WO2024024275A1

WO2024024275A1 - 携帯可能な空間浮遊映像表示システム

Info

Publication number: WO2024024275A1
Application number: PCT/JP2023/020644
Authority: WO
Inventors: 浩二平田; 寿紀杉山
Original assignee: マクセル株式会社
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2023-06-02
Publication date: 2024-02-01
Also published as: JP2024017364A

Abstract

空間の外部に対して好適に映像を表示すること。本発明によれば、持続可能な開発目標の「3すべての人に健康と福祉を」、「9産業と技術革新の基盤をつくろう」、「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。空間浮遊映像情報表示システムは、表示パネルと光源装置とを保持する筐体と、電源を備え、第１の連結部を介して筐体と連結される電源部と、第２の連結部を介して筐体と連結される再帰反射部材を保持するフレーム構造体と、を備える。

Description

携帯可能な空間浮遊映像表示システム

　本発明は、携帯可能な空間浮遊映像表示システムおよびそれに用いられる光学系に関する。

　空間浮遊映像表示システムとして、直接外部に向かって映像を表示する映像表示装置と空間画面として表示される表示法は既に知られている。また、空間像を表示する再帰反射部材については、例えば、特許文献１に開示されている。更に、例えば、特許文献２に開示されている。

特開２０１７－０６７９３３号公報特開２０１９－１３３１０９号公報

　空間浮遊映像表示システムとして、直接外部に向かって映像を表示する映像表示装置と空間画面として表示される表示法は既に知られている。しかしながら、上述した従来技術の空間浮遊映像装置においては空間浮遊映像を発生させる再帰反射部材の構成や配置、映像光源からの映像光の照射方法についての記載はあるが、携帯可能な空間浮遊映像表示システムの構成や実現技術についての設計手法に関しては考慮されていない。

　本発明の目的は、空間浮遊映像表示システムまたは空間浮遊映像表示装置において、携帯可能な空間浮遊映像表示システムを実現する技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例としての空間浮遊映像表示装置を以下に挙げる。本願の一例としての空間浮遊映像表示システムは、表示パネルと光源装置とを保持する筐体と、電源を備え、第１の連結部を介して筐体と連結される電源部と、第２の連結部を介して筐体と可動で連結される再帰反射部材を保持するフレーム構造体と、を備える。

　本発明によれば、空間浮遊映像表示システムまたは空間浮遊映像表示装置において、携帯可能なシステムを実現することが出来る。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る透過型再帰反射部材の構成と空間浮遊像の発生位置を示す図である。本発明の一実施例に係る透過型再帰反射部材を構成する光学部材の特性を説明するための説明図である。本発明の一実施例に係る反射型再帰反射部材の構成と空間浮遊像の発生位置を示す図である。本発明の一実施例に係る液晶パネルの具体的な構成の例を示す構造図である。本発明の一実施例に係る光源装置と液晶パネルの配置を示す構造図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す側面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す上面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す第２の側面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す第３の側面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す第４の側面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す第１の正面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す第５の側面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す第２の正面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す斜視図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す正面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す上面図で筐体の一部を透視した構造図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す側面図である。本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す図である。光源装置の具体的な構成の例を示す斜視、上面及び断面図である。別方式の光源装置の具体的な構成の別の例を示す構造図である。別方式の光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。別方式の光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。別方式の光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。別方式の光源装置の具体的な構成の別の例を示す構造図である。別方式の光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。光源装置に備えた拡散板の具体的な構成の例を示す断面図である。映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。液晶パネルの視覚特性を測定する座標系を示す図である。一般的な液晶パネルの輝度角度特性（長手方向）を示す図である。一般的な液晶パネルの輝度角度特性（短手方向）を示す図である。一般的な液晶パネルのコントラストの角度特性（長手方向）を示す図である。一般的な液晶パネルのコントラストの角度特性（短手方向）を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態（以下、「本開示」ともいう）の内容に限定されるものではない。本発明は、発明の精神ないし特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲またはその均等範囲物にも及ぶ。また、以下に説明する実施形態（実施例）の構成は、あくまで例示に過ぎないのであって、本明細書に開示される技術的思想の範囲において、当業者による様々な変更および修正が可能である。

　また、本発明を説明するための図面において、同一または類似の機能を有するものには、同一の符号を付与し、適宜、異なる名称を使用する一方で、機能等の繰り返しの説明を省略する場合がある。なお、以下の実施形態の説明において、空間に浮遊する映像を「空間浮遊映像」という用語で表現している。この用語の代わりに、「空中像」、「空間像」、「空中浮遊映像」、「表示映像の空間浮遊光学像」、「表示映像の空中浮遊光学像」などと表現してもかまわない。実施形態の説明で主として用いる「空間浮遊映像」の用語は、これらの用語の代表例として用いている。

　本開示は、小型映像発光源からの映像光による映像を、再帰反射部材によって空間浮遊映像として表示可能な携帯情報端末等に関する。

　以下の実施形態によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像を空間浮遊した状態で表示可能となる。この時、出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させることができる。このため、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式では実現し得なかった携帯可能な小型で低消費電力な空間浮遊映像表示装置を得ることができる。

　また、本開示の光源を含む装置と光学系により、消費電力を大幅に低減することが可能で、新規で小型の映像表示装置（液晶パネル）と組み合わせれば低消費電力で携帯しての利用が可能な空間浮遊映像表示システムを提供することができる。また、本開示の技術によれば、例えば、車両のフロントガラスやリアガラスやサイドガラスを含むシールドガラスを介して、車両外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の空間浮遊映像の表示が可能な車両用浮遊映像表示システムを提供することができる。

　次いで、本願発明で開示する実施例の空間浮遊映像表示装置において使用される透過型の再帰反射部材の作用と具体的な空間浮遊映像表示装置の実施例について説明する。図１Ａ（２）に示すように、映像表示装置１に対して透過型再帰反射部材２は４０～５０度の角度を有して傾斜配置されるのが一般的である。この時、空間浮遊映像３は映像光が透過型再帰反射部材２に入射する角度と同一角度で透過型再帰反射部材２から出射する。この時、空間浮遊映像３は映像表示装置１と透過型再帰反射部材２までの距離Ｌ１と同じ距離だけ離れた対称位置に形成される。

　以下、図１Ａ及び図１Ｂに示した透過型再帰反射部材２を使用した光学系による空間浮遊映像の結像のメカニズムについて図１Ａ及び図１Ｂを用いて詳細に説明する。透過型再帰反射部材２の一方に設けられた映像表示装置１から発した映像光は、第２の光制御部材２２の平面光反射部Ｃ（光反射部材２０の反射面）で反射し、次に第１の光制御部材２１の平面光反射部Ｃ′（光反射部材２０の反射面）で反射することで空間浮遊像３（実像）を、透過型再帰反射部材２の外側位置（他方側の空間）に結像する。すなわち、この透過型再帰反射部材２を用いることで空間浮遊映像表示装置が成立し、空間に映像表示装置１の画像を空間浮遊像として表示できる。

　以上述べた透過型再帰反射部材２では上述したように二つの反射面が存在するため図１Ｂ（１）、（２）に示すように空間浮遊像３の他に反射面の数に応じた二つのゴースト像３ａ、３ｂが発生する。

　更に、外光の強度が高い場合、透過型再帰反射部材２の上面から入射すると、反射面の間隔（３００μｍ以下）が短くなるため、光干渉が発生し、虹色の反射光が観察され、観視者に再帰反射部材の存在が認識されると言う弊害があることが判った。そこで外光入射により再帰反射部材５の反射面のピッチによって発生する干渉光が観視者に戻らないように外光の入射角度をパラメータとして干渉光が発生する面積を実験的に求めた。反射面のピッチが３００μｍで反射面の高さが３００μｍとした場合には透過型再帰反射部材を垂直面に対して傾斜角θを３５度以上傾けると干渉光が観視者側に戻らないことを見出した。

　他方、上述した光反射部材２０のピッチＰと反射面の高さＨの比率（Ｈ／Ｐ）では反射面の６０％程度が再帰反射による空間浮遊像を形成し、残りの４０％がゴースト像を発生させる異常反射光となることが判った。今後空間浮遊映像の解像度向上のためには反射面のピッチの短縮が必須となる。加えてゴースト像の発生を抑えるためには反射面の高さを現状よりより高くする必要があるが第二の再帰反射部材２の製造上の制約により、反射面のピッチＰと高さＨの比（Ｈ／Ｐ）は現状の１．０に対して０．８から１．２の範囲を選択すると良い。

　図２では、本発明の一実施例に係る反射型再帰反射部材の構成と反射型再帰反射部材を用いた空間浮遊像表示装置の基本構成を示す。図２に示すように、ガラス等の透光性を有する透明な部材または透過性プレート１００の斜め方向に、特定偏波の映像光を挟角に発散させる映像表示装置１を備える。映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えている。

　映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明な部材１００に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材１０１（図中では偏光分離部材１０１をシート状に形成して透明な部材１００に粘着している）で反射され、再帰反射部材５に入射する。再帰反射部材５の映像光入射面にはλ／４板２１を設ける。映像光は、再帰反射部材２への入射のときと出射のときの２回、λ／４板２１を通過させられることで特定偏波から他方の偏波へ偏光変換される。ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１は、偏光変換された他方の偏波の偏光を透過する性質を有するので、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材１０１を透過する。偏光分離部材１０１を透過した映像光が、透明な部材１００の外側に実像である空間浮遊映像３を形成する。上述した偏光分離部材１０１は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。

　図２の構成では、矢印Ａの方向からユーザが視認する場合には空中浮遊映像３は明るい映像として視認されるが、矢印Ｂの方向から他の人物が視認する場合には、空中浮遊映像３は映像として一切視認することはできない。この特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステムに採用する場合に、非常に好適である。

　本実施の形態では、映像表示装置１の映像表示面に吸収型偏光板１２を設けた構成について説明している。吸収型偏光板１２は、映像表示装置１から出射する映像光を当該吸収型偏光板１２にて透過させ、偏光分離部材１０１から戻ってくる反射光を当該吸収型偏光板１２で吸収させることで、再反射を抑制できる。したがって、吸収型偏光板１２を用いる本実施の形態によれば、反射型再帰反射部材を用いた空間浮遊映像装置では空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止ないし抑制することができる。

