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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】P2024089872
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】画像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/56 20200101AFI20240627BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20240627BHJP
G02B 5/124 20060101ALI20240627BHJP
B60K 35/00 20240101ALI20240627BHJP
G06F 3/04815 20220101ALI20240627BHJP
G06V 40/60 20220101ALI20240627BHJP
H04N 13/322 20180101ALI20240627BHJP
G02B 5/08 20060101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
G02B30/56
G09F9/00 366A
G09F9/00 358
G02B5/124
B60K35/00 Z
G06F3/04815
G06V40/60
H04N13/322
G02B5/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022205376
(22)【出願日】2022-12-22
(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】宮入 洋
(72)【発明者】
【氏名】宮城 和宏
(72)【発明者】
【氏名】小谷 正和
(72)【発明者】
【氏名】大野 恵子
(72)【発明者】
【氏名】小島 淳資
【テーマコード（参考）】
2H042
2H199
3D344
5C061
5E555
5G435
【Ｆターム（参考）】
2H042EA03
2H042EA15
2H199BA32
2H199BA47
2H199BA49
2H199BA63
2H199BB17
2H199BB20
2H199BB52
2H199BB59
2H199BB67
3D344AA16
3D344AA19
3D344AA27
3D344AD01
3D344AD05
3D344AD13
5C061AA06
5C061AB14
5C061AB16
5E555AA22
5E555AA24
5E555AA25
5E555AA26
5E555BA23
5E555BB23
5E555BC17
5E555BE16
5E555CA41
5E555CA42
5E555CB22
5E555CB34
5E555CB73
5E555CB74
5E555DA11
5E555DB18
5E555DB53
5E555DB57
5E555DC11
5E555DC13
5E555DC25
5E555DC35
5E555DC37
5E555DC43
5E555DC85
5E555FA00
5G435BB05
5G435BB12
5G435BB19
5G435CC09
5G435DD09
5G435DD10
5G435EE49
5G435GG01
5G435LL17
(57)【要約】
【課題】簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、光源と、検出部と、制御部と、を備える。前記結像素子は、第１面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を備える。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って、複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、第１反射面と、前記第１反射面に直交する第２反射面と、をそれぞれ含む。前記第２直交リフレクタの傾きは、前記第１面側に結像するように設定される。前記光透過部材は、前記結像素子での２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の一部を遮光する。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態に係る画像表示装置は、結像素子と、光源と、検出部と、制御部と、を備える。前記結像素子は、第１面を有する基材と、前記基材上のリフレクタアレイと、を備える。前記リフレクタアレイは、第１方向に沿って、複数の２面直交リフレクタを含む複数のリフレクタ行を含む。前記複数のリフレクタ行は、前記第１方向に交差する第２方向に平行に配列される。前記複数の２面直交リフレクタは、第１反射面と、前記第１反射面に直交する第２反射面と、をそれぞれ含む。前記第２直交リフレクタの傾きは、前記第１面側に結像するように設定される。前記光透過部材は、前記結像素子での２回反射光を透過するように設けられる。前記遮光部材は、前記２回反射光以外の光の一部を遮光する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が前記空中画像に接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が前記空中画像に接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
【請求項2】
機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
【請求項3】
前記空中画像の周囲の環境に関する環境情報を取得する第２センサをさらに備え、
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第２センサによって取得された前記環境情報にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力するように前記第１表示装置に指令を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第２センサによって取得された前記環境情報にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力するように前記第１表示装置に指令を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項4】
前記空中画像を観測する操作者のアイボックスの位置情報を含む第１画像データを連続して取得する第３センサと、
前記第１表示装置および前記結像素子のうち少なくとも一方の設置された位置および光の出射角度を変更する駆動装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１画像データを画像解析し、前記位置情報の変化にもとづいて、前記駆動装置を駆動する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記第１表示装置および前記結像素子のうち少なくとも一方の設置された位置および光の出射角度を変更する駆動装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１画像データを画像解析し、前記位置情報の変化にもとづいて、前記駆動装置を駆動する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項5】
前記第１表示装置は、前記第１画像として動画を出力可能であり、
前記制御装置は、前記第１信号にさきだって、前記動画を出力するように前記第１表示装置に指令を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御装置は、前記第１信号にさきだって、前記動画を出力するように前記第１表示装置に指令を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記第１表示装置は、アイコンおよび文字のうち少なくとも一方があらかじめ設定された前記第１画像を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項7】
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を出力可能であり、
前記制御装置は、前記第１信号にもとづいて、前記複数の第１画像のうちの１つから前記複数の第１画像のうちの他の１つに切り替えて出力するように前記第１表示装置に指令を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御装置は、前記第１信号にもとづいて、前記複数の第１画像のうちの１つから前記複数の第１画像のうちの他の１つに切り替えて出力するように前記第１表示装置に指令を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者を識別する識別情報を含む第２画像データを取得し、
前記制御装置は、前記第２画像データを画像解析し、前記識別情報にもとづいて、前記操作者を識別し、前記識別情報があらかじめ設定されたデータベース上に存在する場合に、前記第１表示装置に前記第１画像の出力を許可する指令を前記表示装置に出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御装置は、前記第２画像データを画像解析し、前記識別情報にもとづいて、前記操作者を識別し、前記識別情報があらかじめ設定されたデータベース上に存在する場合に、前記第１表示装置に前記第１画像の出力を許可する指令を前記表示装置に出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項9】
前記第１センサは、前記被検出物に照射された前記空中画像の情報を含む第３画像データを取得し、
前記制御装置は、前記第３画像データを画像解析し、あらかじめ設定された基準画像データと、前記第３画像データとを比較して、前記第３画像データが前記基準画像データに一致したときに、前記機器に前記第２信号を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御装置は、前記第３画像データを画像解析し、あらかじめ設定された基準画像データと、前記第３画像データとを比較して、前記第３画像データが前記基準画像データに一致したときに、前記機器に前記第２信号を出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項10】
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者の動作および前記空中画像の情報を含む第４画像データを連続して取得し、
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第４画像データを連続的に画像解析し、前記第４画像データの変化にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力する指令を前記第１表示装置に出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第４画像データを連続的に画像解析し、前記第４画像データの変化にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力する指令を前記第１表示装置に出力する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項11】
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者の動作および前記空中画像の情報を含む第５画像データを連続して取得し、
前記制御装置は、前記第５画像データを連続的に画像解析し、前記動作および前記空中画像の情報の変化にもとづいて、前記第２信号を生成する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記制御装置は、前記第５画像データを連続的に画像解析し、前記動作および前記空中画像の情報の変化にもとづいて、前記第２信号を生成する請求項１または２に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
被観察物の実像を空中に表示する反射型結像光学素子およびこれを応用した画像表示装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
このような画像表示装置は、利用者の必要なときに画像を表示し、その他の場合には、画像を非表示にすることが可能である。また、このような画像表示装置は、空中に画像を表示することから、表示部分の装置が不要である。そのため、自動車内などの限られた空間をより有効に活用できる等のメリットがある。
【0004】
また、このような画像表示装置を応用することにより、非接触型の操作パネルを実現することができる。そのため、自動車内などの利用に加えて、応用分野の広がりが期待される。
【0005】
空中に画像表示できる反射型結像光学素子として、２面直交リフレクタを用いたものや、コーナーキューブリフレクタと呼ばれる再帰性反射機能を有する光学素子を用いたものが実用化されている（たとえば、特許文献２等参照）。それぞれの動作原理により、問題点が指摘されている。たとえば、２面直交リフレクタを用いる結像素子を用いた画像表示装置では、利用者の意図しない場所に虚像が表示されることを回避することが困難であるとされている。
【0006】
コーナーキューブリフレクタを用いた画像表示装置では、光源および結像素子に加えて光学素子を用いることにより、結像の形成位置を比較的自由に設定することができる。一方で、そのための光学素子の構成が複雑になる。
【0007】
簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１５－１４６００９号公報
【特許文献2】国際公開第２０１６／１９９９０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の一実施形態は、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、被検出物が前記空中画像に接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、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。前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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。
【0011】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、被検出物が接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、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。前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一実施形態によれば、簡素な構造で空中に画像を表示できる画像表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図2A】第１の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像のための基準画像を例示する模式図である。
