WO2024070986A1 - 空中像表示装置 - Google Patents

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WO2024070986A1
WO2024070986A1 PCT/JP2023/034599 JP2023034599W WO2024070986A1 WO 2024070986 A1 WO2024070986 A1 WO 2024070986A1 JP 2023034599 W JP2023034599 W JP 2023034599W WO 2024070986 A1 WO2024070986 A1 WO 2024070986A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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light
image
aerial image
display device
aerial
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/034599
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
諒 忠内
主揮 下瀬
宏悦 河西
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Publication of WO2024070986A1 publication Critical patent/WO2024070986A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/361—Reproducing mixed stereoscopic images; Reproducing mixed monoscopic and stereoscopic images, e.g. a stereoscopic image overlay window on a monoscopic image background
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/363—Image reproducers using image projection screens

Definitions

  • This disclosure relates to an aerial image display device that simultaneously displays an aerial image and a projected image.
  • a conventional aerial image display device is described in, for example, Patent Document 1.
  • This conventional aerial image display device includes a display panel in which the display area displaying a two-dimensional image can be alternately switched between a transparent state in which no two-dimensional image is displayed and an opaque state in which a two-dimensional image is displayed, and a stereoscopic projection device that is disposed on the rear side of the display panel and projects a stereoscopic projection image in a position that overlaps with the display area of the display panel when viewed from the front side, and is configured to display the stereoscopic projection image by making at least the area of the display panel that overlaps with the stereoscopic projection image transparent, and to alternate between a non-transparent state in which a two-dimensional image is displayed and a transparent state in which a stereoscopic projection image is displayed in a short period of time, allowing the two-dimensional image and the stereoscopic projection image to be viewed simultaneously.
  • the aerial image display device of the present disclosure includes a first light emitting section, an optical system that forms a real aerial image from the first light emitted from the first light emitting section, an optical element positioned between the aerial image and the optical system, and a second light emitting section that emits a second light toward the optical element from a direction different from the optical axis direction of the first light between the aerial image and the optical system, and the optical element is configured such that the transmittance of the first light is higher than the transmittance of the second light.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an aerial image display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 10 is a flowchart for explaining the operation of a control unit of the aerial image display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 13 is a flowchart for explaining the operation of a control unit of an aerial image display device according to another embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a perspective view showing an example of a display state of an aerial image display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a function of a light-transmitting screen in an aerial image display device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the display device displaying the two-dimensional image is a liquid crystal display device equipped with a backlight
  • a postcard effect is likely to occur in which a gray backlight image with reduced blackness (also called a postcard image) appears to stand out in a black two-dimensional projection image.
  • the postcard image enters the field of view of the observer's eyes, making the stereoscopic projection image difficult to view.
  • the contrast between the two-dimensional projection image and the stereoscopic projection image decreases, making it even more difficult to view the stereoscopic projection image, which may result in a decrease in the display quality of the stereoscopic projection image.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an aerial image display device according to one embodiment of the present disclosure.
  • the aerial image display device 1 of this embodiment includes a display unit 2 as a first light emitting unit.
  • the first light emitting unit may be a single light source, or may be configured to include multiple light sources.
  • the first light emitting unit may be a display unit 2 that displays full-color video images, or may be an indicator device that indicates directions, a sign device that displays symbols and traffic signs, a traffic light device that displays traffic signals, a warning device that displays warning lights, etc.
  • the aerial image display device 1 includes an optical system 3 that focuses image light B1, B2, B3, and B4, which is a first light emitted from the display unit 2, into a real aerial image R.
  • the first light may be monochromatic light (light of a single wavelength) or light containing multiple colors (e.g., red light, green light, and blue light, which are the three primary colors).
  • the optical system may be a reflective optical system equipped with a reflecting mirror, or may be configured to include a reflecting mirror and a focusing member (e.g., a focusing lens such as a Fresnel lens).
  • the optical system may be configured to include a reflecting mirror and a holographic element.
  • the aerial image display device 1 includes a translucent screen 4 as an optical member located between the aerial image R and the optical system 3, and an image projection device 5 that emits projected image light B5 toward the translucent screen 4 from a direction different from the optical axis direction of the image light B4 between the aerial image R and the optical system 3.
  • the optical member may be the translucent screen 4 that includes a light diffusing member and diffuses the projected image light B5 as the second light by the light diffusing member to project the projected image. Note that " ⁇ " means "up to”, and the same applies below.
  • the optical element has a higher transmittance for image light B1, B2, B3, and B4 than for projected image light B5.
  • the transmittance (total light transmittance: visible light transmittance) of the optical element may be about 10% to 95%, about 30% to 95%, or about 50% to 90%, but is not limited to these ranges.
  • the total light transmittance is expressed as the ratio (%) of the total transmitted light transmitted to the other side of the optical element to the incident light incident from one side of the optical element at an incident angle of 0°.
  • the total light transmittance is measured, for example, by the method described in JIS K 7361:1997 (ISO 1346-1:1996).
  • this method involves providing an entrance opening and an exit opening in a hollow spherical integrating sphere, placing an optical element at the entrance opening, and placing an optical sensor at the exit opening, and measuring the transmitted light that has passed through the optical element with the optical sensor.
  • the entrance and exit openings are located opposite each other on the integrating sphere.
  • the optical member may be a liquid crystal shutter (LCW: LC window) using polymer liquid crystal.
  • the light transmittance and light diffusion of the optical member can be controlled by controlling the voltage applied to the liquid crystal shutter to an intermediate voltage other than the off voltage (voltage for blocking light).
  • the aerial image and the projected image projected on the optical member by the projected image light B5 are displayed, and the brightness of the aerial image and the projected image can be controlled.
  • the transmittance (total light transmittance: visible light transmittance) of the liquid crystal shutter may be about 10% to 95%, about 30% to 95%, or about 50% to 90%, but is not limited to these ranges.
  • the total light transmittance is expressed as the ratio (%) of the total transmitted light transmitted to the other side of the liquid crystal shutter to the incident light incident from one side of the liquid crystal shutter at an incident angle of 0°.
  • the total light transmittance is measured, for example, by the method described in JIS K 7361:1997 (ISO 1346-1:1996). That is, an entrance opening and an exit opening are provided in a hollow spherical integrating sphere, a liquid crystal shutter is placed at the entrance opening, and a light sensor is placed at the exit opening, and the light transmitted through the liquid crystal shutter is measured by the light sensor.
  • the entrance opening and the exit opening are located opposite each other on the integrating sphere.
  • the image projection device 5 as the second light emitting unit may be a single light source or may be configured to include multiple light sources.
  • the projected image light B5 as the second light may be monochromatic light (light of a single wavelength) or may be light containing multiple colors (for example, the three primary colors of red, green, and blue light).
  • the second light emitting unit may be a display unit that displays full-color video images, etc., or may be an indicator device that indicates directions, etc., a sign device that displays symbols and traffic signs, etc., a traffic light device that displays traffic signals, etc., a warning device that displays warning lights, etc.
  • the light-transmitting screen 4 has a higher transmittance for the image light B1, B2, B3, and B4 than for the projected image light B5.
  • the light-transmitting screen 4 transmits most of the image light B1, B2, B3, and B4, and does not transmit most of the projected image light B5, diffusing it.
  • almost no image based on the image light B1, B2, B3, and B4 is displayed on the light-transmitting screen 4, and only the projected image based on the projected image light B5 is projected.
  • the light-transmitting screen 4 may be configured to include a light-transmitting member (light-transmitting film) that includes a light-diffusing member such as light-diffusing particles.
  • the light-transmitting screen 4 may also be configured to include a light-transmitting film laminated on a light-transmitting base material (glass substrate, plastic substrate, etc.).
  • the light-transmitting film is rectangular with a side length of about 1000 mm to 1500 mm in a plan view, and has a thickness of about 10 ⁇ m to 1 mm (for example, about 100 ⁇ m).
  • the transmittance (total light transmittance: visible light transmittance) of the light-transmitting film (optical member) may be about 10% to 95%, about 30% to 95%, or about 50% to 90%, but is not limited to these ranges.
  • the total light transmittance is expressed as the ratio (%) of the total transmitted light that is transmitted to the other side of the light-transmitting film to the incident light that is incident from one side of the light-transmitting film at an incident angle of 0°.
  • the total light transmittance is measured, for example, by the method described in JIS K 7361:1997 (ISO 1346-1:1996).
  • an entrance opening and an exit opening are provided in a hollow spherical integrating sphere, a light-transmitting film is placed at the entrance opening, and a light sensor is placed at the exit opening, and the light transmitted through the light-transmitting film is measured by the light sensor.
  • the entrance opening and the exit opening are located opposite each other on the integrating sphere.
  • the total light transmittance of the light-transmitting screen 4 may be measured by measuring the light-transmitting film alone, or may be measured by measuring the light-transmitting film laminated on a glass substrate (visible light transmittance of about 90%) or a plastic substrate (visible light transmittance of about 87% to 93%).
  • the transmittance of the light-transmitting screen 4 can be adjusted by changing the number of layers of the light-transmitting film.
  • the haze of an optical component may be about 3% to 98%, about 3% to 50%, or about 4% to 30%, but is not limited to these ranges.
  • Haze is expressed as the percentage of transmitted light that deviates from the optical axis of the incident light by 0.044 rad (2.5°) or more due to forward scattering, among the transmitted light that is incident on one side of the optical component and transmitted to the other side. Haze is measured, for example, by the method described in JIS K 7136:2000 (ISO 14782:1999).
  • an optical component is placed at the entrance opening of the integrating sphere, and a light sensor is placed around the exit opening, and the transmitted light that passes through the optical component and deviates from the optical axis of the incident light is measured by the light sensor.
  • the optical component is a translucent screen or a liquid crystal shutter, the haze can be measured by the same method as above.
  • the translucent screen 4 of the aerial image display device 1 is configured such that the transmittance of the first light (image light B1, B2, B3, B4) is higher than the transmittance of the second light (projected image light B5). As a result, the translucent screen 4 transmits most of the first light and diffuses most of the second light to display the projected image.
