WO2024038589A1 - 空中像表示装置および表示方法 - Google Patents

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誉宗 巻口
文香 佐野
崇裕 松元
隆二 山本
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日本電信電話株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to an aerial image display device and display method used to display, for example, a real image displayed on a display as a virtual image in the air.
  • a transparent resin film having a refractive index different from that of air is used as the beam splitter, and tension is applied to this transparent resin film to prevent wrinkles or loosening.
  • tension is applied to this transparent resin film to prevent wrinkles or loosening.
  • a method has been proposed in which a thick, self-supporting transparent plate such as a glass plate or an acrylic plate is used as a beam splitter instead of a transparent resin film, and the transparent plate is arranged diagonally with respect to the display. Using this method, it is possible to display an aerial image with simple construction and less distortion.
  • the incident light emitted from the display is reflected on the front and back surfaces of the beam splitter, resulting in two identical virtual images being displayed. In other words, a double image is displayed, which causes a deterioration in the display quality of the aerial image.
  • This invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a technology that suppresses the occurrence of double images and makes it possible to display high-quality aerial images.
  • an aerial image display device includes a display device that displays an optical image, and a display screen of the display device that is arranged to face the display screen of the display device at a predetermined angle of inclination. a first optical member that transmits a part of the optical image and reflects a part of the optical image; and a state in which the first optical member is in close contact with a second surface that is the back side of the first surface facing the display screen.
  • a second optical member configured to transmit a first polarized light component and reflect a second polarized light component among the polarized light components of the optical image transmitted through the first optical member;
  • the and a third optical member that transmits only the first polarized light component.
  • the optical image displayed on the display device is partially reflected toward the viewer by the first optical member made of, for example, a half mirror, and then reflected by the third optical member to the first optical member. Only the polarized light component of is transmitted and is visually recognized by the viewer.
  • the optical image that has passed through the first optical member among the above-mentioned optical images is converted into a second polarized light component by a second optical member having reflective polarization characteristics and closely disposed on the back side of the first optical member. only is reflected. Therefore, the reflected optical image of only the second polarized light component does not pass through the third optical member and is not visible to the viewer.
  • the optical image reflected by the back surface only contains the second polarized component, so it does not pass through the third optical member. It is not visible to the viewer. Therefore, even if a thick first optical member is used, the occurrence of double images is suppressed, thereby making it possible to display high-quality aerial images.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an aerial image display device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the beam splitter of the aerial image display device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a modification of the beam splitter shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of an aerial image display device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of an aerial image display device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram used to explain the effects of the aerial image display device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an aerial image display device according to a first embodiment of the present invention
  • D1 indicates a display of the display device.
  • the display D1 uses, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, or an LED panel, and displays display information that is the source of an aerial image.
  • the display information may be video information representing any of people, animals, plants, and objects, or may be context information representing news, subtitles, and the like.
  • a beam splitter 2 as a first optical member is arranged so as to be inclined at a predetermined angle, for example, 45 degrees or close to the display direction, with respect to the display direction.
  • the beam splitter 2 is made of a transparent plate made of, for example, acrylic or glass, and has an optical property of transmitting a portion of incident light and reflecting a portion of the incident light.
  • a reflective polarizing film 3 as a second optical member is provided with no air layer interposed therebetween.
  • the reflective polarizing film 3 is made of, for example, a wire grid polarizer, and has an optical characteristic of transmitting, for example, a P-polarized light component and reflecting an S-polarized light component among the polarized light components of the incident light. Note that the reflective polarizing film 3 may be one that transmits the S-polarized light component and reflects the P-polarized light component.
  • a polarizing plate 4 as a third optical member is arranged between the beam splitter 2 and the viewing position of the viewer US1.
  • the polarizing plate 4 has an optical characteristic of reflecting or absorbing the S-polarized component reflected by the reflective polarizing film 3 among the polarized components of the incident light, and transmitting the P-polarized component toward the viewer US1.
  • the reflective polarizing film 3 has an optical property of transmitting the S-polarized light component and reflecting the P-polarized light component
  • a polarizing plate 4 that reflects or absorbs the P-polarized light component and transmits the S-polarized light component is used. .
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of the beam splitter 2 and the reflective polarizing film 3.
  • the beam splitter 2 After the other part of the optical image L(S+P) passes through the beam splitter 2, it is filtered by the reflective polarizing film 3, which is placed in close contact with the second surface on the back side of the beam splitter. Only the S-polarized light component L2(s) is reflected and enters the polarizing plate 4.
