WO2017141956A1 - 空間表示装置 - Google Patents

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WO2017141956A1
WO2017141956A1 PCT/JP2017/005502 JP2017005502W WO2017141956A1 WO 2017141956 A1 WO2017141956 A1 WO 2017141956A1 JP 2017005502 W JP2017005502 W JP 2017005502W WO 2017141956 A1 WO2017141956 A1 WO 2017141956A1
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adjustment
user
optical element
imaging optical
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PCT/JP2017/005502
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旬臣 芝田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/305—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses
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    • G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/0154—Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements
    • G02B2027/0159—Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements with mechanical means other than scaning means for positioning the whole image

Definitions

  • the present invention relates to a spatial display device that displays an aerial image in an aerial display area.
  • Patent Document 1 discloses an optical system including a reflective surface-symmetric imaging element.
  • the conventional reflection-type surface-symmetric imaging element forms an image displayed on the display as an aerial image at a position that is plane-symmetric with the display with respect to the element surface. That is, the size of the image displayed on the display and the distance from the element surface are equal to the size of the aerial image and the distance from the element surface. For this reason, in order to enlarge and display an aerial image, the size of the display and the reflection-type plane-symmetric imaging element increases. Further, when an aerial image is displayed at a position distant from the reflective plane-symmetric imaging element, the distance between the display and the reflective plane-symmetric imaging element becomes large, so that the optical system becomes large.
  • an object of the present invention is to provide a small space display device that can perform enlarged display or distant display.
  • a spatial display device is a spatial display device that forms an image in an aerial display region and displays the image as an aerial image, and displays the image on a display surface.
  • An imaging optical element that has an image display unit, a concave lens, and an element surface and is disposed between the display surface and the concave lens, and when the concave lens is not present,
  • An imaging optical element that forms a displayed image in a temporary area that is plane-symmetric with the display surface with respect to the element surface, and the concave lens has a distance from the concave lens to the temporary area that is the concave lens It is arranged at a position shorter than the focal length.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an application example of the space display device according to the embodiment to a kitchen.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating an application example of the space display device according to the embodiment to a kitchen.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating another application example of the space display device according to the embodiment to a kitchen.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an application example of the space display device according to the embodiment to a unit bus.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a display principle of an aerial image when it is assumed that a concave lens is not provided in the spatial display device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of the space display device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the space display device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the principle of the spatial display device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a characteristic table in which the user according to the embodiment is associated with the adjustment mode.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an operation table in which user operations and adjustment modes according to the embodiment are associated with each other.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the display magnification and the display position of the aerial image with respect to the distance between the concave lens and the temporary region according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating changes in the aerial image when the display of the spatial display device according to the embodiment is moved.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating changes in the aerial image when the display of the spatial display device according to the embodiment is moved.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a change in the aerial image when the imaging optical element of the spatial display device according to the embodiment is moved.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating changes in the aerial image when the concave lens of the spatial display device according to the embodiment is moved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an application example of the space display device 1 according to the present embodiment to the kitchen 90.
  • 2A and 2B are cross-sectional views showing application examples of the space display device 1 according to the present embodiment to the kitchen 90, respectively.
  • the space display device 1 is incorporated in a kitchen table 91 as shown in FIGS. 1 and 2A.
  • the space display device 1 may be incorporated in the kitchen wall 92 as shown in FIG. 2B.
  • the display area 3 is a space area located above the kitchen table 91 and in front of the kitchen wall 92. Thereby, the aerial image 2 can be easily visually recognized for the user 5 standing in front of the kitchen table 91 and the kitchen wall 92.
  • the kitchen 90 is a facility for the user 5 to cook and wash dishes, for example.
  • the kitchen 90 is a system kitchen, and is incorporated into the kitchen table 91 for performing work such as cooking, a kitchen wall 92 arranged in a partition shape on the back side of the kitchen table 91, and the kitchen table 91.
  • the space display device 1 is incorporated in the kitchen table 91.
  • the spatial display device 1 forms an image on the display area 3 in the air and displays it as the aerial image 2.
  • the space display device 1 displays an aerial image 2 such as a recipe for cooking in the display area 3.
  • the user 5 can cook while looking at the recipe displayed as the aerial image 2.
  • the aerial image 2 displayed in the display area 3 can be operated by the user 5.
  • a user operation area 4 determined according to the position of the display area 3 is provided.
  • the user operation area 4 is an area for substantially detecting the operation when the user 5 operates so as to touch the aerial image 2 and substantially matches the display area 3.
  • the aerial image 2 is changed to another image by a user operation.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an application example of the space display device 1 according to the present embodiment to the unit bus 96.
  • the space display device 1 may be incorporated in the bus wall 97 of the unit bus 96.
  • the bus wall 97 is fixed inside the outer wall 98.
  • the display area 3 is located above the bathtub 99. Thereby, the user 5 can visually recognize the aerial image 2 while being immersed in the bathtub 99.
  • the spatial display device 1 includes a display 20, an imaging optical element 30, and a concave lens 40.
  • the spatial display device 1 displays an image displayed on the display surface by the display 20 as an aerial image 2 by the imaging optical element 30 and the concave lens 40.
  • the space display device 1 includes the concave lens 40, so that the image displayed on the display 20 can be displayed in an enlarged manner or in a distant manner.
  • the display principle of the aerial image 2 when it is assumed that the spatial display device 1 does not include the concave lens 40 will be briefly described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the display principle of the aerial image 2 when it is assumed that the concave lens 40 is not provided in the spatial display device 1 according to the present embodiment.
  • the spatial display device 1 displays the two-dimensional image displayed on the display 20 as the aerial image 2 in three dimensions in the air. That is, the space display device 1 can display an image (aerial image 2) in a state of floating in the air.
  • the display area 3 in which the aerial image 2 is displayed is symmetrical with the display surface of the display 20 with respect to the element surface of the imaging optical element 30.
  • the size and position of the aerial image 2 are equal to the size and position of the display surface.
  • the image (video) displayed on the display surface of the display 20 may be either a still image or a moving image.
  • a content video stored in the spatial display device 1 a television It is a broadcast video or a recorded video of a program, a playback video such as a BD (Blu-ray (registered trademark) Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc), or an Internet image.
  • BD Blu-ray (registered trademark) Disc
  • DVD Digital Versatile Disc
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of the space display device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the space display device 1 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 6 schematically shows a cross section taken along line VI-VI shown in FIG.
  • the space display device 1 includes a housing 10, a motion sensor 60, one or more switches 62, and a camera 70.
  • the spatial display device 1 includes a display 20, an imaging optical element 30, a concave lens 40, display surface driving units 50 and 51, and element driving units 52 and 53 inside a housing 10. And lens driving units 54 and 55.
  • the space display device 1 includes a display control unit 65, an adjustment unit 80, and a storage unit 85.
  • the display control unit 65, the adjustment unit 80, and the storage unit 85 are realized by a control circuit such as a system LSI (Large Scale Integration) or a microcomputer.
  • the control circuit is attached, for example, inside or outside the housing 10.
  • each constituent member is accommodated in the housing 10 or fixed to the outside to be unitized.
  • the installation work of the space display device 1 can be easily performed.
  • the installer since the installer does not need to directly touch the optical system such as the display 20, the imaging optical element 30, and the concave lens 40 with bare hands or the like, adhesion of dirt such as fingerprints or foreign matters can be suppressed. Thereby, blurring of the aerial image 2 due to dirt can be suppressed.
  • the housing 10 is an outer housing of the spatial display device 1 and includes a display 20, an imaging optical element 30, a concave lens 40, display surface driving units 50 and 51, an element driving unit 52, and an inside as shown in FIG. 53 and lens driving units 54 and 55 are housed.
  • a motion sensor 60 and a switch 62 are embedded in the outer wall of the housing 10.
  • a camera 70 is attached to the outer surface of the housing 10.
  • casing 10 are not specifically limited.
  • the motion sensor 60 and the camera 70 may be housed inside the housing 10.
  • the motion sensor 60 and the camera 70 may detect the finger 5 and the face 6 of the user 5 outside the housing 10 via the cover glass 15.
  • the outer shape of the housing 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape. Note that the outer shape of the housing 10 may be substantially cylindrical or the like, and is not limited thereto.
  • the housing 10 is made of, for example, a metal material such as aluminum or a resin material.
  • the housing 10 is provided with an opening 11 for taking out light from the display 20 to the outside on a surface facing the concave lens 40.
  • a cover glass 15 is provided in the opening 11.
  • the cover glass 15 is a translucent glass plate that transmits visible light.
  • the cover glass 15 is made of, for example, transparent soda glass.
  • casing 10 is not specifically limited, For example, width or depth is 10 cm or less.
  • the housing 10 (the space display device 1) can be embedded in the bus wall 97 of the general unit bus 96.
  • the display 20 is an example of an image display unit that displays an image on the display surface 21. As shown in FIG. 6, the display 20 has a display surface 21 on the imaging optical element 30 side.
  • the display 20 is, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro Luminescence) display device.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • organic EL Electro Luminescence
  • the position and orientation of the display surface 21 can be adjusted.
  • the movable range of the display surface 21 is indicated by a broken line.
  • a display surface driving unit 50 is attached to one end of the display 20, and a display surface driving unit 51 is attached to the other end.
  • the display surface driving units 50 and 51 move the end of the display 20 to change the position and orientation of the display surface 21.
  • the imaging optical element 30 is a so-called reflective surface-symmetric imaging element.
  • the imaging optical element 30 is, for example, a flat plate formed of a resin material.
  • the imaging optical element 30 has an element surface 31. As shown by a two-dot chain line in FIG. 6, the element surface 31 is a virtual surface passing through the center in the thickness direction of the imaging optical element 30, and is a main surface (incident surface or exit surface) of the imaging optical element 30. ) Parallel to the surface.
  • a minute through hole having a side of 100 ⁇ m and a depth of 100 ⁇ m is formed on the element surface 31, and the inner wall of the through hole is a mirror surface (micromirror).
  • the light passing through the through hole is reflected twice by two adjacent micromirrors.
  • the imaging optical element 30 forms a mirror image of the light source at a position that is symmetrical with the light source with respect to the element surface 31. That is, the distance from the element surface 31 to the light source is equal to the distance from the element surface 31 to the mirror image, and the size of the light source and the size of the mirror image are also equal.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the principle of the space display device 1 according to the present embodiment.
  • the imaging optical element 30 is disposed between the display surface 21 and the concave lens 40. As shown in FIG. 7, the imaging optical element 30 assumes that the image displayed on the display surface 21 is symmetrical with the display surface 21 with respect to the element surface 31 when it is assumed that the concave lens 40 does not exist. An image is formed in the region 22. The distance from the imaging optical element 30 to the display surface 21 is equal to the distance from the imaging optical element 30 to the temporary area 22. Further, the size of the image displayed on the display surface 21 is equal to the size of the image (real image) formed on the temporary area 22 when it is assumed that the concave lens 40 does not exist. Actually, since the concave lens 40 exists, no image is formed on the temporary region 22.
  • the size of the imaging optical element 30 is, for example, the same as the display surface 21 of the display 20 or larger than the display surface 21. As a result, the imaging optical element 30 can form the entire image displayed on the display surface 21 on the temporary region 22.
  • the position and orientation of the imaging optical element 30 can be adjusted.
