JP7742469B2 - Space-floating image display device - Google Patents
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Description
本発明は、空間浮遊映像表示装置に関する。 The present invention relates to a space-floating image display device.
空間浮遊情報表示システムとして、直接外部に向かって映像を表示する映像表示装置と空間画面として表示される表示法は既に知られている。また、表示された空間像の操作面における操作に対する誤検知を低減する検知システムについても、例えば、特許文献1に開示されている。 As a spatial floating information display system, image display devices that display images directly to the outside and display methods that display images as a spatial screen are already known. Furthermore, a detection system that reduces false detections of operations on the operation surface of a displayed spatial image is also disclosed, for example, in Patent Document 1.
しかしながら、空間浮遊映像に対するタッチ操作は、物理的なボタンやタッチパネル等に対し行うものではない。このため、タッチ操作がなされたか否かを、ユーザが認識できない場合がある。
そこで、本発明は、より好適な空間浮遊映像表示装置を提供することを目的とする。
However, touch operations on a floating image in space are not performed on a physical button, touch panel, etc. Therefore, there are cases where the user cannot recognize whether or not a touch operation has been performed.
Therefore, an object of the present invention is to provide a more suitable space floating image display device.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空間浮遊映像表示装置は、映像を表示する表示装置と、表示装置からの映像光を反射させ、反射した光により空中に空間浮遊映像を形成せしめる再帰性反射部材と、空間浮遊映像に表示される1つ以上のオブジェクトに対してタッチ操作を行うユーザの指の位置を検出するセンサと、制御部と、を備え、制御部がセンサを用いて検出されたユーザの指の位置に基づいて表示装置で表示する映像に対する映像処理を制御することにより、空間浮遊映像表示装置は物理的な接触面が存在しない空間浮遊映像の表示面にユーザの指の仮想影を表示するものであり、空間浮遊映像の表示面に表示される仮想影の位置は、仮想光源の位置とセンサを用いて検出されたユーザの指の位置の両者の位置関係から特定される位置であり、仮想光源の位置は、空間浮遊映像の表示面からの距離が無限遠の位置に設定されているものであり、ユーザの指の先端の位置が、空間浮遊映像の表示面のユーザからみて手前側において空間浮遊映像の表示面に対する法線方向の距離が小さくなるように、空間浮遊映像の表示面に近づく場合に、ユーザの指の先端の位置と空間浮遊映像の表示面との法線方向の距離が0になるまで、空間浮遊映像の表示面におけるユーザの指の仮想影の表示を継続する。 In order to solve the above problem, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes multiple means for solving the above problem, but to cite one example, a space-floating image display device includes a display device that displays an image, a retroreflective member that reflects image light from the display device and forms a space-floating image in the air using the reflected light, a sensor that detects the position of a user's finger that performs a touch operation on one or more objects displayed in the space-floating image, and a control unit. The control unit controls image processing for the image displayed on the display device based on the position of the user's finger detected using the sensor, and the space-floating image display device displays a virtual shadow of the user's finger on the display surface of the space-floating image, which has no physical contact surface. The position of the virtual shadow displayed on the display surface of the floating in space image is determined from the positional relationship between the position of the virtual light source and the position of the user's finger detected using the sensor, and the position of the virtual light source is set at an infinite distance from the display surface of the floating in space image. When the position of the tip of the user's finger approaches the display surface of the floating in space image so that the normal distance to the display surface of the floating in space image becomes small on the front side of the display surface of the floating in space image as seen from the user, the virtual shadow of the user's finger continues to be displayed on the display surface of the floating in space image until the normal distance between the position of the tip of the user's finger and the display surface of the floating in space image becomes zero.
本発明によれば、より好適な空間浮遊映像表示装置を実現できる。これ以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明において明らかにされる。 This invention makes it possible to realize a more suitable floating-in-space image display device. Other issues, configurations, and advantages will be made clear in the description of the following embodiments.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は実施例の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものには、同一の符号を付与し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the description of the embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical concepts disclosed in this specification. Furthermore, in all drawings used to explain the present invention, parts having the same function will be given the same reference numerals, and repeated explanations may be omitted.
以下の実施例は、映像発光源からの映像光による映像を、ガラス等の空間を仕切る透明な部材を介して透過して、前記透明な部材の外部に空間浮遊映像として表示することが可能な映像表示装置に関する。 The following examples relate to an image display device that can transmit an image generated by image light from an image light source through a transparent member that separates a space, such as glass, and display the image as a floating image outside the transparent member.
以下の実施例によれば、例えば、銀行のATMや駅の券売機やデジタルサイネージ等において好適な映像表示装置を実現できる。例えば、現状、銀行のATMや駅の券売機等では、通常、タッチパネルが用いられているが、透明なガラス面や光透過性の板材を用いて、このガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。この時、出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式での課題となっていた主空間浮遊像の他に発生するゴースト像を抑えることができ、鮮明な空間浮遊映像を得ることができる。また、本実施例の光源を含む装置により、消費電力を大幅に低減することが可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像表示装置(空間浮遊映像表示システム)を提供することができる。また、例えば、車両において車両内部および/または外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の空間浮遊映像表示が可能な車両用空間浮遊映像表示装置を提供することができる。 The following embodiments enable the realization of image display devices suitable for, for example, bank ATMs, train station ticket machines, digital signage, and the like. For example, while touch panels are currently commonly used in bank ATMs and train station ticket machines, a transparent glass surface or optically transparent plate can be used to display high-resolution image information floating in space on the glass surface or optically transparent plate. By narrowing the divergence angle of the emitted image light, i.e., making it acute, and further aligning it with a specific polarization, only the normal reflected light is efficiently reflected by the retroreflective material, resulting in high light utilization efficiency and suppressing the ghost images that occur in addition to the main floating image, a problem with conventional retroreflective systems, resulting in a clear floating image. Furthermore, a device including the light source of this embodiment can provide a novel, highly usable floating image display device (floating image display system) that can significantly reduce power consumption. Furthermore, a floating image display device for vehicles can be provided that can display a unidirectional floating image that can be viewed both inside and/or outside the vehicle.
一方、従来の技術では、高解像度なカラー表示映像源150として有機ELパネルや液晶パネルを再帰反射部材151と組合せる。従来の技術では映像光が広角で拡散するため、再帰反射部材151で正規に反射する反射光の他に、図24に示すように再帰反射部材2aに斜めから入射する映像光よってゴースト像301及び302が発生し空間浮遊映像の画質を損ねていた。また、図23に示すように正規な空間浮遊映像300の他に第1ゴースト像301や第2ゴースト像302などが複数発生する。このため監視者以外にもゴースト像である同一空間浮遊映像を監視されてしまいセキュリティ上大きな課題があった。
<空間浮遊映像表示装置1>
On the other hand, in conventional technology, an organic EL panel or a liquid crystal panel is combined with a retroreflective member 151 as a high-resolution color display image source 150. In conventional technology, image light is diffused over a wide angle, so in addition to the light reflected normally by the retroreflective member 151, ghost images 301 and 302 are generated by image light incident obliquely on the retroreflective member 2a as shown in FIG. 24, impairing the image quality of the floating image in space. Furthermore, as shown in FIG. 23, in addition to the normal floating image in space 300, multiple ghost images such as a first ghost image 301 and a second ghost image 302 are generated. As a result, the same floating image in space, which is a ghost image, can be observed by people other than the observer, posing a major security issue.
<Space-floating image display device 1>
図1は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例を示す図であり、本実施例に係る空間浮遊映像表示装置の全体構成を示す図である。空間浮遊映像表示装置の具体的な構成については、図2等を用いて詳述するが、映像表示装置1から挟角な指向特性でかつ特定偏波の光が、映像光束として出射し、再帰反射部材2に一旦入射し、再帰反射して透明な部材100(ガラス等)を透過して、ガラス面の外側に、実像である空中像(空間浮遊映像3)を形成する。 Figure 1 is a diagram showing an example of how a space-floating image display device according to one embodiment of the present invention is used, and is a diagram showing the overall configuration of the space-floating image display device according to this embodiment. The specific configuration of the space-floating image display device will be described in detail using Figure 2, etc., but light with a narrow-angle directional characteristic and specific polarization is emitted from image display device 1 as an image beam, first enters retroreflective member 2, and then retroreflects and passes through transparent member 100 (glass, etc.), forming a real aerial image (space-floating image 3) on the outside of the glass surface.
また、店舗等においては、ガラス等の透光性の部材であるショーウィンド(「ウィンドガラス」とも言う)105により空間が仕切られている。本実施例の空間浮遊映像表示装置によれば、かかる透明な部材を透過して、浮遊映像を店舗(空間)の外部および/または内部に対して一方向に表示することが可能である。 In addition, in stores and other spaces, spaces are divided by show windows (also called "window glass") 105, which are made of a translucent material such as glass. The space-floating image display device of this embodiment makes it possible to transmit floating images through such transparent materials and display them in one direction toward the outside and/or inside of the store (space).
図1(A)では、ウィンドガラス105の内側(店舗内)を奥行方向にしてその外側(例えば、歩道)が手前になるように示している。他方、ウィンドガラス105に特定偏波を反射する手段を設けることで反射させ、店内の所望の位置に空中像を形成することもできる。 In Figure 1(A), the inside of the window glass 105 (inside the store) is shown in the depth direction, with the outside (e.g., the sidewalk) in the foreground. On the other hand, by providing a means for reflecting specific polarized waves on the window glass 105, it is possible to reflect the waves and form an aerial image at a desired position inside the store.
図1(B)は、上述した映像表示装置1の構成を示す概略ブロック図である。映像表示装置1は、空中像の原画像を表示する映像表示部と、入力された映像をパネルの解像度に合わせて変換する映像制御部と、映像信号を受信する映像信号受信部とを含んでいる。映像信号受信部は、HDMI(High-Definition Multimedia Interface)入力など有線での入力信号への対応と、Wi-Fi(Wireless Fidelity)などの無線入力信号への対応を行い、映像受信・表示装置として単独で機能するものでもあり、タブレット、スマートフォンなどからの映像情報を表示することもできる。更にステックPCなどを接続すれば計算処理や映像解析処理などの能力を持たせることもできる。 Figure 1(B) is a schematic block diagram showing the configuration of the above-mentioned video display device 1. The video display device 1 includes a video display unit that displays the original aerial image, a video control unit that converts the input video to match the resolution of the panel, and a video signal receiving unit that receives the video signal. The video signal receiving unit supports wired input signals such as HDMI (High-Definition Multimedia Interface) input, as well as wireless input signals such as Wi-Fi (Wireless Fidelity). It can function as a standalone video receiver and display device and can also display video information from tablets, smartphones, etc. Furthermore, by connecting a stick PC or similar device, it can be equipped with capabilities such as calculation processing and video analysis processing.
図2は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。図2を用いて、空間浮遊映像表示装置の構成をより具体的に説明する。図2(A)に示すように、ガラス等の透明な部材100の斜め方向には、特定偏波の映像光を挟角に発散させる表示装置1を備える。表示装置1は、液晶表示パネル11と挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置13とを備えている。 Figure 2 is a diagram showing an example of the main components and retroreflection section of a space-floating image display device according to one embodiment of the present invention. The configuration of the space-floating image display device will be explained in more detail using Figure 2. As shown in Figure 2(A), a display device 1 that diverges specific polarized image light at a narrow angle is provided in the diagonal direction of a transparent member 100 such as glass. The display device 1 includes a liquid crystal display panel 11 and a light source device 13 that generates specific polarized light with narrow-angle diffusion characteristics.
表示装置1からの特定偏波の映像光は、透明な部材100に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材101(図中は偏光分離部材101をシート状に形成して透明な部材100に粘着している)で反射され、再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材の映像光入射面にはλ/4板21を設ける。映像光は、再帰反射部材への入射のときと出射のときの2回、λ/4板21を通過させられることで特定偏波から他方の偏波へ偏光変換される。ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材101は偏光変換された他方の偏波の偏光は透過する性質を有するので、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材101を透過する。偏光分離部材101を透過した映像光が、透明な部材100の外側に実像である空間浮遊映像3を形成する。 Image light of a specific polarization from the display device 1 is reflected by a polarization separation member 101 (shown in the figure as a sheet-like polarization separation member 101 attached to the transparent member 100) that has a film that selectively reflects image light of a specific polarization and is provided on the transparent member 100, and then enters the retroreflective member 2. A λ/4 plate 21 is provided on the image light incident surface of the retroreflective member. The image light is polarized and converted from the specific polarization to the other polarization by passing through the λ/4 plate 21 twice, once upon entering the retroreflective member and once upon exiting. Here, the polarization separation member 101, which selectively reflects image light of a specific polarization, has the property of transmitting the polarized light of the other polarization that has been polarized and converted, so the image light of the specific polarization after polarization conversion passes through the polarization separation member 101. The image light that passes through the polarization separation member 101 forms a real image, a floating image 3, outside the transparent member 100.
なお、空間浮遊映像3を形成する光は再帰反射部材2から空間浮遊映像3の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空間浮遊映像3の光学像を通過後も直進する。よって、空間浮遊映像3は、一般的なプロジェクタなどでスクリーン上に形成される拡散映像光とは異なり、高い指向性を有する映像である。よって、図2の構成では、矢印Aの方向からユーザが視認する場合は、空間浮遊映像3は明るい映像として視認される。しかし、矢印Bの方向から他の人物が視認する場合は、空間浮遊映像3は映像として一切視認することはできない。この特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステムに採用する場合に非常に好適である。 The light that forms the floating image 3 is a collection of light rays that converge from the retroreflective member 2 onto the optical image of the floating image 3, and these light rays continue to travel in a straight line even after passing through the optical image of the floating image 3. Therefore, the floating image 3 is a highly directional image, unlike the diffuse image light formed on a screen by a typical projector. Therefore, in the configuration of Figure 2, when a user views the floating image 3 from the direction of arrow A, the floating image 3 appears as a bright image. However, when viewed by another person from the direction of arrow B, the floating image 3 cannot be seen as an image at all. This characteristic is highly suitable for use in systems that display images that require high security or highly confidential images that should be kept secret from people directly facing the user.
なお、再帰反射部材2の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになることがある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述した偏光分離部材101で反射され表示装置1に戻る。この光が、表示装置1を構成する液晶表示パネル11の映像表示面で再反射し、ゴースト像を発生させ空間浮遊像の画質を低下させる可能性がある。そこで、本実施例では表示装置1の映像表示面に吸収型偏光板12を設ける。表示装置1から出射する映像光は吸収型偏光板12を透過させ、偏光分離部材101から戻ってくる反射光は吸収型偏光板12で吸収させることで、上記再反射を抑制できる。これにより、空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止することができる。 Depending on the performance of the retroreflective member 2, the polarization axis of the reflected image light may become misaligned. In this case, some of the image light with misaligned polarization axes is reflected by the polarization separation member 101 described above and returns to the display device 1. This light may be re-reflected by the image display surface of the liquid crystal display panel 11 that constitutes the display device 1, generating ghost images and potentially degrading the image quality of the spatially floating image. Therefore, in this embodiment, an absorbing polarizer 12 is provided on the image display surface of the display device 1. The image light emitted from the display device 1 is transmitted through the absorbing polarizer 12, and the reflected light returning from the polarization separation member 101 is absorbed by the absorbing polarizer 12, thereby suppressing the re-reflection. This prevents degradation of image quality due to ghost images of the spatially floating image.
上述した偏光分離部材101は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。 The polarization separation member 101 described above may be formed, for example, from a reflective polarizing plate or a metal multilayer film that reflects specific polarized light.
次に、図2(B)に代表的な再帰反射部材2として、今回の検討に用いた日本カーバイト工業株式会社製の再帰反射部材の表面形状を示す。規則的に配列された6角柱の内部に入射した光線は、6角柱の壁面と底面で反射され再帰反射光として入射光に対応した方向に出射し、表示装置1に表示した映像に基づき実像である空間浮遊映像を表示する。この空間浮遊像の解像度は液晶表示パネル11の解像度の他に、図2(B)で示す再帰反射部材2の再帰反射部の外形DとピッチPに大きく依存する。例えば、7インチのWUXGA(1920×1200画素)液晶表示パネルを用いる場合には、1画素(1トリプレット)が約80μmであっても、例えば再帰反射部の直径Dが240μmでピッチが300μmであれば空間浮遊像の1画素は300μm相当となる。このため、空間浮遊映像の実効的な解像度は1/3程度に低下する。そこで空間浮遊映像の解像度を表示装置1の解像度と同等にするためには、再帰反射部の直径とピッチを液晶表示パネルの1画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射部材と液晶表示パネルの画素によるモアレの発生を抑えるため、それぞれのピッチ比を1画素の整数倍から外して設計すると良い。また形状は再帰反射部のいずれの一辺も液晶表示パネルの1画素のいずれの一辺と重ならないように配置すると良い。 Next, Figure 2(B) shows the surface shape of a typical retroreflective member 2 manufactured by Nippon Carbide Industries Co., Ltd., used in this study. Light rays incident on the regularly arranged hexagonal prisms are reflected by the walls and bottom of the hexagonal prisms and exit as retroreflected light in a direction corresponding to the incident light, resulting in a real, floating image based on the image displayed on the display device 1. The resolution of this floating image depends not only on the resolution of the LCD panel 11, but also on the outer diameter D and pitch P of the retroreflective portion of the retroreflective member 2 shown in Figure 2(B). For example, when using a 7-inch WUXGA (1920 x 1200 pixels) LCD panel, even if one pixel (one triplet) is approximately 80 μm, if the diameter D of the retroreflective portion is 240 μm and the pitch is 300 μm, then one pixel of the floating image will be equivalent to 300 μm. As a result, the effective resolution of the floating image is reduced to approximately one-third. Therefore, in order to make the resolution of the spatial floating image equivalent to that of the display device 1, it is desirable to make the diameter and pitch of the retroreflective portion close to that of one pixel of the liquid crystal display panel. On the other hand, to prevent moire from occurring due to the retroreflective material and the pixels of the liquid crystal display panel, it is advisable to design the pitch ratio of each to be a different integer multiple of one pixel. Furthermore, it is advisable to arrange the shape so that none of the sides of the retroreflective portion overlaps with any of the sides of one pixel of the liquid crystal display panel.
一方、再帰反射部材を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形すると良い。具体的には再帰部を整列させフィルム上に賦形する方法であり、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布しロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し紫外線を照射して硬化させ、所望形状の再帰反射部材2を得る。
<<空間浮遊映像表示装置の設置方法>>
On the other hand, to manufacture retroreflective members at low cost, it is recommended to use a roll press method. Specifically, this method aligns the retroreflective portions and forms them on a film. The reverse shape of the shape to be formed is formed on the surface of a roll, and a UV-curable resin is applied to a fixing base material and passed between the rolls to form the required shape. The resin is then irradiated with UV light to cure, resulting in the retroreflective member 2 of the desired shape.
<<How to install the space floating image display device>>
次に、空間浮遊映像表示装置の設置方法について説明する。空間浮遊映像表示装置は、使用形態に応じて設置方法を自在に変更することが可能である。図3Aは、空間浮遊映像表示装置の設置方法の一例を示す図である。図3Aに示す空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像3が形成される側の面が上方を向くように横置きにして設置される。すなわち、図3Aでは、空間浮遊映像表示装置は、透明な部材100が上方を向くように設置され、空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置の上方に形成される。 Next, we will explain how to install the space-floating image display device. The installation method for the space-floating image display device can be freely changed depending on the usage form. Figure 3A is a diagram showing an example of how to install a space-floating image display device. The space-floating image display device shown in Figure 3A is installed horizontally so that the surface on which the space-floating image 3 is formed faces upward. That is, in Figure 3A, the space-floating image display device is installed so that the transparent member 100 faces upward, and the space-floating image 3 is formed above the space-floating image display device.
図3Bは、空間浮遊映像表示装置の設置方法の他の例を示す図である。図3Bに示す空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像3が形成される側の面が側方(ユーザ230の方向)を向くように縦置きにして設置される。すなわち、図3Bでは、空間浮遊映像表示装置は、透明な部材100が側方を向くように設置され、空間浮遊映像3が、空間浮遊映像表示装置の側方(ユーザ230の方向)に形成される。
<<空間浮遊映像表示装置の構成>>
3B is a diagram showing another example of a method for installing a space-floating image display device. The space-floating image display device shown in FIG. 3B is installed vertically so that the surface on which the space-floating image 3 is formed faces sideways (toward the user 230). That is, in FIG. 3B, the space-floating image display device is installed so that the transparent member 100 faces sideways, and the space-floating image 3 is formed on the side of the space-floating image display device (toward the user 230).
<<Configuration of the Space Floating Image Display Device>>
次に、空間浮遊映像表示装置1000の構成について説明する。図3Cは、空間浮遊映像表示装置1000の内部構成の一例を示すブロック図である。 Next, we will explain the configuration of the space-floating image display device 1000. Figure 3C is a block diagram showing an example of the internal configuration of the space-floating image display device 1000.
空間浮遊映像表示装置1は、再帰性反射部1101、映像表示部1102、導光体1104、光源1105、電源1106、操作入力部1107、不揮発性メモリ1108、メモリ1109、制御部1110、映像信号入力部1131、音声信号入力部1133、通信部1132、空中操作検出センサ1351、空中操作検出部1350、音声出力部1140、映像制御部1160、ストレージ部1170、撮像部1180等を備えている。 The space floating image display device 1 includes a retroreflector 1101, an image display unit 1102, a light guide 1104, a light source 1105, a power source 1106, an operation input unit 1107, a non-volatile memory 1108, a memory 1109, a control unit 1110, an image signal input unit 1131, an audio signal input unit 1133, a communication unit 1132, an aerial operation detection sensor 1351, an aerial operation detection unit 1350, an audio output unit 1140, an image control unit 1160, a storage unit 1170, an imaging unit 1180, etc.
空間浮遊映像表示装置1000の各構成要素は、筐体1190に収容されている。なお、図3Cに示す撮像部1180および空中操作検出センサ1351は、筐体1190の外側に設けられてもよい。 All components of the space floating image display device 1000 are housed in a housing 1190. Note that the imaging unit 1180 and mid-air operation detection sensor 1351 shown in Figure 3C may be provided outside the housing 1190.
図3Cの再帰性反射部1101は、図2の再帰反射部材2に対応している。再帰性反射部1101は、映像表示部1102により変調された光を再帰性反射する。再帰性反射部1101からの反射光のうち、空間浮遊映像表示装置1000の外部に出力された光により空間浮遊映像3が形成される。 The retroreflective portion 1101 in Figure 3C corresponds to the retroreflective member 2 in Figure 2. The retroreflective portion 1101 retroreflects light modulated by the image display portion 1102. Of the light reflected from the retroreflective portion 1101, the light output to the outside of the space-floating image display device 1000 forms the space-floating image 3.
図3Cの映像表示部1102は、図2の液晶表示パネル11に対応している。図3Cの光源1105は、図2の光源装置13と対応している。そして、図3Cの映像表示部1102、導光体1104、および光源1105は、図2の表示装置1に対応している。 The image display unit 1102 in FIG. 3C corresponds to the liquid crystal display panel 11 in FIG. 2. The light source 1105 in FIG. 3C corresponds to the light source device 13 in FIG. 2. The image display unit 1102, light guide 1104, and light source 1105 in FIG. 3C correspond to the display device 1 in FIG. 2.
映像表示部1102は、後述する映像制御部1160による制御により入力される映像信号に基づいて、透過する光を変調して映像を生成する表示部である。映像表示部1102は、図2の液晶表示パネル11に対応している。映像表示部1102として、例えば透過型液晶パネルが用いられる。また、映像表示部1102として、例えば反射する光を変調する方式の反射型液晶パネルやDMD(Digital Micromirror Device:登録商標)パネル等が用いてられてもよい。 Video display unit 1102 is a display unit that generates an image by modulating transmitted light based on a video signal input under the control of video control unit 1160 (described below). Video display unit 1102 corresponds to liquid crystal display panel 11 in FIG. 2. For example, a transmissive liquid crystal panel is used as video display unit 1102. Alternatively, for example, a reflective liquid crystal panel that modulates reflected light or a DMD (Digital Micromirror Device: registered trademark) panel may be used as video display unit 1102.
光源1105は、映像表示部1102用の光を発生するもので、LED光源、レーザ光源等の固体光源である。電源1106は、外部から入力されるAC電流をDC電流に変換し、光源1105に電力を供給する。また、電源1106は、空間浮遊映像表示装置1000内の各部に、それぞれ必要なDC電流を供給する。 Light source 1105 generates light for image display unit 1102 and is a solid-state light source such as an LED light source or laser light source. Power supply 1106 converts AC current input from the outside into DC current and supplies power to light source 1105. Power supply 1106 also supplies the necessary DC current to each component within the space floating image display device 1000.
導光体1104は、光源1105で発生した光を導光し、映像表示部1102に照射させる。導光体1104と光源1105とを組み合わせたものを、映像表示部1102のバックライトと称することもできる。導光体1104と光源1105との組み合わせには、さまざまな方式が考えられる。導光体1104と光源1105との組み合わせについての具体的な構成例については、後で詳しく説明する。 The light guide 1104 guides the light generated by the light source 1105 and irradiates it onto the image display unit 1102. The combination of the light guide 1104 and the light source 1105 can also be referred to as the backlight of the image display unit 1102. There are various possible combinations of the light guide 1104 and the light source 1105. Specific configuration examples of combinations of the light guide 1104 and the light source 1105 will be described in detail later.
空中操作検出センサ1351は、ユーザ230の指による空間浮遊映像3の操作を検出するセンサである。空中操作検出センサ1351は、例えば空間浮遊映像3の表示範囲の全部と重畳する範囲をセンシングする。なお、空中操作検出センサ1351は、空間浮遊映像3の表示範囲の少なくとも一部と重畳する範囲のみをセンシングしてもよい。 The aerial operation detection sensor 1351 is a sensor that detects operations on the floating in space image 3 by the user's 230 fingers. The aerial operation detection sensor 1351 senses, for example, the range that overlaps with the entire display range of the floating in space image 3. Note that the aerial operation detection sensor 1351 may also sense only the range that overlaps with at least a portion of the display range of the floating in space image 3.
