WO2019030991A1

WO2019030991A1 - 空中映像表示装置

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Publication number: WO2019030991A1
Application number: PCT/JP2018/016863
Authority: WO
Inventors: 永悟佐野
Original assignee: コニカミノルタ株式会社
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-02-14

Abstract

空中映像表示装置は、平面視で互いに直交する複数の反射面を有する光学プレートと、被対象物からの光を偏向して光学プレートに導く偏向光学素子４とを備える。偏向光学素子４は、透光性の平板部材４１と、平板部材４１の内部に互いに離間して配置される複数の反射偏向面４２とを有している。複数の反射偏向面４２は、平板部材４１の互いに対向する２面のうちの一方の面４１ａから入射した被対象物からの光を反射によって偏向して、他方の面４１ｂから出射させる。

Description

空中映像表示装置

　本発明は、被対象物の実像を空中に結像させる空中映像表示装置に関するものである。

　近年、特殊な光学プレートを使用して被対象物の実像を空中に結像させ、その実像を観察者に観察させる空中映像表示装置が提案されてきている。ここで、被対象物には、ディスプレイ（例えば液晶表示装置（ＬＣＤ））のほか、３次元的な物体も含まれるが、広義には、ディスプレイに表示される画像も含まれるものとする。

　通常、空中における実像（空中像）の結像位置は、光学プレートに対して被対象物と面対象となる位置であるため、観察者に見やすい空中像を提供すべく、光学プレートから大きく離れた位置に空中像を結像させる場合には、光学プレートに対して被対象物を大きく離す必要がある。そのため、光学プレートと被対象物とを含む空間が大きくなり、空中映像表示装置が大型化してしまう。また、光学プレートに対して光線の入射角度が所望の角度よりも極端に大きくなると、光学プレート内での多重反射によって反射の効率が低下し、空中像が暗くなる（空中像の輝度が低下する）。

　そこで、例えば特許文献１では、光学プレートに対して被対象物側に、偏向光学素子として、リニアプリズムを配置することで、上記の不都合を低減するようにしている。リニアプリズムは、一方向に同一形状（例えば断面直角三角形）で延びる複数の構造体（プリズム）を複数並列に形成した光学部材である。被対象物からの光をリニアプリズムによって屈折させて光学プレートに入射させることにより、光学プレートに対して被対象物を寝かせた配置であっても、リニアプリズムから光学プレートに対しては所望の入射角度（例えば４５°～５０°）に近づけて光線を入射させることができる。これにより、装置の薄型化を実現しつつ、上記の多重反射を低減して輝度低下を抑えるようにしている。

特開２０１７－２６７３４号公報（請求項１、段落〔０００７〕、〔００１９〕、図１等参照）

　ところが、偏向光学素子として、光の屈折を利用したリニアプリズムを用いる構成では、偏向角度を大きくするのに限界があり、装置の薄型化に限界がある。すなわち、装置を薄型化すべく、リニアプリズムによる偏向角度を大きくしようとすると、周期的に並んだ各プリズムの傾斜面を立てていく（各プリズムの頂角を鋭角にしていく）必要がある。しかし、各プリズムの傾斜面が立ちすぎると、リニアプリズムを例えば樹脂材料で成形する場合に、各プリズムの頂角の部分（角部）をきれいに成形することができず、角部が丸みを帯びてしまう。また、各プリズムの傾斜面が立ちすぎることで、成形時に金型が抜けにくくなり、プリズム面精度が低くなる可能性がある。いずれにしても、リニアプリズムの製造誤差に起因して、所望の偏向特性が得られなくなる可能性がある。

　そのため、リニアプリズムによる偏向角度は、実際には２０°～３０°程度が限界である。したがって、装置の薄型化を図るべく、被対象物を光学プレートに対して寝かせて配置する場合でも、空中像の結像効率（輝度）を考慮すると、光学プレートに対して２５°～１５°程度までしか寝かせて配置することができず（それ以上寝かせて配置すると、リニアプリズムから光学プレートに対して所望の入射角度（例えば４５°）で入射させることができなくなるため）、装置の薄型化に限界がある。

　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、用いる偏向光学素子の構成を工夫することにより、装置の薄型化を図りつつ、空中像の輝度低下を抑えることができる空中映像表示装置を提供することにある。

　本発明の一側面に係る空中映像表示装置は、平面視で互いに直交する複数の反射面を有する光学プレートを備え、被対象物からの光を前記複数の反射面で反射させて、該光学プレートに対して前記光の入射側とは反対側の空中に導き、前記被対象物の実像を前記空中に結像させる空中映像表示装置であって、前記被対象物からの光を偏向して前記光学プレートに導く偏向光学素子をさらに備え、前記偏向光学素子は、透光性の平板部材と、前記平板部材の内部に互いに離間して配置され、前記平板部材の互いに対向する２面のうちの一方の面から入射した前記被対象物からの光を反射によって偏向して、他方の面から出射させる複数の反射偏向面とを有している。

　上記の構成によれば、複数の反射偏向面を平板部材の内部に有する反射型の偏向光学素子を用い、被対象物からの光を反射によって偏向するため、光学プレートに対して被対象物を平行に配置しても、被対象物からの光を光学プレートに対して所望の角度で偏向光学素子を介して入射させることが可能となる。これにより、装置の薄型化を図りつつ、空中像の輝度低下を抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る空中映像表示装置の全体の構成を模式的に示す断面図である。上記空中映像表示装置の光学プレートの概略の構成を示す斜視図である。参考例の空中映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。参考例の偏向光学素子としてのプリズム板の概略の構成を示す断面図である。上記実施の形態１の偏向光学素子の詳細な構成を示す断面図である。上記偏向光学素子の製造工程を模式的に示す説明図である。上記偏向光学素子が表示装置に対して傾いて配置されている場合において、上記表示装置から出射される光の光路を示す説明図である。上記偏向光学素子に様々な角度で入射する各光線の光路を模式的に示す説明図である。上記偏向光学素子の他の構成を示す断面図である。上記実施の形態１の空中映像表示装置の主要部を模式的に示す断面図である。図１０で示した各パラメータ間の幾何学的関係を模式的に示す説明図である。上記実施の形態１の偏向光学素子の主要部を拡大して示す断面図である。比較例１の空中映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。実施例１の空中映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。上記実施の形態１の空中映像表示装置の他の構成を模式的に示す断面図である。上記空中映像表示装置が備える拡散制限部材の詳細な構成を示す断面図である。半値角９０°の光源から出射される光線の角度分布を示す説明図である。半値角４０°の光源から出射される光線の角度分布を示す説明図である。図１７の角度分布を有する光源からの光を偏向光学素子に入射させた場合において、上記偏向光学素子から出射される光線の角度分布を示す説明図である。図１８の角度分布を有する光源からの光を偏向光学素子に入射させた場合において、上記偏向光学素子から出射される光線の角度分布を示す説明図である。本発明の実施の形態２の空中映像表示装置の構成を模式的に示す断面図である。上記空中映像表示装置が備える透過制御部材の概略の構成を示す断面図である。上記透過制御部材の透過率分布を示すグラフである。本発明の実施の形態３の空中映像表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。図２４のＡ－Ａ’線矢視断面図である。比較例２の空中映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。実施例２の空中映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。実施の形態３の空中映像表示装置が備える筐体のプレート保持部を変位させる機構を示す斜視図である。上記プレート保持部を移動させる前後の様子を模式的に示す断面図である。上記筐体の位置決め部を変位させる機構を示す斜視図である。被対象物としてのディスプレイの設置面に対する取り付け手法の一例を示す断面図である。上記筐体の他の構成を模式的に示す断面図である。図３２の筐体のプレート保持部を移動させる前後の様子を模式的に示す断面図である。図３２の筐体の位置決め部をプレート保持部に近づけた状態を示す断面図である。本発明の実施の形態４の空中映像表示装置の構成を示す斜視図である。図３５のＢ－Ｂ’線矢視断面図である。上記空中映像表示装置の他の構成を示す斜視図である。図３７のＣ－Ｃ’線矢視断面図である。

　〔実施の形態１〕
　本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をａ～ｂと表記した場合、その数値範囲に下限ａおよび上限ｂの値は含まれるものとする。また、本発明は、以下の内容に限定されるものではない。

　（空中映像表示装置の全体構成）
　図１は、本実施形態の空中映像表示装置１の全体の構成を模式的に示す断面図である。空中映像表示装置１は、被対象物の実像を空中に映像Ｍ（空中像）として結像させるものであり、ディスプレイ２と、光学プレート３と、偏向光学素子４とを備えている。

　ディスプレイ２は、画像を表示するデバイスであり、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置で構成される。本実施形態では、ディスプレイ２自体またはディスプレイ２の表示面２ａに表示される画像が被対象物を構成している。したがって、本実施形態において、被対象物の実像とは、ディスプレイ２の表示面２ａに表示される画像の実像を指す。ディスプレイ２は、光学プレート３と平行となるように、つまり、表示面２ａが光学プレート３の厚み方向に垂直な面（例えば光入射側の面３ａ）と平行となるように位置している。

　偏向光学素子４は、光学プレート３に対してディスプレイ２側に配置されており、ディスプレイ２とともに筐体５内に収容されている。偏向光学素子４は、ディスプレイ２の光出射面である表示面２ａと平行に配置されている。図１では、偏向光学素子４は、ディスプレイ２と離間して配置されているが、ディスプレイ２から偏向光学素子４への光の取り込み効率を向上させる観点では、偏向光学素子４はディスプレイ２と接して配置されていることが望ましい（図１４参照）。なお、偏向光学素子４の詳細については後述する。

　光学プレート３は、筐体５の開口部５ａに位置している。なお、光学プレート３は、筐体５の内部に収容されていてもよい。この場合、光学プレート３から出射される光を透過させるために、筐体５において、少なくとも光学プレート３と対向する部分を透明にすればよい。この光学プレート３は、ディスプレイ２から偏向光学素子４を介して入射する光を内部で反射させて、空中に映像Ｍを結像する。

　図２は、光学プレート３の概略の構成を示す斜視図である。本実施形態では、光学プレート３は、２枚の光学パネル２０・３０を積層して構成されている。光学パネル２０は、光学パネル２０・３０の積層方向（例えばＺ方向）に垂直な面内で互いに垂直な２方向のうちの一方向（例えばＸ方向）に、複数の板状部材２１を接着層を介して並べることによって形成されている。光学パネル３０は、上記２方向のうちの他の方向（例えばＹ方向）に、複数の板状部材３１を接着層を介して並べることによって形成されている。

　各板状部材２１は、Ｙ方向に長尺状に形成される透明基板２１ａと、該透明基板２１ａにおけるＸ方向に対向する２面のうちの少なくとも一方に形成される反射面２１ｂとを有している。同様に、各板状部材３１は、Ｘ方向に長尺状に形成される透明基板３１ａと、該透明基板３１ａにおけるＹ方向に対向する２面のうちの少なくとも一方に形成される反射面３１ｂとを有している。

　上記の構成において、ディスプレイ２からの光は、偏向光学素子４にて偏向された後、光学プレート３に入射し、光学プレート３の複数の反射面（反射面２１ｂ・３１ｂ）で反射された後、光学プレート３に対して上記光の入射側とは反対側の空中に導かれる。これにより、ディスプレイ２の表示面２ａに表示された画像の実像が映像（空中像）Ｍとして空中に結像される。なお、光学プレート３によって空中に実像が結像される原理については、特許文献１と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

