CN117837138A - 空间悬浮影像信息显示系统及其所使用的立体感测装置 - Google Patents

Abstract

对空间的外部适当地显示影像。本发明涉及对可持续的开发目标的“3对所有人确保健康和福祉”、“9创建产业和技术革新的基础”、“11创建人类永续居住的城镇”的贡献。空间悬浮影像显示系统具备：影像显示装置，显示影像；光源装置；以及回归反射构件，使来自影像显示装置的影像光反射，利用反射的光在空中显示实像的空间悬浮影像。光源装置具备：光学部件，减小来自点状或面状的光源的光的发散角；以及反射面，使来自光源的光反射，并向影像显示装置传播，通过设于光源的反射面的形状和表面粗糙度来调整从光源射出的光束的发散角的一部分。具备第1测距装置，该第1测距装置矩阵状地配置具备光源和受光部的多个TOF系统，将包含空间悬浮影像的空间分割为多个区域来感测来自TOF系统的光源的光，TOF系统的光源光朝向空中悬浮影像照射。

Description

空间悬浮影像信息显示系统及其所使用的立体感测装置

技术领域

本发明涉及空间悬浮影像信息显示系统及其所使用的立体感测装置。

背景技术

作为空间悬浮信息显示系统，已知有直接向外部显示影像的影像显示装置和作为空间画面进行显示的显示法。另外，例如在专利文献1中还公开了减少对所显示的空间像的操作面中的操作的误检测的检测系统。

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

发明要解决的问题

然而，作为上述现有技术的空间悬浮影像信息显示系统、高精度地对空间像进行三维操作的方法，并未考虑包含影像显示装置的光源在内的设计的最优化技术，影像显示装置的光源为空间悬浮影像的影像源。

本发明的目的在于提供一种在空间悬浮信息显示系统或空间悬浮影像显示装置中，可视性(外观的分辨率、对比度)高、高精度地对所显示的空间像进行三维操作的方法和能够显示减少了误检测的适当的影像的技术。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，例如采用权利要求书所记载的结构。本申请包含多个解决上述课题的方案，以下列举作为其一例的空间悬浮影像显示装置。作为本申请的一例的空间悬浮影像显示装置具备：影像显示装置，显示影像；光源装置；以及回归反射构件，使来自影像显示装置的影像光反射，利用反射的光在空中显示实像的空间悬浮影像。光源装置具备：光学部件，减小来自点状或面状的光源的光的发散角；以及反射面，使来自光源的光反射并向影像显示装置传播，通过设于光源的反射面的形状和表面粗糙度来调整从光源射出的光束的发散角的一部分。具备第1测距装置，该第1测距装置矩阵状地配置具备光源和受光部的多个TOF(Time of Flight，飞行时间)系统，将包含空间悬浮影像的空间分割为多个区域而感测来自TOF系统的光源的光，TOF系统的光源光朝向空中悬浮影像照射。

发明的效果

根据本发明，能够适当地显示空间悬浮影像信息，能够实现具有误检测少的三维感测功能的空间悬浮信息显示系统或空间悬浮影像显示装置。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信息显示系统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信息显示系统的主要部分结构和回归反射部结构的一例的图。

图3是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像信息显示系统的主要部分结构和回归反射部结构的另一例的图。

图4是表示本发明的一实施例的遮挡由回归反射部产生的异常光线的构件的配置的图。

图5是表示本发明的一实施例的遮挡由回归反射部产生的异常光线的构件的配置的剖视图。

图6是用于说明在空间悬浮影像信息显示系统中使用的感测装置的功能的说明图。

图7是在空间悬浮影像信息显示系统中使用的三维感测系统的原理的说明图。

图8A是用于说明在空间悬浮影像信息显示系统中使用的感测装置的动作的说明图。

图8B是用于说明在空间悬浮影像信息显示系统中使用的感测装置的动作的说明图。

图9是表示太阳光的分光放射照度的特性图。

图10是表示相对于向折射率1.5的介质入射的偏振光的光线入射角度的反射特性的特性图。

图11是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像信息显示系统的主要部分结构的图。

图12是表示本发明的一实施例的另一空间悬浮影像信息显示系统的主要部分结构的图。

图13是表示本发明的一实施例的另一空间悬浮影像信息显示系统的主要部分结构的图。

图14是表示对本发明的实施例的空间悬浮影像信息显示系统有效的影像显示例的图。

图15是用于说明影像显示装置的光源扩散特性的说明图。

图16是用于说明影像显示装置的光源扩散特性的说明图。

图17是表示测定液晶面板的视觉特性的坐标系的图。

图18是表示一般的液晶面板的亮度角度特性(上下方向)的图。

图19是表示一般的液晶面板的对比度的角度特性(上下方向)的图。

图20是表示一般的液晶面板的亮度角度特性(左右方向)的图。

图21是表示一般的液晶面板的对比度的角度特性(左右方向)的图。

图22是表示光源装置的具体结构的例子的剖视图。

图23是表示光源装置的具体结构的例子的构造图。

图24是表示另一方式的光源装置的具体结构的例子的图。

图25是表示另一方式的光源装置的具体结构的另一例的图。

图26是表示另一方式的光源装置的具体结构的另一例的图。

图27A是表示另一方式的光源装置的具体结构的另一例的构造图。

图27B是提取另一方式的光源装置的具体结构的另一例的一部分而得到的图。

图27C是提取另一方式的光源装置的具体结构的另一例的一部分而得到的图。

图27D是提取另一方式的光源装置的具体结构的另一例的一部分而得到的图。

图28A是表示另一方式的光源装置的具体结构的另一例的构造图。

图28B是表示另一方式的光源装置的具体结构的另一例的图。

图29是表示光源装置的具体结构的另一例的导光体扩散部的表面形状的构造图。

图30是表示光源装置的具体结构的另一例的导光体扩散部的表面形状的放大图。

图31是用于说明影像显示装置的扩散特性的图。

图32是用于说明影像显示装置的扩散特性的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的实施方式(以下也称为“本公开”)的内容。本发明也涉及发明的精神乃至权利要求书所记载的技术思想的范围或其等同范围物。另外，以下说明的实施方式(实施例)的结构只不过是例示，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和修正。

另外，在用于说明本发明的附图中，对具有相同或类似的功能的部件赋予相同的附图标记，适当地使用不同的名称，另一方面，有时省略功能等的重复说明。需要说明的是，在以下的实施方式的说明中，以“空间悬浮影像”的用语表达悬浮于空间的影像。也可以代替该用语而表达为“空中像”、“空间像”、“空中悬浮影像”、“显示影像的空间悬浮光学像”、“显示影像的空中悬浮光学像”等。在实施方式的说明中主要使用的“空间悬浮影像”的用语作为这些用语的代表例而使用。

本公开涉及一种信息显示系统，该信息显示系统例如能够使基于来自大面积的影像发光源的影像光的影像透过橱窗的玻璃等用于隔开空间的透明的构件，在店铺(空间)的内部或外部显示为空间悬浮影像。另外，本公开涉及使用多个该信息显示系统构成的大规模的数字标牌系统。

根据以下的实施方式，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，通过使射出的影像光的发散角较小即为锐角，进而与特定的偏振波一致，能够相对于回归反射构件高效地仅反射正规的反射光。因此，光的利用效率高，能够抑制在以往的回归反射方式中成为课题的在主空间悬浮像之外产生的重影，能够得到清晰的空间悬浮影像。

另外，通过包含本公开的光源的装置，能够提供能够大幅降低消耗电力的、新颖且利用性优异的空间悬浮影像信息显示系统。另外，根据本公开的技术，例如能够提供一种车辆用悬浮影像信息显示系统，该车辆用悬浮影像信息显示系统能够显示所谓的单向性的空间悬浮影像，能够经由包括车辆的前玻璃、后玻璃、侧玻璃的防护玻璃而在车辆外部对该单向性的空间悬浮影像进行视觉辨认。

另一方面，在以往的空间悬浮影像信息显示系统中，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(液晶面板或显示面板)与回归反射构件组合。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，因此除了图2所示的利用由多面体构成的作为第1实施例的回归反射构件正规反射的反射光之外，如图2的(C)所示，还由于从斜向入射到回归反射构件2a的影像光而产生重影，损害空间悬浮影像的画质。另外，在现有技术的空间悬浮影像显示装置中，如图2所示，除了正规的空间悬浮影像以外，还产生与反射面的数量相应的多个重影。因此，除了观察者以外，也会观察到作为重影的同一空间悬浮影像，从安全上的观点来看，也存在较大的问题。

<空间悬浮影像信息显示系统的第1结构例>

图1的(A)是表示本公开的空间悬浮影像信息显示系统的使用方式的一例的图。另外，图1的(A)是说明本实施方式中的空间悬浮影像信息显示系统的整体结构的图。参照图1的(A)，例如，在店铺等中，通过作为玻璃等透光性的构件的橱窗(也称为“窗玻璃”)105来分隔空间。根据本公开的空间悬浮信息显示系统(以下也称为“本系统”)，能够透过该透明的构件，对店铺(空间)的外部单向地显示悬浮影像。

具体而言，根据本系统，作为影像光束从影像显示装置(显示装置)1射出具有窄角的指向特性且特定偏振波的光，暂时入射到回归反射构件2，进行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3(空间悬浮像3)。在图1的(A)中，以透明构件(在此为窗玻璃)105的内侧(店铺内)为进深方向，以窗玻璃105的外侧(例如人行道)为近前的方式表示。另一方面，也能够在窗玻璃105设置反射特定偏振波的部件，利用该部件反射影像光束，在店铺内的所期望的位置形成空中像。

图1的(B)是表示上述影像显示装置1的结构的框图。影像显示装置1包括：影像显示部，显示空中像的原图像；影像控制部，根据面板的分辨率对所输入的影像进行变换；以及影像信号接收部，接收影像信号。

其中，影像信号接收部例如承担进行对通过HDMI(High-Definition MultimediaInterface，高清多介质接口(注册商标))等输入接口的有线的输入信号的应对和对Wi-Fi(注册商标)(Wireless Fidelity，无线保真)等无线输入信号的应对的作用。另外，影像信号接收部也能够作为影像接收/显示装置单独发挥功能。进而，影像信号接收部还能够显示来自平板电脑、智能手机等的影像信息。此外，影像信号接收部还能够根据需要连接stickPC等的处理器(运算处理装置)，在该情况下，作为影像信号接收部整体，还能够具有计算处理、影像分析处理等的能力。

图2是表示本公开的空间悬浮影像信息显示系统的主要部分结构和回归反射部结构的一例的图。使用图2，更具体地说明空间悬浮影像信息显示系统的结构。如图2的(A)所示，在玻璃等具有透光性的透过性板(以下称为“透明的构件”。)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于透明的构件100的具有选择性地反射特定偏振波的影像光的膜的偏振分离构件101(在图中，将偏振分离构件101形成为片状并粘合于透明构件100)反射，向回归反射构件2入射。在回归反射构件的影像光入射面设置λ/4板21。影像光在向回归反射构件入射时和出射时2次通过λ/4板21，由此从特定偏振波偏振变换为另一个偏振波。

在此，选择性地反射特定偏振波的影像光的偏振分离构件101具有使偏振变换后的另一个偏振波的偏振光透过的性质，因此偏振变换后的特定偏振波的影像光透过偏振分离构件101。透过偏振分离构件101的影像光在透明的构件100的外侧形成作为实像的空间悬浮影像3。

