特許 7240242 表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-07

(45)【発行日】2023-03-15

(54)【発明の名称】表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20230308BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20230308BHJP

   H04N 13/305 20180101ALI20230308BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

H04N13/302

H04N13/305

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019086016

(22)【出願日】2019-04-26

(65)【公開番号】P2020181160

(43)【公開日】2020-11-05

【審査請求日】2022-04-08

(73)【特許権者】

【識別番号】303018827

【氏名又は名称】Ｔｉａｎｍａ Ｊａｐａｎ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520272868

【氏名又は名称】武漢天馬微電子有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001678

【氏名又は名称】藤央弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】益村 和敬

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 哲史

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１５８１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４２８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２３２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７８６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２４２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５７５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００１７０８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３０／００ － ３０／６０

Ｈ０４Ｎ １３／００ － １３／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間に実像を結像するように入射光を反射する空間結像素子及び光を反射する鏡面を有する反射部材を有する光学系を備える表示装置であって、
前記反射部材は、前記空間結像素子によって反射された、被投影物から入射された第一入射光を反射し、第二入射光として前記空間結像素子に入射するように設置され、
前記空間結像素子は、
前記空間結像素子が形成する面に対して、前記被投影物と面対称となる位置に第一実像を結像するように前記第一入射光を反射し、
前記空間結像素子が形成する面に対して、前記反射部材によって生じる前記第一実像の虚像と面対称となる位置に第二実像を結像するように前記第二入射光を反射することを特徴とする表示装置。

【請求項2】

請求項１に記載の表示装置であって、
前記光学系は前記被投影物の画像を表示する画像表示装置を有し、
前記画像表示装置の表示面は、前記空間結像素子が形成する面に対して、当該面と平行となる角度より大きく、かつ、当該面に対して直角となる角度より小さい範囲の傾斜角度をなすように設置され、
前記画像表示装置に表示される前記被投影物の画像は、前記第二実像を１８０度だけ回転させた画像であることを特徴とする表示装置。

【請求項3】

請求項２に記載の表示装置であって、
前記被投影物の画像を前記画像表示装置に出力する画像処理装置を備え、
前記画像処理装置は、
前記反射部材による前記第一実像の反転を解消する画像処理を行った画像データを生成し、
前記画像データを前記画像表示装置に出力することを特徴とする表示装置。

【請求項4】

請求項３に記載の表示装置であって、
前記空間結像素子及び前記反射部材の間の距離、並びに、前記空間結像素子及び前記画像表示装置の間の距離は、前記光学系において生じる虚像が前記第二実像に重ならないように調整されていることを特徴とする表示装置。

【請求項5】

請求項４に記載の表示装置であって、
前記画像表示装置は、立体画像を表示するディスプレイであることを特徴とする表示装置。

【請求項6】

空間に実像を結像するように入射光を反射する空間結像素子と、光を反射する鏡面を有する第一反射部材及び第二反射部材と、を有する光学系を備える表示装置であって、
前記第一反射部材は、被投影物から入射された第一入射光を反射し、第二入射光として前記空間結像素子に入射するように設置され、
前記第二反射部材は、前記空間結像素子によって反射された前記第二入射光を反射し、第三入射光として前記空間結像素子に入射するように設置され、
前記空間結像素子は、
前記空間結像素子が形成する面に対して、前記第一反射部材によって生じる前記被投影物の虚像と面対称となる位置に第一実像を結像するように前記第二入射光を反射し、
前記空間結像素子が形成する面に対して、前記第二反射部材によって生じる前記第一実像の虚像と面対称となる位置に第二実像を結像するように前記第三入射光を反射することを特徴とする表示装置。

【請求項7】

請求項６に記載の表示装置であって、
前記被投影物は、前記第二実像を１８０だけ回転させた向きとなるように前記第一反射部材に投影されることを特徴とする表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空中に結像する光学系を備える表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空中に像を結像する光学系として特許文献１及び特許文献２に記載の光学系が知られている。

【0003】

特許文献１には、光学系は、被投影物の像を当該対称面の反対側に実像として結像可能な鏡面反射を利用した結像光学系を、複数並べ相互に離間させて配置すること、結像光学系のうち少なくとも一つを、ハーフミラーと、該ハーフミラーからの透過光若しくは反射光を再帰反射させる位置に配置される再帰反射素子とを具備することが記載されている。

