特許 7373984 画像表示装置

(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】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20231027BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20231027BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019225353

(22)【出願日】2019-12-13

(65)【公開番号】P2021096284

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001667

【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン

(72)【発明者】

【氏名】尾形 洋一

【審査官】河村 麻梨子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１６６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０９５１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１８８６１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６１４７８０５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１－２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を照射する光源部と、
前記光源部が照射した光の一部を第１方向に反射するとともに、残りの光を第２方向に透過する第１ビームスプリッタと、
前記第１方向に進行した光を空間上に結像させる第１結像光学部と、
前記第２方向に進行した光を空間上に結像させる第２結像光学部を備え、
前記第１結像光学部または前記第２結像光学部の一方が、ヘッドマウントディスプレイを備えることを特徴とする画像表示装置。

【請求項2】

請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１結像光学部または前記第２結像光学部の他方が、
前記第１ビームスプリッタからの光の一部を反射するとともに、残りの光を透過する第２ビームスプリッタと、
前記第２ビームスプリッタで反射された光を再帰反射する第１再帰反射部と、
前記第１再帰反射部で反射された光を反射するダイクロイックミラーを備えることを特徴とする画像表示装置。

【請求項3】

請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記第２ビームスプリッタを透過した光を再帰反射する第２再帰反射部を備えることを特徴とする画像表示装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一つに記載の画像表示装置であって、
前記光源部が照射した光を分岐する第１ハーフミラーと、
前記第１ハーフミラーを透過した光を前記第１ビームスプリッタの第１面に向けて反射する第１ミラーと、
前記第１ハーフミラーで反射した光を前記第１ビームスプリッタの第２面に向けて反射する第２ミラーを備えることを特徴とする画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像表示装置に関し、特に空間の奥行方向に複数の画像を重ね合わせて結像させる画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。

【0003】

しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなＨＵＤでは、フロントガラスの広い範囲に画像を投影するための光学装置が必要であり、光学装置の小型化および軽量化が望まれている。

【0004】

一方で、小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置としては、メガネ形状をしたヘッドマウント型のＨＵＤが知られている（例えば、特許文献２を参照）。ヘッドマウント型のＨＵＤでは、光源から照射された光を視聴者の眼に直接照射して、視聴者の網膜に画像を投影している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１１８６６９号公報

【文献】特表２０１８－５２８４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来のヘッドマウント型ＨＵＤでは、画像を投影するための光源に発光ダイオードや有機ＥＬ素子を用い、画像表示にも液晶表示装置を用いているため、空間に結像する画像（エアリアルイメージ）の光量を向上させることが困難であった。特に、現実の空間を背景としてエアリアルイメージを重ね合わせる場合には、日中において太陽光が照射された環境下でも画像の視認性を確保することが困難になる。

【0007】

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、奥行方向に結像させる画像の光量を向上させて、視認性を向上させることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、レーザ光を照射する光源部と、前記光源部が照射した光の一部を第１方向に反射するとともに、残りの光を第２方向に透過する第１ビームスプリッタと、前記第１方向に進行した光を空間上に結像させる第１結像光学部と、前記第２方向に進行した光を空間上に結像させる第２結像光学部を備え、前記第１結像光学部または前記第２結像光学部の一方が、ヘッドマウントディスプレイを備えることを特徴とする。

【0009】

このような本発明の画像表示装置では、光源部が照射したレーザ光を第１ビームスプリッタで分岐して、第１結像光学部と第２結像光学部で結像させるため、奥行方向に結像させる画像の光量を向上させて、視認性を向上させることが可能となる。

【0011】

また本発明の一態様では、前記第１結像光学部または前記第２結像光学部の他方が、前記第１ビームスプリッタからの光の一部を反射するとともに、残りの光を透過する第２ビームスプリッタと、前記第２ビームスプリッタで反射された光を再帰反射する第１再帰反射部と、前記第１再帰反射部で反射された光を反射するダイクロイックミラーを備える。