需要说明的是，形成空中悬浮影像3的光是从回归反射构件2向空中悬浮影像3的光学像会聚的光线的集合，这些光线在通过空中悬浮影像3的光学像后也直行。因此，空中悬浮影像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的方向视觉辨认的情况下，空中悬浮影像3被视觉辨认为明亮的影像，但在其他人物从箭头B的方向视觉辨认的情况下，空中悬浮影像3完全无法被视觉辨认为影像。该特性在用于显示要求高安全性的影像、想要对正对用户的人物隐匿的保密性高的影像的系统的情况下是非常优选的。

需要说明的是，根据回归反射构件2的性能，有时反射后的影像光的偏振轴变得不一致。在该情况下，偏振轴不一致的一部分影像光被上述的偏振分离构件101反射而返回影像显示装置1。该一部分的影像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，由此可能成为引起空间悬浮像的画质降低的主要原因。

因此，在本实施方式中，在影像显示装置1的影像显示面设置吸收型偏振板12。吸收型偏振板12利用该吸收型偏振板12使从影像显示装置1射出的影像光透过，利用该吸收型偏振板12吸收从偏振分离构件101返回来的反射光，由此能够抑制再反射。因而，根据使用吸收型偏振板12的本实施方式，能够防止或抑制由空间悬浮像的重影引起的画质降低。

上述的偏振分离构件101例如由反射型偏振板、使特定偏振波反射的金属多层膜等形成即可。

接下来，在图2的(B)中，作为代表性的回归反射构件2，示出本次研究中使用的日本carbide工业株式会社制的回归反射构件的表面形状。入射到规则排列的六棱柱的内部的光线被六棱柱的壁面和底面反射，作为回归反射光向与入射光对应的方向射出，基于显示于影像显示装置1的影像，显示作为实像的空间悬浮影像。该空间悬浮像的分辨率除了液晶显示面板11的分辨率以外，还较大程度地依赖于图2的(B)所示的回归反射构件2的回归反射部的外形D和节距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，即使1个像素(1个三元组)为约80μm，例如如果回归反射部的直径D为240μm、节距为300μm，则空间悬浮像的1个像素也相当于300μm。因此，空间悬浮影像的有效分辨率降低到1/3左右。因此，为了使空间悬浮影像的分辨率与影像显示装置1的分辨率等同，期望的是，使回归反射部的直径和节距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构件和液晶显示面板的像素引起的莫尔条纹的产生，将各自的节距比设计成偏离1个像素的整数倍为佳。另外，形状配置为回归反射部的任一边都与液晶显示面板的1个像素的任一边不重叠为佳。

另一方面，为了以低成本制造回归反射构件，使用辊压法进行成形为佳。具体而言，是使回归部排列并在膜上赋形的方法，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通过辊间，由此赋形为所需的形状并照射紫外线使其固化，得到期望形状的回归反射构件2。

接下来，在图3的(B)中，作为其他代表性的回归反射构件330，示出用于说明本次研究中使用的株式会社Asukanet制的回归反射构件的动作原理的表面形状。在规则地排列的4面的构造体中入射到内部的光线被4面体的壁面中的2面反射，作为回归反射光向与入射光对应的方向射出，基于物体Ph显示作为实像的空间悬浮影像331(参照图3的(A))。该空间悬浮像的分辨率也与上述的第一回归反射构件同样地较大程度地依赖于回归反射部的外形D和节距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，即使1个像素(1个三元组)为约80μm，例如如果回归反射部的直径D为120μm、节距为150μm，则空间悬浮像的1个像素也相当于150μm。因此，空间悬浮影像的有效分辨率降低到1/2左右。在此，为了使空间悬浮影像的分辨率与影像显示装置1的分辨率等同，期望的是，使回归反射部的直径和节距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构件和液晶显示面板的像素引起的莫尔条纹的产生，如上所述，将各自的节距比设计成偏离1个像素的整数倍为佳。另外，形状配置为回归反射部的任一边都与液晶显示面板的1个像素的任一边不重叠为佳。

需要说明的是，形成空间悬浮影像331的光是从回归反射构件330向空中悬浮影像331的光学像会聚的光线的集合，这些光线在通过空中悬浮影像331的光学像后也直行。因此，空间悬浮影像331与通过一般的投影仪等在屏幕上形成的扩散影像光不同，成为具有高指向性的影像。

在图3的(A)和(B)的结构中，在用户从箭头A的方向视觉辨认的情况下，空间悬浮影像331被视觉辨认为明亮的影像，但在其他人物从箭头B的方向视觉辨认的情况下，空间悬浮影像331完全无法被视觉辨认为影像。该特性与使用了上述第一回归反射构件的空中悬浮影像同样地，在用于显示要求高安全性的影像、想要对正对用户的人物隐匿的隐匿性高的影像的系统的情况下，是非常优选的。

需要说明的是，在第二回归反射构件330中，如图3的(B)所示，反射后的物体光相对于回归反射构件330从一侧作为R0入射，由设于构成回归反射构件330的4个面的壁面的2个反射面反射，在另一侧形成作为实像的空间悬浮像。此时，由于在2个反射面产生的异常光R1、R2，产生图3的(A)所示的重影332、333。因此，引起空间悬浮像的画质降低。

如上所述，第一回归反射构件与反射面的数量相应地产生重影，与此相对，根据物体光的入射角度而仅在特定的2个方向上产生重影的第二回归反射构件的重影的影响较少，能够进行高画质的空间影像显示。因此，以下所述的空间悬浮影像显示装置集中于使用了上述第二回归反射构件的方式进行说明。

<减少重影的技术手段>

作为空间悬浮影像显示装置，为了实现减少了重影的高画质的空间影像显示装置，具体而言，为了控制来自作为影像显示元件的液晶面板的影像光的发散角并向所期望的方向折弯，在液晶面板的出射面设置影像光控制片为佳。进而，在回归反射构件的光线出射面或光线入射面或该两面设置影像光控制片，吸收产生重影的异常光R1、R2。

图4表示将影像光控制片334应用于空间影像显示装置的具体方法。将影像光控制片334设于作为影像显示元件的液晶面板11的出射面。此时，为了减少因由液晶面板11的像素、影像光控制片334的透射部以及光吸收部的节距导致的干涉而产生的莫尔条纹，以下的(1)、(2)所示的2种方法是有效的。

(1)由影像光控制片334的透射部和光吸收部产生的纵条纹相对于液晶面板11的像素的排列倾斜θ0地配置。

(2)在将液晶面板11的像素尺寸设为A，将影像光控制片334的纵条纹的节距设为B的情况下，使该比率(B/A)偏离整数倍地进行选择。

液晶面板的1个像素由RGB这3色的像素并列而成，通常为正方形，因此无法在整个画面上抑制上述莫尔条纹的产生。因此，通过实验求出以能够在不显示空间悬浮影像的场所有意错开莫尔条纹的产生位置地配置的方式在5度至25度的范围内对(1)所示的倾斜θ0最优化即可。为了减少莫尔条纹，以液晶面板为题材进行了叙述，但在回归反射构件103与影像光控制片334之间产生的莫尔条纹两者是线条的构造体，因此如图4所示，通过使影像光控制片334着眼于X轴而最佳地倾斜，能够减少波长较长的即使通过目视也能够视觉辨认的频率较低的大型莫尔条纹。

图5的(A)是在液晶面板11的影像光出射面配置有影像光控制片334的本申请发明的影像显示装置1的垂直剖视图。影像光控制片334是交替配置透光部336和光吸收部337而构成的，通过粘合层338粘合固定在液晶面板11的影像光出射面。

另外，如前所述，在使用7英寸的WUXGA(1920×1200像素)液晶显示面板作为影像显示装置1的情况下，即使1个像素(1个三元组)(图中的A)约为80μm，例如只要由影像光控制片334的透射部d2为300μm和光吸收部d1为40μm构成的节距B为340μm，就能够控制足够的透射特性和成为异常光的产生原因的来自影像显示装置的影像光的扩散特性，减轻在空间悬浮像的两侧产生的重影。此时，若将影像控制片的厚度设为图5的(A)所示的节距B的2/3以上，则重影减少效果大幅提高。

图5的(B)是在回归反射构件103的影像光出射面配置有影像光控制片334的本公开的回归反射构件的垂直剖视图。影像光控制片334是交替配置透光部336和光吸收部337而构成的，与回归反射光的出射方向一致地以倾斜角θ1倾斜配置。其结果，能够吸收伴随前述的回归反射而产生的异常光，另一方面，能够使正常反射光无损地透过。在使用7英寸的WUXGA(1920×1200像素)液晶显示面板的情况下，即使1个像素(1个三元组)(图中的A)约为80μm，例如只要由回归反射部的透射部d2为400μm和光吸收部d1为20μm构成的节距B为420μm，就能够控制足够的透射特性和成为回归反射构件中的异常光的产生原因的来自影像显示装置的影像光的扩散特性，减轻在空间悬浮像的两侧产生的重影。

上述的影像光控制片334也成为来自另一方外界的外部光侵入空间悬浮影像显示装置内部的阻碍，因此也带来构成部件的可靠性提高。作为该影像光控制片，例如信越聚合物(株)的视场角控制膜(VCF)适合，其构造是交替配置透明硅和黑色硅并在光入射出射面配置合成树脂而形成三明治构造，因此能够期待与本实施例的外部光控制膜同样的效果。

<感测空间悬浮影像的技术手段>

以下对为了观察(操作)者经由空间悬浮影像显示装置与信息系统双向连接，而用于模拟地操作空间悬浮影像的感测技术进行说明。

图6的(A)是用于说明第1感测技术的原理图。将空间悬浮影像FI分割为多个区域，在本实施例中分割为12个区域，设置内置有与各个区域对应的TOF(Time of Flight，飞行时间)系统的第1测距装置340。与系统的信号同步地使作为光源的近红外线发光的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)发光。在LED的光线出射侧，设置用于控制发散角的光学元件，作为受光元件，将具有皮秒的时间分辨率的高灵敏度的雪崩二极管设为一对，以与12个区域对应的方式排列配置为纵4列、横3行。与来自系统的信号同步地，作为光源的LED发光，相位(图8A中的Δt)偏移直到被应该测距的对象物(观察者的手指的前端)反射而返回到受光部为止的时间的量。

在本实施例中，图8A的感测单元1～12对应于图8B的TOF1～12，作为一例进行说明。感测系统的运算单元接收来自系统的信号和由作为受光部的雪崩二极管生成的信号，根据接收到的信号计算相移，由此求出到对象物的距离。与此相对，关于对象物的移动的方向，识别在各个测量层(a3至a1)中通过了12个区域中的哪个区域，通过前述方法计算各个测量层的移动时间，由此作为系统能够识别。在图8A中示出12个测定区域各自的LED的发光的时机和受光元件的受光的时机。通过按各个区域使LED的发光的时机延迟，使各个数据整齐划一。

实际上，在观察(操作)者为了经由空间悬浮影像显示装置与信息系统双向连接而朝向空间悬浮影像FI伸出手指的情况下，利用在距空中悬浮影像FI最远的感测面a3中在区域感知到的第1感知信号S1、在感测面a2的特定区域感知到的第2感知信号S2、以及在第3感测面a1的特定区域感知到的第3感知信号S3，根据手指的移动方向和横穿各个感测面的时间差进行计算处理而求出与空间悬浮影像FI的接点位置。为了获取更高精度的位置信息，设定更远离空间悬浮影像FI的位置感测面a0，将手指通过了空间影像FI的情况检测为结束信号，并且，根据其坐标和前述的2个感知信号求出对空间悬浮影像的接触点作为三维坐标。

