JP2015225287A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結像光学素子の周囲に配置された情報保持体に対応する立体的な二次元映像を、装置の上方に適切なタイミングで臨場感豊かに表示することのできる表示装置を提供する。
【解決手段】この表示装置は、筐体の上面に光透過状に配設された結像光学素子（マイクロミラーアレイＭ）と、結像光学素子の下面に対して所定角度傾いて配設されたディスプレイＤと、情報保持体（カードＣ）が保有する情報を非接触で読み取るリーダＲと、筐体上面の物体の有無を検知するセンサＳと、上記ディスプレイの表示を制御する制御手段とを備え、上記制御手段が、リーダＲから伝達される情報保持体の情報に基づいて、情報保持体に応じた画像Ｉを準備し、センサＳから伝達される物体検出信号に基づいて、上記準備した画像Ｉを空間像Ｉ'としてタイミングよく表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイを収容する筐体の上面に載置された物体（情報保持体）を認識して、この情報保持体に対応した立体的な二次元映像を装置上方の空間に投影する表示装置に関するものである。

従来、立体像を含む画像を表示する画像表示面（液晶表示パネル等）の手前側（鑑賞者側）に、この表示面から離間して、空間に上記画像を結像する画像伝達パネル（結像光学素子）を配置した画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

これに対して、本出願人は、特願２０１３−０４３０７４や引用文献２等において、ディスプレイを収容するケースと、ディスプレイを所定角度で傾けて載置する載置台と、パネル状の結像光学素子とを備え、上記ディスプレイから投射され上記結像光学素子を透過した光により、上記ディスプレイに表示された映像の投影像が、この結像光学素子の上側に浮かび上がった状態で結像する表示装置を、既に提案している。

さらに、本出願人は、特願２０１２−２８３０７２および特願２０１２−２８３０７３において、上記表示装置の上面に載置されるカードやフィギュア等の情報保持体（ＩＣタグやバーコード等を備える情報入力体）に連動して、この情報保持体に応じた立体的な二次元映像を、装置の上方にリアルタイムで効果的に表示することのできる表示装置を、提案している。

これらの提案にかかる表示装置は、図１０に示すように、筐体の上面に配置された結像光学素子（マイクロミラーアレイＭ）の周囲に配置される平板状の情報保持体（カードＣ等の情報入力体）が保有する識別情報（ＩＣタグＴ）を、認識手段（リーダＲ）で読み取り、その情報を認識手段からディスプレイＤの制御手段に伝達することにより、表示面Ｄａが結像光学素子に対して所定角度α傾斜した状態で配設されたディスプレイＤに、情報保持体に応じた映像（画像Ｉ）を表示させ、この映像の投影像を、上記結像光学素子を介して、筐体の上側の空間に浮かび上がる空間像Ｉ’として表示するものである。なお、図１０中の符号ＰはマイクロミラーアレイＭの素子面を示し、ＭａおよびＭｂはそれぞれ、マイクロミラーアレイＭの上面および下面を示す。

特開２００３−９８４７９号公報 特開２０１３−２２８６７１号公報

ところで、被験者によるモニターテスト等を通じて、上記表示装置の使用に関する一つの懸念が指摘されている。それは、カードやフィギュア等の情報保持体を、表示装置（ケース）の上面に載置した際、空間像に違和感を感じて臨場感等を得にくい場合があるという問題である。そこで、本発明者がこの現象の原因を追求してみると、例えば、ゲームカードを上面に載置したが、空間像がなかなか浮かび上がってこない等、これらの情報保持体を上面に置くタイミングと、立体像（空間像）が上面から浮き上がってくるタイミングが大きくずれると、空間像に対する驚きやリアル感が損なわれ、鑑賞者が感情移入しにくい（すなわち、「作り物」的なイメージが強くなり、興醒めする）場合があることがわかってきた。ここに、上記表示装置の改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、結像光学素子の周囲に配置された情報保持体に対応する立体的な二次元映像を、装置の上方に適切なタイミングで臨場感豊かに表示することのできる表示装置の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の表示装置は、ディスプレイを収容する筐体の上面に、識別情報を保有する情報保持体を載置して、この情報保持体に応じた映像を筐体上側の空間に浮かび上がらせて表示する表示装置であって、上記筐体の上面に光透過状に配設された結像光学素子と、この結像光学素子の下側に、結像光学素子の下面に対してその表示面が所定角度傾斜した状態で配設されたディスプレイと、上記情報保持体が保有する情報を非接触で読み取るリーダと、上記筐体上面の物体の有無を検知するセンサと、上記ディスプレイに映像を表示させる機能を有し、上記リーダとセンサからの信号に基づき上記映像を制御する制御手段と、を備え、上記制御手段が、上記リーダから伝達される情報保持体の情報と上記センサから伝達される物体検出信号に基づいて、下記（Ａ）の待機状態と下記（Ｂ）の表示状態とを切り替えるようになっているという構成をとる。
（Ａ）上記情報保持体が筐体上面に当接する前であって上記リーダによる信号の読み取り可能領域内に侵入した際、このリーダで上記情報保持体が保有する個別情報を読み取り、リーダから制御手段に伝達される個別情報に基づいて、上記制御手段が上記情報保持体に対応する映像を準備する待機状態。
（Ｂ）上記情報保持体が筐体上面に当接している間、上記センサから制御手段に伝達される物体検出信号に基づいて、上記制御手段が上記準備した映像をディスプレイに表示させ、この映像の投影像が、上記結像光学素子を介して筐体上側の空間に浮かび上がった状態で結像する表示状態。

