CN116635272A - 空间悬浮影像显示装置 - Google Patents

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藤田浩司
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Abstract

一种小型且可移动型的空间悬浮影像显示装置，其具备能够设置于车辆内的瓶架上的筒形状的壳体(106)，在所述壳体(106)内具备影像显示装置(1)、分束器(偏光分离部件)(101)、回归反射部件(2)及相位差板(λ/4板(21))、以及平面镜(4)，其中，使来自所述影像显示装置(1)的特定偏振波的影像光被平面镜(4)反射，并在分束器(101)透过，使被回归反射部件(2)反射并通过相位差板进行了偏光转换的影像光被分束器(101)反射，通过透过窗部(605)的影像光，在外部显示空间悬浮影像(3)。

Description

空间悬浮影像显示装置
技术领域
本发明涉及一种空间悬浮影像显示装置。
背景技术
作为空间悬浮影像显示装置的一例，专利文献1公开了“信息处理装置的CPU具备：接近方向检测部，其检测用户向在空气中形成的像的接近方向；输入坐标检测部，其对检测到输入的坐标进行检测；操作受理部，其处理操作的受理；以及操作画面更新部，其根据受理到的操作来更新操作画面。CPU在用户从预定的方向接近像的情况下，将用户的动作作为操作来受理，执行与操作对应的处理(摘录摘要)。”
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-128722号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述的专利文献1的空间悬浮影像显示装置即使能够提高空间悬浮影像的操作性，也没有考虑空间悬浮影像的外观的分辨率、对比度的提高，存在要求进一步提高影像品质的实际情况。
在此，空间悬浮影像显示装置的用途广泛，如果作为标牌(广告用广告牌)使用，则由于以往的平面显示器中没有的“影像浮在空间中显示”这样的稀少性，所以具有吸引许多人的关心的效果。另外，如专利文献1所记载的那样，如果将空间悬浮影像用作用于进行某种操作的人机接口，则由于无接触这样的特征，能够得到防止以按钮等接触部分为媒介的病毒感染的效果。
另一方面，以往，没有将空间悬浮影像显示装置用作可移动型、即便携式的实用例。例如，如果能够用单手简单地搬运空间悬浮影像显示装置，并能够在用户喜好的场所在喜好的时间显示空间悬浮影像，则不仅能够作为娱乐系统的一部分使用，而且在某些信息告知等中空间悬浮影像也有可能大幅扩展其用途。
特别是，如果能够将空间悬浮影像装置简单地设置在汽车等车辆内，则作为空间悬浮影像而显示的人等的影像(以下称为传达员)例如能够将道路引导、POI(Point OfInterest：兴趣点)信息传达给驾驶员、同乘者。另外，相反地，驾驶员、同乘者能够通过声音等手段对上述传达员指示空调的温度设定、音乐的选曲等，上述传达员能够通过影像和声音对此进行应答。这样，与基于通常的按钮操作的指示相比，在外观上也更愉快，能够进行更安全且舒适的驾驶辅助。
本发明的目的在于，提供一种能够显示可视性高的优选的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，还提供一种适合于车载等的小型(紧凑)且可移动型(便携式)的空间悬浮影像显示装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，例如采用请求专利保护的范围所记载的结构。本申请包含多个解决上述课题的手段，若举出其一个例子，则如下所述。一种空间悬浮影像显示装置具备：筒形状的壳体；窗部，其设置于所述壳体的一部分，使用于形成所述空间悬浮影像的影像光透过；影像显示装置，其设置于所述壳体的内部，并具有光源装置以及液晶显示面板，该液晶显示面板基于来自所述光源装置的光生成并射出用于形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光；偏光分离部件，其设置于所述壳体的内部，使来自所述影像显示装置的特定偏振波的影像光透过并反射来自回归反射部件的影像光；所述回归反射部件，其设置于所述壳体的内部，使来自所述偏光分离部件的影像光回归反射；相位差板，其设置于所述回归反射部件的回归反射面；以及平面镜，其在所述壳体的内部配置于将所述影像显示装置与所述偏光分离部件连结的空间内，使来自所述影像显示装置的特定偏振波的影像光朝向所述偏光分离部件反射，使来自所述影像显示装置的特定偏振波的影像光被所述平面镜反射，通过所述偏光分离部件朝向所述回归反射部件透过，使通过所述相位差板进行了偏光转换的影像光通过所述偏光分离部件朝向所述窗部反射，通过透过了所述窗部的影像光在所述壳体的外部显示所述空间悬浮影像。
发明效果
根据本发明，能够实现能够显示适当且可视性高的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，并且，通过将空间悬浮影像显示装置设为小型且轻量的可移动型，能够在任何时候任意地使用空间悬浮影像显示装置，特别是，考虑到在车辆内使用，通过设为能够设置、收纳于车辆内的瓶架等的形状，能够有助于大幅提高对于用户而言的便利性。上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的使用方式的一例的图。
图2是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构和回归反射部结构的一例的图。
图3是表示空间悬浮影像显示装置的课题的图。
图4是表示回归反射部件的表面粗糙度与回归反射像的模糊量的关系的特性图。
图5是表示空间悬浮影像显示装置的课题的图。
图6A是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构的另一实施的图。
图6B是表示本发明的一实施例的能够设置在瓶架上的空间悬浮影像显示装置的外观的图。
图6C是表示本发明的一实施例的能够设置在瓶架上的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构的图。
图6D是表示本发明的一实施例的设置在瓶架上的空间悬浮影像显示装置的状态的例子的图。
图6E是表示空间悬浮影像的例子的图。
图6F是表示本发明的一实施例的能够设置在瓶架上的空间悬浮影像显示装置的盖的结构例的图。
图7是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
图8是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
图9是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
图10是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分的配置图。
图11是表示构成本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的影像显示装置的结构的截面图。
图12是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
图13是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
图14是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
图15是用于说明影像显示装置的扩散特性的说明图。
图16是用于说明影像显示装置的扩散特性的说明图。
图17是表示构成本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的影像显示装置的结构的截面图。
图18是表示本发明的一实施例的光源装置的具体结构的一例的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于实施例的公开，在本说明书所公开的技术思想的范围内，本领域技术人员能够进行各种变更以及修正。另外，在用于说明本发明的所有附图中，对具有相同功能的部分标注相同的符号，有时省略重复的说明。
以下的实施例涉及例如能够使来自大面积的影像发光源的影像光的影像经由橱窗的玻璃等分隔空间的透明部件透过，在店铺的空间的内部或外部作为空间悬浮影像显示的空间悬浮影像显示装置。另外，还涉及使用多个这样的空间悬浮影像显示装置而构成的大规模的数字标牌系统。
根据以下的实施例，例如，能够在橱窗的玻璃面、透光性的板材上以空间悬浮的状态显示高分辨率的影像信息。此时，根据以下的实施例，通过使射出的影像光的发散角变小、即成为锐角，进而与特定的偏振波一致，从而相对于回归反射部件仅使正规的反射光高效地反射，因此光的利用效率高，能够抑制除了成为以往的回归反射方式中的课题的主空间悬浮影像之外产生的重影，能够得到鲜明的空间悬浮影像。另外，通过包含本实施例的光源的装置，能够提供可大幅降低消耗电力的、新颖且利用性优异的空间悬浮影像显示装置。另外，例如，能够提供一种空间悬浮影像显示装置，该空间悬浮影像显示装置能够经由车辆的包含前挡风玻璃、后玻璃、侧玻璃的防护玻璃，在车辆外部进行视觉确认，能够进行所谓的单向性的空间悬浮影像显示。
另一方面，在现有的空间悬浮影像显示装置中，作为高分辨率的彩色显示影像源，将有机EL面板、液晶显示面板与回归反射部件组合。在现有技术的空间悬浮影像显示装置中，影像光以广角扩散，因此，除了由于回归反射部为6面体而正规反射的反射光之外，如图3所示，由于倾斜入射到回归反射部件2(回归反射片)的影像光而产生重影，损害空间悬浮影像的画质。作为现有技术示出的回归反射部件(回归反射部2a)为6面体，因此如图5所示，除了空间悬浮影像的正规像R1之外，还产生从第一重影G1到第六重影G6的多个重影。因此，除了观察者以外，也监视作为同一空间悬浮影像的重影，存在安全性上较大的课题。
另外，使来自后述的具有窄角的指向特性的影像显示装置的影像光被回归反射部件反射而得到的空间悬浮影像，除了上述的重影之外，如图4所示，在液晶显示面板的每个像素观察到模糊。
＜空间悬浮影像显示装置(1)＞
图1表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的使用方式的一例。图1的(A)表示本实施例的空间悬浮影像显示装置的整体结构。例如，在店铺等中，通过作为玻璃等透光性的部件(透明部件)的橱窗(窗玻璃105)来分隔空间。根据本实施例的空间悬浮信息显示装置，能够透过该透明部件，将空间悬浮影像针对店铺的空间的外部单向地显示。具体而言，具有窄角的指向特性且特定偏振波的光从影像显示装置1作为影像光束射出，暂时入射到回归反射部件2，回归反射而透过窗玻璃105，在店铺的外侧形成作为实像的空中像(空间悬浮影像3)。在图1中，以窗玻璃105的内侧(店铺内)为进深方向，其外侧(例如，人行道)为跟前的方式进行表示。另一方面，通过在窗玻璃105上设置反射特定偏振波的单元而使其反射，也能够在店内的所希望的位置形成空中像。
