特開 2022-139533 空中表示装置

(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】P2022139533

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】空中表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/60 20200101AFI20220915BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20220915BHJP

   G09F 13/18 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

G02B30/60

H04N13/302

G09F13/18 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021039964

(22)【出願日】2021-03-12

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】大原 知子

(72)【発明者】

【氏名】山田 敦

(72)【発明者】

【氏名】浜田 勝平

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕紹

【テーマコード（参考）】

2H199

5C061

5C096

【Ｆターム（参考）】

2H199BA32

2H199BB07

2H199BB18

2H199BB20

2H199BB29

5C061AA06

5C061AB14

5C061AB17

5C096AA11

5C096BA04

5C096CA06

5C096CC06

5C096CD02

5C096CD23

5C096CD33

5C096CE03

5C096CE07

5C096FA01

5C096FA12

5C096FA17

5C096FA18

(57)【要約】

【課題】空中表示の適切化を図ることのできる空中表示装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の空中表示装置は、再帰反射シートと、透明表示装置と、ハーフミラーとを備える。前記透明表示装置は、前記再帰反射シートの再帰反射面側に配置される。前記ハーフミラーは、前記透明表示装置の光出射面側に配置される。前記透明表示装置は、空中表示する図形に対応する発光部を有した導光板を備え、前記発光部は、断面形状がＶ形状、多角形、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子から構成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再帰反射シートと、
前記再帰反射シートの再帰反射面側に配置された透明表示装置と、
前記透明表示装置の光出射面側に配置されたハーフミラーと、
を備え、
前記透明表示装置は、空中表示する図形に対応する発光部を有した導光板を備え、前記発光部は、断面形状がＶ形状、多角形状、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子から構成される、
空中表示装置。

【請求項2】

発光部を有する面状発光体と、
前記面状発光体の出射面側に配置され、前記発光部に対応する位置に空中表示する図形を表した複数の貫通孔を有する再帰反射シートと、
前記再帰反射シートの出射面側に配置されたハーフミラーと、
を備え、
前記発光部は、断面形状がＶ形状、多角形状、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子から構成される、
空中表示装置。

【請求項3】

再帰反射シートと、
前記再帰反射シートの再帰反射面側に配置された透明表示装置と、
前記透明表示装置の光出射面側に配置されたハーフミラーと、
を備え、
前記透明表示装置は、空中表示する図形に対応する発光部を有した導光板と、該導光板の入光側面に対向する線状光源とを備え、
前記発光部は、前記線状光源の延在方向にウエーブして連続的に延在して設けられ、または、前記線状光源の延在方向に断続的に設けられる光学素子から構成される、
空中表示装置。

【請求項4】

発光部を有する導光板と、
前記導光板の出射面側に配置され、前記発光部に対応する位置に空中表示する図形を表した複数の貫通孔を有する再帰反射シートと、
前記再帰反射シートの出射面側に配置されたハーフミラーと、
前記導光板の入光側面に対向する線状光源と、
を備え、
前記発光部は、前記線状光源の延在方向にウエーブして連続的に延在して設けられ、または、前記線状光源の延在方向に断続的に設けられる光学素子から構成される、
空中表示装置。

【請求項5】

前記線状光源の延在方向に断続的に設けられる光学素子は、断面形状がＶ形状、多角形状、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子が、出射面側から見て略ラグビーボール形状または矩形状に寸断されている、
請求項３または４に記載の空中表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空中表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハーフミラーと再帰反射シートとを４５°の角度で配置させてなる空中表示デバイスが開示されている（例えば、特許文献１～５等を参照）。また、互いに平行に配置された、透明な光源と、再帰反射シートと、ハーフミラーとを備える空中表示装置が開示されている（例えば、特許文献６等を参照）。また、互いに平行に配置されたハーフミラーと再帰反射シートとの間に斜めに光を出射する、発光面を傾斜させた光源を配置させてなる空中表示デバイスが開示されている（例えば、特許文献７等を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２９３７８号公報

