JP2023142986A - 空中表示装置用の光学素子、及び空中表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示品質を向上させることが可能な空中表示装置用の光学素子を提供する。
【解決手段】 空中表示装置用の光学素子３０は、平面状の基材３１と、基材３１の下に設けられ、それぞれが第１方向に延び、第１方向に直交する第２方向に並んだ複数の光学要素３２と、複数の光学要素３２の各々に設けられ、光を反射する反射層３５と、反射層３５上に設けられ、光を吸収する吸収層３６とを含む。光学要素３２は、基材３１の法線方向に対してそれぞれが傾き、互いに接する入射面及び反射面を有する。反射層３５は、反射面上に設けられる。光学素子は、外部からの光を入射面で受けるように配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空中表示装置用の光学素子、及び空中表示装置に関する。

画像や動画などを空中像として表示可能な空中表示装置が研究され、新しいヒューマン・マシン・インターフェースとして期待されている。空中表示装置は、例えば、２面コーナーリフレクタがアレイ状に配列された２面コーナーリフレクタアレイを備え、表示素子の表示面から出射される光を反射し、空中に実像を結像する。２面コーナーリフレクタアレイによる表示方法は、収差が無く、面対称位置に実像（空中像）を表示することができる。

特許文献１は、透明平板の表面から突出した透明な四角柱を２面コーナーリフレクタとして使用し、複数の四角柱を平面上にアレイ状に配置した光学素子を開示している。また、特許文献２は、第１及び第２光制御パネルの各々を、透明平板の内部に垂直に複数の平面光反射部を並べて形成し、第１及び第２光制御パネルを、互いの平面光反射部が直交するように配置した光学素子を開示している。特許文献１、２の光学素子は、表示素子から出射された光を直交する反射面で２回反射させ、空中像を生成している。

特許文献１、２の光学素子を利用した表示装置は、光学素子の斜方向から観察することで空中像を認識できるものであり、光学素子の法線方向からの観察では良好な空中像を認識することは難しい。

特開２０１１－１９１４０４号公報 特開２０１１－１７５２９７号公報

本発明は、表示品質を向上させることが可能な空中表示装置用の光学素子、及び空中表示装置を提供する。

本発明の第１態様によると、空中に空中像を結像させる空中表示装置に使用される光学素子であって、平面状の基材と、前記基材の下に設けられ、それぞれが第１方向に延び、前記第１方向に直交する第２方向に並んだ複数の光学要素と、前記複数の光学要素の各々に設けられ、光を反射する反射層と、前記反射層上に設けられ、光を吸収する吸収層とを具備し、前記複数の光学要素の各々は、前記基材の法線方向に対してそれぞれが傾き、互いに接する入射面及び反射面を有し、前記反射層は、前記反射面上に設けられ、前記光学素子は、外部からの光を前記入射面で受けるように配置される、光学素子が提供される。

本発明の第２態様によると、前記反射層は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又はこれらの１つを含む合金で構成される、第１態様に係る光学素子が提供される。

本発明の第３態様によると、前記吸収層は、黒色の染料又は顔料を含む材料、カーボンブラックを含む材料、若しくは黒鉛を含む材料で構成される、第１又は第２態様に係る光学素子が提供される。

本発明の第４態様によると、画像を表示する表示素子と、前記表示素子からの光を前記入射面で受けるように配置され、請求項１に記載の前記光学素子とを具備する、空中表示装置が提供される。

本発明の第５態様によると、前記表示素子と前記光学素子とは、互いに平行に配置される、第４態様に係る空中表示装置が提供される。

本発明の第６態様によると、光を発光する照明素子をさらに具備し、前記表示素子は、前記照明素子からの光を受けるように配置され、液晶表示素子で構成される、第４又は第５態様に係る空中表示装置が提供される。