  • the movable range of the imaging optical element 30 (element surface 31) is indicated by a broken line.
  • an element driving unit 52 is attached to one end of the imaging optical element 30, and an element driving unit 53 is attached to the other end.
  • the element driving units 52 and 53 move the end of the imaging optical element 30 to change the position and posture of the element surface 31.
  • the concave lens 40 is disposed on the opposite side of the display 20 with respect to the imaging optical element 30. Specifically, as shown in FIG. 7, the concave lens 40 is disposed at a position where the distance a from the concave lens 40 to the temporary region 22 is shorter than the focal length f of the concave lens 40. That is, the concave lens 40 is disposed between the imaging optical element 30 and the temporary region 22 and at a position satisfying 0 ⁇ a ⁇ f.
  • the concave lens 40 forms the aerial image 2 on the display region 3 as an erect real image based on the image that can be formed in the temporary region 22.
  • the image displayed on the display surface 21 of the aerial image 2 is enlarged by the enlargement action of the concave lens 40.
  • the concave lens 40 can move the position imaged by the imaging optical element 30 from the temporary area 22 to the display area 3 and can enlarge it.
  • the display 20 (display surface 21), the focal point F1 of the concave lens 40 on the display 20 side, the imaging optical element 30, the concave lens 40, the temporary region 22, and the focal point F2 of the concave lens 40 on the user 5 side are: It is located in this order. Thereby, the aerial image 2 is displayed between the user 5 and the focus F2. If the temporary region 22 is located between the concave lens 40 and the focal point F2, the imaging optical element 30 may be located between the focal point F1 and the display 20. Alternatively, the display 20 may be positioned between the focal point F1 and the imaging optical element 30.
  • the temporary region 22 is plane-symmetric with the display surface 21 with respect to the element surface 31. That is, the size and position of the temporary area 22 are equal to the size and position of the display surface 21.
  • the display magnification m is represented by the size of the aerial image 2 with respect to the display surface 21 (that is, the temporary area 22). Specifically, as can be seen with reference to FIG. 7, the display magnification m is represented by b / a. That is, the display magnification m is expressed by the following (Expression 2) based on (Expression 1).
  • the focal length f of the concave lens 40 is 60 mm.
  • the display magnification m is 3 times and the distance b is 120 mm based on (Expression 1) and (Expression 2).
  • the position and posture of the concave lens 40 can be adjusted.
  • the movable range of the concave lens 40 is indicated by a broken line.
  • the lens driving unit 54 is attached to one end of the concave lens 40, and the lens driving unit 54 is attached to the other end.
  • the lens driving units 54 and 55 move the end of the concave lens 40, the position and posture of the concave lens 40 are changed.
  • the size of the concave lens 40 is, for example, the same as the element surface 31 of the imaging optical element 30 or larger than the element surface 31.
  • the display surface driving units 50 and 51 change the position and orientation of the display surface 21 of the display 20 based on the control signal from the adjustment unit 80. Specifically, as shown in FIG. 6, the display surface driving unit 50 moves one end of the display 20 along the normal direction of the cover glass 15. The display surface driving unit 51 rotates the display 20 with the display surface driving unit 50 as a fulcrum.
  • the display surface driving units 50 and 51 can bring the display 20 close to or away from the imaging optical element 30 while maintaining the posture of the display 20.
  • the posture of the display 20 is represented by an angle (tilt) formed by the display surface 21 with respect to the element surface 31 (or the cover glass 15) of the imaging optical element 30.
  • the display surface driving units 50 and 51 can change the posture of the display 20 while maintaining the position of the end portion (display surface driving unit 50) of the display 20. Further, the display surface driving units 50 and 51 can change both the position and the posture of the display 20.
  • the element driving units 52 and 53 change the position and posture of the element surface 31 of the imaging optical element 30 based on the control signal from the adjustment unit 80. Specific operations of the element driving units 52 and 53 are the same as those of the display surface driving units 50 and 51, respectively.
  • the element driving units 52 and 53 can move the imaging optical element 30 closer to or away from the concave lens 40 while maintaining the posture of the imaging optical element 30.
  • the posture of the imaging optical element 30 is represented by an angle (inclination) formed by the element surface 31 with respect to the center plane (or the cover glass 15) of the concave lens 40.
  • the element driving units 52 and 53 can change the posture of the imaging optical element 30 while maintaining the position of the end (element driving unit 52) of the imaging optical element 30.
  • the element driving units 52 and 53 can change both the position and the posture of the imaging optical element 30.
  • the lens driving units 54 and 55 change the position and posture of the concave lens 40 based on the control signal from the adjustment unit 80. Specific operations of the lens driving units 54 and 55 are the same as those of the display surface driving units 50 and 51, respectively.
  • the lens driving units 54 and 55 can move the concave lens 40 closer to or away from the imaging optical element 30 while maintaining the posture of the concave lens 40.
  • the posture of the concave lens 40 is represented by an angle (inclination) formed by the center plane of the concave lens 40 with respect to the element surface 31 (or the cover glass 15) of the imaging optical element 30.
  • the lens driving units 54 and 55 can change the posture of the concave lens 40 while maintaining the position of the end portion (lens driving unit 54) of the concave lens 40. Further, the lens driving units 54 and 55 can change both the position and the posture of the concave lens 40.
  • the display surface driving units 50 and 51, the element driving units 52 and 53, and the lens driving units 54 and 55 are, for example, motors or actuators.
  • the motion sensor 60 is an example of an operation detection unit that detects an operation of the user 5 on the aerial image 2 in the user operation area 4 determined according to the position of the display area 3. As shown in FIGS. 1 to 3, the user operation area 4 is an area including the display area 3, for example.
  • the motion sensor 60 includes, for example, an infrared LED (Light Emitting Diode) and an image sensor, and receives reflected light of the infrared light emitted from the infrared LED by the user 5 with the image sensor. Detects operations.
  • the motion sensor 60 may be a stereo camera, a TOF (Time Of Flight) type distance sensor, or the like.
  • the motion sensor 60 performs user operations according to the changed display area 3 when at least one of the size, position, and orientation of the display area 3 is changed by the adjustment unit 80.
  • the size, position and orientation of the area 4 are adjusted.
  • the motion sensor 60 changes the user operation area 4 so as to follow the change in the display area 3.
  • the switch 62 is a switch for controlling the display control unit 65 (or the display 20) and the adjustment unit 80.
  • the switch 62 is, for example, a mechanical switch (such as a push button), a touch sensor, or a non-contact sensor.
  • a plurality of switches 62 are provided on the outer surface of the housing 10.
  • the plurality of switches 62 are a power switch for switching on / off the display of the display 20 and an adjustment for adjusting the position or posture of each of the display 20, the imaging optical element 30, and the concave lens 40. Including the switch.
  • a control signal is output from the switch 62 to the adjustment unit 80.
  • the adjustment unit 80 controls the position or posture of the display 20, the imaging optical element 30, and the concave lens 40.
  • a control signal is output from the switch 62 to the display control unit 65 (or the display 20).
  • the display control unit 65 (or the display 20) starts or stops displaying an image on the display surface 21.
  • the space display device 1 includes the switch 62, and can accept an operation from the user 5 when, for example, the aerial image 2 is not displayed or the motion sensor 60 does not function. Thereby, user convenience can be improved.
  • the display control unit 65 controls display on the display surface 21 of the display 20. Specifically, the display control unit 65 generates an image and displays the generated image on the display surface 21. The display control unit 65 generates a still image such as an operation image or a moving image such as a video and displays the generated moving image on the display surface 21.
  • the display control unit 65 generates a predetermined image based on a user operation detected by the motion sensor 60 or the switch 62. For example, when the motion sensor 60 detects that a GUI (Graphical User Interface) included in the operation image is operated by the user 5, the display control unit 65 displays an image (for example, the next operation) Image) is generated and displayed on the display surface 21. For example, when the motion sensor 60 (or switch 62) detects that a start button for a recipe or movie indicating the cooking procedure has been pressed, the display control unit 65 displays the recipe or movie on the display surface 21. .
  • GUI Graphic User Interface
  • the display control unit 65 is shown as a component different from the display 20, but may be included in the display 20.
  • the camera 70 is an example of a detection unit that detects the user 5. Specifically, the camera 70 detects the face 6 of the user 5 or the operation of the user 5. For example, the camera 70 shoots the user 5 to generate moving image data in which the user 5 is reflected, and outputs the moving image data to the adjustment unit 80. Specifically, the camera 70 includes a light receiving element such as an image sensor and an optical element such as a lens.
  • the adjustment unit 80 adjusts at least one of the position and posture of the display surface 21, the imaging optical element 30, and the concave lens 40. In the present embodiment, the adjustment unit 80 performs adjustment according to the user 5 detected by the camera 70.
  • the adjustment unit 80 performs adjustment based on the position of the face 6 of the user 5 detected by the camera 70. For example, when the distance between the face 6 of the user 5 and the imaging optical element 30 is larger than a predetermined distance, the adjustment unit 80 performs adjustment so that the display region 3 is positioned at a predetermined first position, and the user 5 When the distance between the face 6 and the imaging optical element 30 is smaller than the predetermined distance, adjustment is performed so that the display region 3 is positioned at a second position closer to the imaging optical element 30 than the first position. As an example, the adjustment unit 80 performs adjustment so that the display area 3 is further away as the face 6 is farther from the imaging optical element 30, and the display area 3 is closer as the face 6 is closer to the imaging optical element 30. Make adjustments so that
  • the aerial image 2 is displayed at a position closer to the user 5, so that the user convenience is improved.
  • the adjustment unit 80 (i) enlarges the display region 3 by increasing the distance between the imaging optical element 30 and the provisional region 22, and from the imaging optical element 30.
  • the display area 3 is reduced and moved closer to the imaging optical element 30 by moving to a farther position, or (ii) reducing the distance between the imaging optical element 30 and the temporary area 22. Move to position. Details will be described later with reference to FIGS.
  • the adjustment unit 80 may make adjustments with reference to a table stored in the storage unit 85.
  • the adjustment unit 80 refers to the characteristic table 86 stored in the storage unit 85, determines an adjustment mode corresponding to the face 6 detected by the camera 70, and performs adjustment in the determined mode.
  • the adjustment unit 80 refers to the operation table 87 stored in the storage unit 85, determines an adjustment mode corresponding to the operation detected by the camera 70, and performs adjustment in the determined mode. Details of each table will be described later.
  • the adjustment unit 80 is realized by, for example, a nonvolatile memory in which an adjustment program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the adjustment program, an input / output port, and a processor that executes the adjustment program. .
  • the storage unit 85 is a memory for storing the characteristic table 86 and the operation table 87.
  • the storage unit 85 is a non-volatile memory such as a flash memory, for example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a characteristic table 86 in which the user 5 and the adjustment mode according to the present embodiment are associated with each other.
  • the characteristic table 86 is an example of a third table in which one or more user information is associated with one or more aspects of adjustment. Specifically, the user information is information indicating the user's face, and the characteristic table 86 is also an example of a first table.
  • the user's face is indicated by a user's face image previously captured by the camera 70.
  • the data may be modeled by extracting feature points such as eyes, nose, and mouth from the user's face image.
  • the user's face may be associated with height information of the user registered in advance.
  • the mode of adjustment is specifically represented by the object to be adjusted and the amount of adjustment.