空中操作検出センサ1351の具体例としては、赤外線などの非可視光、非可視光レーザ、超音波等を用いた距離センサが挙げられる。また、空中操作検出センサ1351は、複数のセンサを複数組み合わせ、2次元平面の座標を検出できるように構成されたものでもよい。また、空中操作検出センサ1351は、ToF(Time of Flight)方式のLiDAR(Light Detection and Ranging)や、画像センサで構成されてもよい。 Specific examples of the aerial operation detection sensor 1351 include distance sensors that use invisible light such as infrared, invisible lasers, ultrasonic waves, etc. The aerial operation detection sensor 1351 may also be configured to combine multiple sensors and detect coordinates on a two-dimensional plane. The aerial operation detection sensor 1351 may also be configured as a ToF (Time of Flight) LiDAR (Light Detection and Ranging) sensor or an image sensor.
空中操作検出センサ1351は、ユーザが指で空間浮遊映像3として表示されるオブジェクトに対するタッチ操作等を検出するためのセンシングができればよい。このようなセンシングは、既存の技術を用いて行うことができる。 The mid-air operation detection sensor 1351 only needs to be capable of sensing to detect touch operations, etc., made by the user with their finger on an object displayed as the floating image 3. Such sensing can be performed using existing technology.
空中操作検出部1350は、空中操作検出センサ1351からセンシング信号を取得し、センシング信号に基づいてユーザ230の指による空間浮遊映像3のオブジェクトに対する接触の有無や、ユーザ230の指とオブジェクトとが接触した位置(接触位置)の算出等を行う。空中操作検出部1350は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の回路で構成される。また、空中操作検出部1350の一部の機能は、例えば制御部1110で実行される空間操作検出用プログラムによりソフトウェアで実現されてもよい。 The aerial operation detection unit 1350 acquires a sensing signal from the aerial operation detection sensor 1351, and based on the sensing signal, determines whether or not the user's 230 finger has made contact with an object in the floating-in-space image 3, and calculates the position (contact position) where the user's 230 finger has made contact with the object. The aerial operation detection unit 1350 is configured, for example, with a circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array). Furthermore, some of the functions of the aerial operation detection unit 1350 may be realized in software by, for example, a spatial operation detection program executed by the control unit 1110.
空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350は、空間浮遊映像表示装置1000に内蔵された構成としてもよいが、空間浮遊映像表示装置1000とは別体で外部に設けられてもよい。空間浮遊映像表示装置1000と別体で設ける場合、空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350は、有線または無線の通信接続路や映像信号伝送路を介して空間浮遊映像表示装置1000に情報や信号を伝達できるように構成される。 The aerial operation detection sensor 1351 and the aerial operation detection unit 1350 may be configured to be built into the space-floating image display device 1000, or may be provided externally as a separate entity from the space-floating image display device 1000. When provided as a separate entity from the space-floating image display device 1000, the aerial operation detection sensor 1351 and the aerial operation detection unit 1350 are configured to be able to transmit information and signals to the space-floating image display device 1000 via a wired or wireless communication connection path or video signal transmission path.
また、空中操作検出センサ1351および空中操作検出部1350が別体で設けられてもよい。これにより、空中操作検出機能の無い空間浮遊映像表示装置1000を本体として、空中操作検出機能のみをオプションで追加できるようなシステムを構築することが可能である。また、空中操作検出センサ1351のみを別体とし、空中操作検出部1350が空間浮遊映像表示装置1000に内蔵された構成でもよい。空間浮遊映像表示装置1000の設置位置に対して空中操作検出センサ1351をより自由に配置したい場合等には、空中操作検出センサ1351のみを別体とする構成に利点がある。 Also, the aerial operation detection sensor 1351 and the aerial operation detection unit 1350 may be provided separately. This makes it possible to build a system in which the space-floating image display device 1000, which does not have aerial operation detection functionality, is the main body, and the aerial operation detection functionality can be added as an option. Alternatively, the aerial operation detection sensor 1351 may be provided separately, and the aerial operation detection unit 1350 may be built into the space-floating image display device 1000. In cases where it is desired to more freely position the aerial operation detection sensor 1351 relative to the installation position of the space-floating image display device 1000, a configuration in which only the aerial operation detection sensor 1351 is provided separately is advantageous.
撮像部1180は、イメージセンサを有するカメラであり、空間浮遊映像3付近の空間、および/またはユーザ230の顔、腕、指などを撮像する。撮像部1180は、複数設けられてもよい。複数の撮像部1180を用いることで、あるいは深度センサ付きの撮像部を用いることで、ユーザ230による空間浮遊映像3のタッチ操作の検出処理の際、空中操作検出部1350を補助することができる。 The imaging unit 1180 is a camera with an image sensor, and captures images of the space near the floating-in-space image 3 and/or the face, arms, fingers, etc. of the user 230. Multiple imaging units 1180 may be provided. Using multiple imaging units 1180, or an imaging unit with a depth sensor, can assist the mid-air operation detection unit 1350 in detecting touch operations on the floating-in-space image 3 by the user 230.
例えば、空中操作検出センサ1351が、空間浮遊映像3の表示面を含む平面(侵入検出平面)を対象として、この侵入検出平面内への物体の侵入の有無を検出する物体侵入センサとして構成された場合、侵入検出平面内に侵入していない物体(例えば、ユーザの指)が侵入検出平面からどれだけ離れているのか、あるいは物体が侵入検出平面にどれだけ近いのかといった情報を、空中操作検出センサ1351では検出できない場合がある。 For example, if the aerial operation detection sensor 1351 is configured as an object intrusion sensor that targets a plane (intrusion detection plane) including the display surface of the floating image 3 and detects whether or not an object has intruded into this intrusion detection plane, the aerial operation detection sensor 1351 may not be able to detect information such as how far an object that has not intruded into the intrusion detection plane (for example, a user's finger) is from the intrusion detection plane, or how close the object is to the intrusion detection plane.
このような場合、複数の撮像部1180の撮像画像に基づく物体の深度算出情報や深度センサによる物体の深度情報等の情報を用いることにより、物体と侵入検出平面との距離を算出することができる。そして、これらの情報や、物体と侵入検出平面との距離等の各種情報は、空間浮遊映像3に対する各種表示制御に用いられる。 In such cases, the distance between the object and the intrusion detection plane can be calculated using information such as object depth calculation information based on images captured by multiple imaging units 1180 and object depth information from a depth sensor. This information, as well as various other information such as the distance between the object and the intrusion detection plane, is then used for various display controls for the Floating in Space Image 3.
また、空中操作検出センサ1351を用いずに、撮像部1180の撮像画像に基づき、空中操作検出部1350がユーザ230による空間浮遊映像3のタッチ操作を検出するようにしてもよい。 Alternatively, without using the mid-air operation detection sensor 1351, the mid-air operation detection unit 1350 may detect touch operations on the floating-in-space image 3 by the user 230 based on the captured image by the imaging unit 1180.
また、撮像部1180が空間浮遊映像3を操作するユーザ230の顔を撮像し、制御部1110がユーザ230の識別処理を行うようにしてもよい。また、空間浮遊映像3を操作するユーザ230の周辺や背後に他人が立っており、他人が空間浮遊映像3に対するユーザ230の操作を覗き見ていないか等を判別するため、撮像部1180は、空間浮遊映像3を操作するユーザ230と、ユーザ230の周辺領域とを含めた範囲を撮像するようにしてもよい。 The imaging unit 1180 may also capture an image of the face of the user 230 operating the space-floating image 3, and the control unit 1110 may perform an identification process for the user 230. Furthermore, in order to determine whether or not there is another person standing around or behind the user 230 operating the space-floating image 3 and peeking at the user 230's operation of the space-floating image 3, the imaging unit 1180 may capture an image of the user 230 operating the space-floating image 3 and an area including the user 230's surrounding area.
操作入力部1107は、例えば操作ボタンやリモートコントローラの受光部であり、ユーザ230による空中操作(タッチ操作)とは異なる操作についての信号を入力する。空間浮遊映像3をタッチ操作する前述のユーザ230とは別に、操作入力部1107は、例えば管理者が空間浮遊映像表示装置1000を操作するために用いられてもよい。 The operation input unit 1107 is, for example, an operation button or a light receiving unit of a remote controller, and inputs signals for operations other than the aerial operation (touch operation) by the user 230. In addition to the aforementioned user 230 touching the space floating image 3, the operation input unit 1107 may also be used by, for example, an administrator to operate the space floating image display device 1000.
映像信号入力部1131は、外部の映像出力装置を接続して映像データを入力する。音声信号入力部1133は、外部の音声出力装置を接続して音声データを入力する。音声出力部1140は、音声信号入力部1133に入力された音声データに基づいた音声出力を行うことが可能である。また、音声出力部1140は内蔵の操作音やエラー警告音を出力してもよい。 The video signal input unit 1131 connects to an external video output device and inputs video data. The audio signal input unit 1133 connects to an external audio output device and inputs audio data. The audio output unit 1140 is capable of outputting audio based on the audio data input to the audio signal input unit 1133. The audio output unit 1140 may also output built-in operation sounds and error warning sounds.
不揮発性メモリ1108は、空間浮遊映像表示装置1000で用いる各種データを格納する。不揮発性メモリ1108に格納されるデータには、例えば、空間浮遊映像3に表示する各種操作用のデータ、表示アイコン、ユーザの操作が操作するためのオブジェクトのデータやレイアウト情報等が含まれる。メモリ1109は、空間浮遊映像3として表示する映像データや装置の制御用データ等を記憶する。 Non-volatile memory 1108 stores various data used by the space floating image display device 1000. Data stored in non-volatile memory 1108 includes, for example, data for various operations to be displayed on the space floating image 3, display icons, object data for user operation, layout information, etc. Memory 1109 stores image data to be displayed as the space floating image 3, data for controlling the device, etc.
制御部1110は、接続される各部の動作を制御する。また、制御部1110は、メモリ1109に記憶されるプログラムと協働して、空間浮遊映像表示装置1000内の各部から取得した情報に基づく演算処理を行ってもよい。通信部1132は、有線または無線のインタフェースを介して、外部機器や外部のサーバ等と通信を行う。通信部1132を介した通信により、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データが送受信される。 The control unit 1110 controls the operation of each connected unit. The control unit 1110 may also work in conjunction with a program stored in the memory 1109 to perform calculations based on information obtained from each unit within the space floating image display device 1000. The communication unit 1132 communicates with external devices, external servers, etc. via a wired or wireless interface. Various types of data such as video data, image data, and audio data are sent and received through communication via the communication unit 1132.
ストレージ部1170は、映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ&の各種情報を記録する記憶装置である。ストレージ部1170には、例えば、製品出荷時に予め映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ等の各種情報が記録されていてもよい。また、ストレージ部1170は、通信部1132を介して外部機器や外部のサーバ等から取得した映像データ、画像データ、音声データ等の各種データ等の各種情報を記録してもよい。 The storage unit 1170 is a storage device that records various types of data and information, such as video data, image data, and audio data. For example, the storage unit 1170 may be pre-recorded with various types of information, such as video data, image data, and audio data, at the time of product shipment. The storage unit 1170 may also record various types of information, such as video data, image data, and audio data, acquired from external devices, external servers, etc. via the communication unit 1132.
ストレージ部1170に記録された映像データ、画像データ等は、映像表示部1102と再帰性反射部1101とを介して空間浮遊映像3として出力される。空間浮遊映像3として表示される、表示アイコンやユーザが操作するためのオブジェクト等の映像データ、画像データ等も、ストレージ部1170に記録される。 The video data, image data, etc. recorded in the storage unit 1170 is output as the space floating image 3 via the video display unit 1102 and the retroreflection unit 1101. The video data, image data, etc. of the display icons and objects for the user to operate, etc., displayed as the space floating image 3, are also recorded in the storage unit 1170.
空間浮遊映像3として表示される表示アイコンやオブジェクト等のレイアウト情報や、オブジェクトに関する各種メタデータの情報等もストレージ部1170に記録される。ストレージ部1170に記録された音声データは、例えば音声出力部1140から音声として出力される。 Layout information for display icons and objects displayed as the floating image 3, as well as various metadata information related to the objects, is also recorded in the storage unit 1170. Audio data recorded in the storage unit 1170 is output as audio from the audio output unit 1140, for example.
映像制御部1160は、映像表示部1102に入力する映像信号に関する各種制御を行う。映像制御部1160は、例えば、メモリ1109に記憶させる映像信号と、映像信号入力部1131に入力された映像信号(映像データ)等のうち、どの映像信号を映像表示部1102に入力するかといった映像切り替えの制御等を行う。 The video control unit 1160 performs various controls related to the video signal input to the video display unit 1102. For example, the video control unit 1160 controls video switching, such as which video signal is input to the video display unit 1102 between the video signal stored in the memory 1109 and the video signal (video data) input to the video signal input unit 1131.
また、映像制御部1160は、メモリ1109に記憶させる映像信号と、映像信号入力部1131から入力された映像信号とを重畳した重畳映像信号を生成し、重畳映像信号を映像表示部1102に入力することで、合成映像を空間浮遊映像3として形成する制御を行ってもよい。 The video control unit 1160 may also generate a superimposed video signal by superimposing the video signal to be stored in the memory 1109 and the video signal input from the video signal input unit 1131, and input the superimposed video signal to the video display unit 1102, thereby controlling the formation of a composite video as the floating-in-space video 3.
また、映像制御部1160は、映像信号入力部1131から入力された映像信号やメモリ1109に記憶させる映像信号等に対して画像処理を行う制御を行ってもよい。画像処理としては、例えば、画像の拡大、縮小、変形等を行うスケーリング処理、輝度を変更するブライト調整処理、画像のコントラストカーブを変更するコントラスト調整処理、画像を光の成分に分解して成分ごとの重みづけを変更するレティネックス処理等がある。 The video control unit 1160 may also control image processing of video signals input from the video signal input unit 1131 and video signals to be stored in the memory 1109. Examples of image processing include scaling processing to enlarge, reduce, or deform an image, brightness adjustment processing to change the brightness, contrast adjustment processing to change the contrast curve of an image, and Retinex processing to decompose an image into light components and change the weighting of each component.
また、映像制御部1160は、映像表示部1102に入力する映像信号に対して、ユーザ230の空中操作(タッチ操作)を補助するための特殊効果映像処理等を行ってもよい。特殊効果映像処理は、例えば、空中操作検出部1350によるユーザ230のタッチ操作の検出結果や、撮像部1180によるユーザ230の撮像画像に基づいて行われる。 The video control unit 1160 may also perform special effect video processing, etc., on the video signal input to the video display unit 1102 to assist the user 230 in performing an aerial operation (touch operation). The special effect video processing is performed, for example, based on the detection result of the user 230's touch operation by the aerial operation detection unit 1350 and the image of the user 230 captured by the imaging unit 1180.
ここまで説明したように空間浮遊映像表示装置1000には、さまざまな機能が搭載されている。ただし、空間浮遊映像表示装置1000は、これらのすべての機能を備える必要はなく、空間浮遊映像3を形成する機能があればどのような構成でもよい。
<空間浮遊映像表示装置2>
As explained above, various functions are installed in the space floating image display device 1000. However, the space floating image display device 1000 does not need to have all of these functions, and any configuration is acceptable as long as it has the function of forming the space floating image 3.
<Space-floating image display device 2>
図4は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の主要部構成の他の例を示す図である。表示装置1を構成する映像表示素子11は、液晶表示パネル11と挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置13を備え、例えば、画面サイズが5インチ程度の小型のものから80インチを超える大型な液晶表示パネルで構成され、折り返しミラー22の表面には反射型偏光板のような偏光分離部材101を設け、液晶表示パネル11からの映像光を再帰反射部材2に向けて反射する。表示装置1からの特定偏波の映像光は、透明な部材100に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜(図中はシート101を粘着)で反射され、再帰反射部材2に入射する。 Figure 4 shows another example of the main components of a space-floating image display device according to one embodiment of the present invention. The image display element 11 constituting the display device 1 includes a light source device 13 that generates light of a specific polarization with diffusion characteristics that form a narrow angle with the liquid crystal display panel 11. The display device 1 is configured with an LCD panel ranging in screen size from a small one of approximately 5 inches to a large one exceeding 80 inches. A polarization separation member 101 such as a reflective polarizer is provided on the surface of the folding mirror 22, which reflects the image light from the LCD panel 11 toward the retroreflective member 2. The image light of the specific polarization from the display device 1 is reflected by a film (sheet 101 is adhesively attached in the figure) provided on a transparent member 100 that selectively reflects the image light of the specific polarization, and enters the retroreflective member 2.
再帰反射部材の光入射面にはλ/4板21を設け、映像光を2度通過させることで偏光変換し特定偏波を他方の偏波に変換することで、偏光分離部材101を透過させ、透明な部材100の外側に実像である空間浮遊映像3を表示する。透明な部材100の外光入射面には吸収型の偏光板を設ける。上述した偏光分離部材101では再帰反射することで偏光軸が不揃いになるため一部の映像光は反射し表示装置1に戻る。この光が再度表示装置1を構成する液晶表示パネル11の映像表示面で反射し、ゴースト像を発生させ空間浮遊像の画質を著しく低下させる。そこで、本実施例では表示装置1の映像表示面に吸収型偏光板12を設け、映像光は透過させ、上述した反射光を吸収させることで空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止する。更に、セット外部の太陽光や照明光による画質低下を軽減するため、透明な部材100の表面に吸収型偏光板12を設けると良い。偏光分離部材101としては反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜から形成される。 A λ/4 plate 21 is provided on the light incident surface of the retroreflective member. The image light is polarized and converted from a specific polarization to the other polarization by passing through the polarization separation member 101 twice, resulting in a real image, the floating-in-space image 3, being displayed on the outside of the transparent member 100. An absorptive polarizer is provided on the external light incident surface of the transparent member 100. Because the polarization separation member 101 described above causes the polarization axis to become misaligned due to retroreflection, some of the image light is reflected and returned to the display device 1. This light is then reflected again by the image display surface of the liquid crystal display panel 11 that constitutes the display device 1, generating ghost images and significantly degrading the image quality of the floating-in-space image. Therefore, in this embodiment, an absorptive polarizer 12 is provided on the image display surface of the display device 1, which transmits the image light and absorbs the reflected light, thereby preventing image quality degradation due to ghost images of the floating-in-space image. Furthermore, an absorptive polarizer 12 is preferably provided on the surface of the transparent member 100 to mitigate image quality degradation caused by sunlight and lighting outside the set. The polarization separation member 101 is formed from a reflective polarizing plate or a metal multilayer film that reflects specific polarized waves.
次に、上述した空間浮遊映像表示装置により得られた空間浮遊映像に対して対象物とセンサ44の距離と位置の関係をセンシングするように、TOF(Time of Fly)機能を有するセンサ44を図5に示すように複数層に配置して、対象物の平面方向の座標の他に奥行方向の座標と対象物の移動方向、移動速度も感知することが可能となる。2次元の距離と位置を読み取るために紫外線発光部と受光部の組み合わせを複数直線的に配置し、発光点からの光を対象物に照射し反射した光を受光部で受光する。発光した時間と受光した時間との差と、光速の積により対象物との距離が明確になる。また平面上の座標は複数の発光部と受光部で、発光時間と受光時間の差が最も小さい部分での座標から読み取ることができる。以上により平面(2次元)での対象物の座標と、前述したセンサを複数組み合わせることで3次元の座標情報を得ることもできる。 Next, sensors 44 with TOF (Time of Fly) functionality are arranged in multiple layers as shown in Figure 5 to sense the distance and position relationship between the object and the sensors 44 in relation to the floating image obtained by the floating image display device described above. This makes it possible to sense not only the object's coordinates in the plane direction, but also its coordinates in the depth direction and the object's movement direction and speed. To read two-dimensional distance and position, multiple combinations of ultraviolet light emitters and light receivers are arranged in a straight line, and light from the light-emitting point is irradiated onto the object, and the reflected light is received by the light-receiving unit. The distance to the object is determined by the product of the difference between the time of light emission and the time of light reception and the speed of light. Furthermore, coordinates on the plane can be read from the coordinates at the point where the difference between the time of light emission and the time of light reception is smallest using multiple light-emitting units and light-receiving units. As described above, three-dimensional coordinate information can also be obtained by combining the object's coordinates in the plane (two dimensions) and multiple sensors described above.
更に、上述した空間浮遊映像表示装置として3次元の空間浮遊映像を得る方法について図6を用いて説明する。図6は、空間浮遊映像表示装置で用いる3次元映像表示の原理の説明図である。図4に示す表示装置1の液晶表示パネル11の映像表示画面の画素に合わせて水平レンチキュラーレンズを配置する。この結果、図6に示すように画面水平方向の運動視差P1、P2、P3の3方向からの運動視差を表示するには、3方向からの映像を3画素ごとに1つのブロックとして、1画素ごとに3方向からの映像情報を表示し、対応するレンチキュラーレンズ(図6中に縦線で示す)の作用により光の出射方向を制御して3方向に分離出射する。この結果、3視差の立体像が表示可能となる。
<反射型偏光板>
Furthermore, a method for obtaining a three-dimensional space-floating image using the above-mentioned space-floating image display device will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is an explanatory diagram of the principle of three-dimensional image display used in the space-floating image display device. A horizontal lenticular lens is arranged to match the pixels of the image display screen of the liquid crystal display panel 11 of the display device 1 shown in FIG. 4. As a result, to display motion parallax from three directions, P1, P2, and P3, in the horizontal direction of the screen as shown in FIG. 6, images from the three directions are grouped into blocks of three pixels, and image information from the three directions is displayed for each pixel. The light emission direction is controlled by the action of the corresponding lenticular lens (shown by vertical lines in FIG. 6) to separate and emit the light in three directions. As a result, a three-parallax stereoscopic image can be displayed.
<Reflective polarizing plate>
本実施例の空間浮遊映像表示装置において、偏光分離部材101は、映像の画質を決めるコントラスト性能を、一般的なハーフミラーよりも向上させるために用いられる。本実施例の偏光分離部材101の一例として反射型偏光板の特性を説明する。図7は、反射型偏光板の特性を評価した測定系の説明図である。図7の反射型偏光板の偏光軸に対して垂直方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をV-AOIとして、図8及び図9にそれぞれ示す。同様に反射型偏光板の偏光軸に対して水平方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をH-AOIとして、図10及び図11にそれぞれ示す。 In the space-floating image display device of this embodiment, the polarization separation element 101 is used to improve the contrast performance, which determines the image quality, compared to a typical half mirror. The characteristics of a reflective polarizer are explained as an example of the polarization separation element 101 of this embodiment. Figure 7 is an explanatory diagram of a measurement system used to evaluate the characteristics of a reflective polarizer. The transmission and reflection characteristics of the reflective polarizer in Figure 7 relative to the angle of incidence of light perpendicular to the polarization axis are shown in Figures 8 and 9, respectively, as V-AOI. Similarly, the transmission and reflection characteristics of the reflective polarizer relative to the angle of incidence of light horizontal to the polarization axis are shown in Figures 10 and 11, respectively, as H-AOI.
図8及び図9に示すようにグリッド構造の反射型偏光板は、偏光軸に対して垂直方向からの光についての特性は低下する。このため、偏光軸に沿った仕様が望ましく、液晶表示パネルからの出射映像光を挟角で出射可能な本実施例の光源が理想的な光源となる。また、水平方向の特性も同様に斜めからの光については特性低下がある。以上の特性を考慮して、以下、液晶表示パネルからの出射映像光をより挟角に出射可能な光源を液晶表示パネルのバックライトとして使用する、本実施例の構成例について説明する。これにより、高コントラストな空間浮遊映像が提供可能となる。
<表示装置>
As shown in Figures 8 and 9, a reflective polarizer with a grid structure exhibits reduced characteristics for light coming from a direction perpendicular to the polarization axis. For this reason, specifications aligned with the polarization axis are desirable, and the light source of this embodiment, which can emit the image light from the liquid crystal display panel at a narrow angle, is an ideal light source. Similarly, the horizontal characteristics also deteriorate for light coming from an oblique angle. Taking these characteristics into consideration, the following describes a configuration example of this embodiment, in which a light source capable of emitting the image light from the liquid crystal display panel at a narrower angle is used as the backlight for the liquid crystal display panel. This makes it possible to provide a high-contrast floating image.
<Display device>
次に、本実施例の表示装置1について図を用いて説明する。本実施例の表示装置1は映像表示素子11(液晶表示パネル)と共に、その光源を構成する光源装置13を備えており、図12では、光源装置13を液晶表示パネルと共に展開斜視図として示している。 Next, the display device 1 of this embodiment will be described using the drawings. The display device 1 of this embodiment includes an image display element 11 (liquid crystal display panel) and a light source device 13 that constitutes its light source. Figure 12 shows the light source device 13 together with the liquid crystal display panel as an exploded perspective view.
この液晶表示パネル(映像表示素子11)は、図12に矢印30で示すように、バックライト装置である光源装置13からの光により挟角な拡散特性を有する、即ち、指向性(直進性)が強く、かつ、偏光面を一方向に揃えたレーザ光に似た特性の照明光束を得て、入力される映像信号に応じて変調をかけた映像光を、再帰反射部材2により反射し透明な部材100を透過して実像である空間浮遊像を形成する。(図1参照)。また、図12では、表示装置1を構成する液晶表示パネル11と、更に、光源装置13からの出射光束の指向特性を制御する光方向変換パネル54、および、必要に応じて挟角拡散板(図示せず)を備えて構成されている。即ち、液晶表示パネル11の両面には偏光板が設けられ、特定の偏波の映像光が映像信号により光の強度を変調して出射する(図12の矢印30を参照)構成となっている。これにより、所望の映像を指向性(直進性)の高い特定偏波の光として、光方向変換パネル54を介して、再帰反射部材2に向けて投写し、再帰反射部材2で反射後、店舗(空間)の外部の監視者の眼に向けて透過して空間浮遊映像3を形成する。なお、上述した光方向変換パネル54の表面には保護カバー50(図13、図14を参照)を設けてよい。 As shown by arrow 30 in Figure 12, this liquid crystal display panel (image display element 11) receives light from the light source device 13, which serves as a backlight device, and produces an illumination light beam with narrow-angle diffusion characteristics. This illumination light beam has strong directionality (linearity) and a polarization plane aligned in one direction, similar to that of laser light. The image light is modulated according to the input video signal, reflected by the retroreflective member 2, and transmitted through the transparent member 100 to form a real, floating image (see Figure 1). Figure 12 also shows the liquid crystal display panel 11, which constitutes the display device 1, and further includes a light direction conversion panel 54 that controls the directional characteristics of the light beam emitted from the light source device 13, and an optional narrow-angle diffusion plate (not shown). Polarizing plates are provided on both sides of the liquid crystal display panel 11, and the image light of a specific polarization is emitted with its intensity modulated according to the video signal (see arrow 30 in Figure 12). As a result, the desired image is projected as highly directional (straight-line) light of a specific polarization via the light direction conversion panel 54 toward the retroreflective member 2, where it is reflected and transmitted toward the eyes of an observer outside the store (space), forming a floating image 3. A protective cover 50 (see Figures 13 and 14) may be provided on the surface of the light direction conversion panel 54 described above.
