JPWO2016088683A1

JPWO2016088683A1 - 空中像表示装置

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Publication number: JPWO2016088683A1
Application number: JP2016562426A
Authority: JP
Inventors: 裕紹山本
Original assignee: L.L.C., SN PARTNERS; Higashiyama Film Co Ltd
Current assignee: L.L.C., SN PARTNERS; Higashiyama Film Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: US20170261759A1; EP3229059A4; WO2016088683A1; EP3229059A1; CN107111149A; JP6698990B2

Abstract

本発明は、十分な輝度が得られ、高画質な空中像の表示を可能にする空中像表示装置を提供することを目的とする。本発明の空中像表示装置（２１０）は、画像表示装置（１）、ハーフミラー（２）、再帰性反射材（３）を有し、ハーフミラー（２）が反射型偏光板であり、反射型偏光板（２）と再帰性反射材（３）の間にλ／４板（６）を有し、再帰性反射材（３）の偏光維持度が５０％以上である。

Description

本発明は、再帰性反射材を用いた空中像表示装置に関する。

画像表示装置からの表示画像を空中に結像することで、空中に画像を表示する空中像表示装置が近年注目されている。

空中像表示装置は、画像を結像するための結像素子を必要とする。
そして、微小な二面コーナーリフレクタをアレイ化したマイクロミラー結像素子を用いた空中像表示装置や、ハーフミラーと再帰性反射材の組み合わせによる再帰性反射結像素子を用いた空中像表示装置等が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４を参照）。

マイクロミラー結像素子を用いた空中像表示装置は、高精細かつ高輝度な空中像を提供することができる。
しかし、マイクロミラー結像素子を用いた空中像表示装置は、視野角特性が狭いこと、奇数回反射光による迷光が見えてしまうこと、さらに、数百μｍ単位の規則的なパターンを成型しなければならないため、結像素子が非常に高価であり、かつ結像素子の大面積化が困難であること、が問題として挙げられる。

再帰性反射結像素子を用いた空中像表示装置は、マイクロミラー結像素子を用いた空中像表示装置に生じる上述した問題を解決することができる。
しかし、再帰性反射結像素子を用いた空中像表示装置は、空中像の輝度が低いことが問題として挙げられる。

そこで、再帰性反射結像素子を用いた空中表示装置において、ハーフミラーとして偏光を特異的に反射する反射型偏光板により、空中像の光の利用効率を上げて輝度を向上させる検討がなされている（例えば、特許文献５〜特許文献６参照）。

特開昭５６−１５８３２０号公報特表昭５９−５００１８９号公報国際公開第２００７／１１６６３９号国際公開第２００９／１３１１２８号特表平９−５０６７１７号公報米国特許第３６２０５９２号明細書

しかしながら、特許文献５〜特許文献６で好ましいと記載されているプリズム型再帰性反射材を用いた場合、空中像表示装置の空中像の輝度は十分なレベルとは言えない。

本発明は、再帰性反射材を用いた空中像表示装置において、十分な輝度が得られ、高画質な空中像の表示を可能にするものである。

本発明の空中像表示装置は、下記の構成を有する。
［１］画像表示装置、ハーフミラー、再帰性反射材を有する空中像表示装置であって、前記ハーフミラーが反射型偏光板であり、前記反射型偏光板と前記再帰性反射材の間にλ／４板を有し、前記再帰性反射材の偏光維持度が５０％以上である空中像表示装置。
［２］前記再帰性反射材の反射率が１５％以上である［１］の空中像表示装置。
［３］前記画像表示装置の出射光が偏光である［１］又は［２］の空中像表示装置。
［４］前記再帰性反射材の広がり率αが１．２０％／ｍｍ未満の［１］〜［３］のいずれかの空中像表示装置。
［５］前記反射型偏光板と観察者の間に吸収型偏光板を有する［１］〜［４］のいずれかの空中像表示装置。
［６］前記画像表示装置と前記ハーフミラーの間に偏光解消素子を有する［１］〜［５］のいずれかの空中像表示装置。

本発明によれば、再帰性反射材を用いた空中像表示装置において、高画質な空中像表示装置を実現することができる。より具体的には、上記手段［１］〜［３］により高輝度な空中像表示装置を実現することができる。さらに、上記手段［４］により精細度を向上することができる。また、上記手段［５］によりコントラストを向上することができる。また、上記手段［６］により色味を改良することができる。

