JP2017151166A - Spatial image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間像を表示する空間像表示装置に関する。 The present invention relates to an aerial image display device that displays an aerial image.
スマートフォンやタブレット端末などの表示装置の表示面から出射された光を、表示面に対して傾斜して設けられたハーフミラーや透明板などの光学素子により反射することで、表示面に表示された表示像の虚像を空間に投影する空間像表示装置がある(例えば、非特許文献1参照)。このような空間像表示装置により、より存在感のある空間像を表示する方法の1つとして、複数の光学素子により形成された複数の虚像を観察者から見て前後に重畳して表示する(多面投影する)方法がある。 The light emitted from the display surface of a display device such as a smartphone or tablet terminal is reflected on the display surface by an optical element such as a half mirror or a transparent plate provided to be inclined with respect to the display surface. There is an aerial image display device that projects a virtual image of a display image into a space (for example, see Non-Patent Document 1). As one method for displaying a more abundant aerial image with such an aerial image display device, a plurality of virtual images formed by a plurality of optical elements are displayed in a superimposed manner before and after viewing from an observer ( There is a method of multi-surface projection.
図14は、多面投影型の空間像表示装置10の構成例を示す側面図である。図14に示す空間像表示装置10は、表示装置11の表示面の異なる表示領域に個別に表示された複数の表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者1から見て前後に重畳して表示することで、空間像を表示するものである。
FIG. 14 is a side view showing a configuration example of the multi-surface projection type aerial image display device 10. The aerial image display device 10 shown in FIG. 14 observes a virtual image of each of a plurality of display images individually displayed in different display areas on the display surface of the
図14に示す空間像表示装置10においては、表示装置11が、空間像表示装置10の筐体10aの一面(図14においては筐体10aの上面)に、表示面が筐体10a側を向くようにして(図14においては表示面を下向きにして)、設置される。筐体10aの表示装置11の設置面のうち、表示装置11の表示面に対応する領域には、表示面から出射された光が筐体10a内に入射するように、開口が設けられている。なお、当該開口は、透明な部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。以下では、筐体10aの観察者1側の面から筐体10aの観察者1側の面と対向する面に向かう方向(観察者1の観察方向)をX方向とする。
In the aerial image display device 10 shown in FIG. 14, the
図14に示す空間像表示装置10は、光学素子12,13を備える。
The aerial image display device 10 illustrated in FIG. 14 includes
光学素子12,13は、表示装置11の表示面に沿って、表示面から見て−X方向に略45°傾斜して設けられ、観察者1の観察方向に沿って順次配列されている。図14においては、観察者1から見て、手前側に光学素子13が設けられ、奥側に光学素子12が設けられている。
The
光学素子12は、光学素子12に対応する表示面の表示領域から出射された出射光を観察者1に向かう方向(−X方向)に反射する。光学素子13は、光学素子13に対応する表示面の表示領域からの出射光を観察者1に向かう方向(−X方向)に反射する。また、光学素子13は、光学素子12により観察者1に向かう方向に反射された光を透過する。光学素子12,13の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。
The
光学素子12による対応する表示領域からの入射光の反射により、光学素子12に対応する表示領域に表示された表示像A1の虚像B1が、観察者1から見ると、光学素子12の奥側の端部の位置に形成される。また、光学素子13による対応する表示領域からの入射光の反射により、光学素子13に対応する表示領域に表示された表示像A2の虚像B2が、観察者1から見ると、光学素子13の奥側の端部の位置に形成される。
The virtual image B1 of the display image A1 displayed in the display area corresponding to the
上述したように、光学素子12,13は、観察者1の観察方向に順次配列されている。また、光学素子13は、光学素子12により反射された光を透過する。そのため、虚像B1と虚像B2とが観察者1から見て前後に重畳して表示され、観察者1は、存在感のある空間像を視認することができる。
As described above, the
図14に示すように、虚像B1と虚像B2とを前後に重畳して表示する場合、虚像B1と虚像B2との間の距離diffを小さくすることで、より存在感のある空間像を表示することができる。しかしながら、空間像表示装置10においては、虚像B1と虚像B2との間の距離diffを、虚像B1,B2の高さH以下にはできないという問題がある。以下では、この問題について、図15を参照して説明する。 As shown in FIG. 14, when the virtual image B1 and the virtual image B2 are superimposed and displayed in the front-rear direction, a spatial image with a greater presence is displayed by reducing the distance diff between the virtual image B1 and the virtual image B2. be able to. However, the spatial image display device 10 has a problem that the distance diff between the virtual image B1 and the virtual image B2 cannot be set to be equal to or less than the height H of the virtual images B1 and B2. Hereinafter, this problem will be described with reference to FIG.
虚像B1と虚像B2との間の距離diffを小さくするためには、図15に示すように、光学素子12と光学素子13との間の距離を縮めることが考えられる。光学素子12と光学素子13との距離を縮めると、虚像B1と虚像B2との間の距離diffを小さくすることができる。しかしながら、光学素子12と光学素子13との間の距離を虚像B1の高さH以下に縮めると、図15に示すように、表示像A1の表示領域の一部と光学素子13とが重なり、光学素子13により表示像A1の一部分の虚像B1’が形成されてしまう。その結果、空間像を適切に表示することができなくなる。したがって、空間像表示装置10においては、虚像B1と虚像B2との間の距離diffは、虚像B1,B2の高さH以下にはできず、より存在感のある空間像の表示が困難である。
In order to reduce the distance diff between the virtual image B1 and the virtual image B2, it is conceivable to reduce the distance between the
また、より存在感のある空間像の表示のためには、虚像が形成された空間(実空間)への照明制御を行うことも重要である。図14に示す空間像表示装置10においては、観察者1から見て、光学素子12,13の奥側の端部の位置に虚像B1,B2が形成される。すなわち、光学素子12,13の直近に虚像が形成されるため、虚像が形成された実空間への照明制御を行うことが困難となり、より存在感のある空間像の表示が困難である。
In addition, in order to display a spatial image with a greater presence, it is also important to perform illumination control on a space (real space) in which a virtual image is formed. In the aerial image display device 10 shown in FIG. 14, virtual images B <b> 1 and B <b> 2 are formed at the positions of the end portions on the back side of the
本発明の目的は、上述した課題を解決し、より存在感のある空間像を表示することができる空間像表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a spatial image display device capable of displaying a spatial image with a greater presence.
