JP2022157378A - 空間浮遊映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で可搬型の空間浮遊映像表示装置を提供する。本発明によれば、持続可能な開発目標の「3すべての人に健康と福祉を」、「9産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献する。【解決手段】空間浮遊映像表示装置は、車両内のダッシュボード上に設置可能である薄型の筐体１０６を備える。筐体１０６内には、映像表示装置１と、ビームスプリッタ（偏光分離部材）１０１と、再帰反射部材２および位相差板（λ／４板２１）と、平面ミラー４とを備える。空間浮遊映像表示装置は、映像表示装置１からの特定偏波の映像光を、平面ミラー４で反射させて、ビームスプリッタ１０１で反射させ、再帰反射部材２で反射され位相差板を通じて偏光変換された映像光をビームスプリッタ１０１で透過させ、窓部６０５を透過した映像光によって、外部に空間浮遊映像３を表示する。【選択図】図６Ｆ

Description

本発明は、空間浮遊映像表示装置に関する。

空間浮遊映像表示装置の一例として、特許文献１は「情報処理装置のＣＰＵは、空気中に形成される像へのユーザの接近方向を検知する接近方向検知部と、入力が検知された座標を検知する入力座標検知部と、操作の受け付けを処理する操作受付部と、受け付けた操作に応じて操作画面を更新する操作画面更新部とを備える。ＣＰＵは、ユーザが予め定めた方向から像に接近する場合、ユーザの動きを操作として受け付け、操作に応じた処理を実行する（要約抜粋）。」とする記載を開示している。

特開２０１９－１２８７２２号公報

上述した特許文献１の空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像の操作性を向上させることはできても、空間浮遊映像の見た目の解像度やコントラストの向上については考慮されておらず、更なる映像品質の向上が求められているという実情がある。

ここで、空間浮遊映像表示装置の用途は幅広く、サイネージ（広告用看板）として用いれば、従来の平面ディスプレイにはない「空間に映像が浮かんで表示される」という珍しさから、多くの人の関心を引き寄せる効果がある。また、特許文献１にも記載されたように、空間浮遊映像を何等かの操作を行うためのヒューマン・インタフェースとして用いれば、その無接触という特徴から、押しボタン等の接触部分を媒介としたウイルス感染を防止する効果が得られる。

一方、従来では、空間浮遊映像表示装置を、可搬型、すなわちポータブルとして用いるという実用例は無かった。例えば、片手で簡単に持ち運びができ、空間浮遊映像をユーザが好みの場所で好みの時間に表示できれば、エンタテイメントシステムの一部として用いることができるのみならず、何等かの情報告知等においても空間浮遊映像は大きくその用途を広げる可能性がある。

特に、空間浮遊映像装置を自動車等の車両内に手軽に設置することができれば、空間浮遊映像として表示される人の映像（以下、コンシェルジュ）が、例えば、道案内やＰＯＩ（Point Of Interest）情報を運転者や同乗者に伝えること、また逆に運転者や同乗者が、上記コンシェルジュに対して、エアコンの温度設定や音楽の選曲等を音声等による手段で指示し、それに対して、上記コンシェルジュが音声で応答することができれば、通常のボタン操作による指示よりも、見た目にも楽しく、より安全で快適な運転支援が可能となる。

本発明の目的は、視認性の高い好適な空間浮遊映像を表示することができる空間浮遊映像表示装置を提供すること、さらに、車載などにも好適な小型かつ可搬型の空間浮遊映像表示装置を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、一例を挙げるならば、以下の通りである。実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、高さ方向の長さが奥行き方向の長さよりも小さい薄型形状の筐体と、前記筐体の一部に設けられ、前記空間浮遊映像を形成するための映像光を透過させる窓部と、前記筐体の内部に設けられ、光源装置、および前記光源装置からの光に基づいて前記空間浮遊映像を形成するための特定偏波の映像光を生成して出射する液晶表示パネルを有する映像表示装置と、前記筐体の内部に設けられ、前記映像表示装置からの特定偏波の映像光を反射し再帰反射部材からの映像光を透過する偏光分離部材と、前記筐体の内部に設けられ、前記偏光分離部材からの映像光を再帰反射する前記再帰反射部材と、前記再帰反射部材の再帰反射面に設けられた位相差板と、前記筐体の内部で、前記映像表示装置と前記偏光分離部材とを結ぶ空間内に配置され、前記映像表示装置からの特定偏波の映像光を前記偏光分離部材へ向けて反射する平面ミラーと、を備え、前記映像表示装置からの特定偏波の映像光を、前記平面ミラーで反射させて、前記偏光分離部材で前記再帰反射部材に向けて反射させ、前記位相差板を通じて偏光変換された映像光を前記偏光分離部材で透過させ、前記窓部を透過した映像光によって前記筐体の外部に前記空間浮遊映像を表示する。

本発明によれば、視認性の高い好適な空間浮遊映像を表示することができる空間浮遊映像表示装置を実現でき、さらに車載などにも好適な小型かつ可搬型の空間浮遊映像表示装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果等については、［発明を実施するための形態］において示される。

本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の課題を示す図である。 再帰反射部材の表面粗さと再帰反射像のボケ量の関係を表す特性図である。 空間浮遊映像表示装置の課題を示す図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の他の実施例を示す図である。 本発明の一実施例に係る、ダッシュボード上に設置可能な空間浮遊映像表示装置の外観を示す上面図である。 本発明の一実施例に係る、ダッシュボード上に設置可能な空間浮遊映像表示装置の外観を示す側面図である。 本発明の一実施例に係る、空間浮遊映像表示装置を車両のダッシュボード上に設置した場合のイメージ図である。 空間浮遊映像の表示例を示す図である。 本発明の一実施例に係る、ダッシュボード上に設置が可能な空間浮遊映像表示装置の内部構成例を示す図である。 変形例に係る、ダッシュボード上に設置が可能な空間浮遊映像表示装置の内部構成例を示す図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部を示す配置図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置を構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。 映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置を構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る光源装置の具体的な構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明は実施例の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。全図面において、同一の機能を有するものには同一の符号を付与し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

以下の実施例は、例えば、大面積な映像発光源からの映像光による映像を、ショーウィンドのガラス等の空間を仕切る透明部材を介して透過して、店舗の空間の内部または外部に空間浮遊映像として表示することが可能な空間浮遊映像表示装置に関する。また、かかる空間浮遊映像表示装置を複数用いて構成される大規模なデジタルサイネージシステムに関する。

以下の実施例によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。この時、実施例によれば、出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式での課題となっていた主空間浮遊映像の他に発生するゴースト像を抑えることができ、鮮明な空間浮遊映像を得ることができる。また、本実施例の光源装置を含む映像表示装置により、消費電力を大幅に低減可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像表示装置を提供することができる。また、例えば、車両のフロントガラスやリアガラスやサイドガラスを含むシールドガラスを介して、車両外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の空間浮遊映像表示が可能な空間浮遊映像表示装置を提供することができる。

一方、従来の空間浮遊映像表示装置では、高解像度なカラー表示映像源として有機ＥＬパネルや液晶表示パネルを再帰反射部材と組合せる。従来技術による空間浮遊映像表示装置では、映像光が広角で拡散するため、図３に示すように、再帰反射部材２（再帰反射シート）の再帰反射部２ａが６面体であるために、正規に反射する反射光の他に、再帰反射部材２に斜めから入射する映像光よってゴースト像が発生し、空間浮遊映像の画質を損ねていた。従来技術として示した再帰反射部２ａは６面体であるために、図５に示すように、空間浮遊映像の正規像Ｒ１の他に、第１ゴースト像Ｇ１からから第６ゴースト像Ｇ６まで複数のゴースト像が発生する。このため、観視者以外にも同一空間浮遊映像であるゴースト像を観視されてしまい、セキュリティ上大きな課題があった。

また、後述する狭角な指向特性を有する映像表示装置からの映像光を再帰反射部材で反射させて得られた空間浮遊映像は、上述したゴースト像の他に、図４に示したように、液晶表示パネルの画素ごとにボケが視認された。

＜空間浮遊映像表示装置（１）＞
図１は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例を示す。図１（Ａ）は、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置の全体構成を示す。例えば、店舗等においては、ガラス等の透光性の部材であるショーウィンド（ウィンドガラス１０５）により空間が仕切られている。本実施例の空間浮遊情報表示装置によれば、かかる透明部材を透過して、空間浮遊映像３を店舗の空間の外部に対して一方向に表示することが可能である。具体的には、映像表示装置１から狭角な指向特性でかつ特定偏波の光が、映像光束として出射し、再帰反射部材２に一旦入射し、再帰反射してウィンドガラス１０５を透過して、店舗の外側に、実像である空中像を空間浮遊映像３として形成する。図１では、ウィンドガラス１０５の内側（店舗内）を奥行方向にしてその外側（例えば歩道）が手前になるように示している。他方、ウィンドガラス１０５に特定偏波を反射する手段を設けることで、反射させ、店内の所望の位置に空中像を形成することもできる。

図１（Ｂ）は、上述した映像表示装置１のブロック構成を示す。映像表示装置１は、空中像の原画像を表示する映像表示部１ａと、入力された映像をパネルの解像度に合わせて変換する映像制御部１ｂと、映像信号を受信する映像信号受信部１ｃと、受信アンテナ１ｄとを含んでいる。映像信号受信部１ｃは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ：登録商標）入力やＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：登録商標）入力など有線での入力信号への対応と、Ｗｉ－Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ：登録商標）などの無線入力信号への対応を行い、映像受信・表示装置として単独で機能するものでもあり、タブレット、スマートフォンなどからの映像情報を表示することもできる。更にステックＰＣなどを接続すれば、計算処理や映像解析処理などの能力を持たせることもできる。

図２は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す。図２を用いて、空間浮遊映像表示装置の構成をより具体的に説明する。図２（Ａ）に示すように、ガラス等の透明部材１００の斜め方向には、特定偏波の映像光を狭角に発散させる映像表示装置１を備える。映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えている。

映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明部材１００に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材１０１で反射され、再帰反射部材２に入射する。図中では、偏光分離部材１０１をシート状に形成して透明部材１００に粘着している。再帰反射部材の映像光入射面にはλ／４板２１を設ける。映像光は、再帰反射部材への入射の時と出射の時との２回、λ／４板２１を通過させられることで、特定偏波から他方の偏波へ偏光変換される。ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１は、偏光変換された他方の偏波の偏光については透過する性質を有するので、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材１０１を透過する。偏光分離部材１０１を透過した映像光が、透明部材１００の外側に、実像である空間浮遊映像３を形成する。

なお、空間浮遊映像３を形成する光は、再帰反射部材２から空間浮遊映像３の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空間浮遊映像３の光学像を通過後も直進する。よって、空間浮遊映像３は、一般的なプロジェクタなどでスクリーン上に形成される拡散映像光とは異なり、高い指向性を有する映像である。よって、図２の構成では、矢印Ａの方向からユーザが視認する場合には、空間浮遊映像３は明るい映像として視認されるが、矢印Ｂの方向から他の人物が視認する場合には、空間浮遊映像３は映像として一切視認できない。この特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステムに採用する場合に非常に好適である。

なお、再帰反射部材２の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになることがある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述した偏光分離部材１０１で反射されて映像表示装置１に戻る。この光が、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で再反射し、ゴースト像を発生させ、空間浮遊映像３の画質を低下させる可能性がある。そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に、吸収型偏光板１２を設ける。映像表示装置１から出射する映像光は、吸収型偏光板１２を透過させ、偏光分離部材１０１から戻ってくる反射光は、吸収型偏光板１２で吸収させることで、上記再反射を抑制できる。これにより、空間浮遊映像３のゴースト像による画質低下を防止することができる。

上述した偏光分離部材１０１は、例えば反射型偏光板、あるいは特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。

