JP2024047999A - Aerial Display Device - Google Patents

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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を提供する。【解決手段】 空中表示装置は、画像を表示する表示素子20と、表示素子20からの光を受けるように配置され、表示素子20からの光を、表示素子20と反対側に反射し、空中に空中像を結像する光学素子50と、光学素子50の周囲を囲むように構成され、光学素子50を固定する筐体60とを含む。光学素子50と対向して配置される素子の面積は、光学素子50の面積より大きい。【選択図】 図1[Problem] To provide an aerial display device capable of improving display quality. [Solution] The aerial display device includes a display element 20 that displays an image, an optical element 50 that is arranged to receive light from the display element 20 and reflects the light from the display element 20 to the opposite side of the display element 20 to form an aerial image in the air, and a housing 60 that is configured to surround the periphery of the optical element 50 and fixes the optical element 50. The area of the element arranged opposite the optical element 50 is larger than the area of the optical element 50. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、空中表示装置に関する。 The present invention relates to an aerial display device.

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。 Aerial display devices capable of displaying images and videos as aerial images are being researched, and are expected to become a new human-machine interface. For example, an aerial display device may be equipped with a two-sided corner reflector array in which two-sided corner reflectors are arranged in an array, and it reflects light emitted from the display surface of a display element to form a real image in the air. The display method using a two-sided corner reflector array is aberration-free and can display a real image (aerial image) in a plane-symmetrical position.

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。 Patent Document 1 discloses an optical element in which a transparent rectangular prism protruding from the surface of a transparent flat plate is used as a dihedral corner reflector, and multiple rectangular prisms are arranged in an array on a flat surface. Patent Document 2 discloses an optical element in which each of the first and second light control panels is formed by arranging multiple planar light reflecting sections vertically inside a transparent flat plate, and the first and second light control panels are arranged so that the planar light reflecting sections are orthogonal to each other. The optical elements of Patent Documents 1 and 2 reflect light emitted from a display element twice at orthogonal reflecting surfaces to generate an aerial image.

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。 The display devices using the optical elements of Patent Documents 1 and 2 are capable of recognizing an aerial image by observing the optical element from an oblique direction, and it is difficult to recognize a good aerial image by observing the optical element from the normal direction.

特開2011-191404号公報JP 2011-191404 A 特開2011-175297号公報JP 2011-175297 A

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を提供する。 The present invention provides an aerial display device that can improve display quality.

本発明の第1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受けるように配置され、前記表示素子からの光を、前記表示素子と反対側に反射し、空中に空中像を結像する光学素子と、前記光学素子の周囲を囲むように構成され、前記光学素子を固定する筐体とを具備し、前記光学素子と対向して配置される素子の面積は、前記光学素子の面積より大きい、空中表示装置が提供される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an aerial display device comprising: a display element for displaying an image; an optical element arranged to receive light from the display element and reflect the light from the display element to the opposite side of the display element to form an aerial image in the air; and a housing arranged to surround the periphery of the optical element and to fix the optical element, the area of the element arranged opposite the optical element being larger than the area of the optical element.

本発明の第2態様によると、前記表示素子と前記光学素子との間に配置され、前記表示素子からの光のうち斜め方向の光成分を透過する配向制御素子をさらに具備し、前記配向制御素子の面積は、前記光学素子の面積より大きい、第1態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the first aspect, further comprising an orientation control element disposed between the display element and the optical element, which transmits oblique light components of the light from the display element, and the area of the orientation control element is larger than the area of the optical element.

本発明の第3態様によると、前記配向制御素子の外周は、前記筐体まで延びる、第2態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the second aspect, in which the outer periphery of the orientation control element extends to the housing.

本発明の第4態様によると、前記配向制御素子の底面に設けられ、前記表示素子からの光を通過する開口部を有し、光を吸収する光吸収層をさらに具備する、第2態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the second aspect, further comprising a light absorbing layer that is provided on the bottom surface of the alignment control element, has an opening through which light from the display element passes, and absorbs light.

本発明の第5態様によると、前記光吸収層の外周は、前記配向制御素子の外周まで延びる、第4態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the fourth aspect, in which the outer periphery of the light absorbing layer extends to the outer periphery of the alignment control element.

本発明の第6態様によると、前記配向制御素子は、交互に配置された複数の透明部材及び複数の遮光部材を含み、前記複数の遮光部材は、前記配向制御素子の法線方向に対して傾いている、第2態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the second aspect, in which the alignment control element includes a plurality of transparent members and a plurality of light blocking members arranged alternately, and the plurality of light blocking members are inclined with respect to the normal direction of the alignment control element.

本発明の第7態様によると、前記配向制御素子の上面に設けられた反射防止層をさらに具備する、第2態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the second aspect, further comprising an anti-reflection layer provided on the upper surface of the alignment control element.

本発明の第8態様によると、前記表示素子と前記光学素子との間に配置され、透明な支持部材をさらに具備し、前記支持部材の面積は、前記光学素子の面積より大きい、第1態様に係る空中表示装置が提供される。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the first aspect, further comprising a transparent support member disposed between the display element and the optical element, the area of the support member being larger than the area of the optical element.

本発明の第9態様によると、前記支持部材の外周は、前記筐体まで延びる、第8態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the eighth aspect, in which the outer periphery of the support member extends to the housing.

本発明の第10態様によると、前記支持部材の底面に設けられ、前記表示素子からの光を通過する開口部を有し、光を吸収する光吸収層をさらに具備する、第8態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the eighth aspect, further comprising a light absorbing layer that is provided on the bottom surface of the support member, has an opening through which light from the display element passes, and absorbs light.

本発明の第11態様によると、前記光吸収層の外周は、前記支持部材の外周まで延びる、第10態様に係る空中表示装置が提供される。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the tenth aspect, in which the outer periphery of the light absorbing layer extends to the outer periphery of the support member.

本発明の第12態様によると、前記支持部材の上面に設けられた反射防止層をさらに具備する、第8態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the eighth aspect, further comprising an anti-reflection layer provided on the upper surface of the support member.

本発明の第13態様によると、前記光学素子は、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を含み、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する、第1態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the first aspect, in which the optical element includes a planar substrate and a plurality of optical elements disposed below the substrate, each extending in a first direction and aligned in a second direction perpendicular to the first direction, each of the plurality of optical elements being inclined with respect to the normal direction of the substrate and having an entrance surface and a reflection surface that are in contact with each other.

本発明の第14態様によると、前記表示素子及び前記光学素子は、互いに平行に配置される、第1態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the first aspect, in which the display element and the optical element are arranged parallel to each other.

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を提供することができる。 The present invention provides an aerial display device that can improve display quality.

図1は、本発明の第1実施形態に係る空中表示装置の分解図である。FIG. 1 is an exploded view of an aerial display device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した空中表示装置の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the aerial display device shown in FIG. 図3は、図2のA-A´線に沿った空中表示装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the aerial display device taken along line AA' in FIG. 図4は、空中表示装置の光路を説明する模式的な側面図である。FIG. 4 is a schematic side view illustrating the optical path of the aerial display device. 図5Aは、図1に示した配向制御素子の平面図である。FIG. 5A is a plan view of the alignment control element shown in FIG. 図5Bは、図5AのB-B´線に沿った配向制御素子の断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view of the alignment control element taken along line BB' in FIG. 5A. 図6は、配向制御素子の面積を説明する模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the area of an alignment control element. 図7は、図1に示した光学素子の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of the optical element shown in FIG. 図8は、空中表示装置のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of an aerial display device. 図9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。FIG. 9 is a perspective view illustrating the state of light reflection in an optical element. 図10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。FIG. 10 is a side view of the XZ plane for explaining how light is reflected in the optical element. 図11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。FIG. 11 is a side view of the YZ plane for explaining how light is reflected in the optical element. 図12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。FIG. 12 is a diagram for explaining the angular conditions of the incident surface and the reflecting surface in the optical element. 図13は、空中表示装置に入射する外光の様子を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the state of external light entering the aerial display device. 図14は、変形例に係る空中表示装置1の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of an aerial display device 1 according to a modified example. 図15は、比較例に係る空中表示装置の分解図である。FIG. 15 is an exploded view of an aerial display device according to a comparative example. 図16は、比較例に係る空中表示装置のX方向に沿った部分断面図である。FIG. 16 is a partial cross-sectional view taken along the X direction of an aerial display device according to a comparative example. 図17は、空中表示装置に入射する外光の様子を説明する図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the state of external light entering the aerial display device. 図18は、表示素子像と空中像とを説明する図である。FIG. 18 is a diagram for explaining a display element image and an aerial image. 図19は、本発明の第2実施形態に係る空中表示装置のX方向に沿った断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the X direction of the aerial display device according to the second embodiment of the present invention. 図20は、空中表示装置の内部で反射される光の様子を説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating the state of light reflected inside the aerial display device. 図21は、本発明の第3実施形態に係る空中表示装置の分解図である。FIG. 21 is an exploded view of an aerial display device according to the third embodiment of the present invention. 図22は、図21に示した空中表示装置のX方向に沿った断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the X direction of the aerial display device shown in FIG. 図23は、空中表示装置に入射する外光の様子を説明する図である。FIG. 23 is a diagram illustrating the state of external light entering an aerial display device. 図24は、変形例に係る空中表示装置1の断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view of an aerial display device 1 according to a modified example.

