TW202004265A - 空中顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

空中顯示裝置係具備：顯示元件(22)，具有顯示圖像的顯示面且從顯示面射出顯示光；光控制元件(40)，具有相對於和顯示面正交的第1方向傾斜配置且交互排列的複數個透明區域(41)與複數個遮光區域(42)，供射入於透明區域(41)的顯示光透射，且對射入於遮光區域(42)的顯示光進行遮光；及反射鏡裝置(10)，相對於顯示面平行地配置且反射已透射光控制元件(40)的顯示光，在和顯示元件(22)面對稱的位置成像空中像(30)。

Description

空中顯示裝置
本發明係有關一種空中顯示裝置。
目前正在研究一種可將圖像或動畫等顯示成空中映像的空中顯示裝置，期待作為新的人機介面(Human Machine Interface)。空中顯示裝置係例如使用將雙面角反射器排列成陣列狀而成的雙面角反射陣列(Dihedral Corner Reflector Array；DCRA)，反射從顯示元件的顯示面射出的光，將實像成像於空中(例如，日本國特開2017-67933號公報)。依據雙面角反射陣列的顯示法係使實像(以下稱為空中像)無像差地顯示在面對稱位置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-67933號公報
本發明提供一種可確保空中像的顯示品質且可小型化之空中顯示裝置。
本發明的實施形態的空中顯示裝置具備：顯示元件，具有顯示圖像的顯示面且從前述顯示面射出顯示 光；光控制元件，具有相對於和前述顯示面正交的第1方向傾斜配置且交互排列的複數個透明區域與複數個遮光區域，供射入於前述透明區域的前述顯示光透射，且對射入於前述遮光區域的前述顯示光進行遮光；及反射鏡裝置，相對於前述顯示面平行地配置且反射已透射前述光控制元件的前述顯示光，在和前述顯示元件面對稱的位置成像空中像。
依據本發明，提供一種可確保空中像的顯示品質且可小型化之空中顯示裝置。
3‧‧‧空中顯示裝置
10‧‧‧反射鏡裝置
11‧‧‧基材
12‧‧‧光學要素
12A,12B‧‧‧反射面
14‧‧‧光路變更元件
20‧‧‧顯示單元
20A‧‧‧顯示單元
21‧‧‧光源部
21A‧‧‧光源部
22‧‧‧顯示元件
30‧‧‧空中像
31‧‧‧重影
32‧‧‧無用光
40‧‧‧光控制元件
40A‧‧‧光控制元件
41‧‧‧透明區域
42‧‧‧遮光區域
43‧‧‧基材
50‧‧‧顯示驅動部
60‧‧‧電壓供給電路
70‧‧‧控制電路
80‧‧‧觀察者
211‧‧‧發光元件
212‧‧‧導光板
212A‧‧‧反射面
212B‧‧‧折射面
212C‧‧‧導光板
213‧‧‧反射片
214‧‧‧光學片
221‧‧‧TFT基板
222‧‧‧CF基板
223‧‧‧液晶層
224‧‧‧偏光板
225‧‧‧偏光板
226‧‧‧密封材
227‧‧‧TFT
228‧‧‧畫素電極
229‧‧‧濾色器
229B‧‧‧藍色濾片
229G‧‧‧綠色濾片
229R‧‧‧紅色濾片
230‧‧‧共通電極
圖1係反射鏡裝置的立體圖。
圖2係表示空中顯示裝置的原理之示意圖。
圖3係表示被反射鏡裝置的1個光學要素反射2次的光的動向之示意圖。
圖4係表示將圖3所示的光學要素從z方向觀看時的光路之圖。
圖5係表示將圖3所示的光學要素從y方向觀看時的光路之圖。
圖6係表示將圖3所示的光學要素從x方向觀看時的光路之圖。
圖7係表示藉由空中顯示裝置顯示的重影(ghost)之示意圖。
圖8係表示被1個光學要素反射1次的光的動向之示意圖。
圖9係表示將圖8所示的光學要素從z方向觀看時的光路之圖。
圖10係表示將圖8所示的光學要素從y方向觀看時的光路之圖。
圖11係表示將圖8所示的光學要素從x方向觀看時的光路之圖。
圖12係表示空中顯示裝置的無用光之示意圖。
圖13係表示1次也沒有被1個光學要素反射的光的動向之示意圖。
圖14係表示將圖13所示的光學要素從z方向觀看時的光路之圖。
圖15係表示將圖13所示的光學要素從y方向觀看時的光路之圖。
