JP2023131587A - 空間投影装置及び再帰性反射部材 - Google Patents

Abstract

【課題】空間投影画像の品質を向上させた空間投影装置を提供する。【解決手段】空間投影装置１００は、投影光Ｐ１を拡散する光学媒体２０と、光学媒体２０で拡散された投影光（空間投影光Ｐ２）を導光して空間結像部４０に結像する導光光学系３０と、を備え、導光光学系３０は、再帰性反射部材３２を備え、再帰性反射部材３２は、ゴースト像Ｍを抑制するための凹凸構造３２０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、空間投影装置及び空間投影装置を構成する再帰性反射部材に関する。

従来から空間に投影光を結像させて画像投影する空間投影技術が開示されている。例えば、特許文献１には、表示部と、再帰性反射部材と、ビームスプリッタを備えた空間投影装置が開示されている。表示部からの出射光は、ビームスプリッタにより、その一部が再帰性反射部材に入射する。再帰性反射部材に入射した光は、そのまま同方向に反射され、ビームスプリッタを透過して空中像が表示される。特許文献１の空間投影装置では、移動機構により再帰性反射部材を移動させることで、空中像を視認できる角度を変更することができる。

特開２０２０－１３４８４３号公報

再帰性反射部材は、その表面に設けられる保護層等により、入射光が鏡面反射して、あたかも再帰性反射部材の背面側から投影しているように見えるゴースト像が表示されてしまうことがある。そうすると、空中で結像された空間投影画像に紛れてゴースト像が見えてしまい、空間投影画像の品質が劣化してしまう恐れがある。

本発明は、空間投影画像の品質を向上させた空間投影装置、及びそのような空間投影装置を構成する再帰性反射部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様である空間投影装置は、投影光を拡散する光学媒体と、前記光学媒体で拡散された前記投影光を導光して空間結像部に結像する導光光学系と、を備え、前記導光光学系は、再帰性反射部材を備え、前記再帰性反射部材は、ゴースト像を抑制するための凹凸構造を有する。

本発明の一態様である再帰性反射部材は、上述の空間投影装置を構成する。

本発明によれば、空間投影画像の品質を向上させた空間投影装置、及びそのような空間投影装置を構成する再帰性反射部材を提供することができる。

本発明の実施形態に係る空間投影装置の平面模式図である。 本発明の実施形態に係る空間投影装置における再帰性反射部材の一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る空間投影装置の変形例に係る再帰性反射部材の一部を示す斜視図である。 従来の空間投影装置の平面模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。図１は空間投影装置１００の平面模式図である。空間投影装置１００は、表示部である投影装置１０（プロジェクタ）と、投影装置１０から出射された投影光Ｐ１が照射（投影）され結像されてそして拡散される光学媒体２０と、光学媒体２０に投影され拡散された光を導光する導光光学系３０と、導光光学系３０により導光された光が空間で再度結像される空間結像部４０とを備える。

空間投影装置１００は、投影装置１０から出射されて光学媒体２０に投影され結像された投影画像２ａが、光学媒体２０から拡散して透過（出射）されて導光光学系３０に入射し、導光光学系３０により空間結像部４０で結像されることで、空中に浮かぶ空間投影画像４ａを視聴者５０に視認させることができる。

なお、本実施形態においては、投影光Ｐ１を出射する表示部として投影装置１０を用いたが、ディスプレイ等の他の表示装置を用いることもできる。また、視聴者５０は、図１の紙面に対して立っている状態（Ｚ軸のプラス側に頭部を向け、マイナス側に足を向けた状態）で視聴するものとする。

光学媒体２０は、投影光Ｐ１の投影範囲を含む程度の任意の形状及び大きさを有する。又は、光学媒体２０は、投影光Ｐ１の投影範囲が含まれる任意の位置に配置される。図１の光学媒体２０は平坦状に設けられた板状又はフィルム状の透過型スクリーンとして構成される。

光学媒体２０は、投影装置１０側の第一面２１側に、投影装置１０から出射された投影光Ｐ１（光Ｌ１を含む）が照射され結像されると、第一面２１の反対面である第二面２２側から導光光学系３０に向かって空間投影光Ｐ２（光Ｌ２も含む）を拡散して出射させる透過部材である。