　以上述べた検討の結果、発明者は透過型再帰反射部材または反射型再帰反射部材を用いた空間浮遊映像表示システムにおいて得られる空間浮遊映像を高画質化しつつ、小型の映像表示装置１に合わせて低消費電力で電池駆動が可能な携帯できる空間浮遊映像表示装置を実現する再帰反射光学系について検討し、本願発明に至った。以下、本願発明を、図面を用いて詳細に説明する。

　＜小型化を実現するレイアウト＞
　図３には、液晶パネル１１とＦＰＣ（Flexible printed circuits）２４９と回路基板２５１を設けた構造を示している。液晶パネル１１と回路基板２５１はＦＰＣ２４９により接続されている。図４に示すように液晶パネル１１の短辺と平行な方向に一列に配置されている面光源であるＬＥＤチップからの光は、リフレクタ３００により略平行光に変換し、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）２１で偏光変換して特定偏波の光として反射型導光体３１１に入射し、この反射面３０７で反射して液晶パネル１１の所望の位置に所望の角度で入射する。反射型導光体３１１は図４に示す光源ブロック３１２に対して傾斜勾配を有しており、反射型導光体３１１の下部に液晶パネル１１のＦＰＣ２４９をまげて回路基板２５１を配置する。回路基板２５１は反射型導光体３１１の背面に沿って配置した方がより薄型にできる。この構成によって無駄なスペースが軽減されるためコンパクトに光源装置１３と液晶パネル１１を筐体へ収納可能となる。

　図４を用いて液晶パネル１１の短辺方向に光源ブロック３１２を配置したレイアウトについて説明したが、液晶パネル１１の長辺方向に光源ブロックを配置したレイアウトにおいても同様であり、また液晶パネル１１の短辺または長辺の両側に光源ブロック３１２を対向して配置する場合も、液晶パネル１１とＦＰＣ２４９と回路基板２５１は上記と同様に配置すると良い。この構成を実現することで無駄なスペースが軽減されるためコンパクトに光源装置１３と液晶パネル１１を筐体へ収納できる。

　＜小型空間浮遊映像表示装置の実施例１＞
　図５は上述した液晶パネル１１と光源装置１３をコンパクトな筐体２５３に内蔵させ、筐体２５３と電源部２５６とをヒンジ２５５で連結または接続し可動可能な構造とする。電源部２５６は、例えば無線給電タイプのバッテリーパックなどがある。透過型の再帰反射部材２はフレーム構造体２５２で保持されている。筐体２５３を基準にして筐体２５３の一方側に第２の連結部を介してフレーム構造体２５２が可動で接続され、筐体２５３の他方側に第１の連結部を介して電源部２５６が可動で接続されている。つまり、筐体２５３を基準にして筐体２５３の一方側にヒンジ２５４を介してフレーム構造体２５２が可動で接続され、筐体２５３の他方側にヒンジ２５５を介して電源部２５６が可動で接続されている。フレーム構造体２５２と接続されている筐体２５３の端部と電源部２５６と接続されている筐体２５３の端部は対向している。また、筐体２５３とヒンジ２５５を介して連結されている電源部２５６の端部に対向する電源部２５６の他方側がフレーム構造体２５２と接続されていないが、ヒンジ２５５を介してフレーム構造体２５２側へ可動する場合、フレーム構造体２５２の一端側に接触することが可能となる。この結果、透過型の再帰反射部材２は光源装置１３と液晶表示パネル１１を内蔵した筐体２５３に対して任意の角度に固定でき、透過型の再帰反射部材２は任意に可動可能となる。

　空間浮遊映像３を表示する場合は、フレーム構造体２５２のヒンジ２５４と連結している端部と対向する他方側はヒンジ２５４を軸にして、筐体２５３に内蔵された液晶表示パネル１１の光出射側へ回転できる。また、電源部２５６のヒンジ２５５と連結している端部と対向する他方側はヒンジ２５５を軸にして、空間浮遊映像３側へ回転できる。この結果、観視者の視線に向けて、つまり図５では垂線に対してθ１の角度に向けて、最適な位置と方向に空間浮遊映像３の結像位置を調整できる。なお、ヒンジ２５５を第１の接続部、ヒンジ２５４を第２の接続部と称してもよい。第１、第２の連結部は連結部材と可動部材を含んでもよい。

　図６は図５に示した本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す上面図である。空間浮遊映像３の上端は観視者の視点と透過型再帰反射部材２の上端を結んだ線分より上に結像することが無いため、浮遊感を大きくするためには、フレーム構造体２５２の観視者に向かった端部、特に上部つまりヒンジ２５４によって筐体２５３と接続または連結されていない端部に視点が移動しやすいように印を付加すると良い。更に空間浮遊映像３の上部に黒表示の部分を設けることで浮遊感を大きくすることが出来る。図５及び図６にはＬＥＤで発生する熱を外部に放熱するために金属フィン１０４を筐体外部に露出させても良いし、筐体内部に設けてもよい。

　図１３Ａに示す空間浮遊映像表示装置は、図示のように、概略的に筒形状、特に円筒形状の筐体を有する。この円筒形状の筐体を有する空間浮遊映像表示装置は、収納可能なボトルホルダー（ドリンクホルダーともいう）型であり、比較的小型（コンパクト）で可搬型（ポータブル）の空間浮遊映像表示装置である。例えば、このような空間浮遊映像表示装置は、車両内のボトルホルダー（ドリンクホルダーともいう）やダッシュボードの上等に適宜に配置可能である。この円筒形状は、高さ方向（鉛直方向と対応する）に筒の軸が延在し、それに直交する方向（水平方向と対応する）に筒の径が延在する形状である。この円筒形状の筐体は、大別して筐体上部と筐体下部とを有し、それらが接続されている。なお、筐体上部と筐体下部は一体的に接続されていてもよいし、一体的でなくてもよい。筐体内部には、光学系や制御回路基板、また必要に応じて充電池などが収納されている。

　図１３Ａには、透過型再帰反射部材２を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの構造を示している。図１３Ａ（１）は透過型再帰反射部材２を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの斜視図、図１３Ａ（２）は透過型再帰反射部材２を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの正面図、図１３Ａ（３）は透過型再帰反射部材２を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの側面図を示している。本実施例の空間浮遊映像表示装置は、電源部２５６とフレーム構造体２５２と映像表示装置を内蔵している筐体２５３とを備えている。このようなドリンクホルダー型の空間浮遊映像装置は、バランスを保つために筐体上部には再帰反射部材２と映像表示装置が配置され、筐体下部には電源部２５６が配置される。筐体２５３は光源装置１３と液晶パネル１１を内蔵している。フレーム構造体２５２は透過型再帰反射部材５を保持している。映像表示装置は光源装置と液晶表示パネルとを備えている。

　また、図１３Ａに示すように、筐体２５３は電源部２５６に対して傾斜して配置され、筐体２５３の一方の端部は支持部２５８に固定されており、筐体２５３の対向するもう一方の端部にはヒンジ２６０を介してフレーム構造体２５２と可動で連結されている。なお、本実施形態における支持部２５８と連結されている筐体２５３の端部を下部、つまり電源部２５６側とし、フレーム構造体２５２と連結されている筐体２５３の端部を上部とする。鉛直方向または高さ方向において、支持部２５８には凹部が形成されており、当該凹部に筐体２５３が固定される。図１３Ａ（３）に示すように、支持部２５８はコの字型の形状であり、この形状に限定されず設計に応じて他の形状でもよい。フレーム構造体２５２とヒンジを介して可動で連結される筐体２５３の端部は支持部２５８の上部と同じ高さである。つまり、凹部と固定された筐体２５３の端部と対向する端部は支持部２５８の上部と同じ高さである。図１３Ａ（１）では、筐体２５３に内蔵される映像表示装置からの映像光を透過型再帰反射部材２で透過させ、フレーム構造体２５２を基準にして支持部２５８の逆側に空中に空間浮遊映像（図示せず）を形成させる。ユーザの視線に合わせて、フレーム構造体２５２のヒンジ２６０と連結している端部と対向する端部は支持部２５８と接しており、ヒンジ２６０を軸として空間浮遊映像側へ回転可能である。なお、支持部２５８を第１の連結部、または第１の接続部と称してもよく、ヒンジ２６０を第２の連結部、または第１の接続部と称してもよい。

　一方で、図１３Ａの配置以外のドリンクホルダー型空間浮遊映像装置の別の配置例としては、筐体２５３に内蔵されている映像表示装置は支持部２５８の高さ方向に配置されてもよい。この場合、フレーム構造体２５２の端部は支持部２５８の上部にヒンジ２６０を介して可動で固定されるので、フレーム構造体２５２に保持される再帰反射部材２の可動領域が大きくなり、ユーザの視線に合わせて空間浮遊映像の表示位置を調整できる。また、外光を防ぐためにヒンジ２６０と接続される筐体２５３の側面と支持部２５８と接続される筐体２５３の側面以外の側面に側壁を設けることで空間浮遊映像の視認性が向上する。当該側壁は筐体２５３と支持部２５８とフレーム構造体２５２とに囲まれた空間の両側に配置されてもよい。当該側壁は着脱可能でもよいし、折り畳み式でもよいし、収納可能でもよい。例えば、側壁は筐体２５３のヒンジがない両端部に配置されてもよい。

　上述した構成により、小型化、携帯可能なデザイン及び低消費電力を実現する空間浮遊映像表示システムを提供できる。空間浮遊映像表示システムは、映像を表示する表示パネルと、表示パネルのための光源装置とを同一筐体に内蔵し、表示パネルからの映像光を反射させ、反射した光により空中に実像の空間浮遊映像を表示せしめる透過型再帰反射部材を護持する保持部材とモバイルバッテリーをそれぞれフランジで接続する。これにより、使用形態に応じてシステム形態を変化さることで携帯性を持たせ、光源装置の指向特性を狭角とすることで消費電力の大幅な低減が可能となる。