本発明によれば、表示品質を向上させることが可能な空中表示装置用の光学素子、及び空中表示装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る空中表示装置の斜視図である。 図２は、図１に示した空中表示装置のＹ方向から見た側面図である。 図３は、図１に示した光学素子の斜視図である。 図４は、空中表示装置のブロック図である。 図５は、光学素子における光の反射の様子を説明する斜視図である。 図６は、光学素子における光の反射の様子を説明するＸＺ面の側面図である。 図７は、光学素子における光の反射の様子を説明するＹＺ面の側面図である。 図８は、光学素子における入射面及び反射面の角度条件を説明する図である。 図９は、空中表示装置の光線追跡図である。 図１０は、図９の光線追跡図に基づく配光分布図である。 図１１は、表示素子の点“ｏ”から出射された光のうち空中像を結像する光成分の光線追跡図である。 図１２は、図１１の光線追跡図に基づく配光分布図である。 図１３は、第１実施例に係る光学素子の製造方法を説明する断面図である。 図１４は、図１３に続く製造方法を説明する断面図である。 図１５は、第２実施例に係る光学素子の製造方法を説明する断面図である。 図１６は、図１５に続く製造方法を説明する断面図である。 図１７は、図１６に続く製造方法を説明する断面図である。 図１８は、図１７に続く製造方法を説明する断面図である。 図１９は、図１８に続く製造方法を説明する断面図である。 図２０は、図１９に続く製造方法を説明する断面図である。 図２１は、本発明の第２実施形態に係る空中表示装置の側面図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

［１］ 第１実施形態
［１－１］ 空中表示装置１の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る空中表示装置１の斜視図である。図１において、Ｘ方向は、空中表示装置１のある１辺に沿った方向であり、Ｙ方向は、水平面内においてＸ方向に直交する方向であり、Ｚ方向は、ＸＹ平面に直交する方向（法線方向ともいう）である。図２は、図１に示した空中表示装置１のＹ方向から見た側面図である。

空中表示装置１は、画像（動画を含む）を表示する装置である。空中表示装置１は、自身の光出射面の上方の空中に、空中像を表示する。空中像とは、空中表示装置１の光出射面とは、空中表示装置１を構成する複数の部材のうち最上層に配置された部材の表面を意味する。空中に結像する実像である。

空中表示装置１は、照明素子（バックライトともいう）１０、表示素子２０、及び光学素子３０を備える。照明素子１０、表示素子２０、及び光学素子３０は、互いに平行に配置される。照明素子１０、表示素子２０、及び光学素子３０は、図示せぬ筐体内に収容され、筐体内に設けられた支持部材（図示せず）によって、図１の位置に固定される。

照明素子１０は、照明光を発光し、この照明光を表示素子２０に向けて出射する。照明素子１０は、光源部１１、導光板１２、及び反射シート１３を備える。照明素子１０は、例えばサイドライト型の照明素子である。照明素子１０は、面光源を構成する。照明素子１０は、後述する角度θ_１の斜め方向に光強度がピークになるように構成してもよい。

光源部１１は、導光板１２の側面に向き合うように配置される。光源部１１は、導光板１２の側面に向けて光を発光する。光源部１１は、例えば白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる複数の発光素子を含む。導光板１２は、光源部１１からの照明光を導光し、照明光を自身の上面から出射する。反射シート１３は、導光板１２の底面から出射した照明光を、再び導光板１２に向けて反射する。照明素子１０は、導光板１２の上面に、光学特性を向上させる光学素子（プリズムシート、及び拡散シートを含む）を備えていてもよい。

表示素子２０は、透過型の表示素子である。表示素子２０は、例えば液晶表示素子で構成される。表示素子２０の駆動モードについては特に限定されず、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、又はホモジニアスモードなどを用いることができる。表示素子２０は、照明素子１０から出射された照明光を受ける。表示素子２０は、照明素子１０からの照明光を透過して光変調を行う。そして、表示素子２０は、その表示面に所望の画像を表示する。

光学素子３０は、底面側から入射した光を上面側に反射する。また、光学素子３０は、底面側から斜めに入射した入射光を、例えば正面方向（法線方向）に反射する。光学素子３０の詳細な構成については後述する。光学素子３０は、空中に空中像２を結像する。空中像２は、光学素子３０の素子面に平行である。素子面とは、光学素子３０が面内方向に広がる仮想的な平面を言う。素子面は、素子の面内と同じ意味である。その他の素子の素子面についても同様の意味である。光学素子３０の正面にいる観察者３は、空中像２を視認することができる。

