空间悬浮影像显示装置以及光源装置的制作方法

1.本发明涉及向汽车、电车、飞机等(也称为“交通工具”)的驾驶员显示空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置的技术，涉及使用了能够使驾驶员观察该空间悬浮影像的图像作为实像的光学系统的空间悬浮影像显示装置的技术。


背景技术：

2.作为向交通工具的前挡风玻璃、组合器投射影像光而形成虚像，显示例如汽车的路线信息、拥堵信息等交通信息、燃料余量、冷却水温度等汽车信息的影像显示装置，已知有所谓的平视显示器(hud：head-up-display)装置。在日本特开2015-194707号公报(专利文献1)中公开了hud装置的例子。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2015-194707号公报
6.专利文献2：日本专利第4788882号


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.在这种影像显示装置中，期望扩大驾驶员能够观察虚像的区域，另一方面，虚像为高分辨率且可视性高也是重要的性能要因。另外，hud为了减少驾驶员的视点移动而将虚像成立的位置设为距驾驶员视点更远的位置，能够进行使虚像与驾驶员视觉确认的实景重叠的增强现实(ar)显示。这样的hud为了使虚像的产生位置为远方且实现高倍率化，存在装置、系统的设置大型化的课题。
9.并且，上述hud装置使用包含凹面反射镜(具有凸透镜的作用)的光学系统，将显示于液晶显示器等影像显示装置的影像作为放大像向驾驶员提供虚像。如图2所示，汽车的前挡风玻璃6的主体垂直方向的曲率半径rv与水平方向的曲率半径rh不同，通常具有rh＞rv的关系。因此，在图22所示的现有的hud中，若作为反射面捕捉前挡风玻璃6，则该反射面成为凹面镜401的环形面。因此，在现有的hud中，凹面镜401的形状被设计为对基于挡风玻璃6的形状的虚像倍率进行校正。即，凹面镜401的形状为在水平方向和垂直方向上具有不同的平均曲率半径，以便校正前挡风玻璃6的垂直方向的曲率半径rh与水平方向的曲率半径rv的差异。
10.如上所述，由于使用前挡风玻璃作为最终反射面，因此在重视设计性的汽车等交通工具中，存在以下的课题。即，(1)在即将批量生产之前发生设计变更，难以决定设计规格。(2)由于各汽车的设计不同，故难以将同一规格的hud装置展开到其它的车型中。由于该展开的难度，成为了hud的市场扩大的障碍。另外，有时通过前挡风玻璃，以特定的角度入射到hud装置内的太阳光等外部光被凹面镜401会聚，入射到液晶显示面板404。在该情况下，为了不对液晶显示面板404的射出侧偏光板产生损伤，需要进行凹面镜401的反射特性的最
佳化、设置反射特定偏振波的光学元件403等对策。
11.考虑到上述课题，本发明的目的在于提供一种优选的空间悬浮影像显示装置。
12.用于解决课题的手段
13.为了解决上述课题，例如采用请求专利保护技术方案的范围所记载的结构。一实施方式的空间悬浮影像显示装置是形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；1个以上的反射镜；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内。
14.在一实施方式的空间悬浮影像显示装置中，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过作为所述反射镜的第一反射镜使透过了所述偏光分离部件的影像光朝向所述回归反射光学部件反射，通过所述回归反射光学部件对被所述第一反射镜反射的影像光进行偏光转换，从而将所述影像光的一方的偏振波转换为另一方的偏振波，使所述转换后的影像光被所述第一反射镜再次反射，通过所述偏光分离部件使被所述第一反射镜再次反射后的影像光朝向所述开口部反射，基于被所述偏光分离部件反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，通过变更从所述影像源到所述回归反射光学部件的距离的结构，变更形成所述空间悬浮影像的位置。
15.发明效果
16.根据本发明的代表性的实施方式，能够提供优选的空间悬浮影像显示装置。在具体实施方式中示出了上述以外的课题、结构以及效果等。
附图说明
17.图1是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的使用方式的一例的图。
18.图2是搭载有空间悬浮影像装置的汽车的俯视图以及说明前挡风玻璃的曲率半径的差异的说明图。
19.图3是表示将空间悬浮影像显示装置设置于汽车的情况下的主要部分结构的第一实施例的图。
20.图4是表示将空间悬浮影像显示装置设置于汽车的情况下的主要部分结构的第二实施例的图。
21.图5是表示用于说明本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的原理的主要部分结构和回归反射光学部结构的一例的图。
22.图6是表示空间悬浮影像显示装置的课题的图。
23.图7是表示回归反射光学部件的表面粗糙度与回归反射像的模糊量的关系的特性图。
24.图8是表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构的另一实施例的图。
25.图9是表示一实施例的显示装置的结构的结构图。
26.图10是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
27.图11是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
28.图12是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
29.图13是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
30.图14是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
31.图15是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
32.图16是用于说明显示装置的扩散特性的说明图。
33.图17是用于说明显示装置的扩散特性的说明图。
34.图18是表示光源装置的具体结构的一例的截面图。
35.图19是表示一实施例的光源装置的具体结构的一例的图。
36.图20是表示由偏光分量的不同引起的玻璃相对于光线入射角度的反射特性的特性图。
37.图21是表示太阳光的分光放射照度的特性图。
38.图22是表示将现有(比较例)的hud设置于汽车的情况下的主要部分结构的图。
具体实施方式
39.＜现有的空间悬浮影像显示装置＞
40.在现有的空间悬浮影像显示装置中，将作为高分辨率的彩色显示影像源的有机el面板、液晶显示面板与回归反射光学部件组合。在该空间悬浮影像显示装置中，如图6所示，从作为影像光源的液晶面板射出的影像光的扩散特性为广角，回归反射光学部件为6面体，因此，除了由正规的影像光6001产生的反射光6002以外，由倾斜入射到回归反射光学部件2a的影像光6003产生的反射光6004也会导致产生重影，损害空间悬浮影像的画质。作为现有技术例示出的回归反射光学部件为6面体，因此除了正规的空间悬浮影像r1之外，还产生从第一重影像g1到第六重影像g6(未图示)的多个重影。因此，除了观察者以外，还观察到作为同一空间悬浮影像的重影，存在空间悬浮影像的表观上的分辨率大幅降低等较大的课题。另外，在此，示出了通过图6所示的6面体的反射来实现回归反射的构造的例子。不限于此，在通过引起回归反射的至少2次以上的反射而得到回归反射像的光学部件中，由于同样的理由而存在产生重影的课题。以上，对反射面为突起形状的6面体进行了说明，但即使是由相对于周围为凹面形状的反射面形成的6面体，当然也能够得到同样的效果。
41.另外，存在通过回归反射光学部件使来自后述的具有窄角的指向特性的显示装置的影像光反射，由此得到空间悬浮影像的结构。根据发明人的实验，在由此获得的空间悬浮影像中，除了上述重影之外，如图7所示，还在液晶显示面板的每个像素中观察到模糊。
42.＜空间悬浮影像显示装置的概要＞
43.图1是用于说明将本发明的空间悬浮影像显示装置用于车载用途时的优越性的概略结构图。在此，作为其一例，特别说明不使用汽车的前挡风玻璃6而得到空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置1000。空间悬浮影像显示装置1000在与驾驶员的视线对应的眼点8(后面详述)处，在本车辆的内部空间得到空间悬浮影像220。由此，可获得与在本车辆的前方模拟地形成虚像v1的情况相同的视觉效果。发明人通过实验确认了该情况。以下进行详细说明。
44.如图1所示，在从眼点8观察空间悬浮影像220的情况下，与利用现有的hud观察由
被投影部件6(在本实施例中为前挡风玻璃的内表面，朝向车辆内的驾驶员的面)反射的虚像v1的情况同样地，能够使空间悬浮影像220(对应的虚像v1)与驾驶员视觉确认的实景重叠。作为显示为空间悬浮影像220的信息，例如可举出车辆信息、由监视照相机、全景观察器(around viewer)等照相机(未图示)拍摄到的前景信息、启动前的车辆周边的景观、速度计、发动机的转速表、能量余量显示等信息。
45.另外，在本实施例中，空间悬浮影像显示装置1000具备：影像显示装置4，其显示与信息对应的影像并投射对应的影像光；以及回归反射光学部件2100(换言之回归反射光学元件)，其使显示于影像显示装置4的影像反射而形成空间悬浮影像220。回归反射光学部件2100作为能够在空间上移动的构造(在图中表示为可上下移动)而上下移动，从而能够使形成空间悬浮影像220的位置移动(在图中上下移动)。其结果，通过使形成驾驶员从眼框(指包含眼点8的规定的空间)观察的空间悬浮影像220的位置上下移动，从而倾角θe变化。由此，能够得到与在现有的hud中改变虚像的显示位置同等的效果。另外，也能够通过例如车辆内的监视照相机(未图示)来检测驾驶员的视线(眼点8)的移动，从而配合该视线的移动，使该空间悬浮影像220的显示位置上下左右地移动。
