JP2017107218A - 空間映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を視認できる空間映像表示装置を提供する。【解決手段】実体部１からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子２と、反射型面対称結像素子２を、平板の面内において移動させる駆動装置４と、を備えた空間映像表示装置１００であって、駆動装置４は、反射型面対称結像素子２に対して、少なくとも回動または回転を含む周期運動を実行させる。【選択図】図６

Description

本発明は、空間中に映像を表示する空間映像表示装置に関し、特に、面対称な位置に光を結像させる反射型面対称結像素子を用いた空間映像表示装置に関する。

従来、リアルな３次元空中映像を実現するために、様々な光学素子が開発されている。
例えば、特許文献１には、反射型面対称結像素子を用いてその素子の一方側に置かれた被投影物である物体の像を素子の反対側の面対称となる位置に結像させる空間映像表示装置が開示されている。この空間映像表示装置で用いられる反射型面対称結像素子は、所定の基盤を厚み方向に貫通させた複数の穴を備え、各穴の内壁に直交する２つの鏡面要素から構成される単位光学素子を形成したものであって、その穴を通じて基盤の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、２つの鏡面要素でそれぞれ１回ずつ反射させるものである。被投影物から発せられた光は反射型面対称結像素子の単位光学素子を通過する際に２つの鏡面要素の一方で反射した後、鏡面で反射して反射光となり、その反射光が更に単位光学素子の２つの鏡面要素の他方で反射して、被投影物を仮想鏡に映した位置に結像することになる。

しかしながら、上記の光学素子には非常に微細な加工技術が要求されるため、このような光学素子を用いた空間映像表示装置では製造コストがかかるという問題がある。そこで、本出願人は、製造コストがかからない反射型面対称結像素子を特許文献２において提案している。

図１〜図３は、特許文献２で提案された反射型面対称結像素子の構成を示す図である。
図１は反射型面対称結像素子の外観図、図２は反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図、図３は反射型面対称結像素子を形成する２つのミラーシートの組合せを示す外観図である。

反射型面対称結像素子２は、図１及び図３に示すように、各々が多数の棒状の直方体材２０を並列に密着させることにより形成された２つのミラーシート２１、２２を有する。

直方体材２０は、図２に示すように、長手部材であり、長手方向に垂直な方向、すなわち、短手方向の四角形の断面の一辺が数百μｍないし数ｃｍ前後の透明なアクリルに代表されるプラスチックまたはガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、数十ｍｍ〜数ｍ程度である。なお、長手方向に伸長した４面のうちの３面は光の透過または反射に使用する面であるため、滑らかな状態とする。直方体材２０はミラーシート２１、２２各々で１００本〜２００００本程度用いられる。

図２に示すように、直方体材２０の長手方向に伸長した１面には光反射膜２３が形成され、それにより光反射面２３となっている。光反射膜２３はアルミや銀の蒸着あるいはスパッタなどによって形成される。

このような複数の直方体材２０について、１つの直方体材２０の光反射面２３を形成した面とは反対側の対向面２４と別の直方体材２０の光反射面２３を密着させてミラーシート２１、２２が形成される。ミラーシート２１、２２は、図３に示すように、直方体材２０の並列方向が交差するようにいずれか一方を９０度回転させた状態で貼り合わせられ、
それによって、反射型面対称結像素子２が形成される。ミラーシート２１の各直方体材２０とミラーシート２２の各直方体材２０とが交差する部分が微小ミラーユニット（単位光学素子）を構成し、各微小ミラーユニットのミラーシート２１の光反射面２３が第１光反射面となり、ミラーシート２２の光反射面２３が第２光反射面となる。

かかる反射型面対称結像素子２を用いた空間映像表示装置においては、図４に示すように、物体（ディスプレイ部）１が反射型面対称結像素子２の一方の面側に配置され、反射型面対称結像素子２には物体１からの光が斜めに入射するようになっている。反射型面対称結像素子２の他方の面側には観察者の目Ｅが位置し、反射型面対称結像素子２について物体１と面対称となる空間位置に実像３、すなわち空間映像３が形成される。なお、図４における反射型面対称結像素子２の両端部である下端Ａ、上端Ａ’は、図１の反射型面対称結像素子２の対向角Ａ、Ａ’に対応している。より詳しくは、図５に示すように、物体１からの光は矢印Ｙ１の方向でミラーシート２２の光反射面２３（第２光反射面）に反射し、その反射光は矢印Ｙ２の方向でミラーシート２１の光反射面２３（第１光反射面）に反射し、その反射光は矢印Ｙ３の方向で観察者に向けて進むので、反射型面対称結像素子２の各光反射面２３でそれぞれ１回、つまり２回反射して鏡映像を作り出すようになっている。

特開２００８−１５８１１４号公報 国際公開第ＷＯ２００９／１３６５７８号パンフレット

しかしながら、特許文献２に示す空間映像表示装置においては、設計上の視線方向から左右方向（図１に示す左右方向。図４における紙面に垂直な方向）に視線をずらしていくと、ミラーシート２１、２２各々において、反射せずに透過する光及び２回以上反射する光が増加してしまう、すなわち、ミラーシート２１、２２各々において、１回だけ反射する光が減少してしまい、空間映像の明るさが暗くなるという問題があった。このように従来においては、空間映像の明るさがその結像位置によって異なるという問題があった。

本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を視認できる空間映像表示装置を提供することにある。

上記の課題を達成するため、請求項１に係る発明は、実体部からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子と、前記反射型面対称結像素子を、前記平板の面内において移動させる駆動装置と、を備えた空間映像表示装置であって、前記反射型面対称結像素子は、板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出し、前記駆動装置は、前記反射型面対称結像素子に対して、少なくとも回動または回転を含む周期運動を実行させることを特徴とする。

反射型面対称結像素子の外観図である。 図１の反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図である。 図１の反射型面対称結像素子を形成する２つのミラーシートの組合せを示す図である。 図１の反射型面対称結像素子を用いた空間映像表示装置の光学系の概略図である。 図１の反射型面対称結像素子において光が２回反射する様子を示す概要図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 図８とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の動作と空間映像の明るさの関係を説明する図である。 図７とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の動作と空間映像の明るさの関係を説明する図である。 図１０とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の明るさを円弧運動の有無において比較するグラフである。 図９とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の明るさを円弧運動の有無において比較するグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る空間映像表示装置の変形例の概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態に係る空間映像表示装置の変形例の概略構成図である。 反射型面対称結像素子の他の一例の外観図である。 反射型面対称結像素子の他の一例の外観図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

