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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】P2024081092
(43)【公開日】2024-06-17
(54)【発明の名称】画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20240610BHJP
H04N 13/302 20180101ALI20240610BHJP
【ＦＩ】
G02B30/56
H04N13/302
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022203408
(22)【出願日】2022-12-20
(31)【優先権主張番号】P 2022194290
(32)【優先日】2022-12-05
(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】坂本 考史
(72)【発明者】
【氏名】山脇 正恵
【テーマコード（参考）】
2H199
5C061
【Ｆターム（参考）】
2H199BA32
2H199BB06
2H199BB17
2H199BB20
2H199BB52
2H199BB59
5C061AA06
5C061AB14
5C061AB16
5C061AB18
(57)【要約】
【課題】簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、光源と、遮光部材と、光透過性部材と、を備える。前記結像素子は、第１面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を備える。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って、複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、第１反射面と、前記第１反射面に直交する第２反射面と、をそれぞれ含む。前記第２直交リフレクタの傾きは、前記第１面側に結像するように設定される。前記光透過性部材は、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、遮光部材と、光透過性部材と、を備える。前記結像素子は、第１面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を備える。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って、複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、第１反射面と、前記第１反射面に直交する第２反射面と、をそれぞれ含む。前記第２直交リフレクタの傾きは、前記第１面側に結像するように設定される。前記光透過性部材は、前記結像素子での２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の一部を遮光する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【請求項2】
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【請求項3】
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【請求項4】
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【請求項5】
前記光透過性部材は、黒色に着色された着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記光透過性部材は、第１光透過性部材と、前記第１光透過性部材に対向して配置された第２光透過性部材と、前記第１光透過性部材と前記第２光透過性部材との間に配置され、開閉選択信号により前記光の透過を制御する液晶と、を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項7】
前記光透過性部材は、文字、記号および図形のうち少なくとも１つを含む着色部を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記光透過性部材は、前記光源の光の補色の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項9】
前記光透過性部材は、第１面と前記第１面の反対側に第２面を有する透光性の基材と、前記第１面または前記第２面の少なくとも一方に配置された光反射防止部材と、を有する請求項３または４に記載の画像表示装置。
【請求項10】
前記光透過性部材は、前記光源の光が結像素子から出射される出射面を有し、
前記出射面の幅は、前記光源の光が結像素子から出射されて結像が形成される結像面の幅よりも広い請求項３または４に記載の画像表示装置。
前記出射面の幅は、前記光源の光が結像素子から出射されて結像が形成される結像面の幅よりも広い請求項３または４に記載の画像表示装置。
【請求項11】
前記遮光部材は、前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体の一部であり、
前記光透過性部材は、前記筐体の他の一部である請求項１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、前記筐体の他の一部である請求項１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項12】
前記光透過性部材は、前記筐体の表面に施された模様と連続した模様の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１１記載の画像表示装置。
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１１記載の画像表示装置。
【請求項13】
前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体をさらに備え、
前記光透過性部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過性部材との間に設けられた請求項１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過性部材との間に設けられた請求項１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項14】
前記光透過性部材は、前記筐体の表面に施された模様と連続した模様の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１３記載の画像表示装置。
前記着色部は、前記光の透過を制御する請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項15】
前記光透過性部材は、レンズを含む請求項１～４のいずれか１つ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、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、を備える。前記結像素子は、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第１面側に設けられる。前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられる。前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられる。
【0011】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、を備える。前記結像素子は、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第１面側に設けられる。前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられる。前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられる。
【0012】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、を備える。前記結像素子は、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第１面側に設けられる。前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられる。前記光透過部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられる。
【0013】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、前記結像素子に光を照射する光源と、少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、を備える。前記結像素子は、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含む。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含む。前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定される。前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定される。前記光源は、前記第１面側に設けられる。前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられる。前記光透過部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられる。
【発明の効果】
【0014】
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】
【0015】
【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2A】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】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4】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】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11A】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11B】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12】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】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】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の実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図16A】第１の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
【図16B】第１の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
【図17】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】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正面図である。
【図19】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20A】第４の実施形態に係る画像表示装置の一部である光透過性部材を例示する模式図である。
【図20B】第４の実施形態に係る画像表示装置の一部である光透過性部材を例示する模式図である。
【図21】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22】第６の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図23】第６の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
【図24】第７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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
