジュに対し、エアコンの温度設定や音楽の選曲などを指示し、それに対して、上記コンシェルジュが映像や音声で応答できれば、通常のボタン操作による指示よりも、見た目にも楽しく、より安全で快適な運転支援が可能となる。上記コンシェルジュによる音声の発声や、運転者の音声認識や応答は、すでに車両に備えられた公知の技術を用いて、実現することができる。

【0007】

本発明の目的は、特に、車両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空間浮遊映像表示装置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。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、映像制御部が収容された第１筐体と、前記第１筐体と有線または無線で接続され、車両内の天井またはバックミラーの近傍の位置に取り付け可能である、映像表示装置が収容された第２筐体と、前記第２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、前記第２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。

【発明の効果】

【0009】

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、特に、車両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空間浮遊映像表示装置を提供できる。上記した以外の課題、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】

【0010】

【図1】本発明の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】本発明の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】本発明の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】映像表示装置の構成例を示す図である。

【図7】一実施例に係る車載用の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】一実施例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置で、空間浮遊映像表示部の外観構成例を示す斜視図である。

【図9】一実施例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置で、空間浮遊映像表示部の外観構成例を示す斜視図である。

【図10】一実施例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置で、空間浮遊映像表示部を横から見た断面の構成例を示す図である。

【図11】変形例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置で、空間浮遊映像表示部を手前側から見た外観構成例を示す図である。

【図12】変形例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置で、空間浮遊映像表示部を横から見た断面の構成例を示す図である。

【図13】変形例として、支柱に係わる構成例（第１例）を示す図である。

【図14】変形例として、支柱に係わる構成例（第２例）を示す図である。

【図15】変形例として、支柱に係わる構成例（第３例）を示す図である。

【図16】変形例として、支柱に係わる構成例（第４例）を示す図である。

【図17】変形例として、支柱に係わる構成例（第５例）を示す図である。

【図18】変形例として、支柱に係わる構成例（第６例）を示す図である。

【図19】変形例として、支柱に係わる構成例（第７例）を示す図である。

【図20】変形例として、支柱に係わる構成例（第８例）を示す図である。

【図21】一実施例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置の車両内への設置例（第１設置例）を示す図である。

【図22】一実施例に係る車載用の空間浮遊映像表示装置の車両内への他の設置例（第２設置例）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本発明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、および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（メモリカード等）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、番号等の表現は互いに置換可能である。

【0012】

＜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）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。

【0013】

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、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。

【0014】

実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、限定しないが特に車両内での使用を考慮し、車両内の天井またはバックミラーの近傍に設置可能な、空間浮遊映像表示部と、その空間浮遊映像表示部とは分けて設けられた映像制御部とを有する。映像制御部は、第１筐体に実装・収容される。空間浮遊映像表示部における映像表示装置は、薄型である第２筐体に実装・収容され、偏光分離部材および再帰反射部材は第２筐体の外側に配置される。第２筐体内には、視認性の高い空間浮遊映像を生成するための映像表示装置が内蔵される。

【0015】

第１筐体の映像制御部は、第２筐体の映像表示装置に対し供給すべき映像信号や制御信号を生成する映像信号処理回路、映像素材を蓄積したメモリ、車両のバッテリーから供給された電圧を所定の電圧に変換するための電源回路等を含む。第１筐体と第２筐体とは、有線または無線で接続される。第１筐体は、車両のダッシュボード上に設置されてもよいし、運転者や同乗者からは見えない場所（例えばグローブボックス内）に設置されてもよい。

【0016】

第２筐体の外部、特に下側には、偏光分離部材および再帰反射部材などから成る光学系が配置される。この光学系は、筐体で覆わずに、第２筐体の下側に、支柱を介して吊り下げられるようにして配置される。

【0017】

［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、以下の別の実施例は、上記実施例とは別に、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、後述するビームスプリッタ（言い換えると偏光分離部材）および再帰反射板などで構成された光学系を用いた、車両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。

【0018】

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。

【0019】

以下の実施例によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な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、車両内部のような限られた空間においても設置可能であり、車両外部からの太陽光などの強い光が差し込む状態にあっても、従来の液晶表示パネルなどのように外光反射によって視認性が著しく低下するようなことが無い空間浮遊映像を、運転者等の人に対して提示可能となる。

