JP2024064078A - Aerial Display Device - Google Patents

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Abstract

【課題】 空中像に触れたことをより明確に認識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40と、空中像を含む空間領域に検知領域を形成し、検知領域内の対象物を検知するセンシング素子50と、対象物が空中像の領域に存在する場合に、対象物に光を照射する照明素子61とを含む。【選択図】 図1[Problem] To provide an aerial display device that allows a user to more clearly recognize that an aerial image has been touched. [Solution] The aerial display device includes a display element 20 that displays an image, an optical element 40 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, a sensing element 50 that forms a detection area in a spatial area that includes the aerial image and detects an object within the detection area, and an illumination element 61 that irradiates light onto the object when the object is present in the area of the aerial image. [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.

空中像として例えば押しボタンを表示した場合、観察者は、機器に接触することなく、押しボタンを操作することが可能である。この時、観察者が押しボタンを押したことをより明確に認識させることが必要である。 For example, if a push button is displayed as a mid-air image, the observer can operate the button without touching the device. In this case, it is necessary to make it clearer that the observer has pressed the button.

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、空中像に触れたことをより明確に認識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 allows users to more clearly recognize when they have touched an aerial image.

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、前記空中像を含む空間領域に検知領域を形成し、前記検知領域内の対象物を検知するセンシング素子と、前記対象物が前記空中像の領域に存在する場合に、前記対象物に光を照射する照明素子とを具備する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; a sensing element for forming a detection area in a spatial region including the aerial image and detecting an object in the detection area; and an illumination element for irradiating light onto the object when the object is present in the area of the aerial image.

本発明の第2態様によると、前記照明素子は、前記検知領域の面に沿って並んだ複数の第1発光素子を含む、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, in which the lighting elements include a plurality of first light-emitting elements arranged along the surface of the detection area.

本発明の第3態様によると、前記複数の第1発光素子のうち前記対象物の位置に対応する1個の発光素子を発光させる判定部をさらに具備する、第2態様に係る空中表示装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an aerial display device according to the second aspect, further comprising a determination unit that causes one of the plurality of first light-emitting elements to emit light corresponding to the position of the target object.

本発明の第4態様によると、前記照明素子は、前記対象物が前記空中像の領域の端部に存在する場合に、前記対象物に点滅する光を照射する、第1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 first aspect, in which the lighting element irradiates a blinking light on the object when the object is present at the edge of the area of the aerial image.

本発明の第5態様によると、前記対象物が前記空中像の領域に存在する場合に、前記対象物に遠赤外光を照射する温感照明素子をさらに具備する、第1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 first aspect, further comprising a warm lighting element that irradiates the object with far-infrared light when the object is present in the area of the aerial image.

本発明の第6態様によると、前記温感照明素子は、前記検知領域の面に沿って並んだ複数の第2発光素子を含む、第5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 fifth aspect, in which the warm lighting element includes a plurality of second light-emitting elements arranged along the surface of the detection area.

本発明の第7態様によると、前記複数の第2発光素子のうち前記対象物の位置に対応する1個の発光素子を発光させる判定部をさらに具備する、第6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 sixth aspect, further comprising a determination unit that causes one of the plurality of second light-emitting elements to emit light corresponding to the position of the target object.

本発明の第8態様によると、前記センシング素子は、前記検知領域に向けて光を発光する発光部と、前記対象物で反射された反射光を受光する受光部とを含む、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, in which the sensing element includes a light-emitting section that emits light toward the detection area and a light-receiving section that receives the light reflected by the object.

本発明の第9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 ninth 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10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する、第1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 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.

本発明の第11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に対して傾いている、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 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 to the alignment control element.

本発明の第12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 twelfth 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、空中像に触れたことをより明確に認識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 allows users to more clearly recognize when they have touched an aerial image.

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。FIG. 1 is a perspective view of an aerial display device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、空中表示装置の一部を抽出した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a portion of the aerial display device. 図3は、空中表示装置の主要部のXZ面における側面図である。FIG. 3 is a side view of the main part of the aerial display device in the XZ plane. 図4Aは、図1に示した配向制御素子の平面図である。FIG. 4A is a plan view of the alignment control element shown in FIG. 図4Bは、図4AのA-A´線に沿った配向制御素子の断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view of the alignment control element taken along line AA' in FIG. 4A. 図5は、図1に示した光学素子の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the optical element shown in FIG. 図6は、照明装置に含まれる照明素子の一部領域の側面図である。FIG. 6 is a side view of a partial area of a lighting element included in the lighting device. 図7は、図6に示した1個の発光素子の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of one light emitting 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、光照射動作を説明する斜視図である。FIG. 13 is a perspective view illustrating the light irradiation operation. 図14は、光照射動作を説明する下面図である。FIG. 14 is a bottom view illustrating the light irradiation operation. 図15は、空中表示装置における全体動作を説明するフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart explaining the overall operation of the aerial display device. 図16は、本発明の第2実施形態に係る光照射動作を説明する下面図である。FIG. 16 is a bottom view illustrating a light irradiation operation according to the second embodiment of the present invention. 図17は、空中表示装置における全体動作を説明するフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart explaining the overall operation of the aerial display device. 図18は、本発明の第3実施形態に係る空中表示装置の一部を抽出した斜視図である。FIG. 18 is a perspective view of a portion of an aerial display device according to a third embodiment of the present invention. 図19は、温感照明素子の一部領域の側面図である。FIG. 19 is a side view of a partial area of the warm lighting element. 図20は、光照射動作を説明する下面図である。FIG. 20 is a bottom view illustrating the light irradiation operation. 図21は、空中表示装置における全体動作を説明するフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart explaining the overall operation of the aerial display device. 図22は、本発明の第4実施形態に係る空中表示装置の斜視図である。FIG. 22 is a perspective view of an aerial display device according to a fourth embodiment of the present invention. 図23は、空中表示装置の一部を抽出した斜視図である。FIG. 23 is a perspective view of a portion of the aerial display device. 図24Aは、図22に示した光学素子のX´Z´面における側面図である。FIG. 24A is a side view of the optical element shown in FIG. 22 in the X'Z' plane. 図24Bは、図22に示した光学素子の下面図である。FIG. 24B is a bottom view of the optical element shown in FIG.

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. Furthermore, even when the same parts are shown in different drawings, the dimensional relationships and ratios between the drawings 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面に直交する方向(法線方向ともいう)である。図2は、空中表示装置1の一部(センシング素子50及び照明装置60)を抽出した斜視図である。図3は、空中表示装置1の主要部のXZ面における側面図である。
[1] First embodiment [1-1] Configuration of the aerial display device 1 Fig. 1 is a perspective 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 perspective view of a part of the aerial display device 1 (sensing element 50 and lighting device 60). Fig. 3 is a side view of the main part of the aerial display device 1 in the XZ plane.

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、空中像を表示するための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 multiple components used to display the aerial image. An aerial image is a real image that is formed in the air.

空中表示装置1は、バックライト10、表示素子20、配向制御素子30、光学素子40、センシング素子50、照明装置60、及び筐体70を備える。バックライト10、表示素子20、配向制御素子30、及び光学素子40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。バックライト10、表示素子20、配向制御素子30、及び光学素子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 a backlight 10, a display element 20, an orientation control element 30, an optical element 40, a sensing element 50, an illumination device 60, and a housing 70. The backlight 10, the display element 20, the orientation control element 30, and the optical element 40 are arranged in this order along the Z direction and parallel to one another. The backlight 10, the display element 20, the orientation control element 30, and the optical element 40 are fixed at desired positions with fixing members (not shown) so as to leave a desired distance between each other.

バックライト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。バックライト10は、光源部11、導光板12、及び反射シート13を備える。バックライト10は、例えばサイドライト型のバックライトである。バックライト10は、面光源を構成する。バックライト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 backlight 10 emits illumination light and outputs the illumination light toward the display element 20. The backlight 10 includes a light source unit 11, a light guide plate 12, and a reflective sheet 13. The backlight 10 is, for example, a side light type backlight. The backlight 10 constitutes a surface light source. The backlight 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。バックライト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 backlight 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、バックライト10から出射された照明光を受ける。表示素子20は、バックライト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、自身の画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, 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 backlight 10. The display element 20 transmits the illumination light from the backlight 10 and performs optical modulation. Then, the display element 20 displays a desired image on its own screen.

配向制御素子30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40を透過する光成分を含む。配向制御素子30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30の面積は、表示素子20の面積とほぼ同じに設定される。配向制御素子30の詳細な構成については後述する。 The orientation control element 30 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 40 in the normal direction. The orientation control element 30 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. The area of the orientation control element 30 is set to be approximately the same as the area of the display element 20. A detailed configuration of the orientation control element 30 will be described later.