46.在本实施例中，将形成空间悬浮影像220的位置设为比车辆的仪表盘的上表面(未图示)高的位置。因此，在本实施例中，为如下结构，即通过设置在影像显示装置4和回归反射光学部件2100的光路上的反射镜(换言之，折返镜)2110，暂时使来自影像显示装置4的影像光折返，从而使从影像显示装置4到回归反射光学部件2100的光学距离变长。在该结构中，能够使由回归反射光学部件2100反射后得到的空间悬浮影像220的位置成为与从驾驶员观察为远方的位置的虚像建立了对应的、在图中在上下方向上更高的位置。
47.＜空间悬浮影像显示装置的例1＞
48.以下，使用图3，对本技术发明的车载用途的空间悬浮影像显示装置的第一例进行说明。此外，在该实施例中，空间悬浮影像显示装置1000内置于仪表盘48。空间悬浮影像显示装置1000具备影像显示装置4、回归反射光学部件2100等。作为影像显示装置4，使用根据影像信号对从光源装置10供给的光进行调制并作为特定的偏振波的光射出的液晶显示面板。由该液晶显示面板调制后的特定的偏振波(在此为s偏振波)的影像透过使s偏振波的光透过并使p偏光的光反射的分束器或反射型偏光板2140，入射到反射镜2110，被配置于空间悬浮影像显示装置1000的底面的回归反射光学部件2100反射，形成空间悬浮影像220。在回归反射光学部件2100的影像光入射面设置有λ/4板15。s偏振波的影像光入射到回归反射光学部件2100并反射，从而2次穿过λ/4板215，由此转换为p偏光。该p偏光的影像光通过反射镜2110在光路折返，被分束器或反射型偏光板2140反射，并被设置在空间悬浮影像显示装置1000的上部的反射镜2120反射。该影像光从设置于仪表盘48的开口部41射出，能够在图示的位置(在车辆内比前挡风玻璃6靠前的位置)得到空间悬浮影像220。此时得到的空间悬浮影像的成像位置形成在连接反射镜2120和视点的线段上，通过在比反射镜上端部靠上部的位置成像，能够与现有技术的ar-hud同样地将影像作为实像重叠于驾驶员在驾驶中监视的实景中。此时，与现有的hud不同，由于不使用窗玻璃作为光学系统，因此，即使窗玻璃的曲率半径、倾斜度根据汽车的设计而变化，也不会受到影响，成为向不同车型的展开性优异的空间悬浮影像显示装置。
49.反射镜2120能够使用将金属反射膜通过涂层或者步进器成膜的反射膜、选择性地
反射特定的偏振波的分束器、或者反射型偏光板。由此，具有以下的作用。从前挡风玻璃6入射的太阳光等外部光的分量在入射角度较大的情况下，如图20所示，s偏振波的光的反射率较高。因此，p偏光分量入射到车内。反射镜2120选择性地反射该p偏光分量。因此，外部光不会入射到反射镜2120的后级(图中的下侧)的光学部件(位于空间悬浮影像显示装置1000的箱体内的各部件、影像显示装置4(液晶显示面板)、分束器或反射型偏光板2140、回归反射光学部件2100等)。由此，不会损害该光学部件、影像显示装置4(液晶显示面板)以及配置于液晶显示面板的影像光出射侧的偏光板(未图示)等的可靠性。
50.而且，反射镜2120只要是将图21所示的太阳光的分光放射能量中的、有助于温度上升的800nm以上的波长的光和紫外线反射的特性即可。另外，在该实施例中，也与图1所示的例子同样地，通过将回归反射光学部件2100设为能够在图面中的上下方向上移动的构造，能够使形成空间悬浮影像220的位置上下移动。其结果，从驾驶员的眼点8看到的空间悬浮影像220的俯角变化，能够相对于驾驶员视觉确认的实景模拟地改变该空间悬浮影像220的影像显示距离和大小。并且，在该实施例中，也可以设置用于感知驾驶员的视线的照相机(未图示)，通过追踪驾驶员的视线，与视线位置一致地使空间悬浮影像220的显示位置联动。另外，此时作为空间悬浮影像220而显示的影像可以通过设为与驾驶员正在观察的实景匹配的警报信息等，来实现驾驶中的注意唤起。另外，在图3所示的例子中，在构成为除去了配置在装置的光路上的最终位置的反射镜2120的情况下，影像光的一部分或者全部穿过前挡风玻璃6，能够在前挡风玻璃6内表面或者车外的前挡风玻璃6上方的位置显示空间悬浮影像60。
51.＜空间悬浮影像显示装置的例2＞
52.以下，使用图4，对本技术发明的车载用途的空间悬浮影像显示装置的第二例进行说明。与第一例同样地，作为第二例中的影像显示装置4，使用将从光源装置10供给的光根据影像信号进行调制并作为特定的偏振波的光而射出的液晶显示面板。由液晶显示面板调制后的特定的偏振波(在此为s偏振波)的影像透过使s偏振波的光并透过使p偏振波的光反射的分束器或反射型偏光板2140，被回归反射光学部件2100反射，形成空间悬浮影像220。在回归反射光学部件2100的影像光入射面设置有λ/4板215。s偏振波的影像光入射到回归反射光学部件2100并被反射，从而2次穿过λ/4板，转换为p偏光。p偏光的影像光被分束器或反射型偏光板2140反射，被设置于上部的反射镜2120反射，从设置于仪表盘48的开口部41射出。由此，能够在规定的位置得到空间悬浮影像220。此时得到的空间悬浮影像的成像位置形成在连接反射镜2120和视点的线段上，通过在比反射镜上端部靠上部的位置成像，能够与现有技术的hud同样地将影像作为实像重叠于驾驶员在驾驶中监视的实景的一部分。此时，与现有的hud不同，由于不将窗玻璃用作光学系统，因此，即使窗玻璃的曲率半径、倾斜度根据汽车的设计而变化，也不会受到影响，成为向不同车型的展开性优异的空间悬浮影像显示装置。
53.反射镜2120能够使用与第一例相同的反射镜。由此，反射镜2120如上述(图20)那样选择性地反射入射到车内的p偏光分量。因此，外部光不会入射到反射镜2120的后级的光学部件，不会损害光学部件、液晶显示面板4等的可靠性。而且，反射镜2120的特性只要是与第一例同样(图21)的特性即可。另外，与图1所示的例子同样地，将回归反射光学部件2100设为能够在附图中的上下方向上移动的构造。由此，能够使形成空间悬浮影像220的位置上
下移动。其结果，从驾驶员的眼点8看到的空间悬浮影像220的俯角变化，能够相对于驾驶员视觉确认的实景模拟地改变空间悬浮影像220的影像显示距离和大小。
54.根据以上所述的实施例，例如，在仪表盘48上的开口部41的延长线(例如由反射镜2120反射的光的路上)上，能够将高分辨率的影像显示为能够在空间悬浮的状态看到的空间悬浮影像220。此时，在实施例中，使从空间悬浮影像显示装置1000的开口部41射出的影像光的发散角变小，即成为锐角，进而成为与特定的偏振波一致的结构。由此，相对于回归反射光学部件2100仅使正规的反射光高效地反射。因此，根据实施例，光的利用效率高，能够抑制在现有的回归反射方式中成为课题的上述的主空间悬浮影像之外产生的重影，能够得到鲜明的空间悬浮影像。另外，通过包含本实施例的光源(光源装置10)的结构，能够提供可大幅降低消耗电力的新颖且利用性优异的空间悬浮影像显示装置。另外，如上所述，能够提供一种车辆用空间悬浮影像显示装置，该车辆用空间悬浮影像显示装置能够经由车辆的前挡风玻璃6进行能够在车辆内部或外部进行视觉确认的、即所谓的单向性的空间悬浮影像的显示。
55.使用图5，更具体地说明本实施例的空间悬浮影像显示装置的结构。如图5的(a)所示，在玻璃等透明的部件100的斜方向(如图示那样以相对于透明的部件100的平面的方向及其垂直的方向倾斜的方式具有角度的规定的方向。光轴5001的方向)上，具备使特定偏振波的影像光以夹角发散的显示装置1。显示装置1具备作为影像源且射出影像光的液晶显示面板11、生成具有夹角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13(换言之，背光)。
56.来自显示装置1的特定偏振的影像光被设置于透明的部件100的具有选择性地反射特定偏振波的影像光的膜的偏光分离部件101反射，反射光在光轴5002的方向上入射到回归反射光学部件2。在图中，偏光分离部件101形成为片状，粘接于透明的部件100的面。在回归反射光学部件2的影像光入射面设置有λ/4板21。影像光在向回归反射光学部件2入射时和出射时2次穿过λ/4板21，由此从特定偏振波偏光转换为另一偏振波。在此，选择性地反射特定偏振波的影像光的偏光分离部件101具有使偏光转换后的另一偏振波的偏光透过的性质。因此，在光轴5002的方向上，偏光转换后的特定偏振波的影像光透过偏光分离部件101。透过了偏光分离部件101的影像光在光轴5003的方向上，在透明部件100的外侧的规定的位置形成作为实像的空间悬浮影像220。
57.另外，形成空间悬浮影像220的光是从回归反射光学部件2向空间悬浮影像220的光学像会聚的光线的集合，这些光线在穿过空间悬浮影像220的光学像后也直线前进。因此，空间悬浮影像220与通过一般的投影仪等在屏幕上形成的扩散影像光不同，是具有高指向性的影像。因此，在图5的结构中，在用户(对应的眼点)从箭头a的方向视觉确认空间悬浮影像220的情况下，空间悬浮影像220被视觉确认为合适的明亮的影像，但在其他人物从与箭头a不同的箭头b的方向视觉确认的情况下，空间悬浮影像220完全不能被视觉确认为影像。该高指向性的特性在应用于显示仅驾驶员(具有与方向a对应的眼点的位置的用户)需要的影像信息的系统、显示想要对正对该驾驶员的车外的其他人物(具有与方向b对应的眼点的人)、位于车内的其他位置的人物进行隐匿的隐匿性高的影像的系统等的情况下非常适合。
58.另外，根据回归反射光学部件2的性能，存在反射后的影像光的偏光轴不一致的情况。在该情况下，偏光轴不一致的一部分影像光被上述的偏光分离部件101反射而返回到显
示装置1。该光在构成显示装置1的液晶显示面板11的影像显示面再次反射，产生上述那样的重影，有可能使空间悬浮影像220的画质降低。因此，在本实施例中，在显示装置1的影像显示面设置有吸收型偏光板12。从显示装置1射出的影像光透过吸收型偏光板12，从偏光分离部件101返回的反射光被吸收型偏光板12吸收。由此，能够抑制上述再反射等，能够防止空间悬浮影像220的重影所导致的画质降低。
59.上述的偏光分离部件101例如能够应用由反射型偏光板、使特定偏振波反射的金属多层膜等形成的偏光分离部件。
60.接着，在图5的(b)中，作为代表性的回归反射光学部件2，示出了在本次的研究中使用的日本恩喜爱工业株式会社(nippon carbide industries)制的回归反射部件的表面形状。该回归反射光学部件具有在面内规则地排列的6棱柱。入射到规则地排列的6棱柱的内部的光线被6棱柱的壁面和底面反射而作为回归反射光向与入射光对应的方向射出，形成图5的(a)所示的空间悬浮影像220的正规像r1(形成于规定的位置的像)。回归反射光学部件构成为，以成为图中的6棱柱与空气接触的面的方式在底面设置反射面，在反射面的上部形成6角拐角面，将6面体和6棱柱设为中空，在剩余的部分填充树脂，也能够得到同样的效果。