【特許文献2】特開平４－３３９４８８号公報

【特許文献3】特表平７－５０１１６１号公報

【特許文献4】特表２００１－５１１９１５号公報

【特許文献5】特表２００２－５１７７７９号公報

【特許文献6】国際公開第２０１７／０９９１１６号

【特許文献7】特開２０１９－２００３１３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、従来、空中表示の配光や輝度分布について特に考慮されておらず、空中表示の適切化が十分でなかった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空中表示の適切化を図ることのできる空中表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る空中表示装置は、再帰反射シートと、透明表示装置と、ハーフミラーとを備える。前記透明表示装置は、前記再帰反射シートの再帰反射面側に配置される。前記ハーフミラーは、前記透明表示装置の光出射面側に配置される。前記透明表示装置は、空中表示する図形に対応する発光部を有した導光板を備え、前記発光部は、断面形状がＶ形状、多角形、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子から構成される。

【0007】

本発明の一態様に係る空中表示装置は、空中表示の適切化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態にかかる空中表示装置の例を示す表示面側から見た図である。

【図2】図２は、図１におけるＸ－Ｘ断面図である。

【図3】図３は、空中表示装置が用いられた操作パネルの表示および操作の例を示す図である。

【図4】図４は、トイレ個室内における操作パネルの配置例を示す図である。

【図5】図５は、空中表示装置に要求される配光の例を示す図である。

【図6】図６は、図５の拡大領域における導光板の光学素子の形状の例を示す図（１）である。

【図7】図７は、図５の拡大領域における導光板の光学素子の形状の例を示す図（２）である。

【図8】図８は、図５の拡大領域における導光板の光学素子の形状の例を示す図（３）である。

【図9】図９は、光学素子の一例として断面形状がＶ形状の凹型の光学素子（図６）を規定する値を示す図である。

【図10】図１０は、図９における角度Ａを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図11】図１１は、光学素子の一例として断面形状が多角形状の凹型の光学素子（図７）を規定する値を示す図（１）である。

【図12】図１２は、図１１における角度Ａを固定し、角度Ｂを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図13】図１３は、図１１における角度Ｂを固定し、角度Ａを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図14】図１４は、光学素子の一例として断面形状が多角形状の凹型の光学素子（図７）を規定する値を示す図（２）である。

【図15】図１５は、図１４における幅Ｄを固定し、割合Ｃを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図16】図１６は、図１４における割合Ｃを固定し、幅Ｄを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図17】図１７は、光学素子の一例として断面形状がトップフラット円弧形状の凹型の光学素子（図８）を規定する値を示す図である。

【図18】図１８は、図１７における接触角Ａを固定し、接触角Ｂを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図19】図１９は、図１７における接触角Ｂを固定し、接触角Ａを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。

【図20】図２０は、リニア光学素子による発光部の例を示す図である。

【図21】図２１は、ウエーブ状の光学素子による発光部の例を示す図である。

【図22】図２２は、リニア光学素子によって発生する暗いエリアの説明図である。

【図23】図２３は、断続状の光学素子による発光部の例を示す図（１）である。

【図24】図２４は、断続状の光学素子による発光部の例を示す図（２）である。

【図25】図２５は、他の実施形態にかかる空中表示装置の例を示す表示面側から見た図である。

【図26】図２６は、図２５におけるＸ－Ｘ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態に係る空中表示装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

【0010】

図１は、一実施形態にかかる空中表示装置１の例を示す表示面側から見た図である。図２は、図１におけるＸ－Ｘ断面図である。なお、図１および図２における空中表示装置１は、個室トイレ内の壁面等に設置される操作パネルに採用されることが想定されており、表示面が水平方向を向いている。

【0011】

図１および図２において、空中表示装置１は、略矩形状の開口２ａが形成されたフレーム２内に、透明表示装置を構成する線状光源３と導光板４とが配置されている。線状光源３は、導光板４の入光側面４ａの長手方向に沿って線状に発光する光源である。導光板４は、ポリカーボネートやアクリル等の透明材料により形成され、入光側面４ａから入射された光を終端側まで導き、裏面（非表示面）側に設けられた、光学素子により形成される発光部４ｂにより光を反射して、表示面側のアイポイントＥＰが存在しない方向（図２における左下側）に光を出射する。アイポイントＥＰは、ユーザが目視することが想定される位置である。

