CN116848456A - 空中显示装置 - Google Patents

Abstract

实施方式的空中显示装置(1)具备面状发光体(3、4)、回复反射片(5)以及半透半反镜(6)。所述面状发光体(3、4)具有发光部(4b)。所述回复反射片(5)配置于所述面状发光体(3、4)的出射面侧，并在与所述发光部(4b)对应的位置具有表现出要空中显示的图形的多个贯通孔(5a)。所述半透半反镜(6)配置于所述回复反射片(5)的出射面侧。

Description

空中显示装置

技术领域

本发明涉及空中显示装置。

背景技术

以往，提出了一种空中显示装置，其使用回复反射片(retroreflective sheet)、半透半反镜来使图像成像于空中(例如，参照专利文献1、2等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018－81138号公报

专利文献2：日本特开2017－107165号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在现有技术中，其主要目的在于容易调整成像出图像的位置，或者能广角度观察显示于空中的图像，而不旨在提高空中显示的质量。

本发明鉴于上述内容而完成，其目的在于提供一种能谋求提高空中显示的质量的空中显示装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题并达成目的，本发明的一个方案的空中显示装置具备面状发光体、回复反射片以及半透半反镜。所述面状发光体具有发光部。所述回复反射片配置于所述面状发光体的出射面侧，并在与所述发光部对应的位置具有表现出要空中显示的图形的多个贯通孔。所述半透半反镜配置于所述回复反射片的出射面侧。

本发明的一个方案的空中显示装置能谋求提高空中显示的质量。

附图说明

图1是表示一个实施方式的空中显示装置的例子的从显示面侧观察时的图。

图2是图1的X－X剖视图。

图3是表示厕所单间内的操作面板的配置例的图。

图4是表示作为比较例的空中显示装置的例子的从显示面侧观察时的图。

图5是图4的X－X剖视图。

图6是从导光板的背面的法线方向观察设于导光板的光学元件的局部时的图。

图7是图6的Y－Y剖视图。

图8是表示通过导光板的发光部的配光控制来使得发光部不可见的状态的例子的图。

图9是表示构成导光板的发光部的光学元件的形状的例子的图。

图10是表示对作为光学元件的一个例子的截面形状为V字形的凹型光学元件(图9)进行规定的值的图。

图11是表示通过设有贯通孔的遮光片来使得发光部不可见的状态的例子的图。

图12是表示通过百叶片来使得发光部不可见的状态的例子的图。

图13是表示通过偏振反射片、相位差膜以及偏振反射片来使得发光部4b不可见的状态的例子的图。

图14是表示图13的结构的第一改良例的空中显示装置的剖视图。

图15是表示图13的结构的第二改良例的空中显示装置的剖视图。

图16是表示图13的结构的第三改良例的空中显示装置的剖视图。

图17是表示图13的结构的第四改良例的空中显示装置的剖视图。

图18是表示图13的结构的第五改良例的空中显示装置的剖视图。

图19是表示空中显示的周边的亮度分布的例子的图。

图20是表示回复反射片的构造例的剖视图。

图21是表示通过具有传感电极的静电传感器来感测对空中显示的触摸的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的空中显示装置进行说明。需要说明的是，本发明不受本实施方式限定。此外，附图中的各元件的尺寸关系、各元件的比例等有时会与实际不同。有时在附图彼此之间也会包括彼此的尺寸关系、比例不同的部分。此外，一个实施方式、变形例中所记载的内容原则上也同样适用于其他实施方式、变形例。

图1是表示一个实施方式的空中显示装置1的例子的从显示面侧观察时的图。图2是图1的X－X剖视图。需要说明的是，图1和图2中的空中显示装置1假定用于设于单间厕所内的墙壁面等的操作面板，其显示面朝向水平方向。

在图1和图2中，空中显示装置1在形成有大致矩形的开口2a的框架2内配置有构成面状发光体的线状光源3和导光板4。线状光源3是沿着导光板4的入光侧面4a的长尺寸方向(X轴方向)呈线状发光的光源。导光板4由聚碳酸酯、丙烯酸等透明材料形成，将从入光侧面4a射入的光引导至末端侧，通过设于背面(非显示面)侧的由光学元件形成的发光部4b来反射光。

需要说明的是，在本实施方式中，设为通过调整发光部4b的光学元件来向显示面侧的不存在眼点EP的方向(图2中的左下侧)射出光，抑制向存在眼点EP的规定方向射出的光。眼点EP是假定用户会目视的位置。

此外，导光板4的发光部4b设为使后述的回复反射片5中的对可能用于表现要空中显示的图形的多个贯通孔5a的位置以留有富余的方式进行覆盖(还对贯通孔5a周围的规定范围进行覆盖)的大致矩形的区域(从显示面侧观察时的形状)发光，或者使对与回复反射片5的一个或多个的贯通孔5a对应的位置以留有富余的方式进行覆盖(还对贯通孔5a周围的规定范围进行覆盖)的区域发光。在前者的情况下，导光板4的发光部4b的端部从与回复反射片5的最外侧的贯通孔5a正对的位置起在导光方向(Y轴方向)上被较长地设定。考虑到配光、构件的位置精度等，该被较长地设定的端部位于比使光轴从回复反射片5的贯通孔5a向反方向延伸而到达导光板4的背侧附近时的位置更靠外侧的位置。在横向(X轴方向)上，导光板4的发光部4b在导光板4的几乎整个宽度上延伸。在后者的情况下，导光板4的发光部4b针对回复反射片5的各贯通孔5a而在导光方向(Y轴方向)和横向(X轴方向)上被较长地设定。在前者的情况下，当变更要空中显示的图形时，只需变更回复反射片5的贯通孔5a即可，因此应对容易。此外，在后者的情况下，能将从导光板4射出的光缩小为显示时所需要的光，因此能提高光效率。