すなわち、本発明者は、前記課題を解決するため研究を重ね、その結果、情報保持体の識別（個別）情報を読み取るリーダの他に、その情報保持体の当接（上面への密着）を検知するセンサを別途設け、これらからの検出信号を組み合わせて利用することにより、この情報保持体に応じた映像（静止画や動画等）を、鑑賞者にとって最適なタイミングで効果的に提供できることを見出し、本発明に到達した。

なお、本発明における筐体上面と情報保持体との「当接」とは、上面と保持体との間隙が０（零）の「接触」状態の他、間隙が２ｍｍ以下の「密着」した状態を包含する。また、上記「リーダによる信号の読み取り可能な」とは、ＩＣカードに関するISO/IEC 10536に記載の「近接型」に準ずる、リーダと情報保持体（ＩＣタグ）との距離が少なくとも１０ｃｍで定常的な交信が可能な状態（実際はそれ以上の距離で一方向通信が可能な距離を含む）を指す。

本発明の表示装置によれば、情報を非接触で読み取るリーダから得られる信号情報（情報保持体固有の情報）と、筐体上面の物体の有無を検知するセンサから得られる信号情報（情報保持体の検出信号）とを用いて、筐体上面に近接する情報保持体の個別情報を読み取り、この情報保持体に対応する映像を準備する待機状態と、上記準備した映像を結像光学素子を介して筐体上側の空間に結像させる表示状態とを、素早く切り替えることにより、上記情報保持体に対応する立体的な二次元映像を、装置の上方に適切なタイミングで浮かび上がらせて表示することができる。これにより、本発明の表示装置は、上記情報保持体に応じた効果的な空間像を、その空間像があたかもそこに実在するかのごとく、最適なタイミングで臨場感豊かに表示することができる。

なお、本発明の表示装置のなかでも、上記情報保持体が平板状で、かつ、その一部に上記結像光学素子の平面形状に対応した光透過部が設けられているものは、上記投影像が、この光透過部を透して結像するように構成されている。この構成により、カード等の平板状情報保持体が、上記投影増（空間像）と結像光学素子上面との間に視差を生じる比較対象物となるため、空間像が鑑賞者からより視認され易く、より鮮明に、かつ、より臨場感に富んだ立体的な映像として、感じることができる。しかも、上記表示装置は、先の構成により、カード等の平板状情報保持体を装置上面に載置すると同時に、空間像がこの平板状情報保持体の内部（光透過部）からタイミング良く浮き出てくるようになっている。これらの相乗効果により、本発明の表示装置は、上記平板状情報保持体に対応した空間像を、より印象深く見せることができる。

また、本発明の表示装置のなかでも、上記結像光学素子の下面に対する上記ディスプレイの表示面の傾斜角が、３０°以上９０°未満に設定されているものは、上記表示される立体的二次元画像を、より浮遊感の強い立体的な画像として表示することができる。

なお、本発明の表示装置で用いることのできる「結像光学素子」としては、被投影物の鏡像を実像として結像させる屈折型結像素子（フレネルレンズ等を含む各種レンズや、アフォーカル光学系のマイクロミラー，コーナーリフレクタ等）をあげることができる。これら屈折型結像素子のなかでも、その外形形状がパネル状あるいは平板状で、かつ、その表裏面（上下面）が比較的平坦でフラットなものが好ましい。また、上記結像光学素子の「上面」，「下面」とは、ケース，ハウジング等の筐体の外側にあたる面、または、内側にあたる面を示し、結像の基準（光路の屈折点）となる結像光学素子の「素子面」とほぼ平行な面を指す。

本発明の実施形態における表示装置の基本構成を説明する一部断面図である。 本発明の第１実施形態の表示装置の外観斜視図である。 上記第１実施形態の表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の表示装置の外観斜視図である。 本発明の表示装置に用いられるマイクロミラーアレイの一構成例を示す斜視図である。 上記マイクロミラーアレイの分解斜視図である。 本発明の表示装置に用いられるマイクロミラーアレイの他の構成例を示す斜視図である。 本発明の表示装置に用いられるマイクロミラーアレイのさらに他の構成例を示す斜視図である。 本発明の表示装置に用いられるマイクロミラーアレイの変形例の構成を説明する図である。 従来の表示装置の構成を説明する一部断面図である。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の表示装置の基本的な構成を説明する図であり、図１０に示す従来例とは、センサＳを備えている点が異なる。なお、図１では、本発明の原理のみを簡潔に説明するために、ケース，ハウジング等の部材や、配線，電装品等の部品の図示を省略している。また、識別情報を保有する平板状の情報保持体（図中のカードＣ）は、その厚みを誇張して描いている。

本実施形態における表示装置は、図１に示すように、パネル状のマイクロミラーアレイ結像光学素子（以下「マイクロミラーアレイＭ」または単に「アレイＭ」という）と、フラットパネルディスプレイ（以下、ディスプレイＤ）と、このディスプレイＤに表示される映像（画像Ｉ）を制御する制御手段（図示せず）とを備え、マイクロミラーアレイＭに設けられた多数のコーナーリフレクタによる光の反射により、アレイＭの下面Ｍｂ側に所定角度（α）傾斜した状態で配設されたディスプレイＤ（表示面Ｄａ）に表示された画像Ｉを、このアレイＭの上面Ｍａ側の空間に、斜め状に立ち上がる空間像Ｉ’として、浮かび上がるように結像させるものである。

