JP2025037731A - Floating-air image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、空中浮遊映像表示装置の技術に関する。 This disclosure relates to technology for a floating image display device.
空間浮遊映像表示装置の一例として、直接外部に向かって映像を空間像として表示する映像表示装置および表示方法については、既に知られている。また、表示された空間像の操作面における操作に対する誤検知を低減する検知システムについても、例えば、特開2019-128722号公報(特許文献1)に記載されている。 As an example of a space-floating image display device, an image display device and a display method that directly displays an image as a spatial image toward the outside are already known. In addition, a detection system that reduces false detections of operations on the operation surface of the displayed spatial image is also described, for example, in JP 2019-128722 A (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の空間浮遊映像表示装置は、様々な利用条件においてより好適に空間浮遊映像を表示するための技術は十分に考慮されていなかった。 However, the floating-in-space image display device of Patent Document 1 does not fully consider technology for displaying floating-in-space images more optimally under various usage conditions.
本発明の目的は、より好適に空間浮遊映像を表示することができる技術を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide technology that can more effectively display floating images.
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、その一例を挙げるならば、空中浮遊映像を表示する空中浮遊映像表示装置は、映像を表示する表示パネルと、表示パネルから出射した映像光の一部を反射する偏光分離部材と、表示パネルに対し対向して配置され、偏光分離部材からの反射光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、再帰反射部材が再帰反射した反射光が偏光分離部材を介して空中浮遊映像を形成するものであり、偏光分離部材を非平面形状とすることにより空中浮遊映像を非平面状に形成する。 In order to solve the above problem, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes multiple means for solving the above problem, but to give one example, a floating image display device that displays a floating image includes a display panel that displays an image, a polarization separation member that reflects a portion of the image light emitted from the display panel, and a retroreflective member that is arranged opposite the display panel and retroreflects the reflected light from the polarization separation member, and the reflected light reflected by the retroreflective member forms a floating image via the polarization separation member, and the polarization separation member is made to have a non-planar shape to form the floating image in a non-planar shape.
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、より好適な空中浮遊映像表示装置を実現できる。上記した課題および上記以外の課題、ならびにそれらの課題を解決する構成、および効果等については、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to a representative embodiment of the present invention, a more suitable floating image display device can be realized. The above and other problems, as well as the configurations and effects for solving these problems, will be made clear through the explanation of the embodiment below.
以下、図面を参照しながら本開示の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。図面において、各構成要素の表現は、発明の理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、範囲等を表していない場合がある。説明上、プログラムによる処理について説明する場合に、プログラムや機能や処理部等を主体として説明する場合があるが、それらについてのハードウェアとしての主体は、プロセッサ、あるいはそのプロセッサ等で構成されるコントローラ、装置、計算機、システム等である。計算機は、プロセッサによって、適宜にメモリや通信インタフェース等の資源を用いながら、メモリ上に読み出されたプログラムに従った処理を実行する。これにより、所定の機能や処理部等が実現される。プロセッサは、例えばCPU/MPUやGPU等の半導体デバイス等で構成される。プロセッサは、所定の演算が可能な装置や回路で構成される。処理は、ソフトウェアプログラム処理に限らず、専用回路でも実装可能である。専用回路は、FPGA、ASIC、CPLD等が適用可能である。プログラムは、対象計算機に予めデータとしてインストールされていてもよいし、プログラムソースから対象計算機にデータとして配布されてインストールされてもよい。プログラムソースは、通信網上のプログラム配布サーバでもよいし、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばメモリカードやディスク等でもよい。プログラムは、複数のモジュールから構成されてもよい。コンピュータシステムは、複数台の装置によって構成されてもよい。コンピュータシステムは、クライアント・サーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等で構成されてもよい。各種のデータや情報は、例えばテーブルやリスト等の構造で構成されるが、これに限定されない。識別情報、識別子、ID、名前、番号等の表現は互いに置換可能である。 The following describes the embodiments of the present disclosure in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are generally given the same reference numerals, and repeated explanations are omitted. In the drawings, the representation of each component may not show the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. For the purpose of explanation, when describing processing by a program, the program, functions, processing units, etc. may be described as the main body, but the main body of hardware for these is a processor, or a controller, device, computer, system, etc., configured with the processor, etc. The computer executes processing according to the program read into the memory by the processor, using resources such as memory and communication interfaces as appropriate. This realizes a specified function, processing unit, etc. The processor is configured with semiconductor devices such as a CPU/MPU or GPU, for example. The processor is configured with a device or circuit capable of performing a specified calculation. The processing is not limited to software program processing, and can also be implemented with a dedicated circuit. The dedicated circuit can be an FPGA, ASIC, CPLD, etc. The program may be installed as data in advance on the target computer, or may be distributed as data from a program source to the target computer and installed. The program source may be a program distribution server on a communication network, or a non-transient computer-readable storage medium, such as a memory card or a disk. The program may be composed of multiple modules. The computer system may be composed of multiple devices. The computer system may be composed of a client-server system, a cloud computing system, or the like. The various data and information are composed of structures such as tables and lists, for example, but are not limited to these. Expressions such as identification information, identifiers, IDs, names, and numbers are mutually interchangeable.
<実施の形態>
実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、映像表示装置と、偏光分離部材であるビームスプリッタと、再帰反射面にλ/4板(位相差板、四分の一波長板)が設けられた再帰反射部材とを有して構成される。映像表示装置は、光源装置と、映像源(映像表示素子)として特定偏波の映像光(例えばP偏光)を発する表示パネルまたは液晶表示パネルとを有して構成される。光源装置は、液晶表示パネルにバックライトとしての光を発生・供給する。映像表示装置の液晶表示パネルと再帰反射部材とを結んだ空間には、偏光分離部材が配置される。偏光分離部材は、液晶表示パネルからの特定偏波の映像光を、再帰反射部材に向けて透過させ、再帰反射部材およびλ/4板によって偏光変換された後の他方の偏波(例えばS偏光)の映像光を反射させる性質を有する。反射後の他方の偏波の映像光は、映像表示装置とは異なる方向における所定の位置に、実像である空間浮遊映像を生成・表示する。
<Embodiment>
The space-floating image display device of the embodiment is configured to include an image display device, a beam splitter which is a polarization separation member, and a retroreflective member having a λ/4 plate (phase difference plate, quarter-wave plate) on the retroreflective surface. The image display device is configured to include a light source device, and a display panel or liquid crystal display panel which emits image light of a specific polarization (e.g., P-polarized light) as an image source (image display element). The light source device generates and supplies light as a backlight to the liquid crystal display panel. A polarization separation member is disposed in a space connecting the liquid crystal display panel of the image display device and the retroreflective member. The polarization separation member has a property of transmitting the image light of a specific polarization from the liquid crystal display panel toward the retroreflective member, and reflecting the image light of the other polarization (e.g., S-polarized light) after polarization conversion by the retroreflective member and the λ/4 plate. The image light of the other polarization after reflection generates and displays a space-floating image which is a real image at a predetermined position in a direction different from the image display device.
映像表示装置は、空間浮遊映像のコントラスト性能を改善するために、光源装置からの光源光を特定方向の偏光に揃える偏光変換部を設けてもよい。例えば、光源装置は、点状または面状の光源と、光源からの光の発散角を低減する光学素子部と、光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換部(偏光変換素子など)と、光源からの光を液晶表示パネルに伝搬する反射面を有する導光体とを備え、導光体の反射面の形状と面粗さによって液晶表示パネルからの映像光の映像光束を制御する。 The image display device may be provided with a polarization conversion section that aligns the light source light from the light source device to a specific direction of polarization in order to improve the contrast performance of the spatial floating image. For example, the light source device includes a point or planar light source, an optical element section that reduces the divergence angle of the light from the light source, a polarization conversion section (such as a polarization conversion element) that aligns the light from the light source to a specific direction of polarization, and a light guide having a reflective surface that propagates the light from the light source to the liquid crystal display panel, and controls the image luminous flux of the image light from the liquid crystal display panel by the shape and surface roughness of the reflective surface of the light guide.
実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、限定しないが特に室内での使用を考慮し、机の上に設置可能な筐体を有する映像表示装置部と、フレーム構造を有する空間浮遊映像表示部とを備えて構成される。 The floating-in-space image display device of the embodiment is configured with an image display device unit having a housing that can be placed on a desk, and a floating-in-space image display unit having a frame structure, taking into consideration use particularly indoors, although this is not limited thereto.
映像表示装置部は、主に、液晶表示パネルと、光源(バックライト)とを有して構成される。 The image display unit mainly consists of a liquid crystal display panel and a light source (backlight).
空間浮遊映像表示部は、偏光分離部材および再帰反射部材などから成る光学系を有して構成される。本実施例の光学系は、溝や金属や樹脂などで構成されるフレームで支えられる構造を備える。 The floating-in-space image display unit is configured with an optical system that includes a polarized light separation member and a retroreflective member. The optical system in this embodiment has a structure that is supported by a frame that includes grooves, metal, resin, etc.
[空間浮遊映像表示装置]
以下の実施例は、例えば、大面積な映像発光源からの映像光による映像を、ショーウィンドゥのガラス等の、空間を仕切る透明部材を介して透過して、店舗の空間の内部または外部に空間浮遊映像として表示可能な、空間浮遊映像表示装置に関する。また、上記実施例とは別に、より小面積(例えば、2~5インチ程度)の映像発光源からの映像光による映像を、後述する偏光分離部材(言い換えると、偏光ビームスプリッタ、または単に、ビームスプリッタ)および再帰反射板などで構成された光学系を用いた、主に室内での空間浮遊映像の表示に供せられる、空間浮遊映像表示装置に関する。
[Space-floating image display device]
The following embodiment relates to a space-floating image display device that can display an image generated by image light from a large-area image emission source as a space-floating image inside or outside the store space by transmitting the image generated by image light from a large-area image emission source through a transparent member that divides the space, such as the glass of a show window. In addition to the above embodiment, the present invention relates to a space-floating image display device that is mainly used for displaying space-floating images indoors, using an optical system composed of a polarization separation member (in other words, a polarizing beam splitter, or simply a beam splitter) and a retroreflector, and the like, which is generated by image light from a smaller-area image emission source (for example, about 2 to 5 inches).
なお、以下の実施例の説明では、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」等と表現しても構わない。実施例の説明で用いる「空間浮遊映像」との用語は、これらの用語の代表例として用いている。 In the following description of the embodiments, the image floating in space is expressed by the term "floating image in space." Instead of this term, it is also possible to express it as "aerial image," "floating image in space," "floating optical image of a displayed image," "floating optical image of a displayed image," etc. The term "floating image in space" used in the description of the embodiments is used as a representative example of these terms.
以下の実施例によれば、例えば、ショーウィンドゥのガラス面や光透過性の板材上に高解像度の映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。また、実施例の空間浮遊映像表示装置は、書斎の机の上、リビングルームのテーブル上、カウンターキッチンなど、比較的小さな空間においても設置可能である。 According to the following embodiment, for example, it is possible to display high-resolution image information floating in space on the glass surface of a shop window or on a light-transmitting plate. Furthermore, the floating-in-space image display device of the embodiment can be installed in a relatively small space, such as on a desk in a study, on a table in a living room, or on a kitchen counter.
従来技術例の空間浮遊映像表示装置では、高解像度なカラー表示映像源としての有機ELパネルや液晶表示パネルを、再帰反射部材と組み合わせて用いている。従来技術例の空間浮遊映像表示装置では、映像光が広角で拡散するため、以下のような課題があった。 In the conventional floating image display device, an organic EL panel or liquid crystal display panel is used as a high-resolution color display image source in combination with a retroreflective material. In the conventional floating image display device, the image light is diffused over a wide angle, which causes the following problems:
図4に示すように、再帰反射部材2において、再帰反射部材2aが6面体であるために、正規に反射する反射光の他に、再帰反射部材2に斜めから入射する映像光によってゴースト像が発生し、空間浮遊映像の画質を損ねるという課題があった。再帰反射部材2は、再帰反射板、あるいは再帰反射シート等とも呼ばれる。 As shown in Figure 4, in the retroreflective member 2, the retroreflective member 2a is a hexahedron, so in addition to the normally reflected light, ghost images are generated by the image light that is obliquely incident on the retroreflective member 2, which causes a problem of impairing the image quality of the floating image in space. The retroreflective member 2 is also called a retroreflective plate or a retroreflective sheet.
また、図5に示すように、映像源である映像表示装置からの映像光を再帰反射部材2で反射させて得られた空間浮遊映像は、上述したゴースト像の他に、液晶表示パネルの画素ごとにボケが生じるという課題もあった。 As shown in Figure 5, the floating image obtained by reflecting the image light from the image display device (image source) by the retroreflective member 2 has the problem that, in addition to the ghost image mentioned above, blurring occurs in each pixel of the liquid crystal display panel.
図1は、一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例と構成例を示す。図1の(A)は、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置の全体構成を示す。例えば、店舗等においては、ガラス等の光透過性部材(透明部材とも記載)であるショーウィンドゥ(ウィンドゥガラス)105により空間が仕切られている。本実施例の空間浮遊情報表示装置によれば、かかる透明部材100を透過して、空間浮遊映像3を店舗の空間の外部に対して一方向に表示可能である。具体的には、空間浮遊情報表示装置における映像表示装置1から、狭角な指向特性でかつ特定偏波の光が、映像光束として出射し、再帰反射部材2に一旦入射し、再帰反射して、ウィンドゥガラス105を透過して、店舗の空間の外側に、実像である空間浮遊映像3を形成する。図1の(A)では、奥行き方向において、ウィンドゥガラス105に対し奥側が店舗内空間、手前側が店舗外空間(例えば歩道)である場合を示している。他方、ウィンドゥガラス105に特定偏波を反射する手段(光学部材など)を設けることで、映像光束を反射させて、店舗内の所望の位置に空間浮遊映像3を形成することもできる。 1 shows an example of the use form and configuration of a space-floating image display device according to an embodiment. (A) of FIG. 1 shows the overall configuration of the space-floating image display device according to this embodiment. For example, in a store or the like, a show window (window glass) 105, which is a light-transmitting member (also described as a transparent member) such as glass, divides the space. According to the space-floating information display device of this embodiment, it is possible to display the space-floating image 3 in one direction to the outside of the store space through such a transparent member 100. Specifically, light with a narrow-angle directional characteristic and a specific polarization is emitted as an image light beam from the image display device 1 in the space-floating information display device, once enters the retroreflective member 2, is retroreflected, and passes through the window glass 105 to form the space-floating image 3, which is a real image, outside the store space. (A) of FIG. 1 shows a case where the back side of the window glass 105 in the depth direction is the store space and the front side is the outside store space (for example, the sidewalk). On the other hand, by providing the window glass 105 with a means for reflecting a specific polarized wave (such as an optical component), the image light beam can be reflected to form a floating image 3 at a desired location within the store.
図1の(B)は、上述した映像表示装置1のブロック構成を示す。映像表示装置1は、空間浮遊映像3の原画像を表示する映像表示部1aと、入力された映像を映像表示部1aのパネルの解像度に合わせて変換する映像制御部1bと、映像信号を受信する映像信号受信部1cと、受信アンテナ1dとを含んでいる。映像信号受信部1cは、USB(Universal Serial Bus:登録商標)入力やHDMI(High-Definition Multimedia Interface:登録商標)入力などの有線での入力信号への対応と、Wi-Fi(Wireless Fidelity:登録商標)などの無線での入力信号への対応とを行う。映像表示装置1は、映像受信・表示装置として単独で機能するものでもあり、外部PC、タブレットやスマートフォンなどからの映像情報を表示することもできる。更に、映像表示装置1は、スティックPCなどを接続すれば、計算処理や映像解析処理などの能力を持たせることもできる。 (B) of FIG. 1 shows a block diagram of the image display device 1 described above. The image display device 1 includes an image display unit 1a that displays the original image of the floating image 3, an image control unit 1b that converts the input image to match the resolution of the panel of the image display unit 1a, an image signal receiving unit 1c that receives an image signal, and a receiving antenna 1d. The image signal receiving unit 1c supports wired input signals such as USB (Universal Serial Bus: registered trademark) input and HDMI (High-Definition Multimedia Interface: registered trademark) input, and wireless input signals such as Wi-Fi (Wireless Fidelity: registered trademark). The image display device 1 functions independently as an image receiving and display device, and can also display image information from an external PC, tablet, smartphone, etc. Furthermore, the image display device 1 can be equipped with capabilities such as calculation processing and image analysis processing by connecting a stick PC, etc.
[空間浮遊映像表示装置 V型]
図2は、一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部の構成例を示す。図2の実施例は、映像表示装置1と、再帰反射部材(言い換えると再帰反射板)2とが、略V字型に配置されている構成(以下、V型と記載)を示す。図2に示すように、V型の構成では、平面ガラス等の透明部材100(本例では水平方向に配置されている)に対する斜め方向(光軸A1に対応する方向)には、特定偏波の映像光を発生する映像表示装置1を備える。また、平面ガラス等の透明部材100に対する他の斜め方向(光軸A2に対応する方向)には、再帰反射部材2を備える。映像表示装置1は、光源装置13、液晶表示素子である液晶表示パネル11、吸収型偏光板12等で構成されている。
[V-type space floating image display device]
FIG. 2 shows an example of the configuration of the main part of a space floating image display device according to an embodiment. The embodiment of FIG. 2 shows a configuration in which an image display device 1 and a retroreflective member (in other words, a retroreflective plate) 2 are arranged in a substantially V-shape (hereinafter, referred to as a V-shape). As shown in FIG. 2, in the V-shape configuration, an image display device 1 that generates image light of a specific polarization is provided in an oblique direction (a direction corresponding to an optical axis A1) relative to a transparent member 100 such as a flat glass (arranged horizontally in this example). In addition, a retroreflective member 2 is provided in another oblique direction (a direction corresponding to an optical axis A2) relative to the transparent member 100 such as a flat glass. The image display device 1 is composed of a light source device 13, a liquid crystal display panel 11 which is a liquid crystal display element, an absorbing polarizing plate 12, and the like.
図2で、映像表示装置1の液晶表示パネル11から発する特定偏波の映像光は、光軸A1の方向に進み、透明部材100に設けられた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有するビームスプリッタ101(偏光分離部材)で反射され、光軸A2の方向に進み、再帰反射部材2に入射する。本例では、ビームスプリッタ101は、シート状に形成されて、平面ガラス等の透明部材100の下面に粘着されている。または、平面ガラスに直接、光学薄膜を蒸着することで、ビームスプリッタ101が形成されてもよい。 In FIG. 2, image light of a specific polarization emitted from the liquid crystal display panel 11 of the image display device 1 travels in the direction of optical axis A1, is reflected by a beam splitter 101 (polarization separation member) having a film that selectively reflects image light of a specific polarization provided on a transparent member 100, travels in the direction of optical axis A2, and enters the retroreflective member 2. In this example, the beam splitter 101 is formed in a sheet shape and adhered to the underside of the transparent member 100 such as flat glass. Alternatively, the beam splitter 101 may be formed by evaporating an optical thin film directly onto the flat glass.
再帰反射部材2の映像光入射面(言い換えると再帰反射面)には、λ/4板21が設けられている。λ/4板21は、言い換えると、偏光変換素子、位相差板、四分の一波長板である。 A λ/4 plate 21 is provided on the image light incidence surface (in other words, the retroreflective surface) of the retroreflective member 2. In other words, the λ/4 plate 21 is a polarization conversion element, a phase difference plate, and a quarter-wave plate.
ビームスプリッタ101からの光軸A2上の映像光は、再帰反射部材2への入射の際と再帰反射部材2から出射の際との計2回、λ/4板21を通過させられることで、特定偏波(一方の偏波)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ビームスプリッタ101は、偏光変換後の他方の偏波の映像光については透過する性質を有する。よって、偏光変換後の他方の偏波の映像光は、ビームスプリッタ101を透過する。ビームスプリッタ101を透過した映像光は、光軸A2に対応する光軸A3の方向で、透明部材100の外側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像3を形成・表示する。 The image light on the optical axis A2 from the beam splitter 101 is polarized and converted from a specific polarization (one polarized wave) to the other polarized wave by passing through the λ/4 plate 21 twice, once when entering the retroreflective member 2 and once when exiting from the retroreflective member 2. Here, the beam splitter 101, which selectively reflects the image light of a specific polarization, has the property of transmitting the image light of the other polarized wave after the polarization conversion. Therefore, the image light of the other polarized wave after the polarization conversion passes through the beam splitter 101. The image light that passes through the beam splitter 101 forms and displays a real image, a floating image 3, at a predetermined position outside the transparent member 100 in the direction of the optical axis A3 corresponding to the optical axis A2.
なお、空間浮遊映像3を形成する光は、再帰反射部材2から空間浮遊映像3の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空間浮遊映像3の光学像を通過後も直進する。よって、図2の構成では、光軸A3に対応した、矢印で示す方向Aから、利用者が視認する場合には、空間浮遊映像3は明るい映像として視認される。しかし、例えば矢印で示す方向Bから他の人が視認する場合には、空間浮遊映像3は映像として一切視認できない。このような特性は、高いセキュリティが求められる映像や、利用者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などに採用する場合に、非常に好適である。 The light that forms the floating image 3 is a collection of light rays that converge from the retroreflective member 2 to the optical image of the floating image 3, and these light rays continue to travel straight even after passing through the optical image of the floating image 3. Therefore, in the configuration of FIG. 2, when a user views the floating image 3 from direction A indicated by the arrow, which corresponds to the optical axis A3, the floating image 3 is seen as a bright image. However, when viewed by another person from direction B indicated by the arrow, for example, the floating image 3 cannot be seen as an image at all. Such characteristics are very suitable for use in systems that display images that require high security or highly confidential images that should be concealed from people directly facing the user.
なお、再帰反射部材2の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになることがある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述したビームスプリッタ101で反射されて映像表示装置1の方に戻る。この戻った光が、映像表示装置1を構成する液晶表示パネル11の映像表示面で再反射することで、ゴースト像を発生させ、空間浮遊映像3の画質を低下させる可能性がある。そこで、本実施例では、映像表示装置1の映像表示面には吸収型偏光板12が設けられている。映像表示装置1から出射する映像光については吸収型偏光板12を透過させ、ビームスプリッタ101から戻ってくる反射光については吸収型偏光板12で吸収させる。これにより、上記再反射を抑制でき、空間浮遊映像3のゴースト像による画質低下を防止することができる。 Depending on the performance of the retroreflective member 2, the polarization axis of the reflected image light may become misaligned. In this case, some of the image light with the misaligned polarization axis is reflected by the beam splitter 101 described above and returns to the image display device 1. This returned light may be re-reflected on the image display surface of the liquid crystal display panel 11 constituting the image display device 1, generating a ghost image and possibly degrading the image quality of the floating image 3. Therefore, in this embodiment, an absorbing polarizing plate 12 is provided on the image display surface of the image display device 1. The image light emitted from the image display device 1 is transmitted through the absorbing polarizing plate 12, and the reflected light returning from the beam splitter 101 is absorbed by the absorbing polarizing plate 12. This makes it possible to suppress the re-reflection and prevent degradation of image quality due to ghost images of the floating image 3.
上述したビームスプリッタ(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される。より具体的には、ビームスプリッタ101は、平面ガラス(例えば石英ガラス)上に光学薄膜を蒸着して構成することができる。 The beam splitter (polarization separation member) 101 described above is formed, for example, from a reflective polarizing plate or a metal multilayer film that reflects a specific polarized wave. More specifically, the beam splitter 101 can be formed by evaporating an optical thin film onto flat glass (for example, quartz glass).
[空間浮遊映像表示装置 Z型]
図3は、図2の実施例とは異なる、一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部の構成例を示す。図3の実施例は、映像表示装置1と再帰反射部材2(再帰反射板)とが対向して配置され、それらを結ぶ空間に、ビームスプリッタ101が、映像表示装置1と再帰反射部材2に対し互いに45度程度の角度をなして、概略的にZ字型(または、逆Z字型)に配置されている構成(以下、Z型と記載)を示している。
[Z-type space floating image display device]
Fig. 3 shows an example of the configuration of the main parts of a space floating image display device according to an embodiment, which is different from the embodiment in Fig. 2. The embodiment in Fig. 3 shows a configuration in which an image display device 1 and a retroreflective member 2 (retroreflective plate) are arranged opposite each other, and a beam splitter 101 is arranged in the space connecting them at an angle of about 45 degrees to the image display device 1 and the retroreflective member 2, roughly in a Z shape (or an inverted Z shape) (hereinafter referred to as Z shape).
図3に示すZ型の構成では、方向Cから入射してくる外光の再帰反射部材2や映像表示装置1に対しての影響を低減することを目的として、ガラス板等の透明部材100および吸収型偏光板112を備えている。図3に示すように、映像表示装置1および再帰反射部材2は、透明部材100および吸収型偏光板112と90度程度の角度をなして配置されており、ビームスプリッタ101とは略45度程度の角度をなして配置されている。本実施例では、ビームスプリッタ101は水平方向に配置されており、映像表示装置1、より具体的には液晶表示パネル11上に表示された映像の位置と、空間浮遊映像3が形成される位置とは、ビームスプリッタ101と面対称の位置関係となる。 The Z-shaped configuration shown in FIG. 3 includes a transparent member 100 such as a glass plate and an absorbing polarizing plate 112 for the purpose of reducing the effect of external light incident from direction C on the retroreflective member 2 and image display device 1. As shown in FIG. 3, the image display device 1 and the retroreflective member 2 are arranged at an angle of about 90 degrees to the transparent member 100 and the absorbing polarizing plate 112, and at an angle of about 45 degrees to the beam splitter 101. In this embodiment, the beam splitter 101 is arranged horizontally, and the position of the image displayed on the image display device 1, more specifically the liquid crystal display panel 11, and the position where the floating image 3 is formed are in a plane-symmetrical relationship with the beam splitter 101.
[再帰反射部材]
図4は、代表的な再帰反射部材2として、再帰反射板の表面形状の一例を示す。規則的に配列された三角錐プリズムの内部に入射した光線は、三角錐プリズムの3壁面と底面で反射され再帰反射光として入射光に対応した方向に出射し、表示装置1に表示した映像に基づき実像である空間浮遊映像を表示する。
[Retroreflective member]
4 shows an example of the surface shape of a retroreflector as a representative retroreflective member 2. A light ray incident on the interior of regularly arranged triangular pyramid prisms is reflected by three walls and a bottom surface of the triangular pyramid prism and is emitted as retroreflected light in a direction corresponding to the incident light, and a real image floating in space is displayed based on the image displayed on the display device 1.
この空間浮遊映像3の解像度は、液晶表示パネル11の解像度の他に、図4で示す再帰反射部材2の再帰反射領域2a(6角形で囲まれた領域)の外径DとピッチPに大きく依存する。例えば、7インチのWUXGA(1920×1200画素)の液晶表示パネル11を用いる場合には、1画素(1トリプレット)が約80μmであっても、例えば再帰反射領域2aの直径Dが240μmでピッチPが300μmであれば、空間浮遊映像3の1画素は300μm相当となる。このため、空間浮遊映像3の実効的な解像度は1/3程度に低下する。そこで、空間浮遊映像3の解像度を映像表示装置1の解像度と同等にするためには、再帰反射領域2aの直径DとピッチPを、液晶表示パネル11の1画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射部材2と液晶表示パネル11の画素によるモアレの発生を抑えるためには、それぞれのピッチ比を1画素の整数倍から外して設計するとよい。また、形状は、再帰反射領域2aのいずれの一辺も液晶表示パネル11の1画素のいずれの一辺と重ならないように配置した形状とするとよい。 The resolution of the floating image 3 depends largely on the outer diameter D and pitch P of the retroreflective area 2a (area surrounded by a hexagon) of the retroreflective member 2 shown in FIG. 4, in addition to the resolution of the liquid crystal display panel 11. For example, when using a 7-inch WUXGA (1920 x 1200 pixels) liquid crystal display panel 11, even if one pixel (one triplet) is about 80 μm, if the diameter D of the retroreflective area 2a is 240 μm and the pitch P is 300 μm, one pixel of the floating image 3 is equivalent to 300 μm. Therefore, the effective resolution of the floating image 3 is reduced to about 1/3. Therefore, in order to make the resolution of the floating image 3 equivalent to the resolution of the image display device 1, it is desirable to make the diameter D and pitch P of the retroreflective area 2a close to one pixel of the liquid crystal display panel 11. On the other hand, in order to suppress the occurrence of moire caused by the retroreflective member 2 and the pixels of the liquid crystal display panel 11, it is advisable to design the pitch ratio of each to be a different integer multiple of one pixel. Also, it is advisable to arrange the shape so that none of the sides of the retroreflective area 2a overlaps with any of the sides of one pixel of the liquid crystal display panel 11.