此外，在框架2的非显示面侧，以覆盖开口2a的方式配置有反射片8，该反射片8使从导光板4向背面侧泄漏的光返回至导光板4，由此提高光效率而提高亮度。需要说明的是，框架2的非显示面侧也可以没有开口2a(也可以被底板堵塞)，只要在导光板4的非显示面侧设有反射片8即可。

此外，在导光板4的出射面侧，以使反射面朝向出射面侧(与导光板4相反的一侧)的方式配置有回复反射片5，该回复反射片5在与发光部4b对应的位置具有表现出要空中显示的图形的多个贯通孔5a。需要说明的是，在图示的例子中，设于回复反射片5的贯通孔5a是点状的小圆孔，但也可以是构成例如象形图的任意形状的孔。以下的实施方式中的贯通孔5a也同样如此。回复反射片5是在其表面无间隙地配置有透明的微小玻璃珠等并具有将射入的光以相同的路径射出(入射角与出射角相同)的性质的片。作为回复反射片5，除了可以使用利用了玻璃珠的回复反射片之外，还可以使用利用了立方体的顶点内表面的回复反射片，该立方体的顶点内表面被称为角隅棱镜(corner cube)，由具有将光反射的性质的三个面彼此呈直角组合而成。在该情况下，虽然成本会稍微变高，但具有光使用效率变高、空中显示(空中像)的模糊变少的优点。

此外，在框架2的显示面侧，以覆盖开口2a的方式配置有半透半反镜6，在半透半反镜6，在其外侧重叠有顶罩7。需要说明的是，虽然可以通过对半透半反镜6的外侧(视觉确认侧)实施硬质涂覆处理来省略顶罩7，但由于半透半反镜6为膜状，因此需要支承用的透明树脂板。需要说明的是，硬质涂覆处理是为了防止损伤、防止污染、抗菌等而实施的处理，即使在顶罩7配置于外侧的情况下，也优选对顶罩7实施硬质涂覆处理。半透半反镜6是具有将入射的光中的一半左右反射并使剩下的一半左右透射的性质的光学构件。顶罩7由透明材料形成，用于保护半透半反镜6。需要说明的是，通过降低顶罩7的透射度，不易从外部看见空中显示装置1的内部，能使得只有空中显示容易看见。此外，回复反射片5和半透半反镜6可以配置为彼此稍微倾斜。

在图2中，从构成面状发光体的导光板4的发光部4b射出的光穿过回复反射片5的贯通孔5a而循着路径L1射出。该光中的一半左右被半透半反镜6反射，循着路径L2照在回复反射片5上。照在回复反射片5上的光以与入射角相同的出射角循着路径L3返回至半透半反镜6，该光中的一半左右进行透射。即使路径L1的角度发生改变，根据几何学的关系，从发光部4b的某个点射出的光也会经过空中显示装置1外的相同位置，因此能在半透半反镜6和顶罩7的外侧进行空中像的空中显示I，能从用户的眼点EP进行视觉确认，能供用户进行通过手指F来触摸的动作。

图3是表示厕所单间内的操作面板100的配置例的图。空中显示装置1配置于操作面板100的前表面。在图3中，操作面板100设于坐在马桶座T上的使用者M容易够得着的墙壁W上的位置。操作面板100距离地面的高度例如为1m，该操作面板100的水平位置与使用者M的膝盖的位置相同。对于这样的操作面板100的配置，考虑到日本人的平均坐高，空中显示I的垂直方向的视野范围例如为以水平方向为基准向上方10deg～35deg。空中显示I的水平方向的视野范围例如为±40deg。

图4是表示作为比较例的空中显示装置1’的例子的从显示面侧观察时的图。图5是图4的X－X剖视图。在图4和图5中，空中显示装置1’在形成有大致矩形的开口2a’的框架2’内配置有构成面状发光体的线状光源3’和导光板4’。线状光源3’是沿着导光板4’的入光侧面4a’的长尺寸方向呈线状发光的光源。导光板4’由聚碳酸酯、丙烯酸等透明材料形成，将从入光侧面4a’射入的光引导至末端侧，通过设于背面(非显示面)侧的由光学元件形成的发光部4b’来将光反射向显示面侧。

此外，在框架2’的非显示面侧，以覆盖开口2a’的方式并以使反射面朝向导光板4’侧的方式配置有回复反射片5’。此外，在框架2’的显示面侧，以覆盖开口2a’的方式配置有半透半反镜6’，在半透半反镜6’，在其外侧重叠有顶罩7’。

在图5中，从构成透明显示装置的导光板4’的发光部4b’循着路径L1’射出的光中的一半左右被半透半反镜6’反射，循着路径L2’通过导光板4’而照在回复反射片5’上。照在回复反射片5’上的光以与入射角相同的出射角循着路径L3’返回至半透半反镜6’，该光中的一半左右进行透射。即使路径L1’的位置发生改变，根据几何学的关系，从发光部4b’的某个点射出的光也会经过空中显示装置1’外的相同的位置，因此能在半透半反镜6’和顶罩7’的外侧进行空中像的空中显示I’，能从用户的眼点EP’进行视觉确认。