  • the optical characteristics of the polarizing plate 4 are set to transmit the P-polarized light component and reflect or absorb the S-polarized light component. Therefore, the P polarized light component L3(P) of the optical image L1(S+P) reflected by the first surface (front) of the beam splitter 2 is transmitted through the polarizing plate 4 and presented to the viewer US1. .
  • the S-polarized light component L2(S) reflected by the reflective polarizing film 3 on the second surface (back surface) side of the beam splitter 2 is reflected or absorbed by the polarizing plate 4 and is not emitted to the viewer US1. . Therefore, the viewer US1 can visually recognize the aerial image MI of only the P-polarized light component L3(P) of the optical image L1(S+P), that is, the aerial image in which double images are suppressed.
  • the optical image L(S+P) displayed on the display D1 is formed on the first surface on the front side and the second surface on the back side of the beam splitter 2.
  • the S-polarized light component L2(S) is reflected by the reflective polarizing film 3, so it does not pass through the polarizing plate 4, and the viewer US1 sees the front side of the beam splitter 2. Only the P-polarized light component L3(P) included in the optical image L1(S+P) reflected by the first surface is presented.
  • the viewer US1 sees an aerial image MI consisting only of the P-polarized light component L3(P) of the optical image L1(S+P) and in which double images are suppressed. It becomes possible to visually recognize the image.
  • the optical image L emitted from the display is split between the first surface on the front side and the second surface on the back side of the beam splitter 2. are reflected as L1 and L2, respectively, and presented to the viewer as they are. For this reason, each of the reflected images L1 and L2 becomes a double image that is visually recognized by the viewer, and the quality of the aerial image inevitably deteriorates.
  • FIG. 3 shows a modification of the aerial image display device according to the first embodiment.
  • a specular reflective surface 5 is formed on the first surface of the beam splitter 2 on the front side using a technique such as metal vapor deposition.
  • the reflectance of the optical image L1(S+P) by the first surface of the beam splitter 2 can be increased, thereby increasing the brightness of the optical image L3(P) seen by the viewer US1. It becomes possible to further improve the display quality of the aerial image MI.
  • a retardation plate or a polarizing plate is arranged on the display surface of the display D1, so that the optical image L(S+P) emitted from the display D1 becomes an optical image L(P) having only the P polarization component. It may be configured as follows. With this configuration, the optical image L(P) of the P-polarized component is not reflected by the reflective polarizing film 3 disposed on the back side of the beam splitter 2, but is transmitted. Therefore, the occurrence of double images in the aerial image MI is suppressed.
  • the reflective polarizing film 3 may be arranged in close contact with the first surface of the beam splitter 2 on the front side facing the viewer US1.
  • the optical image L(S+P) emitted from the display D1 includes an S-polarized light component L(S) reflected at the front of the reflective polarizing film 3, and a beam splitter after passing through the reflective polarizing film 3. It is divided into a P-polarized light component L(P) which is reflected at 2. Of these reflected lights, only the P-polarized light component L(P) passes through the polarizing plate 4 and is visually recognized by the viewer US1. Therefore, with this configuration as well, it is possible to display a high quality aerial image MI in which the occurrence of double images is suppressed.
  • a second embodiment of the present invention provides a first optical image displayed by the first display and a second optical image displayed by the second display, as described in the first embodiment.
  • the viewer can view the first and second optical images in the air from two different directions. Each image can be viewed individually.
  • FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the aerial image display device according to the present invention.
  • the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals and detailed explanations will be omitted.
  • the second display D2 As shown in FIG. 4, at a position opposite to the first display D1 with the beam splitter 2 and the reflective polarizing film 3 in between, there is a mirror that faces the reflective polarizing film 3 at an inclination angle of about 45 degrees. In this state, the second display D2 is placed.
  • the second display D2 like the first display D1, is made of, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, or an LED panel, and displays second display information.
  • a second polarizing plate 6 as a fourth optical member is disposed between the reflective polarizing film 3 and the viewing position of the second viewer US2 in a state perpendicular to the viewing direction of the viewer US2. It is located.
  • the second polarizing plate 6 has an optical characteristic of transmitting the S-polarized light component among the polarized light components of the incident light and reflecting or absorbing the P-polarized light component.
  • the aerial image corresponding to the first optical image L11(S+P) displayed on the display D1 is displayed as a double image. It becomes possible to present in a suppressed state.