  • the adjustment target is at least one of the display surface 21 (display 20), the imaging optical element 30, and the concave lens 40.
  • the amount of adjustment is indicated by the amount of change from the current position or posture of the object to be adjusted, or the position or posture after adjustment.
  • a mode in which the distance between the display 20 and the imaging optical element 30 is set to XX mm is associated.
  • the adjustment amount “XXmm” is determined in advance so that the aerial image 2 is displayed at a position that is easy for the user P to see.
  • a mode in which the distance between the display 20 and the imaging optical element 30 is set to YYmm is associated with the short user Q.
  • the adjustment amount “YYmm” is set in advance so that the aerial image 2 is displayed at a position that is easy for the user Q to see.
  • the aerial image 2 for the user P is enlarged and displayed at a distant position compared to the aerial image 2 for the user Q who is short and has a low face position. Details will be described later.
  • FIG. 9 is a diagram showing an operation table 87 in which the operation of the user 5 according to the present embodiment is associated with the adjustment mode.
  • the action table 87 is an example of a second table in which one or more actions by the user 5 are associated with one or more modes of adjustment.
  • the action by the user 5 is specifically a gesture performed using the user's 5 hand, face or whole body.
  • the gesture includes, for example, an operation in which the user 5 moves the hand from the top to the bottom, an operation to raise the hand, and an operation to shake the neck sideways.
  • a mode in which the display 20 is moved away from the imaging optical element 30 by ZZ mm is associated with the operation of moving the hand from top to bottom. Further, an aspect in which the display 20 is moved closer to the imaging optical element 30 by ZZ mm is associated with the operation of moving the hand from the bottom to the top.
  • the aerial image 2 can be enlarged or reduced, or a distant display or a near display can be performed.
  • “reduction” means that the aerial image 2 enlarges the image displayed on the display surface 21 at a relatively low magnification. That is, the aerial image 2 is not smaller than the image displayed on the display surface 21.
  • the adjustment unit 80 changes the distance a by adjusting at least one position of the display surface 21 (display 20), the imaging optical element 30, and the concave lens 40.
  • the distance b corresponding to the display position of the aerial image 2 and the display magnification m can be changed by adjusting the distance a as shown in (Expression 1) and (Expression 2). That is, the size and display position of the aerial image 2 can be changed based on the adjustment of the display surface 21 and the like by the adjustment unit 80.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the display magnification and the display position of the aerial image 2 with respect to the distance a between the concave lens 40 and the temporary region 22 according to the present embodiment. Note that the display position of the aerial image 2 is indicated by a distance b between the concave lens 40 and the aerial image 2. FIG. 10 shows a case where the focal length f of the concave lens 40 is 50 mm.
  • the display magnification of the aerial image 2 increases. Further, as the distance a between the concave lens 40 and the temporary region 22 increases, the distance b between the concave lens 40 and the aerial image 2 also increases.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a change in the aerial image 2 when the display 20 (display surface 21) of the spatial display device 1 according to the present embodiment is moved.
  • the temporary region 22 When the display 20 is moved away from the imaging optical element 30 (that is, when the distance A between the display 20 and the imaging optical element 30 is changed from A11 to A12 (> A11)), as shown in FIG.
  • the temporary region 22 also moves to a position far from the imaging optical element 30. This is because the temporary region 22 is plane-symmetric with the display surface 21 with respect to the element surface 31 of the imaging optical element 30. Therefore, the distance a between the concave lens 40 and the temporary region 22 increases from a11 to a12 (> a11).
  • the distance b between the aerial image 2 and the concave lens 40 also increases from b11 to b12 (> b11). That is, the aerial image 2 is displayed at a position further away from the imaging optical element 30. Similarly, the size of the aerial image 2 is further increased by moving the display 20 away from the imaging optical element 30.
  • the aerial image 2 can be enlarged at a higher magnification and displayed at a further distance (position at a distance B12 from the imaging optical element 30). It can. Note that when the display 20 is brought close to the imaging optical element 30, the reverse is true, so the aerial image 2 is reduced (expanded at a low magnification) and close to the temporary area 22 (image formation). Display at a distance B11 from the optical element 30).
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a change in the aerial image 2 when the imaging optical element 30 of the spatial display device 1 according to the present embodiment is moved.
  • the imaging optical element 30 When the imaging optical element 30 is moved away from the concave lens 40 (that is, when the distance C between the imaging optical element 30 and the concave lens 40 is changed from C21 to C22 (> C21)), as shown in FIG.
  • the distance A between 20 and the imaging optical element 30 changes from A21 to A22 ( ⁇ A22).
  • the distance b between the aerial image 2 and the concave lens 40 is also shortened from b21 to b22 ( ⁇ b21). That is, the aerial image 2 is displayed at a position closer to the imaging optical element 30.
  • the size of the aerial image 2 is closer to the size of the provisional region 22 by moving the imaging optical element 30 away from the concave lens 40.
  • the aerial image 2 is reduced and displayed at a position closer to the temporary area 22 (position at a distance B22 from the imaging optical element 30). Can do. Note that when the imaging optical element 30 is brought close to the concave lens 40, the reverse is true, so the aerial image 2 is enlarged at a high magnification and is distant (position at a distance B21 from the imaging optical element 30). ) Can be displayed.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a change in the aerial image 2 when the concave lens 40 of the spatial display device 1 according to the present embodiment is moved.
  • the concave lens 40 When the concave lens 40 is moved away from the imaging optical element 30 (that is, when the distance C between the imaging optical element 30 and the concave lens 40 is changed from C31 to C32 (> C31)), as shown in FIG.
  • the distance b between the aerial image 2 and the concave lens 40 is also shortened from b31 to b32 ( ⁇ b31). That is, the aerial image 2 is displayed at a position closer to the imaging optical element 30.
  • the size of the aerial image 2 becomes closer to the size of the temporary region 22 by moving the concave lens 40 away from the imaging optical element 30.
  • the aerial image 2 is reduced by moving the concave lens 40 away from the imaging optical element 30 and is displayed at a position closer to the temporary area 22 (position at a distance B32 from the imaging optical element 30). Can do.
  • the concave lens 40 is brought close to the imaging optical element 30, the reverse is true, so the aerial image 2 is magnified at a high magnification and is distant (position at a distance B31 from the imaging optical element 30). ) Can be displayed.
  • the adjustment unit 80 adjusts the position of the display 20 (display surface 21), the imaging optical element 30, or the concave lens 40, thereby changing the position and size of the aerial image 2 (display area 3). Can do.
  • the adjusting unit 80 may adjust not only the position but also the posture (tilt).
  • the adjustment unit 80 may adjust only the posture. For example, when the display 20 is tilted, the temporary area 22 is also tilted, and the aerial image 2 is tilted accordingly. By adjusting the angle of inclination, the aerial image 2 can be displayed at a position that is easy for the user 5 to see. Note that two or more of the display 20 (display surface 21), the imaging optical element 30, and the concave lens 40 may be moved simultaneously.
  • the user operation area 4 also changes based on the size, position, and orientation of the aerial image 2. For example, as shown in FIG. 11, when the aerial image 2 (display area 3) is enlarged and displayed far away by moving the display 20 away from the imaging optical element 30, the display 20 is adjusted to the aerial image 2. Thus, the user operation area 4 is also enlarged and changed far away.
  • the aerial image 2 (display area 3) is reduced by bringing the display 20 close to the imaging optical element 30 and displayed near the temporary area 22, the user operation area is adjusted to the aerial image 2. 4 is also reduced and changed to near.
  • the spatial display device 1 is a spatial display device that forms an image on the display region 3 in the air and displays the image as the aerial image 2, and displays the image on the display surface 21.
  • the imaging optical element 30 has the display 20, the concave lens 40, and the element surface 31, and is disposed between the display surface 21 and the concave lens 40, and the concave lens 40 does not exist, the display surface And an imaging optical element 30 that forms an image displayed on the image area 21 on the provisional area 22 that is plane-symmetric with the display surface 21 with respect to the element surface 31, and the concave lens 40 extends from the concave lens 40 to the provisional area 22.
  • the distance “a” is disposed at a position shorter than the focal length “f” of the concave lens 40.
  • the image displayed on the display surface 21 is enlarged by the imaging optical element 30 and the concave lens 40 and displayed far away. Further, since the image displayed on the display surface 21 can be enlarged or distantly displayed, the display surface 21 (display 20) and the imaging optical element 30 can be reduced in size. Thus, the space display device 1 according to the present embodiment can be enlarged or distantly displayed, and can be realized in a small size.
  • the space display device 1 further includes an adjustment unit 80 that adjusts at least one of the position and posture of the display surface 21, the imaging optical element 30, and the concave lens 40.
  • At least one of the position and orientation of the display surface 21, the imaging optical element 30, and the concave lens 40 is variable, so that the position, size, or orientation (orientation) of the aerial image 2 can be changed.
  • the space display device 1 further includes a camera 70 that detects the user 5, and the adjustment unit 80 performs adjustment according to the user 5 detected by the camera 70.
  • the position, size or posture of the aerial image 2 can be changed according to the detected user 5.
  • the aerial image 2 can be easily viewed and operated by the user 5.
  • the camera 70 detects the face 6 of the user 5, and the adjustment unit 80 performs adjustment based on the position of the face 6 detected by the camera 70.
  • the position, size or posture of the aerial image 2 can be changed based on the detected position of the face 6 of the user 5.
  • the aerial image 2 can be easily viewed and operated by the user 5.
  • the spatial display device 1 further includes a storage unit 85 that stores a characteristic table 86 in which one or more user faces are associated with one or more aspects of adjustment, and the adjustment unit 80 includes the characteristic table 86.
  • the mode of adjustment corresponding to the face 6 detected by the camera 70 may be determined, and adjustment may be performed in the determined mode.
  • the appropriate aerial image 2 can be displayed according to the detected user. .
  • the adjustment unit 80 performs adjustment so that the display region 3 is positioned at the first position.
  • the distance between the face 6 and the imaging optical element 30 is smaller than the predetermined distance, adjustment is performed so that the display region 3 is positioned at a second position closer to the imaging optical element 30 than the first position.
  • the aerial image 2 can be displayed at a position farther from the display position of the aerial image 2 when the face 6 is far away.
  • the distance between the face 6 and the aerial image 2 can be made substantially constant according to the position of the face 6.
  • the spatial display device 1 further includes a storage unit 85 that stores an operation table 87 in which one or more operations by the user 5 and one or more modes of adjustment are associated with each other. The operation may be detected, and the adjustment unit 80 may refer to the operation table 87 to determine an adjustment mode corresponding to the operation detected by the camera 70 and perform adjustment in the determined mode.
  • the adjusting unit 80 (i) enlarges the display region 3 by increasing the distance between the imaging optical element 30 and the temporary region 22 and / or from the imaging optical element 30. By moving to a farther position, or (ii) reducing the distance between the imaging optical element 30 and the temporary area 22 to reduce the display area 3 and / or from the imaging optical element 30 Move to a closer position.
  • the size and / or the display position of the aerial image 2 can be changed only by changing the distance between the imaging optical element 30 and the temporary region 22.
  • the aerial image 2 can be enlarged and / or distantly displayed with a simple configuration in which a drive mechanism (element drive unit 52 or the like) that changes the position of the imaging optical element 30 is provided.
  • the display control unit 65 moves the display 20 to the display 20 in accordance with the movement of each component.