（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、筐体１３００と、光透過性部材１３２０と、を備える。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、結像素子３１０ａによる反射光Ｒを光透過性部材１３２０を介して筐体１３００の外部の空中で結像させる。表示装置１１００は、光Ｌの集合からなる画像を出力するので、観測者Ｏ１は、表示装置１１００から出力された画像を、筐体１３００の外部で形成された結像Ｉ１として観測することができる。
図１は、第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００と、光透過性部材１３２０と、を備える。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、結像素子３１０ａによる反射光Ｒを光透過性部材１３２０を介して筐体１３００の外部の空中で結像させる。表示装置１１００は、光Ｌの集合からなる画像を出力するので、観測者Ｏ１は、表示装置１１００から出力された画像を、筐体１３００の外部で形成された結像Ｉ１として観測することができる。
【0018】
筐体１３００は、表示装置１１００および結像素子３１０ａの周囲に設けられる。つまり、表示装置１１００および結像素子３１０ａは、筐体１３００の内部に配置される。この例では、表示装置１１００は、筐体１３００の内部の上部に配置され、結像素子３１０ａは、筐体１３００の内部の下部に配置されている。
【0019】
結像素子３１０ａは、表示装置１１００から入射した光Ｌを、斜め上方に向かう反射光Ｒとして出射する。反射光Ｒは、後述する仮想平面Ｐ０に垂直な方向に出射される。結像素子３１０ａは、反射光Ｒを出射する方向に仮想平面Ｐ０を支持するように設けられた結像素子設置部１３３０に配置され、たとえば固定される。
【0020】
筐体１３００は、任意の外形形状を有する。筐体１３００は、表示装置１１００および結像素子３１０ａを内部に収納する。筐体１３００は、これらのほか、この例では、制御装置１４００や結像素子設置部１３３０を内部に配置している。
【0021】
遮光部材１３１０は、筐体１３００の一部である。たとえば、遮光部材１３１０は、筐体１３００の内壁に配置された光吸収層である。光吸収層は、たとえば黒色の塗料の塗布層である。画像表示装置１０００では、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０を配置することによって、表示装置１１００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。
【0022】
光透過性部材１３２０は、筐体１３００の一部に形成された窓枠１３２２の位置に配置されている。窓枠１３２２は、結像素子３１０ａに対向する位置に開口されている。
【0023】
結像素子３１０ａから出射される反射光Ｒは、光透過性部材１３２０を透過して、筐体１３００の外部で結像Ｉ１を形成する。つまり、光透過性部材１３２０は、結像素子３１０ａと、結像Ｉ１が形成される位置との間に配置される。観測者Ｏ１がいる場合には、結像Ｉ１は、観測者Ｏ１と光透過性部材１３２０との間に形成される。
【0024】
光透過性部材１３２０は、着色部１３２１ａを有する。着色部１３２１ａは、周縁部１３２１ｂに囲まれている。周縁部１３２１ｂは、光透過性部材１３２０の窓枠１３２２に沿って設けられている。着色部１３２１ａは、結像素子３１０ａから出射される反射光Ｒを含む光の波長のうち、少なくとも一部の波長の光の透過を制御する。
【0025】
着色部１３２１ａは、黒色や茶色などの所望の色を呈する部分であって、たとえば黒色等の透光性樹脂や黒色等のガラス等で形成されている。着色部１３２１ａは、黒色等の塗料で光透過性部材１３２０の表面に印刷によって形成してもよいし、透光性のある素材で形成されたシールを光透過性部材１３２０の表面に貼付してもよい。
【0026】
着色部１３２１ａが黒色の場合には、可視光の波長のうち、ほぼすべての波長の光の一部を吸収して、輝度を制御する。つまり、着色部１３２１ａから出射される光は、ほぼ一様に減衰される。着色部１３２１ａは、結像素子３１０ａで反射された反射光Ｒの輝度が他の光の輝度強度よりも十分に高くなるように設定されるので観測者Ｏ１は、反射光Ｒによって形成される結像Ｉ１以外の光を感じることがなくなり、高いコントラストで結像Ｉ１を観測することができる。
【0027】
周縁部１３２１ｂは、任意に着色された透光性樹脂やガラス等で形成されており、たとえば着色部１３２１ａと同じ黒色に着色される。なお、周縁部１３２１ｂは、着色されていなくてもよいし、着色部１３２１ａと異なる色で着色されていてもよい。
【0028】
着色部１３２１ａの色は、黒色に限らず、少なくとも一部の波長の光の透過を選択的に制御できるようにしてもよい。たとえば、着色部１３２１ａは、表示装置１１００が出射する光の波長を選択的に透過する光学フィルタであってもよい。
【0029】
図５～図１４に関連して後述するように、結像素子３１０ａは、第１面３１１ａ上に行列状に配置された複数の２面直交リフレクタ３０を有している。第１面３１１ａは、窓枠１３２２の開口および光透過性部材１３２０とほぼ平行に配置される。２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１と第２反射面３２とを有しており、それぞれの反射面で１回ずつ反射して、２面直交リフレクタ３０の２回反射光が反射光Ｒとして出射される。光透過性部材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。
【0030】
本実施形態に係る画像表示装置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は配置されている。結像素子３１０ａの直上とは、第１面３１１ａの法線方向の位置である。このような配置の場合には、結像素子３１０ａは、１回反射光の一部も第１面３１１ａ側に出射され、虚像やゴーストを形成することがある。また、結像素子３１０ａの構成によっては、いずれの反射面でも反射されない光が第１面側に出射される場合もある。したがって、遮光部材１３１０は、筐体１３００の内壁のうち、少なくとも、表示装置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必要がある。
【0031】
画像表示装置１０００は、制御装置１４００等を有してもよい。表示装置１１００は、制御装置１４００によって支持され、制御装置１４００によってたとえば６軸制御される。制御装置１４００は、表示装置１１００を６軸制御することによって表示装置１１００の光軸の角度を変更したり、表示装置１１００と結像素子３１０ａとの間の距離を変更したりすることができる。
【0032】
制御装置１４００は、たとえば、観測者Ｏ１の操作に応じて、観測者Ｏ１が所望する位置に結像Ｉ１を形成するように、表示装置１１００の光軸の角度を変更し、表示装置１１００と結像素子３１０ａとの間の距離を変更する。
【0033】
表示装置１１００の構成について説明する。
図２Ａ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２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図３Ａは、図２ＢのＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線における模式的な矢視断面図である。
図２Ａ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２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図３Ａは、図２ＢのＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線における模式的な矢視断面図である。
【0034】
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１１１０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１１２０が配置された面である。Ｘ１軸は、ＬＥＤ素子１１２０が並ぶ行１１２０ｉ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。
【0035】
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。
【0036】
図２Ａに示すように、表示装置１１００は、Ｘ１Ｙ１平面視で矩形の基板１１１０を有している。基板１１１０は、たとえばガラスやポリイミド等の樹脂を用いることができ、Ｓｉ基板を用いてもよい。表示装置１１００においては、基板１１１０の表面に対して法線方向に光軸Ｃ１を有する。
【0037】
図２Ｂに示すように、表示装置１１００は、光源となる複数の画素１１１２を含んでいる。表示装置１１００は、複数の画素１１１２により、所望の画像を表示する。表示装置１１００は、図示しないコントローラに電気的に接続される。コントローラは、筐体１３００内や筐体１３００外に設けられ、表示装置１１００が表示する画像に関するデータを供給する。表示装置１１００は、コントローラから供給される画像に関するデータにもとづいて、静止画や動画等を表示する。
【0038】
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２Ｂ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。
【0039】
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。
【0040】
図３Ａ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。
【0041】
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。
【0042】
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３Ａおよび図３Ｂ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。
【0043】
ＬＥＤ素子１１２０の光出射面１１２４Ｓには、複数の凹部１１２４Ｔが設けられている。以下では、「ＬＥＤ素子の光出射面」とは、ＬＥＤ素子の表面のうち、主として光が出射する面を意味する。光出射面１１２４Ｓから出射された光は、結像素子３１０ａに入射する。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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
図３Ｂ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３Ｂは、図２ＢのＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線における矢視断面図に対応しており、図３Ａ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３Ｂ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２Ｂ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３Ｂ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３Ｂは、図２ＢのＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線における矢視断面図に対応しており、図３Ａ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３Ｂ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２Ｂ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３Ｂ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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
また、ＬＥＤ素子において基板１１１０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。
【0055】
図２Ｂに示すように、走査回路１１３０は、たとえば、平面視において行列状に配列された複数のＬＥＤ素子１１２０とＸ１方向において隣り合うように基板１１１０に設けられている。走査回路１１３０は、駆動する行１１２０ｉをＹ１方向に順次切り替え可能な回路である。走査回路１１３０からは、複数の走査線１１４０がＸ１方向に延びている。また、走査回路１１３０からは、複数の点灯制御線１１５０がＸ１方向に延びている。複数の走査線１１４０および複数の点灯制御線１１５０は、Ｙ１方向に交互に並んでいる。