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。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. However, the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of each drawing are not necessarily the same as those in reality. Even when the same parts are shown in different drawings, the dimensional relationships and ratios of each may be different. In particular, the following embodiments are examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the shape, structure, arrangement, etc. of the components do not specify the technical idea of the present invention. In the following description, elements having the same function and configuration are given the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

[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の分解図である。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の平面図である。図3は、図2のA-A´線に沿った空中表示装置1の断面図である。図4は、空中表示装置1の光路を説明する模式的な側面図である。
[1] First embodiment [1-1] Configuration of the aerial display device 1 Fig. 1 is an exploded view of the aerial display device 1 according to the first embodiment of the present invention. In Fig. 1, the X direction is the direction along one side of the aerial display device 1, the Y direction is the direction perpendicular to the X direction in the horizontal plane, and the Z direction is the direction perpendicular to the XY plane (also called the normal direction). Fig. 2 is a plan view of the aerial display device 1 shown in Fig. 1. Fig. 3 is a cross-sectional view of the aerial display device 1 taken along line A-A' in Fig. 2. Fig. 4 is a schematic side view illustrating the optical path of the aerial display device 1.

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上面を意味する。空中像とは、空中に結像する実像である。 The aerial display device 1 is a device that displays images (including videos). The aerial display device 1 displays an aerial image in the air above its own light emission surface. The light emission surface of the aerial display device 1 refers to the upper surface of the component that is arranged in the uppermost layer among the multiple components that make up the aerial display device 1. The aerial image is a real image that is formed in the air.

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、光吸収層30、配向制御素子40、光学素子50、及び筐体60を備える。照明素子10、表示素子20、光吸収層30、配向制御素子40、及び光学素子50は、この順にZ方向に沿って配置され、互いに平行に配置される。照明素子10、表示素子20、及び配向制御素子40は、互いに所望の間隔を空けるようにして、図示せぬ固定部材で所望の位置に固定される。 The aerial display device 1 comprises an illumination element (also called a backlight) 10, a display element 20, a light absorption layer 30, an orientation control element 40, an optical element 50, and a housing 60. The illumination element 10, the display element 20, the light absorption layer 30, the orientation control element 40, and the optical element 50 are arranged in this order along the Z direction and parallel to one another. The illumination element 10, the display element 20, and the orientation control element 40 are fixed at desired positions with a fixing member (not shown) so as to leave a desired distance between each other.

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。 The lighting element 10 emits illumination light and outputs the illumination light toward the display element 20. The lighting element 10 includes a light source unit 11, a light guide plate 12, and a reflective sheet 13. The lighting element 10 is, for example, a side light type lighting element. The lighting element 10 constitutes a surface light source. The lighting element 10 may be configured so that the light intensity reaches a peak in an oblique direction at an angle θ1 , which will be described later.

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部材(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。 The light source unit 11 is disposed to face the side of the light guide plate 12. The light source unit 11 emits light toward the side of the light guide plate 12. The light source unit 11 includes a plurality of light-emitting elements, for example, white LEDs (Light Emitting Diodes). The light guide plate 12 guides the illumination light from the light source unit 11 and emits the illumination light from its upper surface. The reflection sheet 13 reflects the illumination light emitted from the bottom surface of the light guide plate 12 back toward the light guide plate 12. The lighting element 10 may be provided with a member (including a prism sheet and a diffusion sheet) that improves optical characteristics on the upper surface of the light guide plate 12.

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。 The display element 20 is a transmissive display element. The display element 20 is composed of, for example, a liquid crystal display element. The driving mode of the display element 20 is not particularly limited, and the TN (Twisted Nematic) mode, VA (Vertical Alignment) mode, homogeneous mode, or the like can be used. The display element 20 receives illumination light emitted from the illumination element 10. The display element 20 transmits the illumination light from the illumination element 10 and performs optical modulation. Then, the display element 20 displays a desired image on its display surface.

光吸収層30は、光を吸収するとともに、光を遮光する機能を有する。光吸収層30は、四角形の開口部31を有する。開口部31は、表示素子20の表示面とほぼ同じ面積を有し、表示素子20の表示面を露出する。光吸収層30の外周は、配向制御素子40の外周まで延びる。光吸収層30は、例えば、黒の染料又は顔料が混入された樹脂で構成される。光吸収層30は、フィルム状に形成され、配向制御素子40の底面に、透明な接着剤を用いて接着される。光吸収層30は、表示素子20の外周部分に透明な接着剤を用いて接着される。光吸収層30は、黒の塗料で構成され、この黒の塗料を配向制御素子40の底面に塗布して形成してもよい。 The light absorbing layer 30 has a function of absorbing light and blocking light. The light absorbing layer 30 has a rectangular opening 31. The opening 31 has approximately the same area as the display surface of the display element 20 and exposes the display surface of the display element 20. The outer periphery of the light absorbing layer 30 extends to the outer periphery of the alignment control element 40. The light absorbing layer 30 is made of, for example, a resin mixed with a black dye or pigment. The light absorbing layer 30 is formed in a film shape and is attached to the bottom surface of the alignment control element 40 using a transparent adhesive. The light absorbing layer 30 is attached to the outer periphery of the display element 20 using a transparent adhesive. The light absorbing layer 30 is made of black paint, and may be formed by applying this black paint to the bottom surface of the alignment control element 40.

配向制御素子40は、不要光を低減する機能を有する。不要光とは、空中像を生成するのに寄与しない光成分であり、法線方向に光学素子50を透過する光成分を含む。配向制御素子40は、法線方向に対して角度θの斜め方向を中心として所定の角度範囲の光成分を透過するとともに、上記角度範囲以外の光成分を遮光するように構成される。配向制御素子40の詳細な構成については後述する。 The orientation control element 40 has a function of reducing unnecessary light. The unnecessary light is a light component that does not contribute to generating an aerial image, and includes a light component that transmits through the optical element 50 in the normal direction. The orientation control element 40 is configured to transmit light components in a predetermined angular range centered on an oblique direction at an angle θ 1 with respect to the normal direction, and to block light components outside the above-mentioned angular range. A detailed configuration of the orientation control element 40 will be described later.

配向制御素子40の面積は、表示素子20の面積より大きい。配向制御素子40のX方向の長さは、表示素子20のX方向の長さより長い。図3において、配向制御素子40の右側の端は、表示素子20の右側の端より右側に位置し、配向制御素子40の左側の端は、表示素子20の左側の端より左側に位置する。配向制御素子40のY方向の長さは、表示素子20のY方向の長さより長い。 The area of the alignment control element 40 is larger than the area of the display element 20. The length of the alignment control element 40 in the X direction is longer than the length of the display element 20 in the X direction. In FIG. 3, the right end of the alignment control element 40 is located to the right of the right end of the display element 20, and the left end of the alignment control element 40 is located to the left of the left end of the display element 20. The length of the alignment control element 40 in the Y direction is longer than the length of the display element 20 in the Y direction.

光学素子50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50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50の詳細な構成については後述する。 The optical element 50 reflects light incident from the bottom side to the top side. In addition, the optical element 50 reflects light incident obliquely from the bottom side, for example, in the front direction (normal direction). The detailed configuration of the optical element 50 will be described later.

光学素子50の面積は、表示素子20の面積より大きく、配向制御素子40の面積より小さい。光学素子50のX方向の長さは、表示素子20のX方向の長さより長く、配向制御素子40のX方向の長さより短い。図3において、光学素子50の右側の端は、表示素子20の右側の端と配向制御素子40の右側の端との間に位置し、光学素子50の左側の端は、表示素子20の左側の端と配向制御素子40の左側の端との間に位置する。光学素子50のY方向の長さは、表示素子20のY方向の長さより長く、配向制御素子40のY方向の長さより短い。 The area of the optical element 50 is larger than that of the display element 20 and smaller than that of the alignment control element 40. The length in the X direction of the optical element 50 is longer than that of the display element 20 and shorter than that of the alignment control element 40. In FIG. 3, the right end of the optical element 50 is located between the right end of the display element 20 and the right end of the alignment control element 40, and the left end of the optical element 50 is located between the left end of the display element 20 and the left end of the alignment control element 40. The length in the Y direction of the optical element 50 is longer than that of the display element 20 and shorter than that of the alignment control element 40.

光学素子50は、空中に空中像2を結像する。空中像2は、光学素子50の素子面に平行であり、2次元の画像である。素子面とは、光学素子50が面内方向に広がる仮想的な平面を言う。素子面は、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50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。 The optical element 50 forms an aerial image 2 in the air. The aerial image 2 is parallel to the element surface of the optical element 50 and is a two-dimensional image. The element surface refers to a virtual plane on which the optical element 50 extends in the in-plane direction. The element surface has the same meaning as in-plane. The element surfaces of the other elements have the same meaning. An observer 3 standing in front of the optical element 50 can view the aerial image 2.

筐体60は、四角形の枠形状を有し、4個の側板を備える。筐体60の側板は、断面形状が逆L字形を有する。筐体60の上部には、四角形の開口部61が設けられるとともに、開口部61の周囲に沿って段差が設けられる。光学素子50は、筐体60の上部の段差に載置されるとともに、開口部61に嵌め込まれる。筐体60と光学素子50とは、透明な接着剤で接着される。 The housing 60 has a rectangular frame shape and has four side panels. The side panels of the housing 60 have an inverted L-shaped cross section. A rectangular opening 61 is provided in the upper part of the housing 60, and a step is provided along the periphery of the opening 61. The optical element 50 is placed on the step in the upper part of the housing 60 and fitted into the opening 61. The housing 60 and the optical element 50 are bonded together with a transparent adhesive.