接下来，对第2感测技术进行说明。如图6的(B)下段所示，在观察者接触空间悬浮影像的所期望的坐标(位置)后将手指放回的情况下，通过将在第3感测面a1感知到的第3感知信号S3、在第2感测面a2感知到的第2感知信号S2、以及在第1感测面a1感知到的第1感知信号S1依次传递至感测系统的处理电路并进行计算处理，在系统上识别观察者的手指已离开空间悬浮影像的特定坐标的情况。

以下对为了观察(操作)者经由空间悬浮影像显示装置与信息系统双向连接，而用于模拟地操作空间悬浮影像的高精度的感测技术进行说明。

图7的(A)是用于说明第2感测技术的原理图。与图6的(A)所示的第1感测技术的不同点在于，除了第1测距装置340之外还同时设置第2测距装置341来实现更高精度的系统。如上所述，第1测距装置340将空间悬浮影像FI分割为多个区域(在实施例中为12分割)，内置有与各个区域对应的TOF(Time of Flight，飞行时间)系统。

另一方面，第2测距装置341的二维的图像传感器、例如感测摄像机用途的1/4英寸CMOS传感器的纵横比通常为3：4。因此，在本实施例中，第1测距装置340也将感测区分割为纵3份、横4份。另外，即使分辨率为100万像素左右也能够得到足够的分辨率，但与通常的摄像机系统不同，不需要设置RGB的颜色分离滤波器，因此即使在与以往相同像素数的情况下也能够实现小型化、高灵敏度化。此外，在本实施例的结构中，由于对近红外光的灵敏度高，因此应该用第1测距装置340的TOF系统的光源光测距的对象物(观察者的手指的前端)在按每个区域决定的时机被照明，因此检测精度大幅提高。

将以上所述的系统在图8B中表示为框图。在图8B的例子中，作为第1测距装置340的一例，具备第1感测单元。另外，作为第2测距装置341的一例，具备具有CMOS传感器的第2感测单元。进而，具备基于第1感测单元和第2感测单元的感测的结果进行运算的感测系统的运算单元。在本图的例子中，例如TOF传感器有12个(图8B所示的TOF1～12)，将感测面a1、a2、a3分别分割为12个，感测所分割的区域的任一个。即使如感测面a1、a2、a3那样进深不同，位于对应的位置的区域也可以分别由同一TOF传感器感测。在该情况下，将包含感测面a1、a2、a3的空间进行纵向3分割、横向4分割，即合计12分割，利用对应的TOF传感器对各个分割的空间进行感测。这样，能够以较少数量的TOF传感器实现精度良好的立体感测。需要说明的是，也可以以与感测面a1、a2、a3对应的进深，在进深方向上对包含感测面a1、a2、a3的空间进行3分割，进而分别进行纵向3分割、横向4分割，以与总计36分割的空间对应的方式由总计36个TOF传感器构成。

如图7的(B)所示，在使用了第2感测技术的空间悬浮影像显示装置中，在观察(操作)者为了与信息系统双向连接而朝向空间悬浮影像FI伸出手指的情况下，除了基于上述的第1测距装置340的三维信息之外，与距空中悬浮影像FI最远的感测面a3对应的第2测距装置341的感测面b3的平面分辨率能够与所使用的CMOS传感器的分辨率相匹配地高精度化。同样地，感测面b2对应于感测面a2，感测面b1对应于感测面a1，能够实现大幅提高平面方向的分辨率的感测系统。此时，关于对象物(观察者的手指的前端)的移动方向，根据横穿各个感测面的时间差对与空间悬浮影像FI的接点位置进行计算处理而求出。

为了获取更高精度的位置信息，能够在更远离空间悬浮影像FI的位置设定感测面a0，将手指通过了空间影像FI的情况检测为结束信号，并且，根据其坐标和前述的2个感知信号求出对空间悬浮影像的接触点作为精细度更高的三维坐标。另外，如果将CMOS传感器的帧率从1/20秒高速化为1/30秒、1/120秒，则除了平面方向的检测精度以外，每单位时间取入的平面信息也增加，因此分辨率大幅提高。此时，基于第1感测技术的位置信息通过从信息系统供给的同步信号而建立系统。

进而，如图7的(B)下段所示，在观察者接触到空间悬浮影像的所期望的坐标(位置)后将手指收回的情况下，与上述的第1感测技术同样地，将在第3感测面a1感知到的第3感知信号S3、在第2感测面a2感知到的第2感知信号S2以及在第1感测面a1感知到的第1感知信号S1依次向感测系统的处理电路传递并进行计算处理，由此在系统上识别出用户的手指离开了空间悬浮影像的特定坐标。

以上所述的TOF传感器中使用的LED光源防止测距装置对外部光(太阳光)的精度降低，在肉眼无法视觉辨认的超过可见光范围(380(nm)～780(nm))的区域使用光的能量高的近红外光为佳。例如，使用图9所示的太阳光的分光放射照度的能量少的920(nm)的光为佳。

<空间悬浮影像信息显示系统的第2结构例>

图11是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像信息显示系统的主要部分结构的图。该空间影像信息显示系统是适于观察者从斜上方观察空间悬浮影像的系统。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；以及光源装置13，其生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光。液晶显示面板11能够由画面尺寸为5英寸左右的小型液晶显示面板至超过80英寸的大型液晶显示面板构成。

来自液晶显示面板11的影像光朝向回归反射构件(回归反射部或回归反射板)330射出。来自后述的窄发散角的光源装置13的光入射到液晶面板，生成窄发散角的影像光束φ1，入射到回归反射构件330，得到空间悬浮影像3。空间悬浮影像3形成在以回归反射构件330为对称面的影像显示装置1的对称位置。为了消除此时产生的重影而得到高画质的空间悬浮影像3，在液晶面板11的出射侧设置影像光控制片334，控制不需要的方向的扩散特性为佳。

进而，如图10所示，关于来自液晶面板11的影像光，在原理上能够提高回归反射构件等反射构件处的反射率，因此使用S偏振波为佳。另一方面，在观察者使用偏振光太阳镜的情况下，存在空中悬浮像被偏振光太阳镜反射或吸收的问题。作为其对策，设置将特定偏振波的影像光的一部分光学地变换为另一个偏振波并模拟地变换为自然光的变更消除元件339为佳。通过设为这样的结构，即使在观察者使用偏振光太阳镜的情况下，也能够观察到良好的空间悬浮影像。

作为偏振消除元件的市售制品，例如可列举出Cosmoshine SRF(东洋纺公司制)、偏振消除粘合剂(长濑产业公司制)。在Cosmoshine SRF(东洋纺公司制)的情况下，通过在图像显示装置上贴合粘合剂，能够降低界面的反射而提高亮度。另外，在偏振消除粘合剂的情况下，能够通过经由偏振消除粘合剂将无色透明板与图像显示装置贴合来使用。另外，如图11所示，在回归反射构件330的影像出射面也设置影像光控制片334，通过影像光控制片334消除由于不需要的光而在空间悬浮影像3的标准像的两侧产生的重影。在本实施例中，构成为使回归反射构件330相对于水平轴倾斜(θ1)，相对于水平轴大致垂直地生成空间悬浮影像3。

另外，在本实施例中，如图11所示，安装第1测距装置340，成为观察者能够访问空间悬浮影像的系统。此时，为了能够充分覆盖空间悬浮影像的大小，适当选择测距装置340的安装位置与视场角θ3为佳。如图6、图7所示，从测距装置340的TOF传感器，通过使用分割成多个区域的测距系统，而提高每个感测的区域的分辨率。进而，对于使用了CMOS传感器的第2感测技术(第2测距装置341在图11中未显示)也能够并用，在该情况下，能够进一步提高检测精度。

另外，在本实施例中，使用使具有窄角的指向特性的可见光发散的光源，将第1测距装置、第2测距装置配置在主体侧，由此能够消除对形成空间悬浮影像的影像光的感测精度的影响。

<空间悬浮影像信息显示系统的第3结构例>

图12是表示空间悬浮影像信息显示系统的另一例的图。该空间影像信息显示系统是适于观察者从斜下方观察空间悬浮影像的系统。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；以及光源装置13，其生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光。

液晶显示面板11能够由画面尺寸为5英寸左右的小型液晶显示面板至超过80英寸的大型液晶显示面板构成。来自液晶显示面板11的影像光在光路折返镜(另外，也称为“折返镜”)360折返，朝向回归反射构件(回归反射部或回归反射板)330射出。使来自后述的窄发散角的光源装置13的光入射到液晶面板11，生成窄发散角的影像光束φ1，使影像光束φ1入射到回归反射构件330，由此得到空间悬浮像。空间悬浮影像形成在以回归反射构件330为对称面的影像显示装置1的对称位置。在该实施例中，利用折返镜360延长从影像显示装置1到回归反射构件330的距离，能够使空间悬浮影像在远离回归反射构件330的位置成像。进而，在该实施例中，如以下所述，还起到在垂直方向上扩大空间悬浮影像的效果。

使用图12说明折返镜反射像360a。在本实施方式中，相对于来自影像显示装置1的影像光束φ1倾斜地配置折返镜360，使影像光的入射角θ1大于45度，由此能够得到放大后的折返镜反射像360a。例如，如果以光线入射角度为60度的方式配置折返镜360，则能够视觉辨认为折返镜反射像360a的影像的纵向尺寸相对于液晶面板所显示的影像的纵向尺寸被放大约2倍。在该情况下，2次影像源的亮度当然就变为1/2。进而，即使使折返镜360向图12的图的进深方向倾斜，当然也能够得到同样的放大效果。另一方面，对于所显示的影像，为了即使像素在纵向上延伸也没有视觉上的问题，进行变换图像的纵横比等图像处理面的努力为佳。

为了消除在空间悬浮影像3中产生的重影而得到高画质的空间悬浮影像3，与第2实施例同样地，也可以在液晶显示面板11的出射侧设置影像光控制片334来控制不需要的方向的扩散特性。另一方面，通过在回归反射构件330的影像出射面也设置影像光控制片334，也可以消除由于无用光而在空间悬浮影像3的标准像的两侧产生的重影。回归反射片330通过相对于水平轴倾斜(θ1)，能够相对于水平轴大致垂直地生成空间悬浮影像3。设为观察者佩戴测距装置340而能够访问空间悬浮影像的系统。以能够充分覆盖空间悬浮影像3的大小的方式适当地选择测距装置340的安装位置和视场角θ3为佳。

<空间悬浮影像信息显示系统的第4结构例>

图13是表示空间悬浮影像信息显示系统的另一例的图。该空间影像信息显示系统是适于观察者从斜上方观察空间悬浮影像的系统。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；以及光源装置13，其生成具有窄角的扩散特性的特定偏振波的光。液晶显示面板11能够由画面尺寸为5英寸左右的小型液晶显示面板至超过80英寸的大型液晶显示面板构成。来自液晶显示面板11的影像光被光路折返镜360折返并向回归反射构件(回归反射部或回归反射板)330射出。使来自后述的窄发散角的光源装置13的光入射到液晶显示面板11，生成窄发散角的影像光束φ1，向回归反射构件330入射，得到空间悬浮像。空间悬浮像形成在以回归反射构件330为对称面的影像显示装置1的对称位置。在该实施例中，通过与前述的第3实施例同样地设置折返镜360，能够延长从影像显示装置1到回归反射构件330的距离，使空间悬浮影像在远离回归反射构件330的位置成像。进而，如以下所述，还具有在垂直方向上扩大空间悬浮影像3的效果。

使用图13说明折返镜反射像360a。通过相对于来自影像显示装置1的影像光束φ1倾斜θ2地配置折返镜360，使影像光的入射角θ0大于45度，能够得到放大的折返镜反射像360a。例如，如果以光线入射角度为60度的方式配置折返镜360，则能够视觉辨认为折返镜反射像360a的影像的纵向尺寸相对于液晶面板所显示的影像的纵向尺寸被放大约2倍。此时，对于所显示的影像，为了即使像素在纵向上延伸也没有视觉上的问题，进行变换图像的纵横比等图像处理面的努力为佳。