【図2B】第１の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像のための基準画像を例示する模式図である。
【図2C】第１の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像のための基準画像を例示する模式図である。
【図2D】第１の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像のための基準画像を例示する模式図である。
【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18A】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図18B】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図18C】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図19A】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図19B】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図19C】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図20A】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図20B】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図20C】第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図21】第３の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
【図22A】第３の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図22B】第３の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図22C】第３の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図22D】第３の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図23A】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図23B】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図23C】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図23D】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図24A】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図24B】比較例の空中画像を例示する模式図である。
【図24C】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図24D】第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図25】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26A】第５の実施形態に係る画像表示装置が表示する操作補助用表示装置の画像および空中画像を例示する模式図である。
【図26B】第５の実施形態に係る画像表示装置が表示する操作補助用表示装置の画像および空中画像を例示する模式図である。
【図27】第５の実施形態に係る画像表示装置が表示する操作補助用表示装置の画像および空中画像を例示する模式図である。
【図28】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29A】第６の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図29B】第６の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図29C】第６の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図29D】第６の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
【図30】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31】第８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32A】第８の実施形態に係る画像表示装置が空中で結像させる基準画像を操作者の指先に照射して焦点を合わせた前後の模式図である。
【図32B】第８の実施形態に係る画像表示装置が空中で結像させる基準画像を操作者の指先に照射して焦点を合わせた前後の模式図である。
【図32C】第８の実施形態に係る画像表示装置が空中で結像させる基準画像を操作者の指先に照射して焦点を合わせた前後の模式図である。
【図33】第９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34A】第９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34B】第９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34C】第９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34D】第９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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0015】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ（第１センサ）１４３１と、制御装置１４１０と、を備える。
図１は、第１の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ（第１センサ）１４３１と、制御装置１４１０と、を備える。
【0016】
表示装置１１００、結像素子３１０ａおよび制御装置１４１０は、筐体１３００内に配置されている。表示装置１１００は、筐体１３００内の上部に配置された表示装置設置部１３４０の下面に配置されている。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。制御装置１４１０は、筐体１３００内の下部に配置された結像素子設置部１３３０内に配置されている。
【0017】
赤外線センサ１４３１は、赤外光を発光する光源と光源が発光した赤外光の反射または遮断を検出するセンサとを有する。赤外線センサ１４３１は、光源およびセンサともに筐体１３００の外部に露出するように配置されている。赤外線センサ１４３１は、画像表示装置１０００を操作する操作者Ｏ１が画像表示装置１０００に近づいたことを検出するように、筐体１３００の前面に配置されている。より具体的には、赤外線センサ１４３１は、操作者Ｏ１の指先（被検出物）Ｆ１が、空中に形成されている空中画像Ｉ１に接近したことを検出するように配置されている。
【0018】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、撮像部（第２センサ）１４３２をさらに備えることができる。撮像部１４３２は、画像表示装置１０００が配置された場所の明るさを検出するように、画像表示装置１０００の近傍に配置される。撮像部１４３２は、好ましくは、空中画像Ｉ１が形成される位置を含む場所の明るさを検出する位置に配置される。図１の例では、撮像部１４３２は、操作者Ｏ１の背後に配置され、操作者Ｏ１の背後から空中画像Ｉ１が形成されている位置を含む場所の明るさを検出する。
【0019】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、表示制御部１４１６をさらに備える。表示制御部１４１６は、図１の例では、表示装置設置部１３４０内に配置されている。表示制御部１４１６は、結像素子設置部１３３０内に制御装置１４１０とともに配置されてもよい。
【0020】
筐体１３００には、窓枠１３２２で区画された開口が設けられ、窓枠１３２２には光透過部材１３２０が配置されている。光透過部材１３２０は、透光性を有する材料で形成され、たとえばガラスや透光性樹脂等で形成されている。光透過部材１３２０は、結像素子設置部１３３０上に配置された結像素子３１０ａが出射する反射光Ｒが透過するように配置されている。
【0021】
赤外線センサ１４３１、撮像部１４３２および表示制御部１４１６は、制御装置１４１０に電気的に接続されている。制御装置１４１０、赤外線センサ１４３１、撮像部１４３２および表示制御部１４１６は、制御装置１４１０を中心としたスター結線で接続される場合に限らず、通信ネットワーク上にそれぞれが通信可能に接続されてもよい。制御装置１４１０、赤外線センサ１４３１、撮像部１４３２および表示制御部１４１６の接続は、電気的な接続に限らず、光信号による相互接続であってもよい。通信可能な接続を以下では、電気的な接続というものとする。
【0022】
赤外線センサ１４３１は、赤外光を発光する光源の赤外光の反射または遮断を検出することによって、被検出物の接近を検出する。赤外線センサ１４３１は、被検出物を検出した場合には、検出信号である第１信号Ｄ１を生成して制御装置１４１０に出力する。
【0023】
撮像部１４３２は、空中画像Ｉ１の周囲の環境の情報である環境情報を含むデータを収集する。環境情報は、たとえば、空中画像Ｉ１の周囲の明るさの情報である。撮像部１４３２は、たとえば、明るさに応じたデータＤＥを生成して、制御装置１４１０に出力する。明るさに応じたデータＤＥは、たとえば、段階的に設定されている。撮像部１４３２は、明るさに応じて段階的に設定されたデータＤＥを生成して制御装置１４１０に出力する。撮像部１４３２は、周囲の明るさに加えて、周囲の色度を検出するようにしてもよい。撮像部１４３２は、色度に応じて設定されたデータを生成して、制御装置１４１０に出力する。撮像部１４３２は、空中画像Ｉ１の周囲の明るさおよび色度の情報を含む画像データを生成するカメラである。撮像部１４３２は、空中画像Ｉ１の周囲の明るさのデータを収集する照度計等であってもよい。
【0024】
制御装置１４１０は、赤外線センサ１４３１から第１信号Ｄ１を受信した場合には、機器８の操作のための操作信号である第２信号Ｄ２を生成して、機器８に出力する。機器８は、画像表示装置１０００の外部に配置されており、第２信号Ｄ２にしたがって動作する。たとえば、第２信号Ｄ２は、機器８の動作のための電源を投入するターンオン信号であり、機器８は、第２信号Ｄ２によって動作を開始する。
【0025】
表示制御部１４１６は、空中画像Ｉ１を形成するための基準画像を有している。表示制御部１４１６は、基準画像を図示しない記憶部から読み出して、表示装置１１００に出力するようにしてもよい。表示制御部１４１６は、複数の基準画像を有する。複数の基準画像は、複数種類の空中画像にそれぞれ対応する。表示制御部１４１６は、複数の基準画像から１つを選択して表示装置１１００に出力する。表示装置１１００は、選択された基準画像にしたがう画像を形成する光Ｌを出射する。
【0026】
制御装置１４１０は、撮像部１４３２から環境情報を含むデータＤＥを受信した場合には、複数の基準画像からデータＤＥに応じた基準画像を選択する指令ＤＯを表示制御部１４１６に出力する。表示制御部１４１６は、受信した指令ＤＯにしたがって、基準画像を選択して適用する。
【0027】
図２Ａ～図２Ｄは、第１の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像のための基準画像を例示する模式図である。
画像表示装置１０００は、空中画像が表示される周囲の明るさまたは周囲の色度に応じて、基準画像ＲＩ１ａ～ＲＩ１ｄのうちのいずれかを選択する。図２Ａ～図２Ｃの例では、周囲の明るさに応じて選択される基準画像ＲＩ１ａ～ＲＩ１ｃが示されている。図２Ｄの例では、周囲の色度に応じて選択される基準画像ＲＩ１ｄが示されている。
画像表示装置１０００は、空中画像が表示される周囲の明るさまたは周囲の色度に応じて、基準画像ＲＩ１ａ～ＲＩ１ｄのうちのいずれかを選択する。図２Ａ～図２Ｃの例では、周囲の明るさに応じて選択される基準画像ＲＩ１ａ～ＲＩ１ｃが示されている。図２Ｄの例では、周囲の色度に応じて選択される基準画像ＲＩ１ｄが示されている。
【0028】
【0029】
図２Ｂは、周囲の明るさが標準よりも暗い場合に選択される基準画像ＲＩ１ｂの例である。図２Ｂの例では、基準画像ＲＩ１ｂは、４重の同心円である。基準画像ＲＩ１ｂは、最外周の円環Ｒｅｄ２が赤色、その内側の円環Ｂｌａｃｋ１が黒色、その内側の円環Ｒｅｄ３が赤色、もっとも内側の円Ｂｌａｃｋ２が黒色である。このような配色とすることによって、空中画像Ｉ１が表示される周囲の明るさが暗い場合であっても、操作者Ｏ１は、より鮮明な空中画像Ｉ１を観測することができる。
【0030】
図２Ｃは、周囲の明るさが標準よりも明るい場合に選択される基準画像ＲＩ１ｃの例である。図２Ｃの例では、基準画像ＲＩ１ｃは、４重の同心円である。基準画像ＲＩ１ｃは、最外周の円環Ｒｅｄ４が赤色、その内側の円環Ｙｅｌｌｏｗ１が黄色、その内側の円環Ｂｌｕｅ１が青色、もっとも内側の円Ｗｈｉｔｅ１が白色である。このような配色とすることによって、空中画像Ｉ１が表示される周囲の明るさが明るい場合であっても、操作者Ｏ１は、より鮮明な空中画像Ｉ１を観測することができる。
【0031】
図２Ｄは、周囲の環境に赤味がかっている場合に選択される基準画像ＲＩ１ｄの例である。図２Ｄの例では、基準画像ＲＩ１ｄは、４重の同心円である。基準画像ＲＩ１ｄは、最外周の円環Ｂｌｕｅ２が青色、その内側の円環Ｙｅｌｌｏｗ２が黄色、その内側の円環Ｇｒｅｅｎ１が緑色、もっとも内側の円Ｙｅｌｌｏｗ３が黄色である。このような配色とすることによって、晴天時の夕方に夕焼けが出ている状況において、空中画像Ｉ１を表示される場合に、赤色の色成分の少ない配色とすることによって、操作者Ｏ１は、より鮮明な空中画像Ｉ１を観測することができる。
【0032】
図１に戻って説明を続ける。
結像素子３１０ａは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０が筐体１３００の底面に対して傾斜するように結像素子設置部１３３０上に配置されている。結像素子３１０ａは、表示装置１１００が出射した光Ｌを入射して、斜め上方に向かう反射光Ｒとして出射する。反射光Ｒは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の法線方向に出射される。結像素子３１０ａは、反射光Ｒを出射する方向に第１面３１１ａを支持するように設けられた結像素子設置部１３３０に配置される。仮想平面Ｐ０については、図７に関連して後述し、第１面３１１ａについては、図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して後述する。