61.另一方面，如图6所示，在来自显示装置1的影像光中，通过倾斜入射到回归反射光学部件的影像光，与正规像r1分开地形成重影。本发明的空间悬浮影像显示装置基于显示于显示装置1的影像来显示作为实像的空间悬浮影像。该空间悬浮影像的分辨率除了液晶显示面板11的分辨率以外，还很大程度上依赖于图5的(b)所示的回归反射光学部件2(6棱柱)的外形d和间距p。例如，在使用7英寸的wuxga(1920
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1200像素)液晶显示面板的情况下，即使1个像素(1个三重)为约80μm，例如如果回归反射光学部件2(6棱柱)的直径d为240μm且间距p为300μm，则空间悬浮影像的1个像素也相当于300μm。因此，空间悬浮影像的有效分辨率降低到大约1/3。
62.因此，为了使空间悬浮影像的分辨率与显示装置1的分辨率相等，期望使回归反射光学部件2(6棱柱)的直径d和间距p接近液晶显示面板11的1个像素。另一方面，为了抑制由回归反射光学部件2和液晶显示面板11的像素引起的莫尔条纹的产生，可以将各自的间距比设计成偏离1个像素的整数倍。另外，形状可以配置为回归反射光学部件2的任一边都不与液晶显示面板11的1个像素的任一边重叠。
63.并且，如图6所示，当外部光6000从倾斜方向进入回归反射光学部件2时，在回归反射光学部件2的表面(6棱柱2a、2b、2c等)反射，在各个方向上产生重影，使空间悬浮影像的画质大幅降低。发明人通过实验求出为了提高空间悬浮影像的画质和可视性而能够容许的空间悬浮影像的像的模糊l与像素尺寸l的关系。此时，发明人制作了组合了像素间距40μm的液晶显示面板和本实施例的具有窄发散角(例如发散角为15
°
)的特性的光源装置的显示装置1，并求出了其关系。
64.可见可视性恶化的模糊量l优选为像素尺寸的40％以下，若为15％以下，则几乎不明显。可知此时的模糊量l成为容许量的反射面的表面粗糙度(图6中的回归面的表面粗糙度6010)在测定距离40μm的范围内平均粗糙度为160nm以下，为了成为更不显眼的模糊量l，优选该反射面的面粗糙度为120nm以下。因此，希望减轻上述的回归反射光学部件的表面粗糙度，并且使包含形成反射面的反射膜及其保护膜的面粗糙度为上述的值以下。
65.另一方面，为了以低价格制造回归反射光学部件，可以使用辊压法进行成形。具体而言，是使回归部(图6中的6棱柱)排列而在膜上赋形的方法。在该方法中，在辊表面形成赋形的形状的反向形状，在固定用的基材上涂布紫外线固化树脂，使其穿过辊间，从而赋形为必要的形状，照射紫外线使其固化，从而得到所希望形状的回归反射光学部件2。
66.图5所示的本实施例的显示装置1通过液晶显示面板11和后面详细说明的生成具有夹角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13，能够减小影像光相对于上述的回归反射光学部件2倾斜(图6)入射的可能性。由此，成为即使产生重影，亮度也低这样的构造上优异的装置。
67.＜空间悬浮影像显示装置的例3＞
68.图8表示本发明的一实施例的空间悬浮影像显示装置的主要部分结构的其他例子。显示装置1构成为具有：作为影像显示元件的液晶显示面板11；以及生成具有夹角的扩散特性的特定偏振波的光的光源装置13。液晶显示面板11由在画面尺寸为3英寸左右的小型的液晶显示面板到超过80英寸的大型的液晶显示面板的范围内选择的液晶显示面板构成。将来自液晶显示面板11的影像光例如设为p偏光的情况下，透过使p偏光透过的偏光分离部件101，朝向回归反射光学部件2。在回归反射光学部件2的光入射面设置λ/4板21，通过使影像光2次穿过而进行偏光转换，将特定偏振波(p偏振波)转换为另一偏振波(s偏振波)。该另一偏振波(s偏振波)被偏光分离部件101反射，在透明的部件100的外侧设置有反射镜300的情况下，如虚线所示那样显示实像的立体像3。用实线表示p偏振波，用虚线表示s偏振波。
69.另外，构成为能够使反射镜300旋转。通过使反射镜300旋转，能够调整该立体像3的朝向和位置。
70.另外，在设为去除了反射镜300的方式的情况下，在与图面垂直的方向(透明的部件100的平面的方向)上显示实像的平面像3b。
71.另外，构成为能够使偏光分离部件101旋转。通过使偏光分离部件101旋转，能够调整平面像3b的朝向和位置。
72.在透明的部件100的外部光入射窗设置有吸收型偏光板12。通过该吸收型偏光板12，吸收p波的外部光分量、照明光。在影像光被回归反射光学部件2回归反射时，存在一部分的影像光的偏光轴不一致的情况。该情况下的影像光透过偏光分离部件101而返回到显示装置1。该光再次被构成显示装置1的液晶显示面板11的影像显示面反射，产生重影，使空间悬浮影像的画质显著降低。因此，在本实施例中，在显示装置1的影像显示面设置有吸收型偏光板12。通过利用吸收型偏光板12吸收返回到显示装置1的影像光，能够防止由空间悬浮影像的重影引起的画质降低。
73.并且，在外部光入射到回归反射光学部件2的情况下，有可能产生强力的重影。因此，在该实施例中，构成为通过在透明的部件100的内表面设置于外部光入射窗的吸收型偏光板12以外的部位的遮光部件25来妨碍外部光的入射。偏光分离部件101由反射型偏光板、成膜有使特定偏振波反射的金属多层膜的透明部件等形成。
74.另外，也可以在偏光分离部件101与液晶显示面板11之间附设对形成空间悬浮影像的正规影像光以外的倾斜影像光进行遮光的遮光部件(未图示)。另外，在回归反射光学部件2与偏光分离部件101之间，也可以附设对正规影像光以外的倾斜影像光进行遮光的遮
光部件(未图示)。而且，如上所述，以外部光不直接入射到回归反射光学部件2的方式附设遮光部件25，对产生重影的倾斜光进行遮光。其结果，发明人通过实验确认抑制了重影的产生。
75.＜反射型偏光板＞
76.本实施例的栅格结构的反射型偏光板对于来自与偏光轴垂直的方向的光的特性降低。因此，优选沿着偏光轴的规格，能够以夹角射出来自液晶显示面板11的出射影像光的本实施例的光源(光源装置13)成为理想的光源。另外，水平方向的特性也同样地对于来自倾斜的光存在特性降低。考虑以上的特性，以下，说明将能够将来自液晶显示面板的出射影像光以更窄的夹角射出的光源用作液晶显示面板的背光的本实施例的结构例。由此，能够提供高对比度的空间悬浮影像。
77.＜显示装置＞
78.接着，使用附图对本实施例的显示装置1进行说明。本实施例的显示装置1具备影像显示元件(液晶显示面板)11和构成其光源的光源装置13，在图9中，将光源装置13与影像显示元件(液晶显示面板)11一起作为展开立体图而示出。
79.如图9中箭头(出射光束)30所示，该影像显示元件(液晶显示面板)11通过来自作为背光装置的光源装置13的光，得到具有夹角的扩散特性、即指向性(换言之，直进性)强、且与使偏光面在一个方向上一致的激光相似的特性的照明光束，射出根据所输入的影像信号进行调制后的影像光。然后，通过回归反射光学部件2反射该影像光，使其透过窗玻璃，形成作为实像的空间悬浮影像(参照图1)。另外，在图9中，本实施例的显示装置1构成为还具备构成显示装置1的液晶显示面板11、控制来自光源装置13的出射光束的指向特性的光方向转换面板54、以及根据需要的夹角扩散板(未图示)。即，在液晶显示面板11的两面设置有偏光板，成为特定的偏振波的影像光通过影像信号调制光的强度后射出(参照图9的箭头(出射光束)30)的结构。由此，本实施例的显示装置1将所希望的影像作为指向性(直进性)高的特定偏振波的光，经由光方向转换面板54向回归反射光学部件2投射，被回归反射光学部件2反射后，向车辆(空间)的内部/外部的观察者的眼睛透过而形成空间悬浮影像。此外，也可以在上述的光方向转换面板54的表面设置保护罩。
80.在本实施例中，为了提高来自光源装置13的出射光束30的利用效率、大幅降低消耗电力，在包含光源装置13和液晶显示面板11而构成的显示装置1中，能够采用以下的结构。即，显示装置1也能够将来自光源装置13的光(参照图9的箭头(出射光束)30)向回归反射光学部件2投射，被回归反射光学部件2反射后，通过设置于窗玻璃的表面的透明片(未图示)，控制指向性以便将空间悬浮影像形成在所希望的位置。具体而言，该透明片在通过菲涅耳透镜、线性菲涅耳透镜等光学部件赋予了高指向性的状态下控制空间悬浮影像的成像位置。由此，来自显示装置1的影像光如激光那样以高指向性(直进性)高效地到达位于窗玻璃的外侧(例如人行道)的观察者。其结果，能够以高分辨率显示高品质的空间悬浮影像，并且能够显著降低包含光源装置13的led(light emitting diode：发光二极管)元件201的显示装置1的消耗电力。
81.＜显示装置的例1＞
82.图9表示显示装置1的具体结构的一例。在图10中，在图9的光源装置13上配置有液晶显示面板11和光方向转换面板54。该光源装置13例如由塑料等形成，在其内部收纳led元
件201、导光体203而构成。在导光体203的端面，如图10等所示，为了将来自各个led元件201的发散光转换为大致平行光束，设置有透镜形状，该透镜形状具有截面积相对于受光部朝向对面逐渐变大的形状，具有在内部传播时通过多次全反射而发散角逐渐变小的作用。在该导光体203的上表面安装有构成显示装置1的液晶显示面板11。另外，在光源装置13的壳体的一个侧面(在本例中为左侧的端面)安装有作为半导体光源的led元件201、安装有该led元件201的控制电路的led基板202。与此同时，也可以在led基板202的外侧面安装散热器，该散热器是用于冷却在led元件201和控制电路中产生的热的部件。
83.另外，在安装于光源装置13的壳体的上表面的液晶显示面板11的框架(未图示)上，安装有安装于该框架的液晶显示面板11、以及与该液晶显示面板11电连接的fpc(flexible printed circuits：柔性布线基板)(未图示)等而构成。即，作为液晶显示元件的液晶显示面板11与作为固体光源的led元件201一起，基于来自构成电子装置的控制电路(未图示)的控制信号，对透过光的强度进行调制而生成显示影像。此时，由于所生成的影像光，扩散角度窄并且仅具有特定的偏振波分量，因此可以获得与由影像信号驱动的面发光激光影像源接近的现有技术中没有的新型显示装置。另外，在现状下，通过激光装置得到与由上述显示装置1得到的图像同等尺寸的激光光束在技术上和安全上都是不可能的。因此，在本实施例中，例如，从来自具备led元件的普通光源的光束得到接近上述面发光激光影像光的光。