【0004】

特許文献２には、微小ミラーユニットがマトリクス状に配列された平板状の構造体からなる第１及び第２の反射型面対称結像素子を備えること、第１の反射型面対称結像素子及び第２の反射型面対称結像素子の各々は、１つの光反射面を有する複数の長手部材をその光反射面が同一方向側となるように平行に配列した第１集合体及び第２集合体を、その光反射面が交差するように重ね合わせて構成されてなり、第１集合体の光反射面が微小ミラーユニットの第１光反射面を構成しかつ前記第２集合体の光反射面が前記微小ミラーユニットの前記第２光反射面を構成することが記載されている。

【0005】

結像光学系（反射型面対称結像素子）は、一方面側に配置される被投影物から発せられた光を、二回以上、鏡面反射させて、被投影物とは反対側の位置に実像を結像する。一枚又は奇数枚の結像光学系を介して結像した立体構造物の実像は、凹凸が反転してしまうという問題がある。

【0006】

前述のような凹凸の反転は、３次元画像を空中に結像する場合に大きな問題となる。具体的には、凹凸の反転が発生していない像と凹凸の反転が発生している像とが混在するため、３次元効果が得られない画像又は不自然な３次元画像として視認される。

【0007】

上記問題を解決するために、特許文献１では、結像光学系を偶数枚用いること記載され、特許文献２では、反射型面対称結像素子を二枚用いることが記載されている。結像光学系（反射型面対称結像素子）を偶数枚用いることによって、立体構造物の実像の凹凸の反転を解消できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】国際公開第２００８／１２３４７３号

【文献】特開２０１１－８１３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、結像光学系（反射型面対称結像素子）は高価であるため、光学系の製造コストが高くとなるという問題がある。

【0010】

本開示は、製造コストを低く抑え、かつ、像の凹凸の反転を解消する光学系を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、空間に実像を結像するように入射光を反射する空間結像素子及び光を反射する鏡面を有する反射部材を有する光学系を備える表示装置であって、前記反射部材は、前記空間結像素子によって反射された、被投影物から入射された第一入射光を反射し、第二入射光として前記空間結像素子に入射するように設置され、前記空間結像素子は、前記空間結像素子が形成する面に対して、前記被投影物と面対称となる位置に第一実像を結像するように前記第一入射光を反射し、前記空間結像素子が形成する面に対して、前記反射部材によって生じる前記第一実像の虚像と面対称となる位置に第二実像を結像するように前記第二入射光を反射する。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、製造コストを低く抑え、かつ、像の凹凸の反転を解消する光学系を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態の表示装置の主要な構成の一例を示す図である。

【図2】第１の実施形態の空間結像素子の構造の一例を示す図である。

【図3】第１の実施形態の空間結像素子の結像様式の一例を示す図である。

【図4】第１の実施形態の空間結像素子の結像様式の一例を示す図である。

【図5】第１の実施形態の光学系の結像様式の一例を示す図である。

【図6】第１の実施形態の光学系の光学モデルの一例を示す図である。

【図7】第３の実施形態の光学系の構造の一例を示す図である。

【図8A】第４の実施形態の光学系を収容する筐体の一例を示す図である。

【図8B】第４の実施形態の光学系を収容する筐体の一例を示す図である。

【図9A】第４の実施形態の光学系を収容する筐体の一例を示す図である。

【図9B】第４の実施形態の光学系を収容する筐体の一例を示す図である。

【図10】第５の実施形態の光学系の構成の位置及び大きさの関係を示す図である。

【図11A】第５の実施形態の光学系によって表示される像の一例を示す図である

【図11B】第５の実施形態の光学系によって表示される像の一例を示す図である

【図12】従来の光学系の構成の配置例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示の実施形態を、添付図面を用いて説明する。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。

【0015】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の表示装置１の主要な構成の一例を示す図である。図２は、第１の実施形態の空間結像素子１００の構造の一例を示す図である。図３及び図４は、第１の実施形態の空間結像素子１００の結像様式の一例を示す図である。図５は、第１の実施形態の光学系１０の結像様式の一例を示す図である。

【0016】

表示装置１は、光学系１０及び画像処理装置２０から構成される。

【0017】

画像処理装置２０は、立体的な被投影物の画像データ３０の入力を受け付け、ディスプレイ１２０に出力する。画像データ３０は、右眼画像及び左眼画像を含む。画像処理装置２０は、例えば、プロセッサ、メモリ、及び外部インタフェースを有する汎用計算機、マイコン等の小型コンピュータ、又は論理回路及びメモリで構成されたハードウェアが考えられる。

