(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】P2023181245
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】空間浮遊映像情報表示システムに用いられる光源装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/13357 20060101AFI20231214BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20231214BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20231214BHJP
F21V 7/06 20060101ALI20231214BHJP
F21V 7/24 20180101ALI20231214BHJP
F21V 29/503 20150101ALI20231214BHJP
F21V 29/83 20150101ALI20231214BHJP
F21Y 103/10 20160101ALN20231214BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20231214BHJP
【ＦＩ】
G02F1/13357
G02F1/1335
F21S2/00 441
F21S2/00 431
F21S2/00 433
F21S2/00 434
F21S2/00 435
F21S2/00 496
F21S2/00 491
F21S2/00 492
F21V7/06
F21V7/24
F21V29/503
F21V29/83
F21Y103:10
F21Y115:10
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023178736
(22)【出願日】2023-10-17
(62)【分割の表示】P 2022141460の分割
【原出願日】2021-07-28
(71)【出願人】
【識別番号】000005810
【氏名又は名称】マクセル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】平田 浩二
(72)【発明者】
【氏名】藤田 浩司
(72)【発明者】
【氏名】杉山 寿紀
(57)【要約】
【課題】空間の外部に対して好適に映像を表示すること。本発明によれば、持続可能な開発目標の「3すべての人に健康と福祉を」、「9産業と技術革新の基盤をつくろう」、「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。
【解決手段】表示装置に光を供給する光源装置は、光源と、光源が設置される基板と、光源からの光を反射させるリフレクタと、リフレクタからの光を導光する導光体と、導光体からの光を拡散する拡散板と、を備え、拡散板は表示装置に近接して配置されるものであり、基板は、表示装置に対してリフレクタよりも遠い位置に配置される。
【選択図】図２７Ｂ
【解決手段】表示装置に光を供給する光源装置は、光源と、光源が設置される基板と、光源からの光を反射させるリフレクタと、リフレクタからの光を導光する導光体と、導光体からの光を拡散する拡散板と、を備え、拡散板は表示装置に近接して配置されるものであり、基板は、表示装置に対してリフレクタよりも遠い位置に配置される。
【選択図】図２７Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表示装置に光を供給する光源装置であって、
光源と、
前記光源が設置される基板と、
前記光源からの光を反射させるリフレクタと、
前記リフレクタからの光を導光する導光体と、
前記導光体からの光を拡散する拡散板と、を備え、
前記拡散板は前記表示装置に近接して配置されるものであり、
前記基板は、前記表示装置に対して前記リフレクタよりも遠い位置に配置される、
光源装置。
光源と、
前記光源が設置される基板と、
前記光源からの光を反射させるリフレクタと、
前記リフレクタからの光を導光する導光体と、
前記導光体からの光を拡散する拡散板と、を備え、
前記拡散板は前記表示装置に近接して配置されるものであり、
前記基板は、前記表示装置に対して前記リフレクタよりも遠い位置に配置される、
光源装置。
【請求項2】
請求項１に記載の光源装置において、
前記光源は平面の形状の光源であり、
前記リフレクタの反射面は、前記平面の形状の光源の当該平面からの発散光束を前記リフレクタで反射されたのちに平行光束として出射させる形状を備えており、
前記リフレクタの反射面で反射された光束の出射方向は、前記平面の形状の光源の当該平面に垂直な光軸に対して垂直な方向である、
光源装置。
前記光源は平面の形状の光源であり、
前記リフレクタの反射面は、前記平面の形状の光源の当該平面からの発散光束を前記リフレクタで反射されたのちに平行光束として出射させる形状を備えており、
前記リフレクタの反射面で反射された光束の出射方向は、前記平面の形状の光源の当該平面に垂直な光軸に対して垂直な方向である、
光源装置。
【請求項3】
請求項１に記載の光源装置において、
前記リフレクタの反射面は、前記光源からの光を反射し、反射した光が略平行光となって前記導光体に向かって進行するように構成されたものであり、
前記リフレクタから前記導光体に向かう略平行光の進行方向を第１の方向とし、
前記光源は複数あり、前記複数の光源は第２の方向に一列に配置されている、
光源装置。
前記リフレクタの反射面は、前記光源からの光を反射し、反射した光が略平行光となって前記導光体に向かって進行するように構成されたものであり、
前記リフレクタから前記導光体に向かう略平行光の進行方向を第１の方向とし、
前記光源は複数あり、前記複数の光源は第２の方向に一列に配置されている、
光源装置。
【請求項4】
請求項１に記載の光源装置において、
前記導光体の反射面での反射により光を前記表示装置に向けて導光し、
前記導光体の反射面と前記表示装置の間に空間が設けられており、該空間で自然冷却が行われる、
光源装置。
前記導光体の反射面での反射により光を前記表示装置に向けて導光し、
前記導光体の反射面と前記表示装置の間に空間が設けられており、該空間で自然冷却が行われる、
光源装置。
【請求項5】
請求項１に記載の光源装置において、
前記リフレクタは、プラスチック材料またはガラス材料または金属材料を用いる、
光源装置。
前記リフレクタは、プラスチック材料またはガラス材料または金属材料を用いる、
光源装置。
【請求項6】
請求項１に記載の光源装置において、
前記リフレクタの反射面は放物面であり、
前記リフレクタと前記導光体は、前記光源から前記リフレクタに入る光軸の向きと前記導光体から前記拡散板に入る光の向きが略平行になるよう配置されている、
光源装置。
前記リフレクタの反射面は放物面であり、
前記リフレクタと前記導光体は、前記光源から前記リフレクタに入る光軸の向きと前記導光体から前記拡散板に入る光の向きが略平行になるよう配置されている、
光源装置。
【請求項7】
請求項１に記載の光源装置において、
前記光源は複数あり、
前記光源は、前記拡散板の複数の辺のうち、前記リフレクタ側の前記拡散板の辺と平行な方向に一列に配置される、
光源装置。
前記光源は複数あり、
前記光源は、前記拡散板の複数の辺のうち、前記リフレクタ側の前記拡散板の辺と平行な方向に一列に配置される、
光源装置。
【請求項8】
請求項１に記載の光源装置において、
前記光源からの光を特定方向の偏光に変換する偏光変換素子と、
前記導光体と前記拡散板との空間を挟むように配置される側壁と、を備え、
前記偏光変換素子の光出射面は、前記側壁と前記導光体と前記拡散板と前記偏光変換素子とで囲まれた空間に面する、
光源装置。
前記光源からの光を特定方向の偏光に変換する偏光変換素子と、
前記導光体と前記拡散板との空間を挟むように配置される側壁と、を備え、
前記偏光変換素子の光出射面は、前記側壁と前記導光体と前記拡散板と前記偏光変換素子とで囲まれた空間に面する、
光源装置。
【請求項9】
請求項８に記載の光源装置において、
前記側壁は、通気口を有する、
光源装置。
前記側壁は、通気口を有する、
光源装置。
【請求項10】
請求項８に記載の光源装置において、
前記側壁のうち、前記空間に接する面は反射面である、
光源装置。
前記側壁のうち、前記空間に接する面は反射面である、
光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空間浮遊映像情報表示システムおよびそれに用いられる光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空間浮遊情報表示システムとして、直接外部に向かって映像を表示する映像表示装置と空間画面として表示される表示法は既に知られている。また、表示された空間像の操作面における操作に対する誤検知を低減する検知システムについても、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１２８７２２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、上述した従来技術の空間浮遊映像情報表示システムや空間像の操作に対する誤検知を低減する方法として、空間浮遊映像の映像源となる映像表示装置の光源を含む設計の最適化技術については考慮されていない。
【0005】
本発明の目的は、空間浮遊情報表示システムまたは空間浮遊映像表示装置において、視認性（見た目の解像度やコントラスト）が高く、表示されている空間像の操作に対する誤検知を低減させた好適な映像を表示することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例として以下に挙げる。本願の一例としての表示装置に光を供給する光源装置は、光源と、光源が設置される基板と、光源からの光を反射させるリフレクタと、リフレクタからの光を導光する導光体と、導光体からの光を拡散する拡散板と、を備え、拡散板は表示装置に近接して配置されるものであり、基板は、表示装置に対してリフレクタよりも遠い位置に配置される。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、好適に空間浮遊映像情報を表示することができ、誤検知が少ないセンシング機能を有する空間浮遊情報表示システムまたは空間浮遊映像表示装置を実現できる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの使用形態の一例を示す図である。
【図2】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。
【図3】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。
【図4】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。
【図5】空間浮遊映像情報表示システムで用いるセンシング装置の機能を説明するための説明図である。
【図6】空間浮遊映像情報表示システムで用いる３次元映像表示の原理の説明図である。
【図7】反射型偏光板の特性を評価した測定系の説明図である。
【図8】反射型偏光板透過軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。
【図9】反射型偏光板反射軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。
【図10】反射型偏光板透過軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。
【図11】反射型偏光板反射軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。
【図12】光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。
【図13】光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。
【図14】光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。
【図15】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部を示す配置図である。
【図16】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムを構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。
【図17】光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。
【図18】光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。
【図19】光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。
【図20】映像表示装置の光源拡散特性を説明するための説明図である。
【図21】映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。
【図22】映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。
【図23】空間浮遊映像情報表示システムを構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。
【図24】従来技術による空間浮遊映像情報表示システムで発生するゴースト像の発生原理を説明するための説明図である。
【図25】本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムを構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。
【図26】光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。
【図27A】光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。
【図27B】光源装置の具体的な構成の別の例を示す断面図である。
【図27C】光源装置の具体的な構成の別の例を示す断面図である。
【図27D】光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。
【図28A】光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。
【図28B】光源装置の具体的な構成の別の例を示す断面図である。
【図29】光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。