在此，在图4和图5所示的比较例中，由于以下等原因，会有空中显示的质量下降之虞：

·空中显示的图案边界不清晰；

·发光部可见；

·多重像可见。

上述“空中显示的图案边界不清晰”的原因之一起因于构成导光板4’的发光部4b’的光学元件4c’(构成图1和图2中的实施方式的导光板4的发光部4b的光学元件4c也同样)的加工方法。图6是从导光板4’的背面的法线方向观察设于导光板4’的光学元件4c’的局部时的图，图7是图6的Y－Y剖视图。在图6和图7中，光学元件4c’由作为切削工具的刀具从导光板4’切削而形成，或者在通过利用刀具而形成有与光学元件4c’对应的突条的模具来形成导光板4’的过程中形成光学元件4c’。因此，在光学元件4c’的端部E，宽度变细且深度变浅，向出射面侧反射的光量下降，空中显示的图案边界变得不清晰。

关于这一点，在图1和图2的实施方式中，划定空中显示的图案边界的是回复反射片5的贯通孔5a，构成导光板4的发光部4b的光学元件4c的端部不会影响空中显示的图案边界，因此能使空中显示的图案边界清晰。

此外，作为上述“空中显示的图案边界不清晰“的其他原因，可以列举如下原因：在图4和图5的比较例中，回复反射片5’和半透半反镜6’隔着导光板4’设置，因此光的路径长，通过的界面多。即，在图5中，从发光部4b’射出的光按路径L1’→路径L2’→路径L3’前进，途经导光板4’的表面(显示面侧的面)、半透半反镜6’的背面、导光板4’的表面和背面、回复反射片5’的表面(反射面)、导光板4’的背面和表面、半透半反镜6’的背面和表面、顶罩7’的背面和表面。由于光的路径长，因此容易发生光的漫射，由于界面多，因此容易因界面的细微的凹凸形状、透明树脂内部的杂质等而发生光的漫射和衰减，从而空中显示的图案边界变得不清晰。

关于这一点，在图1和图2的实施方式中，从发光部4b射出的光按路径L1→路径L2→路径L3前进，途经导光板4的表面、半透半反镜6的背面、回复反射片5的表面(反射面)、半透半反镜6的背面和表面、顶罩7的背面和表面，通过的界面变少，或者通过透明树脂的长度变短。其结果为，能使空中显示的图案边界清晰。

接着，上述“发光部可见”的原因由如下的光导致：在图4和图5的比较例中，来自导光板4’的发光部4b’的配光不受控制，从发光部4b’直接向眼点EP’前进。需要说明的是，虽然也可以考虑以使从导光板4’的发光部4b’发出的光不直接前往眼点EP’的方式进行配光控制，但很难使前往眼点EP’的光完全没有，因此即使进行了配光控制，也会有些许不想要的光直接向眼点EP’前进。

关于这一点，在图1和图2的实施方式中，设为通过调整导光板4的发光部4b的光学元件来使光向显示面侧的不存在眼点EP的方向(图2中的左下侧)射出，因此消除了发光部可见的问题。图8是表示通过导光板4的发光部4b的配光控制来使得发光部4b不可见的状态的例子的图。在图8中，通过配光控制，从导光板4的发光部4b循着路径L0射出的光被大幅度抑制，以常路径L1的光为主，因此发光部不再可见。

以下，对导光板4的配光控制进行详细说明。图9是表示构成导光板4的发光部4b的光学元件4c的形状的例子的图。需要说明的是，在此图示出了截面形状为V字形的凹型光学元件，但也可以是截面形状为多边形的凹型光学元件、截面形状为平顶圆弧状(顶端部平坦的圆弧形状)型的光学元件。此外，在图9中，光学元件4c的配置间距例如设为0.1mm，但间距的值不限于该值。

图10是表示对作为光学元件4c的一个例子的截面形状为V字形的凹型光学元件(图9)进行规定的值的图。在图10中，光学元件4c由宽度D、顶角以及光上升侧的底角(角度A)规定。在此，将宽度D设为0.1mm，将顶角设为60deg，将角度A设为变量。在配光控制成上述垂直方向的视野范围10deg～35deg的情况下，根据模拟的结果，宽度D＝0.1mm、顶角＝60deg、角度A＝32deg为适合的值。需要说明的是，水平方向的视野范围±40deg通过由线状光源3进行的向水平方向的配光来实现。需要说明的是，通过配光控制，不仅能防止发光部可见的情况，光不再向无益的方向射出，能提高光效率而提高亮度。

在图8～图10中对由导光板4的一部分光学元件进行的配光控制进行了说明，而用于使导光板4的发光部4b不可见的其他结构使用图11～图13来进行说明。需要说明的是，向规定方向射出的光的抑制大体上由作为面状发光体的导光板4的构成发光部4b的光学元件4c来进行，但在该光学元件4c不足以抑制的情况下，由以下的图11～图13的光学构件来补充。

图11是表示通过设有贯通孔9a的遮光片9来使得发光部4b不可见的状态的例子的图。在图11中，与图2不同的是在回复反射片5与导光板4之间设有遮光片9来作为新的光学构件这一点，其中，该遮光片9以与回复反射片5的贯通孔5a错开的方式设有对应的多个贯通孔9a。在图11中，遮光片9的贯通孔9a向回复反射片5的贯通孔5a的上侧错开设置，因此向上的路径L0的光被抑制，以向下的路径L1的光为主。

图12是表示通过百叶片10来使得发光部4b不可见的状态的例子的图。在图12中，与图2不同的是在回复反射片5与导光板4之间设有百叶片10来作为新的光学构件这一点，其中，百叶片10使规定方向(图中朝向斜下方)的光通过。通过百叶片10，向上的路径L0的光被抑制，以向下的路径L1的光为主。