光学素子40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40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40の面積は、表示素子20の面積以上に設定される。光学素子40の詳細な構成については後述する。光学素子40は、空中に空中像2を結像する。空中像2は、光学素子40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40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40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 40 reflects light incident from the bottom side to the top side. The optical element 40 also reflects light incident obliquely from the bottom side, for example, in the front direction (normal direction). The area of the optical element 40 is set to be equal to or larger than the area of the display element 20. The detailed configuration of the optical element 40 will be described later. The optical element 40 forms an aerial image 2 in the air. The aerial image 2 is parallel to the element surface of the optical element 40 and is a two-dimensional image. The element surface refers to a virtual plane on which the optical element 40 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 in front of the optical element 40 can view the aerial image 2.

センシング素子50は、空中表示装置1の一側部に配置され、光学素子40の上方かつ空中像2とおおよそ同じレベルに配置される。センシング素子50は、空中表示装置1が生成した空中像2の一部又は全部を含む2次元の空間領域に、検知領域を形成する。センシング素子50は、検知領域に存在する対象物(物体)を検知する。センシング素子50は、検知領域に赤外光を出射し、対象物で反射された反射光を検知する。センシング素子50は、検知領域に向けて赤外光を発光する発光部と、対象物で反射された反射光を検知する受光部(センサ)とを含む。センシング素子50は、例えば、複数の発光素子と複数の受光素子とが交互に一列に並んだラインセンサで構成される。ラインセンサは、赤外光を用いてライン状に空間をスキャンすることが可能であり、複数の発光素子が並んだ方向と光が進む方向とからなる2次元の空間をスキャンすることが可能である。センシング素子50が出射する赤外光の方向は、適宜設定可能である。 The sensing element 50 is disposed on one side of the aerial display device 1, above the optical element 40 and at approximately the same level as the aerial image 2. The sensing element 50 forms a detection area in a two-dimensional spatial area including a part or all of the aerial image 2 generated by the aerial display device 1. The sensing element 50 detects an object (body) present in the detection area. The sensing element 50 emits infrared light into the detection area and detects the reflected light reflected by the object. The sensing element 50 includes a light-emitting unit that emits infrared light toward the detection area and a light-receiving unit (sensor) that detects the reflected light reflected by the object. The sensing element 50 is, for example, composed of a line sensor in which multiple light-emitting elements and multiple light-receiving elements are alternately arranged in a row. The line sensor can scan space in a line using infrared light, and can scan a two-dimensional space consisting of the direction in which multiple light-emitting elements are arranged and the direction in which light travels. The direction of the infrared light emitted by the sensing element 50 can be set appropriately.

照明装置60は、センシング素子50の検知領域に存在する対象物に光を照射する機能を有する。照明装置60は、空中表示装置1の4個の側部にそれぞれ配置された4個の照明素子61-1~61-4を備える。照明素子61-1~61-4の各々は、光学素子40の上方かつ空中像2とおおよそ同じレベルに配置される。照明素子61-1~61-4の各々は、検知領域全体に光を照射可能なように構成される。照明素子61-1~61-4の各々は、一方向に延びる基板と、基板に実装された複数の発光素子とを備える。複数の発光素子は、一方向に並ぶ。照明装置60の具体的な構成については後述する。 The lighting device 60 has the function of irradiating light onto an object present in the detection area of the sensing element 50. The lighting device 60 comprises four lighting elements 61-1 to 61-4 arranged on each of the four sides of the aerial display device 1. Each of the lighting elements 61-1 to 61-4 is arranged above the optical element 40 and at approximately the same level as the aerial image 2. Each of the lighting elements 61-1 to 61-4 is configured to be able to irradiate light onto the entire detection area. Each of the lighting elements 61-1 to 61-4 comprises a substrate extending in one direction and a plurality of light-emitting elements mounted on the substrate. The multiple light-emitting elements are aligned in one direction. The specific configuration of the lighting device 60 will be described later.

筐体70は、センシング素子50及び照明装置60を収容する。筐体70は、光学素子40の上方に配置される。筐体70は、平面視において四角形を有する。センシング素子50及び照明装置60は、筐体70の内側の面に支持部材(図示せず)を用いて取り付けられる。筐体70は、上部に光学素子40を露出する開口部71を有する。空中像2は、開口部71を通して観察者3に視認される。筐体70は、例えば黒色などの色の付いた樹脂で構成される。 The housing 70 houses the sensing element 50 and the lighting device 60. The housing 70 is disposed above the optical element 40. The housing 70 has a rectangular shape in a plan view. The sensing element 50 and the lighting device 60 are attached to the inner surface of the housing 70 using a support member (not shown). The housing 70 has an opening 71 at the top that exposes the optical element 40. The aerial image 2 is viewed by the observer 3 through the opening 71. The housing 70 is made of a colored resin, for example, black.

[1-1-1] 配向制御素子30の構成
図4Aは、図1に示した配向制御素子30の平面図である。図4Bは、図4AのA-A´線に沿った配向制御素子30の断面図である。
[1-1-1] Configuration of the alignment control element 30 Fig. 4A is a plan view of the alignment control element 30 shown in Fig. 1. Fig. 4B is a cross-sectional view of the alignment control element 30 taken along the line AA' in Fig. 4A.

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は、光を透過する。 The substrate 31 is configured to be planar in the XY plane and has a rectangular parallelepiped shape. The substrate 31 transmits light.

基材31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33が設けられる。また、基材31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34が設けられる。複数の透明部材33と複数の遮光部材34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 base material 31, a plurality of transparent members 33 are provided, each extending in the Y direction and aligned in the X direction. Also, on the base material 31, a plurality of light-shielding members 34 are provided, each extending in the Y direction and aligned in the X direction. The plurality of transparent members 33 and the plurality of light-shielding members 34 are alternately arranged such that adjacent ones are in contact with each other.

複数の透明部材33及び複数の遮光部材34上には、基材32が設けられる。基材32は、XY面において平面状に構成され、直方体を有する。基材32は、光を透過する。 A substrate 32 is provided on the plurality of transparent members 33 and the plurality of light-shielding members 34. The substrate 32 is configured to be planar in the XY plane and has a rectangular parallelepiped shape. The substrate 32 transmits light.

透明部材33は、XZ面において、基材31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33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33は、光を透過する。 The transparent member 33 extends in an oblique direction at an angle θ 1 with respect to the normal direction of the base material 31 in the XZ plane. The transparent member 33 is a parallelogram with a side surface inclined by the angle θ 1 in the XZ plane. The transparent member 33 transmits light.

遮光部材34は、XZ面において、基材31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34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34は、光を遮光する。遮光部材34の厚みは、透明部材33の厚みより薄く設定される。 The light blocking member 34 extends in an oblique direction at an angle θ 1 with respect to the normal direction of the base material 31 in the XZ plane. The light blocking member 34 is a parallelogram with side surfaces inclined by an angle θ 1 in the XZ plane. The light blocking member 34 blocks light. The thickness of the light blocking member 34 is set to be thinner than the thickness of the transparent member 33.

隣接する2個の遮光部材34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 34 are positioned so that their ends slightly overlap in the Z direction.

基材31、32、及び透明部材33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34としては、例えば、黒色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 31 and 32 and the transparent member 33. For example, resin mixed with black dye or pigment is used for the light blocking member 34.

なお、基材31、32の一方又は両方を省略して、配向制御素子30を構成してもよい。複数の透明部材33と複数の遮光部材34とが交互に配置されていれば、配向制御素子30の機能を実現できる。 The alignment control element 30 may be constructed by omitting one or both of the substrates 31 and 32. The function of the alignment control element 30 can be realized if multiple transparent members 33 and multiple light blocking members 34 are arranged alternately.

このように構成された配向制御素子30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30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30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 30 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 30 is configured to block light components other than the range of 30°±30° with respect to the normal direction. Desirably, the orientation control element 30 is configured to block light components other than the range of 30°±20° with respect to the normal direction.

なお、変形例として、配向制御素子30は、バックライト10と表示素子20との間に配置してもよい。また、配向制御素子30を省略して、空中表示装置1を構成してもよい。 As a modified example, the alignment control element 30 may be disposed between the backlight 10 and the display element 20. Also, the alignment control element 30 may be omitted to configure the aerial display device 1.

[1-1-2] 光学素子40の構成
図5は、図1に示した光学素子40の斜視図である。図5には、光学素子40の一部を拡大した拡大図も図示している。図5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 40 Fig. 5 is a perspective view of the optical element 40 shown in Fig. 1. Fig. 5 also shows an enlarged view of a portion of the optical element 40. The enlarged view in Fig. 5 is a side view in the XZ plane.