【0012】

また本発明の一態様では、前記第２ビームスプリッタを透過した光を再帰反射する第２再帰反射部を備える。

【0013】

また本発明の一態様では、前記光源部が照射した光を分岐する第１ハーフミラーと、前記第１ハーフミラーを透過した光を前記第１ビームスプリッタの第１面に向けて反射する第１ミラーと、前記第１ハーフミラーで反射した光を前記第１ビームスプリッタの第２面に向けて反射する第２ミラーを備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明では、奥行方向に結像させる画像の光量を向上させて、視認性を向上させることが可能な画像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る画像表示装置１００の構成を示す模式図である。

【図2】画像表示装置１００のうち第１結像光学部を用いた第３画像Ｈの結像および視認について説明する模式図である。

【図3】画像表示装置１００のうち第２結像光学部を用いた第１画像Ａ１および第２画像Ａ２の結像および視認について説明する模式図である。

【図4】画像表示装置１００を用いたエアリアルイメージの結像を示す写真である。

【図5】第２実施形態に係る画像表示装置１１０の構成を示す模式図である。

【図6】画像表示装置１１０を用いたエアリアルイメージの結像を示す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る画像表示装置１００の構成を示す模式図である。図１に示すように画像表示装置１００は、光源部ＣＷと、レンズＬ１，Ｌ２と、ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２と、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３と、アパチャＡＰと、プリズムＰｒと、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ２と、再帰反射部ＲＲ１，ＲＲ２と、ダイクロイックミラーＤＭと、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤを備えている。

【0017】

図１に示した画像表示装置１００では、視聴者は、光源部ＣＷから照射された光により投影される第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈを奥行方向に異なる距離に視認する。図１においては、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈが並ぶ方向を奥行方向とし、奥行方向に直交する上下方向を垂直方向とし、奥行方向と垂直方向に直交する方向を横方向とする。

【0018】

光源部ＣＷは、所定波長のレーザ光を照射する装置であり、例えば半導体レーザ素子と制御回路を備えた半導体レーザ装置を用いることができる。光源部ＣＷから照射されるレーザ光は、可視光範囲の波長であれば限定されないが、赤色、青色、緑色の何れかであることが好ましい。また、光源部ＣＷから照射される光は単色であってもよく、複数色が混色されたものであってもよい。また、赤色、青色、緑色の光を時分割で出射するとしてもよい。また、光源部ＣＷが照射する光は、連続光であってもよくパルス光であってもよい。また、光源部ＣＷにコリメータレンズやその他の光学要素を含めるとしてもよい。光源部ＣＷが照射する光は、液晶表示素子やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることで所定の画像を含む光として照射することができる。

【0019】

レンズＬ１，Ｌ２は、光源部ＣＷから照射されたレーザ光の経路中に配置されて、レーザ光の集光や拡大をする光学要素である。図１に示した例では、レンズＬ１は光源部ＣＷとハーフミラーＨＭ１の間に配置され、レンズＬ２はミラーＭ３とプリズムＰｒの間に配置されている。ここではレンズＬ１，Ｌ２の２つを用いた例を示しているが、後述するように空中に結像される第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈの位置を調整するために、必要に応じて適宜いずれかの光路中に他のレンズを追加するとしてもよい。

【0020】

ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２は、一方の面に入射した光の一部を反射して残りの一部を透過する略平板状の光学要素であり、垂直方向と奥行方向に対して４５度の角度となるように配置されている。ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２の反射率と透過率は限定されないが、例えば５０％を反射して５０％を透過するものを用いることができる。ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、反射面に入射した光を反射する略平板状の光学要素であり、垂直方向と奥行方向に対して４５度の角度となるように配置されている。

【0021】

アパチャＡＰは、限定された領域内に到達した光のみを透過して、光の照射領域を限定するための光学要素である。図１に示した例では、アパチャＡＰはレンズＬ２とプリズムＰｒの間に配置されており、レンズＬ２を透過して集光された光の径を限定してプリズムＰｒの光入射面に入射させる。プリズムＰｒは、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤの導光体内部に光を導入するための光学要素である。

