(57)【要約】【課題】空中映像表示装置の表示装置の小型化、薄型化を図る。【解決手段】プレート平面に対して垂直方向から見て互いに直交する複数の反射面２１２，３１２を有する光学プレート２を備え、被対象物４，５からの光を複数の反射面で反射させて、光学プレートに対して光の入射側とは反対側の空中に導き、被対象物の実像Ｍ１，Ｍ２を空中に結像させる空中映像表示装置１０であって、被対象物を複数有し、その内の少なくとも一つの被対象物と光学プレートとの間に投光方向を変化させるミラー６を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート平面に対して垂直方向から見て互いに直交する複数の反射面を有する光学プレートを備え、被対象物からの光を前記複数の反射面で反射させて、前記光学プレートに対して前記光の入射側とは反対側の空中に導き、前記被対象物の実像を前記空中に結像させる空中映像表示装置であって、
前記被対象物を複数有し、その内の少なくとも一つの前記被対象物と前記光学プレートとの間に投光方向を変化させるミラーを有することを特徴とする空中映像表示装置。
【請求項２】
前記被対象物は、画像表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の空中映像表示装置。
【請求項３】
前記被対象物は、プロジェクターの投影画像であることを特徴とする請求項１に記載の空中映像表示装置。
【請求項４】
前記ミラーは、一端部の断面形状が鋭角となるエッジ部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空中映像表示装置。
【請求項５】
前記ミラーと前記光学プレートとの間に前記被対象物からの光を透過屈折させる平行平板を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の空中映像表示装置。
【請求項６】
前記ミラーを介する前記被対象物からの光の前記光学プレートに対する入射角度が、前記ミラーを介さない他の前記被対象物と異なることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の空中映像表示装置。
【請求項７】
前記ミラーの移動機構と、
前記ミラーを介する前記被対象物の移動機構と、
前記ミラーの移動機構及び前記被対象物の移動機構を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の空中映像表示装置。
【請求項８】
前記空中に結像させられた前記被対象物の実像に対する進入物の位置を検出する入力検出装置を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の空中映像表示装置。
【請求項９】
前記入力検出装置は、前記被対象物の表面に赤外線を照射する赤外線照射部と、前記空中に結像させられた前記被対象物の表面に照射された赤外線の実像を撮像する赤外線撮像部を有することを特徴とする請求項８に記載の空中映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被対象物の実像を空中に結像させる空中映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特殊な光学プレートを使用して被対象物の実像を空中に結像させ、その実像を観察者が観察できるようにした空中映像表示装置が提案されている。
空中映像表示装置では、空中に結像した実像の結像位置は、光学プレートの特性上、被対象物と面対称となる位置となる。
この空中映像表示装置では、観察者により大きな空中映像を提供するためには、被対象物の画像表示器を大きくする必要があり、空中映像表示装置が大型化してしまう。
【０００３】
これに対して、特許文献１の空中映像表示装置では、光学プレートの入射面側に被対象物からの光線を偏向する偏向光学素子を設け、被対象物からの光線の入射角を低減することにより、装置全体の薄型化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の空中映像表示装置では、偏向光学素子として光の屈折を利用したリニアプリズムを使用しているが、リニアプリズムにより偏向角度を大きくして、被対象物からの光線の入射角を低減するには限界があった。
具体的には、偏向光学素子の偏向角度を大きくするためには、周期的に並んだ各プリズムの傾斜面を立ててプリズムの頂角をより鋭角にする必要がある。しかし、プリズム板を樹脂材料等で成形する場合、各プリズムの頂角をより鋭角に成形することは難しく、丸みを生じたり、金型が抜けづらくなったりして、プリズム面精度が低くなり、空中映像の劣化を生じたり、所望の偏向特性が得られなくなるおそれがあった。
従って、被対象物からの光線の入射角を十分に低減する偏向光学素子を入手することは困難であり、実質的には空中映像表示装置の薄型化は困難であった。
【０００６】
本発明は、表示装置の薄型化を図りつつ、空中映像の劣化を低減することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、空中映像表示装置において、
プレート平面に対して垂直方向から見て互いに直交する複数の反射面を有する光学プレートを備え、被対象物からの光を前記複数の反射面で反射させて、前記光学プレートに対して前記光の入射側とは反対側の空中に導き、前記被対象物の実像を前記空中に結像させる空中映像表示装置であって、
前記被対象物を複数有し、その内の少なくとも一つの前記被対象物と前記光学プレートとの間に投光方向を変化させるミラーを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の空中映像表示装置において、
