JP7393695B2 - 空中像表示装置および空中像表示方法 - Google Patents

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Description

本発明は、空中像表示装置および空中像表示方法に関する。
表示装置に表示された被写体の虚像を空中像として空間に投影する空中像投影装置が知られている。非特許文献１には、奥行き方向にハーフミラーを複数設置し、空中像を多層に投影する技術が開示されている。
巻口誉宗、新島有信、高田英明、松井龍也、籔本康之、横山正典、"スマートフォンで利用可能な小型多層空中像投影装置の提案"、インタラクション２０１６論文集、一般社団法人情報処理学会、2016年2月24日、pp. 150-157
複数のハーフミラーを設置し、空中像を多層に投影する技術をスポーツ観戦に応用することを考える。例えば、上記技術をバドミントン観戦に応用し、バドミントンのコート上において、手前のコートの選手と奥側のコートの選手のそれぞれを別々の空中像で表示する。これにより、コート上で行われるバドミントンの試合を観戦しているかのような体験を実現できる。
しかしながら、奥側の空中像を投影するハーフミラーはステージ（コート）上に設置する必要があり、ステージ上への実物体および演者の配置、並びにライティングといったステージ演出が制限されるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ステージ上の演出に干渉しない多層の空中像表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の空中像表示装置は、観客とステージとの間に光学素子を設置し、ステージ上の奥行き方向に空中像を多層投影する空中像表示装置であって、表示面を地面方向に向けて設置された第１表示部と、地面に対して傾けて設置され、前記第１表示部から出射する光の一部を透過し、一部を反射する第１光学素子と、表示面を地面に対して垂直に設置された第２表示部と、地面に対して垂直に設置され、前記第２表示部から出射する光の一部を透過し、一部を反射する第２光学素子を備え、前記第１光学素子は、前記第１表示部との間の位置関係に応じたステージ上の手前側に第１空中像を投影し、前記第２光学素子は、前記第２表示部との間の位置関係に応じたステージ上の奥側に第２空中像を投影し、前記第２光学素子は、前記第１光学素子と地面の同じ位置または前記第１光学素子よりも観客に近い位置に設置される。
本発明の一態様の空中像表示方法は、観客とステージとの間に光学素子を設置し、ステージ上の奥行き方向に空中像を多層投影する空中像表示装置による空中像表示方法であって、表示面を地面方向に向けて設置された第１表示部において第１映像を表示し、地面に対して傾けて設置され、入射する光の一部を透過し、一部を反射する第１光学素子に前記第１映像の光を入射し、前記第１映像は、前記第１光学素子と前記第１表示部との間の位置関係に応じたステージ上の手前側に第１空中像として投影され、表示面を地面に対して垂直に設置された第２表示部において第２映像を表示し、地面に対して垂直に設置され、入射する光の一部を透過し、一部を反射する第２光学素子に前記第２映像の光を入射し、前記第２映像は、前記第２光学素子と前記第２表示部との間の位置関係に応じたステージ上の奥側に第２空中像として投影され、前記第２光学素子は、前記第１光学素子と地面の同じ位置または前記第１光学素子よりも観客に近い位置に設置される。
本発明によれば、ステージ上の演出に干渉しない多層の空中像表示装置を提供できる。
本実施形態の空中像表示装置の概略の構成例を示す図である。 比較例の空中像表示装置の概略の構成例を示す図である。
［本実施形態の空中像表示装置］
以下、本実施形態の空中像表示装置について図面を用いて説明する。
図１を参照し、本実施形態の空中像表示装置について説明する。同図に示す空中像表示装置は、ステージ３０上の、観客１００から見て手前と奥側に空中像を多層投影する表示装置である。ステージ３０は、例えば、屋内のバドミントン競技会場の実物のコートであり、図上で左右方向のコートのラインの長さは１３．４ｍである。ステージ３０の中央に実物のネット３１を設置する。観客１００は、空中像表示装置により投影されたネット３１の手前のコートの虚像Ｂ１およびネット３１の奥側のコートの虚像Ｂ２を空中像として知覚する。他会場で行われているバドミントンの試合の選手を撮影した映像を実物のコート上に空中像として投影することで、観客１００は、バドミントンの試合を観戦できる。
図１に示す空中像表示装置は、第１表示部１１、第２表示部１２、第１光学素子２１、および第２光学素子２２を備える。
第１表示部１１は、観客席とステージ３０の間の、地面（ステージ３０の上面と同一平面）から高さＨの位置に、表示面が地面と平行になるように、表示面を下方向（第１光学素子２１方向）に向けて設置される。第１表示部１１は、例えば、ＬＥＤディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置を用いることができる。第１表示部１１の表示面には、表示像Ａ１が表示される。表示像Ａ１は、例えば、手前のコートの選手の映像である。