图1的(B)是表示上述的影像显示装置1的结构的框图。影像显示装置1包括：影像显示部1a，其显示空中像的原图像；影像控制部1b，其根据面板的分辨率对所输入的影像进行转换；影像信号接收部1c，其接收影像信号；以及接收天线1d。影像信号接收部1c进行对USB(Universal Serial Bus：通用串行总线，注册商标)输入、HDMI(High-DefinitionMultimedia Interface：高清晰度多媒体接口，注册商标)输入等有线的输入信号的对应、对Wi-Fi(Wireless Fidelity：无线保真，注册商标)等无线输入信号的对应，作为影像接收/显示装置单独发挥功能，也能够显示来自平板电脑、智能手机等的影像信息。而且，如果连接静态PC等，则还能够具有计算处理、影像解析处理等的能力。
图2表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构和回归反射部结构的一例。使用图2，更具体地说明空间悬浮影像显示装置的结构。如图2的(A)所示，在玻璃等透明部件100的倾斜方向上，具备使特定偏振波的影像光以窄角发散的影像显示装置1。影像显示装置1具备液晶显示面板11和生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13。
来自影像显示装置1的特定偏振波的影像光被设置于透明部件100的具有选择性地反射特定偏振波的影像光的膜的偏光分离部件101反射，入射到回归反射部件2。在图2中的例子中，偏光分离部件101形成为片状并粘合于透明部件100。在回归反射部件2的影像光入射面设置有λ/4板21。影像光利用向回归反射部件2入射时和出射时2次穿过λ/4板21而从特定偏振波偏光转换为另一偏振波。在此，选择性地反射特定偏振波的影像光的偏光分离部件101具有透过偏光转换后的另一偏振波的偏光的性质，因此偏光转换后的特定偏振波的影像光透过偏光分离部件101。透过了偏光分离部件101的影像光在透明部件100的外侧形成作为实像的空间悬浮影像3。
另外，形成空间悬浮影像3的光是从回归反射部件2向空间悬浮影像3的光学像会聚的光线的集合，这些光线在穿过空间悬浮影像3的光学像后也直线前进。因此，空间悬浮影像3与通过一般的投影仪等在屏幕上形成的扩散影像光不同，是具有高指向性的影像。因此，在图2的结构中，在用户从箭头A的方向进行视觉确认的情况下，空间悬浮影像3被视觉确认为明亮的影像，但在其他人物从箭头B的方向进行视觉确认的情况下，空间悬浮影像3完全不能被视觉确认为影像。该特性在被显示要求高安全性的影像、对正对用户的人物想要隐匿的隐秘性高的影像的系统采用的情况下非常适合。
另外，根据回归反射部件2的性能，有时反射后的影像光的偏光轴变得不一致。在该情况下，偏光轴不一致的一部分影像光被上述的偏光分离部件101反射而返回到影像显示装置1。该光在构成影像显示装置1的液晶显示面板11的影像显示面再次反射，产生重影，有可能使空间悬浮影像3的画质降低。因此，在本实施例中，在影像显示装置1的影像显示面设置吸收型偏光板12。使从影像显示装置1射出的影像光透过吸收型偏光板12，使从偏光分离部件101返回的反射光被吸收型偏光板12吸收。由此，能够抑制上述再反射，能够防止空间悬浮影像的重影所导致的画质降低。
上述的偏光分离部件101例如由反射型偏光板、反射特定偏振波的金属多层膜等形成即可。
接着，在图2的(B)中，作为代表性的回归反射部件2，示出了在本次的研究中使用的日本恩喜爱工业株式会社(Nippon Carbide Industries)制的回归反射部件2的表面形状。在回归反射部件2中，入射到由规则地排列的6棱柱构成的回归反射部2a的内部的光线被6棱柱的壁面和底面反射而作为回归反射光向与入射光对应的方向射出，形成图5所示的正规像R1。另一方面，如图3所示，利用来自影像显示装置1的影像光中倾斜入射到回归反射部件2的影像光，与正规像R1不同地形成重影(图5中的重影G1～G6)。
因此，本实施例的空间悬浮影像显示装置基于本发明的影像显示装置1所显示的影像，不形成重影而显示作为实像的空间悬浮影像3。该空间悬浮影像3的分辨率除了液晶显示面板11的分辨率以外，还很大程度上依赖于图2的(B)所示的回归反射部件2的回归反射部2a的外径D和间距P。例如，在使用7英寸的WUXGA(1920×1200像素)的液晶显示面板11的情况下，即使1个像素(1个三重结构)为约80μm，例如如果回归反射部2a的直径D为240μm且间距为300μm，则空间悬浮影像3的1个像素相当于300μm。因此，空间悬浮影像3的有效分辨率降低到1/3左右。因此，为了使空间悬浮影像3的分辨率与影像显示装置1的分辨率相等，期望使回归反射部2a的直径D和间距P接近液晶显示面板的1个像素。另一方面，为了抑制由回归反射部件2和液晶显示面板11的像素引起的莫尔条纹的产生，可以将各自的间距比从1个像素的整数倍偏离而设计。另外，形状可以是以回归反射部2a的任一边都不与液晶显示面板11的1个像素的任一边重叠的方式配置的形状。
发明人制作组合了像素间距40μm的液晶显示面板和本申请发明的窄发散角(发散角15°)的光源的影像显示装置1并通过实验求出为了提高可视性而能够容许的空间悬浮影像的像的模糊量l与像素尺寸L的关系。图4表示其实验结果。可视性恶化的模糊量l优选为像素尺寸L的40％以下，若为15％以下则几乎不明显。关于该情况下的模糊量l成为容许量的反射面的面粗糙度，可知在测定距离40μm的范围内平均粗糙度为160nm以下，为了成为更不明显的模糊量l，反射面的面粗糙度优选为120nm以下。因此，希望减轻上述的回归反射部件2的表面粗糙度，并且使形成反射面的反射膜和包含该保护膜的面粗糙度为上述的值以下。
另一方面，为了以低价格制造回归反射部件2，可以使用辊压法进行成形。具体而言，是使回归反射部2a整齐排列并在膜上赋形的方法。在该方法中，在辊表面形成要赋形的形状的反向形状，在固定用的基材上涂布紫外线固化树脂并使其穿过辊间，从而赋形所需的形状并照射紫外线使其固化，得到所希望形状的回归反射部件2。
本发明的影像显示装置1通过液晶显示面板11和后述的生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13，能够实现影像相对于上述的回归反射部件2倾斜地入射的可能性小，能够防止重影的产生，即使产生重影，重影的亮度也低这样的构造上优异的系统。
＜空间悬浮影像显示装置(2)＞
图6A表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构的另一例(第二例)。影像显示装置1具备作为影像显示元件的液晶显示面板11和生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13而构成。液晶显示面板11从画面尺寸为5英寸左右的小型液晶显示面板到超过80英寸的大型液晶显示面板，由所选择的尺寸的液晶显示面板构成。通过例如反射型偏光板那样的偏光分离部件101，使来自液晶显示面板11的影像光朝向回归反射部件2反射。
在回归反射部件2的光入射面设置λ/4板21，通过用λ/4板21使影像光2次穿过而进行偏光转换，即，将特定偏振波(一方的偏振波)变换为另一偏振波。由此，使偏光转换后的另一偏振波透过偏光分离部件101，在透明部件100的外侧形成并显示作为实像的空间悬浮影像3。在透明部件100的外部光入射面设置有吸收型偏光板112。在上述的偏光分离部件101中，由于存在因光回归反射而偏光轴变得不一致的情况，所以对于一部分的影像光进行反射而返回影像显示装置1。该光再次被构成影像显示装置1的液晶显示面板11的影像显示面反射，从而产生上述的重影，使空间悬浮影像3的画质显著降低。因此，在本实施例中，在影像显示装置1的影像显示面设置有吸收型偏光板12。利用吸收型偏光板12使影像光透过，并吸收上述反射光，由此防止空间悬浮影像3的重影所导致的画质降低。
为了减轻该空间悬浮影像显示装置的组(set)的外部的太阳光、照明光等外部光引起的画质降低，可以在透明部件100的表面设置吸收型偏光板112。而且，由于当外部光入射到回归反射部件2时产生强力的重影，所以成为通过第四遮光部件25阻碍外部光的入射的结构。偏光分离部件101由反射型偏光板、反射特定偏振波的金属多层膜形成。
在偏光分离部件101与液晶显示面板11之间，并设有对形成空间悬浮影像3的正规影像光(图5的正规像R1)以外的倾斜影像光进行遮光的第二遮光部件23及第三遮光部件24。另外，在回归反射部件2与偏光分离部件101之间也设置有对正规影像光以外的倾斜影像光进行遮光的第一遮光部件22。而且，如上所述，为了使外部光不直接入射到回归反射部件2，还同时设置第四遮光部件25，对产生重影的倾斜光进行遮光。其结果，能够抑制重影的产生。
发明人通过实验确认了在液晶显示面板11与偏光分离部件101的空间同时设置第三遮光部件24和第二遮光部件23，能够提高遮光的效果。在该实验中，第二遮光部件23及第三遮光部件24的内径相对于形成空间悬浮影像3的正规影像光束所穿过的区域以面积计为110％，由此能够在机械公差的范围内制作并组装部件精度。为了进一步减轻重影的产生，如果相对于上述遮光部件的正规影像光束穿过的区域为104％以下，则能够将重影的产生抑制在实用上没有问题的水平。另一方面，设置在回归反射部件2与偏光分离部件101之间的第一遮光部件22，如果使第一遮光部件22与回归反射部件2的距离L1相对于回归反射部件2与偏光分离部件101的距离为50％以下，则能够进一步减轻重影的产生，在30％以下时，能够减轻到在目视下实用上没有问题的水平。并且，通过同时设置以包围回归反射部件2的方式设置的第四遮光部件25、第一遮光部件22、第二遮光部件23以及第三遮光部件24，能够进一步减轻重影的水平。
图6A的遮光部件的截面形状设为与遮光部件相对于形成空间悬浮影像3的正规影像光束所穿过的区域(在本实施例中相当于吸收型偏光板112中的影像光束所穿过的区域)的有效面积大致相同的尺寸。而且，遮光部件的截面形状优选构成为，朝向内表面设置梁，使形成重影的异常光在该梁的表面多次反射而吸收异常光。相对于遮光部件的外框，减小正规影像光束穿过的区域，设为与梁的内接的面同等的面积。
另一方面，也可以将回归反射部件2的形状设为从与影像显示装置1正对的平面形状起曲率半径200mm以上的凹面或凸面。由此，即使因回归反射部件2反射的倾斜影像光而产生重影，也可以使反射后产生的重影从观察者的视野离开，从而无法观察。产生在曲率半径为100mm以下的回归反射部件2的周边反射的光中，正规反射的光量降低，得到的空间悬浮影像3的周边光量降低这样的新的课题。因此，为了将重影减轻到实用上没有问题的水平，可以选择应用上述的技术手段，或者并用。
＜空间悬浮影像显示装置(3)＞
