CN116324589A - 空中显示装置 - Google Patents

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CN116324589A CN202180069198.7A CN202180069198A CN116324589A CN 116324589 A CN116324589 A CN 116324589A CN 202180069198 A CN202180069198 A CN 202180069198A CN 116324589 A CN116324589 A CN 116324589A
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Abstract

空中显示装置包括：显示模块(3)，具有射出用于显示空中像的显示光的光射出面，在光射出面的上方且在与光射出面平行的第一面上显示空中像；传感检测装置(4)，以在相对于第一面倾斜地交叉的第二面上形成检测区域的方式射出激光，检测进入检测区域内的对象物；以及壳体(2)，收纳显示模块(3)和传感检测装置(4)。

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
研究有能够将图像、动画等显示为空中像的空中显示装置，并期待作为新的人机接口。空中显示装置例如使用将二面角形反射器排列为阵列状而成的二面角形反射器阵列，使从显示元件的显示面射出的光反射，在空中成像出实像(参照专利文献1)。基于二面角形反射器阵列的显示法无像差地在面对称位置上显示实像(空中像)。如果能够非接触地操作该空中像，则不用如触摸面板那样直接接触就能够进行输入，因此能够实现卫生的输入。
例如，提出有能够通过指尖操作空中影像的系统(参照非专利文献1)。然而，为了对与空中像相同的面进行传感检测而需要在空中像附近设置传感器，有时难以将传感器向壳体内进行设置。另外，为了沿着空中像进行传感检测而需要在空中像周围配置具备传感器的框架，因此有时壳体会变大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-67933号公报
非专利文献
非专利文献1：独立行政法人信息通信研究机构，“开发能够操作空中影像的浮动触摸显示器”，[online]，2009年4月15日，[令和2年10月2日检索]，因特网〈URL:https://www.nict.go.jp/press/2009/04/15-3.html〉
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，能够检测对空中像进行触摸的操作，并且能够小型化。
用于解决课题的手段
根据本发明的第一方式，提供一种空中显示装置，具备：显示模块，具有射出用于显示空中像的显示光的光射出面，在上述光射出面的上方且在与上述光射出面平行的第一面上显示上述空中像；传感检测装置，以在相对于上述第一面倾斜地交叉的第二面上形成检测区域的方式射出激光，检测进入上述检测区域内的对象物；以及壳体，收纳上述显示模块和上述传感检测装置。
根据本发明的第二方式，在第一方式的空中显示装置中，上述传感检测装置包括：多个发光元件，沿着第一方向排列，发出上述激光；以及多个受光元件，沿着上述第一方向排列，检测由上述对象物反射的反射光。
根据本发明的第三方式，在第二方式的空中显示装置中，上述多个发光元件与上述多个受光元件交替地配置。
根据本发明的第四方式，在第三方式的空中显示装置中，上述传感检测装置包括角度调整机构，该角度调整机构对上述多个发光元件所朝向的角度进行调节而调整上述第一面与上述检测区域交叉的角度。
根据本发明的第五方式，在第二方式的空中显示装置中，上述传感检测装置包括设置在上述多个发光元件以及上述多个受光元件的上方的多个透镜。
根据本发明的第六方式，在第五方式的空中显示装置中，上述传感检测装置包括收纳上述多个发光元件、上述多个受光元件以及上述多个透镜的外壳。
