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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】P2024080553
(43)【公開日】2024-06-13
(54)【発明の名称】画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20240606BHJP
G02B 5/08 20060101ALI20240606BHJP
【ＦＩ】
G02B30/56
G02B5/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022202454
(22)【出願日】2022-12-19
(31)【優先権主張番号】P 2022192950
(32)【優先日】2022-12-01
(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】田中 寿典
(72)【発明者】
【氏名】坂本 考史
(72)【発明者】
【氏名】小谷 正和
【テーマコード（参考）】
2H042
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H042DB07
2H042DD04
2H042DE00
2H199BA32
2H199BA48
2H199BA49
2H199BB17
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、検出部と、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、検出部と、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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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】
前記第１検出部は、前記画像を含む第１画像データを取得する第１撮像部を含み、
前記制御部は、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御部は、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項4】
前記第１検出部は、前記第１撮像部とは異なる位置から前記画像を含む第２画像データを取得する第２撮像部を含み、
前記制御部は、前記第１画像データおよび前記第２画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出する請求項３記載の画像表示装置。
前記制御部は、前記第１画像データおよび前記第２画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出する請求項３記載の画像表示装置。
【請求項5】
前記第１検出部は、前記車両が進行する方向の外景を含む第３画像データを取得する第３撮像部を含み、
前記制御部は、前記第３画像データにもとづいて、前記光のパラメータを補正する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御部は、前記第３画像データにもとづいて、前記光のパラメータを補正する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記車両の位置を含む地図情報または前記車両の位置における天気情報の少なくとも一方にもとづいて前記光のパラメータを補正する請求項５記載の画像表示装置。
【請求項7】
前記第１検出部は、前記画像および前記車両よりも前方の景色の両方を含む第４画像データを取得する第４撮像部を含み、
前記制御部は、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御部は、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記制御部は、第１期間において、前記観測者が認識できる映像を出力するように前記光源を制御し、第２期間において、前記基準画質として設定された校正用画像パターンの画像を出力するように前記光源を制御し、
前記第２期間において、前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された前記基準画質となるように前記光のパラメータを制御する請求項３記載の画像表示装置。
前記第２期間において、前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された前記基準画質となるように前記光のパラメータを制御する請求項３記載の画像表示装置。
【請求項9】
前記観測者の前方に配置され、前記観測者の瞳を含む第５画像データを取得する第２検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第５画像データにもとづいて、前記観測者の瞳の位置を検出し、
前記観測者の瞳の位置と前記画像の位置との距離が所定値よりも短い場合に、前記観測者を保護する処理を実行する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御部は、前記第５画像データにもとづいて、前記観測者の瞳の位置を検出し、
前記観測者の瞳の位置と前記画像の位置との距離が所定値よりも短い場合に、前記観測者を保護する処理を実行する請求項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、車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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、車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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】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】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21】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】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】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フローチャートの例である。
【図24】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】第４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26】第４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27】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28】第５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29】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フローチャートの例である。
【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、撮像部（第１検出部）１４３２、１４３４と、制御部１４１０と、を備える。
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、撮像部（第１検出部）１４３２、１４３４と、制御部１４１０と、を備える。
【0016】
結像素子３１０ａ、表示装置１１００および制御部１４１０は、筐体１３００内に配置されている。制御部１４１０は、制御装置１４００内に配置され、制御装置１４００は、表示装置１１００とともに筐体１３００内の上部に配置されている。結像素子３１０ａは、筐体１３００内の下部に配置された結像素子設置部１３３０上に配置されている。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。
【0017】
光源である表示装置１１００は、光Ｌを結像素子３１０ａに向けて出射する。結像素子３１０ａは、光Ｌを入射して反射光Ｒを出射する。結像素子３１０ａは、窓部材１３２０を介して、反射光Ｒを筐体１３００の外部に出射する。結像素子３１０ａは、出射した反射光Ｒを、筐体１３００の外部の空中で結像して、画像Ｉ１を形成する。
【0018】
画像表示装置１０００は、たとえば、車両１に配置されている。車両１は、自家用車や貨物車等の輸送用車両である。観測者Ｏ１は、車両１の乗員である。観測者Ｏ１は、たとえば車両１の運転者である。観測者Ｏ１は、車両１が進行する方向に向かって着席し、画像表示装置１０００は、観測者Ｏ１の前方に配置される。車両１が進行する方向は、図１の太線の矢印で示す方向である。後述する他の実施形態に係る画像表示装置の場合も同様である。観測者Ｏ１は、たとえば車両１を運転しながら、空中に結像した画像Ｉ１を観測する。
【0019】
撮像部１４３２、１４３４は、車両１に設けられている。撮像部１４３２、１４３４は、観測者Ｏ１の周囲の環境の情報である周囲情報を検出する検出部である。より具体的には、撮像部１４３２、１４３４は、以下の周囲情報を検出する。すなわち、撮像部１４３２は、観測者Ｏ１が観測している画像Ｉ１に関する情報を検出する。撮像部１４３４は、車両１が進行する方向の外景に関する情報を検出する。
【0020】
撮像部１４３２は、観測者Ｏ１が観測している画像Ｉ１を撮像できるように、観測者Ｏ１の上方かつ後方に配置される。撮像部１４３２は、たとえば車両１の天井部に配置される。
【0021】
撮像部１４３２は、観測者Ｏ１が観測している画像Ｉ１の情報を含む画像データ（第１画像データ）を生成する。画像Ｉ１の情報は、画像Ｉ１が形成された位置の情報および画像Ｉ１を形成する光のパラメータの情報である。光のパラメータは、光の出力および光の色度のうちの少なくとも１つを含んでいる。光の出力は、たとえば光の強さや輝度等で表される量で適切なパラメータが任意に設定される。光の色度は、たとえば、ＣＩＥ（Commission internationale de l'eclairage）で規定された色度図で表される。撮像部１４３２が生成する画像データは、画像Ｉ１の位置の情報と、画像Ｉ１の光のパラメータの情報と、を含んでいる。
【0022】