84.接着，参照图10和图11详细说明收纳在光源装置13的壳体内的光学系统的结构。图10和图11是截面图，因此仅示出了1个构成光源的多个led元件201。来自这些多个led元件201的光通过导光体203的受光端面203a的形状而被转换为大致准直光。因此，导光体203端面的受光部和led元件201保持规定的位置关系地安装。此外，该导光体203分别例如由丙烯等透光性的树脂形成。而且，该导光体203端部的led受光面例如具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面，在其外周面的顶部，在其顶部的中央部具有形成有凸部(即，凸透镜面)的凹部，在该导光体203的受光端面203a的平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)(未图示，与后述的图13等相同)。此外，安装led元件201的导光体的受光部的外形形状呈形成圆锥形状的外周面的抛物面形状，在能够使从led元件201向周边方向射出的光在该外周面的内部全反射的角度的范围内设定，或者形成反射面。
85.另一方面，led元件201分别配置在作为其电路基板的led基板202的表面上的规定的位置。该led基板202相对于作为led准直器的受光端面203a，以其表面上的led元件201分别位于上述凹部的中央部的方式配置并固定。
86.根据该结构，通过导光体203的受光端面203a的形状，能够将从led元件201放射的光作为大致平行光而取出，能够提高所产生的光的利用效率。
87.如上所述，图9等的光源装置13通过在设置于导光体203的端面的作为受光部的受光端面203a上安装排列有多个作为光源的led元件201的光源单元而构成。由此，来自led元件201的发散光束通过导光体203端面的受光端面203a的透镜形状而成为大致平行光，如箭头所示(与图面平行的方向)在导光体203内部导光，通过光束方向转换单元204，朝向相对于导光体203大致平行地配置的液晶显示面板11(从图面垂直于近前的方向)射出。根据导光体203内部或表面的形状使光束方向转换单元204的分布(换言之密度)最佳化，能够控制
入射到液晶显示面板11的光束的均匀性。上述的光束方向转换单元204通过导光体表面的形状、在导光体内部例如设置折射率不同的部分，使在导光体内传播的光束朝向相对于导光体大致平行地配置的液晶显示面板11(从图面垂直于近前方向)射出。此时，如果在将液晶显示面板11正对画面中央并将视点置于与画面对角尺寸相同的位置的状态下，对画面中央和画面周边部的亮度进行比较时的相对亮度比为20％以上，则在实用上没有问题，如果超过30％，则成为更优异的特性。
88.另外，与图10同样地，图11是用于说明在包含上述的导光体203和led元件201的光源装置13中进行偏光转换的本实施例的光源(光源装置13)的结构及其作用的截面配置图。在图11中，光源装置13例如由在由塑料等形成的表面或内部设置有光束方向转换单元204的导光体203、作为光源的led元件201、反射片205、相位差板206、柱状透镜等构成。在该光源装置13的上表面安装有在光源光入射面和影像光出射面具备偏光板的液晶显示面板11，作为影像显示元件。
89.另外，显示装置1也可以设为以下的结构。在图10中，在与光源装置13对应的液晶显示面板11的光源光入射面(附图中的下表面)设置薄膜或片状的反射型偏光板49。光源装置13选择性地使从led元件201射出的自然光束210中的单侧的偏振波(例如p波)212反射，由设置在导光体203的一方(图中的下方)的面的反射片205反射，再次朝向液晶显示面板11。因此，在反射片205与导光体203之间、或者在导光体203与反射型偏光板49之间设置作为相位差板的λ/4板。在该结构中，使反射片205反射光并使其2次穿过λ/4板，从而将反射光束从p偏光转换为s偏光，提高作为影像光的光源光的利用效率。如图1所示，在液晶显示面板11中通过影像信号调制光强度后的影像光束(图10的箭头213)入射到回归反射光学部件2100，在反射后，经由反射镜2110以及反射镜2120，在前挡风玻璃6的内部即车内的空间或车外的空间得到作为实像的空间悬浮影像。
90.另外，显示装置1也可以设为以下的结构。在图11中，在与光源装置13对应的液晶显示面板11的光源光入射面(附图中的下表面)设置薄膜或片状的反射型偏光板49。光源装置13选择性地使从led元件201射出的自然光束210中的单侧的偏振波(例如s波)211反射，由设置在导光体203的一方(图中的下方)的面的反射片205反射，再次朝向液晶显示面板11。在反射片205与导光体203之间、或者在导光体203与反射型偏光板49之间，设置作为相位差板的λ/4板。在该结构中，通过使反射片205反射光，使其2次穿过λ/4板，将反射光束从s偏光转换为p偏光，作为影像光而提高光源光的利用效率。如图1所示，在液晶显示面板11中通过影像信号进行光强度调制后的影像光束(图11的箭头214)入射到回归反射光学部件2100，在反射后，经由反射镜2110以及反射镜2120，在作为前挡风玻璃6的内部的车内的空间或者车外的空间得到作为实像的空间悬浮影像。
91.在图10和图11所示的光源装置13中，除了设置于对应的液晶显示面板11的光入射面的偏光板的作用以外，还利用反射型偏光板反射单侧的偏光分量，因此理论上得到的对比度比成为将反射型偏光板的交叉透过率的倒数与由液晶显示面板所附带的2片偏光板得到的交叉透过率的倒数相乘而得到的值。由此，能够得到高对比度性能。实际上，发明人通过实验确认了显示图像的对比度性能提高10倍以上。其结果，得到了即使与自发光型的有机el相比也不逊色的高品质的影像。
92.＜显示装置的例2＞
93.接着，使用图12，对显示装置1的具体结构的其他例子进行说明。该显示装置1的光源装置利用led准直器18将来自led14的自然光(p偏振波和s偏振波混合存在)的发散光束转换为大致平行光束(附图中的上下方向)，并利用反射型导光体304朝向液晶显示面板11(附图中的左右方向)反射。该反射型导光体304的反射光入射到配置在液晶显示面板11与反射型导光体304之间的波长板206和反射型偏光板49。由反射型偏光板49反射特定的偏振波(例如s偏振波)，由波长板206转换相位，返回到反射型导光体304的反射面，被反射，再次穿过波长板206而转换为透过反射型偏光板49的偏振波(例如p偏振波)。
94.其结果，来自led14的自然光与特定的偏振波(例如p偏振波)一致，入射到液晶显示面板11，根据影像信号进行亮度调制，在面板面上显示影像。在图12中，与上述的例子同样地，示出了构成光源的多个led14(其中，在图12中，由于是纵截面，因此仅图示了1个)，这些led14相对于led准直器18安装在规定的位置。另外，该led准直器18分别由例如丙烯等透光性的树脂或玻璃形成。并且，与上述例子同样地，该led准直器18具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面，并且在该外周面的顶部具有在其顶部的中央部形成有凸部(即，凸透镜面)的凹部。另外，在该led准直器18的平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)。此外，形成led准直器18的圆锥形状的外周面的抛物面被设定在能够使从led14向周边方向射出的光在该外周面的内部全反射的角度的范围内，或者形成有反射面。
95.以上的结构是与图18所示的显示装置1的光源装置相同的结构。而且，通过图18所示的led准直器18转换为大致平行光的光被反射型导光体304反射，通过反射型偏光板49的作用使特定的偏振波的光透过，反射后的另一个偏振波的光再次透过反射型导光体304，被设置在不与液晶显示面板11接触的反射型导光体304的另一个面上的反射板271反射。此时，该光2次穿过配置在反射板271与液晶显示面板11之间的作为相位差板的λ/4板270而被偏光转换，再次透过反射型导光体304，透过设置在相反面的反射型偏光板49，使偏光方向一致地入射到液晶显示面板11。其结果，在该结构中，能够将光源的光全部利用，因此光的利用效率成为2倍。
96.来自液晶显示面板的出射光在现有的tv设备中，如图16所示，在画面水平方向(在图16的(a)中由x轴显示)和画面垂直方向(在图16的(a)中由y轴显示)上都具有同样的扩散特性。与此相对，关于来自本实施例的液晶显示面板的出射光束的扩散特性，例如如图17的例1所示，通过将亮度成为正面观察(角度0度)的50％的视场角设为13度，相对于现有的62度成为1/5。同样地，垂直方向的视场角上下不均等，以将上侧的视场角相对于下侧的视场角抑制为1/3左右的方式，使反射型导光体304的反射角度和反射面的面积等最佳化。其结果，在本实施例中，与现有的液晶tv相比，朝向观察方向的影像光量大幅提高，亮度为50倍以上。另外，图17中的x、y方向与图16的(a)相同。
97.而且，如果设为图17的例2所示的视场角特性，则通过将亮度成为正面观察(角度0度)的50％的视场角设为5度，相对于现有的62度成为1/12。同样地，对于垂直方向的视场角，作为上下均等而以将视场角相对于现有抑制为1/12左右的方式，使反射型导光体304的反射角度和反射面的面积等最佳化。其结果，在本实施例中，与现有的液晶tv相比，朝向观察方向的影像光量大幅提高，亮度为100倍以上。
98.如上所述，通过将视场角设为夹角，能够使朝向观察方向的光束量集中，因此光的
利用效率大幅提高。其结果，根据实施例，即使使用现有的tv用的液晶显示面板，通过控制光源装置的光扩散特性，也能够以同样的消耗电力实现大幅度的亮度提高，能够成为面向屋外的显示装置。
99.作为实施例的基本结构，如图3和图4所示，通过光源装置10使夹角的指向特性的光束入射到液晶显示面板4，根据影像信号进行亮度调制，从而将通过回归反射光学部件2100使显示在液晶显示面板4的画面上的影像信息反射而得到的空间悬浮影像220显示在室内或室外。
100.＜光源装置的例1＞
101.接着，参照图13和图14的(a)和(b)对收纳在壳体内的光源装置等光学系统的结构例进行详细说明。