【0020】

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。

【0021】

図４に示すように、再帰反射部材２（再帰反射板、あるいは再帰反射シート）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。

【0022】

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。

【0023】

図１は、本発明の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（ウィンドガラス）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、ウィンドガラス１０５に特定偏波を反射する手段を設けることで、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。

【0024】

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。

【0025】

［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字型または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、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、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。

【0026】

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、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、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、透明部材１００の下面に粘着されている。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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、ユーザ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。

【0030】

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。

【0031】

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すればよい。

【0032】

［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。このＺ型の構成では、ガラス板等の透明部材１００および吸収型偏光板１１２に対しては、映像表示装置１および再帰反射部材２が、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が、４５度程度の角度をなして配置されている。本例では、ビームスプリッタ１０１は水平方向に配置されている。

【0033】

［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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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の方向で、再帰反射部材２に向かって進む。

【0039】

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）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、逆にＳ偏光（垂直偏光）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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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（ユーザが空間浮遊映像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。

【0044】

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。

【0045】

［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の上に液晶表示パネル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。

【0046】

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の端面には、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。

【0047】

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。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。

【0048】

光源装置１３は、導光体２０３の端面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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

＜車載用空間浮遊映像表示装置（Ｚ型）＞
次に、図７以降を用いて、実施例に係る車載用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、基本構成としては前述の図３の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。

【0053】

［第１実施例－（１）］
図７は、一実施例（第１実施例とする）に係る車載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、映像制御部３００（対応する筐体１０７）と、空間浮遊映像表示部４００（対応する筐体１０６）とを備える。映像制御部３００は、第１筐体である筐体１０７（言い換えると映像制御部収納部）に実装・収納されている。空間浮遊映像表示部４００のうちの映像表示装置１は、第２筐体である筐体１０６（言い換えると薄型筐体、映像表示装置収納部）に実装・収納されている。筐体１０７と筐体１０６とは、有線のケーブル１０５で接続されている。ケーブル１０５は、制御信号線や電源供給線などよりなる。なお、変形例では、筐体１０７と筐体１０６とが、無線（例えばＷｉ－Ｆｉ等。近距離無線通信インタフェース）で接続されてもよい。

【0054】

本実施例では、筐体１０６内に、図６のような映像表示装置１の構成要素が収容され固定されている（後述の図１０）。そして、筐体１０６の外部、特に下側には、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材２およびλ／４板２１などから成る光学系が、支柱１０８によって吊り下げられるようにして配置・固定されている。

【0055】

図７では、空間浮遊映像表示装置を正面側から見た場合の外観を示している。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）をユーザ（特に運転者）が正面から視認できる方向に対応した面とする。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（ユーザが空間浮遊映像３を見る方向）である。

【0056】

映像制御部３００は、図１の（Ｂ）の映像制御部１ｂおよび映像信号受信部１ｃ等を実装した部分である。筐体１０７内には、映像制御部１ｂおよび映像信号受信部１ｃ等の実装物である回路基板などが収納されている。映像制御部３００は、前述のように映像表示装置１に対し映像信号や制御信号などを生成して供給する映像信号処理回路や、映像素材などのデータや情報を蓄積するメモリや、車両のバッテリーから供給された電圧を所定の電圧に変換するための電源回路等を含む。

【0057】

空間浮遊映像表示部４００は、図１の（Ｂ）の映像表示部１ａを実装した部分であり、映像表示装置１を収納した筐体１０６、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材（再帰反射板）２、λ／４板２１、および支柱１０８等を有して構成されている。筐体１０６内には、映像表示装置１を構成する、光源装置１３、液晶表示パネル１１、吸収型偏光板１２などが収納・固定されている（図１０）。再帰反射部材２の再帰反射面（図７では上面）にはλ／４板２１が設けられている。

【0058】

筐体１０６における薄型とは、図示のＺ方向において厚さが比較的小さく抑えられていることを指す。本実施例では、図示のように、空間浮遊映像表示部４００は、映像制御部３００の筐体１０７と分けられるとともに、筐体１０６の外側、特に下側に、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。そのため、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の下側に、支柱１０８を介して、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２等を吊り下げるようにして配置・固定している。よって、ユーザの視点からＹ方向、正面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、ユーザ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、ユーザ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。