　なお、光学プレート３としては、上記の２層構造のほか、互いに直交する反射面（平面視でＶ字型（Ｌ字型））を同一面上にアレイ状に並べた１層構造のものを用いることもできる。

　（課題についての補足説明）
　次に、本実施形態の偏向光学素子４の詳細について説明する前に、前述した課題について説明を補足しておく。

　図３は、参考例１の空中映像表示装置１’の概略の構成を示す断面図である。光学プレート３に対して光線の入射角度が所望の角度（例えば４５°～５０°）から乖離していると、光学プレート３内での多重反射によって反射の効率が低下し、空中像が暗くなることは前述の通りである。そこで、例えば被対象物（ディスプレイ２）として、ＬＣＤなどの一般的な表示装置を用いる場合、上記表示装置は正面輝度が最も高いため、図３のように、光学プレート３に対してディスプレイ２を４５°だけ傾斜させて配置することが望ましい。しかし、ディスプレイ２が上記のように傾斜していると、空中映像表示装置１’自体の大きさ（奥行きＤ２）がディスプレイ２の大きさによって決定してしまい（具体的には、奥行きＤ２を、（表示面の長さ）×（１／√２）よりも大きくすることが必要となり）、空中映像表示装置１’の薄型化に限界が生じてしまう。

　したがって、理想的には、図１で示したように、光学プレート３に対してディスプレイ２を平行に配置にすることが望ましい。この場合、空中映像表示装置１の奥行きをＤ２よりも小さいＤ１にして、薄型化を図ることができる。しかも、光学プレート３とディスプレイ２とを平行に配置した構成で、ディスプレイ２からの光線を光学プレート３に対して最適な角度（例えば４５°）で入射させることができれば、空中映像表示装置１の薄型化と空中像の高輝度とを両立させることができる。そこで、できるだけディスプレイ２を光学プレート３に対して平行に配置にしつつ、ディスプレイ２と光学プレート３との間に偏向光学素子４を配置して、ディスプレイ２からの光線を光学プレート３に対して最適な角度に偏向し、入射させる構成について検討する。

　ここで、上記の偏向光学素子４として、屈折によって光を偏向する光学素子を用いる場合について考える。図４は、上記光学素子の一例である参考例２のプリズム板１００の概略の構成を示す断面図である。プリズム板１００は、特許文献１で用いられるリニアプリズムに対応する光学素子であり、複数のプリズム１０１ａと平板部１０１ｂとを一体化して構成されている。複数のプリズム１０１ａは、断面直角三角形状であり、各プリズム１０１ａの斜面１０１ａ₁が互いに平行となるように、平板部１０１ｂ上に並列に配置されている。また、各プリズム１０１ａおよび平板部１０１ｂは、同一材料（例えば樹脂）で形成されている。プリズム板１００に対して、被対象物からの光が平板部１０１ｂ側から入射すると、上記光は、平板部１０１ｂおよびプリズム１０１ａのそれぞれと空気層との界面での屈折によって偏向され、光学プレート３に入射する。

　ここで、プリズム１０１ａの斜面１０１ａ₁と平板部１０１ｂとのなす角度を、プリズム角α（°）と呼ぶ。なお、このプリズム角αは、立ち上がり角とも呼ばれる。プリズム板１００での入射光の偏向角度は、プリズム板１００の材質の屈折率と、プリズム角αとによって決まる。例えば、プリズム板１００の材質が、屈折率１．４９のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）であるとすると、プリズム角αが４０°である場合、平板部１０１ｂに対して垂直方向から入射した光線は、プリズム板１００から出射されるときに、約２２°偏向される。

　空中映像表示装置１を薄型化すべく、図１のように、ディスプレイ２を光学プレート３に対して完全に平行となるように配置する場合、空中像の画像品質を最も良好にすることを考えると、偏向光学素子４での偏向角度として、４５°を実現する必要がある。しかし、偏向光学素子４として、上記したＰＭＭＡ製のプリズム板１００を用いた場合、このプリズム板１００で偏向角度４５°を実現しようとすると、プリズム角αを約６６°にすることが必要となる。このようにプリズム角αが大きいと、前述の通り、各プリズム１０１の頂角部分をきれいに成形することができず、頂角部分が丸みを帯びてしまう。また、プリズム１０１ａの斜面１０１ａ₁が平板部１０１ｂに対して立ちすぎることで、成形時に金型が抜けづらくなり、プリズム面精度が低くなる可能性がある。その結果、良好な偏向特性を得ることが困難となる。

　そこで、本実施形態では、偏向光学素子４として、屈折ではなく、反射を利用して光を偏向する光学素子を用いる。以下、本実施形態の偏向光学素子４の詳細について説明する。

　（偏向光学素子の詳細について）
　図５は、本実施形態の偏向光学素子４の詳細な構成を示す断面図である。本実施形態の偏向光学素子４は、透光性の平板部材４１と、複数の反射偏向面４２とを有している。平板部材４１は、例えばガラスや樹脂などからなる透明基材であり、互いに対向する２面として、面４１ａおよび面４１ｂを有している。なお、これらの面４１ａおよび面４１ｂは、平板部材４１の厚み方向に垂直な面である。反射偏向面４２は、平板部材４１の一方の面４１ａから入射した被対象物からの光を反射によって偏向して、他方の面４１ｂから出射させる金属反射面（ミラー、ルーバー）で構成されており、平板部材４１の内部に互いに離間して配置されている。

　複数の反射偏向面４２は、平板部材４１の２面（面４１ａ、面４１ｂ）の少なくとも一方（ここでは両方）に対して傾斜している。なお、各反射偏向面４２の傾き角度（厳密には、上記２面の少なくとも一方の面の法線に対する各反射偏向面４２の傾斜角度）のことを、以下では、ルーバー角度とも称する。

　また、複数の反射偏向面４２は、図５の紙面に平行な面内、つまり、被対象物から任意の反射偏向面４２に入射する入射光線（例えば光線Ｌａ）と、該入射光線が反射偏向面４２で反射偏向されて出射されるときの出射光線（例えば光線Ｌｂ）とを含む面内で、平板部材４１の厚み方向に垂直な一方向に所定のピッチで離間して配置されている。

　上記構成の偏向光学素子４では、入射光を各反射偏向面４２での反射によって偏向するため、各反射偏向面４２の傾斜角度（ルーバー角度）に応じて、入射する光の偏向方向（出射方向）を調整することができる。したがって、偏向光学素子４の平板部材４１の材質および各反射偏向面４２のルーバー角度を適切に設定することにより、ディスプレイ２を光学プレート３に対して平行に配置にしつつ、ディスプレイ２からの光線を、光学プレート３に対して最適な角度で入射するように、偏向光学素子４によって偏向することが容易となる。

　例えば、平板部材４１をガラス（屈折率１．５１７のＢＫ７（Schott社製））で構成した場合、ルーバー角度を１３．９°に設定することで、偏向光学素子４の面４１ａに対して垂直に入射した光線Ｌａ（入射角０°の光線）を、反射偏向面４２で反射させ、面４１ｂに対して出射角が４５°となるように偏向して光線Ｌｂとして出射することができ、これによって、光学プレート３に対して最適な角度（４５°）で光線Ｌｂを入射させることができる。

　また、例えば、平板部材４１を、屈折率１．４９のＰＭＭＡ樹脂で構成した場合、ルーバー角度を１４．２°に設定することで、偏向光学素子４の面４１ａに対して垂直に入射した光線Ｌａを、反射偏向面４２で反射させ、面４１ｂから出射角４５°の光線Ｌｂとして出射することができ、この場合も、光学プレート３に対して最適な角度（４５°）で光線Ｌｂを入射させることができる。

　なお、ディスプレイ２から出射される光に含まれる光線のうち、偏向光学素子４の面４１ａに対して垂直以外の角度で入射する光線については、面４１ａでの屈折、反射偏向面４２での反射、面４１ｂでの屈折を経て光学プレート３に導かれ、光学プレート３に対して最適な角度（４５°）に近い角度で入射することになる。

　上記構成の偏向光学素子４は、例えば以下のようにして製造することができる。図６は、本実施形態の偏向光学素子４の製造工程を模式的に示している。まず、所定の厚みのガラス基板５１を用意する（工程（Ａ））。そして、ガラス基板５１の両面に反射膜５２をコーティングする（工程（Ｂ））。この反射膜５２のコーティングは、例えばアルミニウムの蒸着によって行うことができる。なお、この反射膜５２は、上述した反射偏向面４２を形成する膜である。次に、反射膜５２をコーティングしたガラス基板５１を、接着剤を介して複数枚（例えば数百枚）積層して接着し、ガラスブロック５３を形成する（工程（Ｃ））。その後、得られたガラスブロック５３を、反射膜５２に対して斜め方向から、所定のピッチで切断する（工程（Ｄ））。切断した個片を所定の形状（例えば薄い直方体形状）に整形することにより、薄い平板状の偏向光学素子４を得ることができる。なお、工程Ｄにおいて、ガラスブロック５３を切断する向き（反射膜５２に対する切断角度）は、得ようとする偏向光学素子４の所望のルーバー角度に応じて適宜調整されればよい。

　なお、ガラス基板５１の代わりに樹脂基板（例えばＰＭＭＡからなる基板）を用いても、上記と同様の手法で偏向光学素子４を製造することができる。樹脂基板を用いた場合は、ガラス基板５１を用いた場合よりも安価に偏向光学素子４を製造することができる。

　以上のように、光学プレート３のディスプレイ２側に、平板部材４１および複数の反射偏向面４２を有する偏向光学素子４を配置することにより、光学プレート３に対してディスプレイ２を完全に平行に配置しつつ、ディスプレイ２からの光線を、偏向光学素子４で反射偏向させて、光学プレート３に対して最適な角度で入射させることができる。したがって、光学プレート３に対するディスプレイ２の平行配置により、空中映像表示装置１の薄型化を達成することができる。しかも、ディスプレイ２からの光線が光学プレート３に対して最適な角度で入射することで、光学プレート３での多重反射が低減される。これにより、光学プレート３での多重反射に起因する空中像の輝度低下およびゴースト像の発生を抑えることができる。

　なお、光学プレート３に対してディスプレイ２を完全に平行に配置した場合、上述した空中映像表示装置１の薄型化の効果が最も高いが、平行から若干（例えば数°～１５°程度）ずれた配置であってもよい。この場合でも、図３のようにディスプレイ２を光学プレート３に対して４５°傾ける構成や、屈折型のプリズム板１００を用い、かつ、ディスプレイ２を傾けて配置する構成に比べると、光学プレート３に対するディスプレイ２の傾き角度は十分に小さいため、空中映像表示装置１の薄型化の効果が得られることに変わりはない。

　また、偏向光学素子４の複数の反射偏向面４２は、平板部材４１の互いに対向する面４１ａおよび面４１ｂの少なくとも一方に対して傾斜している。これにより、ディスプレイ２に対して偏向光学素子４を平行またはそれに近い状態で配置しつつ、ディスプレイ２からの入射光を複数の反射偏向面４２で反射偏向して光学プレート３に入射させる構成を確実に実現することができる。