上記課題を解決するため、本発明に係る空間像表示装置は、表示装置の表示面における所定の表示領域である空間像生成用領域に対応し、前記空間像生成用領域からの出射光を反射することで前記空間像生成用領域の表示像の虚像を形成する光学素子を備え、前記光学素子により形成される虚像を観察者に視認させる空間像表示装置であって、前記光学素子を該光学素子に対応する空間像生成用領域と挟むように設けられた反射部材を備え、前記光学素子は、前記空間像生成用領域からの出射光を透過し、該透過した光が前記反射部材により反射された光を前記観察者に向かう方向に反射することで虚像を形成し、前記光学素子により虚像が形成される空間が照明される。 In order to solve the above problems, an aerial image display device according to the present invention corresponds to an aerial image generation region, which is a predetermined display region on a display surface of a display device, and reflects emitted light from the aerial image generation region. A spatial image display device that includes an optical element that forms a virtual image of a display image in the aerial image generation region, and that allows a viewer to visually recognize a virtual image formed by the optical element. A reflection member provided so as to be sandwiched between the aerial image generation region corresponding to the element, and the optical element transmits light emitted from the aerial image generation region, and the transmitted light is reflected by the reflection member. A virtual image is formed by reflecting the emitted light in a direction toward the observer, and a space in which the virtual image is formed is illuminated by the optical element.
本発明に係る空間像表示装置によれば、より存在感のある空間像を表示することができる。 The aerial image display device according to the present invention can display a more aerial image.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る空間像表示装置100の構成例を示す側面図である。図1に示す空間像表示装置100は、表示装置110の表示面の異なる表示領域に個別に表示された複数の表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者1に対して前後に重畳して表示することで、空間像を表示するものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view showing a configuration example of an aerial
図1に示す空間像表示装置100においては、表示装置110が、空間像表示装置100の筐体100aの一面(図1においては筐体100aの上面)に、表示面が筐体100a側を向くようにして(図1においては表示面を下向きにして)、設置される。筐体100aの表示装置110の設置面のうち、表示装置110の表示面に対応する領域には、表示面から出射された光が筐体100a内に入射するように、開口が設けられている。当該開口は、透明な部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。なお、表示装置110は、例えば、スマートフォン、タブレット端末などであるが、これらに限られるものではなく、より大きなサイズの表示面を有する表示装置であってもよい。また、表示装置110は、空間像表示装置100と一体的に設けられていてもよい。また、図1においては便宜上、表示装置110と筐体100aの上面とが所定の間隔を隔てて設けられているように示されているが、実際には、表示装置110と筐体100aの上面とは略密接している。なお、以下では、筐体100aの観察者1側の面からその面に対向する面に向かう方向(観察者1の観察方向)をX方向とする。また、以下では、表示装置110の表示面の向く方向をY方向とする。
In the aerial
図1に示す空間像表示装置100は、光学素子120,130と、反射部材140とを備える。
The aerial
光学素子120,130は、表示装置110の表示面のそれぞれ異なる表示領域に対応して設けられ、表示面に沿って、観察者1の観察方向に沿って順次配列されている。図1においては、観察者1から見て、手前側に光学素子130が設けられ、奥側に光学素子120が設けられている。
The
光学素子120は、表示装置110の表示面から見て−X方向に略45°傾斜して設けられており、光学素子120に対応する表示面の表示領域からの出射光を観察者1に向かう方向に反射する。
The
光学素子130は、表示装置110の表示面から見てX方向に略45°傾斜して設けられている。したがって、光学素子120と光学素子130とは反対方向に傾いている。光学素子130は、光学素子130に対応する表示面の表示領域からの出射光(図2に示す光201)を透過し、その透過光が後述する反射部材140により反射された光(図2に示す光202)を反射して、観察者1に向かう方向に光(図2に示す光203)を出射する。また、光学素子130は、光学素子120から出射された、観察者1に向かう光(図2に示す光204)を透過する。光学素子120,130の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。
The
