(57)【要約】  机上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステム１０であって、机の天板として、地面に水平に設置された光透過性天板４と、光透過性天板４の下方の空間に配置され、映像を表示するディスプレイ部１と、光透過性天板４の下方に近設され、ディスプレイ部１からの光を、光透過性天板４の上方の机上の空間に向けて反射する光反射光学素子２と、を備え、光反射光学素子２は、第１光反射面及び第１光反射面と直交する第２反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、ディスプレイ部１からの光を、所定の単位光学素子内の第１光反射面及び第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、所定の映像に対する鏡映像を机上の空間に空間映像３として作り出す。
2012073362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
机上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムであって、
机の天板として、机を設置する設置面に平行に配設され、光の透過性を有する光透過性天板と、
前記光透過性天板の下方の空間に配置され、所定の映像を表示するディスプレイ部と、
前記光透過性天板の下方に近設され、前記ディスプレイ部からの光を、前記光透過性天板の上方の前記机上の空間に向けて反射する平面板状の光反射光学素子と、
を備え、
前記光反射光学素子は、
板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記ディスプレイ部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側に出射し、前記光透過性天板を透過させて、前記所定の映像に対する鏡映像を前記机上の空間に空間映像として作り出すデスクトップディスプレイシステム。
【請求項２】
前記光透過性天板は、入射した光の一部を吸収する一方、入射した光の残部を透過させる特性を有するガラス板または樹脂板で形成されている請求項１記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項３】
前記光反射光学素子の前記板面は、前記光透過性天板に対して傾斜して配設されている請求項１又は２記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項４】
前記光反射光学素子の前記板面の、前記光透過性天板に対する傾斜角度を可変とする可変機構をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項５】
前記ディスプレイ部は、前記ディスプレイ部から出射される光の放射角度に制限を設けている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項６】
前記空間映像の表示位置の近傍領域に進入した所定の物体の存在を検出するセンサ部と、
前記センサ部の検出内容に応じて前記ディスプレイ部に表示する映像を制御する映像制御部と、
をさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項７】
前記ディスプレイ部が表示する前記所定の映像の映像面の、前記光反射光学素子の前記板面に対する傾きを可変とする可変機構をさらに備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項８】
前記光反射光学素子は、
予め定められた複数の前記単位光学素子を合わせて構成されたグループ光学素子を複数備えてなり、
前記グループ光学素子を構成する前記複数の単位光学素子それぞれは、
前記単位光学素子の前記板面内において、基準とする方向からそれぞれ予め定められた角度回転した方向に規則的に配置されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項９】
前記光透過性天板は、
耐擦傷性表面処理または表面反射低減処理のうち少なくともいずれか一方が施されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記光透過性天板の下方空間において前記ディスプレイ部から出射される光の光路の外側を覆う黒い枠体をさらに備える１乃至９のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を用いてデスクトップ上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リアルな３次元空中映像を実現するために、様々な光学素子が開発されている。例えば、特許文献１には、反射型面対称結像素子を用いてその素子の一方側に置かれた被投影物である物体の像を素子の反対側の面対象となる位置に結像させる空間映像表示装置が開示されている。この空間映像表示装置で用いられる反射型面対称結像素子は、所定の基盤を厚み方向に貫通させた複数の穴を備え、各穴の内壁に直交する２つの鏡面要素から構成される単位光学素子を形成したものであって、その穴を通じて基盤の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、２つの鏡面要素でそれぞれ１回ずつ反射させるものである。被投影物から発せられた光は反射型面対称結像素子の単位光学素子を通過する際に２つの鏡面要素の一方で反射した後、鏡面で反射して反射光となり、その反射光が更に単位光学素子の２つの鏡面要素の他方で反射して、被投影物を仮想鏡に映した位置に結像することになる。【０００３】
しかしながら、上記の光学素子には非常に微細な加工技術が要求されるため、このような光学素子を用いた空間映像表示装置では製造コストがかかるという問題がある。そこで、本出願人は、製造コストがかからない反射型面対称結像素子を特許文献２において提案している。【０００４】
