特許 7661149 空中映像表示装置

(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】2025-04-04

(45)【発行日】2025-04-14

(54)【発明の名称】空中映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20250407BHJP

   H04N 5/66 20060101ALI20250407BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20250407BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

H04N5/66 D

G06F3/041 400

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021102880

(22)【出願日】2021-06-22

(65)【公開番号】P2023001955

(43)【公開日】2023-01-10

【審査請求日】2024-04-05

(73)【特許権者】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂井 雅彦

【審査官】植田 裕美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０７７４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０６１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４２３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５９７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１２８８７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３０／００－３０／６０

Ｈ０４Ｎ ５／６６－５／７０

Ｈ０４Ｎ １３／００－１３／３９８

Ｇ０６Ｆ ３／００－３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体の内部に配置された映像表示部と、
前記筐体の開口部に設置され、前記映像表示部に表示された映像を反射させるビームスプリッターと、
前記筐体の内部に設置され、前記ビームスプリッターで反射された前記映像を再帰反射させる再帰反射シートと、
前記再帰反射シートで再帰反射された前記映像が前記筐体の外部で結像される空中映像が含まれる空間領域内の使用者の指の位置を検出するセンサーと、
前記センサーで検出された前記指の位置と前記空中映像の位置との離間距離に応じて変化する音を出力するスピーカとを備え、
前記スピーカから出力される音は、前記離間距離に応じて周波数が連続して変化すると共に、前記スピーカから出力される音は、前記指の位置と前記空中映像の位置とが一致したときに停止することを特徴とする空中映像表示装置。

【請求項2】

筐体と、
前記筐体の内部に配置された映像表示部と、
前記筐体の開口部に設置され、前記映像表示部に表示された映像を反射させるビームスプリッターと、
前記筐体の内部に設置され、前記ビームスプリッターで反射された前記映像を再帰反射させる再帰反射シートと、
前記再帰反射シートで再帰反射された前記映像が前記筐体の外部で結像される空中映像が含まれる空間領域内の使用者の指の位置を検出するセンサーと、
前記センサーで検出された前記指の位置と前記空中映像の位置との離間距離に応じて変化する音を出力するスピーカとを備え、
前記スピーカから出力される音は、前記離間距離に応じて音量が連続して変化すると共に、前記スピーカから出力される音は、前記指の位置と前記空中映像の位置とが一致したときに停止することを特徴とする空中映像表示装置。

【請求項3】

筐体と、
前記筐体の内部に配置された映像表示部と、
前記筐体の開口部に設置され、前記映像表示部に表示された映像を反射させるビームスプリッターと、
前記筐体の内部に設置され、前記ビームスプリッターで反射された前記映像を再帰反射させる再帰反射シートと、
前記再帰反射シートで再帰反射された前記映像が前記筐体の外部で結像される空中映像が含まれる空間領域内の使用者の指の位置を検出するセンサーと、
前記センサーで検出された前記指の位置と前記空中映像の位置との離間距離に応じて変化する音を出力するスピーカとを備え、
前記スピーカから出力される音は、間欠的な音であり、前記離間距離に応じて前記間欠的な音の停止期間および発生期間の少なくとも一方が連続して変化すると共に、前記スピーカから出力される音は、前記指の位置と前記空中映像の位置とが一致したときに停止することを特徴とする空中映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、空中映像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特殊なメガネが不要で、霧などのスクリーンを使用せずに空中に映像を表示することができる空中映像表示装置が知られている。例えば、ビームスプリッターと再帰反射シートとを用いて、映像表示部に表示された映像をビームスプリッターに対して面対称な位置の空間に結像させて映像を表示する空中映像表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２５７７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

空中映像表示装置において、空中に表示された映像（以下、空中映像と記す）としてタッチパネルを表示させ、使用者が指でそのタッチパネルを操作する空中タッチパネルとしての使用方法がある。空中映像は空中に浮いているため、その周囲に距離感の指標となる物体がない。そのため、使用者は、空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が困難になるという問題がある。