［１－２］ 光学素子３０の構成
図３は、図１に示した光学素子３０の斜視図である。なお、図２には、光学素子３０の一部を拡大した側面図も示している。

光学素子３０は、基材３１、及び複数の光学要素３２を備える。基材３１は、ＸＹ面において平面状に構成され、直方体を有する。

基材３１の底面には、複数の光学要素３２が設けられる。複数の光学要素３２の各々は、三角柱で構成される。光学要素３２は、三角柱の３個の側面がＸＹ面と平行になるように配置され、１つの側面が基材３１に接する。複数の光学要素３２は、それぞれがＹ方向に延び、Ｘ方向に並んで配置される。換言すると、複数の光学要素３２は、鋸歯状を有する。

複数の光学要素３２の各々は、入射面３３及び反射面３４を有する。Ｙ方向から見て、左側の側面が入射面３３であり、右側の側面が反射面３４である。入射面３３は、表示素子２０からの光が入射する面である。反射面３４は、入射面３３に外部から入射した光を、光学要素３２の内部で反射する面である。入射面３３と反射面３４とは、角度θ_ｐを有する。

光学要素３２は、例えば、基材３１と同じ透明材料によって基材３１と一体的に形成される。基材３１と光学要素３２とを個別に形成し、透明な接着材を用いて基材３１に光学要素３２を接着してもよい。基材３１及び光学要素３２を構成する透明材料としては、例えばアクリル樹脂、又はガラスが用いられる。

光学要素３２の反射面３４には、反射層３５が設けられる。反射層３５は、反射面３４の全体を覆うように構成される。反射層３５は、光を反射する機能を有する。反射層３５は、反射率の高い材料で構成される。反射層３５としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又はこれらの１つを含む合金が用いられる。

反射層３５上には、吸収層３６が設けられる。吸収層３６は、反射層３５の全体を覆うように構成される。吸収層３６は、光を吸収する機能を有する。吸収層３６は、光吸収率が高い材料で構成される。吸収層３６としては、例えば、黒色の染料又は顔料を含む材料、カーボンブラックを含む材料、若しくは黒鉛を含む材料が用いられる。

光学素子３０は、入射光を内部で反射して、空中に実像を結像する。また、光学素子３０は、その素子面の正面の位置に、実像を結像させる。

［１－３］ 空中表示装置１のブロック構成
図４は、空中表示装置１のブロック図である。空中表示装置１は、制御部６０、記憶部６１、入出力インターフェース（入出力ＩＦ）６２、表示部６３、及び入力部６４を備える。制御部６０、記憶部６１、及び入出力インターフェース６２は、バス６５を介して互いに接続される。

入出力インターフェース６２は、表示部６３、及び入力部６４に接続される。入出力インターフェース６２は、表示部６３、及び入力部６４のそれぞれに対して、所定の規格に応じたインターフェース処理を行う。

表示部６３は、照明素子１０、及び表示素子２０を備える。表示部６３は、画像を表示する。

制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の１つ以上のプロセッサにより構成される。制御部６０は、記憶部６１に格納されたプログラムを実行することで各種機能を実現する。制御部６０は、表示処理部６０Ａ、及び情報処理部６０Ｂを備える。

表示処理部６０Ａは、表示部６３（具体的には、照明素子１０、及び表示素子２０）の動作を制御する。表示処理部６０Ａは、照明素子１０のオン及びオフを制御する。表示処理部６０Ａは、表示素子２０に画像信号を送信し、表示素子２０に画像を表示させる。

情報処理部６０Ｂは、空中表示装置１が表示する画像を生成する。情報処理部６０Ｂは、記憶部６１に格納された画像データを用いることが可能である。情報処理部６０Ｂは、図示せぬ通信機能を用いて外部から画像データを取得してもよい。

