JP7294643B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関する。

ビームスプリッタと反射板を備えたディスプレイ装置は、画像光がビームスプリッタに入射された場合、その画像光の一部を反射し、一部を透過させることで、観測者にあたかも画像が空中に表示されているように感じさせることのできる装置であり、例えば下記特許文献１に記載されている。

特開２０１３－２０３９９０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術でも、観測者から見た場合にビームスプリッタの奥側に画像が表示されていると認識させることができる程度であって、より手前に画像があるよう認識できると臨場感がありさらに有用である。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、簡便な構成でより手前に画像があるよう認識できるディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係るディスプレイ装置は、表示装置と、表示装置の表示面に対し傾けて配置されるビームスプリッタと、ビームスプリッタに対し傾けて配置される再帰反射板と、ビームスプリッタの前記再帰反射板が配置された側と反対側に配置される一部透過材と、を有するものである。

また、本発明の他の一観点に係るディスプレイ装置は、ビームスプリッタと、ビームスプリッタに対し傾けて配置される再帰反射板と、ビームスプリッタと再帰反射板を一体に保持するとともに、ビームスプリッタに画像光を入射させるための表示装置を設置するための枠部材を備える筐体と、を有するものである。

以上、本発明によって、簡便な構成でより手前に画像があるよう認識できるディスプレイ装置を提供することができる。

実施形態１に係るディスプレイ装置の斜視の概略を示す図である。 実施形態１に係るディスプレイ装置の断面の概略を示す図である。 実施形態１に係るディスプレイ装置の光路を説明するための説明図である。 実施形態２に係るディスプレイ装置の斜視の概略を示す図である。 実施形態２に係るディスプレイ装置の断面の概略を示す図である 実施形態２に係るディスプレイ装置の光路を説明するための説明図である。 実施形態２に係るディスプレイ装置の他の一例を示す図である。 実施形態２に係るディスプレイ装置の他の一例を示す図である。 実施形態２に係るディスプレイ装置の他の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の具体的な例示にのみ限定されるわけではない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るディスプレイ装置（以下「本装置」という。）１の斜視概略図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ’概略断面図である。

本図で示すように、本装置１は、表示装置２と、表示装置２の表示面２１に対し傾けて配置されるビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３に対し傾けて配置される再帰反射板４と、ビームスプリッタ３の再帰反射板が配置された側３１とその反対側３２に配置される一部透過材５と、を有する。

本装置１において、表示装置２は、像を表示することができるものであり、好ましくは光を発する又は透過することによって画像を表示することができるものである。この限りにおいて限定されるわけではないが、具体的には、液晶ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置等の一般的なディスプレイ装置、ＤＬＰ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、ＬＣＯＳ（反射型液晶）や高温ポリシリコン型液晶装置等のプロジェクション装置であることが好ましく、また、所定の配置関係となるよう複数の点光源を配置したものであってもよい。更には、強い光源と、この光源とビームスプリッタ３の間に配置され所定の形状の穴を備えた遮光板であってもよい。本装置１では、一部透過材を設ける構成であるため、より高輝度のものであることが好ましい。

本装置１において、ビームスプリッタ３は、一部の光を透過し、一部の光を反射させる機能を有するものであり、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、いわゆるハーフミラーを用いることが好ましい。さらに、ハーフミラーの場合においても限定されず様々なものを採用することが可能であり、例えば反射偏光子、誘電体膜、金属薄膜、プリズムなどを例示することができる。

また本装置１において、再帰反射板４は、入射された光の大部分をその入射方向に反射させることができる反射板である。再帰反射板４は、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばガラスビーズを用いた再帰反射板、コーナーキューブを用いた再帰反射板等を例示することができるがこれに限定されない。

また本装置１において、再帰反射板４の反射面４１とビームスプリッタ３の一方の透過反射面（再帰反射板４が配置された側）３１のなす角θは、２０度以上７０度以下の角度となるよう配置されていることが好ましい。この範囲とすることで、入射された光を効率的にビームスプリッタに反射させることができる。

また本装置１において、再帰反射板４の反射面４１とビームスプリッタ３の透過反射面３１のなす角（図中θ）が２０度以上４０度未満又は５０度より大きく以下の７０度範囲となっていることもより好ましい。このようにすることで、入射された光を効率的にビームスプリッタに反射させることができるとともに、ビームスプリッタに写り込んだ再帰反射板自体を観測してしまわないようにすることができる。このように傾けたとしても、再帰反射板４は、入射された光をそのまま返すことができるため、本図の場合と同様の機能を達成できるだけでなく、上記の映り込みを観測してしまうことを防止できる。

