JP2023122259A - 空中浮遊映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】好適な空中浮遊映像表示装置を提供する。【解決手段】映像を表示する映像表示部と、映像表示部からの光束が入射する再帰性反射板と、撮像部と、制御部と、を備え、再帰性反射板における反射を経た光束が、空中に実像である空中浮遊映像を形成するものであり、制御部は、実像である空中浮遊映像に対する、3Dモデルの仮想的な位置を設定することが可能であり、映像表示部が、撮像部が撮像した撮像画像にもとづいて検出されたユーザの視点位置と、3Dモデルの仮想的な位置に基づく、3Dモデルの3Dデータのレンダリング処理の結果の映像を表示し、空中浮遊映像において、運動視差による立体視のための映像が表示されるものであり、3Dモデルの仮想的な位置は、空中に形成された実像である空中浮遊映像の位置に対して、再帰性反射板における反射を経た光束が空中浮遊映像を形成するときの主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置である。【選択図】図15A
Description
本発明は、空中浮遊映像表示装置に関する。
空中浮遊情報表示技術については、例えば、特許文献1に開示されている。
しかしながら、特許文献1の開示では、空中浮遊映像の実用的な明るさや品位を得るための構成や、ユーザが空中浮遊映像をより楽しく視認するための構成などについての考慮は十分ではなかった。
本発明の目的は、より好適な空中浮遊映像表示装置を提供することにある。
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、その一例を挙げるならば、映像を表示する映像表示部と、映像表示部からの光束が入射する再帰性反射板と、撮像部と、制御部と、を備え、再帰性反射板における反射を経た光束が、空中に実像である空中浮遊映像を形成するものであり、制御部は、実像である空中浮遊映像に対する、3Dモデルの仮想的な位置を設定することが可能であり、映像表示部が、撮像部が撮像した撮像画像にもとづいて検出されたユーザの視点位置と、3Dモデルの仮想的な位置に基づく、3Dモデルの3Dデータのレンダリング処理の結果の映像を表示し、実像である空中浮遊映像において、3Dモデルについての運動視差による立体視のための映像が表示されるものであり、制御部が設定する3Dモデルの仮想的な位置は、空中に形成された実像である空中浮遊映像の位置に対して、再帰性反射板における反射を経た光束が空中浮遊映像を形成するときの主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置であるように構成すればよい。
本発明によれば、より好適な空中浮遊映像表示装置を実現できる。これ以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明において明らかにされる。
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。なお、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。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものには、同一の符号を付与し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
以下の実施例は、映像発光源からの映像光による映像を、ガラス等の空間を仕切る透明な部材を介して透過して、前記透明な部材の外部に空間浮遊映像として表示することが可能な映像表示装置に関する。なお、以下の実施例の説明において、空間に浮遊する映像を「空間浮遊映像」という用語で表現している。この用語の代わりに、「空中像」、「空間像」、「空中浮遊映像」、「表示映像の空間浮遊光学像」、「表示映像の空中浮遊光学像」などと表現してもかまわない。実施例の説明で主として用いる「空間浮遊映像」との用語は、これらの用語の代表例として用いている。
以下の実施例によれば、例えば、銀行のATMや駅の券売機やデジタルサイネージ等において好適な映像表示装置を実現できる。例えば、現状、銀行のATMや駅の券売機等では、通常、タッチパネルが用いられているが、透明なガラス面や光透過性の板材を用いて、こ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、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、再帰反射板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、本実施例の光源を含む装置により、消費電力を大幅に低減することが可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像表示装置(空間浮遊映像表示システム)を提供することができる。また、例えば、車両において車両内部および/または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車両用空間浮遊映像表示装置を提供することができる。
<実施例1>
<実施例1>
<空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例>
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であり、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図である。空間浮遊映像表示装置の具体的な構成については、図2等を用いて詳述するが、映像表示装置1から挟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、空間浮遊映像表示装置内の光学系での反射等を経て再帰反射板2に一旦入射し、再帰反射して透明な部材100(ガラス等)を透過して、ガラス面の外側に、実像である空中像(空間浮遊映像3)を形成する。なお、以下の実施例においては、再帰反射部材の例として再帰反射板2(再帰性反射板)を用いて説明する。しかしながら、本発明の再帰反射板2は平面形状のプレートに限られず、平面または非平面の部材に貼り付けるシート状の再帰反射部材や、平面または非平面の部材にシート状の再帰反射部材を貼り付けたアセンブリ全体を含む概念の例として用いている。
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であり、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図である。空間浮遊映像表示装置の具体的な構成については、図2等を用いて詳述するが、映像表示装置1から挟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、空間浮遊映像表示装置内の光学系での反射等を経て再帰反射板2に一旦入射し、再帰反射して透明な部材100(ガラス等)を透過して、ガラス面の外側に、実像である空中像(空間浮遊映像3)を形成する。なお、以下の実施例においては、再帰反射部材の例として再帰反射板2(再帰性反射板)を用いて説明する。しかしながら、本発明の再帰反射板2は平面形状のプレートに限られず、平面または非平面の部材に貼り付けるシート状の再帰反射部材や、平面または非平面の部材にシート状の再帰反射部材を貼り付けたアセンブリ全体を含む概念の例として用いている。
また、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」とも言う)105により空間が仕切られている。本実施例の空間浮遊映像表示装置によれば、かかる透明な部材を透過して、浮遊映像を店舗(空間)の外部および/または内部に対して一方向に表示することが可能である。
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。
<空間浮遊映像表示装置の光学システムの構成例>
図2Aは、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の光学システムの構成の一例を示す図である。図2A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2A(1)に示すように、ガラス等の透明な部材100の斜め方向には、特定偏波の映像光を挟角に発散させる表示装置1を備える。表示装置1は、液晶表示パネル11と、挟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。
図2Aは、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の光学システムの構成の一例を示す図である。図2A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2A(1)に示すように、ガラス等の透明な部材100の斜め方向には、特定偏波の映像光を挟角に発散させる表示装置1を備える。表示装置1は、液晶表示パネル11と、挟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。
表示装置1からの特定偏波の映像光は、透明な部材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(図中は偏光分離部材101をシート状に形成して透明な部材100に粘着している)で反射され、再帰反射板2に入射する。再帰反射板2の映像光入射面にはλ/4板21を設ける。映像光は、再帰反射板2への入射のときと出射のときの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、透明な部材100の外側に、実像である空間浮遊映像3を形成する。
ここで、図2Aの光学システムにおける偏光設計の第1の例を説明する。例えば、表示装置1からS偏光の映像光が偏光分離部材101へ射出される構成とし、偏光分離部材101がS偏光を反射しP偏光を透過する特性を有する構成としても良い。この場合、表示装置1から偏光分離部材101へ到達したS偏光の映像光は、偏光分離部材101により反射され、再帰反射板2へ向かう。当該映像光が再帰反射板2で反射される際に、再帰反射板2の入射面に設けられたλ/4板21を2回通過するので、当該映像光はS偏光からP偏光へ変換される。P偏光へ変換された映像光は再び偏光分離部材101へ向かう。ここで、偏光分離部材101は、S偏光を反射しP偏光を透過する特性を有するので、P偏光の映像光は偏光分離部材101を透過し、透明な部材100を透過する。透明な部材100を透過した映像光は、再帰反射板2により生成された光であるため、偏光分離部材101に対して表示装置1の表示映像と鏡面関係にある位置に、表示装置1の表示映像の光学像である空間浮遊映像3を形成する。このような偏光設計により好適に空間浮遊映像3を形成することができる。
次に、図2Aの光学システムにおける偏光設計の第2の例を説明する。例えば、表示装置1からP偏光の映像光が偏光分離部材101へ射出される構成とし、偏光分離部材101がP偏光を反射しS偏光を透過する特性を有する構成としても良い。この場合、表示装置1から偏光分離部材101へ到達したP偏光の映像光は、偏光分離部材101により反射され、再帰反射板2へ向かう。当該映像光が再帰反射板2で反射される際に、再帰反射板2の入射面に設けられたλ/4板21を2回通過するので、当該映像光はP偏光からS偏光へ変換される。S偏光へ変換された映像光は再び偏光分離部材101へ向かう。ここで、偏光分離部材101は、P偏光を反射しS偏光を透過する特性を有するので、S偏光の映像光は偏光分離部材101を透過し、透明な部材100を透過する。透明な部材100を透過した映像光は、再帰反射板2により生成された光であるため、偏光分離部材101に対して表示装置1の表示映像と鏡面関係にある位置に、表示装置1の表示映像の光学像である空間浮遊映像3を形成する。このような偏光設計により好適に空間浮遊映像3を形成することができる。
なお、空間浮遊映像3を形成する光は再帰反射板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2Aの構成では、矢印Aの方向からユーザが視認する場合は、空間浮遊映像3は明るい映像として視認される。しかし、矢印Bの方向から他の人物が視認する場合は、空間浮遊映像3は映像として一切視認することはできない。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、再帰反射板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。また、反射角度も不揃いになることがある。このような不揃いの光は、設計上想定された偏光状態および進行角度を保たないことが有る。例えば、このような設計想定外の偏光状態および進行角度の光が、再帰反射板2の位置から偏光分離部材を介さずに直接液晶表示パネル11の映像表示面側へ再入射してしまうこともある。このような設計想定外の偏光状態および進行角度の光が、空間浮遊映像表示装置内の部品で反射したのち、液晶表示パネル11の映像表示面側へ再入射してしまうこともある。このような液晶表示パネル11の映像表示面側へ再入射した光が、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像の画質を低下させる可能性がある。そこで、本実施例では表示装置1の映像表示面に吸収型偏光板12を設けてもよい。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、空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止することができる。具体的には、表示装置1からS偏光の映像光が偏光分離部材101へ射出される構成であれば、吸収型偏光板12はP偏光を吸収する偏光板とすればよい。また、表示装置1からP偏光の映像光が偏光分離部材101へ射出される構成であれば、吸収型偏光板12はS偏光を吸収する偏光板とすればよい。
上述した偏光分離部材101は、例えば反射型偏光板や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2A(2)に、代表的な再帰反射板2として、今回の検討に用いた日本カーバイド工業株式会社製の再帰反射板の表面形状を示す。規則的に配列された6角柱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、表示装置1に表示した映像に基づき実像である空間浮遊映像を表示する。
この空間浮遊像の解像度は、液晶表示パネル11の解像度の他に、図2A(2)で示す再帰反射板2の再帰反射部の外形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、例えば再帰反射部の直径Dが240μmでピッチが300μmであれば、空間浮遊像の1画素は300μm相当となる。このため、空間浮遊映像の実効的な解像度は1/3程度に低下する。
そこで、空間浮遊映像の解像度を表示装置1の解像度と同等にするためには、再帰反射部の直径とピッチを液晶表示パネルの1画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射板と液晶表示パネル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、再帰反射部のいずれの一辺も液晶表示パネルの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。
なお、本実施例に係る再帰反射板の表面形状は上述の例に限られない。再帰性反射を実現するさまざまな表面形状を有してよい。具体的には、三角錐プリズム、六角錐プリズム、その他多角形プリズムまたはこれらの組み合わせを周期的に配置した再帰反射素子を、本実施例の再帰反射板の表面に備えても良い。または、これらのプリズムを周期的に配置してキューブコーナーを形成する再帰反射素子を、本実施例の再帰反射板の表面に備えても良い。または、ガラスビーズを周期的に配置したカプセルレンズ型再帰反射素子を、本実施例の再帰反射板の表面に備えても良い。これらの再帰反射素子の詳細な構成は、既存の技術を用いれば良いので、詳細な説明は省略する。具体的には、特開2001-33609号公報、特開2001-264525号公報、特開2005-181555号公報、特開2008-70898号公報、特開2009-229942号公報などに開示される技術を用いればよい。
<空間浮遊映像表示装置の光学システムの他の構成例1>
空間浮遊映像表示装置の光学システムの他の構成例について、図2Bを用いて説明する。なお、図2Bにおいて、図2Aと同一の符号を付している構成は、図2Aと同一の機能、構成を有するものする。このような構成については、説明を単純化するために繰り返しの説明は省略する。
空間浮遊映像表示装置の光学システムの他の構成例について、図2Bを用いて説明する。なお、図2Bにおいて、図2Aと同一の符号を付している構成は、図2Aと同一の機能、構成を有するものする。このような構成については、説明を単純化するために繰り返しの説明は省略する。
図2Bの光学システムでは、図2Aと同様に、表示装置1から特定偏波の映像光が出力される。表示装置1から出力された特定偏波の映像光は、偏光分離部材101Bに入力される。偏光分離部材101Bは、特定偏波の映像光を選択的に透過する部材である。偏光分離部材101Bは、図2Aの偏光分離部材101とは異なり、透明な部材100とは一体ではなく、独立して板状の形状をしている。よって、偏光分離部材101Bは、偏光分離板と表現してもよい。偏光分離部材101Bは、例えば、透明部材に偏光分離シートを貼り付けて構成して構成する反射型偏光板として構成してもよい。または、透明部材に特定偏波を選択的に透過させ、他の特定偏波の偏波を反射する金属多層膜などで形成すればよい。図2Bでは、偏光分離部材101Bは、表示装置1から出力された特定偏波の映像光を透過するように構成されている。
偏光分離部材101Bを透過した映像光は、再帰反射板2に入射する。再帰反射板の映像光入射面にはλ/4板21を設ける。映像光は、再帰反射板への入射のときと出射のときの2回において、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、偏光分離部材101Bは、λ/4板21で偏光変換された他方の偏波の偏光は反射する性質を有するので、偏光変換後の映像光は、偏光分離部材101Bで反射される。偏光分離部材101Bで反射した映像光は、透明な部材100を透過し、透明な部材100の外側に実像である空間浮遊映像3を形成する。
ここで、図2Bの光学システムにおける偏光設計の第1の例を説明する。例えば、表示装置1からP偏光の映像光が偏光分離部材101Bへ射出される構成とし、偏光分離部材101BがS偏光を反射しP偏光を透過する特性を有する構成としても良い。この場合、表示装置1から偏光分離部材101Bへ到達したP偏光の映像光は、偏光分離部材101Bを透過し、再帰反射板2へ向かう。当該映像光が再帰反射板2で反射される際に、再帰反射板2の入射面に設けられたλ/4板21を2回通過するので、当該映像光はP偏光からS偏光へ変換される。S偏光へ変換された映像光は再び偏光分離部材101Bへ向かう。ここで、偏光分離部材101Bは、S偏光を反射しP偏光を透過する特性を有するので、S偏光の映像光は偏光分離部材101で反射され、透明な部材100を透過する。透明な部材100を透過した映像光は、再帰反射板2により生成された光であるため、偏光分離部材101Bに対して表示装置1の表示映像と鏡面関係にある位置に、表示装置1の表示映像の光学像である空間浮遊映像3を形成する。このような偏光設計により好適に空間浮遊映像3を形成することができる。