＜第１の実施の形態＞ 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る空間映像表示装置１００の概略構成図である。空間映像表示装置１００は、反射型面対称結像素子を左右方向に回動させることにより、左右方向の明るさに変化が少ない、つまり、左右方向に視野角が拡大された空間映像を表示する空間映像表示装置である。空間映像表示装置１００は、概略、例えば、物体、ディスプレイなどから構成される実体部１と、平面板状の反射型面対称結像素子２と、反射型面対称結像素子２を板面内において左右方向に周期的に回動させる駆動装置４と、を備える。なお、本実施の形態では、図６に定義した方向を用いて方向の説明を行う。

反射型面対称結像素子２は、図１〜図５で示した反射型面対称結像素子２と同一である。なお、反射型面対称結像素子２における図６に示した方向は、図１に示した方向と対応付けられている。

駆動装置４は、具体的には、偏心カム、バネ及びモータを使った円弧駆動装置であり、
反射型面対称結像素子２に、水平方向（板面に平行な方向）に円弧を描かせる往復運動を実行させる。その結果、反射型面対称結像素子２は、反射型面対称結像素子２の一端に取り付けられた支点部１０１を中心に、±２０度の角度内で左右方向に円弧運動を周期的に行う。

ここで、図７及び図８を用いて、反射型面対称結像素子２の回動動作と空間映像３の明るさについて説明する。図７及び図８は、空間映像表示装置１００における反射型面対称結像素子２を上方向から見た外観図である。

図７（ａ）及び（ｂ）は、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させない場合の上面図である。図７（ａ）は、反射型面対称結像素子２から出力される、設計上最も明るい光線の方向を矢印で示す図である。そして、図７（ｂ）は、図７（ａ）の場合に観察者の視点位置Ｅから見える空間映像３の光線強度を矢印で示す図であり、光線強度は矢印の太さで表わされている。図７（ｂ）に示すように、空間映像３は、その中心部分が一番明るく、
左右方向に視線をずらしていくと、周辺部分は暗くなっている。また、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は狭い。

図８（ａ）及び（ｂ）は、３枚の反射型面対称結像素子２を移動させない場合の上面図である。３枚の反射型面対称結像素子２は、視点位置を中心に扇形上に配置されている。
図８（ａ）は、反射型面対称結像素子２から出力される、設計上最も明るい光線の方向を矢印で示す図である。そして、図８（ｂ）は、図８（ａ）の場合の観察者の視点位置Ｅから見える空間映像３の光線強度を矢印で示す図であり、光線強度は矢印の太さで表わされている。この場合には、中心に配置された反射型面対称結像素子２だけでなく、左右に配置された反射型面対称結像素子２からも光が届くので、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は、１枚の場合（図７（ａ）及び（ｂ））に比べて広くなるが、設計上最も明るい光線の方向と観察者の視線方向は一致しないので、左右方向に視線をずらしていくと、顕著に空間映像３は暗くなる。すなわち、この場合には、図８（ｂ）に示すように、
空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は広くなるが、空間映像３は、その中心部分が一番明るく、左右方向に視線をずらしていくと、周辺部分は極端に暗くなっていく。

一方、図７（ｃ）及び（ｄ）は、１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合の上面図である。図７（ｃ）は、反射型面対称結像素子２から出力される、設計上最も明るい光線の方向を矢印で示す図である。そして、図７（ｄ）は、図７（ｃ）の場合の観察者の視点位置Ｅから見える空間映像３の光線強度を矢印で示す図であり、光線強度は矢印の太さで表わされている。この場合には、３枚の場合（図８（ａ）及（ｂ））と同様に、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は広くなるとともに、設計上最も明るい光線の方向が走査されるので、左右方向の明るさの変化が少なくなる。すなわち、この場合には、図７（ｄ）に示すように、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）が広くなるとともに、空間映像３の中心部分と周辺部分の明るさの差が小さくなるので、観察者は連続して明るい空間映像３を視認することができる。

これは、反射型面対称結像素子２に周期的な円弧運動をさせることにより、設計上最も明るい光線の出射角度が画一ではなく、時間的に所定角度内で変化するので、周期的に設計上最も明るい光線の方向と観察者の視線方向は一致するからである。したがって、この場合には、観察者が移動して観察者の視点位置Ｅが前後左右にずれたとしても、観察者は連続して明るい空間映像３を視認することができる。

なお、この場合も空間映像３の中心部分が一番明るいが、反射型面対称結像素子２を移動させない場合（図７（ａ）及び（ｂ）、図８（ａ）及び（ｂ））に比べて、中心部分は暗くなる。

図９及び図１０は、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合（図７（ａ）及び（ｂ）の場合）、並びに１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合（図７（ｃ）及び（ｄ）の場合）の空間映像の明るさを示すグラフである。なお、
図９及び図１０ともに、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合は点線、
１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合は実線で表している。

図９は、縦軸を絶対輝度、横軸を設計上の視線方向（角度０度とする）から左右方向への視線の角度、つまり視野角とした場合のグラフであり、図１０は、縦軸を規格化した輝度（角度０度のときを明るさ１００とした規格化）、横軸を視野角とした場合のグラフである。図９に示すように、１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合には、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合に比べて、中心部（角度０度）の空間映像３は暗いが、図９及び図１０に示すように、左右方向に視線を変化させても空間映像３の明るさの減少は小さくなる。一方、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合には、左右方向に視線を変化させると、空間映像３の明るさは急激に減少する。ここで、有効視野角範囲を、結像した空間映像３の輝度が最大輝度（角度０度のときの輝度）の半分以上の値となる視野角範囲と定義すると、１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合の有効視野角範囲は約±２４度であり、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合の有効視野角範囲は約±１２度であるから、前者は後者の約２倍の有効視野角範囲が得られることになる。

このように本実施の形態によれば、空間映像３の周辺部分であっても中心部分と比べて輝度低下が少ないので、視野角が広い空間映像３を提供することができる。この結果、観察者は、設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を観察することができる。

