JP2022072211A - 空中ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 新規な空中ディスプレイの提供を課題とする。【解決手段】 直線偏光を出射する画像表示装置、λ／４板と、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層、凹面鏡を、この順番で有し、コレステリック液晶層と凹面鏡とは凹面を対向して配置され、凹面鏡は、コレステリック液晶層の凹面鏡形状の光軸が通る貫通孔を有し、λ／４板は、画像表示装置が出射する直線偏光を、コレステリック液晶層を透過する円偏光に変換することにより、課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、空中に浮いたような画像を表示する空中ディスプレイに関する。

２枚の凹面鏡を、凹面を対向して縁同士を合わせるように配置し、一方の凹面鏡の中央に貫通孔（開口）を設けることで、他方の凹面鏡の底部に配置した物品の実像を、貫通孔の位置に浮いているように観察させる空中ディスプレイ（ミラースコープ）が知られている。

例えば、特許文献１には、このように凹面を対向して配置される２枚の凹面鏡を用いる空中ディスプレイにおいて、一方の凹面鏡の底部に配置した物品（表示対象物）から他方の凹面鏡の貫通孔に向かう光路上に、光を遮るようにして配設される、入射光の透過率を調節可能な遮光部材と、遮光部材の透過率を制御して遮光部材を透過する光を透過、遮断することにより、貫通孔の位置に浮上して観察される物品の像を出現、消滅させる制御部と、を有する空中ディスプレイ（表示装置）が記載されている。

特開平１１－２１９１１４号公報

特許文献１に記載される空中ディスプレイによれば、機械的な構成を用いることなく、貫通孔の近傍に浮いているように観察される物品の像を、任意のタイミングで出現させ、また、消滅できる。
その反面、特許文献１に記載される空中ディスプレイでは、観察される物品の像を動かすことができない。

本発明の目的は、空中に浮いた画像を表示できる、新規な空中ディスプレイを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］ 直線偏光を出射する画像表示装置と、
λ／４板と、
凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層と、
凹面鏡とを、この順番で有し、
コレステリック液晶層と凹面鏡とは、凹面を対向して配置され、
凹面鏡は、コレステリック液晶層の凹面鏡形状の光軸が通る貫通孔を有し、
λ／４板は、画像表示装置が出射する直線偏光を、コレステリック液晶層を透過する円偏光に変換する、空中ディスプレイ。
［２］ コレステリック液晶層の凹面と、凹面鏡の凹面とが、同じ形状である、［１］に記載の空中ディスプレイ。
［３］ コレステリック液晶層の凹面、および、凹面鏡の凹面が、放物面状である、［２］に記載の空中ディスプレイ。
［４］ λ／４板が凹面形状を有し、λ／４板の凹面と、コレステリック液晶層の凹面とが、向きを一致して配置される、［１］～［３］のいずれかに記載の空中ディスプレイ。
［５］ λ／４板の凹面と、コレステリック液晶層の凹面とが、同じ形状である、［４］に記載の空中ディスプレイ。
［６］ 画像表示装置の画像表示面が凹面形状を有し、画像表示装置の画像表示面の凹面とコレステリック液晶層の凹面とが、向きを一致して配置される、［１］～［５］のいずれかに記載の空中ディスプレイ。
［７］ 画像表示装置がフレキシブル画像表示装置であり、画像表示装置は、コレステリック液晶層と凹面と向きが一致するように、凹面状に湾曲される、［１］～［６］のいずれかに記載の空中ディスプレイ。
［８］ 直線偏光を出射する画像表示装置と、
凹面鏡形状を有し、一方向の直線偏光を選択的に反射する反射型偏光子と、
λ／４板と、
凹面鏡とを、この順番で有し、
反射型偏光子と凹面鏡とは、互いの凹面を対向して配置され、
凹面鏡は、反射型偏光子の凹面鏡形状の光軸が通る貫通孔を有し、
反射型偏光子は、画像表示装置が出射する直線偏光を透過する、空中ディスプレイ。
［９］ 反射型偏光子の凹面と、凹面鏡の凹面とが、同じ形状である、［８］に記載の空中ディスプレイ。
［１０］ 反射型偏光子の凹面、および、凹面鏡の凹面が、放物面状である、［９］に記載の空中ディスプレイ。
［１１］ λ／４板が凹面形状を有し、λ／４板の凹面と、凹面鏡の凹面とが、向きを一致して配置される、［８］～［１０］のいずれかに記載の空中ディスプレイ。
［１２］ λ／４板の凹面と、凹面鏡の凹面とが、同じ形状である、［１１］に記載の空中ディスプレイ。
［１３］ λ／４板が凹面形状を有し、λ／４板の凹面と、反射型偏光子の凹面とが、向きを一致して配置される、［８］～［１０］のいずれか記載の空中ディスプレイ。
［１４］ λ／４板の凹面と、反射型偏光子の凹面とが、同じ形状である、［１３］に記載の空中ディスプレイ。
［１５］ 画像表示装置の画像表示面が凹面形状を有し、画像表示装置の画像表示面の凹面と、反射型偏光子の凹面とが、向きを一致して配置される、［８］～［１４］のいずれかに記載の空中ディスプレイ。
［１６］ 画像表示装置がフレキシブル画像表示装置であり、画像表示装置は、反射型偏光子と凹面の向きが一致するように湾曲される、［８］～［１４］のいずれかに記載の空中ディスプレイ。