筐体60の下部の開口部の面積は、配向制御素子40の面積と同じに設定される。筐体60の下部の開口部には、配向制御素子40が嵌め込まれる。筐体60と配向制御素子40とは、透明な接着剤で接着される。 The area of the opening at the bottom of the housing 60 is set to be the same as the area of the alignment control element 40. The alignment control element 40 is fitted into the opening at the bottom of the housing 60. The housing 60 and the alignment control element 40 are bonded together with a transparent adhesive.

筐体60は、光の反射を低減可能な材料で構成することが望ましい。筐体60は、例えば、黒色の樹脂で構成される。筐体60は、例えば、その内側の面が粗面処理される。粗面処理された面は、光の反射を低減することが可能である。 It is desirable that the housing 60 be made of a material capable of reducing light reflection. The housing 60 is made of, for example, black resin. For example, the inner surface of the housing 60 is roughened. The roughened surface can reduce light reflection.

なお、筐体60の底部の構成については任意の構成を用いることが可能である。筐体60は、照明素子10、表示素子20、光吸収層30、配向制御素子40、及び光学素子50を収容可能な箱形状で構成してもよく、すなわち、照明素子10の下部に配置された底板を有する箱で構成してもよい。 The bottom of the housing 60 may have any configuration. The housing 60 may be configured in a box shape capable of housing the lighting element 10, the display element 20, the light absorbing layer 30, the orientation control element 40, and the optical element 50, that is, may be configured as a box having a bottom plate disposed below the lighting element 10.

[1-1-1] 配向制御素子40の構成
図5Aは、図1に示した配向制御素子40の平面図である。図5Bは、図5AのB-B´線に沿った配向制御素子40の断面図である。
[1-1-1] Configuration of the alignment control element 40 Fig. 5A is a plan view of the alignment control element 40 shown in Fig. 1. Fig. 5B is a cross-sectional view of the alignment control element 40 taken along the line BB' in Fig. 5A.

基材41は、XY面において平面状に構成され、直方体を有する。基材41は、光を透過する。 The substrate 41 is configured to be planar in the XY plane and has a rectangular parallelepiped shape. The substrate 41 transmits light.

基材41上には、それぞれがY方向に延び、X方向に並んだ複数の透明部材43が設けられる。また、基材41上には、それぞれがY方向に延び、X方向に並んだ複数の遮光部材44が設けられる。複数の透明部材43と複数の遮光部材44とは、隣接するもの同士が接するようにして交互に配置される。 On the substrate 41, a plurality of transparent members 43 are provided, each extending in the Y direction and aligned in the X direction. Also, on the substrate 41, a plurality of light-shielding members 44 are provided, each extending in the Y direction and aligned in the X direction. The plurality of transparent members 43 and the plurality of light-shielding members 44 are alternately arranged such that adjacent ones are in contact with each other.

複数の透明部材43及び複数の遮光部材44上には、基材42が設けられる。基材42は、XY面において平面状に構成され、直方体を有する。基材42は、光を透過する。 A substrate 42 is provided on the plurality of transparent members 43 and the plurality of light-shielding members 44. The substrate 42 is configured to be planar in the XY plane and has a rectangular parallelepiped shape. The substrate 42 transmits light.

透明部材43は、XZ面において、基材41の法線方向に対して角度θの斜め方向に延びる。透明部材43は、XZ面において、側面が角度θだけ傾いた平行四辺形である。透明部材43は、光を透過する。 The transparent member 43 extends in an oblique direction at an angle θ 1 in the XZ plane with respect to the normal direction of the base material 41. The transparent member 43 is a parallelogram with side surfaces inclined at an angle θ 1 in the XZ plane. The transparent member 43 transmits light.

遮光部材44は、XZ面において、基材41の法線方向に対して角度θの斜め方向に延びる。遮光部材44は、XZ面において、側面が角度θだけ傾いた平行四辺形である。遮光部材44は、光を遮光する。遮光部材44の厚みは、透明部材43の厚みより薄く設定される。 The light blocking member 44 extends in an oblique direction at an angle θ 1 with respect to the normal direction of the base material 41 in the XZ plane. The light blocking member 44 is a parallelogram with side surfaces inclined by an angle θ 1 in the XZ plane. The light blocking member 44 blocks light. The thickness of the light blocking member 44 is set to be thinner than the thickness of the transparent member 43.

隣接する2個の遮光部材44は、Z方向において互いの端部が若干重なるように配置される。 Two adjacent light blocking members 44 are positioned so that their ends slightly overlap in the Z direction.

基材41、42、及び透明部材43としては、ガラス、又は透明な樹脂(アクリル樹脂を含む)が用いられる。遮光部材44としては、例えば、黒の染料又は顔料が混入された樹脂が用いられる。 Glass or transparent resin (including acrylic resin) is used for the base materials 41 and 42 and the transparent member 43. For example, resin mixed with black dye or pigment is used for the light blocking member 44.

なお、基材41、42の一方又は両方を省略して、配向制御素子40を構成してもよい。複数の透明部材43と複数の遮光部材44とが交互に配置されていれば、配向制御素子40の機能を実現できる。 The alignment control element 40 may be constructed by omitting one or both of the substrates 41 and 42. The function of the alignment control element 40 can be realized if multiple transparent members 43 and multiple light-shielding members 44 are arranged alternately.

このように構成された配向制御素子40は、法線方向に対して角度θの斜め方向の光強度がピークになるように、表示光を透過することができる。例えば、配向制御素子40は、法線方向に対して30°±30°の範囲以外の光成分を遮光するように構成される。望ましくは、配向制御素子40は、法線方向に対して30°±20°の範囲以外の光成分を遮光するように構成される。 The orientation control element 40 configured in this manner can transmit the display light so that the light intensity in the oblique direction at an angle θ 1 with respect to the normal direction becomes a peak. For example, the orientation control element 40 is configured to block light components other than the range of 30°±30° with respect to the normal direction. Desirably, the orientation control element 40 is configured to block light components other than the range of 30°±20° with respect to the normal direction.

図6は、配向制御素子40の面積を説明する模式的な断面図である。本実施形態では、光学素子50と向き合う素子である配向制御素子40は、少なくともX方向における長さが、光学素子50のX方向の長さより長く設定される。 Figure 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the area of the alignment control element 40. In this embodiment, the alignment control element 40, which is an element facing the optical element 50, is set to have a length in at least the X direction that is longer than the length of the optical element 50 in the X direction.

図6における点“o´”は、配向制御素子40から出射する光の任意の位置である。図6における点“o´´”は、光学素子50から出射された光が結像する位置であり、空中像2が形成される位置である。点“o´”から延びる矢印は、主光線を意味する。主光線とは、放射状に拡がる光成分の中心を通る光線である。 Point "o'" in FIG. 6 is an arbitrary position of the light emitted from the orientation control element 40. Point "o''" in FIG. 6 is the position where the light emitted from the optical element 50 is focused, and is the position where the aerial image 2 is formed. The arrow extending from point "o'' represents the chief ray. The chief ray is a ray that passes through the center of the radially expanding light components.

配向制御素子40のX方向における長さIは、以下の式(1)で表される。
I≦x+2*x´=x+2*y´*tanθ ・・・(1)
x´=y´*tanθ
x:筐体60の開口部61のX方向における長さ
y:光学素子50から空中像2までの距離
x´:光学素子50から筐体60のX方向における端部までの距離
y´:光学素子50から配向制御素子40までの距離
θ:主光線の出射角(配向制御素子40の垂線と主光線とのなす角度)
The length I of the orientation control element 40 in the X direction is expressed by the following formula (1).
I≦x+2*x′=x+2*y′*tan θ e (1)
x'=y'*tan θ e
x: length of opening 61 of housing 60 in the X direction y: distance from optical element 50 to aerial image 2 x': distance from optical element 50 to an end of housing 60 in the X direction y': distance from optical element 50 to orientation control element 40 θe : emission angle of chief ray (angle between the perpendicular to orientation control element 40 and the chief ray)

開口部61のX方向における長さxは、空中表示装置1に求められる仕様に基づいて設計される設計値である。光学素子50から空中像2までの距離yは、空中表示装置1に求められる仕様に基づいて設計される設計値である。光学素子50から配向制御素子40までの距離y´は、距離yに基づいて最適に設計される設計値である。 The length x of the opening 61 in the X direction is a design value that is designed based on the specifications required for the aerial display device 1. The distance y from the optical element 50 to the aerial image 2 is a design value that is designed based on the specifications required for the aerial display device 1. The distance y' from the optical element 50 to the orientation control element 40 is a design value that is optimally designed based on the distance y.

配向制御素子40のX方向における長さIを長くするほど、筐体60のサイズが大きくなる。よって、筐体60のサイズを小さくする観点では、“I=x+2*x´”が最も望ましい。 The longer the length I of the orientation control element 40 in the X direction, the larger the size of the housing 60. Therefore, from the perspective of reducing the size of the housing 60, "I = x + 2 * x'" is most desirable.

また、配向制御素子40は、Y方向における長さが、光学素子50のY方向の長さより長く設定される。 In addition, the length of the orientation control element 40 in the Y direction is set to be longer than the length of the optical element 50 in the Y direction.

[1-1-2] 光学素子50の構成
図7は、図1に示した光学素子50の斜視図である。図7には、光学素子50の一部を拡大した拡大図も図示している。図7の拡大図は、XZ面における側面図である。
[1-1-2] Configuration of the Optical Element 50 Fig. 7 is a perspective view of the optical element 50 shown in Fig. 1. Fig. 7 also shows an enlarged view of a portion of the optical element 50. The enlarged view in Fig. 7 is a side view in the XZ plane.