反射部材140は、光学素子130に対応し、表示装置110の表示面に対して略平行に設けられ、光学素子130を光学素子130に対応する表示領域と挟むように設けられている。つまり、光学素子130に対応する表示領域と、光学素子130と、反射部材140とが略直線上に設けられている。したがって、光学素子130に対応する表示領域から出射され、光学素子130を透過した光は、反射部材140に入射する。反射部材140は、入射光を光学素子130に向けて反射する。反射部材140の具体例としては、入射光を全反射するフルミラーなどがある。
The reflecting
図3は、空間像表示装置100による空間像の表示について説明するための図である。なお、以下では、光学素子120,130のY方向の厚さはDであるとする。
FIG. 3 is a diagram for explaining the display of the aerial image by the aerial
光学素子120に対応する表示領域からの出射光が光学素子120により観察者1に向かって反射されることで、光学素子120に対応する表示領域に表示された表示像A1の虚像B1が、観察者1から見ると、光学素子120の奥側の端部の位置に形成される。このように、光学素子120は、対応する表示領域からの入射光を直接的に反射することで、虚像B1を形成する。
The emitted light from the display area corresponding to the
また、光学素子130に対応する表示領域からの出射光が光学素子130を透過して反射部材140に入射することで、光学素子130に対応する表示領域に表示された表示像A2の虚像B2’が、反射部材140からY方向にDだけ離れた位置に形成される。さらに、光学素子130を透過し、反射部材140により光学素子130に向けて反射された光が光学素子130により観察者1に向かって反射されることで、虚像B2’の虚像B2が、観察者1から見ると、光学素子130の奥側の端部からDだけX方向に奥側の位置に形成される。このように、光学素子130は、対応する表示領域からの出射光を間接的に(対応する表示領域からの出射光が反射部材140により反射された後に)反射することで、虚像B2を形成する。
Further, the emitted light from the display area corresponding to the
上述したように、光学素子120,130は、観察者1の観察方向に順次配列されている。また、光学素子130は、光学素子120により反射された光を透過する。そのため、虚像B1と虚像B2とが観察者1から見て前後に重畳して表示され、観察者1は、立体的のある空間像を視認することができる。
As described above, the
ここで、図1に示す空間像表示装置100においては、観察者1から見ると、虚像B2を光学素子130の奥側の端部よりもDだけX方向に奥側の位置に形成することができる。そのため、光学素子120と光学素子130との間の距離を調整することで、虚像B1と虚像B2との距離が虚像の高さよりも小さい、より存在感のある空間像を表示することができる。さらに、図3から明らかなように、光学素子120と光学素子130との間の距離を縮めても(観察者1から見て、光学素子120の手前側の端部と光学素子130の奥側の端部とを接触させても)、一方の光学素子と他方の光学素子に対応する表示領域とが重なることがないので、虚像B1と虚像B2とが干渉を起こすことがない。
Here, in the aerial
なお、虚像B1は表示領域からの出射光が光学素子120により1回反射されて形成されるため、表示像A1は、実際の表示対象像を左右に反転させたものとなる。また、虚像B2は表示領域からの出射光が反射部材140と光学素子130とで2回反射されて形成されるため、表示像A2は、実際の表示対象像を上下に反転させたものとなる。
Note that since the virtual image B1 is formed by the light emitted from the display region being reflected once by the
これまでは、光学素子130の数が1つである例を用いて説明したが、光学素子130の数は、2以上であってもよい。図4は、複数の光学素子130を複数備える空間像表示装置100の構成例を示す側面図である。
So far, the example in which the number of
図4に示す空間像表示装置100は、複数の光学素子130(光学素子130−1,130−2)と、各光学素子130に対応する反射部材140(140−1,140−2)とが設けられている。
4 includes a plurality of optical elements 130 (optical elements 130-1 and 130-2) and reflecting members 140 (140-1 and 140-2) corresponding to the
光学素子130−1,130−2は、観察者1の観察方向に沿って、順次配列されている。図4においては、観察者1から見て、手前側に光学素子130−2が設けられ、奥側に光学素子130−1が設けられている。 The optical elements 130-1 and 130-2 are sequentially arranged along the observation direction of the observer 1. In FIG. 4, as viewed from the observer 1, the optical element 130-2 is provided on the front side, and the optical element 130-1 is provided on the back side.
反射部材140−1は、光学素子130−1に対応し、筐体101aの上面(表示装置110の表示面)からY方向にDだけ離れた位置に設けられている。また、反射部材140−2は、光学素子130−2に対応し、光学素子130−2のX方向奥側の端部からY方向にEだけ離れた位置に設けられている。 The reflecting member 140-1 corresponds to the optical element 130-1, and is provided at a position separated by D in the Y direction from the upper surface of the housing 101a (display surface of the display device 110). The reflecting member 140-2 corresponds to the optical element 130-2 and is provided at a position separated by E in the Y direction from the end of the optical element 130-2 on the far side in the X direction.
