知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-105744(P2019-105744A)
(43)【公開日】2019年6月27日
(54)【発明の名称】空中像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 27/22 20060101AFI20190607BHJP
H04N 13/30 20180101ALI20190607BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20190607BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20190607BHJP
【ＦＩ】
G02B27/22
H04N13/04 430
H04N13/04 880
G09F9/00 361
G09F9/00 313
G09F9/00 324
G09F9/00 336F
G09F9/00 350
G02B5/00 B
H04N13/04 020
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2017-238258(P2017-238258)
(22)【出願日】2017年12月13日
(71)【出願人】
【識別番号】000201113
【氏名又は名称】船井電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100148460
【弁理士】
【氏名又は名称】小俣 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100168125
【弁理士】
【氏名又は名称】三藤 誠司
(72)【発明者】
【氏名】伊東 達也
(72)【発明者】
【氏名】田中 史記
【テーマコード（参考）】
2H042
2H199
5C061
5G435
【Ｆターム（参考）】
2H042AA02
2H042AA10
2H042AA26
2H199BA32
2H199BA63
2H199BB17
2H199BB20
2H199BB52
2H199BB65
2H199BB67
5C061AA20
5C061AB14
5C061AB16
5G435AA01
5G435BB05
5G435BB12
5G435DD11
5G435EE13
5G435EE49
5G435FF03
5G435FF08
5G435FF13
5G435GG08
5G435GG42
5G435HH02
(57)【要約】
【課題】ゴーストが形成されるのを抑制することにより、空中像の視認性を高めることができる空中像表示装置を提供する。【解決手段】空中像表示装置２は、表示面２８を有する表示ユニット１２と、像形成面３２と、像形成面３２に沿って互いに直交して配置された第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂとを有し、画像を表示領域３０に結像させる結像光学パネル１４と、結像光学パネル１４よりも表示ユニット１２側に配置され、結像光学パネル１４に入射する光の入射角を制限するためのルーバーフィルム１６とを備える。第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂの各々は、表示面２８及び像形成面３２の各垂線３４，５０を含む正中面５２に対して３０°〜６０°傾斜して配置されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像を表示する表示面を有する表示部と、
像形成面と、前記像形成面に沿って互いに直交して配置された第１の反射面及び第２の反射面と、を有し、前記画像を前記像形成面に対して前記表示面と対称な表示領域に結像させる結像部と、
前記結像部よりも前記表示部側に配置され、前記結像部に入射する光の入射角を制限するための第１の制限部と、を備え、
前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、前記表示面及び前記像形成面の各々の垂線を含む正中面に対して３０°〜６０°傾斜して配置されている
空中像表示装置。
像形成面と、前記像形成面に沿って互いに直交して配置された第１の反射面及び第２の反射面と、を有し、前記画像を前記像形成面に対して前記表示面と対称な表示領域に結像させる結像部と、
前記結像部よりも前記表示部側に配置され、前記結像部に入射する光の入射角を制限するための第１の制限部と、を備え、
前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、前記表示面及び前記像形成面の各々の垂線を含む正中面に対して３０°〜６０°傾斜して配置されている
空中像表示装置。
【請求項2】
前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、前記正中面に対して４５°傾斜して配置されている
請求項１に記載の空中像表示装置。
請求項１に記載の空中像表示装置。
【請求項3】
前記第１の制限部は、
第１の方向に沿って長尺状に延び、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に間隔を置いて配置された複数の遮光部と、
前記複数の遮光部のうち隣接する一対の遮光部の間にそれぞれ配置された複数の透光部と、を有する
請求項１又は２に記載の空中像表示装置。
第１の方向に沿って長尺状に延び、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に間隔を置いて配置された複数の遮光部と、
前記複数の遮光部のうち隣接する一対の遮光部の間にそれぞれ配置された複数の透光部と、を有する
請求項１又は２に記載の空中像表示装置。
【請求項4】
前記第１の方向は、前記正中面に対して平行な方向であり、
前記第２の方向は、前記正中面に対して垂直な方向である
請求項３に記載の空中像表示装置。
前記第２の方向は、前記正中面に対して垂直な方向である
請求項３に記載の空中像表示装置。
【請求項5】
前記第１の制限部は、前記結像部の前記表示部側の面を覆う位置に配置されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項6】
前記第１の制限部は、前記表示部の前記表示面を覆う位置に配置されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項7】
前記表示部は、
前面に前記表示面が形成された表示パネルと、
前記表示パネルの背面に光を照射するバックライトと、を有し、
前記第１の制限部は、前記バックライトに配置されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
前面に前記表示面が形成された表示パネルと、
前記表示パネルの背面に光を照射するバックライトと、を有し、
前記第１の制限部は、前記バックライトに配置されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項8】
前記空中像表示装置は、さらに、前記結像部よりも前記表示部と反対側に配置され、前記結像部から出射した光の出射角を制限する第２の制限部を備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項9】
前記空中像表示装置は、さらに、前記表示部及び前記結像部を収容する筐体を備え、
前記結像部の前記像形成面は、前記筐体の側面に沿って配置されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
前記結像部の前記像形成面は、前記筐体の側面に沿って配置されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項10】
前記空中像表示装置は、さらに、前記結像部を前記筐体の前記側面に対して傾動させる調節機構を備える
請求項９に記載の空中像表示装置。
請求項９に記載の空中像表示装置。
【請求項11】
前記調節機構は、前記像形成面の前記筐体の前記側面に対する角度を０°〜４５°の範囲で調節する
請求項１０に記載の空中像表示装置。
請求項１０に記載の空中像表示装置。
【請求項12】
前記空中像表示装置は、さらに、前記筐体の前記側面から前方に突出した一対の側壁部を備える
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項13】
前記一対の側壁部の各々の上端部は、前記画像が前記表示領域に結像された空中像に対して平行な位置にある
請求項１２に記載の空中像表示装置。
請求項１２に記載の空中像表示装置。
【請求項14】
前記空中像表示装置は、さらに、前記画像が前記表示領域に結像された空中像の全周の少なくとも一部を囲む枠部を備える
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項15】
前記空中像表示装置は、さらに、
前記枠部の外部に配置され、前記表示領域を含む検出領域に光を出射する光源と、
前記検出領域に存在する物体で反射した光を検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて、前記検出領域における前記物体の位置を判定する制御部と、を備え、
前記枠部は、前記光源からの光を前記検出領域に導くための切り欠き部を有する
請求項１４に記載の空中像表示装置。
前記枠部の外部に配置され、前記表示領域を含む検出領域に光を出射する光源と、