　＜空間浮遊映像を固定する設置方法＞
　図７は本願発明の実施例に係る空間浮遊映像表示システムにおいて空間浮遊像３を観視者の視線つまり図７では垂線に対してθ２に合わせて固定する構造を示す第２の側面図である。筐体２５３と電源部２５６とをヒンジ２５５で回転させ接続する。フレーム構造体２５２の上端部、つまり、ヒンジ２５４によって筐体２５３と接続または連結されていない端部と電源部２５６のヒンジ２５５によって筐体２５３と接続されていない端部を接触させ、筐体２５３とフレーム構造体２５２に保持された透過型の再帰反射部材２との間の角度を固定する。なお、電源部２５６は、例えば無線給電タイプのバッテリーパックなどがある。液晶パネル１１と光源装置１３を内蔵した筐体２５３の両端部にヒンジを設けることで空間浮遊映像表示システムを使用形態に合わせてシステムアップできる。また、外光を防ぐためにヒンジ２６０と接続される筐体２５３の側面と支持部２５８と接続される筐体２５３の側面以外の側面に側壁を設けることで空間浮遊映像の視認性が向上する。当該側壁は着脱可能でもよいし、折り畳み式でもよいし、収納可能でもよい。例えば、側壁は筐体２５３のヒンジがない両端部に配置されてもよい。また、図７に示すように透過型の再帰反射部材２を保持したフレーム構造体２５２を筐体２５３に対して垂直に近づけることで空間浮遊映像３を底面に対して垂直な方向に角度調整することもでき、空間浮遊像３の位置を観視者の視点方向つまり図８では垂線に対してθ３に合わせて調整することも可能となる。また、図８に示した設置においても図７と同様に透過型の再帰反射部材２の後方（図面の右側）つまり再帰反射部材２の光入射面に入射する外光を遮光できるため、空間浮遊像３の画質、特にコントラスト性能が大幅に向上する。

　＜小型空間浮遊映像表示装置の実施例２＞
　図９は空間浮遊映像表示装置の第２の実施例を示す側面図である。第１の実施例と同様に液晶パネル１１と光源装置１３をコンパクトな筐体２５３に内蔵させ、筐体２５３と電源部２５６とはヒンジ２５５によって接続または連結され可動可能な構造とする。電源部２５６は、例えば無線給電タイプのバッテリーパックなどがある。透過型の再帰反射部材２は、フレーム構造体２５２で保持され、筐体２５３のヒンジ２５５によって電源部２５６と接続されていない方の端部でヒンジ２５４によって筐体２５３と接続される。この結果、透過型の再帰反射部材２は液晶パネル１１と光源装置１３を内蔵した筐体２５３に対して任意の角度に固定でき、可動可能となる。この結果、観視者の視線つまり図９では垂線に対してθ１の角度に向けて最適な位置と方向に空間浮遊映像３の結像位置を調整できる。なお、ヒンジ２５５を第１の連結部、ヒンジ２５４を第２の連結部と称してもよいし、ヒンジを接続部と称してもよい。また、外光を防ぐために筐体２５３と電源部２５６とフレーム構造体２５２で囲まれた三角柱の空間の両側に側壁を設けることで空間浮遊映像の視認性が向上する。当該側壁は着脱可能でもよいし、折り畳み式でもよいし、収納可能でもよい。

　＜錯覚による空間浮遊量の拡大効果＞
　図１０は図９に示した本発明の一実施例で係る空間浮遊映像表示システムの構造を示す正面図である。空間浮遊映像３の上端、つまり筐体２５３が配置されいない側は観視者の視点と透過型再帰反射部材２の上端、つまり筐体２５３が配置されていない側を結んだ線分より上に結像することが無い。そのため、発明者は、空間浮遊映像の浮遊感を大きく感じさせる具体的な技術手段を検討した。この結果、フレーム構造体２５２の観視者に向かった端部、特に上部つまりヒンジ２５４によって筐体２５３と接続または連結されていない端部に視点が移動しやすいようにフレーム構造体２５２のヒンジ２５４によって筐体２５３と接続されていない端部に印２５７－１を付加する。更にフレーム構造体２５２の側面つまり印２５７－１に対する側面のうち再帰反射部材２と対向していない面に同様な印２５７－２及び印２５７－３を付帯することで観視者の意識が印に向かう。この結果、空間浮遊映像３の浮遊量を実態より大きく感じさせる効果があることを見出した。図９及び図１０には第１の実施例とは異なり、ＬＥＤで発生する熱を外部に放熱する金属フィン１０４（図示せず）は筐体内部に配置されており、露出させていない。なお、金属フィン１０４は筐体外部に配置されてもよい。

　＜空間浮遊映像表示装置の非表示状態＞
　図１１は空間浮遊映像表示装置の空間浮遊映像３が非表示の状態を示す側面図である。液晶パネル１１と光源装置１３をコンパクトな筐体２５３に内蔵させ、筐体２５３と電源部２５６とはヒンジ２５５によって接続または連結され、横方向に並べて配置する。つまり、筐体２５３と電源部２５６はヒンジ２５５によって可動可能だが、図１１では筐体２５３と電源部２５６とがなす角度が約１８０度で配置されている。筐体２５３と電源部２５６との上部に透過型の再帰反射部材２を保持したフレーム構造体２５２は、筐体２５３のヒンジ２５５によって電源部２５６と接続されていない側の端部に設けたヒンジ２５４により筐体２５３と接続されており、ヒンジ２５４によって折り畳むことが可能となる。この結果、透過型の再帰反射部材２は液晶パネル１１と光源装置１３を内蔵した筐体２５３と電源部２５６に対して重ねて固定保持され、最も薄型の構造体となり携帯可能な厚さとなる。また、空間浮遊映像３が非表示状態の場合は、フレーム構造体２５２のヒンジ２５４と連結している端部と対向する他方側は筐体２５３に内蔵された液晶表示パネル１１の光出射側へ回転して折りたたんでもよいし、液晶パネル１１の光出射側とは反対側に回転して折りたたんでもよい。フレーム構造体２５２のヒンジ２５４と連結している端部と対向する他方側を液晶表示パネル１１の光出射側に回転して折りたたんだ場合は、液晶パネル１１にほこり等が付着するのを防ぐことができる。一方で、フレーム構造体２５２のヒンジ２５４と連結している端部と対向する他方側を液晶パネル１１の光出射側とは反対側に回転して折りたたんだ場合は長手方向においては装置の長さを短くすることができるが厚さは大きくなる。このようにユーザのニーズに合わせて折りたたみ方を調整することができる。なお、電源部２５６は、例えば無線給電タイプのバッテリーパックなどがある。

　図１２は図１１に示した本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示システムをＡから見たＡ斜視図であり、筐体２５３と電源部２５６の横幅つまり縦方向の厚さ及び縦方向に厚さを揃えれば一体となるためより携帯性に優れた空間浮遊映像表示システムが実現できる。

　また、本実施例の空間浮遊映像表示装置では、観視者が空間浮遊映像３を覗き込んだ場合にも液晶表示パネル１１の映像表示面が再帰反射部材２の反射面で遮光される。そのため、この空間浮遊映像表示装置では、液晶表示パネルと再帰反射部材が角度を有して配置しているため液晶表示パネルの表示画像は直接的には観難くなる。

　更に、液晶パネル１１からの映像光は再帰反射部材等の反射部材での反射率を原理的に高くできるのでＳ偏波を使用すると良い。しかしながら、観視者が偏光サングラスを使用した場合は空中浮遊像が偏光サングラスで反射または吸収されるため、この対策として特定偏波の映像光の一部を光学的に他方の偏波に変換して疑似的に自然光に変換する偏光解消素子１０３を透過型再帰反射部材２の観視者側つまり空間浮遊映像３側の面に設けても良い。この結果、観視者が偏光サングラスを使用していても良好な空間浮遊映像を観視することが出来る。透明性プレート１００と粘着剤によって光学的に接合されると光の反射面が発生せず空間浮遊像の画質を損なわない。

　偏光解消素子の市販品としては、コスモシャインＳＲＦ（東洋紡社製）、偏光解消粘着剤（長瀬産業社製）が挙げられる。コスモシャインＳＲＦ（東洋紡社製）の場合、画像表示装置上に粘着剤を貼合することにより、界面の反射を低減して輝度を向上させることができる。また、偏光解消粘着剤の場合、無色透明板と画像表示装置とを、偏光解消粘着剤を介して貼合することで使用される。本実施例では前述したように映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３を備えている。

　＜小型空間浮遊映像表示装置の実施例３＞
　図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１３Ｄ、図１３Ｅには、反射型再帰反射部材５を用いた空間浮遊映像表示システムの構造を示している。図１３Ｂは、反射型再帰反射部材５を用いた空間浮遊映像表示システムの斜視図である。図１３Ｃは反射型再帰反射部材５を用いた空間浮遊映像表示システムの正面図であり、図１３Ｄは反射型再帰反射部材５を用いた空間浮遊映像表示システムの上面図であり、図１３Ｅは反射型再帰反射部材５を用いた空間浮遊映像表示システムの側面図である。図１３Ｄでは、筐体２５３の中身が見えるような図となっており、光源装置１３の一部を図示している。光源装置１３は、ＬＥＤ１４とリフレクタ３００と導光体３０６を備えている。光源装置１３の詳細な説明については下記に示しているためここでは省略する。

　図１３Ｂ～図１３Ｅは図２に示す本願発明の一実施例に対応した実施形態である。筐体２５３には光源装置１３と液晶表示パネル１１が内蔵されており、筐体２５３はヒンジ２５５により可動可能で電源部２５６と接続または連結されている。反射型再帰反射部材５は第１の連結部と第２の連結部の間に配置されている。電源部２５６の空間浮遊映像が形成される側を上部とし、電源部２５６の上部には反射型再帰反射部材５が設けられている。反射型再帰反射部材５は電源部２５６と接着されてもよいし、フレーム構造体等にて反射型再帰反射部材５を固定して電源部２５６の上部に配置されてもよい。また、電源部２５６は例えば無線給電タイプのバッテリーパックなどがある。電源部２５６はヒンジ２５４により透明な部材１００と接続されている。例えば、図１３Ｂに示すように、電源部２５６と筐体２５３とのなす角が約９０度になるようにヒンジ２５５で調整し、筐体２５３のヒンジ２５５が取り付けられていない端部に透明部材１００が接するようにヒンジ２５４によって調整する。この場合、光源装置１３からの光が液晶表示パネル１１に入射し、液晶表示パネル１１からの光は透明部材１００の光入射面に設けた偏光分離部材１０１（図示なし）で反射し、反射された光が反射型再帰反射部材５で反射し、その後透明部材１００を透過し空中に空間浮遊映像（図示せず）を形成する。