  • the image to be displayed may be reduced.
  • the display 20 is moved away from the imaging optical element 30, the image displayed on the display 20 may be reduced. That is, an image may be displayed only on a part of the display surface 21 of the display 20. Thereby, for example, it is possible to change only the display position while keeping the aerial image 2 at a constant size.
  • the space display device 1 further includes a motion sensor 60 that detects an operation of the user 5 on the aerial image 2 in the user operation area 4 determined according to the position of the display area 3.
  • a motion sensor 60 that detects an operation of the user 5 on the aerial image 2 in the user operation area 4 determined according to the position of the display area 3.
  • the size, position, and orientation of the user operation area 4 are changed according to the changed display area 3. adjust.
  • the user operation area 4 also changes. Therefore, the user 5 moves the finger according to the aerial image 2 displayed in the display area 3 to include the user operation area 4 in the aerial image 2.
  • the GUI can be operated. Therefore, user convenience can be improved.
  • a concave lens 40 may be attached to the opening 11 of the housing 10 instead of the cover glass 15.
  • the space display device 1 does not need to be unitized without including the housing 10.
  • the display 20, the imaging optical element 30, and the concave lens 40 may be arranged so as to satisfy the positional relationship described above.
  • the adjustment unit 80 is not limited to the height of the face 6 of the user 5 such as high height and low height, but based on the position where the user 5 stands (specifically, the position of the face 6 in the horizontal direction).
  • the mode of adjustment may be determined. For example, in FIG. 1, when the user 5 is standing in front of the sink 93, the aerial image 2 may be tilted and displayed on the sink 93 side. Similarly, when the user 5 is standing in front of the cooking device 94, the aerial image 2 may be tilted and displayed on the cooking device 94 side. Thereby, it is possible to display the aerial image 2 in an easy-to-view posture for the user 5 who is cooking or washing.
  • the space display device 1 may not include a detection unit that detects the user, such as the camera 70.
  • the adjustment unit 80 refers to the characteristic table 86 stored in the storage unit 85, determines the adjustment mode corresponding to the user information selected by the user 5, and performs the adjustment in the determined mode. May be.
  • the display 20 displays the user selection screen stored in the characteristic table 86 on the display surface 21.
  • the user selection screen includes, for example, user names or icon images of one or more users indicated by the characteristic table 86. Accordingly, the user selection screen is displayed as the aerial image 2, and the user 5 performs an operation of touching the user name or icon image displayed on the selection screen with a finger.
  • the adjustment unit 80 adjusts the position and posture of the concave lens 40 and the like based on the selected user.
  • the space display device 1 may accept a selection operation from the user 5 instead of detecting the user 5. Thereby, even when the detection of the user 5 is not successful, the spatial display device 1 can display the aerial image 2 at a position and posture suitable for the user 5.
  • the user 5 may be associated with the plurality of switches 62 instead of the display 20 displaying the selection screen.
  • the spatial display device 1 adjusts the position and posture of the concave lens 40 and the like based on the user associated with the selected switch 62.
  • the space display device 1 may not include the adjustment unit 80. That is, at least one of the position and posture of the display 20, the imaging optical element 30, and the concave lens 40 may be adjusted manually instead of automatically. Alternatively, at least one of the position and posture of the display 20, the imaging optical element 30, and the concave lens 40 may be fixed so as not to be adjusted.
  • the space display device 1 may include a projector that projects an image on a display surface instead of the display 20 as an image display unit.
  • the projector may display an image using the inner surface of the housing 10 as a display surface by projecting an image on the inner surface (for example, the lower surface) of the housing 10.
  • the space display device 1 may include an infrared sensor instead of the camera 70 as a detection unit.
  • the infrared sensor detects the position of the face 6 of the user 5.
  • the infrared sensor as the detection unit may also be used as the motion sensor 60.
  • the present invention can be realized not only as a spatial display device, but also as a program including steps performed by each component of the spatial display device, and a computer-readable non-transitory recording medium that records the program You can also
  • the comprehensive or specific aspect described above may be realized by a system, an apparatus, an integrated circuit, a computer program, or a computer-readable recording medium, and any of the system, the apparatus, the integrated circuit, the computer program, and the recording medium It may be realized by various combinations.
  • the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.
  • SYMBOLS 1 Spatial display apparatus 2 Aerial image 3 Display area 4 User operation area 5 User 6 Face 20 Display (image display part) 21 Display surface 22 Temporary region 30 Imaging optical element 31 Element surface 40 Concave lens 60 Motion sensor (operation detection unit) 70 Camera (detection unit) 80 Adjustment unit 85 Storage unit 86 Characteristic table (first table) 87 Operation table (second table)

Landscapes