【0022】

図１で示した例では、光源部ＣＷから照射されたレーザ光は、レンズＬ１を経てハーフミラーＨＭ１に入射し、一部が透過してミラーＭ１方向に進行し、残りが反射してミラーＭ２方向に進行する。ミラーＭ１に入射した光は、反射面で反射されてビームスプリッタＢＳ１の一方の面に入射する。ミラーＭ２に入射した光は、反射面で反射されてビームスプリッタＢＳ１の他方の面に入射する。

【0023】

ビームスプリッタＢＳ１は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。ビームスプリッタＢＳ１は垂直方向と奥行方向に対して４５度の角度となるように配置されている。また、ミラーＭ１，Ｍ２から一方の面および他方の面に入射する光の光軸に対しても４５度傾斜して配置されている。ビームスプリッタＢＳ１は、本発明における第１ビームスプリッタに相当している。

【0024】

ヘッドマウントディスプレイＨＭＤは、第３画像Ｈを空間上に結像させる画像投影部である。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤの具体的構成は限定されず、導光板と回折格子を用いるものや、レーザ光を網膜上にスキャンするもの等、公知の構成を用いることができる。図１に示した例では、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤは平板状の導光板と導光板内に形成されたハーフミラーＨＭ２を備えており、プリズムＰｒから入射された光は導光板内部を伝搬して、ハーフミラーＨＭ２で視聴者の視点方向に反射される。後述するように、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤのハーフミラーＨＭ２で反射された光によって、第３画像Ｈが空間上で結像されるので、ミラーＭ３と、レンズＬ２と、アパチャＡＰと、プリズムＰｒと、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤは本発明における第１結像光学部を構成している。

【0025】

ビームスプリッタＢＳ２は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。ビームスプリッタＢＳ２は垂直方向と奥行方向に対して４５度の角度となるように傾斜して配置されている。また、ビームスプリッタＢＳ１から入射する光の光軸に対しても４５度傾斜して配置されている。さらに、ビームスプリッタＢＳ２とビームスプリッタＢＳ１の傾斜方向は互いに反対であり、９０度の角度で交差するように対向して配置されている。ビームスプリッタＢＳ２は、本発明における第２ビームスプリッタに相当している。

【0026】

ここでは、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ２での光の透過率と反射率は任意のバランスを選択することができるが、例えば透過率を５０％として反射率を５０％とする。また、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ２の傾斜角度として４５度と直交の例を示したが、レーザ光の進行方向と画像の結像位置との関係から適切な角度を用いることができる。

【0027】

再帰反射部ＲＲ１，ＲＲ２は、入射した光を入射方向に対して集光性を保ったまま反射させる光学部材であり、反射膜の表面側に微小なガラスビーズを敷き詰めた構造やプリズムを用いた構造の再帰反射部を用いることができる。再帰反射部ＲＲ１は、ビームスプリッタＢＳ２の下方に配置され、主面が水平方向とされている。再帰反射部ＲＲ２は、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ２と並んで奥行方向に配置され、主面が垂直方向とされている。

【0028】

ダイクロイックミラーＤＭは、光源部ＣＷが出射するレーザ光の波長を反射し、その他の波長の光を透過する光学部材である。ダイクロイックミラーＤＭは、再帰反射部ＲＲ１、ビームスプリッタＢＳ２の上方に配置されており、奥行方向に４５度の角度となるように傾斜して配置されている。後述するように、ダイクロイックミラーＤＭで反射された光によって、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２が空間上で結像されるので、ビームスプリッタＢＳ２と、再帰反射部ＲＲ１，ＲＲ２と、ダイクロイックミラーＤＭは本発明における第２結像光学部を構成している。