根据本发明的第七方式，在第一方式的空中显示装置中，上述显示模块包括：显示元件，相对于上述光射出面倾斜地射出显示光，并显示图像；镜元件，将从上述显示元件射出的上述显示光向与上述显示元件相反侧反射；以及光路偏转元件，使由上述镜元件反射后的上述显示光向与上述光射出面垂直的方向折射，上述显示元件、上述镜元件以及上述光路偏转元件相互平行地配置。
根据本发明的第八方式，在第七方式的空中显示装置中，上述光路偏转元件包括多个棱镜。
根据本发明的第九方式，在第七方式的空中显示装置中，上述镜元件包括多个光学要素，上述多个光学要素分别由长方体或者立方体形成，具有相互相接且反射光的第一以及第二反射面。
根据本发明的第十方式，在第七方式的空中显示装置中，还具备朝向上述显示元件发出照明光的照明元件，上述显示元件为液晶显示元件。
根据本发明的第十一方式，在第七方式的空中显示装置中，还具备配置在上述显示元件与上述镜元件之间的第一光控制元件，上述第一光控制元件包括多个第一透明部件以及多个第一遮光部件，上述多个第一透明部件与上述多个第一遮光部件以相邻接的部件彼此相接的方式交替地配置，上述多个第一透明部件以及上述多个第一遮光部件分别沿着与上述光射出面垂直的方向延伸。
根据本发明的第十二方式，在第七方式的空中显示装置中，还具备配置在上述显示元件与上述镜元件之间的第二光控制元件，上述第二光控制元件包括多个第二透明部件以及多个第二遮光部件，上述多个第二透明部件与上述多个第二遮光部件以相邻接的部件彼此相接的方式交替地配置，上述多个第二透明部件以及上述多个第二遮光部件分别沿着相对于与上述光射出面垂直的方向倾斜的方向延伸。
发明效果
根据本发明，能够提供一种空中显示装置，能够检测对空中像进行触摸的操作，并且能够小型化。
附图说明
图1是本发明的实施方式的空中显示装置的立体图。
图2是图1所示的显示模块的立体图。
图3是图1所示的显示模块的侧视图。
图4是照明元件的侧视图。
图5是第一光控制元件的平面图。
图6是沿着图5的A-A′线的第一光控制元件的截面图。
图7是第二光控制元件的平面图。
图8是沿着图7的B-B′线的第二光控制元件的截面图。
图9是镜元件的侧视图以及仰视图。
图10是光路偏转元件的平面图。
图11是从Y方向观察的光路偏转元件的侧视图。
图12是对传感检测装置的构成进行说明的图。
图13是空中显示装置的框图。
图14是表示从照明元件射出的照明光的强度与角度的关系的图表。
图15是表示从第一光控制元件射出的显示光的强度与角度的关系的图表。
图16是表示从第二光控制元件射出的显示光的强度与角度的关系的图表。
图17是对传感检测装置的检测区域进行说明的图。
图18是对传感检测装置计算检测对象物的位置的动作进行说明的图。
图19是对传感检测装置的动作进行说明的图。
图20是对传感检测装置的设置位置进行说明的示意图。
图21是对空中显示装置的整体动作进行说明的流程图。
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际情况相同。此外，即使在附图相互之间显示相同的部分的情况下，也存在相互的尺寸关系，比率被不同地显示的情况。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附图标记，省略重复的说明。
[1]空中显示装置1的构成
图1是本发明的实施方式的空中显示装置1的立体图。在图1中，X方向是沿着空中显示装置1的某1边的方向，Y方向是在水平面内与X方向正交的方向，Z方向是与XY平面正交的方向(也称作法线方向)。空中显示装置1具备壳体2、显示模块3、以及传感检测装置4。
壳体2收纳显示模块3以及传感检测装置4。壳体2的外形为长方体。壳体2具备使显示模块3的上表面(光射出面)露出的开口部2A、以及供从传感检测装置4射出的光通过的开口部2B。壳体2由金属或者树脂构成。
显示模块3是显示图像的装置。显示模块3在自身的光射出面的上方的空中显示空中像。空中像是指在空中成像的实像。显示模块3包括在Z方向上隔开间隔地配置的多个元件。在图1中，将显示模块3简化而以长方体表示。关于显示模块3的详细情况将后述。