本実施例では、光源装置13からの出射光束30の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置13と液晶表示パネル11を含んで構成される表示装置1において、光源装置13からの光(図12の矢印30を参照)を、再帰反射部材2に向けて投写し、再帰反射部材2で反射後、透明な部材100(ウィンドガラス105等)の表面に設けた透明シート(図示せず)により、浮遊映像を所望の位置に形成するよう指向性を制御することもできる。具体的には、この透明シートは、フレネルレンズやリニアフレネルレンズ等の光学部品によって高い指向性を付与したまま浮遊映像の結像位置を制御する。このことによれば、表示装置1からの映像光は、レーザ光のようにショーウィンド105の外側(例えば、歩道)にいる観察者に対して高い指向性(直進性)で効率良く届くこととなり、その結果、高品位な浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置13のLED素子201を含む表示装置1による消費電力を著しく低減することが可能となる。
<表示装置の例1>
In this embodiment, in order to improve the utilization efficiency of the light beam 30 emitted from the light source device 13 and significantly reduce power consumption, in a display device 1 including the light source device 13 and the liquid crystal display panel 11, light from the light source device 13 (see arrow 30 in FIG. 12 ) is projected toward the retroreflective member 2, and after reflection by the retroreflective member 2, a transparent sheet (not shown) provided on the surface of the transparent member 100 (such as the window glass 105) can be used to control the directivity so that a floating image is formed at a desired position. Specifically, this transparent sheet controls the imaging position of the floating image while providing high directivity using optical components such as a Fresnel lens or a linear Fresnel lens. In this way, the image light from the display device 1 can efficiently reach an observer outside the display window 105 (e.g., on a sidewalk) with high directivity (straightness) like laser light. As a result, it is possible to display high-quality floating images at high resolution and significantly reduce power consumption by the display device 1 including the LED elements 201 of the light source device 13.
<Example 1 of Display Device>
図13には、表示装置1の具体的な構成の一例を示す。図13では、図12の光源装置13の上に液晶表示パネル11と光方向変換パネル54を配置している。この光源装置13は、図12に示したケース上に、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部にLED素子201、導光体203を収納して構成されており、導光体203の端面には、図12等にも示したように、それぞれのLED素子201からの発散光を略平行光束に変換するために、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状を設けている。その上面には、表示装置1を構成する液晶表示パネル11が取り付けられている。また、光源装置13のケースのひとつの側面(本例では左側の端面)には、半導体光源であるLED(Light Emitting Diode)素子201や、その制御回路を実装したLED基板202が取り付けられると共に、LED基板202の外側面には、LED素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられてもよい。 Figure 13 shows an example of a specific configuration of the display device 1. In Figure 13, a liquid crystal display panel 11 and a light direction conversion panel 54 are arranged on top of the light source device 13 of Figure 12. This light source device 13 is formed, for example, from plastic on the case shown in Figure 12, and is configured by housing LED elements 201 and a light guide 203 inside. As also shown in Figure 12, the end surface of the light guide 203 has a shape whose cross-sectional area gradually increases toward the side facing the light receiving section in order to convert the divergent light from each LED element 201 into a substantially parallel beam of light. The end surface has a lens shape that gradually reduces the divergence angle by multiple total reflections as the light propagates inside. The liquid crystal display panel 11 that constitutes the display device 1 is attached to its top surface. Furthermore, LED (Light Emitting Diode) elements 201, which are semiconductor light sources, and an LED board 202, which mounts their control circuits, are attached to one side of the case of the light source device 13 (the left end face in this example), and a heat sink, which is a member for cooling the heat generated by the LED elements and control circuit, may be attached to the outer surface of the LED board 202.
また、光源装置13のケースの上面に取り付けられる液晶表示パネルのフレーム(図示せず)には、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル11と、更に、当該液晶表示パネルに電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブル配線基板)(図示せず)などが取り付けられて構成される。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル11は、固体光源であるLED素子201と共に、電子装置を構成する制御回路(図示せず)からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。この時、生成される映像光は拡散角度が狭く特定の偏波成分のみとなるため、映像信号により駆動された面発光レーザ映像源に近い、従来にない新しい映像表示装置が得られることとなる。なお、現状では、レーザ装置により、上述した表示装置1で得られる画像と同等のサイズのレーザ光束を得ることは、技術的にも安全上からも不可能である。そこで、本実施例では、例えば、LED素子を備えた一般的な光源からの光束から、上述した面発光レーザ映像光に近い光を得る。 The LCD panel frame (not shown) attached to the top surface of the case of the light source device 13 is configured to include the LCD panel 11 attached to the frame, as well as an FPC (Flexible Printed Circuit) (not shown) electrically connected to the LCD panel. That is, the LCD panel 11, which is an LCD display element, generates a display image by modulating the intensity of transmitted light in conjunction with the LED elements 201, which are solid-state light sources, based on control signals from a control circuit (not shown) that constitutes the electronic device. The generated image light has a narrow diffusion angle and contains only specific polarization components, resulting in a novel image display device similar to a surface-emitting laser image source driven by a video signal. Currently, it is technically and safety-wise impossible to obtain a laser beam of the same size as the image obtained by the display device 1 described above using a laser device. Therefore, in this embodiment, light similar to the surface-emitting laser image light described above is obtained from a beam of light from a general light source, such as an LED element.
続いて、光源装置13のケース内に収納されている光学系の構成について、図13と共に、図14を参照しながら詳細に説明する。 Next, the configuration of the optical system housed within the case of the light source device 13 will be described in detail with reference to Figures 13 and 14.
図13および図14は断面図であるため、光源を構成する複数のLED素子201が1つだけ示されており、これらは導光体203の受光端面203aの形状により略コリメート光に変換される。このため導光体端面の受光部とLED素子は所定の位置関係を保って取り付けられている。なお、この導光体203は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、この導光体端部のLED受光面は、例えば、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有し、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)を形成した凹部を有し、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)を有するものである(図示せず)。なお、LED素子201を取り付ける導光体の受光部外形形状は、円錐形状の外周面を形成する放物面形状をなし、LED素子から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 13 and 14 are cross-sectional views, and only one of the LED elements 201 making up the light source is shown. This is converted into approximately collimated light by the shape of the light-receiving end surface 203a of the light guide 203. For this reason, the light-receiving portion of the light guide end surface and the LED element are attached while maintaining a predetermined positional relationship. Each light guide 203 is formed from a translucent resin such as acrylic. The LED light-receiving surface at the end of this light guide has, for example, a convex convex outer surface obtained by rotating a parabolic cross section, and at its apex, a concave portion with a convex portion (i.e., a convex lens surface) formed in its central portion, and the central portion of the flat portion has a convex lens surface protruding outward (or may be a concave lens surface recessed inward) (not shown). The outer shape of the light receiving section of the light guide on which the LED element 201 is mounted is a parabolic shape that forms a conical outer surface, and is set within an angle range that allows for total reflection within the light emitted from the LED element in the peripheral direction, or a reflective surface is formed.
他方、LED素子201は、その回路基板である、LED基板202の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板202は、LEDコリメータ(受光端面203a)に対して、その表面上のLED素子201が、それぞれ、前述した凹部の中央部に位置するように配置されて固定される。 On the other hand, the LED elements 201 are each arranged at a predetermined position on the surface of the LED board 202, which is the circuit board. This LED board 202 is positioned and fixed relative to the LED collimator (light-receiving end surface 203a) so that the LED elements 201 on its surface are each located in the center of the recess mentioned above.
かかる構成によれば、導光体203の受光端面203aの形状によって、LED素子201から放射される光は略平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 With this configuration, the shape of the light-receiving end surface 203a of the light guide 203 makes it possible to extract the light emitted from the LED element 201 as approximately parallel light, thereby improving the utilization efficiency of the generated light.
以上述べたように、光源装置13は、導光体203の端面に設けた受光部である受光端面203aに光源であるLED素子201を複数並べた光源ユニットを取り付けて構成され、LED素子からの発散光束を導光体端面の受光端面203aのレンズ形状によって略平行光として、矢印で示すように、導光体203内部を導光し(図面に平行な方向)、光束方向変換手段204によって、導光体に対して略平行に配置された液晶表示パネル11に向かって(図面から手前に垂直な方向)出射する。導光体内部または表面の形状によってこの光束方向変換手段の分布(密度)を最適化することで、液晶表示パネル11に入射する光束の均一性を制御することができる。上述した光束方向変換手段204は導光体表面の形状や導光体内部に例えば屈折率の異なる部分を設けることで、導光体内を伝搬した光束を、導光体に対して略平行に配置された液晶表示パネル11に向かって(図面から手前に垂直な方向)出射する。この時、液晶表示パネル11を画面中央に正対し画面対角寸法と同じ位置に視点を置いた状態で画面中央と画面周辺部の輝度を比較した場合の相対輝度比が20%以上あれば実用上問題なく、30%を超えていれば更に優れた特性となる。 As described above, the light source device 13 is configured by attaching a light source unit having an array of LED elements 201 serving as light sources to the light-receiving end surface 203a, which is the light-receiving portion provided on the end surface of the light guide 203. The divergent light beam from the LED elements is converted into approximately parallel light by the lens shape of the light-receiving end surface 203a of the light guide end surface, and as shown by the arrow, this light is guided inside the light guide 203 (in a direction parallel to the drawing), and is emitted by the light beam direction conversion means 204 toward the liquid crystal display panel 11, which is positioned approximately parallel to the light guide (in a direction perpendicular to the front of the drawing). The uniformity of the light beam incident on the liquid crystal display panel 11 can be controlled by optimizing the distribution (density) of this light beam direction conversion means depending on the shape inside or on the surface of the light guide. The light beam direction conversion means 204 described above emits the light beam propagated within the light guide toward the liquid crystal display panel 11, which is positioned approximately parallel to the light guide (in a direction perpendicular to the front of the drawing), by changing the shape of the light guide surface or by providing areas with different refractive indices within the light guide. In this case, when the liquid crystal display panel 11 is faced directly at the center of the screen and the viewpoint is positioned at a position equal to the diagonal dimension of the screen, if the relative brightness ratio between the center and periphery of the screen is 20% or more, there is no practical problem, and if it exceeds 30%, it will be an even better characteristic.
なお、図13は上述した導光体203とLED素子201を含む光源装置13において、偏光変換する本実施例の光源の構成とその作用を説明するための断面配置図である。図13において、光源装置13は、例えば、プラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段204を設けた導光体203、光源としてのLED素子201、反射シート205、位相差板206、レンチキュラーレンズなどから構成されており、その上面には、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル11が取り付けられている。 Figure 13 is a cross-sectional layout diagram illustrating the configuration and operation of the polarization-converting light source of this embodiment in the light source device 13 including the light guide 203 and LED element 201 described above. In Figure 13, the light source device 13 is composed of a light guide 203 made of plastic or the like, with a light beam direction conversion means 204 on its surface or inside, an LED element 201 as a light source, a reflective sheet 205, a retardation plate 206, a lenticular lens, etc., and attached to the top surface is a liquid crystal display panel 11 equipped with polarizing plates on the light source light entrance surface and the image light exit surface.
また、光源装置13に対応した液晶表示パネル11の光源光入射面(図の下面)にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板49を設けており、LED素子201から出射した自然光束210のうち片側の偏波(例えばP波)212を選択的に反射させ、導光体203の一方(図の下方)の面に設けた反射シート205で反射して、再度、液晶表示パネル52に向かうようにする。そこで、反射シート205と導光体203の間もしくは導光体203と反射型偏光板49の間に位相差板(λ/4板)を設けて反射シート205で反射させ、2回通過させることで反射光束をP偏光からS偏光に変換し、映像光としての光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル11で映像信号により光強度を変調された映像光束は(図13の矢印213)、再帰反射部材2に入射して、図1に示したように、反射後にウィンドガラス105を透過して店舗(空間)の内部または外部に実像である空間浮遊像を得ることができる。 A film or sheet-like reflective polarizer 49 is provided on the light source light incidence surface (bottom surface in the figure) of the liquid crystal display panel 11 corresponding to the light source device 13, selectively reflecting one polarized wave (e.g., P wave) 212 of the natural light beam 210 emitted from the LED element 201, which is then reflected by a reflective sheet 205 provided on one surface (bottom surface in the figure) of the light guide 203, and directed back toward the liquid crystal display panel 52. Therefore, a retardation plate (λ/4 plate) is provided between the reflective sheet 205 and the light guide 203, or between the light guide 203 and the reflective polarizer 49, and the reflected light beam is reflected by the reflective sheet 205 and passed twice, converting it from P-polarized light to S-polarized light, improving the utilization efficiency of the light source light as image light. The image light beam, whose light intensity has been modulated by the video signal on the liquid crystal display panel 11 (arrow 213 in Figure 13), enters the retroreflective member 2, and after reflection, as shown in Figure 1, passes through the window glass 105, creating a real, floating image inside or outside the store (space).
図14は、図13と同様に、導光体203とLED素子201を含む光源装置13において、偏光変換する本実施例の光源の構成と作用を説明するための断面配置図である。光源装置13も、同様に、例えばプラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段204を設けた導光体203、光源としてのLED素子201、反射シート205、位相差板206、レンチキュラーレンズなどから構成されており、その上面には、映像表示素子として、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル11が取り付けられている。 Similar to FIG. 13, FIG. 14 is a cross-sectional layout diagram illustrating the configuration and operation of the polarization-converting light source of this embodiment in a light source device 13 including a light guide 203 and an LED element 201. Similarly, the light source device 13 is composed of a light guide 203 formed of, for example, plastic, on the surface of which or inside which a light beam direction conversion means 204 is provided, an LED element 201 as a light source, a reflective sheet 205, a retardation plate 206, a lenticular lens, etc., and on top of this is attached a liquid crystal display panel 11 as an image display element, which has polarizing plates on the light source light entrance surface and the image light exit surface.
また、光源装置13に対応した液晶表示パネル11の光源光入射面(図の下面)にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板49を設け、LED光源201から出射した自然光束210うち片側の偏波(例えばS波)211を選択的に反射させ、導光体203の一方(図の下方)の面に設けた反射シート205で反射して、再度液晶表示パネル11に向かう。反射シート205と導光体203の間もしくは導光体203と反射型偏光板49の間に位相差板(λ/4板)を設けて反射シート205で反射させ、2回通過させることで反射光束をS偏光からP偏光に変換し、映像光として光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル11で映像信号により光強度変調された映像光束は(図14の矢印214)、再帰反射部材2に入射して、図1に示すように、反射後にウィンドガラス105を透過して店舗(空間)の内部または外部に実像である空間浮遊像を得ることができる。 A film or sheet-like reflective polarizer 49 is provided on the light source light incidence surface (bottom surface in the figure) of the liquid crystal display panel 11 corresponding to the light source device 13, selectively reflecting one polarized wave (e.g., S wave) 211 of the natural light beam 210 emitted from the LED light source 201, which is then reflected by a reflective sheet 205 provided on one surface (bottom surface in the figure) of the light guide 203 and directed back toward the liquid crystal display panel 11. A retardation plate (λ/4 plate) is provided between the reflective sheet 205 and the light guide 203 or between the light guide 203 and the reflective polarizer 49, and the reflected light beam is reflected by the reflective sheet 205 and passes through it twice, converting the reflected light beam from S-polarized to P-polarized, improving the efficiency of use of the light source light as image light. The image light beam (arrow 214 in Figure 14) that has been intensity modulated by the video signal on the liquid crystal display panel 11 enters the retroreflective member 2, and after reflection, as shown in Figure 1, passes through the window glass 105, creating a real, floating image inside or outside the store (space).
図13および図14に示す光源装置においては、対応する液晶表示パネル11の光入射面に設けた偏光板の作用の他に、反射型偏光板で片側の偏光成分を反射するため、理論上得られるコントラスト比は、反射型偏光板のクロス透過率の逆数と液晶表示パネルに付帯した2枚の偏光板により得られるクロス透過率の逆数を乗じたものとなる。これにより、高いコントラスト性能が得られる。実際には、表示画像のコントラスト性能が10倍以上向上することを実験により確認した。この結果、自発光型の有機ELに比較しても遜色ない高品位な映像が得られた。
<表示装置の例2>
In the light source devices shown in Figures 13 and 14, in addition to the function of the polarizer provided on the light incident surface of the corresponding liquid crystal display panel 11, the reflective polarizer reflects the polarized light component on one side. Therefore, the theoretically obtainable contrast ratio is the reciprocal of the cross transmittance of the reflective polarizer multiplied by the reciprocal of the cross transmittance obtained by the two polarizers attached to the liquid crystal display panel. This results in high contrast performance. In fact, experiments have confirmed that the contrast performance of the displayed image is improved by more than 10 times. As a result, high-quality images comparable to those of self-luminous organic EL displays are obtained.
<Example 2 of Display Device>
図15には、表示装置1の具体的な構成の他の一例を示す。図15の光源装置13は、図17等の光源装置と同様である。この光源装置13は、例えばプラスチックなどのケース内にLED、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納して構成されており、その上面には液晶表示パネル11が取り付けられている。また、光源装置13のケースのひとつの側面には、半導体光源であるLED(Light Emitting Diode)素子14a、14bや、その制御回路を実装したLED基板102が取り付けられると共に、LED基板102の外側面には、LED素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンク103が取り付けられている(図17、図18等も参照)。 Figure 15 shows another example of the specific configuration of the display device 1. The light source device 13 in Figure 15 is similar to the light source device in Figure 17, etc. This light source device 13 is configured by housing LEDs, a collimator, a composite diffusion block, a light guide, etc. in a case made of, for example, plastic, and has a liquid crystal display panel 11 attached to its upper surface. Also, an LED board 102 mounting LED (Light Emitting Diode) elements 14a and 14b, which are semiconductor light sources, and their control circuits is attached to one side of the case of the light source device 13, and a heat sink 103, which is a member for cooling the heat generated by the LED elements and control circuit, is attached to the outer surface of the LED board 102 (see also Figures 17, 18, etc.).
また、ケースの上面に取り付けられた液晶表示パネルフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル11と、更に、液晶表示パネル11に電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブル配線基板)403(図7参照)などが取り付けられて構成されている。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル11は、固体光源であるLED素子14a,14bと共に、電子装置を構成する制御回路(ここでは図示せず)からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。
<表示装置の例3>
The liquid crystal display panel frame attached to the top surface of the case is configured to have attached thereto the liquid crystal display panel 11 attached to the frame, and further to have attached thereto an FPC (Flexible Printed Circuits) 403 (see FIG. 7 ) electrically connected to the liquid crystal display panel 11. That is, the liquid crystal display panel 11, which is a liquid crystal display element, generates a display image by modulating the intensity of transmitted light together with the LED elements 14 a and 14 b, which are solid-state light sources, based on a control signal from a control circuit (not shown here) that constitutes the electronic device.
<Display Device Example 3>
続いて、図16を用いて表示装置1の具体的な構成の他の例を説明する。この表示装置1の光源装置は、LEDからの自然光(P偏波とS偏波が混在)の発散光束をLEDコリメータ18により略平行光束に変換し、反射型導光体304により液晶表示パネル11に向け反射する。反射光は液晶表示パネル11と反射型導光体304の間に配置された波長板と反射型偏光板49に入射する。反射型偏光板で特定の偏波(例えばS偏波)が反射され波長板で位相が変換され反射面に戻り再び位相差板を通過して反射型偏光板を透過する偏波(例えばP偏波)に変換される。 Next, another example of the specific configuration of the display device 1 will be described using Figure 16. The light source device of this display device 1 converts the divergent light beam of natural light (a mixture of P-polarized and S-polarized waves) from the LED into a substantially parallel light beam using the LED collimator 18, which is then reflected toward the liquid crystal display panel 11 by the reflective light guide 304. The reflected light is incident on a wave plate and reflective polarizer 49 arranged between the liquid crystal display panel 11 and the reflective light guide 304. A specific polarized wave (e.g., S-polarized wave) is reflected by the reflective polarizer, its phase is converted by the wave plate, it returns to the reflecting surface, passes through the retardation plate again, and is converted into a polarized wave (e.g., P-polarized wave) that transmits through the reflective polarizer.
この結果、LEDからの自然光は特定の偏波(例えばP偏波)に揃えられ、液晶表示パネル11に入射し、映像信号に合わせて輝度変調されパネル面に映像を表示する。上述の例と同様に光源を構成する複数のLEDが示されており(ただし、縦断面のため図16では1個のみ図示)、これらはLEDコリメータ18に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このLEDコリメータ18は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このLEDコリメータ18は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)を形成した凹部を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)を有している。なお、LEDコリメータ18の円錐形状の外周面を形成する放物面は、LEDから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 As a result, the natural light from the LEDs is aligned to a specific polarization (e.g., P polarization) and enters the LCD panel 11. It is then brightness-modulated in accordance with the video signal, displaying an image on the panel surface. As with the previous example, multiple LEDs constituting the light source are shown (however, because of the longitudinal cross section, only one is shown in Figure 16), which are attached to a predetermined position relative to the LED collimator 18. Each LED collimator 18 is formed from a translucent resin such as acrylic or glass. The LED collimator 18 has a convex cone-shaped outer surface obtained by rotating a parabolic cross section, and its apex has a concave portion with a central convex portion (i.e., a convex lens surface). The center of its flat surface also has a convex lens surface (or a concave lens surface) that protrudes outward. The parabolic surface that forms the conical outer surface of the LED collimator 18 is set within an angle range that allows for total reflection of the light emitted from the LEDs in the peripheral direction, or a reflective surface is formed within the parabolic surface.
以上の構成は図17、図18等に示した映像表示装置の光源装置と同様の構成である。更に図16に示したLEDコリメータ15により略平行光に変換された光は、反射型導光体304で反射し反射型偏光板49の作用により特定の偏波の光を透過させ、反射した他方の偏波の光は再度導光体304を透過して、液晶表示パネル11と接しない導光体の他方の面に設けた反射板271で反射する。この時、反射板271と液晶表示パネル11の間に配置した位相差板(λ/4板)270を2度通過することで偏光変換され、再び導光体304を透過して、反対面に設けた反射型偏光板49を透過して、偏光方向を揃えて液晶表示パネル11に入射させる。この結果、光源の光を全て利用できるので光の利用効率が2倍になる。 The above configuration is similar to that of the light source device of the image display device shown in Figures 17 and 18. Furthermore, the light converted into approximately parallel light by the LED collimator 15 shown in Figure 16 is reflected by the reflective light guide 304 and transmitted through the reflective polarizer 49, with the other polarized light passing through the light guide 304 again and reflected by the reflector 271 on the other side of the light guide that is not in contact with the liquid crystal display panel 11. At this time, the polarization is converted by passing twice through the retardation plate (λ/4 plate) 270 positioned between the reflector 271 and the liquid crystal display panel 11, and the light passes through the light guide 304 again and the reflective polarizer 49 on the opposite side, aligning the polarization direction before entering the liquid crystal display panel 11. As a result, all of the light from the light source can be utilized, doubling the light utilization efficiency.
液晶表示パネルからの出射光は、従来のTVセットでは画面水平方向(図22(a)X軸で表示)と画面垂直方向(図22(b)Y軸で表示)ともに同様な拡散特性を持っている。これに対して、本実施例の液晶表示パネルからの出射光束の拡散特性は、例えば図22の例1に示すように輝度が正面視(角度0度)の50%になる視野角が13度とすることで、従来の62度に対して1/5となる。同様に垂直方向の視野角は上下不均等として上側の視野角を下側の視野角に対して1/3程度に抑えるように反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、従来の液晶TVに比べ監視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は50倍以上となる。 In conventional TV sets, the light emitted from an LCD display panel has similar diffusion characteristics in both the horizontal direction of the screen (shown on the X-axis in Figure 22(a)) and the vertical direction of the screen (shown on the Y-axis in Figure 22(b)). In contrast, the diffusion characteristics of the light beam emitted from the LCD display panel of this embodiment are 1/5 of the conventional 62 degrees when the viewing angle at which the brightness is 50% of that when viewed from the front (0 degree angle) is set to 13 degrees, as shown in Example 1 of Figure 22. Similarly, the vertical viewing angle is made uneven between the top and bottom, and the reflection angle and reflective surface area of the reflective light guide are optimized to keep the upper viewing angle to about 1/3 of the lower viewing angle. As a result, the amount of image light directed in the monitoring direction is significantly improved compared to conventional LCD TVs, with brightness being more than 50 times greater.
更に、図22の例2に示す視野角特性とすれば輝度が正面視(角度0度)の50%になる視野角が5度とすることで従来の62度に対して1/12となる。同様に垂直方向の視野角は上下均等として視野角を従来に対して1/12程度に抑えるように反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、従来の液晶TVに比べ監視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は100倍以上となる。以上述べたように視野角を挟角とすることで監視方向に向かう光束量を集中できるので光の利用効率が大幅に向上する。この結果、従来のTV用の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を制御することで同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能で、明るい屋外に向けての情報表示システムに対応した映像表示装置とすることができる。 Furthermore, assuming the viewing angle characteristics shown in Example 2 in Figure 22, the viewing angle at which brightness is 50% of that when viewed from the front (angle of 0 degrees) is set to 5 degrees, which is 1/12 of the conventional 62 degrees. Similarly, the vertical viewing angle is equal from top to bottom, and the reflection angle and reflective surface area of the reflective light guide are optimized to reduce the viewing angle to approximately 1/12 of the conventional viewing angle. As a result, the amount of image light directed toward the monitoring direction is significantly improved compared to conventional LCD TVs, with brightness being more than 100 times higher. As described above, by setting the viewing angle to a narrow angle, the amount of light flux directed toward the monitoring direction can be concentrated, significantly improving light utilization efficiency. As a result, even when using LCD display panels for conventional TVs, significant brightness improvements can be achieved with similar power consumption by controlling the light diffusion characteristics of the light source device, making it possible to create an image display device that is compatible with information display systems aimed at bright outdoor environments.