102.在图13和图14中示出了构成光源的led14(14a、14b)，这些led14相对于led准直器15安装在规定的位置。另外，该led准直器15分别由例如丙烯等透光性的树脂形成。而且，如图14的(b)所示，该led准直器15具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面156，并且在该外周面156的顶部具有在其顶部的中央部形成有凸部(即，凸透镜面)157的凹部153。另外，在该led准直器15的平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)154。此外，形成led准直器15的圆锥形状的外周面的抛物面156被设定在能够使从led14(14a、14b)向周边方向射出的光在该外周面的抛物面156的内部全反射的角度的范围内，或者形成反射面。
103.另外，led14(14a、14b)分别配置在作为其电路基板的led基板102的表面上的规定的位置。该led基板102以其表面上的led14分别位于led准直器15的凹部153的中央部的方式配置并固定于led准直器15。
104.根据该结构，通过上述的led准直器15，从led14(14a或14b)放射的光中的、特别是从该led14的中央部分朝向上方(附图中的右方向)放射的光被形成led准直器15的外形的2个凸透镜面157、154会聚而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成led准直器15的圆锥形状的外周面的抛物面156反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，根据在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的led准直器15，能够将由led14(14a或14b)产生的光的几乎全部作为平行光而取出，能够提高所产生的光的利用效率。
105.另外，在图13中，在led准直器15的光的出射侧设置有偏光转换元件21。由图14的(a)可知，该偏光转换元件21是将截面为平行四边形的柱状(以下，称为平行四边形柱)的透光性部件和截面为三角形的柱状(以下，称为三角形柱)的透光性部件组合，与相对于来自led准直器15的平行光的光轴正交的面平行地呈阵列状排列多个而构成的。而且，在这些排列成阵列状的相邻的透光性部件间的界面交替地设置有偏光分束器(记载为pbs膜)2111和反射膜2121。另外，在向偏光转换元件21入射并透过pbs膜2111的光射出的出射面具备λ/2相位板213。
106.在该偏光转换元件21的出射面还设置有图14的(a)所示的矩形状的合成扩散块16。即，从led14(14a或14b)射出的光通过led准直器15的作用而成为平行光，向合成扩散块16入射，通过合成扩散块16的射出侧的纹理161扩散后，到达导光体17。
107.导光体17是由例如丙烯等透光性的树脂形成为截面为大致三角形(参照图14的(b))的棒状的部件。而且，从图13可知，导光体17具备：导光体光入射部(包含导光体光入射
面)171，其隔着第一扩散板18a与合成扩散块16的出射面相对；导光体光反射部(包含导光体光反射面)172，其形成斜面；以及导光体光出射部(包含导光体光出射面)173，其隔着第二扩散板18b与作为液晶显示元件的液晶显示面板11相对。
108.在该导光体17的导光体光反射部(面)172，也如作为其局部放大图的图13所示，多个反射面172a和连接面172b交替地形成为锯齿状。而且，反射面172a(在附图中为右上的线段)相对于附图中单点划线所示的水平面(附图中的左右方向)形成角度αn(n：自然数，在本例中，例如为1～130)。作为其一例，在此，将角度αn设定为43度以下(但是，0度以上)。
109.导光体入射部(面)171形成为向光源侧倾斜的弯曲的凸形状。由此，来自合成扩散块16的出射面的平行光经由第一扩散板18a扩散而入射到导光体入射部(面)171，根据附图可知，通过导光体入射部(面)171向上方稍微弯曲(换言之偏转)，同时到达导光体光反射部(面)172。该光被导光体光反射部(面)172反射，到达设置在附图中的上方的导光体光出射部173的上方的液晶显示面板11。
110.根据以上详述的显示装置1，能够在进一步提高光利用效率及其均匀的照明特性的同时，包括模块化的s偏光波的光源装置在内，小型且低成本地进行制造。另外，在上述的说明中，说明了将偏光转换元件21安装在led准直器15之后的情况，但本发明并不限定于此，通过将偏光转换元件21设置在到达液晶显示面板11的光路中，也能够得到同样的作用、效果。
111.另外，在导光体光反射部(面)172上，多个反射面172a和连接面172b交替地形成为锯齿状，照明光束在各个反射面172a上被全反射而朝向上方。并且，在导光体光射出部(面)173上设置夹角扩散板，照明光束作为大致平行的扩散光束，入射到控制指向特性的光方向转换面板54，指向特性被控制，如图13所示从斜方向向液晶显示面板11入射。在本实施例中，将光方向转换面板54设置在导光体出射面173与液晶显示面板11之间，但并不限定于此，将光方向转换面板54设置在液晶显示面板11的出射面也能够得到同样的效果。
112.＜光源装置的例2＞
113.关于光源装置13等光学系统的结构，在图15中示出了其他例子。与图13所示的例子同样地，图15示出了构成光源的多个(在本例中为2个)led14(14a、14b)。这些led14相对于led准直器15安装在规定的位置。另外，该led准直器15分别由例如丙烯等透光性的树脂形成。并且，与图13所示的例子同样地，该led准直器15具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面156，并且在该外周面156的顶部具有在该顶部的中央部形成有凸部(即，凸透镜面)157的凹部153。另外，在该led准直器15的平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)154。此外，形成led准直器15的圆锥形状的外周面的抛物面156被设定在能够使从led14向周边方向射出的光在该抛物面156的内部全反射的角度的范围内，或者形成有反射面。
114.另外，led14(14a、14b)分别配置在作为其电路基板的led基板102的表面上的规定的位置。该led基板102以其表面上的led14(14a或14b)分别位于凹部153的中央部的方式配置并固定于led准直器15。
115.根据该结构，通过上述的led准直器15，从led14(14a或14b)放射的光中的、特别是从led的中央部分朝向上方(附图中的右方向)放射的光被形成led准直器15的外形的2个凸透镜面157、154会聚而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成led准
直器15的圆锥形状的外周面的抛物面156反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，根据在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的led准直器15，能够将由led14(14a或14b)产生的光的几乎全部作为平行光而取出，能够提高所产生的光的利用效率。
116.另外，在图15的(a)中，在led准直器15的光的出射侧经由第一扩散板18a设有导光体170。导光体170是由例如丙烯等透光性的树脂形成为截面为大致三角形的棒状的部件。而且，从图15的(a)可知，导光体170具备：导光体170的导光体入射部(面)171，其隔着第一扩散板18a与扩散块16的出射面相对；导光体光反射部(面)172，其形成斜面；以及导光体光射出部(面)173，其隔着反射型偏光板200与作为液晶显示元件的液晶显示面板11相对。
117.该反射型偏光板200例如选择具有使p偏光反射、使s偏光透过的特性的反射型偏光板。这样，该反射型偏光板200反射从作为光源的led发出的自然光中的p偏光，穿过设置于图15的(b)所示的导光体光反射部172的λ/4板5002而被反射面5001反射，再次穿过λ/4板5002而转换为s偏光。由此，入射到液晶显示面板11的光束全部统一为s偏光。
118.同样地，作为反射型偏光板200，也可以选择具有使s偏光反射、使p偏光透过的特性的反射型偏光板。这样，该反射型偏光板200反射从作为光源的led发出的自然光中的s偏光，穿过设置于图15的(b)所示的导光体光反射部172的λ/4板5002而被反射面5001反射，再次穿过λ/4板5002而转换为p偏光。由此，入射到液晶显示面板52的光束全部统一为p偏光。在以上所述的结构中，也能够实现偏光转换。
119.＜光源装置的例3＞
120.关于光源装置等光学系统的结构的其他例子，使用图12进行说明。在该例子中，如图12所示，利用准直透镜18将来自led14的自然光(p偏光和s偏光混合存在)的发散光束转换为大致平行光束，并利用反射型导光体304朝向液晶显示面板11反射。反射光入射到配置在液晶显示面板11与反射型导光体304之间的反射型偏光板206。在反射型偏光板206中特定的偏振波(例如s偏振波)被反射，反射光透过连接反射型导光体304的反射面的面，被面向反射型导光体304的相反面配置的反射板271反射，2次穿过作为相位板的λ/4波长板270，由此进行偏光转换。该偏振变换后的光(例如p偏振波)透过反射型导光体304和反射型偏光板206，入射到液晶显示面板11，被调制为影像光。此时，通过使特定偏振波与偏光转换后的偏振波面一致，光的利用效率成为通常的2倍，反射型偏光板206的偏光度(换言之消光比)也被加入系统整体的消光比。因此，通过使用本实施例的光源装置，空间悬浮影像显示装置的对比度大幅提高。
121.其结果，在本实施例中，来自led14的自然光与特定的偏振波(例如p偏振波)一致。与上述的例子同样地，在本实施例中，设置有构成光源的多个led14(但是，在图12中，由于是纵截面，因此仅图示1个)，这些led14相对于led准直器18安装在规定的位置。另外，该led准直器18分别由例如丙烯等透光性的树脂或玻璃形成。并且，该led准直器18与上述同样地具有使抛物截面旋转而得到的圆锥凸形状的外周面，并且在该外周面的顶部具有在中央部形成有凸部(即，凸透镜面)的凹部。另外，在led准直器18的平面部的中央部具有向外侧突出的凸透镜面(或者，也可以是向内侧凹陷的凹透镜面)。此外，形成led准直器18的圆锥形状的外周面的抛物面被设定在能够使从led14向周边方向射出的光在该抛物面的内部全反射的角度的范围内，或者形成有反射面。