传感检测装置4是用于对规定的区域所包含的检测对象物进行检测的装置。传感检测装置4朝向规定的方向射出激光。另外，传感检测装置4检测由检测对象物反射的激光。关于传感检测装置4的详细情况将后述。
图2是图1所示的显示模块3的立体图。图3是图1所示的显示模块3的侧视图。显示模块3具备照明元件(也称作背光灯)10、显示元件20、第一光控制元件30、第二光控制元件40、镜元件50、以及光路偏转元件60。照明元件10、显示元件20、第一光控制元件30、第二光控制元件40、镜元件50、以及光路偏转元件60通过设置在壳体2内的支承部件(未图示)而固定于图2的位置。
照明元件10发出照明光，并将该照明光朝向显示元件20射出。
显示元件20是透射式的显示元件。显示元件20例如由液晶显示元件构成。关于显示元件20的驱动模式，不特别限定，能够使用TN(Twisted Nematic)模式、VA(VerticalAlignment)模式、或者同质模式等。显示元件20接受从照明元件10射出的照明光。显示元件20使照明光透射而进行光调制。然后，显示元件20在其显示面上显示所希望的图像以及/或者动画。
第一光控制元件30具有降低虚像的功能。所谓虚像是在非意图的位置上产生的像，并且是在空中像附近出现的双重图像。第一光控制元件30构成为，以法线方向为中心而对规定的角度范围以外的光成分进行遮光。另外，也可以省略第一光控制元件30。
第二光控制元件40具有降低无用光的功能。所谓无用光是指无助于产生空中像的光成分，且是直线地透射镜元件50的光成分。第二光控制元件40构成为，以相对于法线方向倾斜的方向为中心而对规定的角度范围以外的光成分进行遮光。另外，也可以省略第二光控制元件40。
镜元件50将从底面侧入射的光向上表面侧反射。另外，镜元件50将入射光面对称地进行反射。然后，镜元件50对空中像进行成像。
光路偏转元件60使从底面倾斜地入射的显示光向法线方向折射。处于光路偏转元件60的正面的观察者6能够目视确认到空中像5。
以下，对构成显示模块3的多个元件的详细情况进行说明。
[1-1]照明元件10的构成
图4是照明元件10的侧视图。照明元件10具备发光元件11、导光板12、反射片13、以及棱镜片14。
发光元件11发出照明光。发光元件11被配置为与导光板12的侧面相面对，并朝向导光板12的侧面射出照明光。在图4中用四方形示出一个发光元件，但例如发光元件11由沿着Y方向排列的多个发光元件构成。
导光板12对来自发光元件11的照明光进行导光，并将照明光从上表面射出。另外，导光板12向相对于Z方向倾斜的方向射出照明光。导光板12具有朝向X方向而厚度变薄的楔形状。
反射片13将从导光板12的底面射出的照明光再次朝向导光板12反射。
棱镜片14使来自导光板12的照明光折射。棱镜片14具有使多个三棱柱横倒且沿着X方向排列的构造。即，从侧面观察，棱镜片14的上表面具有波形(锯齿形)。棱镜片14具有相对于Z方向朝左侧倾斜的多个折射面14A。
如此构成的照明元件10能够以射出角θ1射出照明光。另外，通过调整棱镜片14的折射面14A的倾斜角以及导光板12的光射出角，能够将射出角θ1设定为最佳。
[1-2]第一光控制元件30的构成
图5是第一光控制元件30的平面图。图6是沿着图5的A-A′线的第一光控制元件30的截面图。
在基材31上设置有分别沿着X方向延伸、且沿着Y方向排列的多个透明部件33。另外，在基材31上设置有分别沿着X方向延伸、且沿着Y方向排列的多个遮光部件34。多个透明部件33与多个遮光部件34以相邻接的部件彼此相接的方式交替地配置。在多个透明部件33以及多个遮光部件34上设置有基材32。
遮光部件34在YZ截面中沿着Z方向延伸。透明部件33在YZ截面中沿着Z方向延伸。透明部件33使光透射。遮光部件34对光进行遮光。Y方向上的透明部件33以及遮光部件34的宽度能够适当设计。
作为基材31、32以及透明部件33，使用透明的树脂，例如使用丙烯酸树脂。作为遮光部件34，例如使用混入了黑色染料的树脂。