【0029】

また、図１では省略しているが、ビームスプリッタＢＳ２とダイクロイックミラーＤＭとの間に結像光学系の一部として結像レンズを配置するとしてもよい。結像レンズは、ビームスプリッタＢＳ２を透過してきた光を空間上の所定位置に結像させるための光学部材であり、複数のレンズ群を用いてもよい。また、光源部ＣＷが照射したレーザ光によって空間に結像される第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈは、静止画でも動画であってもよく、それぞれの投影する画像が同一であっても異なっていてもよい。

【0030】

図２は、画像表示装置１００のうち第１結像光学部を用いた第３画像Ｈの結像および視認について説明する模式図である。ビームスプリッタＢＳ１の一方の面に入射した光の一部は、ビームスプリッタＢＳ１を透過してミラーＭ３に到達する。また、ビームスプリッタＢＳ１の他方の面に入射した光の一部は、ビームスプリッタＢＳ１で反射されてミラーＭ３に到達する。ミラーＭ３に到達した光は反射面で反射されて、レンズＬ２およびアパチャＡＰを経てプリズムＰｒに入射する。プリズムＰｒに入射した光は、プリズムＰｒとヘッドマウントディスプレイＨＭＤの導光板内を進行してハーフミラーＨＭ２に到達し、ハーフミラーＨＭ２で反射された視聴者の視界に入射する。

【0031】

ここで、ハーフミラーＨＭ２から視聴者の視界方向に進行する光は、ハーフミラーＨＭ２の形状を適切に設計することで、図２中の破線で示したように視聴者方向に拡大する光路となる。したがって、視聴者は当該光路の延長上における空間上の結像位置に第３画像Ｈを視認する。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤおよびハーフミラーＨＭ２は透光性材料で構成されているため、視線の延長線方向にある背景も視認することができる。

【0032】

図３は、画像表示装置１００のうち第２結像光学部を用いた第１画像Ａ１および第２画像Ａ２の結像および視認について説明する模式図である。ビームスプリッタＢＳ１の一方の面に入射した光の一部は、ビームスプリッタＢＳ１で反射されてビームスプリッタＢＳ２に到達する。また、ビームスプリッタＢＳ１の他方の面に入射した光の一部は、ビームスプリッタＢＳ１を透過してビームスプリッタＢＳ２に到達する。

【0033】

ビームスプリッタＢＳ２に到達した光の一部は反射されて再帰反射部ＲＲ１方向に進行し、再帰反射部ＲＲ１で再反射されてビームスプリッタＢＳ２に再入射する。ビームスプリッタＢＳ２に再入射した光は、ビームスプリッタＢＳ２を透過し、ダイクロイックミラーＤＭで反射されて第１画像Ａ１および第２画像Ａ２として結像される。第１画像Ａ１および第２画像Ａ２として結像された光は、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤを透過して視聴者の目に到達する。したがって、視聴者は奥行方向における空中に第１画像Ａ１と第２画像Ａ２を視認する。

【0034】

ビームスプリッタＢＳ２に到達した光の残りの一部は透過して再帰反射部ＲＲ２方向に進行し、再帰反射部ＲＲ２で再反射されてビームスプリッタＢＳ２に再入射する。ビームスプリッタＢＳ２に再入射した光は、ビームスプリッタＢＳ２で反射され、ダイクロイックミラーＤＭで反射されて第１画像Ａ１および第２画像Ａ２として結像される。

【0035】

図３に示したように、再帰反射部ＲＲ１と再帰反射部ＲＲ２を用いることで、再帰反射部ＲＲ２で再帰反射された光もビームスプリッタＢＳ２で反射されてダイクロイックミラーＤＭに到達して、第１画像Ａ１および第２画像Ａ２として結像される。したがって、ビームスプリッタＢＳ２を透過した光と反射した光が第１画像Ａ１および第２画像Ａ２の結像に用いられるため、光量の低下が抑制される。