なお、本実施の形態では、反射型面対称結像素子２の周期運動として、円弧運動、つまり規制された角度範囲内で正逆両方向に回転する回動運動を用いたが、反射型面対称結像素子２の周期運動は円弧運動に限定されるものではない。円運動または楕円運動、つまり角度範囲が規制されず一方向に回転する回転運動でもよい。また、少なくとも、このような回動運動または回転運動を含む運動ならばいずれでもよく、回動運動または回転運動に並進運動を組み合わせた運動でもよい。また、同様にして、駆動装置４も、少なくとも回動運動または回転運動を含む運動を実行できる装置であれば、図６に示した構成に限定されない。

ところで、上述した反射型面対称結像素子２の円弧運動の周期は、最低でも１周期１／２５秒以下、つまり２５Ｈｚ以上で円弧運動を行うことが好ましく、より好適には、１周期１／５０秒以下、つまり５０Ｈｚ以上で円弧運動を行うことが好ましい。この数値は、
人間が動画を認識する上での好適なフレームレートの数値に基づくものである。

なお、反射型面対称結像素子２は、その構成から、ミラーシート２１及び２２の隣接する光反射面２３同士の間隔（ピッチ）が観察されてしまうことがあるが、本実施の形態では、反射型面対称結像素子２を所定の速度で円弧運動させているので、上記ピッチが観察されることはない。すなわち、本実施の形態の空間映像表示装置１００は、ピッチに起因する空間映像３のザラツキ感を解消させるという効果も有する。

また、本実施の形態の空間映像表示装置１００は、１枚の反射型面対称結像素子２を円弧運動させたが、これに限定されず、例えば、図８（ａ）及び（ｂ）に示したように扇形上に配置された複数枚の反射型面対称結像素子２を円弧運動させてもよい。

この場合には、視野角が広い空間映像３を提供することができるとともに、反射型面対称結像素子２の継ぎ目（反射型面対称結像素子２と反射型面対称結像素子２の間）も観察されないという効果が生じる。

＜第２の実施の形態＞ 図１１は、第２の実施の形態に係る空間映像表示装置２００の概略構成図である。空間映像表示装置２００は、複数（図１１では８枚）の反射型面対称結像素子２が円板８に円周方向に対して均等となるように取り付けられており、この円板８を駆動装置４により回転駆動するようになっている。詳しくは、円板８は、不透明な板で円板状に形成されており、反射型面対称結像素子２が取り付けられる部位には矩形孔が形成されている。そのため、この円板８に反射型面対称結像素子２が取り付けられると、観察者は、不要な光を見ることがなく、反射型面対称結像素子２を透過した光が結像する空間映像３だけを観察することができる。

本実施の形態によれば、反射型面対称結像素子２を回転させるので、視野角が広い空間映像３を提供することができる。なお、図１１に示すように８枚の反射型面対称結像素子で構成される場合、第１の実施の形態で述べた円弧運動の周期を鑑みて、回転速度は毎秒６回転以上であることが好適である。

また、本実施の形態では、８枚の反射型面対称結像素子２の場合を説明したが、円板８に取り付けられる反射型面対称結像素子２の枚数は、これに限定されるものではない。例えば、用途に応じて１〜１２枚程度まで増減してもよい。

なお、実体部１からの出射される光をより有効的に利用するために、反射型面対称結像素子２を扇型や台形の形状に形成し、隣接する反射型面対称結像素子２の間の間隔（不透明な部位）を小さくしてもよい。

＜第３の実施の形態＞ 図１２は、実体部１からの出射される光をより有効的に利用するために、円板８の外周部分すべてを反射型面対称結像素子で構成した空間映像表示装置３００の概略構成図である。詳しくは、円板８は、不透明な板で形成された内周部と、複数（図１２では８枚）の扇形状の反射型面対称結像素子２Ａを隙間なく隣接させて形成された外周部と、備えている。

本実施の形態によれば、円板８の外周部分すべてを反射型面対称結像素子２Ａで構成したので、観察者が円板８の周囲３６０度のどこにいても、視野角が広い空間映像３を提供することができる。

なお、空間映像３は、観察者の位置から見て奥方向に観察されるが、これとは別に左右方向にも不要光が観察されることがある。この不要光は、反射型面対称結像素子２内で１回だけ反射した光である。このため、空間映像表示装置３００にこのような不要光を観察させない工夫が施されてもよい。

図１３は、不要光を遮光する構成を取り入れた空間映像表示装置３０１の概略構成図である。空間映像表示装置３０１は、円板８の周囲上に人感センサ６を複数設けるとともに、円板全体を覆うように円板８上に部分透過液晶７を載置している。すなわち、空間映像表示装置３０１は、円板８の周囲上に複数設けられた人感センサ６により観察者の位置を検出し、検出した位置に応じて、所定領域の部分透過液晶７を作用させて、不要光が透過する領域を遮光するようになっている。例えば、図１４に示すように、人感センサ６が検出した観察者の位置に対して奥方向の反射型面対称結像素子２のみを透過状態、その他（観察者の位置に対して手前及び左右方向）の反射型面対称結像素子２Ａを遮光状態として、不要光が観察されないように制御してもよい。

＜第４の実施の形態＞ 図１４は、第４の実施の形態に係る空間映像表示装置４００の要部構成図である。空間映像表示装置４００は、第３の実施の形態に係る空間映像表示装置３００に対して、実体部１を複数（図１３では４つのディスプレイ部１）設けたものである。この場合は、観察者が円板８の周囲どこにいても、より明確な空間映像３を観察することができる。

なお、本実施の形態でも、第３の実施の形態の場合と同様に、不要光を遮光する構成を取り入れてもよい。

図１５は、不要光を遮光する構成を取り入れた空間映像表示装置４０１の概略構成図である。空間映像表示装置４０１は、円板８の周囲上に複数設けられた人感センサ６により、観察者の位置を検出し、検出した位置に応じて、点灯する一のディスプレイ部１を決定し、決定したディスプレイ部１のみを点灯するようになっている。例えば、人感センサ６が検出した観察者の位置に対して奥方向に観察される空間映像３を結像するディスプレイ部１のみを点灯状態にしてもよい。