なお、本実施例に係る再帰反射板の表面形状は上述の例に限られない。再帰性反射を実現する様々な表面形状を有してよい。具体的には、三角錐プリズム、六角錐プリズム、その他多角形プリズムまたはこれらの組み合わせを周期的に配置した再帰反射素子を、本実施例の再帰反射板の表面に備えてもよい。または、これらのプリズムを周期的に配置してキューブコーナーを形成する再帰反射素子を、本実施例の再帰反射板の表面に備えてもよい。これらは、コーナーリフレクタアレイ、多面リフレクタアレイと表現することもできる。または、ガラスビーズを周期的に配置したカプセルレンズ型再帰反射素子を、本実施例の再帰反射板の表面に備えてもよい。これらの再帰反射素子の詳細な構成は、既存の技術を用いればよいので、詳細な説明は省略する。具体的には、特開2001-33609号公報、特開2001-264525号公報、特開2005-181555号公報、特開2008-70898号公報、特開2009-229942号公報などに開示される技術を用いればよい。 The surface shape of the retroreflector according to this embodiment is not limited to the above example. It may have various surface shapes that realize retroreflection. Specifically, a retroreflection element in which triangular pyramid prisms, hexagonal pyramid prisms, other polygonal prisms, or a combination of these are periodically arranged may be provided on the surface of the retroreflector of this embodiment. Alternatively, a retroreflection element in which these prisms are periodically arranged to form a cube corner may be provided on the surface of the retroreflector of this embodiment. These can also be expressed as a corner reflector array or a multifaceted reflector array. Alternatively, a capsule lens type retroreflection element in which glass beads are periodically arranged may be provided on the surface of the retroreflector of this embodiment. The detailed configuration of these retroreflection elements can be achieved by using existing technology, so a detailed description will be omitted. Specifically, the techniques disclosed in JP 2001-33609 A, JP 2001-264525 A, JP 2005-181555 A, JP 2008-70898 A, JP 2009-229942 A, etc. may be used.
本発明者は、視認性を向上するために許容できる空間浮遊映像3の像のボケ量l(スモールL)と画素サイズL(ラージL)との関係を、画素ピッチ40μmの液晶表示パネル11と本実施例の狭発散角(発散角15°)の光源装置13とを組み合わせた映像表示装置1を作成して実験により求めた。図5に、その実験結果を示す。 視認性が悪化するボケ量lは、画素サイズの40%以下が望ましく、15%以下であれば殆ど目立たないことが分かった。このボケ量lが許容量となる反射面の面粗さは、測定距離40μmの範囲において平均粗さが160nm以下であり、より目立たないボケ量lとなるには、反射面の面粗さは120nm以下が望ましいことが分かった。このため、前述した再帰反射部材2の表面粗さを軽減するとともに、反射面を形成する反射膜とその保護膜を含めた面粗さを、上述した値以下とすることが望まれる。 The inventors have experimentally determined the relationship between the amount of blur l (small L) and the pixel size L (large L) of the image of the floating image 3 that can be tolerated to improve visibility by creating an image display device 1 that combines a liquid crystal display panel 11 with a pixel pitch of 40 μm and a light source device 13 with a narrow divergence angle (divergence angle of 15°) of this embodiment. Figure 5 shows the experimental results. It was found that the amount of blur l that deteriorates visibility is preferably 40% or less of the pixel size, and is barely noticeable if it is 15% or less. It was found that the surface roughness of the reflective surface at which the amount of blur l is tolerable is an average roughness of 160 nm or less within a measurement distance of 40 μm, and that to make the amount of blur l less noticeable, the surface roughness of the reflective surface is preferably 120 nm or less. For this reason, it is desirable to reduce the surface roughness of the retroreflective member 2 described above, and to make the surface roughness of the reflective film and its protective film that form the reflective surface less than the above-mentioned value.
一方、再帰反射部材2を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形するとよい。具体的には、再帰反射部材2aを整列させてフィルム上に賦形する方法である。この方法では、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、ロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し、紫外線を照射して硬化させ、所望形状の再帰反射部材2を得る。 On the other hand, in order to manufacture the retroreflective member 2 at a low cost, it is advisable to use a roll press method for molding. Specifically, this method involves aligning the retroreflective members 2a and shaping them on a film. In this method, the inverse shape of the shape to be shaped is formed on the roll surface, an ultraviolet-curable resin is applied onto a base material for fixing, and the required shape is formed by passing it between the rolls, and then the resin is irradiated with ultraviolet light to harden it, resulting in the retroreflective member 2 of the desired shape.
本実施例の映像表示装置1は、液晶表示パネル11と、特定偏波の光を生成する光源としての光源装置13(詳しくは図6)とにより、上述した再帰反射部材2に対して斜めから映像光が入射する可能性が小さくなる。その結果、ゴースト像の発生を抑え、たとえゴースト像が発生したとしても、そのゴースト像の輝度が低いという、構造的に優れたシステムとなる。 The image display device 1 of this embodiment uses a liquid crystal display panel 11 and a light source device 13 (see FIG. 6 for details) as a light source that generates light of a specific polarization, which reduces the possibility of image light being incident obliquely on the retroreflective member 2 described above. As a result, the occurrence of ghost images is suppressed, and even if a ghost image does occur, the brightness of the ghost image is low, resulting in a structurally excellent system.
一方、図3に示すZ型の空間浮遊映像表示装置の構成では、液晶表示パネル11と吸収型偏光板12と光源装置13とを有して構成された映像表示装置1は、所定の角度(例えば水平面のビームスプリッタ101に対して45度程度の角度)をもって配置されている。映像表示装置1からの映像光は、光軸B1の方向(ビームスプリッタ101に対する斜め方向)で、ビームスプリッタ101を通過し、光軸B1に対応した光軸B2の方向(方向Dと対応する)で、再帰反射部材2に向かって進む。 On the other hand, in the configuration of the Z-type floating image display device shown in FIG. 3, the image display device 1, which is configured with a liquid crystal display panel 11, an absorptive polarizer 12, and a light source device 13, is arranged at a predetermined angle (for example, an angle of about 45 degrees with respect to the beam splitter 101 in the horizontal plane). The image light from the image display device 1 passes through the beam splitter 101 in the direction of optical axis B1 (diagonal direction with respect to the beam splitter 101) and proceeds toward the retroreflective member 2 in the direction of optical axis B2 (corresponding to direction D) that corresponds to the optical axis B1.
ここで、映像表示装置1からの映像光は、特定偏波の光として、例えば、P偏光(平行偏光:Parallel Polarization)の特性を有する映像光である。また、ビームスプリッタ101は、反射型偏光板のような偏光分離部材であって、映像表示装置1からのP偏光の映像光については透過するが、S偏光(垂直偏光:Senkrecht Polarization)の映像光については反射する性質を有している。このビームスプリッタ101は、反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜から形成される。このビームスプリッタ101は、一般的に平板ガラス基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。したがって、ビームスプリッタ101の屈折率は、実質的に平板ガラスの屈折率n(n≒1.5)と同じ値を有する。 Here, the image light from the image display device 1 is image light having the characteristics of, for example, P-polarized (parallel polarization) as light of a specific polarization. The beam splitter 101 is a polarization separation member such as a reflective polarizing plate, and has the property of transmitting P-polarized image light from the image display device 1 but reflecting S-polarized (vertical polarization) image light. This beam splitter 101 is formed from a reflective polarizing plate or a metal multilayer film that reflects specific polarization. This beam splitter 101 can generally be formed by evaporating an optical thin film on a flat glass substrate. Therefore, the refractive index of the beam splitter 101 has substantially the same value as the refractive index n (n ≒ 1.5) of flat glass.
一方、再帰反射部材2の光入射面(再帰反射面)には、λ/4板21が設けられている。映像表示装置1からのビームスプリッタ101を透過したP偏光の映像光は、再帰反射部材2に対する入射と出射の際にλ/4板21を計2度通過させられることで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2からの偏光変換後のS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101で反射され、透明部材100等に向かって進む。反射後の光軸B3に対応する方向(ビームスプリッタ101に対する斜め方向)を進んだS偏光の映像光は、ガラス板等による透明部材100および吸収型偏光板112を透過し、透明部材100等の外側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像3を生成・表示する。 On the other hand, a λ/4 plate 21 is provided on the light incidence surface (retroreflective surface) of the retroreflective member 2. The P-polarized image light transmitted through the beam splitter 101 from the image display device 1 is polarized and converted from P-polarized light to S-polarized light by passing through the λ/4 plate 21 twice in total when it enters and exits the retroreflective member 2. As a result, the S-polarized image light after polarization conversion from the retroreflective member 2 is reflected by the beam splitter 101 and travels toward the transparent member 100, etc. The S-polarized image light that travels in a direction corresponding to the optical axis B3 after reflection (diagonal direction with respect to the beam splitter 101) passes through the transparent member 100 made of a glass plate or the like and the absorbing polarizing plate 112, and generates and displays the real image 3 floating in space at a predetermined position outside the transparent member 100, etc.
ここで、映像表示装置1や再帰反射部材2やビームスプリッタ101等の光学部品により構成される光学系に対して、太陽光や照明光が入射することによる画質低下を軽減するためには、透明部材100の外表面に吸収型偏光板112を設けるとよい。再帰反射部材2で光が再帰反射することで偏光軸が不揃いになる場合があるため、ビームスプリッタ101では一部の映像光が反射して映像表示装置1の方に戻る場合がある。この戻った光が、再度、映像表示装置1を構成する液晶表示パネル11の映像表示面で反射することで、ゴースト像を発生させ、空間浮遊映像3の画質を著しく低下させる。 To reduce image quality degradation caused by sunlight or illumination light entering an optical system composed of optical components such as the image display device 1, the retroreflective member 2, and the beam splitter 101, an absorptive polarizing plate 112 may be provided on the outer surface of the transparent member 100. Since the polarization axis may become misaligned due to light being retroreflective by the retroreflective member 2, some of the image light may be reflected by the beam splitter 101 and returned to the image display device 1. This returned light is reflected again by the image display surface of the liquid crystal display panel 11 constituting the image display device 1, generating a ghost image and significantly degrading the image quality of the floating image 3 in space.
そこで、図2および図3に示すいずれの実施例においても、映像表示装置1の映像表示面には吸収型偏光板12が設けられている。もしくは、映像表示装置1の表面に設けた吸収型偏光板12の映像出射側面に、図示しない反射防止膜を設けてもよい。これにより、ゴースト像を発生させる原因となる光を、吸収型偏光板12で吸収させることで、空間浮遊映像3のゴースト像による画質低下を防止する。 Therefore, in both the embodiments shown in Figures 2 and 3, an absorptive polarizer 12 is provided on the image display surface of the image display device 1. Alternatively, an anti-reflection film (not shown) may be provided on the image output side of the absorptive polarizer 12 provided on the surface of the image display device 1. In this way, the light that causes ghost images to be generated is absorbed by the absorptive polarizer 12, thereby preventing degradation of image quality due to ghost images of the floating image 3 in space.
さらに、図3のZ型の構成では、再帰反射部材2に外光が直接入射すると、強力なゴースト像を発生させる。そのため、このゴースト像の発生を抑制・防止するために、この実施例では、再帰反射部材2を外光の入射方向に対して下向きに傾けることで、外光の入射を妨げる構成とする。具体的には、外光の主な入射方向を、矢印で示す方向C(利用者が空間浮遊映像3を正面から視認する方向)に対応する方向(光軸B3のような斜め方向)とする。その場合に、再帰反射部材2は、光軸B2が、その方向C(光軸B3)に対し、例えば90度程度の関係となるように配置されている。言い換えると、再帰反射部材2の主面が、透明部材100等の主面に対し、例えば90度程度の関係となるように配置されている。これにより、方向Cで入射した場合の外光は、再帰反射部材2の主面(再帰反射面)に直接的に入射することが無いので、ゴースト像の発生が防止される。 Furthermore, in the Z-shaped configuration of FIG. 3, when external light is directly incident on the retroreflective member 2, a strong ghost image is generated. Therefore, in order to suppress and prevent the generation of this ghost image, in this embodiment, the retroreflective member 2 is tilted downward with respect to the direction of incidence of the external light to prevent the incidence of the external light. Specifically, the main incident direction of the external light is set to a direction (diagonal direction like the optical axis B3) corresponding to the direction C indicated by the arrow (the direction in which the user views the floating image 3 from the front). In this case, the retroreflective member 2 is arranged so that the optical axis B2 is, for example, at about 90 degrees relative to the direction C (optical axis B3). In other words, the main surface of the retroreflective member 2 is arranged so that it is, for example, at about 90 degrees relative to the main surface of the transparent member 100, etc. As a result, when the external light is incident in the direction C, it does not directly enter the main surface (retroreflective surface) of the retroreflective member 2, thereby preventing the generation of a ghost image.
また、映像表示装置1についても、外光の入射方向(方向C)とは異なる向きに配置されている。具体的には、映像表示装置1の主面(映像光出射面)は、再帰反射部材2の主面と同じ向き(言い換えると平行)に配置されており、映像表示装置1の光軸B1が外光の入射方向(方向C)に対応する光軸B3に対して90度程度の関係で配置されている。また、開口部として機能する透明部材100の主面に対し方向Cで外光が入射する場合の光束の範囲を考えた場合に、その範囲の外側にやや離れた位置に映像表示装置1が配置されている。これらにより、映像表示装置1での再反射を原因とするゴースト像の発生が軽減される。 The image display device 1 is also arranged in a different direction from the incident direction of the external light (direction C). Specifically, the main surface (image light exit surface) of the image display device 1 is arranged in the same direction (in other words, parallel) as the main surface of the retroreflective member 2, and the optical axis B1 of the image display device 1 is arranged at an angle of about 90 degrees to the optical axis B3 corresponding to the incident direction of the external light (direction C). In addition, when considering the range of the light flux when external light is incident on the main surface of the transparent member 100 functioning as an opening in direction C, the image display device 1 is arranged at a position slightly outside that range. This reduces the occurrence of ghost images caused by re-reflection at the image display device 1.
[映像表示装置]
図6は、図2や図3の実施例に適用可能である映像表示装置1の構成例を示す。この映像表示装置1は、光源装置13、液晶表示パネル11、光方向変換パネル54等を有して構成されている。液晶表示パネル11の映像出射面側には、前述の吸収型偏光板12が設けられてもよい。光源装置13は、光源を構成する半導体光源(固体光源)である複数のLED素子201(LED:Light Emitting Diode)、および導光体203等を有して構成されている。図6では、光源装置13の光出射側に液晶表示パネル11と光方向変換パネル54が配置された状態を展開斜視図として示している。
[Image display device]
Fig. 6 shows a configuration example of an image display device 1 applicable to the embodiments of Fig. 2 and Fig. 3. This image display device 1 is configured to include a light source device 13, a liquid crystal display panel 11, a light direction conversion panel 54, etc. The image emission surface side of the liquid crystal display panel 11 may be provided with the above-mentioned absorptive polarizing plate 12. The light source device 13 is configured to include a plurality of LED elements 201 (LEDs: Light Emitting Diodes) which are semiconductor light sources (solid light sources) constituting the light source, a light guide 203, etc. Fig. 6 shows a developed perspective view of the liquid crystal display panel 11 and the light direction conversion panel 54 arranged on the light emission side of the light source device 13.
光源装置13は、例えば、プラスチック等のケース(図示しない)により形成され、内部にLED素子201、および導光体203を収納して構成されている。導光体203の光入射側には、それぞれのLED素子201からの発散光を略平行光束に変換するために、受光端面203aが設けられている。受光端面203aは、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状が設けられている。 The light source device 13 is formed, for example, from a plastic case (not shown) and is configured to house the LED elements 201 and the light guide 203 inside. A light receiving end surface 203a is provided on the light incident side of the light guide 203 to convert the divergent light from each LED element 201 into a substantially parallel light beam. The light receiving end surface 203a has a shape in which the cross-sectional area gradually increases toward the opposite side to the light receiving portion, and is provided with a lens shape that has the effect of gradually decreasing the divergence angle by multiple total reflections as the light propagates inside.
さらに、導光体203の上面には、導光体203に対して略平行に配置された液晶表示パネル11が取り付けられている。導光体203の上面は、導光体203で反射された光を出射する出射面となる。また、光源装置13のケースの1つの側面(図6では下側の側面)には、複数のLED素子201が取り付けられている。複数のLED素子201からの光は、導光体203の受光端面203aの形状によって、略コリメート光(略平行光)に変換される。このため、受光端面203aの受光部とLED素子201とは、所定の位置関係を保って取り付けられている。 Furthermore, the liquid crystal display panel 11 is attached to the upper surface of the light guide 203, and is disposed approximately parallel to the light guide 203. The upper surface of the light guide 203 serves as an emission surface that emits light reflected by the light guide 203. Furthermore, a plurality of LED elements 201 are attached to one side (the lower side in FIG. 6) of the case of the light source device 13. The light from the plurality of LED elements 201 is converted into approximately collimated light (approximately parallel light) by the shape of the light receiving end surface 203a of the light guide 203. For this reason, the light receiving portion of the light receiving end surface 203a and the LED elements 201 are attached while maintaining a predetermined positional relationship.
光源装置13は、導光体203の光入射側に設けられた受光部である受光端面203aに、光源であるLED素子201が複数並べられた光源ユニットを取り付けて構成されている。LED素子201からの発散光束は、導光体203の受光端面203aのレンズ形状によって、略コリメート光とされる。この略コリメート光は、導光体203の内部を矢印で示す方向Aに導光する。方向Aは、液晶表示パネル11に対して略平行な方向(図面では下から上への方向)である。方向Aに導光した光は、導光体203に備える光束方向変換部204によって光束方向が変換されて、導光体203に対し略平行な液晶表示パネル11に向かって、矢印で示す方向Bに出射する。方向Bは、液晶表示パネル11の表示面に対して略垂直な方向である。 The light source device 13 is configured by attaching a light source unit in which a plurality of LED elements 201 serving as light sources are arranged to the light receiving end surface 203a, which is a light receiving section provided on the light incident side of the light guide 203. The divergent light beam from the LED elements 201 is made into approximately collimated light by the lens shape of the light receiving end surface 203a of the light guide 203. This approximately collimated light is guided inside the light guide 203 in the direction A indicated by the arrow. The direction A is approximately parallel to the liquid crystal display panel 11 (from bottom to top in the drawing). The light guided in the direction A has its light beam direction converted by the light beam direction conversion section 204 provided in the light guide 203, and is emitted in the direction B indicated by the arrow toward the liquid crystal display panel 11, which is approximately parallel to the light guide 203. The direction B is approximately perpendicular to the display surface of the liquid crystal display panel 11.
導光体203は、導光体203内部または表面の形状によって、光束方向変換部204の分布(言い換えると密度)が最適化されている構成を有する。これにより、方向Bで示す光源装置13からの出射光束であって液晶表示パネル11への入射光束である光の均一性を制御することができる。 The light guide 203 has a configuration in which the distribution (in other words, density) of the light beam direction conversion section 204 is optimized depending on the shape inside or on the surface of the light guide 203. This makes it possible to control the uniformity of the light, which is the light beam emitted from the light source device 13 shown in direction B and incident on the liquid crystal display panel 11.
さらに、光源装置13と液晶表示パネル11とを含んで構成される映像表示装置1において、方向Bで示す光源装置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からの方向Bの光の指向性を制御することもできる。より具体的には、光源装置13として、狭角な発散角を有する光源を構成することができる。この結果、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(言い換えると直進性)で効率良く届くこととなり、高品位な空間浮遊映像を高解像度で表示できる。それとともに、光源装置13のLED素子201を含む映像表示装置1による消費電力を著しく低減可能となる。 Furthermore, in the image display device 1 including the light source device 13 and the liquid crystal display panel 11, the directivity of the light from the light source device 13 in the direction B can be controlled to improve the utilization efficiency of the light flux emitted from the light source device 13 in the direction B and to significantly reduce power consumption. More specifically, a light source having a narrow divergence angle can be configured as the light source device 13. As a result, the image light from the image display device 1 can reach the observer efficiently with high directivity (in other words, linearity) like laser light, and a high-quality floating image can be displayed with high resolution. At the same time, the power consumption by the image display device 1 including the LED elements 201 of the light source device 13 can be significantly reduced.
また、光源装置13の図示しないケースの上面に取り付けられる液晶表示パネル11の図示しないフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル11と、当該液晶表示パネル11に電気的に接続された図示しないフレキシブル配線基板(FPC:Flexible Printed Circuits)等とが取り付けられて構成されている。液晶表示素子である液晶表示パネル11は、LED素子201と共に、電子装置を構成する図示しない制御回路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。 The liquid crystal display panel 11 is attached to a frame (not shown) of the liquid crystal display panel 11, which is attached to the top surface of a case (not shown) of the light source device 13. The liquid crystal display panel 11 is attached to the frame, and a flexible printed circuit board (FPC: Flexible Printed Circuits) (not shown) electrically connected to the liquid crystal display panel 11 is attached to the frame. The liquid crystal display panel 11, which is a liquid crystal display element, generates a display image by modulating the intensity of transmitted light together with the LED elements 201 based on a control signal from a control circuit (not shown) that constitutes the electronic device.
次に、図7以降を用いて、一実施例に係る、机上設置型の空間浮遊映像表示装置について説明する。図7~図9に示す各実施例の空間浮遊映像表示装置は、基本構成としては、図2に示すV型の構成に該当する。 Next, a tabletop type floating image display device according to one embodiment will be described with reference to FIG. 7 and subsequent figures. The basic configuration of the floating image display device according to each embodiment shown in FIG. 7 to FIG. 9 corresponds to the V-shaped configuration shown in FIG. 2.
[第1実施例]
図7は、一実施例(第1実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置400の主要部の構成例を示す。
[First embodiment]
FIG. 7 shows an example of the configuration of the main parts of a space floating image display device 400 suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as a first embodiment).
図7では、空間浮遊映像表示装置400を横から見た場合の断面図を示している。ここでの装置正面は、空間浮遊映像表示装置400で形成する空間浮遊映像3(3A,3B)を利用者(230A,230B)が正面から視認できる方向に対応した面とする。 Figure 7 shows a cross-sectional view of the space-floating image display device 400 as seen from the side. The front of the device here is the surface that corresponds to the direction in which the space-floating image 3 (3A, 3B) formed by the space-floating image display device 400 can be viewed from the front by the user (230A, 230B).
方向AAと方向ABは、利用者が空間浮遊映像3(3A,3B)を正面から視認する方向であり、Y方向での負方向と対応している。 Directions AA and AB are the directions in which the user views the floating-in-space image 3 (3A, 3B) from the front, and correspond to the negative direction in the Y direction.
説明上、図示の(X,Y,Z)のような座標系や方向を用いる場合がある。本図において、Z方向は、鉛直方向、上下方向であり、X方向およびY方向は、直交する2つの水平方向であり、X方向は、奥行き方向、前後方向(空間浮遊映像3の画面内での前後の水平方向)であり、Y方向は、左右方向(空間浮遊映像3の画面内での左右の水平方向)である。 For the purpose of explanation, a coordinate system and directions such as (X, Y, Z) shown in the figure may be used. In this figure, the Z direction is the vertical direction, the up-down direction, the X direction and the Y direction are two horizontal directions that intersect at right angles, the X direction is the depth direction, the front-to-back direction (the front-to-back horizontal direction within the screen of the floating image 3), and the Y direction is the left-to-right direction (the left-to-right horizontal direction within the screen of the floating image 3).
図7のV型の基本構成は、図2のV型の構成に対し、構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101Aと透明部材100A、および再帰反射部材2等)の位置関係は同様である。また、映像表示装置1は液晶表示パネル11と光源装置13を備えている。 The basic configuration of the V-shaped structure in FIG. 7 is the same as that of the V-shaped structure in FIG. 2 in terms of the positional relationship of the components (image display device 1, beam splitter 101A and transparent member 100A, and retroreflective member 2, etc.). In addition, the image display device 1 includes a liquid crystal display panel 11 and a light source device 13.
なお、以下、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは一体として扱い透明部材を略して記すことがある。また、他の同種の構成要素においても同様に略することがある。 Note that, hereinafter, the beam splitter 101A and the transparent member 100A will be treated as one unit, and the transparent member will be abbreviated. Other similar components will also be abbreviated in the same way.
空間浮遊映像3Aを形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置400の各構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101A、および再帰反射部材2等)は、所定の位置関係を有して相互に配置されている。すなわち、図7の映像表示装置1、ビームスプリッタ101Aおよび再帰反射部材2等は、図2の構成と同様に、V字形状を為すように、所定の位置関係を有して配置されている。形成された空間浮遊映像3Aは方向AAから利用者230Aが正面から視認できる。 In order to form the floating-in-space image 3A, the components of the floating-in-space image display device 400 (image display device 1, beam splitter 101A, retroreflective member 2, etc.) are arranged with a predetermined positional relationship to each other. That is, the image display device 1, beam splitter 101A, retroreflective member 2, etc. in FIG. 7 are arranged with a predetermined positional relationship to form a V-shape, similar to the configuration in FIG. 2. The formed floating-in-space image 3A can be viewed from the front by the user 230A from the direction AA.
図7に示す第1実施例の空間浮遊映像表示装置400は、ビームスプリッタ101Aの一端に回転支点となるヒンジ機構330を備えている。ヒンジ機構330は上下左右には動かないが,回転は自由であるような機構であり、ビームスプリッタ101Aの左端のX方向に設けられてヒンジ機構330を回転支点として、ビームスプリッタ101Aは上下に回転可動する構造である。つまり、図7に示す空中浮遊映像表示装置は、映像を表示する表示パネルと、表示パネルから出射した映像光の一部を反射する偏光分離部材と、偏光分離部材からの反射光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、再帰反射部材が再帰反射した反射光が偏光分離部材を透過して空中浮遊映像を形成するものであり、偏光分離部材は、表示パネル及び再帰反射部材に対する角度が可変である。 The floating image display device 400 of the first embodiment shown in FIG. 7 is provided with a hinge mechanism 330 that serves as a rotation fulcrum at one end of the beam splitter 101A. The hinge mechanism 330 is a mechanism that does not move up, down, left, or right, but is free to rotate. It is provided in the X direction at the left end of the beam splitter 101A, and the beam splitter 101A is structured to rotate up and down around the hinge mechanism 330 as a rotation fulcrum. In other words, the floating image display device shown in FIG. 7 is provided with a display panel that displays an image, a polarized light separation member that reflects a portion of the image light emitted from the display panel, and a retroreflective member that retroreflects the reflected light from the polarized light separation member, and the reflected light reflected by the retroreflective member passes through the polarized light separation member to form a floating image, and the angle of the polarized light separation member with respect to the display panel and the retroreflective member is variable.
