CN117377901A - 空间悬浮影像显示装置和光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供小型且悬浮量大的空间悬浮影像显示装置。根据本发明，有助于可持续发展目标的“3良好健康与福祉”、“9产业、创新和基础设施”和“11可持续城市和社区”。空间悬浮影像显示装置包括：作为影像源的液晶显示面板(11)；对影像源供给特定偏振方向的光的光源装置(13)；设置了相位差板(21)的回归反射光学部件(2(2A、2B))；偏振分离部件(101、102)；和配置在开口部(透明部件(100))附近的光学元件(2150)，其中，利用偏振分离部件使来自影像源的一种偏振的影像光透射或反射，利用回归反射光学部件(2)进行偏振变换，基于该影像光，使其通过光学元件(2150)，显示作为放大像的空间悬浮影像(220)。

Description

空间悬浮影像显示装置和光源装置

技术领域

本发明涉及在明亮的使用环境下也能够显示可视性高的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置的技术，涉及使用了能够使多个观看者同时将空间悬浮影像的图像观察为实像的光学系统的空间悬浮影像显示装置的技术。

背景技术

作为在空中显示图像的空间悬浮图像显示装置的小型化和增大空间影像的突出距离的技术，人们提出了日本专利第6632747号(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6632747号

发明内容

发明要解决的技术问题

在这种影像显示装置中，要求增大空间悬浮影像从空间悬浮像影像显示装置突出的量(换言之是悬浮量)来扩大空中像的观看范围。另一方面，为了使空间悬浮影像大型化，需要使图像显示部(显示装置)的显示图像大型化。该情况下，现有技术会导致空间悬浮影像显示装置(整套装置)大型化。

本发明的目的在于提供一种能够更好地显示空间悬浮影像的空间悬浮影像显示技术。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，例如采用要求保护的技术方案所述的结构。本申请包括解决上述问题的多个手段，举其一例如下。一种用于形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，包括：供形成空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；作为影像源的液晶显示面板；对影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；偏振分离部件，其设置在将空间悬浮影像的成像位置与回归反射光学部件连接的空间内；和光学元件，其在开口部附近被配置在影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，其中，利用偏振分离部件使来自影像源的一种偏振的影像光透射或反射，基于从偏振分离部件透射或反射的影像光，使其通过光学元件，在开口部的外侧显示实像的空间悬浮影像。

发明效果

根据本发明，可提供一种能够更好地显示空间悬浮影像的空间悬浮影像显示技术。上述以外的技术问题、技术特征和技术效果将通过以下实施方式的说明而变得明确。

附图说明

图1是表示用于说明本发明的一个实施例的空间悬浮影像显示装置的原理的主要部分结构和回归反射光学部结构之一例的图。

图2是作为空间悬浮影像显示装置的问题而表示回归反射光学部件的说明图。

图3是表示回归反射光学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4是表示一个实施例的空间悬浮影像显示装置的鬼像减轻技术的原理的图。

图5是表示空间悬浮影像显示装置的进深减小技术的第一实施例的原理的图。

图6是表示空间悬浮影像显示装置的进深减小技术的第二实施例的原理的图。

图7是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第三实施例的原理的图。

图8是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第四实施例的原理的图。

图9是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第五实施例的原理的图。

图10是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第六实施例的原理的图。

图11是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第七实施例的原理的图。

图12是表示空间悬浮影像显示装置的光学元件的原理的图。

图13是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第一实施例的原理的图。

图14是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第二实施例的原理的图。

图15是表示空间悬浮影像显示装置的装置容积减小技术的第三实施例的原理的图。

图16是表示空间悬浮影像显示装置的光学部件的第一结构的顶面图。

图17是表示通过空间悬浮影像显示装置得到的第一空间悬浮影像的像面形状的图。

图18是空间悬浮影像显示装置的光学部件的第二结构的顶面图。

图19是表示通过空间悬浮影像显示装置得到的空间悬浮影像的第二像面形状的图。

图20是空间悬浮影像显示装置将空间悬浮影像放大的原理的说明图。

图21是表示从影像显示装置输出的光的角度特性的特性图。

图22是表示光源装置的具体结构之一例的图。

图23是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图24是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图25是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图26是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图27是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图28是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图29是显示装置的扩散特性的说明图。

图30是显示装置的扩散特性的说明图。

图31是表示光源装置的具体结构之一例的截面图。

图32是表示光源装置的具体结构之一例的图。

图33是表示一个实施例的空间悬浮影像显示装置的使用方式之一例的图。

图34是表示将空间悬浮影像显示装置设置在机动车中的情况下的主要部分结构的第二实施例的图。

图35是表示由偏振成分的不同决定的与光线入射角度对应的玻璃的反射特性的特性图。

图36是表示太阳光的分光辐射照度的特性图。

图37是表示高亮度白色LED的分光辐射亮度的相对值的特性图。

图38是表示高亮度白色LED的辐射特性的特性图。

图39是表示选择光源的蓝色光的滤波片特性的特性图。

具体实施方式

＜现有的空间悬浮影像显示装置＞

在现有的空间悬浮影像显示装置中，作为高分辨率的彩色影像显示源使用具有影像光扩散的特性的有机EL面板或液晶显示面板，将其与回归反射光学部件组合而构成空间悬浮影像显示装置。该空间悬浮影像显示装置能够得到与彩色影像显示源相同尺寸的平面空间悬浮影像。

其中，被回归反射光学部件反射的影像光与影像显示源同样地具有广角的扩散特性。在回归反射光学部件的表面，排列配置了如图1的(B)所示的六面体的反射部件。如图2所示，因为回归反射光学部件2的反射面是六面体，所以除了由正常的影像光(影像光的主光线)6001产生的反射光6002之外，还由于倾斜入射到回归反射光学部件2(反射部件2a、2b、2c等)的影像光(影像光的倾斜光线)6003产生的反射光6004而导致产生鬼像，损害了空间悬浮影像的画质。

作为现有技术例表示的回归反射光学部件2的反射部件是六面体，所以除了正常的空间悬浮影像之外还产生第一鬼像至第六鬼像(未图示)这样的多个鬼像。因此存在这样的问题：观看者(用户)以外的人也能够看到与空间悬浮影像相同的鬼像，空间悬浮影像的视觉上的分辨率大幅降低等。另外，此处表示了由图1的(B)所示的六面体的反射实现回归反射的结构的例子。但不限于此，在通过引起回归反射的至少2次以上反射来获得回归反射像的光学部件中，会因为同样的理由而存在产生鬼像的问题。以上对反射面是凸起形状的六面体的情况进行了说明，但即使采用由相对于周围呈凹面形状的反射面形成的六面体，也可以得到同样的效果。

另外，还存在一种利用回归反射光学部件使来自如后所述的具有窄角指向特性的显示装置的影像光反射，由此得到空间悬浮影像的结构。根据发明人的实验，由此得到的空间悬浮影像除了上述鬼像之外，还如图3所示地，对于液晶显示面板的每个像素能够观察到模糊。

＜空间悬浮影像显示装置的概要＞

使用图1来更加具体地说明本实施例的空间悬浮影像显示装置的结构。如图1的(A)所示，在玻璃等透明部件100的倾斜方向(光轴5001的方向)上，具有使特定偏振的影像光窄角地发散的显示装置1。该倾斜方向如图所示，是以相对于透明部件100的平面的方向和与其垂直的方向倾斜的方式具有角度的规定方向。显示装置1具有作为影像源的出射影像光的显示面板11，和生成具有窄角扩散特性的特定偏振的光的光源装置13(换言之是背光源)。对于本实施方式中的显示面板，使用液晶显示面板进行说明。

来自显示装置1的特定偏振的影像光，被透明部件100上设置的具有使特定偏振的影像光选择性地反射的膜的偏振分离部件101反射，反射光在光轴5002的方向上入射到回归反射光学部件2。附图中，偏振分离部件101形成为片状，被粘贴在透明部件100的面(如图所示下侧的面)上。在回归反射光学部件2的影像光入射面上设置了λ/4波片21。影像光在回归反射光学部件2上入射时和出射时共计2次经过λ/4波片，由此被从特定(一种)偏振(一方的偏振)变换为另一种偏振(另一方的偏振)。

此处，使特定偏振的影像光选择性地反射的偏振分离部件101具有使偏振变换后的另一种偏振的偏振光透过的性质。由此，在光轴5002的方向上，偏振变换后的特定偏振的影像光透过偏振分离部件101。透过偏振分离部件101后的影像光在与光轴5002对应的光轴5003的方向上，在透明部件100的外侧(图中上侧)的规定位置形成实像的空间悬浮影像220。

另外，形成空间悬浮影像220的光是从回归反射光学部件2会聚于空间悬浮影像220的光学像的光线的集合，这些光线在经过空间悬浮影像220的光学像之后也直线前进。从而，空间悬浮影像220与一般的用投影仪等形成在屏幕上的扩散影像光不同，是具有高指向性的影像。由此，在图示的结构中，在用户(对应的眼点eye point)从箭头A的方向观看的情况下，空间悬浮影像220能够作为适当的明亮的影像被观看到，但其他人物从与箭头A不同的例如箭头B的方向观看的情况下，空间悬浮影像220完全不能作为影像被观看到。

该高指向性的特性非常适于在下述系统等中采用，这样的系统例如是仅对驾驶员(具有与方向A对应的眼点的位置的用户)显示必要的影像信息的系统，以及显示保密性高——想要对与该驾驶员对向的车外其他人物(例如具有与方向B对应的眼点的人)和位于车内的其他位置的人物保密——的影像的系统。

＜本发明的空间悬浮影像显示装置性能的改善＞

在现有技术的空间悬浮影像显示装置中，取决于回归反射光学部件2的性能，存在反射后的影像光的偏振轴不统一的情况。该情况下，偏振轴不统一的一部分影像光在上述偏振分离部件101上反射而返回显示装置1。该光在构成显示装置1的液晶显示面板11的影像显示面上再次反射，产生如上所述的鬼像，存在使空间悬浮影像220的画质降低的可能性。于是，本实施例在显示装置1的影像显示面上设置了吸收型偏振片12。使从显示装置1出射的影像光透过吸收型偏振片12，用吸收型偏振片12吸收从偏振分离部件101返回的反射光。由此，能够抑制上述再次反射等，能够防止空间悬浮影像220的鬼像引起的画质降低。

上述偏振分离部件101例如能够应用反射型偏振片或使特定偏振反射的由金属多层膜等形成的部件。

接着，作为代表性的回归反射光学部件2，在图1的(B)中表示了本次讨论中使用的日本Carbide工业株式会社制造的回归反射部件的表面形状。该回归反射光学部件具有在面内规则地排列的六棱柱(回归部)。入射到规则地排列的六棱柱的内部的光线，在六棱柱的壁面和底面反射而成为回归反射光，在与入射光对应的方向上出射，形成图1的(A)所示的空间悬浮影像220的正常像R1(在规定位置形成的像)。回归反射光学部件2即使采用其他结构也可以得到同样的效果，这样的结构中，如图1的(B)所示，以成为使六棱柱与空气接触的面的方式在底面上设置反射面，在反射面的上部形成六角面，使六面体和六棱柱成为中空并在其余部分填充树脂。

另一方面，如图2所示，由来自显示装置1的影像光中的、倾斜入射到回归反射光学部件2的影像光，在正常像R1之外形成鬼像。本发明的空间悬浮影像显示装置基于显示装置1上显示的影像，显示实像的空间悬浮影像。该空间悬浮影像的分辨率除了液晶显示面板11的分辨率之外还较大地依赖于构成图1的(B)所示的回归反射光学部件2的六棱柱(回归部)的外径D和节距(pitch)P。例如，在使用7英寸的WUXGA(1920×1200像素)液晶显示面板的情况下，1个像素(1个三元组)为约80μm，但如果六棱柱的直径D为240μm且节距P为300μm，则空间悬浮影像的1个像素相当于300μm。因此，空间悬浮影像的有效分辨率降低至1/3左右。

于是，为了使空间悬浮影像的分辨率与显示装置1的分辨率程度相同，优选使回归反射光学部件2的六棱柱的直径D和节距P接近液晶显示面板11的1个像素。另一方面，为了抑制因回归反射光学部件2的六棱柱和液晶显示面板11的像素而产生摩尔纹，可以将它们的节距比设计为偏离1个像素的整数倍的值。另外，形状可以配置成，回归反射光学部件2的六棱柱的任意一边都不与液晶显示面板11的1个像素的任意一边重合。

进而，如图2所示，当有外部光6000从倾斜方向进入回归反射光学部件2时，在回归反射光学部件2的表面(六棱柱2a、2b、2c等)反射，在各种方向上产生鬼像，导致空间悬浮影像的画质大幅降低。发明人通过实验求出了为了提高空间悬浮影像的画质和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。此时，发明人制作了由像素节距40μm的液晶显示面板与本实施例的具有窄发散角(例如发散角是15°)特性的光源装置组合而得的显示装置1，求得了该关系。

得知，可视性会发生恶化的模糊量l优选为像素尺寸的40％以下，如果在15％以下则几乎不会引起注意。得知，此时的模糊量l为容许量的反射面的面粗糙度(图2中的回归面的表面粗糙度6010)在测定距离40μm的范围下平均粗糙度为160nm以下，为了成为更不引起注意的模糊量l，优选该反射面的面粗糙度为120nm以下。因此，优选减小上述回归反射光学部件2的表面粗糙度，并且使包括形成反射面的反射面及其保护膜的面粗糙度成为上述值以下。

另一方面，为了廉价地制造回归反射光学部件2可以使用辊压法成形。具体而言，是使多个回归部(图2中的六棱柱)排列而赋形在薄膜上的方法。该方法中，在辊表面形成要赋形的形状的相反形状，在固定用的基材上涂布紫外线固化树脂并使其经过辊之间，由此赋形成必要的形状，再照射紫外线使其固化，由此得到要求的形状的回归反射光学部件2。

图1所示的本实施例的显示装置1能够利用液晶显示面板11和后文详述的能够生成具有窄角扩散特性的特定偏振的光的光源装置13，来减小影像光从斜向(图2)入射到上述回归反射光学部件2的可能性。由此，能够得到一种即使发生了鬼像，鬼像的亮度也较低因此难以看见的结构上优秀的装置。

