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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】P2024071316
(43)【公開日】2024-05-24
(54)【発明の名称】画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20240517BHJP
G02B 5/08 20060101ALI20240517BHJP
【ＦＩ】
G02B30/56
G02B5/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022202359
(22)【出願日】2022-12-19
(31)【優先権主張番号】P 2022181965
(32)【優先日】2022-11-14
(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
(72)【発明者】
【氏名】大野 恵子
(72)【発明者】
【氏名】山脇 正恵
【テーマコード（参考）】
2H042
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H042DB07
2H042DD04
2H042DE00
2H199BA32
2H199BA48
2H199BA49
2H199BB17
2H199BB18
2H199BB59
2H199BB65
2H199BB67
(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、位置検出部と、駆動部と、制御部と、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、位置検出部と、駆動部と、制御部と、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】
結像により画像を形成する結像素子と、
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
【請求項2】
結像により画像を形成する結像素子と、
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
【請求項3】
前記位置検出部は、
前記観測者の目を含む第１画像データを取得する撮像部と、
前記第１画像データを画像処理して、前記観測位置のうち前記観測者の目の位置を検出する画像処理部と、
を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記観測者の目を含む第１画像データを取得する撮像部と、
前記第１画像データを画像処理して、前記観測位置のうち前記観測者の目の位置を検出する画像処理部と、
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】
前記結像素子および前記光源を収納する筐体をさらに備え、
前記撮像部は、前記筐体内に配置された請求項３記載の画像表示装置。
前記撮像部は、前記筐体内に配置された請求項３記載の画像表示装置。
【請求項5】
前記筐体は、結像素子から出射される光を透過させる窓部材を含み、
前記撮像部は、前記窓部材を介して前記第１画像データを取得する請求項４記載の画像表示装置。
前記撮像部は、前記窓部材を介して前記第１画像データを取得する請求項４記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記基材は、透光性を有し、
前記撮像部は、前記基材を介して前記第１画像データを取得する請求項４記載の画像表示装置。
前記撮像部は、前記基材を介して前記第１画像データを取得する請求項４記載の画像表示装置。
【請求項7】
前記撮像部は、第１期間で前記第１画像データを取得し、
前記光源は、前記第１期間に重複しない第２期間で前記結像素子に光を照射する請求項３記載の画像表示装置。
前記光源は、前記第１期間に重複しない第２期間で前記結像素子に光を照射する請求項３記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記観測位置と前記結像素子との間に配置されたハーフミラーをさらに備え、
前記撮像部は、前記ハーフミラーに写った前記観測者の反射像を撮像する請求項４記載の画像表示装置。
前記撮像部は、前記ハーフミラーに写った前記観測者の反射像を撮像する請求項４記載の画像表示装置。
【請求項9】
前記観測位置に向かって光を放射する照明光源をさらに備え、
前記照明光源は、前記光源が出射する光の波長とは異なる第１波長の光を照射し、
前記撮像部は、前記第１波長の光で照射された前記観測位置の前記第１画像データを取得する請求項４記載の画像表示装置。
前記照明光源は、前記光源が出射する光の波長とは異なる第１波長の光を照射し、
前記撮像部は、前記第１波長の光で照射された前記観測位置の前記第１画像データを取得する請求項４記載の画像表示装置。
【請求項10】
前記第１波長のピーク波長は、７００ｎｍ以上である請求項９記載の画像表示装置。
【請求項11】
前記位置検出部は、前記観測者が着席する座席の位置の情報を取得する座席位置検出部を含み、
前記制御部は、前記座席位置検出部によって取得された前記座席の位置の情報にもとづいて、前記観測位置を補正する請求項３記載の画像表示装置。
前記制御部は、前記座席位置検出部によって取得された前記座席の位置の情報にもとづいて、前記観測位置を補正する請求項３記載の画像表示装置。
【請求項12】
前記位置検出部は、前記観測者の音声を収集する集音部を含み、
前記制御部は、前記集音部によって収集されたデータにもとづいて、前記観測位置を補正する請求項３記載の画像表示装置。
前記制御部は、前記集音部によって収集されたデータにもとづいて、前記観測位置を補正する請求項３記載の画像表示装置。
【請求項13】
前記撮像部によって取得された前記観測者の少なくとも一部を含む第２画像データを画像処理して、前記観測者を識別する観測者情報を抽出し、前記観測者を含むすべての利用者のそれぞれを識別する利用者識別情報を含むデータベースから前記観測者情報を検索して前記観測者を認証する認証処理部をさらに備え、
前記認証処理部が前記観測者を認証した場合に、前記光源は、光を前記結像素子に光を照射可能とし、前記制御部は、前記駆動部を制御可能とする請求項３記載の画像表示装置。
前記認証処理部が前記観測者を認証した場合に、前記光源は、光を前記結像素子に光を照射可能とし、前記制御部は、前記駆動部を制御可能とする請求項３記載の画像表示装置。
【請求項14】
前記利用者識別情報は、前記利用者ごとの識別記号に関連付けられた、顔認証データ、虹彩認証データ、指紋認証データおよび静脈認証データのうちの少なくとも１つを含む請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項15】
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、を含む請求項１または２に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
【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、結像により画像を形成する結像素子と、前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、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。
【0011】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像により画像を形成する結像素子と、前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、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。
【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の可動範囲を説明するための模式図である。
【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の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
【図17】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フローチャートの例である。
【図18】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フローチャートの例である。
【図19】第２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20】第２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可動範囲を説明するための模式図である。
【図21】第２の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
【図22】第３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23】第３の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
【図24】第３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的なタイミングチャートの例である。
【図25】第４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26】第５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27】第５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ブロック線図の例である。
【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、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。第１の実施形態では、結像素子３１０ａ、表示装置１１００、位置検出部１４３０、制御部１４１０および駆動部１４２０は、筐体１３００内に配置されている。筐体１３００には、開口が設けられ、筐体１３００の開口には窓部材１３２０が配置されている。
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、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。第１の実施形態では、結像素子３１０ａ、表示装置１１００、位置検出部１４３０、制御部１４１０および駆動部１４２０は、筐体１３００内に配置されている。筐体１３００には、開口が設けられ、筐体１３００の開口には窓部材１３２０が配置されている。
【0016】
画像表示装置１０００では、光源である表示装置１１００から出射された光Ｌは、結像素子３１０ａで反射される。結像素子３１０ａは、光Ｌを入射して反射光Ｒを出射する。反射光Ｒは、窓部材１３２０を介して、筐体１３００の外部に出射され、筐体１３００の外部の空中に結像Ｉ１を形成する。
【0017】
画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａが配置される位置は固定されている。画像表示装置１０００では、表示装置１１００が配置される位置は変更することができ、表示装置１１００が光を出射する角度は変更することができる。表示装置１１００が配置される位置および光を出射する角度の適切な変更により、画像表示装置１０００は、所望の位置で結像Ｉ１を形成することができる。
【0018】
画像表示装置１０００では、位置検出部１４３０は、画像表示装置１０００が形成する結像Ｉ１を観測する観測者Ｏ１が、その結像Ｉ１を観測する観測位置を検出する。制御部１４１０および駆動部１４２０は、位置検出部１４３０によって検出された観測者Ｏ１の観測位置に応じて、結像Ｉ１が形成される位置を変更する。画像表示装置１０００は、たとえば、観測者Ｏ１が結像Ｉ１を見やすくなるように、結像Ｉ１が形成される位置を変更する。
【0019】
