JP7644858B2 - 空間浮遊映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間浮遊映像表示装置に関する。

空間浮遊映像表示装置の一例として、特許文献１は「情報処理装置のＣＰＵは、空気中に形成される像へのユーザの接近方向を検知する接近方向検知部と、入力が検知された座標を検知する入力座標検知部と、操作の受け付けを処理する操作受付部と、受け付けた操作に応じて操作画面を更新する操作画面更新部とを備える。ＣＰＵは、ユーザが予め定めた方向から像に接近する場合、ユーザの動きを操作として受け付け、操作に応じた処理を実行する（要約抜粋）。」とする記載を開示している。

特開２０１９－１２８７２２号公報

上述した特許文献１の空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像の操作性を向上させることはできても、空間浮遊映像の見た目の解像度やコントラストの向上については考慮されておらず、更なる映像品質の向上が求められているという実情がある。

ここで、空間浮遊映像表示装置の用途は幅広く、サイネージ（広告用看板）として用いれば、従来の平面ディスプレイにはない「空間に映像が浮かんで表示される」という珍しさから、多くの人の関心を引き寄せるという効果がある。また、特許文献１にも記載されたように、空間浮遊映像を何等かの操作を行うためのヒューマン・インタフェースとして用いれば、無接触という特徴から、押しボタン等の接触部分を媒介としたウイルス感染を防止する効果を得ることができる。

一方、従来では、空間浮遊映像表示装置を、可搬型、すなわちポータブルとして用いるという実用例はなかった。例えば、空間浮遊映像表示装置を片手で簡単に持ち運びができ、空間浮遊映像をユーザが好みの場所で好みの時間に表示できれば、エンタテイメントシステムの一部として用いることができるのみならず、何等かの情報告知等においても空間浮遊映像は大きくその用途を広げる可能性がある。

特に、空間浮遊映像装置を自動車等の車両内に手軽に設置することができれば、空間浮遊映像として表示される人などの映像（以下、コンシェルジュ）が、例えば、道案内やＰＯＩ（Point Of Interest）情報を運転者や同乗者に伝えることができる。また逆に、運転者や同乗者が、上記コンシェルジュに対して、エアコンの温度設定や音楽の選曲などを音声等による手段で指示し、それに対して、上記コンシェルジュが映像と音声で応答することができる。そうすれば、通常のボタン操作による指示よりも、見た目にも楽しく、より安全で快適な運転支援が可能となる。

本発明の目的は、視認性の高い好適な空間浮遊映像を表示できる空間浮遊映像表示装置を提供すること、さらに、車載などにも好適な、小型（コンパクト）で可搬型（ポータブル）の空間浮遊映像表示装置を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、以下の通りである。空間浮遊映像表示装置は、筒形状の筐体と、筐体の一部に設けられ、空間浮遊映像を形成するための映像光を透過させる窓部と、筐体の内部に設けられ、光源装置、及び光源装置からの光に基づいて映像光を生成して出射する表示パネルを有する映像表示装置と、筐体の内部に設けられ、映像表示装置からの映像光を再帰反射する再帰反射部材と、筐体の内部に設けられ、再帰反射部材からの映像光を前記窓部へ向けて反射する偏光分離部材と、筐体に設けられる制御部と、を備えている。制御部は、マイクから入力した音声を受信し、空間浮遊映像に関連付けられた音声を読み出して出力する。

本発明によれば、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空間浮遊映像表示装置を実現でき、さらに、空間浮遊映像表示装置を小型かつ軽量な可搬型とすることで、空間浮遊映像表示装置をいつでもどこでも使用することができ、特に、車両内で使用することを考慮して、車両内のボトルホルダー等に設置・収納可能な形状とすることで、ユーザにとっての利便性を大きく向上することに寄与できる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の課題を示す図である。 再帰反射部材の表面粗さと再帰反射像のボケ量の関係を表す特性図である。 空間浮遊映像表示装置の課題を示す図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の他の実施を示す図である。 本発明の一実施例に係る、ボトルホルダーに設置が可能な空間浮遊映像表示装置の外観を示す図である。 本発明の一実施例に係る、ボトルホルダーに設置が可能な空間浮遊映像表示装置の主要部構成を示す図である。 本発明の一実施例に係る、ボトルホルダーに設置された空間浮遊映像表示装置の状態の例を示す図である。 空間浮遊映像の例を示す図である。 本発明の一実施例に係る、ボトルホルダーに設置が可能な空間浮遊映像表示装置の蓋の構成例を示す図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部を示す配置図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置を構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。 映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置を構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る光源装置の具体的な構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は実施例の開示に限定されず、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものには、同一の符号を付与し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

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することが可能な空間浮遊映像表示装置に関する。また、かかる空間浮遊映像表示装置を複数用いて構成される大規模なデジタルサイネージシステムに関する。

以下の実施例によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。この時、以下の実施例によれば、出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式での課題となっていた主空間浮遊映像の他に発生するゴースト像を抑えることができ、鮮明な空間浮遊映像を得ることができる。また本実施例の光源を含む装置により、消費電力を大幅に低減可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像表示装置を提供できる。また、例えば、車両のフロントガラスやリアガラスやサイドガラスを含むシールドガラスを介して、車両外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の空間浮遊映像表示が可能な空間浮遊映像表示装置を提供できる。

一方、従来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有機ＥＬパネルや液晶表示パネルを再帰反射部材と組合せる。従来技術による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、再帰反射部が６面体であるために正規に反射する反射光の他に、図３に示すように再帰反射部材２（再帰反射シート）に斜めから入射する映像光よってゴースト像が発生し空間浮遊映像の画質を損ねていた。従来技術として示した再帰反射部材（再帰反射部２ａ）は６面体であるために、図５に示すように空間浮遊映像の正規像Ｒ１の他に第１ゴースト像Ｇ１からから第６ゴースト像Ｇ６まで複数のゴースト像が発生する。このため観視者以外にも同一空間浮遊映像であるゴースト像を監視されてしまいセキュリティ上大きな課題があった。

また後述する狭角な指向特性を有する映像表示装置からの映像光を再帰反射部材で反射させ得られた空間浮遊映像は、上述したゴースト像の他に図４に示したように液晶表示パネルの画素ごとにボケが視認された。

＜空間浮遊映像表示装置（１）＞
図１は、本発明の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を示す。図１（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、ガラス等の透光性の部材（透明部材）であるショーウィンド（ウィンドガラス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、かかる透明部材を透過して、空間浮遊映像を店舗の空間の外部に対して一方向に表示することが可能である。具体的には、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ガラス１０５を透過して、店舗の外側に、実像である空中像（空間浮遊映像３）を形成する。図１では、ウィンドガラス１０５の内側（店舗内）を奥行方向にしてその外側（例えば、歩道）が手前になるように示している。他方、ウィンドガラス１０５に特定偏波を反射する手段を設けることで反射させ、店内の所望の位置に空中像を形成することもできる。

図１（Ｂ）は、上述した映像表示装置１の構成を示すブロック図である。映像表示装置１は、空中像の原画像を表示する映像表示部１ａと、入力された映像を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）などの無線入力信号への対応を行い、映像受信・表示装置として単独で機能するものでもあり、タブレット、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。更にステック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。

図２は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す。図２を用いて、空間浮遊映像表示装置の構成をより具体的に説明する。図２（Ａ）に示すように、ガラス等の透明部材１００の斜め方向には、特定偏波の映像光を狭角に発散させる映像表示装置１を備える。映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えている。

映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明部材１００に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材１０１で反射され、再帰反射部材２に入射する。図２中の例では、偏光分離部材１０１は、シート状に形成されて透明部材１００に粘着されている。再帰反射部材２の映像光入射面にはλ／４板２１が設けられている。映像光は、再帰反射部材２への入射の際と出射の際との２回、λ／４板２１を通過させられることで、特定偏波から他方の偏波へ偏光変換される。ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１は、偏光変換された他方の偏波の偏光については透過する性質を有するので、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材１０１を透過する。偏光分離部材１０１を透過した映像光が、透明部材１００の外側に、実像である空間浮遊映像３を形成する。

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、空間浮遊映像３は、一般的なプロジェクタなどでスクリーン上に形成される拡散映像光とは異なり、高い指向性を有する映像である。よって、図２の構成では、矢印Ａの方向からユーザが視認する場合には、空間浮遊映像３は明るい映像として視認されるが、矢印Ｂの方向から他の人物が視認する場合には、空間浮遊映像３は映像として一切視認できない。この特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステムに採用する場合等に非常に好適である。

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、上述した偏光分離部材１０１で反射され映像表示装置１に戻る。この光が、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し、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の映像表示面に吸収型偏光板１２を設ける。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、偏光分離部材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、空間浮遊映像のゴースト像による画質低下を防止できる。

上述した偏光分離部材１０１は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。

次に、図２（Ｂ）に、代表的な再帰反射部材２として、今回の検討に用いた日本カ－バイト工業株式会社製の再帰反射部材２の表面形状を示す。再帰反射部材２において、規則的に配列された６角柱からなる再帰反射部２ａの内部に入射した光線は、６角柱の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て、図５に示す正規像Ｒ１を形成する。一方、図３に示したように、映像表示装置１からの映像光のうちで再帰反射部材２に斜めに入射した映像光によっては、正規像Ｒ１とは別にゴースト像（図５中のゴースト像Ｇ１～Ｇ６）が形成される。