图6B是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置(第三例)的外观的一例的立体图。如图所示，图6B所示的空间悬浮影像显示装置大致具有筒形状、特别是圆筒形状的壳体106。具有该圆筒形状的壳体106的空间悬浮影像显示装置能够收纳于车辆内的瓶架(也称为饮料架，后述的图6D)，是比较小型(紧凑)且可移动型(便携式)的空间悬浮影像显示装置。该圆筒形状是筒的轴沿高度方向(与铅垂方向对应，图6C中的Z方向)延伸，筒的直径沿与其正交的方向(与水平方向对应，图6C中的X、Y方向)延伸的形状。该圆筒形状的壳体106大致具有壳体上部601和壳体下部602，它们一体地连接。在壳体106内部收纳有后述的光学系统、控制电路基板、以及根据需要收纳充电电池等。
该筒形状的壳体106具有刚性、遮光性、防水性等，不仅具有曲面状的侧面606、607的部分，还具有上表面603和下表面608的部分，通过它们将壳体内部空间封闭。
作为尺寸的实施例，该圆筒形状的壳体106的高度约为20cm，上侧的壳体上部601的直径约为9cm，下侧的壳体下部602的直径约为7cm。空间悬浮影像3的尺寸与液晶显示面板11的画面尺寸以及窗部605的尺寸对应，例如能够设为2～3英寸。作为一例，与从窗部605到空间悬浮影像3的形成位置为止的光路长度对应的距离(图6C中的距离690)为6cm左右。
在本实施例中，壳体上部601的直径比壳体下部602的直径大。该结构是考虑了将壳体下部602收容在瓶架内部空间内并使壳体上部601在瓶架上侧露出的结构。并且，该结构是能够在壳体上部601以比壳体下部602大的体积收容光学系统的结构。由此，在壳体上部601内的光学系统中，容易配置更大的元件，并且容易确保更长的光路长度，能够确保从壳体106(斜面604)到空间悬浮影像3的形成位置的突出距离(图6C中的距离690)更长。另外，能够进一步增大液晶显示面板11的画面尺寸，对应地能够进一步增大空间悬浮影像3的尺寸。壳体下部602与壳体上部601的直径的关系不限于上述，也可以是使壳体下部602与壳体上部601的直径相同的结构、使壳体上部601的直径比壳体下部602的直径小的结构。
如图所示，壳体上部601成为将包含上表面603及侧面606的圆筒的一部分倾斜地切除的形状，由此，设置有大致半圆区域那样的上表面603和大致半圆区域那样的斜面604。而且，在斜面604上设置有配置有透明部件100等的矩形状的窗部(换言之开口部)605。窗部(开口部)605是用于向外部射出影像光的部分。来自壳体106内的光学系统的影像光经由该窗部(开口部)605，如图所示，在壳体106的外部的规定距离的位置形成空间悬浮影像3。另外，作为一例，窗部(开口部)605的形状为矩形，但不限于此，可以是圆、椭圆、多边形等各种形状。
在本实施例中，斜面604和窗部605的角度例如相对于上表面603为45度左右的角度(图6C中的角度α3)。与此相对应，空间悬浮影像3的光轴(图6C中的光轴A3)设为从水平面起45度左右的斜上方向(图6C中的W方向)的光轴。该斜面604、光轴的配置的角度/方向是考虑到在该空间悬浮影像显示装置设置于车辆内的瓶架(图6D)的情况下容易朝向驾驶员的面部的情况而设计的。斜面604、光轴的配置的角度/方向的结构并不限定于此。例如，角度α3、光轴A3的仰角为规定的角度范围(例如，45度±15度)内的角度即可。
图6C表示图6B所示的可移动型的空间悬浮影像显示装置的内部结构例。在壳体上部601内主要收容有用于生成空间悬浮影像3的光学系统，在壳体下部602内主要收容有控制基板610和充电电池611。控制基板610和光学系统的影像显示装置1等元件通过信号线等相互连接。
在壳体上部601具备用于生成不产生重影且可视性高的空间悬浮影像3的光学系统。壳体上部601的光学系统构成为具有影像显示装置1(图6C中的光源装置13、液晶显示面板11以及吸收型偏光板12)、平面镜4、分束器(换言之偏光分离部件)101、回归反射部件2以及作为相位差板的λ/4板21、透明部件100以及吸收型偏光板112。
壳体下部602的充电电池611是锂离子电池等充电电池或电源电路。控制基板610是构成影像控制部、影像/声音信号收发部等的控制电路基板，具备处理器、存储器、接口等，换言之，是该空间悬浮影像显示装置的控制器。控制基板610例如纵长地配置在壳体下部602内的一部分区域。控制基板610可以具备通信接口功能，也可以对因特网等收发数据。
该壳体106的壳体下部602收容在瓶架内。该空间悬浮影像显示装置在纵长的圆筒形状的壳体106中，在壳体上部601收纳有光学系统，在壳体下部602收纳有比光学系统相对重的充电电池611等。作为空间悬浮影像显示装置整体的重心存在于下方。由此，能够将空间悬浮影像显示装置稳定地保持在瓶架上。另外，该空间悬浮影像显示装置对于车辆的摇晃等振动也比较稳定。
另外，在本实施例中，壳体上部601的高度方向的长度比壳体下部602的高度方向的长度大。壳体上部601的高度方向的长度，考虑到能够在将壳体下部602收容在瓶架内的状态下稳定地保持装置，抑制到某种程度的长度。
另外，在壳体106的例如壳体上部601的侧面606的一个部位设置有输入输出端子5。输入输出端子5与控制基板610连接。输入输出端子5是电源输入和信号输入输出端子，例如是USB端子，但不限于此。该输入输出端子5例如作为用于供给来自车辆的点烟器插座的电源的端子、以及用于取入包含用于作为空间悬浮影像3(传达员等)输出的影像信号在内的各种信息的端子而设置。控制基板610将从外部通过输入输出端子5输入的影像信号供给至影像显示装置1。或者，也可以将从外部通过输入输出端子5输入的影像信号直接供给至影像显示装置1。
此外，输入输出端子5也可以分为电源输入端子和信号输入输出端子而设置为多个输入输出端子。输入输出端子5的位置可以是壳体106的任意位置。输入输出端子5的位置可以是上表面603的一个部位，也可以是壳体下部602的侧面607的一个部位。在本实施例中，即使在饮料架收容有壳体下部602的状态下，也能够容易地处理壳体上部601的输入输出端子5。
输入输出端子5能够与车载的电源连接。来自车载的电源(例如点烟器插座)的外部电源输入通过输入输出端子5向充电电池611供给，充电电池611被充电。充电电池611向控制基板610等各部供给电力。另外，由于该空间悬浮影像装置是小型的，因此作为充电电池611也可以是干电池。来自外部的输入信息、例如来自汽车导航仪等的输入信息通过输入输出端子5输入到控制基板610。控制基板610基于输入信息，生成用于显示为空间悬浮影像3的传达员等影像、对应的声音，控制影像显示装置1等。
该空间悬浮影像显示装置还能够进行声音控制。壳体106的输入输出端子5可以与麦克风、扬声器等设备连接，也可以与汽车导航仪、车载系统的控制器等连接。也可以连接用户的智能手机等。在该情况下，能够基于控制基板610对麦克风等的控制来进行声音输入输出控制。即，控制基板610能够从麦克风等输入驾驶员等发出的声音，对输入声音进行声音识别，进行与识别出的规定的指示(例如显示开/关等)对应的处理。另外，控制基板610能够在显示空间悬浮影像3的同时，读出与该空间悬浮影像3相关联的声音(例如传达员发出的声音)，或者通过声音合成功能来制作，并从扬声器等向驾驶员等输出。不限于此，也可以构成为在空间悬浮影像显示装置的壳体106上搭载有麦克风、扬声器等。
图6D表示在车辆内，在圆筒形状的瓶架600H设置有本实施例的可移动型(便携式)的空间悬浮影像显示装置的状态的外观例。车辆内的驾驶员或者同乘者等人将空间悬浮影像显示装置的壳体下部602插入并收纳设置于车辆内的瓶架600H。壳体上部601从瓶架600H向上伸出，从窗部605射出的影像光形成空间悬浮影像3。
图6D的例子是在车辆的仪表盘6001的左右中央附近，在比配置有汽车导航仪等的部分靠上侧的空调附近设置有瓶架600H的情况下，在该瓶架600H设置有空间悬浮影像显示装置的例子。另外，本例示出了该瓶架600H的空间悬浮影像显示装置的窗部605的朝向(即，影像光的光轴的方向、空间悬浮影像3的朝向)被调整为朝向右侧的驾驶席的驾驶员的脸/眼的状态。该朝向能够通过在瓶架600H内使圆筒形状的壳体106旋转等来调整。在同乘者视觉确认空间悬浮影像3的情况下，只要将窗部605的朝向调整为与同乘者的脸/眼的方向一致即可。
另外，一般而言，瓶架600H也不限于车载的瓶架，也有能够安装、拆卸的类型的瓶架，不限于图示的例子，能够在各种位置的瓶架中设置该空间悬浮影像显示装置。
在图6C中，该空间悬浮影像显示装置与适合于向瓶架600H的设置的筒状的壳体106相匹配地设计壳体106内的光学系统的结构。与筒状的壳体106(特别是壳体上部601)内的在高度方向上较长的空间对应地配置有光学系统的各元件，通过利用平面镜4使光路弯曲，从而成为在高度方向上尽可能长地确保光路长度的光学系统。
在图6C中，在壳体上部601，大致在高度方向上从下向上依次配置有影像显示装置1、平面镜4、分束器101、回归反射部件2以及透明部件100等。各元件以规定的关系固定于壳体上部601。更具体而言，例如，分束器101、回归反射部件2、透明部件100(设置于窗部605)以1个边相互相接、或者隔开规定的间隔而1个边相互接近的方式配置。壳体106是在高度方向上比径向长的形状，构成光学系统的各元件如图所示那样配置，以便在该高度方向上尽量确保影像光的光路较长。影像显示装置1、平面镜4、回归反射部件2等以相对于高度方向等倾斜的状态配置。影像显示装置1以角度α1配置。回归反射部件2以角度α2配置。分束器101水平配置。斜面604和透明部件100以角度α3配置。平面镜4也以平面相对于铅垂面稍微倾斜的角度α4配置。该光学系统的影像光的光路是被平面镜4反射的光路。该光学系统的影像光的光路是在平面镜4与回归反射部件2之间配置有分束器101的光路。
该光学系统的影像光的光路是依次从影像显示装置1经由平面镜4、分束器101、λ/4板21、回归反射部件2、λ/4板21、分束器101、透明部件100、吸收型偏光板112到达空间悬浮影像3的光路。点p1～p6是在影像光的光路上经过的点的例子。点p1是液晶显示面板11的影像出射面的基准点(例如中心点)。点p2是平面镜4的基准点。点p3是分束器101的基准点。点p4是回归反射部件2的基准点。点p5是透明部件100的基准点。点p6是空间悬浮影像3的基准点。该空间悬浮影像3在用户的眼睛从与光轴A3对应的箭头A的方向(与影像面正对的方向)观察的情况下，能够最佳地进行视觉确认。
图6B等所示的空间悬浮影像显示装置在壳体106的斜上方的规定距离的位置生成空间悬浮影像3。作为空间悬浮影像3，例如显示通过影像以及声音向车辆的驾驶员提供导航信息、存在于车辆周边的POI信息的人(传达员)的面部等。图6E示意性地表示从驾驶员观察的情况下的、空间悬浮影像3中的传达员的显示例。空间悬浮影像3例如具有矩形且规定的最大尺寸的区域，在该区域内显示传达员的图像3001。图像3001可以是动态图像或静止图像。另外，配合图像3001的显示，从扬声器(车载扬声器、或者收纳在空间悬浮影像显示装置的壳体106内的扬声器)等输出传达员发出的声音3002(例如目的地到达预定时刻的引导)。