图13是表示通过偏振反射片11、相位差膜12以及偏振反射片13来使得发光部4b不可见的状态的例子的图。在图13中，与图2不同的是设有偏振反射片11、相位差膜12以及偏振反射片13来作为新的光学构件这一点。偏振反射片11配置于回复反射片5与导光板4之间。需要说明的是，偏振反射片11只需覆盖回复反射片5的贯通孔5a即可，但也可以层叠于该回复反射片5的整个面。相位差膜12配置于回复反射片5的出射面侧，并在与回复反射片5的贯通孔5a相同的位置设有贯通孔12a。例如，在将相位差膜12粘贴于回复反射片5之后，贯通孔5a和贯通孔12a同时形成。相位差膜12的相位差为λ/4，X－Y面内的延迟轴相对于射入的光线的偏振轴(其为偏振反射片13的反射轴或透射轴，由于反射轴和透射轴基本上水平或垂直配置，因此在结果上为X轴或Y轴)向正方向或负方向倾斜45°。代替半透半反镜6(图2)设置了偏振反射片13，其透射轴(通过的偏振光的方向)被配置为与偏振反射片11正交。

在图13中，通过偏振反射片11，从导光板4的发光部4b循着路径L0射出的光成为例如向图的纸面深度方向振动的偏振波，通过回复反射片5的贯通孔5a和相位差膜12的贯通孔12a而到达偏振反射片13。在贯通孔5a、12a中，偏振波的状态不发生变化。在此，偏振反射片13被配置成使例如在图的上下方向上振动的偏振波通过的朝向，因此路径L0的光被抑制。

另一方面，通过偏振反射片11，从导光板4的发光部4b循着路径L1射出的光成为例如向图的纸面深度方向振动的偏振波，通过回复反射片5的贯通孔5a和相位差膜12的贯通孔12a而到达偏振反射片13。在此，偏振反射片13被配置成使例如在图的上下方向上振动的偏振波通过的朝向，因此几乎所有的光被反射而形成路径L2，通过相位差膜12而被回复反射片5回复反射，再次通过相位差膜12而形成路径L3。在此，由于透射过相位差膜12两次，相位会偏移λ/2，因此光变为在上下方向上振动的偏振波，通过偏振反射片13而成为空中显示I的一部分。需要说明的是，即使是戴上了偏光太阳镜的使用者，由于偏光太阳镜的透射轴一般被设定成图的上下方向，因此也能视觉确认空中显示I。在偏光太阳镜的透射轴与空中显示I的透射轴正交的情况下，只要将消偏振片(例如东洋纺株式会社的Cosmoshine SRF)配置于偏振反射片13(后述的图14～图16的偏振反射片13、图17或图18的吸收型偏振片13A也同样)的视觉确认侧，就能视觉确认空中显示I。

接着，上述“多重像可见”的原因由如下的情况导致：在图4和图5的比较例中，看主要循着路径L2’、L3’通过导光板4’时的界面可见。关于这一点，在图1和图2的实施方式中，循着路径L1从回复反射片5的贯通孔5a射出的光不会通过导光板4的界面，因此多重像不再可见。

接着，图14～图18是图13中所说明的通过偏振反射片11、13和相位差膜12来使得从导光板4的发光部4b穿过回复反射片5的贯通孔5a而直接向眼点方向射出的光不可见的结构(偏振结构)的改良例。即，在图13的结构中，路径L3的在图的上下方向上振动的偏振光被偏振反射片13反射后的返回光(向路径L1的反方向前进的光)会穿过贯通孔12a、5a而照在偏振反射片11上。虽然向图的深度方向振动的偏振光基本上会被偏振反射片13反射，但在图的上下方向上振动的偏振光也会部分被偏振反射片13反射。偏振反射片的偏振度比吸收型偏振片的偏振度低，因此透射轴方向以外的偏振光会透射和反射。也就是说，若只有偏振反射片，则偏振度低，透射轴相对于水平、垂直发生偏移，因此导致开口可见。此外，偏振反射片13的透射轴相对于水平/垂直方向稍微偏移。而且，相位差膜12的延迟量并非相对于可见范围的所有波长均为λ/4，因此路径L3的光的偏振并不完全为在图的上下方向上振动的偏振光。根据上述，路径L3的光不仅会被偏振反射片13向图的深度方向反射，在上下方向上振动的偏振光也会被偏振反射片13反射。偏振反射片11会使图的深度方向上的偏振波通过并将在图的上下方向上振动的偏振波反射，因此在图的上下方向上振动的偏振波即上述返回光会反射而直接通过偏振反射片13，向外部射出。此外，透射过偏振反射片11的光会被面状发光体(除了包括导光板4、反射片8之外，有时还包括棱镜片)反射，透射过偏振反射片11的光中的一部分会在偏振反射片13中透射。因此，贯通孔12a、5a的开口部会看起来像在发光，使空中显示I的视觉确认性下降。其对策为图14的结构。

图14是表示图13的结构的第一改良例的空中显示装置1的剖视图。在图14中，与图13的结构不同的是偏振反射片(反射型偏振片)11改成了吸收型偏振片11A这一点，通过吸收型偏振片11A的偏振波的方向与通过偏振反射片11的偏振波的方向相同。反射型偏振片具有将不透射的偏振光反射的性质，而吸收型偏振片具有将不透射的偏振光吸收的性质。需要说明的是，吸收型偏振片11A的透射轴几乎不相对于片的水平方向或垂直方向偏移。

在图14中，通过吸收型偏振片11A，从导光板4的发光部4b循着路径L1射出的光中，例如在图的纸面上下方向上振动的偏振波成分被吸收，该光成为向图的纸面深度方向振动的偏振波，通过回复反射片5的贯通孔5a和相位差膜12的贯通孔12a而到达偏振反射片13。在此，偏振反射片13被配置成使例如在图的上下方向上振动的偏振波通过的朝向，因此几乎所有的光被反射而形成路径L2，通过相位差膜12而被回复反射片5回复反射，再次通过相位差膜12而形成路径L3。在此，由于透射过相位差膜12两次，相位会偏移λ/2，因此光变为在图的上下方向上振动的偏振波，通过偏振反射片13而成为空中显示I的一部分。