前記被対象物は、画像表示装置であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の空中映像表示装置において、
前記被対象物は、プロジェクターの投影画像であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の空中映像表示装置において、
前記ミラーは、一端部の断面形状が鋭角となるエッジ部を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の空中映像表示装置において、
前記ミラーと前記光学プレートとの間に前記被対象物からの光を透過屈折させる平行平板を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の空中映像表示装置において、
前記ミラーを介する前記被対象物からの光の前記光学プレートに対する入射角度が、前記ミラーを介さない他の前記被対象物と異なることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の空中映像表示装置において、
前記ミラーの移動機構と、
前記ミラーを介する前記被対象物の移動機構と、
前記ミラーの移動機構及び前記被対象物の移動機構を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の空中映像表示装置において、
前記空中に結像させられた前記被対象物の実像に対する進入物の位置を検出する入力検出装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の空中映像表示装置において、
前記入力検出装置は、前記被対象物の表面に赤外線を照射する赤外線照射部と、前記空中に結像させられた前記被対象物の表面に照射された赤外線の実像を撮像する赤外線撮像部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記の構成によれば、表示装置の薄型化を図りつつ、空中映像の劣化を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一の実施の形態である空中映像表示装置の全体の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】光学プレートの概略構成を示す斜視図である。
【図３】上記光学プレートを構成する単一の板状部材の斜視図である。
【図４】上記光学プレートを構成する単一の他の板状部材の斜視図である。
【図５】２次元での実像の結像原理を示す説明図である。
【図６】３次元空間での光線の反射を模式的に示す説明図である。
【図７】３次元空間において、複数の光線が別々の反射面を介して１点に集光する様子を模式的に示す説明図である。
【図８】被対象物を大型化してサイズの大きな被対象物の実像を空中に結像させる空中映像表示装置の例を模式的に示す説明図である。
【図９】図９（Ａ）はミラーが第一の画像表示装置の表示画像の一端部の光路と干渉を生じる例を示したミラーの断面図、図９（Ｂ）はエッジ部を設けたミラーの断面図である。
【図１０】被対象物をプロジェクターの投影画像とした空中映像表示装置の例を模式的に示す説明図である。
【図１１】第一の画像表示装置と第二の画像表示装置の光学プレートに対する入射角が異なるようにミラーを配置した空中映像表示装置の例を模式的に示す説明図である。
【図１２】第二の実施の形態である空中映像表示装置の全体の構成を模式的に示す説明図である。
【図１３】平行平板における透過光の屈折経路について示す断面図である。
【図１４】空中映像表示装置１０により空中に結像された実像に対する観察者の目線高さの影響を説明する説明図である。
【図１５】第三の実施の形態である空中映像表示装置の全体の構成を模式的に示す説明図である。
【図１６】第四の実施の形態である空中映像表示装置の全体の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第一の実施形態］
本発明の第一の実施形態である空中映像表示装置１０について図１〜図９に基づいて説明する。
図１は空中映像表示装置１０の全体の構成を模式的に示す説明図である。空中映像表示装置１０は、プレート平面に対して垂直方向から見て互いに直交する複数の反射面２１２，３１２を有する光学プレート２と、被対象物としての第一及び第二の画像表示装置４，５と、第二の画像表示装置４と光学プレート２の間に配置された投光方向を変化させるミラー６とを備えている。
この空中映像表示装置１０は、第一及び第二の画像表示装置４，５からの光を複数の反射面２１２，３１２で反射させて、光学プレート２に対して光の入射側とは反対側の空中に導き、第一及び第二の画像表示装置４，５による表示画像の実像を空中に結像させると共に、第一の画像表示装置４による表示画像の実像と第二の画像表示装置５による表示画像の実像とを一体的に並べて結像させるタイリングを実施する。
【００１９】
［第一及び第二の画像表示装置］
第一及び第二の画像表示装置４，５は、いずれも、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（ElectroLuminescent）ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等などで構成され、図示しない外部の表示制御装置から入力された表示情報に従い所定の表示を行う。
各画像表示装置４，５は、表示画像を表示する表示画面からなる表示部４１，５１と、表示部４１，５１の周囲で当該表示部４１，５１を支持する枠部４２，５２とを備えているが、光学プレート２により空中に結像されるのは、専ら、表示部４１，５１の表示画像である。