本発明によれば、空中に浮いたような画像を表示できる、新規な空中ディスプレイが提供される。

本発明の第１の態様の空中ディスプレイの一例を概念的に示す図である。 本発明の第２の態様の空中ディスプレイの一例を概念的に示す図である。 本発明の第２の態様の空中ディスプレイの別の例を概念的に示す図である。 本発明の第２の態様の空中ディスプレイの例の例を概念的に示す図である。

以下、本発明の空中ディスプレイについて詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
また、以下に示す図は、いずれも、本発明を説明するための概念的な図である。従って、各図において、各部材の形状、大きさ、厚さ、および、間隔などの位置関係等は、必ずしも現実の物とは一致しない。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、可視光とは、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０～７８０ｎｍの波長域の光を示す。

図１に、本発明の空中ディスプレイの第１の態様の一例を概念的に示す。
図１に示す空中ディスプレイ１０は、画像表示装置１２と、λ／４板１４と、コレステリック液晶層１６と、凹面鏡１８とを、この順番で有する。
コレステリック液晶層１６は、凹面鏡形状を有する。また、凹面鏡１８は、中心すなわち凹の底部に、貫通孔１８ａを有する。コレステリック液晶層１６と凹面鏡１８とは、互いの凹面を対向して、貫通孔１８ａが、コレステリック液晶層１６の凹面鏡形状の光軸が通るように配置される。

後述するが、本発明の空中ディスプレイは、２枚の凹面鏡を凹面を対向して縁同士を合わせるように配置し、一方の凹面鏡の中央に貫通孔を設けることで、他方の凹面鏡の底部に配置した物品の実像を、貫通孔の位置に浮いているように観察させる、上述した特許文献１に記載されるような空中ディスプレイ（ミラースコープ、ボルマトリクス、（３Ｄ）ミラージュ）と同様の原理で、貫通孔１８ａの位置に浮いたように画像を表示する。

本発明の空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２は、直線偏光（直線偏光の画像）を出射できるものであれば、公知の画像表示装置（ディスプレイ）が、各種、利用可能である。
直線偏光を出射する画像表示装置としては、一例として、液晶表示装置、および、λ／４板と偏光子とを組み合わせた反射防止フィルムを有する有機エレクトロルミネッセンス表示装置等が例示される。なお、以下の説明では、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を『ＯＬＥＤ』ともいう。ＯＬＥＤとは、『Organic Light Emitting Diode』の略である。
また、画像表示装置１２は、これ以外にも、ＣＲＴ（cathode-ray tube）、ブラズマディスプレイ、電子ペーパー、および、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイ等の無偏光を出射する画像表示装置に、直線偏光子を組み合わせることで、直線偏光を出射するようにしたものも利用可能である。

図示例の空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２は、好ましい態様として、画像表示面が凹面形状を有する。画像表示装置１２の画像表示面の形状は、コレステリック液晶層１６の凹面と同じ凹面形状であるのがより好ましく、放物面状であるのがさらに好ましい。
あるいは、好ましい態様として、画像表示装置１２として、可撓性を有するＯＬＥＤ等のフレキシブル画像表示装置を用いて、画像表示面を凹面形状にしてもよく、より好ましくはコレステリック液晶層１６の凹面と同じ凹面形状にしてもよく、さらに好ましくは放物面状にしてもよい。

この際において、画像表示装置１２とコレステリック液晶層１６とは、図１に示すように、凹面の向きを一致して配置される。
好ましくは、画像表示装置１２とコレステリック液晶層１６とは、凹面形状と凹面鏡形状との光軸を一致して配置される。

画像表示装置１２の画像表示面を凹面形状とし、凹面の向きをコレステリック液晶層と一致して配置することにより、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの付近に浮いたように表示する画像（実像）の明るさを明るくできる点で好ましい。

本発明の空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２として、フレキシブル画像表示装置を用いる場合には、画像表示装置１２を凹面鏡のように二次元方向に湾曲させるのに制限はされない。
すなわち、本発明において、画像表示装置１２としてフレキシブル画像表示装置を用いる場合には、画像表示装置１２を、一方向にのみ湾曲させて用いてもよく、好ましくは、放物線状に湾曲させて用いてもよい。
この構成でも、同様に、貫通孔１８ａの付近に浮いたように表示する画像の明るさを明るくできる。

なお、本発明の空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２の画像表示面は、凹面形状に制限はされず、平面状でもよい。

図１に示す空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２は、コレステリック液晶層１６のほぼ全面に対応する領域にわたって設けられている。

ここで、本発明の空中ディスプレイ１０において、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの付近に画像として表示されるのは、画像表示装置１２による表示画像のうち、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６の中央近傍すなわち凹面の底に対応する領域Ｓの画像のみである。

従って、本発明の空中ディスプレイ１０では、画像表示装置１２を、浮いたように表示される画像に供される領域Ｓのみに配置して、それ以外のコレステリック液晶層１６に対面する領域は、遮光板としてもよい。遮光板は、公知のものが、各種、利用可能であるが、黒色の遮光板等、光吸収性の遮光板であるのが好ましい。