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Abstract

画像を空中の表示領域（３）に結像させて空中画像（２）として表示する空間表示装置（１）であって、表示面（２１）に画像を表示するディスプレイ（２０）と、凹レンズ（４０）と、素子面（３１）を有し、表示面（２１）と凹レンズ（４０）との間に配置された結像光学素子（３０）であって、凹レンズ（４０）が存在しないと仮定した場合に、表示面（２１）に表示された画像を、素子面（３１）に対して表示面（２１）と面対称になる仮領域（２２）に結像させる結像光学素子（３０）とを備え、凹レンズ（４０）は、凹レンズ（４０）から仮領域（２２）までの距離が凹レンズ（４０）の焦点距離より短くなる位置に配置されている。

Description

空間表示装置
　本発明は、空中の表示領域に空中画像を表示する空間表示装置に関する。
　近年、空中画像を閲覧可能とする技術の開発が進められている。例えば、特許文献１には、反射型面対称結像素子を備える光学システムが開示されている。
特開２００８－１５８１１４号公報
　上記従来の反射型面対称結像素子は、ディスプレイに表示された画像を、素子面に対してディスプレイと面対称になる位置に空中画像として結像させる。すなわち、ディスプレイに表示された画像の大きさ及び素子面からの距離と、空中画像の大きさ及び素子面からの距離とは等しくなる。このため、空中画像を拡大して表示するためには、ディスプレイ及び反射型面対称結像素子のサイズが大きくなる。また、空中画像を反射型面対称結像素子から離れた位置に表示させる場合には、ディスプレイと反射型面対称結像素子との間の距離が大きくなるので、光学システムが大型化する。
　そこで、本発明は、拡大表示又は遠方表示が可能な小型の空間表示装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る空間表示装置は、画像を空中の表示領域に結像させて空中画像として表示する空間表示装置であって、表示面に前記画像を表示する画像表示部と、凹レンズと、素子面を有し、前記表示面と前記凹レンズとの間に配置された結像光学素子であって、前記凹レンズが存在しないと仮定した場合に、前記表示面に表示された画像を、前記素子面に対して前記表示面と面対称になる仮領域に結像させる結像光学素子とを備え、前記凹レンズは、当該凹レンズから前記仮領域までの距離が当該凹レンズの焦点距離より短くなる位置に配置されている。
　本発明によれば、拡大表示又は遠方表示が可能な小型の空間表示装置を提供することができる。
図１は、実施の形態に係る空間表示装置のキッチンへの適用例を示す斜視図である。 図２Ａは、実施の形態に係る空間表示装置のキッチンへの適用例を示す断面図である。 図２Ｂは、実施の形態に係る空間表示装置のキッチンへの別の適用例を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係る空間表示装置のユニットバスへの適用例を示す断面図である。 図４は、実施の形態に係る空間表示装置において、凹レンズを備えないと仮定した場合の空中画像の表示原理を示す模式図である。 図５は、実施の形態に係る空間表示装置の概観斜視図である。 図６は、実施の形態に係る空間表示装置の構成を示す概略断面図である。 図７は、実施の形態に係る空間表示装置の原理を示す模式図である。 図８は、実施の形態に係るユーザと調整の態様とを対応付けた特性テーブルを示す図である。 図９は、実施の形態に係るユーザの動作と調整の態様とを対応付けた動作テーブルを示す図である。 図１０は、実施の形態に係る凹レンズと仮領域との間の距離に対する空中画像の表示倍率及び表示位置の関係を示す図である。 図１１は、実施の形態に係る空間表示装置のディスプレイを移動させた場合の空中画像の変化を示す模式図である。 図１２は、実施の形態に係る空間表示装置の結像光学素子を移動させた場合の空中画像の変化を示す模式図である。 図１３は、実施の形態に係る空間表示装置の凹レンズを移動させた場合の空中画像の変化を示す模式図である。
　以下では、本発明の実施の形態に係る空間表示装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態）
　［概要］
　まず、本実施の形態に係る空間表示装置の概要について説明する。
　図１は、本実施の形態に係る空間表示装置１のキッチン９０への適用例を示す斜視図である。図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る空間表示装置１のキッチン９０への適用例を示す断面図である。
　空間表示装置１は、図１及び図２Ａに示すように、キッチン台９１に組み込まれている。あるいは、空間表示装置１は、図２Ｂに示すように、キッチン壁９２に組み込まれていてもよい。表示領域３は、キッチン台９１の上方かつキッチン壁９２の前方に位置する空間領域である。これにより、キッチン台９１及びキッチン壁９２の前方に立つユーザ５にとって、空中画像２が容易に視認可能になる。
　キッチン９０は、例えばユーザ５が調理をし、食器を洗うための設備である。具体的には、キッチン９０は、システムキッチンであり、調理などの作業を行うためのキッチン台９１と、キッチン台９１の奥側に衝立状に配置されたキッチン壁９２と、キッチン台９１に組み込まれた流し台（シンク）９３と、キッチン台９１に併設された加熱調理器９４と、キッチン台９１の下方に設置された収納庫９５とを備える。本実施の形態において、空間表示装置１は、キッチン台９１に組み込まれている。
　図１、図２Ａ又は図２Ｂに示すように、空間表示装置１は、画像を空中の表示領域３に結像させて空中画像２として表示する。空間表示装置１は、例えば、表示領域３に料理のレシピなどの空中画像２を表示する。これにより、ユーザ５は、空中画像２として表示されたレシピなどを見ながら調理することができる。
　なお、詳細は後述するが、表示領域３に表示された空中画像２は、ユーザ５によって操作可能である。具体的には、表示領域３の位置に応じて定められたユーザ操作領域４が設けられている。ユーザ操作領域４は、表示領域３に略一致し、ユーザ５が空中画像２に触れるように操作した場合に、その操作を検知するための領域である。例えば、ユーザ操作によって、空中画像２が別の画像に変更される。
　また、図３に示すように、空間表示装置１は、キッチン９０でなく、ユニットバス９６に適用してもよい。図３は、本実施の形態に係る空間表示装置１のユニットバス９６への適用例を示す模式図である。
　図３に示すように、空間表示装置１は、ユニットバス９６のバス壁９７に組み込まれていてもよい。バス壁９７は、外壁９８の内側に固定されている。表示領域３は、浴槽９９の上方に位置する。これにより、ユーザ５は、浴槽９９に浸かった状態で、空中画像２を視認することができる。
　図２Ａ、図２Ｂ又は図３に示すように、空間表示装置１は、ディスプレイ２０と、結像光学素子３０と、凹レンズ４０とを備える。空間表示装置１は、ディスプレイ２０が表示面に表示させた画像を、結像光学素子３０と凹レンズ４０とによって空中画像２として表示させる。
　本実施の形態では、空間表示装置１は、凹レンズ４０を備えることで、ディスプレイ２０が表示する画像を拡大表示又は遠方表示することができる。まず、図４を用いて、空間表示装置１が凹レンズ４０を備えないと仮定した場合の空中画像２の表示原理について簡単に説明する。図４は、本実施の形態に係る空間表示装置１において、凹レンズ４０を備えないと仮定した場合の空中画像２の表示原理を示す模式図である。
　図４に示すように、空間表示装置１は、ディスプレイ２０に表示された２次元画像を空中画像２として立体的に空中に表示する。つまり、空間表示装置１は、空中に浮かび上がった状態で画像（空中画像２）を表示することができる。このとき、空中画像２が表示される表示領域３は、結像光学素子３０の素子面に対して、ディスプレイ２０の表示面と面対称になる。空中画像２の大きさ及び位置は、表示面の大きさ及び位置に等しくなる。
　なお、本実施の形態において、ディスプレイ２０の表示面に表示される画像（映像）は、静止画及び動画像のいずれであってもよく、例えば、空間表示装置１に記憶されたコンテンツ映像、テレビ番組の放送中の映像若しくは録画映像、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）　Ｄｉｓｃ）若しくはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）などの再生映像、又は、インターネット画像などである。
　［構成］
　続いて、空間表示装置１の詳細な構成について説明する。
　図５は、本実施の形態に係る空間表示装置１の概観斜視図である。図６は、本実施の形態に係る空間表示装置１の構成を示す概略断面図である。具体的には、図６は、図５に示すＶＩ－ＶＩ線における断面を模式的に示している。
　図５に示すように、空間表示装置１は、筐体１０と、モーションセンサ６０と、１以上のスイッチ６２と、カメラ７０とを備える。図６に示すように、空間表示装置１は、筐体１０の内部に、ディスプレイ２０と、結像光学素子３０と、凹レンズ４０と、表示面駆動部５０及び５１と、素子駆動部５２及び５３と、レンズ駆動部５４及び５５とを備える。
　さらに、空間表示装置１は、表示制御部６５と、調整部８０と、記憶部８５とを備える。表示制御部６５、調整部８０及び記憶部８５は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）又はマイクロコンピュータなどの制御回路によって実現される。当該制御回路は、例えば、筐体１０の内部又は外部に取り付けられる。
　このように、空間表示装置１は、各構成部材が筐体１０の内部に収容され、又は、外部に固定されてユニット化されている。これにより、空間表示装置１の設置作業を容易に行うことができる。また、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０などの光学系を設置者が素手などで直接触らずに済むため、指紋又は異物などの汚れの付着を抑制することができる。これにより、汚れによる空中画像２の不鮮明化などを抑制することができる。
　［筐体］
　筐体１０は、空間表示装置１の外郭筐体であり、図６に示すように、内部にディスプレイ２０、結像光学素子３０、凹レンズ４０、表示面駆動部５０及び５１、素子駆動部５２及び５３並びにレンズ駆動部５４及び５５が収納されている。筐体１０の外壁には、図５及び図６に示すように、モーションセンサ６０及びスイッチ６２が埋め込まれている。また、筐体１０の外側面には、カメラ７０が取り付けられている。なお、モーションセンサ６０及びカメラ７０の位置及び筐体１０への固定方法は、特に限定されない。例えば、モーションセンサ６０及びカメラ７０は、筐体１０の内部に収納されてもよい。モーションセンサ６０及びカメラ７０は、例えば、カバーガラス１５を介して、筐体１０の外部のユーザ５の指及び顔６を検知してもよい。
　本実施の形態では、筐体１０の外形は、略直方体状である。なお、筐体１０の外形は、略円柱状などでもよく、これらに限定されない。筐体１０は、例えば、アルミニウムなどの金属材料又は樹脂材料から形成される。
　筐体１０には、ディスプレイ２０からの光を外部に取り出すための開口１１が、凹レンズ４０に対向する面に設けられている。図５に示すように、開口１１にはカバーガラス１５が設けられている。カバーガラス１５は、可視光を透過させる透光性のガラス板である。カバーガラス１５は、例えば、透明なソーダガラスなどから形成される。カバーガラス１５が開口１１を蓋することで、筐体１０内部に異物などが進入するのを抑制することができる。
　筐体１０の大きさは、特に限定されないが、例えば、幅又は奥行きが１０ｃｍ以下である。これにより、図３に示したように、一般的なユニットバス９６のバス壁９７などに筐体１０（空間表示装置１）を埋め込むことができる。
　［ディスプレイ（画像表示部）］
　ディスプレイ２０は、表示面２１に画像を表示する画像表示部の一例である。ディスプレイ２０は、図６に示すように、結像光学素子３０側に表示面２１を有する。ディスプレイ２０は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などである。表示面２１には、例えば、マトリクス状に複数の画素が設けられている。表示面２１には、例えば１フレームの画像が表示される。
　本実施の形態では、表示面２１の位置及び姿勢が調整可能である。図６には、表示面２１の可動域を破線で示している。図６に示すように、ディスプレイ２０の一の端部に表示面駆動部５０が取り付けられ、他の端部に表示面駆動部５１が取り付けられている。表示面駆動部５０及び５１がディスプレイ２０の端部を移動させることによって、表示面２１の位置及び姿勢が変更される。
　［結像光学素子］
　結像光学素子３０は、いわゆる反射型面対称結像素子である。結像光学素子３０は、例えば、樹脂材料で形成された平板状のプレートである。結像光学素子３０は、素子面３１を有する。図６の二点鎖線で示すように、素子面３１は、結像光学素子３０の厚み方向における中央を通る仮想的な面であって、結像光学素子３０の主面（入射面又は出射面）に平行な面である。
　具体的には、素子面３１には、例えば、１辺が１００μｍ、深さが１００μｍの微小な貫通孔が形成されており、当該貫通孔の内壁が鏡面（マイクロミラー）になっている。貫通孔を通過する光は、隣接する２面のマイクロミラーによって２回反射される。