また、本装置１においては、ビームスプリッタ３の再帰反射板４が配置された側３１とその反対側３２に配置される一部透過材５を有する。一部透過材５によって上記表示装置、ビームスプリッタ及び再帰反射板が使用者に見えにくくなり、何もないところに映像を浮かべることが可能となる。この結果、これまでにない演出が可能となる。なお、一部透過材５の構成としては、入射された光の一部を透過する一方、残りの光を遮断又は反射させる構造を備えたものであることが好ましい。

なお、この一部透過材において、構造は限定されるわけではないが、例えば光を遮光する遮光性を備えた板部材に、光を透過させるための貫通孔（光透過孔）を形成したものであることが好ましく、例えば、この光透過孔の形成率は、所定の単位板部材の面積に対する形成された光透過孔の面積が２０％以上６０％以下の範囲となっていることが好ましい。このようにすることで、上記効果を十分に発揮することができる。

また本装置１においては、ビームスプリッタ３、再帰反射板４及び表示装置１を一体に保持するための枠部材６１を備える筐体６を備えていることが好ましい。筐体６の材質としては上記の機能を有する程度の強度を有するものである限りにおいて限定されるわけではないが、例えば金属、プラスチック、紙、木材等を例示することができる。

また本装置１の筐体６は、入射される画像光がビームスプリッタに対し４０度以上５０度以下の角度となるよう構成されていることが好ましい。この範囲とすることで、効率的に画像光をビームスプリッタに入射させ、観測者に画像を認識させることが可能となる。

ここで、本装置１による動作について説明する。図３は、本装置１における光の進路を示したイメージ図であり、表示装置２、一部透過材５、筐体６等の要素を省略して装置を上から見た場合の平面概略である。

まず、本図で示すように、表示装置２に画像を表示させる。この画像は画像光となりビームスプリッタ３側に放出される。

そして、ビームスプリッタ３に入射された画像光は、一部が再帰反射板側４に反射される。

そして、再帰反射板４側に反射された光は、再帰反射板４に到達し、反射を受け再びビームスプリッタ３に入射される。この場合において、再帰反射板４に反射された光の一部は入射された方向に反射され、一部は観測者側（一部透過膜側）に透過する。

そして、ビームスプリッタ３に入射された光は、再び一部が反射され、観測者の目に観測されることとなる。

ところで、本装置１では、上記の構成から明らかなように、表示装置２に表示された画像光がビームスプリッタ３及び再帰反射板４の反射を経て観測者の目に入射されることになるが、人間の目は左目と右目の位置が異なるものであり、表示装置に表示された画像光の同じ箇所を観測する場合でも、その経路が異なる。

本図で示すように、まず、表示装置から発せられた光は、同じ情報を含むもの（一の発光点から発せられた光）であっても、ある所定の広がりをもって伝搬する。そして、ビームスプリッタ３によって反射され、再帰反射板４に入射する。そして、再帰反射板４に入射された光はその入射方向と同じ方向に反射される。そして、この反射された光はビームスプリッタ３を透過し、観測者の左右の目それぞれに入ることになるが、左右それぞれの目から見た光は異なる位置から反射されたものであり、観測者の右目と左目では位置がずれた像を観察することとなる。この結果、右目と左目それぞれにおいて観測する画像の位置がずれることにより像が立体的であるように感じられる。この距離の差としては、右目と左目の距離が５ｃｍ程度であることを考慮し、想定される観測者の観測位置を想定し、寸法を設計することが好ましい。

以上、本実施形態により、簡便な構成でより手前に画像があるよう認識できるディスプレイ装置を提供することができる。特に、本装置１では、一部透過材５によって上記表示装置２、ビームスプリッタ３及び再帰反射板４が使用者に見えにくくなり、表示する装置が見えないようなところに映像を浮かべることが可能となる。この結果、これまでにない演出が可能となる。

また、本装置１は、様々な場所に設置することが可能であるが、例えば車のダッシュボード等に配置し、運転者等に対して立体像を視認させるようにすることも好ましい一形態である。ダッシュボードの表材を上記一部透過材とすることで、運転者等には通常のダッシュボードとして認識させる一方、その内部に設けられた表示装置、ビームスプリッタ及び再帰反射板を用いることで、ダッシュボード上に像を表示させることが可能となる。

（実施形態２）
本実施形態では、上記実施形態とほぼ同様であるが、一部透過材を省略したものである点が主として異なる。また、表示装置について、着脱可能なものとした点が異なる。

図４は、本実施形態に係るディスプレイ装置（以下「本装置」という。）１の斜視概略図であり、図５は、図４におけるＡ－Ａ’概略断面図である。

本図で示すように、本装置１は、ビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３に対し傾けて配置される再帰反射板４と、ビームスプリッタ３と再帰反射板４を一体に保持するとともに、ビームスプリッタ３に画像光を入射させるための表示装置２を設置するための枠部材６１を備える筐体６と、を有する。