次に、図2Bの光学システムにおける偏光設計の第2の例を説明する。例えば、表示装置1からS偏光の映像光が偏光分離部材101Bへ射出される構成とし、偏光分離部材101BがP偏光を反射しS偏光を透過する特性を有する構成としても良い。この場合、表示装置1から偏光分離部材101Bへ到達したS偏光の映像光は、偏光分離部材101Bを透過し、再帰反射板2へ向かう。当該映像光が再帰反射板2で反射される際に、再帰反射板2の入射面に設けられたλ/4板21を2回通過するので、当該映像光はS偏光からP偏光へ変換される。P偏光へ変換された映像光は再び偏光分離部材101Bへ向かう。ここで、偏光分離部材101Bは、P偏光を反射しS偏光を透過する特性を有するので、P偏光の映像光は偏光分離部材101で反射され、透明な部材100を透過する。透明な部材100を透過した映像光は、再帰反射板2により生成された光であるため、偏光分離部材101Bに対して表示装置1の表示映像と鏡面関係にある位置に、表示装置1の表示映像の光学像である空間浮遊映像3を形成する。このような偏光設計により、好適に空間浮遊映像3を形成することができる。
なお、図2Bにおいては、表示装置1の映像表示面と、再帰反射板2の面は平行に配置されている。偏光分離部材101Bは、表示装置1の映像表示面および再帰反射板2の面に対して、角度α(例えば30°)だけ傾いて配置されている。すると、偏光分離部材101Bの反射においては、再帰反射板2から入射される映像光の進行方向(当該映像光の主光線の方向)に対して、偏光分離部材101Bで反射された映像光の進行方向(当該映像光の主光線の方向)は、角度β(例えば60°)だけ異なる方向となる。このように構成することにより、図2Bの光学システムでは、透明な部材100の外側に向けて図示される所定の角度で映像光が出力され、実像である空間浮遊映像3を形成する。図2Bの構成では、矢印Aの方向からユーザが視認する場合は、空間浮遊映像3は明るい映像として視認される。しかし、矢印Bの方向から他の人物が視認する場合は、空間浮遊映像3は映像として一切視認することはできない。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。
以上説明したように、図2Bの光学システムでは、図2Aの光学システムとは異なる構成の光学システムでありながら、図2Aの光学システムと同様に、好適な空間浮遊映像を形成することができる。
なお、透明な部材100の偏光分離部材101B側の面に吸収型偏光板を設けても良い。当該吸収型偏光板は、偏光分離部材101Bからの映像光の偏波を透過し、偏光分離部材101Bからの映像光の偏波と位相が90°異なる偏波を吸収する吸収型偏光板とすればよい。このようにすれば、空間浮遊映像3を形成するための映像光は充分透過させながら、透明な部材100の空間浮遊映像3側から入射する外光を約50%低減することができる。これにより、透明な部材100の空間浮遊映像3側から入射する外光にもとづく図2Bの光学システム内の迷光を低減することができる。
<空間浮遊映像表示装置の光学システムの他の構成例2>
空間浮遊映像表示装置の光学システムの他の構成例について、図2Cを用いて説明する。なお、図2Cにおいて、図2Bと同一の符号を付している構成は、図2Bと同一の機能、構成を有するものする。このような構成については、説明を単純化するために繰り返しの説明はしない。
空間浮遊映像表示装置の光学システムの他の構成例について、図2Cを用いて説明する。なお、図2Cにおいて、図2Bと同一の符号を付している構成は、図2Bと同一の機能、構成を有するものする。このような構成については、説明を単純化するために繰り返しの説明はしない。
図2Bの光学システムに対する図2Cの光学システムの相違点は、表示装置1の映像表示面および再帰反射板2の面に対する、偏光分離部材101Bの配置角度のみである。その他の構成はいずれも、図2Bの光学システムと同様であるので繰り返しの説明は省略する。図2Cの光学システムの偏光設計も、図2Bの光学システムの偏光設計と同様であるため、繰り返しの説明は省略する。
図2Cの光学システムでは、偏光分離部材101Bは、表示装置1の映像表示面および再帰反射板2の面に対して、角度αだけ傾いて配置されている。図2Cにおいて、その角度αは45°である。このように構成すると、偏光分離部材101Bの反射においては、再帰反射板2から入射される映像光の進行方向(当該映像光の主光線の方向)に対する、偏光分離部材101Bで反射された映像光の進行方向(当該映像光の主光線の方向)のなす角度βは90°となる。このように構成すると、表示装置1の映像表示面および再帰反射板2の面と、偏光分離部材101Bで反射された映像光の進行方向とが直角の関係になり、光学システムを構成する面の角度関係をシンプルにすることができる。透明な部材100の面を偏光分離部材101Bで反射された映像光の進行方向に対して直交するように配置すれば、さらに光学システムを構成する面の角度関係をシンプルにすることができる。図2Cの構成では、矢印Aの方向からユーザが視認する場合は、空間浮遊映像3は明るい映像として視認される。しかし、矢印Bの方向から他の人物が視認する場合は、空間浮遊映像3は映像として一切視認することはできない。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。
以上説明したように、図2Cの光学システムでは、図2Aおよび図2Bの光学システムとは異なる構成の光学システムでありながら、図2Aおよび図2Bの光学システムと同様に、好適な空間浮遊映像を形成することができる。また、光学システムを構成する面の角度をよりシンプルにすることができる。
なお、透明な部材100の偏光分離部材101B側の面に吸収型偏光板を設けても良い。当該吸収型偏光板は、偏光分離部材101Bからの映像光の偏波を透過し、偏光分離部材101Bからの映像光の偏波と位相が90°異なる偏波を吸収する吸収型偏光板とすればよい。このようにすれば、空間浮遊映像3を形成するための映像光は充分透過させながら、透明な部材100の空間浮遊映像3側から入射する外光を約50%低減することができる。これにより、透明な部材100の空間浮遊映像3側から入射する外光にもとづく図2Cの光学システム内の迷光を低減することができる。
以上説明した、図2A、図2B,図2Cの光学システムによれば、より明るく、より高品位な空間浮遊映像を提供することができる。
<<空間浮遊映像表示装置の内部構成のブロック図>>
次に、空間浮遊映像表示装置1000の内部構成のブロック図について説明する。図3は、空間浮遊映像表示装置1000の内部構成の一例を示すブロック図である。
空間浮遊映像表示装置1000は、再帰反射部1101、映像表示部1102、導光体1104、光源1105、電源1106、外部電源入力インタフェース1111、操作入力部1107、不揮発性メモリ1108、メモリ1109、制御部1110、映像信号入力部1131、音声信号入力部1133、通信部1132、空中操作検出センサ1351、空中操作検出部1350、音声出力部1140、映像制御部1160、ストレージ部1170、撮像部1180等を備えている。なお、リムーバブルメディアインタフェース1134、姿勢センサ1113、透過型自発光映像表示装置1650、第2の表示装置1680、または二次電池1112などを備えても良い。
空間浮遊映像表示装置1000の各構成要素は、筐体1190に配置されている。なお、図3に示す撮像部1180および空中操作検出センサ1351は、筐体1190の外側に設けられてもよい。
図3の再帰反射部1101は、図2A、図2B、図2Cの再帰反射板2に対応している。再帰反射部1101は、映像表示部1102により変調された光を再帰性反射する。再帰反射部1101からの反射光のうち、空間浮遊映像表示装置1000の外部に出力された光により空間浮遊映像3が形成される。
図3の映像表示部1102は、図2A、図2B、図2Cの液晶表示パネル11に対応している。図3の光源1105は、図2A、図2B、図2Cの光源装置13と対応している。そして、図3の映像表示部1102、導光体1104、および光源1105は、図2A、図2B、図2Cの表示装置1に対応している。
映像表示部1102は、後述する映像制御部1160による制御により入力される映像信号に基づいて、透過する光を変調して映像を生成する表示部である。映像表示部1102は、図2A、図2B、図2Cの液晶表示パネル11に対応している。映像表示部1102として、例えば透過型液晶パネルが用いられる。また、映像表示部1102として、例えば反射する光を変調する方式の反射型液晶パネルやDMD(Digital Micromirror Device:登録商標)パネル等が用いられてもよい。
光源1105は、映像表示部1102用の光を発生するもので、LED光源、レーザ光源等の固体光源である。電源1106は、外部から外部電源入力インタフェース1111介して入力されるAC電流をDC電流に変換し、光源1105に電力を供給する。また、電源1106は、空間浮遊映像表示装置1000内の各部に、それぞれ必要なDC電流を供給する。二次電池1112は、電源1106から供給される電力を蓄電する。また、二次電池1112は、外部電源入力インタフェース1111を介して、外部から電力が供給されない場合に、光源1105およびその他電力を必要とする構成に対して電力を供給する。すなわち、空間浮遊映像表示装置1000が二次電池1112を備える場合は、外部から電力が供給されない場合でもユーザは空間浮遊映像表示装置1000を使用することが可能となる。
導光体1104は、光源1105で発生した光を導光し、映像表示部1102に照射させる。導光体1104と光源1105とを組み合わせたものを、映像表示部1102のバックライトと称することもできる。導光体1104は、主にガラスを用いた構成にしてもよい。導光体1104は、主にプラスチックを用いた構成にしてもよい。導光体1104は、ミラーを用いた構成にしてもよい。導光体1104と光源1105との組み合わせには、さまざまな方式が考えられる。導光体1104と光源1105との組み合わせについての具体的な構成例については、後で詳しく説明する。
空中操作検出センサ1351は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出するセンサである。空中操作検出センサ1351は、例えば空間浮遊映像3の表示範囲の全部と重畳する範囲をセンシングする。なお、空中操作検出センサ1351は、空間浮遊映像3の表示範囲の少なくとも一部と重畳する範囲のみをセンシングしてもよい。
空中操作検出センサ1351の具体例としては、赤外線などの非可視光、非可視光レーザ、超音波等を用いた距離センサが挙げられる。また、空中操作検出センサ1351は、複数のセンサを複数組み合わせ、2次元平面の座標を検出できるように構成されたものでもよい。また、空中操作検出センサ1351は、ToF(Time of Flight)方式のLiDAR(Light Detection and Ranging)や、画像センサで構成されてもよい。
空中操作検出センサ1351は、ユーザが指で空間浮遊映像3として表示されるオブジェクトに対するタッチ操作等を検出するためのセンシングができればよい。このようなセンシングは、既存の技術を用いて行うことができる。
空中操作検出部1350は、空中操作検出センサ1351からセンシング信号を取得し、センシング信号に基づいてユーザ230の指による空間浮遊映像3のオブジェクトに対する接触の有無や、ユーザ230の指とオブジェクトとが接触した位置(接触位置)の算出等を行う。空中操作検出部1350は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の回路で構成される。また、空中操作検出部1350の一部の機能は、例えば制御部1110で実行される空間操作検出用プログラムによりソフトウェアで実現されてもよい。
空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350は、空間浮遊映像表示装置1000に内蔵された構成としてもよいが、空間浮遊映像表示装置1000とは別体で外部に設けられてもよい。空間浮遊映像表示装置1000と別体で設ける場合、空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350は、有線または無線の通信接続路や映像信号伝送路を介して空間浮遊映像表示装置1000に情報や信号を伝達できるように構成される。
また、空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350が別体で設けられてもよい。これにより、空中操作検出機能の無い空間浮遊映像表示装置1000を本体として、空中操作検出機能のみをオプションで追加できるようなシステムを構築することが可能である。また、空中操作検出センサ1351のみを別体とし、空中操作検出部1350が空間浮遊映像表示装置1000に内蔵された構成でもよい。空間浮遊映像表示装置1000の設置位置に対して空中操作検出センサ1351をより自由に配置したい場合等には、空中操作検出センサ1351のみを別体とする構成に利点がある。
撮像部1180は、イメージセンサを有するカメラであり、空間浮遊映像3付近の空間、および/またはユーザ230の顔、腕、指などを撮像する。撮像部1180は、複数設けられてもよい。複数の撮像部1180を用いることで、あるいは深度センサ付きの撮像部を用いることで、ユーザ230による空間浮遊映像3のタッチ操作の検出処理の際、空中操作検出部1350を補助することができる。撮像部1180は、空間浮遊映像表示装置1000と別体で設けられてもよい。撮像部1180を空間浮遊映像表示装置1000と別体で設ける場合、有線または無線の通信接続路などを介して空間浮遊映像表示装置1000に撮像信号を伝達できるように構成すればよい。
例えば、空中操作検出センサ1351が、空間浮遊映像3の表示面を含む平面(侵入検出平面)を対象として、この侵入検出平面内への物体の侵入の有無を検出する物体侵入センサとして構成された場合、侵入検出平面内に侵入していない物体(例えば、ユーザの指)が侵入検出平面からどれだけ離れているのか、あるいは物体が侵入検出平面にどれだけ近いのかといった情報を、空中操作検出センサ1351では検出できない場合がある。
このような場合、複数の撮像部1180の撮像画像に基づく物体の深度算出情報や深度センサによる物体の深度情報等の情報を用いることにより、物体と侵入検出平面との距離を算出することができる。そして、これらの情報や、物体と侵入検出平面との距離等の各種情報は、空間浮遊映像3に対する各種表示制御に用いられる。
また、空中操作検出センサ1351を用いずに、撮像部1180の撮像画像に基づき、空中操作検出部1350がユーザ230による空間浮遊映像3のタッチ操作を検出するようにしてもよい。
また、撮像部1180が空間浮遊映像3を操作するユーザ230の顔を撮像し、制御部1110がユーザ230の識別処理を行うようにしてもよい。また、空間浮遊映像3を操作するユーザ230の周辺や背後に他人が立っており、他人が空間浮遊映像3に対するユーザ230の操作を覗き見ていないか等を判別するため、撮像部1180は、空間浮遊映像3を操作するユーザ230と、ユーザ230の周辺領域とを含めた範囲を撮像するようにしてもよい。
操作入力部1107は、例えば操作ボタンや、リモートコントローラ等の信号受信部または赤外光受光部であり、ユーザ230による空中操作(タッチ操作)とは異なる操作についての信号を入力する。空間浮遊映像3をタッチ操作する前述のユーザ230とは別に、操作入力部1107は、例えば管理者が空間浮遊映像表示装置1000を操作するために用いられてもよい。
映像信号入力部1131は、外部の映像出力装置を接続して映像データを入力する。映像信号入力部1131は、さまざまなデジタル映像入力インタフェースが考えられる。例えば、HDMI(登録商標)(High―Definition Multimedia Interface)規格の映像入力インタフェース、DVI(Digital Visual Interface)規格の映像入力インタフェース、またはDisplayPort規格の映像入力インタフェースなどで構成すればよい。または、アナログRGBや、コンポジットビデオなどのアナログ映像入力インタフェースを設けてもよい。音声信号入力部1133は、外部の音声出力装置を接続して音声データを入力する。音声信号入力部1133は、HDMI規格の音声入力インタフェース、光デジタル端子インタフェース、または、同軸デジタル端子インタフェース、などで構成すればよい。HDMI規格のインタフェースの場合は、映像信号入力部1131と音声信号入力部1133とは、端子およびケーブルが一体化したインタフェースとして構成されてもよい。音声出力部1140は、音声信号入力部1133に入力された音声データに基づいた音声を出力することが可能である。音声出力部1140は、スピーカーで構成してもよい。また、音声出力部1140は、内蔵の操作音やエラー警告音を出力してもよい。または、HDMI規格に規定されるAudio Return Channel機能のように、外部機器にデジタル信号として出力する構成を音声出力部1140としてもよい。
不揮発性メモリ1108は、空間浮遊映像表示装置1000で用いる各種データを格納する。不揮発性メモリ1108に格納されるデータには、例えば、空間浮遊映像3に表示する各種操作用のデータ、表示アイコン、ユーザの操作が操作するためのオブジェクトのデータやレイアウト情報等が含まれる。メモリ1109は、空間浮遊映像3として表示する映像データや装置の制御用データ等を記憶する。
制御部1110は、接続される各部の動作を制御する。また、制御部1110は、メモリ1109に記憶されるプログラムと協働して、空間浮遊映像表示装置1000内の各部から取得した情報に基づく演算処理を行ってもよい。
通信部1132は、有線または無線の通信インタフェースを介して、外部機器や外部のサーバ等と通信を行う。通信部1132が有線の通信インタフェースを有する場合は、当該有線の通信インタフェースは、例えば、イーサネット規格のLANインタフェースなどで構成すればよい。通信部1132が無線の通信インタフェースを有する場合は、例えば、Wi―Fi方式の通信インタフェース、Bluetooth方式の通信インタフェース、4G、5Gなどの移動体通信インタフェースなどで構成すればよい。通信部1132を介した通信により、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データが送受信される。
また、リムーバブルメディアインタフェース1134は、着脱可能な記録媒体(リムーバブルメディア)を接続するインタフェースである。着脱可能な記録媒体(リムーバブルメディア)は、ソリッドステートドライブ(SSD)などの半導体素子メモリ、ハードディスクドライブ(HDD)などの磁気記録媒体記録装置、または光ディスクなどの光学記録メディアなどで構成してもよい。リムーバブルメディアインタフェース1134は着脱可能な記録媒体記録されている、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データなどの各種情報を読み出すことが可能である。着脱可能な記録媒体に記録された映像データ、画像データ等は、映像表示部1102と再帰反射部1101とを介して空間浮遊映像3として出力される。
また、リムーバブルメディアインタフェース1134は、着脱可能な記録媒体(リムーバブルメディア)を接続するインタフェースである。着脱可能な記録媒体(リムーバブルメディア)は、ソリッドステートドライブ(SSD)などの半導体素子メモリ、ハードディスクドライブ(HDD)などの磁気記録媒体記録装置、または光ディスクなどの光学記録メディアなどで構成してもよい。リムーバブルメディアインタフェース1134は着脱可能な記録媒体記録されている、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データなどの各種情報を読み出すことが可能である。着脱可能な記録媒体に記録された映像データ、画像データ等は、映像表示部1102と再帰反射部1101とを介して空間浮遊映像3として出力される。
ストレージ部1170は、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データなどの各種情報を記録する記憶装置である。ストレージ部1170は、ハードディスクドライブ(HDD)などの磁気記録媒体記録装置や、ソリッドステートドライブ(SSD)などの半導体素子メモリで構成してもよい。ストレージ部1170には、例えば、製品出荷時に予め映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ等の各種情報が記録されていてもよい。また、ストレージ部1170は、通信部1132を介して外部機器や外部のサーバ等から取得した映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ等の各種情報を記録してもよい。