【0056】
駆動回路１１６０はＸ１Ｙ１平面視において、行列状に配列された複数のＬＥＤ素子１１２０とＹ１方向において隣り合うように基板１１１０に設けられている。駆動回路１１６０は、駆動させる行１１２０ｉに属するＬＥＤ素子１１２０のそれぞれの出力を制御可能な回路である。駆動回路１１６０からは、複数の信号線１１７０がＹ１方向に延びている。複数の信号線１１７０は、Ｘ１方向に並んでいる。駆動回路１１６０は、ＩＣチップにより構成し、このＩＣチップを基板１１１０上に実装してもよい。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
図４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４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４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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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製の基板１１１０上に設けられた低温ポリシリコン素子ではなく、シリコン製の基板１１１０上に設けられたシリコン半導体素子でよい。
【0068】
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。
【0069】
次に、結像素子３１０ａの構成について、詳細に説明する。
図５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５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。
【0070】
図５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５に示した例では、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。
【0071】
基材１２の構成について説明する。
図６は、図５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６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６は、図５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６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。
【0072】
結像素子に関する説明では、図２Ａ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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
図５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７に関連して後述する２面直交リフレクタ３０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７に関連して後述する２面直交リフレクタ３０の寸法や反射面の効率等に応じて、適切な長さとされる。
【0077】
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５では、煩雑さを回避するために塗りつぶされて示されている。なお、図５に示した例では、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。
【0078】
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、設けた間隔を反射面にしてもよい。
【0079】
図７は、図５のＶＩＩ部の模式的な拡大図である。
図７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７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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
結像素子１０のリフレクタ行２２は、図７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。
【0084】
図８Ａは、図７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８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線における模式的な矢視断面図の例である。
図８Ａおよび図８Ｂ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８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線における模式的な矢視断面図の例である。
図８Ａおよび図８Ｂ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。
【0085】
基部３６は、Ｖ字状に成形された透光性を有する部材であり、たとえば透明樹脂で形成され、基材１２と一体で成形される。第１反射面３１および第２反射面３２は、基材１２のＶ字成形箇所に光反射性を有する金属材料等の薄膜形成等により形成される。このような例に限らず、第１反射面３１、第２反射面３２、基部３６および基材１２は、それぞれあるいは一部が別体で形成されて、それらを１つに組み立てて、結像素子１０を形成するようにしてもよい。また、透明樹脂の表面がたとえば鏡面加工等されており、透明樹脂の表面反射率が十分に高い場合には、第１反射面３１および第２反射面３２は、透明樹脂の表面のままとすることもできる。間隔２３や基部３６は、虚像観測防止等のために、光透過性や光吸収性をもたせることが好ましい。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
図８Ｂ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。
【0090】
図８Ｃおよび図８Ｄは、図８Ａ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８Ｃ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８Ｃ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。
【0091】
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８Ｃ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。
【0092】
図７や図８Ａ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８Ｃ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８Ｄ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。
【0093】
図９は、図５の結像素子を例示する模式的な側面図である。
図９では、リフレクタアレイ２０は、図８Ａおよび図８Ｂ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９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９では、リフレクタアレイ２０は、図８Ａおよび図８Ｂ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９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。
【0094】
図９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。
【0095】
図８Ｃおよび図８Ｄ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。
【0096】
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、Ｘ２Ｙ２平面に平行な仮想平面Ｐ０である。
【0097】
図１０は、図５の結像素子を例示する模式的な側面図である。
図１０には、図５および図７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５および図７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１０には、図５および図７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５および図７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。
【0098】
図１０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８Ａおよび図８Ｂ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８Ｂに示した基部３６の表記は、図１０では、図示の煩雑さを回避するために図示を省略している。
【0099】
図１０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。
【0100】
図１０に示した例では、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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
結像素子の変形例について説明する。
図１１Ａ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１１Ｂ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５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１１Ａおよび図１１Ｂでは、図１０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１１Ａ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１１Ｂ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５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１１Ａおよび図１１Ｂでは、図１０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。
【0107】
図１１Ａ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１０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。
【0108】
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１０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１０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。
【0109】
図１１Ｂ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１１Ａ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。
【0110】
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。
【0111】
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１１Ａ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。
【0112】
本実施形態に係る画像表示装置１０００では、図１１Ｂ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。
【0113】
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５～図１０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。
【0114】