すなわち、映像表示装置1と再帰反射部材2が固定配置に対して、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは角度を変えて配置することが可能な構造である。もしくは、ヒンジ機構330を回転支点として、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aが回転され、ビームスプリッタ101Aと映像表示装置1、および、ビームスプリッタ101Aと再帰反射部材2の離隔距離を変えることができる構造である。ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの配置角度が異なっても、図2の構成と同様にV字形状を為すように、位置関係を有して配置される。 In other words, the image display device 1 and the retroreflective member 2 are fixedly arranged, while the beam splitter 101A and the transparent member 100A can be arranged at different angles. Alternatively, the beam splitter 101A and the transparent member 100A can be rotated around the hinge mechanism 330 as a rotation fulcrum, and the distance between the beam splitter 101A and the image display device 1, and the beam splitter 101A and the retroreflective member 2 can be changed. Even if the arrangement angle of the beam splitter 101A and the transparent member 100A is different, they are arranged with a positional relationship so as to form a V shape, similar to the configuration in FIG. 2.
図7に示す第1実施例の空間浮遊映像表示装置400において、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aを、ヒンジ機構330を回転支点として、水平位置(XY平面)に対して上方に角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Bと透明部材100Bの位置に配置する。この配置の構成では、映像表示装置1からの映像光は光軸A1より長い距離の光軸AB1を通って、ビームスプリッタ101Bで反射されて、光軸AB2に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。 In the first embodiment of the floating-in-space image display device 400 shown in FIG. 7, the beam splitter 101A and the transparent member 100A are rotated upward by an angle γ with respect to the horizontal position (XY plane) using the hinge mechanism 330 as a rotation fulcrum, and placed at the position of the beam splitter 101B and the transparent member 100B. In this arrangement, the image light from the image display device 1 passes through the optical axis AB1, which is longer than the optical axis A1, is reflected by the beam splitter 101B, passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis AB2, and enters the retroreflective member 2.
再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Bを透過する。ビームスプリッタ101Bを透過した映像光は、光軸AB2に対応する光軸AB3の方向で、透明部材100Bの外側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Bを形成・表示する。形成された空間浮遊映像3Bは、光軸AB3に対応した矢印で示す方向ABから、利用者230Bが正面位置で明るい映像として視認できる。 The image light that is retroreflected by the retroreflective member 2 and emitted passes through the λ/4 plate 21 again, where it is converted to the other polarized wave, and passes through the beam splitter 101B. The image light that passes through the beam splitter 101B forms and displays a real image, a floating-in-space image 3B, at a predetermined position outside the transparent member 100B in the direction of the optical axis AB3 corresponding to the optical axis AB2. The formed floating-in-space image 3B can be viewed as a bright image by the user 230B in a frontal position from the direction AB indicated by the arrow corresponding to the optical axis AB3.
ビームスプリッタ101Aより角度γだけビームスプリッタ101Bが上方に位置していることから、映像表示装置1からビームスプリッタ101Aに至る光軸A1に対して、映像表示装置1からビームスプリッタ101Bに至る光軸AB1の長さが長く、空間浮遊映像3Bは、空間浮遊映像3Aより高い位置に形成される。このことから、利用者の身長差などによって視点位置の高さが異なる場合、ビームスプリッタ101の傾斜角度を変えることによって、視認しやすい位置に空間浮遊映像3を形成することが可能である。 Because beam splitter 101B is positioned above beam splitter 101A by angle γ, the length of optical axis AB1 from image display device 1 to beam splitter 101B is longer than optical axis A1 from image display device 1 to beam splitter 101A, and floating image 3B is formed at a higher position than floating image 3A. For this reason, when the height of the viewpoint position differs due to differences in height between users, it is possible to form floating image 3 at a position that is easy to see by changing the tilt angle of beam splitter 101.
図7の実施例では、水平位置のビームスプリッタ101Aは、利用者230Aにとって最適な空間浮遊映像3Aを形成するのに対して、水平位置(XY平面)に対して上方にγの角度傾斜をもつビームスプリッタ101Bは、利用者230Aより背の高い利用者230Bに好適な空間浮遊映像3Bを形成する。 In the embodiment of FIG. 7, the beam splitter 101A in the horizontal position forms a floating image 3A that is optimal for the user 230A, whereas the beam splitter 101B with an upward angle of γ with respect to the horizontal position (XY plane) forms a floating image 3B that is suitable for the user 230B who is taller than the user 230A.
[第2実施例]
図8は、一実施例(第2実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置400の構成例を示す。
[Second embodiment]
FIG. 8 shows a configuration example of a space floating image display device 400 suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as a second embodiment).
図8では、空間浮遊映像表示装置400を横から見た場合の断面図を示している。 Figure 8 shows a cross-sectional view of the space floating image display device 400 as seen from the side.
本実施例では、図7の第1実施例の空間浮遊映像表示装置400が筐体4001内に配置されおり、筐体4001は水平方向(XY平面に平行)に開口部(開口穴)4002を備えている。ヒンジ機構330は、開口部4002の一端に設けられ、ビームスプリッタ101Aの利用者230と反対側の一辺においてビームスプリッタ101Aを回転可能に保持し、ビームスプリッタ101Aの回転支点となる。 In this embodiment, the floating-in-space image display device 400 of the first embodiment in FIG. 7 is placed in a housing 4001, and the housing 4001 has an opening (opening hole) 4002 in the horizontal direction (parallel to the XY plane). The hinge mechanism 330 is provided at one end of the opening 4002, and rotatably holds the beam splitter 101A on one side of the beam splitter 101A opposite the user 230, and serves as a rotation fulcrum for the beam splitter 101A.
また、空間浮遊映像表示装置400は、制御などの機能を有する制御部等500と、撮像部510と、ピストンを上下若しくは伸縮するピストン機構310を備えている。 The floating-in-space image display device 400 also includes a control unit 500 having control functions, an imaging unit 510, and a piston mechanism 310 that moves the piston up and down or expands and contracts.
図8は、図7のV型の構成に対し、構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101Aと透明部材100A、および再帰反射部材2等)の位置関係は同様である。なお、以下、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは一体として扱い透明部材を略して記すことがある。また、他の同種の構成要素においても同様に略することがある。 In FIG. 8, the positional relationship of the components (image display device 1, beam splitter 101A and transparent member 100A, retroreflective member 2, etc.) is the same as that of the V-shaped configuration in FIG. 7. Note that, hereinafter, beam splitter 101A and transparent member 100A may be treated as one unit, and the transparent member may be abbreviated. Other similar components may also be abbreviated in the same way.
空間浮遊映像3Aを形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置400の各構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101A、および再帰反射部材2等)は、所定の位置関係を有して相互に配置されている。すなわち、図8の映像表示装置1、ビームスプリッタ101Aおよび再帰反射部材2等は、図7の構成と同様に、V字形状を為すように、所定の位置関係を有して配置されている。形成された空間浮遊映像3Aは方向AAから利用者230Aが正面から視認できる。 In order to form the floating-in-space image 3A, the components of the floating-in-space image display device 400 (image display device 1, beam splitter 101A, retroreflective member 2, etc.) are arranged with a predetermined positional relationship to each other. That is, the image display device 1, beam splitter 101A, retroreflective member 2, etc. in FIG. 8 are arranged with a predetermined positional relationship to form a V-shape, similar to the configuration in FIG. 7. The formed floating-in-space image 3A can be viewed from the front by the user 230A from the direction AA.
ヒンジ機構330を回転支点として、ビームスプリッタ101Aは上下方向に回転あるいは移動する構造の一例である。すなわち、映像表示装置1と再帰反射部材2が固定配置に対して、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは角度を変えて配置することが可能な構造である。もしくは、ヒンジ機構330を回転支点として、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aが回転され、ビームスプリッタ101Aと映像表示装置1の離隔距離、および、ビームスプリッタ101Aと再帰反射部材2の離隔距離を変えることができる構造である。つまり、図8に示す空中浮遊映像表示装置は、映像を表示する表示パネルと、表示パネルから出射した映像光の一部を反射する偏光分離部材と、偏光分離部材からの反射光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、再帰反射部材が再帰反射した反射光が偏光分離部材を透過して空中浮遊映像を形成するものであり、偏光分離部材は、表示パネル及び再帰反射部材に対する角度が可変である。 This is an example of a structure in which the beam splitter 101A rotates or moves up and down around the hinge mechanism 330. In other words, the image display device 1 and the retroreflective member 2 are fixed in position, while the beam splitter 101A and the transparent member 100A can be positioned at different angles. Alternatively, the beam splitter 101A and the transparent member 100A can be rotated around the hinge mechanism 330, changing the separation distance between the beam splitter 101A and the image display device 1, and the separation distance between the beam splitter 101A and the retroreflective member 2. In other words, the floating image display device shown in FIG. 8 includes a display panel that displays an image, a polarization separation member that reflects a portion of the image light emitted from the display panel, and a retroreflective member that retroreflects the light reflected from the polarization separation member, and the light reflected by the retroreflective member passes through the polarization separation member to form a floating image, and the angle of the polarization separation member relative to the display panel and the retroreflective member is variable.
ピストン機構310は、ヒンジ機構330に対してビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの対向する辺に配置されている。ピストン機構310のピストンは、初期状態ではピストン310Aの長さでビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの一辺に接して、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aを水平(XY平面に平行)に保持している。ピストン機構310のピストン310Aが伸びて、ピストン310Bの状態では、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは、ヒンジ機構330を回転支点として、水平位置(XY平面)に対して上方に角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Bと透明部材100Bの位置に移動する。すなわち、ピストン機構310により、ビームスプリッタ101Aは回転軸のヒンジ機構330を回転支点として回転され、映像表示装置1および再帰反射部材2に対する角度を変えることができる。 The piston mechanism 310 is disposed on the side of the beam splitter 101A and the transparent member 100A that faces the hinge mechanism 330. In the initial state, the piston of the piston mechanism 310 is in contact with one side of the beam splitter 101A and the transparent member 100A at the length of the piston 310A, and holds the beam splitter 101A and the transparent member 100A horizontally (parallel to the XY plane). When the piston 310A of the piston mechanism 310 extends and is in the state of piston 310B, the beam splitter 101A and the transparent member 100A rotate upward by an angle γ with respect to the horizontal position (XY plane) with the hinge mechanism 330 as the rotation fulcrum, and move to the position of the beam splitter 101B and the transparent member 100B. That is, the piston mechanism 310 rotates the beam splitter 101A around the hinge mechanism 330 of the rotation axis, allowing the angle relative to the image display device 1 and the retroreflective member 2 to be changed.
このビームスプリッタ101Bと透明部材100Bの位置では、映像表示装置1からの映像光は光軸A1より長い距離の光軸AB1を通って、ビームスプリッタ101Bで反射されて、光軸AB2に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Bを透過する。ビームスプリッタ101Bを透過した映像光は、光軸AB2に対応する光軸AB3の方向で、透明部材100Bの外側の所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Bを形成・表示する。形成された空間浮遊映像3Bは、光軸AB3に対応した矢印で示す方向ABから、利用者230Bが正面位置で明るい映像として視認できる。 At the position of the beam splitter 101B and the transparent member 100B, the image light from the image display device 1 passes through the optical axis AB1, which is longer than the optical axis A1, is reflected by the beam splitter 101B, passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis AB2, and enters the retroreflective member 2. The image light that is retroreflectively reflected by the retroreflective member 2 passes through the λ/4 plate 21 again, is converted to the other polarized wave, and transmits the beam splitter 101B. The image light that has transmitted through the beam splitter 101B forms and displays a real image, a floating image 3B, at a predetermined position outside the transparent member 100B, in the direction of the optical axis AB3 corresponding to the optical axis AB2. The formed floating image 3B can be viewed as a bright image by the user 230B in the direction AB indicated by the arrow corresponding to the optical axis AB3 when positioned in front of the user 230B.
なお、ピストン機構310の配置は本実施例に限るものではなく、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの他の辺や、また、複数位置に配置しても同様な効果が得られる。また、ヒンジ機構330を回転支点として、ビームスプリッタ101Aを回転あるいは上下方向に駆動する方法は、ピストン機構310に限るものではない。 The arrangement of the piston mechanism 310 is not limited to this embodiment, and similar effects can be obtained by arranging it on other sides of the beam splitter 101A and the transparent member 100A, or in multiple positions. Also, the method of rotating or driving the beam splitter 101A in the vertical direction with the hinge mechanism 330 as the rotation fulcrum is not limited to the piston mechanism 310.
(撮像部、制御部等について)
撮像部510は、利用者230の背丈、顔、目や口などの顔の構成要素を撮像し、利用者230の背丈や顔などの情報が制御部等500に入力される。撮像部510は、入力された利用者230の情報から、例えば、利用者230の目の位置を検出して、利用者230の目の高さ情報を求める。
(Regarding the imaging unit, control unit, etc.)
The imaging unit 510 captures images of the height, face, and facial components such as the eyes and mouth of the user 230, and information such as the height and face of the user 230 is input to the control unit 500. The imaging unit 510 detects, for example, the position of the eyes of the user 230 from the input information of the user 230, and obtains information on the height of the eyes of the user 230.
制御部等500は、求めた利用者230の目の高さ情報があらかじめ想定した視認の高さと異なる場合、ピストン機構310を駆動して、ビームスプリッタ101Aの角度を利用者230が視認に最適な位置に変えることができる。 If the obtained eye height information of the user 230 differs from the pre-assumed viewing height, the control unit etc. 500 can drive the piston mechanism 310 to change the angle of the beam splitter 101A to a position optimal for viewing by the user 230.
例えば、利用者230Aがあらかじめ想定した視認の高さであったとすると、撮像部510と制御部等500はピストン機構310をビームスプリッタ101Aが水平に保持するように制御する。利用者230Aより背の高い利用者230Bの場合は、撮像部510と制御部等500によりピストン機構310のピストン310Aをピストン310Bに伸ばし、ビームスプリッタ101Aの傾斜を角度γだけ傾けたビームスプリッタ101Bの位置に変えて、利用者230Bが正面位置で明るい映像として視認できる。 For example, if user 230A is at a predetermined viewing height, image capture unit 510 and control unit 500 control piston mechanism 310 so that beam splitter 101A holds the horizontal position. In the case of user 230B who is taller than user 230A, image capture unit 510 and control unit 500 extend piston 310A of piston mechanism 310 to piston 310B, and change the position of beam splitter 101A to that of beam splitter 101B tilted by angle γ, so that user 230B can view a bright image from a frontal position.
[第3実施例]
図9は、一実施例(第3実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成例を示す。
[Third Example]
FIG. 9 shows a configuration example of a space floating image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as a third embodiment).
図9では、空間浮遊映像表示装置を横から見た場合の断面図を示している。本実施例では、空間浮遊映像表示装置400が筐体4001内に配置されている。 Figure 9 shows a cross-sectional view of the space floating image display device as seen from the side. In this embodiment, the space floating image display device 400 is placed inside the housing 4001.
図9は、図2のV型の構成に対し、構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101Aと透明部材100A、および再帰反射部材2等)の位置関係は同様である。なお、以下、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは一体として扱い透明部材を略して記すことがある。また、他の同種の構成要素においても同様に略することがある。 In FIG. 9, the positional relationship of the components (image display device 1, beam splitter 101A and transparent member 100A, retroreflective member 2, etc.) is the same as that of the V-shaped configuration in FIG. 2. Note that, hereinafter, beam splitter 101A and transparent member 100A may be treated as one unit, and the transparent member may be abbreviated. Other similar components may also be abbreviated in the same way.
空間浮遊映像3Aを形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置の各構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101A、および再帰反射部材2等)は、所定の位置関係を有して相互に配置されている。すなわち、図9の映像表示装置1、ビームスプリッタ101Aおよび再帰反射部材2等は、図2の構成と同様に、V字形状を為すように、所定の位置関係を有して配置されている。形成された空間浮遊映像3Aは方向AAから利用者230Aが正面から視認できる。 In order to form the floating-in-space image 3A, the components of the floating-in-space image display device (image display device 1, beam splitter 101A, retroreflective member 2, etc.) are arranged with a predetermined positional relationship to each other. That is, the image display device 1, beam splitter 101A, retroreflective member 2, etc. in FIG. 9 are arranged with a predetermined positional relationship to form a V-shape, similar to the configuration in FIG. 2. The formed floating-in-space image 3A can be viewed from the front by user 230A in direction AA.
図9に示す第3実施例の空間浮遊映像表示装置において、ヒンジ機構331は、開口部4002の中心付近に設けられ、ビームスプリッタ101Aの利用者230側の一辺に平行なビームスプリッタ101Aの中心線若しくは中心線近傍においてビームスプリッタ101Aの両端を回転可能に保持し、ビームスプリッタ101Aの回転支点となる。ヒンジ機構331は上下左右には動かないが,回転は自由であるような機構であり、ヒンジ機構331を回転支点として、ビームスプリッタ101Aは上下に回転する構造である。つまり、図9に示す空中浮遊映像表示装置は、映像を表示する表示パネルと、表示パネルから出射した映像光の一部を反射する偏光分離部材と、偏光分離部材からの反射光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、再帰反射部材が再帰反射した反射光が偏光分離部材を透過して空中浮遊映像を形成するものであり、偏光分離部材は、表示パネル及び再帰反射部材に対する角度が可変である。 In the third embodiment of the floating-in-space image display device shown in Fig. 9, the hinge mechanism 331 is provided near the center of the opening 4002, and rotatably holds both ends of the beam splitter 101A at or near the center line of the beam splitter 101A that is parallel to one side of the beam splitter 101A facing the user 230, and serves as a rotation fulcrum for the beam splitter 101A. The hinge mechanism 331 does not move up, down, left, or right, but is free to rotate, and the beam splitter 101A rotates up and down around the hinge mechanism 331 as a rotation fulcrum. In other words, the floating image display device shown in FIG. 9 includes a display panel that displays an image, a polarization separation member that reflects a portion of the image light emitted from the display panel, and a retroreflective member that retroreflects the light reflected from the polarization separation member, and the light reflected by the retroreflective member passes through the polarization separation member to form a floating image, and the angle of the polarization separation member relative to the display panel and the retroreflective member is variable.
すなわち、映像表示装置1と再帰反射部材2が固定配置に対して、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは角度を変えて配置することが可能な構造である。もしくは、ヒンジ機構331を回転支点として、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aが回転され、ビームスプリッタ101Aと映像表示装置1、および、ビームスプリッタ101Aと再帰反射部材2の離隔距離を変えることができる構造である。ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの配置角度が異なっても、図2の構成と同様にV字形状を為すように、位置関係を有して配置される。 In other words, the image display device 1 and the retroreflective member 2 are fixedly arranged, while the beam splitter 101A and the transparent member 100A can be arranged at different angles. Alternatively, the beam splitter 101A and the transparent member 100A can be rotated around the hinge mechanism 331 as a rotation fulcrum, and the distance between the beam splitter 101A and the image display device 1, and the beam splitter 101A and the retroreflective member 2 can be changed. Even if the arrangement angle of the beam splitter 101A and the transparent member 100A is different, they are arranged with a positional relationship so as to form a V shape, similar to the configuration in FIG. 2.
ピストン機構310は、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの利用者230側の辺に配置されている。ピストン機構310のピストンは、初期状態ではピストン310Aの長さでビームスプリッタ101Aと透明部材100Aの一辺に接して、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aを水平(XY平面に平行)に保持している。ピストン機構310のピストン310Aが伸びて、ピストン310Cの状態では、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aは、ヒンジ機構331を回転支点として、水平位置(XY平面)に対して上方に角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Cと透明部材100Cの位置に移動する。すなわち、ピストン機構310により、ビームスプリッタ101Aは回転軸のヒンジ機構331を回転支点として回転され、映像表示装置1および再帰反射部材2に対する角度を変えることができる。 The piston mechanism 310 is disposed on the side of the beam splitter 101A and the transparent member 100A facing the user 230. In the initial state, the piston of the piston mechanism 310 is in contact with one side of the beam splitter 101A and the transparent member 100A at the length of the piston 310A, and holds the beam splitter 101A and the transparent member 100A horizontally (parallel to the XY plane). When the piston 310A of the piston mechanism 310 extends and is in the state of piston 310C, the beam splitter 101A and the transparent member 100A rotate upward by an angle γ with respect to the horizontal position (XY plane) with the hinge mechanism 331 as the rotation fulcrum, and move to the position of the beam splitter 101C and the transparent member 100C. That is, the piston mechanism 310 rotates the beam splitter 101A with the hinge mechanism 331 of the rotation axis as the rotation fulcrum, and the angle with respect to the image display device 1 and the retroreflective member 2 can be changed.
この配置の構成では、映像表示装置1の中心位置からの映像光は、光軸A1、A2、A3に沿って、ビームスプリッタ101Aのヒンジ機構331の回転支点軸上(X軸方向)を反射あるいは通過する。映像表示装置1の中心位置からの映像光は、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aが角度だけ回転して、ビームスプリッタ101Cと透明部材100Cの位置に来ても、光路の経路と長さはほぼ変わらないため、ビームスプリッタ101A、101Cで反射されて、光軸A2に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。 In this configuration, the image light from the center position of the image display device 1 is reflected or passes along the optical axes A1, A2, and A3 on the rotation fulcrum axis (X-axis direction) of the hinge mechanism 331 of the beam splitter 101A. Even when the beam splitter 101A and the transparent member 100A rotate by an angle and the image light from the center position of the image display device 1 reaches the position of the beam splitter 101C and the transparent member 100C, the path and length of the optical path are almost unchanged, so the image light is reflected by the beam splitters 101A and 101C, passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis A2, and enters the retroreflective member 2.
再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101A、101Cを透過する。ビームスプリッタ101A、101Cを透過した映像光は、光軸A2に対応する光軸A3の方向で、透明部材100A、100Cの外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像の発生し、ほぼ同じ位置に空間浮遊映像は発生して、空間浮遊映像3Aと3Cはほぼ重なる。 The image light that is retroreflected by the retroreflective member 2 passes through the λ/4 plate 21 again and is converted to the other polarized wave, and then passes through the beam splitters 101A and 101C. The image light that passes through the beam splitters 101A and 101C generates a real image, a floating image, at a predetermined position outside the transparent members 100A and 100C in the direction of the optical axis A3 that corresponds to the optical axis A2, and the floating images are generated at approximately the same position, so that the floating images 3A and 3C almost overlap.
この配置の構成において、映像表示装置1の中心から離れた位置からの映像光について考える。映像表示装置1の下端(図9において左端)の光軸A11の映像光がビームスプリッタ101Aで反射すると、光軸A12に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Aを透過する。ビームスプリッタ101Aを透過した映像光は、光軸A12に対応する光軸A13の方向で、透明部材100Aの外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像3Aを発生する。 In this configuration, consider image light from a position away from the center of the image display device 1. When image light with optical axis A11 at the bottom end (left end in FIG. 9) of the image display device 1 is reflected by the beam splitter 101A, it passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis A12 and enters the retroreflective member 2. The image light that is retroreflected by the retroreflective member 2 passes through the λ/4 plate 21 again and is converted to the other polarized wave, and passes through the beam splitter 101A. The image light that passes through the beam splitter 101A generates a real image, a floating image 3A, at a predetermined position outside the transparent member 100A in the direction of the optical axis A13 corresponding to the optical axis A12.
次に、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aが角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Cと透明部材100Cの位置に来た場合は、映像表示装置1の下端の光軸A11の映像光がビームスプリッタ101Cで反射すると、光軸C12に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Cを透過する。ビームスプリッタ101Cを透過した映像光は、光軸C12に対応する光軸C13の方向で、透明部材100Cの外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像3Cを発生する。 Next, when the beam splitter 101A and the transparent member 100A rotate by an angle γ and reach the position of the beam splitter 101C and the transparent member 100C, the image light of the optical axis A11 at the lower end of the image display device 1 is reflected by the beam splitter 101C, passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis C12, and enters the retroreflective member 2. The image light retroreflected by the retroreflective member 2 passes through the λ/4 plate 21 again, is converted to the other polarized wave, and transmits through the beam splitter 101C. The image light transmitted through the beam splitter 101C generates a real image, a floating image 3C, at a predetermined position outside the transparent member 100C in the direction of the optical axis C13 corresponding to the optical axis C12.
映像表示装置1の下端とビームスプリッタ101C間の距離は、角度γの回転によって、映像表示装置1とビームスプリッタ101A間の距離より短くなるため、換言すれば光路距離が短くなるため、発生した空間浮遊映像3Cの上端(図9において左端)位置は、空間浮遊映像3Aの上端位置と比較して低い位置になる。映像表示装置1の上端(図9において右端)の光軸A21の映像光がビームスプリッタ101Aで反射すると、光軸A22に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Aを透過する。ビームスプリッタ101Aを透過した映像光は、光軸A22に対応する光軸A23の方向で、透明部材100Aの外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像3Aを発生する。 The distance between the bottom end of the image display device 1 and the beam splitter 101C becomes shorter than the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101A due to the rotation of the angle γ, in other words, the optical path distance becomes shorter, so that the position of the top end (left end in FIG. 9) of the generated floating-in-space image 3C becomes lower than the position of the top end of the floating-in-space image 3A. When the image light of the optical axis A21 of the top end (right end in FIG. 9) of the image display device 1 is reflected by the beam splitter 101A, it passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis A22 and enters the retroreflective member 2. The image light that is retroreflected by the retroreflective member 2 and emitted passes through the λ/4 plate 21 again, is converted into the other polarized wave, and transmits through the beam splitter 101A. The image light transmitted through the beam splitter 101A generates a real image, a floating image 3A, at a predetermined position outside the transparent member 100A in the direction of optical axis A23, which corresponds to optical axis A22.
次に、ビームスプリッタ101Aと透明部材100Aが角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Cと透明部材100Cの位置に来た場合は、映像表示装置1の上端の光軸A21の映像光がビームスプリッタ101Cで反射すると、光軸C22に沿ってλ/4板21を通過して再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21を再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Cを透過する。ビームスプリッタ101Cを透過した映像光は、光軸C22に対応する光軸C23の方向で、透明部材100Cの外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像3Cを発生する。 Next, when the beam splitter 101A and the transparent member 100A rotate by an angle γ and come to the position of the beam splitter 101C and the transparent member 100C, the image light of the optical axis A21 at the upper end of the image display device 1 is reflected by the beam splitter 101C, passes through the λ/4 plate 21 along the optical axis C22, and enters the retroreflective member 2. The image light retroreflected by the retroreflective member 2 passes through the λ/4 plate 21 again, is converted to the other polarized wave, and transmits through the beam splitter 101C. The image light transmitted through the beam splitter 101C generates a real image, a floating image 3C, at a predetermined position outside the transparent member 100C in the direction of the optical axis C23 corresponding to the optical axis C22.
映像表示装置1の上端とビームスプリッタ101C間の距離は、角度γの回転によって、映像表示装置1とビームスプリッタ101A間の距離より長くなるため、換言すれば光路距離が長くなるため、発生した空間浮遊映像3Cの下端(図9において左端)位置は、空間浮遊映像3Aの上端位置と比較して高い位置になる。 The distance between the top of the image display device 1 and the beam splitter 101C becomes longer than the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101A due to the rotation of the angle γ, in other words, the optical path distance becomes longer, so that the bottom end (left end in FIG. 9) of the generated floating-in-space image 3C becomes higher than the top end of the floating-in-space image 3A.
つまり、空間浮遊映像3Cは空間浮遊映像3Aより反時計回り方向に傾斜、あるいは、空間浮遊映像3Cの傾斜角度は空間浮遊映像3Aより水平面に近い浅い角度に発生する。空間浮遊映像3Cは、利用者230Aより背の高いあるいは視点の位置が高い利用者230Cから、矢印で示す方向ACに正面位置で明るい空間浮遊映像として視認できる。 In other words, the floating image in space 3C is tilted counterclockwise more than the floating image in space 3A, or the tilt angle of the floating image in space 3C occurs at a shallower angle closer to the horizontal plane than the floating image in space 3A. The floating image in space 3C can be seen as a bright floating image in front of the user 230C, who is taller or has a higher viewpoint than the user 230A, in the direction AC indicated by the arrow.