ストレージ部1170に記録された映像データ、画像データ等は、映像表示部1102と再帰反射部1101とを介して空間浮遊映像3として出力される。空間浮遊映像3として表示される、表示アイコンやユーザが操作するためのオブジェクト等の映像データ、画像データ等も、ストレージ部1170に記録される。
空間浮遊映像3として表示される表示アイコンやオブジェクト等のレイアウト情報や、オブジェクトに関する各種メタデータの情報等もストレージ部1170に記録される。ストレージ部1170に記録された音声データは、例えば音声出力部1140から音声として出力される。
映像制御部1160は、映像表示部1102に入力する映像信号に関する各種制御を行う。映像制御部1160は、映像処理回路と称してもよく、例えば、ASIC、FPGA、映像用プロセッサなどのハードウェアで構成されてもよい。なお、映像制御部1160は、映像処理部、画像処理部と称してもよい。映像制御部1160は、例えば、メモリ1109に記憶させる映像信号と、映像信号入力部1131に入力された映像信号(映像データ)等のうち、どの映像信号を映像表示部1102に入力するかといった映像切り替えの制御等を行う。
また、映像制御部1160は、メモリ1109に記憶させる映像信号と、映像信号入力部1131から入力された映像信号とを重畳した重畳映像信号を生成し、重畳映像信号を映像表示部1102に入力することで、合成映像を空間浮遊映像3として形成する制御を行ってもよい。
また、映像制御部1160は、映像信号入力部1131から入力された映像信号やメモリ1109に記憶させる映像信号等に対して画像処理を行う制御を行ってもよい。画像処理としては、例えば、画像の拡大、縮小、変形等を行うスケーリング処理、輝度を変更するブライト調整処理、画像のコントラストカーブを変更するコントラスト調整処理、画像を光の成分に分解して成分ごとの重みづけを変更するレティネックス処理等がある。
また、映像制御部1160は、映像表示部1102に入力する映像信号に対して、ユーザ230の空中操作(タッチ操作)を補助するための特殊効果映像処理等を行ってもよい。特殊効果映像処理は、例えば、空中操作検出部1350によるユーザ230のタッチ操作の検出結果や、撮像部1180によるユーザ230の撮像画像に基づいて行われる。
姿勢センサ1113は、重力センサまたは加速度センサ、またはこれらの組み合わせにより構成されるセンサであり、空間浮遊映像表示装置1000が設置されている姿勢を検出することができる。姿勢センサ1113の姿勢検出結果に基づいて、制御部1110が、接続される各部の動作を制御してもよい。例えば、ユーザの使用状態としての好ましくない姿勢を検出した場合に、映像表示部1102の表示していた映像の表示を中止し、ユーザにエラーメッセージを表示するような制御を行ってもよい。または、姿勢センサ1113により空間浮遊映像表示装置1000の設置姿勢が変化したことを検出した場合に、映像表示部1102の表示していた映像の表示の向きを回転させる制御を行ってもよい。
姿勢センサ1113は、重力センサまたは加速度センサ、またはこれらの組み合わせにより構成されるセンサであり、空間浮遊映像表示装置1000が設置されている姿勢を検出することができる。姿勢センサ1113の姿勢検出結果に基づいて、制御部1110が、接続される各部の動作を制御してもよい。例えば、ユーザの使用状態としての好ましくない姿勢を検出した場合に、映像表示部1102の表示していた映像の表示を中止し、ユーザにエラーメッセージを表示するような制御を行ってもよい。または、姿勢センサ1113により空間浮遊映像表示装置1000の設置姿勢が変化したことを検出した場合に、映像表示部1102の表示していた映像の表示の向きを回転させる制御を行ってもよい。
ここまで説明したように、空間浮遊映像表示装置1000には、さまざまな機能が搭載されている。ただし、空間浮遊映像表示装置1000は、これらのすべての機能を備える必要はなく、空間浮遊映像3を形成する機能があればどのような構成でもよい。
<空間浮遊映像表示装置の構成例>
次に、空間浮遊映像表示装置の構成例について説明する。本実施例に係る空間浮遊映像表示装置の構成要素のレイアウトは、使用形態に応じて様々なレイアウトがあり得る。以下、図4A~図4Mのそれぞれのレイアウトについて説明する。なお、図4A~図4Mのいずれの例においても、空間浮遊映像表示装置1000を囲む太い線は空間浮遊映像表示装置1000の筐体構造の一例を示している。
次に、空間浮遊映像表示装置の構成例について説明する。本実施例に係る空間浮遊映像表示装置の構成要素のレイアウトは、使用形態に応じて様々なレイアウトがあり得る。以下、図4A~図4Mのそれぞれのレイアウトについて説明する。なお、図4A~図4Mのいずれの例においても、空間浮遊映像表示装置1000を囲む太い線は空間浮遊映像表示装置1000の筐体構造の一例を示している。
図4Aは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Aに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Aの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Aに示す空間浮遊映像表示装置1000では、空間浮遊映像3が形成される側の面が上方を向くように、横置きにして設置される。すなわち、図4Aでは、空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100が装置上面に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対して上方に形成される。空間浮遊映像3の光は、斜め上方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。なお、x方向がユーザから見て左右方向、y方向がユーザから見て前後方向(奥行方向)、z方向が上下方向(鉛直方向)である。以下、図4の各図においてx方向、y方向、z方向の定義は同じであるので、繰り返しの説明は省略する。
図4Bは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Bに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Aの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Bに示す空間浮遊映像表示装置1000は、空間浮遊映像3が形成される側の面が、空間浮遊映像表示装置1000の正面(ユーザ230の方向)を向くように、縦置きにして設置される。すなわち、図4Bでは、空間浮遊映像表示装置は、透明な部材100が装置の正面(ユーザ230の方向)に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対してユーザ230側に形成される。空間浮遊映像3の光は、斜め上方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。ここで、図4Bに示すように、空中操作検出センサ1351は、ユーザ230の指を上側からセンシングすることで、ユーザの爪によるセンシング光の反射を、タッチ検出に利用することができる。一般的に、爪は指の腹よりも反射率が高いため、このように構成することによりタッチ検出の精度を上げることができる。
図4Cは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Cに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Bの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Cに示す空間浮遊映像表示装置1000では、空間浮遊映像3が形成される側の面が上方を向くように、横置きにして設置される。すなわち、図4Cでは、空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100が装置上面に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対して上方に形成される。空間浮遊映像3の光は、斜め上方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。
図4Dは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Dに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Bの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Dに示す空間浮遊映像表示装置1000は、空間浮遊映像3が形成される側の面が、空間浮遊映像表示装置1000の正面(ユーザ230の方向)を向くように、縦置きにして設置される。すなわち、図4Dでは、空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100が装置の正面(ユーザ230の方向)に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対してユーザ230側に形成される。空間浮遊映像3の光は、斜め上方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。ここで、図4Dに示すように、空中操作検出センサ1351は、ユーザ230の指を上側からセンシングすることで、ユーザの爪によるセンシング光の反射を、タッチ検出に利用することができる。一般的に、爪は指の腹よりも反射率が高いため、このように構成することによりタッチ検出の精度を上げることができる。
図4Eは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Eに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Cの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Eに示す空間浮遊映像表示装置1000では、空間浮遊映像3が形成される側の面が上方を向くように、横置きにして設置される。すなわち、図4Eでは、空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100が装置上面に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対して上方に形成される。空間浮遊映像3の光は、真上方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。
図4Fは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Fに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Cの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Fに示す空間浮遊映像表示装置1000は、空間浮遊映像3が形成される側の面が、空間浮遊映像表示装置1000の正面(ユーザ230の方向)を向くように、縦置きにして設置される。すなわち、図4Fでは、空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100が装置の正面(ユーザ230の方向)に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対してユーザ230側に形成される。空間浮遊映像3の光は、ユーザ手前方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。
図4Gは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Gに示す空間浮遊映像表示装置1000は、図2Cの光学システムに対応する光学システムを搭載するものである。図4Aから図4Fまでの空間浮遊映像表示装置の光学システムにおいては、表示装置1から発せられる映像光の中心の光路はyz平面上にあった。すなわち、図4Aから図4Fまでの空間浮遊映像表示装置の光学システム内においては、映像光はユーザから見て前後方向、上下方向に進行した。これに対し、図4Gに示す空間浮遊映像表示装置の光学システムにおいては、表示装置1から発せられる映像光の中心の光路はxy平面上にある。すなわち、図4Gに示す空間浮遊映像表示装置の光学システム内においては、映像光はユーザから見て左右方向および前後方向に進行する。図4Gに示す空間浮遊映像表示装置1000では、空間浮遊映像3が形成される側の面が、装置の正面(ユーザ230の方向)を向くように設置される。すなわち、図4Gでは、空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100が装置正面(ユーザ230の方向)に設置される。空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置1000の透明な部材100の面に対してユーザ側に形成される。空間浮遊映像3の光は、ユーザ手前方向に進行する。空中操作検出センサ1351を図のように設けた場合は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出することができる。
図4Hは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Hの空間浮遊映像表示装置1000は、装置背面(ユーザ230が空間浮遊映像3を視認する位置の反対側、すなわち、ユーザ230にむかう空間浮遊映像3の映像光の進行方向の反対側)にガラスやプラスチックなどの透明板100Bを有する窓を有する点で、図4Gの空間浮遊映像表示装置と相違する。その他の構成については、図4Gの空間浮遊映像表示装置と同じ構成であるため、繰り返しの説明を省略する。図4Hの空間浮遊映像表示装置1000は、空間浮遊映像3に対して、空間浮遊映像3の映像光の進行方向の反対側の位置に、透明板100Bを有する窓を備えている。よって、ユーザ230が空間浮遊映像3を視認する場合に、空間浮遊映像3の背景として、空間浮遊映像表示装置1000の後ろ側の景色を認識することができる。よって、ユーザ230は、空間浮遊映像3が空間浮遊映像表示装置1000の後ろ側の景色の前面の空中に浮遊しているように認識することができる。これにより、空間浮遊映像3の空中浮遊感をより強調することができる。
なお、表示装置1から出力される映像光の偏光分布および偏光分離部材101Bの性能によっては、表示装置1から出力される映像光の一部が偏光分離部材101Bで反射され、透明板100Bへ向かう可能性がある。透明板100Bの表面のコート性能によっては、この光が透明板100Bの表面で再び反射され迷光としてユーザに視認される可能性がある。よって、当該迷光を防止するために、空間浮遊映像表示装置1000装置の背面の前記窓に、透明板100Bを設けない構成としてもよい。
図4Iは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Iの空間浮遊映像表示装置1000は、装置背面(ユーザ230が空間浮遊映像3を視認する位置の反対側)に配置される透明板100Bの窓に、遮光のための開閉ドア1410を設けている点で、図4Hの空間浮遊映像表示装置と相違する。その他の構成については、図4Hの空間浮遊映像表示装置と同じ構成であるため、繰り返しの説明を省略する。図4Iの空間浮遊映像表示装置1000の開閉ドア1410は、例えば、遮光板を有し、遮光板を移動(スライド)する機構、回転する機構または着脱する機構を備えることで、空間浮遊映像表示装置1000の奥側に位置する透明板100Bの窓(背面側窓)について、開口状態と遮光状態を切り替えることができる。開閉ドア1410による遮光板の移動(スライド)や回転は、図示しないモータの駆動による電動式としてもよい。当該モータは図3の制御部1110が制御してもよい。なお、図4Iの例では、開閉ドア1410の遮光板の枚数は2枚の例を開示している。これに対し、開閉ドア1410の遮光板の枚数は1枚でもよい。
例えば、空間浮遊映像表示装置1000の透明板100Bの窓の奥に見える景色が屋外の場合は、天気によって太陽光の明るさが可変する。屋外の太陽光が強い場合、空間浮遊映像3の背景が明るくなりすぎて、ユーザ230が空間浮遊映像3の視認性が下がる場合もある。このような場合に、開閉ドア1410の遮光板の移動(スライド)、回転または装着により、背面側窓を遮光状態にすれば、空間浮遊映像3の背景は暗くなるので、相対的に空間浮遊映像3の視認性を上げることができる。このような開閉ドア1410の遮光板による遮蔽動作は、ユーザ230の手の力により直接的に行われても良い。図3の操作入力部1107を介した操作入力に応じて、制御部1110が図示しないモータを制御して開閉ドア1410の遮光板による遮蔽動作を行ってもよい。
なお、背面側窓近傍など、空間浮遊映像表示装置1000の背面側(ユーザ230の反対側)に照度センサを設けて、背面側窓の先の空間の明るさを測定してもよい。この場合、当該照度センサの検出結果に応じて、図3の制御部1110が図示しないモータを制御して開閉ドア1410の遮光板による開閉動作を行ってもよい。このように開閉ドア1410の遮光板による開閉動作を制御することにより、ユーザ230が手動で開閉ドア1410の遮光板の開閉動作をしなくとも、空間浮遊映像3の視認性をより好適に維持することが可能となる。
また、開閉ドア1410による遮光板を、手動による着脱式としてもよい。空間浮遊映像表示装置1000の使用用途、設置環境に応じて、背面側窓を開口状態とするか、遮光状態とするかをユーザが選択することができる。長期間にわたって背面側窓を遮光状態のまま使用する予定であれば、着脱式の遮光板を遮光状態のまま固定すればよい。また、長期間にわたって背面側窓を開口状態のまま使用する予定であれば、着脱式の遮光板を外した状態のまま使用すればよい。遮光板の着脱はネジを用いてもよく、引掛け構造を用いてもよく、嵌め込み構造を用いてもよい。
なお、図4Iの空間浮遊映像表示装置1000の例でも、表示装置1から出力される映像光の偏光分布および偏光分離部材101Bの性能によっては、表示装置1から出力される映像光の一部が偏光分離部材101Bで反射され、透明板100Bへ向かう可能性がある。透明板100Bの表面のコート性能によっては、この光が透明板100Bの表面で再び反射され迷光としてユーザに視認される可能性がある。よって、当該迷光を防止するために、空間浮遊映像表示装置1000装置の背面の前記窓に、透明板100Bを設けない構成としてもよい。透明板100Bを有しない窓に、上述の開閉ドア1410を備えるようにすればよい。当該迷光を防止するため上述の開閉ドア1410の遮光板の筐体内側の面は光反射率の低いコートまたは素材を有することが望ましい。
図4Jは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Jの空間浮遊映像表示装置1000は、図4Hの空間浮遊映像表示装置の背面側窓に、ガラスやプラスチックである透明板100Bを配置する代わりに、電子制御透過率可変装置1620を配置する点で相違する。その他の構成については、図4Hの空間浮遊映像表示装置と同じ構成であるため、繰り返しの説明を省略する。電子制御透過率可変装置1620の例は、液晶シャッターなどである。すなわち、液晶シャッターは2つの偏光板に挟まれた液晶素子を電圧制御することにより、光の透過光を制御することができる。よって、液晶シャッターを制御して透過率を大きくすれば、空間浮遊映像3の背景は、背面側窓越しの景色が透けて見える状態となる。また、液晶シャッターを制御して透過率を大きくすれば、空間浮遊映像3の背景として背面側窓越しの景色は見えない状態とすることができる。また、液晶シャッターは中間長の制御が可能であるので、透過率50%などの状態にもすることができる。例えば、図3の操作入力部1107を介した操作入力に応じて、制御部1110が、電子制御透過率可変装置1620の透過率を制御すればよい。このように構成すれば、空間浮遊映像3の背景として背面側窓越しの景色を見たいものの、背景である背面側窓越しの景色が明る過ぎて空間浮遊映像3の視認性が下がってしまう場合などに、電子制御透過率可変装置1620の透過率を調整することにより、空間浮遊映像3の視認性を調整することが可能となる。