前記検出領域に存在する物体で反射した光を検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて、前記検出領域における前記物体の位置を判定する制御部と、を備え、
前記枠部は、前記光源からの光を前記検出領域に導くための切り欠き部を有する
請求項１４に記載の空中像表示装置。
【請求項16】
前記空中像表示装置は、さらに、
前記表示領域を含む第１の検出領域に光を出射する第１の光源と、
前記第１の検出領域に存在する物体で反射した光を検出する第１のセンサと、
前記第１のセンサの検出結果に基づいて、前記第１の検出領域における前記物体の位置を判定する制御部と、を備える
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
前記表示領域を含む第１の検出領域に光を出射する第１の光源と、
前記第１の検出領域に存在する物体で反射した光を検出する第１のセンサと、
前記第１のセンサの検出結果に基づいて、前記第１の検出領域における前記物体の位置を判定する制御部と、を備える
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項17】
前記空中像表示装置は、さらに、
前記第１の検出領域に対向する位置に配置された第２の検出領域に光を出射する第２の光源と、
前記第２の検出領域に存在する前記物体で反射した光を検出する第２のセンサと、を備え、
前記制御部は、さらに、前記第２のセンサの検出結果に基づいて、前記物体の押し込み操作を判定する
請求項１６に記載の空中像表示装置。
前記第１の検出領域に対向する位置に配置された第２の検出領域に光を出射する第２の光源と、
前記第２の検出領域に存在する前記物体で反射した光を検出する第２のセンサと、を備え、
前記制御部は、さらに、前記第２のセンサの検出結果に基づいて、前記物体の押し込み操作を判定する
請求項１６に記載の空中像表示装置。
【請求項18】
前記結像部は、２面コーナーリフレクタアレイであり、
前記結像部は、
第１の主面及び前記第１の主面と反対側に配置された第２の主面を有し、透光性を有するベース部と、
前記ベース部の前記第１の主面に並んで配置され、前記第１の反射面及び前記第２の反射面が形成された複数の２面コーナーリフレクタと、
前記ベース部の前記第２の主面のうち前記複数の２面コーナーリフレクタにそれぞれ対応する複数の領域以外の領域を覆う遮光層と、を有する
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
前記結像部は、
第１の主面及び前記第１の主面と反対側に配置された第２の主面を有し、透光性を有するベース部と、
前記ベース部の前記第１の主面に並んで配置され、前記第１の反射面及び前記第２の反射面が形成された複数の２面コーナーリフレクタと、
前記ベース部の前記第２の主面のうち前記複数の２面コーナーリフレクタにそれぞれ対応する複数の領域以外の領域を覆う遮光層と、を有する
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【請求項19】
前記結像部は、
第１の積層方向に積層された複数の第１の透光プレートを有する第１の光制御パネルと、
前記第１の積層方向に対して垂直な第２の積層方向に積層された複数の第２の透光プレートを有する第２の光制御パネルと、を有し、
前記複数の第１の透光プレートの各々は、
前記第１の反射面が形成された第１の主面と、
前記第１の主面と反対側に配置された第２の主面と、
前記第２の主面に形成された第１の遮光層と、を有し、
前記複数の第２の透光プレートの各々は、
前記第２の反射面が形成された第３の主面と、
前記第３の主面と反対側に配置された第４の主面と、
前記第４の主面に形成された第２の遮光層と、を有する
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
第１の積層方向に積層された複数の第１の透光プレートを有する第１の光制御パネルと、
前記第１の積層方向に対して垂直な第２の積層方向に積層された複数の第２の透光プレートを有する第２の光制御パネルと、を有し、
前記複数の第１の透光プレートの各々は、
前記第１の反射面が形成された第１の主面と、
前記第１の主面と反対側に配置された第２の主面と、
前記第２の主面に形成された第１の遮光層と、を有し、
前記複数の第２の透光プレートの各々は、
前記第２の反射面が形成された第３の主面と、
前記第３の主面と反対側に配置された第４の主面と、
前記第４の主面に形成された第２の遮光層と、を有する
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の空中像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空中像を表示するための空中像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空中像を表示するための空中像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この空中像表示装置では、表示パネルと、結像光学パネルとが用いられる。表示パネルに表示された画像は、結像光学パネルによって、結像光学パネルに対して表示パネルと対称な空中の表示領域に空中像として結像される。これにより、ユーザは、空中に浮かび上がった空中像を視認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２−１３７７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した従来の空中像表示装置では、結像光学パネルからの光のうち空中像の形成に寄与しない不要光によって、実像である空中像とは別に、いわゆるゴーストが形成される。そのため、空中像の視認性が低下するという課題が生じる。
【0005】
本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、ゴーストが形成されるのを抑制することにより、空中像の視認性を高めることができる空中像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る空中像表示装置は、画像を表示する表示面を有する表示部と、像形成面と、前記像形成面に沿って互いに直交して配置された第１の反射面及び第２の反射面と、を有し、前記画像を前記像形成面に対して前記表示面と対称な表示領域に結像させる結像部と、前記結像部よりも前記表示部側に配置され、前記結像部に入射する光の入射角を制限するための第１の制限部と、を備え、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、前記表示面及び前記像形成面の各々の垂線を含む正中面に対して３０°〜６０°傾斜して配置されている。
【0007】
本態様によれば、第１の制限部は、結像部よりも表示部側に配置され、結像部に入射する光の入射角を制限する。これにより、ゴーストの原因となる光を第１の制限部で除去することができ、空中像の視野角内においてゴーストが形成されるのを抑制することができる。その結果、空中像の視認性を高めることができる。また、第１の反射面及び第２の反射面の各々は、正中面に対して３０°〜６０°傾斜して配置されているので、空中像とゴーストとを効率良く分離することができる。
【0008】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、前記正中面に対して４５°傾斜して配置されているように構成してもよい。
【0009】
本態様によれば、空中像とゴーストとをより効率良く分離することができる。
【0010】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記第１の制限部は、第１の方向に沿って長尺状に延び、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に間隔を置いて配置された複数の遮光部と、前記複数の遮光部のうち隣接する一対の遮光部の間にそれぞれ配置された複数の透光部と、を有するように構成してもよい。
【0011】
本態様によれば、第１の制限部を、いわゆるルーバー構造で構成することができる。
【0012】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記第１の方向は、前記正中面に対して平行な方向であり、前記第２の方向は、前記正中面に対して垂直な方向であるように構成してもよい。
【0013】
本態様によれば、正中面に対して垂直な方向において、結像部に入射する光の入射角を制限することができる。
【0014】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記第１の制限部は、前記結像部の前記表示部側の面を覆う位置に配置されているように構成してもよい。
【0015】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記第１の制限部は、前記表示部の前記表示面を覆う位置に配置されているように構成してもよい。
【0016】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記表示部は、前面に前記表示面が形成された表示パネルと、前記表示パネルの背面に光を照射するバックライトと、を有し、前記第１の制限部は、前記バックライトに配置されているように構成してもよい。