【0018】

なお、画像処理装置２０には、平面的な被投影物の画像データ３０が入力されてもよい。

【0019】

光学系１０は、空間結像素子１００、平面鏡１１０、及びディスプレイ１２０から構成される。

【0020】

第１の実施形態のディスプレイ１２０は３次元画像を表示する。なお、３次元画像の表示方式としては、レンチキュラレンズ方式及びパララックスバリア方式等が知られている。本開示は、３次元画像の表示方式に限定されない。

【0021】

空間結像素子１００は、略平面状の基盤２００に任意のパターンで配置された複数のコーナーリフレクタ２１０から構成される素子である。

【0022】

以下の説明では、任意のパターンで配置された複数のコーナーリフレクタ２１０をコーナーリフレクタアレイとも記載する。コーナーリフレクタアレイに含まれる各コーナーリフレクタ２１０は、基盤２００に対して同じ向きとなるように形成されている。

【0023】

コーナーリフレクタ２１０は、基盤２００を切削することによって形成された直方体形状の穴の内壁に、鏡面要素２１１、２１２を有する。鏡面要素２１１、２１２は、例えば、内壁に対して平滑鏡面処理を実行することによって形成される。図２では、説明のため、コーナーリフレクタ２１０の鏡面要素２１１、２１２を形成する内壁を強調表示している。鏡面要素２１１、２１２が形成する平面の角度は略直角である。

【0024】

なお、穴の四つの内壁の内、鏡面要素２１１、２１２を形成しない内壁については、多重反射光を抑制することが望ましい。例えば、当該内壁には、平滑鏡面処理を行わないように制御し、又は、内壁がなす角度を制御する。

【0025】

コーナーリフレクタ２１０は、二つの鏡面要素２１１、２１２を用いて、入射光を特定の方向に反射する。図３では、空間結像素子１００に入射された光のＺＸ平面の光路を示す。また、図４では、空間結像素子１００に入射された光のＹＺ平面の光路を示す。図３では、空間結像素子１００に入射される光の光路を実線で表し、空間結像素子１００から出射される光の光路を点線で表す。

【0026】

被投影物Ｏからランダムに発せられた光の一部は、コーナーリフレクタ２１０に入射した場合、一つの鏡面要素２１１に入射し、当該鏡面要素２１１によって反射されて他の鏡面要素２１２に入射する。さらに、光は、他の鏡面要素２１２にて反射され、入射方向とは逆方向に出射される。鏡面要素２１２に光が入射した場合、鏡面要素２１２にて反射された光は、鏡面要素２１１に入射し、さらに、他の鏡面要素２１１にて反射され、入射方向とは逆方向に出射される。

【0027】

図３は、説明の簡略化のため、模試的に図示している。しかし、実際のコーナーリフレクタ２１０は非常に微細なものであるため、入射される光と出射される光はほとんど重なる。このため、図４に示したように、前述の光の光路をＹＺ平面から見た場合、空間結像素子１００の一方の面側に被投影物Ｏを配置すると、被投影物Ｏから発せられた光の一部は、空間結像素子１００によって内部で２回反射する。被投影物Ｏからの光で２回反射した光が、空間結像素子１００が形成する面に対して被投影物Ｏと面対称となる位置Ｐを通過する光となる。したがって、被投影物Ｏが、空間結像素子１００が形成する面に対して被投影物Ｏと面対称となる位置に実像Ｐとして結像する。

【0028】

図３及び図４に示すように、コーナーリフレクタ２１０から出射される光のＸ成分及びＺ成分の方向は、入射光のＸ成分及びＺ成分の方向と逆になる。また、実像Ｐは被投影物Ｏの凹凸が反転した像となる。

【0029】

平面鏡１１０は、略平面状の鏡である。光学系１０において、平面鏡１１０は入射された光を反射して虚像を映す反射部材として機能する。

【0030】

ここで、光学系１０の各構成（空間結像素子１００、平面鏡１１０、及びディスプレイ１２０）の配置について説明する。

【0031】

ディスプレイ１２０は、ディスプレイ１２０の表示面が、空間結像素子１００が形成する面（ＹＺ平面）に対して傾斜するように設置する。本開示では、空間結像素子１００が形成する面（ＹＺ平面）を０度とする。ディスプレイ１２０の表示面の傾斜角度を０度とすると、ディスプレイ１２０から発せられる光線が空間結像素子１００に入射しても、空間結像素子１００の平面に形成された略直角の鏡面要素２１１、２１２でほとんど反射しない。また、ディスプレイ１２０の表示面の傾斜角度を９０度とすると、ディスプレイから発せされる光線が空間結像素子１００にほとんど入射しない。空間結像素子１００において、光線の反射又は入射がほとんど行われない場合、ディスプレイ１２０に表示された画像は、空間結像素子１００に対して面対称な位置に結像しない。このため、ディスプレイ１２０の表示面の傾斜角度は、０度より大きくかつ９０度より小さい範囲となる。図１では、空間結像素子１００が形成する面に対して４５度傾けてディスプレイ１２０を設定している。