光学素子40は、基材41、及び複数の光学要素42を備える。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。 The optical element 40 includes a substrate 41 and a plurality of optical elements 42. The substrate 41 is configured to be planar in the XY plane and has a rectangular parallelepiped shape.

基材41の底面には、複数の光学要素42が設けられる。複数の光学要素42の各々は、三角柱で構成される。光学要素42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41に接する。複数の光学要素42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42は、XZ面において鋸歯状を有する。 A plurality of optical elements 42 are provided on the bottom surface of the substrate 41. Each of the plurality of optical elements 42 is formed as a triangular prism. The optical element 42 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 41. The plurality of optical elements 42 each extend in the Y direction and are arranged side by side in the X direction. In other words, the plurality of optical elements 42 have a sawtooth shape in the XZ plane.

複数の光学要素42の各々は、入射面43及び反射面44を有する。Y方向から見て、左側の側面が入射面43であり、右側の側面が反射面44である。入射面43は、表示素子20からの光が入射する面である。反射面44は、入射面43に外部から入射した光を、光学要素42の内部で反射する面である。入射面43と反射面44とは、角度θを有する。 Each of the multiple optical elements 42 has an incident surface 43 and a reflective surface 44. When viewed from the Y direction, the left side surface is the incident surface 43, and the right side surface is the reflective surface 44. The incident surface 43 is a surface onto which light from the display element 20 is incident. The reflective surface 44 is a surface that reflects light that has been incident on the incident surface 43 from the outside, within the optical element 42. The incident surface 43 and the reflective surface 44 form an angle θ p .

基材41及び光学要素42は、透明材料で構成される。光学要素42は、例えば、基材41と同じ透明材料によって基材41と一体的に形成される。基材41と光学要素42とを個別に形成し、透明な接着材を用いて基材41に光学要素42を接着してもよい。基材41及び光学要素42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 41 and the optical element 42 are made of a transparent material. The optical element 42 is, for example, formed integrally with the substrate 41 using the same transparent material as the substrate 41. The substrate 41 and the optical element 42 may be formed separately, and the optical element 42 may be adhered to the substrate 41 using a transparent adhesive. The transparent material constituting the substrate 41 and the optical element 42 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40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40は、素子面の正面の位置に、空中像2を結像する。 The optical element 40 configured in this way internally reflects incident light and forms a real image in the air. The optical element 40 also forms an aerial image 2 at a position in front of the element surface.

[1-1-3] 照明装置60の構成
図2に示すように、照明装置60は、4個の照明素子61-1~61-4を備える。図6は、照明装置60に含まれる照明素子61-1の一部領域の側面図である。照明素子61-2~61-4の構成は、照明素子61-1と同じである。
[1-1-3] Configuration of Illumination Device 60 As shown in Fig. 2, illumination device 60 includes four illumination elements 61-1 to 61-4. Fig. 6 is a side view of a partial area of illumination element 61-1 included in illumination device 60. Illumination elements 61-2 to 61-4 have the same configuration as illumination element 61-1.

照明素子61-1は、センシング素子50の検知領域に向けて光を照射可能なように配置される。照明素子61-1は、基板62と、複数の発光素子63とを備える。基板62は、一方向に延びるように構成される。基板62は、樹脂などで構成される絶縁基板と、絶縁基板の上面及び/又は内部に設けられた配線層とを備える。 The lighting element 61-1 is positioned so that it can irradiate light toward the detection area of the sensing element 50. The lighting element 61-1 includes a substrate 62 and a plurality of light-emitting elements 63. The substrate 62 is configured to extend in one direction. The substrate 62 includes an insulating substrate made of resin or the like, and a wiring layer provided on the upper surface and/or inside the insulating substrate.

複数の発光素子63は、隣接するもの同士が所定の間隔を空けるようにして、基板62が延びる方向に沿って一列に配置される。複数の発光素子63の数及び各々のサイズは、適宜設定可能である。 The multiple light-emitting elements 63 are arranged in a row along the extension direction of the substrate 62 with a predetermined distance between adjacent elements. The number of the multiple light-emitting elements 63 and the size of each element can be set appropriately.

図7は、図6に示した1個の発光素子63の斜視図である。発光素子63は、基板64、赤色LED(light-emitting diode)65R、緑色LED65G、青色LED65B、リードフレーム66-1、66-2、及び封止樹脂67を備える。 Figure 7 is a perspective view of one light-emitting element 63 shown in Figure 6. The light-emitting element 63 includes a substrate 64, a red LED (light-emitting diode) 65R, a green LED 65G, a blue LED 65B, lead frames 66-1 and 66-2, and a sealing resin 67.

基板64は、樹脂などで構成される絶縁基板と、絶縁基板の上面及び/又は内部に設けられた配線層とを備える。基板64は、放熱性に優れた金属ベース基板であってもよい。金属ベース基板は、金属基板、絶縁層、及び配線層が順に積層されて構成される。 The substrate 64 comprises an insulating substrate made of resin or the like, and a wiring layer provided on the upper surface and/or inside the insulating substrate. The substrate 64 may be a metal-based substrate with excellent heat dissipation properties. The metal-based substrate is formed by laminating a metal substrate, an insulating layer, and a wiring layer in this order.

赤色LED65Rは、赤色光を発光する。緑色LED65Gは、緑色光を発光する。青色LED65Bは、青色光を発光する。赤色LED65R、緑色LED65G、及び青色LED65Bは、基板64に実装され、基板64に含まれる配線層に電気的に接続される。 The red LED 65R emits red light. The green LED 65G emits green light. The blue LED 65B emits blue light. The red LED 65R, the green LED 65G, and the blue LED 65B are mounted on the substrate 64 and electrically connected to a wiring layer included in the substrate 64.

リードフレーム66-1、66-2は、基板62の配線層に電気的に接続される。リードフレーム66-1、66-2には、接地電圧、及び正電圧が印加される。 The lead frames 66-1 and 66-2 are electrically connected to the wiring layer of the substrate 62. A ground voltage and a positive voltage are applied to the lead frames 66-1 and 66-2.

封止樹脂67は、基板64、赤色LED65R、緑色LED65G、及び青色LED65Bを封止する。封止樹脂67は、透明樹脂で構成される。 The sealing resin 67 seals the substrate 64, the red LED 65R, the green LED 65G, and the blue LED 65B. The sealing resin 67 is made of a transparent resin.

このように構成された照明素子61-1~61-4は、赤色光、緑色光、青色光、及びこれら3色のうち2色の光を混色した混色光を発光することができる。また、照明素子61-1~61-4の各々は、対象物の位置に対応した少なくとも1個の発光素子63を発光させることで、センシング素子50の検知領域の特定の位置に光を照射することができる。 The lighting elements 61-1 to 61-4 configured in this manner can emit red light, green light, blue light, or a mixed color light that is a mixture of two of these three colors. Furthermore, each of the lighting elements 61-1 to 61-4 can irradiate light at a specific position in the detection area of the sensing element 50 by causing at least one light-emitting element 63 corresponding to the position of the target object to emit light.

[1-1-4] 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80、記憶部81、入出力インターフェース(入出力IF)82、表示部83、センシング素子50、照明装置60、及び入力部84を備える。制御部80、記憶部81、及び入出力インターフェース82は、バス85を介して互いに接続される。
[1-1-4] 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 80, a memory unit 81, an input/output interface (input/output IF) 82, a display unit 83, a sensing element 50, a lighting device 60, and an input unit 84. The control unit 80, the memory unit 81, and the input/output interface 82 are connected to each other via a bus 85.

入出力インターフェース82は、表示部83、センシング素子50、照明装置60、及び入力部84に接続される。入出力インターフェース82は、表示部83、センシング素子50、照明装置60、及び入力部84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 82 is connected to the display unit 83, the sensing element 50, the lighting device 60, and the input unit 84. The input/output interface 82 performs interface processing according to a predetermined standard for each of the display unit 83, the sensing element 50, the lighting device 60, and the input unit 84.

表示部83は、バックライト10、及び表示素子20を備える。表示部83は、画像を表示する。 The display unit 83 includes a backlight 10 and a display element 20. The display unit 83 displays an image.

センシング素子50は、発光部51、及び受光部52を備える。発光部51は、検知領域53に向けて赤外光を発光する。受光部52は、対象物で反射された反射光を検知する。 The sensing element 50 includes a light-emitting unit 51 and a light-receiving unit 52. The light-emitting unit 51 emits infrared light toward a detection area 53. The light-receiving unit 52 detects the light reflected by an object.

制御部80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80は、記憶部81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80は、表示処理部80A、情報処理部80B、検知位置算出部80C、及び光照射判定部80Dを備える。 The control unit 80 is composed of one or more processors such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit). The control unit 80 realizes various functions by executing programs stored in the memory unit 81. The control unit 80 includes a display processing unit 80A, an information processing unit 80B, a detection position calculation unit 80C, and a light irradiation determination unit 80D.