記憶部６１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性記憶装置と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びレジスタ等の揮発性記憶装置とを含む。記憶部６１は、制御部６０が実行するプログラムを格納する。記憶部６１は、制御部６０の制御に必要な各種データを格納する。記憶部６１は、空中表示装置１が表示する画像のデータを格納する。

入力部６４は、ユーザが入力した情報を受け付ける。情報処理部６０Ｂは、入力部６４が受け付けた情報に基づいて、表示部６３に表示する画像を選択することが可能である。

［１－４］ 空中表示装置１の動作
次に、上記のよう構成された空中表示装置１の動作について説明する。

図２の矢印は、光路を示している。図２に示すように、表示素子２０の点“ｏ”から出射された光は、光学素子３０に入射する。表示素子２０から出射された光のうち角度θ_１の光成分（角度θ_１を中心とした所定の角度範囲の光成分を含む）は、光学素子３０によって反射される。光学素子３０は、入射光を、表示素子２０と反対側の空中に結像し、空中に空中像２を表示する。

図５は、光学素子３０における光の反射の様子を説明する斜視図である。図６は、光学素子３０における光の反射の様子を説明するＸＺ面の側面図である。図６は、観察者３の両目（すなわち、両目を結ぶ線）がＸ方向に平行な状態で光学素子３０を見た図である。図７は、光学素子３０における光の反射の様子を説明するＹＺ面の側面図である。図７は、観察者３の両目がＹ方向に平行な状態で光学素子３０を見た図である。なお、図５乃至図７では、反射層３５及び吸収層３６の図示を省略している。

表示素子２０の素子面における任意の点“ｏ”から出射された光は、光学素子３０の入射面３３に入射し、反射面３４に到達する。反射面３４に入射した光は、反射面３４で全反射され、光学素子３０の光学要素３２が形成されている側の反対側の平面から出射される。

図６のＸＺ面では、点“ｏ”から出射された光は、光学要素３２の反射面３４で全反射され、その光は空中で結像されて空中像を生成する。

図７のＹＺ面では、点“ｏ”から出射された光は、光学要素３２の反射面３４で反射されず、その光は空中で結像することがないため空中像の生成に寄与しない。

すなわち、観察者３が空中像を認識できる条件は、観察者３の両眼がＸ方向に平行、又はそれに近い状態（例えばＸ方向に対して±１０度）である。また、観察者３の両眼がＸ方向に平行、又はそれに近い状態でＹ方向に沿って視点を移動した場合、空中像を常に認識することができる。

図８は、光学素子３０における入射面３３及び反射面３４の角度条件を説明する図である。

Ｚ方向（素子面に垂直な方向）に対する入射面３３の角度をθ_２、Ｚ方向に対する反射面３４の角度をθ_３、入射面３３と反射面３４とのなす角度をθ_ｐとする。角度をθ_ｐは、以下の式（１）で表される。
θ_ｐ＝θ_２＋θ_３ ・・・（１）

表示素子２０から角度θ_１で出射した光は、入射面３３に入射する。光学素子３０の材料の屈折率をｎ_ｐ、空気の屈折率を１とする。入射面３３における入射角をθ_４、屈折角をθ_５とする。反射面３４における入射角をθ_６、反射角をθ_７（＝θ_６）とする。光学素子３０の上面における入射角をθ_８、屈折角をθ_９とする。屈折角θ_９が出射角である。出射角θ_９は、以下の式（２）で表される。
θ_９＝sin^－１（ｎ_ｐ＊sin（sin^－１（（１／ｎ_ｐ）＊sin(９０°－（θ_１＋θ_２）））＋θ₂＋２θ_３－９０°）） ・・・（２）

入射面３３に入射した光は、入射面３３で全反射されないように設定される。すなわち、入射面３３の角度θ_２は、入射面３３に入射する光の入射角が臨界角より小さくなるように設定される。臨界角とは、その入射角を超えると全反射する最少の入射角である。臨界角は、入射面の垂線に対する角度である。