図１２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１２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方向の最小値となるように配置されている。
図１２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方向の最小値となるように配置されている。
【0115】
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。
【0116】
図１３および図１４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１３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１１Ａおよび図１１Ｂ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１３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１３に示した例では、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１３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１１Ａおよび図１１Ｂ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１３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１３に示した例では、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。
【0117】
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１４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１４に示すように、光源Ｓは、図１３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１３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１４に示した例では、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１１Ａおよび図１１Ｂ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１４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１４に示すように、光源Ｓは、図１３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１３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１４に示した例では、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１１Ａおよび図１１Ｂ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。
【0118】
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１３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１４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。
【0119】
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、筐体および光透過性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。
【0120】
図１に戻って、本実施形態に係る画像表示装置１０００の一連の動作を説明すると、以下のようになる。すなわち、表示装置１１００から出射された光Ｌは、結像素子３１０ａに入射する。結像素子３１０ａは、入射した光Ｌを、リフレクタアレイの２面直交リフレクタ３０の２つの反射面３１、３２で順次反射する。結像素子３１０ａは、入射した光の２回反射光である反射光Ｒを結像素子３１０ａの直上に出射する。
【0121】
結像素子３１０ａから出射された反射光Ｒは、筐体１３００に設けられた光透過性部材１３２０を介して筐体１３００から出射され、観測者Ｏ１と光透過性部材１３２０との間で結像Ｉ１を形成する。光透過性部材１３２０に入射する反射光Ｒおよびその他の光は、着色部１３２１ａによって減衰される。反射光Ｒ以外の光は、着色部１３２１ａからほとんど出射されない。表示装置１１００は、ＬＥＤ素子を画素に有しており、表示装置１１００が出射する光Ｌの輝度および結像素子３１０ａが反射する反射光Ｒの輝度は、十分に高い。そのため、観測者Ｏ１は、着色部１３２１ａを透過しても十分なコントラストで形成された結像Ｉ１を観測することができる。
【0122】
（変形例）
図１５は、第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示した画像表示装置１０００の場合には、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０が配置され、表示装置１１００および結像素子３１０ａを筐体１３００内に収納するものとしたが、これに限らない。以下説明する変形例に係る画像表示装置１０００ａは、筐体１３００ａとは別に遮光部材１３１０ａを備える。
図１５は、第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示した画像表示装置１０００の場合には、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０が配置され、表示装置１１００および結像素子３１０ａを筐体１３００内に収納するものとしたが、これに限らない。以下説明する変形例に係る画像表示装置１０００ａは、筐体１３００ａとは別に遮光部材１３１０ａを備える。
【0123】
図１５に示すように、変形例に係る画像表示装置１０００ａは、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００ａと、遮光部材１３１０ａと、光透過性部材１３２０と、を備える。結像素子３１０ａ、表示装置１１００および光透過性部材１３２０の構成は、図１に示した第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同じである。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0124】
画像表示装置１０００ａでは、筐体１３００ａは、表示装置１１００の周囲に設けられている。表示装置１１００は、筐体１３００ａの内部の天井部分に配置された制御装置１４００を介して筐体１３００ａの内部に配置されている。遮光部材１３１０ａは、表示装置１１００と光透過性部材１３２０との間に配置される。この例では、遮光部材１３１０ａは、筐体１３００ａとは別体として設けられている。遮光部材１３１０ａは、板状の部材であり、たとえば、表面に光を吸収する黒色塗料が塗布された板材である。遮光部材１３１０ａは、表示装置１１００の周辺に漏れた光を遮光するように配置されている。
【0125】
この例の場合に限らず、遮光部材は、表示装置１１００の周囲の全体を囲み、表示装置１１００の光Ｌの出射面１１０１Ｓを開口するように設けられた円筒状の部材であってもよい。たとえば、表示装置１１００が画素１１１２等を含む構造体をケースに収納している場合に、ケースの内壁を黒色塗装したり、黒色樹脂で形成されたケースを用いることによって、表示装置１１００自体に遮光部材の機能をもたせるようにしてもよい。
【0126】
光透過性部材１３２０は、筐体１３００ａの一部に設けられている。より具体的には、光透過性部材１３２０は、筐体１３００ａの一部に形成された窓枠１３２２の位置に配置されている。筐体１３００ａにおいて、窓枠１３２２を大きく開口し、光透過性部材１３２０の面積を大きくすることによって、画像表示装置１０００ａが空中に大きな画像を表示することが可能になる。一方で、開口された窓枠１３２２の面積および光透過性部材１３２０の面積を大きくすることによって、筐体１３００ａ内に配置された表示装置１１００からの光の漏れも光透過性部材１３２０を介して筐体１３００ａの外部へ漏れやすくなると考えられる。本変形例では、表示装置１１００と光透過性部材１３２０との間に遮光部材１３１０ａを配置することによって、光の漏れを観測者Ｏ１に観測させることを防止し、より大きな画像を空中に表示させることが可能になる。
【0127】
本実施形態に係る画像表示装置１０００および変形例に係る画像表示装置１０００ａの効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａを備える。図７および図１１Ｂ等に示したように、結像素子３１０ａでは、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さく設定される。その上で、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、２面直交リフレクタ３０がＹ２軸方向に配置された位置に応じて、異なるように設定され、基準の位置の２面直交リフレクタ３０からＹ２軸方向の一方向に離れるにしたがって、大きく設定され、Ｙ２軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さく設定される。このように設定することによって、基材３１２を基準にしたときに、第１面３１１ａ側からの光線を２回反射して、第１面３１１ａ側に結像させることができる。
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、結像素子３１０ａを備える。図７および図１１Ｂ等に示したように、結像素子３１０ａでは、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さく設定される。その上で、仮想平面Ｐ０に対する２面直交リフレクタ３０の角度は、２面直交リフレクタ３０がＹ２軸方向に配置された位置に応じて、異なるように設定され、基準の位置の２面直交リフレクタ３０からＹ２軸方向の一方向に離れるにしたがって、大きく設定され、Ｙ２軸方向の他方向に離れるにしたがって、小さく設定される。このように設定することによって、基材３１２を基準にしたときに、第１面３１１ａ側からの光線を２回反射して、第１面３１１ａ側に結像させることができる。
【0128】
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。
【0129】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、第１の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
表示装置１１００から出射された光は、結像素子３１０ａで２回反射されて空中に結像し、表示装置１１００が出力する画像が空中表示される。画像を空中表示するか否かは、表示装置１１００の出力を制御することによって容易に実現される。画像表示装置１０００は、たとえば、車両のインストルメントパネルの表示に応用することができる。
表示装置１１００から出射された光は、結像素子３１０ａで２回反射されて空中に結像し、表示装置１１００が出力する画像が空中表示される。画像を空中表示するか否かは、表示装置１１００の出力を制御することによって容易に実現される。画像表示装置１０００は、たとえば、車両のインストルメントパネルの表示に応用することができる。
【0130】
図１６Ａおよび図１６Ｂには、車両１の運転席に着席した運転者が見る視覚情報を模式的に示している。車両１に着席した運転者は、前方のフロントガラス４から走行前方の情景を見ながら車両１を運転する。フロントガラス４の下方には、ダッシュボード２が配置され、図１に示した画像表示装置１０００は、ダッシュボード２の内部に収納されている。運転者の前方のダッシュボード２には、画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０が配置されている。なお、この例では、光透過性部材１３２０は、ダッシュボード２と同じ模様が施されている。
【0131】
図１６Ａに示すように、速度表示や燃料残量、バッテリ残量等の情報は、必要に応じて、光透過性部材１３２０を介して空中に表示される。この例では、ステアリング６が運転者の前方に配置されており、空中表示される結像Ｉ１は、ステアリング６よりもダッシュボード２側とすることもでき、ステアリング６よりも運転者側とすることもできる。
【0132】
図１６Ｂに示すように、速度表示等の情報は、必要のない場合には、非表示とすることができる。結像Ｉ１の空中表示を非表示とすることによって、たとえば、運転者は運転に集中することができる。或いは、必要のない情報を非表示とすることによって、自動運転時に、より快適な空間を演出することができる。