撮像部１４３４は、車両１が進行する方向の外景の情報を含む画像データ（第３画像データ）を生成する。図１に示した例では、撮像部１４３４は、観測者Ｏ１の前方で、車両１の進行方向に向けて配置されている。撮像部１４３４は、たとえば車両１のダッシュボード上に配置される。外景の情報は、外景の光のパラメータの情報である。撮像部１４３４が生成する画像データの光のパラメータは、撮像部１４３２が生成する画像データの場合と同じである。撮像部１４３２が生成する画像データの光のパラメータが光の出力に設定された場合には、撮像部１４３４が生成する画像データの光のパラメータは光の出力に設定される。撮像部１４３２が生成する画像データの光のパラメータが光の色度に設定された場合には、撮像部１４３４が生成する画像データの光のパラメータは光の色度に設定される。
【0023】
制御部１４１０は、撮像部１４３２が生成した画像データにもとづいて、画像Ｉ１が形成される位置があらかじめ設定された位置に追従するようにフィードバック制御を実行する。制御部１４１０は、撮像部１４３２が取得した画像データにもとづいて、画像Ｉ１を形成する光のパラメータがあらかじめ設定された基準値に追従するようにフィードバック制御を実行する。制御部１４１０は、撮像部１４３４が生成した画像データから、外景の光のパラメータを抽出し、あらかじめ設定された基準値を補正する。
【0024】
制御部１４１０がこのように動作することによって、観測者Ｏ１は、観測者Ｏ１が置かれた環境に応じて、より適切な位置で、より適切な光の出力や色度を有する画像Ｉ１を観測することができる。図１を用いた上述の説明は、画像表示装置１０００の概略の構成にもとづく動作である。より詳細には、画像表示装置１０００は、図１６を用いて後述する通信ネットワークで接続された各要素の動作することによって動作する。後述するその他の実施形態に係る画像表示装置の説明についても同様である。
【0025】
制御部１４１０は、表示装置１１００が配置される位置および表示装置１１００が出射する光の角度を設定する。制御部１４１０は、たとえば６軸制御によって、表示装置１１００の位置や角度を設定する。表示装置１１００の６軸制御について説明する。
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
表示装置１１００の６つの自由度の下の制御を６軸制御と言う。画像表示装置１０００では、制御部１４１０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軸制御に適応した制御部１４１０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。
【0029】
画像表示装置１０００では、６軸制御に適応した制御部１４１０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。画像Ｉ１が形成される位置の調整範囲に応じて、制御軸の自由度を６種類から減じてもよい。
【0030】
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、あらかじめ設定された基準位置と実際に画像Ｉ１が形成されている位置との差分を演算し、差分が０に近づくようにフィードバック制御を実行する。また、制御部１４１０は、画像データに現れた光のパラメータとあらかじめ設定された基準値との差分を演算し、差分が０に近づくようにフィードバック制御を実行する。これらのフィードバック制御を実行するにあたり、機械学習や深層学習を用いることによって、より緻密な制御が可能になる。
【0031】
図１に戻って説明を続ける。
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結像素子設置部１３３０上に配置されている。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。
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結像素子設置部１３３０上に配置されている。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および制御装置１４００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。
【0033】
筐体１３００は、遮光部材１３１０を有する。画像表示装置１０００では、遮光部材１３１０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低減する。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を有する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】
画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａの直上に画像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の外部で画像Ｉ１を形成する。窓部材１３２０は、結像素子３１０ａと、画像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、画像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を内壁に配置する場合に限らない。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１６に関連して説明する表示制御部１４１６に電気的に接続される。表示制御部１４１６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、表示制御部１４１６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」と言う。
【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言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。画像表示装置１０００は、以下で説明する制御システムにしたがって動作する。
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、検出部１４３０と、制御部１４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部（第１検出部）１４３０は、撮像部１４３２、１４３４を含む。制御部１４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、表示制御部１４１６と、駆動部１４２０と、を有する。
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、検出部１４３０と、制御部１４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部（第１検出部）１４３０は、撮像部１４３２、１４３４を含む。制御部１４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、表示制御部１４１６と、駆動部１４２０と、を有する。
【0127】
撮像部１４３２、１４３４、画像処理部１４１２、位置制御部１４１４、表示制御部１４１６、駆動部１４２０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。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】
撮像部１４３２は、観測者Ｏ１が観測している画像Ｉ１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が観測している画像Ｉ１に関する情報を含む画像データ（第１画像データ）を生成する。撮像部１４３２は、生成した画像データを画像処理部１４１２に送信する。
【0129】
撮像部１４３４は、車両１が進行する方向の外景を撮像する少なくとも１つのカメラである。撮像部１４３４は、車両１が進行する方向の外景に関する情報を含む画像データ（第３画像データ）を生成する。撮像部１４３４は、生成した画像データを画像処理部１４１２に送信する。
【0130】
画像処理部１４１２は、撮像部１４３２が生成した画像データを画像処理して、画像Ｉ１の位置を検出する。画像処理部１４１２は、検出した画像Ｉ１の位置の情報を位置制御部１４１４に送信する。画像処理部１４１２は、撮像部１４３２が生成した画像データを画像処理して、画像Ｉ１の光のパラメータを抽出する。画像処理部１４１２は、抽出した画像Ｉ１の光のパラメータの情報を表示制御部１４１６に送信する。画像処理部１４１２は、撮像部１４３４が生成した画像データを画像処理して、車両１の進行方向の外景の光のパラメータを抽出する。画像処理部１４１２は、抽出した外景の光のパラメータの情報を表示制御部１４１６に送信する。
【0131】
位置制御部１４１４は、画像Ｉ１を形成している位置である形成位置の情報を有する。形成位置は、あらかじめ設定されている。位置制御部１４１４は、あらかじめ設定されている画像Ｉ１の形成位置と、撮像部１４３２によって生成された画像データから検出された画像Ｉ１の位置と、の差分を演算し、差分が０に近づくように、駆動信号を生成する。位置制御部１４１４は、生成した駆動信号を駆動部１４２０に送信する。
【0132】
駆動部１４２０は、受信した駆動信号にもとづいて、表示装置１１００が配置される位置を調整し、表示装置１１００が出射する光の角度を調整する。駆動部１４２０は、たとえば６軸制御に対応した多関節アームを有しており、各関節の角度および回転角度を調整することによって、表示装置１１００の位置および角度を調整する。
【0133】
表示制御部１４１６は、画像Ｉ１の光のパラメータの基準値を有する。基準値はあらかじめ設定されている。表示装置１１００は、撮像部１４３４によって生成された画像データから抽出された外景の光のパラメータを用いて、あらかじめ設定された基準値を補正する。たとえば、外景の光のパラメータのうち、光の出力が大きい場合には、表示制御部１４１６は、基準値をより大きな値となるように補正する。外景の光のパラメータに対する補正値は、たとえば、テーブルや関数形式であらかじめ設定され、図示しない記憶部に格納されている。表示制御部１４１６は、撮像部１４３２によって取得された画像Ｉ１の光のパラメータが補正された基準値に追従するようにフィードバック制御を行う。
【0134】