  • the aerial image display device 1 achieves the following effects due to the above configuration.
  • the aerial image display device 1 displays the aerial image R with the projected image S displayed on the translucent screen 4, so that the observer is less likely to see the internal structure such as the third reflector 33, and as a result, it is possible to prevent the internal structure from entering the field of view of the observer's eye 13, making it difficult for the observer to see the aerial image R.
  • the aerial image R is displayed with the projected image S displayed behind the aerial image R, the influence of the postcard effect is reduced by the projected image S, and it is possible to prevent the postcard image from being seen by the observer. Therefore, the aerial image R can be displayed with excellent display quality.
  • the aerial image display device 1 may be configured to include an illuminance detection unit 6 that detects the illuminance of the ambient light, and a control unit 7 that feedback controls (hereinafter also referred to as "control") the display unit 2 in a direction to increase the luminance of the aerial image R in response to an increase in the detection value of the illuminance detection unit 6, and feedback controls the display unit 2 in a direction to decrease the luminance of the aerial image R in response to a decrease in the detection value. That is, the control unit 7 performs positive feedback control of the luminance of the aerial image R with respect to the detection value of the illuminance detection unit 6.
  • the illuminance detection unit 6 may be a commercially available illuminometer used in cameras, etc. In order to detect the illuminance of the ambient light, the illuminance detection unit 6 may be provided in a place where the influence of sunlight on the aerial image display device 1 is reflected, for example, on the top plate 9e described later.
  • the aerial image display device 1 further includes a housing 8 having a hollow rectangular parallelepiped shape, for example.
  • the housing 8 includes four side walls 9a to 9d forming a rectangular cylinder, a top plate 9e that is connected perpendicularly to the edges of each of the side walls 9a to 9d so as to close one opening of the rectangular cylinder formed by each of the side walls 9a to 9d, and a bottom plate 9f that is connected perpendicularly to the edges of each of the side walls 9a to 9d so as to close the other opening of the rectangular cylinder formed by each of the side walls 9a to 9d.
  • a first hole 10 is formed in the top plate 9e, and a transparent first light-transmitting plate 11 is fitted and fixed into the first hole 10.
  • the first light-transmitting plate 11 transmits the projection image light B5 projected from the image projection device 5 onto the light-transmitting screen 4, and prevents the intrusion of foreign matter such as rainwater and dust into the housing 8.
  • a housing 8 is made of a material with high light-blocking properties and rigidity, such as metal or synthetic resin.
  • the housing 8 contains the display unit 2, optical system 3, etc., blocks external light, and prevents the intrusion of foreign matter into the light path of the display unit 2 and optical system 3.
  • the one side wall 9a located on the front side i.e., the observer side, has a second through hole 12 formed therein, into which the translucent screen 4 is fitted and fixed.
  • the translucent screen 4 displays the projected image S from the image projection device 5, and also blocks the intrusion of foreign matter such as dust into the housing 8.
  • control unit 7 feedback-controls the display unit 2 in a direction to increase the luminance of the aerial image R in response to an increase in the detection value of the ambient light detected by the illuminance detection unit 6, and feedback-controls the display unit 2 in a direction to decrease the luminance of the aerial image R in response to a decrease in the detection value.
  • the luminance value of the image signal of the display unit 2 may be changed to a luminance value set in advance in response to the detection value of the ambient light.
  • the illuminance data of the ambient light and the luminance data of the image signal corresponding to the illuminance data are stored in a memory unit of a driving element such as an IC or LSI provided in a driving unit such as a driving circuit of the display unit 2, or in a memory unit such as a memory circuit (memory, register) provided in the driving unit.
  • the illuminance data of the ambient light may be a current value or a voltage value corresponding to the detection value of the illuminance converted into a binary signal such as a digital signal.
  • the luminance data of the image signal may be a current value or a voltage value corresponding to the luminance value converted into a binary signal such as a digital signal.
  • the control unit 7 refers to the illuminance data and brightness data in the storage unit, and determines the illuminance data and brightness data corresponding to the detected value based on the detected value of the illuminance of the ambient light.
  • the control unit 7 uses the determined brightness data to control the brightness value of the display unit 2.
  • the control unit 7 may be provided in the drive unit of the display unit 2, or may be external to the display unit 2 as shown in FIG. 1.
  • the first method is a method of controlling the contrast ratio between the luminance of the aerial image and the luminance of the ambient light, taking into account the illuminance (luminance) of the ambient light, so-called ambient contrast ratio (ACR) (also called environmental contrast ratio), to be within a predetermined range.
  • ACR is expressed by the formula (ADSon+ABL)/(ADSoff+ABL).
  • ADSon is the luminance of the aerial image R when the display unit 2 (e.g., a liquid crystal display device) is made to display white on the entire screen
  • ADSoff is the luminance of the aerial image R when the liquid crystal display device, which is the display unit 2, is made to display black on the entire screen.
  • ABL is expressed by (Ab ⁇ R1)+(Ab ⁇ T2 ⁇ R2), where Ab is the luminance of the ambient light, R1 is the reflectance of the translucent screen 4, and (Ab ⁇ R1) is the intensity of the ambient light reflected by the translucent screen 4 and entering the observer's eye 13.
  • T is the transmittance of the translucent screen 4
  • R2 is the reflectance of the third reflector 33
  • (Ab x T2 x R2) represents the intensity of the ambient light that passes through the translucent screen 4, is reflected by the third reflector 33, passes through the translucent screen 4 again, and enters the observer's eye 13.
  • ADS On can be controlled so that the ACR is 3 or more.
  • the brightness of the backlight input power value or input current value
  • ADS On can be controlled so that the ACR is 5 or more, or 10 or more.
  • the upper limit of the ACR can be 20 or 15. It should be noted that the ACR is not limited to these values.
  • the second method is to detect the luminance of the aerial image R using an optical sensor or the like, and change the luminance value of the backlight 2a of the liquid crystal display device, which is the display unit 2, according to the detected value of the illuminance of the ambient light.
  • the illuminance of ambient light indoors is approximately 100 to 1200 lux
  • the luminance of the aerial image R is approximately 200 to 500 lux.
  • the luminance of the display image of the liquid crystal display device is approximately 400 to 1200 lux
  • the light transmittance of the liquid crystal panel is approximately 5%.
  • the light transmittance of the optical system 3 is approximately 80%.
  • the luminance of the backlight 2a is approximately 8000 to 24000 lux.
  • the luminance of the backlight 2a is increased by approximately 2500 lux (100 x (1/0.8) x (1/0.05)).
  • the light transmittance of the optical system 3 may be 80% x (transmittance of the translucent screen 4), including the transmittance of the translucent screen 4.
  • the transmittance of the translucent screen 4 may be about 10% to 95%, but is not limited to this range.
  • ⁇ L2/ ⁇ L1 When the increase in illuminance of the ambient light is ⁇ L1 and the corresponding increase in luminance of the aerial image R is ⁇ L2, ⁇ L2/ ⁇ L1 may be 0.1 to 5, ⁇ L2/ ⁇ L1 may be 0.3 to 3, or ⁇ L2/ ⁇ L1 may be 0.5 to 1.5, but are not limited to these ranges.
  • the detection of the illuminance of the ambient light by the illuminance detection unit 6 and the control of the luminance value of the display unit 2 by the control unit 7 may be performed at a cycle of 30 Hz or more, or at a cycle of 60 Hz or more. This makes it possible to prevent the observer from visually noticing changes in the luminance value of the display unit 2, such as flickering of the aerial image R.
  • the display unit 2 includes a backlight 2a and a transmissive display device 2b.
  • the transmissive display device 2b may be a transmissive liquid crystal display (LCD) that transmits light from the backlight 2a and displays an image depending on the orientation state of the liquid crystal in each of a large number of pixels.
  • LCD liquid crystal display
  • the liquid crystal display device may be equipped with a known liquid crystal panel.
  • various types of liquid crystal panels such as IPS (In-Plane Switching) type, FFS (Fringe Field Switching) type, VA (Vertical Alignment) type, and ECB (Electrically Controlled Birefringence) type may be adopted.
  • the liquid crystal panel may include a first polarizing plate, a color filter substrate, a liquid crystal layer, an array substrate, and a second polarizing plate.
  • the first polarizing plate may be positioned on the display surface side of the display device.
  • the control unit 7 may be configured to increase the brightness of the projected image S in response to an increase in the brightness of the aerial image R, decrease the brightness of the projected image S in response to a decrease in the brightness of the aerial image R, and feedback control the image projection device 5 so that the intensity (brightness) of the postcard image light of the backlight 2a is equal to or lower than a predetermined value relative to the intensity (brightness) of the projected image light B5.
  • the postcard image light is generated by the postcard effect, in which a gray backlight image with reduced blackness, the so-called postcard image, appears to stand out from the black-displayed projected image S, for example.
  • the predetermined value of the intensity of the postcard image light relative to the intensity of the projected image light B5 (units are candelas or lux) (however, the intensity of the projected image light B5 may be the average intensity of the entire image) may be -20 dB (1/10) or less in terms of S/N ratio, and may further be -30 dB (1/31.6) or less, -35 dB (1/56.2) or less, or -40 dB (1/100).
  • the intensity of the projected image light B5 may be controlled, or the intensity of the backlight 2a may be controlled, so that (second detection value)/(first detection value) is, for example, -20 dB (1/10) or less.
  • the input power value of the image projection device 5 may be controlled.
  • the input power value of the backlight 2a may be controlled.
  • the control unit 7 may be configured to include one or more processors.
  • the processor may include a general-purpose processor configured to load a specific program and execute a specific function, or a dedicated processor specialized for specific processing for displaying the aerial image R together with the projected image S.
  • the dedicated processor may include an Application Specific Integrated Circuit (ASIC).
  • the processor may include a Programmable Logic Device (PLD).
  • the PLD may include a Field-Programmable Gate Array (FPGA).