进而，在回归反射光学部件2的表面，可以设置如图4所示的使视野角窄角化的影像光控制薄膜(外部光控制薄膜、光学片)250。该光学片250在面方向上交替地排列了作为光透射部件的透明部分251和作为光吸收部件的黑色部分255(图中的网点区域)。光吸收部件在图4的进深方向上延伸。该光学片250中，来自影像源的扩散光在从倾斜方向入射到回归反射光学部件2的情况下被黑色部分255遮挡，同时，影像光在因回归反射光学部件2的表面粗糙度而发生散射(图4中例如是散射253、散射254)的情况下也被黑色部分255吸收。因此，能够防止产生空间悬浮影像的鬼像。正常地入射到回归反射光学部件2的影像光4001(接近垂直入射的影像光)中的未发生散射的正常反射光(回归反射光4002)经过透明部分251，形成空间悬浮影像。

作为该抑制回归反射光学部件2的散射光的光学片250，例如适合使用信越聚合物(株式会社)的视野角控制薄膜(VCF：View Control Film)。该薄膜的结构是交替地配置透明硅与百叶窗形状的遮挡性高的黑色硅的结构，所以从倾斜方向入射的光被黑色硅吸收。由此，能够期待与本实施例(图4)的光学片250同样的效果。

为了减轻产生空间悬浮像的鬼像，在使用上述影像光控制薄膜250的情况下，光透射部件(透明部分251)和光吸收部件(黑色部分255)的节距Ps优选为通过影像源显示的影像的像素的10倍以下，影像光控制薄膜250的厚度T在想要使视野角α小于45度的情况下，可以使h/w大于1.0。换言之，影像光控制薄膜250优选满足0.5＜Ps/T＜2.0的关系。另外，关于黑色部分255的倾斜角，可以配置成相对于回归反射光学部件2垂直(倾斜角0)，在后述的图33和图34所示的实施例中，也能够通过在回归反射光学元件2100的表面设置上述影像光控制薄膜250来大幅减轻产生的鬼像。

＜空间悬浮影像显示装置的小型化的原理1＞

使用图5和图6说明使空间悬浮影像显示装置小型化的第一技术手段。图5是小型化的原理的说明图。显示装置1包括具有窄角扩散特性的光源装置13和作为影像显示元件的液晶显示面板11，在液晶显示面板11的影像显示面的右侧的一半区域设置了λ/2波片111(半波片)。其结果是，从图5的右半区域和左半区域出射的影像光偏振方向不同，通过分割为左侧的偏振分离部件101和右侧的偏振分离部件102，与各自的偏振方向对应地分割进行反射和透射，能够缩短空间悬浮影像显示装置的厚度方向(进深方向。图5中的上下方向。)的尺寸。

更具体而言，通过设置λ/2波片111而使液晶显示面板11的图中右侧(右半区域)的影像光成为S偏振(图中用实线表示)，并且使一方(右侧)的偏振分离部件102成为使S偏振反射且使P偏振(图中用虚线表示)透射的特性。相反地，通过不设置λ/2波片111而使液晶显示面板11的图中左侧(左半区域)的影像光成为P偏振，并且使另一方(左侧)的偏振分离部件101成为使S偏振透射且使P偏振反射的特性。这样，在右侧的偏振分离部件102上反射后的S偏振的影像光透过左侧的偏振分离部件101，入射到左侧的回归反射光学部件2(2A)并反射，由此形成空间悬浮影像。相反地，在左侧的偏振分离部件101上反射后的P偏振的影像光透过右侧的偏振分离部件102，入射到右侧的回归反射光学部件2B并反射，由此形成空间悬浮影像。

在左右各回归反射光学部件2(2A、2B)的表面设置了λ/4波片21(相位差板，1/4波片)。在左侧的回归反射光学部件2A上反射后的影像光共计2次经过λ/4波片21由此被变换为P偏振。变换后的P偏振的影像光在左侧的偏振分离部件101上反射，透过透明部件100，在上方的规定位置显示空间悬浮影像2201(虚线表示的左侧区域的空间悬浮影像)。同样地，在右侧的回归反射光学部件2B上反射后的影像光共计2次经过λ/4波片21由此被变换为S偏振。变换后的S偏振的影像光在右侧的偏振分离部件102上反射，透过透明部件100，在上方的规定位置显示空间悬浮影像2202(实线表示的右侧区域的空间悬浮影像)。

另外，本实施例的结构中，采用了使回归反射光学部件2(2A、2B)的位置能够在图中的箭头的左右方向上移动的结构。通过使回归反射光学部件2(2A、2B)移动，能够使空间悬浮影像220(记载为像面)的显示位置在厚度方向上(图5的上下方向)的规定范围内变更为任意位置。图示的间隔(距离)L是厚度方向上的透明部件100与空间悬浮影像220(2201、2202)的像面的距离。通过移动能够变更该距离L。此时，不需要改变空间悬浮影像显示装置的厚度方向(图5的上下方向)的尺寸。在变更像面的位置时，例如在使左右2个回归反射光学部件2(2A、2B)相互远离地移动了的情况下，在透明部件100的下侧，影像光的光程变长，所以相应地像面的位置在厚度方向上成为更下方的位置。在使左右2个回归反射光学部件2(2A、2B)相互接近地移动了的情况下，在透明部件100的下侧，影像光的光程变短，所以相应地像面的位置在厚度方向上成为更上方的位置。

另外，本实施例的结构中，也可以采用能够使显示装置1的位置在图中的箭头的上下方向上移动的结构。通过使显示装置1移动，同样地能够使空间悬浮影像220的显示位置在厚度方向上的规定范围内变更为任意位置。此时，不需要改变空间悬浮影像显示装置的左右方向的尺寸。例如，在使显示装置1远离偏振分离部件地向下方移动了的情况下，在透明部件100的下侧，影像光的光程变长，所以相应地像面的位置在厚度方向上成为更下方的位置。

作为能够使回归反射光学部件2和显示装置1移动的结构，例如可以使用电动机等驱动机构。空间悬浮影像显示装置的控制器可以控制该驱动机构。或者，可以由用户手动地操作该结构而能够使构成要素移动。

如图5所示，本实施例中，对于液晶显示面板11上显示的影像，2个偏振分离部件(101、102)作为反射镜发挥功能。因此，空间悬浮影像220相对于液晶显示面板11上的影像左右反转。具体而言，存在λ/2波片111的右侧区域的影像被从S偏振变换为P偏振，成为左侧区域的空间悬浮影像2201，不存在λ/2波片111的左侧区域的影像被从P偏振变换为S偏振，成为右侧区域的空间悬浮影像2202。因此，考虑到上述左右反转，对于液晶显示面板11上显示的影像，可以根据分割数、方法等适当选择影像显示的开始位置和显示顺序。

本实施例(图5)中，使从液晶显示面板11出射的影像光成为P偏振，在液晶显示面板11的影像显示面中的右半区域设置λ/2波片111，由此使来自右半区域的出射光成为S偏振。能够不限于此，也可以使从液晶显示面板11出射的影像光成为S偏振。

另外，图5的空间悬浮影像显示装置中，在显示装置1的上侧，在1组左右2个回归反射光学部件2(左侧的回归反射光学部件2A、右侧的回归反射光学部件2B)之间，在规定位置倾斜地配置了1组左右2个偏振分离部件(左侧的偏振分离部件101、右侧的偏振分离部件102)。关于图示的点划线表示的液晶显示面板11的左右中心位置(是否存在λ/2波片111的边界)，对称地配置了左右2个偏振分离部件和左右2个回归反射光学部件2。在存在λ/2波片111的右侧区域的上侧配置了右侧的偏振分离部件102，在不存在λ/2波片111的左侧区域的上侧配置了左侧的偏振分离部件101。

与显示装置1对置地在其上侧配置了透明部件100(构成开口部)。左侧的偏振分离部件101以使来自左侧区域的影像光向右侧的偏振分离部件102和回归反射光学部件2B反射(图5中是大致90度的反射)的方式，在倾斜方向上配置其主面。右侧的偏振分离部件102以使来自右侧区域的影像光向左侧的偏振分离部件101和回归反射光学部件2A反射(图5中是大致90度的反射)的方式，在与偏振分离部件101不同的倾斜方向上配置。如图5所示，回归反射光学部件2(2A、2B)相对于空间悬浮影像显示装置的开口部的透明部件100大致垂直地配置。由此，能够减轻因外部光入射到回归反射光学部件2而产生的鬼像。

使用图6说明使空间悬浮影像显示装置进一步小型化的第二技术手段。图5的第一实施例将影像源即液晶显示面板11的画面分割为2部分。与此相对，图6所示的第二实施例将影像源即液晶显示面板11的画面的分割数改为4。由此，能够进一步实现小型化。

在图6的第二实施例中，相对于图5的第一实施例，在画面中央部(虚线A的位置)配置了2个回归反射光学部件2。第二实施例在显示装置1的画面中的图示左右方向上并列地设置了2个如第一实施例所示的结构。由此，将液晶显示面板11的显示画面分割为4部分，作为空间悬浮影像220能够得到与各分割区域对应的空间悬浮影像(2201、2202、2203、2204)。本实施例中，使从液晶显示面板11出射的影像光成为P偏振(虚线)。在图6的左右方向(构成显示平面的方向)上，最右方的1/4画面601和中央偏左的1/4画面603通过在液晶显示面板11的影像显示面上设置λ/2波片111，能够使出射光成为S偏振(实线)。

这样，第二实施例采用的结构是，在画面(影像显示面)的方向上并列地设置回归反射光学部件2(2A、2B)和偏振分离部件(101、102)的组。结果是，通过与各偏振方向对应地分割进行反射和透射，能够进一步缩短空间悬浮影像显示装置的厚度方向(图6的上下方向)的尺寸。在图5和图6的结构中，在画面(影像显示面)的大小相同的情况下，图6的构成要素(2组回归反射光学部件2和2组偏振分离部件)与图5的构成要素(1组回归反射光学部件2和1组偏振分离部件)相比，如图所示尺寸更小。因此，图6的结构与图5的结构相比厚度方向的尺寸缩短。

另外，第二实施例与第一实施例同样，可以采用能够使回归反射光学部件2的位置在图6的左右方向上移动的结构，也可以采用能够使显示装置1的位置在图6的上下方向上移动的结构。由此，能够使空间悬浮影像220的显示位置在图6的上下方向的规定范围内变更为任意位置。此时，不需要改变空间悬浮影像显示装置的厚度方向的尺寸。

＜空间悬浮影像显示装置的小型化的原理2＞

使用图7和图12说明使空间悬浮影像显示装置小型化的第三技术手段。图7是小型化的原理的说明图。显示装置1构成为包括具有窄角扩散特性的光源装置13和作为影像显示元件的液晶显示面板11。图7的结构除了与图5同样的构成要素之外，在透明部件100附近的上侧的位置配置了光学元件2150。光学元件2150具有使空间悬浮影像放大的作用。对于影像源即液晶显示面板11的影像显示面积，通过光学元件2150的透镜作用，能够增大空间悬浮影像220的成像位置(虚拟面700)上的面积。另外，本实施例通过使显示装置1在图中的上下方向上移动，能够适当选择空间悬浮影像220的成像位置。

光学元件2150例如能够使用通过使出射光成为具有图21所示的窄角扩散特性(“基准配光”、“例1”、“例2”)的远心出射光而具有发散作用的光学元件。此时，对于来自液晶显示面板11的影像光，利用光学元件2150相对于原本的空间悬浮影像的大小220a1(实线)和大小220a2(虚线)，向虚拟面700上设想的与每个像素对应的区域控制影像光束的出射方向。由此，在虚拟面700上的要求的位置，作为空间悬浮影像220得到放大像220b1和放大像220b2。

原本的位置上的右侧区域(实线)的空间悬浮影像(大小220a1)被光学元件2150放大，在虚拟面700的位置成为右侧区域(实线)的放大像220b1。左侧区域(虚线)的空间悬浮影像(大小220a2)被光学元件2150放大，成为左侧区域(虚线)的放大像220b2。不设置光学元件2150的情况下的原本的空间悬浮影像的位置是在厚度方向上与透明部件100相距距离701的位置。设置了光学元件2150的情况下的作为放大像的空间悬浮影像220的位置，是与原本的位置相比更上方的位于距离702的虚拟面700的位置。

本实施例具有能够变更影像源与回归反射光学部件2的光学距离的结构。具体而言，具有能够使显示装置1上下移动的结构。通过利用该结构变更光学距离，能够变更空间悬浮影像220(放大像)的形成位置和大小。

使用图8说明使空间悬浮影像显示装置小型化的第四技术手段。图8所示的第四实施例中，在显示装置1的上侧，在其与光学元件2150之间配置了微透镜阵列300。影像光具有从影像源即显示装置1的液晶显示面板11的各像素发散的窄角发散光，在微透镜阵列300中矩阵状地配置的微透镜的作用下，在空间中形成与各像素对应的像。此时，本实施例利用微透镜的焦距来控制空间悬浮影像220成像的位置(成像点的集合体)。因此，图8的第四实施例与上述使用回归反射光学部件2和偏振分离部件(101和102)的三个方式(图5、图6、图7)相比，能够实现空间悬浮影像显示装置的小型化。

本实施例中，通过增大微透镜阵列300的焦距而增大空间悬浮影像220的悬浮量(突出量。厚度方向上的距离。)，利用配置在空间悬浮影像220与微透镜阵列300之间的、具有控制影像光束的方向的作用(发散作用)的光学元件2150，相对于原本的空间悬浮影像的大小按每个像素改变影像光束的出射方向而得到空间悬浮影像220的放大像(虚拟面700的位置上的放大像801)。

光学元件2150具有使与液晶显示面板11的影像显示面的各像素对应的空间悬浮像的像素去往要求的位置的作用。使用图20对该作用进行详细说明。光学元件2150在上述实施例中设置在影像源即液晶显示面板11与空间悬浮影像220(虚拟面700)之间，控制与液晶显示面板11的矩阵状地配置的像素(图20中用实线表示)对应的空间悬浮影像220的像素(图20中用虚线表示)在XY平面上的成像位置。另一方面，Z轴方向(厚度方向)的成像位置在第一实施例至第三实施例中，由回归反射光学部件2与液晶显示面板11的间隔(距离)L唯一地决定，在被回归反射光学部件2反射后的规定位置上成像。而在图8的第四实施例中的使用微透镜阵列300的方式中，能够用微透镜的焦距控制成像位置。