【0059】

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。金属で構成される再帰反射部材２の主面は、Ｙ方向（例えば水平方向）に沿って配置されている。よって、ユーザの視点からＹ方向、正面で空間浮遊映像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、ユーザの視点からＹ方向で空間浮遊映像表示部４００を見た場合、ビームスプリッタ１０１は半透明のように見え、ビームスプリッタ１０１の奥（前方）の風景などをある程度視認可能である。

【0060】

筐体１０６の下面には後述（図９）の開口部を有し、筐体１０６内の映像表示装置１からの映像光がその開口部を経由して下側に出射する。なお、以降の実施例では、映像表示装置１として、例えば図６のような構成を同様に適用でき、詳細説明を省略する。

【0061】

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等は、図３のＺ型の構成と同様に、所定の位置関係等を有して配置・固定されている。筐体１０６の下側には、支柱１０８を介して、まずビームスプリッタ１０１が接続され配置されている。そして、ビームスプリッタ１０１（特に下辺）に対し、支柱１０８を介して、再帰反射部材２（特に奥側の辺）およびλ／４板２１が接続され配置されている。例えば、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４辺が、対応する支柱１０８に接着されて固定されている。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。

【0062】

なお、図７等では、再帰反射部材２等の形状や配置がわかりやすいように、筐体１０６の上下面に対し、再帰反射部材２等の面がやや斜め下側に傾いて開いたような見え方で図示しているが、実際には、後述の図１０のように、筐体１０６（対応する映像表示装置１）の上下面と、再帰反射部材２等の主面とは略平行である。また、ビームスプリッタ１０１は、それらに対し、例えば４５度程度の斜めの傾きで配置されている。

【0063】

［第１実施例－（２）］
図８は、図７の空間浮遊映像表示部４００を斜め上方（特に右上）から見た場合の外観構成例を示す。筐体１０６は概略的に直方体形状を有する。筐体１０６には、前述の光源装置１３および液晶表示パネル１１を備える映像表示装置１を収納する必要がある。本実施例では、液晶表示パネル１１として、略３インチの液晶表示装置を採用する。これに対応して、本実施例では、筐体１０６は、図示のような形状および寸法を有する。薄型である筐体１０６の寸法・形状は、空間浮遊映像３側（Ｙ方向）から見た場合に、幅８０１（Ｘ方向サイズ）が９０ｍｍ、奥行き８０２（Ｙ方向サイズ）が５５ｍｍ、厚さ８０３（Ｚ方向サイズ）が２３ｍｍとしている。

【0064】

後述するが、本実施例の空間浮遊映像表示装置は、筐体１０６の上面部が車両室内の天井部に対し固定される。そのため、筐体１０６は、運転者や他の乗員から見て存在がなるべく気にならない程度に薄型形状であることが望ましい。また、筐体１０６には、光源装置１３および液晶表示パネル１１を備える映像表示装置１を収納し、さらに、光源装置１３から発せられる熱を放熱するための空間も確保する必要がある。それらを考慮して、本実施例では、筐体１０６の厚さ８０３を２３ｍｍとした。

【0065】

［第１実施例－（３）］
図９は、図７の空間浮遊映像表示部４００を斜め下方（特に左下）から見た場合の外観構成例を示す。図９に示すように、筐体１０６の下面には、液晶表示パネル１１（後述の図１０）による映像光をビームスプリッタ１０１に向けて出射するために、開口部１０６１が設けられている。開口部１０６１は、単なる開口としてもよいが、図３と同様に、ガラス板等の透明部材１００を設けてもよい。

