JP5427961B2 - Desktop display system - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子を用いてデスクトップ上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムに関する。 The present invention relates to a desktop display system that displays an image in a space on a desktop using an optical element.
従来、リアルな3次元空中映像を実現するために、様々な光学素子が開発されている。例えば、特許文献1には、反射型面対称結像素子を用いてその素子の一方側に置かれた被投影物である物体の像を素子の反対側の面対象となる位置に結像させる空間映像表示装置が開示されている。この空間映像表示装置で用いられる反射型面対称結像素子は、所定の基盤を厚み方向に貫通させた複数の穴を備え、各穴の内壁に直交する2つの鏡面要素から構成される単位光学素子を形成したものであって、その穴を通じて基盤の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、2つの鏡面要素でそれぞれ1回ずつ反射させるものである。被投影物から発せられた光は反射型面対称結像素子の単位光学素子を通過する際に2つの鏡面要素の一方で反射した後、鏡面で反射して反射光となり、その反射光が更に単位光学素子の2つの鏡面要素の他方で反射して、被投影物を仮想鏡に映した位置に結像することになる。 Conventionally, various optical elements have been developed in order to realize a realistic three-dimensional aerial image. For example, in Patent Document 1, an image of an object, which is a projection object placed on one side of an element, is formed on a position that is a surface object on the opposite side of the element by using a reflection-type plane-symmetric imaging element. A spatial video display device is disclosed. The reflection-type plane-symmetric imaging element used in this spatial image display device has a plurality of holes that penetrate a predetermined base in the thickness direction, and is a unit optical system that is composed of two mirror surface elements orthogonal to the inner wall of each hole An element is formed, and when light is transmitted from one surface direction of the substrate to the other surface direction through the hole, the light is reflected once by each of the two mirror elements. The light emitted from the projection is reflected by one of the two mirror elements when passing through the unit optical element of the reflective surface-symmetric imaging element, and then reflected by the mirror surface to become reflected light. The light is reflected by the other of the two specular elements of the unit optical element, and the projection object is imaged at a position reflected on the virtual mirror.
しかしながら、上記の光学素子には非常に微細な加工技術が要求されるため、このような光学素子を用いた空間映像表示装置では製造コストがかかるという問題がある。そこで、本出願人は、製造コストがかからない反射型面対称結像素子を特許文献2において提案している。
However, since the above-described optical element requires a very fine processing technique, a spatial image display device using such an optical element has a problem that manufacturing costs are high. In view of this, the present applicant has proposed a reflection-type plane-symmetric imaging element that does not require manufacturing costs in
図1〜図3は、特許文献2で提案された反射型面対称結像素子(以下、光反射光学素子という)の構成を示す図である。図1は光反射光学素子の外観図、図2は光反射光学素子を構成する直方体材の外観図、図3は光反射光学素子を形成する2つのミラーシートの組合せを示す外観図である。
1 to 3 are diagrams showing a configuration of a reflection-type plane-symmetric imaging element (hereinafter referred to as a light reflecting optical element) proposed in