　また、複数の反射偏向面４２は、任意の反射偏向面４２に対する入射光線（例えば光線Ｌａ）と出射光線（例えば光線Ｌｂ）とを含む面内で平板部材４１の厚み方向に垂直な一方向に離間して配置されている。これにより、ディスプレイ２からの入射光を各反射偏向面４２での反射によってほぼ同じ方向に偏向することができ、光学プレート３に対して最適な角度またはこれに近い角度範囲で光を確実に入射させることができる。

　（偏向光学素子と被対象物との位置関係について）
　本実施形態では、上述のように、偏向光学素子４は、ディスプレイ２の光出射面である表示面２ａと平行に配置されている（図１参照）。これにより、空中に結像される実像の品位の低下を抑えることができる。より詳しくは、以下の通りである。

　図７は、偏向光学素子４がディスプレイ２に対して傾いて配置されている場合において、ディスプレイ２から出射される光の光路を示している。偏向光学素子４がディスプレイ２に対して傾いて配置されていると、ディスプレイ２の表示面２ａと偏向光学素子４との距離（光路長）が、表示面２ａ上の位置によって異なる。このため、ディスプレイ２から出射された光を偏向光学素子４の反射偏向面４２（図５参照）で一方向（図７の紙面に平行な方向）に反射偏向する構成では、ディスプレイ２に表示された画像を上記一方向に引き伸ばした画像の実像が空中像として観察されてしまう。これは、ディスプレイ２から偏向光学素子４を介して光学プレート３に入射する光の光路を展開したときに、ディスプレイ２が、破線で示すディスプレイ２Ｖに対応することになり、図７の紙面に平行な面内において、ディスプレイ２の長さ（表示画像の長さ）Ｈ１よりも、ディスプレイ２Ｖの長さ（表示画像の長さ）Ｈ２のほうが長くなることから容易に理解できる。

　本実施形態のように、偏向光学素子４がディスプレイ２の表示面２ａと平行に配置されている構成では、ディスプレイ２の表示面２ａと偏向光学素子４との距離が、表示面２ａ上の位置に関係なく一定となり、表示面２ａ上の位置によって、表示面２ａと偏向光学素子４との間の光路長に差が生じることがなくなる。これにより、ディスプレイ２から出射された光を偏向光学素子４の反射偏向面４２で一方向に反射偏向する構成であっても、ディスプレイ２に表示された画像の実像を、上記画像と同じ縦横比で（一方向に引き伸ばされることなく）空中に結像することができる。その結果、空中に結像される実像の品位の低下を抑えることができる。

　（反射偏向面のピッチと輝度ムラについて）
　図８は、偏向光学素子４に様々な角度で入射する光線Ｌ１～Ｌ３の光路を模式的に示している。光線Ｌ１は、偏向光学素子４の面４１ａに対して垂直に入射し、反射偏向面４２で反射偏向された後、面４１ｂから４５°方向に出射される光線（望ましい光線）である。光線Ｌ２は、偏向光学素子４の面４１ａに斜め方向から入射し、反射偏向面４２で反射偏向されずに平板部材４１をそのまま透過して面４１ｂから出射される光線（無反射光線）である。光線Ｌ３は、偏向光学素子４の面４１ａに斜め方向から入射し、複数の反射偏向面４２で反射偏向されて、面４１ｂから出射される光線（複数回反射光線）である。なお、図８では、光線Ｌ１～Ｌ３をそれぞれの入射位置をずらして図示しているが、２枚の反射偏向面４２・４２の間の同じブロック（平板部材４１）でも、これらの光線Ｌ１～Ｌ３が存在する可能性はある。

　偏向光学素子４の複数の反射偏向面４２のピッチが異なると、光線Ｌ１～Ｌ３の各透過量が、偏向光学素子４の場所によって変化する。例えば、複数の反射偏向面４２のピッチが広い場所では、光線Ｌ２の透過量が増大する。一方、複数の反射偏向面４２のピッチが狭い場所では、光線Ｌ３の透過量が増大し、光線Ｌ１の透過量が減少する場合がある。このように、光線Ｌ１～Ｌ３の各透過量が偏向光学素子４の場所によって変化し、各透過量のバランスが偏向光学素子４の場所によって変化すると、偏向光学素子４を介して光学プレート３に入射する光の光量が場所によって変化する。なお、光線Ｌ２および光線Ｌ３は、空中像としては結像に寄与しないが（光学プレート３に対して所望の角度範囲で入射しないため）、光線Ｌ１によって結像される空中像に対しては、光線Ｌ２および光線Ｌ３の透過光量の（場所による）ムラの影響が反映されてしまい、結果として、光学プレート３を介して空中に結像される空中像に輝度ムラが生じてしまう。

　以上のことを考慮し、本実施形態では、偏向光学素子４の複数の反射偏向面４２は、これらが離間して配置される上記一方向に一定のピッチで配置されている。例えば、偏向光学素子４（平板部材４１）の厚み２ｍｍに対して、複数の反射偏向面４２は、上記一方向に０．５ｍｍピッチで配置されている。これにより、偏向光学素子４の場所によって光線Ｌ１～Ｌ３の各透過量が変化するのを抑えて、偏向光学素子４を介して光学プレート３に入射する光の光量の分布にムラが生じるのを抑えることができる。その結果、光学プレート３を介して空中に結像される空中像に輝度ムラが生じるのを抑えることができる。

　（複数回反射光線を低減する構成）
　図９は、本実施形態の偏向光学素子４の他の構成を示す断面図である。同図に示すように、偏向光学素子４は、複数の反射偏向面４２の裏面側に無反射層４３を有していることが望ましい。つまり、平板部材４１の透明な媒質４１ｃを挟む位置関係にある２つの反射偏向面４２のうち、一方の反射偏向面４２と、透明な媒質４１ｃとの間に無反射層４３が設けられていることが望ましい。

　なお、上記の無反射層４３は、図６で示した製造工程において、反射膜５２をコーティングしたガラス基板５１を複数枚積層して接着する際に、黒色顔料（例えばカーボンブラック）を添加した接着剤を用いることによって実現することができる。すなわち、黒色顔料を添加した接着剤は、入射光を反射させずに吸収するため、上記の無反射層４３（光吸収層）として機能することができる。また、ガラス基板５１の両面に塗布された反射膜５２の一方にさらに墨塗りを行って墨塗り面とするか、ガラス基板５１の片面に反射膜５２を塗布し、もう片方に墨塗りを行って墨塗り面とし、複数枚のガラス基板５１を接着剤によって積層接着するようにしてもよい。この場合は、墨塗り面が無反射層４３を構成する。

　上記のように、複数の反射偏向面４２の裏面側に無反射層４３を設けることにより、偏向光学素子４の内部で、任意の反射偏向面４２に入射した光線Ｌ３がそこで反射偏向され、媒質４１ｃを介して隣り合う他の反射偏向面４２に向かう場合でも、その光線Ｌ３を他の反射偏向面４２の直前の無反射層４３で吸収して、偏向光学素子４から出射されないようにすることができる。つまり、複数の反射偏向面４２で反射され、所望の角度以外で光学プレート３に入射する光線Ｌ３を減らすことができる。その結果、光線Ｌ３に起因するゴースト像の発生を抑えることができる。

　（光学プレートに最適な角度で光を入射させるための条件）
　図１０は、本実施形態の空中映像表示装置１の主要部を模式的に示す断面図である。被対象物が、画像を表示するディスプレイ２である場合において、光学プレート３に対するディスプレイ２の配置角度（後述する角度Ｄｄに対応する）によって、ディスプレイ２からの光を光学プレート３に最適角度θで入射させるための、偏向光学素子４での偏向角度は変わってくる。そこで、本実施形態の空中映像表示装置１は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。すなわち、
　　３５°＜Ｄｄ＋ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎ（２×Ｌｄ））＜５５°
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　ここで、
　　Ｄｄ：ディスプレイ２の表示面２ａと光学プレート３とのなす角度（°）
　　ｎ　：偏向光学素子４の各反射偏向面４２で反射偏向されるディスプレイ２からの光が通過する平板部材４１の媒質４１ｃのｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）の屈折率
　　Ｌｄ：偏向光学素子４の各反射偏向面４２と、平板部材４１の面４１ａまたは面４１ｂの法線Ｎとのなす角度（°）
である。

　条件式（１）は、ディスプレイ２からの光を、偏向光学素子４を介して光学プレート３に最適角度θで入射させるための条件を規定している。条件式（１）において、ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎ（２×Ｌｄ））は、ディスプレイ２から出射される光に含まれる光線のうち、偏向光学素子４の面４１ａに対して垂直に入射する光線（入射角０°）が反射偏向面４２で反射された後、面４１ｂから出射されるときの出射角を指し、スネルの法則より導かれる。上記出射角をφ（°）とすると、条件式（１）は、以下の条件式（１ａ）のように書き換えることができる。
　　３５°＜Ｄｄ＋φ＜５５°　　　・・・（１ａ）

　一方、図１１は、図１０で示した最適角度θと、角度Ｄｄと、出射角φとの間の幾何学的関係を模式的に示している。図１１より、最適角度θは、以下の式（Ａ）で表されることがわかる。
　　θ＝９０°－（Ｄｄ＋φ）　　　・・・（Ａ）

　条件式（１）または（１ａ）を満足すると、式（Ａ）より、
　　３５°＜θ＜５５°　　　・・・（Ｂ）
が成り立つ。

　つまり、条件式（１）を満足するように、ディスプレイ２の配置角度（角度Ｄｄ）および偏向光学素子４の各反射偏向面４２の傾斜角度（角度Ｌｄ）を設定することにより、ディスプレイ２からの光は、偏向光学素子４を介して、光学プレート３に対して、式（Ｂ）を満足する最適な角度範囲（４５°に近い入射角度）で入射することになる。これにより、光学プレート３での多重反射が確実に低減されるため、光学プレート３によって空中に結像される空中像の輝度を確実に向上させることができるとともに、ゴースト像の発生を確実に低減することができる。

　（偏向光学素子の反射偏向面のピッチに関する条件）
　図１２は、本実施形態で用いる偏向光学素子４の主要部を拡大して示す断面図である。本実施形態の空中映像表示装置１は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。すなわち、
　　Ｐ＜ｔ（ｔａｎ（２×Ｌｄ）－ｔａｎ（Ｌｄ））　　　・・・（２）
　ここで、
　　Ｐ　：偏向光学素子４の各反射偏向面４２の配列ピッチ（ｍｍ）
　　ｔ　：偏向光学素子４の平板部材４１の厚み（ｍｍ）
　　Ｌｄ：偏向光学素子４の各反射偏向面４２と、平板部材４１の面４１ａまたは面４１ｂの法線Ｎとのなす角度（°）
である。

　条件式（２）は、ディスプレイ２から出射される光に含まれる光線のうち、偏向光学素子４に対して垂直に入射した光線が、複数の反射偏向面４２で複数回反射されてゴースト光として光学プレート３に入射するのを低減するための条件を規定している。すなわち、図１２で示すように、ディスプレイ２から出射される光に含まれる光線のうち、偏向光学素子４の面４１ａに対して垂直に入射する光線Ｌが、反射偏向面４２の面４１ａ側の端部で反射されて進行する場合を考える。このとき、光線Ｌが一方の反射偏向面４２で反射された後、隣り合う他方の反射偏向面４２またはこれと同一面に到達するまで進行するときの、偏向光学素子４の厚み方向に垂直な方向の進行距離Ｓ２は、以下の式で表される。
　　Ｓ２＝ｔ・ｔａｎ（２×Ｌｄ）　　　・・・（Ｃ）