　上記構成により、結像光学素子３０は、素子面３１に対して光源と面対称になる位置に、光源の鏡像を形成する。つまり、素子面３１から光源までの距離と、素子面３１から鏡像までの距離は等しく、光源の大きさと鏡像の大きさとも等しくなる。
　図７は、本実施の形態に係る空間表示装置１の原理を示す模式図である。
　本実施の形態では、結像光学素子３０は、表示面２１と凹レンズ４０との間に配置されている。図７に示すように、結像光学素子３０は、凹レンズ４０が存在しないと仮定した場合に、表示面２１に表示された画像を、素子面３１に対して表示面２１と面対称になる仮領域２２に結像させる。結像光学素子３０から表示面２１までの距離と結像光学素子３０から仮領域２２までの距離とは等しい。また、表示面２１に表示される画像の大きさと、凹レンズ４０が存在しないと仮定した場合に仮領域２２に結像される画像（実像）の大きさとは等しい。なお、実際には、凹レンズ４０が存在するために、仮領域２２には結像されない。
　結像光学素子３０の大きさは、例えば、ディスプレイ２０の表示面２１と同じ、又は、表示面２１より大きい。これにより、結像光学素子３０は、表示面２１に表示される画像の全体を、仮領域２２に結像させることができる。
　本実施の形態では、結像光学素子３０の位置及び姿勢が調整可能である。図６には、結像光学素子３０（素子面３１）の可動域を破線で示している。図６に示すように、結像光学素子３０の一の端部に素子駆動部５２が取り付けられ、他の端部に素子駆動部５３が取り付けられている。素子駆動部５２及び５３が結像光学素子３０の端部を移動させることによって、素子面３１の位置及び姿勢が変更される。
　［凹レンズ］
　凹レンズ４０は、結像光学素子３０に対して、ディスプレイ２０とは反対側に配置されている。具体的には、図７に示すように、凹レンズ４０は、凹レンズ４０から仮領域２２までの距離ａが凹レンズ４０の焦点距離ｆより短くなる位置に配置されている。すなわち、凹レンズ４０は、結像光学素子３０と仮領域２２との間で、かつ、０＜ａ＜ｆを満たす位置に配置されている。
　仮領域２２が凹レンズ４０の焦点距離ｆより凹レンズ４０に近い位置に位置しているので、結像光学素子３０によって仮領域２２に結像されうる画像は、凹レンズ４０に対して虚光源として作用する。したがって、凹レンズ４０は、仮領域２２に形成されうる画像に基づいて、正立の実像として空中画像２を表示領域３に結像させる。
　これにより、図７に示すように、空中画像２は、凹レンズ４０の拡大作用によって、表示面２１に表示される画像が拡大されている。このように、凹レンズ４０は、結像光学素子３０によって結像される位置を、仮領域２２から表示領域３に移動させ、かつ、拡大することができる。
　本実施の形態では、ディスプレイ２０（表示面２１）、凹レンズ４０のディスプレイ２０側の焦点Ｆ１、結像光学素子３０、凹レンズ４０、仮領域２２、及び、凹レンズ４０のユーザ５側の焦点Ｆ２は、この順で位置している。これにより、ユーザ５と焦点Ｆ２との間に、空中画像２が表示される。なお、仮領域２２が凹レンズ４０と焦点Ｆ２との間に位置するのであれば、結像光学素子３０は、焦点Ｆ１とディスプレイ２０との間に位置してもよい。あるいは、ディスプレイ２０は、焦点Ｆ１と結像光学素子３０との間に位置してもよい。
　仮領域２２は、上述したように、素子面３１に対して表示面２１と面対称になる。すなわち、仮領域２２の大きさ及び位置は、表示面２１の大きさ及び位置と等しくなる。
　ここで、レンズの公式より、－１／ａ＋１／ｂ＝－１／ｆが成立するので、凹レンズ４０と空中画像２との間の距離ｂは、次の（式１）で表される。
　（式１）　ｂ＝ａ×ｆ／（ｆ－ａ）
　表示倍率ｍは、表示面２１（すなわち、仮領域２２）に対する空中画像２の大きさで表される。具体的には、図７を参照して分かるように、表示倍率ｍは、ｂ／ａで表される。すなわち、表示倍率ｍは、（式１）に基づいて、次の（式２）で示される。
　（式２）　ｍ＝ｂ／ａ＝ｆ／（ｆ－ａ）
　例えば、凹レンズ４０の焦点距離ｆが６０ｍｍである場合を想定する。この場合において、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａが４０ｍｍであるとき、（式１）及び（式２）に基づいて、表示倍率ｍは３倍となり、距離ｂは１２０ｍｍとなる。
　なお、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａは、結像光学素子３０と表示面２１との間の距離Ａと、結像光学素子３０と凹レンズ４０との間の距離Ｃとの差分（＝Ａ－Ｃ）で表される。また、空中画像２は、結像光学素子３０から距離Ｂ（＝Ｃ＋ｂ）だけ離れた位置に表示される。例えば、距離Ａを７０ｍｍ、距離Ｃを３０ｍｍとすることで、空中画像２は、結像光学素子３０から１５０ｍｍ離れた位置に表示される。
　本実施の形態では、凹レンズ４０の位置及び姿勢が調整可能である。図６には、凹レンズ４０の可動域を破線で示している。図６に示すように、凹レンズ４０の一の端部にレンズ駆動部５４が取り付けられ、他の端部にレンズ駆動部５４が取り付けられている。レンズ駆動部５４及び５５が凹レンズ４０の端部を移動させることによって、凹レンズ４０の位置及び姿勢が変更される。
　凹レンズ４０の大きさは、例えば、結像光学素子３０の素子面３１と同じ、又は、素子面３１より大きい。
　［駆動部］
　表示面駆動部５０及び５１は、調整部８０からの制御信号に基づいて、ディスプレイ２０の表示面２１の位置及び姿勢を変化させる。具体的には、図６に示すように、表示面駆動部５０は、カバーガラス１５の法線方向に沿ってディスプレイ２０の一の端部を移動させる。表示面駆動部５１は、表示面駆動部５０を支点としてディスプレイ２０を回動させる。
　これにより、表示面駆動部５０及び５１は、ディスプレイ２０の姿勢を保ったまま、ディスプレイ２０を結像光学素子３０に近づける、又は、遠ざけることができる。なお、ディスプレイ２０の姿勢は、結像光学素子３０の素子面３１（又はカバーガラス１５）に対して表示面２１がなす角度（傾き）で表される。また、表示面駆動部５０及び５１は、ディスプレイ２０の端部（表示面駆動部５０）の位置を保ったまま、ディスプレイ２０の姿勢を変化させることができる。また、表示面駆動部５０及び５１は、ディスプレイ２０の位置及び姿勢の両方を変化させることができる。
　素子駆動部５２及び５３は、調整部８０からの制御信号に基づいて、結像光学素子３０の素子面３１の位置及び姿勢を変化させる。素子駆動部５２及び５３の具体的な動作は、はそれぞれ、表示面駆動部５０及び５１と同様である。
　これにより、素子駆動部５２及び５３は、結像光学素子３０の姿勢を保ったまま、結像光学素子３０を凹レンズ４０に近づける、又は、遠ざけることができる。なお、結像光学素子３０の姿勢は、凹レンズ４０の中心面（又はカバーガラス１５）に対して素子面３１がなす角度（傾き）で表される。また、素子駆動部５２及び５３は、結像光学素子３０の端部（素子駆動部５２）の位置を保ったまま、結像光学素子３０の姿勢を変化させることができる。また、素子駆動部５２及び５３は、結像光学素子３０の位置及び姿勢の両方を変化させることができる。
　レンズ駆動部５４及び５５は、調整部８０からの制御信号に基づいて、凹レンズ４０の位置及び姿勢を変化させる。レンズ駆動部５４及び５５の具体的な動作はそれぞれ、表示面駆動部５０及び５１と同様である。
　これにより、レンズ駆動部５４及び５５は、凹レンズ４０の姿勢を保ったまま、凹レンズ４０を結像光学素子３０に近づける、又は、遠ざけることができる。なお、凹レンズ４０の姿勢は、結像光学素子３０の素子面３１（又はカバーガラス１５）に対して凹レンズ４０の中心面がなす角度（傾き）で表される。また、レンズ駆動部５４及び５５は、凹レンズ４０の端部（レンズ駆動部５４）の位置を保ったまま、凹レンズ４０の姿勢を変化させることができる。また、レンズ駆動部５４及び５５は、凹レンズ４０の位置及び姿勢の両方を変化させることができる。
　表示面駆動部５０及び５１、素子駆動部５２及び５３並びにレンズ駆動部５４及び５５は、例えば、モータ又はアクチュエータなどである。
　［モーションセンサ（操作検知部）］
　モーションセンサ６０は、表示領域３の位置に応じて定められたユーザ操作領域４内における空中画像２に対するユーザ５の操作を検知する操作検知部の一例である。図１～図３に示すように、ユーザ操作領域４は、例えば、表示領域３を含む領域である。
　モーションセンサ６０は、例えば、赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）とイメージセンサとを備え、赤外ＬＥＤが発した赤外光のユーザ５の指による反射光をイメージセンサで受光することで、ユーザ５の操作を検知する。あるいは、モーションセンサ６０は、ステレオカメラ、又は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）式の距離センサなどでもよい。
　本実施の形態では、モーションセンサ６０は、調整部８０が調整を行うことで表示領域３の大きさ、位置及び姿勢の少なくとも一方が変化した場合に、変更後の表示領域３に応じてユーザ操作領域４の大きさ、位置及び姿勢を調整する。具体的には、モーションセンサ６０は、表示領域３の変化に追随するように、ユーザ操作領域４を変化させる。
　［スイッチ］
　スイッチ６２は、表示制御部６５（又はディスプレイ２０）及び調整部８０を制御するためのスイッチである。スイッチ６２は、例えば、メカニカルスイッチ（押しボタンなど）、タッチセンサ、又は、非接触センサなどである。
　本実施の形態では、図５に示すように、複数のスイッチ６２が筐体１０の外側面に設けられている。例えば、複数のスイッチ６２は、ディスプレイ２０の表示のオン及びオフを切り替えるための電源用のスイッチと、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の各々の位置又は姿勢を調整するための調整用のスイッチとを含んでいる。
　例えば、ユーザ５が調整用のスイッチ６２を操作した場合、スイッチ６２から制御信号が調整部８０に出力される。制御信号に応じて調整部８０は、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の位置又は姿勢を制御する。あるいは、ユーザ５が電源用のスイッチ６２を操作した場合、スイッチ６２から制御信号が表示制御部６５（又はディスプレイ２０）に出力される。表示制御部６５（又はディスプレイ２０）は、表示面２１への画像の表示を開始又は停止する。
　このように、空間表示装置１は、スイッチ６２を備えることで、例えば、空中画像２が表示されない場合、又は、モーションセンサ６０が機能しない場合などに、ユーザ５からの操作を受け付けることができる。これにより、ユーザ利便性を高めることができる。
　［表示制御部］
　表示制御部６５は、ディスプレイ２０の表示面２１への表示を制御する。具体的には、表示制御部６５は、画像を生成し、生成した画像を表示面２１へ表示させる。表示制御部６５は、操作画像などの静止画、又は、映像などの動画像を生成し、表示面２１へ表示させる。
　具体的には、表示制御部６５は、モーションセンサ６０又はスイッチ６２によって検知されたユーザ操作に基づいて、所定の画像を生成する。例えば、操作画像に含まれるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）がユーザ５によって操作されたことをモーションセンサ６０が検知した場合に、表示制御部６５は、ＧＵＩの操作に応じた画像（例えば、次の操作画像）を生成して表示面２１へ表示させる。例えば、料理の手順を示すレシピ又は映画などの開始ボタンが押下されたことをモーションセンサ６０（又はスイッチ６２）が検知した場合に、表示制御部６５は、レシピ又は映画を表示面２１へ表示させる。
　なお、本実施の形態では、表示制御部６５は、ディスプレイ２０とは異なる構成要素として示したが、ディスプレイ２０に備えられてもよい。
　［カメラ（検知部）］
　カメラ７０は、ユーザ５を検知する検知部の一例である。具体的には、カメラ７０は、ユーザ５の顔６、又は、ユーザ５の動作を検知する。例えば、カメラ７０は、ユーザ５を撮影することで、ユーザ５が映った動画像データを生成し、当該動画像データを調整部８０に出力する。カメラ７０は、具体的には、イメージセンサなどの受光素子及びレンズなどの光学素子を備える。
　［調整部］
　調整部８０は、表示面２１、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つの位置及び姿勢の少なくとも一方の調整を行う。本実施の形態では、調整部８０は、カメラ７０が検知したユーザ５に応じて調整を行う。
　具体的には、調整部８０は、カメラ７０が検知したユーザ５の顔６の位置に基づいて調整を行う。例えば、調整部８０は、ユーザ５の顔６と結像光学素子３０との間の距離が所定距離より大きい場合、所定の第１位置に表示領域３が位置するように調整を行い、ユーザ５の顔６と結像光学素子３０との間の距離が所定距離より小さい場合、第１位置より結像光学素子３０に近い第２位置に表示領域３が位置するように調整を行う。一例として、調整部８０は、顔６が結像光学素子３０より遠い程、表示領域３が遠くになるように調整を行い、顔６が結像光学素子３０に近い程、表示領域３が近くになるように調整を行う。
　これにより、例えば、身長が高いユーザ５にとっては、ユーザ５により近い位置に空中画像２が表示されるので、ユーザ利便性が高くなる。
