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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】P2024085247
(43)【公開日】2024-06-26
(54)【発明の名称】画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20240619BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20240619BHJP
G02B 5/26 20060101ALI20240619BHJP
【ＦＩ】
G02B30/56
H01L33/00 L
G02B5/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022199670
(22)【出願日】2022-12-14
(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】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】秋元 肇
(72)【発明者】
【氏名】宮城 和宏
(72)【発明者】
【氏名】小谷 正和
【テーマコード（参考）】
2H148
2H199
5F142
【Ｆターム（参考）】
2H148FA01
2H148FA15
2H199BA32
2H199BA63
2H199BB17
2H199BB25
2H199BB52
2H199BB59
2H199BB67
2H199BB68
5F142BA32
5F142CA11
5F142CB23
5F142CD02
5F142CD15
5F142CG03
5F142CG14
5F142DA13
5F142DA64
5F142DB20
5F142DB24
5F142GA01
(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、複数の光源と、を備える。前記結像素子は、前記複数の光源の光を反射して、複数の結像を空中に形成する。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、を有する。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２面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。
【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、複数の光源と、を備える。前記結像素子は、前記複数の光源の光を反射して、複数の結像を空中に形成する。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、を有する。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２面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。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の光源と、
前記複数の光源の光を反射して、複数の結像を空中に形成する結像素子と、
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第１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、前記第１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、前記第１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。
前記複数の光源の光を反射して、複数の結像を空中に形成する結像素子と、
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第１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、前記第１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、前記第１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】
前記複数の光源は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿って配置されるとともに、前記結像素子に光を照射し、
前記結像素子は、前記複数の結像を異なる位置に形成する請求項１記載の画像表示装置。
前記結像素子は、前記複数の結像を異なる位置に形成する請求項１記載の画像表示装置。
【請求項3】
前記複数の光源は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面と平行である第４方向に沿って配置されるとともに、前記結像素子に光を照射し、
前記結像素子は、前記複数の結像を異なる位置に形成する請求項１記載の画像表示装置。
前記結像素子は、前記複数の結像を異なる位置に形成する請求項１記載の画像表示装置。
【請求項4】
前記複数の光源は、第１光源と第２光源とを含み、
前記第２光源は、前記第１光源と前記結像素子とを結んだ第２直線上に配置された請求項１記載の画像表示装置。
前記第２光源は、前記第１光源と前記結像素子とを結んだ第２直線上に配置された請求項１記載の画像表示装置。
【請求項5】
光源と、
前記光源からの光を反射して結像を空中に形成する複数の結像素子と、
を備え、
前記結像素子のそれぞれは、
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第１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、前記第１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、前記第１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。
前記光源からの光を反射して結像を空中に形成する複数の結像素子と、
を備え、
前記結像素子のそれぞれは、
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第１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、前記第１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、前記第１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6】
前記複数の結像素子は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面と交差する第５方向に沿って配置されるとともに、前記光源からの光を反射し、
前記複数の結像素子は、前記第５方向に沿って前記複数の結像をそれぞれ異なる位置に形成する請求項５記載の画像表示装置。
前記複数の結像素子は、前記第５方向に沿って前記複数の結像をそれぞれ異なる位置に形成する請求項５記載の画像表示装置。
【請求項7】
前記複数の結像素子は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面と平行である第６方向に沿って配置されるとともに、前記光源からの光を反射し、
前記複数の結像素子は、前記第６方向に沿って前記複数の結像をそれぞれ異なる位置に形成する請求項５記載の画像表示装置。
前記複数の結像素子は、前記第６方向に沿って前記複数の結像をそれぞれ異なる位置に形成する請求項５記載の画像表示装置。
【請求項8】
複数の光源と、
前記複数の光源の光を反射して、複数の結像をそれぞれ空中に形成する結像素子と、
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反射面が交差する第１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、前記第１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、前記第１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。
前記複数の光源の光を反射して、複数の結像をそれぞれ空中に形成する結像素子と、