如此构成的第一光控制元件30能够以在YZ截面中法线方向的光强度成为峰值的方式使显示光透射。例如，第一光控制元件30构成为，当将法线方向设为0度时，对0°±30°以外的光成分进行遮光。
[1-3]第二光控制元件40的构成
图7是第二光控制元件40的平面图。图8是沿着图7的B-B′线的第二光控制元件40的截面图。
在基材41上设置有分别沿着Y方向延伸、且沿着X方向排列的多个透明部件43。另外，在基材41上设置有分别沿着Y方向延伸、且沿着X方向排列的多个遮光部件44。多个透明部件43与多个遮光部件44以相邻接的部件彼此相接的方式交替地配置。在多个透明部件43以及多个遮光部件44上设置有基材42。
透明部件43在XZ截面中沿着相对于Z方向倾斜了角度θ2的方向延伸。透明部件43在XZ截面中为侧面倾斜了角度θ2的平行四边形。透明部件43使光透射。
遮光部件44在XZ截面中沿着相对于Z方向倾斜了角度θ2的方向延伸。遮光部件44在XZ截面中为侧面倾斜了角度θ2的平行四边形。遮光部件44将光进行遮光。
相邻接的2个遮光部件44被配置为，在Z方向上相互的端部重叠若干。
作为基材41、42以及透明部件43，使用透明的树脂，例如使用丙烯酸树脂。作为遮光部件44，例如使用混入了黑色染料的树脂。
如此构成的第二光控制元件40能够以在XZ截面中相对于法线方向倾斜了角度θ2的方向的光强度成为峰值的方式使显示光透射。例如，第二光控制元件40构成为，对相对于法线方向成为45°±15°以外的光成分进行遮光。
另外，在第一光控制元件30与第二光控制元件40的关系中，第一光控制元件30的遮光部件34的延伸方向与第二光控制元件40的遮光部件44的延伸方向正交。
[1-4]镜元件50的构成
图9是镜元件50的侧视图以及仰视图。图9的(a)是镜元件50的从Y方向观察的侧视图，图9的(b)是镜元件50的仰视图。
镜元件50具备基板51以及多个光学要素52。在图9的(a)中提取一个光学要素52的立体图来表示。基板51以及多个光学要素52由丙烯酸树脂等透明的材料构成。
多个光学要素52设置在基板51的底面上。光学要素52由长方体或者立方体构成。光学要素52的平面形状例如为正方形。光学要素52具有两个反射面52A、52B。反射面52A、52B与长方体的两个侧面对应，且相互相接。反射面52A、52B构成所谓的二面角形反射器。
光学要素52被配置为，1边相对于X方向倾斜角度θ3。角度θ3例如为45度。另外，角度θ3并不限定于45度，能够在30度以上60度以下的范围内设定。多个光学要素52排列为锯齿状(千鸟格状)。即，多个光学要素52被配置为，1行沿着相对于X方向成为45度的方向延伸，多行沿着相对于Y方向成为45度的方向排列。另外，多个光学要素52相互隔开间隙地配置。
透射了第二光控制元件40的光从光学要素52的底面向光学要素52入射，在由反射面52A、52B反射两次之后，从光学要素52的上表面射出。
[1-5]光路偏转元件60的构成
图10是光路偏转元件60的平面图。图11是从Y方向观察的光路偏转元件60的侧视图。
光路偏转元件60具备基材61以及设置在基材61上的多个三角棱镜62。基材61与多个三角棱镜62也可以一体地构成。基材61以及多个三角棱镜62由丙烯酸树脂等透明的材料构成。
多个三角棱镜62分别沿着Y方向延伸、且沿着X方向排列。三角棱镜62由沿着Y方向延伸的三棱柱构成。三角棱镜62具有折射面62A。折射面62A相对于法线方向倾斜角度θ4。
如此构成的光路偏转元件60使从底面倾斜地入射的显示光向法线方向折射。折射面62A的角度θ4能够根据向光路偏转元件60入射的光的角度以及光路偏转元件60的折射率来适当地设定。
[1-6]传感检测装置4的构成
图12是对传感检测装置4的构成进行说明的图。图12的(a)为平面图，图12的(b)为侧视图。如图1所示那样，传感检测装置4相对于水平方向(XY平面)倾斜地配置，射出激光的部分被配置为从水平方向(XY平面)朝向斜上方若干。图12的(a)的平面图是从上方观察图1的传感检测装置4的上表面的图。在图12的说明中，将传感检测装置4的射出光的一侧称作上部。传感检测装置4的上部被配置为从水平方向朝向斜上方若干。