空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２の凹面鏡１８側には、λ／４板１４が配置される。以下の説明では、便宜的に、空中ディスプレイ１０における凹面鏡１８側を『上』、逆の画像表示装置１２側を『下』ともいう。
λ／４板１４は、画像表示装置１２が出射した直線偏光の画像を、後述するコレステリック液晶層１６が透過する旋回方向の円偏光に変換するものである。従って、λ／４板１４は、画像表示装置１２が出射した直線偏光の画像を、コレステリック液晶層１６が透過する旋回方向の円偏光に変換するように、遅相軸の方向が設定される。

λ／４板１４は、可視光のいずれかの波長において約１／４波長となる位相差を有する、公知のλ／４板（λ／４波長板、λ／４位相差板）が、各種、利用可能である。
λ／４板１４としては、例えば、波長５５０ｎｍにおいて、１００～１８０ｎｍの位相差を有するλ／４板が好ましく例示され、１２０～１６０ｎｍの位相差を有するλ／４板がより好ましく例示される。

図示例の空中ディスプレイ１０において、λ／４板１４は、好ましい態様として凹面形状を有する。λ／４板１４は、コレステリック液晶層１６と同じ凹面形状であるのがより好ましく、放物面状であるのがさらに好ましい。
この際において、λ／４板１４とコレステリック液晶層１６とは、凹面の向きを一致して配置される。好ましくは、画像表示装置１２とコレステリック液晶層１６とは、凹面の光軸を一致して配置される。

λ／４板１４を凹面形状とし、凹面の向きをコレステリック液晶層と一致して配置することにより、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの付近に表示する画像（実像）の明るさを明るくできる点で好ましい。

なお、本発明の空中ディスプレイにおいて、λ／４板１４は、凹面形状に制限はされず、平面状でもよい。
この際には、λ／４板１４は、厚さ方向のレタデーションであるＲｔｈが小さいのが好ましく、ゼロであるのがより好ましい。

空中ディスプレイ１０において、λ／４板１４の上には、コレステリック液晶層１６が配置される。本発明の第１の態様の空中ディスプレイ１０において、コレステリック液晶層１６は、凹面鏡形状を有し、後述する凹面鏡１８と凹面を対向して配置される。
本発明の空中ディスプレイの第１の態様においては、この凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６と、貫通孔１８ａを有する凹面鏡１８とが、上述した従来の空中ディスプレイにおける２枚の凹面鏡に対応する。

コレステリック液晶層１６とは、コレステリック配向された液晶化合物からなる液晶相（コレステリック液晶相）を固定してなる液晶層である。
周知のように、コレステリック液晶層は、液晶化合物が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチ（螺旋ピッチ）として、螺旋状に旋回する液晶化合物が、複数ピッチ、積層された構造を有する。

また、周知のように、コレステリック液晶層１６は、液晶化合物による螺旋の旋回方向（センス）に応じて、特定の波長域の右円偏光または左円偏光を反射して、それ以外の光を透過する。
具体的には、コレステリック液晶層１６は、螺旋１ピッチの長さに応じて、特定の波長域の光を選択的に反射して、それ以外の波長域の光を透過する。コレステリック液晶層１６の選択反射の中心波長λ（選択反射中心波長λ）は、コレステリック液晶相における螺旋構造の螺旋１ピッチＰに依存し、コレステリック液晶構造の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。螺旋構造の螺旋１ピッチＰとは、螺旋の周期であり、液晶化合物が３６０°回転する厚さ方向の長さである。
また、コレステリック液晶層１６は、螺旋の旋回方向（センス）に応じて、右円偏光を反射して左円偏光を透過し、あるいは、左円偏光を反射して右円偏光を透過する。コレステリック液晶層１６が反射する円偏光の旋回方向は、コレステリック液晶相の螺旋のセンスに一致する。

コレステリック液晶層１６は、コレステリック液晶相を固定してなる公知のコレステリック液晶層が、各種、利用可能である。
また、コレステリック液晶層１６の螺旋１ピッチの長さには、制限はなく、選択的に反射する光の波長域に応じて、適宜、設定すれば良い。なお、コレステリック液晶層１６は、可視光の波長域の光を選択的に反射するように、螺旋１ピッチの長さが設定される。
さらに、コレステリック液晶層１６の厚さにも、制限はなく、螺旋１ピッチの長さ、および、必要な反射率に応じて、適宜、設定すれば良い。

コレステリック液晶層１６は、必要に応じて、支持体に積層されてもよく、あるいは、液晶化合物を配向するための配向膜に積層されてもよく、あるいは、支持体および配向膜に積層されてもよい。コレステリック液晶層１６が支持体に積層される場合には、支持体がラビング処理等を施されて、配向膜として作用するものでもよい。

また、本発明の空中ディスプレイ１０は、表示する画像に応じて、複数層のコレステリック液晶層１６を有してもよい。
例えば、空中ディスプレイ１０すなわち画像表示装置１２が、赤色画像、緑色画像および青色画像からなるフルカラー画像を表示する場合には、例えば、赤色光に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層、緑色光に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層、および、青色光に選択反射中心波長を有するコレステリック液晶層の、３層のコレステリック液晶層１６を有するものであってもよい。