[第4実施例]
次に、空間浮遊映像表示装置400の内部構成のブロック図について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a block diagram of the internal configuration of the space floating image display device 400 will be described.
図10は、空間浮遊映像表示装置400の内部構成の一例を示すブロック図である。空間浮遊映像表示装置400は、再帰反射部材2、液晶表示パネル11、導光体203、光源装置13、電源1106、外部電源入力インタフェース1111、操作入力部1107、不揮発性メモリ1108、メモリ1109、制御部1110、映像信号入力部1131、音声信号入力部1133、通信部1132、空中操作検出センサ1351、空中操作検出部1350、音声出力部1140、映像制御部1160、ストレージ部1170、撮像部510、ビームスプリッタ101、ビームスプリッタ角度調整部1010等を備えている。 Figure 10 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the space floating image display device 400. The space floating image display device 400 includes a retroreflective member 2, a liquid crystal display panel 11, a light guide 203, a light source device 13, a power source 1106, an external power source input interface 1111, an operation input unit 1107, a non-volatile memory 1108, a memory 1109, a control unit 1110, a video signal input unit 1131, an audio signal input unit 1133, a communication unit 1132, an aerial operation detection sensor 1351, an aerial operation detection unit 1350, an audio output unit 1140, a video control unit 1160, a storage unit 1170, an imaging unit 510, a beam splitter 101, a beam splitter angle adjustment unit 1010, and the like.
ここで、ビームスプリッタ角度調整部1010は、図8や図9で示したピストン機構310を含み、ビームスプリッタ101の映像表示装置1及び再帰反射部材2に対する角度を調節する。 Here, the beam splitter angle adjustment unit 1010 includes the piston mechanism 310 shown in Figures 8 and 9, and adjusts the angle of the beam splitter 101 relative to the image display device 1 and the retroreflective member 2.
なお、リムーバブルメディアインタフェース1134、姿勢センサ1113、透過型自発光映像表示装置(不図示)、第2の表示装置(不図示)、または二次電池1112などを備えても良い。 In addition, a removable media interface 1134, a position sensor 1113, a transmissive self-luminous image display device (not shown), a second display device (not shown), or a secondary battery 1112 may also be provided.
空間浮遊映像表示装置400の各構成要素は、筐体4001に配置されている。なお、撮像部510および空中操作検出センサ1351は、筐体4001の外側に設けられてもよい。 The components of the space floating image display device 400 are arranged in a housing 4001. Note that the imaging unit 510 and the aerial operation detection sensor 1351 may be provided on the outside of the housing 4001.
再帰反射部材2は、液晶表示パネル11により変調された光を再帰反射する。再帰反射部材2からの反射光のうち、空間浮遊映像表示装置400の外部に出力された光により空間浮遊映像3が形成される。 The retroreflective member 2 retroreflects the light modulated by the liquid crystal display panel 11. The light reflected from the retroreflective member 2 is output to the outside of the spatial floating image display device 400 to form the spatial floating image 3.
液晶表示パネル11は、後述する映像制御部1160による制御により入力される映像信号に基づいて、透過する光を変調して映像を生成する表示部である。液晶表示パネル11として、例えば透過型液晶パネルが用いられる。また、液晶表示パネル11として、例えば反射する光を変調する方式の反射型液晶パネルやDMD(Digital Micromirror Device:登録商標)パネル等が用いられてもよい。 The liquid crystal display panel 11 is a display unit that generates an image by modulating transmitted light based on an input video signal under the control of the video control unit 1160 described below. For example, a transmissive liquid crystal panel is used as the liquid crystal display panel 11. Alternatively, for example, a reflective liquid crystal panel that modulates reflected light or a DMD (Digital Micromirror Device: registered trademark) panel may be used as the liquid crystal display panel 11.
光源装置13は、液晶表示パネル11に光を供給するもので、LED光源、レーザ光源等の固体光源である。電源1106は、外部から外部電源入力インタフェース1111介して入力されるAC電流をDC電流に変換し、光源装置13に電力を供給する。また、電源1106は、空間浮遊映像表示装置400内の各部に、それぞれ必要なDC電流を供給する。 The light source device 13 supplies light to the liquid crystal display panel 11 and is a solid-state light source such as an LED light source or a laser light source. The power supply 1106 converts AC current input from the outside via the external power supply input interface 1111 into DC current and supplies power to the light source device 13. The power supply 1106 also supplies the necessary DC current to each part within the space floating image display device 400.
二次電池1112は、電源1106から供給される電力を蓄電する。また、二次電池1112は、外部電源入力インタフェース1111を介して、外部から電力が供給されない場合に、光源装置13およびその他電力を必要とする構成に対して電力を供給する。すなわち、空間浮遊映像表示装置400が二次電池1112を備える場合は、外部から電力が供給されない場合でも利用者は空間浮遊映像表示装置400を使用することが可能となる。 The secondary battery 1112 stores the power supplied from the power source 1106. Furthermore, when power is not supplied from the outside via the external power input interface 1111, the secondary battery 1112 supplies power to the light source device 13 and other components that require power. In other words, when the space floating image display device 400 is equipped with the secondary battery 1112, the user can use the space floating image display device 400 even when power is not supplied from the outside.
導光体203は、光源装置13で発生した光を導光し、液晶表示パネル11に照射させる。導光体203と光源装置13とを組み合わせたものを、液晶表示パネル11のバックライトと称することもできる。導光体203は、主にガラスを用いた構成にしてもよい。導光体203は、主にプラスチックを用いた構成にしてもよい。導光体203は、ミラーを用いた構成にしてもよい。導光体203と光源装置13との組み合わせには、さまざまな方式が考えられる。 The light guide 203 guides the light generated by the light source device 13 and irradiates it onto the liquid crystal display panel 11. The combination of the light guide 203 and the light source device 13 can also be called the backlight of the liquid crystal display panel 11. The light guide 203 may be configured mainly using glass. The light guide 203 may be configured mainly using plastic. The light guide 203 may be configured using a mirror. There are various possible methods for combining the light guide 203 with the light source device 13.
空中操作検出センサ1351は、利用者230の指による空間浮遊映像3の操作を検出するセンサである。空中操作検出センサ1351は、例えば空間浮遊映像3の表示範囲の全部と重畳する範囲をセンシングする。 The mid-air operation detection sensor 1351 is a sensor that detects the operation of the floating-in-space image 3 by the finger of the user 230. The mid-air operation detection sensor 1351 senses, for example, the entire display range of the floating-in-space image 3 and the range that overlaps with it.
なお、空中操作検出センサ1351は、空間浮遊映像3の表示範囲の少なくとも一部と重畳する範囲のみをセンシングしてもよい。空中操作検出センサ1351の具体例としては、赤外線などの非可視光、非可視光レーザ、超音波等を用いた距離センサが挙げられる。また、空中操作検出センサ1351は、複数のセンサを複数組み合わせ、2次元平面の座標を検出できるように構成されたものでもよい。また、空中操作検出センサ1351は、ToF(Time of Flight)方式のLiDAR(Light Detection and Ranging)や、画像センサで構成されてもよい。 The aerial operation detection sensor 1351 may sense only a range that overlaps with at least a portion of the display range of the floating image 3. Specific examples of the aerial operation detection sensor 1351 include distance sensors that use invisible light such as infrared rays, invisible light lasers, ultrasonic waves, etc. The aerial operation detection sensor 1351 may also be configured to detect coordinates on a two-dimensional plane by combining multiple sensors. The aerial operation detection sensor 1351 may also be configured with a ToF (Time of Flight) type LiDAR (Light Detection and Ranging) or an image sensor.
空中操作検出センサ1351は、利用者が指で空間浮遊映像3として表示されるオブジェクトに対するタッチ操作等を検出するためのセンシングができればよい。このようなセンシングは、既存の技術を用いて行うことができる。 The mid-air operation detection sensor 1351 only needs to be capable of sensing to detect touch operations, etc., made by the user with his/her finger on an object displayed as the floating-in-space image 3. Such sensing can be performed using existing technology.
空中操作検出部1350は、空中操作検出センサ1351からセンシング信号を取得し、センシング信号に基づいて利用者230の指による空間浮遊映像3のオブジェクトに対する接触の有無や、利用者230の指とオブジェクトとが接触した位置(接触位置)の算出等を行う。空中操作検出部1350は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の回路で構成される。また、空中操作検出部1350の一部の機能は、例えば制御部1110で実行される空間操作検出用プログラムによりソフトウェアで実現されてもよい。 The aerial operation detection unit 1350 acquires a sensing signal from the aerial operation detection sensor 1351, and performs operations such as determining whether the finger of the user 230 has touched an object in the floating-in-space image 3 and calculating the position (contact position) where the finger of the user 230 has touched the object based on the sensing signal. The aerial operation detection unit 1350 is configured with a circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array). Some of the functions of the aerial operation detection unit 1350 may be realized by software, for example, by a spatial operation detection program executed by the control unit 1110.
空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350は、空間浮遊映像表示装置400に内蔵された構成としてもよいが、空間浮遊映像表示装置400とは別体で外部に設けられてもよい。空間浮遊映像表示装置400と別体で設ける場合、空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350は、有線または無線の通信接続路や映像信号伝送路を介して空間浮遊映像表示装置400に情報や信号を伝達できるように構成される。 The aerial operation detection sensor 1351 and the aerial operation detection unit 1350 may be configured to be built into the space-floating image display device 400, or may be provided separately from the space-floating image display device 400. When provided separately from the space-floating image display device 400, the aerial operation detection sensor 1351 and the aerial operation detection unit 1350 are configured to transmit information and signals to the space-floating image display device 400 via a wired or wireless communication connection path or image signal transmission path.
また、空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350が別体で設けられてもよい。これにより、空中操作検出機能の無い空間浮遊映像表示装置400を本体として、空中操作検出機能のみをオプションで追加できるようなシステムを構築することが可能である。 Also, the aerial operation detection sensor 1351 and the aerial operation detection unit 1350 may be provided separately. This makes it possible to build a system in which the main body is the floating-in-space image display device 400, which does not have an aerial operation detection function, and only the aerial operation detection function can be added as an option.
また、空中操作検出センサ1351のみを別体とし、空中操作検出部1350が空間浮遊映像表示装置400に内蔵された構成でもよい。空間浮遊映像表示装置400の設置位置に対して空中操作検出センサ1351をより自由に配置したい場合等には、空中操作検出センサ1351のみを別体とする構成に利点がある。 Also, the aerial operation detection sensor 1351 alone may be a separate component, and the aerial operation detection unit 1350 may be built into the space-floating image display device 400. In cases where it is desired to more freely position the aerial operation detection sensor 1351 relative to the installation position of the space-floating image display device 400, there is an advantage to a configuration where only the aerial operation detection sensor 1351 alone is a separate component.
撮像部510は、イメージセンサを有するカメラであり、利用者230の顔、目、腕、指および/または空間浮遊映像3付近の空間などを撮像する。 The imaging unit 510 is a camera with an image sensor, and captures the face, eyes, arms, fingers, and/or the space near the floating image 3 of the user 230.
例えば、撮像部510が撮像した利用者230の顔や目の情報は、ビームスプリッタ角度調整部1010によって利用者230の顔や目の位置を検出して、高さ情報を求める。ビームスプリッタ角度調整部1010は、求めた高さ情報があらかじめ想定した視認の高さと異なる場合、ピストン機構310を駆動して、ビームスプリッタ101の角度を利用者230が視認に最適な位置に変えることができる。 For example, the information on the face and eyes of the user 230 captured by the imaging unit 510 is used to detect the position of the face and eyes of the user 230 by the beam splitter angle adjustment unit 1010, and height information is obtained. If the obtained height information differs from the pre-determined viewing height, the beam splitter angle adjustment unit 1010 can drive the piston mechanism 310 to change the angle of the beam splitter 101 to a position optimal for viewing by the user 230.
撮像部510は、複数設けられてもよい。複数の撮像部510を用いることで、あるいは深度センサ付きの撮像部を用いることで、利用者230による空間浮遊映像3のタッチ操作の検出処理の際、空中操作検出部1350を補助することができる。撮像部510は、空間浮遊映像表示装置400と別体で設けられてもよい。撮像部510を空間浮遊映像表示装置400と別体で設ける場合、有線または無線の通信接続路などを介して空間浮遊映像表示装置400に撮像信号を伝達できるように構成すればよい。 A plurality of imaging units 510 may be provided. By using a plurality of imaging units 510, or by using an imaging unit with a depth sensor, the aerial operation detection unit 1350 can be assisted in the detection process of the touch operation of the user 230 on the floating-in-space image 3. The imaging unit 510 may be provided separately from the floating-in-space image display device 400. When the imaging unit 510 is provided separately from the floating-in-space image display device 400, it is sufficient to configure it so that an imaging signal can be transmitted to the floating-in-space image display device 400 via a wired or wireless communication connection path or the like.
例えば、空中操作検出センサ1351が、空間浮遊映像3の表示面を含む平面(侵入検出平面)を対象として、この侵入検出平面内への物体の侵入の有無を検出する物体侵入センサとして構成された場合、侵入検出平面内に侵入していない物体(例えば、利用者の指)が侵入検出平面からどれだけ離れているのか、あるいは物体が侵入検出平面にどれだけ近いのかといった情報を、空中操作検出センサ1351では検出できない場合がある。 For example, if the aerial operation detection sensor 1351 is configured as an object intrusion sensor that detects whether an object has intruded into the intrusion detection plane (intrusion detection plane) that includes the display surface of the floating image 3, the aerial operation detection sensor 1351 may not be able to detect information such as how far an object that has not intruded into the intrusion detection plane (e.g., a user's finger) is from the intrusion detection plane, or how close the object is to the intrusion detection plane.
このような場合、複数の撮像部510の撮像画像に基づく物体の深度算出情報や深度センサによる物体の深度情報等の情報を用いることにより、物体と侵入検出平面との距離を算出することができる。そして、これらの情報や、物体と侵入検出平面との距離等の各種情報は、空間浮遊映像3に対する各種表示制御に用いられる。また、空中操作検出センサ1351を用いずに、撮像部510の撮像画像に基づき、空中操作検出部1350が利用者230による空間浮遊映像3のタッチ操作を検出するようにしてもよい。 In such a case, the distance between the object and the intrusion detection plane can be calculated by using information such as object depth calculation information based on the images captured by the multiple imaging units 510 and object depth information from a depth sensor. This information and various information such as the distance between the object and the intrusion detection plane are then used for various display controls for the floating-in-space image 3. Also, without using the mid-air operation detection sensor 1351, the mid-air operation detection unit 1350 may detect a touch operation on the floating-in-space image 3 by the user 230 based on the images captured by the imaging units 510.
また、撮像部510が空間浮遊映像3を操作する利用者230の顔を撮像し、制御部1110が利用者230の識別処理を行うようにしてもよい。また、空間浮遊映像3を操作する利用者230の周辺や背後に他人が立っており、他人が空間浮遊映像3に対する利用者230の操作を覗き見ていないか等を判別するため、撮像部510は、空間浮遊映像3を操作する利用者230と、利用者230の周辺領域とを含めた範囲を撮像するようにしてもよい。 The imaging unit 510 may also capture an image of the face of the user 230 operating the floating image 3, and the control unit 1110 may perform an identification process for the user 230. In addition, the imaging unit 510 may capture an image of a range including the user 230 operating the floating image 3 and the surrounding area of the user 230, in order to determine whether or not another person is standing around or behind the user 230 operating the floating image 3 and peeking at the user 230's operation of the floating image 3.
操作入力部1107は、例えば操作ボタンや、リモートコントローラ等の信号受信部または赤外光受光部であり、利用者230による空中操作(タッチ操作)とは異なる操作についての信号を入力する。空間浮遊映像3をタッチ操作する前述の利用者230とは別に、操作入力部1107は、例えば管理者が空間浮遊映像表示装置400を操作するために用いられてもよい。 The operation input unit 1107 is, for example, an operation button, a signal receiving unit such as a remote controller, or an infrared light receiving unit, and inputs a signal for an operation different from the aerial operation (touch operation) by the user 230. In addition to the above-mentioned user 230 who touches the space floating image 3, the operation input unit 1107 may be used, for example, by an administrator to operate the space floating image display device 400.
映像信号入力部1131は、外部の映像出力装置を接続して映像データを入力する。映像信号入力部1131は、さまざまなデジタル映像入力インタフェースが考えられる。例えば、HDMI(登録商標)(High―Definition Multimedia Interface)規格の映像入力インタフェース、DVI(Digital Visual Interface)規格の映像入力インタフェース、またはDisplayPort規格の映像入力インタフェースなどで構成すればよい。または、アナログRGBや、コンポジットビデオなどのアナログ映像入力インタフェースを設けてもよい。 The video signal input unit 1131 connects to an external video output device and inputs video data. The video signal input unit 1131 can be implemented using a variety of digital video input interfaces. For example, it can be implemented using a video input interface conforming to the HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface) standard, a video input interface conforming to the DVI (Digital Visual Interface) standard, or a video input interface conforming to the DisplayPort standard. Alternatively, an analog video input interface such as analog RGB or composite video can be provided.
音声信号入力部1133は、外部の音声出力装置を接続して音声データを入力する。音声信号入力部1133は、HDMI規格の音声入力インタフェース、光デジタル端子インタフェース、または、同軸デジタル端子インタフェース、などで構成すればよい。 The audio signal input unit 1133 is connected to an external audio output device and inputs audio data. The audio signal input unit 1133 may be configured with an HDMI standard audio input interface, an optical digital terminal interface, a coaxial digital terminal interface, or the like.
HDMI規格のインタフェースの場合は、映像信号入力部1131と音声信号入力部1133とは、端子およびケーブルが一体化したインタフェースとして構成されてもよい。 In the case of an HDMI standard interface, the video signal input unit 1131 and the audio signal input unit 1133 may be configured as an interface in which the terminals and cables are integrated.
音声出力部1140は、音声信号入力部1133に入力された音声データに基づいた音声を出力することが可能である。音声出力部1140は、スピーカーで構成してもよい。また、音声出力部1140は、内蔵の操作音やエラー警告音を出力してもよい。または、HDMI規格に規定されるAudio Return Channel機能のように、外部機器にデジタル信号として出力する構成を音声出力部1140としてもよい。 The audio output unit 1140 can output audio based on the audio data input to the audio signal input unit 1133. The audio output unit 1140 may be configured as a speaker. The audio output unit 1140 may also output built-in operation sounds and error warning sounds. Alternatively, the audio output unit 1140 may be configured to output a digital signal to an external device, such as the Audio Return Channel function defined in the HDMI standard.
不揮発性メモリ1108は、空間浮遊映像表示装置400で用いる各種データを格納する。不揮発性メモリ1108に格納されるデータには、例えば、空間浮遊映像3に表示する各種操作用のデータ、表示アイコン、利用者の操作が操作するためのオブジェクトのデータやレイアウト情報等が含まれる。メモリ1109は、空間浮遊映像3として表示する映像データや装置の制御用データ等を記憶する。 The non-volatile memory 1108 stores various data used by the space floating image display device 400. The data stored in the non-volatile memory 1108 includes, for example, data for various operations to be displayed on the space floating image 3, display icons, data for objects to be operated by the user, layout information, etc. The memory 1109 stores image data to be displayed as the space floating image 3, data for controlling the device, etc.
制御部1110は、接続される各部の動作を制御する。また、制御部1110は、メモリ1109に記憶されるプログラムと協働して、空間浮遊映像表示装置400内の各部から取得した情報に基づく演算処理を行ってもよい。 The control unit 1110 controls the operation of each connected unit. The control unit 1110 may also work with a program stored in the memory 1109 to perform calculations based on information acquired from each unit in the space floating image display device 400.
通信部1132は、有線または無線の通信インタフェースを介して、外部機器や外部のサーバ等と通信を行う。通信部1132が有線の通信インタフェースを有する場合は、当該有線の通信インタフェースは、例えば、イーサネット規格のLANインタフェースなどで構成すればよい。通信部1132が無線の通信インタフェースを有する場合は、例えば、Wi―Fi方式の通信インタフェース、Bluetooth方式の通信インタフェース、4G、5Gなどの移動体通信インタフェースなどで構成すればよい。通信部1132を介した通信により、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データが送受信される。 The communication unit 1132 communicates with external devices, external servers, etc., via a wired or wireless communication interface. If the communication unit 1132 has a wired communication interface, the wired communication interface may be configured, for example, as an Ethernet standard LAN interface. If the communication unit 1132 has a wireless communication interface, the interface may be configured, for example, as a Wi-Fi communication interface, a Bluetooth communication interface, or a mobile communication interface such as 4G or 5G. Various data such as video data, image data, and audio data are sent and received by communication via the communication unit 1132.
また、リムーバブルメディアインタフェース1134は、着脱可能な記録媒体(リムーバブルメディア)を接続するインタフェースである。着脱可能な記録媒体(リムーバブルメディア)は、ソリッドステートドライブ(SSD)などの半導体素子メモリ、ハードディスクドライブ(HDD)などの磁気記録媒体記録装置、または光ディスクなどの光学記録メディアなどで構成してもよい。リムーバブルメディアインタフェース1134は着脱可能な記録媒体記録されている、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データなどの各種情報を読み出すことが可能である。着脱可能な記録媒体に記録された映像データ、画像データ等は、液晶表示パネル11と再帰反射部材2とを介して空間浮遊映像3として出力される。 The removable media interface 1134 is an interface for connecting a removable recording medium (removable media). The removable recording medium (removable media) may be composed of a semiconductor element memory such as a solid state drive (SSD), a magnetic recording medium recording device such as a hard disk drive (HDD), or an optical recording medium such as an optical disk. The removable media interface 1134 is capable of reading out various information such as various data such as video data, image data, and audio data recorded on the removable recording medium. The video data, image data, and the like recorded on the removable recording medium are output as a floating image 3 via the liquid crystal display panel 11 and the retroreflective member 2.
ストレージ部1170は、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データなどの各種情報を記録する記憶装置である。ストレージ部1170は、ハードディスクドライブ(HDD)などの磁気記録媒体記録装置や、ソリッドステートドライブ(SSD)などの半導体素子メモリで構成してもよい。ストレージ部1170には、例えば、製品出荷時に予め映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ等の各種情報が記録されていてもよい。また、ストレージ部1170は、通信部1132を介して外部機器や外部のサーバ等から取得した映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ等の各種情報を記録してもよい。 The storage unit 1170 is a storage device that records various information such as various data such as video data, image data, and audio data. The storage unit 1170 may be configured with a magnetic recording medium recording device such as a hard disk drive (HDD) or a semiconductor element memory such as a solid state drive (SSD). For example, various information such as various data such as video data, image data, and audio data may be recorded in advance in the storage unit 1170 at the time of product shipment. In addition, the storage unit 1170 may record various information such as various data such as video data, image data, and audio data obtained from an external device or an external server via the communication unit 1132.
ストレージ部1170に記録された映像データ、画像データ等は、液晶表示パネル11と再帰反射部材2とを介して空間浮遊映像3として出力される。空間浮遊映像3として表示される、表示アイコンや利用者が操作するためのオブジェクト等の映像データ、画像データ等も、ストレージ部1170に記録される。 The video data, image data, etc. recorded in the storage unit 1170 are output as the floating-in-space image 3 via the liquid crystal display panel 11 and the retroreflective member 2. The video data, image data, etc. of the display icons and objects for the user to operate, which are displayed as the floating-in-space image 3, are also recorded in the storage unit 1170.
空間浮遊映像3として表示される表示アイコンやオブジェクト等のレイアウト情報や、オブジェクトに関する各種メタデータの情報等もストレージ部1170に記録される。ストレージ部1170に記録された音声データは、例えば音声出力部1140から音声として出力される。 Layout information of display icons and objects displayed as the floating-in-space image 3, various metadata information related to the objects, and the like are also recorded in the storage unit 1170. The audio data recorded in the storage unit 1170 is output as audio from the audio output unit 1140, for example.
映像制御部1160は、液晶表示パネル11に入力する映像信号に関する各種制御を行う。映像制御部1160は、映像処理回路と称してもよく、例えば、ASIC、FPGA、映像用プロセッサなどのハードウェアで構成されてもよい。なお、映像制御部1160は、映像処理部、画像処理部と称してもよい。映像制御部1160は、例えば、メモリ1109に記憶させる映像信号と、映像信号入力部1131に入力された映像信号(映像データ)等のうち、どの映像信号を液晶表示パネル11に入力するかといった映像切り替えの制御等を行う。また、映像制御部1160は、メモリ1109に記憶させる映像信号と、映像信号入力部1131から入力された映像信号とを重畳した重畳映像信号を生成し、重畳映像信号を液晶表示パネル11に入力することで、合成映像を空間浮遊映像3として形成する制御を行ってもよい。 The image control unit 1160 performs various controls related to the image signal input to the liquid crystal display panel 11. The image control unit 1160 may be called an image processing circuit, and may be configured with hardware such as an ASIC, an FPGA, or an image processor. The image control unit 1160 may also be called an image processing unit or an image processing unit. The image control unit 1160 performs image switching control, such as which image signal is input to the liquid crystal display panel 11 out of the image signal stored in the memory 1109 and the image signal (image data) input to the image signal input unit 1131. The image control unit 1160 may also generate a superimposed image signal by superimposing the image signal stored in the memory 1109 and the image signal input from the image signal input unit 1131, and input the superimposed image signal to the liquid crystal display panel 11 to form a composite image as a floating image 3.
また、映像制御部1160は、映像信号入力部1131から入力された映像信号やメモリ1109に記憶させる映像信号等に対して画像処理を行う制御を行ってもよい。画像処理としては、例えば、画像の拡大、縮小、変形等を行うスケーリング処理、輝度を変更するブライト調整処理、画像のコントラストカーブを変更するコントラスト調整処理、画像を光の成分に分解して成分ごとの重みづけを変更するレティネックス処理等がある。また、映像制御部1160は、液晶表示パネル11に入力する映像信号に対して、利用者230の空中操作(タッチ操作)を補助するための特殊効果映像処理等を行ってもよい。特殊効果映像処理は、例えば、空中操作検出部1350による利用者230のタッチ操作の検出結果や、撮像部510による利用者230の撮像画像に基づいて行われる。 The video control unit 1160 may also control image processing of the video signal input from the video signal input unit 1131 and the video signal to be stored in the memory 1109. Examples of image processing include scaling processing for enlarging, reducing, transforming, etc. an image, brightness adjustment processing for changing the brightness, contrast adjustment processing for changing the contrast curve of an image, and Retinex processing for decomposing an image into light components and changing the weighting of each component. The video control unit 1160 may also perform special effect video processing, etc. for assisting the aerial operation (touch operation) of the user 230 on the video signal input to the liquid crystal display panel 11. The special effect video processing is performed, for example, based on the detection result of the touch operation of the user 230 by the aerial operation detection unit 1350 and the captured image of the user 230 by the imaging unit 510.