本装置１において、ビームスプリッタ３は、上記実施形態１と同様、一部の光を透過し、一部の光を反射させる機能を有するものであり、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、いわゆるハーフミラーを用いることが好ましい。さらに、ハーフミラーの場合においても限定されず様々なものを採用することが可能であり、例えば反射偏光子、誘電体膜、金属薄膜、プリズムなどを例示することができる。

また本装置１において、再帰反射板４は、上記実施形態１と同様、入射された光の大部分をその入射方向に反射させることができる反射板である。再帰反射板４は、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばガラスビーズを用いた再帰反射板、コーナーキューブを用いた再帰反射板等を例示することができるがこれに限定されない。

また本装置１において、再帰反射板４の反射面４１（又は反射面４１に平行な面）とビームスプリッタ３の透過反射面３１のなす角θは、２０度以上７０度以下の角度となるよう配置されていることが好ましい。この範囲とすることで、入射された光を効率的にビームスプリッタに反射させることができる。

また本装置１において、再帰反射板４の反射面４１（又は反射面４１に平行な面）とビームスプリッタ３の透過反射面３１のなす角（図中θ）が２０度以上４０度未満又は５０度より大きく以下の７０度範囲となっていることも好ましい。このようにすることで、入射された光を効率的にビームスプリッタに反射させることができるとともに、ビームスプリッタに写り込んだ再帰反射板自体を観測してしまわないようにすることができる。このように傾けたとしても、再帰反射板４は、入射された光をそのまま返すことができるため、上記図４の場合と同様の機能を達成できるだけでなく、上記の映り込みを観測してしまうことを防止できる。

また本装置１において、筐体６は、上記の通り、ビームスプリッタ３と再帰反射板４を一体に保持するとともに、ビームスプリッタ３に画像光を入射させるための表示装置２を設置するための枠部材６１を備えるものであるとともに、ビームスプリッタを保持する側壁部材６２、枠部材６１に対向して設けられるとともにテーブルや机等の配置面に安定的に配置させるための底部材６３を備えていることも好ましい。筐体６の材質としては上記の機能を有する程度の強度を有するものである限りにおいて限定されるわけではないが、例えば金属、プラスチック、紙等を例示することができる。なお、側壁部材６２及び底部材６３については、安定的な保持が可能である限りにおいて省略可能である。

特に、本装置１において筐体６は、枠部材６１を備えており、表示装置２を設置し、ビームスプリッタ３にこの表示装置から発せられる画像光を入射させることができる。枠部材６１は、表示装置の縁を支持する一方、中央近傍の画像表示部分に表示される画像を透過させることのできる程度の大きさの空間（窓）を有するものである。これにより、所望の角度で表示装置に表示された画像光をビームスプリッタに入射させることが可能となる。

また本装置１の筐体６において、枠部材６１は、入射される画像光が前記ビームスプリッタに対し４０度以上５０度以下の角度となるよう配置されていることが好ましい。この範囲とすることで、効率的に画像光をビームスプリッタに入射させ、観測者に画像を認識させることが可能となる。

なお本装置１において、ビームスプリッタに対して画像光を発することのできる表示装置としては、画像光を発することができるものである限りにおいて限定されるわけではないが、例えばいわゆるスマートフォン等小型の表示素子を備えた携帯電話や、いわゆるタブレット端末を例示することができる。このような場合、枠部材から自由に表示装置を着脱可能であり、充電操作等一定の期間静置しなければならない状態において、この表示装置を保持し、その間に立体的な画像を楽しむことのできる装置として用いることができる。

なお本装置１の図の例では、筐体は正面に開口部を有しており、少なくともこの部分において壁部材を設けていない。この部分が観測方向となる。

ここで、本装置１による動作について説明する。図６は、上記実施形態１と同様、本装置１における光の進路を示したイメージ図であり、枠部材６１を省略して装置を上から見た場合の平面概略である。

まず、本図で示すように、表示装置に画像を表示させる。この画像は画像光となりビームスプリッタ３側に放出される。

そして、ビームスプリッタ３に入射された画像光は、一部が再帰反射板側３に反射される。

そして、再帰反射板４側に反射された光は、再帰反射板に到達し、反射を受け再びビームスプリッタ３に入射される。この場合において、再帰反射板４に反射された光は入射された方向に反射される。

そして、ビームスプリッタに入射された光は、再び一部が反射され、観測者の目に観測されることとなる。

ところで、本装置１では、上記の構成から明らかなように、表示装置に表示された画像光がビームスプリッタ３及び再帰反射板４の反射を経て観測者の目に入射されることになるが、人間の目は左目と右目の位置が異なるものであり、表示装置に表示された画像光の同じ箇所を観測する場合でも、その経路が異なる。