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、音声認識や空中に形成される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、画像Ｉ１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、画像Ｉ１の表示位置を変更したりすることができる。ユーザインタフェース１４６０は、画像Ｉ１が形成される位置に関する情報を操作する場合に限らず、画像Ｉ１の光のパラメータに関する情報を操作するものであってもよい。
【0135】
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が観測する画像Ｉ１の位置を調整し、画像Ｉ１の光のパラメータを調整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が観測する画像Ｉ１の位置を調整し、画像Ｉ１の光のパラメータを調整する一連の手順を表している。
【0136】
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が観測している画像Ｉ１を撮像し、所定の形式の画像データを生成する。
【0137】
ステップＳ２において、位置制御部１４１４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。
【0138】
ステップＳ３において、画像処理部１４１２は、撮像部１４３２によって生成された画像データを画像解析し、画像Ｉ１が形成された位置を検出する。画像処理部１４１２は、画像Ｉ１の位置の情報を位置制御部１４１４に送信する。
【0139】
ステップＳ２で位置制御部１４１４がユーザインタフェース１４６０からの割込みがあった場合には、ステップＳ４において、位置制御部１４１４は、マニュアル操作による画像Ｉ１の形成位置を演算する。位置制御部１４１４は、処理をステップＳ５に遷移させる。
【0140】
ステップＳ５において、位置制御部１４１４は、検出された画像Ｉ１の位置が、あらかじめ設定された基準位置になるように駆動信号を生成する。位置制御部１４１４は、生成した駆動信号を駆動部１４２０に送信する。
【0141】
ステップＳ６において、駆動部１４２０は、位置制御部１４１４から受信し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。
【0142】
ステップＳ７において、画像処理部１４１２は、撮像部１４３２が生成した画像データから観測者Ｏ１が観測している画像Ｉ１の光のパラメータを抽出する。
【0143】
ステップＳ８において、撮像部１４３４は、観測者Ｏ１の前方の外景を撮像し、所定の形式の画像データを生成する。
【0144】
ステップＳ９において、画像処理部１４１２は、撮像部１４３４が生成した画像データを画像解析して、外景の光のパラメータを抽出する。画像処理部１４１２は、抽出した光のパラメータを表示制御部１４１６に送信する。
【0145】
表示制御部１４１６は、外景の画像データにもとづく光のパラメータを用いて、あらかじめ設定された光のパラメータに関する基準値を補正する。表示制御部１４１６は、撮像部１４３２によって生成された画像Ｉ１の光のパラメータが、補正された基準に追従するように光のパラメータをフィードバック制御する。
【0146】
車両１がトンネルに入るときやトンネルから出るとき、あるいは、街路灯が連続的に並んでおり、街路灯による明暗が繰り返されるとき等は、外景の光のパラメータが急激に変動することがある。この場合に、画像Ｉ１の光のパラメータを補正された基準値にリアルタイムで追従させると、観測者Ｏ１は、急激なパラメータ変動をフリッカとして観測することとなり、観測者Ｏ１に不快感をもたらすことがある。そのため、画像Ｉ１の光のパラメータを、補正された基準値に追従させる場合には、観測者Ｏ１がフリッカとして認識しない程度になめらかに追従させることが好ましい。たとえば、このようななめらかなフィードバック制御は、外景の急激な変動のパターンを学習させて、学習結果に応じた時定数を設定する等により実現することができる。
【0147】
なお、画像Ｉ１の光のパラメータを、補正された基準値に追従させる場合には、基準値自体をなめらかに補正してもよいし、画像Ｉ１の光のパラメータの追従をなめらかに制御するようにしてもよい。
【0148】
ステップＳ１０において、表示制御部１４１６は、フィードバック制御により生成した光のパラメータを表示装置１１００に送信する。
【0149】
ステップＳ１～ステップＳ１０の一連の処理は、ステップＳ１～ステップＳ１０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。周期を適切に設定することによって、画像表示装置１０００を搭載する車両１が振動する場合であっても、画像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。
【0150】
図１７に示した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。図１７に示したフローチャートでは、制御システム１００１は、画像Ｉ１の位置を設定した後に、画像Ｉ１の光のパラメータを調整するものとしたが、光のパラメータを調整した後に画像Ｉ１の位置を設定してもよい。制御システム１００１は、画像Ｉ１の位置の設定および画像Ｉ１の光のパラメータの調整を同時並行して実行するようにしてもよい。
【0151】
図１７に示したフローチャートでは、マニュアル操作によって画像Ｉ１の位置を設定するものとしたが、マニュアル操作によって画像Ｉ１の光のパラメータの調整をしてもよい。この場合、観測者Ｏ１が画像Ｉ１を観測しながら、光のパラメータの基準値を調整することによって実現することができる。
【0152】
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画像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、画像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、検出部１４３０の撮像時のぶれを抑制し、画像Ｉ１の位置の検出精度および画像Ｉ１の光のパラメータの検出精度を向上させることができる。
【0153】
上述した具体例では、光のパラメータは、光の出力および光の色度のうちの少なくとも一方を含み、制御部は、これらを基準値に追従するようにフィードバック制御するものとした。これに限らず、制御部は、画像データ中の輝度の変化の大きさにより画像の境界であるエッジを検出して、画像Ｉ１の焦点が合っているか否かを判定するようにしてもよい。その場合には、制御部では、画像処理部が画像のエッジの検出を行い、位置制御部が画像Ｉ１の焦点が合うように表示装置１１００の位置等を調整する駆動信号を生成する。
【0154】
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。
【0155】
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画像Ｉ１を形成することができる。
【0156】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、撮像部１４３２、１４３４と、制御部１４１０と、を備える。撮像部１４３２は、画像Ｉ１の情報を含む画像データを取得する。画像Ｉ１の情報は、画像Ｉ１が形成されている位置の情報と、画像Ｉ１の光のパラメータに関する情報と、を含んでいる。撮像部１４３４は、車両１が進行する外景の情報を含む画像データを取得する。車両１の外景の情報は、観測者Ｏ１および車両１の周囲の環境の光のパラメータに関する情報を含んでいる。
【0157】
制御部１４１０は、画像データにもとづいて画像Ｉ１の位置を検出し、検出した位置があらかじめ設定された位置となるようにフィードバック制御する。そのため、観測者Ｏ１は、あらかじめ設定された位置に形成された画像Ｉ１を観測することができる。制御部１４１０は、画像データにもとづいて、検出した画像Ｉ１の光のパラメータをあらかじめ設定された基準値に追従するようにフィードバック制御することができる。そのため、観測者Ｏ１は、あらかじめ設定された光のパラメータに追従して表示される画像Ｉ１を観測することができる。あらかじめ設定された光のパラメータは、所望の情報をより正確かつ明確に表示するように設定されることができるので、観測者Ｏ１は、適切な光のパラメータで形成された画像Ｉ１を観測することができる。
【0158】
制御部１４１０は、周囲の環境の光のパラメータを用いて、あらかじめ設定された基準値を補正する。制御部１４１０は、画像Ｉ１の光のパラメータを、補正された基準値に追従するように、フィードバック制御することができる。観測者Ｏ１は、周囲の環境の光のパラメータで補正された基準値に追従する光のパラメータを有する光で形成された画像Ｉ１を観測する。そのため、観測者Ｏ１は、観測者Ｏ１にとってより見やすい光のパラメータを有する光で形成された画像Ｉ１を観測することができる。
【0159】
画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａの直上に画像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が画像Ｉ１を見る位置によっては、画像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、画像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画像Ｉ１として表示することができる。
【0160】
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。
【0161】
（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を例示する模式的な断面図である。
図１８に示すように、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒ、１４３４と、制御部２４１０と、を備える。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の制御部１４１０とは異なる制御部２４１０を備える。画像表示装置２０００は、複数の撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒを備える点でも第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。