姿勢センサ1113は、重力センサまたは加速度センサ、またはこれらの組み合わせにより構成されるセンサであり、空間浮遊映像表示装置400が設置されている姿勢を検出することができる。姿勢センサ1113の姿勢検出結果に基づいて、制御部1110が、接続される各部の動作を制御してもよい。例えば、利用者の使用状態としての好ましくない姿勢を検出した場合に、液晶表示パネル11の表示していた映像の表示を中止し、利用者にエラーメッセージを表示するような制御を行ってもよい。または、姿勢センサ1113により空間浮遊映像表示装置400の設置姿勢が変化したことを検出した場合に、液晶表示パネル11の表示していた映像の表示の向きを回転させる制御を行ってもよい。 The attitude sensor 1113 is a sensor consisting of a gravity sensor or an acceleration sensor, or a combination of these, and can detect the attitude in which the space floating image display device 400 is installed. Based on the attitude detection result of the attitude sensor 1113, the control unit 1110 may control the operation of each connected unit. For example, when an undesirable attitude is detected as the user's usage state, the control unit 1110 may perform control to stop displaying the image displayed on the liquid crystal display panel 11 and display an error message to the user. Alternatively, when the attitude sensor 1113 detects that the installation attitude of the space floating image display device 400 has changed, the control unit 1110 may perform control to rotate the display direction of the image displayed on the liquid crystal display panel 11.
ここまで説明したように、空間浮遊映像表示装置400には、さまざまな機能が搭載されている。ただし、空間浮遊映像表示装置400は、これらのすべての機能を備える必要はなく、空間浮遊映像3を形成する機能があればどのような構成でもよい。 As explained above, the space-floating image display device 400 is equipped with various functions. However, the space-floating image display device 400 does not need to have all of these functions, and can have any configuration as long as it has the function of forming the space-floating image 3.
[第5実施例]
図11~図13に示す各実施例の空間浮遊映像表示装置は、基本構成としては、図3に示すZ型の構成に該当する。
[Fifth Example]
The space floating image display devices of the embodiments shown in FIGS. 11 to 13 correspond, as a basic configuration, to the Z-type configuration shown in FIG.
図11は、一実施例(第5実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成例を示す。 Figure 11 shows an example of the configuration of a floating-in-space image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as the fifth embodiment).
図11では、空間浮遊映像表示装置を横から見た場合の断面図(A)と装置正面から見た場合の上面図(B)を示している。ここでの装置正面は、空間浮遊映像表示装置400で形成する空間浮遊映像3Dを利用者が正面から視認できる方向に対応した面とする。方向Dは、利用者が空間浮遊映像3Dを正面から視認する方向であり、Z方向での負方向と対応している。説明上、図示の(X,Y,Z)のような座標系や方向を用いる場合がある。Z方向は、鉛直方向、上下方向であり、X方向およびY方向は、直交する2つの水平方向であり、X方向は、奥行き方向、前後方向(空間浮遊映像3Dの画面内での前後の水平方向)であり、Y方向は、左右方向(空間浮遊映像3Dの画面内での左右の水平方向)である。 Figure 11 shows a cross-sectional view (A) of the floating-in-space image display device as viewed from the side, and a top view (B) of the device as viewed from the front. The front of the device here is the surface corresponding to the direction in which the user can view the floating-in-space image 3D formed by the floating-in-space image display device 400 from the front. Direction D is the direction in which the user views the floating-in-space image 3D from the front, and corresponds to the negative direction in the Z direction. For the sake of explanation, a coordinate system or direction such as the illustrated (X, Y, Z) may be used. The Z direction is the vertical direction, the up-down direction, the X direction and the Y direction are two horizontal directions that are orthogonal to each other, the X direction is the depth direction, the front-back direction (the horizontal front-back direction within the screen of the floating-in-space image 3D), and the Y direction is the left-right direction (the horizontal left-right direction within the screen of the floating-in-space image 3D).
図11のZ型の構成は、図3のZ型の構成に対し、構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101D、および再帰反射部材2A等)の位置関係は同様である。空間浮遊映像3Dを形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置の各構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101D、および再帰反射部材2等)は、所定の位置関係を有して相互に配置されている。すなわち、図11の映像表示装置部300の映像表示装置1、ビームスプリッタ101D、および再帰反射部材2A等は、図3の構成と同様に、Z字形状を為すように、所定の位置関係を有して配置されている。 The Z-shaped configuration in FIG. 11 has the same positional relationship of the components (image display device 1, beam splitter 101D, retroreflective member 2A, etc.) as the Z-shaped configuration in FIG. 3. In order to form the floating-in-space image 3D, the components of the floating-in-space image display device (image display device 1, beam splitter 101D, retroreflective member 2, etc.) are arranged with a predetermined positional relationship. That is, the image display device 1, beam splitter 101D, retroreflective member 2A, etc. of the image display device unit 300 in FIG. 11 are arranged with a predetermined positional relationship so as to form a Z shape, similar to the configuration in FIG. 3.
図11に示す第5実施例の空間浮遊映像表示装置は、大別して、映像表示装置部300と、映像表示装置部300に対応する筐体106と、空間浮遊映像表示装置400と、空間浮遊映像表示装置400に対応する、開口部4002を有する筐体4001と、ビームスプリッタ101Dの一端に回転支点となるヒンジ機構332とを備えている。 The fifth embodiment of the floating image display device shown in FIG. 11 is roughly divided into an image display device unit 300, a housing 106 corresponding to the image display device unit 300, a floating image display device 400, a housing 4001 having an opening 4002 corresponding to the floating image display device 400, and a hinge mechanism 332 that serves as a rotation fulcrum at one end of the beam splitter 101D.
ヒンジ機構332は、筐体4001に設けられ、ビームスプリッタ101Dの利用者230と反対側の一辺においてビームスプリッタ101Dを回転可能に保持し、ビームスプリッタ101Dの回転支点となる。 The hinge mechanism 332 is provided on the housing 4001, and rotatably holds the beam splitter 101D at one side of the beam splitter 101D opposite the user 230, and serves as a rotation fulcrum for the beam splitter 101D.
映像表示装置1は、筐体106の収納部に実装・収納されている。図11では、図示のX-Y面を机面(本例では水平面)とした場合に、その机面に対して垂直のX-Z面に沿って筐体106が配置されている。 The image display device 1 is mounted and stored in a storage section of the housing 106. In FIG. 11, if the X-Y plane shown in the figure is the desk surface (the horizontal plane in this example), the housing 106 is placed along the X-Z plane perpendicular to the desk surface.
筐体106は、概略的に長方体形状、所定の高さ(Y方向で所定の厚さ)の平板形状である。筐体106内には机面上でX-Z面に沿って映像表示装置1が配置されている。筐体106にY方向で対向して、空間浮遊映像表示装置400が配置されている。 The housing 106 is roughly rectangular and flat with a given height (a given thickness in the Y direction). Inside the housing 106, the image display device 1 is placed along the X-Z plane on the desk surface. The floating-in-space image display device 400 is placed opposite the housing 106 in the Y direction.
空間浮遊映像表示装置400は、筐体4001に実装・収納されている。空間浮遊映像表示装置400は、再帰反射部材2A、λ/4板21A、ビームスプリッタ101Dなどにより構成される。 The space-floating image display device 400 is mounted and housed in a housing 4001. The space-floating image display device 400 is composed of a retroreflective member 2A, a λ/4 plate 21A, a beam splitter 101D, and the like.
本実施例では、開口部4002から入射してくる外光の、再帰反射部材2Aや映像表示装置1に対する影響の低減を目的として、ガラス板等の透明部材100および吸収型偏光板112を備えている。方向Dは、本例では鉛直方向であるZ方向で上から下への方向、開口部4002に対する垂直方向である。 In this embodiment, a transparent member 100 such as a glass plate and an absorbing polarizing plate 112 are provided to reduce the effect of external light entering through the opening 4002 on the retroreflective member 2A and the image display device 1. In this embodiment, the direction D is from top to bottom in the Z direction, which is the vertical direction, and is perpendicular to the opening 4002.
本実施例では、筐体4001内において、ビームスプリッタ101Dが、机面に対し斜めに配置されている。斜めとは、机面(X-Y面)のY方向に対し、ビームスプリッタ101Dの主面の一辺の方向が為す角度が対応しており、例えば図11ではその斜めの角度である角度αが45度程度(≒45°)である。 In this embodiment, the beam splitter 101D is disposed at an angle to the desk surface inside the housing 4001. "At an angle" refers to the angle that the direction of one side of the main surface of the beam splitter 101D makes with the Y direction of the desk surface (X-Y plane). For example, in FIG. 11, the angle α, which is the angle of the angle, is about 45 degrees (≒45°).
映像表示装置1(図11)に対して、ビームスプリッタ101Dを挟んでY方向で向かい側には、再帰反射部材2Aおよびλ/4板21Aが配置されている。λ/4板21Aは、再帰反射部材2Aの主面に対し、ビームスプリッタ101Dが配置される側に配置されている。つまり、λ/4板21Aは、再帰反射部材2Aの光入射側に配置されている。空間浮遊映像3D(破線枠で示す)は、筐体106と再帰反射部材2Aとの間で、ビームスプリッタ101DからZ方向で上側に出て、水平方向(X-Y面)に配置されている。空間浮遊映像3Dは、ビームスプリッタ101Dに対応して形成される空中像である。 The retroreflective member 2A and the λ/4 plate 21A are arranged on the opposite side of the beam splitter 101D in the Y direction from the image display device 1 (FIG. 11). The λ/4 plate 21A is arranged on the side of the main surface of the retroreflective member 2A where the beam splitter 101D is arranged. In other words, the λ/4 plate 21A is arranged on the light incident side of the retroreflective member 2A. The floating image 3D (shown in a dashed frame) is arranged in the horizontal direction (X-Y plane) between the housing 106 and the retroreflective member 2A, emerging from the beam splitter 101D in the Z direction upward. The floating image 3D is an aerial image formed in response to the beam splitter 101D.
本実施例では、筐体106内に映像表示装置1の構成要素、すなわち、光源装置13、液晶表示パネル11、および吸収型偏光板12、等が収容され固定されている。 In this embodiment, the components of the image display device 1, i.e., the light source device 13, the liquid crystal display panel 11, and the absorptive polarizer 12, etc., are housed and fixed in the housing 106.
筐体106のY方向で左側の面、および筐体4001のY方向で右側の面には、開口部1061が設けられている。開口部1061は、映像表示装置1からの映像光が通過または透過する部分である。開口部1061には、透明部材などが設けられてもよい。映像表示装置1、より具体的には液晶表示パネル11上に表示された映像に対応する映像光は、この開口部1061を経て、Y方向で左方向(負方向)にあるビームスプリッタ101Dに向かって進む。 An opening 1061 is provided on the left side surface in the Y direction of the housing 106 and on the right side surface in the Y direction of the housing 4001. The opening 1061 is a portion through which the image light from the image display device 1 passes or is transmitted. A transparent member or the like may be provided in the opening 1061. The image light corresponding to the image displayed on the image display device 1, more specifically the liquid crystal display panel 11, passes through this opening 1061 and travels toward the beam splitter 101D located to the left (negative direction) in the Y direction.
先述の構成(図3)と同様に、ビームスプリッタ101Dは、P偏光を透過し、S偏光を反射する性質を有する物とし、例えば平板ガラス基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。このとき、ビームスプリッタ101Dに対する偏光光の入射角としては、45度±15度程度で、水平方向(X-Y面)に配置される空間浮遊映像3Dが発生する。 As with the configuration described above (Figure 3), the beam splitter 101D has the property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light, and can be formed, for example, by evaporating an optical thin film onto a flat glass substrate. In this case, the angle of incidence of the polarized light on the beam splitter 101D is approximately 45 degrees ±15 degrees, and a 3D floating-in-space image is generated that is positioned in the horizontal direction (X-Y plane).
図11では、映像表示装置1から、開口部1061を経て、Y方向での負方向に、光軸D1上に出射される映像光を、破線矢印で示している。ビームスプリッタ101Dに対する4本の破線矢印における、代表例として示す。液晶表示パネル11より出射された映像光は、所定の偏光特性、例えば、P偏光(平行偏光:PはParallelの略)を有する光とする。このP偏光の映像光は、光軸D1上、ビームスプリッタ101DをそのままY方向で負方向(左)に通過し、光軸D1に対応した光軸D2上を再帰反射部材2Aに向かって進む。ビームスプリッタ101Dは、P偏光を通過させ、S偏光(垂直偏光:SはSenkrechtの略)を反射させる性質を有する。ビームスプリッタ101Dは、このP偏光の映像光(光軸D2、Y方向)と、例えば約45度の角度を為すように配置されている。言い換えると、ビームスプリッタ101Dは、主面が、液晶表示パネル11および再帰反射部材2Aの主面を為すZ方向に対し、約45度の角度を為すように配置されている。 In FIG. 11, the image light emitted from the image display device 1 through the opening 1061 in the negative direction in the Y direction on the optical axis D1 is shown by a dashed arrow. This is shown as a representative example of four dashed arrows for the beam splitter 101D. The image light emitted from the liquid crystal display panel 11 is light having a predetermined polarization characteristic, for example, P polarization (parallel polarization: P is an abbreviation for Parallel). This P-polarized image light passes through the beam splitter 101D on the optical axis D1 in the negative direction (left) in the Y direction as it is, and proceeds toward the retroreflective member 2A on the optical axis D2 corresponding to the optical axis D1. The beam splitter 101D has the property of passing P-polarized light and reflecting S-polarized light (vertical polarization: S is an abbreviation for Senkrecht). The beam splitter 101D is arranged so as to form an angle of, for example, about 45 degrees with this P-polarized image light (optical axis D2, Y direction). In other words, the beam splitter 101D is positioned so that its principal surface forms an angle of approximately 45 degrees with respect to the Z direction that forms the principal surfaces of the liquid crystal display panel 11 and the retroreflective member 2A.
再帰反射部材2Aの光入射面には、λ/4板21Aが設けられている。映像表示装置1から出射され、ビームスプリッタ101Dを透過した、光軸D1のP偏光の映像光は、再帰反射部材2Aで反射される前と反射された後との計2回、λ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸D2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Dで反射され、Z方向の光軸D3上を進む。このS偏光の映像光は、図示のように、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過した後の、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Dを生成・表示する。 A λ/4 plate 21A is provided on the light incidence surface of the retroreflective member 2A. The P-polarized image light with optical axis D1 emitted from the image display device 1 and transmitted through the beam splitter 101D passes through the λ/4 plate 21A twice, once before and once after being reflected by the retroreflective member 2A, and is polarized and converted from P-polarized to S-polarized light. As a result, the S-polarized image light traveling on the optical axis D2 after being reflected by the retroreflective member 2 is reflected by the beam splitter 101D and travels on the optical axis D3 in the Z direction. As shown in the figure, this S-polarized image light generates and displays a real image, a floating image 3D, at a predetermined position in the Z direction after passing through the outside of the opening 4002, the transparent member 100, and the absorbing polarizing plate 112.
空間浮遊映像3Dが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101D、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Dとビームスプリッタ101D間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101D間の距離とほぼ等しい。 The predetermined position where the floating image 3D is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101D, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3D and the beam splitter 101D is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101D.
図11に示すヒンジ機構332は上下左右には動かないが,回転は自由であるような機構であり、ビームスプリッタ101Dの左端のX方向に設けられてヒンジ機構332を回転支点として、ビームスプリッタ101Dは上下方向に回転する構造である。すなわち、映像表示装置1と再帰反射部材2が固定配置に対して、ビームスプリッタ101Dは角度を変えて配置することが可能な構造である。もしくは、ヒンジ機構330を回転支点として、ビームスプリッタ101Dが回転され、ビームスプリッタ101Dと映像表示装置1、および、ビームスプリッタ101Dと再帰反射部材2Aの離隔距離を変えることができる構造である。ビームスプリッタ101Dの配置角度が異なっても、図3の構成と同様にZ字形状を為すように、位置関係を有して配置される。 The hinge mechanism 332 shown in FIG. 11 is a mechanism that does not move up, down, left, or right, but is free to rotate. It is provided in the X direction at the left end of the beam splitter 101D, and the beam splitter 101D rotates up and down around the hinge mechanism 332 as a rotation fulcrum. In other words, the image display device 1 and the retroreflective member 2 are fixed in position, while the beam splitter 101D can be positioned at a different angle. Alternatively, the beam splitter 101D can be rotated around the hinge mechanism 330 as a rotation fulcrum, changing the separation distance between the beam splitter 101D and the image display device 1, and between the beam splitter 101D and the retroreflective member 2A. Even if the angle of the beam splitter 101D is different, it is positioned with a positional relationship to form a Z-shape, similar to the configuration in FIG. 3.
図11に示す第5実施例の空間浮遊映像表示装置において、ビームスプリッタ101Dを、ヒンジ機構332を回転支点として、水平位置(XY平面)に対して上方に角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Eの位置に移動した場合を考える。この配置の構成では、映像表示装置1からのP偏光の映像光は光軸D1を進んで、ビームスプリッタ101Eを透過して、再帰反射部材2Aで反射される前と反射された後との計2回、λ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸D2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Eで反射され、Z方向の光軸E3上を進む。このS偏光の映像光は、図示のように、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過した後の、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Eを生成・表示する。 In the fifth embodiment of the floating-in-space image display device shown in FIG. 11, consider the case where the beam splitter 101D is rotated upward by an angle γ with respect to the horizontal position (XY plane) with the hinge mechanism 332 as a rotation fulcrum, and moved to the position of the beam splitter 101E. In this arrangement, the P-polarized image light from the image display device 1 travels along the optical axis D1, passes through the beam splitter 101E, and passes through the λ/4 plate 21A twice in total, before and after being reflected by the retroreflective member 2A, thereby being polarized and converted from P-polarized light to S-polarized light. As a result, the S-polarized image light that traveled along the optical axis D2 after being reflected by the retroreflective member 2 is reflected by the beam splitter 101E and travels along the optical axis E3 in the Z direction. As shown in the figure, this S-polarized image light generates and displays a floating-in-space image 3E, which is a real image, at a predetermined position in the Z direction after passing through the outside of the opening 4002, the transparent member 100, and the absorbing polarizing plate 112.
空間浮遊映像3Eが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101E、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Eとビームスプリッタ101E間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101E間の距離とほぼ等しくなる。 The predetermined position where the floating image 3E is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101E, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3E and the beam splitter 101E is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101E.
ヒンジ機構332を回転支点として、水平位置(XY平面)に対して上方に角度γだけ回転することにより、映像表示装置1とビームスプリッタ101E間の距離は、ヒンジ機構332から離れたビームスプリッタ101E面では、ビームスプリッタ101Dに対して遠くなる。このため、ビームスプリッタ101Eの空間浮遊映像3Eは、ほぼ水平位置のビームスプリッタ101Dの空間浮遊映像3Dに対して、上方にほぼ角度γだけ回転した位置に生成・表示される。形成された空間浮遊映像3Eは、矢印で示す方向Eから、利用者230Eが正面位置で明るい映像として視認できる。すなわち、ヒンジ機構332を回転支点として、ビームスプリッタ101Dの傾斜角度γを変化させることにより、空間浮遊映像3Dを水平位置から傾斜した位置で発生・表示が可能である。 By rotating the beam splitter 101E upward by an angle γ with respect to the horizontal position (XY plane) around the hinge mechanism 332, the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101E becomes farther on the surface of the beam splitter 101E that is farther from the hinge mechanism 332 than on the surface of the beam splitter 101D. Therefore, the floating-in-space image 3E of the beam splitter 101E is generated and displayed at a position rotated upward by an angle γ with respect to the floating-in-space image 3D of the beam splitter 101D, which is in a nearly horizontal position. The formed floating-in-space image 3E can be viewed as a bright image by the user 230E in a frontal position from the direction E indicated by the arrow. In other words, by changing the tilt angle γ of the beam splitter 101D with the hinge mechanism 332 as the rotation fulcrum, the floating-in-space image 3D can be generated and displayed at a position tilted from the horizontal position.
撮像部510は、イメージセンサを有するカメラであり、利用者230D、230Eの顔、目、腕、指および/または空間浮遊映像3Dや空間浮遊映像3Eの空間などを撮像する。例えば、撮像部510が撮像した利用者230D、230Eの顔や目の情報から、ビームスプリッタ角度調整部1010(図10)により利用者230D、230Eの顔や目の位置を検出し、ヒンジ機構332を駆動して、利用者230Dの視認に最適なビームスプリッタ101Dの角度から、利用者230Eの視認に最適なビームスプリッタ101Eの角度に調整することができる。 The imaging unit 510 is a camera with an image sensor, and captures the faces, eyes, arms, fingers, and/or the space of the floating in space image 3D and the floating in space image 3E of the users 230D and 230E. For example, the beam splitter angle adjustment unit 1010 (FIG. 10) detects the positions of the faces and eyes of the users 230D and 230E from the information of the faces and eyes of the users 230D and 230E captured by the imaging unit 510, and drives the hinge mechanism 332 to adjust the angle of the beam splitter 101D from the angle optimal for the visibility of the user 230D to the angle optimal for the visibility of the beam splitter 101E of the user 230E.
[第6実施例]
図12は、一実施例(第6実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成例を示す。
[Sixth Example]
FIG. 12 shows an example of the configuration of a space floating image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as a sixth embodiment).
図12の実施例は、図11の実施例の空間浮遊映像表示装置をX軸回りに90°左に回転した配置である。この実施例の座標系は、Y方向は鉛直方向、上下方向であり、Z方向およびY方向は、直交する2つの水平方向であり、X方向は、奥行き方向、前後方向であり、Z方向は、左右方向である。すなわち、空間浮遊映像表示装置から見た座標関係は、図11の実施例と図12の実施例は同一としている。ここでの装置正面は、空間浮遊映像表示装置400で形成する空間浮遊映像3Dを利用者が正面から視認できる方向に対応した面(Y-X平面)とする。方向Dは、利用者が空間浮遊映像3Dを正面から視認する方向であり、Z方向での負方向と対応している。 The embodiment of FIG. 12 is an arrangement in which the space floating image display device of the embodiment of FIG. 11 is rotated 90° to the left around the X axis. In this embodiment, the coordinate system has a Y direction that is the vertical direction, the up-down direction, a Z direction and a Y direction that are two horizontal directions that are orthogonal to each other, a X direction that is the depth direction, the front-back direction, and a Z direction that is the left-right direction. In other words, the coordinate relationship seen from the space floating image display device is the same in the embodiment of FIG. 11 and the embodiment of FIG. 12. The front of the device here is the plane (Y-X plane) that corresponds to the direction in which the user can view the space floating image 3D formed by the space floating image display device 400 from the front. Direction D is the direction in which the user views the space floating image 3D from the front, and corresponds to the negative direction in the Z direction.
図12の実施例における、空間浮遊映像表示装置400は図11の実施例と構成要素は、同一であり、同一符号を用いている。空間浮遊映像3Dと、空間浮遊映像3Eの発生・表示は同一手段による。図12の実施例における利用者230Dと利用者230Eの視点位置は、図11の実施例と同一の位置関係であるが、利用者230Dは利用者230Eより背が高い場合を想定して示している。利用者230Dは正面方向の空間浮遊映像3Dが最適である。利用者230Eは利用者230Dより背が低いため、空間浮遊映像表示装置400を少し見上げることになり、空間浮遊映像3Eが正面方向となり視認の最適位置となる。 The components of the space-floating image display device 400 in the embodiment of FIG. 12 are the same as those in the embodiment of FIG. 11, and the same reference numerals are used. The generation and display of the space-floating image 3D and the space-floating image 3E are performed by the same means. The viewpoint positions of the user 230D and the user 230E in the embodiment of FIG. 12 are in the same positional relationship as in the embodiment of FIG. 11, but the illustration assumes that the user 230D is taller than the user 230E. The space-floating image 3D facing forward is optimal for the user 230D. Because the user 230E is shorter than the user 230D, he or she will look up slightly at the space-floating image display device 400, and the space-floating image 3E will be facing forward, making it the optimal viewing position.
撮像部510は、イメージセンサを有するカメラであり、利用者230D、230Eの背の高さ、顔、目および/または空間浮遊映像3Dや空間浮遊映像3E付近の空間などを撮像する。例えば、利用者230Dに対しては、撮像部510が撮像した利用者230Dの背の高さや、顔や目の位置情報から、ビームスプリッタ角度調整部1010(図10)によって、利用者230Dの目の位置を検出して、ビームスプリッタ101の角度を、ヒンジ機構332により、ビームスプリッタ101Dの位置に調整し配置する。これにより、利用者230Dは正面方向の最適位置で空間浮遊映像3Dを視認することができる。 The imaging unit 510 is a camera with an image sensor, and captures the height, face, and eyes of the users 230D and 230E, and/or the floating-in-space image 3D and the space near the floating-in-space image 3E. For example, for user 230D, the beam splitter angle adjustment unit 1010 (FIG. 10) detects the eye position of user 230D from the height and face and eye position information of user 230D captured by the imaging unit 510, and adjusts the angle of the beam splitter 101 to the position of beam splitter 101D using the hinge mechanism 332. This allows user 230D to view the floating-in-space image 3D in the optimal position in the forward direction.
背の低い利用者230Eに対しては、撮像部510が撮像した利用者230Eの背の高さや、顔や目の位置情報から、ビームスプリッタ角度調整部1010(図10)によって、利用者230Eの目の位置を検出して、ビームスプリッタ101Dの角度を、ヒンジ機構332により、回転角度γだけ版時計方向に回転させて、ビームスプリッタ101Eの位置に調整し配置する。これにより、利用者230Eは少し見上げた正面方向の最適位置で空間浮遊映像3Eを視認することができる。 For short user 230E, the beam splitter angle adjustment unit 1010 (Fig. 10) detects the eye position of user 230E from the height of user 230E captured by imaging unit 510 and the position information of the face and eyes, and adjusts and places the angle of beam splitter 101D at the position of beam splitter 101E by rotating the angle of beam splitter 101D clockwise by rotation angle γ using hinge mechanism 332. This allows user 230E to view floating image 3E in the optimal position, looking slightly up and directly ahead.
本実施例は、利用者230Dより背の低い場合に限らず、利用者230Dより背の高い利用者に対しても有効である。撮像部510が撮像した利用者230Dより背の高い利用者の例えば目の位置情報から、ビームスプリッタ101Dの角度を時計方向に回転調整することにより、発生する空間浮遊映像の傾斜角度を、利用者230Dより背の高い利用者の視認が最適になるように、調整可能である。利用者(観測者)の視認性が高くなり、操作性の向上に好適である。 This embodiment is not limited to cases where the user is shorter than user 230D, but is also effective for users taller than user 230D. By adjusting the angle of beam splitter 101D in a clockwise rotation based on, for example, eye position information of a user taller than user 230D captured by imaging unit 510, the tilt angle of the generated floating-in-space image can be adjusted to optimize visibility for users taller than user 230D. This improves visibility for the user (observer), and is ideal for improving operability.
[第7実施例]
図13は、一実施例(第7実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成例を示す。
[Seventh Example]
FIG. 13 shows a configuration example of a space floating image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as a seventh embodiment).
図13(A)は、一実施例(第7実施例)に係る空間浮遊映像表示装置を横から見た場合の外観の断面図、図13(B)は、一実施例(第7実施例)に係る空間浮遊映像表示装置を上から見た場合の外観の断面図を示している。図13(B)では、再帰反射部材2Bは、液晶表示パネル11に対して所定の角度傾いて対向するように配置されている。ここでの装置正面は、空間浮遊映像表示装置400で形成する空間浮遊映像3Fを利用者が正面から視認できる方向に対応した面とする。方向Fは、利用者230Fが空間浮遊映像3Fを正面から視認する方向であり、Z方向での負方向と対応している。 Figure 13 (A) shows a cross-sectional view of the appearance of a space-floating image display device according to one embodiment (seventh embodiment) when viewed from the side, and Figure 13 (B) shows a cross-sectional view of the appearance of a space-floating image display device according to one embodiment (seventh embodiment) when viewed from above. In Figure 13 (B), the retroreflective member 2B is arranged to face the liquid crystal display panel 11 at a predetermined angle. The front of the device here corresponds to the direction in which the user can view the space-floating image 3F formed by the space-floating image display device 400 from the front. Direction F is the direction in which the user 230F views the space-floating image 3F from the front, and corresponds to the negative direction in the Z direction.