【0066】

図示のように、筐体１０６の下面において、Ｙ方向で手前側にある２つの角からは、下側に支柱１０８が出ている。その支柱１０８は、まず斜め下方向に延在し、その支柱１０８（特に支柱１０８ａ）の４辺（少なくとも左右の２辺）によって、対応するビームスプリッタ１０１の４辺（少なくとも左右の２辺）を支持・固定している。さらに、その支柱１０８（特に支柱１０８ａ）の下端から、Ｙ方向で手前側に支柱１０８（特に支柱１０８ｂ）が延在している。その支柱１０８（特に支柱１０８ｂ）の４辺（少なくとも左右の２辺）によって、対応する再帰反射部材２およびλ／４板２１の４辺（少なくとも左右の２辺）を支持・固定している。本例では、支柱１０８ｂは、手前側の辺を含む３辺によって、再帰反射部材２の手前側の辺を含む３辺を支持・固定している。
それらの支柱１０８（１０８ａ，１０８ｂ）は、ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２等を安定的に支持できる程度の剛性等を有する。なお、支柱１０８は、ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２等を安定的に支持できるのであれば、必ずしも４辺すべてで支持しなくてもよく、例えば２辺や３辺で支持する構成でもよい。

【0067】

［第１実施例－（４）］
図１０は、図７～図９の空間浮遊映像表示部４００を、側面、Ｘ方向（図７での方向Ａ）から見た場合の断面図による内部構造を示す。この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での方向Ｄを鉛直方向（Ｚ方向）となるようにした場合、透明部材１００等を除けば、図３の構成と図１０の構成とは同様となる。

【0068】

図１０において、筐体１０６内に収容されている映像表示装置１は、液晶表示パネル１１からの映像光がＺ方向の下向きに出射される向きに配置されている。即ち、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。筐体１０６内において、上から順に、光源装置１３、液晶表示パネル１１、および吸収型偏光板１２が配置されている。図１０では、映像表示装置１から開口部１０６１を経由して下向きに光軸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をそのまま下方に通過し、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。即ち、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からのビームスプリッタ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度、λ／４板２１を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上を進み、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。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。ユーザは、Ｙ方向の手前側からこの空間浮遊映像３を好適に視認できる。

【0071】

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１０のようにＺ型の位置関係を保ち、かつ、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。

【0072】

［変形例］
ここで、よく知られているように、Ｓ偏光した映像光は、観察者が偏光サングラスを使用してこのＳ偏光（直線偏光）の映像光を観察した場合に、視認することができない。これは、偏光サングラスが直線偏光した光、一般的にはＰ偏光した光だけを透過し、Ｓ偏光した光を透過することができないためである。結果的に、上記実施例の場合には、偏光サングラスをかけた観察者（運転者）は空間浮遊映像３を観察できないことになる。

【0073】

そこで、観察者（運転者）が偏光サングラスを使用して空間浮遊映像３を観察する場合にも好適に対応できる変形例を以下に示す。図１１および図１２は、変形例の空間浮遊映像表示装置の構成を示す。図１１は、変形例での空間浮遊映像表示部４００を正面側から見た図、図１２は、変形例での空間浮遊映像表示部４００を側面（方向Ａ）から見た図を示す。

【0074】

図１１および図１２で、この変形例では、ビームスプリッタ１０１からＹ方向の手前側で空間浮遊映像３が形成される所定の位置までの間における位置、例えば空間浮遊映像３が形成される所定の位置に対する直前の位置に、第２のλ／４板であるλ／４板２２が配置されている。λ／４板２２は、直線偏光した映像光を円偏光した映像光に変換する性質を有する。即ち、この変形例では、ビームスプリッタ１０１で反射後のＳ偏光の映像光（直線偏光した映像光）は、λ／４板２２の通過によって、円偏光した映像光に変換され、所定の位置に、円偏光した映像光による空間浮遊映像３を形成する。この結果、この空間浮遊映像３は、ユーザ（運転者）が偏光サングラスを使用して観察する場合であっても視認可能となる。

【0075】

λ／４板２２は、筐体１０６の下面のＹ方向の手前側の位置から下側に出た支柱１０８（特に支柱１０８ｃ）および再帰反射部材２のＹ方向の手前側の位置から上側に出た支柱１０８（特に支柱１０８ｃ）によって支持されている。それらの支柱１０８ｃは筐体１０６の下面から再帰反射部材２まで延在する支柱としてもよい。λ／４板２２は、少なくとも、主面の長方形のうちの４個の角が支柱１０８ｃによって支持される。これに限らず、λ／４板２２は、左右の２辺、もしくは４辺が、支柱１０８ｃによって支持されてもよい。