導光光学系３０は、光学媒体２０の第二面２２側に設けられる。導光光学系３０は、ビームスプリッタ３１と、再帰性反射部材３２（再帰性反射ミラー）とを備える。再帰性反射部材３２は、光学媒体２０の配置面Ｓ１（図１のＸ方向及びＺ方向を含む面）に対して垂直な配置面Ｓ２（図１のＹ方向及びＺ方向を含む面）に沿って配置される。

また、ビームスプリッタ３１は、平板状に形成され、光学媒体２０の配置面Ｓ１及び再帰性反射部材３２の配置面Ｓ２に対して、４５度傾いて配置される。本実施形態のビームスプリッタ３１は入射した光の一部を反射し、他の一部を透過するハーフミラーである。ビームスプリッタ３１は、光学媒体２０から拡散して出射された光を再帰性反射部材３２側へ反射させ、再帰性反射部材３２により反射された光を空間結像部４０に透過させる。

再帰性反射部材３２は、入射した光を入射方向とは逆向きの方向（反対方向）に反射する。再帰性反射部材３２は、再帰性反射部材３２への入射光の鏡面反射成分によって生成されるゴースト像（虚像）を抑制するための凹凸構造３２０を有する。具体的には、図２に示すように、凹凸構造３２０は、再帰性反射部材３２の一方面側と、該一方面側に対向する他方面側とで交互に所定角度θとなるよう配置される複数の板状再帰性反射部３２５としての板状再帰性反射材３２１を有する。換言すれば、凹凸構造３２０は、複数の凸部３２３ａと複数の凹部３２３ｂを備えて、なす角が所定角度θとなるようジグザグに配置される複数の板状再帰性反射材３２１（板状再帰性反射部３２５）を有する。言い換えれば、複数の板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）により形成される複数の凸部３２３ａ及び複数の凹部３２３ｂは、複数の板状再帰性反射材３２１（板状再帰性反射部３２５）の端部及び後述する接続部３２２によって形成されている。

板状再帰性反射材３２１は、１枚の矩形板状の再帰性反射部材を短冊状に切り出して形成することができる。本実施形態においては、隣り合う板状再帰性反射材３２１の接続部３２２が、Ｚ軸方向と平行となるように直線状に設けられている。また、本実施形態においては、再帰性反射部材３２（凹凸構造３２０）は、１２枚の同一形状の板状再帰性反射材３２１により形成されている。

なお、再帰性反射部材３２の変形例に係る図３に示すように、凹凸構造３２０は、１枚の矩形板状の再帰性反射部材をジグザグに折り曲げることで複数の板状再帰性反射部３２５を設けることもできる。この場合も、複数の凸部３２３ａと複数の凹部３２３ｂを備えて、折り曲げた箇所は接続部３２２とされ、この接続部３２２におけるなす角は所定角度θとされる。

図１に戻り、空間結像部４０は、光学媒体２０に投影して結像されそして拡散された投影画像２ａが光学媒体２０から空間投影光Ｐ２（Ｐ３）として拡散して出射された後に、導光光学系３０により再結像されて空間投影画像４ａが表示される空間領域である。

次に、空間投影装置１００の作用を説明する。投影装置１０から出射された投影光Ｐ１における一の画素の光である光Ｌ１は、光学媒体２０上の結像点Ｆ１に結像する。光学媒体２０には、投影光Ｐ１の照射範囲に亘って光Ｌ１に例示される光路で投影装置１０から出射された画素の光が照射される。このようにして、光学媒体２０には投影画像２ａが投影される。

なお、図１では結像点Ｆ１は１点のみ示しているが、実際には、結像点Ｆ１はＺ軸方向とＸ軸方向（すなわち、投影光Ｐ１の照射範囲）に多数存在する。

光学媒体２０の第一面２１に投影され結像された投影画像２ａを構成する任意の点の光は、第二面２２に透過し、第二面２２から所定の拡散角度で拡散されて出射される。例えば、結像点Ｆ１に結像された前述の光Ｌ１は、光Ｌ２として、所定の拡散角度で拡散されてビームスプリッタ３１に入射する。光Ｌ２の一部の光はビームスプリッタ３１により再帰性反射部材３２側に反射される。即ち、投影画像２ａの一の画素の光Ｌ２は、光学媒体２０から再帰性反射部材３２までの光路において拡散光として導光される。