  • the second optical image L21(S+P) displayed by the second display D2 includes the S-polarized light component L22(S) reflected by the front surface of the reflective polarizing film 3 and the S-polarized light component L22(S) that is transmitted through the reflective polarizing film 3. It is then separated into a P-polarized light component L23(P) which is reflected by the beam splitter 2. Of these, the S-polarized component L22(S) passes through the second polarizing plate 6 as it is and is presented to the second viewer US2.
  • the P polarized light component L23(P) is reflected or absorbed by the second polarizing plate 6 and is not presented to the second viewer US2. Therefore, it is possible to present to the viewer US2 an aerial image corresponding to the second optical image L21(S+P) with double images suppressed.
  • the third embodiment of the present invention provides a multilayer display of two different aerial images by adding a retroreflector and a retardation plate while sharing a set of beam splitter 2 and reflective polarizing film 3. It is what makes it possible.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an aerial image display device according to a third embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in FIG. 1 are given the same reference numerals and detailed explanations will be omitted.
  • the second display D2 As shown in FIG. 5, at a position opposite to the first display D1 with the beam splitter 2 and the reflective polarizing film 3 in between, there is a display that faces the reflective polarizing film 3 at an inclination angle of about 45 degrees. In this state, the second display D2 is placed.
  • the second display D2 like the first display D1, is made of, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, or an LED panel, and displays second display information.
  • the retardation plate 7 is arranged in such a state that Furthermore, a retroreflector plate 8 is arranged on the back side of the retardation plate 7.
  • the retardation plate 7 converts the incident light into circularly polarized light when it passes through it.
  • the retroreflector 8 reverses the direction of rotation of the circularly polarized light when it retroreflects the circularly polarized light that has passed through the retardation plate 7 .
  • the second optical image L21(S+P) displayed on the second display D2 has an S polarized component L22(S) transmitted by the reflective polarizing film 3 to the retardation plate 7 and retroreflection. It is reflected in the direction of the plate 8.
  • the S-polarized light component L22(S) is first converted into circularly polarized light when it passes through the retardation plate 7, is retroreflected at the retroreflection plate 8, and then passes through the retardation plate 7 again to become a polarized light.
  • the direction is rotated by 90 degrees and converted into a P polarized light component L23(P).
  • the P-polarized light component L23(P) then passes through the reflective polarizing film 3 and the beam splitter 2, and further passes through the polarizing plate 4, and is presented to the viewer US1 as an aerial image.
  • the optical image L11(S+P) displayed on the first display D1 is partially reflected by the first surface on the front side of the beam splitter 2, as in the first embodiment.
  • only the P-polarized light component L13(P) is transmitted by the polarizing plate 4 and presented to the viewer US1.
  • the other part of the first optical image L11(S+P) is reflected by the second surface on the back side after passing through the beam splitter 2; Since the polarizing film 3 is closely arranged, only the S-polarized light component L12(S) is reflected, and this S-polarized light component L12(S) is reflected or absorbed by the polarizing plate 4 and is not presented to the viewer US1. Therefore, an aerial image corresponding to the first optical image L11(S+P) displayed on the display D1 is presented to the first viewer US1 in a state in which double images are suppressed. becomes possible.
  • the optical image displayed on the first display D1 is displayed on the background of the aerial image corresponding to the second optical image L21(S+P) displayed on the second display D2. It becomes possible to display an aerial image (virtual image) based on the optical image L11(S+P) of No. 1. That is, it becomes possible to display two aerial images in multiple layers.
  • This multilayered display makes it possible to display, for example, an image of a person or an object and its shadow, thereby realizing a realistic aerial image display.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, but can be embodied by modifying the constituent elements at the implementation stage without departing from the spirit of the invention.
  • various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiments. Furthermore, components from different embodiments may be combined as appropriate.