図１〜図３は、特許文献２で提案された反射型面対称結像素子（以下、光反射光学素子という）の構成を示す図である。図１は光反射光学素子の外観図、図２は光反射光学素子を構成する直方体材の外観図、図３は光反射光学素子を形成する２つのミラーシートの組合せを示す外観図である。【０００５】
光反射光学素子２は、図１及び図３に示すように、各々が多数の棒状の直方体材２０を並列に密着させることにより形成された２つのミラーシート２１、２２を有する。【０００６】
直方体材２０は、図２に示すように、長手部材であり、長手方向に垂直な方向、すなわち、短手方向の四角形の断面の一辺が数百μｍないし数ｃｍ前後の透明なアクリルに代表されるプラスチックまたはガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、数十ｍｍ〜数ｍ程度である。なお、長手方向に伸長した４面のうちの３面は光の透過または反射に使用する面であるため、滑らかな状態とする。直方体材２０はミラーシート２１、２２各々で１００本〜２００００本程度用いられる。【０００７】
図２に示すように、直方体材２０の長手方向に伸長した１面には光反射膜２３が形成され、それにより光反射面となっている。光反射膜２３はアルミや銀の蒸着あるいはスパッタなどによって形成される。【０００８】
このような複数の直方体材２０について、１つの直方体材２０の光反射膜２３を形成した面とは反対側の対向面２４と別の直方体材２０の光反射面２３を密着させてミラーシート２１、２２が形成される。ミラーシート２１、２２は、図３に示すように、直方体材２０の並列方向が交差するようにいずれか一方を９０度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって、光反射光学素子２が形成される。ミラーシート２１の各直方体材２０とミラーシート２２の各直方体材２０とが交差する部分が微小ミラーユニット（単位光学素子）を構成し、各微小ミラーユニットのミラーシート２１の光反射面２３が第１光反射面となり、ミラーシート２２の光反射面２３が第２光反射面となる。【０００９】
かかる光反射光学素子２を用いた空間映像表示装置においては、図４に示すように、物体１が光反射光学素子２の一方の面側に配置され、光反射光学素子２には物体１からの光が斜めに入射するようになっている。光反射光学素子２の他方の面側には観察者の目Ｅが位置し、光反射光学素子２について物体１と面対称となる空間位置に実像３、すなわち空間映像３が形成される。なお、図４における光反射光学素子２の両端部である下端Ａ、上端Ａ’は、図１の光反射光学素子２の対向角Ａ、Ａ’に対応している。より詳しくは、図５に示すように、物体１からの光は矢印Ｙ１の方向でミラーシート２２の光反射面２３（第２光反射面）に反射し、その反射光は矢印Ｙ２の方向でミラーシート２１の光反射面２３（第１光反射面）に反射し、その反射光は矢印Ｙ３の方向で観察者に向けて進むので、光反射光学素子２の各光反射面２３でそれぞれ１回、つまり２回反射して鏡映像を作り出すようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１５８１１４号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００９／１３６５７８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１や特許文献２に示すような光反射光学素子を用いた空間映像表示装置においては、光反射光学素子２について物体１（例えば、ディスプレイ装置の画面上に表示された映像など）と面対称となる空間位置に空間映像３を形成するので、空間映像３が形成される光反射光学素子２の一方の面側の空間には物体１は存在しない。この特徴を利用して、空間映像表示装置をデスクトップ環境に用い、空間映像３が形成される側の空間を机上の空間とした場合には、机上にディスプレイ装置を配置しなくてよく、机上を広く使えるという利点がある。【００１２】
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、その課題の一例としては、面対称位置に実像を形成する光反射光学素子を用いることにより、ディスプレイ装置を机上に配置しなくても、デスクトップ上の空間に映像を表示することができるデスクトップディスプレイシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を達成するため、本発明の一態様は、机上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムであって、机の天板として、机を設置する設置面に平行に配設され、光の透過性を有する光透過性天板と、前記光透過性天板の下方の空間に配置され、所定の映像を表示するディスプレイ部と、前記光透過性天板の下方に近設され、前記ディスプレイ部からの光を、前記光透過性天板の上方の前記机上の空間に向けて反射する平面板状の光反射光学素子と、を備え、前記光反射光学素子は、板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記ディスプレイ部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側に出射し、前記光透過性天板を透過させて、前記所定の映像に対する鏡映像を前記机上の空間に空間映像として作り出すデスクトップディスプレイシステムである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光反射光学素子の外観図である。
【図２】図１の光反射光学素子を構成する直方体材の外観図である。
【図３】図１の光反射光学素子を形成する２つのミラーシートの組合せを示す図である。
【図４】図１の光反射光学素子を用いた空間映像表示装置の光学系の概略図である。