【0133】
結像Ｉ１の表示や非表示は、たとえば運転者の操作によって切り替えることができる。運転者の操作は、たとえば、運転者によるボタン操作やキー操作、運転者の音声を認識すること等とすることができる。結像Ｉ１の表示や非表示は、他のトリガによって切り替えるようにしてもよい。たとえば、結像Ｉ１の情報を速度表示とする場合には、速度が所定の速度に達した場合をトリガとすることができる。結像Ｉ１の情報を燃料残量やバッテリ残量とする場合には、これらの残量が所定値や所定割り合いに達した場合をトリガとすることができる。これらは一例であり、取得できる定量的な情報にもとづいて、任意の情報表示を適切に設定することができる。
【0134】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、着色部１３２１ａを有する光透過性部材１３２０を備える。着色部１３２１ａは、表示装置１１００が出射するの光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を制御する。黒色の着色部１３２１ａの場合には、ほぼすべての波長を有する光の輝度を減衰するように制御する。黒色の着色部１３２１ａは、光の輝度を抑制するように制御するので、輝度の弱い光は、着色部１３２１ａを透過せず、高い輝度の光が着色部１３２１ａを透過する。着色部１３２１ａは、結像素子３１０ａが出射する高い輝度の光を透過し、筐体１３００内で反射等により出射される低い輝度の光を透過しない。そのため、結像素子３１０ａ等の内部構造物の存在を観測者Ｏ１に意識させないようにすることができ、意匠性の高い画像表示装置１０００が実現される。
【0135】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、ＬＥＤ素子１１２０を有する表示装置１１００を備える。ＬＥＤ素子１１２０を用いた表示装置１１００では、ＬＥＤ素子１１２０が出射する光の輝度は、ＯＬＥＤや液晶を用いた表示装置が出射する光の輝度よりも高い。そのため、結像素子３１０ａが出射する光の輝度を十分に高くして、結像Ｉ１のコントラストを高めることが可能になり、着色部１３２１ａは結像Ｉ１に寄与する光を選択的に出射することが可能になる。
【0136】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、ＬＥＤ素子１１２０を画素１１１２に含む表示装置１１００を備える。ＬＥＤ素子１１２０は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、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から出射された光は、着色部１３２１ａを透過しても、鮮明な画像を空中表示することが可能である。
【0137】
変形例に係る画像表示装置１０００ａでは、画像表示装置１０００の効果と同様の効果のほか、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置１０００ａは、表示装置１１００と光透過性部材１３２０との間に遮光部材１３１０ａを備える。このような遮光部材１３１０ａを備えることによって、上述の効果に加え、光透過性部材１３２０の面積を拡大することが可能になり、より大きな画像を空中表示させることができる。上述の変形例の遮光部材１３１０ａの構成は、後述する第２～第７の実施形態に係る画像表示装置に適用することができ、第２～第７の実施形態に係る画像表示装置に適用することによって同一の効果を奏することは言うまでもない。
【0138】
（第２の実施形態）
図１７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正面図である。
図１７および図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、筐体１３００と、光透過性部材２３２０と、を備える。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０に代えて、光透過性部材２３２０を備える。画像表示装置２０００の構成要素は、他の点では、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１７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正面図である。
図１７および図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、筐体１３００と、光透過性部材２３２０と、を備える。第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０に代えて、光透過性部材２３２０を備える。画像表示装置２０００の構成要素は、他の点では、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。
【0139】
画像表示装置２０００では、光透過性部材２３２０は、着色部２３２１を有する。着色部２３２１は、光透過性部材２３２０の表面の全面に配置される。図１７に示した例では、着色部２３２１は、光透過性部材２３２０の外側の表面に配置されているが、これに限らず、着色部２３２１は、光透過性部材２３２０の内側の表面や光透過性部材２３２０の内層の面や内部の全体にわたって配置されてもよい。
【0140】
着色部２３２１には、全面に連続する模様が施されている。着色部２３２１に施す模様は任意である。この例のように、模様は、立体感のある硬質な表面を表すほか、木目を表したり、金属のような光沢感のある表面を表したりすることができる。表面の質感を表現する模様のほか、市松模様、チェック柄等、画像表示装置２０００が搭載される環境等に応じて適切な模様を選択することができる。
【0141】
着色部２３２１は、その模様の形状および色によって、光の透過を制御する。着色部２３２１は、表示装置１１００が出射する光を入射して、その光の波長および輝度を制御する。着色部２３２１に光を透過させることによって、着色部２３２１に施された模様等を浮き立たせるように表示することができる。
【0142】
光透過性部材２３２０は、筐体１３００の前面に配置されている。筐体１３００には、図１の画像表示装置１０００と同様に、結像素子３１０ａに対向する位置に窓枠１３２２が開口されている。光透過性部材２３２０は、窓枠１３２２による開口１３２２Ａの前面にも配置されている。光透過性部材２３２０は、開口１３２２Ａの前面の開口部分２３２０ａと、開口１３２２Ａの周辺の周辺部分２３２０ｂと、を含む。開口部分２３２０ａおよび周辺部分２３２０ｂは、連続しており、光透過性部材２３２０の全面にわたって連続する模様が施されている。そのため、観測者Ｏ２は、筐体１３００の前面のすべてにわたって着色部２３２１に施された模様等を観測することができる。
【0143】
光透過性部材２３２０は透光性を有する材料で形成される。透光性を有する材料は、透光性樹脂やガラス等である。光透過性部材２３２０の全面に施された模様は、基材表面に印刷を施すことによって形成されてもよいし、基材表面に模様等形成されたシールを貼付してもよい。あるいは、光透過性部材２３２０の形成時に１種類以上の色彩の色付き樹脂やガラス等を混交して、ランダムな模様を形成するようにしてもよい。
【0144】
図１７に示した例では、開口部分２３２０ａは、筐体１３００の外側に向かって凸となる曲面である。開口部分２３２０ａは、曲面に限らず、平面でもよいし任意の面としてもよい。
【0145】
結像素子３１０ａから出射された反射光Ｒは、開口１３２２Ａを介して、開口部分２３２０ａに入射される。開口部分２３２０ａは、透光性を有するので、反射光Ｒを透過する。
【0146】
観測者Ｏ２は、表示装置１１００が光Ｌを出射していない場合には、着色部２３２１に施された模様等を観測する。観測者Ｏ２は、表示装置１１００が光Ｌを出射している場合には、着色部２３２１に施された模様等と同時に、開口部分２３２０ａを透過した反射光Ｒによって形成された結像Ｉ２を着色部２３２１に形成された模様等とともに観測する。
【0147】
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の効果と同様の効果を奏する。そのほか以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置２０００は、全面に着色部２３２１を有する光透過性部材２３２０を備える。着色部２３２１には、全面に模様等が施されており、模様等に応じて着色部２３２１の光の透過が制御される。観測者Ｏ２は、着色部２３２１を介して形成される結像Ｉ２を観測するので、結像Ｉ２は、着色部２３２１の模様等と同時に観測することになる。そのため、観測者Ｏ２は、画像表示装置２０００の筐体１３００の存在を意識することなく、空中に表示される結像Ｉ２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２０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の効果と同様の効果を奏する。そのほか以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置２０００は、全面に着色部２３２１を有する光透過性部材２３２０を備える。着色部２３２１には、全面に模様等が施されており、模様等に応じて着色部２３２１の光の透過が制御される。観測者Ｏ２は、着色部２３２１を介して形成される結像Ｉ２を観測するので、結像Ｉ２は、着色部２３２１の模様等と同時に観測することになる。そのため、観測者Ｏ２は、画像表示装置２０００の筐体１３００の存在を意識することなく、空中に表示される結像Ｉ２を観測することができる。
【0148】
光透過性部材２３２０は、筐体１３００の前面の形状に一致する必要はなく、筐体１３００の前面よりも広い範囲を覆うようにしてもよい。このようにすることによって、観測者Ｏ２は、画像表示装置２０００の存在を意識することなく、空中に浮かび上がる結像Ｉ２をより自然に観測することができる。
【0149】
観測者Ｏ２が筐体１３００や開口１３２２Ａの存在を認識しないようにできれば、光透過性部材の構成は、上述に限らない。たとえば、光透過性部材を開口１３２２Ａを覆う部分とし、異なる部材でその部分の周囲に配置して全体に連続する模様を施すようにしてもよい。
【0150】
（第３の実施形態）
図１９は、第３の実施形態に係る画像表示装置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３０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００と、光透過性部材３３２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置３０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０に代えて、光透過性部材３３２０を備える。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の構成要素と同様であり、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１９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１９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、筐体１３００と、光透過性部材３３２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置３０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０に代えて、光透過性部材３３２０を備える。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の構成要素と同様であり、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。
【0151】
光透過性部材３３２０は、第１光透過性部材３３２１と、第２光透過性部材３３２２と、液晶３３２３と、を含む。液晶３３２３は、第１光透過性部材３３２１と第２光透過性部材３３２２との間に配置されている。第１光透過性部材３３２１は、基材上に配置された偏光膜と透光性電極とを有している。第２光透過性部材３３２２は、基材上に配置された偏光膜と透光性電極とを有している。たとえば、第２光透過性部材３３２２の偏光膜の偏光角は、第１光透過性部材３３２１の偏光膜の偏光角に直交するように設定されている。基材は、たとえばガラス等で形成される。
【0152】
液晶３３２３は、第１光透過性部材３３２１側の透光性電極と第２光透過性部材３３２２側の透光性電極との間に配置される。液晶３３２３の分子配列は、２つの透光性電極間に電圧が印加されない場合には、ねじれ構造であり、一方からの光を透過する。液晶３３２３の分子配列は、２つの透光性電極間に電圧が印加された場合には、直列構造となり、一方からの光を透過しない。つまり、光透過性部材３３２０は、液晶シャッタである。