なお、背面側窓近傍など、空間浮遊映像表示装置1000の背面側(ユーザ230の反対側)に照度センサを設けて、背面側窓の先の空間の明るさを測定してもよい。この場合、当該照度センサの検出結果に応じて、図3の制御部1110が、電子制御透過率可変装置1620の透過率を制御すればよい。このようにすれば、ユーザ230が図3の操作入力部1107を介した操作入力を行わなくとも、背面側窓の先の空間の明るさに応じて電子制御透過率可変装置1620の透過率を調整することができるので、空間浮遊映像3の視認性をより好適に維持することが可能となる。
また、上述の例では、電子制御透過率可変装置1620として液晶シャッターの例を説明した。これに対し、電子制御透過率可変装置1620の別の例として、電子ペーパーを用いてもよい。電子ペーパーを用いても、上述と同様の効果を得ることができる。そのうえ、電子ペーパーは中間調状態を維持するための消費電力が非常に小さい。よって、液晶シャッターを採用した場合に比べて、低消費電力の空間浮遊映像表示装置を実現することができる。
図4Kは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Kの空間浮遊映像表示装置1000は、透明な部材100の代わりに、透過型自発光映像表示装置1650を有する点で、図4Gの空間浮遊映像表示装置と相違する。その他の構成については、図4Gの空間浮遊映像表示装置と同じ構成であるため、繰り返しの説明を省略する。
図4Kの空間浮遊映像表示装置1000では、透過型自発光映像表示装置1650の表示面を、映像光束が透過したのち、空間浮遊映像表示装置1000の外部に空間浮遊映像3を形成する。すなわち、2次元平面ディスプレイである透過型自発光映像表示装置1650で映像を表示しているときに、透過型自発光映像表示装置1650の映像のさらにユーザ手前側に、空間浮遊映像3を飛び出す映像として表示することができる。このときユーザ230は奥行位置の異なる2つの映像を同時に視認することができる。透過型自発光映像表示装置1650は、例えば、特開2014-216761号公報などに開示される、透過型有機ELパネルなどの既存の技術を用いて構成すればよい。なお、透過型自発光映像表示装置1650は、図3に図示されていないが、図3の空間浮遊映像表示装置1000の一構成部として、制御部1110などの他の処理部と接続されるように構成すればよい。
ここで、透過型自発光映像表示装置1650に、背景とキャラクターなどのオブジェクトの両者を表示したあとに、キャラクターなどのオブジェクトだけ手前側の空間浮遊映像3に移動してくる、などの演出を行えば、ユーザ230により効果的なサプライズ演出での映像体験を提供することができる。
また、空間浮遊映像表示装置1000の内部を遮光状態にしておけば、透過型自発光映像表示装置1650の背景は十分暗くなる。よって、表示装置1に映像を表示せず、または表示装置1の光源を不点灯とし、透過型自発光映像表示装置1650だけに映像を表示している場合、ユーザ230には、透過型自発光映像表示装置1650は透過型ディスプレイではなく通常の2次元平面ディスプレイであるように見える(本発明の実施例における空間浮遊映像3はスクリーンのない空間に実像の光学像として表示するため、表示装置1の光源を不点灯とすれば、空間浮遊映像3の表示予定位置は何もない空間になる。)。よって、透過型自発光映像表示装置1650を、あたかも一般的な2次元平面ディスプレイとして使用して映像を表示しているときに、キャラクターやオブジェクトなどを突然、空間浮遊映像3として空中に表示することでユーザ230により効果的なサプライズ演出での映像体験を提供することができる。
なお、空間浮遊映像表示装置1000の内部をより暗くすればするほど、透過型自発光映像表示装置1650は2次元平面ディスプレイのように見える。よって、透過型自発光映像表示装置1650の空間浮遊映像表示装置1000の内部側の面(偏光分離部材101Bで反射した映像光の透過型自発光映像表示装置1650への入射面、すなわち、透過型自発光映像表示装置1650の空間浮遊映像3と反対側の面)に、偏光分離部材101Bで反射した映像光の偏波を透過し当該偏波と90°位相が異なる偏波を吸収する吸収型偏光板(図示せず)を設けてもよい。このようにすれば、空間浮遊映像3を形成する映像光への影響はさほど大きくないが、外部から透過型自発光映像表示装置1650を介して、空間浮遊映像表示装置1000の内部へ入射する光を大幅に低減することができ、空間浮遊映像表示装置1000の内部をより暗くすることができ、好適である。
図4Lは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Lの空間浮遊映像表示装置1000は、図4Kの空間浮遊映像表示装置の変形例である。空間浮遊映像表示装置1000における構成の配置の向きが図4Kの空間浮遊映像表示装置と異なり、図4Fの空間浮遊映像表示装置に近い配置となっている。各構成の機能、動作などについては、図4Kの空間浮遊映像表示装置と同じ構成であるため、繰り返しの説明を省略する。
図4Lの空間浮遊映像表示装置でも、透過型自発光映像表示装置1650を映像光の光束が透過したのち、透過型自発光映像表示装置1650よりもユーザ230側に空間浮遊映像3を形成する。
図4Kの空間浮遊映像表示装置の例でも、図4Lの空間浮遊映像表示装置の例でも、ユーザ230からは、透過型自発光映像表示装置1650の映像の手前に、空間浮遊映像3が重なって表示される。ここで、空間浮遊映像3の位置と透過型自発光映像表示装置1650の映像の位置は、奥行方向に差があるように構成している。よって、ユーザが頭(視点の位置)を動かすと視差により2つの映像の奥行を認識することができる。よって、奥行位置の異なる2枚の映像を表示することで、立体視眼鏡などを必要とせず裸眼で、3次元的な映像体験をより好適にユーザに提供することができる。
図4Mは、空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図4Mの空間浮遊映像表示装置1000は、図4Gの空間浮遊映像表示装置の偏光分離部材101Bに対してユーザから見て奥側に、第2の表示装置1680を設ける。その他の構成については、図4Gの空間浮遊映像表示装置と同じ構成であるため、繰り返しの説明を省略する。
図4Mに示す構成例では、第2の表示装置1680が空間浮遊映像3の表示位置の奥側に設けられており、映像表示面が空間浮遊映像3に向けられている。かかる構成により、ユーザ230からみると、第2の表示装置1680の映像と、空間浮遊映像3との、2つの奥行の異なる位置に表示される映像を重ねて視認することができる。すなわち、第2の表示装置1680は、空間浮遊映像3を視認するユーザ230側の方向に映像を表示する向きに配置されている、といえる。なお、第2の表示装置1680は、図3に図示されていないが、図3の空間浮遊映像表示装置1000の一構成部として、制御部1110などの他の処理部と接続されるように構成すればよい。
なお、図4Mの空間浮遊映像表示装置1000の第2の表示装置1680の映像光は、偏光分離部材101Bを透過したのち、ユーザ230に視認される。したがて、第2の表示装置1680の映像光がより好適に偏光分離部材101Bを透過するためには、第2の表示装置1680から出力される映像光は、偏光分離部材101Bがより好適に透過する振動方向の偏波の偏光であることが望ましい。すなわち、表示装置1から出力される映像光の偏波と同じ振動方向の偏波の偏光であることが望ましい。例えば、表示装置1から出力される映像光がS偏光である場合は、第2の表示装置1680から出力される映像光もS偏光とすることが望ましい。また、表示装置1から出力される映像光がP偏光である場合は、第2の表示装置1680から出力される映像光もP偏光とすることが望ましい。
図4Mの空間浮遊映像表示装置の例も、空間浮遊映像3の奥に第2の映像を表示するという点で、図4Kの空間浮遊映像表示装置の例および図4Lの空間浮遊映像表示装置の例と同様の効果を有する。ただし、図4Kの空間浮遊映像表示装置の例および図4Lの空間浮遊映像表示装置の例と異なり、図4Mの空間浮遊映像表示装置の例では、空間浮遊映像3を形成するための映像光の光束が第2の表示装置1680を通過することはない。よって、第2の表示装置1680は、透過型自発光映像表示装置である必要はなく、2次元平面ディスプレイである液晶ディスプレイでよい。第2の表示装置1680は、有機ELディスプレイでもよい。よって、図4Mの空間浮遊映像表示装置の例では、図4Kの空間浮遊映像表示装置の例および図4Lの空間浮遊映像表示装置の例よりも、空間浮遊映像表示装置1000をより低コストで実現することが可能である。
ここで、表示装置1から出力される映像光の偏光分布および偏光分離部材101Bの性能によっては、表示装置1から出力される映像光の一部が偏光分離部材101Bで反射され、第2の表示装置1680へ向かう可能性がある。この光(映像光の一部)は、第2の表示装置1680の表面で再び反射され迷光としてユーザに視認される可能性がある。
よって、当該迷光を防止するために、第2の表示装置1680の表面に吸収型偏光板を設けてもよい。この場合、当該吸収型偏光板は、第2の表示装置1680から出力される映像光の偏波を透過し、第2の表示装置1680から出力される映像光の偏波と位相が90°異なる偏波を吸収する吸収型偏光板とすればよい。なお、第2の表示装置1680が液晶ディスプレイである場合は、当該液晶ディスプレイ内部の映像出射側にも吸収型偏光板が存在する。しかしながら、当該液晶ディスプレイ内部の映像出射側の吸収型偏光板のさらに出射面にカバーガラス(映像表示面側のカバーガラス)が有る場合は、液晶ディスプレイ外部からの光により当該カバーガラスの反射で生じる迷光を防ぐことができない。よって、上述の吸収型偏光板を当該カバーガラスの表面に別途設ける必要がある。
なお、2次元平面ディスプレイである第2の表示装置1680で映像を表示しているときに、第2の表示装置1680の映像のさらにユーザ手前側に、空間浮遊映像3を映像として表示することができる。このときユーザ230は、奥行位置の異なる2つの映像を同時に視認することができる。空間浮遊映像3にキャラクターを表示して、第2の表示装置1680に背景を表示することにより、ユーザ230があたかもキャラクターが存在する空間を立体的に視認しているような効果を提供することができる。
また、第2の表示装置1680に、背景とキャラクターなどのオブジェクトの両者を表示したあとに、キャラクターなどのオブジェクトだけ手前側の空間浮遊映像3に移動してくる、などの演出を行えば、ユーザ230により効果的なサプライズ演出での映像体験を提供することができる。
<表示装置>
次に、本実施例の表示装置1について、図を用いて説明する。本実施例の表示装置1は、映像表示素子11(液晶表示パネル)と共に、その光源を構成する光源装置13を備えており、図5では、光源装置13を液晶表示パネルと共に展開斜視図として示している。
次に、本実施例の表示装置1について、図を用いて説明する。本実施例の表示装置1は、映像表示素子11(液晶表示パネル)と共に、その光源を構成する光源装置13を備えており、図5では、光源装置13を液晶表示パネル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(映像表示素子11)は、図5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、挟角な拡散特性を有する、即ち、指向性(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受光する。液晶表示パネル(映像表示素子11)は、入力される映像信号に応じて受光した照明光束を変調する。変調された映像光は、再帰反射板2により反射し、透明な部材100を透過して、実像である空間浮遊像を形成する(図1参照)。
また、図5では、表示装置1を構成する液晶表示パネル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、必要に応じ挟角拡散板(図示せず)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、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(図5の矢印30を参照)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、再帰反射板2に向けて投写し、再帰反射板2で反射後、店舗(空間)の外部の監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6、図7を参照)を設けてよい。
<表示装置の例1>
図6には、表示装置1の具体的な構成の一例を示す。図6では、図5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を配置している。この光源装置13は、図5に示したケース上に、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5等にも示したように、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。表示装置1における上面には、かかる表示装置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(Light Emitting Diode)素子201や、その制御回路を実装したLED基板202が取り付けられる。LED基板202の外側面には、LED素子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。
図6には、表示装置1の具体的な構成の一例を示す。図6では、図5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を配置している。この光源装置13は、図5に示したケース上に、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5等にも示したように、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。表示装置1における上面には、かかる表示装置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(Light Emitting Diode)素子201や、その制御回路を実装したLED基板202が取り付けられる。LED基板202の外側面には、LED素子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のフレーム(図示せず)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FPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブル配線基板)(図示せず)などが取り付けられて構成される。即ち、映像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制御回路(図3の映像制御部1160)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、従来にない新しい映像表示装置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6と共に、図7を参照しながら詳細に説明する。
図6および図7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に変換される。このため、導光体端面の受光部とLED素子は、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203の端部の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内部を導光し(図面に平行な方向)、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(図面から手前に垂直な方向に)出射する。導光体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、導光体表面の形状により、あるいは導光体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(図面から手前に垂直な方向に)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6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6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206、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。
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る。反射光は、導光体203の一方(図の下方)の面に設けた反射シート205で再度、反射して、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(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6の矢印213)、再帰反射板2に入射する。再帰反射板2で反射した後に実像である空間浮遊像を得ることができる。
図7は、図6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206、レンチキュラーレンズなどから構成されている。光源装置13における上面には、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る。すなわち、図7の例では、反射型偏光板49の選択反射特性が図7と異なる。反射光は、導光体203の一方(図の下方)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(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7の矢印214)、再帰反射板2に入射する。再帰反射板2で反射した後に実像である空間浮遊像を得ることができる。
図6および図7に示す光源装置においては、対応する液晶表示パネル11の光入射面に設けた偏光板の作用の他に、反射型偏光板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、反射型偏光板のクロス透過率の逆数と液晶表示パネルに付帯した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。
<表示装置の例2>
図8には、表示装置1の具体的な構成の他の一例を示す。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、その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、半導体光源であるLED(Light Emitting Diode)素子14a、14bや、その制御回路を実装したLED基板が取り付けられると共に、LED基板の外側面には、LED素子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103が取り付けられている。
図8には、表示装置1の具体的な構成の他の一例を示す。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、その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、半導体光源であるLED(Light Emitting Diode)素子14a、14bや、その制御回路を実装したLED基板が取り付けられると共に、LED基板の外側面には、LED素子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103が取り付けられている。