【図５】図１の光反射光学素子において光が２回反射する様子を示す概要図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステムの概略構成を示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光反射光学素子の外観斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光反射光学素子の上面図、側面図及び前面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光反射光学素子の光利用効率の水平角度依存性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る透過型スクリーンに入射した光の強度の水平角度依存性を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る透過型スクリーンに入射した光の垂直方向の拡散の様子を示す図である。
【図１２】Ｌ１の方向の光が最も明るく見える場合の透過型スクリーン及び直視型ディスプレイの上下方向の傾きを示す図である。
【図１３】光透過性天板がない場合における空間映像を構成する光と、外光の光反射光学素子２による反射光の強度比を示す模式図である。
【図１４】光透過性天板がある場合における空間映像を構成する光と、外光の光反射光学素子による反射光の強度比を示す模式図である。
【図１５】本発明の別の実施の形態に係る光反射光学素子の外観斜視図である。
【図１６】本発明の別の実施の形態に係る光反射光学素子の変形例の上面図である。
【図１７】本発明の別の実施の形態に係る光反射光学素子の変形例の上面図である。
【図１８】本発明の別の実施の形態に係る光反射光学素子の変形例の光利用効率の水平角度依存性を示す図である。
【図１９】図１０に示す透過型スクリーンと図１８に示す光反射光学素子を組み合わせた場合、及び図１０に示す透過型スクリーンと図９に示す光反射光学素子を組み合わせた場合の光利用効率の水平角度依存性を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステムの変形例であって、空間映像面の仰角を可変させる機構を設けた場合の動作を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステムの変形例であって、光反射光学素子を回転可能とした場合の動作を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステムの変形例であって、覗き見防止フィルムを装着した直視型ディスプレイを用いた場合の概光の進行方向を示す図である。
【図２３】本発明の別の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステムの概略構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１６】
図６は、本発明の実施の形態に係るデスクトップディスプレイシステム１０の概略構成を示す側面図である。デスクトップディスプレイシステム１０は、天板４が光透過性を有する机であって、天板４の上方空間に空間映像３を表示する機能を有している。デスクトップディスプレイシステム１０は、特徴的な構成要素として、地面に対して水平に設置された光透過性を有する天板４（以下、光透過性天板４と称する）と、光透過性天板４の下方空間に配置され、映像を表示可能なディスプレイ部１と、光透過性天板４の下方に光透過性天板４に対してやや傾斜して近設され、ディスプレイ部１に表示された映像を、光透過性天板４の上方空間に空間映像３として表示させる光反射光学素子２と、を備えている。なお、本実施形態では、図６で定義された方向を用いてデスクトップディスプレイシステム１０について説明する。
【００１７】
ディスプレイ部１は、短焦点型のプロジェクタ１１と、プロジェクタ１１から出射された光を反射する平面ミラー１２と、平面ミラー１２で反射された光を投影する透過型スクリーン１３と、を備えている。すなわち、ディスプレイ部１は、透過型スクリーン１３上に映像を投影する。なお、本実施の形態では、透過型スクリーン１３に映像を投影する構成としたが、ディスプレイ部１の構成は勿論、これに限定されるものではない。例えば、ディスプレイ部１として直視型液晶ディスプレイを用いてもよく、この場合には、透過型スクリーン１３の位置に直視型液晶ディスプレイを配置すればよい。また、透過型スクリーン１３の代わりに反射型スクリーンを用いてもよく（プロジェクタ１１は反射型スクリーンに対して好適な位置に再配置される）、プロジェクタ１１からの光を直接スクリーンに投影する構成でもよい。
【００１８】
光反射光学素子２は、図１から図５で示した光反射光学素子２であり、平面板状に形成されている。なお、光反射光学素子２を構成するミラーシート２１及びミラーシート２２は同一形状であり、かつ、ミラーシート２１及びミラーシート２２の厚さ（光反射面２３の短手方向の長さ）は均一となっている。
【００１９】
図７は、光反射光学素子２の外観斜視図、図８は、光反射光学素子２の上面図、側面図及び前面図である。なお、図７は、光反射光学素子２を、図１の左右方向及び前後方向に平行な面で切断した場合（図１の点線Ｐで切断した場合）の形状を示している。ここで、図１、図６、図７及び図８に示したＡＡ’の方向はすべて同一の方向である。また、図６及び図８に示すＳは、設計上の視線方向、すなわち、観察者が最も明るい空間映像３を見ることができる視線方向となっている。本実施の形態では、設計上の視線方向Ｓは、ミラーシート２１、２２の貼り合わせ面Ｌ（反射光学素子２の表面Ｆ）のＡＡ’方向（ＡからＡ’に向けて、つまり手前から奥に向けて見た方向）を斜め上から見た方向である。以下、ミラーシート２１を第１ミラーシート、ミラーシート２２を第２ミラーシートとも称し、ミラーシート２１の光反射面２３を第１光反射面、ミラーシート２２の光反射面２３を第２光反射面とも称する。