結像素子３１０ａは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０が筐体１３００の底面に対して傾斜するように結像素子設置部１３３０上に配置されている。結像素子３１０ａは、表示装置１１００が出射した光Ｌを入射して、斜め上方に向かう反射光Ｒとして出射する。反射光Ｒは、第１面３１１ａおよび仮想平面Ｐ０の法線方向に出射される。結像素子３１０ａは、反射光Ｒを出射する方向に第１面３１１ａを支持するように設けられた結像素子設置部１３３０に配置される。仮想平面Ｐ０については、図７に関連して後述し、第１面３１１ａについては、図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して後述する。
【0033】
筐体１３００は、結像素子３１０ａ、表示装置１１００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。
【0034】
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。
【0035】
窓枠１３２２は、結像素子３１０ａの第１面３１１ａに対向する位置に配置されている。光透過部材１３２０は、結像素子３１０ａが反射光Ｒを画像表示装置１０００の外部に出射できるように、ガラスや透明樹脂等の透光性を有する材料で形成されている。
【0036】
結像素子３１０ａは、第１面３１１ａ上に行列状に配置された複数の２面直交リフレクタ３０を有している。第１面３１１ａは、窓枠１３２２の開口および光透過部材１３２０とほぼ平行に配置される。２面直交リフレクタ３０は、第１反射面３１と第２反射面３２とを有しており、それぞれの反射面で１回ずつ反射して、２面直交リフレクタ３０の２回反射光が反射光Ｒとして出射される。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。光透過部材１３２０および窓枠１３２２は、結像素子３１０ａの２回反射光を透過するように設けられる。
【0037】
画像表示装置１０００では、結像素子３１０ａの直上に空中画像Ｉ１を形成するように、表示装置１１００および結像素子３１０ａが配置されている。結像素子３１０ａの直上とは、第１面３１１ａの法線方向の位置である。このような配置の場合には、結像素子３１０ａは、１回反射光の一部も第１面３１１ａ側に出射され、第１面３１１ａの側で虚像やゴーストを形成することがある。また、結像素子３１０ａの構成によっては、いずれの反射面でも反射されない光が第１面３１１ａ側に出射される場合もある。したがって、遮光部材１３１０は、筐体１３００の内壁のうち、少なくとも、表示装置１１００からの漏れ光や、結像素子３１０ａの２回反射光以外の光を遮光する位置に配置される。
【0038】
結像素子３１０ａから出射される反射光Ｒは、光透過部材１３２０を透過して、筐体１３００の外部で空中画像Ｉ１を形成する。光透過部材１３２０は、結像素子３１０ａと、空中画像Ｉ１が形成される位置との間に配置される。操作者Ｏ１がいる場合には、空中画像Ｉ１は、操作者Ｏ１と光透過部材１３２０との間に形成される。
【0039】
上述の具体例では、筐体１３００の内壁に遮光部材１３１０を配置するものとしたが、表示装置１１００や結像素子３１０ａから放射される漏れ光を遮ることができれば遮光部材１３１０を内壁に配置する場合に限らない。たとえば、表示装置１１００の周囲を黒色塗装した筒体で囲むことによって、表示装置１１００からの漏れ光を遮光することができる。結像素子３１０ａの基材を黒色樹脂等で形成することによって、結像素子３１０ａの漏れ光を遮光することができる。
【0040】
表示装置１１００の構成について、詳細に説明する。
図３Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図４Ａは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における模式的な矢視断面図である。
表示装置１１００の説明に際しては、３次元直交座標系を用いて説明することがある。表示装置１１００の説明のための３次元直交座標系は、Ｘ１軸、Ｙ１軸およびＺ１軸を含む直交座標系である。Ｘ１軸に平行な方向を「Ｘ１方向」といい、Ｙ１軸に平行な方向を「Ｙ１方向」といい、Ｚ１軸に平行な方向を「Ｚ１方向」ということがある。Ｘ１軸およびＹ１軸を含むＸ１Ｙ１平面は、表示装置１１００の基板の第１面１１１１ａに平行な面であるものとする。第１面１１１１ａは、ＬＥＤ素子が配置され、画素形成領域１１１２Ｒが設けられた面である。Ｘ１軸は、表示装置１１００の画素の行に平行である。Ｙ１軸は、Ｘ１軸に直交する。Ｚ１軸は、Ｘ１軸およびＹ１軸に直交し、第１面１１１１ａから第２面１１１１ｂに向かって正方向とする。第２面１１１１ｂは、基板１１１０の第１面１１１１ａの反対側に位置する面である。
図３Ａは、第１の実施形態に係る画像表示装置の一部である表示装置を例示する模式的な平面図である。
図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ部の模式的な拡大図である。
図４Ａは、図３ＢのＩＶＡ－ＩＶＡ線における模式的な矢視断面図である。
表示装置１１００の説明に際しては、３次元直交座標系を用いて説明することがある。表示装置１１００の説明のための３次元直交座標系は、Ｘ１軸、Ｙ１軸およびＺ１軸を含む直交座標系である。Ｘ１軸に平行な方向を「Ｘ１方向」といい、Ｙ１軸に平行な方向を「Ｙ１方向」といい、Ｚ１軸に平行な方向を「Ｚ１方向」ということがある。Ｘ１軸およびＹ１軸を含むＸ１Ｙ１平面は、表示装置１１００の基板の第１面１１１１ａに平行な面であるものとする。第１面１１１１ａは、ＬＥＤ素子が配置され、画素形成領域１１１２Ｒが設けられた面である。Ｘ１軸は、表示装置１１００の画素の行に平行である。Ｙ１軸は、Ｘ１軸に直交する。Ｚ１軸は、Ｘ１軸およびＹ１軸に直交し、第１面１１１１ａから第２面１１１１ｂに向かって正方向とする。第２面１１１１ｂは、基板１１１０の第１面１１１１ａの反対側に位置する面である。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
図３Ｂに示すように、表示装置１１００は、光源となる複数の画素１１１２を含んでいる。表示装置１１００は、複数の画素１１１２により、所望の画像を表示する。表示装置１１００は、図１に示した表示制御部１４１６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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
光出射面１１２４Ｓに複数の凹部１１２４Ｔを形成する方法は、凸部が形成された成長基板上にｎ型半導体層を成長させる方法やｎ型半導体層の表面異方性エッチングにより粗面加工する方法等がある。なお、成長基板は所定のタイミングで剥離され得る。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
駆動回路１１６０はＸ１Ｙ１平面視において、行列状に配列された複数のＬＥＤ素子１１２０とＹ１方向において隣り合うように基板１１１０に配置されている。つまり、駆動回路１１６０は、図２に示した画素形成領域１１１２ＲのＹ１方向に平行な外縁に隣り合うように配置されている。駆動回路１１６０は、駆動させる行１１２０ｉに属するＬＥＤ素子１１２０のそれぞれの出力を制御可能な回路である。駆動回路１１６０からは、複数の信号線１１７０がＹ１方向に延びている。複数の信号線１１７０は、Ｘ１方向に並んでいる。駆動回路１１６０は、ＩＣチップにより構成し、このＩＣチップを基板１１１０上に実装してもよい。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
図６に戻って説明を続ける。
リフレクタ行２２は、Ｘ２方向に沿って設けられている。複数のリフレクタ行２２は、Ｙ２方向に沿って、互いにほぼ平行になるように設けられている。複数のリフレクタ行２２は、隣り合ったリフレクタ行２２ごとにＹ２方向に間隔２３をあけて、ほぼ等間隔で配列されている。リフレクタ行２２の間隔２３のＹ２方向の長さは、任意の長さとすることができ、たとえば、リフレクタ行２２のＹ２方向の長さ程度とすることができる。リフレクタ行２２の間隔２３を形成する領域には、第１面１１ａ側に光源を配置した場合に、リフレクタ行２２で反射しない光線やリフレクタ行２２で１回反射した反射光等が入射される。これらの光線等は、結像に寄与しないため、この間隔２３を広くとると、結像素子１０に入射される光線のうち結像に寄与する割り合いが小さくなる。そのため、間隔２３のＹ２方向の長さは、図８に関連して後述する２面直交リフレクタの寸法や反射面の効率等に応じて、適切な長さとされる。
リフレクタ行２２は、Ｘ２方向に沿って設けられている。複数のリフレクタ行２２は、Ｙ２方向に沿って、互いにほぼ平行になるように設けられている。複数のリフレクタ行２２は、隣り合ったリフレクタ行２２ごとにＹ２方向に間隔２３をあけて、ほぼ等間隔で配列されている。リフレクタ行２２の間隔２３のＹ２方向の長さは、任意の長さとすることができ、たとえば、リフレクタ行２２のＹ２方向の長さ程度とすることができる。リフレクタ行２２の間隔２３を形成する領域には、第１面１１ａ側に光源を配置した場合に、リフレクタ行２２で反射しない光線やリフレクタ行２２で１回反射した反射光等が入射される。これらの光線等は、結像に寄与しないため、この間隔２３を広くとると、結像素子１０に入射される光線のうち結像に寄与する割り合いが小さくなる。そのため、間隔２３のＹ２方向の長さは、図８に関連して後述する２面直交リフレクタの寸法や反射面の効率等に応じて、適切な長さとされる。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
基部３６は、Ｖ字状に成形された透光性を有する部材であり、たとえば透明樹脂で形成され、基材１２と一体で成形される。第１反射面３１および第２反射面３２は、基材１２のＶ字形に成形された箇所に光反射性を有する金属材料等の薄膜形成等により形成される。このような例に限らず、第１反射面３１、第２反射面３２、基部３６および基材１２は、それぞれあるいは一部が別体で形成されて、それらを１つに組み立てて、結像素子１０を形成するようにしてもよい。また、透明樹脂の表面がたとえば鏡面加工等されており、透明樹脂の表面反射率が十分に高い場合には、第１反射面３１および第２反射面３２は、透明樹脂の表面のままとすることもできる。間隔２３や基部３６は、虚像観測防止等のために、光透過性や光吸収性をもたせることが好ましい。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
図１１に示すように、２面直交リフレクタ３０－１～３０－５は、第１面１１ａのＹ２軸における位置に応じて、仮想平面Ｐ０に対する角度Θ１～Θ５が異なっている。２面直交リフレクタ３０－１～３０－５のそれぞれの角度Θ１～Θ５は、仮想平面Ｐ０に対する谷側接続線（直線）３３－１～３３－５の角度で表される。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【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空中画像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の光透過部材１３２０が配置されている。なお、この例では、光透過部材１３２０は、ダッシュボード２と同じ模様が施されている。
【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、空中表示される空中画像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。空中画像Ｉ１の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。あるいは、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】
空中画像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。空中画像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、空中画像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。空中画像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、赤外線センサ１４３１と制御装置１４１０とを備える。赤外線センサ１４３１は、操作者Ｏ１の指先Ｆ１が空中画像Ｉ１に接近したことを検出できる位置に配置されている。指先Ｆ１が画像表示装置１０００に接近した場合に、赤外線センサ１４３１は、操作者Ｏ１の接近に応じて第１信号Ｄ１を生成して制御装置１４１０に出力する。制御装置１４１０は、第１信号Ｄ１に応答して第２信号Ｄ２を生成し、機器８に出力する。そのため、空中画像Ｉ１は、操作者Ｏ１が第２信号Ｄ２によって機器８に対する操作をするためのスイッチとして機能する。第２信号Ｄ２を適切に選定することによって、空中画像Ｉ１をスイッチのほか、機器８に対する他の操作手段として機能させることが可能である。
【0135】
空中画像Ｉ１の表示位置や赤外線センサ１４３１の検出位置を適切に設定することによって、指先Ｆ１による検出に限らず、他の被検出物による検出としてもよい。被検出物の空中画像Ｉ１への接近を検出できれば、赤外線センサに限らず、カメラ等の他のセンサを用いることができる。
【0136】
本実施形態に係る画像表示装置１０００は、撮像部１４３２をさらに備える。撮像部１４３２は、空中画像Ｉ１が形成される位置を含む周囲の環境情報を収集する位置に配置される。撮像部１４３２は、空中画像Ｉ１を撮像することによって、空中画像Ｉ１の周囲の明るさに関する情報を含む環境情報を含むデータＤＥを生成して制御装置１４１０に出力する。制御装置１４１０は、データＤＥにもとづいて、空中画像Ｉ１の周囲の明るさを判断し、空中画像Ｉ１の周囲の明るさに応じた基準画像を複数の基準画像から選択するための指令ＤＯを生成し、表示制御部１４１６に出力する。表示制御部１４１６は、指令ＤＯにしたがって、基準画像を設定して、表示装置１１００は基準画像にしたがう画像を形成する光Ｌを出射する。そのため、操作者Ｏ１は、周囲の明るさにかかわらず、鮮明に空中画像Ｉ１を観測することができる。
【0137】
撮像部１４３２は、明るさのほか、色度の情報を含むデータＤＥを生成する場合には、制御装置１４１０は、データＤＥから空中画像Ｉ１の周囲の色度を判断して、色度に応じた空中画像Ｉ１を表示するように基準画像が設定される。このようにすることによって、操作者Ｏ１は、空中画像Ｉ１の周囲の色度にかかわらず、鮮明に空中画像Ｉ１を観測することができる。