また、上記表示装置は、その上面が、情報保持体（カードＣ）を載置してそれが保有するの識別情報を読み取るための情報入力面（操作面）となっており、上記マイクロミラーアレイＭの周囲には、載置されるカードＣの識別（個別）情報を非接触で読み取るためのリーダＲと、上記カードＣ等の情報保持体が装置上面に当接したことを検出するための、物体の有無を検知するセンサＳと、が配設されている。

そして、上記表示装置は、上記リーダＲから制御手段に伝達される情報保持体（カードＣ）の情報と、上記センサＳから制御手段に伝達される物体検出信号に基づいて、カードＣの載置前に、上記制御手段が、装置の筐体上面に近接するカードＣの個別情報（ＩＣタグＴ）を読み取り、このカードＣに対応する画像ＩをディスプレイＤに準備する待機状態と、上記準備した画像ＩをマイクロミラーアレイＭを介して筐体上側の空間に空間像Ｉ'として結像させる表示状態とを、素早く切り替えるようになっている。これが、本発明の表示装置の特徴である。

上記構成の表示装置によれば、上記リーダＲから制御手段に伝達される情報保持体（カードＣ）の情報と、上記センサＳから制御手段に伝達される物体検出信号とを利用することにより、カードＣが装置上面に当接する前であって上記リーダＲによる信号の読み取り可能領域（おおよそ１０ｃｍ以内）に侵入した際、このリーダＲで上記カードＣが保有する個別情報を読み取り、リーダＲから制御手段に伝達される個別情報に基づいて、上記制御手段が、ディスプレイＤに表示する、上記カードＣに対応する映像（画像Ｉ）を予め準備することができる（待機状態）。また、続けて、上記カードＣを装置上面に当接させた際は、上記センサＳから制御手段に伝達される物体検出信号に基づいて、上記制御手段が、上記映像（画像Ｉ）を直ぐさまディスプレイＤに表示させ、この画像Ｉの投影像が、マイクロミラーアレイＭおよびカードＣに設けられた開口Ｃａ（光透過部）を透して、装置上側に空間像Ｉ'として表示される（表示状態）。

このように、本実施形態の表示装置は、上記制御手段が、装置の筐体上面に近接するカードＣの個別情報を読み取り、このカードＣに対応する画像ＩをディスプレイＤに準備する待機状態と、上記準備した画像ＩをマイクロミラーアレイＭを介して筐体上側の空間に空間像Ｉ'として結像させる表示状態とを、素早く切り替えることができる。しかも、上記空間像Ｉ'の表示は、上記物体（カードＣ）の検出信号に基づいて、カードＣの載置（上面への当接）と同時に行われるため、観察者Ｅは、上記空間像Ｉ’が、あたかもこのカードＣの内部（光透過部）からタイミングよく浮き出てきたように感じられるようになっている。これにより、本発明の表示装置は、上記情報保持体（カードＣ等）に応じた効果的な空間像Ｉ’を、その空間像Ｉ’があたかもそこに実在するかのごとく、最適なタイミングで臨場感豊かに表示することができる。

上記表示装置を構成する各部分について詳しく説明する。この表示装置に使用する結像光学素子としては、フレネルレンズ等を含む各種レンズや、アフォーカル光学系のマイクロミラー，コーナーリフレクタ等の屈折型結像素子を用いることができる。なかでも、本実施形態においては、図５〜図９に示すような、素子面Ｐに対して面対称の位置に像を結ぶ、マイクロミラーアレイＭ（コーナーリフレクタアレイ）が好適に使用される。なお、特徴的な構成を有する上記マイクロミラーアレイＭの詳細な構造は、後記で詳しく説明する。また、このマイクロミラーアレイＭは、任意の固定部材等により、鑑賞者の視点（感覚）に対して略水平になるように配設されている。

上記画像Ｉを表示するフラットパネルディスプレイ（ディスプレイＤ）は、図１のように、上記マイクロミラーアレイＭの下面Ｍｂに対して、鑑賞者の手前側（正面Ｅ側）から奥側に向かって所定の傾斜角αで下向きに傾くように配置されており、上記マイクロミラーアレイＭを介して投影される空間像Ｉ’が、鑑賞者の方向を向くようになっている。

なお、上記画像Ｉの表示に用いるディスプレイＤとしては、バックライトを備える液晶表示パネル（ＬＣＤ）の他、プラズマディスプレイパネル，有機ＥＬ表示パネル等、全可視光波長にわたってなるべく偏りのない「白色」と、非表示時の「黒色」とを、コントラスト良く再現できるディスプレイパネルを使用することができる。さらに、ディスプレイＤは、携帯電話または携帯情報端末等の表示部であってもよく、具体的には、上記ディスプレイＤとして、スマートフォン，タブレット型ＰＣ，デジタルフォトフレームや、携帯型ゲーム機，携帯型ブックリーダー，ＰＤＡ，電子辞書等のうち、表示部Ｄａが常時露出する（カバーされていない）タイプのなかで、その表示面Ｄａの寸法が、上記マイクロミラーアレイＭの大きさ（平面形状）に対応するサイズのものを使用することができる。