【0017】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記結像部よりも前記表示部と反対側に配置され、前記結像部から出射した光の出射角を制限する第２の制限部を備えるように構成してもよい。
【0018】
本態様によれば、空中像の視野角外においてゴーストが形成されるのを抑制することができる。
【0019】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記表示部及び前記結像部を収容する筐体を備え、前記結像部の前記像形成面は、前記筐体の側面に沿って配置されているように構成してもよい。
【0020】
本態様によれば、結像部は外光を真正面から受けなくなるため、外光が結像部に映り込むのを抑制することができる。また、空気中に浮遊している塵埃等の異物は、結像部に沿って落下するので、異物が結像部に付着するのを抑制することができる。
【0021】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記結像部を前記筐体の前記側面に対して傾動させる調節機構を備えるように構成してもよい。
【0022】
本態様によれば、結像部を筐体の側面に対して傾動させることにより、空中像表示装置の斜め上方からの外光を真正面から受けなくなるため、外光が結像部に映り込むのを抑制することができる。また、結像部を筐体の側面に対して傾動させることにより、空中像の位置を調節することができる。
【0023】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記調節機構は、前記像形成面の前記筐体の前記側面に対する角度を０°〜４５°の範囲で調節するように構成してもよい。
【0024】
本態様によれば、筐体の内部における結像部の可動範囲を小さく抑えることができるので、筐体が大型化するのを抑制することができる。
【0025】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記筐体の前記側面から前方に突出した一対の側壁部を備えるように構成してもよい。
【0026】
本態様によれば、一対の側壁部により、横方向からの外光が結像部に映り込むのを抑制することができる。
【0027】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記一対の側壁部の各々の上端部は、前記画像が前記表示領域に結像された空中像に対して平行な位置にあるように構成してもよい。
【0028】
本態様によれば、ユーザは、一対の側壁部の各々の上端部の稜線を目印として、空中像の位置を容易に捉えることができる。
【0029】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記画像が前記表示領域に結像された空中像の全周の少なくとも一部を囲む枠部を備えるように構成してもよい。
【0030】
本態様によれば、ユーザは、枠部を目印として、空中像の位置を容易に捉えることができる。
【0031】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記枠部の外部に配置され、前記表示領域を含む検出領域に光を出射する光源と、前記検出領域に存在する物体で反射した光を検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて、前記検出領域における前記物体の位置を判定する制御部と、を備え、前記枠部は、前記光源からの光を前記検出領域に導くための切り欠き部を有するように構成してもよい。
【0032】
本態様によれば、空間像表示装置を仮想的なユーザインターフェースであるＶＵＩ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）として用いることができる。また、光源からの光を、枠部の切り欠き部を通して検出領域に導くことができる。
【0033】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記表示領域を含む第１の検出領域に光を出射する第１の光源と、前記第１の検出領域に存在する物体で反射した光を検出する第１のセンサと、前記第１のセンサの検出結果に基づいて、前記第１の検出領域における前記物体の位置を判定する制御部と、を備えるように構成してもよい。
【0034】
本態様によれば、空間像表示装置をＶＵＩとして用いることができる。
【0035】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記空中像表示装置は、さらに、前記第１の検出領域に対向する位置に配置された第２の検出領域に光を出射する第２の光源と、前記第２の検出領域に存在する前記物体で反射した光を検出する第２のセンサと、を備え、前記制御部は、さらに、前記第２のセンサの検出結果に基づいて、前記物体の押し込み操作を判定するように構成してもよい。
【0036】
本態様によれば、ＶＵＩにおいていわゆるホバー機能を実現することができる。
【0037】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記結像部は、２面コーナーリフレクタアレイであり、前記結像部は、第１の主面及び前記第１の主面と反対側に配置された第２の主面を有し、透光性を有するベース部と、前記ベース部の前記第１の主面に並んで配置され、前記第１の反射面及び前記第２の反射面が形成された複数の２面コーナーリフレクタと、前記ベース部の前記第２の主面のうち前記複数の２面コーナーリフレクタにそれぞれ対応する複数の領域以外の領域を覆う遮光層と、を有するように構成してもよい。
【0038】
本態様によれば、ゴーストの原因となる不要光の発生を抑制することができる。
【0039】
例えば、本発明の一態様に係る空中像表示装置において、前記結像部は、第１の積層方向に積層された複数の第１の透光プレートを有する第１の光制御パネルと、前記第１の積層方向に対して垂直な第２の積層方向に積層された複数の第２の透光プレートを有する第２の光制御パネルと、を有し、前記複数の第１の透光プレートの各々は、前記第１の反射面が形成された第１の主面と、前記第１の主面と反対側に配置された第２の主面と、前記第２の主面に形成された第１の遮光層と、を有し、前記複数の第２の透光プレートの各々は、前記第２の反射面が形成された第３の主面と、前記第３の主面と反対側に配置された第４の主面と、前記第４の主面に形成された第２の遮光層と、を有するように構成してもよい。
【0040】
本態様によれば、ゴーストの原因となる不要光の発生を抑制することができる。
【0041】
なお、本発明は、空中像表示装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラム又は空中像表示方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【0042】
本発明の一態様に係る空中像表示装置によれば、ゴーストが形成されるのを抑制することにより、空中像の視認性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】実施の形態１に係る空中像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図3】実施の形態１に係る結像光学パネルの出射面側を示す図である。
【図4】実施の形態１に係る結像光学パネルの入射面側の一部を切り出して示す断面斜視図である。
【図5】実施の形態１に係る結像光学パネルの出射面側の一部を切り出して示す断面斜視図である。
【図6】実施の形態１に係る結像光学パネルの入射面側を示す図である。
【図8】結像光学パネルの入射面に入射する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップである。
【図9】結像光学パネルの第１の反射面の正中面に対する角度を変更した場合における、ゴーストを形成する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップである。
【図10】実施の形態２に係る空中像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図12】実施の形態２に係る結像光学パネルの出射面側を示す図である。
【図13】実施の形態２に係る空中像表示装置により表示される空中像の一例である。
【図14】実施の形態３に係る空中像表示装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図15】実施の形態４に係る空中像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図17】実施の形態４に係るバックライトの内部構造を模式的に示す図である。
【図18】実施の形態５に係る空中像表示装置の一部を拡大して示す斜視図である。
【図20】実施の形態５に係る結像光学パネルの出射面側を示す図である。
【図21】実施の形態６に係る結像光学パネルを示す斜視図である。
【図22】実施の形態６に係る結像光学パネルの第１の透光プレート及び第２の透光プレートを抜き出して示す斜視図である。
【図25】実施の形態７に係る空中像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図26】実施の形態７に係る空中像表示装置により表示される空中像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0045】