より具体的には、位置検出部１４３０は、撮像部１４３２を含んでおり、撮像部１４３２は、観測者Ｏ１の「瞳」の画像を含むように、観測者Ｏ１を撮像する。撮像部１４３２は、観測者Ｏ１の瞳の位置に関する情報を含む画像データを生成する。位置検出部１４３０は、生成された画像データにもとづいて、観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。制御部１４１０は、検出された観測者Ｏ１の瞳の位置にもとづいて、結像Ｉ１が形成される位置および結像Ｉ１までの光路を演算し、算出した位置で結像Ｉ１を形成するように駆動信号を生成する。駆動部１４２０は、駆動信号にもとづいて、表示装置１１００が配置される位置および表示装置１１００が出射する光の向きを変更する。
【0020】
なお、図１を用いた上記の説明は情報の流れの概略であって、制御装置１４００の実際の構成には、図１６を用いて後述する通信ネットワーク等が設けられている。その他の実施形態の説明でも同様である。また、図１６に関連して後述するように、第１の実施形態では、位置検出部１４３０は、位置検出部１４３０から観測者Ｏ１までの距離および瞳の位置の情報を含む画像データにもとづいて、観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。位置検出部１４３０から観測者Ｏ１までの距離は、観測者Ｏ１が座るシートのシートポジション位置を検出することによって、設定され得る。位置検出部１４３０から観測者Ｏ１までの距離は、画像データのフォーカスによって設定してもよいし、位置検出部１４３０に複数のカメラを設けて撮像することによって設定されてもよい。
【0021】
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の可動範囲を説明するための模式図である。
図２に示すように、表示装置１１００は、可動であり、Ｘ１Ｙ１Ｚ１座標の任意の位置に配置される。３次元座標軸の各軸の定義については、後述する。表示装置１１００は、基板１１１０と、基板１１１０上に形成された画素形成領域１１１２Ｒと、を有する。画素形成領域１１１２Ｒは、Ｘ１Ｙ１平面に平行な面に形成されるものとし、画素形成領域１１１２Ｒに形成された画素を構成するＬＥＤ素子が主として出射する光の向きは、Ｚ１軸の負方向である。
図２に示すように、表示装置１１００は、可動であり、Ｘ１Ｙ１Ｚ１座標の任意の位置に配置される。３次元座標軸の各軸の定義については、後述する。表示装置１１００は、基板１１１０と、基板１１１０上に形成された画素形成領域１１１２Ｒと、を有する。画素形成領域１１１２Ｒは、Ｘ１Ｙ１平面に平行な面に形成されるものとし、画素形成領域１１１２Ｒに形成された画素を構成するＬＥＤ素子が主として出射する光の向きは、Ｚ１軸の負方向である。
【0022】
表示装置１１００は、第１自由度として、Ｘ１軸に平行な方向に可動である。表示装置１１００は、第２自由度として、Ｙ１軸に平行な方向に可動である。表示装置１１００は、第３自由度として、Ｚ１軸方向に可動である。表示装置１１００は、第１自由度から第３自由度までを有することによって、Ｘ１Ｙ１Ｚ１座標空間を任意の位置に移動することができる。
【0023】
表示装置１１００は、さらに、各軸を中心に回転することができる。表示装置１１００は、第４自由度として、Ｘ１軸を中心に回転可能である。表示装置１１００は、第５自由度として、Ｙ１軸を中心に回転可能である。表示装置１１００は、第６自由度として、Ｚ１軸を中心に回転可能である。表示装置１１００の画素形成領域１１１２Ｒは、任意の方向を向くことができる。表示装置１１００は、主として画素形成領域１１１２Ｒの法線方向に光を出射する。
【0024】
表示装置１１００の６つの自由度の下の制御を６軸制御という。画像表示装置１０００では、制御部１４１０および駆動部１４２０は、６軸制御に適応した制御システムを構築する。たとえば、６軸制御に適応した駆動部１４２０は、多関節アームを含み、表示装置１１００は、多関節アームの先端に設けられる。
【0025】
画像表示装置１０００では、６軸制御に適応した制御部１４１０および駆動部１４２０を備えることによって、表示装置１１００は、任意の位置で、かつ、任意の方向に向けて光を出射することができる。表示装置１１００が出射する光は、結像素子３１０ａに照射される。結像素子３１０ａを固定して、表示装置１１００を６軸制御することによって、画像表示装置１０００は、表示装置１１００から出射された光を、結像素子３１０ａを介して、空中の所望の位置で結像させることができる。
【0026】
図１に戻って説明を続ける。
制御部１４１０および駆動部１４２０は、第１の実施形態では、制御装置１４００を構成する。制御装置１４００は、たとえば、制御部１４１０および駆動部１４２０を一体で構成しており、筐体１３００内に配置される。
制御部１４１０および駆動部１４２０は、第１の実施形態では、制御装置１４００を構成する。制御装置１４００は、たとえば、制御部１４１０および駆動部１４２０を一体で構成しており、筐体１３００内に配置される。
【0027】
制御部１４１０は、たとえば、演算処理装置（ＣＰＵ）を含んでいる。制御部１４１０は、位置検出部１４３０によって検出された観測者Ｏ１の瞳の位置にもとづいて、結像Ｉ１が形成される位置を演算する。結像Ｉ１が形成される位置を演算する場合には、たとえば、制御部１４１０は、観測者Ｏ１の「目」の画像中の「瞳」の位置にもとづいて、観測者Ｏ１の視線の方向を推定する。制御部１４１０は、観測者Ｏ１の視線の方向を推定する場合に、機械学習や深層学習を用いることができる。観測者Ｏ１の視線の方向の情報は、たとえば結像Ｉ１の輝度制御などにも用いることができる。観測者Ｏ１の視線の方向が結像Ｉ１に向いていないときには、表示装置１１００の輝度を低減して消費電力を低減することなどができる。
【0028】
撮像部１４３２は、観測者Ｏ１に対向する位置に配置されている。撮像部１４３２では、観測者Ｏ１の少なくとも目および瞳の位置に関する情報を含むように撮像領域が設定される。
【0029】
より鮮明に観測者Ｏ１の画像を撮像するために、カメラ用照明１４４０を配置してもよい。カメラ用照明１４４０は、撮像部１４３２が観測者Ｏ１を撮像する際に点灯される。画像表示装置１０００が動作中に常時点灯するようにしてもよい。撮像部１４３２およびカメラ用照明１４４０の動作は、たとえば制御部１４１０によって制御される。
【0030】
画像表示装置１０００は、筐体１３００をさらに備えている。表示装置１１００、制御装置１４００および結像素子３１０ａは、筐体１３００の内部に配置されている。第１の実施形態では、表示装置１１００および制御装置１４００は、筐体１３００内の上部に配置され、結像素子３１０ａは、筐体１３００の下部に配置されている。
【0031】
第１の実施形態の画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０が筐体１３００の底面に対して傾斜するように配置されている。結像素子３１０ａは、表示装置１１００が出射した光Ｌを入射して、斜め上方に向かう反射光Ｒとして出射する。反射光Ｒは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の法線方向に出射される。結像素子３１０ａは、反射光Ｒを出射する方向に第１面３１１ａを支持するように設けられた結像素子設置部１３３０に配置されて固定される。仮想平面Ｐ０については、図７に関連して後述する。
【0032】
筐体１３００は、結像素子３１０ａ、表示装置１１００、制御装置１４００、撮像部１４３２およびカメラ用照明１４４０を内部の適切な位置に配置するように、任意の適切な外形形状を有する。撮像部１４３２の一部およびカメラ用照明１４４０の一部は、筐体１３００の外部に配置されていてもよく、観測者Ｏ１を撮像し、照射できるように観測者Ｏ１対向する位置に配置される。
【0033】
筐体１３００は、遮光部材１３１０を有する。遮光部材１３１０は、第１の実施形態では、筐体１３００の一部である。遮光部材１３１０は、たとえば、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。
【0034】
窓部材１３２０は、筐体１３００の一部に設けられている。窓部材１３２０は、筐体１３００の一部に形成された開口である窓枠１３２２の位置に配置されている。窓枠１３２２は、結像素子３１０ａの第１面３１１ａに対向する位置に開口されている。窓部材１３２０は、結像素子３１０ａが反射光Ｒを画像表示装置１０００の外部に出射できるように、ガラスや透明樹脂等の透光性の材料で形成されている。
【0035】
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の開口および窓部材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。結像素子３１０ａの構成については、図６～図１５に関連して後述する。窓部材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。
【0036】
第１の実施形態では、結像素子３１０ａの直上に結像Ｉ１を形成するように、表示装置１１００および結像素子３１０ａが配置されている。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、第１面３１１ａの側で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３１１ａ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、表示装置１１００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。
【0037】
結像素子３１０ａから出射される反射光Ｒは、窓部材１３２０を透過して、筐体１３００の外部で結像Ｉ１を形成する。窓部材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と窓部材１３２０との間に形成される。
【0038】
上述の具体例では、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０を配置するものとしたが、表示装置１１００や結像素子３１０ａから放射される漏れ光を遮ることができれば遮光部材１３１０を内壁に配置するものに限らない。たとえば、表示装置１１００の周囲を黒色塗装した筒体で囲むことによって、表示装置１１００からの漏れ光を遮光することができる。結像素子３１０ａの基材を黒色樹脂等で形成することによって、結像素子３１０ａの漏れ光を遮光することができる。
【0039】
表示装置１１００の構成について、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。
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、画素形成領域１１１２Ｒが設けられた面である。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。
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。
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、画素形成領域１１１２Ｒが設けられた面である。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。
【0040】
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。図１に示したように、結像素子３１０ａ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、結像素子３１０ａは、表示装置１１００のＺ１軸の負方向の側に配置されている。
【0041】
図３Ａに示すように、表示装置１１００は、Ｘ１Ｙ１平面視でほぼ矩形の基板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、光軸Ｃ１は、Ｘ１Ｙ１平面視において、基板１１１０の外周がなす形状の中心と一致する。光軸Ｃ１は、Ｚ１軸に平行な軸である。光軸Ｃ１をＺ１軸に一致するものとすると、表示装置１１００は、６軸制御により、光軸Ｃ１を中心に回転することができる。
【0042】
