空中显示装置的制作方法 专利技术说明

摄影电影;光学设备的制造及其处理,应用技术1.本发明涉及一种在空中显示图像的空中显示装置。背景技术：2.正在研究能够将图像或动画等作为空中像来显示的空中显示装置，并期待其成为新的人机接口。空中显示装置例如使用二面角形反射器被排列为阵列状而成的二面角形反射器阵列，对从显示元件射出的光进行反射，在空中显示图像等。由二面角形反射器阵列进行的显示方法能够无像差地在面对称位置处显示图像等。3.现有技术文献4.专利文献5.专利文献1：日本特开2017-67933号公报技术实现要素：6.发明要解决的课题7.本发明提供能够实现小型化的空中显示装置。8.用于解决课题的手段9.根据本发明的第一方式，提供一种空中显示装置，具备：显示元件，显示图像；以及棱镜元件，反射来自上述显示元件的光，在与上述显示元件相反侧的空中显示图像，上述棱镜元件包括在水平面内排列的多个要素棱镜，上述多个要素棱镜分别由六面体形成，包括使光折射的第一折射面及第二折射面、以及使光反射的第一反射面及第二反射面，上述第一折射面对应于上述六面体的底面，相对于与上述水平面平行的第一方向倾斜，上述第二折射面对应于上述六面体的上表面，相对于上述第一方向倾斜，上述第一反射面对应于上述六面体的一个侧面，与法线方向平行，上述第二反射面对应于上述六面体的另一个侧面，与上述第一反射面相接，与上述法线方向平行。10.根据本发明的第二方式，在第一方式的空中显示装置中，上述第一折射面相对于上述第一方向倾斜45度，上述第二折射面相对于上述第一方向倾斜45度。11.根据本发明的第三方式，在第一方式的空中显示装置中，在俯视时，上述第一反射面相对于上述第一方向倾斜，在俯视时，上述第二反射面相对于上述第一方向倾斜。12.根据本发明的第四方式，在第三方式的空中显示装置中，上述第一反射面相对于上述第一方向倾斜45度，上述第二反射面相对于上述第一方向倾斜45度。13.根据本发明的第五方式，在第一方式的空中显示装置中，上述第一反射面以及上述第二反射面以相互正交的方式配置。14.根据本发明的第六方式，在第一方式的空中显示装置中，上述棱镜元件由具有透光性的材料构成。15.根据本发明的第七方式，在第一方式的空中显示装置中，还具备发出光的照明元件，上述显示元件为液晶显示元件，使来自上述照明元件的光透射。16.根据本发明的第八方式，提供一种空中显示装置，具备：显示元件，显示图像；以及棱镜元件，反射来自上述显示元件的光，在与上述显示元件相反侧的空中显示图像，上述棱镜元件包括：基板；多个要素棱镜，设置于上述基板的底面，在水平面内排列；以及多个折射部件，设置于上述基板的上表面，使光折射，上述多个要素棱镜分别由六面体形成，包括使光折射的折射面以及使光反射的第一反射面及第二反射面，上述折射面对应于上述六面体的底面，相对于与上述水平面平行的第一方向倾斜，上述第一反射面对应于上述六面体的一个侧面，与法线方向平行，上述第二反射面对应于上述六面体的另一个侧面，与上述第一反射面相接，与上述法线方向平行，上述多个折射部件在上述第一方向上并排排列，分别在上述水平面内沿着与上述第一方向正交的第二方向延伸，分别由三棱柱构成。17.根据本发明的第九方式，在第八方式的空中显示装置中，上述折射面相对于上述第一方向倾斜45度。18.根据本发明的第十方式，在第八方式的空中显示装置中，上述多个折射部件分别具有相对于上述第一方向倾斜45度的折射面。19.根据本发明的第十一方式，在第八方式的空中显示装置中，在俯视时，上述第一反射面相对于上述第一方向倾斜，在俯视时，上述第二反射面相对于上述第一方向倾斜。20.根据本发明的第十二方式，在第十一方式的空中显示装置中，上述第一反射面相对于上述第一方向倾斜45度，上述第二反射面相对于上述第一方向倾斜45度。21.根据本发明的第十三方式，在第八方式的空中显示装置中，上述第一反射面以及上述第二反射面以相互正交的方式配置。22.根据本发明的第十四方式，在第八方式的空中显示装置中，上述棱镜元件由具有透光性的材料构成。23.根据本发明的第十五方式，在第八方式的空中显示装置中，还具备发出光的照明元件，上述显示元件为液晶显示元件，使来自上述照明元件的光透射。24.发明效果25.根据本发明，能够提供一种能够实现小型化的空中显示装置。附图说明26.图1是实施方式的空中显示装置的立体图。27.图2a是棱镜元件的立体图。28.图2b是棱镜元件的一部分区域的俯视图。29.图2c是棱镜元件的侧视图。30.图3a是一个要素棱镜的立体图。31.图3b是要素棱镜的俯视图。