图20的坐标轴中，将液晶显示面板11的显示区域的中央坐标表示为XY平面的原点，将对应的空间悬浮影像220的画面中央坐标同样表示为XY平面的原点。液晶显示面板11的像素在画面水平方向(X)和画面垂直方向(Y)上矩阵状地配置，各像素(以下将RGB三色视作1个像素进行说明)具有地址(Onn)。另一方面，使与空间悬浮影像220对应的虚拟面700也具有与液晶显示面板11的像素分别对应的地址(Inn)，通过光学元件2150的透镜作用，使影像光束去往显示影像的XY平面上对应的要求的位置。

具体而言，在通过从液晶显示面板11的各像素使具有窄角扩散特性的影像光束入射到回归反射光学部件2并反射而得到空间悬浮影像的第一实施例至第三实施例所示的本发明的光学系统中，放大空间悬浮影像的最有效的技术手段可采用如下手段。即，可以构成为，使与各像素对应的影像光束(从各像素所发散的影像光)作为单独的影像光束入射到光学元件2150，通过由光学元件2150的入射面和出射面的形状得到的透镜作用，使该影像光去往XY平面上的要求的位置。此时，空间悬浮影像20的成像位置由上述回归反射光学部件2与液晶显示面板11的间隔L唯一地决定，在被回归反射光学部件2反射后的规定位置上成像。另一方面，第四实施例的使用微透镜阵列300的方式能够利用微透镜的焦距控制成像位置。

接着，使用图21说明从影像源即液晶显示面板11的各像素出射的影像光的最优的扩散特性。如果是图21所示的“基准配光”所示的±2度以下的窄角的特性，则能够大幅减轻因回归反射光学部件2产生的鬼像。另一方面，为了直到空间悬浮影像的周边都能够得到均匀的亮度，需要适度的扩散特性。因为观看者的两眼的间隔平均是65mm，所以如果画面水平方向的尺寸为65mm以下，则即使是图21所示的基准配光，只要是在回归反射光学部件2上反射的空间悬浮像，就可以在画面周边也得到实用上没有问题的亮度。另外，为了增大空间悬浮影像的放大倍率，如上所述，通过利用光学元件2150的透镜作用增大影像光束的弯曲量、或增大空间悬浮量而进行控制。此时，在增大放大率，相对于影像源即液晶显示面板11成为2倍以上的情况下，若具有“例2”所示的尾部较宽的扩散特性，则不仅可以直到画面周边都得到实用上没有问题的亮度，在从倾斜方向观看空间悬浮影像的情况下，也能够直到画面周边都实现实用上没有问题的亮度。

进而，本发明的空间悬浮影像的放大方式不仅将放大像的像素自身放大，由于使各像素在要求的位置成像，所以像素之间的间隔会扩大。在图21所示的“基准配光”特性下，在各像素之间产生像素以上的空间。为了使其减少，也需要具有如“例1”、“例2”所示的尾部较宽的扩散特性。其大致标准是，在上述扩散特性引起的像素的扩展超过空间悬浮影像的像素间距离的30％时，图像的连续性没有不自然感，而超过80％时像素会重合，空间悬浮像的聚焦感降低。

另外，本实施例的光学元件2150配置在影像源(显示装置1)与空间悬浮影像的成像位置之间，具有使从液晶显示面板11的像素所发散的影像光束扩大的作用。即，将空间悬浮影像的成像点自身向着像放大的方向(图20的XY平面内坐标值增大的方向)控制。进而，通过将该光学元件2150的光轴配置为偏离影像源(显示装置1)的中心轴，能够控制空间悬浮影像220的放大像的局部放大率、成像位置，能够得到模拟立体影像的空间悬浮影像。

图9表示第五实施例的空间悬浮影像显示装置的结构。该实施例中，利用光学元件2150即第一光学元件2150使从影像源(未图示的显示装置)的各像素出射的具有窄角扩散特性(大致平行光)的影像光束901(虚线箭头)扩大(使光束扩散)，利用配置在虚拟面700上的第二光学元件2160使该扩大后的影像光束902(点划线箭头)聚光，将其变换为平行光的影像光束903(虚线箭头)。使用该平行光的影像光束903在规定位置705显示作为放大像的空间悬浮影像220b。其结果是，在正面观看和从倾斜方向观看空间悬浮影像220b的情况下，影像光束都能够在从画面中央直到画面周边的全部区域得到实用上足够的亮度。此时，空间悬浮影像是相对于与第一光学元件2150的位置对应的原本的空间悬浮像220a的大小得到放大的空间悬浮影像220b。

图9中，在光学元件2150的光线入射面可以设置AR涂层。

＜将空间悬浮像放大的光学元件的具体例＞

使用图10说明将空间悬浮影像放大的光学元件的第一具体例。图10表示作为光学元件2150的第一具体例的光学元件1100。图10的实施例的结构与图9同样，利用具有使从影像源(未图示的显示装置)的各像素出射的影像光束1001(虚线)扩散的作用的光学元件1100，使影像光束向要求的位置折射。该光学元件1100在基材(基板)2152的空间悬浮像生成侧(图10中的上表面一侧)设置有圆形菲涅尔形状(换言之是圆形菲涅尔透镜)2151，通过其透镜作用使影像光束1002去往要求的位置，使其形成空间悬浮影像220(放大像1101，立体的空间悬浮影像)。

此时，圆形菲涅尔形状2151的菲涅尔透镜面上的反射光返回基材2152的出射面再次反射，该反射光与形成空间悬浮影像的原本的光束重叠，由此产生鬼像。为了减少该鬼像，可以在基材2152的影像光束入射侧(图10中的下表面一侧)形成防反射膜2153。此时，基材2152上设置的圆形菲涅尔透镜的菲涅尔角度如图12所示，随着与菲涅尔中心(点划线)的距离l(例如l1、l2、l3)而变化。因此，对于设置在入射面上的防反射膜2153，最好使与整个菲涅尔透镜的平均菲涅尔角度对应的反射光在反射后入射到基材2152的入射面时的角度下的反射率最小。进而，最好使光视效率最大的绿光波段(530nm～570nm)的反射率最小。

光学元件1100被配置成，相对于将影像源(液晶显示面板11)的影像显示区域的中心与回归反射光学部件2的外形中心连接的光轴，光学元件1100的中心偏心地配置，立体的空间悬浮影像(放大像1103)的高度中心位于偏心了的光学元件1100的中心的延长线上。立体的空间悬浮影像220的成像位置对应于与光学元件1100的透镜面大致平行且具有使透镜面扩大后的面积的虚拟面。光学元件1100具有与透镜面的倾斜相应地控制经过透镜面的影像光束的出射方向的作用。对于与光学元件1100的影像光束经过的区域对应的虚拟面内的平面坐标信息，追加由影像源与回归反射光学部件2的间隔决定的空间悬浮影像的高度方向的坐标信息，设定光学元件1100的区域内的厚度，由此形成立体的空间悬浮影像220(放大像1103)。

在使用上述用于得到空间悬浮影像220的具体技术，通过放大光学元件即光学元件2150(光学元件1100)高倍率地放大空间悬浮影像220时，如图10所示，空间悬浮像220(放大像1103)的像面发生弯曲。为了单独用光学元件2150减轻该弯曲(像面弯曲)，能够应用图11所示的光学元件2155的结构。图11的结构中，为了修正空间悬浮影像220的像面弯曲，相对于光学元件2155的中心厚度t₉，使周边部的厚度t₅与透镜作用相应地发生变化，以使与像素对应的影像光束所经过的光路中从光学元件2155的入射面到空间悬浮影像220的像面的光程(折射率与物理长度的积)相等的方式优化厚度，由此修正像面弯曲。此时，关于厚度的变更，为了不使光学元件2155的入射面具有透镜作用，最好采用如图所示使厚度不同的平面(平面部)t₆、t₇、t₈等重叠的形状。

为了得到上述圆形菲涅尔透镜形状，可以例如制作模具或复制品并通过成形来使光学元件2155成形。此时，取决于光学元件2155的最外周的菲涅尔形状，从模具脱模的阻抗可能增大，发生基材变形、或透镜面粗糙等光学缺陷。因此，为了提高脱模性，需要在圆形菲涅尔形状2151中设置如图所示的脱模斜度θ₀。根据经验，脱模斜度θ₀为2度以上即可，超过5度时光不能向正常方向折射的区域会增加，会产生鬼像且空间悬浮像的亮度降低。

图10中，在光学元件2150的光学入射面可以设置AR涂层。

＜针对空间悬浮像的显示位置和放大倍率提高设计自由度的技术手段＞

接着，使用图13、图14和图15说明提高空间悬浮影像的显示位置的自由度的技术手段。

图13表示提高空间悬浮影像的显示位置和放大倍率的自由度的本发明的第一实施例。图13表示使用了回归反射光学部件2的空间悬浮影像显示装置的结构。影像源即显示装置1由作为图像显示装置的液晶显示面板11和光源装置13构成。从液晶显示面板11出射特定偏振的影像光。此时，关于影像光的发散角，为了减轻如上所述因回归反射光学部件2而产生的鬼像，可以选择具有窄发散角的光源装置13。其结果是，从显示装置1向图中左方出射的影像光不扩散地在反射镜2120上向上方反射而去往偏振分离部件2140a。该特定偏振的影像光首先在偏振分离部件2140a上反射，入射到位于左方的回归反射光学部件2等并反射。在回归反射光学部件2的表面配置了λ/4波片21。来自偏振分离部件2140a的特定偏振的影像光在回归反射光学部件2的反射面上反射，同时因经过λ/4波片21而被实施偏振变换。变换后的另一种偏振的影像光向右方透过偏振分离部件2140a，显示空间悬浮影像220。

此时，本实施例中，具有将空间悬浮影像220放大的作用的光学元件2150被配置在回归反射光学部件2与空间悬浮影像220(形成放大像1301的虚拟面)之间。通过该光学元件2150将空间悬浮影像220放大为要求的大小。在虚拟面的位置处，显示作为放大像1301的空间悬浮影像220。另外，本实施例采用能够使显示装置1在图中左右方向(光轴的方向)上移动的结构。通过使显示装置1在左右方向上移动，影像光的光路长度(显示装置1与回归反射光学部件2的光学距离)变化，所以能够变更空间悬浮影像220的成像位置。例如，在使显示装置1向左移动了的情况下，成为变更后的虚拟面1302。然后，通过配置在光路途中的光学元件2150使影像光束扩散，能够与要求的成像位置相应地得到放大的空间像。或者，也可以采用能够使回归反射光学部件2的位置在图中左右方向上移动的结构，可以得到同样的效果。

图14表示提高空间悬浮影像的显示位置和放大倍率的自由度的第二实施例。图14表示使用了回归反射光学部件2的空间悬浮影像显示装置的结构。影像源即显示装置1由作为图像显示装置的液晶显示面板11和光源装置13构成。从液晶显示面板11出射特定偏振的影像光。此时，关于影像光的发散角，为了减轻如上所述因回归反射光学部件2而产生的鬼像，可以选择具有窄发散角的光源装置13。其结果是，从显示装置1向上方出射的影像光不扩散地在反射镜2120和反射镜2110上分别反射。反射镜2110上反射后的特定偏振的影像光去往上方的偏振分离部件2140a。该影像光首先透过偏振分离部件2140a，入射到上方的回归反射光学部件2等并反射。在回归反射光学部件2的表面配置了λ/4波片21。来自偏振分离部件2140a的特定偏振的影像光在回归反射光学部件2的反射面上反射，同时被λ/4波片21实施偏振变换。变换后的另一种偏振的影像光在偏振分离部件2140a上反射而去往斜上方向，经过光学元件2150，显示作为放大像220b的空间悬浮影像。

图14的第二实施例表示了设置2片反射镜(2120、2110)作为反射镜(反射光学元件)的情况，但不限于此。在连接空间悬浮影像的成像位置与偏振分离部件2的光路内具有至少1片反射镜作为反射镜即可。第二实施例中，通过增加反射镜的片数而增加光路的折返次数，能够提高空间悬浮影像的形状和设置的自由度。此时，使具有将空间悬浮影像放大的作用的光学元件2150的光学作用的中心(例如菲涅尔透镜的中心)相对于点划线表示的光轴1401偏心，并配置在回归反射光学部件2与空间悬浮影像(放大像220b形成在虚拟面)之间。其结果是，能够将倍率在光轴上不同的空间悬浮影像放大至要求的大小。另外，第二实施例与第一实施例同样，采用能够使显示装置1的位置在图中上下方向(光轴的方向)上移动的结构。通过使显示装置1上下移动，能够在与光轴1401对应的影像光的方向上变更空间悬浮影像的成像位置，通过利用相对于光轴1401偏心配置的光学元件2150使影像光束扩散，能够得到与成像位置相应地在画面的上下方向上偏心的放大空间像。

反射镜中的在光路上配置于最靠近空间悬浮影像的成像位置的反射镜(本实施例中是反射镜2110)，优选采用由使影像光的一种偏振反射且使另一种偏振透射的金属多层膜形成。

图15同样表示提高空间悬浮影像的显示位置和放大倍率的自由度的第三实施例。图15表示使用了回归反射光学部件2的空间悬浮影像显示装置的结构。影像源即显示装置1由液晶显示面板11和光源装置13构成。从液晶显示面板11出射特定偏振的影像光。此时，关于影像光的发散角，为了减轻如上所述因回归反射光学部件2而产生的鬼像，可以选择具有窄发散角的光源装置13。其结果是，影像光不扩散地在反射镜2120和反射镜2110上反射，透过偏振分离部件2140a，入射到回归反射光学部件2等。在回归反射光学部件2的表面配置了λ/4波片21。来自偏振分离部件2140a的特定偏振的影像光在回归反射光学部件2的反射面上反射，同时被λ/4波片21实施偏振变换。变换后的另一种偏振的影像光在偏振分离部件2140a上反射而去往斜上方向，经过光学元件2150，显示作为放大像220b的空间悬浮影像。图15的第三实施例也同样地通过增加反射镜的片数而增加光路的折返次数，能够提高空间悬浮影像装置的形状和设置的自由度。

此时，使具有将空间悬浮影像放大的作用的光学元件2150的光学作用的中心(例如菲涅尔透镜的中心)相对于点划线表示的光轴1501偏心，并配置在回归反射光学部件2与空间悬浮影像(放大像220b形成在的虚拟面)之间。图15的第三实施例与第二实施例的不同之处是，在光学元件2150即第一光学元件2150与空间悬浮影像(虚拟面)之间配置有第二光学元件2160。该第二光学元件2160的作用与图9所示的第五实施例中作为第二光学元件2160详细说明的一致。该第三实施例中，因为第一光学元件2150的光学作用的中心相对于外形中心偏心，所以空间悬浮影像如图15所示，放大的中心被配置在与光轴1501不同的位置，由此能够将面倍率不同的空间悬浮影像放大至要求的大小。

