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(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】P2024064925
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20240507BHJP
H04N 13/302 20180101ALI20240507BHJP
【ＦＩ】
G02B30/56
H04N13/302
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022203594
(22)【出願日】2022-12-20
(31)【優先権主張番号】P 2022173624
(32)【優先日】2022-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100172188
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】秋元 肇
(72)【発明者】
【氏名】宮入 洋
【テーマコード（参考）】
2H199
5C061
【Ｆターム（参考）】
2H199BA32
2H199BA49
2H199BB02
2H199BB05
2H199BB17
2H199BB19
2H199BB20
2H199BB25
2H199BB30
2H199BB52
2H199BB59
5C061AA06
5C061AB14
5C061AB16
5C061AB18
(57)【要約】
【課題】簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、光源と、光学系と、遮光部材と、光透過部材と、を備える。前記結像素子は、第１面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を備える。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って、複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、第１反射面と、前記第１反射面に直交する第２反射面と、をそれぞれ含む。前記第２直交リフレクタの傾きは、前記第１面側に結像するように設定される。前記光透過部材は、前記結像素子での２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の一部を遮光する。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、光源と、光学系と、遮光部材と、光透過部材と、を備える。前記結像素子は、第１面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を備える。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って、複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、第１反射面と、前記第１反射面に直交する第２反射面と、をそれぞれ含む。前記第２直交リフレクタの傾きは、前記第１面側に結像するように設定される。前記光透過部材は、前記結像素子での２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の一部を遮光する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
【請求項2】
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
【請求項3】
前記光学系は、複数の光学素子を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項4】
前記複数の光学素子は、自由曲面ミラーを含む請求項３記載の画像表示装置。
【請求項5】
前記光源および前記光学系のそれぞれの光軸を調整可能に設定し、前記光源および前記光学系のそれぞれについて前記光軸に沿った方向における位置を調整可能に設定する制御機構をさらに備えた請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記遮光部材は、前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体の一部であり、
前記光透過部材は、前記筐体の他の一部である請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記光透過部材は、前記筐体の他の一部である請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項7】
前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体をさらに備え、
前記光透過部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過部材との間に設けられた請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記光透過部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過部材との間に設けられた請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記光源は、基板と、前記基板上に配置された複数の半導体発光素子と、を含む表示装置である請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項9】
前記表示装置は、前記複数の半導体素子のそれぞれに設けられたレンズを含む請求項８記載の画像表示装置。
【請求項10】
前記表示装置は、前記複数の半導体発光素子上に配置された光散乱部材を含む請求項８記載の画像表示装置。
【請求項11】
前記基板は、光の出射方向に向かって凹となる凹面を有し、
前記複数の半導体発光素子は、前記凹面上に配置された請求項８記載の画像表示装置。
前記複数の半導体発光素子は、前記凹面上に配置された請求項８記載の画像表示装置。
【請求項12】
前記基板は、可撓性を有する請求項８記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
被観察物の実像を空中に表示する反射型結像光学素子およびこれを応用した画像表示装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
このような画像表示装置は、利用者の必要なときに画像を表示し、その他の場合には、画像を非表示にすることが可能である。また、このような画像表示装置は、空中に画像を表示することから、表示部分の装置が不要である。そのため、自動車内などの限られた空間をより有効に活用できる等のメリットがある。
【0004】
また、このような画像表示装置を応用することにより、非接触型の操作パネルを実現することができる。そのため、自動車内などの利用に加えて、応用分野の広がりが期待される。
【0005】
空中に画像表示できる反射型結像光学素子として、２面直交リフレクタを用いたものや、コーナーキューブリフレクタと呼ばれる再帰性反射機能を有する光学素子を用いたものが実用化されている（たとえば、特許文献２等参照）。それぞれの動作原理により、問題点が指摘されている。たとえば、２面直交リフレクタを用いる結像素子を用いた画像表示装置では、利用者の意図しない場所に虚像が表示されることを回避することが困難であるとされている。
【0006】
コーナーキューブリフレクタを用いた画像表示装置では、光源および結像素子に加えて光学素子を用いることにより、結像の形成位置を比較的自由に設定することができる。一方で、そのための光学素子の構成が複雑になる。
【0007】
簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１５－１４６００９号公報
【特許文献2】国際公開第２０１６－１９９９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の一実施形態は、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、を備える。前記結像素子は、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第１面側に設けられる。前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられる。前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられる。
【0011】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、を備える。前記結像素子は、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第１面側に設けられる。前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられる。前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一実施形態によれば、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図2】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置および光学系を例示する模式的な断面図である。
【図3A】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
【図4B】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置の変形例を例示する模式的な断面図である。
【図5】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な等価回路図である。
【図6】画像表示装置の一部である結像素子を例示する模式的な平面図である。
【図12A】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の変形例を例示する模式的な側面図である。
【図12B】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の他の変形例を例示する模式的な側面図である。
【図13】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の動作を説明するための模式的な平面図である。
【図14】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の動作を説明するための模式的な側面図である。
【図15】第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の動作を説明するための模式的な側面図である。
【図16】第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図17A】第１の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
【図17B】第１の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
【図18】第２の実施形態に係る画像表示装置の一部である光学系を例示する模式図である。
【図19】第３の実施形態に係る画像表示装置の一部である光学系を例示する模式図である。
【図20A】第４の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
【図21】第５の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図22】第６の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図23A】第６の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図23B】第６の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置の変形例を例示する模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0015】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、光学系１２００と、筐体１３００と、光透過部材１３２０と、を備える。画像表示装置１０００は、表示装置１１００から光学系１２００を介して出射された光Ｌを結像素子３１０ａで反射し、結像素子３１０ａによる反射光Ｒを光透過部材１３２０を介して筐体１３００の外部の空中で結像させる。表示装置１１００は、光Ｌの集合からなる画像を出力することができるので、観測者Ｏ１は、表示装置１１００から出力された画像を、筐体１３００の外部で形成された結像Ｉ１として観測することができる。
図１は、第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、光学系１２００と、筐体１３００と、光透過部材１３２０と、を備える。画像表示装置１０００は、表示装置１１００から光学系１２００を介して出射された光Ｌを結像素子３１０ａで反射し、結像素子３１０ａによる反射光Ｒを光透過部材１３２０を介して筐体１３００の外部の空中で結像させる。表示装置１１００は、光Ｌの集合からなる画像を出力することができるので、観測者Ｏ１は、表示装置１１００から出力された画像を、筐体１３００の外部で形成された結像Ｉ１として観測することができる。
【0016】
筐体１３００は、表示装置１１００、光学系１２００および結像素子３１０ａの周囲に設けられる。つまり、表示装置１１００、光学系１２００および結像素子３１０ａは、筐体１３００の内部に配置される。この例では、表示装置１１００および光学系１２００は、筐体１３００の内部の上部に配置され、結像素子３１０ａは、筐体１３００の内部の下部に配置されている。
【0017】
この例では、表示装置１１００および光学系１２００は、１つの表示モジュール１２１０に含まれている。表示モジュール１２１０では、上方に表示装置１１００が配置され、表示装置１１００の下方に光学系１２００が配置されている。表示装置１１００は、下方の光学系１２００に向かって光を出射し、光学系１２００は、上方からの光を透過させて下方に向かって出射する。
【0018】
この例では、結像素子３１０ａは、光学系１２００から入射した光Ｌを、斜め上方に向かう反射光Ｒとして出射する。そのため、反射光Ｒは、後述する仮想平面Ｐ０に垂直な方向に出射される。結像素子３１０ａは、反射光Ｒを出射する方向に仮想平面Ｐ０を支持するように設けられた結像素子設置部１３３０に配置され、たとえば固定される。
【0019】
筐体１３００は、任意の外形形状を有する。筐体１３００は、表示装置１１００、光学系１２００および結像素子３１０ａを内部に収納する。筐体１３００は、これらのほか、この例では、制御装置１４００や結像素子設置部１３３０を内部に配置している。
【0020】
