TWI792601B - 空中顯示裝置 - Google Patents

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TWI792601B TW110137291A TW110137291A TWI792601B TW I792601 B TWI792601 B TW I792601B TW 110137291 A TW110137291 A TW 110137291A TW 110137291 A TW110137291 A TW 110137291A TW I792601 B TWI792601 B TW I792601B
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代工康宏
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日商凸版印刷股份有限公司
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Abstract

空中顯示裝置包含：顯示模組(3)，具有射出用以顯示空中影像的顯示光之光射出面，在光射出面上方且平行於光射出面的第1面顯示空中影像；感測裝置(4)，以在相對於前述第1面傾斜交叉的第2面形成檢測區域之方式射出雷射光，檢測進入前述檢測區域內的對象物；及框體(2)，收容顯示模組(3)及感測裝置(4)。

Description

空中顯示裝置
本發明係有關空中顯示裝置。
研究一種可將影像、動畫等顯示成空中影像的空中顯示裝置，期待作為新的人機介面(human machine interface)。空中顯示裝置係例如，使用二面角反射器呈陣列狀排列而成的二面角反射器陣列(dihedral corner reflector array)，反射從顯示元件的顯示面射出的光，在空中將實像成像(參照專利文獻1)。利用二面角反射器陣列的顯示法係可不產生像差(aberration)在面對稱位置顯示實像(空中影像)。若能以非接觸方式操作該空中影像，由於可在不像觸控面板般直接接觸下進行輸入，故可進行衛生的輸入。
例如提案有能以指尖操作空中映像的系統(參照非專利文獻1)。然而，為了感測與空中影像相同的面，必須在空中影像附近設置感測器，會有難以將感測器朝框體內設置的情況。又，為了沿著空中影像進行感測，必須在空中影像的周圍配置具備感測器的框，因此會有框體變大的情況。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-67933號公報 [非專利文獻]
[專利文獻1]獨立行政法人資訊通信研究機構，“開發可操作空中映像的浮空觸控顯示器(Floating Touch Display)”，[online]，2009年4月15日，［令和2年10月2日檢索］，網際網路〈URL:https://www.nict.go.jp/ press/2009/04/15-3.html〉
[發明欲解決之課題]
本發明提供一種可檢測出觸控空中影像的操作且可小型化的空中顯示裝置。 [用以解決課題之手段]
根據本發明第1態樣，提供一種空中顯示裝置，具備： 顯示模組，具有射出用以顯示空中影像的顯示光之光射出面，在前述光射出面上方且平行於前述光射出面的第1面顯示前述空中影像； 感測裝置，以在相對於前述第1面傾斜交叉的第2面形成檢測區域之方式射出雷射光，檢測進入前述檢測區域內的對象物；及 框體，收容前述顯示模組及前述感測裝置。
根據本發明第2態樣，提供如第1態樣的空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含： 複數個發光元件，排列於第1方向，發出前述雷射光；及 複數個受光元件，排列於前述第1方向，檢測在前述對象物反射的反射光。
根據本發明第3態樣，提供如第2態樣的空中顯示裝置，其中前述複數個發光元件與前述複數個受光元件係交替地配置。
根據本發明第4態樣，提供如第3態樣的空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含角度調整機構，其以調節前述複數個發光元件朝向的角度之方式，調整前述第1面與前述檢測區域交叉的角度。
根據本發明第5態樣，提供如第2態樣的空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含前述複數個發光元件及設置於前述複數個受光元件上方的複數個透鏡。
