JP2019105726A - 空中映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の厚みの増大を抑えながら、移動する観察者に空中像を長時間観察させることができるとともに、複数人での使用にも好適となる空中映像表示装置を提供する。【解決手段】空中映像表示装置１は、複数の表示部４と、平板状の空中映像表示素子２と、位置検出部５と、制御部９とを備える。空中映像表示素子２は、互いに対向する２つの主面２ａ・２ｂを有し、一方の主面２ａ側に位置する複数の表示部４の少なくとも１つから出射される光を内部で反射させて他方の主面２ｂ側の空中に導くことにより、少なくとも１つの表示部４に表示された映像の実像を空中に結像させる。制御部９は、位置検出部５によって検出された観察者１０１の位置に応じて、複数の表示部４の各々における映像の表示／非表示を切り替える。【選択図】図６

Description

本発明は、空中映像表示装置に関する。

従来から、被観察物からの光を、空中映像表示素子を介して空中に導くことにより、被観察物の実像を空中に結像させる空中映像表示装置が提案されている。上記の被観察物としては、例えば立体的な物体のほか、液晶表示装置などの表示部を用いることができる。このような空中映像表示装置では、空中映像表示素子と観察者の目との間の空中に、あたかも物体や映像が浮遊しているかのような表示が行われる。例えば、特許文献１では、１枚の液晶表示装置を平板状の空中映像表示素子に対して４５°〜７５°の角度で傾斜させることにより、浮遊感のある映像を空中像として結像させるようにしている。

国際公開第２０１１／０５２５８８号公報（請求項１、段落〔００１０〕、図１（ａ）等参照）

ところが、空中映像表示装置では、原理上、観察者が空中像を観察できる空間領域（観察可能範囲）が限られており、観察者は観察可能範囲内にいるときしか空中像を観察することができない。このため、例えば観察者が歩きながら空中像を観察しようとすると、観察者は移動中に観察可能範囲に入った瞬間でしか、空中像を観察することができず、空中像の長時間の観察が困難となる。また、観察可能範囲が限られているため、例えば複数人で空中像を観察しようとしても、全員を１つの観察可能範囲内に位置させることが困難であり、空中像の観察可能な人数に制約が生じる。このことは、空中映像表示装置が複数人での使用に適さないことを意味する。

このような問題を解決する方法として、例えば被観察物を大型化して空中像を大型化し、これによって上記の観察可能範囲を広げる方法も考えられる。しかし、特許文献１のように、空中映像表示素子に対して液晶表示装置を傾斜して配置する構成では、液晶表示装置の大型化は、装置全体の厚みを増大させる方向に働くため、望ましくはない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、装置の厚みの増大を抑えながら、移動する観察者に空中像を長時間観察させることができるとともに、複数人での使用にも好適となる空中映像表示装置を提供することにある。

本発明の一側面に係る空中映像表示装置は、複数の表示部と、互いに対向する２つの主面を有し、一方の主面側に位置する前記複数の表示部の少なくとも１つから出射される光を内部で反射させて他方の主面側の空中に導くことにより、少なくとも１つの前記表示部に表示された映像の実像を前記空中に結像させる平板状の空中映像表示素子と、観察者の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部によって検出された前記観察者の位置に応じて、前記複数の表示部の各々における映像の表示／非表示を切り替える制御部とを備えている。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、観察者が前記実像の観察可能範囲に存在する場合に、前記観察可能範囲に対応する表示部に映像を表示させてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、観察者が前記観察可能範囲から脱出した場合に、前記表示部において前記映像を非表示にしてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、前記観察者の位置の変化に応じて、前記複数の表示部間で映像の表示を切り替えてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、前記複数の表示部の各々に、同じ映像を順次表示させてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、前記複数の表示部の各々に、１つの情報を前記表示部の数だけ分割した分割情報を順次表示させてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、複数の観察者が複数の観察可能範囲にそれぞれ存在する場合に、前記複数の観察可能範囲のそれぞれに対応する各表示部に映像を同時に表示させてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記位置検出部は、前記観察者の位置を光学的に検知するカメラであってもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記観察可能範囲は、前記実像の結像位置に応じて予め設定された範囲であってもよい。

上記の空中映像表示装置は、前記観察者が所有する端末装置と通信するための通信部をさらに備え、前記制御部は、前記通信部を介して前記端末装置から取得した情報に基づいて、前記映像として表示するコンテンツを決定し、決定した前記コンテンツを前記表示部に表示させてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記端末装置から取得される前記情報は、前記観察者の属性情報であってもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記制御部は、前記カメラで取得される画像から得られる前記観察者の属性情報に基づいて、前記映像として表示するコンテンツを決定し、決定した前記コンテンツを前記表示部に表示させてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記属性情報は、前記観察者の性別、年齢、国籍、人種および人数の少なくともいずれかの情報を含んでいてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記空中映像表示素子は、平行な複数の反射面を各々が有する２つの基板を、各基板の反射面が平面視で直交するように積層した構成の光学素子であってもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記空中映像表示素子は、互いに垂直な反射面を同一基板にアレイ状に有する光学素子であってもよい。

上記の空中映像表示装置は、前記複数の表示部の各々から出射された光を反射させて前記空中映像表示素子に導く複数のミラーをさらに備え、前記複数のミラーは、互いに平行に位置するとともに、前記空中映像表示素子の前記一方の主面に対して傾斜して位置しており、前記複数のミラーは、任意の表示部から出射され、表裏の一方の側から入射する光を反射させるとともに、前記任意の表示部と隣り合う他の表示部から出射され、表裏の他方の側から入射する光を反射させる少なくとも１枚の両側反射ミラーを含んでいてもよい。

上記の空中映像表示装置において、前記複数のミラーは、各々の面法線が、前記空中映像表示素子の前記２つの主面に垂直な方向から見て、前記空中映像表示素子の互いに垂直な各反射面に対して４５°傾斜するように位置していてもよい。

前記複数のミラーにおいて、前記空中映像表示素子の一方の主面に平行な辺を長辺とし、前記長辺に垂直な辺を短辺とし、前記短辺の長さをＬ（ｍｍ）とし、前記表示部から出射されて隣り合うミラーを介して前記空中映像表示素子に入射する光線の前記空中映像表示素子の一方の主面とのなす角度をＡ（°）とし、前記空中映像表示素子と前記表示部との間の最短距離をＨ（ｍｍ）としたとき、
Ｈ＝Ｌ・ｓｉｎ（Ａ／２）
ただし、
Ａ＝２２．５°〜６７．５°
であってもよい。

前記複数のミラーのピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、
Ｐ≧Ｈ
を満足することが望ましい。

前記空中映像表示素子の一方の主面に対する前記複数のミラーの各々の傾斜角をθ（°）としたとき、
θ＝１１．２５°〜３３．７５°
であってもよい。

上記の構成によれば、装置の厚みの増大を抑えながら、移動する観察者に空中像を長時間観察させることができる。また、複数人での使用に好適な空中映像表示装置を実現することができる。