そこで、本実施例の空間浮遊映像表示装置は、本発明の映像表示装置１に表示した映像に基づき、ゴースト像を形成することなく、実像である空間浮遊映像３を表示する。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２（Ｂ）で示す再帰反射部材２の再帰反射部２ａ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、例えば再帰反射部２ａの直径Ｄが２４０μｍでピッチが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、再帰反射部２ａの直径ＤとピッチＰを液晶表示パネルの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良い。また、形状は、再帰反射部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良い。

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の像のボケ量ｌと画素サイズＬとの関係を画素ピッチ４０μｍの液晶表示パネルと本願発明の狭発散角（発散角１５°）の光源とを組み合わせた映像表示装置１を作成し実験により求めた。図４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Ｌ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。この場合のボケ量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。

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良い。具体的には、再帰反射部２ａを整列させ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。

本発明の映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と後述する狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とにより、上述した再帰反射部材２に対して斜めから映像が入射する可能性が小さく、ゴースト像の発生を防止できゴースト像が発生したとしても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が実現できる。

＜空間浮遊映像表示装置（２）＞
図６Ａは、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の他の例（第二例）を示す。映像表示装置１は、映像表示素子としての液晶表示パネル１１と、狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えて構成される。液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから、８０インチを超える大型な液晶表示パネルまで、選択されたサイズの液晶表示パネルによって構成される。液晶表示パネル１１からの映像光を、例えば反射型偏光板のような偏光分離部材１０１によって、再帰反射部材２に向けて反射させる。

再帰反射部材２の光入射面にはλ／４板２１が設けられ、λ／４板２１で映像光を２度通過させることで偏光変換し、すなわち特定偏波（一方の偏波）を他方の偏波に変換する。これにより、偏光変換後の他方の偏波については、偏光分離部材１０１を透過させ、透明部材１００の外側に、実像である空間浮遊映像３を形成し表示する。透明部材１００の外光入射面には、吸収型偏光板１１２が設けられる。上述した偏光分離部材１０１では、光が再帰反射することで偏光軸が不揃いになることがあるため、一部の映像光については反射して映像表示装置１の方に戻る。この光が再度、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、前述の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。そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に吸収型偏光板１２を設けている。吸収型偏光板１２で、映像光については透過させ、上述した反射光を吸収させることで、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。

この空間浮遊映像表示装置のセットの外部の太陽光や照明光等の外光による画質低下を軽減するためには、透明部材１００の表面に吸収型偏光板１１２を設けると良い。さらに、再帰反射部材２に外光が入射すると強力なゴースト像を発生させるため、第４遮光部材２５によって外光の入射を妨げる構成とする。偏光分離部材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。

偏光分離部材１０１と液晶表示パネル１１の間には、空間浮遊映像３を形成する正規映像光（図５の正規像Ｒ１）以外の斜め映像光を遮光する第２遮光部材２３及び第３遮光部材２４が併設されている。また、再帰反射部材２と偏光分離部材１０１の間にも、正規映像光以外の斜め映像光を遮光する第１遮光部材２２が設けられている。さらに、上述したように、外光が直接に再帰反射部材２に入射しないように、第４遮光部材２５も併設されて、ゴースト像を発生させる斜め光を遮光する。この結果、ゴースト像の発生を抑制できる。

発明者は、実験により、液晶表示パネル１１と偏光分離部材１０１との空間に第３遮光部材２４と第２遮光部材２３を併設することで、遮光の効果を高められることを確認した。この実験では、第２遮光部材２３及び第３遮光部材２４の内径は、空間浮遊映像３を形成する正規映像光束が通過する領域に対して面積で１１０％とすることで、部品精度を機械公差の範囲で作成し組み立てることができた。ゴースト像の発生をさらに軽減するには、前述の遮光部材の正規映像光束が通過する領域に対して１０４％以下とすれば、ゴースト像の発生を実用上問題のないレベルに抑えることができた。一方、再帰反射部材２と偏光分離部材１０１の間に設けた第１遮光部材２２は、第１遮光部材２２と再帰反射部材２の距離Ｌ１を再帰反射部材２と偏光分離部材１０１の距離に対して５０％以下とすれば、ゴースト像の発生を更に軽減でき、３０％以下では、目視では実用上問題のないレベルまで軽減できた。さらに、再帰反射部材２を囲むように設けた第４遮光部材２５と第１遮光部材２２と第２遮光部材２３及び第３遮光部材２４を併設することで、更にゴースト像のレベルを軽減できた。

図６Ａの遮光部材の断面形状は、空間浮遊映像３を形成する正規映像光束が通過する領域（本実施例では吸収型偏光板１１２における映像光束が通過する領域に相当する）に対する遮光部材の有効面積とほぼ同サイズとする。そして、遮光部材の断面形状は、内面に向かって梁を設け、ゴースト像を形成する異常光をその梁の表面で複数回反射させて異常光を吸収させる構成とすると、更に良い。遮光部材の外枠に対して正規映像光束が通過する領域を小さくし、梁の内接する面と同等の面積としている。

他方、再帰反射部材２の形状を、映像表示装置１と正対した平面形状から曲率半径２００ｍｍ以上の凹面または凸面としてもよい。これにより、再帰反射部材２で反射した斜め映像光によりゴースト像が発生したとしても、反射後に発生したゴースト像を観視者の視界から離してしまうことで、観視できないようにしてもよい。曲率半径を１００ｍｍ以下とする再帰反射部材２の周辺で反射した光のうち、正規で反射した光量が低下し、得られる空間浮遊映像３の周辺光量が低下する、という新たな課題が発生する。このため、ゴースト像を実用上問題のないレベルに軽減するためには、上述した技術手段を選択し適用するか、併用すると良い。

＜空間浮遊映像表示装置（３）＞
図６Ｂは、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置（第三例）の外観の一例を示す斜視図である。図６Ｂに示す空間浮遊映像表示装置は、図示のように、概略的に筒形状、特に円筒形状の筐体１０６を有する。この円筒形状の筐体１０６を有する空間浮遊映像表示装置は、車両内のボトルホルダー（ドリンクホルダーともいう。後述の図６Ｄ。）に収納可能であり、比較的小型（コンパクト）で可搬型（ポータブル）の空間浮遊映像表示装置である。この円筒形状は、高さ方向（鉛直方向と対応する。図６ＣでのＺ方向）に筒の軸が延在し、それに直交する方向（水平方向と対応する。図６ＣでのＸ，Ｙ方向）に筒の径が延在する形状である。この円筒形状の筐体１０６は、大別して筐体上部６０１と筐体下部６０２とを有し、それらが一体的に接続されている。筐体１０６内部には、後述の光学系や制御回路基板、また必要に応じて充電池などが収納されている。

この筒形状の筐体１０６は、剛性、遮光性、防水性などを有し、曲面状の側面６０６，６０７の部分だけでなく、上面６０３と下面６０８の部分も有し、これらによって筐体内部空間が閉じられている。

この円筒形状の筐体１０６は、サイズの実施例としては、高さが約２０ｃｍ、上側の筐体上部６０１の直径が約９ｃｍ、下側の筐体下部６０２の直径が約７ｃｍである。空間浮遊映像３のサイズは、液晶表示パネル１１の画面サイズおよび窓部６０５のサイズと対応しており、例えば２～３インチとすることができる。窓部６０５から空間浮遊映像３の形成位置までの光路長に対応する距離（図６Ｃでの距離６９０）は、一例として６ｃｍ程度となる。

本実施例では、筐体上部６０１の径は筐体下部６０２の径よりも大きい。この構成は、筐体下部６０２をボトルホルダー内部空間内に収容し筐体上部６０１をボトルホルダー上側に露出することを考慮した構成である。それとともに、この構成は、筐体上部６０１では筐体下部６０２よりも大きな体積で光学系を収容できる構成である。これにより、筐体上部６０１内の光学系では、より大きな素子も配置しやすく、また光路長をより長く確保しやすく、筐体１０６（斜面６０４）から空間浮遊映像３の形成位置までの飛び出しの距離（図６Ｃでの距離６９０）をより長く確保できる。また、液晶表示パネル１１の画面サイズをより大きくでき、対応して空間浮遊映像３のサイズをより大きくできる。筐体下部６０２と筐体上部６０１との径の関係は、上記に限らず可能であり、筐体下部６０２と筐体上部６０１との径を同じにした構成や、筐体下部６０２の径よりも筐体上部６０１の径を小さくした構成も可能である。

筐体上部６０１は、図示のように、上面６０３および側面６０６を含む円筒の一部を斜めに切り欠いたような形状となっており、これにより、概略半円領域のような上面６０３と、概略半円領域のような斜面６０４とが設けられている。そして、斜面６０４には、透明部材１００等が配置された矩形状の窓部（言い換えると開口部）６０５が設けられている。窓部（開口部）６０５は、映像光を外部に出射するための部分である。筐体１０６内の光学系からの映像光は、この窓部（開口部）６０５を経由して、図示のように筐体１０６の外部の所定の距離の位置に空間浮遊映像３を形成する。なお、窓部（開口部）６０５の形状は一例として矩形としているが、これに限らず、円、楕円、多角形など、様々な形状が可能である。