次に、図２（Ｂ）に、代表的な再帰反射部材２として、今回の検討に用いた日本カ－バイト工業株式会社製の再帰反射部材２の表面形状を示す。再帰反射部材２において、規則的に配列された６角柱からなる再帰反射部２ａの内部に入射した光線は、６角柱の壁面と底面で反射され、再帰反射光として、入射光に対応した方向に出射して、図５に示す正規像Ｒ１を形成する。一方、図３に示したように、映像表示装置１からの映像光のうちで再帰反射部材２に斜めに入射した映像光によっては、正規像Ｒ１とは別にゴースト像（図５中のゴースト像Ｇ１～Ｇ６）が形成される。

そこで、本実施例の空間浮遊映像表示装置は、映像表示装置１に表示した映像に基づき、ゴースト像を形成することなく、実像である空間浮遊映像３を表示する。この空間浮遊映像３の解像度は、液晶表示パネル１１の解像度の他に、図２（Ｂ）で示す再帰反射部材２の再帰反射部２ａの外径ＤとピッチＰに大きく依存する。例えば、７インチのＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００画素）液晶表示パネル１１を用いる場合には、１画素（１トリプレット）が約８０μｍであっても、例えば再帰反射部２ａの直径Ｄが２４０μｍでピッチが３００μｍであれば、空間浮遊映像３の１画素は３００μｍ相当となる。このため、空間浮遊映像３の実効的な解像度は、１／３程度に低下する。そこで、空間浮遊映像３の解像度を映像表示装置１の解像度と同等にするためには、再帰反射部２ａの直径ＤとピッチＰを液晶表示パネル１１の１画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射部材２と液晶表示パネル１１の画素によるモアレの発生を抑えるため、それぞれのピッチ比を１画素の整数倍から外して設計すると良い。また、形状は、再帰反射部２ａのいずれの一辺も液晶表示パネル１１の１画素のいずれの一辺と重ならないように配置すると良い。

発明者は、視認性を向上するために許容できる空間浮遊映像３の像のボケ量ｌと画素サイズＬとの関係を画素ピッチ４０μｍの液晶表示パネル１１と本発明の狭発散角（発散角１５°）の光源とを組み合わせた映像表示装置１を作成し、実験により求めた。図４に、その実験結果を示す。視認性が悪化するボケ量ｌは、画素サイズの４０％以下が望ましく、１５％以下であれば殆ど目立たないことが分かった。この時のボケ量ｌが許容量となる反射面の面粗さは、測定距離４０μｍの範囲において、平均粗さが１６０ｎｍ以下であり、より目立たないボケ量ｌとなるには、反射面の面粗さは、１２０ｎｍ以下が望ましいことが分かった。このため、前述した再帰反射部材２の表面粗さを軽減するとともに、反射面を形成する反射膜とその保護膜を含めた面粗さを上述した値以下とすることが望まれる。

一方、再帰反射部材２を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形すると良い。具体的には、再帰反射部２ａを整列させフィルム上に賦形する方法であり、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布しロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し紫外線を照射して硬化させ、所望形状の再帰反射部材２を得る。

本発明の映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と後述する狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３により、上述した再帰反射部材２に対して斜めから映像が入射する可能性が小さく、ゴースト像の発生を防止し、発生したとしても輝度が低いという構造的に優れたシステムとなる。

＜空間浮遊映像表示装置（２）＞
図６Ａは、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の他の例（第二例）を示す。映像表示装置１は、映像表示素子としての液晶表示パネル１１と、狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えて構成される。液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから、８０インチを超える大型な液晶表示パネルまでの範囲から選択されたもので構成される。例えば反射型偏光板のような偏光分離部材１０１で、液晶表示パネル１１からの映像光を再帰反射部材２に向けて反射させる。

再帰反射部材２の光入射面にはλ／４板２１を設け、映像光を２度通過させることで、偏光変換して特定偏波（一方の偏波）を他方の偏波に変換することで、偏光分離部材１０１を透過させ、透明部材１００の外側に、実像である空間浮遊映像３を表示する。透明部材１００の外光入射面には吸収型偏光板１１２を設ける。上述した偏光分離部材１０１では、再帰反射することで偏光軸が不揃いになるため、一部の映像光は反射して映像表示装置１に戻る。この光が再度、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で反射し、ゴースト像を発生させ、空間浮遊映像３の画質を著しく低下させる。そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に吸収型偏光板１２を設け、映像光については透過させ、上述した反射光を吸収させることで、空間浮遊映像３のゴースト像による画質低下を防止する。

さらに、空間浮遊映像表示装置のセットの外部の太陽光や照明光等の外光による画質低下を軽減するため、透明部材１００の表面に吸収型偏光板１１２を設けると良い。さらに、再帰反射部材２に外光が入射すると強力なゴースト像を発生させるため、第４遮光部材２５で外光の入射を妨げる構成とする。偏光分離部材１０１は、反射型偏光板や、特定偏波を反射させる多層膜から形成される。本実施例の多層膜は金属多層膜である。

偏光分離部材１０１と液晶表示パネル１１との間には、空間浮遊映像３を形成する正規映像光以外の斜め映像光を遮光するための第２遮光部材２３及び第３遮光部材２４を併設している。また、再帰反射部材２と偏光分離部材１０１との間にも、正規映像光以外の斜め映像光を遮光するための第１遮光部材２２を設け、更に上述したように外光が直接再帰反射部材２に入射しないように、第４遮光部材２５も併設して、ゴースト像を発生させる斜め光を遮光する。この結果、ゴースト像の発生を抑えることができる。

発明者は、実験により液晶表示パネル１１と偏光分離部材１０１の空間に第３遮光部材２４と第２遮光部材２３を併設することで、遮光の効果を高められることを確認した。この実験では、第２遮光部材２３及び第３遮光部材２４の内径は、空間浮遊映像３を形成する正規映像光束が通過する領域に対して面積で１１０％とすることで、部品精度を機械公差の範囲で作成し組み立てることができる。更に、ゴースト像発生をさらに軽減するには、前述の遮光部材の正規映像光束が通過する領域に対して１０４％以下とすれば、ゴースト像発生を実用上問題ないレベルに抑えることができた。一方、再帰反射部材２と偏光分離部材１０１の間に設けた第１遮光部材２２は、第１遮光部材２２と再帰反射部材２の距離Ｌ１を、再帰反射部材２と偏光分離部材１０１の距離に対して５０％以下であれば、ゴースト像発生を更に軽減でき、３０％以下の場合では、目視では実用上問題ないレベルまで軽減できた。更に、再帰反射部材２を囲むように設けた第４遮光部材２５と第１遮光部材２２と第２遮光部材２３及び第３遮光部材２４を併設することで、更にゴースト像のレベルを軽減できた。

図６Ａの遮光部材の断面形状は、空間浮遊映像３を形成する正規映像光束が通過する領域（本実施例では吸収型偏光板１１２における映像光束が通過する領域に相当する）に対する遮光部材の有効面積とほぼ同サイズとし、内面に向かって梁を設け、ゴースト像を形成する異常光を梁の表面で複数回反射させて異常光を吸収させると、更に良い。遮光部材の外枠に対して正規映像光束が通過する領域を小さくし、梁の内接する面と同等の面積としている。

他方、再帰反射部材２の形状を、映像表示装置１と正対した平面形状から曲率半径２００ｍｍ以上の凹面または凸面として、再帰反射部材２で反射した斜め映像光によりゴースト像が発生したとしても、反射後に発生したゴースト像を観視者の視界から離してしまうことで、観視できないようにしても良い。曲率半径が１００ｍｍ以下とする再帰反射部材２の周辺で反射した光のうち、正規で反射した光量が低下し、得られる空間浮遊映像３の周辺光量が低下するという新たな課題が発生する。このため、ゴースト像を実用上問題ないレベルに軽減するためには、上述した技術手段を選択し適用するか、併用すると良い。

＜空間浮遊映像表示装置（３）＞
図６Ｂ以降を用いて、本発明の一実施例（第三例）の空間浮遊映像表示装置を説明する。この空間浮遊映像表示装置は、車両内で好適に使用できることを考慮して（なお車両内での使用に限定されない）、比較的に小型（コンパクト）で可搬型（ポータブル）の空間浮遊映像表示装置であり、車両のダッシュボード上に好適に設置可能な薄型の筐体１０６を有し、その筐体１０６に対応した光学系等を有する。この薄型の筐体１０６を有する空間浮遊映像表示装置は、車両内のダッシュボード上（後述の図６Ｄ）に好適に設置可能である。運転者等のユーザは、この空間浮遊映像表示装置を、必要に応じて、ダッシュボード上に簡単に取り付けおよび取り外して設置可能である。

図６Ｂおよび図６Ｃは、本実施例（第三例）に係る空間浮遊映像表示装置の外観の一例を示す。図６Ｂは上（鉛直方向）から見た上面図（Ｘ－Ｙ面）、図６Ｃは横（水平方向）から見た側面図（Ｙ－Ｚ面）を示す。なお、図６Ｂ等において、鉛直方向と対応する高さ方向、上下方向をＺ方向で示す。水平方向における直交する２つの方向をＸ方向およびＹ方向で示す。Ｘ方向は装置の左右方向、Ｙ方向は装置の奥行き方向、前後方向である。

この薄型の筐体１０６は、剛性、遮光性、防水性などを有し、上面６０４（図６Ｂおよび図６Ｃ）、下面６０８（図６Ｃ）、左右の側面６０７（図６Ｃ）、前面６０６（図６Ｃ）、背面６０９（図６Ｃ）等を有し、これらによって筐体内部空間が閉じられている。上面６０４には、一部として窓部６０５が設けられている。

窓部６０５（言い換えると開口部）は、筐体１０６内の再帰反射部材２からの空間浮遊映像３を形成するための特定偏波の映像光を外部へ出射・透過させるための透明部材１００等を含む部分である。窓部６０５は、上から見て台形状の部分である。なお、窓部６０５の形状は一例として台形としているが、これに限らず、長方形、多角形、楕円など、様々な形状が可能である。

筐体１０６内には、ゴースト像が無く視認性の高い空間浮遊映像３を生成するための後述の光学系、さらに制御回路基板、また必要に応じてリチウムイオン電池等の充電池などが収納されている。

この空間浮遊映像表示装置の筐体１０６は、サイズの実施例としては以下である。図６Ｂの上面図において、筐体１０６は、奥行き（Ｙ方向）の長さ６３１が約２０ｃｍ、上面の台形における上辺（手前側の短辺）の長さ６３２が約１２ｃｍ、下辺（奥側の長辺）の長さ６３３が約１５ｃｍを有する台形形状である。図６Ｃの側面図において、筐体１０６は、最大高さ６３４が約８ｃｍの薄型形状を有する。また、筐体１０６の下面６０８から、生成される空間浮遊映像３の下辺までの高さ６３５は、約１０ｃｍである。本例では、液晶表示パネル１１は、画面サイズが２～４インチ程度の小型のもので構成される。空間浮遊映像３のサイズは、液晶表示パネル１１の画面サイズおよび窓部６０５の開口のサイズと対応している。

本実施例では、筐体１０６の上から見た形状は、図６Ｂのように、上面６０４で台形状としている。台形の上辺（短辺）が前側にあり、下辺（長辺）が後側にある。あるいは、筐体１０６の上面６０４は、空間浮遊映像３が形成される側の辺が短く、空間浮遊映像３に対向する辺が相対的に長い。本実施例において、空間浮遊映像３が形成される側の辺は運転者側であり、空間浮遊映像３に対向する辺はフロントガラス側である。筐体１０６の上面６０４の台形形状に合わせて窓部６０５を形成するため、窓部６０５も台形形状とした。上記のように窓部６０５を台形形状とすることで、再帰反射部材２が配置される側の窓部６０５をより広くすることができ、その結果、再帰反射部材２からの反射光の左右の空間が広くなる。したがって、観察者（車両の運転者または助手席の同乗者など）が、空間浮遊映像３を観察する場合、観察者が頭部（目の位置）を前後左右方向に移動させても、再帰反射部材２からの反射光が筐体１０６によって遮られることがなくなり、特に、揺れの多い車内であっても空間浮遊映像３を好適に視認することができる。すなわち、揺れる車内に乗車している運転者または同乗者が観察時に光軸方向から少しずれても光軸方向とほぼ同じ空間浮遊映像３を見ることができる。