本発明の空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２、λ／４板１４およびコレステリック液晶層１６（コレステリック液晶層を含む積層体）は、離間して配置されても、積層されてもよい。
しかしながら、光の利用効率を高くできる、迷光および多重像を抑制できる等の点で、画像表示装置１２、λ／４板１４およびコレステリック液晶層１６は、積層されるのが好ましい。また、これらの部材が離間する場合でも、上述と同様の理由で、部材間の空気層は薄い方が好ましく、これらの部材は、できだけ近接して配置するのが好ましい。

コレステリック液晶層１６の上には、凹面鏡１８が配置される。
凹面鏡１８は、中心すなわち凹の底部に、貫通孔１８ａを有する。コレステリック液晶層１６と凹面鏡１８とは、互いの凹面を対向して、コレステリック液晶層１６の凹面鏡形状の光軸が、貫通孔１８ａを通るように配置される。好ましくは、コレステリック液晶層１６と凹面鏡１８とは、貫通孔１８ａの有無以外は全く同じ形状を有し、縁を合わせて配置される。
凹面鏡１８には、制限はなく、特許文献１などの、２枚の凹面鏡を凹面を対向して配置した公知の空中ディスプレイを構成する凹面鏡が、各種、利用可能である。

本発明の空中ディスプレイ１０において、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６と、凹面鏡１８とは、凹面（曲面）の形状が同じ形状であるのが好ましい。また、コレステリック液晶層１６および凹面鏡１８は、凹面（曲面）の形状が、パラボラアンテナのような放物面であるのがより好ましい。

なお、図示例の空中ディスプレイ１０においては、画像表示装置１２の画像表示面およびλ／４板１４も、コレステリック液晶層１６と同じ凹面形状、特に放物面であるのが好ましく、凹面形状の光軸をコレステリック液晶層１６の凹面鏡形状と一致するのが好ましいのは、上述のとおりである。

以下、図１に示す空中ディスプレイ１０の作用を説明することにより、本発明の第１の態様の空中ディスプレイについて、より詳細に説明する。
本例では、一例として、コレステリック液晶層１６は、左円偏光を透過して、右円偏光を反射するものとする。従って、λ／４板１４は、画像表示装置１２が出射した直線偏光を、左円偏光に変換するように、遅相軸の方向が設定される。
なお、本発明は、これに制限はされず、コレステリック液晶層１６は、右円偏光を透過して、左円偏光を反射するものであってもよい。

図１に示す空中ディスプレイ１０において、画像表示装置１２が出射（表示）した直線偏光の画像は、上述のように、λ／４板１４によって左円偏光Ｌに変換される。本例においては、コレステリック液晶層は、右円偏光を反射するものであるので、左円偏光Ｌはコレステリック液晶層１６を透過して、凹面鏡１８に入射し、反射される。
左円偏光Ｌは、凹面鏡１８によって反射されることで、旋回方向が逆転して、右円偏光Ｒになる。
凹面鏡１８によって反射された右円偏光Ｒは、コレステリック液晶層１６に入射する。コレステリック液晶層１６は、右円偏光を反射するので、コレステリック液晶層１６に入射した右円偏光Ｒは、コレステリック液晶層１６によって反射され、上方の凹面鏡１８に向かう。

ここで、画像表示装置１２において、領域Ｓ、すなわち、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６の中央近傍、すなわち、凹面の底部（凹面鏡１８の焦点近傍）に表示されて出射した光は、図１に概念的に示すように、凹面鏡１８によって反射されて、凹面鏡１８（コレステリック液晶層１６）の光軸と平行（略平行）な右円偏光Ｒとされ、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６に入射し、反射される。
従って、領域Ｓから出射された光は、凹面鏡１８と、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６との反射によって、コレステリック液晶層１６の焦点（焦点近傍）に集光して、結像する。その結果、領域Ｓに表示された画像は、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの近傍に浮いているように画像Ｉ（実像）として表示される。

すなわち、本発明の第１の態様の空中ディスプレイ１０は、反射型の円偏光子であるコレステリック液晶層１６を用い、鏡面での反射による円偏光の旋回方向の逆転を利用することで、画像表示装置１２による表示画像を凹面鏡１８と凹面鏡形状のコレステリック液晶層１６との間で光を反射して、凹面鏡１８の貫通孔１８ａ付近に結像し、浮いた状態の画像Ｉを表示することを実現している。
しかも、この画像Ｉは、ＯＬＥＤ等の画像表示装置１２による表示画像である。従って、動画の表示が可能であり、例えば、画像Ｉを動かし、また、画像Ｉを変更することも可能である。

なお、上述のように、本発明の空中ディスプレイ１０においては、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの近傍に浮いているように表示される画像は、凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層１６の中央部（底部）の近傍、すなわち、領域Ｓから出射された光のみである。
従って、空中ディスプレイ１０の画像表示装置１２は、領域Ｓ以外の領域、すなわち、貫通孔１８ａの近傍に画像が表示されない領域は、黒表示にするのが好ましい。
この点に関しては、後述する図２等に示す本発明の第２の態様も同様である。