　また、電源部２５６を基準にして電源部２５６の一方側に第２の連結部を介して透明部材１００が可動で接続され、電源部２５６の他方側に第１の連結部を介して筐体２５３が可動で接続されている。つまり、電源部２５６を基準にして電源部２５６の一方側にヒンジ２５４を介して透明部材１００が可動で接続され、電源部２５６の他方側にヒンジ２５５を介して筐体２５３が可動で接続されている。透明部材１００と接続されている電源部２５６の端部と筐体２５３と接続されている電源部２５６の端部は対向している。また、電源部２５６とヒンジ２５５を介して連結されている筐体２５３の端部に対向する筐体２５３の他方側が透明部材１００と接続されていないが、筐体２５３がヒンジ２５５を介して透明部材１００側へ可動する場合、透明部材１００の一端側に接触することが可能となる。この結果、透明部材１００は電源部２５６に対して任意の角度に固定でき、透明部材１００は任意に可動可能となる。空間浮遊映像３を表示する場合は、透明部材１００のヒンジ２５４と連結している端部と対向する他方側はヒンジ２５４を軸にして、再帰反射部材５の光出射側へ回転できる。また、筐体２５３のヒンジ２５５と連結している端部と対向する他方側はヒンジ２５５を軸にして、空間浮遊映像側へ回転できる。この結果、観視者の視線に向けて、最適な位置と方向に空間浮遊映像の結像位置を調整できる。なお、ヒンジ２５５を第１の接続部、ヒンジ２５４を第２の接続部と称してもよい。第１、第２の連結部は連結部材と可動部材を含んでもよい。

　また、外光を防ぐために筐体２５３と電源部２５６と透明部材１００で囲まれた三角柱の空間の両側に側壁を設けることで空間浮遊映像の視認性が向上する。当該側壁は着脱可能でもよいし、折り畳み式でもよいし、収納可能でもよい。例えば、側壁は電源部２５６または筐体２５３のヒンジがない端部に適宜に配置されてもよい。

　図１３Ｄ、図１３Ｅは図２に示す本願発明の他の実施例に対応した実施形態である。筐体２５３には光源装置１３と液晶表示パネル１１が内蔵されており、筐体２５３はヒンジ２５５により可動可能で電源部２５６と接続または連結されている。反射型再帰反射部材５はヒンジ２５４で透明部材１００と連結されヒンジ２５４の拘束力で所定の位置に保持されている。図１３Ｄは図１３Ｅに示す実施例の上面図であるが、筐体２５３の位置が図１３Ｅとは逆に配置した例である。また、筐体２５３に設けた光源部を透視図として描いて液晶パネル１１と反射型導光体３０６と駆動回路２５１の配置を示した。

　図１３Ｂ～図１３Ｅでは、透明部材１００の観視者に向かった端部、特に上部つまりヒンジ２５４によって電源部２５６と接続または連結されていない端部に視点が移動しやすいように、透明部材１００のヒンジ２５４によって電源部２５６と接続されていない端部に印を付加する。更に透明部材１００の側面、つまり印に対する側面のうち再帰反射部材５と対向していない面に同様な印を付帯することで観視者の意識が印に向かう。この結果、空間浮遊映像の浮遊量を実態より大きく感じさせる効果があることを見出した。ＬＥＤで発生する熱を外部に放熱する金属フィン（図示せず）は筐体内部に配置されており、露出させていない。なお、金属フィンは筐体外部に配置されてもよい。

　空間浮遊映像が非表示状態の場合は、筐体２５３と電源部２５６とがなす角度が約１８０度で配置され、透明部材１００はヒンジ２５４によって筐体２５３に内蔵された液晶表示パネル１１の光出射側へ折り畳むことが可能となる。この結果、最も薄型の構造体となり携帯可能な厚さとなる。また、空間浮遊映像が非表示状態の場合は、ヒンジ２５４、２５５によって透明部材１００と映像表示装置を収納する筐体２５３とは自由に反対側へも折り畳み可能である。一方で、透明部材１００のヒンジ２５４と連結している端部と対向する他方側を液晶パネル１１の光出射側とは反対側に回転して折りたたんだ場合は長手方向においては装置の長さを短くすることができるが厚さは大きくなる。このようにユーザのニーズに合わせて折りたたみ方を調整することができる。

　図１３Ｆに示す空間浮遊映像表示装置は、図示のように、概略的に筒形状、特に円筒形状の筐体を有する。この円筒形状の筐体を有する空間浮遊映像表示装置は、収納可能なボトルホルダー（ドリンクホルダーともいう）型であり、比較的小型（コンパクト）で可搬型（ポータブル）の空間浮遊映像表示装置である。例えば、このような空間浮遊映像表示装置は、車両内のボトルホルダー（ドリンクホルダーともいう）やダッシュボードの上等に適宜に配置可能である。この円筒形状は、高さ方向（鉛直方向と対応する）に筒の軸が延在し、それに直交する方向（水平方向と対応する）に筒の径が延在する形状である。この円筒形状の筐体は、大別して筐体上部と筐体下部とを有し、それらが接続されている。なお、筐体上部と筐体下部は一体的に接続されていてもよいし、一体的でなくてもよい。筐体内部には、光学系や制御回路基板、また必要に応じて充電池などが収納されている。

　図１３Ｆには図２に示した本願発明の他の実施例に示した反射型再帰反射部材５を用いた空間浮遊映像表示システムの構造を示している。図１３Ｆ（１）は反射型再帰反射部材５を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの斜視図、図１３Ｆ（２）は反射型再帰反射部材５を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの側面図、図１３Ｆ（３）、図１３Ｆ（４）は反射型再帰反射部材５を用いたドリンクホルダー型の空間浮遊映像表示システムの別の例の側面図を示している。図１３Ｆ（３）、図１３Ｆ（４）では電源部を省略している。本実施例の空間浮遊映像表示装置は、電源部２５６と反射型再帰反射部材５と映像表示装置を内蔵している筐体２５３とで構成されている。このようなドリンクホルダー型の空間浮遊映像装置は、バランスを保つために筐体上部には反射型再帰反射部材５と映像表示装置が配置され、筐体下部には電源部２５６が配置される。筐体２５３は光源装置１３と液晶パネル１１を内蔵している。また、空間浮遊映像装置は透明部材１００も備えている。

　また、図１３Ｆに示すように、再帰反射部材５は電源部２５６に対して傾斜して支持部２５８に配置されている。筐体２５３は電源部２５６に対して傾斜して配置され、筐体２５３の一端部は支持部２５８と連結されており、もう一方の端部はヒンジ２６０を介して透明部材１００と可動で連結されている。なお、本実施形態における支持部２５８と連結されている筐体２５３の端部を下部、つまり電源部２５６側とし、透明部材１００とヒンジ２６０を介して連結されている筐体２５３の端部を上部とする。鉛直方向または高さ方向において、支持部２５８には凹部が形成されており、筐体２５３の一端部と再帰反射部材５の一端部が当該凹部に固定される。図１３Ｆ（２）に示すように、支持部２５８はコの字型の形状であり、この形状に限定されず設計に応じて他の形状でもよい。例えば、図１３Ｆ（３）、図１３Ｆ（４）に示すように、支持部はコの字状ではなく、筐体２５３の支持部２５９ａ、再帰反射部材５の支持部２５９ｂのように別体で配置してもよい。筐体２５３と再帰反射部材５との接続部分は筐体２５３の側面にぴったり接続されてもよいし、一部だけ接続されてもよい。図１３Ｆ（１）～（４）において、筐体２５３と再帰反射部材５とのなす角は９０度で配置している。空間浮遊映像の表示位置は、ヒンジ２６０を軸に空間浮遊映像（図示せず）側へ回転可能である透明部材１００の位置によって調整可能である。また、ユーザのニーズに合わせて図１３Ｆ（３）は非表示状態、図１３Ｆ（４）は表示状態としてもよい。

　また、透明部材１００とヒンジ２６０を介して可動で連結される筐体２５３の端部は支持部２５８の上部と同じ高さである。つまり、凹部と固定された筐体２５３の端部と対向する端部は支持部２５８の上部と同じ高さである。また、上記の凹部は貫通していてもよく、この場合は筐体２５３の端部及び再帰反射部材５の端部は支持部２５８の穴を貫通し、突き出している。図１３Ｆ（１）では、筐体２５３に内蔵される映像表示装置からの映像光を透明部材１００の光入射面に設けた偏光分離部材（図示なし）で反射し、反射された光が反射型再帰反射部材５で反射し、その後透明部材１００を透過し、透明部材１００を基準にして支持部２５８の逆側に空中に空間浮遊映像（図示せず）を形成する。なお、支持部２５８を第１の連結部、または第１の接続部と称してもよく、ヒンジ２６０を第２の連結部、または第１の接続部と称してもよい。また、外光を防ぐために筐体２５３と電源部２５６と透明部材１００で囲まれた三角柱の空間の両側に側壁を設けることで空間浮遊映像の視認性が向上する。当該側壁は着脱可能でもよいし、折り畳み式でもよいし、収納可能でもよい。例えば、側壁は電源部２５６または筐体２５３のヒンジがない端部に適宜に配置されてもよい。

　上述した構成により、小型化で携帯可能なデザイン及び低消費電力を実現する空間浮遊映像表示システムを提供できる。空間浮遊映像表示システムは、映像を表示する表示パネルと、表示パネルのための光源装置とを同一筐体に内蔵し、表示パネルからの映像光を反射させ、反射した光により空中に実像の空間浮遊映像を表示せしめる反射型再帰反射部材を護持する保持部材とモバイルバッテリーをそれぞれフランジで接続する。これにより、使用形態に応じてシステム形態を変化さることで携帯性を持たせ、光源装置の指向特性を狭角とすることで消費電力の大幅な低減が可能となる。

