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Abstract
Description
図30に、ペーパーズゴーストを利用した画像表示システム10の概略図を示す。画像表示システム10は、第1の画像表示部220に表示された画像が、ビームスプリッター230で正反射されて視認される虚像Aと、第2の画像表示部250に表示された画像が、ビームスプリッター230を透過して視認される透過像Cとが、重畳して視認されるシステムである。
同様に、ペッパーズゴーストを利用したシステムとして、特開2015−210379号公報(以下において、特許文献1とする。)には、ハーフミラーを用いて、画像を実体物に重畳して表示させる方法が記載されている。
入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、第1の画像表示部から出射された第1の出射光が入射する位置に透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、第1の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターと、
第1の出射光のうちビームスプリッターの透過反射面で反射された反射光が入射する位置に配置された、第1の偏光を吸収し、第1の偏光と異なる第2の偏光を透過させる吸収型偏光子とを備えた画像表示システムである。
0°<α1<90°
を満たすことが好ましい。
この場合、ビームスプリッターがさらに偏光変換素子を含むことが好ましい。
ここで、偏光変換素子としては1/4波長位相差板が特に好ましい。
第1の画像表示部から出射された第1の出射光が入射する位置に配置された、第1の偏光を反射する反射型偏光子と、
入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、反射型偏光子で反射された第1の出射光が入射する位置に、透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、第1の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターとを備え、
反射型偏光子は、第1の出射光のうち反射型偏光子で反射されビームスプリッターでさらに反射された反射光が入射する位置に配置されていることが好ましい。
0°<α2<90°
を満たし、かつ、第1の画像表示面と透過反射面とのなす角β2が
85°<β2<95°
であること好ましい。
この場合、ビームスプリッターがさらに偏光変換素子を含むことが好ましい。
ここで、偏光変換素子としては1/4波長位相差板が特に好ましい。
図1は、本発明の第1の画像表示システムの一実施形態の概略構成を示す図である。本画像表示システム11は、第1の画像表示部20と、吸収型偏光子30と、ビームスプリッター40とを備えている。
図2には、第1の画像表示部20の第1の画像表示面20aの一点から異なる角度で出射した光線101、102および103が図示されている。光線101および102は、ビームスプリッター40の透過反射面40aに入射し、少なくとも一部は、透過反射面40aで反射され、透過反射面40aに関して第1の画像表示面20aと面対称な位置に虚像Bを形成する。その後の光線101、102の光路は、虚像Bから出射した光線の光路と同一であり、透過反射面40aで反射された反射光は吸収型偏光子30の面30aに入射する。ここで、光線101、102は、ビームスプリッター40の作用により第1の偏光以外の偏光を少なくとも一部含む光となっているため、少なくとも一部の光は吸収型偏光子30を透過する。従って、虚像Bが視認可能となる。
次に、本発明の第1の画像表示システムにおいて、第2の画像表示部を設置する場合の一実施形態について説明する。なお、先に説明した構成要素と同等の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
第1の画像表示部20は、吸収型偏光子30の視認側とは反対側に設置される。第1の画像表示面20aは平面であってもよく、曲面であってもよい。第1の画像表示面20aが曲面である場合、虚像Bも曲面となり、画像を立体的に見せることや、劇場等における演出効果を高めることができる。