光軸Ｃ１を中心にして、基板１１１０上に画素形成領域１１１２Ｒが設けられている。画素形成領域１１１２Ｒには、図３Ｂに示す画素１１１２が行列状に配置されている。図３Ａに示す例では、画素形成領域１１１２Ｒは、ほぼ正方形であるが、任意の形状とすることができる。つまり、画素１１１２の配列が形成する外周は、任意の形状とすることができる。
【0043】
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、図示しない表示コントローラに電気的に接続される。表示コントローラは、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表示装置１１００に供給する。表示装置１１００は、表示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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。なお、図４Ａおよび図４Ｂに示す例では、個別回路１１８０は、Ｓｉ基板に形成されている。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。
【0049】
図４Ａに示す例では、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。図４Ａに示す例では、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。
【0050】
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。なお、成長基板は所定のタイミングで剥離され得る。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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、図４Ｂに示す例のように、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、図４Ｂに示す例のように、カラーフィルタ１１２９をさらに含んでもよい。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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、波長変換部材１１２８で波長変換されなかっ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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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に配置されている。つまり、走査回路１１３０は、図２に示した画素形成領域１１１２ＲのＸ１方向に平行な外縁に隣り合うように配置されている。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。
【0062】
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に配置されている。つまり、駆動回路１１６０は、図２に示した画素形成領域１１１２ＲのＹ１方向に平行な外縁に隣り合うように配置されている。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。
【0063】
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得る。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
ＬＥＤ素子１１２０のカソード電極１１２６は、配線１１８２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１１８１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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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、シリコン基板上に設けられたシリコン半導体素子でよい。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。図６に示す例では、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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
上述したように、第１面１１ａは曲面であり、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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。図６に示す例では、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。
【0084】
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、設けたリフレクタ行の間隔を反射面にしてもよい。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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字形に成形された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。
【0092】
２面直交リフレクタ３０は、以下のように形成してもよい。透明樹脂の表面に第１反射面３１および第２反射面３２を形成する。形成した第１反射面３１および第２反射面３２が空気中に露出し、第１反射面３１および第２反射面３２を形成した面の反対の面から光が入射するように配置する。こうすることで、透明樹脂と空気の屈折率差によって、第１反射面３１および第２反射面３２を全反射面として機能させることができる。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
図１１に示す例では、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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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、図１４に示す例では、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、図１４に示す例では、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。
【0123】
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、図１５に示す例では、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、図１５に示す例では、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。
【0124】
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。
【0125】
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もないことである。
【0126】
本実施形態に係る画像表示装置１０００の動作について説明する。
図１６は、第１の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
図１６に示すように、画像表示装置１０００の制御システム１００１は、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を有する。位置検出部１４３０は、撮像部１４３２と画像処理部１４３４とを含む。撮像部１４３２は、たとえば、観測者Ｏ１を撮像する少なくとも１つのカメラである。撮像部１４３２は、観測者Ｏ１の瞳の位置に関する情報を含む画像データ（第１画像データ）を取得する。画像処理部１４３４は、画像データを画像処理して、観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。
図１６は、第１の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
図１６に示すように、画像表示装置１０００の制御システム１００１は、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を有する。位置検出部１４３０は、撮像部１４３２と画像処理部１４３４とを含む。撮像部１４３２は、たとえば、観測者Ｏ１を撮像する少なくとも１つのカメラである。撮像部１４３２は、観測者Ｏ１の瞳の位置に関する情報を含む画像データ（第１画像データ）を取得する。画像処理部１４３４は、画像データを画像処理して、観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。
【0127】
位置検出部１４３０、制御部１４１０および駆動部１４２０は、通信ネットワーク１５００を介して、通信可能に接続されている。たとえば、画像表示装置１０００は、自家用車等の輸送用の車両に搭載され、図１に示した観測者Ｏ１は、たとえば、画像表示装置１０００が搭載された車両の運転者である。通信ネットワーク１５００は、たとえば、車載用イーサネット等である。
【0128】
この例では、カメラ用照明１４４０、シートポジション検出部１４５０、ユーザインタフェース１４６０およびユーザ認証インタフェース１４７０が通信ネットワーク１５００に通信可能に接続されている。
【0129】
シートポジション検出部１４５０は、観測者Ｏ１が着席したシートの位置を検出して検出値を画像処理部１４３４に送信する。観測者Ｏ１が着席するシートは、たとえば前後にスライドするスライド式シートである。
【0130】
撮像部１４３２が撮像する観測者Ｏ１の画像には、観測者Ｏ１と画像表示装置１０００との間の距離に関する情報は、直接には含まれない場合がある。観測者Ｏ１の瞳の位置を演算するためには、観測者Ｏ１の位置と画像表示装置１０００の位置との距離の情報が必要である。観測者Ｏ１の立つ位置や座る位置が固定されていれば、その固定値が観測者Ｏ１の位置と画像表示装置１０００の位置との距離としてあらかじめ設定される。車両内のシートのように位置が変動する場合には、この例のように、画像処理部１４３４は、シートポジション検出部１４５０によって、シートの位置を検出し、観測者Ｏ１の位置を算出して観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。
【0131】
ユーザインタフェース１４６０は、観測者や同乗者が画像表示装置を操作するためのスイッチやレバー等である。ユーザインタフェース１４６０は、機械式のスイッチ等に限らず、タッチパネル式でもよいし、音声認識や空中画像によるものであってもよい。観測者Ｏ１がスイッチ等の操作をすることによって、操作に応じた信号が制御部１４１０に送信される。たとえば、観測者Ｏ１がスイッチを操作することによって、空中画像の表示と非表示とを切り替えたり、観測者Ｏ１がレバーを操作することによって、空中画像の表示位置を変更したりすることができる。
【0132】
ユーザ認証インタフェース１４７０は、観測者Ｏ１があらかじめ登録されたユーザであるか否かを判定するためのインタフェースである。ユーザ認証インタフェース１４７０は、画像表示装置１０００のユーザが、あらかじめ登録されたユーザであるか否かを、撮像部１４３２によって取得された画像データ（第２画像データ）を用いて判定する。
【0133】
図１７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フローチャートの例である。
図１７のフローチャートは、画像表示装置１０００が観測者Ｏ１の瞳の位置を演算して、空中に結像Ｉ１を形成する一連の手順を表している。
図１７のフローチャートは、画像表示装置１０００が観測者Ｏ１の瞳の位置を演算して、空中に結像Ｉ１を形成する一連の手順を表している。