【0012】

また、フレーム２の非表示面側には、開口２ａを覆うように、反射面を導光板４側に向けて再帰反射シート５が配置されている。再帰反射シート５は、透明の微小なガラスビーズ球などが表面に隙間なく配置され、入射された光を同じ経路で出射（入射角と出射角が同じ）する性質を有したシートである。再帰反射シート５としては、ガラスビーズ球の他に、コーナーキューブと呼ばれる、光を反射する性質を持った３枚の平面の板が互いに直角に組み合わされた、立方体の頂点の内面を利用したものも使用することができる。この場合、コストは若干高くなるが、光利用効率が高く、空中表示（空中像）のボケが少なくなるという利点がある。

【0013】

また、フレーム２の表示面側には、開口２ａを覆うようにハーフミラー６が配置され、ハーフミラー６にはトップカバー７が外側に重ねられている。なお、ハーフミラー６の外側（視認側）にハードコート処理を施すことにより、トップカバー７を省略することもできるが、ハーフミラー６はフィルム状であるため、支持用の透明樹脂板が必要となる。なお、ハードコート処理は、傷防止や汚れ防止、抗菌などを目的として施されるものであり、トップカバー７が外側に配置される場合でも、トップカバー７にハードコート処理を施すのが好ましい。ハーフミラー６は、入射された光の半分程度を反射し、残りの半分程度を透過させる性質を有した光学素子である。トップカバー７は、透明材料により形成され、ハーフミラー６を保護するためのものである。なお、トップカバー７の透過度を下げることにより、外部から空中表示装置１の内部が見えづらくなり、空中表示だけを見やすくすることができる。

【0014】

図２において、透明表示装置を構成する導光板４の発光部４ｂから経路Ｌ１で出た光は、半分程度がハーフミラー６で反射され、経路Ｌ２により導光板４を通過して再帰反射シート５に当たる。再帰反射シート５に当たった光は、入射角と同じ出射角で経路Ｌ３によりハーフミラー６に戻り、半分程度が透過する。発光部４ｂのある点から出た光は、経路Ｌ１の角度が変わっても幾何学的な関係から空中表示装置１外の同じ位置を通過するため、ハーフミラー６およびトップカバー７の外側に空中像による空中表示Ｉが行われ、ユーザのアイポイントＥＰから視認することができる。

【0015】

図３は、空中表示装置１が用いられた操作パネル１００の表示および操作の例を示す図である。図３において、トイレ個室内の壁面等に設置された操作パネル１００から、各種のスイッチのボタンに相当する空中表示Ｉが行われる。ユーザが指Ｆでいずれかの空中表示Ｉに触れることで、操作パネル１００に設けられた図示しないＩＲ（赤外線）センサ等により指Ｆの空中表示Ｉへの接触（物理的な接触ではなく、空中表示Ｉが行われている位置への指Ｆの侵入）が検出され、対応する機能のオン・オフ等が制御される。ユーザの指Ｆは空中表示Ｉに触れるだけで、実在のボタン等に触れるわけではないので、衛生面において望ましいものとすることができる。

【0016】

図４は、トイレ個室内における操作パネル１００の配置例を示す図である。図４においては、便座Ｔに腰かけた利用者Ｍが容易に手の届く壁Ｗ上の位置に操作パネル１００が設けられている。操作パネル１００の床面からの高さは例えば１ｍ、水平位置は利用者Ｍの膝の位置と同等である。図５は、空中表示装置１に要求される配光の例を示す図であり、上述の操作パネル１００の配置に対し、日本人の平均座高を考慮すると、空中表示Ｉの垂直方向の視野範囲は、例えば１０deg～３５degとなる。空中表示Ｉの水平方向の視野範囲は、例えば±４０degとなる。

【0017】

図６は、図５の拡大領域Ｒにおける導光板４の光学素子４ｃの形状の例を示す図である。図７は、図５の拡大領域Ｒにおける導光板４の光学素子４ｃの他の形状の例を示す図である。図８は、図５の拡大領域Ｒにおける導光板４の光学素子４ｃの他の形状の例を示す図である。各形状については、以下に詳述する。なお、図６～図８において、光学素子４ｃの配置されるピッチは、いずれも例えば０．１mmとされている。なお、ピッチの値はこの値に限られない。