再帰性反射部材３２は、入射した光を入射方向とは逆向きの方向（反対方向）に反射するため、再帰性反射部材３２に入射した光Ｌ２は、拡散角度と同じ角度で集光する集光光としてビームスプリッタ３１に向けて反射される。

再帰性反射部材３２で反射された光Ｌ３は、ビームスプリッタ３１で一部が透過されて空間結像部４０側に導光される。そして、空間結像部４０では、光Ｌ３が結像点Ｆ２で再度結像する。なお、光Ｌ２の光路長と、光Ｌ３の光路長は、略同じである。

そして、空間結像部４０の結像点Ｆ２で結像した光Ｌ３は、光Ｌ３の集光角度及び光Ｌ２の拡散角度と同様の拡散角度を有する光Ｌ４として導光される。

ここで、再帰性反射部材３２（板状再帰性反射部３２５、板状再帰性反射材３２１）は、表面に保護層が設けられている。すると、この保護層の影響により、再帰性反射部材３２に入射した光Ｌ２の一部が鏡面反射し、鏡面反射成分Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２が生成される場合がある。そうすると、鏡面反射成分Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２を再帰性反射部材３２の裏側（Ｘ軸のプラス側）に延長し、鏡面反射成分Ｍ１１，Ｍ１２及び鏡面反射成分Ｍ２１，Ｍ２２が交わる位置（ゴースト像位置Ｍ１，Ｍ２）からの像（ゴースト像Ｍ）が出現する。

しかしながら、本実施形態においては、ゴースト像Ｍは、視聴者５０の視点から空間結像部４０及びビームスプリッタ３１を介して再帰性反射部材３２を見たときの、再帰性反射部材３２の背面側（換言すれば、空間結像部４０の反対側）の視野範囲Ｅ外に位置している。よって、視聴者５０から、ゴースト像Ｍが見えることはない。

すなわち、従来の空間投影装置１００Ａに係る図４に示すように、再帰性反射部材３２Ａを１枚の平板状の再帰性反射部材３２Ａとした場合には、ビームスプリッタ３１で反射された光Ｌ２が再帰性反射部材３２Ａに入射して反射する際に、再帰性反射部材３２Ａの保護膜等により鏡面反射成分Ｋ１，Ｋ２が生成される。鏡面反射成分Ｋ１，Ｋ２は、視野範囲Ｅ内のゴースト像位置ＫＭ１にて交わるので、視聴者５０は、あたかもゴースト像位置ＫＭ１のゴースト像ＫＭから映像が投影されているように見えてしまう。

一方、図１に示すように、本実施形態における空間投影装置１００では、凹凸構造３２０を備える再帰性反射部材３２により、傾斜配置された各板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）が鏡面反射しても、ゴースト像Ｍが空間結像部４０において結像する空間投影画像４ａに対して傾いて表示され、かつ、ゴースト像Ｍは視野範囲Ｅ外に位置しているので、視聴者５０からゴースト像Ｍが見えてしまうことがない。

凹凸構造３２０は、所定角度θをなして隣り合う複数の板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）を有するが、当該所定角度θは、１００度～１６０度が好ましい。所定角度θがこの範囲であれば、視野範囲Ｅにゴースト像Ｍの一部が入ってしまうことが有っても、視聴者５０にとって気にならない程度に、ゴースト像Ｍの出現を抑えることができる。

また、板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）は、４～３０枚設けることができる。換言すれば、再帰性反射部材３２は、一の板状の再帰性反射部材を切り出したり折り曲げたりして、４～３０分割して形成することができる。なお、本実施形態においては、再帰性反射部材３２のＹ軸方向の長さは５０ｃｍとされている。そして、この５０ｃｍの長さを４～３０分割して（４枚～３０枚の板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）を生成して）再帰性反射部材３２を構成することができる。