本図で示すように、まず、表示装置から発せられた光は、同じ情報を含むもの（一の発光点から発せられた光）であっても、ある所定の広がりをもって伝搬する。そして、ビームスプリッタ３によって反射され、再帰反射板４に入射する。そして、再帰反射板４に入射された光はその入射方向と同じ方向に反射される。そして、この反射された光はビームスプリッタ３を透過し、観測者の左右の目それぞれに入ることになるが、左右それぞれの目から見た光は異なる位置から反射されたものであり、観測者の右目と左目では位置がずれた像を観察することとなる。この結果、右目と左目それぞれにおいて観測する画像の位置がずれることにより像が立体的であるように感じられる。この距離の差としては、右目と左目の距離が５ｃｍ程度であることを考慮し、想定される観測者の観測位置を想定し、寸法を設計することが好ましい。

この結果、本装置１によると、簡便な校正で、ビームスプリッタよりも手前側に画像があるよう認識することができるようになる。

（実施形態２の変形例１）
本変形例では、上記実施形態１とほぼ同様の構成であるが、再帰反射板の配置が異なる。この構成について図７に示しておく。なお、本実施形態では各要素は上記実施形態と同様であり、同様の構成については説明を省略する。

本図で示すディスプレイ装置は、表示装置と再帰反射板がビームスプリッタを挟むよう配置されている点が上記実施形態１と異なるが、この機能については上記実施形態と同様である。

以上、本装置１によっても、簡便な校正で、ビームスプリッタよりも手前側に画像があるよう認識することができるようになる。なお、本実施形態では、上記に加え、観測者の正面に再帰反射板を配置しない構成となっているため、観測者が再帰反射板を直視しないですみ、さらには筐体自体は吹き抜け構造（ビームスプリッタのみ存在する構成）とすることができるため透明性が向上するといった効果がある。

（実施形態２の変形例２）
本変形例では、上記実施形態２とほぼ同様の構成であるが、再帰反射板の配置が異なる。この構成について図８に示しておく。なお、本実施形態では各要素は上記実施形態と同様であり、同様の構成については説明を省略する。

本図で示すディスプレイ装置は、二つの再帰反射板を備えており、この二つがそれぞれビームスプリッタを間に挟むように配置され、かつ、上記実施形態１で言及する所定の角度をもってビームスプリッタから配置されている。このようにすることで、上記実施形態１と同様の効果をそうするとともに、更に、明るさ、コントラストが向上するといった効果がある。

（実施形態２の変形例３）
本変形例では、上記実施形態２とほぼ同様の構成であるが、再帰反射板の配置が異なる。この構成について図９に示しておく。なお、本実施形態では各要素は上記実施形態と同様であり、同様の構成については説明を省略する。

本実施形態では、表示装置を複数、具体的には二つ用い、これらがビームスプリッタを挟むように配置されている。すなわち、本装置１の筐体６は、表示装置を配置するための枠部材を複数配置している。

本図で示すディスプレイ装置は、上記実施形態１と同様の効果を有するほか、二つの表示装置を設けることで、二つの画像を重ねることが可能となり、しかもそのそれぞれの画像を認識する位置が異なる。この結果、より奥行きのある画像を認識することができるといった効果がある。

本発明は、ディスプレイ装置として産業上の利用可能性がある。

Claims (3)

1. 表示装置と、
   前記表示装置の表示面に対し傾けて配置されるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタに対し傾けて配置される再帰反射板と、
   前記表示装置、前記ビームスプリッタ及び前記再帰反射板を一体に保持する筐体と、を有するディスプレイ装置であって、
   前記筐体は、前記表示装置の縁を支持するとともに前記表示装置の表示部に表示される画像を透過させるために中央近傍に窓を有し、かつ、前記表示装置を着脱可能に保持する枠部材を備え、
   前記表示装置の表示面と前記ビームスプリッタの透過反射面のなす角度は、４０度以上５０度以下の角度となるよう配置されており、
   前記再帰反射板の反射面と前記ビームスプリッタの透過反射面のなす角が２０度以上４０度未満又は５０度より大きく７０度以下の範囲となっている、ディスプレイ装置。
2. 前記筐体は、前記ビームスプリッタを保持する側壁部材と、当該筐体を安定的に配置するための底部材と、を備えており、かつ、
   前記筐体には、前記表示装置からの画像光を観測するための開口部が形成されている請求項１記載のディスプレイ装置。
3. 前記表示装置は、前記ビームスプリッタを挟むように一対で設けられている請求項１記載のディスプレイ装置。

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