図２に、本発明の第２の態様の一例を概念的に示す。
なお、図２に示す空中ディスプレイ３０は、上述した図１に示す空中ディスプレイ１０と同じ部材を有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。

図２に示す空中ディスプレイ３０は、画像表示装置１２と、反射型偏光子３２と、λ／４板３４と、凹面鏡１８とを、この順番で有する。
反射型偏光子３２は、凹面鏡形状を有する。
反射型偏光子３２と凹面鏡１８とは、互いの凹面を対向して、凹面鏡１８の上述した貫通孔１８ａが、反射型偏光子３２の凹面鏡形状の光軸が通るように配置される。

本発明の第２の態様の空中ディスプレイ３０において、画像表示装置１２の上には、反射型偏光子３２が配置される。
上述のように、反射型偏光子３２は、凹面鏡形状を有し、凹面鏡１８と凹面を対向して配置される。
本発明の空中ディスプレイの第２の態様においては、この凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２と、貫通孔１８ａを有する凹面鏡１８とが、上述した従来の空中ディスプレイにおける２枚の凹面鏡に対応する。

なお、図２に示す空中ディスプレイ３０においても、画像表示装置１２は、画像表示面が凹面形状を有するのが好ましい。
ここで、本発明の第２の態様の空中ディスプレイ３０においては、画像表示装置１２の画像表示面の形状は、反射型偏光子３２の凹面と同じ凹面形状であるのがより好ましく、放物面状であるのがさらに好ましい。
また、この際において、画像表示装置１２と反射型偏光子３２とは、凹面の向きを一致して配置される。好ましくは、画像表示装置１２と反射型偏光子３２とは、凹面形状と凹面鏡形状との光軸を一致して配置される。

また、図２に示す空中ディスプレイ３０においても、画像表示装置１２がフレキシブル画像表示装置であるのも好ましい。
この際には、画像表示装置１２は、凹面の方向が反射型偏光子３２と一致するように、上述のような凹面形状（放物面）、または、放物線状に湾曲される。

反射型偏光子３２は、ある方向の直線偏光を透過して、この直線偏光と直交する方向の直線偏光を反射する直線偏光子である。
本発明の空中ディスプレイ３０において、反射型偏光子３２は、画像表示装置１２が出射（表示）する直線偏光を透過し、直交する方向の直線偏光を反射する。

反射型偏光子３２は、可視光の波長域において、ある方向の直線 偏光を選択的に透過するものであれば、公知の反射型偏光子（反射型直線偏光子）が利用可能である。
反射型偏光子３２としては、一例として、特開２０１１－０５３７０５号公報等に記載されるような誘電体多層膜を延伸したフィルム、および、ワイヤグリッド型偏光子等が例示される。
また、反射型偏光子３２は、市販品も好適に利用可能である。市販品の反射型偏光子としては、３Ｍ社製の反射型偏光子（商品名ＡＰＦ）、および、ＡＧＣ社製のワイヤグリッド偏光子（商品名ＷＧＦ）等が例示される。

図２に示す空中ディスプレイ３０において、反射型偏光子３２の上には、λ／４板３４が配置される。
λ／４板３４は、配置位置が異なり、また、凹面形状を有する場合には凹面の向きが異なる以外は、基本的に、上述した図１に示す空中ディスプレイ１０のλ／４板１４と同様のものである。
なお、本発明の第２の態様の空中ディスプレイ３０において、λ／４板３４は、凹面鏡１８の貫通孔１８ａに対応する位置に、貫通孔を有してもよく、あるいは、有さなくてもよい。しかしながら、表示画像の画質を向上できる点で、λ／４板３４は、凹面鏡１８の貫通孔１８ａに対応（対面）する位置に、貫通孔を有するのが好ましい。
また、本発明の第２の態様の空中ディスプレイ３０においては、λ／４板３４は、平板でも凹面形状でも、必ず、凹面鏡１８の全面に対応して設けられる必要がある。

図示例の空中ディスプレイ３０においても、先と同様の理由で、λ／４板３４は、好ましい態様として凹面形状を有する。λ／４板３４は、凹面鏡１８の凹面と同じ凹面形状であるのがより好ましく、放物面状であるのがさらに好ましい。
この際において、λ／４板３４と凹面鏡１８とは、凹面の向きを一致して配置される。好ましくは、λ／４板３４と凹面鏡１８とは、凹面の光軸を一致して配置される。
λ／４板３４を凹面形状とし、凹面の向きを凹面鏡１８と一致して配置することにより、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの付近に表示する画像（実像）の明るさを明るくできる点で好ましい。

図２に示す空中ディスプレイ３０は、凹面形状を有するλ／４板３４を、凹面鏡１８の下に、反射型偏光子３２よりも凹面鏡１８に近接して配置している。また。λ／４板３４の凹面の向きは、凹面鏡１８の凹面の向きに一致している。
しかしながら、本発明の第２の態様の空中ディスプレイは、これに制限はされず、凹面形状を有するλ／４板を、反射型偏光子３２の上に、凹面鏡１８よりも反射型偏光子３２に近接して配置してもよい。
この場合には、λ／４板の凹面形状は、反射型偏光子３２と同じ凹面形状であるのがより好ましく、放物面状であるのがさらに好ましい。
この際において、λ／４板と反射型偏光子３２とは、凹面の向きを一致して配置される。好ましくは、λ／４板と反射型偏光子３２とは、凹面の光軸を一致して配置される。
この構成に関しては、後に詳述する。