本実施例では、斜面６０４および窓部６０５の角度は、例えば上面６０３に対し４５度程度の角度（図６Ｃでの角度α３）としている。それに対応して、空間浮遊映像３の光軸（図６Ｃでの光軸Ａ３）は、水平面から４５度程度の斜め上方向（図６ＣでのＷ方向）の光軸としている。この斜面６０４や光軸の配置の角度・方向は、この空間浮遊映像表示装置が車両内のボトルホルダー（図６Ｄ）に設置された場合に運転者の顔の方に向けやすいことを考慮して設計されている。斜面６０４や光軸の配置の角度・方向の構成は、これに限定されない。例えば、角度α３や光軸Ａ３の仰角は、所定の角度範囲（例えば４５度±１５度）内の角度とすればよい。

図６Ｃは、図６Ｂに示す可搬型の空間浮遊映像表示装置の内部構成例を示す。筐体上部６０１内には主に空間浮遊映像３を生成するための光学系が収容されており、筐体下部６０２内には主に制御基板６１０および充電池６１１が収容されている。制御基板６１０と光学系の映像表示装置１等の素子とは信号線等で相互に接続されている。

筐体上部６０１には、ゴースト像が生じず視認性の高い空間浮遊映像３を生成するための光学系を備える。筐体上部６０１の光学系は、映像表示装置１（図６Ｃでの光源装置１３、液晶表示パネル１１、および吸収型偏光板１２）と、平面ミラー４と、ビームスプリッタ（言い換えると偏光分離部材）１０１と、再帰反射部材２および位相差板であるλ／４板２１と、透明部材１００および吸収型偏光板１１２とを有して構成されている。

筐体下部６０２の充電池６１１は、リチウムイオン電池等の充電池や電源回路である。制御基板６１０は、映像制御部や映像・音声信号送受信部などを構成する制御回路基板であり、プロセッサやメモリやインタフェース等を備えており、言い換えると、この空間浮遊映像表示装置のコントローラである。制御基板６１０は、筐体下部６０２内の一部領域に例えば縦長で配置されている。制御基板６１０は、通信インタフェース機能を備えてもよく、インターネット等に対しデータを送受信してもよい。

この筐体１０６は、筐体下部６０２がボトルホルダー内に収容される。この空間浮遊映像表示装置は、縦長の円筒形状の筐体１０６において、筐体上部６０１には光学系が収納され、筐体下部６０２には光学系よりも相対的に重い充電池６１１等が収容されている。空間浮遊映像表示装置全体としての重心は下方に存在する。これにより、空間浮遊映像表示装置をボトルホルダーに安定的に保持することができる。また、この空間浮遊映像表示装置は、車両の揺れ等の振動に対しても比較的安定する。

また、本実施例では、筐体上部６０１の高さ方向の長さは、筐体下部６０２の高さ方向の長さよりも大きい。筐体上部６０１の高さ方向の長さは、ボトルホルダー内に筐体下部６０２が収容された状態で装置を安定的に保持できることを考慮して、ある程度の長さまでに抑えている。

また、筐体１０６の例えば筐体上部６０１の側面６０６の一箇所には、入出力端子５が設けられている。入出力端子５は制御基板６１０と接続されている。入出力端子５は、電源入力および信号入出力端子であり、例えばＵＳＢ端子であるが、これに限られない。この入出力端子５は、例えば車両のシガーソケットからの電源を供給するための端子、および、空間浮遊映像３（コンシェルジュ等）として出力するための映像信号を含む各種情報を取り込むための端子として設けられている。制御基板６１０は、外部から入出力端子５を通じて入力された映像信号を、映像表示装置１に供給する。もしくは、外部から入出力端子５を通じて入力された映像信号を、直接的に映像表示装置１に供給してもよい。

なお、入出力端子５は、電源入力端子と信号入出力端子とで分けて複数の入出力端子として設けてもよい。入出力端子５の位置は、筐体１０６のいずれの位置としてもよい。入出力端子５の位置は、上面６０３の一箇所でもよいし、筐体下部６０２の側面６０７の一箇所でもよい。本実施例では、ドリンクホルダーに筐体下部６０２が収容された状態でも、筐体上部６０１の入出力端子５を容易に扱うことができる。

入出力端子５には、車載の電源を接続可能である。車載の電源（例えばシガーソケット）からの外部電源入力は、入出力端子５を通じて、充電池６１１に供給され、充電池６１１が充電される。充電池６１１は、制御基板６１０等の各部に電力を供給する。なお、この空間浮遊映像装置は小型であるため、充電池６１１としては乾電池としても構わない。外部からの入力情報、例えばカーナビ等からの入力情報は、入出力端子５を通じて、制御基板６１０に入力される。制御基板６１０は、入力情報に基づいて、空間浮遊映像３として表示するためのコンシェルジュ等の映像や対応する音声を作成し、映像表示装置１等を制御する。

この空間浮遊映像表示装置は、音声制御も可能である。筐体１０６の入出力端子５には、マイクやスピーカ等のデバイスが接続されてもよいし、カーナビや車載システムのコントローラ等が接続されてもよい。ユーザのスマートフォン等が接続されてもよい。その場合、制御基板６１０によるマイク等の制御に基づいて、音声入出力制御が可能である。すなわち、制御基板６１０は、運転者等が発した音声をマイク等から入力し、入力音声を音声認識し、認識した所定の指示（例えば表示オン／オフなど）に対応した処理を行うことができる。また、制御基板６１０は、空間浮遊映像３の表示とともに、その空間浮遊映像３に関連付けられた音声（例えばコンシェルジュが発する音声）を読み出し、もしくは音声合成機能によって作成し、スピーカ等から運転者等に対し出力することができる。これらに限らず、空間浮遊映像表示装置の筐体１０６にマイクやスピーカ等を搭載した構成としてもよい。

図６Ｄは、車両内において、円筒形状のボトルホルダー６００Ｈに、本実施例の可搬型（ポータブル）の空間浮遊映像表示装置を設置した状態の外観例を示す。車両内の運転者または同乗者等の人は、車両内のボトルホルダー６００Ｈに、空間浮遊映像表示装置の筐体下部６０２を挿入して収納して設置する。ボトルホルダー６００Ｈから上に筐体上部６０１が出ており、窓部６０５から出射される映像光が空間浮遊映像３を形成する。

図６Ｄの例は、車両のダッシュボード６００１の左右中央付近において、カーナビ等が配置された部分より上側のエアコン付近にボトルホルダー６００Ｈが設置されている場合において、そのボトルホルダー６００Ｈに空間浮遊映像表示装置を設置した例である。また、本例は、そのボトルホルダー６００Ｈの空間浮遊映像表示装置の窓部６０５の向き（すなわち映像光の光軸の方向、空間浮遊映像３の向き）が、右側の運転席の運転者の顔・眼に向いた状態となるように、調整された状態を示している。この向きは、ボトルホルダー６００Ｈ内で円筒形状の筐体１０６を回転させること等で調整可能である。同乗者が空間浮遊映像３を視認する場合には、窓部６０５の向きを同乗者の顔・眼の方に合わせるように調整すればよい。

また、一般に、ボトルホルダー６００Ｈも、車載のものに限らず、取り付け・取り外しが可能なタイプのものもあり、図示の例に限らず様々な位置のボトルホルダーに、この空間浮遊映像表示装置は設置可能である。

図６Ｃで、この空間浮遊映像表示装置は、ボトルホルダー６００Ｈへの設置に好適な筒状の筐体１０６に合わせて、筐体１０６内の光学系の構成が設計されている。筒状の筐体１０６（特に筐体上部６０１）内の高さ方向に長い空間に対応させて、光学系の各素子が配置されており、平面ミラー４で光路を曲げることで、高さ方向で光路長をなるべく長く確保する光学系としている。

図６Ｃで、筐体上部６０１において、概略的に高さ方向で下から上へ順に、映像表示装置１、平面ミラー４、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材２および透明部材１００等が配置されている。各素子は所定の関係で筐体上部６０１に固定されている。より具体的には、例えば、ビームスプリッタ１０１、再帰反射部材２、透明部材１００（窓部６０５に設置）は、互いに１つの辺が接するか、もしくは、所定の間隔を空けて、互いに１つの辺が近接するように配置されている。筐体１０６は、径方向よりも高さ方向に長い形状であり、その高さ方向に映像光の光路をなるべく長く確保するように、光学系を構成する各素子が図示のように配置されている。映像表示装置１、平面ミラー４、再帰反射部材２等は、高さ方向等に対し斜めに傾いた状態で配置されている。映像表示装置１は角度α１で配置されている。再帰反射部材２は角度α２で配置されている。ビームスプリッタ１０１は水平に配置されている。斜面６０４および透明部材１００は角度α３で配置されている。平面ミラー４も平面が鉛直面に対しやや傾いた角度α４で配置されている。この光学系の映像光の光路は、平面ミラー４によって反射する光路である。この光学系の映像光の光路は、平面ミラー４と再帰反射部材２との間にビームスプリッタ１０１が配置された光路である。

この光学系の映像光の光路は、順に、映像表示装置１から、平面ミラー４、ビームスプリッタ１０１、λ／４板２１、再帰反射部材２、λ／４板２１、ビームスプリッタ１０１、透明部材１００、吸収型偏光板１１２と経由して空間浮遊映像３へ至る光路である。点ｐ１～ｐ６は、映像光の光路上で経由する点の例である。点ｐ１は、液晶表示パネル１１の映像出射面の基準点（例えば中心点）である。点ｐ２は、平面ミラー４の基準点である。点ｐ３は、ビームスプリッタ１０１の基準点である。点ｐ４は、再帰反射部材２の基準点である。点ｐ５は、透明部材１００の基準点である。点ｐ６は、空間浮遊映像３の基準点である。この空間浮遊映像３は、光軸Ａ３に対応した矢印Ａの方向（映像面に正対する方向）からユーザの眼が観視する場合に、最も好適に視認できる。