在第4实施例中，构成为影像显示装置1配置在比空间悬浮影像3靠上部的位置。其结果，能够实现影像光线从斜上方向回归反射构件330入射的系统结构。另外，为了使空间悬浮影像3相对于组合壳体大致垂直地成像，能够使回归反射构件330相对于组合壳体的底面倾斜(θ1)地配置。其结果，不会导致外部光入射到回归反射构件330并侵入壳体内部而产生的空间悬浮影像3的画质降低。为了消除在空间悬浮影像3中产生的重影而得到高画质的空间悬浮影像3，与第2实施例同样地，也可以在液晶显示面板11的出射侧设置影像光控制片334来控制不需要的方向的扩散特性。另一方面，通过在回归反射构件330的影像出射面也设置影像光控制片334，也可以消除由于无用光而在空间悬浮影像3的标准像的两侧产生的重影。通过将以上所述的构造物配置在壳体350的内部，防止外部光入射到回归反射构件330，防止重影的产生。

在该实施例中，也与上述3个空间悬浮影像信息系统同样地，设为观察者佩戴测距装置340而能够访问空间悬浮影像3的系统。以能够充分覆盖空间悬浮影像的大小的方式适当地选择测距装置340的安装位置和视场角θ3为佳。进而，利用支承构件362固定静电电容方式的触摸面板361，将触摸面板361配置在空间悬浮影像3与回归反射构件330之间。通过将使用了静电电容方式的触摸面板361的第3感测技术与第1感测技术并用，能够进一步提高检测精度。测距装置340以能够充分覆盖空间悬浮影像3的大小的方式适当地选择测距装置340的安装位置和视场角θ3为佳。静电电容方式的触摸面板361的大小和安装位置也同样，以能够充分覆盖空间悬浮影像的方式选择为佳。

作为取入高精度的位置信息的静电电容方式触摸面板，采用投影型静电电容方式。在该方式中，通过光刻在透明玻璃基板的两面对具有微细的线间距离的透明电极ITO(Y轴方向)和具有微细的线间距离的透明电极(铜薄膜)进行图案化，从而制造静电电容方式触摸面板。在该静电电容方式触摸面板中，在对象物(观察者的手指的前端)接近上述透明玻璃基板的情况下，在X轴电极和Y轴电极中分别捕捉静电电容的变化，对象物也得到相对坐标，上述透明电极的线间距离越短，越能够得到高分辨率。另外，根据静电电容方式触摸面板，能够进行多点检测，因此，能够进行多个手指的同时输入。

<空间悬浮影像的显示方法>

发明人们研究了向空间悬浮影像观察者显示上述的空间悬浮影像信息显示系统所显示的空间悬浮影像的方法，使其浮出感更强且模拟地看起来为立体影像。其结果示于图14的(A)(B)。

在图14的(A)中示出第1影像显示技术手段。如参照图14(A)那样，空间悬浮影像使用影像显示装置1的影像显示区域的80％左右，在周边部或者周边的一部分必须确保无显示(黑显示)的区域为佳。其结果判明，观察者根据该黑显示区域(部分)与影像显示区域(部分)的亮度比而感知空中悬浮影像的清晰度。

另外，作为显示方法，有效利用从画面的中心偏离的位置，将影像中心从面板的中心错开地配置，例如使影像1361从画面右下逐渐向画面左上移动(参照图14A中的空心箭头)，由此能够提高浮出感。另外，通过在该移动的同时逐渐提高影像1361的放大率而使其看起来像近景，也能够提高浮出感。另一方面，通过使影像1361向与图14A中的空心箭头相反的方向、即从画面左上向画面右下逐渐移动，能够提高进深感。另外，通过在该移动的同时逐渐降低影像1361的放大率而使其看起来像远景，也能够提高浮出感。

接下来，在图14的(B)中示出第2影像显示技术手段。在此也与第1影像技术手段同样地，空间悬浮影像使用影像显示装置1的影像显示区域的80％左右，在周边部或周边的一部分必须确保无显示(黑显示)的区域为佳。或者，如参照图14的(B)那样，也可以附加作为观察者观察空间悬浮影像时的进深方向的基准的影像1362。图14的(B)所例示的影像1362即使在影像1361例如向图14的(B)中的空心箭头的方向移动时，位置也固定，大小也固定。通过显示这样的固定的影像1362，影像1361看起来相对于后方的影像1362(换言之标准影像)相对地显示在前面，因此空间悬浮影像中的影像1361的突出感大幅提高。

进而，通过实验判明，观察者根据空中悬浮影像的黑显示区域(部分)与影像显示区域(部分)的亮度比来感知空中悬浮影像的清晰度。更具体而言，为了将空中悬浮影像视觉辨认为清晰的影像，通过实验求出，在通常的居室中欣赏空间悬浮影像的情况下需要1000(nt)以上的亮度，在外部光进入的居室中需要2000(nt)以上的亮度，在室外需要6000(nt)左右的亮度。进而，期望的是，该黑显示区域(部分)的绝对亮度也低，影像的清晰度表示为下述的式所示的对比度比。

对比度比＝100％白显示影像的亮度/黑显示影像的亮度

而且，通过实验判明，对比度比的值期望为500以上。因此，如后所述，发明人等通过开发具有偏振变换功能的窄发散角的液晶面板用光源装置，在确保高亮度、高对比度的同时实现了低消耗电力。

<液晶面板的性能>

顺便提及，一般的TFT(Thin Film Transister，薄膜晶体管)液晶面板根据光的出射方向，亮度、对比度性能根据液晶和偏振板相互的特性而不同。在图17所示的测定环境下的评价中，面板上下方向上的亮度和视场角的特性如图11所示，从与面板面垂直(出射角度0度)的出射角稍微偏离的角度下的特性(本实施例中为+5度)优异。这是因为，在液晶的上下方向上，扭转光的特性在施加电压最大时不为0度。

另一方面，关于上下方向的对比度性能，在表示使用试样1～3而测定的结果的图19中，-15度至+15度的范围优异，若与亮度特性匹配，则以5度为中心在±10度的范围内的使用获得最优异的特性。

另外，面板左右方向上的亮度和视场角的特性如图20所示，与面板面垂直(出射角度0度)的出射角下的特性优异。这是因为，在液晶的左右方向上扭转光的特性在施加电压最大时为0度。

同样地，关于左右方向的对比度性能，在表示使用试样1～3而测定的结果的图21中，-5度至-10度的范围优异，若与亮度特性匹配，则以-5度为中心在±5度的范围内的使用获得最优异的特性。因此，关于从液晶面板射出的影像光的出射角度，使光从通过设于前述的光源装置13的导光体203的光束方向变换部件204获得最优异的特性的方向入射液晶面板，通过影像信号进行光调制，提高了影像显示装置1的画质和性能。

为了最大限度地发挥作为影像显示元件的液晶面板的亮度、对比度特性，通过将从光源向液晶面板的入射光设定在上述的范围，能够提高空间悬浮影像的影像品质。

<光源光的控制方法>

在本实施例中，为了提高来自光源装置13的出射光束30的利用效率，大幅降低消耗电力，在构成为包括光源装置13和液晶显示面板11的影像显示装置1中，从光源装置13以液晶面板11的特性为最大的入射角度入射到液晶面板11后，使与影像信号匹配地进行了亮度调制的影像光线朝向回归反射构件330出射。此时，使空间悬浮影像信息显示系统的组容积小型化，并且提高了液晶面板11和回归反射构件330的配置的自由度。进而，在回归反射后，为了在期望的位置形成悬浮影像并确保最佳的指向性，使用以下的技术手段。

在液晶面板11的影像显示面设置由菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜等光学部件构成的透明片作为光方向变换面板，在赋予高指向性的状态下控制入射光束向回归反射光学构件330的出射方向，决定空间悬浮影像的成像位置。根据该结构，如图1所示，来自影像显示装置1的影像光如激光那样以高指向性(直行性)高效地到达位于窗玻璃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悬浮影像，并且能够大幅降低包含光源装置13的影像显示装置1的消耗电力。

<影像显示装置的例1>

在图22中表示影像显示装置1的具体结构的另一例。图22的光源装置13与图23等的光源装置是同样的。该光源装置13例如在塑料等的壳体内收纳LED、准直仪、合成扩散块、导光体等而构成，在其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LED基板，LED基板安装有作为半导体光源的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)元件14a、14b及其控制电路，并且，在LED基板的外侧面安装有用于冷却由LED元件和控制电路产生的热的构件即散热器(未图示)。

另外，在安装于壳体的上表面的液晶显示面板框架安装有安装于该框架的液晶显示面板11以及与液晶显示面板11电连接的FPC(Flexible Printed Circuits：柔性布线基板)(未图示)等而构成。即，作为液晶显示元件的液晶显示面板11基于来自与作为固体光源的LED元件14a、14b一起构成电子装置的控制电路(在此未图示)的控制信号，对透射光的强度进行调制，由此生成显示影像。

<影像显示装置的例1的光源装置的例1>

接下来，参照图22以及图23的(a)和(b)，对收纳在壳体内的光源装置等光学系统的结构进行详细说明。在图22和图23中示出了构成光源的LED14a、14b，它们相对于准直仪15安装在预定的位置。需要说明的是，该准直仪15各自由例如丙烯酸等透光性树脂形成。而且，也如图18的(b)所示，该准直仪15具有旋转抛物截面而得到的圆锥凸形状的外周面156，并且，在其顶部(与LED基板接触的一侧)的中央部具有形成有凸部(即凸透镜面)157的凹部153。

并且，在准直仪15的平面部(与上述顶部相反的一侧)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。需要说明的是，形成准直仪15的圆锥形状的外周面的抛物面156设定在能够使从LED14a、14b向周边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成有反射面。

另外，LED14a、14b分别配置在作为其电路基板的LED基板102的表面上的预定的位置。该LED基板102相对于准直仪15以其表面上的LED14a或14b分别位于其凹部153的中央部的方式配置并固定。

根据该结构，通过上述准直仪15，从LED14a或14b放射的光中的、特别是从其中央部分朝向上方(图的右方向)放射的光被形成准直仪15的外形的2个凸透镜面157、154聚光而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成准直仪15的圆锥形状的外周面的抛物面反射，同样地聚光而成为平行光。换言之，利用在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的准直仪15，能够将由LED14a或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。

需要说明的是，在准直仪15的光的出射侧设有偏振变换元件21。偏振变换元件21也可以称为偏振变换构件。根据图23也可明确，该偏振变换元件21是将截面为平行四边形的柱状(以下，称为平行四边形柱)的透光性构件和截面为三角形的柱状(以下，称为三角形柱)的透光性构件组合，平行于与来自准直仪15的平行光的光轴正交的面，以阵列状排列多个而构成的。进而，在这些排列成阵列状的相邻的透光性构件间的界面，交替地设有偏振分光器(以下省略为“PBS膜”)211和反射膜212，另外，在向偏振变换元件21入射并透过PBS膜211的光射出的出射面，具备λ/2相位板213。

在该偏振变换元件21的出射面还设有也在图23的(a)中示出的矩形状的合成扩散块16。即，从LED14a或14b射出的光通过准直仪15的作用而成为平行光并向合成扩散块16入射，在被出射侧的纹理161扩散后，到达导光体17。