また、空中ディスプレイ３０においても、λ／４板３４は、凹面形状に制限はされず、平面状でもよい。
この際には、λ／４板３４は、厚さ方向のレタデーションであるＲｔｈが小さいのが好ましく、ゼロであるのがより好ましい。

λ／４板３４の上には、凹面鏡１８が配置される。
上述のように、凹面鏡１８は、中心すなわち凹の底部に、貫通孔１８ａを有する。反射型偏光子３２と凹面鏡１８とは、互いの凹面を対向して、貫通孔１８ａが、反射型偏光子３２の凹面鏡形状の光軸が通るように配置される。好ましくは、反射型偏光子３２と凹面鏡１８とは、貫通孔１８ａの有無以外は全く同じ凹面鏡形状を有し、縁を合わせて配置される。

本発明の空中ディスプレイ３０において、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２と、凹面鏡１８とは、凹面（曲面）の形状が同じ形状であるのが好ましい。また、反射型偏光子３２および凹面鏡１８は、凹面（曲面）の形状が、パラボラアンテナのような放物面であるのがより好ましい。

なお、図示例の空中ディスプレイ３０においては、画像表示装置１２は、反射型偏光子３２と同じ凹面形状（放物面）であるのが好ましく、凹面の光軸を反射型偏光子３２の凹面鏡形状と一致するのが好ましく、また、λ／４板３４は、凹面鏡１８と同じ凹面形状（放物面）であるのが好ましく、凹面の光軸を凹面鏡１８と一致するのが好ましいのは、上述のとおりである。

空中ディスプレイ３０において、画像表示装置１２と反射型偏光子３２、および／または、凹面鏡１８とλ／４板３４とは、離間して配置されても、積層されてもよい。
しかしながら、光の利用効率を高くできる、迷光および多重像を抑制できる等の点で、画像表示装置１２と反射型偏光子３２、および、凹面鏡１８とλ／４板３４とは、少なくとも一方、好ましくは両方とも、積層されるのが好ましい。また、画像表示装置１２と反射型偏光子３２、および／または、凹面鏡１８とλ／４板３４とが離間する場合でも、上記と同様の理由で、部材間の空気層は薄い方が好ましく、これらの部材は、できるだけ近接して配置するのが好ましい。
この点に関しては後述する図３および図４に示す例も、同様である。

以下、図２に示す空中ディスプレイ３０の作用を説明することにより、本発明の第２の態様の空中ディスプレイについて、より詳細に説明する。
本例では、一例として、画像表示装置１２は、紙面に平行方向の直線偏光Ｐを出射するものとする。従って、反射型偏光子３２は、紙面に平行方向の直線偏光Ｐを透過し、紙面に垂直方向の直線偏光Ｖを反射する。
また、λ／４板３４は、紙面に平行方向の直線偏光Ｐを左円偏光Ｌに変換し、紙面に垂直方向の直線偏光Ｖを右円偏光に変換するように、遅相軸の方向が設定される。
以下の説明では、便宜的に、紙面に平行方向の直線偏光Ｐを『平行直線偏光Ｐ』、紙面に垂直方向の直線偏光Ｖを『垂直直線偏光Ｖ』ともいう。

なお、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、画像表示装置１２が、垂直直線偏光Ｖを出射し、反射型偏光子３２が、垂直直線偏光Ｖを透過し、平行直線偏光Ｐを反射するものでもよい。
また、λ／４板３４は、垂直直線偏光Ｖを左円偏光Ｌに変換し、平行直線偏光Ｐを右円偏光Ｒに変換するものでもよい。

図２に示す空中ディスプレイ３０において、画像表示装置１２が出射（表示）した平行直線偏光Ｐの画像は、反射型偏光子３２に入射する。
上述のように、反射型偏光子３２は、画像表示装置１２が出射した直線偏光すなわち平行直線偏光Ｐを透過するので、平行直線偏光Ｐは反射型偏光子３２を透過して、上方のλ／４板３４に入射する。
λ／４板３４は、平行直線偏光Ｐを左円偏光に変換する。従って、平行直線偏光Ｐは、λ／４板３４を透過して左円偏光Ｌとなり、直上の凹面鏡１８に入射し、反射される。
左円偏光Ｌは、凹面鏡１８によって反射されることで、旋回方向が逆転して右円偏光Ｒになる。
凹面鏡１８によって反射された右円偏光Ｒは、再度、直下のλ／４板３４に入射、透過して、垂直直線偏光Ｖとなる。
垂直直線偏光Ｖは、次いで、下方の反射型偏光子３２に入射する。上述のように、反射型偏光子３２は平行直線偏光Ｐを透過する直線偏光子である。従って、垂直直線偏光Ｖは、反射型偏光子３２によって反射され、上方の凹面鏡１８（λ／４板３４）に向かう。