【0134】
図１７に示すように、ステップＳ１において、撮像部１４３２は、観測者Ｏ１の瞳の位置を含む画像を撮像し、所定の形式の画像データを取得する。
【0135】
ステップＳ２において、制御部１４１０は、ユーザインタフェース１４６０からの割込みの有無を監視する。制御部１４１０は、ユーザインタフェース１４６０からの割込みがない場合には、観測者Ｏ１によるマニュアル操作がなかったとして、処理をステップＳ３に遷移させる。
【0136】
ステップＳ３において、画像処理部１４３４は、画像データを画像解析し、シートポジション検出部１４５０によって検出されたシートポジションの情報も用いて、観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。
【0137】
ステップＳ４において、制御部１４１０は、検出された瞳の位置にもとづいて、結像Ｉ１の形成位置を演算する。
【0138】
ステップＳ５において、制御部１４１０は、結像Ｉ１が形成される位置にもとづいて、表示装置１１００の位置および表示装置１１００が出射する光の角度を演算し、算出した位置および角度に対応する駆動信号を生成して駆動部１４２０に送信する。
【0139】
ステップＳ６において、駆動部１４２０は、制御部１４１０から送信された駆動信号にしたがって、表示装置１１００の位置および角度を変更する。
【0140】
ステップＳ２でユーザインタフェース１４６０からの割込みがある場合には、制御部１４１０は、観測者Ｏ１によるマニュアル操作があったとして、処理をステップＳ７に遷移させる。ステップＳ７において、制御部１４１０は、マニュアル操作により入力された結像Ｉ１の位置を演算し、処理をステップＳ５に遷移させる。ステップＳ５以降は、上述と同様に処理が進められる。
【0141】
ステップＳ１～ステップＳ７の一連の処理は、ステップＳ１～ステップＳ７の処理を１サイクルとして、たとえば、一定の周期で繰り返し実行される。画像表示装置１０００が車両に搭載され、車両が振動する場合であっても、結像Ｉ１の形成位置を各周期で適切に調整することが可能になる。
【0142】
制御システム１００１は、通信ネットワーク１５００を介して、他のインタフェースを接続するようにしてもよい。他のインタフェースは、たとえば、車両のエンジンの始動に応じて始動信号を生成し、車両の停止に応じて停止信号を生成し、制御部１４１０は、これらの信号に応じて結像Ｉ１の位置の設定を行うようにしてもよい。このようなインタフェースとすることによって、結像Ｉ１の形成位置の変更動作を車両が停止しているときに行うことができ、位置検出部１４３０の撮像時のぶれを抑制し、観測者Ｏ１の瞳の位置の検出精度を向上させることができる。
【0143】
上述のフローチャートの各ステップは、一例であり、画像表示装置１０００の動作はこれに限定されない。たとえば、ステップＳ２の判断は、ステップＳ１の画像データを取得する前に実行してもよいし、ステップＳ３の瞳の位置を検出した後でもよい。
【0144】
このようにして、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、観測者Ｏ１の位置に応じて、結像Ｉ１が形成される位置を変更し、観測者Ｏ１が見やすい位置に結像Ｉ１を形成することができる。
【0145】
上述の具体例では、画像表示装置１０００の制御システム１００１は、観測者Ｏ１の瞳の位置により、観測者Ｏ１が見る結像Ｉ１の位置を算出する。より簡便に、観測者Ｏ１をとらえた画像データの中から、観測者Ｏ１の顔の中での目の位置によって、観測者Ｏ１が向いている方向を推定して、結像Ｉ１が形成される位置を演算してもよい。さらに簡便に、撮像部１４３２によって、観測者Ｏ１の全体を撮像し、観測者Ｏ１の立つ位置や座った位置を演算して、結像Ｉ１の形成位置を調整することもできる。また、さらに簡便に、観測者Ｏ１の立つ位置に、位置検出部としてあらかじめ複数のスイッチを配置しておき、どのスイッチがオンしたかによって、観測者Ｏ１の立った位置を判断し、結像Ｉ１の形成位置を設定するようにしてもよい。この場合には、結像Ｉ１の形成位置があらかじめ決められているので、撮像部も不要とすることができる。
【0146】
図１８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フローチャートの例である。
図１８には、図１６に示したユーザ認証インタフェース１４７０によるユーザ認証のための手順が示されている。ユーザ認証インタフェース１４７０により提供されるユーザ認証は、たとえば車両に搭載された画像表示装置１０００の撮像部１４３２で取得した、画像表示装置１０００のユーザの画像データを用いて、たとえば、そのユーザの顔認証を行う。ユーザ認証インタフェース１４７０は、たとえば、顔認証のためのデータベースを含んでいる。
図１８には、図１６に示したユーザ認証インタフェース１４７０によるユーザ認証のための手順が示されている。ユーザ認証インタフェース１４７０により提供されるユーザ認証は、たとえば車両に搭載された画像表示装置１０００の撮像部１４３２で取得した、画像表示装置１０００のユーザの画像データを用いて、たとえば、そのユーザの顔認証を行う。ユーザ認証インタフェース１４７０は、たとえば、顔認証のためのデータベースを含んでいる。
【0147】
以下の動作の具体例では、制御部１４１０はユーザ認証インタフェース１４７０が有する顔認証のためのデータベースを検索し、顔認証の判定を行うものとする。なお、制御部１４１０に代えて、ユーザ認証インタフェース１４７０が顔認証のための制御機能を有するようにしてもよい。いずれの場合であっても、位置検出部１４３０を共通にすることによって、ユーザ認証機能を別に設けることによる重複を回避し、効率的な制御システムを構築することが可能になる。
【0148】
図１８に示すように、位置検出部１４３０は、ステップＳ１１において、ユーザの顔の情報を含む画像データ（第２画像データ）を取得する。ここで、ユーザとは、顔認証において認証ＯＫとされた場合に、観測者Ｏ１となる者である。なお、顔認証の判定が合格するまで、制御システム１００１はインタロックされるものとする。
【0149】
たとえば、制御部１４１０は、ステップＳ１１以降の処理を、ユーザがシートへ着席を検出した後に開始する。また、ステップＳ１１以前においては、制御部１４１０は、車両の運転制御システムの起動を禁止し、ユーザ認証がＯＫと判定された場合に運転制御システムの起動の禁止を解除するようにしてもよい。たとえば、運転制御システムの起動とは、エンジンをスタート可能とすることである。
【0150】
ステップＳ１２において、画像処理部１４３４は、取得した画像データを画像解析し、顔認証のためのデータを抽出し、結果を制御部１４１０に送信する。顔認証のためのデータは、たとえば、画像データから取得した特徴量であり、目、鼻、口等の位置の情報や大きさ、比率の情報、これらの形の情報等を含んでいる。
【0151】
ステップＳ１３において、制御部１４１０は、ユーザ認証インタフェース１４７０中のデータベースを検索する。
【0152】
ステップＳ１４において、制御部１４１０は、画像データから抽出したデータに一致するデータの有無を判定し、一致するデータを発見した場合には、処理をステップＳ１５に遷移させる。一致するデータがない場合には、処理をステップＳ１６に遷移させ、認証不可であったとして、処理を終了する。
【0153】
ステップＳ１５において、制御部１４１０は、顔認証のためのデータを発見したとし、認証ＯＫと判定し、制御システム１００１のインタロックを解除する。以降、制御部１４１０は、図１７に示したフローチャートの手順を実行して、結像Ｉ１の形成位置を調整する。
【0154】
上述では、位置検出部１４３０で取得したユーザの体の一部に関する情報を有する画像データを取得できれば、ユーザ認証として顔認証に限らない。たとえば、ユーザ認証は、虹彩認証や指紋認証、静脈認証としてもよい。
【0155】
上述のユーザ認証インタフェースは、本実施形態に係る画像表示装置１０００に適用する場合に限らず、後述する他の実施形態に係る画像表示装置に適用することができる。
【0156】
たとえば、図２２および図２５に関連して後述する第３および第４の実施形態に係る画像表示装置３０００、４０００では、撮像部１４３２は、ユーザが結像を覗き込む姿を撮像する。撮像部１４３２は、結像を見るときの瞳をユーザのほぼ正面から撮像し、ユーザの瞳の全体を含む画像を取得することができる。そのため、画像表示装置３０００、４０００では、虹彩を含む画像を鮮明に撮像することが可能であり、ユーザ認証の精度を向上させることができる。
【0157】
指紋認証や静脈認証では、赤外線照射によって撮像された画像データを用いる必要がある。図２６に関連して後述する第５の実施形態に係る画像表示装置５０００では、赤外線に感応する撮像部５４３２を備えているので、これをそのまま利用して、ユーザ認証することができる。
【0158】
本実施形態に係る画像表示装置１０００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、大きくなるように設定され、Ｙ２軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さくなるように設定される。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、大きくなるように設定され、Ｙ２軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さくなるように設定される。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。
【0159】
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。
【0160】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。位置検出部１４３０は、観測者Ｏ１の瞳の位置の情報を含む画像データにもとづいて、観測者Ｏ１の瞳の位置を検出する。制御部１４１０は、瞳の位置にもとづいて、結像Ｉ１が形成される適切な位置を演算し、駆動部１４２０は、算出された位置に結像Ｉ１が形成されるように、表示装置１１００の位置および角度を変更する。そのため、画像表示装置１０００は、観測者Ｏ１の瞳の位置に応じて、適切な位置で結像Ｉ１を形成することができる。
【0161】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、画像データを連続して取得し、画像データごとに瞳の位置を演算して、表示装置１１００の位置および角度を設定する駆動信号を生成することができる。これにより、画像表示装置１０００は、観測者Ｏ１の瞳の動きに応じて、結像Ｉ１が形成される位置をリアルタイムに変更することができる。
【0162】
画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａの直上に結像Ｉ１を形成するように、表示装置１１００および結像素子３１０ａを配置する。そのため、観測者Ｏ１が結像Ｉ１を見る位置によっては、結像Ｉ１が形成された位置とは別の位置にゴーストが見える場合がある。画像表示装置１０００では、上述のように、観測者Ｏ１の位置に応じて、結像Ｉ１が形成される位置を適切に変更し設定するので、観測者Ｏ１には、安定して鮮明な空中画像を結像Ｉ１として表示することができる。
【0163】
画像表示装置１０００は、ユーザインタフェース１４６０をさらに備える。ユーザインタフェース１４６０は、観測者Ｏ１の操作によって生成された信号を制御部１４１０に送信する。制御部１４１０は、ユーザインタフェース１４６０が生成した信号に応じて、表示装置１１００の動作または非動作をすることができる。そのため、画像表示装置１０００は、観測者Ｏ１の操作に応じて、結像Ｉ１の表示または非表示を切り替えることができる。また、ユーザインタフェース１４６０は、表示装置１１００の位置および角度を設定する駆動信号を生成することができる。そのため、画像表示装置１０００は、観測者Ｏ１が設定した位置に結像Ｉ１を形成することができる。
【0164】
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。
【0165】
（第２の実施形態）