此外，路径L3的光并非全部都通过偏振反射片13，该光的一部分会被偏振反射片13反射，作为返回光循着路径L4通过回复反射片5的贯通孔5a和相位差膜12的贯通孔12a而到达吸收型偏振片11A。该返回光的偏振波在图的上下方向上振动。在此，吸收型偏振片11A使图的深度方向上的偏振波通过并将图的上下方向上的偏振波吸收，因此路径L4的返回光几乎都被吸收。因此，返回光不再被吸收型偏振片11A反射，贯通孔12a、5a的开口部不会看起来像在发光，不再使空中显示I的视觉确认性下降。

在图14的结构中，从导光板4的发光部4b循着路径L1射出的光照在吸收型偏振片11A上，向图的深度方向振动的偏振波会通过，而在图的上下方向上振动的偏振波会被吸收，因此光损耗大，最终空中显示I的亮度会下降。其对策为图15的结构。

图15是表示图13的结构的第二改良例的空中显示装置1的剖视图。在图15中，与图14的结构不同的是在吸收型偏振片11A与导光板4之间设有反射型偏振片11R这一点。反射型偏振片11R的透射轴与吸收型偏振片11A的透射轴一致或几乎一致。需要说明的是，底部(导光板4侧)的吸收型偏振片11A与反射型偏振片11R的透射轴的偏移几乎不影响亮度、开口可见性。后述的图17或图18中的顶部(出射侧)的吸收型偏振片13A与偏振反射片13的透射轴的偏移对亮度、开口可见性的影响大。此外，在图15中，虽然吸收型偏振片11A和反射型偏振片11R可以仅进行层叠，但通过使两者贴合密接，界面反射会减少，有助于提高亮度。

在图15中，从导光板4的发光部4b循着路径L1射出的光在照在吸收型偏振片11A上之前先照在反射型偏振片11R上，向图的深度方向振动的偏振波会通过，在图的上下方向上振动的偏振波会被反射。被反射型偏振片11R反射后的光返回至导光板4而被再次利用。吸收型偏振片11A之后的动作与图14相同。因此，不再有由吸收型偏振片11A引起的光损耗，能谋求提高空中显示I的亮度。

在图15的结构中，在被反射型偏振片11R反射而返回至导光板4的光(在图的上下方向上振动的偏振波)由于在导光板4的内部被复杂地反射或者由于面状发光体的光学部件(导光板4、棱镜片等)的相位差而被转换为向图的深度方向振动的偏振波的情况下，该光会通过反射型偏振片11R，从而能有助于提高空中显示I的亮度。然而，在导光板4的内部偏振波的方向不发生改变的情况下，无法期待帮助提高亮度。其对策为图16的结构。

图16是表示图13的结构的第三改良例的空中显示装置1的剖视图。在图16中，与图15的结构不同的是在反射型偏振片11R与导光板4之间配置有相位差膜15这一点。相位差膜15的相位差为λ/4，X－Y面内的延迟轴相对于射入的光线的偏振轴(其为偏振反射片13的反射轴或透射轴，由于反射轴和透射轴基本上水平或垂直配置，因此在结果上为X轴或Y轴)向正方向或负方向倾斜45°。需要说明的是，虽然吸收型偏振片11A、反射型偏振片11R以及相位差膜15可以仅进行层叠，但通过使它们贴合密接，界面反射会减少，有助于提高亮度。

在图16中，从导光板4的发光部4b循着路径L1射出的光通过相位差膜15。然而，被后段的反射型偏振片11R反射而返回至导光板4的光(在图的上下方向上振动的偏振波)会通过相位差膜15，经由导光板4而再次通过相位差膜15从而两次通过相位差膜15，因此该光会被转换为向图的深度方向振动的偏振波。因此，该光能通过后段的反射型偏振片11R，能有助于提高空中显示I的亮度。之后的动作相同。需要说明的是，由于来自导光板4的出射光在偏振中会稍有偏差，因此会稍微受到由相位差膜15带来的相位差的影响。并且，反射型偏振片11R为直线偏振类型，因此当透射轴成分的偏振光多时，透射光会增加。此外，相位差膜15也可以配置于图13中的偏振反射片11的导光板4侧。

在图13～图16的结构中，通过出射侧的偏振反射片13，在图的上下方向上振动的偏振波会通过，在图的深度方向上振动的偏振波会被反射向内部而被阻挡，但多数情况下，膜类型的偏振反射片13的透射轴相对于片的水平/垂直的轴稍微偏移，从而在图的深度方向上振动的偏振波不会被完全阻挡，导致贯通孔12a、5a的开口部看起来像在发光。例如，图13中的路径L0的光的一部分从外部可见。其对策为图17的结构。