参考例の空中映像表示装置の概略の構成を示す説明図である。 上記空中映像表示装置が有する空中映像表示素子の概略の構成を模式的に示す斜視図である。 上記空中映像表示素子による２次元での実像の結像原理を示す説明図である。 ３次元空間での光線の反射を模式的に示す説明図である。 ３次元空間において、点光源から発せられた複数の光線が、別々の反射面を介して１点に集光する様子を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態の空中映像表示装置の概略の構成を示す説明図である。 上記空中映像表示装置の主要部を分解して示す斜視図である。 上記空中映像表示装置に用いられる両側反射ミラーの一構成例を示す断面図である。 上記両側反射ミラーの他の構成例を示す断面図である。 空中映像表示素子の主面に垂直な方向から見たときの、複数のミラーの面法線と空中映像表示素子の反射面との角度関係を模式的に示す説明図である。 観察者が移動する際の制御部による表示制御の一例を模式的に示す説明図である。 上記表示制御の他の例を模式的に示す説明図である。 複数の表示部に表示させる映像の一例を示す説明図である。 複数の表示部に表示させる映像の他の例を示す説明図である。 観察者が複数人いる場合の上記制御部による表示制御の一例を模式的に示す説明図である。 上記表示制御の他の例を模式的に示す説明図である。 任意の表示部に表示するコンテンツの一例を示す説明図である。 上記コンテンツの他の例を示す説明図である。 上記コンテンツのさらに他の例を示す説明図である。 上記空中映像表示素子の他の構成を示す平面図である。 図６の空中映像表示装置における各パラメータを示す説明図である。 上記空中映像表示装置の他の構成を示す説明図である。

本発明の実施の一形態に係る空中映像表示装置について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。

〔参考例の空中映像表示装置の構成〕
まず、本実施形態の空中映像表示装置について説明する前に、本実施形態の空中映像表示装置の前提となる参考例の空中映像表示装置について説明する。図１は、参考例の空中映像表示装置１ａの概略の構成を示す説明図である。参考例の空中映像表示装置１ａは、平板状の空中映像表示素子２と、表示部４とを備えている。

表示部４は、平板状のディスプレイで構成されている。このようなディスプレイとしては、例えば液晶表示装置を用いることができるが、有機ＥＬ（electro luminescence）表示装置などの他のディスプレイであってもよい。この表示部４は、空中映像表示素子２に対して傾斜して配置されている。

空中映像表示素子２は、互いに対向する２つの主面２ａ・２ｂを有している。上記した表示部４は、空中映像表示素子２の一方の主面２ａ側の空間に位置している。空中映像表示素子２は、表示部４からの光を内部で反射させて他方の主面２ｂ側の空中に導くことにより、表示部４に表示された映像の実像Ｍ（空中像）を空中に結像させる。このような空中映像表示素子２は、例えば、平行な複数の反射面（後述するミラー２１ｂまたはミラー３１ｂに相当）を各々が有する２つの基板（後述する光学プレート２０・３０に相当）を、各基板の反射面が平面視で直交するように積層した構成の光学素子で構成される。以下、空中映像表示素子２の構成について説明する。

図２は、空中映像表示素子２の概略の構成を模式的に示す斜視図である。空中映像表示素子２は、２枚の光学プレート２０・３０を貼り合わせて構成されている。一方の光学プレート２０は、光学プレート２０・３０の積層方向（例えばＺ方向）に垂直な面内で互いに垂直な２方向のうちの一方向（例えばＸ方向）に、接着層を介して複数のミラー素子２１を並べることによって形成されている。ミラー素子２１は、透明部材２１ａを有している。透明部材２１ａは、例えばガラスからなる直方体状の透明基板（透明体）であり、Ｙ方向に延びている。そして、透明部材２１ａにおいて、対向する２面（例えばＹＺ面に沿った２面）のうちの少なくとも一方の面に、アルミニウムなどの金属膜の蒸着によってミラー２１ｂが形成されている。

他方の光学プレート３０は、上記２方向のうちの他の方向（例えばＹ方向）に、接着層を介して複数のミラー素子３１を並べることによって形成されている。ミラー素子３１は、透明部材３１ａを有している。透明部材３１ａは、例えばガラスからなる直方体状の透明基板（透明体）であり、Ｘ方向に延びている。そして、透明部材３１ａにおいて、対向する２面（例えばＺＸ面に沿った２面）のうちの少なくとも一方の面に、アルミニウムなどの金属膜の蒸着によってミラー３１ｂが形成されている。

上記のようにＸ方向に複数のミラー素子２１を並べて配置した光学プレート２０と、上記のようにＹ方向に複数のミラー素子３１を並べて配置した光学プレート３０とをＺ方向に積層することにより、光学プレート２０のミラー２１ｂと光学プレート３０のミラー３１ｂとは、平面視で（Ｚ軸方向から見て）互いに直交する位置関係となる。このような構成の空中映像表示素子２を用いることにより、空中に映像を結像させることができる。以下、その結像原理について簡単に説明する。

図３は、２次元（ＺＸ平面内）での実像の結像原理を示している。点光源Ｐから発せられた複数の光線は、Ｚ軸に平行な反射面（ミラー２１ｂ）でそれぞれ反射され、Ｘ軸に対して点光源Ｐとは反対側の位置Ｐ’（点光源ＰとＸ軸に対して対称な位置）に集光する。これにより、位置Ｐ’にて、点光源Ｐの実像が結像される。

図４は、３次元空間（ＸＹＺ座標系）での光線の反射を模式的に示している。３次元空間では、点光源Ｏから発せられた光線Ａを、ＺＸ平面内の光線ａ１と、ＹＺ平面内の光線ａ２とに分解し、図３に倣って、それぞれの光線ａ１・ａ２のＺＸ平面内またはＹＺ平面内での反射を考えることで、光線ＡのＺ軸との交点を求めることができる。つまり、ＺＸ平面内の光線ａ１は、ＹＺ面に平行な反射面（ミラー２１ｂ）で反射された後、Ｚ軸に向かい、ＹＺ平面内の光線ａ２は、ＺＸ面に平行な反射面（ミラー３１ｂ）で反射された後、Ｚ軸に向かう。これらの光線ａ１・ａ２は、Ｚ軸上の１点、つまり、点Ｏ’で交わる。したがって、光線ａ１・ａ２の合成からなる光線Ａは、ミラー２１ｂおよびミラー３１ｂにて計２回反射した後、Ｚ軸上の点Ｏ’に向かうことになる。

図５は、３次元空間において、点光源Ｏから発せられた複数の光線が、別々の反射面を介して１点に集光する様子を模式的に示している。点光源Ｏから発せられた複数の光線は、図４と同様にして、ＹＺ面に平行な反射面（ミラー２１ｂ）およびＺＸ面に平行な反射面（ミラー３１ｂ）で反射され、Ｚ軸上の同じ点Ｏ’に集光する。これにより、点Ｏ’にて、点光源Ｏの実像が結像される。表示部４の表示画面に含まれる各点を上記の点光源Ｏとして考えれば、表示画面の上記各点と空中で対応する各点Ｏ’の位置に、各点の実像が結像されることがわかる。このようにして、表示部４に表示された映像の実像が空中に結像される。

なお、平面視で交差するように配置される各反射面での計２回反射を利用して空中に映像を結像させる方式のことを、コーナーミラー方式と呼ぶことがある。本実施形態の空中映像表示素子２もコーナーミラー方式を採用しているが、コーナーミラー方式の空中映像表示素子は、一方の主面２ａ側に配置される表示部４の実像を他方の主面２ｂ側の空中に結像させる結像素子（マイクロミラーアレイ、リフレクタアレイ、光学結像装置、反射型面対称結像素子群などを含む）であると言うこともできる。

〔本実施形態の空中映像表示装置〕
次に、本実施形態の空中映像表示装置について説明する。図６は、本実施形態の空中映像表示装置１の概略の構成を示す説明図である。本実施形態の空中映像表示装置１は、平板状の空中映像表示素子２と、複数のミラー３と、複数の表示部４と、位置検出部５と、制御ユニット６とを備えている。以下、参考例とは異なる部分について説明する。