  • the control unit 7 may be either a System-on-a-Chip (SoC) or a System In a Package (SiP) configured to have one or more processors work together.
  • SoC System-on-a-Chip
  • SiP System In a Package
  • the optical system 3 includes a first reflecting mirror 31 that reflects the image light B1 emitted from the display unit 2 and generates image light B2 as reflected light, a second reflecting mirror 32 that reflects the image light B2 reflected by the first reflecting mirror 31 and generates image light B3 as reflected light, and a third reflecting mirror 33 that reflects the image light B3 reflected by the second reflecting mirror 32 and generates image light B4 as reflected light.
  • the first reflecting mirror 31 and the third reflecting mirror 33 may be formed of concave mirrors, and the second reflecting mirror 32 may be formed of a convex mirror.
  • the reflective surfaces of the concave mirror and the convex mirror are not limited to spherical surfaces and may be aspherical surfaces.
  • the first reflecting mirror 31, the second reflecting mirror 32, and the third reflecting mirror 33 are not limited to the convex mirror and the concave mirror described above, and may be free-form mirrors.
  • the translucent screen 4 transmits the image light B4 that forms the aerial image R and diffuses the projected image light B5 of the projected image S, thereby displaying the projected image S on the display surface of the translucent screen 4 while displaying a real aerial image R in the space in front of the translucent screen 4.
  • the light-transmitting screen 4 may be configured to include a light-transmitting resin film or a light-transmitting resin layer having a thickness of 0.1 ⁇ m to 20 mm, including a light-diffusing member.
  • the resin material of the light-transmitting resin film or the light-transmitting resin layer may be acrylic resin, silicone resin, polycarbonate resin, epoxy resin, polytetraterephthalene (PET) resin, or the like.
  • PET polytetraterephthalene
  • the light-diffusing member may be, for example, light-diffusing particles.
  • the material of the light-diffusing member may be titanium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, glass, or the like.
  • the average particle size of the light diffusion particles may be, but is not limited to, about 10 nm to about 500 nm.
  • the content of the light diffusion particles may be, but is not limited to, about 3 volume % to about 30 volume %.
  • a light-transmitting resin film manufactured by ENEOS Corporation under the product name "KALEIDO SCREEN (registered trademark)" may be used as the light-transmitting resin film for the light-transmitting screen 4.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view explaining the function of the light-transmitting screen 4.
  • the light-transmitting screen 4 transmits the image light B4 and diffuses the projected image light B5 to display the projected image S. That is, the light-transmitting screen 4 is located at a position where the thickness of the projected image light B5 in the optical axis direction is greater than the thickness of the image light B4 in the optical axis direction.
  • the image light B4 is less likely to be scattered by the light diffusion particles 4p, so most of it passes through the light-transmitting screen 4, and the projected image light B5 is more likely to be scattered by the light diffusion particles 4p, so most of it is scattered by the light-transmitting screen 4 to form the projected image S.
  • the image light B4 is incident almost perpendicularly on the surface of the light-transmitting screen 4 and is transmitted through the thinnest part.
  • the projected image light B5 is incident obliquely on the surface of the light-transmitting screen 4, enters the thicker part, and is mostly scattered.
  • the angle (intersection angle) between the optical axis direction of the image light B4 and the optical axis direction of the projected image light B5 may be approximately 10° to 60°, or approximately 20° to 45°, but is not limited to these ranges.
  • the light-transmitting screen 4 may be configured by laminating a light-transmitting member on a light-transmitting substrate.
  • the light-transmitting substrate may be a glass substrate, a plastic substrate, or the like.
  • the light-transmitting member may be a light-transmitting resin film, a light-transmitting resin layer, or the like.
  • the resin material of the light-transmitting resin film and the light-transmitting resin layer may be an acrylic resin, a silicone resin, a polycarbonate resin, an epoxy resin, a polytetraterephthalene (PET) resin, or the like.
  • the light-transmitting resin layer may be a coating layer obtained by applying an uncured resin material to the light-transmitting substrate and curing it by heating and/or by irradiating it with ultraviolet light. In this case, the strength of the light-transmitting screen 4 is improved. In addition, since it becomes easy to adjust the thickness of the light-transmitting member, it becomes easy to adjust the diffusivity of the light-transmitting screen 4, that is, to adjust the imaging property of the projected image S and the transmittance of the image light B4.
  • the light-transmitting member may be configured so that the light diffusion material is uniformly dispersed throughout or locally.
  • the projected image S can be projected over the entire light-transmitting screen 4, effectively preventing the internal structure and postcard image from being visible from the outside.
  • the projected image S can be projected onto a portion of the light-transmitting screen 4 where the internal structure and postcard image are easily visible from the outside, for example.
  • the display unit 2 which is the first light emitting unit, may be a display device such as a liquid crystal display device, and the second light emitting unit may be an image projection device 5 that displays a projected image S on a light-transmitting screen 4, and the size of the projected image S may be larger than the size of the aerial image R.
  • the projected image S is more likely to be viewed as a background image of the aerial image R, and the aerial image R is more likely to appear to the observer's eye 13 as if it is protruding toward the observer.
  • the aerial image R is more likely to be viewed as a stereoscopic image (three-dimensional image).
  • the size (e.g., area) of the projected image S may be more than 1 time and up to about 10 times the size (e.g., area) of the aerial image R, but is not limited to this range.
  • the brightness of the aerial image R may also be higher than the brightness of the projected image S.
  • the projected image S is more likely to be viewed as a background image of the aerial image R, and the aerial image R is more likely to appear to protrude toward the observer's eye 13.
  • the brightness of the aerial image R may be more than 1 time and up to about 10 times the brightness of the projected image S, but is not limited to this range.
  • the gradation of the aerial image R may be higher than that of the projected image S, i.e., the aerial image R is a high-gradation image and the projected image S is a low-gradation image. In this case, the aerial image R is more likely to appear to protrude toward the observer's eye 13.
  • the gradation of the aerial image R may be more than 1 time and up to about 20 times the gradation of the projected image S, but is not limited to this range.
  • the resolution of the aerial image R may be higher than that of the projected image S. In this case, the aerial image R is more likely to appear to protrude toward the observer's eye 13.
  • the resolution of an image can be expressed by a modulation transfer function (MTF).
  • the MTF can be used as a resolution index for comparing high and low image resolution.
  • the MTF may be normalized so that its maximum value is 1. In this case, the closer the MTF value is to 1, the higher the resolution is.
  • the area obtained by integrating the MTF on the spatial frequency axis is used as a performance index of the image, so that the resolution of the image can be evaluated with high accuracy.
  • the resolution of the aerial image R may be more than 1 and up to about 5 times the resolution of the projected image S, but is not limited to this range.
  • the motion speed of the aerial image R may be faster than the motion speed of the projected image S.
  • the aerial image R tends to appear closer to the observer's eye 13 than the projected image S.
  • the motion speed of the aerial image R may be more than 1 time and up to about 10 times the motion speed of the projected image S, but is not limited to this range.
  • the configuration may also include a detection device (e.g., an imaging device such as a camera) that detects the line of sight of the observer's eye 13, and a control variable control unit that further improves at least one of the control variables of the brightness, gradation, resolution, and motion speed of the aerial image R when the detection device directs the line of sight of the observer's eye 13 toward the aerial image R.
  • a detection device e.g., an imaging device such as a camera
  • a control variable control unit that further improves at least one of the control variables of the brightness, gradation, resolution, and motion speed of the aerial image R when the detection device directs the line of sight of the observer's eye 13 toward the aerial image R.
  • the control variable control unit may be included in the control unit 7, or may be separate from the control unit 7.
  • FIG. 2A is a flowchart for explaining the operation of the control unit 7 of the aerial image display device 1 according to one embodiment of the present disclosure.
  • the processing operation of the control unit 7 of the aerial image display device 1 described above will be explained.
  • step S0 the aerial image display device 1 is powered on and the control unit 7 is started.
  • step S1 the illuminance detection unit 6 measures the illuminance of the ambient light around the aerial image display device 1 on which the aerial image R and the projected image S are displayed, and outputs the resulting illuminance detection value to the control unit 7.
  • the control unit 7 receives the illuminance detection value of the ambient light detected by the illuminance detection unit 6, and determines the brightness value of the aerial image R corresponding to the illuminance of the ambient light.
  • step S3 the brightness value of the backlight 2a of the display unit 2 is changed using the first or second method described above.
  • the control unit 7 completes the feedback control of the luminance of the aerial image R in the next step S6. In other words, the control of the change in the input power value (input current value) of the backlight 2a of the liquid crystal display device is completed.
  • FIG. 2B is a flow chart for explaining the operation of the control unit 7 of the aerial image display device 1 according to another embodiment of the present disclosure. Steps S1 to S5 are the same as those in FIG. 2A, and therefore their explanation will be omitted.
  • step S6 if the luminance of the aerial image R increases, the luminance of the projected image S is increased. Also, in step S7, if the luminance of the aerial image R decreases, the luminance of the projected image S is decreased. For example, when the luminance of the aerial image R is increased or decreased by 100 lux, the luminance of the projected image S (however, the luminance of the projected image S may be an average luminance) may be increased or decreased by the same value (100 lux).
  • the aerial image R and the projected image S may be controlled to have a predetermined contrast ratio, for example, a predetermined value (for example, 3.2 (10 dB)) within the range of 1 (0 dB) ⁇ (luminance of aerial image R)/(luminance of projected image S) ⁇ 10 (20 dB).
  • a predetermined value for example, 3.2 (10 dB)
  • step S8 the intensity of the postcard image light is compared with the intensity of the projected image light.
  • the comparison of the intensity of the postcard image light with the intensity of the projected image light may be performed by detecting the postcard image light and the projected image light, respectively, using an optical sensor or the like.
  • data on the intensity of the postcard image light corresponding to the input power value (input current value) of the backlight 2a of the liquid crystal display device may be stored in advance as a data table in the storage unit (memory), and the intensity of the postcard image light may be determined by referring to the data table.