　また、図１２の幾何学的関係により、距離Ｓ１は、以下の式で表される。
　　Ｓ１＝ｔ・ｔａｎ（Ｌｄ）　　　・・・（Ｄ）

　Ｓ２－Ｓ１の値が、複数の反射偏向面４２の配列ピッチＰ以下であると、光線Ｌが隣り合う反射偏向面４２で複数回反射されて偏向光学素子４から出射され、光学プレート３に対して最適な角度範囲以外の角度で入射することになる。このような光線Ｌは、ゴースト像を生じさせる原因となる。したがって、ゴースト像を生じさせる光線Ｌを低減するためには、
　　Ｐ＜Ｓ２－Ｓ１　　　・・・（Ｅ）
を満足することが必要となる。

　式（Ｃ）（Ｄ）を式（Ｅ）に代入すると、式（Ｅ）は、条件式（２）と等価となる。すなわち、条件式（２）を満足することにより、光線Ｌが偏向光学素子４に入射して複数の反射偏向面４２で複数回反射され、ゴースト光として光学プレート３に入射するのを低減することができ、ゴースト像の発生を低減することができる。

　（シミュレーションについて）
　次に、本実施形態の空中映像表示装置１の薄型化の効果を確認するため、以下のシミュレーションを行った。その結果について説明する。

　図１３は、比較例１の空中映像表示装置１ａの概略の構成を示す断面図であり、図１４は、実施例１の空中映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。実施例１の空中映像表示装置１は、光学プレート３に対してディスプレイ２を平行に配置し、偏向光学素子４をディスプレイ２と接するように配置して構成されている。一方、比較例１の空中映像表示装置１ａは、実施例１の空中映像表示装置１から偏向光学素子４を省き、ディスプレイ２を光学プレート３に対して４５°傾けて配置した構成である（光学プレート３に対して最適な角度で光線を入射させるため）。なお、図１３および図１４では、説明に関係のない部材（装置のメカ部材やディスプレイ２の支持基板等）の図示を省略している。

　ここで、いずれの空中映像表示装置１・１ａにおいても、用いた光学プレート３のサイズは、縦２４４ｍｍ×横２４４ｍｍであり、ディスプレイ２の表示面２ａのサイズは、対角１０インチ（縦２２１ｍｍ×横１２４ｍｍ）であり、光学プレート３からの空中像（映像Ｍ）の飛び出し量は、１００ｍｍであった。なお、空中像の飛び出し量とは、空中像の中心から光学プレート３までの、光学プレート３に対して４５°方向の距離を指す。

　空中映像表示装置１ａ・１において、ディスプレイ２を収容する筐体５の厚みを、それぞれ奥行方向の厚みｔ１（ｍｍ）およびｔ２（ｍｍ）としたとき、比較例１の空中映像表示装置１ａでは、厚みｔ１が１１５ｍｍであったのに対して、実施例１の空中映像表示装置１では、厚みｔ２が７１ｍｍであった。したがって、偏向光学素子４を用いた実施例１の空中映像表示装置１によれば、偏向光学素子４を用いない比較例１の空中映像表示装置１ａに比べて、大幅に薄型化できていることがわかる。

　また、実施例１の空中映像表示装置１では、表示面２ａと光学プレート３とのなす角度をＤｄ（°）とし、平板部材４１の媒質４１ｃのｄ線の屈折率をｎとし、偏向光学素子４において、面４１ｂの法線に対する各反射偏向面４２の傾斜角度をＬｄ（°）としたとき、Ｄｄ＝０°、ｎ＝１．５１７、Ｌｄ＝１３．９°であった。この場合、Ｄｄ＋ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎ（２×Ｌｄ））＝４５°となり、条件式（１）を満足していた。

　また、実施例１の空中映像表示装置１では、偏向光学素子４の各反射偏向面４２の配列ピッチをＰ（ｍｍ）とし、偏向光学素子４の平板部材４１の厚みをｔ（ｍｍ）としたとき、Ｐ＝０．５、ｔ＝２．０、Ｌｄ＝１３．９°であり（上述した条件式（２）の右辺は０．５６であり）、条件式（２）を満足していた。

　（空中映像表示装置の他の構成）
　図１５は、本実施形態の空中映像表示装置１の他の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、空中映像表示装置１は、図１の構成に加えて、拡散制限部材６をさらに備えていてもよい。拡散制限部材６は、偏向光学素子４に対して被対象物側（ディスプレイ２側）に配置され、被対象物からの光（拡散光）を、所定範囲内の拡散角度に制限して（狭めて）出射する平板状の光学部材である。

　図１６は、拡散制限部材６の詳細な構成を示す断面図である。拡散制限部材６は、透光性部材６１と、透光性部材６１の内部で互いに離間して所定のピッチで配置される複数の遮光板６２とを有している。遮光板６２の配列ピッチは、偏向光学素子４の反射偏光板４２の配列ピッチと一致していることが望ましいが、互いに異なっていてもよい。また、遮光板６２は、平板状の拡散制限部材６の厚み方向に垂直な面６１ａに対して垂直に設けられていることが望ましいが、入射光を所定範囲内の拡散角度に制限して出射できるのであれば、面６１ａに対して傾いていてもよい。

　上記のように、入射光を所定範囲内の拡散角度に制限して出射する拡散制限部材６としては、例えば住友スリーエム社製のプライバシーフィルターを用いることができる。

　被対象物として、例えばＬＣＤなどのディスプレイ２を用いた場合、ディスプレイ２から出射される光は、一般的にある広がりを有している。ディスプレイ２から完全な平行光だけが出射されれば、偏向光学素子４で偏向されて出射される光線は、きれいに所望の角度成分（例えば光学プレート３に対して４５°で入射する成分）だけを持つ光線となる。しかし、広がりを持った角度成分の光が偏向光学素子４に入射すると、偏向光学素子４にて所望の角度以外の角度で偏向されて出射される光線が存在してしまう。そして、このような光線が光学プレート３に入射すると、上述のように光学プレート３での多重反射によって輝度低下やゴースト像の発生が起こる。

　本実施形態のように、偏向光学素子４に対して被対象物側に拡散制限部材６を配置することにより、ディスプレイ２から広がりを持つ光が拡散制限部材６に入射した場合でも、入射光のうちで角度βよりも大きい角度で拡散する光線については遮光板６２で吸収され、角度β以下の角度で拡散する光線は、遮光板６２で吸収されずに拡散制限部材６から出射され、偏向光学素子４に入射する。つまり、拡散制限部材６に入射した光は、拡散角度が入射光よりも狭い所定範囲内（上記の例では角度β以下）に制限されて出射され、偏向光学素子４に入射する。これにより、偏向光学素子４にて所望の角度以外の角度で偏向されて光学プレート３に入射する光線を減らすことができる。その結果、光学プレート３での多重反射を低減して、輝度低下やゴースト像の発生を抑えることができる。

　ここで、偏向光学素子４に入射する光の広がりと、偏向光学素子４から出射される光の角度分布との関係について考察する。図１７は、半値角９０°の光源から出射される光線の角度分布（出射方向と強度との関係）を示し、図１８は、半値角４０°の光源から出射される光線の角度分布（出射方向と強度との関係）を示している。ここで、半値角とは、正面（出射方向は０°の方向とする）の光の強度に比べて、強度が半分になるときの角度を指す。なお、出射方向０°は、偏向光学素子４に対して入射角０°で入射する方向（垂直入射のときの入射方向）に対応し、同心円の中心から半径方向外側に向かう方向は、光の強度が増大する方向に対応する。また、図１９および図２０は、偏向光学素子４から出射される光線の角度分布（出射方向と強度との関係）を示しており、図１９は、一例として、図１７の角度分布を有する光源からの光を偏向光学素子４に入射させた場合を示し、図２０は、一例として、図１８の角度分布を有する光源からの光を偏向光学素子４に入射させた場合を示している。

　各光源からの光を偏向光学素子４にて反射偏向させる場合、図１９および図２０より、半値角９０°の光源よりも半値角４０°の光源を用いたほうが、つまり、光線の広がり（拡散角度）のより小さい光源を用いたほうが、偏向光学素子４にて反射偏向されて出射され、光学プレート３に対して所望の角度（例えば４５°方向）で入射する光の強度が高いことがわかる。これは、偏向光学素子４に入射する光線の広がりが大きいと、偏向光学素子４での反射偏向により、光学プレート３に対して所望の角度以外の角度で入射する光が増大し、光学プレート３に対して所望の角度で入射する光が減少するためである。したがって、このような考察からも、拡散角度の狭い光を偏向光学素子４に入射させるほうが、光学プレート３に対して所望の角度で入射する光を増大させるのに有利であることがわかる。

　よって、本実施形態のように、拡散制限部材６を配置して被対象物からの光の拡散角度を制限し、拡散角度の狭い光を偏向光学素子４に入射させることにより、偏向光学素子４から光学プレート３に対して所望の角度で入射する光を増大させて、光学プレート３での多重反射を低減し、多重反射に起因する輝度低下やゴースト像の発生を抑えることができると言える。

　なお、図１９および図２０の角度分布より、偏向光学素子４に入射する光の半値角は、６０°（４０°と９０°との間）以下であることが、光学プレート３に対して所望の角度で入射する光を増大させて、多重反射に起因する輝度低下やゴーストの発生を抑える点で望ましく、半値角４０°以下であることがさらに望ましいと言える。したがって、拡散制限部材６が、被対象物からの光を所定範囲の拡散角度に制限して出射する際の上記所定範囲（角度β）としては、全角６０°以下（垂直入射（０°方向）に対して±３０°以下）であることが望ましく、全角４０°以下（垂直入射（０°方向）に対して±２０°以下）であることがさらに望ましいと言える。

　（その他）
　偏向光学素子４は、光学プレート３と被対象物（ディスプレイ２）との間であれば、どの位置に設けられてもよいが、被対象物から偏向光学素子４への光の取り込み効率向上（入射光の漏れ防止）の観点から、光学プレート３と被対象物との中間位置よりも、被対象物側に配置されていることが望ましい。

　偏向光学素子４をディスプレイ２に対して傾けて配置する場合、偏向光学素子４においてディスプレイ２との距離が近い側の端部から遠い側の端部に向かうにつれて、複数の反射偏向面４２の傾斜角度（図１２の角度Ｌｄ）が大きくなるように、偏向光学素子４を構成してもよい。この場合、ディスプレイ２に対する偏向光学素子４の傾きに起因して、ディスプレイ２に表示された画像の実像が一方向に引き伸ばされるのを、複数の反射偏向面４２の異なる角度での反射偏向によって打ち消すことができる。これにより、空中に結像される実像の品位の低下を抑えることができる。

　〔実施の形態２〕
　図２１は、本発明の実施の形態２の空中映像表示装置１の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の空中映像表示装置１は、実施の形態１の図１で示した構成に加えて、透過制御部材７をさらに備えている。なお、図２１では、透過制御部材７は、偏向光学素子４と接して配置されているが、離間して配置されてもよい。また、透過制御部材７を設ける構成は、拡散制限部材６を設ける図１６の構成にも勿論適用可能である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