【図30】光源装置の具体的な構成の別の例の拡散板の形状の一例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態（以下、「本開示」ともいう）の内容に限定されるものではない。本発明は、発明の精神ないし特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲またはその均等範囲物にも及ぶ。また、以下に説明する実施形態（実施例）の構成は、あくまで例示に過ぎないのであって、本明細書に開示される技術的思想の範囲において、当業者による様々な変更および修正が可能である。
【0010】
また、本発明を説明するための図面において、同一または類似の機能を有するものには、同一の符号を付与し、適宜、異なる名称を使用する一方で、機能等の繰り返しの説明を省略する場合がある。なお、以下の実施形態の説明において、空間に浮遊する映像を「空間浮遊映像」という用語で表現している。この用語の代わりに、「空中像」、「空間像」、「空中浮遊映像」、「表示映像の空間浮遊光学像」、「表示映像の空中浮遊光学像」などと表現してもかまわない。実施形態の説明で主として用いる「空間浮遊映像」の用語は、これらの用語の代表例として用いている。
【0011】
本開示は、例えば、大面積な映像発光源からの映像光による映像を、ショーウィンドのガラス等の空間を仕切る透明な部材を介して透過して、店舗（空間）の内部または外部に空間浮遊映像として表示することが可能な情報表示システムに関する。また、本開示は、かかる情報表示システムを複数用いて構成される大規模なデジタルサイネージシステムに関する。
【0012】
以下の実施形態によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。この時、出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させることができる。このため、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式での課題となっていた主空間浮遊像の他に発生するゴースト像を抑えることができ、鮮明な空間浮遊映像を得ることができる。
【0013】
また、本開示の光源を含む装置により、消費電力を大幅に低減することが可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像情報表示システムを提供することができる。また、本開示の技術によれば、例えば、車両のフロントガラスやリアガラスやサイドガラスを含むシールドガラスを介して、車両外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の空間浮遊映像の表示が可能な車両用浮遊映像情報表示システムを提供することができる。
【0014】
一方、従来の空間浮遊映像情報表示システムでは、高解像度なカラー表示映像源１５０として有機ＥＬパネルや液晶表示パネル(液晶パネルまたは表示パネル)を、再帰反射部材１５１と組み合わせる。従来技術による空間浮遊映像表示装置では、映像光が広角で拡散するため、再帰反射部材１５１（図２３を参照）で正規に反射する反射光の他に、図２４に示すように、再帰反射部材２ａに斜めから入射する映像光によってゴースト像（図２３中の符号３０１、３０２を参照）が発生し、空間浮遊映像の画質を損ねていた。また、従来技術による空間浮遊映像表示装置では、図２３に示すように、正規な空間浮遊映像３００の他に、第１ゴースト像３０１や第２ゴースト像３０２などが複数発生する。このため、観視者以外にもゴースト像である同一空間浮遊映像を観視されてしまい、セキュリティ上の観点からも、大きな課題があった。
【0015】
＜空間浮遊映像情報表示システムの第１の構成例＞
図１（Ａ）は、本開示の空間浮遊映像情報表示システムの使用形態の一例を示す図である。また、図１（Ａ）は、本実施形態における空間浮遊映像情報表示システムの全体構成を説明する図である。図１（Ａ）を参照すると、例えば、店舗等においては、ガラス等の透光性の部材であるショーウィンド（「ウィンドガラス」とも言う）１０５により空間が仕切られている。本開示の空間浮遊情報表示システム（以下、「本システム」とも言う）によれば、かかる透明な部材を透過して、浮遊映像を店舗（空間）の外部に対して一方向に表示することが可能である。
図１（Ａ）は、本開示の空間浮遊映像情報表示システムの使用形態の一例を示す図である。また、図１（Ａ）は、本実施形態における空間浮遊映像情報表示システムの全体構成を説明する図である。図１（Ａ）を参照すると、例えば、店舗等においては、ガラス等の透光性の部材であるショーウィンド（「ウィンドガラス」とも言う）１０５により空間が仕切られている。本開示の空間浮遊情報表示システム（以下、「本システム」とも言う）によれば、かかる透明な部材を透過して、浮遊映像を店舗（空間）の外部に対して一方向に表示することが可能である。
【0016】
具体的には、本システムによれば、映像表示装置（表示装置）１から挟角な指向特性でかつ特定偏波の光が、映像光束として出射され、再帰反射部材２に一旦入射し、再帰反射してウィンドガラス１０５を透過して、店舗の外側に、実像である空中像３（空間浮遊像３）を形成する。図１（Ａ）では、透明部材（ここではウィンドガラス）１０５の内側（店舗内）を奥行方向とし、ウィンドガラス１０５の外側（例えば、歩道）が手前になるように示している。
【0017】
他方、ウィンドガラス１０５に特定偏波を反射する手段を設け、かかる手段で映像光束を反射させて、店内の所望の位置に空中像を形成することもできる。
【0018】
図１（Ｂ）は、上述した映像表示装置１の構成を示すブロック図である。映像表示装置１は、空中像の原画像を表示する映像表示部と、入力された映像をパネルの解像度に合わせて変換する映像制御部と、映像信号を受信する映像信号受信部と、を含む。
【0019】
このうち、映像信号受信部は、例えば、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（登録商標））などの入力インターレースを通じての有線での入力信号への対応と、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）などの無線入力信号への対応を行う役割を担う。また、映像信号受信部は、映像受信・表示装置として単独で機能することもできる。さらに、映像信号受信部は、タブレット、スマートフォンなどからの映像情報を表示することもできる。さらにまた、映像信号受信部は、必要に応じてスティックＰＣなどのプロセッサ（演算処理装置）を接続することもでき、この場合、映像信号受信部全体として、計算処理や映像解析処理などの能力を持たせることもできる。
【0020】
図２は、本開示の空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。図２を用いて、空間浮遊映像情報表示システムの構成をより具体的に説明する。図２（Ａ）に示すように、ガラス等の透光性を有する透過性プレート（以下、「透明な部材」と言う。）１００の斜め方向に、特定偏波の映像光を挟角に発散させる映像表示装置１を備える。映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とを備えている。
【0021】
映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明な部材１００に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材１０１（図中は偏光分離部材１０１をシート状に形成して透明な部材１００に粘着している）で反射され、再帰反射部材２に入射する。再帰反射部材の映像光入射面にはλ／４板２１を設ける。映像光は、再帰反射部材への入射のときと出射のときの２回、λ／４板２１を通過させられることで特定偏波から他方の偏波へ偏光変換される。
【0022】
ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１は、偏光変換された他方の偏波の偏光は透過する性質を有するので、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材１０１を透過する。偏光分離部材１０１を透過した映像光が、透明な部材１００の外側に実像である空間浮遊映像３を形成する。
【0023】
なお、空中浮遊映像３を形成する光は、再帰反射部材２から空中浮遊映像３の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空中浮遊映像３の光学像を通過後も直進する。よって、空中浮遊映像３は、一般的なプロジェクタなどでスクリーン上に形成される拡散映像光とは異なり、高い指向性を有する映像である。
【0024】
よって、図２の構成では、矢印Ａの方向からユーザが視認する場合には空中浮遊映像３は明るい映像として視認されるが、矢印Ｂの方向から他の人物が視認する場合には、空中浮遊映像３は映像として一切視認することはできない。この特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステムに採用する場合に、非常に好適である。
【0025】
なお、再帰反射部材２の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになることがある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述した偏光分離部材１０１で反射され映像表示装置１に戻る。この一部の映像光は、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で再反射し、ゴースト像を発生させることにより、空間浮遊像の画質の低下を引き起こす要因になり得る。
【0026】
そこで、本実施の形態では、映像表示装置１の映像表示面に吸収型偏光板１２を設ける。吸収型偏光板１２は、映像表示装置１から出射する映像光を当該吸収型偏光板１２にて透過させ、偏光分離部材１０１から戻ってくる反射光を当該吸収型偏光板１２で吸収させることで、再反射を抑制できる。したがって、吸収型偏光板１２を用いる本実施の形態によれば、空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止ないし抑制することができる。
【0027】
上述した偏光分離部材１０１は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。
【0028】
次に、図２（Ｂ）に代表的な再帰反射部材２として、今回の検討に用いた日本カ－バイト工業株式会社製の再帰反射部材の表面形状を示す。規則的に配列された６角柱の内部に入射した光線は、６角柱の壁面と底面で反射され再帰反射光として入射光に対応した方向に出射し、映像表示装置１に表示した映像に基づき実像である空間浮遊映像を表示する。この空間浮遊像の解像度は液晶表示パネル１１の解像度の他に、図２（Ｂ）で示す再帰反射部材２の再帰反射部の外形ＤとピッチＰに大きく依存する。例えば、７インチのＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００画素）液晶表示パネルを用いる場合には、１画素（１トリプレット）が約８０μｍであっても、例えば再帰反射部の直径Ｄが２４０μｍでピッチが３００μｍであれば空間浮遊像の１画素は３００μｍ相当となる。このため、空間浮遊映像の実効的な解像度は１／３程度に低下する。そこで空間浮遊映像の解像度を映像表示装置１の解像度と同等にするためには、再帰反射部の直径とピッチを液晶表示パネルの１画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射部材と液晶表示パネルの画素によるモアレの発生を抑えるため、それぞれのピッチ比を１画素の整数倍から外して設計すると良い。また形状は再帰反射部のいずれの一辺も液晶表示パネルの１画素のいずれの一辺と重ならないように配置すると良い。
【0029】
一方、再帰反射部材を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形すると良い。具体的には再帰部を整列させフィルム上に賦形する方法であり、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布しロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し紫外線を照射して硬化させ、所望形状の再帰反射部材２を得る。
【0030】
＜空間浮遊映像情報表示システムの第２の構成例＞
図３は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。図３（Ａ）は、空間浮遊映像情報表示システムの他の実施例を示す図である。映像表示装置１は、映像表示素子１１としての液晶表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３と、を備えて構成される。液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから、８０インチを超える大型な液晶表示パネルで構成される。例えば、反射型偏光板のような偏光分離部材１０１で液晶表示パネルからの映像光を、再帰反射部材（再帰反射部または再帰反射板）２に向けて反射させる。
図３は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。図３（Ａ）は、空間浮遊映像情報表示システムの他の実施例を示す図である。映像表示装置１は、映像表示素子１１としての液晶表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３と、を備えて構成される。液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから、８０インチを超える大型な液晶表示パネルで構成される。例えば、反射型偏光板のような偏光分離部材１０１で液晶表示パネルからの映像光を、再帰反射部材（再帰反射部または再帰反射板）２に向けて反射させる。
【0031】
図３に示す例における、図２に示した例との違いは、反射シートが凸面形状に沿って設けられている点である。このため、液晶表示パネル１１からの映像光は凹面の形状に合わせて拡散して再帰反射部材２に入射する。この結果、液晶表示パネル１１の画面表示面（表示サイズは図中Ｌ1）より広がり拡大された実像である空間浮遊映像３を得ることができる。更に、再帰反射部材２で反射した映像光束は偏光変換された後、凸面の反射シートを透過したのち凸面の他方の面に設けられた凹面形状の作用により更に拡散され透明部材１００を透過し、図３（Ａ）の斜め方向に拡大された空間浮遊映像Ｌ２となる。この時、空間浮遊映像の倍率Ｍは、Ｍ＝Ｌ２／Ｌ１となる。