在图6C中，影像显示装置1构成为具备作为影像显示元件的液晶显示面板11和生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13。在此，液晶显示面板11由画面尺寸为2～3英寸左右的小型的面板构成。在本实施例中，具有在影像显示装置1的影像显示面还设置有吸收型偏光板12的结构。或者，还具有如下结构：通过在设置于影像显示装置1的表面的吸收型偏光板12的影像射出侧面设置未图示的防反射膜，使重影的光透过，并由吸收型偏光板12吸收，从而能够防止重影引起的画质降低。
参照图6C，对可移动型的空间悬浮影像显示装置的内部结构及其特征进行详细说明。如图所示，由液晶显示面板11、吸收型偏光板12和光源装置13构成的影像显示装置1以规定的角度(光轴相对于水平面的角度α1)相对于壳体106配置/固定。光源装置13作为将具有夹角的扩散特性的照明光提供给液晶显示面板11的背光发挥功能。来自影像显示装置1(关于光轴为点p1)的影像光在平面镜4上(点p2)反射而改变方向，入射到分束器101(点p3)。该影像光进一步透过分束器101(点p3)，直接朝向回归反射部件2(点p4)前进。
在此，后面在图8、图9中也进行说明，但来自光源装置13的光源光存在S偏光(垂直偏光)的情况(图8)和P偏光(平行偏光)的情况(图9)这2种。在任一情况下，来自光源装置13的光源光都作为液晶显示面板11的背光发挥功能。与此对应，从影像显示装置1(液晶显示面板11)射出的影像光(即基于光源光在液晶显示面板11中通过影像源的信号调制后的影像光)有S偏光的情况和P偏光的情况这2种。以下，首先，对来自影像显示装置1的影像光是具有P偏光特性的影像光的情况进行说明。
从液晶显示面板11射出并透过吸收型偏振体12的影像光(P偏光)如光轴A1那样暂时朝向平面镜4。该影像光(P偏光)在平面镜4上被反射，如光轴A2那样朝向分束器101。
分束器(偏光分离部件)101具有偏光分离功能，是具有如下特性的结构的元件：在来自将光源装置13作为背光的液晶显示面板11、即影像显示装置1的影像光为P偏光的情况下透过，相反在S偏光的情况下反射(换言之不透过)。这样的分束器101由反射型偏光板或反射特定偏振波的多层膜形成。本实施例的多层膜为金属多层膜。
接着，透过了上述分束器101的影像光(例如P偏光)朝向回归反射部件2。在回归反射部件2的光入射面设置有λ/4板21。作为来自影像显示装置1的影像光(P偏光)，来自分束器101的影像光(P偏光)在向回归反射部件2入射时和反射后的射出时2次穿过λ/4板21。由此，该影像光从一方的偏振波偏光转换为另一偏振波。即，具体而言，从P偏光转换为S偏光。其结果，由回归反射部件2反射的影像光成为具有S偏光的特性的影像光(与原来的影像光不同的偏光特性的影像光)，朝向分束器101。该影像光(S偏光)被分束器101反射，如光轴A3那样朝向透明部件100。该影像光(S偏光)透过窗部605的透明部件100以及吸收型偏光板112至外部，在窗部605的外侧的规定的距离690的位置，生成/显示作为实像的空间悬浮影像3。
或者，与上述实施例相反，将来自影像显示装置1的影像光设为S偏光的实施例的情况，如以下所述。从影像显示装置1射出的影像光即S偏光被平面镜4反射而朝向分束器101。该情况下的分束器101是具有使来自影像显示装置1的影像光(S偏光)透过、相反地反射P偏光的特性的构造的元件。来自分束器101的影像光(S偏光)通过回归反射部件2的反射以及λ/4板21的2次穿过而被偏光转换，成为P偏光。该影像光(P偏光)被分束器101反射而朝向透明部件100，透过透明部件100等而形成空间悬浮影像3。
关于上述影像光和分束器101等的偏光的设计可以是任意的实施例。另外，在将来自影像显示装置1的影像光设为S偏光的情况下，具有平面镜4的反射率更高的优点。在将来自影像显示装置1的影像光设为P偏光的情况下，具有在用户戴着偏光太阳镜的状态下视觉确认空间悬浮影像3的情况下也容易视觉确认的优点。
在此，已知在车辆内设置本实施例的可移动式的空间悬浮影像显示装置的情况下，从车辆外部进入的外部光(太阳光、外部照明光)在前挡风玻璃(wind shield)上，外部光的S偏光分量的大部分(约80％)被反射，进入车辆内部的外部光的P偏光分量多。因此，可以在透明部件100的外部光入射面设置吸收型偏光板112。
窗部605使影像光透过。透明部件100设置于窗部605，由玻璃板等构成。另外，在透明部件100的外部光入射面设置有吸收型偏光板112。在斜面604的窗部605中的使影像光穿过的部分配置有透明部件100和吸收型偏光板112，其他部分(即壳体106的一部分)由遮光部件构成，以使外部光不入射到壳体106内。窗部605的尺寸与空间悬浮影像3的尺寸相对应。此外，在窗部605的透明部件100中，也可以由透明体形成一部分(使影像光穿过的部分)，由遮光部件形成另一部分。
为了减轻由来自收纳影像显示装置1、其他光学部件的壳体106的外部的太阳光、照明光等外部光引起的画质降低，在透明部件100的外表面设置吸收型偏光板112。大部分外部光被吸收型偏光板112吸收，难以入射到壳体上部601内。
在分束器(偏光分离部件)101中，由于存在因光回归反射而偏光轴变得不一致的情况，因此一部分的影像光反射而返回影像显示装置1。该光再次被构成影像显示装置1的液晶显示面板11的影像显示面反射，产生上述的重影，使空间悬浮影像3的画质显著降低。因此，在本实施例中，在影像显示装置1的影像显示面还设置有吸收型偏光板12。或者，通过在设置于影像显示装置1的表面的吸收型偏光板12的影像射出侧面进一步设置未图示的防反射膜，使重影的光透过，由吸收型偏光板12吸收，从而防止重影引起的画质降低。
在外部光直接入射到回归反射部件2的情况下，能够产生强力的重影。因此，在本实施例中，如图6C所示，回归反射部件2为以角度α2向斜下方倾斜的配置，窗部605的透明部件100和回归反射部件2(特别是回归反射面)为如图所示以90度左右的关系配置的构造。将从外部通过窗部605的透明部件100入射到内部的外部光成分的主要入射方向设为与影像光的光轴A3相同的方向(透明部件100的面垂直方向)。在该情况下，以回归反射部件2的光轴的方向(面垂直方向)成为90度左右的关系的方式配置回归反射部件2以及λ/4板21。换言之，以回归反射部件2的回归反射面与透明部件100的面成为90度左右的关系的方式配置回归反射部件2及λ/4板21。即使在外部光成分入射到壳体上部601内的情况下，由于像这样回归反射部件2相对于外部光入射的窗部605向下(在图6C中为90度左右)配置，因此该外部光成分也难以直接入射到回归反射部件2。因此，通过这样的妨碍外部光入射的光学系统的结构，能够防止强力的重影的产生。
另外，影像显示装置1也配置在隔着分束器101和平面镜4与窗部605分离的位置。在从影像显示装置1射出的光轴A1的影像光无法从箭头A的方向(光轴A3)通过窗部605视觉确认的位置配置有影像显示装置1。由此，重影的产生被进一步减轻。
在图6C中，从影像显示装置1的点p1经由平面镜4的点p2到分束器101的点p3的光路的光路长度与从分束器101的点p3到空间悬浮影像3的点p6的光路的光路长度相关。如果将从窗部605向外侧形成空间悬浮影像3的距离690确保为一定程度的长度，则能够提高空间悬浮影像3的浮影感。因此，在本实施例中，作为在小型且纵长的壳体106内收容、配置的光学系统，通过将各元件倾斜地配置并设置平面镜4，从而尽可能长地确保从影像显示装置1到分束器101的光路长度。
如上所述，根据本实施例的小型且可移动型的空间悬浮影像显示装置，能够适当地设置于车辆内的瓶架等，能够向驾驶员等适当地提供传达员等空间悬浮影像3。筒形状的壳体106能够适当地设置于在一般的车辆中标准地配备的瓶架、或者能够安装、拆卸的类型的瓶架。用户能够根据需要容易地将该空间悬浮影像显示装置针对瓶架或者与其类似的容器、空间进行安装、拆卸。另外，该空间悬浮影像显示装置通过在壳体106具备输入输出端子5，还能够从车辆的点烟器插座等电源对充电电池611供电。因此，该装置即使在运转中也能够始终充电，即使在长时间使用时也不用担心电池用尽。
由本实施例的空间悬浮影像显示装置形成的空间悬浮影像3与上述同样地，具有与观察方向相关的指向性。在车辆内的驾驶员、同乘者观察该空间悬浮影像3时，为了能够适当地观察明亮的影像，如图6C的箭头A那样，最优选从相对于空间悬浮影像3正对面的方向(与光轴A3一致的方向)观察。在绝对空间坐标系内，该空间悬浮影像3(光轴A3)的朝向也依赖于该装置设置于饮料架的位置、朝向等状态。而且，驾驶员等观察该空间悬浮影像3时的相对朝向依赖于该空间悬浮影像3(光轴A3)的位置、朝向与驾驶员的脸/眼的位置、朝向的关系。
因此，在本实施例中，设想在铅垂方向上上表面为开口的瓶架(图6D)，在该瓶架上设置该空间悬浮影像显示装置的情况下，为了容易调整为空间悬浮影像3朝向驾驶员的脸/眼，设计了上述斜面604的窗部605、与其对应的光学系统等。即，斜面604的窗部605以45度左右构成，将空间悬浮影像3的光轴A3设为45度左右且斜上方。由此，驾驶员等在视觉确认空间悬浮影像3时，即使不怎么移动头部等，也容易将空间悬浮影像3从正前方的方向观察为明亮的影像。
假设，在从空间悬浮影像显示装置射出的影像光的方向为铅垂方向或水平方向的情况下，驾驶员等为了从正前方适当地观察该空间悬浮影像，需要与该影像光的方向一致地移动头部等来例如窥视。根据本实施例，不需要这样，即使在运转中也能够以比较自然的姿势视觉确认明亮的空间悬浮影像3。
作为上述实施例的变形例，图6F示出了在壳体106设置盖的结构例。在图6F的(A)中，在壳体上部601，以能够根据用户的操作隐藏上表面603以及窗部605的方式设置有瓶盖那样的盖651。在空间悬浮影像显示装置的非利用时，如图所示，通过设为安装有盖651的状态，能够防止损伤、垃圾等附着于窗部605，并且能够提高强度。在利用空间悬浮影像显示装置时，成为盖651被卸下的状态。
作为另一结构例，在图6F的(B)中，在壳体上部601具有设置于窗部605的盖652。盖652的形状例如是平板。该盖652的一边与设置于上表面603和斜面604(图6B)相接的边的铰链连接，根据用户的操作，以铰链为旋转轴进行转动。在空间悬浮影像显示装置的非利用时，如图所示，通过预先设为用盖652隐藏窗部605的状态，能够防止损伤、垃圾等附着于窗部605，并且能够提高强度。在利用空间悬浮影像显示装置时，盖652如箭头那样转动，配置在上表面603上，窗部605成为开口的状态。
作为另一结构例，在图6F的(C)中，在壳体上部601中，具有设置于将窗部605的附近的上述圆筒的一部分切除而成的空间区域的盖653。该盖653可以设为与盖652同样地转动的构造，但如图所示，也可以设为安装于在斜面604的窗部605以外的面设置的突起等的构造。在空间悬浮影像显示装置的非利用时，如图所示，通过预先形成为利用盖653隐藏窗部605的状态，能够防止损伤、垃圾等附着于窗部605，并且能够提高强度。在利用空间悬浮影像显示装置时，卸下盖653，成为窗部605开口的状态。另外，在空间悬浮影像显示装置的壳体106上，不仅可以设置盖，还可以设置搬运用的把手等。