【0036】

このとき、再帰反射部ＲＲ１で再帰反射された光と、再帰反射部ＲＲ２で再帰反射された光は、ビームスプリッタＢＳ２で分岐された同一内容の画像であり、互いに重ね合わされてダイクロイックミラーＤＭに到達する必要がある。したがって、再帰反射部ＲＲ１と再帰反射部ＲＲ２の光学的な特性が同一である場合には、再帰反射部ＲＲ１と再帰反射部ＲＲ２からビームスプリッタＢＳ２の距離を等しくすることが好ましい。

【0037】

図１では、ミラーＭ１で反射された光の経路を一点鎖線で示し、ミラーＭ２で反射された光の経路を破線で示している。これらの光の経路中に別途レンズを挿入するなどして、一方の光の拡大率を変更すると、図１および図２に示すように第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の結像位置を異ならせることができる。

【0038】

上述したように視聴者は、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ｈを結像させる光が、同一の視聴者における視野範囲に入射し、奥行方向に異なる位置である第１距離、第２距離および第３距離に、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ｈを視認できる。同時に、視聴者はダイクロイックミラーＤＭおよびヘッドマウントディスプレイＨＭＤを透過して目に到達する背景を視認できる。したがって、視聴者は背景に第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ｈを重ね合わせたエアリアルイメージを視認することになる。

【0039】

図４は、画像表示装置１００を用いたエアリアルイメージの結像を示す写真である。図４の写真は、図１における視聴者の視点位置からヘッドマウントディスプレイＨＭＤおよびダイクロイックミラーＤＭ方向を撮影し、視聴者の視野範囲を画像として示している。図４中におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向は、図１における横方向、垂直方向、奥行方向を示している。

【0040】

図４に示した例では、光源部ＣＷから円形の画像を照射して、視聴者から奥行方向の第１距離に第１画像Ａ１を結像し、第２距離に第２画像Ａ２を結像し、第３距離に第３画像Ｈを結像した。図中に三角矢印Ａで示した直径２ｍｍ程度の円は第２画像Ａ２の結像であり、三角矢印Ｂで示した直径０．７５ｍｍ程度の円は第１画像Ａ１の結像であり、三角矢印＊で示した直径０．５ｍｍの円は第３画像Ｈの結像である。図４中の背景には、実験に用いた測定装置の各部品が視認可能とされており、エアリアルイメージである第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈを背景に重ね合わせても、背景とエアリアルイメージの両者を良好に視認できることが確認できた。

【0041】

図４で示したように、本実施形態の画像表示装置１００では、１つの光源部ＣＷが照射したレーザ光を第１ビームスプリッタＢＳ１で分岐して、第１結像光学部と第２結像光学部で結像させるため、奥行方向に結像させる画像の光量を向上させて、視認性を向上させることが可能となる。

【0042】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５および図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図５は、本実施形態に係る画像表示装置１１０の構成を示す模式図である。本実施形態の画像表示装置１１０では、ハーフミラーＨＭ３とミラーＭ１の間にハーフミラーＨＭ３を配置し、ミラーＭ２とビームスプリッタＢＳ１の間にビームスプリッタＢＳ３を配置した点が第１実施形態と異なっている。図５に示すように画像表示装置１１０は、光源部ＣＷと、レンズＬ１，Ｌ２と、ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２，ＨＭ３と、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３と、アパチャＡＰと、プリズムＰｒと、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３と、再帰反射部ＲＲ１，ＲＲ２と、ダイクロイックミラーＤＭと、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤを備えている。

【0043】

図５に示したように、光源部ＣＷから照射されたレーザ光は、レンズＬ１を経てハーフミラーＨＭ１に入射し、一部が透過してハーフミラーＨＭ３方向に進行し、残りが反射してミラーＭ２方向に進行する。ハーフミラーＨＭ３に入射した光は、一部が透過してミラーＭ１方向に進行し、残りが反射してビームスプリッタＢＳ３の一方の面に入射する。ミラーＭ１に入射した光は、反射面で反射されてビームスプリッタＢＳ１の一方の面に入射する。