大型の液晶表示パネルを使用する場合には、画面周辺の光は画面中央を監視者が正対した場合に監視者の方向に向かうように内側に向けることで、画面明るさの全面性が向上する。図20は監視者のパネルからの距離Lと、パネルサイズ(画面比16:10)とをパラメータとしたときのパネル長辺と短辺の収斂角度を求めたものである。画面を縦長として監視する場合には、短辺に合わせて収斂角度を設定すればよく、例えば22“パネルの縦使いで監視距離が0.8mの場合には収斂角度を10度とすれば画面4コーナからの映像光を有効に監視者に向けることができる。 When using a large LCD display panel, the overall brightness of the screen can be improved by directing the light from the periphery of the screen inward so that it is directed toward the observer when they are facing the center of the screen. Figure 20 shows the convergence angle between the long and short sides of the panel when the observer's distance from the panel, L, and the panel size (screen ratio 16:10) are used as parameters. When monitoring with the screen in portrait orientation, the convergence angle can be set to match the short side. For example, with a 22" panel used vertically and a monitoring distance of 0.8 m, a convergence angle of 10 degrees will allow the image light from the four corners of the screen to be effectively directed toward the observer.
同様に、15”パネルの縦使いで監視する場合には監視距離が0.8mの場合には収斂角度を7度とすれば画面4コーナからの映像光を有効に監視者に向けることができる。以上述べたように液晶表示パネルのサイズ及び縦使いか横使いかによって画面周辺の映像光を、画面中央を監視するのに最適な位置にいる監視者に向けることで画面明るさの全面性を向上できる。 Similarly, when monitoring with a 15" panel in portrait orientation and the monitoring distance is 0.8m, a convergence angle of 7 degrees will allow the image light from the four corners of the screen to be effectively directed towards the monitor. As mentioned above, depending on the size of the LCD display panel and whether it is used portrait or landscape, the image light from the periphery of the screen can be directed towards the monitor who is in the optimal position to monitor the centre of the screen, improving the overall brightness of the screen.
基本構成としては、図16に示すように光源装置により挟角な指向特性の光束を液晶表示パネル11に入射させ、映像信号に合わせて輝度変調することで、液晶表示パネル11の画面上に表示した映像情報を、再帰反射部材で反射させ得られた空間浮遊映像を、透明な部材100を介して室外または室内に表示する。
<光源装置の例1>
The basic configuration is as shown in Figure 16, in which a light beam with a narrow angle of directionality is incident on a liquid crystal display panel 11 by a light source device, and the brightness is modulated according to the video signal, and the video information displayed on the screen of the liquid crystal display panel 11 is reflected by a retroreflective member, and the resulting spatially floating image is displayed indoors or outdoors via a transparent member 100.
<Example 1 of Light Source Device>
続いて、ケース内に収納されている光源装置等の光学系の構成について、図17と共に、図18(a)および(b)を参照しながら、詳細に説明する。 Next, the configuration of the optical system, including the light source device housed in the case, will be described in detail with reference to Figures 17, 18(a) and 18(b).
図17および図18には、光源を構成するLED14a、14bが示されており、これらはLEDコリメータ15に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このLEDコリメータ15は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このLEDコリメータ15は、図18(b)にも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面156を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)157を形成した凹部153を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)154を有している。なお、LEDコリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面156は、LED14a、14bから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 17 and 18 show LEDs 14a and 14b, which constitute the light source, attached at predetermined positions relative to the LED collimator 15. Each LED collimator 15 is made of a translucent resin, such as acrylic. As shown in FIG. 18(b), the LED collimator 15 has a cone-shaped outer surface 156 obtained by rotating a parabolic cross section, and a recess 153 at its apex with a central convex portion (i.e., a convex lens surface) 157. The central portion of the flat surface has a convex lens surface 154 (or a concave lens surface) 154 that protrudes outward. The parabolic surface 156 that forms the cone-shaped outer surface of the LED collimator 15 is set within an angle range that allows for total reflection of the light emitted from the LEDs 14a and 14b in the peripheral direction, or a reflective surface is formed thereon.
また、LED14a、14bは、その回路基板である、LED基板102の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板102は、LEDコリメータ15に対して、その表面上のLED14aまたは14bが、それぞれ、その凹部153の中央部に位置するように配置されて固定される。 The LEDs 14a and 14b are each arranged at a predetermined position on the surface of the LED board 102, which is the circuit board. The LED board 102 is positioned and fixed to the LED collimator 15 so that the LED 14a or 14b on its surface is located in the center of the recess 153.
かかる構成によれば、上述したLEDコリメータ15によって、LED14aまたは14bから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方(図の右方向)に向かって放射される光は、LEDコリメータ15の外形を形成する2つの凸レンズ面157、154により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、LEDコリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したLEDコリメータ15によれば、LED14aまたは14bにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 With this configuration, the light emitted from LED 14a or 14b by the LED collimator 15 described above, particularly the light emitted upward from the center (toward the right in the figure), is collected and converted into parallel light by the two convex lens surfaces 157, 154 that form the exterior of the LED collimator 15. Light emitted from other areas toward the periphery is reflected by the parabolic surface that forms the conical outer surface of the LED collimator 15, and is similarly collected and converted into parallel light. In other words, an LED collimator 15 with a convex lens in its center and a parabolic surface around its periphery makes it possible to extract almost all of the light generated by LED 14a or 14b as parallel light, thereby improving the utilization efficiency of the generated light.
なお、LEDコリメータ15の光の出射側には偏光変換素子21が設けられている。この偏光変換素子21は、図18からも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状(以下、平行四辺形柱)の透光性部材と、断面が三角形である柱状(以下、三角形柱)の透光性部材とを組み合わせ、LEDコリメータ15からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ(以下、「PBS膜」と省略する)211と反射膜212とが設けられており、また、偏光変換素子21へ入射してPBS膜211を透過した光が出射する出射面には、λ/2位相板213が備えられている。 A polarization conversion element 21 is provided on the light output side of the LED collimator 15. As is clear from Figure 18, this polarization conversion element 21 is composed of a combination of a cylindrical translucent member with a parallelogram cross section (hereinafter referred to as a parallelogram prism) and a cylindrical translucent member with a triangular cross section (hereinafter referred to as a triangular prism), arranged in an array parallel to a plane perpendicular to the optical axis of the collimated light from the LED collimator 15. Furthermore, polarizing beam splitters (hereinafter referred to as "PBS films") 211 and reflective films 212 are alternately provided at the interfaces between adjacent translucent members arranged in the array, and a λ/2 phase plate 213 is provided on the output surface from which light incident on the polarization conversion element 21 and transmitted through the PBS film 211 exits.
この偏光変換素子21の出射面には、更に、図18(a)にも示す矩形状の合成拡散ブロック16が設けられている。即ち、LED14aまたは14bから出射された光は、LEDコリメータ15の働きにより平行光となって合成拡散ブロック16へ入射し、出射側のテクスチャー161により拡散された後、導光体17に到る。 The exit surface of this polarization conversion element 21 is further provided with a rectangular composite diffusion block 16, also shown in Figure 18(a). That is, the light emitted from LED 14a or 14b is converted into parallel light by the action of the LED collimator 15 and enters the composite diffusion block 16. After being diffused by the texture 161 on the exit side, the light reaches the light guide 17.
導光体17は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形(図18(b)参照)の棒状に形成された部材であり、そして、図17からも明らかなように、合成拡散ブロック16の出射面に第1の拡散板18aを介して対向する導光体光入射部(面)171と、斜面を形成する導光体光反射部(面)172と、第2の拡散板18bを介して、液晶表示素子である液晶表示パネル11と対向する導光体光出射部(面)173とを備えている。 The light guide 17 is a rod-shaped member made of a translucent resin such as acrylic and having a roughly triangular cross section (see Figure 18(b)). As is clear from Figure 17, it comprises a light guide light incident portion (surface) 171 that faces the exit surface of the composite diffusion block 16 via a first diffuser plate 18a, a light guide light reflecting portion (surface) 172 that forms a slope, and a light guide light exit portion (surface) 173 that faces the liquid crystal display panel 11, which is a liquid crystal display element, via a second diffuser plate 18b.
この導光体17の導光体光反射部(面)172には、その一部拡大図である図17にも示すように、多数の反射面172aと連接面172bとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面172a(図では右上がりの線分)は、図において一点鎖線で示す水平面に対してαn(n:自然数であり、本例では、例えば、1~130である)を形成しており、その一例として、ここでは、αnを43度以下(ただし、0度以上)に設定している。 As shown in Figure 17, which is an enlarged partial view, the light guide light reflecting portion (surface) 172 of this light guide 17 has a sawtooth pattern with numerous alternating reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b. The reflecting surfaces 172a (the line segments sloping upward to the right in the figure) form an angle αn (n is a natural number, for example, 1 to 130 in this example) with respect to the horizontal plane indicated by the dashed dotted line in the figure, and as an example, αn is set to 43 degrees or less (but 0 degrees or greater).
導光体光入射部(面)171は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック16の出射面からの平行光は、第1の拡散板18aを介して拡散されて入射し、図からも明らかなように、導光体光入射部(面)171により上方に僅かに屈曲(偏向)しながら導光体光反射部(面)172に達し、ここで反射して図の上方の出射面に設けた液晶表示パネル11に到る。 The light guide light incident surface (surface) 171 is formed in a curved convex shape inclined toward the light source. As a result, parallel light from the exit surface of the composite diffusion block 16 is diffused and incident via the first diffuser plate 18a. As is clear from the figure, the light is slightly bent (deflected) upward by the light guide light incident surface (surface) 171 before reaching the light guide light reflecting surface (surface) 172, where it is reflected and reaches the liquid crystal display panel 11 provided on the exit surface at the top of the figure.
以上に詳述した表示装置1によれば、光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、モジュール化されたS偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造することが可能となる。なお、上記の説明では、偏光変換素子21をLEDコリメータ15の後に取り付けるものとして説明したが、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示パネル11に到る光路中に設けることによっても同様の作用・効果が得られる。 The display device 1 described above in detail not only improves light utilization efficiency and uniform illumination characteristics, but also enables compact, low-cost manufacturing, including of a modularized S-polarized light source device. While the above description describes the polarization conversion element 21 as being attached after the LED collimator 15, the present invention is not limited to this, and similar effects can be achieved by locating it in the optical path leading to the liquid crystal display panel 11.
なお、導光体光反射部(面)172には、多数の反射面172aと連接面172bとが交互に鋸歯状に形成されており、照明光束は、各々の反射面172a上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部(面)173には挟角拡散板を設けて略平行な拡散光束として指向特性を制御する光方向変換パネル54に入射し、斜め方向から液晶表示パネル11へ入射する。本実施例では光方向変換パネル54を導光体出射部(面)173と液晶表示パネル11の間に設けたが、液晶表示パネル11の出射面に設けても、同様の効果が得られる。
<光源装置の例2>
The light guide light reflection portion (surface) 172 has a number of reflective surfaces 172a and connecting surfaces 172b formed alternately in a sawtooth pattern, and the illumination light beam is totally reflected by each reflective surface 172a and directed upward, and then enters the light direction conversion panel 54, which is provided with a narrow-angle diffuser plate on the light guide light exit portion (surface) 173 to control the directional characteristics as a substantially parallel diffused light beam, and then enters the liquid crystal display panel 11 from an oblique direction. In this embodiment, the light direction conversion panel 54 is provided between the light guide exit portion (surface) 173 and the liquid crystal display panel 11, but the same effect can be obtained by providing the light direction conversion panel 54 on the exit surface of the liquid crystal display panel 11.
<Example 2 of Light Source Device>
光源装置13等の光学系の構成について、他の例を図19に示す。図18に示した例と同様に、光源を構成する複数(本例では、2個)のLED14a、14bが示されており、これらはLEDコリメータ15に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このLEDコリメータ15は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図18に示した例と同様に、このLEDコリメータ15は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面156を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)157を形成した凹部153を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)154を有している。なお、LEDコリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面156は、LED14aから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 Figure 19 shows another example of the optical system configuration of the light source device 13, etc. Similar to the example shown in Figure 18, multiple (two in this example) LEDs 14a and 14b that make up the light source are shown, and these are attached to a predetermined position relative to the LED collimator 15. Each LED collimator 15 is made of a translucent resin, such as acrylic. Similar to the example shown in Figure 18, this LED collimator 15 has a cone-convex outer surface 156 obtained by rotating a parabolic cross section, and at its apex, a recess 153 with a central convex portion (i.e., a convex lens surface) 157. The center of the flat portion also has a convex lens surface 154 that protrudes outward (or may be a concave lens surface that is recessed inward). The parabolic surface 156 that forms the cone-shaped outer surface of the LED collimator 15 is set within an angle range that allows for total reflection within it of the light emitted from the LED 14a in the peripheral direction, or a reflective surface is formed thereon.
また、LED14a、14bは、その回路基板である、LED基板102の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板102は、LEDコリメータ15に対して、その表面上のLED14aまたは14bが、それぞれ、その凹部153の中央部に位置するように配置されて固定される。 The LEDs 14a and 14b are each arranged at a predetermined position on the surface of the LED board 102, which is the circuit board. The LED board 102 is positioned and fixed to the LED collimator 15 so that the LED 14a or 14b on its surface is located in the center of the recess 153.
かかる構成によれば、上述したLEDコリメータ15によって、LED14aまたは14bから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方(図の右方向)に向かって放射される光は、LEDコリメータ15の外形を形成する2つの凸レンズ面157、154により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、LEDコリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したLEDコリメータ15によれば、LED14aまたは14bにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 With this configuration, the light emitted from LED 14a or 14b by the LED collimator 15 described above, particularly the light emitted upward from the center (toward the right in the figure), is collected and converted into parallel light by the two convex lens surfaces 157, 154 that form the exterior of the LED collimator 15. Light emitted from other areas toward the periphery is reflected by the parabolic surface that forms the conical outer surface of the LED collimator 15, and is similarly collected and converted into parallel light. In other words, an LED collimator 15 with a convex lens in its center and a parabolic surface around its periphery makes it possible to extract almost all of the light generated by LED 14a or 14b as parallel light, thereby improving the utilization efficiency of the generated light.
なお、LEDコリメータ15の光の出射側には第一の拡散板18aを介して導光体170が設けられている。導光体170は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形(図19(a)参照)の棒状に形成された部材であり、そして、図19(a)からも明らかなように、拡散ブロック16の出射面に第1の拡散板18aを介して対向する導光体光入射部(面)171と、斜面を形成する導光体光反射部(面)172と、反射式偏光板200を介して液晶表示素子である液晶表示パネル11と対向する導光体光出射部(面)173とを備えている。 A light guide 170 is provided on the light emission side of the LED collimator 15 via a first diffuser plate 18a. The light guide 170 is a rod-shaped member made of a translucent resin such as acrylic and having a roughly triangular cross section (see Figure 19(a)). As is clear from Figure 19(a), it is equipped with a light guide light incident portion (surface) 171 that faces the emission surface of the diffusion block 16 via the first diffuser plate 18a, a light guide light reflecting portion (surface) 172 that forms a slope, and a light guide light emission portion (surface) 173 that faces the liquid crystal display panel 11, which is a liquid crystal display element, via a reflective polarizer 200.
この反射型偏光板200は、例えばP偏光を反射(S偏光は透過)させる特性を有する物を選択すれば、光源であるLEDから発した自然光のうちP偏光を反射し、図19(b)に示した導光体光反射部172に設けたλ/4板202を通過して反射面201で反射し、再びλ/4板202を通過することでS偏光に変換され、液晶表示パネル11に入射する光束は全てS偏光に統一される。 If this reflective polarizer 200 is selected to have the property of reflecting P-polarized light (transmitting S-polarized light), it will reflect the P-polarized light from the natural light emitted by the LED light source, pass through the λ/4 plate 202 provided in the light guide light reflecting section 172 shown in Figure 19(b), reflect at the reflective surface 201, and then pass through the λ/4 plate 202 again to be converted into S-polarized light, and all light beams incident on the liquid crystal display panel 11 will be unified into S-polarized light.
同様に、反射型偏光板200としてS偏光を反射(P偏光は透過)させる特性を有する物を選択すれば、光源であるLEDから発した自然光のうちS偏光を反射し、図19(b)に示した導光体光反射部172に設けたλ/4板202を通過して反射面201で反射し、再びλ/4板202を通過することでP偏光に変換され、液晶表示パネル52に入射する光束は全てP偏光に統一される。以上述べた構成でも偏光変換が実現できる。
<光源装置の例3>
Similarly, if a material having the property of reflecting S-polarized light (and transmitting P-polarized light) is selected as reflective polarizer 200, the S-polarized light in the natural light emitted from the LED light source will be reflected, pass through λ/4 plate 202 provided in light guide light reflecting section 172 shown in Figure 19(b), be reflected by reflective surface 201, and be converted into P-polarized light by passing through λ/4 plate 202 again, so that all light beams incident on liquid crystal display panel 52 are unified into P-polarized light. Polarization conversion can also be achieved with the configuration described above.
<Light Source Device Example 3>
光源装置等の光学系の構成についての他の例を、図16を用いて説明する。第3の例では、図16に示すようにLED102からの自然光(P偏光とS偏光が混在)の発散光束をコリメータレンズ18により略平行光束に変換し、反射型導光体304により液晶表示パネル11に向け反射する。反射光は液晶表示パネル11と反射型導光体304の間に配置された反射型偏光板206に入射する。反射型偏光板206で特定の偏波(例えばS偏波)が反射され導光体304の反射面を繋ぐ面を透過し、導光体304の反対面に面して配置された反射板271で反射され位相板(λ/4波長板)270を2度透過することで偏光変換され、導光体と反射型偏光板を透過して液晶表示パネル11に入射し映像光に変調される。この時、特定偏波と偏光変換された偏波面を合わせることで光の利用効率が通常の2倍となり、反射型偏光板の偏光度(消光比)もシステム全体の消光比に乗せられるので、本実施例の光源装置を用いることで情報表示システムのコントラスト比が大幅に向上する。 Another example of the optical system configuration of a light source device, etc., will be described using Figure 16. In the third example, as shown in Figure 16, the divergent beam of natural light (a mixture of P-polarized and S-polarized light) from the LED 102 is converted into a nearly parallel beam by a collimator lens 18 and reflected toward the liquid crystal display panel 11 by a reflective light guide 304. The reflected light is incident on a reflective polarizer 206 arranged between the liquid crystal display panel 11 and the reflective light guide 304. A specific polarized wave (e.g., S-polarized wave) is reflected by the reflective polarizer 206, passes through the surface connecting the reflective surfaces of the light guide 304, is reflected by a reflector 271 arranged facing the opposite surface of the light guide 304, and is polarization-converted by passing twice through a phase plate (λ/4 wave plate) 270. The light passes through the light guide and the reflective polarizer, enters the liquid crystal display panel 11, and is modulated into image light. In this case, by combining the specific polarized wave with the polarization-converted polarization plane, the light utilization efficiency is doubled, and the degree of polarization (extinction ratio) of the reflective polarizer is also included in the extinction ratio of the entire system, so using the light source device of this embodiment significantly improves the contrast ratio of the information display system.
この結果、LEDからの自然光は特定の偏波(例えばP偏波)に揃えられる。上述の例と同様に光源を構成する複数のLEDが設けられており(ただし、縦断面のため図16では1個のみ図示)、これらはLEDコリメータ18に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このLEDコリメータ18は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このLEDコリメータ18は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)を形成した凹部を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)を有している。なお、LEDコリメータ18の円錐形状の外周面を形成する放物面は、LED18から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 As a result, the natural light from the LEDs is aligned to a specific polarization (e.g., P polarization). Similar to the previous example, multiple LEDs are provided to form the light source (however, because Figure 16 is a longitudinal cross-section, only one is shown), and these are attached to a predetermined position relative to the LED collimator 18. Each LED collimator 18 is made of a translucent resin such as acrylic or glass. The LED collimator 18 has a convex convex outer surface obtained by rotating a parabolic cross-section, and its apex has a concave portion with a central convex portion (i.e., a convex lens surface). The center of the flat portion also has a convex lens surface (or a concave lens surface) that protrudes outward. The parabolic surface that forms the conical outer surface of the LED collimator 18 is set within an angle range that allows for total internal reflection of the light emitted from the LEDs 18 in the peripheral direction, or a reflective surface is formed.
また、LEDは、その回路基板である、LED基板102の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板102は、LEDコリメータ18に対して、その表面上のLEDが、それぞれ、その凹部の中央部に位置するように配置されて固定される。 The LEDs are also arranged at predetermined positions on the surface of the LED board 102, which serves as the circuit board. The LED board 102 is positioned and fixed to the LED collimator 18 so that the LEDs on its surface are each located in the center of its recess.
かかる構成によれば、LEDコリメータ18によって、LEDから放射される光のうち、特に、その中央部分から放射される光は、LEDコリメータ18の外形を形成する2つの凸レンズ面により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、LEDコリメータ18の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したLEDコリメータ18によれば、LEDにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
<光源装置の例4>
With this configuration, the light emitted from the LEDs by the LED collimator 18, particularly the light emitted from the central portion, is collected and converted into parallel light by the two convex lens surfaces that form the outer shape of the LED collimator 18. Meanwhile, the light emitted from other portions toward the periphery is reflected by the parabolic surface that forms the outer peripheral surface of the conical shape of the LED collimator 18, and is similarly collected and converted into parallel light. In other words, the LED collimator 18, which has a convex lens in its center and a parabolic surface formed on its periphery, can extract almost all of the light generated by the LEDs as parallel light, thereby improving the utilization efficiency of the generated light.
<Light Source Device Example 4>
更に、光源装置等の光学系の構成についての他の例を、図25を用いて説明する。LEDコリメータ18の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向(図の前後方向で図示せず)の拡散特性を変換する光学シート207を2枚用い、LEDコリメータ18からの光を2枚の光学シート207(拡散シート)の間に入射させる。この光学シート207は、1枚で構成する場合には表面と裏面の微細形状で垂直と水平の拡散特性を制御する。また、拡散シートを複数枚使用して作用を分担しても良い。光学シート207の表面形状と裏面形状により、LEDコリメータ18からの光の画面垂直方向の拡散角を拡散シートの反射面の垂直面の幅に合わせ、水平方向は液晶表示パネル11から出射する光束の面密度が均一になるように、LEDの数量とLED基板(光学素子)102からの発散角を設計パラメータとして最適設計すると良い。つまり、導光体の代わりに複数の拡散シートの表面形状により拡散特性を制御する。本実施例では、偏光変換は上述した光源装置の例3と同様の方法で行われる。これに対し、LEDコリメータ18と拡散フィルム207の間に偏光変換素子21を設けて、偏光変換を行った後、拡散シート207に光源光を入射させても良い。 Another example of the optical system configuration of a light source device, etc., is described using Figure 25. Two optical sheets 207 are used on the light output side of the LED collimator 18 to convert the diffusion characteristics in the vertical and horizontal directions (front and back directions, not shown in the figure), and light from the LED collimator 18 is incident between the two optical sheets 207 (diffusion sheets). When this optical sheet 207 is configured with a single sheet, the vertical and horizontal diffusion characteristics are controlled by the fine shapes on the front and back surfaces. Alternatively, multiple diffusion sheets may be used to share the function. The front and back shapes of the optical sheet 207 can be optimized to match the diffusion angle of light from the LED collimator 18 in the vertical direction to the width of the vertical surface of the diffusion sheet's reflective surface, while the number of LEDs and the divergence angle from the LED substrate (optical element) 102 can be used as design parameters to ensure a uniform surface density of the luminous flux emitted from the LCD display panel 11 in the horizontal direction. In other words, the diffusion characteristics are controlled by the surface shapes of multiple diffusion sheets instead of a light guide. In this embodiment, polarization conversion is performed in the same manner as in Example 3 of the light source device described above. Alternatively, a polarization conversion element 21 may be provided between the LED collimator 18 and the diffusion film 207, and the light from the light source may be incident on the diffusion sheet 207 after polarization conversion has been performed.
前述した反射型偏光板206は、S偏光を反射(P偏光は透過)させる特性を有する物を選択すれば、光源であるLEDから発した自然光のうちS偏光を反射し、図25に示した位相差板270を通過して、反射面271で反射し、再び位相差板270を通過することでP偏光に変換され液晶表示パネル11に入射する。この位相差板の厚さは位相差板への光線の入射角度により最適値を選ぶ必要があり、λ/16からλ/4の範囲に最適値が存在する。
<レンチキュラーレンズ>
If the above-mentioned reflective polarizing plate 206 is selected to have the property of reflecting S-polarized light (and transmitting P-polarized light), it will reflect the S-polarized light of the natural light emitted from the LED light source, pass through the retardation plate 270 shown in Fig. 25, be reflected by the reflecting surface 271, and pass through the retardation plate 270 again to be converted into P-polarized light, which then enters the liquid crystal display panel 11. The optimum value for the thickness of this retardation plate must be selected depending on the angle of incidence of the light beam on the retardation plate, and the optimum value lies in the range of λ/16 to λ/4.
<Lenticular lens>
液晶表示パネル11からの映像光の拡散分布を制御するためには、光源装置13と液晶表示パネル11の間、あるいは、液晶表示パネル11の表面に、レンチキュラーレンズを設けてレンズ形状を最適化することで、一方向の出射特性を制御できる。更に、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置することで表示装置1からの映像光束をX軸およびY軸方向に出射特性を制御することができ、この結果所望の拡散特性を有する映像表示装置を得ることができる。 To control the diffusion distribution of the image light from the liquid crystal display panel 11, a lenticular lens can be installed between the light source device 13 and the liquid crystal display panel 11, or on the surface of the liquid crystal display panel 11, and the lens shape can be optimized to control the emission characteristics in one direction. Furthermore, by arranging a microlens array in a matrix, the emission characteristics of the image light beam from the display device 1 can be controlled in the X-axis and Y-axis directions, resulting in an image display device with the desired diffusion characteristics.