导光体17是由例如丙烯酸等透光性的树脂形成为截面为大致三角形(参照图23的(b))的棒状的构件，而且，根据图25也可明确，具备：导光体光入射部(面)171，其隔着第1扩散板18a与合成扩散块16的出射面相对；导光体光反射部(面)172，其形成斜面；以及导光体光出射部(面)173，其隔着第2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(面)172，如作为其局部放大图的图23也示出的那样，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(图中为右上的线段)相对于在图中用单点划线表示的水平面形成αn(n：自然数，在本例中，例如为1～130)，作为其一例，在此，将αn设定为43度以下(其中，0度以上)。

导光体光入射部(面)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1扩散板18a扩散而入射，如从图中也可明确的那样，通过导光体光入射部(面)171向上方稍微弯曲(偏转)并且到达导光体光反射部(面)172，在此反射而到达设于图的上方的出射面的液晶显示面板11。

根据以上详细说明的影像显示装置1，能够在进一步提高光利用效率、其均匀的照明特性的同时，包括模块化的S偏振波的光源装置在内以小型且低成本进行制造。需要说明的是，在上述说明中，说明了将偏振变换元件21安装在准直仪15之后的情况，但本发明并不限定于此，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。

需要说明的是，在导光体光反射部(面)172，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，进而，在导光体光出射部(面)173设置窄角扩散板，作为大致平行的扩散光束入射到调整指向特性的光方向变换面板54，从倾斜方向向液晶显示面板11入射。在本实施例中，将光方向变换面板54设置在导光体光出射部(面)173与液晶显示面板11之间，但即使设于液晶显示面板11的出射面，也能够得到同样的效果。

<影像显示装置的例2>

接下来，使用图24说明影像显示装置1的具体结构的另一例(影像显示装置的例3)。该影像显示装置1的光源装置通过准直仪18将来自LED的光(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的反射面朝向液晶显示面板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之间的反射型偏振板49。

在反射型偏振板49处，特定的偏振波(例如P偏振光)透射并向液晶显示面板11入射。另一方的偏振波(例如S偏振光)被反射型偏振板反射而再次朝向反射型导光体304。反射型偏振板49以相对于来自反射型导光体304的反射面的光的主光线不垂直的方式倾斜设置，被反射型偏振板49反射的光的主光线向反射型导光体304的透射面入射。

入射到反射型导光体304的透射面的光透过反射型导光体304的背面，透过作为相位差板的λ/4板270，被反射板271反射。由反射板271反射的光再次透过λ/4板270，透过反射型导光体304的透射面。透过反射型导光体304的透射面的光再次向反射型偏振板49入射。

此时，再次入射到反射型偏振板49的光2次通过λ/4板270，因此偏振光被变换为透过反射型偏振板49的偏振波(例如，P偏振光)。因此，偏振被变换的光透过反射型偏振板49，向液晶显示面板11入射。需要说明的是，关于偏振变换所涉及的偏振设计，也可以根据上述说明使偏振相反地构成(使S偏振光和P偏振光相反)。

其结果，来自LED的光与特定的偏振波(例如P偏振光)一致，向液晶显示面板11入射，与影像信号匹配地进行亮度调制，在面板面显示影像。与上述的例子同样地设有构成光源的多个LED(其中，由于是纵截面，因此在图24中仅图示1个)，该多个LED相对于准直仪18安装于预定的位置。

需要说明的是，准直仪18各自由例如丙烯酸等透光性的树脂或玻璃形成。而且，该准直仪18也可以具有旋转抛物截面而得到的圆锥凸形状的外周面。在其顶部，也可以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)。需要说明的是，形成准直仪18的圆锥形状的外周面的抛物面设定在能够使从LED向周边方向射出的光在其内部全反射的角度的范围内，或者形成有反射面。

需要说明的是，LED分别配置在作为其电路基板的LED基板102的表面上的预定的位置。该LED基板102相对于准直仪18以其表面上的LED分别位于圆锥凸形状的顶部的中央部(在顶部具有凹部的情况下为其凹部)的方式配置并固定。

根据该结构，通过准直仪18，从LED放射的光中的、特别是从其中央部分放射的光被形成准直仪18的外形的凸透镜面聚光而成为平行光。并且，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成准直仪18的圆锥形状的外周面的抛物面反射，同样地聚光而成为平行光。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准直仪18，能够将由LED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。

以上的结构是与图11、图12、图13等所示的影像显示装置的光源装置同样的结构。进而，由图24所示的准直仪18变换为大致平行光的光被反射型导光体304反射。该光中，通过反射型偏振板49的作用，特定的偏振波的光透过反射型偏振板49，通过反射型偏振板49的作用而被反射的另一方的偏振波的光再次透过导光体304。该光被相对于反射型导光体304位于与液晶显示面板11相反的位置的反射板271反射。此时，该光通过2次通过作为相位差板的λ/4板270而被偏振变换。

由反射板271反射的光再次透过导光体304，向设于相反面的反射型偏振板49入射。该入射光由于进行了偏振变换，因此透过反射型偏振板49，使偏振方向一致地向液晶显示面板11入射。其结果，能够将光源的光全部利用起来，因此光的几何光学的利用效率达到2倍。另外，反射型偏振板的偏振度(消光比)也被计入到系统整体的消光比中，因此通过使用本实施例的光源装置，作为显示装置整体的对比度比大幅提高。

需要说明的是，通过调整反射型导光体304的反射面的表面粗糙度和反射板271的表面粗糙度，能够调整各个反射面上的光的反射扩散角。为了使向液晶显示面板11入射的光的均匀性更合适，只要在每次设计时调整反射型导光体304的反射面的表面粗糙度和反射板271的表面粗糙度即可。

需要说明的是，在图24中说明的例子中，作为相位差板的λ/4板270构成为相对于向λ/4板270垂直入射的偏振光的相位差为λ/4，但不一定必须是这样的结构。在图27的结构中，λ/4板270只要是通过偏振光2次通过而相位改变90°(λ/2)的相位差板即可。另外，相位差板的厚度根据偏振光的入射角度分布进行调整即可。

<影像显示装置的例3>

进而，使用图28说明关于显示装置的光源装置等光学系统的结构的另一例(影像显示装置的例4)。图25表示在影像显示装置的例2的光源装置中使用扩散片代替反射型导光体304的情况下的结构例。

具体而言，在准直仪18的光的出射侧，使用2片对附图的垂直方向和水平方向(图中的前后方向未图示)的扩散特性进行变换的光学片(光学片207A和光学片207B)，使来自准直仪18的光向2片光学片(扩散片)之间入射。该光学片也可以不是2片结构而是1片。在1片构成的情况下，利用1片光学片的表面和背面的微细形状调整垂直和水平的扩散特性。

另外，也可以使用多片扩散片，使各个扩散片分担扩散的作用。在此，在图25的例子中，关于基于光学片207A和光学片207B的表面形状和背面形状的反射扩散特性，以使从液晶显示面板11射出的光束的面密度均匀的方式，将LED的数量和来自LED基板(光学元件)102的发散角以及准直仪18的光学规格作为设计参数进行最优设计为佳。即，代替导光体，通过多个扩散片的表面形状来调整扩散特性。

在图25所示的例子中，偏振变换以与上述的显示装置的例3同样的方法进行。即，在图25的例子中，反射型偏振板49构成为具有使S偏振光反射(P偏振光透过)的特性即可。在该情况下，使从作为光源的LED发出的光中的P偏振光透过，透过的光向液晶显示面板11入射。使从作为光源的LED发出的光中的S偏振光反射，反射的光通过图25所示的相位差板270。

然后，通过了相位差板270的光被反射板271反射。由反射板271反射的光再次通过相位差板270，从而变换为P偏振光。偏振变换后的光透过反射型偏振板49，向液晶显示面板11入射。需要说明的是，作为图25的相位差板的λ/4板270相对于向λ/4板270垂直入射的偏振光的相位差不一定需要为λ/4。在图25的结构中，λ/4板270只要是通过偏振光2次通过而相位改变90°(λ/2)的相位差板即可。相位差板的厚度根据偏振光的入射角度分布进行调整即可。需要说明的是，在图25中也是，关于偏振变换所涉及的偏振设计，也可以根据上述的说明使偏振相反地构成(使S偏振光和P偏振光相反)。

来自液晶显示面板11的出射光在一般的TV用途的装置中，例如如图32的(A)中的“以往特性(X方向)”和图32的(B)中的“以往特性(Y方向)”的标绘曲线所示，在画面水平方向(与图32的(A)的图表的X轴对应的显示方向)和画面垂直方向(与图32的(B)的图表的Y轴对应的显示方向)上，具有相互同样的扩散特性。

与此相对，来自本实施例的液晶显示面板的出射光束的扩散特性为例如图32的(A)中的“例1(X方向)”和图32的(B)中的“例1(Y方向)”的标绘曲线所示那样的扩散特性。

在一具体例中，在设定为相对于正面观察(角度0度)的亮度成为50％的亮度(降低到约一半的亮度)的视场角为13度的情况下，相对于一般的家庭用的TV用途的装置的扩散特性(角度62度)成为约1/5的角度。同样地，在将垂直方向的视场角在上侧和下侧设定为不均等的情况的一例中，以使上侧的视场角相对于下侧的视场角抑制(缩窄)为1/3左右的方式，使反射型导光体的反射角度、反射面的面积等最优化。

通过进行上述那样的视场角等的设定，与以往的液晶TV相比，朝向用户的观察方向的影像的光量显著增加(在影像的明亮度方面大幅提高)，该影像的亮度为50倍以上。

进而，在设为图32的“例2”所示的视场角特性的情况下，在设定为相对于通过正面观察(角度0度)得到的影像的亮度成为50％的亮度(降低到约一半的亮度)的视场角为5度的情况下，相对于一般的家庭用的TV用途的装置的扩散特性(角度62度)成为约1/12的角度(窄视场角)。同样地，在将垂直方向的视场角在上侧和下侧均等地设定的情况的一例中，以将该垂直方向的视场角相对于以往抑制(缩窄)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优化。

通过进行这样的设定，与以往的液晶TV相比，朝向观察方向(用户的视线方向)的影像的亮度(光量)大幅提高，该影像的亮度为100倍以上。

如以上所述，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，即使使用一般的TV用途的液晶显示面板，通过调整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，能够作成与面向明亮的室外的信息显示系统对应的影像显示装置。

在使用大型的液晶显示面板的情况下，画面周边的光以在观察者正对画面中央的情况下朝向观察者的方向的方式朝向内侧，由此画面亮度的全面性提高。图15是求出将从液晶显示面板到观察者的距离L和影像显示装置的面板尺寸(画面比16：10)作为参数时的液晶显示面板长边与液晶显示面板短边的收敛角度的图。

在图15的上侧所示的图中，以将液晶显示面板的画面设为纵长(以下也称为“纵向使用”)来观察影像的情况为前提。在该情况下，配合液晶显示面板的短边(适当地参照图15中的箭头V方向)设定收敛角度即可。作为更具体的例子，如参照图15中的标绘图表那样，例如，在22”面板的纵向使用中观察距离为0.8m的情况下，通过将收敛角度设定为10度，能够将来自画面的各角(4角)的影像光有效地向观察者投射或输出。

同样地，在15”面板的纵向使用中进行观察的情况下，在观察距离为0.8m的情况下，如果将收敛角度设为7度，则能够使来自画面4角的影像光有效地朝向观察者。如以上所述，根据液晶显示面板的尺寸以及是纵向使用还是横向使用，使画面周边的影像光朝向位于最适合观察画面中央的位置的观察者，由此能够提高画面亮度的全面性。

作为基本结构，如上述图16等所示，通过光源装置使窄角的指向特性的光束向液晶显示面板11入射，匹配影像信号进行亮度调制，由此，将由回归反射构件反射显示在液晶显示面板11的画面上的影像信息而得到的空间悬浮影像经由透明的构件100显示在室外或室内。