【0076】

［支柱］
図７以降の実施例のように、空間浮遊映像３を生成・表示するために用いられるビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２等の構成要素は、筐体１０６の下側に支柱１０８によって吊り下げられるようにして支持・固定されている。例えば、図７～図１０の実施例では、ビームスプリッタ１０１は主面が長方形であり、支柱１０８（特に支柱１０８ａ）はビームスプリッタ１０１の４辺の縁部のうち少なくとも左右の２辺を支持する形状となっている。また、再帰反射部材２も同様に主面が長方形であり、支柱１０８（特に支柱１０８ｂ）は、再帰反射部材２の４辺の縁部のうち少なくとも左右の２辺を支持する形状となっている。

【0077】

支柱１０８は、柱形状、あるいは棒状や細長い長板形状などを有する支持部、支持物、支持器具であり、言い換えると、固定部やつり下げ部である。支柱１０８は、筐体１０６に対し下側にビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２をつり下げるようにして支持・固定するための物、器具、機械的機構である。

【0078】

支柱１０８の素材としては、アルミや鉄などの金属や、樹脂等を用いることができる。ユーザが空間浮遊映像３を視認する際に、空間浮遊映像３の空中浮遊感を際立たせ、空間浮遊映像３以外の構成要素がなるべく目立たない方が好ましい。よって、支柱１０８は、ビームスプリッタ１０１等を覆う筐体ではなく、支持のための剛性・強度を確保した上で、例えば柱状として、体積を最小限としている。

【0079】

また、支柱１０８は、支柱１０８に外光等の光が反射することで空間浮遊映像３の視認性を悪化させることが無いように、いわゆるつや消し仕上げであることが望ましい。即ち、支柱１０８の表面は、外光反射防止・抑制の性質（遮光性）を持つ物とする。

【0080】

また、空間浮遊映像３の空中浮遊感をより際立たせるためには、支柱１０８がより目立たないことが望ましい。その場合、支柱１０８は、透明に近い性質（光透過性）を持つ素材、例えば光透過性樹脂により構成してもよい。

【0081】

［支柱に関する構成例］
上記支柱１０８によってビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２を支持する構成について、上記実施例などに限定されず、以下のように様々な変形例が可能である。図１３以降には、支柱１０８に関する変形例（第１例～第８例とする）を示す。以下の変形例では、主に支柱１０８の本数を増やすことで、上記ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２を支持するための機械的強度をより高める場合の構成を示す。この結果、例えば車両走行時の揺れや振動に伴う空間浮遊映像３の位置の変化が少ない構成とすることができる。即ち、運転者に対し、映像のブレが少なく、視認性が良い空間浮遊映像３を提供できる。なお、図１３以降では、構造をわかりやすく示すために、空間浮遊映像３の表示位置の図示を省略する場合がある。

【0082】

［第１例］
図１３は、支柱１０８に関する第１例を示す。第１例は、図１１、図１２の変形例と類似であるが、再帰反射部材２のＹ方向の最前方の左右端の位置に、筐体１０６の対応する位置からＺ方向で延在する支柱１０８ｃを１本ずつ追加した構成を示している。これにより、再帰反射部材２は、ビームスプリッタ１０１の支柱１０８ａを通じて支柱１０８ｂによって支持されているのみならず、支柱１０８ｃによっても支持される。よって、全体的に強度が高まる。

【0083】

なお、ビームスプリッタ１０１の支柱１０８ａと、再帰反射部材２の支柱１０８ｂとにおいて、ビームスプリッタ１０１と再帰反射部材２とが接続されている辺の部分については、図１３のように共通の支柱として設けてもよいし、支柱を設けなくてもよい。

【0084】

［第２例］
図１４は、支柱１０８に関する第２例を示す。第２例は、第１例の構成に加え、さらに、再帰反射部材２のＹ方向の最後方の左右端の位置にも支柱１０８ｄを１本ずつ追加した構成を示している。ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２は、支柱１０８ａおよび支柱１０８ｂのみらならず、支柱１０８ｃおよび支柱１０８ｄによっても支持されている。これにより、全体的に強度が高まる。