図１８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１８に示すように、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒ、１４３４と、制御部２４１０と、を備える。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の制御部１４１０とは異なる制御部２４１０を備える。画像表示装置２０００は、複数の撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒを備える点でも第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。
【0162】
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および制御部２４１０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た表示装置設置部１３４０に配置され、結像素子３１０ａは、筐体１３００内の下部に配置される。制御部２４１０は、制御装置２４００内に配置されている。制御装置２４００は、筐体１３００の下部に配置されている。
【0163】
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、制御装置２４００のケース上に配置され、反射光Ｒを出射する方向を維持するようにケースに支持されている。
【0164】
本実施形態に係る画像表示装置２０００では、制御部２４１０によって、結像素子３１０ａを６軸制御することによって、画像Ｉ２が形成される位置を設定する。
結像素子３１０ａの６軸制御について説明する。
図１９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１９に示すように、結像素子３１０ａは、制御部２４１０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軸制御に適応した制御部２４１０は、多関節アームを含んでおり、結像素子３１０ａは、多関節アームの先端に設けられる。
結像素子３１０ａの６軸制御について説明する。
図１９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１９に示すように、結像素子３１０ａは、制御部２４１０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軸制御に適応した制御部２４１０は、多関節アームを含んでおり、結像素子３１０ａは、多関節アームの先端に設けられる。
【0165】
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。
【0166】
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を反射して画像Ｉ２を形成することができる。
【0167】
画像表示装置２０００は、６軸制御に適応した制御部２４１０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画像Ｉ２を形成することができる。
【0168】
図１８に戻って説明を続ける。
図１８に示すように、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、観測者Ｏ２が観測している画像Ｉ２を撮像するように、観測者Ｏ２の上方かつ後方に配置される。撮像部（第２撮像部）２４３２Ｒは、撮像部（第１撮像部）２４３２Ｌとは異なる位置から画像Ｉ２を撮像する。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、たとえば、観測者Ｏ２の左右の目の視差に応じて左右に配置される。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒを左右の異なる位置に配置することによって、制御部２４１０は、画像Ｉ２の位置をより正確に検出することができる。空中に表示されている画像Ｉ２の位置を正確に検出するために、左右に配置された２台の撮像部に限らず、３台以上を適切な位置に配置してもよい。
図１８に示すように、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、観測者Ｏ２が観測している画像Ｉ２を撮像するように、観測者Ｏ２の上方かつ後方に配置される。撮像部（第２撮像部）２４３２Ｒは、撮像部（第１撮像部）２４３２Ｌとは異なる位置から画像Ｉ２を撮像する。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、たとえば、観測者Ｏ２の左右の目の視差に応じて左右に配置される。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒを左右の異なる位置に配置することによって、制御部２４１０は、画像Ｉ２の位置をより正確に検出することができる。空中に表示されている画像Ｉ２の位置を正確に検出するために、左右に配置された２台の撮像部に限らず、３台以上を適切な位置に配置してもよい。
【0169】
撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、観測者Ｏ２が観測している画像Ｉ２の情報を含む画像データＤＬ、ＤＲをそれぞれ生成する。画像Ｉ２の情報は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様に、画像Ｉ２の位置の情報および画像Ｉ２の光のパラメータの情報である。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、生成した画像データＤＬ、ＤＲを制御部２４１０に送信する。
【0170】
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配置される。撮像部１４３４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、車両１が進行する方向の外景の情報を含む画像データを生成する。
【0171】
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。画像表示装置２０００は、以下で説明する制御システムにしたがって動作する。
図２０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。
図２０に示すように、画像表示装置２０００の制御システム２００１は、検出部２４３０と、制御部２４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部（第１検出部）２４３０は、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒ、１４３４を含む。制御部２４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部２４１４と、駆動部２４２０と、表示制御部１４１６と、を含む。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒ、１４３４、画像処理部１４１２、位置制御部２４１４、駆動部２４２０、表示制御部１４１６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。観測者Ｏ２は、たとえば、画像表示装置２０００が配置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。
図２０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。
図２０に示すように、画像表示装置２０００の制御システム２００１は、検出部２４３０と、制御部２４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部（第１検出部）２４３０は、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒ、１４３４を含む。制御部２４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部２４１４と、駆動部２４２０と、表示制御部１４１６と、を含む。撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒ、１４３４、画像処理部１４１２、位置制御部２４１４、駆動部２４２０、表示制御部１４１６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。観測者Ｏ２は、たとえば、画像表示装置２０００が配置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。
【0172】
撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒは、観測者Ｏ２が観測している画像Ｉ２を撮像して、画像Ｉ２の位置の情報および画像Ｉ２の光のパラメータの情報を含む画像データ（第１画像データ、第２画像データ）ＤＬ、ＤＲをそれぞれ生成する。画像処理部１４１２は、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒによって生成された画像データＤＬ、ＤＲにもとづいて、画像Ｉ２の位置を検出し、画像Ｉ２の光のパラメータを抽出する。
【0173】
位置制御部２４１４は、画像処理部１４１２によって検出された画像Ｉ２の位置を、あらかじめ設定された画像Ｉ２の位置に追従するように駆動信号を生成して、駆動部２４２０に送信する。駆動部２４２０は、駆動信号にもとづいて、結像素子３１０ａを６軸制御して、画像Ｉ２の形成位置を調整する。
【0174】
表示制御部１４１６は、撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒによって生成された画像データから抽出された光のパラメータを、あらかじめ設定された基準値に追従するようにフィードバック制御する。表示制御部１４１６が撮像部１４３４によって生成された画像データにもとづいて抽出された外景の光のパラメータを用いて基準値を補正するのは、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。
【0175】
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が観測している画像Ｉ２の位置があらかじめ設定された位置となるようにフィードバック制御する。そのため、観測者Ｏ２は、あらかじめ設定された位置に形成された画像Ｉ２を観測することができる。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が観測している画像Ｉ２の位置があらかじめ設定された位置となるようにフィードバック制御する。そのため、観測者Ｏ２は、あらかじめ設定された位置に形成された画像Ｉ２を観測することができる。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。
