CN112352171A - 空中显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空中显示装置，具备：显示元件(22)，具有显示图像的显示面，从显示面出射显示光；光控制元件(40)，具有相对于与显示面正交的第一方向倾斜地配置、且交替地排列的多个透明区域(41)和多个遮光区域(42)，使入射至透明区域(41)的显示光透射，对入射至遮光区域(42)的显示光进行遮光；以及镜器件(10)，与显示面平行地配置，对透射了光控制元件(40)的显示光进行反射，在与显示元件(22)面对称的位置成像出空中像(30)。

Description

空中显示装置
技术领域
本发明涉及一种空中显示装置。
背景技术
正在研究能够将图像或动画等作为空中影像来显示的空中显示装置，并期待其成为新的人机接口。空中显示装置例如使用两面角形反射器被排列为阵列状而成的两面角形反射器阵列，对从显示元件的显示面出射的光进行反射，并在空中成像出实像(例如，日本特开2017－67933号公报)。通过两面角形反射器阵列进行的显示法能够无像差地在面对称位置处显示实像(以下称为空中像)。
发明内容
发明要解决的课题
本发明提供一种空中显示装置，能够确保空中像的显示品质，并能够实现小型化。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式的空中显示装置具备：显示元件，具有显示图像的显示面，从上述显示面出射显示光；光控制元件，具有相对于与上述显示面正交的第一方向倾斜地配置、且交替地排列的多个透明区域和多个遮光区域，使入射至上述透明区域的上述显示光透射，对入射至上述遮光区域的上述显示光进行遮光；以及镜器件，与上述显示面平行地配置，对透射了上述光控制元件的上述显示光进行反射，在与上述显示元件面对称的位置成像出空中像。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种空中显示装置，能够确保空中像的显示品质，并能够实现小型化。
附图说明
图1是镜器件的立体图。
图2是表示空中显示装置的原理的示意图。
图3是表示由镜器件的一个光学要素反射两次的光的样态的示意图。
图4是表示从z方向观察图3所示的光学要素的情况下的光路的图。
图5是表示从y方向观察图3所示的光学要素的情况下的光路的图。
图6是表示从x方向观察图3所示的光学要素的情况下的光路的图。
图7是表示由空中显示装置显示的幻像的示意图。
图8是表示由一个光学要素反射一次的光的样态的示意图。
图9是表示从z方向观察图8所示的光学要素的情况下的光路的图。
图10是表示从y方向观察图8所示的光学要素的情况下的光路的图。
图11是表示从x方向观察图8所示的光学要素的情况下的光路的图。
图12是表示空中显示装置的无用光的示意图。
图13是表示由一个光学要素一次也未反射的光的样态的示意图。
图14是表示从z方向观察图13所示的光学要素的情况下的光路的图。
图15是表示从y方向观察图13所示的光学要素的情况下的光路的图。
图16是表示从x方向观察图13所示的光学要素的情况下的光路的图。
图17是表示实施方式的空中显示装置的构成的框图。
图18是表示实施方式的空中显示装置的光学构成的立体图。
图19是空中显示装置内的镜器件中的光学要素的布局图。
图20是表示从z方向观察图19所示的光学要素的情况下的光路的图。
图21是表示空中显示装置内的显示单元的构成的立体图。
图22是表示在显示单元内的光源部中出射光的样态的图。
图23是表示从光源部的导光板出射的光的基于出射角度的光强度的图。
图24是表示从光源部的光学片出射的光的基于出射角度的光强度的图。
图25是光源部的液晶显示元件的平面图。
图26是光源部的液晶显示元件的截面图。
图27是空中显示装置内的光控制元件的平面图。
图28是空中显示装置内的光控制元件的截面图。
图29是表示从光控制元件出射的光的基于出射角度的光强度的图。