光学素子130−1は、対応する表示領域からの出射光を透過し、その透過光が反射部材140−1により反射された反射光を観察者1に向かって反射する。また、光学素子130−1は、光学素子120により観察者1に向かって反射された光を透過する。
The optical element 130-1 transmits the emitted light from the corresponding display area, and reflects the reflected light reflected by the reflecting member 140-1 toward the observer 1. The optical element 130-1 transmits the light reflected toward the observer 1 by the
光学素子130−2は、対応する表示領域からの出射光を透過し、その透過光が反射部材140−2により反射された反射光を観察者1に向かって反射する。また、光学素子130−2は、光学素子120および光学素子130−1により観察者1に向かって反射された光を透過する。
The optical element 130-2 transmits the emitted light from the corresponding display area, and reflects the reflected light reflected by the reflecting member 140-2 toward the observer 1. The optical element 130-2 transmits the light reflected toward the observer 1 by the
光学素子130−1と光学素子130−2とを比較すると、対応する表示領域から出射され、各光学素子に入射する入射光を観察者1に向かって反射するまでの光路長は、光学素子130−2の方が長い。また、光学素子130−1と光学素子120とを比較すると、対応する表示領域からの入射光を観察者1に向かって反射するまでの光路長は、光学素子130−1の方が長い(光学素子120の場合は、略ゼロ)。このように、図4に示す空間像表示装置100においては、観察者1から見て手前側の光学素子ほど、対応する表示領域からの入射光を観察者1に向かって反射するまでの光路長が長くなるように、各光学素子130に対応する反射部材140が設けられている。なお、図1に示す空間像表示装置100においても、観察者1から見て手前側の光学素子、すなわち、光学素子130の方が奥側の光学素子120よりも、対応する表示領域からの入射光を観察者1に向かって反射するまでの光路長が長くなるように、各光学素子130に対応する反射部材140が設けられている。
Comparing the optical element 130-1 and the optical element 130-2, the optical path length until the incident light emitted from the corresponding display area and incident on each optical element is reflected toward the observer 1 is the
光学素子120に対応する表示領域からの出射光が光学素子120により観察者1に向かって反射されることで、光学素子120に対応する表示領域に表示された表示像A1の虚像B1が、観察者1から見ると、光学素子120の奥側の端部の位置に形成される。
The emitted light from the display area corresponding to the
また、光学素子130−1に対応する表示領域からの出射光が光学素子130−1を透過して反射部材140−1に入射することで、光学素子130−1に対応する表示領域に表示された表示像A2の虚像B2’が、反射部材140−1からY方向にDだけ離れた位置に形成される。さらに、反射部材140−1により光学素子130−1に向けて反射された光が光学素子130−1により観察者1に向かって反射されることで、虚像B2’の虚像B2が、観察者1から見ると、光学素子130−1の奥側の端部からDだけ奥側に形成される。同様にして、光学素子130−2に対応する表示領域に表示された表示像A3の虚像B3’が、反射部材140−2からY方向にD+Eだけ離れた位置に形成される。さらに、虚像B3’の虚像B3が、観察者1から見ると、光学素子130−2の奥側の端部からD+Eだけ奥側の位置に形成される。 In addition, light emitted from the display area corresponding to the optical element 130-1 passes through the optical element 130-1 and enters the reflecting member 140-1, so that the light is displayed in the display area corresponding to the optical element 130-1. A virtual image B2 ′ of the displayed image A2 is formed at a position separated from the reflecting member 140-1 by D in the Y direction. Further, the light reflected toward the optical element 130-1 by the reflecting member 140-1 is reflected toward the observer 1 by the optical element 130-1, so that the virtual image B2 of the virtual image B2 ′ becomes the observer 1 When viewed from the side, only D is formed on the back side from the end on the back side of the optical element 130-1. Similarly, a virtual image B3 'of the display image A3 displayed in the display area corresponding to the optical element 130-2 is formed at a position away from the reflecting member 140-2 by D + E in the Y direction. Furthermore, when viewed from the observer 1, the virtual image B3 of the virtual image B3 'is formed at a position on the back side by D + E from the end on the back side of the optical element 130-2.
光学素子130−1は、光学素子120により観察者1に向かって反射された光を透過する。また、光学素子130−2は、光学素子120および光学素子130−1により観察者1に向かって反射された光を透過する。そのため、虚像B1、虚像B2および虚像B3が観察者1から見ると前後に重畳して表示される。このように、図4に示す空間像表示装置100においては、任意の枚数の虚像を重畳して空間像を表示することができる。さらに、図4に示す空間像表示装置100においては、観察者1から見て手前側の光学素子130ほど、対応する表示領域からの入射光を所定方向に反射するまでの光路長が長くなるように、対応する反射部材140が設けられている。そのため、観察者1から見て手前側の光学素子130による虚像ほど、X方向に奥側の位置に大きくシフトして形成されるので、各虚像間の距離を縮め、より存在感のある空間像を表示することができる。