　図２２は、透過制御部材７の概略の構成を示す断面図である。透過制御部材７は、偏向光学素子４（図２１参照）からの光を所定範囲内の拡散角度に制限して透過させる平板状の光学部材であり、偏向光学素子４と光学プレート３との間の光路中に配置されている。透過制御部材７は、透光性の平板部材７１と、平板部材７１の内部で互いに離間して配置される複数の遮光板７２とを有している。平板部材７１は、例えば透明な樹脂（例えばシリコーンゴム）で構成されており、光入射側の面７１ａおよび光出射側の面７１ｂを有している。これらの面７１ａ・７１ｂは、平板部材７１の厚み方向に垂直な面であり、互いに対向している。複数の遮光板７２は、例えば黒色顔料を含有する樹脂（例えばシリコーンゴム）で構成されており、帯状に形成され、平板部材７１の内部に所定のピッチで並んで配置されているとともに、平板部材７１の厚み方向（面７１ａ・７１ｂの法線Ｎの方向）に対して傾斜した状態で配置されている。本実施形態では、複数の遮光板７２は、法線Ｎに対して約４５°傾斜しているが、この傾斜角度は適宜変更可能である。

　図２３は、透過制御部材７の透過率分布を示している。上記のように複数の遮光板７２が法線Ｎに対して傾斜していることにより、透過制御部材７の面７１ａに入射する光線の入射方向（透過制御部材７の透過方向）によっては、遮光板７２で吸収される光線や、遮光板７２で吸収されずに面７１ｂから出射される光線が存在する。その結果、透過制御部材７を透過する光線の透過率は、平板部材７１の厚み方向を基準とする角度に応じて変化する特性となっている。具体的には、複数の遮光板７２が法線Ｎに対して約４５°傾斜している場合、透過制御部材７（例えば１．０ｍｍ厚）を透過する光線の透過率は、法線Ｎに対して約４５°傾斜した方向（γ≒４５°）において最大（８０％）となり、上記透過率が最大の方向に対する角度差が大きくなるにしたがって、光線の透過率が減少する特性となっている。このように、本実施形態の透過制御部材７は、厚み方向とは異なる方向に透過率が最大となる特性を有している。

　なお、複数の遮光板７２が法線Ｎに対して例えば約１０°傾斜している場合、透過制御部材７（例えば１．０ｍｍ厚）を透過する光線の透過率は、法線Ｎに対して約１０°傾斜した方向において最大となり、複数の遮光板７２が法線Ｎに対して例えば約２０°傾斜している場合、透過制御部材７（例えば１．０ｍｍ厚）を透過する光線の透過率は、法線Ｎに対して約２０°傾斜した方向において最大となることがわかっている。また、複数の遮光板７２の傾斜角度によっては、透過制御部材７において透過率が最大となる方向と各遮光板７２とが完全に平行となる場合もあり得る。以上のことから、複数の遮光板７２は、透過率が最大となる方向と平行または略平行となるように、平板部材７１の厚み方向に対して傾斜した状態で配置されていると言うことができる。なお、厚み方向に対して傾斜した状態には、厚み方向に対する傾斜角度が０°（厚み方向と平行）となる状態は含まれない。また、本明細書において、「略平行」とは、角度差が例えば１０°以下であることを指すが、５°以下であることが望ましい（以下での説明においても、「略平行」は上記と同様に解釈するものとする）。

　このように、複数の遮光板７２が平板部材７１の内部で傾斜して設けられていることにより、ディスプレイ２から偏向光学素子４を介して透過制御部材７に光が入射する際に、偏向光学素子４から出射される光のうちで角度ψ（図２２参照）よりも大きい角度で拡散する光線については遮光板７２で吸収され、角度ψ以下の角度で拡散する光線は、遮光板７２で吸収されずに透過制御部材７から出射され、光学プレート３に入射する。つまり、透過制御部材７に入射した光は、拡散角度が入射光よりも狭い所定範囲内（上記の例では角度ψ以下）に制限されて出射され、光学プレート３に入射することになる。

　上記のように、偏向光学素子４からの光を所定範囲内の拡散角度に制限して透過させるとともに、厚み方向とは異なる方向に透過率が最大である特性を有する透過制御部材７としては、例えば信越ポリマー株式会社製の視野角制御フィルム（ＶＣＦ；View Control Film）を用いることができる。

　本実施形態では、透過制御部材７は、偏向光学素子４から出射されて、透過率が最大である方向に内部を透過する光線が、光学プレート３に対して所望の角度範囲で入射するように配置されている。例えば、ディスプレイ２が光学プレート３と平行または略平行となるように配置され、偏向光学素子４が、ディスプレイ２から垂直に入射する光線を出射角４５°で出射させる構成では、図２１のように、透過制御部材７は、偏向光学素子４と接して（偏向光学素子４と平行に）配置される。このような配置により、ディスプレイ２から出射され、偏向光学素子４にて約４５°偏向されて透過制御部材７に入射する光線は、透過率が最大である約４５°方向に効率よく透過し、光学プレート３に対して所望の角度範囲（例えば４５°～５０°）で入射することになる。

　以上のように、偏向光学素子４の光学プレート３側に透過制御部材７を配置することにより、ディスプレイ２から出射され、偏向光学素子４で偏向される光に含まれる光線のうち、光学プレート３に対して所望の角度範囲で入射する方向に向かう光線を、透過制御部材７によって高い透過率で透過させる一方、偏向光学素子４にて上記角度範囲以外の方向に偏向される光線の進行を、透過制御部材７での拡散角度の制限（遮光板７２での光吸収）によって抑えることができる。これにより、光学プレート３によって結像される空中像の輝度低下を抑えつつ、上記角度範囲以外の方向に偏向される光線に起因するゴーストの発生を抑えることができる。

　また、透過制御部材７は、透光性の平板部材７１と、平板部材７１の内部で互いに離間して配置される複数の遮光板７２とを有しており、複数の遮光板７２は、透過率が最大となる方向と平行または略平行となるように、平板部材７１の厚み方向に対して傾斜した状態で配置されている。このように平板部材７１と複数の遮光板７２とを組み合わせて透過制御部材７を構成することにより、偏向光学素子４からの光を所定範囲内の拡散角度に制限して透過させ、厚み方向とは異なる方向に透過率が最大である透過制御部材７を確実に実現することができる。

　〔実施の形態３〕
　（空中映像表示装置の構成）
　図２４は、本発明の実施の形態３の空中映像表示装置１の構成を模式的に示す斜視図であり、図２５は、図２４のＡ－Ａ’線矢視断面図である。本実施形態の空中映像表示装置１は、実施の形態１で示した筐体５の代わりに、筐体８を備えた構成であってもよい。以下、筐体８の詳細について説明する。

　筐体８は、光学プレート３および偏向光学素子４を、互いに離間して平行または略平行となるように保持する。この筐体８は、図２５に示すように、偏向光学素子４に対して光学プレート３とは反対側が開口した形状であり、開口側から筐体８を被対象物に被せることが可能となっている。すなわち、筐体８は、一部に開口部８ａを有しており、この開口部８ａを介して、被対象物を筐体８に対して相対的に挿抜することが可能となっている。なお、ここでは、被対象物として、設置面Ｑに予め設置された、タッチパネルのない平板状のディスプレイ２（既設画像表示素子）を例に挙げて説明するが、タッチパネル付きのディスプレイであってもよい。

　筐体８は、プレート保持部８１と、素子保持部８２と、位置決め部８３と、枠体８４とを有している。枠体８４は、プレート保持部８１、素子保持部８２および位置決め部８３を、これらの外周縁側から支持する枠状の支持体である。上記の開口部８ａは、枠体８４の一方の端部に形成される。プレート保持部８１、素子保持部８２および位置決め部８３は、いずれも、枠体８４の内側に収まるように、この順で互いに平行に配置されるとともに、平面視でそれぞれ枠状に形成されているが、これらの形状は特に限定されない。また、プレート保持部８１、素子保持部８２、位置決め部８３および枠体８４は、プラスチックなどの樹脂で構成されるが、これらの材質も特に限定されない。

　プレート保持部８１は、光学プレート３を保持する。なお、光学プレート３の保持の仕方は、特に限定されない。例えば、プレート保持部８１は、光学プレート３の周縁部をクランプする（挟み込む）ことによって光学プレート３を保持してもよい。また、プレート保持部８１と光学プレート３の周縁部とを押さえ部材を介してねじ止めしたり、接着剤で接着することにより、プレート保持部８１が光学プレート３を保持する構成としてもよい。

　素子保持部８２は、光学プレート３と平行または略平行となるように、偏向光学素子４を保持する。なお、偏向光学素子４の保持の仕方も特に限定されない。例えば、素子保持部８２は、偏向光学素子４の周縁部をクランプすることによって偏向光学素子４を保持してもよい。また、素子保持部８２と偏向光学素子４の周縁部とを押さえ部材を介してねじ止めしたり、接着剤で接着することにより、素子保持部８２が偏向光学素子４を保持する構成としてもよい。なお、素子保持部８２は、偏向光学素子４のみならず、上述した拡散制限部材６（図１６参照）および透過制御部材７（図２２参照）の少なくとも一方を同時に保持してもよい。

　位置決め部８３は、筐体８の開口側から筐体８をディスプレイ２に被せたときに、ディスプレイ２と当接することによって、ディスプレイ２に対して光学プレート３が平行または略平行となるように筐体８を位置決めする。したがって、位置決め部８３は、ディスプレイ２と当接可能な当接部でもある。この位置決め部８３は、素子保持部８２に対してプレート保持部８１とは反対側の位置で、枠体８４によって支持されている。

　図２６は、比較例２の空中映像表示装置１ｂの概略の構成を示す断面図である。比較例２の空中映像表示装置１ｂは、図１３で示した比較例１の空中映像表示装置１ａの筐体５を、ディスプレイ２の配置位置で切断した筐体８’に置き換え、鉛直方向に沿った設置面Ｑに取り付けられたディスプレイ２から垂直に出射される光線が、光学プレート３に対して所望の角度（ここでは４５°とする）で入射するように、筐体８’をディスプレイ２に被せた構成である。なお、筐体８’には、光学プレート３が保持されており、偏向光学素子４は保持されていないとする。偏向光学素子４を用いない比較例２では、ディスプレイ２と光学プレート３とが４５°で交差する位置関係にあることが、図２６より明らかである。

　一方、図２７は、実施例２の空中映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。実施例２の空中映像表示装置１は、鉛直方向に沿った設置面Ｑに取り付けられたディスプレイ２に、図２５で示した筐体８を開口側から被せた構成である。なお、偏向光学素子４は、ディスプレイ２から垂直に入射する光線が光学プレート３に対して入射角４５°で入射するように、入射光線を偏向する構成であるとする。筐体８には、上述した位置決め部８３が設けれているため、筐体８を平板状のディスプレイ２に被せたときに、位置決め部８３がディスプレイ２の表面の一部と当接し、これによって、ディスプレイ２に対して光学プレート３が平行となるように、ディスプレイ２に対する筐体８の位置が固定される。光学プレート３および偏向光学素子４は、筐体８（プレート保持部８１、素子保持部８２）によって予め平行となるように保持されているため、結局、光学プレート３、偏向光学素子４、ディスプレイ２の３者は、互いに平行な位置関係となる。