【0176】
そのほか、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、複数の撮像部２４３２Ｌ、２４３２Ｒを備えることによって、画像Ｉ２が形成される位置をより正確に検出することができる。そのため、画像表示装置２０００は、より適切な位置に画像Ｉ２を形成することができる。
【0177】
画像表示装置２０００における表示装置１１００と結像素子３１０ａとの配置の関係は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００にも適用することによって、同様の効果を得ることができる。また、画像表示装置２０００における表示装置１１００と結像素子３１０ａとの配置の関係は、後述する第３～第５の実施形態に係る画像表示装置にも適用して、同様の効果を得ることができる。
【0178】
画像表示装置２０００における複数の撮像部を設けることについても、第１、後述の第３、第５の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。なお、第４の実施形態に係る画像表示装置では、単一の検出部に複数の撮像部を含んでおり、詳細は後述する。
【0179】
（第３の実施形態）
図２１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２１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、撮像部１４３２、１４３４と、制御部３４１０と、を備える。画像表示装置３０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御部１４１０とは異なる制御部３４１０を備えている。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２１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２１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、撮像部１４３２、１４３４と、制御部３４１０と、を備える。画像表示装置３０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御部１４１０とは異なる制御部３４１０を備えている。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。
【0180】
表示装置１１００、結像素子３１０ａおよび制御部３４１０は、筐体１３００内に配置される。制御部３４１０は、筐体１３００内に配置された制御装置３４００内に配置されている。制御部３４１０は、外部情報ソースＭＴ１と通信可能に接続される。制御部３４１０は、外部情報ソースＭＴ１から必要な情報を検索し、検索した情報を受信する。受信する情報は、将来、車両１が遭遇する環境に関する情報であり、たとえば、車両１の位置の情報、その位置を含む地図情報およびその位置における天候情報等である。
【0181】
制御部３４１０は、撮像部１４３４で生成された画像データにもとづいて、外景の光のパラメータを抽出する。制御部３４１０は、車両１の位置を含む地図情報および天候情報を用いて、外景の光のパラメータの変化を予測して、光のパラメータの補正値の算出に適用する。このようにフィードフォワード的に制御することによって、より柔軟に光のパラメータを補正することが可能になり、観測者Ｏ３はより自然な画像Ｉ３を観測することができる。
【0182】
本実施形態に係る画像表示装置３０００の動作について説明する。画像表示装置３０００は、以下で説明する制御システムにしたがって動作する。
図２２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２２に示すように、画像表示装置３０００の制御システム３００１は、検出部１４３０と、制御部３４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。制御部３４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、駆動部１４２０と、表示制御部３４１６と、を有する。画像処理部１４１２、位置制御部１４１４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の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。検出部１４３０は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の検出部１４３０と同じであり、詳細な説明を省略する。なお、検出部１４３０に代えて、図２０に関連して説明した検出部２４３０を適用することができるのは、上述したとおりである。
図２２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２２に示すように、画像表示装置３０００の制御システム３００１は、検出部１４３０と、制御部３４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。制御部３４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、駆動部１４２０と、表示制御部３４１６と、を有する。画像処理部１４１２、位置制御部１４１４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の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。検出部１４３０は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の検出部１４３０と同じであり、詳細な説明を省略する。なお、検出部１４３０に代えて、図２０に関連して説明した検出部２４３０を適用することができるのは、上述したとおりである。
【0183】
表示制御部３４１６および外部情報インタフェース３４４０は、通信可能に通信ネットワーク１５００に接続されている。外部情報インタフェース３４４０は、外部情報ソースＭＴ１と通信可能に接続されている。外部情報ソースＭＴ１は、たとえば、車両１の現在の位置にもとづく地図情報および天候情報を提供するインタネットの情報源等である。車両１の現在の位置を示すために、外部情報ソースＭＴ１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）による位置情報を利用する。
【0184】
外部情報インタフェース３４４０は、外部情報ソースＭＴ１に適宜アクセスして、車両１の現在の位置を取得する。外部情報インタフェース３４４０は、外部情報ソースＭＴ１から現在の車両１の位置を含む地図情報および天候情報を取得する。
【0185】
表示制御部３４１６は、外部情報インタフェース３４４０を介して取得した地図情報、天候情報および車両１の走行速度にもとづいて、時刻ごとの光のパラメータの基準値に対する補正値を演算する。
【0186】
たとえば、現在位置から何分後にトンネルに入ると予想される場合には、トンネルに入る所定時間前から周囲の明るさが暗くなるものとして、光のパラメータの基準値を補正する。このようにすることによって、実際の明るさの急変に対して、観測者Ｏ３が観測する画像Ｉ３の表示の明るさの変化に遅れが生じないようにしたり、フリッカとして観測しないように、なめらかに明るさを変化させたりすることができる。
【0187】
たとえば、トンネルの通過により山越えをする場合には、季節によっては、トンネル通過後に雪道による明るさの急激な変化が生じることもある。外部情報インタフェース３４４０を介して、天候情報を取得して、このような状況を想定した光のパラメータの基準値を補正することができる。
【0188】
図２３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フローチャートの例である。
ステップＳ１～Ｓ７、Ｓ１０の処理は、図１７に関連して説明した第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御システム１００１の動作を同じであり、詳細な説明を省略する。
ステップＳ１～Ｓ７、Ｓ１０の処理は、図１７に関連して説明した第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御システム１００１の動作を同じであり、詳細な説明を省略する。
【0189】
図２３に示すように、ステップＳ３８において、表示制御部３４１６は、外部情報インタフェース３４４０を介して、外部情報ソースＭＴ１から、現在の車両１の位置を含む地図情報および天候情報を取得する。
【0190】
ステップＳ３９において、表示制御部３４１６は、車両１の速度、地図情報および天候情報にもとづいて、時刻ごとに光のパラメータの基準値の補正値を演算する。表示制御部３４１６は、演算した光のパラメータの基準値の補正値の時刻ごとの補正値に逐次適用して光のパラメータを補正する。
【0191】
上述の具体例では、表示制御部３４１６は、地図情報および天候情報の両方を取得して適用するものとしたが、いずれか一方を適用するようにしてもよい。
【0192】
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、制御部３４１０は、適時に外部情報ソースＭＴ１にアクセスして、外部情報ソースＭＴ１から、車両１の現在の位置における地図情報および天候情報のうち少なくとも一方を取得する。制御部３４１０は、車両１が走行する速度、取得した地図情報および天候情報にもとづいて、光のパラメータの基準値を補正する。光のパラメータの補正値は、時間変化をともなって演算されるので、画像Ｉ３の観測者Ｏ３は、観測者Ｏ３の周囲環境に応じて設定された、より自然な表示の画像Ｉ３を観測することができる。
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、制御部３４１０は、適時に外部情報ソースＭＴ１にアクセスして、外部情報ソースＭＴ１から、車両１の現在の位置における地図情報および天候情報のうち少なくとも一方を取得する。制御部３４１０は、車両１が走行する速度、取得した地図情報および天候情報にもとづいて、光のパラメータの基準値を補正する。光のパラメータの補正値は、時間変化をともなって演算されるので、画像Ｉ３の観測者Ｏ３は、観測者Ｏ３の周囲環境に応じて設定された、より自然な表示の画像Ｉ３を観測することができる。
【0193】