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FPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブル配線基板)403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14a,14bと共に、電子装置を構成する制御回路(ここでは図示せず)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。
<表示装置の例3>
続いて、図9を用いて、表示装置1の具体的な構成の他の例(表示装置の例3)を説明する。この表示装置1の光源装置は、LEDからの光(P偏光とS偏光が混在)の発散光束をコリメータ18により略平行光束に変換し、反射型導光体304の反射面により液晶表示パネル11に向け反射する。反射された光は、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49に入射する。反射型偏光板49は、特定の偏波の光(例えばP偏光)を透過させ、透過した偏波光を液晶表示パネル11に入射させる。ここで、特定の偏波以外の他の偏波(例えばS偏光)は、反射型偏光板49で反射されて、再び反射型導光体304へ向かう。
続いて、図9を用いて、表示装置1の具体的な構成の他の例(表示装置の例3)を説明する。この表示装置1の光源装置は、LEDからの光(P偏光とS偏光が混在)の発散光束をコリメータ18により略平行光束に変換し、反射型導光体304の反射面により液晶表示パネル11に向け反射する。反射された光は、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49に入射する。反射型偏光板49は、特定の偏波の光(例えばP偏光)を透過させ、透過した偏波光を液晶表示パネル11に入射させる。ここで、特定の偏波以外の他の偏波(例えばS偏光)は、反射型偏光板49で反射されて、再び反射型導光体304へ向かう。
反射型偏光板49は、反射型導光体304の反射面からの光の主光線に対して垂直とならないように、液晶表示パネル11に対して傾きを以て設置されている。そして、反射型偏光板49で反射された光の主光線は、反射型導光体304の透過面に入射する。反射型導光体304の透過面に入射した光は、反射型導光体304の背面を透過し、位相差板であるλ/4板270を透過し、反射板271で反射される。反射板271で反射された光は、再びλ/4板270を透過し、反射型導光体304の透過面を透過する。反射型導光体304の透過面を透過した光は、再び反射型偏光板49に入射する。
このとき、反射型偏光板49に再度入射する光は、λ/4板270を2回通過しているため、反射型偏光板49を透過する偏波(例えば、P偏光)へ偏光が変換されている。よって、偏光が変換されている光は反射型偏光板49を透過し、液晶表示パネル11に入射する。なお、偏光変換に係る偏光設計について、上述の説明から偏波を逆に構成(S偏光とP偏光を逆にする)してもかまわない。
この結果、LEDからの光は特定の偏波(例えばP偏光)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が示されており(ただし、縦断面のため図9では1個のみ図示している)、これらはコリメータ18に対して所定の位置に取り付けられている。
なお、コリメータ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、このコリメータ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してもよい。また、コリメータ18の頂部(LED基板102に対向する側)における中央部に、凸部(即ち、凸レンズ面)を形成した凹部を有してもよい。また、コリメータ18の平面部(上記の頂部とは逆の側)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、コリメータ18の円錐形状の外周面を形成する放物面は、LED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。
なお、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、コリメータ18に対して、その表面上のLEDが、それぞれ、円錐凸形状の頂部の中央部(頂部に凹部が有る場合はその凹部)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、コリメータ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、コリメータ18の外形を形成する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、コリメータ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コリメータ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。
さらに、図9に示したコリメータ18により略平行光に変換された光は、反射型導光体304で反射される。当該光のうち、反射型偏光板49の作用により特定の偏波の光は反射型偏光板49透過し、反射型偏光板49の作用により反射された他方の偏波の光は再度導光体304を透過する。当該光は、反射型導光体304に対して、液晶表示パネル11とは逆の位置にある反射板271で反射する。このとき、当該光は位相差板であるλ/4板270を2度通過することで偏光変換される。反射板271で反射した光は、再び導光体304を透過して、反対面に設けた反射型偏光板49に入射する。当該入射光は、偏光変換がなされているので、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に入射される。この結果、光源の光を全て利用できるので光の幾何光学的な利用効率が2倍になる。また、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表示装置全体としてのコントラスト比が大幅に向上する。なお、反射型導光体304の反射面の面粗さおよび反射板271の面粗さを調整することで、それぞれの反射面での光の反射拡散角を調整することができる。液晶表示パネル11に入射する光の均一性がより好適になるように、設計毎に、反射型導光体304の反射面の面粗さおよび反射板271の面粗さを調整すればよい。
なお、図9の位相差板であるλ/4板270は、必ずしもλ/4板270へ垂直に入射した偏光に対する位相差がλ/4である必要はない。図9の構成において、偏光が2回通過することで、位相が90°(λ/2)変わる位相差板であればよい。位相差板の厚さは、偏光の入射角度分布に応じて調整すればよい。
<表示装置の例4>
さらに、表示装置の光源装置等の光学系の構成についての他の例(表示装置の例4)を、図10を用いて説明する。表示装置の例3の光源装置において、反射型導光体304の代わりに拡散シートを用いる場合の構成例である。具体的には、コリメータ18の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向(図の前後方向で図示せず)の拡散特性を変換する光学シートを2枚用い(光学シート207Aおよび光学シート207B)、コリメータ18からの光を2枚の光学シート(拡散シート)の間に入射させる。
さらに、表示装置の光源装置等の光学系の構成についての他の例(表示装置の例4)を、図10を用いて説明する。表示装置の例3の光源装置において、反射型導光体304の代わりに拡散シートを用いる場合の構成例である。具体的には、コリメータ18の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向(図の前後方向で図示せず)の拡散特性を変換する光学シートを2枚用い(光学シート207Aおよび光学シート207B)、コリメータ18からの光を2枚の光学シート(拡散シート)の間に入射させる。
なお、上記の光学シートは、2枚構成ではなく1枚としても良い。1枚構成とする場合には、1枚の光学シートの表面と裏面の微細形状で垂直と水平の拡散特性を調整する。また、拡散シートを複数枚使用して作用を分担しても良い。ここで、図10の例では、光学シート207Aと光学シート207Bの表面形状と裏面形状による反射拡散特性について、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の数量とLED基板(光学素子)102からの発散角およびコリメータ18の光学仕様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調整する。
図10の例では、偏光変換は、上述した表示装置の例3と同様の方法で行われる。すなわち、図10の例において、反射型偏光板49は、S偏光を反射(P偏光は透過)させる特性を有するように構成すればよい。その場合、光源であるLEDから発した光のうちP偏光を透過して、透過した光は液晶表示パネル11に入射する。光源であるLEDから発した光のうちS偏光を反射し、反射した光は、図10に示した位相差板270を通過する。位相差板270を通過した光は、反射板271で反射される。反射板271で反射した光は、再び位相差板270を通過することでP偏光に変換される。偏光変換された光は、反射型偏光板49を透過し、液晶表示パネル11に入射する。
なお、図10の位相差板であるλ/4板270は、必ずしもλ/4板270へ垂直に入射した偏光に対する位相差がλ/4である必要はない。図10の構成において、偏光が2回通過することで、位相が90°(λ/2)変わる位相差板であればよい。位相差板の厚さは、偏光の入射角度分布に応じて調整すればよい。なお、図10においても、偏光変換に係る偏光設計について、上述の説明から偏波を逆に構成(S偏光とP偏光を逆にする)してもかまわない。
液晶表示パネル11からの出射光は、一般的なTV用途の装置では画面水平方向(図12(a)X軸で表示)と画面垂直方向(図12(b)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からの出射光束の拡散特性は、例えば図12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、一般的なTV用途の装置の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、監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12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、一般的なTV用途の装置の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一般的なTV用途の装置に対して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、視野角を挟角とすることで、監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、一般的なTV用途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、明るい屋外に向けての情報表示システムに対応した映像表示装置とすることができる。
大型の液晶表示パネルを使用する場合には、画面周辺の光は画面中央を監視者が正対した場合に監視者の方向に向かうように内側に向けることで、画面明るさの全面性が向上する。図11は、監視者のパネルからの距離Lと、パネルサイズ(画面比16:10)とをパラメータとしたときのパネル長辺と短辺の収斂角度を求めたものである。画面を縦長として監視する場合には、短辺に合わせて収斂角度を設定すればよく、例えば22“パネルの縦使いで監視距離が0.8mの場合には、収斂角度を10度とすれば、画面4コーナからの映像光を有効に監視者に向けることができる。
同様に、15”パネルの縦使いで監視する場合には、監視距離が0.8mの場合には、収斂角度を7度とすれば、画面4コーナからの映像光を有効に監視者に向けることができる。以上述べたように、液晶表示パネルのサイズ及び縦使いか横使いかによって、画面周辺の映像光を、画面中央を監視するのに最適な位置にいる監視者に向けることで、画面明るさの全面性を向上できる。
基本構成としては、図9に示すように、光源装置により挟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、再帰反射板で反射させ得られた空間浮遊映像を、透明な部材100を介して室外または室内に表示する。
以上説明した、本発明の一実施例に係る表示装置や光源装置を用いれば、光の利用効率がより高い空間浮遊映像表示装置を実現することが可能となる。
<空間浮遊映像表示装置における映像表示処理の例>
次に、本実施例の画像処理が解決する課題の一例について、図13Aを用いて説明する。空間浮遊映像表示装置1000において、ユーザから見て空間浮遊映像3の奥側が空間浮遊映像表示装置1000の筐体内であり、十分暗い場合には、ユーザは、空間浮遊映像3の背景は黒であると視認する。
次に、本実施例の画像処理が解決する課題の一例について、図13Aを用いて説明する。空間浮遊映像表示装置1000において、ユーザから見て空間浮遊映像3の奥側が空間浮遊映像表示装置1000の筐体内であり、十分暗い場合には、ユーザは、空間浮遊映像3の背景は黒であると視認する。
ここで、図13Aを用いて、空間浮遊映像3において、キャラクター“パンダ”1525を表示する例を説明する。まず、図3の映像制御部1160は、図13A(1)に示すような、キャラクター“パンダ” 1525の画像を描画する画素領域と、背景画像である透明情報領域1520を含む画像について、キャラクター“パンダ”1525の画像を描画する画素領域と、背景画像である透明情報領域1520とを区別して認識する。
キャラクター画像と背景画像を区別して認識する方法は、例えば、映像制御部1160の画像処理において、背景画像レイヤーと、背景画像レイヤーの前面にあるキャラクター画像のレイヤーを別のレイヤーとして処理できるように構成しておき、これらのレイヤーを合成するときの重畳関係により、キャラクター画像と背景画像を区別して認識してもよい。
ここで、映像制御部1160は、キャラクター画像などのオブジェクトを描画する画素の黒と透明情報画素とは異なる情報として認識する。ただし、オブジェクトを描画する画素の黒と透明情報画素のいずれの画素も輝度が0であるとする。この場合、空間浮遊映像3を表示するとき、キャラクター“パンダ”1525の画像のうち黒を描画する画素と、背景画像である透明情報領域1520の画素とには、輝度の差がない。よって、空間浮遊映像3では、図13A(2)に示すように、キャラクター“パンダ”1525の画像のうち黒を描画する画素と透明情報領域1520の画素のいずれにも輝度はなく、光学的に同じ黒色の空間としてユーザ視認される。すなわち、オブジェクトであるキャラクター“パンダ” 1525の画像のうち黒を描画する部分は、背景に溶け込んでしまい、キャラクター“パンダ”1525の黒ではない部分だけが空間浮遊映像3の表示領域に浮遊している映像として認識されてしまう。
本実施例の画像処理の一例について図13Bを用いて説明する。図13Bは、図13Aで説明した、オブジェクトの黒い画像領域が、背景に溶け込んでしまうという課題をより好適に解消する画像処理の一例を説明する図である。図13B(1)、(2)では、それぞれ、上側に空間浮遊映像3の表示状態、下側に、オブジェクトの画像の画像処理の入出力特性を示している。なお、オブジェクト(キャラクター“パンダ”1525)の画像やこれに対応するデータは、図3のストレージ部1170やメモリ1109から読み出してもよい。または、映像信号入力部1131から入力されてもよい。または、通信部1132を介して取得してもよい。
ここで、図13B(1)の状態では、オブジェクトの画像の画像処理の入出力特性は、特に調整していないリニアな状態である。この場合、図13A(2)と同様の表示状態であり、オブジェクトの黒い画像領域が、背景に溶け込んでしまっている。これに対し、図13B(2)では、本実施例の映像制御部1160は、オブジェクト(キャラクター“パンダ”1525)の画像への画像処理の入出力特性を、下段に示す入出力特性にように調整する。
すなわち、映像制御部1160は、オブジェクト(キャラクター“パンダ”1525)の画像について、入力画像の画素について低輝度領域の画素の輝度値を増加させた出力画素に変換する特性を有する、入出力特性の画像処理を施す。オブジェクト(キャラクター“パンダ”1525)の画像は、当該入出力特性の画像処理を施されたのちに、オブジェクト(キャラクター“パンダ”1525)の画像を含む映像が表示装置1に入力され、表示されることとなる。すると、空間浮遊映像3の表示状態は、図13B(2)上段に示すように、キャラクター“パンダ”1525の画像における黒を描画する画素領域の輝度が増加する。これにより、キャラクター“パンダ”1525の画像を描画する領域のうち、黒を描画する領域についても、背景の黒に溶け込ませず区別してユーザに認識させることができ、オブジェクトをより好適に表示することが可能となる。
すなわち、図13B(2)の画像処理を用いることにより、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像を表示する領域が、窓を介した空間浮遊映像表示装置1000の筐体内部である背景の黒と区別して認識できるようになり、当該オブジェクトの視認性が改善する。よって、例えば、前記画像処理前(すなわち、前記オブジェクトの画像やこれに対応するデータを図3のストレージ部1170やメモリ1109から読み出した時点、または、前記オブジェクトの画像を映像信号入力部1131から入力した時点、または、通信部1132を介して前記オブジェクトのデータを取得した時点、など。)において、オブジェクトを構成する画素に輝度の値が0の画素が含まれているオブジェクトであっても、映像制御部1160による当該入出力特性の画像処理により、低輝度領域の画素の輝度値を大きくしたオブジェクトに変換されたのち、表示装置1に表示され、空間浮遊映像表示装置1000の光学システムによって、空間浮遊映像3に変換されることとなる。
すなわち、当該入出力特性の画像処理後のオブジェクトを構成する画素には、輝度の値が0の画素は含まれない状態に変換されたのち、表示装置1に表示され、空間浮遊映像表示装置1000の光学システムによって、空間浮遊映像3に変換されることとなる。
なお、図13B(2)の画像処理において、オブジェクト(キャラクター“パンダ”1525)の画像の領域のみ、図13B(2)の入出力特性の画像処理を施す方法としては、例えば、映像制御部1160の画像処理において、背景画像レイヤーと、背景画像レイヤーの前面にあるキャラクター画像のレイヤーを別のレイヤーとして処理できるように構成しておき、キャラクター画像のレイヤーに図13B(2)の入出力特性の画像処理を施し、背景画像レイヤーには当該画像処理を行わないようにする。
その後、これらのレイヤーを合成すれば、図13B(2)に示すように、キャラクター画像のみ、入力画像の低輝度領域を持ち上げる特性の画像処理が施されることとなる。また、別の方法としては、キャラクター画像のレイヤーと背景画像レイヤーが合成されたのちに、キャラクター画像の領域にのみ、図13B(2)の入出力特性の画像処理を施すように構成しても良い。
また、入力映像に対する入出力特性の低輝度領域を持ち上げる映像処理で用いる入出力映像特性は、図13B(2)の例に限られない。低輝度を持ち上げる映像処理であれば何でもよく、いわゆるブライト調整でもよい。または、国際公開2014/162533号に開示されるような、レティネックス処理の重みづけを変える利得を制御することで、視認性を向上する映像処理を行ってもよい。
以上説明した、図13B(2)の画像処理によれば、キャラクターやオブジェクトなどの画像を描画する領域のうち黒を描画する領域について、背景の黒に溶け込ませずユーザに認識させることができ、より好適な表示を実現することが可能となる。