なお、第1の偏光は直線偏光であっても、円偏光であってもよい。第1の偏光が直線偏光である場合、第2の偏光は第1の偏光に直交する直線偏光である。第1の偏光が円偏光である場合、第2の偏光は第1の偏光と逆向きの円偏光である。
吸収型偏光子30は、第1の画像表示部20およびビームスプリッター40よりも視認側に配置される。吸収型偏光子30は、第1の偏光を吸収し、第1の偏光と異なる第2の偏光を透過する。吸収型偏光子30により吸収される偏光と、第1の画像表示部20から出射される出射光の偏光とが一致していることにより、第1の画像表示部20の第1の画像表示面20aに表示された第1の画像は、直接視認されない。
ビームスプリッター40は、第1の入射光の一部を正反射し、他の一部を透過させる、半透過性の光学部材である。歪みのない像を得るために、ビームスプリッター40の透過反射面40aは平面であることが好ましい。
ビームスプリッター40は、吸収型偏光子30および第1の画像表示部20の視認側とは反対側に設置される。
0°<α1<90°
を満たすことが好ましい。α1が上記範囲にあると、虚像Bが視認者に視認しやすい角度で視認可能になるため、好ましい。なお、第1の画像表示面20aが曲面である場合、上述の第1の画像表示面20aと透過反射面40aとのなす角は、第1の画像表示面20aの最も凸となっている点における接線と透過反射面40aとのなす角とする。
ビームスプリッター40の表面に偏光変換素子を備えた構成とする場合、偏光変換素子としては、偏光解消素子や、位相差板を用いることができる。
第2の画像表示部50は、ビームスプリッター40の視認側とは反対の側に設置される。第2の画像表示部50の第2の画像表示面50aは、平面であってもよく、曲面であってもよい。また、第2の画像表示部50は、静止画および写真等であってもよいし、画像表示装置であってもよい。
γ1=2α1
となるように第1の画像表示部20、第2の画像表示部50およびビームスプリッター40を設置することで、虚像Bと透過像Cとを互いに平行にすることができる。
本発明の第1の画像表示システムの好ましい一実施形態について、図8〜図10を用いてさらに詳細に説明する。
光線201および光線202は吸収型偏光子21を透過し、ビームスプリッター40に入射する。s偏光のままビームスプリッター40に入射した光線201および光線202の一部は、ハーフミラー42の表面、すなわちビームスプリッター40の透過反射面40aで正反射され、透過反射面40aに関して面対称の位置に第1の画像表示面20aに表示されている第1の画像の虚像Bが形成される。このとき、虚像Bは、第1の画像表示部20の画像表示面20aとのなす角が2α1である。
図11は、本発明の第2の画像表示システムの一実施形態である。本画像表示システム111は、第1の画像表示部120と、反射型偏光子130と、ビームスプリッター140とを互いに同一でない面に備えている。本画像表示システム111は、反射型偏光子130とビームスプリッター140が視認側からこの順に設置されている。
図12には、第1の画像表示部120の第1の画像表示面120a上の一点から異なる角度で出射した光線211、および光線212の光路が図示されている。光線211および光線212は、反射型偏光子130で正反射され、反射型偏光子130の面130aに関して第1の画像表示面120aと面対称な位置に虚像Aを形成する。その後の光線の光路は、虚像Aから出射した光線の光路と同一であると見なすことができる。なお、虚像Aは視認側からは視認されない像である。
次に、本発明の第2の画像表示システムにおいて、第2の画像表示部を設置する場合について説明する。
図15に図示される本画像表示システム112は、第1の画像表示部120と、反射型偏光子130と、ビームスプリッター140とを互いに同一でない面に備えている。そして、反射型偏光子130とビームスプリッター140が視認側からこの順に設置された構成である点で、先に説明した画像表示システム111と共通している。本画像表示システム112においては、さらに、ビームスプリッター140の視認側とは反対の側に、第2の画像表示部150を備える。
第1の画像表示部120は、反射型偏光子の視認側とは反対側に設置される。
なお、第1の偏光は直線偏光であっても、円偏光であってもよい。第1の偏光が直線偏光である場合、第2の偏光は第1の偏光に直交する直線偏光である。第1の偏光が円偏光である場合、第2の偏光は第1の偏光と逆向きの円偏光である。