なお、被対象物としては、上述した画像表示装置に限らず、後述するプロジェクターの投影画像や物体そのものを使用することも可能である。物体そのものを使用する場合には、物体を照らす照明装置を併設することが望ましい。
【００２０】
［光学プレート］
次に、上述した光学プレート２の詳細について説明する。図２は光学プレート２の概略構成を示す斜視図である。
なお、光学プレート２のプレート平面に平行な一方の方向をＹ方向、当該プレート平面に平行であってＹ方向に直交する方向をＸ方向、当該プレート平面に垂直な方向をＺ方向とする。
光学プレート２は、２枚の光学パネル２０，３０がＺ方向に積層された二層構造を採っている。
そして、光学パネル２０は、Ｙ方向に沿って長尺である複数の板状部材２１をＸ方向に積層して並べることによって形成されている。また、光学パネル３０は、Ｘ方向に沿って長尺である複数の板状部材３１をＹ方向に積層して並べることによって形成されている。
【００２１】
図３は単一の板状部材２１の斜視図である。板状部材２１は、透明なガラスや樹脂からなる直方体状の透明基板２１１を有している。透明基板２１１は、Ｙ方向に長尺であって、Ｙ−Ｚ平面に沿った対向する二平面のうちの一方の面に、例えばアルミニウムのような金属の蒸着によって反射面２１２が形成されている。なお、反射面２１２は、透明基板２１１の対向するＹ−Ｚ平面に沿った対向する二平面の両面に形成されていてもよい。
【００２２】
図４は単一の板状部材３１の斜視図である。板状部材３１は、透明なガラスや樹脂からなる直方体状の透明基板３１１を有している。透明基板３１１は、Ｘ方向に長尺であって、Ｘ−Ｚ平面に沿った対向する二平面のうちの一方の面に、例えばアルミニウムのような金属の蒸着によって反射面３１２が形成されている。なお、反射面３１２も、透明基板３１１のＸ−Ｚ平面に沿った対向する二平面の両面に形成されていてもよい。
【００２３】
Ｙ方向に延びる複数の板状部材２１をＸ方向に積層して並べることにより、Ｙ-Ｚ平面に沿った複数の反射面２１２が、板状部材２１のＸ方向の幅に応じた間隔でＸ方向に並んで配置される。同様に、Ｘ方向に延びる複数の板状部材３１をＹ方向に積層して並べることにより、Ｘ-Ｚ平面に沿った複数の反射面３１２が、板状部材３１のＹ方向の幅に応じた間隔でＹ方向に並んで配置される。そして、このような複数の板状部材２１，３１の配置により、各板状部材２１の反射面２１２と各板状部材３１の反射面３１２とは、Ｚ軸方向から見て互いに直交する位置関係となる。
【００２４】
次に、光学プレート２による結像原理について説明する。図５は、２次元（Ｘ−Ｚ平面内）での実像の結像原理を示している。点光源Ｐから発せられた複数の光線は、Ｚ軸に平行な反射面２１２でそれぞれ反射され、Ｘ軸に対して点光源Ｐとは反対側の位置Ｐ0（点光源ＰとＸ軸に対して対称な位置）に集光する。これにより、位置Ｐ0にて、点光源Ｐの実像が結像される。
なお、Ｙ−Ｚ平面内での実像の結像に関しても同様であり、点光源Ｐから発せられた複数の光線は、Ｚ軸に平行な反射面３１２でそれぞれ反射され、Ｙ軸に対して点光源Ｐとは反対側の位置Ｐ0（点光源ＰとＸ軸に対して対称な位置）に集光する。これにより、位置Ｐ0にて、点光源Ｐの実像が結像される。
【００２５】
図６は、３次元空間（ＸＹＺ座標系）での光線の反射を模式的に示している。３次元空間では、点光源Ｏから発せられた光線Ａを、Ｘ−Ｚ平面内の光線Ａ１と、Ｙ−Ｚ平面内の光線Ａ２とに分解し、図５に倣って、それぞれの光線Ａ１，Ａ２のＸ−Ｚ平面内またはＹ−Ｚ平面内での反射を考えることで、光線ＡのＺ軸との交点を求めることができる。つまり、Ｘ−Ｚ平面内の光線Ａ１は、Ｙ−Ｚ面に平行な反射面２１２で反射された後、Ｚ軸に向かい、ＹＺ平面内の光線Ａ２は、Ｘ−Ｚ面に平行な反射面３１２で反射された後、Ｚ軸に向かう。これらの光線Ａ１，Ａ２は、Ｚ軸上の１点、つまり、点Ｏ0で交わる。したがって、光線Ａは、反射面２１２および反射面３１２にて計２回反射した後、Ｚ軸上の点Ｏ0に向かうことになる。
【００２６】
図７は、３次元空間において、点光源Ｏから発せられた複数の光線が、別々の反射面を介して１点に集光する様子を模式的に示している。点光源Ｏから発せられた複数の光線は、図６と同様にして、Ｙ−Ｚ平面に平行な反射面２１２およびＸ−Ｚ平面に平行な反射面３１２で反射され、Ｚ軸上の同じ点Ｏ0に集光する。これにより、点Ｏ0にて、点光源Ｏの実像が結像される。
【００２７】
なお、以上では、光学パネル２０，３０を積層した２層構造の光学プレート２における結像原理を示したが、Ｖ字型（Ｌ字型）に並べた２枚の反射面をアレイ状に配置してＸ−Ｚ平面に平行な複数の反射面とＹ−Ｚ平面に平行な複数の反射面とが実際に直交している１層構造の光学プレート２においても、結像原理は同じである。
【００２８】
［ミラー］
サイズの大きな被対象物の実像Ｍを空中に結像させるためには、装置内に格納される被対象物（画像表示装置）そのものを大型化すれば良いが、その場合、図８に示すように、大型の画像表示装置４Ｌを格納した空中映像表示装置１０Ｌ全体の大型化が不可避となる。
このため、空中映像表示装置１０では、画像表示装置４Ｌを二分したサイズの第一及び第二の画像表示装置４，５の表示画像の実像Ｍ１，Ｍ２をタイリングにより結合してサイズの大きな被対象物の実像を空中に結像させている。
【００２９】
しかし、実像Ｍ１，Ｍ２を適正にタイリングさせるためには、互いの結合位置における光路長を一致させる必要があり、そのために第一の画像表示装置４と第二の画像表示装置５を同じ向きで横に並べると、大型の画像表示装置４Ｌを利用する場合と同様に空中映像表示装置１０全体が大型化してしまう。
また、第一の画像表示装置４と第二の画像表示装置５は、いずれも表示部４１，５１の周囲に枠部４２，５２が存在するので、表示部４１，５１同士を密接させて配置することも困難である。