光反射光学素子2は、図1及び図3に示すように、各々が多数の棒状の直方体材20を並列に密着させることにより形成された2つのミラーシート21、22を有する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the light reflecting
直方体材20は、図2に示すように、長手部材であり、長手方向に垂直な方向、すなわち、短手方向の四角形の断面の一辺が数百μmないし数cm前後の透明なアクリルに代表されるプラスチックまたはガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、数十mm〜数m程度である。なお、長手方向に伸長した4面のうちの3面は光の透過または反射に使用する面であるため、滑らかな状態とする。直方体材20はミラーシート21、22各々で100本〜20000本程度用いられる。
As shown in FIG. 2, the rectangular
図2に示すように、直方体材20の長手方向に伸長した1面には光反射膜23が形成され、それにより光反射面となっている。光反射膜23はアルミや銀の蒸着あるいはスパッタなどによって形成される。
As shown in FIG. 2, a
このような複数の直方体材20について、1つの直方体材20の光反射膜23を形成した面とは反対側の対向面24と別の直方体材20の光反射面23を密着させてミラーシート21、22が形成される。ミラーシート21、22は、図3に示すように、直方体材20の並列方向が交差するようにいずれか一方を90度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって、光反射光学素子2が形成される。ミラーシート21の各直方体材20とミラーシート22の各直方体材20とが交差する部分が微小ミラーユニット(単位光学素子)を構成し、各微小ミラーユニットのミラーシート21の光反射面23が第1光反射面となり、ミラーシート22の光反射面23が第2光反射面となる。
With respect to such a plurality of rectangular
かかる光反射光学素子2を用いた空間映像表示装置においては、図4に示すように、物体1が光反射光学素子2の一方の面側に配置され、光反射光学素子2には物体1からの光が斜めに入射するようになっている。光反射光学素子2の他方の面側には観察者の目Eが位置し、光反射光学素子2について物体1と面対称となる空間位置に実像3、すなわち空間映像3が形成される。なお、図4における光反射光学素子2の両端部である下端A、上端A’は、図1の光反射光学素子2の対向角A、A’に対応している。より詳しくは、図5に示すように、物体1からの光は矢印Y1の方向でミラーシート22の光反射面23(第2光反射面)に反射し、その反射光は矢印Y2の方向でミラーシート21の光反射面23(第1光反射面)に反射し、その反射光は矢印Y3の方向で観察者に向けて進むので、光反射光学素子2の各光反射面23でそれぞれ1回、つまり2回反射して鏡映像を作り出すようになっている。
In the spatial image display device using the light reflecting
特許文献1や特許文献2に示すような光反射光学素子を用いた空間映像表示装置においては、光反射光学素子2について物体1(例えば、ディスプレイ装置の画面上に表示された映像など)と面対称となる空間位置に空間映像3を形成するので、空間映像3が形成される光反射光学素子2の一方の面側の空間には物体1は存在しない。この特徴を利用して、空間映像表示装置をデスクトップ環境に用い、空間映像3が形成される側の空間を机上の空間とした場合には、机上にディスプレイ装置を配置しなくてよく、机上を広く使えるという利点がある。
In a spatial image display device using a light reflecting optical element as shown in Patent Document 1 or
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、面対称位置に実像を形成する光反射光学素子を用いることにより、ディスプレイ装置を机上に配置しなくても、デスクトップ上の空間に映像を表示することができるデスクトップディスプレイシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and as an example of the problem, by using a light reflecting optical element that forms a real image at a plane-symmetrical position, even if the display device is not arranged on a desk, An object of the present invention is to provide a desktop display system capable of displaying an image in a space on a desktop.
上記の課題を達成するため、本発明の一態様は、机上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムであって、机の天板として、机を設置する設置面に平行に配設され、光の透過性を有する光透過性天板と、前記光透過性天板の下方の空間に配置され、所定の映像を表示するディスプレイ部と、前記光透過性天板の下方に近設され、前記ディスプレイ部からの光を、前記光透過性天板の上方の前記机上の空間に向けて反射する平面板状の光反射光学素子と、を備え、前記光反射光学素子は、板厚方向に第1光反射面及び前記第1光反射面と直交する第2光反射面を備え、前記第1光反射面及び第2光反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記ディスプレイ部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第1光反射面及び前記第2反射面にそれぞれ1回ずつ反射させて、前記板面の他方の側に出射し、前記光透過性天板を透過させて、前記所定の映像に対する鏡映像を前記机上の空間に空間映像として作り出すデスクトップディスプレイシステムである。