作为变形例，以下也是可能的。筒状的壳体106不限于圆筒，作为水平面的截面形状可以是各种各样的。也可以将壳体106的截面形状设为例如矩形(或多边形)，设为长方体形状的壳体106。在实施例的圆筒形状的壳体106的情况下，具有能够正好良好地收纳于圆筒形状的瓶架内的优点。作为变形例，在采用长方体形状的壳体106的情况下，具有容易制造、容易手持等优点。
另外，在图6C的结构例中，考虑到更小型，分束器101、回归反射部件2和窗部605的透明部件100以三角形那样边相接的方式配置。并不限定于此，考虑到确保光路长度更长，也可以设为这些各元件的边彼此之间分离的配置。
在上述实施例中，示出了车载的情况，但不限于此，该便携式的空间悬浮影像装置由于用户能够携带，因此能够在各种场所利用。例如，在用户的自家等中，也能够同样地设置在瓶架以外的容器等中进行利用。另外，即使不收纳于容器，在仅配置于桌子等上的情况下也能够利用。
作为扬声器，空间悬浮影像显示装置也可以使用超指向性扬声器。超指向性扬声器是输出超指向性的声音以使得仅在用户的耳朵附近的特定的空间区域能够听取输出声音的扬声器。另外，空间悬浮影像显示装置也可以具备照相机、测距传感器，也可以构成为使用它们来检测用户的手指等对空间悬浮影像3的触摸操作等，并进行与检测相应的规定的处理。另外，空间悬浮影像显示装置既可以基于照相机的图像、传感器检测来检测用户的有无，也可以构成为对用户的面部等进行解析/判断来进行用户认证。另外，空间悬浮影像显示装置也可以在对空间悬浮影像3遮上卡片、纸张等的情况下，基于照相机的图像等，从该卡片、纸张等读取条形码等代码，并进行与该代码对应的处理。
另外，作为变形例，也可以与上述的图6A的遮光部件同样地，在将影像显示装置1经由分束器101与回归反射部件2连结的空间(例如分束器101的下方的空间)，配置用于遮挡来自液晶显示面板11的具有超过特定角度的发散角的影像光入射到回归反射部件2的遮光部件。
本实施例中的光源装置13特别优选为以下的结构(详细后述)。光源装置13具有：点状或面状的光源；降低来自光源的光的发散角的光学单元；使来自光源的光与特定方向的偏光一致的偏光转换单元；以及具有将来自光源的光向液晶显示面板11传播的反射面的导光体，根据光源装置13的反射面的形状和面粗糙度来控制光，从而从液晶显示面板11射出作为影像光而具有窄角的发散角的影像光束。
另外，在本实施例中，通过将回归反射部件2的回归反射面的表面粗糙度按照每单位长度降低到规定的数值以下，减轻空间悬浮影像3的模糊量，提高可视性。例如，将回归反射面的面粗糙度设定为160nm以下。
＜反射型偏光板＞
在本实施例中的分束器101为栅格构造的反射型偏光板的情况下，关于来自与偏光轴垂直的方向的光的特性降低。因此，优选沿偏光轴的规格，能够以窄角射出来自液晶显示面板11的出射影像光的本实施例的光源装置成为理想的光源。另外，关于水平方向的特性也同样，关于来自倾斜的光特性降低。考虑以上的特性，以下，对使用将来自液晶显示面板11的出射影像光以更窄的角射出的光源(光源装置13)作为液晶显示面板11的背光的本实施例的结构例进行说明。由此，能够提供高对比度的空间悬浮影像3。
＜影像显示装置＞
接着，使用图7对图1的本实施例的影像显示装置1进行说明。本实施例的影像显示装置1具备作为影像显示元件的液晶显示面板11和构成液晶显示面板11的光源的光源装置13。在图7中，将光源装置13与液晶显示面板11一起表示为展开立体图。
如图7中箭头30所示，该液晶显示面板11通过来自作为背光装置的光源装置13的光，得到具有窄角的扩散特性、即指向性(换言之直线前进性)强、且与使偏光面统一为一个方向的激光相似的特性的照明光束，射出根据输入的影像信号进行了调制的影像光。由此，如图1所示，射出的影像光被回归反射部件2反射，透过窗玻璃105，形成作为实像的空间悬浮影像3。
另外，在图7中，影像显示装置1构成为还具备液晶显示面板11、控制来自光源装置13的出射光束的指向特性的光方向转换面板54、以及根据需要具备窄角扩散板(未图示)。即，在液晶显示面板11的两面设置偏光板，如图7的箭头30所示，成为特定的偏振波的影像光通过影像信号调制光的强度而射出的结构。由此，影像显示装置1将所希望的影像作为指向性(前进性)高的特定偏振波的光，经由光方向转换面板54朝向回归反射部件2投射，在回归反射部件2反射后，朝向图1的店铺的空间的外部的观察者的眼睛透过而形成空间悬浮影像3。此外，也可以在上述的光方向转换面板54的表面设置保护罩50(参照图8、图9)。
在本实施例中，为了提高图7的箭头30所示的来自光源装置13的出射光束的利用效率，大幅降低消耗电力，在包括光源装置13和液晶显示面板11而构成的影像显示装置1中，也能够将来自光源装置13的箭头30所示的光朝向图1的回归反射部件2投射，在由回归反射部件2反射后，通过设置于窗玻璃105的表面的透明片(未图示)，控制指向性以将空间悬浮影像3形成在所希望的位置。具体而言，该透明片在通过菲涅耳透镜、线性菲涅耳透镜等光学部件赋予了高指向性的状态下控制空间悬浮影像的成像位置。由此，来自影像显示装置1的影像光以高指向性(前进性)高效地到达如激光那样位于窗玻璃105的外侧(例如人行道)的观察者，其结果，能够以高分辨率显示高品质的空间悬浮影像，并且显著降低包含光源装置13的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)元件201的影像显示装置1的消耗电力。
＜影像显示装置的例(1)＞
图8表示影像显示装置1的另一例。另外，图8表示在图7的光源装置13上配置有液晶显示面板11和光方向转换面板54的状态。该光源装置13例如由塑料等形成，在其内部收纳LED元件201、导光体203而构成。在导光体203的端面，如图8等所示，为了将来自各个LED元件201的发散光转换为大致平行光束，设置有透镜形状，该透镜形状具有截面积相对于受光部朝向对面逐渐变大的形状，具有在内部传播时通过多次全反射而发散角逐渐变小的作用。在该导光体203的上表面安装有构成影像显示装置1的液晶显示面板11。另外，在光源装置13的壳体的一个侧面(在本例中为图8的左侧的端面)安装有作为半导体光源的LED元件201、安装有LED元件201的控制电路的LED基板202。与此同时，也可以在LED基板202的外侧面安装散热器，该散热器是用于冷却在LED元件201和控制电路中产生的热的部件。
另外，在安装于光源装置13的壳体的上表面的液晶显示面板11的未图示的框架上，安装有安装于该框架的液晶显示面板11、以及与该液晶显示面板11电连接的未图示的FPC(Flexible Printed Circuits：柔性布线基板)等而构成。即，作为液晶显示元件的液晶显示面板11与作为固体光源的LED元件201一起，基于来自构成电子装置的未图示的控制电路的控制信号，对透射光的强度进行调制，由此生成显示影像。此时，所生成的影像光的扩散角度窄，仅成为特定的偏光分量，因此能够得到接近由影像信号驱动的面发光激光影像源的、以往没有的新型影像显示装置1。另外，在现状下，从技术上和安全上来看，通过激光装置得到与由上述影像显示装置1得到的图像同等尺寸的激光光束都是不可能的。因此，在本实施例中，例如，从来自具备LED元件201的普通光源的光束获得接近上述的面发光激光影像光的光。
接着，参照图8和图9详细说明收纳在光源装置13的壳体内的光学系统的结构。图8和图9是截面图，因此构成光源的多个LED元件201仅示出了1个。来自这些多个LED元件201的光通过导光体203的受光端面203a的形状而被转换为大致准直光(大致平行光)。因此，导光体端面的受光部和LED元件201保持规定的位置关系而安装。此外，该导光体203分别例如由丙烯等透光性的树脂形成。而且，虽然未图示，但该导光体端部的LED受光面例如具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面，在其顶部具有在其中央部形成有凸部(即凸透镜面)的凹部，在其平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)。此外，安装LED元件201的导光体203的受光部外形形状呈形成圆锥形状的外周面的抛物面形状，设定在能够使从LED元件201向周边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成反射面。
另一方面，LED元件201分别配置在作为LED元件201的电路基板的LED基板202的表面上的规定的位置。该LED基板202相对于LED准直器(导光体203的受光端面203a)，以其表面上的LED元件201分别位于上述凹部的中央部的方式配置并固定。
根据该结构，根据导光体203的受光端面203a的形状，能够将从LED元件201放射的光作为大致平行光取出，能够提高所产生的光的利用效率。
如上所述，光源装置13通过在设置于导光体203的端面的作为受光部的受光端面203a安装排列有多个作为光源的LED元件201的光源单元而构成，利用导光体203的受光端面203a的透镜形状将来自LED元件201的发散光束设为大致平行光，如箭头所示，在导光体203的内部进行导光(与图面平行的方向)，并利用光束方向转换单元204朝向相对于导光体203大致平行地配置的液晶显示面板11射出。根据导光体203内部或表面的形状使该光束方向转换单元204的分布(密度)最佳化，从而能够控制入射到液晶显示面板11的光束的均匀性。
上述的光束方向转换单元204通过导光体203的表面的形状、在导光体203的内部设置例如折射率不同的部分，将在导光体203内传播的光束朝向相对于导光体203大致平行地配置的液晶显示面板11射出。此时，如果在将液晶显示面板11正对画面中央并将视点置于与画面对角尺寸相同的位置的状态下对画面中央和画面周边部的亮度进行比较时的相对亮度比为20％以上，则在实用上没有问题，如果超过30％，则成为更优异的特性。
另外，图8和图9是用于说明在包含上述导光体203和LED元件201的光源装置13中进行偏光转换的本实施例的光源(光源装置13)的结构及其作用的截面配置图。图8是从P偏光变换为S偏光的情况，图9是从S偏光变换为P偏光的情况。在图8和图9中，光源装置13例如由在由塑料等形成的表面或内部设置有光束方向转换单元204的导光体203、作为光源的LED元件201、反射片205、相位差板216、双凸透镜等构成，在光源装置13(导光体203)的上表面安装有在光源光入射面和影像光出射面具有偏光板的液晶显示面板11。
在图8中，在与光源装置13对置的液晶显示面板11的光源光入射面(下表面)设置有薄膜或片状的反射型偏光板49，选择性地反射从LED元件201射出的自然光束210中的单侧的偏振波(例如P波)212，被设置在导光体203的一方(下方)的面的反射片205反射，再次朝向液晶显示面板11。在反射片205与导光体203之间、或者导光体203与反射型偏光板49之间设置作为相位差板216的λ/4板，使其被反射片205反射并穿过2次，由此将反射光束从P偏光转换为S偏光，由此提高作为影像光的光源光的利用效率。如图8的箭头213所示，在液晶显示面板11中通过影像信号调制了光强度的影像光束入射到图1的回归反射部件2，在反射后透过窗玻璃105，在店铺的空间的内部或外部，能够得到作为实像的空间悬浮影像3。