传感检测装置4具备外壳70、多个发光元件71、多个受光元件72、多个透镜73、以及角度调整机构74。
外壳70具有上部开口的箱形状。外壳70收纳多个发光元件71、多个受光元件72、以及多个透镜73。在图12中，为了使附图容易理解而用实线表示发光元件71、受光元件72、以及多个透镜73。另外，在图12中，对发光元件71施加影线。
多个发光元件71以及多个受光元件72设置在外壳70的底部上。多个发光元件71以及多个受光元件72交替地配置。
多个发光元件71分别发出激光。激光例如是不对利用者的视觉产生刺激、且不受可见光的影响的红外线。发光元件71例如由激光二极管构成。
多个受光元件72分别检测由对象物反射后的激光(红外线)。受光元件72例如由光电二极管构成。
多个透镜73配置在多个发光元件71以及多个受光元件72的上方，且固定于外壳70的开口部附近。多个透镜73沿着一个方向排列配置。多个透镜73分别由平凸透镜构成。多个透镜73具有将从多个发光元件71射出的激光朝向正面方向聚光的功能。另外，多个透镜73具有将由对象物反射后的激光进行聚光的功能。
角度调整机构74安装于外壳70的底部。角度调整机构74对传感检测装置4所朝向的方向、即传感检测装置4的角度进行调整。具体地说，角度调整机构74对外壳70的角度进行调整。角度调整机构74根据由输入部83输入的信息来调整传感检测装置4的角度。
[2]空中显示装置1的框图构成
图13是空中显示装置1的框图。空中显示装置1具备显示模块3、传感检测装置4、控制部80、存储部81、输入输出接口(输入输出IF)82、以及输入部83。控制部80、存储部81以及输入输出接口82经由总线连接。
输入输出接口82与显示模块3、传感检测装置4以及输入部83连接。输入输出接口82对于显示模块3、传感检测装置4、以及输入部83的各自，进行符合规定标准的接口处理。
显示模块3包括照明元件10以及显示元件20。显示模块3的构成如图2所示。
传感检测装置4包括多个发光元件(发光元件组)71、多个受光元件(受光元件组)72、角度调整机构74、以及传感器控制器75。传感器控制器75基于控制部80的控制而对发光元件71以及受光元件72的动作进行控制。
控制部80对空中显示装置1进行总括控制。控制部80具备显示处理部80A、位置计算部80B、以及信息处理部80C。
显示处理部80A对显示模块3的动作进行控制。显示处理部80A向显示模块3发送图像信号，使显示模块3显示图像。
位置计算部80B对传感检测装置4的动作进行控制。位置计算部80B使传感检测装置4形成后述的检测区域。位置计算部80B计算检测区域被用户触摸的位置。位置计算部80B判定上述触摸的位置是否在显示图像所包含的特定区域内。
信息处理部80C生成由空中显示装置1显示的图像。信息处理部80C能够使用存储部81所储存的图像数据。信息处理部80C也可以使用通信功能从外部取得图像数据。
存储部81储存空中显示装置1的动作所需的各种数据。另外，存储部81储存空中显示装置1显示的图像的数据。
输入部83接受用户输入的信息。
[3]动作
对如上述那样构成的空中显示装置1的动作进行说明。
[3-1]空中显示装置1的图像显示动作
首先，对空中显示装置1的图像显示动作进行说明。图3所示的粗箭头为光的光路。
如图3所示那样，照明元件10发出照明光，并将该照明光朝向显示元件20射出。另外，照明元件10以相对于法线方向倾斜角度θ1的方向的光强度成为峰值的方式射出照明光。在本实施方式中，角度θ1为约45度。
图14是表示从照明元件10射出的照明光(射出光)的强度与角度的关系的图表。图14的纵轴是从照明元件10射出的照明光的光强度的相对值(％)，图14的横轴是从照明元件10射出的照明光相对于法线方向的角度(度)。
如根据图14能够理解的那样，从照明元件10射出的照明光在45度(＝θ1)具有光强度的峰值。另外，从照明元件10射出的光的大部分处于30～60度的角度范围内。
显示元件20使来自照明元件10的照明光透射，并且显示图像以及/或者动画。显示元件20以角度θ1射出显示光。
