CN115128831A - 显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现薄型化、小型化及广视场，且可正面观察原影像的显示装置。本发明的显示装置(100)具有：透明的导光板(120)，在底部(124)形成有导光板像(126)，该导光板像(126)作为空中像(170)的原影像；光源(110)，从导光板(120)的侧部(122)朝向导光板(120)内射出光(L)；偏振光分光器(130)，与导光板(120)平行且配置在导光板(120)的上方；λ/4板(140)，配置在导光板(120)的下方；以及回归反射部件(150)，与导光板(120)平行且配置在λ/4板(140)的下方，所示显示装置使导光板像(126)回归反射而显示空中像(170)。
Description
技术领域
本发明涉及显示装置，尤其涉及利用回归反射将图像显示在空中的显示装置。
背景技术
已经提出了通过使用回归反射部件等将显示在显示器上的图像c成像在空中的空中显示器。例如，专利文献1的显示装置为了能够从更宽的角度观察在空中形成的像，使用两个回归反射部件，将其中一个回归反射部件配置在光源的射出轴上。专利文献2的图像显示装置为了使图像的成像位置的调整变得容易，将半透半反镜、回归反射部件以及图像输出装置分别平行地配置，从而能够变更半透半反镜或图像输出装置的位置来调整成像位置。专利文献3的图像显示装置为了抑制图像的视觉辨认性的降低，减少了光透射相位差部件(λ/4板)的次数，并且使灰尘等难以进入到回归反射部件与相位差部件之间。在专利文献4的空中影像显示装置中，为了实现装置的薄型化，相对于分光器平行地配置显示器及回归反射部件，并在显示器上配置偏转光学元件。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2017－107165号公报
[专利文献2]日本特开2018－81138号公报
[专利文献3]日本特开2019－66833号公报
[专利文献4]日本特开2019－101055号公报
发明内容
图1的(A)表示现有的使用了回归反射的显示装置的概略剖面。如图1所示，显示装置10包括输出图像的显示器20、分光器30和回归反射部件40。从显示器20射出的光被分光器30反射，该反射光向回归反射部件40行进。回归反射部件40向与入射光相同的方向反射光，该反射后的光透射分光器30，在观察者的眼前的空间显示空中像50。这种空中像50的显示作为AIRR(Aerial Imaging by Retro－Reflection：基于回归反射的空中成像)方式而被公知。
图1的(B)是利用了AIRR方式的显示装置的示意性的外观图。显示装置10例如具有图示那样的长方体状的壳体60，在壳体60的表面配置分光器30，在壳体60的内部配置显示器20及回归反射部件40。壳体60需要用于供显示器20及回归反射部件40倾斜的内部空间，因此壳体60的厚度T变大。
另外，观察者能够观察到的空中像50限于观察者能够观察到回归反射部件40的范围。即，回归反射部件40必须存在于观察者的视场角内。以图1的(B)为例，能够观察空中像50的视场角θ是以空中像50的正面为基准左右±10度左右，存在视场角窄的问题。
此外，空中像50形成在相对于分光器30的表面而与显示器20对称的位置处。在显示器20相对于分光器30倾斜大约45度的情况下，观察者观察到的空中像50不是从正面观察显示器20的影像，而是从45度的倾斜方向观察的影像。
本发明解决这样的以往的课题，其目的在于提供实现薄型化、小型化以及广视场，并且能够正面观察光源的影像的显示装置以及使用该显示装置的空间输入装置。
本发明的显示装置，能够利用回归反射在空中显示影像，具有：透明的导光板，包括空中的影像的原影像；光源，从所述导光板的侧部朝向所述导光板内射出光；偏振光分光器，与所述导光板平行且配置在所述导光板的上方；λ/4板，配置在所述导光板的下方；以及回归反射部件，与所述导光板平行且配置在所述λ/4板的下方，使所述原影像回归反射并将影像显示在空中。