【００２０】
本実施の形態では、ディスプレイ部１から出射された光線群は概ね４５度の傾きで光反射光学素子２に入射する（正確には、透過型スクリーン１３の中心を透過した光Ｌ１が入射角４５度で光反射光学素子２に入射する）ようにディスプレイ部１及び光反射光学素子２は配置されており、ディスプレイ部１から出射された光線群は、光反射光学素子２の第１光反射面及び第２光反射面にそれぞれ１回ずつ反射された後、光反射光学素子２に対して入射方向とは面対称な方向に出射される。この結果、ディスプレイ部１から出射された光は、光反射光学素子２に対して透過型スクリーン１３と面対称な位置に結像され、これが空間映像３となる。すなわち、透過型スクリーン１３に投影された映像の上下反転映像が机上の空間に実像として表示されるので、観察者はこの実像としての空間映像３を見ることにより、ディスプレイ部１に表示された情報を読み取ることができる。
【００２１】
光反射光学素子２には、上述したように設計上の最適な光の入射角度が存在する。最適な入射角度から大きく外れた角度の光は、光反射光学素子２に入射しても第１光反射面及び第２光反射面にそれぞれ１回ずつ反射する光とならず、迷光となってしまい、空間映像３の結像に寄与しない。本実施の形態の場合、光反射光学素子２の表面Ｆに垂直な方向に関して言えば、最適な光の入射角度が４５度となるように光反射光学素子２は形成されている（図８参照）。
【００２２】
図９は、光反射光学素子２の光利用効率（＝光反射光学素子２から出射する出射光量／光反射光学素子２に入射する入射光量であって、透過率ともいう）を示す図であり、より詳しくは、ミラーシート２１、２２においてそれぞれ１回ずつ反射して、光反射光学素子２を透過する光の比率の水平角度依存性を示すグラフである。なお、光反射光学素子２における水平角度とは、設計上の視線方向Ｓから左右方向に視線をずらしたときの左右方向の角度をいい、反射光学素子２における垂直角度とは、設計上の視線方向Ｓから上下方向に視線をずらしたときの上下方向の角度をいう。
【００２３】
図９のグラフにおいて、水平方向の入射角度０度は、設計上の視線方向Ｓを意味するので、図９は、設計上の視線方向Ｓから左右方向に視線をずらすと、透過率は減少することを示している。具体的には、設計上の視線方向Ｓから左右方向に±１０度程度視線をずらすと、観察者は、設計上の視線方向Ｓで空間映像３を見たときの６０％程度の明るさで空間映像３を見ることになる。
【００２４】
ここで、本実施の形態の透過型スクリーン１３は、角度指向性を有するスクリーンであり、光の拡散をある一定の角度に狭める機能を有している。これは、プロジェクタ１１から出射された光は、プロジェクタ１１の投影レンズとその投影位置を結ぶ光路の延長上でしか観察できないこと、及び上述したように、光反射光学素子２には最適な光の入射角度が存在し、最適な入射角度から大きく外れて入射した光は空間映像３の結像に寄与しないことの相反する２つの条件に対応させるためである。本実施形態では、空間映像３全体を見渡せる範囲に光を拡散させる一方、迷光の発生を最小限に抑えるために、具体的には、光の入射方向に対して１５度までの範囲では十分な強度の拡散光が得られ、光の入射方向に対して３０度を超える範囲ではほとんど拡散光が出力されない透過型スクリーン１３を用いている。
【００２５】
図１０は、透過型スクリーン１３に入射した光の拡散分布を示す図であり、より詳しくは、透過型スクリーン１３に入射した光の強度の水平角度依存性を示すグラフである。なお、透過型スクリーン１３における水平角度とは、透過型スクリーン１３に入射した光の入射方向に対する左右方向の角度をいい、垂直角度とは、透過型スクリーン１３に入射した光の入射方向に対する上下方向の角度をいう。
【００２６】
図１０は、透過型スクリーン１３に入射した光が左右方向に拡散するに従って、光の強度は徐々に減少することを示している。具体的には、透過型スクリーン１３に入射した光の入射方向から左右方向に±１５度程度拡散した拡散光は、入射した光の入射方向の明るさの約半分程度の明るさとなる。
【００２７】
図１１に本実施の形態の透過型スクリーン１３に入射した光の垂直方向の拡散の様子を示す。この結果、図１１に示すように、透過型スクリーン１３から出射された光は好適な角度をもって拡散進行していく一方、光反射光学素子２を通過すると、今度は、好適な角度をもって結像位置まで収束進行していく。なお、図１１は、透過型スクリーン１３に入射した光の垂直方向の拡散の様子を示しているが、水平方向の拡散も同様である。
【００２８】
また、本実施の形態の光反射光学素子２は、図６に示すように、光透過性天板４に対して、手前側がやや下がるように傾斜をつけて配置されている。これは、上述したように光反射光学素子２においては、垂直方向の最適な光の入射角度が４５度であること、人間の最適な視線方向は、水平（地面と平行な方向）からやや下の方向（具体的には、水平から１５〜４０度下の方向）であることに基づいている。すなわち、光反射光学素子２を地面に水平に配置すると、観察者の視線角度は水平方向から下向きに４５度の角度となり、最適な視線方向よりもさらに下方向となってしまうので、光反射光学素子２の手前側をやや下げて傾斜させることにより、観察者の視線角度を水平方向から下向きに１５〜４０度の角度となるように調整したものである。この結果、空間映像３を観察するときの視線の方向と、空間映像３を観察するとき以外（例えば、本を読む、署名をするなどのデスクトップ作業時）の視線の方向が近づき、より少ない視線の移動でデスクトップ作業を行えるようになるので、身体的な疲労を軽減することができる。すなわち、デスクトップシステム１０は、空間映像３の観察とデスクトップ作業が両立し得る環境を提供することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、図６に示すように、プロジェクタ１１から出射された光は、透過型スクリーン１３の法線ｍ方向にやや傾きをもって投影されるように設計されている。これは、観察者が空間映像３を観察するときの最適な視線方向と、空間映像３を最も明るく観察できる方向を一致させるためである。すなわち、透過型スクリーン１３から出射された光は、透過型スクリーン１３のスクリーン面の光反射光学素子２の表面Ｆに対する傾斜角度（以下、上下方向の傾きという）によらず、空間映像３の明るさは均一となるから、透過型スクリーン１３のこの上下方向の傾きを、観察者が空間映像３を観察するときの最適な視線方向に合わせることが可能となっている。