複数の表示部４は、互いに平行に配置されているとともに、空中映像表示素子２の一方の主面２ａに沿う一方向に並んで配置されている。また、複数の表示部４は、主面２ａに対して傾斜している。複数の表示部４の主面２ａに対する傾斜角は、例えば４５°であるが、この数値に限定されるわけではない。

なお、本実施形態では、複数の表示部４が一方向に並ぶため、使用する空中映像表示素子２も各表示部４をカバーする大きさで形成される必要である。このような空中映像表示素子２は、ある大きさの空中映像表示素子を複数並列につなぎ合わせて構成されてもよいし、全体として１つの（複数のつなぎ合わせではない）空中映像表示素子で構成されてもよい。

位置検出部５は、観察者１０１の位置を検出する光学素子である。本実施形態では、位置検出部５は、観察者１０１の位置を光学的に検知するカメラで構成されている。このカメラは、画像認識機能を有しており、撮影によって取得された画像に対して、所定のアルゴリズムに基づいた画像認識処理を行うことにより、観察者１０１の存在の有無および位置を検知することができる。位置検出部５にて取得された情報（例えば観察者１０１の位置情報）は、制御ユニット６に送られる。

なお、位置検出部５は、例えば投光部および受光部を備え、投光部から出射された光の受光部での受光状態に応じて、観察者の位置を検出する構成であってもよい。例えば投光部と受光部との間に観察者が位置していると、投光部から出射される光の一部が観察者によって遮られて受光部で受光されなくなるため、観察者の存在（位置）を検出することができる。その他、位置検出部５は、公知の手法（例えばLight Coding方式（パターン照射方式）やＴＯＦ（Time of Flight）方式）で観察者の位置を検出するセンサで構成されてもよい。

制御ユニット６は、主に各表示部４における映像の表示を制御するために設けられており、通信部７と、記憶部８と、制御部９とを含む。通信部７は、観察者１０１が所有する端末装置１０１ａと通信するための通信インターフェースであり、アンテナ、送受信回路、変調回路、復調回路などを含んで構成される。端末装置１０１ａとしては、例えばスマートフォンやタブレットなどの携帯端末のほか、ノート型のパーソナルコンピュータなどを想定することができる。端末装置１０１ａと通信部７との間の通信は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信規格に基づいて行われるが、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）などの高速無線通信規格に基づいて行われてもよい。

記憶部８は、制御部９を動作させるための動作プログラムのほか、外部（位置検出部５、端末装置１０１ａ）から送信される情報を記憶するメモリであり、例えばハードディスクや不揮発性メモリで構成されている。

制御部９は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）で構成されており、制御ユニット６を含む空中映像表示装置１の各部の動作を制御する。特に、制御部９は、位置検出部５によって検出された観察者１０１の位置に応じて、複数の表示部４の各々における映像の表示／非表示を切り替える。なお、制御部９による表示の切り替え制御の詳細については後述する。

複数のミラー３は、複数の表示部４と空中映像表示素子２との間の光路中に配置されており、各表示部４から出射された光を反射させて空中映像表示素子２に導く。複数のミラー３は、互いに平行に位置するとともに、空中映像表示素子２の一方の主面２ａに対して傾斜して位置している。複数のミラー３の主面２ａに対する傾斜角は、例えば２２．５°であるが、この数値に限定されるわけではない。

図７は、本実施形態の空中映像表示装置１の主要部を分解して示す斜視図である。複数のミラー３は、枠状の保持フレーム４０によって一体的に保持されている。保持フレーム４０は、対向する２つの保持プレート４１・４１と、２つの保持プレート４１・４１の両端同士を連結する連結プレート４２・４２とを有しており、これらの端部を連結することで全体として枠状に形成されている。なお、図７では、便宜的に、保持フレーム４０を一部分解して示している。保持プレート４１・４１には、各ミラー３の端部を保持するための切り込み４１ａが、空中映像表示素子２の主面２ａに対して傾斜して形成されている。したがって、複数のミラー３の端部を切り込み４１ａに挿入して保持フレーム４０に保持したときに、複数のミラー３は、空中映像表示素子２の主面２ａに対して傾斜して位置する。なお、複数のミラー３は、主面２ａに対して傾斜するように、対応する保持部材によって１枚１枚個別に保持されていてもよい。

また、複数のミラー３は、少なくとも１枚の両側反射ミラー３ａを含んでいる。両側反射ミラー３ａは、任意の表示部４から出射され、表裏の一方の側から入射する光を上記一方の側に反射させるとともに、任意の表示部４と隣り合う他の表示部４から出射され、表裏の他方の側から入射する光を上記他方の側に反射させるミラーである。このような両側反射ミラー３ａは、基板の少なくとも一方の面に反射膜を形成して構成される。より具体的には、以下の通りである。

図８は、両側反射ミラー３ａの一構成例を示す断面図である。両側反射ミラー３ａは、透明なガラスや樹脂からなる基板５１の両面に反射膜５２（５２ａ・５２ｂ）をそれぞれ形成して構成される（両面反射ミラーとも呼ばれる）。この構成では、両側反射ミラー３ａに対して一方の側（例えば表面側）から入射する光は、基板５１に対して上記一方の側に位置する反射膜５２ａで反射され、上記一方の側に出射される。また、両側反射ミラー３ａに対して他方の側（例えば裏面側）から入射する光は、基板５１に対して上記他方の側に位置する反射膜５２ｂで反射され、上記他方の側に出射される。つまり、両側反射ミラー３ａに入射する光は、基板５１に対して上記光の入射側に位置する反射膜５２によってそれぞれ反射されて、入射側の空間にそれぞれ出射される。

図９は、両側反射ミラー３ａの他の構成例を示す断面図である。両側反射ミラー３ａは、透明なガラスや樹脂からなる基板５１の片面にのみ反射膜５２を形成して構成されていてもよい。この構成では、両側反射ミラー３ａに対して一方の側（例えば表面側、反射膜５２の形成側とは反対側）から入射する光は、空気層と基板５１との界面で屈折して基板５１内部に進入し、裏面側の反射膜５２で反射された後に再度基板５１を通過して上記一方の側（空気層側）に出射される。また、基板５１に対して他方の側（例えば裏面側、反射膜５２の形成側）から入射する光は、反射膜５２で反射され、上記他方の側に出射される。したがって、この構成では、両側反射ミラー３ａに対して互いに反対側から入射する光は、同じ反射膜５２で反射されるが、反射後は、光の入射側の空間にそれぞれ出射される。

本実施形態では、複数のミラー３が平行に並ぶ一方向において、両端のミラー３・３の間に位置するミラー３が、上記した両側反射ミラー３ａで構成されている。なお、上記両端のミラー３も含めて全てのミラー３が、両側反射ミラー３ａで構成されていてもよい。また、上記両端のミラー３は、片側から入射する光のみを反射させる片面反射ミラーであってもよい。このような片面反射ミラーは、例えば図８で示した両面反射ミラー３ａにおいて、一方の反射膜５２ａの代わりに遮光膜を形成することによって容易に実現することができる。

また、図１０は、複数のミラー３の各々の面法線Ｎを、空中映像表示素子２の２つの主面２ａ・２ｂに垂直な方向から見たときの、面法線Ｎと空中映像表示素子２の反射面（ミラー２１ｂ・３１ｂ）との角度関係を模式的に示している。同図のように、複数のミラー３は、各々の面法線Ｎが、上記主面２ａ・２ｂに垂直な方向から見て、互いに垂直な各ミラー２１ｂ・３１ｂに対してそれぞれ所定角度だけ傾斜するように位置している。上記所定角度は特に限定されず、本実施形態では、例えば４５°である。なお、０°および９０°は、各ミラー２１ｂ・３１ｂに対して「傾斜」する角度にならないため（平行または垂直となる角度であるため）、上記所定角度には含まれない。