ここで、図２に示すように、光学素子３０は、その反射面３４に、反射層３５及び吸収層３６を備える。入射面３３に入射して反射面３４に到達した光は、反射面３４及び反射層３５で反射される。具体的には、光学素子３０に入射する光のうち、光学素子３０の素子面に垂直な方向（Ｚ方向）を基準にして反射面３４が傾く側の光成分は、入射面３３に入射し、その後、反射面３４及び反射層３５で反射される。換言すると、光学素子３０に入射する光のうち、図２のＺ方向を基準にして右側に傾いて進む光成分は、入射面３３に入射し、その後、反射面３４及び反射層３５で反射される。また、反射層３５の存在により、反射面３４に到達して光は、より確実に反射される。

一方、光学素子３０の外から吸収層３６に直接入射する光は、吸収層３６で吸収される。具体的には、光学素子３０に入射する光のうち、光学素子３０の素子面に垂直な方向（Ｚ方向）を基準にして入射面３３が傾く側の光成分は、吸収層３６で吸収される。換言すると、光学素子３０に入射する光のうち、図２のＺ方向を基準にして左側に傾いて進む光成分は、吸収層３６で吸収される。よって、吸収層３６に直接入射する光は、光学素子３０によって反射されず、観察者３に視認されない。

このように、光学素子３０は、空中像２を生成するための光のみを反射し、それ以外の光を反射しないように機能する。すなわち、光学素子３０は、空中像２の生成に寄与しない不要光を遮光することができる。

図９は、空中表示装置１の光線追跡図である。図１０は、図９の光線追跡図に基づく配光分布図である。図１０の横軸がＸ方向に沿って観察者が光学素子３０を見る角度（度）を表しており、縦軸が光の出力比（％）を表している。

表示素子２０の点“ｏ”から出射された光のうちＺ方向から右側の光成分は、光学素子３０で反射され、点“ｏ´”で結像する。一方、表示素子２０の点“ｏ”から出射された光のうちＺ方向から左側の光成分は、光学素子３０の吸収層３６で吸収され、光学素子３０から出射されない。

図９及び図１０から、空中表示装置１を角度０度、すなわち正面方向から見た場合に、出力比が大きくなることが分かる。観察者は、正面方向から見た場合に、空中像を視認することができる。なお、表示に寄与しない不要光（光学素子３０から右斜め方向に進む光成分）も光学素子３０から出射されている。

図１１は、表示素子２０の点“ｏ”から出射された光のうち空中像を結像する光成分の光線追跡図である。図１２は、図１１の光線追跡図に基づく配光分布図である。

図１１及び図１２からも同様に、空中表示装置１を正面方向から見た場合に、出力比が大きくなることが分かる。観察者は、正面方向から見た場合に、空中像を視認することができる。

［１－５］ 製造方法
次に、光学素子３０の製造方法について説明する。以下に、製造方法の２つの実施例（第１及び第２実施例）について説明する。

（第１実施例）
図１３及び図１４は、第１実施例に係る光学素子３０の製造方法を説明する断面図である。

図１３に示すように、反射層３５及び吸収層３６が設けられていない光学素子３０を準備する。反射層３５及び吸収層３６が設けられていない光学素子３０を光学素子部材３０Ａと呼ぶ。光学素子部材３０Ａは、基材３１及び複数の光学要素３２からなる部材である。光学要素３２は、入射面３３及び反射面３４を有する。光学素子部材３０Ａは、任意の製造方法を用いて製造される。光学素子部材３０Ａは、光学要素３２が上にくるように配置される。

続いて、斜め蒸着法を用いて、光学要素３２の反射面３４上に、反射層３５を成膜する。斜め蒸着法とは、蒸着材料を被蒸着物の素子面に対して斜めに導入することで、被蒸着物に蒸着材料を成膜する蒸着方法である。蒸着は、例えば、真空中で蒸着材料を蒸発させ、薄い膜にした状態で被蒸着物に付着させる加工方法である。斜めとは、光学素子部材３０Ａの素子面に対して斜め方向であり、また、光学要素３２の反射面３４の垂線側（図１３における右側で）に傾いた方向である。換言すると、斜めとは、蒸着材料を反射面３４に照射可能な方向である。反射層３５は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又はこれらの１つを含む合金で構成される。