薄型形状の筐体１０６とは、以下のような構成を有する。筐体１０６の薄型形状とは、筐体１０６の高さ方向（Ｚ方向）の長さ６３４（本例では８ｃｍ）が、筐体１０６の他の辺の長さ、特に奥行き方向の長さ６３１（本例では２０ｃｍ）よりも小さい形状である。特に、本実施例では、筐体１０６の薄型形状は、筐体１０６の高さ方向の長さ６３４（本例では８ｃｍ）が、筐体１０６の他の方向のすべての辺の長さ（２０ｃｍ、１５ｃｍ、１２ｃｍなど）に対して最も小さいという形状である。また特に、本実施例では、筐体１０６の薄型形状は、筐体１０６の高さ方向の長さ６３４（本例では８ｃｍ）が、筐体１０６の幅方向・左右方向の長さ（本例では台形の上辺の長さ６３２（１２ｃｍ）と下辺の長さ６３３（１５ｃｍ））に対しても小さいという形状である。

これに限らず、変形例として、筐体１０６の薄型形状は、筐体１０６の高さ方向の長さ６３４が、筐体１０６の幅方向の長さと同程度となる構成としてもよいし、筐体１０６の高さ方向の長さ６３４が、筐体１０６の幅方向の長さよりも大きいという構成としてもよい。

筐体１０６の奥行き方向（Ｙ方向）の長さ６３１（本例では２０ｃｍ）は、各種の自動車（軽自動車を含む）のダッシュボード上に設置できること、言い換えると対象とするダッシュボードの上面の奥行き方向の平均的な長さ、を考慮して設計された長さである。薄型・小型の空間浮遊映像表示装置とする場合に、筐体１０６の奥行き方向の長さを、図６Ｂ等の例のように２０ｃｍ以下とすると好適である。なお、これに限らず、例えば大型自動車の場合など、ダッシュボードの上面の奥行き方向の長さがより大きい場合もある。その場合に対応させた空間浮遊映像表示装置とする場合には、筐体１０６の奥行き方向の長さを２０ｃｍよりも大きい構成としてもよい。

窓部６０５は映像光を透過する。透明部材１００は窓部６０５に設けられ、ガラス板等で形成されている。窓部６０５の透明部材１００は、すべて透明体で構成され、窓部６０５以外の筐体１０６（上面６０４）の部分が遮光部材で構成されてもよい。もしくは、窓部６０５の透明部材１００は、映像光が通過する一部が透明体で構成され、その他の部分（図６Ｂの例のように額縁状の領域）が遮光部材で構成されてもよい。遮光部材は、外光（太陽光や照明光）が筐体１０６内に入射しないように、または入射を低減するように、光を遮る部材である。

図６Ｃで、本実施例の空間浮遊映像表示装置は、筐体１０６の窓部６０５から前方斜め上に空間浮遊映像３を生成する。筐体１０６内の光学系からの映像光は、窓部６０５を経由して、筐体１０６の外部の前方斜め上の所定の距離で飛び出した位置に、空間浮遊映像３を形成する。この空間浮遊映像表示装置は、観察者（車両の運転者または助手席の同乗者など）の視点ＥＰから視線ＬＳの方向でこの空間浮遊映像３を見た場合に、空間浮遊映像３が生成される面の中心に対する垂直の線（光軸Ａ３）が、視線ＬＳの方向と一致する位置関係となるように、車両のダッシュボード上に設置および調整することができる。

本実施例では、筐体１０６の上面６０４は、図示のように、Ｙ方向で後側から前側に斜め下にやや傾いた斜面を有している。この斜面に窓部６０５が設けられている。窓部６０５から出射する映像光は、基本的には前方斜め上の鋭角（仰角）であるが、上面６０４の斜面に対応した光学系により、映像光の光軸Ａ３は、図示のように、水平面により近づくように、より鋭角（より小さい仰角）の光軸とされている。これにより、ダッシュボード上の筐体１０６からの映像光に基づいて、より運転者の眼（視点ＥＰ）および視線ＬＳに合わせた方向に空間浮遊映像３を形成・調整しやすいようにしている。上面６０４の前側の部分は、後述（図６Ｆ）の映像表示装置１の配置のために上側（前方斜め上）に出っ張った部分となっている。

また、図６Ｃに示すように、筐体１０６の一箇所、例えば左右方向（Ｘ方向）での側面６０７の一箇所（特に後部）には、入出力端子５が設けられている。入出力端子５は、外部電源入力可能な電源端子、および信号入出力端子である。入出力端子５は、車両のシガーソケット等からの電源を入力するために使用できる。また、入出力端子５は、外部の映像源からの映像信号等を入力するために使用できる。入出力端子５は、例えば空間浮遊映像３のコンシェルジュが提供する各種情報を取り込むために使用できる。入出力端子５は、例えばＵＳＢ端子、特にＵＳＢ－Ｃ（登録商標）端子として設けられているが、これに限定されない。

入出力端子５は、制御基板６１０と接続されている。制御基板６１０は、外部から入出力端子５を通じて入力された映像信号を、映像表示装置１に供給する。もしくは、外部から入出力端子５を通じて入力された映像信号を、直接的に映像表示装置１に供給してもよい。

なお、入出力端子５は、電源入力端子と信号入出力端子とで分けて複数の入出力端子として設けてもよい。入出力端子５の位置は、筐体１０６のいずれの位置としてもよい。入出力端子５の位置は、上面６０４や背面６０９や前面６０６の一箇所としてもよい。本実施例では、ダッシュボード上に筐体１０６が設置された状態で（図６Ｄ）、ユーザが入出力端子５を容易に扱うことができる。

入出力端子５には、車載の電源を接続可能である。車載の電源、例えばシガーソケットからの外部電源入力は、入出力端子５を通じて、充電池６１１（図６Ｆ）に供給され、充電池６１１が充電される。そのため、車両の運転中も常に充電が可能であり、長時間の使用に際しても電池切れの心配が無い。充電池６１１は、制御基板６１０等の各部に電力を供給する。なお、この空間浮遊映像装置は小型であるため、充電池６１１としては乾電池としても構わない。外部からの入力情報、例えばカーナビ等からの入力情報は、入出力端子５を通じて、制御基板６１０に入力される。制御基板６１０は、入力情報に基づいて、空間浮遊映像３として表示するためのコンシェルジュ等の映像や対応する音声を作成し、映像表示装置１等を制御する。

この空間浮遊映像表示装置は、音声制御も可能である。筐体１０６の入出力端子５には、マイクやスピーカ等のデバイスが接続されてもよいし、カーナビや車載システムのコントローラ等が接続されてもよい。ユーザのスマートフォン等が接続されてもよい。その場合、制御基板６１０によるマイク等の制御に基づいて、音声入出力制御が可能である。すなわち、制御基板６１０は、運転者等が発した音声をマイク等から入力し、入力音声を音声認識し、認識した所定の指示（例えば表示オン／オフなど）に対応した処理を行うことができる。また、制御基板６１０は、空間浮遊映像３の表示とともに、その空間浮遊映像３に関連付けられた音声（例えばコンシェルジュが発する音声）を読み出し、もしくは音声合成機能によって作成し、スピーカ等から運転者等に対し出力することができる。これらに限らず、空間浮遊映像表示装置の筐体１０６にマイクやスピーカ等を搭載した構成としてもよい。

図６Ｄは、図６Ｂ等に示した本実施例の空間浮遊映像表示装置を車両のダッシュボード６００１上に設置した場合のイメージ図である。車両内の運転者または同乗者等の人は、ダッシュボード６００１上に空間浮遊映像表示装置の筐体１０６を設置し、向き等を調整する。窓部６０５から出射される映像光が空間浮遊映像３を形成する。図６Ｄの例では、空間浮遊映像表示装置は、ダッシュボード６００１の上面（本例ではほぼ水平面）において、車両左右方向の中央付近に配置されている。また、この空間浮遊映像表示装置は、調整された状態として、車両の前後を結ぶ図示しない中心線（前後方向）に対し、光軸（図６Ｃでの光軸Ａ３）が、やや右寄りの向きとなるように、すなわち右側の運転席の運転者の顔・眼（視線方向ＬＳ）に正対するように、傾けて設置された場合を示している。これにより、運転者は、この空間浮遊映像３として表示された情報を、頭を動かして覗き込む等の必要無く、視線移動を最小限にして、好適に視認することができる。

この空間浮遊映像３の向きの調整の際には、ユーザがダッシュボード６００１上で筐体１０６を回転させること等で調整可能である。同乗者が空間浮遊映像３を視認する場合には、この向きを同乗者の顔・眼の方に合わせるように調整すればよい。

また、ダッシュボード６００１上で空間浮遊映像表示装置の設置の状態をより安定させたい場合には、筐体１０６の底面６０８（もしくはダッシュボード６００１上面）に、ゴムやシリコン製のいわゆる「滑り止めシート」を貼り付けてもよいし、必要に応じて、両面粘着テープにより、筐体１０６をダッシュボード６００１面上に固定してもよいし、その他の手段を用いてもよい。

図６Ｅは、上記空間浮遊映像表示装置が提供する空間浮遊映像３におけるコンシェルジュの表示例を示す。空間浮遊映像３としては、例えば、車両の運転者に対し、ナビゲーション情報や車両周辺に存在するＰＯＩ情報を映像および音声により提供する人（コンシェルジュ）の顔などが表示される。図６Ｅは、運転者から見た場合の、空間浮遊映像３におけるコンシェルジュの表示例を模式で示す。空間浮遊映像３は、例えば矩形で所定の最大サイズの領域を有し、その領域内に、コンシェルジュの画像３００１が表示される。画像３００１は動画でも静止画でもよい。また、画像３００１の表示に合わせて、コンシェルジュが発する音声３００２（例えば目的地到着予定時刻のガイド）がスピーカ等から出力される。

図６Ｆは、本実施例の空間浮遊映像表示装置の内部の構成例を示し、側面断面図（Ｙ－Ｚ面）を示す。図６Ｆを参照しながら、この空間浮遊映像表示装置の内部構成と特徴について詳細に説明する。ここで、この可搬型で薄型の空間浮遊映像表示装置は、先述の通り、車両内のダッシュボード上に設置可能な薄型の形状を有する筐体１０６を備える。

図６Ｆで、筐体１０６は、Ｚ方向で大別して筐体上部６０１と筐体下部６０２とを有し、それらが一体的に接続されている。筐体上部６０１内には主に光学系が収容されており、筐体下部６０２内には主に制御基板６１０および充電池６１１が収容されている。制御基板６１０と光学系の映像表示装置１等の素子とは信号線等で相互に接続されている。

筐体上部６０１の光学系の重さに対し、筐体下部６０２の充電池６１１の方が相対的に重い。そのため、空間浮遊映像表示装置全体としての重心は下方に存在する。これにより、この空間浮遊映像表示装置をダッシュボード上に設置した場合（図６Ｄ）にも、安定的に保持することができる。また、この空間浮遊映像表示装置は、車両の揺れ等の振動に対しても比較的安定する。

本実施例では、筐体上部６０１の高さ方向の長さは、筐体下部６０２の高さ方向の長さよりも大きい。筐体上部６０１の高さ方向の長さを含む筐体１０６の高さ方向の長さは、想定される車両のダッシュボード上においてフロントガラスとの間の空間領域に空間浮遊映像表示装置を安定的に配置できることを考慮して、ある程度の長さまでに抑えている。

筐体下部６０２の充電池６１１は、リチウムイオン電池等の充電池や電源回路である。充電池６１１は、筐体下部６０２の底面においてＹ方向に長い領域に配置される。制御基板６１０は、映像制御部や映像・音声信号送受信部などを構成する制御回路基板であり、プロセッサやメモリやインタフェース等を備えており、言い換えると、この空間浮遊映像表示装置のコントローラである。制御基板６１０は、筐体下部６０２内の一部領域において例えば充電池６１１より上の位置に横長で配置されている。制御基板６１０は、通信インタフェース機能を備えてもよく、インターネット等に対しデータを送受信してもよい。