以下，关于光源装置的其他例子说明多个例子。这些光源装置的其他例子均可以改变为上述影像显示装置的例子的光源装置而采用。

在使用大型的液晶显示面板的情况下，如上所述，画面周边的光以在观察者正对画面中央的情况下朝向观察者的方向的方式朝向内侧，由此画面亮度的全面性提高，但另一方面，根据观察者的左右眼中的哪只眼睛进行视觉辨认而产生双眼视差。图16是以左右眼的位置为基准求出将从液晶显示面板到观察者的距离(观察距离)L和影像显示装置的面板尺寸(画面比16：10)作为参数时的液晶显示面板长边与液晶显示面板短边的收敛角度的图。

面板尺寸越小型，观察距离越近，左右眼的双眼观察中的收敛角越大。特别是在使用7英寸以下的小型面板的情况下，基于双眼视差的收敛角度成为重要的要件。因此，例如在7英寸以下的小型面板中，通过放大图32所示的光源的光扩散特性，或者使其具有光的指向特性等，设计成影像光朝向系统的最佳观察范围。

进而，为了根据系统的要求规格得到水平和垂直的指向特性、扩散特性，需要对前述的光源装置13的导光体的反射面的形状、表面粗糙度、倾斜度等进行最优设计。

<光源装置的例1>

接下来，参照图26的(a)(b)，对光源装置的另一例进行说明。图26的(a)是为了说明导光体311而省略了液晶显示面板11和扩散板206的一部分的图。

图23表示构成光源的LED14配备于基板102的状态。这些LED14和基板102相对于反射镜300安装在预定的位置。

如图26的(a)所示，LED14在与配置有反射镜300的一侧的液晶显示面板11的边(该例中为短边)平行的方向上配置成一列。在图示的例子中，与该LED的配置对应地配置有反射镜300。需要说明的是，反射镜300也可以配置多个。

在一个具体例中，反射镜300分别由塑料材料形成。作为其他例子，反射镜300也可以由金属材料、玻璃材料形成，但由于塑料材料更容易成型，因此在本实施例中使用塑料材料。

如图26的(b)所示，反射镜300的内侧(该图中的右侧)的面具备以子午面切取抛物面的形状的反射面(以下有时称为“抛物面”)305。反射镜300通过使从LED14射出的发散光在上述的反射面305(抛物面)反射而变换为大致平行的光，使变换后的光向导光体311的端面入射。在一具体例中，导光体311是透射型导光体。

反射镜300的反射面是相对于LED14的出射光的光轴非对称的形状。另外，反射镜300的反射面305如上所述是抛物面，通过在该抛物面的焦点配置LED，将反射后的光束变换为大致平行光。

LED14是面光源，因此即使配置于抛物面的焦点，也无法将来自LED的发散光变换为完全的平行光，但不会左右本申请发明的光源的性能。LED14和反射镜300为一对，为了在LED14向基板102的安装精度±40μm时确保预定的性能，LED的基板的安装应最大为10个以下，如果考虑量产性，则抑制为5个左右为佳。

LED14与反射镜300在一部分接近，但能够向反射镜300的开口侧的空间散热，因此能够减少LED的温度上升。因此，能够使用塑料成型品的反射镜300。其结果，能够使反射面的形状精度与玻璃原材料的反射镜相比提高10倍以上，因此能够提高光利用效率。

另一方面，在导光体311的底面303设有反射面，来自LED14的光被反射镜300变换为平行光束后，在该反射面反射，朝向与导光体311相对配置的液晶显示面板11射出。在设于底面303的反射面，如图26所示，在来自反射镜300的平行光束的行进方向上，也可以具有倾斜度不同的多个面。倾斜度不同的多个面的各个面也可以具有在与来自反射镜300的平行光束的行进方向垂直的方向上延伸的形状。

另外，设于底面303的反射面的形状也可以是平面形状。此时，通过设于与液晶显示面板11相对的导光体311的面的折射面314，使被设于导光体311的底面303的反射面反射的光折射，高精度地调整朝向液晶显示面板11的光束的光量和出射方向。

如图26所示，折射面314也可以在来自反射镜300的平行光束的行进方向上具有倾斜度不同的多个面。倾斜度不同的多个面的各个面也可以具有在与来自反射镜300的平行光束的行进方向垂直的方向上延伸的形状。该多个面的倾斜度使得被设于导光体311的底面303的反射面反射的光朝向液晶显示面板11折射。另外，折射面314也可以是透射面。

需要说明的是，在液晶显示面板11之前存在扩散板206的情况下，由所述反射面反射的光由于折射面314的所述多个倾斜度而朝向扩散板206折射。即，折射面314所具有的倾斜度不同的多个面的延伸方向与设于底面303的反射面所具有的倾斜度不同的多个面的延伸方向平行。通过使两者的延伸方向平行，能够更适当地调整光的角度。另一方面，LED14焊接于金属性的基板102。因此，能够将LED的发热经由基板向空气中散热。

另外，反射镜300也可以与基板102接触，但也可以隔开空间。在隔开空间的情况下，反射镜300粘接配置于壳体。通过预先隔开空间，能够将LED的发热向空气中散热，冷却效果提高。其结果，能够降低LED的动作温度，因此实现发光效率的维持和长寿命化。

<光源装置的另一例2>

接下来，参照图27A的(1)(2)、图27B的(1)(2)、图27C以及图27D的(1)(2)，详细说明与相对于图26所示的光源装置使用偏振变换将光利用效率提高了1.8倍的光源装置相关的光学系统的结构。需要说明的是，在图27A的(1)中，省略副反射镜308的图示。

图27A、图27B以及图27C表示构成光源的LED14配备于基板102的状态，将反射镜300和LED14作为一对块，它们由具有多个块的单元312构成。

其中，图27A的(2)所示的基材320是基板102的基材。通常，由于金属性的基板102具有热，因此为了对该基板102的热绝缘(隔热)，基材320使用塑料材料等为佳。反射镜300的材质和反射面的形状可以是与图26的光源装置的例子相同的材质和形状。

另外，反射镜300的反射面也可以是相对于LED14的出射光的光轴非对称的形状。通过图27A的(2)说明其理由。在本实施例中，与图26的例子同样地，反射镜300的反射面是抛物面，在抛物面的焦点位置配置作为面光源的LED的发光面的中心。

另外，在抛物面的特性上，来自发光面的4角的发光也成为大致平行光束，只是射出方向不同。因此，即使发光部具有面积，只要配置于后级的偏振变换元件与反射镜300的间隔短，则向偏振变换元件21入射的光量和变换效率也几乎不受影响。

另外，即使LED14的安装位置相对于对应的反射镜300的焦点在XY平面内偏移，由于上述的理由，也能够实现能够减轻光变换效率的降低的光学系统。进而，即使在LED14的安装位置在Z轴方向上产生偏差的情况下，变换后的平行光束也仅在ZX平面内移动，能够大幅降低作为面光源的LED的安装精度。在本实施例中，也记载了具有将抛物面的一部分沿子午切去的反射面的反射镜300，但也可以在将抛物面整个面作为反射面切去的一部分配置LED。

另一方面，在本实施例中，如图27B的(1)、图27C所示，其特征性的结构在于，使来自LED14的发散光在抛物面321反射而变换为大致平行的光后，向后级的偏振变换元件21的端面入射，通过偏振变换元件21统一为特定的偏振波。通过该特征性的结构，在本发明中，光的利用效率相对于前述图26的例子为1.8倍，能够实现高效率的光源。

需要说明的是，此时，使来自LED14的发散光在抛物面321反射的大致平行的光并不是全部均匀。因此，通过具有多个倾斜度的反射面307来调整反射光的角度分布，从而能够沿与液晶显示面板11垂直的方向朝向液晶显示面板11入射。

在此，在本图的例子中，以从LED进入反射镜的光(主光线)的朝向与进入液晶显示面板的光的朝向大致平行的方式配置。该配置在设计上容易配置，另外，将热源配置在光源装置之下时，空气向上排出，因此能够降低LED的温度上升，因此优选。

另外，如图27B的(1)所示，为了提高来自LED14的发散光的捕捉率，使不能由反射镜300捕捉的光束由设于配置在反射镜上部的遮光板309的副反射镜308反射，由下部的副反射镜310的斜面反射，向后级的偏振变换元件21的有效区域入射，进一步提高光的利用效率。即，在本实施例中，使由反射镜300反射的光的一部分由副反射镜308反射，使由副反射镜308反射的光由副反射镜310向朝向导光体306的方向反射。

通过设于反射型导光体306的表面的反射形状，将由偏振变换元件21统一为特定的偏振波的大致平行光束朝向与导光体306相对配置的液晶显示面板11反射。此时，根据前述的反射镜300的形状和配置以及反射型导光体的反射面形状(截面形状)和反射面的倾斜度、表面粗糙度对入射到液晶显示面板11的光束的光量分布进行最优设计。

作为设于导光体306表面的反射面形状，与偏振变换元件的出射面相对地配置多个反射面，根据距偏振变换元件21的距离，使反射面的倾斜度、面积、高度、节距最优化，从而如前所述，使入射到液晶显示面板11的光束的光量分布成为所期望的值。

如图27B的(2)所示，设于反射型导光体的反射面307设为在1个面具有多个倾斜度的结构，从而能够更高精度地实现反射光的调整。需要说明的是，在反射面中，作为在1面具有多个倾斜度的结构，作为反射面使用的区域也可以是多个面或多面或曲面。进而，通过扩散板206的扩散作用，实现更均匀的光量分布。入射到靠近LED的一侧的扩散板的光通过使反射面的倾斜度变化而实现均匀的光量分布。

在本实施例中，反射面307的基材使用耐热性聚碳酸酯等塑料材料。另外，λ/2板213刚刚射出后的反射面307的角度根据λ/2板与反射面的距离而变化。

在本实施例中，LED14和反射镜300也在一部分接近，但能够向反射镜300的开口侧的空间散热，能够降低LED的温度上升。另外，也可以与图27A、图27B、图27C上下颠倒地配置基板102和反射镜300。

但是，如果将基板102配置在上方，则基板102与液晶显示面板11接近，因此有时布局变得困难。因此，如图所示，将基板102配置在反射镜300的下侧(远离液晶显示面板11的一侧)时，装置内的结构更简单。

在偏振变换元件21的光入射面以避免不需要的光入射到后级的光学系统的方式设置遮光板410为佳。通过设为这样的结构，能够实现抑制了温度上升的光源装置。在设于液晶显示面板11的光入射面的偏振板中，本申请发明的偏振光一致的光束通过吸收而使温度上升降低，但在被反射型导光体反射时，偏振光方向旋转，一部分光被入射侧偏振板吸收。进而，由于液晶本身的吸收、入射到电极图案的光引起的温度上升，液晶显示面板11的温度也上升，但在反射型导光体306的反射面与液晶显示面板11之间存在足够的空间，能够自然冷却。

图27D是图27B的(1)和图27C的光源装置的变形例。图27D的(1)选取图27B的(1)的光源装置的一部分来图示其变形例。关于其他结构，由于是与图27B的(1)中上述的光源装置相同的结构，因此省略图示和重复的说明。

首先，在图27D的(1)所示的例子中，副反射镜310的凹部319的高度以使从荧光体114横向(X轴方向)输出的荧光的主光线(参照图27D的(1)中沿与X轴平行的方向延伸的直线)从副反射镜310的凹部319脱离的方式，被调整为比荧光体114低的位置。进而，相对于荧光体114的位置，以在Z轴方向上遮光板410的高度变低的方式进行调整，以使从荧光体114横向输出的荧光的主光线不被遮光板410遮挡而入射到偏振变换元件21的有效区域。