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is a desktop display system that displays an image in a space on a desk, and is disposed as a table top in parallel to an installation surface on which the desk is installed. A light transmissive top plate having a light transmission property, a display unit that is disposed in a space below the light transmissive top plate, displays a predetermined image, and is disposed near the light transmissive top plate, A planar plate-like light reflecting optical element that reflects light from the display unit toward the space on the desk above the light transmissive top plate, and the light reflecting optical element is arranged in the thickness direction. A first light reflecting surface and a second light reflecting surface orthogonal to the first light reflecting surface, and a plurality of unit optical elements composed of the first light reflecting surface and the second light reflecting surface. Light incident from the display unit arranged on one side Each of the first optical reflecting surface and the second reflecting surface in the unit optical element is reflected once each, emitted to the other side of the plate surface, transmitted through the light transmissive top plate, The desktop display system creates a mirror image for the predetermined image as a spatial image in the space on the desk.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図6は、本発明の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステム10の概略構成を示す側面図である。デスクトップディスプレイシステム10は、天板4が光透過性を有する机であって、天板4の上方空間に空間映像3を表示する機能を有している。デスクトップディスプレイシステム10は、特徴的な構成要素として、地面に対して水平に設置された光透過性を有する天板4(以下、光透過性天板4と称する)と、光透過性天板4の下方空間に配置され、映像を表示可能なディスプレイ部1と、光透過性天板4の下方に光透過性天板4に対してやや傾斜して近設され、ディスプレイ部1に表示された映像を、光透過性天板4の上方空間に空間映像3として表示させる光反射光学素子2と、を備えている。なお、本実施形態では、図6で定義された方向を用いてデスクトップディスプレイシステム10について説明する。
FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of the
ディスプレイ部1は、短焦点型のプロジェクタ11と、プロジェクタ11から出射された光を反射する平面ミラー12と、平面ミラー12で反射された光を投影する透過型スクリーン13と、を備えている。すなわち、ディスプレイ部1は、透過型スクリーン13上に映像を投影する。なお、本実施の形態では、透過型スクリーン13に映像を投影する構成としたが、ディスプレイ部1の構成は勿論、これに限定されるものではない。例えば、ディスプレイ部1として直視型液晶ディスプレイを用いてもよく、この場合には、透過型スクリーン13の位置に直視型液晶ディスプレイを配置すればよい。また、透過型スクリーン13の代わりに反射型スクリーンを用いてもよく(プロジェクタ11は反射型スクリーンに対して好適な位置に再配置される)、プロジェクタ11からの光を直接スクリーンに投影する構成でもよい。
The display unit 1 includes a short
光反射光学素子2は、図1から図5で示した光反射光学素子2であり、平面板状に形成されている。なお、光反射光学素子2を構成するミラーシート21及びミラーシート22は同一形状であり、かつ、ミラーシート21及びミラーシート22の厚さ(光反射面23の短手方向の長さ)は均一となっている。
The light reflecting
図7は、光反射光学素子2の外観斜視図、図8は、光反射光学素子2の上面図、側面図及び前面図である。なお、図7は、光反射光学素子2を、図1の左右方向及び前後方向に平行な面で切断した場合(図1の点線Pで切断した場合)の形状を示している。ここで、図1、図6、図7及び図8に示したAA’の方向はすべて同一の方向である。また、図6及び図8に示すSは、設計上の視線方向、すなわち、観察者が最も明るい空間映像3を見ることができる視線方向となっている。本実施の形態では、設計上の視線方向Sは、ミラーシート21、22の貼り合わせ面L(反射光学素子2の表面F)のAA’方向(AからA’に向けて、つまり手前から奥に向けて見た方向)を斜め上から見た方向である。以下、ミラーシート21を第1ミラーシート、ミラーシート22を第2ミラーシートとも称し、ミラーシート21の光反射面23を第1光反射面、ミラーシート22の光反射面23を第2光反射面とも称する。
FIG. 7 is an external perspective view of the light reflecting