図６Ｂ等に示す空間浮遊映像表示装置は、筐体１０６の斜め上方の所定の距離の位置に空間浮遊映像３を生成する。空間浮遊映像３としては、例えば、車両の運転者に対し、ナビゲーション情報や車両周辺に存在するＰＯＩ情報を映像および音声により提供する人（コンシェルジュ）の顔などが表示される。図６Ｅは、運転者から見た場合の、空間浮遊映像３におけるコンシェルジュの表示例を模式で示す。空間浮遊映像３は、例えば矩形で所定の最大サイズの領域を有し、その領域内に、コンシェルジュの画像３００１が表示される。画像３００１は動画でも静止画でもよい。また、画像３００１の表示に合わせて、コンシェルジュが発する音声３００２（例えば目的地到着予定時刻のガイド）がスピーカ（車載スピーカ、または空間浮遊映像表示装置の筐体１０６内に収納されたスピーカ）等から出力される。

図６Ｃで、映像表示装置１は、映像表示素子としての液晶表示パネル１１と、狭角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えて構成される。ここでは、液晶表示パネル１１は、画面サイズが２～３インチ程度の小型のもので構成される。本実施例では、映像表示装置１の映像表示面にさらに吸収型偏光板１２を設けた構成を有する。もしくは、さらに、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ることで、ゴースト像の光を透過させ、吸収型偏光板１２で吸収させることで、ゴースト像による画質低下を防止できる構成を有する。

図６Ｃを参照しながら、可搬型の空間浮遊映像表示装置の内部構成とその特徴について詳細に説明する。液晶表示パネル１１と吸収型偏光板１２と光源装置１３とから構成された映像表示装置１は、図示のように、所定の角度（光軸が水平面に対し角度α１）をもって筐体１０６に対し配置・固定されている。光源装置１３は、挟角の拡散特性を有する照明光を液晶表示パネル１１に供給するバックライトとして機能する。映像表示装置１（光軸に関しては点ｐ１）からの映像光は、平面ミラー４上（点ｐ２）で反射されて向きを変え、ビームスプリッタ１０１（点ｐ３）に入射する。その映像光は、さらに、ビームスプリッタ１０１（点ｐ３）を透過し、そのまま再帰反射部材２（点ｐ４）に向かって進む。

ここで、後に図８、図９でも説明するが、光源装置１３からの光源光は、Ｓ偏光（垂直偏光）の場合（図８）と、Ｐ偏光（平行偏光）の場合（図９）との２通りがある。いずれの場合も、光源装置１３からの光源光は、液晶表示パネル１１のバックライトとして機能する。これに対応して、映像表示装置１（液晶表示パネル１１）から出射する映像光（すなわち光源光に基づいて液晶表示パネル１１で映像源の信号により変調された映像光）は、Ｓ偏光の場合と、Ｐ偏光の場合との２通りがある。以下では、まず、映像表示装置１からの映像光がＰ偏光の特性を有する映像光である場合を説明する。

液晶表示パネル１１から出射して吸収型偏光体１２を透過した映像光（Ｐ偏光）は、光軸Ａ１のように、一旦、平面ミラー４の方へ向かう。その映像光（Ｐ偏光）は、平面ミラー４上で反射され、光軸Ａ２のように、ビームスプリッタ１０１の方に向かう。

ビームスプリッタ（偏光分離部材）１０１は、偏光分離機能を有しており、光源装置１３をバックライトとする液晶表示パネル１１、すなわち映像表示装置１からの映像光がＰ偏光である場合には透過するが、逆にＳ偏光の場合には反射する（言い換えると透過しない）特性を有する構造の素子である。このようなビームスプリッタ１０１は、反射型偏光板あるいは特定偏波を反射させる多層膜から形成されている。本実施例の多層膜は金属多層膜である。

次に、上記ビームスプリッタ１０１を透過した映像光（例えばＰ偏光）は、再帰反射部材２に向かう。再帰反射部材２の光入射面にはλ／４板２１が設けられている。映像表示装置１からの映像光（Ｐ偏光）としてビームスプリッタ１０１からの映像光（Ｐ偏光）は、再帰反射部材２への入射の際と反射後の出射の際とでλ／４板２１を２度通過させられる。これにより、この映像光は、一方の偏波から他方の偏波へ偏光変換される。すなわち、具体的にはＰ偏光からＳ偏光に変換される。この結果、再帰反射部材２で反射した映像光は、Ｓ偏光の特性を有する映像光（元の映像光とは異なる偏光特性の映像光）となって、ビームスプリッタ１０１へ向かう。その映像光（Ｓ偏光）は、ビームスプリッタ１０１で反射され、光軸Ａ３のように、透明部材１００の方へ向かう。その映像光（Ｓ偏光）は、窓部６０５の透明部材１００および吸収型偏光板１１２を外部へと透過し、窓部６０５の外側の所定の距離６９０の位置に、実像である空間浮遊映像３を生成・表示する。

もしくは、上記実施例とは逆に、映像表示装置１からの映像光をＳ偏光とする実施例の場合、以下のようになる。映像表示装置１から出射された映像光であるＳ偏光は、平面ミラー４で反射されてビームスプリッタ１０１に向かう。この場合のビームスプリッタ１０１は、映像表示装置１からの映像光（Ｓ偏光）を透過し、逆にＰ偏光を反射する特性を有する構造の素子とされる。ビームスプリッタ１０１からの映像光（Ｓ偏光）は、再帰反射部材２での反射およびλ／４板２１の２回通過によって偏光変換されてＰ偏光となる。この映像光（Ｐ偏光）は、ビームスプリッタ１０１で反射されて透明部材１００へ向かい、透明部材１００等を透過して空間浮遊映像３を形成する。

上記映像光およびビームスプリッタ１０１等の偏光に関する設計は、いずれの実施例も可能である。なお、映像表示装置１からの映像光をＳ偏光とする場合、平面ミラー４での反射率がより高い利点がある。映像表示装置１からの映像光をＰ偏光とする場合、ユーザが偏光サングラスをかけた状態で空間浮遊映像３を視認する場合にも視認しやすい利点がある。

ここで、車両内に本実施例の可搬型の空間浮遊映像表示装置を設置する場合、車両外部から進入してくる外光（太陽光や外部照明光）は、フロントガラス（ウインドシールド）上で、外光のＳ偏光成分の殆ど（約８０％）は反射され、車両内部に進入してくる外光はＰ偏光成分が多いことが知られている。そこで、透明部材１００の外光入射面には、吸収型偏光板１１２を設けると良い。

窓部６０５は映像光を透過する。透明部材１００は、窓部６０５に設けられ、ガラス板等で構成される。また、透明部材１００の外光入射面には、吸収型偏光板１１２が設けられている。斜面６０４の窓部６０５における、映像光を通過させる部分には透明部材１００および吸収型偏光板１１２が配置されており、その他の部分（即ち筐体１０６の一部）は、外光が筐体１０６内に入射しないように遮光部材で構成されている。窓部６０５のサイズと空間浮遊映像３のサイズとは対応している。なお、窓部６０５の透明部材１００において、一部（映像光を通過させる部分）を透明体で形成し、他の一部を遮光部材で形成してもよい。

映像表示装置１やその他の光学部品を収容する筐体１０６の外部からの太陽光や照明光などの外光による画質低下を軽減するために、透明部材１００の外表面には吸収型偏光板１１２を設ける。外光の多くは吸収型偏光板１１２で吸収され、筐体上部６０１内には入射しにくい。

ビームスプリッタ（偏光分離部材）１０１では、光が再帰反射することで偏光軸が不揃いになることがあるため、一部の映像光が反射して映像表示装置１の方に戻る。この光が再度、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し、前述の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。そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に、さらに吸収型偏光板１２を設けている。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の映像出射側面にさらに図示しない反射防止膜を設けることで、ゴースト像の光を透過させ、吸収型偏光板１２で吸収させることで、ゴースト像による画質低下を防止する構成とする。

再帰反射部材２に外光が直接入射した場合、強力なゴースト像を発生させ得る。そのため、本実施例では、図６Ｃのように、再帰反射部材２は、角度α２で斜め下向きに傾けた配置とし、窓部６０５の透明部材１００と再帰反射部材２（特に再帰反射面）とが、図示のように９０度程度の関係で配置された構造としている。外部から窓部６０５の透明部材１００を通じて内部に入射する外光成分の主な入射方向を、映像光の光軸Ａ３と同じ方向（透明部材１００の面垂直方向）とする。その場合に、再帰反射部材２の光軸の方向（面垂直方向）が、９０度程度の関係となるように、再帰反射部材２およびλ／４板２１が配置されている。言い換えると、再帰反射部材２の再帰反射面と透明部材１００の面とが９０度程度の関係となるように、再帰反射部材２およびλ／４板２１が配置されている。筐体上部６０１内に外光成分が入射した場合でも、このように、再帰反射部材２が、外光が入射する窓部６０５に対して下向き（図６Ｃでは９０度程度）に配置されているので、その外光成分は再帰反射部材２には直接入射しにくい。よって、このような外光入射を妨げる光学系の構成により、強力なゴースト像の発生を防止できる。

また、映像表示装置１についても、窓部６０５から、ビームスプリッタ１０１および平面ミラー４を介在して、離れた位置に配置されている。映像表示装置１から出射する光軸Ａ１の映像光が、矢印Ａの方向（光軸Ａ３）から窓部６０５を通じて視認できない位置に、映像表示装置１が配置されている。これにより、ゴースト像の発生は、さらに軽減される。