圖16係表示將圖13所示的光學要素從x方向觀看時的光路之圖。
圖17係表示實施形態的空中顯示裝置的構成之方塊圖。
圖18係表示實施形態的空中顯示裝置的光學構成之立體圖。
圖19係表示空中顯示裝置內的反射鏡裝置中的光學要素之配置圖。
圖20係表示將圖19所示的光學要素從z方向觀看時的光路之圖。
圖21係表示空中顯示裝置內的顯示單元的構成之立體圖。
圖22係表示顯示單元內的光源部中射出光的動向之圖。
圖23係表示取決於從光源部的導光板射出的光之射出角度的光強度之圖。
圖24係表示取決於從光源部的光學片射出的光之射出角度 的光強度之圖。
圖25係光源部的液晶顯示元件之平面圖。
圖26係光源部的液晶顯示元件之剖面圖。
圖27係空中顯示裝置內的光控制元件之平面圖。
圖28係空中顯示裝置內的光控制元件之剖面圖。
圖29係表示取決於從光控制元件射出的光之射出角度的光強度之圖。
圖30係表示空中顯示裝置的光學構成之示意圖。
圖31係表示變形例中的顯示單元的構成之立體圖。
圖32係表示取決於從變形例中的導光板射出的光之射出角度的光強度之圖。
圖33係表示變形例的空中顯示裝置的光學構成之示意圖。
圖34係表示比較例的空中顯示裝置的光學構成之示意圖。
圖35係表示其他變形例的空中顯示裝置的光學構成之示意圖。
以下，參照圖式就實施形態作說明。其中，圖式乃示意或概念性者，各圖式之尺寸及比率等未必與實際者相同。又，在圖面彼此間表示相同部分的情況中，亦有彼此的尺寸關係或比率作不同表示的情況。特別是，以下所示的幾個實施形態，係例示用以將本發明的技術思想具體化的裝置及方法者，且本發明的技術思想非受構成零件的形狀、構造、配置等所特定者。此外，以下的說明中，就具有相同機能及構成的要素賦予相同符號，而重複說明僅在必要的情況進行。
在就本實施形態的空中顯示裝置作說明之前，說明空中顯示 裝置的原理。
〔1〕空中顯示裝置的原理
空中顯示裝置係例如使用雙面角反射器等的空中成像元件(反射鏡裝置)使從液晶顯示器的顯示面射出的光在空間中成像者。
首先，就使用於空中顯示裝置的反射鏡裝置10的構成作說明。圖1係反射鏡裝置10的立體圖。
反射鏡裝置10具備平面狀的基材11及設於基材11上的複數個光學要素12。複數個光學要素12係以在相互正交的x方向及y方向擴展的方式例如排列成矩陣狀。複數個光學要素12各自具有呈直角配置的2個反射面。光學要素12係由立方體或長方體所成。基材11及光學要素12係由透明的樹脂所構成。
此外，圖1中雖例示36(=6×6)個光學要素12，但實際上係排列了更多的光學要素12。光學要素12的數量及尺寸可因應空中顯示裝置的規格作任意設定。又，2個光學要素12的間隔可因應空中顯示裝置的規格作任意設定。
圖2係表示空中顯示裝置的原理之示意圖。空中顯示裝置具備將圖像顯示於顯示面的顯示元件22及反射鏡裝置10。圖2中為了更容易理解圖面，省略反射鏡裝置10中的基材11之圖示，僅抽出複數個光學要素12作顯示。複數個光學要素12係排列在x-y平面。z方向係與x方向及y方向正交的方向，為光學要素12的高度方向。
從顯示元件22射出的光(顯示光)係在複數個光學要素12各自的2個側面被反射。圖2中，抽出被附帶有剖面線的光學要素12反射的光的光路作顯示。從顯示元件22射出的光係在相對於 反射鏡裝置10和顯示元件22呈面對稱的位置成像，在該位置(以下，顯示位置)成像空中像30。觀察者可辨識此空中像30。
圖3係表示被1個光學要素12反射2次的光的動向之示意圖。圖4係表示將光學要素12從z方向觀看時的光路之圖。圖5係表示將光學要素12從y方向觀看時的光路之圖。圖6係表示將光學要素12從x方向觀看時的光路之圖。
從光學要素12的底面射入的光係被第1側面反射，於和第1側面呈直角的第2側面再被反射而從上面射出。
此外，射入於光學要素12的任意的側面之光並非全光成分在該側面被反射，而是被區分成反射成分與透射成分。所謂反射成分，係指在該側面以因應入射角的反射角反射的光之成分，所謂透射成分，係指將該側面照原樣直線地透射的光之成分。
(關於重影)