　＜映像光制御シート＞
　上述した映像表示装置１において画面垂直方向と画面水平方向の拡散特性を異なるものとするために、液晶パネル１１の映像光出射面に映像光制御シートを設ける。この映像光制御シートとして、例えば、信越ポリマー（株）の視野角制御フィルム（ＶＣＦ）が適しており、その構造は透明シリコンと黒色シリコンを交互に配置し光入出射面に合成樹脂を配置してサンドウィッチ構造としているため、本実施例の外光制御フィルムと同様の効果が期待できる。このとき、視野角制御フィルム（ＶＣＦ）は、所定の方向に延伸する透明シリコンと黒色シリコンが交互に配列されているため、液晶パネル１１の画素の配列方向の上下方向に対して映像光制御シート２１の透明シリコンと黒色シリコンの延伸方向を傾けることで、画素と外光制御フィルムのピッチで発生するモアレを軽減するように配置すると良い。

　（１）映像光制御シートの透過部と光吸収部により生じる縦縞と液晶パネル１１の画素の配列により生じるモアレを低減するためには前述の縦縞と画素配列を傾けて配置すると良い。更に、（２）液晶パネル１１の画素寸法をＡとし、映像光制御シート１２の縦縞のピッチをＢとした場合、この比率（Ｂ／Ａ）を整数倍から外して選択すると更にモアレ低減の効果がある。

　液晶パネルの１画素はＲＧＢの３色の画素が並列して成り、一般的には正方形であるため上述したモアレの発生を画面全体で抑えることはできない。このため、（１）に示した傾きを持たせた配置として、空間浮遊映像を表示させない場所にモアレの発生位置を意図的にずらして配置できるように、５度から２５度の範囲で最適化すれば良いことを実験的に求めた。モアレを低減するために液晶パネルを題材に述べたが、再帰反射部材２と映像光制御シート２５０の間に発生するモアレは両者が線状の構造体であるために発生するもので、映像光制御シートを液晶パネルの画素並びに対して最適に傾けることで、目視でも視認できる周波数の低い大柄なモアレを低減できる。

　映像光制御シート２５０は図３に示すように液晶パネル１１の映像光出射面に配置し粘着材により液晶パネル１１の映像光出射面に粘着固定される。

　＜液晶パネルの性能＞
　ところで、一般的なＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）液晶パネルは、光の出射方向によって液晶と偏光板相互の特性により輝度、コントラスト性能が異なる。図２０に示した測定環境での評価では、パネル短手（上下）方向での輝度と視野角の特性は図２２に示すようにパネル面に垂直（出射角度０度）な出射角より少しずれた角度での特性（本実施例では＋５度）が優れている。この理由は、液晶パネルの短手（上下）方向では、光をねじる特性が印加電圧最大の時に０度とならないためである。

　他方、パネル短手（上下）方向のコントラスト性能は、図２４に示すように、－１５度から＋１５度の範囲が優れており、輝度特性と合わせると、５度を中心にして±１０度の範囲での使用が最も優れた特性を得ることとなる。

　また、パネル長手（左右）方向での輝度と視野角の特性は、図２１に示すように、パネル面に垂直（出射角度０度）な出射角での特性が優れている。この理由は、液晶パネルの長手（左右方向）では光をねじる特性が印加電圧最大の時に０度となるためである。

　同様に、パネル長手（左右）方向のコントラスト性能は図２３に示すように、－５度から－１０度の範囲が優れており、輝度特性と合わせると－５度を中心にして±５度の範囲での使用が最も優れた特性を得ることとなる。このため、液晶パネルから出射する映像光の出射角度は、前述した光源装置１３の導光体に設けた光束方向変換手段により最も優れた特性が得られる方向から液晶パネルに光を入射させ、映像信号により光変調することが、映像表示装置１の画質と性能を向上させることになる。

　映像表示素子としての液晶パネルの輝度、コントラスト特性を最大限に生かすためには、光源からの液晶パネルへの入射光を上述した範囲に設定することで、空間浮遊映像の映像品位を向上することが出来る。

　＜光源光の制御方法＞
　本実施例では、光源装置１３からの出射光束の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置１３と液晶表示パネル１１を含んで構成される映像表示装置１において、光源装置１３からは液晶パネル１１の特性が最大となるような入射角度で液晶パネル１１に入射後、映像信号に合わせて輝度変調された映像光線を再帰反射部材に向けて出射させる。このとき、空間浮遊映像表示システムのセット容積を小型化するために、液晶パネル１１と再帰反射部材の配置の自由度を高めることが要望される。更に、再帰反射後、浮遊映像を所望の位置に形成し最適な指向性を確保するため、以下の技術手段を用いる。

　液晶パネル１１の映像表示面には、光方向変換パネルとして、リニアフレネルレンズ等の光学部品からなる透明シートを設け、高い指向性を付与したまま再帰反射光学部材への入射光束の出射方向を制御して空間浮遊映像の結像位置を決定する。この構成によれば、映像表示装置１からの映像光は、レーザ光のように観察者に対して高い指向性（直進性）で効率良く届くこととなり、その結果、高品位な浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置１３を含む映像表示装置１による消費電力を大幅に低減することが可能となる。

　＜映像表示装置の例１＞
　図１６Ａには、映像表示装置１の具体的な構成の他の一例を示す。この光源装置１３は、例えばプラスチックなどのケース内にＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納して構成されており、その上面には液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面には、半導体光源であるＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）素子１４ｂや、その制御回路を実装したＬＥＤ基板が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板の外側面には、ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられる（図示せず）。

　また、ケースの上面に取り付けられた液晶表示パネルフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、液晶表示パネル１１に電気的に接続されたＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル配線基板）（図示せず）などが取り付けられて構成されている。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子１４ｂと共に、電子装置を構成する制御回路（ここでは図示せず）からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって、表示映像を生成する。

　＜映像表示装置の例１の光源装置の例１＞
　続いて、ケース内に収納されている光源装置等の光学系の構成について、図１６Ａと共に図１６Ｂを参照しながら、詳細に説明する。図１６Ａおよび図１６Ｂには、光源１３を構成するＬＥＤ１４、１４ｂが示されており、これらはコリメータ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このコリメータ１８は、各々、例えばガラスあるいは耐熱性樹脂等の透光性の素材により形成されている。そして、このコリメータ１８は、図１６Ｂにも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部（ＬＥＤ基板に接する側）におけるその中央部に、凸部（即ち、凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。

　また、コリメータ１８の平面部（上記の頂部とは逆の側）の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、コリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４、１４ｂから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

　また、ＬＥＤ１４、１４ｂは、その回路基板である、基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。この基板１０２は、コリメータ１８に対して、その表面上のＬＥＤ１４または１４ｂが、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定される。

　かかる構成によれば、上述したコリメータ１８によって、ＬＥＤ１４または１４ｂから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図面の右方向）に向かって放射される光は、コリメータ１８の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７、１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ１８によれば、ＬＥＤ１４または１４ｂにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

　なお、コリメータ１８の光の出射側には、偏光変換素子２１が設けられている。偏光変換素子２１は、偏光変換部材と称しても良い。この偏光変換素子２１は、図１６Ｂからも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、コリメータ１８からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ膜」と省略する）と反射膜とが設けられており、また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜を透過した光が出射する出射面には、λ／２位相板が備えられている。

　＜液晶パネル出射光の指向特性＞
　液晶表示パネル１１からの出射光は、一般的なＴＶ用途の装置では、例えば図１９（Ａ）中の「従来特性（Ｘ方向）」および図１９（Ｂ）中の「従来特性（Ｙ方向）」のプロット曲線に示すように、画面水平方向（図１９（Ａ）のグラフのＸ軸に対応した表示方向）と画面垂直方向（図１９（Ｂ）のグラフのＹ軸に対応した表示方向）とで、互いに同様な拡散特性を有する。

　これに対して、本実施例の液晶表示パネルからの出射光束の拡散特性は、例えば図１９（Ａ）中の「例１（Ｘ方向）」および図１９（Ｂ）中の「例１（Ｙ方向）」のプロット曲線に示すような拡散特性となる。

　一具体例では、正面視（角度０度）の輝度に対して５０％の輝度（約半分に低下する輝度）になる視野角が１３度となるように設定した場合、一般的な家庭用のＴＶ用途の装置の拡散特性（角度６２度）に対して約１／５の角度となる。同様に、垂直方向の視野角を上側と下側とで不均等に設定する場合の一例では、上側の視野角を下側の視野角に対して１／３程度に抑える（狭くする）ように、反射型導光体の反射角度や反射面の面積等を最適化する。

　上記のような視野角等の設定が行われることにより、従来の液晶ＴＶに比べ、ユーザの観視方向に向かう映像の光量が格段に増加（映像の明るさの点で大幅に向上）し、かかる映像の輝度は５０倍以上となる。

　更に、図１９の「例２」に示す視野角特性とした場合、正面視（角度０度）で得られる映像の輝度に対して５０％の輝度（約半分に低下する輝度）になる視野角が５度となるように設定した場合、一般的な家庭用のＴＶ用途の装置の拡散特性（角度６２度）に対して約１／１２の角度（狭い視野角）となる。同様に、垂直方向の視野角を上側と下側とで均等に設定する場合の一例では、かかる垂直方向の視野角を従来に対して１／１２程度に抑える（狭くする）ように、反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。

　このような設定が行われることにより、従来の液晶ＴＶに比べ、観視方向（ユーザの視線方向）に向かう映像の輝度（光量）が大幅に向上し、かかる映像の輝度は１００倍以上となる。

　以上述べたように、視野角を挟角とすることで、観視方向に向かう光束量を集中できるので、光の利用効率が大幅に向上する。この結果、一般的なＴＶ用途の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を調整することで同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能で、明るい屋外に向けての表示システムに対応した映像表示装置とすることができる。

　大型の液晶表示パネルを使用する場合には、画面周辺の光は画面中央を観視者が正対した場合に観視者の方向に向かうように内側に向けることで、画面明るさの全面性が向上する。他方、映像表示装置のパネルサイズ（画面比１６：１０）が５インチ以下で本実施例に挙げているポートレートの場合（液晶表示パネルの画面を縦長（以下、「縦使い」とも称する）とする場合）には水平の指向特性を大幅に狭角として高輝度化又は低消費電力化を実現した空間浮遊映像表示装置としても良い。