【0005】

本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、空中映像の位置と使用者の指の位置との距離感の把握が容易な空中映像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】

【0006】

本願の空中映像表示装置は、筐体と、筐体の内部に配置された映像表示部と、筐体の開口部に設置され、映像表示部に表示された映像を反射させるビームスプリッターと、筐体の内部に設置され、ビームスプリッターで反射された映像を再帰反射させる再帰反射シートと、再帰反射シートで再帰反射された映像が筐体の外部で結像された空中映像が含まれる空間領域内の使用者の指の位置を検出するセンサーと、センサーで検出された指の位置と空中映像の位置との離間距離に応じて変化する音を出力するスピーカとを備え、スピーカから出力される音は、離間距離に応じて周波数が連続して変化すると共に、スピーカから出力される音は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときに停止する。

【発明の効果】

【0007】

本願の空中映像表示装置は、センサーで検出された指の位置と空中映像の位置との離間距離に応じて変化する音を出力するスピーカを備え、スピーカから出力される音は、離間距離に応じて周波数が連続して変化すると共に、スピーカから出力される音は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときに停止するので、空中映像の位置と使用者の指の位置との距離感の把握が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１～３に係る空中映像表示装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本願を実施するための実施の形態に係る空中映像表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空中映像表示装置の模式図である。本実施の形態の空中映像表示装置１は、筐体２と、筐体２の内部に配置された映像表示部３と、筐体２の開口部に設けられたビームスプリッター４と、筐体２の内部に配置された再帰反射シート５とを有する。映像表示部３から出射された光は、ビームスプリッター４に入射し、その一部が反射されて再帰反射シート５に入射する。再帰反射シート５は、入射した光を入射方向へ反射する特性を有している。再帰反射シート５は、ビームスプリッター４から入射した光をビームスプリッター４に向かって反射させる。再帰反射シート５からビームスプリッター４に向かって反射された光は、一部がビームスプリッター４を透過する。このようにして映像表示部３に表示された映像は、ビームスプリッター４を通過して筐体２の外部で結像されて空中映像６となる。使用者１０は、この空中映像６を観察することができる。例えば、空中映像６として種々の機器を操作するためのタッチパネルを表示させる。使用者１０は、空中映像６として表示されたタッチパネルに指１０ａを近づけることでタッチパネルに対するタッチ操作を行うことができる。指１０ａの位置は、筐体２に設けられ、空中映像６が含まれる空間領域内の物体の位置を検出する三次元距離センサー７で測定することができる。映像表示部３としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤ素子が配列されたディスプレイなどを用いることができる。ビームスプリッター４としては、ハーフミラー、反射型偏光板などを用いることができる。再帰反射シート５としては、球状の透明ガラスビーズを並べたガラスビーズ方式のシート、透明な三角錐を配列したマイクロプリズム方式のシートなどを用いることができる。三次元距離センサー７としては、例えばＴｏＦセンサー（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｓｅｎｓｏｒ）、ステレオカメラなどを用いることができる。

【0011】

使用者１０は、空中映像６として表示されたタッチパネルに指１０ａを近づけてタッチ操作を行うことができる。指１０ａの位置と空中映像６との距離は、筐体２に設けられた三次元距離センサー７で測定することができる。このタッチ操作は非接触であるため、接触による指先の汚染、タッチパネルを介した有害物質の拡散などを防ぐことができる。

【0012】

しかしながら、空中映像は空中に浮いているため、その周囲に距離感の指標となる物体がない。そのため、使用者が空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が困難になるという問題がある。

【0013】

本実施の形態の空中映像表示装置１は、空中映像の位置と使用者の指の位置との距離感の把握が容易となるものである。そのため、本実施の形態の空中映像表示装置１は、三次元距離センサー７で検出された使用者１０の指１０ａの位置と空中映像６の位置との離間距離を算出する制御部８と、制御部８に接続されたスピーカ９とを備えている。制御部８は、使用者１０の指１０ａの位置と空中映像６の位置との離間距離を算出し、離間距離に応じて周波数が連続して変化する音をスピーカ９から出力させる。例えば、制御部８は、使用者１０の指１０ａが空中映像６に近づいて離間距離が予め決められた閾値より小さくなるとスピーカ９から周波数の低い低音の音の出力を開始し、離間距離が小さくなるにしたがって徐々に周波数を上げてスピーカから出力させる音を高音に変化させる。