遮光部材１３１０は、筐体１３００の一部である。この例では、遮光部材１３１０は、筐体１３００の内壁に配置された光吸収層である。光吸収層は、たとえば黒色の塗料の塗布層である。画像表示装置１０００では、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０を配置することによって、表示装置１１００、光学系１２００および結像素子３１０ａから出射される光の一部が筐体１３００内で反射して迷光となることを防止する。なお、遮光部材１３１０は塗料の塗布層であり、筐体１３００の構成材の厚さに比べて十分に薄いため、図１では、筐体１３００の内壁の面として表されている。
【0021】
光透過部材１３２０は、筐体１３００の一部に設けられている。光透過部材１３２０は、筐体１３００の一部に形成された窓枠１３２２の位置に配置されている。窓枠１３２２は、結像素子３１０ａに対向する位置に開口されている。
【0022】
より具体的には、図６～図１５に関連して後述するように、結像素子３１０ａは、第１面３１１ａ上に行列状に配置された複数の２面直交リフレクタ３０を有している。第１面３１１ａは、窓枠１３２２の開口および光透過部材１３２０とほぼ平行に配置される。２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１と第２反射面３２とを有しており、それぞれの反射面で１回ずつ反射して、２面直交リフレクタ３０の２回反射光が反射光Ｒとして出射される。光透過部材１３２０および窓枠１３２２は、結像素子３１０ａの２回反射光を透過するように設けられる。
【0023】
この例では、結像素子３１０ａの直上に結像Ｉ１を形成するように、表示モジュール１２１０および結像素子３１０ａは配置されている。結像素子３１０ａの直上とは、第１面３１１ａの法線方向の位置である。このような配置の場合には、結像素子３１０ａは、１回反射光の一部も第１面３１１ａ側に出射され、虚像やゴーストを形成することがある。また、結像素子３１０ａの構成によっては、いずれの反射面でも反射されない光が第１面側に出射される場合もある。したがって、遮光部材１３１０は、筐体１３００の内壁のうち、少なくとも、表示モジュール１２１０からの漏れ光や、結像素子３１０ａの２回反射光以外の光を遮光する位置に配置される必要がある。
【0024】
結像素子３１０ａから出射される反射光Ｒは、光透過部材１３２０を透過して、筐体１３００の外部で結像Ｉ１を形成する。つまり、光透過部材１３２０は、結像素子３１０ａと、結像Ｉ１が形成される位置との間に配置される。観測者Ｏ１がいる場合には、結像Ｉ１は、観測者Ｏ１と光透過部材１３２０との間に形成される。
【0025】
この例のように、画像表示装置１０００は、制御装置１４００、カメラ１４３０およびカメラ用照明１４４０等を有してもよい。表示モジュール１２１０は、制御装置１４００に支持されている表示モジュール１２１０は、制御装置１４００によって、表示モジュール１２１０の光軸の角度を変更したり、表示モジュール１２１０と結像素子３１０ａとの間の距離を変更したりすることができる。
【0026】
制御装置１４００は、制御部１４１０および駆動部１４２０を含んでいる。制御部１４１０は、カメラ１４３０が取得した観測者Ｏ１を含む画像データを画像解析し、観測者Ｏ１の位置の情報を算出し、観測者Ｏ１の位置に応じて、結像Ｉ１が形成される、より適切な位置の情報を算出する。駆動部１４２０は、制御部１４１０によって算出された結像Ｉ１の位置の情報にもとづいて、表示モジュール１２１０が出射する光の方向を設定するように表示モジュール１２１０の光軸の角度や表示モジュール１２１０の位置を変更する。
【0027】
制御部１４１０が算出する観測者Ｏ１の位置の情報は、たとえば、観測者Ｏ１の顔の位置であり、観測者Ｏ１の目の位置等である。カメラ用照明１４４０は、観測者Ｏ１を含む画像データを撮像する際に、観測者Ｏ１に照明光を照射して、鮮明な画像データの取得を可能にする。
【0028】
表示装置１１００および光学系１２００の構成について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置および光学系を例示する模式的な断面図である。
図２に示すように、表示モジュール１２１０は、表示装置１１００と光学系１２００とを含む。表示モジュール１２１０は、たとえば、円筒状のモジュール筐体１２１２を有している。表示装置１１００および光学系１２００は、モジュール筐体１２１２内に支持部によってそれぞれ支持されている。図２では、表示装置１１００の第１面１１１１ａに配置されるＬＥＤ素子等については、表記による煩雑さを回避するため、表記を省略している。
図２は、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置および光学系を例示する模式的な断面図である。
図２に示すように、表示モジュール１２１０は、表示装置１１００と光学系１２００とを含む。表示モジュール１２１０は、たとえば、円筒状のモジュール筐体１２１２を有している。表示装置１１００および光学系１２００は、モジュール筐体１２１２内に支持部によってそれぞれ支持されている。図２では、表示装置１１００の第１面１１１１ａに配置されるＬＥＤ素子等については、表記による煩雑さを回避するため、表記を省略している。
【0029】
表示装置１１００の説明に際しては、３次元直交座標系を用いて説明することがある。表示装置１１００の説明のための３次元直交座標系は、Ｘ１軸、Ｙ１軸およびＺ１軸を含む直交座標系である。Ｘ１軸に平行な方向を「Ｘ１方向」といい、Ｙ１軸に平行な方向を「Ｙ１方向」といい、Ｚ１軸に平行な方向を「Ｚ１方向」ということがある。Ｘ１軸およびＹ１軸を含むＸ１Ｙ１平面は、表示装置１１００の基板の第１面１１１１ａに平行な面であるものとする。第１面１１１１ａは、ＬＥＤ素子が配置された面である。Ｘ１軸は、表示装置１１００の画素の行に平行である。Ｙ１軸は、Ｘ１軸に直交する。Ｚ１軸は、Ｘ１軸およびＹ１軸に直交し、第１面１１１１ａから第２面１１１１ｂに向かって正方向とする。第２面１１１１ｂは、基板１１１０の第１面１１１１ａの反対側に位置する面である。表示装置１１００の詳細な構成については後述する。
【0030】
Ｘ１Ｙ１Ｚ１直交座標系によれば、表示装置１１００は、主として、Ｚ１軸の負方向に向かって光を出射する。光学系１２００は、表示装置１１００が光を出射する側に配置されている。つまり、光学系１２００は、表示装置１１００のＺ１軸の負方向の側に配置されている。
【0031】
光学系１２００は、１つまたは複数の光学レンズを含むことができる。この例では、３枚の光学レンズ１２２１～１２２３を含んでいる。３枚の光学レンズ１２２１、１２２２、１２２３は、Ｚ１軸の負方向に向かって、この順に配列されている。光学レンズ１２２１～１２２３は、同一の光軸Ｃ１上に配置されている。この例では、光学レンズ１２２１は両面が凸であり、光学レンズ１２２２、１２２３は片面が凹である。どのような光学レンズをどのような位置、順序で配置するかについては、光学設計に応じて適切に設定され、図２に示した具体例の場合に限定されない。また、図２の例では、光学系１２００は、複数の光学レンズを含むものとしたが、１つの光学レンズであってもよい。表示装置１１００および光学系１２００は、１つの表示モジュールである場合に限らず、表示装置１１００および光学系１２００は、それぞれ別体として筐体１３００内に配置されてもよい。
【0032】
表示装置１１００の構成について、より詳細に説明する。
図３Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図４Ａは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における模式的な矢視断面図である。
図３Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図４Ａは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における模式的な矢視断面図である。
【0033】
図３Ａに示すように、表示装置１１００は、Ｘ１Ｙ１平面視で矩形の基板１１１０を有している。基板１１１０は、たとえばガラスやポリイミド等の樹脂を用いることができ、Ｓｉ基板を用いてもよい。表示装置１１００においては、基板１１１０の表面に対して法線方向に光軸Ｃ１を有する。
【0034】
図３Ｂに示すように、表示装置１１００は、光源となる複数の画素１１１２を含んでいる。表示装置１１００は、複数の画素１１１２により、所望の画像を表示する。表示装置１１００は、図示しないコントローラに電気的に接続される。コントローラは、筐体１３００内や筐体１３００外に設けられ、表示装置１１００が表示する画像に関するデータを供給する。表示装置１１００は、コントローラから供給される画像に関するデータにもとづいて、静止画や動画等を表示する。
【0035】
表示装置１１００は、基板１１１０と、複数の画素１１１２と、走査回路１１３０と、複数の走査線１１４０と、複数の点灯制御線１１５０と、駆動回路１１６０と、複数の信号線１１７０と、を含む。画素１１１２は、ＬＥＤ素子１１２０と、個別回路１１８０と、を含む。なお、図３Ｂでは、ＬＥＤ素子１１２０、走査回路１１３０、駆動回路１１６０、および個別回路１１８０は、図示の煩雑さを避けるため、それぞれ四角形で簡易的に示されている。
【0036】
複数のＬＥＤ素子１１２０は、行列状に配列されている。以下、Ｘ１方向に１行で並ぶ複数のＬＥＤ素子１１２０を「行１１２０ｉ」という。
【0037】
図４Ａに示すように、基板１１１０は、第１面１１１１ａと第２面１１１１ｂとを有する。第２面１１１１ｂは、第１面１１１１ａの反対側の面である。ＬＥＤ素子１１２０は、第１面１１１１ａ上に行列状に配置されている。ＬＥＤ素子１１２０は、第１面１１１１ａ上にフェースダウン実装される。ＬＥＤ素子は、フェースダウン実装に限らず、第１面１１１１ａ上にフェースアップ実装されてもよい。
【0038】
ＬＥＤ素子１１２０は、半導体積層体１１２１と、アノード電極１１２５と、カソード電極１１２６と、を有する。半導体積層体１１２１は、ｐ型半導体層１１２２と、ｐ型半導体層１１２２上に配置された活性層１１２３と、活性層１１２３上に配置されたｎ型半導体層１１２４と、を有する。半導体積層体１１２１には、たとえばＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。ＬＥＤ素子１１２０が発光する光は、本実施形態では可視光である。
【0039】
アノード電極１１２５は、ｐ型半導体層１１２２に電気的に接続される。また、アノード電極１１２５は、図５に関連して後述する個別回路１１８０の配線１１８１に電気的に接続される。カソード電極１１２６は、ｎ型半導体層１１２４に電気的に接続される。また、カソード電極１１２６は、個別回路１１８０の別の配線１１８２に電気的に接続される。アノード電極１１２５およびカソード電極１１２６には、たとえば金属材料を用いることができる。
【0040】
この例では、ＬＥＤ素子１１２０の光出射面１１２４Ｓには、複数の凹部１１２４Ｔが設けられている。以下では、「ＬＥＤ素子の光出射面」とは、ＬＥＤ素子の表面のうち、主として光が出射する面を意味する。光出射面１１２４Ｓから出射された光は、光学系１２００に入射する。この例では、光出射面１１２４Ｓは、ｎ型半導体層１１２４の一方の面である。より具体的には、光出射面１１２４Ｓは、ｎ型半導体層１１２４が活性層１１２３に対向する面の反対側に位置する面である。
【0041】
光出射面１１２４Ｓに複数の凹部１１２４Ｔを形成する方法は、凸部が形成された成長基板上にｎ型半導体層を成長させる方法やｎ型半導体層の表面異方性エッチングにより粗面加工する方法等がある。
【0042】
このように、ＬＥＤ素子１１２０の光出射面１１２４Ｓに複数の凹部１１２４Ｔが設けられているので、ＬＥＤ素子１１２０は、より大きな配光角を有する光を出射することができる。
【0043】
ＬＥＤ素子の構成は、上記に限定されない。たとえば、ＬＥＤ素子の光出射面には複数の凹部ではなく複数の凸部が設けられていてもよいし、複数の凹部および複数の凸部の両方が設けられていてもよい。また、成長基板が透光性を有する場合、半導体積層体から成長基板を剥離せず、光出射面に相当する成長基板の表面に複数の凹部および複数の凸部の少なくとも一方を設けてもよい。
【0044】
また、表示装置１１００の構造も、上記に限定されない。上記ではＬＥＤ素子１１２０は個別回路１１８０を設けた基板１１１０上に個別実装されているが、ＬＥＤ素子１１２０は個別回路１１８０を設けた基板１１１０上にボンディングされた半導体積層体から個別に加工され配線されてもよい。
【0045】
図４Ｂは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置の変形例を例示する模式的な断面図である。
図４Ｂは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における矢視断面図に対応しており、図４Ａに示した位置と同じ位置における矢視断面図を表している。
図４Ｂに示すように、画素１１１２ａは、ＬＥＤ素子１１２０ａと、波長変換部材１１２８とを含んでいる。画素１１１２ａは、図３Ｂに示した画素１１１２と同様に、個別回路１１８０を含んでいる。画素１１１２ａは、この例のように、カラーフィルタ１１２９をさらに含んでもよい。
図４Ｂは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における矢視断面図に対応しており、図４Ａに示した位置と同じ位置における矢視断面図を表している。
図４Ｂに示すように、画素１１１２ａは、ＬＥＤ素子１１２０ａと、波長変換部材１１２８とを含んでいる。画素１１１２ａは、図３Ｂに示した画素１１１２と同様に、個別回路１１８０を含んでいる。画素１１１２ａは、この例のように、カラーフィルタ１１２９をさらに含んでもよい。
【0046】
この変形例では、ＬＥＤ素子１１２０ａは、半導体積層体１１２１ａと、アノード電極１１２５と、カソード電極１１２６と、を有する。半導体積層体１１２１ａは、ｐ型半導体層１１２２と、活性層１１２３と、ｎ型半導体層１１２４ａと、を有する。活性層１１２３はｐ型半導体層１１２２上に配置され、ｎ型半導体層１１２４ａは活性層１１２３上に配置されている。ｎ型半導体層１１２４ａは、光出射面１１２４ａＳを有する。光出射面１１２４ａＳは、凹部や凸部を有しておらず平坦な面である。
【0047】
画素１１１２ａでは、保護層１１２７は、ＬＥＤ素子１１２０ａ、配線１１８１、１１８２および基板１１１０の第１面１１１１ａを覆っている。保護層１１２７には、たとえば、硫黄（Ｓ）含有置換基もしくはリン（Ｐ）原子含有基を有する高分子材料、または、ポリイミド等の高分子マトリックスに高屈折率の無機ナノ粒子を導入した高屈折率ナノコンポジット材料等の透光性材料を用いることができる。
【0048】
波長変換部材１１２８は、保護層１１２７上に配置される。波長変換部材１１２８は、一般的な蛍光体材料、ペロブスカイト蛍光体材料または量子ドット（Quantum Dot、ＱＤ）等の波長変換材料を１種以上含む。ＬＥＤ素子１１２０ａから出射した光は、波長変換部材１１２８に入射する。波長変換部材１１２８に含まれる波長変換材料は、ＬＥＤ素子１１２０ａから出射した光のピーク波長を異なるピーク波長の光に変換して出射する。波長変換部材１１２８に入射された光は、波長変換部材１１２８内で散乱されるので、波長変換部材１１２８が発する光は、より広い配光角で出射される。
【0049】
カラーフィルタ１１２９は、波長変換部材１１２８上に配置される。カラーフィルタ１１２９は、ＬＥＤ素子１１２０ａから出射した光の大部分を遮断可能である。これにより、画素１１１２ａからは、主に波長変換部材１１２８が発する光が出射する。
【0050】