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反射面が交差する第１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、前記第１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、前記第１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9】
光源と、
前記光源の光を反射して、結像を空中にそれぞれ形成する複数の結像素子と、
を備え、
前記結像素子のそれぞれは、
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反射面が交差する第１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、前記第１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、前記第１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。
前記光源の光を反射して、結像を空中にそれぞれ形成する複数の結像素子と、
を備え、
前記結像素子のそれぞれは、
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反射面が交差する第１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、前記第１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、前記第１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。
【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、複数の光源と、前記複数の光源の光を反射して、複数の結像を空中に形成する結像素子と、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第１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、前記第１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、前記第１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、光源と、前記光源からの光を反射して結像を空中に形成する複数の結像素子と、を備える。前記結像素子のそれぞれは、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第１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、前記第１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、前記第１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。
【0012】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、複数の光源と、前記複数の光源の光を反射して、複数の結像をそれぞれ空中に形成する結像素子と、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反射面が交差する第１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、前記第１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、前記第１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。
【0013】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、光源と、前記光源の光を反射して、結像を空中にそれぞれ形成する複数の結像素子と、を備える。前記結像素子のそれぞれは、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反射面が交差する第１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、前記第１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、前記第１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】
【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2】第１の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置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17】第２の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置を説明するための模式図である。
【図18】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】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20】第４の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置を説明するための模式図である。
【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。
【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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。画像表示装置１０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、をさらに備える。画像表示装置１０００は、カメラ用照明１４４０を備えてもよい。
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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。画像表示装置１０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、をさらに備える。画像表示装置１０００は、カメラ用照明１４４０を備えてもよい。
【0018】
図１の例の画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａ、表示装置１１００ａ、１１００ｂおよび制御装置１４１０は、筐体１３００内に配置されている。制御装置１４１０は、表示装置１１００ａ、１１００ｂとともに筐体１３００の上部に配置され、表示装置設置部１３４０内に配置されている。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、窓枠１３２２によって区画された開口が設けられ、筐体１３００の窓枠１３２２には窓部材１３２０が配置されている。窓部材１３２０は、透光性を有する。
【0019】
画像表示装置１０００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。画像表示装置１０００の説明のための３次元直交座標系は、α軸、β軸およびγ軸を含む直交座標系である。α軸に平行な方向を「α方向」といい、β軸に平行な方向を「β方向」といい、γ軸に平行な方向を「γ方向」ということがある。
【0020】
図１の例では、α軸およびβ軸を含むαβ平面は、画像表示装置１０００が載置された平面１に平行な平面である。α方向は、画像表示装置１０００の奥行方向であるものとする。β方向は、画像表示装置１０００の幅方向であるものとする。γ軸はαβ平面に直交しており、γ方向は画像表示装置１０００の高さ方向であるものとする。
【0021】
２つの表示装置１１００ａ、１１００ｂは、αβ平面に略平行な平面に並んで配置されている。２つの表示装置１１００ａ、１１００ｂは、α方向に沿って配置されている。結像素子３１０ａは、β方向に平行であって、αβ平面から０°以上の角度δを有する平面上に配置されている。なお、角度δを有する平面は、図７、図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して後述する結像素子３１０ａの第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０に平行な平面であり、Ｘ２Ｙ２平面に平行な面である。つまり、α方向（第３方向）とは、角度δでＸ２Ｙ２平面に交差する方向である。