本発明の空中像表示装置の一般的な構成を示す概略図である。本発明の空中像表示装置の一般的な構成を示す概略図である。遮光壁を設けた空中像表示装置の一形態を示す概略図である。遮光壁を設けた空中像表示装置の他の形態を示す概略図である。遮光壁を設けた空中像表示装置のさらに他の形態を示す概略図である。吸収型偏光板を設けた空中像表示装置の形態を示す概略図である。画像表示装置に偏光解消素子を設けた空中像表示装置の形態を示す概略図である。再帰性反射材の偏光維持度の測定用の光学系の概略図である。再帰性反射材の反射率の測定用の光学系の概略図である。Ａ、Ｂ再帰性反射材の広がり率の測定用の光学系の概略図である。Ａ、Ｂ屈折率２．０のマイクロビーズを用いた再帰性反射材の一例の概略図である。実施例の空中像表示装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の空中像表示装置の一般的な構成の概略図（側方から見た図）を、図１及び図２に示す。
図１及び図２に示す空中像表示装置は、いずれも、画像表示装置１、ハーフミラー２、再帰性反射材３、λ／４板６を有して構成されている。
図１に示す空中像表示装置２１０は、画像表示装置１から出射された画像光がハーフミラー２によって反射される方向に、再帰性反射材３が配置されている構成である。図１に示す空中像表示装置２１０では、再帰性反射材３で再帰性反射された画像光が再度ハーフミラー２に到達して、ハーフミラー２を透過した画像光が空中像４となって結像される。
図２に示す空中像表示装置２２０は、画像表示装置１から出射された画像光がハーフミラー２を透過する方向に、再帰性反射材３が配置されている構成である。図２に示す空中像表示装置２２０では、再帰性反射材で再帰性反射された画像光が再度ハーフミラー２に到達して、ハーフミラー２を反射した画像光が空中像４となって結像される。
なお、空中像４は、画像表示装置１のハーフミラー２に対する面対称位置に結像された実像である。
そして、各空中像表示装置２１０，２２０において、再帰性反射材３の表面に、λ／４板６が設けられている。

本発明の空中像表示装置は、図１及び図２に示した空中像表示装置２１０，２２０において、ハーフミラー２を反射型偏光板である構成とし、また、再帰性反射材３の偏光維持度が５０％以上、好ましくは９５％以上である構成とする。
ハーフミラー２が反射型偏光板であり、再帰性反射材３の表面にλ／４板６が設けられ、再帰性反射材３の偏光維持度が５０％以上、好ましくは９５％以上であることにより、高い輝度を実現することができる。
ハーフミラー２を反射型偏光板として、再帰性反射材３上にλ／４板６を設けたことにより、画像表示装置１からハーフミラー２を経て再帰性反射材３に入った光は、その偏光の方向がλ／４板６によって変えられて、ハーフミラー２の反射型偏光板に再度入射した際に、画像表示装置１からの入射光と効率良く偏光分離されるので、空中像の輝度を向上することができる。
また、さらに、再帰性反射材３上に透明粘着剤を介してλ／４板６が貼合させた構成とすると、再帰性反射材３とλ／４板６の界面での反射が抑制され、これによっても、空中像の輝度を向上することができる。
なお、本発明の空中像表示装置は、λ／４板を再帰性反射材上に設けた構成には限定されず、ハーフミラーと再帰性反射材の中間にλ／４板を設けた構成とすることも可能である。

以下、本発明の空中像表示装置の各部の構成について説明する。

（ハーフミラー）
ハーフミラーは、入射した光の一部を反射し、残りの一部を透過する光学素子である。ハーフミラーの正反射率Ｒｐと平行光線透過率Ｔｐの積を大きくすれば、空中像の輝度を向上させることができる。具体的には、吸収が小さい無色透明板や、ハーフミラーとしては一般的な金属薄膜板、誘電体多層板、直交する２つの偏光に分離できる反射型偏光板が挙げられる。
本発明の空中像表示装置では、ハーフミラーとして反射型偏光板を用いる。

反射型偏光板は、反射面と非反射面を有する。よって、図１に示す空中像表示装置２１０では反射面が下側に、図２に示す空中像表示装置２２０では反射面が上側になるように設置される。

なお、ハーフミラーの反りやカールを抑えるために、ハーフミラーの反射型偏光板に透明粘着剤を介して無色透明板を貼り合わせても良い。
この構成の無色透明板としては、無色で透明なものであれば特に限定されないが、屈折率異方性の小さいものが好ましい。より具体的には、アクリルフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリオレフィンフィルム等のプラスチックフィルムや、アルカリガラス、石英ガラス、化学強化ガラス、アルミナガラス等のガラス板が挙げられる。

なお、本発明において、「ハーフミラー」とは、画像表示装置からの入射光と、再帰性反射材からの反射光とを、異なる方向に分離する作用を有する光学部品を指す。
そして、単独で用いた場合にハーフミラーとして作用する光学部品を複数貼り合わせて積層構造とした場合に、上述した入射光と反射光を分離する作用を有するのは、複数の光学部品のうち最も画像表示装置側に配置されたものである。例えば、反射型偏光板と、ハーフミラーとして作用する無色透明板とを貼合して積層構造として、反射型偏光板を画像表示装置側に配置した場合には、無色透明板はハーフミラーとして作用しないため、本発明において、この積層構造の無色透明板は「ハーフミラー」とは呼ばない。

（反射型偏光板）
反射型偏光板として具体的には、Ｐ偏光とＳ偏光の直線偏光を分離する一軸延伸誘電体多層板やワイヤーグリッド偏光板、右円偏光と左円偏光の円偏光を分離するコレステリック液晶板が挙げられる。一軸延伸誘電体多層板の市販品としては、例えば、ＤＢＥＦ（３Ｍ社製）、ＡＰＣＦ（輝度向上フィルム）付偏光板（日東電工社製）等が挙げられる。ワイヤーグリッド偏光板の市販品としては、例えば、ＷＧＦ（旭化成イーマテリアルズ社製）、ＰｒｏＦｌｕｘＰＰＬ０２（Ｍｏｘｔｅｋ社製）等が挙げられる。コレステリック液晶板の市販品としては、例えば、ニポックスＡＰＣＦ（日東電工社製）等が挙げられる。