図６Ｃで、映像表示装置１の点ｐ１から平面ミラー４の点ｐ２を経由してビームスプリッタ１０１の点ｐ３までの光路の光路長と、ビームスプリッタ１０１の点ｐ３から空間浮遊映像３の点ｐ６までの光路の光路長とが相関している。窓部６０５から外側に空間浮遊映像３を形成する距離６９０をある程度長く確保すれば、空間浮遊映像３の浮遊感を高めることができる。そのため、本実施例では、小型で縦長の筐体１０６内に収容・配置される光学系として、各素子を斜めに傾けて配置し、平面ミラー４を設けることで、映像表示装置１からビームスプリッタ１０１までの光路長をなるべく長く確保している。

以上のように、本実施例の小型で可搬型の空間浮遊映像表示装置によれば、車両内のボトルホルダー等に好適に設置でき、運転者等にコンシェルジュ等の空間浮遊映像３を好適に提供できる。筒形状の筐体１０６は、一般的な車両に標準的に備え付けられているボトルホルダー、または取り付け・取り外し可能なタイプのボトルホルダーに対し好適に設置可能である。ユーザが必要に応じてこの空間浮遊映像表示装置をボトルホルダーまたはそれに類する容器や空間に対し容易に取り付け・取り外しが可能である。また、この空間浮遊映像表示装置は、筐体１０６に入出力端子５を備えることで、充電池６１１に対し、車両のシガーソケット等の電源からの給電も可能である。そのため、この装置は、運転中でも常に充電可能となり、長時間使用に際しても電池切れの心配がない。

本実施例の空間浮遊映像表示装置により形成される空間浮遊映像３は、前述と同様に、観視方向に関する指向性を有する。車両内の運転者や同乗者がこの空間浮遊映像３を観視する際に、明るい映像を好適に観視できるためには、図６Ｃの矢印Ａのように、空間浮遊映像３に対し真正面で正対する方向（光軸Ａ３に合った方向）から観視することが最も望ましい。絶対空間座標系内において、この空間浮遊映像３（光軸Ａ３）の向きは、この装置がドリンクホルダーに設置された位置や向き等の状態にも依存する。そして、運転者等がこの空間浮遊映像３を観視する際の相対的な向きは、その空間浮遊映像３（光軸Ａ３）の位置や向きと運転者の顔・目の位置や向きとの関係に依存する。

そこで、本実施例では、鉛直方向で上面が開口であるボトルホルダー（図６Ｄ）を想定して、そのボトルホルダーにこの空間浮遊映像表示装置を設置した場合に、空間浮遊映像３が運転者の顔・眼に向くよう調整しやすいように、上記斜面６０４の窓部６０５やそれに対応した光学系等を設計した。すなわち、斜面６０４の窓部６０５は、４５度程度で構成されており、空間浮遊映像３の光軸Ａ３を４５度程度で斜め上方向とした。これにより、運転者等は、空間浮遊映像３を視認する際に、頭などをあまり動かさなくても、空間浮遊映像３を真正面の方向から明るい映像として観視しやすい。

仮に、空間浮遊映像表示装置から出射される映像光の方向が、鉛直方向や水平方向である場合、運転者等は、その空間浮遊映像を真正面から好適に観視するためには、その映像光の方向に合わせて頭などを動かして例えば覗き込む必要がある。本実施例によれば、そのような必要が無く、運転中でも比較的自然な体勢で明るい空間浮遊映像３を視認できる。

図６Ｆは、上記実施例の変形例として、筐体１０６に蓋を設ける構成例を示す。図６Ｆの（Ａ）は、筐体上部６０１において、ユーザの操作に応じて、上面６０３および窓部６０５を隠すことができるように、ボトルキャップのような蓋６５１が設けられている。空間浮遊映像表示装置の非利用時には、図示のように、蓋６５１を装着した状態としておくことで、窓部６０５に傷やゴミ等の付着を防止でき、また強度を高めることができる。空間浮遊映像表示装置の利用時には、蓋６５１が取り外された状態とされる。

図６Ｆの（Ｂ）は、他の構成例として、筐体上部６０１において、窓部６０５に設けられた蓋６５２を有する。蓋６５２の形状は例えば平板である。この蓋６５２は、上面６０３と斜面６０４（図６Ｂ）とが接する辺に設けられたヒンジに一辺が接続されており、ユーザの操作に応じて、ヒンジを回転軸として回動する。空間浮遊映像表示装置の非利用時には、図示のように、窓部６０５を蓋６５２で隠した状態にしておくことで、窓部６０５に傷やゴミ等の付着を防止でき、また強度を高めることができる。空間浮遊映像表示装置の利用時には、矢印のように蓋６５２が回動されて、上面６０３上に配置され、窓部６０５が開口した状態となる。

図６Ｆの（C）は、他の構成例として、筐体上部６０１において、窓部６０５の付近の前述の円筒の一部を切り欠いた空間領域に設けられた蓋６５３を有する。この蓋６５３は、蓋６５２と同様に回動する構造としてもよいが、図示のように、斜面６０４の窓部６０５以外の面に設けられた突起等に装着される構造としてもよい。空間浮遊映像表示装置の非利用時には、図示のように、窓部６０５を蓋６５３で隠した状態にしておくことで、窓部６０５に傷やゴミ等の付着を防止でき、また強度を高めることができる。空間浮遊映像表示装置の利用時には、蓋６５３が取り外されて、窓部６０５が開口した状態となる。また、空間浮遊映像表示装置の筐体１０６には、蓋のみならず、持ち運び用の取っ手などを設けてもよい。

変形例として以下も可能である。筒状の筐体１０６は、円筒に限らず、水平面での断面形状として様々に可能である。筐体１０６の断面形状を例えば矩形（または多角形）とし、直方体形状の筐体１０６としてもよい。実施例の円筒形状の筐体１０６の場合には、円筒形状のボトルホルダー内に丁度良く収容できる利点がある。変形例として直方体形状の筐体１０６とした場合、製造しやすい、手で持ちやすい等の利点がある。

また、図６Ｃの構成例では、より小型にすることを考慮して、ビームスプリッタ１０１と再帰反射部材２と窓部６０５の透明部材１００とが、三角形のように辺が接するように配置されている。これに限定されず、光路長をより長く確保することを考慮して、これらの各素子の辺同士の間が離れた配置としてもよい。

上記実施例では車載の場合を示したが、これに限らず、この可搬型の空間浮遊映像装置は、ユーザが持ち運び可能であるため、様々な場所で利用できる。例えば、ユーザの自宅等において、ボトルホルダー以外の容器などにも同様に設置して利用可能である。また、容器に収容しなくても、机などの上に単に配置した場合にも利用可能である。

空間浮遊映像表示装置は、スピーカとして、超指向性スピーカを用いてもよい。超指向性スピーカは、ユーザの耳付近の特定の空間領域のみで出力音声を聴取可能とするように、超指向性の音声を出力するスピーカである。また、空間浮遊映像表示装置は、カメラや測距センサを備えてもよく、それらを用いて、空間浮遊映像３に対するユーザの手指等によるタッチ操作等を検出し、検出に応じた所定の処理を行う構成としてもよい。また、空間浮遊映像表示装置は、カメラの画像やセンサ検出に基づいて、ユーザの有無を検出してもよいし、ユーザの顔などを解析・判断してユーザ認証を行う構成としてもよい。また、空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像３に対してカードや用紙等がかざされた場合に、カメラの画像等に基づいて、そのカードや用紙等からバーコード等のコードを読み取り、そのコードに応じた処理を行ってもよい。

また、変形例として、前述の図６Ａの遮光部材と同様に、映像表示装置１と、ビームスプリッタ１０１を介して再帰反射部材２とを結ぶ空間（例えばビームスプリッタ１０１より下方の空間）には、液晶表示パネル１１からの特定角度を超える発散角を有した映像光が再帰反射部材２に入射することを遮るための遮光部材が配置されてもよい。

本実施例での光源装置１３は、特に以下の構成（詳細は後述）とすると良い。光源装置１３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手段と、光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換手段と、光源からの光を液晶表示パネル１１に伝搬する反射面を有する導光体とを有し、光源装置１３の反射面の形状と面粗さによって光を制御することで液晶表示パネル１１から映像光として狭角な発散角を有する映像光束を出射させる構成とする。

また、本実施例では、再帰反射部材２の再帰反射面の表面粗さを、単位長さ当たり所定の数値以下に低減することで、空間浮遊映像３のボケ量を軽減して視認性を向上する。例えば、再帰反射面の面粗さは１６０ｎｍ以下に設定される。

＜反射型偏光板＞
本実施例におけるビームスプリッタ１０１は、グリッド構造の反射型偏光板とする場合には、偏光軸に対して垂直方向からの光についての特性は低下する。このため、偏光軸に沿った仕様が望ましく、液晶表示パネル１１からの出射映像光を狭角で出射可能な本実施例の光源装置が理想的な光源となる。また、水平方向の特性についても同様に、斜めからの光については特性の低下がある。以上の特性を考慮して、以下、液晶表示パネル１１からの出射映像光をより狭角に出射可能な光源（光源装置１３）を液晶表示パネル１１のバックライトとして使用する、本実施例の構成例について説明する。これにより、高コントラストな空間浮遊映像３が提供可能となる。