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Abstract

この発明の一態様は、第１の表示装置に表示された光学像の一部を、前記第１の表示装置の表示画面に対し所定の傾斜角を有して対向配置された第１の光学部材により視聴者の方向へ反射させ、前記第１の光学部材を透過した前記光学像が有する偏光成分のうち、第１の偏光成分を除く他の第２の偏光成分のみを、前記第１の光学部材の前記表示画面と対向する第１の面の裏面側となる第２の面に密着した状態で配置される第２の光学部材により反射させ、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材により反射された光学像が有する前記偏光成分のうち前記第１の偏光成分のみを、前記第１の光学部材の前記第１の面と第１の視聴者との間に配置される第３の光学部材により前記視聴者の方向へ透過させるようにしたものである。

Description

空中像表示装置および表示方法
　この発明の一態様は、例えばディスプレイに表示される実像を空中に虚像として表示するために使用される空中像表示装置および表示方法に関する。
　従来、ディスプレイの表示映像を、当該ディスプレイに対し斜めに配置したハーフミラー等のビームスプリッタで反射させることにより、上記表示映像の虚像を空中に表示する手法が提案されている。この手法は、構成がシンプルで大型化も容易なことから、等身大の人を表示するステージ演出等に利用されている（例えば非特許文献１を参照）。
　ところで、ビームスプリッタをディスプレイに対し斜めに配置する手法としては、例えばビームスプリッタとして空気と異なる屈折率をもつ透明樹脂フィルムを用い、この透明樹脂フィルムに張力を加えることで皺や弛みが生じないように設置する施工手法が多く採用されている。しかしながら、透明樹脂フィルムに張力を加える施工手法はそれ自体が大掛かりになるという課題を有する。
　そこで、ビームスプリッタとして、透明樹脂フィルムに代えてガラス板やアクリル板などの厚みのある自立可能な透明板を用い、この透明板をディスプレイに対し斜めに配置する手法も提案されている。この手法を用いれば、簡単な施工でかつ歪み等の少ない空中像を表示することが可能である。
吉田駿、謝淳、宍戸英彦、亀田能成、掛谷英紀、北原格、「実在感の向上を目的とした空中像と床面像の同時投影方式」、第２３回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集 14D-3、２０１８年９月
　ところが、ビームスプリッタとして透明板のような厚みを有する材料を使用すると、ディスプレイから発せられた入射光がビームスプリッタの正面および裏面でそれぞれ反射することにより、同一の虚像が２つ表示される。すなわち、二重像が表示されることになり、これが空中像の表示品質の低下を招く。
　この発明は上記事情に着目してなされたもので、二重像の発生を抑制して高品質の空中像を表示可能とする技術を提供しようとするものである。
　上記課題を解決するためにこの発明に係る空中像表示装置の一態様は、光学像を表示する表示装置と、前記表示装置の表示画面に対し所定の傾斜角を有して対向配置され、前記光学像の一部を透過し一部を反射する第１の光学部材と、前記第１の光学部材の前記表示画面と対向する第１の面の裏面側となる第２の面に密着した状態で配置され、前記第１の光学部材を透過した前記光学像が有する偏光成分のうち第１の偏光成分を透過し他の第２の偏光成分を反射する第２の光学部材と、前記第１の光学部材の前記第１の面と第１の視聴者との間に配置され、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材によりそれぞれ反射された光学像が有する偏光成分のうち、前記第１の偏光成分のみを透過する第３の光学部材とを備えるようにしたものである。
　この発明の一態様によれば、表示装置に表示された光学像は、例えばハーフミラーからなる第１の光学部材により一部が視聴者方向に反射されたのち、第３の光学部材により第１の偏光成分のみが透過して視聴者により視認される。これに対し、上記光学像のうち第１の光学部材を透過した光学像は、第１の光学部材の裏面側に密着配置された反射偏光特性を有する第２の光学部材により第２の偏光成分のみが反射される。このため、反射された上記第２の偏光成分のみの光学像は、上記第３の光学部材を透過せずに視聴者には視認されない。
　すなわち、第１の光学部材の正面と裏面によりそれぞれ光学像が反射されても、裏面側で反射された光学像は第２の偏光成分のみとなるため、第３の光学部材を透過せずに視聴者には視認されない。従って、厚みを有する第１の光学部材を使用しても、二重像の発生は抑制され、これにより高品質の空中像を表示することが可能となる。