図１９は、第２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１９に示すように、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、表示装置１１００を６軸制御することに代えて、結像素子３１０ａを６軸制御することにより、結像素子３１０ａの位置および反射光Ｒを出射する角度を変更する。これにより、画像表示装置２０００は、結像Ｉ２が形成される位置を変更する。
図１９は、第２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１９に示すように、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、表示装置１１００を６軸制御することに代えて、結像素子３１０ａを６軸制御することにより、結像素子３１０ａの位置および反射光Ｒを出射する角度を変更する。これにより、画像表示装置２０００は、結像Ｉ２が形成される位置を変更する。
【0166】
画像表示装置２０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、位置検出部１４３０と、制御部２４１０と、駆動部２４２０と、を備える。画像表示装置２０００では、６軸制御により、結像素子３１０ａの位置および反射光Ｒを出射する角度を変更する点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置２０００では、撮像部１４３２は、窓部材１３２０を介して観測者Ｏ１の画像を撮像する点でも相違する。画像表示装置２０００は、他の点では、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同じ構成を有する。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。
【0167】
画像表示装置２０００では、図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、表示装置１１００、結像素子３１０ａ、制御部２４１０、駆動部２４２０および位置検出部１４３０は、筐体１３００内に配置される。筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０が配置されることも、画像表示装置１０００の同様である。表示装置１１００は、筐体１３００内の上部に配置され、結像素子３１０ａは、筐体１３００内の下部に配置される。
【0168】
結像素子３１０ａは、表示装置１１００が出射した光Ｌを入射し、結像素子３１０ａの第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の法線方向に向かう反射光Ｒを出射する。結像素子３１０ａは、反射光Ｒを出射する方向に支持するように設けられた結像素子設置部２３３０に配置される。
【0169】
図２０は、第２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可動範囲を説明するための模式図である。
図２０に示すように、結像素子３１０ａは、制御部２４１０および駆動部２４２０によって６軸制御され、６つの自由度の下で可動である。たとえば、６軸制御に適応した駆動部２４２０は、多関節アームであり、結像素子３１０ａは、多関節アームの先端に設けられる。
図２０に示すように、結像素子３１０ａは、制御部２４１０および駆動部２４２０によって６軸制御され、６つの自由度の下で可動である。たとえば、６軸制御に適応した駆動部２４２０は、多関節アームであり、結像素子３１０ａは、多関節アームの先端に設けられる。
【0170】
具体的には、結像素子３１０ａは、第１自由度として、Ｘ２軸に平行な方向に可動である。結像素子３１０ａは、第２自由度として、Ｙ２軸に平行な方向に可動である。結像素子３１０ａは、第３自由度として、Ｚ２軸方向に可動である。結像素子３１０ａは、第１自由度から第３自由度までを有することによって、Ｘ２Ｙ２Ｚ２座標空間を任意の位置に移動することができる。
【0171】
結像素子３１０ａは、第４自由度として、Ｘ２軸を中心に回転可能である。結像素子３１０ａは、第５自由度として、Ｙ２軸を中心に回転可能である。結像素子３１０ａは、第６自由度として、Ｚ２軸を中心に回転可能である。結像素子３１０ａの第１面３１１ａは、任意の方向を向くことができ、任意の方向に向かって反射光Ｒを反射して結像Ｉ２を形成することができる。
【0172】
画像表示装置２０００は、６軸制御に適応した制御部２４１０および駆動部２４２０を備えることによって、結像素子３１０ａは、任意の位置で任意の方向に向けて反射光Ｒを出射することが可能である。結像素子３１０ａを６軸制御することによって、画像表示装置１０００は、表示装置１１００から出射された光Ｌを結像素子３１０ａで反射して、空中の所望の位置に結像Ｉ２を形成することができる。
【0173】
撮像部１４３２は、観測者Ｏ２から見た場合に、結像Ｉ２が形成される位置の背後に配置されるので、観測者Ｏ２が撮像部１４３２を見た場合の瞳の位置を、観測者Ｏ２が結像Ｉ２を見るときの瞳の位置とほぼ一致させることができる。そのため、画像表示装置２０００は、小さな誤差で観測者Ｏ２の瞳の位置に応じた結像Ｉ２の位置とすることができる。
【0174】
第２の実施形態では、観測者Ｏ２と画像表示装置２０００との間の距離に関する情報は、観測者Ｏ２が発する音声にもとづいて算出されてもよい。マイクロフォン２４７２Ｌ、２４７２Ｒが配置され、画像表示装置２０００は、マイクロフォン２４７２Ｌ、２４７２Ｒに接続される。マイクロフォン２４７２Ｌ、２４７２Ｒは、観測者Ｏ２が発する音声を観測者Ｏ２の位置の左右で集音し、左右の音声データＤＳＬ、ＤＳＲに変換して、画像表示装置２０００に送信する。画像表示装置２０００は、左右の音声データＤＳＬ、ＤＳＲにもとづいて、観測者Ｏ２の位置を演算する。画像表示装置２０００は、観測者Ｏ２の位置のデータおよび観測者Ｏ２の瞳の位置の情報を含む画像データにもとづいて、観測者Ｏ２の瞳の位置を検出する。
【0175】
第２の実施形態では、制御部２４１０および駆動部２４２０は、結像素子設置部２３３０内に配置されている。また、表示装置１１００は、表示装置１１００の画像表示を制御する表示コントローラ１４１５とともに、表示モジュール２４００内に配置されている。表示モジュール２４００は、表示装置１１００を筐体１３００内の上部に配置され、表示装置１１００を支持している。
【0176】
図２１は、第２の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
本実施形態に係る画像表示装置２０００の動作について説明する。
図２１に示すように、画像表示装置２０００の制御システム２００１は、位置検出部１４３０と、制御部２４１０と、駆動部２４２０と、表示コントローラ１４１５と、音源位置演算部２４７０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。位置検出部１４３０、制御部２４１０、駆動部２４２０、表示コントローラ１４１５、音源位置演算部２４７０およびユーザインタフェース１４６０は、通信ネットワーク１５００を介して、通信可能に接続されている。図１に示した画像表示装置１０００と同様に、画像表示装置２０００は、自家用車等の輸送用の車両に搭載される。観測者Ｏ２は、たとえば、画像表示装置２０００が搭載された車両の運転者である。通信ネットワーク１５００は、たとえば、車載用イーサネット等である。
本実施形態に係る画像表示装置２０００の動作について説明する。
図２１に示すように、画像表示装置２０００の制御システム２００１は、位置検出部１４３０と、制御部２４１０と、駆動部２４２０と、表示コントローラ１４１５と、音源位置演算部２４７０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。位置検出部１４３０、制御部２４１０、駆動部２４２０、表示コントローラ１４１５、音源位置演算部２４７０およびユーザインタフェース１４６０は、通信ネットワーク１５００を介して、通信可能に接続されている。図１に示した画像表示装置１０００と同様に、画像表示装置２０００は、自家用車等の輸送用の車両に搭載される。観測者Ｏ２は、たとえば、画像表示装置２０００が搭載された車両の運転者である。通信ネットワーク１５００は、たとえば、車載用イーサネット等である。
【0177】
位置検出部１４３０およびユーザインタフェース１４６０は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様であり、詳細な説明を省略する。制御部２４１０および駆動部２４２０は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御部１４１０および駆動部１４２０にそれぞれ対応している。画像表示装置２０００では、表示装置１１００を６軸制御することに代えて、結像素子３１０ａを６軸制御する点で相違する。表示装置１１００を６軸制御するか、結像素子３１０ａを６軸制御するかの相違については、光路の演算手順の相違であり、動作としては変わりがないため詳細な説明を省略する。
【0178】
この具体例では、図１および図１６に示したカメラ用照明１４４０に代えて、表示コントローラ１４１５および表示装置１１００が、撮像時の観測者Ｏ２への照明を提供する。表示コントローラ１４１５は、表示装置１１００に表示する画像のデータを供給する表示期間の間の期間に、たとえば表示装置１１００の全画素を所定の輝度で全点灯させる点灯期間を設けている。制御部２４１０は、点灯期間を観測者Ｏ２の撮像の期間に同期させることによって、観測者Ｏ２の画像を鮮明に取得することができる。
【0179】
音源位置演算部２４７０は、マイクロフォン２４７２Ｌ、２４７２Ｒに接続され、観測者Ｏ２の音声に関する情報を、左右の音声データＤＳＬ、ＤＳＲとして取得する。音源位置演算部２４７０は、観測者Ｏ２が発した左右の音声データＤＳＬ、ＤＳＲにもとづいて、観測者Ｏ２の位置を演算する。画像処理部１４３４は、音源位置として推定された観測者Ｏ２の位置および観測者Ｏ２の瞳の位置の情報を含む画像データにもとづいて、観測者Ｏ２の瞳の位置を検出する。
【0180】
音源位置演算部２４７０は、図１６に関連して説明したユーザ認証インタフェース１４７０と連動させてもよい。たとえば、ユーザ認証インタフェース１４７０は、声紋認証のためのインタフェースを提供し、観測者Ｏ２の音声をユーザ認証した場合に、その際の音声データを用いて、観測者Ｏ２の位置を検出するようにしてもよい。音源位置演算部２４７０は、観測者Ｏ２の位置を演算するために、３個以上のマイクロフォンからの音声データを利用するようにしてもよい。
【0181】
第１の実施形態の場合と同様に、制御部２４１０は、画像処理部１４３４によって検出された観測者Ｏ２の瞳の位置にもとづいて、結像Ｉ２の位置を演算する。その後、制御部２４１０は、算出された位置に結像Ｉ２を形成するように駆動信号を生成し、駆動部２４２０は、駆動信号にもとづいて、結像素子３１０ａの位置および反射光Ｒを出射する角度を変更する。
【0182】
本実施形態に係る画像表示装置２０００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２０００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。すなわち、画像表示装置２０００は、観測者Ｏ２の瞳の位置に応じて、適切な位置に結像Ｉ２を形成することができる。結像素子３１０ａを６軸制御としても、表示装置１１００を６軸制御とした場合と同様の効果を得ることが可能である。
本実施形態に係る画像表示装置２０００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。すなわち、画像表示装置２０００は、観測者Ｏ２の瞳の位置に応じて、適切な位置に結像Ｉ２を形成することができる。結像素子３１０ａを６軸制御としても、表示装置１１００を６軸制御とした場合と同様の効果を得ることが可能である。
【0183】
そのほか、本実施形態に係る画像表示装置２０００では、撮像部１４３２は、結像素子３１０ａの反射光Ｒが出射される窓部材１３２０を介して、観測者Ｏ２を撮像する位置に配置されている。そのため、観測者Ｏ２が撮像部１４３２を見る視線は、結像Ｉ２を見る視線とほぼ一致させることができ、画像表示装置２０００は、より正確に結像Ｉ２が形成される位置を演算することが可能になる。
【0184】