在一个方式中，显示装置还包括偏振部件，该偏振部件设置在所述导光板的原影像与所述偏振光分光器之间，该偏振部件抑制由所述原影像反射的光透射所述偏振光分光器。在一个方式中，所述偏振部件具有与所述原影像的平面形状相同或相似的形状。在一个方式中，所述原影像形成在所述导光板的底部，所述原影像和空中的像处于关于所述偏振光分光器的面而对称的位置。
本发明的空间输入装置包括：上述记载的显示装置；以及检测单元，检测物体向由所述显示装置显示的空中的影像的接近。在一个方式中，所述检测单元包括静电电容式传感器。
[发明的效果]
根据本发明，从形成有空中像的原影像的透明的导光板的侧部射出光，通过与导光板平行地配置在导光板下方的回归反射部件的回归反射来显示原影像的空中的影像，因此能够实现显示装置的小型化、薄型化，并且观察者能够观察以宽视场角而正面观察原影像的空中的影像。
附图说明
图1的(A)是现有的AIRR方式的显示装置的概略剖面图，图1的(B)是现有的显示装置的示意性的外观图。
图2是表示本发明的第一实施例的显示装置的概略剖面的图。
图3是本发明的实施例的显示装置的示意性的外观图。
图4是表示本发明的第二实施例的显示装置的概略剖面的图。
图5是表示本发明的第三实施例的空间输入装置的概略结构的图。
具体实施方式
接着，对本发明的实施方式进行说明。本发明的显示装置即使不佩戴特殊的眼镜等也能够在三维空间内显示使用了回归反射的影像。在一个方式中，本发明的显示装置适用于利用在空中显示的影像的用户输入接口。另外，应当注意的是，在以下的实施例的说明中参照的附图包括为了容易理解发明而放大的显示，并不是原封不动地表示实际的产品的形状及尺度。
[实施例]
接着，对本发明的实施例进行详细说明。图2是表示本发明的实施例的显示装置的概略结构的剖面图。本实施例的显示装置100构成为包括光源110、导光板120、偏振光分光器130、λ/4板140、回归反射部件150、透明保护部件160。这些部件例如收容在长方体状的壳体或框体等中。
光源110朝向X方向射出具有恒定的射出角(或辐射角)的光L。射出的光L从透明的导光板120的侧部122入射到内部，均匀地照射导光板120的内部。光源110没有特别限定，例如使用发光二极管或激光二极管等。如果导光板110的侧部122在Y方向上具有一定的长度，则也可以以沿着导光板120的侧部122的Y方向的方式配置多个光源110。在此，从导光板120的一个侧部入射光，但也可以从多个侧部入射光。
导光板120是具有平坦的上表面、平坦的下表面以及将上表面与下表面连接的侧面的透明的板状的光学部件。导光板120可以使用公知的导光板，例如由丙烯制的塑料板、聚碳酸酯树脂或者环烯烃类树脂等构成。导光板120为了从侧部122入射光源110的光L而在Z方向上具有一定的厚度。也可以在导光板120的底部或底面124形成用于使入射的光扩散的扩散图案，例如通过激光加工形成点图案或通过印刷形成点图案。这样，从导光板120的侧部122入射的光L通过导光板120的底部124的扩散图案而扩散或散射，导光板120如面光源那样发挥功能。
在导光板120的底部或底面124上还形成有作为空中像的原影像P1的导光板像126。导光板像126的形成方法没有特别限定，例如通过激光加工、压花加工、印刷加工等在底部124形成槽或凹凸等二维的像。当光L从导光板120的侧部入射时，光L被导光板像126反射，生成二维的原影像P1。另外，在想要进一步增大导光板像126的亮度的情况下，也可以减小导光板像126以外的区域的底部124的扩散或散射的程度。
在导光板120的上部，与导光板120平行地配置有偏振光分光器130。偏振光分光器130是能够将入射光分割为p偏振光成分和s偏振光成分的偏振光分离元件，能够使向某特定方向直线偏振后的光成分透射。假设从光源110入射的光L是包括各种偏振光成分的无偏振光的光时，由导光板120的底部124或导光板像126反射的光L1的一部分透射偏振光分光器130，除此以外的大部分的光L2被偏振光分光器130反射。如果从光源110入射的光L为直线偏振光的情况下，将透射偏振光分光器130的直线偏振光的方向设定为与入射光L的直线偏振光的方向不同，使得光L1的大部分被偏振光分光器130反射。