光学素子50は、基材51、及び複数の光学要素52を備える。基材51は、XY面において平面状に構成され、直方体を有する。 The optical element 50 includes a substrate 51 and a plurality of optical elements 52. The substrate 51 is configured to be planar in the XY plane and has a rectangular parallelepiped shape.

基材51の底面には、複数の光学要素52が設けられる。複数の光学要素52の各々は、三角柱で構成される。光学要素52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51に接する。複数の光学要素52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52は、XZ面において鋸歯状を有する。 A plurality of optical elements 52 are provided on the bottom surface of the substrate 51. Each of the plurality of optical elements 52 is formed as a triangular prism. The optical element 52 is arranged so that three side surfaces of the triangular prism are parallel to the XY plane, and one side surface is in contact with the substrate 51. The plurality of optical elements 52 each extend in the Y direction and are arranged side by side in the X direction. In other words, the plurality of optical elements 52 have a sawtooth shape in the XZ plane.

複数の光学要素52の各々は、入射面53及び反射面54を有する。Y方向から見て、左側の側面が入射面53であり、右側の側面が反射面54である。入射面53は、表示素子20からの光が入射する面である。反射面54は、入射面53に外部から入射した光を、光学要素52の内部で反射する面である。入射面53と反射面54とは、角度θを有する。 Each of the multiple optical elements 52 has an incident surface 53 and a reflective surface 54. When viewed from the Y direction, the left side surface is the incident surface 53, and the right side surface is the reflective surface 54. The incident surface 53 is a surface onto which light from the display element 20 is incident. The reflective surface 54 is a surface that reflects light that has been incident on the incident surface 53 from the outside, within the optical element 52. The incident surface 53 and the reflective surface 54 form an angle θ p .

基材51及び光学要素52は、透明材料で構成される。光学要素52は、例えば、基材51と同じ透明材料によって基材51と一体的に形成される。基材51と光学要素52とを個別に形成し、透明な接着剤を用いて基材51に光学要素52を接着してもよい。基材51及び光学要素52を構成する透明材料としては、ガラス、又は透明な樹脂(アクリル樹脂を含む)が用いられる。 The substrate 51 and the optical element 52 are made of a transparent material. The optical element 52 is, for example, formed integrally with the substrate 51 using the same transparent material as the substrate 51. The substrate 51 and the optical element 52 may be formed separately, and the optical element 52 may be adhered to the substrate 51 using a transparent adhesive. The transparent material constituting the substrate 51 and the optical element 52 may be glass or a transparent resin (including an acrylic resin).

このように構成された光学素子50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50は、素子面の正面の位置に、空中像を結像する。 The optical element 50 configured in this way internally reflects incident light and forms a real image in the air. The optical element 50 also forms an aerial image at a position directly in front of the element surface.

[1-1-3] 空中表示装置1のブロック構成
図8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70、記憶部71、入出力インターフェース(入出力IF)72、表示部73、及び入力部74を備える。制御部70、記憶部71、及び入出力インターフェース72は、バス75を介して互いに接続される。
[1-1-3] Block configuration of the aerial display device 1 Figure 8 is a block diagram of the aerial display device 1. The aerial display device 1 includes a control unit 70, a storage unit 71, an input/output interface (input/output IF) 72, a display unit 73, and an input unit 74. The control unit 70, the storage unit 71, and the input/output interface 72 are connected to each other via a bus 75.

入出力インターフェース72は、表示部73、及び入力部74に接続される。入出力インターフェース72は、表示部73、及び入力部74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。 The input/output interface 72 is connected to the display unit 73 and the input unit 74. The input/output interface 72 performs interface processing for each of the display unit 73 and the input unit 74 according to a predetermined standard.

表示部73は、照明素子10、及び表示素子20を備える。表示部73は、画像を表示する。 The display unit 73 includes an illumination element 10 and a display element 20. The display unit 73 displays an image.

制御部70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70は、記憶部71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70は、表示処理部70A、及び情報処理部70Bを備える。 The control unit 70 is composed of one or more processors, such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit). The control unit 70 realizes various functions by executing programs stored in the memory unit 71. The control unit 70 includes a display processing unit 70A and an information processing unit 70B.

表示処理部70Aは、表示部73(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70Aは、照明素子10のオン及びオフを制御する。表示処理部70A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。 The display processing unit 70A controls the operation of the display unit 73 (specifically, the lighting element 10 and the display element 20). The display processing unit 70A controls the on and off of the lighting element 10. The display processing unit 70A transmits an image signal to the display element 20, causing the display element 20 to display an image.

情報処理部70B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70Bは、記憶部71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70B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。 The information processing unit 70B generates an image to be displayed by the aerial display device 1. The information processing unit 70B can use image data stored in the memory unit 71. The information processing unit 70B may also acquire image data from outside using a communication function (not shown).

記憶部71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71は、制御部70が実行するプログラムを格納する。記憶部71は、制御部70の制御に必要な各種データを格納する。さらに、記憶部71は、空中表示装置1が表示する画像のデータを格納する。 The storage unit 71 includes non-volatile storage devices such as a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), and a SSD (Solid State Drive), and volatile storage devices such as a RAM (Random Access Memory) and a register. The storage unit 71 stores programs executed by the control unit 70. The storage unit 71 stores various data necessary for the control of the control unit 70. Furthermore, the storage unit 71 stores data for images displayed by the aerial display device 1.

入力部74は、例えばタッチパネルやボタンなどを含み、ユーザが入力した情報を受け付ける。情報処理部70Bは、入力部74が受け付けた情報に基づいて、表示部73に表示する画像を選択することが可能である。 The input unit 74 includes, for example, a touch panel or buttons, and receives information input by the user. The information processing unit 70B can select an image to be displayed on the display unit 73 based on the information received by the input unit 74.

[1-2] 空中表示装置1の動作
次に、上記のように構成された空中表示装置1の動作について説明する。
[1-2] Operation of the aerial display device 1 Next, the operation of the aerial display device 1 configured as described above will be described.

[1-2-1] 表示動作
図4の矢印は、光路を示している。図4に示すように、表示素子20の任意の点“o”から出射された光は、配向制御素子40に入射する。表示素子20から出射された光のうち角度θの光成分(角度θを中心とした所定の角度範囲の光成分を含む)は、配向制御素子40を透過する。配向制御素子40を透過した光は、光学素子50に入射する。光学素子50は、入射光を、配向制御素子40と反対側の空中に結像し、空中に空中像2を表示する。
[1-2-1] Display operation The arrows in Fig. 4 indicate light paths. As shown in Fig. 4, light emitted from an arbitrary point "o" of the display element 20 is incident on the orientation control element 40. Of the light emitted from the display element 20, a light component at an angle θ1 (including a light component in a predetermined angle range centered on the angle θ1 ) is transmitted through the orientation control element 40. The light transmitted through the orientation control element 40 is incident on the optical element 50. The optical element 50 forms an image of the incident light in the air on the opposite side to the orientation control element 40, and displays an aerial image 2 in the air.

図9は、光学素子50における光の反射の様子を説明する斜視図である。図10は、光学素子50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10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50を見た図である。図11は、光学素子50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11は、観察者3の両目がY方向に平行な状態で光学素子50を見た図である。 Figure 9 is a perspective view illustrating how light is reflected in the optical element 50. Figure 10 is a side view of the XZ plane illustrating how light is reflected in the optical element 50. Figure 10 is a view of the optical element 50 when both eyes of the observer 3 (i.e., the line connecting both eyes) are parallel to the X direction. Figure 11 is a side view of the YZ plane illustrating how light is reflected in the optical element 50. Figure 11 is a view of the optical element 50 when both eyes of the observer 3 are parallel to the Y direction.

配向制御素子40の任意の点“o´”から出射された光は、光学素子50の入射面53に入射し、反射面54に到達する。反射面54の法線方向に対して臨界角よりも大きい角度で反射面54に到達した光は、反射面54で全反射され、光学素子50の光学要素52が形成されている側の反対側の平面から出射される。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。 Light emitted from any point "o'" of the orientation control element 40 enters the incident surface 53 of the optical element 50 and reaches the reflecting surface 54. Light that reaches the reflecting surface 54 at an angle greater than the critical angle with respect to the normal direction of the reflecting surface 54 is totally reflected by the reflecting surface 54 and is emitted from the flat surface opposite the side on which the optical element 50's optical elements 52 are formed. The critical angle is the smallest incident angle above which total reflection occurs. The critical angle is the angle with respect to the normal to the incident surface.

図10のXZ面では、点“o´”から出射された光は、光学要素52の反射面54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。 In the XZ plane of FIG. 10, the light emitted from point "o'" is totally reflected by the reflecting surface 54 of the optical element 52, and the light is focused in the air to generate an aerial image.

図11のYZ面では、点“o´”から出射された光は、光学要素52の反射面54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。 In the YZ plane of FIG. 11, the light emitted from point "o'" is not reflected by the reflecting surface 54 of the optical element 52, and the light does not form an image in the air, so it does not contribute to the generation of an aerial image.

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。 In other words, the condition for observer 3 to be able to recognize the aerial image is that both eyes of observer 3 are parallel to the X direction or close to it (for example, ±10 degrees with respect to the X direction). Also, if observer 3's eyes are parallel to the X direction or close to it and the viewpoint is moved along the Y direction, the aerial image can always be recognized.