表示処理部80Aは、表示部83(具体的には、バックライト10、及び表示素子20)の動作を制御する。表示処理部80Aは、バックライト10のオン及びオフを制御する。表示処理部80A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 80A controls the operation of the display unit 83 (specifically, the backlight 10 and the display element 20). The display processing unit 80A controls the on and off of the backlight 10. The display processing unit 80A transmits an image signal to the display element 20, causing the display element 20 to display an image.

情報処理部80B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80Bは、記憶部81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80B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 80B generates an image to be displayed by the aerial display device 1. The information processing unit 80B can use image data stored in the memory unit 81. The information processing unit 80B may also acquire image data from outside using a communication function (not shown).

検知位置算出部80Cは、センシング素子50の動作を制御する。検知位置算出部80Cは、センシング素子50に含まれる発光部51が赤外光を出射するように制御し、所定の空間領域に赤外光からなる検知領域を形成する。検知位置算出部80Cは、センシング素子50に含まれる受光部52から送られる複数の検知信号に基づいて、対象物の位置を算出する。 The detection position calculation unit 80C controls the operation of the sensing element 50. The detection position calculation unit 80C controls the light emitting unit 51 included in the sensing element 50 to emit infrared light, and forms a detection area consisting of infrared light in a specified spatial region. The detection position calculation unit 80C calculates the position of the target object based on multiple detection signals sent from the light receiving unit 52 included in the sensing element 50.

光照射判定部80Dは、検知位置算出部80Cによる算出結果を用いて、対象物が設定領域(空中像2が占める領域)内に存在するか否かを判定する。光照射判定部80Dは、対象物が設定領域内に存在する場合、対象物に光を照射するように、照明装置60を制御する。 The light irradiation determination unit 80D uses the calculation result by the detection position calculation unit 80C to determine whether or not the object is present within the set area (the area occupied by the aerial image 2). If the object is present within the set area, the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with light.

記憶部81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81は、制御部80が実行するプログラムを格納する。記憶部81は、制御部80の制御に必要な各種データを格納する。さらに、記憶部81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 81 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 81 stores the programs executed by the control unit 80. The storage unit 81 stores various data necessary for the control of the control unit 80. Furthermore, the storage unit 81 stores data for images displayed by the aerial display device 1.

入力部84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80Bは、入力部84が受け付けた情報に基づいて、表示部83に表示する画像を選択することが可能である。 The input unit 84 includes, for example, a touch panel or buttons, and receives information input by the user. The information processing unit 80B can select an image to be displayed on the display unit 83 based on the information received by the input unit 84.

[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] 空中像2の表示動作
まず、空中像2の表示動作について説明する。
[1-2-1] Display Operation of the Aerial Image 2 First, the display operation of the aerial image 2 will be described.

図3の矢印は、光路を示している。図3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30を透過する。配向制御素子30を透過した光は、光学素子40に入射する。光学素子40は、入射光を、配向制御素子30と反対側に反射し、空中に空中像2を結像する。 The arrows in Fig. 3 indicate optical paths. As shown in Fig. 3, light emitted from an arbitrary point "o" of the display element 20 is incident on the orientation control element 30. 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 30. The light transmitted through the orientation control element 30 is incident on the optical element 40. The optical element 40 reflects the incident light to the opposite side to the orientation control element 30, and forms an aerial image 2 in the air.

図9は、光学素子40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40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40を見た図である。図11は、光学素子40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40を見た図である。 Figure 9 is a perspective view illustrating how light is reflected in the optical element 40. Figure 10 is a side view of the XZ plane illustrating how light is reflected in the optical element 40. Figure 10 is a diagram of the optical element 40 viewed with both eyes of the observer 3 (i.e., the line connecting the eyes) parallel to the X direction. Figure 11 is a side view of the YZ plane illustrating how light is reflected in the optical element 40. Figure 11 is a diagram of the optical element 40 viewed with both eyes of the observer 3 parallel to the Y direction.

表示素子20の任意の点“o”から出射された光は、光学素子40の入射面43に入射し、反射面44に到達する。反射面44の法線方向に対して臨界角よりも大きい角度で反射面44に到達した光は、反射面44で全反射され、光学素子40の光学要素42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 an arbitrary point "o" of the display element 20 enters the incident surface 43 of the optical element 40 and reaches the reflecting surface 44. Light that reaches the reflecting surface 44 at an angle greater than the critical angle with respect to the normal direction of the reflecting surface 44 is totally reflected by the reflecting surface 44 and is emitted from the flat surface opposite the side on which the optical element 40's optical elements 42 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42の反射面44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 44 of the optical element 42, 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42の反射面44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 44 of the optical element 42, 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が空中像を視認できる条件は、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 see 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40における入射面43及び反射面44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 43 and the reflecting surface 44 of the optical element 40.

Z方向(素子面に垂直な方向)に対する入射面43の角度をθ、Z方向に対する反射面44の角度をθ、入射面43と反射面44とのなす角度をθとする。角度をθは、以下の式(1)で表される。
θ=θ+θ ・・・(1)
The angle of the incident surface 43 with respect to the Z direction (the direction perpendicular to the element surface) is θ 2 , the angle of the reflecting surface 44 with respect to the Z direction is θ 3 , and the angle between the incident surface 43 and the reflecting surface 44 is θ p . The angle θ p is expressed by the following formula (1).
θ p = θ 2 + θ 3 ... (1)

配向制御素子30から角度θで出射された光は、入射面43に入射する。光学素子40の材料の屈折率をn、空気の屈折率を1とする。入射面43における入射角をθ、屈折角をθとする。反射面44における入射角をθ、反射角をθ(=θ)とする。光学素子40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(2)で表される。
θ=sin-1(n*sin(sin-1((1/n)*sin(90°-(θ+θ)))+θ2+2θ-90°)) ・・・(2)
Light emitted from orientation control element 30 at an angle θ 1 is incident on incident surface 43. The refractive index of the material of optical element 40 is n p , and the refractive index of air is 1. The incident angle at incident surface 43 is θ 4 , and the refraction angle is θ 5. The incident angle at reflecting surface 44 is θ 6 , and the reflection angle is θ 7 (=θ 6 ). The incident angle at the top surface of optical element 40 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 (2).
θ 9 = sin −1 (n p * sin (sin −1 ((1/n p ) * sin (90° - (θ 1 + θ 2 )))) + θ 2 + 2θ 3 - 90°)) ... (2)

反射面44における臨界角は、以下の式(3)で表される。
臨界角<θ(=θ
臨界角=sin-1(1/n) ・・・(3)
The critical angle at the reflecting surface 44 is expressed by the following formula (3).
Critical angle < θ 6 (= θ 7 )
Critical angle = sin −1 (1/n p ) (3)

すなわち、反射面44における入射角θは、反射面44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44の角度θは、反射面44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 44 is set to be larger than the critical angle on the reflecting surface 44. In other words, the angle θ3 of the reflecting surface 44 is set so that the angle of incidence of light incident on the reflecting surface 44 is larger than the critical angle.

また、入射面43に入射した光は、入射面43で全反射されないように設定される。すなわち、入射面43の角度θは、入射面43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 43 is set so that the light incident on the incident surface 43 is not totally reflected by the incident surface 43. In other words, the angle θ2 of the incident surface 43 is set so that the angle of incidence of the light incident on the incident surface 43 is smaller than the critical angle.

光学素子40の素子面と空中像2の面との角度、及び光学素子40の素子面と空中像2の面との距離は、光学素子40に入射する光の角度θ、光学素子40の屈折率、光学素子40の入射面43の角度θ、光学素子40の反射面44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 40 and the surface of the aerial image 2, and the distance between the element surface of the optical element 40 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 40, the refractive index of the optical element 40, the angle θ 2 of the incident surface 43 of the optical element 40, and the angle θ 3 of the reflecting surface 44 of the optical element 40.

[1-2-2] 光照射動作
次に、対象物に光を照射する光照射動作について説明する。図13は、光照射動作を説明する斜視図である。図14は、光照射動作を説明する下面図(空中像2を下から見た図)である。照明素子61-1~61-4にそれぞれ含まれる発光素子63を、発光素子63-1~63-4と表記する。
[1-2-2] Light Irradiation Operation Next, the light irradiation operation for irradiating an object with light will be described. Fig. 13 is a perspective view for explaining the light irradiation operation. Fig. 14 is a bottom view (a view of the aerial image 2 seen from below) for explaining the light irradiation operation. The light-emitting elements 63 included in the illumination elements 61-1 to 61-4, respectively, are represented as light-emitting elements 63-1 to 63-4.