另外，该第三实施例采用能够使回归反射光学部件2在图中上下方向(倾斜方向)上移动的结构。通过使回归反射光学部件2的位置在上下方向(倾斜方向)上移动，能够变更空间悬浮影像的成像位置，通过利用相对于光轴1501偏心配置的光学元件2150使影像光束扩散，能够得到与成像位置相应地在画面上下方向上偏心的放大空间像。

＜将空间悬浮像放大的优点＞

用表示使用了回归反射光学部件2的空间悬浮影像显示装置的结构的上述图7，说明将空间悬浮影像放大的优点。图7中，利用回归反射光学部件2使来自影像源即显示装置1的影像光束反射，使其经过将空间悬浮影像显示装置本体与外部分隔的透明部件100之后，得到放大的空间悬浮影像220(220b1、220b2)。另外，图7中，透明部件100也可以采用兼用作光学元件2150的结构、换言之是一体的结构。

因此，图7的结构在显示放大空间悬浮影像时，观看者在图中的从上向下的方向上观看放大空间悬浮影像(220b1、220b2)时，不会经由透明部件100直接看到回归反射光学部件2。回归反射光学部件2的表面是镜面反射面的多面体(图2)，当外部光入射时会产生鬼像、散射光，导致影像的质量、装置自身的质量降低。因此，优选使空间悬浮影像显示装置的开口部(例如透明部件100配置在的部分)尽可能小。为此，最好增大光学元件2150的放大率。发明人通过实验，求出了将外部光引起的画质降低抑制为实用上没有问题的水平所需的空间悬浮影像的亮度。其结果得知，相对于装置周边的明亮程度(亮度)需要为10倍以上的亮度，如果在1000(nt)以上则实用上没有问题，为了得到更好的画质，需要30倍的亮度3000(nt)。同样，为了从倾斜方向观看空间悬浮影像的情况下具有充分的空间悬浮感，需要装置本体的外部光反射的100倍以上，装置的外装部(安装光学部件等的未图示的结构体)，优选采用吸收光的黑色系的颜色。

＜获得立体的空间悬浮影像的技术手段＞

关于上述针对空间悬浮影像的显示位置和放大倍率提高设计自由度的技术手段，作为将空间悬浮影像放大的光学元件2150针对菲涅尔透镜进行了说明。本实施例的光学元件2150的原本的作用是，使构成影像源即显示装置1的作为影像显示元件的液晶显示面板11的各像素出射的影像光束向要求的方向折射。因此，在光学元件2150的出射面，设置与来自上述各像素的影像光束在入射面上折射之后到达的场所对应的折射面。因此，理想情况下最好构成为由多面体连接的形状。但是，该多面体形状的情况下，成型模具的加工需要大量时间。因此，为了实用化，考虑相邻的面的倾斜度来求取面内的坐标，例如可以对自由曲面公式进行回归而得到出射面的形状。进而，为了减小模具的加工时间，如图16所示，如果采用同心圆的菲涅尔形状2152a，则加工性进一步提高。

图17是通过图16所示的光学元件2150的作用而得到的空间悬浮影像220ba看起来是立体的原理的说明图。作为用于获得空间悬浮影像的方式，有(1)能够通过光学系统的结构任意地决定影像的悬浮量的回归反射方式，和(2)由微透镜的焦距唯一地决定影像的悬浮量的微透镜方式。

为了使说明简化，以回归反射方式为例在以下进行说明。

回归反射方式的光学元件2150具有使与液晶显示面板11的各像素对应的空间悬浮像的像素去往要求的位置的作用。关于该作用已使用图20进行了详细叙述，光学元件2150如图20等所示设置在影像源即液晶显示面板11与空间悬浮影像220(虚拟面)之间，控制与图20的液晶显示面板11的矩阵状地配置的像素(实线)对应的空间悬浮影像220的像素(虚线)在XY平面上的成像位置。另一方面，Z轴方向的成像位置由回归反射光学部件2与液晶显示面板11的间隔L唯一地决定，所以在被回归反射光学部件2反射后的规定位置上成像。其结果是，画面中央在距离基准平面(图17中的xy平面)最远的位置成像，离开画面中央的场所的成像点距离基准平面较近，所以如图17所示，将空间悬浮像的成像点连接时成为半球状(截面是半圆状)，即使是显示在影像源即液晶显示面板11上的平面的影像信息，也能够使空间悬浮影像220模拟地形成为立体影像(立体的空间悬浮影像220ba)。

图18表示使光学元件2150的光学中心(菲涅尔透镜的中心)偏心的状态。此时得到的模拟立体像如图19所示，顶点O(画面中央)在距离基准平面(图19的xy平面)最远的位置成像，离开画面顶点的场所的成像点距离基准平面较近，所以将空间悬浮影像的成像点连接时成为椭球面状。即使是显示在影像源即液晶显示面板11上的平面的影像信息，也能够使空间悬浮影像模拟地形成为立体影像(立体的空间悬浮影像220bb)。如上所述，如图15所示的实施例中，能够在画面内偏心地形成通过使光学元件2150偏心而得到的模拟立体像。此时，由回归反射光学部件2与液晶显示面板11的距离决定的回归反射像的成像位置，通过光学元件2150的作用而唯一地决定。

进而，作为形成空间悬浮影像的其他技术手段，在使用与影像源即显示装置1的各像素对应的微透镜阵列形成空间像的微透镜阵列方式中，也同样通过优化微透镜各自的焦距而控制每个像素的成像位置。而且，通过上述光学元件2150的作用，控制空间悬浮影像的成像位置和形状，得到要求的空间悬浮影像。以上，对于光学元件2150，为了简化说明而以发散作用为前提进行了说明，但取决于要求的形状也可以采用兼具具有部分聚光作用的透镜形状的所谓自由曲面透镜形状。

＜车载用途的空间悬浮影像显示装置＞

图33是用于说明将本发明的得到空间悬浮影像或模拟立体的空间悬浮影像220的空间悬浮影像显示装置用于车载用途的情况下的优势的概略结构图。此处，作为其一例，特别说明不使用机动车的前窗玻璃6地得到放大空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置1000。空间悬浮影像显示装置1000在与驾驶员的视线对应的眼点8(后文详述)上，在本车辆的内部空间得到放大空间悬浮影像即空间悬浮影像220。由此，得到与在本车辆的前方模拟地形成放大虚像即虚像V1同样的视觉效果。进而，通过实验确认了该结构能够利用光学元件2150的形状模拟地得到立体影像，能够与影像处理一同使显示的空间影像具有远近感。以下，代表性地详细说明模拟地显示立体的空间悬浮影像的例子。

如图33所示，在从眼点8观看放大空间悬浮影像220的情况下，与观看通过现有的平视显示器(HUD)在被投影部件(本实施例中是前窗玻璃6的内表面。面向车辆内的驾驶员的面。)上反射的虚像V1的情况同样地，能够用上述技术手段将模拟立体的空间悬浮影像220(对应的虚像V1)叠加在驾驶员观看的实景上。作为显示为模拟立体的空间悬浮影像(也记作立体的空间影像等)220的信息，例如可以举出车辆信息、通过监视相机和环视观察器等相机(未图示)拍摄的前景信息、起动前的车辆周边的景观、速度计、发动机的转速计、能量剩余量等，以及在画面周边部显示角色并用声音进行提醒注意(未图示)等的基于影像信息和声音信息的安全驾驶辅助系统。

另外，本实施例中，空间悬浮影像显示装置1000具有在平面上显示与信息对应的立体影像并投射与其对应的影像光的显示装置1，和使显示装置1上显示的影像反射而形成立体的空间悬浮影像220的回归反射光学部件2100(换言之是回归反射光学元件)。另外，采用能够使显示装置1在空间上移动的结构(图中表示为能够左右移动)。通过使显示装置1左右移动，能够使立体的空间悬浮影像220的形成位置在沿着通过光学元件2150的光轴3301的斜上下方向(大致上下方向)上移动。其结果是，使驾驶员从eye box(指的是包括眼点8的规定空间)观看的立体的空间悬浮影像220的形成位置大致上下移动，由此虚像V1的俯角θe变化。由此，得到与现有的HUD中改变虚像的显示位置同等的效果。另外，通过例如用车辆内的监视相机(未图示)检测驾驶员的视线(眼点8)的移动，也能够与该视线的移动相应地使该立体的空间悬浮影像220的显示位置上下左右移动。

本实施例中，使立体的空间悬浮影像220的形成位置成为比车辆的仪表盘(后述的图34)的上表面(未图示)更高的位置。因此，本实施例的结构是，通过利用设置在显示装置1与回归反射光学部件2100的光路上的反射镜(换言之是折返镜)2110使来自显示装置1的影像光先向下方折返，从而使从显示装置1到回归反射光学部件2100的光学距离变长。通过该结构，能够使被回归反射光学部件2100反射后得到的立体空间悬浮影像220的位置成为与从驾驶员看来的远处位置的虚像V1对应的、图中斜上下方向上更高的位置。

＜获得空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置的具体例1＞

使用图33，说明本发明的车载用途的空间悬浮影像显示装置的实施例。该实施例中，空间悬浮影像显示装置1000作为HUD内置在仪表盘(与图34同样)中。空间悬浮影像显示装置1000具有显示装置1、回归反射光学部件2100等。显示装置1上显示的影像可以为了强调进深方向而强调显示影像的阴影进行显示。作为影像显示元件，使用与影像信号相应地对从光源装置13供给的光进行调制并使其出射为特定偏振的光的液晶显示面板11。

经过液晶显示面板11调制后的特定偏振——本例中是S偏振——的影像(实线)，透过具有使S偏振光透射且使P偏振光反射的特性的分束器(或反射型偏振片)2140，入射到反射镜2110。在反射镜2110上向下方反射的影像光，被配置在空间悬浮影像显示装置1000的下表面附近的回归反射光学部件2100等反射，形成空间悬浮影像220。在回归反射光学部件2100的影像光入射面设置了λ/4波片。该S偏振的影像光入射到回归反射光学部件2100并反射从而2次经过λ/4波片，由此被变换为P偏振光(虚线)。该P偏振的影像光在反射镜2110上再次反射，使光路折返，并在分束器2140上向上方反射。该反射后的P偏振的影像光在设置于空间悬浮影像显示装置1000上部的反射光学元件(反射镜)2120上向斜上方向反射，通过光学元件2150的作用，得到空间悬浮影像或模拟立体的空间悬浮像220。

根据需要，如果使光学元件2150的透射面形状例如在驾驶员一侧成为凹形状(具有使光线发散的作用的形状)，则因为使形成空间悬浮影像220的影像光束发散，所以在成像面上被放大，同时，在得到的空间悬浮影像220中，与画面中央相比，周边部的成像点向近处(靠用户侧)弯曲，所以从驾驶员观看的情况下可以得到模拟地附加了进深方向的信息的空间影像。此时，如上所述，在显示装置1中可以为了强调进深方向而强调阴影地进行显示。进而，在显示影像是人物等的情况下，通过追加阴影部分，立体影像得到强调，所以是优选的。如上所述，本实施例的车载的空间悬浮影像显示装置1000形成空间悬浮影像或立体的空间悬浮影像220，驾驶员能够观看与其对应的虚像V1。

来自光学元件2150的影像光如图34所示，从设置于仪表盘48的开口部41向外出射，能够在图示的位置(在车辆内比前窗玻璃6更近的位置)得到空间悬浮影像或立体的空间悬浮影像220。回到图33，此时得到的空间悬浮影像或立体的空间悬浮影像220的成像位置形成在将光学元件2150与眼点8连接的线段上，在光学元件2150的上端部的上部成像。由此，与现有技术的AR-HUD同样，能够将立体影像作为实像叠加在驾驶员驾驶时观看的实景上。此时，本实施例与现有的HUD不同，并不将挡风玻璃(前窗玻璃6)用作光学系统，所以即使挡风玻璃的曲率半径和倾斜因机动车的设计而变化，也不会受其影响，对不同车型的部署性能优秀。

反射光学元件2120能够使用通过涂布或溅射形成的金属反射膜、使特定偏振选择性地反射的分束器、或反射性偏振片。因此具有以下作用。从前窗玻璃6入射的太阳光等外部光成分在入射角度较大的情况下，如图35所示S偏振的光的反射率较高。因此，P偏振成分会入射到车内。反射光学元件2120使该P偏振成分选择性地反射。因此，外部光不会入射到反射光学元件2120后端(图中下侧)的光学部件(空间悬浮影像显示装置1000的结构体内的各部件，即显示装置1、分束器2140、回归反射光学部件2100等)。因此，不会损害光学部件和配置于显示装置1和液晶显示面板11的影像光出射侧的偏振片(未图示)等的可靠性。

进而，反射光学元件2120如果具有使图36所示的太阳光分光辐射能量中引起温度上升的800nm以上的波长的光和紫外线反射的特性，则更好。另外，该实施例也通过采用能够使显示装置1在图中左右方向(光轴的方向)上移动的结构，能够使空间悬浮影像220的形成位置在斜上下方向上移动。其结果是，从驾驶员的眼点8看到的空间悬浮影像220(对应的虚像V1)的俯角变化，能够相对于驾驶员观看的实景，模拟地改变该空间悬浮影像220的影像显示距离和大小。进而，该实施例也可以设置用于感知驾驶员的视线的相机(未图示)，通过追踪、检测驾驶员的视线，而使空间悬浮影像220的显示位置与视线位置相应地联动。另外，此时可以通过使作为空间悬浮影像220显示的影像成为匹配驾驶员正在观看的实景的警报信息等，由此实现驾驶过程中发出提醒。