【００３０】
なお、図１２に示すように、ディスプレイ部１として液晶ディスプレイなどの直視型ディスプレイ１４を用いた場合には、ディスプレイ面の法線方向が最も明るい方向となるから、図１２に示す透過型スクリーン１３から出射された光の方向Ｌ１を最も明るい方向とするには、直視型ディスプレイ１４のディスプレイ面をさらに下方向に傾けなければならない。したがって、この場合には、直視型ディスプレイ１４が形成する空間映像３Ａは、空間映像３に比べてより上向きに傾斜するので、観察者が空間映像３Ａを観察するときの最適な視線方向と、空間映像３Ａを最も明るく観察できる方向が一致しない。したがって、観察者の空間映像３を観察するときの最適な視線方向と、空間映像３を最も明るく観察できる方向を一致させるという観点からは、プロジェクタ１１及び透過型スクリーン１３を用いたディスプレイ部１が好適である。
【００３１】
光透過性天板４は、机を設置する設置面に対して平行に配設されているため、まず第１に、通常の机の天板としての機能を有している。と同時に、光透過性天板４は、光吸収率の高い黒色のガラス板またはプラスチック性樹脂で形成されているため、光反射光学素子２表面における外光の反射の影響を排除する機能（以下、外光排除機能という）を有している。
【００３２】
図１３及び図１４を用いて、光透過性天板４の外光排除機能を説明する。図１３は、光透過性天板４がない場合における空間映像３を構成する光ＩＬ２と外光ＯＬ１の光反射光学素子２による反射光ＯＬ２の強度比を示す模式図、図１４は、光透過性天板４がある場合における空間映像３を構成する光ＩＬ２と外光ＯＬ１の光反射光学素子２による反射光ＯＬ２の強度比を示す模式図である。なお、本実施の形態の光透過性天板４の透過率は約２％であるが、透過率の値はこれに限定されるものではない。
【００３３】
光透過性天板４がない場合には、図１３に示すように、光反射光学素子２に入射した外光ＯＬ１の一部は、光反射光学素子２の表面（光反射面２３上端のエッジ部分）に反射されるため、観察者の視線には、空間映像３を構成する光ＩＬ２のほか、外光ＯＬ１の光反射光学素子２における反射光ＯＬ２も入ってきてしまう。このため、観察者は空間映像３に焦点を合わせにくくなり、結果として空間映像３を認識し難くなる。
【００３４】
一方、光透過性天板４がある場合には、図１４に示すように、光透過性天板４に入射した外光ＯＬ１が、光透過性天板４を透過し、さらに光反射光学素子２の表面に反射されて、再度、光透過性天板４を透過して観察者の視線に届く外光ＯＬ２となるのは、（光反射光学素子２に入射した光のすべてが反射したとして）光透過性天板４に入射した光ＯＬ１の０．０４％（＝２％×２％）である。これに対して、反射光学素子２及び光透過性天板４を介して観察者の視線に届く空間映像３を構成する光ＩＬ２は（光反射光学素子２に入射した光のすべてが透過したとして）、透過型スクリーン１３から出射された光ＩＬ１の２％である。これは、外光ＯＬ１は光透過性天板４を２回透過しなければ観察者の視線に届く外光ＯＬ２にはならないが、透過型スクリーン１３から出射された光ＩＬ２は、光透過性天板４を１回透過すれば、空間映像３を構成する光ＩＬ２となるからである。この結果、光透過性天板４を採用した場合には、空間映像３を構成する光ＩＬ２と表面反射光ＯＬ２のコントラスト比は、採用しなかった場合に比べて約５０倍に増大するので、観察者は空間映像３の認識が容易となる。このように本実施の形態では、光透過性天板４を設置し、かつ光透過性天板４の透過率を下げることにより、空間映像３を構成する光の外光に対するコントラストが改善し、空間映像３の存在感を増大させることができる。
【００３５】
また、これに加えて、光透過性天板４は、表面反射を低減するＡＲ（アンチリフレクション）グレード表面処理が施されているので、外光ＯＬ１が光透過性天板４自体で反射することも抑制されている。さらには、光透過性天板４は、耐擦傷性が高いＭＲグレード表面処理も施されているので、デスクトップ作業にも好適となっている。
【００３６】
なお、本実施の形態では、図６に示す光透過性天板４より下方の一点鎖線部分全体を、黒い枠体８で覆っている。これは、迷光対策であり、ディスプレイ部１から出射された光の正規の反射や屈折以外の原因から生じる望ましくない光（例えば、外光など空間映像３を構成する光以外の光）の影響を排除するためである。このように、ディスプレイ部１のプロジェクタ１１から出射される光線群の光路の外側は黒い枠体８で覆われており、ディスプレイ部１には外光が入射しないように配慮されているので、観察者は空間映像３を認識しやすくなっている。
【００３７】
なお、光反射光学素子２の構成は、図７に示す構成に限定されるものではなく、実体（被投影物）を、光反射光学素子に対して面対称な位置に実像として結像させる光学素子であれば、いずれの構成でもよい。例えば、特許文献１に示した光反射光学素子の構成でもよい。図１５は、このような光反射光学素子５の外観斜視図である。より詳しくは、光反射光学素子５は、所定の基盤５１を厚み方向に貫通させた複数の穴５２を備え、各穴５２の内壁に直交する２つの鏡面要素５４ａ及び５４ｂから構成される単位光学素子５３を形成したものであって、その穴を通じて基盤５１の一方の面方向から他方の面方向へ光が透過する際に、２つの鏡面要素５４ａ及び５４ｂでそれぞれ１回ずつ反射させるようにしてもよい。また、特開昭５８−２１７０２号公報に示すように、両面反射帯を平行に配設してなる結像素子の２組をそれぞれの反射帯が互いに直交するように組み合わせて、碁盤目状の格子となるように構成された光反射光学素子としてもよい。