（実施の形態１）［１−１．空中像表示装置の全体構成］
まず、図１及び図２を参照しながら、実施の形態１に係る空中像表示装置２の全体構成について説明する。図１は、空中像表示装置２の外観を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による空中像表示装置２の断面図である。
【0046】
図１及び図２に示すように、空中像表示装置２は、空中像４を表示する空中ディスプレイとしての機能を有している。空中像表示装置２は、筐体６と、一対の側壁部８及び１０と、表示ユニット１２（表示部の一例）と、結像光学パネル１４（結像部の一例）と、ルーバーフィルム１６（第１の制限部の一例）とを備えている。
【0047】
筐体６は、例えば中空の直方体状に形成されている。筐体６の正面側（ユーザ１８側）における側面２０には、矩形状の開口部２２が形成されている。なお、筐体６の側面２０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って延びている。
【0048】
一対の側壁部８及び１０はそれぞれ、筐体６の開口部２２に配置された結像光学パネル１４を左右両側から仕切るように、筐体６の側面２０の左右の両端部から前方に突出している。一対の側壁部８及び１０により、横方向からの外光が結像光学パネル１４に映り込むのを抑制することができる。また、図２に示すように、一対の側壁部８及び１０の各々の上端部は、水平方向（Ｙ軸方向）に対して傾斜しており、空中像４に対して平行に延びている。これにより、ユーザ１８は、一対の側壁部８及び１０の各々の上端部の稜線を目印として、空中像４の位置を容易に捉えることができる。なお、一対の側壁部８及び１０の各々の上端部は、空中像４の高さ位置（Ｚ軸方向における位置）と同じ高さ位置において、水平方向に延びていてもよい。また、横方向からの外光が発生しない環境下では、一対の側壁部８及び１０を省略してもよい。
【0049】
なお、本明細書において、平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行、例えば、完全な平行に対して数％程度の差異を含むことも意味する。同様に、垂直とは、完全に垂直であることを意味するだけでなく、実質的に垂直、例えば、完全な垂直に対して数％程度の差異を含むことも意味する。
【0050】
表示ユニット１２は、空中像４の元となる画像を表示するためのユニットであり、筐体６の内部に配置されている。図２に示すように、表示ユニット１２は、表示パネル２４と、バックライト２６とを有している。表示パネル２４は、例えば液晶ディスプレイパネルである。表示パネル２４の前面には、画像を表示するための表示面２８が形成されている。表示パネル２４の表示面２８は、鉛直方向に対して傾斜して配置されている（例えば４５°）。バックライト２６は、表示パネル２４の背面（表示面２８と反対側の面）に光を照射する。
【0051】
結像光学パネル１４は、表示パネル２４の表示面２８に表示された画像を、空中の表示領域３０に空中像４として結像させる光学デバイスである。結像光学パネル１４は、例えば透光性を有する樹脂材料で形成された平板状のプレートであり、筐体６の開口部２２に配置されている。結像光学パネル１４は、像形成面３２を有している。図２において一点鎖線で示すように、像形成面３２は、結像光学パネル１４の厚み方向（Ｙ軸方向）における中央部を通る仮想的な平面であって、結像光学パネル１４の入射面１４ａ及び出射面１４ｂに対して平行な平面である。像形成面３２は、筐体６の側面２０に沿って鉛直方向に配置されている。これにより、図２に示すように、結像光学パネル１４は、例えば室内の天井等に設置された照明器具６０からの外光を真正面から受けなくなるので、外光が結像光学パネル１４に映り込むのを抑制することができる。また、空気中に浮遊している塵埃等の異物６２は、結像光学パネル１４に沿って落下するので、異物６２が結像光学パネル１４に付着するのを抑制することができる。
【0052】
また、像形成面３２は、表示パネル２４の表示面２８に対して傾斜するように配置されている（例えば４５°）。結像光学パネル１４の入射面１４ａは筐体６の内部を向くように配置され、出射面１４ｂは筐体６の外部を向くように配置されている。結像光学パネル１４の具体的な構成については、後述する。
【0053】
なお、図２に示すように、像形成面３２と表示面２８との距離Ｌは、例えば３０ｍｍ〜２００ｍｍが好ましい。距離Ｌが３０ｍｍよりも短い場合には、空中像４が筐体６の側面２０に近付き過ぎるため、空中像４の浮遊感が低下する。一方、距離Ｌが２００ｍｍよりも長い場合には、空中像４の分解能が低下する。また、表示面２８の垂線３４と像形成面３２とのなす角度Ｔは、例えば３０°〜６０°が好ましい。角度Ｔが３０°よりも小さい場合には、空中像４の視野角が狭くなり過ぎる。一方、角度Ｔが６０°よりも大きい場合には、空中像４とゴースト３６（後述する）との分離が悪くなる。
【0054】
ルーバーフィルム１６は、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光の入射角を制限するための光学フィルムである。ルーバーフィルム１６は、結像光学パネル１４よりも表示ユニット１２側に配置されている。具体的には、ルーバーフィルム１６は、結像光学パネル１４の入射面１４ａ、すなわち結像光学パネル１４の表示ユニット１２側の面を覆う位置に配置されている。ルーバーフィルム１６の具体的な構成については、後述する。
【0055】
上述した空中像表示装置２では、結像光学パネル１４の像形成面３２に対して表示パネル２４の表示面２８と面対称な空中の表示領域３０に、表示パネル２４の表示面２８に表示された画像の実像である空中像４が形成される。空中像４は、平面視で矩形状であり、鉛直方向に対して傾斜して表示されている（例えば４５°）。なお、表示面２８に表示された画像と空中像４とは、結像光学パネル１４を対称軸として１：１の関係にある。すなわち、像形成面３２から表示面２８上の画像までの距離と、像形成面３２から表示領域３０上の空中像４までの距離とは等しい。
【0056】
［１−２．結像光学パネルの構成］次に、図３〜図５を参照しながら、実施の形態１に係る結像光学パネル１４の構成について説明する。図３は、結像光学パネル１４の出射面１４ｂ側を示す図である。図４は、結像光学パネル１４の入射面１４ａ側の一部を切り出して示す断面斜視図である。図５は、結像光学パネル１４の出射面１４ｂ側の一部を切り出して示す断面斜視図である。
【0058】
ベース部３８は、平板状に形成されている。ベース部３８は、第１の主面３８ａと、第１の主面３８ａと反対側に配置された第２の主面３８ｂとを有している。ベース部３８の第２の主面３８ｂは、結像光学パネル１４の出射面１４ｂとして機能する。
【0059】
図４の（ａ）に示すように、複数の２面コーナーリフレクタ４０は、ベース部３８の第１の主面３８ａにアレイ状に並んで配置されている。複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々は、直方体状に形成された微小ミラーである。２面コーナーリフレクタ４０の一辺の大きさは、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍである。図４の（ｂ）に示すように、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の隣接する２つの側面４０ａ及び４０ｂにはそれぞれ、第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂが形成されている。第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂは、像形成面３２に沿って互いに直交して配置されている。複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の天面４０ｃは、結像光学パネル１４の入射面１４ａとして機能する。なお、図３では、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の第１の反射面４４ａと、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の第２の反射面４４ｂとを、網目状にクロスした複数の破線で表現してある。
【0060】
また、図４の（ｂ）において矢印４６で示すように、２面コーナーリフレクタ４０の天面４０ｃ（結像光学パネル１４の入射面１４ａ）に入射した光（表示面２８からの画像を表す光）のうち、第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂでそれぞれ１回ずつ計２回反射（全反射）した光は、２面コーナーリフレクタ４０の底面４０ｄ（結像光学パネル１４の出射面１４ｂ）から出射して、空中像４の形成に寄与する。一方、図４の（ｂ）において矢印４８で示すように、２面コーナーリフレクタ４０の天面４０ｃに入射した光のうち、第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂのいずれか一方のみで計１回反射した光は、２面コーナーリフレクタ４０の底面４０ｄから出射して、空中像４の形成に寄与しない不要光となる。仮に、後述するルーバーフィルム１６が存在しない場合、図１に示すように、この不要光は、実像である空中像４とは別にゴースト３６を形成する。ゴースト３６は、空中像４の視野角内において、例えば空中像４に対して左右対称な位置に形成され、ユーザ１８によって視認される。具体的には、第１の反射面４４ａのみで計１回反射した光により形成される左側のゴースト３６と、第２の反射面４４ｂのみで計１回反射した光により形成される右側のゴースト３６とが、空中像４に対して左右対称な位置に形成される。