＜获得空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置的具体例2＞

使用图34说明本发明的车载用途的空间悬浮影像显示装置的第二例。作为构成第二例中的显示装置1的显示元件，与第一例同样，使用与影像信号相应地对从光源装置13供给的光进行调制并使其出射为特定偏振的光的液晶显示面板11。经过液晶显示面板11调制后的特定偏振(此处是S偏振)的影像，透过具有使S偏振光透射且使P偏振光反射的特性的分束器(或反射型偏振片)2140，被回归反射光学部件2100反射，形成空间悬浮影像220。在回归反射光学部件2100的影像光入射面设置了λ/4波片。S偏振的影像光入射到回归反射光学部件2100并反射从而2次经过λ/4波片，由此被变换为P偏振光。P偏振的影像光在分束器(或反射型偏振片)2140上反射，进而在设置于空间悬浮影像显示装置1000的上部的反射镜(反射光学元件)2120上反射。该反射光经过光学元件2150，在斜上方向显示空间悬浮影像220。

如果使光学元件2150的面形状例如在驾驶员一侧成为凹形状(具有使光线发散的作用的形状)，则因为使形成空间悬浮影像的影像光束发散，所以在成像面上被放大，同时，因为与画面中央相比，周边部成像点向近处(靠用户侧)弯曲，所以从驾驶员观看的情况下可以得到模拟地附加了进深方向的信息的空间影像。此时，如上所述，在显示装置1中可以为了强调进深方向而强调阴影地进行显示。进而，在显示影像是人物等的情况下，通过追加阴影部分，立体影像得到强调。

形成以上所述的空间悬浮影像220的影像光，从设置于车辆的仪表盘48的开口部41出射。由此，能够在规定位置得到空间悬浮影像220。另外，如果使上述光学元件2150与开口部41的形状一致并用作供影像光束通过的窗口，则能够减少部件个数，所以更为优选。此时得到的空间悬浮影像220的成像位置形成在将回归反射光学部件2100与光学元件2150与眼点8连接的线段上，在光学元件2150的上端部的上部成像。由此，与现有技术的HUD同样，能够使影像作为实像叠加在驾驶员驾驶时观看的实景的一部分上。此时，该空间悬浮影像显示装置1000与现有的HUD不同，并不将挡风玻璃(前窗玻璃6)用作光学系统，所以即使挡风玻璃的曲率半径和倾斜因机动车的设计而变化，也不会受到影响，对不同车型的部署性能优秀。

优选在开口部41的透明部件的影像光入射面设置防反射膜或吸收型偏振片。

另外，优选使液晶显示面板11上显示的影像成为能够校正因形成空间悬浮影像220的光学系统而产生的像的畸变的影像。控制装置40(图33)以使得液晶显示面板11上显示的影像成为校正像的畸变的影像的方式，进行生成该影像的影像处理等。

反射光学元件(反射镜)2120能够使用与第一例同样的。由此，反射光学元件2120如上所述使入射到车内的P偏振成分选择性地反射。因此，外部光不会入射到反射光学元件2120后端的光学部件，不会损害光学部件和液晶显示面板11等的可靠性。另外，与上述例子同样，采用能够使显示装置1(或回归反射光学部件2100)在图中左右方向(光轴的方向。与影像显示面垂直的方向。)上移动的结构。由此，本实施例中，能够使空间悬浮影像或立体的空间悬浮影像220的形成位置在沿着通过光学元件2150的光轴3401的斜上下方向上移动。其结果是，从驾驶员的眼点8看到的空间悬浮影像220(对应的虚像)的俯角变化，能够相对于驾驶员观看的实景改变空间悬浮影像或模拟立体的空间悬浮影像220的影像显示距离和大小。

根据以上叙述的实施例，例如能够在仪表盘48上的开口部41的延长线(通过光学元件2150的光轴3401)上，将高分辨率的影像或立体影像显示为可以在空间悬浮的状态下看见的空间悬浮影像220。此时，本实施例中，使从空间悬浮影像显示装置1000的开口部41出射的影像光的发散角较小即成为锐角，进而统一为特定偏振。由此，对于回归反射光学部件2100仅使正常的反射光效率良好地反射。因此，根据本实施例，光的利用效率较高，能够抑制现有的回归反射方式中成为问题的上述鬼像，能够得到清晰的空间悬浮影像。另外，采用包括本实施例的光源(光源装置13)的结构，可提供能够大幅降低功耗的、新颖且可用性优秀的空间悬浮影像显示装置。另外，如上所述，能够提供一种车辆用空间悬浮影像显示装置，其能够显示经由车辆的前窗玻璃6在车辆内部或外部观看的、所谓单向的放大空间悬浮影像或立体空间悬浮影像。

以上实施例说明了为了将空间悬浮影像放大而具有使影像光束发散的作用的光学元件2150，但也可以代替具有该光学元件2150使反射镜(反射光学元件)2120具有与光学元件2150同样的作用。换言之，可以使反射光学元件2120与光学元件2150成为一体的元件。但是，在空间悬浮影像显示装置1000的结构体的内部设置具有放大作用的光学元件需要增大开口窗41的面积，所以外部光入射到空间悬浮影像显示装置内部的可能性增大，导致部件的可靠性和影像的画质降低，所以需要设计上的考虑。

＜反射型偏振片＞

上述实施例中，在使用线栅结构的反射型偏振片作为分束器2140的情况下，该反射型偏振片对于来自与偏振轴垂直的方向的光的特性降低。因此，该反射型偏振片优选沿偏振轴使用，能够使来自液晶显示面板11的出射影像光窄角地出射的本实施例的光源装置13是理想的光源。另外，水平方向的特性也同样，对于来自斜向的光会发生特性降低。考虑以上特性，以下说明将能够使来自液晶显示面板11的出射影像光更窄角地出射的光源(光源装置13)用作液晶显示面板11的背光源的实施例。由此，能够提供高对比度的空间悬浮影像。

＜显示装置＞

使用图22等说明本实施例的显示装置1。本实施例的显示装置11具有影像显示元件即液晶显示面板11以及构成液晶显示面板11的光源的光源装置13，图22中，与液晶显示面板11一同用展开立体图表示了光源装置13。

该影像显示元件即液晶显示面板11如图22中箭头(出射光束)30所示，利用来自背光源装置即光源装置13的光得到具有窄角扩散特性的、即指向性(换言之是直线前进性)强并且偏振面统一在一个方向上的类似激光的特性的照明光束，并出射与输入的影像信号相应地施加了调制的影像光。然后，对于该影像光，通过回归反射光学部件2使其反射，透过挡风玻璃(前窗玻璃)形成实像的空间悬浮影像。另外，图22中，本实施例的显示装置1构成为具有液晶显示面板11以及控制来自光源装置13的出射光束的指向特性的光方向变换面板54，且根据需要具有窄角扩散板(未图示)。即，在液晶显示面板11的两面设置偏振片，按影像信号调制光的强度，如箭头(出射光束)30所示地出射特定偏振的影像光。由此，本实施例1的显示装置1使要求的影像作为指向性(直线前进性)高的特定偏振的光，经由光方向变换面板54向回归反射光学部件2投射，在回归反射光学部件2上反射之后，向车辆的空间的内部/外部的观看者的眼透射而形成空间悬浮影像。另外，也可以在上述光方向变换面板54的表面设置保护罩。

本实施例中，为了提高来自光源装置13的出射光束30的利用效率、大幅降低功耗，在包括光源装置13和液晶显示面板11而构成的显示装置1中能够采用以下结构。即，显示装置1能够使来自光源装置13的光(出射光束30)向回归反射光学部件2投射，在回归反射光学部件2上反射之后，利用设置在挡风玻璃的表面的透明片(未图示)控制指向性以在要求的位置形成空间悬浮影像。具体而言，该透明片利用菲涅尔透镜或线性菲涅尔透镜等光学部件赋予高指向性地控制空间悬浮影像的成像位置。这样，来自显示装置1的影像光如激光那样高指向性(直线前进性)且效率良好地到达位于挡风玻璃的外侧(例如人行道)的观察者。其结果是，能够高分辨率地显示高质量的空间悬浮影像，并且能够显著降低包括光源装置13的LED元件201的显示装置1的功耗。

＜显示装置的例1＞

图23表示显示装置1的具体结构的一个例子。图23中，在图22的光源装置13上配置了液晶显示面板11和光方向变换面板54。该光源装置13例如由塑料等形成，在内部收纳LED元件201、导光体203而构成，在导光体203的端面，为了将来自各LED元件201的发散光变换为大致平行光束，设置了具有截面积相对于受光部向对面去而逐渐增大的形状、具有在内部传播时多次全反射而发散角逐渐减小的作用的透镜形状。在该导光体203的上表面安装了液晶显示面板11。另外，在光源装置13的箱体的一个侧面(本例中是左侧的端面)安装有LED电路板202，其上安装了半导体光源即LED元件201和该LED元件201的控制电路。并且，在LED电路板202的外侧面，可以安装用于对LED元件201和控制电路中产生的热进行冷却的部件即散热器。

另外，在安装于光源装置13的箱体的上表面的液晶显示面板11的框架(未图示)上，安装了在该框架上安装的液晶显示面板11和与该液晶显示面板11电连接的柔性配线电路板(FPC：Flexible Printed Circuits，未图示)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201一同基于来自构成电子装置的控制电路(未图示)的控制信号，对透射光的强度进行调制由此生成显示影像。此时生成的影像光扩散角度窄且仅有特定偏振成分，所以接近由影像信号驱动的面发光激光影像源，可以得到以往没有的新颖的显示装置。另外，现状下，使用激光装置得到与通过上述显示装置1得到的图像同等尺寸的激光束在技术上和安全上都是不可能的。于是，本实施例中，例如能够利用来自具有LED元件的一般光源的光束，得到上述接近面发光激光影像光的光。

接着，对光源装置13的箱体内收纳的光学系统的结构参照图23以及图24详细进行说明。因为图23和图24是截面图，所以对于构成光源的多个LED元件201仅表示了1个。来自该多个LED元件201的光被导光体203的受光端面203a的形状变换为大致准直光(平行光)。因此，导光体203的端面的受光部与LED元件201以保持规定的位置关系的方式安装。另外，该导光体203分别例如由丙烯酸树脂等透光性的树脂形成。该导光体203的端部的LED受光面例如具有由抛物截面旋转得到的圆锥凸形状的外周面，在该外周面的顶部具有凹部，该凹部在该顶部的中央部形成了凸部(即凸透镜面)，在该导光体203的受光端面203a的平面部的中央部，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)(与后述的图26等相同)。另外，安装LED元件201的导光体203的受光部的外形形状是形成圆锥形状的外周面的抛物面形状，被设定在能够使从LED元件201向周边方向出射的光在该外周面的内部发生全反射的角度范围内，或者形成了反射面。

另一方面，LED元件201分别配置在电路板即LED电路板202的表面上的规定位置。该LED电路板202相对于LED准直器即受光端面203a，以表面上的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，能够用导光体203的受光端面203a的形状使从LED元件201发射的光成为大致平行光并输出，能够提高产生的光的利用效率。

如上所述，图22等的光源装置13在设置于导光体203的端面的受光部即受光端面203a上安装了由多个光源即LED元件201排列得到的光源单元。由此，用导光体203的受光端面203a的透镜形状使来自LED元件201的发散光束成为大致平行光，并如箭头所示地(图23等中的左右方向)在导光体203内部导光，用光束方向变换部件204使其向相对于导光体203大致平行地配置的液晶显示面板11的方向(图23等中的上下方向)出射(图22中的出射光束30)。通过用导光体203内部或表面的形状使该光束方向变换部件204的分布(换言之是密度)优化，能够控制对液晶显示面板11入射的光束的均匀性。上述光束方向变换部件204通过利用导光体203的表面的形状或在导光体203的内部设置例如折射率不同的部分，使在导光体203内传播的光束向相对于导光体203大致平行地配置的液晶显示面板11出射。此时，对于液晶显示面板11，在正对画面中央且将视点置于与画面对角线尺寸相同的位置的状态下，对画面中央与画面周边部的亮度进行比较，只要相对亮度比在20％以上在实用上就没有问题，如果超过30％则特性更优秀。

另外，图23与图22同样，是用于说明上述包括导光体203和LED元件201的光源装置13中进行偏振变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23中，光源装置13例如包括由塑料等形成的在表面或内部设置了光束方向变换部件204的导光体203、作为光源的LED元件201、反射片205、相位差板206、柱状透镜等。在光源装置13的上表面，安装了在光源光入射面和影像光出射面具有偏振片的液晶显示面板11。

另外，显示装置1也可以采用以下结构。图23中，在与光源装置13对应的液晶显示面板11的光源光入射面(图中的下表面)设置了薄膜或片状的反射型偏振片49。光源装置13使从LED元件201出射的自然光束210中的一种偏振光(例如P光)212选择性地反射，在设置于导光体203的一方(图中的下方)的面上的反射片205上反射，使其再次去往液晶显示面板11。并且，在反射片205与导光体203之间或者导光体203与反射型偏振片49之间设置作为相位差板的λ/4波片。利用该结构使光在反射片205上反射从而2次经过λ/4波片，由此使反射光束从P偏振光变换为S偏振光，提高作为影像光的光源光的利用效率。通过液晶显示面板11按影像信号调制了光强度后的影像光束(图23的箭头213)例如如图33所示地，入射到回归反射光学部件2100并反射，之后经由反射镜2110和反射镜2120，在前窗玻璃6的近处(靠用户侧)的车内的空间、或车外的空间，得到实像的立体的空间悬浮影像。

另外，显示装置1也可以采用以下结构。图23中，在与光源装置13对应的液晶显示面板11的光源光入射面(图中的下表面)设置了薄膜或片状的反射型偏振片49。光源装置13使从LED元件201出射的自然光束210中的一种偏振(例如S光)211选择性地反射，在设置于导光体203的一方(图中的下方)的面上的反射片205上反射，再次去往液晶显示面板11。在反射片205与导光体203之间或者导光体203与反射型偏振片49之间设置作为相位差板的λ/4波片。利用该结构使光在反射片205上反射从而2次经过λ/4波片，由此使反射光束从S偏振光变换为P偏振光，提高作为影像光的光源光的利用效率。通过液晶显示面板11按影像信号调制了光强度后的影像光束(图24的箭头214)例如如图33所示地，入射到回归反射光学部件2100并反射，之后经由反射镜2110和反射镜2120，在前窗玻璃6的近处(靠用户侧)的车内的空间、或车外的空间，得到实像的空间悬浮影像。

在图23和图24所示的光源装置13中，除了对应的设置在液晶显示面板11的光入射面上的偏振片的作用之外，由于利用反射型偏振片使一种偏振成分反射，所以理论上能够得到的对比度是反射型偏振片的正交透射率的倒数与由液晶显示面板附带的2片偏振片得到的正交透射率的倒数相乘的结果。由此，可以得到较高的对比度性能。实际上，通过实验确认，显示图像的对比度性能提高10倍以上。其结果是，能够得到与自发光型的有机EL相比也不逊色的高质量的影像。