空中表示装置1は、空中像2を表示する。空中像2は、例えば押しボタンである。センシング素子50は、空中像2を含む2次元の空間領域に検知領域53を形成する。検知領域53は、赤外光で構成される。 The aerial display device 1 displays an aerial image 2. The aerial image 2 is, for example, a push button. The sensing element 50 forms a detection area 53 in a two-dimensional spatial region that includes the aerial image 2. The detection area 53 is composed of infrared light.

観察者3は、自身の指3Aで、空中像2を押す。センシング素子50は、検知領域53に含まれる対象物(観察者3の指3A)を検知する。センシング素子50の検知結果は、検知位置算出部80Cに送られる。検知位置算出部80Cは、センシング素子50の検知結果に基づいて、対象物の位置を算出する。 The observer 3 presses the aerial image 2 with his/her finger 3A. The sensing element 50 detects the object (the observer's finger 3A) included in the detection area 53. The detection result of the sensing element 50 is sent to the detection position calculation unit 80C. The detection position calculation unit 80C calculates the position of the object based on the detection result of the sensing element 50.

光照射判定部80Dは、検知位置算出部80Cにより算出された対象物の位置が、空中像2の領域に含まれるか否かを判定する。対象物の位置が空中像2の領域に含まれる場合、光照射判定部80Dは、対象物に光を照射するように、照明装置60を制御する。すなわち、照明素子61-1~61-4はそれぞれ、対象物の位置に対応する発光素子63-1~63-4に、所定の色の光を発光させる。照明素子61-1~61-4の各々が発光させる発光素子の数は、1個であってもよいし、2個以上であってもよい。また、照明素子61-1~61-4の各々が発光させる発光素子の数は、対象物の大きさに応じて設定してもよい。対象物の大きさが大きくなるにつれて、発光させる発光素子の数を増やしてもよい。発光素子63-1~63-4が発光する光の色は、任意に設定可能である。 The light irradiation determination unit 80D determines whether the position of the object calculated by the detection position calculation unit 80C is included in the area of the aerial image 2. If the position of the object is included in the area of the aerial image 2, the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with light. That is, the lighting elements 61-1 to 61-4 each cause the light-emitting elements 63-1 to 63-4 corresponding to the position of the object to emit light of a predetermined color. The number of light-emitting elements emitted by each of the lighting elements 61-1 to 61-4 may be one or two or more. In addition, the number of light-emitting elements emitted by each of the lighting elements 61-1 to 61-4 may be set according to the size of the object. The number of light-emitting elements that emit light may be increased as the size of the object increases. The color of light emitted by the light-emitting elements 63-1 to 63-4 can be set arbitrarily.

発光素子63-1~63-4から出射した光は、対象物(観察者3の指3A)に照射される。観察者3は、自身の指3Aに照射された所定の色の光を視認する。これにより、観察者3は、空中像2としての押しボタンを押したことを認識できる。 The light emitted from the light-emitting elements 63-1 to 63-4 is irradiated onto the target object (the finger 3A of the observer 3). The observer 3 visually recognizes the light of a specific color irradiated onto his or her finger 3A. This allows the observer 3 to recognize that the push button on the aerial image 2 has been pressed.

[1-2-3] 全体動作の流れ
次に、空中表示装置1における全体動作の流れについて説明する。図15は、空中表示装置1における全体動作を説明するフローチャートである。
[1-2-3] Flow of Overall Operation Next, a description will be given of a flow of overall operation in the aerial display device 1. FIG.

制御部80は、空中像2を表示する(ステップS100)。表示処理部80Aは、表示素子20の画面に画像を表示させる。光学素子40は、表示素子20からの光を反射し、空中に空中像2を結像する。 The control unit 80 displays the aerial image 2 (step S100). The display processing unit 80A displays an image on the screen of the display element 20. The optical element 40 reflects light from the display element 20 and forms the aerial image 2 in the air.

続いて、センシング素子50は、センシング動作を実行する(ステップS101)。センシング素子50に含まれる発光部51は、空中像2が表示された領域を含む検知領域53に、赤外光を出射する。 Next, the sensing element 50 performs a sensing operation (step S101). The light-emitting unit 51 included in the sensing element 50 emits infrared light to a detection area 53 including the area where the aerial image 2 is displayed.

続いて、センシング素子50は、検知領域53内に対象物が存在するか否かを監視している(ステップS102)。すなわち、センシング素子50に含まれる受光部52は、対象物で反射された赤外光を監視している。 Next, the sensing element 50 monitors whether or not an object is present within the detection area 53 (step S102). That is, the light receiving unit 52 included in the sensing element 50 monitors the infrared light reflected by the object.

センシング素子50が対象物を検知した場合(S102=Yes)、検知位置算出部80Cは、センシング素子50の検知信号に基づいて、対象物の位置を算出する(ステップS103)。 If the sensing element 50 detects an object (S102 = Yes), the detection position calculation unit 80C calculates the position of the object based on the detection signal of the sensing element 50 (step S103).

続いて、光照射判定部80Dは、対象物が設定領域内に存在するか否かを判定する(ステップS104)。設定領域は、空中像2が占める領域を意味する。設定領域の情報は、空中像2の画像に応じて予め設定され、当該情報は、記憶部81に格納されている。 Next, the light irradiation determination unit 80D determines whether or not the target object is present within the set area (step S104). The set area refers to the area occupied by the aerial image 2. Information on the set area is set in advance according to the image of the aerial image 2, and the information is stored in the storage unit 81.

対象物が設定領域内に存在する場合(S104=Yes)、光照射判定部80Dは、対象物に光を照射するように、照明装置60を制御する(ステップS105)。照明装置60の動作は、前述した通りである。 If the object is present within the set area (S104 = Yes), the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with light (step S105). The operation of the lighting device 60 is as described above.

[1-3] 第1実施形態の効果
第1実施形態によれば、対象物(例えば観察者3の指)が空中像2に触れたことを検知した場合に、観察者3の指を任意の色の光で照射することができる。これにより、空中像2に触れたことをより明確に観察者に認識させることができる。
[1-3] Advantages of the First Embodiment According to the first embodiment, when it is detected that an object (for example, the finger of the observer 3) has touched the aerial image 2, it is possible to irradiate the finger of the observer 3 with light of any color. This allows the observer to more clearly recognize that he or she has touched the aerial image 2.

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40で反射させることで、空中に空中像2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、光学素子40の素子面に平行に空中像2を表示することができる。また、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。 The aerial display device 1 can display an aerial image 2 in the air by reflecting light emitted from the display element 20 by the optical element 40. The aerial display device 1 can display the aerial image 2 in the front direction, parallel to the element surface of the optical element 40. It is also possible to realize an aerial display device 1 that can improve display quality.

また、観察者3の両眼がX方向(すなわち、複数の光学要素42が並ぶ方向)に平行、又はそれに近い状態で光学素子40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 40 with both eyes parallel to or close to the X direction (i.e., the direction in which the multiple optical elements 42 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.

[2] 第2実施形態
第2実施形態は、観察者3の指が空中像2の端部に存在する場合に、観察者3の指に、点滅する光を照射するようにしている。
[2] Second Embodiment In the second embodiment, when the finger of the observer 3 is present at the edge of the aerial image 2, a blinking light is irradiated onto the finger of the observer 3.

図16は、本発明の第2実施形態に係る光照射動作を説明する下面図(空中像2を下から見た図)である。空中表示装置1の構成は、第1実施形態と同じである。 Figure 16 is a bottom view (aerial image 2 viewed from below) explaining the light irradiation operation according to the second embodiment of the present invention. The configuration of the aerial display device 1 is the same as that of the first embodiment.

空中表示装置1は、空中像2を表示する。センシング素子50は、空中像2を含む2次元の空間領域に検知領域53を形成する。観察者3は、自身の指3Aで、空中像2を押す。この時、観察者3の指3Aの位置が空中像2の端部であるものとする。空中像2の端部は、空中像2が占める領域の外周の端部を意味する。 The aerial display device 1 displays an aerial image 2. The sensing element 50 forms a detection area 53 in a two-dimensional spatial region that includes the aerial image 2. The observer 3 presses the aerial image 2 with his or her finger 3A. At this time, the position of the observer 3's finger 3A is assumed to be the edge of the aerial image 2. The edge of the aerial image 2 refers to the outer periphery edge of the region occupied by the aerial image 2.

センシング素子50は、検知領域53に含まれる対象物(観察者3の指3A)を検知する。センシング素子50の検知結果は、検知位置算出部80Cに送られる。検知位置算出部80Cは、センシング素子50の検知結果に基づいて、対象物の位置を算出する。 The sensing element 50 detects an object (the finger 3A of the observer 3) included in the detection area 53. The detection result of the sensing element 50 is sent to the detection position calculation unit 80C. The detection position calculation unit 80C calculates the position of the object based on the detection result of the sensing element 50.