また、板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）同士が接続する接続部３２２は、本実施形態においてはＺ軸方向（空間結像部４０で結像される映像（画像）において縦方向）としたが、Ｙ軸方向（横方向）としてもよい。本実施形態のように、接続部３２２はＺ軸方向に配置した方が、複数の接続部３２２のうち、左右の目で見る接続部３２２が異なるものとなるので、接続部３２２を視認し難くすることができる。

以上、本発明の実施形態によれば、空間投影装置１００は、投影光Ｐ１を拡散する光学媒体２０と、光学媒体２０で拡散された投影光（空間投影光Ｐ２）を導光して空間結像部４０に結像する導光光学系３０と、を備え、導光光学系３０は、再帰性反射部材３２を備え、再帰性反射部材３２は、ゴースト像Ｍを抑制するための凹凸構造３２０を有する。

これにより、視聴者５０がゴースト像Ｍを視認し難くされるので、空間結像部４０に投影する空間投影画像４ａを鮮明に視認することができ、投影画像の品質を向上させた空間投影装置１００を提供することができる。

また、凹凸構造３２０は、複数の凸部３２３ａと複数の凹部３２３ｂを有する。これにより、視聴者５０の視線に対してゴースト像Ｍが配置される位置をずらすことができる。

また、凹凸構造３２０は、再帰性反射部材３２の一方面側と、該一方面側に対向する他方面側とで交互に所定角度θとなるよう配置される複数の板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）を有して複数の凸部３２３ａと複数の凹部３２３ｂが形成される。これにより、１枚の板状の再帰性反射ミラーを複数に分割するだけで、容易に凹凸構造３２０を形成することができる。

また、複数の板状再帰性反射部３２５（板状再帰性反射材３２１）の接続部３２２は、空間結像部４０において結像する画像に対する縦方向（Ｚ軸方向）に平行である。これにより、空間画像を見ても、視聴者には接続部３２２を視認し難くすることができる。

また、所定角度θは、１００度～１６０度である。これにより、ゴースト像Ｍが視認し難い良好な空間画像を投影することができる空間投影装置を提供することができる。

また、板状再帰性反射材３２１は、４～３０枚設けられる。これにより、板状再帰性反射材３２１同士の接続部３２２が空間投影画像４ａに出現し難い空間投影をすることができる。

また、凹凸構造３２０は、空間結像部４０において結像する空間投影画像４ａに対してゴースト像Ｍを傾いて表示させるように構成される。これにより、ゴースト像Ｍを視野範囲Ｅの中心部分から外したり、視野範囲Ｅの外側に位置させたりして、ゴースト像Ｍを視認し難くすることができる。

また、ゴースト像Ｍは、空間結像部４０と反対側の再帰性反射部材３２の視野範囲Ｅ外に配置される。これにより、更に確実に視聴者５０からゴースト像Ｍを視認し難くすることができる。

また、導光光学系３０は、ビームスプリッタ３１を備え、ビームスプリッタ３１は、光学媒体２０から拡散して出射された光（空間投影光Ｐ２）を再帰性反射部材３２側へ反射させ、再帰性反射部材３２により反射された光（空間投影光Ｐ３）を空間結像部４０側に透過させる。これにより、投影装置１０からの投影光Ｐ１（画像）は、ビームスプリッタ３１に対する対称位置の空間結像部４０に空間投影することができる。