【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１７に示すように、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、撮像部（第３センサ）２４３３と、制御装置２４１０と、駆動装置２４２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置２０００は、撮像部２４３３および駆動装置２４２０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置２０００は、画像表示装置１０００の制御装置１４１０と異なる制御装置２４１０を備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。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１７に示すように、本実施形態に係る画像表示装置２０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、撮像部（第３センサ）２４３３と、制御装置２４１０と、駆動装置２４２０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置２０００は、撮像部２４３３および駆動装置２４２０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置２０００は、画像表示装置１０００の制御装置１４１０と異なる制御装置２４１０を備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。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。
【0139】
撮像部２４３３は、画像表示装置２０００の操作者Ｏ２を撮像するように配置される。より具体的には、撮像部２４３３は、操作者Ｏ２のアイボックスＥＢを含む画像を連続して撮像するように配置される。撮像部２４３３は、たとえば画像表示装置２０００の前面の一部に配置される。
【0140】
制御装置２４１０、駆動装置２４２０および表示装置１１００は、図１７に示した例では、筐体１３００の上部に配置された表示装置設置部１３４０内に配置されている。制御装置２４１０は、駆動装置２４２０等と通信可能に接続されればよいので、表示装置設置部１３４０内に配置される場合に限らず、たとえば、結像素子設置部１３３０の内部に配置されてもよい。
【0141】
撮像部２４３３は、制御装置２４１０に電気的に接続される。撮像部２４３３は、操作者Ｏ２の瞳を含むアイボックスＥＢの位置の情報を含む画像データ（第１画像データ）ＤＤ１を生成し、生成された画像データＤＤ１を制御装置２４１０に出力する。
【0142】
駆動装置２４２０は、表示装置１１００と機械的に接続され、たとえば、６軸制御により、表示装置１１００が配置される位置および表示装置１１００が光Ｌを出射する角度を制御する。
【0143】
駆動装置２４２０は、制御装置２４１０に電気的に接続される。駆動装置２４２０は、制御装置２４１０が出力する駆動信号にもとづいて、表示装置１１００の位置および角度を制御する。表示装置１１００の位置および角度の調整により、空中画像Ｉ２が形成されるときの空中画像Ｉ２の表示位置および表示角度が変化する。
【0144】
本実施形態に係る画像表示装置２０００の動作について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置２０００では、撮像部２４３３は、操作者Ｏ２のアイボックスＥＢの位置の情報を含む画像データＤＤ１を生成する。撮像部２４３３は、生成された画像データＤＤ１を制御装置２４１０に出力する。
本実施形態に係る画像表示装置２０００では、撮像部２４３３は、操作者Ｏ２のアイボックスＥＢの位置の情報を含む画像データＤＤ１を生成する。撮像部２４３３は、生成された画像データＤＤ１を制御装置２４１０に出力する。
【0145】
制御装置２４１０は、画像データＤＤ１を画像処理して、アイボックスＥＢの位置を検出する。制御装置２４１０は、アイボックスＥＢの位置に応じた駆動信号を生成し、生成された駆動信号を駆動装置２４２０に出力する。
【0146】
制御装置２４１０は、アイボックスＥＢの位置があらかじめ設定された基準の位置にあることを検出した場合には、操作者Ｏ２がまっすぐに空中画像Ｉ２を観測しているときの表示位置および表示角度となるように、駆動信号を生成する。
【0147】
また、制御装置２４１０は、アイボックスＥＢの位置が左に寄っていることを検出した場合には、操作者Ｏ２が左から空中画像Ｉ２を観測しているときの表示位置および表示角度となるように、駆動信号を生成する。
【0148】
また、制御装置２４１０は、アイボックスＥＢ中の位置が右に寄っていることを検出した場合には、操作者Ｏ２が右から空中画像Ｉ２を観測しているときの表示位置および表示角度となるように、駆動信号を生成する。
【0149】
制御装置２４１０は、アイボックスＥＢ中の瞳の位置を検出するようにしてもよい。アイボックスＥＢ中の瞳の位置を検出することによって、制御装置２４１０は、操作者Ｏ２がどの向きに視線を注いでいるかを判定することが可能になる。制御装置２４１０は、アイボックスＥＢ中の瞳の位置がほぼ中央にあることを検出した場合には、操作者Ｏ２がまっすぐに空中画像Ｉ２を観測しているときの表示位置および表示角度となるように、駆動信号を生成する。
【0150】
また、制御装置２４１０は、アイボックスＥＢ中の瞳の位置が左に寄っていることを検出した場合には、操作者Ｏ２が左から空中画像Ｉ２を観測しているときの表示位置および表示角度となるように、駆動信号を生成する。
【0151】
また、制御装置２４１０は、アイボックスＥＢ中の瞳の位置が右に寄っていることを検出した場合には、操作者Ｏ２が右から空中画像Ｉ２を観測しているときの表示位置および表示角度となるように、駆動信号を生成する。
【0152】
図１８Ａ～図１８Ｃは、第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図１８Ａ～図１８Ｃには、アイボックスＥＢ中の瞳の位置による空中画像Ｉ２の見え方が示されている。図１８Ａ～図１８Ｃの空中画像Ｉ２は、同一の基準画像の表示結果である。この例での基準画像は、単一色の正方形である。
図１８Ａ～図１８Ｃには、アイボックスＥＢ中の瞳の位置による空中画像Ｉ２の見え方が示されている。図１８Ａ～図１８Ｃの空中画像Ｉ２は、同一の基準画像の表示結果である。この例での基準画像は、単一色の正方形である。
【0153】
図１８Ａは、操作者Ｏ２がまっすぐに空中画像Ｉ２を観測した場合の空中画像Ｉ２の見え方を示している。撮像部２４３３は、アイボックスＥＢの位置があらかじめ設定された基準の位置にあることを検出しており、制御装置２４１０は、基準画像をそのまま出力するように駆動信号を生成する。
【0154】
図１８Ｂは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を斜め左から観測した場合の空中画像Ｉ２の見え方を示している。撮像部２４３３は、アイボックスＥＢの位置が左寄りにあることを検出しており、制御装置２４１０は、操作者Ｏ２から見て、空中画像Ｉ２の左側が操作者Ｏ２側に、空中画像Ｉ２の右側が画像表示装置２０００側に傾くように駆動信号を生成する。
【0155】
図１８Ｃは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を斜め右から観測した場合の空中画像Ｉ２の見え方を示している。撮像部２４３３は、アイボックスＥＢの位置が右寄りにあることを検出しており、制御装置２４１０は、操作者Ｏ２から見て、空中画像Ｉ２の右側が操作者Ｏ２側に、空中画像Ｉ２の左側が画像表示装置２０００側に傾くように駆動信号を生成する。
【0156】
これらは、左右の斜めからの見え方の例であるが、上下の斜めや左上、右下等、アイボックスＥＢの位置に応じて、駆動信号を生成することによって、各方向からの見え方を再現することができる。
【0157】
図１８Ａ～図１８Ｃでは、基準画像が２次元形状の場合の例を示したが、基準画像を３次元形状としてもよい。
図１９Ａ～図１９Ｃは、基準画像を立方体とした場合の例である。
図１９Ａは、操作者Ｏ２が立方体である空中画像Ｉ２を斜め上方、正面から見た場合の見え方を示している。
図１９Ｂは、操作者Ｏ２が立方体である空中画像Ｉ２を斜め上方、左側から見た場合の見え方を示している。
図１９Ｃは、操作者Ｏ２が立方体である空中画像Ｉ２を斜め上方、右側から見た場合の見え方を示している。
図１９Ａ～図１９Ｃの場合も図１８Ａ～図１８Ｃに示した例と同様に、制御装置２４１０は、それぞれのアイボックスＥＢ中の瞳の位置に応じて、駆動信号を生成する。
図１９Ａ～図１９Ｃは、基準画像を立方体とした場合の例である。
図１９Ａは、操作者Ｏ２が立方体である空中画像Ｉ２を斜め上方、正面から見た場合の見え方を示している。
図１９Ｂは、操作者Ｏ２が立方体である空中画像Ｉ２を斜め上方、左側から見た場合の見え方を示している。
図１９Ｃは、操作者Ｏ２が立方体である空中画像Ｉ２を斜め上方、右側から見た場合の見え方を示している。
図１９Ａ～図１９Ｃの場合も図１８Ａ～図１８Ｃに示した例と同様に、制御装置２４１０は、それぞれのアイボックスＥＢ中の瞳の位置に応じて、駆動信号を生成する。
【0158】
円形の空中画像Ｉ２を表示する場合には、２次元の空中画像の場合には、形状が変形するだけなので、臨場感が薄くなる。そこで、空中画像Ｉ２を球体とすることによって、臨場感を薄めず、見る方向による見え方の変化を表現することが可能になる。
図２０Ａ～図２０Ｃは、第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２０Ａ～図２０Ｃのそれぞれについて、矢印の左側の図が２次元形状の場合を示しており、矢印の右側の図が３次元形状の場合を示している。
図２０Ａ～図２０Ｃは、第２の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２０Ａ～図２０Ｃのそれぞれについて、矢印の左側の図が２次元形状の場合を示しており、矢印の右側の図が３次元形状の場合を示している。
【0159】
図２０Ａは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を正面から見た場合の見え方を表している。
図２０Ｂは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を斜め左から見た場合の見え方を表している。
図２０Ｃは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を斜め右から見た場合の見え方を表している。
このように、２次元の円形の空中画像を３次元とすることによって、空中画像Ｉ２の見え方に臨場感のある表現が可能になる。
図２０Ｂは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を斜め左から見た場合の見え方を表している。
図２０Ｃは、操作者Ｏ２が空中画像Ｉ２を斜め右から見た場合の見え方を表している。
このように、２次元の円形の空中画像を３次元とすることによって、空中画像Ｉ２の見え方に臨場感のある表現が可能になる。
【0160】
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の場合と同様に機器８のための操作信号生成装置として動作する。すなわち、画像表示装置２０００は、赤外線センサ１４３１によって、指先Ｆ２の接近を検出して、機器の操作のための第２信号Ｄ２を機器８に出力する。機器８は、第２信号Ｄ２に応じて動作等する。
【0161】
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、画像表示装置２０００は、撮像部２４３３を備え、撮像部２４３３は、操作者Ｏ２の瞳の位置を含むアイボックスＥＢの位置の情報を含む画像データＤＤ１を生成する。制御装置２４１０は、画像データＤＤ１にもとづいて、アイボックスＥＢの位置を検出し、アイボックスＥＢの位置に応じた駆動信号を生成する。画像表示装置２０００は、駆動信号に応じて表示装置１１００が配置される位置および表示装置１１００が出射する光の角度を制御する駆動装置２４２０を備える。画像表示装置２０００は、アイボックスＥＢの位置に応じて、空中画像Ｉ２を変形して表示することができ、操作者Ｏ３は、臨場感のある空中画像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、画像表示装置２０００は、撮像部２４３３を備え、撮像部２４３３は、操作者Ｏ２の瞳の位置を含むアイボックスＥＢの位置の情報を含む画像データＤＤ１を生成する。制御装置２４１０は、画像データＤＤ１にもとづいて、アイボックスＥＢの位置を検出し、アイボックスＥＢの位置に応じた駆動信号を生成する。画像表示装置２０００は、駆動信号に応じて表示装置１１００が配置される位置および表示装置１１００が出射する光の角度を制御する駆動装置２４２０を備える。画像表示装置２０００は、アイボックスＥＢの位置に応じて、空中画像Ｉ２を変形して表示することができ、操作者Ｏ３は、臨場感のある空中画像Ｉ２を観測することができる。
【0162】
本実施形態に係る画像表示装置の構成は、上述した第１、第２の実施形態に係る画像表示装置１０００、２０００に適用して、同様の効果を得ることが可能である。また、後述の他の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることができる。
【0163】
（第３の実施形態）
図２１は、第３の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置３０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、制御装置３４１０と、表示制御部３４１６と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置３０００は、制御装置３４１０および表示制御部３４１６を備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。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２１は、第３の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的な断面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置３０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、制御装置３４１０と、表示制御部３４１６と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置３０００は、制御装置３４１０および表示制御部３４１６を備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。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。
【0164】
図２１の例では、表示制御部３４１６は、表示装置１１００とともに表示装置設置部１３４０内に配置されている。表示制御部３４１６は、制御装置３４１０および表示装置１１００と通信可能に接続されていればよく、他の場所に配置されてもよい。制御装置３４１０も、結像素子設置部１３３０内に配置されているが、他の場所に配置されてもよい。
【0165】