筐体上部６０１の高さ方向の長さは筐体下部６０２の高さ方向の長さよりも大きい。この構成は、薄型の筐体１０６として、筐体下部６０２内に充電池６１１等を収容し、筐体上部６０１内にＹ方向で長い領域に光学系の素子を収容することを考慮した構成である。この構成では、筐体上部６０１内で筐体下部６０２よりも大きな体積で光学系を収容でき、また光路長をより長く確保しやすく、筐体１０６の窓部６０５から空間浮遊映像３の形成位置までの飛び出しの距離（図６Ｆでの距離６９０）をより長く確保できる。

筐体上部６０１の光学系は、映像表示装置１と、平面ミラー４と、ビームスプリッタ（言い換えると偏光分離部材）１０１と、再帰反射部材２および位相差板であるλ／４板２１と、透明部材１００および吸収型偏光板１１２とを有して構成されている。映像表示装置１は、光源装置１３、液晶表示パネル１１、および吸収型偏光板１２を有して構成されている。

映像表示装置１は、映像表示素子としての液晶表示パネル１１と、狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを有して構成されている。映像表示装置１は、映像源として、または外部の映像源からの映像信号の入力に基づいて、映像を生成し、対応する映像光を出射する。映像表示装置１は、筐体上部６０１内で、奥行き方向（Ｙ方向）において、最も前側（図面での右側）の上方の領域に配置されている。筐体１０６の一部として、図示のように、前方斜め上に出た部分を有し、その部分の中に映像表示装置１が収容・固定されている。

光源装置１３は、狭角な拡散特性を有する特定の偏光方向の光源光（照明光）を液晶表示パネル１１に供給するバックライトとして機能する。液晶表示パネル１１は、光源装置１３からの光に基づいて、映像信号入力の映像を変調することで、特定偏波の映像光を生成し出射する。本例では、液晶表示パネル１１は、画面サイズが２～４インチ程度の小型のもので構成されている。

光源装置１３は、高輝度の照明光を生成する光源であり、液晶表示素子１１に比べて厚さが大きい（後述）。本実施例では、光源装置１３を含む映像表示装置１は、筐体１０６のうち、図６Ｆのように前方斜め上に出る部分に配置されている。なお、この部分は、窓部６０５から前方斜め上に出る映像光を遮らない。これにより、筐体１０６をなるべく小型で薄型としつつ、光源装置１３のスペースを確保するとともに、映像表示装置１から平面ミラー４を経由してビームスプリッタ１０１までの光路長をなるべく長く確保している。

さらに、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に吸収型偏光板１２が設けられている。もしくは、映像表示装置１の表面に設けた吸収型偏光板１２の映像出射側面に。さらに図示しない反射防止膜を設けることで、ゴースト像の光を透過させ、吸収型偏光板１２で吸収させることで、ゴースト像による画質低下を防止できる構成を備える。

Ｙ方向で、液晶表示パネル１１と再帰反射部材２とを結ぶ空間には、窓部６０５の透明部材１００の下面側の位置に、偏光分離部材であるビームスプリッタ１０１が設けられている。また、Ｙ方向で、液晶表示パネル１１とビームスプリッタ１０１とを結ぶ空間には、筐体下部６０２に近い位置に、平面ミラー４が設けられている。ビームスプリッタ１０１は、映像表示装置１（液晶表示パネル１１）からの特定偏波の映像光として、反射ミラー４で反射された映像光を、再帰反射部材２に向けて反射させる。また、ビームスプリッタ１０１は、再帰反射部材２からのλ／４板２１を通じて偏光変換された後の映像光（他方の偏波の映像光）を、外部（透明部材１００）へ向けて透過させる。その透過された映像光は、透明部材１００および吸収型偏光板１１２を透過し、筐体１０６の外部の所定の距離の位置に、実像である空間浮遊映像３を形成・表示する。

Ｙ方向で、筐体１０６の背面６０９に近い位置には、再帰反射部材２が収容されている。再帰反射部材２の再帰反射面には、位相差板であるλ／４板２１が設けられている。再帰反射部材２は、ビームスプリッタ１０１からの特定偏波の映像光を再帰反射する。その際、ビームスプリッタ１０１からの特定偏波の映像光は、入射時と出射時とでλ／４板２１を２回通過させられることで、偏光変換、すなわち一方の偏波から他方の偏波に変換される。

図６Ｆで、筐体上部６０１において、概略的に奥行き方向（Ｙ方向）で前から後ろへ順に、映像表示装置１と、平面ミラー４と、窓部６０５（ビームスプリッタ１０１、透明部材１００および吸収型偏光板１１２）と、再帰反射部材２およびλ／４板２１とが配置されている。各素子は図示の所定の関係で筐体上部６０１に固定されている。筐体１０６は、前述のように高さ方向の長さ６３４よりも奥行き方向の長さ６３１が長い形状であり、その奥行き方向に映像光の光路をなるべく長く確保するように、光学系を構成する各素子が図示のように配置されている。

また、映像表示装置１、平面ミラー４、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材２等は、それぞれ、水平方向や鉛直方向に対し斜めに傾いた状態で図示のように配置されている。映像表示装置１は、Ｙ方向に対し光軸Ａ１が角度α１で斜め下を向くように配置されている。平面ミラー４は、主平面（反射面）が水平面に対し後方斜め上にやや傾いた角度α２で配置されている。ビームスプリッタ１０１、透明部材１００および吸収型偏光板１１２は、主平面が水平面に対し前方斜め下にやや傾いた角度α３で配置されている。再帰反射部材２およびλ／４板２１は、Ｙ方向に対し光軸Ａ３が角度α４で前方斜め上を向くように配置されている。

この光学系の映像光の光路は、映像表示装置１とビームスプリッタ１０１との間に配置された平面ミラー４によって反射する（曲がる）光路であり、これにより光路長がなるべく長くなるように確保されている。また、この光学系の映像光の光路は、平面ミラー４と再帰反射部材２との間にビームスプリッタ１０１が配置された光路である。

この光学系の映像光の光路は、順に、映像表示装置１から、平面ミラー４、ビームスプリッタ１０１、λ／４板２１、再帰反射部材２、λ／４板２１、ビームスプリッタ１０１、透明部材１００、吸収型偏光板１１２と経由して空間浮遊映像３へ至る光路である。点ｐ１～ｐ６は、映像光の光路上で経由する点の例である。点ｐ１は、液晶表示パネル１１の映像出射面の基準点（例えば中心点）である。点ｐ２は、平面ミラー４の基準点である。点ｐ３は、ビームスプリッタ１０１（透明部材１００等も概略同様）の基準点である。点ｐ４は、再帰反射部材２の基準点である。点ｐ５は、空間浮遊映像３の基準点である。この空間浮遊映像３は、光軸Ａ３に対応した矢印Ａの方向（映像面に正対する方向）からユーザの眼が観視する場合に、最も好適に視認できる。

図６Ｆで、この空間浮遊映像表示装置は、ダッシュボード上への設置（図６Ｄ）に好適な薄型の筐体１０６に合わせて、筐体１０６内の光学系の構成が設計されている。特に筐体上部６０１内の奥行方向（Ｙ方向）で長い空間に対応させて、光学系の各素子が配置されており、各素子を斜めに傾けて配置し、平面ミラー４で光路を曲げることで、奥行き方向で光路長をなるべく長く確保する光学系としている。本実施例で、平面ミラー４を配置した光学系は、以下のような意義がある。再帰反射部材２から空間浮遊映像３までの光路長は、映像表示装置１から平面ミラー４での反射を経由したビームスプリッタ１０１までの光路長と相関する。本実施例では、筐体１０６を薄型で奥行き方向に長い形状としつつ、かつ、再帰反射部材２から空間浮遊映像３までの光路長をある程度長くなるように確保する。そのために、映像表示装置１からビームスプリッタ１０１までの光路中に、平面ミラー４を配置して反射させる構成とすることで、当該光路を奥行き方向においてより長く確保している。また、筐体上部６０１内の空間において、映像表示装置１や再帰反射部材２は図示のように斜めに傾いた配置とすることで、筐体１０６を高さ方向でより薄型としている。

本実施例では、図６Ｃに示すように、上面６０４および窓部６０５の斜面の角度は、例えば水平面に対し角度α３としている。例えば角度α３は１０度±Ｘ度程度であり、Ｘは１０度前後である。すなわち、当該斜面の角度α３は、０度から２０度の範囲から選択された角度であってもよい。透明部材１００やビームスプリッタ１０１の配置の傾きの角度も同じ角度α３で示される。それに対応して、空間浮遊映像３の光軸Ａ３（図６ＦでのＷ方向）は、水平面に対し角度α５としている。例えば角度α５は２０度±Ｙ度程度であり、Ｙは１０度前後である。すなわち、角度α５は、１０度から３０度の範囲から選択された角度であってもよい。この斜面や光軸の配置の角度・方向は、この空間浮遊映像表示装置が車両内のダッシュボード上（図６Ｄ）に設置された場合に運転者の顔・眼の方に向けやすいことを考慮して設計されている。斜面や光軸の配置の角度・方向の構成は、これに限定されない。

また、図６Ｆで、映像表示装置１は、窓部６０５から、ビームスプリッタ１０１および平面ミラー４を介在して離れた位置、即ち筐体上部６０１内の前方上方の領域に配置されている。映像表示装置１から出射する光軸Ａ１の映像光が、ユーザの視線ＬＳに対応する矢印Ａの方向（光軸Ａ３）から窓部６０５を通じて視認できない位置に、映像表示装置１が配置されている。これにより、ゴースト像の発生が防止・軽減される。

図６Ｆで、映像表示装置１の点ｐ１から平面ミラー４の点ｐ２を経由してビームスプリッタ１０１の点ｐ３までの光路の光路長と、ビームスプリッタ１０１の点ｐ３から空間浮遊映像３の点ｐ５までの光路の光路長とが相関している。窓部６０５から外側に空間浮遊映像３を形成する距離６９０をある程度長く確保すれば、空間浮遊映像３の浮遊感を高めることができる。そのため、本実施例では、薄型で横長の筐体１０６内に収容・配置される光学系として、各素子を斜めに傾けて配置し、平面ミラー４を設けることで、映像表示装置１からビームスプリッタ１０１までの光路長をなるべく長く確保している。

図６Ｆで、映像表示装置１（光軸Ａ１に関して点ｐ１）から出射される特定偏波の映像光は、光軸Ａ１の方向に出射され、まず平面ミラー４へ向かう。その特定偏波の映像光は、平面ミラー４上（点ｐ２）で反射されて、ビームスプリッタ１０１の方（光軸Ａ２）へ向きを変える。光軸Ａ２上を進んだ映像光は、ビームスプリッタ１０１（点ｐ３）で反射され、再帰反射部材２の方（光軸Ａ３）へ向きを変える。光軸Ａ３上を進んだ特定偏波の映像光は、λ／４板２１を通じて再帰反射部材２に入射し、再帰反射面で再帰反射され、λ／４板２１を通じてビームスプリッタ１０１の方へ戻る。その映像光は、ビームスプリッタ１０１および透明部材１００等を透過し、外部に空間浮遊映像３を形成する。

ここで、後に図８、図９でも説明するが、光源装置１３からの光源光は、Ｓ偏光（垂直偏光）の場合（図８）と、Ｐ偏光（平行偏光）の場合（図９）との２通りがある。いずれの場合も、光源装置１３からの光源光は、液晶表示パネル１１のバックライトとして機能する。液晶表示パネル１１は、その光源装置１３からの特定偏波（Ｓ偏光またはＰ偏光）の光源光に基づいて、映像信号により変調された映像光を生成・出射する。すなわち、映像表示装置１から出射される映像光は、Ｓ偏光の場合とＰ偏光の場合との２通りがある。本実施例は、いずれの場合も適用可能である。