第一光控制元件30接受从显示元件20射出的显示光。第一光控制元件30将相对于法线方向为所希望的角度范围以外的光成分进行遮光。另外，第一光控制元件30在Y方向上控制光的透射。例如，当将法线方向设为0度时，第一光控制元件30将0°±30°以外的光进行遮光。
图15是表示从第一光控制元件30射出的显示光(射出光)的强度与角度的关系的图表。图15的纵轴是从第一光控制元件30射出的显示光的光强度的相对值(％)，图15的横轴是从第一光控制元件30射出的显示光相对于法线方向的角度(度)。
如根据图15能够理解的那样，从第一光控制元件30射出的显示光在0度具有光强度的峰值。另外，从第一光控制元件30射出的光的大部分处于-30～30度(0°±30°)的范围内。而且，从显示元件20射出的显示光中的无用光由第一光控制元件30遮光。通过设置第一光控制元件30能够降低虚像。
第二光控制元件40接受从第一光控制元件30射出的显示光。第二光控制元件40将相对于法线方向以角度θ2为中心的规定角度范围以外的光成分进行遮光。另外，第二光控制元件40在X方向上控制光的透射。在本实施方式中，角度θ2为约45度。具体地说，考虑第二光控制元件40的透明材料(包括透明部件43、基材41、42)的折射率来决定从第二光控制元件40射出的光的射出角。
图16是表示从第二光控制元件40射出的显示光(射出光)的强度与角度的关系的图表。图16的纵轴是从第二光控制元件40射出的显示光的强度的相对值(％)，图16的横轴是从第二光控制元件40射出的显示光相对于法线方向的角度(度)。
如根据图16能够理解的那样，从第二光控制元件40射出的显示光在45度(＝θ2)具有光强度的峰值。另外，从第二光控制元件40射出的光的大部分处于15～75度(45°±30°)的范围内。而且，从第一光控制元件30射出的显示光中的无用光由第二光控制元件40遮光。通过设置第二光控制元件40能够降低无用光。
从第二光控制元件40射出的显示光向镜元件50倾斜地入射，即相对于法线方向以约45度向镜元件50入射。镜元件50将从第二光控制元件40侧入射的光朝向与第二光控制元件40相反侧反射。另外，镜元件50将入射光向相对于镜元件50呈面对称的方向反射。换言之，镜元件50将相对于法线方向以+45度入射的入射光向-45度的方向反射。
从镜元件50射出的显示光向光路偏转元件60倾斜地入射，即相对于法线方向以约45度向光路偏转元件60入射。光路偏转元件60使从底面倾斜地入射的显示光向法线方向折射。即，光路偏转元件60朝向显示模块3的正面射出显示光。
从光路偏转元件60射出的显示光对空中像5进行成像。另外，处于显示模块3的正面的观察者6能够目视确认到空中像5。
[3-2]传感检测装置4的检测动作
接下来，对传感检测装置4的检测动作进行说明。
图17是对传感检测装置4的检测区域进行说明的图。图17的(a)为平面图，图17的(b)为侧视图。
传感检测装置4所包含的多个发光元件71发出激光76。从发光元件71发出的激光76在透射了透镜73之后，从传感检测装置4向正面方向射出。传感检测装置4的正面是指假设了传感检测装置4的光射出面的情况下的该光射出面的正面。
多个发光元件71沿着一个方向排列。从多个发光元件71发出的多个激光76相互平行地直线前进。由此，得到图17的(a)所示的平面(二维)中的检测区域77。
图18是说明传感检测装置4对检测对象物78的位置进行计算的动作的图。
当检测对象物78进入上述检测区域77时，从发光元件71发出的激光76被检测对象物78反射。被检测对象物78反射后的反射光79到达受光元件72，并由受光元件72检测到。
当在检测区域77中没有检测对象物时，不会产生从发光元件71发出的激光的反射光。由此，反射光不会到达受光元件72，受光元件72不会检测到反射光。
多个发光元件71按照时间依次点亮而射出激光。受光元件72经由透镜73而检测到来自检测对象物78的反射光。位置计算部80B使用受光元件72检测出的光的强度，例如利用所谓的“三角测量的原理”来计算以及确定检测对象物78的位置。具体地说，位置计算部80B使用激光的射出点与反射光的受光点的距离、射出点的角度以及受光点的角度，来计算检测对象物78的位置。