この変形例においては、ＬＥＤ素子１１２０ａの発光ピーク波長は、紫外光の領域であってもよいし、可視光の領域であってもよい。なお、少なくとも１つの画素１１１２ａから青色光を出射させたい場合には、その画素１１１２ａには、波長変換部材１１２８およびカラーフィルタ１１２９を設けずに、その画素１１１２ａに属するＬＥＤ素子１１２０ａから青色光を出射させてもよい。
【0051】
また、ＬＥＤ素子において基板と対向するようにｎ型半導体層を設け、その上に活性層およびｐ型半導体層をこの順で積層し、ｐ型半導体層において活性層と対向する面の反対側の面を、ＬＥＤ素子の光出射面としてもよい。
【0052】
図３Ｂに示すように、走査回路１１３０は、たとえば、平面視において行列状に配列された複数のＬＥＤ素子１１２０とＸ１方向において隣り合うように基板１１１０に設けられている。走査回路１１３０は、駆動する行１１２０ｉをＹ１方向に順次切り替え可能な回路である。走査回路１１３０からは、複数の走査線１１４０がＸ１方向に延びている。また、走査回路１１３０からは、複数の点灯制御線１１５０がＸ１方向に延びている。複数の走査線１１４０および複数の点灯制御線１１５０は、Ｙ１方向に交互に並んでいる。
【0053】
駆動回路１１６０はＸ１Ｙ１平面視において、行列状に配列された複数のＬＥＤ素子１１２０とＹ１方向において隣り合うように基板１１１０に設けられている。駆動回路１１６０は、駆動させる行１１２０ｉに属するＬＥＤ素子１１２０のそれぞれの出力を制御可能な回路である。駆動回路１１６０からは、複数の信号線１１７０がＹ１方向に延びている。複数の信号線１１７０は、Ｘ１方向に並んでいる。駆動回路１１６０は、ＩＣチップにより構成し、このＩＣチップを基板１１１０上に実装してもよい。
【0054】
走査回路１１３０、複数の走査線１１４０、複数の点灯制御線１１５０、駆動回路１１６０、複数の信号線１１７０および個別回路１１８０は、たとえば、基板１１１０上に低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：Low Temperature Polycrystalline Silicon）プロセスで形成される。
【0055】
この例では、１つの画素１１１２は、１つの個別回路１１８０と１つのＬＥＤ素子１１２０とを含んでいる。１つの画素１１１２内に、複数のＬＥＤ素子１１２０を含んでもよい。１つの画素１１１２内に複数のＬＥＤ素子１１２０を含む場合には、１つの個別回路が複数のＬＥＤ素子に対応してもよい。あるいは、個別回路１１８０は、１つの画素１１１２内でＬＥＤ素子１１２０ごとに設けられてもよい。
【0056】
図５は、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な等価回路図である。
図５に示すように、個別回路１１８０は、第１トランジスタＴ１と、第２トランジスタＴ２と、第３トランジスタＴ３と、キャパシタＣｍと、複数の配線１１８１～１１８５と、を含む。第１トランジスタＴ１および第３トランジスタＴ３は、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴである。第２トランジスタＴ２は、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴである。
図５に示すように、個別回路１１８０は、第１トランジスタＴ１と、第２トランジスタＴ２と、第３トランジスタＴ３と、キャパシタＣｍと、複数の配線１１８１～１１８５と、を含む。第１トランジスタＴ１および第３トランジスタＴ３は、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴである。第２トランジスタＴ２は、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴである。
【0057】
ＬＥＤ素子１１２０のカソード電極１１２６は、配線１１８１を介して接地線１１９１に電気的に接続される。接地線１１９１には、たとえば基準となる電圧が印加される。ＬＥＤ素子１１２０のアノード電極１１２５は、配線１１８２を介して第１トランジスタＴ１のソース電極に電気的に接続される。
【0058】
第１トランジスタＴ１のゲート電極は、点灯制御線１１５０に電気的に接続される。第１トランジスタＴ１のドレイン電極は、配線１１８３を介して第２トランジスタＴ２のドレイン電極に電気的に接続される。第２トランジスタＴ２のソース電極は、配線１１８４を介して電源線１１９２に電気的に接続される。電源線１１９２には、基準となる電圧よりも十分に高い電圧が印加される。図示しないが、電源線１１９２および接地線１１９１には直流電源が接続され、電源線１１９２と接地線１１９１との間には、接地線１１９１に印加される基準の電圧に対して正の直流電圧が印加される。
【0059】
第２トランジスタＴ２のゲート電極は、配線１１８５を介して第３トランジスタＴ３のドレイン電極に電気的に接続される。第３トランジスタＴ３のソース電極は、信号線１１７０に電気的に接続される。第３トランジスタＴ３のゲート電極は、走査線１１４０に電気的に接続される。
【0060】
配線１１８５は、キャパシタＣｍの一方の端子に電気的に接続される。キャパシタＣｍの他方の端子は、電源線１１９２に電気的に接続される。
【0061】
走査回路１１３０は、複数の行１１２０ｉのうちの１行を選択し、この行１１２０ｉに電気的に接続される走査線１１４０に、ＯＮ信号を出力する。これにより、この行１１２０ｉに対応する個別回路１１８０の第３トランジスタＴ３がＯＮ可能な状態になる。駆動回路１１６０は、各信号線１１７０に、この行１１２０ｉに属する各ＬＥＤ素子１１２０の設定出力に応じた駆動信号電圧を有する駆動信号を出力する。これにより、キャパシタＣｍに駆動信号電圧が保持される。また、この駆動信号電圧により、この行１１２０ｉに対応する個別回路１１８０の第２トランジスタＴ２がＯＮ可能な状態になる。
【0062】
また、走査回路１１３０は、この行１１２０ｉに電気的に接続される点灯制御線１１５０に、この行１１２０ｉの第１トランジスタＴ１のＯＮとＯＦＦを順次切り替える制御信号を出力する。第１トランジスタＴ１がＯＮの状態では、この行１１２０ｉに属する各ＬＥＤ素子１１２０に、キャパシタＣｍに保持されている駆動信号電圧に応じた電流が流れることでＬＥＤ素子１１２０の発光輝度が制御される。また、第１トランジスタＴ１のＯＮとＯＦＦが切り替わることにより、ＬＥＤ素子１１２０の発光期間が行１１２０ｉごとに制御される。
【0063】
走査回路１１３０は、ＯＮ信号を出力する走査線１１４０および制御信号を出力する点灯制御線１１５０をＹ１方向に順次切り替える。これにより、駆動される行１１２０ｉがＹ１方向に順次切り替わる。
【0064】
走査回路、複数の走査線、複数の点灯制御線、駆動回路、複数の信号線および複数の個別回路等の構成は、上記に限定されない。たとえば、個別回路は、第２トランジスタ、第３トランジスタ、キャパシタ、および配線からなり、第１トランジスタが設けられておらず、走査回路からは、複数の走査線が延び、点灯制御線は設けられていなくてもよい。また、各走査線、各点灯制御線、各信号線、および各個別回路における配線等は、基板の表面上ではなく、基板の中に設けられてもよい。また、駆動回路に含まれるトランジスタやキャパシタ等の電気的な素子は、基板上に形成するのではなく別途製造されたものを、基板上に実装してもよい。また、ＬＥＤ素子は、別途製造されたものを基板に実装するのではなく、基板にＳｉ等の半導体材料を用い、ＬＥＤ素子を基板上に形成してもよい。この場合は、各トランジスタ素子はガラス基板１１１０上に設けられた低温ポリシリコン素子ではなく、シリコン基板１１１０上に設けされたシリコン半導体素子でよい。
【0065】
上述のようなＬＥＤ素子を有する表示装置は、小さな消費電力で十分な発光輝度が実現される点で好ましいが、これに限るものではない。上述のようなＬＥＤ素子を用いたＬＥＤディスプレイに代えて、表示装置は、ＯＬＥＤディスプレイや液晶ディスプレイ等としてもよい。
【0066】
次に、結像素子３１０ａの構成について、詳細に説明する。
図６は、画像表示装置の一部である結像素子を例示する模式的な平面図である。
図１に示したように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａを備える。結像素子は、その構成によりさまざまなバリエーションがあり、図１に示した結像素子３１０ａは、そのうちの１つである。以下では、空中に結像を形成する結像素子の動作原理を含めて説明する。まず、結像素子１０の構成および動作について説明する。
図６は、画像表示装置の一部である結像素子を例示する模式的な平面図である。
図１に示したように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａを備える。結像素子は、その構成によりさまざまなバリエーションがあり、図１に示した結像素子３１０ａは、そのうちの１つである。以下では、空中に結像を形成する結像素子の動作原理を含めて説明する。まず、結像素子１０の構成および動作について説明する。
【0067】
図６に示すように、結像素子１０は、基材１２と、リフレクタアレイ２０と、を備える。基材１２は、第１面１１ａを有しており、リフレクタアレイ２０は、第１面１１ａ上に設けられている。この例では、リフレクタアレイ２０は、第１面１１ａのリフレクタ形成領域１４内に設けられている。リフレクタアレイ２０は、複数のリフレクタ行２２を含む。なお、リフレクタアレイ２０は基材１２に設けられていてもよい。つまりリフレクタアレイ２０と基材１２とは一体であってもよい。この場合、基材１２の第１面１１ａが後述するリフレクタアレイ２０の２面直交リフレクタとなる。
【0068】
基材１２の構成について説明する。
図７は、図６の結像素子の一部である基材を例示する模式的な斜視図である。
図７に示すように、基材１２は、第１面１１ａおよび第２面１１ｂを有している。第２面１１ｂは、第１面１１ａの反対側に位置する面である。
図７は、図６の結像素子の一部である基材を例示する模式的な斜視図である。
図７に示すように、基材１２は、第１面１１ａおよび第２面１１ｂを有している。第２面１１ｂは、第１面１１ａの反対側に位置する面である。
【0069】
結像素子に関する説明では、図３Ａ等で示した表示装置１１００の説明における３次元直交座標系とは異なる３次元直交座標系を用いることがある。結像素子の説明のための３次元直交座標系は、Ｘ２軸、Ｙ２軸およびＺ２軸を含む直交座標系である。Ｘ２軸に平行な方向を「Ｘ２方向」といい、Ｙ２軸に平行な方向を「Ｙ２方向」といい、Ｚ２軸に平行な方向を「Ｚ２方向」ということがある。Ｘ２軸およびＹ２軸を含むＸ２Ｙ２平面は、仮想平面Ｐ０に平行な平面として定義される。第１面１１ａは、第２面１１ｂよりもＺ２軸の正方向の側に設けられる。第１面１１ａは、Ｙ２Ｚ２平面視で、Ｚ２軸の負方向側に凸となる円弧の一部を含んでいる。以下で説明する具体例では、仮想平面Ｐ０は、この円弧の一部のうち、Ｚ２軸のもっとも負方向側に位置する点に接する接平面に平行な仮想的な面である。
【0070】
第１面１１ａは、このような曲面であり、リフレクタアレイ２０は、曲面上に設けられている。仮想平面Ｐ０は、リフレクタ行２２のＹ２軸方向の傾きを設定するときの基準面となる。換言すると、リフレクタ行２２は、仮想平面Ｐ０に対して設定された角度で、第１面１１ａ上に設けられている。
【0071】
基材１２は、透光性を有する材料で形成されており、たとえば、透明樹脂で形成される。
【0072】
結像素子１０では、基材１２を基準にして第１面１１ａ側に光源を配置すると、第２面１１ｂ側ではなく、光源を配置した第１面１１ａ側に結像が形成される。結像が形成される位置は、光源が設けられた位置から十分に離れた位置であって、光源が設けられた位置とは異なる位置とすることができる。
【0073】
図６に戻って説明を続ける。
リフレクタ行２２は、Ｘ２方向に沿って設けられている。複数のリフレクタ行２２は、Ｙ２方向に沿って、互いにほぼ平行になるように設けられている。複数のリフレクタ行２２は、隣り合ったリフレクタ行２２ごとにＹ２方向に間隔２３をあけて、ほぼ等間隔で配列されている。リフレクタ行２２の間隔２３のＹ２方向の長さは、任意の長さとすることができ、たとえば、リフレクタ行２２のＹ２方向の長さ程度とすることができる。リフレクタ行２２の間隔２３を形成する領域には、第１面１１ａ側に光源を配置した場合に、リフレクタ行２２で反射しない光線やリフレクタ行２２で１回反射した反射光等が入射される。これらの光線等は、結像に寄与しないため、この間隔２３を広くとると、結像素子１０に入射される光線のうち結像に寄与する割り合いが小さくなる。そのため、間隔２３のＹ２方向の長さは、図８に関連して後述する２面直交リフレクタの寸法や反射面の効率等に応じて、適切な長さとされる。リフレクタ行２２のそれぞれは、Ｘ２方向に接続された多数の２面直交リフレクタを含んでいるため、図６では、煩雑さを回避するために塗りつぶされて示されている。なお、結像素子１０はＸ２方向に横長の形状をしている。これは、結像を両眼で視認するためには有利だからである。結像素子１０のＸ２Ｙ２平面視での形状は、これに限らず、用途に応じて、Ｙ２方向に縦長の形状を選択してもよい。
リフレクタ行２２は、Ｘ２方向に沿って設けられている。複数のリフレクタ行２２は、Ｙ２方向に沿って、互いにほぼ平行になるように設けられている。複数のリフレクタ行２２は、隣り合ったリフレクタ行２２ごとにＹ２方向に間隔２３をあけて、ほぼ等間隔で配列されている。リフレクタ行２２の間隔２３のＹ２方向の長さは、任意の長さとすることができ、たとえば、リフレクタ行２２のＹ２方向の長さ程度とすることができる。リフレクタ行２２の間隔２３を形成する領域には、第１面１１ａ側に光源を配置した場合に、リフレクタ行２２で反射しない光線やリフレクタ行２２で１回反射した反射光等が入射される。これらの光線等は、結像に寄与しないため、この間隔２３を広くとると、結像素子１０に入射される光線のうち結像に寄与する割り合いが小さくなる。そのため、間隔２３のＹ２方向の長さは、図８に関連して後述する２面直交リフレクタの寸法や反射面の効率等に応じて、適切な長さとされる。リフレクタ行２２のそれぞれは、Ｘ２方向に接続された多数の２面直交リフレクタを含んでいるため、図６では、煩雑さを回避するために塗りつぶされて示されている。なお、結像素子１０はＸ２方向に横長の形状をしている。これは、結像を両眼で視認するためには有利だからである。結像素子１０のＸ２Ｙ２平面視での形状は、これに限らず、用途に応じて、Ｙ２方向に縦長の形状を選択してもよい。
【0074】
なお、図１に示した画像表示装置１０００のように、結像素子３１０ａの第１面３１１ａの法線方向に空中画像を結像させる場合には、隣り合うリフレクタ行２２の間隔を設けなくてもよい。また、隣り合うリフレクタ行２２の間隔を設ける場合に、リフレクタ行の間隔を反射面にしてもよい。
【0075】
図８は、図６のＶＩＩＩ部の模式的な拡大図である。
図８に示すように、リフレクタ行２２は、複数の２面直交リフレクタ３０を含む。複数の２面直交リフレクタ３０は、Ｘ２方向に沿って相互に接続され、連続して設けられている。２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１および第２反射面３２を含む。２面直交リフレクタ３０は、図６に示した第１面１１ａ上に形成された基部３６上に設けられている。第１反射面３１および第２反射面３２は、それぞれの正面視で、ほぼ正方形とされ、正方形のそれぞれの１辺で反射面同士が谷の向きにほぼ直交するように接続されている。