【0022】
表示装置１１００ａは、光Ｌａを結像素子３１０ａに向けて出射するように配置される。表示装置１１００ｂは、光Ｌｂを結像素子３１０ａに向けて出射するように配置される。
【0023】
結像素子３１０ａでは、図６および図８に関連して後に詳述するリフレクタ行２２は、上面視において、表示装置１１００ａ、１１００ｂが配置される方向に直交する方向に沿って延伸し、複数のリフレクタ行２２は、表示装置１１００ａ、１１００ｂが配置される方向に沿って、後述するＸ２Ｙ２平面上に並んで配置される。つまり、リフレクタ行２２は、γ方向から見たときに、α方向に直交する方向、すなわちβ方向に沿って延伸し、複数のリフレクタ行は、α方向に沿って、後述するＸ２Ｙ２平面上に並んで配置される。
【0024】
結像素子３１０ａは、光Ｌａを入射し反射光Ｒａを出射し、光Ｌｂを入射し反射光Ｒｂを出射するように配置される。反射光Ｒａ、Ｒｂを出射する角度は、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の法線方向である。つまり、反射光Ｒａ、Ｒｂは、αβ平面からほぼ９０°－δの角度で出射される。出射された反射光Ｒａ、Ｒｂは、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂをそれぞれ形成する。
【0025】
表示装置１１００ａ、１１００ｂ、結像素子３１０ａおよび結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂのそれぞれの位置について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置を説明するための模式図である。
図２は、画像表示装置１０００が表示する結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを観測する観測者Ｏ１の位置も合わせて示されている。図２は、画像表示装置１０００、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂおよび観測者Ｏ１をγ軸の正方向から負方向に向かって見た場合の模式図である。図２では、図６～図１５に関連して詳述する結像素子３１０ａのリフレクタ行２２は、α方向に幅を有しているが、図示の煩雑さを避けるため、リフレクタ行２２ごとに直線で示されている。後述する図１７および図２０についても同様である。
図２は、第１の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置を説明するための模式図である。
図２は、画像表示装置１０００が表示する結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを観測する観測者Ｏ１の位置も合わせて示されている。図２は、画像表示装置１０００、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂおよび観測者Ｏ１をγ軸の正方向から負方向に向かって見た場合の模式図である。図２では、図６～図１５に関連して詳述する結像素子３１０ａのリフレクタ行２２は、α方向に幅を有しているが、図示の煩雑さを避けるため、リフレクタ行２２ごとに直線で示されている。後述する図１７および図２０についても同様である。
【0026】
α軸の正方向を観測者Ｏ１から画像表示装置１０００へ向かう方向とすると、図２に示すように、表示装置１１００ａ、１１００ｂは、α軸の正方向に向かってこの順で配置されている。表示装置１１００ａおよび結像素子３１０ａは、α方向に並んで配置され、表示装置１１００ｂおよび結像素子３１０ａも、α方向に並んで配置されている。結像素子３１０ａは、リフレクタ行２２がα方向に直交し、β方向に平行な方向となるように配置されている。
【0027】
表示装置１１００ａから出射された光Ｌａは、結像素子３１０ａで反射され、結像素子３１０ａは、反射光Ｒａを出射する。反射光Ｒａは結像して、結像Ｉ１ａを形成する。表示装置１１００ｂから出射された光Ｌｂは、結像素子３１０ａで反射され、結像素子３１０ａは、反射光Ｒｂを出射する。反射光Ｒｂは、結像して、結像Ｉ１ｂを形成する。結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂは、画像表示装置１０００と観測者Ｏ１との間に形成される。表示装置１１００ａの位置が、表示装置１１００ｂの位置よりも観測者Ｏ１に近いので、結像Ｉ１ａが形成される位置は、結像Ｉ１ｂが形成される位置よりも観測者Ｏ１に近い。また、表示装置１１００ａの位置が、表示装置１１００ｂの位置よりも－α方向の位置にあるので、結像Ｉ１ａが形成される位置は、結像Ｉ１ｂが形成される位置よりも－γ方向の位置になる。
【0028】
表示装置１１００ａ、１１００ｂの位置および光の出射面のαβ平面からの角度を適切に設定し、結像素子３１０ａの位置および第１面３１１ａのαβ平面からの角度を適切に設定することによって、図２の例のように、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂをα方向に並べて形成することができる。これに限らず、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂのそれぞれの形成位置は任意に設定される。結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂのそれぞれの形成位置を結像が重ならないように設定した場合には、観測者Ｏ１は、２つの結像を観測することができる。２つの結像は、同一の画像であってもよいし、異なる画像であってもよい。表示装置を３つ以上とすることによって、異なる形成位置に３つ以上の結像を形成することができる。
【0029】
図１に戻って説明を続ける。
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、制御装置１４１０および撮像部１４３０を備えることによって、観測者Ｏ１の位置に応じて、適切な位置に結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを形成することができる。より具体的には、撮像部１４３０は、観測者Ｏ１を撮像し、観測者Ｏ１の位置の情報を含む画像データを生成し、制御装置１４１０に出力する。制御装置１４１０は、画像データを画像処理して、観測者Ｏ１の位置を検出する。制御装置１４１０は、検出された観測者Ｏ１の位置にもとづいて、表示装置１１００ａ、１１００ｂのそれぞれの位置および光の出射角度を調整し、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂの位置を修正する。
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、制御装置１４１０および撮像部１４３０を備えることによって、観測者Ｏ１の位置に応じて、適切な位置に結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを形成することができる。より具体的には、撮像部１４３０は、観測者Ｏ１を撮像し、観測者Ｏ１の位置の情報を含む画像データを生成し、制御装置１４１０に出力する。制御装置１４１０は、画像データを画像処理して、観測者Ｏ１の位置を検出する。制御装置１４１０は、検出された観測者Ｏ１の位置にもとづいて、表示装置１１００ａ、１１００ｂのそれぞれの位置および光の出射角度を調整し、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂの位置を修正する。
【0030】
カメラ用照明１４４０を設ける場合には、カメラ用照明１４４０は、撮像部１４３０が撮像する観測者Ｏ１を照らすように、たとえば、画像表示装置１０００の前面の一部に配置される。カメラ用照明を設けることによって、撮像部１４３０は、より鮮明に観測者Ｏ１を撮像することができ、制御装置１４１０は、より正確に観測者Ｏ１の位置を検出することができる。
【0031】
画像データに観測者Ｏ１の目や瞳の位置の情報を含むようにすることによって、制御装置１４１０は、観測者Ｏ１の目や瞳の位置に応じて結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂの形成される位置を調整することができる。このようにすることによって、観測者Ｏ１が見ている位置を推定することが可能になり、より適切な位置に結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂの形成される位置を調整することができる。
【0032】