【００３０】
このため、空中映像表示装置１０では、複数ある画像表示装置４，５の一部の画像表示装置（ここでは第二の画像表示装置５を例示する）と光学プレート２との間にミラー６を配置して、第一の画像表示装置４と第二の画像表示装置５とが横並びとならないように配置することで空中映像表示装置１０全体の小型化を実現している。
なお、第二の画像表示装置５は、その表示部５１からの光がミラー６により反射されるので、表示部５１で表示される表示画像を鏡面反転させた実像が空中に結像される。
【００３１】
前述した光学プレート２に対する光の入射角は、プレート平面の法線（Ｚ方向）に対してＸ軸回り又はＹ軸回りに40〜50°の範囲で傾斜した方向とすることが望ましい。この空中映像表示装置１０では、図１に示すように、第一の画像表示装置４の表示部４１からの光の入射角θ１がＸ軸回りに45°傾斜した方向とする場合を例示する。
【００３２】
これに対して、第二の画像表示装置５の表示部５１からの光のミラー６による反射光の光学プレート２に対する入射角θ２はＸ軸回りに45°傾斜した方向となっているが、第二の画像表示装置５の表示部５１における光の出射角θ５は、ミラー６の反射面の傾斜角θ４との関係により決定されている。
図１に示すように、ミラー６の反射面のＸ−Ｚ平面の法線に対するＸ軸回りの傾斜角をθ４、第二の画像表示装置５の表示部５１の表示面のＸ−Ｙ平面の法線に対するＸ軸回りの傾斜角度（出射角）をθ５、ミラー６の反射面の法線に対する第二の画像表示装置５の表示部５１からの入射光のＸ軸回りの傾斜角度をθ３×1/2とすると、第二の画像表示装置５及びミラー６は、次式（１）、（２）の関係を満たすように設置される。
θ４＋θ２＋θ３×1/2＝90°        …(1)
θ５＋θ２＋θ３＝180°            …(2)
【００３３】
例えば、前述したようにθ２＝45°とし、第二の画像表示装置５の表示部５１の表示面をＸ−Ｚ平面に平行（θ５＝90°）に配置した場合、式(2)からθ３＝45°となり、式(1)からミラー６の傾斜角θ４＝22.5°となる。
【００３４】
また、ミラー６を使用しないで第二の画像表示装置５を第一の画像表示装置４と横並びに配置したと仮定した場合における第二の画像表示装置５から光学プレート２への光の経路上にミラー６を配置しており、これによって、第二の画像表示装置５を第一の画像表示装置４から離れた配置であって光学プレート２により近接した位置に配置することを可能としている。
具体的には、表示部４１からの光の入射角θ１を45°とすることにより、第一の画像表示装置４は、光学プレート２に対してＹ方向の一端部側（図１における上側）寄りに配置され、第二の画像表示装置５は、
ミラー６により、光学プレート２に対してＹ方向の他端部側（図１における下側）寄り且つ光学プレート２に近接して配置することができる。
【００３５】
また、ミラー６によって第二の画像表示装置５の表示部５１からの光を反射させて第一の画像表示装置４とのタイリングを行う場合、互いに結合される第一の画像表示装置４の表示画像の一端部から結像位置までの光路Ｌ１の長さと第二の画像表示装置５の表示画像の一端部から結像位置までの光路Ｌ２の長さが等しくなるように、第二の画像表示装置５及びミラー６は配置されている。
【００３６】
また、タイリングの際に、第一の画像表示装置４の表示画像の一端部と第二の画像表示装置５の表示画像の一端部とが隙間なく結合することができるように、第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路に対してミラー６の一端部を隙間なく近接させる必要がある。
図９（Ａ）に示すように、ミラー６の一端部を第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路Ｌ１に対して隙間なく接近するように配置すると、ミラー６が全体的に一定の厚さで形成されている場合には、その一端部の角部が第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路Ｌ１に干渉を生じてケラレの発生原因となる。
このため、ミラー６の一端部であってその反射面６２側には、断面鋭角となるエッジ部６１が形成されて角部が削除されている。これにより、ミラー６のエッジ部６１の先端部を第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路Ｌ１に対して隙間なく最大限に近接する配置とした場合でも、ミラー６によりケラレの発生を抑制することができる。
【００３７】
［第一の実施形態の技術的効果］
上記構成からなる空中映像表示装置１０は、第一及び第二の画像表示装置４，５を有し、第二の画像表示装置５と光学プレート２との間に投光方向を変化させるミラー６を有する構成であることから、第一及び第二の画像表示装置４，５の表示画像の実像Ｍ１，Ｍ２を空中に結像させると共にタイリングにより一体的に結合させて、実質的にサイズの大きな表示画像の実像を結像させることが可能である。
さらに、ミラー６により、第二の画像表示装置５を第一の画像表示装置４の横並びとなる配置とする必要がなくなるので、空中映像表示装置１０の全体を薄型化及び小型化を図ることが可能となる。
また、ミラー６を設けることにより、第一及び第二の画像表示装置４，５が表示部４１，５１の周囲に枠部４２，５２を有する構造であるために、表示部４１，５１同士を近接状態で並べて配置することが困難な場合であっても、第一及び第二の画像表示装置４，５の表示画像の実像Ｍ１，Ｍ２を隙間の生じない状態で一体的に結合させて空中に結像させることが可能となる。