【0032】
以上述べたように、映像表示素子１１と再帰反射部材２の間、又は再帰反射部材２と空間浮遊映像の間にレンズ作用を有する光学部材を設け、場合によってはこの光学部材を映像表示装置と再帰反射部材を結ぶ光軸から偏心させたり傾けたりすることで、映像情報システムにおいて得られる空間浮遊映像の大きさや結像位置を前述した光軸に対して任意に設定できる。上述したように、光学部材によって空間浮遊映像の大きさや結像位置を変えると、そのままでは空間映像に歪が生じるが、映像表示装置にこの歪を補正した映像を映し出すことによって、映像情報システム全体では歪のない映像を得ることができる。
【0033】
再帰反射部材２の光入射面にはλ／４板２１を設け、入射した映像光が再帰反射部材２で反射したのち再びλ／４板２１を透過することで、映像光の偏波が変換され凸面の偏光分離部材１０１を透過する。この結果、透明な部材１００を透過した位置に液晶表示パネルで表示したサイズと異なるサイズの空間浮遊映像を形成できる。
【0034】
＜空間浮遊映像情報表示システムの第３の構成例＞
図３（Ｂ）は、空間浮遊映像情報表示システムの他の例を示す図である。図３（Ａ）と同様に、映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３と、を備える。液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから、８０インチを超える大型な液晶表示パネルで構成することもできる。例えば、反射型偏光板のような特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１で、液晶表示パネル１１からの映像光を、再帰反射部材（再帰反射部または再帰反射板）２に向けて反射させる。図２の例との違いは、得られた空間浮遊映像を凹面ミラー５で虚像Ｘとして拡大することである。映像表示装置１及び再帰反射部材２の構成については、図２及び図３（Ａ）に示した実施例と同じであり、説明は省略する。なお、図３（Ｂ）の構成において、さらに偏光分離部材１０１を凸面形状としても良い。
図３（Ｂ）は、空間浮遊映像情報表示システムの他の例を示す図である。図３（Ａ）と同様に、映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３と、を備える。液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから、８０インチを超える大型な液晶表示パネルで構成することもできる。例えば、反射型偏光板のような特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１で、液晶表示パネル１１からの映像光を、再帰反射部材（再帰反射部または再帰反射板）２に向けて反射させる。図２の例との違いは、得られた空間浮遊映像を凹面ミラー５で虚像Ｘとして拡大することである。映像表示装置１及び再帰反射部材２の構成については、図２及び図３（Ａ）に示した実施例と同じであり、説明は省略する。なお、図３（Ｂ）の構成において、さらに偏光分離部材１０１を凸面形状としても良い。
【0035】
ここで、図２で説明したとおり、空中浮遊映像３は高い指向性を有する光線により形成されるので、矢印Ａの方向から視認する場合には空中浮遊映像３は明るい映像として視認されるが、矢印Ｂの方向から視認する場合には、空中浮遊映像３は映像として一切視認されない。そのため、図３（Ｂ）の構成では、ユーザが矢印Ｂの方向から視認する場合に虚像Ｘの奥側に空中浮遊映像３が位置することとなるが、ユーザには、空中浮遊映像３は一切視認されず、虚像Ｘのみが好適に視認される。よって、この特性を活かして、図３（Ｂ）に示すように、虚像Ｘの奥側に空中浮遊映像３が位置するように構成すれば、虚像Ｘを視認するときのユーザＸの視認範囲から空中浮遊映像３を除外するように構成するよりも、システム全体を小型化できるため、好適である。
【0036】
＜空間浮遊映像情報表示システムの第４の構成例＞
図４は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。図３（Ａ）等と同様に、映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３と、を備える。例えば、液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから８０インチを超える大型な液晶表示パネルで構成される。折り返しミラー２２は、透明な部材１００を基板とする。透明な部材１００の映像表示装置１側の表面には、反射型偏光板のような特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１を設け、液晶表示パネル１１からの映像光を再帰反射部２に向けて反射する。これにより、折り返しミラー２２はミラーとしての機能を有する。映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明な部材１００の下面に設けた偏光分離部材１０１（図示の例では、シート状の偏光分離部材１０１を粘着剤を用いて透明な部材１００に貼り付けている。）で反射され、再帰反射部材２に入射する。なお、偏光分離部材１０１の代わりに、透明な部材１００の表面に偏光分離特性を有する光学膜を蒸着してもよい。
図４は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。図３（Ａ）等と同様に、映像表示装置１は、液晶表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３と、を備える。例えば、液晶表示パネル１１は、画面サイズが５インチ程度の小型のものから８０インチを超える大型な液晶表示パネルで構成される。折り返しミラー２２は、透明な部材１００を基板とする。透明な部材１００の映像表示装置１側の表面には、反射型偏光板のような特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１を設け、液晶表示パネル１１からの映像光を再帰反射部２に向けて反射する。これにより、折り返しミラー２２はミラーとしての機能を有する。映像表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明な部材１００の下面に設けた偏光分離部材１０１（図示の例では、シート状の偏光分離部材１０１を粘着剤を用いて透明な部材１００に貼り付けている。）で反射され、再帰反射部材２に入射する。なお、偏光分離部材１０１の代わりに、透明な部材１００の表面に偏光分離特性を有する光学膜を蒸着してもよい。
【0037】
再帰反射部材２の光入射面にはλ／４板２１を設け、映像光を２度通過させることで偏光変換し特定偏波を、位相が９０°異なる他方の偏波に変換する。これにより、再帰反射後の映像光について偏光分離部材１０１を透過させ、透明な部材１００の外側に、実像である空間浮遊映像３を表示する。ここで、上述した偏光分離部材１０１では再帰反射することで偏光軸が不揃いになるため、一部の映像光は、反射して映像表示装置１に戻る。この光は、再び映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で反射し、ゴースト像を発生させ空間浮遊像の画質を著しく低下させる。
【0038】
そこで、本実施例では、映像表示装置１の映像表示面に吸収型偏光板１２を設けることとした。この吸収型偏光板１２は、映像表示装置１から発せられる映像光は透過させ、上述した偏光分離部材１０１からの反射光を吸収させるものであり、かかる構成とすることにより、空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止する。また、セット外部の太陽光や照明光による画質低下を軽減するため、透明部材１０５の映像光出力側の表面に吸収型偏光板１０２を設けると良い。
【0039】
次に、上述した空間浮遊映像情報システムにより得られた空間浮遊映像に対して対象物とセンサ４４の距離と位置の関係をセンシングするように、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｙ）機能を有するセンサ４４を図５に示すように複数層に配置して、対象物の平面方向の座標の他に奥行方向の座標と対象物の移動方向、移動速度も感知することが可能となる。
【0040】
２次元の距離と位置を読み取るため、赤外線または紫外線などの非可視光発光部と受光部との組み合わせを複数直線的に配置し、発光点からの光を対象物に照射し反射した光を受光部で受光する。発光した時間と受光した時間との差と、光速の積により、対象物との距離が明確になる。また、平面上の座標は複数の発光部と受光部で、発光時間と受光時間の差が最も小さい部分での座標から読み取ることができる。以上により、平面（２次元）での対象物の座標と、前述したセンサを複数組み合わせることで、３次元の座標情報を得ることもできる。
【0041】
更に、上述した空間浮遊映像情報システムとして３次元の空間浮遊映像を得る方法について、図６を用いて説明する。図６は、空間浮遊映像情報表示システムで用いる３次元映像表示の原理を説明するための図である。図４に示す映像表示装置１の液晶表示パネル１１の映像表示画面の画素に合わせて水平レンチキュラーレンズを配置する。この結果、図６に示すように画面水平方向の運動視差Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の３方向からの運動視差を表示するには、３方向からの映像を３画素ごとに１つのブロックとして、１画素ごとに３方向からの映像情報を表示し、対応するレンチキュラーレンズ（図６中に縦線で示す）の作用により光の出射方向を調整して３方向に分離出射する。この結果、３視差の立体像が表示可能となる。
【0042】
＜反射型偏光板＞
本実施例の空間浮遊映像情報装置において偏光分離部材１０１は、映像の画質を決めるコントラスト性能を、一般的なハーフミラーよりも向上させるために用いられる。本実施例の偏光分離部材１０１の一例として反射型偏光板の特性を説明する。図７は、反射型偏光板の特性を評価した測定系の説明図である。図７の反射型偏光板の偏光軸に対して垂直方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をＶ－ＡＯＩとして、図８及び図９にそれぞれ示す。同様に反射型偏光板の偏光軸に対して水平方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をＨ－ＡＯＩとして、図１０及び図１１にそれぞれ示す。
本実施例の空間浮遊映像情報装置において偏光分離部材１０１は、映像の画質を決めるコントラスト性能を、一般的なハーフミラーよりも向上させるために用いられる。本実施例の偏光分離部材１０１の一例として反射型偏光板の特性を説明する。図７は、反射型偏光板の特性を評価した測定系の説明図である。図７の反射型偏光板の偏光軸に対して垂直方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をＶ－ＡＯＩとして、図８及び図９にそれぞれ示す。同様に反射型偏光板の偏光軸に対して水平方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をＨ－ＡＯＩとして、図１０及び図１１にそれぞれ示す。
【0043】
なお、図８～図１１の特性グラフ（各々カラーで表示している）において、右側の欄外に示す角度（ｄｅｇ）の値は、縦軸すなわち透過率（％）の値が高い順に、上から示している。例えば、図８では、横軸が略４００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を示す範囲において、垂直（Ｖ）方向の角度が０度（ｄｅｇ）の場合が最も透過率が高く、１０度、２０度、３０度、４０度の順に透過率が低くなる。また、図９では、横軸が略４００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を示す範囲において、垂直（Ｖ）方向の角度が０度（ｄｅｇ）の場合が最も透過率が高く、１０度、２０度、３０度、４０度の順に透過率が低くなる。
【0044】
また、図１０では、横軸が略４００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を示す範囲において、水平（Ｈ）方向の角度が０度（ｄｅｇ）の場合が最も透過率が高く、１０度、２０度の順に透過率が低くなる。また、図１１では、横軸が略４００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を示す範囲において、水平（Ｈ）方向の角度が０度（ｄｅｇ）の場合が最も透過率が高く、１０度、２０度の順に透過率が低くなる。
【0045】
図８及び図９に示すように、グリッド構造の反射型偏光板は、偏光軸に対して垂直方向からの光についての特性は低下する。このため、偏光軸に沿った仕様が望ましく、液晶表示パネル１１からの出射映像光を挟角で出射可能な本実施例の光源が理想的な光源となる。また、水平方向の特性も同様に、斜めからの光については、特性低下がある。以上の特性を考慮して、以下、液晶表示パネル１１からの出射映像光をより挟角に出射可能な光源を液晶表示パネル１１のバックライトとして使用する、本実施例の構成例について説明する。これにより、高コントラストな空間浮遊映像が提供可能となる。
【0046】
＜映像表示装置＞
次に、本実施例の映像表示装置１について図を用いて説明する。本実施例の映像表示装置は、映像表示素子１１（液晶表示パネル）と共に、その光源を構成する光源装置１３を備えており、図１２では、光源装置１３を液晶表示パネルと共に展開斜視図として示している。
次に、本実施例の映像表示装置１について図を用いて説明する。本実施例の映像表示装置は、映像表示素子１１（液晶表示パネル）と共に、その光源を構成する光源装置１３を備えており、図１２では、光源装置１３を液晶表示パネルと共に展開斜視図として示している。
【0047】
この液晶表示パネル（映像表示素子１１）は、図１２に矢印３０で示すように、バックライト装置である光源装置１３からの光により挟角な拡散特性を有する光束、即ち、指向性（直進性）が強く、かつ、偏光面を一方向に揃えたレーザ光に似た特性の照明光束を得て、入力される映像信号に応じて変調をかけた映像光を、再帰反射部材２により反射しウィンドガラス１０５を透過して、実像である空間浮遊像を形成する（図１も参照）。
【0048】