レンチキュラーレンズによる作用について説明する。レンチキュラーレンズは、レンズ形状を最適化することで、上述した表示装置1から出射されて透明な部材100を透過又は反射して効率良く空間浮遊像を得ることが可能となる。即ち、表示装置1からの映像光に対し、2枚のレンチキュラーレンズを組み合わせ、またはマイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を制御するシートを設けて、X軸およびY軸方向において、映像光の輝度(相対輝度)をその反射角度(垂直方向を0度)に応じて制御することができる。本実施例では、このようなレンチキュラーレンズにより、従来に比較し、図22(b)に示すように垂直方向の輝度特性を急峻にし、更に上下(Y軸の正負方向)方向の指向特性のバランスを変化させることで反射や拡散による光の輝度(相対輝度)を高めることにより、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く(高い直進性)かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術による映像表示装置を用いた場合に再帰反射部材で発生していたゴースト像を抑え、効率良く監視者の眼に再帰反射による空間浮遊像が届くように制御できる。 The effect of the lenticular lens will now be explained. By optimizing the lens shape, the lenticular lens can efficiently produce a floating image in space by transmitting or reflecting light emitted from the display device 1 described above through the transparent member 100. That is, by combining two lenticular lenses or by providing a sheet that controls the diffusion characteristics by arranging a microlens array in a matrix, the brightness (relative brightness) of the image light from the display device 1 can be controlled in the X-axis and Y-axis directions according to its reflection angle (vertical direction is 0 degrees). In this embodiment, such a lenticular lens makes the vertical brightness characteristic steeper than conventional ones, as shown in Figure 22(b), and further changes the balance of the directional characteristics in the up and down directions (positive and negative directions on the Y axis) to increase the brightness (relative brightness) of the light due to reflection and diffusion. This results in image light with a narrow diffusion angle (high linearity) and containing only specific polarization components, like image light from a surface-emitting laser image source, and suppresses ghost images that occur in retroreflective materials when using image display devices using conventional technology, making it possible to efficiently control the floating image in space due to retroreflection so that it reaches the observer's eyes.
また上述した光源装置により、図22の(a)(b)に示した一般的な液晶表示パネルからの出射光拡散特性特性(図中では従来と表記)に対してX軸方向およびY軸方向ともに大幅に挟角な指向特性とすることで、特定方向に対して平行に近い映像光束を出射する特定偏波の光を出射する映像表示装置が実現できる。 Furthermore, by using the light source device described above, it is possible to realize an image display device that emits light of a specific polarization that emits an image light beam that is nearly parallel to a specific direction by achieving a directional characteristic that is significantly narrower in both the X-axis and Y-axis directions than the diffusion characteristic of light emitted from a typical liquid crystal display panel shown in Figures 22(a) and 22(b) (labeled "conventional" in the figures).
図21には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、特に、X方向(垂直方向)における特性を示しており、特性Oは、光の出射方向のピークが垂直方向(0度)から上方に30度付近の角度であり上下に対称な輝度特性を示している。また、図21の特性AやBは、更に、30度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度(相対輝度)を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性AやBでは、30度を超えた角度において、特性Oに比較して、急激に光の輝度(相対輝度)が低減する。 Figure 21 shows an example of the characteristics of the lenticular lens used in this embodiment. This example particularly shows the characteristics in the X direction (vertical direction), with characteristic O showing a luminance characteristic that is symmetrical up and down, with the peak in the light emission direction at an angle of approximately 30 degrees above the vertical direction (0 degrees). Furthermore, characteristics A and B in Figure 21 show examples of characteristics in which the image light above the peak luminance is concentrated at approximately 30 degrees, thereby increasing the luminance (relative luminance). For this reason, with characteristics A and B, the luminance (relative luminance) of light drops sharply at angles exceeding 30 degrees compared to characteristic O.
即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、表示装置1からの映像光束を再帰反射部材2に入射させる際、光源装置13で挟角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を制御でき再帰反射シート(再帰反射部材2)の設置の自由度を大幅に向上できる。その結果透明な部材100を反射又は透過して所望の位置に結像する空間浮遊像の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く(高い直進性)かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の監視者の眼に届くようにすることが可能となる。このことによれば、映像表示装置からの映像光の強度(輝度)が低減しても、監視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、映像表示装置の出力小さくすることにより、消費電力の低い空間浮遊映像表示装置を実現することが可能となる。
<タッチ操作の補助機能>
That is, with the optical system including the lenticular lens described above, when the image light beam from the display device 1 is incident on the retroreflective member 2, the light source device 13 can control the emission angle and viewing angle of the image light aligned at a narrow angle, significantly improving the flexibility of installation of the retroreflective sheet (retroreflective member 2). As a result, the flexibility of the image position of the space-floating image that is reflected or transmitted through the transparent member 100 and focused at the desired position can be significantly improved. As a result, it is possible to efficiently deliver light with a narrow diffusion angle (high linearity) and only specific polarization components to the eyes of an observer indoors or outdoors. This allows the observer to accurately recognize the image light and obtain information even if the intensity (brightness) of the image light from the image display device is reduced. In other words, by reducing the output of the image display device, it is possible to realize a space-floating image display device with low power consumption.
<Touch operation support function>
次に、ユーザに対するタッチ操作の補助機能について説明する。まず、補助機能を備えていない場合のタッチ操作について説明する。なお、ここでは、ユーザが2つのボタン(オブジェクト)のいずれかを選択してタッチする場合を例にして説明するが、以下の内容は、例えば、銀行等のATM、駅等の券売機、デジタルサイネージ等に対しても好適に適用可能である。 Next, we will explain the assistive functions for touch operations for the user. First, we will explain touch operations when the assistive functions are not provided. Note that here we will use an example in which the user selects and touches one of two buttons (objects), but the following content can also be suitably applied to, for example, ATMs at banks, ticket vending machines at stations, digital signage, etc.
図26は、空間浮遊映像表示装置1000の表示例とタッチ操作を説明する図である。図26に示す空間浮遊映像3には、「YES」と表示された第1ボタンBUT1、および「NO」と表示された第2ボタンBUT2が含まれている。ユーザは、空間浮遊映像3へ向けて指210を動かし、第1ボタンBUT1または第2ボタンBUT2をタッチすることで「YES」または「NO」を選択する。なお、図26および図27~29の例では、第1ボタンBUT1と第2ボタンBUT2は異なる色の表示がなされているものとする。ここで、空間浮遊映像3における第1ボタンBUT1と第2ボタンBUT2以外の領域には、映像を表示させず透明としてもよいが、その場合は、後述する仮想影の効果が及ぶ範囲が表示されるボタンの領域(第1ボタンBUT1の表示領域と第2ボタンBUT2の表示領域)のみとなる。よって、以下の説明では、より好適な例として、空間浮遊映像3における第1ボタンBUT1と第2ボタンBUT2以外の領域には、第1ボタンBUT1の表示領域と第2ボタンBUT2の表示領域を含むより広い領域について、第1ボタンBUT1と第2ボタンBUT2と異なる色または異なる輝度の映像が表示されているものとする。 Figure 26 is a diagram illustrating an example display and touch operation of the space-floating image display device 1000. The space-floating image 3 shown in Figure 26 includes a first button BUT1 labeled "YES" and a second button BUT2 labeled "NO." The user selects "YES" or "NO" by moving their finger 210 toward the space-floating image 3 and touching the first button BUT1 or the second button BUT2. Note that in the examples of Figures 26 and 27-29, the first button BUT1 and the second button BUT2 are displayed in different colors. The areas of the space-floating image 3 other than the first button BUT1 and the second button BUT2 may be transparent and not display any images. In that case, the area affected by the virtual shadow effect (described below) will only be the displayed button areas (the display area of the first button BUT1 and the display area of the second button BUT2). Therefore, in the following explanation, as a more suitable example, in the area of the floating image 3 other than the first button BUT1 and the second button BUT2, an image of a different color or brightness than that of the first button BUT1 and the second button BUT2 is displayed in a wider area including the display area of the first button BUT1 and the display area of the second button BUT2.
空間浮遊映像表示装置ではない一般的なタッチパネル付き映像表示装置では、ユーザが選択する、ボタンは、タッチパネル面に表示される映像ボタンで構成される。このため、ユーザは、タッチパネル面を視認することで、タッチパネル面上に表示されるオブジェクト(例えば、ボタン)と自身の指の距離感を認識することができる。しかし、空間浮遊映像表示装置では、空間浮遊映像3が空中に浮遊しているため、ユーザは空間浮遊映像3の奥行きを認識することが容易ではない場合がある。よって、空間浮遊映像3に対するタッチ操作では、ユーザは、空間浮遊映像3に表示されるボタンと自身の指の距離感を認識することが容易ではない場合がある。また、空間浮遊映像表示装置ではない一般的なタッチパネル付き映像表示装置では、ユーザは、触れたときの感触で、ボタンをタッチしたか否かを容易に判断することができる。しかし、空間浮遊映像3に対するタッチ操作では、オブジェクト(例えばボタン)にタッチしたときの感触がないため、ユーザは、オブジェクトにタッチできたのか否かを判断できない場合がある。以上の状況を考慮して、本実施の形態では、ユーザに対するタッチ操作の補助機能が設けられている。 In a typical touch-panel image display device that is not a space-floating image display device, the button selected by the user is an image button displayed on the touch panel surface. Therefore, by visually checking the touch panel surface, the user can recognize the distance between their finger and an object (e.g., a button) displayed on the touch panel surface. However, in a space-floating image display device, because the space-floating image 3 floats in the air, it may not be easy for the user to recognize the depth of the space-floating image 3. Therefore, when touching the space-floating image 3, it may not be easy for the user to recognize the distance between their finger and a button displayed on the space-floating image 3. Furthermore, in a typical touch-panel image display device that is not a space-floating image display device, the user can easily determine whether or not they have touched a button based on the feel they get when they touch it. However, when touching the space-floating image 3, there is no feel when touching an object (e.g., a button), so the user may not be able to determine whether or not they have touched the object. Taking the above situation into consideration, this embodiment provides a function to assist the user in touch operations.
なお、以下の説明で、ユーザの指の位置に基づく処理が説明されるが、ユーザの指の位置の具体的な検出方法については後述する。
<<仮想影を用いたタッチ操作の補助(1)>>
In the following description, processing based on the position of the user's finger will be explained, and a specific method for detecting the position of the user's finger will be described later.
<<Touch operation assistance using virtual shadows (1)>>
図27~図29は、仮想影を用いたタッチ操作の補助方法の一例を説明する図である。図27~図29の例では、ユーザは、第1ボタンBUT1をタッチして、「YES」を選択するものとする。本実施例の空間浮遊映像表示装置1000は、空間浮遊映像3の表示映像上に仮想影を表示することにより、ユーザのタッチ操作を補助する。ここで、「空間浮遊映像3の表示映像上に仮想影を表示する」とは、空間浮遊映像3として表示する映像について、指を模した形状の一部の領域について映像信号の輝度を低減することにより、あたかも映像上に影が投影されたように見せる映像表示処理である。具体的には、映像制御部1160または制御部1110の演算により、当該処理を行えばよい。仮想影の表示処理においては、指を模した形状の一部の領域について映像信号の輝度を完全に0にしても構わない。しかし、指を模した形状の一部の領域について映像信号の輝度を完全に0にするよりも、当該領域において、低減された輝度で映像が表示されている方が、影としてより自然に認識されるため好適である。この場合、仮想影の表示処理においては、指を模した形状の一部の領域について映像信号の輝度を低減するのみならず、映像信号の彩度を低減してもよい。 27 to 29 are diagrams illustrating an example of a method for assisting a touch operation using a virtual shadow. In the examples of FIGS. 27 to 29, the user touches the first button BUT1 to select "YES." The space-floating image display device 1000 of this embodiment assists the user's touch operation by displaying a virtual shadow on the displayed image of the space-floating image 3. Here, "displaying a virtual shadow on the displayed image of the space-floating image 3" refers to an image display process in which the brightness of the video signal for a portion of the image displayed as the space-floating image 3 is reduced for a portion of the image shaped like a finger, thereby making it appear as if a shadow is being projected onto the image. Specifically, this process can be performed by calculations performed by the image control unit 1160 or the control unit 1110. In the virtual shadow display process, the brightness of the video signal for a portion of the finger-shaped area may be set to completely zero. However, rather than completely setting the brightness of the video signal for that portion of the finger-shaped area to completely zero, it is preferable to display the image at reduced brightness in that portion of the finger-shaped area, as this results in a more natural shadow. In this case, when displaying the virtual shadow, not only may the brightness of the video signal be reduced for a portion of the area shaped like a finger, but the saturation of the video signal may also be reduced.
空間浮遊映像3は、物理的な接触面が存在しない空中に存在し、本来通常の環境では、指の影が投影されないことはない。しかし、本実施例の仮想影の表示処理によれば、本来指の影が投影されない空中であっても、空間浮遊映像3中にあたかも影が存在するかのように見せることにより、ユーザに対して空間浮遊映像3の奥行き認識の向上と空間浮遊映像3の実在間の向上を図ることができる。 The floating image 3 exists in the air, where there is no physical contact surface, and in a normal environment, the shadow of a finger would normally be projected. However, with the virtual shadow display process of this embodiment, even in the air, where a finger shadow would not normally be projected, it is possible to make it appear as if a shadow exists within the floating image 3, thereby improving the user's perception of depth and the realism of the floating image 3.
図27はユーザが指210により空間浮遊映像3の表示面3aの第1ボタンBUT1へのタッチ操作を試みる第1の時点の状態を示し、図28は図27よりも指210が空間浮遊映像3に近づいている第2の時点の状態を示し、図29は、指210が空間浮遊映像3の表示面3aの第1ボタンBUT1にタッチした第3の時点の状態を示している。また、図27~図29の(A)は、空間浮遊映像3の表示面3aを正面(表示面3aの法線方向)から見たときの状態を示し、図27~図29の(B)は、空間浮遊映像3の表示面3aを側方(表示面3aと平行な方向)から見たときの状態を示している。なお、図27~図29において、x方向は空間浮遊映像3の表示面3aにおける水平方向であり、y方向は空間浮遊映像3の表示面3a内においてx軸と直交する方向であり、z方向は空間浮遊映像3の表示面3aの法線方向(表示面3aに対する高さ方向)である。なお、図27~33の説明図において、空間浮遊映像3は説明上の見やすさのために奥行き方向に厚みを有するように図示されているが、実際には、表示装置1の映像表示面が平面であれば、空間浮遊映像3も平面であり、奥行き方向に厚みはない。この場合、空間浮遊映像3と表示面3aは同一平面にある。本実施例の説明において、表示面3aは空間浮遊映像3が表示されうる面を意味し、空間浮遊映像3は実際に空間浮遊映像が表示されている部分を意味する。 Figure 27 shows the state at a first point in time when the user attempts to touch the first button BUT1 on the display surface 3a of the floating image 3 with the finger 210, Figure 28 shows the state at a second point in time when the finger 210 is closer to the floating image 3 in the space than in Figure 27, and Figure 29 shows the state at a third point in time when the finger 210 has touched the first button BUT1 on the display surface 3a of the floating image 3. In addition, (A) of Figures 27 to 29 shows the state when the display surface 3a of the floating image 3 is viewed from the front (normal direction of the display surface 3a), and (B) of Figures 27 to 29 shows the state when the display surface 3a of the floating image 3 is viewed from the side (direction parallel to the display surface 3a). 27 to 29, the x direction is the horizontal direction on the display surface 3a of the space-floating image 3, the y direction is the direction perpendicular to the x axis within the display surface 3a of the space-floating image 3, and the z direction is the normal direction of the display surface 3a of the space-floating image 3 (the height direction relative to the display surface 3a). In the explanatory diagrams of FIGS. 27 to 33, the space-floating image 3 is shown as having a thickness in the depth direction for ease of explanation, but in reality, if the image display surface of the display device 1 is flat, the space-floating image 3 is also flat and has no thickness in the depth direction. In this case, the space-floating image 3 and the display surface 3a are on the same plane. In the description of this embodiment, the display surface 3a refers to the surface on which the space-floating image 3 can be displayed, and the space-floating image 3 refers to the portion on which the space-floating image is actually displayed.
図27、図28、図29において、指210の検出処理は、例えば、撮像部1180で生成される撮像画像や、空中操作検出センサ1351のセンシング信号を用いて行われる。指210の検出処理では、例えば、空間浮遊映像3の表示面3aにおける指210の先端の位置(x座標、y座標)、表示面3aに対する指210の先端の高さ位置(z座標)等が検出される。ここで、空間浮遊映像3の表示面3aにおける指210の先端の位置(x座標、y座標)とは、空間浮遊映像3の表示面3aへの指210の先端からの垂線の交点の表示面3aにおける位置座標である。なお、表示面3aに対する指210の先端の高さ位置は、表示面3aに対する指210の深度を表す深度情報でもある。なお、指210等の検出を行う撮像部1180や空中操作検出センサ1351の配置等については、後で詳しく説明する。 27, 28, and 29, the detection process for the finger 210 is performed using, for example, an image generated by the imaging unit 1180 and a sensing signal from the aerial operation detection sensor 1351. In the detection process for the finger 210, for example, the position (x coordinate, y coordinate) of the tip of the finger 210 on the display surface 3a of the floating in space image 3, the height position (z coordinate) of the tip of the finger 210 relative to the display surface 3a, etc. are detected. Here, the position (x coordinate, y coordinate) of the tip of the finger 210 on the display surface 3a of the floating in space image 3 is the position coordinate on the display surface 3a of the intersection of a perpendicular line from the tip of the finger 210 to the display surface 3a of the floating in space image 3. Note that the height position of the tip of the finger 210 relative to the display surface 3a is also depth information that represents the depth of the finger 210 relative to the display surface 3a. Note that the arrangement of the imaging unit 1180 and the aerial operation detection sensor 1351 that detect the finger 210 etc. will be explained in detail later.
図27が示す第1の時点では、図28が示す第2の時点や、図28が示す第3の時点に比べて、指210は空間浮遊映像3の表示面3aから最も離れた位置にあるものとする。このときの指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの距離(高さ位置)をdz1とする。すなわち、距離dz1は、z方向における空間浮遊映像3の表示面3aに対する指210の高さを示している。 At the first time point shown in FIG. 27, the finger 210 is at a position farthest from the display surface 3a of the floating-in-space image 3 compared to the second time point shown in FIG. 28 and the third time point shown in FIG. 28. The distance (height position) between the tip of the finger 210 and the display surface 3a of the floating-in-space image 3 at this time is defined as dz1. In other words, the distance dz1 indicates the height of the finger 210 relative to the display surface 3a of the floating-in-space image 3 in the z direction.
なお、図27で示される距離dz1および後述する図28で示される距離dz2等は、空間浮遊映像3の表示面3aに対してユーザ側を正側とし、表示面3aに対してユーザとは反対側を負側とする。すなわち、指210が表示面3aに対しユーザ側にあれば、距離dz1および距離dz2は正の値となり、指210が表示面3aに対しユーザとは反対側にあれば、距離dz1および距離dz2は負の値となる。 Note that distance dz1 shown in FIG. 27 and distance dz2 shown in FIG. 28 (described later) are positive on the user side of display surface 3a of the floating in space image 3, and negative on the side opposite the user from display surface 3a. In other words, if finger 210 is on the user side of display surface 3a, distances dz1 and dz2 will be positive values, and if finger 210 is on the opposite side of display surface 3a from the user, distances dz1 and dz2 will be negative values.
本実施の形態では、空間浮遊映像3の表示面3aに対しユーザ側に仮想光源1500があるものと仮定する。ここで、仮想光源1500の設置方向の設定は、空間浮遊映像表示装置1000の不揮発性メモリ1108やメモリ1109において、実際に情報として格納されていてもよい。また、仮想光源1500の設置方向の設定は、設計上にのみ存在するパラメータであってもよい。仮想光源1500の設置方向の設定が設計上にのみ存在するパラメータである場合でも、後述するユーザの指の位置と仮想影の表示位置の関係から、仮想光源1500の設計上の設置方向は一意に定まるものである。ここで、図27~図29の例では、仮想光源1500は、表示面3aに対しユーザ側であって、ユーザから見て表示面3aの右側方に設けられている。そして、仮想光源1500から照射される光により形成される指210の影を模した仮想影1510が空間浮遊映像3に表示される。図27~図29の例では、仮想影1510は、指210の左側に表示される。この仮想影1510により、ユーザに対するタッチ操作の補助が行われる。 In this embodiment, it is assumed that virtual light source 1500 is located on the user's side relative to display surface 3a of space-floating image 3. The setting of the installation direction of virtual light source 1500 may be actually stored as information in non-volatile memory 1108 or memory 1109 of space-floating image display device 1000. Furthermore, the setting of the installation direction of virtual light source 1500 may be a parameter that exists only in design. Even if the setting of the installation direction of virtual light source 1500 is a parameter that exists only in design, the design installation direction of virtual light source 1500 is uniquely determined based on the relationship between the position of the user's finger and the display position of the virtual shadow, which will be described later. In the examples of Figures 27 to 29, virtual light source 1500 is located on the user's side relative to display surface 3a, on the right side of display surface 3a as seen from the user. A virtual shadow 1510 simulating the shadow of finger 210 formed by light emitted from virtual light source 1500 is displayed on space-floating image 3. In the examples of Figures 27 to 29, a virtual shadow 1510 is displayed to the left of the finger 210. This virtual shadow 1510 assists the user in performing touch operations.
図27(B)の状態では、図28(B)の状態および図29(B)の状態と比べて、指210の先端は、空間浮遊映像3の表示面3aからの法線方向の距離において最も離れている。このため、図27(A)において、仮想影1510の先端は、図28(A)の状態および図29(A)の状態と比べて、タッチしようとする第1ボタンBUT1から水平方向において最も離れた位置に形成される。したがって、図27(A)において、空間浮遊映像3の表示面3aを正面から見たときの指210の先端と仮想影1510の先端との水平方向の距離は、図28(A)の状態および図29(A)の状態と比べて、最も大きくなる。図27(A)では、空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向における指210の先端と仮想影1510の先端との距離をdx1としている。 In the state of FIG. 27(B), the tip of finger 210 is farthest in the normal direction from display surface 3a of floating-in-space image 3 compared to the states of FIG. 28(B) and FIG. 29(B). Therefore, in FIG. 27(A), the tip of virtual shadow 1510 is formed at a position farthest in the horizontal direction from first button BUT1 to be touched compared to the states of FIG. 28(A) and FIG. 29(A). Therefore, in FIG. 27(A), the horizontal distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 when viewing display surface 3a of floating-in-space image 3 from the front is greatest compared to the states of FIG. 28(A) and FIG. 29(A). In FIG. 27(A), the distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 in the horizontal direction on display surface 3a of floating-in-space image 3 is dx1.
そして、図28(B)では、図27(B)よりも指210が空間浮遊映像3に近づいている。よって、図28(B)では、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離dz2は、dz1よりも小さい。このとき、図28(A)では、仮想影1510は、空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向における指210の先端と仮想影1510の先端との距離が、dx1よりも小さいdx2となる位置に表示される。すなわち、図28の例では、仮想光源1500が表示面3aに対しユーザ側であってユーザから見て表示面3aの右側方に設けられているため、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離に連動して、空間浮遊映像3の表示面3aを正面から見たときの指210の先端と仮想影1510の先端との水平方向の距離が変化することとなる。 28(B), finger 210 is closer to space-floating image 3 than in FIG. 27(B). Therefore, in FIG. 28(B), the distance dz2 in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space-floating image 3 is smaller than dz1. In this case, in FIG. 28(A), virtual shadow 1510 is displayed at a position where the distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 in the horizontal direction of display surface 3a of space-floating image 3 is dx2, which is smaller than dx1. That is, in the example of FIG. 28, virtual light source 1500 is provided on the user's side of display surface 3a, on the right side of display surface 3a as seen from the user. Therefore, the horizontal distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 when display surface 3a of space-floating image 3 is viewed from the front, changes in conjunction with the distance in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space-floating image 3.
そして、指210の先端と仮想影1510の先端とが接すると、図29に示すように、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離が0になる。このとき、仮想影1510は、空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向における指210と仮想影1510との距離がゼロとなるように表示される。これにより、ユーザは、指210が空間浮遊映像3の表示面3aにタッチしたことを認識できる。このとき、指210の先端が第1ボタンBUT1の領域に触れていれば、ユーザは、第1ボタンBUT1にタッチしたことを認識することができる。すなわち、図29の例でも、仮想光源1500が表示面3aに対しユーザ側であってユーザから見て表示面3aの右側方に設けられているため、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離に連動して、空間浮遊映像3の表示面3aを正面から見たときの指210の先端と仮想影1510の先端との水平方向の距離が変化したこととなる。すなわち、仮想影1510の先端の表示位置は、仮想光源1500の位置とユーザの指210の先端の位置の位置関係により特定される位置であり、ユーザの指210の先端の位置の変化に連動して変化するものである。 When the tip of finger 210 comes into contact with the tip of virtual shadow 1510, the distance in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space floating image 3 becomes zero, as shown in FIG. 29. At this time, virtual shadow 1510 is displayed so that the distance between finger 210 and virtual shadow 1510 in the horizontal direction of display surface 3a of space floating image 3 becomes zero. This allows the user to recognize that finger 210 has touched display surface 3a of space floating image 3. At this time, if the tip of finger 210 is touching the area of first button BUT1, the user can recognize that they have touched first button BUT1. That is, in the example of FIG. 29 , virtual light source 1500 is provided on the user side of display surface 3a, to the right of display surface 3a as seen from the user, and therefore the horizontal distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 when display surface 3a of space floating image 3 is viewed from the front changes in conjunction with the distance in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space floating image 3. That is, the display position of the tip of virtual shadow 1510 is a position specified by the positional relationship between the position of virtual light source 1500 and the position of the tip of user's finger 210, and changes in conjunction with changes in the position of the tip of user's finger 210.
以上説明した「仮想影を用いたタッチ操作の補助(1)」の構成および処理によれば、タッチ操作時、ユーザは、指210と仮想影1510との空間浮遊映像3の表示面3aにおける水平方向の位置関係から、指210と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離(奥行き)をより好適に認識することが可能となる。また、指210が空間浮遊映像3であるオブジェクト(例えばボタン)に触れた場合は、ユーザは、オブジェクトにタッチしたことを認識することが可能となる。これにより、より好適な空間浮遊映像表示装置を提供することが可能となる。
<<仮想影を用いたタッチ操作の補助(2)>>
According to the configuration and processing of "Touch Operation Assistance Using Virtual Shadow (1)" explained above, when performing a touch operation, the user can more appropriately recognize the distance (depth) in the normal direction between the finger 210 and the display surface 3a of the Floating-in-Space Image 3 from the horizontal positional relationship between the finger 210 and the virtual shadow 1510 on the display surface 3a of the Floating-in-Space Image 3. Furthermore, when the finger 210 touches an object (e.g., a button) that is the Floating-in-Space Image 3, the user can recognize that he or she has touched the object. This makes it possible to provide a more appropriate Floating-in-Space Image Display Device.