其次，針對在非有意的位置成像的重影作說明。所謂重影，係指在空中像30的附近出現的重複圖像。圖7係表示藉由空中顯示裝置顯示的重影31之示意圖。
重影31係藉由僅被反射鏡裝置10反射1次的光(亦即，沒有被反射2次的光)而成像的圖像。重影31係在相對於反射鏡裝置10不和顯示元件22呈面對稱的位置成像。
圖8係表示被1個光學要素12反射1次的光的動向之示意圖。圖9係表示將光學要素12從z方向觀看時的光路之圖。圖10係表示將光學要素12從y方向觀看時的光路之圖。圖11係表示將光學要素12從x方向觀看時的光路之圖。
從光學要素12的底面射入的光係在第1側面被反射，而透射和第1側面呈直角的第2側面。以此路徑行進的光係在相對於 反射鏡裝置10不和顯示元件22呈面對稱的位置成像而顯示重影31。
(關於無用光)
其次，就無用光作說明。所謂無用光，係指無助益於成像實像的光成分。圖12係表示空中顯示裝置的無用光32之示意圖。
無用光32係1次也沒被反射鏡裝置10反射的光。無用光32係直線地透射反射鏡裝置10。
圖13係表示1次也沒有被1個光學要素12反射的光的動向之示意圖。圖14係表示將光學要素12從z方向觀看時的光路之圖。圖15係表示將光學要素12從y方向觀看時的光路之圖。圖16係表示將光學要素12從x方向觀看時的光路之圖。
從光學要素12的底面射入的光係未在第1側面被反射下直線地透射第1側面。
無用光32係照亮空中像30的周圍。因無用光32而導致空中像30的對比降低。
〔2〕實施形態的空中顯示裝置
其次，就使用前述原理的實施形態的空中顯示裝置作說明。
〔2-1〕空中顯示裝置的構成
使用圖17及圖18，就實施形態的空中顯示裝置1的構成作說明。圖17係表示實施形態的空中顯示裝置1的構成之方塊圖。圖18係表示空中顯示裝置1的光學構成的立體圖。
如圖17及圖18所示，空中顯示裝置1具備顯示單元20、光控制元件40、反射鏡裝置10、顯示驅動部50、電壓供給電路 60及控制電路70。如圖18所示，顯示單元20、光控制元件40及反射鏡裝置10係與x-y平面平行地配置並在z方向依序排列。
顯示單元20具有光源部21及顯示元件22。光源部21具有射出面狀光的面光源而對顯示元件22照射面狀光。顯示元件22係顯示呈現所期望的資訊之圖像或動畫等。顯示元件22係供從光源部21接受的光透射並射出用以將圖像或動畫等顯示成空中像之光(顯示光)。關於顯示單元20之詳細將於後面述及。
光控制元件40係配置在從顯示單元20射出的顯示光之光路上。光控制元件40係相對於顯示元件22中的顯示圖像或動畫的顯示面或射出顯示光的光射出面平行地配置。光控制元件40係供從顯示元件22射出的顯示光中之既定角度的光透射且對其他角度的光進行遮光。關於光控制元件40之詳細將於後面述及。
反射鏡裝置10係配置在從光控制元件40射出的顯示光之光路上。反射鏡裝置10係對顯示元件22的顯示面平行地配置。反射鏡裝置10係如前述般，具備設於基材11上的複數個光學要素12。圖19係表示基板11上的複數個光學要素12之配置，且為從z方向透射基板11而看見光學要素12的圖。光學要素12係由在x方向及y方向具有對角的頂點之立方體或長方體所成，此等立方體或長方體是排列在x方向及y方向。換言之，圖1-圖6所示的光學要素12相對於和x-y平面平行的方向旋轉45度，光學元件12的反射面12A,12B以相對於x方向具有45度角的狀態排列。圖20係表示將圖19所示的光學要素12從z方向觀看時的光路之圖。從光學要素12的底面射入的顯示 光係在反射面12A被反射，在和反射面12A呈直角的反射面12B再被反射而從上面射出。如此，反射鏡裝置10係反射顯示光使空中像30成像。
顯示驅動部50係驅動顯示元件22使顯示元件22顯示圖像或動畫等。電壓供給電路60係產生作動光源部21及顯示驅動部50所需的電壓，將此等電壓對光源部21及顯示驅動部50供給。控制電路70係控制空中顯示裝置1整體的動作。亦即，控制電路70係控制光源部21、顯示驅動部50及電壓供給電路60，使空中像30顯示於顯示位置。
〔2-1-1〕顯示單元20
其次，使用圖21就空中顯示裝置1中的顯示單元20作說明。圖21係表示顯示單元20的構成之立體圖。