＜映像表示装置＞
次に、図１の本実施例の映像表示装置１について、図７を用いて説明する。本実施例の映像表示装置１は、映像表示素子である液晶表示パネル１１と共に、液晶表示パネル１１の光源を構成する光源装置１３を備えている。図７では、光源装置１３を液晶表示パネル１１と共に展開斜視図として示している。

この液晶表示パネル１１は、図７に矢印３０で示すように、バックライト装置である光源装置１３からの光により、狭角な拡散特性を有する、即ち、指向性（言い換えると直進性）が強く、かつ、偏光面を一方向に揃えたレーザ光に似た特性の照明光束を得て、入力される映像信号に応じて変調をかけた映像光を出射する。これにより、図１のように、出射した映像光を、再帰反射部材２により反射し、ウィンドガラス１０５を透過して、実像である空間浮遊映像３を形成する。

また、図７では、映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、更に、光源装置１３からの出射光束の指向特性を制御する光方向変換パネル５４、および、必要に応じて狭角拡散板（図示せず）とを備えて構成されている。即ち、液晶表示パネル１１の両面には偏光板が設けられ、図７の矢印３０で示すように、特定の偏波の映像光が映像信号により光の強度を変調されて出射する構成となっている。これにより、映像表示装置１は、所望の映像を指向性（直進性）の高い特定偏波の光として、光方向変換パネル５４を介して、再帰反射部材２に向けて投射し、再帰反射部材２で反射後、図１の店舗の空間の外部の観視者の眼に向けて透過して空間浮遊映像３を形成する。なお、上述した光方向変換パネル５４の表面には保護カバー５０（図８、図９を参照）を設けてよい。

本実施例では、図７の矢印３０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と液晶表示パネル１１を含んで構成される映像表示装置１において、光源装置１３からの矢印３０で示す光を、図１の再帰反射部材２に向けて投射し、再帰反射部材２で反射後、ウィンドガラス１０５の表面に設けた透明シート（図示せず）により、空間浮遊映像３を所望の位置に形成するよう指向性を制御することもできる。具体的には、この透明シートは、フレネルレンズやリニアフレネルレンズ等の光学部品によって高い指向性を付与したまま空間浮遊映像の結像位置を制御する。このことによれば、映像表示装置１からの映像光は、レーザ光のようにウィンドガラス１０５の外側（例えば歩道）にいる観察者に対して高い指向性（直進性）で効率良く届くこととなり、その結果、高品位な空間浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置１３のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）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することが可能となる。

＜映像表示装置の例（１）＞
図８は、映像表示装置１の別例を示す。また図８は、図７の光源装置１３の上に液晶表示パネル１１と光方向変換パネル５４を配置した状態を示す。この光源装置１３は、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部にＬＥＤ素子２０１、導光体２０３を収納して構成されている。導光体２０３の端面には、図８等にも示したように、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を設けている。その導光体２０３の上面には、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面（本例では図８の左側の端面）には、半導体光源であるＬＥＤ素子２０１や、ＬＥＤ素子２０１の制御回路を実装したＬＥＤ基板２０２が取り付けられている。それと共に、ＬＥＤ基板２０２の外側面には、ＬＥＤ素子２０１および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられてもよい。

また、光源装置１３の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、更に、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ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル配線基板）などが取り付けられて構成される。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子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。この時、生成される映像光は、拡散角度が狭く特定の偏波成分のみとなるため、映像信号により駆動された面発光レーザ映像源に近い、従来にない新しい映像表示装置１が得られる。なお、現状では、レーザ装置により上述した映像表示装置１で得られる画像と同等のサイズのレーザ光束を得ることは、技術的にも安全上からも不可能である。そこで、本実施例では、例えば、ＬＥＤ素子２０１を備えた一般的な光源からの光束から、上述した面発光レーザ映像光に近い光を得る。

続いて、光源装置１３のケース内に収納されている光学系の構成について、図８と共に図９を参照しながら詳細に説明する。図８および図９は断面図であるため、光源を構成する複数のＬＥＤ素子２０１が１つだけ示されている。これらの複数のＬＥＤ素子２０１からの光は、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状により、略コリメート光（略平行光）に変換される。このため、導光体端面の受光部とＬＥＤ素子２０１は、所定の位置関係を保って取り付けられている。なお、この導光体２０３は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、この導光体端部のＬＥＤ受光面は、図示しないが、例えば、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有し、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有し、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有する。なお、ＬＥＤ素子２０１を取り付ける導光体２０３の受光部外形形状は、円錐形状の外周面を形成する放物面形状をなし、ＬＥＤ素子２０１から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

他方、ＬＥＤ素子２０１は、ＬＥＤ素子２０１の回路基板であるＬＥＤ基板２０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板２０２は、ＬＥＤコリメータ（導光体２０３の受光端面２０３ａ）に対して、その表面上のＬＥＤ素子２０１が、それぞれ、前述した凹部の中央部に位置するように配置されて固定されている。

かかる構成によれば、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状によって、ＬＥＤ素子２０１から放射される光は略平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

以上述べたように、光源装置１３は、導光体２０３の端面に設けた受光部である受光端面２０３ａに、光源であるＬＥＤ素子２０１を複数並べた光源ユニットを取り付けて構成され、ＬＥＤ素子２０１からの発散光束を導光体２０３の受光端面２０３ａのレンズ形状によって略平行光として、矢印で示すように、導光体２０３の内部を導光し（図面に平行な方向）、光束方向変換手段２０４によって、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に向かって出射する。導光体２０３内部または表面の形状によって、この光束方向変換手段２０４の分布（密度）を最適化することで、液晶表示パネル１１に入射する光束の均一性を制御することができる。

上述した光束方向変換手段２０４は、導光体２０３の表面の形状や導光体２０３の内部に例えば屈折率の異なる部分を設けることで、導光体２０３内を伝搬した光束を、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に向かって出射する。この時、液晶表示パネル１１を画面中央に正対し画面対角寸法と同じ位置に視点を置いた状態で画面中央と画面周辺部の輝度を比較した場合の相対輝度比が２０％以上あれば、実用上問題なく、３０％を超えていれば、更に優れた特性となる。

なお、図８および図９は、上述した導光体２０３とＬＥＤ素子２０１を含む光源装置１３において、偏光変換する本実施例の光源（光源装置１３）の構成とその作用を説明するための断面配置図である。図８はＰ偏光からＳ偏光に変換する場合、図９はＳ偏光からＰ偏光に変換する場合である。図８および図９において、光源装置１３は、例えば、プラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段２０４を設けた導光体２０３、光源としてのＬＥＤ素子２０１、反射シート２０５、位相差板２１６、レンチキュラーレンズなどから構成されており、光源装置１３（導光体２０３）の上面には、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル１１が取り付けられている。

図８において、光源装置１３に対向した液晶表示パネル１１の光源光入射面（下面）にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設けており、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０のうち片側の偏波（例えばＰ波）２１２を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度、液晶表示パネル１１に向かうようにする。反射シート２０５と導光体２０３の間、もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間には、位相差板２１６であるλ／４板を設けて、反射シート２０５で反射させ、２回通過させることで、反射光束をＰ偏光からＳ偏光に変換し、これにより映像光としての光源光の利用効率を向上する。図８の矢印２１３のように、液晶表示パネル１１で映像信号により光強度を変調された映像光束は、図１の再帰反射部材２に入射して、反射後にウィンドガラス１０５を透過して店舗の空間の内部または外部に、実像である空間浮遊映像３を得ることができる。

図９において、光源装置１３に対向した液晶表示パネル１１の光源光入射面（下面）にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設けており、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０うち片側の偏波（例えばＳ波）２１１を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度、液晶表示パネル１１に向かうようにする。反射シート２０５と導光体２０３の間、もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間には、位相差板２１６であるλ／４板を設けて、反射シート２０５で反射させ、２回通過させることで、反射光束をＳ偏光からＰ偏光に変換し、これにより映像光として光源光の利用効率を向上する。図９の矢印２１４のように、液晶表示パネル１１で映像信号により光強度変調された映像光束は、図１の再帰反射部材２に入射して、反射後にウィンドガラス１０５を透過して店舗の空間の内部または外部に、実像である空間浮遊映像３を得ることができる。

図８および図９に示す光源装置１３においては、対向する液晶表示パネル１１の光入射面に設けた反射型偏光板４９の作用とともに、反射型偏光板４９で片側の偏光成分を反射するため、理論上得られるコントラスト比は、反射型偏光板４９のクロス透過率の逆数と液晶表示パネル１１に付帯した２枚の偏光板により得られるクロス透過率の逆数とを乗じたものとなる。これにより、高いコントラスト性能が得られる。実際には、表示画像のコントラスト性能が１０倍以上向上することを実験により確認した。この結果、自発光型の有機ＥＬに比較しても遜色ない高品位な映像が得られた。

＜映像表示装置の例（２）＞
図１０には、映像表示装置１の具体的な構成の他の一例を示す。図１０中の光源装置１３は、後述の図１２等の光源装置と同様の構成を有する。この光源装置１３は、例えばプラスチックなどのケース内に、ＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、および導光体等を収納して構成されており、上面には液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面には、図１２や図１３等に示す半導体光源であるＬＥＤ素子１４や、その制御回路を実装したＬＥＤ基板１０２が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板１０２の外側面には、ＬＥＤ素子１４および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンク１０３が取り付けられている。