【0085】

［第３例］
図１５は、支柱１０８に関する第３例を示す。第３例は、前述の支柱１０８ａ，１０８ｂに加え、再帰反射部材２のＸ方向の左右辺において、Ｙ方向の中央付近の位置に、筐体１０６の下面との間でＺ方向に延在する支柱１０８ｅを１本ずつ追加した構成を示している。支柱１０８ｅは、支柱１０８ａおよび支柱１０８ｂの一部とも接続されている。ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２は、支柱１０８ａおよび支柱１０８ｂのみらならず、支柱１０８ｅによっても支持されている。これにより、全体的に強度が高まる。

【0086】

［第４例］
図１６は、支柱１０８に関する第４例を示す。第４例は、柱状の支柱の追加ではなく、ビームスプリッタ１０１の後方、筐体１０６の下面と再帰反射部材２との間でＹ方向の最奥の位置に、透明部材（例えばアクリル板）による壁１６０１（言い換えると支持板）を設置した構成を示す。この壁１６０１は、Ｘ方向－Ｚ方向に主面を有し、その主面の下辺は、ビームスプリッタ１０１の支柱１０８ａの下辺に接続されている。この壁１６０１は、柱状ではなく平板状であるが、支柱１０８と同様に、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２を支持する部材として機能する。この構成により、ビームスプリッタ１０１および再帰反射板２は、図７の構成よりも安定して支持可能となり、全体的に強度が高まる。

【0087】

また、この第４例の場合、壁１６０１は透明部材であるため、ユーザから空間浮遊映像表示部４００を見た場合に、ビームスプリッタ１０１および壁１６０１は、あまり目立たない。なお、空間浮遊映像表示装置の非使用時に、ユーザから空間浮遊映像表示部４００を見た場合に、ビームスプリッタ１０１は半透明状、壁１６０１は透明状であるため、それらを介して前方の風景がある程度視認可能である。

【0088】

［第５例］
図１７は、支柱１０８に関する第５例を示す。第５例は、前述の図７のような支柱１０８（１０８ａ，１０８ｂ）の構成に加え、支柱１０９（斜線ハッチングで示す）が追加されている。この構成は、まず、再帰反射部材２のＹ方向の最前方の辺の位置に支柱１０９（横支柱）が設けられている。この支柱１０９のＸ方向の幅（Ｘ２）は、再帰反射部材２のＸ方向の幅（Ｘ１）よりも長くしている（Ｘ１＜Ｘ２）。本例では、再帰反射部材２の支柱１０８ｂは再帰反射部材２の左右辺にあり、手前側の辺には支柱１０９が設けられている。さらに、この支柱１０９のＸ方向の左右両端の位置から垂直であるＺ方向に筐体１０６の下面まで支柱１１０（縦支柱）が設けられている。支柱１０９は再帰反射部材２の手前側の辺と接続されており、支柱１１０は支柱１０９および筐体１０６と接続されている。ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２は、支柱１０８ａおよび支柱１０８ｂのみならず、支柱１０９および支柱１１０によって支持している。これにより、全体的に強度が高まる。

【0089】

また、この第５例の構成では、再帰反射部材２の幅（Ｘ１）よりも左右２本の支柱１１０の間隔を広げていることで、左右２本の支柱１１０は、空間浮遊映像３（位置を破線枠で示す）からＸ方向でやや離れた位置となる。その結果、運転者が空間浮遊映像３を視認する際に、支柱１１０が邪魔にならない（より目立たない）という効果が得られる。

【0090】

［第６例］
図１８は、支柱１０８に関する第６例を示す。第６例は、再帰反射部材２の平板形状を、長方形ではなく、台形形状としている。台形形状として、再帰反射部材２の奥側の辺の長さＬ１と手前側の辺の長さＬ２との関係はＬ１＞Ｌ２であり、手前側の辺の長さＬ２よりも奥側の辺の長さＬ１を長くした構成である。なお図１８では、わかりやすいように、再帰反射部材２の手前側をＺ方向斜め下に傾けて開いて見えるように図示している。支柱１０８は、ビームスプリッタ１０１の４辺を支持する支柱１０８ａ、および台形形状の再帰反射部材２の４辺を支持する支柱１０８ｂを有する。