また、図１２では、映像表示装置１を構成する液晶表示パネル１１と、更に、光源装置１３からの出射光束の指向特性を調整する光方向変換パネル５４、および、必要に応じ挟角拡散板（図示せず）を備えて構成されている。即ち、液晶表示パネル１１の両面には偏光板が設けられ、特定の偏波の映像光が映像信号により光の強度を変調して出射する（図１２の矢印３０を参照）構成となっている。これにより、所望の映像を指向性（直進性）の高い特定偏波の光として、光方向変換パネル５４を介して、再帰反射部材２に向けて投写し、再帰反射部材２で反射後、店舗（空間）の外部の観視者の眼に向けて透過して空間浮遊像３を形成する。なお、上述した光方向変換パネル５４の表面には保護カバー５０（図１３、図１４を参照）を設けてよい。
【0049】
本実施例では、光源装置１３からの出射光束３０の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置１３と液晶表示パネル１１を含んで構成される映像表示装置１において、光源装置１３からの光（図１２の矢印３０を参照）を、再帰反射部材２に向けて投写し、再帰反射部材２で反射した後、ウィンドガラス１０５の表面に設けた透明シート（図示せず）により、浮遊映像を所望の位置に形成するよう指向性を調整することもできる。
【0050】
具体的には、この透明シートは、フレネルレンズやリニアフレネルレンズ等の光学部品によって高い指向性を付与したまま浮遊映像の結像位置を調整する。このことによれば、映像表示装置１からの映像光は、レーザ光のようにウィンドガラス１０５の外側（例えば、歩道）にいる観察者に対して高い指向性（直進性）で効率良く届くこととなり、その結果、高品位な浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置１３のＬＥＤ素子２０１を含む映像表示装置１による消費電力を著しく低減することが可能となる。
【0051】
＜映像表示装置の例１＞
図１３には、映像表示装置１の具体的な構成の一例を示す。図１３では、図１２の光源装置１３の上に、液晶表示パネル１１と光方向変換パネル５４を配置している。この光源装置１３は、図１２に示したケース上に、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部にＬＥＤ素子２０１、導光体２０３を収納して構成されている。導光体２０３の端面には、図１２等にも示したように、それぞれのＬＥＤ素子２０１からの発散光を略平行光束に変換するために、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状を設けている。
図１３には、映像表示装置１の具体的な構成の一例を示す。図１３では、図１２の光源装置１３の上に、液晶表示パネル１１と光方向変換パネル５４を配置している。この光源装置１３は、図１２に示したケース上に、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部にＬＥＤ素子２０１、導光体２０３を収納して構成されている。導光体２０３の端面には、図１２等にも示したように、それぞれのＬＥＤ素子２０１からの発散光を略平行光束に変換するために、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状を設けている。
【0052】
導光体２０３の上には、液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面（本例では左側の端面）には、半導体光源であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子２０１や、その制御回路を実装したＬＥＤ基板２０２が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板２０２の外側面には、ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられてもよい。
【0053】
また、光源装置１３のケースの上面に取り付けられる液晶表示パネル１１のフレーム（図示せず）には、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、当該液晶表示パネル１１に電気的に接続されたＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル配線基板）（図示せず）などが取り付けられて構成される。即ち、映像表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子２０１と共に、電子装置を構成する制御回路（図示せず）からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。この時、生成される映像光は拡散角度が狭く特定の偏波成分のみとなるため、映像信号により駆動された面発光レーザ映像源に近い、従来にない新しい映像表示装置が得られることとなる。
【0054】
なお、現状では、レーザ装置により、上述した映像表示装置１で得られる画像と同等のサイズのレーザ光束を得ることは、技術的にも安全上からも不可能である。そこで、本実施例では、例えば、ＬＥＤ素子を備えた一般的な光源からの光束から、上述した面発光レーザ映像光に近い光を得る。
【0055】
【0056】
図１３および図１４は断面図であるため、光源を構成する複数のＬＥＤ素子２０１が１つだけ示されており、これらは導光体２０３の受光端面２０３ａの形状により略コリメート光に変換される。このため、導光体端面の受光部とＬＥＤ素子は、所定の位置関係を保って取り付けられている。
【0057】
なお、この導光体２０３は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、この導光体２０３の端部のＬＥＤ受光面は、例えば、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有し、その頂部では、その中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）を形成した凹部を有し、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有するものである（図示せず）。なお、ＬＥＤ素子２０１を取り付ける導光体の受光部外形形状は、円錐形状の外周面を形成する放物面形状をなし、ＬＥＤ素子から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。
【0058】
他方、ＬＥＤ素子２０１は、その回路基板である、ＬＥＤ基板２０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板２０２は、コリメータ（受光端面２０３ａ）に対して、その表面上のＬＥＤ素子２０１が、それぞれ、前述した凹部の中央部に位置するように配置されて固定される。
【0059】
かかる構成によれば、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状によって、ＬＥＤ素子２０１から放射される光は略平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
【0060】
以上述べたように、光源装置１３は、導光体２０３の端面に設けた受光部である受光端面２０３ａに光源であるＬＥＤ素子２０１を複数並べた光源ユニットを取り付けて構成され、ＬＥＤ素子２０１からの発散光束を導光体端面の受光端面２０３ａのレンズ形状によって略平行光として、矢印で示すように、導光体２０３内部を導光し（図面に平行な方向）、光束方向変換手段２０４によって、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１に向かって（図面から手前に垂直な方向）出射する。導光体内部または表面の形状によって、この光束方向変換手段２０４の分布（密度）を最適化することで、液晶表示パネル１１に入射する光束の均一性を調整することができる。
【0061】
上述した光束方向変換手段２０４は、図１３または図１４に示すように導光体表面の形状や導光体内部に例えば屈折率の異なる部分を設けることで、導光体２０３内を伝搬した光束を、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１に向かって（図面から手前に垂直な方向）出射する。この時、液晶表示パネル１１を画面中央に正対し画面対角寸法と同じ位置に視点を置いた状態で画面中央と画面周辺部の輝度を比較した場合の相対輝度比が２０％以上あれば実用上問題なく、３０％を超えていれば更に優れた特性となる。
【0062】
なお、図１３は上述した導光体２０３とＬＥＤ素子２０１を含む光源装置１３において、偏光変換する本実施例の光源の構成とその作用を説明するための断面配置図である。図１３において、光源装置１３は、例えば、プラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段２０４を設けた導光体２０３、光源としてのＬＥＤ素子２０１、反射シート２０５、位相差板２０６、レンチキュラーレンズなどから構成されており、その上面には、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル１１が取り付けられている。
【0063】
また、光源装置１３に対応した液晶表示パネル１１の光源光入射面（図の下面）にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設けており、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０のうち片側の偏波（例えばＰ波）２１２を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（図の下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度、液晶表示パネル１１に向かうようにする。そこで、反射シート２０５と導光体２０３の間もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間に位相差板（λ／４板）を設けて反射シート２０５で反射させ、２回通過させることで反射光束をＰ偏光からＳ偏光に変換し、映像光としての光源光の利用効率を向上する。
【0064】
液晶表示パネル１１で映像信号により光強度を変調された映像光束は（図１３の矢印２１３）、再帰反射部材２に入射して、図１に示したように、反射後にウィンドガラス１０５を透過して店舗（空間）の内部または外部に実像である空間浮遊像を得ることができる。
【0065】
図１４は、図１３と同様に、導光体２０３とＬＥＤ素子２０１を含む光源装置１３において、偏光変換する本実施例の光源の構成と作用を説明するための断面配置図である。光源装置１３も、同様に、例えばプラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段２０４を設けた導光体２０３、光源としてのＬＥＤ素子２０１、反射シート２０５、位相差板２０６、レンチキュラーレンズなどから構成されている。導光体２０３の上には、映像表示素子として、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル１１が取り付けられている。
【0066】
また、光源装置１３に対応した液晶表示パネル１１の光源光入射面（図の下面）にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設け、ＬＥＤ光源２０１から出射した自然光束２１０うち片側の偏波（例えばＳ波）２１１を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（図の下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度液晶表示パネル１１に向かう。反射シート２０５と導光体２０３の間もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間に位相差板（λ／４板）を設けて反射シート２０５で反射させ、２回通過させることで反射光束をＳ偏光からＰ偏光に変換し、映像光として光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル１１で映像信号により光強度変調された映像光束は（図１４の矢印２１４）、再帰反射部材２に入射して、図１に示すように、反射後にウィンドガラス１０５を透過して店舗（空間）の内部または外部に実像である空間浮遊像を得ることができる。
【0067】
図１３および図１４に示す光源装置においては、対応する液晶表示パネル１１の光入射面に設けた偏光板の作用の他に、反射型偏光板４９で片側の偏光成分を反射するため、理論上得られるコントラスト比は、反射型偏光板のクロス透過率の逆数と液晶表示パネルに付帯した２枚の偏光板により得られるクロス透過率の逆数を乗じたものとなる。これにより、高いコントラスト性能が得られる。実際には、表示画像のコントラスト性能が１０倍以上向上することを実験により確認した。この結果、自発光型の有機ＥＬに比較しても遜色ない高品位な映像が得られた。
【0068】
＜映像表示装置の例２＞
図１５には、映像表示装置１の具体的な構成の他の一例を示す。図１５の光源装置１３は、図１７等の光源装置と同様である。この光源装置１３は、例えばプラスチックなどのケース内にＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納して構成されており、その上面には液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面には、半導体光源であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子１４ａ、１４ｂや、その制御回路を実装したＬＥＤ基板が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板の外側面には、ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンク１０３が取り付けられている（図１７、図１８等も参照）。
図１５には、映像表示装置１の具体的な構成の他の一例を示す。図１５の光源装置１３は、図１７等の光源装置と同様である。この光源装置１３は、例えばプラスチックなどのケース内にＬＥＤ、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納して構成されており、その上面には液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面には、半導体光源であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子１４ａ、１４ｂや、その制御回路を実装したＬＥＤ基板が取り付けられると共に、ＬＥＤ基板の外側面には、ＬＥＤ素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンク１０３が取り付けられている（図１７、図１８等も参照）。