撮像部１４３０およびカメラ用照明１４４０は、可視光による画像を取得する場合に限らず、たとえば赤外光による画像を取得するようにしてもよい。観測者Ｏ１は、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを観測している場合には、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを形成している光は観測者Ｏ１を照射している。結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを形成する光の照射を受けた観測者Ｏ１を撮像すると、照射された光がノイズとなって、観測者Ｏ１の目や瞳の位置を検出することが困難になる場合がある。撮像部１４３０およびカメラ用照明１４４０を赤外光の画像を取得できるようにすることにより、画像データからノイズを除去することができ、観測者Ｏ１の目や瞳の位置をより正確に検出することが可能になる。
【0033】
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１１００ａ、１１００ｂが出射した光Ｌａ、Ｌｂを入射して、斜め上方に向かう反射光Ｒａ、Ｒｂとして出射する。反射光Ｒａ、Ｒｂは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の略法線方向に出射される。結像素子３１０ａは、反射光Ｒａ、Ｒｂ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。
【0034】
筐体１３００は、結像素子３１０ａ、表示装置１１００ａ、１１００ｂおよび制御装置１４１０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。
【0035】
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抑制する。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。
【0036】
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Ｒａ、Ｒｂ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。
【0037】
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Ｒａ、Ｒｂ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。
【0038】
画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａの略直上に画像Ｉ１ａ、Ｉｂ１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。
【0039】
結像素子３１０ａから出射される反射光Ｒａ、Ｒｂは、窓部材１３２０を透過して、筐体１３００の外部で画像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂをそれぞれ形成する。窓部材１３２０は、結像素子３１０ａと、画像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂ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Ｉ１ａ、Ｉ１ｂは、観測者Ｏ１と窓部材１３２０との間に形成される。
【0040】
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２回反射光以外の光を遮光することができる。
【0041】
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。
図１に示した複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂは、同一の構成を備えている。図３Ａ～図５に関連して表示装置の構成を説明する場合には、表示装置１１００ａ、１１００ｂを表示装置１１００として説明する。
図３Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図４Ａは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における模式的な矢視断面図である。
図１に示した複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂは、同一の構成を備えている。図３Ａ～図５に関連して表示装置の構成を説明する場合には、表示装置１１００ａ、１１００ｂを表示装置１１００として説明する。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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、制御装置１４１０に電気的に接続される。表示制御部１４１６は、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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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型半導体層の表面を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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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３Ａ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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
図６に戻って説明を続ける。
リフレクタ行２２は、Ｘ２方向（第１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（第２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（第１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（第２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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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、虚像観測抑制等のために、光透過性や光吸収性をもたせることが好ましい。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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（第１直線）３３－１～３３－５の角度で表される。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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１１００ａ、１１００ｂを配置し、リフレクタアレイの直上の所望の位置に結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを形成することができる。
【0131】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂを備える。複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂの位置および光が出射される角度を適切に設定することによって、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂが出射する光で形成される画像に応じた結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを重ならないように空中にそれぞれ形成することができる。
【0132】
表示装置１１００ａ、１１００ｂをα方向（第３方向）に沿って配置することによって、表示装置１１００ａ、１１００ｂからα方向に離隔して配置された結像素子３１０ａは、α方向に沿って異なる位置に結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂを形成することができる。
【0133】
（第２の実施形態）