映像表示装置１から出射する特定偏波の映像光をＳ偏光とする形態の場合、Ｓ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１で反射され、λ／４板２１を通じてＰ偏光の映像光に変換され、ビームスプリッタ１０１を透過し、そのＰ偏光の映像光によって空間浮遊映像３が形成される。映像表示装置１から出射する特定偏波の映像光をＰ偏光とする形態の場合、Ｐ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１で反射され、λ／４板２１を通じてＳ偏光の映像光に変換され、ビームスプリッタ１０１を透過し、そのＳ偏光の映像光によって空間浮遊映像３が形成される。

ビームスプリッタ１０１は、偏光分離機能を有しており、上記偏光の設計に対応した反射型偏光板、あるいは特定偏波を反射させる金属多層膜を有して構成される。ビームスプリッタ１０１は、映像表示装置１からの映像光をＰ偏光とする形態の場合には、Ｐ偏光を反射し（言い換えると透過しない）、逆にＳ偏光を透過する特性を有する構造の素子である。もしくは、逆に映像表示装置１からの映像光をＳ偏光とする形態の場合には、ビームスプリッタ１０１は、Ｓ偏光を反射し、逆にＰ偏光を透過する特性を有する構造の素子である。

以下では、映像表示装置１からの映像光をＰ偏光とする形態の場合を説明する。映像表示装置１から反射ミラー４を経由してビームスプリッタ１０１に向かって進行した映像光がＰ偏光である場合に、そのＰ偏光の映像光は、それに対応する構造のビームスプリッタ１０１で反射され、再帰反射部材２に向かう。

図６Ｆのように、再帰反射部材２の光入射面である再帰反射面には、λ／４板２１が設けられている。ビームスプリッタ１０１からの例えばＰ偏光の映像光は、再帰反射部材２への入射時と出射時とでλ／４板２１を２度通過することとなる。その結果、この映像光は、一方の偏波から他方の偏波へと偏光変換される。偏光変換の映像光は、元の映像光とは異なる偏光特性を有する映像光となる。即ち具体的には、ビームスプリッタ１０１からのＰ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１へのＳ偏光の映像光に変換される。このＳ偏光の映像光は、光軸Ａ３上で、ビームスプリッタ１０１を透過し、また透明部材１００および吸収型偏光板１１２を透過し、筐体１０６および窓部６０５の外側に出射して、所定の位置に実像である空間浮遊映像３を生成・表示する。

もしくは、上記実施例とは逆に、映像表示装置１からの映像光をＳ偏光とする場合、以下のようになる。映像表示装置１から出射されたＳ偏光の映像光は、平面ミラー４で反射されてビームスプリッタ１０１に向かう。この場合のビームスプリッタ１０１は、Ｓ偏光の映像光を反射し、Ｐ偏光を透過する特性を有する。ビームスプリッタ１０１からのＳ偏光の映像光は、再帰反射部材２での反射およびλ／４板２１の２回通過によって偏光変換されてＰ偏光となる。このＰ偏光の映像光は、ビームスプリッタ１０１、透明部材１００等を透過して、空間浮遊映像３を形成する。

上記映像光およびビームスプリッタ１０１等の偏光に関する設計は、いずれの実施例も可能である。なお、映像表示装置１からの映像光をＳ偏光とする場合、平面ミラー４での反射率がより高い利点がある。映像表示装置１からの映像光をＰ偏光とする場合、ユーザが偏光サングラスをかけた状態で空間浮遊映像３を視認する場合にも視認しやすい利点がある。

さらに、本実施例のように、映像表示装置１やその他の光学部品を収容する筐体１０６の外部の太陽光や照明光等の外光による画質低下を軽減するために、透明部材１００の外表面には、吸収型偏光板１１２を設けると良い。車両外部から進入してくる外光は、車両のフロントガラス（ウィンドシールド）上で外光のＳ偏光成分の殆ど（約８０％）が反射され、車両内部に進入してくる外光はＰ偏光成分が多い。この外光は、吸収型偏光板１１２で概ね吸収され、筐体１０６内には入射しにくい。

また、ビームスプリッタ１０１では、光が再帰反射することで偏光軸が不揃いになることがあるため、一部の映像光が透過せずに反射し、映像表示装置１に戻る。この場合、この光が、再度、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で反射することで、前述のゴースト像を発生させ、空間浮遊映像３の画質を著しく低下させる。そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に、吸収型偏光板１２を設ける。もしくは、映像表示装置１の表面に設けた吸収型偏光板１２の映像出射側面に図示しない反射防止膜を設けることで、ゴースト像の光を透過させ、吸収型偏光板１２で吸収させることで、ゴースト像による画質低下を防止する構成を有する。

また、本実施例は、空間浮遊映像３のゴースト像の発生を低減するために、以下の構成としてもよい。即ち、本実施例または変形例の空間浮遊映像表示装置は、外光が筐体１０６内の再帰反射部材２に入射することを防止するために、以下の構成としてもよい。液晶表示パネル１１からの映像光は、光源装置１３からの狭角な発散特性を持つ光源光に基づいて、狭角な発散特性を持つ映像光とする。それとともに、筐体１０６（特に筐体上部６０１）内において、液晶表示パネル１１と平面ミラー４およびビームスプリッタ１０１を介した再帰反射部材２との間の空間には、前述の図６Ａと同様に、外光成分などの不要な光を遮光するための遮光部材を設ける。この遮光部材は、液晶表示パネル１１からの特定角度を超える発散角を有した映像光が再帰反射部材２に入射することを遮る。このように、遮光部材を含む光学系の配置とすることで、ゴースト像の発生を防止・軽減できる。

また、本実施例での光源装置１３は、特に以下の構成（詳細は後述）とすると良い。光源装置１３は、点状または面状の光源と、光源からの光の発散角を低減する光学手段と、光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換手段と、光源からの光を液晶表示パネル１１に伝搬する反射面を有する導光体とを有し、光源装置１３の反射面の形状と面粗さによって光を制御することで液晶表示パネル１１から映像光として狭角な発散角を有する映像光束を出射させる構成とする。

また、本実施例では、再帰反射部材２の再帰反射面の表面粗さは、単位長さ当たり所定の数値以下、例えば１６０ｎｍ以下に設定する。これにより、空間浮遊映像３のボケ量を軽減して視認性を向上できる。

以上のように、本実施例によれば、比較的に小型で薄型の筐体１０６を有する可搬型の空間浮遊映像表示装置を提供できる。ユーザがこの空間浮遊映像表示装置をいつでもどこでも手軽に使用することができる。特に、この空間浮遊映像表示装置は、車両内での使用を考慮して、一般的な車両のダッシュボード上に好適に設置可能な形状等としている。ユーザが必要に応じてこの空間浮遊映像表示装置をダッシュボード上に容易に取り付け・取り外しが可能である。これにより、車両の運転者または同乗者にとって、空間浮遊映像の利便性の向上に寄与することができる。

本実施例の空間浮遊映像表示装置により形成される空間浮遊映像３は、前述と同様に、観視方向に関する指向性を有する。車両内の運転者や同乗者がこの空間浮遊映像３を観視する際に、明るい映像を好適に観視できるためには、図６Ｃや図６Ｆのように、空間浮遊映像３に対し真正面で正対する方向（光軸Ａ３に合った方向）から観視することが最も望ましい。絶対空間座標系内において、この空間浮遊映像３（光軸Ａ３）の向きは、この装置がダッシュボード上に設置された位置や向き等の状態にも依存する。そして、運転者等がこの空間浮遊映像３を観視する際の相対的な向きは、その空間浮遊映像３（光軸Ａ３）の位置や向きと運転者の顔・目の位置や向きとの関係に依存する。

そこで、本実施例では、標準的なダッシュボード上に空間浮遊映像表示装置を設置した場合に、空間浮遊映像３が運転者の顔・眼に向くよう調整しやすいように、薄型の筐体１０６およびそれに対応した光学系等を設計した。即ち、高さ方向に短く奥行き方向に長い筐体上部６０１内に光学系の素子が傾きとともに配置され、奥行き方向に長い光路長が確保されている。また上面６０４の窓部６０５はやや斜面とされており、空間浮遊映像３の光軸Ａ３をやや小さい仰角の斜め上方向としている。これにより、運転者等は、空間浮遊映像３を視認する際に、頭などをあまり動かさなくても、空間浮遊映像３を真正面の方向から明るい映像として観視しやすい。

仮に、従来の空間浮遊映像表示装置をダッシュボード上に配置する場合、筐体の高さ方向が大きいので、配置しにくい。また、その筐体の上面から斜め上に出射される映像光の方向（すなわち空間浮遊映像の向き）は、運転者の視線方向に対し上側となってしまい、運転者からは空間浮遊映像を真正面では観視しにくい。本実施例によれば、そのような必要が無く、運転中でも比較的自然な体勢で明るい空間浮遊映像３を視認できる。

上記実施例では車載の場合を示したが、これに限らず、この可搬型の空間浮遊映像装置は、ユーザが持ち運び可能であるため、様々な場所で利用できる。例えば、ユーザの自宅等において、机などの上に同様に設置して利用可能である。

空間浮遊映像表示装置は、スピーカとして、超指向性スピーカを用いてもよい。超指向性スピーカは、ユーザの耳付近の特定の空間領域のみで出力音声を聴取可能とするように、超指向性の音声を出力するスピーカである。また、空間浮遊映像表示装置は、カメラや測距センサを備えてもよく、それらを用いて、空間浮遊映像３に対するユーザの手指等によるタッチ操作等を検出し、検出に応じた所定の処理を行う構成としてもよい。また、空間浮遊映像表示装置は、カメラの画像やセンサ検出に基づいて、ユーザの有無を検出してもよいし、ユーザの顔などを解析・判断してユーザ認証を行う構成としてもよい。また、空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像３に対してカードや用紙等がかざされた場合に、カメラの画像等に基づいて、そのカードや用紙等からバーコード等のコードを読み取り、そのコードに応じた処理を行ってもよい。

本実施例（第三例）の変形例として以下も可能である。本実施例では、図６Ｆのように筐体下部６０２において、下面６０８に対応するＸ－Ｙ面において、概略的に全領域に充電池６１１が配置されているが、これに限らない。変形例として、図６Ｇのようにしてもよい。

図６Ｇの変形例は、先述の実施例よりも単純な形状として、直方体形状の筐体１０６を有する場合を示す。図６Ｇで、筐体下部６０１において、奥行き方向で後ろ寄りの一部の領域に、充電池６１１および制御基板６１０が配置されており、前側の領域が空いている。図示のように、その空いている前側の領域には、底面寄りに平面ミラー４が配置され、上面寄りに映像表示装置１が配置されている。この変形例の場合、筐体１０６の奥行き方向の長さは、先述の実施例よりも大きくなっているが、映像表示装置１から平面ミラー４を経由したビームスプリッタ１０１までの光路長をより長く確保でき、筐体１０６の窓部６０５から外部への空間浮遊映像３の形成の距離をより長くすることができる。また、上記空いている領域を利用することで、より大きなサイズの映像表示装置１も配置しやすくなる。また、この空間浮遊映像装置の重心はより奥側の位置となり、ダッシュボード上にも安定的に配置しやすい。

なお、図６Ｇにおける窓部６０５を水平面とした光学系と、前述の図６Ｃや図６Ｆにおける窓部６０５をやや斜面とした光学系とでは、以下のように違いがある。図６Ｆの実施例では、角度α３の斜面でのビームスプリッタ１０１等の配置に合わせて、筐体１０６内の各素子（映像表示装置１，再帰反射部材２、および平面ミラー４等）の配置も設計されている。図６Ｆの実施例の光学系および筐体１０６の構成では、図６Ｇの光学系および筐体１０６の構成と比べて、筐体１０６の奥行き方向の長さをより短くして小型にすることができ、ダッシュボード上に配置しやすくなる。また、図６Ｆの実施例の光学系および筐体１０６の構成では、外部に形成される空間浮遊映像３の高さ方向の位置は、変形例に比べ、より下の位置とすることができる。