32.图3c是要素棱镜的侧视图。33.图4是空中显示装置的框图。34.图5是对空中显示装置的动作进行说明的示意图。35.图6a是对要素棱镜的动作进行说明的示意图。36.图6b是对要素棱镜的动作进行说明的示意图。37.图6c是对要素棱镜的动作进行说明的示意图。38.图7a是第一实施例的棱镜元件的立体图。39.图7b是第一实施例的棱镜元件的侧视图。40.图7c是第一实施例的棱镜元件的一部分区域的仰视图。41.图8a是第二实施例的棱镜元件的立体图。42.图8b是第二实施例的棱镜元件的侧视图。43.图9是对第二实施例的棱镜元件的制造方法进行说明的图。具体实施方式44.以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，附图是示意性或者概念性的图，各附图的尺寸以及比率等不一定与现实情况相同。此外，即使在附图相互之间表示相同的部分的情况下，也存在相互的尺寸关系、比率被不同地表示的情况。特别是，以下所示的几个实施方式示例了用于使本发明的技术思想具体化的装置以及方法，不通过构成部件的形状、构造、配置等来确定本发明的技术思想。此外，在以下的说明中，对于具有相同功能以及构成的要素赋予相同符号，省略重复的说明。45.[1]空中显示装置1的构成[0046]图1是实施方式的空中显示装置1的立体图。图1的x方向是沿着空中显示装置1的某1边的方向，y方向是在水平面内与x方向正交的方向，z方向是与xy平面正交的方向(也称作法线方向)。[0047]空中显示装置1具备照明元件10、显示元件11、以及棱镜元件12。照明元件10、显示元件11、以及棱镜元件12依次沿着z方向配置，并且以各自的主面成为平行的方式配置。在图1中，以构成空中显示装置1的多个元件浮起的方式表示，但这些元件(照明元件10、显示元件11、以及棱镜元件12)通过未图示的支承部件而固定于附图的位置。[0048]照明元件10发出照明光，并将该照明光朝向显示元件11射出。照明元件10由面光源构成。照明元件10例如由侧灯型(边灯型)的背光灯构成。照明元件10具备光源部10a、以及导光板10b。光源部10a配置在导光板10b的侧面，朝向导光板10b的侧面发出照明光。导光板10b将来自光源部10a的照明光朝向显示元件11射出。光源部10a例如包括发出白色光的多个发光二极管(led：light emitting diode)。[0049]显示元件11为透射式的显示元件。显示元件11例如由液晶显示元件构成。关于显示元件11的驱动模式不特别限定，能够使用tn(twisted nematic)模式、va(vertical alignment)模式、或者同质模式等。显示元件11接受从照明元件10射出的照明光。显示元件11使照明光透射而进行光调制。然后，显示元件11在其显示面上显示所希望的图像以及/或者动画。[0050]棱镜元件12接受透射了显示元件11的显示光。棱镜元件12通过使显示光折射以及反射，由此在与显示元件11相反侧的空中显示空中像。处于棱镜元件12的与显示元件11相反侧的观察者能够目视确认由棱镜元件12反射的显示光。[0051][2]棱镜元件12的具体构成[0052]接下来，对棱镜元件12的具体构成进行说明。图2a是棱镜元件12的立体图。图2b是棱镜元件12的一部分区域的俯视图。图2c是棱镜元件12的侧视图，且是朝向y方向观察棱镜元件12的图。[0053]棱镜元件12具备沿着x方向以及y方向排列的多个要素棱镜20。多个要素棱镜20相互隔开间隔地配置，且排列为锯齿状(千鸟格状)。即，多个要素棱镜20被配置为，1行沿相对于x方向成为45度的方向延伸，多行沿着相对于y方向成为45度的方向排列。要素棱镜20具有透光性，例如由丙烯酸树脂构成。[0054]图3a是一个要素棱镜20的立体图。图3b是要素棱镜20的俯视图，且是在xy平面中观察要素棱镜20的图。图3c是要素棱镜20的侧视图，且是在xz平面中观察要素棱镜20的图。[0055]各要素棱镜20由六面体构成。要素棱镜20包括2个折射面20a、20b以及2个反射面20c、20d。折射面20a对应于六面体的底面，折射面20b对应于六面体的上表面，反射面20c、20d对应于六面体的侧面。反射面20c、20d与z方向(法线方向)平行。反射面20c与反射面20d相互相接，例如形成90度的角度地配置。如图3b所示那样，六面体的4个侧面例如形成90度的角度地配置。在俯视时，反射面20c以相对于x方向形成角度θ1的方式倾斜地配置(倾斜)。角度θ1例如为45度。