　ここで、実施例２の空中映像表示装置１および比較例２の空中映像表示装置１ｂのいずれにおいても、用いた光学プレート３のサイズは、先の実施例１および比較例１と同じ、縦２４４ｍｍ×横２４４ｍｍであり、ディスプレイ２の表示面２ａのサイズは、対角１０インチ（縦２２１ｍｍ×横１２４ｍｍ）であり、光学プレート３からの空中像（映像Ｍ）の飛び出し量は、１００ｍｍであるとする。実施例２の空中映像表示装置１では、光学プレート３、偏向光学素子４およびディスプレイ２が互いに平行な位置関係となるため、設置面Ｑからの装置の突出量（筐体８の厚み）を極力抑えることができ、上記突出量として、実施例１の厚みｔ２と同じ７１ｍｍを実現することができる。これに対して、比較例２の空中映像表示装置１ｂでは、偏向光学素子４を配置しないため、部分的に切断した筐体８’を用いても、設置面Ｑからの装置の突出量（筐体８’の厚み）は、比較例１の厚みｔ１の√２倍である１６２．６ｍｍとなる。なお、上記の√２倍は、４５°で交差するディスプレイ２と光学プレート３との幾何学的な位置関係から導出される。つまり、実施例２の構成では、比較例２の構成に比べて、設置面Ｑからの装置の突出量を半分以下に大幅に低減することが可能となる。

　以上のように、上述した構成の筐体８を用いる空中映像表示装置１では、筐体８をディスプレイ２に被せたときに、位置決め部８３がディスプレイ２と当接することによって、光学プレート３とディスプレイ２とが平行または略平行となり、最終的に、光学プレート３、偏向光学素子４、ディスプレイ２の３者が互いに平行または略平行な位置関係となる。これにより、ディスプレイ２の設置面Ｑに対する装置の突出量を小さくすることが可能となり、装置を薄型化することが可能となる。

　また、被対象物の実像（映像Ｍ）は、原理上、光学プレート３に対して被対象物と面対称となる空中の位置に結像されるため、被対象物として、鉛直方向に沿った設置面Ｑに設置されたディスプレイ２を利用する場合、偏向光学素子４を用いない比較例２の構成では、図２６のように、空中における映像Ｍの結像位置（表示画面）が水平方向に沿って位置する。この場合、観察者は、映像Ｍを正規の観察方向からずれた方向から観察することになり、映像Ｍを観察しにくくなる。なお、映像Ｍの正規の観察方向とは、光学プレート３から映像Ｍの結像位置に向かう方向とは逆方向を指し、図２６では、鉛直下向きの方向を指す。つまり、図２６の構成では、映像Ｍを真上からでないと観察することができない。

　これに対して、実施例２の構成では、光学プレート３、偏向光学素子４、ディスプレイ２の３者が互いに平行または略平行な位置関係となることで、空中における映像Ｍの結像位置（表示画面）が鉛直方向に沿って（ディスプレイ２と平行に）位置する。この場合、観察者は、映像Ｍを上記した正規の観察方向から観察することが可能となり、映像Ｍを観察しやすくなる。つまり、映像Ｍの視認性を向上させることができる。

　また、筐体８の上記構成により、設置面Ｑに設置された既設の被対象物（ディスプレイ２またはタッチパネル付きディスプレイ）に、筐体８を被せるだけで、被対象物の実像（例えばディスプレイ２の表示映像）を簡単に空中映像化することができる。

　また、後述する入力検知部９（図３５等参照）を用いて、映像Ｍに対する入力位置を検知するタッチパネルを実現する場合でも、入力者（映像Ｍの観察者）は、映像Ｍを例えば斜め４５°上方から観察しながら、手や指で映像Ｍの所望の位置を指定し、入力することができるため、入力操作もしやすくなる（入力による操作性が向上する）。

　また、上述した筐体８は、プレート保持部８１と、素子保持部８２と、枠体８４とをさらに有しており、位置決め部８３は、素子保持部８２に対してプレート保持部８１とは反対側の位置で、枠体８４によって支持されている。これにより、筐体８をディスプレイ２に被せたときに、位置決め部８３をまずディスプレイ２と当接させて、光学プレート３とディスプレイ２とを平行または略平行にすることができる。また、プレート保持部８１、素子保持部８２および位置決め部８３が同じ枠体８４で支持されているため、位置決め部８３がディスプレイ２と当接すると同時に、光学プレート３、偏向光学素子４、ディスプレイ２の３者の位置関係を、互いに平行または略平行にすることができる。

　（変位機構について）
　上記したプレート保持部８１および位置決め部８３の少なくとも１つは、相互の離間距離が変化するように、枠体８４に支持されていてもよい。なお、本実施形態では、素子保持部８２は、プレート保持部８１または位置決め部８３との離間距離が変化するように、枠体８４に支持されているが、枠体８４に対して固定されていてもよい。

　図２８は、プレート保持部８１を変位させる機構を示す斜視図である。プレート保持部８１の枠体８４側の端面には、枠体８４側に突出する凸部８１ａが形成されている。凸部８１ａの数は特に限定されず、１個であってもよいし、複数個であってもよい。また、凸部８１ａが形成される位置は、プレート保持部８１において枠体８４と対向する位置であればよく、特に限定されない。

　一方、枠体８４の内面には、プレート保持部８１の凸部８１ａが嵌まり込む凹部８４ａが形成されている。凹部８４ａは、プレート保持部８１および位置決め部８３の離間距離が変化する方向（図２８では上下方向）に延びている。凹部８４ａの数は特に限定されないが、凸部８１ａの数と一致していればよい。また、凹部８４ａが形成される位置は、枠体８４においてプレート保持部８１の凸部８１ａが嵌る位置であればよく、特に限定されない。

　上記のように、プレート保持部８１に凸部８１ａを形成し、枠体８４に凹部８４ａを形成し、凸部８１ａを凹部８４ａに嵌め込むことにより、凸部８１ａと凹部８４ａとが摺動する方向、つまり、位置決め部８３に対して離間距離が変化する方向にプレート保持部８１を移動（変位）させることができる。これにより、位置決め部８３と当接しているディスプレイ２に対して、プレート保持部８１で保持されている光学プレート３を、相互の離間距離が変化する方向に移動（変位）させることができる。その結果、光学プレート３を介して空中に結像される映像Ｍの結像位置を調整することが可能となる。

　図２９は、プレート保持部８１を位置決め部８３に対して移動させる前後の様子を模式的に示している。例えば、プレート保持部８１が位置決め部８３から最も離れた位置をＰ１とし、位置Ｐ１よりも位置決め部８３側のプレート保持部８１の位置を、Ｐ２とする。プレート保持部８１を位置Ｐ１からＰ２に（位置決め部８３との離間距離が小さくなる方向に）移動させると、上記プレート保持部８１で保持されている光学プレート３を介して空中に結像される映像Ｍの結像位置は、位置Ｍ１から位置Ｍ２に変化し、映像Ｍの結像位置がディスプレイ２に近づく。逆に、プレート保持部８１を位置Ｐ２から位置Ｐ１に（位置決め部８３との離間距離が大きくなる方向に）移動させると、光学プレート３を介して空中に結像される映像Ｍの結像位置は、位置Ｍ２から位置Ｍ１に変化し、映像Ｍの結像位置がディスプレイ２から遠ざかる。

　また、図３０は、位置決め部８３を変位させる機構を示す斜視図である。なお、同図では、図示の複雑化を避けるために、プレート保持部８１および素子保持部８２の図示を省略している。位置決め部８３の枠体８４側の端面には、枠体８４側に突出する凸部８３ａが形成されている。凸部８３の数は特に限定されず、１個であってもよいし、複数個であってもよい。また、凸部８３ａが形成される位置は、位置決め部８３において枠体８４と対向する位置であればよく、特に限定されない。

　ここでは、位置決め部８３の凸部８３ａは、プレート保持部８１の凸部８１ａと同一形状で形成されている。そして、凸部８３ａは、凸部８１ａと同様に、枠体８４の凹部８４ａに嵌まり込んでいる。なお、凸部８１ａが嵌まり込む凹部８４ａとは別に、凸部８３ａが嵌まり込む凹部を枠体８４に設けるようにしてもよい。

　上記のように、位置決め部８３に凸部８３ａを形成し、凸部８３ａを枠体８４の凹部８４ａに嵌め込むことにより、凸部８３ａと凹部８４ａとが摺動する方向、つまり、プレート保持部８１に対して離間距離が変化する方向に位置決め部８３を移動（変位）させることができる。これにより、プレート保持部８１で保持されている光学プレート３と、位置決め部８３と当接しているディスプレイ２との相互の離間距離を変化させることができるため、光学プレート３を介して空中に結像される映像Ｍの結像位置を調整することができる。

　例えば、図３１は、ディスプレイ２の設置面Ｑに対する取り付け手法の一例を示している。ディスプレイ２が取付治具Ｒを介して設置面Ｑに取り付けられる場合、ディスプレイ２は、取付治具Ｒの設置面Ｑからの高さ分だけ、設置面Ｑから浮き上がって位置する。この場合、筐体８を開口側からディスプレイ２に被せると、位置決め部８３がディスプレイ２との当接を保ったまま、初期の位置Ｗ１から、プレート保持部８１側の位置Ｗ２に移動する。これにより、光学プレート３を介して空中に結像される映像Ｍの結像位置は、初期の位置Ｍ１から、ディスプレイ２により近い位置Ｍ２に変化する。逆に、位置決め部８３を位置Ｗ２から位置Ｗ１に移動させると（取付治具Ｒがない場合を想定）、光学プレート３を介して空中に結像される映像Ｍの結像位置は、位置Ｍ２から位置Ｍ１に変化し、映像Ｍの結像位置がディスプレイ２から遠ざかる。

　以上のように、プレート保持部８１および位置決め部８３の少なくとも１つが、相互の離間距離が変化するように枠体８４に支持されている。これにより、ディスプレイ２に垂直な方向に、映像Ｍの結像位置を調整することができるため、映像Ｍを観察する個々の観察者ごとに、観察しやすい映像Ｍを提供することが可能となる。

　なお、以上では、プレート保持部８１および位置決め部８３の離間距離を変化させるにあたって、プレート保持部８１に凸部８１ａを設け、枠体８４に凸部８１ａが嵌まり込む凹部８４ａを設ける例について説明したが、枠体８４に凸部を設け、プレート保持部８１に上記凸部が嵌まり込む凹部を設けてもよい。同様に、枠体８４に凸部を設け、位置決め部８３に上記凸部が嵌まり込む凹部を設けてもよい。

　つまり、プレート保持部８１および位置決め部８３と、枠体８４とのうち、一方は、凸部（例えば凸部８１ａまたは８３ａ）を有し、他方は、上記凸部が嵌まり込む凹部（例えば凹部８４ａ）を有し、上記凹部は、プレート保持部８１と位置決め部８３との離間距離が変化する方向に沿って延びていることにより、プレート保持部８１および位置決め部８３を移動させて相互の離間距離を変化させることができる。これにより、位置決め部８３が当接するディスプレイ２と、プレート保持部８１によって保持される光学プレート３との距離を変化させて、上述のように、映像Ｍの結像位置を調整することが可能となる。