図６Ｆの実施例では、空間浮遊映像３の高さ位置が高さ６３５（約１０ｃｍ）であるのに対し、図６Ｇでは、空間浮遊映像３の高さ位置が高さ６３５ｂとなり、高さ６３５＜高さ６３５ｂである。これにより、前述の実施例では、ダッシュボード上（図６Ｄ）の空間浮遊映像表示装置から出射される映像光による空間浮遊映像３が、運転者の眼に向いた方向となるように、筐体１０６を配置・調整しやすい。また、前述の実施例では、運転者の視点ＥＰからこの空間浮遊映像３を視認する際に、背景との重なりにおいて、空間浮遊映像３をより視認しやすくなる。

なお、変形例で、筐体１０６の奥行き方向の長さをより短くする場合、筐体１０６の高さ方向の長さをより大きくすることや、再帰反射部材２の傾き（光軸Ａ３の方向）をより鉛直に近づけることが挙げられるが、その場合、薄型には不利であるとともに、空間浮遊映像３の向きもより斜め上方となってしまい、調整しにくくなる。

また、図６Ｆの実施例のように、筐体１０６の上面６０４に斜面を有する構成では、変形例のように上面を水平面とする構成に比べ、車両のフロントガラス（ウィンドシールド）側から入射する外光についても、筐体１０６内により入射しにくい。よって、その分、ゴースト像も生じにくくなる。

＜反射型偏光板＞
本実施例におけるビームスプリッタ１０１において、グリッド構造の反射型偏光板とする場合、この反射型偏光板は、偏光軸に対して垂直方向からの光についての特性は低下する。このため、偏光軸に沿った仕様が望ましく、液晶表示パネル１１からの出射映像光を狭角で出射可能な本実施例の光源装置１３が理想的な光源となる。また、水平方向の特性も同様に斜めからの光については特性の低下がある。以上の特性を考慮して、以下、液晶表示パネル１１からの出射映像光をより狭角に出射可能な光源装置１３を液晶表示パネル１１のバックライトとして使用する、本実施例の構成例について説明する。これにより、高コントラストな空間浮遊映像３が提供可能となる。

＜映像表示装置＞
次に、図７以降を用いて、図１の本実施例の映像表示装置１について説明する。本実施例の映像表示装置１は、映像表示素子である液晶表示パネル１１と共に、その光源を構成する光源装置１３を備え、図７では、光源装置１３を液晶表示パネル１１と共に展開斜視図として示している。この液晶表示パネル１１は、図７に矢印３０で示すように、バックライト装置である光源装置１３からの光により狭角な拡散特性を有する、即ち、指向性（言い換えると直進性）が強く、かつ、偏光面を一方向に揃えたレーザ光に似た特性の照明光束を得て、入力映像信号に応じて変調をかけた映像光を出射する。その映像光は、図１の再帰反射部材２により反射し、ウィンドガラス１０５を透過して、実像である空間浮遊映像３を形成する。

また、図７では、映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、更に、光源装置１３からの出射光束の指向特性を制御する光方向変換パネル５４、および、必要に応じて図示しない狭角拡散板を備えて構成されている。即ち、液晶表示パネル１１の両面には偏光板が設けられ、図７の矢印３０のように、特定の偏波の映像光が映像信号により光の強度を変調して出射する構成となっている。これにより、所望の映像を指向性（直進性）の高い特定偏波の光として、光方向変換パネル５４を介して、図１の再帰反射部材２に向けて投射し、再帰反射部材２で反射後、店舗の空間の外部の観視者の眼に向けて透過して空間浮遊映像３を形成する。なお、上述した光方向変換パネル５４の表面には保護カバー５０（図８、図９を参照）を設けてよい。

本実施例では、光源装置１３からの矢印３０で示す出射光束の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置１３と液晶表示パネル１１を含んで構成される映像表示装置１において、光源装置１３からの矢印３０で示す光を、図１の再帰反射部材２に向けて投射し、再帰反射部材２で反射後、ウィンドガラス１０５の表面に設けた図示しない透明シートにより、空間浮遊映像３を所望の位置に形成するよう指向性を制御することもできる。具体的には、この透明シートは、フレネルレンズやリニアフレネルレンズ等の光学部品によって高い指向性を付与したまま浮遊映像の結像位置を制御する。このことによれば、映像表示装置１からの映像光は、レーザ光のようにウィンドガラス１０５の外側（例えば歩道）にいる観察者に対して高い指向性（直進性）で効率良く届くこととなり、その結果、高品位な浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置１３のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子２０１を含む映像表示装置１による消費電力を著しく低減することが可能となる。

＜映像表示装置の例（１）＞
図８は、映像表示装置１の別例を示す。また図８は、図７の光源装置１３の上に液晶表示パネル１１と光方向変換パネル５４を配置した状態を示す。この光源装置１３は、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部にＬＥＤ素子２０１、導光体２０３を収納して構成されており、導光体２０３の端面には、図８等に示すように、それぞれのＬＥＤ素子２０１からの発散光を略平行光束に変換するために、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状を設けている。導光体２０３の上面には、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面（本例では左側の端面）には、半導体光源であるＬＥＤ素子２０１や、その制御回路を実装したＬＥＤ基板２０２（図８）が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板２０２の外側面には、ＬＥＤ素子２０１および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられてもよい。

また、光源装置１３のケースの上面に取り付けられる液晶表示パネル１１の図示しないフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、当該液晶表示パネル１１に電気的に接続された図示しないＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル配線基板）などが取り付けられて構成される。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子２０１と共に、電子装置を構成する図示しない制御回路からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。この時、生成される映像光は、拡散角度が狭く特定の偏波成分のみとなるため、映像信号により駆動された面発光レーザ映像源に近い、従来に無い新しい映像表示装置１が得られることとなる。なお、現状では、レーザ装置により、上述した映像表示装置１で得られる画像と同等のサイズのレーザ光束を得ることは、技術的にも安全上からも不可能である。そこで、本実施例では、例えば、ＬＥＤ素子２０１を備えた一般的な光源からの光束から、上述した面発光レーザ映像光に近い光を得る。

続いて、光源装置１３のケース内に収納されている光学系の構成について、図８と共に、図９を参照しながら詳細に説明する。図８および図９は断面図であるため、光源を構成する複数のＬＥＤ素子２０１が１つだけ示されており、これらは導光体２０３の受光端面２０３ａの形状により略コリメート光（略平行光）に変換される。このため導光体２０３の端面の受光部とＬＥＤ素子２０１は所定の位置関係を保って取り付けられている。なお、この導光体２０３は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、この導光体端部のＬＥＤ受光面は、例えば、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有し、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有し、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有するものである（図示せず）。なお、ＬＥＤ素子２０１を取り付ける導光体２０３の受光部外形形状は、円錐形状の外周面を形成する放物面形状をなし、ＬＥＤ素子２０１から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

他方、ＬＥＤ素子２０１は、その回路基板であるＬＥＤ基板２０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板２０２は、ＬＥＤコリメータ（受光端面２０３ａ）に対して、その表面上のＬＥＤ素子２０１が、それぞれ、前述した凹部の中央部に位置するように配置されて固定されている。

かかる構成によれば、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状によって、ＬＥＤ素子２０１から放射される光は略平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

以上述べたように、光源装置１３は、導光体２０３の端面に設けた受光部である受光端面２０３ａに光源であるＬＥＤ素子２０１を複数並べた光源ユニットを取り付けて構成され、ＬＥＤ素子２０１からの発散光束を導光体端面の受光端面２０３ａのレンズ形状によって略平行光として、矢印で示すように、導光体２０３の内部を導光し、光束方向変換手段２０４によって、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１に向かって出射する。導光体２０３内部または表面の形状によってこの光束方向変換手段２０４の分布（密度）を最適化することで、液晶表示パネル１１に入射する光束の均一性を制御することができる。上述した光束方向変換手段２０４は導光体２０３の表面の形状や導光体２０３の内部に例えば屈折率の異なる部分を設けることで、導光体２０３内を伝搬した光束を、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１に向かって出射する。この時、液晶表示パネル１１を画面中央に正対し画面対角寸法と同じ位置に視点を置いた状態で画面中央と画面周辺部の輝度を比較した場合の相対輝度比が２０％以上あれば、実用上問題なく、３０％を超えていれば、更に優れた特性となる。

なお、図８は上述した導光体２０３とＬＥＤ素子２０１を含む光源装置１３において、偏光変換する本実施例の光源の構成とその作用を説明するための断面配置図である。図８において、光源装置１３は、例えば、プラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段２０４を設けた導光体２０３、光源としてのＬＥＤ素子２０１、反射シート２０５、位相差板２１６、レンチキュラーレンズなどから構成されており、その上面には、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル１１が取り付けられている。

光源装置１３に対向した液晶表示パネル１１の光源光入射面（図面での下面）にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設けており、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０のうち片側の偏波（例えばＰ波）２１２を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（図面での下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度、液晶表示パネル１１に向かうようにする。そこで、反射シート２０５と導光体２０３の間もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間に位相差板２１６（λ／４板）を設けて反射シート２０５で反射させ、２回通過させることで反射光束をＰ偏光からＳ偏光に変換し、映像光としての光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル１１で映像信号により光強度を変調された映像光束は、図８の矢印２１３のように、再帰反射部材２に入射して、図１に示したように、反射後にウィンドガラス１０５を透過して店舗の空間の内部または外部に実像である空間浮遊映像３を得ることができる。

図９は、図８と同様に、導光体２０３とＬＥＤ素子２０１を含む光源装置１３において、偏光変換する本実施例の光源の構成と作用を説明するための断面配置図である。光源装置１３も、同様に、例えばプラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段２０４を設けた導光体２０３、光源としてのＬＥＤ素子２０１、反射シート２０５、位相差板２１６、レンチキュラーレンズなどから構成されており、導光体２０３の上面には、映像表示素子として、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル１１が取り付けられている。

また、光源装置１３に対応した液晶表示パネル１１の光源光入射面（図面での下面）にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設け、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０うち片側の偏波（例えばＳ波）２１１を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（図面での下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度液晶表示パネル１１に向かう。反射シート２０５と導光体２０３の間もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間に位相差板２１６（λ／４板）を設けて反射シート２０５で反射させ、２回通過させることで反射光束をＳ偏光からＰ偏光に変換し、映像光として光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル１１で映像信号により光強度変調された映像光束は、図９の矢印２１４のように、再帰反射部材２に入射して、図１に示すように、反射後にウィンドガラス１０５を透過して店舗の空間の内部または外部に実像である空間浮遊映像３を得ることができる。

図８および図９に示す光源装置１３においては、対向する液晶表示パネル１１の光入射面に設けた反射型偏光板４９の作用とともに、反射型偏光板４９で片側の偏光成分を反射するため、理論上得られるコントラスト比は、反射型偏光板４９のクロス透過率の逆数と液晶表示パネル１１に付帯した２枚の偏光板により得られるクロス透過率の逆数とを乗じたものとなる。これにより、高いコントラスト性能が得られる。実際には、表示画像のコントラスト性能が１０倍以上向上することを実験により確認した。この結果、自発光型の有機ＥＬに比較しても遜色ない高品位な映像が得られた。

＜映像表示装置の例（２）＞
図１０には、映像表示装置１の具体的な構成の他の一例を示す。図１０の光源装置１３は、後述の図１２等の光源装置と同様の構成を有する。この光源装置１３は、例えばプラスチックなどのケース内に、ＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納して構成されており、上面には液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面には、図１２等に示す半導体光源であるＬＥＤ素子１４や、その制御回路を実装したＬＥＤ基板１０２が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板１０２の外側面には、ＬＥＤ素子１４および制御回路で発生する熱を冷却するための部材である図１０のヒートシンク１０３が取り付けられている（図１２、図１３等も参照）。