根據本發明第6態樣，提供如第5態樣的空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含外殼，其收容前述複數個發光元件、前述複數個受光元件及前述複數個透鏡。
根據本發明第7態樣，提供如第1態樣的空中顯示裝置，其中 前述顯示模組包含： 顯示元件，對前述光射出面傾斜地射出顯示光，以顯示影像； 反射鏡元件，將從前述顯示元件射出的前述顯示光朝向與前述顯示元件的相反側反射；及 光路偏向元件，使藉由前述反射鏡元件反射的前述顯示光朝垂直於前述光射出面的方向折射， 前述顯示元件、前述反射鏡元件及前述光路偏向元件係相互平行地配置。
根據本發明第8態樣，提供如第7態樣的空中顯示裝置，其中前述光路偏向元件包含複數個稜柱(prism)。
根據本發明第9態樣，提供如第7態樣的空中顯示裝置，其中 前述反射鏡元件包含複數個光學要素， 前述複數個光學要素的每一者係由長方體或立方體構成，且具有彼此相接且將光反射之第1及第2反射面。
根據本發明第10態樣，提供如第7態樣的空中顯示裝置，其更具備朝前述顯示元件發出照明光之照明元件，前述顯示元件係液晶顯示元件。
根據本發明第11態樣，提供如第7態樣的空中顯示裝置，其更具備配置在前述顯示元件與前述反射鏡元件之間的第1光控制元件，前述第1光控制元件包含複數個第1透明構件及複數個第1遮光構件， 前述複數個第1透明構件與前述複數個第1遮光構件係以鄰接者彼此相接的方式交替地配置， 前述複數個第1透明構件及前述複數個第1遮光構件的每一者係延伸於和前述光射出面垂直的方向。
根據本發明第12態樣，提供如第7態樣的空中顯示裝置，其更具備配置在前述顯示元件與前述反射鏡元件之間的第2光控制元件， 前述第2光控制元件包含複數個第2透明構件及複數個第2遮光構件， 前述複數個第2透明構件與前述複數個第2遮光構件係以鄰接者彼此相接的方式交替地配置， 前述複數個第2透明構件及前述複數個第2遮光構件的每一者係相對於垂直前述光射出面的方向呈傾斜的方向延伸。 [發明之效果]
依據本發明，能提供一種可檢測出觸控空中影像的操作且可小型化的空中顯示裝置。
[用以實施發明的形態]
以下，針對實施形態參照圖面作說明。其中，圖面乃係示意或概念圖，各圖面的尺寸及比例等未必與實際相同。此外，即使在圖面之間表示相同的部分時，有時彼此的尺寸關係和比例亦有作不同地表示的情況。特別是，以下所示的幾個實施形態為例示用以將本發明技術思想具體化之裝置及方法，本發明的技術思想並非受構成零件的形狀、構造、配置等而特定。此外，在以下的說明中，針對具有同一功能及構成的要素附上同一符號，且省略重複的說明。
[1]空中顯示裝置1的構成 圖1係本發明實施形態的空中顯示裝置1的立體圖。圖1中，X方向係沿著空中顯示裝置1某一邊的方向，Y方向係在水平面內與X方向正交的方向，Z方向係與XY平面正交的方向(亦稱為法線方向)。空中顯示裝置1具備框體2、顯示模組3及感測裝置4。
框體2係收容顯示模組3及感測裝置4。框體2的外形係長方體。框體2係具有露出顯示模組3的上表面(光射出面)之開口部2A，及供從感測裝置4射出的光通過的開口部2B。框體2係以金屬或樹脂所構成。
顯示模組3係顯示影像的裝置。顯示模組3係在自身的光射出面的上方的空中顯示空中影像。所謂空中影像係指在空中成像的實像。顯示模組3包含在Z方向空出間隔配置的複數個元件。圖1中，以長方體簡化表示顯示模組3。關於顯示模組3的詳情將於後闡述。
感測裝置4係用以檢測包含於既定區域的檢測對象物之裝置。感測裝置4係朝既定方向射出雷射光。又，感測裝置4係檢測藉檢測對象物反射的雷射光。關於感測裝置4的詳情將於後闡述。
圖2係圖1所示的顯示模組3之立體圖。圖3係圖1所示的顯示模組3之側視圖。顯示模組3係具備照明元件(亦稱為背光)10、顯示元件20、第1光控制元件30、第2光控制元件40、反射鏡元件50及光路偏向元件60。照明元件10、顯示元件20、第1光控制元件30、第2光控制元件40、反射鏡元件50及光路偏向元件60係藉由設於框體2內的支持構件(未圖示)固定於圖2的位置。
照明元件10係發出照明光，將該照明光朝顯示元件20射出。