【0032】

平面鏡１１０は、空間結像素子１００が形成する面に対して平行となるように設置する。なお、空間結像素子１００から出射された光が空間結像素子１００に、再度、入射するように反射できるならば、平面鏡１１０は、空間結像素子１００が形成する面に対して傾けて設置されてもよい。

【0033】

次に、図５を用いて光学系１０によって表示される像について説明する。

【0034】

ディスプレイ１２０に表示された被投影物Ｐ０を表す光は、空間結像素子１００に入射される。空間結像素子１００に入射された光は、コーナーリフレクタアレイの作用によって、空間結像素子１００が形成する面に対して被投影物Ｐ０と面対称となる位置に実像Ｐ１（第一実像）を結像する。

【0035】

実像Ｐ１を結像する光は平面鏡１１０にて反射され、当該反射光が再び空間結像素子１００に入射される。これは、虚像Ｖ１の光が空間結像素子１００に入射されるのと等価である。

【0036】

平面鏡１１０から入射された光は、コーナーリフレクタアレイの作用によって、空間結像素子１００が形成する面に対して虚像Ｖ１と面対称となる位置に実像Ｐ２（第二実像）を結像する。

【0037】

このように、被投影物Ｐ０から照射された光は、空間結像素子１００に二回入射されることから、実像Ｐ２の凹凸は被投影物Ｐ０の凹凸と一致する。

【0038】

図６は、第１の実施形態の光学系１０の光学モデルの一例を示す図である。

【0039】

ディスプレイ１２０は、レンチキュラレンズ６００、複数の右眼用画素６１１、及び複数の左眼用画素６１２から構成される。

【0040】

レンチキュラレンズ６００は、かまぼこ形状の凹レンズがシート状に並べられたレンズである。凹レンズは、例えば、シリンドリカルレンズである。右眼用画素６１１及び左眼用画素６１２から構成される画素のペアに対して一つの凹レンズが対応づけられるように、右眼用画素６１１、左眼用画素６１２、及び凹レンズが配置される。なお、右眼用画素６１１及び左眼用画素６１２の間には、画像の混色の防止及び画素に表示する信号の伝送を実現するための遮光部を設けてもよい。

【0041】

図１に示すように、ディスプレイ１２０はＹ軸に対して４５度に傾けて配置されているが、説明のためにディスプレイ１２０のＸ軸方向の画素列に着目した光学モデルを示す。

【0042】

右眼用画素６１１及び左眼用画素６１２から照射された各光は、レンチキュラレンズ６００に入射される。図６では、右眼用画素６１１から照射された光の光路を実線で表し、光路の名称には「Ｒ」を付す。また、左眼用画素６１２から照射された光の光路を一点鎖線で表し、光路の名称には「Ｌ」を付す。

【0043】

レンチキュラレンズ６００によって屈折した光は、空間結像素子１００に入射し、コーナーリフレクタアレイの作用によって反射し、入射側の反対へ出射する。空間結像素子１００から出射された光は、空間結像素子１００が形成する面に対して被投影物Ｐ０と面対称となる位置に実像Ｐ１を結像する。当該光は、平面鏡１１０の鏡面にて反射し、再び、空間結像素子１００に入射する。

【0044】

空間結像素子１００に入射した光は、コーナーリフレクタアレイの作用によって反射し、入射側の反対へ出射する。空間結像素子１００から出射された光は、空間結像素子１００が形成する面に対して虚像Ｖ１と面対称となる位置に実像Ｐ２を結像する。

【0045】

図６に示すように、複数の右眼用画素６１１の各々から照射された光は、右眼用画像が観察可能な領域ＥＲ６５１を形成し、複数の左眼用画素６１２の各々から照射された光は、左眼用画像が観察可能な領域ＥＬ６５２を形成する。