なお、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］投影光を拡散する光学媒体と、
前記光学媒体で拡散された前記投影光を導光して空間結像部に結像する導光光学系と、
を備え、
前記導光光学系は、再帰性反射部材を備え、
前記再帰性反射部材は、ゴースト像を抑制するための凹凸構造を有する、空間投影装置。
［２］前記凹凸構造は、複数の凸部と複数の凹部を有する、前記［１］に記載の空間投影装置。
［３］前記再帰性反射部材の一方面側と、該一方面側に対向する他方面側とで交互に所定角度となるよう配置される複数の板状再帰性反射部により前記複数の凸部と前記複数の凹部が形成される、前記［２］に記載の空間投影装置。
［４］前記複数の板状再帰性反射部の接続部は、前記空間結像部において結像する画像に対する縦方向と平行である、前記［３］に記載の空間投影装置。
［５］前記所定角度は、１００度～１６０度である、前記［３］又は前記［４］に記載の空間投影装置。
［６］前記板状再帰性反射部は、４～３０枚設けられる、前記［３］乃至前記［５］の何れかに記載の空間投影装置。
［７］前記凹凸構造は、前記空間結像部において結像する空間投影画像に対して前記ゴースト像を傾いて表示させるように構成されている、前記［１］乃至前記［６］の何れかに記載の空間投影装置。
［８］前記ゴースト像は、前記空間結像部と反対側の前記再帰性反射部材の視野範囲外に配置される、前記［１］乃至前記［７］の何れかに記載の空間投影装置。
［９］前記導光光学系は、ビームスプリッタを備え、
前記ビームスプリッタは、前記光学媒体から拡散して出射された光を前記再帰性反射部材側へ反射させ、前記再帰性反射部材により反射された光を前記空間結像部側に透過させる、前記［１］乃至前記［８］の何れかに記載の空間投影装置。
［１０］前記［１］乃至前記［９］の何れかに記載の空間投影装置を構成する再帰性反射部材。

２ａ 投影画像 ４ａ 空間投影画像
１０ 投影装置 ２０ 光学媒体
２１ 第一面 ２２ 第二面
３０ 導光光学系 ３１ ビームスプリッタ
３２，３２Ａ 再帰性反射部材
４０ 空間結像部
５０ 視聴者 １００，１００Ａ 空間投影装置
３２０ 凹凸構造 ３２１ 板状再帰性反射材
３２２ 接続部
３２３ａ 凸部 ３２３ｂ 凹部
３２５ 板状再帰性反射部
Ｅ 視野範囲
Ｆ１，Ｆ２ 結像点
Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｋ１，Ｋ２ 鏡面反射成分
Ｍ，ＫＭ ゴースト像
Ｍ１，Ｍ２，ＫＭ１ ゴースト位置
Ｌ１～Ｌ４ 光
Ｐ１ 投影光
Ｐ２，Ｐ３ 空間投影光
Ｓ１，Ｓ２ 配置面
θ 所定角度

Claims (10)

1. 投影光を拡散する光学媒体と、
   前記光学媒体で拡散された前記投影光を導光して空間結像部に結像する導光光学系と、
   を備え、
   前記導光光学系は、再帰性反射部材を備え、
   前記再帰性反射部材は、ゴースト像を抑制するための凹凸構造を有する、空間投影装置。
2. 前記凹凸構造は、複数の凸部と複数の凹部を有する、請求項１に記載の空間投影装置。
3. 前記再帰性反射部材の一方面側と、該一方面側に対向する他方面側とで交互に所定角度となるよう配置される複数の板状再帰性反射部により前記複数の凸部と前記複数の凹部が形成される、請求項２に記載の空間投影装置。
4. 前記複数の板状再帰性反射部の接続部は、前記空間結像部において結像する画像に対する縦方向と平行である、請求項３に記載の空間投影装置。
5. 前記所定角度は、１００度～１６０度である、請求項３又は請求項４に記載の空間投影装置。
6. 前記板状再帰性反射部は、４～３０枚設けられる、請求項３乃至請求項５の何れかに記載の空間投影装置。
7. 前記凹凸構造は、前記空間結像部において結像する空間投影画像に対して前記ゴースト像を傾いて表示させるように構成されている、請求項１乃至請求項６の何れかに記載の空間投影装置。
8. 前記ゴースト像は、前記空間結像部と反対側の前記再帰性反射部材の視野範囲外に配置される、請求項１乃至請求項７の何れかに記載の空間投影装置。
9. 前記導光光学系は、ビームスプリッタを備え、
   前記ビームスプリッタは、前記光学媒体から拡散して出射された光を前記再帰性反射部材側へ反射させ、前記再帰性反射部材により反射された光を前記空間結像部側に透過させる、請求項１乃至請求項８の何れかに記載の空間投影装置。
10. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の空間投影装置を構成する再帰性反射部材。

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