本実施の形態では、ディスプレイ部1から出射された光線群は概ね45度の傾きで光反射光学素子2に入射する(正確には、透過型スクリーン13の中心を透過した光L1が入射角45度で光反射光学素子2に入射する)ようにディスプレイ部1及び光反射光学素子2は配置されており、ディスプレイ部1から出射された光線群は、光反射光学素子2の第1光反射面及び第2光反射面にそれぞれ1回ずつ反射された後、光反射光学素子2に対して入射方向とは面対称な方向に出射される。この結果、ディスプレイ部1から出射された光は、光反射光学素子2に対して透過型スクリーン13と面対称な位置に結像され、これが空間映像3となる。すなわち、透過型スクリーン13に投影された映像の上下反転映像が机上の空間に実像として表示されるので、観察者はこの実像としての空間映像3を見ることにより、ディスプレイ部1に表示された情報を読み取ることができる。
In the present embodiment, the light beam emitted from the display unit 1 enters the light reflecting
光反射光学素子2には、上述したように設計上の最適な光の入射角度が存在する。最適な入射角度から大きく外れた角度の光は、光反射光学素子2に入射しても第1光反射面及び第2光反射面にそれぞれ1回ずつ反射する光とならず、迷光となってしまい、空間映像3の結像に寄与しない。本実施の形態の場合、光反射光学素子2の表面Fに垂直な方向に関して言えば、最適な光の入射角度が45度となるように光反射光学素子2は形成されている(図8参照)。
The light reflecting
図9は、光反射光学素子2の光利用効率(=光反射光学素子2から出射する出射光量/光反射光学素子2に入射する入射光量であって、透過率ともいう)を示す図であり、より詳しくは、ミラーシート21、22においてそれぞれ1回ずつ反射して、光反射光学素子2を透過する光の比率の水平角度依存性を示すグラフである。なお、光反射光学素子2における水平角度とは、設計上の視線方向Sから左右方向に視線をずらしたときの左右方向の角度をいい、反射光学素子2における垂直角度とは、設計上の視線方向Sから上下方向に視線をずらしたときの上下方向の角度をいう。
FIG. 9 is a diagram showing the light utilization efficiency of the light reflecting optical element 2 (= the amount of light emitted from the light reflecting
図9のグラフにおいて、水平方向の入射角度0度は、設計上の視線方向Sを意味するので、図9は、設計上の視線方向Sから左右方向に視線をずらすと、透過率は減少することを示している。具体的には、設計上の視線方向Sから左右方向に±10度程度視線をずらすと、観察者は、設計上の視線方向Sで空間映像3を見たときの60%程度の明るさで空間映像3を見ることになる。
In the graph of FIG. 9, the incident angle of 0 degrees in the horizontal direction means the design line-of-sight direction S. Therefore, in FIG. 9, when the line of sight is shifted from the design line-of-sight direction S to the left and right, the transmittance decreases. It is shown that. Specifically, when the line of sight is shifted from the designed line-of-sight direction S by about ± 10 degrees in the left-right direction, the observer has a brightness of about 60% when viewing the
ここで、本実施の形態の透過型スクリーン13は、角度指向性を有するスクリーンであり、光の拡散をある一定の角度に狭める機能を有している。これは、プロジェクタ11から出射された光は、プロジェクタ11の投影レンズとその投影位置を結ぶ光路の延長上でしか観察できないこと、及び上述したように、光反射光学素子2には最適な光の入射角度が存在し、最適な入射角度から大きく外れて入射した光は空間映像3の結像に寄与しないことの相反する2つの条件に対応させるためである。本実施形態では、空間映像3全体を見渡せる範囲に光を拡散させる一方、迷光の発生を最小限に抑えるために、具体的には、光の入射方向に対して15度までの範囲では十分な強度の拡散光が得られ、光の入射方向に対して30度を超える範囲ではほとんど拡散光が出力されない透過型スクリーン13を用いている。
Here, the
図10は、透過型スクリーン13に入射した光の拡散分布を示す図であり、より詳しくは、透過型スクリーン13に入射した光の強度の水平角度依存性を示すグラフである。なお、透過型スクリーン13における水平角度とは、透過型スクリーン13に入射した光の入射方向に対する左右方向の角度をいい、垂直角度とは、透過型スクリーン13に入射した光の入射方向に対する上下方向の角度をいう。
FIG. 10 is a diagram showing a diffusion distribution of light incident on the
図10は、透過型スクリーン13に入射した光が左右方向に拡散するに従って、光の強度は徐々に減少することを示している。具体的には、透過型スクリーン13に入射した光の入射方向から左右方向に±15度程度拡散した拡散光は、入射した光の入射方向の明るさの約半分程度の明るさとなる。
FIG. 10 shows that the light intensity gradually decreases as the light incident on the
図11に本実施の形態の透過型スクリーン13に入射した光の垂直方向の拡散の様子を示す。この結果、図11に示すように、透過型スクリーン13から出射された光は好適な角度をもって拡散進行していく一方、光反射光学素子2を通過すると、今度は、好適な角度をもって結像位置まで収束進行していく。なお、図11は、透過型スクリーン13に入射した光の垂直方向の拡散の様子を示しているが、水平方向の拡散も同様である。
FIG. 11 shows how the light incident on the