ここで、画像表示装置１２において、領域Ｓ、すなわち、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２の中央部、すなわち、凹面の底の近傍（凹面鏡１８の焦点近傍）に表示されて出射した光は、図２に概念的に示すように、凹面鏡１８によって反射されて、凹面鏡１８（反射型偏光子３２）の光軸と平行（略平行）な垂直直線偏光Ｖとされ、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２に入射し、反射される。
従って、領域Ｓから出射された光は、凹面鏡１８と、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２との反射によって、反射型偏光子３２の焦点（焦点近傍）に集光して、結像する。その結果、領域Ｓから出射された光、すなわち、領域Ｓに表示された画像は、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの近傍に浮いているように実像として表示される。

すなわち、本発明の第２の態様の空中ディスプレイ３０は、反射型の直線偏光子である反射型偏光子３２を用い、鏡面での反射による円偏光の旋回方向の逆転を利用することで、画像表示装置１２による表示画像を、凹面鏡１８と凹面鏡形状の反射型偏光子３２との間で反射して、凹面鏡１８の貫通孔１８ａ付近に結像し、浮いた状態の画像Ｉを表示することを実現している。
しかも、この画像Ｉは、ＯＬＥＤ等の画像表示装置１２による表示画像である。従って、動画の表示が可能であり、例えば、画像Ｉを動かし、また、画像Ｉを変更することも可能である。

上述のように、本発明の空中ディスプレイの第２の態様では、凹面形状を有するλ／４板を、反射型偏光子３２上に、凹面鏡１８よりも反射型偏光子３２に近接して配置してもよい。
図３に、その一例を概念的に示す。なお、図３に示す空中ディスプレイ３０Ａは、上述した空中ディスプレイ３０と同じ部材を有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部材を主に行う。

図３に示す空中ディスプレイ３０において、λ／４板３４ａは、凹面形状を有し、反射型偏光子３２の上（直上）に配置される。
この構成では、λ／４板３４ａと反射型偏光子３２とが、凹面の向きを一致して配置される。好ましくは、λ／４板３４ａと反射型偏光子３２とは、凹面形状と凹面鏡形状との光軸を一致して配置される。
また、λ／４板３４ａの凹面形状は、反射型偏光子３２と同じ凹面形状であるのがより好ましく、放物面状であるのがさらに好ましい。
図３に示す空中ディスプレイ３０において、反射型偏光子３２とλ／４板３４ａ、さらには、画像表示装置１２は、近接して配置されるのが好ましく、積層されるのがより好ましいのは、上述のとおりである。

以下、図３に示す空中ディスプレイ３０Ａの作用を説明する。
なお、図３に示す例では、一例として、上述した図２に示す空中ディスプレイ３０とは逆に、λ／４板３４ａは、平行直線偏光Ｐを右円偏光Ｒに変換し、垂直直線偏光Ｖを左円偏光Ｌに変換するように、遅相軸の方向が設定される。本発明の空中ディスプレイは、この構成でも良いのは、上述のとおりである。
上述のように、平行直線偏光Ｐとは、紙面に平行方向の直線偏光であり、垂直直線偏光Ｖとは、紙面に垂直方向の直線偏光である。

図３に示す空中ディスプレイ３０Ａにおいて、画像表示装置１２が出射（表示）した平行直線偏光Ｐの画像は、反射型偏光子３２に入射する。
上述のように、反射型偏光子３２は、画像表示装置１２が出射した直線偏光すなわち平行直線偏光Ｐを透過するので、平行直線偏光Ｐは反射型偏光子３２を透過して、直上のλ／４板３４ａに入射する。
λ／４板３４ａは、平行直線偏光Ｐを右円偏光に変換する。従って、平行直線偏光Ｐは、λ／４板３４ａを透過して右円偏光Ｒとなり、上方の凹面鏡１８に向かう。
右円偏光Ｒは、次いで、凹面鏡１８に入射し、反射される。右円偏光Ｒは、凹面鏡１８によって反射されることで、旋回方向が逆転して左円偏光Ｌになる。
凹面鏡１８によって反射された左円偏光Ｌは、下方のλ／４板３４ａに向かう。
次いで、左円偏光Ｌは、λ／４板３４ａに入射、透過して、垂直直線偏光Ｖとなる。
垂直直線偏光Ｖは、次いで、直下の反射型偏光子３２に入射する。上述のように、反射型偏光子３２は、平行直線偏光Ｐを透過する直線偏光子である。従って、垂直直線偏光Ｖは、反射型偏光子３２によって反射される。
反射型偏光子３２によって反射された垂直直線偏光Ｖは、直上のλ／４板３４ａに入射、透過して、再度、左円偏光Ｌに変換され、上方の凹面鏡１８に向かう。

ここで、上述の例と同様、画像表示装置１２において、領域Ｓ、すなわち、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２の中央部、すなわち、凹面の底の近傍（凹面鏡１８の焦点近傍）に表示されて出射した光は、図３に概念的に示すように、凹面鏡１８によって反射されて、凹面鏡１８（反射型偏光子３２）の光軸と平行（略平行）な左円偏光Ｌとされ、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２に入射し、反射される。
従って、領域Ｓから出射された光は、凹面鏡１８と、凹面鏡形状を有する反射型偏光子３２との反射によって、反射型偏光子３２の焦点（焦点近傍）に集光して、結像する。その結果、領域Ｓから出射された光、すなわち、領域Ｓに表示された画像は、凹面鏡１８の貫通孔１８ａの近傍に浮いているように実像として表示される。