図８に示すように、リフレクタ行２２は、複数の２面直交リフレクタ３０を含む。複数の２面直交リフレクタ３０は、Ｘ２方向に沿って相互に接続され、連続して設けられている。２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１および第２反射面３２を含む。２面直交リフレクタ３０は、図６に示した第１面１１ａ上に形成された基部３６上に設けられている。第１反射面３１および第２反射面３２は、それぞれの正面視で、ほぼ正方形とされ、正方形のそれぞれの１辺で反射面同士が谷の向きにほぼ直交するように接続されている。
【0076】
以下、２面直交リフレクタ３０において、第１反射面３１と第２反射面３２との接続線を、谷側接続線３３というものとする。谷側接続線３３の反対側の位置の第１反射面３１の辺、および、谷側接続線３３の反対側の位置の第２反射面３２の辺をそれぞれ山側接続線３４というものとする。
【0077】
２面直交リフレクタ３０の第１反射面３１は、山側接続線３４で、Ｘ２軸の負方向側に隣接する２面直交リフレクタ３０の第２反射面３２に接続される。２面直交リフレクタ３０の第２反射面３２は、山側接続線３４で、Ｘ２軸の正方向側に隣接する他方の２面直交リフレクタ３０の第１反射面３１に接続される。このようにして、複数の２面直交リフレクタ３０は、Ｘ２方向に沿って相互に接続され、連続して設けられている。
【0078】
本実施形態の結像素子１０では、第１反射面３１および第２反射面３２の寸法は、たとえば、数μｍから数１００μｍとすることができる。たとえば、表示する空中画像の大きさや解像度等に応じて、２面直交リフレクタ３０の集積数が設定される。たとえば、１つの結像素子１０の中には、数１０～数１０００個の２面直交リフレクタ３０が集積される。たとえば１００μｍ角の反射面を有する１０００個の２面直交リフレクタを、Ｙ２方向１４ｃｍ程度にわたって配列することができる。
【0079】
結像素子１０のリフレクタ行２２は、図８に示した拡大図のように、谷側接続線３３および山側接続線３４のＸ２軸方向の位置が同じになるように配置されている。これに限らず、リフレクタ行２２ごとに谷側接続線３３および山側接続線３４のＸ２軸方向の位置をずらしてもよい。
【0080】
図９Ａは、図８の結像素子の一部である２面直交リフレクタを例示する模式的な平面図である。
図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ－ＩＸＢ線における模式的な矢視断面図の例である。
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１および第２反射面３２を含んでおり、第１反射面３１および第２反射面３２は、基部３６上に設けられている。基部３６は、第１反射面３１および第２反射面３２が、第１面１１ａの接平面Ｐに対して所望の角度となるように設けられている。
図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ－ＩＸＢ線における模式的な矢視断面図の例である。
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１および第２反射面３２を含んでおり、第１反射面３１および第２反射面３２は、基部３６上に設けられている。基部３６は、第１反射面３１および第２反射面３２が、第１面１１ａの接平面Ｐに対して所望の角度となるように設けられている。
【0081】
基部３６は、Ｖ字状に成形された透光性を有する部材であり、たとえば透明樹脂で形成され、基材１２と一体で成形される。第１反射面３１および第２反射面３２は、基材１２のＶ字成形箇所に光反射性を有する金属材料等の薄膜形成等により形成される。このような例に限らず、第１反射面３１、第２反射面３２、基部３６および基材１２は、それぞれあるいは一部が別体で形成されて、それらを１つに組み立てて、結像素子１０を形成するようにしてもよい。また、透明樹脂の表面がたとえば鏡面加工等されており、透明樹脂の表面反射率が十分に高い場合には、第１反射面３１および第２反射面３２は、透明樹脂の表面のままとすることもできる。間隔２３や基部３６は、虚像観測防止等のために、光透過性や光吸収性をもたせることが好ましい。
【0082】
第１反射面３１および第２反射面３２は、谷側接続線３３でほぼ直交するように接続されている。第１反射面３１において、谷側接続線３３の反対側の位置に山側接続線３４があり、第２反射面３２において、谷側接続線３３の反対側の位置に山側接続線３４がある。
【0083】
谷側接続線３３の端部を頂点３３ａ、３３ｂと呼ぶ。頂点３３ａの位置は、頂点３３ｂの位置よりも、Ｚ２軸の正方向の側とされる。つまり、頂点３３ａは、頂点３３ｂよりも基材１２から離れた位置とされている。山側接続線３４の端部を頂点３４ａ、３４ｂと呼ぶ。頂点３４ａの位置は、頂点３４ｂの位置よりも、Ｚ２軸の正方向の側とされる。つまり、頂点３４ａは、頂点３４ｂよりも基材１２から離れた位置とされている。したがって、頂点３４ａは、もっとも基材１２から離れた位置となり、頂点３３ｂは、もっとも基材１２に近い位置に配置されることとなる。
【0084】
図９Ｂには、２面直交リフレクタ３０、第１面１１ａと接平面Ｐとの関係が示されている。２面直交リフレクタ３０は、谷側接続線３３の下側の頂点３３ｂで第１面１１ａに接している。接平面Ｐは、頂点３３ｂの位置における第１面１１ａに接する平面である。２面直交リフレクタ３０は、谷側接続線３３が接平面Ｐと角度θをなすように第１面１１ａ上に設けられる。
【0085】
図９Ｃおよび図９Ｄは、図９Ａの２面直交リフレクタの動作を説明するための模式的な斜視図である。
図９Ｃに示すように、光線ＬＬが第１反射面３１に入射すると、光線ＬＬは、第１反射面３１によって反射される。第１反射面３１によって反射された１回反射光ＬＲ１は、第２反射面３２によって再度反射される。第２反射面３２によって反射された２回反射光ＬＲ２は、入射光の光源と同じ側に出射される。このようにして、２面直交リフレクタ３０は、第１面１１ａ側からの入射光を第１面１１ａ側であって、光源の位置とは異なる位置に向かって出射する。２面直交リフレクタ３０は、このように、２つの反射面で２回反射して、入射する光線ＬＬの進行してきた側に２回反射光ＬＲ２を反射する。
図９Ｃに示すように、光線ＬＬが第１反射面３１に入射すると、光線ＬＬは、第１反射面３１によって反射される。第１反射面３１によって反射された１回反射光ＬＲ１は、第２反射面３２によって再度反射される。第２反射面３２によって反射された２回反射光ＬＲ２は、入射光の光源と同じ側に出射される。このようにして、２面直交リフレクタ３０は、第１面１１ａ側からの入射光を第１面１１ａ側であって、光源の位置とは異なる位置に向かって出射する。２面直交リフレクタ３０は、このように、２つの反射面で２回反射して、入射する光線ＬＬの進行してきた側に２回反射光ＬＲ２を反射する。
【0086】
２面直交リフレクタ３０の反射動作は、可逆的である。２面直交リフレクタ３０に入射する光線は、図９Ｃにおいて、２回反射光ＬＲ２に沿って逆方向から入射した場合には、入射する光線ＬＬに沿って逆方向に反射される。具体的には、図９Ｄに示すように、２面直交リフレクタ３０に入射した光線ＬＬは、第２反射面３２で反射され、１回反射光ＬＲ１として、第１反射面３１に入射する。１回反射光ＬＲ１は、第１反射面３１で反射されて２回反射光ＬＲ２として出射する。
【0087】
図８や図９Ａに示したように、２面直交リフレクタ３０は、谷側接続線３３を基準に線対称であり、接平面Ｐに対する第１反射面３１の角度は、接平面Ｐに対する第２反射面３２の角度とほぼ等しくなるように配置される。そのため、２面直交リフレクタ３０は、光線が最初に第１反射面３１に入射する場合と、光線が最初に第２反射面３２に入射する場合とでは、同様の動作をして反射光を出射する。たとえば、図９Ｃでは、光線ＬＬは、最初に第１反射面３１に入射し反射されるものとしたが、最初に第２反射面３２に入射し反射される場合であっても、２面直交リフレクタ３０の動作は、上述と同様に説明することができる。また、図９Ｄでは、光線ＬＬは、最初に第１反射面３１に入射して、第１反射面３１による１回反射光が第２反射面３２で反射されて第２反射光として出射されてもよい。以下では、結像素子の動作を説明する場合には、特に断らない限り、最初に第１反射面３１で反射する場合について説明することとする。
【0088】
図１０は、図６の結像素子を例示する模式的な側面図である。
図１０では、リフレクタアレイ２０は、図９Ａおよび図９Ｂに示した２面直交リフレクタ３０の頂点３３ａを結んだ包絡線で示されている。以降、結像素子を表す側面図において、２面直交リフレクタ３０の構成を示して説明する必要がない場合には、図１０に示したように、リフレクタアレイ２０は、２面直交リフレクタ３０の頂点３３ａの包絡線を１点鎖線にして表すこととする。
図１０では、リフレクタアレイ２０は、図９Ａおよび図９Ｂに示した２面直交リフレクタ３０の頂点３３ａを結んだ包絡線で示されている。以降、結像素子を表す側面図において、２面直交リフレクタ３０の構成を示して説明する必要がない場合には、図１０に示したように、リフレクタアレイ２０は、２面直交リフレクタ３０の頂点３３ａの包絡線を１点鎖線にして表すこととする。
【0089】
図１０に示すように、結像素子１０では、第１面１１ａが曲面であるため、リフレクタアレイ２０は、曲面状に設けられている。第１面１１ａは、Ｙ２Ｚ２平面視でＺ２軸の負方向側に凸となる円弧の一部を含んでおり、リフレクタアレイ２０もこの円弧状に設けられ、頂点の包絡線も円弧となる。円弧の半径は、結像素子１０と結像素子１０の第１面１１ａ側に設けられる光源との距離にもとづいて設定される。たとえばリフレクタアレイ２０の円弧の半径は、結像素子１０と光源との間の距離の２倍程度とされる。
【0090】
図９Ｃおよび図９Ｄに関連して説明したように、結像素子１０は、光線の入射および反射の方向について、可逆性を有している。結像素子１０において、入射および反射の方向を逆にした場合には、円弧の半径は、結像素子１０と第１面１１ａ側に形成される結像との距離にもとづいて設定される。上述と同様に、リフレクタアレイ２０の円弧の半径は、結像素子１０と結像との間の距離の２倍程度とされる。
【0091】
結像素子１０では、第１面１１ａに接する接平面のうち、Ｚ２軸方向の負方向側のもっとも低い位置に接する接平面は、ＸＹ平面に平行な仮想平面Ｐ０である。
【0092】
図１１は、図６の結像素子を例示する模式的な側面図である。
図１１には、図６および図８に示したリフレクタ行２２を構成する１つの２面直交リフレクタが示されている。図６および図８に関連して説明したように、複数のリフレクタ行２２のそれぞれは、Ｘ２方向に沿って設けられ、Ｙ２方向にほぼ等間隔で配列されている。１つのリフレクタ行２２を構成する複数の２面直交リフレクタの仮想平面Ｐ０に対する角度は、ほぼ同じとされる。したがって、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、その２面直交リフレクタ３０が属するリフレクタ行２２の仮想平面Ｐ０に対する角度を表す。
図１１には、図６および図８に示したリフレクタ行２２を構成する１つの２面直交リフレクタが示されている。図６および図８に関連して説明したように、複数のリフレクタ行２２のそれぞれは、Ｘ２方向に沿って設けられ、Ｙ２方向にほぼ等間隔で配列されている。１つのリフレクタ行２２を構成する複数の２面直交リフレクタの仮想平面Ｐ０に対する角度は、ほぼ同じとされる。したがって、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、その２面直交リフレクタ３０が属するリフレクタ行２２の仮想平面Ｐ０に対する角度を表す。
【0093】
図１１では、Ｙ２方向に配列された多数個の２面直交リフレクタのうち、５個の２面直交リフレクタ３０－１～３０－５が拡大されて模式的に示されている。Ｙ２軸における位置を区別するために符号を変えてあるが、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５の構成は、図９Ａおよび図９Ｂに関連して説明した２面直交リフレクタ３０と同じである。図９Ｂに示した基部３６の表記は、図示の煩雑さを回避するために図示を省略している。
【0094】
図１１に示すように、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５は、第１面１１ａのＹ２軸における位置に応じて、仮想平面Ｐ０に対する角度Θ１～Θ５が異なっている。２面直交リフレクタ３０－１～３０－５のそれぞれの角度Θ１～Θ５は、仮想平面Ｐ０に対する谷側接続線（直線）３３－１～３３－５の角度で表される。
【0095】
この例では、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５は、Ｙ２軸の正方向に向かって、この順に配置されている。２面直交リフレクタ３０－１～３０－５の角度Θ１～Θ５は、この順に大きな値に設定される。つまり、角度Θ１～Θ５の大きさは、Θ１＜Θ２＜Θ３＜Θ４＜Θ５とされる。
【0096】
より一般化して換言すると、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５の角度Θ１～Θ５は、もっとも小さい値に設定された２面直交リフレクタのリフレクタ行（第１リフレクタ行）２２を基準にして、Ｙ２軸上を一方向に向かって離れるほど大きい値である。また、角度Θ１～Θ５は、基準とされたリフレクタ行２２からＹ２軸上を他方向に向かって離れるほど小さい値である。図１１の例では、もっとも小さい角度に設定された２面直交リフレクタ３０－１の位置を基準とすると、Ｙ２軸の正方向に向かって、角度Θ１～Θ５の大きさは、Θ１＜Θ２＜Θ３＜Θ４＜Θ５となる。
【0097】
２面直交リフレクタの角度Θ１～Θ５は、０°＜Θ１～Θ５＜９０°とすることができる。第１反射面３１と仮想平面Ｐ０とのなす角は、角度Θ１～Θ５にそれぞれ連動して決定されるが、４５°＜（第１反射面３１と仮想平面Ｐ０とのなす角）＜９０°とすることができる。第２反射面３２と仮想平面Ｐ０とのなす角は、第１反射面３１と仮想平面Ｐ０とのなす角と等しい。したがって、４５°＜（第２反射面３２と仮想平面Ｐ０とのなす角）＜９０°となる。
【0098】
２面直交リフレクタ３０－１～３０－５のそれぞれの傾きは、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５が配置された第１面１１ａにおける接平面Ｐ１～Ｐ５に対する角度でも設定される。２面直交リフレクタ３０－１～３０－５の接平面Ｐ１～Ｐ５に対する角度は、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５のＹ２軸における位置によらず、一定の角度θとされる。たとえば、角度θは、コーナーキューブリフレクタの各反射面が水平面となす角度にもとづいており、３０°程度とされ、より詳細には、３５．３°とされる。
【0099】
この例の結像素子１０では、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５の角度Θ１～Θ５は、基材１２を基準としたときに、第１面１１ａ側に設けられた光源から入射される光線を、第１面１１ａ側に結像させるように適切に設定される。結像位置は、光源の位置と異なる空中とされる。仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタの角度は、たとえば実験やシミュレーション等によって決定される。
【0100】
仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタの角度は、Ｙ２軸における位置に応じて大きくなるように設定され、あるいは、Ｙ２軸における位置に応じて小さくなるように設定されればよいので、第１面１１ａは真円の円弧の一部でなくてもよい。たとえば、第１面１１ａは、楕円の円弧の一部であってもよいし、リフレクタ行の行数に応じた多角形の一部であってもよい。また、２面直交リフレクタの角度は、２面直交リフレクタのＹ２軸における位置に応じて角度を設定できればよいので、仮想平面Ｐ０を基準とせずに、仮想平面Ｐ０に対して任意の角度をなす他の平面を基準にしてもよい。
【0101】
結像素子の変形例について説明する。
図１２Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の変形例を例示する模式的な側面図である。
図１２Ｂは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の他の変形例を例示する模式的な側面図である。
仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタの角度を、図６に示した結像素子１０と同様に設定できれば、リフレクタアレイ２０は、曲面上に形成される必要はなく、１つの平面上に設けられるようにしてもよい。
図１２Ａおよび図１２Ｂでは、図１１に関連して説明した場合と同様に、５個の２面直交リフレクタ３０－１～３０－５が拡大されて模式的に示されている。５個の２面直交リフレクタ３０－１～３０－５は、それぞれが配置された位置に応じた傾きが併せて示されている。
図１２Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の変形例を例示する模式的な側面図である。
図１２Ｂは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の他の変形例を例示する模式的な側面図である。
仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタの角度を、図６に示した結像素子１０と同様に設定できれば、リフレクタアレイ２０は、曲面上に形成される必要はなく、１つの平面上に設けられるようにしてもよい。
図１２Ａおよび図１２Ｂでは、図１１に関連して説明した場合と同様に、５個の２面直交リフレクタ３０－１～３０－５が拡大されて模式的に示されている。５個の２面直交リフレクタ３０－１～３０－５は、それぞれが配置された位置に応じた傾きが併せて示されている。
【0102】
図１２Ａに示すように、本変形例の結像素子３１０は、リフレクタアレイ２０と、基材３１２と、を備える。基材３１２は、第１面３１１ａおよび第２面３１１ｂを有する。第２面３１１ｂは、第１面３１１ａの反対側の位置に設けられている。第１面３１１ａは、Ｘ２Ｙ２平面にほぼ平行な平面である。第１面３１１ａは、仮想平面Ｐ０としてもよい。基材３１２は、図１１に示した例の場合と同様に、たとえば透光性を有する材料で形成される。
【0103】
仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０－１～３０－５の角度は、それぞれΘ１～Θ５であり、角度Θ１～Θ５の大きさは、Θ１＜Θ２＜Θ３＜Θ４＜Θ５となる。２面直交リフレクタ３０－１～３０－５のＹ２軸における位置は、図１１に示した２面直交リフレクタ３０－１～３０－５のＹ２軸における位置と同じである。したがって、図１１の場合のＹ２軸における位置に応じた円弧の接平面Ｐ１～Ｐ５とした場合に、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５と接平面Ｐ１～Ｐ５のなす角は、すべて同じ値の角度θとなる。
【0104】
図１２Ｂに示すように、本変形例の結像素子３１０ａは、リフレクタアレイ２０と、基材３１２と、を備え、保護層３１４をさらに備える。リフレクタアレイ２０および基材３１２の構成は、図１２Ａに関連して説明した結像素子３１０と同じである。保護層３１４は、リフレクタアレイ２０および第１面３１１ａを覆うように設けられる。
【0105】
保護層３１４は、保護層３１４を介して光線が結像素子３１０ａに入射された場合に、光線の透過量がほぼ一定となるように、光透過性の高い材料が用いられる。保護層３１４の表面３１３ａも入射された光線の屈折角がほぼ一定となるように、十分な平坦性を有することが好ましい。
【0106】
本変形例では、基材３１２を平板とすることができるので、第１面や第２面を曲面とすることにともなう基材の厚みを低減することができるので、結像素子３１０、３１０ａを薄型化することが可能になる。図１２Ａに示した結像素子３１０は、基材３１２の第１面３１１ａにリフレクタアレイ２０が形成され、第２面３１１ｂは、フラットな面を有する部材である。そのため、樹脂基材を用いたプレス機による生産に好適である。また、結像素子３１０は、ロール・ツー・ロール方式による生産が容易であるなど、生産面における優位性を有している。ロール・ツー・ロール方式とは、ロール状に巻かれた基材の材料を連続的に工程に供給して加工や処理等を行う生産方式である。ロール・ツー・ロール方式は、板状やフィルム状の樹脂成型品の生産等に一般的に利用されている。
【0107】
本実施形態に係る画像表示装置１０００では、図１２Ｂに示した結像素子３１０ａを備える。これに限らず、画像表示装置は、上述した結像素子１０、３１０のいずれかを備えるようにしてもよい。なお、結像素子１０、３１０、３１０ａの構成要素は、適宜組み合わせることができる。たとえば、結像素子１０の第１面１１ａ側に保護層３１４を設けるようにしてもよい。
【0108】
次に、結像素子の動作について動作原理を含めて説明する。以下では、特に断らない限り、図６～図１１に関連して説明した結像素子１０について説明する。変形例の結像素子３１０、３１０ａの動作は、結像素子１０の場合と同様に理解することができる。
【0109】
図１３は、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の動作を説明するための模式的な平面図である。
図１３に示すように、第１反射面３１および第２反射面３２は、ほぼ直交して配置され谷側接続線３３で接続されている。頂点３３ｂは、Ｚ２軸方向の最小値となるように配置されている。
図１３に示すように、第１反射面３１および第２反射面３２は、ほぼ直交して配置され谷側接続線３３で接続されている。頂点３３ｂは、Ｚ２軸方向の最小値となるように配置されている。
【0110】
第１反射面３１に入射する光線ＬＬは、第１反射面３１で反射される。第１反射面３１で反射された１回反射光ＬＲ１は、第２反射面３２で反射される。２面直交リフレクタ３０では、コーナーキューブリフレクタ（たとえば、特許文献２）とは異なり、３つ目の反射面を有していないので、第２反射面３２によって反射された２回反射光ＬＲ２は、そのまま直進する。ここで、谷側接続線３３は、Ｘ２Ｙ２平面に対して所定の角度で設けられているので、２面直交リフレクタ３０から出射される２回反射光ＬＲ２は、光線ＬＬが入射される側と同じ側に出射される。
【0111】
図１４および図１５は、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である結像素子の動作を説明するための模式的な側面図である。
図１４の例では、光源Ｓは、第１面１１ａの側であって、仮想平面Ｐ０の法線方向に配置される。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂに示した変形例の結像素子３１０、３１０ａの場合には、光源は、第１面３１１ａの側であって、第１面３１１ａの法線方向に配置される。
図１４に示すように、結像素子１０では、第１面１１ａは、ＹＺ平面視でＺ２軸の負方向側に凸となるように、円弧の一部として設定される。２面直交リフレクタ３０－１～３０－３は、第１面１１ａ上に配置される。仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０－１～３０－３の傾きを表す角度Θ１～Θ３は、この例では、Ｙ２軸の正方向に向かって大きくなるように設定されている。このように角度Θ１～Θ３を設定することによって、２面直交リフレクタ３０によって２回反射された２回反射光ＬＲ２は、光源Ｓが設けられた第１面１１ａ側で結像Ｉを形成する。
図１４の例では、光源Ｓは、第１面１１ａの側であって、仮想平面Ｐ０の法線方向に配置される。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂに示した変形例の結像素子３１０、３１０ａの場合には、光源は、第１面３１１ａの側であって、第１面３１１ａの法線方向に配置される。
図１４に示すように、結像素子１０では、第１面１１ａは、ＹＺ平面視でＺ２軸の負方向側に凸となるように、円弧の一部として設定される。２面直交リフレクタ３０－１～３０－３は、第１面１１ａ上に配置される。仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０－１～３０－３の傾きを表す角度Θ１～Θ３は、この例では、Ｙ２軸の正方向に向かって大きくなるように設定されている。このように角度Θ１～Θ３を設定することによって、２面直交リフレクタ３０によって２回反射された２回反射光ＬＲ２は、光源Ｓが設けられた第１面１１ａ側で結像Ｉを形成する。
【0112】
結像素子１０は、光源Ｓの位置と結像Ｉの位置とを入れ替えても動作する。
図１５では、２面直交リフレクタ３０－１～３０－３の構成や、２面直交リフレクタ３０－１～３０－３、第１面１１ａおよび仮想平面Ｐ０の関係は、図１４に関連して説明した場合と同じである。
図１５に示すように、光源Ｓは、図１４に関連して説明した場合の結像Ｉの位置に設けられており、このときには、図１４の場合の光源Ｓの位置に結像Ｉが形成される。光源Ｓから出射された光線ＬＬは、２面直交リフレクタ３０－１～３０－３でそれぞれ２回反射されて、２回反射光ＬＲ２は、結像Ｉの位置で結像する。つまり、この例では、結像Ｉは、第１面１１ａの側であって、仮想平面Ｐ０の法線方向に形成される。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂに示した変形例の結像素子３１０、３１０ａの場合には、結像は、第１面３１１ａの側であって、第１面３１１ａの法線方向に形成される。
図１５では、２面直交リフレクタ３０－１～３０－３の構成や、２面直交リフレクタ３０－１～３０－３、第１面１１ａおよび仮想平面Ｐ０の関係は、図１４に関連して説明した場合と同じである。
図１５に示すように、光源Ｓは、図１４に関連して説明した場合の結像Ｉの位置に設けられており、このときには、図１４の場合の光源Ｓの位置に結像Ｉが形成される。光源Ｓから出射された光線ＬＬは、２面直交リフレクタ３０－１～３０－３でそれぞれ２回反射されて、２回反射光ＬＲ２は、結像Ｉの位置で結像する。つまり、この例では、結像Ｉは、第１面１１ａの側であって、仮想平面Ｐ０の法線方向に形成される。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂに示した変形例の結像素子３１０、３１０ａの場合には、結像は、第１面３１１ａの側であって、第１面３１１ａの法線方向に形成される。
【0113】
光源Ｓがいずれの位置の場合であっても、実験やシミュレーション等を用いることによって、２面直交リフレクタに入射した光線を２回反射して所望の位置に結像させるように、２面直交リフレクタの角度を適切に設定することができる。たとえば、図１４に示した実施形態の場合では、光源Ｓは、リフレクタアレイのほぼ直上とされ、図１５に示した実施形態の場合では、結像Ｉが形成される位置が、リフレクタアレイのほぼ直上とされている。２面直交リフレクタの仮想平面Ｐ０に対する角度を適宜調整して設けることで、これらの光源Ｓや結像Ｉの位置を適宜変更することも可能である。このような設計変更に際しては、光線追跡シミュレーションなどの光線解析ツールを有効に活用することができる。
【0114】
本実施形態に係る画像表示装置１０００では、リフレクタアレイの直上に結像が形成される。この場合においても、光源である表示装置１１００の位置と結像Ｉが形成される位置とを入れ替えることが可能である。なお、図１の画像表示装置１０００において、表示装置１１００の位置と結像が形成される位置とを入れ替えた場合には、入れ替え後の光路に応じて、筐体および光透過部材の構成を変更する必要があることはいうまでないことである。
【0115】
図１に戻って、本実施形態に係る画像表示装置１０００の一連の動作を説明すると、以下のようになる。すなわち、表示モジュール１２１０に配置された表示装置１１００から出射された光は、光学系１２００を介して、結像素子３１０ａに入射する。
【0116】
結像素子３１０ａは、入射した光Ｌを、結像素子３１０ａのリフレクタアレイの２面直交リフレクタの２つの反射面で順次反射する。結像素子３１０ａは、入射した光の２回反射光である反射光Ｒを結像素子３１０ａの直上に出射する。
【0117】
結像素子３１０ａから出射された反射光Ｒは、筐体１３００に設けられた光透過部材１３２０を介して筐体から出射され、観測者Ｏ１と光透過部材１３２０との間で結像Ｉ１を形成する。
【0118】
（変形例）
図１６は、第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示した画像表示装置１０００では、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０が配置され、表示装置１１００、光学系１２００および結像素子３１０ａを筐体１３００内に収納するものとしたが、これに限らない。以下説明する変形例に係る画像表示装置１０００ａは、筐体１３００ａとは別に遮光部材１３１０ａを備える。
図１６は、第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示した画像表示装置１０００では、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０が配置され、表示装置１１００、光学系１２００および結像素子３１０ａを筐体１３００内に収納するものとしたが、これに限らない。以下説明する変形例に係る画像表示装置１０００ａは、筐体１３００ａとは別に遮光部材１３１０ａを備える。
【0119】
図１６に示すように、変形例に係る画像表示装置１０００ａは、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、光学系１２００と、筐体１３００ａと、遮光部材１３１０ａと、光透過部材１３２０と、を備える。結像素子３１０ａ、表示装置１１００、光学系１２００および光透過部材１３２０の構成は、図１に示した第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同じである。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0120】
画像表示装置１０００ａでは、筐体１３００ａは、表示装置１１００および光学系１２００を一体化した表示モジュール１２１０の周囲に設けられている。表示モジュール１２１０は、筐体１３００ａの内部の天井部分に配置された表示モジュール支持部材１３４０を介して筐体１３００ａの内部に配置されている。遮光部材１３１０ａは、表示装置１１００と光透過部材１３２０との間に配置される。この例では、遮光部材１３１０ａは、筐体１３００ａとは別体として設けられている。遮光部材１３１０ａは、板状の部材であり、たとえば、表面に光を吸収する黒色塗料が塗布された板材である。遮光部材１３１０ａは、表示装置１１００の周辺に漏れた光を遮光するように配置されている。
【0121】