图17是表示图13的结构的第四改良例的空中显示装置1的剖视图。在图17中，与图16的结构不同的是在偏振反射片13与顶罩7之间配置有吸收型偏振片13A这一点。吸收型偏振片13A的透射轴与偏振反射片13的透射轴几乎相同。需要说明的是，当吸收型偏振片13A和偏振反射片13的透射轴完全一致时，效果会下降。各个透射轴一致且与吸收型偏振片11A正交的状态能得到最佳效果。因此，在透射轴与吸收型偏振片11A不成90度的情况下，效果会下降。偏振反射片的偏振度比吸收型偏振片的偏振度低，因此透射轴方向以外的偏振光会透射和反射，也会导致开口可见。因此，当各个透射轴一致且与吸收型偏振片11A正交时，光会以损耗最少的状态透射和反射，因此亮度会变高，能减少开口可见性。由于偏振反射片13的透射轴相对于垂直稍微偏移，因此当吸收型偏振片13A的透射轴与偏移方向一致时，会导致开口可见。正确的是，吸收型偏振片11A的透射轴与吸收型偏振片13A的透射轴正交。此外，虽然在图17中示出了基于图16而改良得到的例子，但也可以基于图13～图15实施同样的改良。

在图17中，向图的深度方向振动的偏振波的路径L0的光几乎都被偏振反射片13阻挡，但在偏振反射片13的透射轴在X－Y面内偏移了的情况下，与偏移相应的量的光会以不被阻挡的方式通过。然而，通过后段的吸收型偏振片13A，向图的深度方向振动的偏振波几乎都被吸收，因此几乎不再有从路径L0向外部射出的光，能防止贯通孔12a、5a的开口部看起来像在发光，能防止空中显示I的视觉确认性下降。

在图13～图17的结构中，在回复反射片5的出射侧设有相位差膜12，例如，图17的路径L2的光通过相位差膜12而被回复反射片5回复反射，成为路径L3的光，但相位差膜12的表面也会发生正反射，导致产生不想要的空中像。其对策为图18的结构。

图18是表示图13的结构的第五改良例的空中显示装置1的剖视图。在图18中，与图17的结构不同的是在相位差膜12的出射侧设有低反射片16这一点。需要说明的是，在低反射片16，在与相位差膜12的贯通孔12a和回复反射片5的贯通孔5a相同的位置设有贯通孔16a。例如，在将相位差膜12和低反射片16粘贴于回复反射片5之后，贯通孔5a、12a、16a同时形成。需要说明的是，虽然在图18中示出了基于图17而改良得到的例子，但也可以基于图13～图16实施同样的改良。

在图18中，从偏振反射片13循着路径L2向低反射片16侧反射来的光被低反射片16抑制了正反射，从而仅成为贯通低反射片16的内部的光，能防止基于正反射而产生不想要的空中像(产生于空中显示I与偏振反射片13之间的距离的两倍的位置的空中像)，能防止空中显示I的视觉确认性下降。此外，通过将用于不想要的空中像的光用于空中显示I，还有助于提高空中显示I的亮度。

以下的表1是由片或膜的组合实现的空中显示I等的亮度和对比度的计算结果。

[表1]

在表1中，左端的列示出了对应结构的图号。变形例#1～#3未示于图中。需要说明的是，表1未包罗所有组合，也可以有其他结构。在表1中，“底部”是配置于导光板4与回复反射片5之间的片或膜，“中间”是回复反射片5周边的片或膜，“顶部”是顶罩7周边的片或膜。此外，“LV”是百叶片，“λ/4”是相位差片，“rPol”是反射型偏振片，“aPol”是吸收型偏振片，“黑”是吸收片，“RR”是回复反射片，“AR”是低反射片，“HM”是半透半反镜，“A”是主要的空中像的亮度，“B”是由贯通孔5a等产生的开口部的亮度，“C”是不想要的空中像的亮度，“CT1”(对比度)是A/B，“CT2”是A/C。此外，“中间”中的吸收片“黑”是后述的设于回复反射片5的背面的反射层(5d)。

图19是表示空中显示的周边的亮度分布的例子的图，是从相对于空中显示装置1的显示侧的面的法线方向向图1中的Y轴负方向倾斜23度的方向，以使空中显示I的中心位于亮度计的中心的方式测定出的亮度分布。由于倾斜了23度，因此由回复反射片5的贯通孔5a等产生的开口部的像NI1、空中显示I、不想要的像NI2不重叠，能进行各个像的亮度评价。需要说明的是，不想要的像NI2是产生于空中显示I与偏振反射片13之间的距离的两倍的位置的空中像。在图19中，中央是与空中显示I对应的主要的空中像，上侧的像NI1是与回复反射片5的贯通孔5a等的开口部对应的像，下侧的像NI2是因回复反射片5等的表面反射、多重反射而产生的不想要的空中像。

从表1可知，主要的空中像的亮度“A”最高的是图18的结构，对比度CT1最高的是变形例#2的结构，对比度CT2最高的是图18的结构。

接着，展示图1、图2、图11～图18(后述的图21也同样)的结构中的回复反射片5的问题的解决对策。即，回复反射片5具有些许透光性，因此存在因从未设置贯通孔5a的部分泄漏的光而导致空中显示I的对比度下降的问题。需要说明的是，在图11的结构中，在回复反射片5的光源侧设有遮光片9，因此虽然从未设置贯通孔5a的部分泄漏的光带来的影响小，但不能说毫无影响，因此对策有效。这样的漏光的问题在采用设有通过金属蒸镀等而形成的反射层的角隅棱镜型回复反射片5的情况下，能通过增厚反射层来减少漏光，但会导致大幅度的成本上升，因此不现实。

图20是表示回复反射片5的构造例的剖视图。在图20中，回复反射片5在透明板的背侧形成有构成角隅棱镜的顶角为90°的棱镜5c，在该棱镜5c的外侧，由通过金属蒸镀等而形成的反射层5d形成了反射面。从右侧的俯视视角可知，形成有反射层5d的面是纵横配置有三棱锥状的棱镜的面。此外，在反射层5d的背面，经由粘接剂5e粘贴有例如黑色的遮光片5f。需要说明的是，若将粘接剂5e设为黑色等低透射的粘接剂，则遮光片5f也可以不设为黑色等。此外，为了改善对比度，也可以配置具有与遮光片同等的散射特性的漫射片来作为遮光片5f。通过将这样构造的回复反射片5用于图1、图2、图11～图18(后述的图21也同样)的结构，能减少从回复反射片5的未设置贯通孔5a的部分泄漏的光，能防止空中显示I的对比度下降。