  • step 9 the image projection device 5 is controlled so that (intensity of postcard image light)/(intensity of projected image light) is equal to or less than a predetermined value.
  • the predetermined value is controlled so that the signal-to-noise ratio is -20 dB (1/10), -30 dB (1/31.6), or -35 dB (1/56.2).
  • step S1 the state is such that the display of the aerial image R is to be continued, i.e., the image data to be displayed is to be continued. That is, based on the illuminance detection value of the illuminance detection unit 6, the process of rewriting the luminance of the aerial image R and the luminance of the projected image S is repeated until the input of the display image data is completed. If the state is such that the display of the aerial image R is not to be continued, the process proceeds to step S11, and the display of the aerial image R and the display of the projected image S are terminated.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of the display state of the aerial image display device 1.
  • the aerial image display device 1 of this embodiment displays a projected image S on a translucent screen 4 by an image projection device 5, and displays an aerial image R by a display unit 2 in front of the translucent screen 4, i.e., on the observer's side.
  • the aerial image R is the Earth
  • the background projected image S is the universe.
  • An image of the Earth floating in space is displayed.
  • the sense of depth of the projected image S relative to the aerial image R is emphasized by the motion parallax between the aerial image R and the projected image S when the line of sight moves.
  • the stereoscopic effect and three-dimensional recognition are improved, as if the aerial image R was floating in space on the observer's side.
  • the brightness of the aerial image R can be controlled according to the illuminance of the ambient light. This makes it possible to prevent the aerial image R from becoming difficult to see due to ambient light.
  • the brightness of the projected image S behind can be feedback controlled to prevent the observer from seeing the postcard image in outer space.
  • the influence of the postcard image light is reduced, making it easier for the observer to see the aerial image R with their eyes 13.
  • the display quality of the aerial image R is improved.
  • the aerial image display device of the present disclosure can use a self-luminous display device such as a liquid crystal display device (Light Emitting Diode: LED) or an organic electroluminescence display device as the display unit.
  • a self-luminous display device such as a liquid crystal display device (Light Emitting Diode: LED) or an organic electroluminescence display device as the display unit.
  • the aerial image display device of the present disclosure also enables touchless operation of an aerial image, and as a result, can be used in various product fields such as the following, but not limited to the following.
  • a communication device for conversation and communication with an aerial image for conversation and communication with an aerial image, a medical interview device for a doctor to interview a patient through an aerial image, a navigation device and a driving control device for a vehicle such as an automobile, an order placement and reception device and a register device for a store, an operation panel for a building, an elevator, etc.
  • a learning device for teaching or taking a class with an aerial image, an office machine for business communication and instructions with an aerial image, an amusement machine for playing a game with an aerial image, a projection device for projecting an image on the ground or a wall surface at an amusement park or a game center, a simulator device for performing simulation experiments with an aerial image at a university or a medical institution, a large display for displaying prices at a market or a stock exchange, an image viewing device for viewing an aerial image, etc.
  • an aerial image is displayed with a projected image or the like produced by the second light being displayed on the optical member, so that it is possible to prevent the internal structure from being easily visible to the observer, and to prevent the observer from having difficulty viewing the aerial image. As a result, it is possible to prevent a decrease in the display quality of the aerial image.
  • the aerial image is displayed with a projected image or the like being displayed behind the aerial image, it is possible to reduce the influence of the postcard effect caused by the projected image or the like, and to prevent the postcard image from being viewed by the observer. As a result, it is possible to display an aerial image with excellent display quality.
  • This disclosure can be implemented in the following configurations (1) to (14).
  • a first light emitting unit (1) a first light emitting unit; an optical system that forms a real aerial image using the first light emitted from the first light emitting unit; an optical member located between the aerial image and the optical system; a second light emitting unit that emits second light toward the optical member from a direction different from an optical axis direction of the first light between the aerial image and the optical system,