光照射判定部80Dは、検知位置算出部80Cにより算出された対象物の位置が、空中像2の端部であるか否かを判定する。対象物の位置が空中像2の端部である場合、光照射判定部80Dは、対象物に点滅する光を照射するように、照明装置60を制御する。すなわち、照明素子61-1~61-4はそれぞれ、対象物の位置に対応する発光素子63-1~63-4に、所定の色の点滅する光を発光させる。 The light irradiation determination unit 80D determines whether the position of the object calculated by the detection position calculation unit 80C is an edge of the aerial image 2. If the position of the object is an edge of the aerial image 2, the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with blinking light. That is, the lighting elements 61-1 to 61-4 each cause the light-emitting element 63-1 to 63-4 corresponding to the position of the object to emit blinking light of a predetermined color.

発光素子63-1~63-4から出射した光は、対象物(観察者3の指3A)に照射される。観察者3は、自身の指3Aに照射された所定の色かつ点滅した光を視認する。これにより、観察者3は、空中像2としての押しボタンの端部を押したことを認識できる。 The light emitted from the light-emitting elements 63-1 to 63-4 is irradiated onto the target object (the finger 3A of the observer 3). The observer 3 visually recognizes a blinking light of a specific color irradiated onto his or her finger 3A. This allows the observer 3 to recognize that he or she has pressed the end of the push button as the aerial image 2.

次に、空中表示装置1における全体動作の流れについて説明する。図17は、空中表示装置1における全体動作を説明するフローチャートである。ステップS100~S103の動作は、第1実施形態と同じである。 Next, the overall operation flow of the aerial display device 1 will be described. FIG. 17 is a flowchart explaining the overall operation of the aerial display device 1. The operations of steps S100 to S103 are the same as those in the first embodiment.

続いて、光照射判定部80Dは、対象物が設定領域の中央部に存在するか否かを判定する(ステップS200)。設定領域は、空中像2が占める領域を意味する。 Next, the light irradiation determination unit 80D determines whether or not the target object is present in the center of the set area (step S200). The set area refers to the area occupied by the aerial image 2.

対象物が設定領域の中央部に存在する場合(S200=Yes)、光照射判定部80Dは、対象物に光を照射するように、照明装置60を制御する(ステップS201)。ステップS201における光は、連続点灯した光である。 If the object is present in the center of the set area (S200 = Yes), the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with light (step S201). The light in step S201 is continuously lit light.

対象物が設定領域の中央部に存在しない場合(S200=No)、光照射判定部80Dは、対象物が設定領域の端部に存在するか否かを判定する(ステップS202)。設定領域の端部は、設定領域の中央部の周囲の領域である。 If the object is not present in the center of the set area (S200 = No), the light irradiation determination unit 80D determines whether the object is present at the edge of the set area (step S202). The edge of the set area is the area surrounding the center of the set area.

対象物が設定領域の端部に存在する場合(S202=Yes)、光照射判定部80Dは、対象物に点滅する光を照射するように、照明装置60を制御する(ステップS203)。 If the object is located at the edge of the set area (S202 = Yes), the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with blinking light (step S203).

以後、図17のフローを繰り返し、対象物が設定領域の端部から中央部に移動した場合、対象物に連続点灯した光が照射される。 Then, the flow in FIG. 17 is repeated, and if the object moves from the edge to the center of the set area, the object is illuminated with a continuous light.

第2実施形態によれば、空中像2としての押しボタンの端部を押していることを観察者3に認識させることができる。また、空中像2としての押しボタンの中央部を押していることを観察者3に認識させることができる。これにより、観察者3の指3Aを空中像2の中央部に誘導することができる。 According to the second embodiment, the observer 3 can be made to recognize that he is pressing the end of the push button as the aerial image 2. Also, the observer 3 can be made to recognize that he is pressing the center of the push button as the aerial image 2. This makes it possible to guide the finger 3A of the observer 3 to the center of the aerial image 2.

[3] 第3実施形態
第3実施形態は、空中像2の領域に対象物が存在する場合に、対象物に遠赤外光を照射するようにしている。
[3] Third Embodiment In the third embodiment, when an object exists in the area of the aerial image 2, the object is irradiated with far-infrared light.

図18は、本発明の第3実施形態に係る空中表示装置1の一部(センシング素子50及び照明装置60)を抽出した斜視図である。照明装置60以外の構成は、図1と同じである。 Figure 18 is a perspective view of a portion (sensing element 50 and lighting device 60) of an aerial display device 1 according to a third embodiment of the present invention. The configuration other than the lighting device 60 is the same as in Figure 1.

照明装置60は、筐体70の4個の側部にそれぞれ配置された4個の温感照明素子90-1~90-4を備える。温感照明素子90-1~90-4の各々は、光学素子40の上方かつ空中像2とおおよそ同じレベルに配置される。温感照明素子90-1~90-4の各々は、検知領域全体に光を照射可能なように構成される。 The lighting device 60 comprises four warm lighting elements 90-1 to 90-4 arranged on each of the four sides of the housing 70. Each of the warm lighting elements 90-1 to 90-4 is arranged above the optical element 40 and at approximately the same level as the aerial image 2. Each of the warm lighting elements 90-1 to 90-4 is configured to be able to irradiate light over the entire detection area.

図19は、温感照明素子90-1の一部領域の側面図である。温感照明素子90-2~90-4の構成は、温感照明素子90-1と同じである。 Figure 19 is a side view of a partial area of the warm lighting element 90-1. The configuration of the warm lighting elements 90-2 to 90-4 is the same as that of the warm lighting element 90-1.

温感照明素子90-1は、センシング素子50の検知領域に向けて光を照射可能なように配置される。温感照明素子90-1は、基板91と、複数の発光素子92とを備える。基板91は、一方向に延びるように構成される。基板91は、樹脂などで構成される絶縁基板と、絶縁基板の上面及び/又は内部に設けられた配線層とを備える。 The warm lighting element 90-1 is positioned so that it can irradiate light toward the detection area of the sensing element 50. The warm lighting element 90-1 includes a substrate 91 and a plurality of light-emitting elements 92. The substrate 91 is configured to extend in one direction. The substrate 91 includes an insulating substrate made of resin or the like, and a wiring layer provided on the upper surface and/or inside the insulating substrate.

複数の発光素子92は、隣接するもの同士が所定の間隔を空けるようにして、基板91が延びる方向に沿って一列に配置される。複数の発光素子92の数及び各々のサイズは、適宜設定可能である。発光素子92は、遠赤外線の波長領域の光(遠赤外光)を発光する。遠赤外光は、物質の温度を上昇させることができる。 The multiple light-emitting elements 92 are arranged in a row along the extension direction of the substrate 91 with a predetermined distance between adjacent elements. The number of the multiple light-emitting elements 92 and the size of each element can be set appropriately. The light-emitting elements 92 emit light in the far-infrared wavelength range (far-infrared light). The far-infrared light can increase the temperature of a substance.

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。 Next, we will explain the operation of the aerial display device 1 configured as described above.

図20は、光照射動作を説明する下面図(空中像2を下から見た図)である。温感照明素子90-1~90-4にそれぞれ含まれる発光素子92を、発光素子92-1~92-4と表記する。対象物(観察者3の指3A)の位置を算出するまでの動作は、第1実施形態と同じである。 Figure 20 is a bottom view (aerial image 2 viewed from below) explaining the light irradiation operation. The light-emitting elements 92 included in the warm lighting elements 90-1 to 90-4 are referred to as light-emitting elements 92-1 to 92-4. The operation up to calculating the position of the target object (finger 3A of observer 3) is the same as in the first embodiment.

光照射判定部80Dは、検知位置算出部80Cにより算出された対象物の位置が、空中像2の領域に含まれるか否かを判定する。対象物の位置が空中像2の領域に含まれる場合、光照射判定部80Dは、対象物に遠赤外光を照射するように、照明装置60を制御する。すなわち、温感照明素子90-1はそれぞれ、対象物の位置に対応する発光素子92-1~92-4に、遠赤外光を発光させる。温感照明素子90-1~90-4の各々が発光させる発光素子の数は、1個であってもよいし、2個以上であってもよい。また、温感照明素子90-1~90-4の各々が発光させる発光素子の数は、対象物の大きさに応じて設定してもよい。対象物の大きさが大きくなるにつれて、発光させる発光素子の数を増やしてもよい。 The light irradiation determination unit 80D determines whether the position of the object calculated by the detection position calculation unit 80C is included in the area of the aerial image 2. If the position of the object is included in the area of the aerial image 2, the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with far-infrared light. That is, the warm lighting element 90-1 causes the light-emitting elements 92-1 to 92-4 corresponding to the position of the object to emit far-infrared light. The number of light-emitting elements that each of the warm lighting elements 90-1 to 90-4 emits may be one or two or more. In addition, the number of light-emitting elements that each of the warm lighting elements 90-1 to 90-4 emits may be set according to the size of the object. The number of light-emitting elements that emit light may be increased as the size of the object increases.