＜その他の実施の形態＞ また、反射型面対称結像素子の構成は、図１〜図５に示した長手部材である直方体材を用いて２つのミラーシートを形成する構成に限定されるものではなく、実体部１からの光を反射型面対称結像素子に対して面対称な位置に実像として結像させる光学素子であれば、いずれの構成でもよい。

例えば、特開２００８−１５８１１４号公報に示した反射型面対称結像素子の構成でもよい。図１６は、このような反射型面対称結像素子５の外観斜視図である。より詳しくは、反射型面対称結像素子５は、所定の基盤５１を厚み方向に貫通させた複数の穴５２を備え、各穴５２の内壁に直交する２つの鏡面要素５４ａ及び５４ｂから構成される単位光学素子５３を形成したものであって、その穴を通じて基盤５１の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、２つの鏡面要素５４ａ及び５４ｂでそれぞれ１回ずつ反射させるようにしてもよい。また、図１７に示すように、所定の基盤５１の厚み方向に突出する透明な筒状体５５を碁盤目上に多数形成し、各筒状体５５の内壁面のうち、直交する２つを鏡面要素５４ａ、５４ｂとした反射型面対称結像素子５Ａとしてもよい。

以上に述べた上記実施の形態によれば、実体部（例えば、実体部１）からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子（例えば、反射型面対称結像素子２、５、５Ａ）と、前記反射型面対称結像素子を、前記平板の面内において移動させる駆動装置（例えば、駆動装置４）と、を備えた空間映像表示装置（例えば、空間映像表示装置１００、２００、３００、３０１、４００、４０１）であって、前記反射型面対称結像素子は、板厚方向に第１光反射面（例えば、ミラーシート２１の光反射面２３、鏡面要素５４ａ）及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面（例えば、ミラーシート２２の光反射面２３、鏡面要素５４ｂ）を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出し、前記駆動装置は、前記反射型面対称結像素子に対して、少なくとも回動または回転を含む周期運動を実行させることを基本的構成とする。

上記基本的構成においては、最も明るい光線の出射角度が画一ではなく、時間的に所定角度内で変化するので、周期的に最も明るい光線の方向と観察者の視線方向は一致し、設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を視認することができる。

また、前記反射型面対称結像素子を複数備え、複数の前記反射型面対称結像素子のそれぞれの平板面が、同一平面上、かつ、円周方向に対して略等間隔となるように配設された円形テーブル（例えば、円板８）を備え、前記駆動装置は、前記円形テーブルを回転させてもよい。

この場合には、複数の反射型面対称結像素子を回転させるので、視野角が広い空間映像を視認することができる。

また、前記円形テーブルは、隣接する前記反射型面対称結像素子の間を不透明な素材で構成してもよい。

この場合には、観察者は、不要な光を見ることがなく、反射型面対称結像素子を透過した光が結像する空間映像だけを観察することができる。

一方、前記円形テーブルは、複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設していてもよい。

この場合には、観察者が円形テーブルの周囲３６０度のどこにいても、視野角が広い空間映像を視認することができる。

また、前記円形テーブル上に、複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設した場合には、前記円形テーブルのテーブル面全体に配設され、光の透過状態を制御可能な液晶パネル（例えば、部分透過液晶７）と、前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部（例えば、人感センサ６）と、前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、遮光する領域を決定し、前記液晶パネルにおいて決定した領域を遮光状態とする制御部と、をさらに備えてもよい。

この場合には、観察者は、不要な光を見ることがなく、好適な位置に結像する空間映像を視認することができる。

また、前記円形テーブル上に、複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設した場合には、前記実体部は、光の出射方向がそれぞれ異なる複数のディスプレイ部（例えば、複数の実体部１）で構成され、前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部（例えば、人感センサ６）と、前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、点灯させる前記ディスプレイ部を切り替える制御部と、をさらに備えてもよい。

この場合には、観察者は、不要な光を見ることがなく、好適な位置に結像する空間映像を視認することができる。

また、前記周期運動の周期は、１／２５秒以下であることが好ましい。

この場合には、好適なフレームレートに合わせた周期運動となっているので、動画を正しく認識することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 実体部（物体、ディスプレイ部）
２，２Ａ，５ 反射型面対称結像素子
３ 空間映像（実像）
４ 駆動装置
６ 人感センサ
７ 部分透過液晶
２０ 直方体材
２１，２２ ミラーシート
２３ 光反射面
５４ａ、５４ｂ 鏡面要素
１００，２００，３００，３０１，４００，４０１ 空間映像表示装置

本発明は、空間中に映像を表示する空間映像表示装置に関し、特に、面対称な位置に光を結像させる反射型面対称結像素子を用いた空間映像表示装置に関する。

従来、リアルな３次元空中映像を実現するために、様々な光学素子が開発されている。
例えば、特許文献１には、反射型面対称結像素子を用いてその素子の一方側に置かれた被投影物である物体の像を素子の反対側の面対称となる位置に結像させる空間映像表示装置が開示されている。この空間映像表示装置で用いられる反射型面対称結像素子は、所定の基盤を厚み方向に貫通させた複数の穴を備え、各穴の内壁に直交する２つの鏡面要素から構成される単位光学素子を形成したものであって、その穴を通じて基盤の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、２つの鏡面要素でそれぞれ１回ずつ反射させるものである。被投影物から発せられた光は反射型面対称結像素子の単位光学素子を通過する際に２つの鏡面要素の一方で反射した後、鏡面で反射して反射光となり、その反射光が更に単位光学素子の２つの鏡面要素の他方で反射して、被投影物を仮想鏡に映した位置に結像することになる。

しかしながら、上記の光学素子には非常に微細な加工技術が要求されるため、このような光学素子を用いた空間映像表示装置では製造コストがかかるという問題がある。そこで、本出願人は、製造コストがかからない反射型面対称結像素子を特許文献２において提案している。

図１〜図３は、特許文献２で提案された反射型面対称結像素子の構成を示す図である。
図１は反射型面対称結像素子の外観図、図２は反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図、図３は反射型面対称結像素子を形成する２つのミラーシートの組合せを示す外観図である。