図12は、光学素子50における入射面53及び反射面54の角度条件を説明する図である。 Figure 12 is a diagram explaining the angular conditions of the incident surface 53 and the reflecting surface 54 of the optical element 50.

Z方向(素子面に垂直な方向)に対する入射面53の角度をθ、Z方向に対する反射面54の角度をθ、入射面53と反射面54とのなす角度をθとする。角度をθは、以下の式(2)で表される。
θ=θ+θ ・・・(2)
The angle of the incident surface 53 with respect to the Z direction (the direction perpendicular to the element surface) is θ 2 , the angle of the reflecting surface 54 with respect to the Z direction is θ 3 , and the angle between the incident surface 53 and the reflecting surface 54 is θ p . The angle θ p is expressed by the following equation (2).
θ p = θ 2 + θ 3 ... (2)

配向制御素子40から角度θで出射された光は、入射面53に入射する。光学素子50の材料の屈折率をn、空気の屈折率を1とする。入射面53における入射角をθ、屈折角をθとする。反射面54における入射角をθ、反射角をθ(=θ)とする。光学素子50の上面における入射角をθ、屈折角をθとする。屈折角θが出射角である。出射角θは、以下の式(3)で表される。
θ=sin-1(n*sin(sin-1((1/n)*sin(90°-(θ+θ)))+θ2+2θ-90°)) ・・・(3)
Light emitted from orientation control element 40 at angle θ 1 is incident on incident surface 53. The refractive index of the material of optical element 50 is n p , and the refractive index of air is 1. The incident angle at incident surface 53 is θ 4 , and the refraction angle is θ 5. The incident angle at reflecting surface 54 is θ 6 , and the reflection angle is θ 7 (=θ 6 ). The incident angle at the top surface of optical element 50 is θ 8 , and the refraction angle is θ 9. The refraction angle θ 9 is the emission angle. The emission angle θ 9 is expressed by the following equation (3).
θ 9 =sin −1 (n p *sin(sin −1 ((1/n p ) *sin(90°-(θ 12 )))) + θ 2 + 2θ 3 -90°)) ... (3)

反射面54における臨界角は、以下の式(4)で表される。
臨界角<θ(=θ
臨界角=sin-1(1/n) ・・・(4)
The critical angle at the reflecting surface 54 is expressed by the following formula (4).
Critical angle < θ 6 (= θ 7 )
Critical angle = sin −1 (1/n p ) (4)

すなわち、反射面54における入射角θは、反射面54における臨界角より大きく設定される。換言すると、反射面54の角度θは、反射面54に入射する光の入射角が臨界角より大きくなるように設定される。 That is, the angle of incidence θ6 on the reflecting surface 54 is set to be larger than the critical angle on the reflecting surface 54. In other words, the angle θ3 of the reflecting surface 54 is set so that the angle of incidence of light incident on the reflecting surface 54 is larger than the critical angle.

また、入射面53に入射した光は、入射面53で全反射されないように設定される。すなわち、入射面53の角度θは、入射面53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。 Moreover, the angle θ2 of the incident surface 53 is set so that the light incident on the incident surface 53 is not totally reflected by the incident surface 53. In other words, the angle θ2 of the incident surface 53 is set so that the angle of incidence of the light incident on the incident surface 53 is smaller than the critical angle.

光学素子50の素子面と空中像2の面との角度、及び光学素子50の素子面と空中像2の面との距離は、光学素子50に入射する光の角度θ、光学素子50の屈折率、光学素子50の入射面53の角度θ、光学素子50の反射面54の角度θを最適に設定することで調整が可能である。 The angle between the element surface of the optical element 50 and the surface of the aerial image 2, and the distance between the element surface of the optical element 50 and the surface of the aerial image 2 can be adjusted by optimally setting the angle θ 1 of light incident on the optical element 50, the refractive index of the optical element 50, the angle θ 2 of the incident surface 53 of the optical element 50, and the angle θ 3 of the reflecting surface 54 of the optical element 50.

[1-2-2] 外光の影響について
次に、空中表示装置1に入射する外光の影響について説明する。空中表示装置1には、外光が入射する。外光は、空中表示装置1の外部から空中表示装置1に入射する光である。外光は、太陽光、及び屋内の照明器具の光を含む。外光は、偏光していない自然光である。
[1-2-2] Effects of external light Next, the effects of external light incident on the aerial display device 1 will be described. External light is incident on the aerial display device 1. External light is light that is incident on the aerial display device 1 from outside the aerial display device 1. External light includes sunlight and light from indoor lighting fixtures. External light is unpolarized natural light.

図13は、空中表示装置1に入射する外光の様子を説明する図である。 Figure 13 is a diagram explaining the state of external light entering the aerial display device 1.

平面視において空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域(配向制御素子40の図13の点“A”の領域を含む)に入射した外光は、光学素子50を透過し、配向制御素子40に入射する。配向制御素子40に入射した外光は、配向制御素子40に含まれる遮光部材44によって吸収される。よって、空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域に入射した外光が空中表示装置1の内部で反射されて、空中表示装置1の上面から出射されるのを抑制できる。 External light that is incident on the area of the aerial display device 1 occupied by the display element 20 in a plan view (including the area of the orientation control element 40 at point "A" in Figure 13) passes through the optical element 50 and enters the orientation control element 40. The external light that is incident on the orientation control element 40 is absorbed by the light blocking member 44 included in the orientation control element 40. Therefore, the external light that is incident on the area of the aerial display device 1 occupied by the display element 20 is reflected inside the aerial display device 1, and can be prevented from being emitted from the top surface of the aerial display device 1.

平面視において空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域以外の領域(配向制御素子40の図13の点“B”の領域を含む)に入射した外光は、光学素子50を透過し、配向制御素子40に入射する。配向制御素子40に入射した外光は、配向制御素子40に含まれる遮光部材44によって吸収される。よって、空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域以外の領域に入射した外光が空中表示装置1の内部で反射されて、空中表示装置1の上面から出射されるのを抑制できる。 External light that is incident on an area of the aerial display device 1 other than the area occupied by the display element 20 in a plan view (including the area of point "B" in FIG. 13 of the orientation control element 40) passes through the optical element 50 and enters the orientation control element 40. The external light that is incident on the orientation control element 40 is absorbed by the light blocking member 44 included in the orientation control element 40. Therefore, external light that is incident on an area of the aerial display device 1 other than the area occupied by the display element 20 is reflected inside the aerial display device 1, and can be prevented from being emitted from the top surface of the aerial display device 1.

結果として、空中表示装置1に入射した外光に起因して、空中表示装置1が表示する空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。 As a result, deterioration in the quality of the aerial image 2 displayed by the aerial display device 1 due to external light entering the aerial display device 1 can be suppressed.

さらに、空中表示装置1に下側から入射した光は、光吸収層30で吸収される。よって、空中表示装置1に下側から入射した光に起因して、空中表示装置1が表示する空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。 Furthermore, light incident on the aerial display device 1 from below is absorbed by the light absorbing layer 30. This makes it possible to prevent deterioration in the quality of the aerial image 2 displayed by the aerial display device 1 due to light incident on the aerial display device 1 from below.

[1-3] 変形例
図14は、変形例に係る空中表示装置1の断面図である。表示素子20と配向制御素子40とは、透明な接着剤21で接着されていてもよい。
14 is a cross-sectional view of a modified aerial display device 1. The display element 20 and the alignment control element 40 may be bonded with a transparent adhesive 21.

[1-4] 比較例
次に、比較例に係る空中表示装置1Aについて説明する。
図15は、比較例に係る空中表示装置1Aの分解図である。図16は、比較例に係る空中表示装置1AのX方向に沿った部分断面図である。
[1-4] Comparative Example Next, an aerial display device 1A according to a comparative example will be described.
Fig. 15 is an exploded view of the aerial display device 1A according to the comparative example. Fig. 16 is a partial cross-sectional view of the aerial display device 1A according to the comparative example taken along the X direction.

空中表示装置1Aは、照明素子10、表示素子20、配向制御素子40、光学素子50、及び筐体60を備える。照明素子10、表示素子20、配向制御素子40、及び光学素子50は、この順にZ方向に沿って配置され、互いに平行に配置される。 The aerial display device 1A includes an illumination element 10, a display element 20, an orientation control element 40, an optical element 50, and a housing 60. The illumination element 10, the display element 20, the orientation control element 40, and the optical element 50 are arranged in this order along the Z direction and parallel to each other.

比較例に係る空中表示装置1Aは、第1実施形態で示した光吸収層30を備えていない。配向制御素子40の面積は、表示素子20の面積とほぼ同じである。光学素子50の面積は、配向制御素子40の面積より大きい。光学素子50のX方向の長さは、配向制御素子40のX方向の長さより長い。 The aerial display device 1A of the comparative example does not have the light absorbing layer 30 shown in the first embodiment. The area of the alignment control element 40 is approximately the same as the area of the display element 20. The area of the optical element 50 is larger than the area of the alignment control element 40. The length of the optical element 50 in the X direction is longer than the length of the alignment control element 40 in the X direction.

筐体60は、四角形状を有し、4個の側板と、底板とを有する。筐体60は、例えば、黒色の樹脂で構成される。筐体60の底板には、四角形の開口部62が設けられる。開口部62は、表示素子20から出射された光を通過する。開口部62の面積は、配向制御素子40の面積とほぼ同じである。 The housing 60 has a rectangular shape and has four side panels and a bottom panel. The housing 60 is made of, for example, black resin. A rectangular opening 62 is provided in the bottom panel of the housing 60. The opening 62 passes light emitted from the display element 20. The area of the opening 62 is approximately the same as the area of the alignment control element 40.