（λ／４板）
λ／４板を再帰性反射材上に設置することにより、空中像の輝度を向上させることができる。また、λ／４板を再帰性反射材上に透明粘着剤を介して貼合することで、界面での反射を低減して輝度を向上させることができる。
ここで、逆波長分散タイプは順分散タイプに比べて、画像表示装置の色味と空中像の色味をより近くすることができるので好ましい。λ／４板の市販品としては、正波長分散タイプのエルメックＲ１４０、エルメックＲ４０−＃１４０（以上、カネカ社製）、ピュアエースＧＴ−１３８、ピュアエースＧＲ−１３８、ピュアエースＴＴ−１４０、ピュアエースＧＳ−１２０（以上、帝人社製）等や、逆波長分散タイプのピュアエースＷＲＳ−１４８、ピュアエースＷＲＷ−１４２（以上、帝人社製）等が挙げられる。

（再帰性反射材）
本発明の空中像表示装置の再帰性反射材は、ＪＩＳＺ８７１３：１９９５で定義されている再帰性反射材を意味しており、広い照射角にわたって、反射光のほとんどが入射光の光路にほぼ沿う方向に選択的に戻る反射材料を意味する。
再帰性反射材は、交通の安全及び交通の円滑化を図るための道路標識、夜間又は暗所における災害防止のための保安機材として広く使用されており、主にプリズム型又はマイクロビーズ型に分類される様々な色味の商品が数多く市販されている。
プリズム型の市販品としては、ニッカライトクリスタルグレード（日本カーバイド社製）、ダイヤモンドグレードＤＧ超高輝度反射シート２０９０／４０９０（３Ｍ社製）、リフレクサイト１８６０５（オラフォル社製）等が挙げられる。
また、マイクロビーズ型の市販品としては、スコッチカル反射シート１５７０、スコッチカル反射シート６８０−１０／８５、スコッチライトハイゲイン７６１０、スコッチライト反射布８９１０（以上、３Ｍ社製）、キワライト＃１９５１３（紀和化学工業社製）、スパークライトＭＲ５０１、スパークライトＭＲ７１８ＢＴ（以上、ユニチカスパークライト社製）、レフライト９３０１、レフライト８３１８（以上、レフライト社製）などが挙げられる。
さらに、再帰性反射材に対して３次元的な形状を付与することにより、３次元空中像を表示することが可能になる。

（吸収型偏光板）
本発明の空中像表示装置において、さらに、吸収型偏光板をハーフミラー上に設置することにより、空中像のコントラストを向上させることができる。また、ハーフミラー上に透明粘着剤を介して貼合することで、界面の反射を低減して輝度を向上させることができる。
コントラストを向上させるためには、単に光量を下げるためのＮＤフィルターでも効果が見られるが、吸収型偏光板であることが好ましく、吸収型偏光板の市販品としては、ＮＰＦ−Ｆ１２０５ＤＵ、ＮＰＦ−ＦＷ１２２５ＤＵ、ＮＰＦ−Ｇ１２２０ＤＵＮ、ＮＰＦ−ＥＧＷ１２２５ＤＵ、ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２５ＤＵ、ＮＰＦ−ＴＥＧ１４６５ＤＵ（以上、日東電工社製）、スミカランＳＲ−Ｗ８４２、スミカランＳＲ−Ｗ８６２Ａ、スミカランＳＲ−Ｆ８６２（以上、住友化学社製）等が挙げられる。
また、吸収型偏光板の貼合工程を省くことができることから、吸収型偏光板付反射型偏光板を用いることがより好ましく、吸収型偏光板付反射型偏光板の市販品としては、ＤＢＥＦ−Ｑ（３Ｍ社製）、ＡＰＣＦ付偏光板、ニポックスＡＰＣＦ（以上、日東電工社製）等が挙げられる。

なお、吸収型偏光板を設置する場合には、反射型偏光板の非反射面側に設置することが必須であり、反射型偏光板と吸収型偏光板の間に無色透明板を設置しても構わない。ただし、界面の反射を低減して輝度を向上させるために、透明粘着剤を介してこれらを貼合することが好ましい。

さらに、吸収型偏光板の透過軸と反射型偏光板の透過軸の方向を考慮することが必要である。図１に示す空中像表示装置２１０では、吸収型偏光板の透過軸と反射型偏光板の透過軸の方向が平行となるように、図２に示す空中像表示装置２２０では、吸収型偏光板の透過軸と反射型偏光板の透過軸の方向が直交となるように設置する必要がある。

ここで、吸収型偏光板を設けた形態を、図６に示す。
図６に示す空中像表示装置２６０は、図１に示した空中像表示装置２１０の構成に対して、さらに、反射型偏光板であるハーフミラー２上に吸収型偏光板７を設けた構成である。