図２および図３に示す本発明の第２の態様の空中ディスプレイは、好ましい態様として、λ／４板が凹面形状を有し、凹面鏡形状を有する凹面鏡１８または反射型偏光子３２と凹面の向きを一致して、好ましくは近接、より好ましくは積層して配置される。
しかしながら、本発明の第２の態様の空中ディスプレイは、これに制限はされない。すなわち、本発明の第２の態様の空中ディスプレイは、λ／４板が、凹面を対向する反射型偏光子３２と凹面鏡１８との間に配置されていれば、図４に概念的に示す空中ディスプレイ３０Ｂのように、平板状のλ／４板３４ｂを、例えば、反射型偏光子３２と凹面鏡１８の中間に設けてもよい。
ただし、光の利用効率を高くできる、迷光および多重像を抑制できる等の点では、図２および図３に示すように、λ／４板が凹面形状を有し、凹面鏡１８または反射型偏光子と凹面の向きを一致して配置するのが好ましい。

以上、本発明の空中ディスプレイについて詳細に説明したが、本発明は、上述の例に制限はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのは、もちろんである。

商品のディスプレイ等に好適に利用可能である。

１０，３０，３０Ａ，３０Ｂ 空中ディスプレイ
１２ 画像表示装置
１４，３４，３４ａ，３４ｂ λ／４板
１６ コレステリック液晶層
１８ 凹面鏡
３２ 反射型偏光子
Ｌ 左円偏光
Ｒ 右円偏光
Ｐ 平行直線偏光（紙面に平行な直線偏光）
Ｖ 垂直直線偏光（紙面に垂直な直線偏光）

Claims (16)

1. 直線偏光を出射する画像表示装置と、
   λ／４板と、
   凹面鏡形状を有するコレステリック液晶層と、
   凹面鏡とを、この順番で有し、
   前記コレステリック液晶層と前記凹面鏡とは、凹面を対向して配置され、
   前記凹面鏡は、前記コレステリック液晶層の凹面鏡形状の光軸が通る貫通孔を有し、
   前記λ／４板は、前記画像表示装置が出射する直線偏光を、前記コレステリック液晶層を透過する円偏光に変換する、空中ディスプレイ。
2. 前記コレステリック液晶層の凹面と、前記凹面鏡の凹面とが、同じ形状である、請求項１に記載の空中ディスプレイ。
3. 前記コレステリック液晶層の凹面、および、前記凹面鏡の凹面が、放物面状である、請求項２に記載の空中ディスプレイ。
4. 前記λ／４板が凹面形状を有し、前記λ／４板の凹面と、前記コレステリック液晶層の凹面とが、向きを一致して配置される、請求項１～３のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。
5. 前記λ／４板の凹面と、前記コレステリック液晶層の凹面とが、同じ形状である、請求項４に記載の空中ディスプレイ。
6. 前記画像表示装置の画像表示面が凹面形状を有し、前記画像表示装置の画像表示面の凹面と前記コレステリック液晶層の凹面とが、向きを一致して配置される、請求項１～５のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。
7. 前記画像表示装置がフレキシブル画像表示装置であり、前記画像表示装置は、前記コレステリック液晶層と凹面と向きが一致するように、凹面状に湾曲される、請求項１～６のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。
8. 直線偏光を出射する画像表示装置と、
   凹面鏡形状を有し、一方向の直線偏光を選択的に反射する反射型偏光子と、
   λ／４板と、
   凹面鏡とを、この順番で有し、
   前記反射型偏光子と前記凹面鏡とは、互いの凹面を対向して配置され、
   前記凹面鏡は、前記反射型偏光子の凹面鏡形状の光軸が通る貫通孔を有し、
   前記反射型偏光子は、前記画像表示装置が出射する直線偏光を透過する、空中ディスプレイ。
9. 前記反射型偏光子の凹面と、前記凹面鏡の凹面とが、同じ形状である、請求項８に記載の空中ディスプレイ。
10. 前記反射型偏光子の凹面、および、前記凹面鏡の凹面が、放物面状である、請求項９に記載の空中ディスプレイ。
11. 前記λ／４板が凹面形状を有し、前記λ／４板の凹面と、前記凹面鏡の凹面とが、向きを一致して配置される、請求項８～１０のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。
12. 前記λ／４板の凹面と、前記凹面鏡の凹面とが、同じ形状である、請求項１１に記載の空中ディスプレイ。
13. 前記λ／４板が凹面形状を有し、前記λ／４板の凹面と、前記反射型偏光子の凹面とが、向きを一致して配置される、請求項８～１０のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。
14. 前記λ／４板の凹面と、前記反射型偏光子の凹面とが、同じ形状である、請求項１３に記載の空中ディスプレイ。
15. 前記画像表示装置の画像表示面が凹面形状を有し、前記画像表示装置の画像表示面の凹面と、前記反射型偏光子の凹面とが、向きを一致して配置される、請求項８～１４のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。
16. 前記画像表示装置がフレキシブル画像表示装置であり、前記画像表示装置は、前記反射型偏光子と凹面の向きが一致するように湾曲される、請求項８～１５のいずれか１項に記載の空中ディスプレイ。

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