図１６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１６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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、画像表示装置２０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、を備え、カメラ用照明１４４０をさらに備えてもよい。本実施形態に係る画像表示装置２０００は、表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置が、図１に示した画像表示装置１０００の場合と相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置２０００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１６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１６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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、画像表示装置２０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、を備え、カメラ用照明１４４０をさらに備えてもよい。本実施形態に係る画像表示装置２０００は、表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置が、図１に示した画像表示装置１０００の場合と相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置２０００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。
【0134】
表示装置１１００ａ、１１００ｂは、αβ平面に平行な平面に配置され、β方向に沿って配置されている。図１に示した例と同様に、結像素子３１０ａは、β方向に平行であって、αβ平面から０°以上の角度δを有する平面上に配置されている。つまり、β方向（第４方向）は、Ｘ２Ｙ２平面に平行な方向である。
【0135】
表示装置１１００ａは、光Ｌａを結像素子３１０ａに向けて出射するように配置される。表示装置１１００ｂは、光Ｌｂを結像素子３１０ａに向けて出射するように配置される。
【0136】
結像素子３１０ａでは、図２に示した例と同様に、リフレクタ行２２は、γ方向から見たときに、α方向に直交する方向、すなわちβ方向に延伸し、複数のリフレクタ行２２は、α方向に沿って並んで配置される。
【0137】
結像素子３１０ａは、光Ｌａを入射し反射光Ｒａを出射し、光Ｌｂを入射し反射光Ｒｂを出射するように配置される。図２に示した例と同様に、反射光Ｒａ、Ｒｂを出射する角度は、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の略法線方向である。つまり、反射光Ｒａ、Ｒｂは、αβ平面からほぼ９０°－δの角度で出射される。出射された反射光Ｒａ、Ｒｂは、結像Ｉ１ａ、Ｉ１ｂをそれぞれ形成する。
【0138】
図１７は、第２の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置を説明するための模式図である。
図１７を用いて、本実施形態に係る画像表示装置２０００における表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置について説明する。
図１７を用いて、本実施形態に係る画像表示装置２０００における表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置について説明する。
【0139】
画像表示装置２０００では、表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置により、異なる位置に結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂが形成され、結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂを異なる観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂが観測する。図１７は、画像表示装置２０００が表示する結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂを観測する観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂの位置も合わせて示している。図１７は、画像表示装置２０００、結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂおよび観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂをγ軸の正方向から負方向に向かって見た場合の模式図である。
【0140】
α軸の正方向を観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂから画像表示装置２０００に向かう方向とし、観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂは、β方向に離隔して並んで位置するものとする。この場合には、図１７に示すように、結像素子３１０ａおよび表示装置１１００ａは、α方向に配置され、結像素子３１０ａおよび表示装置１１００ｂもα方向に配置される。
【0141】
結像素子３１０ａは、図１に示した例と同様に、リフレクタ行２２がα方向に直交して延伸し、複数のリフレクタ行２２は、α方向に並んで配置される。
【0142】
２つの表示装置１１００ａ、１１００ｂは、β方向に沿って配置される。図１７の具体例では、表示装置１１００ａ、１１００ｂは、β方向の正方向に向かってこの順に配置されている。表示装置１１００ａ、１１００ｂは、結像素子３１０ａに向かって光Ｌａ、Ｌｂを出射する向きにそれぞれ配置される。
【0143】
表示装置１１００ａから出射された光Ｌａは、結像素子３１０ａで反射され、結像素子３１０ａは、反射光Ｒａを出射する。反射光Ｒａは結像して結像Ｉ２ａを形成する。表示装置１１００ｂから出射された光Ｌｂは、結像素子３１０ａで反射され、結像素子３１０ａは、反射光Ｒｂを出射する。反射光Ｒｂは、結像して結像Ｉ２ｂを形成する。結像Ｉ２ａは、画像表示装置２０００と観測者Ｏ２ａとの間に形成され、結像Ｉ２ｂは、画像表示装置２０００と観測者Ｏ２ｂとの間に形成される。結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂは、β方向に離隔して並んで形成される。
【0144】
表示装置１１００ａ、１１００ｂの位置および角度を適切に設定し、結像素子３１０ａの位置および第１面３１１ａのαβ平面からの角度を適切に設定することによって、図１７の例のように、結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂをβ方向に沿って並べて形成することができる。結像Ｉ２ａが形成される位置と、結像Ｉ２ｂが形成される位置とを十分な距離を離すようにすることによって、観測者Ｏ２ａが結像Ｉ２ａを観測し、観測者Ｏ２ｂが結像Ｉ２ｂを観測するようにできる。
【0145】
たとえば、画像表示装置２０００は自動車等の車両に配置されており、観測者Ｏ２ａが運転者であり、観測者Ｏ２ｂが同乗者の場合には、結像Ｉ２ａを運転者のための情報とし、結像Ｉ２ｂを同乗者のための情報を表示するものとすることができる。表示装置を３つ以上とすることによって、異なる形成位置に３つ以上の結像を形成することができる。
【0146】