ハーフミラー２上に吸収型偏光板７を設けたことにより、再帰性反射材３からの反射光が吸収型偏光板７を１回だけ透過するのに対して、ハーフミラー２に入射した外光は吸収型偏光板７を２回透過する。これにより、外光が大幅に減光されるので、再帰性反射材３からの反射光のコントラストを向上することができる。
なお、吸収型偏光板は、図１に示した空中像表示装置２１０の構成に限らず、本発明の範囲内の他の構成の空中像表示装置にも適用することができる。
また、本発明の空中像表示装置は、吸収型偏光板をハーフミラー上に設けた構成には限定されない。例えば、ハーフミラーと観察者の中間に吸収型偏光板を設けた構成とすることも可能である。ただし、外光が吸収型偏光板を２回透過するような位置に、吸収型偏光板を配置する必要がある。

（遮光壁）
また、空中像のコントラストを向上する方法として、例えば図３〜図５にそれぞれ示すように、空中像の結像位置の周りに外光を遮るための遮光壁５を設置することが挙げられる。

図３に示す空中像表示装置２３０は、図１に示した空中像表示装置２１０の周囲に遮光壁５を設けた形態である。遮光壁５の側面は上下方向に形成され、遮光壁５の底面は水平方向に形成され、遮光壁５の上面は、ハーフミラー２から空中像４までの上を覆って斜め方向に形成されている。
図４に示す空中像表示装置２４０は、図２に示した空中像表示装置２２０の周囲に遮光壁５を設けた形態である。遮光壁５の側面は上下方向に形成され、遮光壁５の底面及び上面は水平方向に形成され、遮光壁５の上面は、ハーフミラー２から空中像４までの上を覆っている。
図５に示す空中像表示装置２５０は、図１に示した空中像表示装置２１０の周囲に遮光壁５を設けた形態であり、図３に示した空中像表示装置２３０から遮光壁５の上面を除いた構成である。
なお、遮光壁を設けた構成は、図３〜図５に示した形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変形することが可能である。

（偏光解消素子）
本発明の空中像表示装置において、さらに、偏光解消素子を画像表示装置上に設置することにより、空中像表示装置における空中像の色味の変化（虹ムラ）を改善することができる。ここで、空中像の色味の変化（虹ムラ）とは、画像表示装置中のタッチセンサーフィルム等によって、空中像に緑色やマゼンタ色のムラが発生してしまう現象を意味する。この現象が発生してしまう画像表示装置としては、例えば、ｉＰｈｏｎｅ５Ｓ、ｉＰｈｏｎｅ５Ｃ（以上、アップル社製）、ＸｐｅｒｉａＡ２（ソニーエリクソン社製）、ＡＱＵＯＳＺＥＴＡＳＨ−０４Ｆ（シャープ社製）等が挙げられる。
偏光解消素子の市販品としては、コスモシャインＳＲＦ（東洋紡社製）、偏光解消粘着剤（長瀬産業社製）が挙げられる。コスモシャインＳＲＦ（東洋紡社製）の場合、画像表示装置上に粘着剤を貼合することにより、界面の反射を低減して輝度を向上させることができる。また、偏光解消粘着剤の場合、無色透明板と画像表示装置とを、偏光解消粘着剤を介して貼合することで使用される。

ここで、偏光解消素子を設けた形態を、図７に示す。
図７に示す空中像表示装置２７０は、図１に示した空中像表示装置２１０の構成に対して、さらに、画像表示装置１上に偏光解消素子８を設けた構成である。
画像表示装置１上に偏光解消素子８を設けたことにより、空中像の色味を改善することができる。
なお、偏光解消素子は、図１に示した空中像表示装置２１０の構成に限らず、本発明の範囲内の他の構成の空中像表示装置にも適用することができる。
また、本発明の空中像表示装置は、偏光解消素子を画像表示装置上に設けた構成には限定されず、画像表示装置とハーフミラーの中間に偏光解消素子を設けた構成とすることも可能である。

（再帰性反射材の偏光維持度）
本発明の空中像表示装置では、ハーフミラーとして反射型偏光板を用いているため、空中像の輝度を向上させるために、再帰性反射材の偏光維持度が高いことが好ましく、より具体的には、前述したように、５０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。

ここで、再帰性反射材の偏光維持度は、例えば、図８に示す光学系を用いて、測定されるＩｐ，Ｉｃに対して、Ｉｐ／（Ｉｃ＋Ｉｐ）として定義される。
そして、図８に示す光学系において、ＬＥＤ光源１０、ハーフミラー２、再帰性反射材３、輝度計１２と、さらに、ＬＥＤ光源１０とハーフミラー２の間の第１の吸収型偏光板１５と、ハーフミラー２と空中像４の間の第２の吸収型偏光板１５を備え、ＬＥＤ光源１０と再帰性反射材３の距離Ｄ１を１７５ｍｍ、再帰性反射材３とハーフミラー２の距離Ｄ２を７５ｍｍ、ＬＥＤ光源１０とハーフミラー２の距離Ｄ３を７５ｍｍとする。
ここで、図８に示す光学系において、２つの吸収型偏光板１５の透過軸の方向が一致するように配置した際に、輝度計１２で測定した空中像の輝度値がＩｐ、２つの吸収型偏光板１５の透過軸の方向が直交となるように配置した際の輝度値がＩｃである。