【0018】

図９は、光学素子４ｃの一例として断面形状がＶ形状の凹型の光学素子（図６）を規定する値を示す図である。図９において、光学素子４ｃは、幅Ｄと、頂角と、光立ち上げ側の底角（角度Ａ）とにより規定される。ここでは、幅Ｄを０．１mmとし、頂角を６０degとし、角度Ａを変数とする。

【0019】

図１０は、図９における角度Ａを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。ここでの垂直方向とは、導光板４の出射面に垂直な方向であり、垂直方向からの傾斜は、正方向が上方向への傾斜、負方向が下方向への傾斜である。図１０において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは角度Ａ＝３２degの場合である。従って、幅Ｄ＝０．１mm、頂角＝６０deg、角度Ａ＝３２degが、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに対応した値となる。なお、水平方向の視野範囲±４０degは、線状光源３による水平方向への配光により実現される。使用される環境に応じて配光が適切に設定されることで、無駄な方向への光出射がなくなり、光効率を高め、輝度を向上させることができる。

【0020】

図１１は、光学素子４ｃの一例として断面形状が多角形状の凹型の光学素子（図７）を規定する値を示す図である。図１１において、光学素子４ｃは、幅Ｄと、上側の底角（角度Ａ）と、上側の頂角（角度Ｂ）と、上側および中間の傾斜面の上下方向の長さに対する上側の傾斜面の上下方向の長さの割合とにより規定される。ここでは、幅Ｄを０．０６mmとし、上側および中間の傾斜面の上下方向の長さの割合に対する上側の傾斜面の上下方向の長さの割合を０．５とし、角度Ａ、Ｂを変数とする。

【0021】

図１２は、図１１における角度Ａを固定し、角度Ｂを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。図１２では、角度Ａは４０degとしている。図１３は、図１１における角度Ｂを固定し、角度Ａを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。図１３では、角度Ｂは３５degとしている。

【0022】

図１２において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは、角度Ｂ＝３５degの場合である。また、図１３において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは、角度Ａ＝４０degの場合である。従って、幅Ｄ＝０．０６mm、上側および中間の傾斜面の上下方向の長さに対する上側の傾斜面の上下方向の長さの割合＝０．５、角度Ａ＝４０deg、角度Ｂ＝３５degが、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに対応した値となる。使用される環境に応じて配光が適切に設定されることで、無駄な方向への光出射がなくなり、光効率を高め、輝度を向上させることができる。

【0023】

図１４は、光学素子４ｃの一例として断面形状が多角形状の凹型の光学素子（図７）を規定する他の値を示す図である。図１４において、光学素子４ｃは図１１と同様の寸法・角度等によって規定されるが、ここでは、上側の底角（角度Ａ）が４０degとされ、上側の頂角（角度Ｂ）が３５degとされ、下側の底角が８８degとされ、幅Ｄと、上側および中間の傾斜面の上下方向の長さの割合に対する上側の傾斜面の上下方向の長さの割合（Ｃ）とを変数としている。

【0024】

図１５は、図１４における幅Ｄを固定し、割合Ｃを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。図１５では、幅Ｄは０．０６mmとしている。図１６は、図１４における割合Ｃを固定し、幅Ｄを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。図１６では、割合Ｃを０．１５としている。

【0025】

図１５において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは、割合Ｃ＝０．１５の場合である。図１６において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは、幅Ｄ＝０．０６mmの場合である。従って、幅Ｄ＝０．０６mm、上側の底角（角度Ａ）＝４０deg、上側の頂角（角度Ｂ）＝３５deg、下側の底角＝８８deg、割合Ｃ＝０．１５が、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに対応した値となる。使用される環境に応じて配光が適切に設定されることで、無駄な方向への光出射がなくなり、光効率を高め、輝度を向上させることができる。

【0026】

図１７は、光学素子４ｃの一例として断面形状がトップフラット円弧形状の凹型の光学素子（図８）を規定する値を示す図である。トップフラット円弧形状とは、先端部が平坦になった円弧形状である。図１７において、光学素子４ｃは、円弧の表面側の接触角Ａと、円弧の先端部（平坦部）側の接触角Ｂとから規定される。