また、上記ディスプレイＤの傾斜角αは、この表示装置を利用する鑑賞者の姿勢や距離等を考慮して、３０°以上９０°未満（３０°≦α＜９０°）に設定される。

つぎに、マイクロミラーアレイＭの上側に載置される平板状の情報保持体（カードＣ）は、全体として平板状で、図２，図４に示すように、その略中央部に、上記マイクロミラーアレイＭの平面形状に対応する光透過部（開口Ｃａ）が設けられており、この開口Ｃａを透して、上記空間像Ｉ'が結像するようになっている。なお、カードＣの光透過部（開口Ｃａ）の形状は、アレイＭの上面Ｍａ形状に近い形状で、よれより若干小さなあるいは大きな形状とする場合がある。また、正方形状の他、円形や楕円形、あるいは、六角形状等の他の多角形状としてもよい。さらに、この開口Ｃａには、ガラスやプラスチック等からなる透明板を、嵌め込んでおいてもよい。

上記カードＣとしては、紙，プラスチック等からなるシート状もしくは薄板状のものを使用することができ、具体的な例としては、ゲーム等の娯楽用カード，メッセージカード，教育用カード，ショッピングカード，認証用カード，情報交換用カードや、絵本等の書籍，アルバム等があげられる。

また、上記カードＣには、上記表示装置のリーダＲに対応する位置（図１における符号Ｔが指し示す位置）に、このカードＣを識別するための固有の識別情報（個別情報）として、ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）Ｔや、二次元または一次元のバーコード（印刷）等が配置されている。そして、先にも述べたように、対応するリーダＲにより、これらのＩＣタグＴやバーコード等が保有する情報を読み出し、その情報が、有線または無線通信等により、ディスプレイＤの制御手段に伝達される。

上記識別情報を読み出すリーダＲとしては、カードＣにＩＣタグＴが用いられている場合は、ＨＦまたはＵＨＦ帯域等のアンテナを備えるＩＣタグ（ＲＦＩＤ）リーダやＮＣＦリーダ（リーダ／ライタを含む）が使用され、カードＣにバーコード（印刷）が用いられている場合は、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ（カメラ）や光学スキャナ等の光学式センサが使用される。なお、ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）リーダやＮＣＦリーダ装置の場合は、上記カードＣが装置上面に当接する前に情報を読み出すために、ＩＳＯ／ＩＥＣ １０５３６に記載の「近接型」に準ずる、リーダと情報保持体（ＩＣタグＴ）との距離が１０ｃｍかそれ以上で定常的な交信（データの読み出し）が可能なリーダ装置が用いられる。

そして、装置上面に上記カードＣ等の情報保持体が当接したことを検出するためのセンサＳとしては、感圧スイッチ等の各種電磁的なＯＮ−ＯＦＦスイッチや、カードＣとの距離を測定することのできる赤外線センサ，イメージセンサ等を用いることができる。なかでも、構造がシンプルで動作が安定しており、上記カードＣの当接（存在）の有無を端的に知ることのできる赤外線センサが、好適に用いられる。なお、上記センサＳは、カードＣ等の情報保持体の当接を検知できる位置であれば、装置上面または装置上面縁部のどこに設置してもよいが、確実にするためには、マイクロミラーアレイＭに近傍の位置に配設することが望ましい。

なお、上記実施形態では、カードＣの情報を非接触で読み取るためのリーダＲと、カードＣ等の情報保持体の装置上面への当接を検知するセンサＳとを、鑑賞者Ｅ側（手前側）の上面に配設したが、設置位置はこれに限定されるものではなく、リーダＲは、例えば装置（ケース）の内部等、上記カードＣ等の情報保持体と交信可能な適宜の位置に配置すればよい。また、センサＳは、結像光学素子の周囲や装置の上面縁部等、装置上面と当接する情報保持体の底面形状を顧慮して、その存在の有無を検知し易い適宜の位置に配置することができる。

また、上記実施形態では、装置上面に載置される情報保持体がゲームカード等の平板状またはシート状のものを例に説明したが、上記情報保持体としては、フィギュアやモデル等、ＩＣタグやバーコード等の個別情報を有する立体物でも使用することができる。ただし、これら立体物の場合は、空間像Ｉ’を通過させる開口（光透過部）を設けることができない場合がある。また、情報保持体の有無を検知するセンサＳは、上記立体物の底面形状およびその載置位置を考慮して配置する必要がある。一方、立体物の場合は、空間像Ｉ'との間に立体的な視差が生じるため、平板状の情報保持体よりも、空間像Ｉ’に視点（ピント）を合わせ易くなり、カードＣ等の平板状情報保持体よりも、立体感，浮遊感や臨場感等がより向上するというメリットもある。

つぎに、より具体的な実施の形態（第１実施形態）について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態の表示装置の外観斜視図であり、図３は、この表示装置の構成を示す一部断面図である。

この第１実施形態の表示装置１０も、パネル状のマイクロミラーアレイ結像光学素子（マイクロミラーアレイ１）と、フラットパネルディスプレイ（液晶ディスプレイ２）とを備え、マイクロミラーアレイ１に多数設けられたマイクロミラー（コーナーリフレクタ）による光の反射により、マイクロミラーアレイ１の下面１ｂ側に配置された液晶ディスプレイ２に表示された映像（画像Ｉ）を、このアレイ１の上面１ａ側の空間に、斜め状に立ち上がる空間像Ｉ’として、空間に浮かび上がるように結像させるものである。上記表示装置１０も、上記液晶ディスプレイ２が、その表示面２ａをマイクロミラーアレイ１の下面１ｂに対して所定角度α（３０°以上９０°未満）で傾斜させた状態で、載置台３上に載置されている。なお、ケース６の上面（天板）６ａは、カードＣ等の平板状情報保持体を載置できるよう、略平坦になっている。