（再帰性反射材の反射率）
空中像の輝度を向上させるためには、再帰性反射材の反射率は高い方が好ましく、より具体的には１５％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。また、単色の空中像にならないようにするため、再帰性反射材の色味はシルバー、ホワイトもしくは黒であることが好ましく、反射率の高いシルバー及びホワイトがより好ましく、正面反射率の高いシルバーが最も好ましい。

再帰性反射材の反射率は、例えば、図９に示す光学系を用いて、測定することができる。図９に示す光学系は、光源１１、照度計１６、ビームスプリッタ１３、反射材１４を備え、光源１１から出射した光がビームスプリッタ１３で反射され、さらに反射材１４で反射され、反射材１４からの反射光がビームスプリッタ１３を透過して、照度計１６で輝度が測定される構成である。
再帰性反射材の反射率Ｒは、図９に示す光学系において、反射材１４としてミラーを置いた場合の輝度をＩｍ、反射材１４として再帰性反射材を置いた場合の輝度をＩｒ、ミラーの絶対反射率をＲｍとした場合、Ｒ＝Ｉｒ×Ｒｍ／Ｉｍで定義される。

（再帰性反射材の広がり率）
高精細かつ高輝度な空中像を実現するためには、一般的にはプリズム型の再帰性反射材を用いることが好ましいが、本発明においては、プリズム型がマイクロビーズ型よりも高精細になるという一般論ではなく、好ましくは再帰性反射材の広がり率α＜１．２０％／ｍｍ、より好ましくは広がり率α＜１．００％／ｍｍとなる再帰性反射材を用いることで、空中像を高精細にできることを確認した。
広がり率α＜１．２０％／ｍｍの再帰性反射材の市販品として、より具体的には、プリズム型のニッカライトクリスタルグレード白（日本カーバイド社製）、リフレクサイト１８６０５（オラフォル社製）等が挙げられるが、この中では、ニッカライトクリスタルグレード白（日本カーバイド社製）が最も好ましい。

（屈折率２．０のマイクロビーズを用いた再帰性反射材）
また、屈折率約２．０のマイクロビーズを用いた再帰性反射材を使用することによって、本発明の空中像をさらに高精細にすることができる。
屈折率２．０のマイクロビーズを用いた再帰性反射材の一例の概略図を、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。図１１Ａは平面図であり、図１１Ｂは断面図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、基板２１上の樹脂層２２に屈折率約２．０のマイクロビーズ２３が配置され、ビーズ２３の下部が樹脂層２２に埋め込まれている。マイクロビーズ２３は、図１１Ａに示すように、樹脂層２２の上に二次元最密構造で配置されている。また、図１１Ｂに示すように、マイクロビーズ２３の下半分には、反射層２４が形成されている。
屈折率２．０のマイクロビーズとして、屈折率が約２．０のビーズであれば特に限定されないが、屈折率２．０に近い方が好ましい。市販品としてより具体的には、屈折率１．９のマイクロビーズＫ−ＰＳＦｎ１や屈折率２．０のマイクロビーズＫ−ＰＳＦｎ２（以上、住田光学ガラス社製）等があげられ、Ｋ−ＰＳＦｎ２が好ましい。

ここで、本発明における、広がり率αは、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す光学系において測定されるＳ、Ｓ０、Ｌ０に対して、α＝Ｓ／Ｓ０／Ｌ０として定義される。
そして、図１０Ａに示す光学系は、ＬＥＤ光源１０、ハーフミラー２、再帰性反射材３，スクリーン１７を備え、ＬＥＤ光源１０と再帰性反射材３の距離Ｄ１を１７５ｍｍ、再帰性反射材３とハーフミラー２の距離Ｄ２を７５ｍｍ、ＬＥＤ光源１０とハーフミラー２の距離Ｄ３を１００ｍｍとする。
まず、Ｓは、図１０Ａに示す光学系において、空中像４の位置にスクリーン１７を配置して測定した、空中像４の大きさである。
次に、Ｌ０は、図１０Ｂに示す光学系において、ＬＥＤ光源１０から空中像４までの最短光路であり、Ｌ０＝（Ｄ２＋Ｄ３）／ｃｏｓ（ａｒｃｔａｎ（Ｄ１／（Ｄ２＋Ｄ３）））で求められる。距離Ｄ１〜Ｄ３を上述したそれぞれの値としたことから、Ｌ０は２４７ｍｍとなる。
最後に、Ｓ０は、ＬＥＤ光源１０の大きさであり、図１０Ｂに示す光学系において、ＬＥＤ光源１０とスクリーン１７の距離Ｄを変化させながらスクリーン１７上の像の大きさＴを測定し、Ｄに対するＴを線形近似したときの距離Ｄ＝０に外挿したゼロ切片をＳ０と定義した。