【0069】
また、ケースの上面に取り付けられた液晶表示パネルフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、液晶表示パネル１１に電気的に接続されたＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル配線基板）４０３（図７参照）などが取り付けられて構成されている。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子１４ａ，１４ｂと共に、電子装置を構成する制御回路（ここでは図示せず）からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって、表示映像を生成する。
【0070】
【0071】
図１７および図１８には、光源を構成するＬＥＤ１４ａ、１４ｂが示されており、これらはコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このコリメータ１５は、図１８（ｂ）にも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部（ＬＥＤ基板に接する側）におけるその中央部に、凸部（即ち、凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。
【0072】
また、コリメータ１５の平面部（上記の頂部とは逆の側）の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、コリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４ａ、１４ｂから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。
【0073】
また、ＬＥＤ１４ａ、１４ｂは、その回路基板である、ＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、コリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ１４ａまたは１４ｂが、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定される。
【0074】
かかる構成によれば、上述したコリメータ１５によって、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図の右方向）に向かって放射される光は、コリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７、１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ１５によれば、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
【0075】
なお、コリメータ１５の光の出射側には、偏光変換素子２１が設けられている。偏光変換素子２１は、偏光変換部材と称しても良い。この偏光変換素子２１は、図１８からも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、コリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ膜」と省略する）２１１と反射膜２１２とが設けられている。また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１を透過した光が出射する出射面には、λ／２位相板２１３が備えられている。
【0076】
この偏光変換素子２１の出射面には、更に、図１８（ａ）にも示す、矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから出射された光は、コリメータ１５の働きにより平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射し、出射側のテクスチャー１６１により拡散された後、導光体１７に到る。
【0077】
導光体１７は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形（図１８（ｂ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図１７からも明らかなように、合成拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（面）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（面）１７２と、第２の拡散板１８ｂを介して、液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部（面）１７３と、を備えている。
【0078】
この導光体１７の導光体光反射部（面）１７２には、その一部拡大図である図１７にも示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図では右上がりの線分）は、図において一点鎖線で示す水平面に対してαｎ（ｎ：自然数であり、本例では、例えば、１～１３０である）を形成しており、その一例として、ここでは、αｎを４３度以下（ただし、０度以上）に設定している。
【0079】
一方、導光体１７の導光体入射部（面）１７１は、図１７に示すように光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。
【0080】
上記のような構成の光源装置１３によれば、合成拡散ブロック１６の出射面から出射された平行光は、第１の拡散板１８ａを介して拡散されて導光体１７の導光体入射部（面）１７１に入射する。導光体１７に入射した光は、図１７からも明らかなように、導光体入射部（面）１７１に入射した際に上方に僅かに屈曲（偏向）しながら導光体光反射部（面）１７２に達し、導光体光反射部（面）１７２の反射面（１７２ａ）で反射して、図１７の上方の出射面に設けた液晶表示パネル１１へと到達する。
【0081】
以上に詳述した映像表示装置１によれば、光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、モジュール化されたＳ偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造することが可能となる。なお、上記の説明では、偏光変換素子２１をコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示パネル１１に到る光路中に設けることによっても、同様の作用・効果が得られる。
【0082】
なお、導光体光反射部（面）１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、照明光束は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部（面）１７３には挟角拡散板を設けて略平行な拡散光束として指向特性を調整する光方向変換パネル５４に入射し、斜め方向から液晶表示パネル１１へ入射する。本実施例では光方向変換パネル５４を導光体出射面１７３と液晶表示パネル１１の間に設けたが、液晶表示パネル１１の出射面に設けても、同様の効果が得られる。
【0083】
＜映像表示装置の例２の光源装置の例２＞
光源装置１３等の光学系の構成について、他の例を図１９に示す。図１９に示す光学系も、図１８に示した例と同様に、光源を構成する複数（本例では、２個）のＬＥＤ１４ａ、１４ｂが示されており、これらはコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図１８に示した例と同様に、このコリメータ１５は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、コリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４ａから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。
光源装置１３等の光学系の構成について、他の例を図１９に示す。図１９に示す光学系も、図１８に示した例と同様に、光源を構成する複数（本例では、２個）のＬＥＤ１４ａ、１４ｂが示されており、これらはコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図１８に示した例と同様に、このコリメータ１５は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、コリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４ａから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。
【0084】
また、ＬＥＤ１４ａ、１４ｂは、その回路基板である、ＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、コリメータ１５に対して、その表面上のＬＥＤ１４ａまたは１４ｂが、それぞれ、その凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定される。
【0085】
かかる構成によれば、上述したコリメータ１５によって、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方（図の右方向）に向かって放射される光は、コリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７、１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ１５によれば、ＬＥＤ１４ａまたは１４ｂにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
【0086】
なお、コリメータ１５の光の出射側には第一の拡散板１８ａを介して導光体１７０が設けられている。導光体１７０は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形（図１９（ａ）参照）の棒状に形成された部材であり、そして、図１９（ａ）からも明らかなように、拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体光１７０の入射部（面）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（面）１７２と、反射式偏光板２００を介して液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部（面）１７３とを備えている。
【0087】
この反射型偏光板２００は、例えばＰ偏光を反射（Ｓ偏光は透過）させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤから発した自然光のうちＰ偏光を反射し、図１９（ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板２０２を通過して反射面２０１で反射し、再びλ／４板２０２を通過することでＳ偏光に変換され、液晶表示パネル１１に入射する光束は全てＳ偏光に統一される。
【0088】
同様に、反射型偏光板２００としてＳ偏光を反射（Ｐ偏光は透過）させる特性を有する物を選択すれば、光源であるＬＥＤから発した自然光のうちＳ偏光を反射し、図１９（ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板２０２を通過して反射面２０１で反射し、再びλ／４板２０２を通過することでＰ偏光に変換され、液晶表示パネル５２に入射する光束は全てＰ偏光に統一される。以上述べた構成でも偏光変換が実現できる。
【0089】
＜映像表示装置の例３＞
続いて、図１６を用いて、映像表示装置１の具体的な構成の他の例（映像表示装置の例３）を説明する。この映像表示装置１の光源装置は、ＬＥＤからの光（Ｐ偏光とＳ偏光が混在）の発散光束をコリメータ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４の反射面により液晶表示パネル１１に向け反射する。反射光は、液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された反射型偏光板４９に入射する。
続いて、図１６を用いて、映像表示装置１の具体的な構成の他の例（映像表示装置の例３）を説明する。この映像表示装置１の光源装置は、ＬＥＤからの光（Ｐ偏光とＳ偏光が混在）の発散光束をコリメータ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４の反射面により液晶表示パネル１１に向け反射する。反射光は、液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された反射型偏光板４９に入射する。
【0090】
反射型偏光板４９では特定の偏波（例えばＰ偏光）は透過して液晶表示パネル１１に入射する。反射型偏光板で他方の偏波（例えばＳ偏光）は反射され再び反射型導光体３０４へ向かう。反射型偏光板４９は、反射型導光体３０４の反射面からの光の主光線に対して垂直とならないよう傾きを以て設置されており、反射型偏光板４９で反射された光の主光線は、反射型導光体３０４の透過面に入射する。
【0091】
反射型導光体３０４の透過面に入射した光は、反射型導光体３０４の背面を透過し、位相差板であるλ／４板２７０を透過し、反射板２７１で反射される。反射板２７１で反射された光は、再びλ／４板２７０を透過し、反射型導光体３０４の透過面を透過する。反射型導光体３０４の透過面を透過した光は再び反射型偏光板４９に入射する。
【0092】
このとき、反射型偏光板４９に再度入射する光は、λ／４板２７０を２回通過しているため、反射型偏光板４９を透過する偏波（例えば、Ｐ偏光）へ偏光が変換されている。よって、偏光が変換されている光は反射型偏光板４９を透過し、液晶表示パネル１１に入射する。なお、偏光変換に係る偏光設計について、上述の説明から偏波を逆に構成（Ｓ偏光とＰ偏光を逆にする）してもかまわない。
【0093】
この結果、ＬＥＤからの光は特定の偏波（例えばＰ偏光）に揃えられ、液晶表示パネル１１に入射し、映像信号に合わせて輝度変調されパネル面に映像を表示する。上述の例と同様に光源を構成する複数のＬＥＤが設けられており（ただし、縦断面のため図１６ではＬＥＤを１個のみ図示している）、これらはコリメータ１８に対して所定の位置に取り付けられている。
【0094】