【0014】

このように構成された空中映像表示装置においては、使用者は空中映像の位置と自分の指の位置との離間距離をスピーカから出力される音の周波数の変化で認識することができる。そのため、本実施の形態の空中映像表示装置においては、使用者が空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が容易となる。

【0015】

制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音の周波数を不連続に変化させてもよい。また別の方法として、制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音を停止させてもよい。このように制御することで、使用者は自分の指が空中映像の位置に到達したことを認識できる。なお、指の位置と空中映像の位置とが一致したときとは、指の位置と空中映像の位置との離間距離が完全に零になったときに限定されず、予め決められた離間距離より小さい場合も含まれる。なお、使用者の指が空中映像を通過した場合はスピーカ９から出力される音の周波数は下がっていくので、使用者は自分の指が空中映像の位置を行き過ぎたことも認識できる。

【0016】

なお、本実施の形態においては、制御部８は離間距離が小さくなるにしたがって徐々に周波数を上げてスピーカから出力させる音を高音に変化させているが、離間距離が小さくなるにしたがって徐々に周波数を下げてスピーカから出力させる音を低音に変化させてもよい。

【0017】

実施の形態２．
実施の形態１の空中映像表示装置においては、制御部は使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離を算出し、離間距離に応じて周波数が連続して変化する音をスピーカから出力させている。実施の形態２に係る空中映像表示装置においては、制御部は使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離を算出し、離間距離に応じて音量が連続して変化する音をスピーカから出力させる。なお、本実施の形態の空中映像表示装置の構成は、図１に示す実施の形態１の空中映像表示装置の構成と同様である。

【0018】

例えば、制御部８は、使用者１０の指１０ａが空中映像６に近づいて離間距離が予め決められた閾値より小さくなるとスピーカ９から小音量の音の出力を開始し、離間距離が小さくなるにしたがってスピーカから出力させる音の音量を大きくする。

【0019】

このように構成された空中映像表示装置においては、使用者は空中映像の位置と自分の指の位置との離間距離をスピーカから出力される音の音量の変化で認識することができる。そのため、本実施の形態の空中映像表示装置においては、使用者が空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が容易となる。

【0020】

制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音の音量を不連続に変化させてもよい。また別の方法として、制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音を停止させてもよい。このように制御することで、使用者は自分の指が空中映像の位置に到達したことを認識できる。なお、指の位置と空中映像の位置とが一致したときとは、指の位置と空中映像の位置との離間距離が完全に零になったときに限定されず、予め決められた離間距離より小さい場合も含まれる。なお、使用者の指が空中映像を通過した場合はスピーカ９から出力される音の音量は下がっていくので、使用者は自分の指が空中映像の位置を行き過ぎたことも認識できる。

【0021】

なお、本実施の形態においては、制御部８は離間距離が小さくなるにしたがってスピーカから出力させる音の音量を徐々に大きくしているが、離間距離が小さくなるにしたがってスピーカから出力させる音の音量を徐々に小さくしてもよい。

【0022】

実施の形態３．
実施の形態１の空中映像表示装置においては、制御部は使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離を算出し、離間距離に応じて周波数が連続して変化する音をスピーカから出力させている。また、実施の形態２の空中映像表示装置においては、制御部は使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離を算出し、離間距離に応じて音量が連続して変化する音をスピーカから出力させている。実施の形態３の空中映像表示装置においては、制御部は使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離を算出し、離間距離に応じて間欠的な音が連続して変化する音をスピーカから出力させる。なお、本実施の形態の空中映像表示装置の構成は、図１に示す実施の形態１の空中映像表示装置の構成と同様である。