【0061】
また、図３に示すように、第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂの各々は、表示面２８の垂線３４及び像形成面３２の垂線５０を含む正中面５２に対して、角度Ｒだけ傾斜して配置されている。図２において二点鎖線で示すように、正中面５２は、ＹＺ平面に平行な仮想的な平面である。角度Ｒは、３０°〜６０°が好ましく、４５°がより好ましい。これにより、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射した光のうち、空中像４を形成する光の入射角と、ゴースト３６を形成する光の入射角とを効率良く分離することができる。なお、本実施の形態では、表示面２８及び像形成面３２の各々が平面である場合について説明したが、表示面２８及び像形成面３２の各々が曲面である場合には、正中面５２は、表示面２８の法線及び像形成面３２の法線を含む平面となる。
【0062】
図５に示すように、遮光層４２は、例えば遮光性を有する材料で形成されており、ベース部３８の第２の主面３８ｂのうち複数の２面コーナーリフレクタ４０の各底面４０ｄにそれぞれ対応する複数の領域以外の領域を覆っている。すなわち、遮光層４２には、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂでそれぞれ１回ずつ計２回反射した光のみを通過させるための矩形状の開口部５４が複数形成されている。
【0063】
これにより、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂのいずれか一方のみで計１回反射した光は、遮光層４２によって遮光され、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射しない。その結果、上述した不要光の発生を抑制することができる。また、遮光層４２を形成した分だけ、結像光学パネル１４の出射面１４ｂのうち外光が反射する領域の面積が減少するので、ユーザ１８側から見た外光の映り込みを抑制することができる。
【0064】
［１−３．ルーバーフィルムの構成］次に、図６及び図７を参照しながら、実施の形態１に係るルーバーフィルム１６の構成について説明する。図６は、結像光学パネル１４の入射面１４ａ側を示す図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線による、ルーバーフィルム１６の断面図である。
【0065】
図７に示すように、ルーバーフィルム１６は、ルーバー構造を有している。具体的には、ルーバーフィルム１６は、複数の遮光部５６と、複数の透光部５８とを有している。複数の遮光部５６は、正中面５２に対して平行なＺ軸方向（第１の方向の一例）に沿って長尺状に延び、且つ、正中面５２に対して垂直なＸ軸方向（第２の方向の一例）に間隔を置いて配置されている。複数の遮光部５６の各々は、遮光性を有する材料で形成されている。また、複数の透光部５８は、複数の遮光部５６のうち隣接する一対の遮光部５６の間にそれぞれ配置されている。複数の透光部５８の各々は、透光性を有する材料で形成されている。なお、図６では、複数の遮光部５６を、平行に配置された複数の実線で表現してある。
【0066】
図７に示すように、ルーバーフィルム１６は、正中面５２に対して垂直なＸ軸方向において、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光の入射角を制限角θ以下に制限する。ここで、複数の遮光部５６の配置間隔をｐ、複数の遮光部５６の各々の高さをｈとしたとき、制限角θは、ｔａｎθ＝ｐ／ｈの関係式を満たす。すなわち、制限角θが所望の角度となるように、配置間隔ｐ及び高さｈを適宜設定すればよい。制限角θは、例えば３０°である。
【0067】
図７に示すように、ルーバーフィルム１６に入射した光のうち、入射角が制限角θ以下である光は、透光部５８を透過して結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する。入射面１４ａに入射した光は、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂでそれぞれ１回ずつ計２回反射した後に、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射して、空中像４を形成する。
【0068】
一方、ルーバーフィルム１６に入射した光のうち、入射角が制限角θよりも大きい光は、遮光部５６で遮光されるため、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射しない。仮にルーバーフィルム１６が存在しない場合には、入射角が制限角θよりも大きい光は、複数の２面コーナーリフレクタ４０の各々の第１の反射面４４ａ及び第２の反射面４４ｂのいずれか一方のみで計１回反射した後に、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射して不要光となり、ゴースト３６を形成する。本実施の形態では、ルーバーフィルム１６に入射した光のうち、入射角が制限角θよりも大きい光をルーバーフィルム１６で除去するので、ゴースト３６の原因となる不要光の発生を抑制することができる。
【0069】
なお、本実施の形態では、複数の遮光部５６を正中面５２に対して垂直なＸ軸方向に間隔を置いて配置したが、これに限定されず、Ｘ軸方向に対して傾斜した方向に間隔を置いて配置してもよい。
【0071】
図８は、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップである。図８の（ａ）は、実像である空中像４を形成する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップであり、図８の（ｂ）は、ゴースト３６を形成する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップである。なお、上述したように、空中像４に対して左側のゴースト３６と右側のゴースト３６とが形成されるが、説明の都合上、図８の（ｂ）では、空中像４に対して右側のゴースト３６を形成する光の入射角の分布を省略してある。
【0072】
図９は、結像光学パネル１４の第１の反射面４４ａの正中面５２に対する角度Ｒを変更した場合における、ゴースト３６を形成する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップである。図９の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、角度Ｒが２０°、３０°、４５°及び６０°である場合における、ゴースト３６を形成する光の入射角の分布を示すシミュレーションマップである。なお、上述したように、空中像４に対して左側のゴースト３６と右側のゴースト３６とが形成されるが、説明の都合上、図９の（ｃ）及び（ｄ）では、空中像４に対して右側のゴースト３６を形成する光の入射角の分布を省略してある。
【0073】
図８及び図９に示すシミュレーションマップでは、図２に示す構成の空中像表示装置２（ルーバーフィルム１６を除く）において、像形成面３２と表示面２８との距離Ｌを７０ｍｍ、表示面２８の垂線３４と像形成面３２とのなす角度Ｔを４５°、結像光学パネル１４の大きさを１２０ｍｍ×１２０ｍｍとした。また、図８に示すシミュレーションマップでは、結像光学パネル１４の第１の反射面４４ａの正中面５２に対する角度Ｒを４５°とした。
【0074】
図８の（ａ）が示すように、空中像４を形成する光は、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光のうち、入射角が０°〜１０°の光であった。一方、図８の（ｂ）が示すように、ゴースト３６を形成する光は、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光のうち、入射角が４０°〜５０°の光であった。
【0075】
したがって、本実施の形態では、上述したルーバーフィルム１６によって、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光の入射角を例えば３０°以下に制限することにより、ゴースト３６の原因となる、入射角が３０°よりも大きい光をルーバーフィルム１６で除去することができる。その結果、ゴースト３６が形成されるのを抑制することができ、空中像４の視認性を高めることができる。
【0076】
さらに、図９の（ａ）が示すように、角度Ｒが２０°である場合には、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光のうち、ゴースト３６を形成する光の入射角の分布は２０°〜４０°となり、空中像４を形成する光の入射角の分布（０°〜１０°）とゴースト３６を形成する光との分離が悪くなった。一方、図９の（ｂ）〜（ｄ）が示すように、角度Ｒが３０°、４５°及び６０°である場合には、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射する光のうち、ゴースト３６を形成する光の入射角の分布は３０°以上となり、空中像４を形成する光の入射角の分布（０°〜１０°）とゴースト３６を形成する光との分離が改善された。