The optical element 130-1 transmits the light reflected toward the viewer 1 by the
なお、図4に示す空間像表示装置100においては、光学素子130−2と反射部材140−2との間の距離Eなどを調整することで、虚像B2と虚像B3との間の距離が小さい、より存在感のある空間像を表示することができる。したがって、図4に示す空間像表示装置100においては、光学素子120は必須の構成ではない。
In the aerial
要は、本発明においては、反射部材140は、対応する光学素子130が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長が、対応する光学素子130よりも観察者1から見て奥側に設けられた光学素子(光学素子120であるか、光学素子130であるかは問わない)が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長(光学素子120の場合は、略ゼロ)よりも長くなるように設けられていればよい。このような構成により、光学素子130により形成される虚像が、その光学素子130よりも観察者1から見て奥側に設けられた他の光学素子により形成される虚像に近づくので、2つの虚像間の距離を縮め、より存在感のある空間像を表示することができる。
In short, in the present invention, the reflecting
このように本実施形態によれば、空間像表示装置100は、表示装置110の表示面のそれぞれ異なる表示領域に対応し、対応する表示領域からの入射光を反射することで対応する表示領域の表示像の虚像を形成する複数の光学素子を備え、観察者1の観察方向に沿って複数の光学素子を順次配列し、複数の光学素子それぞれにより形成される虚像を重畳して観察者1に視認させる。また、空間像表示装置100は、複数の光学素子のうち、少なくとも1つの光学素子130に対応し、対応する光学素子130を光学素子130に対応する表示領域と挟むように設けられた反射部材140を備える。反射部材140が対応して設けられた光学素子130は、対応する表示領域からの入射光を反射部材140に透過し、透過した光が反射部材140により反射された光を反射することで虚像を形成する。また、反射部材140は、対応する光学素子130が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長が、対応する光学素子130よりも観察者1から見て奥側に設けられた他の光学素子が対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長よりも長くなるように設けられている。
As described above, according to the present embodiment, the aerial
そのため、光学素子130により形成される虚像を、その光学素子130よりも観察者1から見て奥側に設けられた他の光学素子により形成される虚像に近づけることができるので、より存在感のある空間像を表示することができる。
Therefore, the virtual image formed by the
また、本実施形態においては、2以上の光学素子130に対応して反射部材140が設けられ、観察者1から見て手前側に設けられた光学素子130ほど、対応する表示領域からの入射光を反射するまでの光路長が長くなるように対応する反射部材140が設けられている。そのため、任意の枚数の虚像を重畳しつつ、各虚像間の距離を縮め、より存在感のある空間像を表示することができる。
Further, in the present embodiment, the reflecting
(第2の実施形態)
第1の実施形態においては、光学素子130による虚像B2は、表示領域から出射された光が光学素子130を透過し、その透過光が反射部材140により反射され、その反射光が光学素子130により反射されることで形成される。そのため、虚像B2は、表示領域に表示された表示像と比べて明るさが減衰する。さらに、第1の実施形態においては、光学素子130による虚像B2が光学素子120による虚像B1よりも観察者1から見て手前側に形成されるため、表示される空間像は全体として暗いものとなってしまう。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, in the virtual image B2 by the
虚像の明るさを上げるために、例えば、図14に示す空間像表示装置10において、光学素子12として反射率の高い(例えば、入射した光を全反射する)ミラーを用いることが考えられる。光学素子12の反射率を高めることで、虚像B1の明るさを上げることができる。
In order to increase the brightness of the virtual image, for example, in the spatial image display device 10 shown in FIG. 14, it is conceivable to use a mirror having a high reflectance (for example, totally reflecting incident light) as the
しかしながら、空間像表示装置10においては、光学素子13は、光学素子12から出射された光を透過する必要がある。そのため、光学素子13の反射率を上げることはできない。また、虚像B2が虚像B1よりも観察者1から見て手前側に形成される。そのため、空間像表示装置10においては、明るい空間像を表示することが困難である。そこで、本実施形態においては、表示される空間像の明るさを上げるための構成について説明する。
However, in the aerial image display device 10, the
図5は、本発明の第2の実施形態に係る空間像表示装置100Aの構成例を示す側面図である。
FIG. 5 is a side view showing a configuration example of an aerial
図5に示す空間像表示装置100Aは、図1に示す空間像表示装置100と比較して、光学素子120を光学素子120aに変更した点と、反射部材140の位置を変更した点とが異なる。
The aerial
光学素子120aは、他の光学素子(光学素子130)よりも高い反射率を有し、対応する表示領域からの出射光を観察者1に向かう方向に反射(例えば、全反射)する。光学素子120aの具体例としては、例えば、フルミラーがある。光学素子120aに対応する表示領域からの入射光が光学素子120aにより観察者1に向かって反射されることで、光学素子120aに対応する表示領域に表示される表示像A1の虚像B1が、観察者1から見ると、光学素子120aの奥側の端部の位置に形成される。ここで、光学素子120aとして反射率の高い光学素子を用いているため、光学素子120aにより形成される虚像B1は、第1の実施形態において形成される虚像B1よりも明るくなる。
The
反射部材140は、観察者1から見て光学素子130の奥側の端部からY方向にEだけ離れた位置に設けられている。すなわち、反射部材140は、筐体100aの上面(表示装置110の表示面)からD+Eだけ離れて設けられている。したがって、光学素子130に対応する表示領域に表示された表示像A2の虚像B2’が、反射部材140からY方向にD+Eだけ離れた位置に形成される。さらに、虚像B2’の虚像B2が、観察者1から見ると、光学素子130の奥側の端部からD+Eだけ奥側の位置に形成される。
The
空間像表示装置100Aにおいては、観察者1から見て、虚像B2が虚像B1よりも奥側に形成されるように、反射部材140が設けられている(Eの値が調整されている)。このような構成により、より明るい虚像B1が、観察者1から見て、虚像B2よりも手前側に形成されるので、より明るい空間像を表示することができる。