（画像表示装置）
本発明に係る画像表示装置とは、静止画又は動画の映像信号を表示する機器であり、ブラウン管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等が挙げられる。特に、本発明の空中像表示装置は大型化に適しており、空中像看板としての用途等が考えられる。この、空中像看板としては、明るい外光の環境下でも視認しやすい、輝度が高いＬＥＤディスプレイが好ましい。ＬＥＤディスプレイは解像度を高くすることはできないものの、看板などの遠くから観察する用途では好ましい。また、近年、ハコビジョン（バンダイ社製）のような、個人のスマートフォンやタブレットを利用する玩具ディスプレイが注目されており、本発明の空中像表示装置はこのような用途にも適用できる。この場合、スマートフォンやタブレットに広く採用されているＬＣＤや有機ＥＬディスプレイが好ましい。

なお、本発明の空中像表示装置では、ハーフミラーとして反射型偏光板を用いるので、画像光が直線偏光もしくは円偏光である画像表示装置を選定することが好ましい。このことにより、ハーフミラーにおける反射率Ｒｐを最大にすることができる。直線偏光である画像表示装置の市販品としては、ＸｐｅｒｉａＺ２（ソニーエリクソン社製）、ＮＥＸＵＳ５（Ｇｏｏｇｌｅ社製）等が挙げられ、円偏光である市販品はＧａｌａｘｙＳ５（Ｓａｍｓｕｎｇ社製）等が挙げられる。

上述した、空中像表示装置の各部の構成や図示した各形態の構成は、互いに矛盾しない限り、本発明の範囲内において適宜組み合わせることが可能である。

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、構成、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。

（偏光維持度の測定）
各種再帰性反射材の偏光維持度を測定するに当たって、図８に示した光学系において、ＬＥＤ光源１０として波長５２８ｎｍの砲弾型緑色ＬＥＤを、ハーフミラー２としてプレート型Ｂ／Ｓ５０Ｒ／５０Ｔ（エドモンド・オプティクス社製）を、２つの吸収型偏光板１５としてＳＰＦ−３０Ｃ−３２（シグマ光機社製）、輝度計１２としてＣＳ−２０００（コニカミノルタ社製）を使用した。

（反射率の測定）
各種再帰性反射材の反射率を測定するに当たって、図９に示した光学系において、Ｈｅ−Ｎｅ光源１１として波長６３２．８ｎｍの赤色レーザー０５ＬＨＰ１１１（メレスグリオ社製）を、照度計１６としてＬＸ２（三和電機計器社製）を、ビームスプリッタ１３としてプレート型Ｂ／Ｓ５０Ｒ／５０Ｔ（エドモンド・オプティクス社製）を、ミラーとして広帯域誘電体ミラーＢＢ１−Ｅ０２（ソーラボ社製）を使用した。ここで、波長６３２．８ｍｍにおけるミラーの絶対反射率Ｒｍは、ソーラボ社カタログ値から９９．１％とした。

（広がり率の測定）
各種再帰性反射材の広がり率を測定するに当たっては、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した各光学系において、ＬＥＤ光源１０として波長５２８ｎｍの砲弾型緑色ＬＥＤを、ハーフミラー２としてプレート型Ｂ／Ｓ５０Ｒ／５０Ｔ（エドモンド・オプティクス社製）を使用した。ここで、ＬＥＤ光源１０の大きさＳ０を測定したところ、１．７ｍｍであった。

（画像表示装置Ａの作製）
偏光解消素子コスモシャインＳＲＦ８０μｍ（東洋紡社製）を、高透明性接着剤転写テープ８１７２ＣＬ（３Ｍ社製）を介して、ｉＰｈｏｎｅ５Ｓ（アップル社製）に貼合した画像表示装置Ａを作製した。

（画像表示装置Ｂの作製）
スミペックス０００（住化アクリル販売社製）を、偏光解消粘着剤（長瀬産業社製）を介して、ｉＰｈｏｎｅ５Ｓ（アップル社製）に貼合した画像表示装置Ｂを作製した。

（反射型偏光板Ａの作製）
高透明性接着剤転写テープ８１７２ＣＬ（３Ｍ社製）を介して、反射型偏光板ＷＧＦ（旭化成イーマテリアルズ社製）の非反射面と吸収型偏光板ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２５ＤＵ（日東電工社製）を貼合した反射型偏光板Ａを作製した。ここで、反射型偏光板ＷＧＦの透過軸の方向と吸収型偏光板ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２５ＤＵの透過軸の方向が平行となるようにした。

（反射型偏光板Ｂの作製）
高透明性接着剤転写テープ８１７２ＣＬ（３Ｍ社製）を介して、吸収型偏光板付反射型偏光板ＤＥＢＦ−Ｑ（３Ｍ社製）の吸収型偏光板の面とスミペックス０００（住化アクリル販売社製）を貼合した反射型偏光板Ｂを作製した。