122.另外，led14分别配置在作为其电路基板的led基板102的表面上的规定的位置。该
led基板102以其表面上的led14分别位于led准直器18的凹部的中央部的方式配置并固定于led准直器18。
123.根据该结构，通过led准直器18，从led14放射的光中的、特别是从其中央部分放射的光被形成led准直器18的外形的2个凸透镜面会聚而成为平行光。另外，从其他部分朝向周边方向射出的光被形成led准直器18的圆锥形状的外周面的抛物面反射，同样地被会聚而成为平行光。换言之，根据在其中央部构成凸透镜并且在其周边部形成抛物面的led准直器18，能够将由led14产生的光的几乎全部作为平行光而取出，能够提高所产生的光的利用效率。
124.＜光源装置的例4＞
125.而且，关于光源装置等光学系统的结构的其他例子，使用图18进行说明。在图18中，在led准直器18的光的出射侧，使用2片转换扩散特性的光学片(换言之，扩散片、扩散膜)207，使来自led准直器18的光入射到这2片光学片207之间。该光学片207对构成面的图面内的垂直方向(上下方向，画面内垂直方向)和水平方向(前后方向，画面内水平方向)的扩散特性进行转换。该光学片207在由1片构成的情况下，根据该片的表面和背面的微细形状，控制垂直方向和水平方向的扩散特性。另外，也可以使用多片光学片(扩散片)来分担作用。根据光学片207的表面形状和背面形状，可以使来自led准直器18的光的画面垂直方向的扩散角与光学片(扩散片)207的反射面的垂直面的宽度一致，以在水平方向上从液晶显示面板11射出的光束的面密度变得均匀的方式，将led14的数量和来自光学元件(光学片207)的发散角作为设计参数进行最佳设计。即，在本实施例中，代替上述导光体304，通过1片以上的光学片(扩散片)207的表面形状来控制扩散特性。在本实施例中，偏光转换以与上述光源装置的例3相同的方法进行。与此相对，也可以在led准直器18与光学片207之间设置偏光转换元件21，在进行了偏光转换之后，使光源光入射到光学片207。
126.上述反射型偏光板206例如选择具有使s偏光反射、使p偏光透过的特性的反射型偏光板。这样，从作为光源的led14发出的自然光中，由反射型偏光板206反射s偏光、穿过相位差板270、由反射面271反射、再次穿过相位差板270而转换为p偏光的光，入射到液晶显示面板11。该相位差板270的厚度需要根据光线向相位差板270的入射角度来选择最佳值，在λ/16至λ/4的范围内存在最佳值。
127.＜光源装置的例5＞
128.关于光源装置的光学系统的结构的其他例子，使用图19进行说明。在本实施例中，如图19的(c)所示，光源装置13在led准直器18的光的出射侧具备偏光转换元件501，通过偏光转换元件501，使来自led元件(led14)的自然光与特定的偏光一致，入射到控制扩散特性的光学元件81。并且，在光学元件81中，对于入射光，通过控制图19的(c)中的垂直方向(上下方向)和水平方向(前后方向)的扩散特性，使朝向反射型导光体200的反射面的配光特性成为最佳。如图19的(b)所示，在反射型导光体200的表面设置凹凸图案502，将来自光学元件81的入射光朝向配置于反射型导光体200的相对面的影像显示装置(未图示)反射，得到所期望的扩散特性。光源的led元件(led14)和led准直器18的配置精度对光源的效率有较大影响。因此，通常光轴精度需要50μm左右的精度。因此，作为针对因led 14的发热引起的led准直器18的膨胀而导致安装精度降低的课题的对策，发明人采用了以下的结构。即，在本实施例中，如图19的(a)和(b)所示，作为使几个led元件(led14)和led准直器18成为一体
的光源单元503的构造，通过在光源装置中使用单独或多个(在本例中为3个)光源单元503，减轻了上述安装精度的降低。
129.在图19的(a)(b)(c)所示的实施例中，在反射型导光体200的长边方向(图中的左右方向)的两端部分别组装有多个(合计6个)将光led元件和led准直器18一体化而成的光源单元503。在本实施例中，在反射型导光体200的左右的每一侧，在画面内垂直方向(图19的(b)中的上下方向)上各组装有3个光源单元503。由此，实现光源装置13的亮度均匀化。在反射型导光体200的反射面(图19的(b)中形成有凹凸图案502的面)上，形成有多个与光源单元503大致平行的凹凸图案502。凹凸图案502的形成凹凸的截面是图19的(c)中的面，凹凸图案502的凹凸的重复方向是图19的(b)中的左右方向，一个凹凸的延伸方向是图19的(b)中的上下方向。在一个凹凸图案502中，也在其表面形成多面体。由此，能够高精度地控制入射到影像显示装置的光量。在本实施例中，将反射型导光体200的反射面的形状作为凹凸图案502进行了说明，但不限于此，也可以作为三角面、波形面等形状被规则地或不规则地排列而成的图案，只要是通过该图案面形状来控制从反射型导光体200朝向影像显示装置的配光图案的结构即可。另外，如图19的(a)所示，在反射型导光体200的侧面(未设置光源单元503的侧面)设置遮光壁504，以使由led准直器18控制的光不从光源装置13向外部泄漏，led元件(led14)可以采用通过设置于外侧的金属制的底座505提高散热性的设计。
130.＜柱状透镜＞
131.以下，对控制来自显示装置1的出射光的扩散特性的柱状透镜的作用进行说明。柱状透镜通过使透镜形状最佳化，能够从上述的显示装置1射出并在窗玻璃(图1)透过或反射而高效地得到空间悬浮影像。即，在本实施例中，通过采用对来自显示装置1的影像光组合2片柱状透镜、或者设置将微透镜阵列配置成矩阵状而控制扩散特性的片的结构，能够在画面内的x轴以及y轴的方向(图17)上，根据其反射角度(将垂直方向设为0度)来控制影像光的亮度(换言之，相对亮度)。在本实施例中，通过这样的柱状透镜，与现有相比，如图17的(b)所示，使垂直方向(y轴方向)的亮度特性陡峭，进而使上下方向(y轴的正负方向)的指向特性的平衡变化，由此提高基于反射、扩散的光的亮度(相对亮度)。由此，在本实施例中，如来自面发光激光影像源的影像光那样，设为扩散角度窄(换言之，直进性高)且仅有特定的偏振波分量的影像光，能够抑制在使用现有技术的情况下由回归反射光学部件产生的重影，能够进行控制使得回归反射的空间悬浮影像高效地到达观察者的眼睛。
132.另外，根据上述的光源装置，通过相对于图17的(a)、(b)所示的来自一般的液晶显示面板的出射光扩散特性(在图中标记为“现有”)，在x轴方向以及y轴方向上都设为大幅度夹角的指向特性，能够实现射出将与特定方向接近平行的影像光束射出的特定偏振波的光的显示装置。
133.图16示出了在本实施例中采用的柱状透镜的特性的一个例子。在该例子中，特别示出了图16的(a)的x方向(垂直方向)上的特性。在图16的(b)中，特性o表示光的出射方向的峰值是从垂直方向(0度)向上方30度附近的角度且上下对称的亮度特性。另外，特性a、特性b表示进一步在30度附近对峰值亮度的上方的影像光进行会聚而提高了亮度(相对亮度)的特性的例子。因此，在这些特性a、特性b中，在超过30度的角度，与特性o相比，光的亮度(相对亮度)急剧降低。
134.即，根据上述的包含柱状透镜的光学系统，在使来自显示装置1的影像光束入射到
回归反射光学部件2时，能够控制光源装置13中与夹角一致的影像光的出射角度、视场角，能够大幅提高回归反射光学部件2的设置的自由度。其结果，能够大幅提高在窗玻璃反射或透过而在所希望的位置成像的空间悬浮影像的成像位置的关系的自由度。其结果，能够使扩散角度窄(直进性高)，并且作为仅特定的偏振波分量的光高效地到达室外或室内的观察者的眼睛。由此，即使来自显示装置1的影像光的强度(对应的亮度)降低，观察者也能够正确地识别影像光而得到信息。换言之，通过减小显示装置1的输出，能够实现消耗电力低的显示装置。
135.根据本实施例，能够代替现有的hud装置，而提供一种空间悬浮影像显示装置，该空间悬浮影像显示装置不使影像被前挡风玻璃反射，而在车内、特别是前挡风玻璃与驾驶员所夹的空间将所需的影像作为空间悬浮影像进行显示。由此，能够提供即使在车身的设计不同的车型之间也能够展开的空间悬浮影像显示装置。
136.另外，根据本实施例，相对于现有技术的hud，能够实现能够在成为设置上的障碍因素的前挡风玻璃的形状、倾斜不同的车型间展开、能够显示可视性高的空间悬浮影像的空间悬浮显示装置。
137.以上，对各种实施例进行了详述，但本发明并不仅限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明了装置整体的实施例，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
138.符号说明
[0139]1…
显示装置、2
…
回归反射光学部件、3
…
立体像、4
…
影像显示装置、10
…
光源装置、11
…
液晶显示面板、21
…
偏光转换元件、6
…
前挡风玻璃、8
…
眼点、100
…
透过性板、1000
…
空间悬浮影像显示装置、101
…
偏光分离部件、12
…
吸收型偏光板、13
…
光源装置、41
…
开口部、110
…
箱体、203
…
导光体、2140
…
反射型偏光板、205、271
…
反射片、206、270
…
相位差板、3、3b
…
空间悬浮影像、301
…
空间悬浮影像的重影、2100
…
回归反射光学部件、300、2110、2120
…
反射镜、60、220
…
空间悬浮影像(空间悬浮像)、g1、g2、g3、g4、g6
…
空间悬浮影像的重影、r1
…
空间悬浮影像、401
…
凹面镜、403
…
光学元件、404
…
影像显示装置(液晶显示面板)。

技术特征：