表示制御部３４１６は、制御装置３４１０に接続されている。表示制御部３４１６は、空中画像Ｉ３のための基準画像を有している。基準画像は動画データとして設定されている。表示制御部３４１６は、表示装置１１００に動画を形成する光Ｌを出射させることによって、空中画像Ｉ３を動画として表示する。
【0166】
制御装置３４１０は、第１信号Ｄ１の入力よりも前に第３信号Ｄ３を入力する。第３信号Ｄ３は、たとえば、操作者Ｏ３が画像表示装置３０００の前方に配置されたシートに着席したことを検出した場合に生成され、制御装置３４１０に出力される。制御装置３４１０は、第３信号Ｄ３の入力に応じて、第４信号Ｄ４を生成して、表示制御部３４１６に出力する。
【0167】
表示制御部３４１６は、第４信号Ｄ４の入力に応じて、表示装置１１００に動画を形成するように光Ｌを出力させる。
【0168】
その後、赤外線センサ１４３１によって、空中画像Ｉ３への指先Ｆ３の接近を表す第１信号Ｄ１が生成され、第１信号Ｄ１は、制御装置３４１０に出力される。制御装置３４１０は、第１信号Ｄ１の入力に応じて、第２信号Ｄ２を生成して、第２信号Ｄ２を機器８に出力する。
【0169】
動画として表示する空中画像Ｉ３の具体例を説明する。
図２２Ａ～図２２Ｄは、第３の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２２Ａ～図２２Ｄには、４種類の空中画像Ｉ３の動画ＭＩ３ａ～ＭＩ３ｄの例が示されており、各動画ＭＩ３ａ～ＭＩ３ｄでは、時間ｔの経過とともに画像の形状が連続的に変化し、空中画像Ｉ３を表示して終了することが示されている。
図２２Ａ～図２２Ｄは、第３の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２２Ａ～図２２Ｄには、４種類の空中画像Ｉ３の動画ＭＩ３ａ～ＭＩ３ｄの例が示されており、各動画ＭＩ３ａ～ＭＩ３ｄでは、時間ｔの経過とともに画像の形状が連続的に変化し、空中画像Ｉ３を表示して終了することが示されている。
【0170】
図２２Ａの動画ＭＩ３ａは、時間ｔの経過とともに、円の径が大きくなることを表している。
【0171】
図２２Ｂの動画ＭＩ３ｂは、時間ｔの経過とともに、長方形の角が次第にとれて、円形に近づいていくことを表している。
【0172】
図２２Ｃの動画ＭＩ３ｃは、時間ｔの経過で円形が径方向の軸を中心にして回転することを表している。
【0173】
図２２Ｄの動画ＭＩ３ｄは、時間ｔの経過とともに、小さな円が離合集散し、最終的に円形に帰着することを表している。
【0174】
上述の具体例のほか、図形の大きさが大小を繰り返したり、色彩を変化させたり、点滅させたりしてもよい。また、動画の再生に応じて、音や音声を出力するようにしてもよい。
【0175】
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の場合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は、動画の再生が可能な表示制御部３４１６を備えており、表示制御部３４１６は、赤外線センサ１４３１が生成する第１信号Ｄ１に先だって生成された第３信号にもとづいて、動画の再生を開始する。空中画像を動画とすることによって、操作者Ｏ３は、空中画像Ｉ３の存在をより明確に認識することができる。
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の場合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は、動画の再生が可能な表示制御部３４１６を備えており、表示制御部３４１６は、赤外線センサ１４３１が生成する第１信号Ｄ１に先だって生成された第３信号にもとづいて、動画の再生を開始する。空中画像を動画とすることによって、操作者Ｏ３は、空中画像Ｉ３の存在をより明確に認識することができる。
【0176】
（第４の実施形態）
空中画像として表示する画像は、上述したような単純な図形に限らず、より複雑な図形や文字、記号等とすることができる。なお、本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の構成とすることができる。
空中画像として表示する画像は、上述したような単純な図形に限らず、より複雑な図形や文字、記号等とすることができる。なお、本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の構成とすることができる。
【0177】
図２３Ａ～図２３Ｄは、第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２３Ａ～図２３Ｄは、第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像に表された図形により、図１に示した機器８に対する操作の内容を表した例を示している。これらの図形は、アイコンと呼ばれる。
図２３Ａおよび図２３Ｂは、電池残量を表すアイコンを空中画像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂとした場合の例である。図２３Ａには、空中画像Ｉ４ａの大きさを示すため、操作者の指先Ｆ４が合わせて示されている。このように、空中画像は、指先Ｆ４に比べても、大きくはなく、アイコンのような複雑な形状を表示する場合には、形状を単純化した方がよい場合が多い。図２３Ｂは、スイッチを表す円形にアイコンを重ねた空中画像Ｉ４ｂを、図２３Ａの例と比較するために示されている。図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、複雑な図形を空中画像とする場合には、図２３Ａの空中画像Ｉ４ａのように、単純化することが好ましい。
図２３Ａ～図２３Ｄは、第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像に表された図形により、図１に示した機器８に対する操作の内容を表した例を示している。これらの図形は、アイコンと呼ばれる。
図２３Ａおよび図２３Ｂは、電池残量を表すアイコンを空中画像Ｉ４ａ、Ｉ４ｂとした場合の例である。図２３Ａには、空中画像Ｉ４ａの大きさを示すため、操作者の指先Ｆ４が合わせて示されている。このように、空中画像は、指先Ｆ４に比べても、大きくはなく、アイコンのような複雑な形状を表示する場合には、形状を単純化した方がよい場合が多い。図２３Ｂは、スイッチを表す円形にアイコンを重ねた空中画像Ｉ４ｂを、図２３Ａの例と比較するために示されている。図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、複雑な図形を空中画像とする場合には、図２３Ａの空中画像Ｉ４ａのように、単純化することが好ましい。
【0178】
図２３Ｃおよび図２３Ｄは、アイコンを空中画像Ｉ４ｃ、Ｉ４ｄとする場合の別の例である。アイコンのみを空中画像Ｉ４ｃ、Ｉ４ｄすることによって、複雑な形状の画像であっても、より鮮明な空中画像Ｉ４ｃ、Ｉ４ｄを表示することが可能になる。
【0179】
図２４Ａ～図２４Ｄは、第４の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２４Ａ～図２４Ｄは、文字列により、図１に示した機器８に対する操作の内容を表示する例を示している。
図２４Ａおよび図２４Ｂは、電源スイッチを表す空中画像Ｉ４ｅ、Ｉ４ｆの例である。図２３Ａおよび図２３Ｂの例と同様に、文字にスイッチを表す円を重ねると、図２４Ｂに示すように、空中画像Ｉ４ｆの形態がより複雑となり、表示が不鮮明になりやすい。図２４Ａに示すように、空中画像Ｉ４ｅのスイッチとして機能を文字のみにより表すことによって、より鮮明に空中画像Ｉ４ｅを表示することが可能になる。
図２４Ａ～図２４Ｄは、文字列により、図１に示した機器８に対する操作の内容を表示する例を示している。
図２４Ａおよび図２４Ｂは、電源スイッチを表す空中画像Ｉ４ｅ、Ｉ４ｆの例である。図２３Ａおよび図２３Ｂの例と同様に、文字にスイッチを表す円を重ねると、図２４Ｂに示すように、空中画像Ｉ４ｆの形態がより複雑となり、表示が不鮮明になりやすい。図２４Ａに示すように、空中画像Ｉ４ｅのスイッチとして機能を文字のみにより表すことによって、より鮮明に空中画像Ｉ４ｅを表示することが可能になる。
【0180】
図２４Ｃは、文字による空中画像Ｉ４ｇの別の例であり、他の複雑な図形を重ねないことによって、より鮮明な空中画像Ｉ４ｇを表示することが可能になる。
【0181】
図２４Ｄは、文字に単純な図形である矢印を空中画像Ｉ４ｈとした例である。情報量の多い文字であれば、単純な図形を、重ねずに文字と並べて配置することによって、鮮明さを維持しつつ、操作者は、確実に空中画像に関する情報を認識することができる。
【0182】
本実施形態に係る画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置は、アイコンを含むより複雑な図形や文字、記号を空中画像として表示することができる。複雑な図形や文字、記号を他の単純形状の図形に重ね合わせることなく、単独で空中画像として表示することによって、表示の鮮明さを維持しつつ、操作者に確実に情報を伝達することが可能になる。
本実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置は、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置は、アイコンを含むより複雑な図形や文字、記号を空中画像として表示することができる。複雑な図形や文字、記号を他の単純形状の図形に重ね合わせることなく、単独で空中画像として表示することによって、表示の鮮明さを維持しつつ、操作者に確実に情報を伝達することが可能になる。
【0183】
本実施形態に係る画像表示装置の構成は、上述した第１～第３の実施形態に係る画像表示装置１０００～３０００に適用して、同様の効果を得ることが可能である。後述の他の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。
【0184】
（第５の実施形態）
図２５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２５に示すように、本実施形態に係る画像表示装置５０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０と、赤外線センサ１４３１と、制御装置５４１０と、補助表示装置５６１０と、表示制御部５４１６と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、補助表示装置５６１０を備える点で第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００と異なる表示制御部５４１６を備える点で画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置５０００は、表示装置１１００と結像素子３１０との配置が第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と相違する。画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００の結像素子３１０ａと異なる結像素子３１０を備える点で画像表示装置１０００と相違する。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２５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２５に示すように、本実施形態に係る画像表示装置５０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０と、赤外線センサ１４３１と、制御装置５４１０と、補助表示装置５６１０と、表示制御部５４１６と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置５０００は、補助表示装置５６１０を備える点で第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００と異なる表示制御部５４１６を備える点で画像表示装置１０００と相違する。画像表示装置５０００は、表示装置１１００と結像素子３１０との配置が第１の実施形態に係る画像表示装置１０００の場合と相違する。画像表示装置５０００は、画像表示装置１０００の結像素子３１０ａと異なる結像素子３１０を備える点で画像表示装置１０００と相違する。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。
【0185】
補助表示装置５６１０は、操作者Ｏ５が空中画像Ｉ５を見ながら、補助表示装置５６１０を見ることができる位置に配置されている。図２５の例では、補助表示装置５６１０は、筐体５３００の外部、前面の一部に配置され、画像表示装置５０００の前方に位置する操作者Ｏ５に対向する位置に配置されている。
【0186】
補助表示装置５６１０は、たとえば、液晶ディスプレイであり、表示制御部５４１６に接続されている。表示制御部５４１６は、空中画像Ｉ５の表示のための基準画像のほか、補助表示装置５６１０に表示する表示データを有している。表示制御部５４１６は、空中画像Ｉ５を表示する場合に、たとえば空中画像Ｉ５の表示と同時に所定の表示データを表示する。
【0187】
制御装置５４１０は、赤外線センサ１４３１によって生成された第１信号Ｄ１に応じて、第２信号Ｄ２を生成して、第２信号Ｄ２を機器８に出力する。制御装置５４１０は、第１信号Ｄ１に応じて、補助表示装置５６１０の表示に関する指令を生成し、表示制御部５４１６に出力する。補助表示装置５６１０の表示に関する指令は、たとえば、第１信号Ｄ１に応じて、補助表示装置５６１０の表示の内容を決定したり、補助表示装置５６１０の表示の内容を変更したりする。
【0188】
表示制御部５４１６は、制御装置５４１０からの指令にもとづいて、補助表示装置５６１０の表示内容を設定し、補助表示装置５６１０に表示させる。
【0189】
補助表示装置５６１０が表示する表示データは、空中画像Ｉ５が表す情報を補う目的で、より詳細な情報を操作者Ｏ５に提供する。
【0190】
図２６Ａおよび図２６Ｂは、第５の実施形態に係る画像表示装置が表示する操作補助用表示装置の画像および空中画像を例示する模式図である。
図２６Ａおよび図２６Ｂともに、図の上方に補助表示装置５６１０の画面が示されている。図２６Ａおよび図２６Ｂともに、補助表示装置５６１０の画面には、文字による詳細な情報が表示されている。
図２６Ａおよび図２６Ｂともに、図の上方に補助表示装置５６１０の画面が示されている。図２６Ａおよび図２６Ｂともに、補助表示装置５６１０の画面には、文字による詳細な情報が表示されている。
【0191】
図２６Ａには、空中画像Ｉ５ａ、Ｉ５ｂのいずれかを操作する操作者の指先Ｆ５が示されており、補助表示装置５６１０の画面には、空中画像Ｉ５ａについての説明文および空中画像Ｉ５ｂについての説明文が表示されている。
【0192】
赤外線センサ１４３１は、指先Ｆ５が空中画像Ｉ５ａの位置あるか、空中画像Ｉ５ｂの位置にあるか、表す第１信号Ｄ１を生成して、制御装置５４１０に出力する。制御装置５４１０は、第１信号Ｄ１に応じて第２信号Ｄ２を生成するとともに、表示制御部５４１６に対する指令を出力する。表示制御部５４１６に対する指令は、たとえば、指先Ｆ５が空中画像Ｉ５ａに接近した場合には、補助表示装置５６１０のうち、空中画像Ｉ５ａに対応する表示を強調表示する指令である。たとえば、制御装置５４１０は、補助表示装置５６１０に表示されている文字“ＯＮ”を点滅表示させる指令を生成する。