外部情報ソースＭＴ１から光のパラメータに関する所定の情報を取得して、基準値の補正値に適用することは、第１、第２、第４、第５の実施形態に係る画像表示装置にも適用して同様の効果を得ることができる。
【0194】
（第４の実施形態）
図２４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２４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３１０と、表示装置１１００と、検出部４４３０と、制御部１４１０と、を備える。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の撮像部１４３２、１４３４とは異なる構成を有する検出部４４３０を備える点で画像表示装置１０００の場合と相違する。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の制御部１４１０とは異なる制御部４４１０を備える点で画像表示装置１０００の場合と相違する。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の結像素子３１０ａとは異なる結像素子３１０を備える点で画像表示装置１０００の場合と相違する。画像表示装置４０００は、表示装置１１００および結像素子３１０の配置が、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４０００の構成要素は、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２４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２４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３１０と、表示装置１１００と、検出部４４３０と、制御部１４１０と、を備える。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の撮像部１４３２、１４３４とは異なる構成を有する検出部４４３０を備える点で画像表示装置１０００の場合と相違する。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の制御部１４１０とは異なる制御部４４１０を備える点で画像表示装置１０００の場合と相違する。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の結像素子３１０ａとは異なる結像素子３１０を備える点で画像表示装置１０００の場合と相違する。画像表示装置４０００は、表示装置１１００および結像素子３１０の配置が、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４０００の構成要素は、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。
【0195】
検出部（第４撮像部）４４３０は、観測者Ｏ４が観測している画像Ｉ４を撮像するように、観測者Ｏ１の上方かつ後方に配置される。検出部４４３０は、観測者Ｏ４の上方かつ後方から、車両１が進行する方向の外景も撮像する。検出部４４３０は、画像Ｉ４および車両１の外景を撮像し、画像Ｉ４の情報および車両１が進行する方向の外景の情報を含む画像データ（第４画像データ）Ｄ４０を生成する。画像Ｉ４の情報は、画像Ｉ４が形成されている位置の情報および画像Ｉ４を形成する光のパラメータの情報である。車両１の外景の情報は、外景の光のパラメータの情報である。
【0196】
検出部４４３０は、たとえば、画像Ｉ４の情報および外景の情報を含む１つの画像データＤ４０を生成して、制御部１４１０に送信する。制御部１４１０は、受信した画像データＤ４０にもとづいて、画像Ｉ４の位置、画像Ｉ４の光のパラメータおよび外景の光のパラメータを検出し、抽出する。検出部４４３０は、画像Ｉ４および外景を同時に撮像できる広角レンズを有する１つのカメラである。図２４の破線は、このカメラの画角を表しており、この画角には、画像Ｉ４および車両１の進行方向の外景が含まれる。
【0197】
検出部４４３０は、複数のカメラを含んでもよい。たとえば、検出部４４３０は、画像Ｉ４を撮像する狭角レンズを有するカメラと、外景を撮像する広角レンズを有するカメラとを含み、これらのカメラは、たとえば一体のケースに収納され、観測者Ｏ４の上方かつ後方に配置される。また、広角レンズを有するカメラを用いる場合や、複数のカメラを用いる場合にも、車両１の内部の明るさに応じて、カメラの輝度に対する感度を切り替えるようにしてもよい。
【0198】
制御部４４１０は、表示装置１１００に対して、画像Ｉ４の光のパラメータを校正する校正画像パターンを周期的に出力させ、空中に表示された校正画像パターンにもとづいて、画像Ｉ４の画質を判定する。制御部１４１０が周期的に画像Ｉ４の表示画質を判定することによって、観測者Ｏ４は、見やすい状態で画像Ｉ４を観測することができる。
【0199】
画像表示装置４０００では、結像素子３１０、表示装置１１００および制御部１４１０は、筐体４３００内に配置されている。筐体４３００には、開口が設けられ、筐体４３００の開口には窓部材４３２０が配置されている。
【0200】
画像表示装置４０００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。
【0201】
画像表示装置４０００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４３２０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。
【0202】
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４０００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。
【0203】
第２面３１１ｂ側に抜けていく光は、筐体４３００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４３００内の底面に遮光部材４３１０が配置されている。遮光部材４３１０は、筐体４３００の内部の側壁面にも配置されている。遮光部材４３１０は、図１に示した遮光部材１３１０と同様に、たとえば筐体４３００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４３１０は、筐体４３００の構成材の厚さに比べて十分に薄いため、図２４では、筐体４３００の内部の面として表されている。
【0204】
画像表示装置４０００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。
【0205】
本実施形態に係る画像表示装置４０００の動作について説明する。
図２５は、第４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２５に示すように、画像表示装置４０００の制御システム４００１は、検出部４４３０と、制御部４４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部４４３０は、広角レンズを有するカメラである。制御部４４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、駆動部１４２０と、表示制御部４４１６と、を有する。検出部４４３０、画像処理部１４１２、位置制御部１４１４、駆動部１４２０、表示制御部４４１６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２５は、第４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２５に示すように、画像表示装置４０００の制御システム４００１は、検出部４４３０と、制御部４４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部４４３０は、広角レンズを有するカメラである。制御部４４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、駆動部１４２０と、表示制御部４４１６と、を有する。検出部４４３０、画像処理部１４１２、位置制御部１４１４、駆動部１４２０、表示制御部４４１６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。
【0206】
検出部４４３０は、観測者Ｏ４が観測している画像Ｉ４の情報および車両１が進行する方向の外景の情報を含む画像データを生成し、画像処理部１４１２に送信する。画像処理部１４１２は、画像データを画像解析し、画像Ｉ４が形成されている位置を検出し、画像Ｉ４の光のパラメータおよび外景の光のパラメータを抽出する。
【0207】
図１６に示した画像表示装置１０００の制御システム１００１の場合と同様に、位置制御部１４１４は、画像Ｉ４の基準位置と、画像データから検出された画像Ｉ４の位置と、の差分を演算し、差分が０に追従するように、駆動信号を生成する。位置制御部１４１４は、生成した駆動信号を駆動部１４２０に送信する。駆動部１４２０は、駆動信号にもとづいて、表示装置１１００の位置および角度を調整する。
【0208】
表示制御部４４１６は、通常点灯信号ＤＤＰ１および校正点灯信号ＤＤＰ２を表示装置１１００に送信する。通常点灯信号ＤＤＰ１がアクティブの期間は、校正点灯信号ＤＤＰ２がアクティブの期間とは重複しないように設定されている。表示装置１１００は、通常点灯信号ＤＤＰ１がアクティブの期間では、観測者Ｏ４が観測する画像Ｉ４を出力する。表示装置１１００は、校正点灯信号ＤＤＰ２がアクティブの期間では、あらかじめ設定された校正用画像パターンを出力する。
【0209】
通常点灯信号ＤＤＰ１は、観測者Ｏ４が画像Ｉ４を観測するために、人間が視認できる十分な長さの期間にアクティブとされる。校正点灯信号ＤＤＰ２は、観測者Ｏ４に視認されないように、人間が視認できる長さよりも十分に短い期間にアクティブとされる。
【0210】
表示制御部４４１６は、通常点灯信号ＤＤＰ１および校正点灯信号ＤＤＰ２のそれぞれがアクティブの期間にアクティブとなる撮像信号ＤＣＭを検出部４４３０に送信する。検出部４４３０は、撮像信号ＤＣＭがアクティブの期間に対象を撮像する。
【0211】
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。
【0212】
図２６は、第４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２６の最上段の図は、通常点灯信号ＤＤＰ１の時間変化を表している。
図２６の２段目の図は、校正点灯信号ＤＤＰ２の時間変化を表している。
図２６の最下段の図は、撮像信号ＤＣＭの時間変化を表している。