（再帰性反射材Ａの作製）
直径２ｍｍ、屈折率ｎ＝２．０のガラスビーズＫ−ＰＳＦｎ２（住田光学ガラス社製）１６８個を、アセトン及びエタノールで各１０分間超音波洗浄し、同様の方法で洗浄したガラス板上に等間隔に並べた。次に、アセトンで超音波洗浄したアルミ片１ｇと共に真空蒸着機内にセットし、１．８μＴｏｒｒまで真空引きした後に電流を流して、ガラスビーズの片面にアルミ蒸着を行って反射層を形成した。
スライドガラスＳ１１１１（松浪硝子工業社製）を２４ｍｍにカットした後、アセトン及びエタノールで各１０分間超音波洗浄し、紫外線硬化型の光学接着剤ＮＯＡ６１（ノーランド・プロダクツ社製）を０．５ｍｍ厚となるように塗工した。次に、アルミ蒸着をしたガラスビーズ１６８個を、アルミ蒸着面が下になり、また、二次元最密構造となるように、スライドガラス上に敷き詰め、出力１８０Ｗの紫外線照射装置ＦＰ−３５Ｌ（ビルバー・ルーマット社製）を用いて２０分間照射して光学接着剤を硬化させることにより、再帰性反射材Ａを作製した。

（再帰性反射材Ｂの作製）
直径２ｍｍ、屈折率ｎ＝２．０のガラスビーズＫ−ＰＳＦｎ２の代わりに、直径２ｍｍ、屈折率ｎ＝１．９のガラスビーズＫ−ＰＳＦｎ１（住田光学ガラス社製）を用いた以外は再帰性反射材Ａと同様の方法で再帰性反射材Ｂを作製した。

（実施例１）
図５に示す空中像表示装置２５０の構成で、画像表示装置１として画像表示装置Ａを、ハーフミラー２として反射型偏光板Ａを、再帰性反射材３として再帰性反射材Ａを、λ／４板６としてλ／４板ピュアエースＷＲＷ−１４２（帝人社製）をそれぞれ用いて、実施例１の空中像表示装置を作製した。ここで、反射型偏光板Ａの反射面が画像表示装置ＡのｉＰｈｏｎｅ５Ｓ側になるように、また、反射型偏光板Ａの反射軸とλ／４板６の遅相軸の角度が４５度になるように配置した。本実施例の空中像表示装置は、画像表示装置Ａ及び反射型偏光板Ａを使用しているため、実際には、図１２に示す空中表示装置２８０の構成で、画像表示装置１上に偏光解消素子８が配置され、ハーフミラー２の反射型偏光板の非反射面上に吸収型偏光板７が形成された構成である。

（実施例２）
再帰性反射材３として再帰性反射材Ｂを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、実施例２の空中像表示装置を作製した。

（実施例３）
再帰性反射材３として再帰性反射材ニッカライトクリスタルグレード白（日本カーバイド社製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、実施例３の空中像表示装置を作製した。

（実施例４）
再帰性反射材３として再帰性反射材スコッチライト反射布８９１０（３Ｍ社製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、実施例４の空中像表示装置を作製した。

（実施例５）
再帰性反射材３として再帰性反射材レフライト９３０１（レフライト社製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、実施例５の空中像表示装置を作製した。

（比較例１）
再帰性反射材３として再帰性反射材リフレクサイト１８６０５（オラフォル社製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、比較例１の空中像表示装置を作製した。

（比較例２）
再帰性反射材３として再帰性反射材キワライト＃１９５１３（紀和化学工業社製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、比較例２の空中像表示装置を作製した。

（実施例６）
ハーフミラー２として反射型偏光板ＷＧＦ（旭化成イーマテリアルズ社製）を用いた以外は、実施例１と同様の方法で、実施例６の空中像表示装置を作製した。

（実施例７）
ハーフミラーとして吸収型偏光板付反射型偏光板ＤＢＥＦ−Ｑ（３Ｍ社製）を用いた以外は、実施例３と同様の方法で、実施例７の空中像表示装置を作製した。

（実施例８）
画像表示装置Ａの代わりに画像表示装置Ｂを用いた以外は、実施例７と同様の方法で、実施例８の空中像表示装置を作製した。

（実施例９）
画像表示装置Ａの代わりにｉＰｈｏｎｅ５Ｓ（アップル社製）を用いた以外は、実施例７と同様の方法で、実施例９の空中像表示装置を作製した。

（実施例１０）
画像表示装置Ａの代わりに画像光が直線偏光のＸｐｅｒｉａＺ２（ソニーエリクソン社製）を用いた以外は、実施例７と同様の方法で、実施例１０の空中像表示装置を作製した。

（実施例１１）
再帰性反射材３として再帰性反射材Ａを用いた以外は、実施例１０と同様の方法で、実施例１１の空中像表示装置を作製した。

（空中像の観察評価）
実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例２の各空中像表示装置について、空中像の観察評価（明るさ、コントラスト、画像ボケ、色味）の評価を行い、また、実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例２で使用した再帰性反射材の光学特性評価（偏光維持度、広がり率、反射率）を行った。
空中像の観察評価の評価基準を表１に示し、空中像の観察評価及び再帰性反射材の光学特性評価の評価結果を表２に示す。

実施例１〜実施例５と比較例１〜比較例２の比較から、偏光維持度が５０％以上の再帰性反射材を用いることによって、また、実施例１〜実施例４と実施例５の比較から、反射率が１５％以上の再帰性反射材を用いることによって、さらに、実施例３と実施例１０の比較から、画像表示装置の出射光を偏光にすることによって、空中像の明るさやコントラストが高くなることがわかる。
次に、実施例１〜実施例５の比較から、広がり率α＜１．２０％／ｍｍの再帰性反射材を用いることによって、空中像の画像ボケが良化することがわかる。
さらに、実施例３及び実施例７と実施例６の比較から、吸収型偏光板を用いることによって、空中像のコントラストが高くなることがわかる。
最後に、実施例７〜実施例９の比較から、偏光解消素子を用いることによって、空中像の色味が良化することがわかる。