上記の構成において、各表示部４から出射される光は、上記した複数のミラー３のうち、隣り合うミラー３・３を介して空中映像表示素子２に入射し、空中映像表示素子２の内部での反射によって空中の結像位置に導かれる。より詳しくは、以下の通りである。

例えば、図６のように、各表示部４として、２つの表示部４ａ・４ｂが設けられており、一方向に並ぶ複数の（ここでは３枚の）ミラー３の間隔が、各表示部４ａ・４ｂの幅に対応して設定されているとする。また、３枚のミラー３のうち、少なくとも中央のミラー３は両側反射ミラー３ａであるとする。この場合、一端部のミラー３と中央の両側反射ミラー３ａとは、表示部４ａに対応する一対のミラー３・３を構成し、中央の両側反射ミラー３ａと他端部のミラー３とは、表示部４ｂに対応する一対のミラー３・３を構成する。

表示部４ａから出射される光束は、一端側のミラー３で反射された後、上記ミラー３と隣り合う中央の両側反射ミラー３ａで反射され、空中映像表示素子２の主面２ａに入射する。したがって、例えば、表示部４ａから表示面に垂直な方向に出射される光線Ｌ１は、対応する一対のミラー３・３（両側反射ミラー３ａを含む）を介して、空中映像表示素子２の主面２ａに対して入射角４５°で入射する。

また、表示部４ｂから出射される光束は、中央の両側反射ミラー３ａで反射された後、上記両側反射ミラー３ａと隣り合う他端側のミラー３で反射され、空中映像表示素子２の主面２ａに入射する。したがって、例えば、表示部４ｂから表示面に垂直な方向に出射される光線Ｌ２は、対応する一対のミラー３・３（両側反射ミラー３ａを含む）を介して、空中映像表示素子２の主面２ａに対して入射角４５°で入射する。

空中映像表示素子２は、各表示部４ａ・４ｂから出射されて、対応する一対のミラー３・３を介して入射する光束を、各表示部４ａ・４ｂとは反対側の空中にそれぞれ導く。これにより、各表示部４ａ・４ｂに表示された映像の実像Ｍ１・Ｍ２が、空中で異なる位置にそれぞれ結像される。ここで、各表示部４ａ・４ｂは主面２ａに沿う一方向に離間して並んでおり、複数のミラー３も主面２ａに沿う一方向に離間して並んでいるため、空中での実像Ｍ１・Ｍ２の結像位置も、各表示部４ａ・４ｂに対応して、主面２ａ（主面２ｂ）に沿う一方向に離間して並び、各実像Ｍ１・Ｍ２が主面２ｂに対して傾斜するように結像される。したがって、観察者は、各実像Ｍ１・Ｍ２の観察可能範囲に位置するときに、それぞれの実像を観察することができる。

ここで、上記の観察可能範囲とは、観察者が実像を観察することができる空間領域を指し、空中に結像される実像の結像位置に応じて予め設定された範囲を指す。例えば、後で登場する図１１を使って説明すると、実像Ｍ１についての観察可能範囲Ｒ１は、実像Ｍ１に対して空中映像表示素子２とは反対側の空間で一定の範囲（ハッチング部分）を指す。同様に、実像Ｍ２についての観察可能範囲Ｒ２は、実像Ｍ２に対して空中映像表示素子２とは反対側の空間で一定の範囲（ハッチング部分）を指す。

なお、以上では、表示部４が２つの表示部４ａ・４ｂを有し、３つのミラー３（両側反射ミラー３ａを含む）を用いて各実像Ｍ１・Ｍ２を空中に結像する例について説明したが、表示部４がＮ個（Ｎは２以上の整数とする）である場合、上記と同様に考えて、（Ｎ＋１）個のミラー３を用いればよい。このとき、両側反射ミラー３ａは、少なくとも（Ｎ−１）個用いればよい。このようにすることで、各表示部４からの光束を、各表示部に対応する一対のミラー３・３（両側反射ミラー３を含む）で反射させて、空中映像表示素子２を介して空中に導き、各表示部４に表示された映像の実像を空中に結像させることができる。

以上のように、本実施形態では、空中映像表示素子２と表示部４との間に、複数のミラー３が互いに平行に位置するとともに、空中映像表示素子２の一方の主面２ａに対して傾斜して位置している。そして、複数のミラー３は、少なくとも１枚の両側反射ミラー３ａを含む。両側反射ミラー３ａは、任意の表示部４（例えば表示部４ａ）から出射され、表裏の一方の側から入射する光を反射させるとともに、に任意の表示部４と隣り合う表示部４（例えば表示部４ｂ）から出射され、表裏の他方の側から入射する光を反射させる。これにより、各表示部４ａ・４ｂからの光の光路が両側反射ミラー３ａおよびそれと隣り合うミラー３で折り曲げられるため、空中映像表示素子２に対して表示部４側の空間を小さくすることができる。したがって、例えば複数の反射ミラー３を用いない参考例の構成（図１参照）に比べて、装置の薄型化を図ることが容易となる。

また、少なくとも１枚の両側反射ミラー３ａは、複数のミラー３が平行に並ぶ一方向において、両端のミラー３・３の間に位置している。これにより、異なる表示部４ａ・４ｂから出射される各光束を、単一の両側反射ミラー３ａでの表面側および裏面側での反射によって、空中映像表示素子２に確実に入射させることができる。

また、両側反射ミラー３ａは、表示部４（例えば表示部４ａ）から出射され、両側反射ミラー３ａと隣り合うミラー３（例えば配列方向の一端側のミラー３）で反射されて、両側反射ミラー３ａの一方の面側から入射する光を反射させて空中映像表示素子２に導くとともに、上記表示部４と隣り合う他の表示部４（例えば表示部４ｂ）から出射され、両側反射ミラー３ａの他方の面側から入射する光を反射させて、両側反射ミラー３ａと他方の面側で隣り合うミラー３（例えば配列方向の他端側のミラー３）に入射させる。このような両側反射ミラー３ａを用いることにより、各表示部４ａ・４ｂからの光の光路を折り曲げて、装置の薄型化を図ることが確実に可能となる。

また、空中映像表示素子２は、平行な複数の反射面（ミラー２１ｂまたはミラー３１ｂ）を各々が有する２つの基板（光学プレート２０・３０）を、各基板の反射面が平面視で直交するように積層した構成の光学素子である。このような２層構成の空中映像表示素子２を用いる構成で、本実施形態の効果を得ることができる。

また、複数のミラー３は、各々の面法線Ｎが、空中映像表示素子２の２つの主面２ａ・２ｂに垂直な方向から見て、空中映像表示素子２の互いに垂直な反射面（ミラー２１ｂ、ミラー３１ｂ）のそれぞれに対して所定角度だけ傾斜するように位置している（図１０参照）。このような複数のミラー３の傾斜により、各ミラー３で反射されて空中映像表示素子２に入射する光を、空中映像表示素子２の互いに垂直なミラー２１ｂおよびミラー３１ｂで１回ずつ反射させて空中に導くことができる。つまり、複数のミラー３を用いる構成であっても、空中映像表示素子２による空中像の結像を阻害することなく、装置の薄型化を図ることができる。