また、実質的に製造や入手が困難なリニアプリズムを使用せずにミラー６を使用していることから、空中映像の劣化を抑えつつ、空中映像表示装置１０の全体の薄型化及び小型化を、容易且つ低コストで実現することが可能となる。
【００３８】
さらに、ミラー６は、一端部の断面形状が鋭角となるエッジ部６１を有するので、当該エッジ部６１側の端部を第一の画像表示装置４の表示部４１の一端部の光路Ｌ１に近接させた場合であっても、ケラレの発生を効果的に低減し、タイリングにより良好に結合された実像Ｍ１，Ｍ２の部分的な欠損の発生を抑えて、良好な結合画像からなる実像を空中に結像させることが可能となる。
特に、ケラレを押さえられる構造とすることにより、ミラー６のエッジ部６１側の端部を第一の画像表示装置４の表示部４１の一端部の光路Ｌ１により近接させることができ、実像Ｍ１，Ｍ２の隙間を低減して、より良好な結合画像からなる実像を空中に結像させることが可能となる。
【００３９】
また、被対象物を第一及び第二の画像表示装置４，５で構成しているので、これらに対する外部からの表示情報を変えて表示画像を変えることにより、空中に結像される被縫製物の実像を任意且つ容易に変更することが可能である。
また、第一及び第二の画像表示装置４，５として平板型のディスプレイを使用することにより、空中映像表示装置１０のさらなる薄型化及び小型化を図ることが可能となる。
【００４０】
［被対象物の他の例］
なお、前述したように、被対象物を画像表示装置４，５で構成する場合に限らず、被縫製物をプロジェクターの投影画像で構成しても良い。
図１０は、第一のプロジェクター４Ａの投影により第一のスクリーン４１Ａに形成された投影画像と、第二のプロジェクター５Ａの投影により第二のスクリーン５１Ａに形成された投影画像とを被縫製物とする空中映像表示装置１０Ａを模式的に示した説明図である。
この空中映像表示装置１０Ａの場合、第一のスクリーン４１Ａに投影される投影画像が前述した第一の画像表示装置４の表示部４１と同じ配置とされ、第二のスクリーン５１Ａに投影される投影画像が前述した第二の画像表示装置５の表示部５１と同じ配置とされ、その他の光学プレート２やミラー６は空中映像表示装置１０と同じである。
この空中映像表示装置１０Ａの場合も、空中映像表示装置１０と同一の技術的効果を得ることが可能である。
【００４１】
なお、プロジェクター４Ａ，５Ａによる投影画像は平坦なスクリーン４１Ａ，５１Ａに投影されたものに限らず、立体物の表面に投影された投影画像であっても良い。
また、後述する他の実施形態についても、被縫製物をプロジェクターの投影画像で構成することが可能である。
【００４２】
また、空中映像表示装置１０では、被縫製物として二つの画像表示装置４，５を備える場合を例示したが、より多くの画像表示装置を設けてもよい。その場合、ミラーを使用しないで配置した場合に、少なくとも、光学プレート２から最も離れた配置となる画像表示装置については、ミラーを用いて投光方向を変化させることが望ましい。
また、被縫製物として三台以上のプロジェクターの投影画像で構成する場合には、ミラーを使用しないで各スクリーンを配置した場合に、少なくとも、光学プレート２から最も離れた配置となるスクリーンについては、ミラーを用いて投光方向を変化させることが望ましい。
【００４３】
［ミラーの配置の他の例］
例えば、タイリングにおいて結合される実像Ｍ１，Ｍ２の傾きの一致度が厳しく要求されないような場合には、ミラー６を介する第二の画像表示装置５からの光の光学プレート２に対する入射角θ２が、ミラー６を介さない第一の画像表示装置４の入射角θ１と異なるようにミラー６を配置しても良い。
例えば、図１１に示すように、Ｘ軸回りの傾斜角度について入射角θ１と入射角θ２とを異ならせて、結像位置に向かって第一の画像表示装置４の表示画像の一端部から結像位置までの光路Ｌ１と第二の画像表示装置５の表示画像の一端部から結像位置までの光路Ｌ２とが徐々に接近し、結像位置で接するように、ミラー６の向きを設定しても良い。
入射角θ１と入射角θ２を異ならせることにより、第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路Ｌ１と第二の画像表示装置５の表示画像の一端部の光路Ｌ２との間に隙間を形成することができ、例えば、ミラー６の一端部を第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路Ｌ１側に最大限に近接させなくとも良くなるので、ミラー６の一端部によるケラレの発生を低減することが可能となる。
また、ミラー６の一端部によるケラレの発生を抑えられることにより、エッジ部６１を形成しないミラー６を使用することも可能となる。
【００４４】
［第二の実施形態］
本発明の第二の実施の形態である空中映像表示装置１０Ｂについて図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２は空中映像表示装置１０Ｂの全体の構成を模式的に示す説明図である。
この空中映像表示装置１０Ｂは、ミラー６と光学プレート２との間に第二の画像表示装置５からの光を透過屈折させる平行平板７Ｂを配置したことを特徴としており、平行平板７Ｂにおける屈折を利用して第二の画像表示装置５の光路Ｌ２を第一の画像表示装置４の光路Ｌ１側に寄せている。
なお、前述した空中映像表示装置１０と同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略し、空中映像表示装置１０と異なる点について主に説明する。
【００４５】
図１３は平行平板７Ｂにおける透過光の屈折経路について示す断面図である。
平行平板７Ｂは、ガラスや透明樹脂からなる透過性の高い材料からなる透明平板である。