图30是表示空中显示装置的光学构成的示意图。
图31是表示变形例的显示单元的构成的立体图。
图32是表示从变形例的导光板出射的光的基于出射角度的光强度的图。
图33是表示变形例的空中显示装置的光学构成的示意图。
图34是表示比较例的空中显示装置的光学构成的示意图。
图35是表示其他变形例的空中显示装置的光学构成的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，附图是示意性或者概念性的图，各附图的尺寸以及比率等不一定与现实情况相同。此外，即使在附图相互之间表示相同的部分的情况下，也存在相互的尺寸关系、比率被不同地表示的情况。特别是，以下所示的几个实施方式示例了用于使本发明的技术思想具体化的装置以及方法，不通过构成部件的形状、构造、配置等来确定本发明的技术思想。此外，在以下的说明中，对于具有相同功能以及构成的要素赋予相同符号，并仅在需要的情况下进行重复说明。
在对本实施方式的空中显示装置进行说明之前，对空中显示装置的原理进行说明。
[1]空中显示装置的原理
空中显示装置例如使用两面角形反射器等空中成像元件(镜器件)，使从液晶显示器的显示面出射的光在空间中成像。
首先，对空中显示装置所使用的镜器件10的构成进行说明。图1是镜器件10的立体图。
镜器件10具备平面状的基材11、以及设置在基材11上的多个光学要素12。多个光学要素12以在相互正交的x方向以及y方向上扩展的方式，例如排列为矩阵状。多个光学要素12分别具有以直角配置的两个反射面。光学要素12由正方体或者长方体构成。基材11以及光学要素12由透明的树脂构成。
此外，在图1中示例了36(＝6×6)个光学要素12，但实际上，排列有更多的光学要素12。光学要素12的数量以及尺寸能够根据空中显示装置的规格而任意地设定。此外，两个光学要素12的间隔能够根据空中显示装置的规格而任意地设定。
图2是表示空中显示装置的原理的示意图。空中显示装置具备在显示面上显示图像的显示元件22、以及镜器件10。在图2中，为了使附图容易理解，省略镜器件10中的基材11的图示，而仅提取表示多个光学要素12。多个光学要素12排列于x-y平面。z方向是与x方向以及y方向正交的方向、且是光学要素12的高度方向。
从显示元件22出射的光(显示光)，被多个光学要素12各自的两个侧面反射。在图2中，提取表示由赋予了影线的光学要素12反射的光的光路。从显示元件22出射的光，在相对于镜器件10而言与显示元件22面对称的位置成像，在该位置(以下称为显示位置)处成像出空中像30。观察者能够视觉确认该空中像30。
图3是表示由一个光学要素12反射两次的光的样态的示意图。图4是表示从z方向观察光学要素12的情况下的光路的图。图5是表示从y方向观察光学要素12的情况下的光路的图。图6是表示从x方向观察光学要素12的情况下的光路的图。
从光学要素12的底面入射的光，由第一侧面反射，并由与第一侧面呈直角的第二侧面进一步反射，从上表面出射。
此外，向光学要素12的任意侧面入射的光，并不是全部光成分由该侧面反射，而分成反射成分和透射成分。所谓反射成分，是由该侧面以与入射角相对应的反射角反射的光的成分，所谓透射成分，是直接直线地透射该侧面的光的成分。
(关于幻像)
接下来，对在非意图的位置成像的幻像进行说明。所谓幻像，是在空中像30附近出现的双重图像。图7是对由空中显示装置显示的幻像31进行表示的示意图。
幻像31是由被镜器件10反射了仅一次的光(即，未被反射两次的光)成像出的图像。幻像31在不是相对于镜器件10而言与显示元件22面对称的位置成像。
图8是表示由一个光学要素12反射一次的光的样态的示意图。图9是表示从z方向观察光学要素12的情况下的光路的图。图10是表示从y方向观察光学要素12的情况下的光路的图。图11是表示从x方向观察光学要素12的情况下的光路的图。
从光学要素12的底面入射的光由第一侧面反射，从与第一侧面呈直角的第二侧面透射。按照该路径前进的光在不是相对于镜器件10而言与显示元件22面对称的位置成像，显示幻像31。