在图9中，在与光源装置13对置的液晶显示面板11的光源光入射面(下表面)设置有薄膜或片状的反射型偏光板49，选择性地反射从LED元件201射出的自然光束210中的单侧的偏振波(例如S波)211，被设置在导光体203的一方(下方)的面的反射片205反射，再次朝向液晶显示面板11。在反射片205与导光体203之间、或者导光体203与反射型偏光板49之间设置作为相位差板216的λ/4板，使其被反射片205反射并穿过2次，由此将反射光束从S偏光转换为P偏光，由此提高作为影像光的光源光的利用效率。如图9的箭头214所示，在液晶显示面板11中根据影像信号进行了光强度调制的影像光束入射到图1的回归反射部件2，在反射后透过窗玻璃105，在店铺的空间的内部或外部，能够得到作为实像的空间悬浮影像3。
在图8和图9所示的光源装置13中，与设置于对置的液晶显示面板11的光入射面的反射型偏光板49的作用一起，利用反射型偏光板49反射单侧的偏光分量，因此理论上得到的对比度比成为反射型偏光板49的交叉透过率的倒数与由液晶显示面板11附带的2片偏光板得到的交叉透过率的倒数相乘而得到的值。由此，能够得到高对比度性能。实际上，通过实验确认了显示图像的对比度性能提高10倍以上。其结果，得到了即使与自发光型的有机EL相比也不逊色的高品质的影像。
＜影像显示装置的例(2)＞
图10表示影像显示装置1的具体结构的另一例。图10中的光源装置13具有与后述的图12等的光源装置相同的结构。该光源装置13例如在塑料等壳体内收纳LED、准直器、合成扩散块以及导光体等而构成，在上表面安装有液晶显示面板11。另外，在光源装置13的壳体的一个侧面安装有图12、图13等所示的作为半导体光源的LED元件14、安装有其控制电路的LED基板102，并且在LED基板102的外侧面安装有LED元件14以及作为用于冷却由控制电路产生的热的部件的散热器103。
另外，在安装于壳体的上表面的液晶显示面板框架上安装有安装于该液晶显示面板框架的液晶显示面板11、以及与液晶显示面板11电连接的FPC403等。即，作为液晶显示元件的液晶显示面板11与作为固体光源的LED元件14一起，基于来自构成电子装置的未图示的控制电路的控制信号，对透过光的强度进行调制，由此生成显示影像。
＜影像显示装置的例(3)＞
接着，使用图11说明影像显示装置1的具体结构的其他例子。该影像显示装置1的光源装置利用LED准直透镜18将来自LED元件14(例如LED元件14a)的P偏振波和S偏振波混合存在的自然光的发散光束转换为大致平行光束，并利用反射型导光体304朝向液晶显示面板11反射。反射光入射到配置在液晶显示面板11与反射型导光体304之间的波长板和反射型偏光板49。由反射型偏光板49反射特定的偏振波(例如S偏振波)，由波长板转换相位并返回反射面，再次穿过相位差板216而转换为透过反射型偏光板49的偏振波(例如P偏振波)。
其结果，来自LED元件14的自然光与特定的偏振波(例如P偏振波)一致，入射到液晶显示面板11，根据影像信号进行亮度调制，在面板面显示影像。与上述的例子同样地，在图11中，示出了构成光源的多个LED元件14(由于是纵截面，因此例如仅1个LED元件14a)，它们相对于LED准直透镜18安装在规定的位置。另外，该LED准直透镜18分别由例如丙烯等透光性的树脂或玻璃形成。而且，该LED准直透镜18与上述的例子同样地，具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面，并且在其顶部具有在其中央部形成有凸部(即凸透镜面)的凹部。另外，在该平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)。此外，形成LED准直透镜18的圆锥形状的外周面的抛物面设定在能够使从LED元件14向边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成有反射面。
以上的结构是与图12、图13等所示的影像显示装置的光源装置同样的结构。而且，通过图11所示的LED准直透镜18转换为大致平行光的光被反射型导光体304反射，通过反射型偏光板49的作用使特定的偏振波的光透过，反射的另一方的偏振波的光再次透过反射型导光体304，在反射型导光体304中被与液晶显示面板11的相反侧的面对置设置的反射板271反射。此时，通过2次穿过配置在反射板271与反射型导光体304之间的作为相位差板270的λ/4板，进行偏光转换，再次透过导光体304，透过设置在相反侧即液晶显示面板11侧的反射型偏光板49，使偏光方向一致地入射到液晶显示面板11。其结果，能够将光源的光全部利用，因此光的利用效率成为2倍。
来自液晶显示面板11的出射光在以往的TV设备中在画面水平方向(在图16的(A)中由X轴显示)和画面垂直方向(在图16的(B)中由Y轴显示)上都具有同样的扩散特性。与此相对，关于来自本实施例的液晶显示面板11的出射光束的扩散特性，例如如图16的例1所示，通过将亮度成为正面观察(角度0度)的50％的视场角设为13度，相对于以往的62度成为1/5。同样地，垂直方向的视场角上下不均等，以将上侧的视场角相对于下侧的视场角抑制为1/3左右的方式使反射型导光体的反射角度和反射面的面积等最佳化。其结果，与以往的液晶TV相比，朝向观察方向的影像光量大幅提高，亮度为50倍以上。
而且，如果设为图16的例2所示的视场角特性，则通过将亮度成为正面观察(角度0度)的50％的视场角设为5度，相对于以往的62度成为1/12。同样地，垂直方向的视场角上下均等，以将视场角相对于以往抑制为1/12左右的方式使反射型导光体的反射角度和反射面的面积等最佳化。其结果，与以往的液晶TV相比，朝向观察方向的影像光量大幅提高，亮度为100倍以上。如上所述，通过将视场角设为窄角，能够使朝向观察方向的光束量集中，因此光的利用效率大幅提高。其结果，即使使用以往的TV用的液晶显示面板，通过控制光源装置的光扩散特性，也能够以同样的消耗电力实现大幅度的亮度提高，能够成为与面向屋外的空间悬浮影像显示装置对应的影像显示装置1。
返回到图11。作为基本结构，如图11所示，通过光源装置使窄角的指向特性的光束入射到液晶显示面板11，根据影像信号进行亮度调制，从而使显示在液晶显示面板11的画面上的影像信息被回归反射部件2反射，将得到的空间悬浮影像3经由图1的窗玻璃105显示在室外或室内。
＜光源装置13的例(1)＞
接着，参照图12和图13的(A)和(B)详细说明收纳在图6B的壳体106内的光源装置13等光学系统的详细结构例。
在图12中示出了构成光源的LED元件14(14a、14b)，它们相对于LED准直器15安装在规定的位置。另外，该LED准直器15分别由例如丙烯等透光性的树脂形成。而且，如图13的(B)所示，该LED准直器15具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面156，并且在其顶部具有在其中央部形成有凸部(即凸透镜面)157的凹部153。另外，在其平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)154。另外，形成LED准直器15的圆锥形状的外周面156的抛物面设定在能够使从LED元件14向周边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成反射面。
另外，LED元件14分别配置在作为其电路基板的LED基板102的表面上的规定的位置。该LED基板102以其表面上的LED元件14(14a、14b)分别位于该凹部153的中央部的方式配置并固定于LED准直器15。
根据该结构，通过上述的LED准直器15，从LED元件14放射的光中的、特别是从其中央部分朝向上方(图13的(B)的右方向)放射的光被形成LED准直器15的外形的2个凸透镜面157、154会聚而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成LED准直器15的圆锥形状的外周面156的抛物面反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，根据在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的LED准直器15，能够将由LED元件14(14a、14b)产生的光的几乎全部作为平行光取出，能够提高产生的光的利用效率。
另外，在LED准直器15的光的射出侧设置有偏光转换元件21。由图13可知，该偏光转换元件21是将截面为平行四边形的柱状(以下称为平行四边形柱)的透光性部件和截面为三角形的柱状(以下称为三角形柱)的透光性部件组合，与相对于来自LED准直器15的平行光的光轴正交的面平行地呈阵列状排列多个而构成的。而且，在这些排列成阵列状的相邻的透光性部件间的界面交替地设置有偏光分束器(以下称为“PBS膜”)211和反射膜212，另外，在向偏光转换元件21入射并透过PBS膜211的光射出的出射面具备λ/2相位板215。
在该偏光转换元件21的出射面还设置有图13的(A)所示的矩形状的合成扩散块16。即，从LED元件14射出的光通过LED准直器15的作用而成为平行光，向合成扩散块16入射，通过射出侧的纹理161扩散后，到达导光体17。
如图13的(B)所示，导光体17是由例如丙烯等透光性的树脂形成为截面呈大致三角形的棒状的部件。而且，从图12可知，导光体17具备：导光体光入射部(包含导光体光入射面)171，其隔着第一扩散板18a与合成扩散块16的出射面相对；导光体光反射部(包含导光体光反射面)172，其形成斜面；以及导光体光出射部(包含导光体光出射面)173，其隔着第二扩散板18b与作为液晶显示元件的液晶显示面板11相对。
在该导光体17的导光体光反射部172上，如图12以及作为局部放大图的图13的(B)所示，多个反射面172a和连接面172b交替地形成为锯齿状。而且，反射面172a(在图13的(B)中为右上的线段)相对于在图中用单点划线表示的水平面形成αn(n为自然数，在本例中为1～130)，作为其一例，在此，将αn设定为43度以下(但是0度以上)。
导光体入射部171形成为向光源侧倾斜的弯曲的凸形状。由此，来自合成扩散块16的出射面的平行光经由第一扩散板18a扩散而入射，从图12可知，一边通过导光体入射部171向上方稍微弯曲(偏转)一边到达导光体光反射部172，在此反射而到达设置于图12的上方的出射面的液晶显示面板11。
根据以上详述的影像显示装置1，能够进一步提高光利用效率及其均匀的照明特性，并且包括模块化的S偏振波的光源装置在内，能够小型且低成本地制造。另外，在上述的说明中，说明了将偏光转换元件21安装在LED准直器15之后的情况，但并不限定于此，通过设置在到达液晶显示面板11的光路中，也能够得到同样的作用/效果。