　（筐体の他の構成）
　図３２は、上記した筐体８の他の構成を模式的に示す断面図である。筐体８において、上記した位置決め部８３は、偏向光学素子４を保持する素子保持部を兼ねており、光学プレート３と平行または略平行となるように、偏向光学素子４を保持してもよい。そして、プレート保持部８１および位置決め部８３が枠体８４で支持されていてもよい。つまり、筐体８は、図２５の素子保持部８２の機能を位置決め部８３に持たせることによって、素子保持部８２の配置を省略した構成であってもよい。

　なお、位置決め部８３が偏向光学素子４を保持するときの保持の仕方は特に限定されない。例えば、位置決め部８３は、偏向光学素子４の周縁部をクランプすることによって偏向光学素子４を保持してもよい。また、位置決め部８３と偏向光学素子４の周縁部とを押さえ部材を介してねじ止めしたり、接着剤で接着することにより、位置決め部８３が偏向光学素子４を保持する構成としてもよい。また、位置決め部８３は、偏向光学素子４のみならず、上述した拡散制限部材６（図１６参照）および透過制御部材７（図２２参照）の少なくとも一方を同時に保持してもよい。

　図３２の構成であっても、筐体８をディスプレイ２に被せたときに、位置決め部８３がディスプレイ２と当接することによって、光学プレート３とディスプレイ２とが平行または略平行となる。また、プレート保持部８１および位置決め部８３によって、光学プレート３と偏向光学素子４とは、平行または略平行に保持されるため、位置決め部８３がディスプレイ２と当接したときには、光学プレート３、偏向光学素子４、ディスプレイ２の３者が互いに平行または略平行な位置関係となる。これにより、図２５の構成と同様に、ディスプレイ２の設置面Ｑに対する装置の突出量を小さくすることが可能となり、装置を薄型化することが可能となる（図２７参照）。しかも、図２５の素子保持部８２を省略した構成で、つまり、筐体８を簡素化した構成で、上記の効果を得ることができる。

　また、図３２の筐体８においても、プレート保持部８１および位置決め部８３の少なくとも１つが、相互の離間距離が変化するように枠体８４に支持される構成としてもよい。つまり、図３２の筐体８において、プレート保持部８１に凸部８１ａを設け、位置決め部８３に凸部８３ａを設け、枠体８４に凹部８４ａを設けて、プレート保持部８１および位置決め部８３の相互の離間距離を変化させるようにしてもよい。

　凸部８１ａと凹部８４ａとを摺動させることにより、図３３に示すように、プレート保持部８１を位置決め部８３に対して離間距離が変化するように移動させることができる。これにより、空中における映像Ｍの結像位置を、ディスプレイ２と垂直な方向に変化させることができる。例えば、プレート保持部８１と位置決め部８３との離間距離が相対的に大きい場合の映像Ｍの結像位置をＭ１とし、離間距離が相対的に小さい場合の映像Ｍの結像位置をＭ２とすると、プレート保持部８１を位置決め部８３に近づけることにより（離間距離を小さくすることにより）、空中における映像の結像位置をＭ１からＭ２に変更する（ディスプレイ２側に近づける）ことができる。

　また、凸部８３ａと凹部８４ａとを摺動させることにより、図３４に示すように、位置決め部８３をプレート保持部８１に対して離間距離が変化するように移動させることができ、これによって、空中における映像Ｍの結像位置を、ディスプレイ２と垂直な方向に変化させることができる。例えば、位置決め部８３をプレート保持部８１に近づけることにより（離間距離を小さくすることにより）、空中における映像の結像位置をＭ１からＭ２に変更する（ディスプレイ２側に近づける）ことができる。

　このように、図３２の構成においても、プレート保持部８１および位置決め部８３の少なくとも１つが、相互の離間距離が変化するように、枠体８４に支持されていることにより、ディスプレイ２に垂直な方向に映像Ｍの結像位置を調整して、観察者ごとに、観察しやすい映像Ｍを提供することが可能となる。

　〔実施の形態４〕
　図３５は、本発明の実施の形態４の空中映像表示装置１の構成を示す斜視図であり、図３６は、図３５のＢ－Ｂ’線矢視断面図である。本実施形態の空中映像表示装置１は、実施の形態３の構成に加えて、入力検知部９を有している。入力検知部９は、空中に結像される被対象物の実像の表示画面において物体によって指定される入力位置を、物体と非接触で検知するセンシング機器である。なお、上記の物体としては、例えば実像の観察者の手や指のほか、観察者が手に持つスタイラスペンなどを想定することができる。入力検知部９は、例えば筐体８上に設置されるが、上記表示画面における入力位置を検知できる位置に設置されていればよく、筐体８以外の位置に設置されてもよい。

　上記の入力検知部９は、例えば、実像の表示画面に向けて赤外線を照射し、表示画面上で入力位置を指定する物体で反射される赤外線をカメラで受光して得られる画像に基づいて、入力位置を検知する。このような入力検知部９は、Light Coding方式（パターン照射方式とも呼ばれる）またはＴＯＦ（Time of Flight）方式を採用したセンシング機器で構成することができる。

　Light Coding方式を採用したセンシング機器は、赤外線パターンを投光するＩＲプロジェクタと、投光された赤外線パターンを読み取るＩＲカメラとを備えており、物体に投光した赤外線パターンをＩＲカメラで撮影し、（工場出荷時にキャリブレーションしておいた）パラメータを用いて、三角測量により画像上の各点のデプス（位置）を算出する。

　すなわち、Light Coding方式では、「キャリブレーション（準備）」と「テスト（実際の撮影）」との２段階で位置検知が行われる。「キャリブレーション」では、既知のパターンについて「パターン中の各点がどれだけ移動（シフト）すると、デプスがどれだけ変化するか」というパラメータを、単純で正確な物体（平面や立方体など）を撮影することによって予め求めておく。そして、「テスト」では、撮影した画像の各点が既知パターンのどの位置に相当するかを画像処理（テンプレートマッチングなど）によって求め、あとは「キャリブレーション」で求めておいたパラメータから、その画素のデプスを計算する。

　一方、ＴＯＦ方式が採用されたセンシング機器は、パルス変調された赤外線を投光するプロジェクタと、赤外線カメラとを備えており、物体に投光した赤外線が反射して戻ってくる時間を計測し、上記時間と赤外線の移動速度とから、物体の各点までの距離（位置情報）を得る。

　つまり、Light Coding方式およびＴＯＦ方式のいずれによっても、空間中の物体の三次元的な位置を、物体と非接触で検知することができ、実像の表示画面上で物体によって指定される入力位置を非接触で検知することができる。なお、Light Coding方式またはＴＯＦ方式を採用したセンシング機器としては、例えば、マイクロソフト社のＫｉｎｅｃｔ（登録商標）を用いることができる。

　また、入力検知部９は、赤外線を出射する複数の光源と、複数のカメラとを用い、各カメラで撮影された画像から、物体（例えば指）の外形によって遮蔽された３次元空間を算出し、物体の断面形状（例えば物体が指である場合が楕円形状）が上記３次元空間内でフィットした場合に、その断面形状の位置を物体の位置として検知するセンシング機器で構成されてもよい。この場合でも、空間中の物体の三次元的な位置を、物体と非接触で検知することができるため、実像の表示画面上で物体によって指定される入力位置を、物体と非接触で検知することができる。なお、上記センシング機器としては、例えば、リープモーション社のＬＥＡＰ　ＭＯＴＩＯＮ（登録商標）コントローラを用いることができる。

　本実施形態のように、空中映像表示装置１が上記した入力検知部９を有し、入力検知部９によって、実像の表示画面における物体による入力位置を、物体と非接触で検知することにより、空中映像表示装置１を非接触式のタッチパネルとして用いることができる。通常の接触式のタッチパネルでは、タッチパネルの表面が物体との接触によって汚れたり、濡れたりすることがあり、また、不特定多数の人が利用するタッチパネルとの接触によって、物体が感染することもある。非接触式のタッチパネルでは、そのような心配が全くなく、表面の汚れや水分を除去する清掃も全く不要となり、衛生面も向上する。

　特に、壁等の設置面Ｑに設置された既設の被対象物（ディスプレイ２またはタッチパネル付きディスプレイ）に、本実施形態の空中映像表示装置１（筐体８）を被せるだけで、非接触式のタッチパネルを実現することができる。これにより、既設の被対象物を利用したタッチパネル化が非常に容易となる。

　また、入力検知部９が、実像の表示画面に向けて赤外線を照射し、物体で反射される赤外線をカメラで受光して得られる画像に基づいて、入力位置を検知するため、入力位置を非接触で検知する構成を確実に実現することが可能となる。

　ところで、入力検知部９による入力検知の手法は、上記の例には限定されない。図３７は、本実施形態の空中映像表示装置１の他の構成を示す斜視図であり、図３８は、図３７のＣ－Ｃ’線矢視断面図である。入力検知部９は、赤外線の発光部および受光部を備え、発光部から赤外線を実像の表示画面と平行に出力し、物体で反射される赤外線を受光部で検出することによって、物体による入力位置を検知する構成であってもよい。この構成であっても、物体の三次元的な位置を、物体と非接触で検知することができるため、物体による入力位置を物体と非接触で確実に検知することが可能となる。なお、上記の入力検知部９としては、例えばＮｅｏｎｏｄｅ社のＡｉｒＢａｒ（商品名）を用いることができる。

　その他にも、入力検知部９としては、発光部から出射されるレーザを走査してレーザーカーテンを生成し、物体によってレーザが遮られた位置を検知することによって、物体による入力位置を非接触で検知するセンシング機器を用いることもできる。

　〔その他〕
　以上で説明した各実施の形態の構成を適宜組み合わせて、空中映像表示装置を構成することも勿論可能である。

　以上で説明した各の実施形態の空中映像表示装置は、以下のように表現することができる。

　すなわち、以上で説明した空中映像表示装置は、平面視で互いに直交する複数の反射面を有する光学プレートを備え、被対象物からの光を前記複数の反射面で反射させて、該光学プレートに対して前記光の入射側とは反対側の空中に導き、前記被対象物の実像を前記空中に結像させる空中映像表示装置であって、前記被対象物からの光を偏向して前記光学プレートに導く偏向光学素子をさらに備え、前記偏向光学素子は、透光性の平板部材と、前記平板部材の内部に互いに離間して配置され、前記平板部材の互いに対向する２面のうちの一方の面から入射した前記被対象物からの光を反射によって偏向して、他方の面から出射させる複数の反射偏向面とを有している。

　前記偏向光学素子の前記複数の反射偏向面は、前記平板部材の前記２面の少なくとも一方に対して傾斜していることが望ましい。

　前記偏向光学素子の前記複数の反射偏向面は、前記被対象物から任意の前記反射偏向面に入射する入射光線と、該入射光線が前記反射偏向面で反射偏向されて出射されるときの出射光線とを含む面内で、前記平板部材の厚み方向に垂直な一方向に離間して配置されていることが望ましい。

　前記偏向光学素子の前記複数の反射偏向面は、前記一方向に一定のピッチで配置されていることが望ましい。

　上記の空中映像表示装置は、前記偏向光学素子に対して前記被対象物側に配置され、前記被対象物からの光を、所定範囲内の拡散角度に制限して出射する拡散制限部材をさらに備えていることが望ましい。