(关于无用光)
接下来，对无用光进行说明。所谓无用光，是无助于成像出实像的光成分。图12是表示空中显示装置的无用光32的示意图。
无用光32是一次也未被镜器件10反射的光。无用光32直线地透射镜器件10。
图13是表示一次也未被一个光学要素12反射的光的样态的示意图。图14是表示从z方向观察光学要素12的情况下的光路的图。图15是表示从y方向观察光学要素12的情况下的光路的图。图16是表示从x方向观察光学要素12的情况下的光路的图。
从光学要素12的底面入射的光，不被第一侧面反射，而直线地透射第一侧面。
无用光32会使空中像30的周围变得明亮。因此，由于无用光32的原因，空中像30的对比度会降低。
[2]实施方式的空中显示装置
接下来，对使用了上述原理的实施方式的中空显示装置进行说明。
[2－1]空中显示装置的构成
使用图17以及图18对实施方式的空中显示装置1的构成进行说明。图17是表示实施方式的空中显示装置1的构成的框图。图18是表示空中显示装置1的光学构成的立体图。
如图17以及图18所示那样，空中显示装置1具备显示单元20、光控制元件40、镜器件10、显示驱动部50、电压供给电路60以及控制电路70。如图18所示那样，显示单元20、光控制元件40以及镜器件10与x－y平面平行地配置，并且沿着z方向依次排列。
显示单元20具有光源部21以及显示元件22。光源部21具有以面状出射光的面光源，向显示元件22照射面状的光。显示元件22显示表示所希望的信息的图像或者动画等。显示元件22使从光源部21接受的光透射，并且出射用于将图像或者动画等显示为空中像的光(显示光)。关于显示单元20的详细情况将后述。
光控制元件40配置在从显示单元20出射的显示光的光路上。光控制元件40与显示元件22中的显示图像或者动画的显示面、或者出射显示光的光出射面平行地配置。光控制元件40使从显示元件22出射的显示光中的规定角度的光透射，对其他角度的光进行遮光。关于光控制元件40的详细情况将后述。
镜器件10配置在从光控制元件40出射的显示光的光路上。镜器件10与显示元件22的显示面平行地配置。如上所述，镜器件10具备设置在基材11上的多个光学要素12。图19是表示基板11上的多个光学要素12的布局、且从z方向透过基板11观察光学要素12的图。光学要素12由在x方向以及y方向上具有对角的顶点的立方体或者长方体构成，这些立方体或者长方体沿着x方向以及y方向排列。换言之，以图1－图6所示的光学要素12向与x－y平面平行的方向旋转45度、而光学要素12的反射面12A、12B相对于x方向具有45度的角度的状态排列。图20是表示从z方向观察图19所示的光学要素12的情况下的光路的图。从光学要素12的底面入射的显示光，由反射面12A反射，并由与反射面12A呈直角的反射面12B进一步反射，而从上表面出射。如此，镜器件10对显示光进行反射而成像出空中像30。
显示驱动部50对显示元件22进行驱动，使显示元件22显示图像或者动画等。电压供给电路60产生使光源部21以及显示驱动部50动作所需要的电压，并将这些电压向光源部21以及显示驱动部50供给。控制电路70对空中显示装置1整体的动作进行控制。即，控制电路70对光源部21、显示驱动部50以及电压供给电路60进行控制，在显示位置显示空中像30。
[2－1－1]显示单元20
接下来，使用图21对空中显示装置1中的显示单元20进行说明。图21是表示显示单元20的构成的立体图。
如上所述，显示单元20具备光源部21以及显示元件22。光源部21具有发光元件211、导光板212、反射片213以及光学片214。光源部21为，通过发光元件211、导光板212、反射片213以及光学片214来构成面光源，并从该面光源向显示元件22出射面状的光。