顯示單元20係如前述般，具備光源部21及顯示元件22。光源部21具有發光元件211、導光板212、反射片213及光學片214。光源部21係藉由發光元件211、導光板212、反射片213及光學片214構成面光源，由此面光源朝顯示元件22射出面狀光。
光源部21係由側光型(edge light type)的背光所構成。發光元件211係配置於導光板212的側面(或射入面)。從發光元件211發光的光係射入於導光板212的側面。在導光板212的底面設有反射片213。導光板212的上面上設有光學片214。而且，從光學片214射出的光之光路上配置有顯示元件22。
圖22係表示在顯示單元20內的光源部21射出光的動向之圖。作為發光元件211，採用例如1個或複數個發光二極體(LED)。發光二極體係例如發白色光。
導光板212的底面係作為反射光的面發揮功能。導光板212的底面係具有相對於水平方向傾斜配置的複數個反射面212A，亦即具有階梯形狀(波形)。透射導光板212內部的光係藉由複數個反射面212A反射到光學片214側。
導光板212的上面係作為將光折射的面發揮功能。導光板212的上面係具有相對於水平方向傾斜配置的複數個折射面212B，亦即具有階梯形狀(波形)。折射面212B的傾斜方向係與反射面212A傾斜的方向相反。從導光板212的上面射出的光係藉複數個折射面212B而折射。
從導光板212的上面射出的光係如圖22所示，相對於z方向具有角度θ1。射出光的角度θ1係例如60度。反射片213係反射從導光板212的底面射出的光使光朝導光板212光返回。
光學片214係以稜鏡片構成。亦即，光學片214係構成為在一方向排列剖面形狀為三角形的複數個稜鏡。光學片214係將從導光板212射入的光折射而如圖22所示對z方向射出角度θ2的光。射出光的角度θ2係例如45度。
如上述般，從發光元件211射出的光係依導光板212、光學片214及反射片213而成為既定方向(例如，射出角度45度)的光再從光學片214射出。
圖23係表示取決於從導光板212射出的光之射出角度的光強度之圖。從圖23可理解，從導光板212射出的光係在相對於z方向呈角度60度(角度θ1)具有最大的光強度，所射出的光之角度係相對於z方向在45~90度的範圍內。圖24係表示取決於從光學片214射出的光之射出角度的光強度之圖。從 圖24可理解，從光學片214射出的光係在相對於z方向呈角度45度(角度θ2)具有最大的光強度，所射出的光之角度係相對於z方向在30~60度的範圍內。
自光學片214射出的光係以對z方向呈角度θ2射入於顯示元件22。顯示元件22係使用來自光源部21的光顯示圖像或動畫等。顯示元件22係供從光源部21接受的光透射並射出用以將圖像或動畫等顯示在空中的顯示位置之顯示光。亦即，顯示元件22係接受來自光源部21的光並射出依圖像或動畫等而調變的光。
顯示元件22係例如以液晶顯示元件構成。以下就液晶顯示元件的一例作說明。圖25係作為顯示元件22的液晶顯示元件之平面圖，圖26係液晶顯示元件之剖面圖。
顯示元件22具備：形成有TFT(Thin Film Transistor；薄膜電晶體)及畫素電極等之TFT基板221；形成有濾色器及共通電極等，且與TFT基板221對向配置之濾色器基板(CF(Color Filter)基板)222；及被挾持在TFT基板221及CF基板222間之液晶層223。
TFT基板221及CF基板222各自係由透明基板(例如，玻璃基板)所構成。在TFT基板221的與液晶層223所存在的面之反對側的面上配置有偏光板224。而且，在CF基板222的與液晶層223所存在的面之相反側的面上配置有偏光板225。
TFT基板221係與光源部21對向配置。從光源部21照射的照明光係從TFT基板221側對液晶顯示元件射入。CF基板222的配置有光源部21的面之反對側的面是液晶顯示元件 的顯示面或光射出面。
TFT基板221與CF基板222係保有空間地利用密封材226貼合。在藉由TFT基板221、CF基板222及密封材226所包圍的空間封入液晶材料以形成液晶層223。