第１光学素子２１は、第１表示部１１の下方の位置において、地面に対して傾けて設置されて、第１表示部１１の出射する光を入射する。図１の例では、第１表示部１１の下端に対応する位置において、第１光学素子２１の一辺を地面に接触させて、地面に対して４５度傾けて第１光学素子２１を設置した。以下、第１光学素子２１を地面に接触させた点を基点Ｐとする。第１光学素子２１は、長方形または正方形の板状の光学素子であり、入射した光の一部を反射し、一部を透過する。第１光学素子２１は、例えば、ハーフミラーを用いることができる。
第２表示部１２は、基点Ｐ（第２光学素子２２の設置位置）から観客席側に距離Ｗ離れた位置に、表示面が地面に対して垂直となるように、表示面をステージ３０側に向けて設置される。図１の例では、第２表示部１２を観客席の下に設置しているが、これに限定するものではない。第２表示部１２は、例えば、ＬＥＤディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置を用いることができる。第２表示部１２の表示面には、表示像Ａ２が表示される。表示像Ａ２は、例えば、奥側のコートの選手の映像である。
第２光学素子２２は、第２表示部１２とステージ３０の間において、地面に立てて設置されて、第２表示部１２の出射する光を入射する。図１の例では、基点Ｐの位置に、第２光学素子２２の一辺を地面に接触させて、地面に対して垂直になるように第２光学素子２２を設置した。つまり、第２光学素子２２は、第２表示部１２から距離Ｗ離れた位置に、表示面と平行になるように設置されている。第２光学素子２２は、長方形または正方形の板状の光学素子であり、入射した光の一部を反射し、一部を透過する。第２光学素子２２は、例えば、ハーフミラーを用いることができる。
全反射を防ぐため、第２表示部１２から第２光学素子２２へ入射する光の入射角が、ｓｉｎθ０＝ｎ１（ｎ１は第２光学素子２２の屈折率）となる角度θ０以下になるように第２表示部１２と第２光学素子２２の設置位置を調整する。
次に、図１の空中像表示装置によって投影される空中像について説明する。
まず、第１表示部１１と第１光学素子２１によって作られる虚像Ｂ１について説明する。第１表示部１１が表示像Ａ１を表示すると、表示像Ａ１の光は第１光学素子２１に向かう。第１光学素子２１は、表示像Ａ１の光の一部を反射し、観客１００の方向へ向かう光を出射する。基点Ｐから第１表示部１１までの高さＨと同じ距離ＤＦ離れた位置に虚像Ｂ１が投影される。図１の例では、ネット３１の手前のコートに虚像Ｂ１が投影されるように、第１表示部１１を設置する高さＨを調整した。なお、図１の例では、第２光学素子２２の上辺と同じ位置に第１表示部１１を設置しているが、第１表示部１１を設置する高さＨは、虚像Ｂ１を投影したい位置に応じて、任意に決めることができる。
続いて、第２表示部１２と第２光学素子２２によって作られる虚像Ｂ２について説明する。第２表示部１２が表示像Ａ２を表示すると、表示像Ａ２の光は第２光学素子２２に向かう。第２光学素子２２は、表示像Ａ２の光の一部を反射し、観客１００の方向へ向かう光を出射する。基点Ｐから第２表示部１２までの距離Ｗと同じ距離ＤＲ離れた位置に虚像Ｂ２が投影される。図１の例では、ネット３１の奥側のコートに虚像Ｂ２が投影されるように、第２表示部１２と第２光学素子２２の間の距離Ｗを調整した。なお、図１の例では、第１光学素子２１と第２光学素子２２とを同じ基点Ｐに設置しているが、これに限定するものではない。第１光学素子２１よりも観客席に近い地点に第２光学素子２２を設置してもよい。
図１の例では、第２表示部１２と第２光学素子２２の間にステージ３０上のネット３１と同じ形状のネット３２が設置されている。第２光学素子２２からネット３１およびネット３２までの距離は同じにする。ネット３２は、第２表示部１２からの光の一部を遮り、虚像Ｂ２の一部がネット３１に遮られているように投影される。これにより、空中像のネット３１によるオクルージョンを再現できる。
次に、図１の空中像表示装置の視域上限について説明する。
図１に示す視域上限Ｖは、第２光学素子２２から虚像Ｂ２までの距離ＤＲ、第２光学素子２２から観客１００までの距離ＤＶ、第２光学素子２２の高さＨ、および第２表示部１２の高さｈを用いて次式により定められる。
Figure 0007393695000001
視域上限Ｖ＋ｈよりも低い位置であれば、縦方向に観客１００を配置することが可能となる。つまり、本空中像表示装置は、競技場および映画館などの階段状に観客席が設置された視聴環境に適用可能である。
なお、ここでは、バドミントン競技会場を例に説明したが、全反射の条件と視域上限を満たし、第１表示部１１、第２表示部１２、第１光学素子２１、および第２光学素子２２の設置が可能であれば、他の競技種目、劇場などのステージ演出にも適用可能である。
以上説明したように、本実施形態の空中像表示装置は、表示面を地面方向に向けて設置された第１表示部１１と、地面に対して傾けて設置され、第１表示部１１の表示する表示像Ａ１の光の一部を透過し、一部を反射する第１光学素子２１と、表示面を地面に対して垂直に設置された第２表示部１２と、地面に対して垂直に設置され、第２表示部１２の表示する表示像Ａ２の光の一部を透過し、一部を反射する第２光学素子２２を備える。これにより、ステージ３０上に第２光学素子２２を設置することなく、多層の虚像Ｂ１，Ｂ２を作り出すことができる。