また、ケースの上面に取り付けられた液晶表示パネルフレームには、当該液晶表示パネルフレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、液晶表示パネル１１に電気的に接続されたＦＰＣ４０３などが取り付けられて構成されている。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子１４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。

＜映像表示装置の例（３）＞
続いて、図１１を用いて映像表示装置１の具体的な構成の他の例を説明する。この映像表示装置１の光源装置は、ＬＥＤ素子１４（例えばＬＥＤ素子１４ａ）からのＰ偏波とＳ偏波が混在する自然光の発散光束をＬＥＤコリメータレンズ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４により液晶表示パネル１１に向け反射する。反射光は、液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された波長板と反射型偏光板４９に入射する。反射型偏光板４９で特定の偏波（例えばＳ偏波）が反射され波長板で位相が変換され反射面に戻り再び位相差板２１６を通過して反射型偏光板４９を透過する偏波（例えばＰ偏波）に変換される。

この結果、ＬＥＤ素子１４からの自然光は、特定の偏波（例えばＰ偏波）に揃えられ、液晶表示パネル１１に入射し、映像信号に合わせて輝度変調され、パネル面に映像を表示する。上述の例と同様に、図１１では、光源を構成する複数のＬＥＤ素子１４（縦断面であるため例えば１個のＬＥＤ素子１４ａのみ）が示されており、これらはＬＥＤコリメータレンズ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、上述の例と同様に、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有している。なお、ＬＥＤコリメータレンズ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤ素子１４から辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

以上の構成は、図１２、図１３等に示した映像表示装置の光源装置と同様の構成である。更に、図１１に示したＬＥＤコリメータレンズ１８により略平行光に変換された光は、反射型導光体３０４で反射し、反射型偏光板４９の作用により特定の偏波の光を透過させ、反射した他方の偏波の光は、再度、反射型導光体３０４を透過して、反射型導光体３０４において液晶表示パネル１１とは反対側の面に対向させて設けた反射板２７１で反射する。この時、反射板２７１と反射型導光体３０４の間に配置した位相差板２７０であるλ／４板を２度通過することで、偏光変換され、再び導光体３０４を透過して、反対側、即ち液晶表示パネル１１側に設けた反射型偏光板４９を透過して、偏光方向を揃えて液晶表示パネル１１に入射させる。この結果、光源の光を全て利用できるので、光の利用効率が２倍になる。

液晶表示パネル１１からの出射光は、従来のＴＶセットでは画面水平方向（図１６の（Ａ）ではＸ軸で表示）と画面垂直方向（図１６の（Ｂ）ではＹ軸で表示）ともに同様な拡散特性を持っている。これに対して、本実施例の液晶表示パネル１１からの出射光束の拡散特性は、例えば図１６の例１に示すように、輝度が正面視（角度０度）の５０％になる視野角が１３度とすることで、従来の６２度に対して１／５となる。同様に垂直方向の視野角は上下不均等として上側の視野角を下側の視野角に対して１／３程度に抑えるように反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、従来の液晶ＴＶに比べ、観視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は５０倍以上となる。

更に、図１６の例２に示す視野角特性とすれば、輝度が正面視（角度０度）の５０％になる視野角が５度とすることで、従来の６２度に対して１／１２となる。同様に垂直方向の視野角は上下均等として視野角を従来に対して１／１２程度に抑えるように反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、従来の液晶ＴＶに比べ観視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は１００倍以上となる。以上述べたように、視野角を狭角とすることで観視方向に向かう光束量を集中できるので、光の利用効率が大幅に向上する。この結果、従来のＴＶ用の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を制御することで、同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能であり、屋外に向けての空間浮遊映像表示装置に対応した映像表示装置１とすることができる。

図１１に戻る。基本構成としては、図１１に示すように、光源装置により狭角な指向特性の光束を液晶表示パネル１１に入射させ、映像信号に合わせて輝度変調することで、液晶表示パネル１１の画面上に表示した映像情報を、再帰反射部材２で反射させ、得られた空間浮遊映像３を、図１のウィンドガラス１０５を介して室外または室内に表示する。

＜光源装置１３の例（１）＞
続いて、図６Ｂの筐体１０６内に収納されている光源装置１３等の光学系の詳細構成例について、図１２と共に図１３（Ａ）および（Ｂ）を参照しながら詳細に説明する。

図１２には、光源を構成するＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が示されており、これらはＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このＬＥＤコリメータ１５は、図１３（Ｂ）にも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面は、ＬＥＤ素子１４から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ素子１４は、その回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定されている。

かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ素子１４から放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図１３（Ｂ）の右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

なお、ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には偏光変換素子２１が設けられている。この偏光変換素子２１は、図１３からも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ膜」）２１１と反射膜２１２とが設けられており、また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１を透過した光が出射する出射面には、λ／２位相板２１５が備えられている。

この偏光変換素子２１の出射面には、更に、図１３（Ａ）にも示す矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ素子１４から出射された光は、ＬＥＤコリメータ１５の働きにより平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射し、出射側のテクスチャー１６１により拡散された後、導光体１７に到る。

導光体１７は、図１３（Ｂ）のように、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形の棒状に形成された部材である。そして、導光体１７は、図１２からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面に第１拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（導光体光入射面を含む）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（導光体光反射面を含む）１７２と、第２拡散板１８ｂを介して、液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部（導光体光出射面を含む）１７３とを備えている。

この導光体１７の導光体光反射部１７２には、図１２、および一部拡大図である図１３（Ｂ）にも示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図１３（Ｂ）では右上がりの線分）は、図中に一点鎖線で示す水平面に対してαｎ（ｎは自然数であり本例では１～１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、αｎを４３度以下（ただし０度以上）に設定している。

導光体入射部１７１は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック１６の出射面からの平行光は、第１拡散板１８ａを介して拡散されて入射し、図１２からも明らかなように、導光体入射部１７１により上方に僅かに屈曲（偏向）しながら導光体光反射部１７２に達し、ここで反射して図１２の上方の出射面に設けた液晶表示パネル１１に到る。

以上に詳述した映像表示装置１によれば、光利用効率やその均一な照明特性をより向上するとともに、モジュール化されたＳ偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造することが可能となる。なお、上記の説明では、偏光変換素子２１をＬＥＤコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、これに限定されず、液晶表示パネル１１に到る光路中に設けることによっても同様の作用・効果が得られる。

なお、上述のように、導光体光反射部１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、照明光束は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部１７３には図示しない狭角拡散板を設けて略平行な拡散光束として指向特性を制御する光方向変換パネル５４に入射し、斜め方向から液晶表示パネル１１へ入射する。本実施例では、光方向変換パネル５４を導光体出射部１７３と液晶表示パネル１１との間に設けたが、液晶表示パネル１１の出射面に設けても、同様の効果が得られる。

＜光源装置１３の例（２）＞
図１４に、光源装置１３等の光学系の構成についての他の例を示す。図１４では、図１３の例と同様に、光源を構成する複数（本例では２個）のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が示されており、これらはＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図１３の例と同様に、このＬＥＤコリメータ１５は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面は、ＬＥＤ素子１４から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）は、その回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ素子１４（１４ａ，１４ｂ）が、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定されている。

かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ素子１４から放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図１４での右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面１５６を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ素子１４により発生された光の略全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。

なお、図１４（Ａ）のように、ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には第１拡散板１８ａを介して導光体１７０が設けられている。導光体１７０は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形の棒状に形成された部材である。そして、導光体１７０は、図１４（Ａ）からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面に第１拡散板１８ａを介して対向する導光体１７０の導光体入射部（入射面を含む）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（導光体光反射面を含む）１７２と、反射型偏光板２００を介して液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部（導光体光出射面を含む）１７３とを備えている。

この反射型偏光板２００は、例えばＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤ素子１４から発した自然光のうちＰ偏光を反射し、図１４（Ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板１７２ｃを通過して反射面１７２ｄで反射し、再びλ／４板１７２ｃを通過することでＳ偏光に変換され、液晶表示パネル１１に入射する光束は、全てＳ偏光に統一される。

同様に、反射型偏光板２００としてＳ偏光を反射しＰ偏光を透過させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤ素子１４から発した自然光のうちＳ偏光を反射し、図１４（Ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板１７２ｃを通過して反射面１７２ｄで反射し、再びλ／４板１７２ｃを通過することでＰ偏光に変換され、液晶表示パネル５２に入射する光束は、全てＰ偏光に統一される。以上述べた構成でも、偏光変換が実現できる。

＜光源装置１３の例（３）＞
図１１を用いて、光源装置等の光学系の構成についての他の例を説明する。第３の例では、図１１に示すように、ＬＥＤ基板１０２からのＰ偏光とＳ偏光が混在する自然光の発散光束をＬＥＤコリメータレンズ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４により液晶表示パネル１１に向けて反射する。反射光は、液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された反射型偏光板２０６に入射する。反射型偏光板２０６で特定の偏波（例えばＳ偏波）が反射され、導光体３０４の反射面を繋ぐ面を透過し、導光体３０４の反対面に面して配置された反射板２７１で反射され、位相板（λ／４波長板）２７０を２度透過することで偏光変換され、導光体と反射型偏光板を透過して液晶表示パネル１１に入射し、映像光に変調される。この時、特定偏波と偏光変換された偏波面を合わせることで、光の利用効率が通常の２倍となり、反射型偏光板の偏光度（消光比）もシステム全体の消光比に乗せられるので、本実施例の光源装置を用いることで、情報表示システムのコントラスト比が大幅に向上する。