また、本実施の形態の光反射光学素子2は、図6に示すように、光透過性天板4に対して、手前側がやや下がるように傾斜をつけて配置されている。これは、上述したように光反射光学素子2においては、垂直方向の最適な光の入射角度が45度であること、人間の最適な視線方向は、水平(地面と平行な方向)からやや下の方向(具体的には、水平から15〜40度下の方向)であることに基づいている。すなわち、光反射光学素子2を地面に水平に配置すると、観察者の視線角度は水平方向から下向きに45度の角度となり、最適な視線方向よりもさらに下方向となってしまうので、光反射光学素子2の手前側をやや下げて傾斜させることにより、観察者の視線角度を水平方向から下向きに15〜40度の角度となるように調整したものである。この結果、空間映像3を観察するときの視線の方向と、空間映像3を観察するとき以外(例えば、本を読む、署名をするなどのデスクトップ作業時)の視線の方向が近づき、より少ない視線の移動でデスクトップ作業を行えるようになるので、身体的な疲労を軽減することができる。すなわち、デスクトップシステム10は、空間映像3の観察とデスクトップ作業が両立し得る環境を提供することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the light reflecting
また、本実施の形態では、図6に示すように、プロジェクタ11から出射された光は、透過型スクリーン13の法線m方向にやや傾きをもって投影されるように設計されている。これは、観察者が空間映像3を観察するときの最適な視線方向と、空間映像3を最も明るく観察できる方向を一致させるためである。すなわち、透過型スクリーン13から出射された光は、透過型スクリーン13のスクリーン面の光反射光学素子2の表面Fに対する傾斜角度(以下、上下方向の傾きという)によらず、空間映像3の明るさは均一となるから、透過型スクリーン13のこの上下方向の傾きを、観察者が空間映像3を観察するときの最適な視線方向に合わせることが可能となっている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the light emitted from the
なお、図12に示すように、ディスプレイ部1として液晶ディスプレイなどの直視型ディスプレイ14を用いた場合には、ディスプレイ面の法線方向が最も明るい方向となるから、図12に示す透過型スクリーン13から出射された光の方向L1を最も明るい方向とするには、直視型ディスプレイ14のディスプレイ面をさらに下方向に傾けなければならない。したがって、この場合には、直視型ディスプレイ14が形成する空間映像3Aは、空間映像3に比べてより上向きに傾斜するので、観察者が空間映像3Aを観察するときの最適な視線方向と、空間映像3Aを最も明るく観察できる方向が一致しない。したがって、観察者の空間映像3を観察するときの最適な視線方向と、空間映像3を最も明るく観察できる方向を一致させるという観点からは、プロジェクタ11及び透過型スクリーン13を用いたディスプレイ部1が好適である。
As shown in FIG. 12, when a direct-
光透過性天板4は、机を設置する設置面に対して平行に配設されているため、まず第1に、通常の机の天板としての機能を有している。と同時に、光透過性天板4は、光吸収率の高い黒色のガラス板またはプラスチック性樹脂で形成されているため、光反射光学素子2表面における外光の反射の影響を排除する機能(以下、外光排除機能という)を有している。
Since the light-transmissive
図13及び図14を用いて、光透過性天板4の外光排除機能を説明する。図13は、光透過性天板4がない場合における空間映像3を構成する光IL2と外光OL1の光反射光学素子2による反射光OL2の強度比を示す模式図、図14は、光透過性天板4がある場合における空間映像3を構成する光IL2と外光OL1の光反射光学素子2による反射光OL2の強度比を示す模式図である。なお、本実施の形態の光透過性天板4の透過率は約2%であるが、透過率の値はこれに限定されるものではない。
The outside light exclusion function of the light-transmissive
光透過性天板4がない場合には、図13に示すように、光反射光学素子2に入射した外光OL1の一部は、光反射光学素子2の表面(光反射面23上端のエッジ部分)に反射されるため、観察者の視線には、空間映像3を構成する光IL2のほか、外光OL1の光反射光学素子2における反射光OL2も入ってきてしまう。このため、観察者は空間映像3に焦点を合わせにくくなり、結果として空間映像3を認識し難くなる。
When the light-transmissive
一方、光透過性天板4がある場合には、図14に示すように、光透過性天板4に入射した外光OL1が、光透過性天板4を透過し、さらに光反射光学素子2の表面に反射されて、再度、光透過性天板4を透過して観察者の視線に届く外光OL2となるのは、(光反射光学素子2に入射した光のすべてが反射したとして)光透過性天板4に入射した光OL1の0.04%(=2%×2%)である。これに対して、反射光学素子2及び光透過性天板4を介して観察者の視線に届く空間映像3を構成する光IL2は(光反射光学素子2に入射した光のすべてが透過したとして)、透過型スクリーン13から出射された光IL1の2%である。これは、外光OL1は光透過性天板4を2回透過しなければ観察者の視線に届く外光OL2にはならないが、透過型スクリーン13から出射された光IL2は、光透過性天板4を1回透過すれば、空間映像3を構成する光IL2となるからである。この結果、光透過性天板4を採用した場合には、空間映像3を構成する光IL2と表面反射光OL2のコントラスト比は、採用しなかった場合に比べて約50倍に増大するので、観察者は空間映像3の認識が容易となる。このように本実施の形態では、光透過性天板4を設置し、かつ光透過性天板4の透過率を下げることにより、空間映像3を構成する光の外光に対するコントラストが改善し、空間映像3の存在感を増大させることができる。
On the other hand, when there is the light transmissive
また、これに加えて、光透過性天板4は、表面反射を低減するAR(アンチリフレクション)グレード表面処理が施されているので、外光OL1が光透過性天板4自体で反射することも抑制されている。さらには、光透過性天板4は、耐擦傷性が高いMRグレード表面処理も施されているので、デスクトップ作業にも好適となっている。
In addition, since the light-transmissive
なお、本実施の形態では、図6に示す光透過性天板4より下方の一点鎖線部分全体を、黒い枠体8で覆っている。これは、迷光対策であり、ディスプレイ部1から出射された光の正規の反射や屈折以外の原因から生じる望ましくない光(例えば、外光など空間映像3を構成する光以外の光)の影響を排除するためである。このように、ディスプレイ部1のプロジェクタ11から出射される光線群の光路の外側は黒い枠体8で覆われており、ディスプレイ部1には外光が入射しないように配慮されているので、観察者は空間映像3を認識しやすくなっている。