特に、上記の所定角度が４５°である場合、表示部４から複数のミラー３を介して空中映像表示素子２に入射する光の入射方向と、上記光がミラー２１ｂおよびミラー３１ｂで１回ずつ反射されて空中映像表示素子２から空中に出射される光の出射方向とが、どちらも、２つの主面２ａ・２ｂに垂直な方向から見て、ミラー２１ｂおよびミラー３１ｂに対して４５°の方向となる。したがって、ミラー２１ｂおよびミラー３１ｂに対して上記４５°の方向から空中像を観察させる構成に複数のミラー３を組み合わせて、装置の薄型化を図ることができる。

また、本実施形態では、複数の表示部４は、空中映像表示素子２の主面２ａに対して傾斜しているため、各表示部４から出射される正面輝度の高い光（表示面に垂直な方向に出射される光）を、一対のミラー３・３および空中映像表示素子２を介して空中の結像位置に導くことができる。これにより、明るい空中像を観察者に提供することができる。

〔表示の切り替え制御の詳細について〕
次に、制御部９による各表示部４の表示の切り替え制御の詳細について説明する。上記したように、制御部９は、位置検出部５によって検出された観察者の位置に応じて、複数の表示部４の各々における映像の表示／非表示を切り替える。具体的には、以下の通りである。

（観察者が１人で移動する場合）
図１１および図１２は、観察者が平板状の空中映像表示素子２に沿って移動する際の、制御部９による表示制御を模式的に示している。なお、これらの図中、符号Ｅは、観察者の眼の位置を示しており、上記眼の位置で観察者の位置を示す。また、実像Ｍ１の観察可能範囲Ｒ１および実像Ｍ２の観察可能範囲Ｒ２の情報は、制御ユニット６の記憶部８に予め記憶されているとする。

位置検出部５で取得された情報（例えば観察者の位置情報）は、制御ユニット６に送られる。制御部９は、上記観察者の位置情報と、記憶部８に記憶された観察可能範囲Ｒ１の情報とに基づき、観察者が観察可能範囲Ｒ１に位置していると判断すると、観察可能範囲Ｒ１に対応する表示部４ａ、つまり、観察可能範囲Ｒ１で観察可能な実像Ｍ１の結像位置に向かう光を出射する表示部４ａに、実像Ｍ１の元となる映像を表示させる（図１１参照）。これにより、観察者は、表示部４ａに表示された映像の実像Ｍ１を観察することが可能となる。このとき、制御部９は、表示部４ａと隣り合う表示部４ｂにおける映像を非表示にしており、表示部４ｂに対応する実像Ｒ２は空中に結像されていない。

次に、観察者が移動して、実像Ｍ１の観察可能範囲Ｒ１から脱出すると、そのときの観察者の位置情報が位置検出部５から制御ユニット６に送られる。制御部９は、上記観察者の位置情報と、記憶部８に記憶された観察可能範囲Ｒ１の情報とに基づき、観察者が観察可能範囲Ｒ１から脱出したと判断すると、表示部４ａにおいて映像を非表示にする。これにより、実像Ｒ１の表示が空中から消える。

続いて、観察者が移動して、実像Ｍ２の観察可能範囲Ｒ２に入ると、そのときの観察者の位置情報が位置検出部５から制御ユニット６に送られる。制御部９は、上記観察者の位置情報と、記憶部８に記憶された観察可能範囲Ｒ２の情報とに基づき、観察者が実像Ｍ２の観察可能範囲Ｒ２に存在していると判断すると、観察可能範囲Ｒ２に対応する表示部４ｂ、つまり、観察可能範囲Ｒ２で観察可能な実像Ｍ２の結像位置に向かう光を出射する表示部４ｂに、実像Ｍ２の元となる映像を表示させる（図１２参照）。これにより、観察者は、表示部４ｂに表示された映像の実像Ｍ２を観察することが可能となる。

さらに、観察者が移動して、実像Ｍ２の観察可能範囲Ｒ２から脱出すると、そのときの観察者の位置情報が位置検出部５から制御ユニット６に送られる。制御部９は、上記観察者の位置情報と、記憶部８に記憶された観察可能範囲Ｒ２の情報とに基づき、観察者が観察可能範囲Ｒ２から脱出したと判断すると、表示部４ｂにおいて映像を非表示にする。これにより、実像Ｒ２の表示が空中から消える。

図１３は、複数の表示部４ａ・４ｂに表示させる映像の一例を示している。制御部９は、複数の表示部４ａ・４ｂの各々に映像を表示させる際に、同じ映像を順次表示させてもよい。同図では、外国人観光客向けに「ＷＥＬＣＯＭＥ ＴＯ ＪＡＰＡＮ」の文字を映像として各表示部４ａ・４ｂに表示させた状態を示している。なお、上記した切り替え制御により、各表示部４ａ・４ｂの表示は同時には行われない。上記のように各表示部４ａ・４ｂに同じ映像を表示することにより、観察者は、観察可能範囲Ｒ１の位置でも、観察可能範囲Ｒ２の位置でも、同じ実像（「ＷＥＬＣＯＭＥ ＴＯ ＪＡＰＡＮ」）を繰り返し観察することになる。

また、図１４は、複数の表示部４ａ・４ｂに表示される映像の他の例を示している。例えば、観察者に対してある一続きの（連続性のある）メッセージや警告を行う場合、制御部９は、メッセージ等の情報を表示部４の数だけ（ここでは２つに）分割した分割情報を、各表示部４ａ・４ｂに順に表示させてもよい。同図では、「ＷＥＬＣＯＭＥ ＴＯ ＪＡＰＡＮ」の一続きのメッセージを２つに分割し、「ＷＥＬＣＯＭＥ」の文字を映像として表示部４ａに表示させ、残りの「ＴＯ ＪＡＰＡＮ」の文字を映像として表示部４ｂに表示させた状態を示している。この場合、観察者は、観察可能範囲Ｒ１の位置と、観察可能範囲Ｒ２の位置とで、異なる映像の実像を観察するが、移動によって順に観察される各実像から、全体として一続きのメッセージ（「ＷＥＬＣＯＭＥ ＴＯ ＪＡＰＡＮ」）を把握することが可能となる。

（観察者が複数人いる場合）
図１５および図１６は、観察者が複数人いる場合の（ここでは２人とする）、制御部９による表示制御を模式的に示している。なお、これらの図中、符号Ｅ１は、一方の観察者の眼の位置を示し、符号Ｅ２は、他方の観察者の眼の位置を示し、各眼の位置で各観察者の位置を示す。

位置検出部５で取得された情報（例えば各観察者の位置情報）は、制御ユニット６に送られる。制御部９は、各観察者の位置情報と、記憶部８に記憶された観察可能範囲Ｒ１・Ｒ２の情報とに基づき、一方の観察者が観察可能範囲Ｒ１に位置しており、他方の観察者が観察可能範囲Ｒ２に位置していると判断すると、観察可能範囲Ｒ１に対応する表示部４ａにおいて、実像Ｍ１の元となる映像を表示させるとともに、観察可能範囲Ｒ２に対応する表示部４ｂにおいて、実像Ｍ２の元となる映像を表示させる（図１５参照）。これにより、一方の観察者は、表示部４ａに表示された映像の実像Ｍ１を観察することが可能となり、他方の観察者は、表示部４ｂに表示された映像の実像Ｍ２を観察することが可能となる。