図17は、空中表示装置1Aに入射する外光の様子を説明する図である。 Figure 17 is a diagram explaining the state of external light entering the aerial display device 1A.

平面視において空中表示装置1Aのうち表示素子20が占める領域(配向制御素子40の図17の点“A”の領域を含む)に入射した外光は、光学素子50を透過し、配向制御素子40に入射する。配向制御素子40に入射した外光は、配向制御素子40に含まれる遮光部材44によって吸収される。よって、空中表示装置1Aのうち表示素子20が占める領域に入射した外光が空中表示装置1Aの内部で反射されて、空中表示装置1Aの上面から出射されるのを抑制できる。 External light that is incident on the area of the aerial display device 1A occupied by the display element 20 in a plan view (including the area of the orientation control element 40 at point "A" in Figure 17) passes through the optical element 50 and enters the orientation control element 40. The external light that is incident on the orientation control element 40 is absorbed by the light blocking member 44 included in the orientation control element 40. Therefore, the external light that is incident on the area of the aerial display device 1A occupied by the display element 20 is reflected inside the aerial display device 1A, and is prevented from being emitted from the top surface of the aerial display device 1A.

空中表示装置1Aに入射した外光のうち筐体60の底板に到達した光成分は、筐体60の底板で拡散反射される。筐体60で拡散反射された光成分は、光学素子50で観察者側に反射され、観察者に視認される。 Of the external light incident on the aerial display device 1A, the light components that reach the bottom plate of the housing 60 are diffusely reflected by the bottom plate of the housing 60. The light components diffusely reflected by the housing 60 are reflected by the optical element 50 toward the observer and are visible to the observer.

図18は、表示素子像と空中像とを説明する図である。表示素子像とは、表示素子20の表示面に表示される画像である。空中像は、光学素子50によって結像される実像である。 Figure 18 is a diagram explaining the display element image and the aerial image. The display element image is an image displayed on the display surface of the display element 20. The aerial image is a real image formed by the optical element 50.

空中像には、表示素子像以外に、外光に起因して形成される枠が二重に視認される。図18の右側にずれた枠は、図17の点“B”で右側に拡散反射された外光に基づいて視認される。図18の左側にずれた枠は、図17の点“B”で左側に拡散反射された外光に基づいて視認される。このように、外光が空中表示装置1Aの内部で拡散反射されると、空中表示装置1Aによって生成される空中像の品質が劣化してしまう。 In addition to the display element image, the aerial image contains a double frame formed due to external light. The frame shifted to the right in Figure 18 is seen based on the external light diffusely reflected to the right at point "B" in Figure 17. The frame shifted to the left in Figure 18 is seen based on the external light diffusely reflected to the left at point "B" in Figure 17. In this way, when external light is diffusely reflected inside the aerial display device 1A, the quality of the aerial image generated by the aerial display device 1A deteriorates.

これに対し、第1実施形態では、光学素子50に対向して配置される構成要素面(配向制御素子40の上面)を拡張して構成している。これにより、空中表示装置の内部で外光が反射するのを抑制できる。 In contrast, in the first embodiment, the component surface (the upper surface of the orientation control element 40) that is arranged opposite the optical element 50 is expanded. This makes it possible to suppress reflection of external light inside the aerial display device.

[1-5] 第1実施形態の効果
第1実施形態では、空中表示装置1は、画像を表示する表示素子20と、表示素子20からの光を受けるように配置され、表示素子20からの光のうち斜め方向の光成分を透過する配向制御素子40と、配向制御素子40からの光を受けるように配置され、配向制御素子40からの光を、配向制御素子40と反対側に反射し、空中に空中像を結像する光学素子50と、光学素子50の周囲を囲むように構成され、光学素子50を固定する筐体60とを備える。そして、光学素子50と対向して配置される素子(本実施形態では配向制御素子40)の面積は、光学素子50の面積より大きく設定される。すなわち、光学素子50に対向する素子として、一様な面を有する素子が配置される。
[1-5] Effects of the First Embodiment In the first embodiment, the aerial display device 1 includes a display element 20 that displays an image, an orientation control element 40 that is arranged to receive light from the display element 20 and transmits oblique light components of the light from the display element 20, an optical element 50 that is arranged to receive light from the orientation control element 40 and reflects the light from the orientation control element 40 to the opposite side of the orientation control element 40 to form an aerial image in the air, and a housing 60 that is configured to surround the periphery of the optical element 50 and fixes the optical element 50. The area of the element (the orientation control element 40 in this embodiment) that is arranged opposite the optical element 50 is set to be larger than the area of the optical element 50. That is, an element having a uniform surface is arranged as an element that faces the optical element 50.

空中表示装置1には、使用環境に応じて外光が入射する。外光は、空中像2を形成するのに不要な光である。第1実施形態によれば、空中表示装置1に入射した外光が空中表示装置1の内部で反射して空中表示装置1から出射されるのを抑制できる。これにより、空中表示装置1が生成する空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。結果として、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。 External light is incident on the aerial display device 1 depending on the usage environment. The external light is light that is unnecessary for forming the aerial image 2. According to the first embodiment, it is possible to prevent the external light that is incident on the aerial display device 1 from being reflected inside the aerial display device 1 and being emitted from the aerial display device 1. This makes it possible to prevent deterioration in the quality of the aerial image 2 generated by the aerial display device 1. As a result, it is possible to realize an aerial display device 1 that is capable of improving display quality.

また、配向制御素子40の底面には光吸収層30が設けられ、光吸収層30は、表示素子20からの光を通過する開口部31を有する。これにより、空中像2の表示に不要な光成分を光吸収層30で吸収することができる。よって、空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。 In addition, a light absorbing layer 30 is provided on the bottom surface of the alignment control element 40, and the light absorbing layer 30 has an opening 31 through which light from the display element 20 passes. This allows the light absorbing layer 30 to absorb light components that are not necessary for displaying the aerial image 2. This makes it possible to prevent the quality of the aerial image 2 from deteriorating.

また、空中表示装置1は、表示素子20から出射された光を光学素子50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は、その正面方向において、空中像を表示することができる。 The aerial display device 1 can display an aerial image in the air by reflecting light emitted from the display element 20 by the optical element 50. The aerial display device 1 can also display an aerial image in the front direction.

また、観察者3の両眼がX方向(すなわち、複数の光学要素52が並ぶ方向)に平行、又はそれに近い状態で光学素子50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。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において、より広い視野角を実現できる。 When the observer 3 looks at the optical element 50 with both eyes parallel to or close to the X direction (i.e., the direction in which the multiple optical elements 52 are arranged), the observer 3 can see an aerial image. When the observer 3 moves the viewpoint along the Y direction with both eyes parallel to or close to the X direction, the observer 3 can always see an aerial image. When the observer 3's eyes are parallel to or close to the X direction, a wider viewing angle can be achieved.

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。 In addition, the multiple elements that make up the aerial display device 1 can be arranged in parallel. This makes it possible to realize an aerial display device 1 that can be made smaller in size in the Z direction.

なお、第1実施形態では、光学素子50に対向して配向制御素子40が配置される。そして、配向制御素子40の面積を光学素子50の面積より大きくしている。空中表示装置1の他の構成として、光学素子50と対向する素子が配向制御素子40以外の素子である場合、光学素子と対向して配置される素子の面積は、光学素子の面積より大きく設定される。これにより、本実施形態の効果を得ることができる。 In the first embodiment, the orientation control element 40 is disposed opposite the optical element 50. The area of the orientation control element 40 is set to be larger than the area of the optical element 50. In another configuration of the aerial display device 1, when the element opposite the optical element 50 is an element other than the orientation control element 40, the area of the element disposed opposite the optical element is set to be larger than the area of the optical element. This makes it possible to obtain the effect of this embodiment.

[2] 第2実施形態
第2実施形態は、光学素子50と対向する素子の上面に反射防止層80を設けるようにしている。
[2] Second Embodiment In the second embodiment, an anti-reflection layer 80 is provided on the upper surface of the element facing the optical element 50 .

図19は、本発明の第2実施形態に係る空中表示装置1のX方向に沿った断面図である。図19は、図2のA-A´線の位置の断面図に対応する。第2実施形態に係る空中表示装置1は、第1実施形態の構成に加えて、反射防止層80を備える。 Figure 19 is a cross-sectional view along the X direction of an aerial display device 1 according to a second embodiment of the present invention. Figure 19 corresponds to the cross-sectional view at the position of line A-A' in Figure 2. The aerial display device 1 according to the second embodiment includes an anti-reflection layer 80 in addition to the configuration of the first embodiment.

反射防止層80は、配向制御素子40上に設けられる。反射防止層80の面積は、配向制御素子40の面積と同じである。反射防止層80は、自身に入射した光の反射を抑制する機能を有する。反射防止層80は、透明な材料で構成され、例えば、屈折率の異なる複数の層が積層されて構成される。反射防止層80は、反射抑制層ともいう。 The anti-reflection layer 80 is provided on the alignment control element 40. The area of the anti-reflection layer 80 is the same as the area of the alignment control element 40. The anti-reflection layer 80 has the function of suppressing the reflection of light incident on the anti-reflection layer 80. The anti-reflection layer 80 is made of a transparent material, and is, for example, made by stacking multiple layers with different refractive indices. The anti-reflection layer 80 is also called a reflection suppression layer.