【0027】

図１８は、図１７における接触角Ａを固定し、接触角Ｂを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。図１８では、接触角Ａを５０degとしている。図１９は、図１７における接触角Ｂを固定し、接触角Ａを変化させた場合における垂直方向から傾斜した方向に対する光度の例を示す図である。図１９では、接触角Ｂを２０degとしている。

【0028】

図１８において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは、接触角Ｂ＝２０degの場合である。図１９において、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに最も近いのは、接触角Ａ＝５０degの場合である。従って、接触角Ａ＝５０deg、接触角Ｂ＝２０degが、図５で示された垂直方向の視野範囲１０deg～３５degに対応した値となる。使用される環境に応じて配光が適切に設定されることで、無駄な方向への光出射がなくなり、光効率を高め、輝度を向上させることができる。

【0029】

図２０は、リニア光学素子による発光部４ｂの例を示す図であり、左側は表示面側から見た図、右側は左側の図におけるＸ－Ｘ断面図である。なお、図２０においては、図６等で示されたＶ形状の凹型の光学素子４ｃが例として示されているが、図７の多角形状や図８のトップフラット円弧形状の光学素子としてもよい。図２０において、発光部４ｂを構成する光学素子４ｃの溝は、図の横方向（Ｘ軸方向）に直線状に連続的に延在している。横方向（Ｘ軸方向）は、線状光源３の延在方向である。

【0030】

図２１は、ウエーブ状の光学素子による発光部４ｂの例を示す図であり、左側は表示面側から見た図、右側は左側の図におけるＸ－Ｘ断面図である。なお、図２１においては、図６等で示されたＶ形状の凹型の光学素子４ｃが例として示されているが、図７の多角形状や図８のトップフラット円弧形状の光学素子としてもよい。図２１において、発光部４ｂを構成する光学素子４ｃの溝は、ウエーブしながら図の横方向（Ｘ軸方向）に連続的に延在している。ウエーブの振幅は例えば５μｍであり、周期は例えば１ｍｍであり、ウエーブの形状は正弦波形状である。光学素子４ｃの溝は、ウエーブしながら図の縦方向（Ｚ軸方向）に連続的に延在するようにしてもよい。ウエーブ状の光学素子によれば、リニア光学素子の場合に生ずる、暗いエリアの発生を低減させることができる。

【0031】

図２２は、リニア光学素子によって発生する暗いエリアの説明図であり、左側は表示面側から見た図、右側は左側の図におけるＸ軸方向の断面方向から見た図である。図２２においては、例えば、図３における一番左の四角い空中表示Ｉに対応する光学素子４ｃの部分を切り出して示している。

【0032】

図２２において、図示しない上方の線状光源３から到来し、利用者Ｍに向かう光のうち、発光部４ｂの左端の光学素子４ｃに当たった光Ｌ１１は、反射されて光Ｌ１２となり、その大部分が導光板４から光Ｌ１３として出射する。また、残った一部が光Ｌ２１として内部に向かって反射し、それが下の光学素子４ｃに当たって反射して光Ｌ２２となり、光Ｌ２３として出射する。そのため、光Ｌ２３より下の利用者Ｍ側のエリアはその上および左のエリアに比べて暗くなり、表示品質が低下してしまう。これに対し、図２１のようなウエーブ状の光学素子によれば、光の反射方向が多方向となるため、暗くなるエリアの発生を低減させることができ、表示品質を向上させることができる。

【0033】

図２３は、断続状の光学素子による発光部４ｂの例を示す図であり、左側は表示面側から見た図、右側は左側の図におけるＸ－Ｘ断面図である。図２３において、発光部４ｂを構成する光学素子４ｃの溝は、図の横方向（Ｘ軸方向）に断続的に延在している。なお、図２３においては、図６等で示されたＶ形状の凹型の光学素子４ｃが略ラグビーボール形状に寸断された例が示されているが、図７の多角形状や図８のトップフラット円弧形状の光学素子が略ラグビーボール形状に寸断されたものとしてもよい。