顯示元件20係透射型的顯示元件。顯示元件20係例如以液晶顯示元件構成。關於顯示元件20的驅動模式未特別限定，可使用TN(Twisted Nematic，扭轉向列)模式、VA(Vertical Alignment，垂直定向)模式或均質(homogeneous)模式等。顯示元件20係接收從照明元件10射出的照明光。顯示元件20係供照明光透射而進行光調變。而且，顯示元件20係在其顯示面顯示所期望的影像及/或動畫。
第1光控制元件30具有減低重影的功能。所謂重影係指在不預期的位置產生的像，且為出現在空中影像附近的二重影像。第1光控制元件30係構成為以法線方向為中心將既定角度範圍以外的光成分遮蔽。此外，第1光控制元件30亦可省略。
第2光控制元件40具有減低不要光的功能。所謂不要光係指無助於生成空中影像的光成分，係直線地透射反射鏡元件50的光成分。第2光控制元件40係構成為將以相對於法線方向傾斜的方向為中心的既定角度範圍以外之光成分遮蔽。此外，第2光控制元件40亦可省略。
反射鏡元件50係將從底面側入射的光向上表面側反射。又，反射鏡元件50係將入射光呈面對稱地反射。然後，反射鏡元件50係將空中影像成像。
光路偏向元件60係使從底面傾斜入射的顯示光朝法線方向折射。位在光路偏向元件60正面的觀察者6係可視認出空中影像5。
以下，針對構成顯示模組3的複數個元件作詳細說明。
[1-1]照明元件10的構成 圖4係照明元件10之側視圖。照明元件10具備發光元件11、導光板12、反射片13及稜柱片(prism sheet)14。
發光元件11係發出照明光。發光元件11係以面對導光板12側面的方式配置，朝導光板12的側面射出照明光。圖4以四方形表示1個發光元件，例如，發光元件11係由排列於Y方向的複數個發光元件構成。
導光板12係導引源自發光元件11的照明光，將照明光從上表面射出。又，導光板12係朝相對於Z方向傾斜的方向射出照明光。導光板12具有越朝向X方向厚度變越薄的楔形狀。
反射片13係將從導光板12的底面射出的照明光再朝導光板12反射。
稜柱片14係使源自導光板12的照明光折射。稜柱片14係具有將複數個三角柱放倒且排列於X方向的構造。亦即，從側面觀看時，稜柱片14的上表面係具有波形(鋸齒形)。稜柱片14係具有相對於Z方向往左側傾斜的複數個折射面14A。
如此構成的照明元件10係能以出射角θ 1出射照明光。又，藉由調整稜柱片14的折射面14A的傾斜角及導光板12的光出射角，能最佳地設定出射角θ 1。
[1-2]第1光控制元件30的構成 圖5係第1光控制元件30之俯視圖。圖6係沿著圖5的A-A´線的第1光控制元件30之剖面圖。
在基材31上，設有分別延伸於X方向，在Y方向排列的複數個透明構件33。又，在基材31上，設有分別延伸於X方向，在Y方向排列的複數個遮光構件34。複數個透明構件33與複數個遮光構件34係以鄰接者彼此相接地交替配置。在複數個透明構件33及複數個遮光構件34上設有基材32。
遮光構件34係在YZ剖面延伸於Z方向。透明構件33係在YZ剖面延伸於Z方向。透明構件33供透射光。遮光構件34係遮蔽光。Y方向上的透明構件33及遮光構件34的寬度可適當設計。
在基材31、32及透明構件33方面，使用透明的樹脂，例如使用丙烯酸樹脂。在遮光構件34方面，例如使用混入有黑色染料之樹脂。
如此構成的第1光控制元件30係能以在YZ剖面使法線方向的光強度成為峰值之方式讓顯示光透射。例如，在將法線方向設為0度時，第1光控制元件30係構成為遮蔽除了0°±30°以外的光成分。
[1-3]第2光控制元件40的構成 圖7係第2光控制元件40之俯視圖。圖8係沿著圖7的B-B´線的第2光控制元件40之剖面圖。
在基材41上，設有分別延伸於Y方向，在X方向排列的複數個透明構件43。又，在基材41上，設有分別延伸於Y方向，在X方向排列的複數個遮光構件44。複數個透明構件43與複數個遮光構件44係鄰接者彼此相接之方式交替配置。在複數個透明構件43及複數個遮光構件44上設有基材42。
透明構件43係在XZ剖面中延伸於相對於Z方向呈角度θ 2的斜方向。透明構件43係於XZ剖面中側面傾斜角度θ 2的程度之平行四邊形。透明構件43係供透射光。
遮光構件44係在XZ剖面中延伸於相對於Z方向呈角度θ 2的斜方向。遮光構件44係於XZ剖面中側面傾斜角度θ 2的程度之平行四邊形。遮光構件44係將光遮蔽。
鄰接的2個遮光構件44係配置成在Z方向上彼此的端部有稍微重疊。
在基材41、42及透明構件43方面，使用透明的樹脂，例如使用丙烯酸樹脂。在遮光構件44方面，例如使用混入有黑色染料之樹脂。