図20は、空中表示装置1の内部で反射される光の様子を説明する図である。図20の構成例は、反射防止層80を備えておらず、配向制御素子40の上面が光学素子50に対向している。 Figure 20 is a diagram explaining the state of light reflected inside the aerial display device 1. The configuration example in Figure 20 does not include an anti-reflection layer 80, and the upper surface of the alignment control element 40 faces the optical element 50.

空中表示装置1に入射した外光は、光学素子50を透過する。光学素子50を透過した光の一部は、配向制御素子40の上面で反射される。光学素子50と配向制御素子40との間で反射を繰り返した光の一部(図20の戻り光)は、光学素子50を透過し、観察者に向けて出射される。よって、外光の内部反射により、空中像2の品質が劣化する可能性がある。 External light incident on the aerial display device 1 passes through the optical element 50. A portion of the light that passes through the optical element 50 is reflected by the upper surface of the orientation control element 40. A portion of the light that is repeatedly reflected between the optical element 50 and the orientation control element 40 (return light in FIG. 20) passes through the optical element 50 and is emitted toward the observer. Therefore, the quality of the aerial image 2 may deteriorate due to internal reflection of the external light.

これに対して、本実施形態では、光学素子50と対向する面に反射防止層80を設けている。よって、光学素子50を透過した外光が内部反射するのを抑制できる。これにより、空中像2の品質を向上させることができる。 In contrast, in this embodiment, an anti-reflection layer 80 is provided on the surface facing the optical element 50. This makes it possible to suppress internal reflection of external light that has passed through the optical element 50. This improves the quality of the aerial image 2.

[3] 第3実施形態
第3実施形態は、光学素子50の全面に亘って対向するように、透明な支持部材32を配置する。さらに、支持部材32の底面に光吸収層30を配置するようにしている。そして、支持部材32及び光吸収層30を利用して、空中表示装置1の内部で外光が拡散反射して観察者側に出射されるのを抑制するようにしている。
[3] Third embodiment In the third embodiment, a transparent support member 32 is disposed so as to face the entire surface of the optical element 50. Furthermore, a light absorbing layer 30 is disposed on the bottom surface of the support member 32. The support member 32 and the light absorbing layer 30 are utilized to prevent external light from being diffusely reflected inside the aerial display device 1 and emitted toward the observer.

[3-1] 空中表示装置1の構成
図21は、本発明の第3実施形態に係る空中表示装置1の分解図である。図22は、図21に示した空中表示装置1のX方向に沿った断面図である。図22は、図2のA-A´線の位置の断面図に対応する。
[3-1] Configuration of the aerial display device 1 Fig. 21 is an exploded view of the aerial display device 1 according to the third embodiment of the present invention. Fig. 22 is a cross-sectional view along the X direction of the aerial display device 1 shown in Fig. 21. Fig. 22 corresponds to the cross-sectional view at the position of the line A-A' in Fig. 2.

空中表示装置1は、照明素子10、表示素子20、配向制御素子40、光吸収層30、支持部材32、光学素子50、及び筐体60を備える。照明素子10、表示素子20、配向制御素子40、光吸収層30、支持部材32、及び光学素子50は、この順にZ方向に沿って配置され、互いに平行に配置される。照明素子10、表示素子20、及び配向制御素子40は、互いに所望の間隔を空けるようにして、図示せぬ固定部材で所望の位置に固定される。 The aerial display device 1 comprises an illumination element 10, a display element 20, an orientation control element 40, a light absorbing layer 30, a support member 32, an optical element 50, and a housing 60. The illumination element 10, the display element 20, the orientation control element 40, the light absorbing layer 30, the support member 32, and the optical element 50 are arranged in this order along the Z direction and parallel to one another. The illumination element 10, the display element 20, and the orientation control element 40 are fixed at desired positions with a fixing member (not shown) so as to leave a desired distance between each other.

配向制御素子40の面積は、表示素子20の面積とほぼ同じである。配向制御素子40のX方向の長さは、表示素子20のX方向の長さとほぼ同じである。配向制御素子40のY方向の長さは、表示素子20のY方向の長さとほぼ同じである。 The area of the alignment control element 40 is approximately the same as the area of the display element 20. The length of the alignment control element 40 in the X direction is approximately the same as the length of the display element 20 in the X direction. The length of the alignment control element 40 in the Y direction is approximately the same as the length of the display element 20 in the Y direction.

光吸収層30は、四角形の開口部31を有する。開口部31は、配向制御素子40と同じ面積を有し、配向制御素子40を露出する。光吸収層30は、支持部材32の底面に設けられ、支持部材32の底面に貼り付けられる。光吸収層30の外周は、支持部材32の外周まで延びる。 The light absorbing layer 30 has a rectangular opening 31. The opening 31 has the same area as the alignment control element 40 and exposes the alignment control element 40. The light absorbing layer 30 is provided on the bottom surface of the support member 32 and is attached to the bottom surface of the support member 32. The outer periphery of the light absorbing layer 30 extends to the outer periphery of the support member 32.

支持部材32は、配向制御素子40の上方に設けられ、例えば配向制御素子40に透明な接着剤を用いて接着される。支持部材32は、透明な材料で構成され、光を透過する。支持部材32としては、ガラス、又は透明な樹脂(アクリル樹脂を含む)が用いられる。 The support member 32 is provided above the alignment control element 40 and is adhered to the alignment control element 40 using, for example, a transparent adhesive. The support member 32 is made of a transparent material and transmits light. The support member 32 is made of glass or a transparent resin (including acrylic resin).

支持部材32の面積は、配向制御素子40の面積より大きい。支持部材32のX方向の長さは、配向制御素子40のX方向の長さより長い。図22において、支持部材32の右側の端は、配向制御素子40の右側の端より右側に位置し、支持部材32の左側の端は、配向制御素子40の左側の端より左側に位置する。支持部材32のY方向の長さは、配向制御素子40のY方向の長さより長い。 The area of the support member 32 is larger than the area of the alignment control element 40. The length of the support member 32 in the X direction is longer than the length of the alignment control element 40 in the X direction. In FIG. 22, the right end of the support member 32 is located to the right of the right end of the alignment control element 40, and the left end of the support member 32 is located to the left of the left end of the alignment control element 40. The length of the support member 32 in the Y direction is longer than the length of the alignment control element 40 in the Y direction.

光学素子50は、支持部材32に対向して配置される。光学素子50の面積は、配向制御素子40の面積より大きく、支持部材32の面積より小さい。光学素子50のX方向の長さは、配向制御素子40のX方向の長さより長く、支持部材32のX方向の長さより短い。図22において、光学素子50の右側の端は、配向制御素子40の右側の端と支持部材32の右側の端との間に位置し、光学素子50の左側の端は、配向制御素子40の左側の端と支持部材32の左側の端との間に位置する。光学素子50のY方向の長さは、配向制御素子40のY方向の長さより長く、支持部材32のY方向の長さより短い。 The optical element 50 is disposed opposite the support member 32. The area of the optical element 50 is larger than that of the orientation control element 40 and smaller than that of the support member 32. The length in the X direction of the optical element 50 is longer than that of the orientation control element 40 and shorter than that of the support member 32. In FIG. 22, the right end of the optical element 50 is located between the right end of the orientation control element 40 and the right end of the support member 32, and the left end of the optical element 50 is located between the left end of the orientation control element 40 and the left end of the support member 32. The length in the Y direction of the optical element 50 is longer than that of the orientation control element 40 and shorter than that of the support member 32.

筐体60の下部の開口部の面積は、支持部材32の面積と同じに設定される。筐体60の下部の開口部には、支持部材32が嵌め込まれる。筐体60と支持部材32とは、透明な接着剤で接着される。 The area of the opening at the bottom of the housing 60 is set to be the same as the area of the support member 32. The support member 32 is fitted into the opening at the bottom of the housing 60. The housing 60 and the support member 32 are bonded together with a transparent adhesive.

[3-2] 外光の影響について
次に、空中表示装置1に入射する外光の影響について説明する。図23は、空中表示装置1に入射する外光の様子を説明する図である。
[3-2] Influence of External Light Next, we will explain the influence of external light incident on the aerial display device 1. Figure 23 is a diagram explaining the state of external light incident on the aerial display device 1.

平面視において空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域(配向制御素子40の図23の点“A”の領域を含む)に入射した外光は、光学素子50を透過し、配向制御素子40に入射する。配向制御素子40に入射した外光は、配向制御素子40に含まれる遮光部材44によって吸収される。よって、空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域に入射した外光が空中表示装置1の内部で反射されて、空中表示装置1の上面から出射されるのを抑制できる。 External light that is incident on the area of the aerial display device 1 occupied by the display element 20 in a plan view (including the area of the orientation control element 40 at point "A" in Figure 23) passes through the optical element 50 and enters the orientation control element 40. The external light that is incident on the orientation control element 40 is absorbed by the light blocking member 44 included in the orientation control element 40. Therefore, the external light that is incident on the area of the aerial display device 1 occupied by the display element 20 is reflected inside the aerial display device 1, and can be prevented from being emitted from the top surface of the aerial display device 1.