上述した具体例では、画像表示装置２０００は、観測者Ｏ２の音声データによる音源位置の演算によって観測者Ｏ２の位置を演算するものとしたが、これに限らない。たとえば、図１６に関連して説明したように、シートポジションを検出することによって、観測者Ｏ２の位置を設定するようにしてもよい。
【0185】
（第３の実施形態）
図２２は、第３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３０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。結像素子３１０ａ、表示装置１１００、位置検出部１４３０、制御部１４１０および駆動部１４２０は、筐体１３００内に配置されている。画像表示装置３０００では、撮像部１４３２の配置が、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と相違する。他の点では、画像表示装置３０００の構成要素は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の構成要素と同じであり、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。
図２２は、第３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３０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。結像素子３１０ａ、表示装置１１００、位置検出部１４３０、制御部１４１０および駆動部１４２０は、筐体１３００内に配置されている。画像表示装置３０００では、撮像部１４３２の配置が、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と相違する。他の点では、画像表示装置３０００の構成要素は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の構成要素と同じであり、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。
【0186】
画像表示装置３０００では、結像素子３１０ａは、結像Ｉ３が形成される位置と撮像部１４３２が配置される位置との間に配置される。そのため、撮像部１４３２は、結像素子３１０ａを介して、観測者Ｏ３を撮像する。結像素子３１０ａの基材３１２は、撮像部１４３２が観測者Ｏ３を撮像できるように、透光性を有する材料で形成されている。
【0187】
上述のように撮像部１４３２を配置することによって、撮像部１４３２は、観測者Ｏ３が結像Ｉ３を覗き込む様子を撮像することができる。撮像部１４３２は、観測者Ｏ３が結像Ｉ３を見ている瞳の位置を含む画像を撮像することができる。そのため、位置検出部１４３０は、より正確な瞳の位置の情報を有する画像データを取得することができる。
【0188】
画像表示装置３０００では、撮像部１４３２は、結像素子３１０ａを介して、観測者Ｏ３を撮像する。一方、結像素子３１０ａは、表示装置１１００からの光Ｌを入射して反射光Ｒを観測者Ｏ３に向けて出射する。観測者Ｏ３の撮像のタイミングと、結像素子３１０ａの反射光Ｒの出射のタイミングとが重なると、撮像部１４３２は、反射光Ｒの照射を受けた観測者Ｏ３を撮像することとなる。そのため、観測者Ｏ３に照射された反射光Ｒが取得される画像データのノイズとなり、観測者Ｏ３の瞳の位置に関する情報が不明確になるおそれがある。
【0189】
そこで、画像表示装置３０００では、制御部１４１０は、撮像のタイミングと、表示装置１１００が光を出射するタイミングとが重ならないように制御する。具体的には、制御部１４１０は、第１期間Ｔ１で観測者Ｏ３の撮像を実行し、他の期間では、撮像を停止する。制御部１４１０は、第１期間Ｔ１に重ならない第２期間Ｔ２で表示装置１１００を動作させ、他の期間では、表示装置１１００の動作を停止させる。画像表示装置３０００は、より正確な観測者Ｏ３の瞳の位置に関する情報を有する画像データを取得することができる。
【0190】
図２３は、第３の実施形態に係る画像表示装置の制御システムを例示する模式的なブロック線図の例である。
図２３に示すように、画像表示装置３０００の制御システム３００１は、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、表示コントローラ１４１５と、ユーザ認証インタフェース１４７０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。位置検出部１４３０、制御部１４１０、駆動部１４２０、表示コントローラ１４１５、ユーザ認証インタフェース１４７０およびユーザインタフェース１４６０は、通信ネットワーク１５００を介して、通信可能に接続されている。たとえば、画像表示装置は、自家用車等の輸送用の車両に搭載され、図２２に示した観測者Ｏ３は、たとえば、画像表示装置３０００が搭載された車両の運転者である。
図２３に示すように、画像表示装置３０００の制御システム３００１は、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、表示コントローラ１４１５と、ユーザ認証インタフェース１４７０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。位置検出部１４３０、制御部１４１０、駆動部１４２０、表示コントローラ１４１５、ユーザ認証インタフェース１４７０およびユーザインタフェース１４６０は、通信ネットワーク１５００を介して、通信可能に接続されている。たとえば、画像表示装置は、自家用車等の輸送用の車両に搭載され、図２２に示した観測者Ｏ３は、たとえば、画像表示装置３０００が搭載された車両の運転者である。
【0191】
制御システム３００１では、制御部１４１０は、観測者Ｏ３の画像を撮像するタイミングを設定する撮像信号ＤＣＭを撮像部１４３２に送信する。撮像部１４３２は、撮像信号の第１期間で観測者Ｏ３を撮像する。制御部１４１０は、表示装置１１００が光を出射するタイミングを設定する点灯信号ＤＤＰを表示コントローラ１４１５に送信する。表示コントローラ１４１５は、点灯信号ＤＤＰの第２期間で表示装置１１００を動作させる。
【0192】
ユーザ認証インタフェース１４７０は、図１６に関連して説明したユーザの顔認証のためのインタフェースである。この例では、ユーザ認証インタフェース１４７０は、登録データベース３４７２を有しており、登録データベース３４７２には、顔認証のための特徴量データのほか、登録者の両目の位置に関するデータを含んでいる。観測者Ｏ３がユーザ認証された場合には、制御部１４１０は、観測者Ｏ３の瞳の位置の情報を含む画像データおよび両目の位置に関するデータにもとづいて、観測者Ｏ３の瞳の位置を演算する。
【0193】
制御部１４１０は、第１の実施形態の場合と同様に、画像処理部１４３４によって検出された観測者Ｏ３の瞳の位置にもとづいて、結像Ｉ３の位置を演算する。制御部１４１０は、算出した位置に結像Ｉ３を形成するように駆動信号を生成し、駆動部１４２０は、駆動信号にもとづいて、表示装置１１００を移動させる。
【0194】
図２４は、第３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的なタイミングチャートの例である。
図２４には、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との関係が示されている。図２４の上の図は、制御部１４１０が位置検出部１４３０に画像を撮像させるための指令である撮像信号ＤＣＭの時間変化を表している。図２４の下の図は、制御部１４１０が表示コントローラ１４１５に表示装置１１００を動作させるための指令である点灯信号ＤＤＰの時間変化を表している。
図２４には、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との関係が示されている。図２４の上の図は、制御部１４１０が位置検出部１４３０に画像を撮像させるための指令である撮像信号ＤＣＭの時間変化を表している。図２４の下の図は、制御部１４１０が表示コントローラ１４１５に表示装置１１００を動作させるための指令である点灯信号ＤＤＰの時間変化を表している。
【0195】
図２４に示すように、撮像信号ＤＣＭは、第１期間Ｔ１でＯＮであり、観測者Ｏ３を撮像する。第１期間Ｔ１以外の期間では、撮像信号ＤＣＭはＯＦＦとされ、撮像動作を停止する。点灯信号ＤＤＰは、第２期間Ｔ２でＯＮであり、表示コントローラ１４１５は、表示装置１１００に動作許可信号を出力する。表示装置１１００は動作許可信号にしたがって、設定された画像を表示する。第２期間Ｔ２以外の期間では、点灯信号ＤＤＰはＯＦＦとされ、表示コントローラ１４１５は、表示装置１１００に動作停止信号を出力する。表示装置１１００は、動作停止信号にしたがって、設定された画像の表示を停止する。第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１と重ならないように設定される。
【0196】
撮像信号ＤＣＭおよび点灯信号ＤＤＰにおいて、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２は、図２４に示す例のように、繰り返しＯＮとなるように設定されてもよい。第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２がＯＮとなる周期は、たとえば一定である。撮像と画像の表示を一定周期で繰り返すことによって、観測者Ｏ３の瞳の動きに応じて、適切な位置に結像Ｉ３を移動させて表示させることができる。
【0197】
上述の具体例では、６軸制御により、表示装置１１００の位置や角度を変更して結像Ｉ３が形成される位置を変更するものとしたが、これに限らず、結像素子３１０ａの６軸制御による位置や角度の変更によって、結像の形成位置を変更するようにしてもよい。
【0198】
瞳の位置の演算のために、登録者ごとの目の位置に関するデータベースを用いることに代えて、シートポジションを用いたり、観測者Ｏ３の音声データを用いたりしてもよい。
【0199】
本実施形態に係る画像表示装置３０００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３０００では、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、結像素子３１０ａを介して観測者Ｏ３を撮像する位置に位置検出部１４３０を配置することによって、位置検出部１４３０は、観測者Ｏ３の瞳の位置をより正確に反映した画像を撮像することが可能になる。観測者Ｏ３の瞳の位置をより正確に演算することによって、観測者Ｏ３からより鮮明に見える結像Ｉ３の形成位置を演算することができる。
本実施形態に係る画像表示装置３０００では、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、結像素子３１０ａを介して観測者Ｏ３を撮像する位置に位置検出部１４３０を配置することによって、位置検出部１４３０は、観測者Ｏ３の瞳の位置をより正確に反映した画像を撮像することが可能になる。観測者Ｏ３の瞳の位置をより正確に演算することによって、観測者Ｏ３からより鮮明に見える結像Ｉ３の形成位置を演算することができる。
【0200】
（第４の実施形態）
図２５は、第４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２５に示すように、本実施形態に係る画像表示装置４０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、ハーフミラー４２００と、を備える。
図２５は、第４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２５に示すように、本実施形態に係る画像表示装置４０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、位置検出部１４３０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、ハーフミラー４２００と、を備える。
【0201】
ハーフミラー４２００は、結像素子３１０ａ、表示装置１１００、制御部１４１０および駆動部１４２０とともに、筐体１３００内に配置される。ハーフミラー４２００は、観測者Ｏ４の位置と結像素子３１０ａの位置との間に配置される。ハーフミラー４２００は、面４２０１ａ、４２０１ｂを有する。面４２０１ｂは、面４２０１ａの反対側に位置する面である。