この例の場合に限らず、遮光部材は、表示装置１１００を含む表示モジュール１２１０の周囲の全体を囲み、表示モジュール１２１０の光Ｌの出射面１２１０Ｓを開口するように設けられた円筒状の部材であってもよい。たとえば、図２に示した表示モジュール１２１０の円筒状のモジュール筐体１２１２の内壁を黒色塗装したり、黒色樹脂で形成されたモジュール筐体１２１２を用いることによって、遮光部材としての機能をもたせるようにしてもよい。
【0122】
光透過部材１３２０は、筐体１３００ａの一部に設けられている。より具体的には、光透過部材１３２０は、筐体１３００ａの一部に形成された窓枠１３２２の位置に配置されている。筐体１３００ａにおいて、窓枠１３２２を大きく開口し、光透過部材１３２０の面積を大きくすることによって、画像表示装置１０００ａが空中に大きな画像を表示することが可能になる。一方で、開口された窓枠１３２２の面積および光透過部材１３２０の面積を大きくすることによって、筐体１３００ａ内に配置された表示装置１１００からの光の漏れも光透過部材１３２０を介して筐体１３００ａの外部へ漏れやすくなると考えられる。本変形例では、表示装置１１００と光透過部材１３２０との間に遮光部材１３１０ａを配置することによって、光の漏れを観測者Ｏ１に観測させることを防止し、より大きな画像を空中に表示させることが可能になる。
【0123】
本実施形態に係る画像表示装置１０００および変形例に係る画像表示装置１０００ａの効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａを備える。図８および図１２Ｂ等に示したように、結像素子３１０ａでは、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さく設定される。その上で、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、２面直交リフレクタ３０がＹ２軸方向に配置された位置に応じて、異なるように設定され、基準の位置の２面直交リフレクタ３０からＹ２軸方向の一方向に離れるにしたがって、大きく設定され、Ｙ２軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さく設定される。このように設定することによって、基材３１２を基準にしたときに、第１面３１１ａ側からの光線を２回反射して、第１面３１１ａ側に結像させることができる。
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａを備える。図８および図１２Ｂ等に示したように、結像素子３１０ａでは、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さく設定される。その上で、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、２面直交リフレクタ３０がＹ２軸方向に配置された位置に応じて、異なるように設定され、基準の位置の２面直交リフレクタ３０からＹ２軸方向の一方向に離れるにしたがって、大きく設定され、Ｙ２軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さく設定される。このように設定することによって、基材３１２を基準にしたときに、第１面３１１ａ側からの光線を２回反射して、第１面３１１ａ側に結像させることができる。
【0124】
結像素子３１０ａでは、２面直交リフレクタ３０の仮想平面Ｐ０に対する角度を適切に設定することによって、基材３１２を基準に第１面３１１ａ側の任意の位置に表示装置１１００を配置し、リフレクタアレイの直上の所望の位置に結像Ｉ１を形成することができる。
【0125】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、第１の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
表示装置１１００から出射された光は、結像素子３１０ａで２回反射されて空中に結像し、表示装置１１００が出力する画像が空中表示される。画像を空中表示するか否かは、表示装置１１００の出力を制御することによって容易に実現される。画像表示装置１０００は、たとえば、車両のインストルメントパネルの表示に応用することができる。
表示装置１１００から出射された光は、結像素子３１０ａで２回反射されて空中に結像し、表示装置１１００が出力する画像が空中表示される。画像を空中表示するか否かは、表示装置１１００の出力を制御することによって容易に実現される。画像表示装置１０００は、たとえば、車両のインストルメントパネルの表示に応用することができる。
【0126】
図１７Ａおよび図１７Ｂには、車両１の運転席に着席した運転者が見る視覚情報を模式的に示している。車両１に着席した運転者は、前方のフロントガラス４から走行前方の情景を見ながら車両１を運転する。フロントガラス４の下方には、ダッシュボード２が配置され、図１に示した画像表示装置１０００は、ダッシュボード２の内部に収納されている。運転者の前方のダッシュボード２には、画像表示装置１０００の光透過部材１３２０が配置されている。なお、この例では、光透過部材１３２０は、ダッシュボード２と同じ模様が施されている。
【0127】
図１７Ａに示すように、速度表示や燃料残量、バッテリ残量等の情報は、必要に応じて、光透過部材１３２０を介して空中に表示される。この例では、ステアリング６が運転者の前方に配置されており、空中表示される結像Ｉ１は、ステアリング６よりもダッシュボード２側とすることもでき、ステアリング６よりも運転者側とすることもできる。
【0128】
図１７Ｂに示すように、速度表示等の情報は、必要のない場合には、非表示とすることができる。結像Ｉ１の空中表示を非表示とすることによって、たとえば、運転者は運転に集中することができる。
【0129】
結像Ｉ１の表示や非表示は、たとえば運転者の操作によって切り替えることができる。運転者の操作は、たとえば、運転者によるボタン操作やキー操作、運転者の音声を認識すること等とすることができる。結像Ｉ１の表示や非表示は、他のトリガによって切り替えるようにしてもよい。たとえば、結像Ｉ１の情報を速度表示とする場合には、速度が所定の速度に達した場合をトリガとすることができる。結像Ｉ１の情報を燃料残量やバッテリ残量とする場合には、これらの残量が所定値や所定割り合いに達した場合をトリガとすることができる。これらは一例であり、取得できる定量的な情報にもとづいて、任意の情報表示を適切に設定することができる。
【0130】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、光学系１２００を備える。光学系１２００は、光学系１２００は、表示装置１１００と結像素子３１０ａとの間に配置され、複数の光学レンズを含むことができるので、表示装置１１００から出射される光で形成される画像を拡大することができる。そのため、表示装置１１００と結像素子３１０ａとの間の距離を調整することが可能となり、画像表示装置１０００の小型化が可能になる。また、複数の光学レンズの組合せにより、画像の拡大のみならず、画像の縮小も可能である。大きなサイズの表示装置１１００を用い、画像を縮小することによって、画像の輝度を向上させ、重要な情報の空中表示をより明るく明確に行うことが可能になる。
【0131】
表示装置１１００は、ＬＥＤ素子を画素に含み、ＬＥＤ素子を窒化ガリウム系化合物半導体により形成することができる。窒化ガリウム系化合物半導体により形成されたＬＥＤ素子は、少ない消費電力で高い輝度での発光が可能である。そのため、表示装置１１００から出射された光が長い光路を経由する場合であっても、鮮明な画像を空中表示することが可能である。
【0132】
変形例に係る画像表示装置１０００ａでは、画像表示装置１０００の効果と同様の効果のほか、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置１０００ａは、表示装置１１００と光透過部材１３２０との間に遮光部材１３１０ａを備える。このような遮光部材１３１０ａを備えることによって、上述の効果に加え、光透過部材１３２０の面積を拡大することが可能になり、より大きな画像を空中表示させることができる。
【0133】
（第２の実施形態）
図１８は、第２の実施形態に係る画像表示装置の一部である光学系を例示する模式図である。
光学系の構成は、図２に示した光学系１２００の例に限らず、１つまたは複数の反射鏡を含んでもよい。
図１８に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光学系１２００に代えて、光学系２２００を備える。光学系２２００以外の構成は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同一である。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図１８は、第２の実施形態に係る画像表示装置の一部である光学系を例示する模式図である。
光学系の構成は、図２に示した光学系１２００の例に限らず、１つまたは複数の反射鏡を含んでもよい。
図１８に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光学系１２００に代えて、光学系２２００を備える。光学系２２００以外の構成は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同一である。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0134】
この例では、表示装置１１００および光学系２２００は、１つの表示モジュール２２１０に含まれている。光学系２２００は、２つの反射鏡２２２１、２２２２を含んでいる。２つの反射鏡２２２１、２２２２は、いずれも凹面鏡である。本実施形態に係る画像表示装置は、図１に示した第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の表示モジュール１２１０を表示モジュール２２１０に置き換えて適用することにより実現される。
【0135】
反射鏡２２２１は、その反射面２２２１Ｒを表示装置１１００にほぼ対向するように配置されている。反射鏡２２２２は、その反射面２２２２Ｒを反射鏡２２２１の反射面２２２１Ｒに対向するように配置されている。光軸Ｃ２は、図３に示した表示装置１１００の中心を通り、反射鏡２２２１、２２２２の中心を通る。表示装置１１００および反射鏡２２２１、２２２２の配置により、光軸Ｃ２は２回屈曲される。
【0136】
反射鏡２２２２の反射面２２２２Ｒの曲率は、反射鏡２２２１の反射面２２２１Ｒの曲率よりも小さく設定されている。そのため、表示装置１１００から出力された光による実像は、反射鏡２２２１、２２２２によって次第に拡大される。
【0137】
本実施形態に係る画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置は、複数の反射鏡を有する光学系２２００を備える。画像表示装置では、光学系２２００が反射鏡２２２１、２２２２を含み、一方の反射鏡２２２１を表示装置１１００と対向して配置することによって、光軸Ｃ２を複数回屈曲させることができる。この例の光学系２２００の光軸Ｃ２は、２つの反射鏡２２２１、２２２２により、２回屈曲される。光軸Ｃ２の２回の屈曲のうち１回目の屈曲を表示装置１１００が配置されている側とすることにより、光学系２２００の占める体積を増加させることなく、長い光路が実現される。光学系２２００は、十分に長い光路に凹面の曲率が小さくなるように反射鏡を配置することによって、十分な大きさの実像を形成することができる。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置は、複数の反射鏡を有する光学系２２００を備える。画像表示装置では、光学系２２００が反射鏡２２２１、２２２２を含み、一方の反射鏡２２２１を表示装置１１００と対向して配置することによって、光軸Ｃ２を複数回屈曲させることができる。この例の光学系２２００の光軸Ｃ２は、２つの反射鏡２２２１、２２２２により、２回屈曲される。光軸Ｃ２の２回の屈曲のうち１回目の屈曲を表示装置１１００が配置されている側とすることにより、光学系２２００の占める体積を増加させることなく、長い光路が実現される。光学系２２００は、十分に長い光路に凹面の曲率が小さくなるように反射鏡を配置することによって、十分な大きさの実像を形成することができる。
【0138】
（第３の実施形態）
図１９は、第３の実施形態に係る画像表示装置の一部である光学系を例示する模式図である。
図１９に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、光学系制御装置３３３０をさらに備える。表示装置１１００および光学系１２００の構成は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同じである。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。３次元直交座標系は、図３Ａ等に示したＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を用いる。
図１９は、第３の実施形態に係る画像表示装置の一部である光学系を例示する模式図である。
図１９に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、光学系制御装置３３３０をさらに備える。表示装置１１００および光学系１２００の構成は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同じである。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。３次元直交座標系は、図３Ａ等に示したＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を用いる。
【0139】
この例では、表示装置１１００、光学系１２００および光学系制御装置３３３０は、１つの表示モジュール３２１０に含まれる。表示モジュール３２１０は、モジュール筐体３２１２を有し、表示装置１１００、光学系１２００および光学系制御装置３３３０は、モジュール筐体３２１２内に収納されている。本実施形態に係る画像表示装置は、図１に示した第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の表示モジュール１２１０を表示モジュール３２１０に置き換えて適用することにより実現される。
【0140】
表示装置１１００および光学系１２００の光軸Ｃ３は、初期的には、図２に関連して説明した光軸Ｃ１に一致する。すなわち、初期的な光軸Ｃ３は、図３Ａに示した表示装置１１００の中心に一致し、光学系１２００の光軸に一致する。
【0141】
光学系制御装置３３３０は、アーム３３５１によって、表示装置１１００を支持している。光学系制御装置３３３０は、アーム３３５２によって、光学レンズ１２２１を支持している。光学系制御装置３３３０は、アーム３３５３によって、光学レンズ１２２２を支持している。光学系制御装置３３３０は、アーム３３５４によって、光学レンズ１２２３を支持している。
【0142】
光学系制御装置３３３０は、制御部３３３１および駆動部３３４１～３３４４を有する。制御部３３３１は、駆動部３３４１～３３４４にそれぞれ接続され、これらを駆動する指令を、駆動部３３４１～３３４４にそれぞれ出力する。
【0143】