また、上記表示装置１０は、前記実施形態で説明した表示装置と同様、情報保持体が載置されるケース６の上面６ａに、平板状の情報保持体（カードＣ）の保有する個別情報（ＩＣタグＴ）を非接触で読み取るためのＩＣタグリーダ（リーダ／ライタ）４と、上面６ａ上の物体の有無（当接）を検知する赤外線センサ５とが配設されており、液晶ディスプレイ２には、表示面２ａに表示される映像（画像Ｉ）を制御する制御手段（図示省略）が内蔵されている。

より詳しく説明すると、液晶ディスプレイ２を載置するための載置面３ａを備える載置台３は、上記載置面３ａを兼用する板状部材３ｂと、基台３ｃ，３ｃとからなり、略箱状（暗箱状）のケース６の内部に配設されている。上記板状部材３ｂは、図３のように、ケース６の底面６ｂおよびマイクロミラーアレイ１の下面１ｂ（または素子面Ｐ）に対して所定角度α傾いた状態で、上記基台３ｃ，３ｃに支持されており、その上面が、液晶ディスプレイ２の載置面３ａとなっている。そして、この載置台３の載置面３ａ上に、ＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイを載置することにより、その表示面２ａが、マイクロミラーアレイ１の素子面Ｐに対してα°傾いた状態で保持されるようになっている。なお、ケース６内における上記載置面３ａの、マイクロミラーアレイ１の下面１ｂ（素子面Ｐ）に対する傾斜角αは、アレイ１による結像が最適となるように調整されており、通常３０°以上９０°未満、好ましくは４０°以上８０°以下に設定されている。

また、上記液晶ディスプレイ２および載置台３を収容する筐体（ケース６）は、略箱形（ボックス状）で、その上面６ａに設けられた開口に、略正方形状のマイクロミラーアレイ１が嵌め入れられている（図２参照）。なお、図２および図３は、このケース６の上面（天板）６ａの上に、前記実施形態と同様のカードＣが既に載置された状態を示している。

そして、第１実施形態の表示装置１０は、観察者Ｅ等が、用意されたカードＣを装置（ケース６）に近づけ、その上面６ａの所定位置に載置している間、上記ＩＣタグリーダ４から制御手段に伝達されるカードＣの情報と、上記赤外線センサ５から制御手段に伝達される物体検出信号とに基づき、立体的な空間像Ｉ'が上面６ａの上側に浮かび上がって表示されるようになっている。

すなわち、まず、表示装置１０は、カードＣが、ケース上面６ａに当接する前であって上記ＩＣタグリーダ４による信号の読み取り可能領域（ＩＣタグリーダ４との距離がおおよそ１０ｃｍ以内）に侵入した際、このＩＣタグリーダ４で上記カードＣが保有する個別情報を読み取り、その個別情報に基づいて、上記制御手段が、上記カードＣに対応する画像Ｉを予め準備する（待機状態）。また、その後、上記カードＣがケース上面３ａに載置された（当接した）際は、赤外線センサ５から伝達される物体検出信号に基づいて、上記制御手段が、上記画像Ｉをすぐさま液晶ディスプレイ２に表示させ、この画像Ｉの投影像が、マイクロミラーアレイＭおよびカードＣに設けられた開口Ｃａ（光透過部）を透して、装置上側に空間像Ｉ'として表示される（表示状態）。なお、この空間像Ｉ’の表示は、カードＣを載置している間、継続される。

その後、上記カードＣの使用が終了し、ケース上面６ａから取り除かれた際、上記表示装置１０は、前記実施形態と同様、赤外線センサ５から伝達される物体検出信号（の途絶）に基づいて、上記画像Ｉの表示を即座に中止する。そして、ＩＣタグリーダ４は、次のカードＣ等の近接を待つ間（読み取り可能領域内に入ってくるまで）、識別情報の読み取り操作（待機状態のループ）を繰り返し行うようになっている。

上記構成によっても、カードＣのケース上面６ａへの当接前に、ＩＣタグリーダ４でカードＣが保有する個別情報を読み取り、その個別情報に基づいて制御手段が液晶ディスプレイ２に表示する画像Ｉを予め準備する「待機状態」と、カードＣの当接にタイミングを合わせて、上記画像Ｉを液晶ディスプレイ２に表示させ、この画像Ｉの投影像をケース６の上側に空間像Ｉ'として表示する「表示状態」とを、即座に切り替えることができる。したがって、本実施形態の表示装置１０も、上記情報保持体（カードＣ等）に応じた効果的な空間像Ｉ’を、最適なタイミングで臨場感豊かに表示することができる。

なお、実際は、赤外線センサ５による情報保持体（カードＣ等）の検出と、液晶ディスプレイ２による画像Ｉの表示開始には、信号伝達経路や信号処理等に由来する若干のタイムラグが存在する。そのため、上記赤外線センサ５による当接（接触）の検出感度は、距離０（零）より少し大きな値、具体的には距離５ｍｍ以下や距離２ｍｍ以下等に設定することが好ましい。これにより、検出タイムラグの影響を回避することができる。

また、液晶パネル等、バックライトの点灯に時間のかかるフラットパネルディスプレイを利用している場合は、情報保持体載置前に上記画像Ｉを予め準備する段階で、液晶ディスプレイ２のバックライトを予め点灯させた状態でこの画像Ｉの上に一面黒色の画像を重ねて（液晶シャッターを閉じて）表示させておき、上記赤外線センサ５の検出信号に合わせて、上の黒色画像を除去する（液晶シャッターを開ける）方法を採用してもよい。これにより、点灯タイムラグの影響を低減することができる。