【0077】
したがって、本実施の形態では、結像光学パネル１４の第１の反射面４４ａの正中面５２に対する角度Ｒを３０°〜６０°にすることにより、結像光学パネル１４の入射面１４ａに入射した光のうち、空中像４を形成する光の入射角と、ゴースト３６を形成する光の入射角とを効率良く分離することができる。その結果、空中像４とゴースト３６とを効率良く分離することができる。
【0078】
なお、第１の反射面４４ａの正中面５２に対する角度Ｒが６０°よりも大きくなると、第２の反射面４４ｂの正中面５２に対する角度Ｒ’（図示せず）は３０°よりも小さくなる。このとき、空中像４に対して左側のゴースト３６の分離は改善されるが、空中像４に対して右側のゴースト３６の分離は悪くなる。空中像４に対して左側のゴースト３６及び右側のゴースト３６の分離をともに改善するためには、第１の反射面４４ａの正中面５２に対する角度Ｒと、第２の反射面４４ｂの正中面５２に対する角度Ｒ’とがともに３０°〜６０°であるのが好ましい。
【0079】
（実施の形態２）次に、図１０〜図１３を参照しながら、実施の形態２に係る空中像表示装置２Ａについて説明する。図１０は、空中像表示装置２Ａの外観を示す斜視図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線による空中像表示装置２Ａの断面図である。図１２は、結像光学パネル１４Ａの出射面１４ｂ側を示す図である。図１３は、空中像表示装置２Ａにより表示される空中像４の一例である。なお、以下の各実施の形態では、上記実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0080】
図１０及び図１１に示すように、空中像表示装置２Ａでは、筐体６Ａの側面２０Ａの開口部２２には、保護プレート６４が配置されている。保護プレート６４は、透光性を有するガラス又はアクリル等の樹脂で形成されている。
【0081】
また、結像光学パネル１４Ａの上端部は、筐体６Ａの側面２０Ａの内面にヒンジ６６（調節機構の一例）を介して回動可能に支持されている。ヒンジ６６は、筐体６Ａの側面２０Ａの内面において、開口部２２の上方に配置されている。これにより、結像光学パネル１４Ａを筐体６Ａの側面２０Ａに対して表示ユニット１２側に傾動させることができ、像形成面３２の筐体６Ａの側面２０Ａに対する角度φを調節することができる。角度φは、０°〜４５°の範囲が好ましく、５°〜３５°の範囲がより好ましい。角度φが０°である際には、結像光学パネル１４Ａの像形成面３２は、筐体６Ａの側面２０Ａに沿って鉛直方向に配置される。
【0082】
結像光学パネル１４Ａを筐体６Ａの側面２０Ａに対して傾動させることにより、空中像表示装置２Ａの斜め上方に設置された照明器具６０からの外光を真正面から受けなくなる。この構成により、外光が結像光学パネル１４Ａに映り込むのを抑制することができる。また、結像光学パネル１４Ａを筐体６Ａの側面２０Ａに対して傾動させることにより、空中像４の位置を調節することができる。特に、角度φを５°〜３５°の範囲にすることにより、ユーザ１８は、屈むことなく、立ったままの姿勢で空中像４を上から見下ろすことができる。
【0083】
また、図１１及び図１２に示すように、空中像表示装置２Ａでは、ルーバーフィルム１６Ａは、表示パネル２４の表示面２８を覆う位置に配置されている。ルーバーフィルム１６Ａの構成は、上記実施の形態１のルーバーフィルム１６の構成と同一である。このような配置であっても、上記実施の形態１と同様に、ルーバーフィルム１６Ａによって、正中面５２（図２参照）に対して垂直なＸ軸方向において、結像光学パネル１４Ａの入射面１４ａに入射する光の入射角を制限角θ（図７参照）以下に制限することができる。
【0084】
また、ルーバーフィルム１６Ａを表示パネル２４の表示面２８に密着させることにより、表示面２８からの光がルーバーフィルム１６Ａを透過する際の光散乱による画像の画質の低下を抑制することができる。さらに、表示パネル２４の面積は結像光学パネル１４Ａの面積よりも小さいため、上記実施の形態１のルーバーフィルム１６に比べて、ルーバーフィルム１６Ａの大きさをより小さく抑えることができる。
【0085】
また、図１０及び図１１に示すように、空中像表示装置２Ａでは、枠部６８が一対の側壁部８及び１０の各々の上端部の間に架け渡されている。枠部６８は、プレート状に形成され、矩形状の切り欠き部７０を有している。切り欠き部７０は、枠部６８の一辺（筐体６Ａの側面２０Ａに近い側の辺）から枠部６８の他辺（筐体６Ａの側面２０Ａから遠い側の辺）に向けて延びている。切り欠き部７０の内側には、空中像４が形成される。また、枠部６８の主面は、水平方向（Ｙ軸方向）に対して傾斜しており、空中像４に対して平行に延びている。これにより、空中像４の全周の一部が枠部６８により囲まれるので、ユーザ１８は、枠部６８の切り欠き部７０を目印として、空中像４の位置を容易に捉えることができる。
【0086】
また、空中像表示装置２Ａは、空中像４を表示する空中ディスプレイとしての機能だけでなく、空中像４に対するユーザ１８のタッチ操作を受け付ける空中タッチパネル（ＶＵＩ）としての機能も有している。図１０及び図１１に示すように、空中タッチパネルとしての機能を実現するために、筐体６Ａの内部には、測距センサ７２及び制御部７４が配置されている。
【0087】
測距センサ７２は、発光部７６（第１の光源の一例）と、受光部７８（第１のセンサの一例）とを有している。発光部７６は、赤外線レーザ（光の一例）を、表示領域３０を含む扇形状の検出領域８０（第１の検出領域の一例）で走査する。なお、図１０、図１１及び図１３に示すように、筐体６Ａの側面２０Ａには、発光部７６からの赤外線レーザを通過させるための開口部８２が形成されている。これにより、発光部７６からの赤外線レーザは、側面２０Ａの開口部８２と枠部６８の切り欠き部７０とを通して、検出領域８０へと導かれる。測距センサ７２は、発光部７６から光が照射されてから、検出領域８０に位置するユーザ１８の手指８４（物体の一例）で反射し、反射した光を受光部７８が受光するまでの時間及び角度に基づいて、検出領域８０における手指８４の位置を検出することができる。
【0088】
制御部７４は、受光部７８の検出結果に基づいて、検出領域８０における手指８４の位置を判定する。また、制御部７４は、手指８４の位置の判定結果に基づいて、表示パネル２４の表示面２８に表示される画像を制御するとともに、外部機器（図示せず）に制御信号を送信する。
【0089】
図１３に示す例では、空中像４は、外部機器としての空調装置（図示せず）を操作するためのＶＵＩ画面である。空中像４は、例えば、暖房運転に切り替えるための暖房運転ボタン８６と、冷房運転に切り替えるための冷房運転ボタン８８と、空調温度を上げるための温度上昇ボタン９０と、空調温度を下げるための温度低下ボタン９２とを含んでいる。例えばユーザ１８が手指８４で温度上昇ボタン９０をタッチした際には、制御部７４は、手指８４が温度上昇ボタン９０の位置に存在すると判定する。これにより、制御部７４は、空調装置に対して、空調温度を上げるように指示するための制御信号を送信する。
【0090】
なお、図１３に示すように、検出領域８０における空中像４の外部に、複数の操作領域９４ａ〜９４ｅを表示してもよい。受光部７８は、複数の操作領域９４ａ〜９４ｅの各々に存在するユーザ１８の手指８４で反射した光を受光し、検出する。複数の操作領域９４ａ〜９４ｅはユーザ１８の目には見えないが、ユーザ１８が複数の操作領域９４ａ〜９４ｅの各々を手指８４でタッチすることにより、制御部７４は、複数の操作領域９４ａ〜９４ｅの各々に割り当てられた操作を実行する。
【0091】
例えば、ユーザ１８が手指８４で操作領域９４ａをタッチした際には、操作メニュー画面が空中像４に表示される。また、ユーザ１８が手指８４で操作領域９４ｂをタッチした際には、空中像４の表示倍率が拡大し、ユーザ１８が手指８４で操作領域９４ｃをタッチした際には、空中像４の表示倍率が縮小する。また、ユーザ１８が手指８４で操作領域９４ｄを横方向（Ｘ軸方向）にスワイプした際には、空中像４が横方向にスクロールし、ユーザ１８が手指８４で操作領域９４ｅを縦方向（Ｙ軸方向）にスワイプした際には、空中像４が縦方向にスクロールする。
【0092】
なお、本実施の形態では、測距センサ７２を用いたが、測距センサ７２に代えて、カメラ又はジェスチャーセンサ等を用いてもよい。また、本実施の形態では、ユーザ１８の手指８４で空中像４をタッチしたが、手指８４に代えて、タッチペン等で空中像４をタッチしてもよい。
【0093】
また、本実施の形態では、外部機器が空調装置である場合について説明したが、これに限定されない。外部機器は、例えば、医療現場で用いられる手術用機器、又は、食品工場で用いられる食品加工装置等であってもよい。このように、空中像表示装置２Ａは、衛生上、タッチパネルに直接手で触れて外部機器を操作するのが好ましくない場面での使用に好適である。
【0095】
図１４に示すように、空中像表示装置２Ｂでは、筐体６Ａの内部には、上記実施の形態２の測距センサ７２に加えて、測距センサ９６が配置されている。測距センサ９６は、発光部９８（第２の光源の一例）と、受光部１００（第２のセンサの一例）とを有している。発光部９８は、赤外線レーザを、検出領域８０の下側に対向する位置に配置された検出領域１０２（第２の検出領域の一例）で走査する。発光部９８からの赤外線レーザは、筐体６Ａの側面２０Ａの開口部８２を通して、検出領域１０２へと導かれる。受光部１００は、検出領域１０２に存在するユーザ１８（図２参照）の手指８４で反射した光を受光し、検出する。