【0034】

また、図２４は、断続状の光学素子による発光部４ｂの他の例を示す図であり、左側は表示面側から見た図、右側は左側の図におけるＸ－Ｘ断面図である。この例では、図２３のラグビーボール形状に代えて、矩形状となっている。この場合も、図６等で示されたＶ形状の凹型の光学素子４ｃだけでなく、図７の多角形状や図８のトップフラット円弧形状の光学素子としてもよい。

【0035】

図２３や図２４の断続状の光学素子では、光学素子の溝がない部分を上方の線状光源３から光が通って下方まで到達しやすくなり、途中にある光学素子による出射によって通過する光が減衰するのが制限され、暗くなるエリアの発生を大幅に低減させることができる。なお、図２１のウエーブ状の光学素子と図２３または図２４の断続状の光学素子は同時に適用してもよい。

【0036】

図２５は、他の実施形態にかかる空中表示装置１の例を示す表示面側から見た図である。図２６は、図２５におけるＸ－Ｘ断面図である。この実施形態では、空中表示のパターン境界が不明瞭である、多重像が見えてしまう、といった空中表示の質を低下させることを防止している。なお、発光部が見えてしまうという点は、図６～図１９に示された導光板４の発光部４ｂによる配光制御により解決される。また、図２０～図２４で説明された改良についても、同様に適用することができる。

【0037】

図２５および図２６において、空中表示装置１は、略矩形状の開口２ａが形成されたフレーム２内に、面状発光体を構成する線状光源３と導光板４とが配置されている。線状光源３は、導光板４の入光側面４ａの長手方向（Ｘ軸方向）に沿って線状に発光する光源である。導光板４は、ポリカーボネートやアクリル等の透明材料により形成され、入光側面４ａから入射された光を終端側まで導き、裏面（非表示面）側に設けられた、光学素子により形成される発光部４ｂにより光を反射する。

【0038】

なお、前述したのと同様に、発光部４ｂの光学素子の調整により、表示面側のアイポイントＥＰが存在しない方向（図２６における左下側）に光を出射し、アイポイントＥＰが存在する所定方向に出射する光を抑制するようにしている。アイポイントＥＰは、ユーザが目視することが想定される位置である。

【0039】

また、導光板４の発光部４ｂは、後述する再帰反射シート５における、空中表示する図形を表すのに用いられる可能性のある複数の貫通孔５ａの位置を余裕をもってカバー（貫通孔５ａの周囲の所定範囲もカバー）する略矩形状の領域（表示面側から見た形状）を発光するか、または、再帰反射シート５の１または複数の貫通孔５ａに対応する位置を余裕をもってカバー（貫通孔５ａの周囲の所定範囲もカバー）する領域を発光するものとする。前者の場合、導光板４の発光部４ｂの端部は、再帰反射シート５のいちばん外側の貫通孔５ａに正対する位置から導光方向（Ｙ軸方向）に長く設定される。この長く設定された端部は、再帰反射シート５の貫通孔５ａから光軸を逆方向に伸ばして導光板４の裏側付近に到達する位置よりも、配光や部材の位置精度等を考慮してより外側の位置である。横方向（Ｘ軸方向）について、導光板４の発光部４ｂは、導光板４のほぼ全幅に延びるものとなる。後者の場合、導光板４の発光部４ｂは、再帰反射シート５の各貫通孔５ａについて、導光方向（Ｙ軸方向）と横方向（Ｘ軸方向）とについて長く設定される。前者の場合、空中表示する図形を変更する場合、再帰反射シート５の貫通孔５ａを変更すればよいため、対応が容易になる。また、後者の場合、導光板４から出る光を表示に必要なものに絞ることができるため、光効率を高めることができる。

【0040】

また、フレーム２の非表示面側には、開口２ａを覆うように、反射シート８が配置されており、導光板４から背面側へ漏れる光を導光板４に戻すことで、光効率を高め、輝度を高めている。なお、フレーム２の非表示面側に開口２ａはなくてもよく（底板で塞がれていてもよい）、導光板４の非表示面側に反射シート８が設けられていればよい。