この平行平板７Ｂの形成材料の屈折率をｎ２、その周囲の空気の屈折率をｎ１（ほぼ1とみなせる）、平行平板７Ｂの厚さをｔ、平行平板７Ｂの入射面に対する光の入射角度（入射面の法線に対する傾斜角度）をθ１１、平行平板７Ｂの入射面の内側の光の出射角度（入射面の法線に対する傾斜角度）をθ１２、平行平板７Ｂによる光路Ｌ２の平行移動量をＤとする。
この場合、次式（３），（４）が成立する。
θ１２＝sin-1（（１／ｎ２）×sinθ１１）          …(3)
Ｄ＝ｔ×cosθ１１（tanθ１１−tanθ１２）      …(4)
【００４６】
上式（３）を上式（４）に代入することで、平行平板７Ｂによる光路Ｌ２の平行移動量Ｄを入射角度θ１１、平行平板７Ｂの厚さｔ、屈折率ｎ２から求めることができる。
従って、平行平板７Ｂの厚さｔと屈折率ｎ２が既知であれば、第二の画像表示装置５の表示画像の一端部の光路Ｌ２の平行移動量Ｄを決定することで、平行平板７Ｂの装置内における設置角度を決定することができる。
なお、第一の画像表示装置４の表示画像の一端部から結像位置までの光路Ｌ１の長さと第二の画像表示装置５の表示画像の一端部から結像位置までの光路Ｌ２の長さとは一致させる必要があるので、平行平板７Ｂによる光路Ｌ２の長さの変動の影響を考慮して第二の画像表示装置５及びミラー６を配置する必要がある。
【００４７】
このように、平行平板７Ｂを利用することで第二の画像表示装置５の表示画像の一端部の光路Ｌ２を平行移動させることができるので、ミラー６を第一の画像表示装置４の表示画像の一端部の光路Ｌ１から離して配置した場合でも、光路Ｌ２を光路Ｌ１側に近づけることができる。
従って、ミラー６によるケラレの発生を低減することが可能となる。また、ミラー６のケラレの発生を低減することができるので、ミラー６の一端部にエッジ部６１を形成しなくとも良い。
【００４８】
一方、タイリングに際して、第一の画像表示装置４の表示部４１の実像Ｍ１と第二の画像表示装置５の表示部の実像Ｍ２とを隙間なく結合させるには、平行平板７Ｂを光路Ｌ１側に近接させる必要があるが、平行平板７Ｂは透過性材料なのでミラー６に比してケラレの影響を低減することができる。
また、平行平板７Ｂの場合もケラレをより効果的に低減するために、図１３に示すように、断面形状を鋭角とするエッジ部７１Ｂを形成することがより望ましい。
これによって、平行平板７Ｂを光路Ｌ１により近接させて配置することができ、タイリングに際して実像Ｍ１と第二の画像表示装置５の表示部の実像Ｍ２とをより隙間なく結合することが可能となる。
【００４９】
［第三の実施形態］
本発明の第三の実施の形態である空中映像表示装置１０Ｃについて図１４及び図１５に基づいて説明する。図１４は前述した空中映像表示装置１０により空中に結像された実像に対する観察者の目線高さの影響を説明する説明図、図１５は空中映像表示装置１０Ｃの全体の構成を模式的に示す説明図である。
【００５０】
前述した空中映像表示装置１０は、図１４に示すように、被対象物からの光の光学プレート２に対する入射角度がその法線に対して45°傾斜することが最も望ましく、また、空中で結像された二つの実像Ｍ１，Ｍ２は傾斜角度45°の方向から見ることが最も望ましい（二点鎖線で図示された観察者の目Ｉによる目線高さ）。
これに対して、観察者の身長差や立ち位置の違いにより、実線で図示された観察者の目Ｉのように、目線高さが下がって傾斜角度45°から一定角度以上外れてしまうと、第二の画像表示装置５の表示部５１の一部の範囲５１１からの光がミラー６による反射可能な範囲から外れてしまい、空中の結像位置において、実像Ｍ２の一部が欠損し、実像Ｍ１と実像Ｍ２との間に隙間を生じてしまう。
また逆に、目線高さが上がって傾斜角度45°から一定角度以上外れてしまうと、第一の画像表示装置４の表示部４１の一部の範囲からの光がミラー６によるケラレを生じ、空中の結像位置において、実像Ｍ１の一部が欠損し、実像Ｍ１と実像Ｍ２との間に隙間を生じてしまう。
このように、空中映像表示装置１０では、目線高さの変動により空中に結像される実像Ｍ１と実像Ｍ２の結合画像に影響が生じうるという問題があった。
【００５１】
従って、空中映像表示装置１０Ｃは、図１５に示すように、空中映像表示装置１０の構成に加えて、空中で結像する実像Ｍ１，Ｍ２の観察者の目線高さを検出する目線検出部８１Ｃと、ミラー６の移動機構８２Ｃと、第二の画像表示装置５の移動機構８３Ｃと、目線検出部８１Ｃの検出する目線高さに応じて、ミラー６の移動機構８２Ｃ及び第二の画像表示装置５の移動機構８３Ｃを制御する制御装置８４Ｃとを備え、目線高さの変動の影響を低減している。
なお、前述した空中映像表示装置１０と同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略し、空中映像表示装置１０と異なる点について主に説明する。
【００５２】
前述した目線高さの変動による空中に結像される実像Ｍ１と実像Ｍ２の結合画像への影響は、第二の画像表示装置５とミラー６の位置及び姿勢の調節によって回避することが可能である。
例えば、目線高さが下がって第二の画像表示装置５の表示部５１の一部の範囲５１１からの光がミラー６による反射可能な範囲から外れた場合には、第二の画像表示装置５をミラー６による反射可能な範囲内に移動し、実像Ｍ１と実像Ｍ２に隙間が生じないようにミラー６の角度を変更する等により対処可能である。
また、目線高さが上がって第一の画像表示装置４の表示部４１の一部の範囲からの光がミラー６によるケラレを生じた場合には、ミラー６及び第二の画像表示装置５をケラレが生じにない位置に移動する等により対処可能である。
また、いずれの場合も、実像Ｍ１，Ｍ２の互いの結合位置における光路長を一致させる必要があるので、光路長を一定に維持しつつ、上記位置、角度の調節を実行する。
【００５３】
上記空中映像表示装置１０Ｃは、上記目線高さの変動による対策を実施するために、観察者の目線高さを検出するための目線検出部８１Ｃを備えている。