図13のZ型の構成は、図3のZ型の構成に対し、構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101F、および再帰反射部材2B等)の相互の位置関係は同様である。 The Z-shaped configuration in FIG. 13 has the same relative positions of the components (image display device 1, beam splitter 101F, retroreflective member 2B, etc.) as the Z-shaped configuration in FIG. 3.
空間浮遊映像3Fを形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置の各構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101F、および再帰反射部材2B等)は、所定の位置関係を有して相互に配置されている。すなわち、図13の映像表示装置部300の映像表示装置1、ビームスプリッタ101F、および再帰反射部材2B等は、図3の構成と同様に、Z字形状を為すように、所定の位置関係を有して配置されている。 In order to form the floating-in-space image 3F, the components of the floating-in-space image display device (image display device 1, beam splitter 101F, retroreflective member 2B, etc.) are arranged with a predetermined positional relationship. That is, the image display device 1, beam splitter 101F, retroreflective member 2B, etc. of the image display device unit 300 in FIG. 13 are arranged with a predetermined positional relationship so as to form a Z-shape, similar to the configuration in FIG. 3.
図13に示す第7実施例の空間浮遊映像表示装置は、大別して、映像表示装置部300と、映像表示装置部300に対応する筐体106と、空間浮遊映像表示装置400と、空間浮遊映像表示装置400に対応する、開口部4002を有する筐体4001と、ビームスプリッタ101Fを回転可能に保持するヒンジ機構333を備えている。 The seventh embodiment of the floating image display device shown in FIG. 13 is roughly divided into an image display device unit 300, a housing 106 corresponding to the image display device unit 300, a floating image display device 400, a housing 4001 having an opening 4002 corresponding to the floating image display device 400, and a hinge mechanism 333 that rotatably holds the beam splitter 101F.
ヒンジ機構333は、ビームスプリッタ101Fの利用者230側の一辺に平行なビームスプリッタ101Fの中心線若しくは中心線近傍においてビームスプリッタ101Fの両端を回転可能に保持し、ビームスプリッタ101Fの回転支点となる。ヒンジ機構333は上下左右には動かないが,回転は自由であるような機構であり、ヒンジ機構333を回転支点として、ビームスプリッタ101Fは上下に回転する構造である。すなわち、映像表示装置1と再帰反射部材2Bが固定配置に対して、ビームスプリッタ101Fは角度を変えて配置することが可能な構造である。もしくは、ヒンジ機構333を回転支点として、ビームスプリッタ101Fが回転され、ビームスプリッタ101Fと映像表示装置1、および、ビームスプリッタ101Fと再帰反射部材2Bの離隔距離を変えることができる構造である。ビームスプリッタ101Fの配置角度が異なっても、図3の構成と同様にZ字形状を為すように、位置関係を有して配置される。 The hinge mechanism 333 rotatably holds both ends of the beam splitter 101F at or near the center line of the beam splitter 101F, which is parallel to one side of the beam splitter 101F facing the user 230, and serves as a rotation fulcrum for the beam splitter 101F. The hinge mechanism 333 does not move up, down, left, or right, but is free to rotate, and the beam splitter 101F rotates up and down around the hinge mechanism 333. In other words, the beam splitter 101F can be positioned at a different angle relative to the fixed position of the image display device 1 and the retroreflective member 2B. Alternatively, the beam splitter 101F can be rotated around the hinge mechanism 333, changing the separation distance between the beam splitter 101F and the image display device 1, and between the beam splitter 101F and the retroreflective member 2B. Even if the angle at which the beam splitter 101F is positioned is different, it is positioned in a positional relationship to form a Z-shape, similar to the configuration in Figure 3.
映像表示装置1から出射されたP偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Fを透過して、λ/4板21Bに到達する。当該映像光は、λ/4板21Bを透過することで、再帰反射部材2Bで反射されて、λ/4板21Bを計2回通過することになり、P偏光からS偏光に偏光変換される。当該映像光は、ビームスプリッタ101Fで反射されて、Z軸方向、つまり鉛直方向において、空間浮遊映像3Fを生成する。 The P-polarized image light emitted from the image display device 1 passes through the beam splitter 101F and reaches the λ/4 plate 21B. After passing through the λ/4 plate 21B, the image light is reflected by the retroreflective member 2B and passes through the λ/4 plate 21B a total of two times, resulting in the polarization conversion from P-polarized to S-polarized light. The image light is reflected by the beam splitter 101F and generates a floating image 3F in the Z-axis direction, i.e., the vertical direction.
本実施例では図13(B)に模式的に白抜き矢印で不要光600を示している。不要光600となるP偏光の映像光は、λ/4板21Bに到達したP偏光の映像光の一部が、λ/4板21Bの表面で鏡面反射されて、P偏光のままでビームスプリッタ101Fへ進む。さらに、ビームスプリッタ101Fの表面でもP偏光の映像光の一部は鏡面反射される。 In this embodiment, the unwanted light 600 is shown diagrammatically by a white arrow in FIG. 13(B). Of the P-polarized image light that becomes the unwanted light 600, a portion of the P-polarized image light that reaches the λ/4 plate 21B is specularly reflected by the surface of the λ/4 plate 21B and proceeds to the beam splitter 101F as P-polarized light. Furthermore, a portion of the P-polarized image light is also specularly reflected by the surface of the beam splitter 101F.
本実施例では、再帰反射部材2Bとλ/4板21BはX-Z面に対して平行ではなく、X-Y平面上で角度を持って配置されている。そのため、不要光600となるP偏光の映像光は、λ/4板21Bの表面ではY-Z平面に対しては入射光と平行に鏡面反射されるが、X-Y平面に対してλ/4板21Bは角度を有するため、入射角度に対応する角度で鏡面反射されて、ビームスプリッタ101Fの表面へはX-Y平面上で角度を持って入射される。このため、不要光600は、ビームスプリッタ101Fの表面で上記入射角度に対応する角度で鏡面反射されるが、直上方向のZ方向から外れて、空間浮遊映像3Fの画面外の方向に進む。これにより、利用者が方向Fから空間浮遊映像3Fを見ると、不要光600は空間浮遊映像3Fの画面外となり視認されないため、不要光600による空間浮遊映像の視認の妨げを避けることができる。 In this embodiment, the retroreflective member 2B and the λ/4 plate 21B are arranged at an angle on the X-Y plane, not parallel to the X-Z plane. Therefore, the P-polarized image light, which becomes the unnecessary light 600, is mirror-reflected on the surface of the λ/4 plate 21B in a direction parallel to the incident light on the Y-Z plane, but since the λ/4 plate 21B has an angle with respect to the X-Y plane, it is mirror-reflected at an angle corresponding to the incident angle and is incident on the surface of the beam splitter 101F at an angle on the X-Y plane. Therefore, the unnecessary light 600 is mirror-reflected on the surface of the beam splitter 101F at an angle corresponding to the incident angle, but it deviates from the Z direction, which is directly above, and travels in a direction outside the screen of the floating image 3F. As a result, when a user looks at the floating image 3F from the direction F, the unnecessary light 600 is outside the screen of the floating image 3F and is not visible, so that it is possible to avoid the unnecessary light 600 interfering with the visibility of the floating image in space.
図13に示す第1実施例の空間浮遊映像表示装置において、ビームスプリッタ101Fの中心線位置若しくは中心線近傍に設けられたヒンジ機構333を回転支点として水平位置(XY平面)に対して反時計回りあるいは上方に角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Jの位置に配置される。 In the first embodiment of the floating-in-space image display device shown in FIG. 13, the beam splitter 101F is rotated counterclockwise or upward by an angle γ with respect to the horizontal position (XY plane) around the hinge mechanism 333 provided at or near the center line of the beam splitter 101F as the rotation fulcrum, and is positioned at the position of the beam splitter 101J.
この配置の構成において、映像表示装置1の中心から離れた位置からの映像光について考える。映像表示装置1の下端の光軸F1の映像光がビームスプリッタ101Fで透過すると、光軸F1に沿ってλ/4板21Bを通過して再帰反射部材2Bに入射する。再帰反射部材2で再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21Bを再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Fで反射した映像光は、光軸F2に対応する光軸F3の方向で、透明部材100の外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像3Fを発生する。 In this configuration, consider image light from a position away from the center of the image display device 1. When image light with optical axis F1 at the lower end of the image display device 1 is transmitted by the beam splitter 101F, it passes through the λ/4 plate 21B along the optical axis F1 and enters the retroreflective member 2B. The image light that is retroreflected by the retroreflective member 2 and emitted passes through the λ/4 plate 21B again and is converted to the other polarized wave, and the image light reflected by the beam splitter 101F generates a real image, a floating image 3F, at a specified position outside the transparent member 100 in the direction of optical axis F3 corresponding to optical axis F2.
次に、ビームスプリッタ101Fが角度γだけ回転して、ビームスプリッタ101Jの位置に来た場合は、映像表示装置1の光軸F1の映像光がビームスプリッタ101Jを透過すると、光軸F2に沿ってλ/4板21Bを通過して再帰反射部材2Bに入射する。再帰反射部材2Bで再帰反射されて出射された映像光は、λ/4板21Bを再び通過して他方の偏波に変換されて、ビームスプリッタ101Jで反射され、光軸J3の方向で、透明部材100の外側の所定の位置に実像である空間浮遊映像3Jを発生する。 Next, when the beam splitter 101F rotates by angle γ and reaches the position of the beam splitter 101J, the image light of the optical axis F1 of the image display device 1 passes through the beam splitter 101J, passes through the λ/4 plate 21B along the optical axis F2, and enters the retroreflective member 2B. The image light that is retroreflected by the retroreflective member 2B passes through the λ/4 plate 21B again and is converted to the other polarized wave, and is reflected by the beam splitter 101J, generating a real image, a floating image 3J, at a predetermined position outside the transparent member 100 in the direction of the optical axis J3.
映像表示装置1の下端とビームスプリッタ10J間の距離は、角度γの回転によって、映像表示装置1とビームスプリッタ101J間の距離は、ビームスプリッタ101Fより短くなるため、換言すれば光路距離が近くなるため、発生した空間浮遊映像3Jの左端位置は、空間浮遊映像3Fの左端位置と比較して低い位置になる。 The distance between the bottom end of the image display device 1 and the beam splitter 101J is shorter than that of the beam splitter 101F due to the rotation of the angle γ. In other words, the optical path distance is shorter, so the left end position of the generated floating-in-space image 3J is lower than the left end position of the floating-in-space image 3F.
逆に、映像表示装置1の上端とビームスプリッタ10J間の距離は、角度γの回転によって、映像表示装置1とビームスプリッタ101J間の距離は、ビームスプリッタ101Fより遠くなるため、換言すれば光路距離が長くなるため、発生した空間浮遊映像3Jの右端位置は、空間浮遊映像3Fの右端位置と比較して高い位置になる。つまり、空間浮遊映像3Jは空間浮遊映像3Fより反時計回り方向に傾斜する。すなわち、ヒンジ機構333を回転支点として、ビームスプリッタ101Fの傾斜角度γを変化させることにより、空間浮遊映像3Fを水平位置から傾斜した位置で発生・表示が可能である。 Conversely, due to the rotation of angle γ, the distance between the top of image display device 1 and beam splitter 101J becomes farther than that of beam splitter 101F, in other words the optical path distance becomes longer, so the right end position of the generated floating-in-space image 3J becomes higher than the right end position of floating-in-space image 3F. In other words, floating-in-space image 3J is tilted counterclockwise more than floating-in-space image 3F. In other words, by changing the tilt angle γ of beam splitter 101F with hinge mechanism 333 as the rotation fulcrum, floating-in-space image 3F can be generated and displayed at a position tilted from the horizontal position.
撮像部510は、イメージセンサを有するカメラであり、利用者230F、230Jの顔、目、腕、指および/または空間浮遊映像3Fや空間浮遊映像3Jの空間などを撮像する。例えば、撮像部510が撮像した利用者230F、230Jの顔や目の情報は、ビームスプリッタ角度調整部1010(図10)によって利用者230Fや230Jの顔や目の位置を検出して、ヒンジ機構333を駆動して、ビームスプリッタ101Fの角度を、例えば利用者230Fの視認最適位置から、利用者230Jの視認に、好適なビームスプリッタ101Jの角度に調整することができる。 The imaging unit 510 is a camera with an image sensor, and captures the faces, eyes, arms, and fingers of the users 230F and 230J, and/or the space of the floating image 3F and the floating image 3J. For example, the information on the faces and eyes of the users 230F and 230J captured by the imaging unit 510 can be used by the beam splitter angle adjustment unit 1010 (FIG. 10) to detect the positions of the faces and eyes of the users 230F and 230J, and drive the hinge mechanism 333 to adjust the angle of the beam splitter 101F, for example, from the optimal viewing position for the user 230F to an angle of the beam splitter 101J suitable for the viewing of the user 230J.
上述したように、図7~図9に示す空中浮遊映像表示装置については、映像を表示する表示パネルと、表示パネルから出射した映像光の一部を反射する偏光分離部材と、偏光分離部材からの反射光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、再帰反射部材が再帰反射した反射光が偏光分離部材を透過して空中浮遊映像を形成するものであり、偏光分離部材は、表示パネル及び再帰反射部材に対する角度が可変である。 As described above, the floating image display device shown in Figures 7 to 9 includes a display panel that displays an image, a polarizing separator that reflects a portion of the image light emitted from the display panel, and a retroreflective member that retroreflects the light reflected from the polarizing separator. The light reflected by the retroreflective member passes through the polarizing separator to form a floating image, and the angle of the polarizing separator relative to the display panel and the retroreflective member is variable.
また、上述したように、図11~図13に示す空中浮遊映像表示装置についても、映像を表示する表示パネルと、表示パネルから出射した映像光の一部を透過する偏光分離部材と、偏光分離部材を透過した光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、再帰反射部材が再帰反射した反射光が偏光分離部材を反射して空中浮遊映像を形成するものであり、偏光分離部材は、表示パネル及び再帰反射部材に対する角度が可変である。 As described above, the floating image display device shown in Figures 11 to 13 also includes a display panel that displays an image, a polarization separation member that transmits a portion of the image light emitted from the display panel, and a retroreflective member that retroreflects the light that has transmitted through the polarization separation member, and the light that is retroreflected by the retroreflective member is reflected by the polarization separation member to form a floating image, and the angle of the polarization separation member relative to the display panel and the retroreflective member is variable.
以上のように、各実施例や変形例の空間浮遊映像表示装置によれば、主に室内での使用に好適で、視認性の高い空間浮遊映像を表示することができる。また、本実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、表示される空間像が異なる高さや傾きで表示されて、視認性や操作性を向上させる構成とした。より具体的には、上記ビームスプリッタを底面等に対する角度を調整する機能を設けて、各ビームスプリッタから高さや傾斜が異なる空間浮遊映像を表示する構成とした。 As described above, the space-floating image display device of each embodiment and modification is suitable for use mainly indoors, and can display space-floating images with high visibility. Furthermore, the space-floating image display device of this embodiment is configured to display the spatial images at different heights and inclinations, improving visibility and operability. More specifically, a function is provided to adjust the angle of the beam splitter relative to the bottom surface, etc., and space-floating images with different heights and inclinations are displayed from each beam splitter.
これにより、利用者の見る位置や、背の高さが異なる利用者に対して、空間浮遊映像の視認性や操作性を向上させる効果をもたらす。生成された空間浮遊映像を非接触利用者インタフェースとして用いる場合に、利用者にとって使い勝手がより良く、視認性や操作性がより高く、誤操作や誤入力の防止や低減の効果をもたらす。 This has the effect of improving the visibility and operability of the floating-in-space image for users with different viewing positions and heights. When the generated floating-in-space image is used as a non-contact user interface, it provides better usability for users, higher visibility and operability, and prevents or reduces operational errors and input errors.
また、本実施例は、例えば机上設置用が考えられる。なお、λ/4板21Bの位置は、空間浮遊映像の結像前であればよく、ビームスプリッタ101と開口部4002の間の任意の位置に配置が可能である。なお、再帰反射部材2は、液晶表示パネル11に対して所定の角度傾いて対向するように配置されてもよい。 This embodiment may be installed on a desk, for example. The λ/4 plate 21B may be positioned anywhere between the beam splitter 101 and the opening 4002, as long as it is located before the image of the floating image is formed. The retroreflective member 2 may be positioned so that it faces the liquid crystal display panel 11 at a predetermined angle.
以上の効果により、各実施例や変形例の空間浮遊映像表示装置は、比較的狭い室内で使用しても、利用者以外の人にとっては不要な映像光を照射することなく、明るく、視認性に優れた空間浮遊映像を表示することができ、かつ、小型・軽量であるため、室内の机、テーブルの上や、棚などに、手軽に設置するのに好適である。 As a result of the above effects, the floating-in-space image display device of each embodiment and modification can display bright, highly visible floating-in-space images without emitting unnecessary image light to people other than the user, even when used in a relatively small room, and is small and lightweight, making it ideal for easy installation on a desk, table, shelf, etc. indoors.
以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。特に限定しない場合、各構成要素は、単数でも複数でもよい。各実施例の構成要素について、必須構成要素を除き、追加・削除・置換などが可能である。また、各実施例を組み合わせた形態も可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been specifically described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present disclosure. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural. The components of each embodiment may be added, deleted, or replaced, with the exception of essential components. Also, combinations of each embodiment are possible.
例えば、ビームスプリッタが平板形状ではなく湾曲したビームスプリッタでも可能である。また、上記実施例では、利用者が空間浮遊映像を主に鉛直方向で見る場合の実施例を示したが、勿論これに限らず、各実施例の空間浮遊映像表示装置の配置を全体的に回転等した配置とすれば、上述の例とは異なる方向に空間浮遊映像を表示する形態とすることができる。また、映像表示装置1は表示パネル、液晶表示パネル、液晶パネル等と称してもよい。 For example, the beam splitter may be curved rather than flat. In the above embodiment, the user mainly views the floating image in the vertical direction, but the present invention is of course not limited to this. If the arrangement of the floating image display device in each embodiment is rotated overall, it is possible to display the floating image in a direction different from the above-mentioned example. The image display device 1 may also be called a display panel, liquid crystal display panel, liquid crystal panel, etc.
[第8実施例]
図14、図15A~図15Fに示す各実施例の空間浮遊映像表示装置は、基本構成としては、図3に示すZ型の構成に該当する。
[Eighth Example]
The space floating image display devices of the embodiments shown in FIG. 14 and FIG. 15A to FIG. 15F correspond to the Z-type configuration shown in FIG. 3 as a basic configuration.
図14は、一実施例(第8実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の表示パネルから出射した映像光の一部を透過するビームスプリッタ(偏光分離部材)の形状例をした斜視図である。(A)は平板形状のビームスプリッタで、図11~図13で示した空中浮遊映像表示装置の101D、101J等に該当する。これに対して、(B)、(C)、(D)は平板形状ではなく湾曲して、ビームスプリッタ周囲辺に対してビームスプリッタ内側の高さが異なるビームスプリッタの形状例を示している。(B)のビームスプリッタ101Kは、半円柱形状の板材であって、一対の直線辺A1、A1′と、一対の曲線辺B1、B1′で囲まれている。(C)のビームスプリッタ101Lは、(B)のビームスプリッタ101Kを90度回転した半円柱形状の板材であって、一対の直線辺A2、A2′と、一対の曲線辺B2、B2′で囲まれている。なお、ビームスプリッタ101K、101Lの曲線辺B1、B1′、B2、B2′は円や楕円の一部に限らず、任意の曲がりをもつ曲線や多角形による近似曲線であってもよい。(D)のビームスプリッタ101Pは円錐形状あるいはレンズ形状の板材であって、底側の周辺部B3が円形あるいは曲線で囲まれ、側面は板材の頂点に向かって斜めに上がっている。底側の周辺部B3は円や楕円の一部に限らず、任意の曲がりをもつ曲線や多角形による近似曲線であってもよい。 Figure 14 is a perspective view showing an example shape of a beam splitter (polarization separation member) that transmits a portion of the image light emitted from a display panel of a floating-in-the-air image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (hereinafter referred to as the eighth embodiment). (A) is a flat beam splitter, and corresponds to 101D, 101J, etc. of the floating-in-the-air image display device shown in Figures 11 to 13. In contrast, (B), (C), and (D) show examples of beam splitter shapes that are curved rather than flat, with the height of the inside of the beam splitter differing from the surrounding edges of the beam splitter. Beam splitter 101K in (B) is a semi-cylindrical plate material surrounded by a pair of straight edges A1, A1' and a pair of curved edges B1, B1'. Beam splitter 101L in (C) is a semi-cylindrical plate material rotated 90 degrees from beam splitter 101K in (B), and is surrounded by a pair of straight sides A2, A2' and a pair of curved sides B2, B2'. Note that curved sides B1, B1', B2, B2' of beam splitters 101K and 101L are not limited to parts of a circle or ellipse, and may be approximate curves of curves or polygons with any curvature. Beam splitter 101P in (D) is a cone-shaped or lens-shaped plate material, with bottom peripheral portion B3 surrounded by a circle or curve, and the side faces rise obliquely toward the apex of the plate material. Bottom peripheral portion B3 is not limited to parts of a circle or ellipse, and may be approximate curves of curves or polygons with any curvature.
図15Aは、一実施例(第8実施例とする)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成例を示す。図15Aでは、空間浮遊映像表示装置を横から見た場合のY-Z断面図(A)、装置正面から見た場合のX-Y上面図(B)とX-Z断面図(C)を示している。ここでの装置正面は、空間浮遊映像表示装置400で形成する空間浮遊映像3Kを利用者が正面から視認できる方向に対応した面とする。方向Kは、利用者230Kが空間浮遊映像3Kを正面から視認する方向であり、Z方向での負方向と対応している。説明上、図示の(X,Y,Z)のような座標系や方向を用いる場合がある。Z方向は、鉛直方向、上下方向であり、X方向およびY方向は、直交する2つの水平方向であり、X方向は、奥行き方向、前後方向(空間浮遊映像Kの画面内での前後の水平方向)であり、Y方向は、左右方向(空間浮遊映像3Kの画面内での左右の水平方向)である。 Figure 15A shows an example of the configuration of a space-floating image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (referred to as the eighth embodiment). Figure 15A shows a Y-Z cross-sectional view (A) of the space-floating image display device when viewed from the side, an X-Y top view (B) and an X-Z cross-sectional view (C) when viewed from the front of the device. The front of the device here corresponds to the direction in which the user can view the space-floating image 3K formed by the space-floating image display device 400 from the front. Direction K is the direction in which the user 230K views the space-floating image 3K from the front, and corresponds to the negative direction in the Z direction. For the sake of explanation, a coordinate system or direction such as the illustrated (X, Y, Z) may be used. The Z direction is the vertical direction, the up-down direction, the X direction and the Y direction are two horizontal directions that intersect at right angles, the X direction is the depth direction, the front-to-back direction (the front-to-back horizontal direction on the screen of the floating-in-space image K), and the Y direction is the left-to-right direction (the left-to-right horizontal direction on the screen of the floating-in-space image 3K).
図15AのZ型の構成は、図3のZ型の構成に対し、構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101K、および再帰反射部材2A等)の位置関係は同様である。空間浮遊映像3Kを形成する機能のために、空間浮遊映像表示装置400の各構成要素(映像表示装置1、ビームスプリッタ101K、および再帰反射部材2A等)は、所定の位置関係を有して相互に配置されている。すなわち、図15Aの映像表示装置部300の映像表示装置1、ビームスプリッタ101K、および再帰反射部材2A等は、図3の構成と同様に、Z字形状を為すように、所定の位置関係を有して配置されている。 The Z-shaped configuration of FIG. 15A has the same positional relationship of the components (image display device 1, beam splitter 101K, retroreflective member 2A, etc.) as the Z-shaped configuration of FIG. 3. In order to form the function of the floating-in-space image 3K, the components of the floating-in-space image display device 400 (image display device 1, beam splitter 101K, retroreflective member 2A, etc.) are mutually arranged with a predetermined positional relationship. That is, the image display device 1, beam splitter 101K, retroreflective member 2A, etc. of the image display device unit 300 of FIG. 15A are arranged with a predetermined positional relationship so as to form a Z shape, similar to the configuration of FIG. 3.
空間浮遊映像表示装置400は、筐体4001に実装・収納されている。空間浮遊映像表示装置400は、再帰反射部材2A、λ/4板21A、ビームスプリッタ101Kなどにより構成される。 The space-floating image display device 400 is mounted and stored in a housing 4001. The space-floating image display device 400 is composed of a retroreflective member 2A, a λ/4 plate 21A, a beam splitter 101K, etc.
本実施例では、開口部4002から入射してくる外光の、再帰反射部材2Aや映像表示装置1に対する影響の低減を目的として、ガラス板等の透明部材100および吸収型偏光板112を備えている。方向Kは、本例では鉛直方向であるZ方向で上から下への方向、開口部4002に対する垂直方向である。 In this embodiment, a transparent member 100 such as a glass plate and an absorbing polarizing plate 112 are provided to reduce the effect of external light entering through the opening 4002 on the retroreflective member 2A and the image display device 1. The direction K is the Z direction, which is the vertical direction in this embodiment, from top to bottom, and is perpendicular to the opening 4002.
本実施例では、ビームスプリッタ101Kは、前記図14(B)に記載した半円柱形状の板材であって、一対の直線辺と、一対の曲線辺で囲まれている。筐体4001内において、ビームスプリッタ101Kは、机面に対し斜めに配置されている。斜めとは、前記ビームスプリッタ101Kの一方の直線辺(例えばA1)が前記映像表示装置1の近傍に、前記ビームスプリッタ101Kの他方の直線辺(例えばA1′)が前記再帰反射部材2Aの近傍に配置される。机面(X-Y面)のY方向に対し、ビームスプリッタ101Kの曲線辺面の円弧両端を結んだ線分の方向が為す角度が対応しており、例えば図15Aではその斜めの角度である角度αが45度程度(≒45°)である。 In this embodiment, the beam splitter 101K is a semi-cylindrical plate material as shown in FIG. 14B, and is surrounded by a pair of straight sides and a pair of curved sides. Inside the housing 4001, the beam splitter 101K is disposed at an angle to the desk surface. The angle means that one straight side (e.g., A1) of the beam splitter 101K is disposed near the image display device 1, and the other straight side (e.g., A1') of the beam splitter 101K is disposed near the retroreflective member 2A. The angle formed by the direction of the line segment connecting both ends of the arc of the curved side surface of the beam splitter 101K corresponds to the Y direction of the desk surface (X-Y plane), and for example, in FIG. 15A, the angle α, which is the angle of the angle, is about 45 degrees (≒45°).
映像表示装置1に対して、ビームスプリッタ101Kを挟んでY方向で向かい側には、再帰反射部材2Aおよびλ/4板21Aが配置されている。λ/4板21Aは、再帰反射部材2Aの主面に対し、ビームスプリッタ101Kが配置される側に配置されている。つまり、λ/4板21Aは、再帰反射部材2Aの光入射側に配置されている。空間浮遊映像3K(破線枠で示す)は、筐体106と再帰反射部材2Aとの間で、ビームスプリッタ101KからZ方向で上側に出て、水平方向(X-Y面)に配置されている。空間浮遊映像3Kは、ビームスプリッタ101Kに対応して形成される空中像である。また、空間浮遊映像3Kは、ビームスプリッタ101Kの形状に対応して曲面を有する空中像である。 The retroreflective member 2A and the λ/4 plate 21A are arranged on the opposite side of the image display device 1 in the Y direction across the beam splitter 101K. The λ/4 plate 21A is arranged on the side of the main surface of the retroreflective member 2A where the beam splitter 101K is arranged. In other words, the λ/4 plate 21A is arranged on the light incident side of the retroreflective member 2A. The floating image 3K (shown in a dashed frame) is arranged in the horizontal direction (X-Y plane) between the housing 106 and the retroreflective member 2A, emerging from the beam splitter 101K in the Z direction upward. The floating image 3K is an aerial image formed in response to the beam splitter 101K. The floating image 3K is also an aerial image having a curved surface in response to the shape of the beam splitter 101K.