【0153】
光透過性部材３３２０は、制御装置１４００に設けられた制御部１４１０によって生成された開閉選択信号Ｄｓにもとづいて、液晶シャッタとして動作する。液晶３３２３の分子配列は、開閉選択信号Ｄｓがアクティブの場合に直列構造となり光を遮断する。液晶３３２３の分子配列は、開閉選択信号Ｄｓが非アクティブの場合にねじれ構造となり光を透過する。制御部１４１０は、たとえば観測者Ｏ３の操作に応じて、開閉選択信号Ｄｓのアクティブと非アクティブとを切り替える。あるいは、制御部１４１０は、図示しない近接センサによって観測者Ｏ３の接近、離脱を検出し、近接センサの出力に応じて、開閉選択信号Ｄｓのアクティブと非アクティブとを切り替えるようにしてもよい。そのほか、任意のトリガ信号によって、制御部１４１０は、開閉選択信号Ｄｓのアクティブと非アクティブとを切り替えるようにしてもよい。
【0154】
制御部１４１０は、所定のトリガ信号によって開閉選択信号Ｄｓを生成するほか、表示装置１１００を６軸制御する。制御部１４１０は、６軸制御によって、表示装置１１００の配置を所望の位置とし、表示装置１１００が出射する光を所望の角度に設定する。制御部１４１０によって表示装置１１００の位置および角度を適切に設定することによって、たとえば、観測者Ｏ３から見た結像Ｉ３の画角を、観測者Ｏ３から見た光透過性部材３３２０の画角と一致させたり、異ならせたりすることができる。
【0155】
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、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置３０００は、液晶シャッタとして動作する光透過性部材３３２０を備える。液晶シャッタの開閉を選択する開閉選択信号Ｄｓのアクティブと非アクティブとを切り替えることによって、結像Ｉ３の表示と非表示とを切り替えることができる。光透過性部材３３２０の表面を黒色、たとえば漆黒とし、液晶シャッタを閉状態とすると、観測者Ｏ３に、画像表示装置３０００の存在を意識させないようにして、高い意匠性を発揮させることができる。
本実施形態に係る画像表示装置３０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置３０００は、液晶シャッタとして動作する光透過性部材３３２０を備える。液晶シャッタの開閉を選択する開閉選択信号Ｄｓのアクティブと非アクティブとを切り替えることによって、結像Ｉ３の表示と非表示とを切り替えることができる。光透過性部材３３２０の表面を黒色、たとえば漆黒とし、液晶シャッタを閉状態とすると、観測者Ｏ３に、画像表示装置３０００の存在を意識させないようにして、高い意匠性を発揮させることができる。
【0156】
本実施形態に係る画像表示装置３０００において、制御部１４１０を設けることによって、結像Ｉ３の画角を制御することが可能になる。結像Ｉ３の画角を制御することによって、結像Ｉ３を表示したときであっても、観測者Ｏ３は、光透過性部材３３２０の存在を感じにくくなる。そのため、画像表示装置３０００の筐体１３００の形状や構造を観測者Ｏ３に意識させにくい意匠が可能となる。なお、制御部１４１０による結像の画角の制御機能や液晶シャッタ機能は、上述した第１、第２の実施形態に係る画像表示装置１０００、２０００や後述する第４～第７の実施形態に係る画像表示装置にも適用することができる。制御部１４１０による結像の画角を制御することによって、上述と同じ効果を奏するのは言うまでもない。
【0157】
（第４の実施形態）
図２０Ａおよび図２０Ｂは、第４の実施形態に係る画像表示装置の一部である光透過性部材を例示する模式図である。
図２０Ａおよび図２０Ｂでは、本実施形態に係る画像表示装置４０００のうち、光透過性部材４３２０の部分を拡大して示している。
図２０Ａは、結像Ｉ４が形成されていない場合の光透過性部材４３２０を表す。図２０Ｂは、結像Ｉ４が形成された場合の光透過性部材４３２０を表す。
図２０Ａおよび図２０Ｂは、第４の実施形態に係る画像表示装置の一部である光透過性部材を例示する模式図である。
図２０Ａおよび図２０Ｂでは、本実施形態に係る画像表示装置４０００のうち、光透過性部材４３２０の部分を拡大して示している。
図２０Ａは、結像Ｉ４が形成されていない場合の光透過性部材４３２０を表す。図２０Ｂは、結像Ｉ４が形成された場合の光透過性部材４３２０を表す。
【0158】
【0159】
図２０Ａおよび図２０Ｂには、着色部４３２１ａ、４３２１ｂによる表示の具体例が示されており、着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、ともに文字で表記された語である。着色部４３２１ａは、文字で着色部４３２１ｂおよび結像Ｉ４が表す表記が、「時、分、秒」や「ｈ、ｍ、ｓ」のように、現在の時刻を表現する語である。
【0160】
着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、たとえばインクジェット印刷等の印刷技術を利用することによって、形成することができる。着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、印刷に限らず、着色部４３２１ａ、４３２１ｂの形状をかたどったシールを貼付してもよい。着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、インクやシール等によって、光の透過を制限するように制御する。
【0161】
図２０Ｂに示すように、結像Ｉ４は、光透過性部材４３２０の着色部４３２１ａ、４３２１ｂを背景にして、空中に形成される。観測者は、空中に形成された結像Ｉ４を着色部４３２１ａ、４３２１ｂとともに、観測する。結像Ｉ４は、たとえば、図１に示した画像表示装置１０００と同様に、表示装置１１００から出射されたＬが結像素子３１０ａによって反射され、反射光Ｒが出射されることによって空中に形成される。
【0162】
本実施形態に係る画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係る画像表示装置は、着色部４３２１ａ、４３２１ｂを有する光透過性部材４３２０を備える。着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、あらかじめ印刷等により光透過性部材４３２０の表面に形成される。そのため、着色部４３２１ａ、４３２１ｂとして、微細な文字や記号、図形等を光透過性部材４３２０上に表現することができる。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係る画像表示装置は、着色部４３２１ａ、４３２１ｂを有する光透過性部材４３２０を備える。着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、あらかじめ印刷等により光透過性部材４３２０の表面に形成される。そのため、着色部４３２１ａ、４３２１ｂとして、微細な文字や記号、図形等を光透過性部材４３２０上に表現することができる。
【0163】
本実施形態に係る画像表示装置では、結像Ｉ４は、着色部４３２１ａ、４３２１ｂが描かれた光透過性部材４３２０を介して出射された光によって形成される。着色部４３２１ａ、４３２１ｂは光の透過を制御するため、観測者は、結像Ｉ４と着色部４３２１ａ、４３２１ｂとを同時に観測することができる。結像Ｉ４は、表示装置１１００に供給される画像データにしたがって、リアルタイムで変化させることができ、着色部４３２１ａ、４３２１ｂは、微細な文字等の情報を表現することができる。そのため、観測者は、視認性の高い情報をリアルタイムで確実に認識することができる。
【0164】
（第５の実施形態）
図２１は、第５の実施形態に係る画像表示装置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５０００は、結像素子３１０と、表示装置１１００と、筐体５３００と、光透過性部材５３２０と、を備える。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の光透過性部材１３２０と異なる光透過性部材５３２０を備える。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、表示装置１１００の位置と結像素子３１０の位置との関係が第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と相違する。また、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の結像素子３１０ａとは異なる結像素子３１０を備える。また、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の筐体１３００と異なる筐体５３００を備える。その他の点では、本実施形態に係る画像表示装置５０００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２１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、筐体５３００と、光透過性部材５３２０と、を備える。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の光透過性部材１３２０と異なる光透過性部材５３２０を備える。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、表示装置１１００の位置と結像素子３１０の位置との関係が第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と相違する。また、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の結像素子３１０ａとは異なる結像素子３１０を備える。また、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の筐体１３００と異なる筐体５３００を備える。その他の点では、本実施形態に係る画像表示装置５０００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。
【0165】
光透過性部材５３２０は、着色部５３２１ａを有する。着色部５３２１ａは、周縁部５３２１ｂに周囲を囲まれている。着色部５３２１ａは、表示装置１１００が出射する光の色の補色に着色されている。たとえば、表示装置１１００は、青白色の光を出射する場合には、着色部５３２１ａの色は、黄色である。表示装置１１００が出射した青白色の光が黄色の着色部５３２１ａを通過することによって、光透過性部材５３２０を介して出射された光は白色となる。観測者Ｏ５は、白色の光で空中に形成された結像Ｉ５を観測する。なお、周縁部５３２１ｂは、着色部５３２１ａと同じ色で着色されていてもよいし、他の色で着色されていてもよく、着色されていなくてもよい。
【0166】
結像素子３１０に関しては、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連して説明したように、筐体内のスペースや画像表示装置の設置場所等に応じて、いずれかの形態の結像素子１０、３１０、３１０ａが設けられる。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、結像素子３１０を備えるが、筐体等の応じて他の結像素子１０、３１０ａを備えてもよい。
【0167】
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。このような配置とするために、筐体５３００の形状が設定されている。筐体の形状等は、任意に適切なものとすることができる。
【0168】
表示装置１１００が結像素子３１０の直上に配置したことによって、表示装置１１００が出射した光Ｌは、下方に進行して結像素子３１０を照射する。結像素子３１０は、入射した光の一部を２面直交リフレクタで２回反射して、反射光Ｒを出射する。光透過性部材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。
【0169】
結像素子３１０の２面直交リフレクタで１回だけ反射された光や２面直交リフレクタで反射されなかった光は、図５に示した、隣り合うリフレクタ行２２の間隔２３から第２面３１１ｂ側に抜けていく。したがって、結像素子３１０は、２回反射光以外の光を第１面３１１ａ側に出射することがない。そのため、本実施形態に係る画像表示装置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。
【0170】
第２面３１１ｂ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の内壁の底面および壁面に形成された黒色の塗料の塗布膜である。遮光部材５３１０は、筐体５３００の構成材の厚さに比べて十分に薄いため、図２１では、筐体５３００の内部の面として表されている。