图19是对传感检测装置4的动作进行说明的图。检测对象物78设为观察者的手指。
传感检测装置4向相对于显示模块3的光射出面3A倾斜的方向射出激光76。显示模块3的光射出面3A是与XY平面平行的面。另外，传感检测装置4以检测区域77与空中像5倾斜地交叉的方式射出激光76。即，传感检测装置4的检测区域77与空中像5倾斜地交叉。
在观察者用手指触摸空中像5的情况下，手指不会在空中像5的面上停止而是在一定程度上穿过空中像5。因此，即使不将传感检测装置4的检测区域77设定为与空中像5平行地重叠，也能够检测到观察者的手指。
当观察者的手指进入检测区域77内时，手指反射激光，该反射光到达传感检测装置4。由此，传感检测装置4能够计算出观察者的手指的位置。
图20是对传感检测装置4的设置位置进行说明的示意图。将基准面设为显示模块3的光射出面。在图20中，显示模块3的光射出面与光路偏转元件60的上表面对应。
各变量如下所述。
Di：显示模块3的光射出面与空中像5之间的距离
Ds：显示模块3的光射出面与传感检测装置4的光射出面之间的距离
Ld：空中像5的X方向的长度
Ls：从空中像5的端部到传感检测装置4的光射出面的水平距离
θ5：传感检测装置4相对于水平面的设置角度(＝检测区域77相对于水平面的角度)
根据这些变量，通过下述式子来计算传感检测装置4的设置角度θ5。
tanθ5＝(Di+Ds)/(Ld+Ls)
[3-3]空中显示装置1的整体动作
接下来，对空中显示装置1的整体动作进行说明。图21是对空中显示装置1的整体动作进行说明的流程图。
显示处理部80A向显示模块3发送图像信号，使显示模块3显示图像。所显示的图像由信息处理部80C生成。显示模块3基于显示处理部80A的控制，将图像显示为空中像(步骤S100)。
接着，位置计算部80B使传感检测装置4形成检测区域77。传感检测装置4基于位置计算部80B的控制射出检测区域77用的激光(步骤S101)。
接着，传感检测装置4检测由用户进行的触摸操作(步骤S102)。在传感检测装置4检测到触摸操作的情况下(步骤S102＝是)，位置计算部80B计算触摸操作的位置(步骤S103)。
接着，位置计算部80B判定在步骤S103中计算出的位置是否在特定区域内(步骤S104)。特定区域是在步骤S100中显示的图像中的一部分区域，例如是按钮的图像或者图标。
当在特定区域内的情况下(步骤S104＝是)，显示处理部80A将与特定区域链接的图像信号向显示模块3发送，使显示模块3显示所链接的图像。所链接的图像由信息处理部80C生成。显示模块3基于显示处理部80A的控制，将所链接的图像显示为空中像(步骤S105)。当不在特定区域内的情况下(步骤S104＝否)，控制部80返回步骤S102。
接着，传感检测装置4检测用户的结束操作(步骤S106)。所谓结束操作例如是指用户对表示结束的按钮的图像进行触摸。在未检测到结束操作的情况下(步骤S106＝否)，控制部80返回步骤S102。在检测到结束操作的情况下(步骤S106＝是)，控制部80使处理结束。
[4]实施方式的效果
如以上详细叙述的那样，在本实施方式中，空中显示装置1具备：显示模块3，具有射出用于显示空中像的显示光的光射出面3A，在光射出面3A的上方且与光射出面3A平行的第一面上显示空中像；传感检测装置4，以在相对于上述第一面倾斜地交叉的第二面上形成检测区域77的方式射出激光76，检测进入检测区域77内的对象物78；以及壳体2，收纳显示模块3和传感检测装置4。
因此，根据本实施方式，能够非接触地检测到对空中像进行触摸的操作。另外，即使将传感检测装置4配置在从空中像远离之处，也能够进行传感检测。
另外，显示模块3能够在正面方向上成像出空中像。构成显示模块3的多个元件相互平行地配置。由此，能够减小显示模块3的尺寸。根据同样的理由，能够减小空中显示装置1的尺寸。另外，能够实现壳体2的小型化。
另外，能够在使空中显示装置1小型化的同时确保空中像的显示品质。