筐体106のY方向で左側の面、および筐体4001のY方向で右側の面には、開口部1061が設けられている。開口部1061は、映像表示装置1からの映像光が通過または透過する部分である。開口部1061には、透明部材などが設けられてもよい。映像表示装置1、より具体的には液晶表示パネル11上に表示された映像に対応する映像光は、この開口部1061を経て、Y方向で左方向(負方向)にあるビームスプリッタ101Kに向かって進む。 An opening 1061 is provided on the left side surface of the housing 106 in the Y direction and on the right side surface of the housing 4001 in the Y direction. The opening 1061 is a portion through which the image light from the image display device 1 passes or is transmitted. A transparent member or the like may be provided in the opening 1061. The image light corresponding to the image displayed on the image display device 1, more specifically the liquid crystal display panel 11, passes through this opening 1061 and travels toward the beam splitter 101K located to the left (negative direction) in the Y direction.
先述の構成(図3)と同様に、ビームスプリッタ101Kは、P偏光を透過し、S偏光を反射する性質を有する物とする。例えば湾曲したガラス基板あるいは樹脂基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。このとき、ビームスプリッタ101Kに対する偏光光の入射角は約45度を中心に湾曲した面角度で変わり、ほぼ水平方向(X-Y面)に配置される空間浮遊映像3Kが発生する。 As with the configuration described above (Figure 3), the beam splitter 101K has the property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light. For example, it can be formed by evaporating an optical thin film onto a curved glass substrate or resin substrate. In this case, the angle of incidence of the polarized light on the beam splitter 101K changes depending on the angle of the curved surface, centered around approximately 45 degrees, and a floating image 3K is generated that is positioned almost horizontally (X-Y plane).
図15Aでは、映像表示装置1から、開口部1061を経て、Y方向での負方向に出射される映像光の例を破線矢印で示して、代表例として光軸K1の破線矢印で説明する。液晶表示パネル11より出射された映像光は、所定の偏光特性、例えば、P偏光(平行偏光:PはParallelの略)を有する光とする。このP偏光の映像光は、光軸K1上、ビームスプリッタ101KをそのままY方向で負方向(左)に通過し、光軸K1に対応した光軸K2上を再帰反射部材2Aに向かって進む。ビームスプリッタ101Kは、P偏光を通過させ、S偏光(垂直偏光:SはSenkrechtの略)を反射させる性質を有する。ビームスプリッタ101Kの、この光軸K1上のP偏光を透過する曲面は、同図より先述の角度α≒約45度より大きい角度を為している。 15A, an example of image light emitted from the image display device 1 through the opening 1061 in the negative direction in the Y direction is shown by a dashed arrow, and the dashed arrow of the optical axis K1 is used as a representative example. The image light emitted from the liquid crystal display panel 11 is light having a predetermined polarization characteristic, for example, P polarization (parallel polarization: P is an abbreviation for Parallel). This P-polarized image light passes through the beam splitter 101K on the optical axis K1 in the negative direction (left) in the Y direction, and proceeds toward the retroreflective member 2A on the optical axis K2 corresponding to the optical axis K1. The beam splitter 101K has the property of passing P-polarized light and reflecting S-polarized light (vertical polarization: S is an abbreviation for Senkrecht). The curved surface of the beam splitter 101K that transmits P-polarized light on this optical axis K1 forms an angle greater than the previously mentioned angle α ≒ approximately 45 degrees as shown in the figure.
再帰反射部材2Aの光入射面には、λ/4板21Aが設けられている。映像表示装置1から出射され、ビームスプリッタ101Kを透過した、光軸K1のP偏光の映像光は、再帰反射部材2Aで反射される前と反射された後との計2回、λ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸K2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Kで反射され、Z方向の光軸K3上を進む。ビームスプリッタ101Kの反射曲面に対する光軸K2の入射角度は、先述の約45度の角度より小さい角度を為すため、このS偏光の映像光は、図示のように真上(約90度)のZ方向よりやや―Y方向に傾いた方向に進み、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過して、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Kを生成・表示する。その他のY方向での負方向に出射される破線矢印の映像光も、先述の光軸K1、K2と同様なふるまいを生じるが、ビームスプリッタ101Kの反射曲面に対する光軸K2に相当するS偏光の映像光反射は、ビームスプリッタ101K面上での反射位置によって入射角度が異なる。このため、S偏光の反射映像光はZ方向に進むが、図15A(A)に示す例のように、ビームスプリッタ101K面上での反射位置によって、真上(約90度)のZ方向より-Y方向から+Yに傾いた方向に進んで、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Kを生成・表示する。 A λ/4 plate 21A is provided on the light incidence surface of the retroreflective member 2A. The P-polarized image light of optical axis K1 emitted from the image display device 1 and transmitted through the beam splitter 101K passes through the λ/4 plate 21A twice, once before and once after being reflected by the retroreflective member 2A, and is converted from P-polarized to S-polarized light. As a result, the S-polarized image light traveling on optical axis K2 after reflection by the retroreflective member 2A is reflected by the beam splitter 101K and travels on optical axis K3 in the Z direction. Since the angle of incidence of the optical axis K2 with respect to the curved reflecting surface of the beam splitter 101K is smaller than the aforementioned angle of approximately 45 degrees, this S-polarized image light advances in a direction slightly tilted in the -Y direction from the Z direction straight up (approximately 90 degrees) as shown in the figure, and passes through the outside of the opening 4002, the transparent member 100, and the absorptive polarizing plate 112 to generate and display a real image, a floating image in space 3K, at a predetermined position in the Z direction. The other image light of the dashed arrows emitted in the negative direction in the Y direction also behaves in the same way as the aforementioned optical axes K1 and K2, but the angle of incidence of the S-polarized image light reflection corresponding to the optical axis K2 with respect to the curved reflecting surface of the beam splitter 101K differs depending on the reflection position on the surface of the beam splitter 101K. For this reason, the S-polarized reflected image light travels in the Z direction, but as in the example shown in Figure 15A (A), depending on the reflection position on the surface of the beam splitter 101K, it travels in a direction tilted from the -Y direction to +Y rather than the Z direction straight up (approximately 90 degrees), generating and displaying a real image, a floating-in-space image 3K, at a specified position in the Z direction.
空間浮遊映像3Kが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101K、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Kとビームスプリッタ101K間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101K間の距離とほぼ等しい。ビームスプリッタ101Kは先述の図14(B)に記載した半円柱形状を有するため、空間浮遊映像3Kの形状もほぼ半円柱形状を為す。すなわち、Y-Z断面図の円形状湾曲を-X方向に延長した形状となる。したがって、利用者230Kは、方向Kから見ると、空中浮遊映像を形成する光の進行方向において、X軸上に沿った中央部が凸状に盛り上がる空間浮遊映像3Kを視認できる。 The predetermined position where the floating image 3K is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101K, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3K and the beam splitter 101K is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101K. Since the beam splitter 101K has the semi-cylindrical shape described in FIG. 14(B) above, the shape of the floating image 3K is also approximately semi-cylindrical. In other words, it is a shape that extends the circular curve of the Y-Z cross section in the -X direction. Therefore, when viewed from the direction K, the user 230K can see the floating image 3K with the center part along the X-axis rising convexly in the traveling direction of the light that forms the floating image.
図15Bは、一実施例(第8実施例)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図15Bは、図15Aの実施例の空間浮遊映像表示装置400内のビームスプリッタ101Kをビームスプリッタ101Mに置き換えて構成したものである。図15B(A)にY-Z断面図、図15B(B)にビームスプリッタ101Mの構成を示す。本実施例では、図15Aの実施例との相違点を説明し、図15Aと同様の構成については、繰り返しの説明は省略する。 Figure 15B is a diagram showing an example of the configuration of a space-floating image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (Eighth embodiment). Figure 15B shows a configuration in which beam splitter 101M replaces beam splitter 101K in space-floating image display device 400 of the embodiment of Figure 15A. Figure 15B (A) shows a Y-Z cross-sectional view, and Figure 15B (B) shows the configuration of beam splitter 101M. In this embodiment, differences from the embodiment of Figure 15A are explained, and repeated explanations of the same configuration as in Figure 15A are omitted.
ビームスプリッタ101Mは、先述の一対の直線辺A1、A1′と、一対の曲線辺B1、B1′で囲まれて構成された図14(B)のビームスプリッタ101Kの半円柱形状の板材において、曲線辺B1、B1′を多角形による近似曲線BM1とBM1′で構成している。本実施例では、複数の短冊状ビームススプリッタ小片が階段状に配置されて、ビームスプリッタ101Mの底面と平行の階段状の近似曲線BM1とBM1′および、対応する近似曲面を構成する。 Beam splitter 101M is a semi-cylindrical plate material of beam splitter 101K in FIG. 14(B) that is surrounded by the pair of straight sides A1, A1' and a pair of curved sides B1, B1', and the curved sides B1, B1' are configured with polygonal approximate curves BM1 and BM1'. In this embodiment, multiple rectangular beam splitter pieces are arranged in a staircase pattern to configure the staircase approximate curves BM1 and BM1' parallel to the bottom surface of beam splitter 101M and the corresponding approximate curved surfaces.
本実施例では、筐体4001内において、ビームスプリッタ101Mは、机面に対し斜めに配置されている。前記ビームスプリッタ101Mの一方の直線辺(例えばA1)が前記映像表示装置1の近傍に、前記ビームスプリッタ101Mの他方の直線辺(例えばA1′)が前記再帰反射部材2Aの近傍に配置される。机面(X-Y面)のY方向に対し、ビームスプリッタ101Mの近似曲線辺面の円弧両端を結んだ線分の方向が為す角度が対応しており、例えば図15Bではその斜めの角度である角度αが45度程度(≒45°)である。本実施例の階段状のビームススプリッタ小片はビームスプリッタ101Mの底面と平行を為して配置されているため、各ビームススプリッタ小片の角度は、角度αと同じとなり、45度程度(≒45°)である。 In this embodiment, the beam splitter 101M is disposed in the housing 4001 at an angle to the desk surface. One straight side (e.g., A1) of the beam splitter 101M is disposed near the image display device 1, and the other straight side (e.g., A1') of the beam splitter 101M is disposed near the retroreflective member 2A. The angle formed by the direction of the line segment connecting both ends of the arc of the approximate curved side surface of the beam splitter 101M corresponds to the Y direction of the desk surface (X-Y plane), and for example, in FIG. 15B, the angle α, which is the angle, is about 45 degrees (≒45°). Since the stepped beam splitter pieces in this embodiment are disposed parallel to the bottom surface of the beam splitter 101M, the angle of each beam splitter piece is the same as the angle α, which is about 45 degrees (≒45°).
図15B(A)では、映像表示装置1から、Y方向での負方向に出射される映像光の例を破線矢印で示して、代表例として光軸M1の破線矢印で説明する。液晶表示パネル11より出射された映像光は、所定の偏光特性、例えば、P偏光を有する光とする。このP偏光の映像光は、光軸M1上、ビームスプリッタ101MをそのままY方向で負方向(左)に通過し、光軸M1に対応した光軸M2上を再帰反射部材2Aに向かって進む。ビームスプリッタ101Mは、P偏光を通過させ、S偏光を反射させる性質を有する。ビームスプリッタ101Mの、この光軸M1上のP偏光を透過する短冊状のビームススプリッタ小片は、先述の角度α≒約45度である。 In FIG. 15B (A), an example of image light emitted from the image display device 1 in the negative direction in the Y direction is shown by a dashed arrow, and the dashed arrow of the optical axis M1 is used as a representative example for explanation. The image light emitted from the liquid crystal display panel 11 is light having a predetermined polarization characteristic, for example, P polarization. This P-polarized image light passes through the beam splitter 101M on the optical axis M1 in the negative direction (left) in the Y direction as it is, and proceeds toward the retroreflective member 2A on the optical axis M2 corresponding to the optical axis M1. The beam splitter 101M has the property of passing P-polarized light and reflecting S-polarized light. The rectangular beam splitter piece of the beam splitter 101M that transmits P-polarized light on this optical axis M1 has the aforementioned angle α ≒ approximately 45 degrees.
ビームスプリッタ101Mを透過した、光軸M1のP偏光の映像光は、再帰反射部材2Aとλ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸M2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Mで反射され、Z方向の光軸M3上を進む。ビームスプリッタ101Mの反射面に対する光軸M2の入射角度は、先述の約45度の角度を為すため、このS偏光の映像光は、図示のように真上(約90度)のZ方向に進み、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過して、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Mを生成・表示する。その他のY方向での負方向に出射される破線矢印の映像光からのS偏光の反射映像光もZ方向に進み、図15B(A)に示す例のように、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Mを生成・表示する。 The P-polarized image light of optical axis M1 that has passed through beam splitter 101M is converted from P-polarized to S-polarized light by passing through retroreflective member 2A and λ/4 plate 21A. As a result, the S-polarized image light that has traveled along optical axis M2 after reflection by retroreflective member 2 is reflected by beam splitter 101M and travels along optical axis M3 in the Z direction. Since the angle of incidence of optical axis M2 with respect to the reflecting surface of beam splitter 101M is approximately 45 degrees as described above, this S-polarized image light travels in the Z direction directly above (approximately 90 degrees) as shown in the figure, passes through the outside of opening 4002, transparent member 100, and absorptive polarizing plate 112, and generates and displays a real image floating in space 3M at a predetermined position in the Z direction. The S-polarized reflected image light from the other image light indicated by the dashed arrows that is emitted in the negative direction in the Y direction also travels in the Z direction, and a real image, a floating-in-space image 3M, is generated and displayed at a predetermined position in the Z direction, as in the example shown in Figure 15B (A).
空間浮遊映像3Mが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101M、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Mとビームスプリッタ101M間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101M間の距離とほぼ等しい。ビームスプリッタ101Mは先述の図15B(B)に記載した半円柱の近似形状を有するため、空間浮遊映像3Mの形状もほぼ半円柱の近似形状を為す。すなわち、Y-Z断面図の段差を有する円形状湾曲を-X方向に延長した形状となる。したがって、利用者230Mは、方向Mから見ると、空中浮遊映像を形成する光の進行方向において、X軸上に沿った中央部が凸状に盛り上がる空間浮遊映像3Mを視認できる。 The predetermined position where the floating image 3M is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101M, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3M and the beam splitter 101M is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101M. Since the beam splitter 101M has an approximate shape of a semi-cylinder as described above in FIG. 15B(B), the shape of the floating image 3M is also approximately a semi-cylinder. In other words, it is a shape that extends the stepped circular curve of the Y-Z cross section in the -X direction. Therefore, when viewed from the direction M, the user 230M can visually recognize the floating image 3M with a convex central part along the X-axis in the traveling direction of the light that forms the floating image.
図15Cは、一実施例(第8実施例)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図15Cは、図15Aの実施例の空間浮遊映像表示装置400内のビームスプリッタ101Kをビームスプリッタ101Lに置き換えて構成したものである。図15C(A)にY-Z断面図、図15C(B)にX-Y上面図、図15C(C)にX-Z断面図を示す。ビームスプリッタ101Lは図14(C)に先述したように、図14(B)のビームスプリッタ101Kを90度回転した半円柱形状の板材であって、一対の直線辺A2、A2′と、一対の曲線辺B2、B2′で囲まれている。本実施例では、図15Aの実施例との相違点を説明し、図15Aと同様の構成については、繰り返しの説明は省略する。 Figure 15C is a diagram showing an example of the configuration of a space floating image display device suitable for installation on a desk according to one embodiment (Eighth embodiment). Figure 15C is configured by replacing the beam splitter 101K in the space floating image display device 400 of the embodiment of Figure 15A with a beam splitter 101L. Figure 15C (A) shows a Y-Z cross-sectional view, Figure 15C (B) shows an X-Y top view, and Figure 15C (C) shows an X-Z cross-sectional view. As described above in Figure 14 (C), the beam splitter 101L is a semi-cylindrical plate material obtained by rotating the beam splitter 101K of Figure 14 (B) by 90 degrees, and is surrounded by a pair of straight sides A2, A2' and a pair of curved sides B2, B2'. In this embodiment, differences from the embodiment of Figure 15A are explained, and repeated explanations of the same configuration as in Figure 15A are omitted.
本実施例では、ビームスプリッタ101Lは、前記図14(C)に記載した半円柱形状の板材であって、一対の直線辺と、一対の曲線辺で囲まれている。筐体4001内において、ビームスプリッタ101Lは、机面に対し斜めに配置されている。斜めとは、前記ビームスプリッタ101Lの一方の曲線辺(例えばB2)が前記映像表示装置1の近傍に、前記ビームスプリッタ101Lの他方の曲線辺(例えばB2´)が前記再帰反射部材2Aの近傍に配置される。机面(X-Y面)のY方向に対し、ビームスプリッタ101Lの直線辺A2とA2′の方向が為す角度が対応しており、例えば図15Cではその斜めの角度である角度αが45度程度(≒45°)である。本実施例の一対の曲線辺B2とB2´に挟まれた円柱形状面は、直線辺A2とA2′に平行であるため、その斜めの角度である角度も45度程度(≒45°)である。 In this embodiment, the beam splitter 101L is a semi-cylindrical plate material as shown in FIG. 14C, and is surrounded by a pair of straight sides and a pair of curved sides. In the housing 4001, the beam splitter 101L is disposed at an angle to the desk surface. The angle means that one curved side (e.g., B2) of the beam splitter 101L is disposed near the image display device 1, and the other curved side (e.g., B2') of the beam splitter 101L is disposed near the retroreflective member 2A. The angle formed by the straight sides A2 and A2' of the beam splitter 101L corresponds to the Y direction of the desk surface (X-Y plane), and for example, in FIG. 15C, the angle α, which is the angle of the angle, is about 45 degrees (≒45°). In this embodiment, the cylindrical surface between the pair of curved sides B2 and B2' is parallel to the straight sides A2 and A2', so the angle at which it is inclined is also about 45 degrees (≒45°).
ビームスプリッタ101Lを透過した、光軸L1のP偏光の映像光は、再帰反射部材2Aとλ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸L2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Lで反射され、Z方向の光軸L3上を進む。 The P-polarized image light on optical axis L1 that was transmitted through beam splitter 101L is converted from P-polarized to S-polarized light by passing through retroreflective member 2A and λ/4 plate 21A. As a result, the S-polarized image light that traveled on optical axis L2 after being reflected by retroreflective member 2 is reflected by beam splitter 101L and travels on optical axis L3 in the Z direction.
ビームスプリッタ101Lの反射面に対する光軸L2の入射角度は、先述の約45度の角度を為すため、このS偏光の映像光は、図示のように真上(約90度)のZ方向に進み、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過して、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Lを生成・表示する。その他のY方向での負方向に出射される破線矢印の映像光からのS偏光の反射映像光もZ方向に進み、図15C(A)に示す例のように、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Lを生成・表示する。 Since the angle of incidence of optical axis L2 with respect to the reflecting surface of beam splitter 101L is approximately 45 degrees as mentioned above, this S-polarized image light travels in the Z direction directly upward (approximately 90 degrees) as shown, passes through the outside of opening 4002, transparent member 100, and absorptive polarizing plate 112, and generates and displays a real image floating in space 3L at a predetermined position in the Z direction. The other S-polarized reflected image light from the image light of the dashed arrows emitted in the negative direction in the Y direction also travels in the Z direction, and generates and displays a real image floating in space 3L at a predetermined position in the Z direction, as in the example shown in Figure 15C (A).
空間浮遊映像3Lが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101L、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Lとビームスプリッタ101L間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101L間の距離とほぼ等しい。ビームスプリッタ101Lは先述の図14(C)に記載した半円柱形状を有するため、空間浮遊映像3Lの形状もほぼ半円柱形状を為す。すなわち、X-Z断面図の円形状湾曲をY方向に延長した形状となる。したがって、利用者230Lは、方向Lから見ると、空中浮遊映像を形成する光の進行方向において、Y軸上に沿った中央部が凸状に盛り上がる空間浮遊映像3Lを視認できる。 The predetermined position where the floating image 3L is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101L, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3L and the beam splitter 101L is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101L. Since the beam splitter 101L has a semi-cylindrical shape as described above in FIG. 14(C), the shape of the floating image 3L is also approximately semi-cylindrical. In other words, it is a shape that extends the circular curve of the X-Z cross section in the Y direction. Therefore, when viewed from the direction L, the user 230L can visually recognize the floating image 3L with the center part along the Y axis rising convexly in the traveling direction of the light that forms the floating image.
図15Dは、一実施例(第8実施例)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図15Dは、図15Aの実施例の空間浮遊映像表示装置400内のビームスプリッタ101Kをビームスプリッタ101Nに置き換えて構成したものである。ビームスプリッタ101Nは、ビームスプリッタ101Nの一方の直線辺が表示パネル11の近傍に、ビームスプリッタ101Nの他方の直線辺が再帰反射部材2Aの近傍になるように配置されている。図15D(A)にY-Z断面図、図15D(B)にX-Y上面図、図15D(C)にX-Z断面図、図15D(E)にビームスプリッタ101Nの構成を示す。本実施例では、図15Aの実施例との相違点を説明し、図15Aと同様の構成については、繰り返しの説明は省略する。 Figure 15D is a diagram showing an example of the configuration of a space floating image display device suitable for installation on a desk according to one embodiment (Eighth embodiment). Figure 15D is configured by replacing the beam splitter 101K in the space floating image display device 400 of the embodiment of Figure 15A with a beam splitter 101N. The beam splitter 101N is arranged so that one straight side of the beam splitter 101N is near the display panel 11 and the other straight side of the beam splitter 101N is near the retroreflective member 2A. Figure 15D (A) shows a Y-Z cross-sectional view, Figure 15D (B) shows an X-Y top view, Figure 15D (C) shows an X-Z cross-sectional view, and Figure 15D (E) shows the configuration of the beam splitter 101N. In this embodiment, differences from the embodiment of Figure 15A are explained, and repeated explanations of the same configuration as in Figure 15A are omitted.
ビームスプリッタ101Nは、図14(B)のビームスプリッタ101Kの直線辺A1とA1′の距離を短縮し、曲率を大きくした半円柱形状の板材であって、一対の直線辺AN1、AN1′と、一対の曲線辺BN1、BN1′で囲まれている。筐体4001内において、ビームスプリッタ101Nは、机面に対し斜めに配置されている。斜めとは、前記ビームスプリッタ101Nの一方の直線辺(例えばAN1)が前記映像表示装置1の近傍に、前記ビームスプリッタ101Nの他方の直線辺(例えばAN1′)が前記再帰反射部材2Aの近傍に配置される。机面(X-Y面)のY方向に対し、ビームスプリッタ101Nの曲線辺面の円弧両端を結んだ線分の方向が為す角度が対応しており、例えば図15Dではその斜めの角度である角度αが45度程度(≒45°)である。 Beam splitter 101N is a semi-cylindrical plate material with a shorter distance between straight sides A1 and A1' of beam splitter 101K in FIG. 14B and a larger curvature, and is surrounded by a pair of straight sides AN1, AN1' and a pair of curved sides BN1, BN1'. Inside housing 4001, beam splitter 101N is disposed at an angle to the desk surface. "Diagonally" means that one straight side (e.g. AN1) of beam splitter 101N is disposed near the image display device 1, and the other straight side (e.g. AN1') of beam splitter 101N is disposed near the retroreflective member 2A. The angle formed by the direction of the line segment connecting both ends of the arc of the curved edge surface of beam splitter 101N corresponds to the Y direction of the desk surface (X-Y plane); for example, in FIG. 15D, the oblique angle α is about 45 degrees (≒45°).
先述の構成(図3)と同様に、ビームスプリッタ101Nは、P偏光を透過し、S偏光を反射する性質を有する物とする。例えば湾曲したガラス基板あるいは樹脂基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。このとき、ビームスプリッタ101Nに対する偏光光の入射角は約45度を中心に湾曲した面角度で変わり、ほぼ水平方向(X-Y面)に配置される空間浮遊映像3Nが発生する。 As with the configuration described above (Figure 3), the beam splitter 101N has the property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light. For example, it can be formed by evaporating an optical thin film onto a curved glass substrate or resin substrate. At this time, the angle of incidence of the polarized light on the beam splitter 101N changes depending on the angle of the curved surface, centered around approximately 45 degrees, and a floating image 3N in space is generated that is positioned almost horizontally (X-Y plane).
ビームスプリッタ101Nを透過した、光軸N1のP偏光の映像光は、再帰反射部材2Aとλ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸N2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Nで反射され、Z方向の光軸N3上を進む。 The P-polarized image light on optical axis N1 that was transmitted through beam splitter 101N is converted from P-polarized to S-polarized light by passing through retroreflective member 2A and λ/4 plate 21A. As a result, the S-polarized image light that traveled on optical axis N2 after being reflected by retroreflective member 2 is reflected by beam splitter 101N and travels on optical axis N3 in the Z direction.
ビームスプリッタ101Nの反射曲面に対する光軸N2の入射角度が、先述の約45度の角度を為す面では、このS偏光の映像光は、図示のように真上(約90度)のZ方向に進み、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過して、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Nを生成・表示する。 When the incidence angle of the optical axis N2 with respect to the reflective curved surface of the beam splitter 101N is approximately 45 degrees as mentioned above, this S-polarized image light travels in the Z direction directly upward (approximately 90 degrees) as shown in the figure, passes through the outside of the opening 4002, the transparent member 100, and the absorptive polarizing plate 112, and generates and displays a real image, a floating-in-space image 3N, at a predetermined position in the Z direction.
その他のY方向での負方向に出射される破線矢印の映像光N12、N13も、先述の光軸N1、N2と同様なふるまいを生じるが、ビームスプリッタ101Nの反射曲面に対する光軸N2に相当するS偏光の映像光反射は、ビームスプリッタ101N面上での反射位置によって入射角度が異なる。 The other image light beams N12 and N13 indicated by dashed arrows that are emitted in the negative Y direction also behave in a similar manner to the optical axes N1 and N2 described above, but the S-polarized image light reflected by the curved reflecting surface of the beam splitter 101N, which corresponds to the optical axis N2, has a different angle of incidence depending on the reflection position on the surface of the beam splitter 101N.
このため、S偏光の反射映像光はZ方向に進むが、図15D(A)に示す例のように、ビームスプリッタ101N面上での反射位置によってS偏光の反射角度が異なる。光軸N2より底面側のN22は、入射角度が45度より小さくなるため、真上(約90度)のZ方向より-Y方向に傾いたN32へ進み、また、光軸N2より上面側のN23は、入射角度が45度より大きくなるため、真上(約90度)のZ方向より+Y方向に傾いたN33へ進んで、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Nを生成・表示する。 For this reason, the reflected S-polarized image light travels in the Z direction, but as in the example shown in Figure 15D (A), the reflection angle of the S-polarized light differs depending on the reflection position on the surface of the beam splitter 101N. Since the incident angle of N22, which is on the bottom side of the optical axis N2, is smaller than 45 degrees, it travels to N32, which is tilted in the -Y direction from the Z direction directly above (approximately 90 degrees), and since the incident angle of N23, which is on the top side of the optical axis N2, is larger than 45 degrees, it travels to N33, which is tilted in the +Y direction from the Z direction directly above (approximately 90 degrees), and a real image, a floating-in-space image 3N, is generated and displayed at a specified position in the Z direction.