反射型偏光子130は、第1の偏光を正反射し、第1の偏光とは異なる第2の偏光を透過する光学部材である。反射および透過する偏光は直線偏光であってもよいし、円偏光であってもよい。中でも、反射型偏光子130としては、直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子が好ましい。第1の画像表示部120からの第1の出射光は第1の偏光であるので、第1の偏光を反射する反射型偏光子で正反射され、視認側へ出射されない。
0°<α2<90°
を満たすことが好ましい。α2が上記範囲にあると、虚像Bが視認者にとって視認しやすい角度で視認可能となるため、好ましい。なお、画像表示面120aが曲面である場合、上述の画像表示面120aと面130aとのなす角は、画像表示面120aの最も凸となっている点における接線と面130aとのなす角とする。
ビームスプリッター140は、入射光の一部を正反射し、残りの光を透過させる、半透過性の光学部材である。歪みのない像を得るために、ビームスプリッター140の透過反射面140aは平面であることが好ましい。
ビームスプリッター140は、反射型偏光子130および第1の画像表示部120の視認側とは反対側に設置される。第1の画像表示部120の第1の画像表示面120aと、ビームスプリッター140の透過反射面140aとのなす角β2は、
85°<β2<95°であることが好ましい。この場合、虚像Bが視認しやすい角度で視認されるため、好ましい。
ビームスプリッターの表面に偏光変換素子を貼合する場合、偏光変換素子としては、偏光解消素子や、位相差板を用いることができる。
第2の画像表示部150は、ビームスプリッター140の視認側とは反対の側に設置される。第2の画像表示部150の第2の画像表示面150aは平面であってもよく、曲面であってもよい。また、第2の画像表示部150は、静止画および写真であってもよいし、画像表示装置であってもよい。
γ2=2α2
とすることで、虚像Bと透過像Cとを互いに平行にすることができる。
本発明の第2の画像表示システムの好ましい一実施形態について、図17〜図20を用いてさらに詳細に説明する。
光線215および光線216は吸収型偏光子121を透過し、反射型偏光子130に入射する。反射型偏光子130はs偏光を反射する向きに設置されており、光線215および光線216の大部分が正反射され、反射型偏光子130の面130aに関して面対称の位置に虚像Aが形成される。このとき、虚像Aは、第1の画像表示部120の第1の画像表示面120aとのなす角が2α2である。なお、虚像Aは視認側からは視認されない。また、吸収型偏光子121が設置されていることにより、第1の画像表示部120の第1の画像表示面120aおよびその他の領域が、視認側から直接に視認されることがない。
厚み1mmのガラス板60の片面に、アルミニウムを真空蒸着し、透過率50%のハーフミラー70を作製した。
また、厚み1mmのガラス板60の片面に、ワイヤグリッド偏光子(商品名WGF、旭化成株式会社製)61、および吸収型偏光子62を、それぞれの透過軸の方向が一致するように、この順に積層し、偏光ビームスプリッター71(PBS71)を作製した。
また、ハーフミラー70の両面に、逆分散性のポリカーボネート1/4波長位相差フィルム(商品面ピュアエースWR W−142、帝人株式会社製)63および64を、互いの遅相軸の方向が直交する向きで積層し、1/4波長位相差板付きハーフミラー72を作製した。
実施例1は、本発明の第1の画像表示システムの具体的な構成例である。図21に実施例1の概略構成を示す。
Amazon社製タブレット端末Kindle fire HDXを、表示面20aが上方を向くように設置し、第1の画像表示部20とした(以降、第1の画像表示部20を設置した面を「底面」と呼ぶ。)。Kindle fire HDXから出射する光は直線偏光(第1の偏光)であった。
次に、吸収型偏光子30を、第1の画像表示部20よりも視認側の位置で、第1の画像表示部20の画像表示面20aと90°をなすように設置した。さらに、ビームスプリッター40として、1/4波長位相差板付きハーフミラー72を、第1の画像表示部20よりも視認側とは反対側の位置で、第1の画像表示部20の画像表示面20aと60°をなし、かつ、1/4波長位相差フィルム63の遅相軸が、視認側から見て、吸収型偏光子30の透過軸と45°をなす向きになるように設置した。