液晶層223所含的液晶材料係因應施加於TFT基板221及CF基板222間的電場，操作液晶分子的配向使光學特性變化。又，液晶層23係由具備具有介電各向異性的液晶分子之液晶層所構成，例如，由向列(Nematic)液晶所構成。向列液晶的液晶分子係因應外部電場而產生電極化。作為液晶模式，採用例如VA(Vertical Alignment；垂直配向)模式，當然，也可以是TN(Twisted Nematic；扭轉向列)模式或均質(homogeneous)模式等其他液晶模式。
在TFT基板221的液晶層223側設有複數個切換元件，例如前述TFT(Thin Film Transistor；薄膜電晶體)227。TFT227具備：和掃描線GL電連接之閘極電極；設於閘極電極上的閘極絕緣膜；設於閘極絕緣膜上的半導體層(例如非晶矽層)；及在半導體層上分隔設置的源極電極及汲極電極。源極電極係和信號線SL電連接。TFT227上設有絕緣層(未圖示)。絕緣層上設有複數個畫素電極228。
在CF基板222的液晶層223側，設有濾色器229。濾色器229具備複數個著色濾片(著色構件)。具體言之，具備複數個紅色濾片229R、複數個綠色濾片229G及複數個藍色濾片229B。一般的濾色器係由屬於光的三原色即紅(R)、綠(G)、藍(B)所構成。鄰接的R、G、B的三色組是成為顯示的單位(畫素)，1個畫素中的R、G、B任一單色的部分係稱為子畫素 (subpixel)的最小驅動單位。TFT227及畫素電極228係按各子畫素設置。在以下的說明中，除了有必要特別區別畫素與子畫素之情況外，都將子畫素稱為畫素。
在紅色濾片229R、綠色濾片229G及藍色濾片229B的邊界部分、及畫素(subpixel)的邊界部分，設有遮光用的黑矩陣(遮光膜)(未圖示)。亦即，黑矩陣係形成網目狀。黑矩陣係例如為了遮蔽著色構件間之無用光使對比提升而設置。
濾色器229及黑矩陣上設有共通電極230。共通電極230係在液晶顯示元件的顯示區域整體形成平面狀。
CF基板222。偏光板224,225係分別由直線偏振器與1/4波長板所構成。
畫素電極228及共通電極230係由透明電極構成，例如採用ITO(銦錫氧化物)。
〔2-1-2〕光控制元件40
其次，使用圖27及圖28就空中顯示裝置1中的光控制元件40作說明。圖27係光控制元件40之平面圖，圖28係沿著光控制元件40的x方向之剖面圖。
如圖27及圖28所示，光控制元件40具備複數個透明區域41、複數個遮光區域42及2個基材43。複數個透明區域41與複數個遮光區域42分別具有延伸於y方向的線形狀，且交互排列在x方向。亦即，透明區域41與遮光區域42係在x方向呈條狀排列。在x方向，透明區域41的寬度係比遮光區域42的寬度還窄。
再者，透明區域41與遮光區域42係如圖28所示，以對和光控制元件40的光射出面(或主面)垂直的z方向傾 斜角度θ3作配置。角度θ3係例如0<θ3≦60度(大於0度且為60度以下)，較佳為30≦θ3≦60度(30度以上60度以下)。透明區域41具有供從顯示單元20射出的顯示光透射的光路，光路與z方向所成的角θ3係0<θ3≦60度(大於0度且為60度以下)，較佳為30≦θ3≦60度(30度以上60度以下)。
此處，示出透明區域41及遮光區域42相對於z方向的角度θ3均為45度的情況的例子。使光控制元件40中的射出光之角度θ3與來自光學片214(或顯示單元20)的射出光之角度θ2一致。藉此，可提升從光學片214射出的射出光之光利用效率。
2個基材43係設置成包夾透明區域41及遮光區域42。複數個透明區域41及基材43係例如由透明的樹脂構成。複數個遮光區域42係例如由混入有黑色染料的樹脂所構成。
在光控制元件40中，透明區域41主要供從顯示單元20射出的光中之相對於z方向呈角度θ2(=θ3)光透射，而遮光區域42則將其以外的角度的光遮光。
圖29係表示取決於從光控制元件40射出的光之射出角度的光強度之圖。如從圖29可理解般，從光控制元件40射出的光係在相對於z方向呈45度角(角度θ3)具有最大的光強度，所射出的光之角度係落在相對於z方向呈30~60度的範圍內。