通常点灯信号ＤＤＰ１、校正点灯信号ＤＤＰ２および撮像信号ＤＣＭは、いずれも図２６中にＯＮと記載されている期間がアクティブの期間であり、ＯＦＦと記載されている期間が非アクティブの期間である。
図２６の最上段の図は、通常点灯信号ＤＤＰ１の時間変化を表している。
図２６の２段目の図は、校正点灯信号ＤＤＰ２の時間変化を表している。
図２６の最下段の図は、撮像信号ＤＣＭの時間変化を表している。
通常点灯信号ＤＤＰ１、校正点灯信号ＤＤＰ２および撮像信号ＤＣＭは、いずれも図２６中にＯＮと記載されている期間がアクティブの期間であり、ＯＦＦと記載されている期間が非アクティブの期間である。
【0213】
図２６に示すように、通常点灯信号ＤＤＰ１は、期間（第１期間）Ｔ１でアクティブとなる。通常点灯信号ＤＤＰ１は、期間Ｔ１以外の期間で非アクティブである。校正点灯信号ＤＤＰ２は、期間（第２期間）Ｔ２でアクティブとなる。校正点灯信号ＤＤＰ２は、期間Ｔ２以外の期間で非アクティブである。期間Ｔ１は、期間Ｔ２と重複することはない。たとえば、通常点灯信号ＤＤＰ１および校正点灯信号ＤＤＰ２の周期は同じである。
【0214】
撮像信号ＤＣＭは、期間Ｔ３でアクティブとなる。図２６の例では、撮像信号ＤＣＭは、期間Ｔ３以外の期間では、非アクティブとなっている。撮像信号ＤＣＭは、通常点灯信号ＤＤＰ１がアクティブの期間Ｔ１において画像Ｉ４を撮像し、校正点灯信号ＤＤＰ２がアクティブの期間Ｔ２において校正画像パターンを撮像する。図２６の例では、撮像信号ＤＣＭの周期は、通常点灯信号ＤＤＰ１および校正点灯信号ＤＤＰ２の周期の１／２とされている。
【0215】
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、画像表示装置４０００は、検出部４４３０を備えており、検出部４４３０を広角レンズを有するカメラとすることによって、画像表示装置４０００が出力した画像Ｉ４の情報と車両１が進行する方向の外景の情報の両方を有する画像データを１つのカメラで生成することができる。
本実施形態に係る画像表示装置４０００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、画像表示装置４０００は、検出部４４３０を備えており、検出部４４３０を広角レンズを有するカメラとすることによって、画像表示装置４０００が出力した画像Ｉ４の情報と車両１が進行する方向の外景の情報の両方を有する画像データを１つのカメラで生成することができる。
【0216】
画像表示装置４０００では、表示制御部４４１６は、校正画像パターンを表示装置１１００に表示させるように動作する。表示制御部４４１６は、校正画像パターンの情報を含む画像データにもとづいて、画像表示装置４０００が出力する画像Ｉ４の画質を判定し、適切な画質となるように光のパラメータを調整する。そのため、観測者Ｏ４は、校正画像パターンによる画像Ｉ４の画質調整後に、より適切な画質の画像Ｉ４を観測することができる。
【0217】
画像表示装置４０００では、校正画像パターンを用いた画質校正動作は、周期的に行うことができる。そのため、通常の画像Ｉ４を表示する動作において、周囲の明るさ等の環境の変化が生じても、観測者Ｏ４は、適切に調整された画質の画像Ｉ４を観測することができる。
【0218】
本実施形態に係る画像表示装置４０００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。結像素子３１０は、表示装置１１００から出射された光Ｌの２回反射光のみを画像Ｉ４を形成するための反射光Ｒとして出射する。そのため、結像素子３１０は、画像Ｉ４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を低減できる。
【0219】
上述した第１～第３の実施形態に係る画像表示装置１０００～３０００および後述する第５の実施形態に係る画像表示装置に、表示装置と結像素子との配置の構成を適用してもよい。表示装置を結像素子の直上に配置することによって、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できるとの本実施形態に係る画像表示装置４０００の場合と同様の効果を得ることができる。
【0220】
（第５の実施形態）
図２７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２７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３１０ａと、表示装置１１００と、撮像部１４３２、１４３４と、制御部５４１０と、検出部（第２検出部）５４３０と、を備える。画像表示装置５０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御部１４１０とは異なる制御部５４１０を備える。画像表示装置１０００は、検出部５４３０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。その他の点では、画像表示装置５０００の構成要素は、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２７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２７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３１０ａと、表示装置１１００と、撮像部１４３２、１４３４と、制御部５４１０と、検出部（第２検出部）５４３０と、を備える。画像表示装置５０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の制御部１４１０とは異なる制御部５４１０を備える。画像表示装置１０００は、検出部５４３０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。その他の点では、画像表示装置５０００の構成要素は、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。
【0221】
検出部５４３０は、たとえば、カメラであり、観測者Ｏ５に対向する位置に配置されている。検出部５４３０では、観測者Ｏ５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。図２７の例では、検出部５４３０は、筐体１３００内に配置されている。検出部５４３０は、窓部材１３２０を介して観測者Ｏ５を撮像する。検出部５４３０は、画像Ｉ５を観測する観測者Ｏ５を撮像して、観測者Ｏ５の瞳の位置の情報を含む画像データ（第５画像データ）Ｄ５０を生成し、制御部５４１０に送信する。
【0222】
検出部５４３０は、観測者Ｏ５の瞳の位置を検出するために、正面から観測者Ｏ５の画像を撮像することが好ましい。このような位置から観測者Ｏ５を撮像できれば、検出部５４３０は、筐体１３００内に限らず、筐体１３００の外部に配置してもよい。
【0223】
制御部５４１０は、画像データＤ５０にもとづいて、観測者Ｏ５の瞳の位置を検出する。制御部５４１０は、観測者Ｏ５の瞳の位置と画像Ｉ５の位置との間の距離ｄ１、ｄ２を監視する。距離ｄ２は、たとえば、観測者Ｏ５が画像Ｉ５を覗き込む動作をしたときの瞳の位置と画像Ｉ５の位置との距離である。距離ｄ２は、距離ｄ１よりも短い。制御部５４１０は、観測者Ｏ５の瞳の位置と画像Ｉ５の位置との間の距離が、あらかじめ設定されたしきい値よりも短いと判断した場合には、観測者Ｏ５のための保護動作を実行する。たとえば、図２７の距離ｄ２がしきい値とされる。観測者Ｏ５のための保護動作は、たとえば、制御部５４１０が画像Ｉ５を形成する光の出力を低減させるように表示装置１１００を制御する。観測者Ｏ５の瞳の位置が画像Ｉ５に近過ぎると、観測者Ｏ５の瞳に過大な光量が入射することによって、観測者Ｏ５の視力を一時的に低下させる可能性が懸念されるからである。
【0224】
本実施形態に係る画像表示装置５０００の動作について説明する。
図２８は、第５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２８に示すように、画像表示装置５０００の制御システム５００１は、検出部１４３０、５４３０と、制御部５４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部（第１検出部）１４３０は、撮像部１４３２、１４３４を含む。制御部５４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、駆動部１４２０と、表示制御部５４１６と、を有する。撮像部１４３２、１４３４、検出部（第２検出部）５４３０、画像処理部１４１２、位置制御部１４１４、駆動部１４２０、表示制御部５４１６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２８は、第５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２８に示すように、画像表示装置５０００の制御システム５００１は、検出部１４３０、５４３０と、制御部５４１０と、ユーザインタフェース１４６０と、を有する。検出部（第１検出部）１４３０は、撮像部１４３２、１４３４を含む。制御部５４１０は、画像処理部１４１２と、位置制御部１４１４と、駆動部１４２０と、表示制御部５４１６と、を有する。撮像部１４３２、１４３４、検出部（第２検出部）５４３０、画像処理部１４１２、位置制御部１４１４、駆動部１４２０、表示制御部５４１６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。
【0225】
撮像部１４３２、１４３４、画像処理部１４１２、位置制御部１４１４、駆動部１４２０およびユーザインタフェース１４６０の動作については、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同じであり詳細な説明を省略する。
【0226】
図２９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フローチャートの例である。
図２９には、図２７および図２８に示した検出部５４３０および表示制御部５４１６により、観測者Ｏ５の瞳の位置と画像Ｉ５の形成位置との間の距離を監視して、観測者Ｏ５の保護動作を行う場合の一連の動作の例が示されている。
図２９に示すように、ステップＳ５１において、検出部５４３０は、観測者Ｏ５の画像を撮像し、観測者Ｏ５の瞳の位置の情報を含む画像データを生成する。検出部５４３０は、画像データを画像処理部１４１２に送信する。
図２９には、図２７および図２８に示した検出部５４３０および表示制御部５４１６により、観測者Ｏ５の瞳の位置と画像Ｉ５の形成位置との間の距離を監視して、観測者Ｏ５の保護動作を行う場合の一連の動作の例が示されている。