なお、図13A,図13Bの例では、背景が黒に見える空間浮遊映像表示装置(例えば、図4A~Gの空間浮遊映像表示装置1000や、図4I、図4Jで背面側窓を遮光している状態の空間浮遊映像表示装置1000など)を例に、その課題とより好適な画像処理について説明した。しかしながら、当該画像処理は、これらの空間浮遊映像表示装置以外の装置においても有効である。
具体的には、図4Hの空間浮遊映像表示装置1000や、図4I、図4Jで背面側窓を遮光していない状態の空間浮遊映像表示装置1000では、空間浮遊映像3の背景は黒ではなく、窓を介した空間浮遊映像表示装置1000の後ろ側の景色となる。この場合も、図13Aおよび図13Bで説明した課題は同様に存在する。
すなわち、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像のうち黒を描画する部分は、窓を介した空間浮遊映像表示装置1000の後ろ側の景色に溶け込んでしまうこととなる。この場合も、図13B(2)の画像処理を用いることにより、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像のうち黒を描画する部分が、窓を介した空間浮遊映像表示装置1000の後ろ側の景色と区別して認識できるようになり、当該オブジェクトの視認性が改善する。
すなわち、図13B(2)の画像処理を用いることにより、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像を表示する領域が、窓を介した空間浮遊映像表示装置1000の後ろ側の景色と区別して認識でき、当該オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525が前記景色の前面にあることがより好適に認識できるようになり、当該オブジェクトの視認性が改善する。
また、図4K、図4L、図4Mの空間浮遊映像表示装置1000において、上述のとおり、空間浮遊映像3とは奥行の異なる位置に別の映像(透過型自発光映像表示装置1650の映像、または第2の表示装置1680の映像、など)が表示されている場合は、空間浮遊映像3の背景は黒ではなく、当該別の映像となる。この場合も、図13Aおよび図13Bで説明した課題は同様に存在する。
すなわち、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像のうち黒を描画する部分は、空間浮遊映像3とは奥行の異なる位置に表示されている前記別の映像に溶け込んでしまうこととなる。この場合も、図13B(2)の画像処理を用いることにより、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像のうち黒を描画する部分が、前記別の映像と区別して認識できるようになり、当該オブジェクトの視認性が改善する。
すなわち、図13B(2)の画像処理を用いることにより、オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525の画像を表示する領域が、前記別の映像と区別して認識でき、当該オブジェクトであるキャラクター“パンダ”1525が前記別の映像の前面にあることがより好適に認識できるようになり、当該オブジェクトの視認性が改善する。
本実施例の映像表示処理の一例について、図13Cを用いて説明する。図13Cは、本実施例の映像表示の例のうち、空間浮遊映像3と、別の映像である第2の画像2050を同時に表示する映像表示例である。第2の画像2050は、図4Kまたは図4Lの透過型自発光映像表示装置1650の表示映像に対応してもよい。また、第2の画像2050は、図4Mの第2の表示装置1680の表示映像に対応してもよい。
すなわち、図13Cの映像表示の一例は、図4K、図4L、図4Mの空間浮遊映像表示装置1000の映像表示例の具体例の一例を示したものである。本図の例では、空間浮遊映像3にはクマのキャラクターが表示されている。空間浮遊映像3でのクマのキャラクター以外の領域は黒表示であり、空間浮遊映像としては透明になる。また、第2の画像2050は、平原と山と太陽が描画された背景画像である。
ここで、図13Cにおいて、空間浮遊映像3と、第2の画像2050は、奥行の異なる位置に表示されている。ユーザ230が矢印2040の視線方向で空間浮遊映像3と第2の画像2050の2つの映像を視認することにより、ユーザ230は、この2つの映像が重なった状態で映像を視認することができる。具体的には、第2の画像2050に描画される平原と山と太陽の背景の手前に、空間浮遊映像3のクマのキャラクターが重畳して見えることとなる。
ここで、空間浮遊映像3は空中に実像として結像しているため、ユーザ230が少し視点を動かすと、視差により空間浮遊映像3と第2の画像2050の奥行を認識することができる。よって、ユーザ230は、2つの映像を重なった状態で視認しながら、空間浮遊映像3についてより強い空間浮遊感を得ることが可能となる。
本実施例の映像表示処理の一例について図13Dを用いて説明する。図13D(1)は、図13Cの本実施例の映像表示の例のうち、空間浮遊映像3をユーザ230の視線方向から見た図である。ここで、空間浮遊映像3には、クマのキャラクターが表示されている。空間浮遊映像3でのクマのキャラクター以外の領域は黒表示であり、空間浮遊映像としては透明になる。
図13D(2)は、図13Cの本実施例の映像表示の例のうち、第2の画像2050をユーザ230の視線方向から見た図である。本図の例では、第2の画像2050は、平原と山と太陽が描画された背景画像である。
図13D(3)は、図13Cの本実施例の映像表示の例のうち、ユーザ230の視線方向において、第2の画像2050と空間浮遊映像3とが重畳して見える状態を示した図である。具体的には、第2の画像2050に描画される平原と山と太陽の背景の手前に、空間浮遊映像3のクマのキャラクターが重畳して見えることとなる。
ここで、空間浮遊映像3と第2の画像2050とを同時に表示する場合に、空間浮遊映像3の視認性をより好適に確保するためには、両者の映像の明るさのバランスに留意することが望ましい。空間浮遊映像3の明るさに対して、第2の画像2050が明るすぎれば、空間浮遊映像3の表示映像が透けてしまい、背景である第2の画像2050が透過して強く視認されるようになる。
よって、少なくとも、空間浮遊映像3の表示位置における空間浮遊映像3の単位面積当たりの明るさが、第2の画像2050から空間浮遊映像3の表示位置に到達する映像光の単位面積当たりの明るさよりも大きくなるように、空間浮遊映像3の光源の出力および表示装置1の表示映像輝度、第2の画像2050を表示する表示装置の光源の出力および当該表示装置の表示映像輝度を設定すればよい。
なお、空間浮遊映像3と第2の画像2050とを同時に表示する場合にこの条件を満たせばよいので、空間浮遊映像3を表示せず第2の画像2050のみを表示している第1の表示モードから、空間浮遊映像3と第2の画像2050とを同時に表示する第2の表示モードに切り替える場合に、第2の画像2050を表示する表示装置の光源の出力および/または当該表示装置の表示映像輝度をさげることにより、第2の画像2050の明るさを低減する制御を行ってもよい。これらの制御は、図3の制御部1110が表示装置1および第2の画像2050を表示する表示装置(図4Kまたは図4Lの透過型自発光映像表示装置1650または図4Mの第2の表示装置1680)を制御することにより実現すればよい。
なお、上述の第1の表示モードから上述の第2の表示モードへの切り替えにおいて、第2の画像2050の明るさを低減する制御を行う場合、第2の画像2050の画面全体に対して均一に明るさを低減しても良い。または、第2の画像2050の画面全体に対して均一に明るさを低減せずに、空間浮遊映像3にオブジェクトが表示されている部分を最も明るさ低減効果が高い状態とし、その周辺は段階的に明るさ低減効果を緩めてもよい。すなわち、空間浮遊映像3が第2の画像2050に重畳されて視認される部分のみ、第2の画像2050の明るさ低減を実現すれば、空間浮遊映像3の視認性確保は十分であるからである。
ここで、空間浮遊映像3と、第2の画像2050は奥行の異なる位置に表示されているので、ユーザ230が少し視点を変えると、視差により、第2の画像2050に対する空間浮遊映像3の重畳位置は変化する。よって、上述の第1の表示モードから上述の第2の表示モードへの切り替えにおいて、第2の画像2050の画面全体に対して不均一に明るさを低減する場合は、空間浮遊映像3に表示されているオブジェクトの輪郭に基づいてシャープに明るさを低減することは望ましくなく、上述のように位置によって段階的に明るさ低減効果を変えていく、明るさ低減効果のグラデーション処理を行うことが望ましい。
なお、空間浮遊映像3に表示されるオブジェクトの位置がほぼ空間浮遊映像3の中央である空間浮遊映像表示装置1000においては、当該明るさ低減効果のグラデーション処理の最も明るさ低減効果が高い位置は、空間浮遊映像3の中央の位置にすればよい。
以上説明した、本実施例の映像表示処理によれば、ユーザ230は空間浮遊映像3と第2の画像2050をより好適に視認できる。
なお、空間浮遊映像3を表示する場合は第2の画像2050の表示を行わないように制御してもよい。第2の画像2050の表示を行わない方が空間浮遊映像3の視認性は高まるので、空間浮遊映像3の表示時は空間浮遊映像3をユーザが確実に視認しなければならない用途の空間浮遊映像表示装置1000などに好適である。
<実施例2>
本発明の実施例2として、空間浮遊映像表示装置の折り畳みが可能な構成の例について説明する。なお、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置は実施例1で説明した、空間浮遊映像表示装置の構成を折り畳みが可能な構成に変更したものである。本実施例では、実施例1との相違点を説明し、実施例1と同様の構成、同様については、繰り返しの説明は省略する。なお、以下の実施例の説明で、「格納」という表現は、要素をあるところに完全に納め入れることのみを意味するものではない。すなわち、要素をあるところに部分的に納め入れて一部露出した状態であっても「格納」と表現している。よって、当該「格納」を「保持」と読み替えても問題ない。この場合、「格納する」を「保持する」と読み替えても良く、「格納される」を「保持される」と読み替えても良い。
本発明の実施例2として、空間浮遊映像表示装置の折り畳みが可能な構成の例について説明する。なお、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置は実施例1で説明した、空間浮遊映像表示装置の構成を折り畳みが可能な構成に変更したものである。本実施例では、実施例1との相違点を説明し、実施例1と同様の構成、同様については、繰り返しの説明は省略する。なお、以下の実施例の説明で、「格納」という表現は、要素をあるところに完全に納め入れることのみを意味するものではない。すなわち、要素をあるところに部分的に納め入れて一部露出した状態であっても「格納」と表現している。よって、当該「格納」を「保持」と読み替えても問題ない。この場合、「格納する」を「保持する」と読み替えても良く、「格納される」を「保持される」と読み替えても良い。
図14Aに、折り畳みが可能な空間浮遊映像表示装置1000の一例を示す。図14Aの空間浮遊映像表示装置1000は、筐体A1711と筐体B1712との複数の筐体を有する。筐体A1711と筐体B1712とは、偏光ミラーである偏光分離部材101Bを保持する偏光ミラーホルダ1750を介して連結されている。偏光ミラーホルダ1750と筐体A1711との連結部には、回転機構1751が設けられており、回転機構1751の回転機能により、偏光ミラーホルダ1750(および偏光分離部材101B)と筐体A1711との相対的な角度が変更できるように構成されている。偏光ミラーホルダ1750と筐体B1712との連結部には、回転機構1752が設けられており、回転機構1752の回転機能により、偏光ミラーホルダ1750(および偏光分離部材101B)と筐体B1712との相対的な角度が変更できるように構成されている。
ここで、筐体A1711、筐体B1712、および偏光分離部材101Bが、図14A(1)に示されるアルファベットのN字を構成するような角度となって、ユーザ230の前に配置されている状態(使用状態)について説明する。また、筐体A1711、筐体B1712、および偏光分離部材101Bの当該角度の配置状態をN字型配置と称しても良い。
なお、以下の実施例において、折り畳みが可能な空間浮遊映像表示装置1000の各種構成、機能、変形例について説明する。これらの説明において、折り畳み機能に限定される点以外の各種構成、機能、変形例については、N字型配置の空間浮遊映像表示装置としての各種構成、機能、変形例となり得る。すなわち、これらの各種構成、機能、変形例は、折り畳み機能が無いN字型配置の空間浮遊映像表示装置についても効果的である。
ここで、光源装置(以下、単に光源ともいう)13および液晶表示パネル11を有する表示装置1は映像を表示し、表示装置1からの映像光が偏光分離部材101Bへ出射される。表示装置1からの映像光のうち、偏光分離部材101Bを透過した光は、λ/4板21を透過し、再帰反射板2で反射され、再び、λ/4板21を透過し、偏光分離部材101Bへ出射される。λ/4板21から出射され偏光分離部材101Bへ入射され、偏光分離部材101Bで反射された光は、空間浮遊映像3を形成する。
なお、空間浮遊映像3を形成するための、本実施例での光学系の詳細は、実施例1の図2、図4などで既に説明済みであるため、繰り返しの説明は省略する。なお、本実施例の表示装置1の光源13の詳細は実施例1の図5~12で既に説明済みであるため、繰り返しの説明は省略する。
なお、実施例1の図2および図4で説明した通り、液晶表示パネル11の映像表示面には、吸収型偏光板12を設けてもよい。なお、本実施例の空間浮遊映像表示装置は、図3に示す内部構成のブロック図に示される各要素を有するように構成してもよい。この場合、図3の筐体1190に示される各要素は、筐体A1711、筐体B1712、および偏光ミラーホルダ1750の各部のいずれかに格納または保持されるように構成すればよい。
ただし、図3の電源1106からの電源供給線の配線が必要な要素(各種回路基板、各種処理部、各種インタフェース、各種センサなど)や、制御部1110と有線で接続が必要な要素を筐体A1711と筐体B1712とに分離して配置すると、回転機構1751、回転機構1752、および偏光ミラーホルダ1750の内部構造を介して、電源供給線や有線の制御信号線の配線が必要となり、構造が複雑となる。
よって、電源供給が必要な構成部品および有線接続の信号線の接続が必要な構成部
品は、電源供給が必ず必要な表示装置1が格納される筐体A1711に格納するように構成することが好ましい。この場合、回転機構1751、回転機構1752、および偏光ミラーホルダ1750の内部構造を介した、電源供給線や有線の制御信号線の配線が不要となり、より安価に空間浮遊映像表示装置1000を提供することができる。よって、同様の理由で、電源1106や二次電池1112も、これらの電力を用いて駆動する電源を有する表示装置1が格納される筐体A1711に格納することが好ましい。
品は、電源供給が必ず必要な表示装置1が格納される筐体A1711に格納するように構成することが好ましい。この場合、回転機構1751、回転機構1752、および偏光ミラーホルダ1750の内部構造を介した、電源供給線や有線の制御信号線の配線が不要となり、より安価に空間浮遊映像表示装置1000を提供することができる。よって、同様の理由で、電源1106や二次電池1112も、これらの電力を用いて駆動する電源を有する表示装置1が格納される筐体A1711に格納することが好ましい。
ここで、図14A(1)で示される使用状態で空間浮遊映像表示装置1000が配置される場合、上述した、表示装置1からの映像光が再帰性反射板2を介して空間浮遊映像3を形成するまでの光路には、光学的に要求される所定の光路長が必要である。よって、空間浮遊映像表示装置1000としては、使用状態では、筐体A1711とそれに対向する筐体B1712との間に少なくとも、表示装置1から再帰反射板2へ達する映像光の光路における光束の範囲を含む所定の体積の空間が必要となる。
本発明の実施例1の例えば図4の各空間浮遊映像表示装置1000では、空間浮遊映像表示装置1000を使用しない状態であっても、表示装置1から再帰反射板2へ達する映像光の光路における光束の範囲を含む所定の体積の空間は、空間浮遊映像表示装置1000を使用しない状態でもそのまま各空間浮遊映像表示装置1000の筐体においてそのまま維持される。よって、本発明の実施例1の例えば図4の各空間浮遊映像表示装置1000は、使用しない際でも体積が大きく、可搬性や収納性の点で改善の余地がある。
そこで、図14Aの空間浮遊映像表示装置1000は、使用状態では表示装置1からの映像光が再帰性反射板2を介して空間浮遊映像3を形成させるために、筐体A1711、筐体B1712、および偏光分離部材101Bの相対角度を図14A(1)に示すような角度で配置する。具体的には、回転機構1751において、筐体A1711と偏光ミラーホルダ1750との相対角度の調整範囲に制限するためのストッパーを設けておき、筐体A1711と偏光ミラーホルダ1750が開く角度の上限において図14A(1)に示す角度となるように構成すればよい。
また、回転機構1752において、筐体B1712と偏光ミラーホルダ1750との相対角度の調整範囲に制限するためのストッパーを設けておき、筐体B1712と偏光ミラーホルダ1750が開く角度の上限において図14A(1)に示す角度となるように構成すればよい。回転機構1751、回転機構1752およびストッパーは、既存の技術で構成すればよい。
さらに、図14Aの空間浮遊映像表示装置1000は、回転機構1751により、筐体A1711を図14A(1)に示す太矢印の方向に回転させ、筐体A1711と偏光ミラーホルダ1750の相対角が小さくなるように空間浮遊映像表示装置1000を変形できるように構成されている。また、回転機構1752により、筐体B1712を図14A(1)に示す太矢印の方向に回転させ、筐体B1712と偏光ミラーホルダ1750の相対角が小さくなるように空間浮遊映像表示装置1000を変形できるように構成されている。当該変形後の空間浮遊映像表示装置1000の形状を図14A(2)に示す。以下、図14A(2)に示すように、空間浮遊映像表示装置1000を折り畳んだ状状態を、折り畳み状態、と称する。
ここで、空間浮遊映像表示装置1000の外形の最大幅(x方向)、最大奥行(y方向)、最大高さ(z方向)の乗算で求める体積を、空間浮遊映像表示装置1000の外形の最大体積、と定義する。図14A(2)に示す折り畳み状態の空間浮遊映像表示装置1000の最大体積は、図14A(1)に示す使用状態の空間浮遊映像表示装置1000の最大体積に比べ、小さくなる。よって、図14Aに示す例では、ユーザ230は、空間浮遊映像表示装置1000の使用するときは図14A(1)に示す使用状態とし空間浮遊映像3を鑑賞し、空間浮遊映像表示装置1000の使用しないときには、図14A(2)に示す折り畳み状態とし、その最大体積を小さくすることで、装置の持ち運びや収納をより好適に行うことができる。
なお、図14A(2)に示す折り畳み状態では、空間浮遊映像3を形成することはできない。よって、折り畳み状態では、表示装置1からの映像光を発する必要はなく、表示装置1の光源13を消灯しておくことが好ましい。使用状態から折り畳み状態へ移行する際の表示装置1の光源13の消灯制御は、図3の操作入力部1107を介したユーザ操作に基いて制御部1110が行ってもよい。
また、図14A(1)および図14A(2)に示すような、空間浮遊映像表示装置1000が折り畳み状態になったか否かを検出する開閉センサ1741を設け、開閉センサの検出結果に基づいて表示装置1の光源13の消灯制御を行ってもよい。開閉センサ1741は、例えば、赤外線などを用いた接近検出センサ等で構成すればよい。接近検出センサとしては、センサ自体が赤外線などのセンシング光を発して、当該センシング光の反射光をセンサで検出するアクティブ方式の赤外線センサなどで構成すればよい。