この結果、ＬＥＤからの自然光は、特定の偏波（例えばＰ偏波）に揃えられる。図１１では、上述の例と同様に、光源を構成する複数のＬＥＤ素子１４（縦断面であるため１個のみ図示）が設けられており、これらはＬＥＤコリメータレンズ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このＬＥＤコリメータレンズ１８は、上述の例と同様に、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有している。なお、ＬＥＤコリメータレンズ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤコリメータレンズ１８から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。

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

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

＜光源装置１３の例（４）＞
更に、図１７を用いて、光源装置等の光学系の構成についての他の例を説明する。ＬＥＤコリメータレンズ１８の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向の拡散特性を変換する光学シート２０７を２枚用い、ＬＥＤコリメータレンズ１８からの光を２枚の光学シート２０７（拡散シート、拡散フィルムともいう。）の間に入射させる。この光学シート２０７は、１枚で構成する場合には表面と裏面の微細形状で垂直と水平の拡散特性を制御する。また、光学シート２０７を複数枚使用して作用を分担しても良い。光学シート２０７の表面形状と裏面形状により、ＬＥＤコリメータレンズ１８からの光の画面垂直方向の拡散角を光学シート２０７の反射面の垂直面の幅に合わせ、水平方向は液晶表示パネル１１から出射する光束の面密度が均一になるように、ＬＥＤ素子１４の数量と光学素子１０７からの発散角を設計パラメータとして最適設計すると良い。つまり、本実施例では、導光体の代わりに複数の拡散シートの表面形状により拡散特性を制御する。本実施例では、偏光変換は、上述した光源装置の例３と同様の方法で行われる。更に、ＬＥＤコリメータレンズ１８と光学シート２０７の間に偏光変換素子を設けて、偏光変換を行った後、光学シート２０７に光源光を入射させても良い。

前述した反射型偏光板２０６は、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤ素子から発した自然光のうちＳ偏光を反射し、位相差板２７０を通過して、反射面２７２で反射し、再び位相差板２７０を通過することでＰ偏光に変換され、液晶表示パネル１１に入射する。この位相差板２７０の厚さは、位相差板への光線の入射角度により最適値を選ぶ必要があり、λ／１６からλ／４の範囲に最適値が存在する。

＜光源装置１３の例（５）＞
図１８を用いて、光源装置１３の光学系の構成についての他の例を説明する。図１８（Ｃ）に示すように、ＬＥＤコリメータレンズ１８の光の出射側には偏光変換素子２１を配置する。そして、ＬＥＤ素子１４（例えばＬＥＤ素子１４ｃ）からの自然光を特定の偏波に揃えて拡散特性を制御する光学素子８１に入射し、図面の垂直方向と水平方向の拡散特性を制御することで、反射型導光体２２０の反射面に向けての配光特性を最適なものとする。反射型導光体２２０の表面には、図１８（Ｂ）に示すように、凹凸パターン２２２を設け、反射型導光体２２０の対向面に配置される図示しない映像表示装置に向けて反射し、所望の拡散特性を得る。光源のＬＥＤ素子１４とＬＥＤコリメータレンズ１８の配置精度は、光源の効率に大きく影響するため、通常光軸精度は５０μｍ程度の精度が必要となる。そのため、発明者は、ＬＥＤの発熱によりＬＥＤコリメータレンズ１８の膨張により取り付け精度が低下することへの対策として、幾つかのＬＥＤ素子１４とＬＥＤコリメータレンズ１８を一体とした光源ユニット２２３の構造として、複数または単独のユニットを光源装置に用いることで、取り付け精度の低下を軽減した。

図１８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示した実施例では、反射型導光体２２０の長辺方向の両端部にはＬＥＤ素子１４とＬＥＤコリメータレンズ１８を一体化した光源ユニット２２３が複数組み込まれ（図１８の実施例では片側３個ずつ）、光源装置の輝度均一化を実現している。導光体２２０の反射面２２０ａには、光源ユニットに略平行の凹凸パターン２２２が複数形成され、一つの凹凸パターン２２２においてもその表面は多面体を形成することで、映像表示装置に入射する光量を高精度に制御することができる。本実施例では、反射面の形状を凹凸パターン２２２として説明したが、三角面、波形面などが規則的または不規則に配列したパターンでもよく、面形状により導光体２２０から映像表示装置に向けた配光パターンを制御すればよい。また、導光体２２０の側面にはＬＥＤコリメータレンズ１８で制御された光が光源装置１３から外部に漏れないように遮光壁２２４を設け、ＬＥＤ素子１４は金属製の基盤２２５により放熱性を高めた設計とするとよい。

＜レンチキュラーシート＞
以下、上述した映像表示装置１からの出射光の拡散特性を制御するレンチキュラーレンズによる作用について説明する。レンチキュラーレンズのレンズ形状を最適化することで、映像表示装置１から出射されてウィンドガラス１０５を透過または反射して効率良く空間浮遊映像３を得ることが可能となる。即ち、映像表示装置１からの映像光に対し、２枚のレンチキュラーレンズを組み合わせ、またはマイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を制御するシートを設けて、Ｘ軸およびＹ軸方向において、映像光の輝度（相対輝度）をその反射角度（垂直方向を０度）に応じて制御することができる。本実施例では、このようなレンチキュラーレンズにより、従来に比較し、図１６（Ｂ）に示すように、垂直方向の輝度特性を急峻にできる。更に、上下方向（Ｙ軸の正負方向）の指向特性のバランスを変化させることで、反射や拡散による光の輝度（相対輝度）を高めることができる。これらの作用効果により、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く（言い換えると直進性が高く）、かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術による映像表示装置を用いた場合に再帰反射部材で発生していたゴースト像を抑え、効率良く観視者の眼に再帰反射による空間浮遊映像が届くように制御できる。

また上述した各光源装置により、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示した一般的な液晶表示パネルからの出射光拡散特性（図中では従来と表記）に対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに大幅に狭角な指向特性を実現することができる。これにより、特定方向に対して平行に近い映像光束を出射する特定偏波の光を出射する映像表示装置が実現できる。

図１５には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、特に、Ｘ軸（垂直方向）における特性を示しており、特性Ｏは、光の出射方向のピークが垂直方向（０度）から上方に３０度付近の角度であり上下に対称な輝度特性を示している。また、特性Ａや特性Ｂは、更に、３０度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度（相対輝度）を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性Ａや特性Ｂでは、３０度を超えた角度において、特性Ｏに比較して、急激に光の輝度（相対輝度）が低減する。

即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、映像表示装置１からの映像光束を再帰反射部材２に入射させる際、光源装置１３，２３０で狭角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を制御でき、再帰反射部材２の設置の自由度を大幅に向上できる。その結果、図１のウィンドガラス１０５を反射または透過して所望の位置に結像する空間浮遊映像３の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く（直進性が高く）かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の観視者の眼に届くようにすることができる。このことによれば、映像表示装置１からの映像光の強度（輝度）が低減しても、観視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、映像表示装置１の出力を小さくすることにより、消費電力の低い空間浮遊映像表示装置を実現することができる。

以上、種々の実施例について詳述したが、本発明は、上述した実施例に限定されず、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものには限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換が可能である。

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、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。これにより、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。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。

１：映像表示装置、２：再帰反射部材、３：空間浮遊映像、４：平面ミラー、５：入出力端子、１１：液晶表示パネル、１２：吸収型偏光板、１３：光源装置、２１：λ／４板、１００：透明部材、１０１：ビームスプリッタ（偏光分離部材）、１０６：筐体、１１２：吸収型偏光板、６０１：筐体上部、６０２：筐体下部、６０３：上面、６０４：斜面、６０５：窓部、６０６：側面、６０７：側面、６０８：下面、６１０：制御基板、６１１：充電池。

Claims (8)

1. 空間浮遊映像を形成する空間浮遊映像表示装置であって、
   筒形状の筐体と、
   前記筐体の一部に設けられ、前記空間浮遊映像を形成するための映像光を透過させる窓部と、
   前記筐体の内部に設けられ、光源装置、及び前記光源装置からの光に基づいて映像光を生成して出射する表示パネルを有する映像表示装置と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記映像表示装置からの映像光を再帰反射する再帰反射部材と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記再帰反射部材からの映像光を前記窓部へ向けて反射する偏光分離部材と、
   前記筐体に設けられる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、マイクから入力した音声を受信し、前記空間浮遊映像に関連付けられた前記音声を読み出して出力し、
   前記筒形状の筐体は、車両内のボトルホルダーに少なくとも一部が収納可能である、
   空間浮遊映像表示装置。
2. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記制御部は制御基板を有し、
   前記制御基板は前記映像表示装置の下に設けられている、
   空間浮遊映像表示装置。
3. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記制御部は前記マイクから入力した音声を音声認識し、認識した所定の指示に対応した処理を行う、
   空間浮遊映像表示装置。
4. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記筐体に前記マイクを搭載している、
   空間浮遊映像表示装置。
5. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記筐体にスピーカを搭載しており、
   前記スピーカから前記空間浮遊映像に関連付けられた前記音声をユーザに対して出力する、
   空間浮遊映像表示装置。
6. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記筐体に設けられた入出力端子を備え、
   外部から前記入出力端子を介して前記筐体に収納された充電池に電源が供給される、
   空間浮遊映像表示装置。
7. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記筐体に設けられた入出力端子を備え、
   外部から前記入出力端子を介して前記映像表示装置に対し信号が供給される、
   空間浮遊映像表示装置。
8. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記窓部の外側に蓋を備える、
   空間浮遊映像表示装置。

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