続いて、図１４に示すように、斜め蒸着法を用いて、反射層３５上に、吸収層３６を成膜する。吸収層３６の斜め蒸着も、蒸着材料が反射層３５に照射可能な方向から行われる。吸収層３６は、例えば、黒色の染料又は顔料を含む材料、カーボンブラックを含む材料、若しくは黒鉛を含む材料で構成される。

以上のようにして、反射面３４上に、反射層３５及び吸収層３６の積層膜を形成することができる。また、斜め蒸着法を用いることで、入射面３３に蒸着材料が付着するのを抑制できる。

（第２実施例）
図１５乃至図２０は、第２実施例に係る光学素子３０の製造方法を説明する断面図である。

図１５に示すように、反射層３５及び吸収層３６が設けられていない光学素子部材３０Ａを準備する。光学素子部材３０Ａは、光学要素３２が上にくるように配置される。

続いて、斜め蒸着法を用いて、光学要素３２の反射面３４上に、反射層３５を成膜する。反射層３５の材料は、第１実施例と同じである。

続いて、図１６に示すように、斜め蒸着法又は塗布法を用いて、反射層３５上に、親水層３７を成膜する。親水層３７の斜め蒸着は、蒸着材料が反射層３５に照射可能な方向から行われる。親水層３７は、水と親和性を有する層である。親水層３７としては、例えば、リン酸カルシウム、又はリン酸カルシウムを含む化合物が用いられる。

続いて、図１７に示すように、斜め蒸着法又は塗布法を用いて、光学要素３２の入射面３３上に、疎水層３８を成膜する。疎水層３８の斜め蒸着は、蒸着材料が入射面３３に照射可能な方向から行われる。疎水層３８の蒸着における斜めとは、光学素子部材３０Ａの素子面に対して斜め方向であり、また、光学要素３２の入射面３３の垂線側（図１７における左側）に傾いた方向である。疎水層３８は、水と親和性のない層である。疎水層３８としては、フッ素樹脂、又はフッ素を含む化合物が用いられる。

続いて、図１８に示すように、塗布法又は印刷法を用いて、光学素子部材３０Ａ上に、黒色塗料３６Ａを形成する。黒色塗料３６Ａは、複数の光学要素３２が構成する溝を埋めるように形成される。黒色塗料３６Ａは、親水層３７及び疎水層３８に接している。黒色塗料３６Ａは、揮発性を有する液体に、黒色の染料、黒色の顔料、又はそれ以外の黒色材料が混合されて構成される。

続いて、図１９に示すように、黒色塗料３６Ａを乾燥させる。黒色塗料３６Ａは、揮発成分が減少するに従い、親水層３７と疎水層３８との表面自由エネルギーの違いから、親水層３７に選択的に集合する。

続いて、図２０に示すように、黒色塗料３６Ａの揮発成分がなくなることで、反射層３５上に、平面状の吸収層３６が形成される。第２実施例の製造方法では、反射面３４上に、反射層３５、親水層３７、及び吸収層３６が順に積層された積層膜が形成される。

［１－６］ 第１実施形態の効果
第１実施形態によれば、表示素子２０から出射された光を光学素子３０で反射させることで、空中に空中像を表示することができる。また、空中表示装置１の正面方向において、空中像を表示することができる。

また、空中像の表示に寄与しない不要な光成分を吸収層３６で吸収することができる。すなわち、空中像の表示に寄与しない不要な光成分が光学素子３０から出射されるのを抑制できる。これにより、表示品質を向上させることが可能な空中表示装置１を実現できる。

また、観察者３の両眼がＸ方向（すなわち、複数の光学要素３２が並ぶ方向）に平行、又はそれに近い状態で光学素子３０を見た場合に、観察者３は、空中像を視認することができる。また、観察者３の両眼がＸ方向に平行、又はそれに近い状態でＹ方向に沿って視点を移動した場合、空中像を常に視認することができる。すなわち、観察者３の両眼がＸ方向に平行、又はそれに近い状態において、視野角を確保することができる。