次に、一方の観察者が移動して、実像Ｍ１の観察可能範囲Ｒ１から脱出し、他方の観察者が移動して、実像Ｍ２の観察可能範囲Ｒ２から脱出すると、そのときの各観察者の位置情報が位置検出部５から制御ユニット６に送られる。制御部９は、上記各観察者の位置情報と、記憶部８に記憶された観察可能範囲Ｒ１・Ｒ２の情報とに基づき、各観察者が観察可能範囲Ｒ１・Ｒ２から脱出したと判断すると、表示部４ａ・４ｂにおいて映像を非表示にする（図１６参照）。この結果、実像Ｒ１・Ｒ２の各表示が空中から消える。

〔効果〕
以上のように、制御部９は、位置検出部５によって検出された観察者の位置に応じて、複数の表示部４の各々における映像の表示／非表示を切り替える。これにより、観察者が移動する場合でも、同じ観察者に連続して空中像（実像Ｍ１・Ｍ２）を観察させることができ（図１１、図１２参照）、空中像を長時間観察させることができる。また、観察者が複数人いる場合でも、各観察者に同時に空中像を観察させることが可能となり（図１５参照）、複数人での使用（空中像の観察）に好適な空中映像表示装置１を実現することができる。しかも、大型の表示部４を用いて空中像の観察可能範囲を広げなくても、上記の効果を得ることができるため、装置の厚みの増大は抑えられる。つまり、装置の薄型の構成で、上記した本実施形態の効果を得ることができる。

また、制御部９は、観察者が実像の観察可能範囲（例えば観察可能範囲Ｒ１）に存在する場合に、対応する表示部４（例えば表示部４ａ）に、実像の元となる映像を表示させる。これにより、観察者は、観察可能範囲において、対応する表示部４に表示された映像の実像を確実に観察することが可能となる。

また、制御部９は、観察者が上記観察可能範囲（例えば観察可能範囲Ｒ１）から脱出した場合に、上記の表示部４（例えば表示部４ａ）において映像を非表示にする。観察者が観察可能範囲から脱出すると、上記観察可能範囲に対応する実像を観察者は観察することができず、そのような実像の表示は無駄となる。したがって、映像を非表示にすることにより、無駄な空中表示をなくすことができる。また、一旦映像を非表示としておくことにより、次に、観察者が観察可能範囲に位置したときに、表示部４を「非表示」から「表示」に瞬時に切り替えて、実像を瞬時に空中に表示させることができる。この場合、実像を常時表示しておくよりも、観察者の目を引きやすくすることができ（アイキャッチ効果）、観察者に空中像の注視を促すことが容易となる。

また、図１１および図１２で示した制御から、制御部９は、観察者の位置の変化に応じて、複数の表示部４ａ・４ｂ間で映像の表示を切り替えているとも言える。このような映像表示の切り替えにより、観察者の移動に追従するように、空中像の表示も切り替えて、観察者に空中像を時間的に長く観察させることが可能となる。

また、図１３で示したように、制御部９が、複数の表示部４ａ・４ｂの各々に、同じ映像を順次表示させる場合、移動する観察者は、各表示部４ａ・４ｂでの映像表示によって空中に結像される同じ空中像を、異なる位置で連続して観察することができる。これにより、観察者は移動しながら同じ空中像を長時間観察することが可能となる。

また、図１４で示したように、制御部９が、複数の表示部４ａ・４ｂの各々に、１つの情報（一続きのメッセージ等）を表示部の数だけ分割した分割情報を順次表示させる場合、観察者の位置（空中像を観察する場所）によって、空中像として提示される情報が異なる（内容が変化する）。このため、個々の情報（分割情報）に観察者の目が行きやすくなり、観察者に各々の空中像を注視させる効果が高くなる。

また、制御部９は、複数の観察者が複数の観察可能範囲（例えば観察可能範囲Ｒ１・Ｒ２）にそれぞれ存在する場合に、複数の観察可能範囲のそれぞれに対応する各表示部（例えば表示部４ａ・４ｂ）に映像を同時に表示させる（図１５参照）。これにより、観察者が複数人いる場合でも、各観察者は同時に空中像を観察することが可能となる。

また、本実施形態では、位置検出部５は、カメラで構成されている。この場合、カメラで取得された２次元的な画像に対して画像認識を行って、観察者の存在の有無および位置を確実に検出することができる。なお、本実施形態では、カメラ自体が画像認識を行う例について説明したが、制御ユニット６（制御部９）がカメラからの画像データを受け取って画像認識を行うようにしてもよい。

また、上記した観察可能範囲は、空中に結像される各実像の結像位置に応じて予め設定された範囲である。観察可能範囲が予め設定された一定の範囲であるため、上記観察可能範囲における観察者の存在の有無に基づいて各表示部の表示を制御して、移動する観察者または複数人の観察者に実像を観察させる本実施形態の効果を確実に得ることができる。

〔観察者の属性に基づく表示制御について〕
本実施形態では、図６で示したように、空中映像表示装置１の制御ユニット６が通信部７を有しており、観察者１０１が所有する端末装置１０１ａと通信可能である。したがって、制御部９は、通信部７を介して端末装置１０１ａから取得した情報に基づいて、各表示部４における映像表示を制御することが可能である。以下、このような表示制御について説明する。

なお、ここでは、観察者１０１の端末装置１０１ａに、ユーザ情報として、観察者１０１の氏名、年齢、性別、国籍、人種などの属性情報が予め記憶（登録）されているとする。また、観察者１０１は、端末装置１０１ａにおいて、外部との通信によって送信可能な情報を予め設定することができ、ここでは、観察者１０１の氏名以外の情報を送信可能に設定しているとする。

制御ユニット６が通信部７を介して端末装置１０１ａと通信し、観察者１０１の情報を取得すると、制御部９は、端末装置１０１ａから取得した上記情報に基づいて、映像として表示するコンテンツを決定し、決定したコンテンツを表示部４に表示させる。

例えば、制御部９は、端末装置１０１ａから取得した情報から、観察者１０１の国籍が「アメリカ」であると判断した場合、映像として表示するコンテンツとして、例えば英語表記のコンテンツを記憶部８から抽出して決定し、決定したコンテンツを表示部４に表示させる。図１７は、例えば施設の入口（entrance）を案内する案内表示をコンテンツとして選択（決定）して、表示部４ａに表示させた例を示している。観察者１０１が他の国籍である場合には、制御部９は、その国籍に応じた言語での案内表示を記憶部８から選択して表示部４ａに表示させることになる。また、制御部９は、観察者１０１の国籍ではなく人種を把握した場合でも、その人種から使用言語を概ね推定できるため、その推定した言語での案内表示を記憶部８から選択して表示部４ａに表示させることになる。

また、制御部９は、端末装置１０１ａから取得した情報に、観察者１０１の性別が含まれている場合、映像として表示するコンテンツとして、例えば性別に応じて案内の異なるコンテンツを記憶部８から抽出して決定し、決定したコンテンツを表示部４に表示させてもよい。図１８は、コンテンツとして、例えばトイレ（restroom）を案内する案内表示を選択（決定）して、表示部４ａに表示させた例を示している。

また、制御部９は、観察者１０１が複数人存在する場合、各観察者１０１のそれぞれの端末装置１０１ａから各観察者１０１の情報を取得することで、観察者１０１の人数を把握することができる。したがって、制御部９は、各端末装置１０１ａから取得される情報に含まれる観察者１０１の年齢と、観察者１０１の人数とに応じて、例えば施設の入場料金を自動計算し、その結果を表示部４に表示させることも可能である。図１９は、観察者１０１の年齢および人数に基づいて施設の入場料を自動計算して表示部４ａに表示させたコンテンツの例を示している。なお、図１９では、表示部４ａにコンテンツを日本語で表示しているが、表示言語は、観察者１０１の国籍に応じた言語であればよい。