【0044】

ミラーＭ２に入射した光は、反射面で反射されてビームスプリッタＢＳ３の他方の面に到達し、ビームスプリッタＢＳ３を透過してビームスプリッタＢＳ１の他方の面に入射する。ビームスプリッタＢＳ３の一方の面に入射した光も、ビームスプリッタＢＳ３で反射されてビームスプリッタＢＳ１の他方の面に入射する。ビームスプリッタＢＳ１の一方の面および他方の面に入射した光は、第１実施形態と同様に第１結像光学部および第２結像光学部によってエアリアルイメージとして結像される。

【0045】

本実施形態の画像表示装置１１０では、ハーフミラーＨＭ１を透過したレーザ光をさらにハーフミラーＨＭ３で分岐してビームスプリッタＢＳ３を経てビームスプリッタＢＳ２に到達させるため、レーザ光はダイクロイックミラーＤＭで反射されて第１画像Ａ１、第２画像Ａ２とは別の第４画像Ａ４が空間中に結像される。また、第１実施形態と同様にハーフミラーＨＭ３とビームスプリッタＢＳ３の間には、適宜レンズ等の光学要素を配置して、第４画像Ａ４の結像位置を調整するとしてもよい。

【0046】

上述したように視聴者は、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈ、第４画像Ａ４を結像させる光が、同一の視聴者における視野範囲に入射し、奥行方向に異なる位置である第１距離、第２距離、第３距離および第４距離に、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈ、および第４画像Ａ４を視認できる。同時に、視聴者はダイクロイックミラーＤＭおよびヘッドマウントディスプレイＨＭＤを透過して目に到達する背景を視認できる。したがって、視聴者は背景に第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈおよび第４画像Ａ４を重ね合わせたエアリアルイメージを視認することになる。

【0047】

図６は、画像表示装置１１０を用いたエアリアルイメージの結像を示す写真である。図６の写真は、図５における視聴者の視点位置からヘッドマウントディスプレイＨＭＤおよびダイクロイックミラーＤＭ方向を撮影し、視聴者の視野範囲を画像として示している。

【0048】

図６に示した例では、光源部ＣＷから円形の画像を照射して、視聴者から奥行方向の第１距離に第１画像Ａ１を結像し、第２距離に第２画像Ａ２を結像し、第３距離に第３画像Ｈを結像し、第４距離に第４画像Ａ４を結像した。図中に三角矢印Ｃで示した直径１ｍｍ程度の円は第４画像Ａ４の結像である。図４に示した第１画像Ａ１、第２画像Ａ２、第３画像Ｈに加えて、第４画像Ａ４を背景と重ね合わせたエアリアルイメージとして結像し、視認できることが確認できた。

【0049】

図５および図６に示した例では、ハーフミラーＨＭ３とビームスプリッタＢＳ３をレーザ光の経路に一組だけ追加し、第４画像Ａ４を結像しているが、さらに多数のハーフミラーおよびビームスプリッタを配置して結像するエアリアルイメージの数を増加させるとしてもよい。また、ハーフミラーとビームスプリッタを配置する位置は、レーザ光の経路中であれば図５に示したものに限定されない。

【0050】

上述したように、本実施形態の画像表示装置１１０でも、１つの光源部ＣＷが照射したレーザ光を第１ビームスプリッタＢＳ１で分岐して、第１結像光学部と第２結像光学部で結像させるため、奥行方向に結像させる画像の光量を向上させて、視認性を向上させることが可能となる。

【0051】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0052】

１００，１１０…画像表示装置
Ｌ１，Ｌ２…レンズ
ＲＲ１，ＲＲ２…再帰反射部
ＨＭ１，ＨＭ２，ＨＭ３…ハーフミラー
ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３…ビームスプリッタ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…ミラー
Ａ１…第１画像
Ａ２…第２画像
Ｈ…第３画像
Ａ４…第４画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】