　すなわちこの発明の一態様によれば、二重像の発生を抑制して高品質の空中像を表示可能とする技術を提供することができる。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る空中像表示装置の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示した空中像表示装置のビームスプリッタを拡大して示す図である。 図３は、図２に示したビームスプリッタの変形例を示す図である。 図４は、この発明の第２の実施形態に係る空中像表示装置の構成の一例を示す図である。 図５は、この発明の第３の実施形態に係る空中像表示装置の構成の一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る空中像表示装置の効果の説明に使用する図である。
　以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
　［第１の実施形態］
　（構成例）
　図１は、この発明の第１の実施形態に係る空中像表示装置の構成の一例を示す図であり、Ｄ１は表示装置のディスプレイを示している。ディスプレイＤ１は、例えば液晶パネル、有機ＥＬパネルまたはＬＥＤパネルを使用したもので、空中像の元となる表示情報を表示する。表示情報としては人物、動植物および物体のいずれを表す映像情報であってもよいし、ニュースや字幕などを表すコンテクスト情報であってもよい。
　ディスプレイＤ１の表示面と対向する位置には、その表示方向に対し所定の角度、例えば４５度またはそれに近い角度で傾斜する状態で、第１の光学部材としてのビームスプリッタ２が配置されている。ビームスプリッタ２は、例えばアクリルまたはガラスを用いた透明板からなり、入射光の一部を透過し一部を反射する光学特性を有する。
　また、上記ビームスプリッタ２の上記ディスプレイＤ１に対向する第１の面に対し裏面側となる第２の面には、第２の光学部材としての反射偏光フィルム３が、空気層が介在しない状態で密着配置されている。反射偏光フィルム３は、例えばワイヤグリッド偏光子からなり、入射光が有する偏光成分のうち例えばＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射する光学特性を有する。なお、反射偏光フィルム３はＳ偏光成分を透過しＰ偏光成分を反射するものであってもよい。
　さらに、上記ビームスプリッタ２と視聴者ＵＳ１の視聴位置との間には、第３の光学部材としての偏光板４が配置されている。偏光板４は、入射光が有する偏光成分のうち上記反射偏光フィルム３により反射されるＳ偏光成分を反射または吸収し、Ｐ偏光成分を視聴者ＵＳ１の方向へ透過する光学特性を有する。なお、上記反射偏光フィルム３がＳ偏光成分を透過しＰ偏光成分を反射する光学特性を有する場合には、偏光板４としてＰ偏光成分を反射または吸収しＳ偏光成分を透過するものが用いられる。
　（動作例）
　次に、以上のように構成された空中像表示装置の動作例を説明する。　
　図２は、ビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３の動作を示す図である。
　ディスプレイＤ１に表示情報ＲＩが表示されると、この表示情報ＲＩに対応する光学像Ｌ(S+P) は、その一部Ｌ１(S+P) がビームスプリッタ２の第１の面で反射され、偏光板４に入射される。
　一方、上記光学像Ｌ(S+P) の他の一部は、ビームスプリッタ２を透過したのち、その裏面側の第２の面に密着配置された反射偏光フィルム３により、偏光成分のうちのＳ偏光成分Ｌ２(s) のみが反射され、偏光板４に入射される。
　このとき偏光板４の光学特性は、Ｐ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射または吸収するように設定されている。このため、上記ビームスプリッタ２の第１の面（正面）で反射された光学像Ｌ１(S+P) のＰ偏光成分Ｌ３(P) が偏光板４を透過して視聴者ＵＳ１に提示される。これに対し、ビームスプリッタ２の第２の面（裏面）側の反射偏光フィルム３により反射されたＳ偏光成分Ｌ２(S) は、偏光板４により反射または吸収されて視聴者ＵＳ１へは出射されない。従って、視聴者ＵＳ１は光学像Ｌ１(S+P) のＰ偏光成分Ｌ３(P) のみの空中像ＭＩ、つまり二重像が抑制された空中像を視認することが可能となる。
　（作用・効果）
　以上述べたように第１の実施形態によれば、ディスプレイＤ１に表示された光学像Ｌ(S+P) は、ビームスプリッタ２の正面側の第１の面および裏面側の第２の面でそれぞれ反射されるが、このうち第２の面では反射偏光フィルム３によりＳ偏光成分Ｌ２(S) が反射されるため偏光板４を透過せず、視聴者ＵＳ１にはビームスプリッタ２の正面側の第１の面で反射された光学像Ｌ１(S+P) に含まれるＰ偏光成分Ｌ３(P) のみが提示されることになる。