この目線検出部８１Ｃは、例えば、カメラからなり、固定された撮像範囲において、実像Ｍ１及び実像Ｍ２を見る観察者を撮像し、その撮像画像データは、制御装置８４Ｃに送信する。
【００５４】
移動機構８２Ｃ，８３Ｃは、それぞれ個別にミラー６と第二の画像表示装置５を支持しており、それぞれがミラー６又は第二の画像表示装置５をＹ軸方向とＺ軸方向に沿って任意に移動させると共にＸ軸回りに角度調節することができる。
Ｙ軸方向の移動とＺ軸方向の移動とＸ軸回りの角度調節は、それぞれ個別に駆動源となるモーターを備えており、これらが制御装置８４Ｃによって制御される。
【００５５】
制御装置８４Ｃは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムや設定データ等を記憶するメモリ、各種インターフェイス等を備えており、各種の処理とミラー６の移動機構８２Ｃ及び第二の画像表示装置５の移動機構８３Ｃの動作制御を行うことができる。
【００５６】
制御装置８４Ｃは、例えば、目線検出部８１Ｃから撮像画像データを受信すると、その撮像画像の撮像範囲内において、観察者の目の映像を検出する。検出手法は、例えば、目の映像的特徴を用いたパターンマッチングなどの周知のサーチ手法を用いることができる。
さらに、撮像画像内で観察者の目を検出すると、固定された撮像範囲内における検出された目の位置から、目線高さを算出する。
【００５７】
また、制御装置８４Ｃは、目線高さを算出すると、その目線高さが適正範囲内か判定し、範囲内である場合には、移動機構８２Ｃ，８３Ｃを通じてミラー６及び第二の画像表示装置５をデフォルトの位置及び姿勢に維持する。
一方、目線高さが適正範囲内ではない場合には、制御装置８４Ｃは、移動機構８２Ｃ，８３Ｃを通じてミラー６及び第二の画像表示装置５の位置及び姿勢を調節する制御を実行する。
具体的には、制御装置８４Ｃはメモリ内に、目線高さごとに、ミラー６と第二の画像表示装置５とについて、Ｙ軸方向の適正位置、Ｚ軸方向の適正位置、Ｘ軸回りの適正角度を定めたテーブルデータを用意しており、取得された視線高さとこのテーブルデータを参照して、移動機構８２Ｃ，８３Ｃの動作制御を実行する。
【００５８】
空中映像表示装置１０Ｃは、上記構成により、目線高さの変動による空中に結像される実像Ｍ１と実像Ｍ２の結合画像への影響に対処し、観察者の目線高さが変動した場合であっても、安定的に第一及び第二の画像表示装置４，５の表示画像の良好な結合画像を空中に結像させることが可能である。
【００５９】
なお、上記実施形態では、制御装置８４Ｃがテーブルデータに基づいて移動機構８２Ｃ，８３Ｃの動作制御を実行する例を示したが、これに限らず、例えば、目線高さを変数として、ミラー６と第二の画像表示装置５の、Ｙ軸方向の適正位置、Ｚ軸方向の適正位置、Ｘ軸回りの適正角度を求める関数を記憶し、目線高さが取得されると、関数に従って演算して移動機構８２Ｃ，８３Ｃを制御しても良い。
【００６０】
また、空中映像表示装置１０Ｃでは、目線検出部８１Ｃとしてのカメラが観察者を撮影し、目線高さを取得しているが、空中映像表示装置１０Ｃに対する観察者までの距離に応じて目線高さが許容できない範囲で変動を生じる場合がある。従って、空中映像表示装置１０Ｃに対する観察者の立ち位置を予め定め、その立ち位置で観察することを指示しても良い。
また、立ち位置を決めないで、空中映像表示装置１０Ｃに観察者までの距離を検出する距離検出部としての測距センサ等を付加し、撮像画像と観察者までの検出距離とによって、観察者の目線高さを算出しても良い。
【００６１】
また、上記空中映像表示装置１０Ｃは、目線検出部８１Ｃを備えているが、これは必須の構成ではない。
例えば、実像Ｍ１と実像Ｍ２との間に隙間を生じた場合に、実像Ｍ１と実像Ｍ２が適正に見えるようにミラー６又は第二の画像表示装置５の位置及び姿勢を手動調節可能としても良い。
より具体的には、空中映像表示装置１０Ｃに、目線検出部８１Ｃに替えて、ミラー６と第二の画像表示装置５について、Ｙ軸方向とＺ軸方向に沿った移動調節とＸ軸回りの角度調節を手動入力する各々の入力装置を設け、制御装置８４Ｃが各々の入力装置からの入力操作に応じて移動機構８２Ｃ，８３Ｃを制御する構成としても良い。
この場合も、観察者の目線高さが変動した場合であっても、安定的に第一及び第二の画像表示装置４，５の表示画像の良好な結合画像を空中に結像させることが可能である。
【００６２】
［第四の実施形態］
本発明の第四の実施の形態である空中映像表示装置１０Ｄについて図１６に基づいて説明する。図１６は空中映像表示装置１０Ｄの全体の構成を模式的に示す説明図である。
この空中映像表示装置１０Ｄは、空中に結像させられた第一及び第二の画像表示装置４，５の表示部４１，５１の実像Ｍ１，Ｍ２に対する進入物の位置を検出する入力検出装置９Ｄを備えることを特徴としている。
【００６３】
つまり、上記空中映像表示装置１０Ｄは、第一及び第二の画像表示装置４，５の表示部４１，５１の表示画面として、観察者が指や入力ペン等で入力操作を行うのに適した入力画面の表示を行い、空中に結像した入力画面からなる実像Ｍ１，Ｍ２に対して、画面垂直方向に進入する進入物としての指や入力ペンの先端部を入力検出装置９Ｄで検出し、実像Ｍ１，Ｍ２のいずれの位置に指や入力ペンの先端部が進入したかを特定することで、指示入力装置として機能する。
【００６４】
この空中映像表示装置１０Ｄは、図１５に示すように、入力検出装置９Ｄとして、第一及び第二の画像表示装置４，５の表示部４１，５１の表面に付された赤外線を乱反射する乱反射面９１Ｄ，９２Ｄと、表示部４１，５１に個別に赤外線を照射する赤外線照射部９３Ｄ，９４Ｄと、空中に結像させられた表示部４１，５１の表面に照射された赤外線の実像Ｍ１１，Ｍ２１を撮像する赤外線撮像部９５Ｄと、実像Ｍ１，Ｍ２に対する入力位置を特定する処理装置９６Ｄとを有している。