以上のように、制御部９は、通信部７を介して端末装置１０１ａから取得した情報に基づいて、映像として表示するコンテンツを決定し、決定したコンテンツを表示部４に表示させる。これにより、端末装置１０１ａを所有する観察者１０１に関係のあるコンテンツのみを表示部４に表示させて、観察者１０１に有効な情報を空中像として提供することが可能となる。

特に、端末装置１０１ａから取得される情報は、観察者１０１の属性情報であるため、観察者１０１の属性に応じた適切な情報を空中像として提供することが可能となる。

また、上記の属性情報が、観察者１０１の性別、年齢、国籍、人種および人数の少なくともいずれかの情報を含むため、これらの属性情報に応じた適切な空中像を提供することが可能となる。

ところで、本実施形態では、位置検出部５としてのカメラで取得される画像からも、観察者１０１の属性情報を取得することが可能である。例えば、カメラで取得された画像から、画像認識（例えば顔認証）によって、観察者１０１の性別、年齢、国籍、人種または人数を把握することができる。なお、画像認識は、上述したように、カメラで行われてもよいし、制御ユニット６（例えば制御部９）で行われてもよい。

したがって、制御部９は、上記カメラで取得される画像から得られる観察者１０１の属性情報に基づいて、端末装置１０１ａとの通信による上述の表示制御と同様の制御を行ってもよい。つまり、上記画像から得られる上記属性情報に基づいて、映像として表示するコンテンツを決定し、決定したコンテンツを表示部４に表示させてもよい。この場合でも、観察者１０１に関係のあるコンテンツのみを表示部４に表示させて、観察者１０１に有効な情報を空中像として提供することができる。

なお、観察者１０１の国籍や人種については、画像認識による判断精度を高めることは一般的に困難であるが、例えばマイク等の音声入力部によって観察者１０１の音声情報を取得し、音声認識と併用することで、観察者１０１が英語圏の国籍または人種であるか、他の言語の国籍または人種であるかを推定し、これによって判断精度を高めてもよい。

〔空中映像表示素子の他の構成〕
図２０は、本実施形態で用いる空中映像表示素子２の他の構成を示す平面図である。同図のように、空中映像表示素子２は、互いに垂直な反射面６１・６２を同一の基板６０にアレイ状に有する光学素子であってもよい。基板６０には、断面正方形の孔６０ａが複数形成されており、孔６０ａの４つの内面のうち、互いに垂直に交わる２つの面（隣り合う２つの面）に反射膜がそれぞれ形成されて、上記の反射面６１・６２が構成されている。なお、孔６０ａの４面全てに反射膜が形成されていてもよいが、この場合は、４面のうちの２面が空中像の結像に寄与し、残りの２面は結像に寄与しない（表示部４からの光が入射しないため）。

このように空中映像表示素子２が１層の基板６０を用いる構成であっても、２層構成の場合と同様に、表示部４から一対のミラー３・３（両側反射ミラー３ａを含む）を介して入射する光が、空中映像表示素子２の互いに垂直な反射面６１・６２で１回ずつ反射されて空中の結像位置に向かう。これにより、空中像を結像することができる。したがって、１層構成の空中映像表示素子２を用いても、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

〔空中映像表示装置の設計例について〕
次に、本実施形態の空中映像表示装置１の設計例について説明する。図２１は、図６の空中映像表示装置１における各パラメータを示す説明図である。

まず、複数のミラー３において、空中映像表示素子２の一方の主面２ａに平行な辺を長辺とし、長辺に垂直な辺を短辺とし、短辺の長さをＬ（ｍｍ）とする。また、表示部４から出射されて隣り合うミラー３・３を介して空中映像表示素子２に入射する光線（例えば光線Ｌ１）の空中映像表示素子２の一方の主面２ａとのなす角度をＡ（°）とする。そして、空中映像表示素子２と表示部４との間の最短距離をＨ（ｍｍ）とする。なお、複数のミラー３は、各々の面法線Ｎが、上記主面２ａ・２ｂに垂直な方向から見て、空中映像表示素子２の互いに垂直な反射面（例えばミラー２１ｂ、ミラー３１ｂ）に対してそれぞれ４５°だけ傾斜しているとする。また、ミラー３の厚みは０．５ｍｍとする。本実施形態の空中映像表示装置１においては、
Ｈ＝Ｌ・ｓｉｎ（Ａ／２）
ただし、
Ａ＝２２．５°〜６７．５°
である。なお、上記角度Ａの範囲は、主面２ａに対するミラー３の傾斜角θ（＝Ａ／２）の設定によって調整することができる。また、例えば、Ａ＝４５°（θ＝２２．５°）、Ｌ＝７８．４ｍｍである場合、Ｈ＝Ｌ・ｓｉｎ２２．５°≒３０ｍｍとなる。また、このときの空中像の投射高さ（空中映像表示素子２と実像Ｍ１・Ｍ２との最短距離）をＴとすると、Ｔ≒６０ｍｍである。

角度Ａが２２．５°〜６７．５°の範囲であることにより、表示部４から９０°±２２．５°方向に出射される光線を、隣り合うミラー３・３を介して空中映像表示素子２に導き、空中映像表示素子２から４５°±２２．５°の方向に出射させて、空中像の結像位置に導くことができる。そして、そのような構成において、最短距離Ｈを投射高さＴの約半分にすることができ、複数のミラー３を配置しない構成に比べて、装置の薄型化を実現することができる。

また、複数のミラー３のピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、本実施形態の空中映像表示装置１では、
Ｐ≧Ｈ
を満足している。例えば、Ａ＝４５°（θ＝２２．５°）、Ｌ＝７８．４ｍｍである場合、複数のミラー３のピッチＰは、本実施形態では例えばＰ＝４２．４３°に設定される。この場合、Ｈ≒３０ｍｍであり、上記の条件式を満足する。

Ｐが下限未満であると、表示部４から出射された光が、隣り合うミラー３・３の間で合計３回以上反射される場合が生じる。３回以上反射されて空中映像表示素子２に入射する光は、本来の結像位置とは異なる位置に導かれてゴースト像を生成する。上記の条件式を満足することにより、ゴースト像の発生を低減することができる。

また、空中映像表示素子２の一方の主面２ａに対する複数のミラー３の各々の傾斜角を、上記のようにθ（°）としたとき、
θ＝１１．２５°〜３３．７５°
である。本実施形態では、例えばθ＝２２．２５°に設定されている。この設定では、表示部４から垂直方向に出射される光（正面輝度の高い光）を、一対のミラー３・３を介して、空中映像表示素子２に対して入射角４５°で入射させ、空中映像表示素子２から空中像の結像位置に空中に向かって上記光を出射角４５°で出射することができる。したがって、上記θの範囲では、表示部４から出射される正面輝度の高い光を極力利用して、明るい空中像を観察者に観察させることができる。

〔空中映像表示装置の他の構成〕
図２２は、本実施形態の空中映像表示装置１の他の構成を示す説明図である。図２２の空中映像表示装置１は、空中映像表示素子２と平行となるように、各表示部４を同一面上に並べて配置した以外は、図６で示した空中映像表示装置１と同様の構成である。