<<Touch operation assistance using virtual shadows (2)>>
次に、仮想影を用いたタッチ操作の補助方法の他の例として、仮想光源1500がユーザから見て表示面3aの左側方に設けられた場合について説明する。図30~図32は、仮想影を用いたタッチ操作の補助方法の他の例を説明する図である。図30は、図27と対応しており、ユーザが指210により空間浮遊映像3の表示面3aの第1ボタンBUT1へのタッチ操作を試みる第1の時点の状態を示している。図31は、図28と対応しており、図30よりも指210が空間浮遊映像3に近づいている第2の時点の状態を示している。図32は、図29と対応しており、指210が空間浮遊映像3にタッチしたときの状態を示している。なお、図30~図32の(B)では、説明の便宜上、図27~図29の(B)とは反対の向きから見た図で示している。 Next, as another example of a method for assisting touch operations using a virtual shadow, a case where virtual light source 1500 is provided on the left side of display surface 3a as seen from the user will be described. Figures 30 to 32 are diagrams illustrating another example of a method for assisting touch operations using a virtual shadow. Figure 30 corresponds to Figure 27 and shows the state at a first point in time when the user attempts to touch first button BUT1 on display surface 3a of floating-in-space image 3 with finger 210. Figure 31 corresponds to Figure 28 and shows the state at a second point in time when finger 210 is closer to floating-in-space image 3 than in Figure 30. Figure 32 corresponds to Figure 29 and shows the state when finger 210 touches floating-in-space image 3. Note that for ease of explanation, (B) in Figures 30 to 32 is shown as being viewed from the opposite direction to (B) in Figures 27 to 29.
図30~図32では、仮想光源1500は、表示面3aに対しユーザ側であって、ユーザから見て表示面3aの左側方に設けられている。そして、仮想光源1500から照射される光により形成される指210の影を模した仮想影1510が、空間浮遊映像3に表示される。図30~図32では、仮想影1510は、指210の右側に表示される。この仮想影1510により、ユーザに対するタッチ操作の補助が行われる。 In Figures 30 to 32, virtual light source 1500 is provided on the user's side of display surface 3a, on the left side of display surface 3a as seen from the user. A virtual shadow 1510 that resembles the shadow of finger 210 formed by light emitted from virtual light source 1500 is displayed in floating-in-space image 3. In Figures 30 to 32, virtual shadow 1510 is displayed to the right of finger 210. This virtual shadow 1510 assists the user in performing touch operations.
図30(B)の状態では、図31(B)および図32(B)の状態と比べて、指210の先端は、空間浮遊映像3の表示面3aからの法線方向の距離において最も離れている。図30(B)では、このときの指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離はdz10である。また、図30(A)では、このときの空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向における指210の先端と仮想影1510の先端との距離はdx10である。 In the state of FIG. 30(B), the tip of finger 210 is the furthest away in the normal direction from display surface 3a of space floating image 3 compared to the states of FIG. 31(B) and FIG. 32(B). In FIG. 30(B), the distance in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space floating image 3 at this time is dz10. Also, in FIG. 30(A), the distance in the horizontal direction between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 on display surface 3a of space floating image 3 at this time is dx10.
図31(B)では、図27(B)よりも指210が空間浮遊映像3に近づいている。よって、図31(B)では、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離dz20はdz10よりも小さい。このとき、図31(A)では、仮想影1510は、空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向における指210の先端と仮想影1510の先端との距離が、dx10よりも小さいdx20となる位置に表示される。すなわち、図31の例では、仮想光源1500が表示面3aに対しユーザ側であってユーザから見て表示面3aの左側方に設けられているため、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離に連動して、空間浮遊映像3の表示面3aを正面から見たときの指210の先端と仮想影1510の先端との水平方向の距離が変化することとなる。 31(B), finger 210 is closer to space-floating image 3 than in FIG. 27(B). Therefore, in FIG. 31(B), the normal distance dz20 between the tip of finger 210 and display surface 3a of space-floating image 3 is smaller than dz10. At this time, in FIG. 31(A), virtual shadow 1510 is displayed at a position where the distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 in the horizontal direction of display surface 3a of space-floating image 3 is dx20, which is smaller than dx10. That is, in the example of FIG. 31, virtual light source 1500 is provided on the user's side of display surface 3a, on the left side of display surface 3a as seen from the user. Therefore, the horizontal distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 when display surface 3a of space-floating image 3 is viewed from the front, changes in conjunction with the normal distance between the tip of finger 210 and display surface 3a of space-floating image 3.
そして、指210の先端と仮想影1510の先端とが接すると、図32に示すように、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離が0になる。このとき、仮想影1510は、空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向における指210と仮想影1510との距離がゼロとなるように表示される。これにより、ユーザは、指210が空間浮遊映像3の表示面3aにタッチしたことを認識できる。このとき、指210の先端が第1ボタンBUT1の領域に触れていれば、ユーザは、第1ボタンBUT1にタッチしたことを認識することができる。すなわち、図32の例でも、仮想光源1500が表示面3aに対しユーザ側であってユーザから見て表示面3aの左側方に設けられているため、指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aとの法線方向の距離に連動して、空間浮遊映像3の表示面3aを正面から見たときの指210の先端と仮想影1510の先端との水平方向の距離が変化したこととなる。 When the tip of finger 210 comes into contact with the tip of virtual shadow 1510, the distance in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space floating image 3 becomes zero, as shown in FIG. 32. At this time, virtual shadow 1510 is displayed so that the distance between finger 210 and virtual shadow 1510 in the horizontal direction of display surface 3a of space floating image 3 becomes zero. This allows the user to recognize that finger 210 has touched display surface 3a of space floating image 3. At this time, if the tip of finger 210 is touching the area of first button BUT1, the user can recognize that they have touched first button BUT1. That is, in the example of FIG. 32, virtual light source 1500 is provided on the user's side of display surface 3a, to the left of display surface 3a as seen from the user, and therefore the horizontal distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 when display surface 3a of space floating image 3 is viewed from the front changes in conjunction with the distance in the normal direction between the tip of finger 210 and display surface 3a of space floating image 3.
以上説明した「仮想影を用いたタッチ操作の補助(2)」の構成および処理においても、図27~図29の構成と同様の効果が得られる。 The configuration and processing of "Touch operation assistance using virtual shadow (2)" described above also achieves the same effects as the configurations shown in Figures 27 to 29.
ここで、空間浮遊映像表示装置1000に、上述した、「仮想影を用いたタッチ操作の補助(1)」の処理および/または「仮想影を用いたタッチ操作の補助(2)」の処理を実装する場合、以下の複数の実装例がありえる。 Here, when implementing the above-mentioned "Touch operation assistance using virtual shadow (1)" process and/or "Touch operation assistance using virtual shadow (2)" process in the space floating image display device 1000, there are several possible implementation examples:
第1の実装例としては、空間浮遊映像表示装置1000に「仮想影を用いたタッチ操作の補助(1)」のみを実装する方法である。この場合、仮想光源1500が表示面3aに対しユーザ側であってユーザから見て表示面3aの右側方に設けられているため、仮想影1510は、ユーザから見てユーザの指210の先端の左側に表示される。よって、ユーザの指210が右手の指であれば、仮想影1510の表示の視認性はユーザの右手や右腕によって遮られることがなく好適である。よって、統計的に右利きのユーザが多いという傾向からすると、空間浮遊映像表示装置1000に「仮想影を用いたタッチ操作の補助(1)」のみを実装しても、仮想影1510の表示が良好に視認できる確率は十分高く好適である。 A first implementation example is a method of implementing only "Touch Operation Assistance Using Virtual Shadows (1)" in the space-floating image display device 1000. In this case, since the virtual light source 1500 is located on the user's side of the display surface 3a, on the right side of the display surface 3a as seen from the user, the virtual shadow 1510 is displayed to the left of the tip of the user's finger 210 as seen from the user. Therefore, if the user's finger 210 is a finger on the right hand, the visibility of the display of the virtual shadow 1510 is not obstructed by the user's right hand or right arm, which is preferable. Therefore, given the statistical tendency for there to be a large number of right-handed users, even if only "Touch Operation Assistance Using Virtual Shadows (1)" is implemented in the space-floating image display device 1000, the probability that the display of the virtual shadow 1510 will be clearly visible is sufficiently high, and this is preferable.
また、第1の実装例としては、「仮想影を用いたタッチ操作の補助(1)」の処理と、「仮想影を用いたタッチ操作の補助(2)」の処理の両者を実装し、ユーザが、右手か左手かどちらの手でタッチ操作を行うかに応じていずれの処理を行うかを切り替える構成としてもよい。この場合、仮想影1510の表示が良好に視認できる確率をさらに高めることが可能であり、ユーザの利便性が向上する。 Also, as a first implementation example, both the "Touch Operation Assistance Using Virtual Shadow (1)" process and the "Touch Operation Assistance Using Virtual Shadow (2)" process may be implemented, with switching between the processes depending on whether the user is performing the touch operation with their right or left hand. In this case, it is possible to further increase the probability that the display of the virtual shadow 1510 can be clearly seen, improving user convenience.
具体的には、ユーザが右手でタッチ操作を行っている場合には、図27~図29の構成を用いて、指210の左側に仮想影1510を表示する。この場合、仮想影1510の表示の視認性はユーザの右手や右腕によって遮られることがなく好適である。一方、ユーザが左手でタッチ操作を行っている場合には、図30~図32の構成を用いて、指210の右側に仮想影1510を表示する。この場合、仮想影1510の表示の視認性はユーザの左手や左腕によって遮られることがなく好適である。これにより、ユーザが右手でタッチ操作をおこなう場合も左手でタッチ操作をおこなう場合も、ユーザが視認しやすい位置に仮想影1510が表示され、ユーザの利便性が向上する。 Specifically, when a user performs a touch operation with their right hand, the configurations of Figures 27 to 29 are used to display a virtual shadow 1510 to the left of the finger 210. In this case, the visibility of the virtual shadow 1510 display is not obstructed by the user's right hand or right arm, which is preferable. On the other hand, when a user performs a touch operation with their left hand, the configurations of Figures 30 to 32 are used to display a virtual shadow 1510 to the right of the finger 210. In this case, the visibility of the virtual shadow 1510 display is not obstructed by the user's left hand or left arm, which is preferable. As a result, whether the user performs a touch operation with their right hand or left hand, the virtual shadow 1510 is displayed in a position that is easy for the user to see, improving user convenience.
ここで、右手でタッチ操作を行っているか左手でタッチ操作を行っているかの判定は、例えば、撮像部1180により生成された撮像画像に基づいて行えばよい。例えば、制御部1110は、撮像画像に対する画像処理を行い、撮像画像からユーザの顔、腕、手、指を検出する。そして、撮像部1180は、検出したこれら(顔、腕、手、指)の配置からユーザの姿勢または動作を推定し、ユーザが右手でタッチ操作を行っているか左手でタッチ操作を行っているかを判定すればよい。なお、当該判定において、ユーザの体の左右方向の中心付近が他の部分から判定できれば、顔の撮像は必ずしも必要ではない。また、腕の配置のみから上記判定を行ってもよい。手の配置のみから上記判定を行ってもよい。腕の配置と手の配置の組み合わせから上記判定を行ってもよい。またこれらの判定の際に、顔の配置を組み合わせて判定を行ってもよい。 Here, determining whether the touch operation is being performed with the right hand or the left hand may be made, for example, based on the captured image generated by the imaging unit 1180. For example, the control unit 1110 performs image processing on the captured image and detects the user's face, arms, hands, and fingers from the captured image. The imaging unit 1180 then estimates the user's posture or movement from the arrangement of these detected elements (face, arms, hands, and fingers) and determines whether the user is performing the touch operation with the right hand or the left hand. Note that in this determination, capturing an image of the face is not necessarily required as long as the vicinity of the center of the user's body in the left-right direction can be determined from other parts. Alternatively, the above determination may be made based solely on the arrangement of the arms. Alternatively, the above determination may be made based solely on the arrangement of the hands. Alternatively, the above determination may be made based on a combination of the arrangement of the arms and the arrangement of the hands. Furthermore, the above determination may be made in combination with the arrangement of the face.
なお、図27~図29および図30~図32では、実際の指210の延在方向に対応する角度で延在する仮想影1510が示されている。実際の指210の延在方向は、既に説明したいずれかの撮像部で指を撮像して算出すればよい。ここで、指210の延在方向に対応する角度を反映させずに、延在方向を所定の角度に固定した仮想影1510を表示させるようにしてもよい。これにより、仮想影1510の表示制御を行う映像制御部1160または制御部1110の負荷が軽減される。 Note that Figures 27 to 29 and 30 to 32 show a virtual shadow 1510 extending at an angle corresponding to the extension direction of the actual finger 210. The extension direction of the actual finger 210 can be calculated by capturing an image of the finger using any of the image capturing units already described. Here, it is also possible to display a virtual shadow 1510 with its extension direction fixed at a predetermined angle, without reflecting the angle corresponding to the extension direction of the finger 210. This reduces the load on the image control unit 1160 or control unit 1110, which controls the display of the virtual shadow 1510.
例えば、指210が右手の指であれば、ユーザは、空間浮遊映像3の表示面3aの手前右側から腕を伸ばし、空間浮遊映像3の表示面3aに向かって左上を指210が差す状態で、空間浮遊映像3の表示面3aにタッチを試みるのが自然である。よって、指210が右手の指である場合は、仮想影1510が示す指の影が空間浮遊映像3の表示面3aに向かって右上の方向を示す所定の方向に表示されるように構成すれれば、指210に対応する角度を反映させなくとも自然な表示となる。 For example, if finger 210 is a finger on the right hand, it would be natural for the user to extend their arm from the front right side of display surface 3a of the floating in space image 3, and attempt to touch display surface 3a of the floating in space image 3 with finger 210 pointing to the upper left as they face display surface 3a of the floating in space image 3. Therefore, if finger 210 is a finger on the right hand, by configuring the shadow of the finger indicated by virtual shadow 1510 to be displayed in a predetermined direction pointing to the upper right as they face display surface 3a of the floating in space image 3, a natural display will be achieved without reflecting the angle corresponding to finger 210.
また、例えば、指210が左手の指であれば、ユーザは、空間浮遊映像3の表示面3aの手前左側から腕を伸ばし、空間浮遊映像3の表示面3aに向かって右上を指210が差す状態で、空間浮遊映像3の表示面3aにタッチを試みるのが自然である。よって、指210が左手の指である場合は、仮想影1510が示す指の影が空間浮遊映像3の表示面3aに向かって左上の方向を示す所定の方向に表示されるように構成すれれば、指210に対応する角度を反映させなくとも自然な表示となる。 Furthermore, for example, if finger 210 is a finger on the left hand, it would be natural for the user to extend their arm from the left side in front of display surface 3a of the floating in space image 3, and attempt to touch display surface 3a of the floating in space image 3 with finger 210 pointing to the upper right as they face display surface 3a of the floating in space image 3. Therefore, if finger 210 is a finger on the left hand, by configuring the shadow of the finger indicated by virtual shadow 1510 to be displayed in a predetermined direction pointing to the upper left as they face display surface 3a of the floating in space image 3, a natural display will be achieved without reflecting the angle corresponding to finger 210.
なお、ユーザの指210が、空間浮遊映像3の表示面3aに対しユーザとは反対側にある場合、指210が空間浮遊映像3の裏側にありタッチできない状態であることをユーザが認識できる表示を行えばよい、例えば、指210が空間浮遊映像3の裏側にありタッチできない状態であることをユーザに伝えるメッセージを空間浮遊映像3に表示してもよい。または、例えば仮想影1510を赤色など通常と異なる色に変えて表示するようにしてもよい。これにより、より好適にユーザに対して、指210を適切な位置に戻すことを促すことが可能となる。
<<仮想光源の設定条件の一例>>
Note that when the user's finger 210 is on the opposite side of the display surface 3a of the space floating image 3 from the user, a display can be made that allows the user to recognize that the finger 210 is behind the space floating image 3 and cannot be touched. For example, a message informing the user that the finger 210 is behind the space floating image 3 and cannot be touched can be displayed on the space floating image 3. Alternatively, for example, the virtual shadow 1510 can be displayed in a different color from normal, such as red. This makes it possible to more suitably prompt the user to return the finger 210 to the appropriate position.
<<Example of virtual light source setting conditions>>
ここで、仮想光源1500の設定方法について説明する。図33は、仮想光源の設定方法を説明する図である。図33には、ユーザが左手でタッチ操作を行う状況が示されているが、以下で説明する内容は、ユーザが右手でタッチ操作を行う場合にも好適に適用される。 Here, we will explain how to set the virtual light source 1500. Figure 33 is a diagram explaining how to set the virtual light source. Figure 33 shows a situation in which the user performs a touch operation with their left hand, but the content explained below can also be suitably applied when the user performs a touch operation with their right hand.
図33には、空間浮遊映像3の表示面3aの中央の点Cからユーザ側に向かって延びる表示面3aの法線L1、仮想光源1500と法線L1が表示面3aと交差する点Cとを結ぶ線L2、法線L1と線L2との間の角度で規定される仮想光源設置角度αが示されている。図33では、説明を簡単にするため、線L2上にユーザの指210の先端がある瞬間を示している。 Figure 33 shows the normal line L1 of the display surface 3a of the floating-in-space image 3, which extends from point C at the center of the display surface 3a toward the user, the line L2 connecting the virtual light source 1500 and point C where the normal line L1 intersects with the display surface 3a, and the virtual light source installation angle α, which is defined by the angle between the normal line L1 and line L2. For ease of explanation, Figure 33 shows the moment when the tip of the user's finger 210 is on line L2.
ここで、図27~33まで、説明を簡単にするために、仮想光源1500は、空間浮遊映像3の表示面3aやユーザの指210からさほど遠くない位置に配置するように図示されている。仮想光源1500をこのような位置に設定しても構わないが、最も好適な設定例は次の通りである。すなわち、仮想光源1500と空間浮遊映像3の表示面3aの中央の点Cとの距離は無限遠に設定することが望ましい。その理由は以下の通りである。仮に、図27~32の空間浮遊映像3の表示面3aと同じ座標系に接触面を有する物体平面があり、仮想光源でなく太陽が光源であった場合、太陽の距離はほぼ無限遠として近似できるため、ユーザの指の先端と当該物体平面の距離(z方向)の変化に対して、現実の物体平面上のユーザの指の影の先端の水平方向(x方向)の位置は線形に変化する。よって、本実施例の図27~33に示す仮想光源1500の設定においても、仮想光源1500と空間浮遊映像3の表示面3aの中央の点Cとの距離は無限遠に設定し、ユーザの指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aの距離(z方向)の変化に対して、空間浮遊映像3での仮想影1510の先端の水平方向(x方向)の位置が線形に変化するように構成すると、ユーザにとってより自然に認識できる仮想影を表現できる。 仮想光源1500は、空間浮遊映像3の表示面3aやユーザの指210からさほど遠くない位置に配置するように設定すると、ユーザの指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aの距離(z方向)の変化に対して、空間浮遊映像3での仮想影1510の先端の水平方向(x方向)の位置が非線形に変化し、仮想影1510の先端の水平方向(x方向)の位置を算出する演算が多少煩雑になる。これに対し、仮想光源1500と空間浮遊映像3の表示面3aの中央の点Cとの距離は無限遠に設定すれば、ユーザの指210の先端と空間浮遊映像3の表示面3aの距離(z方向)の変化に対して、空間浮遊映像3での仮想影1510の先端の水平方向(x方向)の位置が線形に変化するので、仮想影1510の先端の水平方向(x方向)の位置を算出する演算を単純化することができる、という効果もある。 Here, for simplicity's sake, in Figures 27 to 33, virtual light source 1500 is illustrated as being placed in a position not far from display surface 3a of space-floating image 3 and user's finger 210. While virtual light source 1500 may be set in such a position, the most suitable setting example is as follows. That is, it is desirable to set the distance between virtual light source 1500 and point C, the center of display surface 3a of space-floating image 3, to infinity. The reason for this is as follows. If an object plane with a contact surface is in the same coordinate system as display surface 3a of space-floating image 3 in Figures 27 to 32, and the light source is the sun rather than a virtual light source, the distance of the sun can be approximated as nearly infinity, so the horizontal (x-direction) position of the tip of the user's finger shadow on the real object plane changes linearly with changes in the distance (z-direction) between the tip of the user's finger and the object plane. 27 to 33 of this embodiment, if the distance between virtual light source 1500 and center point C of display surface 3 a of floating-in-space image 3 is set to infinity and the horizontal (x-direction) position of the tip of virtual shadow 1510 in floating-in-space image 3 changes linearly with changes in the distance (z-direction) between the tip of user's finger 210 and display surface 3 a of floating-in-space image 3, a virtual shadow that can be perceived more naturally by the user can be expressed. If virtual light source 1500 is set to be located not far from display surface 3 a of floating-in-space image 3 and user's finger 210, the horizontal (x-direction) position of the tip of virtual shadow 1510 in floating-in-space image 3 changes nonlinearly with changes in the distance (z-direction) between the tip of user's finger 210 and display surface 3 a of floating-in-space image 3, making the calculation for calculating the horizontal (x-direction) position of the tip of virtual shadow 1510 somewhat complicated. On the other hand, if the distance between virtual light source 1500 and center point C of display surface 3a of space floating image 3 is set to infinity, the horizontal (x-direction) position of the tip of virtual shadow 1510 in space floating image 3 will change linearly with changes in the distance (z-direction) between the tip of user's finger 210 and display surface 3a of space floating image 3, which has the effect of simplifying the calculation to calculate the horizontal (x-direction) position of the tip of virtual shadow 1510.
仮想光源設置角度αが小さい場合、ユーザから見て、仮想光源1500と指210とを結ぶ線と法線L1との間の角度を大きくすることができないため、空間浮遊映像3の表示面3aの水平方向(x方向)における、指210の先端と仮想影1510の先端との距離が短くなってしまう。これにより、指210の先端がタッチ操作を行う際の仮想影1510の位置の変化がユーザに視認しづらくなってしまい、タッチ操作におけるユーザの奥行き認識の効果が低下するおそれがある。これを避けるため、仮想光源1500と点Cとを結ぶ線L2と法線L1との間の角度が、例えば20°以上となるよう、仮想光源1500が設置されることが望ましい。 When the virtual light source installation angle α is small, the angle between the normal line L1 and the line connecting virtual light source 1500 and finger 210 cannot be made large from the user's perspective, and as a result, the distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 in the horizontal direction (x direction) of display surface 3a of floating-in-space image 3 becomes short. This makes it difficult for the user to visually recognize changes in the position of virtual shadow 1510 when the tip of finger 210 performs a touch operation, which may reduce the effectiveness of the user's depth perception during touch operations. To avoid this, it is desirable to install virtual light source 1500 so that the angle between line L2 connecting virtual light source 1500 and point C and normal line L1 is, for example, 20° or greater.
一方、仮想光源1500と指210とを結ぶ線と法線L1との間の角度が、90°付近になると、指210の先端と仮想影1510の先端との距離が非常に長くなってしまう。そうすると、仮想影1510の表示位置が空間浮遊映像3の範囲外になる確率が高まり、仮想影1510を空間浮遊映像3中に表示できない確率が高まる。このため、仮想光源1500と点Cとを結ぶ線L2と法線L1との間の角度が、例えば90°に近づきすぎないよう、仮想光源1500の設置角度αは70°以下が望ましい。 On the other hand, if the angle between the normal line L1 and the line connecting virtual light source 1500 and finger 210 approaches 90°, the distance between the tip of finger 210 and the tip of virtual shadow 1510 becomes very long. This increases the probability that the display position of virtual shadow 1510 will be outside the range of floating-in-space image 3, and increases the probability that virtual shadow 1510 will not be displayed in floating-in-space image 3. For this reason, it is desirable that the installation angle α of virtual light source 1500 be 70° or less, so that the angle between line L2 connecting virtual light source 1500 and point C and normal line L1 does not become too close to 90°, for example.
すなわち、仮想光源1500は、指210を通る法線を含む面に近づきすぎず、空間浮遊映像3の表示面3aを含む面に近づきすぎない位置に設置されることが望ましい。 In other words, it is desirable to place the virtual light source 1500 in a position that is not too close to the plane containing the normal passing through the finger 210, and not too close to the plane containing the display surface 3a of the floating-in-space image 3.
本実施例の空間浮遊映像表示装置1000は、上述のように仮想影を表示することができる。これは、ユーザのタッチ操作の補助のために所定のマークを映像に重畳して表示する場合よりも、物理的に自然な演出となる映像処理となる。よって、本実施例の空間浮遊映像表示装置1000の上述の仮想影の表示によるタッチ操作補助技術は、ユーザがより自然に対してタッチ操作における奥行きを認識できる状況を提供することができる。
<<指の位置の検出方法>>
The space-floating image display device 1000 of this embodiment can display a virtual shadow as described above. This is an image processing that produces a physically more natural effect than when a predetermined mark is superimposed on an image to assist the user's touch operation. Therefore, the touch operation assistance technology of the space-floating image display device 1000 of this embodiment by displaying the above-mentioned virtual shadow can provide a situation in which the user can recognize the depth of the touch operation more naturally.
<<Finger position detection method>>
次に、指210の位置の検出方法について説明する。以下では、ユーザ230の指210の位置を検出する構成を具体的に説明する。
<<<指の位置の検出方法(1)>>>
Next, a method for detecting the position of the finger 210 will be described. A configuration for detecting the position of the finger 210 of the user 230 will be specifically described below.
<<<<Finger position detection method (1)>>>
図34は、指の位置の検出方法の一例を示す構成図である。図34に示す例では、1つの撮像部1180、および1つの空中操作センサ1351を用いて指210の位置が検出される。なお、本発明の実施例における撮像部はいずれも撮像センサを有する。 Figure 34 is a configuration diagram showing an example of a method for detecting the position of a finger. In the example shown in Figure 34, the position of the finger 210 is detected using one imaging unit 1180 and one aerial operation sensor 1351. Note that all imaging units in this embodiment of the present invention have an imaging sensor.