  • An aerial image display device wherein the optical member has a transmittance of the first light higher than a transmittance of the second light.
  • An aerial image display device according to any one of (2) to (5) above, in which the optical member is positioned such that the thickness of the second light in the optical axis direction is greater than the thickness of the first light in the optical axis direction.
  • the first light emitting unit is a display device
  • the second light output unit is an image projection device that causes the optical member to display a projected image
  • the aerial image display device according to any one of (1) to (6) above, wherein the size of the projected image is larger than the size of the aerial image.
  • an illuminance detection unit that detects an illuminance of ambient light
  • the first light emitting unit is a transmissive display device equipped with a backlight
  • the second light output unit is an image projection device that causes the optical member to display a projected image
  • the control unit increases the brightness of the projected image in accordance with an increase in the brightness of the aerial image, decreases the brightness of the projected image in accordance with a decrease in the brightness of the aerial image, and feedback controls the image projection device so that the intensity of the postcard image light of the backlight is below a predetermined value relative to the intensity of the projected image light.
  • REFERENCE SIGNS LIST 1 Aerial image display device 2 Display unit 2a Backlight 2b Transmissive display device 3 Optical system 4 Light-transmitting screen 5 Image projection device 6 Illuminance detection unit 7 Control unit 8 Housing 9a to 9d Side walls 9e Top plate 9f Bottom plate 10 First through-hole 11 First light-transmitting plate 12 Second through-hole 31 First reflecting mirror 32 Second reflecting mirror 33 Third reflecting mirror B1, B2, B3, B4 Image light B5 Projected image light R Aerial image S Projected image

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Abstract

空中像表示装置は、表示部と、表示部から射出された画像光を実像の空中像として結像させる光学系と、空中像と光学系の間に位置する透光性スクリーンと、空中像と光学系の間における画像光の光軸方向と異なる方向から、透光性スクリーンに向けて投写画像光を射出する、画像投写装置と、を備える。透光性スクリーンは、画像光を透過させ、投写画像光を拡散させることによって投写画像を表示する。

Description

空中像表示装置
　本開示は、空中像と投影像とを同時に表示する空中像表示装置に関する。
　従来技術の空中像表示装置は、例えば特許文献１に記載されている。この従来技術の空中像表示装置は、２次元映像を表示する表示領域が、２次元映像が表示されない透明状態と、２次元映像が表示された不透明状態とに交互に切換えられる表示パネルと、表示パネルの背面側に配置され、正面側から見て表示パネルの表示領域と重なる位置に立体投影像を投影する立体投影装置と、を備え、表示パネルの少なくとも立体投影像と重なる領域を透明状態にして該立体投影像を表示し、２次元映像を表示する非透明状態と立体投影像を表示する透明状態とを短時間で交互に切換えて、２次元映像と立体投影像とを同時に視認できるように構成されている。
特開２０１６－４５４２４号公報
　本開示の空中像表示装置は、第１光射出部と、前記第１光射出部から射出された第１の光を実像の空中像として結像させる光学系と、前記空中像と前記光学系との間に位置する光学部材と、前記空中像と前記光学系との間における前記第１の光の光軸方向とは異なる方向から、前記光学部材に向けて第２の光を射出する、第２光射出部と、を備え、前記光学部材は、前記第１の光の透過率が前記第２の光の透過率よりも高い構成とする。
　本開示の目的、特色、及び利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本開示の一実施形態の空中像表示装置の構成を示す断面図である。 本開示の一実施形態の空中像表示装置の制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 本開示の他の実施形態の空中像表示装置の制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 本開示の一実施形態の空中像表示装置による表示状態の一例を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の空中像表示装置における透光性スクリーンの機能を説明する部分拡大断面図である。
　上記特許文献１に記載される従来技術では、立体投影像を表示するときには、表示領域が少なくとも立体投影像と重なる領域が透明状態とされるので、立体投影像が表示されている状態では、透明領域から背後の反射鏡等の内部構造物が見えてしまう場合がある。内部構造物が外部から見えると、内部構造物が観察者の目の視野に入り、立体投影像が視認しづらくなる。また、観察者の目の焦点が立体投影像からずれてしまい、結果として立体投影像の表示品位が低下する場合がある。
　また、特許文献１の従来技術では、２次元映像を表示する表示装置がバックライトを備えた液晶表示装置である場合、例えば黒表示された２次元投影像の中に、黒色度が低下した灰色のバックライトの画像（ポストカード像ともいう）が浮き出て見えるポストカード効果が生じやすい。この場合、ポストカード像が観察者の目の視野に入り、立体投影像が視認しづらくなる。また、２次元投影像と立体投影像とのコントラストが低下し、さらに立体投影像が視認しづらくなり、結果として立体投影像の表示品位が低下する場合がある。
　したがって、従来から、内部構造物が外部から視認されず、またポストカード効果の影響を低減して、優れた表示品位で空中像を表示することができる空中像表示装置が求められている。
　以下、添付図面を参照して、本開示の空中像表示装置の実施形態について説明する。
　図１は、本開示の一実施形態の空中像表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態の空中像表示装置１は、第１光射出部としての表示部２を備える。第１光射出部は、単一光源であってもよく、複数の光源を備える構成であってもよい。第１光射出部は、フルカラーの動画画像等を表示する表示部２であってもよく、また、方向等を示す指示装置、記号、交通標識等を表示する標識装置、交通信号等を表示する信号装置、警告灯を表示する警告装置などであってもよい。
　空中像表示装置１は、表示部２から射出された、第１の光としての画像光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を実像の空中像Ｒとして結像させる光学系３を備える。第１の光は、単色光（単一の波長の光）であってもよく、複数の色の光（例えば、３原色光である赤色光、緑色光、青色光）を含む光であってもよい。光学系は、反射鏡を備えた反射光学系であってもよく、反射鏡および集光部材（例えば、フレネルレンズ等の集光レンズ）を備える構成であってもよい。光学系は、反射鏡およびホログラフィック素子を備える構成であってもよい。
　空中像表示装置１は、空中像Ｒと光学系３との間に位置する、光学部材としての透光性スクリーン４と、空中像Ｒと光学系３との間における画像光Ｂ４の光軸方向とは異なる方向から、透光性スクリーン４に向けて投写画像光Ｂ５を射出する画像投写装置５と、を備える。光学部材は、光拡散部材を含み、第２の光としての投写画像光Ｂ５を光拡散部材によって拡散させ、投写画像を写し出す透光性スクリーン４であってもよい。なお、「～」は「乃至」を意味し、以下同様とする。
　光学部材は、画像光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の透過率が、投写画像光Ｂ５の透過率よりも高い。光学部材の透過率（全光線透過率：可視光線透過率）は、１０％～９５％程度であってもよく、３０％～９５％程度であってもよく、５０％～９０％程度であってもよいが、これらの範囲に限らない。全光線透過率は、光学部材の一方の面側から入射角０°で入射した入射光に対する、他方の面側に透過した全透過光の割合（％）で表わされる。全光線透過率は、例えば、ＪＩＳ　Ｋ　７３６１：１９９７（ＩＳＯ　１３４６－１：１９９６）に記載された方法によって測定される。即ち、内部が空洞の球状の積分球に入口開口および出口開口を設け、入口開口に光学部材を配置し、出口開口に光センサを配置して、光学部材を透過した透過光を光センサで測定する方法である。入口開口および出口開口は、積分球の互いに対向する位置にある。
　光学部材は、高分子液晶を用いた液晶シャッタ（ＬＣＷ：ＬＣウインドウ）であってもよい。この場合、液晶シャッタに印加する電圧を、オフ電圧（遮光するための電圧）以外の中間的な電圧として制御することによって、光学部材の光透過率および光拡散性を制御することができる。その結果、空中像、および投写画像光Ｂ５によって光学部材に写し出される投写画像を表示するとともに、空中像および投写画像の輝度等を制御することができる。液晶シャッタの透過率（全光線透過率：可視光線透過率）は、１０％～９５％程度であってもよく、３０％～９５％程度であってもよく、５０％～９０％程度であってもよいが、これらの範囲に限らない。全光線透過率は、液晶シャッタの一方の面側から入射角０°で入射した入射光に対する、他方の面側に透過した全透過光の割合（％）で表わされる。全光線透過率は、例えば、ＪＩＳ　Ｋ　７３６１：１９９７（ＩＳＯ　１３４６－１：１９９６）に記載された方法によって測定される。即ち、内部が空洞の球状の積分球に入口開口および出口開口を設け、入口開口に液晶シャッタを配置し、出口開口に光センサを配置して、液晶シャッタを透過した透過光を光センサで測定する方法である。入口開口および出口開口は、積分球の互いに対向する位置にある。