1.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；1个以上的反射镜；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过作为所述反射镜的第一反射镜使透过了所述偏光分离部件的影像光朝向所述回归反射光学部件反射，通过所述回归反射光学部件对被所述第一反射镜反射的影像光进行偏光转换，从而将所述影像光的一方的偏振波转换为另一方的偏振波，使所述转换后的影像光被所述第一反射镜再次反射，通过所述偏光分离部件使被所述第一反射镜再次反射的影像光朝向所述开口部反射，基于被所述偏光分离部件反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，通过变更从所述影像源到所述回归反射光学部件的距离的结构，变更形成所述空间悬浮影像的位置。2.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，在连接所述空间悬浮影像和所述偏光分离部件的光路内，作为所述反射镜具有至少1个反射镜，使所述至少1个反射镜在所述光路内旋转，来变更形成所述空间悬浮影像的位置。3.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，在连接所述空间悬浮影像和所述偏光分离部件的光路内，作为所述反射镜具有至少1个反射镜，所述至少1个反射镜中配置在最接近所述空间悬浮影像的反射镜由反射所述影像光的特定的偏振波并使另一方的偏振波透过的金属多层膜形成。4.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述偏光分离部件由反射型偏光板或反射特定偏振波的金属多层膜形成。5.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，在所述透明部件的至少一面具有吸收型偏光板。6.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，关于所述透明部件，所述影像光穿过的部分由透明体形成，所述影像光不穿过的部分由遮光部件形成。7.根据权利要求1所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，在所述显示面板的影像显示面具有防反射膜，所述空间悬浮影像显示装置具有设置于所述显示面板的吸收型偏光板，
通过所述吸收型偏光板吸收所述反射光。8.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光向所述回归反射光学部件暂时透过，通过所述回归反射光学部件对透过了所述偏光分离部件的影像光进行偏光转换，从而将一方的偏振波转换为另一方的偏振波，通过所述偏光分离部件使所述转换后的影像光向所述开口部反射，基于被所述偏光分离部件反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，所述回归反射部件相对于所述影像源倾斜配置，且配置在与来自所述回归反射部件的回归反射影像光穿过的所述开口部远离的位置，阻碍外部光的入射，通过变更从所述影像源到所述回归反射光学部件的距离的结构，变更形成所述空间悬浮影像的位置。9.根据权利要求8所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述影像源配置在与所述回归反射影像光穿过的所述开口部远离的位置，且从所述开口部无法视觉确认从所述影像源射出的影像光的位置。10.根据权利要求8所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，从所述开口部射出的形成所述空间悬浮影像的影像光被所述反射镜中的1个反射镜反射，通过将所述1个反射镜相对于所述开口部的平面的角度设定为所希望的角度，来变更所述空间悬浮影像的位置以及角度。11.根据权利要求8所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，从所述开口部射出的形成所述空间悬浮影像的影像光被所述反射镜中的1个反射镜反射，所述1个反射镜具有特定偏振波的反射率较高的特性。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，显示于所述显示面板的影像是对在形成所述空间悬浮影像的光学系统中产生的像的畸变进行校正的影像。13.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；
作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；多个反射镜；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过所述反射镜中的第一反射镜使在所述偏光分离部件透过的影像光朝向所述回归反射光学部件反射，通过所述回归反射光学部件对被所述第一反射镜反射的影像光进行偏光转换，从而将一方的偏振波转换为另一方的偏振波，使所述转换后的影像光被所述第一反射镜再次反射，通过所述偏光分离部件使被所述第一反射镜再次反射的影像光朝向所述开口部反射，基于被所述偏光分离部件反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，通过变更从所述影像源到所述回归反射光学部件的距离的结构，变更形成所述空间悬浮影像的位置，所述回归反射光学部件的反射面的面粗糙度被设定为，所述空间悬浮影像的模糊量与所述影像源的像素尺寸的比率为40％以下，所述光源装置具有：点状或面状的光源；降低来自所述光源的光的发散角的光学部件；使来自所述光源的光与特定方向的偏光一致的偏光转换部件；以及具有向所述影像源传播的反射面的导光体，通过设置于所述光源装置的反射面的形状和面粗糙度来调整所述影像光，使来自所述影像源的具有夹角的发散角的影像光束被所述回归反射光学部件反射，而在空中形成所述空间悬浮影像。14.根据权利要求13所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，将所述回归反射光学部件的反射面的面粗糙度设定为160nm以下，所述光源装置具有：点状或面状的光源；降低来自所述光源的光的发散角的光学部件；使来自所述光源的光与特定方向的偏光一致的偏光转换部件；以及具有向所述影像源传播的反射面的导光体，所述导光体与所述影像源相对配置，在内部或表面设置有使来自所述光源装置的光向所述影像源反射的反射面，通过所述反射面向所述影像源传播光，所述影像源根据影像信号调制光强度，使来自所述影像源的具有夹角的发散角的影像光束被所述回归反射部件反射，而在空中形成所述空间悬浮影像。15.根据权利要求13所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置通过所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整光束的发散角的一部分或全部，以使所述显示面板的光线发散角在
±
30度以内。16.根据权利要求13所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置通过所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整光束的发散
角的一部分或全部，以便使所述显示面板的光线发散角在
±
15度以内。17.根据权利要求13所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置通过所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整光束的发散角的一部分或全部，以使所述显示面板的光线发散角的水平发散角和垂直发散角不同。18.根据权利要求13所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置具有对比度性能，该对比度性能是将通过设置于所述影像源的光入射面和光出射面的偏光板的特性而得到的对比度乘以所述偏光转换部件中的偏光转换的效率的倒数而得到的。19.根据权利要求13所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，该空间悬浮影像显示装置具备：反射型偏光板；以及设置于所述回归反射光学部件的影像光入射面的所述相位差板，所述反射型偏光板被配置为，来自所述影像源的影像光暂时被所述反射型偏光板反射而入射到所述回归反射部件，通过所述影像光2次穿过所述相位差板，所述影像光的偏振波被转换为另一方的偏振波，转换后的影像光穿过所述反射型偏光板。20.根据权利要求19所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置具有对比度性能，该对比度性能是将通过设置于所述影像源的光入射面和光出射面的2片偏光板的特性得到的对比度乘以所述偏光转换部件中的偏光转换的效率的倒数和所述反射型偏光板的交叉透过率的倒数而得到的。21.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；多个反射镜；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过所述反射镜中的第一反射镜使在所述偏光分离部件透过的影像光朝向所述回归反射光学部件反射，通过所述回归反射光学部件对被所述第一反射镜反射的影像光进行偏光转换，从而将一方的偏振波转换为另一方的偏振波，使所述转换后的影像光被所述第一反射镜再次反射，通过所述偏光分离部件使被所述第一反射镜再次反射的影像光朝向所述开口部反射，基于被所述偏光分离部件反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，所述空间悬浮影像显示装置具备遮挡来自所述影像源的具有超过特定角度的发散角