　従って、視聴者ＵＳ１は、光学像Ｌ１(S+P) のＰ偏光成分Ｌ３(P) のみからなる、二重像が抑圧された空中像ＭＩを視認することになり、これにより高品質の空中像を視認することが可能となる。
　因みに、例えば図６に示すように、ビームスプリッタ２を単体で使用する場合には、ディスプレイから出射された光学像Ｌはビームスプリッタ２の正面側の第１の面および裏面側の第２の面でそれぞれＬ１，Ｌ２として反射されて、そのまま視聴者に提示される。このため、上記各反射像Ｌ１，Ｌ２が二重像となって視聴者に視認されることになり、空中像の品質低下が避けられない。
　（変形例）
　（１）図３は、第１の実施形態に係る空中像表示装置の変形例を示すものである。　
　図３に示す例では、ビームスプリッタ２の正面側となる第１の面に、例えば金属蒸着等の手法を用いて鏡面反射面５が形成される。このようにすると、ビームスプリッタ２の第１の面による光学像Ｌ１(S+P) の反射率を高めることができ、これにより視聴者ＵＳ１が見る光学像Ｌ３(P) の輝度を高めて、空中像ＭＩの表示品質をさらに向上させることが可能となる。
　（２）ディスプレイＤ１の表示面に位相差板または偏光板を配置し、これによりディスプレイＤ１から出射される光学像Ｌ(S+P) がＰ偏光成分のみを有する光学像Ｌ(P) となるように構成してもよい。このように構成した場合、上記Ｐ偏光成分の光学像Ｌ(P) は、ビームスプリッタ２の裏面側に配置された反射偏光フィルム３では反射されず透過する。このため、空中像ＭＩにおける二重像の発生は抑制される。
　（３）反射偏光フィルム３をビームスプリッタ２の視聴者ＵＳ１と対向する正面側の第１の面に密着配置するように構成してもよい。この場合、ディスプレイＤ１から出射された光学像Ｌ(S+P) は、上記反射偏光フィルム３の正面で反射されるＳ偏光成分Ｌ(S) と、上記反射偏光フィルム３を透過したのちビームスプリッタ２で反射されるＰ偏光成分Ｌ(P) とに分かれる。そして、これらの反射光のうち、Ｐ偏光成分Ｌ(P) のみが偏光板４を透過して視聴者ＵＳ１により視認される。従って、この構成によっても、二重像の発生が抑制された高品質の空中像ＭＩを表示することが可能となる。
　［第２の実施形態］
　この発明の第２の実施形態は、第１のディスプレイにより表示される第１の光学像および第２のディスプレイにより表示される第２の光学像を、第１の実施形態で述べた１組のビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３により相反する方向に反射させ、これらの反射光学像をそれぞれ異なる偏光板を透過させることで、視聴者が異なる二方向から上記第１および第２の光学像の空中像をそれぞれ視聴可能にしたものである。
　（構成例）
　図４は、この発明に係る空中像表示装置の第２の実施形態を示す図である。なお、同図において前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
　図４に示すように、ビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３を挟んで第１のディスプレイＤ１とは反対側となる位置には、反射偏光フィルム３と約４５度の傾斜角を有して対向する状態で、第２のディスプレイＤ２が配置される。第２のディスプレイＤ２は、第１のディスプレイＤ１と同様に、例えば液晶パネル、有機ＥＬパネルまたはＬＥＤパネルからなり、第２の表示情報を表示する。
　また、上記反射偏光フィルム３と第２の視聴者ＵＳ２の視聴位置との間には、視聴者ＵＳ２の視聴方向に対し直交する状態で、第４の光学部材としての第２の偏光板６が配置されている。第２の偏光板６は、入射光の偏光成分のうちＳ偏光成分を透過し、Ｐ偏光成分を反射または吸収する光学特性を有する。
　（動作例）
　このような構成であるから、第１の実施形態で述べたように、第１のディスプレイＤ１に表示された第１の光学像Ｌ１１(S+P) は、その一部がビームスプリッタ２の正面側の第１の面で反射されたのち、第１の偏光板４によりＰ偏光成分Ｌ１３(P) のみが透過して、第１の視聴者ＵＳ１に提示される。
　これに対し、上記第１の光学像Ｌ１１(S+P) の一部は、上記ビームスプリッタ２を透過したのち裏面側の第２の面に配置された反射偏光フィルム３によりＳ偏光成分Ｌ１２(S) のみが反射され、このＳ偏光成分Ｌ１２(S) は第１の偏光板４により反射または吸収されて、第１の視聴者ＵＳ１には提示されない。
　従って、第１の視聴者ＵＳ１に対しては、第１の実施形態と同様に、ディスプレイＤ１に表示された第１の光学像Ｌ１１(S+P) に対応する空中像を、二重像が抑圧された状態で提示することが可能となる。