　第２光射出部としての画像投写装置５は、単一光源であってもよく、複数の光源を備える構成であってもよい。第２の光としての投写画像光Ｂ５は、単色光（単一の波長の光）であってもよく、複数の色の光（例えば、３原色光である赤色光、緑色光、青色光）を含む光であってもよい。第２光射出部は、フルカラーの動画画像等を表示する表示部であってもよく、また、方向等を示す指示装置、記号、交通標識等を表示する標識装置、交通信号等を表示する信号装置、警告灯を表示する警告装置などであってもよい。
　透光性スクリーン４は、画像光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の透過率が、投写画像光Ｂ５の透過率よりも高い。透光性スクリーン４は、画像光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の大部分を透過させ、投写画像光Ｂ５の大部分を透過させずに拡散させる。その結果、透光性スクリーン４には、画像光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４による画像は殆ど表示されず、投写画像光Ｂ５による投写画像が写し出される。
　透光性スクリーン４は、光拡散粒子等の光拡散部材を含む透光性部材（透光性フィルム）を備える構成であってもよい。また、透光性スクリーン４は、透光性基材（ガラス基板、プラスチック基板等）に透光性フィルムが積層された構成であってもよい。透光性フィルムは、平面視において１辺の長さが１０００ｍｍ～１５００ｍｍ程度の矩形状であり、厚みが１０μｍ～１ｍｍ程度（例えば、１００μｍ程度）である。透光性フィルム（光学部材）の透過率（全光線透過率：可視光線透過率）は、１０％～９５％程度であってもよく、３０％～９５％程度であってもよく、５０％～９０％程度であってもよいが、これらの範囲に限らない。全光線透過率は、透光性フィルムの一方の面側から入射角０°で入射した入射光に対する、他方の面側に透過した全透過光の割合（％）で表わされる。全光線透過率は、例えば、ＪＩＳ　Ｋ　７３６１：１９９７（ＩＳＯ　１３４６－１：１９９６）に記載された方法によって測定される。すなわち、内部が空洞の球状の積分球に入口開口および出口開口を設け、入口開口に透光性フィルムを配置し、出口開口に光センサを配置して、透光性フィルムを透過した透過光を光センサで測定する方法である。入口開口および出口開口は、積分球の互いに対向する位置にある。透光性スクリーン４の全光線透過率は、透光性フィルム単独で測定してもよく、透光性フィルムを、ガラス基板（可視光線透過率が９０％程度）またはプラスチック基板（可視光線透過率が８７％～９３％程度）に貼り合わせて積層した状態で測定してもよい。なお、透光性フィルムの積層数を変更することによって、透光性スクリーン４の透過率を調整することができる。
　光学部材のヘーズ（曇り度）は、３％～９８％程度であってもよく、３％～５０％程度であってもよく、４％～３０％程度であってもよいが、これらの範囲に限らない。ヘーズは、光学部材の一方の面側から入射し他方の面側に透過した透過光のうち、前方散乱によって入射光の光軸から０．０４４ｒａｄ（２．５°）以上それた透過光の割合（％）で表わされる。ヘーズは、例えば、ＪＩＳ　Ｋ　７１３６：２０００（ＩＳＯ　１４７８２：１９９９）に記載された方法によって測定される。即ち、上記積分球の入口開口に光学部材を配置し、出口開口の周囲に光センサを配置して、光学部材を透過し入射光の光軸からそれた透過光を光センサで測定する方法である。光学部材が透光性スクリーンまたは液晶シャッタである場合にも、上記の方法と同じ方法でヘーズを測定することができる。
　空中像表示装置１の透光性スクリーン４は、第１の光（画像光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の透過率が第２の光（投写画像光Ｂ５）の透過率よりも高い構成である。これにより、透光性スクリーン４は、第１の光の大部分を透過させ、第２の光の大部分を拡散させることによって投写画像を表示する。空中像表示装置１は、上記の構成により以下の効果を奏する。空中像表示装置１は、透光性スクリーン４に投写画像Ｓが表示された状態で空中像Ｒを表示するので、観察者には第３反射鏡３３等の内部構造物が視認されにくくなり、その結果、内部構造物が観察者の目１３の視野に入って観察者が空中像Ｒを視認しづらくなることを抑えることができる。また、空中像Ｒの後方に投写画像Ｓが表示された状態で空中像Ｒが表示されるので、投写画像Ｓによってポストカード効果の影響を低減し、ポストカード像が観察者に視認されることを抑えることができる。従って、優れた表示品位で空中像Ｒを表示することができる。
　空中像表示装置１は、環境光の照度を検出する照度検出部６と、照度検出部６の検出値の増加に応じて空中像Ｒの輝度を増加させる方向に表示部２をフィードバック制御（以下、「制御」ともいう）し、検出値の低下に応じて空中像Ｒの輝度を低下させる方向に表示部２をフィードバック制御する、制御部７と、を備える構成であってもよい。すなわち、制御部７は、照度検出部６の検出値に対し、空中像Ｒの輝度について正のフィードバック制御を行う。この構成の場合、環境光の照度が高くなった場合、すなわち環境が明るくなった場合、空中像Ｒの輝度を向上させる。また、環境光の照度が低くなった場合、すなわち環境が暗くなった場合、空中像Ｒの輝度を低下させる。これにより、観察者が、環境光の影響により空中像Ｒを視認しづらくなることを抑えることができる。照度検出部６は、カメラ等に用いられる市販の照度計であってもよい。照度検出部６は、環境光の照度を検出するために、例えば空中像表示装置１の日射の影響が反映される箇所、例えば後述の天板９ｅ上に設けられてもよい。
　空中像表示装置１は、例えば、中空の直方体状の筐体８をさらに備える。筐体８は、四角筒体を成す４つの側壁９ａ～９ｄと、各側壁９ａ～９ｄによって構成される四角筒体の一方の開口を塞ぐように各側壁９ａ～９ｄの縁辺に垂直に連なって設けられる天板９ｅと、各側壁９ａ～９ｄによって構成される四角筒体の他方の開口を塞ぐように各側壁９ａ～９ｄの縁辺に垂直に連なって設けられる底板９ｆと、を含む。
　天板９ｅには、第１透孔１０が形成され、第１透孔１０には、透明な第１透光板１１が嵌り込んで固定される。第１透光板１１は、画像投写装置５から透光性スクリーン４に投写される投写画像光Ｂ５を透過させ、筐体８内への雨水、埃などの異物の侵入を防止している。このような、筐体８は、金属または合成樹脂等の遮光性および剛性の高い材料から成る。筐体８には、表示部２および光学系３等が収容され、外部光が遮断されるとともに、表示部２および光学系３の光経路への異物の侵入が防がれる。
　前述の４つの側壁９ａ～９ｄのうち、正面側、すなわち観察者側に配置される１つの側壁９ａには、第２透孔１２が形成され、第２透孔１２には、前述の透光性スクリーン４が嵌り込んで固定される。透光性スクリーン４は、画像投写装置５からの投写画像Ｓを表示するとともに、筐体８内への埃などの異物の浸入を遮断している。
　制御部７は、前述したように、照度検出部６によって検出された環境光の検出値の増加に応じて空中像Ｒの輝度を増加させる方向に表示部２をフィードバック制御し、検出値の低下に応じて空中像Ｒの輝度を低下させる方向に表示部２をフィードバック制御する。空中像Ｒの輝度を制御するための手法としては、例えば表示部２の画像信号の輝度値を、環境光の検出値に応じて予め設定された輝度値に変更するようにしてもよい。具体的には、表示部２の駆動回路等の駆動部に備わったＩＣ，ＬＳＩ等の駆動素子の記憶部、または駆動部に備わった記憶回路（メモリー、レジスター）等の記憶部に、環境光の照度データと、照度データに対応する画像信号の輝度データと、を記憶させておく。環境光の照度データは、照度の検出値に対応する電流値または電圧値をデジタル信号等の二値信号に変換したものであってもよい。同様に、画像信号の輝度データは、輝度値に対応する電流値または電圧値をデジタル信号等の二値信号に変換したものであってもよい。そして、照度検出部６によって環境光の照度を検出した際に、制御部７は、記憶部の照度データおよび輝度データを参照し、環境光の照度の検出値に基づき検出値に対応する照度データおよび輝度データを決定する。制御部７は、決定された輝度データを用いて、表示部２の輝度値を制御する。制御部７は、表示部２の駆動部に備わっていてもよく、図１に示すように表示部２の外部にあってもよい。
　制御部７が、照度検出部６によって検出された環境光の照度の検出値に応じて、空中像Ｒの輝度を制御する具体的な方法として、以下の方法がある。第１の方法として、環境光の照度（輝度）を考慮した、空中像の輝度と環境光の輝度とのコントラスト比、所謂アンビエントコントラスト比（環境コントラスト比ともいう）ＡＣＲが、所定の範囲内にあるように制御する方法である。ＡＣＲは、（ＡＤＳon＋ＡＢＬ）／（ＡＤＳoff＋ＡＢＬ）という式で表される。ＡＤＳonは表示部２（例えば、液晶表示装置）を全画面白表示させた場合の空中像Ｒの輝度、ＡＤＳoffは表示部２である液晶表示装置を全画面黒表示させた場合の空中像Ｒの輝度である。ＡＢＬは（Ａｂ×Ｒ１）＋（Ａｂ×Ｔ2×Ｒ２）で表され、Ａｂは環境光の輝度、Ｒ１は透光性スクリーン４の反射率であり、（Ａｂ×Ｒ１）は、環境光が透光性スクリーン４によって反射されて観察者の目１３に入る光の強度を表す。Ｔは透光性スクリーン４の透過率、Ｒ２は第３反射鏡３３の反射率であり、（Ａｂ×Ｔ2×Ｒ２）は、環境光が透光性スクリーン４を透過し、第３反射鏡３３で反射され、再度透光性スクリーン４を透過して観察者の目１３に入る光の強度を表す。
　ＡＣＲが３である場合には空中像Ｒの認識が可能であり、ＡＣＲが５である場合には空中像Ｒを適切に視認でき、ＡＣＲが１０以上である場合には空中像Ｒを容易に視認できる。従って、ＡＣＲが３以上となるようにＡＤＳonを制御する、例えば液晶表示装置であればバックライトの輝度（入力電力値または入力電流値）を制御してもよい。また、ＡＣＲが５以上となるようにＡＤＳonを制御してもよく、１０以上となるようにＡＤＳonを制御してもよい。ＡＣＲの上限は２０であってもよく、１５であってもよい。なお、これらのＡＣＲの値に限られない。
　第２の方法として、空中像Ｒの輝度を光センサ等で検出し、環境光の照度の検出値に応じて、表示部２である液晶表示装置のバックライト２ａの輝度値を変更する方法がある。屋内の環境光の照度は１００～１２００ルクス程度であり、空中像Ｒの輝度は２００～５００ルクス程度である。液晶表示装置の表示画像の輝度は４００～１２００ルクス程度であり、液晶パネルの光透過率は５％程度である。光学系３の光透過率は８０％程度である。バックライト２ａの輝度は８０００～２４０００ルクス程度である。例えば、環境光の照度が１００ルクス高くなり、それに応じて空中像Ｒの輝度を１００ルクス高くする場合、バックライト２ａの輝度を２５００ルクス（１００×（１／０．８）×（１／０．０５））程度高くする。光学系３の光透過率（約８０％）に、透光性スクリーン４の透過率を含めて、８０％×（透光性スクリーン４の透過率）としてもよい。透光性スクリーン４の透過率は１０％～９５％程度であってもよいが、この範囲に限らない。環境光の照度の増加をΔＬ１、それに応じての空中像Ｒの輝度の増加をΔＬ２としたとき、ΔＬ２／ΔＬ１＝０．１～５としてもよく、ΔＬ２／ΔＬ１＝０．３～３としてもよく、ΔＬ２／ΔＬ１＝０．５～１．５としてもよいが、これらの範囲に限らない。
　照度検出部６による環境光の照度の検出、および制御部７による表示部２の輝度値の制御は、３０Ｈｚ以上の周期で実行してもよく、６０Ｈｚ以上の周期で実行してもよい。これにより、表示部２の輝度値の変化、例えば空中像Ｒのちらつきを、観察者が視認することを抑えることができる。
　表示部２は、バックライト２ａと、透過型表示装置２ｂとを備える。透過型表示装置２ｂは、バックライト２ａからの光を透過させて、多数の画素のそれぞれに備わった液晶の配向状態によって画像を表示する透過型の液晶表示装置（Liquid Crystal display：ＬＣＤ）であってもよい。