また、空中表示装置１を構成する複数の素子を平行に配置することができる。これにより、Ｚ方向に小型化が可能な空中表示装置１を実現できる。

［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、表示素子２０を光学素子３０に対して斜めに配置する構成例である。

図２１は、本発明の第２実施形態に係る空中表示装置１の側面図である。図２１において、Ｘ方向は、光学素子３０のある１辺に沿った方向であり、Ｙ方向は、光学素子３０の水平面内においてＸ方向に直交する方向であり、Ｚ方向は、ＸＹ面に直交する方向である。

空中表示装置１は、照明素子１０、表示素子２０、及び光学素子３０を備える。照明素子１０、表示素子２０、及び光学素子３０の個々の構成は、第１実施形態と同じである。照明素子１０と表示素子２０とは、互いに平行に配置される。

光学素子３０は、表示素子２０に対して角度θ_１０で斜めに配置される。第２実施形態において、角度θ_１０は、０度より大きく４５度より小さい範囲に設定される。

図２１に示すように、表示素子２０の点“ｏ”から出射された光は、光学素子３０によって反射され、空中に空中像２が表示される。また、第１実施形態と同様に、光学素子３０の素子面に垂直な方向から左側に進む光成分は、光学素子３０に設けられた吸収層３６で吸収される。

第２実施形態によれば、表示素子２０を光学素子３０に対して斜めに配置して空中表示装置１を実現できる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。

上記各実施形態では、光学要素３２の左側の側面が入射面３３、右側の側面が反射面３４として定義している。しかし、これに限定されず、入射面３３と反射面３４とを逆に構成してもよい。反射面３４に反射層３５及び吸収層３６の積層膜が設けられることは実施形態と同じである。この場合、実施形態で説明した空中表示装置１の作用も左右が逆になる。

上記各実施形態では、表示素子２０として液晶表示素子を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。表示素子２０は、自発光型である有機ＥＬ（electroluminescence）表示素子、又はマイクロＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示素子などを用いることも可能である。マイクロＬＥＤ表示素子は、画素を構成するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）をそれぞれＬＥＤで発光させる表示素子である。自発光型の表示素子２０を用いる場合、照明素子１０は不要である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…空中表示装置、２…空中像、３…観察者、１０…照明素子、１１…光源部、１２…導光板、１３…反射シート、２０…表示素子、３０…光学素子、３１…基材、３２…光学要素、３３…入射面、３４…反射面、３５…反射層、３６…吸収層、３６Ａ…黒色塗料、３７…親水層、３８…疎水層、６０…制御部、６０Ａ…表示処理部、６０Ｂ…情報処理部、６１…記憶部、６２…入出力インターフェース、６３…表示部、６４…入力部、６５…バス。

Claims (6)

1. 空中に空中像を結像させる空中表示装置に使用される光学素子であって、
   平面状の基材と、
   前記基材の下に設けられ、それぞれが第１方向に延び、前記第１方向に直交する第２方向に並んだ複数の光学要素と、
   前記複数の光学要素の各々に設けられ、光を反射する反射層と、
   前記反射層上に設けられ、光を吸収する吸収層と、
   を具備し、
   前記複数の光学要素の各々は、前記基材の法線方向に対してそれぞれが傾き、互いに接する入射面及び反射面を有し、
   前記反射層は、前記反射面上に設けられ、
   前記光学素子は、外部からの光を前記入射面で受けるように配置される
   光学素子。
2. 前記反射層は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又はこれらの１つを含む合金で構成される
   請求項１に記載の光学素子。
3. 前記吸収層は、黒色の染料又は顔料を含む材料、カーボンブラックを含む材料、若しくは黒鉛を含む材料で構成される
   請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 画像を表示する表示素子と、
   前記表示素子からの光を前記入射面で受けるように配置され、請求項１に記載の前記光学素子と、
   を具備する
   空中表示装置。
5. 前記表示素子と前記光学素子とは、互いに平行に配置される
   請求項４に記載の空中表示装置。
6. 光を発光する照明素子をさらに具備し、
   前記表示素子は、前記照明素子からの光を受けるように配置され、液晶表示素子で構成される
   請求項４又は５に記載の空中表示装置。