【００３８】
また、光反射光学素子５を用いる場合には、空間映像３に対する視野角をより広げるため、単位光学素子５３の配置に工夫をこらしてもよい。図１６及び図１７は、それぞれ、光反射光学素子５の変形例である光反射光学素子５Ａ及び５Ｂの外観を示す上面図である。光反射光学素子５Ａは、２つの単位光学素子５３を１セットとして、光反射光学素子５Ａの表面内において、基準とする方向（具体的には図６に示すＡＡ’方向）から、それぞれの単位光学素子５３の鏡面要素５４ａ及び５４ｂの交点を含む対角線方向に±１０度の回転角度偏倚を与えて形成されている。この結果、光反射光学素子５Ａにおいては、空間映像３の最大輝度のピーク値は下がるが、ＡＡ’方向から左右方向にややずれたＰ１及びＰ２方向に空間映像３の最大輝度が確保されるので、光反射光学素子５Ａの水平方向（図６の左右方向）に対して空間映像３の明るさを確保することができる。
【００３９】
図１８は、光反射光学素子５Ａの光利用効率を示す図であり、より詳しくは、単位光学素子５３の鏡面要素５４ａ及び５４ｂにおいてそれぞれ１回ずつ反射して、光反射光学素子５Ａを透過する光の比率の水平角度依存性を示すグラフである。図９に示した光反射光学素子２の透過率の水平角度依存性と比較すると、設計上の視線方向Ｓで空間映像３を見たときの明るさは減少しているが、設計上の視線方向Ｓから左右方向に±１０度ずらした視線方向にそれぞれ明るさの極大点が現われており、光反射光学素子２よりも水平方向（図６の左右方向）に対して空間映像３の明るさが確保されていることがわかる。
【００４０】
また、図１９は、図１０の水平角度依存性を有する透過型スクリーン１３と、図１８に示した光反射光学素子５Ａを組み合わせた場合の光反射光学素子５Ａの光利用効率を示すグラフであり、図１０の水平角度依存性を有する透過型スクリーン１３と、図９に示した光反射光学素子２を組み合わせた場合の光反射光学素子２の光利用効率と対比して表示している。ここで、図１９の実線で示された二方向素子は、光反射光学素子５Ａを用いた場合、点線で示された一方向素子は、光反射光学素子２を用いた場合を示している。図１９は、光反射光学素子５Ａを用いた場合には、設計上の視線方向Ｓから左右方向に±１０度以内の視線方向においては、略一定の明るさの空間映像３が得られることを示している。
【００４１】
なお、光反射光学素子５Ｂは、３つの単位光学素子５３を１セットとして、光反射光学素子５Ｂの表面内において、基準とする方向（具体的には図６に示すＡＡ’方向）から、それぞれの単位光学素子５３の鏡面要素５４ａ及び５４ｂの交点を含む対角線方向に０度、±３０度の回転角度偏倚を与えて形成されている。光反射光学素子５Ｂを用いた場合には、光反射光学素子５Ａを用いた場合よりもさらに水平方向（図６の左右方向）に対して空間映像３の明るさを確保することができる。このように複数の単位光学素子５３を１セットとし、基準とする方向からそれぞれの単位光学素子５３に回転角度偏倚を与えた場合には、基準とする方向から左右方向に視線を移してみても、空間映像の明るさの変化を少なくすることができるので、空間映像３を視認可能な視野角を広くとることができる。すなわち、光反射光学素子５Ａや５Ｂは、大きな空間映像３を広い範囲から見る場合に適している。
【００４２】
また、上記実施の形態では、観察者の視線方向に最適となるように空間映像３の面（以下、空間映像面という）をやや上方に向けて形成したが、空間映像面の仰角は観察者の嗜好により異なるので、空間映像面の仰角を可変とする機構を設けてもよい。このような機構を設けた場合には、さらに観察者の身体的な疲労を軽減する効果が期待できる。
【００４３】
図２０は、透過型スクリーン１３の上下方向の傾き角度を可変させることにより、空間映像面の仰角を可変させた場合の空間映像３の傾きを示す図である。図２０に示すように、透過型スクリーン１３を右回りのＡ１方向に回転させると、空間映像面は左回りのＢ１方向に回転するので、空間映像面は徐々に立ってくる一方、透過型スクリーン１３を左回りのＡ２方向に回転させると、空間映像面は右回りのＢ２方向に回転するので、空間映像面は徐々に倒れていく。このように観察者の嗜好に合わせて、空間映像面の仰角を可変できるようにしてもよい。
【００４４】
さらには、上記実施の形態では、光反射光学素子２の設置位置は固定されていたが、光反射光学素子２の表面Ｆの光透過性天板４に対する傾斜角度（上下方向の傾斜角度）を可変可能としてもよい。すなわち、人間の最適な視線方向は水平からやや下の方向（具体的には、水平から１５〜４０度下の方向）であると説明したが、座高や空間映像面から目までの距離には個人差があるため、それぞれの観察者にとって最適な視線方向を調整できるようにしてもよい。
【００４５】
図２１は、光反射光学素子２の上下方向の傾斜角度を可変させた場合の空間映像面の位置を示す図である。この場合には、図２１に示すように、光反射光学素子２を右回りのＡ１方向に回転させると、空間映像面は右回りのＣ１方向に回転するので、空間映像３の位置は上方に移動し、下方への視線方向は傾きが急になる一方、光反射光学素子２を左回りのＡ２方向に回転させると、空間映像面は左回りのＣ２方向に回転するので、空間映像３の位置は下方に移動し、下方への視線方向は傾きが緩やかになる。
【００４６】
また、ディスプレイ部１として直視型ディスプレイ１４を用いる場合には、覗き見防止フィルムを画面に貼付して、光の拡散角度を狭めるように制御してもよい。図２２は、ディスプレイ部１として、覗き見防止フィルムを装着した直視型ディスプレイ１４を用いた場合の概略構成及び光の進行方向を示す図である。このように、ディスプレイ部１として直視型ディスプレイ１４を用いる場合には、覗き見防止フィルムをディスプレイ表面に貼付することにより、光反射光学素子２内における迷光を少なくし、空間映像３の結像に寄与する光を多くしてもよい。なお、覗き見防止フィルムのより効果的な使用としては、光透過性天板４に貼付するのがよい。上述したように迷光は光反射光学素子２内で発生しているため、光反射光学素子２から出射された光に対して直接光の拡散角度を制御した方が好適であるためである。また、光透過性天板４に覗き見防止フィルム用いる場合には、ディスプレイ部１の構成は直視型ディスプレイ１４に限定されない。