另外，如上所述，在导光体光反射部172上，多个反射面172a和连接面172b交替地形成为锯齿状，照明光束在各个反射面172a上被全反射而朝向上方，而且在导光体光出射部173上设置未图示的窄角扩散板，作为大致平行的扩散光束入射到控制指向特性的光方向转换面板54，从倾斜方向入射到液晶显示面板11。在本实施例中，将光方向转换面板54设置在导光体出射部173与液晶显示面板11之间，但即使设置在液晶显示面板11的出射面，也能够得到同样的效果。
＜光源装置13的例子(2)＞
图14示出了光源装置13等光学系统的结构的另一例。在图14中，与图13的例子同样地，示出了构成光源的多个(在本例中为2个)LED元件14(14a、14b)，它们相对于LED准直器15安装在规定的位置。另外，该LED准直器15分别由例如丙烯等透光性的树脂形成。并且，与图13的例子同样地，该LED准直器15具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面156，并且在其顶部具有在其中央部形成有凸部(即凸透镜面)157的凹部153。另外，在其平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)154。另外，形成LED准直器15的圆锥形状的外周面156的抛物面设定在能够使从LED元件14向周边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成反射面。
另外，LED元件14(14a、14b)分别配置在作为其电路基板的LED基板102的表面上的规定的位置。该LED基板102以其表面上的LED元件14(14a、14b)分别位于该凹部153的中央部的方式配置并固定于LED准直器15。
根据该结构，通过上述的LED准直器15，从LED元件14放射的光中的、特别是从其中央部分朝向上方(图14中的右方向)放射的光被形成LED准直器15的外形的2个凸透镜面157、154会聚而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成LED准直器15的圆锥形状的外周面156的抛物面反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，根据在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的LED准直器15，能够将由LED元件14产生的光的大致全部作为平行光取出，能够提高产生的光的利用效率。
另外，如图14的(A)所示，在LED准直器15的光的出射侧隔着第一扩散板18a设有导光体170。导光体170是由例如丙烯等透光性的树脂形成为截面为大致三角形的棒状的部件。而且，从图14的(A)可知，导光体170具备：导光体170的导光体入射部(包括入射面)171，其隔着第一扩散板18a与合成扩散块16的出射面相对；导光体光反射部(包括导光体光反射面)172，其形成斜面；以及导光体光出射部(包括导光体光出射面)173，其隔着反射型偏光板200与作为液晶显示元件的液晶显示面板11相对。
该反射型偏光板200例如如果选择具有反射P偏光并使S偏光透过的特性的物体，则反射从作为光源的LED元件14发出的自然光中的P偏光，穿过图14的(B)所示的设置于导光体光反射部172的λ/4板172c而被反射面172d反射，再次穿过λ/4板172c而转换为S偏光，入射到液晶显示面板11的光束全部统一为S偏光。
同样地，作为反射型偏光板200，如果选择具有反射S偏光并使P偏光透过的特性的反射型偏光板，则反射从作为光源的LED元件14发出的自然光中的S偏光，穿过图14的(B)所示的设置于导光体光反射部172的λ/4板172c而被反射面172d反射，再次穿过λ/4板172c而转换为P偏光，入射到液晶显示面板52的光束全部统一为P偏光。在以上所述的结构中，也能够实现偏光转换。
＜光源装置13的例子(3)＞
使用图11，说明关于光源装置等光学系统的结构的其他例子。在第三例中，如图11所示，利用LED准直透镜18将来自LED基板102的P偏光和S偏光混合存在的自然光的发散光束转换为大致平行光束，并利用反射型导光体304朝向液晶显示面板11反射。反射光入射到配置在液晶显示面板11与反射型导光体304之间的反射型偏光板206。特定的偏振波(例如S偏振波)被反射型偏光板206反射，透过连接导光体304的反射面的面，被面向导光体304的相反面配置的反射板271反射，通过2次透过相位板(λ/4波长板)270而被偏光转换，透过导光体和反射型偏光板而入射到液晶显示面板11，被调制成影像光。此时，通过使特定偏振波与偏光转换后的偏振波面一致，光的利用效率成为通常的2倍，反射型偏光板的偏光度(消光比)也叠加系统整体的消光比，因此通过使用本实施例的光源装置，信息显示系统的对比度大幅提高。
其结果，来自LED的自然光与特定的偏振波(例如P偏振波)一致。在图11中，与上述的例子同样地，设置有构成光源的多个LED元件14(由于是纵截面，因此仅图示1个)，它们相对于LED准直透镜18安装在规定的位置。另外，该LED准直透镜18分别由例如丙烯等透光性的树脂或玻璃形成。而且，该LED准直透镜18与上述的例子同样地，具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面，并且在其顶部具有在其中央部形成有凸部(即凸透镜面)的凹部。另外，在其平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)。另外，形成LED准直透镜18的圆锥形状的外周面的抛物面设定在能够使从LED准直透镜18向周边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成反射面。
另外，LED元件14分别配置在作为其电路基板的LED基板102的表面上的规定的位置。该LED基板102相对于LED准直透镜18，以其表面上的LED分别位于其凹部的中央部的方式配置并固定。
根据该结构，通过LED准直透镜18，从LED元件14放射的光中的、特别是从其中央部分放射的光被形成LED准直透镜18的外形的2个凸透镜面会聚而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成LED准直透镜18的圆锥形状的外周面的抛物面反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，根据在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的LED准直透镜18，能够将由LED元件14产生的光的大致全部作为平行光取出，能够提高产生的光的利用效率。
＜光源装置13的例子(4)＞
而且，使用图17，说明关于光源装置等光学系统的结构的其他例子。在LED准直透镜18的光的射出侧使用2片转换图面的垂直方向和水平方向的扩散特性的光学片207，使来自LED准直透镜18的光入射到2片光学片207(也称为扩散片、扩散膜)之间。该光学片207在由1片构成的情况下，通过表面和背面的微细形状来控制垂直和水平的扩散特性。另外，也可以使用多张光学片207来分担作用。根据光学片207的表面形状和背面形状，可以将LED元件14的数量和来自光学元件107的发散角作为设计参数进行最佳设计，以使来自LED准直透镜18的光的画面垂直方向的扩散角与光学片207的反射面的垂直面的宽度一致，在水平方向上从液晶显示面板11射出的光束的面密度变得均匀。即，在本实施例中，代替导光体而通过多个扩散片的表面形状来控制扩散特性。在本实施例中，通过与上述的光源装置的例3相同的方法进行偏光转换。并且，也可以在LED准直透镜18与光学片207之间设置偏光转换元件，在进行了偏光转换之后，使光源光入射到光学片207。
上述的反射型偏光板206如果选择具有反射S偏光并使P偏光透过的特性的反射型偏光板，则反射从作为光源的LED元件发出的自然光中的S偏光，穿过相位差板270，由反射面272反射，再次穿过相位差板270，从而转换为P偏光，入射到液晶显示面板11。该相位差板270的厚度需要根据光线向相位差板的入射角度来选择最佳值，在λ/16至λ/4的范围内存在最佳值。
＜光源装置13的例子(5)＞
使用图18，说明关于光源装置13的光学系统的结构的其他例子。如图18的(C)所示，在LED准直透镜18的光的出射侧配置偏光转换元件21。而且，使来自LED元件14(例如LED元件14c)的自然光与特定的偏振波一致而入射到控制扩散特性的光学元件81，通过控制图面的垂直方向和水平方向的扩散特性，使朝向反射型导光体220的反射面的配光特性最佳。如图18的(B)所示，在反射型导光体220的表面设置凹凸图案222，朝向配置于反射型导光体220的对置面的未图示的影像显示装置反射，得到所期望的扩散特性。光源的LED元件14和LED准直透镜18的配置精度对光源的效率有较大影响，因此通常光轴精度需要50μm左右的精度。因此，作为针对LED准直透镜18因LED的发热而膨胀从而导致安装精度降低的对策，作为将几个LED元件14和LED准直透镜18形成为一体的光源单元223的构造，发明人通过将多个或单独的单元用于光源装置来减轻安装精度的降低。
在图18的(A)、(B)、(C)所示的实施例中，在反射型导光体220的长边方向的两端部组装有多个将LED元件14和LED准直透镜18一体化而成的光源单元223(在图18的实施例中，单侧各3个)，实现了光源装置的亮度均匀化。在导光体220的反射面220a形成有多个与光源单元大致平行的凹凸图案222，在一个凹凸图案222中，其表面也形成多面体，由此能够高精度地控制入射到影像显示装置的光量。在本实施例中，将反射面的形状作为凹凸图案222进行了说明，但也可以是三角面、波形面等规则或不规则地排列的图案，只要根据面形状控制从导光体220朝向影像显示装置的配光图案即可。另外，在导光体220的侧面设置遮光壁224，以使由LED准直透镜18控制的光不会从光源装置13向外部泄漏，LED元件14可以采用通过金属制的底座225提高了散热性的设计。
＜柱状透镜片＞
以下，对控制来自上述影像显示装置1的出射光的扩散特性的柱状透镜的作用进行说明。通过使柱状透镜的透镜形状最佳化，能够从影像显示装置1射出并在窗玻璃105透过或反射而高效地得到空间悬浮影像3。即，对于来自影像显示装置1的影像光，组合2片柱状透镜，或者设置矩阵状地配置微透镜阵列来控制扩散特性的片材，在X轴以及Y轴方向上，能够根据其反射角度(将垂直方向设为0度)来控制影像光的亮度(相对亮度)。在本实施例中，通过这样的柱状透镜，与以往相比，如图16的(B)所示，能够使垂直方向的亮度特性陡峭。并且，通过使上下方向(Y轴的正负方向)的指向特性的平衡变化，能够提高基于反射、扩散的光的亮度(相对亮度)。通过这些作用效果，如来自面发光激光影像源的影像光那样，设为扩散角度窄(换言之，前进行高)且仅有特定的偏光分量的影像光，能够抑制在使用现有技术的影像显示装置的情况下由回归反射部件产生的重影，能够控制成基于回归反射的空间悬浮影像高效地到达观察者的眼睛。