【0096】
制御部７４Ｂは、受光部１００の検出結果に基づいて、検出領域１０２において手指８４の押し込み操作が行われたと判定する。また、制御部７４Ｂは、手指８４の押し込み操作が行われたと判定した際に、表示パネル２４（図１１参照）の表示面２８に表示される画像を制御するとともに、外部機器（図示せず）に制御信号を送信する。
【0097】
空中像表示装置２Ｂでは、次のようにしていわゆるホバー機能を実現することができる。ユーザ１８が手指８４を検出領域８０上でホバリングさせている際には、受光部７８は、検出領域８０に存在するユーザ１８の手指８４で反射した光を受光し、検出する。これにより、制御部７４Ｂは、受光部７８の検出結果に基づいて、検出領域８０における手指８４の位置を判定する。
【0098】
その後、ユーザ１８が手指８４を検出領域１０２に向けて押し込んだ際には、受光部１００は、検出領域１０２に存在するユーザ１８の手指８４で反射した光を受光し、検出する。これにより、制御部７４Ｂは、受光部１００の検出結果に基づいて、検出領域１０２において手指８４の押し込み操作が行われたと判定する。
【0099】
（実施の形態４）次に、図１５〜図１７を参照しながら、実施の形態４に係る空中像表示装置２Ｃについて説明する。図１５は、空中像表示装置２Ｃの外観を示す斜視図である。図１６は、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線による空中像表示装置２Ｃの断面図である。図１７は、バックライト２６Ｃの内部構造を模式的に示す図である。
【0100】
図１５に示すように、空中像表示装置２Ｃでは、枠部６８Ｃには、上記実施の形態２の切り欠き部７０に代えて、空中像４を全周に亘って囲む矩形状の開口部１０４が形成されている。これにより、ユーザ１８は、枠部６８Ｃの開口部１０４を目印として、空中像４の位置をより容易に捉えることができる。
【0101】
また、図１５に示すように、空中像表示装置２Ｃでは、測距センサ７２（発光部７６及び受光部７８を含む）は、枠部６８Ｃの開口部１０４の隅部に配置されている。これにより、空中像４と測距センサ７２との距離を短くしても、空中像４を測距センサ７２の検出領域８０内に含めることができる。その結果、空中像表示装置２Ｃの大きさをコンパクトに抑えることができる。
【0102】
また、図１６及び図１７に示すように、空中像表示装置２Ｃでは、ルーバーフィルム１６Ｃは、表示ユニット１２Ｃのバックライト２６Ｃの内部に配置されている。バックライト２６Ｃは、複数の発光素子１０６を備えている。ルーバーフィルム１６Ｃは、これらの複数の発光素子１０６に対向して配置されている。ルーバーフィルム１６Ｃの構成は、上記実施の形態１のルーバーフィルム１６の構成と同一である。このような配置であっても、上記実施の形態１と同様に、ルーバーフィルム１６Ｃによって、正中面５２（図２参照）に対して垂直なＸ軸方向において、バックライト２６Ｃから出射する光の出射角を制限角以下に制限することができる。また、ルーバーフィルム１６Ｃをバックライト２６Ｃの内部に配置することにより、ルーバーフィルム１６Ｃに起因する画像の画質の低下及び光量の低下を抑制することができる。
【0103】
なお、本実施の形態では、ルーバーフィルム１６Ｃをバックライト２６Ｃの内部に配置したが、これに限定されず、例えばルーバーフィルム１６Ｃをバックライト２６Ｃの出射面に配置してもよい。
【0104】
（実施の形態５）次に、図１８〜図２０を参照しながら、実施の形態５に係る空中像表示装置２Ｄについて説明する。図１８は、空中像表示装置２Ｄの一部を拡大して示す斜視図である。図１９は、図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線による空中像表示装置２Ｄの断面図である。図２０は、結像光学パネル１４の出射面１４ｂ側を示す図である。
【0105】
図１８に示すように、空中像表示装置２Ｄでは、測距センサ７２Ｄは、複数の第１の発光部１０８と、複数の第２の発光部１１０と、複数の第１の受光部１１２と、複数の第２の受光部１１４とを有している。
【0106】
複数の第１の発光部１０８は、枠部６８Ｃの開口部１０４の第１の辺１０４ａに沿って間隔を置いて配置されている。複数の第１の受光部１１２は、枠部６８Ｃの開口部１０４の第１の辺１０４ａに対向する第２の辺１０４ｂに沿って間隔を置いて配置されている。すなわち、複数の第１の発光部１０８はそれぞれ、複数の第１の受光部１１２に対応して配置されている。複数の第１の発光部１０８はそれぞれ、複数の第１の受光部１１２に向けて赤外線を直線状に照射する。複数の第１の受光部１１２はそれぞれ、複数の第１の発光部１０８からの赤外線を受光する。
【0107】
複数の第２の発光部１１０は、枠部６８Ｃの開口部１０４の第３の辺１０４ｃに沿って間隔を置いて配置されている。複数の第２の受光部１１４は、枠部６８Ｃの開口部１０４の第３の辺１０４ｃに対向する第４の辺１０４ｄに沿って間隔を置いて配置されている。すなわち、複数の第２の発光部１１０はそれぞれ、複数の第２の受光部１１４に対応して配置されている。複数の第２の発光部１１０はそれぞれ、複数の第２の受光部１１４に向けて赤外線を直線状に照射する。複数の第２の受光部１１４はそれぞれ、複数の第２の発光部１１０からの赤外線を受光する。
【0108】
以上のようにして、枠部６８Ｃの開口部１０４のほぼ全域に亘って、測距センサ７２Ｄの検出領域１１６が形成される。ユーザ１８（図１１参照）が手指８４で空中像４の所定位置にタッチした際には、当該所定位置に対応する第１の発光部１０８及び第２の発光部１１０からの光はそれぞれ、手指８４によって遮断されるため、当該所定位置に対応する第１の受光部１１２及び第２の受光部１１４により受光されなくなる。制御部７４は、第１の受光部１１２及び第２の受光部１１４の検出結果に基づいて、検出領域１１６における手指８４の位置を判定する。
【0109】
なお、ユーザ１８が２本の手指８４で空中像４をタッチする、いわゆるマルチタッチをした場合であっても、制御部７４は、検出領域１１６における２本の手指８４の各位置を判定することができる。
【0110】
また、図１９及び図２０に示すように、空中像表示装置２Ｄでは、上記実施の形態２と同様に、ルーバーフィルム１６Ａは、表示パネル２４の表示面２８に配置されている。さらに、結像光学パネル１４の出射面１４ｂ、すなわち結像光学パネル１４よりも表示ユニット１２と反対側には、ルーバーフィルム１１８（第２の制限部の一例）が配置されている。ルーバーフィルム１１８は、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射する光の出射角を制限するための光学フィルムであり、ルーバーフィルム１６Ａの構成と同一の構成を有している。ルーバーフィルム１１８は、正中面５２（図２参照）に対して垂直なＸ軸方向において、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射する光の出射角を制限角以下に制限する。
【0111】
上述したルーバーフィルム１１８が存在しない場合、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射した光のうち、制限角よりも大きい出射角の光は、不要光としてゴーストを形成する。このゴーストは、空中像４の視野角外において、例えば空中像４に対して左右対称な位置に形成され、ユーザ１８によって視認される。上述したルーバーフィルム１１８によって、結像光学パネル１４の出射面１４ｂから出射する光の出射角を制限角以下に制限することにより、ゴーストの原因となる、出射角が制限角よりも大きい光をルーバーフィルム１１８で除去することができる。その結果、空中像４の視野角外においてゴーストが形成されるのを抑制することができる。
【0112】
（実施の形態６）次に、図２１〜図２４を参照しながら、実施の形態６に係る結像光学パネル１４Ｅについて説明する。図２１は、結像光学パネル１４Ｅを示す斜視図である。図２２は、結像光学パネル１４Ｅの第１の透光プレート１２４及び第２の透光プレート１３２を抜き出して示す斜視図である。図２３は、図２１のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線による結像光学パネル１４Ｅの要部断面図である。図２４は、図２１のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線による結像光学パネル１４Ｅの要部断面図である。なお、図２１〜図２４におけるＸＹＺ軸は、図１〜図２０におけるＸＹＺ軸とは異なる座標系である。
【0113】
図２１に示すように、結像光学パネル１４Ｅは、上記実施の形態１の結像光学パネル１４と構成が異なっている。結像光学パネル１４Ｅは、第１の光制御パネル１２０と、第２の光制御パネル１２２とを有している。第１の光制御パネル１２０と第２の光制御パネル１２２とは、Ｚ軸方向に積層されている。第１の光制御パネル１２０は光の入射側に配置され、第２の光制御パネル１２２は光の出射側に配置されている。
【0114】