また、1/4波長位相差板付きハーフミラー72の視認側とは反対の側に、Amazon社製タブレット端末Kindle fire HDXを、表示面50aと第1の画像表示部20の画像表示面20aが120°をなすように設置し、第2の画像表示部50とした。
このようにして、実施例1の画像表示システム81を作製した。
図22に実施例2の画像表示システム82の概略構成を示す。
Amazon社製タブレット端末Kindle fire HDXを表示面120aが上方を向くように設置し、第1の画像表示部120とした。Kindle fire HDXから出射する光は直線偏光であった。
次に、反射型偏光子130として、偏光ビームスプリッター71を、第1の画像表示部120よりも視認側の位置で、第1の画像表示部120の画像表示面120aと60°をなすように設置した。このとき、ワイヤグリッド偏光子61および吸収型偏光子62の透過軸が、第1の画像表示部120から出射される直線偏光を透過しない向きで、吸収型偏光子62が視認側となるように設置した。
このようにして、実施例2の画像表示システム82を作製した。
図23に実施例3の画像表示システム83の概略構成を示す。
実施例2の画像表示システム82において、第1の画像表示部120の表示面120aの上に、吸収型偏光子121を、透過軸が第1の画像表示部120から出射される直線偏光を透過する向きになるように設置した。
このようにして、実施例3の画像表示システム83を作製した。
図24に実施例4の画像表示システム84の概略構成を示す。
実施例3の画像表示システム83において、ビームスプリッター140として1/4波長位相差板付きハーフミラー72を用い、1/4波長位相差フィルム63の遅相軸が、視認側から見て、反射型偏光子130の透過軸と45°をなす向きで設置した。
このようにして、実施例4の画像表示システム84を作製した。
図25に実施例5の画像表示システム85の概略構成を示す。
実施例4の画像表示システム84において、第1の画像表示部120の画像表示面120aと反射型偏光子130とが45°をなすように設置し、第2の画像表示部50の画像表示面150aが第1の画像表示部120の画像表示面120aと90°をなすように設置した以外は、実施例4と同様にして、実施例5の画像表示システム85を作製した。
図26に実施例6の画像表示システム86の概略構成を示す。
実施例5の画像表示システム85において、第2の画像表示部50を設置しなかった以外は、実施例5と同様にして、実施例6の画像表示システム86を作製した。
図27に比較例1の画像表示システム90の概略構成を示す。
Apple社製スマートフォンiPhone(登録商標)6sPlusを、表示面が上方を向くように設置し、第1の画像表示部120とした)。なお、iPhone(登録商標)6sPlusは、出射光が楕円偏光であり、直線偏光ではなかった。
次に、ハーフミラー70を、第1の画像表示部120よりも視認側の位置で、第1の画像表示部120の画像表示面120aと60°をなすように設置した。さらに、もうひとつのハーフミラー70を、第1の画像表示部120よりも視認側とは反対側の位置で、第1の画像表示部120の画像表示面120aと90°をなすように設置した。また、2つ目のハーフミラー70の視認側とは反対の側に、Apple社製スマートフォンiPhone(登録商標)6sPlusを、表示面150aと第1の画像表示部120の画像表示面120aが120°をなすように設置し、第2の画像表示部150とした。
このようにして、比較例1の画像表示システム90を作製した。
図28に比較例2の画像表示システム91の概略構成を示す。
底面にAmazon社製タブレット端末Kindle fire HDXを、表示面23aが上方を向くように設置し、第1の画像表示部23とした。次に、偏光ビームスプリッター71を、第1の画像表示部23に対し視認側とは反対側の位置で、第1の表示面23aと45°をなすように設置し、ビームスプリッター33とした。なお、このとき、ワイヤグリッド偏光子61および吸収型偏光子62の透過軸が、第1の画像表示部23から出射される直線偏光を反射する向きで、ガラス板60が視認側となるように設置した。また、ビームスプリッター33の視認側とは反対の側に、Amazon社製タブレット端末Kindle fire HDXを、表示面51aと第1の画像表示部23の画像表示面23aが90°をなすように設置し、第2の画像表示部51とした。