　前記拡散制限部材は、透光性部材と、前記透光性部材の内部で互いに離間して配置される複数の遮光板とを有していることが望ましい。

　前記偏向光学素子は、前記被対象物の光出射面と平行に配置されていることが望ましい。

　前記偏向光学素子は、前記複数の反射偏向面の裏面側に無反射層を有していることが望ましい。

　前記被対象物は、画像を表示するディスプレイであり、上記の空中映像表示装置は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。すなわち、
　　３５°＜Ｄｄ＋ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎ（２×Ｌｄ））＜５５°
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　ここで、
　　Ｄｄ：前記ディスプレイの表示面と、前記光学プレートとのなす角度（°）
　　ｎ　：前記偏向光学素子の各反射偏向面で反射偏向される前記ディスプレイからの光が通過する前記平板部材の媒質のｄ線の屈折率
　　Ｌｄ：前記偏向光学素子の各反射偏向面と、前記平板部材の前記２面のいずれかの面の法線とのなす角度（°）
である。

　上記の空中映像表示装置は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。すなわち、
　　Ｐ＜ｔ（ｔａｎ（２×Ｌｄ）－ｔａｎ（Ｌｄ））　　　・・・（２）
　ここで、
　　Ｐ　：前記偏向光学素子の各反射偏向面の配列ピッチ（ｍｍ）
　　ｔ　：前記偏向光学素子の前記平板部材の厚み（ｍｍ）
　　Ｌｄ：前記偏向光学素子の各反射偏向面と、前記平板部材の前記２面のいずれかの面の法線とのなす角度（°）
である。

　上記の空中映像表示装置は、前記偏向光学素子からの光を所定範囲内の拡散角度に制限して透過させ、厚み方向とは異なる方向に透過率が最大である透過制御部材をさらに備え、前記透過制御部材は、透過率が最大である方向に透過する光線が、前記光学プレートに対して所望の角度範囲で入射するように配置されていてもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記透過制御部材は、透光性の平板部材と、前記平板部材の内部で互いに離間して配置される複数の遮光板とを有しており、前記複数の遮光板は、透過率が最大となる方向と平行または略平行となるように、前記平板部材の厚み方向に対して傾斜した状態で配置されていてもよい。

　上記の空中映像表示装置は、前記光学プレートおよび前記偏向光学素子を、互いに離間して平行または略平行となるように保持する筐体をさらに備え、前記筐体は、前記偏向光学素子に対して前記光学プレートとは反対側が開口した形状であり、前記開口側から該筐体を前記被対象物に被せたときに、前記被対象物と当接することによって、前記被対象物に対して前記光学プレートが平行または略平行となるように該筐体を位置決めする位置決め部を有していてもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記筐体は、前記光学プレートを保持するプレート保持部と、前記偏向光学素子を保持する素子保持部と、前記プレート保持部、前記素子保持部および前記位置決め部を支持する枠体とをさらに有しており、前記位置決め部は、前記素子保持部に対して前記プレート保持部とは反対側の位置で、前記枠体によって支持されていてもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記筐体は、前記光学プレートを保持するプレート保持部と、前記プレート保持部および前記位置決め部を支持する枠体とをさらに有しており、前記位置決め部は、前記偏向光学素子を保持する素子保持部を兼ねていてもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記プレート保持部および前記位置決め部の少なくとも１つは、相互の離間距離が相対的に変化するように、前記枠体に支持されていてもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記プレート保持部および前記位置決め部と、前記枠体とのうち、一方は、凸部を有し、他方は、前記凸部が嵌まり込む凹部を有し、前記凹部は、前記プレート保持部と前記位置決め部との離間距離が変化する方向に沿って延びていてもよい。

　上記の空中映像表示装置は、空中に結像される前記被対象物の実像の表示画面において物体によって指定される入力位置を、前記物体と非接触で検知する入力検知部をさらに備えていてもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記入力検知部は、前記表示画面に向けて赤外線を照射し、前記物体で反射される前記赤外線をカメラで受光して得られる画像に基づいて、前記入力位置を検知してもよい。

　上記の空中映像表示装置において、前記入力検知部は、赤外線を前記被対象物の実像の表示画面と平行に出力し、前記物体で反射される前記赤外線を検出することによって前記入力位置を検知してもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。

　本発明は、光学プレートを用いて空中に映像を結像させる空中映像表示装置に利用可能である。

　　　１　　　空中映像表示装置
　　　２　　　表示装置（被対象物）
　　　２ａ　　表示面（光出射面）
　　　３　　　光学プレート
　　　４　　　偏向光学素子
　　　６　　　拡散制限部材
　　　７　　　透過制御部材
　　　８　　　筐体
　　　９　　　入力検知部
　　２１ｂ　　反射面
　　３１ｂ　　反射面
　　４１　　　平板部材
　　４１ａ　　面
　　４１ｂ　　面
　　４２　　　反射偏向面
　　４３　　　無反射層
　　６１　　　透光性部材
　　６２　　　遮光板
　　７１　　　平板部材
　　７２　　　遮光板
　　８１　　　プレート保持部
　　８２　　　素子保持部
　　８３　　　位置決め部
　　８４　　　枠体

Claims

　平面視で互いに直交する複数の反射面を有する光学プレートを備え、被対象物からの光を前記複数の反射面で反射させて、該光学プレートに対して前記光の入射側とは反対側の空中に導き、前記被対象物の実像を前記空中に結像させる空中映像表示装置であって、
　前記被対象物からの光を偏向して前記光学プレートに導く偏向光学素子をさらに備え、
　前記偏向光学素子は、
　透光性の平板部材と、
　前記平板部材の内部に互いに離間して配置され、前記平板部材の互いに対向する２面のうちの一方の面から入射した前記被対象物からの光を反射によって偏向して、他方の面から出射させる複数の反射偏向面とを有している、空中映像表示装置。
　前記偏向光学素子の前記複数の反射偏向面は、前記平板部材の前記２面の少なくとも一方に対して傾斜している、請求項１に記載の空中映像表示装置。
　前記偏向光学素子の前記複数の反射偏向面は、前記被対象物から任意の前記反射偏向面に入射する入射光線と、該入射光線が前記反射偏向面で反射偏向されて出射されるときの出射光線とを含む面内で、前記平板部材の厚み方向に垂直な一方向に離間して配置されている、請求項１または２に記載の空中映像表示装置。
　前記偏向光学素子の前記複数の反射偏向面は、前記一方向に一定のピッチで配置されている、請求項３に記載の空中映像表示装置。
　前記偏向光学素子に対して前記被対象物側に配置され、前記被対象物からの光を、所定範囲内の拡散角度に制限して出射する拡散制限部材をさらに備えている、請求項１から４のいずれかに記載の空中映像表示装置。
　前記拡散制限部材は、
　透光性部材と、
　前記透光性部材の内部で互いに離間して配置される複数の遮光板とを有している、請求項５に記載の空中映像表示装置。
　前記偏向光学素子は、前記被対象物の光出射面と平行に配置されている、請求項１から６のいずれかに記載の空中映像表示装置。
　前記偏向光学素子は、前記複数の反射偏向面の裏面側に無反射層を有している、請求項１から７のいずれかに記載の空中映像表示装置。
　前記被対象物は、画像を表示するディスプレイであり、
　以下の条件式（１）を満足する、請求項１から８のいずれかに記載の空中映像表示装置；
　　３５°＜Ｄｄ＋ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎ（２×Ｌｄ））＜５５°
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　ここで、
　　Ｄｄ：前記ディスプレイの表示面と、前記光学プレートとのなす角度（°）
　　ｎ　：前記偏向光学素子の各反射偏向面で反射偏向される前記ディスプレイからの光が通過する前記平板部材の媒質のｄ線の屈折率
　　Ｌｄ：前記偏向光学素子の各反射偏向面と、前記平板部材の前記２面のいずれかの面の法線とのなす角度（°）
である。
　以下の条件式（２）を満足する、請求項１から９のいずれかに記載の空中映像表示装置；
　　Ｐ＜ｔ（ｔａｎ（２×Ｌｄ）－ｔａｎ（Ｌｄ））
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　ここで、
　　Ｐ　：前記偏向光学素子の各反射偏向面の配列ピッチ（ｍｍ）
　　ｔ　：前記偏向光学素子の前記平板部材の厚み（ｍｍ）
　　Ｌｄ：前記偏向光学素子の各反射偏向面と、前記平板部材の前記２面のいずれかの面の法線とのなす角度（°）
である。
　前記偏向光学素子からの光を所定範囲内の拡散角度に制限して透過させ、厚み方向とは異なる方向に透過率が最大である透過制御部材をさらに備え、
　前記透過制御部材において、透過率が最大である方向に透過する光線が、前記光学プレートに対して所望の角度範囲で入射するように配置されている、請求項１から１０のいずれかに記載の空中映像表示装置。
　前記透過制御部材は、
　透光性の平板部材と、
　前記平板部材の内部で互いに離間して配置される複数の遮光板とを有しており、
　前記複数の遮光板は、透過率が最大となる方向と平行または略平行となるように、前記平板部材の厚み方向に対して傾斜した状態で配置されている、請求項１１に記載の空中映像表示装置。
　前記光学プレートおよび前記偏向光学素子を、互いに離間して平行または略平行となるように保持する筐体をさらに備え、
　前記筐体は、前記偏向光学素子に対して前記光学プレートとは反対側が開口した形状であり、前記開口側から該筐体を前記被対象物に被せたときに、前記被対象物と当接することによって、前記被対象物に対して前記光学プレートが平行または略平行となるように該筐体を位置決めする位置決め部を有している、請求項１から１２のいずれかに記載の空中映像表示装置。
　前記筐体は、
　前記光学プレートを保持するプレート保持部と、
　前記偏向光学素子を保持する素子保持部と、
　前記プレート保持部、前記素子保持部および前記位置決め部を支持する枠体とをさらに有しており、
　前記位置決め部は、前記素子保持部に対して前記プレート保持部とは反対側の位置で、前記枠体によって支持されている、請求項１３に記載の空中映像表示装置。
　前記筐体は、
　前記光学プレートを保持するプレート保持部と、
　前記プレート保持部および前記位置決め部を支持する枠体とをさらに有しており、
　前記位置決め部は、前記偏向光学素子を保持する素子保持部を兼ねている、請求項１３に記載の空中映像表示装置。
　前記プレート保持部および前記位置決め部の少なくとも１つは、相互の離間距離が変化するように、前記枠体に支持されている、請求項１４または１５に記載の空中映像表示装置。
　前記プレート保持部および前記位置決め部と、前記枠体とのうち、一方は、凸部を有し、他方は、前記凸部が嵌まり込む凹部を有し、
　前記凹部は、前記プレート保持部と前記位置決め部との離間距離が変化する方向に沿って延びている、請求項１６に記載の空中映像表示装置。
　空中に結像される前記被対象物の実像の表示画面において物体によって指定される入力位置を、前記物体と非接触で検知する入力検知部をさらに備えている、請求項１から１７のいずれかに記載の空中映像表示装置。
　前記入力検知部は、前記表示画面に向けて赤外線を照射し、前記物体で反射される前記赤外線をカメラで受光して得られる画像に基づいて、前記入力位置を検知する、請求項１８に記載の空中映像表示装置。
　前記入力検知部は、赤外線を前記表示画面と平行に出力し、前記物体で反射される前記赤外線を検出することによって前記入力位置を検知する、請求項１８に記載の空中映像表示装置。