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。そのほか、画像表示装置２０００は、以下の効果を奏する。すなわち、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂをβ方向（第４方向）に沿って離隔して配置することによって、結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂをβ方向に離隔して、形成することができる。表示装置１１００ａ、１１００ｂの離隔距離や光の出射角度等を適切に設定することによって、十分に離れた位置に複数の結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂを形成することができる。十分に離れた位置に形成された結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂは、複数の観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂでそれぞれ観測することができ、単一の画像表示装置２０００であっても、複数の利用者に情報を提供することが可能である。なお、複数の利用者を想定した具体例を記載したが、単一の利用者が同時に結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂを観測できるように、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂをβ方向に沿って離隔して配置することも可能である。
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。そのほか、画像表示装置２０００は、以下の効果を奏する。すなわち、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂをβ方向（第４方向）に沿って離隔して配置することによって、結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂをβ方向に離隔して、形成することができる。表示装置１１００ａ、１１００ｂの離隔距離や光の出射角度等を適切に設定することによって、十分に離れた位置に複数の結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂを形成することができる。十分に離れた位置に形成された結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂは、複数の観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂでそれぞれ観測することができ、単一の画像表示装置２０００であっても、複数の利用者に情報を提供することが可能である。なお、複数の利用者を想定した具体例を記載したが、単一の利用者が同時に結像Ｉ２ａ、Ｉ２ｂを観測できるように、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂをβ方向に沿って離隔して配置することも可能である。
【0147】
（第３の実施形態）
図１８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１８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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、画像表示装置３０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、を備え、カメラ用照明１４４０を備えてもよい。本実施形態に係る画像表示装置３０００は、表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置が、図１に示した画像表示装置１０００の場合と相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置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１８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１８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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、画像表示装置３０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、を備え、カメラ用照明１４４０を備えてもよい。本実施形態に係る画像表示装置３０００は、表示装置１１００ａ、１１００ｂの配置が、図１に示した画像表示装置１０００の場合と相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置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。
【0148】
表示装置１１００ａ、１１００ｂは、出射する光が結像素子３１０ａに向かうように配置される。表示装置（第２光源）１１００ｂは、表示装置（第１光源）１１００ａと結像素子３１０ａとを結んだ直線（第２直線）Ｃ２上に配置される。直線Ｃ２は、たとえば、図２Ａ～図３Ｂに示した、表示装置１１００ａ、１１００ｂのそれぞれの基板１１１０の第１面１１１１ａに交差し、結像素子３１０ａの第１面３１１ａに交差する。
【0149】
なお、結像素子３１０ａに近い側に配置される表示装置１１００ａは、表示装置１１００ｂが出射する光を透過するように構成される必要がある。図３Ａ～図４Ｂに関連して説明したように、表示装置１１００ａ、１１００ｂの基板１１１０をガラス等の透光性を有する材料で形成することによって、光を透過する表示装置１１００ａとすることができる。
【0150】
表示装置１１００ａは光Ｌａを出射し、光Ｌａを入射した結像素子３１０ａは、反射光Ｒａを出射する。出射された反射光Ｒａは、結像Ｉ３ａを形成する。表示装置１１００ｂは光Ｌｂを出射し、光Ｌｂを入射した結像素子３１０ａは、反射光Ｒｂを出射する。出射された反射光Ｒｂは、結像Ｉ３ｂを形成する。
【0151】
表示装置１１００ａは、表示装置１１００ｂよりも結像素子３１０ａに近い位置に配置されているので、結像素子３１０ａの反射光Ｒａによる結像Ｉ３ａは、結像素子３１０ａにより近い位置に形成される。表示装置１１００ｂが出射する光によって形成される結像Ｉ３ｂは、結像Ｉ３ａよりも結像素子３１０ａから離れた位置に形成される。観測者Ｏ３から見た場合には、表示装置１１００ａによる結像Ｉ３ａの位置は、表示装置１１００ｂによる結像Ｉ３ｂの位置よりも離れて見える。表示装置１１００ａ、１１００ｂの位置、光の出射角度および結像素子３１０ａの設置角度等を適切に設定することによって、観測者Ｏ３から見た場合に、結像Ｉ３ａ、Ｉ３ｂを重なる位置で結像させることができる。このようにすることによって、観測者Ｏ３は、より多くの情報を得ることができ、立体的な画像として視認することができる。
【0152】
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、画像表示装置３０００は、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置３０００では、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂを備えており、表示装置１１００ｂは、表示装置１１００ａと結像素子３１０ａとを結んだ直線上に配置されている。そのため、観測者Ｏ３から見て、少なくとも一部が重なって見える結像Ｉ３ａ、Ｉ３ｂを空中に形成することができる。結像Ｉ３ａ、Ｉ３ｂのそれぞれの画像を異なるものとすることによって、観測者Ｏ３は、より多くの情報量を有する空中画像を観測することができる。観測者Ｏ３は、立体的な画像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３０００は、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置３０００では、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂを備えており、表示装置１１００ｂは、表示装置１１００ａと結像素子３１０ａとを結んだ直線上に配置されている。そのため、観測者Ｏ３から見て、少なくとも一部が重なって見える結像Ｉ３ａ、Ｉ３ｂを空中に形成することができる。結像Ｉ３ａ、Ｉ３ｂのそれぞれの画像を異なるものとすることによって、観測者Ｏ３は、より多くの情報量を有する空中画像を観測することができる。観測者Ｏ３は、立体的な画像を観測することができる。
【0153】
（第４の実施形態）