〔2-2〕空中顯示裝置1的顯示動作
其次，使用圖30就實施形態的空中顯示裝置的顯示動作進行說明。圖30係表示空中顯示裝置1的光學構成之示意圖。
相對於z方向呈角度θ2(例如θ2=45度)之光從顯示單元20主要對光控制元件40射出。僅射入於光控制元件40的光中之相對於z方向呈角度θ3(例如θ3=45度)的光90透射透明區域41。在此實施形態中，角度θ2以外的角度之光少，其光係被遮光區域42所遮光。
已透射光控制元件40的光90係對反射鏡裝置10射入。已射入於反射鏡裝置10的光90係藉由反射鏡裝置10所具備的光學要素12之反射面12A,12B而如在圖1~圖6所說明般反射。藉光學要素12反射的光係以空中像30成像於顯示位置。亦即，從顯示元件22射出的光係在相對於反射鏡裝置10和顯示元件22所顯示的圖像呈面對稱的顯示位置成像，在顯示位置顯示空中像30。觀察者80係可辨識此空中像30。
〔3〕變形例的空中顯示裝置
其次，就變形例的空中顯示裝置作說明。在前述實施形態的空中顯示裝置1中，雖將對z方向射出角度θ2的光之構成使用於光源部21，但在此變形例中，將擴散並射出光的構成使用在光源部。以下，表示含有變形例中的光源部之顯示單元與空中顯示裝置的光學構成。其他構成係與前述實施形態相同。
〔3-1〕顯示單元20A
使用圖31及圖32就變形例的空中顯示裝置2中的顯示單元20A作說明。圖31係表示顯示單元20A的構成之立體圖。圖32係表示取決於從導光板212C射出的光之射出角度的光強度之圖。
顯示單元20A具備光源部21A及顯示元件22。光源部21A具有發光元件211、導光板212C及反射片213。光源部21A係 利用發光元件211、導光板212C及反射片213構成面光源，由此面光源朝顯示元件22射出面狀光。
發光元件211配置在導光板212C的側面(或射入面)。從發光元件211發光的光係射入於導光板212的側面。在導光板212C的底面設有反射片213。而且，在從導光板212C射出的光之光路上配置有顯示元件22。此外，視需要在導光板212C與顯示元件22之間設有擴散板。
從發光元件211照射的光係射入於導光板212C。導光板212C係引導從發光元件211照射的光，在底面反射光並使之從上面射出。變形例中，從導光板212C的上面射出像圖32所示的光。從導光板212C射出的光係在z方向具有最大的光強度，在相對於z方向±30度的範圍具有相對於最大光強度為60%以上的光強度。
〔3-2〕空中顯示裝置2的顯示動作
其次，使用圖33就變形例的空中顯示裝置2的顯示動作進行說明。圖33係表示空中顯示裝置2的光學構成之示意圖。在此變形例中，考慮取決於從圖32所示的導光板212C射出的光之射出角度的光強度，關於圖27所示的光控制元件，使用角度θ3設定成30度的光控制元件40A。
從顯示單元20A射出的光係射入於光控制元件40A。僅已射入於光控制元件40A的光中之相對於z方向呈角度θ3(例如θ3=30度)的光90透射透明區域41。一方面，角度θ3以外的角度之光係藉由遮光區域42而被遮光。
已透射光控制元件40A的光90係對反射鏡裝置10射入。已射入於反射鏡裝置10的光90係藉由反射鏡裝置10 所具備的光學要素12而如在圖1~圖6所說明般反射。藉光學要素12反射的光係以空中像30成像於顯示位置。亦即，從顯示元件22射出的光係在相對於反射鏡裝置10和顯示元件22所顯示的圖像呈面對稱的顯示位置成像，在顯示位置顯示空中像30。觀察者80係可辨識此空中像30。
〔4〕其他變形例的空中顯示裝置
其次，就其他變形例的空中顯示裝置作說明。就圖30所示的前述實施形態的空中顯示裝置1而言，從顯示元件22射出的光是射入於反射鏡裝置10，利用藉反射鏡裝置10反射的光而形成空中像30。亦即，從顯示元件22射出的光係在相對於反射鏡裝置10和顯示元件22所顯示的圖像呈面對稱的顯示位置成像，生成空中像30。藉此，就空中顯示裝置1而言，觀察者80可從相對於反射鏡裝置10的光射出面(或，z方向)的斜方向觀察空中像30。