此外，确认了图20中的回复反射片5的背面的遮光片5f不仅遮光性高，而且会因导光板4侧的表面的散射状态而使得空中显示I的对比度受到影响。表2中，针对由“制造商”和“商品名”确定的遮光片(黑膜)5f，示出了“空中像评价”和“黑膜评价”。“制造商”、“商品名”的正下方的“PMMA”是指丙烯酸树脂，与未设置遮光片的状态对应。“空中像评价”包括主要的空中像的亮度“AI”、开口部的亮度“开口”、对比度“CT”以及“漏光”。“AI”与上述表1的“A”对应，“开口”与表1的“B”对应，“CT”与表1的“CT1”对应。“黑膜评价”包括“全光线透射”、“全反射”、“正反射”、“光泽度”。表3中，由“制造商”和“商品名”确定的遮光片(黑膜)5f包括“总厚度”、“基体材料”、“表面”、“涂布处理”。“表面”的“AG”是指防眩处理。

[表2]

[表3]

从表2和表3可知，相对于未设置遮光片的状态的“PMMA”的情况下的“漏光”，无论是哪种遮光片，“漏光”都大幅度减少。关于对比度“CT”，“X2B#50”、“X2B#75”、“X4LGB#25”优异。即，实施了防眩后“正反射”越小则越能观察到对比度“CT”的改善。这可以认为是因为当被遮光片散射反射后的光的散射弱且正反射强时，光会从开口射出，会增加开口的亮度。例如，在图2中，从导光板4射出的光存在被回复反射片5的导光板4侧的遮光片反射并被导光板4的表面反射而穿过贯通孔5a的开口向眼点EP侧射出的成分，但当遮光片的正反射小时，该噪声成分变小，开口的亮度变小。

接着，对用于使空中显示作为非接触式电开关的按钮进行工作的结构进行说明。图21是表示通过具有传感电极14A、14B的静电传感器来感测对空中显示I的触摸的例子的图。在图21中，与图2不同的是在回复反射片5的出射面侧的贯通孔5a的外侧的部分设有一对传感电极14A、14B这一点。通过对传感电极14A、14B之间施加电压，产生如虚线所示的电力线，在用户用手指触摸空中显示I的过程中，通过位于接地电平的手指F来使电力线发生变化，根据该变化，能检测对空中显示I的触摸。用户的手指F只是触摸空中显示I而并非触摸实际的按钮等，因此能在卫生方面优选。需要说明的是，也可以由IR(红外线)传感器等来检测手指F对空中显示I的接触，控制对应的功能的开启/关闭等。

需要说明的是，作为回复反射片5，例如采用了棱镜型，但在该情况下，由于对回复反射片5的棱镜面进行了Al蒸镀，因此除了贯通孔5a之外，光几乎不透射。此外，金属会将电力线切断，因此静电传感器必须配置于回复反射片5的出射面侧。空中像的成像距离取决于半透半反镜6与回复反射片5之间的距离，因此当欲使空中像成像于远离顶罩7的位置时，半透半反镜6与回复反射片5之间的距离会变长。因此，能通过将传感电极14A、14B、控制基板配置于空隙来充分运用无用空间。传感电极14A、14B、控制基板以不会妨碍光路的方式配置。此外，优选控制基板采用黑色或者被进行黑色印刷以使杂光不会漫反射。通过采用黑色，不易从视觉确认侧看见传感电极14A、14B、控制基板。此外，图21基于图2的结构，但也可以基于图11～图18的结构。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，只要不脱离其主旨，可以进行各种变更。

如上所述，实施方式的空中显示装置具备：面状发光体，具有发光部；回复反射片，配置于面状发光体的出射面侧，并在与发光部对应的位置具有表现出要空中显示的图形的多个贯通孔；以及半透半反镜，配置于回复反射片的出射面侧。由此，能谋求提高空中显示的质量。

此外，面状发光体向规定方向控制配光。由此，能通过单个面状发光体来进行配光控制，能消除发光部可见的问题。

此外，面状发光体具有线状光源和导光板，发光部由光学元件构成。由此，能容易地实现面状发光体。

此外，具备抑制从回复反射片的贯通孔向眼点所在的方向射出的光的光学构件。由此，能更有效地消除发光部可见的问题。

此外，光学构件是遮光片，该遮光片配置于回复反射片与面状发光体之间，并以与回复反射片的贯通孔错开的方式设有对应的多个贯通孔。由此，能对由面状发光体实现的配光控制进行补充，能更有效地消除发光部可见的问题。

此外，光学构件是百叶片，该百叶片配置于回复反射片与面状发光体之间，使规定方向的光通过。由此，能对由面状发光体实现的配光控制进行补充，能更有效地消除发光部可见的问题。

此外，光学构件由以下构件构成：第一反射型偏振片，配置于回复反射片与面状发光体之间；第一相位差膜，配置于回复反射片的出射面侧，并在与回复反射片的贯通孔相同的位置设有贯通孔；以及第二反射型偏振片，取代半透半反镜而设置。由此，能对由面状发光体实现的配光控制进行补充，能更有效地消除发光部可见的问题。

此外，具备取代第一反射型偏振片而设置的吸收型偏振片。由此，能防止因穿过回复反射片的贯通孔并被第一偏振反射片反射的光而使得贯通孔的开口部看起来像在发光，能防止空中显示的视觉确认性下降。