空中映像表示素子２と各表示部４とが平行であり、複数のミラー３も互いに平行であるため、各表示部４から同一方向に（例えば出射角４５°で）出射され、対応する一対のミラー３・３を介して空中映像表示素子２に入射するときの各光の光路長は、表示部４ａから出射される光と、表示部４ｂから出射される光とで同一となる。この結果、各表示部４ａ・４ｂで表示された映像の実像Ｍ１・Ｍ２が、空中で同一面上に連続して並ぶように結像される。このような構成においても、上述した本実施形態の表示制御を適用することは可能である。つまり、図２２の構成において、制御部９が、位置検出部５によって検出された観察者１０１の位置に応じて、複数の表示部４の各々における映像の表示／非表示を切り替えることにより、装置の厚みの増大を抑えながら、移動する観察者に空中像を長時間観察させることが可能となり、また、複数人での空中像の観察も可能となる。

以上、本実施形態では、空中映像表示素子２と各表示部４との間に複数のミラー３を配置する例について説明したが、例えば、実像Ｍの結像位置を空中映像表示素子２に近づける場合には、複数のミラー３の配置を省略することもできる。したがって、本実施形態において、複数のミラー３は、必要に応じて配置されればよい。

なお、以上で説明した本実施形態の空中映像表示装置は、以下の構成であってもよいと言える。

複数の表示部は、空中映像表示素子の一方の主面に沿う一方向に並んでいてもよい。また、複数の表示部は、空中映像表示素子の一方の主面に対して傾斜していてもよい。さらに、複数の表示部は、互いに平行であってもよい。

複数の表示部は、空中映像表示素子の一方の主面と平行に位置していてもよい。

少なくとも１枚の両側反射ミラーは、複数のミラーが平行に並ぶ一方向において、両端のミラーの間に位置していてもよい。また、両側反射ミラーは、いずれかの表示部から出射され、該両側反射ミラーと隣り合うミラーで反射されて、該両側反射ミラーの一方の面側から入射する光を反射させて空中映像表示素子に導くとともに、前記表示部と隣り合う表示部から出射され、該両側反射ミラーの他方の面側から入射する光を反射させて、該両側反射ミラーと前記他方の面側で隣り合うミラーに入射させてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。

本発明は、例えば、表示部の実像を空中に表示する空中映像表示装置に利用可能である。

１ 空中映像表示装置
２ 空中映像表示素子
２ａ 主面
２ｂ 主面
３ ミラー
３ａ 両側反射ミラー
４ 表示部
４ａ 表示部
４ｂ 表示部
５ 位置検出部
７ 通信部
９ 制御部
２０ 光学プレート（基板）
２１ｂ ミラー（反射面）
３０ 光学プレート（基板）
３１ｂ ミラー（反射面）
６０ 基板
６１ 反射面
６２ 反射面
Ｍ１ 実像
Ｍ２ 実像

Claims (20)

1. 複数の表示部と、
   互いに対向する２つの主面を有し、一方の主面側に位置する前記複数の表示部の少なくとも１つから出射される光を内部で反射させて他方の主面側の空中に導くことにより、少なくとも１つの前記表示部に表示された映像の実像を前記空中に結像させる平板状の空中映像表示素子と、
   観察者の位置を検出する位置検出部と、
   前記位置検出部によって検出された前記観察者の位置に応じて、前記複数の表示部の各々における映像の表示／非表示を切り替える制御部とを備えていることを特徴とする空中映像表示装置。
2. 前記制御部は、観察者が前記実像の観察可能範囲に存在する場合に、前記観察可能範囲に対応する表示部に映像を表示させることを特徴とする請求項１に記載の空中映像表示装置。
3. 前記制御部は、観察者が前記観察可能範囲から脱出した場合に、前記表示部において前記映像を非表示にすることを特徴とする請求項２に記載の空中映像表示装置。
4. 前記制御部は、前記観察者の位置の変化に応じて、前記複数の表示部間で映像の表示を切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空中映像表示装置。
5. 前記制御部は、前記複数の表示部の各々に、同じ映像を順次表示させることを特徴とする請求項４に記載の空中映像表示装置。
6. 前記制御部は、前記複数の表示部の各々に、１つの情報を前記表示部の数だけ分割した分割情報を順次表示させることを特徴とする請求項４に記載の空中映像表示装置。
7. 前記制御部は、複数の観察者が複数の観察可能範囲にそれぞれ存在する場合に、前記複数の観察可能範囲のそれぞれに対応する各表示部に映像を同時に表示させることを特徴とする請求項１に記載の空中映像表示装置。
8. 前記位置検出部は、前記観察者の位置を光学的に検知するカメラであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の空中映像表示装置。
9. 前記観察可能範囲は、前記実像の結像位置に応じて予め設定された範囲であることを特徴とする請求項２、３または７に記載の空中映像表示装置。
10. 前記観察者が所有する端末装置と通信するための通信部をさらに備え、
    前記制御部は、前記通信部を介して前記端末装置から取得した情報に基づいて、前記映像として表示するコンテンツを決定し、決定した前記コンテンツを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の空中映像表示装置。
11. 前記端末装置から取得される前記情報は、前記観察者の属性情報であることを特徴とする請求項１０に記載の空中映像表示装置。
12. 前記制御部は、前記カメラで取得される画像から得られる前記観察者の属性情報に基づいて、前記映像として表示するコンテンツを決定し、決定した前記コンテンツを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項８に記載の空中映像表示装置。
13. 前記属性情報は、前記観察者の性別、年齢、国籍、人種および人数の少なくともいずれかの情報を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の空中映像表示装置。
14. 前記空中映像表示素子は、平行な複数の反射面を各々が有する２つの基板を、各基板の反射面が平面視で直交するように積層した構成の光学素子であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の空中映像表示装置。
15. 前記空中映像表示素子は、互いに垂直な反射面を同一基板にアレイ状に有する光学素子であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の空中映像表示装置。
16. 前記複数の表示部の各々から出射された光を反射させて前記空中映像表示素子に導く複数のミラーをさらに備え、
    前記複数のミラーは、互いに平行に位置するとともに、前記空中映像表示素子の前記一方の主面に対して傾斜して位置しており、
    前記複数のミラーは、任意の表示部から出射され、表裏の一方の側から入射する光を反射させるとともに、前記任意の表示部と隣り合う他の表示部から出射され、表裏の他方の側から入射する光を反射させる少なくとも１枚の両側反射ミラーを含むことを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の空中映像表示装置。
17. 前記複数のミラーは、各々の面法線が、前記空中映像表示素子の前記２つの主面に垂直な方向から見て、前記空中映像表示素子の互いに垂直な各反射面に対して４５°傾斜するように位置していることを特徴とする請求項１６に記載の空中映像表示装置。
18. 前記複数のミラーにおいて、前記空中映像表示素子の一方の主面に平行な辺を長辺とし、前記長辺に垂直な辺を短辺とし、前記短辺の長さをＬ（ｍｍ）とし、
    前記表示部から出射されて隣り合うミラーを介して前記空中映像表示素子に入射する光線の前記空中映像表示素子の一方の主面とのなす角度をＡ（°）とし、前記空中映像表示素子と前記表示部との間の最短距離をＨ（ｍｍ）としたとき、
    Ｈ＝Ｌ・ｓｉｎ（Ａ／２）
    ただし、
    Ａ＝２２．５°〜６７．５°
    であることを特徴とする請求項１７に記載の空中映像表示装置。
19. 前記複数のミラーのピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、
    Ｐ≧Ｈ
    を満足することを特徴とする請求項１８に記載の空中映像表示装置。
20. 前記空中映像表示素子の一方の主面に対する前記複数のミラーの各々の傾斜角をθ（°）としたとき、
    θ＝１１．２５°〜３３．７５°
    であることを特徴とする請求項１８または１９に記載の空中映像表示装置。

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