発光素子92-1~92-4から出射した遠赤外光は、対象物(観察者3の指3A)に照射される。観察者3は、自身の指3Aが温かくなったことを認識する。これにより、観察者3は、空中像2としての押しボタンを押したことを認識できる。 The far-infrared light emitted from the light-emitting elements 92-1 to 92-4 is irradiated onto the object (the finger 3A of the observer 3). The observer 3 recognizes that his or her finger 3A has become warm. This enables the observer 3 to recognize that he or she has pressed the push button on the aerial image 2.

なお、照明素子61-1~61-4による可視光線を照射する動作は、第1及び第2実施形態と同じである。 The operation of emitting visible light by the lighting elements 61-1 to 61-4 is the same as in the first and second embodiments.

次に、空中表示装置1における全体動作の流れについて説明する。図21は、空中表示装置1における全体動作を説明するフローチャートである。ステップS100~S104の動作は、第1実施形態と同じである。 Next, the overall operation flow of the aerial display device 1 will be described. Figure 21 is a flowchart explaining the overall operation of the aerial display device 1. The operations of steps S100 to S104 are the same as those in the first embodiment.

続いて、対象物が設定領域内に存在する場合(S104=Yes)、光照射判定部80Dは、対象物に遠赤外光を照射するように、照明装置60を制御する(ステップS300)。照明装置60の動作は、前述した通りである。 Next, if the object is present within the set area (S104 = Yes), the light irradiation determination unit 80D controls the lighting device 60 to irradiate the object with far-infrared light (step S300). The operation of the lighting device 60 is as described above.

また、対象物に遠赤外光を照射する動作と並行して、対象物に可視光線を照射する動作が行われる。 In addition, in parallel with the operation of irradiating the object with far-infrared light, the operation of irradiating the object with visible light is performed.

第3実施形態によれば、空中像2としての押しボタンの端部を押していることを温度感覚によって観察者3に認識させることができる。 According to the third embodiment, the observer 3 can be made aware through a temperature sensation that he or she is pressing the end of the push button as the aerial image 2.

なお、変形例として、可視光線の照射を行わず、遠赤外光のみを照射するようにしてもよい。すなわち、照明装置60は、温感照明素子90-1~90-4のみを備え、温度感覚のみを観察者3に認識させるようにしてもよい。この変形例では、照明素子61-1~61-4による光照射は行われない。 As a modified example, only far-infrared light may be emitted without emitting visible light. In other words, the lighting device 60 may be equipped with only the warmth lighting elements 90-1 to 90-4, and the observer 3 may only sense a temperature. In this modified example, light is not emitted by the lighting elements 61-1 to 61-4.

[4] 第4実施形態
第4実施形態は、光学素子40に対して表示素子20を斜めに配置し、表示素子20と面対称の位置に空中像2を表示する構成例である。
[4] Fourth Embodiment The fourth embodiment is an example of a configuration in which the display element 20 is disposed at an angle with respect to the optical element 40 , and the aerial image 2 is displayed at a position plane-symmetrical with respect to the display element 20 .

図22は、本発明の第4実施形態に係る空中表示装置1の斜視図である。図22において、X方向は、筐体70のある1辺に沿った方向であり、Y方向は、筐体70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。図23は、空中表示装置1の一部(センシング素子50及び照明装置60)を抽出した斜視図である。 Figure 22 is a perspective view of an aerial display device 1 according to a fourth embodiment of the present invention. In Figure 22, the X direction is a direction along one side of the housing 70, the Y direction is a direction perpendicular to the X direction in the horizontal plane of the housing 70, and the Z direction is a direction perpendicular to the XY plane. Figure 23 is a perspective view of a portion of the aerial display device 1 (sensing element 50 and lighting device 60).

空中表示装置1は、バックライト10、表示素子20、光学素子40、センシング素子50、照明装置60(照明素子61-1~61-4)、及び筐体70を備える。 The aerial display device 1 includes a backlight 10, a display element 20, an optical element 40, a sensing element 50, an illumination device 60 (illumination elements 61-1 to 61-4), and a housing 70.

バックライト10及び表示素子20の構成は、第1実施形態と同じである。図22では、導光板12及び反射シート13を一体で図示している。YZ面から見て、表示素子20は、光学素子40に対して斜めに配置される。表示素子20と光学素子40とのなす角度は、例えば10度以上60度以下である。 The configuration of the backlight 10 and the display element 20 is the same as in the first embodiment. In FIG. 22, the light guide plate 12 and the reflective sheet 13 are illustrated as a single unit. When viewed from the YZ plane, the display element 20 is disposed at an angle to the optical element 40. The angle between the display element 20 and the optical element 40 is, for example, 10 degrees or more and 60 degrees or less.

光学素子40は、表示素子20からの光を受けるように配置される。光学素子40は、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で構成される。光学素子40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40は、表示素子20の画像を面対称の位置に結像し、空中に空中像を結像する。 The optical element 40 is positioned to receive light from the display element 20. The optical element 40 is composed of a dihedral corner reflector array in which dihedral corner reflectors are arranged in an array. The optical element 40 reflects light incident from the bottom side to the top side. The optical element 40 also forms an image of the display element 20 at a plane-symmetrical position, forming an aerial image in the air.

図24Aは、図22に示した光学素子40のX´Z´面における側面図である。図24Bは、図22に示した光学素子40の下面図である。図24A及び図24Bにおいて、X´方向は、光学素子40のある一辺に沿った方向であり、Y´方向は、光学素子40の面内においてX´方向と直交する方向であり、Z´方向は、X´Y´面に直交する方向である。 Figure 24A is a side view of the optical element 40 shown in Figure 22 in the X'Z' plane. Figure 24B is a bottom view of the optical element 40 shown in Figure 22. In Figures 24A and 24B, the X' direction is a direction along one side of the optical element 40, the Y' direction is a direction perpendicular to the X' direction within the plane of the optical element 40, and the Z' direction is a direction perpendicular to the X'Y' plane.

光学素子40は、基材41、及び複数の光学要素45を備える。図24Aには、1個の光学要素45の斜視図を抽出して示している。基材41と複数の光学要素45とは、アクリル樹脂などの透明な材料で構成される。基材41と複数の光学要素45とは、一体で構成されてもよいし、透明な接着材で接着されてもよい。 The optical element 40 includes a substrate 41 and a plurality of optical elements 45. FIG. 24A shows an extracted perspective view of one optical element 45. The substrate 41 and the plurality of optical elements 45 are made of a transparent material such as acrylic resin. The substrate 41 and the plurality of optical elements 45 may be integrally formed, or may be bonded with a transparent adhesive.

複数の光学要素45は、基材41の底面に設けられる。光学要素45は、直方体、又は立方体からなる。光学要素45の平面形状は、例えば正方形である。光学要素45は、2個の反射面46、47を有する。反射面46、47は、直方体の2個の側面に対応し、互いに接する。反射面46、47は、いわゆる2面コーナーリフレクタを構成する。 The multiple optical elements 45 are provided on the bottom surface of the substrate 41. The optical elements 45 are rectangular parallelepipeds or cubes. The planar shape of the optical elements 45 is, for example, a square. The optical elements 45 have two reflecting surfaces 46, 47. The reflecting surfaces 46, 47 correspond to two side surfaces of the rectangular parallelepiped and are in contact with each other. The reflecting surfaces 46, 47 form a so-called two-sided corner reflector.

光学要素45は、1辺がX´方向に対して角度θ10だけ傾くように配置される。角度θ10は、例えば45度である。なお、角度θ10は、45度に限定されず、30度以上60度以下の範囲で設定可能である。複数の光学要素45は、千鳥状に配列される。すなわち、複数の光学要素45は、1行がX方向に対して45度の方向に延び、複数行がY方向に対して45度の方向に並ぶように配置される。また、複数の光学要素45は、互いに隙間を空けて配置される。 The optical elements 45 are arranged such that one side is inclined at an angle θ 10 with respect to the X' direction. The angle θ 10 is, for example, 45 degrees. Note that the angle θ 10 is not limited to 45 degrees, and can be set within a range of 30 degrees to 60 degrees. The optical elements 45 are arranged in a staggered pattern. That is, the optical elements 45 are arranged such that one row extends in a direction at 45 degrees with respect to the X direction, and multiple rows are arranged in a direction at 45 degrees with respect to the Y direction. The optical elements 45 are also arranged with gaps between each other.