如此構成的第2光控制元件40係能以在XZ剖面使相對於法線方向呈角度θ 2的斜方向的光強度成為峰值之方式讓顯示光透射。例如，第2光控制元件40係構成為遮蔽相對於法線方向呈45°±15°以外的光成分。
此外，就第1光控制元件30與第2光控制元件40之關係而言，第1光控制元件30的遮光構件34的延伸方向係與第2光控制元件40的遮光構件44的延伸方向正交。
[1-4]反射鏡元件50的構成 圖9係反射鏡元件50之側視圖及仰視圖。圖9(a)為從反射鏡元件50的Y方向所見的側視圖，圖9(b)為反射鏡元件50的仰視圖。
反射鏡元件50具備基板51及複數個光學要素52。在圖9(a)中抽出顯示1個光學要素52之立體圖。基板51與複數個光學要素52係以丙烯酸樹脂等之透明的材料構成。
複數個光學要素52係設在基板51的底面。光學要素52係由長方體、或立方體構成。光學要素52的平面形狀為例如正方形。光學要素52具有2個反射面52A、52B。反射面52A、52B係對應於長方體的2個側面且彼此相接。反射面52A、52B係構成所謂二面角反射器。
光學要素52係以一邊相對於X方向傾斜角度θ 3程度的方式配置。角度θ 3為例如45度。此外，角度θ 3未受限於45度，可在30度以上60度以下的範圍作設定。複數個光學要素52係排列成交錯狀。亦即，複數個光學要素52係以1列延伸於相對於X方向呈45度的方向，且複數列排列於相對於Y方向呈45度的方向之方式配置。又，複數個光學要素52係相互空出間隙地配置。
透射第2光控制元件40的光係從光學要素52的底面入射於光學要素52，在反射面52A、52B反射2次之後，從光學要素52的上表面射出。
[1-5]光路偏向元件60的構成 圖10係光路偏向元件60之俯視圖。圖11係從Y方向所見之光路偏向元件60的側視圖。
光路偏向元件60具備基材61、及設於基材61上的複數個三角稜柱62。基材61與複數個三角稜柱62也可一體構成。基材61與複數個三角稜柱62係以丙烯酸樹脂等之透明的材料構成。
複數個三角稜柱62係分別延伸於Y方向，在X方向排列。三角稜柱62係由延伸於Y方向的三角柱構成。三角稜柱62具有折射面62A。折射面62A係相對於法線方向傾斜角度θ 4的程度。
如此構成的光路偏向元件60係使從底面傾斜入射的顯示光朝法線方向折射。折射面62A的角度θ 4係因應於入射至光路偏向元件60之光的角度、及光路偏向元件60的折射率適當地設定。
[1-6]感測裝置4的構成 圖12係說明感測裝置4的構成之圖。圖12(a)為俯視圖，圖12(b)為側視圖。如圖1所示，感測裝置4係相對於水平方向(XY平面)傾斜配置，射出雷射光的部分配置成從水平方向(XY平面)朝向稍微斜上方。圖12(a)之俯視圖係將圖1的感測裝置4的上表面從上觀看的圖。在圖12的說明中，將射出感測裝置4的光之側稱為上部。感測裝置4的上部係配置成從水平方向朝向稍微斜上方。
感測裝置4具備外殼(case)70、複數個發光元件71、複數個受光元件72、複數個透鏡73及角度調整機構74。
外殼70具有上部開口的箱形狀。外殼70係收容複數個發光元件71、複數個受光元件72及複數個透鏡73。圖12中，為使圖面容易理解，將發光元件71、受光元件72、及複數個透鏡73以實線表示。又，圖12中，賦予發光元件71剖面線。
複數個發光元件71及複數個受光元件72係設於外殼70的底部上。複數個發光元件71及複數個受光元件72係交替地配置。
複數個發光元件71各自發出雷射光。雷射光例如為不會刺激利用者的視覺且不受可見光的影響之紅外線。發光元件71例如以雷射二極體構成。
複數個受光元件72的每一者係檢測在對象物反射的雷射光(紅外線)。受光元件72係例如以光電二極體(Photodiode)構成。
複數個透鏡73係配置在複數個發光元件71及複數個受光元件72的上方，固定於外殼70的開口部附近。複數個透鏡73係排列在一方向上而配置。複數個透鏡73各自以平凸透鏡構成。複數個透鏡73具有將從複數個發光元件71射出的雷射光聚光於正面方向的功能。又，複數個透鏡73具有將在對象物反射的雷射光聚光的功能。
角度調整機構74係安裝於外殼70的底部。角度調整機構74係調整感測裝置4所朝向的方向、亦即感測裝置4的角度。具體言之，角度調整機構74係調整外殼70的角度。角度調整機構74係因應藉輸入部83所輸入的資訊，調整感測裝置4的角度。