［比較例の空中像表示装置］
図２を参照し、比較例の空中像表示装置について説明する。同図に示す空中像表示装置は、ハーフミラー６１，６２を平行に複数設置し、ステージ３０上に空中像を多層投影する表示装置である。観客は、空中像表示装置の図上で左方向に位置する。
表示装置５１は、表示面が地面と平行になるように、表示面を下方向に向けて設置される。ハーフミラー６１は、表示装置５１の下方の位置に、地面に対して４５度傾けて設置され、表示装置５１の出射する光を入射する。表示装置５１が表示像Ａ１を表示すると、表示像Ａ１の光はハーフミラー６１に向かう。ハーフミラー６１は、表示像Ａ１の光の一部を反射する。地面から表示装置５１までの高さＨと同じ距離ＤＦ離れた位置に虚像Ｂ１が作られる。観客は、ステージ３０上の虚像Ｂ１を空中像として知覚する。
表示装置５２は、表示装置５１の奥側に、表示面が地面と平行になるように、表示面を下方向に向けて設置される。ハーフミラー６２は、表示装置５２の下方の位置に、地面に対して４５度傾けて設置され、表示装置５２の出射する光を入射する。表示装置５２が表示像Ａ２を表示すると、表示像Ａ２の光はハーフミラー６２に向かう。ハーフミラー６２は、表示像Ａ２の光の一部を反射する。地面から表示装置５１までの高さＨと同じ距離ＤＲ離れた位置に虚像Ｂ２が作られる。観客は、ステージ３０上の虚像Ｂ２を空中像として知覚する。
比較例の空中像表示装置でも多層の空中像を表示できるが、奥側の空中像を表示するためのハーフミラー６２をステージ３０上に設置する必要がある。そのため、ステージ３０上への実体物や演者の配置が制限されてしまう。
また、比較例の空中像表示装置は、水平方向の位置から観察することを前提にしているため、縦方向に観客を配置した構成には向いていない。
１１…第１表示部
１２…第２表示部
２１…第１光学素子
２２…第２光学素子
３０…ステージ
３１，３２…ネット

Claims (5)

  1. 観客とステージとの間に光学素子を設置し、ステージ上の奥行き方向に空中像を多層投影する空中像表示装置であって、
    表示面を地面方向に向けて設置された第１表示部と、
    地面に対して傾けて設置され、前記第１表示部から出射する光の一部を透過し、一部を反射する第１光学素子と、
    表示面を地面に対して垂直に設置された第２表示部と、
    地面に対して垂直に設置され、前記第２表示部から出射する光の一部を透過し、一部を反射する第２光学素子を備え、
    前記第１光学素子は、前記第１表示部との間の位置関係に応じたステージ上の手前側に第１空中像を投影し、
    前記第２光学素子は、前記第２表示部との間の位置関係に応じたステージ上の奥側に第２空中像を投影し、
    前記第２光学素子は、前記第１光学素子と地面の同じ位置または前記第１光学素子よりも観客に近い位置に設置される
    空中像表示装置。
  2. 請求項１に記載の空中像表示装置であって、
    視点位置は、前記第２表示部から出射する光が前記第２光学素子によって全反射しない高さ方向の位置に設置される
    空中像表示装置。
  3. 請求項２に記載の空中像表示装置であって、
    前記視点位置は、前記第２表示部よりも上方に配置され、前記第２表示部が前記視点位置の下方に配置される
    空中像表示装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の空中像表示装置であって、
    前記第２光学素子と当該第２光学素子によって作られる虚像との間に設置された第１実物体と、
    前記第２光学素子と前記第２表示部との間に設置され、前記第１実物体と同じ形状の第２実物体を備える
    空中像表示装置。
  5. 観客とステージとの間に光学素子を設置し、ステージ上の奥行き方向に空中像を多層投影する空中像表示装置による空中像表示方法であって、
    表示面を地面方向に向けて設置された第１表示部において第１映像を表示し、
    地面に対して傾けて設置され、入射する光の一部を透過し、一部を反射する第１光学素子に前記第１映像の光を入射し、
    前記第１映像は、前記第１光学素子と前記第１表示部との間の位置関係に応じたステージ上の手前側に第１空中像として投影され、
    表示面を地面に対して垂直に設置された第２表示部において第２映像を表示し、
    地面に対して垂直に設置され、入射する光の一部を透過し、一部を反射する第２光学素子に前記第２映像の光を入射し、
    前記第２映像は、前記第２光学素子と前記第２表示部との間の位置関係に応じたステージ上の奥側に第２空中像として投影され、
    前記第２光学素子は、前記第１光学素子と地面の同じ位置または前記第１光学素子よりも観客に近い位置に設置される
    空中像表示方法。
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