【００４７】
また、空間映像３が表示される位置近傍における観察者の手を検知可能なセンサを設けてもよい。図２３は、このようなセンサ６を設けた場合のデスクトップディスプレイシステム３０の概略構成を示す側面図である。センサ６は、例えば、透過性天板４の直下に設けられた赤外線センサであり、空間映像３の近傍領域Ｎにおける物体の存在を検知するようになっている。そして、センサ６が所定の物体（例えば、観察者が空間映像３に向かって手を伸ばす行為を行ったときの手など）を検知した場合には、ディスプレイ部１が表示する映像を制御する映像制御部７に検知信号を出力し、映像制御部７は、この検知信号に応じて映像の内容を制御するようにしてもよい。これにより、観察者の行為に応じたインタラクティブな空間映像３を提供することが可能となる。
【００４８】
以上から、上記実施の形態によれば、面対称位置に実像を形成する光反射光学素子を用いることによりディスプレイ装置を机上に配置しなくても、デスクトップ上の空間に映像を表示することができるので、机上を広く使えるという効果を得ることができる。また、観察者にとって最適な視線方向に空間映像３を表示可能としているので、快適にデスクトップ作業を行うことができる。
【００４９】
したがって、上記実施の形態に係るデスクトップシステムは、種々の机、例えば、ＯＡ用デスク、会議用テーブル、窓口受付用デスク、駅や博物館などの案内用テーブルなどに適用できる。また、空間映像自体は実体を伴わないので（空間映像は、実体であるディスプレイ部とは遊離されて表示されるため）、避難誘導表示や汚染や盗難が懸念される劣悪な環境における表示にも好適である。さらには、空間映像は限られた視線方向からのみ視認可能なので、周囲からの覗き見を防止する必要がある装置、例えば、現金自動支払機などの情報表示にも適用できる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の実施の形態に対して種々の変形や変更を施すことができ、そのような変形や変更を伴うものもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１  ディスプレイ部
２，５，５Ａ，５Ｂ  光反射光学素子
３  空間映像（実像）
６  センサ
７  映像制御部
８  枠体
１０，３０  デスクトップディスプレイシステム
１１  プロジェクタ
１２  平面ミラー
１３  透過型スクリーン
１４  直視型ディスプレイ
２０  直方体材
２１，２２  ミラーシート
２３  光反射面
【図１】
2012073362.tif 000003
【図２】
2012073362.tif 000004
【図３】
2012073362.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012073362.tif 000010
【図９】
2012073362.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2012073362.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2012073362.tif 000017
【図１６】
2012073362.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2012073362.tif 000020
【図１９】
2012073362.tif 000021
【図２０】
2012073362.tif 000022
【図２１】
2012073362.tif 000023
【図２２】
2012073362.tif 000024
【図２３】
2012073362.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月21日(2011.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
机上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムであって、
机の天板として、机を設置する設置面に平行に配設され、光の透過性を有する光透過性天板と、
前記光透過性天板の下方の空間に配置され、所定の映像を表示するディスプレイ部と、
前記光透過性天板の下方に近設され、前記ディスプレイ部からの光を、前記光透過性天板の上方の前記机上の空間に向けて反射する平面板状の光反射光学素子と、
を備え、
前記光反射光学素子は、
板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び第２光反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記ディスプレイ部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側に出射し、前記光透過性天板を透過させて、前記所定の映像に対する鏡映像を前記机上の空間に空間映像として作り出し、
前記光反射光学素子の前記板面は、前記光透過性天板に対して傾斜して配設されているデスクトップディスプレイシステム。
【請求項２】
前記光透過性天板は、入射した光の一部を吸収する一方、入射した光の残部を透過させる特性を有するガラス板または樹脂板で形成されている請求項１記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記光反射光学素子の前記板面の、前記光透過性天板に対する傾斜角度を可変とする可変機構をさらに備える請求項１または２記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項５】