【0023】

例えば、制御部８は、使用者１０の指１０ａが空中映像６に近づいて離間距離が予め決められた閾値より小さくなるとスピーカ９から間欠的な音の出力を開始する。このとき、スピーカ９から出力される音は一定の長さの音が停止期間を挟んで発生する音であり、制御部８は離間距離が小さくなるにしたがって停止期間を徐々に短くする。

【0024】

このように構成された空中映像表示装置においては、使用者は空中映像の位置と自分の指の位置との離間距離をスピーカから出力される音の停止期間の変化で認識することができる。そのため、本実施の形態の空中映像表示装置においては、使用者が空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が容易となる。

【0025】

なお、本実施の形態においては、スピーカ９から出力される音として、一定の長さの音が停止期間を挟んで発生し、離間距離が小さくなるにしたがって停止期間が徐々に短くなる音を用いている。別の方法として、停止期間を一定として、離間距離が小さくなるにしたがって音が発生する発生期間の長さを徐々に短くしてもよい。さらに別の方法として、間欠的な音の発生を開始する周期は一定として、離間距離が小さくなるにしたがってその周期内で音が発生している期間を徐々に変化させてもよい。すなわち、本実施の形態の空中映像表示装置においては、使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離に応じて間欠的な音の停止期間および発生期間の少なくとも一方が連続して変化するように構成されている。

【0026】

制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音の停止期間および発生期間の少なくとも一方を不連続に変化させてもよい。また別の方法として、制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音の周波数および音量の少なくとも一方を変化させてもよい。さらに別の方法として、制御部８は、指の位置と空中映像の位置とが一致したときにスピーカ９から出力させる音を停止させてもよい。このように制御することで、使用者は自分の指が空中映像の位置に到達したことを認識できる。なお、指の位置と空中映像の位置とが一致したときとは、指の位置と空中映像の位置との離間距離が完全に零になったときに限定されず、予め決められた離間距離より小さい場合も含まれる。なお、使用者の指が空中映像を通過した場合はスピーカ９から出力される音の停止期間または発生期間は長くなっていくので、使用者は自分の指が空中映像の位置を行き過ぎたことも認識できる。

【0027】

なお、実施の形態１～３において、指１０ａの位置は三次元距離センサー７で測定される。実施の形態１～３の空中映像表示装置は、三次元距離センサー７で測定された指１０ａの位置からタッチパネルにタッチする位置となる指先の位置を算出するための認識部を備えていてもよい。また、実施の形態１～３においては、空中映像をタッチパネルとして使用するときにタッチ操作に応じて表示画像を切り替えることも想定される。実施の形態１～３の空中映像表示装置は、認識部で算出された指先の位置に基づいて映像表示部の表示画像を切り替えるための表示処理部を備えていてもよい。

【0028】

また、実施の形態１～３においては、ビームスプリッターと再帰反射シートとを用いた方式の空中映像表示装置で説明した。これ以外の方式の空中映像表示装置として、二面コーナーリフレクタアレイと呼ばれる光学プレートを用いた方式、直交ミラーアレイと呼ばれる光学プレートを用いた方式のものがある。これらの方式の空中映像表示装置においては、図１に示した空中映像表示装置において、再帰反射シートが除かれビームスプリッターの位置に光学プレートが配置される。このような空中映像表示装置は、映像表示部に表示された映像を光学プレートに対して面対称な位置の空間に結像させて空中映像を表示することができる。このような方式の空中映像表示装置においても、使用者は空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が困難になるという問題がある。このような方式の空中映像表示装置においても、使用者の指の位置と空中映像の位置との離間距離に応じて変化する音を出力するスピーカを備えることで、使用者が空中映像の位置と自分の指の位置との距離感の把握が容易となる。

【0029】

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0030】

１ 空中映像表示装置、２ 筐体、３ 映像表示部、４ ビームスプリッター、５ 再帰反射シート、６ 空中映像、７ 三次元距離センサー、８ 制御部、９ スピーカ、１０ 使用者、１０ａ 指。

【図1】