空間浮遊映像3Nが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101N、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Nとビームスプリッタ101N間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101N間の距離とほぼ等しい。ビームスプリッタ101Nは図15D(E)に記載した半円柱形状を有するため、空間浮遊映像の形状もほぼ半円柱形状を為すが、先述の図15Aのビームスプリッタ101Kより曲率が大きいため、空間浮遊映像は+Y方向と-Y方向に大きく傾き、すなわち、ビームスプリッタ101Nの形状よりも、大きく拡大された空間浮遊映像3Nが得られる。したがって、利用者230Nは、方向Nから見ると、X軸上に沿った中央部が凸状に盛り上がり、映像表示装置1の表示画像よりも拡大された、空間浮遊映像3Nを視認できる。 The predetermined position where the floating image 3N is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101N, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3N and the beam splitter 101N is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101N. Since the beam splitter 101N has a semi-cylindrical shape as shown in FIG. 15D(E), the shape of the floating image is also approximately semi-cylindrical, but since the curvature is larger than that of the beam splitter 101K in FIG. 15A described above, the floating image in the space is greatly tilted in the +Y direction and the -Y direction, that is, the floating image in the space 3N is obtained which is more enlarged than the shape of the beam splitter 101N. Therefore, when viewed from the direction N, the user 230N can see the floating image 3N which is enlarged more than the display image of the image display device 1, with the center part along the X-axis rising in a convex shape.
図15Eは、一実施例(第8実施例)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図15Eは、図15Dの実施例の空間浮遊映像表示装置400内のビームスプリッタ101Nをビームスプリッタ101Pに置き換えて構成したものである。図15E(A)にY-Z断面図、図15E(B)にX-Y上面図、図15E(C)にX-Z断面図の構成を示す。ビームスプリッタ101Pは、図14(D)の円錐形状あるいはレンズ形状の板材であって、底側の周辺部B3が円形あるいは曲線で囲まれ、側面は板材の頂点に向かって斜めに上がっている。また、ビームスプリッタ101Pは、ビームスプリッタ101Pの底面は表示パネル11の方向を向き、ビームスプリッタ101Pの頂点は再帰反射部材2Aの方向を向くように、所定の角度で配置されている。本実施例では、図15Dの実施例との相違点を説明し、図15Dと同様の構成については、繰り返しの説明は省略する。 Figure 15E is a diagram showing an example of the configuration of a space floating image display device suitable for installation on a desk according to one embodiment (Eighth embodiment). Figure 15E is configured by replacing the beam splitter 101N in the space floating image display device 400 of the embodiment of Figure 15D with a beam splitter 101P. Figure 15E (A) shows the Y-Z cross-sectional view, Figure 15E (B) shows the X-Y top view, and Figure 15E (C) shows the X-Z cross-sectional view. The beam splitter 101P is a cone-shaped or lens-shaped plate material as shown in Figure 14 (D), with the bottom peripheral portion B3 surrounded by a circle or curve, and the side surface rising obliquely toward the apex of the plate material. In addition, the beam splitter 101P is arranged at a predetermined angle so that the bottom surface of the beam splitter 101P faces the display panel 11 and the apex of the beam splitter 101P faces the retroreflective member 2A. In this embodiment, we will explain the differences from the embodiment in Figure 15D, and will not repeat the explanation of the configuration similar to that in Figure 15D.
ビームスプリッタ101Pは、筐体4001内において、机面に対し斜めに配置されている。斜めとは、前記ビームスプリッタ101Pの一方の曲線辺AAが前記映像表示装置1の近傍に、前記曲線辺に対向する他方の曲線辺BBが前記再帰反射部材2Aの近傍に配置される。机面(X-Y面)のY方向に対し、先述のビームスプリッタ101Pの一方の曲線辺AAと他方の曲線辺BBを結んだ線分の方向が為す角度が対応しており、例えば図14ではその斜めの角度である角度αが45度程度(≒45°)である。 The beam splitter 101P is disposed in the housing 4001 at an angle to the desk surface. "At an angle" means that one curved side AA of the beam splitter 101P is disposed near the image display device 1, and the other curved side BB opposite the curved side is disposed near the retroreflective member 2A. The angle formed by the direction of the line segment connecting one curved side AA and the other curved side BB of the beam splitter 101P described above corresponds to the Y direction of the desk surface (X-Y plane), and for example, in FIG. 14, the angle α, which is the angle of the angle, is about 45 degrees (≒45°).
先述の構成(図15D)と同様に、ビームスプリッタ101Pは、P偏光を透過し、S偏光を反射する性質を有する物とする。例えば湾曲したガラス基板あるいは樹脂基板上に光学薄膜を蒸着することで形成できる。このとき、ビームスプリッタ101Pは先述のビームスプリッタ101Nの円柱形状と異なり、レンズ形状の曲線で囲まれ湾曲した面であるため、ビームスプリッタ101Pに対するS偏光は±Z方向だけではなく、±X方向にもS偏光が反射されて、ほぼX-Y面に配置される空間浮遊映像3Pが発生する。 As with the configuration described above (Figure 15D), beam splitter 101P has the property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light. For example, it can be formed by evaporating an optical thin film onto a curved glass substrate or resin substrate. In this case, unlike the cylindrical shape of beam splitter 101N described above, beam splitter 101P has a curved surface surrounded by curves in the shape of a lens, so that S-polarized light that is reflected by beam splitter 101P is not only reflected in the ±Z directions, but also in the ±X directions, generating a floating image 3P positioned approximately on the X-Y plane.
ビームスプリッタ101Pを透過した、光軸P1のP偏光の映像光は、再帰反射部材2Aとλ/4板21Aを通過することで、P偏光からS偏光に偏光変換される。この結果、再帰反射部材2で反射後の光軸P2上を進んだS偏光の映像光は、ビームスプリッタ101Pで反射され、Z方向の光軸P3上を進む。 The P-polarized image light on optical axis P1 that was transmitted through beam splitter 101P is converted from P-polarized to S-polarized light by passing through retroreflective member 2A and λ/4 plate 21A. As a result, the S-polarized image light that traveled on optical axis P2 after being reflected by retroreflective member 2 is reflected by beam splitter 101P and travels on optical axis P3 in the Z direction.
ビームスプリッタ101Pの反射曲面に対する光軸P2の入射角度が、先述の約45度の角度を為す面では、このS偏光の映像光は、図示のように真上(約90度)のZ方向に進み、開口部4002の外側、透明部材100および吸収型偏光板112を透過して、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Pを生成・表示する。 When the angle of incidence of the optical axis P2 with respect to the reflective curved surface of the beam splitter 101P is approximately 45 degrees as mentioned above, this S-polarized image light travels in the Z direction directly upward (approximately 90 degrees) as shown in the figure, passes through the outside of the opening 4002, the transparent member 100, and the absorptive polarizing plate 112, and generates and displays a real image, a floating image 3P, at a predetermined position in the Z direction.
その他のY方向での負方向に出射される破線矢印の映像光P12、P13は、先述図15Dと同様なふるまいを生じて空間浮遊映像PA、PBを生成する。また、映像光P14、P15は、±X方向に反射されて空間浮遊映像PC、PDを生成する。 The other image lights P12 and P13, indicated by dashed arrows, emitted in the negative Y direction behave in the same way as in FIG. 15D, generating the floating images PA and PB. Also, the image lights P14 and P15 are reflected in the ±X directions to generate the floating images PC and PD.
空間浮遊映像3Pが形成される所定の位置は、映像表示装置1、ビームスプリッタ101P、および再帰反射部材2Aを含む光学系の光路の光学距離に応じて定まる。空間浮遊映像3Pとビームスプリッタ101P間の距離は、映像表示装置1とビームスプリッタ101P間の距離とほぼ等しい。ビームスプリッタ101Pは図14(D)に記載したレンズ形状の曲線で囲まれ湾曲した面を有するため、空間浮遊映像の形状は円形に類似し、先述の図15Dのビームスプリッタ101Nより±X方向の曲率が大きいため、空間浮遊映像は+Y方向と-Y方向、+X方向と-X方向に大きく傾き、すなわち、ビームスプリッタ101Pの形状よりも、大きく拡大された空間浮遊映像3Pが得られる。したがって、利用者230Pは、方向Pから見ると、空中浮遊映像を形成する光の進行方向において、X-Y平面上に中央部が凸状に盛り上がり、映像表示装置1の表示画像よりも拡大された、空間浮遊映像3Pを視認できる。 The predetermined position where the floating image 3P is formed is determined according to the optical distance of the optical path of the optical system including the image display device 1, the beam splitter 101P, and the retroreflective member 2A. The distance between the floating image 3P and the beam splitter 101P is approximately equal to the distance between the image display device 1 and the beam splitter 101P. Since the beam splitter 101P has a curved surface surrounded by the curved lens shape described in FIG. 14(D), the shape of the floating image in the space is similar to a circle, and since the curvature in the ±X direction is larger than that of the beam splitter 101N in FIG. 15D described above, the floating image in the space is greatly tilted in the +Y direction and the -Y direction, and the +X direction and the -X direction, that is, a floating image in the space 3P that is greatly enlarged is obtained compared to the shape of the beam splitter 101P. Therefore, when viewed from direction P, user 230P can see a floating image 3P that is larger than the image displayed on the image display device 1, with the center part rising convexly on the X-Y plane in the direction of travel of the light that forms the floating image.
図15Fは、一実施例(第8実施例)に係る、机上設置用として好適な空間浮遊映像表示装置の構成の一例を示す図である。図15Fは、空間浮遊映像表示装置400内にビームスプリッタ101Kを配した図15Aの実施例と光学的な構成は同じであるが、再帰反射部材が再帰反射した反射光がビームスプリッタ101Kの曲面形状の面を介して生成される空中浮遊映像の画像歪を補正する機能を有する。本実施例では、図15Aの実施例との相違点を説明し、図15Aと同様の構成については、繰り返しの説明は省略する。 Figure 15F is a diagram showing an example of the configuration of a space-floating image display device suitable for installation on a desk, according to one embodiment (Eighth embodiment). Figure 15F has the same optical configuration as the embodiment of Figure 15A in which a beam splitter 101K is arranged inside the space-floating image display device 400, but has a function of correcting image distortion of the floating image generated by the reflected light reflected by the retroreflective member via the curved surface of the beam splitter 101K. In this embodiment, differences from the embodiment of Figure 15A are explained, and repeated explanation of the same configuration as Figure 15A is omitted.
図15F(1)は、先述の図15Aの曲面を有するビームスプリッタ101Kを有する光学的な構成における映像光の振る舞いをより詳細に示している。図15F(1)の(A)Y-Z断面図に示すように、表示装置1は等間隔に配置された-Y方向に進むP偏光の映像光P1~P7を表示している。観測者(図示せず)が装置正面から空間浮遊映像3Kを見た場合には、空間浮遊映像3Kを生成・表示するS偏光の映像光は、図15F(1)の(B)上面図に示すように中央部の凸部に近い映像光S3と映像光S4の間隔が広く、両端(表示装置1側や再帰反射部材2A側)に近づくにつれて、映像光S1と映像光S2間や、映像光S6と映像光S7間のなどのように間隔が狭くなる。つまり、画像歪を有した空間浮遊映像3Kとして視認される。 Figure 15F (1) shows in more detail the behavior of the image light in an optical configuration having the curved beam splitter 101K of Figure 15A described above. As shown in the Y-Z cross-sectional view (A) of Figure 15F (1), the display device 1 displays P-polarized image light P1 to P7 traveling in the -Y direction at equal intervals. When an observer (not shown) views the space-floating image 3K from the front of the device, the S-polarized image light that generates and displays the space-floating image 3K has a wide interval between the image light S3 and the image light S4 near the central convex part as shown in the top view (B) of Figure 15F (1), and the interval becomes narrower as it approaches both ends (the display device 1 side or the retroreflective member 2A side), such as between the image light S1 and the image light S2, or between the image light S6 and the image light S7, etc. In other words, it is visually recognized as a space-floating image 3K with image distortion.
本現象は、ビームスプリッタ101Kが曲面を有しているため、ビームスプリッタ101K面上でのS偏光の映像光の反射位置によって入射角度が異なる。このため、S偏光の反射映像光はZ方向に進むが、ビームスプリッタ101K面上での反射位置によって、真上(約90度)のZ方向より-Y方向あるいは+Yに傾いた方向に進んで、Z方向で所定の位置に、実像である空間浮遊映像3Kを生成・表示されることによる。 This phenomenon occurs because the beam splitter 101K has a curved surface, and the angle of incidence varies depending on the reflection position of the S-polarized image light on the surface of the beam splitter 101K. As a result, the reflected S-polarized image light travels in the Z direction, but depending on the reflection position on the surface of the beam splitter 101K, it travels in a direction tilted in the -Y direction or +Y direction from the Z direction straight up (approximately 90 degrees), and a real image floating in space 3K is generated and displayed at a specified position in the Z direction.
このような空間浮遊映像効果を望まない場合は、例えば、表示装置1から空中浮遊映像の画像歪を補正した映像光を表示してもよい。空中浮遊映像の画像歪補正は、先述の図10の映像制御部1160で、映像信号入力部1131から入力された映像信号やメモリ1109に記憶させる映像信号等に対して画像処理を行う制御を行う。画像処理としては、例えば、画像の拡大、縮小、変形等を行うスケーリング処理である。 If such a floating-in-space image effect is not desired, for example, image light in which image distortion of the floating image has been corrected may be displayed from the display device 1. Image distortion correction of the floating image is performed by the image control unit 1160 in FIG. 10 described above, which controls image processing of the image signal input from the image signal input unit 1131 and the image signal to be stored in the memory 1109. Image processing is, for example, scaling processing that enlarges, reduces, transforms, etc. the image.
図15F(2)は空中浮遊映像の画像歪を補正する一実施例を示している。図15F(2)の(A)Y-Z断面図に示すように、表示装置1からは、映像制御部1160で画像処理を行い、中央部に近いほど映像光P3′と映像光P4′の間隔のように狭く、両端(表示装置1のZ方向側や、表示装置1の-Z方向側)に近づくにつれて、映像光P1′と映像光P2′間や、映像光P6′と映像光P7′間のなどのように間隔を広く、となるように補正を施したP偏光の映像光が-Y方向に進んでいる。観測者(図示せず)が装置正面から生成・表示される空間浮遊映像3K′を見た場合には、図15F(2)の(B)上面図に示すように中央部の凸部に近い映像光S3′と映像光S4′間も、両端の映像光S1′と映像光S2′間や、映像光S6′と映像光S7′間も、間隔は等間隔で、画像歪の無い空間浮遊映像3K′として視認される。 Figure 15F (2) shows an embodiment for correcting image distortion of a floating image. As shown in the (A) Y-Z cross-sectional view of Figure 15F (2), image processing is performed by the image control unit 1160 from the display device 1, and P-polarized image light that has been corrected so that the closer to the center, the narrower the interval is, like the interval between image light P3' and image light P4', and the closer to both ends (the Z direction side of the display device 1 and the -Z direction side of the display device 1), the wider the interval is, like the interval between image light P1' and image light P2', or between image light P6' and image light P7', etc., travels in the -Y direction. When an observer (not shown) looks at the generated and displayed floating image 3K' from the front of the device, as shown in the top view of FIG. 15F(2)(B), the image light S3' and image light S4' near the central convex part, the image light S1' and image light S2' at both ends, and the image light S6' and image light S7' are all equally spaced, and are visually recognized as floating image 3K' without image distortion.
本補正は、曲面を有するビームスプリッタ101K面上でのS偏光の映像光の反射位置による入射角度の違いがあっても、空間浮遊映像3K′上では等間隔の画像となるように、あらかじめ表示装置1側で映像光の間隔を補正して実現している。このため、S偏光の反射映像光はビームスプリッタ101K面上での反射位置によって、真上(約90度)のZ方向より-Y方向あるいは+Yに傾いた方向に進むが、Z方向で所定の位置で等間隔の実像である空間浮遊映像3K′が生成・表示されて、観測者は画像歪の無い空間浮遊映像3K′として視認が可能である。本補正は、図15Aの実施例に限られず、図15Bから図15Eの実施例に対しても歪の無い空間浮遊映像の生成・表示が可能である。 This correction is realized by correcting the interval of the image light on the display device 1 in advance so that even if there is a difference in the angle of incidence depending on the reflection position of the S-polarized image light on the curved surface of the beam splitter 101K, the image will be equally spaced on the floating image 3K'. Therefore, depending on the reflection position on the surface of the beam splitter 101K, the reflected image light of S-polarized light travels in a direction tilted in the -Y direction or +Y direction from the Z direction directly above (about 90 degrees), but the floating image 3K', which is a real image with equal intervals at a predetermined position in the Z direction, is generated and displayed, and the observer can view it as the floating image 3K' without image distortion. This correction is not limited to the embodiment of FIG. 15A, and it is possible to generate and display a floating image without distortion for the embodiments of FIG. 15B to FIG. 15E.
以上のように、各実施例や変形例の空間浮遊映像表示装置によれば、例えば室内での使用に好適で、視認性の高い空間浮遊映像を表示することができる。また、本実施の形態の空間浮遊映像表示装置は、表示される空間像が曲面形状で表示されて、印象的な表示や操作性を向上させる構成とした。より具体的には、ビームスプリッタを曲面形状の面を有する構成として、曲面形状の空間浮遊映像を表示する構成とした。このように偏光分離部材を非平面形状とすることにより空中浮遊映像を非平面状に形成することが可能となる。 As described above, the space-floating image display device of each embodiment and modification can display a space-floating image with high visibility, suitable for use indoors, for example. Furthermore, the space-floating image display device of this embodiment is configured so that the spatial image displayed is curved, improving the impressive display and operability. More specifically, the beam splitter is configured to have a curved surface, and is configured to display a space-floating image with a curved surface. In this way, by making the polarization separation member non-planar, it is possible to form a non-planar floating image.
これにより、利用者の空間浮遊映像の視認性や操作性を向上させる効果をもたらす。生成された空間浮遊映像を非接触利用者インタフェースとして用いる場合に、利用者にとって印象的な視認性や操作性がより高く、誤操作や誤入力の防止や低減の効果をもたらす。 This has the effect of improving the visibility and operability of the floating-in-space image for the user. When the generated floating-in-space image is used as a non-contact user interface, it provides users with more impressive visibility and operability, and prevents or reduces operational errors and input errors.
本実施例に係る技術では、空間浮遊映像を高解像度かつ高輝度な映像情報を空間浮遊した状態で表示することにより、この空間浮遊映像を非接触型の利用者インタフェースとして使用することも可能であり、利用者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ができる。これにより、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。 The technology in this embodiment displays the floating image in a floating state with high resolution and high brightness, making it possible to use the floating image as a contactless user interface, allowing users to operate it without worrying about contact infection. This contributes to the "3 Health and Well-being for All" of the Sustainable Development Goals (SDGs) advocated by the United Nations.
また、本実施例に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さく、さらに特定の偏波(偏光)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を可能にする。本実施例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。これにより、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」に貢献する。 In addition, the technology according to this embodiment reduces the divergence angle of the emitted image light and aligns it to a specific polarization, so that only the normal reflected light is efficiently reflected by the retroreflective material, making it possible to obtain a bright and clear floating image with high light utilization efficiency. The technology according to this embodiment can provide a highly usable non-contact user interface that can significantly reduce power consumption. This contributes to the "9th Sustainable Development Goal: Build resilient infrastructure and promote inclusive and sustainable development" of the Sustainable Development Goals (SDGs) proposed by the United Nations.
さらに、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の形成を可能にする。本実施例に係る技術では、いわゆるキオスク端末のような高いセキュリティが求められる映像や、利用者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、利用者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。 Furthermore, the technology according to the embodiment makes it possible to form a floating image using highly directional (linear) image light. The technology according to the present embodiment makes it possible to provide a non-contact user interface with less risk of people other than the user peering at the floating image, even when displaying images that require high security, such as images displayed on so-called kiosk terminals, or highly confidential images that should be kept secret from people directly facing the user, by displaying highly directional image light. By providing the above-mentioned technology, the present invention contributes to "Sustainable cities and towns" in the Sustainable Development Goals (SDGs) proposed by the United Nations.
1:映像表示装置、2,2A,2B:再帰反射部材、3,3A,3B,3C,3D,3E,3F,3J:空間浮遊映像、11:液晶表示パネル、12,112:吸収型偏光板、13:光源装置、21,21A,21B:λ/4板、203:導光体、100,100A,100B,100C:透明部材、101,101A,101B,101C,101D,101E,101F,101J,101G,101K,101L,101M,101N,101P:ビームスプリッタ(偏光分離部材)、1010:ビームスプリッタ角度調整部、106:映像表示装置部の筐体、300:映像表示装置部、400:空間浮遊映像表示装置、1061:開口部、4001:筐体、4002:開口部、230A,230B,230C,230D,230E,230F,230J,230K,230M,230L,230N,230P:利用者、310:ピストン機構、310A,310B,310C:ピストン、330,331,332,333:ヒンジ機構、500:制御部等、510:撮像部、600:不要光、1110:制御部、1160:映像制御部、1350:空中操作検出部、1351:空中操作検出センサ 1: Image display device, 2, 2A, 2B: Retroreflective member, 3, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3J: Space floating image, 11: Liquid crystal display panel, 12, 112: Absorption type polarizing plate, 13: Light source device, 21, 21A, 21B: λ/4 plate, 203: Light guide, 100, 100A, 100B, 100C: Transparent member, 101, 101A, 101B, 101C, 101D, 101E, 101F, 101J, 101G, 101K, 101L, 101M, 101N, 101P: Beam splitter (polarization separation member), 1010: Beam splitter angle adjustment unit, 106: Image display device Housing of the placement unit, 300: image display unit, 400: space floating image display unit, 1061: opening, 4001: housing, 4002: opening, 230A, 230B, 230C, 230D, 230E, 230F, 230J, 230K, 230M, 230L, 230N, 230P: user, 310: piston mechanism, 310A, 310B, 310C: piston, 330, 331, 332, 333: hinge mechanism, 500: control unit, etc., 510: imaging unit, 600: unwanted light, 1110: control unit, 1160: image control unit, 1350: mid-air operation detection unit, 1351: mid-air operation detection sensor
Claims (14)
映像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルから出射した映像光の一部を反射する偏光分離部材と、
前記表示パネルに対し対向して配置され、前記偏光分離部材からの反射光を再帰反射する再帰反射部材と、を備え、
前記再帰反射部材が再帰反射した反射光が前記偏光分離部材を介して空中浮遊映像を形成するものであり、
前記偏光分離部材を非平面形状とすることにより前記空中浮遊映像を非平面状に形成する、
空中浮遊映像表示装置。 A floating-in-the-air image display device,
A display panel for displaying an image;
a polarization separation member that reflects a portion of the image light emitted from the display panel;
a retroreflective member disposed opposite the display panel and configured to retroreflect light reflected by the polarization separation member;
The light reflected by the retroreflective member forms a floating image through the polarization separation member,
The polarization separation member is made to have a non-planar shape, thereby forming the floating image in a non-planar shape.
A floating image display device.
前記非平面形状は曲面形状である、
空中浮遊映像表示装置。 2. The airborne image display device according to claim 1,
The non-planar shape is a curved shape.
A floating image display device.
前記非平面形状は半円柱形状であり、一対の直線辺と、一対の曲線辺で囲まれている、
空中浮遊映像表示装置。 2. The airborne image display device according to claim 1,
The non-planar shape is a semi-cylindrical shape and is bounded by a pair of straight sides and a pair of curved sides.
A floating image display device.
前記非平面形状は円錐形状あるいはレンズ形状である、
空中浮遊映像表示装置。 2. The airborne image display device according to claim 1,
The non-planar shape is a cone shape or a lens shape.
A floating image display device.
前記非平面形状は階段状である、
空中浮遊映像表示装置。 2. The airborne image display device according to claim 1,
The non-planar shape is stepped.
A floating image display device.
前記偏光分離部材は、前記偏光分離部材の一方の直線辺が前記表示パネルの近傍に、前記偏光分離部材の他方の直線辺が前記再帰反射部材の近傍になるように配置される、
空中浮遊映像表示装置。 4. The airborne image display device according to claim 3,
The polarization separation member is disposed such that one straight side of the polarization separation member is adjacent to the display panel and the other straight side of the polarization separation member is adjacent to the retroreflective member.
A floating image display device.
前記空中浮遊映像を形成する光の進行方向において、前記空中浮遊映像の前記表示パネルの近傍と前記空中浮遊映像の前記再帰反射部材の近傍に対して、前記空中浮遊映像の中央部の方が高い、
空中浮遊映像表示装置。 4. The airborne image display device according to claim 3,
In the traveling direction of the light forming the floating-in-the-air image, the center of the floating-in-the-air image is higher than the vicinity of the display panel of the floating-in-the-air image and the vicinity of the retroreflective member of the floating-in-the-air image;
A floating image display device.
前記偏光分離部材の大きさに対して、前記空中浮遊映像の方が大きい、
空中浮遊映像表示装置。 4. The airborne image display device according to claim 3,
The floating image is larger than the size of the polarization separation member.
A floating image display device.
前記偏光分離部材は、前記偏光分離部材の一方の曲線辺が前記表示パネルの近傍に、前記偏光分離部材の他方の曲線辺が前記再帰反射部材の近傍になるように配置される、
空中浮遊映像表示装置。 4. The airborne image display device according to claim 3,
The polarization separation member is disposed such that one curved side of the polarization separation member is adjacent to the display panel and the other curved side of the polarization separation member is adjacent to the retroreflective member.
A floating image display device.
前記空中浮遊映像を形成する光の進行方向において、前記偏光分離部材の前記表示パネルの近傍の曲線辺と前記偏光分離部材の前記再帰反射部材の近傍の曲線辺は中央部が高い、
空中浮遊映像表示装置。 4. The airborne image display device according to claim 3,
In the traveling direction of the light forming the floating-in-the-air image, the curved side of the polarization separation member near the display panel and the curved side of the polarization separation member near the retroreflective member have high central portions.
A floating image display device.
前記偏光分離部材の底面は前記表示パネルの方向を向き、前記偏光分離部材の頂点は前記再帰反射部材の方向を向くように、所定の角度で配置されている、
空中浮遊映像表示装置。 5. The airborne image display device according to claim 4,
The bottom surface of the polarization separation member faces the display panel, and the apex of the polarization separation member faces the retroreflective member at a predetermined angle.
A floating image display device.
前記偏光分離部材の大きさに対して、前記空中浮遊映像の方が大きい、
空中浮遊映像表示装置。 5. The airborne image display device according to claim 4,
The floating image is larger than the size of the polarization separation member.
A floating image display device.
前記空中浮遊映像の画像歪を補正する機能を有する、
空中浮遊映像表示装置。 2. The airborne image display device according to claim 1,
A function of correcting image distortion of the floating image,
A floating image display device.
前記空中浮遊映像の画像歪補正は、前記非平面形状の空中浮遊映像の歪を打ち消す映像が前記表示パネルに表示される、
空中浮遊映像表示装置。 The airborne image display device according to claim 13,
The image distortion correction of the floating-in-the-air image is performed by displaying an image on the display panel that cancels out the distortion of the non-planar floating-in-the-air image.
A floating image display device.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023144841A JP2025037731A (en) | 2023-09-06 | 2023-09-06 | Floating-air image display device |
| PCT/JP2024/018553 WO2024252907A1 (en) | 2023-06-08 | 2024-05-20 | Aerial image display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023144841A JP2025037731A (en) | 2023-09-06 | 2023-09-06 | Floating-air image display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025037731A true JP2025037731A (en) | 2025-03-18 |
Family
ID=95023425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023144841A Pending JP2025037731A (en) | 2023-06-08 | 2023-09-06 | Floating-air image display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2025037731A (en) |
-
2023
- 2023-09-06 JP JP2023144841A patent/JP2025037731A/en active Pending
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