　一方、第２のディスプレイＤ２により表示された第２の光学像Ｌ２１(S+P) は、反射偏光フィルム３の正面により反射されるＳ偏光成分Ｌ２２(S) と、反射偏光フィルム３を透過したのちビームスプリッタ２で反射されるＰ偏光成分Ｌ２３(P) とに分かれる。このうち、Ｓ偏光成分Ｌ２２(S) は第２の偏光板６をそのまま透過し、第２の視聴者ＵＳ２に提示される。
　これに対し、上記Ｐ偏光成分Ｌ２３(P) は、第２の偏光板６により反射または吸収されて、第２の視聴者ＵＳ２には提示されない。従って、視聴者ＵＳ２に対しては、上記第２の光学像Ｌ２１(S+P) に対応する空中像を二重像が抑圧された状態で提示することが可能となる。
　（作用・効果）
　以上のように第２の実施形態では、１組のビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３を共用することで、相反する二方向に異なる２つの空中像をいずれも二重像が抑制された状態で表示することが可能となる。
　［第３の実施形態］
　この発明の第３の実施形態は、１組のビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３を共用した状態で、再帰反射板と位相差板を追加することで、異なる２つの空中像の多層化表示を可能にするものである。
　（構成例）
　図５は、この発明の第３の実施形態に係る空中像表示装置の構成を示す図である。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
　図５に示すように、ビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３を挟んで第１のディスプレイＤ１とは反対側となる位置には、反射偏光フィルム３と約４５度の傾斜角を有して対向する状態で、第２のディスプレイＤ２が配置される。第２のディスプレイＤ２は、第１のディスプレイＤ１と同様に、例えば液晶パネル、有機ＥＬパネルまたはＬＥＤパネルからなり、第２の表示情報を表示する。
　また、ビームスプリッタ２および反射偏光フィルム３を挟んで偏光板４とは反対側となる位置、つまり視聴者ＵＳ１の視聴位置とは反対側となる位置には、視聴者ＵＳ１の視聴方向に対し直交する状態で、位相差板７が配置されている。また、この位相差板７の裏面側には、再帰反射板８が配置されている。位相差板７は、入射光を透過する際に円偏光に変換する。再帰反射板８は、上記位相差板７を透過した円偏光を再帰反射する際に、上記円偏光の回転方向を反転させる。
　（動作例）
　このような構成であるから、第２のディスプレイＤ２に表示された第２の光学像Ｌ２１(S+P) は、反射偏光フィルム３によりＳ偏光成分Ｌ２２(S) が位相差板７および再帰反射板８の方向に反射される。そして、上記Ｓ偏光成分Ｌ２２(S) は、位相差板７を透過する際に先ず円偏光に変換され、再帰反射板８において再帰反射されたのち位相差板７を再度透過することで、偏光方向が９０度回転してＰ偏光成分Ｌ２３(P) に変換される。そして、上記Ｐ偏光成分Ｌ２３(P) は、反射偏光フィルム３およびビームスプリッタ２を透過し、さらに偏光板４を透過して視聴者ＵＳ１に空中像として提示される。
　一方、第１のディスプレイＤ１に表示された光学像Ｌ１１(S+P) は、第１の実施形態と同様に、その一部がビームスプリッタ２の正面側の第１の面で反射されたのち、偏光板４によりＰ偏光成分Ｌ１３(P) のみが透過して、視聴者ＵＳ１に提示される。
　なお、上記第１の光学像Ｌ１１(S+P) の他の一部は、上記ビームスプリッタ２を透過したのち裏面側の第２の面で反射されるが、この第２の面には反射偏光フィルム３が密着配置されているためＳ偏光成分Ｌ１２(S) のみが反射され、このＳ偏光成分Ｌ１２(S) は偏光板４により反射または吸収されて、視聴者ＵＳ１には提示されない。このため、第１の視聴者ＵＳ１に対しては、ディスプレイＤ１に表示された第１の光学像Ｌ１１(S+P) に対応する空中像を、二重像が抑圧された状態で提示することが可能となる。
　（作用・効果）
　従って、第３の実施形態によれば、第２のディスプレイＤ２に表示された第２の光学像Ｌ２１(S+P) に対応する空中像の背景に、第１のディスプレイＤ１に表示された第１の光学像Ｌ１１(S+P) による空中像（虚像）を表示することが可能となる。すなわち、２つの空中像の多層化表示が可能となる。この多層化表示により、例えば人物像または物体像とその影を表す像を表示することが可能となり、これにより臨場感のある空中像表示を実現できる。
　［その他の実施形態］
　ビームスプリッタ、反射偏光フィルム、偏光板、位相差板および再帰反射板の材質やサイズ、配置構成、空中像として表示する表示情報の種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