つぎに、第２実施形態として、上記略箱形のケース６に代えて、開放形の筐体（ハウジング７）を用いる場合を説明する。図４は、本発明の第２実施形態の表示装置の外観斜視図である。なお、第１実施形態と同様の機能を有する構成部材には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、ＩＣタグリーダ４および赤外線センサ５は、後記のスマートフォン８と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信により接続されている。

第２実施形態の表示装置２０で用いられているハウジング７は、図４に示すように、横方向の壁面のない形状で、その１つの側面（斜面７ｃ）を、後記のディスプレイ（スマートフォン８）の載置面（所定角αで傾斜する載置面）として利用している。また、このハウジング７の上面（天板）７ａ上には、前記実施形態と同様のカードＣが載置されている。

また、上記表示装置２０の載置面（斜面７ｃ）には、ディスプレイ（スマートフォン８）を固定するための吸着（粘着）テープ等が貼着されており、その上に仮固定されたスマートフォン８は、取り外し可能なようになっている。そのため、第２実施形態のディスプレイとしては、上記スマートフォン８の他、タブレット型ＰＣ，デジタルフォトフレームや、携帯型ゲーム機，携帯型ブックリーダー，ＰＤＡ，電子辞書等のうち、その表示部が常時露出する（カバーされていない）タイプのなかで、上記載置面（斜面７ｃ）上に載置できるサイズのものを使用することができる。しかも、上記ハウジング７は、これらスマートフォン８等の挿入や取り出しや交換等を、容易かつ簡単に行うことができるというメリットを有する。

また、ディスプレイとして、上記スマートフォン８や携帯情報端末等を使用する場合、これら機器のなかには、その背面（ディスプレイにおける表示面８ａの背面）側に、機器独自のＩＣタグリーダ（ＮＦＣリーダ／ライタ）や光学式センサ（ＣＣＤカメラ）等を備えているものもある。スマートフォン８が上記ＮＦＣリーダ／ライタを備える場合、このＮＦＣリーダ／ライタを、前記ＩＣタグリーダ４に代えて、情報保持体の情報の読み出しに使用してもよい。

また、表示面８ａの背面側に、イメージセンサやラインスキャナ等の光学式センサを有するスマートフォン８の場合、例えば、対応する位置の載置面（斜面７ｃ）に撮影用の貫通孔，穴等を設け、この貫通孔等を通して、情報保持体のバーコード等の情報を読み取らせた後、上記カードＣを天板（上面７ａ）上に載置してもよい。あるいは、光学式センサが機器前面に配置されているスマートフォン８の場合は、天板の下にカードＣを差し込んで識別情報を読み取らせ（読み込ませ）、その後に、上記カードＣを上面７ａ上に載置してもよい。

以上の構成によっても、上記ハウジング７の上面７ａ上に載置される予定のカードＣ（平板状の情報保持体）の保有する個別情報が、ＩＣタグリーダ４またはスマートフォン８に内蔵されたＮＦＣリーダ／ライタ等により読み取られ、その情報がディスプレイ（スマートフォン８）の制御手段に伝達されて、上記カードＣに対応する画像Ｉが予め準備される（待機状態）。そして、その後、上記カードＣがハウジング上面７ａに載置された（当接した）際は、赤外線センサ５から伝達される物体検出信号に基づいて、上記制御手段が、上記画像Ｉをすぐさま液晶ディスプレイ２に表示させ、この画像Ｉの投影像が、マイクロミラーアレイＭおよびカードＣに設けられた開口Ｃａ（光透過部）を透して、装置上側に空間像Ｉ'として表示される（表示状態）。

なお、前記第１実施形態と同様、この空間像Ｉ’の表示は、カードＣを載置している間、継続される。そして、その後、上記カードＣの使用が終了し、ハウジング上面７ａから取り除かれた際、上記表示装置２０は、赤外線センサ５から伝達される物体検出信号の変化（途絶）に基づいて、上記画像Ｉの表示を中止する。また、ＩＣタグリーダ４は、次のカードＣ等の近接を待つ間（読み取り可能領域内に入ってくるまで）、識別情報の読み取り操作（ループ）を繰り返し行うようになっている点も同様である。

これにより、本実施形態の表示装置２０も、カードＣが保有する個別情報に基づいて制御手段がスマートフォン８のディスプレイに表示する画像Ｉを予め準備する「待機状態」と、カードＣの当接にタイミングを合わせて上記画像Ｉをスマートフォン８のディスプレイに表示させ、この画像Ｉの投影像をハウジング７の上側に空間像Ｉ'として表示する「表示状態」とを、最適なタイミングで切り替え、上記情報保持体（カードＣ等）に応じた効果的な空間像Ｉ’を、臨場感豊かに表示することができる。

つぎに、本発明の各実施形態の表示装置で用いる、特徴的なマイクロミラーアレイについて説明する。図５〜図９は、上記実施形態で用いられるマイクロミラーアレイの構成を説明する図である。

前記各実施形態で使用するマイクロミラーアレイのうち、図５〜図８に示すマイクロミラーアレイは、透明な平板状基板の一面に、回転刃を用いたダイシング加工により、互いに平行な複数本の直線状溝が所定の間隔で形成された２枚の光学素子を、各光学素子の直線状溝の延びる方向が平面視互いに直交するように、下記（Ｘ）〜（Ｚ）のいずれかの態様にて重ね合わせた状態で一組として構成されている。
（Ｘ）各光学素子における直線状溝が形成されたおもて面どうしが当接した態様。〔図５，図６参照〕
（Ｙ）一方の光学素子の直線状溝が形成されたおもて面と、他方の光学素子の溝が形成されていない裏面とが当接した態様。〔図７参照〕
（Ｚ）各光学素子における溝が形成されていない裏面どうしが当接した態様。〔図８参照〕