　本実施の形態では、調整部８０は、（ｉ）結像光学素子３０と仮領域２２との間の距離を大きくすることで、表示領域３を拡大し、かつ、結像光学素子３０から、より遠い位置に移動させ、又は、（ｉｉ）結像光学素子３０と仮領域２２との間の距離を小さくすることで、表示領域３を縮小し、かつ、結像光学素子３０から、より近い位置に移動させる。詳細については、図１１～図１３を用いて後で説明する。
　なお、本実施の形態では、調整部８０は、記憶部８５に記憶されたテーブルを参照して調整を行ってもよい。具体的には、調整部８０は、記憶部８５に記憶された特性テーブル８６を参照して、カメラ７０が検知した顔６に対応する調整の態様を決定し、決定した態様で調整を行う。また、例えば、調整部８０は、記憶部８５に記憶された動作テーブル８７を参照して、カメラ７０が検知した動作に対応する調整の態様を決定し、決定した態様で調整を行う。各テーブルの詳細については、後で説明する。
　調整部８０は、例えば、調整プログラムが格納された不揮発性メモリ、調整プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、調整プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。
　［記憶部］
　記憶部８５は、特性テーブル８６及び動作テーブル８７を記憶するためのメモリである。記憶部８５は、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。
　図８は、本実施の形態に係るユーザ５と調整の態様とを対応付けた特性テーブル８６を示す図である。特性テーブル８６は、１以上のユーザ情報と調整の１以上の態様とを対応付けた第３テーブルの一例である。ユーザ情報は、具体的には、ユーザの顔を示す情報であり、特性テーブル８６は、第１テーブルの一例でもある。
　ユーザの顔は、具体的には、カメラ７０によって予め撮影されたユーザの顔画像で示される。あるいは、ユーザの顔画像から目、鼻、口などの特徴点を抽出してモデル化したデータでもよい。なお、ユーザの顔には、予め登録しておいたユーザの身長情報などが対応付けられていてもよい。
　調整の態様は、具体的には、調整の対象物と、その調整量とによって表される。調整の対象物は、表示面２１（ディスプレイ２０）、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つである。調整量は、調整の対象物の現在の位置若しくは姿勢からの変化量、又は、調整後の位置若しくは姿勢で示される。
　図８に示すように、例えば、高身長のユーザＰに対しては、ディスプレイ２０と結像光学素子３０との間の距離をＸＸｍｍにするという態様が対応付けられている。なお、「ＸＸｍｍ」という調整量は、ユーザＰにとって見やすい位置に空中画像２が表示されるように予め定められている。
　また、低身長のユーザＱに対しては、ディスプレイ２０と結像光学素子３０との間の距離をＹＹｍｍにするという態様が対応付けられている。なお、「ＹＹｍｍ」という調整量は、ユーザＱにとって見やすい位置に空中画像２が表示されるように予め定められている。
　例えば、高身長で顔の位置が高いユーザＰにとっては、空中画像２は、凹レンズ４０（カバーガラス１５）から離れた位置に表示される方が操作しやすい。このため、ユーザＰに対する空中画像２は、低身長で顔の位置が低いユーザＱに対する空中画像２よりも拡大され、かつ、遠方の位置に表示される。詳細については、後で説明する。
　図９は、本実施の形態に係るユーザ５の動作と調整の態様とを対応付けた動作テーブル８７を示す図である。動作テーブル８７は、ユーザ５による１以上の動作と調整の１以上の態様とを対応付けた第２テーブルの一例である。
　ユーザ５による動作は、具体的には、ユーザ５の手、顔又は全身を使って行うジェスチャである。ジェスチャには、例えば、ユーザ５が手を上から下へ動かす動作、手を挙げる動作、首を横にふる動作などが含まれる。
　図９に示す例では、手を上から下へ動かす動作に対して、ディスプレイ２０を結像光学素子３０からＺＺｍｍ遠ざけるという態様が対応付けられている。また、手を下から上へ動かす動作に対して、ディスプレイ２０を結像光学素子３０にＺＺｍｍ近づけるという態様が対応付けられている。これにより、ユーザ５の意思に基づいて、空中画像２の拡大若しくは縮小、又は、遠方表示若しくは近方表示を行わせることができる。
　なお、本実施の形態において、「縮小」とは、空中画像２が、表示面２１に表示される画像を相対的に低い倍率で拡大することを意味する。すなわち、空中画像２は、表示面２１に表示される画像より小さくなる訳ではない。
　［調整］
　続いて、調整による空中画像２（表示領域３）の変化について、図１０～図１３を用いて説明する。
　本実施の形態では、調整部８０は、表示面２１（ディスプレイ２０）、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つの位置の調整を行うことにより、距離ａを変化させる。空中画像２の表示位置に相当する距離ｂ及び表示倍率ｍは、（式１）及び（式２）に示したように、距離ａを調整することによって変化させることができる。すなわち、調整部８０による表示面２１などの調整に基づいて、空中画像２の大きさ及び表示位置を変化させることができる。
　図１０は、本実施の形態に係る凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａに対する空中画像２の表示倍率及び表示位置の関係を示す図である。なお、空中画像２の表示位置は、凹レンズ４０と空中画像２との間の距離ｂで示される。図１０では、凹レンズ４０の焦点距離ｆが５０ｍｍの場合を示している。
　図１０に示すように、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａが大きくなるにつれて、空中画像２の表示倍率が大きくなる。また、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａが大きくなるにつれて、凹レンズ４０と空中画像２との間の距離ｂも大きくなる。
　以下では、表示面２１（ディスプレイ２０）、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の各々の位置を調整した場合について、図面を用いて順に説明する。
　＜ディスプレイを移動＞
　まず、図１１を用いて、結像光学素子３０及び凹レンズ４０を固定した状態でディスプレイ２０のみを移動させる場合について説明する。図１１は、本実施の形態に係る空間表示装置１のディスプレイ２０（表示面２１）を移動させた場合の空中画像２の変化を示す模式図である。
　ディスプレイ２０を結像光学素子３０から遠ざけた場合（すなわち、ディスプレイ２０と結像光学素子３０との間の距離ＡがＡ１１からＡ１２（＞Ａ１１）に変化した場合）、図１１に示すように、仮領域２２も結像光学素子３０から遠い位置に移動する。これは、仮領域２２が結像光学素子３０の素子面３１に対して表示面２１と面対称になるためである。したがって、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａは、ａ１１からａ１２（＞ａ１１）になって長くなる。
　このため、図１１に示すように、空中画像２と凹レンズ４０との間の距離ｂについてもｂ１１からｂ１２（＞ｂ１１）になって長くなる。すなわち、空中画像２は、結像光学素子３０から、より離れた位置に表示される。また、空中画像２の大きさについても同様に、ディスプレイ２０を結像光学素子３０から遠ざけることで、より大きくなる。
　以上のように、ディスプレイ２０を結像光学素子３０から遠ざけることで、空中画像２をより高い倍率で拡大し、かつ、より遠方（結像光学素子３０から距離Ｂ１２の位置）に表示することができる。なお、ディスプレイ２０を結像光学素子３０に近づけた場合は、上記と逆のことが成立するので、空中画像２を縮小（低い倍率で拡大）し、かつ、仮領域２２に近い位置（結像光学素子３０から距離Ｂ１１の位置）に表示することができる。
　＜結像光学素子を移動＞
　次に、図１２を用いて、ディスプレイ２０及び凹レンズ４０を固定した状態で結像光学素子３０のみを移動させる場合について説明する。図１２は、本実施の形態に係る空間表示装置１の結像光学素子３０を移動させた場合の空中画像２の変化を示す模式図である。
　結像光学素子３０を凹レンズ４０から遠ざけた場合（すなわち、結像光学素子３０と凹レンズ４０の間の距離ＣがＣ２１からＣ２２（＞Ｃ２１）に変化した場合）、図１２に示すように、ディスプレイ２０と結像光学素子３０との間の距離Ａの距離がＡ２１からＡ２２（＜Ａ２２）に変化する。
　したがって、図１２に示すように、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａは、ａ２１（＝Ａ２１－Ｃ２１）からａ２２（＝Ａ２２－Ｃ２２＜ａ２１）になって短くなる。このため、空中画像２と凹レンズ４０との間の距離ｂについてもｂ２１からｂ２２（＜ｂ２１）になって短くなる。すなわち、空中画像２は、結像光学素子３０に、より近い位置に表示される。また、空中画像２の大きさについても同様に、結像光学素子３０を凹レンズ４０から遠ざけることで、より仮領域２２の大きさに近くなる。
　以上のように、結像光学素子３０を凹レンズ４０から遠ざけることで、空中画像２を縮小し、かつ、より仮領域２２に近い位置（結像光学素子３０から距離Ｂ２２の位置）に表示することができる。なお、結像光学素子３０を凹レンズ４０に近づけた場合は、上記と逆のことが成立するので、空中画像２を高い倍率で拡大し、かつ、遠方（結像光学素子３０から距離Ｂ２１の位置）に表示することができる。
　＜凹レンズを移動＞
　次に、図１３を用いて、ディスプレイ２０及び結像光学素子３０を固定した状態で凹レンズ４０のみを移動させる場合について説明する。図１３は、本実施の形態に係る空間表示装置１の凹レンズ４０を移動させた場合の空中画像２の変化を示す模式図である。
　凹レンズ４０を結像光学素子３０から遠ざけた場合（すなわち、結像光学素子３０と凹レンズ４０の間の距離ＣがＣ３１からＣ３２（＞Ｃ３１）に変化した場合）、図１３に示すように、凹レンズ４０と仮領域２２との間の距離ａは、ａ３１（＝Ａ－Ｃ３１）からａ３２（＝Ａ－Ｃ３２＜ａ３１）になって短くなる。このため、空中画像２と凹レンズ４０との間の距離ｂについてもｂ３１からｂ３２（＜ｂ３１）になって短くなる。すなわち、空中画像２は、結像光学素子３０に、より近い位置に表示される。また、空中画像２の大きさについても同様に、凹レンズ４０を結像光学素子３０から遠ざけることで、より仮領域２２の大きさに近くなる。
　以上のように、凹レンズ４０を結像光学素子３０から遠ざけることで、空中画像２を縮小し、かつ、より仮領域２２に近い位置（結像光学素子３０から距離Ｂ３２の位置）に表示することができる。なお、凹レンズ４０を結像光学素子３０に近づけた場合は、上記と逆のことが成立するので、空中画像２を高い倍率で拡大し、かつ、遠方（結像光学素子３０から距離Ｂ３１の位置）に表示することができる。
　以上のように、調整部８０がディスプレイ２０（表示面２１）、結像光学素子３０又は凹レンズ４０の位置を調整することで、空中画像２（表示領域３）の位置及び大きさを変更することができる。このとき、調整部８０は、位置だけでなく、姿勢（傾き）も調整してもよい。あるいは、調整部８０は、姿勢のみを調整してもよい。例えば、ディスプレイ２０を傾けることで、仮領域２２も傾斜し、これに伴って空中画像２も傾斜する。傾斜の角度を調整することで、ユーザ５にとって見やすい位置に空中画像２を表示させることができる。なお、ディスプレイ２０（表示面２１）、結像光学素子３０及び凹レンズ４０のうち２つ以上を同時に動かしてもよい。
　また、本実施の形態では、図１１～図１３に示すように、空中画像２の大きさ、位置及び姿勢に基づいて、ユーザ操作領域４も変化する。例えば、図１１に示すように、ディスプレイ２０を結像光学素子３０から遠ざけることで、空中画像２（表示領域３）が拡大され、かつ、遠方に表示される場合には、空中画像２に合わせてユーザ操作領域４も拡大され、かつ、遠方に変更される。ディスプレイ２０を結像光学素子３０に近づけることで、空中画像２（表示領域３）が縮小され、かつ、仮領域２２に近方に表示される場合には、空中画像２に合わせてユーザ操作領域４も縮小され、かつ、近方に変更される。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態に係る空間表示装置１は、画像を空中の表示領域３に結像させて空中画像２として表示する空間表示装置であって、表示面２１に画像を表示するディスプレイ２０と、凹レンズ４０と、素子面３１を有し、表示面２１と凹レンズ４０との間に配置された結像光学素子３０であって、凹レンズ４０が存在しないと仮定した場合に、表示面２１に表示された画像を、素子面３１に対して表示面２１と面対称になる仮領域２２に結像させる結像光学素子３０とを備え、凹レンズ４０は、凹レンズ４０から仮領域２２までの距離ａが凹レンズ４０の焦点距離ｆより短くなる位置に配置されている。
　これにより、表示面２１に表示された画像は、結像光学素子３０と凹レンズ４０とによって拡大され、かつ、遠方に表示される。また、表示面２１に表示される画像の拡大表示又は遠方表示が可能であるので、表示面２１（ディスプレイ２０）及び結像光学素子３０を小型化することができる。このように、本実施の形態に係る空間表示装置１は、拡大表示又は遠方表示が可能となり、かつ、小型で実現される。