反射型面対称結像素子２は、図１及び図３に示すように、各々が多数の棒状の直方体材２０を並列に密着させることにより形成された２つのミラーシート２１、２２を有する。

直方体材２０は、図２に示すように、長手部材であり、長手方向に垂直な方向、すなわち、短手方向の四角形の断面の一辺が数百μｍないし数ｃｍ前後の透明なアクリルに代表されるプラスチックまたはガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、数十ｍｍ〜数ｍ程度である。なお、長手方向に伸長した４面のうちの３面は光の透過または反射に使用する面であるため、滑らかな状態とする。直方体材２０はミラーシート２１、２２各々で１００本〜２００００本程度用いられる。

図２に示すように、直方体材２０の長手方向に伸長した１面には光反射膜２３が形成され、それにより光反射面２３となっている。光反射膜２３はアルミや銀の蒸着あるいはスパッタなどによって形成される。

このような複数の直方体材２０について、１つの直方体材２０の光反射面２３を形成した面とは反対側の対向面２４と別の直方体材２０の光反射面２３を密着させてミラーシート２１、２２が形成される。ミラーシート２１、２２は、図３に示すように、直方体材２０の並列方向が交差するようにいずれか一方を９０度回転させた状態で貼り合わせられ、
それによって、反射型面対称結像素子２が形成される。ミラーシート２１の各直方体材２０とミラーシート２２の各直方体材２０とが交差する部分が微小ミラーユニット（単位光学素子）を構成し、各微小ミラーユニットのミラーシート２１の光反射面２３が第１光反射面となり、ミラーシート２２の光反射面２３が第２光反射面となる。

かかる反射型面対称結像素子２を用いた空間映像表示装置においては、図４に示すように、物体（ディスプレイ部）１が反射型面対称結像素子２の一方の面側に配置され、反射型面対称結像素子２には物体１からの光が斜めに入射するようになっている。反射型面対称結像素子２の他方の面側には観察者の目Ｅが位置し、反射型面対称結像素子２について物体１と面対称となる空間位置に実像３、すなわち空間映像３が形成される。なお、図４における反射型面対称結像素子２の両端部である下端Ａ、上端Ａ’は、図１の反射型面対称結像素子２の対向角Ａ、Ａ’に対応している。より詳しくは、図５に示すように、物体１からの光は矢印Ｙ１の方向でミラーシート２２の光反射面２３（第２光反射面）に反射し、その反射光は矢印Ｙ２の方向でミラーシート２１の光反射面２３（第１光反射面）に反射し、その反射光は矢印Ｙ３の方向で観察者に向けて進むので、反射型面対称結像素子２の各光反射面２３でそれぞれ１回、つまり２回反射して鏡映像を作り出すようになっている。

特開２００８−１５８１１４号公報 国際公開第ＷＯ２００９／１３６５７８号パンフレット

しかしながら、特許文献２に示す空間映像表示装置においては、設計上の視線方向から左右方向（図１に示す左右方向。図４における紙面に垂直な方向）に視線をずらしていくと、ミラーシート２１、２２各々において、反射せずに透過する光及び２回以上反射する光が増加してしまう、すなわち、ミラーシート２１、２２各々において、１回だけ反射する光が減少してしまい、空間映像の明るさが暗くなるという問題があった。このように従来においては、空間映像の明るさがその結像位置によって異なるという問題があった。

本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を視認できる空間映像表示装置を提供することにある。

上記の課題を達成するため、第１の発明に係る空間映像表示装置は、板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、一方の側に配置された実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出し、前記実体部からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子と、
前記反射型面対称結像素子上に載置され光の透過状態を制御可能な液晶パネルと、
前記液晶パネルにおいて決定した領域を遮光状態とする制御部とを備えた。

第２の発明に係る空間映像表示装置は、板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、一方の側に配置された実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出し、前記実体部からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子と、
前記反射型面対称結像素子を、前記平板の面内において移動させる駆動装置と、
複数の前記反射型面対称結像素子を隣接させ、それらの前記反射型面対称結像素子のそれぞれの平板面が、同一平面上、かつ、円周方向に配設された円形テーブルと、
前記円形テーブルのテーブル面に配設され、光の透過状態を制御可能な液晶パネルと、
前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部と、
前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、遮光する領域を決定し、前記液晶パネルにおいて決定した領域を遮光状態とする制御部とを備えた。

第３の発明に係る空間映像表示装置は、光の出射方向がそれぞれ異なる複数のディスプレイ部で構成された実体部からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子と、
前記反射型面対称結像素子を、前記平板の面内において移動させる駆動装置と、
複数の前記反射型面対称結像素子を隣接させ、それらの前記反射型面対称結像素子のそれぞれの平板面が、同一平面上、かつ、円周方向に配設された円形テーブルと、
前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部と、
前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、点灯させる前記ディスプレイ部を切り替える制御部と、
を備えた空間映像表示装置であって、
前記反射型面対称結像素子は、
板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出す。

第４の発明に係る空間映像表示装置は、第２、第３の発明に係る空間映像表示装置において、前記駆動装置は、前記円形テーブルを回動又は回転させる。

第５の発明に係る空間映像表示装置は、第４の発明に係る空間映像表示装置において、前記円形テーブルの回動の周期は１／２５秒以下である。

第６の発明に係る空間映像表示装置は、第４の発明に係る空間映像表示装置において、前記円形テーブルの回転速度は毎秒６回転以上である。

反射型面対称結像素子の外観図である。 図１の反射型面対称結像素子を構成する直方体材の外観図である。 図１の反射型面対称結像素子を形成する２つのミラーシートの組合せを示す図である。 図１の反射型面対称結像素子を用いた空間映像表示装置の光学系の概略図である。 図１の反射型面対称結像素子において光が２回反射する様子を示す概要図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 図８とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の動作と空間映像の明るさの関係を説明する図である。 図７とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の動作と空間映像の明るさの関係を説明する図である。 図１０とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の明るさを円弧運動の有無において比較するグラフである。 図９とともに、本発明の実施の形態に係る空間映像表示装置における反射型面対称結像素子の明るさを円弧運動の有無において比較するグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る空間映像表示装置の変形例の概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態に係る空間映像表示装置の概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態に係る空間映像表示装置の変形例の概略構成図である。 反射型面対称結像素子の他の一例の外観図である。 反射型面対称結像素子の他の一例の外観図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