λ/4板140在导光板120的下方与其平行地配置。λ/4板140入射从导光板120射出的光L2，对该入射光L2赋予相位差π/2(90度)而使其透射。例如，如果入射直线偏振光的光，则其被变换为圆偏振光(或椭圆偏振光)，如果入射圆偏振光(或椭圆偏振光)，则被变换为直线偏振光。
回归反射部件150在λ/4板140的下方与其平行地配置。回归反射部件150将透射λ/4板140的光L2向与入射光相同的方向反射出光L3。回归反射部件150只要能够将光向与入射方向相同的方向反射即可，其结构、材质没有特别限定。回归反射部件150例如由三角锥型回归反射元件、全立方体角型回归反射元件等棱镜型回归反射元件、珠型回归反射元件构成。
由回归反射部件150反射出的光L3再次透射λ/4板140时，被赋予相位差π/2。因此，透射λ/4板140后的光L3与入射到λ/4板140时的光L2具有相位差π。例如，如果入射到λ/4板140的光是直线偏振光，则在透射λ/4板140时成为圆偏振光(或椭圆偏振光)，该圆偏振光在由回归反射部件150进行了奇数次回归反射时，成为反方向的圆偏振光，该反方向的圆偏振光透射λ/4板140时，成为与原来的直线偏振光相差180度的方向的直线偏振光。这样，当透射λ/4板140的光L3入射到偏振光分光器130时，光L3的大部分透射偏振光分光器130。
在偏振光分光器130的上部配置有透明保护部件160。透明保护部件160例如由玻璃材料或塑料材料等构成。透明保护部件160保护偏振光分光器130的表面，其配置是任意的。透射了透明保护部件160的光L3在空中成像，观察者能够在视点U的眼前观察到空中像170。空中像170成为使导光板像126的原影像P1以原来的姿态浮现到上方的影像P2。即，在关于偏振光分光器130的面而与导光板像126对称的位置处显示空中像170，观察者能够看到作为原影像P1的正面视的影像P2。
图3是本实施例的显示装置的示意性的外观立体图。显示装置100例如在长方体状的壳体180的表面配置透明保护部件160，在内部收容光源110、导光板120、偏振光分光器130、λ/4板140、回归反射部件150。由于不像现有的显示装置那样使回归反射部件倾斜，而是使回归反射部件150与导光板120、偏振光分光器130、λ/4板140平行地配置，所以能够使壳体180的Z方向的厚度Ta变薄。另外，由于将光源110配置在导光板120的侧部，因此这也有助于壳体180的薄型化。进而，由于将回归反射部件150沿X方向水平地配置，所以从观察者的视点U能够观察到回归反射部件150的X方向的范围扩大，所以能够增大能够看到空中像170的X方向的视场角θa。本实施例的视场角θa是现有的图1所示的显示装置10的视场角θ的至少2倍。同样地，由于从视点U能够看到回归反射部件150的Y方向的范围也扩大，所以Y方向的视场角也扩大。
接着，对本发明的第二实施例进行说明。在第一实施例中，由导光板像126反射的光L1的一部分成分透射偏振光分光器130，因此观察者双重地看到由该透射光形成的原影像P1和由回归反射形成的空中像170的影像P2这两者。因此，在第二实施例中，使由透射偏振光分光器130的光形成的原影像P1看不到。
图4是表示第二实施例的显示装置100A的剖面结构的图，对与图2相同的结构标注相同的参照编号。第二实施例将与导光板像126相同或相似形状的偏振部件(例如，偏振板或偏振膜)190配置在导光板像126与偏振光分光器130之间。例如，如图所示，偏振部件190配置在导光板120的上部。偏振部件190抑制导光板像126的反射光L1透射偏振光分光器130。例如，偏振部件190使与偏振光分光器130透射的直线偏振光的方向不同方向的光透射。
这样，根据本实施例，通过在导光板像126与偏振光分光器130之间设置用于抑制导光板像126的反射光L1透射偏振光分光器130的偏振部件190，使观察者看不到原影像P1，能够提高空中像170的对比度、视觉辨认性。