【0041】

また、導光板４の出射面側には、発光部４ｂに対応する位置に空中表示する図形を表した複数の貫通孔５ａを有する再帰反射シート５が、反射面を出射面側（導光板４とは反対側）に向けて配置されている。再帰反射シート５は、透明の微小なガラスビーズ球などが表面に隙間なく配置され、入射された光を同じ経路で出射（入射角と出射角が同じ）する性質を有したシートである。再帰反射シート５としては、ガラスビーズ球の他に、コーナーキューブと呼ばれる、光を反射する性質を持った３枚の面が互いに直角に組み合わされた、立方体の頂点の内面を利用したものも使用することができる。この場合、コストは若干高くなるが、光利用効率が高く、空中表示（空中像）のボケが少なくなるという利点がある。

【0042】

また、フレーム２の表示面側には、開口２ａを覆うようにハーフミラー６が配置され、ハーフミラー６にはトップカバー７が外側に重ねられている。なお、ハーフミラー６の外側（視認側）にハードコート処理を施すことにより、トップカバー７を省略することもできるが、ハーフミラー６はフィルム状であるため、支持用の透明樹脂板が必要となる。なお、トップカバー７が外側に配置される場合でも、トップカバー７にハードコート処理を施すのが好ましい。ハーフミラー６は、入射された光の半分程度を反射し、残りの半分程度を透過させる性質を有した光学素子である。トップカバー７は、透明材料により形成され、ハーフミラー６を保護するためのものである。なお、トップカバー７の透過度を下げることにより、外部から空中表示装置１の内部が見えづらくなり、空中表示だけを見やすくすることができる。また、再帰反射シート５とハーフミラー６とは、互いに少し傾けて配置されるものであってもよい。

【0043】

図２６において、面状発光体を構成する導光板４の発光部４ｂから出た光は再帰反射シート５の貫通孔５ａを通って経路Ｌ１で出る。この光は、半分程度がハーフミラー６で反射され、経路Ｌ２により再帰反射シート５に当たる。再帰反射シート５に当たった光は、入射角と同じ出射角で経路Ｌ３によりハーフミラー６に戻り、半分程度が透過する。発光部４ｂのある点から出た光は、経路Ｌ１の角度が変わっても幾何学的な関係から空中表示装置１外の同じ位置を通過するため、ハーフミラー６およびトップカバー７の外側に空中像による空中表示Ｉが行われ、ユーザのアイポイントＥＰから視認することができ、ユーザに指Ｆにより触れる動作を行わせることができる。

【0044】

前述した「空中表示のパターン境界が不明瞭である」の原因の一つは、導光板４の発光部４ｂを構成する光学素子４ｃの加工方法に起因する。すなわち、光学素子４ｃは導光板４から切削工具であるバイトにより削られて形成されるか、バイトにより光学素子４ｃに対応する突条が形成された金型により導光板４が形成される過程で光学素子４ｃが形成される。そのため、光学素子４ｃの端部では幅が細く深さが浅くなり、出射面側に対して反射する光量が低下し、空中表示のパターン境界が不明瞭となってしまう。この点、図２５および図２６の実施形態において、空中表示のパターン境界を定めるのは再帰反射シート５の貫通孔５ａであり、導光板４の発光部４ｂを構成する光学素子４ｃの端部が空中表示のパターン境界に影響を与えることがなくなるため、空中表示のパターン境界を明瞭にすることができる。

【0045】

また、上記の「空中表示のパターン境界が不明瞭である」の他の原因として、図１および図２の実施形態では、再帰反射シート５とハーフミラー６とが導光板４を挟んで設けられるため、光の経路が長く、通過する界面が多いことが挙げられる。すなわち、図２において、発光部４ｂから出た光は、経路Ｌ１→経路Ｌ２→経路Ｌ３と進み、導光板４の表面（表示面側の面）、ハーフミラー６の裏面、導光板４の表面および裏面、再帰反射シート５の表面（反射面）、導光板４の裏面および表面、ハーフミラー６の裏面および表面、トップカバー７の裏面および表面を経る。光の経路が長いことで光の拡散が生じやすくなり、界面が多いことで光の拡散および減衰が生じやすくなり、空中表示のパターン境界が不明瞭となる。この点、図２５および図２６の実施形態において、発光部４ｂから出た光は、経路Ｌ１→経路Ｌ２→経路Ｌ３と進み、導光板４の表面、ハーフミラー６の裏面、再帰反射シート５の表面（反射面）、ハーフミラー６の裏面および表面、トップカバー７の裏面および表面を経ることになり、光の経路が短くなり、通過する界面が少なくなる。その結果、空中表示のパターン境界を明瞭にすることができる。