同样，在俯视时，反射面20d以相对于y方向形成角度θ1的方式倾斜地配置。另外，角度θ1并不限定于45度，能够在30度以上60度以下的范围内设定。[0056]如图3c所示那样，折射面20a以相对于x方向形成角度θ2的方式倾斜地配置，并且以朝向反射面20c与反射面20d相接的线而要素棱镜20的尺寸变大的方式倾斜地配置。折射面20b以相对于x方向形成角度θ3的方式倾斜地配置，并且以朝向反射面20c与反射面20d相接的线而要素棱镜20的尺寸变大的方式倾斜地配置。角度θ2以及角度θ3例如为45度。角度θ2以及角度θ3被设定为相同。另外，角度θ2以及角度θ3并不限定于45度，能够在30度以上60度以下的范围内设定。[0057]折射面20a、20b分别具有通过界面使光折射的功能。反射面20c、20d分别具有通过界面使光反射的功能。[0058]另外，也可以构成为，在相邻接的要素棱镜20之间设置反射膜，通过该反射膜而相邻接的要素棱镜20相接。由此，能够将多个要素棱镜20一体地进行固定。[0059]另外，也可以构成为，在要素棱镜20的侧面局部地形成微小的凹凸，通过该凹凸而相邻接的要素棱镜20局部地相接。在该情况下，也能够将多个要素棱镜20一体地固定。[0060][3]空中显示装置1的框图构成[0061]图4是空中显示装置1的框图。空中显示装置1具备照明元件10、显示元件11、棱镜元件12、显示驱动电路14、电压产生电路15、以及控制电路16。[0062]显示驱动电路14向显示元件11供给信号而驱动显示元件11。然后，显示驱动电路14使显示元件11显示图像以及/或者动画。[0063]电压产生电路15产生照明元件10以及显示驱动电路14进行动作所需要的多种电压，将这些电压向照明元件10以及显示驱动电路14供给。[0064]控制电路16对空中显示装置1整体的动作进行控制。即，控制电路16对照明元件10、显示驱动电路14、以及电压产生电路15进行控制。然后，控制电路16使空中像13显示于所希望的显示位置。[0065][4]动作[0066]对如上述那样构成的空中显示装置1的动作进行说明。图5是对空中显示装置1的动作进行说明的示意图。[0067]照明元件10朝向显示元件11射出照明光。显示元件11使从照明元件10射出的照明光透射，并且显示图像以及/或者动画。棱镜元件12通过使从显示元件11射出的显示光折射以及反射，由此在空中显示空中像13。在图5中，照明元件10上的黑圆表示照明光的射出位置，空中像13内的黑圆表示显示光的成像位置。[0068]图6a～图6c是对要素棱镜20的动作进行说明的示意图。图6a是要素棱镜20的立体图。图6b是要素棱镜20的俯视图，且是在xy平面中观察要素棱镜20的图。图6c是要素棱镜20的侧视图，且是在xy平面中观察要素棱镜20的图。[0069]从显示元件11射出的光向要素棱镜20的折射面20a入射，并由折射面20a折射。此时，具有“入射角＞折射角”的关系。接着，透射了折射面20a的光由反射面20c以及反射面20d反射两次。接着，由反射面20c以及反射面20d反射后的光向折射面20b入射，并由折射面20b折射。此时，具有“入射角＜折射角”的关系。透射了折射面20b的光对空中像13进行成像。[0070]在图6a～图6c中，下侧的黑圆表示光源，上侧的黑圆表示光的成像位置。在图6a～图6c中，白色方块表示光折射的位置，白圆表示光反射的位置。在相对于要素棱镜20而与光源对称的位置处成像出空中像13。[0071][5]棱镜元件12的实施例[0072]接下来，对棱镜元件12的实施例进行说明。图7a是第一实施例的棱镜元件12的立体图。图7b是第一实施例的棱镜元件12的侧视图，且是朝向y方向观察棱镜元件12的图。图7c是第一实施例的棱镜元件12的一部分区域的仰视图。[0073]棱镜元件12具备多个要素棱镜20、基板21、以及多个折射部件22。多个要素棱镜20、基板21、以及多个折射部件22具有透光性，例如由丙烯酸树脂构成。[0074]基板21是沿着xy平面扩展的板状部件。基板21的平面形状为四边形。[0075]在基板21的底面上设置有多个要素棱镜20。各要素棱镜20由六面体构成。要素棱镜20除了上表面水平地形成以外，为与在图3a～图3c中说明的要素棱镜相同的构成。即，要素棱镜20包括上述的折射面20b以及反射面20c、20d。要素棱镜20的上表面与基板21的底面相接。多个要素棱镜20的排列也与在图2a中说明的要素棱镜相同。[0076]在基板21的上表面设置有多个折射部件22。