光源部21由侧灯型(边灯型)的背光灯构成。发光元件211配置在导光板212的侧面(或者入射面)。从发光元件211发出的光向导光板212的侧面入射。在导光板212的底面上设置有反射片213。在导光板212的上表面上设置有光学片214。并且，在从光学片214出射的光的光路上配置有显示元件22。
图22是表示在显示单元20内的光源部21中出射光的样态的图。作为发光元件211，例如使用一个或者多个发光二极管(LED)。发光二极管例如发出白色的光。
导光板212的底面作为反射光的面起作用。导光板212的底面具有相对于水平方向倾斜地配置的多个反射面212A、即具有台阶形状(波形)。在导光板212内透射的光由多个反射面212A向光学片214侧反射。
导光板212的上表面作为使光折射的面起作用。导光板212的上表面具有相对于水平方向倾斜地配置的多个折射面212B、即具有台阶形状(波形)。折射面212B所倾斜的方向与反射面212A所倾斜的方向相反。从导光板212的上表面出射的光由多个折射面212B折射。
如图22所示那样，从导光板212的上表面出射的光相对于z方向具有角度θ1。出射光的角度θ1例如为60度。反射片213对从导光板212的底面出射的光进行反射，使光向导光板212返回。
光学片214由棱镜片构成。即，光学片214构成为，截面形状为三角形的多个棱镜沿着一个方向排列。光学片214使从导光板212入射的光折射，并如图22所示那样，出射相对于z方向为角度θ2的光。出射光的角度θ2例如为45度。
如上所述，从发光元件211出射的光，通过导光板212、光学片214以及反射片213而成为规定方向(例如，出射角度为45度)的光，并从光学片214出射。
图23是表示从导光板212出射的光的基于出射角度的光强度的图。如根据图23可知的那样，从导光板212出射的光在相对于z方向为60度的角度(角度θ1)具有最大的光强度，所出射的光的角度相对于z方向处于45～90度的范围内。图24是表示从光学片214出射的光的基于出射角度的光强度的图。如根据图24可知的那样，从光学片214出射的光在相对于z方向为45度的角度(角度θ2)具有最大的光强度，所出射的光的角度相对于z方向处于30～60度的范围内。
从光学片214出射后的光，相对于z方向以角度θ2向显示元件22入射。显示元件22使用来自光源部21的光，对图像或者动画等进行显示。显示元件22使从光源部21接受到的光透射，而出射用于将图像或者动画等显示于空中的显示位置的显示光。即，显示元件22接受来自光源部21的光，而出射通过图像或者动画等调制后的光。
显示元件22例如由液晶显示元件构成。以下，对液晶显示元件的一个例子进行说明。图25是作为显示元件22的液晶显示元件的平面图，图26是液晶显示元件的截面图。
显示元件22具备：TFT基板221，形成有TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)以及像素电极等；彩色滤波器基板(CF(Color Filter)基板)222，形成有彩色滤波器以及共用电极等，并且与TFT基板221对置配置；以及液晶层223，夹持在TFT基板221以及CF基板222之间。
TFT基板221以及CF基板222分别由透明基板(例如，玻璃基板)构成。在TFT基板221的与存在有液晶层223的面相反侧的面上，配置有偏光板224。并且，在CF基板222的与存在有液晶层223的面相反侧的面上，配置有偏光板225。
TFT基板221与光源部21对置配置。从光源部21照射的照明光，从TFT基板221侧向液晶显示元件入射。CF基板222的与配置有光源部21的面相反侧的面，是液晶显示元件的显示面或者光出射面。
TFT基板221与CF基板222通过密封材226而保持有空间地贴合。在由TFT基板221、CF基板222以及密封材226包围而成的空间中封入有液晶材料，而形成液晶层223。