另外，副反射镜310的顶部的凹凸的凸部所具有的反射面为了将由副反射镜308反射的光向导光体306引导，而反射由副反射镜308反射的光。因此，副反射镜310的凸部318的高度以使由副反射镜308反射的光反射并入射到后级的偏振变换元件21的有效区域的方式进行调整，由此能够进一步提高光的利用效率。

需要说明的是，如图27A的(2)所示，副反射镜310沿一个方向延伸地配置，为凹凸形状。进而，在副反射镜310的顶部，具有1个以上的凹部的凹凸周期性地沿着一个方向排列。通过设为这样的凹凸形状，能够构成为从荧光体114横向输出的荧光的主光线向偏振变换元件21的有效区域入射。

另外，副反射镜310的凹凸形状以凹部319来到LED14所在的位置的节距周期性地配置。即，荧光体114分别与副反射镜310的凹凸的凹部的配置的节距对应地沿一个方向周期性地配置。需要说明的是，在荧光体114设于LED14的情况下，也可以将荧光体114表达为光源的发光部。

另外，图27D的(2)提取图27C的光源装置的一部分来图示其变形例。关于其他结构，由于是与图27C的光源装置相同的结构，因此省略图示和重复的说明。如图27D的(2)所示，也可以没有副反射镜310，但与图27D的(1)同样地，相对于荧光体114的位置，以在Z轴方向上遮光板410的高度变低的方式进行调整，以使从荧光体114横向输出的荧光的主光线不被遮光板410遮挡而向偏振变换元件21的有效区域入射。

需要说明的是，关于图27A、图27B、图27C、图27D的光源装置，如27A的(1)所示，为了防止尘土进入反射型导光体306的反射面与液晶显示面板11之间的空间、防止产生向光源装置外部的杂散光、以及防止杂散光从光源装置外部侵入，也可以设置侧壁400。在设置侧壁400的情况下，以夹着导光体306与扩散板206之间的空间的方式配置。

射出由该偏振变换元件21偏振变换后的光的偏振变换元件21的光出射面面向由侧壁400、导光体306、扩散板206以及偏振变换元件21包围的空间。另外，侧壁400的内侧的面中的、从侧面覆盖从偏振变换元件21的出射面输出光的空间(图27B的(1)的偏振变换元件21的出射面右侧的空间)的部分的面使用具有反射膜等的反射面。即，面向上述空间的侧壁400的面具备具有反射膜的反射区域。通过将侧壁400的内侧的面中的该部分作为反射面，能够将由该反射面反射的光作为光源光再利用，能够提高光源装置的亮度。

侧壁400的内侧的面中的从侧面覆盖偏振变换元件21的部分的面设为光反射率低的面(没有反射膜的黑色面等)。这是因为，若在偏振变换元件21的侧面产生反射光，则产生设想外的偏振状态的光，成为杂散光的原因。换言之，通过使上述面为光反射率低的面，能够防止或抑制影像的杂散光和设想外的偏振状态的光的产生。另外，也可以构成为通过在侧壁400的一部分开设供空气通过的孔来提高冷却效果。

需要说明的是，图27A、图27B、图27C、图27D的光源装置以使用偏振变换元件21的结构为前提进行了说明。然而，也可以从这些光源装置中省略偏振变换元件21而构成。在该情况下，能够更廉价地提供光源装置。

<光源装置的另一例3>

接下来，参照图28A的(1)、(2)、(3)以及图28B，详细说明与基于光源装置的例1所示的光源装置而使用了反射型导光体304的光源装置相关的光学系统的结构。

图28A表示构成光源的LED14配备于基板102的状态，将准直仪18和LED14作为一对块，它们由具有多个块的单元328构成。本实施例的准直仪18与LED14接近，因此考虑耐热性而采用玻璃材料。准直仪18的形状与图17的准直仪15中说明的形状是同样的。另外，通过在向偏振变换元件21入射的前级设置遮光板317，防止或抑制不需要的光向后级的光学系统入射，减轻该不需要的光引起的温度的上升。

图28A所示的光源的其他结构和效果与图27A、图27B、图27C、图27D是同样的，因此省略重复的说明。图28A的光源装置也可以与图27A、图27B、图27C中说明的同样地设置侧壁。关于侧壁的结构和效果，如已经说明的那样，因此省略重复的说明。

图28B是图28A的(2)的剖视图。图28B所示的光源的结构与图18的光源的构造的一部分是通用的，在图18中已经进行了说明，因此省略重复的说明。

<光源装置的另一例4>

接下来，将图28所示的光源装置所使用的准直仪18和LED14设为一对块，图29的光源装置由具有多个块的单元328构成。参照图29的(a)(b)以及(c)，对与使用了配置于液晶显示面板11的背面的两端部的LED和反射型导光体504的光源装置相关的光学系统的结构进行详细说明。

图29表示构成光源的LED14配备于基板505的状态，将准直仪18和LED14设为一对块，它们由具有多个块的单元503构成。单元503配置在液晶显示面板11的背面的两端部(在本实施例中，在短边方向上排列配置3个单元)。构成为：从单元503输出的光被反射型导光体504反射，向相对配置的液晶显示面板11(在图29的(c)中图示)入射。

如图29的(c)所示，反射型导光体504与配置于各个端部的单元对应地被分割为2个块，以中央部最高的方式配置。准直仪18与LED14接近，因此考虑到对从LED14发出的热的耐热性，采用玻璃材料。准直仪18的形状为在图17的准直仪15中说明的形状。

来自LED14的光经由准直仪18向偏振变换元件501入射。构成为：通过光学元件81的形状来调整向后级的反射型导光体504入射的光的分布。即，通过调整上述准直仪18的形状、配置及光学元件81的形状、扩散特性及反射型导光体的反射面形状(截面形状)、反射面的倾斜度、反射面的表面粗糙度而对向液晶显示面板11入射的光束的光量分布进行最优设计。

作为设于反射型导光体504的表面的反射面形状，如图29的(b)所示，与偏振变换元件的出射面相对地配置多个反射面，根据距偏振变换元件21的距离，使反射面的倾斜度、面积、高度、节距最优化。另外，通过将成为同一反射面的区域(即，与偏振变换元件相对的面)分割为多面体，如前所述，能够使向液晶显示面板11入射的光束的光量分布成为所期望的值(最优化)。

设于反射型导光体的反射面与在图27B中说明的反射型导光体同样地，通过构成为，使1个面(使光反射的区域)具有包括多个倾斜度的形状(在图29的例子中在XY平面内进行14分割而由不同的倾斜面构成)，能够更高精度地进行反射光的调整。另外，为了避免来自反射型导光体的反射光从光源装置13的侧面泄漏，通过设置遮光壁507，能够防止向所期望的方向(朝向液晶显示面板11的方向)以外的漏光的产生。

另外，也可以将配置于图29的反射型导光体504的左右的单元503置换成图27的光源装置。即，也可以构成为：准备多个图27的光源装置(基板102、反射镜300、LED14等)，将该多个光源装置如参照图29的(a)、(b)、(c)那样配置在相互相对的位置。

图30是表示扩散板206的形状的一例的剖视图。如上所述，从LED输出的发散光被反射镜300或准直仪18变换为大致平行光，在被偏振变换元件21变换为特定偏振波之后，被导光体反射。然后，由导光体反射的光束通过扩散板206的入射面的平面部分，向液晶显示面板11入射(参照图30中的表示“来自导光体的反射光”的2条实线箭头)。

另外，从偏振变换元件21射出的光中的发散光束在设于扩散板206的入射面的具有倾斜面的突起部的斜面全反射，向液晶显示面板11入射。为了使从偏振变换元件21射出的光在扩散板206的突起部的斜面全反射，使突起部的斜面的角度基于距偏振变换元件21的距离而变化。在将距偏振变换元件21远的一侧或距LED远的一侧的突起部的斜面的角度设为α，将距偏振变换元件21近的一侧或距LED近的一侧的突起部的斜面的角度设为α’的情况下，α小于α’(α＜α’)。通过设为这样的设定，能够有效利用偏振变换后的光束。

<影像显示装置的扩散特性控制技术>

作为调整来自液晶显示面板11的影像光的扩散分布的方法，可列举出在光源装置13与液晶显示面板11之间、或者液晶显示面板11的表面设置双凸透镜，使该透镜的形状最优化。即，通过进行双凸透镜形状的最优化，能够调整从液晶显示面板11向一个方向射出的影像光(以下也称为“影像光束”)的射出特性。

替代地或追加地，也可以在液晶显示面板11的表面(或光源装置13与液晶显示面板11之间)以矩阵状配置微透镜阵列，并调整该配置的方式。即，通过调整微透镜阵列的配置，能够调整关于从影像显示装置1射出的影像光束的、向X轴和Y轴方向的射出特性，其结果，能够得到具有期望的扩散特性的影像显示装置。

对双凸透镜起到的作用进行说明。如上所述，在使用透镜形状被最优化了的双凸透镜的情况下，能够得到以下的作用效果。即，能够通过双凸透镜对从影像显示装置1射出的影像光束的射出特性进行调整(最优化)，并且，使该最优化后的影像光束高效地在窗玻璃105透射或反射，得到适当的空间悬浮像。

作为进一步的结构例，也可以在从影像显示装置1射出的影像光通过的位置组合配置2片双凸透镜，或者设置将微透镜阵列配置成矩阵状而调整扩散特性的片。通过设为这样的光学系统的结构，在X轴和Y轴方向上，能够根据影像光的反射角度(以在垂直方向上反射的情况为基准(0度)的反射角度)来调整影像光的亮度(相对亮度)。

在本实施例中，通过使用这样的双凸透镜，如图32的(B)中“例1(Y方向)”和“例2(Y方向)”的图表(标绘曲线)所示，能够获得与以往特性的图表(标绘曲线)明显不同的优异的光学特性。具体而言，在例1(Y方向)和例2(Y方向)的标绘曲线中，使垂直方向的亮度特性陡峭，进而，使上下方向(Y轴的正负方向)的指向特性的平衡变化，从而能够提高基于反射、扩散的光的亮度(相对亮度)。

因此，根据本实施例，如来自面发光激光影像源的影像光那样，设为扩散角度窄(高直进性)且仅有特定的偏振波成分的影像光，能够抑制在使用现有技术的影像显示装置的情况下在回归反射构件中产生的重影，能够以使基于回归反射的空间悬浮像高效地到达观察者的眼睛的方式进行调整。

另外，通过上述的光源装置，相对于图32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(在图中表述为“以往特性”)，能够在X轴方向和Y轴方向上都具有大幅窄角的指向特性。在本实施例中，通过具有这样的窄角的指向特性，能够实现射出朝向特定方向接近平行的影像光束的、射出特定偏振波的光的影像显示装置。

在图31中示出在本实施例中采用的双凸透镜的特性的一例。在该例中，特别表示出以Z轴为基准的X方向(垂直方向)上的特性，特性O表示光的出射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，图31的图表所示的特性A、特性B的标绘曲线还表示出在30度附近对峰值亮度的上方的影像光进行聚光来提高亮度(相对亮度)的特性的例子。因此，在这些特性A、特性B中，与特性O的标绘曲线相比可知，在从Z轴向X方向的倾斜度(角度θ)超过30度的角度(θ＞30°)的区域中，光的亮度(相对亮度)急剧降低。