＜第１の実施の形態＞ 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る空間映像表示装置１００の概略構成図である。空間映像表示装置１００は、反射型面対称結像素子を左右方向に回動させることにより、左右方向の明るさに変化が少ない、つまり、左右方向に視野角が拡大された空間映像を表示する空間映像表示装置である。空間映像表示装置１００は、概略、例えば、物体、ディスプレイなどから構成される実体部１と、平面板状の反射型面対称結像素子２と、反射型面対称結像素子２を板面内において左右方向に周期的に回動させる駆動装置４と、を備える。なお、本実施の形態では、図６に定義した方向を用いて方向の説明を行う。

反射型面対称結像素子２は、図１〜図５で示した反射型面対称結像素子２と同一である。なお、反射型面対称結像素子２における図６に示した方向は、図１に示した方向と対応付けられている。

駆動装置４は、具体的には、偏心カム、バネ及びモータを使った円弧駆動装置であり、
反射型面対称結像素子２に、水平方向（板面に平行な方向）に円弧を描かせる往復運動を実行させる。その結果、反射型面対称結像素子２は、反射型面対称結像素子２の一端に取り付けられた支点部１０１を中心に、±２０度の角度内で左右方向に円弧運動を周期的に行う。

ここで、図７及び図８を用いて、反射型面対称結像素子２の回動動作と空間映像３の明るさについて説明する。図７及び図８は、空間映像表示装置１００における反射型面対称結像素子２を上方向から見た外観図である。

図７（ａ）及び（ｂ）は、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させない場合の上面図である。図７（ａ）は、反射型面対称結像素子２から出力される、設計上最も明るい光線の方向を矢印で示す図である。そして、図７（ｂ）は、図７（ａ）の場合に観察者の視点位置Ｅから見える空間映像３の光線強度を矢印で示す図であり、光線強度は矢印の太さで表わされている。図７（ｂ）に示すように、空間映像３は、その中心部分が一番明るく、
左右方向に視線をずらしていくと、周辺部分は暗くなっている。また、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は狭い。

図８（ａ）及び（ｂ）は、３枚の反射型面対称結像素子２を移動させない場合の上面図である。３枚の反射型面対称結像素子２は、視点位置を中心に扇形上に配置されている。
図８（ａ）は、反射型面対称結像素子２から出力される、設計上最も明るい光線の方向を矢印で示す図である。そして、図８（ｂ）は、図８（ａ）の場合の観察者の視点位置Ｅから見える空間映像３の光線強度を矢印で示す図であり、光線強度は矢印の太さで表わされている。この場合には、中心に配置された反射型面対称結像素子２だけでなく、左右に配置された反射型面対称結像素子２からも光が届くので、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は、１枚の場合（図７（ａ）及び（ｂ））に比べて広くなるが、設計上最も明るい光線の方向と観察者の視線方向は一致しないので、左右方向に視線をずらしていくと、顕著に空間映像３は暗くなる。すなわち、この場合には、図８（ｂ）に示すように、
空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は広くなるが、空間映像３は、その中心部分が一番明るく、左右方向に視線をずらしていくと、周辺部分は極端に暗くなっていく。

一方、図７（ｃ）及び（ｄ）は、１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合の上面図である。図７（ｃ）は、反射型面対称結像素子２から出力される、設計上最も明るい光線の方向を矢印で示す図である。そして、図７（ｄ）は、図７（ｃ）の場合の観察者の視点位置Ｅから見える空間映像３の光線強度を矢印で示す図であり、光線強度は矢印の太さで表わされている。この場合には、３枚の場合（図８（ａ）及（ｂ））と同様に、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）は広くなるとともに、設計上最も明るい光線の方向が走査されるので、左右方向の明るさの変化が少なくなる。すなわち、この場合には、図７（ｄ）に示すように、空間映像３が見える領域（左右方向の視野角）が広くなるとともに、空間映像３の中心部分と周辺部分の明るさの差が小さくなるので、観察者は連続して明るい空間映像３を視認することができる。

これは、反射型面対称結像素子２に周期的な円弧運動をさせることにより、設計上最も明るい光線の出射角度が画一ではなく、時間的に所定角度内で変化するので、周期的に設計上最も明るい光線の方向と観察者の視線方向は一致するからである。したがって、この場合には、観察者が移動して観察者の視点位置Ｅが前後左右にずれたとしても、観察者は連続して明るい空間映像３を視認することができる。

なお、この場合も空間映像３の中心部分が一番明るいが、反射型面対称結像素子２を移動させない場合（図７（ａ）及び（ｂ）、図８（ａ）及び（ｂ））に比べて、中心部分は暗くなる。

図９及び図１０は、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合（図７（ａ）及び（ｂ）の場合）、並びに１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合（図７（ｃ）及び（ｄ）の場合）の空間映像の明るさを示すグラフである。なお、
図９及び図１０ともに、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合は点線、
１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合は実線で表している。

図９は、縦軸を絶対輝度、横軸を設計上の視線方向（角度０度とする）から左右方向への視線の角度、つまり視野角とした場合のグラフであり、図１０は、縦軸を規格化した輝度（角度０度のときを明るさ１００とした規格化）、横軸を視野角とした場合のグラフである。図９に示すように、１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合には、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合に比べて、中心部（角度０度）の空間映像３は暗いが、図９及び図１０に示すように、左右方向に視線を変化させても空間映像３の明るさの減少は小さくなる。一方、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合には、左右方向に視線を変化させると、空間映像３の明るさは急激に減少する。ここで、有効視野角範囲を、結像した空間映像３の輝度が最大輝度（角度０度のときの輝度）の半分以上の値となる視野角範囲と定義すると、１枚の反射型面対称結像素子２を左右方向に円弧運動させた場合の有効視野角範囲は約±２４度であり、１枚の反射型面対称結像素子２を移動させなかった場合の有効視野角範囲は約±１２度であるから、前者は後者の約２倍の有効視野角範囲が得られることになる。

このように本実施の形態によれば、空間映像３の周辺部分であっても中心部分と比べて輝度低下が少ないので、視野角が広い空間映像３を提供することができる。この結果、観察者は、設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を観察することができる。