另外，通过上述的各光源装置，相对于图16的(A)、(B)所示的来自一般的液晶显示面板的出射光扩散特性(在图中标记为以往)，能够实现X轴方向以及Y轴方向都大幅窄角的指向特性。由此，能够实现射出用于射出与特定方向接近平行的影像光束的特定偏振波的光的影像显示装置。
图15示出了在本实施例中采用的柱状透镜的特性的一个例子。在该例中，特别表示X轴(垂直方向)上的特性，特性O表示光的射出方向的峰值为从垂直方向(0度)向上方30度附近的角度且上下对称的亮度特性。另外，特性A、特性B还表示在30度附近对峰值亮度的上方的影像光进行会聚而提高了亮度(相对亮度)的特性的例子。因此，在这些特性A、特性B中，在超过30度的角度，与特性O相比，光的亮度(相对亮度)急剧降低。
即，根据上述的包含柱状透镜的光学系统，在使来自影像显示装置1的影像光束入射到回归反射部件2时，能够控制由光源装置13、230统一为窄角的影像光的出射角度、视场角，能够大幅提高回归反射部件2的设置的自由度。其结果，能够大幅提高在图1的窗玻璃105反射或透过而在所希望的位置成像的空间悬浮影像3的成像位置的关系的自由度。其结果，能够作为扩散角度窄(前进行高)且仅有特定的偏振波成分的光高效地到达室外或室内的观察者的眼睛。由此，即使来自影像显示装置1的影像光的强度(亮度)降低，观察者也能够正确地识别影像光而得到信息。换言之，通过减小影像显示装置1的输出，能够实现消耗电力低的空间悬浮影像显示装置。
以上，对各种实施例进行了详述，但本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明了系统整体的例子，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
在本实施例的技术中，通过在使高分辨率和高亮度的影像信息空间悬浮的状态下显示空间悬浮影像，例如，用户可以在不感到对传染病的接触传染的不安的情况下进行操作。如果本实施例的技术被应用于由不特定数量的用户使用的系统，则能够提供一种非接触用户界面，该非接触用户界面能够降低传染病的接触传染的风险，并且能够在不感到不安的情况下使用。由此，对联合国提出的可持续的开发目标(SDGs：SustainableDevelopmentGoals)的“3对所有人都有健康和福利”做出贡献。另外，在本实施例的技术中，通过减小射出的影像光的发散角，进而使其与特定的偏振波一致，从而使回归反射部件仅高效地反射正规的反射光，因此光的利用效率高，能够得到明亮且鲜明的空间悬浮影像。根据本实施例的技术，可以提供能够显著降低电力消耗并且具有可用性优异的非接触用户界面。由此，对联合国提出的可持续的开发目标(SDGs：SustainableDevelopment Goals)的“9构建产业和技术创新的基础”做出贡献。
符号说明
1：影像显示装置、2：回归反射部件、3：空间悬浮影像、4：平面镜、5：输入输出端子、11：液晶显示面板、12：吸收型偏光板、13：光源装置、21：λ/4板、100：透明部件、101：分束器(偏光分离部件)、106：壳体、112：吸收型偏光板、601：壳体上部、602：壳体下部、603：上表面、604：斜面、605：窗部、606：侧面、607：侧面、608：下表面、610：控制基板、611：充电电池。

Claims (23)

1.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：
筒形状的壳体；
窗部，其设置于所述壳体的一部分，使用于形成所述空间悬浮影像的影像光透过；
影像显示装置，其设置于所述壳体的内部，并具有光源装置以及液晶显示面板，该液晶显示面板基于来自所述光源装置的光生成并射出用于形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光；
偏光分离部件，其设置于所述壳体的内部，使来自所述影像显示装置的特定偏振波的影像光透过并反射来自回归反射部件的影像光；
所述回归反射部件，其设置于所述壳体的内部，使来自所述偏光分离部件的影像光回归反射；
相位差板，其设置于所述回归反射部件的回归反射面；以及
平面镜，其在所述壳体的内部配置于将所述影像显示装置与所述偏光分离部件连结的空间内，使来自所述影像显示装置的特定偏振波的影像光朝向所述偏光分离部件反射，
使来自所述影像显示装置的特定偏振波的影像光被所述平面镜反射，被所述偏光分离部件朝向所述回归反射部件透过，使通过所述相位差板进行了偏光转换的影像光被所述偏光分离部件朝向所述窗部反射，通过透过了所述窗部的影像光在所述壳体的外部显示所述空间悬浮影像。
2.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述筒形状的壳体的至少一部分能够收纳于车辆内的瓶架。
3.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述筒形状为圆筒形状。
4.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述筒形状的壳体具有包括上表面和侧面的一部分被倾斜地切除的斜面，
所述窗部设置于所述斜面，
用于形成所述空间悬浮影像的影像光透过所述斜面的所述窗部而向斜上方射出。
5.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述偏光分离部件、所述回归反射部件和所述窗部以1个边相互接近的方式配置。
6.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述筒形状的壳体具有壳体上部和壳体下部，
在所述壳体上部收纳有所述影像显示装置、所述平面镜、所述偏光分离部件、所述回归反射部件以及所述相位差板，
在所述壳体下部收纳有控制基板以及充电电池。
7.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
在所述窗部的外侧具备盖。
8.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置具有夹角的扩散特性。
9.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置供给具有夹角的扩散特性且具有特定偏振波的光。
10.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述空间悬浮影像显示装置具备：
输入输出端子，其设置于所述筒形状的壳体；以及
充电电池，其设置于所述壳体的下部，
从外部经由所述输入输出端子向所述充电电池供给电源。
11.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述空间悬浮影像显示装置具备设置于所述筒形状的壳体的输入输出端子，
从外部经由所述输入输出端子对所述影像显示装置供给信号。
12.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述偏光分离部件构成为具有反射型偏光板或者使特定偏振波反射的金属多层膜。
13.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
在所述窗部设置有透明部件，
所述空间悬浮影像显示装置具备设置于所述透明部件的至少一面的吸收型偏光板。
14.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述空间悬浮影像显示装置具备设置于所述液晶显示面板的影像显示面的吸收型偏光板。
15.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
在所述壳体的内部，在将所述影像显示装置和所述回归反射部件经由所述偏光分离部件连结的空间，具备用于遮挡来自所述液晶显示面板的具有超过特定角度的发散角的影像光入射到所述回归反射部件的遮光部件。
16.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述回归反射部件的所述回归反射面的面粗糙度被设定为，所述空间悬浮影像的模糊量与所述影像显示装置的像素尺寸的比率为40％以下。
17.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置具有：
点状或面状的光源；
降低来自所述光源的光的发散角的光学单元；
使来自所述光源的光与特定方向的偏光一致的偏光转换单元；以及
具有将来自所述光源的光传播到所述液晶显示面板的反射面的导光体，
利用所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来控制光束，从而使具有窄角的发散角的影像光束作为所述影像光从所述液晶显示面板射出。
18.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：
将所述回归反射部件的所述回归反射面的面粗糙度设定为160nm以下，
将所述导光体与所述液晶显示面板相对配置，
在所述导光体的内部或表面具有使来自所述光源的光朝向所述液晶显示面板反射的所述反射面，
所述液晶显示面板基于来自所述导光体的光，根据输入影像信号调制光强度，射出所述具有窄角的发散角的影像光束。
19.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置通过所述反射面的形状和面粗糙度来控制所述光束的发散角的一部分或全部，以使所述液晶显示面板的光线发散角在±30度以内。
20.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置通过所述反射面的形状和面粗糙度来控制所述光束的发散角的一部分或全部，以使所述液晶显示面板的光线发散角在±15度以内。
21.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置通过所述反射面的形状和面粗糙度来控制所述光束的发散角的一部分或全部，以使所述液晶显示面板的光线发散角的水平发散角和垂直发散角不同。
22.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置具有对比度性能，该对比度性能是将通过分别设置于所述液晶显示面板的光入射面和光出射面的偏光板的特性而得到的对比度乘以所述偏光转换单元中的偏光转换的效率的倒数而得到的。
23.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，
所述光源装置具有对比度性能，该对比度性能是将通过分别设置于所述液晶显示面板的光入射面和光出射面的偏光板的特性而得到的对比度分别乘以所述偏光转换单元中的偏光转换的效率的倒数和所述偏光分离部件的交叉透过率的倒数而得到的。
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