【0193】
図２６Ｂには、空中画像Ｉ５ｃを操作する操作者の指先Ｆ５が示されており、補助表示装置５６１０の画面には、空中画像Ｉ５ｃの機能が表示されている。
【0194】
赤外線センサ１４３１は、指先Ｆ５の動きに応じた第１信号Ｄ１を生成して、制御装置５４１０に出力する。制御装置５４１０は、第１信号Ｄ１に応じて第２信号Ｄ２を生成するとともに、表示制御部５４１６に対する指令を出力する。表示制御部５４１６に対する指令は、たとえば、指先Ｆ５が空中画像Ｉ５ｃに接近し、左右のどの位置に動いたかを表す指令である。制御装置５４１０は、指先Ｆ５の左右のいずれの位置に動いたかを判断し、指先の位置に応じた指令を表示制御部５４１６に出力する。表示制御部５４１６は、補助表示装置５６１０に表示されている矢印やバーの位置を指令に応じて補助表示装置５６１０に表示させる。
【0195】
図２７は、第５の実施形態に係る画像表示装置が表示する操作補助用表示装置の画像および空中画像を例示する模式図である。
図２７には、車両に搭載された画像表示装置５０００が車両のステアリング６の左右に情報表示することが示されている。図２７の例では、画像表示装置５０００は、ステアリング６の左側に空中画像Ｉ５ａ～Ｉ５ｃを表示し、ステアリングの右側に空中画像Ｉ５ａ～Ｉ５ｃのそれぞれの機能を補助表示装置５６１０の画面に表示する。
図２７には、車両に搭載された画像表示装置５０００が車両のステアリング６の左右に情報表示することが示されている。図２７の例では、画像表示装置５０００は、ステアリング６の左側に空中画像Ｉ５ａ～Ｉ５ｃを表示し、ステアリングの右側に空中画像Ｉ５ａ～Ｉ５ｃのそれぞれの機能を補助表示装置５６１０の画面に表示する。
【0196】
図２５に戻って説明を続ける。
画像表示装置５０００では、結像素子３１０が上述の他の実施形態の場合の結像素子３１０ａと相違する。図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して説明したように、結像素子は、筐体内のスペースや画像表示装置の設置場所等に応じて、いずれかの形態の結像素子１０、３１０、３１０ａを設けることができる。
画像表示装置５０００では、結像素子３１０が上述の他の実施形態の場合の結像素子３１０ａと相違する。図１２Ａおよび図１２Ｂに関連して説明したように、結像素子は、筐体内のスペースや画像表示装置の設置場所等に応じて、いずれかの形態の結像素子１０、３１０、３１０ａを設けることができる。
【0197】
画像表示装置５０００では、表示装置１１００が結像素子３１０の直上に配置されている。そのため、表示装置１１００が出射した光Ｌは、下方に進行して結像素子３１０を照射する。結像素子３１０は、入射した光の一部を２面直交リフレクタで２回反射して、反射光Ｒを出射する。光透過部材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。
【0198】
結像素子３１０の２面直交リフレクタで１回だけ反射された光や２面直交リフレクタで反射されなかった光は、図６に示した、隣り合うリフレクタ行２２の間隔２３から第２面３１１ｂ側に抜けていく。したがって、結像素子３１０は、２回反射光以外の光を第１面３１１ａ側に出射することがない。そのため、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。
【0199】
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２５では、筐体５３００の内部の面として表されている。
【0200】
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。
【0201】
本実施形態に係る画像表示装置５０００の効果について説明する。
本実施形態に係る画像表示装置５０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、画像表示装置５０００は、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５０００は、補助表示装置５６１０および表示制御部５４１６を備える。補助表示装置５６１０は、液晶ディスプレイ等の表示装置であり、表示制御部５４１６に所定の表示データを設定することによって、微細な文字や図形等を鮮明に表示することができる。空中画像に詳細な情報をもたせることが困難な場合であっても、補助表示装置５６１０により全体の情報量を削減することなく、鮮明に表示することが可能になる。そのため、操作者Ｏ５は、容易に画像表示装置５０００を利用することができる。
本実施形態に係る画像表示装置５０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、画像表示装置５０００は、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５０００は、補助表示装置５６１０および表示制御部５４１６を備える。補助表示装置５６１０は、液晶ディスプレイ等の表示装置であり、表示制御部５４１６に所定の表示データを設定することによって、微細な文字や図形等を鮮明に表示することができる。空中画像に詳細な情報をもたせることが困難な場合であっても、補助表示装置５６１０により全体の情報量を削減することなく、鮮明に表示することが可能になる。そのため、操作者Ｏ５は、容易に画像表示装置５０００を利用することができる。
【0202】
本実施形態に係る画像表示装置の構成は、上述した第１～第４の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。後述の他の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。
【0203】
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、実像のほかのゴースト画像の表示を防止することができる。
【0204】
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。
【0205】
上述した第１～第４の実施形態の場合および後述する第６～第９の実施形態の場合に、表示装置を結像素子の直上に配置することによって、ゴーストの表示を防止するようにしてもよい。このような配置することによって、第１～第４の実施形態の場合および後述する第６～第９の実施形態の場合においても、本実施形態に係る画像表示装置５０００の場合と同様の効果を得ることができる。
【0206】
（第６の実施形態）
図２８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２８に示すように、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、制御装置６４１０と、表示制御部６４１６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の制御装置１４１０と異なる制御装置６４１０を備え、画像表示装置１０００の表示制御部１４１６と異なる表示制御部６４１６を備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。他の点では、画像表示装置６０００の構成要素は、画像表示装置１０００の構成要素と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図２８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２８に示すように、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、制御装置６４１０と、表示制御部６４１６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の制御装置１４１０と異なる制御装置６４１０を備え、画像表示装置１０００の表示制御部１４１６と異なる表示制御部６４１６を備える点で、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。他の点では、画像表示装置６０００の構成要素は、画像表示装置１０００の構成要素と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0207】
赤外線センサ１４３１は、図１に示した例と同様に、たとえば、操作者Ｏ６の指先Ｆ６が空中画像Ｉ６が形成されている位置に接近したことを検出できる位置に配置されている。表示装置１１００、結像素子３１０ａ、制御装置６４１０および表示制御部６４１６は、筐体１３００内に配置されている。制御装置６４１０は、結像素子設置部１３３０内に配置され、表示制御部６４１６は、表示装置設置部１３４０内に配置されているが、表示装置１１００、赤外線センサ１４３１および画像表示装置６０００の外部に設置された機器８との相互の接続がされれば、任意の位置に配置されればよい。
【0208】
赤外線センサ１４３１は、制御装置６４１０に接続されている。制御装置６４１０は、表示制御部６４１６に接続されている。表示制御部６４１６は、表示装置１１００に接続されている。
【0209】
表示制御部６４１６は、複数の空中画像にそれぞれ対応する複数の基準画像を有している。表示制御部６４１６は、制御装置６４１０からの指令にもとづいて、複数の基準画像から１つを選択して、選択された基準画像で画像を形成するように光Ｌを出射する。
【0210】
制御装置６４１０は、赤外線センサ１４３１から第１信号Ｄ１を受信していない場合には、初期の基準画像を選択する指令ＤＯ１を表示制御部６４１６に出力する。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１を受信した場合には、応答後を表す基準画像を選択する指令ＤＯ２を表示制御部６４１６に出力する。制御装置６４１０は、図１に示した例と同様に、第１信号Ｄ１を受信した場合には、第２信号Ｄ２を生成し、第２信号Ｄ２を機器８に出力する。
【0211】
図２９Ａ～図２９Ｄは、第６の実施形態に係る画像表示装置が表示する空中画像を例示する模式図である。
図２９Ａは、初期の基準画像にもとづいて表示された空中画像Ｉ６の例を示している。図２９Ｂ～図２９Ｄは、指先Ｆ６が図２９Ａに示した空中画像Ｉ６に接近したことに応答して選択された基準画像にもとづいて表示された空中画像Ｉ６ａ～Ｉ６ｃの例を示している。
図２９Ａは、初期の基準画像にもとづいて表示された空中画像Ｉ６の例を示している。図２９Ｂ～図２９Ｄは、指先Ｆ６が図２９Ａに示した空中画像Ｉ６に接近したことに応答して選択された基準画像にもとづいて表示された空中画像Ｉ６ａ～Ｉ６ｃの例を示している。
【0212】
図２９Ａの初期の基準画像にもとづく空中画像Ｉ６は、円形のスイッチを模したものであり、赤色に発色するように設定されている。図２９Ｂに示す、応答により選択された基準画像にもとづく空中画像Ｉ６ａは、円形のスイッチの発色を白色とすることによって、スイッチの応答を表現している。図２９Ｃに示す、応答により選択された基準画像にもとづく空中画像Ｉ６ｂでは、円形のスイッチの大きさを大きくなるように変化させることでスイッチの応答を表現している。図２９Ｄに示す、応答により選択された基準画像にもとづく空中画像Ｉ６ｃでは、スイッチの形状を星形に変化させることで、スイッチの応答を表現している。
【0213】
制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１に応答して基準画像の切り替える指令を出力するとともに、他の応答動作をするようにしてもよい。たとえば、制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１に応答して、タッチ音や音声を出力するようにしてもよいし、操作者Ｏ６が応答を感じるように、たとえば、操作者Ｏ６が着席する座席や操作者Ｏ６が操作するステアリングに振動を生じさせてもよい。
【0214】
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と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置６０００では、表示装置１１００は、複数の空中画像にそれぞれ対応する複数の基準画像から選択された基準画像にもとづいて画像を形成するように光Ｌを出射する。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１の入力がないときには、複数の基準画像から初期の基準画像を選択して表示装置１１００に出力させる。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１の入力に応答して、初期の基準画像とは異なる基準画像を選択して表示装置１１００に出力させる。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１に応答して第２信号Ｄ２を生成して、機器８に出力する。第１信号Ｄ１は、初期の基準画像にもとづく空中画像Ｉ６への指先Ｆ６等の接近により生成されることができるので、操作者Ｏ６は、空中画像Ｉ６を操作することによって機器８を操作することができ、空中画像の変化により、操作者Ｏ６は、機器８の操作を行っていることを視覚的に感じることができる。
本実施形態に係る画像表示装置６０００は、第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と同様の効果を奏する。そのほか、本実施形態に係る画像表示装置６０００は、以下の効果を奏する。すなわち、画像表示装置６０００では、表示装置１１００は、複数の空中画像にそれぞれ対応する複数の基準画像から選択された基準画像にもとづいて画像を形成するように光Ｌを出射する。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１の入力がないときには、複数の基準画像から初期の基準画像を選択して表示装置１１００に出力させる。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１の入力に応答して、初期の基準画像とは異なる基準画像を選択して表示装置１１００に出力させる。制御装置６４１０は、第１信号Ｄ１に応答して第２信号Ｄ２を生成して、機器８に出力する。第１信号Ｄ１は、初期の基準画像にもとづく空中画像Ｉ６への指先Ｆ６等の接近により生成されることができるので、操作者Ｏ６は、空中画像Ｉ６を操作することによって機器８を操作することができ、空中画像の変化により、操作者Ｏ６は、機器８の操作を行っていることを視覚的に感じることができる。
【0215】
本実施形態に係る画像表示装置の構成は、上述した第１～第５の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。また、後述する他の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。
【0216】
（第７の実施形態）