　以下、光源装置の別の例について複数の例を説明する。これらの光源装置の別の例は、いずれも上述した映像表示装置の例の光源装置に変えて採用してもよい。

　大型の液晶表示パネルを使用する場合には上述したように、画面周辺の光は画面中央を観視者が正対した場合に観視者の方向に向かうように内側に向けることで、画面明るさの全面性が向上するが、他方、観視者の左右の目のどちらで視認するかにより両眼視差が発生する。他方、パネルサイズが小型な程、観視距離が近いほど左右の目による両眼視での収斂角は大きくなる。特に7インチ以下の小型パネルを使用する場合には、両眼視差による収斂角度は重要な要件となるため、光源の光拡散特性を拡大するか指向特性を持たせて、システムの最適観視範囲に映像光が向くように設計するとよい。

　更に、システムの要求仕様によっては、水平と垂直の指向特性、拡散特性を得るために、前述した光源装置１３の導光体の反射面の形状、面粗さ、傾きなどを最適設計する必要がある。

　＜光源装置の例１＞
　次に、図１４を参照して、光源装置の別の例について説明する。図１４（a）および（b）は、導光体３１１を説明するために、液晶表示パネル１１と拡散板２０６の一部を省略した図である。

　図１４は、光源を構成するＬＥＤ１４が基板１０２に備え付けられた状態を示している。これらＬＥＤ１４および基板１０２は、リフレクタ３００に対して所定の位置に取り付けられている。

　図１４に示すように、ＬＥＤ１４は、リフレクタ３００が配置される側の液晶表示パネル１１の辺（この例では短辺）と平行な方向に、一列に配置される。図示の例では、かかるＬＥＤの配置と対応して、リフレクタ３００が配置されている。なお、リフレクタ３００は複数配置されてもよい。

　一具体例では、リフレクタ３００は、各々、プラスチック材料により形成されている。他の例として、リフレクタ３００は、金属材料やガラス材料で形成してもよいが、プラスチック材料の方が成型しやすいため、本実施例ではプラスチック材料のものを用いる。

　図１４（ｂ）に示すように、リフレクタ３００の内側（同図中の右側）の面は、放物面を子午面で切り取った形状の反射面（以下は「放物面」と称する場合がある）３０５を備える。リフレクタ３００は、ＬＥＤ１４から出射される発散光を、上記の反射面３０５（放物面）で反射させることにより、略平行な光に変換し、変換された光を導光体３１１の端面に入射させる。リフレクタ３００の反射面にはアルミ反射膜の他に増反射膜としてＴｉ、ＳｉＯなどの金属膜を複数成膜して反射率を高めかつ入射角度の依存性も低減する設計とした。一具体例では、導光体３１１は、反射型導光体である。

　リフレクタ３００の反射面は、ＬＥＤ１４の出射光の光軸に対して非対称な形状である。また、リフレクタ３００の反射面３２１は、上述のように放物面であり、かかる放物面の焦点にＬＥＤを配置することで、反射後の光束を略平行光に変換する。

　ＬＥＤ１４は面光源であるため放物面の焦点に配置してもＬＥＤからの発散光を完全な平行光に変換することはできないが、本願発明の光源の性能を左右することはない。ＬＥＤ１４とリフレクタ３００は一対のペアである。また、ＬＥＤ１４の基板１０２への取り付け精度±４０μｍにおいて所定の性能を確保するためには、ＬＥＤの基板の取り付けは最大１０個以下とすべきであり、量産性を考慮すれば５個程度に抑えると良い。

　ＬＥＤ１４とリフレクタ３００は一部において近接されるがリフレクタ３００の開口側の空間へ放熱できるためＬＥＤの温度上昇が低減できる。このため、プラスチック成型品のリフレクタ３００が使用可能となる。その結果、このリフレクタ３００によれば、反射面の形状精度をガラス素材のリフレクタに比べ１０倍以上向上できるので、光利用効率を向上させることができる。

　一方、図１４に示すように、導光体３１１の底面３０３には反射面が設けられ、ＬＥＤ１４からの光はリフレクタ３００により平行光束に変換された後、当該反射面で反射し、導光体３１１に対向して配置された液晶表示パネル１１に向け出射する。底面３０３に設けられた反射面には、図１４に示したように、リフレクタ３００からの平行光束の進行方向において、傾きの異なる複数の面で反射されそれぞれ対応した液晶パネル部分に向かう。傾きの異なる複数の面のそれぞれの面はリフレクタ３００からの平行光束の進行方向に垂直な方向に延伸する形状を有してもよい。

　また、図１４に示すように底面３０３に設けられた反射面の形状は平面形状でもよい。更に、液晶表示パネル１１に対向した導光体３１１の底面３０３に設けた反射面で反射された光の拡散特性をより高精度に制御するため拡散板２０６を設けても良い。この拡散板は両面の面形状と面粗さにより、前述の反射光を一旦屈折させて液晶表示パネル１１に向かう光束の光量と出射方向を高精度に調整できるので液晶表示パネル１１への入射光及び液晶表示パネル１１からの出射光の光量及び出射方向も同様に高精度に制御できる。このため、上述した構成の映像表示装置１を用いた空間浮遊映像表示システムにおいては、空間浮遊映像の映像光の拡散方向と拡散角を所望の値に設定できる。この時反射面に設けた反射膜もアルミ反射膜にＴｉ、ＳｉＯの増反射膜を加えることで高い反射率と反射率の入射角度角度依存性を低減する設計とすると良い。以上述べたアルミ反射膜は５００ｎｍ以下の青緑波長領域の反射率が緑赤領域の反射率に対して低いので増反射膜の設計においては反射率の入射角度依存性低減と色再現性の向上のために白の純度向上も重要な課題となる。

　図１４に示すようにＬＥＤ１４は、金属性の基板１０２に半田付けする。このためＬＥＤの発熱を、基板を介して空気中に放熱することが出来る。また、基板１０２にリフレクタ３００が接していても良いが、空間を開けておいても良い。空間を開ける場合、リフレクタ３００は筐体に接着させて配置される。空間を開けておくことで、ＬＥＤの発熱を空気中に放熱でき、冷却効果が上がる。この結果、ＬＥＤの動作温度が低減できるので、発光効率の維持と長寿命化を実現することができる。

　以上説明した光源装置においても偏光変換素子２１を用いることで光利用効率を１．８倍向上することが出来る。以下にこの光源装置に関する光学系の構成について、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄを参照しながら詳細に説明する。

　図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１５Ｃは、光源を構成するＬＥＤ１４が基板１０２に備え付けられた状態を示しており、これらはリフレクタ３００とＬＥＤ１４を一対のブロックとし、複数のブロックを有するユニット３１２で構成する。

　このうち、図１５Ａ（２）に示した基材３２０は、基板１０２の基材である。一般に、金属性の基板１０２は熱を持っているため、かかる基板１０２の熱を絶縁（断熱）するために、基材３２０は、プラスチック材料などを用いてもよく。放熱性を高めるため金属部材としても良い。

　また、リフレクタ３００の反射面３２１は、ＬＥＤ１４の出射光の光軸に対して非対称な形状でもよい。この理由を、図１５Ａ（２）により説明する。本実施例では、リフレクタ３００の反射面は放物面であり、放物面の焦点位置に面光源であるＬＥＤの発光面の中心を配置する。

　また、放物面の特性上、発光面の４隅からの発光も略平行光束となり、出射方向が異なるだけである。そのため、発光部が面積を持っていても、後段に配置された偏光変換素子とリフレクタ３００の間隔が短ければ、偏光変換素子２１へ入射する光量と変換効率は、ほとんど影響を受けない。

　また、ＬＥＤ１４の取り付け位置が、対応するリフレクタ３００の焦点に対してＸＹ平面内でずれても上述した理由により光変換効率の低下を軽減できる光学系が実現できる。さらに、ＬＥＤ１４の取り付け位置がＺ軸方向にばらついた場合であっても、変換された平行光束がＺＸ平面内で移動するだけであり、面光源であるＬＥＤの取り付け精度を大幅に軽減できる。本実施例においても放物面の一部を子午的に切り欠いた反射面を有するリフレクタ３００について記載したが、放物面全面を反射面として切り欠いた一部分にＬＥＤを配置してもよい。

　一方、本実施例では、図１５Ｂ（１）、図１５Ｃに示したように、ＬＥＤ１４からの発散光を放物面３２１で反射させ略平行な光に変換した後、後段の偏光変換素子２１の端面に入射させ、偏光変換素子２１により特定の偏波に揃えることを特徴的な構成としている。この特徴的な構成により、本実施例では、光の利用効率が前述した図１４の例に対して１．８倍となり、高効率な光源が実現できる。

　なお、このとき、ＬＥＤ１４からの発散光を放物面３２１で反射させた略平行な光は、すべて均一というわけではない。よって、複数の傾きを持った反射面３０７により反射光の角度分布を調整することで、液晶表示パネル１１に向けて、液晶表示パネル１１に対して垂直方向に入射可能としている。

　ここで、本図の例では、ＬＥＤからリフレクタに入る光(主光線)の向きと液晶表示パネルに入る光の向きが略平行になるように配置している。この配置は、設計上配置がしやすく、また、熱源を光源装置の下に配置する方が、空気が上に抜けるので、ＬＥＤの温度上昇を低減できるので好適である。

　また、図１５Ｂ（１）示したように、ＬＥＤ１４からの発散光の捕捉率を向上させるために、リフレクタ３００で捕捉できない光束を、リフレクタ上部に配置した遮光板３０９に設けたサブリフレクタ３０８で反射させ、下部のサブリフレクタ３１０の斜面で反射させ、後段の偏光変換素子２１の有効領域に入射させ、光の利用効率を更に向上させる。すなわち、本実施例では、リフレクタ３００で反射した光の一部をサブリフレクタ３０８で反射し、サブリフレクタ３０８で反射された光をサブリフレクタ３１０で導光体３０６に向かう方向に反射させる。

　偏光変換素子２１により特定の偏波に揃えた略平行光束を、反射型導光体３０６の表面に設けた反射形状によって導光体３０６に対向して配置された液晶表示パネル１１に向けて反射させる。このとき、液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布は、前述したリフレクタ３００の形状と配置及び反射型導光体の反射面形状（断面形状）と反射面の傾き、面粗さによって最適設計される。

　導光体３０６の表面に設けた反射面形状としては、偏光変換素子の出射面に対向して複数の反射面を配置し、偏光変換素子２１からの距離に応じて、反射面の傾き、面積、高さ、ピッチを最適化することで、前述したように、液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布を所望の値とする。