In the present embodiment, the entire portion of the alternate long and short dash line portion below the light-transmitting
なお、光反射光学素子2の構成は、図7に示す構成に限定されるものではなく、実体(被投影物)を、光反射光学素子に対して面対称な位置に実像として結像させる光学素子であれば、いずれの構成でもよい。例えば、特許文献1に示した光反射光学素子の構成でもよい。図15は、このような光反射光学素子5の外観斜視図である。より詳しくは、光反射光学素子5は、所定の基盤51を厚み方向に貫通させた複数の穴52を備え、各穴52の内壁に直交する2つの鏡面要素54a及び54bから構成される単位光学素子53を形成したものであって、その穴を通じて基盤51の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、2つの鏡面要素54a及び54bでそれぞれ1回ずつ反射させるようにしてもよい。また、特開昭58−21702号公報に示すように、両面反射帯を平行に配設してなる結像素子の2組をそれぞれの反射帯が互いに直交するように組み合わせて、碁盤目状の格子となるように構成された光反射光学素子としてもよい。
The configuration of the light reflecting
また、光反射光学素子5を用いる場合には、空間映像3に対する視野角をより広げるため、単位光学素子53の配置に工夫をこらしてもよい。図16及び図17は、それぞれ、光反射光学素子5の変形例である光反射光学素子5A及び5Bの外観を示す上面図である。光反射光学素子5Aは、2つの単位光学素子53を1セットとして、光反射光学素子5Aの表面内において、基準とする方向(具体的には図6に示すAA’方向)から、それぞれの単位光学素子53の鏡面要素54a及び54bの交点を含む対角線方向に±10度の回転角度偏倚を与えて形成されている。この結果、光反射光学素子5Aにおいては、空間映像3の最大輝度のピーク値は下がるが、AA’方向から左右方向にややずれたP1及びP2方向に空間映像3の最大輝度が確保されるので、光反射光学素子5Aの水平方向(図6の左右方向)に対して空間映像3の明るさを確保することができる。
Further, when the light reflecting optical element 5 is used, the arrangement of the unit
図18は、光反射光学素子5Aの光利用効率を示す図であり、より詳しくは、単位光学素子53の鏡面要素54a及び54bにおいてそれぞれ1回ずつ反射して、光反射光学素子5Aを透過する光の比率の水平角度依存性を示すグラフである。図9に示した光反射光学素子2の透過率の水平角度依存性と比較すると、設計上の視線方向Sで空間映像3を見たときの明るさは減少しているが、設計上の視線方向Sから左右方向に±10度ずらした視線方向にそれぞれ明るさの極大点が現われており、光反射光学素子2よりも水平方向(図6の左右方向)に対して空間映像3の明るさが確保されていることがわかる。
FIG. 18 is a diagram showing the light utilization efficiency of the light reflecting
また、図19は、図10の水平角度依存性を有する透過型スクリーン13と、図18に示した光反射光学素子5Aを組み合わせた場合の光反射光学素子5Aの光利用効率を示すグラフであり、図10の水平角度依存性を有する透過型スクリーン13と、図9に示した光反射光学素子2を組み合わせた場合の光反射光学素子2の光利用効率と対比して表示している。ここで、図19の実線で示された二方向素子は、光反射光学素子5Aを用いた場合、点線で示された一方向素子は、光反射光学素子2を用いた場合を示している。図19は、光反射光学素子5Aを用いた場合には、設計上の視線方向Sから左右方向に±10度以内の視線方向においては、略一定の明るさの空間映像3が得られることを示している。
FIG. 19 is a graph showing the light utilization efficiency of the light reflecting
なお、光反射光学素子5Bは、3つの単位光学素子53を1セットとして、光反射光学素子5Bの表面内において、基準とする方向(具体的には図6に示すAA’方向)から、それぞれの単位光学素子53の鏡面要素54a及び54bの交点を含む対角線方向に0度、±30度の回転角度偏倚を与えて形成されている。光反射光学素子5Bを用いた場合には、光反射光学素子5Aを用いた場合よりもさらに水平方向(図6の左右方向)に対して空間映像3の明るさを確保することができる。このように複数の単位光学素子53を1セットとし、基準とする方向からそれぞれの単位光学素子53に回転角度偏倚を与えた場合には、基準とする方向から左右方向に視線を移してみても、空間映像の明るさの変化を少なくすることができるので、空間映像3を視認可能な視野角を広くとることができる。すなわち、光反射光学素子5Aや5Bは、大きな空間映像3を広い範囲から見る場合に適している。
The light reflecting
また、上記実施の形態では、観察者の視線方向に最適となるように空間映像3の面(以下、空間映像面という)をやや上方に向けて形成したが、空間映像面の仰角は観察者の嗜好により異なるので、空間映像面の仰角を可変とする機構を設けてもよい。このような機構を設けた場合には、さらに観察者の身体的な疲労を軽減する効果が期待できる。 In the above embodiment, the plane of the spatial video 3 (hereinafter referred to as the spatial video plane) is formed so as to be optimal in the observer's line-of-sight direction, but the elevation angle of the spatial video plane is the observer. Therefore, a mechanism for changing the elevation angle of the spatial image plane may be provided. When such a mechanism is provided, an effect of further reducing the physical fatigue of the observer can be expected.