なお、本実施の形態では、反射型面対称結像素子２の周期運動として、円弧運動、つまり規制された角度範囲内で正逆両方向に回転する回動運動を用いたが、反射型面対称結像素子２の周期運動は円弧運動に限定されるものではない。円運動または楕円運動、つまり角度範囲が規制されず一方向に回転する回転運動でもよい。また、少なくとも、このような回動運動または回転運動を含む運動ならばいずれでもよく、回動運動または回転運動に並進運動を組み合わせた運動でもよい。また、同様にして、駆動装置４も、少なくとも回動運動または回転運動を含む運動を実行できる装置であれば、図６に示した構成に限定されない。

ところで、上述した反射型面対称結像素子２の円弧運動の周期は、最低でも１周期１／２５秒以下、つまり２５Ｈｚ以上で円弧運動を行うことが好ましく、より好適には、１周期１／５０秒以下、つまり５０Ｈｚ以上で円弧運動を行うことが好ましい。この数値は、
人間が動画を認識する上での好適なフレームレートの数値に基づくものである。

なお、反射型面対称結像素子２は、その構成から、ミラーシート２１及び２２の隣接する光反射面２３同士の間隔（ピッチ）が観察されてしまうことがあるが、本実施の形態では、反射型面対称結像素子２を所定の速度で円弧運動させているので、上記ピッチが観察されることはない。すなわち、本実施の形態の空間映像表示装置１００は、ピッチに起因する空間映像３のザラツキ感を解消させるという効果も有する。

また、本実施の形態の空間映像表示装置１００は、１枚の反射型面対称結像素子２を円弧運動させたが、これに限定されず、例えば、図８（ａ）及び（ｂ）に示したように扇形上に配置された複数枚の反射型面対称結像素子２を円弧運動させてもよい。

この場合には、視野角が広い空間映像３を提供することができるとともに、反射型面対称結像素子２の継ぎ目（反射型面対称結像素子２と反射型面対称結像素子２の間）も観察されないという効果が生じる。

＜第２の実施の形態＞ 図１１は、第２の実施の形態に係る空間映像表示装置２００の概略構成図である。空間映像表示装置２００は、複数（図１１では８枚）の反射型面対称結像素子２が円板８に円周方向に対して均等となるように取り付けられており、この円板８を駆動装置４により回転駆動するようになっている。詳しくは、円板８は、不透明な板で円板状に形成されており、反射型面対称結像素子２が取り付けられる部位には矩形孔が形成されている。そのため、この円板８に反射型面対称結像素子２が取り付けられると、観察者は、不要な光を見ることがなく、反射型面対称結像素子２を透過した光が結像する空間映像３だけを観察することができる。

本実施の形態によれば、反射型面対称結像素子２を回転させるので、視野角が広い空間映像３を提供することができる。なお、図１１に示すように８枚の反射型面対称結像素子で構成される場合、第１の実施の形態で述べた円弧運動の周期を鑑みて、回転速度は毎秒６回転以上であることが好適である。

また、本実施の形態では、８枚の反射型面対称結像素子２の場合を説明したが、円板８に取り付けられる反射型面対称結像素子２の枚数は、これに限定されるものではない。例えば、用途に応じて１〜１２枚程度まで増減してもよい。

なお、実体部１からの出射される光をより有効的に利用するために、反射型面対称結像素子２を扇型や台形の形状に形成し、隣接する反射型面対称結像素子２の間の間隔（不透明な部位）を小さくしてもよい。

＜第３の実施の形態＞ 図１２は、実体部１からの出射される光をより有効的に利用するために、円板８の外周部分すべてを反射型面対称結像素子で構成した空間映像表示装置３００の概略構成図である。詳しくは、円板８は、不透明な板で形成された内周部と、複数（図１２では８枚）の扇形状の反射型面対称結像素子２Ａを隙間なく隣接させて形成された外周部と、備えている。

本実施の形態によれば、円板８の外周部分すべてを反射型面対称結像素子２Ａで構成したので、観察者が円板８の周囲３６０度のどこにいても、視野角が広い空間映像３を提供することができる。

なお、空間映像３は、観察者の位置から見て奥方向に観察されるが、これとは別に左右方向にも不要光が観察されることがある。この不要光は、反射型面対称結像素子２内で１回だけ反射した光である。このため、空間映像表示装置３００にこのような不要光を観察させない工夫が施されてもよい。

図１３は、不要光を遮光する構成を取り入れた空間映像表示装置３０１の概略構成図である。空間映像表示装置３０１は、円板８の周囲上に人感センサ６を複数設けるとともに、円板全体を覆うように円板８上に部分透過液晶７を載置している。すなわち、空間映像表示装置３０１は、円板８の周囲上に複数設けられた人感センサ６により観察者の位置を検出し、検出した位置に応じて、所定領域の部分透過液晶７を作用させて、不要光が透過する領域を遮光するようになっている。例えば、図１４に示すように、人感センサ６が検出した観察者の位置に対して奥方向の反射型面対称結像素子２Ａのみを透過状態、その他（観察者の位置に対して手前及び左右方向）の反射型面対称結像素子２Ａを遮光状態として、不要光が観察されないように制御してもよい。

＜第４の実施の形態＞ 図１４は、第４の実施の形態に係る空間映像表示装置４００の要部構成図である。空間映像表示装置４００は、第３の実施の形態に係る空間映像表示装置３００に対して、実体部１を複数（図１３では４つのディスプレイ部１）設けたものである。この場合は、観察者が円板８の周囲どこにいても、より明確な空間映像３を観察することができる。

なお、本実施の形態でも、第３の実施の形態の場合と同様に、不要光を遮光する構成を取り入れてもよい。

図１５は、不要光を遮光する構成を取り入れた空間映像表示装置４０１の概略構成図である。空間映像表示装置４０１は、円板８の周囲上に複数設けられた人感センサ６により、観察者の位置を検出し、検出した位置に応じて、点灯する一のディスプレイ部１を決定し、決定したディスプレイ部１のみを点灯するようになっている。例えば、人感センサ６が検出した観察者の位置に対して奥方向に観察される空間映像３を結像するディスプレイ部１のみを点灯状態にしてもよい。

＜その他の実施の形態＞ また、反射型面対称結像素子の構成は、図１〜図５に示した長手部材である直方体材を用いて２つのミラーシートを形成する構成に限定されるものではなく、実体部１からの光を反射型面対称結像素子に対して面対称な位置に実像として結像させる光学素子であれば、いずれの構成でもよい。