【0171】
本実施形態に係る画像表示装置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の形成が抑制される。
【0172】
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、表示装置１１００が出射する光の色の補色の着色部５３２１ａを有する光透過性部材を備える。そのため、着色部５３２１ａは、表示装置１１００が出射する光の光学フィルタとして機能し、出射する光の波長を制御する。たとえば、光透過性部材５３２０が意匠上青色に設定され、結像Ｉ５が白色に設定されている場合には、表示装置１１００が出射する光を黄白色となるように波長が設定される。黄白色の光を黄色の補色である青色の着色部５３２１ａを介して出射することによって、表示装置１１００が出射する光の波長がシフトされ、白色の光で結像Ｉ５が形成される。
本実施形態に係る画像表示装置５０００は、表示装置１１００が出射する光の色の補色の着色部５３２１ａを有する光透過性部材を備える。そのため、着色部５３２１ａは、表示装置１１００が出射する光の光学フィルタとして機能し、出射する光の波長を制御する。たとえば、光透過性部材５３２０が意匠上青色に設定され、結像Ｉ５が白色に設定されている場合には、表示装置１１００が出射する光を黄白色となるように波長が設定される。黄白色の光を黄色の補色である青色の着色部５３２１ａを介して出射することによって、表示装置１１００が出射する光の波長がシフトされ、白色の光で結像Ｉ５が形成される。
【0173】
本実施形態に係る画像表示装置５０００では、表示装置１１００を第１面３１１ａの法線方向である結像素子３１０の直上に配置し、結像素子３１０の２回反射光を結像素子３１０の側方に出射して結像させる。そのため、実像以外のゴースト画像の表示を防止することができる。
【0174】
なお、本実施形態に係る画像表示装置について、図１に示した画像表示装置１０００のように、光源である表示装置は、結像素子の直上に空中画像を結像させるように、配置してもよい。
【0175】
上述した第１～第４の実施形態に係る画像表示装置１０００～４０００および後述する第６、第７の実施形態に係る画像表示装置のそれぞれについて、本実施形態の場合の表示装置１１００、結像素子３１０ａおよび結像の形成位置の関係を適用することができる。本実施形態における表示装置１１００、結像素子３１０ａおよび結像の形成位置の関係を他の実施形態に係る画像表示装置に適用しても上述と同じ効果を奏するのは言うまでもない。
【0176】
（第６の実施形態）
図２２は、第６の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２２に示すように、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００と、光透過性部材６３２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０と異なる光透過性部材６３２０を備える。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置６０００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６の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２２に示すように、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００と、光透過性部材６３２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０と異なる光透過性部材６３２０を備える。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置６０００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。
【0177】
本実施形態に係る画像表示装置６０００は、高い光の透過性を有する光透過性部材６３２０を備えている。光透過性部材６３２０のＨａｚｅ値は、５０％以下とされ、好ましくは、１０％以下である。
【0178】
光透過性部材６３２０は、基材６３２１ａと光反射防止部材６３２１ｂ、６３２１ｃとを有する。基材６３２１ａは、２つの面を有する板材である。基材６３２１ａは、透光性を有する材料で形成される。基材６３２１ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０と同様の材料で形成される。光反射防止部材６３２１ｂは、基材６３２１ａの一方の面（第１面）に配置される。光反射防止部材６３２１ｃは、基材６３２１ａの他方の面（第２面）に配置される。なお、図２２に示した例では、光反射防止部材６３２１ｂ、６３２１ｃは、反射防止膜であり、基材６３２１ａの厚さに比べて十分に薄いため、図２２では基材６３２１ａの面として表されている。
【0179】
光透過性部材６３２０が筐体１３００に配置された場合に、光反射防止部材６３２１ｂは、筐体１３００の内側になるように基材６３２１ａに配置される。光反射防止部材６３２１ｂは、結像素子３１０ａから出射された反射光Ｒが再度反射して筐体１３００の内部への戻り光となるのを防止する。
【0180】
光透過性部材６３２０が筐体１３００に配置された場合に、光反射防止部材６３２１ｃは、筐体１３００の外側になるように、基材６３２１ａに配置される。光反射防止部材６３２１ｃは、筐体１３００の外部の光が光透過性部材６３２０で反射するのを防止する。
【0181】
図２３は、第６の実施形態に係る画像表示装置の動作を説明するための模式図である。
図２３には、観測者Ｏ６、結像Ｉ６および光透過性部材６３２０の位置の関係が示されている。観測者Ｏ６は、両目で空中に形成される結像Ｉ６を光透過性部材６３２０の表面（出射面）６３２０Ｓに投影するように観測する。表面６３２０Ｓに模様等が施されている場合には、観測者Ｏ６は、表面６３２０Ｓの模様等に結像Ｉ６を重ねて観測する。
図２３には、観測者Ｏ６、結像Ｉ６および光透過性部材６３２０の位置の関係が示されている。観測者Ｏ６は、両目で空中に形成される結像Ｉ６を光透過性部材６３２０の表面（出射面）６３２０Ｓに投影するように観測する。表面６３２０Ｓに模様等が施されている場合には、観測者Ｏ６は、表面６３２０Ｓの模様等に結像Ｉ６を重ねて観測する。
【0182】
結像Ｉ６は、幅ＷＩ６で空中に形成され、光透過性部材６３２０は、幅Ｗ６３２０を有するものとする。観測者Ｏ６は、観測者Ｏ６、結像Ｉ６の形成位置および光透過性部材６３２０のそれぞれの離間距離に応じた投影幅で光透過性部材６３２０の表面６３２０Ｓ上に投影される結像Ｉ６を観測する。
【0183】
ここで、観測者Ｏ６の両目には視差があるので、表面（出射面）６３２０Ｓ上に投影される結像Ｉ６の幅（結像面の幅）は、視差がない場合に表面６３２０Ｓに投影される場合の幅よりも広い。
【0184】
より具体的には、図２３に示すように、観測者Ｏ６の左目ＥＬの視野では、結像Ｉ６は、表面６３２０Ｓ上に幅ＷＬで投影される。観測者Ｏ６の右目ＥＲの視野では、結像Ｉ６は、表面６３２０Ｓ上に幅ＷＲで投影される。左目ＥＬの結像Ｉ６の投影像の幅ＷＬは、右目ＥＲの結像Ｉ６の投影像の幅ＷＲとほぼ等しいが、左右の投影像は左右にずれている。観測者Ｏ６は、左右にずれた投影像を自己の脳内で１つの投影像と認識するように補正する。そのため、観測者Ｏ６には、結像Ｉ６が左右の視差なしで表面６３２０Ｓに投影される場合よりも、表面６３２０Ｓ上の結像Ｉ６の投影像の幅は、左右の視差分、広く認識される。
【0185】
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、光透過性部材６３２０の幅Ｗ６３２０は、観測者Ｏ６の両目の視差による結像Ｉ６の表面６３２０Ｓの投影像の幅よりも広くなるように設定されている。そのため、結像Ｉ６が表面６３２０Ｓに投影された場合に、結像Ｉ６は、光透過性部材６３２０の幅Ｗ６３２０の範囲内となる。
【0186】
本実施形態に係る画像表示装置６０００の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の効果と同様の効果を奏する。そのほか以下の効果を奏する。すなわち、光透過性部材６３２０は、基材６３２１ａの内側の面に光反射防止部材６３２１ｂを有する。そのため、筐体１３００の内部で光反射防止部材６３２１ｂで反射され戻り光となることが防止されるので、高い輝度の光が出射されて結像Ｉ６が形成される。また、光透過性部材６３２０は、基材６３２１ａの外側の面に光反射防止部材６３２１ｃを有する。そのため筐体１３００の外部での光の反射が防止されるので、光透過性部材６３２０から出射された光によって形成された結像Ｉ６は、十分なコントラストで空中に表示される。
本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の効果と同様の効果を奏する。そのほか以下の効果を奏する。すなわち、光透過性部材６３２０は、基材６３２１ａの内側の面に光反射防止部材６３２１ｂを有する。そのため、筐体１３００の内部で光反射防止部材６３２１ｂで反射され戻り光となることが防止されるので、高い輝度の光が出射されて結像Ｉ６が形成される。また、光透過性部材６３２０は、基材６３２１ａの外側の面に光反射防止部材６３２１ｃを有する。そのため筐体１３００の外部での光の反射が防止されるので、光透過性部材６３２０から出射された光によって形成された結像Ｉ６は、十分なコントラストで空中に表示される。
【0187】
光反射防止部材は、基材６３２１ａの両面に配置されることが好ましいが、反射光の発生の状況等に応じて、一方の面に光反射防止部材を配置し、他方の面の光反射防止部材の配置を省略してもよい。
【0188】
本実施形態に係る画像表示装置６０００では、光透過性部材６３２０の幅Ｗ６３２０は、観測者Ｏ６の視差にもとづいて、結像Ｉ６の全体が光透過性部材６３２０の表面６３２０Ｓに投影されるように設定されている。そのため、光透過性部材６３２０に模様等が施されている場合に、観測者Ｏ６は、結像Ｉ６の全体を光透過性部材６３２０の模様等に重ねて観測することができる。
【0189】
なお、上述した第１～第５の実施形態に係る画像表示装置１０００～５０００および後述する第７の実施形態に係る画像表示装置の光透過性部材に光反射防止部材を設けることができる。第１～第５の実施形態に係る画像表示装置１０００～５０００および第７の実施形態に係る画像表示装置の光透過性部材に光反射防止部材を設けることによって、本実施形態に係る画像表示装置６０００と同じ効果を奏するのは言うまでもない。
【0190】
また、上述した第１～第５の実施形態に係る画像表示装置１０００～５０００および後述する第７の実施形態に係る画像表示装置の光透過性部材の幅を、結像を観測する観測者の両目の視差に応じた幅とすることもでき、本実施形態に係る画像表示装置６０００と同じ効果を奏するのは言うまでもない。
【0191】
（第７の実施形態）
図２４は、第７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７０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００と、光透過性部材７３２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置７０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０と異なる光透過性部材７３２０を備える。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置７０００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２４は、第７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７０００は、結像素子３１０ａと、表示装置１１００と、筐体１３００と、光透過性部材７３２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置７０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の光透過性部材１３２０と異なる光透過性部材７３２０を備える。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置７０００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。
【0192】
光透過性部材７３２０は、レンズ部７３２１ａと周縁部７３２１ｂとを有する。レンズ部７３２１ａの周囲を取り囲んで周縁部７３２１ｂが配置されている。周縁部７３２１ｂは、筐体１３００の窓枠１３２２に沿って配置されている。
【0193】
レンズ部７３２１ａは、結像素子３１０ａが出射する反射光Ｒの光路に配置される。レンズ部７３２１ａは、結像素子３１０ａから出射された反射光Ｒの焦点の位置を変更する。画像表示装置７０００では、レンズ部７３２１ａが設けられたことによって、レンズ部７３２１ａがない場合の焦点よりも光透過性部材７３２０からより離れた位置に焦点を形成する。そのため、観測者Ｏ７から見ると、結像Ｉ７は、観測者Ｏ７により近い位置に形成される。