液晶层223所包含的液晶材料为，根据对TFT基板221以及CF基板222之间施加的电场，液晶分子的取向被操作而光学特性发生变化。此外，液晶层23由具备具有电介质各向异性的液晶分子的液晶层构成，例如，由向列型液晶构成。向列型液晶的液晶分子根据外部电场而产生电极化。作为液晶模式，例如使用VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式，但当然也可以使用TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、同质模式等其他液晶模式。
在TFT基板221的液晶层223侧设置有多个开关元件、例如上述TFT(Thin FilmTransistor)227。TFT227具备：与扫描线GL电连接的栅电极；设置在栅电极上的栅极绝缘膜；设置在栅极绝缘膜上的半导体层(例如非晶硅层)；以及在半导体层上分离地设置的源极以及漏极。源极与信号线SL电连接。在TFT227上设置有绝缘层(未图示)。在绝缘层上设置有多个像素电极228。
在CF基板222的液晶层223侧设置有彩色滤波器229。彩色滤波器229具备多个着色滤波器(着色部件)。具体地说，具备多个红色滤波器229R、多个绿色滤波器229G以及多个蓝色滤波器229B。一般的彩色滤波器由光的三原色即红(R)、绿(G)、蓝(B)构成。相邻接的R、G、B的三色的组成为显示的单位(像素)，一个像素中的R、G、B的任一个单色的部分是被称为子像素(Sub pixel)的最小驱动单位。TFT227以及像素电极228针对每个子像素来设置。在以下的说明中，除了特别需要对像素和子像素进行区分的情况以外，将子像素也称为像素。
在红色滤波器229R、绿色滤波器229G以及蓝色滤波器229B的边界部分、以及像素(子像素)的边界部分，设置有遮光用的黑矩阵(遮光膜)(未图示)。即，黑矩阵形成为网格状。例如，为了对着色部件之间的无用的光进行遮挡、使对比度提高，而设置黑矩阵。
在彩色滤波器229以及黑矩阵上设置有共用电极230。共用电极230以平面状形成在液晶显示元件的显示区域整体中。
偏光板224、225以夹着TFT基板221以及CF基板222的方式设置。偏光板224、225分别由直线偏振器和1/4波长板构成。
像素电极228以及共用电极230由透明电极构成，例如使用ITO(铟锡氧化物)。
[2－1－2]光控制元件40
接下来，使用图27以及图28对空中显示装置1中的光控制元件40进行说明。图27是光控制元件40的平面图，图28是光控制元件40的沿着x方向的截面图。
如图27以及图28所示那样，光控制元件40具有多个透明区域41、多个遮光区域42以及两个基材43。多个透明区域41以及多个遮光区域42分别具有沿着y方向延伸的线形状，并在x方向上交替地排列。即，透明区域41和遮光区域42在x方向上排列为条纹状。在x方向上，透明区域41的宽度比遮光区域42的宽度窄。
并且，图28所示那样，透明区域41以及遮光区域42相对于与光控制元件40的光出射面(或者主面)垂直的z方向以角度θ3的倾斜配置。角度θ3例如为0＜θ3≦60度(大于0度且为60度以下)，优选为30≦θ3≦60度(30度以上60度以下)。透明区域41具有使从显示单元20出射的显示光透射的光路，光路与z方向所成的角θ3为0＜θ3≦60度(大于0度且为60度以下)，优选为30≦θ3≦60度(30度以上60度以下)。
在此，将透明区域41以及遮光区域42相对于z方向的角度θ3均为45度的情况作为例子。使光控制元件40中的出射光的角度θ3与来自光学片214(或者显示单元20)的出射光的角度θ2一致。由此，能够使从光学片214出射的出射光的光利用效率提高。
两个基材43以夹着透明区域41以及遮光区域42的方式设置。多个透明区域41以及基材43例如由透明的树脂构成。多个遮光区域42例如由混入了黑色染料的树脂构成。
在光控制元件40中，从显示单元20出射的光中的相对于z方向为角度θ2(＝θ3)的光主要透射透明区域41，其以外的角度的光由遮光区域42遮光。
图29是表示从光控制元件40出射的光的基于出射角度的光强度的图。如根据图29可知的那样，从光控制元件40出射的光在相对于z方向为45度的角度(角度θ3)具有最大的光强度，所出射的光的角度相对于z方向处于30～60度的范围内。