このようにして、比較例2の画像表示システム91を作製した。
図29に比較例3の画像表示システム92の概略構成を示す。
Innolux社製透過型液晶表示装置(製品名:TSM−1020)を、底面に対し垂直に設置し、第1の画像表示部24とした。また、第1の画像表示部24の視認側とは反対の側に、Amazon社製タブレット端末Kindle fire HDXを、底面に対し垂直に設置し、第2の画像表示部52とした。このようにして、比較例3の画像表示システム92を作製した。
[虚像Bまたは直接像Dの輝度の評価]
作製した画像表示システムにおいて、第1の画像表示部の全面を白色表示にし、第2の画像表示部を非表示として、株式会社トプコンテクノハウス社製分光放射計「SR−3」を用いて虚像Bの輝度を測定した。なお、比較例3の画像表示システム92においては、透過型液晶表示装置の直接像Dの輝度を測定した。結果を表1に示す。
作製した画像表示システムにおいて、第1の画像表示部を非表示とし、第2の画像表示部の全面を白色表示にして、株式会社トプコンテクノハウス社製分光放射計「SR−3」を用いて透過像Cの輝度を測定した。結果を表1に示す。
作製した画像表示システムにおいて、第1の画像表示部の全面を白色表示にし、第2の画像表示部を非表示として、第1の画像表示部の表示領域および非表示領域が視認側から直接視認されるかどうかを目視評価した。評価基準は以下の通りである。なお、結果を表1に示す。
<評価基準>
A:第1の画像表示部の表示領域および非表示領域の両方が視認されない。
B:第1の画像表示部の表示領域が視認されず、非表示領域がわずかに視認される。
C:第1の画像表示部の表示領域および非表示領域の両方がわずかに視認される。
D:第1の画像表示部の表示領域および非表示領域の両方が明瞭に視認される。
20、23、24 第1の画像表示部
20a 第1の画像表示面
21 吸収型偏光子
30 吸収型偏光子
30a 吸収型偏光子の面
40 ビームスプリッター
40a 透過反射面
41、43 1/4波長位相差板
42 ハーフミラー
50、51、52 第2の画像表示部
50a 第2の画像表示面
55 実体物
60 ガラス板
61 ワイヤグリッド偏光子
62 吸収型偏光子
63、64 1/4波長位相差フィルム
70 ハーフミラー
71 偏光ビームスプリッター
72 1/4波長位相差板付きハーフミラー
73 吸収型偏光子
81〜86、90〜92 画像表示システム
101〜106、201〜204、211〜218 光線
111、112、113 画像表示システム
120 第1の画像表示部
120a 第1の画像表示面
121 吸収型偏光子
130 反射型偏光子
130a 反射型偏光子の面
131 吸収型偏光子
140 ビームスプリッター
140a 透過反射面
150 第2の画像表示部
150a 第2の画像表示面
155 実体物
300 地図画像
301 付加画像
302 重畳画像
Claims (21)
- 第1の画像を表示する第1の画像表示面を有し、第1の偏光である第1の出射光を出射する第1の画像表示部と、
入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、前記第1の画像表示部から出射された前記第1の出射光が入射する位置に前記透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、前記第1の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターと、
前記第1の出射光のうち前記ビームスプリッターの前記透過反射面で反射された反射光が入射する位置に配置された、前記第1の偏光を吸収し、該第1の偏光と異なる第2の偏光を透過させる吸収型偏光子とを備えた画像表示システム。 - 前記第1の画像表示部の前記第1の画像表示面と前記ビームスプリッターの前記透過反射面とのなす角α1が
0°<α1<90°
を満たす請求項1に記載の画像表示システム。 - 第2の画像を表示する第2の画像表示面を有し、第2の出射光を出射する第2の画像表示部をさらに備え、
該第2の画像表示部は、前記ビームスプリッターの前記透過反射面に、前記第1の出射光が入射する側とは反対の側から前記第2の出射光を入射させる位置に配置されており、