また、ケースの上面に取り付けられた液晶表示パネルフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、液晶表示パネル１１に電気的に接続された図１０のＦＰＣ４０３などが取り付けられて構成されている。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子１４と共に、電子装置を構成する制御回路（図示せず）からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。

＜映像表示装置の例（３）＞
続いて、図１１を用いて映像表示装置１の具体的な構成の他の例を説明する。この映像表示装置１の光源装置は、ＬＥＤ素子１４（例えばＬＥＤ素子１４ａ）からのＰ偏波とＳ偏波が混在する自然光の発散光束をＬＥＤコリメータレンズ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４により液晶表示パネル１１に向け反射する。反射光は液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された波長板と反射型偏光板４９に入射する。反射型偏光板４９で特定の偏波（例えばＳ偏波）が反射され波長板で位相が変換され反射面に戻り再び位相差板２１６を通過して反射型偏光板４９を透過する偏波（例えばＰ偏波）に変換される。

この結果、ＬＥＤ素子１４からの自然光は特定の偏波（例えばＰ偏波）に揃えられ、液晶表示パネル１１に入射し、映像信号に合わせて輝度変調され、パネル面に映像を表示する。上述の例と同様に光源を構成する複数のＬＥＤ素子１４が示されており（ただし図１１は縦断面であるため１個のみ図示）、これらはＬＥＤコリメータレンズ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有している。なお、ＬＥＤコリメータレンズ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤ素子１４から辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

以上の構成は、図１２、図１３等に示した映像表示装置の光源装置と同様の構成である。更に、図１１に示したＬＥＤコリメータレンズ１８により略平行光に変換された光は、反射型導光体３０４で反射し、反射型偏光板４９の作用により特定の偏波の光を透過させ、反射した他方の偏波の光は、再度反射型導光体３０４を透過して、反射型導光体３０４において液晶表示パネル１１とは反対側の面に対向させて設けた反射板２７１で反射する。この時、反射板２７１と反射型導光体３０４の間に配置した位相差板（λ／４板）２７０を２度通過することで偏光変換され、再び導光体３０４を透過して、反対側、即ち、液晶表示パネル１１側に設けた反射型偏光板４９を透過して、偏光方向を揃えて液晶表示パネル１１に入射させる。この結果、光源の光を全て利用できるので光の利用効率が２倍になる。

液晶表示パネル１１からの出射光は、従来のＴＶセットでは画面水平方向（図１６（Ａ）ではＸ軸で表示）と画面垂直方向（図１６（Ｂ）ではＹ軸で表示）ともに同様な拡散特性を持っている。これに対して、本実施例の液晶表示パネル１１からの出射光束の拡散特性は、例えば図１６の例１に示すように、輝度が正面視（角度０度）の５０％になる視野角が１３度とすることで、従来の６２度に対して１／５となる。同様に垂直方向の視野角は上下不均等として上側の視野角を下側の視野角に対して１／３程度に抑えるように反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、従来の液晶ＴＶに比べ、観視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は５０倍以上となる。

更に、図１６の例２に示す視野角特性とすれば、輝度が正面視（角度０度）の５０％になる視野角が５度とすることで、従来の６２度に対して１／１２となる。同様に垂直方向の視野角は上下均等として視野角を従来に対して１／１２程度に抑えるように反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、従来の液晶ＴＶに比べ、監視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は１００倍以上となる。以上述べたように、視野角を狭角とすることで、観視方向に向かう光束量を集中できるので、光の利用効率が大幅に向上する。この結果、従来のＴＶ用の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を制御することで、同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能であり、屋外に向けての空間浮遊映像表示装置に対応した映像表示装置１とすることができる。

図１１に戻る。基本構成としては、図１１に示すように、光源装置により狭角な指向特性の光束を液晶表示パネル１１に入射させ、映像信号に合わせて輝度変調することで、液晶表示パネル１１の画面上に表示した映像情報を、図１の再帰反射部材２で反射させ得られた空間浮遊映像３を、ウィンドガラス１０５を介して室外または室内に表示する。

＜光源装置１３の例（１）＞
続いて、図６Ｂの筐体１０６内に収納されている光源装置１３等の光学系の構成について、図１２と共に、図１３（Ａ）および（Ｂ）を参照しながら、詳細に説明する。

図１２には、光源を構成するＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が示されており、これらはＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このＬＥＤコリメータ１５は、図１３（Ｂ）にも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面は、ＬＥＤ素子１４から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）は、その回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ素子１４が、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定される。

かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ素子１４から放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図１３（Ｂ）の右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ素子１４により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

なお、ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には偏光変換素子２１が設けられている。この偏光変換素子２１は、図１３からも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ膜」と省略する）２１１と反射膜２１２とが設けられており、また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１を透過した光が出射する出射面には、λ／２位相板２１５が備えられている。

この偏光変換素子２１の出射面には、更に、図１３（Ａ）にも示す矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ素子１４から出射された光は、ＬＥＤコリメータ１５の働きにより平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射し、出射側のテクスチャー１６１により拡散された後、導光体１７に到る。

導光体１７は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形（図１３（Ｂ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図１２からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面に第１拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（導光体光入射面を含む）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（導光体光反射面を含む）１７２と、第２拡散板１８ｂを介して、液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部（導光体光出射面を含む）１７３とを備えている。

この導光体１７の導光体光反射部１７２には、その一部拡大図である図１３（Ｂ）にも示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図面では右上がりの線分）は、図面において一点鎖線で示す水平面に対してαｎ（ｎ：自然数であり、本例では１～１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、αｎを４３度以下（ただし０度以上）に設定している。

導光体入射部１７１は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック１６の出射面からの平行光は、第１拡散板１８ａを介して拡散されて入射し、図１２からも明らかなように、導光体入射部１７１により上方に僅かに屈曲（偏向）しながら導光体光反射部１７２に達し、ここで反射して図１２の上方の出射面に設けた液晶表示パネル１１に到る。

以上に詳述した映像表示装置１によれば、光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、モジュール化されたＳ偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造することが可能となる。なお、上記の説明では、偏光変換素子２１をＬＥＤコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示パネル１１に到る光路中に設けることによっても同様の作用・効果が得られる。

なお、導光体光反射部１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、照明光束は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部１７３には図示しない狭角拡散板を設けて略平行な拡散光束として指向特性を制御する光方向変換パネル５４に入射し、斜め方向から液晶表示パネル１１へ入射する。本実施例では光方向変換パネル５４を導光体出射面１７３と液晶表示パネル１１の間に設けたが、液晶表示パネル１１の出射面に設けても、同様の効果が得られる。

＜光源装置１３の例（２）＞
図１４に、光源装置１３等の光学系の構成について他の例を示す。図１４では、図１３の例と同様に、光源を構成する複数（本例では２個）のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が示されており、これらはＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図１３の例と同様に、このＬＥＤコリメータ１５は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面は、ＬＥＤ素子１４ａから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ素子１４は、その回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定されている。

かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ素子１４から放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図面での右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ素子１４により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

なお、ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には第１拡散板１８ａを介して導光体１７０が設けられている。導光体１７０は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形（図１４（Ａ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図１４（Ａ）からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面に第１拡散板１８ａを介して対向する導光体１７０の導光体光入射部１７１と、斜面を形成する導光体光反射部１７２と、反射型偏光板２００を介して液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部１７３とを備えている。

この反射型偏光板２００は、例えばＰ偏光を反射、Ｓ偏光を透過させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤ素子１４から発した自然光のうちＰ偏光を反射し、図１４（Ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板１７２ｃを通過して反射面１７２ｄで反射し、再びλ／４板１７２ｃを通過することでＳ偏光に変換され、液晶表示パネル１１に入射する光束は全てＳ偏光に統一される。

同様に、反射型偏光板２００としてＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤ素子１４から発した自然光のうちＳ偏光を反射し、図１４（Ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板１７２ｃを通過して反射面１７２ｄで反射し、再びλ／４板１７２ｃを通過することでＰ偏光に変換され、液晶表示パネル５２に入射する光束は全てＰ偏光に統一される。以上述べた構成でも偏光変換が実現できる。

＜光源装置１３の例（３）＞
図１１を用いて、光源装置等の光学系の構成についての他の例を説明する。第３の例では、図１１に示すようにＬＥＤ基板１０２からのＰ偏光とＳ偏光が混在する自然光の発散光束をＬＥＤコリメータレンズ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４により液晶表示パネル１１に向け反射する。反射光は液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された反射型偏光板２０６に入射する。反射型偏光板２０６で特定の偏波（例えばＳ偏波）が反射され導光体３０４の反射面を繋ぐ面を透過し、導光体３０４の反対面に面して配置された反射板２７１で反射され位相板（λ／４波長板）２７０を２度透過することで偏光変換され、導光体と反射型偏光板を透過して液晶表示パネル１１に入射し映像光に変調される。この時、特定偏波と偏光変換された偏波面を合わせることで光の利用効率が通常の２倍となり、反射型偏光板の偏光度（消光比）もシステム全体の消光比に乗せられるので、本実施例の光源装置を用いることで、情報表示システムのコントラスト比が大幅に向上する。

この結果、ＬＥＤからの自然光は特定の偏波（例えばＰ偏波）に揃えられる。上述の例と同様に光源を構成する複数のＬＥＤが設けられており（ただし図１２は縦断面であるため１個のみ図示）、これらはＬＥＤコリメータレンズ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有している。なお、ＬＥＤコリメータレンズ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤコリメータレンズ１８から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

また、ＬＥＤは、その回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータレンズ１８に対して、その表面上のＬＥＤが、それぞれ、その凹部の中央部に位置するように配置されて固定されている。

かかる構成によれば、ＬＥＤコリメータレンズ１８によって、ＬＥＤから放射される光のうち、特に、その中央部分から放射される光は、ＬＥＤコリメータレンズ１８の外形を形成する２つの凸レンズ面により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータレンズ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータレンズ１８によれば、ＬＥＤにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

＜光源装置１３の例（４）＞
更に、図１７を用いて、光源装置等の光学系の構成についての他の例を説明する。ＬＥＤコリメータレンズ１８の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向の拡散特性を変換する光学シート２０７を２枚用い、ＬＥＤコリメータレンズ１８からの光を２枚の光学シート２０７（拡散シート、拡散フィルムともいう。）の間に入射させる。この光学シート２０７は、１枚で構成する場合には表面と裏面の微細形状で垂直と水平の拡散特性を制御する。また、光学シート２０７を複数枚使用して作用を分担しても良い。光学シート２０７の表面形状と裏面形状により、ＬＥＤコリメータレンズ１８からの光の画面垂直方向の拡散角を光学シート２０７の反射面の垂直面の幅に合わせ、水平方向は液晶表示パネル１１から出射する光束の面密度が均一になるように、ＬＥＤ素子の数量と光学素子１０７からの発散角を設計パラメータとして最適設計すると良い。つまり、導光体の代わりに複数の拡散シートの表面形状により拡散特性を制御する。本実施例では、偏光変換は上述した光源装置の例３と同様の方法で行われる。更に、ＬＥＤコリメータレンズ１８と光学シート２０７の間に偏光変換素子を設けて、偏光変換を行った後、光学シート２０７に光源光を入射させても良い。

前述した反射型偏光板２０６は、Ｓ偏光を反射、Ｐ偏光を透過させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤ素子から発した自然光のうちＳ偏光を反射し、位相差板２７０を通過して、反射面２７２で反射し、再び位相差板２７０を通過することでＰ偏光に変換され液晶表示パネル１１に入射する。この位相差板２７０の厚さは位相差板への光線の入射角度により最適値を選ぶ必要があり、λ／１６からλ／４の範囲に最適値が存在する。