[2－2]空中显示装置1的显示动作
接下来，使用图30对实施方式的空中显示装置的显示动作进行说明。图30是表示空中显示装置1的光学构成的示意图。
相对于z方向为角度θ2(例如θ2＝45度)的光主要从显示单元20向光控制元件40出射。向光控制元件40入射的光中的仅相对于z方向为角度θ3(例如θ3＝45度)的光90透射透明区域41。在本实施方式中，角度θ2以外的角度的光较少，该光被遮光区域42遮光。
透射了光控制元件40的光90向镜器件10入射。向镜器件10入射了的光90，由镜器件10所具备的光学要素12的反射面12A、12B如在图1～图6中说明了的那样反射。由光学要素12反射后的光，在显示位置成像为空中像30。即，从显示元件22出射的光，在相对于镜器件10而与显示元件22所显示的图像面对称的显示位置成像，并在显示位置显示出空中像30。观察者80能够视觉确认该空中像30。
[3]变形例的空中显示装置
接下来，对变形例的空中显示装置进行说明。在上述实施方式的空中显示装置1中，光源部21使用了出射相对于z方向为角度θ2的光的构成，但在该变形例中，光源部使用使光扩散并出射的构成。以下，表示包括变形例中的光源部的显示单元以及空中显示装置的光学构成。其他构成与上述实施方式相同。
[3－1]显示单元20A
使用图31以及图32对变形例的空中显示装置2中的显示单元20A进行说明。图31是表示显示单元20A的构成的立体图。图32是表示从导光板212C出射的光的基于出射角度的光强度的图。
显示单元20A具备光源部21A以及显示元件22。光源部21A具有发光元件211、导光板212C以及反射片213。光源部21A为，通过发光元件211、导光板212C以及反射片213来构成面光源，并从该面光源向显示元件22出射面状的光。
发光元件211配置在导光板212C的侧面(或者入射面)。从发光元件211发出的光向导光板212的侧面入射。在导光板212C的底面上设置有反射片213。并且，在从导光板212C出射的光的光路上配置有显示元件22。此外，根据需要在导光板212C与显示元件22之间设置有扩散板。
从发光元件211照射的光向导光板212C入射。导光板212C对从发光元件211照射的光进行引导，通过底面将光反射而使其从上表面出射。在变形例中，从导光板212C的上表面出射图32所示那样的光。从导光板212C出射的光为，在z方向上具有最大的光强度，在相对于z方向为±30度的范围内相对于最大光强度具有60％以上的光强度。
[3－2]空中显示装置2的显示动作
接下来，使用图33对变形例的空中显示装置2的显示动作进行说明。图33是表示空中显示装置2的光学构成的示意图。在该变形例中，考虑图32所示的从导光板212C出射的光的基于出射角度的光强度，在图27所示的光控制元件中使用角度θ3被设定为30度的光控制元件40A。
从显示单元20A出射的光向光控制元件40A入射。向光控制元件40A入射了的光中、仅相对于z方向为角度θ3(例如θ3＝30度)的光90透射透明区域41。另一方面，角度θ3以外的角度的光被遮光区域42遮光。
透射了光控制元件40A的光90向镜器件10入射。向镜器件10入射了的光90，由镜器件10所具备的光学要素12如在图1～图6说明了那样反射。由光学要素12反射后的光，在显示位置成像为空中像30。即，从显示元件22出射的光，在相对于镜器件10而与显示元件22所显示的图像面对称的显示位置成像，在显示位置处显示空中像30。观察者80能够视觉确认该空中像30。
[4]其他变形例的空中显示装置
接下来，对其他变形例的空中显示装置进行说明。在图30所示的上述实施方式的空中显示装置1中，从显示元件22出射的光向镜器件10入射，通过由镜器件10反射后的光来形成空中像30。即，从显示元件22出射的光，在相对于镜器件10而与显示元件22所显示的图像面对称的显示位置成像，生成空中像30。由此，在空中显示装置1中，观察者80能够相对于镜器件10的光出射面(或者，z方向)从斜方向对空中像30进行观察。