In the spatial
なお、図5に示す空間像表示装置100Aにおいては、反射部材140と光学素子130との間のY方向の距離を大きくすることで、観察者1から見て、虚像B2が虚像B1よりも奥側に形成されるようにしている。この場合、空間像表示装置100AのY方向の装置サイズが増大してしまう。そこで、装置サイズの増大を抑制した空間像表示装置100Aの構成例を図6に示す。
In the aerial
図6に示す空間像表示装置100Aは、図5に示す空間像表示装置100Aと比較して、反射部材140を反射部材140aに変更した点が異なる。反射部材140aは、ミラー141,142を備える。
The aerial
ミラー141は、光学素子130と略平行になるように設けられている。観察者1から見て、光学素子130の奥側の端部とミラー141の手前側の端部(上端)とのY方向の位置は略同じである。
The
ミラー142は、ミラー141よりも観察者1から見て奥側に、表示装置110の表示面に対して略垂直に設けられている。
The
反射部材140aにおいては、ミラー141は、光学素子130を透過した光をミラー142に向けて反射する。ミラー142は、ミラー141の反射光をミラー141に向けて反射する。ミラー141は、ミラー142の反射光を光学素子130に反射する。
In the reflecting
したがって、ミラー141のY方向の厚みをE1とし、観察者1から見て、ミラー141の奥側の端部とミラー142との間の距離をE2とすると、光学素子130に対応する表示領域に表示された表示像A2の虚像B2が、光学素子130の奥側の端部からD+E1+E2だけ奥側の位置に形成される。つまり、E1,E2の値を調整することで、図5に示す空間像表示装置100Aと同様に、虚像B2が虚像B1よりも後方に形成されるようにすることができる。
Therefore, if the thickness of the
ここで、図6に示す空間像表示装置100Aにおいては、光学素子130を透過した光を反射部材140aにおいて複数回反射して光学素子130に出射することで、光学素子130への対応する表示領域からの入射光が観察者1に向かって反射されるまでの光路長として一定の長さを確保している。そのため、光学素子130と反射部材140との間にY方向に大きな間隔を設けなくても、光学素子130が対応する表示領域からの入射光を観察者1に向かって反射するまでの光路長として一定の長さを確保できるので、Y方向の装置サイズの増大を抑制することができる。
Here, in the aerial
なお、反射部材140aの構成は図6に示す構成に限られるものではない。表示領域から出射され、光学素子130を透過した光を複数回反射させた後、光学素子130に出射することができれば、反射部材140aは、任意の構成とすることができる。
Note that the configuration of the reflecting
このように本実施形態によれば、観察者1から見て最も奥側の光学素子120aは、他の光学素子よりも高い反射率を有する。また、反射部材140は、対応する光学素子130により形成される虚像が、光学素子120aにより形成される虚像よりも、観察者1から見て奥側に形成されるように設けられている。そのため、反射率の高い光学素子120aによる虚像B1が、光学素子130による虚像B2よりも観察者1から見て手前側に形成されるので、表示される空間像をより明るくすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態においては、反射部材140aは、対応する光学素子130を透過した光を複数回反射して、対応する光学素子130に出射する。そのため、装置サイズの増大を抑制することができる。
In the present embodiment, the reflecting
なお、第1および第2の実施形態においては、光学素子130は、表示面に対して略45°傾いており、反射部材140は、表示面に対して略平行に設けられている例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
In the first and second embodiments, an example in which the
例えば、図7に示す空間像表示装置100Bのように、光学素子130と反射部材140とが成す角度が略45°であり、かつ、光学素子130と表示面とが成す角度が0より大きく90°未満であれば、光学素子130が観察者1から見て前後に傾いていても、観察者1から見てX方向に傾きの無い虚像B2を形成することができる。以下では、その理由について図8を参照して説明する。
For example, as in the aerial
図8は、図7に示す空間像表示装置100Bにおける光学素子130および光学素子130に対応する構成を拡大した図である。図8において、光学素子130と反射部材140との接点を点Bとする。また、表示装置110の表示面から下ろした垂線L1と筐体100aの下面との交点を点Eとする。また、垂線L1と反射部材140との交点を点Dとする。表示装置110の表示面から下ろした垂線は、表示装置110の表示面から出射された光に相当する。表示装置110の表示面から出射された光が点Dにおいて反射された光に相当する直線L2と筐体100aの下面との交点を点Aとする。また、直線L2と光学素子130との交点を点Cとする。また、点Dを通り、反射部材140と直交する垂線L3と筐体100aの下面との交点を点Fとする。また、∠ACB=∠aとし、∠CBE=∠bとし、∠DAF=∠cとし、∠BDE=∠dとし、∠DBE=xとする。
FIG. 8 is an enlarged view of the
この場合、∠EDF=∠90°−∠EFDである。ここで、三角形DFBにおいて、∠EFD=90°−xであるので、∠EDF=xとなる。入射角と反射角とは等しいので、∠EDF=∠FDA=xである。 In this case, ∠EDF = ∠90 ° −∠EFD. Here, in the triangle DFB, since EFD = 90 ° -x, EDF = x. Since the incident angle and the reflection angle are equal, ∠EDF = ∠FDA = x.
また、∠DBC=45°であるので、
∠b=45°−x ・・・式(1)
となる。また、三角形DEBにおいて、∠DEB=90°より、
∠d=90°−x ・・・式(2)
である。
Since ∠DBC = 45 °,
∠b = 45 ° −x Expression (1)
It becomes. Further, in triangle DEB, from ∠DEB = 90 °,
∠d = 90 ° −x Expression (2)
It is.
また、三角形ABCにおいて、外角∠cは内角の和に等しいので、
∠c=∠a+∠b・・・式(3)
である。また、三角形DABにおいて内角の和が180°であるので、
∠c=180°−(2x+d)−x=180−3x−d
=180°−3x−(90°−x)=90°−2x ・・・式(4)
である。
In the triangle ABC, the outer angle ∠c is equal to the sum of the inner angles,
∠c = ∠a + ∠b Formula (3)
It is. In addition, since the sum of the inner angles is 180 ° in the triangle DAB,
∠c = 180 ° − (2x + d) −x = 180−3x−d
= 180 ° -3x- (90 ° -x) = 90 ° -2x Equation (4)
It is.
式(3)=式(4)より、∠a=90°−2x−∠b=45°−x=∠bとなり、∠a=∠b=45°−xとなる。 From equation (3) = equation (4), ∠a = 90 ° −2x−∠b = 45 ° −x = ∠b, and ∠a = ∠b = 45 ° −x.