【0091】

この構成では、空間浮遊映像３は、破線枠の長方形で示すように、やや小ぶりの形状となる。それは、空間浮遊映像３の横幅が再帰反射部材２の手前側の辺の長さＬ２に合わせて設計されるためである。このため、この構成では、運転者が空間浮遊映像３を観察する際に、運転者の視点（視角）がＸ方向である程度（例えば±１０度程度）左右にずれたとしても、支柱１０８（１０８ａ，１０８ｂ）が空間浮遊映像３と重なって見えることが無い。その点で、視認性の良い空間浮遊映像３を提供可能となる。

【0092】

［第７例］
図１９は、支柱１０８に関する第７例を示す。第７例は、図１７の第５例と類似であり、支柱１０８ａ，１０８ｂに加え、支柱１０９および支柱１１０を有する。第７例は、まず、再帰反射部材２のＹ方向の最前方の位置（手前側の辺）を支持する支柱１０９の幅（Ｘ２）が再帰反射部材２の幅（Ｘ１）よりも長い。そして、支柱１０９の左右両端の位置に取付けられる支柱１１０は、筐体１０６まで鉛直方向に延在するのではなく、Ｘ方向中央に向いてやや斜め方向に延在する。これにより、左右２本の支柱１１０で構成されるＸ方向の幅は、下側の再帰反射部材２側の幅（Ｘ２）の方が、上側の筐体１０６側の幅（Ｘ３）よりも広い。言い換えると、筐体１０６の下面と支柱１０９および支柱１１０とで構成される開口は、図示のように上辺側が短い台形形状となっている。この結果、この第７例の構成では、図１７の第５例と同様に、運転者の視点（視角）がある程度（例えば±１０度程度）左右にずれたとしても、支柱１１０が空間浮遊映像３と重なることがない。その点で、視認性の良い空間浮遊映像３を提供可能となる。

【0093】

［第８例］
図２０は、支柱１０８に関する第８例を示す。第８例は、図１９の第７例と類似であり、支柱１０９および支柱１１０が、Ｙ方向で奥側の位置に設けられている。再帰反射部材２のＹ方向で最後方の位置を支持する支柱１０９の幅（Ｘ２）は、再帰反射部材２の幅（Ｘ１）よりも長い。支柱１０９の左右両端に筐体１０６との間で取付けられた支柱１１０は、Ｘ方向で中央に向かってやや斜め方向に延在しており、支柱１１０のＸ方向の幅は、上側の幅（Ｘ３）が下側の幅（Ｘ２）よりも狭い。この構成の場合も、図１９の第７例の場合と同様に、運転者の視点（視角）がある程度（例えば±１０度程度）左右にずれたとしても、支柱１１０が空間浮遊映像３と重なることがない。その点で、視認性の良い空間浮遊映像３を提供可能となる。

【0094】

上記図１３～図２０に示した支柱１０８に関する変形例に限定されず、例えば各変形例の構成を組み合わせた形態も可能である。例えば、図１９の第７例と図２０の第８例とを組み合わせた形態とし、Ｙ方向で前後の両方に支柱（１０９，１１０）を設けてもよい。

【0095】

＜車載用空間浮遊映像表示装置の設置例（１）＞
図２１は、図７以降の車載用の空間浮遊映像表示装置についての、車両内部への設置例（第１設置例とする）を示す。図２１では、右ハンドル位置の運転者から車両内部の前方のウィンドシールド２１０１等を見た場合を模式的に図示している。図２１の第１設置例は、図７の実施例の映像制御部３００の筐体１０７が、ダッシュボード２１００上の左手側に配置されている。また、空間浮遊映像表示部４００が、車両内部の天井部２１０３の付近で横方向中央付近のバックミラー２１０２（言い換えるとルームミラー）の右側に配置されている。図２１では、バックミラー２１０２の右側に、空間浮遊映像表示部４００によって空間浮遊映像３が表示される例を示している。筐体１０６は、バックミラー２１０２または天井部２１０３の近傍の所定の位置に配置・固定される。第１設置例では、映像表示装置１が収納されている筐体１０６（特に上面）が、車両内部の天井部２１０３に固定されている。