在其他变形例中，由镜器件10反射后的光的光路被光路变更元件变更，生成空中像30。使用图35对其他变形例的空中显示装置3的光学构成以及其显示动作进行说明。图35是表示其他变形例的空中显示装置3的光学构成的示意图。
在由镜器件10反射后的光的光路上配置有光路变更元件14。换言之，在镜器件10与观察者80(或者，空中像30)之间配置有光路变更元件14。例如，如图35所示那样，光路变更元件14是具有锯齿状的截面形状的透明构造体。向光路变更元件14的构成锯齿状的面分别入射的光，由于折射效应而其出射方向被变更。其他构成与图30所示的上述实施方式相同。
与图30所示的上述实施方式同样，从显示单元20出射的光透射光控制元件40，向镜器件10入射。向镜器件10入射后的光90由镜器件10所具备的光学要素12反射。
由光学要素12反射后的光，通过光路变更元件14而变更光路，成为主要沿着z方向的光。换言之，由光学要素12反射后的光，由光路变更元件14折射，主要向与镜器件10的光出射面(或者，与x以及y方向平行的xy面)正交的方向出射。在此，示出由光学要素12反射后的光的光路被向z方向变更的例子，但是也可以是其他方向，例如相对于z方向为15度或者30度。
由光路变更元件14变更了光路的光，在显示位置成像为空中像30。如此，在空中显示装置3中，能够以z方向为中心而生成空中像，即能够以与镜器件10(或者，空中显示装置3)的光出射面正交的方向为中心而形成空中像30。由此，在空中显示装置3中，观察者80能够从与镜器件10的光出射面正交的方向、或者z方向，对显示品质良好的空中像30进行观察。
[5]实施方式以及变形例的效果
根据实施方式、变形例以及其他变形例，能够提供一种空中显示装置，能够确保空中像的显示品质，并能够实现小型化。
在对实施方式、变形例以及其他变形例的效果进行详细说明之前，在以下对比较例的空中显示装置进行说明。图34是表示比较例的空中显示装置的光学构成的示意图。比较例所具备的显示单元20A不具有实施方式的显示单元20所具有那样的以角度θ2出射光的构成。在比较例中，将显示单元20A相对于镜器件10较大倾斜地设置。镜器件10具有不仅使从显示单元20A出射的光反射还使其透射的构造。因此，如图34所示那样，通过将显示单元20A相对于镜器件10倾斜地设置，由此从显示单元20A出射的光透射镜器件10，该光不会直接到达观察者80。
如此，在比较例中，由于将显示单元20A相对于镜器件10较大倾斜地设置，因此作为显示装置而需要较大的设置区域，设置显示装置的自由度降低。即，构成显示装置的部件的设置条件被限制。并且，在比较例中，与显示单元20A的显示面垂直的方向的光由镜器件10的光学要素12反射，成像出空中像30。但是，相对于显示单元20A的显示面倾斜的光，从镜器件10的光学要素12透射而到达空中像30附近，使显示品质降低。
在实施方式、变形例以及其他变形例的空中显示装置中，不需要将显示单元20(或者20A)相对于镜器件10倾斜地设置，而将显示单元相对于镜器件10平行地设置。并且，在显示单元与镜器件10之间配置光控制元件40(或者40A)。由此，从显示单元出射的光中、透射了光控制元件的光在相对于镜器件10而与显示单元面对称的位置成像，并在该位置显示空中像30。另一方面，从显示单元出射的光中、无用光、杂光被光控制元件遮光，能够防止这些光到达空中像30附近或观察者80。
通过以上，根据实施方式、变形例以及其他变形例，能够提供一种空中显示装置，能够确保空中像30的显示品质，并且能够使空中显示装置小型化。即，能够确保空中像的显示品质，并且能够提高构成部件(显示单元、光控制元件以及镜器件等)的设置条件的自由度，能够实现紧凑的封装。
并且，在实施方式中，使光控制元件40中的出射光的角度θ3、与来自光学片214(或者显示单元20)的出射光的角度θ2一致。由此，能够提高从显示单元20出射的出射光的光利用效率。