　また、例えば、空間表示装置１は、さらに、表示面２１、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つの位置及び姿勢の少なくとも一方の調整を行う調整部８０を備える。
　これにより、表示面２１、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つの位置及び姿勢の少なくとも一方が可変になるので、空中画像２の位置、大きさ又は姿勢（向き）を変化させることができる。
　また、例えば、空間表示装置１は、さらに、ユーザ５を検知するカメラ７０を備え、調整部８０は、カメラ７０が検知したユーザ５に応じて調整を行う。
　これにより、検知されたユーザ５に応じて空中画像２の位置、大きさ又は姿勢を変化させることができる。例えば、ユーザ５にとって空中画像２を見やすく、また、操作しやすくすることができる。
　また、例えば、カメラ７０は、ユーザ５の顔６を検知し、調整部８０は、カメラ７０が検知した顔６の位置に基づいて調整を行う。
　これにより、検知されたユーザ５の顔６の位置に基づいて空中画像２の位置、大きさ又は姿勢を変化させることができる。例えば、ユーザ５にとって空中画像２を見やすく、また、操作しやすくすることができる。
　また、例えば、空間表示装置１は、さらに、１以上のユーザの顔と調整の１以上の態様とを対応付けた特性テーブル８６を記憶する記憶部８５を備え、調整部８０は、特性テーブル８６を参照して、カメラ７０が検知した顔６に対応する調整の態様を決定し、決定した態様で調整を行ってもよい。
　これにより、例えば、ユーザ毎に空中画像２の適切な位置、大きさ又は姿勢などを予め対応付けておくことができるので、検知されたユーザに応じて適切な空中画像２を表示させることができる。
　また、例えば、調整部８０は、ユーザ５の顔６と結像光学素子３０との間の距離が所定距離より大きい場合、第１位置に表示領域３が位置するように調整を行い、ユーザ５の顔６と結像光学素子３０との間の距離が所定距離より小さい場合、第１位置より結像光学素子３０に近い第２位置に表示領域３が位置するように調整を行う。
　これにより、ユーザ５の顔６が近い場合には、顔６が遠い場合の空中画像２の表示位置よりも離れた位置に空中画像２を表示させることができる。例えば、顔６の位置に応じて、顔６と空中画像２との間の距離を略一定にすることができる。
　また、例えば、空間表示装置１は、さらに、ユーザ５による１以上の動作と調整の１以上の態様とを対応付けた動作テーブル８７を記憶する記憶部８５を備え、カメラ７０は、ユーザ５の動作を検知し、調整部８０は、動作テーブル８７を参照して、カメラ７０が検知した動作に対応する調整の態様を決定し、決定した態様で調整を行ってもよい。
　これにより、ユーザ５の動作に応じて空中画像２の位置、大きさ又は姿勢などを変化させることができる。したがって、ユーザ５の要望に応じて空中画像２の表示の態様を変化させることができる。
　また、例えば、調整部８０は、（ｉ）結像光学素子３０と仮領域２２との間の距離を大きくすることで、表示領域３を拡大し、かつ／若しくは、結像光学素子３０から、より遠い位置に移動させ、又は、（ｉｉ）結像光学素子３０と仮領域２２との間の距離を小さくすることで、表示領域３を縮小し、かつ／若しくは、結像光学素子３０から、より近い位置に移動させる。
　これにより、結像光学素子３０と仮領域２２との間の距離を変化させるだけで、空中画像２の大きさ及び／又は表示位置を変化させることができる。例えば、結像光学素子３０の位置を可変にする駆動機構（素子駆動部５２など）を設けるという簡易な構成で、空中画像２の拡大表示及び／又は遠方表示を実現することができる。
　例えば、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つを移動させた場合に空中画像２が拡大されるとき、表示制御部６５は、各構成部材の移動に合わせて、ディスプレイ２０に表示させる画像を縮小してもよい。例えば、ディスプレイ２０を結像光学素子３０から遠ざけた場合に、ディスプレイ２０に表示させる画像を縮小してもよい。すなわち、ディスプレイ２０の表示面２１の一部のみで画像を表示してもよい。これにより、例えば、空中画像２を一定の大きさに保ったまま、表示位置のみを変更することができる。
　また、例えば、空間表示装置１は、さらに、表示領域３の位置に応じて定められたユーザ操作領域４内における空中画像２に対するユーザ５の操作を検知するモーションセンサ６０を備え、モーションセンサ６０は、調整部８０が調整を行うことで表示領域３の大きさ、位置及び姿勢の少なくとも一方が変化した場合に、変更後の表示領域３に応じてユーザ操作領域４の大きさ、位置及び姿勢を調整する。
　これにより、表示領域３が変化した場合には、ユーザ操作領域４も変化するので、ユーザ５は、表示領域３に表示される空中画像２に合わせて指を動かすことで、空中画像２に含まれるＧＵＩなどを操作することができる。したがって、ユーザ利便性を高めることができる。
　（その他）
　以上、本発明に係る空間表示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、筐体１０の開口１１には、カバーガラス１５ではなく、凹レンズ４０が取り付けられていてもよい。また、例えば、空間表示装置１は、筐体１０を備えずに、ユニット化されていなくてもよい。例えば、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０がそれぞれ、上述した位置関係を満たすように配置すればよい。
　また、調整部８０は、高身長及び低身長などのユーザ５の顔６の高さに限らず、ユーザ５の立っている位置（具体的には、顔６の水平方向の位置）に基づいて、調整の態様を決定してもよい。例えば、図１において、ユーザ５が流し台９３の前に立っている場合は、流し台９３側に空中画像２を傾けて表示してもよい。同様に、ユーザ５が加熱調理器９４の前に立っている場合は、加熱調理器９４側に空中画像２を傾けて表示してもよい。これにより、調理又は洗い物を行っているユーザ５に対して、見やすい姿勢で空中画像２を表示することができる。
　また、例えば、空間表示装置１は、カメラ７０などのユーザを検知する検知部を備えていなくてもよい。具体的には、調整部８０は、記憶部８５に記憶された特性テーブル８６を参照して、ユーザ５によって選択されたユーザ情報に対応する調整の態様を決定し、決定した態様で調整を行ってもよい。
　例えば、ディスプレイ２０は、特性テーブル８６に記憶されたユーザの選択画面を表示面２１に表示する。ユーザの選択画面には、例えば、特性テーブル８６が示す１以上のユーザのユーザ名又はアイコン画像などが含まれる。これにより、空中画像２としてユーザの選択画面が表示されるので、ユーザ５は、選択画面に表示されたユーザ名又はアイコン画像を指でタッチする動作を行う。モーションセンサ６０がユーザ５の指の動きを検出することで、調整部８０は、選択されたユーザに基づいて凹レンズ４０などの位置及び姿勢の調整を行う。
　このように、空間表示装置１は、ユーザ５を検知するのではなく、ユーザ５からの選択操作を受け付けてもよい。これにより、ユーザ５の検知がうまくできない場合でも、空間表示装置１は、ユーザ５に適した位置及び姿勢で空中画像２を表示することができる。
　なお、ディスプレイ２０が選択画面を表示する代わりに、複数のスイッチ６２にユーザ５が対応付けられていてもよい。ユーザ５がスイッチ６２を選択することで、空間表示装置１は、選択されたスイッチ６２に対応付けられたユーザに基づいて凹レンズ４０などの位置及び姿勢の調整を行う。
　また、例えば、空間表示装置１は、調整部８０を備えなくてもよい。つまり、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つの位置及び姿勢の少なくとも一方は、自動ではなく、手動で調整可能でもよい。あるいは、ディスプレイ２０、結像光学素子３０及び凹レンズ４０の少なくとも１つの位置及び姿勢の少なくとも一方は、調整不可能に固定されていてもよい。
　また、例えば、空間表示装置１は、画像表示部としてディスプレイ２０の代わりに画像を表示面に投影するプロジェクタを備えてもよい。例えば、プロジェクタは、筐体１０の内面（例えば、下面）に画像を投影することで、筐体１０の内面を表示面として画像を表示してもよい。
　また、例えば、空間表示装置１は、検知部としてカメラ７０の代わりに赤外線センサを備えてもよい。例えば、赤外線センサは、ユーザ５の顔６の位置を検知する。また、検知部としての赤外線センサは、モーションセンサ６０と兼用されてもよい。
　また、本発明は、空間表示装置として実現できるだけではなく、空間表示装置の各構成要素が行う処理をステップとして含むプログラム、及び、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。
　つまり、上述した包括的又は具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
１　空間表示装置
２　空中画像
３　表示領域
４　ユーザ操作領域
５　ユーザ
６　顔
２０　ディスプレイ（画像表示部）
２１　表示面
２２　仮領域
３０　結像光学素子
３１　素子面
４０　凹レンズ
６０　モーションセンサ（操作検知部）
７０　カメラ（検知部）
８０　調整部
８５　記憶部
８６　特性テーブル（第１テーブル）
８７　動作テーブル（第２テーブル）
 

Claims (10)

  1. 　画像を空中の表示領域に結像させて空中画像として表示する空間表示装置であって、
    　表示面に前記画像を表示する画像表示部と、
    　凹レンズと、
    　素子面を有し、前記表示面と前記凹レンズとの間に配置された結像光学素子であって、前記凹レンズが存在しないと仮定した場合に、前記表示面に表示された画像を、前記素子面に対して前記表示面と面対称になる仮領域に結像させる結像光学素子とを備え、
    　前記凹レンズは、当該凹レンズから前記仮領域までの距離が当該凹レンズの焦点距離より短くなる位置に配置されている
    　空間表示装置。
  2. 　さらに、
    　前記表示面、前記結像光学素子及び前記凹レンズの少なくとも１つの位置及び姿勢の少なくとも一方の調整を行う調整部を備える
    　請求項１に記載の空間表示装置。
  3. 　さらに、
    　ユーザを検知する検知部を備え、
    　前記調整部は、前記検知部が検知したユーザに応じて前記調整を行う
    　請求項２に記載の空間表示装置。
  4. 　前記検知部は、前記ユーザの顔を検知し、
    　前記調整部は、前記検知部が検知した顔の位置に基づいて前記調整を行う
    　請求項３に記載の空間表示装置。
  5. 　さらに、
    　１以上のユーザの顔と前記調整の１以上の態様とを対応付けた第１テーブルを記憶する記憶部を備え、
    　前記調整部は、前記第１テーブルを参照して、前記検知部が検知した顔に対応する前記調整の態様を決定し、決定した態様で前記調整を行う
    　請求項４に記載の空間表示装置。
  6. 　前記調整部は、
    　前記ユーザの顔と前記結像光学素子との間の距離が所定距離より大きい場合、第１位置に前記表示領域が位置するように前記調整を行い、
    　前記ユーザの顔と前記結像光学素子との間の距離が前記所定距離より小さい場合、前記第１位置より前記結像光学素子に近い第２位置に前記表示領域が位置するように前記調整を行う
    　請求項４又は５に記載の空間表示装置。
  7. 　さらに、
    　前記ユーザによる１以上の動作と前記調整の１以上の態様とを対応付けた第２テーブルを記憶する記憶部を備え、
    　前記検知部は、前記ユーザの動作を検知し、
    　前記調整部は、前記第２テーブルを参照して、前記検知部が検知した動作に対応する前記調整の態様を決定し、決定した態様で前記調整を行う
    　請求項３に記載の空間表示装置。
  8. 　さらに、
    　１以上のユーザ情報と前記調整の１以上の態様とを対応付けた第３テーブルを記憶する記憶部を備え、
    　前記調整部は、前記第３テーブルを参照して、ユーザによって選択されたユーザ情報に対応する前記調整の態様を決定し、決定した態様で前記調整を行う
    　請求項２に記載の空間表示装置。
  9. 　前記調整部は、
    　（ｉ）前記結像光学素子と前記仮領域との間の距離を大きくすることで、前記表示領域を拡大し、かつ／若しくは、前記結像光学素子から、より遠い位置に移動させ、又は、
    　（ｉｉ）前記結像光学素子と前記仮領域との間の距離を小さくすることで、前記表示領域を縮小し、かつ／若しくは、前記結像光学素子から、より近い位置に移動させる
    　請求項２～８のいずれか１項に記載の空間表示装置。
  10. 　さらに、
    　前記表示領域の位置に応じて定められたユーザ操作領域内における前記空中画像に対する前記ユーザの操作を検知する操作検知部を備え、
    　前記操作検知部は、前記調整部が前記調整を行うことで前記表示領域の大きさ、位置及び姿勢の少なくとも一方が変化した場合に、変更後の表示領域に応じて前記ユーザ操作領域の大きさ、位置及び姿勢を調整する
    　請求項２～９のいずれか１項に記載の空間表示装置。
     
     
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