＜显示装置的例2＞

接着使用图25说明显示装置1的具体结构的其他例。该显示装置1的光源装置使用LED准直器18将来自LED14的自然光(P偏振和S偏振混合存在)的发散光束变换为大致平行光束(图中上下方向的光束19)，由反射型导光体304使其作为图中左右方向的光束向液晶显示面板11反射。该反射型导光体304上的反射光入射到配置在液晶显示面板11与反射型导光体304之间的波片206和反射型偏振片49。该入射光中，特定偏振(例如S偏振)在反射型偏振片49上反射，该反射光被波片206变换相位，返回反射型导光体304的反射面，并被反射而再次经过波片206，被变换为能够透过反射型偏振片49的偏振(例如P偏振)。

其结果，来自LED14的自然光被统一为特定偏振(例如P偏振)，对液晶显示面板11入射，根据影像信号相应地被实施亮度调制，在液晶显示面板11的影像显示面上显示影像。图25中，与上述例子同样，具有构成光源的多个LED14(图25中因为是截面所以仅图示1个)，这些LED14相对于LED准直器18安装在规定位置。另外，该LED准直器18分别例如由丙烯酸树脂等透光性的树脂或玻璃形成。而且，与上述例子同样，该LED准直器18具有由抛物截面旋转得到的圆锥凸形状的外周面，并且在该外周面的顶部具有凹部，该凹部在该顶部的中央部形成了凸部(即凸透镜面)。另外，在该LED准直器18的平面部的中央部，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准直器18的圆锥形状的外周面的抛物面被设定在能够使从LED14向周边方向出射的光在该外周面的内部发生全反射的角度范围内，或者形成了反射面。

图25所示的结构与图31所示的显示装置1的光源装置的结构大致相同。进而，被图31所示的LED准直器18变换为大致平行光的光，在反射型导光体304上反射，因反射型偏振片49的作用而使特定偏振的光透射，而反射的另一方偏振的光再次透过反射型导光体304，在设置于反射型导光体304的与液晶显示面板11不相接的另一方的面上的反射板271上反射。此时，该光因2次经过配置在反射板271与液晶显示面板11之间的相位差板即λ/4波片270而被偏振变换，再次透过反射型导光体304，并透过在相反面上设置的反射型偏振片49，使偏振方向统一地入射到液晶显示面板11。其结果是，该结构能够完全利用光源的光，所以光的利用效率成为2倍。

关于来自液晶显示面板11的出射光，在现有的电视机中，如图29和图30所示，在画面水平方向(图29的(A)和图30的(A)中用X轴表示)和画面垂直方向(图29的(A)和图30的(B)中用Y轴表示)上具有同样的扩散特性，角度60度左右时的亮度为正面观看的50％，是广角的，从任意位置都能够观看电视机的影像。与此相对，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30的(A)的“例1”所示，亮度为正面观看(角度0度)时的50％的视野角为4度，与现有的TV的指向特性60度相比成为其1/15。同样，对于垂直方向的视野角，以使其上下不均匀、将上侧的视野角相对于下侧的视野角抑制为1/3左右的方式，优化反射型导光体304的反射角度和反射面的面积等。除了该结果之外，还通过对光源光进行偏振变换而使效率成为1.8倍，所以如果同时使用以上技术手段，则与现有的液晶TV相比，去往观看方向的影像光量大幅提高，亮度为80倍以上。另外，图30中的X、Y方向与图29的(A)坐标相同。

进而，如果采用图30的“例2”所示的视野角特性，则亮度为正面观看(角度0度)时的50％的视野角为1度，与现有的60度相比成为其1/60。同样，对于垂直方向的视野角，以使其上下均匀、并将视野角相对于现有抑制为1/12左右的方式，优化反射型导光体304的反射角度和反射面的面积等。其结果是，本实施例与现有的液晶TV相比，去往观看方向的影像光量大幅提高，亮度为700倍以上。通过使用后述的设置了进行偏振变换的偏振变换元件、统一为特定偏振、发散角非常小的接近激光面光源的光源，利用液晶显示面板与影像信号相应地调制光的强弱，可获得能够得到特定偏振的影像光的影像源。

如上所述，通过使视野角成为窄角，能够使去往观看方向的光束量集中，所以光的利用效率大幅提高。其结果是，根据实施例，即使使用现有的TV用的液晶显示面板，也能够通过控制光源装置的光扩散特性而以同样的功耗实现大幅的亮度提高，能够成为可进行面向室外的影像显示的显示装置。

作为实施例的基本结构，如上述图34所示，利用光源装置13使窄角指向特性的光束入射到液晶显示面板11，与影像信号相应地进行亮度调制，由此对室内或室外显示通过使液晶显示面板11的画面上显示的影像信息在回归反射光学部件2100上反射而得到的空间悬浮影像220。

＜光源装置的例1＞

接着，对收纳在箱体内的光源装置等光学系统的结构例，参照图26以及图27的(A)和(B)详细进行说明。

图26和图27表示了构成光源的LED14(14a、14b)。这些LED14相对于LED准直器15安装在规定位置。另外，该LED准直器15分别例如由丙烯酸树脂等透光性的树脂形成。该LED准直器15如图27的(B)所示，具有由抛物截面旋转得到的圆锥凸形状的外周面156，并且在该外周面156的顶部具有凹部153，该凹部153在该顶部的中央部形成了凸部(即凸透镜面)157。另外，在该LED准直器15的平面部的中央部，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的抛物面156被设定在能够使从LED14向周边方向出射的光在该外周面的抛物面156的内部发生全反射的角度范围内，或者形成了反射面。

另外，LED14(14a、14b)分别配置在电路板即LED电路板102的表面上的规定位置。该LED电路板102相对于LED准直器15，以表面上的LED14分别位于LED准直器15的凹部153的中央部的方式配置并固定。根据该结构，利用上述LED准直器15，从LED14发射的光中、特别是从LED14的中央部分向上方(图中右方)发射的光被形成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，从其他部分向周边方向出射的光被形成LED准直器15的圆锥形状的外周面的抛物面156反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，使用在中央部构成凸透镜、并且在周边部形成抛物面的LED准直器15，能够使由LED14产生的光的几乎全部成为平行光并输出，能够提高产生的光的利用效率。

另外，图26中，在LED准直器15的光的出射侧设置了偏振变换元件21。该偏振变换元件21由图27的(A)可知，是由截面为平行四边形的柱状(以下称为平行四边形柱)的透光性部件与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，在与来自LED准直器15的平行光的光轴正交的面上，平行地、阵列状地排列多个而构成的。进而，在该阵列状地排列的相邻的透光性部件之间的界面上，交替地设置了偏振分束器(记作PBS膜)2111和反射膜2121。另外，在入射到偏振变换元件21并透过PBS膜2111的光所出射的出射面上，具有λ/2相位板213。

在该偏振变换元件21的出射面上，还设置了图27的(A)所示的矩形状的合成扩散块16。即，从LED14出射的光在LED准直器15的作用下成为平行光入射到合成扩散块16，被合成扩散块16的出射侧的纹理161扩散之后到达导光体17。

导光体17例如是由丙烯酸树脂等透光性的树脂形成为截面大致三角形(图27的(B))的棒状的部件。导光体17包括隔着第一扩散板18a与合成扩散块16的出射面相对的导光体光入射部(包括导光体光入射面)171、形成斜面的导光体光反射部(包括导光体光反射面)172和隔着第二扩散板18b与液晶显示面板11相对的导光体光出射部(包括导光体光出射面)173。

在该导光体17的导光体光反射部172上，如图26所示，交替地锯齿状地形成了多个反射面172a和连接面172b。反射面172a(图中向右上升的线段)在图中相对于用点划线表示的水平面(图中左右方向)形成了角度αn(n：自然数，本例中例如是1～130)。例如此处将角度αn设定为43度以下(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扩散并入射到导光体入射部171，由图中可知，在导光体入射部171的作用下，在向上方略微弯折(换言之是偏转)的同时到达导光体光反射部172。该光在导光体光反射部172上反射，到达在图中上方的导光体光出射部173的上方设置的液晶显示面板11。

根据以上详细叙述的显示装置1，能够进一步提高光利用效率和均匀的照明特性，同时包括模块化的S偏振的光源装置在内能够小型且低成本地制造。另外，上述说明中，按照偏振变换元件21安装于LED准直器15之后进行了说明，但本发明不限定于此，通过将偏振变换元件21设置在到达液晶显示面板11的光路中，也可以得到同样的作用、效果。

另外，在导光体光反射部172上交替地锯齿状地形成了多个反射面172a和连接面172b，照明光束在各反射面172a上全反射而去往上方。进而，在导光体光出射部173上设置窄角扩散板，使照明光束成为大致平行的扩散光束，入射到用于控制指向特性的光方向变换面板54，指向特性经过控制后，如图26所示从倾斜方向对液晶显示面板11入射。本实施例将光方向变换面板54设置在导光体出射面173与液晶显示面板11之间，但不限定于此，即使将光方向变换面板54设置在液晶显示面板11的出射面上，也可以得到同样的效果。

＜光源装置的例2＞

图28表示光源装置13等光学系统的结构的其他例。图28与图26所示的例子同样，表示了构成光源的多个(本例中是2个)LED14(14a、14b)。这些LED14相对于LED准直器15安装在规定位置。另外，该LED准直器15分别例如由丙烯酸树脂等透光性的树脂形成。与图26所示的例子同样，该LED准直器15具有由抛物截面旋转得到的圆锥凸形状的外周面156，并且在该外周面156的顶部具有凹部153，该凹部153在该顶部的中央部形成了凸部(即凸透镜面)。另外，在该LED准直器15的平面部的中央部，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的抛物面156被设定在能够使从LED14向周边方向出射的光在该抛物面156的内部发生全反射的角度范围内，或者形成了反射面。

另外，LED14(14a、14b)分别配置在电路板即LED电路板102的表面上的规定位置。该LED电路板102相对于LED准直器15，以表面上的LED14(14a、14b)分别位于凹部153的中央部的方式配置并固定。根据该结构，利用上述LED准直器15，从LED14发射的光中、特别是从LED的中央部分向上方(图中右方)发射的光被形成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，从其他部分向周边方向出射的光被形成LED准直器15的圆锥形状的外周面的抛物面156反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，使用在中央部构成凸透镜、并且在周边部形成抛物面的LED准直器15，能够使由LED14产生的光的几乎全部成为平行光并输出，能够提高产生的光的利用效率。

另外，图28的(A)中，在LED准直器15的光的出射侧，隔着第一扩散板18a设置了导光体170。导光体170例如是由丙烯酸树脂等透光性的树脂形成为截面大致三角形的棒状的部件。并且，由图28的(A)可知，导光体170包括隔着第一扩散板18a与扩散块16的出射面相对的导光体170的导光体入射部171、形成斜面的导光体光反射部172和隔着反射式偏振片200与液晶显示元件即液晶显示面板11相对的导光体光出射部173。

作为该反射型偏振片200，例如选择具有使P偏振光反射、使S偏振光透射之特性的。这样，该反射型偏振片200使从光源即LED发出的自然光中的P偏振光反射，经过图28的(B)所示的设置在导光体光反射部172上的λ/4波片2802，并在反射面2801上反射而再次经过λ/4波片2802，由此变换为S偏振光。由此，对液晶显示面板11入射的光束全部被统一为S偏振光。

同样地，作为反射型偏振片200，也可以选择具有使S偏振光反射、使P偏振光透射之特性的。这样，该反射型偏振片200使从光源即LED发出的自然光中的S偏振光反射，经过图28的(B)所示的设置在导光体光反射部172上的λ/4波片2802，并在反射面2801上反射而再次经过λ/4波片2802，由此变换为P偏振光。由此，对液晶显示面板11入射的光束全部被统一为P偏振光。采用以上叙述的结构也能够实现偏振变换。

＜光源装置的例3＞

使用图25说明光源装置等的光学系统的结构的其他例。本例中，如图25所示，通过准直透镜18将来自LED14的自然光(P偏振光和S偏振光混合存在)的发散光束变换为大致平行光束，利用反射型导光体304使其向液晶显示面板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之间的反射型偏振片206。在反射型偏振片206上特定偏振(例如S偏振)反射，反射光透过将反射型导光体304的反射面连接的面，在面对反射型导光体304的相反面配置的反射板271上反射，因2次经过相位板即λ/4波片270而被偏振变换。该偏振变换后的光(例如P偏振)透过反射型导光体304和反射型偏振片206而入射到液晶显示面板11，被调制为影像光。此时，通过使特定偏振与偏振变换后的偏振面一致，光的利用效率成为通常的2倍，反射型偏振片206的偏振度(换言之是消光比)与整个系统的消光比相乘。因此，通过使用本实施例的光源装置，空间悬浮影像显示装置的对比度大幅提高。

其结果，本实施例中，来自LED14的自然光被统一为特定偏振(例如P偏振)。与上述例子同样，本实施例设置了构成光源的多个LED14，这些LED14相对于LED准直器18安装在规定位置。另外，该LED准直器18分别例如由丙烯酸树脂等透光性的树脂或玻璃形成。该LED准直器18与上述同样，具有由抛物截面旋转得到的圆锥凸形状的外周面，并且在该外周面的顶部具有凹部，该凹部在中央部形成了凸部(即凸透镜面)。另外，在LED准直器18的平面部的中央部，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准直器18的圆锥形状的外周面的抛物面被设定在能够使从LED14向周边方向出射的光在该抛物面的内部发生全反射的角度范围内，或者形成了反射面。

另外，LED14分别配置在电路板即LED电路板102的表面上的规定位置。该LED电路板102相对于LED准直器18，以表面上的LED14分别位于LED准直器18的凹部的中央部的方式配置并固定。根据该结构，利用LED准直器18，从LED14发射的光中、特别是从其中央部分发射的光被形成LED准直器18的外形的2个凸透镜面会聚而成为平行光。另外，从其他部分向周边方向出射的光被形成LED准直器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，使用在中央部构成凸透镜、并且在其周边部形成抛物面的LED准直器18，能够使由LED14产生的光的几乎全部成为平行光并输出，能够提高产生的光的利用效率。