１画像表示装置、２ハーフミラー、３再帰性反射材、４空中像、５遮光壁、６
λ／４板、７，１５吸収型偏光板、８偏光解消素子、１０ＬＥＤ光源、１１光源、１２輝度計、１３ビームスプリッタ、１４反射材、１６照度計、１７スクリーン、２１基板、２２樹脂層、２３マイクロビーズ、２４反射層、２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０空中像表示装置

【０００２】
先行技術文献
特許文献
［０００７］
特許文献１：特開昭５６−１５８３２０号公報
特許文献２：特表昭５９−５００１８９号公報
特許文献３：国際公開第２００７／１１６６３９号
特許文献４：国際公開第２００９／１３１１２８号
特許文献５：特表平９−５０６７１７号公報
特許文献６：米国特許第３６２０５９２号明細書
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００８］
しかしながら、特許文献５〜特許文献６で好ましいと記載されているプリズム型再帰性反射材を用いた場合、空中像表示装置の空中像の輝度は十分なレベルとは言えない。
［０００９］
本発明は、再帰性反射材を用いた空中像表示装置において、十分な輝度が得られ、高画質な空中像の表示を可能にするものである。
課題を解決するための手段
［００１０］
本発明の空中像表示装置は、下記の構成を有する。
［１］画像表示装置、ハーフミラー、再帰性反射材を有する空中像表示装置であって、前記ハーフミラーが反射型偏光板であり、前記反射型偏光板と前記再帰性反射材の間にλ／４板を有し、前記再帰性反射材の偏光維持度が５０％以上であり、前記反射型偏光板と観察者の間に吸収型偏光板を有する空中像表示装置。
［２］前記再帰性反射材の反射率が１５％以上であり、前記再帰性反射材の広がり率αが１．２０％／ｍｍ未満である［１］の空中像表示装置。
［３］前記画像表示装置の出射光が偏光である［１］又は［２］の空中像表示装

【０００３】
置。
［６］画像表示装置、ハーフミラー、再帰性反射材を有する空中像表示装置であって、前記ハーフミラーが反射型偏光板であり、前記反射型偏光板と前記再帰性反射材の間にλ／４板を有し、前記再帰性反射材の偏光維持度が５０％以上であり、前記画像表示装置と前記ハーフミラーの間に偏光解消素子を有する空中像表示装置。
［７］前記再帰性反射材の反射率が１５％以上であり、前記再帰性反射材の広がり率αが１．２０％／ｍｍ未満である［６］の空中像表示装置。
発明の効果
［００１１］
本発明によれば、再帰性反射材を用いた空中像表示装置において、高画質な空中像表示装置を実現することができる。より具体的には、上記手段［１］〜［３］、［６］により高輝度な空中像表示装置を実現することができる。さらに、上記手段［２］、［７］により精細度を向上することができる。また、上記手段［１］によりコントラストを向上することができる。また、上記手段［６］により色味を改良することができる。
図面の簡単な説明
［００１２］
［図１］本発明の空中像表示装置の一般的な構成を示す概略図である。
［図２］本発明の空中像表示装置の一般的な構成を示す概略図である。
［図３］遮光壁を設けた空中像表示装置の一形態を示す概略図である。
［図４］遮光壁を設けた空中像表示装置の他の形態を示す概略図である。
［図５］遮光壁を設けた空中像表示装置のさらに他の形態を示す概略図である。
［図６］吸収型偏光板を設けた空中像表示装置の形態を示す概略図である。
［図７］画像表示装置に偏光解消素子を設けた空中像表示装置の形態を示す概略図である。
［図８］再帰性反射材の偏光維持度の測定用の光学系の概略図である。
［図９］再帰性反射材の反射率の測定用の光学系の概略図である。
［図１０］Ａ、Ｂ再帰性反射材の広がり率の測定用の光学系の概略図である。
［図１１］Ａ、Ｂ屈折率２．０のマイクロビーズを用いた再帰性反射材の一例の概略図である。
［図１２］実施例の空中像表示装置の構成を示す概略図である。
発明を実施するための形態
［００１３］
以下、本発明を詳細に説明する。

Claims

画像表示装置、ハーフミラー、再帰性反射材を有する空中像表示装置であって、
前記ハーフミラーが反射型偏光板であり、
前記反射型偏光板と前記再帰性反射材の間にλ／４板を有し、
前記再帰性反射材の偏光維持度が５０％以上である
空中像表示装置。
前記再帰性反射材の反射率が１５％以上である請求項１に記載の空中像表示装置。
前記画像表示装置の出射光が偏光である請求項１又は請求項２に記載の空中像表示装置。
前記再帰性反射材の広がり率α＜１．２０％／ｍｍを満たす請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
前記反射型偏光板と観察者の間に吸収型偏光板を有する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
前記画像表示装置と前記ハーフミラーの間に偏光解消素子を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の空中像表示装置。