【0046】

また、上記の「多重像が見えてしまう」の原因は、図１および図２の実施形態において、主に経路Ｌ２、Ｌ３で導光板４を通過する際の界面が見えてしまうことによる。この点、図２５および図２６の実施形態においては、経路Ｌ１で再帰反射シート５の貫通孔５ａを出た光は、導光板４の界面を通過することがないため、多重像が見えてしまうことはなくなる。

【0047】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0048】

以上のように、実施形態に係る空中表示装置は、再帰反射シートと、再帰反射シートの再帰反射面側に配置された透明表示装置と、透明表示装置の光出射面側に配置されたハーフミラーとを備え、透明表示装置は、空中表示する図形に対応する発光部を有した導光板を備え、発光部は、断面形状がＶ形状、多角形状、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子から構成される。これにより、各形状の寸法等の調整によって所望の配光への調整が容易であり、光効率を高めて輝度を向上させ、空中表示の適切化を図ることができる。

【0049】

また、発光部を有する面状発光体と、面状発光体の出射面側に配置され、発光部に対応する位置に空中表示する図形を表した複数の貫通孔を有する再帰反射シートと、再帰反射シートの出射面側に配置されたハーフミラーとを備え、発光部は、断面形状がＶ形状、多角形状、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子から構成される。これにより、各形状の寸法等の調整によって所望の配光への調整が容易であり、光効率を高めて輝度を向上させ、空中表示の適切化を図ることができる。また、空中表示のパターン境界が不明瞭である、多重像が見えてしまう、といったことを防止し、空中表示の質を向上させることができる。

【0050】

また、再帰反射シートと、再帰反射シートの再帰反射面側に配置された透明表示装置と、透明表示装置の光出射面側に配置されたハーフミラーとを備え、透明表示装置は、空中表示する図形に対応する発光部を有した導光板と、導光板の入光側面に対向する線状光源とを備え、発光部は、線状光源の延在方向にウエーブして連続的に延在して設けられ、または、線状光源の延在方向に断続的に設けられる光学素子から構成される。これにより、リニア光学素子によって生じる暗いエリアの発生を低減することができ、表示品質を向上させ、空中表示の適切化を図ることができる。

【0051】

また、発光部を有する導光板と、導光板の出射面側に配置され、発光部に対応する位置に空中表示する図形を表した複数の貫通孔を有する再帰反射シートと、再帰反射シートの出射面側に配置されたハーフミラーと、導光板の入光側面に対向する線状光源とを備え、発光部は、線状光源の延在方向にウエーブして連続的に延在して設けられ、または、線状光源の延在方向に断続的に設けられる光学素子から構成される。これにより、リニア光学素子によって生じる暗いエリアの発生を低減することができ、表示品質を向上させ、空中表示の適切化を図ることができる。また、空中表示のパターン境界が不明瞭である、多重像が見えてしまう、といったことを防止し、空中表示の質を向上させることができる。

【0052】

また、線状光源の延在方向に断続的に設けられる光学素子は、断面形状がＶ形状、多角形状、または、トップフラット円弧形状の凹型の光学素子が、出射面側から見て略ラグビーボール形状または矩形状に寸断されている。これにより、暗いエリアの発生をいっそう低減することができ、表示品質をいっそう向上させることができる。

【0053】

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0054】

１ 空中表示装置，２ フレーム，３ 線状光源，４ 導光板，４ｂ、４ｂ１、４ｂ２ 発光部，４ｃ 光学素子，５ 再帰反射シート，５ａ 貫通孔，６ ハーフミラー，７ トップカバー，８ 反射シート，ＥＰ アイポイント，Ｉ 空中表示，１００ 操作パネル，Ｆ 指

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】