図３０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３０に示すように、本実施形態に係る画像表示装置７０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、撮像部（第１センサ）７４３１と、制御装置７４１０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置７０００は、撮像部７４３１および制御装置７４１０を備える点で第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。その他の点で、画像表示装置７０００の構成要素は、画像表示装置１０００の構成要素と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図３０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３０に示すように、本実施形態に係る画像表示装置７０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、撮像部（第１センサ）７４３１と、制御装置７４１０と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置７０００は、撮像部７４３１および制御装置７４１０を備える点で第１の実施形態に係る画像表示装置１０００と相違する。その他の点で、画像表示装置７０００の構成要素は、画像表示装置１０００の構成要素と同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0217】
撮像部７４３１は、空中画像Ｉ７が表示されている状態で、空中画像Ｉ７に接近する操作者Ｏ７の指先Ｆ７を撮像するように配置される。撮像部７４３１は、空中画像Ｉ７が表示されている位置で焦点を結ぶように、光学系が設定されている。
【0218】
より具体的には、撮像部７４３１は、指先Ｆ７を逐次撮像し、指先Ｆ７の画像を含む画像データ（第２画像データ）ＤＤ２を逐次生成し、制御装置７４１０に逐次出力する。
【0219】
制御装置７４１０は、入力した画像データを画像処理して、指先Ｆ７に撮像部７４３１の焦点が合っているか否かを判定する。制御装置７４１０は、焦点が合っているか否かの判定には、たとえば、指先Ｆ７の指紋を用いることができる。制御装置７４１０は、指先Ｆ７の指紋に焦点が合っていると判定した場合には、第２信号Ｄ２を生成して機器８に出力する。
【0220】
制御装置７４１０は、指紋認証のためのデータベースに接続できるようにしてもよい。制御装置７４１０は、指先Ｆ７の指紋の画像に焦点が合っていると判定した場合に、指紋認証のデータベースにアクセスして、指紋の照合を行うことによって、指紋認証を実行することができる。たとえば、制御装置７４１０は、指紋認証された場合に、第２信号Ｄ２を生成し、指紋認証されない場合に第２信号Ｄ２を生成しないようにすることができる。なお、指紋認証に代えて、あるいは指紋認証に加えて、制御装置７４１０を他の個人認証システムと連携してもよい。個人認証システムは、たとえば、顔認証、声紋認証、虹彩認証または静脈認証等である。制御装置７４１０は、個人認証システムにより、操作者Ｏ７が認証された場合に、空中画像Ｉ７を表示させる。
【0221】
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、画像表示装置７０００は、連続して、指先Ｆ７等の被検出物の画像を撮像し、画像データを生成する撮像部７４３１を備える。制御装置７４１０は、指先Ｆ７の画像を含む画像データＤＤ２を画像処理して、指先Ｆ７の画像に焦点が合っているか否かを判定する。指先Ｆ７の画像の焦点の位置を空中画像Ｉ７が表示される位置とすることによって、指先Ｆ７で空中画像Ｉ７を操作することによる機器８の操作を実現することができる。
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、画像表示装置７０００は、連続して、指先Ｆ７等の被検出物の画像を撮像し、画像データを生成する撮像部７４３１を備える。制御装置７４１０は、指先Ｆ７の画像を含む画像データＤＤ２を画像処理して、指先Ｆ７の画像に焦点が合っているか否かを判定する。指先Ｆ７の画像の焦点の位置を空中画像Ｉ７が表示される位置とすることによって、指先Ｆ７で空中画像Ｉ７を操作することによる機器８の操作を実現することができる。
【0222】
本実施形態に係る画像表示装置の構成は、上述した第１～第６の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。後述の第９の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。
【0223】
（第８の実施形態）
図３１は、第８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３１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置８０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、撮像部（第１センサ）７４３１と、制御装置８４１０と、表示制御部８４１６と、を備える。画像表示装置８０００は、制御装置８４１０および表示制御部８４１６を備える点で、第７の実施形態に係る画像表示装置７０００と相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置８０００の構成要素は、第７の実施形態に係る画像表示装置７０００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３１は、第８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３１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置８０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、撮像部（第１センサ）７４３１と、制御装置８４１０と、表示制御部８４１６と、を備える。画像表示装置８０００は、制御装置８４１０および表示制御部８４１６を備える点で、第７の実施形態に係る画像表示装置７０００と相違する。他の点では、本実施形態に係る画像表示装置８０００の構成要素は、第７の実施形態に係る画像表示装置７０００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。
【0224】
制御装置８４１０は、撮像部７４３１に接続されている。撮像部７４３１は、図３０に示した例と同様に、空中画像Ｉ８に接近する指先Ｆ８の画像を撮像するように配置される。撮像部７４３１は、連続して、指先Ｆ８の画像の情報を含む画像データ（第３画像データ）ＤＤ３を生成して、制御装置８４１０に出力する。
【0225】
表示制御部８４１６には、空中画像Ｉ８として表示するための焦点照合用基準画像があらかじめ設定されている。表示制御部８４１６は、制御装置８４１０と接続されており、制御装置８４１０は、設定された焦点照合用基準画像を認識することができる。表示制御部８４１６は、焦点照合用基準画像に一致する画像を表示するように、表示装置１１００に光Ｌを出射させる。
【0226】
指先Ｆ８は、空中画像Ｉ８に接近しているので、連続して生成される画像データＤＤ３には、指先Ｆ８に照射される焦点照合用基準画像に対応する空中画像Ｉ８の情報が含まれる。
【0227】
制御装置８４１０は、連続して生成された画像データＤＤ３を画像処理して、指先Ｆ８に照射された空中画像Ｉ８の焦点が合っているか否かを判定する。制御装置８４１０は、空中画像Ｉ８の焦点が合っていると判定した場合には、第２信号Ｄ２を生成して、第２信号Ｄ２を機器８に出力する。
【0228】
表示制御部８４１６は、操作者Ｏ８が指先Ｆ８で操作するための空中画像と、制御装置８４１０が指先Ｆ８の接近を検出するための基準画像とを交互に切り替えて表示するように動作する。たとえば、焦点照合用基準画像を表示する期間は、操作用の空中画像を表示する期間に比べて十分に短く、操作者Ｏ８に認識できないように設定される。撮像部７４３１の撮像の期間を焦点照合用基準画像を表示する期間に一致するようにしてもよい。
【0229】
図３２Ａ～図３２Ｃは、第８の実施形態に係る画像表示装置が空中で結像させる基準画像を操作者の指先に照射して焦点を合わせた前後の模式図である。
図３２Ａ～図３２Ｃのそれぞれの上段の図は、表示制御部８４１６に設定される基準画像ＲＩ８ａ～ＲＩ８ｃの例を示しており、円形のスイッチを表現している。図３２Ａ～図３２Ｃのそれぞれの下段の図は、基準画像ＲＩ８ａ～ＲＩ８ｃのそれぞれにもとづいて形成された空中画像が、指先Ｆ８に照射されたパターンの例を示している。図３２Ａ～図３２Ｃのそれぞれの下段の左の図は、焦点が合っていないパターンＰＩ８ａ’～ＰＩ８ｃ’を表しており、右の図は、焦点が合っているパターンＰＩ８ａ～ＰＩ８ｃを表している。
図３２Ａ～図３２Ｃのそれぞれの上段の図は、表示制御部８４１６に設定される基準画像ＲＩ８ａ～ＲＩ８ｃの例を示しており、円形のスイッチを表現している。図３２Ａ～図３２Ｃのそれぞれの下段の図は、基準画像ＲＩ８ａ～ＲＩ８ｃのそれぞれにもとづいて形成された空中画像が、指先Ｆ８に照射されたパターンの例を示している。図３２Ａ～図３２Ｃのそれぞれの下段の左の図は、焦点が合っていないパターンＰＩ８ａ’～ＰＩ８ｃ’を表しており、右の図は、焦点が合っているパターンＰＩ８ａ～ＰＩ８ｃを表している。
【0230】
図３２Ａの例は、縦方向ストライプ模様を有する基準画像ＲＩ８ａである。基準画像ＲＩ８ａにもとづいて表示された空中画像が指先Ｆ８に結像を形成しない場合には、パターンＰＩ８ａ’のように、基準画像ＲＩ８ａのストライプよりも太いストライプとなる。空中画像が指先Ｆ８に結像した場合には、パターンＰＩ８ａのように基準画像ＲＩ８ａと同程度の太さのストライプとなる。制御装置８４１０は、指先Ｆ８に照射された画像の情報を含む画像データＤＤ３を画像処理し、基準画像ＲＩ８ａのデータと比較することによって、結像の有無を判定する。
【0231】
図３２Ｂの例は、格子模様を有する基準画像ＲＩ８ｂである。図３２Ａの場合と同様に、制御装置８４１０は、指先Ｆ８に照射された空中画像が形成する画像の情報を含む画像データを画像処理し、基準画像ＲＩ８ｂのデータと比較することによって、結像の有無を判定する。
【0232】
図３２Ｃの例は、テクスチャ模様を有する基準画像ＲＩ８ｃである。図３２Ａおよび図３２Ｂの場合と同様に、制御装置８４１０は、指先Ｆ８に照射された空中画像が形成する画像の情報を含む画像データを画像処理し、基準画像ＲＩ８ｃのデータと比較することによって、結像の有無を判定する。
【0233】
空中画像を表示するための基準画像は、照射する被検出物によって、適切な色や形状等とすることができる。
【0234】
本実施形態に係る画像表示装置８０００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８０００は、第７の画像表示装置７０００と同様の効果を奏する。それに加えて、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８０００は、結像有無の判定のための表示パターンを含む基準画像を設定し、基準画像にもとづいて表示された空中画像を指先Ｆ８等の被検出物に照射する。連続して、被検出物および被検出物に照射された空中画像の表示パターンの画像とを撮像し、これらの情報を含む画像データを画像処理することによって、表示パターンが被検出物上で結像しているか否かを判定することができる。表示パターンは、照射する被検出物によって適切なパターンや色、形状とすることができるので、鮮明なパターンを含む画像データを生成することができ、被検出物の位置をより正確に判定することが可能になる。
本実施形態に係る画像表示装置８０００は、第７の画像表示装置７０００と同様の効果を奏する。それに加えて、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８０００は、結像有無の判定のための表示パターンを含む基準画像を設定し、基準画像にもとづいて表示された空中画像を指先Ｆ８等の被検出物に照射する。連続して、被検出物および被検出物に照射された空中画像の表示パターンの画像とを撮像し、これらの情報を含む画像データを画像処理することによって、表示パターンが被検出物上で結像しているか否かを判定することができる。表示パターンは、照射する被検出物によって適切なパターンや色、形状とすることができるので、鮮明なパターンを含む画像データを生成することができ、被検出物の位置をより正確に判定することが可能になる。
【0235】
本実施形態に係る画像表示装置の構成は、上述した第１～第６の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。後述の第９の実施形態に係る画像表示装置に適用して、同様の効果を得ることが可能である。
【0236】
（第９の実施形態）
図３３は、第９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３３に示すように、本実施形態に係る画像表示装置９０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、制御装置９４１０と、表示制御部９４１６と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置９０００は、制御装置９４１０および表示制御部９４１６を備える点で第７の実施形態に係る画像表示装置７０００と相違する。他の点では、画像表示装置９０００の構成要素は、画像表示装置７０００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３３は、第９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３３に示すように、本実施形態に係る画像表示装置９０００は、表示装置１１００と、結像素子３１０ａと、赤外線センサ１４３１と、制御装置９４１０と、表示制御部９４１６と、を備える。本実施形態に係る画像表示装置９０００は、制御装置９４１０および表示制御部９４１６を備える点で第７の実施形態に係る画像表示装置７０００と相違する。他の点では、画像表示装置９０００の構成要素は、画像表示装置７０００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。
【0237】
制御装置９４１０は、撮像部７４３１に接続されている。制御装置９４１０は、表示制御部９４１６に接続されている。表示制御部９４１６は、表示装置１１００に接続されている。
【0238】
撮像部７４３１は、図３０および図３１の例と同様に、空中画像Ｉ９に接近している操作者Ｏ９の指先Ｆ９を撮像する位置に配置されている。撮像部７４３１は、指先Ｆ９を連続して撮像し、指先Ｆ９の動きの情報を含む連続する画像データ（第４画像データ）ＤＤ４を生成する。撮像部７４３１は、生成された画像データＤＤ４を制御装置９４１０に出力する。
【0239】
表示制御部９４１６には、空中画像Ｉ９を表示するための複数の基準画像があらかじめ設定されている。表示制御部９４１６は、制御装置９４１０からの指令にもとづいて、複数の基準画像から１つを選択する。表示制御部９４１６は、選択した基準画像にもとづいて画像を形成するように、表示装置１１００に光Ｌを出射させる。
【0240】
制御装置９４１０は、画像データＤＤ４が入力されていない場合には、初期の基準画像を選択するように表示制御部９４１６に指令ＤＯ３を出力する。制御装置９４１０は、連続して生成された画像データＤＤ４を画像処理し、指先Ｆ９に動きを判定する。制御装置９４１０は、判定した指先Ｆ９の動きにもとづいて、選択する基準画像を指令ＤＯ４を生成し表示制御部９４１６に出力する。