第1撮像部1180a(1180)は、空間浮遊映像3に対してユーザ230と反対側に設置される。第1撮像部1180aは、図34に示すように筐体1190に設置されてもよいし、筐体1190から離れた場所に設置されてもよい。 The first imaging unit 1180a (1180) is installed on the opposite side of the user 230 with respect to the floating image 3. The first imaging unit 1180a may be installed in the housing 1190 as shown in FIG. 34, or may be installed in a location away from the housing 1190.
第1撮像部1180aの撮像領域は、例えば空間浮遊映像3の表示領域、ユーザ230の指、手、腕、顔等を含むように設定される。第1撮像部1180aは、空間浮遊映像3に対するタッチ操作を行うユーザ230を撮像し、第1撮像画像を生成する。なお、空間浮遊映像3の表示領域を第1撮像部1180aから撮像しても空間浮遊映像3の指向性光束の進行方向の逆側からの撮影になるので、空間浮遊映像3自体は映像として視認できない。ここで、指の位置の検出方法(1)の例では、第1撮像部1180aは単なる撮像部ではなく、撮像センサに加えて深度センサを内蔵している。深度センサの構成と処理は既存の技術を使用すればよい。第1撮像部1180aの深度センサは、第1撮像部1180aの撮像画像における各部(例えば、ユーザの指、手、腕、顔等)の奥行きを検出し、深度情報を生成する。 The imaging area of the first imaging unit 1180a is set to include, for example, the display area of the Floating in Space image 3, as well as the fingers, hands, arms, face, etc. of the user 230. The first imaging unit 1180a images the user 230 performing a touch operation on the Floating in Space image 3, and generates a first captured image. Note that even if the display area of the Floating in Space image 3 is captured by the first imaging unit 1180a, the image will be captured from the opposite side of the direction of travel of the directional light beam of the Floating in Space image 3, and the Floating in Space image 3 itself will not be visible as an image. Here, in the example of finger position detection method (1), the first imaging unit 1180a is not just an imaging unit, but has a built-in depth sensor in addition to an imaging sensor. The configuration and processing of the depth sensor can use existing technology. The depth sensor of the first imaging unit 1180a detects the depth of each part (e.g., the user's fingers, hands, arms, face, etc.) in the captured image of the first imaging unit 1180a and generates depth information.
空中操作センサ1351は、空間浮遊映像3の表示面3aをセンシング対象面としてセンシングできる位置に設置される。図34では、空中操作センサ1351は、空間浮遊映像3の表示面3aの下方に設置されているが、表示面3aの側方や上方に設置されてもよい。空中操作センサ1351は、図34に示すように筐体1190に設置されてもよいし、筐体1190から離れた場所に設置されてもよい。 The aerial operation sensor 1351 is installed in a position where it can sense the display surface 3a of the floating-in-space image 3 as the sensing target surface. In FIG. 34, the aerial operation sensor 1351 is installed below the display surface 3a of the floating-in-space image 3, but it may also be installed to the side or above the display surface 3a. The aerial operation sensor 1351 may be installed on the housing 1190 as shown in FIG. 34, or may be installed in a location away from the housing 1190.
図34での空中操作検出センサ1351は、空間浮遊映像3の表示面3aと指210が接触または重畳する位置を検出するセンサである。すなわち、空間浮遊映像3の表示面3aのユーザ側から、指210の先端が空間浮遊映像3の表示面3aに近づく場合、空中操作検出センサ1351は、空間浮遊映像3の表示面3aに対する指210の接触を検出することができる。 The aerial operation detection sensor 1351 in FIG. 34 is a sensor that detects the position where the finger 210 comes into contact with or overlaps the display surface 3a of the floating image 3. In other words, when the tip of the finger 210 approaches the display surface 3a of the floating image 3 from the user's side of the display surface 3a of the floating image 3, the aerial operation detection sensor 1351 can detect the finger 210 coming into contact with the display surface 3a of the floating image 3.
例えば図3Cに示す制御部1110は、画像処理を行うプログラムや、仮想影1510の表示させるプログラムを不揮発性メモリ1108から読み出す。制御部1110は、第1撮像部1180aの撮像センサで生成された第1撮像画像に対する第1画像処理を行い、指210の検出、および指210の位置(x座標、y座標)を算出する。制御部1110は、第1撮像部1180aの撮像センサで生成された第1撮像画像と、第1撮像部1180aの深度センサが生成した深度情報とに基づいて、空間浮遊映像3に対する指210の先端の位置(z座標)を算出する。 For example, the control unit 1110 shown in FIG. 3C reads from the non-volatile memory 1108 a program for performing image processing and a program for displaying the virtual shadow 1510. The control unit 1110 performs first image processing on the first captured image generated by the image sensor of the first imaging unit 1180a, detects the finger 210, and calculates the position (x coordinate, y coordinate) of the finger 210. The control unit 1110 calculates the position (z coordinate) of the tip of the finger 210 relative to the floating-in-space image 3 based on the first captured image generated by the image sensor of the first imaging unit 1180a and the depth information generated by the depth sensor of the first imaging unit 1180a.
図34の例では、第1撮像部1180aの撮像センサおよび深度センサ、空中操作センサ1351、空中操作検出部1350、制御部1110により、ユーザの指の位置の検出および空間浮遊映像3のオブジェクトに対するタッチの検出を行うタッチ検出部が構成される。これにより、指210の位置(x座標、y座標、z座標)が算出される。また、空中操作検出部1350の検出結果または空中操作検出部1350の検出結果と第1撮像部1180aが生成する情報の組み合わせにより、タッチ検出結果が算出される。 In the example of FIG. 34, the image sensor and depth sensor of the first imaging unit 1180a, the aerial operation sensor 1351, the aerial operation detection unit 1350, and the control unit 1110 constitute a touch detection unit that detects the position of the user's finger and detects a touch on an object in the floating in space image 3. This calculates the position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) of the finger 210. Furthermore, the touch detection result is calculated from the detection result of the aerial operation detection unit 1350 or a combination of the detection result of the aerial operation detection unit 1350 and information generated by the first imaging unit 1180a.
そして、制御部1110は、指210の位置(x座標、y座標、z座標)、および仮想光源1500の位置に基づき、仮想影1510を表示させる位置(表示位置)を算出し、算出した表示位置に基づく仮想影1510の映像データを生成する。 Then, the control unit 1110 calculates the position (display position) at which to display the virtual shadow 1510 based on the position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) of the finger 210 and the position of the virtual light source 1500, and generates video data of the virtual shadow 1510 based on the calculated display position.
なお、制御部1110による、映像データにおける仮想影1510の表示位置の算出は、指210の位置の算出のたびに行ってもよい。映像データにおける仮想影1510の表示位置の算出を、指210の位置の算出のたびには行わずに、予め指210の複数箇所の位置のそれぞれの位置に対応する仮想影1510の表示位置を算出した表示位置マップのデータを不揮発性メモリ1108に格納しておき、指210の位置の算出をおこなったら、不揮発性メモリ1108に格納されている表示位置マップのデータに基づいて仮想影1150の映像データを生成してもよい。また、制御部1110は、第1画像処理で指210の先端および指210の延在方向を算出しておき、指210の先端の表示位置、および延在方向に対応する仮想影1510の延在方向を算出し、これらに基づいて、実際の指210の向きに対応した表示角度に調整した仮想影1510の映像データを生成してもよい。 The control unit 1110 may calculate the display position of the virtual shadow 1510 in the video data each time the position of the finger 210 is calculated. Instead of calculating the display position of the virtual shadow 1510 in the video data each time the position of the finger 210 is calculated, display position map data that calculates the display position of the virtual shadow 1510 corresponding to each of multiple positions of the finger 210 may be stored in advance in the non-volatile memory 1108, and after calculating the position of the finger 210, video data of the virtual shadow 1510 may be generated based on the display position map data stored in the non-volatile memory 1108. The control unit 1110 may also calculate the tip of the finger 210 and the extension direction of the finger 210 in the first image processing, calculate the display position of the tip of the finger 210 and the extension direction of the virtual shadow 1510 that corresponds to the extension direction, and generate video data of the virtual shadow 1510 adjusted to a display angle that corresponds to the actual orientation of the finger 210 based on these.
制御部1110は、生成した仮想影1510の映像データを映像制御部1160へ出力する。映像制御部1160は、仮想影1510の映像データとオブジェクト等の他の映像データとを重畳した映像データ(重畳映像データ)を生成し、仮想影1510の映像データを含む重畳映像データを映像表示部1102へ出力する。 The control unit 1110 outputs the generated video data of the virtual shadow 1510 to the video control unit 1160. The video control unit 1160 generates video data (superimposed video data) in which the video data of the virtual shadow 1510 is superimposed on other video data such as objects, and outputs the superimposed video data including the video data of the virtual shadow 1510 to the video display unit 1102.
映像表示部1102は、仮想影1510の映像データを含む重畳映像データに基づく映像を表示することで、仮想影1510とオブジェクト等とが重畳した空間浮遊映像3が表示される。 The video display unit 1102 displays a video based on the superimposed video data, including the video data of the virtual shadow 1510, thereby displaying a floating-in-space video 3 in which the virtual shadow 1510 and an object, etc., are superimposed.
オブジェクトに対するタッチの検出は、例えば以下のようにして実行される。空中操作検出部1350および空中操作検出センサ1351は図3で説明したように構成され、空間浮遊映像3の表示面3aを含む平面に指210が接触または重畳した場合、その位置を検出し、指210が表示面3aに接触または重畳したその位置を示すタッチ位置情報を制御部1110へ出力する。そして、制御部1110は、タッチ位置情報が入力されると、第1画像処理により算出した指210の位置(x座標、y座標)が、空間浮遊映像3の表示面3aに表示される各オブジェクトの表示範囲に含まれるか否かを判定する。そして、制御部1110は、指210の位置がいずれかのオブジェクトの表示範囲に含まれる場合、このオブジェクトに対するタッチが行われたと判定する。 Detection of a touch on an object is performed, for example, as follows. The aerial operation detection unit 1350 and aerial operation detection sensor 1351 are configured as described in FIG. 3, and when the finger 210 touches or is superimposed on a plane including the display surface 3a of the space floating image 3, they detect the position and output touch position information indicating the position where the finger 210 touches or is superimposed on the display surface 3a to the control unit 1110. When the touch position information is input, the control unit 1110 determines whether the position (x coordinate, y coordinate) of the finger 210 calculated by the first image processing is included in the display range of each object displayed on the display surface 3a of the space floating image 3. If the position of the finger 210 is included in the display range of any object, the control unit 1110 determines that this object has been touched.
以上説明した検出方法によれば、撮像センサと深度センサを有する1つの撮像部1180(第1撮像部1180a)と1つの空中操作検出センサ1351とを組み合わせた簡便な構成で指210の位置の検出およびタッチ操作の検出を行うことが可能となる。 The detection method described above makes it possible to detect the position of the finger 210 and detect touch operations using a simple configuration that combines one imaging unit 1180 (first imaging unit 1180a) that has an image sensor and a depth sensor with one aerial operation detection sensor 1351.
なお、指の位置の検出方法(1)の変形例として、空中操作検出部1350および空中操作検出センサ1351による検出結果を用いずに、制御部1110が、第1撮像部1180aの撮像センサで生成された第1撮像画像と、第1撮像部1180aの深度センサが生成した深度情報に基づき、のみで指210によるタッチ操作を検出してもよい。例えば、通常動作動作時は、第1撮像部1180aの撮像センサの撮像画像と深度センサの検出結果と、空中操作検出センサ1351の検出結果を組み合わせて指210によるタッチ操作を検出するモードとなるように構成し、空中操作検出センサ1351や空中操作検出部1350の動作に何らかの不具合がある場合に、空中操作検出部1350および空中操作検出センサ1351による検出結果を用いずに、制御部1110が、第1撮像部1180aの撮像センサで生成された第1撮像画像と、第1撮像部1180aの深度センサが生成した深度情報に基づき、のみで指210によるタッチ操作を検出するモードに切り替えてもよい。
<<指の位置の検出方法(2)>>
As a variant of the finger position detection method (1), the control unit 1110 may detect a touch operation by the finger 210 solely based on the first captured image generated by the image sensor of the first imaging unit 1180a and the depth information generated by the depth sensor of the first imaging unit 1180a, without using the detection results by the aerial operation detection unit 1350 and the aerial operation detection sensor 1351. For example, during normal operation, the system is configured to enter a mode in which touch operations by the finger 210 are detected by combining the image captured by the image sensor of the first imaging unit 1180a, the detection results of the depth sensor, and the detection results of the aerial operation detection sensor 1351, and if there is any malfunction in the operation of the aerial operation detection sensor 1351 or the aerial operation detection unit 1350, the control unit 1110 may switch to a mode in which touch operations by the finger 210 are detected solely based on the first image captured by the image sensor of the first imaging unit 1180a and the depth information generated by the depth sensor of the first imaging unit 1180a, without using the detection results of the aerial operation detection unit 1350 and the aerial operation detection sensor 1351.
<<Finger position detection method (2)>>
図35は、指の位置の検出方法の他の例を示す構成図である。図35に示す例では、2つの撮像部を用いて指210の位置が検出される。第2撮像部1180b(1180)、第3撮像部1180c(1180)は、いずれも空間浮遊映像3に対してユーザ230と反対側に設けられる。 Figure 35 is a configuration diagram showing another example of a method for detecting the position of a finger. In the example shown in Figure 35, the position of the finger 210 is detected using two imaging units. The second imaging unit 1180b (1180) and the third imaging unit 1180c (1180) are both provided on the opposite side of the floating-in-space image 3 from the user 230.
第2撮像部1180bは、例えばユーザ230から見て右側に設置される。第2撮像部1180bの撮像領域は、例えば空間浮遊映像3、ユーザ230の指、手、腕、顔等を含むように設定される。第2撮像部1180bは、空間浮遊映像3に対するタッチ操作を行うユーザ230をユーザ230の右側から撮像し、第2撮像画像を生成する。 The second imaging unit 1180b is installed, for example, on the right side as seen from the user 230. The imaging area of the second imaging unit 1180b is set to include, for example, the floating in space image 3, the fingers, hands, arms, face, etc. of the user 230. The second imaging unit 1180b images the user 230 performing a touch operation on the floating in space image 3 from the right side of the user 230, and generates a second captured image.
第3撮像部1180cは、例えばユーザ230から見て左側に設置される。第3撮像部1180cの撮像領域は、例えば空間浮遊映像3、ユーザ230の指、手、腕、顔等を含むように設定される。第3撮像部1180cは、空間浮遊映像3に対しタッチ操作を行うユーザ230をユーザ230の左側から撮像し、第3撮像画像を生成する。このように、図35の例では、第2撮像部1180bおよび第3撮像部1180cは、いわゆるステレオカメラを構成する。 The third imaging unit 1180c is installed, for example, on the left side as seen from the user 230. The imaging area of the third imaging unit 1180c is set to include, for example, the floating in space image 3, the fingers, hands, arms, face, etc. of the user 230. The third imaging unit 1180c images the user 230 performing a touch operation on the floating in space image 3 from the left side of the user 230, and generates a third captured image. Thus, in the example of FIG. 35, the second imaging unit 1180b and the third imaging unit 1180c form a so-called stereo camera.
第2撮像部1180b、第3撮像部1180cは、図35に示すように筐体1190に設置されてもよいし、筐体1190から離れた場所に設置されてもよい。また、一方の撮像部が筐体1190に設置され、他方の撮像部が筐体1190から離れた位置に設置されてもよい。 The second imaging unit 1180b and the third imaging unit 1180c may be installed in the housing 1190 as shown in FIG. 35, or may be installed at a location away from the housing 1190. Alternatively, one imaging unit may be installed in the housing 1190 and the other imaging unit may be installed at a location away from the housing 1190.
制御部1110は、第2撮像画像に対する第2画像処理、第3撮像画像に対する第3画像処理をそれぞれ行う。そして、制御部1110は、第2画像処理の結果(第2画像処理結果)および第3画像処理の結果(第3画像処理結果)に基づき、指210の位置(x座標、y座標、z座標)を算出する。 The control unit 1110 performs second image processing on the second captured image and third image processing on the third captured image. The control unit 1110 then calculates the position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) of the finger 210 based on the results of the second image processing (second image processing result) and the results of the third image processing (third image processing result).
図35の例では、第2撮像部1180b、第3撮像部1180c、制御部1110により、ユーザの指の位置の検出および空間浮遊映像3のオブジェクトに対するタッチの検出を行うタッチ検出部が構成される。そして、指210の位置(x座標、y座標、z座標)が位置検出結果あるいはタッチ検出結果として算出される。 In the example of FIG. 35, the second imaging unit 1180b, the third imaging unit 1180c, and the control unit 1110 constitute a touch detection unit that detects the position of the user's finger and detects a touch on an object in the floating-in-space image 3. Then, the position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) of the finger 210 is calculated as the position detection result or touch detection result.
このように、図35の例では、第2画像処理結果および第3画像処理結果に基づき算出した指210の位置に基づき仮想影1510が生成される。また、第2画像処理結果および第3画像処理結果に基づき算出した指210の位置に基づき、オブジェクトに対するタッチの有無の判定が行われる。 In this way, in the example of Figure 35, a virtual shadow 1510 is generated based on the position of the finger 210 calculated based on the second image processing result and the third image processing result. In addition, whether or not an object has been touched is determined based on the position of the finger 210 calculated based on the second image processing result and the third image processing result.
この構成によれば、深度センサを有する撮像部を採用する必要はない。また、この構成によれば、第2撮像部1180bおよび第3撮像部1180cをステレオカメラとして用いることで、指210の位置の検出精度を向上させることが可能となる。特に、図34の例と比較して、x座標およびy座標の検出精度を向上させることができる。このため、オブジェクトがタッチされたか否かの判定をより正確に行うことが可能となる。 With this configuration, there is no need to employ an imaging unit with a depth sensor. Furthermore, with this configuration, the second imaging unit 1180b and the third imaging unit 1180c are used as a stereo camera, making it possible to improve the accuracy of detecting the position of the finger 210. In particular, compared to the example in FIG. 34, the accuracy of detecting the x and y coordinates can be improved. This makes it possible to more accurately determine whether an object has been touched.
また、指の位置の検出方法(2)の変形例として、ユーザの指の位置の検出(x座標、y座標、z座標)は、上述のとおり、第2撮像部1180bによる第2撮像画像および第3撮像部1180cによる第3撮像画像に基づいて行い、これにより仮想影1510の表示を制御するようにし、空間浮遊映像3のオブジェクトに対するタッチの有無は、空中操作検出センサ1351による検出結果に基づいて空中操作検出部1350または制御部1110が検出するように構成すればよい。この変形例によれば、空間浮遊映像3の表示面3aをセンシング対象面としてセンシングする空中操作センサ1351を用いるため、空間浮遊映像3の表示面3aに対するユーザの指210の接触の検出については、第2撮像部1180bと第3撮像部1180cによるステレオカメラによる奥行き方向の検出精度よりも高い精度で検出することが可能である。
<<<指の位置の検出方法(3)>>>
Furthermore, as a modified example of the finger position detection method (2), the detection of the user's finger position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) is performed based on the second captured image by the second imaging unit 1180b and the third captured image by the third imaging unit 1180c, as described above, and the display of the virtual shadow 1510 is controlled thereby, and the presence or absence of a touch on the object in the space floating image 3 can be detected by the aerial operation detection unit 1350 or the control unit 1110 based on the detection result by the aerial operation detection sensor 1351. According to this modified example, the aerial operation sensor 1351 is used, which senses the display surface 3a of the space floating image 3 as the sensing target surface, so that the detection of the contact of the user's finger 210 with the display surface 3a of the space floating image 3 can be detected with higher accuracy than the detection accuracy in the depth direction by the stereo camera using the second imaging unit 1180b and the third imaging unit 1180c.
<<<<Finger position detection method (3)>>>
図36は、指の位置の検出方法のその他の例を示す構成図である。図36に示す例においても、2つの撮像部を用いて指210の位置が検出される。図36の例は、図35の例とは異なり、撮像部の一つである第4撮像部1180d(1180)が空間浮遊映像3の表示面3aを側面から撮像する位置に配置された構成となっている。また、図34の例のように、第1撮像部1180a(1180)が、空間浮遊映像3に対してユーザ230と反対側に設置される。図36の例では、第1撮像部1180a(1180)は撮像ができればよく深度センサを備える必要はない。 Figure 36 is a configuration diagram showing another example of a method for detecting the position of a finger. In the example shown in Figure 36, the position of the finger 210 is also detected using two imaging units. The example in Figure 36 differs from the example in Figure 35 in that the fourth imaging unit 1180d (1180), one of the imaging units, is positioned to capture an image of the display surface 3a of the space floating image 3 from the side. Also, as in the example in Figure 34, the first imaging unit 1180a (1180) is installed on the opposite side of the user 230 with respect to the space floating image 3. In the example in Figure 36, the first imaging unit 1180a (1180) only needs to be able to capture an image, and does not need to be equipped with a depth sensor.
したがって、第4撮像部1180dは、空間浮遊映像3の表示面3aの周辺に設置される。図36では、第4撮像部1180dは、空間浮遊映像3の表示面3aの側面下方に設置されているが、表示面3aの側方や上方に設置されてもよい。第4撮像部1180dは、図36に示すように筐体1190に設置されてもよいし、筐体1190から離れた場所に設置されてもよい。 Therefore, the fourth imaging unit 1180d is installed around the display surface 3a of the space floating image 3. In FIG. 36, the fourth imaging unit 1180d is installed below the side of the display surface 3a of the space floating image 3, but it may also be installed to the side or above the display surface 3a. The fourth imaging unit 1180d may be installed in the housing 1190 as shown in FIG. 36, or may be installed in a location away from the housing 1190.
第4撮像部1180dの撮像領域は、例えば空間浮遊映像3、ユーザ230の指、手、腕、顔等を含むように設定される。第4撮像部1180dは、空間浮遊映像3に対するタッチ操作を行うユーザ230を、空間浮遊映像3の表示面3aの周辺から撮像し、第4撮像画像を生成する。 The imaging area of the fourth imaging unit 1180d is set to include, for example, the floating in space image 3, the fingers, hands, arms, face, etc. of the user 230. The fourth imaging unit 1180d images the user 230 performing a touch operation on the floating in space image 3 from around the display surface 3a of the floating in space image 3, and generates a fourth captured image.
制御部1110は、第4撮像画像に対する第4画像処理を行い、空間浮遊映像3の表示面3aと指210の先端との距離(z座標)を算出する。そして、制御部1110は、上述した第1撮像部1180aによる第1撮像画像についての第1画像処理により算出した指210の位置(x座標、y座標)、および第4画像処理により算出した指210の位置(z座標)に基づき、仮想影1510に関する処理や、オブジェクトに対するタッチの有無の判定を行う。 The control unit 1110 performs fourth image processing on the fourth captured image and calculates the distance (z coordinate) between the display surface 3a of the spatial floating image 3 and the tip of the finger 210. Then, the control unit 1110 performs processing related to the virtual shadow 1510 and determines whether or not an object has been touched, based on the position (x coordinate, y coordinate) of the finger 210 calculated by the first image processing on the first captured image by the first imaging unit 1180a described above, and the position (z coordinate) of the finger 210 calculated by the fourth image processing.
図36の例では、第1撮像部1180a、第4撮像部1180d、制御部1110により、ユーザの指の位置の検出およびオブジェクトに対するタッチの検出を行うタッチ検出部が構成される。そして、指210の位置(x座標、y座標、z座標)が位置検出結果あるいはタッチ検出結果として算出される。 In the example of FIG. 36, the first imaging unit 1180a, the fourth imaging unit 1180d, and the control unit 1110 constitute a touch detection unit that detects the position of the user's finger and detects a touch on an object. The position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) of the finger 210 is then calculated as the position detection result or touch detection result.
この構成によれば、空間浮遊映像3の表示面3aと指210の先端との距離、すなわち空間浮遊映像3の表示面3aに対する指210の奥行の検出精度を、図35のステレオカメラの構成の例よりも向上させることが可能となる。 This configuration makes it possible to improve the accuracy of detecting the distance between the display surface 3a of the floating image 3 and the tip of the finger 210, i.e., the depth of the finger 210 relative to the display surface 3a of the floating image 3, compared to the example stereo camera configuration shown in Figure 35.
また、指の位置の検出方法(3)の変形例として、ユーザの指の位置の検出(x座標、y座標、z座標)は、上述のとおり、第1撮像部1180aによる第1撮像画像および第4撮像部1180dによる第4撮像画像に基づいて行い、これにより仮想影1510の表示を制御するようにし、空間浮遊映像3のオブジェクトに対するタッチの有無は、空中操作検出センサ1351による検出結果に基づいて空中操作検出部1350または制御部1110が検出するように構成すればよい。この変形例によれば、空間浮遊映像3の表示面3aをセンシング対象面としてセンシングする空中操作センサ1351を用いるため、空間浮遊映像3の表示面3aに対するユーザの指210の接触の検出については、第4撮像部1180dによる第4撮像画像による検出精度よりも高い精度で検出することが可能である。
<<入力内容を表示してタッチ操作を補助する方法>>
Furthermore, as a modified example of the finger position detection method (3), the detection of the user's finger position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) is performed based on the first captured image by the first imaging unit 1180a and the fourth captured image by the fourth imaging unit 1180d, as described above, and the display of the virtual shadow 1510 is controlled thereby, and the presence or absence of a touch on the object in the floating in space image 3 can be detected by the aerial operation detection unit 1350 or the control unit 1110 based on the detection result by the aerial operation detection sensor 1351. According to this modified example, the aerial operation sensor 1351 is used, which senses the display surface 3a of the floating in space image 3 as the sensing target surface, so that the touch of the user's finger 210 on the display surface 3a of the floating in space image 3 can be detected with higher accuracy than the detection accuracy using the fourth captured image by the fourth imaging unit 1180d.
<<How to display input content to assist touch operations>>
ユーザのタッチ操作を他の方法で補助する例を説明する。例えば、入力した内容を表示してタッチ操作を補助することも可能である。図37は、入力した内容を表示してタッチ操作を補助する方法を説明する図である。図37には、タッチ操作により数字を入力する場合が示されている。 An example of assisting the user's touch operation in another way will be described below. For example, it is possible to assist the touch operation by displaying the input content. Figure 37 is a diagram illustrating a method of assisting the touch operation by displaying the input content. Figure 37 shows the case where numbers are entered by touch operation.