したがって、点Dにおいて反射された光は、光学素子130と成す角度が45°−xで点Cに入射する。反射角と出射角度とは等しいので、光学素子130により反射された光と、光学素子130とが成す角度は45°−x=∠a=∠bとなる。したがって、点Cで反射された光は、一点鎖線で示す筐体100aの下面と平行な方向に出射されるので、傾きの無い虚像を形成することができる。
Therefore, the light reflected at the point D is incident on the point C at an angle of 45 ° −x with the
なお、光学素子130および反射部材140の両方を傾ける代わりに、図9に示すような、傾斜をつけた微小ミラー143を配列させたミラー板を反射部材140として用い、反射部材140と表示装置110の表示面とは平行なまま、光学素子130だけを45°から前後に傾けるようにしてもよい。図9に示す反射部材140においては、垂直方向からの入射光が、微小ミラー143により所定角度だけ傾いて反射される。したがって、微小ミラー143の斜面の傾きを調整することで、傾きの無い虚像を形成することができる。図9に示す反射部材140を用いる場合、反射部材140(微小ミラー143)による反射光と光学素子130とが成す角度は45°以上である必要がある。
Instead of tilting both the
また、図10に示すように、反射部材140は表示装置110の表示面と平行なまま、光学素子130だけを45°から前後に傾けるようにしてもよい。光学素子130だけを45°から傾けると、光学素子130と表示面とが成す角度が45°からずれた分だけ、光学素子130により形成される虚像B1も、観察者1から見て前後に傾く。この場合、表示面と成す角度が45°である場合からずれた角度に応じて、表示装置110で表示する表示像に対して、虚像B1の傾きを補償するような補正(例えば、台形補正)を行うことで、傾きの無い虚像B1を形成することができる。この場合も、光学素子130と表示面とが成す角度が0より大きく90°未満である必要がある。
In addition, as shown in FIG. 10, only the
光学素子130や反射部材140を傾けることにより、装置サイズの増大の抑制を図ることができる。
By tilting the
(第3の実施形態)
上述した第1および第2の実施形態においては、複数の光学素子120,130を設け、各光学素子120,130により形成される虚像を重畳し、各虚像の距離を狭めることで、より存在感のある空間像を観察者1に視認させるようにしていた。ここで、より存在感のある空間像を観察者1に視認させるための方法としては、複数の虚像を重畳させる方法の他に、空間像を表示している空間(実空間)や実空間に配置された実物体を照明する方法がある。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments described above, a plurality of
図11は、実空間を照明する方法により、より存在感のある空間像を表示する本発明の第3の実施形態に係る空間像表示装置100Cの構成例を示す側面図である。図11において、図1と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 11 is a side view showing a configuration example of an aerial image display device 100C according to the third embodiment of the present invention that displays a more aerial image by a method of illuminating a real space. In FIG. 11, the same components as those in FIG.
図11に示す空間像表示装置100Cは、図1に示す空間像表示装置100と比較して、光学素子120を削除した点が異なる。
The aerial image display device 100C shown in FIG. 11 differs from the aerial
上述したように、光学素子130により、光学素子130に対応する表示領域の表示像の虚像B2が、光学素子130の奥側の端部からDだけ離れた位置に形成される。ここで、本実施形態においては、表示装置110の表示面は、図12に示すように、空間像生成用領域110aと、照明制御用領域110bという2つの領域に分けられている。
As described above, the
空間像生成用領域110aは、光学素子130に対応する表示領域であり、光学素子130により形成される虚像B2に対応する表示像A2を表示する領域である。
The aerial
照明制御用領域110bは、表示装置110の表示面における空間像生成用領域110aとは異なる領域であり、光学素子130による虚像B2が形成される実空間100b(筐体100a内において、観察者1から見て光学素子130の奥側の端部よりも奥側の空間)に対応する領域である。すなわち、照明制御用領域110bは、図12に示すように、観察者1から見て(X方向から見て)、空間像生成用領域110aよりも奥側に設けられている。照明制御用領域110bにおいては、虚像B2に連携して、実空間100bを照明する(実空間100b内を照らす)ための表示が行われる。
The
例えば、魚の像を示す虚像B2を形成し、照明制御用領域110bには、実空間100bにおいて、波の揺らぎを表現する照明効果が得られるような表示を行うことで、より存在感のある空間像を表示することができる。また、例えば、炎の像を示す虚像B2を形成し、照明制御用領域110bには、実空間100bにおいて、炎により照らされる光を表現する照明効果が得られるような表示を行うことで、より存在感のある空間像を表示することができる。
For example, a virtual image B2 representing a fish image is formed, and the
このように本実施形態においては、光学素子130に対応する空間像生成用領域110aから出射された光を光学素子130が透過し、その光学素子130を透過した光が反射部材140により反射された光を光学素子130により観察者1に向かう方向に反射することで、虚像B2を形成している。そのため、虚像B2は、光学素子130から離れた位置(光学素子130の奥側の端部よりもDだけ離れた位置)に形成される。虚像B2が光学素子130から離れた形成されることで、虚像B2が形成される実空間を照明することが可能となり、より存在感のある空間像を表示することができる。
As described above, in this embodiment, the
なお、本実施形態においては、表示装置110の表示面の一部に照明制御用領域110bを設け、照明制御用領域110bの表示により、実空間100bを照明する例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、表示装置110とは別に、実空間100bを照明するための構成を設けてもよい。
In the present embodiment, the
また、図13に示すように、実空間100bには、フィギュアやレリーフなどの実物体151を配置し、虚像B2と合わせて観察者1に視認させてもよい。
Further, as shown in FIG. 13, a
また、図13に示すように、照明制御用領域110bからの光が届く範囲に、照明制御用領域110bからの光を拡散あるいは収束するレンズ、導光板、プリズム、ミラーなどの光学素子152を配置してもよい。このような光学素子152を配置することで、より照明効果を高めることができる。
Further, as shown in FIG. 13, an
また、本実施形態においては、空間像表示装置100Cは、1つの光学素子130を備える例を用いて説明したが、これに限られるものではない。空間像表示装置100Cは、複数の光学素子120,130を備え、各光学素子120,130により形成される虚像を重畳するとともに、表示装置110の表示面の一部を照明制御用領域110bとし、各光学素子120,130により虚像が形成される実空間を、照明制御用領域110bの表示により照明するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the aerial image display device 100C has been described using an example including one
また、本実施形態においては、表示装置110の表示面を2つの領域に分ける例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、2つの表示装置を用意し、一方の表示装置の表示面を空間像生成用領域110aとし、他方の表示装置の表示面を照明制御用領域110bとしてもよい。
In the present embodiment, the display surface of the
また、本実施形態においても、反射部材140と光学素子130とがなす角度が略45°であり、光学素子130と表示面とがなす角度が0°より大きく90°未満であってもよい。また、反射部材140は、表示面に対して略平行に設けられ、反射部材140と光学素子130とがなす角度が45°から所定角度だけずれ、光学素子130と表示面とがなす角度が0°より大きく90°未満であってもよい。この場合、上述したように、反射部材140と光学素子130とがなす角度が45°からずれた所定角度に応じて、表示装置110で表示する表示像に対して、虚像B2の傾きを補償するような補正(例えば、台形補正)を行うことで、傾きの無い虚像B2を形成することができる。
Also in this embodiment, the angle formed by the reflecting
また、本実施形態において、反射部材140の代わりに、図6に示す、光学素子130を透過した光を複数回反射した後、光学素子130に向けて出射する反射部材140aを用いてもよい。
In the present embodiment, instead of the reflecting
なお、照明効果に対応する虚像を実物体に重畳させて形成する(プロジェクションマッピング)ことで、存在感のある空間像を表示することも考えられる。ただし、この方法では、実物体を照明する光自体を直接、調整することができず、観察者1に違和感が生じることがある。 It is also conceivable to display a spatial image with a presence by forming a virtual image corresponding to the illumination effect by superimposing it on a real object (projection mapping). However, with this method, the light itself that illuminates the real object cannot be directly adjusted, and the observer 1 may feel uncomfortable.