　液晶表示装置は、公知の液晶パネルを備えるものであってもよい。公知の液晶パネルとしては、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、および、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）方式等の種々の液晶パネルを採用し得る。液晶パネルは、第１偏光板、カラーフィルタ基板、液晶層、アレイ基板および第２偏光板を含んで構成されてよい。第１偏光板は、表示装置の表示面側に位置してよい。
　制御部７は、空中像Ｒの輝度の増加に応じて投写画像Ｓの輝度を増加させ、空中像Ｒの輝度の低下に応じて投写画像Ｓの輝度を低下させるとともに、バックライト２ａのポストカード像光の強度（輝度）が投写画像光Ｂ５の強度（輝度）に対して相対的に所定値以下となるように、画像投写装置５をフィードバック制御する構成であってもよい。ポストカード像光は、例えば黒表示された投写画像Ｓの中に、黒色度が低下した灰色のバックライトの画像、所謂ポストカード像が、浮き出て見えるポストカード効果によって生じる。
　投写画像光Ｂ５の強度（単位はカンデラまたはルクス）（ただし、投写画像光Ｂ５の強度は画像全体の平均強度であってもよい。）に対するポストカード像光の強度の所定値は、ＳＮ比で－２０ｄＢ（１／１０）以下であってもよく、さらには－３０ｄＢ（１／３１．６）以下、－３５ｄＢ（１／５６．２）以下、－４０ｄＢ（１／１００）であってもよい。例えば、投写画像光Ｂ５の強度を光センサで検出した検出値（第１検出値ともいう）と、ポストカード像光の強度を光センサで検出した検出値（第２検出値ともいう）と、を比較することによって、（第２検出値）／（第１検出値）が例えば－２０ｄＢ（１／１０）以下となるように、投写画像光Ｂ５の強度を制御してもよく、またはバックライト２ａの強度を制御してもよい。投写画像光Ｂ５の強度を制御するには、画像投写装置５の入力電力値を制御してもよい。バックライト２ａの強度を制御するには、バックライト２ａの入力電力値を制御してもよい。
　制御部７は、１以上のプロセッサを含んで構成されてもよい。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行するように構成された汎用のプロセッサ、空中像Ｒを投写画像Ｓとともに表示するための特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサとしては、特定用途向けＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。制御部７は、１つ又は複数のプロセッサが協働するように構成されるＳｏＣ（System-on-a-Chip）、及びＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。
　光学系３は、表示部２から射出された画像光Ｂ１を反射し、反射光として画像光Ｂ２を生じる第１反射鏡３１と、第１反射鏡３１によって反射された画像光Ｂ２を反射し、反射光として画像光Ｂ３を生じる第２反射鏡３２と、第２反射鏡３２によって反射された画像光Ｂ３を反射し、反射光として画像光Ｂ４を生じる第３反射鏡３３とを備える。第１反射鏡３１および第３反射鏡３３は、凹面鏡によって構成されてもよく、第２反射鏡３２は、凸面鏡によって構成されてもよい。凹面鏡および凸面鏡の反射面としては、球面に限らず、非球面であってもよい。これらの第１反射鏡３１、第２反射鏡３２および第３反射鏡３３は、前述の凸面鏡および凹面鏡に限らず、自由曲面鏡を用いてもよい。
　透光性スクリーン４は、空中像Ｒを形成する画像光Ｂ４を透過させ、投写画像Ｓの投写画像光Ｂ５を拡散させることによって透光性スクリーン４の表示面に投写画像Ｓを表示しながら、透光性スクリーン４の前方の空間に実像の空中像Ｒを表示させることができる。
　透光性スクリーン４は、光拡散部材を含む、厚さ０．１μｍ～２０ｍｍの透光性樹脂フィルム、透光性樹脂層等を備える構成であってもよい。透光性樹脂フィルム、透光性樹脂層の樹脂材料は、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ポリテトラテレフタレン（ＰＥＴ）樹脂等であってもよい。光拡散部材は、例えば光拡散粒子であってもよい。光拡散部材の材料は、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、ガラス等であってもよい。画像投写装置５からの投写画像光Ｂ５を透光性スクリーン４に映し出すためには、投写画像光Ｂ５を散乱させて投写画像Ｓを結像させる必要があるが、散乱が生じると透明さが失われやすくなる。これらの相反する特性を両立させるために、光拡散粒子の平均粒径をナノオーダーとするとともに含有量および分散性を最適化するナノ分散技術を用いる。光の散乱形態には、幾何散乱、ミー散乱、レイリー散乱があるが、透光性スクリーン４には色再現性が優れるミー散乱を利用する。散乱光の強度と配光バランスが最適になるように、光拡散粒子の平均粒径を調整する。光拡散粒子の平均粒径は１０ｎｍ程度～５００ｎｍ程度であってもよいが、この範囲に限らない。光拡散粒子の含有量は３体積％程度～３０体積％程度であってもよいが、この範囲に限らない。透光性スクリーン４用の透光性樹脂フィルムとして、例えばＥＮＥＯＳ社製商品名「ＫＡＬＥＩＤＯ　ＳＣＲＥＥＮ（登録商標）」等を用いてもよい。
　図４は、透光性スクリーン４の機能を説明する部分拡大断面図である。透光性スクリーン４は、画像光Ｂ４を透過させ、投写画像光Ｂ５を拡散させることによって投写画像Ｓを表示する。すなわち、透光性スクリーン４は、投写画像光Ｂ５の光軸方向における厚みが、画像光Ｂ４の光軸方向における厚みよりも厚くなる位置にある。その結果、画像光Ｂ４は、光拡散粒子４ｐによって散乱される確率が小さくなるため、大部分が透光性スクリーン４を透過し、投写画像光Ｂ５は、光拡散粒子４ｐによって散乱される確率が大きくなるため、大部分が透光性スクリーン４によって散乱されて投写画像Ｓを結像する。図４の場合、画像光Ｂ４は、透光性スクリーン４の表面にほぼ垂直に入射し、ほぼ最も厚みが薄い部位を透過している。投写画像光Ｂ５は、透光性スクリーン４の表面に斜めに入射し、厚みが厚くなる部位に入射し、殆どが散乱されている。
　画像光Ｂ４の光軸方向と投写画像光Ｂ５の光軸方向とのなす角度（交差角度）は、１０°程度～６０°程度であってもよく、２０°程度～４５°程度であってもよいが、これらの範囲に限らない。
　透光性スクリーン４は、透光性基材に透光性部材が積層された構成であってもよい。透光性基材は、ガラス基板、プラスチック基板等であってもよい。透光性部材は、透光性樹脂フィルム、透光性樹脂層等であってもよい。透光性樹脂フィルム、透光性樹脂層の樹脂材料は、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ポリテトラテレフタレン（ＰＥＴ）樹脂等であってもよい。透光性樹脂層は、未硬化の樹脂材料を透光性基材に塗布し、加熱硬化および／または紫外線照射硬化させた塗布層であってもよい。この場合、透光性スクリーン４の強度が向上する。また、透光性部材の厚みを調整することが容易になることから、透光性スクリーン４の拡散性を調整すること、すなわち投写画像Ｓの結像性、画像光Ｂ４の透過性を調整することが容易になる。
　透光性部材は、全体にまたは局所的に、光拡散部材が均一に分散している構成であってもよい。透光性部材の全体に光拡散部材が均一に分散している場合、透光性スクリーン４の全体に投写画像Ｓを映し出すことができ、内部構造物およびポストカード像が外部から視認されることを効果的に抑えることができる。透光性部材に局所的に光拡散部材が均一に分散している場合、例えば内部構造物およびポストカード像が外部から視認されやすい透光性スクリーン４の部位に、投写画像Ｓを映し出すことができる。
　例えば、図３に示すように、第１光射出部である表示部２は、液晶表示装置等の表示装置であり、第２光射出部は、透光性スクリーン４に投写画像Ｓを表示させる画像投写装置５であり、投写画像Ｓの大きさが空中像Ｒの大きさよりも大きい構成であってもよい。この場合、投写画像Ｓが空中像Ｒの背景画像として視認されやすくなり、空中像Ｒが、観察者の目１３に対し、観察者の方に飛び出しているように見えやすくなる。その結果、空中像Ｒが立体像（３次元画像）として視認されやすくなる。投写画像Ｓの大きさ（例えば、面積）は、空中像Ｒの大きさ（例えば、面積）の１倍を超え１０倍程度以下あってもよいが、この範囲に限らない。
　また、空中像Ｒの輝度が投写画像Ｓの輝度よりも高い構成であってもよい。この場合、投写画像Ｓが空中像Ｒの背景画像として視認されやすくなり、空中像Ｒが、観察者の目１３に対し、観察者の方により飛び出しているように見えやすくなる。空中像Ｒの輝度は、投写画像Ｓの輝度の１倍を超え１０倍程度以下あってもよいが、この範囲に限らない。
　また、空中像Ｒの階調が投写画像Ｓの階調よりも高い構成、すなわち空中像Ｒが高階調画像であり投写画像Ｓが低階調画像である構成であってもよい。この場合、空中像Ｒが、観察者の目１３に対し、観察者の方により飛び出しているように見えやすくなる。空中像Ｒの階調は、投写画像Ｓの階調の１倍を超え２０倍程度以下あってもよいが、この範囲に限らない。
　また、空中像Ｒの解像度が投写画像Ｓの解像度よりも高い構成であってもよい。この場合、空中像Ｒが、観察者の目１３に対し、観察者の方により飛び出しているように見えやすくなる。画像の解像度は、変調伝達関数（Modulation Transfer Function：ＭＴＦ）で表すことができる。ＭＴＦは、画像の解像度の高低を比較する解像度指標として用いることができる。ＭＴＦは、空間周波数ν（１／ｍｍ）の関数であり、ν＝０において最大となる。ＭＴＦは、最大値が１となるように正規化されていてよく、この場合、ＭＴＦの値が１に近いほど解像度が高いといえる。尚、ＭＴＦを空間周波数軸において積分して成る面積を画像の性能指標とすることで、画像の解像度を高精度に評価することができる。空中像Ｒの解像度は、投写画像Ｓの解像度の１倍を超え５倍程度以下であってもよいが、この範囲に限らない。
　また、空中像Ｒおよび投写画像Ｓが動画である場合、空中像Ｒの動速度が投写画像Ｓの動速度よりも速い構成であってもよい。この場合、空中像Ｒが、観察者の目１３に対し、投写画像Ｓよりも観察者の方に近くにあるように見えやすくなる。空中像Ｒの動速度は、投写画像Ｓの動速度の１倍を超え１０倍程度以下であってもよいが、この範囲に限らない。
　また、観察者の目１３の視線方向を検出する検出装置（例えば、カメラ等の撮像装置）を備え、検出装置によって観察者の目１３の視線が空中像Ｒに向いたときに、空中像Ｒの輝度、階調、解像度、および動速度の少なくとも１つの制御変数をより向上させる制御変数の制御部を有する構成であってもよい。この場合、観察者が空中像Ｒに注視したときに、空中像Ｒを投写画像Ｓよりもより目立たせることができる。その結果、空中像Ｒが観察者の方により飛び出しているように見えやすくなる。制御変数の制御部は、制御部７に含まれていてもよく、制御部７と別個にあってもよい。
　図２Ａは、本開示の一実施形態に係る空中像表示装置１の制御部７の動作を説明するためのフローチャートである。前述の空中像表示装置１の制御部７の処理動作について説明する。ステップＳ０で空中像表示装置１の電源が投入され、制御部７が起動される。次に、ステップＳ１に移り、照度検出部６は、空中像Ｒおよび投写画像Ｓが表示される空中像表示装置１の周辺の環境光の照度を計測し、その結果である照度の検出値を制御部７に出力する。次に、ステップＳ２に移り、制御部７は、照度検出部６によって検出された環境光の照度の検出値を受信し、環境光の照度に対応する空中像Ｒの輝度値を決定する。
　次に、ステップＳ３で、上記の第１の方法または第２の方法によって、表示部２のバックライト２ａの輝度値を変更する。
　この輝度値の変更によって空中像Ｒの輝度が上昇した場合（ステップＳ４）または空中像Ｒの輝度値が下降した場合（ステップＳ５）のいずれの場合においても、次のステップＳ６で、制御部７は、空中像Ｒの輝度のフィードバック制御を完了する。すなわち、液晶表示装置のバックライト２ａの入力電力値（入力電流値）の変更制御を完了する。