また、図９に示すマイクロミラーアレイは、光学素子を構成する１枚の透明な平板状基板の一方の面と反対側の他方の面のそれぞれに、回転刃を用いたダイシング加工により、互いに平行な複数本の直線状溝が、おもて面側の直線状溝と裏面側の直線状溝とが平面視互いに直交するように、所定の間隔で形成されている。

各マイクロミラーアレイの構造について、図６のマイクロミラーアレイ３０を例に説明すると、上記図６に示すマイクロミラーアレイ３０は、図５に示す光学素子（９，９’）を重ねて構成されている。各光学素子を構成する基板９，９’（溝９ｇ，９’ｇ形成前の基板）は、直線状の溝９ｇ，９’ｇを彫り込み加工するための基体であり、例えばガラスやアクリル樹脂等、可視光の透過率が８０％以上の材料から形成されている。この基板９，９’は、通常、一定の厚みを有する硬質な板状（厚さ０．５〜１０．０ｍｍ程度）で、その上面（おもて面９ａ，９’ａ）に、ダイシング加工により、上記直線状の各溝９ｇ，９’ｇが彫り込み形成される。なお、上記直線状の溝９ｇとそれに隣接する溝９ｇとの間の、溝が彫り込み形成されなかった基板表面部分が、隣接する溝の形成により、基板９，９'の一面に向けて突出する凸部（凸条部または凸条部位）となっている。また、上記各溝９ｇ，９’ｇの彫り込みが到達していない平板状部位（板状部９ｃ，９’ｃ）が、各溝９ｇ，９’ｇの間に彫り残して形成される上記凸条部の支持基台となっている。

上記基板９，９’上の溝９ｇ，９’ｇは、ダイシング加工機等の回転刃（切削加工）により形成されるもので、基板９，９’の加工対象面（おもて面）に、一方向に所定の間隔（ピッチ）で、かつ、互いに平行になるように形成されている。なお、これらの溝９ｇ，９’ｇを構成する側面（壁面）は、上記回転刃を用いたダイシング加工により形成されるため、光反射性の垂直面（鏡面）に形成されている。

また、ダイシングブレード等を用いた彫り込み加工により得られる溝９ｇ，９’ｇは、上記ブレードの厚さ（回転刃端面間の全厚）にもよるが、通常、０．０１５ｍｍ（１５μｍ）〜０．３ｍｍ（３００μｍ）程度の厚さのブレードを使用した場合、溝幅が約２０〜３５０μｍで、溝深さが約５０〜５００μｍ程度の溝９ｇ，９’ｇが形成され、これらの溝９ｇ，９’ｇが形成されていない残りの領域（凸条部）は、幅（Ｗ）が約５０〜３００μｍで、高さが約５０〜５００μｍ（溝の深さと同一）の平行なリブ状となっている。

そして、上記直線状の各溝９ｇ，９’ｇが形成された２枚の基板９，９’は、一方の基板９’を下側の他方の基板９に対して水平に９０°回転させた状態（すなわち、下側の基板９と上側の基板９’における「溝」の延長方向の位相が９０°異なる状態）で、これらの基板９，９’を当接させて重ね合わせることにより、図６〜図８のような、一組（一体）のマイクロミラーアレイ（３０，４０，５０）とされる。

この際、上記のように下側の基板９と上側の基板９’における溝方向の位相が９０°異なることから、同じ形状に形成された基板９と基板９’の各溝９ｇ，９’ｇは、その連続方向が平面視互いに直交する配置〔立体的には「ねじれの位置」〕になる。この状態において、上記各マイクロミラーアレイ３０，４０，５０を基板表裏方向（上下方向）から見た場合、上側の基板９’の各溝９’ｇと下側の基板９の各溝９ｇとが、平面視互いに直交する格子状になっており、これらの交差箇所それぞれに、上側の基板９’の各溝９’ｇの光反射性の垂直面（第２の鏡面）と、下側の基板９の各溝９ｇの光反射性の垂直面（第１の鏡面）とからなるコーナーリフレクタ〔上下方向に離間したコーナーリフレクタ〕が形成される（例として、特願２０１３−１３４９９４を参照）。

図６〜図８に示すマイクロミラーアレイ３０，４０，５０は、上記のようにして構成したものであり、図６に示すマイクロミラーアレイ３０は、同じ形状の２枚の光学素子（基板９，９’）を用いて、上側の一方の基板９’を表裏反転させ、この基板９’を下側の他方の基板９に対して９０°回転させた状態（図５の状態）で、上側の基板９’における溝９’ｇが形成されたおもて面９’ａを、下側の基板９における溝９ｇが形成されたおもて面９ａに当接させ、各基板９，９’上に設けられた各溝９ｇと溝９’ｇの延びる方向が平面視互いに直交するように、これら基板９，９’どうしを上下に重ね合わせて構成したものである〔前記（Ｘ）の態様〕。

また、図７に示すマイクロミラーアレイ４０は、上記２枚の光学素子（基板９，９’）を用いて、各基板９，９’上に設けられた各溝９ｇと溝９’ｇの延びる連続方向が平面視互いに直交するように、上側の一方の基板９’を下側の他方の基板９に対して９０°回転させた状態で、下側の基板９における溝９ｇが形成されたおもて面９ａに、上側の基板９’における溝９’ｇが形成されていない裏面９’ｂ（板状部９’ｃ）を当接させ、これら基板９，９’どうしを上下に重ね合わせることにより、一組のアレイ４０として構成されている〔前記（Ｙ）の態様〕。なお、各基板９，９’の溝９ｇと溝９’ｇとが、図示下側を向くように重ね合わせても、同じ構成のマイクロミラーアレイを得ることができる。