前記ディスプレイ部は、前記ディスプレイ部から出射される光の放射角度に制限を設けている請求項１、２、４のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項６】
前記空間映像の表示位置の近傍領域に進入した所定の物体の存在を検出するセンサ部と、
前記センサ部の検出内容に応じて前記ディスプレイ部に表示する映像を制御する映像制御部と、
をさらに備える請求項１、２、４、５のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項７】
前記ディスプレイ部が表示する前記所定の映像の映像面の、前記光反射光学素子の前記板面に対する傾きを可変とする可変機構をさらに備える請求項１、２、４、５、６のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項８】
前記光反射光学素子は、
予め定められた複数の前記単位光学素子を合わせて構成されたグループ光学素子を複数備えてなり、
前記グループ光学素子を構成する前記複数の単位光学素子それぞれは、
前記単位光学素子の前記板面内において、基準とする方向からそれぞれ予め定められた角度回転した方向に規則的に配置されている請求項１、２、４、５、６、７のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項９】
前記光透過性天板は、
耐擦傷性表面処理または表面反射低減処理のうち少なくともいずれか一方が施されている請求項１、２、４、５、６、７、８のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記光透過性天板の下方空間において前記ディスプレイ部から出射される光の光路の外側を覆う黒い枠体をさらに備える請求項１、２、４、５、６、７、８、９のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月21日(2013.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
机上の空間に映像を表示するデスクトップディスプレイシステムであって、
机の天板として、机を設置する設置面に平行に配設され、光の透過性を有する光透過性天板と、
前記光透過性天板の下方の空間に配置され、所定の映像を表示するディスプレイ部と、
前記光透過性天板の下方に近設され、前記ディスプレイ部からの光を、前記光透過性天板の上方の前記机上の空間に向けて反射する平面板状の光反射光学素子と、
を備え、
前記光反射光学素子は、
板厚方向に第１光反射面及び前記第１光反射面と直交する第２光反射面を備え、前記第１光反射面及び前記第２光反射面により構成された単位光学素子を複数備えてなり、板面の一方の側に配置された前記ディスプレイ部から入射した光を、所定の前記単位光学素子内の前記第１光反射面及び前記第２光反射面にそれぞれ１回ずつ反射させて、前記板面の他方の側に出射し、前記光透過性天板を透過させて、前記所定の映像に対する鏡映像を前記机上の空間に空間映像として作り出し、
前記光反射光学素子の前記板面は、前記光透過性天板に対して傾斜して配設されており、
前記光反射光学素子は、
予め定められた複数の前記単位光学素子を合わせて構成されたグループ光学素子を複数備えてなり、
前記グループ光学素子を構成する前記複数の単位光学素子それぞれは、
前記単位光学素子の前記板面内において、基準とする方向からそれぞれ予め定められた角度回転した方向に規則的に配置されているデスクトップディスプレイシステム。
【請求項２】
前記光透過性天板は、入射した光の一部を吸収する一方、入射した光の残部を透過させる特性を有するガラス板または樹脂板で形成されている請求項１記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項３】
前記光反射光学素子の前記板面の、前記光透過性天板に対する傾斜角度を可変とする可変機構をさらに備える請求項１または２記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項４】
前記ディスプレイ部は、前記ディスプレイ部から出射される光の放射角度に制限を設けている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項５】
前記空間映像の表示位置の近傍領域に進入した所定の物体の存在を検出するセンサ部と、
前記センサ部の検出内容に応じて前記ディスプレイ部に表示する映像を制御する映像制御部と、
をさらに備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項６】
前記ディスプレイ部が表示する前記所定の映像の映像面の、前記光反射光学素子の前記板面に対する傾きを可変とする可変機構をさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項７】
前記光透過性天板は、
耐擦傷性表面処理または表面反射低減処理のうち少なくともいずれか一方が施されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【請求項８】
前記光透過性天板の下方空間において前記ディスプレイ部から出射される光の光路の外側を覆う黒い枠体をさらに備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載のデスクトップディスプレイシステム。
【国際調査報告】
2012073362.tif 000026
2012073362.tif 000027
2012073362.tif 000028
2012073362.tif 000029