多个折射部件22在x方向上排列配置。各折射部件22由沿着y方向延伸的三棱柱构成。折射部件22具有折射面22a。折射面22a相对于x方向倾斜地配置，且以朝向x方向而折射部件22的尺寸变大的方式倾斜地形成。折射面22a例如相对于x方向倾斜45度地形成。折射部件22的折射面22a具有和与上述要素棱镜20的上表面对应的折射面20b相同的功能。[0077]如上述那样构成的第一实施例的棱镜元件12能够实现与在实施方式中说明的棱镜元件相同的动作。另外，图7a的棱镜元件12也可以使折射部件22位于下侧而上下相反地配置。[0078]图8a是第二实施例的棱镜元件12的立体图。图8b是第二实施例的棱镜元件12的侧视图，且是朝向y方向观察棱镜元件12的图。[0079]棱镜元件12具备多个要素棱镜20、第一基板21、多个第一折射部件22、第二基板23、以及多个第二折射部件24。多个要素棱镜20、第一基板21、多个第一折射部件22、第二基板23、以及多个第二折射部件24具有透光性，例如由丙烯酸树脂构成。第一基板21、以及多个第一折射部件22的构成与第一实施例相同。[0080]多个要素棱镜20由四棱柱构成。各要素棱镜20具有使光反射2次的功能。要素棱镜20与上述实施方式同样地包括反射面20c、20d。多个要素棱镜20的排列也与在图2a中说明的要素棱镜20相同。[0081]第二基板23是沿着xy平面扩展的板状部件。第二基板23的平面形状为四边形。要素棱镜20的底面与第二基板23的上表面相接。[0082]在第二基板23的底面上设置有多个第二折射部件24。多个第二折射部件24在x方向上排列配置。各第二折射部件24由沿着y方向延伸的三棱柱构成。第二折射部件24具有折射面24a。折射面24a相对于x方向倾斜地配置，且以朝向x方向而第二折射部件24的尺寸变大的方式倾斜地形成。折射面24a例如相对于x方向倾斜45度地形成。第二折射部件24的折射面24a具有和与上述要素棱镜20的底面对应的折射面20a相同的功能。[0083]如上述那样构成的第二实施例的棱镜元件12能够实现与在实施方式中说明的棱镜元件相同的动作。[0084]接下来，对第二实施例的棱镜元件12的制造方法的一个例子进行说明。图9是对第二实施例的棱镜元件12的制造方法进行说明的图。[0085]如图9的(a)所示那样，多个要素棱镜20、第一基板21、以及多个第一折射部件22一体地形成，而形成第一光学元件12a。接着，如图9的(b)所示那样，第二基板23以及多个第二折射部件24一体地形成，而形成第二光学元件12b。[0086]接着，在第二基板23的上表面上涂敷透明的粘合剂25。接着，经由粘合剂25使第一光学元件12a与第二光学元件12b贴合。如此，形成图8b所示的棱镜元件12。[0087][6]实施方式的效果[0088]如以上详细叙述的那样，在实施方式中，空中显示装置1具备照明元件10、显示元件11、以及棱镜元件12。照明元件10、显示元件11、以及棱镜元件12依次沿着法线方向配置，并且以各自的主面平行的方式配置。照明元件10以及显示元件11使显示光向棱镜元件12沿着法线方向入射。棱镜元件12对来自显示元件11的显示光进行折射以及反射，在与显示元件11相反侧的空间中显示图像以及/或者动画。[0089]因此，根据实施方式，不需要将照明元件10以及显示元件11相对于棱镜元件12倾斜地配置。由此，能够实现能够在维持空中像的显示品质的同时在法线方向上小型化的空中显示装置1。另外，能够实现在水平方向上也能够小型化的空中显示装置1。[0090]在上述实施方式中，作为显示元件而以液晶显示元件为例进行说明，但也可以使用液晶显示元件以外的显示元件、例如自发光型的有机el(electroluminescence)显示元件等。在使用有机el显示元件的情况下，省略照明元件10。[0091]本发明不限定于上述实施方式，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。此外，各实施方式也可以适当地组合而实施，在该情况下能够得到组合的效果。并且，在上述实施方式包含各种发明，通过从公开的多个构成要件中选择的组合能够提取各种发明。例如，在从实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件也能够解决课题并得到效果的情况下，该构成要件被删除的构成也能够提取为发明。









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