接着，对本发明的第三实施例进行说明。第三实施例涉及将第一或第二实施例的显示装置应用于用户输入接口的空间输入装置。图5是表示第三实施例的空间输入装置的概略结构的图。空间输入装置200包括：传感器200，检测向空中像170接近的物体(例如，用户的手指)；以及控制器210，接收来自传感器200的检测结果并进行各种控制。
传感器200只要能够透射空中像170即可，没有特别限定，例如可以使用非接触型的静电电容型传感器。此时，也可以将图2所示的透明保护部件160置换为静电电容式传感器。静电电容式传感器如静电电容式触摸面板那样，检测出用户的手指等导体所接近的区域的静电电容的变化。如图所示，在用户将手指F遮在空中像170上时，静电电容式传感器200检测手指向空中像170的接近，将检测结果向控制器210输出。由此，用户能够进行非接触的输入。例如，与不特定的人进行触摸那样的输入按钮相比，能够实现清洁、卫生的输入。
本实施例的空间输入装置200能够适用于所有的用户输入，例如能够适用于计算机装置、车载用电子设备、银行等的ATM、车站等的票的购入机、电梯的输入按钮等。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详述，但本发明并不限定于特定的实施方式，在权利要求书所记载的发明主旨的范围内，能够进行各种变形，变更。
[附图标记号说明]
100：显示装置 110：光源
120：导光板 122：侧部
124：底部 126：导光板像
130：偏振光分光器 140：λ/4板
150：回归反射部件 160：透明保护部件
170：空中像 180：壳体
190：偏振部件。
Claims (12)
1.一种显示装置，能够利用回归反射而在空中显示影像，具备：
透明的导光板，包括空中的影像的原影像；
光源，从所述导光板的侧部朝向所述导光板内射出光；
偏振光分光器，与所述导光板平行且配置在所述导光板的上方；
λ/4板，配置在所述导光板的下方；以及
回归反射部件，与所述导光板平行且配置在所述λ/4板的下方，
所述显示装置使所述原影像回归反射而将影像显示在空中。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
显示装置还包括偏振部件，该偏振部件设置在所述导光板的原影像与所述偏振光分光器之间，
该偏振部件抑制由所述原影像反射后的光透射所述偏振光分光器。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，
所述偏振部件具有与所述原影像的平面形状相同或相似的形状。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
所述原影像形成在所述导光板的底部，所述原影像和空中的像处于关于所述偏振光分光器的面而对称的位置。
5.一种空间输入装置，包括：
权利要求4所述的显示装置；以及
检测单元，检测物体向由所述显示装置显示的空中的影像的接近。
6.根据权利要求5所述的空间输入装置，其中，
所述检测单元包括静电电容型传感器。
7.一种空间输入装置，包括：
权利要求1所述的显示装置；以及
检测单元，检测物体向由所述显示装置显示的空中的影像的接近。
8.根据权利要求7所述的空间输入装置，其中，
所述检测单元包括静电电容型传感器。
9.一种空间输入装置，包括：
权利要求2所述的显示装置；以及
检测单元，检测物体向由所述显示装置显示的空中的影像的接近。
10.根据权利要求9所述的空间输入装置，其中，
所述检测单元包括静电电容型传感器。
11.一种空间输入装置，包括：
权利要求3所述的显示装置；以及
检测单元，检测物体向由所述显示装置显示的空中的影像的接近。
12.根据权利要求11所述的空间输入装置，其中，
所述检测单元包括静电电容型传感器。
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