【0241】
表示制御部９４１６は、制御装置９４１０の指令にもとづいて、複数の基準画像の中から１つを選択して、選択した基準画像にもとづいて画像を形成するように、表示装置１１００に光Ｌを出射させる。
【0242】
図３４Ａ～図３４Ｄは、第９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３４Ａ～図３４Ｄは、指先Ｆ９がどのように動いたときに、選択された基準画像にもとづいて表示される空中画像の例を示している。図３４Ａおよび図３４Ｂは、直線棒状の空中画像Ｉ９ａの場合を示しており、図３４Ｃおよび図３４Ｄは、同心円状の空中画像Ｉ９ｂの場合を示している。
図３４Ａ～図３４Ｄは、指先Ｆ９がどのように動いたときに、選択された基準画像にもとづいて表示される空中画像の例を示している。図３４Ａおよび図３４Ｂは、直線棒状の空中画像Ｉ９ａの場合を示しており、図３４Ｃおよび図３４Ｄは、同心円状の空中画像Ｉ９ｂの場合を示している。
【0243】
図３４Ａは、指先Ｆ９が静止している状態を示している。図３４Ｂは、指先Ｆ９が白い太矢印の方向に動いた場合に、空中画像Ｉ９ａは、実線矢印で示すように、直線の棒の中心を始点にして、反時計回りに９０°ほど回転動作することを示している。
【0244】
図３４Ｃは、指先Ｆ９が静止している状態を示している。図３４Ｄは、指先Ｆ９が広い太矢印の方向に動いた場合に、空中画像Ｉ９ｂは、実線の矢印で示すように、同心円の内側ほど実線の矢印の方向に中心をずらしていくことを示している。
【0245】
指先Ｆ９の動きは、撮像部７４３１によって生成された連続の画像データＤＤ４を制御装置９４１０によって画像処理することによって、判定される。空中画像Ｉ９ａ、Ｉ９ｂの動きは、制御装置９４１０からの指令にもとづいて、複数の基準画像から１つを選択することによって再現される。複数の基準画像から１つを選択することを、異なる画像を時系列で偏光することによって、動画的な動きとすることができる。
【0246】
図３３の例では、指先Ｆ９の１種類の動きで１種類の空中画像Ｉ９の動きを再現することとしたが、指先Ｆ９の動きに応じて、複数の空中画像Ｉ９の動きを対応させるとともに、それぞれ異なる複数の第２信号Ｄ２を生成することもできる。このようにすることによって、指先Ｆ９の動きに応じて、異なる空中表示Ｉ９の変換に異なる操作を組み合わせることが可能になる。
【0247】
本実施形態に係る画像表示装置９０００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９０００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９０００は、以下の効果を奏する。すなわち、指先Ｆ９等の被検出物の動きを検出することによって、被検出物の動きに応じて、空中画像Ｉ９を変化させたり、動作させたりすることができる。指先Ｆ９の動きの場合には、指先Ｆ９の動きが上下方向に動く場合でスワイプ、左右方向に動く場合をフリックと判定するようにすれば、指の動きに応じて、単一のスイッチを表す空中画像Ｉ９で複数種類の操作を実現することができる。
本実施形態に係る画像表示装置９０００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９０００は、以下の効果を奏する。すなわち、指先Ｆ９等の被検出物の動きを検出することによって、被検出物の動きに応じて、空中画像Ｉ９を変化させたり、動作させたりすることができる。指先Ｆ９の動きの場合には、指先Ｆ９の動きが上下方向に動く場合でスワイプ、左右方向に動く場合をフリックと判定するようにすれば、指の動きに応じて、単一のスイッチを表す空中画像Ｉ９で複数種類の操作を実現することができる。
【0248】
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。
【0249】
（付記１）
機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が前記空中画像に接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が前記空中画像に接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
【0250】
（付記２）
機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
機器のための操作手段を表す第１画像を出力する第１表示装置と、
前記第１画像を反射して空中に空中画像として結像させる結像素子と、
被検出物が接近したことを検出して第１信号を出力する第１センサと、
前記第１信号にもとづいて、前記機器に第２信号を出力する制御装置と、
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、
前記第１表示装置は、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、前記第１表示装置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た画像表示装置。
【0251】
（付記３）
前記空中画像の周囲の環境に関する環境情報を取得する第２センサをさらに備え、
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第２センサによって取得された前記環境情報にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力するように前記第１表示装置に指令を出力する付記１または２に記載の画像表示装置。
前記空中画像の周囲の環境に関する環境情報を取得する第２センサをさらに備え、
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第２センサによって取得された前記環境情報にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力するように前記第１表示装置に指令を出力する付記１または２に記載の画像表示装置。
【0252】
（付記４）
前記空中画像を観測する操作者のアイボックスの位置情報を含む第１画像データを連続して取得する第３センサと、
前記第１表示装置および前記結像素子のうち少なくとも一方の設置された位置および光の出射角度を変更する駆動装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１画像データを画像解析し、前記位置情報の変化にもとづいて、前記駆動装置を駆動する付記１～３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記空中画像を観測する操作者のアイボックスの位置情報を含む第１画像データを連続して取得する第３センサと、
前記第１表示装置および前記結像素子のうち少なくとも一方の設置された位置および光の出射角度を変更する駆動装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１画像データを画像解析し、前記位置情報の変化にもとづいて、前記駆動装置を駆動する付記１～３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0253】
（付記５）
前記第１表示装置は、前記第１画像として動画を出力可能であり、
前記制御装置は、前記第１信号にさきだって、前記動画を出力するように前記第１表示装置に指令を出力する付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１表示装置は、前記第１画像として動画を出力可能であり、
前記制御装置は、前記第１信号にさきだって、前記動画を出力するように前記第１表示装置に指令を出力する付記１～４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0254】
（付記６）
前記第１表示装置は、アイコンおよび文字のうち少なくとも一方があらかじめ設定された前記第１画像を出力する付記１～５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１表示装置は、アイコンおよび文字のうち少なくとも一方があらかじめ設定された前記第１画像を出力する付記１～５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0255】
（付記７）
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を出力可能であり、
前記制御装置は、前記第１信号にもとづいて、前記複数の第１画像のうちの１つから前記複数の第１画像のうちの他の１つに切り替えて出力するように前記第１表示装置に指令を出力する付記１～６のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を出力可能であり、
前記制御装置は、前記第１信号にもとづいて、前記複数の第１画像のうちの１つから前記複数の第１画像のうちの他の１つに切り替えて出力するように前記第１表示装置に指令を出力する付記１～６のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0256】
（付記８）
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者を識別する識別情報を含む第２画像データを取得し、
前記制御装置は、前記第２画像データを画像解析し、前記識別情報にもとづいて、前記操作者を識別し、前記識別情報があらかじめ設定されたデータベース上に存在する場合に、前記第１表示装置に前記第１画像の出力を許可する指令を前記表示装置に出力する付記１～７のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者を識別する識別情報を含む第２画像データを取得し、
前記制御装置は、前記第２画像データを画像解析し、前記識別情報にもとづいて、前記操作者を識別し、前記識別情報があらかじめ設定されたデータベース上に存在する場合に、前記第１表示装置に前記第１画像の出力を許可する指令を前記表示装置に出力する付記１～７のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0257】
（付記９）
前記第１センサは、前記被検出物に照射された前記空中画像の情報を含む第３画像データを取得し、
前記制御装置は、前記第３画像データを画像解析し、あらかじめ設定された基準画像データと、前記第３画像データとを比較して、前記第３画像データが前記基準画像データに一致したときに、前記機器に前記第２信号を出力する付記１～８のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１センサは、前記被検出物に照射された前記空中画像の情報を含む第３画像データを取得し、
前記制御装置は、前記第３画像データを画像解析し、あらかじめ設定された基準画像データと、前記第３画像データとを比較して、前記第３画像データが前記基準画像データに一致したときに、前記機器に前記第２信号を出力する付記１～８のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0258】
（付記１０）
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者の動作および前記空中画像の情報を含む第４画像データを連続して取得し、
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第４画像データを連続的に画像解析し、前記第４画像データの変化にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力する指令を前記第１表示装置に出力する付記１～９のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者の動作および前記空中画像の情報を含む第４画像データを連続して取得し、
前記第１表示装置は、複数の前記第１画像を選択的に出力することができ、
前記制御装置は、前記第４画像データを連続的に画像解析し、前記第４画像データの変化にもとづいて、前記複数の第１画像からいずれかを選択して出力する指令を前記第１表示装置に出力する付記１～９のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0259】
（付記１１）
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者の動作および前記空中画像の情報を含む第５画像データを連続して取得し、
前記制御装置は、前記第５画像データを連続的に画像解析し、前記動作および前記空中画像の情報の変化にもとづいて、前記第２信号を生成する付記１～９のいずれか１つに記載の画像表示装置。
前記第１センサは、前記被検出物を操作する操作者の動作および前記空中画像の情報を含む第５画像データを連続して取得し、
前記制御装置は、前記第５画像データを連続的に画像解析し、前記動作および前記空中画像の情報の変化にもとづいて、前記第２信号を生成する付記１～９のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【0260】
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。
【0261】
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】
【0262】
１０、３１０、３１０ａ…結像素子、１２、３１２…基材、２０…リフレクタアレイ、２２…リフレクタ行、２３…間隔、３０…２面直交リフレクタ、３１…第１反射面、３２…第２反射面、１０００、２０００、３０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００…画像表示装置、１１００…表示装置、１１１２、１１１２ａ…画素、１１２０、１１２０ａ…ＬＥＤ素子、１３００、５３００…筐体、１３１０、５３１０…遮光部材、１３２０、５３２０…光透過部材、１４１０、２４１０、３４１０、５４１０、６４１０、７４１０、８４１０、９４１０…制御装置、１４１６、３４１６、５４１６、６４１６、８４１６、９４１６…表示制御部、１４３１…赤外線センサ、１４３２、２４３３、７４３１…撮像部、２４２０…駆動装置
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【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16A】
【図16B】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図22C】
【図22D】
【図23A】
【図23B】
【図23C】
【図23D】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図24D】
【図25】
【図26A】
【図26B】
【図27】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【図29C】
【図29D】
【図30】
【図31】
【図32A】
【図32B】
【図32C】
【図33】
【図34A】
【図34B】
【図34C】
【図34D】