駆動部３３４１～３３４４は、Ｚ１方向の同一の回転軸Ｃ３３３０を有する。駆動部３３４１～３３４４は、制御部３３３１からの指令にしたがって、回転軸Ｃ３３３０を中心に時計回りまたは反時計回りに同一の回転方向に同一の回転角度で回転する。そのため、表示装置１１００および光学系１２００の光軸Ｃ３は、回転軸Ｃ３３３０を中心に時計回りまたは反時計回りに同一の回転方向に同一の回転角度で回転することができる。これにより、表示装置１１００および光学系１２００が出射する光による実像の形成位置を回転軸Ｃ３３３０の回りに移動させることができる。
【0144】
駆動部３３４１～３３４４は、制御部３３３１からの指令にしたがって、アーム３３５１～アーム３３５４をＸ１Ｙ１平面に平行な平面内で、同一の長さに伸縮させることができる。そのため、表示装置１１００および光学系１２００の光軸Ｃ３は、Ｘ１Ｙ１平面に平行な平面内で任意の座標に移動する。これにより、表示装置１１００および光学系１２００が出射する光による実像の形成位置をＸ１Ｙ１平面に平行な平面内で任意の位置に移動させることができる。
【0145】
駆動部３３４１～３３４４は、制御部３３３１からの指令にしたがって、アーム３３５１～アーム３３５４をそれらのＺ１軸上の位置を移動させる。そのため、表示装置１１００と光学系１２００との間の距離は変更され、表示装置１１００および光学系１２００が出射する光による実像の大きさを変更することができる。
【0146】
なお、駆動部３３４１～３３４４の回転軸Ｃ３３３０を中心とする回転は、すべての駆動部３３４１～３３４４が同一の方向に同一の回転角度で回転する場合に限らない。たとえば、光学レンズごとに異なる回転角度で回転してもよい。
【0147】
また、駆動部３３４１～３３４４によるアーム３３５１～アーム３３５４の伸縮では、表示装置１１００および光学系１２００の光軸Ｃ３を一致させる場合に限らない。たとえば、光学レンズごとにアームの伸縮長さを異ならせるようにしてもよい。
【0148】
さらに、駆動部３３４１～３３４４は、制御部３３３１からの指令にしたがって、アーム３３５１～３３５４を、アーム３３５１～３３５４が伸びる方向に沿った中心軸を中心に回転するようにしてもよい。
【0149】
上述のようにして、光学系制御装置３３３０は、表示装置１１００および光学系１２００が出射する光により形成される実像の大きさや形状、位置、向き等を変更することができる。
【0150】
上述では、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光学系１２００と同一であるものとしたが、これに限らない。たとえば、光学系１２００を第２の実施形態に係る画像表示装置の光学系２２００とし、光学系制御装置によって、複数の反射鏡２２２１、２２２２の位置や角度を変更してもよい。あるいは、光学系を１つ以上の自由曲面ミラーとし、光学系制御装置によって、自由曲面ミラーの位置や角度を変更してもよい。
【0151】
光学系制御装置３３３０は、図１に示した観測者Ｏ１の操作によって、動作するようにしてもよいし、観測者Ｏ１以外の画像表示装置の操作者の操作によって動作するようにしてもよい。
【0152】
本実施形態に係る画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置では、上述の光学系制御装置３３３０をさらに備えることによって、表示装置１１００および光学系１２００から出射される光によって形成される実像を所望の大きさ、形状、位置または向き等に変更して結像素子３１０ａに照射することができる。そのため、画像表示装置は、結像素子３１０ａによって、所望の大きさ、形状、位置または向き等に変更された空中画像を結像させることができる。また、表示装置１１００を仮想平面Ｐ０に対して平行に設置していない場合には結像Ｉ１には歪みが生じることがあるが、このような歪みを補正することも可能である。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置では、上述の光学系制御装置３３３０をさらに備えることによって、表示装置１１００および光学系１２００から出射される光によって形成される実像を所望の大きさ、形状、位置または向き等に変更して結像素子３１０ａに照射することができる。そのため、画像表示装置は、結像素子３１０ａによって、所望の大きさ、形状、位置または向き等に変更された空中画像を結像させることができる。また、表示装置１１００を仮想平面Ｐ０に対して平行に設置していない場合には結像Ｉ１には歪みが生じることがあるが、このような歪みを補正することも可能である。
【0153】
（第４の実施形態）
図２０Ａは、第４実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図２０Ｂは、図２０ＡのＸＸＢ－ＸＸＢ線における模式的な矢視断面図である。
本実施形態に係る画像表示装置は、上述した他の実施形態に係る画像表示装置の表示装置１１００に代えて、表示装置４１００を備える。本実施形態に係る画像表示装置では、他の構成要素は、上述の他の実施形態に係る画像表示装置と同一である。図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、本実施形態に係る画像表示装置では、表示装置４１００は、画素４１１２がマイクロレンズ４１２７を有する点で、表示装置１１００と相違する。表示装置４１００は、他の点では表示装置１１００と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。３次元直交座標系は、図３Ａ等に示したＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を用いる。
図２０Ａは、第４実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図２０Ｂは、図２０ＡのＸＸＢ－ＸＸＢ線における模式的な矢視断面図である。
本実施形態に係る画像表示装置は、上述した他の実施形態に係る画像表示装置の表示装置１１００に代えて、表示装置４１００を備える。本実施形態に係る画像表示装置では、他の構成要素は、上述の他の実施形態に係る画像表示装置と同一である。図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、本実施形態に係る画像表示装置では、表示装置４１００は、画素４１１２がマイクロレンズ４１２７を有する点で、表示装置１１００と相違する。表示装置４１００は、他の点では表示装置１１００と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。３次元直交座標系は、図３Ａ等に示したＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を用いる。
【0154】
表示装置４１００は、基板１１１０と、複数の画素４１１２と、走査回路１１３０と、複数の走査線１１４０と、複数の点灯制御線１１５０と、駆動回路１１６０と、複数の信号線１１７０と、を含む。画素４１１２は、ＬＥＤ素子１１２０と、個別回路１１８０と、マイクロレンズ４１２７と、を含む。ＬＥＤ素子１１２０および個別回路１１８０は、図３Ａ～図５に関連して説明した例と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0155】
マイクロレンズ４１２７は、基板１１１０の第１面１１１１ａ上に配置され、ＬＥＤ素子１１２０を覆っている。マイクロレンズ４１２７は、第１面１１１１ａ上で、配線１１８１、１１８２の一部も覆っている。
【0156】
マイクロレンズ４１２７は、Ｘ１Ｙ１平面視において、ほぼ円形である。円形に限らず、楕円形であってもよいし、ゆがんだ円形であってもよい。マイクロレンズ４１２７は、第１面１１１１ａ側で円筒形状を有し、先端部では、半球形状である。つまり、マイクロレンズ４１２７は、Ｚ１軸の負方向に向かって凸である。この凸の頂点は、概略ＬＥＤ素子１１２０の発光中心のＺ１軸上にあることが望ましい。マイクロレンズ４１２７は、透光性を有する材料で形成されており、たとえば、透光性樹脂で形成されている。また透光性樹脂が蛍光体を含むことにより、所望の発光色を得ることができる。
【0157】
マイクロレンズ４１２７は、購入するか、周知の製造技術を用いて形成される。たとえば、マイクロレンズ４１２７は、樹脂ポッティングにより形成される。樹脂ポッティングでは、基板１１１０上に配置された複数のＬＥＤ素子１１２０のそれぞれを覆うように、樹脂がポッティングされる。ポッティングされた樹脂は、硬化されて、マイクロレンズ４１２７が形成される。
【0158】
本実施形態に係る画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置では、表示装置４１００が、マイクロレンズ４１２７を有するＬＥＤ素子１１２０を含んでいる。ＬＥＤ素子１１２０は、図４Ａに関連して説明したように、光出射面１１２４Ｓを粗面化する等して、凹部１１２４Ｔを形成する。これによって、配光角の広がった光をマイクロレンズ４１２７で再度狭配光化することによって、十分な大きさをもつ画素を十分な正面輝度で発光させることができる。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置では、表示装置４１００が、マイクロレンズ４１２７を有するＬＥＤ素子１１２０を含んでいる。ＬＥＤ素子１１２０は、図４Ａに関連して説明したように、光出射面１１２４Ｓを粗面化する等して、凹部１１２４Ｔを形成する。これによって、配光角の広がった光をマイクロレンズ４１２７で再度狭配光化することによって、十分な大きさをもつ画素を十分な正面輝度で発光させることができる。
【0159】
本実施形態に係る画像表示装置の表示装置４１００では、画素４１１２を構成するＬＥＤ素子１１２０を窒化ガリウム系化合物半導体で形成し、マイクロレンズ４１２７を有することによって、低消費電力でより高輝度の表示装置４１００を実現できる。高輝度の表示装置４１００の実現により、本実施形態に係る画像表示装置は、より鮮明な空中画像を表示することができる。
【0160】
（第５の実施形態）
図２１は、第５の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、上述した他の実施形態に係る画像表示装置の表示装置１１００、４１００に代えて、表示装置５１００を備える。本実施形態に係る画像表示装置では、他の構成要素は、上述の他の実施形態に係る画像表示装置と同一である。本実施形態に係る画像表示装置の表示装置５１００は、画素５１１２がプリズムシート５１２８を有する点で、図３Ａ～図５に示した表示装置１１００および図１９に示した表示装置４１００と相違する。表示装置５１００は、他の点では表示装置１１００と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。３次元直交座標系は、図３Ａ等に示したＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を用いる。
図２１は、第５の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置は、上述した他の実施形態に係る画像表示装置の表示装置１１００、４１００に代えて、表示装置５１００を備える。本実施形態に係る画像表示装置では、他の構成要素は、上述の他の実施形態に係る画像表示装置と同一である。本実施形態に係る画像表示装置の表示装置５１００は、画素５１１２がプリズムシート５１２８を有する点で、図３Ａ～図５に示した表示装置１１００および図１９に示した表示装置４１００と相違する。表示装置５１００は、他の点では表示装置１１００と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。３次元直交座標系は、図３Ａ等に示したＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を用いる。
【0161】
表示装置５１００は、画素５１１２を含む。画素５１１２は、図３Ｂに示した表示装置１１００および図２０Ａに示した表示装置４１００と同様に、行列状に複数個配置されている。表示装置５１００は、図３Ａ等に示した表示装置１１００と同様に、基板１１１０と、走査回路１１３０と、複数の走査線１１４０と、複数の点灯制御線１１５０と、駆動回路１１６０と、複数の信号線１１７０と、を含む。
【0162】
画素５１１２は、ＬＥＤ素子１１２０と、保護層５１２７と、プリズムシート５１２８と、を含む。画素５１１２は、図３Ｂおよび図５に示した表示装置１１００と同様に個別回路１１８０を含んでいる。ＬＥＤ素子１１２０および個別回路１１８０は、図３Ｂ等に関連して説明した例と同じであり、詳細な説明を省略する。
【0163】
保護層５１２７は、基板１１１０の第１面１１１１ａ上で、ＬＥＤ素子１１２０および配線１１８１、１１８２を覆っている。保護層５１２７は、透光性を有する樹脂素材である。たとえば、保護層５１２７は、ＬＥＤ素子１１２０を覆うように基板１１１０上に配置される。
【0164】
プリズムシート５１２８は、保護層５１２７上に配置される。プリズムシート５１２８は、樹脂製の母材の表面にプリズム角を有する多数の溝が形成され、入射した光を散乱する。一方向に沿って溝が形成されているプリズムシートの場合には、たとえば溝の形成方向を互いに直交させた２つのプリズムシートを用いることができる。
【0165】
本実施形態に係る画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置では、表示装置５１００の画素５１１２がプリズムシート５１２８を有しているので、画素５１１２のＬＥＤ素子１１２０の直上、すなわちＺ１軸の負方向側のプリズムシート５１２８の輝度を高めることができる。そのため、表示装置５１００は、低消費電力でより鮮明が画像を出力することができる。したがって、本実施形態に係る画像表示装置は、低消費電力でより鮮明な空中画像を表示することができる。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置では、表示装置５１００の画素５１１２がプリズムシート５１２８を有しているので、画素５１１２のＬＥＤ素子１１２０の直上、すなわちＺ１軸の負方向側のプリズムシート５１２８の輝度を高めることができる。そのため、表示装置５１００は、低消費電力でより鮮明が画像を出力することができる。したがって、本実施形態に係る画像表示装置は、低消費電力でより鮮明な空中画像を表示することができる。
【0166】
（第６の実施形態）
図２２は、第６の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２２に示すように、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、結像素子３１０と、表示装置６１００と、透光性部材６２００と、筐体６３００と、光透過部材６３２０と、を備える。
図２２は、第６の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２２に示すように、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、結像素子３１０と、表示装置６１００と、透光性部材６２００と、筐体６３００と、光透過部材６３２０と、を備える。
【0167】
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、上述の他の実施形態に係る画像表示装置の表示装置１１００、４１００、５１００とは異なる表示装置６１００を備える。表示装置６１００は、半球面の凹面上に画素が形成されている点で、表示装置１１００、４１００、５１００と相違する。この例の表示装置６１００では、透光性部材６２００が表示装置６１００と一体で形成されている。透光性部材６２００は、光学系として機能する。