前記第2の出射光の少なくとも一部が前記ビームスプリッターおよび前記吸収型偏光子を透過する請求項1または2に記載の画像表示システム。 - 前記第2の画像表示部の前記第2の画像表示面が、前記ビームスプリッターの前記透過反射面を挟んで前記第1の画像表示面と対称な位置に形成される虚像と重畳して視認される位置に配置されている請求項3に記載の画像表示システム。
- 前記第2の画像表示部の前記第2の画像表示面が前記虚像と平行、かつ、異なる面に位置している請求項4に記載の画像表示システム。
- 前記第1の画像表示部の前記第1の画像表示面と前記ビームスプリッターの前記透過反射面とのなす角がα1である場合、
前記第1の画像表示部の前記第1の画像表示面と、前記第2の画像表示部の前記第2の画像表示面とのなす角が2α1である請求項3から5のいずれか1項に記載の画像表示システム。 - 前記第1の画像と前記第2の画像とが、互いに情報を補完するものである請求項3から6のいずれか1項に記載の画像表示システム。
- 前記ビームスプリッターがハーフミラーを含む請求項1から7のいずれか1項に記載の画像表示システム。
- 前記ビームスプリッターが偏光変換素子を含む請求項8に記載の画像表示システム。
- 前記偏光変換素子が1/4波長位相差板である請求項9に記載の画像表示システム。
- 第1の画像を表示する第1の画像表示面を有し、第1の偏光である第1の出射光を出射する第1の画像表示部と、
該第1の画像表示部から出射された前記第1の出射光が入射する位置に配置された、前記第1の偏光を反射する反射型偏光子と、
入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、前記反射型偏光子で反射された前記第1の出射光が入射する位置に、前記透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、前記第1の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターとを備え、
前記反射型偏光子は、前記第1の出射光のうち該反射型偏光子で反射され前記ビームスプリッターでさらに反射された反射光が入射する位置に配置されている画像表示システム。 - 前記第1の画像表示部の前記第1の画像表示面と前記反射型偏光子とのなす角α2が
0°<α2<90°
を満たし、かつ、前記第1の画像表示面と前記透過反射面とのなす角β2が
85°<β2<95°
である請求項11に記載の画像表示システム。 - 第2の画像を表示する第2の画像表示面を有し、第2の出射光を出射する第2の画像表示部をさらに備え、
該第2の画像表示部は、前記ビームスプリッターの前記透過反射面に、前記反射型偏光子が配置されている側とは反対の側から前記第2の出射光を入射させる位置に配置されており、
前記第2の出射光の少なくとも一部が前記ビームスプリッターおよび前記反射型偏光子を透過する請求項11または12に記載の画像表示システム。 - 前記第2の画像表示部の前記第2の画像表示面が、前記反射型偏光子および前記ビームスプリッターの前記透過反射面を介して形成される前記第1の画像表示面の虚像と重畳して視認される位置に配置されている請求項13に記載の画像表示システム。
- 前記第2の画像表示部の前記第2の画像表示面が前記虚像と平行、かつ、異なる面に位置している請求項14に記載の画像表示システム。
- 前記第1の画像表示部の前記第1の画像表示面と前記反射型偏光子とのなす角がα2である場合、
前記第1の画像表示部の前記第1の画像表示面と、前記第2の画像表示部の前記第2の画像表示面とのなす角が2α2である請求項13から15のいずれか1項に記載の画像表示システム。 - 前記第1の画像と、前記第2の画像とが、互いに情報を補完するものである請求項13から16のいずれか1項に記載の画像表示システム。
- 前記反射型偏光子の、前記第1の出射光が入射する面とは反対の面側に配置された、前記第1の偏光を吸収する吸収型偏光子を備えている請求項11から17のいずれか1項に記載の画像表示システム。
- 前記ビームスプリッターがハーフミラーを含む請求項11から18のいずれか1項に記載の画像表示システム。
- 前記ビームスプリッターが偏光変換素子を含む請求項19に記載の画像表示システム。
- 前記偏光変換素子が1/4波長位相差板である請求項20に記載の画像表示システム。
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