＜光源装置的例4＞

进而，使用图31说明光源装置等光学系统的结构的其他例。图31中，在LED准直器18的光出射侧使用了2片对扩散特性进行变换的光学片(换言之是扩散片、扩散薄膜)207，使来自LED准直器18的光入射到这2片光学片207之间。该光学片207对构成面的图中上下方向(画面内垂直方向)和图中前后方向(画面内水平方向)的扩散特性进行变换。该光学片207在由1张片材构成的情况下，利用该光学片的正面和背面的微细形状控制垂直方向和水平方向的扩散特性。另外，光学片207也可以使用多片光学片来分担作用。可以将LED14的数量和光学元件(光学片207)的发散角作为设计参数进行优化设计，以利用光学片207的正面形状和背面形状，使来自LED准直器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，使得在水平方向上从液晶显示面板11出射的光束的面密度变得均匀。即，本实施例中，代替上述导光体304利用1片以上光学片207的表面形状控制扩散特性。本实施例中，偏振变换通过与上述光源装置的例3同样的方法进行。与此相对，也可以在LED准直器18与光学片207之间设置偏振变换元件21，使光源光在经过偏振变换之后对光学片207入射。

作为上述反射型偏振片206，例如选择具有使S偏振光反射、使P偏振光透射之特性的。这样，从光源即LED14发出的自然光之中，S偏振光被反射型偏振片206反射，经过相位差板270后在反射面271上反射，并再次经过相位差板270而被变换为P偏振光，对液晶显示面板11入射。该相位差板270的厚度需要根据光线对相位差板270的入射角度选择最优值，最优值位于λ/16至λ/4的范围。

＜光源装置的例5＞

使用图32说明光源装置的光学系统的结构的其他例。本实施例中，光源装置13如图32的(C)所示，在LED准直器18的光出射侧具有偏振变换元件501，利用偏振变换元件501使来自LED14(LED元件)的自然光统一为特定偏振，对用于控制扩散特性的光学元件81入射。在光学元件81中，对于入射光，通过控制画面垂直方向(图32的(C)中的上下方向)和画面水平方向(图32的(C)中的前后方向)的扩散特性，使去往反射型导光体200的反射面的配光特性成为最优。在反射型导光体200的表面，如图32的(B)所示地设置有凹凸图案502，使来自光学元件81的入射光向配置在反射型导光体200的相对面的影像显示装置(未图示)反射，得到要求的扩散特性。光源的LED14和LED准直器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。为此，作为针对因LED14发热引起LED准直器18膨胀导致安装精度降低的问题的对策，发明人采用了以下结构。即，本实施例中，如图32的(A)和(B)所示，采用由数个LED14与LED准直器18一体化而得到的光源单元503的结构，并使用单个或多个(本例中是3个)光源单元503作为光源装置，由此减轻了上述安装精度的降低。

图32的(A)、(B)、(C)所示的实施例中，在反射型导光体200的长边方向(图中左右方向)的两端部，分别安装了多个(合计6个)由LED元件与LED准直器18一体化而得到的光源单元503。本实施例中，在反射型导光体200的左右每侧在画面垂直方向(图32的(B)中的上下方向)上各安装了3个光源单元503。由此，实现了光源装置13的亮度均匀化。在反射型导光体200的反射面(图32的(B)中形成有凹凸图案502的面)上，形成了与光源单元503大致平行的多个凹凸图案502。形成凹凸图案502的凹凸的截面是图32的(C)中的面，凹凸图案502的凹凸的重复方向是图32的(B)中的左右方向，一个凹凸的延伸方向是图32的(B)中的上下方向。在一个凹凸图案502中也在其表面形成多面体。由此，能够高精度地控制对影像显示装置入射的光量。

本实施例中，按照反射型导光体200的反射面的形状为凹凸图案502进行了说明，但不限于此，可以采用三角面、波形(波浪)面等形状规则或不规则地排列而成的图案，用其图案面形状控制从反射型导光体200去往影像显示装置的配光模式。另外，如图32的(A)所示，在反射型导光体200的侧面(没有设置光源单元503一方的侧面)，为了使经过LED准直器18控制的光不从光源装置13向外部泄漏而设置了遮光壁504，LED元件(LED14)可以设计成，利用设于外侧的金属制的基座505提高散热性。

＜柱状透镜＞

以下对控制来自显示装置1的出射光的扩散特性的柱状透镜的作用进行说明。通过优化柱状透镜的透镜形状，能够从上述显示装置1出射而在机动车的挡风玻璃(图33)的前面的车内空间、或车外空间得到空间悬浮影像。即，本实施例中，对于来自显示装置1的影像光，设置通过组合2片柱状透镜或者通过将微透镜阵列矩阵状地配置来控制扩散特性的片，在画面内的X轴和Y轴方向(图29)上，能够按照反射角度(设垂直方向为0度)相应地控制影像光的亮度(换言之是相对亮度)。本实施例中，通过利用这样的柱状透镜，与现有相比，如图29的(B)所示，能够使垂直方向(Y轴)的亮度特性变得陡峭，进而通过改变上下方向(Y轴的正负方向)的指向特性的平衡，能够提高反射、扩散的光的亮度(相对亮度)。由此，本实施例中，能够像来自面发光激光影像源的影像光那样，成为扩散角度窄(换言之是直线前进性高)、且仅有特定偏振成分的影像光，抑制使用现有技术的情况下因回归反射光学部件而产生的鬼像，并进行控制以使回归反射形成的空间悬浮影像效率良好地到达观看者的眼。

另外，通过上述光源装置，相对于图30的(A)、(B)所示的通常的液晶显示面板11的出射光扩散特性(图中记作“现有特性”)，能够实现在X轴方向和Y轴方向上都大幅变窄的指向特性，由此，能够实现对特定方向出射近似平行的影像光束的、出射特定偏振的光的显示装置。

图29表示了本实施例中采用的柱状透镜的特性的一个例子。本例中，作为角度θ，特别表示了图29的(A)的Y轴方向(垂直方向)上的特性。在图29的(B)中，“特性O”表示光的出射方向的峰位于从垂直方向(0度)起向上方30度附近的角度，表示为上下对称的亮度特性。另外，“特性A”和“特性B”表示进而在30度附近使峰值亮度的上方的影像光会聚而提高亮度(相对亮度)的特性的例子。因此，该特性A和特性B中，在超过30度的角度下，与特性O相比，光的亮度(相对亮度)急剧降低。

即，根据包括上述柱状透镜的光学系统，在使来自显示装置1的影像光束向回归反射光学部件2入射时，能够控制由光源装置13统一为窄角的影像光的出射角度和视野角，能够大幅提高回归反射光学部件2的设置的自由度。其结果是，能够大幅提高在挡风玻璃上反射或透过并在要求的位置成像的空间悬浮影像的成像位置的关系的自由度。其结果是，能够作为扩散角度窄(直线前进性高)且仅有特定偏振成分的光，效率良好地到达室外或室内的观看者的眼。由此，即使来自显示装置1的影像光的强度(对应的亮度)降低，观看者也能够正确地识别影像光而得到信息。换言之，通过减小显示装置1的输出，能够实现功耗低的显示装置。

根据本实施例能够提供一种空间悬浮影像显示装置，其代替现有的HUD装置，无需使影像在前窗玻璃上反射，能够在车内——特别是前窗玻璃与驾驶员之间的空间中——将必要的影像显示为空间悬浮影像。由此，能够提供一种在车体设计不同的车型之间也能够部署的空间悬浮影像显示装置。

另外，根据本实施例能够实现一种空间悬浮显示装置，与现有技术的HUD相比，能够在成为其设置上的妨碍因素的前窗玻璃的形状和倾斜不同的车型之间部署，能够显示可视性高的空间悬浮影像。

上述实施例中包括如下所述的结构。空间悬浮影像显示装置包括作为影像源的液晶显示面板和对影像源供给特定偏振方向的光的发散角为窄角的光源装置。光源装置具有点状或面状的光源、减小来自光源的光的发散角的光学部件和具有向影像源传播的反射面的导光体。导光体与影像源对置地配置，在内部或表面具有使来自光源的光向影像源反射的反射面，使光向影像源传播。影像源按照影像信号调制光强度。光源装置利用光源装置中设置的反射面的形状和面粗糙度控制从光源向影像源入射的光束的发散角的一部分或全部。空间悬浮影像显示装置使来自影像源的具有窄角发散角的影像光束在回归反射光学部件上反射或透射，在空中形成空间悬浮影像。

进而，来自影像源的影像光具有窄角发散特性，为了使外部光不入射到回归反射光学部件，考虑了光学系统的配置而减轻鬼像的产生，另外，在回归反射光学部件的光出射面、液晶显示面板的光出射面、或双方的光出射面上设置用于控制出射光的扩散角的光学片，由此，同时地使因回归反射光学部件而产生的鬼像光不会参与空间悬浮影像的成像，由此大幅改善得到的空间悬浮影像的画质。另外，为了减轻因外部光入射到回归反射光学部件而产生的鬼像，回归反射光学部件相对于空间悬浮影像显示装置的开口部大致垂直地配置。

一方面，空间悬浮影像显示装置为了使空间悬浮影像的大小比空间悬浮影像显示装置的开口部更大，对通过空间悬浮影像显示装置的开口部的影像光束进行控制来放大空间悬浮影像。更具体而言，在回归反射光学部件与观看者的眼点(对应的空间悬浮影像的成像位置)之间，配置为了放大显示画面而按照像素相应地控制出射方向的影像放大光学元件(影像光控制薄膜)。由此，空间悬浮影像的尺寸和成像面的形状受到控制。

另外，因为能够控制与显示装置的每个像素对应的再次成像影像的成像位置，所以能够对影像信息追加立体方向的信息。另外，通过使上述空间影像放大光学元件的表面粗糙度成为规定的粗糙度，能够控制空间悬浮放大影像的像素的聚焦感。同样地，为了减小空间悬浮影像的模糊量，通过使回归反射光学部件的反射面的表面粗糙度降低至单位长度规定数值以下，而减小空间悬浮影像的模糊量，提高可视性。

另一方面，为了使空间悬浮影像显示装置小型化，将影像源即液晶显示面板在画面的垂直方向或水平方向上分割，按分割后的每个影像显示区域改变出射的影像光的偏振方向。其结果是，可以将画面分割为多个区域并按每个区域的图像形成空间悬浮影像，所以能够薄型化，能够实现装置的小型化。

进而，由空间悬浮影像显示装置形成的空间悬浮影像的突出量(悬浮量)，是通过影像放大光学元件的作用来控制与上述显示装置的每个像素对应的再次成像影像的成像位置而实现的。

以上对各种实施例进行了详细叙述，但本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例为了易于理解地说明本发明而详细说明了整个装置，但并不限定于必须具有所说明的全部结构。能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上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，能够追加、删除、置换其他结构。

本实施例的技术中，通过使高分辨率且高亮度的影像信息以在空间中悬浮的状态显示，例如用户能够不会对传染病的接触传染感到不安地进行操作。如果在不确定的大量用户使用的系统中使用本实施例的技术，能够减小传染病的接触传染的风险，提供一种能够不会感到不安地使用的非接触用户接口。由此，有助于联合国提倡的可持续发展目标(SDGs：Sustainable Development Goals)的“3良好健康与福祉”。

另外，本实施例的技术中，通过减小出射的影像光的发散角进而统一成特定偏振，仅使对于回归反射部件正常的反射光高效率地反射，所以光的利用效率高，能够得到明亮且清楚的空间悬浮影像。根据本实施方式的技术，能够提供一种可大幅降低功耗的、可用性优秀的非接触用户接口。由此，有助于联合国提倡的可持续发展目标(SDGs：SustainableDevelopment Goals)的“9产业、创新和基础设施”和“11可持续城市和社区”。

进而，本实施例的技术能够形成由指向性(直线传播性)高的影像光形成的空间悬浮影像。采用本实施例的技术，在银行的ATM和车站的售票机等中显示要求高安全性的影像、或显示想要对正对着用户的人物保密的保密性高的影像的情况下，通过显示指向性高的影像光，能够提供一种空间悬浮影像被用户以外的人物窥视的危险性小的非接触用户接口。由此，有助于联合国提倡的可持续发展目标(SDGs：Sustainable Development Goals)的“11可持续城市和社区”。

附图标记说明

1……显示装置，2(2A、2B)……回归反射光学部件，11……液晶显示面板，13……光源装置，100……透明部件，101、102……偏振分离部件，111……λ/2波片，220……空间悬浮影像(立体的空间悬浮影像，放大像)，2150、1100……光学元件。

Claims (42)

1.一种用于形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；

作为影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；

偏振分离部件，其设置在将所述空间悬浮影像的成像位置与所述回归反射光学部件连接的空间内；和

光学元件，其在所述开口部附近被配置在所述影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，

其中，利用所述偏振分离部件使来自所述影像源的一种偏振的影像光透射或反射，

基于从所述偏振分离部件透射或反射的影像光，使其通过所述光学元件，在所述开口部的外侧显示实像的所述空间悬浮影像。

2.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

相对于所述影像源的影像显示面积，通过所述光学元件的透镜作用，增大所述空间悬浮影像在成像位置处的面积。

3.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

具有能够变更所述影像源与所述回归反射光学部件之间的光学距离的结构，通过利用所述结构变更所述光学距离，来变更所述空间悬浮影像的形成位置和大小。

4.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

在将所述空间悬浮影像的成像位置与所述偏振分离部件连接的光路内，作为使影像光束反射的反射镜具有至少1片反射镜，

所述反射镜之中的、在光路上最靠近所述空间悬浮影像的成像位置配置的反射镜，由使所述影像光的一种偏振反射且使另一种偏振透射的金属多层膜形成。

5.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述偏振分离部件由反射型偏振片、或使特定偏振反射的金属多层膜形成。

6.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

在所述开口部的透明部件的影像光入射面，设置有防反射膜或吸收型偏振片。

7.一种用于形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；

配置在所述开口部的、供所述影像光通过的透明部件；

作为影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；

偏振分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接的空间内；和

光学元件，其在所述开口部附近被配置在所述影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，

其中，利用所述偏振分离部件使来自所述影像源的一种偏振的影像光透射，

使从所述偏振分离部件透射的影像光入射到所述回归反射光学部件和所述相位差板进行偏振变换，

利用所述偏振分离部件使所述偏振变换后的另一种偏振的影像光向所述开口部反射，

基于被所述偏振分离部件反射后的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示实像的所述空间悬浮影像，