図20は、透過型スクリーン13の上下方向の傾き角度を可変させることにより、空間映像面の仰角を可変させた場合の空間映像3の傾きを示す図である。図20に示すように、透過型スクリーン13を右回りのA1方向に回転させると、空間映像面は左回りのB1方向に回転するので、空間映像面は徐々に立ってくる一方、透過型スクリーン13を左回りのA2方向に回転させると、空間映像面は右回りのB2方向に回転するので、空間映像面は徐々に倒れていく。このように観察者の嗜好に合わせて、空間映像面の仰角を可変できるようにしてもよい。
FIG. 20 is a diagram illustrating the inclination of the
さらには、上記実施の形態では、光反射光学素子2の設置位置は固定されていたが、光反射光学素子2の表面Fの光透過性天板4に対する傾斜角度(上下方向の傾斜角度)を可変可能としてもよい。すなわち、人間の最適な視線方向は水平からやや下の方向(具体的には、水平から15〜40度下の方向)であると説明したが、座高や空間映像面から目までの距離には個人差があるため、それぞれの観察者にとって最適な視線方向を調整できるようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the installation position of the light reflecting
図21は、光反射光学素子2の上下方向の傾斜角度を可変させた場合の空間映像面の位置を示す図である。この場合には、図21に示すように、光反射光学素子2を右回りのA1方向に回転させると、空間映像面は右回りのC1方向に回転するので、空間映像3の位置は上方に移動し、下方への視線方向は傾きが急になる一方、光反射光学素子2を左回りのA2方向に回転させると、空間映像面は左回りのC2方向に回転するので、空間映像3の位置は下方に移動し、下方への視線方向は傾きが緩やかになる。
FIG. 21 is a diagram showing the position of the spatial image plane when the vertical tilt angle of the light reflecting
また、ディスプレイ部1として直視型ディスプレイ14を用いる場合には、覗き見防止フィルムを画面に貼付して、光の拡散角度を狭めるように制御してもよい。図22は、ディスプレイ部1として、覗き見防止フィルムを装着した直視型ディスプレイ14を用いた場合の概略構成及び光の進行方向を示す図である。このように、ディスプレイ部1として直視型ディスプレイ14を用いる場合には、覗き見防止フィルムをディスプレイ表面に貼付することにより、光反射光学素子2内における迷光を少なくし、空間映像3の結像に寄与する光を多くしてもよい。なお、覗き見防止フィルムのより効果的な使用としては、光透過性天板4に貼付するのがよい。上述したように迷光は光反射光学素子2内で発生しているため、光反射光学素子2から出射された光に対して直接光の拡散角度を制御した方が好適であるためである。また、光透過性天板4に覗き見防止フィルム用いる場合には、ディスプレイ部1の構成は直視型ディスプレイ14に限定されない。
When the direct-
また、空間映像3が表示される位置近傍における観察者の手を検知可能なセンサを設けてもよい。図23は、このようなセンサ6を設けた場合のデスクトップディスプレイシステム30の概略構成を示す側面図である。センサ6は、例えば、透過性天板4の直下に設けられた赤外線センサであり、空間映像3の近傍領域Nにおける物体の存在を検知するようになっている。そして、センサ6が所定の物体(例えば、観察者が空間映像3に向かって手を伸ばす行為を行ったときの手など)を検知した場合には、ディスプレイ部1が表示する映像を制御する映像制御部7に検知信号を出力し、映像制御部7は、この検知信号に応じて映像の内容を制御するようにしてもよい。これにより、観察者の行為に応じたインタラクティブな空間映像3を提供することが可能となる。
A sensor capable of detecting the observer's hand in the vicinity of the position where the
以上から、上記実施の形態によれば、面対称位置に実像を形成する光反射光学素子を用いることによりディスプレイ装置を机上に配置しなくても、デスクトップ上の空間に映像を表示することができるので、机上を広く使えるという効果を得ることができる。また、観察者にとって最適な視線方向に空間映像3を表示可能としているので、快適にデスクトップ作業を行うことができる。
As described above, according to the above-described embodiment, it is possible to display an image in a space on a desktop without using a display device on a desk by using a light reflecting optical element that forms a real image at a plane-symmetric position. So you can get the effect of using the desk widely. In addition, since the
したがって、上記実施の形態に係るデスクトップシステムは、種々の机、例えば、OA用デスク、会議用テーブル、窓口受付用デスク、駅や博物館などの案内用テーブルなどに適用できる。また、空間映像自体は実体を伴わないので(空間映像は、実体であるディスプレイ部とは遊離されて表示されるため)、避難誘導表示や汚染や盗難が懸念される劣悪な環境における表示にも好適である。さらには、空間映像は限られた視線方向からのみ視認可能なので、周囲からの覗き見を防止する必要がある装置、例えば、現金自動支払機などの情報表示にも適用できる。 Therefore, the desktop system according to the above embodiment can be applied to various desks such as an OA desk, a conference table, a window reception desk, a guidance table in a station, a museum, and the like. In addition, since the spatial image itself is not accompanied by an entity (because the spatial image is displayed separately from the display unit that is the entity), it can also be used for evacuation guidance display and display in poor environments where contamination and theft are a concern. Is preferred. Furthermore, since the spatial image is visible only from a limited line-of-sight direction, it can also be applied to information display such as a device that needs to prevent peeping from the surroundings, such as a cash dispenser.