【0046】

観察者は、右眼が領域ＥＲ６５１に位置し、左眼が領域ＥＬ６５２に位置するように実像Ｐ２を観察することによって、空中に結像した立体画像を視認することができる。

【0047】

第１の実施形態によれば、光学系１０は、一つの空間結像素子１００を用いて、凹凸が被投影物Ｐ０と一致する実像Ｐ２を結像することができる。したがって、製造コストを低く抑えることができる。

【0048】

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、所望の向きの画像として視認できる実像Ｐ２を結像する光学系１０について説明する。

【0049】

裸眼にて観測した画像が所望の向きの画像として視認できる画像をディスプレイ１２０に表示した場合、実像Ｐ２は、空間結像素子１００の反射によって被投影物Ｐ０の上下が逆となり、かつ、平面鏡１１０の反射によって被投影物Ｐ０の左右が反転した像として視認される。すなわち、実像Ｐ２は、ディスプレイ１２０に表示される被投影物Ｐ０を１８０度回転し、また、水平反転した像として視認される。なお、水平反転した像は、垂直方向の軸に対して像を反転させた像を表す。

【0050】

そこで、第２の実施形態では、実像Ｐ２が所望の向きの画像として視認できるように、ディスプレイ１２０の配置及び画像データ３０を出力するための画像処理を制御する。

【0051】

具体的には、ディスプレイ１２０の上方向が空間結像素子１００側に向くようにディスプレイ１２０を設置する。また、画像処理装置２０は、所望の向きの画像を水平反転させた画像データ３０を生成するための画像処理を実行し、当該画像データ３０をディスプレイ１２０に出力する。

【0052】

なお、ディスプレイ１２０の向きを変えずに、画像処理のみによって同様の表示を実現してもよい。この場合、画像処理装置２０は、実像Ｐ２を１８０度回転させ、かつ、水平反転させた画像データ３０を生成するための画像処理を実行する。

【0053】

第２の実施形態によれば、観察者に対して所望の向きの実像Ｐ２を提示できる光学系１０を実現できる。

【0054】

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、画像データ３０を出力するための画像処理を制御することなく、所望の向きの画像として視認できる実像Ｐ２を結像する光学系１０について説明する。

【0055】

図７は、第３の実施形態の光学系１０の構造の一例を示す図である。

【0056】

第３の実施形態の光学系１０は、新たな構成として、平面鏡７００を含む。平面鏡７００は、反射した被投影物Ｐ０の光が空間結像素子１００に入射されるように設置される。具体的には、平面鏡７００は、空間結像素子１００が形成する面に対して傾きが４５度となるように設定する。

【0057】

また、第３の実施形態では、ディスプレイ１２０の上方向が空間結像素子１００側に向くようにディスプレイ１２０が設置される。平面鏡７００には、被投影物Ｐ０の上下が逆になっている光が入射される。

【0058】

第３の実施形態の光学系１０では、鏡面反射が二回となるため、水平反転の画像処理が必要ない。

【0059】

第３の実施形態によれば、画像処理を行うことなく、観察者に対して所望の向きの実像Ｐ２を提示できる光学系１０を実現できる。また、第３の実施形態の光学系１０は、立体物の実像Ｐ２を投影する装置にも適用できる。具体的には、ディスプレイ１２０の代わりに立体物に置き換えればよい。

【0060】

なお、立体物が自ら光を発しない場合、光学系１０に立体物を照らす照明器具を適宜設置できる。

【0061】

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、鮮明な実像Ｐ２を結像するための表示装置１の構成について説明する。

【0062】

図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、及び図９Ｂは、第４の実施形態の光学系１０を収容する筐体の一例を示す図である。

【0063】

図８Ａ及び図８Ｂは、開口部８１０を有する筐体８００に収容された光学系１０を示す。なお、画像処理装置２０が筐体８００に収容されてもよい。

【0064】

空間結像素子１００、平面鏡１１０、及びディスプレイ１２０は、筐体８００の内部に収容される。開口部８１０から出射される光は、空中において実像Ｐ２として結像する。

【0065】

図９Ａ及び図９Ｂは、カバーで覆われた開口部９１０を有する筐体９００に収容された光学系１０を示す。なお、画像処理装置２０が筐体９００に収容されてもよい。

【0066】

筐体９００は、開口部９１０を有する筐体部分９１１と、開口部９１０を覆うカバーを形成する筐体部分９１２とから構成される。また、ディスプレイ１２０は、実像Ｐ２より上部、すなわち、筐体部分９１２の上端に設置される。観察者は、筐体部分９１２の開口部９１０から出射される光（実像Ｐ２）を視認する。