　反射型導光体３０６に設けた反射面３０７は、図１５Ｂ（２）に示すように、１面に複数の傾きを持つような構成とすることで、より高精度に反射光の調整を実現できる。図１５Ｂ（２）に示すようにリフレクタ３００からの平行光束φ５（Ｒ７～Ｒ１０）はその進行方向において、傾きの異なる複数の面（Ｐ７～Ｐ１０）で反射されそれぞれ対応した液晶パネル部分に向かう。なお、反射面において、１面に複数の傾きを持つような構成としては、反射面として使用する領域が、複数面または多面または曲面でもよい。更に拡散板２０６の拡散作用により、より均一な光量分布を実現する。ＬＥＤに近い側の拡散板に入射する光は、反射面の傾きを変化させることで、均一な光量分布を実現する。この結果、液晶表示パネル１１に向かう光束の光量と出射方向を高精度に調整できる。この結果、液晶表示パネル１１への入射光及び液晶表示パネル１１からの出射光の光量及び出射方向も同様に高精度に制御できるため、この映像表示装置１を用いた空間浮遊映像表示システムにおいては、空間浮遊映像の映像光の拡散方向と拡散角を所望の値に設定できる。

　本実施例では、反射面３０７の基材は、耐熱性ポリカーボネイトなどのプラスチック材料を用いる。また、λ／２板２１３の出射直後の反射面３０７の角度は、λ／２板と反射面の距離によって変化する。

　本実施例においても、ＬＥＤ１４とリフレクタ３００は、一部において近接されるが、リフレクタ３００の開口側の空間へ放熱できＬＥＤの温度上昇を低減できる。また、基板１０２とリフレクタ３００を図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃと上下逆に配置してもよい。

　ただし、基板１０２を上に配置すると基板１０２が液晶表示パネル１１と近くなるので、レイアウトが困難になる場合がある。よって、図示した通り、基板１０２をリフレクタ３００の下側（液晶表示パネル１１から遠い側）に配置する方が、装置内の構成がより簡素になる。

　偏光変換素子２１の光入射面には、後段の光学系に不要な光が入射しないように、遮光板４１０を設けるとよい。このような構成とすることで、温度上昇を抑えた光源装置が実現できる。液晶表示パネル１１の光入射面に設けた偏光板では、本願発明の偏光が揃った光束では吸収により温度上昇が低減されるが、反射型導光体で反射した際に偏光方向が回転し一部の光は入射側偏光板で吸収される。更に、液晶そのものでの吸収や電極パターンに入射した光による温度上昇で液晶表示パネル１１の温度も上昇するが、反射型導光体３０６の反射面と液晶表示パネル１１の間に十分な空間があり自然冷却が可能となる。

　図１５Ｄは、図１５Ｂ（１）および図１５Ｃの光源装置の変形例である。図１５Ｄ（１）は、図１５Ｂ（１）の光源装置の一部を抜粋してその変形例を図示している。その他の構成については、図１５Ｂ（１）で上述した光源装置と同じ構成であるため、図示および繰り返しの説明を省略する。

　まず、図１５Ｄ（１）に示す例では、サブリフレクタ３１０の凹部３１９の高さは、蛍光体１１４から横向き（Ｘ軸方向）に出力される蛍光の主光線（図１５Ｄ（１）中、Ｘ軸と平行な方向に伸びる直線を参照）が、サブリフレクタ３１０の凹部３１９から抜けるように、蛍光体１１４よりも低い位置となるように調整されている。さらに、蛍光体１１４から横向きに出力される蛍光の主光線が遮光板４１０により遮られずに偏光変換素子２１の有効領域に入射するように、蛍光体１１４の位置に対して、Ｚ軸方向において遮光板４１０の高さが低くなるように調整されている。

　また、サブリフレクタ３１０の頂部の凹凸の凸部が有する反射面は、サブリフレクタ３０８で反射した光を導光体３０６に導くために、サブリフレクタ３０８で反射した光を反射する。よって、サブリフレクタ３１０の凸部３１８の高さは、サブリフレクタ３０８で反射した光を反射させ後段の偏光変換素子２１の有効領域に入射するように調整されることで、光の利用効率を更に向上させることができる。

　なお、サブリフレクタ３１０は図１５Ａ（２）に示すように一方方向に延伸して配置され、凹凸形状となっている。さらに、サブリフレクタ３１０の頂部には、１つ以上の凹部３１９と凸部３１８を有する凹凸が周期的に一方向に沿って並んでいる。このような凹凸形状とすることにより、蛍光体１１４から横向きに出力される蛍光の主光線が偏光変換素子２１の有効領域に入射するように構成できる。

　また、サブリフレクタ３１０の凹凸形状は、ＬＥＤ１４がある位置に凹部３１９がくるピッチで周期的に配置されている。すなわち、蛍光体１１４のそれぞれは、サブリフレクタ３１０の凹凸の凹部の配置のピッチに対応して一方向に沿って周期的に配置される。なお、蛍光体１１４がＬＥＤ１４に備えられている場合は、蛍光体１１４を光源の発光部と表現しても良い。

　また、図１５Ｄ（２）は、図１５Ｃの光源装置の一部を抜粋してその変形例を図示している。その他の構成については、図１５Ｃの光源装置と同じ構成であるため、図示および繰り返しの説明を省略する。図１５Ｄ（２）に示すように、サブリフレクタ３１０はなくてもよいが、図１５Ｄ（１）と同様に、蛍光体１１４から横向きに出力される蛍光の主光線が遮光体４１０により遮られずに偏光変換素子２１の有効領域に入射するように、蛍光体１１４の位置に対して、Ｚ軸方向において遮光板４１０の高さが低くなるように調整されている。

　なお、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄの光源装置について、図１５Ａ（１）に示したように、反射型導光体３０６の反射面と液晶表示パネル１１の間の空間へのごみ入り込み防止、光源装置外部への迷光発生防止、および光源装置外部からの迷光侵入防止のために、側壁４００を設けてもよい。側壁４００を設ける場合は、導光体３０６と拡散板２０６との空間を挟むように配置される。

　当該偏光変換素子２１によって偏光変換された光を出射する偏光変換素子２１の光出射面は、側壁４００と導光体３０６と拡散板２０６と偏光変換素子２１とで囲まれた空間に面する。また、側壁４００の内側の面のうち、偏光変換素子２１の出射面から光が出力される空間（図１５Ｂ（１）の偏光変換素子２１の出射面から右側の空間）を側面から覆う部分の面は、反射膜などを有する反射面を用いる。すなわち、上記空間に面する側壁４００の面は、反射膜を有する反射領域を備える。側壁４００の内側の面のうち当該部分を反射面とすることで、当該反射面で反射した光を光源光として再利用でき、光源装置の輝度を向上することができる。

　側壁４００の内側の面のうち、偏光変換素子２１を側面から覆う部分の面は、光反射率の低い面（反射膜のない黒色面など）とする。これは、偏光変換素子２１の側面で反射光が生じると、想定外の偏光状態の光が生じ、迷光の原因となるためである。言い換えると、上記の面を光反射率の低い面とすることにより、映像の迷光および想定外の偏光状態の光の発生を防止ないし抑制することができる。また、側壁４００の一部に空気が通る穴をあけておくことで冷却効果を向上させるように構成してもよい。

　なお、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄの光源装置は、偏光変換素子２１を用いる構成を前提として説明した。しかしながら、これらの光源装置から偏光変換素子２１を省略して構成してもよい。この場合、より安価に光源装置を提供することができる。

　＜光源装置の別の例２＞
　続いて、光源装置の例１に示した光源装置を基に反射型導光体３０４を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図１６Ａ（１）、（２）、（３)、及び図１６Ｂを参照しながら詳細に説明する。

　図１６Ａは、光源を構成するＬＥＤ１４が基板１０２に備え付けられた状態を示しており、これらはコリメータ１８とＬＥＤ１４が一対のブロックとし、複数のブロックを有するユニット３２８で構成する。本実施例のコリメータ１８は、ＬＥＤ１４と近接しているため、耐熱性を考慮してガラス材料を採用している。また、偏光変換素子２１へ入射する前段に遮光板３１７を設けることにより、不要な光が後段の光学系に入射するのを防止ないし抑制し、当該不要な光による温度の上昇を軽減している。

　図１６Ａに示す光源のその他の構成及び効果については、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄと同様であるため、繰り返しの説明を省略する。図１５Ａの光源装置は、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃで説明したのと同様に、側壁を設けてもよい。側壁の構成及び効果については、既に説明した通りであることから、繰り返しの説明を省略する。

　図１６Ｂは、図１６Ａ（２）の断面図である。図１６Ｂに示す光源の構成については、＜映像表示装置の例１の光源装置の例１＞にてすでに上述しているため繰り返しの説明を省略する。

　＜拡散板の構造＞
　図１７は、拡散板２０６の形状の一例を示す断面図である。上述のように、ＬＥＤから出力された発散光は、リフレクタ３００またはコリメータ１８で略平行光に変換され、偏光変換素子２１で特定偏波に変換された後に、導光体で反射させられる。そして、導光体で反射した光束は、拡散板２０６の入射面の平面部分を通過して、液晶表示パネル１１に入射する（図１７中の「導光体からの反射光」を示す２本の実線矢印を参照）。

　また、偏光変換素子２１から出射した光のうち、発散光束は、拡散板２０６の入射面に設けた傾斜面を有する突起部の斜面で全反射して、液晶表示パネル１１に入射する。偏光変換素子２１から出射した光を拡散板２０６の突起部の斜面で全反射させるために、突起部の斜面の角度を、偏光変換素子２１からの距離に基づいて変化させる。偏光変換素子２１から遠い側またはＬＥＤから遠い側の突起部の斜面の角度をαとし、偏光変換素子２１から近い側またはＬＥＤから近い側の突起部の斜面の角度をα’とする場合、αはα’より小さい（α＜α’）。このような設定とすることにより、偏光変換された光束を有効利用することが可能となる。

　＜映像表示装置の拡散特性制御技術＞
　液晶表示パネル１１からの映像光の拡散分布を調整する方法として、光源装置１３と液晶表示パネル１１との間、あるいは、液晶表示パネル１１の表面に、レンチキュラーレンズを設け、当該レンズの形状を最適化することが挙げられる。すなわち、レンチキュラーレンズ形状の最適化を行うことによって、液晶表示パネル１１から一方向に出射される映像光（以下、「映像光束」とも称する）の出射特性を調整することができる。