【0202】
ハーフミラー４２００は、面４２０１ａが筐体１３００の外側を向き、面４２０１ｂが筐体１３００の内側を向くように配置される。そのため、ハーフミラー４２００は、筐体１３００の内側から外側に向かう光を透過し、筐体１３００の外側から内側に向かう光の少なくとも一部を反射する。
【0203】
結像素子３１０ａは、ハーフミラー４２００の面４２０１ｂの側に配置される。そのため、結像素子３１０ａが出射する反射光Ｒは、ハーフミラー４２００を介して、筐体１３００の外部に出射され、観測者Ｏ４は、結像素子３１０ａの反射光Ｒによる結像Ｉ４を観測することができる。
【0204】
観測者Ｏ４は、ハーフミラー４２００の面４２０１ａの側に位置するので、面４２０１ａは、観測者Ｏ４の反射像を形成する。撮像部１４３２は、ハーフミラー４２００の面４２０１ａの側に配置されているので、面４２０１ａ上の観測者Ｏ４の反射像を撮像する。観測者Ｏ４の反射像に観測者Ｏ４の瞳を含む画像を撮像するように撮像領域を設定することによって、撮像部１４３２は、観測者Ｏ４の瞳の位置の情報を有する画像データを生成することができる。位置検出部１４３０は、観測者Ｏ４の瞳の位置の情報を有する画像データにもとづいて、観測者Ｏ４の瞳の位置を演算することができる。
【0205】
この例では、撮像部１４３２を筐体１３００の内部に配置することによって、撮像部１４３２を観測者Ｏ４から見えないようにすることができる。撮像部１４３２は、観測者Ｏ４が結像Ｉ４を見る姿を撮像する。
【0206】
制御部１４１０および駆動部１４２０は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様に動作する。すなわち、制御部１４１０は、観測者Ｏ４の瞳に位置にもとづいて、結像Ｉ４が形成される位置を演算し、駆動部１４２０は、算出された位置となるように、表示装置１１００の位置および光を出射する角度を変更する。
【0207】
制御部１４１０が観測者Ｏ４の瞳の位置を演算する際には、上述した他の実施形態に係る画像表示装置１０００～３０００のように、シートポジションや観測者Ｏ４の音声、瞳の位置に関する顔認証データベースの特徴量を用いてもよい。
【0208】
表示装置１１００を６軸制御することに代えて、第２の実施形態に係る画像表示装置２０００の場合と同様に、結像素子３１０ａを６軸制御して、結像Ｉ４が形成される位置を変更するようにしてもよい。
【0209】
本実施形態に係る画像表示装置４０００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４０００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４０００では、撮像部１４３２は、観測者Ｏ４が位置する側に配置され、観測者Ｏ４の反射像を撮像する。撮像部１４３２の撮像領域を適切に設定することによって、観測者Ｏ４が結像Ｉ４を見ている姿を観測者Ｏ４のほぼ正面から撮像することができる。そのため、観測者Ｏ４の瞳の位置を、結像Ｉ４を見ているときの瞳の位置とほぼ一致させることができ、制御部１４１０は、より正確に結像Ｉ４が形成される位置を演算することができる。
本実施形態に係る画像表示装置４０００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４０００では、撮像部１４３２は、観測者Ｏ４が位置する側に配置され、観測者Ｏ４の反射像を撮像する。撮像部１４３２の撮像領域を適切に設定することによって、観測者Ｏ４が結像Ｉ４を見ている姿を観測者Ｏ４のほぼ正面から撮像することができる。そのため、観測者Ｏ４の瞳の位置を、結像Ｉ４を見ているときの瞳の位置とほぼ一致させることができ、制御部１４１０は、より正確に結像Ｉ４が形成される位置を演算することができる。
【0210】
撮像部１４３２は、筐体１３００の内部であり、観測者Ｏ４から見えないところに配置することが可能である。観測者Ｏ４の意識が撮像部１４３２に向くことがなくなり、観測者Ｏ４の瞳の位置が結像Ｉ４を見ている位置からずれないようにすることができるので、位置検出部１４３０は、より正確に観測者Ｏ４の瞳の位置を演算することができる。
【0211】
（第５の実施形態）
図２６は、第５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２６に示すように、本実施形態に係る画像表示装置５０００は、結像素子３１０と、表示装置１１００と、撮像部５４３２と、カメラ用照明５４４０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。第５の実施形態では、結像素子３１０、表示装置１１００、撮像部５４３２の一部、カメラ用照明５４４０の一部、制御部１４１０および駆動部１４２０は、筐体５３００内に配置されている。筐体５３００には、開口が設けられ、筐体５３００の開口には窓部材５３２０が配置されている。撮像部５４３２は、筐体５３００の外部に位置する観測者Ｏ５を撮像するように配置されている。カメラ用照明５４４０は、観測者Ｏ５を照射するように配置されている。
図２６は、第５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２６に示すように、本実施形態に係る画像表示装置５０００は、結像素子３１０と、表示装置１１００と、撮像部５４３２と、カメラ用照明５４４０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、を備える。第５の実施形態では、結像素子３１０、表示装置１１００、撮像部５４３２の一部、カメラ用照明５４４０の一部、制御部１４１０および駆動部１４２０は、筐体５３００内に配置されている。筐体５３００には、開口が設けられ、筐体５３００の開口には窓部材５３２０が配置されている。撮像部５４３２は、筐体５３００の外部に位置する観測者Ｏ５を撮像するように配置されている。カメラ用照明５４４０は、観測者Ｏ５を照射するように配置されている。
【0212】
上述した他の実施形態に係る画像表示装置１０００～４０００の撮像部１４３２は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲と同じか、光Ｌの波長の少なくとも一部を含む範囲の波長の光に感応する。これに対して、本実施形態に係る画像表示装置５０００の撮像部５４３２は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲と異なる波長（第１波長）の光に感応する。カメラ用照明５４４０は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲と異なる波長であって、撮像部５４３２が感応する波長の光を観測者Ｏ５に照射する。
【0213】
表示装置１１００は、可視光を出射し、撮像部５４３２は、たとえばピーク波長が７００ｎｍ以上の赤外線に感応する。カメラ用照明５４４０は、ピーク波長が７００ｎｍ以上の赤外線を放射する。なお、表示装置１１００が可視光のうち一部の波長からなる光を出射する場合には、撮像部５４３２が感応する光の波長およびカメラ用照明５４４０が放射する光の波長は、表示装置１１００が出射する光の波長と異なっていればよく、７００ｎｍ以上に限らない。
【0214】
なお、表示装置１１００から出射された光Ｌの波長の範囲は、筐体５３００の内外の空気、窓部材５３２０および結像素子３１０での反射によって、ずれることがある。撮像部５４３２が感応し、カメラ用照明５４４０が放射する光の波長の範囲は、これらのシフト分を考慮して設定される。
【0215】
画像表示装置５０００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、結像素子１０、３１０、３１０ａを適宜選択することができる。
【0216】
画像表示装置５０００では、表示装置１１００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５０００では、表示装置１１００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１１００が出射した光Ｌは、表示装置１１００の下方に進行して結像素子３１０に照射される。結像素子３１０は、入射した光の一部を２面直交リフレクタ３０で２回反射して、反射光Ｒを出射する。窓部材５３２０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。
【0217】
結像素子３１０の２面直交リフレクタ３０で１回だけ反射された光や２面直交リフレクタ３０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。本実施形態に係る画像表示装置５０００では、光源となる表示装置１１００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。
【0218】
第２面３１１ｂ側に抜けていく光は、筐体５３００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５３００内の底面に遮光部材５３１０が配置されている。遮光部材５３１０は、筐体５３００の内部の側壁面にも配置されている。遮光部材５３１０は、図１に示した遮光部材１３１０と同様に、たとえば筐体５３００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り得る。遮光部材５３１０は、筐体５３００の構成材の厚さに比べて十分に薄いため、図２６では、筐体５３００の内部の面として表されている。
【0219】
画像表示装置５０００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が形成されることが低減される。
【0220】
図２７は、第５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ブロック線図の例である。
図２７に示すように、画像表示装置５０００の制御システム５００１は、位置検出部５４３０と、カメラ用照明５４４０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、シートポジション検出部１４５０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。位置検出部５４３０は、撮像部５４３２と画像処理部１４３４とを含む。画像処理部１４３４は、撮像部５４３２によって取得された画像データにもとづいて、観測者Ｏ５の瞳の位置を演算する。
図２７に示すように、画像表示装置５０００の制御システム５００１は、位置検出部５４３０と、カメラ用照明５４４０と、制御部１４１０と、駆動部１４２０と、シートポジション検出部１４５０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。位置検出部５４３０は、撮像部５４３２と画像処理部１４３４とを含む。画像処理部１４３４は、撮像部５４３２によって取得された画像データにもとづいて、観測者Ｏ５の瞳の位置を演算する。
【0221】
位置検出部５４３０、カメラ用照明５４４０、制御部１４１０、駆動部１４２０、シートポジション検出部１４５０およびユーザインタフェース１４６０は、通信ネットワーク１５００を介して、通信可能に接続されている。制御部１４１０、駆動部１４２０、シートポジション検出部１４５０およびユーザインタフェース１４６０は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様であり、詳細な説明を省略する。
【0222】
本実施形態に係る画像表示装置５０００の制御システム５００１では、制御部１４１０は、通信ネットワーク１５００を介して、位置検出部５４３０およびカメラ用照明５４４０を動作させる。本実施形態に係る画像表示装置５０００では、位置検出部５４３０およびカメラ用照明５４４０が表示装置１１００が出射する光の波長の範囲とは異なる範囲の波長の光によって観測者Ｏ５を撮像する以外では、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様である。
【0223】