在所述回归反射光学部件的光入射面，设置有沿着所述光入射面交替地排列了光透射部件和光吸收部件的影像光控制薄膜，

利用所述光吸收部件吸收由所述回归反射光学部件的表面粗糙度引起的影像光的散射，或从所述开口部入射到空间悬浮影像显示装置的外部光中的、对所述回归反射部件入射的外部光。

8.如权利要求7所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述影像光控制薄膜的所述光透射部件与所述光吸收部件的节距Ps为所述影像源的像素的节距的10倍以下，相对于所述影像光控制薄膜的厚度T具有0.5＜Ps/T＜2.0的关系。

9.一种用于形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；

配置在所述开口部的、供所述影像光通过的透明部件；

作为影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；和

偏振分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接的空间内，

其中，利用所述偏振分离部件使来自所述影像源的一种偏振的影像光透射，

使从所述偏振分离部件透射的影像光入射到所述回归反射光学部件和所述相位差板进行偏振变换，

利用所述偏振分离部件使所述偏振变换后的另一种偏振的影像光向所述开口部反射，

基于被所述偏振分离部件反射后的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示实像的所述空间悬浮影像，

所述液晶显示面板从显示面出射特定偏振的影像光，通过在所述显示面的一方的区域设置λ/2波片而将所述显示面分割为多个区域，从所述显示面的另一方的区域出射所述特定偏振的影像光，从所述一方的区域经过所述λ/2波片出射与所述特定偏振不同的偏振的影像光，

与所述影像源的所述多个区域对应地，按每个区域配置有设置了所述相位差板的所述回归反射光学部件，所述偏振分离部件被配置在将所述区域与所述回归反射光学部件连接的空间内，

对于来自所述影像源的第一区域的一种偏振的影像光，利用第一偏振分离部件使其反射，利用第二偏振分离部件使其透射，利用第一回归反射光学部件和第一相位差板进行偏振变换，利用所述第二偏振分离部件使偏振变换后的另一种偏振的影像光反射，形成第一空间悬浮影像，并且，

对于来自所述影像源的第二区域的另一种偏振的影像光，利用所述第二偏振分离部件使其反射，利用所述第一偏振分离部件使其透射，利用第二回归反射光学部件和第二相位差板进行偏振变换，利用所述第一偏振分离部件使偏振变换后的一种偏振的影像光反射，形成第二空间悬浮影像，

通过将与所述影像源的所述多个区域对应的所述第一空间悬浮影像和所述第二空间悬浮影像合成，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示所述空间悬浮影像。

10.如权利要求9所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述影像源被配置在当用户从观看所述空间悬浮影像的方向观看所述开口部时不能看到从所述影像源出射的影像光的位置。

11.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述液晶显示面板上显示的影像，是能够校正在形成所述空间悬浮影像的光学系统中产生的像的畸变的影像。

12.如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述回归反射光学部件的回归反射面的面粗糙度被设定成，使得所述空间悬浮影像的模糊量与所述影像源的像素尺寸的比为40％以下，

所述光源装置包括点状或面状的光源、用于减小来自所述光源的光的发散角的光学部件、使来自所述光源的光统一为特定方向的偏振光的偏振变换部件、和具有使来自所述光源的光向所述影像源传播的反射面的导光体，

通过所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度控制所述影像光，

利用所述回归反射光学部件使来自所述影像源的具有窄角发散角的影像光束反射，在空中形成所述空间悬浮影像。

13.如权利要求12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控制光束的发散角的一部分或全部，使得所述液晶显示面板的光线发散角为±30度以内。

14.如权利要求13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控制光束的发散角的一部分或全部，使得所述液晶显示面板的光线发散角为±15度以内。

15.如权利要求13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控制光束的发散角的一部分或全部，使得所述液晶显示面板的光线发散角的水平发散角与垂直发散角不同。

16.一种光源装置，其是如权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置中使用的光源装置，其特征在于：

发散角为±30度以内。

17.如权利要求16所述的光源装置，其特征在于：

发散角为±10度以内。

18.如权利要求16所述的光源装置，其特征在于：

水平扩散角与垂直扩散角不同。

19.一种用于形成立体的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述立体的空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；

作为影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；和

偏振分离部件，其设置在将所述空间悬浮影像的成像位置与所述回归反射光学部件连接的空间内，

其中，利用所述偏振分离部件使来自所述影像源的一种偏振的影像光透射或反射，

利用所述回归反射光学部件对从所述偏振分离部件透射或反射的影像光进行偏振变换，

利用所述偏振分离部件使所述偏振变换后的另一种偏振的影像光反射或透射，

基于从所述偏振分离部件反射或透射的影像光，在所述开口部的外侧显示实像的所述立体的空间悬浮影像。

20.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

包括光学元件，其被配置在所述影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，

所述光学元件的中心被配置成相对于将所述影像源的影像显示区域的中心与所述回归反射光学部件的外形中心连接的光轴偏心，

所述立体的空间悬浮影像的高度中心位于偏心了的所述光学元件的中心的延长线上。

21.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

包括光学元件，其被配置在所述影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，

相对于所述影像源的影像显示面积，通过所述光学元件的透镜作用，增大所述立体的空间悬浮影像在成像位置处的面积。

22.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

具有能够变更所述影像源与所述回归反射光学部件之间的光学距离的结构，通过利用所述结构变更所述光学距离，来变更所述立体的空间悬浮影像的形成位置和大小。

23.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

在将所述立体的空间悬浮影像的成像位置与所述偏振分离部件连接的光路内，作为使影像光束反射的反射镜具有至少1片反射镜，

所述反射镜之中的、在光路上最靠近所述立体的空间悬浮影像的成像位置配置的反射镜，由使所述影像光的一种偏振反射且使另一种偏振透射的金属多层膜形成。

24.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述偏振分离部件由反射型偏振片、或使特定偏振反射的金属多层膜形成。

25.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

在所述开口部的透明部件的影像光入射面，设置有防反射膜或吸收型偏振片。

26.一种用于形成立体的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

作为影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给光的光源装置；

开口部，其使从所述影像源的显示影像的各像素所发散的影像光束通过；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；和

配置在所述开口部附近的位置的光学元件，

其中，利用所述回归反射光学部件使从所述影像源的显示影像的各像素所发散的影像光束反射，

使被所述回归反射光学部件反射的影像光束通过所述光学元件，在所述开口部的外侧显示实像的所述立体的空间悬浮影像，

所述立体的空间悬浮影像的成像位置对应于与所述光学元件的透镜面大致平行且具有将所述透镜面放大后的面积的虚拟面，

所述光学元件具有按照所述透镜面的倾斜度而控制通过所述透镜面的影像光束的出射方向的作用，

对于与所述光学元件的所述影像光束所通过的区域对应的所述虚拟面内的平面坐标信息，追加由所述影像源与所述回归反射光学部件的间隔决定的所述立体的空间悬浮影像的高度方向的坐标信息，设定所述光学元件的所述区域内的厚度，由此形成所述立体的空间悬浮影像。

27.如权利要求26所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述光学元件被配置成，所述光学元件的中心相对于将所述影像源的影像显示区域的中心与所述回归反射光学部件的外形中心连接的光轴偏心，

所述立体的空间悬浮影像的高度中心位于偏心了的所述光学元件的中心的延长线上。

28.如权利要求26所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

在所述回归反射光学部件的光入射面，设置有沿着所述光入射面交替地排列了光透射部件和光吸收部件的影像光控制薄膜，

所述影像光控制薄膜的所述光透射部件与所述光吸收部件的节距Ps为所述影像源的像素的节距的10倍以下，相对于所述影像光控制薄膜的厚度T具有0.5＜Ps/T＜2.0的关系。

29.一种用于形成立体的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述立体的空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；

配置在所述开口部的、供所述影像光通过的透明部件；

作为平面影像的影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；

偏振分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接的空间内；和

光学元件，其在所述开口部附近被配置在所述影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，

其中，利用所述偏振分离部件使来自所述影像源的一种偏振的影像光透射，

使从所述偏振分离部件透射的影像光入射到所述回归反射光学部件和所述相位差板进行偏振变换，

利用所述偏振分离部件使所述偏振变换后的另一种偏振的影像光向所述开口部反射，

基于被所述偏振分离部件反射后的影像光，使从所述影像源的显示影像的各像素所发散的影像光束通过所述光学元件，在所述开口部的外侧显示实像的所述立体的空间悬浮影像，

所述立体的空间悬浮影像的成像位置对应于与所述光学元件的透镜面大致平行且具有将所述透镜面放大后的面积的虚拟面，

对于与所述光学元件的所述影像光束所通过的区域对应的所述虚拟面内的平面坐标信息，追加由所述影像源与所述回归反射光学部件的间隔决定的所述立体的空间悬浮影像的高度方向的坐标信息，设定所述光学元件的所述区域内的厚度，由此形成所述立体的空间悬浮影像，

所述液晶显示面板从显示面出射特定偏振的影像光，通过在所述显示面的一方的区域设置λ/2波片而将所述显示面分割为多个区域，从所述显示面的另一方的区域出射所述特定偏振的影像光，从所述一方的区域经过所述λ/2波片出射与所述特定偏振不同的偏振的影像光，

与所述影像源的所述多个区域对应地，按每个区域配置有设置了所述相位差板的所述回归反射光学部件，所述偏振分离部件被配置在将所述区域与所述回归反射光学部件连接的空间内，

对于来自所述影像源的第一区域的一种偏振的影像光，利用第一偏振分离部件使其反射，利用第二偏振分离部件使其透射，利用第一回归反射光学部件和第一相位差板进行偏振变换，利用所述第二偏振分离部件使偏振变换后的另一种偏振的影像光反射，形成第一空间悬浮影像，并且，

对于来自所述影像源的第二区域的另一种偏振的影像光，利用所述第二偏振分离部件使其反射，利用所述第一偏振分离部件使其透射，利用第二回归反射光学部件和第二相位差板进行偏振变换，利用所述第一偏振分离部件使偏振变换后的一种偏振的影像光反射，形成第二空间悬浮影像，

通过将与所述影像源的所述多个区域对应的所述第一空间悬浮影像和所述第二空间悬浮影像合成，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示所述立体的空间悬浮影像。

30.如权利要求29所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述光学元件被配置成，所述光学元件的中心相对于将所述影像源的影像显示区域的中心与所述回归反射光学部件的外形中心连接的光轴偏心，

所述立体的空间悬浮影像的高度中心位于偏心了的所述光学元件的中心的延长线上。

31.如权利要求29所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述影像源被配置在当用户从观看所述空间悬浮影像的方向观看所述开口部时不能看到从所述影像源出射的影像光的位置。

32.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述液晶显示面板上显示的影像，是能够校正在形成所述立体的空间悬浮影像的光学系统中产生的像的畸变的影像。

33.如权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述回归反射光学部件的反射面的面粗糙度被设定成，使得所述立体的空间悬浮影像的模糊量与所述影像源的像素尺寸的比为40％以下，

所述光源装置包括点状或面状的光源、用于减小来自所述光源的光的发散角的光学部件、使来自所述光源的光统一为特定方向的偏振光的偏振变换部件、和具有向所述影像源传播的反射面的导光体，

通过所述光源装置中设置的反射面的形状和面粗糙度控制所述影像光，

利用所述回归反射光学部件使来自所述影像源的具有窄角发散角的影像光束反射，在空中形成所述立体的空间悬浮影像。

34.如权利要求19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光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度控制光束的发散角的一部分或全部，使得所述液晶显示面板的光线发散角为±30度以内。

35.如权利要求29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光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度控制光束的发散角的一部分或全部，使得所述液晶显示面板的光线发散角为±15度以内。

36.如权利要求29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光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度控制光束的发散角的一部分或全部，使得所述液晶显示面板的光线发散角的水平发散角与垂直发散角不同。

37.一种光源装置，其是如权利要求29所述的空间悬浮影像显示装置中使用的光源装置，其特征在于：

发散角为±30度以内。

38.如权利要求37所述的光源装置，其特征在于：

发散角为±10度以内。

39.如权利要求37所述的光源装置，其特征在于：

水平扩散角与垂直扩散角不同。

40.一种用于形成立体的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述立体的空间悬浮影像的特定偏振的影像光通过的开口部；

作为影像源的液晶显示面板；

对所述影像源供给特定偏振方向的光的光源装置；

在回归反射面上设置有相位差板的回归反射光学部件；

偏振分离部件，其设置在将所述空间悬浮影像的成像位置与所述回归反射光学部件连接的空间内；和

光学元件，其在所述开口部附近被配置在所述影像源的按每个像素出射的影像光束所通过的位置，

其中，所述立体的空间悬浮影像的成像位置对应于与所述光学元件的透镜面大致平行且具有将所述透镜面放大后的面积的虚拟面，

所述光学元件具有按照所述光学元件的透镜面的倾斜度而控制通过所述透镜面的所述影像光束的出射方向的作用，

在对于与所述光学元件的所述影像光束所通过的区域对应的所述虚拟面内的平面坐标信息，追加由所述影像源与所述回归反射光学部件的间隔决定的所述立体的空间悬浮影像的高度方向的坐标信息从而决定的所述成像位置，形成所述立体的空间悬浮影像，

利用所述偏振分离部件使来自所述影像源的一种偏振的影像光透射，

使从所述偏振分离部件透射的影像光入射到所述回归反射光学部件和所述相位差板进行偏振变换，

基于所述偏振变换后的另一种偏振的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示实像的所述立体的空间悬浮影像。

41.如权利要求40所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于：

所述光学元件被配置成，所述光学元件的中心相对于将所述影像源的影像显示区域的中心与所述回归反射光学部件的外形中心连接的光轴偏心，

所述空间悬浮影像的高度中心位于偏心了的所述光学元件的中心的延长线上。

42.一种用于形成立体的空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，包括：

供形成所述立体的空间悬浮影像的影像光通过的开口部；

配置在所述开口部的、供所述影像光通过的透明部件；

回归反射光学部件；和

影像光控制薄膜，其配置在所述回归反射光学部件的光入射面，沿着所述光入射面交替地排列了光透射部件和光吸收部件，

其中，使从所述影像源出射的影像光入射到所述回归反射光学部件，利用所述回归反射光学部件使其向所述开口部反射，在所述透明部件的外侧显示实像的所述立体的空间悬浮影像，

利用所述光吸收部件吸收由所述回归反射光学部件的表面粗糙度引起的影像光的散射，或从所述开口部入射的外部光中的、对所述回归反射部件入射的外部光。