此外，根据其他变形例，能够以与空中显示装置3的光出射面正交的方向为中心形成空中像30。由此，观察者80能够视觉确认显示品质良好的空中像30。
[6]其他变形例等
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求所记载的发明及其等同的范围。

Claims (17)

1.一种空中显示装置，具备：
显示元件，具有显示图像的显示面，从上述显示面出射显示光；
光控制元件，具有相对于与上述显示面正交的第一方向倾斜地配置、且交替地排列的多个透明区域和多个遮光区域，使入射至上述透明区域的上述显示光透射，对入射至上述遮光区域的上述显示光进行遮光；以及
镜器件，与上述显示面平行地配置，对透射了上述光控制元件的上述显示光进行反射，在与上述显示元件面对称的位置成像出空中像。
2.如权利要求1所述的空中显示装置，其中，
上述多个透明区域以及上述多个遮光区域分别沿着与上述显示面平行的第二方向延伸，并沿着与上述第二方向正交的第三方向排列。
3.如权利要求2所述的空中显示装置，其中，
上述多个透明区域以及上述多个遮光区域相对于上述第一方向以大于0度且为60度以下的角度θ排列。
4.如权利要求3所述的空中显示装置，其中，
从上述显示元件出射的上述显示光在上述角度θ具有最大光强度。
5.如权利要求3所述的空中显示装置，其中，
还具备向上述显示元件出射照明光的光源部，
上述光源部向上述显示元件出射在上述角度θ具有最大光强度的光。
6.如权利要求1所述的空中显示装置，其中，
上述多个透明区域分别具有使上述显示光透射的光路，
上述光路与上述第一方向所成的角θ大于0度且为60度以下。
7.如权利要求6所述的空中显示装置，其中，
还具备向上述显示元件出射照明光的光源部，
上述光源部向上述显示元件出射在上述角度θ具有最大光强度的光。
8.如权利要求1所述的空中显示装置，其中，
上述光控制元件与上述显示元件的上述显示面平行地配置。
9.如权利要求1所述的空中显示装置，其中，
上述镜器件具有多个光学要素，该多个光学要素分别包括直角地配置的两个反射面。
10.如权利要求9所述的空中显示装置，其中，
上述多个光学要素分别由立方体或者长方体形成。
11.如权利要求2所述的空中显示装置，其中，
上述镜器件具有多个光学要素，该多个光学要素分别包括直角地配置的两个反射面，
上述光学要素所包括的上述反射面相对于上述第三方向具有45度的角度。
12.一种空中显示装置，具备：
显示元件，具有显示图像的显示面，从上述显示面出射显示光；
光控制元件，具有相对于与上述显示面正交的第一方向倾斜地配置、且交替地排列的多个透明区域和多个遮光区域，使入射至上述透明区域的上述显示光透射，对入射至上述遮光区域的上述显示光进行遮光；
镜器件，与上述显示面平行地配置，对透射了上述光控制元件的上述显示光进行反射；以及
光路变更元件，对由上述镜器件反射后的上述显示光的光路进行变更。
13.如权利要求12所述的空中显示装置，其中，
上述光路变更元件使相对于上述第一方向以第一角度入射的上述显示光相对于上述第一方向以第二角度出射。
14.如权利要求12所述的空中显示装置，其中，
上述多个透明区域以及上述多个遮光区域分别沿着与上述显示面平行的第二方向延伸，并沿着与上述第二方向正交的第三方向排列。
15.如权利要求14所述的空中显示装置，其中，
上述多个透明区域以及上述多个遮光区域相对于上述第一方向以大于0度且为60度以下的角度θ排列。
16.如权利要求15所述的空中显示装置，其中，
从上述显示元件出射的上述显示光在上述角度θ具有最大光强度。
17.如权利要求15所述的空中显示装置，其中，
还具备向上述显示元件出射照明光的光源部，
上述光源部向上述显示元件出射在上述角度θ具有最大光强度的光。
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