なお、コリメータ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このコリメータ１８は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有してもよい。その頂部では、その中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）を形成した凹部を有してもよい。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）を有している。なお、コリメータ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。
【0095】
なお、ＬＥＤは、その回路基板である、ＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、コリメータ１８に対して、その表面上のＬＥＤが、それぞれ、円錐凸形状の頂部の中央部（頂部に凹部が有る場合はその凹部）に位置するように配置されて固定される。
【0096】
かかる構成によれば、コリメータ１８によって、ＬＥＤから放射される光のうち、特に、その中央部分から放射される光は、コリメータ１８の外形を形成する凸レンズ面により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ１８によれば、ＬＥＤにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。
【0097】
以上の構成は、図１７、図１８等に示した映像表示装置の光源装置と同様の構成である。さらに、図１６に示したコリメータ１８により略平行光に変換された光は、反射型導光体３０４で反射される。当該光のうち、反射型偏光板４９の作用により特定の偏波の光は反射型偏光板４９を透過し、反射型偏光板４９の作用により反射された他方の偏波の光は、再度導光体３０４を透過する。当該光は、反射型導光体３０４に対して、液晶表示パネル１１とは逆の位置にある反射板２７１で反射する。この時、当該光は位相差板であるλ／４板２７０を２度通過することで偏光変換される。
【0098】
反射板２７１で反射した光は、再び導光体３０４を透過して、反対面に設けた反射型偏光板４９に入射する。当該入射光は、偏光変換がなされているので、反射型偏光板４９を透過して、偏光方向を揃えて液晶表示パネル１１に入射させられる。この結果、光源の光を全て利用できるので、光の幾何光学的な利用効率が２倍になる。また、反射型偏光板の偏光度（消光比）もシステム全体の消光比に乗せられるので、本実施例の光源装置を用いることで、表示装置全体としてのコントラスト比が大幅に向上する。
【0099】
なお、反射型導光体３０４の反射面の面粗さおよび反射板２７１の面粗さを調整することで、それぞれの反射面での光の反射拡散角を調整することができる。液晶表示パネル１１に入射する光の均一性がより好適になるように、設計毎に、反射型導光体３０４の反射面の面粗さおよび反射板２７１の面粗さを調整すればよい。
【0100】
なお、図１６で説明した例では、位相差板であるλ／４板２７０は、λ／４板２７０へ垂直に入射した偏光に対する位相差がλ／４である構成としたが、必ずしも、このような構成である必要はない。図１６の構成において、λ／４板２７０は、偏光が２回通過することで、位相が９０°（λ／２）変わる位相差板であればよい。また、位相差板の厚さは、偏光の入射角度分布に応じて調整すればよい。
【0101】
＜映像表示装置の例４＞
さらに、表示装置の光源装置等の光学系の構成についての他の例（映像表示装置の例４）を、図２５を用いて説明する。図２５は、映像表示装置の例３の光源装置において、反射型導光体３０４の代わりに拡散シートを用いる場合の構成例を示す。
さらに、表示装置の光源装置等の光学系の構成についての他の例（映像表示装置の例４）を、図２５を用いて説明する。図２５は、映像表示装置の例３の光源装置において、反射型導光体３０４の代わりに拡散シートを用いる場合の構成例を示す。
【0102】
具体的には、コリメータ１８の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向（図の前後方向で図示せず）の拡散特性を変換する光学シートを２枚用い（光学シート２０７Ａおよび光学シート２０７Ｂ）、コリメータ１８からの光を２枚の光学シート（拡散シート）の間に入射させる。この光学シートは、２枚構成ではなく１枚としてもよい。１枚構成とする場合には、１枚の光学シートの表面と裏面の微細形状で垂直と水平の拡散特性を調整する。
【0103】
また、拡散シートを複数枚使用して、拡散の作用を各々の拡散シートに分担させる構成としても良い。ここで、図２５の例では、光学シート２０７Ａと光学シート２０７Ｂの表面形状と裏面形状による反射拡散特性について、液晶表示パネル１１から出射する光束の面密度が均一になるように、ＬＥＤの数量とＬＥＤ基板（光学素子）１０２からの発散角およびコリメータ１８の光学仕様を設計パラメータとして最適設計すると良い。すなわち、導光体の代わりに複数の拡散シートの表面形状により拡散特性を調整する。
【0104】
図２５に示す例では、偏光変換は、上述した表示装置の例３と同様の方法で行われる。すなわち、図２５の例において、反射型偏光板４９は、Ｓ偏光を反射（Ｐ偏光は透過）させる特性を有するように構成すればよい。その場合、光源であるＬＥＤから発した光のうちＰ偏光を透過して、透過した光は液晶表示パネル１１に入射する。光源であるＬＥＤから発した光のうちＳ偏光を反射し、反射した光は、図２５に示した位相差板２７０を通過する。
【0105】
そして、位相差板２７０を通過した光は、反射板２７１で反射される。反射板２７１で反射した光は、再び位相差板２７０を通過することで、Ｐ偏光に変換される。偏光変換された光は、反射型変更板４９を透過し、液晶表示パネル１１に入射する。なお、図２５の位相差板であるλ／４板２７０は、必ずしもλ／４板２７０へ垂直に入射した偏光に対する位相差がλ／４である必要はない。図２５の構成において、λ／４板２７０は、偏光が２回通過することで、位相が９０°（λ／２）変わる位相差板であればよい。位相差板の厚さは、偏光の入射角度分布に応じて調整すればよい。なお、図２５においても、偏光変換に係る偏光設計について、上述の説明から偏波を逆に構成（Ｓ偏光とＰ偏光を逆にする構成と）してもかまわない。
【0106】
液晶表示パネル１１からの出射光は、一般的なＴＶ用途の装置では、例えば図２２（Ａ）中の「従来特性（Ｘ方向）」および図２２（Ｂ）中の「従来特性（Ｙ方向）」のプロット曲線に示すように、画面水平方向（図２２（Ａ）のグラフのＸ軸に対応した表示方向）と画面垂直方向（図２２（Ｂ）のグラフのＹ軸に対応した表示方向）とで、互いに同様な拡散特性を有する。
【0107】
【0108】
一具体例では、正面視（角度０度）の輝度に対して５０％の輝度（約半分に低下する輝度）になる視野角が１３度となるように設定した場合、一般的な家庭用のＴＶ用途の装置の拡散特性（角度６２度）に対して約１／５の角度となる。同様に、垂直方向の視野角を上側と下側とで不均等に設定する場合の一例では、上側の視野角を下側の視野角に対して１／３程度に抑える（狭くする）ように、反射型導光体の反射角度や反射面の面積等を最適化する。
【0109】
上記のような視野角等の設定が行われることにより、従来の液晶ＴＶに比べ、ユーザの観視方向に向かう映像の光量が格段に増加（映像の明るさの点で大幅に向上）し、かかる映像の輝度は５０倍以上となる。
【0110】
更に、図２２の「例２」に示す視野角特性とした場合、正面視（角度０度）で得られる映像の輝度に対して５０％の輝度（約半分に低下する輝度）になる視野角が５度となるように設定した場合、一般的な家庭用のＴＶ用途の装置の拡散特性（角度６２度）に対して約１／１２の角度（狭い視野角）となる。同様に、垂直方向の視野角を上側と下側とで均等に設定する場合の一例では、かかる垂直方向の視野角を従来に対して１／１２程度に抑える（狭くする）ように、反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。
【0111】
このような設定が行われることにより、従来の液晶ＴＶに比べ、観視方向（ユーザの視線方向）に向かう映像の輝度（光量）が大幅に向上し、かかる映像の輝度は１００倍以上となる。
【0112】
以上述べたように、視野角を挟角とすることで、観視方向に向かう光束量を集中できるので、光の利用効率が大幅に向上する。この結果、一般的なＴＶ用途の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を調整することで同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能で、明るい屋外に向けての情報表示システムに対応した映像表示装置とすることができる。
【0113】
大型の液晶表示パネルを使用する場合には、画面周辺の光は画面中央を観視者が正対した場合に観視者の方向に向かうように内側に向けることで、画面明るさの全面性が向上する。図２０は、液晶表示パネルから観視者までの距離Ｌと、映像表示装置のパネルサイズ（画面比１６：１０）と、をパラメータとしたときの液晶表示パネル長辺と液晶表示パネル短辺との収斂角度を求めたものである。
【0114】
図２０中の上側に示す図では、液晶表示パネルの画面を縦長（以下、「縦使い」とも称する）として映像を観視する場合を前提としている。この場合には、液晶表示パネルの短辺（適宜、図２０中の矢印Ｖ方向を参照）に合わせて収斂角度を設定すればよい。より具体的な例としては、図２０中のプロットグラフに参照されるように、例えば、２２“パネルの縦使いで観視距離が０．８ｍの場合には、収斂角度を１０度に設定することにより、画面の各隅（４コーナー）からの映像光を、観視者に向けて効果的に投射ないし出力することができる。
【0115】
同様に、１５”パネルの縦使いで観視する場合には観視距離が０．８ｍの場合には収斂角度を７度とすれば画面４コーナからの映像光を有効に観視者に向けることができる。以上述べたように、液晶表示パネルのサイズ及び縦使いか横使いかによって画面周辺の映像光を、画面中央を観視するのに最適な位置にいる観視者に向けることで、画面明るさの全面性を向上できる。
【0116】
基本構成としては、上述の図１６などに示すように光源装置により挟角な指向特性の光束を液晶表示パネル１１に入射させ、映像信号に合わせて輝度変調することで、液晶表示パネル１１の画面上に表示した映像情報を、再帰反射部材で反射させ得られた空間浮遊映像を、透明な部材１００を介して室外または室内に表示する。
【0117】
以下、光源装置の別の例について複数の例を説明する。これらの光源装置の別の例は、いずれも上述した映像表示装置の例の光源装置に変えて採用してもよい。
【0118】
＜光源装置の別の例１＞
図２６（a）及び図２６（ｂ）を参照して、光源装置の別の例について説明する。図２６（a）は、導光体３１１を説明するために、液晶表示パネル１１と拡散板２０６の一部を省略した図である。
図２６（a）及び図２６（ｂ）を参照して、光源装置の別の例について説明する。図２６（a）は、導光体３１１を説明するために、液晶表示パネル１１と拡散板２０６の一部を省略した図である。
【0119】
図２６は、光源を構成するＬＥＤ１４が基板１０２に備え付けられた状態を示している。これらＬＥＤ１４および基板１０２は、リフレクタ３００に対して所定の位置に取り付けられている。
【0120】
図２６（a）に示すように、ＬＥＤ１４は、リフレクタ３００が配置される側の液晶表示パネル１１の辺（この例では短辺）と平行な方向に、一列に配置される。図示の例では、かかるＬＥＤの配置と対応して、リフレクタ３００が配置されている。なお、リフレクタ３００は複数配置されてもよい。
【0121】
一具体例では、リフレクタ３００は、各々、プラスチック材料により形成されている。他の例として、リフレクタ３００は、金属材料やガラス材料で形成してもよいが、プラスチック材料の方が成型しやすいため、本実施例ではプラスチック材料のものを用いる。
【0122】
図２６（ｂ）に示すように、リフレクタ３００の内側（同図中の右側）の面は、放物面を子午面で切り取った形状の反射面（以下は「放物面」と称する場合がある）３０５を備える。リフレクタ３００は、ＬＥＤ１４から出射される発散光を、上記の反射面３０５（放物面）で反射させることにより、略平行な光に変換し、変換された光を導光体３１１の端面に入射させる。一具体例では、導光体３１１は、透過型導光体である。
【0123】
リフレクタ３００の反射面は、ＬＥＤ１４の出射光の光軸に対して非対称な形状である。また、リフレクタ３００の反射面３０５は、上述のように放物面であり、かかる放物面の焦点にＬＥＤを配置することで、反射後の光束を略平行光に変換する。
【0124】
ＬＥＤ１４は面光源であるため放物面の焦点に配置してもＬＥＤからの発散光を完全な平行光に変換することはできないが、本願発明の光源の性能を左右することはない。ＬＥＤ１４とリフレクタ３００は一対のペアでありＬＥＤ１４の基板１０２への取り付け精度±４０μｍにおいて所定の性能を確保するためにはＬＥＤの基板の取り付けは最大１０個以下とすべきであり、量産性を考慮すれば５個程度に抑えると良い。
【0125】
ＬＥＤ１４とリフレクタ３００は一部において近接されるがリフレクタ３００の開口側の空間へ放熱できるためＬＥＤの温度上昇が低減できる。このためプラスチック成型品のリフレクタ３００が使用可能となる。この結果、反射面の形状精度をガラス素材のリフレクタに比べ１０倍以上向上できるので光利用効率を向上させることができる。
【0126】
一方、導光体３１１の底面３０３には反射面が設けられ、ＬＥＤ１４からの光はリフレクタ３００により平行光束に変換された後、当該反射面で反射し、導光体３１１に対向して配置された液晶表示パネル１１に向け出射する。底面３０３に設けられた反射面には、図２６に示したように、リフレクタ３００からの平行光束の進行方向において、傾きの異なる複数の面があってもよい。傾きの異なる複数の面のそれぞれの面はリフレクタ３００からの平行光束の進行方向に垂直な方向に延伸する形状を有してもよい。
【0127】
また、底面３０３に設けられた反射面の形状は平面形状でもよい。この時、液晶表示パネル１１に対向した導光体３１１の面に設けた屈折面３１４により、導光体３１１の底面３０３に設けられた反射面で反射された光を屈折させて液晶表示パネル１１に向かう光束の光量と出射方向を高精度に調整する。
【0128】
屈折面３１４は、図２６に示したように、リフレクタ３００からの平行光束の進行方向において、傾きの異なる複数の面があってもよい。傾きの異なる複数の面のそれぞれの面はリフレクタ３００からの平行光束の進行方向に垂直な方向に延伸する形状を有してもよい。当該複数の面の傾きは、導光体３１１の底面３０３に設けられた反射面で反射された光を液晶表示パネル１１に向かって屈折させる。また、屈折面３１４は、透過面としてもよい。