　代替的または追加的に、液晶表示パネル１１の表面（または光源装置１３と液晶表示パネル１１との間）に、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置し、当該配置の態様を調整してもよい。すなわち、マイクロレンズアレイの配置を調整することによって、映像表示装置１から出射される映像光束についての、Ｘ軸およびＹ軸方向への出射特性を調整することができ、この結果、所望の拡散特性を有する映像表示装置を得ることができる。

　さらなる構成例として、映像表示装置１から出射される映像光が通過する位置に、２枚のレンチキュラーレンズを組み合わせて配置する、または、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を調整するシートを設けてもよい。このような光学系の構成とすることにより、Ｘ軸およびＹ軸方向において、映像光の輝度（相対輝度）を、映像光の反射角度（垂直方向に反射した場合を基準（０度）とした反射角度）に応じて調整することができる。

　本実施例では、このようなレンチキュラーレンズを使用することにより、図１８（ｂ）中に「例１（Ｙ方向）」および「例２（Ｙ方向）」のグラフ（プロット曲線）に示すように、従来特性のグラフ（プロット曲線）とは明らかに異なった、優れた光学的特性を獲得することができる。具体的には、例１（Ｙ方向）および例２（Ｙ方向）のプロット曲線では、垂直方向の輝度特性を急峻にし、さらに、上下方向（Ｙ軸の正負方向）の指向特性のバランスを変化させることで、反射や拡散による光の輝度（相対輝度）を高めることができる。

　このため、本実施例によれば、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く（高い直進性）かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術による映像表示装置を用いた場合に再帰反射部材で発生していたゴースト像を抑え、再帰反射による空間浮遊像を効率良く観視者の眼に届けるように、調整することができる。

　また、上述した光源装置により、図１９の（Ａ）、（Ｂ）に示した一般的な液晶表示パネルからの出射光拡散特性（図中では「従来特性」と表記）に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向ともに大幅に挟角な指向特性を持たせることができる。本実施例では、このような狭角な指向特性を持たせることで、特定方向に向けて平行に近い映像光束を出射する、特定偏波の光を出射する映像表示装置を実現することができる。

　図１８には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、特に、Ｚ軸を基準としたＸ方向（垂直方向）における特性を示しており、特性Ｏは、光の出射方向のピークが垂直方向（０度）から上方に３０度付近の角度であり上下に対称な輝度特性を示している。また、図１８のグラフに示す特性Ａや特性Ｂのプロット曲線は、更に、３０度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度（相対輝度）を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性Ａや特性Ｂでは、特性Ｏのプロット曲線と比較して分かるように、Ｚ軸からＸ方向への傾き（角度θ）が３０度を超えた角度（θ＞３０°）の領域において、急激に光の輝度（相対輝度）が低減する。

　即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、映像表示装置１からの映像光束を再帰反射部材に入射させる際、光源装置１３で挟角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を調整でき、再帰反射シートの設置の自由度を大幅に向上できる。その結果、ウィンドガラスを反射又は透過して所望の位置に結像する空間浮遊像の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く（高い直進性）かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の観視者の眼に届くようにすることが可能となる。このことによれば、映像表示装置１からの映像光の強度（輝度）が低減しても、観視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、映像表示装置１の出力小さくすることにより、消費電力の低い表示システムを実現することが可能となる。

　以上、本発明を適用した種々の実施の形態ないし実施例（すなわち具体例）について詳述した。一方で、本発明は、上述した実施形態（具体例）のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　上記で説明した光源装置は、空間浮遊映像表示装置に限られず、ＨＵＤ、タブレット、デジタルサイネージ等のような表示装置に適用することも可能である。

　本実施の形態に係る技術では、空間浮遊映像を高解像度かつ高輝度な映像を空間浮遊した状態で表示することにより、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。このような技術を提供する本発明によれば、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。

　また、上述した実施の形態に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さくし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、明るく鮮明な空間浮遊映像を得ることが可能になる。本実施の形態に係る技術によれば、消費電力を大幅に低減することが可能な、利用性に優れた非接触ユーザインタフェースを提供することができる。このような技術を提供する本発明によれば、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」および「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。

　さらに、上述した実施の形態に係る技術では、指向性（直進性）の高い映像光による空間浮遊映像を形成することを可能にする。本実施例５に係る技術では、銀行のＡＴＭや駅の券売機等における高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示する場合でも、指向性の高い映像光を表示することで、ユーザ以外に空間浮遊映像を覗き込まれる危険性が少ない非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。本発明は、以上のような技術を提供することにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。

１…映像表示装置、２…透過型再帰反射部材、３…空間像（空間浮遊像）、３ａ,３ｂ…ゴースト像、１００…透過性プレート、１３…光源装置、２５０…光制御シート、２５１…回路基板、２４９…ＦＰＣ、２５２…フレーム構造体、２５６…電源部（モバイルバッテリー）、２５３…筐体、２５４…ヒンジ（回転機構）、１０２…基板、１１…液晶表示パネル、２０６…拡散板、２１…偏光変換素子、３００…リフレクタ、２１３…λ／２板、３０６…反射型導光体、３０８、３１０…サブリフレクタ。

Claims

　空間浮遊映像表示システムであって、
　表示パネルと光源装置とを保持する筐体と、
　電源を備え、第１の連結部を介して前記筐体と連結される電源部と、
　第２の連結部を介して前記筐体と可動で連結される再帰反射部材を保持するフレーム構造体と、を備える、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項１に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記筐体と前記電源部は前記第１の連結部を介して可動で連結される、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項１に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記再帰反射部材は透過型再帰反射部材である、
　空間浮遊映像表示システム。
　空間浮遊映像表示システムであって、
　表示パネルと光源装置とを収納する筐体と、
　電源を備え、第１の連結部を介して前記筐体と連結される電源部と、
　第２の連結部を介して前記電源部と連結される透明部材と、
　前記電源部の上部に配置されている再帰反射部材と、を備える、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項４に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記筐体と前記電源部は前記第１の連結部を介して可動で連結され、
　前記電源部と前記透明部材は前記第２の連結部を介して可動で連結される、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項４に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記再帰反射部材は反射型再帰反射部材である、
　空間浮遊映像表示システム。
　空間浮遊映像表示システムであって、
　映像を表示する表示パネルと光源装置とを筐体内に収納し、
　前記表示パネルからの映像光を反射させ、反射した光により空中に実像の空間浮遊映像を表示せしめる再帰反射部材をフレーム構造体により保持する構造を有し、
　　前記フレーム構造体と前記筐体を接続部で連結し、
　前記再帰反射部材と前記筐体に内蔵された前記表示パネルの相対角度を任意に設定可能な構造である、
　　空間浮遊映像表示システム。
　　請求項７に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記筐体と電源部とを接続部で連結し、前記表示パネルと前記光源装置の駆動電力を前記電源部から電源供給することを特徴とした、空間浮遊映像表示システム。
　　請求項７に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　　前記フレーム構造体の一端は前記筐体と接続部で連結され、
　前記筐体の他端部は電源部と接続部で連結されることを特徴とした、空間浮遊映像表示システム。
　請求項７に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記筐体を設置面として前記フレーム構造体を前記筐体に対して任意の角度に設定することで前記空間浮遊映像の結像位置を変更可能である、空間浮遊映像表示システム。
　請求項７に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記表示パネルの映像表示面には映像光の拡散特性を制御する映像光制御シートを備え、
　前記映像光制御シートは、前記再帰反射部材と前記表示パネルの間に配置され、
　前記映像光制御シートは、前記表示パネルの視野角制御フィルムである、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項１に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　空間浮遊映像から拡散される映像光束の拡散角と拡散方向は、映像光制御シートと前記光源装置の拡散特性により調整される、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項７に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記光源装置は、
　点状または面状の光源と、
　前記光源からの光を反射させるリフレクタと、
　前記リフレクタからの光を前記表示パネルに向けて導光する導光体と、を備え、
　前記リフレクタの反射面は、前記光源の出射光の光軸に対して非対称な形状である、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項１３に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記導光体は、反射型導光体である、
　空間浮遊映像表示システム。
　請求項１３に記載の空間浮遊映像表示システムにおいて、
　前記リフレクタは、プラスチック材料またはガラス材料または金属材料を用いる、
　空間浮遊映像表示システム。
　空間浮遊映像表示システムであって、
　映像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの光源装置とを筐体内に収納し、
　前記表示パネルからの映像光を反射させ、反射した光により空中に実像の空間浮遊映像を表示せしめる透過型再帰反射部材をフレーム構造体により保持する構造を有し、
　前記フレーム構造体と前記筐体を接続部で連結し、
　前記透過型再帰反射部材と前記筐体に内蔵された前記表示パネルの相対角度を任意に設定可能な構造とし、
　前記筐体と電源部を接続部で連結し、前記空間浮遊映像を表示する場合に、前記電源部を前記筐体に対して略垂直に配置し、前記透過型再帰反射部材に入射する外光を遮光するように配置可能な筐体構造を有することを特徴とする、空間浮遊映像表示システム。
　空間浮遊映像表示システムであって、
　映像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの光源装置とを筐体内に収納し、
　前記表示パネルからの映像光を反射させ、反射した光により空中に実像の空間浮遊映像を表示せしめる再帰反射部材をフレーム構造体により保持する構造を有し、
　前記フレーム構造体と前記筐体を接続部で連結し、
　前記再帰反射部材と前記筐体に内蔵された前記表示パネルの相対角度を任意に設定可能な構造とし、
　前記筐体と電源部をヒンジ部で連結し、前記フレーム構造体に、前記電源部と前記筐体を添わせて折りたたむことで携帯可能な構造を有することを特徴とする、空間浮遊映像表示システム。
　空間浮遊映像表示システムであって、
　透明部材と、
　表示パネルと光源装置とを収納し、第２の連結部を介して前記透明部材と可動で連結される筐体と、
　前記筐体に収納された前記表示パネルからの光を前記透明部材へ反射する再帰反射部材と、
　電源を備える電源部と、を備え、
　前記再帰反射部材は前記筐体と前記電源部との間に配置される、
　空間浮遊映像表示システム。