＜光源装置１３の例（５）＞
図１８を用いて、光源装置１３の光学系の構成についての他の例を説明する。図１８（Ｃ）に示すようにＬＥＤコリメータレンズ１８の光の出射側には偏光変換素子２１を配置する。そしてＬＥＤ素子１４ｃからの自然光を特定の偏波に揃えて拡散特性を制御する光学素子８１に入射し図面の垂直方向と水平方向の拡散特性を制御することで反射型導光体２２０の反射面に向けての配光特性を最適なものとする。反射型導光体２２０の表面には図１８（Ｂ）に示すように凹凸パターン２２２を設け、反射型導光体２２０の対向面に配置される図示しない映像表示装置に向けて反射し所望の拡散特性を得る。光源のＬＥＤ素子１４ｃとＬＥＤコリメータレンズ１８の配置精度は光源の効率に大きく影響するため通常光軸精度は５０μｍ程度の精度が必要となるため、発明者はＬＥＤの発熱によりＬＥＤコリメータレンズ１８の膨張により取り付け精度が低下する対策として、幾つかのＬＥＤ素子１４ｃとＬＥＤコリメータレンズ１８を一体とした光源ユニット２２３構造として複数または単独のユニットを光源装置に用いることで取り付け精度の低下を軽減した。

図１８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示した実施例では、反射型導光体２２０の長辺方向の両端部にはＬＥＤ素子１４ｃとＬＥＤコリメータレンズ１８を一体化した光源ユニット２２３が複数組み込まれ（図１８の実施例では片側３個ずつ）、光源装置の輝度均一化を実現している。導光体２２０の反射面２２０ａには光源ユニットに略平行の凹凸パターン２２２が複数形成され、一つの凹凸パターン２２２においてもその表面は多面体を形成することで映像表示装置１に入射する光量を高精度に制御することができる。本実施例では反射面の形状を凹凸パターン２２２として説明したが、三角面、波形面などが規則的または不規則に配列したパターンでもよく、面形状により導光体２２０から映像表示装置１に向けた配光パターンを制御すればよい。また、導光体２２０の側面にはＬＥＤコリメータレンズ１８で制御された光が光源装置１３から外部に漏れないように遮光壁２２４を設け、ＬＥＤ素子１４ｃは金属製の基盤２２５により放熱性を高めた設計とするとよい。

＜レンチキュラーシート＞
以下、映像表示装置１からの出射光の拡散特性を制御するレンチキュラーレンズによる作用について説明する。レンチキュラーレンズのレンズ形状を最適化することで、上述した映像表示装置１から出射されてウィンドガラス１０５を透過または反射して効率良く空間浮遊映像３を得ることが可能となる。即ち、映像表示装置１からの映像光に対し、２枚のレンチキュラーレンズを組み合わせ、またはマイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を制御するシートを設けて、Ｘ軸およびＹ軸方向において、映像光の輝度（相対輝度）をその反射角度（垂直方向を０度）に応じて制御することができる。本実施例では、このようなレンチキュラーレンズにより、従来に比較し、図１６（Ｂ）に示すように垂直方向の輝度特性を急峻にできる。更に、上下方向（Ｙ軸の正負方向）の指向特性のバランスを変化させることで、反射や拡散による光の輝度（相対輝度）を高めることができる。これらの作用効果により、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く（直進性が高く）、かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術による映像表示装置を用いた場合に再帰反射部材で発生していたゴースト像を抑え、効率良く観視者の眼に再帰反射による空間浮遊映像が届くように制御できる。

また上述した各光源装置により、図１６（Ａ）（Ｂ）に示した一般的な液晶表示パネル１１からの出射光拡散特性（図中では従来と表記）に対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに大幅に狭角な指向特性を実現することができる。これにより、特定方向に対して平行に近い映像光束を出射する特定偏波の光を出射する映像表示装置が実現できる。

図１５には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、特に、Ｘ方向（垂直方向）における特性を示しており、特性Ｏは、光の出射方向のピークが垂直方向（０度）から上方に３０度付近の角度であり、上下に対称な輝度特性を示している。また、図１５の特性Ａや特性Ｂは、更に、３０度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度（相対輝度）を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性Ａや特性Ｂでは、３０度を超えた角度において、特性Ｏに比較して、急激に光の輝度（相対輝度）が低減する。

即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、映像表示装置１からの映像光束を再帰反射部材２に入射させる際、光源装置１３，２３０で狭角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を制御でき、再帰反射部材２の設置の自由度を大幅に向上できる。その結果、図１のウィンドガラス１０５を反射または透過して所望の位置に結像する空間浮遊映像３の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く（直進性が高く）かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の観視者の眼に届くようにすることが可能となる。このことによれば、映像表示装置１からの映像光の強度（輝度）が低減しても、観視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、映像表示装置１の出力を小さくすることにより、消費電力の低い空間浮遊映像表示装置を実現することが可能となる。

以上、種々の実施例について詳述したが、本発明は、上述した実施例のみに限定されず、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換が可能である。

本実施例に係る技術では、空間浮遊映像を高解像度かつ高輝度な映像情報を空間浮遊した状態で表示することにより、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。

また、本実施例に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さく、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、明るく鮮明な空間浮遊映像を得ることを可能にする。本実施例に係る技術によれば、消費電力を大幅に低減することが可能な、利用性に優れた非接触ユーザインタフェースを提供することができる。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献する。

１：映像表示装置、２：再帰反射部材、３：空間浮遊映像、４：平面ミラー、１１：液晶表示パネル、１２：吸収型偏光板、１３：光源装置、２１：λ／４板、１００：透明部材、６０５：窓部、１０１：ビームスプリッタ（偏光分離部材）、１０６：筐体、１１２：吸収型偏光板、６１０：制御基板、６１１：充電池。

Claims (24)

1. 空間浮遊映像を形成する空間浮遊映像表示装置であって、
   高さ方向の長さが奥行き方向の長さよりも小さい薄型形状の筐体と、
   前記筐体の一部に設けられ、前記空間浮遊映像を形成するための映像光を透過させる窓部と、
   前記筐体の内部に設けられ、光源装置、および前記光源装置からの光に基づいて前記空間浮遊映像を形成するための特定偏波の映像光を生成して出射する液晶表示パネルを有する映像表示装置と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記映像表示装置からの特定偏波の映像光を反射し再帰反射部材からの映像光を透過する偏光分離部材と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記偏光分離部材からの映像光を再帰反射する前記再帰反射部材と、
   前記再帰反射部材の再帰反射面に設けられた位相差板と、
   前記筐体の内部で、前記映像表示装置と前記偏光分離部材とを結ぶ空間内に配置され、前記映像表示装置からの特定偏波の映像光を前記偏光分離部材へ向けて反射する平面ミラーと、
   を備え、
   前記映像表示装置からの特定偏波の映像光を、前記平面ミラーで反射させて、前記偏光分離部材で前記再帰反射部材に向けて反射させ、前記位相差板を通じて偏光変換された映像光を前記偏光分離部材で透過させ、前記窓部を透過した映像光によって前記筐体の外部に前記空間浮遊映像を表示する、
   空間浮遊映像表示装置。
2. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記薄型形状の筐体は、車両内のダッシュボード上に設置可能な形状を有する、空間浮遊映像表示装置。
3. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記薄型形状は、前記高さ方向の長さが、奥行き方向の長さおよび左右方向の長さよりも小さい形状である、空間浮遊映像表示装置。
4. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記薄型形状の筐体は、上面の一部において、前方斜め下に傾いた斜面を有し、
   前記窓部は前記斜面に設けられ、
   前記空間浮遊映像を形成するための映像光は、前記斜面の前記窓部を透過して斜め上方向に出射する、
   空間浮遊映像表示装置。
5. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記薄型形状の筐体の上面は、前記空間浮遊映像が形成される側の辺よりも前記空間浮遊映像に対向する側の辺が長い、空間浮遊映像表示装置。
6. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記窓部は台形形状である、空間浮遊映像表示装置。
7. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記映像表示装置は、前記筐体の内部で、奥行き方向での前側の上方に、光軸が後方斜め下に向くように傾いて配置され、
   前記再帰反射部材は、前記筐体の内部で、奥行き方向での後側の上方に、光軸が前方斜め上に向くように傾いて配置されている、
   空間浮遊映像表示装置。
8. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記薄型形状の筐体は、筐体上部と、筐体下部とを有し、
   前記筐体上部には、前記映像表示装置、前記平面ミラー、前記偏光分離部材、前記位相差板、および前記再帰反射部材が収容されており、
   前記筐体下部には、制御基板および充電池が収容されている、
   空間浮遊映像表示装置。
9. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記光源装置は、挟角な拡散特性を有する、空間浮遊映像表示装置。
10. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、挟角な拡散特性を有し、かつ、特定偏波を有する光を供給する、空間浮遊映像表示装置。
11. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記薄型形状の筐体に設けられた入出力端子と、
    前記筐体の下部に設けられた充電池と、
    を備え、
    外部から前記入出力端子を介して前記充電池に電源が供給される、
    空間浮遊映像表示装置。
12. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記薄型形状の筐体に設けられた入出力端子を備え、
    外部から前記入出力端子を介して前記映像表示装置に対し信号が供給される、
    空間浮遊映像表示装置。
13. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記偏光分離部材は、反射型偏光板、あるいは特定偏波を反射させる金属多層膜を有して構成されている、空間浮遊映像表示装置。
14. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記窓部には透明部材が設けられ、
    前記透明部材の少なくとも一面に設けられた吸収型偏光板を備える、空間浮遊映像表示装置。
15. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記液晶表示パネルの映像表示面に設けられた吸収型偏光板を備える、空間浮遊映像表示装置。
16. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記筐体の内部で、前記映像表示装置と、前記平面ミラーおよび前記偏光分離部材を介して前記再帰反射部材とを結ぶ空間に、前記液晶表示パネルからの特定角度を超える発散角を有した映像光が前記再帰反射部材に入射することを遮るための遮光部材を備える、空間浮遊映像表示装置。
17. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記再帰反射部材の前記再帰反射面の面粗さは、前記空間浮遊映像のボケ量と前記映像表示装置の画素サイズとの比率が４０％以下となるように設定されている、空間浮遊映像表示装置。
18. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、
    点状または面状の光源と、
    前記光源からの光の発散角を低減する光学手段と、
    前記光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換手段と、
    前記光源からの光を前記液晶表示パネルに伝搬する反射面を有する導光体と、を有し、
    前記光源装置の前記反射面の形状と面粗さによって光束を制御することで前記液晶表示パネルから前記映像光として狭角な発散角を有する映像光束を出射させる、
    空間浮遊映像表示装置。
19. 請求項１８に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記再帰反射部材の前記再帰反射面の面粗さは、１６０ｎｍ以下に設定され、
    前記導光体は、前記液晶表示パネルと対向して配置され、
    前記導光体の内部または表面に、前記光源からの光を前記液晶表示パネルに向けて反射させる前記反射面を有し、
    前記液晶表示パネルは、前記導光体からの光に基づいて、入力映像信号に合わせて、光強度を変調して、前記狭角な発散角を有する映像光束を出射する、
    空間浮遊映像表示装置。
20. 請求項１８に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光線発散角が±３０度以内となるように、前記光束の発散角の一部または全部を、前記反射面の形状と面粗さによって制御する、空間浮遊映像表示装置。
21. 請求項１８に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光線発散角が±１５度以内となるように、前記光束の発散角の一部または全部を、前記反射面の形状と面粗さによって制御する、空間浮遊映像表示装置。
22. 請求項１８に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光線発散角が、水平発散角と垂直発散角とが異なるように、前記光束の発散角の一部または全部を、前記反射面の形状と面粗さによって制御する、空間浮遊映像表示装置。
23. 請求項１８に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光入射面と光出射面とにそれぞれ設けられた偏光板の特性により得られるコントラストに、前記偏光変換手段における偏光変換の効率の逆数を乗じたコントラスト性能を有する、空間浮遊映像表示装置。
24. 請求項１８に記載の空間浮遊映像表示装置において、
    前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光入射面と光出射面とにそれぞれ設けられた偏光板の特性により得られるコントラストに、前記偏光変換手段における偏光変換の効率の逆数と前記偏光分離部材のクロス透過率の逆数とをそれぞれ乗じたコントラスト性能を有する、空間浮遊映像表示装置。
    

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