なお、前述した空中映像表示装置１０と同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略し、入力検出装置９Ｄについて主に説明する。
【００６５】
乱反射面９１Ｄ，９２Ｄは、表示部４１，５１の表面に個別に貼着されたシート材であり、表示部４１，５１側からの可視光線は透過し、表面側に照射される赤外線が乱反射するように表面側に乱反射構造が施されている。また、乱反射面９１Ｄ，９２Ｄは、表示部４１，５１の表面と同一サイズであり、表示部４１，５１の表面と同じ範囲で赤外線の乱反射を行う。
【００６６】
赤外線照射部９３Ｄ，９４Ｄは、赤外線ランプ、赤外線ＬＥＤ等を光源とし、表示部４１，５１の乱反射面９１Ｄ，９２Ｄに対して個別に赤外線の照射を行う。
【００６７】
赤外線撮像部９５Ｄは、赤外線のみを透過するフィルターを介して実像Ｍ１，Ｍ２の結像位置を撮像するカメラからなる。
第一及び第二の画像表示装置４，５の表示部４１，５１の表面には乱反射面９１Ｄ，９２Ｄが形成され、これらには赤外線照射部９３Ｄ，９４Ｄによって赤外線が照射されているので、表示部４１，５１の表面は乱反射によって赤外線の発光状態となる。
従って、光学プレート２を通じて表示部４１，５１の表面に沿った赤外線発光の実像Ｍ１１，Ｍ２１が実像Ｍ１，Ｍ２と重なって空中に結像する。
赤外線撮像部９５Ｄは、フィルターを介して実像Ｍ１，Ｍ２を排除し、実像Ｍ１１，Ｍ２１のみを撮像することができる。
【００６８】
処理装置９６Ｄは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、プログラムや設定データ等を記憶するメモリ、各種インターフェイス等を備えており、赤外線撮像部９５Ｄから取得した実像Ｍ１１，Ｍ２１の撮像画像データに基づいて、実像Ｍ１，Ｍ２に対して進入する進入物としての指や入力ペンの先端部の位置検出処理を実行する。
即ち、前述したように、表示部４１，５１で表示された入力画面の実像Ｍ１，Ｍ２が空中で結像し、当該入力画面の実像Ｍ１，Ｍ２に対して、指や入力ペンによる入力操作が行われると、これらの先端部が実像Ｍ１，Ｍ２を突き破り、さらに、これらに重なっている赤外線の実像Ｍ１１，Ｍ２１も突き破ることになる。そうすると、指や入力ペンの先端部で赤外線が反射し、或いは、指や入力ペンの先端部により赤外線の実像Ｍ１１，Ｍ２１に陰影が生じる。
従って、処理装置９６Ｄは、連続的に撮像された実像Ｍ１１，Ｍ２１の撮像画像データについて入力操作直前のものと入力操作直後のものとで比較し、輝度が一定以上の差を生じている位置を求めることにより、指や入力ペンによる入力位置を特定することができる。
処理装置９６Ｄは、例えば、入力画面に対する入力位置の情報を必要とする上位装置と通信接続され、上記処理により取得した、入力画面に対する指や入力ペンによる入力位置の情報を上位装置に送信する。
【００６９】
上記空中映像表示装置１０Ｄは、空中映像表示装置１０と同一の技術的効果を有すると共に、入力検出装置９Ｄによって、指や入力ペンが実際に画面に接触することなく入力操作を行わせることができるので、極めて衛生面に優れた指示入力装置を提供することが可能となる。
【００７０】
なお、入力検出装置９Ｄの乱反射面９１Ｄ，９２Ｄ及び赤外線照射部９３Ｄ，９４Ｄに替えて、第一及び第二の画像表示装置４，５内にバックライト等を設けて、表示部４１，５１を赤外線で発光させる機能を持たせてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  空中映像表示装置
２  光学プレート
２０，３０  光学パネル
２１，３１  板状部材
２１１，３１１  透明基板
２１２，３１２  反射面
４  第一の画像表示装置（被対象物）
４Ａ  第一のプロジェクター（被対象物）
４Ｌ  画像表示装置
４１，５１  表示部
４１Ａ，５１Ａ  スクリーン
４２，５２  枠部
５  第二の画像表示装置（被対象物）
５Ａ  第二のプロジェクター（被対象物）
６  ミラー
６１  エッジ部
６２  反射面
７Ｂ  平行平板
７１Ｂ  エッジ部
８１Ｃ  目線検出部
８２Ｃ  移動機構（ミラーの移動機構）
８３Ｃ  移動機構（被対象物の移動機構）
８４Ｃ  制御装置
９Ｄ  入力検出装置
９１Ｄ，９２Ｄ  乱反射面
９３Ｄ，９４Ｄ  赤外線照射部
９５Ｄ  赤外線撮像部
９６Ｄ  処理装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｌ  空中映像表示装置
Ｄ  平行移動量
Ｌ１，Ｌ２  光路
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２  実像
【図１】
2019056737.tif 000003
【図２】
2019056737.tif 000004
【図３】
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【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】
2019056737.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019056737.tif 000012
【図１１】
2019056737.tif 000013
【図１２】
2019056737.tif 000014
【図１３】
2019056737.tif 000015
【図１４】
2019056737.tif 000016
【図１５】
2019056737.tif 000017
【図１６】
2019056737.tif 000018