第１の光制御パネル１２０は、複数の第１の透光プレート１２４を有している。複数の第１の透光プレート１２４の各々は、Ｘ軸方向に延びる長尺状のプレートであり、例えば透光性を有するガラス等で形成されている。複数の第１の透光プレート１２４は、それらの厚み方向（Ｙ軸方向）である第１の積層方向に積層されている。図２３に示すように、複数の第１の透光プレート１２４は、透光性を有する接着層１２６を介して相互に接着されている。複数の第１の透光プレート１２４の各々の第１の主面１２４ａには、第１の反射面１２８が形成されている。また、複数の第１の透光プレート１２４の各々の第２の主面１２４ｂ（第１の主面１２４ａと反対側の面）には、第１の遮光層１３０が形成されている。第１の遮光層１３０は、遮光性を有する材料で形成されている。隣接する一対の第１の透光プレート１２４において、一方の第１の透光プレート１２４の第１の反射面１２８は、他方の第１の透光プレート１２４の第１の遮光層１３０に接着層１２６を介して接着されている。
【0115】
第２の光制御パネル１２２は、複数の第２の透光プレート１３２を有している。複数の第２の透光プレート１３２の各々は、Ｙ軸方向に延びる長尺状のプレートであり、例えば透光性を有するガラス等で形成されている。複数の第２の透光プレート１３２は、それらの厚み方向（Ｘ軸方向）である、第１の積層方向に対して垂直な第２の積層方向に積層されている。複数の第２の透光プレート１３２は、透光性を有する接着層１３４を介して相互に接着されている。図２４に示すように、複数の第２の透光プレート１３２の各々の第３の主面１３２ａには、第２の反射面１３６が形成されている。また、複数の第２の透光プレート１３２の各々の第４の主面１３２ｂ（第３の主面１３２ａと反対側の面）には、第２の遮光層１３８が形成されている。第２の遮光層１３８は、遮光性を有する材料で形成されている。隣接する一対の第２の透光プレート１３２において、一方の第２の透光プレート１３２の第２の反射面１３６は、他方の第２の透光プレート１３２の第２の遮光層１３８に接着層１３４を介して接着されている。
【0116】
図２１及び図２２に示すように、複数の第２の透光プレート１３２はそれぞれ、複数の第１の透光プレート１２４に対して直交するように配置されている。すなわち、第１の反射面１２８及び第２の反射面１３６は、像形成面３２に沿って互いに直交するように配置されている。
【0117】
図２２において矢印１４０で示すように、第１の光制御パネル１２０に入射した光のうち、第１の反射面１２８及び第２の反射面１３６でそれぞれ１回ずつ計２回反射（全反射）した光は、第２の光制御パネル１２２から出射して、空中像４（図１参照）の形成に寄与する。
【0118】
仮に、第１の遮光層１３０及び第２の遮光層１３８が存在しない場合、第１の光制御パネル１２０に入射した光のうち、第１の透光プレート１２４の第２の主面１２４ｂ、又は、第２の透光プレート１３２の第４の主面１３２ｂで反射した光は、第２の光制御パネル１２２から出射して、空中像４の形成に寄与しない不要光となる。
【0119】
本実施の形態では、第１の透光プレート１２４の第２の主面１２４ｂに第１の遮光層１３０が形成され、第２の透光プレート１３２の第４の主面１３２ｂに第２の遮光層１３８が形成されている。これにより、第１の光制御パネル１２０に入射した光が、第１の透光プレート１２４の第２の主面１２４ｂ又は第２の透光プレート１３２の第４の主面１３２ｂで反射するのを抑制することができ、上述した不要光の発生を抑制することができる。
【0120】
（実施の形態７）次に、図２５及び図２６を参照しながら、実施の形態７に係る空中像表示装置２Ｆについて説明する。図２５は、空中像表示装置２Ｆの外観を示す斜視図である。図２６は、空中像表示装置２Ｆにより表示される空中像４の一例である。
【0121】
空中像表示装置２Ｆは、上記実施の形態２と同様に、空中タッチパネルとしての機能を有している。図２５及び図２６に示すように、筐体６Ｆの内部に配置された測距センサ７２Ｆは、Ｘ軸方向に延びる横長のセンサ（いわゆるエアバー）である。測距センサ７２Ｆは、発光部７６Ｆと、受光部７８Ｆとを有している。発光部７６Ｆは、赤外線を矩形状の検出領域８０Ｆに照射する。
【0122】
図２５及び図２６に示すように、筐体６Ｆの側面２０Ｆには、発光部７６Ｆからの赤外線を通過させるための横長の開口部８２Ｆが形成されている。これにより、発光部７６Ｆからの赤外線は、側面２０Ｆの開口部８２Ｆを通して、検出領域８０Ｆへと導かれる。測距センサ７２Ｆは、上記実施の形態２と同様に、検出領域８０Ｆにおけるユーザ１８の手指８４（図１１参照）の位置を検出することができる。
【0123】
なお、図２６に示すように、検出領域８０Ｆにおける空中像４の外部には、上記実施の形態２と同様に、複数の操作領域９４ａ〜９４ｅが表示されている。上述したように、検出領域８０Ｆは矩形状に形成されているので、例えばユーザ１８が操作領域９４ｄ及び９４ｅでスワイプ操作等を行うための領域を検出領域８０Ｆにおいて十分に確保することができる。
【0124】
（変形例）以上、本発明の実施の形態１〜７に係る空中像表示装置について説明したが、本発明は、これらの実施の形態１〜７に限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態をそれぞれ組み合わせてもよい。
【0125】
上記各実施の形態では、表示ユニット１２（１２Ｃ）は、表示パネル２４及びバックライト２６（２６Ｃ）で構成したが、これに限定されず、例えばプロジェクタ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）又は無機ＥＬ等で構成してもよい。
【0126】
また、上記各実施の形態では、結像光学パネル１４（１４Ａ，１４Ｅ）がルーバー構造を有するように構成したが、これに限定されず、ルーバー構造以外の入射角を制限するための構造を有するように構成してもよい。
【0127】
（他の変形例等）また、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード及びマウス等から構成されるコンピュータシステムとして構成されてもよい。ＲＡＭ又はハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【0128】
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【0129】
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
【0130】
また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
【0131】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ、半導体メモリ等に記録したものとしてもよい。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。
【0132】
また、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
【0133】
また、本発明は、マイクロプロセッサ及びメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。
【0134】
また、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、又は、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【0135】
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0136】
本発明の空中像表示装置は、例えば外部機器を操作するためのＶＵＩ等として適用することができる。
【符号の説明】
【0137】
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｆ 空中像表示装置４ 空中像
６，６Ａ，６Ｆ 筐体
８，１０ 側壁部
１２，１２Ｃ 表示ユニット
１４，１４Ａ，１４Ｅ 結像光学パネル
１４ａ 入射面
１４ｂ 出射面
１６，１６Ａ，１６Ｃ，１１８ ルーバーフィルム
１８ ユーザ
２０，２０Ａ，２０Ｆ，４０ａ，４０ｂ 側面
２２，５４，８２，８２Ｆ，１０４ 開口部
２４ 表示パネル
２６，２６Ｃ バックライト
２８ 表示面
３０ 表示領域
３２ 像形成面
３４，５０ 垂線
３６ ゴースト
３８ ベース部
３８ａ，１２４ａ 第１の主面
３８ｂ，１２４ｂ 第２の主面
４０ ２面コーナーリフレクタ
４０ｃ 天面
４０ｄ 底面
４２ 遮光層
４４ａ，１２８ 第１の反射面
４４ｂ，１３６ 第２の反射面
４６，４８，１４０ 矢印
５２ 正中面
５６ 遮光部
５８ 透光部
６０ 照明器具
６２ 異物
６４ 保護プレート
６６ ヒンジ
６８，６８Ｃ 枠部
７０ 切り欠き部
７２，７２Ｄ，７２Ｆ，９６ 測距センサ
７４，７４Ｂ 制御部
７６，７６Ｆ，９８ 発光部
７８，７８Ｆ，１００ 受光部
８０，８０Ｆ，１０２，１１６ 検出領域
８４ 手指
８６ 暖房運転ボタン
８８ 冷房運転ボタン
９０ 温度上昇ボタン
９２ 温度低下ボタン
９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ 操作領域
１０４ａ 第１の辺
１０４ｂ 第２の辺
１０４ｃ 第３の辺
１０４ｄ 第４の辺
１０６ 発光素子
１０８ 第１の発光部
１１０ 第２の発光部
１１２ 第１の受光部
１１４ 第２の受光部
１２０ 第１の光制御パネル
１２２ 第２の光制御パネル
１２４ 第１の透光プレート
１２６，１３４ 接着層
１３０ 第１の遮光層
１３２ 第２の透光プレート
１３２ａ 第３の主面
１３２ｂ 第４の主面
１３８ 第２の遮光層