ここで、電源供給が必要な開閉センサ1741は、有線接続の効率を考慮すると、電源供給が必ず必要な表示装置1が格納される筐体A1711に格納するように構成することが好ましい。このとき、開閉センサ1741は、筐体A1711と偏光ミラーホルダ1750との距離を検出して、その距離に応じて空間浮遊映像表示装置1000が折り畳み状態になったことを検出してもよい。
または、開閉センサ1741は、筐体A1711と筐体B1712との距離を検出して、その距離に応じて空間浮遊映像表示装置1000が折り畳み状態になったことを検出してもよい。筐体A1711と筐体B1712との距離を検出する場合には、アクティブ方式の赤外線センサである開閉センサ1741が発する赤外線のセンシング光は、偏光分離部材101Bを透過するように構成してもよい。偏光分離部材101Bを透過したセンシング光は、再帰性反射板2で反射され、偏光分離部材101Bを再び透過して、開閉センサ1741に戻るように構成すれば良い。
なお、実施例1での説明では、空間浮遊映像3を形成する映像光は、再帰性反射板2で反射の前後でλ/4板21を2回通るため、偏光分離部材101Bでは反射されることとなり、これは、開閉センサ1741が発するセンシング光の透過特性および反射特性とは異なる。よって、アクティブ方式の赤外線センサである開閉センサ1741が発する赤外線のセンシング光を、偏光分離部材101Bを再び透過して、開閉センサ1741に戻るように構成するためには、空間浮遊映像3を形成するための映像光である可視光と、アクティブ方式の赤外線センサである開閉センサ1741が発する非可視光のセンシング光である赤外線とで、偏光分離部材101Bの光学特性を異ならせる必要がある。例えば、赤外線領域については、偏光状態にかかわらず透過率が約50%などの所定の透過率になるように構成してもよい。
以上説明したように、開閉センサ1741を設けることで、空間浮遊映像表示装置1000が折り畳み状態になったことをより検出することができる。また、開閉センサ1741が、空間浮遊映像表示装置1000が折り畳み状態であること検出した場合に、より好適に、表示装置1の光源13の消灯制御を行うことが可能となる。
次に、図14Bに、使用状態で配置されている空間浮遊映像表示装置1000の一例についての斜視図を示す。図14Bでは、一例として、図14Aの空間浮遊映像表示装置1000が示されている。図14Bに示される使用状態では、図14A(1)と同様に、筐体A1711、筐体B1712、および偏光分離部材101Bが、アルファベットのN字を構成するような角度となって、ユーザ230の前に配置されている。偏光分離部材101Bは偏光ミラーホルダ1750に保持されている。ユーザは、偏光分離部材101Bの手前に形成される、空間浮遊映像3を視認することができる。本図の例では、空間浮遊映像3にウサギのキャラクターが表示されている。以上図14Bを用いて説明したように、本実施例の折り畳み機能を有する空間浮遊映像表示装置1000は、使用状態では、好適に空間浮遊映像3を視認することができる。
次に、図14Cを用いて、図14Aの変形例である折り畳みが可能な空間浮遊映像表示装置1000を説明する。なお、図14Cの説明では、図14Aとの相違点を説明し、図14Aと同様の構成、同様については、繰り返しの説明は省略する。
図14Cの例は、折り畳みが可能な空間浮遊映像表示装置1000において、撮像部1180や空中操作検出部1350などを備える場合の構成例の一例である。図14Cの筐体A1717は、図14Aの筐体A1711よりもユーザ230側に延伸している。筐体A1717の前面(ユーザ230側の面)は、空間浮遊映像3よりもユーザ230に近い位置まで延伸している。図14Cの例では、筐体A1717のこの延伸した部分に空中操作検出部1350を備えるように構成している。これにより、図14C(1)に示す空間浮遊映像表示装置1000の使用状態において空間浮遊映像3を含む面でのユーザ230による操作を検出することができる。空中操作検出部1350の構成及び機能については、実施例1で説明した通りであるので、繰り返しの説明は省略する。
また、図14Cの筐体A1717において、図14Aの筐体A1711よりもユーザ230側に延伸部分の筐体A1717の前面(ユーザ230側の面)に、撮像部1180を設けてもよい。これにより、図14C(1)に示す空間浮遊映像表示装置1000の使用状態において、撮像部1180がユーザ230を撮像することが可能となる。制御部1110が、撮像部1180の撮像画像にもとづいてユーザ230が誰であるかについての識別処理を行うようにしてもよい。撮像部1180は、空間浮遊映像3を操作するユーザ230と、ユーザ230の周辺領域とを含めた範囲を撮像し、制御部1110が撮像画像にもとづいて、ユーザ230が空間浮遊映像表示装置1000の前にいるか否かを識別する識別処理を行うようにしてもよい。また、制御部1110が、撮像画像にもとづいてユーザ230の空間浮遊映像表示装置1000までの距離を算出してもよい。
ここで、空間浮遊映像表示装置1000において、撮像部1180や空中操作検出部1350などを備える場合は、筐体B1718側ではなく、図14Cに示すように、筐体A1717側に備えるようにすることが好ましい。この理由は、図14Aでも説明した通り、電源供給が必要な構成部品および有線接続の信号線の接続が必要な構成部品は、電源供給が必ず必要な表示装置1が格納される筐体A側に格納するように構成することが好ましいためである。
なお、図14Cに示すように、筐体A1717の前面近傍に、撮像部1180や空中操作検出部1350を設けても、図14C(2)に示すように折り畳み状態のように、折り畳み機能は維持することが可能である。
以上説明したように、図14Cの空間浮遊映像表示装置1000によれば、折り畳みが可能な空間浮遊映像表示装置に、ユーザの空中操作検出機能をより好適に搭載することが可能となる。また、図14Cの空間浮遊映像表示装置1000によれば、折り畳みが可能な空間浮遊映像表示装置に、ユーザを撮像可能な撮像機能を搭載することが可能となる。
<実施例3>
次に、本発明の実施例3として、運動視差による立体表示が可能な空間浮遊映像表示装置1000について説明する。なお、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置は実施例1または実施例2で説明した、空間浮遊映像表示装置の構成に撮像装置を搭載し、ユーザの視点等の位置を検出可能に構成されている。
次に、本発明の実施例3として、運動視差による立体表示が可能な空間浮遊映像表示装置1000について説明する。なお、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置は実施例1または実施例2で説明した、空間浮遊映像表示装置の構成に撮像装置を搭載し、ユーザの視点等の位置を検出可能に構成されている。
また、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置は空間浮遊映像3に3Dデータに基づいて生成(レンダリング)される映像を表示可能であり、当該映像の生成処理(レンダリング処理)を、検出した視点等の位置に応じて可変することにより、当該3Dデータの3Dモデルの立体像をユーザに疑似的に立体視させることを可能とするものである。本実施例では、実施例1および実施例2との相違点を説明し、実施例1および実施例2と同様の構成、同様については、繰り返しの説明は省略する。
運動視差による立体表示が可能な空間浮遊映像表示装置の一例について、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000を用いて説明する。なお、図15Aの構成の説明では、図14Cとの相違点を説明し、図14Cと同様の構成については、繰り返しの説明は省略する。
なお、空間浮遊映像表示装置1000は、3Dオブジェクトや3Dキャラクターなどの3Dモデルについての3Dデータは、図3の通信部1132やリムーバブルメディアインタフェース1134を介して取得し、ストレージ部1170に格納しておけばよい。使用時にストレージ部1170からメモリ1109に展開し、映像制御部1160または、映像制御部1160と異なるGPU(Graphic Processing Unit)が使用する。
図15Aの例は、空間浮遊映像表示装置1000において、撮像部1180を備える。撮像部1180の撮像画像にもとづいてユーザ230の顔の位置または目の位置、両目の中間位置などを視点の位置情報として検出する。これらの位置は、空間浮遊映像3の平面に平行な方向の位置のみならず空間浮遊映像3の奥行方向に当たる方向の位置も検出する。
すなわち、図15Aのx方向、y方向、z方向のいずれの方向の位置も検出する。これらの検出処理の制御は、図3の制御部1110が制御すればよい。また、当該検出処理は、既存の顔検出技術、目位置検出技術、または視点検出技術を用いれば良い。撮像部1180は1つに限られず、精度上必要であれば、2つ以上の異なる位置にそれぞれ撮像部を設けて複数の撮像画像にもとづいて、これらの位置検出を行っても良い。一般的に異なる位置に配置された撮像部が多いほどより精度高く顔検出、目位置検出、または視点検出を行うことができる。
図15Aの空間浮遊映像表示装置1000では、図3の制御部1110の制御により、3Dデータの3Dモデルの立体像の位置を、現実空間の位置に設定する。図15Aでは、3Dデータにおいて3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101と、3Dデータの3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102を、制御部1110が設定している。
なお、仮想的な基準点2102は、水平面での位置については、3Dモデルの主要なオブジェクトの水平断面での幾何学的な中心点、または幾何学的な重心点などでもよく、これらの点の近傍でもよい。また、仮想的な基準点2102は、水平面での位置については、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)の水平断面での幾何学的な中心点、または幾何学的な重心点などでもよい。仮想的な基準点2102は、鉛直方向の位置については、3Dデータ内に地面に相当する面がある場合は、地面に相当する面の位置に設定すると、より自然な立体視効果を得ることが可能となる。
ここで、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000では、3Dモデルが存在する仮想的な空間領域2101は、実像として結像している空間浮遊映像3に対しユーザから見て奥側の位置に設定されている。3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102も同様に、実像である空間浮遊映像3に対しユーザから見て奥側の位置に設定されている。ここで、実像である空間浮遊映像3に対しユーザから見て奥側の位置とは、空間浮遊映像表示装置1000の光学配置において、実像である空間浮遊映像3を形成する光の主光線の進行方向を第1の方向(本図では負のy方向)とすると、実像である空間浮遊映像3に対して当該第1の方向と逆方向である第2の方向(本図では正のy方向)に所定距離だけシフトした位置を意味する。
図15Aの空間浮遊映像表示装置1000では、再帰性反射板2を経由した光束が実像である空間浮遊映像3に到達するので、第2の方向(本図では正のy方向)に所定距離だけシフトした位置とは、再帰性反射板2から実像である空間浮遊映像3に至る光束の光路において、空間浮遊映像3の位置に対して、所定距離だけ再帰性反射板2側にシフト位置を意味する。
なお、これらの仮想的な空間領域2101の設定と、仮想的な基準点2102の設定の情報は、図3の制御部1110の制御により、前記3Dモデルの3Dデータに対応付けて図3のストレージ部1170や不揮発性メモリ1108などに格納しておけばよい。使用時には、ストレージ部1170や不揮発性メモリ1108から読み出して、メモリ1109に展開して用いればよい。また、制御部1110の制御により、映像制御部1160または、映像制御部1160と異なるGPU(Graphic Processing Unit)に送信して、これらの制御部または処理部で使用させるように制御してもよい。
図15Aの空間浮遊映像表示装置1000における、上述のような仮想的な空間領域2101の設定と、仮想的な基準点2102の設定の効果については、後述する。
次に、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000における、運動視差による立体表示の具体的な処理について、図15Bを用いて説明する。図15Bは、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000の光学要素と、仮想的な空間領域2101と、仮想的な基準点2102の位置関係の詳細を示した図である。また、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000では、図15Aで説明したとおり、撮像部1180の撮像画像にもとづいてユーザ230の顔の位置または目の位置、両目の中間位置などを視点の位置情報として検出する。
そこで、図15Bでは、ユーザ230の視点位置の例として、視点位置A、視点位置B、視点位置Cを例示している。それぞれの位置でユーザ230は、仮想的な空間領域2101内に存在する3Dモデルを視認できる。ユーザ230が空間領域2101内に存在する3Dモデルを疑似的に立体視するためには、それぞれ視認角度の異なるユーザ230の視点位置A、視点位置B、視点位置Cにおいて、異なるレンダリング画像を空間浮遊映像3に表示する必要がある。
なお、図15Bにおいて、偏光分離部材101Bを基準として、再帰性反射板2の面対象の位置に、仮想的な再帰性反射板2’の位置を示している。
次に、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000における、3Dモデルの視認例を、図15Cを用いて説明する。図15Cでは、クマのキャラクターの3Dモデル2015を表示する例を説明する。
図15C(1)は、図15Bのユーザ視点位置Cから視認した、3Dモデル2105の表示例および視認例を示したものである。図15C(2)は、図15Bのユーザ視点位置Bから視認した、3Dモデル2105の表示例および視認例を示したものである。図15C(3)は、図15Bのユーザ視点位置Aから視認した、3Dモデル2105の表示例および視認例を示したものである。
すなわち、クマのキャラクターの3Dモデル2015は、角度の異なる複数のユーザの視点位置に対応するように、3Dモデルのレンダリング処理における視点の角度を可変して、レンダリングされる。ユーザ視点位置の変化に追従することが望ましいため、これらのレンダリングはいわゆるリアルタイムレンダリング処理であることが望ましい。このような3Dデータの3Dモデルのレンダリング処理は、図3の制御部1110の制御により、映像制御部1160が処理してもよい。
また、映像制御部1160と異なるGPU(Graphic Processing Unit)を設けて当該GPUがリアルタイムレンダリング処理をしても良い。なお、これらの3Dモデル2105の表示例および視認例は、レンダリング画像を図示したものであり、3Dモデルのメッシュもしくはテクスチャのレンダリング後の状態を示すと考えても良い。
なお、3Dデータにおいて3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の例を、境界を図15C(2)に示す。すなわち、仮想的な空間領域2101は直方体の空間領域である。
次に、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000における、3Dモデルの視認例を、図15Cを用いて説明する。図15Cでは、クマのキャラクターの3Dモデル2015を表示する例を説明する。
図15C(1)は、図15Bのユーザ視点位置Cから視認した、3Dモデル2105の表示例および視認例を示したものである。図15C(2)は、図15Bのユーザ視点位置Bから視認した、3Dモデル2105の表示例および視認例を示したものである。図15C(3)は、図15Bのユーザ視点位置Aから視認した、3Dモデル2105の表示例および視認例を示したものである。
すなわち、クマのキャラクターの3Dモデル2015は、角度の異なる複数のユーザの視点位置に対応するように、3Dモデルのレンダリング処理における視点の角度を可変して、レンダリングされる。ユーザ視点位置の変化に追従することが望ましいため、これらのレンダリングはいわゆるリアルタイムレンダリング処理であることが望ましい。このような3Dデータの3Dモデルのレンダリング処理は、図3の制御部1110の制御により、映像制御部1160が処理してもよい。
また、映像制御部1160と異なるGPU(Graphic Processing Unit)を設けて当該GPUが処理しても良い。なお、これらの3Dモデル2105の表示例および視認例は、レンダリング画像を図示したものであり、3Dモデルのメッシュもしくはテクスチャのレンダリング後の状態を示すと考えても良い。なお、3Dデータにおいて3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の例を、境界を図15C(2)に示す。すなわち、仮想的な空間領域2101は直方体の空間領域である。
次に、図15Aの空間浮遊映像表示装置1000において、図15Cで説明した表示例および視認例を実現するための空間浮遊映像3における映像の描画例について、図15Dを用いて説明する。
図15D(1)は、ユーザ230の視点位置が視点位置Aの場合の、空間浮遊映像3における映像の描画例を示している。
図15D(2)は、ユーザ230の視点位置が視点位置Bの場合の、空間浮遊映像3における映像の描画例を示している。
図15D(3)は、ユーザ230の視点位置が視点位置Cの場合の、空間浮遊映像3における映像の描画例を示している。なお、図15Dの例では、いずれの視点位置においても、ユーザの検出された両目の位置の中間点を、当該ユーザの視点位置として用いる例を示している。
ここで、図15Cで説明した表示例および視認例を実現するためには、空間浮遊映像表示装置1000における現実の空間に存在する実像である空間浮遊映像3の位置および検出されたユーザの視点位置と、3Dモデルが含まれる3Dデータ空間の位置を、仮想的な空間領域2101と、仮想的な基準点2102により対応付けたうえで、以下の処理を行えばよい。
具体的には、3Dモデルが含まれる3Dデータ空間の位置と、検出されたユーザの視点位置を結ぶ直線と空間浮遊映像3の交点の位置に、当該直線が突き当たる3Dデータ空間の3Dモデルやオブジェクトの表面にあるテクスチャの画素に基づく演算により算出された画素値(輝度および色度)をマッピングすればよい。当該演算には、レンダリング時の光源の設定とシェーダーの設定が考慮されることとなる。ユーザの視点位置に応じた3Dデータ空間の空間浮遊映像3への投影と表現しても良い。
当該処理は、3Dデータのレンダリング処理の視点で説明するならば以下のように説明できる。すなわち、3Dデータ空間における3Dモデルのレンダリング処理において、空間浮遊映像表示装置1000で検出されたユーザの視点位置に対応する3Dデータ空間の位置をレンダリング時のカメラの位置として設定し、空間浮遊映像表示装置1000の空間浮遊映像3の表示領域(図15の例では平面矩形を想定している)に対応する3Dデータ空間の平面領域を、レンダリング時のカメラの画角として設定して、2次元映像へのレンダリングを実行すればよい。
当該レンダリング結果の2次元映像を、表示装置1を介して表示し、空間浮遊映像3として結像させれば、図15Cで説明した3Dモデル2105の表示例および視認例を実現する映像の描画が可能となる。ユーザ230は、運動視差による疑似的な立体視により、3Dモデルが仮想的な空間領域2101内に、仮想的な基準点2102付近に、あたかも実在しているように視認することができる。
なお、図15D(1)(2)(3)の例では、説明例として、仮想的な空間領域2101の頂点と、仮想的な基準点2102についての、空間浮遊映像3への投影について図示している。図15D(1)の例では、これらの点の投影結果が、交点2106として示されている。図15D(2)の例では、これらの点の投影結果が、交点2107として示されている。図15D(3)の例では、これらの点の投影結果が、交点2108として示されている。