此外，具备配置于吸收型偏振片与面状发光体之间的反射型偏振片。由此，能减少由吸收型偏振片引起的光损耗，空中显示的亮度会提高。

此外，具备配置于面状发光体与邻接于该面状发光体的出射面侧的反射型偏振片之间的第二相位差膜。由此，能促进通过反射型偏振片而返回至面状发光体侧的光的再次利用，空中显示的亮度会提高。

此外，具备设于第二反射型偏振片的出射面侧的另外的吸收型偏振片。由此，防止由第二偏振反射片的透射轴的偏移引起的不想要的偏振光成分的透射，空中显示的视觉确认性会提高。

此外，具备设于第一相位差膜的出射面侧的低反射片。由此，能抑制因第一相位差膜的表面处的反射而产生的不想要的空中像，空中显示的视觉确认性会提高，空中显示的亮度也会提高。

此外，具备设于回复反射片的面状发光体侧的遮光片。由此，能减少未设置贯通孔的部分的漏光，对比度会提高。

此外，遮光片的面状发光体侧的表面被实施了使正反射下降的防眩处理。由此，能减少因回复反射片的面状发光体侧的面处的反射而使得贯通孔的开口部看起来像在发光的情况，对比度会提高。

此外，面状发光体的发光部使对可能用于表现要空中显示的图形的贯通孔的位置进行覆盖的大致矩形的区域发光，或者使覆盖与回复反射片的贯通孔对应的位置的区域发光。由此，能为发光部的结构带来选择项。

此外，具备配置于面状发光体的与出射面相反的一侧的反射片。由此，能减少泄漏的光，提高光效率，提高亮度。

此外，在回复反射片的出射面侧的贯通孔的外侧的部分设有构成静电传感器的一对传感电极。由此，能构成适合于空中显示的非接触式开关。

此外，本发明不受上述实施方式限定。将上述各组成元件适当组合而构成的方案也包括在本发明中。此外，本领域技术人员能容易地推导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方案不限于上述实施方式，可以进行各种变更。

附图标记说明

1：空中显示装置；2：框架；2a：开口；3：线状光源；4：导光板；4a：入光侧面；4b：发光部；5：回复反射片；5a：贯通孔；6：半透半反镜；7：顶罩；8：反射片；9：遮光片；9a：贯通孔；10：百叶片；11：偏振反射片；11A：吸收型偏振片；11R：反射型偏振片；12：相位差膜；13：偏振反射片；13A：吸收型偏振片；14A、14B：传感电极；EP：眼点；I：空中显示；F：手指。

Claims (17)

1.一种空中显示装置，具备：

面状发光体，具有发光部；

回复反射片，配置于所述面状发光体的出射面侧，并在与所述发光部对应的位置具有表现出要空中显示的图形的多个贯通孔；以及

半透半反镜，配置于所述回复反射片的出射面侧。

2.根据权利要求1所述的空中显示装置，其中，

所述面状发光体向规定方向控制配光。

3.根据权利要求1或2所述的空中显示装置，其中，

所述面状发光体具有线状光源和导光板，

所述发光部由光学元件构成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的空中显示装置，其中，

具备抑制从所述回复反射片的贯通孔向眼点所在的方向射出的光的光学构件。

5.根据权利要求4所述的空中显示装置，其中，

所述光学构件是遮光片，所述遮光片配置于所述回复反射片与所述面状发光体之间，并以与所述回复反射片的贯通孔错开的方式设有对应的多个贯通孔。

6.根据权利要求4所述的空中显示装置，其中，

所述光学构件是百叶片，所述百叶片配置于所述回复反射片与所述面状发光体之间，使规定方向的光通过。

7.根据权利要求4所述的空中显示装置，其中，

所述光学构件由以下构件构成：

第一反射型偏振片，配置于所述回复反射片与所述面状发光体之间；

第一相位差膜，配置于所述回复反射片的出射面侧，并在与所述回复反射片的贯通孔相同的位置设有贯通孔；以及

第二反射型偏振片，取代所述半透半反镜而设置。

8.根据权利要求7所述的空中显示装置，其中，

具备取代所述第一反射型偏振片而设置的吸收型偏振片。

9.根据权利要求8所述的空中显示装置，其中，

具备配置于所述吸收型偏振片与所述面状发光体之间的第三反射型偏振片。

10.根据权利要求7或9所述的空中显示装置，其中，

具备配置于所述面状发光体与邻接于该面状发光体的出射面侧的所述反射型偏振片之间的第二相位差膜。

11.根据权利要求7～10中任一项所述的空中显示装置，其中，

具备设于所述第二反射型偏振片的出射面侧的另外的吸收型偏振片。

12.根据权利要求7～11中任一项所述的空中显示装置，其中，

具备设于所述第一相位差膜的出射面侧的低反射片。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的空中显示装置，其中，

具备设于所述回复反射片的所述面状发光体侧的遮光片。

14.根据权利要求13所述的空中显示装置，其中，

所述遮光片的所述面状发光体侧的表面被实施了使正反射下降的防眩处理。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的空中显示装置，其中，

所述面状发光体的发光部使对可能用于表现所述要空中显示的图形的贯通孔的位置进行覆盖的大致矩形的区域发光，或者使覆盖与所述回复反射片的贯通孔对应的位置的区域发光。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的空中显示装置，其中，

具备配置于所述面状发光体的与出射面相反的一侧的反射片。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的空中显示装置，其中，

在所述回复反射片的出射面侧的贯通孔的外侧的部分设有构成静电传感器的一对传感电极。