在上述实施方式中，作为显示元件而以液晶显示元件为例进行说明，但也可以使用液晶显示元件以外的显示元件、例如自发光型的有机EL(electroluminescence)显示元件等。在使用有机EL显示元件的情况下，省略照明元件10。
在上述实施方式中，示出了显示元件20与镜元件50平行地配置的空中显示装置1，但并不限定于此。对于显示元件20与镜元件50倾斜地配置的空中显示装置也能够应用传感检测装置4。在该情况下，能够省略光路偏转元件60。
本发明不限定于上述实施方式，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。此外，各实施方式也可以适当地组合而实施，在这种情况下能够得到组合的效果。并且，在上述实施方式包含各种发明，通过从公开的多个构成要件中选择的组合能够提取各种发明。例如，在从实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件也能够解决课题并得到效果的情况下，该构成要件被删除的构成也能够提取为发明。

Claims (12)

1.一种空中显示装置，具备：
显示模块，具有射出用于显示空中像的显示光的光射出面，在上述光射出面的上方且在与上述光射出面平行的第一面上显示上述空中像；
传感检测装置，以在相对于上述第一面倾斜地交叉的第二面上形成检测区域的方式射出激光，检测进入上述检测区域内的对象物；以及
壳体，收纳上述显示模块和上述传感检测装置。
2.如权利要求1所述的空中显示装置，其中，
上述传感检测装置包括：
多个发光元件，沿着第一方向排列，发出上述激光；以及
多个受光元件，沿着上述第一方向排列，检测由上述对象物反射的反射光。
3.如权利要求2所述的空中显示装置，其中，
上述多个发光元件与上述多个受光元件交替地配置。
4.如权利要求3所述的空中显示装置，其中，
上述传感检测装置包括角度调整机构，该角度调整机构对上述多个发光元件所朝向的角度进行调节而调整上述第一面与上述检测区域交叉的角度。
5.如权利要求2所述的空中显示装置，其中，
上述传感检测装置包括设置在上述多个发光元件以及上述多个受光元件的上方的多个透镜。
6.如权利要求5所述的空中显示装置，其中，
上述传感检测装置包括收纳上述多个发光元件、上述多个受光元件以及上述多个透镜的外壳。
7.如权利要求1所述的空中显示装置，其中，
上述显示模块包括：
显示元件，相对于上述光射出面倾斜地射出显示光，并显示图像；
镜元件，将从上述显示元件射出的上述显示光向与上述显示元件相反侧反射；以及
光路偏转元件，使由上述镜元件反射后的上述显示光向与上述光射出面垂直的方向折射，
上述显示元件、上述镜元件以及上述光路偏转元件相互平行地配置。
8.如权利要求7所述的空中显示装置，其中，
上述光路偏转元件包括多个棱镜。
9.如权利要求7所述的空中显示装置，其中，
上述镜元件包括多个光学要素，
上述多个光学要素分别由长方体或者立方体形成，具有相互相接且反射光的第一以及第二反射面。
10.如权利要求7所述的空中显示装置，其中，
还具备朝向上述显示元件发出照明光的照明元件，
上述显示元件为液晶显示元件。
11.如权利要求7所述的空中显示装置，其中，
还具备配置在上述显示元件与上述镜元件之间的第一光控制元件，
上述第一光控制元件包括多个第一透明部件以及多个第一遮光部件，
上述多个第一透明部件与上述多个第一遮光部件以相邻接的部件彼此相接的方式交替地配置，
上述多个第一透明部件以及上述多个第一遮光部件分别沿着与上述光射出面垂直的方向延伸。
12.如权利要求7所述的空中显示装置，其中，
还具备配置在上述显示元件与上述镜元件之间的第二光控制元件，
上述第二光控制元件包括多个第二透明部件以及多个第二遮光部件，
上述多个第二透明部件与上述多个第二遮光部件以相邻接的部件彼此相接的方式交替地配置，
上述多个第二透明部件以及上述多个第二遮光部件分别沿着相对于与上述光射出面垂直的方向倾斜的方向延伸。
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