なお、図15D(1)(2)(3)の例では、ユーザの視点位置がXY平面で変化している例で説明しているが、ユーザの視点位置が鉛直方向(z方向)で変化する場合も原理は同様であり、処理も軸方向が変わるのみであるので同様である。また、ユーザの視点位置が奥行方向(y方向)で変化する場合も原理は同様であり、処理も軸方向が変わるのみであるので同様である。よって、ユーザの視点位置が3次元で変化する場合にも、上述のユーザの視点位置に応じた3Dデータ空間の空間浮遊映像3への投影処理や、上述のレンダリング処理で対応することが可能である。
次に、図15Aで説明したように、空間浮遊映像表示装置1000において、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101が実像である空間浮遊映像3に対しユーザから見て奥側の位置に設定する効果および、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102が同様に実像である空間浮遊映像3に対しユーザから見て奥側の位置に設定する効果について、図15Eを用いて説明する。
図15E(1)は、本発明と異なる比較例として、ユーザ230側に表示面を有する固定画素ディスプレイ2110での、運動視差による立体視処理の例を示している。固定画素ディスプレイ2110の表示画面の表示領域の大きさは、空間浮遊映像の表示領域の大きさと同じであるとする。ユーザ230の視認位置Aは、図15の他の図の視認位置Aと、同一の位置であるとする。
図15E(1)の場合、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101および運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102は、ユーザ230が好適に立体視できる視野角を広く確保するためには、固定画素ディスプレイ2110の表示面付近に設定するのが好適である。このようにすることで、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101を固定画素ディスプレイ2110の面に投影するときに必要な投影面積を最小限にすることができるためである。
図15E(1)の例では、ユーザ230の視認位置Aにおいて、ユーザは、仮想的な空間領域2101内に表示される3Dモデルを、ケラレを生じることなく視認することができる。
これに対し、図15E(2)は、空間浮遊映像表示装置1000において、図15E(1)の固定画素ディスプレイ2110における好適な運動視差による立体視処理と同様の、仮想的な空間領域2101の設定と仮想的な基準点2102の設定を行うことを試みたと仮定した例である。図15E(2)の空間浮遊映像3の表示領域は、図15E(1)の固定画素ディスプレイ2110の表示領域と同じ大きさであり、ユーザ230の視認位置Aも図15E(2)と図15E(1)とで同じである。
ここで、図15E(2)には、図15Bで示した仮想的な再帰性反射板2’の位置を示している。すなわち、図15E(2)は、仮想的な再帰性反射板2’の図示により、偏光分離ミラー101Bによる幾何学的な折り返しを排除して、再帰性反射板2から空間浮遊映像3までの光路を直線的に示した模式図を示していることになる。ここで、ユーザ230の視認位置Aからのであって、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101を通過する視線2190がユーザ230からどのように視認されるかを検討する。
この場合、ユーザ230の視認位置Aからの視線2190と、空間浮遊映像3の平面の交点は、空間浮遊映像3の表示領域に含まれており、その幾何学的関係は、図15E(1)のユーザ230の視認位置Aと表示領域の関係と相違はない。しかしながら、図15E(2)における視線2190の延長線上には、仮想的な再帰性反射板2’が存在しない。これは、空間浮遊映像表示装置1000において、再帰性反射板2を経て空間浮遊映像3を形成する光束には、視線2190の角度からユーザ230の視認位置Aへ入射する光は存在しないことを意味する。
すなわち、図15E(2)の例では、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の一部は、視線2190のように、仮想的な再帰性反射板2’の範囲によりケラレが生じているということとなる。
すなわち、再帰性反射部材2を介した光束により空間浮遊映像3を形成する空間浮遊映像表示装置では、固定画素ディスプレイ2110とは異なり、空間浮遊映像3の表示面における表示領域と、仮想的な空間領域2101の設定の関係による3Dモデルのケラレを考慮するのみでは不十分である。再帰性反射部材2を介した光束により空間浮遊映像3を形成する空間浮遊映像表示装置では、ユーザの視認位置に対して、空間浮遊映像3の表示面における表示領域に加えて、再帰性反射板2の領域の幾何学的な位置および範囲を考慮して、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の位置の設定と、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の位置を設定する必要があることとなる。
そこで、図15Aで説明した本実施例に係る空間浮遊映像表示装置1000で採用した、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の位置の設定と、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の位置の設定の例を、図15E(3)に示す。図15E(3)の例では、図15E(2)に比べて、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の位置と、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の位置を、実像である空間浮遊映像3の表示面からdyだけ、ユーザから見て奥側に設定(光束の主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置)した例である。
図15E(3)で図示されるように、ユーザ230の視認位置Aから、仮想的な空間領域2101の一部を通過するすべての視線の延長線上に、仮想的な再帰性反射板2’が存在している。すなわち、図15E(3)の例では、ユーザ230の視認位置Aにおいて、ユーザは、仮想的な空間領域2101内に表示される3Dモデルについて、ケラレを生じることなく視認することができる。
以上のとおり、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置1000では、図15E(3)に示すように、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の位置を、空間浮遊映像3を形成する光束の主光線の進行方向と逆方向にシフトして設定することにより、よりケラレの発生を低減したより好適な3Dモデルの立体視を実現する空間浮遊映像の表示方法を実現することが可能となる。
なお、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101は、必ずしも全ての空間が、空間浮遊映像3の表示面に対してユーザから見て奥側に設定される必要はないが、上述の原理により、仮想的な空間領域2101は全ての空間が、空間浮遊映像3の表示面に対してユーザから見て奥側に設定された方が、より3Dモデルのケラレの発生を低減することができ好適である。
次に、図15Fを用いて、本実施例の空間浮遊映像表示装置1000、3Dモデルとして、3Dキャラクターのモデルを表示する場合の、境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101の設定例と、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の設定例の一例について、説明する。
図15Fは、3Dキャラクターのモデルの3Dデータにおいて、3Dモデル2105と境界箱(バウンディングボックス)2120の位置関係を示している。3Dモデル2105は、3Dモデルのメッシュ面またはテクスチャに対応する部分を点線で記載している。境界箱(バウンディングボックス)2120は、3Dモデル2105が含まれる直方体として設定される。ここで、四角錐を上下に組み合わせた八方体で示されているものはボーンまたはアーマチュアと呼ばれるものであり、人体骨格を模した要素である。3Dモデル2105に沿って主に内部に配置されている。これらは、3Dモデルにアニメーションを行わせる場合に必要となるものである。ここで、3Dモデルにボーンまたはアーマチュアを設定することを含めてリギングと称することもある。また、ボーンまたはアーマチュアの設定には、ヒューマノイド(Humanoid)形式という様式がある。
図15Fの例は、ヒューマノイド(Humanoid)形式でボーンが設定された3Dモデルの構成を示しているものである。ヒューマノイド(Humanoid)形式でボーンの種類の一部を説明すると、人体骨格の中心に近い部分にHips2111、Spine2112、Chest2113,Neck2114、Head2115があり、これらは、八方体の下端が始点で、上端が終点である。人体骨格の足付近にFoot2116(LとRがある)、Toes2117(LとRがある)などがあり、これらは、つま先側が八方体の終点であり、逆側が八方体の始点である。人体骨格の肩、腕、手に相当するボーンも図示しているが、説明は省略する。
ここで、本実施例の空間浮遊映像表示装置1000が、3Dモデルとしてボーンが設定された3Dキャラクターのモデルを表示して運動視差による立体表示を行う場合についての、運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の設定例については、以下の設定が好ましい。3Dキャラクターのデフォルトの表示姿勢としてユーザに正対して表示されることが前提として説明する。具体的には、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102のユーザから見て左右方向(x方向)の位置は、臀部のボーンであるHips2111の始点または終点の位置2125、またはこれらの近傍で設定することが望ましい。
なお、臀部のボーンであるHips2111から頭のボーンであるHead2115について、いずれのボーンの始点も終点もユーザから見て左右方向(x方向)の位置に差が無い場合が多い。よって、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の左右方向(x方向)の位置は、臀部のボーンであるHips2111から頭のボーンであるHead2115のいずれかのボーンの左右方向(x方向)の位置またはその近傍に設定することが望ましい。
次に、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102のユーザから見て奥行方向(y方向)の位置は、臀部のボーンであるHips2111の始点または終点の位置2125、または、これらの近傍で設定することが望ましい。なお、臀部のボーンであるHips2111から頭のボーンであるHead2115について、いずれのボーンの始点も終点もユーザから見て奥行方向(y方向)の位置に大きく差が無い場合は、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の奥行方向(y方向)の位置は、臀部のボーンであるHips2111から頭のボーンであるHead2115のいずれかのボーンの奥行方向(y方向)の位置またはその近傍に設定すればよい。
次に、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の鉛直方向(z方向)の位置は、当該3Dキャラクターがどのようなキャラクターであるかにより好適な位置が異なる。具体的には、地面などの基準平面に立つ3Dキャラクターであれば、足のボーンであるFoot2116とつま先のボーンであるToes2117の直下付近に地面などの基準平面があることが推定されるため、足のボーンであるFoot2116の終点位置または、つま先のボーンであるToes2117の始点または終点の位置に対して、鉛直方向下側近傍の位置に設定することが望ましい。
このようにすれば、ユーザが始点を上下させても、地面などの基準平面の鉛直方向の高さが大きく変わらないので、より違和感が抑えられることとなる。
以上、図15Fで説明したような、3Dモデルとしてボーンが設定された3Dキャラクターのモデルを、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置1000において、図15E(3)のように配置する場合、以下のように配置することがより好適である。具体的には、xy平面においては、3Dモデルの立体視における運動視差の基準点となる仮想的な基準点2102の近傍に臀部のボーンであるHips2111の始点または終点の位置2125が配置されるので、3Dキャラクターのモデルの臀部のボーンであるHips2111の始点または終点の位置2125は、実像である空間浮遊映像3の面よりも、ユーザから見て奥側の位置(光束の主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置)に配置されることが望ましい。
また、3Dモデル2105と境界箱(バウンディングボックス)2120は、3Dモデルの存在する空間領域を示す境界箱(バウンディングボックス)に対応する仮想的な空間領域2101に配置されることが望ましいので、境界箱(バウンディングボックス)2120内に配置される、3Dキャラクターのモデルに設定されたすべてのボーンが、実像である空間浮遊映像3の面よりも、ユーザから見て奥側の位置(光束の主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置)に配置されることが望ましい。
以上説明した、本実施例の空間浮遊映像表示装置1000によれば、運動視差による立体表示を、より好適に行うことができる。
本実施例に係る技術では、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、再帰反射板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」および「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。
以上、種々の実施例について詳述したが、しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した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るものではない。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ることが可能であり、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・置換をすることが可能である。
1…表示装置、2…再帰反射板(再帰性反射板)、3…空間像(空間浮遊映像)、105…ウィンドガラス、100…透明な部材、101…偏光分離部材、101B…偏光分離部材、12…吸収型偏光板、13…光源装置、54…光方向変換パネル、151…再帰反射板、102、202…LED基板、203…導光体、205、271…反射シート、206、270…位相差板、230…ユーザ、1000…空間浮遊映像表示装置、1110…制御部、1160…映像制御部、1180…撮像部、1102…映像表示部、1350…空中操作検出部、1351…空中操作検出センサ。
Claims (5)
- 映像を表示する映像表示部と、
前記映像表示部からの光束が入射する再帰性反射板と、
撮像部と、
制御部と、
を備え、
前記再帰性反射板における反射を経た光束が、空中に実像である空中浮遊映像を形成するものであり、
前記制御部は、実像である前記空中浮遊映像に対する、3Dモデルの仮想的な位置を設定することが可能であり、
前記映像表示部が、前記撮像部が撮像した撮像画像にもとづいて検出されたユーザの視点位置と、前記3Dモデルの仮想的な位置に基づく、前記3Dモデルの3Dデータのレンダリング処理の結果の映像を表示し、実像である前記空中浮遊映像において、前記3Dモデルについての運動視差による立体視のための映像が表示されるものであり、
前記制御部が設定する前記3Dモデルの仮想的な位置は、空中に形成された実像である前記空中浮遊映像の位置に対して、前記再帰性反射板における反射を経た光束が前記空中浮遊映像を形成するときの主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置である、
空中浮遊映像表示装置。 - 請求項1に記載の空中浮遊映像表示装置において、
前記制御部が設定する前記3Dモデルの仮想的な位置の水平面での位置として、前記3Dモデルの存在する空間領域を示すバウンディングボックスの水平断面での幾何学的な中心点の位置が、空中に形成された実像である前記空中浮遊映像の位置に対して、前記再帰性反射板における反射を経た光束が前記空中浮遊映像を形成するときの主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置に設定される、
空中浮遊映像表示装置。 - 請求項1に記載の空中浮遊映像表示装置において、
さらに、GPUを備え、
前記制御部の前記レンダリング処理は、GPUによるリアルタイムレンダリング処理である、
空中浮遊映像表示装置。 - 映像を表示する映像表示部と、
前記映像表示部からの光束が入射する再帰性反射板と、
撮像部と、
制御部と、
を備え、
前記再帰性反射板における反射を経た光束が実像である空中浮遊映像を形成するものであり、
前記制御部は、実像である前記空中浮遊映像に対する、3Dモデルの仮想的な位置を設定することが可能であり、
前記映像表示部が、前記撮像部が撮像した撮像画像にもとづいて検出されたユーザの視点位置と、前記3Dモデルの仮想的な位置にもとづいて、前記3Dモデルの3Dデータのレンダリング処理結果の映像を表示し、実像である前記空中浮遊映像において、前記3Dモデルについての運動視差による立体視のための映像が表示されるものであり、
前記3Dモデルは、Humanoid形式のボーンが設定された3Dモデルであって、前記制御部が設定する前記3Dモデルの仮想的な位置では、前記3Dモデルの臀部のボーンの始点が、実像である前記空中浮遊映像の位置に対して、前記再帰性反射板における反射を経た光束が前記空中浮遊映像を形成するときの主光線の進行方向と逆方向にシフトした位置に配置されている、
空中浮遊映像表示装置。 - 請求項1に記載の空中浮遊映像表示装置において、
前記制御部が設定する前記3Dモデルの仮想的な位置では、前記3Dモデルに設定されたすべてのボーンが、実像である前記空中浮遊映像の位置に対して、前記ユーザからみて奥側に配置されている、
空中浮遊映像表示装置。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2022025857A JP2023122259A (ja) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | 空中浮遊映像表示装置 |
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Family Applications (1)
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-
2022
- 2022-02-22 JP JP2022025857A patent/JP2023122259A/ja active Pending
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2023
- 2023-02-08 WO PCT/JP2023/004232 patent/WO2023162690A1/ja unknown
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