【0129】
なお、液晶表示パネル１１の前に拡散板２０６がある場合は、前記反射面で反射された光は、屈折面３１４の前記複数の傾きにより拡散板２０６に向かって屈折される。すなわち、屈折面３１４が有する傾きが異なる複数の面の延伸方向と、底面３０３に設けられた反射面が有する傾きが異なる複数の面の延伸方向は平行である。両者の延伸方向を平行にすることにより、より好適に光の角度を調整することができる。他方、ＬＥＤ１４は、金属性の基板１０２に半田付けする。このためＬＥＤの発熱を、基板を介して空気中に放熱することが出来る。
【0130】
また、基板１０２にリフレクタ３００が接していても良いが、空間を開けておいても良い。空間を開ける場合、リフレクタ３００は筐体に接着させて配置される。空間を開けておくことでＬＥＤの発熱を空気中に放熱でき、冷却効果が上がる。この結果、ＬＥＤの動作温度が低減できるので発光効率の維持と長寿命化を実現する。
【0131】
＜光源装置の別の例２＞
続いて、図２６に示した光源装置に対して、偏光変換を用いて光利用効率を１．８倍向上した光源装置に関する光学系の構成について、図２７Ａ（１）（２）及び図２７Ｂ（１)（２）及び図２７Ｃ及び図２７Ｄ（１）（２）を参照しながら詳細に説明する。なお、図２７Ａ（１）においてサブリフレクタ３０８の図示は省略している。
続いて、図２６に示した光源装置に対して、偏光変換を用いて光利用効率を１．８倍向上した光源装置に関する光学系の構成について、図２７Ａ（１）（２）及び図２７Ｂ（１)（２）及び図２７Ｃ及び図２７Ｄ（１）（２）を参照しながら詳細に説明する。なお、図２７Ａ（１）においてサブリフレクタ３０８の図示は省略している。
【0132】
図２７Ａおよび図２７Ｂおよび図２７Ｃは、光源を構成するＬＥＤ１４が基板１０２に備え付けられた状態を示しており、これらはリフレクタ３００とＬＥＤ１４を一対のブロックとし、複数のブロックを有するユニット３１２で構成する。
【0133】
このうち、図２７Ａ（２）に示した基材３２０は、基板１０２の基材である。一般に、金属性の基板１０２は熱を持っているため、かかる基板１０２の熱を絶縁（断熱）するために、基材３２０は、プラスチック材料などを用いるとよい。リフレクタ３００の材質と反射面の形状は、図２６の光源装置の例と同じ材質および形状でよい。
【0134】
また、リフレクタ３００の反射面は、ＬＥＤ１４の出射光の光軸に対して非対称な形状でもよい。この理由を、図２７Ａ（２）により説明する。本実施例では、図２６の例と同様にリフレクタ３００の反射面は放物面であり、放物面の焦点位置に面光源であるＬＥＤの発光面の中心を配置する。
【0135】
また、放物面の特性上、発光面の４隅からの発光も略平行光束となり、出射方向が異なるだけである。そのため、発光部が面積を持っていても、後段に配置された偏光変換素子とリフレクタ３００の間隔が短ければ偏光変換素子２１へ入射する光量と変換効率は、ほとんど影響を受けない。
【0136】
また、ＬＥＤ１４の取り付け位置が、対応するリフレクタ３００の焦点に対してＸＹ平面内でずれても上述した理由により光変換効率の低下を軽減できる光学系が実現できる。さらに、ＬＥＤ１４の取り付け位置がＺ軸方向にばらついた場合であっても、変換された平行光束がＺＸ平面内で移動するだけであり、面光源であるＬＥＤの取り付け精度を大幅に軽減できる。本実施例においても放物面の一部を子午的に切り欠いた反射面を有するリフレクタ３００について記載したが、放物面全面を反射面として切り欠いた一部分にＬＥＤを配置してもよい。
【0137】
一方、本実施例では、図２７Ｂ（１）、図２７Ｃに示したように、ＬＥＤ１４からの発散光を放物面３２１で反射させ略平行な光に変換した後、後段の偏光変換素子２１の端面に入射させ、偏光変換素子２１により特定の偏波に揃えることを特徴的な構成としている。この特徴的な構成により、本発明においては、光の利用効率が前述した図２６の例に対して１．８倍となり、高効率な光源が実現できる。
【0138】
なお、このとき、ＬＥＤ１４からの発散光を放物面３２１で反射させた略平行な光は、すべて均一というわけではない。よって、複数の傾きを持った反射面３０７により反射光の角度分布を調整することで液晶表示パネル１１に向けて、液晶表示パネル１１に対して垂直方向に入射可能としている。
【0139】
ここで、本図の例では、ＬＥＤからリフレクタに入る光(主光線)の向きと液晶表示パネルに入る光の向きが略平行になるように配置している。この配置は、設計上配置がしやすく、また、熱源を光源装置の下に配置する方が、空気が上に抜けることによってＬＥＤの温度上昇を低減することができるので、より好適である。
【0140】
また、図２７Ｂ（１）示したように、ＬＥＤ１４からの発散光の捕捉率を向上させるために、リフレクタ３００で捕捉できない光束をリフレクタ上部に配置した遮光板３０９に設けたサブリフレクタ３０８で反射させ、下部のサブリフレクタ３１０の斜面で反射させ後段の偏光変換素子２１の有効領域に入射させ光の利用効率を更に向上させる。すなわち、本実施例では、リフレクタ３００で反射した光の一部をサブリフレクタ３０８で反射し、サブリフレクタ３０８で反射された光をサブリフレクタ３１０で導光体３０６に向かう方向に反射させる。
【0141】
かくして、偏光変換素子２１により特定の偏波に揃えられた略平行光束は、反射型導光体３０６の表面に設けた反射形状によって、反射型導光体３０６の出射面に対向して配置された液晶表示パネル１１に向けて反射される。このとき、液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布は、前述したリフレクタ３００の形状と配置及び反射型導光体の反射面形状（断面形状）と反射面の傾き、面粗さ等についての事前の設定ないし調整（最適設計）によって決定される。言い換えると、上述した設定ないし調整事項を最適化することにより、液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布が最適化される。
【0142】
導光体３０６表面に設けた反射面形状としては、偏光変換素子の出射面に対向して複数の反射面を配置し、偏光変換素子２１からの距離に応じて、反射面の傾き、面積、高さ、ピッチを最適化することで、前述したように、液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布を所望の値とする。
【0143】
反射型導光体に設けた反射面３０７は、図２７Ｂ（２）に示すように、１面に複数の傾きを持つような構成とすることで、より高精度に反射光の調整を実現できる。なお、反射面において、１面に複数の傾きを持つような構成としては、反射面として使用する領域が、複数面または多面または曲面でもよい。更に拡散板２０６の拡散作用により、より均一な光量分布を実現する。ＬＥＤに近い側の拡散板に入射する光は、反射面の傾きを変化させることで、均一な光量分布を実現する。
【0144】
本実施例では、反射面３０７の基材は、耐熱性ポリカーボネイトなどのプラスチック材料を用いる。また、λ／２板２１３の出射直後の反射面３０７の角度は、λ／２板と反射面の距離によって変化する。
【0145】
本実施例においても、ＬＥＤ１４とリフレクタ３００は、一部において近接されるが、リフレクタ３００の開口側の空間へ放熱できＬＥＤの温度上昇を低減できる。また、基板１０２とリフレクタ３００を図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃと上下逆に配置してもよい。
【0146】
ただし、基板１０２を上に配置すると、基板１０２が液晶表示パネル１１と近くなるので、レイアウトが困難になる場合がある。よって、図示した通り、基板１０２をリフレクタ３００の下側（液晶表示パネル１１から遠い側）に配置する方が、装置内の構成がより簡素になる。
【0147】
偏光変換素子２１の光入射面には、後段の光学系に不要な光が入射しないように、遮光板４１０を設けるとよい。このような構成とすることで、温度上昇を抑えた光源装置が実現できる。液晶表示パネル１１の光入射面に設けた偏光板では、偏光が揃った光束については吸収により温度上昇を低減させることができ、反射型導光体で反射した際に偏光方向が回転した一部の光については、入射側偏光板で吸収される。更に、液晶そのものでの吸収や電極パターンに入射した光による温度上昇で液晶表示パネル１１の温度も上昇するが、反射型導光体３０６の反射面と液晶表示パネル１１の間に十分な空間があることから、かかる空間を利用した自然冷却によって、液晶表示パネル１１の温度上昇を抑制することができる。
【0148】
図２７Ｄは、図２７Ｂ（１）および図２７Ｃの光源装置の変形例である。図２７Ｄ（１）は、図２７Ｂ（１）の光源装置の一部を抜粋してその変形例を図示している。その他の構成については、図２７Ｂ（１）で上述した光源装置と同じ構成であるため、図示および繰り返しの説明を省略する。
【0149】
まず、図２７Ｄ（１）に示す例では、サブリフレクタ３１０の凹部３１９の高さは、蛍光体１１４から横向き（Ｘ軸方向）に出力される蛍光の主光線（図２７Ｄ（１）中、Ｘ軸と平行な方向に伸びる直線を参照）が、サブリフレクタ３１０の凹部３１９から抜けるように、蛍光体１１４よりも低い位置となるように調整されている。さらに、蛍光体１１４から横向きに出力される蛍光の主光線が遮光板４１０により遮られずに偏光変換素子２１の有効領域に入射するように、蛍光体１１４の位置に対して、Ｚ軸方向において遮光板４１０の高さが低くなるように調整されている。
【0150】
また、サブリフレクタ３１０の頂部の凹凸の凸部が有する反射面は、サブリフレクタ３０８で反射した光を導光体３０６に導くために、サブリフレクタ３０８で反射した光を反射する。よって、サブリフレクタ３１０の凸部３１８の高さは、サブリフレクタ３０８で反射した光を反射させ後段の偏光変換素子２１の有効領域に入射するように調整されることで、光の利用効率を更に向上させることができる。
【0151】
なお、サブリフレクタ３１０は図２７Ａ（２）に示すように一方方向に延伸して配置され、凹凸形状となっている。さらに、サブリフレクタ３１０の頂部には、１つ以上の凹部を有する凹凸が周期的に一方向に沿って並んでいる。このような凹凸形状とすることにより、蛍光体１１４から横向きに出力される蛍光の主光線が偏光変換素子２１の有効領域に入射するように構成できる。
【0152】
また、サブリフレクタ３１０の凹凸形状は、ＬＥＤ１４がある位置に凹部３１９がくるピッチで周期的に配置されている。すなわち、蛍光体１１４のそれぞれは、サブリフレクタ３１０の凹凸の凹部の配置のピッチに対応して一方向に沿って周期的に配置される。なお、蛍光体１１４がＬＥＤ１４に備えられている場合は、蛍光体１１４を光源の発光部と表現しても良い。
【0153】
また、図２７Ｄ（２）は、図２７Ｃの光源装置の一部を抜粋してその変形例を図示している。その他の構成については、図２７Ｃの光源装置と同じ構成であるため、図示および繰り返しの説明を省略する。図２７Ｄ（２）に示すように、サブリフレクタ３１０はなくてもよいが、図２７Ｄ（１）と同様に、蛍光体１１４から横向きに出力される蛍光の主光線が遮光体４１０により遮られずに偏光変換素子２１の有効領域に入射するように、蛍光体１１４の位置に対して、Ｚ軸方向において遮光板４１０の高さが低くなるように調整されている。
【0154】
なお、図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃ、図２７Ｄの光源装置について、２７Ａ（１）に示したように、反射型導光体３０６の反射面と液晶表示パネル１１の間の空間へのごみ入り込み防止、光源装置外部への迷光発生防止、および光源装置外部からの迷光侵入防止のために、側壁４００を設けてもよい。側壁４００を設ける場合は、導光体３０６と拡散板２０６との空間を挟むように配置される。
【0155】
当該偏光変換素子２１によって偏光変換された光を出射する偏光変換素子２１の光出射面は、側壁４００と導光体３０６と拡散板２０６と偏光変換素子２１とで囲まれた空間に面する。また、側壁４００の内側の面のうち、偏光変換素子２１の出射面から光が出力される空間（図２７Ｂ（１）の偏光変換素子２１の出射面から右側の空間）を側面から覆う部分の面は、反射膜などを有する反射面を用いる。すなわち、上記空間に面する側壁４００の面は、反射膜を有する反射領域を備える。側壁４００の内側の面のうち当該部分を反射面とすることで、当該反射面で反射した光を光源光として再利用でき、光源装置の輝度を向上することができる。
【0156】
側壁４００の内側の面のうち、偏光変換素子２１を側面から覆う部分の面は、光反射率の低い面（反射膜のない黒色面など）とする。これは、偏光変換素子２１の側面で反射光が生じると、想定外の偏光状態の光が生じ、迷光の原因となるためである。言い換えると、上記の面を光反射率の低い面とすることにより、映像の迷光および想定外の偏光状態の光の発生を防止ないし抑制することができる。また、側壁４００の一部に空気が通る穴をあけておくことで冷却効果を向上させるように構成してもよい。
【0157】
なお、図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃ、図２７Ｄの光源装置は、偏光変換素子２１を用いる構成を前提として説明した。しかしながら、これらの光源装置から偏光変換素子２１を省略して構成してもよい。この場合、より安価に光源装置を提供することができる。
【0158】
＜光源装置の別の例３＞
続いて、光源装置の例１に示した光源装置を基に反射型導光体３０４を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図２８Ａ（１）、（２）、（３) 、及び図２８Ｂを参照しながら詳細に説明する。
続いて、光源装置の例１に示した光源装置を基に反射型導光体３０４を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図２８Ａ（１）、（２）、（３) 、及び図２８Ｂを参照しながら詳細に説明する。
【0159】
図２８Ａは、光源を構成するＬＥＤ１４が基板１０２に備え付けられた状態を示しており、これらはコリメータ１８とＬＥＤ１４が一対のブロックとし、複数のブロックを有するユニット３２８で構成する。本実施例のコリメータ１８は、ＬＥＤ１４と近接しているため、耐熱性を考慮してガラス材料を採用している。コリメータ１８の形状は、図１７のコリメータ１５で説明した形状と同様である。また、偏光変換素子２１へ入射する前段に遮光板３１７を設けることにより、不要な光が後段の光学系に入射するのを防止ないし抑制し、当該不要な光による温度の上昇を軽減している。
【0160】