一方、本実施形態においては、照明制御用領域110bの表示を制御することで、実空間100bを照明する光自体を直接、調整することができるため、照明効果による違和感を低減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, by controlling the display of the
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。 Although the present invention has been described based on the drawings and embodiments, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included in the scope of the present invention.
100,100A、100B,100C 空間像表示装置
100a 筐体
100b 実空間
110 表示装置
120,130,130−1,130−2,120a 光学素子
140,140−1,140−2,140a 反射部材
141,142 ミラー
143 微小ミラー
151 実物体
152 光学素子
100, 100A, 100B, 100C Space
Claims (6)
前記光学素子を該光学素子に対応する空間像生成用領域と挟むように設けられた反射部材を備え、
前記光学素子は、前記空間像生成用領域からの出射光を透過し、該透過した光が前記反射部材により反射された光を前記観察者に向かう方向に反射することで虚像を形成し、
前記光学素子により虚像が形成される空間が照明されることを特徴とする空間像表示装置。 A virtual image of the display image of the aerial image generation area is formed by reflecting the emitted light from the aerial image generation area corresponding to the aerial image generation area which is a predetermined display area on the display surface of the display device. An aerial image display device comprising an optical element, allowing a viewer to visually recognize a virtual image formed by the optical element,
A reflection member provided so as to sandwich the optical element with an aerial image generation region corresponding to the optical element;
The optical element transmits light emitted from the aerial image generation region, and the transmitted light reflects light reflected by the reflecting member in a direction toward the observer, thereby forming a virtual image.
A space image display apparatus, wherein a space in which a virtual image is formed is illuminated by the optical element.
前記表示装置の表示面には、前記空間像生成用領域とは異なる表示領域であって、前記光学素子により虚像が形成される領域に対応する照明制御用領域が設けられ、
前記照明制御用領域の表示により、前記虚像が形成される空間が照明されることを特徴とする空間像表示装置。 The aerial image display device according to claim 1,
The display surface of the display device is provided with an illumination control area corresponding to an area where a virtual image is formed by the optical element, which is a display area different from the aerial image generation area,
A space image display device, wherein a space in which the virtual image is formed is illuminated by display of the illumination control area.
前記照明制御用領域からの光が届く範囲に設けられ、前記照明制御用領域からの光を拡散または収束させる光学素子をさらに備えることを特徴とする空間像表示装置。 The aerial image display device according to claim 1 or 2,
An aerial image display device, further comprising an optical element that is provided in a range in which light from the illumination control region reaches and diffuses or converges light from the illumination control region.
前記反射部材は、前記対応する光学素子を透過した光を複数回反射して、前記対応する光学素子に出射することを特徴とする空間像表示装置。 The aerial image display device according to any one of claims 1 to 3,
The aerial image display device, wherein the reflection member reflects the light transmitted through the corresponding optical element a plurality of times and emits the light to the corresponding optical element.
前記反射部材と該反射部材に対応する光学素子とが成す角度は略45°であり、前記光学素子と前記表示面とが成す角度は、0°より大きく90°未満であることを特徴とする空間像表示装置。 In the aerial image display device according to any one of claims 1 to 4,
The angle formed between the reflecting member and the optical element corresponding to the reflecting member is approximately 45 °, and the angle formed between the optical element and the display surface is greater than 0 ° and less than 90 °. Aerial image display device.
前記反射部材は前記表示面に対して略平行に設けられ、前記反射部材と該反射部材に対応する光学素子とが成す角度は45°から所定角度だけずれ、前記光学素子と前記表示面とが成す角度は、0°より大きく90°未満であり、
前記所定角度に応じて前記表示面の表示像の補正が行われることを特徴とする空間像表示装置。 In the aerial image display device according to any one of claims 1 to 5,
The reflecting member is provided substantially parallel to the display surface, and an angle formed by the reflecting member and the optical element corresponding to the reflecting member is shifted from 45 ° by a predetermined angle, and the optical element and the display surface are The angle formed is greater than 0 ° and less than 90 °,
The aerial image display device, wherein the display image on the display surface is corrected according to the predetermined angle.
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