【0168】
画像表示装置６０００では、結像素子３１０が上述の他の実施形態の場合の結像素子３１０ａと相違する。図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して説明したように、結像素子は、筐体内のスペースや画像表示装置の設置場所等に応じて、いずれかの形態の結像素子１０、３１０、３１０ａを設けることができる。
【0169】
画像表示装置６０００では、表示装置６１００の位置と結像素子３１０の位置との関係が上述の他の実施形態の場合と相違する。画像表示装置６０００では、表示装置６１００が結像素子３１０の直上に配置されている。そのため、表示装置６１００が出射した光Ｌは、下方に進行して結像素子３１０を照射する。結像素子３１０は、入射した光の一部を２面直交リフレクタで２回反射して、反射光Ｒを出射する。光透過部材６３２０は、結像素子３１０で２回反射された反射光Ｒを透過する位置に配置される。
【0170】
結像素子３１０の２面直交リフレクタで１回だけ反射された光や２面直交リフレクタで反射されなかった光は、図６に示した、隣り合うリフレクタ行２２の間隔２３から第２面３１１ｂ側に抜けていく。したがって、結像素子３１０は、２回反射光以外の光を第１面３１１ａ側に出射することがない。そのため、本実施形態に係る画像表示装置６０００では、光源となる表示装置６１００が結像素子３１０の第１面３１１ａの法線方向に配置されるので、結像素子３１０では、隣り合うリフレクタ行２２の間隔２３が設けられる。
【0171】
第２面３１１ｂに抜けていく光は、筐体６３００の内部で再度反射して迷光とならないように、この例では、筐体６３００内の底面に遮光部材６３１０が配置されている。遮光部材６３１０は、筐体６３００の内部の側壁面にも配置されている。遮光部材６３１０は、図１に示した遮光部材１３１０と同様に、たとえば筐体６３００の底面および壁面に形成された黒色の塗料の塗布膜である。遮光部材６３１０は、筐体６３００の構成材の厚さに比べて十分に薄いため、図２２では、筐体６３００の内部の面として表されている。
【0172】
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、結像素子３１０は、入射した光Ｌの２回反射光Ｒのみを出射し、その他の光を第１面３１１ａ側に反射等しない。そのため、図１４に関連して説明したように、結像素子３１０は、第１面３１１ａの側に実像以外のゴースト画像の形成が抑制される。
【0173】
表示装置６１００の構成について説明する。
図２３Ａは、第６の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２３Ａに示すように、表示装置６１００は、基材６１１０と、画素１１１２と、を含む。図３Ｂ～図５に関連にして説明したように、表示装置６１００は、走査回路、駆動回路および各種信号線等を含んでいる。画素１１１２は、ＬＥＤ素子１１２０を含む。図４Ａ～図５に関連して説明したように、画素１１１２は、個別回路を含んでいる。
図２３Ａは、第６の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２３Ａに示すように、表示装置６１００は、基材６１１０と、画素１１１２と、を含む。図３Ｂ～図５に関連にして説明したように、表示装置６１００は、走査回路、駆動回路および各種信号線等を含んでいる。画素１１１２は、ＬＥＤ素子１１２０を含む。図４Ａ～図５に関連して説明したように、画素１１１２は、個別回路を含んでいる。
【0174】
基材６１１０は、球面の一部である凹面６１１１ａを有する。凹面６１１１ａは、Ｚ１軸の負方向側に配置されている。凹面６１１１ａの反対側の面６１１１ｂは、この例では、Ｘ１Ｙ１平面に平行な平坦面である。基材６１１０は、樹脂等により形成され、ＬＥＤ素子１１２０からの反射による迷光を抑制するために、たとえば、黒色樹脂により形成されている。
【0175】
ＬＥＤ素子１１２０は、凹面６１１１ａ上に配置されている。ＬＥＤ素子１１２０は、たとえば、Ｘ１Ｙ１平面視において、行列状に配列されている。ＬＥＤ素子１１２０の配列は、行列状に限らず、凹面６１１１ａの外周円の中心を中心とする同心円状に配置されてもよい。
【0176】
ＬＥＤ素子１１２０および凹面６１１１ａは、透光性部材６２００で覆われている。基材６１１０および透光性部材６２００による形状は、この例では、円柱である。
【0177】
透光性部材６２００は、凹面６１１１ａ上に配置されたＬＥＤ素子１１２０を保護する。透光性部材６２００は、空気よりも大きい屈折率を有するので、光学系としても機能する。この例では、透光性部材６２００の出射面６２００Ｓは、平坦面であるが、これに限らず、凹面や凸面としてもよい。
【0178】
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、半球面の凹面６１１１ａ上に配列されたＬＥＤ素子１１２０を画像を形成するように発光させることによって、半球面状の立体的な結像Ｉ６を空中に形成することができる。
【0179】
画素を半球面の凹面に限らず、他の任意の曲面に配列することによって、任意の曲面形状の立体画像を空中に表示することができる。
図２３Ｂは、第６の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置の変形例を例示する模式的な斜視図である。
図２３Ｂに示すように、表示装置６１００ａは、基板６１１０ａと、複数の画素１１１２と、を含む。図３Ｂ～図５に関連にして説明したように、表示装置６１００ａは、走査回路、駆動回路および各種信号線等を含んでいる。画素１１１２は、ＬＥＤ素子１１２０を含む。図４Ａ～図５に関連して説明したように、画素１１１２は、個別回路を含んでいる。
図２３Ｂは、第６の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置の変形例を例示する模式的な斜視図である。
図２３Ｂに示すように、表示装置６１００ａは、基板６１１０ａと、複数の画素１１１２と、を含む。図３Ｂ～図５に関連にして説明したように、表示装置６１００ａは、走査回路、駆動回路および各種信号線等を含んでいる。画素１１１２は、ＬＥＤ素子１１２０を含む。図４Ａ～図５に関連して説明したように、画素１１１２は、個別回路を含んでいる。
【0180】
基板６１１０ａは、第１面６１１１ｃを有している。第１面６１１１ｃは、Ｚ１軸の負方向の凸である領域およびＺ１軸の正方向に凸である領域を含んでおり、Ｘ１Ｚ１平面視において、波型形状である。
【0181】
ＬＥＤ素子１１２０は、波型の曲面である第１面６１１１ｃ上に配列されている。たとえば、ＬＥＤ素子１１２０は、Ｘ１Ｙ１平面視において、行列状に配列されている。
【0182】
ＬＥＤ素子１１２０等が配置された基板６１１０ａは、透光性部材６２００ａで覆われている。透光性部材６２００ａは、たとえば、樹脂で形成されており、透明樹脂である。透光性部材６２００ａは、ＬＥＤ素子１１２０等が配置された基板６１１０ａを覆うことによって、ＬＥＤ素子１１２０等を保護する。透光性部材６２００ａは、空気よりも大きい屈折率を有するので、光学系としても機能する。
【0183】
画像表示装置６０００は、表示装置６１００に代えて、表示装置６１００ａを備えることによって、波型の立体形状を有する画像を空中に結像させることができる。
【0184】
本実施形態に係る画像表示装置６０００の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、表示装置６１００、６１００ａのＬＥＤ素子１１２０が任意の曲面上に配列されている。そのため、表示装置６１００、６１００ａは、設定された曲面状の立体画像を出力する。結像素子３１０は、曲面状の立体画像をそのまま空中に結像させるので、観測者Ｏ１は、設定された曲面に応じて形成された立体的な画像を空中で見ることができる。
本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、以下の効果を奏する。
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、表示装置６１００、６１００ａのＬＥＤ素子１１２０が任意の曲面上に配列されている。そのため、表示装置６１００、６１００ａは、設定された曲面状の立体画像を出力する。結像素子３１０は、曲面状の立体画像をそのまま空中に結像させるので、観測者Ｏ１は、設定された曲面に応じて形成された立体的な画像を空中で見ることができる。
【0185】
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、表示装置１１００を第１面３１１ａの法線方向である結像素子３１０の直上に配置し、結像素子３１０の２回反射光を結像素子３１０の側方に出射して結像させる。そのため、実像のほかのゴースト画像の表示を防止することができる。
【0186】
なお、本実施形態に係る画像表示装置について、図１に示した画像表示装置１０００のように、光源である表示装置は、結像素子の直上に空中画像を結像させるように、配置してもよい。
【0187】
上述した他の実施形態の場合に、表示装置を結像素子の直上に配置することによって、ゴースト画像の表示を防止するようにしてもよい。
【0188】
上述した各実施形態は、適宜組み合わせて適用することができる。
実施形態は、以下の態様を含む。
実施形態は、以下の態様を含む。
【0189】
（付記１）
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
【0190】
（付記２）
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
前記結像素子と前記光源との間の光路に配置された光学系と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過する光透過部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられ、
前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の少なくとも一部を遮光するように設けられた画像表示装置。
【0191】
（付記３）
前記光学系は、複数の光学素子を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
前記光学系は、複数の光学素子を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
【0192】
（付記４）
前記複数の光学素子は、自由曲面ミラーを含む付記３記載の画像表示装置。
前記複数の光学素子は、自由曲面ミラーを含む付記３記載の画像表示装置。
【0193】
（付記５）
前記光源および前記光学系のそれぞれの光軸を調整可能に設定し、前記光源および前記光学系のそれぞれについて前記光軸に沿った方向における位置を調整可能に設定する制御機構をさらに備えた付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光源および前記光学系のそれぞれの光軸を調整可能に設定し、前記光源および前記光学系のそれぞれについて前記光軸に沿った方向における位置を調整可能に設定する制御機構をさらに備えた付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0194】
（付記６）
前記遮光部材は、前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体の一部であり、
前記光透過部材は、前記筐体の他の一部である付記１～５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記遮光部材は、前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体の一部であり、
前記光透過部材は、前記筐体の他の一部である付記１～５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0195】
（付記７）
前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体をさらに備え、
前記光透過部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過部材との間に設けられた付記１～５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体をさらに備え、
前記光透過部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過部材との間に設けられた付記１～５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0196】
（付記８）
前記光源は、基板と、前記基板上に配置された複数の半導体発光素子と、を含む表示装置である付記１～７のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光源は、基板と、前記基板上に配置された複数の半導体発光素子と、を含む表示装置である付記１～７のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0197】
（付記９）
前記表示装置は、前記複数の半導体素子のそれぞれに設けられたレンズを含む付記８記載の画像表示装置。
前記表示装置は、前記複数の半導体素子のそれぞれに設けられたレンズを含む付記８記載の画像表示装置。
【0198】
（付記１０）
前記表示装置は、前記複数の半導体発光素子上に配置された光散乱部材を含む付記８記載の画像表示装置。
前記表示装置は、前記複数の半導体発光素子上に配置された光散乱部材を含む付記８記載の画像表示装置。
【0199】
（付記１１）
前記基板は、光の出射方向に向かって凹となる凹面を有し、
前記複数の半導体発光素子は、前記凹面上に配置された付記８記載の画像表示装置。
前記基板は、光の出射方向に向かって凹となる凹面を有し、
前記複数の半導体発光素子は、前記凹面上に配置された付記８記載の画像表示装置。
【0200】
（付記１２）
前記基板は、可撓性を有する付記８記載の画像表示装置。
前記基板は、可撓性を有する付記８記載の画像表示装置。
【0201】
以上説明した実施形態によれば、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を実現することができる。
【0202】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0203】
１０、３１０、３１０ａ…結像素子、１２、３１２…基材、２０…リフレクタアレイ、２２…リフレクタ行、２３…間隔、３０…２面直交リフレクタ、３１…第１反射面、３２…第２反射面、１０００、１０００ａ、６０００…画像表示装置、１１００、４１００、６１００、６１００ａ…表示装置、１１２０…ＬＥＤ素子、１２００、２２００…光学系、１２１０、２２１０、３２１０…表示モジュール、１３００、１３００ａ、６３００…筐体、１３１０、１３１０ａ、６３１０…遮光部材、１３２０、６３２０…光透過部材、３３３０…光学系制御装置、６２００、６２００ａ…透光性部材
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22】
【図23A】
【図23B】