在其他變形例中，將藉反射鏡裝置10反射的光之光路利用光路變更元件變更，生成空中像30。使用圖35就其他變形例的空中顯示裝置3的光學構成及其顯示動作進行說明。圖35係表示其他變形例的空中顯示裝置3的光學構成之示意圖。
在藉反射鏡裝置10反射的光之光路配置有光路變更元件14。換言之，在反射鏡裝置10與觀察者80(或者空中像30)之間配置有光路變更元件14。光路變更元件14係例如圖35所示，為具有鋸齒狀的剖面形狀之透明構造體。對構成光路變更元件14的鋸齒狀之面分別射入的光係藉由折射效果而變更其射出方向。其他構成係與圖30所示的前述實施形態相同。
與圖30所示的前述實施形態同樣地，從顯示單元 20射出的光係透射光控制元件40並射入於反射鏡裝置10。已射入於反射鏡裝置10的光90係藉由反射鏡裝置10所具備的光學要素12而被反射。
藉光學要素12反射的光係利用光路變更元件14而變更光路，成為主要沿著z方向的光。換言之，藉光學要素12反射的光係利用光路變更元件14而被折射，而主要往相對於反射鏡裝置10的光射出面(或，和x及y方向平行的xy面)正交的方向射出。此處，雖示出藉光學要素12反射的光之光路被變更成z方向的例子，但是亦可為相對於其他方向，例如相對於z方向為15度或30度。
藉光路變更元件14而變更光路的光係以空中像30成像於顯示位置。如此，以空中顯示裝置3能以z方向為中心生成空中像，亦即能對反射鏡裝置10(或，空中顯示裝置3)的光射出面以正交方向為中心形成空中像30。藉此，就空中顯示裝置3而言，觀察者80可從與反射鏡裝置10的光射出面正交的方向或從z方向觀察顯示品質佳的空中像30。
〔5〕實施形態及變形例的效果
依據實施形態、變形例及其他變形例，可提供一種可確保空中像的顯示品質且可小型化之空中顯示裝置。
在就實施形態、變形例及其他變形例的效果作詳述之前，以下僅就比較例的空中顯示裝置作說明。圖34係表示比較例的空中顯示裝置的光學構成之示意圖。比較例所具備的顯示單元20A並未具有以實施形態的顯示單元20所具有那種角度θ2射出光的構成。比較例中，將顯示單元20A設置成對反射鏡裝置10大幅度地傾斜。反射鏡裝置10不僅使從顯示單元20A射出 的光反射且亦具有使之透射的構造。因此，如圖34所示，藉由將顯示單元20A設置成對反射鏡裝置10傾斜，使得從顯示單元20A射出的光透射反射鏡裝置10，其光不會直接到達觀察者80。
如此一來，比較例中，將顯示單元20A設置成對反射鏡裝置10大大地傾斜，故而作為顯示裝置需要大的設置區域，使得設置顯示裝置的自由度降低。亦即，導致構成顯示裝置的構件之設置條件受制限。再者，比較例中，與顯示單元20A的顯示面垂直的方向之光是藉由反射鏡裝置10的光學要素12而被反射而成像為空中像30。但是，相對於顯示單元20A的顯示面傾斜的光是透射反射鏡裝置10的光學要素12到達空中像30的附近使顯示品質降低。
在實施形態、變形例及其他變形例的空中顯示裝置中，無需將顯示單元20(或20A)對反射鏡裝置10傾斜地設置，而將顯示單元對反射鏡裝置10平行地設置。而且，在顯示單元與反射鏡裝置10之間配置光控制元件40(或40A)。藉此，從顯示單元射出的光中之透射光控制元件的光在相對於反射鏡裝置10和顯示單元呈面對稱的位置上成像，在該位置顯示空中像30。一方面，從顯示單元射出的光中之無用光或雜光係藉由光控制元件而被遮光，故而可防止此等的光到達空中像30的附近或觀察者80。
根據以上，依據實施形態、變形例及其他變形例，可確保空中像30的顯示品質且可將空中顯示裝置小型化。亦即，可提供一種可確保空中像的顯示品質，且可提升構成構件(顯示單元、光控制元件及反射鏡裝置等)的設置條件之自由度並可緊湊的封裝之空中顯示裝置。
再者，實施形態中，使光控制元件40中的射出光之角度θ3與來自光學片214(或顯示單元20)的射出光之角度θ2一致。藉此，可提升從顯示單元20射出的射出光之光利用效率。
又，依據其他變形例，能以與空中顯示裝置3的光射出面正交的方向為中心形成空中像30。藉此，觀察者80可辨識顯示品質佳的空中像30。
〔6〕其他變形例等