図23に示すように、照明装置60は、4個の照明素子61-1~61-4を備える。照明素子61-1~61-4は、空中像2を含む2次元の空間領域に配置され、空中像2が表示される四角形の空間領域の4つの側辺にそれぞれ配置される。照明素子61-1~61-4の構成は、第1実施形態と同じである。 As shown in FIG. 23, the lighting device 60 includes four lighting elements 61-1 to 61-4. The lighting elements 61-1 to 61-4 are arranged in a two-dimensional spatial region that includes the aerial image 2, and are arranged on the four sides of the rectangular spatial region in which the aerial image 2 is displayed. The configuration of the lighting elements 61-1 to 61-4 is the same as in the first embodiment.

センシング素子50は、空中像2を含む2次元の空間領域付近に配置され、空中像2が表示される四角形の空間領域の1つの側辺付近に配置される。センシング素子50は、空中表示装置1が生成した空中像2の一部又は全部を含む2次元の空間領域に、検知領域を形成する。センシング素子50の構成は、第1実施形態と同じである。 The sensing element 50 is disposed near the two-dimensional spatial region that includes the aerial image 2, and is disposed near one side of the rectangular spatial region in which the aerial image 2 is displayed. The sensing element 50 forms a detection region in the two-dimensional spatial region that includes part or all of the aerial image 2 generated by the aerial display device 1. The configuration of the sensing element 50 is the same as in the first embodiment.

筐体70は、センシング素子50及び照明装置60を収容する。筐体70は、空中像2を含む2次元の空間領域に配置される。すなわち、YZ面から見て、筐体70は、光学素子40の上方に配置され、光学素子40に対して斜めに配置される。筐体70は、平面視において四角形を有する。センシング素子50及び照明装置60は、筐体70の内側の面に支持部材(図示せず)を用いて取り付けられる。筐体70は、空中像2が表示される四角形の空間領域を露出する開口部71を有する。 The housing 70 houses the sensing element 50 and the lighting device 60. The housing 70 is disposed in a two-dimensional spatial region including the aerial image 2. That is, when viewed from the YZ plane, the housing 70 is disposed above the optical element 40 and disposed at an angle to the optical element 40. The housing 70 has a rectangular shape in a plan view. The sensing element 50 and the lighting device 60 are attached to the inner surface of the housing 70 using a support member (not shown). The housing 70 has an opening 71 that exposes a rectangular spatial region in which the aerial image 2 is displayed.

第4実施形態に係る空中表示装置1の動作は、第1実施形態と同じである。第4実施形態においても、第1実施形態と同じ効果を得ることができる。また、第4実施形態に、第2又は第3実施形態を適用することも可能である。 The operation of the aerial display device 1 according to the fourth embodiment is the same as that according to the first embodiment. The fourth embodiment can also achieve the same effects as those according to the first embodiment. It is also possible to apply the second or third embodiment to the fourth embodiment.

[5] 変形例
上記各実施形態では、照明装置60が4個の照明素子61-1~61-4を備える構成について示している。しかし、この構成に限定されず、照明装置60が1個の照明素子61を備えていてもよいし、2個以上の照明素子61を備えていてもよい。温感照明素子90-1~90-4についても同様である。
[5] Modifications In each of the above embodiments, the lighting device 60 is configured to include four lighting elements 61-1 to 61-4. However, the present invention is not limited to this configuration, and the lighting device 60 may include one lighting element 61 or two or more lighting elements 61. The same applies to the warm lighting elements 90-1 to 90-4.

第1実施形態では、表示素子20と光学素子40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40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40とのなす角度は、例えば、10度以上60度以下に設定される。この変形例では、配向制御素子30を省略できる。 In the first embodiment, the display element 20 and the optical element 40 are arranged parallel to each other. However, this is not limited to the above, and the display element 20 may be arranged at an angle to the optical element 40. The angle between the display element 20 and the optical element 40 is set to, for example, 10 degrees or more and 60 degrees or less. In this modified example, the orientation control element 30 can be omitted.

第1実施形態では、光学要素42の左側の側面が入射面43、右側の側面が反射面44として定義している。しかし、これに限定されず、入射面43と反射面44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 first embodiment, the left side of the optical element 42 is defined as the incident surface 43, and the right side is defined as the reflective surface 44. However, this is not limited to this, and the incident surface 43 and the reflective surface 44 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、バックライト10は不要である。 In each of the above embodiments, a liquid crystal display element is used 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 backlight 10 is not required.

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…バックライト、11…光源部、12…導光板、13…反射シート、20…表示素子、30…配向制御素子、31,32…基材、33…透明部材、34…遮光部材、40…光学素子、41…基材、42…光学要素、43…入射面、44…反射面、45…光学要素、46,47…反射面、50…センシング素子、51…発光部、52…受光部、53…検知領域、60…照明装置、61-1~61-4…照明素子、62…基板、63…発光素子、64…基板、65B…青色LED、65G…緑色LED、65R…赤色LED、66-1,66-2…リードフレーム、67…封止樹脂、70…筐体、71…開口部、80…制御部、80A…表示処理部、80B…情報処理部、80C…検知位置算出部、80D…光照射判定部、81…記憶部、82…入出力インターフェース、83…表示部、84…入力部、85…バス、90-1~90-4…温感照明素子、91…基板、92…発光素子。
1...aerial display device, 2...aerial image, 3...observer, 10...backlight, 11...light source unit, 12...light guide plate, 13...reflective sheet, 20...display element, 30...orientation control element, 31, 32...substrate, 33...transparent member, 34...light-shielding member, 40...optical element, 41...substrate, 42...optical element, 43...incident surface, 44...reflective surface, 45...optical element, 46, 47...reflective surface, 50...sensing element, 51...light-emitting unit, 52...light-receiving unit, 53...detection area, 60...illumination device, 61-1 to 61-4...illumination element, 62 ...substrate, 63...light-emitting element, 64...substrate, 65B...blue LED, 65G...green LED, 65R...red LED, 66-1, 66-2...lead frame, 67...sealing resin, 70...housing, 71...opening, 80...control unit, 80A...display processing unit, 80B...information processing unit, 80C...detection position calculation unit, 80D...light irradiation determination unit, 81...memory unit, 82...input/output interface, 83...display unit, 84...input unit, 85...bus, 90-1 to 90-4...warm lighting element, 91...substrate, 92...light-emitting element.

Claims (12)

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、
前記空中像を含む空間領域に検知領域を形成し、前記検知領域内の対象物を検知するセンシング素子と、
前記対象物が前記空中像の領域に存在する場合に、前記対象物に光を照射する照明素子と、
を具備する空中表示装置。
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 sensing element that forms a detection area in a spatial region including the aerial image and detects an object within the detection area;
a lighting element that irradiates light onto the object when the object is present in the area of the aerial image;
An aerial display device comprising:
前記照明素子は、前記検知領域の面に沿って並んだ複数の第1発光素子を含む
請求項1に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 1 , wherein the lighting element includes a plurality of first light-emitting elements arranged along a surface of the detection area.
前記複数の第1発光素子のうち前記対象物の位置に対応する1個の発光素子を発光させる判定部をさらに具備する
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 determination unit that causes one of the plurality of first light-emitting elements corresponding to the position of the target object to emit light.
前記照明素子は、前記対象物が前記空中像の領域の端部に存在する場合に、前記対象物に点滅する光を照射する
請求項1に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 1 , wherein the lighting element illuminates the object with a blinking light when the object is present at an edge of the area of the aerial image.
前記対象物が前記空中像の領域に存在する場合に、前記対象物に遠赤外光を照射する温感照明素子をさらに具備する
請求項1に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 1 , further comprising a warm lighting element that irradiates the object with far-infrared light when the object is present in the area of the aerial image.
前記温感照明素子は、前記検知領域の面に沿って並んだ複数の第2発光素子を含む
請求項5に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 5 , wherein the warm lighting element includes a plurality of second light-emitting elements arranged along a surface of the detection area.
前記複数の第2発光素子のうち前記対象物の位置に対応する1個の発光素子を発光させる判定部をさらに具備する
請求項6に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 6 , further comprising a determination unit that causes one of the plurality of second light-emitting elements corresponding to the position of the target to emit light.
前記センシング素子は、前記検知領域に向けて光を発光する発光部と、前記対象物で反射された反射光を受光する受光部とを含む
請求項1に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 1 , wherein the sensing element includes a light-emitting section that emits light toward the detection area and a light-receiving section that receives light reflected by the object.
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する
請求項1に記載の空中表示装置。
The aerial display device according to claim 1 , 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.
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に対して傾いている
請求項10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 10 , wherein the plurality of light blocking members are inclined with respect to a normal to the alignment control element.
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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