図１９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１９に示すように、本実施形態に係る画像表示装置４０００は、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２と、表示装置１１００と、を備える。図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、画像表示装置２０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、を備え、カメラ用照明１４４０をさらに備えてもよい。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における複数の表示装置に代えて、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２を備える点で相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置４０００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１９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１９に示すように、本実施形態に係る画像表示装置４０００は、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２と、表示装置１１００と、を備える。図１に示した画像表示装置１０００の場合と同様に、画像表示装置２０００は、制御装置１４１０と、撮像部１４３０と、を備え、カメラ用照明１４４０をさらに備えてもよい。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における複数の表示装置に代えて、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２を備える点で相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置４０００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。
【0154】
表示装置１１００は、光Ｌを複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２に向けて出射するように配置される。
【0155】
複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２は、これらを区別するために異なる符号を付している。これらの結像素子３１０ａ１、３１０ａ２は、図１２Ｂに関連して説明した結像素子３１０ａと同一の構成を備えているものとする。
【0156】
複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２は、β方向に離隔して配置される。結像素子３１０ａ１は、β方向に平行であって、αβ平面から０°以上の角度δａを有する平面上に配置されている。結像素子３１０ａ２は、β方向に平行であって、αβ平面から０°以上の角度δｂを有する平面上に配置されている。つまり、β方向（第６方向）は、Ｘ２Ｙ２平面に平行な方向である。角度δａ、δｂは、同一であってもよいし、異なってもよい。角度δａ、δｂは、結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂが形成される位置に応じて適切な値が選定される。
【0157】
結像素子３１０ａ１、３１０ａ２では、図２に示した例と同様に、γ方向から見たときに、それぞれのリフレクタ行２２は、α方向に直交する方向、すなわちβ方向に延伸し、それぞれの複数のリフレクタ行２２は、α方向に沿って並んで配置される。結像素子３１０ａ１、３１０ａ２のそれぞれのリフレクタ行２２は、平行な方向に延伸してもよいし、結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂの位置に応じて、β軸から０°よりも大きい角度を有してもよい。
【0158】
結像素子３１０ａ１は、光Ｌを入射し反射光Ｒａを出射するように配置される。結像素子３１０ａ２は、光Ｌを入射し反射光Ｒｂを出射するように配置される。図２に示した例と同様に、反射光Ｒａ、Ｒｂを出射する角度は、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の法線方向である。つまり、反射光Ｒａは、αβ平面からほぼ９０°－δａの角度で出射され、反射光Ｒｂは、αβ平面からほぼ９０°－δｂの角度で出射される。出射された反射光Ｒａ、Ｒｂは、結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂをそれぞれ形成する。
【0159】
図２０は、第４の実施形態に係る画像表示装置の表示装置、結像素子および結像のそれぞれの位置を説明するための模式図である。
図２０を用いて、本実施形態に係る画像表示装置４０００における結像素子３１０ａ１、３１０ａ２の配置について説明する。
図２０を用いて、本実施形態に係る画像表示装置４０００における結像素子３１０ａ１、３１０ａ２の配置について説明する。
【0160】
画像表示装置４０００では、結像素子３１０ａ１、３１０ａ２の配置により、異なる位置に結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂが形成され、図１７に関連して説明した画像表示装置２０００の場合と同様に、結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを異なる観測者Ｏ４ａ、Ｏ４ｂが観測することができる。図２０は、画像表示装置４０００が表示する結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを観測する観測者Ｏ４ａ、Ｏ４ｂの位置も合わせて示している。図２０は、画像表示装置４０００、結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂおよび観測者Ｏ４ａ、Ｏ４ｂをγ軸の正方向から負方向に向かって見た場合の模式図である。
【0161】
α軸の正方向を観測者Ｏ２ａ、Ｏ２ｂから画像表示装置４０００に向かう方向とし、観測者Ｏ４ａ、Ｏ４ｂは、β方向に離隔して並んで位置するものとする。この場合には、図２０に示すように、結像素子３１０ａ１および表示装置１１００は、α方向に配置され、結像素子３１０ａ２および表示装置１１００もα方向に配置される。結像素子３１０ａ１および結像素子３１０ａ２は、β方向に離隔して配置される。
【0162】
結像素子３１０ａ１、３１０ａ２は、図１に示した例と同様に、リフレクタ行２２がα方向に直交して延伸し、複数のリフレクタ行２２は、α方向に並んで配置される。
【0163】
表示装置１１００から出射された光Ｌは、結像素子３１０ａ１で反射され、結像素子３１０ａ１は、反射光Ｒａを出射する。反射光Ｒａは結像して結像Ｉ４ａを形成する。同時に、表示装置１１００から出射された光Ｌは、結像素子３１０ａ２で反射され、結像素子３１０ａ２は、反射光Ｒｂを出射する。反射光Ｒｂは、結像して結像Ｉ４ｂを形成する。結像Ｉ４ａは、画像表示装置４０００と観測者Ｏ４ａとの間に形成され、結像Ｉ４ｂは、画像表示装置４０００と観測者Ｏ４ｂとの間に形成される。結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂは、β方向に離隔して並んで形成される。
【0164】
表示装置１１００の位置および光の出射面のαβ平面からの角度を適切に設定し、結像素子３１０ａ１、３１０ａ２の位置およびそれぞれの第１面３１１ａのαβ平面からの角度δａ、δｂを適切に設定することによって、結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂをβ方向に沿って並べて形成することができる。結像Ｉ４ａが形成される位置と、結像Ｉ４ｂが形成される位置とを十分な距離を離すようにすることによって、観測者Ｏ４ａが結像Ｉ４ａを観測し、観測者Ｏ４ｂが結像Ｉ４ｂを観測するようにできる。なお、本実施形態に係る画像表示装置４０００は、表示装置１１００は、同一の画像を形成する光Ｌを複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２に同時に出射するので、反射光Ｒａ、Ｒｂが形成する結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂは、同一の画像となる。
【0165】
本実施形態に係る画像表示装置４０００の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置４０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、画像表示装置４０００は、以下の効果を奏する。すなわち、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２をβ方向に沿って離隔して配置することによって、β方向に離隔して結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを形成することができる。結像素子３１０ａ１、３１０ａ２の離隔距離や光の出射角度等を適切に設定することによって、十分に離れた位置に複数の結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを形成することができる。結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂは、同一の画像を表示しており、単一の画像表示装置４０００であっても、複数の利用者に同時に同一の情報を提供することが可能である。