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention without departing from the gist of the present invention. Such modifications and changes can be made, and those accompanying such modifications and changes are also included in the technical scope of the present invention.
1 ディスプレイ部
2,5,5A,5B 光反射光学素子
3 空間映像(実像)
6 センサ
7 映像制御部
8 枠体
10,30 デスクトップディスプレイシステム
11 プロジェクタ
12 平面ミラー
13 透過型スクリーン
14 直視型ディスプレイ
20 直方体材
21,22 ミラーシート
23 光反射面DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6
Claims (8)
机の天板として、机を設置する設置面に平行に配設され、光の透過性を有する光透過性天板と、
前記光透過性天板の下方の空間に配置され、所定の映像を表示するディスプレイ部と、
前記光透過性天板の下方に近設され、前記ディスプレイ部からの光を、前記光透過性天板の上方の前記机上の空間に向けて反射する平面板状の光反射光学素子と、
を備え、
前記光反射光学素子は、
板厚方向に第1光反射面及び前記第1光反射面と直交する第2光反射面を備え、前記第1光反射面及び前記第2光反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記ディスプレイ部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第1光反射面及び前記第2光反射面にそれぞれ1回ずつ反射させて、前記板面の他方の側に出射し、前記光透過性天板を透過させて、前記所定の映像に対する鏡映像を前記机上の空間に空間映像として作り出し、
前記光反射光学素子の前記板面は、前記光透過性天板に対して傾斜して配設されており、
前記光反射光学素子は、
予め定められた複数の前記単位光学素子を合わせて構成されたグループ光学素子を複数備えてなり、
前記グループ光学素子を構成する前記複数の単位光学素子それぞれは、
前記単位光学素子の前記板面内において、基準とする方向からそれぞれ予め定められた角度回転した方向に規則的に配置されているデスクトップディスプレイシステム。 A desktop display system for displaying images in a space on a desk,
As a desk top plate, a light transmissive top plate that is arranged in parallel to the installation surface on which the desk is installed and has light transmission,
A display unit disposed in a space below the light-transmissive top plate and displaying a predetermined image;
A flat plate-like light reflecting optical element that is disposed near the light-transmitting top plate and reflects light from the display unit toward the space on the desk above the light-transmitting top plate;
With
The light reflecting optical element is
A second light reflecting surface which is perpendicular to the first light reflecting surface and the first light reflecting surface in the thickness direction, a plurality comprises a configured unit optical element by the first light reflecting surface and the second light reflective surface The light incident from the display unit arranged on one side of the plate surface is reflected once on each of the first light reflection surface and the second light reflection surface in the predetermined unit optical element. Emanating to the other side of the plate surface, passing through the light transmissive top plate, creating a mirror image for the predetermined image as a spatial image in the space on the desk,
The plate surface of the light reflecting optical element is disposed to be inclined with respect to the light transmissive top plate ,
The light reflecting optical element is
Comprising a plurality of group optical elements configured by combining a plurality of predetermined unit optical elements;
Each of the plurality of unit optical elements constituting the group optical element is
A desktop display system regularly arranged in a direction rotated by a predetermined angle from a reference direction within the plate surface of the unit optical element .
前記センサ部の検出内容に応じて前記ディスプレイ部に表示する映像を制御する映像制御部と、
をさらに備える請求項1乃至4のいずれか1項に記載のデスクトップディスプレイシステム。 A sensor unit that detects the presence of a predetermined object that has entered a region near the display position of the spatial image;
A video control unit for controlling video displayed on the display unit according to the detection content of the sensor unit;
The desktop display system according to any one of claims 1 to 4 , further comprising:
耐擦傷性表面処理または表面反射低減処理のうち少なくともいずれか一方が施されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載のデスクトップディスプレイシステム。 The light transmissive top plate is
The desktop display system according to any one of claims 1 to 6 , wherein at least one of a scratch-resistant surface treatment and a surface reflection reduction treatment is performed.
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