さらに、図８に示すマイクロミラーアレイ５０は、上記２枚の光学素子（基板９，９’）を用いて、下側の一方の基板９’を表裏反転させ、この基板９’を上側の他方の基板９に対して９０°回転させた状態で、上側の基板９の裏面（板状部９ｃの下側面）と下側の基板９’の裏面（板状部９’ｃの上側面）とを突き合わせ、各基板９，９’上に設けられた各溝９ｇと溝９’ｇの延びる方向が平面視互いに直交するように、これら基板９，９’どうしを上下に重ねることにより、一組のアレイ５０として構成されている〔前記（Ｚ）の態様〕。

また、図９に示すマイクロミラーアレイ６０は、前記各マイクロミラーアレイ３０，４０，５０が、直線状の溝（ｇ）が一面に施された２枚の基板９，９’を用いて構成されていたのに対し、このマイクロミラーアレイ６０は、１枚の基板（光学素子）で構成されている。すなわち、上記マイクロミラーアレイ６０は、図９に示すように、透明な平板状の基板の上側のおもて面６０ａおよび下側の裏面６０ｂに、それぞれ、前記の回転刃等を用いたダイシング加工により、互いに平行な直線状の溝９ｇおよび溝９ｇ’が、所定の間隔で複数本形成されており、これらおもて面６０ａ側の各溝９ｇと裏面６０ｂ側の各溝９ｇ’とは、その形成方向（連続方向）が平面視互いに直交するように配置されている。

そして、上記各マイクロミラーアレイ３０，４０，５０，６０は、図２の第１実施形態および図４の第２実施形態のように、各表示装置の上面（６ａ，７ａ）に設けられた開口部に嵌め入れる際、各コーナーリフレクタを構成する一対の光反射面（第１の鏡面および第２の鏡面）が、鑑賞者の視点側（各図における符号Ｅ側）を向くように、全体を鑑賞者の正面に対して４５°回転させた状態で配設される。

上記各マイクロミラーアレイ３０，４０，５０，６０によれば、各アレイの一方の面側（下側）から入射した光が、上記第１の鏡面および第２の鏡面でそれぞれ１回反射し、反射後の光が他方の面側（上側）に透過する。これにより、本発明の各実施形態の表示装置で用いる各マイクロミラーアレイ３０，４０，５０，６０は、図１，図３のように、アレイの一方の面側に配置されたディスプレイに表示される映像（画像Ｉ）の鏡映像（空間像Ｉ'）を、このアレイの素子面Ｐに対して面対称となる他方の面側の空間位置に結像させることができる。

本発明の表示装置によれば、結像光学素子の周囲に配置された情報保持体に対応する、奥行き感に富むリアルな立体的二次元空間像を、情報保持体の筐体上面への当接に合わせて、タイミングよく表示することができる。したがって、この表示装置は、子供等が興味を持ちやすい、ゲーム機，教育関連用の携帯機器や、しかけ絵本，飛び出す絵本等への利用に適する。

Ｃ カード
Ｄ ディスプレイ
Ｍ マイクロミラーアレイ
Ｒ リーダ
Ｓ センサ
Ｉ 画像
Ｉ’ 空間像

Claims (3)

1. ディスプレイを収容する筐体の上面に、識別情報を保有する情報保持体を載置して、この情報保持体に応じた映像を筐体上側の空間に浮かび上がらせて表示する表示装置であって、上記筐体の上面に光透過状に配設された結像光学素子と、この結像光学素子の下側に、結像光学素子の下面に対してその表示面が所定角度傾斜した状態で配設されたディスプレイと、上記情報保持体が保有する情報を非接触で読み取るリーダと、上記筐体上面の物体の有無を検知するセンサと、上記ディスプレイに映像を表示させる機能を有し、上記リーダとセンサからの信号に基づき上記映像を制御する制御手段と、を備え、上記制御手段が、上記リーダから伝達される情報保持体の情報と上記センサから伝達される物体検出信号に基づいて、下記（Ａ）の待機状態と下記（Ｂ）の表示状態とを切り替えるようになっていることを特徴とする表示装置。
   （Ａ）上記情報保持体が筐体上面に当接する前であって上記リーダによる信号の読み取り可能領域内に侵入した際、このリーダで上記情報保持体が保有する個別情報を読み取り、リーダから制御手段に伝達される個別情報に基づいて、上記制御手段が上記情報保持体に対応する映像を準備する待機状態。
   （Ｂ）上記情報保持体が筐体上面に当接している間、上記センサから制御手段に伝達される物体検出信号に基づいて、上記制御手段が上記準備した映像をディスプレイに表示させ、この映像の投影像が、上記結像光学素子を介して筐体上側の空間に浮かび上がった状態で結像する表示状態。
2. 上記情報保持体が平板状で、かつ、その一部に上記結像光学素子の平面形状に対応した光透過部が設けられているとともに、上記投影像が、この光透過部を透して結像するようになっている請求項１記載の表示装置。
3. 上記結像光学素子の下面に対する上記ディスプレイの表示面の傾斜角が、３０°以上９０°未満に設定されている請求項１または２記載の表示装置。