[2]空中顯示裝置1之方塊構成 圖13係空中顯示裝置1之方塊圖。空中顯示裝置1係具備顯示模組3、感測裝置4、控制部80、記憶部81、輸入輸出介面(輸入輸出IF)82及輸入部83。控制部80、記憶部81及輸入輸出介面82係經由匯流排而連接。
輸入輸出介面82係連接於顯示模組3、感測裝置4及輸入部83。輸入輸出介面82係對顯示模組3、感測裝置4及輸入部83的每一者，進行因應於既定規格的介面處理。
顯示模組3包含照明元件10及顯示元件20。顯示模組3的構成係如圖2如示。
感測裝置4包含複數個發光元件(發光元件群)71、複數個受光元件(受光元件群)72、角度調整機構74及感測器控制器75。感測器控制器75係基於控制部80的控制，控制發光元件71及受光元件72的動作。
控制部80係統籌控制空中顯示裝置1。控制部80具備顯示處理部80A、位置算出部80B及資訊處理部80C。
顯示處理部80A控制顯示模組3的動作。顯示處理部80A係將影像信號傳送到顯示模組3，使影像顯示於顯示模組3。
位置算出部80B控制感測裝置4的動作。位置算出部80B係使後述的檢測區域形成於感測裝置4。位置算出部80B係算出檢測區域被使用者觸控的位置。位置算出部80B係判定上述觸控的位置是否在包含於顯示影像的特定區域內。
資訊處理部80C係生成空中顯示裝置1所顯示的影像。資訊處理部80C可使用被儲存於記憶部81的影像資料。資訊處理部80C亦可使用通信功能由外部取得影像資料。
記憶部81係儲存空中顯示裝置1的動作所需的種種資料。又，記憶部81係儲存空中顯示裝置1所顯示的影像之資料。
輸入部83係受理使用者所輸入的資訊。
[3]動作 針對上述那樣構成的空中顯示裝置1的動作進行說明。
[3-1]空中顯示裝置1的影像顯示動作 首先，針對空中顯示裝置1的影像顯示動作進行說明。圖3所示的粗箭頭為光的光路。
如圖3所示，照明元件10係發出照明光，將該照明光朝顯示元件20射出。又，照明元件10係以相對於法線方向呈角度θ 1的斜方向的光強度成為峰值之方式射出照明光。本實施形態中，角度θ 1大致為45度。
圖14係表示從照明元件10射出的照明光(射出光)的強度與角度之關係的圖形。圖14的縱軸係從照明元件10射出之照明光的光強度之相對值(%)，圖14的橫軸係為從照明元件10射出的照明光相對於法線方向之角度(度)。
從圖14可理解，從照明元件10射出的照明光係在45度(＝θ 1)具有光強度的峰值。又，從照明元件10射出之光的大部分位在30～60度的角度之範圍內。
顯示元件20係使源自照明元件10的照明光透射，並顯示影像及/或動畫。顯示元件20係以角度θ 1射出顯示光。
第1光控制元件30係接收從顯示元件20射出的顯示光。第1光控制元件30係遮蔽相對於法線方向呈所期望的角度範圍以外的光成分。又，第1光控制元件30係於Y方向控制光的透射。例如，第1光控制元件30係在法線方向設為0度時將0°±30°以外的光遮蔽。
圖15係表示從第1光控制元件30射出的顯示光(射出光)的強度與角度之關係的圖形。圖15的縱軸係從第1光控制元件30射出的顯示光的光強度之相對值(%)，圖15的橫軸係為從第1光控制元件30射出的顯示光相對於法線方向之角度(度)。
從圖15可理解，從第1光控制元件30射出的顯示光係在0度具有光強度的峰值。又，從第1光控制元件30射出之光的大部分係位在-30～30度(0°±30°)的範圍內。再者，從顯示元件20射出的顯示光中之不要光是藉由第1光控制元件30遮蔽。藉由設置第1光控制元件30，可減低重影。
第2光控制元件40係接收從第1光控制元件30射出的顯示光。第2光控制元件40係遮蔽以相對於法線方向呈角度θ 2為中心的既定角度範圍以外的光成分。又，第2光控制元件40係於X方向控制光的透射。本實施形態中，角度θ 2大致為45度。具體言之，考慮第2光控制元件40的透明材料(包含透明構件43、基材41、42)的折射率，決定從第2光控制元件40射出之光的射出角。
圖16係表示從第2光控制元件40射出的顯示光(射出光)的強度與角度之關係的圖形。圖16的縱軸係從第2光控制元件40射出的顯示光的強度的相對值(%)，圖16的橫軸係為從第2光控制元件40射出的顯示光相對於法線方向之角度(度)。
從圖16可理解，從第2光控制元件40射出的顯示光係在45度(＝θ 2)具有光強度的峰值。又，從第2光控制元件40射出之光的大部分係位在15～75度(45°±30°)的範圍內。再者，從第1光控制元件30射出的顯示光中之不要光是藉由第2光控制元件40遮蔽。藉由設置第2光控制元件40可減低不要光。