【0067】

図８Ａ及び図９Ａに示すような筐体に光学系１０を収容することによって、空間結像素子１００の表面の反射光、迷光の影響による虚像、及び平面鏡１１０に映り込んだ虚像等を観察者から隠すことができる。すなわち、実像Ｐ２に視認に影響する光及び像による影響を最小限にすることができる。

【0068】

これによって、実像Ｐ２のコントラストの向上し、また、観察者が実像Ｐ２の視認に集中することができる。すなわち、実像Ｐ２の見やすさが改善する。

【0069】

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、観察者が鮮明な実像Ｐ２を視認するために光学系１０の各構成の位置関係を調整する。

【0070】

図１０は、第５の実施形態の光学系１０の構成の位置及び大きさの関係を示す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、第５の実施形態の光学系１０によって表示される像の一例を示す図である。

【0071】

空間結像素子１００及びディスプレイ１２０の間の距離、並びに、空間結像素子１００及び平面鏡１１０の間の距離が適切に調整されていない場合、図１１Ａに示すように、実像Ｐ２には、被投影物Ｐ０及び虚像Ｖ２、Ｖ３が重なって見える。なお、矩形１１０１は、光学系１０を観察するユーザの見え方を形式的に示す領域である。

【0072】

第５の実施形態では、図１１Ｂに示すように、被投影物Ｐ０及び虚像Ｖ２、Ｖ３が重ならないように実像Ｐ２を表示するための光学系１０の各構成の位置関係を説明する。

【0073】

ここで、ＹＺ平面におけるディスプレイ１２０の大きさ（高さ）をＨ、ディスプレイ１２０の中心から照射された光が空間結像素子１００に至るまでの距離をＤ１、平面鏡１１０において反射された光が空間結像素子１００に至るまでの距離をＤ２とする。また、空間結像素子１００及び平面鏡１１０のＺ軸方向の距離をａ、空間結像素子１００及びディスプレイ１２０のＺ軸方向の距離の最大値をｂとする。

【0074】

ここで、観察者が、空間結像素子１００が形成する面に対して４５度の角度から実像Ｐ２を見た場合における虚像の重なりについて実験を行った。なお、実像Ｐ２と観察者の目との間の距離は５００ｍｍから７５０ｍｍの間で調整した。

【0075】

実験の結果、Ｄ２がＤ１の４倍以上になるように光学系１０の各構成の配置を調整することによって、被投影物Ｐ０及び虚像Ｖ２、Ｖ３が重なっていない実像Ｐ２を表示することができることが分かった。また、Ｄ１はＨの２倍以上であることが好ましいことが分かった。以上のことから、Ｈ、Ｄ１、及びＤ２を調整することによって、被投影物Ｐ０及び虚像Ｖ２、Ｖ３が重ならないように実像Ｐ２を表示することができることが分かった。

【0076】

なお、Ｈ、Ｄ１、及びＤ２の具体的かつ最適な値は、実像Ｐ２と観察者の目との間の距離及び実像Ｐ２を見る角度等によって定まる。

【0077】

図１２は、従来の光学系１２００の構成の配置例を示す図である。本開示の光学系１０と比較のために、特許文献１に記載の光学系１２００の各構成の配置例を示す。

【0078】

ここで、空間結像素子１２０１、１２０２間のＺ軸方向の距離をａ’、空間結像素子１２０１及びディスプレイ１２２０のＺ軸方向の距離の最大値をｂ’とする。

【0079】

ｂ’をｂと同一とした場合、図１１Ｂに示すような実像Ｐ２を表示するためには、ａ’はａの約２倍となることが分かった。

【0080】

したがって、本開示の光学系１０は、従来の光学系より小型化が可能である。そのため、光学系１０を収容する筐体も小型化が可能となる。

【0081】

以上、本願の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

【符号の説明】

【0082】

１０ 光学系
２０ 画像処理装置
３０ 画像データ
１００ 空間結像素子
１１０ 平面鏡
１２０ ディスプレイ
２００ 基盤
２１０ コーナーリフレクタ
２１１、２１２ 鏡面要素
６００ レンチキュラレンズ
６１１ 右眼用画素
６１２ 左眼用画素
６５１ 領域ＥＲ
６５２ 領域ＥＬ
７００ 平面鏡
７１０ 開口部
８００、９００ 筐体
８１０、９１０ 開口部
９１１、９１２ 筐体部分
１２００ 光学系
１２０１、１２０２ 空間結像素子
１２２０ ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】