【0194】
レンズ部７３２１ａは、結像Ｉ７が形成される位置を適切かつ任意に設定するために凸レンズ、凹レンズまたはフレネルレンズとすることができる。レンズ部７３２１ａを狭ピッチのフレネルレンズとすることによって、光透過性部材７３２０自体を薄型化することができるとともに、結像Ｉ７のぼやけを防止することができる。
【0195】
本実施形態に係る画像表示装置７０００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７０００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７０００は、以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係る画像表示装置７０００は、レンズ部７３２１ａを有する光透過性部材７３２０を備える。レンズ部７３２１ａを適切に設定することによって、結像Ｉ７が形成される位置を調整することができる。結像Ｉ７の形成位置を調整することによって、表示装置１１００および結像素子３１０ａの配置を最適化し、表示装置１１００および結像素子３１０ａを配置する筐体１３００自体を小型化することが可能になる。
本実施形態に係る画像表示装置７０００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７０００は、以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係る画像表示装置７０００は、レンズ部７３２１ａを有する光透過性部材７３２０を備える。レンズ部７３２１ａを適切に設定することによって、結像Ｉ７が形成される位置を調整することができる。結像Ｉ７の形成位置を調整することによって、表示装置１１００および結像素子３１０ａの配置を最適化し、表示装置１１００および結像素子３１０ａを配置する筐体１３００自体を小型化することが可能になる。
【0196】
レンズ部７３２１ａを狭ピッチのフレネルレンズとする等、適切な光学設計都することによって、画像表示装置７０００の構成部材の小型化や薄型化を実現し、より鮮明な結像Ｉ７を形成することが可能になる。
【0197】
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。
【0198】
（付記１）
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【0199】
（付記２）
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
前記結像素子から出射される光を透過するように配置され、前記結像素子から出射される光のうち少なくとも一部の波長を有する光の透過を選択的に制御する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【0200】
（付記３）
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面とが交差する直線と、前記第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で反射された１回反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記１回反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【0201】
（付記４）
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
結像素子と、
前記結像素子に光を照射する光源と、
少なくとも前記光源の光の一部を遮光する遮光部材と、
５０％以下のＨａｚｅ値を有し、前記結像素子から出射される光を透過する光透過性部材と、
を備え、
前記結像素子は、
第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材と、前記基材上に設けられたリフレクタアレイと、を含むか、第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面を有する基材に設けられたリフレクタアレイと、を含み、
前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って設けられた複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に互いに間隔をあけて平行に配列され、
前記複数の２面直交リフレクタは、前記第１面の側からの光を反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面に直交するように設けられ、前記第１反射面からの反射光を前記第１面の側に反射するように設けられた第２反射面と、をそれぞれ含み、
前記複数のリフレクタ行のそれぞれでは、前記第１反射面と前記第２反射面が交差する直線と、前記第１方向および前記第２方向を含む仮想平面と、の間の角度は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記第１反射面と前記仮想平面との間の角度は、４５°よりも大きく、９０°よりも小さい値に設定され、
前記複数のリフレクタ行は、前記複数のリフレクタ行のうち、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、もっとも小さい値に設定された第１リフレクタ行を含み、
前記複数のリフレクタ行のうち、残りのリフレクタ行は、前記直線と前記仮想平面との間の角度が、前記第１リフレクタ行から前記第２方向に沿って一方向に離れるほど大きい値に設定され、
前記光源は、前記第１面側に設けられ、
前記複数の２面直交リフレクタのそれぞれは、前記光源から出射された光のうち前記第１反射面で１回反射された反射光の一部が、前記第２反射面に向かって進行し、前記反射光の別の一部が前記第２面側に向かって進行するように設けられ、
前記光透過性部材は、前記反射光の一部を前記第２反射面で反射した２回反射光を透過するように設けられた画像表示装置。
【0202】
（付記５）
前記光透過性部材は、黒色に着色された着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、黒色に着色された着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
【0203】
（付記６）
前記光透過性部材は、第１光透過性部材と、前記第１光透過性部材に対向して配置された第２光透過性部材と、前記第１光透過性部材と前記第２光透過性部材との間に配置され、開閉選択信号により前記光の透過を制御する液晶と、を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、第１光透過性部材と、前記第１光透過性部材に対向して配置された第２光透過性部材と、前記第１光透過性部材と前記第２光透過性部材との間に配置され、開閉選択信号により前記光の透過を制御する液晶と、を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
【0204】
（付記７）
前記光透過性部材は、文字、記号および図形のうち少なくとも１つを含む着色部を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、文字、記号および図形のうち少なくとも１つを含む着色部を含む付記１または２に記載の画像表示装置。
【0205】
（付記８）
前記光透過性部材は、前記光源の光の補色の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、前記光源の光の補色の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１または２に記載の画像表示装置。
【0206】
（付記９）
前記光透過性部材は、第１面と前記第１面の反対側に第２面を有する透光性の基材と、前記第１面または前記第２面の少なくとも一方に配置された光反射防止部材と、を有する付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、第１面と前記第１面の反対側に第２面を有する透光性の基材と、前記第１面または前記第２面の少なくとも一方に配置された光反射防止部材と、を有する付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0207】
（付記１０）
前記光透過性部材は、前記光源の光が結像素子から出射される出射面を有し、
前記出射面の幅は、前記光源の光が結像素子から出射されて結像が形成される結像面の幅よりも広い付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、前記光源の光が結像素子から出射される出射面を有し、
前記出射面の幅は、前記光源の光が結像素子から出射されて結像が形成される結像面の幅よりも広い付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0208】
（付記１１）
前記遮光部材は、前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体の一部であり、
前記光透過性部材は、前記筐体の他の一部である付記１～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記遮光部材は、前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体の一部であり、
前記光透過性部材は、前記筐体の他の一部である付記１～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0209】
（付記１２）
前記光透過性部材は、前記筐体の表面に施された模様と連続した模様の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１１記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、前記筐体の表面に施された模様と連続した模様の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１１記載の画像表示装置。
【0210】
（付記１３）
前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体をさらに備え、
前記光透過性部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過性部材との間に設けられた付記１～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光源および前記結像素子の周囲に設けられた筐体をさらに備え、
前記光透過性部材は、前記筐体の一部に設けられ、
前記遮光部材は、前記光源と前記光透過性部材との間に設けられた付記１～１０のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0211】
（付記１４）
前記光透過性部材は、前記筐体の表面に施された模様と連続した模様の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１３記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、前記筐体の表面に施された模様と連続した模様の着色部を有し、
前記着色部は、前記光の透過を制御する付記１３記載の画像表示装置。
【0212】
（付記１５）
前記光透過性部材は、レンズを含む付記１～１４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記光透過性部材は、レンズを含む付記１～１４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0213】
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。
【0214】
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】
【0215】
１０、３１０、３１０ａ…結像素子、１２、３１２…基材、２０…リフレクタアレイ、２２…リフレクタ行、２３…間隔、３０…２面直交リフレクタ、３１…第１反射面、３２…第２反射面、１０００、１０００ａ、２０００、３０００、５０００、６０００、７０００…画像表示装置、１１００…表示装置、１１２０…ＬＥＤ素子、１３００、１３００ａ、５３００…筐体、１３１０、１３１０ａ、５３１０…遮光部材、１３２０、２３２０、３３２０、４３２０、５３２０、６３２０、７３２０…光透過性部材
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】