雖已說明了本發明幾個實施形態，但此等實施形態係作為例子而提示者，並未有意限定發明的範圍。此等新穎的實施形態係能以其他各種多樣的形態實施，可在未悖離發明要旨的範圍進行各種省略、置換、變更。此等實施形態或其變形係為發明的範圍或要旨所包含，同時為記載於申請專利範圍的發明與其均等範圍所包含。
1‧‧‧空中顯示裝置
10‧‧‧反射鏡裝置
12‧‧‧光學要素
20‧‧‧顯示單元
21‧‧‧光源部
22‧‧‧顯示元件
30‧‧‧空中像
40‧‧‧光控制元件
41‧‧‧透明區域
42‧‧‧遮光區域
80‧‧‧觀察者

Claims (17)

  1. 一種空中顯示裝置，具備：顯示元件，具有顯示圖像的顯示面且從前述顯示面射出顯示光；光控制元件，具有相對於和前述顯示面正交的第1方向傾斜配置且交互排列的複數個透明區域與複數個遮光區域，供射入於前述透明區域的前述顯示光透射，且對射入於前述遮光區域的前述顯示光進行遮光；及反射鏡裝置，相對於前述顯示面平行地配置且反射已透射前述光控制元件的前述顯示光，在和前述顯示元件面對稱的位置成像空中像。
  2. 如請求項1之空中顯示裝置，其中前述複數個透明區域及前述複數個遮光區域，係分別延伸於和前述顯示面平行的第2方向且排列在和前述第2方向正交的第3方向。
  3. 如請求項2之空中顯示裝置，其中前述複數個透明區域與前述複數個遮光區域，係以相對於前述第1方向呈大於0度且為60度以下的角度θ排列。
  4. 如請求項3之空中顯示裝置，其中從前述顯示元件射出的前述顯示光係在前述角度θ具有最大光強度。
  5. 如請求項3之空中顯示裝置，其中更具備對前述顯示元件射出照明光之光源部，前述光源部係將在前述角度θ具有最大光強度的光對前述顯示元件射出。
  6. 如請求項1之空中顯示裝置，其中前述複數個透明區域各自具有供前述顯示光透射的光路，前述光路與前述第1方向所成的角θ係大於0度且為60度以下。
  7. 如請求項6之空中顯示裝置，其中更具備對前述顯示元件射出照明光之光源部，前述光源部係將在前述角θ具有最大光強度的光對前述顯示元件射出。
  8. 如請求項1之空中顯示裝置，其中前述光控制元件係相對於前述顯示元件的前述顯示面平行地配置。
  9. 如請求項1之空中顯示裝置，其中前述反射鏡裝置係具有分別含有呈直角配置的2個反射面之複數個光學要素。
  10. 如請求項9之空中顯示裝置，其中前述複數個光學要素各自係由立方體或長方體所成。
  11. 如請求項2之空中顯示裝置，其中前述反射鏡裝置係具有分別含有呈直角配置的2個反射面之複數個光學要素，前述光學要素所含有的前述反射面係相對於前述第3方向具有45度角。
  12. 一種空中顯示裝置，具備：顯示元件，具有顯示圖像的顯示面且從前述顯示面射出顯示光；光控制元件，具有相對於和前述顯示面正交的第1方向傾斜 配置且交互排列的複數個透明區域與複數個遮光區域，供射入於前述透明區域的前述顯示光透射，且對射入於前述遮光區域的前述顯示光進行遮光；反射鏡裝置，相對於前述顯示面平行地配置且反射已透射前述光控制元件的前述顯示光；及變更藉由前述反射鏡裝置反射的前述顯示光的光路之光路變更元件。
  13. 如請求項12之空中顯示裝置，其中前述光路變更元件係將以相對於前述第1方向的第1角度射入的前述顯示光，以相對於前述第1方向的第2角度射出。
  14. 如請求項12之空中顯示裝置，其中前述複數個透明區域及前述複數個遮光區域，係分別延伸於和前述顯示面平行的第2方向，且配置在和前述第2方向正交的第3方向。
  15. 如請求項14之空中顯示裝置，其中前述複數個透明區域與前述複數個遮光區域，係以相對於前述第1方向呈大於0度且為60度以下的角度θ排列。
  16. 如請求項15之空中顯示裝置，其中從前述顯示元件射出的前述顯示光係在前述角度θ具有最大光強度。
  17. 如請求項15之空中顯示裝置，其中更具備對前述顯示元件射出照明光之光源部，前述光源部係將在前述角度θ具有最大光強度的光對前述顯示元件射出。
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