本実施形態に係る画像表示装置５０００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５０００では、カメラ用照明５４４０は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲とは異なる範囲の波長の光を放射する。また、位置検出部５４３０は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲とは異なる範囲の波長の光に感応する撮像部５４３２で観測者Ｏ５を撮像する。そのため、観測者Ｏ５の瞳の位置に関する情報を含む画像データは、表示装置１１００が出射する光の影響を受けにくくなる。位置検出部５４３０は、ノイズの影響を低減された環境下で観測者Ｏ５の瞳の位置を演算することができ、より正確な値を算出することができる。
本実施形態に係る画像表示装置５０００では、カメラ用照明５４４０は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲とは異なる範囲の波長の光を放射する。また、位置検出部５４３０は、表示装置１１００が出射する光Ｌの波長の範囲とは異なる範囲の波長の光に感応する撮像部５４３２で観測者Ｏ５を撮像する。そのため、観測者Ｏ５の瞳の位置に関する情報を含む画像データは、表示装置１１００が出射する光の影響を受けにくくなる。位置検出部５４３０は、ノイズの影響を低減された環境下で観測者Ｏ５の瞳の位置を演算することができ、より正確な値を算出することができる。
【0224】
本実施形態に係る画像表示装置５０００では、光源である表示装置１１００は、結像素子３１０の直上に配置されている。そのため、結像素子３１０は、表示装置１１００から出射された光Ｌの２回反射光のみを結像Ｉ５を形成するための反射光Ｒとして出射する。このため、結像素子３１０は、結像Ｉ５以外に第１面３１１ａ側に虚像やゴーストとなるような光を放射することがない。
【0225】
上述した他の実施形態に係る画像表示装置１０００～４０００に、表示装置と結像素子との配置の構成を適用してもよい。すなわち、画像表示装置１０００～４０００の場合に、表示装置を結像素子の直上に配置することができ、これによって、結像素子の第１面側に虚像やゴーストとなる光が放射することを低減することができる。
【0226】
上述した各具体例では、表示装置および結像素子のいずれか一方を６軸制御することとしたが、これに限らず、表示装置および結像素子の両方を６軸制御して、結像が形成される位置を変更してもよい。また、表示装置および結像素子のいずれかまたは両方を６軸制御によって、結像が形成される位置を変更する場合にも限らない。観測者が結像を見る位置や、結像が形成される位置がより限定的な範囲等である場合には、６軸制御のうちの一部の自由度での制御としてもよい。
【0227】
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。
【0228】
（付記１）
結像により画像を形成する結像素子と、
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
結像により画像を形成する結像素子と、
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
【0229】
（付記２）
結像により画像を形成する結像素子と、
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
結像により画像を形成する結像素子と、
前記画像を形成する光を、前記結像素子に照射する光源と、
前記結像を観測する観測者の観測位置を検出する位置検出部と、
前記結像素子および前記光源のうちの少なくとも一方の光の出射の向きを変更する駆動部と、
前記観測位置に応じて前記結像を形成するように前記駆動部を制御する制御部と、
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た画像表示装置。
【0230】
（付記３）
前記位置検出部は、
前記観測者の目を含む第１画像データを取得する撮像部と、
前記第１画像データを画像処理して、前記観測位置のうち前記観測者の目の位置を検出する画像処理部と、
を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
前記位置検出部は、
前記観測者の目を含む第１画像データを取得する撮像部と、
前記第１画像データを画像処理して、前記観測位置のうち前記観測者の目の位置を検出する画像処理部と、
を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
【0231】
（付記４）
前記結像素子および前記光源を収納する筐体をさらに備え、
前記撮像部は、前記筐体内に配置された付記３記載の画像表示装置。
前記結像素子および前記光源を収納する筐体をさらに備え、
前記撮像部は、前記筐体内に配置された付記３記載の画像表示装置。
【0232】
（付記５）
前記筐体は、結像素子から出射される光を透過させる窓部材を含み、
前記撮像部は、前記窓部材を介して前記第１画像データを取得する付記４記載の画像表示装置。
前記筐体は、結像素子から出射される光を透過させる窓部材を含み、
前記撮像部は、前記窓部材を介して前記第１画像データを取得する付記４記載の画像表示装置。
【0233】
（付記６）
前記基材は、透光性を有し、
前記撮像部は、前記基材を介して前記第１画像データを取得する付記４記載の画像表示装置。
前記基材は、透光性を有し、
前記撮像部は、前記基材を介して前記第１画像データを取得する付記４記載の画像表示装置。
【0234】
（付記７）
前記撮像部は、第１期間で前記第１画像データを取得し、
前記光源は、前記第１期間に重複しない第２期間で前記結像素子に光を照射する付記３～６のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記撮像部は、第１期間で前記第１画像データを取得し、
前記光源は、前記第１期間に重複しない第２期間で前記結像素子に光を照射する付記３～６のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0235】
（付記８）
前記観測位置と前記結像素子との間に配置されたハーフミラーをさらに備え、
前記撮像部は、前記ハーフミラーに写った前記観測者の反射像を撮像する付記３～７のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記観測位置と前記結像素子との間に配置されたハーフミラーをさらに備え、
前記撮像部は、前記ハーフミラーに写った前記観測者の反射像を撮像する付記３～７のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0236】
（付記９）
前記観測位置に向かって光を放射する照明光源をさらに備え、
前記照明光源は、前記光源が出射する光の波長とは異なる第１波長の光を照射し、
前記撮像部は、前記第１波長の光で照射された前記観測位置の前記第１画像データを取得する付記３～８のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記観測位置に向かって光を放射する照明光源をさらに備え、
前記照明光源は、前記光源が出射する光の波長とは異なる第１波長の光を照射し、
前記撮像部は、前記第１波長の光で照射された前記観測位置の前記第１画像データを取得する付記３～８のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0237】
（付記１０）
前記第１波長のピーク波長は、７００ｎｍ以上である付記９記載の画像表示装置。
前記第１波長のピーク波長は、７００ｎｍ以上である付記９記載の画像表示装置。
【0238】
（付記１１）
前記位置検出部は、前記観測者が着席する座席の位置の情報を取得する座席位置検出部を含み、
前記制御部は、前記座席位置検出部によって取得された前記座席の位置の情報にもとづいて、前記観測位置を補正する付記３～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記位置検出部は、前記観測者が着席する座席の位置の情報を取得する座席位置検出部を含み、
前記制御部は、前記座席位置検出部によって取得された前記座席の位置の情報にもとづいて、前記観測位置を補正する付記３～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0239】
（付記１２）
前記位置検出部は、前記観測者の音声を収集する集音部を含み、
前記制御部は、前記集音部によって収集されたデータにもとづいて、前記観測位置を補正する付記３～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記位置検出部は、前記観測者の音声を収集する集音部を含み、
前記制御部は、前記集音部によって収集されたデータにもとづいて、前記観測位置を補正する付記３～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0240】
（付記１３）
前記撮像部によって取得された前記観測者の少なくとも一部を含む第２画像データを画像処理して、前記観測者を識別する観測者情報を抽出し、前記観測者を含むすべての利用者のそれぞれを識別する利用者識別情報を含むデータベースから前記観測者情報を検索して前記観測者を認証する認証処理部をさらに備え、
前記認証処理部が前記観測者を認証した場合に、前記光源は、光を前記結像素子に光を照射可能とし、前記制御部は、前記駆動部を制御可能とする付記３～１２のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記撮像部によって取得された前記観測者の少なくとも一部を含む第２画像データを画像処理して、前記観測者を識別する観測者情報を抽出し、前記観測者を含むすべての利用者のそれぞれを識別する利用者識別情報を含むデータベースから前記観測者情報を検索して前記観測者を認証する認証処理部をさらに備え、
前記認証処理部が前記観測者を認証した場合に、前記光源は、光を前記結像素子に光を照射可能とし、前記制御部は、前記駆動部を制御可能とする付記３～１２のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0241】
（付記１４）
前記利用者識別情報は、前記利用者ごとの識別記号に関連付けられた、顔認証データ、虹彩認証データ、指紋認証データおよび静脈認証データのうちの少なくとも１つを含む付記１３記載の画像表示装置。
前記利用者識別情報は、前記利用者ごとの識別記号に関連付けられた、顔認証データ、虹彩認証データ、指紋認証データおよび静脈認証データのうちの少なくとも１つを含む付記１３記載の画像表示装置。
【0242】
（付記１５）
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、を含む付記１～１４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、を含む付記１～１４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0243】
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。
【0244】
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】
【0245】
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、２０００、３０００、４０００、５０００…画像表示装置、１１００…表示装置、１１１２…画素、１１２０…ＬＥＤ素子、１３００、５３００…筐体、１３１０、５３１０…遮光部材、１３２０、５３２０…窓部材、１４１０、２４１０…制御部、１４１５…表示コントローラ、１４２０、２４２０…駆動部、１４３０、５４３０…位置検出部、１４３２、５４３２…撮像部、１４３４…画像処理部、１４４０、５４４０…カメラ用照明、１４５０…シートポジション検出部、１４６０…ユーザインタフェース、１４７０…ユーザ認証インタフェース、２４７０…音源位置演算部、２４７２Ｌ、２４７２Ｒ…マイクロフォン、４２００…ハーフミラー
【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17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】