從第2光控制元件40射出的顯示光係向反射鏡元件50斜向入射，亦即以相對於法線方向大約45度向反射鏡元件50入射。反射鏡元件50係將從第2光控制元件40側入射的光朝與第2光控制元件40相反側反射。又，反射鏡元件50係將入射光朝相對於反射鏡元件50呈面對稱的方向反射。換言之，反射鏡元件50係將相對於法線方向以＋45度入射的入射光朝-45度的方向反射。
從反射鏡元件50射出的顯示光係朝光路偏向元件60斜向入射，亦即以相對於法線方向約45度朝光路偏向元件60入射。光路偏向元件60係使從底面斜向入射的顯示光朝法線方向折射。亦即，光路偏向元件60係朝顯示模組3的正面射出顯示光。
從光路偏向元件60射出的顯示光係將空中影像5成像。又，空中影像5係供位在顯示模組3的正面之觀察者6視認。
[3-2]感測裝置4的檢測動作 其次，針對感測裝置4的檢測動作進行說明。
圖17係說明感測裝置4的檢測區域之圖。圖17(a)為俯視圖，圖17(b)為側視圖。
感測裝置4所含的複數個發光元件71係發出雷射光76。從發光元件71發出的雷射光76係在透射透鏡73後，從感測裝置4朝正面方向射出。感測裝置4的正面係意味當假設了感測裝置4的光射出面時的該光射出面的正面。
複數個發光元件71係在一方向上排列。從複數個發光元件71發出的複數個雷射光76係相互平行地直行。因此，可獲得在圖17(a)所示之平面(2次元)的檢測區域77。
圖18係說明利用感測裝置4算出檢測對象物78的位置的動作之圖。 當檢測對象物78進入前述檢測區域77時，從發光元件71發出的雷射光76在檢測對象物78被反射。在檢測對象物78反射的反射光79係到達受光元件72，被受光元件72檢測出。
在檢測區域77沒有檢測對象物時，則不會產生從發光元件71發出的雷射光之反射光。因此，反射光不會到達受光元件72，不會被受光元件72檢測出反射光。
複數個發光元件71係在時間上依序點亮並射出雷射光。受光元件72係通過透鏡73，檢測源自檢測對象物78的反射光。位置算出部80B係使用受光元件72所檢測出的光之強度，例如利用所謂「三角測量的原理」算出及特定檢測對象物78的位置。具體言之，位置算出部80B係使用雷射光的射出點與反射光的受光點之距離、射出點的角度及受光點的角度，算出檢測對象物78的位置。
圖19係說明感測裝置4的動作之圖。檢測對象物78係設為觀察者的手指。
感測裝置4係在相對於顯示模組3的光射出面3A傾斜的方向射出雷射光76。顯示模組3的光射出面3A係與XY平面平行的面。又，感測裝置4係以檢測區域77與空中影像5傾斜交叉之方式射出雷射光76。亦即，感測裝置4的檢測區域77係與空中影像5傾斜交叉。
在觀察者以手指接觸空中影像5的情況，手指不會停留在空中影像5的面而某程度穿透空中影像5。因此，即便未將感測裝置4的檢測區域77設定成與空中影像5平行地重疊，亦可檢測觀察者的手指。
當觀察者的手指進入檢測區域77內時，因為手指使得雷射光反射，該反射光會到達感測裝置4。藉此，感測裝置4可算出觀察者的手指的位置。
圖20係說明感測裝置4的設置位置之模式圖。將基準面設為顯示模組3的光射出面。圖20中，顯示模組3的光射出面係對應於光路偏向元件60的上表面。
各變數設定如下。 Di：顯示模組3的光射出面與空中影像5之間的距離 Ds：顯示模組3的光射出面與感測裝置4的光射出面之間的距離 Ld：空中影像5的X方向的長度 Ls：從空中影像5的端部至感測裝置4的光射出面為止的水平距離 θ 5：感測裝置4自水平面的設置角度(＝檢測區域77自水平面形成的角度) 從此等變數，由下式算出感測裝置4的設置角度θ 5。 tanθ 5＝(Di＋Ds)/(Ld＋Ls) [3-3]空中顯示裝置1的整體動作 其次，針對空中顯示裝置1的整體動作進行說明。圖21係說明空中顯示裝置1的整體動作之流程圖。
顯示處理部80A係將影像信號傳送到顯示模組3，使顯示模組3顯示影像。顯示的影像係藉資訊處理部80C所生成。顯示模組3係依據顯示處理部80A的控制，將影像顯示成空中影像(步驟S100)。
接著，位置算出部80B係使檢測區域77形成在感測裝置4。感測裝置4係依據位置算出部80B的控制，射出檢測區域77用的雷射光(步驟S101)。
接著，感測裝置4係檢測使用者的觸控操作(步驟S102)。在藉感測裝置4檢測出觸控操作的情況(步驟S102＝是)，位置算出部80B係算出觸控操作的位置(步驟S103)。