平面視において空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域以外の領域(支持部材32の図23の点“B”の領域を含む)に入射した外光は、光学素子50を透過し、支持部材32に入射する。支持部材32に入射した光は、光吸収層30で吸収される。よって、空中表示装置1のうち表示素子20が占める領域以外の領域に入射した外光が空中表示装置1の内部で反射されて、空中表示装置1の上面から出射されるのを抑制できる。 External light that is incident on the aerial display device 1 in a plan view other than the area occupied by the display element 20 (including the area of point "B" in Figure 23 of the support member 32) passes through the optical element 50 and enters the support member 32. The light that is incident on the support member 32 is absorbed by the light absorbing layer 30. Therefore, external light that is incident on the aerial display device 1 in an area other than the area occupied by the display element 20 is reflected inside the aerial display device 1, and is prevented from being emitted from the top surface of the aerial display device 1.

結果として、空中表示装置1に入射した外光に起因して、空中表示装置1が表示する空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。 As a result, deterioration in the quality of the aerial image 2 displayed by the aerial display device 1 due to external light entering the aerial display device 1 can be suppressed.

さらに、空中表示装置1に下側から入射した光は、光吸収層30で吸収される。よって、空中表示装置1に下側から入射した光に起因して、空中表示装置1が表示する空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。 Furthermore, light incident on the aerial display device 1 from below is absorbed by the light absorbing layer 30. This makes it possible to prevent deterioration in the quality of the aerial image 2 displayed by the aerial display device 1 due to light incident on the aerial display device 1 from below.

[3-3] 変形例
図24は、変形例に係る空中表示装置1の断面図である。表示素子20と配向制御素子40とは、透明な接着剤21で接着されていてもよい。配向制御素子40と支持部材32とは、透明な接着剤22で接着されていてもよい。
[3-3] Modifications Fig. 24 is a cross-sectional view of a modified aerial display device 1. The display element 20 and the alignment control element 40 may be bonded with a transparent adhesive 21. The alignment control element 40 and the support member 32 may be bonded with a transparent adhesive 22.

[3-4] 第3実施形態の効果
第3実施形態によれば、空中表示装置1が表示する空中像2の品質が劣化するのを抑制できる。その他の効果は、第1実施形態と同じである。
[3-4] Advantages of the Third Embodiment According to the third embodiment, it is possible to suppress deterioration of the quality of the aerial image 2 displayed by the aerial display device 1. The other advantages are the same as those of the first embodiment.

なお、第3実施形態に第2実施形態を適用することも可能である。すなわち、支持部材32の上面に反射防止層80をさらに設けてもよい。 It is also possible to apply the second embodiment to the third embodiment. That is, an anti-reflection layer 80 may be further provided on the upper surface of the support member 32.

また、第3実施形態において、配向制御素子40を省略して空中表示装置1を構成してもよい。 In addition, in the third embodiment, the orientation control element 40 may be omitted to configure the aerial display device 1.

[4] その他の実施例
上記実施形態では、表示素子20と光学素子50とを平行に配置している。しかし、これに限定されず、光学素子50に対して表示素子20を斜めに配置してもよい。表示素子20と光学素子50との角度は、0度より大きく45度より小さい範囲に設定される。
[4] Other Examples In the above embodiment, the display element 20 and the optical element 50 are arranged parallel to each other. However, this is not limiting, and the display element 20 may be arranged obliquely with respect to the optical element 50. The angle between the display element 20 and the optical element 50 is set in the range of more than 0 degrees and less than 45 degrees.

上記実施形態では、光学要素52の左側の側面が入射面53、右側の側面が反射面54として定義している。しかし、これに限定されず、入射面53と反射面54とを逆に構成してもよい。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。 In the above embodiment, the left side of the optical element 52 is defined as the incident surface 53, and the right side is defined as the reflective surface 54. However, this is not limited to this, and the incident surface 53 and the reflective surface 54 may be configured in reverse. In this case, the action of the aerial display device 1 described in the embodiment is also reversed.

上記実施形態では、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。 In the above embodiment, a liquid crystal display element is described as an example of the display element 20, but the present invention is not limited to this. The display element 20 may be a self-luminous organic EL (electroluminescence) display element or a micro LED (Light Emitting Diode) display element. A micro LED display element is a display element that uses LEDs to emit the R (red), G (green), and B (blue) that make up a pixel. When a self-luminous display element 20 is used, the illumination element 10 is not necessary.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways in the implementation stage without departing from the gist of the invention. The embodiments may also be implemented in appropriate combination, in which case the combined effects can be obtained. Furthermore, the above-described embodiments include various inventions, and various inventions can be extracted by combinations selected from the multiple constituent elements disclosed. For example, if the problem can be solved and an effect can be obtained even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiments, the configuration from which these constituent elements are deleted can be extracted as an invention.

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、21,22…接着剤、30…光吸収層、31…開口部、32…支持部材、40…配向制御素子、41,42…基材、43…透明部材、44…遮光部材、50…光学素子、51…基材、52…光学要素、53…入射面、54…反射面、60…筐体、61,62…開口部、70…制御部、70A…表示処理部、70B…情報処理部、71…記憶部、72…入出力インターフェース、73…表示部、74…入力部、75…バス、80…反射防止層。
1...aerial display device, 2...aerial image, 3...observer, 10...illumination element, 11...light source unit, 12...light guide plate, 13...reflective sheet, 20...display element, 21, 22...adhesive, 30...light absorbing layer, 31...opening, 32...support member, 40...orientation control element, 41, 42...substrate, 43...transparent member, 44...light-shielding member, 50...optical element, 51...substrate, 52...optical element, 53...incident surface, 54...reflective surface, 60...housing, 61, 62...opening, 70...control unit, 70A...display processing unit, 70B...information processing unit, 71...memory unit, 72...input/output interface, 73...display unit, 74...input unit, 75...bus, 80...anti-reflection layer.

Claims (14)

画像を表示する表示素子と、
前記表示素子からの光を受けるように配置され、前記表示素子からの光を、前記表示素子と反対側に反射し、空中に空中像を結像する光学素子と、
前記光学素子の周囲を囲むように構成され、前記光学素子を固定する筐体と、
を具備し、
前記光学素子と対向して配置される素子の面積は、前記光学素子の面積より大きい
空中表示装置。
A display element for displaying an image;
an optical element that is arranged to receive light from the display element, and that reflects the light from the display element to an opposite side to the display element to form an aerial image in the air;
a housing configured to surround the periphery of the optical element and to fix the optical element;
Equipped with
An aerial display device, wherein an area of an element arranged opposite the optical element is larger than an area of the optical element.
前記表示素子と前記光学素子との間に配置され、前記表示素子からの光のうち斜め方向の光成分を透過する配向制御素子をさらに具備し、
前記配向制御素子の面積は、前記光学素子の面積より大きい
請求項1に記載の空中表示装置。
an orientation control element disposed between the display element and the optical element, the orientation control element transmitting an oblique light component of the light from the display element;
The aerial display device according to claim 1 , wherein the area of the orientation control element is larger than the area of the optical element.
前記配向制御素子の外周は、前記筐体まで延びる
請求項2に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 2 , wherein an outer periphery of the orientation control element extends to the housing.
前記配向制御素子の底面に設けられ、前記表示素子からの光を通過する開口部を有し、光を吸収する光吸収層をさらに具備する
請求項2に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 2 , further comprising a light absorbing layer provided on a bottom surface of the alignment control element, the light absorbing layer having an opening through which light from the display element passes, and absorbing light.
前記光吸収層の外周は、前記配向制御素子の外周まで延びる
請求項4に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 4 , wherein an outer periphery of the light absorbing layer extends to an outer periphery of the alignment control element.
前記配向制御素子は、交互に配置された複数の透明部材及び複数の遮光部材を含み、
前記複数の遮光部材は、前記配向制御素子の法線方向に対して傾いている
請求項2に記載の空中表示装置。
the alignment control element includes a plurality of transparent members and a plurality of light blocking members arranged alternately;
The aerial display device according to claim 2 , wherein the plurality of light blocking members are inclined with respect to a normal direction of the alignment control element.
前記配向制御素子の上面に設けられた反射防止層をさらに具備する
請求項2に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 2 , further comprising an anti-reflection layer provided on an upper surface of the alignment control element.
前記表示素子と前記光学素子との間に配置され、透明な支持部材をさらに具備し、
前記支持部材の面積は、前記光学素子の面積より大きい
請求項1に記載の空中表示装置。
a transparent support member disposed between the display element and the optical element;
The aerial display device according to claim 1 , wherein the area of the support member is larger than the area of the optical element.
前記支持部材の外周は、前記筐体まで延びる
請求項8に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 8 , wherein an outer periphery of the support member extends to the housing.
前記支持部材の底面に設けられ、前記表示素子からの光を通過する開口部を有し、光を吸収する光吸収層をさらに具備する
請求項8に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 8 , further comprising a light absorbing layer provided on a bottom surface of the support member, the light absorbing layer having an opening through which light from the display element passes, and absorbing light.
前記光吸収層の外周は、前記支持部材の外周まで延びる
請求項10に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 10 , wherein the outer periphery of the light absorbing layer extends to the outer periphery of the support member.
前記支持部材の上面に設けられた反射防止層をさらに具備する
請求項8に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 8 , further comprising an anti-reflection layer provided on an upper surface of the support member.
前記光学素子は、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を含み、
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する
請求項1に記載の空中表示装置。
The optical element includes a planar substrate and a plurality of optical elements provided under the substrate, each of the optical elements extending in a first direction and aligned in a second direction perpendicular to the first direction;
The aerial display device according to claim 1 , wherein each of the optical elements has an incident surface and a reflecting surface that are inclined with respect to a normal direction of the base material and are in contact with each other.
前記表示素子及び前記光学素子は、互いに平行に配置される
請求項1に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 1 , wherein the display element and the optical element are arranged parallel to each other.
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