【0096】

映像制御部３００の筐体１０７は、ダッシュボード２１００上の任意の位置、例えば右ハンドル位置の運転者にとって目立たない（邪魔にならない）ように左隅の位置に配置されている。筐体１０７は、ダッシュボード２１０上に限らず、運転者や同乗者から見えない場所、例えばグローブボックス内部などに設置されてもよい。筐体１０７内の映像制御部と、筐体１０６内の映像表示装置１とを接続するケーブル１０５は、例えば図２１中に破線で示すように、Ａピラー２１０５の内部と、天井部２１０３の内部とを通して配線２１０６がされている。これにより、ケーブル１０５が目立つことなく配線２１０６が可能である。

【0097】

空間浮遊映像表示装置の設置によって、空間浮遊映像表示部４００の向き、即ち空間浮遊映像３の向き（光軸の方向）は、水平方向に限らず、運転者の視点位置・視線方向に合わせるように調整可能である。例えば、天井部２１０３の天井面に対し空間浮遊映像表示部４００の全体がやや斜め下に向くように設置されてもよい。筐体１０６は、天井部２１０３に対し固定器具を介して固定されてもよい。

【0098】

＜車載用空間浮遊映像表示装置の設置例（２）＞
図２２は、同様に、車載用の空間浮遊映像表示装置についての、車両内部への他の設置例（第２設置例とする）を示す。第２設置例では、図２１と同様に、右ハンドル位置の運転者から見て、バックミラー２１０２の右側に、空間浮遊映像表示部４００が配置され、空間浮遊映像３が表示される例を示している。空間浮遊映像表示部４００の筐体１０６は、図２１と同様に、天井部２１０３に固定されている。第２設置例では、映像制御部３００の筐体１０７は、ダッシュボード２１００上ではなく、天井部２１０３のうちの取付部カバー２１０７の内部に収納されている。取付部カバー２１０７は、バックミラー２１０２等を取り付けるための部分である。筐体１０７と筐体１０６との間には、ケーブル１０５が配線２１０８されている。

【0099】

第２設置例によれば、筐体１０７と筐体１０６との間のケーブル１０５の配線２１０８が短くて済む。また、ダッシュボード２１００上に筐体１０７が設置されないので、ダッシュボード２１００上もすっきりとした見栄えとなる。

【0100】

［効果等］
以上のように、実施例や変形例の空間浮遊映像表示装置によれば、車両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空間浮遊映像表示装置を提供できる。実施例等の空間浮遊映像表示装置は、車両内に手軽に設置可能である。

【0101】

実施例では、空間浮遊映像表示装置を、図２１等のように車両内の天井部２１０３またはバックミラー２１０２の近傍に配置することを考慮して、２つの筐体（筐体１０７と筐体１０６）に分け、空間浮遊映像表示部４００をコンパクト、軽量にした。また、空間浮遊映像表示部４００による空間浮遊映像３をユーザから視認する際に、空間浮遊映像３の空中浮遊感を高める、言い換えるとより強調するために、映像表示装置１を収容した筐体１０６と、筐体などで覆わずに露出したビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２とに分けることで、筐体１０６を薄型にした。筐体１０６の下側に、支柱１０８を介して、ビームスプリッタ１０１および再帰反射部材２等を吊り下げるように配置した。構成要素のうち相対的には映像表示装置１が一番重く、ビームスプリッタ１０１や再帰反射部材２等は軽いので、映像表示装置１を収容した筐体１０６を鉛直方向で一番上側に配置して天井部２１０３から吊り下げられる構成とした。また、ユーザから見て、支柱１０８や再帰反射部材２等がなるべく目立たないように構成した。

【0102】

実施例等の車載用の空間浮遊映像表示装置をユーザが利用する場合、空間浮遊映像３として例えばコンシェルジュの映像を表示し、コンシェルジュによって道案内やＰＯＩ情報などを運転者に伝えることができる。これにより、見た目にも楽しく、より安全で快適な運転支援などが可能となる。

【0103】

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、例えば、ユーザ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を可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。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。

【0104】

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。

【0105】

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は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】

【0106】

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：吸収型偏光板
１３：光源装置
２１：λ／４板
１０１：ビームスプリッタ（偏光分離部材）
１０５：ケーブル
１０６：筐体（第２筐体）
１０７：筐体（第１筐体）
１０８：支柱
３００：映像制御部
４００：空間浮遊映像表示部

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】