接著，位置算出部80B係判定在步驟S103算出的位置是否在特定區域內(步驟S104)。特定區域係在步驟S100顯示的影像中之一部分的區域，例如推壓按鈕的影像或圖像(icon)。
在特定區域內的情況(步驟S104＝是)，顯示處理部80A係將被鏈結(link)於特定區域的影像信號傳送到顯示模組3，使被鏈結的影像顯示於顯示模組3。被鏈結的影像係藉資訊處理部80C所生成。顯示模組3係依據顯示處理部80A的控制，將被鏈結的影像顯示成空中影像(步驟S105)。不在特定區域內的情況(步驟S104＝否)，控制部80係返回步驟S102。
接著，感測裝置4係檢測出使用者進行的結束操作(步驟S106)。所謂結束操作係指例如使用者觸控表示結束的按鈕之影像。在未被檢測出結束操作的情況(步驟S106＝否)，控制部80係返回步驟S102。在檢測出結束操作的情況(步驟S106＝是)，控制部80係結束處理。
[4]實施形態的效果 如以上所詳述，在本實施形態中，空中顯示裝置1具備：顯示模組3，具有射出用以顯示空中影像的顯示光之光射出面3A，且於光射出面3A上方且平行於光射出面3A的第1面顯示空中影像；感測裝置4，以在相對於上述第1面斜向交叉的第2面形成檢測區域77之方式射出雷射光76且檢測進入檢測區域77內的對象物78；及框體2，收容顯示模組3與感測裝置4。
因此，依據本實施形態，能以非接觸方式檢測觸控空中影像的操作。又，即便將感測裝置4配置在偏離空中影像的處，亦可進行感測。
又，顯示模組3可使空中影像成像於正面方向。構成顯示模組3的複數個元件係相互平行地配置。藉此，可縮小顯示模組3的尺寸。依據同樣的理由，可縮小空中顯示裝置1的尺寸。又，可將框體2小型化。
又，可將空中顯示裝置1小型化並確保空中影像的顯示品質。
上述實施形態中以液晶顯示元件的例子作為顯示元件進行說明，但亦可使用液晶顯示元件以外的顯示元件，例如屬於自發光型的有機EL(electroluminescence)顯示元件等。在使用有機EL顯示元件的情況，照明元件10係被省略。
上述實施形態中，雖顯示出顯示元件20與反射鏡元件50平行配置而成的空中顯示裝置1，但未受此所限。亦可將感測裝置4適用在顯示元件20與反射鏡元件50斜向配置而成的空中顯示裝置。這時，光路偏向元件60係可省略。
本發明未受限於上述實施形態，在實施階段可於不脫離其主旨的範圍內進行各種變更。此外，各實施形態亦可適當組合實施，獲得在該情況下的組合效果。再者，上述實施形態含有各種發明，透過從所揭示的複數個構成要件所選擇的組合可抽出各種發明。例如，在即便從實施形態所示的全構成要件刪除幾個構成要件仍可解決課題並獲得功效的情況下，已刪除該構成要件的構成可作為發明抽出。
1:空中顯示裝置 2:框體 2A:開口部 2B:開口部 3:顯示模組 4:感測裝置 5:空中影像 6:觀察者 10:照明元件 11:發光元件 12:導光板 13:反射片 14:稜柱片 14A:折射面 20:顯示元件 30:第1光控制元件 31:基材 32:基材 33:透明構件 34:遮光構件 40:第2光控制元件 41:基材 43:透明構件 44:遮光構件 50:反射鏡元件 51:基板 52:光學要素 52A,52B:反射面 60:光路偏向元件 61:基材 62:三角稜柱 62A:折射面 70:外殼 71:發光元件 72:受光元件 73:透鏡 74:角度調整機構 75:感測器控制器 76:雷射光 77:檢測區域 78:檢測對象物 79:反射光 80:控制部 80A:顯示處理部 80B:位置算出部 80C:資訊處理部 81:記憶部 82:輸入輸出介面 83:輸入部 Di:顯示模組3的光射出面與空中影像5之間的距離 Ds:顯示模組3的光射出面與感測裝置4的光射出面之間的距離 Ld:空中影像5的X方向的長度 Ls:從空中影像5端迄至感測裝置4的光射出面為止的水平距離 θ 1:射出角 θ 2:角度 θ 3:角度 θ 4:角度 θ 5:感測裝置4與水平面的設置角度(＝檢測區域77與水平面形成的角度)