図２８Ａに示す光源のその他の構成及び効果については、図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃ、図２７Ｄと同様であるため、繰り返しの説明を省略する。図２８Ａの光源装置は、図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃで説明したのと同様に、側壁を設けてもよい。側壁の構成及び効果については、既に説明した通りであることから、繰り返しの説明を省略する。
【0161】
【0162】
＜光源装置の別の例４＞
続いて、図２９の光源装置は、図２８に示した光源装置に用いたコリメータ１８とＬＥＤ１４が一対のブロックとして複数のブロックを有するユニット３２８で構成する。液晶表示パネル１１の背面の両端部に配置したＬＥＤと反射型導光体５０４を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図２９（ａ）（ｂ）及び（ｃ)を参照しながら詳細に説明する。
続いて、図２９の光源装置は、図２８に示した光源装置に用いたコリメータ１８とＬＥＤ１４が一対のブロックとして複数のブロックを有するユニット３２８で構成する。液晶表示パネル１１の背面の両端部に配置したＬＥＤと反射型導光体５０４を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図２９（ａ）（ｂ）及び（ｃ)を参照しながら詳細に説明する。
【0163】
図２９は光源を構成するＬＥＤ１４が基板５０５に備え付けられた状態を示しており、これらはコリメータ１８とＬＥＤ１４が一対のブロックとした複数のブロックを有するユニット５０３で構成する。ユニット５０３は液晶表示パネル１１の背面の両端部に配置される（本実施例では短辺方向に３ユニットが並んで配置される）。ユニット５０３から出力された光は反射型導光体５０４で反射され、対向配置された液晶表示パネル１１（図２９（ｃ）に図示）に入射する構成としている。
【0164】
反射型導光体５０４は、図２９（ｃ）に示すように、それぞれの端部に配置されたユニットに対応して２つのブロックに分割され中央部が最も高くなるように配置されている。コリメータ１８は、ＬＥＤ１４と近接しているため、ＬＥＤ１４から発せられる熱への耐熱性を考慮して、ガラス材料を採用している。コリメータ１８の形状は、図１７のコリメータ１５で説明した形状である。
【0165】
ＬＥＤ１４から出射された光は、コリメータ１８を介して偏光変換素子５０１へ入射する。この例では、光学素子８１の形状により、後段の反射型導光体５０４に入射する光の分布を調整する構成としている。すなわち、液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布は、前述したコリメータ１８の形状と、配置及び光学素子８１の形状と、拡散特性及び反射型導光体の反射面形状（断面形状）と、反射面の傾き、反射面の面粗さと、を調整することによって最適設計される。
【0166】
反射型導光体５０４の表面に設けた反射面形状としては、図２９（ｂ）に示すように、偏光変換素子の出射面に対向して複数の反射面を配置し、偏光変換素子２１からの距離に応じて、反射面の傾き、面積、高さ、ピッチを最適化する。また、同一反射面となる領域（すなわち、偏光変換素子に対向する面）を多面体に分割することで、前述したように液晶表示パネル１１に入射する光束の光量分布を所望の値とする（最適化する）ことができる。
【0167】
反射型導光体に設けた反射面は、図２７Ｂで説明した反射型導光体と同様に、１面（光の反射させる領域）を、複数の傾きを持った形状を持たせる構成（図２９の例ではＸＹ平面内で１４分割して異なった傾斜面で構成）とすることで、より高精度に反射光の調整を行うことができる。また、反射型導光体からの反射光が光源装置１３の側面から漏れないようにするため、遮光壁５０７を設けることにより、所望の方向（液晶表示パネル１１へ向かう方向）以外への漏れ光の発生を防止することができる。
【0168】
また、図２９の反射型導光体５０４の左右に配置されるユニット５０３を、図２７の光源装置に置き換えてもよい。すなわち、図２７の光源装置（基板１０２、リフレクタ３００、ＬＥＤ１４等）を複数用意し、かかる複数の光源装置を、図２９（ａ），（ｂ），（ｃ）に参照されるように、互いに対向する位置に配置した構成としてもよい。
【0169】
図３０は、拡散板２０６の形状の一例を示す断面図である。上述のように、ＬＥＤから出力された発散光は、リフレクタ３００またはコリメータ１８で略平行光に変換され、偏光変換素子２１で特定偏波に変換された後に、導光体で反射させられる。そして、導光体で反射した光束は、拡散板２０６の入射面の平面部分を通過して、液晶表示パネル１１に入射する（図３０中の「導光体からの反射光」を示す２本の実線矢印を参照）。
【0170】
また、偏光変換素子２１から出射した光のうち、発散光束は、拡散板２０６の入射面に設けた傾斜面を有する突起部の斜面で全反射して、液晶表示パネル１１に入射する。偏光変換素子２１から出射した光を拡散板２０６の突起部の斜面で全反射させるために、突起部の斜面の角度を、偏光変換素子２１からの距離に基づいて変化させる。偏光変換素子２１から遠い側またはＬＥＤから遠い側の突起部の斜面の角度をαとし、偏光変換素子２１から近い側またはＬＥＤから近い側の突起部の斜面の角度をα’とする場合、αはα’より小さい（α＜α’）。このような設定とすることにより、偏光変換された光束を有効利用することが可能となる。
【0171】
＜レンチキュラーレンズ＞
液晶表示パネル１１からの映像光の拡散分布を調整する方法として、光源装置１３と液晶表示パネル１１との間、あるいは、液晶表示パネル１１の表面に、レンチキュラーレンズを設け、当該レンズの形状を最適化することが挙げられる。すなわち、レンチキュラーレンズ形状の最適化を行うことによって、液晶表示パネル１１から一方向に出射される映像光（以下、「映像光束」とも称する）の出射特性を調整することができる。
液晶表示パネル１１からの映像光の拡散分布を調整する方法として、光源装置１３と液晶表示パネル１１との間、あるいは、液晶表示パネル１１の表面に、レンチキュラーレンズを設け、当該レンズの形状を最適化することが挙げられる。すなわち、レンチキュラーレンズ形状の最適化を行うことによって、液晶表示パネル１１から一方向に出射される映像光（以下、「映像光束」とも称する）の出射特性を調整することができる。
【0172】
代替的または追加的に、液晶表示パネル１１の表面（または光源装置１３と液晶表示パネル１１との間）に、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置し、当該配置の態様を調整してもよい。すなわち、マイクロレンズアレイの配置を調整することによって、映像表示装置１から出射される映像光束についての、Ｘ軸およびＹ軸方向への出射特性を調整することができ、この結果、所望の拡散特性を有する映像表示装置を得ることができる。
【0173】
レンチキュラーレンズによる作用について説明する。上述のように、レンズ形状が最適化されたレンチキュラーレンズを使用した場合、以下の作用効果が得られる。すなわち、映像表示装置１から出射される映像光束の出射特性を、レンチキュラーレンズを通して調整（最適化）するとともに、当該最適化された映像光束を、効率良くウィンドガラス１０５で透過又は反射させて、好適な空間浮遊像を得ることができる。
【0174】
さらなる構成例として、映像表示装置１から出射される映像光が通過する位置に、２枚のレンチキュラーレンズを組み合わせて配置する、または、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を調整するシートを設けてもよい。このような光学系の構成とすることにより、Ｘ軸およびＹ軸方向において、映像光の輝度（相対輝度）を、映像光の反射角度（垂直方向に反射した場合を基準（０度）とした反射角度）に応じて調整することができる。
【0175】
本実施例では、このようなレンチキュラーレンズを使用することにより、図２２（Ｂ）中に「例１（Ｙ方向）」および「例２（Ｙ方向）」のグラフ（プロット曲線）に示すように、従来特性のグラフ（プロット曲線）とは明らかに異なった、優れた光学的特性を獲得することができる。具体的には、例１（Ｙ方向）および例２（Ｙ方向）のプロット曲線では、垂直方向の輝度特性を急峻にし、さらに、上下方向（Ｙ軸の正負方向）の指向特性のバランスを変化させることで、反射や拡散による光の輝度（相対輝度）を高めることができる。
【0176】
このため、本実施例によれば、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く（高い直進性）かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術による映像表示装置を用いた場合に再帰反射部材で発生していたゴースト像を抑え、再帰反射による空間浮遊像を効率良く観視者の眼に届けるように、調整することができる。
【0177】
また、上述した光源装置により、図２２の（ａ）、（ｂ）に示した一般的な液晶表示パネルからの出射光拡散特性（図中では「従来特性」と表記）に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向ともに大幅に挟角な指向特性を持たせることができる。本実施例では、このような狭角な指向特性を持たせることで、特定方向に向けて平行に近い映像光束を出射する、特定偏波の光を出射する映像表示装置を実現することができる。
【0178】
図２１には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、特に、Ｚ軸を基準としたＸ方向（垂直方向）における特性を示しており、特性Ｏは、光の出射方向のピークが垂直方向（０度）から上方に３０度付近の角度であり上下に対称な輝度特性を示している。また、図２１のグラフに示す特性Ａや特性Ｂのプロット曲線は、更に、３０度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度（相対輝度）を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性Ａや特性Ｂでは、特性Ｏのプロット曲線と比較して分かるように、Ｚ軸からＸ方向への傾き（角度θ）が３０度を超えた角度（θ＞３０°）の領域において、急激に光の輝度（相対輝度）が低減する。
【0179】
即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、映像表示装置１からの映像光束を再帰反射部材２に入射させる際、光源装置１３で挟角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を調整でき、再帰反射シート２の設置の自由度を大幅に向上できる。その結果、ウィンドガラス１０５を反射又は透過して所望の位置に結像する空間浮遊像の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く（高い直進性）かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の観視者の眼に届くようにすることが可能となる。このことによれば、映像表示装置１からの映像光の強度（輝度）が低減しても、観視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、映像表示装置１の出力小さくすることにより、消費電力の低い情報表示システムを実現することが可能となる。
【0180】
以上、本発明を適用した種々の実施の形態ないし実施例（すなわち具体例）について詳述した。一方で、本発明は、上述した実施形態（具体例）のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0181】
上記で説明した光源装置は、空間浮遊映像表示装置に限られず、ＨＵＤ、タブレット、デジタルサイネージ等のような情報表示装置に適用することも可能である。
【0182】
本実施の形態に係る技術では、空間浮遊映像を高解像度かつ高輝度な映像情報を空間浮遊した状態で表示することにより、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。このような技術を提供する本発明によれば、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。
【0183】
また、上述した実施の形態に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さくし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、明るく鮮明な空間浮遊映像を得ることが可能になる。本実施の形態に係る技術によれば、消費電力を大幅に低減することが可能な、利用性に優れた非接触ユーザインタフェースを提供することができる。このような技術を提供する本発明によれば、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」および「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。
【0184】
さらに、上述した実施の形態に係る技術では、指向性（直進性）の高い映像光による空間浮遊映像を形成することを可能にする。本実施例に係る技術では、銀行のＡＴＭや駅の券売機等における高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示する場合でも、指向性の高い映像光を表示することで、ユーザ以外に空間浮遊映像を覗き込まれる危険性が少ない非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。本発明は、以上のような技術を提供することにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。
【符号の説明】
【0185】
１…映像表示装置、２…再帰反射部材、３…空間像（空間浮遊像）、１０５…ウィンドガラス、１００…透過性プレート、１０１…偏光分離部材、１２…吸収型偏光板、１３…光源装置、５４…光方向変換パネル、１５１…再帰反射部材、１０２、２０２…ＬＥＤ基板、２０３…導光体、２０５…反射シート、２７１…反射板、２０６、２７０…位相差板、３００…空間浮遊像、３０１…空間浮遊映像のゴースト像、３０２…空間浮遊映像のゴースト像、１１…液晶表示パネル、２０６…拡散板、２１…偏光変換素子、３００…ＬＥＤリフレクタ、２１３…λ／２板、反射型導光体…３０６、反射面…３０７、サブリフレクタ…３０８、３１０、８１…光学素子、偏光変換素子…５０１、ユニット…５０３、遮光壁…５０７、４０１、４０２…遮光板、３２０…基材
【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】
【図27A】
【図27B】
【図27C】
【図27D】
【図28A】
【図28B】
【図29】
【図30】