図37の空間浮遊映像3には、例えば、数字等を入力する複数のオブジェクト、入力内容を消去するオブジェクト1601、入力内容を決定するオブジェクト1603等を含む複数のオブジェクトを含むキー入力UI(ユーザインタフェース)表示領域1600、入力内容を表示する入力内容表示領域1610が含まれる。 The floating image 3 in Figure 37 includes a key input UI (user interface) display area 1600 containing multiple objects, including, for example, multiple objects for inputting numbers, etc., an object 1601 for erasing input content, and an object 1603 for confirming input content, as well as an input content display area 1610 for displaying input content.
入力内容表示領域1610には、左端から右方向に向かい、タッチ操作により入力された内容(例えば数字)が空間浮遊映像3に順次表示される。ユーザは、入力内容表示領域1610を見ながらタッチ操作により入力した内容を確認することがでできる。そして、ユーザは、所望のすべての数字を入力すると、オブジェクト1603をタッチする。これにより、入力内容表示領域1610に表示された入力内容が登録される。空間浮遊映像3へのタッチ操作は、表示デバイスの表面上への物理的な接触と異なり、ユーザが接触した感触を得ることができない。そのため、入力内容を別途、入力内容表示領域1610に表示することで、ユーザは自身のタッチ操作が有効に行われたか否かを確認しながら操作を進めることができ、好適である。 In the input content display area 1610, the content (e.g., numbers) entered by touch operation is displayed sequentially on the floating image 3 from left to right. The user can check the content entered by touch operation while looking at the input content display area 1610. Once the user has entered all the desired numbers, they touch the object 1603. This registers the input content displayed in the input content display area 1610. Unlike physical contact with the surface of a display device, touching the floating image 3 in space does not give the user a tactile sensation. Therefore, by separately displaying the input content in the input content display area 1610, the user can proceed with the operation while checking whether their touch operation was valid, which is advantageous.
一方、タッチするオブジェクトを間違えた場合等、所望のものと異なる内容を入力した場合、ユーザは、オブジェクト1601をタッチすることで最後に入力した内容(ここでは「9」)を消去することができる。そして、ユーザは、数字等の入力用のオブジェクトに対するタッチ操作を引き続き行う。ユーザは、所望のすべての数字を入力すると、オブジェクト1603をタッチする。 On the other hand, if the user touches the wrong object or otherwise inputs something different from what they intended, they can erase the last input (here, "9") by touching object 1601. Then, the user continues to perform touch operations on objects for inputting numbers, etc. Once the user has input all of the desired numbers, they touch object 1603.
このように、入力内容表示領域1610に入力内容を表示することで、ユーザに、入力内容を確認させることができ、利便性を向上させることが可能となる。また、ユーザが誤ったオブジェクトをタッチした場合には、入力内容を修正させることができ、利便性を向上させることが可能となる。
<<入力内容を強調表示してタッチ操作を補助する方法>>
In this way, by displaying the input content in the input content display area 1610, the user can confirm the input content, thereby improving convenience. Furthermore, if the user touches the wrong object, the input content can be corrected, thereby improving convenience.
<<How to highlight input content to assist touch operation>>
次に、入力内容を強調表示してタッチ操作を補助することも可能である。図38は、入力内容を強調表示してタッチ操作を補助する方法を説明する図である。 Next, it is also possible to highlight the input content to assist with touch operations. Figure 38 is a diagram explaining how to highlight the input content to assist with touch operations.
図38には、タッチ操作により入力された数字が強調表示された例が示されている。図38に沿って述べると、数字「6」に対応するオブジェクトがタッチされると、タッチされたオブジェクトが消去され、このオブジェクトが表示されていた領域に、入力された数字「6」が表示される。 Figure 38 shows an example in which a number entered by touch operation is highlighted. Referring to Figure 38, when the object corresponding to the number "6" is touched, the touched object is erased, and the entered number "6" is displayed in the area where this object was displayed.
このように、タッチしたオブジェクトに対応する数字が、オブジェクトに代わって表示されることで、ユーザに対し、オブジェクトにタッチしたことを認識させることが可能となり、利便性を向上させることが可能となる。タッチしたオブジェクトに対応する数字は、タッチされたオブジェクトに差し替える、差し替えオブジェクトと称してもよい。 In this way, by displaying a number corresponding to the touched object in place of the object, the user can recognize that they have touched an object, improving convenience. The number corresponding to the touched object may also be called a replacement object, which replaces the touched object.
入力内容を強調表示する他の方法として、例えば、ユーザがタッチしたオブジェクトを明るく点灯させてもよいし、ユーザがタッチしたオブジェクトを点滅させてもよい。ここでは図示していないが、図27~図28の実施例で説明した指210と表示面3aとの距離を認識することで、表示面に指が近づくにつれタッチしようとしているオブジェクトが周囲のオブジェクトよりも明るく変化し、最終的に表示面に振れた段階で、強調度合いが最高に達したり、さらに明るく点灯したり、点滅させることも可能である。このような構成においても、ユーザに、オブジェクトにタッチしたことを認識させることが可能となり、利便性を向上させることが可能となる。
<<振動によりタッチ操作を補助する方法(1)>>
Other methods for highlighting input content include, for example, brightly lighting the object touched by the user or blinking the object touched by the user. Although not shown here, by recognizing the distance between the finger 210 and the display surface 3a as described in the examples of Figures 27 and 28, the object being touched by the finger may become brighter than the surrounding objects as the finger approaches the display surface, and may reach its highest level of highlighting, light up even brighter, or blink when the finger finally reaches the display surface. Even with such a configuration, it is possible for the user to recognize that they have touched an object, thereby improving convenience.
<<Method for assisting touch operations with vibration (1)>>
次に、振動によりタッチ操作を補助する方法について説明する。図39は、振動によりタッチ操作補助を行う方法の一例を説明する図である。図39では、指210に代えてタッチペン(タッチ入力装置)1700を用いてタッチ操作が行われる場合が示されている。タッチペン1700は、例えば空間浮遊映像表示装置等の装置との間で信号やデータ等の各種情報を送受信する通信部、および入力された信号に基づき振動する振動機構等が搭載されている。 Next, a method of assisting touch operations with vibration will be described. Figure 39 is a diagram illustrating an example of a method of assisting touch operations with vibration. Figure 39 shows a case where touch operations are performed using a touch pen (touch input device) 1700 instead of a finger 210. The touch pen 1700 is equipped with a communication unit that sends and receives various information such as signals and data to and from devices such as a space floating image display device, as well as a vibration mechanism that vibrates based on input signals.
ユーザは、タッチペン1700を操作し、空間浮遊映像3のキー入力UI表示領域1600に表示されるオブジェクトをタッチペン1700でタッチしたとする。このとき、例えば制御部1100は、オブジェクトに対するタッチを検出したことを示すタッチ検出信号を通信部1132から送信する。タッチペン1700がタッチ検出信号を受信すると、タッチ検出信号に基づいて振動機構が振動を発生させる。これにより、タッチペン1700が振動する。そして、タッチペン1700の振動がユーザに伝わり、ユーザは、オブジェクトにタッチしたことを認識する。このように、タッチペン1700の振動によりタッチ操作の補助が行われる。 Let's say the user operates the touch pen 1700 and touches an object displayed in the key input UI display area 1600 of the floating image 3 with the touch pen 1700. At this time, for example, the control unit 1100 transmits a touch detection signal from the communication unit 1132 indicating that a touch on the object has been detected. When the touch pen 1700 receives the touch detection signal, the vibration mechanism generates vibrations based on the touch detection signal. This causes the touch pen 1700 to vibrate. The vibration of the touch pen 1700 is then transmitted to the user, who recognizes that they have touched the object. In this way, the vibration of the touch pen 1700 assists the touch operation.
この構成によれば、オブジェクトにタッチしたことを、振動によりユーザに認識させることが可能となる。 This configuration allows the user to recognize that they have touched an object through vibration.
ここでは、空間浮遊映像装置から送信されたタッチ検出信号をタッチペン1700が受信する場合について述べたが、これ以外の構成でもよい。例えば、オブジェクトに対するタッチを検出すると、空間浮遊映像表示装置は、上位装置にオブジェクトに対するタッチを検出したことを通知する。そして、上位装置は、タッチペン1700に対しタッチ検出信号を送信する。 Here, we have described a case where the touch detection signal transmitted from the floating-in-space image device is received by the touch pen 1700, but other configurations are also possible. For example, when a touch on an object is detected, the floating-in-space image display device notifies the host device that a touch on the object has been detected. The host device then transmits a touch detection signal to the touch pen 1700.
あるいは、空間浮遊映像表示装置および上位装置は、ネットワークを介してタッチ検出信号を送信してもよい。このように、タッチペン1700は、空間浮遊映像表示装置から間接的にタッチ検出信号を受信してもよい。
<<振動によりタッチ操作を補助する方法(2)>>
Alternatively, the space-floating image display device and the higher-level device may transmit the touch detection signal via a network. In this way, the touch pen 1700 may indirectly receive the touch detection signal from the space-floating image display device.
<<Method for assisting touch operations with vibration (2)>>
次に、振動によりタッチ操作を補助する他の方法について説明する。ここでは、ユーザが所有する端末を振動させることにより、オブジェクトにタッチしたことをユーザに認識させる。図40は、振動によるタッチ操作の補助方法の他の例を説明する図である。図40の例では、腕時計型のウェアラブル端末1800を装着しているユーザ230が、タッチ操作を行う。 Next, we will explain another method of assisting touch operations using vibration. Here, the user is made aware that they have touched an object by vibrating the device they own. Figure 40 is a diagram illustrating another example of a method of assisting touch operations using vibration. In the example of Figure 40, a user 230 wearing a wristwatch-type wearable device 1800 performs a touch operation.
ウェアラブル端末1800は、例えば空間浮遊映像表示装置等の装置との間で信号やデータ等の各種情報を送受信する通信部、および入力された信号に基づき振動する振動機構等が搭載されている。 The wearable device 1800 is equipped with a communication unit that sends and receives various information such as signals and data to and from devices such as a floating image display device, as well as a vibration mechanism that vibrates based on input signals.
ユーザは、指210でタッチ操作を行い、空間浮遊映像3のキー入力UI表示領域1600に表示されるオブジェクトをタッチしたとする。このとき、例えば制御部1100は、オブジェクトに対するタッチを検出したことを示すタッチ検出信号を通信部1132から送信する。ウェアラブル端末1800がタッチ検出信号を受信すると、タッチ検出信号に基づいて振動機構が振動を発生させる。これにより、ウェアラブル端末1800が振動する。そして、ウェアラブル端末1800の振動がユーザに伝わり、ユーザは、オブジェクトにタッチしたことを認識する。このように、ウェアラブル端末1800の振動によりタッチ操作の補助が行われる。ここでは、腕時計型のウェアラブル端末を例にとって説明したが、ユーザが身に着けているスマートフォンなどでもよい。 Let's say the user performs a touch operation with their finger 210 and touches an object displayed in the key input UI display area 1600 of the floating image 3. At this time, for example, the control unit 1100 transmits a touch detection signal from the communication unit 1132 indicating that a touch on the object has been detected. When the wearable device 1800 receives the touch detection signal, the vibration mechanism generates vibrations based on the touch detection signal. This causes the wearable device 1800 to vibrate. The vibrations of the wearable device 1800 are then transmitted to the user, who recognizes that they have touched the object. In this way, the vibrations of the wearable device 1800 assist the touch operation. Here, a wristwatch-type wearable device has been used as an example, but it may also be a smartphone worn by the user.
なお、ウェアラブル端末1800は、前述のタッチペン1700と同様、上位装置からタッチ検出信号を受信してもよい。なお、ウェアラブル端末1800は、ネットワークを介してタッチ検出信号を受信してもよい。なお、ウェアラブル端末1800の他にも、例えば、ユーザが所有するスマートフォン等の情報処理端末を用いてタッチ操作の補助を行うことも可能である。 The wearable terminal 1800 may receive a touch detection signal from a higher-level device, similar to the touch pen 1700 described above. The wearable terminal 1800 may also receive a touch detection signal via a network. In addition to the wearable terminal 1800, it is also possible to assist touch operations using an information processing terminal such as a smartphone owned by the user.
この構成によれば、ユーザが所有するウェアラブル端末1800等の各種端末を介して、オブジェクトにタッチしたことをユーザに認識させることが可能となる。
<<振動によりタッチ操作を補助する方法(3)>>
According to this configuration, it is possible to make the user aware that he or she has touched an object via various terminals such as the wearable terminal 1800 owned by the user.
<<Method for assisting touch operations with vibration (3)>>
次に、振動によりタッチ操作を補助するその他の方法について説明する。図41は、振動によるタッチ操作の補助方法のその他の例を説明する図である。図41の例では、ユーザ230は、振動板1900の上に立ってタッチ操作を行う。振動板1900は、ユーザ230がタッチ操作を行う所定の位置に設置される。実際の使用形態としては、振動板1900は、例えば図示しないマットの下に配置され、ユーザ230は、マットを介して振動板1900の上に立つこととなる。 Next, another method of assisting touch operations with vibration will be described. Figure 41 is a diagram illustrating another example of a method of assisting touch operations with vibration. In the example of Figure 41, the user 230 performs a touch operation while standing on the vibration plate 1900. The vibration plate 1900 is placed in a predetermined position where the user 230 performs the touch operation. In actual use, the vibration plate 1900 is placed, for example, under a mat (not shown), and the user 230 stands on the vibration plate 1900 via the mat.
振動板1900は、図41に示すように、ケーブル1910を介して、例えば空間浮遊映像表示装置1000の通信部1132と接続される。オブジェクトに対するタッチが検出されると、例えば制御部1110は、通信部1132を介して所定の時間、振動板1900へ交流電圧を供給させる。振動板1900は、交流電圧が供給されている間振動する。すなわち当該交流電圧は、通信部1132から出力される、振動板1900を振動させるための制御信号である。振動板1900で発生した振動が、足元からユーザ230に伝わり、ユーザ230は、オブジェクトにタッチしたことを認識することができる。このように、振動板1900の振動によりタッチ操作の補助が行われる。 As shown in FIG. 41 , the diaphragm 1900 is connected to, for example, the communication unit 1132 of the space floating image display device 1000 via cable 1910. When a touch on an object is detected, for example, the control unit 1110 supplies an AC voltage to the diaphragm 1900 for a predetermined period of time via the communication unit 1132. The diaphragm 1900 vibrates while the AC voltage is being supplied. In other words, the AC voltage is a control signal output from the communication unit 1132 for vibrating the diaphragm 1900. The vibrations generated by the diaphragm 1900 are transmitted from the feet to the user 230, allowing the user 230 to recognize that they have touched an object. In this way, the vibration of the diaphragm 1900 assists the touch operation.
交流電圧の周波数は、ユーザ230が振動を感じることができる範囲内の値に設定される。人が感じることができる振動の周波数は、おおよそ0.1Hz~500Hzの範囲内である。このため、交流電圧の周波数は、この範囲内に設定されることが望ましい。 The frequency of the AC voltage is set to a value within the range in which the user 230 can sense vibrations. The vibration frequencies that humans can sense are in the range of approximately 0.1 Hz to 500 Hz. For this reason, it is desirable to set the frequency of the AC voltage within this range.
また、交流電圧の周波数は、振動板1900の特性によって適宜変更されることが望ましい。例えば、振動板1900が鉛直方向に振動する場合、人は、410Hz程度の振動に対する感度が最も高いとされている。また、振動板1900が水平方向に振動する場合、人は、12Hz程度の振動に対する感度が最も高いとされている。さらに、34Hz以上の周波数では、人は、水平方向より鉛直方向に対する感度が高いとされている。 It is also desirable to change the frequency of the AC voltage as appropriate depending on the characteristics of the diaphragm 1900. For example, when the diaphragm 1900 vibrates vertically, people are said to be most sensitive to vibrations of around 410 Hz. When the diaphragm 1900 vibrates horizontally, people are said to be most sensitive to vibrations of around 12 Hz. Furthermore, at frequencies of 34 Hz or higher, people are said to be more sensitive to vibrations in the vertical direction than in the horizontal direction.
そこで、振動板1900が鉛直方向に振動する場合、交流電圧の周波数は、例えば、410Hzを含む範囲内の値に設定されることが望ましい。また、振動板1900が水平方向に振動する場合、交流電圧の周波数は、例えば、12Hzを含む範囲内の値に設定されることが望ましい。なお、振動板1900の性能に応じて、交流電圧のピーク電圧や周波数は適宜調整されてもよい。 Therefore, when the diaphragm 1900 vibrates in the vertical direction, it is desirable that the frequency of the AC voltage be set to a value within a range including, for example, 410 Hz. Furthermore, when the diaphragm 1900 vibrates in the horizontal direction, it is desirable that the frequency of the AC voltage be set to a value within a range including, for example, 12 Hz. Note that the peak voltage and frequency of the AC voltage may be adjusted as appropriate depending on the performance of the diaphragm 1900.
この構成によれば、オブジェクトに対するタッチが行われたことを、足元からの振動によりユーザ230に認識させることが可能となる。また、この構成の場合、オブジェクトに対するタッチが行われたときに空間浮遊映像3の表示が変わらないように設定することも可能であり、他者がタッチ操作を覗き込んだ場合でも、入力内容が知られてしまう可能性が低減され、セキュリティをより向上させることが可能となる。 This configuration allows the user 230 to recognize that an object has been touched by feeling a vibration from their feet. Furthermore, with this configuration, it is also possible to set the display of the floating image 3 not to change when an object is touched, reducing the chance that the input content will be revealed even if someone spies on the touch operation, further improving security.
以上、種々の実施例について詳述したが、しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although various embodiments have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and includes various modifications. For example, the above-described embodiments are detailed descriptions of the entire system in order to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to systems that include all of the described configurations. Furthermore, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
1…表示装置、2…再帰反射部材、3…空間像(空間浮遊映像)、105…ウィンドガラス、100…透明な部材、101…偏光分離部材、12…吸収型偏光板、13…光源装置、54…光方向変換パネル、151…再帰反射部材、102、202…LED基板、203…導光体、205、271…反射シート、206、270…位相差板、300…空間浮遊映像、301…空間浮遊映像のゴースト像、302…空間浮遊映像のゴースト像、230…ユーザ、1000…空間浮遊映像表示装置、1110…制御部、1160…映像制御部、1180…撮像部、1102…映像表示部、1350…空中操作検出部、1351…空中操作検出センサ、1500…仮想光源、1510…仮想影、1610…入力内容表示領域、1700…タッチペン、1800…ウェアラブル端末、1900…振動板。 1...Display device, 2...Retroreflective member, 3...Spatial image (space-floating image), 105...Window glass, 100...Transparent member, 101...Polarization separation member, 12...Absorptive polarizer, 13...Light source device, 54...Light direction conversion panel, 151...Retroreflective member, 102, 202...LED substrate, 203...Light guide, 205, 271...Reflective sheet, 206, 270...Retardation plate, 300...Space-floating image, 301...Ghost of space-floating image ghost image, 302...ghost image of floating image in space, 230...user, 1000...space floating image display device, 1110...control unit, 1160...image control unit, 1180...imaging unit, 1102...image display unit, 1350...air operation detection unit, 1351...air operation detection sensor, 1500...virtual light source, 1510...virtual shadow, 1610...input content display area, 1700...touch pen, 1800...wearable terminal, 1900...diaphragm.
Claims (10)
映像を表示する表示装置と、
前記表示装置からの映像光を反射させ、反射した光により空中に空間浮遊映像を形成せしめる再帰性反射部材と、
前記空間浮遊映像に表示される1つ以上のオブジェクトに対してタッチ操作を行うユーザの指の位置を検出するセンサと、
制御部と、
を備え、
前記制御部が前記センサを用いて検出された前記ユーザの指の位置に基づいて前記表示装置で表示する映像に対する映像処理を制御することにより、前記空間浮遊映像表示装置は物理的な接触面が存在しない前記空間浮遊映像の表示面に前記ユーザの指の仮想影を表示するものであり、
前記空間浮遊映像の表示面に表示される仮想影の位置は、仮想光源の位置と前記センサを用いて検出された前記ユーザの指の位置の両者の位置関係から特定される位置であり、前記仮想光源の位置は、前記空間浮遊映像の表示面からの距離が無限遠の位置に設定されているものであり、
前記ユーザの指の先端の位置が、前記空間浮遊映像の前記表示面のユーザからみて手前側において前記空間浮遊映像の前記表示面に対する法線方向の距離が小さくなるように、前記空間浮遊映像の前記表示面に近づく場合に、前記ユーザの指の先端の位置と前記空間浮遊映像の前記表示面との前記法線方向の距離が0になるまで、前記空間浮遊映像の表示面における前記ユーザの指の仮想影の表示を継続する、
空間浮遊映像表示装置。 A space floating image display device,
a display device for displaying an image;
a retroreflective member that reflects image light from the display device and forms a floating image in the air using the reflected light;
a sensor for detecting the position of a user's finger performing a touch operation on one or more objects displayed on the floating image;
A control unit;
Equipped with
The control unit controls image processing for the image displayed on the display device based on the position of the user's finger detected using the sensor, so that the space-floating image display device displays a virtual shadow of the user's finger on the display surface of the space-floating image, which has no physical contact surface;
a position of the virtual shadow displayed on the display surface of the space floating image is a position specified from a positional relationship between a position of a virtual light source and a position of the user's finger detected using the sensor, and the position of the virtual light source is set at a position at an infinite distance from the display surface of the space floating image;
When the position of the tip of the user's finger approaches the display surface of the space floating image so that the distance in the normal direction to the display surface of the space floating image becomes small on the front side of the display surface of the space floating image as seen from the user, the display of the virtual shadow of the user's finger is continued until the distance in the normal direction between the position of the tip of the user's finger and the display surface of the space floating image becomes 0;
A floating image display device.
前記ユーザの指の先端の位置が、前記空間浮遊映像の表示面のユーザからみて手前側において法線方向に変化すると、前記空間浮遊映像に表示される仮想影の先端の前記空間浮遊映像の表示面における左右方向の位置が変化する、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
When the position of the tip of the user's finger changes in the normal direction on the front side of the display surface of the space floating image as seen from the user, the position of the tip of the virtual shadow displayed on the space floating image in the left-right direction on the display surface of the space floating image changes.
A floating image display device.
前記ユーザの指の先端の位置の前記法線方向の変化に対して、前記空間浮遊映像に表示される仮想影の先端の前記空間浮遊映像の表示面における左右方向の位置が線形に変化する、
空間浮遊映像表示装置。 3. The space floating image display device according to claim 2,
With respect to the change in the normal direction of the position of the tip of the user's finger, a left-right position of the tip of the virtual shadow displayed on the floating image in the space on the display surface of the floating image in the space changes linearly.
A floating image display device.
ユーザの手または腕を撮像する撮像部を備え、
前記空間浮遊映像に表示される1つ以上のオブジェクトに対してタッチ操作を行うユーザの指が右手である場合に、前記空間浮遊映像において、前記ユーザから見て前記指の先端の左側の位置に前記仮想影を表示し、前記空間浮遊映像に表示される1つ以上のオブジェクトに対してタッチ操作を行うユーザの指が左手である場合に、前記空間浮遊映像において、前記ユーザから見て前記指の先端の右側の位置に前記仮想影を表示するように、タッチ操作を行うユーザの指が右手であるか左手であるかに応じて前記仮想光源の位置を変化させる、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
an imaging unit that captures an image of a user's hand or arm;
the position of the virtual light source is changed depending on whether the finger of the user performing the touch operation is of the right hand or the left hand, so that when the finger of the user performing the touch operation on one or more objects displayed in the space floating image is of the right hand, the virtual shadow is displayed in the space floating image at a position to the left of the tip of the finger as seen from the user, and when the finger of the user performing the touch operation on one or more objects displayed in the space floating image is of the left hand, the virtual shadow is displayed in the space floating image at a position to the right of the tip of the finger as seen from the user;
A floating image display device.
前記制御部は、前記ユーザの指の位置を検出する前記センサを用いて、前記空間浮遊映像の表示面における前記指の先端の位置と、前記表示面に対する前記指の先端の高さ位置を検出する、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
The control unit detects the position of the tip of the finger on the display surface of the space floating image and the height position of the tip of the finger relative to the display surface using the sensor that detects the position of the user's finger.
A floating image display device.
前記空間浮遊映像の表示面への前記ユーザの指の接触の有無は、前記ユーザの指の位置を検出するセンサとは異なるセンサで検出する、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
The presence or absence of the user's finger touching the display surface of the floating image in space is detected by a sensor different from a sensor that detects the position of the user's finger.
A floating image display device.
前記仮想光源の位置は、
前記空間浮遊映像の表示面の中央の点から前記ユーザ側に向かって延びる法線と、前記仮想光源と前記空間浮遊映像の表示面の中央の点とを結ぶ線との間の角度で規定される仮想光源設置角度が20°以上となる位置である、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
The position of the virtual light source is
A position where a virtual light source installation angle defined by the angle between a normal line extending from a center point of the display surface of the space floating image toward the user and a line connecting the virtual light source and the center point of the display surface of the space floating image is 20° or more.
A floating image display device.
前記空間浮遊映像の表示面に表示される仮想影の延在方向の角度は、前記空間浮遊映像表示装置が有する撮像部により撮像される前記ユーザの指の角度と連動して変化する、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
The angle of the extension direction of the virtual shadow displayed on the display surface of the space floating image changes in conjunction with the angle of the user's finger imaged by the imaging unit of the space floating image display device.
A floating image display device.
前記空間浮遊映像の表示面に表示される仮想影の延在方向の角度は、前記空間浮遊映像表示装置が有する撮像部により撮像される前記ユーザの指の角度と連動せずに、固定された角度である、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
The angle of the extension direction of the virtual shadow displayed on the display surface of the space floating image is a fixed angle, not linked to the angle of the user's finger imaged by the imaging unit of the space floating image display device,
A floating image display device.
前記仮想影は、前記ユーザの指の先端の位置と前記空間浮遊映像の前記表示面との前記法線方向の距離が0になるときに、前記空間浮遊映像の表示面における左右方向で、当該仮想影の先端と前記ユーザの指の先端とが接するように、前記空間浮遊映像に表示される、
空間浮遊映像表示装置。 2. The space floating image display device according to claim 1,
When a distance in the normal direction between the position of the tip of the user's finger and the display surface of the space floating image becomes 0, the virtual shadow is displayed on the space floating image so that the tip of the virtual shadow and the tip of the user's finger come into contact with each other in the left-right direction on the display surface of the space floating image.
A floating image display device.
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