　図２Ｂは、本開示の他の実施形態に係る空中像表示装置１の制御部７の動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１～Ｓ５は、図２Ａの場合と同様であるので、それらの説明は省く。ステップＳ６において、空中像Ｒの輝度が上昇した場合、投写画像Ｓの輝度を上昇させる。またステップＳ７において、空中像Ｒの輝度が低下した場合、投写画像Ｓの輝度を低下させる。例えば、空中像Ｒの輝度を１００ルクス上昇または低下させる場合、投写画像Ｓの輝度（ただし、投写画像Ｓの輝度は平均輝度であってもよい。）を、同値（１００ルクス）で上昇または低下させてもよい。または、空中像Ｒと投写画像Ｓが所定のコントラスト比、例えば１（０ｄＢ）≦（空中像Ｒの輝度）／（投写画像Ｓの輝度）≦１０（２０ｄＢ）の範囲内の所定値（例えば、３．２（１０ｄＢ））となるように制御してもよい。
　次に、ステップＳ８において、ポストカード像光の強度と投写画像光の強度を比較する。ポストカード像光の強度と投写画像光の強度の比較は、ポストカード像光および投写画像光を、それぞれ光センサ等によって検出することによって、実施してもよい。また、液晶表示装置のバックライト２ａの入力電力値（入力電流値）に対応するポストカード像光の強度のデータを、予めデータテーブルとして記憶部（メモリー）に記憶させておき、そのデータテーブルを参照することによってポストカード像光の強度を決定してもよい。
　次に、ステップ９において、（ポストカード像光の強度）／（投写画像光の強度）が所定値以下になるように画像投写装置５を制御する。例えば、上述したように所定値がＳＮ比で－２０ｄＢ（１／１０）、－３０ｄＢ（１／３１．６）、または－３５ｄＢ（１／５６．２）となるように制御する。制御部７は、投写画像Ｓの輝度値を決定すると、画像投写装置５へ決定した輝度値をフィードバックし、輝度値の書き換え処理を完了する。
　最後に、投写画像Ｓの輝度値の書き換え処理が完了したとき、空中像Ｒの表示を継続して行う状態、すなわち表示する画像データが継続する状態であれば、再びステップＳ１へ戻る。すなわち、照度検出部６の照度の検出値に基づいて、空中像Ｒの輝度および投写画像Ｓの輝度の書き換え処理が、表示画像データの入力が終了するまで繰り返される。空中像Ｒの表示を継続しない状態になれば、ステップＳ１１へ移り、空中像Ｒの表示および投写画像Ｓの表示を終了する。
　図３は、空中像表示装置１による表示状態の一例を示す斜視図である。本実施形態の空中像表示装置１は、透光性スクリーン４に画像投写装置５によって投写画像Ｓを表示し、透光性スクリーン４の手前側、すなわち観察者側に、表示部２によって空中像Ｒを表示する。図３の例は、空中像Ｒが地球であり、背景の投写画像Ｓが宇宙である。宇宙空間に地球が浮いている画像を表示している。投写画像Ｓを表示することによって、上記従来技術のように観察者に筐体８の内部構造物が見えてしまうことを抑えることができる。また、空中像Ｒとその背後の投写画像Ｓとが同時に表示されるので、空中像Ｒと投写画像Ｓとの運動視差によって、視線移動時に、空中像Ｒに対する投写画像Ｓの奥行き感が強調される。その結果、空中像Ｒが観察者側の空間に浮いているかのような立体感および３次元認識性が向上する。
　そして、図２Ａに示すように、空中像Ｒは、環境光の照度に応じて輝度が制御され得る。これにより、環境光によって空中像Ｒが見づらくなることを抑えることができる。
　また、空中像Ｒの輝度が上昇するとポストカード像の輝度も上昇し、空中像Ｒの輝度が低下するとポストカード像の輝度も低下する。そして、図２Ｂに示すように、宇宙空間にポストカード像が観察者に視認されることを抑えるように、背後の投写画像Ｓの輝度をフィードバック制御することもできる。この場合、ポストカード像光の影響が低減され、観察者の目１３によって空中像Ｒが視認されやすくなる。その結果、空中像Ｒの表示品位が向上する。
　本開示の空中像表示装置は、表示部として、液晶表示装置（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、有機ＥＬ表示装置等の自発光表示装置を用いることができる。また本開示の空中像表示装置は、空中像をタッチレスで操作することを可能にし、その結果以下のような種々の製品分野において利用できるが、以下に限るものではない。例えば、空中像を伴って会話・通信等を行う通信装置、医師が患者に空中像を通して問診を行う医療用の問診装置、自動車等の乗り物用のナビゲーション装置・運転制御装置、店舗等用の注文発注受注装置・レジスタ装置、建築物・エレベーター等用の操作パネル、空中像を伴って授業をし、または授業を受ける学習装置、空中像を伴って業務連絡・指示等を行う事務機器、空中像を伴って遊戯を行う遊戯機、遊園地・ゲームセンター等で地面・壁面等に画像を投影する投影装置、大学・医療機関等において空中像によって模擬実験等を行うためのシミュレーター装置、市場・証券取引所等で価格等を表示する大型ディスプレイ、空中像の映像を鑑賞する映像鑑賞装置などである。
　本開示の空中像表示装置によれば、光学部材に第２の光による投写画像等が表示された状態で、空中像が表示されるので、観察者には内部構造物が視認されにくくなり、観察者が空中像を視認しづらくなることを抑えることができる。その結果、空中像の表示品位の低下を抑制することができる。また、空中像の後方に投写画像等が表示された状態で空中像が表示されるので、投写画像等によってポストカード効果の影響を低減し、ポストカード像が観察者に視認されることを抑えることができる。その結果、優れた表示品位で空中像を表示することができる。
　本開示は、以下の構成（１）～（１４）の態様で実施可能である。
（１）第１光射出部と、
　前記第１光射出部から射出された第１の光を実像の空中像として結像させる光学系と、
　前記空中像と前記光学系との間に位置する光学部材と、
　前記空中像と前記光学系との間における前記第１の光の光軸方向とは異なる方向から、前記光学部材に向けて第２の光を射出する、第２光射出部と、を備え、
　前記光学部材は、前記第１の光の透過率が前記第２の光の透過率よりも高い、空中像表示装置。
（２）前記光学部材は、光拡散部材を含む透光性部材を備える、上記（１）に記載の空中像表示装置。
（３）前記光学部材は、透光性基材に前記透光性部材が積層された構成である、上記（２）に記載の空中像表示装置。
（４）前記透光性部材は、前記光拡散部材が均一に分散している、上記（３）に記載の空中像表示装置。
（５）前記透光性部材は、前記光拡散部材が局所的に均一に分散している、上記（４）に記載の空中像表示装置。
（６）前記光学部材は、前記第２の光の光軸方向における厚みが、前記第１の光の光軸方向における厚みよりも厚くなる位置にある上記（２）～（５）のいずれか１つに記載の空中像表示装置。
（７）前記第１光射出部は、表示装置であり、
　前記第２光射出部は、前記光学部材に投写画像を表示させる画像投写装置であり、
　前記投写画像の大きさが前記空中像の大きさよりも大きい、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の空中像表示装置。
（８）前記空中像の輝度が前記投写画像の輝度よりも高い、上記（７）に記載の空中像表示装置。
（９）前記空中像の階調が前記投写画像の階調よりも高い、上記（７）に記載の空中像表示装置。
（１０）前記空中像の解像度が前記投写画像の解像度よりも高い、（７）に記載の空中像表示装置。
（１１）前記空中像および前記投写画像が動画である場合、前記空中像の動速度が前記投写画像の動速度よりも速い、上記（７）に記載の空中像表示装置。
（１２）環境光の照度を検出する照度検出部と、
　前記照度検出部の検出値の増加に応じて前記空中像の輝度を増加させる方向に前記第１光射出部をフィードバック制御し、前記検出値の低下に応じて前記空中像の輝度を低下させる方向に前記第１光射出部をフィードバック制御する、制御部と、を備える、上記（１）～（１１）のいずれか１つに記載の空中像表示装置。
（１３）前記第１光射出部は、バックライトを備えた透過型表示装置であり、
　前記第２光射出部は、前記光学部材に投写画像を表示させる画像投写装置であり、
　前記制御部は、前記空中像の輝度の増加に応じて前記投写画像の輝度を増加させ、前記空中像の輝度の低下に応じて前記投写画像の輝度を低下させるとともに、前記バックライトのポストカード像光の強度が前記投写画像光の強度に対して相対的に所定値以下となるように、前記画像投写装置をフィードバック制御する、上記（１２）に記載の空中像表示装置。
（１４）前記透過型表示装置は、液晶表示装置である、上記（１３）に記載の空中像表示装置。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
　１　空中像表示装置
　２　表示部
　　２ａ　バックライト
　　２ｂ　透過型表示装置
　３　光学系
　４　透光性スクリーン
　５　画像投写装置
　６　照度検出部
　７　制御部
　８　筐体
　９ａ～９ｄ　側壁
　９ｅ　天板
　９ｆ　底板
　１０　第１透孔
　１１　第１透光板
　１２　第２透孔
　３１　第１反射鏡
　３２　第２反射鏡
　３３　第３反射鏡
　Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４　画像光
　Ｂ５　投写画像光
　Ｒ　空中像
　Ｓ　投写画像

Claims (14)

  1. 　第１光射出部と、
    　前記第１光射出部から射出された第１の光を実像の空中像として結像させる光学系と、
    　前記空中像と前記光学系との間に位置する光学部材と、
    　前記空中像と前記光学系との間における前記第１の光の光軸方向とは異なる方向から、前記光学部材に向けて第２の光を射出する、第２光射出部と、を備え、
    　前記光学部材は、前記第１の光の透過率が前記第２の光の透過率よりも高い、空中像表示装置。
  2. 　前記光学部材は、光拡散部材を含む透光性部材を備える、請求項１に記載の空中像表示装置。
  3. 　前記光学部材は、透光性基材に前記透光性部材が積層された構成である、請求項２に記載の空中像表示装置。
  4. 　前記透光性部材は、前記光拡散部材が均一に分散している、請求項３に記載の空中像表示装置。
  5. 　前記透光性部材は、前記光拡散部材が局所的に均一に分散している、請求項４に記載の空中像表示装置。
  6. 　前記光学部材は、前記第２の光の光軸方向における厚みが、前記第１の光の光軸方向における厚みよりも厚くなる位置にある請求項２～５のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
  7. 　前記第１光射出部は、表示装置であり、
    　前記第２光射出部は、前記光学部材に投写画像を表示させる画像投写装置であり、
    　前記投写画像の大きさが前記空中像の大きさよりも大きい、請求項１に記載の空中像表示装置。
  8. 　前記空中像の輝度が前記投写画像の輝度よりも高い、請求項７に記載の空中像表示装置。
  9. 　前記空中像の階調が前記投写画像の階調よりも高い、請求項７に記載の空中像表示装置。
  10. 　前記空中像の解像度が前記投写画像の解像度よりも高い、請求項７に記載の空中像表示装置。
  11. 　前記空中像および前記投写画像が動画である場合、前記空中像の動速度が前記投写画像の動速度よりも速い、請求項７に記載の空中像表示装置。
  12. 　環境光の照度を検出する照度検出部と、
    　前記照度検出部の検出値の増加に応じて前記空中像の輝度を増加させる方向に前記第１光射出部をフィードバック制御し、前記検出値の低下に応じて前記空中像の輝度を低下させる方向に前記第１光射出部をフィードバック制御する、制御部と、を備える、請求項１に記載の空中像表示装置。
  13. 　前記第１光射出部は、バックライトを備えた透過型表示装置であり、
    　前記第２光射出部は、前記光学部材に投写画像を表示させる画像投写装置であり、
    　前記制御部は、前記空中像の輝度の増加に応じて前記投写画像の輝度を増加させ、前記空中像の輝度の低下に応じて前記投写画像の輝度を低下させるとともに、前記バックライトのポストカード像光の強度が前記投写画像光の強度に対して相対的に所定値以下となるように、前記画像投写装置をフィードバック制御する、請求項１２に記載の空中像表示装置。
  14. 　前記透過型表示装置は、液晶表示装置である、請求項１３に記載の空中像表示装置。
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