図２９に示すように、ステップＳ５１において、検出部５４３０は、観測者Ｏ５の画像を撮像し、観測者Ｏ５の瞳の位置の情報を含む画像データを生成する。検出部５４３０は、画像データを画像処理部１４１２に送信する。
【0227】
ステップＳ５２において、画像処理部１４１２は、画像データを画像処理して、観測者Ｏ５の瞳の位置を検出する。画像処理部１４１２は、検出した瞳の位置の情報を表示制御部５４１６に送信する。
【0228】
ステップＳ５３において、表示制御部５４１６は、瞳の位置と画像Ｉ５が形成されている位置との間の距離を演算する。画像Ｉ５が形成されている位置は、位置制御部１４１４が表示装置１１００および結像素子３１０ａを含む光路の演算により算出される。
【0229】
ステップＳ５４において、表示制御部５４１６は、瞳の位置と画像Ｉ５の位置との間の距離をあらかじめ設定されたしきい値と比較する。表示制御部５４１６は、瞳の位置と画像Ｉ５の位置との間の距離がしきい値以上と判定した場合には、処理をステップＳ５５に遷移させる。表示制御部５４１６は、瞳の位置と画像Ｉ５の位置との間の距離がしきい値よりも短いと判定した場合には、処理をステップＳ５７に遷移させる。
【0230】
ステップＳ５５において、表示制御部５４１６は、あらかじめ設定されている基準値を適用する。
【0231】
ステップＳ５６において、表示制御部５４１６は、適用した基準値を表示装置１１００に出力する。
【0232】
ステップＳ５７において、表示制御部５４１６は、設定されている基準値を所定値まで低下させて適用する。なお、低下させる所定値は、固定値でもよいし、距離に応じて変化させてもよい。
【0233】
ステップＳ５７では、光の出力の基準値を低下させることに限らず、他の方法で観測者Ｏ５を保護する動作を実行してもよい。たとえば、警告音声により観測者Ｏ５が画像Ｉ５に近づき過ぎていることを知らせる等してもよい。
【0234】
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、画像表示装置５０００は、検出部５４３０および制御部５４１０を備えることによって、観測者Ｏ５の瞳の位置を検出し、観測者Ｏ５が画像Ｉ５に近づき過ぎていないか監視することができる。制御部５４１０は、観測者Ｏ５の瞳の位置と画像Ｉ５の位置との距離を監視して、距離があらかじめ設定された距離よりも近い場合には、画像Ｉ５を形成するための光の出力を抑制、遮断したり、その他の警告動作を実行したりすることができる。そのため、観測者Ｏ５は、画像表示装置５０００を利用して、空中に表示される画像Ｉ５を安全に観測することができる。
本実施形態に係る画像表示装置５０００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、画像表示装置５０００は、検出部５４３０および制御部５４１０を備えることによって、観測者Ｏ５の瞳の位置を検出し、観測者Ｏ５が画像Ｉ５に近づき過ぎていないか監視することができる。制御部５４１０は、観測者Ｏ５の瞳の位置と画像Ｉ５の位置との距離を監視して、距離があらかじめ設定された距離よりも近い場合には、画像Ｉ５を形成するための光の出力を抑制、遮断したり、その他の警告動作を実行したりすることができる。そのため、観測者Ｏ５は、画像表示装置５０００を利用して、空中に表示される画像Ｉ５を安全に観測することができる。
【0235】
上述した各実施形態においては、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。
【0236】
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。
【0237】
（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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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。
【0238】
（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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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、
車両に設けられ、前記画像を観測する観測者の周囲情報を検出する第１検出部と、
前記周囲情報にもとづいて前記画像を形成する位置、前記光源が出射する光の出力、色度のうちの少なくとも１つを含む光のパラメータ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。
【0239】
（付記３）
前記第１検出部は、前記画像を含む第１画像データを取得する第１撮像部を含み、
前記制御部は、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
前記第１検出部は、前記画像を含む第１画像データを取得する第１撮像部を含み、
前記制御部は、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
【0240】
（付記４）
前記第１検出部は、前記第１撮像部とは異なる位置から前記画像を含む第２画像データを取得する第２撮像部を含み、
前記制御部は、前記第１画像データおよび前記第２画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出する付記３記載の画像表示装置。
前記第１検出部は、前記第１撮像部とは異なる位置から前記画像を含む第２画像データを取得する第２撮像部を含み、
前記制御部は、前記第１画像データおよび前記第２画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出する付記３記載の画像表示装置。
【0241】
（付記５）
前記第１検出部は、前記車両が進行する方向の外景を含む第３画像データを取得する第３撮像部を含み、
前記制御部は、前記第３画像データにもとづいて、前記光のパラメータを補正する付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１検出部は、前記車両が進行する方向の外景を含む第３画像データを取得する第３撮像部を含み、
前記制御部は、前記第３画像データにもとづいて、前記光のパラメータを補正する付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0242】
（付記６）
前記制御部は、前記車両の位置を含む地図情報または前記車両の位置における天気情報の少なくとも一方にもとづいて前記光のパラメータを補正する付記５記載の画像表示装置。
前記制御部は、前記車両の位置を含む地図情報または前記車両の位置における天気情報の少なくとも一方にもとづいて前記光のパラメータを補正する付記５記載の画像表示装置。
【0243】
（付記７）
前記第１検出部は、前記画像および前記車両よりも前方の景色の両方を含む第４画像データを取得する第４撮像部を含み、
前記制御部は、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
前記第１検出部は、前記画像および前記車両よりも前方の景色の両方を含む第４画像データを取得する第４撮像部を含み、
前記制御部は、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の位置を検出し、前記画像の位置をあらかじめ設定された基準位置となるように前記画像の位置を制御し、
前記第４画像データにもとづいて、前記画像の画質をあらかじめ設定された基準画質となるように前記光のパラメータを制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
【0244】
（付記８）
前記制御部は、第１期間において、前記観測者が認識できる映像を出力するように前記光源を制御し、第２期間において、前記基準画質として設定された校正用画像パターンの画像を出力するように前記光源を制御し、
前記第２期間において、前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された前記基準画質となるように前記光のパラメータを制御する付記３記載の画像表示装置。
前記制御部は、第１期間において、前記観測者が認識できる映像を出力するように前記光源を制御し、第２期間において、前記基準画質として設定された校正用画像パターンの画像を出力するように前記光源を制御し、
前記第２期間において、前記第１画像データにもとづいて、前記画像の画質を判定し、前記画像の画質をあらかじめ設定された前記基準画質となるように前記光のパラメータを制御する付記３記載の画像表示装置。
【0245】
（付記９）
前記観測者の前方に配置され、前記観測者の瞳を含む第５画像データを取得する第２検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第５画像データにもとづいて、前記観測者の瞳の位置を検出し、
前記観測者の瞳の位置と前記画像の位置との距離が所定値よりも短い場合に、前記観測者を保護する処理を実行する付記１～８のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記観測者の前方に配置され、前記観測者の瞳を含む第５画像データを取得する第２検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第５画像データにもとづいて、前記観測者の瞳の位置を検出し、
前記観測者の瞳の位置と前記画像の位置との距離が所定値よりも短い場合に、前記観測者を保護する処理を実行する付記１～８のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0246】
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。
【0247】
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】
【0248】
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、１１１２ａ…画素、１１２０、１１２０ａ…ＬＥＤ素子、１３００、４３００…筐体、１３１０、４３１０…遮光部材、１３２０、４３２０…窓部材、１４１０、２４１０、３４１０、４４１０、５４１０…制御部、１４３０、５４３０…検出部、１４３２、１４３４…撮像部、１４６０…ユーザインタフェース
【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】
【図28】
【図29】