圖1係本發明實施形態的空中顯示裝置之立體圖。 圖2係圖1所示的顯示模組之立體圖。 圖3係圖1所示的顯示模組之側視圖。 圖4係照明元件的側視圖。 圖5係第1光控制元件之俯視圖。 圖6係沿著圖5的A-A´線的第1光控制元件之剖面圖。 圖7係第2光控制元件之俯視圖。 圖8係沿著圖7的B-B´線的第2光控制元件之剖面圖。 圖9係反射鏡元件的側視圖及仰視圖。 圖10係光路偏向元件之俯視圖。 圖11係從Y方向所見的光路偏向元件之側視圖。 圖12係說明感測裝置的構成之圖。 圖13係空中顯示裝置之方塊圖。 圖14係表示從照明元件射出的照明光的強度與角度之關係的圖形。 圖15係表示從第1光控制元件射出的顯示光的強度與角度之關係的圖形。 圖16係表示從第2光控制元件射出的顯示光的強度與角度之關係的圖形。 圖17係說明感測裝置的檢測區域之圖。 圖18係說明藉由感測裝置算出檢測對象物的位置之動作圖。 圖19係說明感測裝置的動作之圖。 圖20係說明感測裝置的設置位置之模式圖。 圖21係說明空中顯示裝置的整體動作之流程圖。
3:顯示模組
5:空中影像
6:觀察者
10:照明元件
11:發光元件
12:導光板
20:顯示元件
30:第1光控制元件
40:第2光控制元件
50:反射鏡元件
60:光路偏向元件

Claims (13)

  1. 一種空中顯示裝置，具備：顯示模組，具有射出用以顯示空中影像的顯示光之光射出面，在前述光射出面的上方且平行於前述光射出面的第1面顯示前述空中影像；感測裝置，以可相對於前述第1面傾斜地照射雷射光之方式構成，以傾斜地穿過前述第1面之方式射出線狀的雷射光，在相對於前述第1面傾斜交叉的第2面形成由前述雷射光所構成的檢測區域，檢測進入前述檢測區域內的對象物；及框體，收容前述顯示模組及前述感測裝置。
  2. 如請求項1之空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含：複數個發光元件，排列於第1方向，發出前述雷射光；及複數個受光元件，排列於前述第1方向，檢測由前述對象物反射的反射光。
  3. 如請求項2之空中顯示裝置，其中前述複數個發光元件與前述複數個受光元件係交替地配置。
  4. 如請求項3之空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含角度調整機構，其以調節前述複數個發光元件朝向的角度之方式，調整前述第1面與前述檢測區域交叉的角度。
  5. 如請求項2之空中顯示裝置，其中 前述感測裝置包含前述複數個發光元件及設置於前述複數個受光元件上方的複數個透鏡。
  6. 如請求項5之空中顯示裝置，其中前述感測裝置包含外殼，其收容前述複數個發光元件、前述複數個受光元件及前述複數個透鏡。
  7. 如請求項1之空中顯示裝置，其中前述顯示模組包含：顯示元件，顯示影像；及光學元件，以接收來自前述顯示元件的光之方式配置，配置成與前述顯示元件平行，在與前述顯示元件平行的前述第1面將前述空中影像成像。
  8. 如請求項7之空中顯示裝置，其中前述光學元件包含：反射鏡元件，將從前述顯示元件射出的前述顯示光朝向與前述顯示元件的相反側反射；及光路偏向元件，使藉由前述反射鏡元件反射的前述顯示光朝垂直於前述光射出面的方向折射，前述反射鏡元件及前述光路偏向元件係相互平行地配置。
  9. 如請求項8之空中顯示裝置，其中前述光路偏向元件包含複數個稜柱。
  10. 如請求項8之空中顯示裝置，其中前述反射鏡元件包含複數個光學要素，前述複數個光學要素的每一者係由長方體或立方體構成，且具有彼此相接且將光反射之第1及第2反射 面。
  11. 如請求項7之空中顯示裝置，其中前述顯示模組更包含朝前述顯示元件發出照明光之照明元件，前述顯示元件係液晶顯示元件。
  12. 如請求項8之空中顯示裝置，其中前述顯示模組更包含配置在前述顯示元件與前述反射鏡元件之間的第1光控制元件，前述第1光控制元件包含複數個第1透明構件及複數個第1遮光構件，前述複數個第1透明構件與前述複數個第1遮光構件係以鄰接者彼此相接的方式交替地配置，前述複數個第1透明構件及前述複數個第1遮光構件的每一者係延伸於和前述光射出面垂直的方向。
  13. 如請求項8之空中顯示裝置，其中前述顯示模組更包含配置在前述顯示元件與前述反射鏡元件之間的第2光控制元件，前述第2光控制元件包含複數個第2透明構件及複數個第2遮光構件，前述複數個第2透明構件與前述複數個第2遮光構件係以鄰接者彼此相接的方式交替地配置，前述複數個第2透明構件及前述複數個第2遮光構件的每一者係在相對於垂直前述光射出面的方向呈傾斜的方向延伸。
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