的影像光入射到所述回归反射光学部件的遮光部件，通过变更从所述影像源到所述回归反射光学部件的距离的结构，变更形成所述空间悬浮影像的位置：所述回归反射光学部件的反射面的面粗糙度被设定为，所述空间悬浮影像的模糊量与所述影像源的像素尺寸的比率为40％以下，所述光源装置具有：点状或面状的光源；降低来自所述光源的光的发散角的光学部件；使来自所述光源的光与特定方向的偏光一致的偏光转换部件；以及具有向所述影像源传播的反射面的导光体，所述空间悬浮影像显示装置具有反射型偏光板，所述导光体与所述影像源相对配置，在内部或者表面设置有使来自所述光源的光朝向所述影像源反射的反射面，使由所述反射型偏光板反射的特定的偏光方向的光透过连接所述述导光体的相邻的所述反射面的面，由设置于所述导光体的与所述影像源接触的面的相反面的反射板反射，2次穿过配置于所述反射板的上表面的相位差板而进行偏光转换，从而转换为穿过所述反射型偏光板的偏振波，使转换后的光穿过所述导光体而传播至所述影像源，所述影像源根据影像信号调制光强度，所述光源装置通过设置于所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整从所述光源入射至所述影像源的光束的发散角的一部分或全部，使来自所述影像源的具有夹角的发散角的影像光束被所述回归反射光学部件反射，而在空中形成所述空间悬浮影像。22.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；多个反射镜；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过所述反射镜中的第一反射镜使在所述偏光分离部件透过的影像光朝向所述回归反射光学部件反射，通过所述回归反射光学部件对被所述第一反射镜反射的影像光进行偏光转换，从而将一方的偏振波转换为另一方的偏振波，使所述转换后的影像光被所述第一反射镜再次反射，通过所述偏光分离部件使被所述第一反射镜再次反射的影像光朝向所述开口部反射，基于被所述偏光分离部件反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，在连接所述影像源与所述回归反射光学部件而成的空间内，具备遮挡来自所述影像源
的具有超过特定角度的发散角的影像光入射到所述回归反射光学部件的遮光部件，所述回归反射光学部件的反射面的面粗糙度被设定为，所述空间悬浮影像的模糊量与所述影像源的像素尺寸的比率为40％以下，所述光源装置具有：点状或面状的光源；降低来自所述光源的光的发散角的光学部件；具有使来自所述光源的光反射并向所述影像源传播的反射面的导光体；以及与所述导光体的另一面相对并从所述导光体起依次配置的相位差板和反射面，所述导光体的所述反射面被配置为，使来自所述光源的光反射并向与所述导光体相对配置的所述影像源传播，空间悬浮影像显示装置具备配置在所述导光体的所述反射面与所述影像源之间的反射型偏光板，被所述反射型偏光板反射的特定的偏光方向的光被与所述导光体的另一面相对并接近配置的反射面反射，被反射的光2次穿过配置在所述导光体与所述反射面之间的所述相位差板而进行偏光转换，使转换后的光穿过所述反射型偏光板而向所述影像源传播特定的偏光方向的光，所述影像源根据影像信号调制光强度，所述光源装置通过设置于所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整从所述光源入射到所述影像源的光束的发散角的一部分或全部，使来自所述影像源的具有夹角的发散角的影像光束被所述回归反射光学部件反射，而在空中形成所述空间悬浮影像。23.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置通过设置于所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整光束的发散角的一部分或全部，以使所述显示面板的光线发散角在
±
30度以内。24.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置通过设置于所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整光束的发散角的一部分或全部，以使所述显示面板的光线发散角在
±
10度以内。25.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置通过设置于所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整光束的发散角的一部分或全部，以使所述显示面板的光线发散角的水平发散角和垂直发散角不同。26.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置具有对比度性能，该对比度性能是将通过设置于所述显示面板的光入射面和光出射面的2个偏光板的特性而得到的对比度乘以所述反射型偏光板的交叉透过率的倒数而得到的。27.根据权利要求21所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述反射型偏光板被配置为，使来自所述影像源的影像光被所述反射型偏光板暂时反射而入射到所述回归反射光学部件，在所述回归反射光学部件的影像光入射面具有所述相位差板，2次穿过所述相位差板将所述影像光的偏振波转换为另一方的偏振波，从而穿过所述反射型偏光板。
28.根据权利要求25所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述光源装置具有对比度性能，该对比度性能是将通过设置于所述显示面板的光入射面和光出射面的2个偏光板的特性而得到的对比度乘以所述反射型偏光板的交叉透过率的倒数而得到的。29.根据权利要求21至26中的任一项所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，关于所述光源装置，针对1个影像显示元件，作为所述光源而具备多个光源。30.根据权利要求21至27中的任一项所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，关于所述光源装置，针对1个影像显示元件，作为所述光源而具备光的射出方向不同的多个面发光光源。31.一种光源装置，用于权利要求26至28中的任一项所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，发散角在
±
30度以内。32.一种光源装置，用于权利要求29所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，发散角在
±
10度以内。33.一种光源装置，用于权利要求30所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，水平扩散角和垂直扩散角不同。34.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：开口部，其使形成所述空间悬浮影像的特定偏振波的影像光穿过；透明部件，其配置于所述开口部，使所述影像光穿过；作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；回归反射光学部件，其在回归反射面设置有相位差板；反射镜；以及偏光分离部件，其设置在将所述影像源与所述回归反射光学部件连接而成的空间内，通过所述偏光分离部件使来自所述影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过所述反射镜使在所述偏光分离部件透过的影像光朝向所述回归反射光学部件反射，通过所述回归反射光学部件对被所述反射镜反射的影像光进行偏光转换，从而将一方的偏振波转换为另一方的偏振波，使所述转换后的影像光被所述偏光分离部件反射，通过所述反射镜使被所述偏光分离部件反射的影像光朝向所述开口部反射，基于被所述反射镜反射的影像光，在所述开口部的所述透明部件的外侧显示作为实像的所述空间悬浮影像，所述光源装置具有：点状或面状的光源；降低来自所述光源的光的发散角的光学部件；使来自所述光源的光与特定方向的偏光一致的偏光转换部件；以及具有向所述影像源传播的反射面的导光体，所述回归反射部件的反射面的面粗糙度被设定为，所述空间悬浮影像的模糊量与所述影像源的像素尺寸的比率为40％以下，
所述导光体与所述影像源相对配置，在内部或表面具有使来自所述光源的光向所述影像源反射的反射面，通过所述反射面向所述影像源传播光，所述影像源根据影像信号调制光强度，通过设置于所述光源装置的所述反射面的形状和面粗糙度来调整从所述光源入射到所述影像源的光束的发散角的一部分或全部，通过所述回归反射光学部件使来自所述影像源的具有夹角的发散角的影像光束反射，而在空中形成所述空间悬浮影像，所述回归反射光学部件的形状是相对于所述影像源曲率半径为200mm以上的凹面或凸面形状。35.根据权利要求22所述的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述回归反射光学部件的形状是相对于所述影像源曲率半径为200mm以下的凹面或凸面形状。36.一种形成空间悬浮影像的空间悬浮影像显示装置，其特征在于，所述空间悬浮影像显示装置具备：作为影像源的显示面板；光源装置，其向所述影像源供给特定的偏光方向的光；透过性板，其在表面设置有偏光分离部件；光学系统，其由设置有相位差板的回归反射光学部件构成；反射镜；箱体，其收纳这些构成部件；以及外框，其保持所述透过性板并与所述箱体连接，通过所述偏光反射分离部件反射来自所述影像源的特定偏振波的影像光，通过所述回归反射光学部件使被所述偏光反射分离部件反射后的影像光回归反射而进行偏光转换，使所述转换后的影像光被所述偏光分离部件反射，使被所述偏光分离部件反射后的影像光被所述反射镜反射，使被所述反射镜反射后的影像光透过所述透过性板，基于透过了所述透过性板后的影像光，形成所述空间悬浮影像，以在所述空间悬浮影像的观察者观察所述空间悬浮影像的情况下，所述空间悬浮影像的一部分或全部覆盖于所述外框的一部分或全部的方式，将所述光学系统配置于所述箱体内。

技术总结
本发明提供一种能够得到外部光的影响和重影少的空间悬浮影像、可视性高且紧凑的空间悬浮影像装置。空间悬浮影像显示装置具备：配置有使特定偏振波的影像光穿过的透明部件的开口部；作为影像源的显示面板；向影像源供给特定的偏光方向的光的光源装置；在回归反射面设置有相位差板的回归反射光学部件；1个以上的反射镜；以及设置在连接影像源与回归反射光学部件的空间内的偏光分离部件。空间悬浮影像显示装置利用偏光分离部件使来自影像源的特定偏振波的影像光暂时透过，通过第一反射镜进行反射，利用回归反射光学部件进行偏光转换，利用第一反射镜使转换后的影像光再次反射，利用偏光分离部件进行反射，在开口部的外侧显示空间悬浮影像。空间悬浮影像显示装置通过变更从影像源到回归反射光学部件的距离的构造，变更形成空间悬浮影像的位置。更形成空间悬浮影像的位置。更形成空间悬浮影像的位置。


技术研发人员：平田浩二 藤田浩司 杉山寿纪
受保护的技术使用者：麦克赛尔株式会社
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2023/8/14