例えば、特開２００８−１５８１１４号公報に示した反射型面対称結像素子の構成でもよい。図１６は、このような反射型面対称結像素子５の外観斜視図である。より詳しくは、反射型面対称結像素子５は、所定の基盤５１を厚み方向に貫通させた複数の穴５２を備え、各穴５２の内壁に直交する２つの鏡面要素５４ａ及び５４ｂから構成される単位光学素子５３を形成したものであって、その穴を通じて基盤５１の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、２つの鏡面要素５４ａ及び５４ｂでそれぞれ１回ずつ反射させるようにしてもよい。また、図１７に示すように、所定の基盤５１の厚み方向に突出する透明な筒状体５５を碁盤目上に多数形成し、各筒状体５５の内壁面のうち、直交する２つを鏡面要素５４ａ、５４ｂとした反射型面対称結像素子５Ａとしてもよい。

以上に述べた上記実施の形態によれば、実体部（例えば、実体部１）からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子（例えば、反射型面対称結像素子２、５、５Ａ）と、前記反射型面対称結像素子を、前記平板の面内において移動させる駆動装置（例えば、駆動装置４）と、を備えた空間映像表示装置（例えば、空間映像表示装置１００、２００、３００、３０１、４００、４０１）であって、前記反射型面対称結像素子は、板厚方向に第１光反射面（例えば、ミラーシート２１の光反射面２３、鏡面要素５４ａ）及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面（例えば、ミラーシート２２の光反射面２３、鏡面要素５４ｂ）を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出し、前記駆動装置は、前記反射型面対称結像素子に対して、少なくとも回動または回転を含む周期運動を実行させることを基本的構成とする。

上記基本的構成においては、最も明るい光線の出射角度が画一ではなく、時間的に所定角度内で変化するので、周期的に最も明るい光線の方向と観察者の視線方向は一致し、設計上の視線方向から視線を左右方向に動かしても、連続して明るい空間映像を視認することができる。

また、前記反射型面対称結像素子を複数備え、複数の前記反射型面対称結像素子のそれぞれの平板面が、同一平面上、かつ、円周方向に対して略等間隔となるように配設された円形テーブル（例えば、円板８）を備え、前記駆動装置は、前記円形テーブルを回転させてもよい。

この場合には、複数の反射型面対称結像素子を回転させるので、視野角が広い空間映像を視認することができる。

また、前記円形テーブルは、隣接する前記反射型面対称結像素子の間を不透明な素材で構成してもよい。

この場合には、観察者は、不要な光を見ることがなく、反射型面対称結像素子を透過した光が結像する空間映像だけを観察することができる。

一方、前記円形テーブルは、複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設していてもよい。

この場合には、観察者が円形テーブルの周囲３６０度のどこにいても、視野角が広い空間映像を視認することができる。

また、前記円形テーブル上に、複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設した場合には、前記円形テーブルのテーブル面全体に配設され、光の透過状態を制御可能な液晶パネル（例えば、部分透過液晶７）と、前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部（例えば、人感センサ６）と、前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、遮光する領域を決定し、前記液晶パネルにおいて決定した領域を遮光状態とする制御部と、をさらに備えてもよい。

この場合には、観察者は、不要な光を見ることがなく、好適な位置に結像する空間映像を視認することができる。

また、前記円形テーブル上に、複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設した場合には、前記実体部は、光の出射方向がそれぞれ異なる複数のディスプレイ部（例えば、複数の実体部１）で構成され、前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部（例えば、人感センサ６）と、前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、点灯させる前記ディスプレイ部を切り替える制御部と、をさらに備えてもよい。

この場合には、観察者は、不要な光を見ることがなく、好適な位置に結像する空間映像を視認することができる。

また、前記周期運動の周期は、１／２５秒以下であることが好ましい。

この場合には、好適なフレームレートに合わせた周期運動となっているので、動画を正しく認識することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 実体部（物体、ディスプレイ部）
２，２Ａ，５ 反射型面対称結像素子
３ 空間映像（実像）
４ 駆動装置
６ 人感センサ
７ 部分透過液晶
２０ 直方体材
２１，２２ ミラーシート
２３ 光反射面
５４ａ、５４ｂ 鏡面要素
１００，２００，３００，３０１，４００，４０１ 空間映像表示装置

Claims (7)

1. 実体部からの光を観察者に向けて反射する平板状の反射型面対称結像素子と、
   前記反射型面対称結像素子を、前記平板の面内において移動させる駆動装置と、を備えた空間映像表示装置であって、
   前記反射型面対称結像素子は、
   板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を１または複数備えてなり、
   板面の一方の側に配置された前記実体部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側の、前記実体部の位置と面対称な位置に、前記実体部からの光に対する鏡映像を作り出し、
   前記駆動装置は、
   前記反射型面対称結像素子に対して、少なくとも回動または回転を含む周期運動を実行させることを特徴とする空間映像表示装置。
2. 前記反射型面対称結像素子を複数備え、
   複数の前記反射型面対称結像素子のそれぞれの平板面が、同一平面上、かつ、円周方向に対して略等間隔となるように配設された円形テーブルを備え、
   前記駆動装置は、前記円形テーブルを回転させることを特徴とする請求項１記載の空間映像表示装置。
3. 前記円形テーブルは、
   隣接する前記反射型面対称結像素子の間を不透明な素材で構成することを特徴とする請求項２記載の空間映像表示装置。
4. 前記円形テーブルは、
   複数の前記反射型面対称結像素子を隙間なく隣接させて配設していることを特徴とする請求項２記載の空間映像表示装置。
5. 前記円形テーブルのテーブル面全体に配設され、光の透過状態を制御可能な液晶パネルと、
   前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部と、
   前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、遮光する領域を決定し、前記液晶パネルにおいて決定した領域を遮光状態とする制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の空間映像表示装置。
6. 前記実体部は、光の出射方向がそれぞれ異なる複数のディスプレイ部で構成され、
   前記円形テーブルの周囲近傍にいる観察者の位置を検出するセンサ部と、
   前記センサ部が検出した観察者の位置に応じて、点灯させる前記ディスプレイ部を切り替える制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の空間映像表示装置。
7. 前記周期運動の周期は、１／２５秒以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空間映像表示装置。

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