本実施形態に係る画像表示装置４０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、画像表示装置４０００は、以下の効果を奏する。すなわち、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２をβ方向に沿って離隔して配置することによって、β方向に離隔して結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを形成することができる。結像素子３１０ａ１、３１０ａ２の離隔距離や光の出射角度等を適切に設定することによって、十分に離れた位置に複数の結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを形成することができる。結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂは、同一の画像を表示しており、単一の画像表示装置４０００であっても、複数の利用者に同時に同一の情報を提供することが可能である。
【0166】
複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２をβ方向（第６方向）に離隔して配置することに代えて、複数の結像素子３１０ａ１、３１０ａ２をα方向（第５方向）に離隔して配置してもよい。この場合、α方向に離隔して結像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂを形成することができる。また、３つ以上の結像素子を設けることによって、３つ以上の結像を形成するようにしてもよい。
【0167】
（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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００～４０００の場合と同様に、画像表示装置５０００は、撮像部１４３０を備えてもよく、カメラ用照明１４４０をさらに備えてもよい。画像表示装置５０００は、表示装置１１００ａ、１１００ｂの位置と結像素子３１０の位置との関係が、画像表示装置１０００～４０００と相違する。また、画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００～４０００の結像素子３１０ａとは異なる結像素子３１０を備える。他の点では、画像表示装置５０００の構成要素は、画像表示装置１０００～４０００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、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂと、を備える。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００～４０００の場合と同様に、画像表示装置５０００は、撮像部１４３０を備えてもよく、カメラ用照明１４４０をさらに備えてもよい。画像表示装置５０００は、表示装置１１００ａ、１１００ｂの位置と結像素子３１０の位置との関係が、画像表示装置１０００～４０００と相違する。また、画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００～４０００の結像素子３１０ａとは異なる結像素子３１０を備える。他の点では、画像表示装置５０００の構成要素は、画像表示装置１０００～４０００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。
【0168】
画像表示装置５０００では、図１に示した画像表示装置１０００と同様に、複数の表示装置１１００ａ、１１００ｂは、αβ平面に平行な平面に並んで配置され、α方向に沿って配置されている。結像素子３１０は、筐体５３００内の底部に配置されている。結像素子３１０の第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０は、αβ平面に平行に配置されている。表示装置１１００ａ、１１００ｂは、結像素子３１０の直上に配置され、光Ｌａ、Ｌｂを結像素子３１０に照射する。結像素子３１０は、光Ｌａ、Ｌｂを反射して、反射光Ｒａ、Ｒｂを第１面３１１ａの斜め上方に向けて出射する。結像素子３１０で反射された反射光Ｒａ、Ｒｂは、結像Ｉ５ａ、Ｉ５ｂをそれぞれ形成する。結像Ｉ５ａ、Ｉ５ｂは、α方向に並んで形成される。
【0169】
結像素子３１０に関しては、図１２Ａおよび図１２Ｂ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が配置される。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。
【0170】
画像表示装置５０００では、表示装置１１００ａ、１１００ｂ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。
【0171】
表示装置１１００ａ、１１００ｂが結像素子３１０の直上に配置されたことによって、表示装置１１００ａ、１１００ｂが出射した光Ｌａ、Ｌｂ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Ｒａ、Ｒｂを出射する。窓部材５３２０は、結像素子３１０で２回反射された反射光Ｒａ、Ｒｂを透過する位置に配置される。
【0172】
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。
【0173】
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。
【0174】
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Ｌａ、Ｌｂの２回反射光Ｒａ、Ｒｂ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低減される。
【0175】
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、上述した第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の略直上に配置し、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低減することができる。
本実施形態に係る画像表示装置５０００は、上述した第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の略直上に配置し、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低減することができる。
【0176】
なお、本実施形態に係る画像表示装置５０００について、他の実施形態に係る画像表示装置１０００～４０００のように、光源である表示装置は、結像素子の略直上に空中画像を結像させるように配置してもよい。
【0177】
上述した他の実施形態に係る画像表示装置１０００～４０００のそれぞれについて、本実施形態の場合の表示装置、結像素子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、結像素子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。
【0178】
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。
【0179】
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】
【0180】
１０、３１０、３１０ａ、３１０ａ１、３１０ａ２…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、１１００ａ、１１００ｂ…表示装置、１１１２、１１１２ａ…画素、１１２０、１１２０ａ…ＬＥＤ素子、１３００、５３００…筐体、１４１０、５４１０…制御装置、１４３０…撮像部、１４４０…カメラ用照明
【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】