　以上、この発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点においてこの発明の例示に過ぎない。この発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、この発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
　要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
　Ｄ１，Ｄ２…ディスプレイ
　２…ビームスプリッタ
　３…反射偏光フィルム
　４，６…偏光板
　５…鏡面反射面
　７…位相差板
　８…再帰反射板

Claims (6)

  1. 　第１の光学像を表示する第１の表示装置と、
    　前記第１の表示装置の表示画面に対し第１の傾斜角を有して対向配置され、前記第１の光学像の一部を透過し一部を反射する第１の光学部材と、
    　前記第１の光学部材の前記表示画面と対向する第１の面の裏面側となる第２の面に密着した状態で配置され、前記第１の光学部材を透過した前記第１の光学像が有する偏光成分のうち第１の偏光成分を透過し他の第２の偏光成分を反射する第２の光学部材と、
    　前記第１の光学部材の前記第１の面と第１の視聴者との間に配置され、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材によりそれぞれ反射された光学像のうち、前記第１の偏光成分のみを透過して前記第１の視聴者に提示する第３の光学部材と
    　を具備する空中像表示装置。
  2. 　前記第２の光学部材に対し第２の傾斜角を有して対向配置され、前記第２の光学部材に向けて第２の光学像を表示する第２の表示装置と、
    　前記第２の光学部材と第２の視聴者との間に配置され、前記第２の光学像が有する偏光成分のうち前記第２の光学部材により反射された第２の偏光成分のみを透過する第４の光学部材と
    　をさらに具備する請求項１に記載の空中像表示装置。
  3. 　前記第２の光学部材に対し第２の傾斜角を有して対向配置され、前記第２の光学部材に向けて第２の光学像を表示する第２の表示装置と、
    　前記第２の光学部材に対向する位置において、前記第１の視聴者の視聴方向に対し反射面が直交またはそれに近い状態で配置される再帰反射部材と、
    　前記再帰反射部材と前記第２の光学部材との間に配置され、入射光に対し位相差を与える位相差部材と
    　をさらに具備し、
    　前記位相差部材および前記再帰反射部材は、前記第２の光学像が有する偏光成分のうち前記第２の光学部材により反射された前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変換して、前記第２の光学部材へ向け再帰反射する
    　請求項１に記載の空中像表示装置。
  4. 　前記第１の光学部材は、前記第１の面に鏡面反射面を形成してなる、請求項１乃至３のいずれかに記載の空中像表示装置。
  5. 　第１の光学像を表示する第１の表示装置と、
    　前記第１の表示装置の表示画面に対し第１の傾斜角を有して対向配置され、前記第１の光学像が有する偏光成分のうち第１の偏光成分を視聴者の方向に反射し前記偏光成分のうち第２の偏光成分を透過する反射偏光特性を有する、第１の光学部材と、
    　前記第１の光学部材の前記表示画面と対向する第１の面の裏面側となる第２の面に密着した状態で配置され、前記第１の光学部材を透過した前記第２の偏光成分を前記視聴者の方向へ反射する第２の光学部材と、
    　前記第１の光学部材の前記第１の面と前記視聴者との間に配置され、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材によりそれぞれ反射された各光学像のうち、前記第１の偏光成分のみを透過して前記視聴者に提示する第３の光学部材と
    　を具備する空中像表示装置。
  6. 　第１の表示装置に表示された光学像の一部を、前記第１の表示装置の表示画面に対し所定の傾斜角を有して対向配置された第１の光学部材により視聴者の方向へ反射させ、
    　前記第１の光学部材を透過した前記光学像が有する偏光成分のうち、第１の偏光成分を除く他の第２の偏光成分のみを、前記第１の光学部材の前記表示画面と対向する第１の面の裏面側となる第２の面に密着した状態で配置される第２の光学部材により反射させ、
    　前記第１の光学部材および前記第２の光学部材により反射された前記光学像が有する前記偏光成分のうち前記第１の偏光成分のみを、前記第１の光学部材の前記第１の面と第１の視聴者との間に配置される第３の光学部材により前記視聴者の方向へ透過させる
    　空中像表示方法。
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