即，根据上述的包含双凸透镜的光学系统，在使来自影像显示装置1的影像光束入射到回归反射构件2时，能够调整由光源装置13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片2的设置的自由度。其结果，能够大幅提高反射或透射窗玻璃105而在所期望的位置成像的空间悬浮像的成像位置的关系的自由度。其结果，能够使得作为扩散角度窄(高直进性)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，观察者也能够准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信息显示系统。

以上，对应用了本发明的各种实施方式及实施例(即具体例)进行了详细说明。另一方面，本发明并不仅限定于上述的实施方式(具体例)，还包括各种变形例。例如，在上述的实施方式中，为了容易理解地说明本发明而详细地说明了系统整体，并不一定限定于具备所说明的全部结构的实施方式。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够对某个实施方式的结构添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。

上述说明的光源装置不限于空间悬浮影像显示装置，也能够应用于HUD、平板电脑、数字标牌等那样的信息显示装置。

在本实施方式的技术中，通过以使高分辨率且高亮度的影像信息空间悬浮的状态显示空间悬浮影像，例如，用户能够进行操作，而不会感到对感染症的接触感染的不安。若在不特定的多个用户所使用的系统中使用本实施例的技术，则能够降低感染症的接触感染的风险，提供能够不感到不安地使用的非接触用户界面。根据提供这样的技术的本发明，有助于联合国提倡的可持续的开发目标(SDGs：Sustainable Development Goals)的“3对所有人确保健康和福祉”。

另外，在上述实施方式的技术中，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，从而相对于回归反射构件仅使正规的反射光高效地反射，因此光的利用效率高，能够得到明亮且清晰的空间悬浮影像。根据本实施方式的技术，能够提供一种能够大幅降低消耗电力的、利用性优异的非接触用户界面。根据提供这样的技术的本发明，有助于联合国提倡的可持续的开发目标(SDGs：Sustainable Development Goals)的“9创建产业和技术革新的基础”以及“11创建人类永续居住的城镇”。

进而，在上述实施方式的技术中，能够形成基于指向性(直进性)高的影像光的空间悬浮影像。在本实施例的技术中，即使在显示银行的ATM、车站的售票机等中的要求高安全性的影像、想要对正对用户的人物隐匿的保密性高的影像的情况下，通过显示指向性高的影像光，也能够提供在用户之外被窥视空间悬浮影像的危险性少的非接触用户界面。本发明通过提供以上那样的技术，有助于联合国提倡的可持续的开发目标(SDGs：Sustainable Development Goals)的“11创建人类永续居住的城镇”。

附图标记说明

1…影像显示装置；2、330…回归反射构件；3…空间像(空间悬浮影像)；105…窗玻璃；100…透过性板；13…光源装置；54…光方向变换面板；102…LED基板；203…导光体；205…反射片；271…反射板；270…λ/4板(相位差板)；11…液晶显示面板；206…扩散板；21…λ/4板(偏振变换元件)；300…反射镜；213…λ/2板；306…反射型导光体；307…反射面；308…副反射镜；331…空间悬浮影像；332…重影；333…重影；334…影像光控制片；336…透光部；337…光吸收部；340…第1测距装置；341…第2测距装置；350…壳体；360…光路折返镜；361…静电电容方式的触摸面板；362…支承构件；81…光学元件；501…偏振变换元件；503…单元；507…遮光壁；401、402…遮光板；320…基材；Ph…物体。

Claims (25)

1.一种空间悬浮影像显示系统，其中，该空间悬浮影像显示系统具备：

影像显示装置，显示影像；

光源装置；以及

回归反射构件，使来自所述影像显示装置的影像光反射，利用反射的光在空中显示实像的空间悬浮影像，

所述光源装置具备：光学构件，减小来自点状或面状的光源的光的发散角；以及反射面，使来自所述光源的光反射，并向所述影像显示装置传播，

通过设于所述光源的反射面的形状和表面粗糙度来调整从所述光源射出的光束的发散角的一部分，

所述空间悬浮影像显示系统具备第1测距装置，该第1测距装置矩阵状地配置具备光源和受光部的多个TOF即飞行时间系统，将包含所述空间悬浮影像的空间分割为多个区域来感测来自所述TOF系统的光源的光，

所述TOF系统的光源光朝向所述空间悬浮影像照射。

2.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述空间悬浮影像显示系统具备三维测距系统，

所述三维测距系统具备多个测距装置，

所述测距装置包括：第1测距装置，捕捉包含所述空间悬浮影像的空间信息；以及第2测距装置，通过二维图像传感器捕捉对所述空间悬浮影像成像的平面的二维图像信息，

所述三维测距系统通过对从利用测距系统共用的同步信号控制的多个测距装置得到的位置信息进行运算处理，从而变换为三维的位置信息。

3.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述空间悬浮影像显示系统具备三维测距系统，

构成所述三维测距系统的测距装置所具备的所述TOF系统的光源光的波长为900(nm)以上的超长波长。

4.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述光源装置具备：

点状或者面状的光源；

反射镜，反射来自所述光源的光；以及

导光体，将来自所述反射镜的光朝向显示面板导光，

所述反射镜的反射面是相对于所述光源的出射光的光轴非对称的形状。

5.根据权利要求4所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述导光体是通过位于所述导光体的表面的反射面处的反射来引导光的反射型导光体。

6.根据权利要求4所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述空间悬浮影像显示系统具备：

扩散板，对来自所述导光体的光进行扩散；以及

侧壁，以夹着所述导光体与所述扩散板之间的空间的方式配置。

7.根据权利要求4所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述反射镜使用塑料材料或玻璃材料或金属材料。

8.一种空间悬浮影像显示系统，其中，该空间悬浮影像显示系统具备：

影像显示装置，显示影像；

光源装置；

回归反射构件，反射来自所述影像显示装置的影像光，利用反射的光在空中显示实像的空间悬浮影像；以及

光路折返镜，

所述光源装置具备：

光学构件，该光学构件减小来自点状或面状的光源的光的发散角；以及

反射面，使来自所述光源的光反射并向影像显示装置传播，

通过设于所述光源的反射面的形状和表面粗糙度来调整从所述光源射出的光束的发散角的一部分，

在利用所述光路折返镜暂时折返来自所述影像显示装置的影像光后，在利用所述回归反射构件反射后显示所述空间悬浮影像，

以来自所述影像显示装置的影像光向所述光路折返镜入射的入射角为45度以上的方式配置所述光路折返镜，以来自所述光路折返镜的反射光相对于所述回归反射构件倾斜地入射的方式配置所述回归反射构件和所述光路折返镜。

9.根据权利要求8所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

为了影像观察者俯视观察所述空间悬浮影像，从接近所述影像观察者的位置起依次配置所述影像显示装置、所述光路折返镜、所述回归反射构件，

在利用所述光路折返镜暂时反射来自所述影像显示装置的影像光后利用所述回归反射构件反射，从而显示所述空间悬浮影像。

10.根据权利要求8所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

为了影像观察者仰视观察所述空间悬浮影像，从所述空间悬浮影像显示系统的壳体底面部起依次配置所述影像显示装置、所述光路折返镜、所述回归反射构件，

在利用所述光路折返镜暂时反射来自所述影像显示装置的影像光后利用所述回归反射构件反射，从而显示所述空间悬浮影像。

11.一种空间悬浮影像显示系统，其中，该空间悬浮影像显示系统具备：

影像显示装置，显示影像；

光源装置；

回归反射构件，反射来自所述影像显示装置的影像光，利用反射的光在空中显示实像的空间悬浮影像；以及

光路折返镜，

所述光源装置具备：

点状或者面状的光源；

反射镜，反射来自所述光源的光；以及

导光体，将来自所述反射镜的光朝向所述影像显示装置导光，

所述反射镜的反射面是相对于所述光源的出射光的光轴非对称的形状，

在利用所述光路折返镜暂时折返来自所述影像显示装置的影像光后，在利用所述回归反射构件反射后显示所述空间悬浮影像，

所述反射镜倾斜配置且以下部相对于所述空间悬浮影像显示系统的上部向进深方向被拉入的状态配置，所述反射镜以来自所述光路折返镜的反射光相对于所述回归反射构件倾斜地入射的方式配置。

12.根据权利要求11所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述导光体是通过位于所述导光体的表面的反射面处的反射来引导光的反射型导光体。

13.根据权利要求11所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

空间悬浮影像显示系统具备：

扩散板，扩散来自所述导光体的光；以及

侧壁，以夹着所述导光体与所述扩散板之间的空间的方式配置。

14.根据权利要求11所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述反射镜使用塑料材料或玻璃材料或金属材料。

15.根据权利要求11所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

为了影像观察者俯视观察所述空间悬浮影像，从接近所述影像观察者的位置起依次配置所述影像显示装置、所述光路折返镜、所述回归反射构件，

在利用所述光路折返镜暂时反射来自所述影像显示装置的影像光后利用所述回归反射构件反射，从而显示所述空间悬浮影像。

16.根据权利要求11所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

为了影像观察者仰视观察所述空间悬浮影像，从所述空间悬浮影像显示系统的壳体底面部起依次配置所述影像显示装置、所述光路折返镜、所述回归反射构件，在利用所述光路折返镜暂时反射来自所述影像显示装置的影像光后利用所述回归反射构件反射，从而显示所述空间悬浮影像。

17.一种空间悬浮影像显示系统，其中，该空间悬浮影像显示系统具备：

显示面板，显示影像；

光源装置，射出特定偏振波的光；以及

回归反射构件，使来自所述显示面板的影像光反射，利用反射的光在空中显示实像的空间悬浮影像，

所述光源装置具备：

光学构件，减小来自点状或面状的光源的光的发散角；以及

反射面，使来自所述光源的光反射并向所述显示面板传播，

通过设于所述光源的反射面的形状和表面粗糙度来调整从所述光源射出的光束的发散角的一部分，

在所述显示面板的影像光出射面设有偏振消除元件，该偏振消除元件将特定偏振波的影像光的一部分光学地变换为另一个偏振波而模拟地变换为自然光。

18.根据权利要求17所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述光源装置具备：

点状或者面状的光源；

反射镜，反射来自所述光源的光；以及

导光体，将来自所述反射镜的光朝向所述显示面板导光，

所述反射镜的反射面是相对于所述光源的出射光的光轴非对称的形状，

所述导光体是通过位于所述导光体的表面的反射面处的反射来引导光的反射型导光体。

19.根据权利要求18所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述空间悬浮影像显示系统具备：

扩散板，扩散来自所述导光体的光；以及

侧壁，以夹着所述导光体与所述扩散板之间的空间的方式配置。

20.根据权利要求18所述的空间悬浮影像显示系统，其中，

所述反射镜使用塑料材料或玻璃材料或金属材料。

21.一种空间悬浮影像显示装置，其中，

该空间悬浮影像显示装置具备：

显示面板，显示影像；

光源装置，向所述显示面板供给光；以及

回归反射板，使来自所述显示面板的影像光反射，通过反射的影像光在空中显示实像的空间悬浮影像，

将包含所述空间悬浮影像的空间分割为多个空间，具备与所述多个空间中的各个空间对应的多个传感器，

所述多个传感器分别使用来自该传感器的光源的光，感测所述多个空间中的任意一个空间。

22.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其中，

所述多个空间是从用户观察时在纵向和横向上分别被分割为多个的空间。

23.根据权利要求22所述的空间悬浮影像显示装置，其中，

所述多个空间是从用户观察时在进深方向上被分割为多个的空间。

24.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其中，

所述多个传感器的感测结果用于检测用户对各自对应的空间所包含的感测区域的操作。

25.根据权利要求24所述的空间悬浮影像显示装置，其中，

为了检测所述用户的操作，进行使用了所述多个传感器的感测结果和与所述多个传感器不同的方式的传感器的感测结果的运算。