(57)【要約】【課題】奥行方向に複数の画像を結像することが可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】第１画像（Ａ１）を投影する第１画像投影部（１１ａ）と、第１画像投影部（１１ａ）から照射された第１投影光を第１透過光および第１反射光に分離する第１ビームスプリッタ（１２ａ）と、第１反射光を第１ビームスプリッタ（１２ａ）に第１再帰光として入射させる第１再帰反射部（１３ａ）と、第１ビームスプリッタ（１２ａ）を透過した第１再帰光を結像する第１結像光学部（１６ａ）を有する画像表示装置（１００）。【選択図】図１
2020197672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１画像を投影する第１画像投影部と、
前記第１画像投影部から照射された第１投影光を第１透過光および第１反射光に分離する第１ビームスプリッタと、
前記第１反射光を前記第１ビームスプリッタに第１再帰光として入射させる第１再帰反射部と、
前記第１ビームスプリッタを透過した前記第１再帰光を結像する第１結像光学部を有す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、
第２画像を投影する第２画像投影部と、
前記第２画像投影部から照射された第２投影光を第２透過光および第２反射光に分離する第２ビームスプリッタと、
前記第２反射光を前記第２ビームスプリッタに第２再帰光として入射させる第２再帰反射部と、
前記第２ビームスプリッタを透過した前記第２再帰光を結像する第２結像光学部を有す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１透過光は前記第２ビームスプリッタで反射されて前記第２結像光学部に入射し、
前記第２透過光は前記第１ビームスプリッタで反射されて前記第１結像光学部に入射することを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像表示装置であって、
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタの間にシリンドリカルレンズを備え、
前記第１透過光および前記第２透過光は、前記シリンドリカルレンズを透過することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項２から４の何れか一つに記載の画像表示装置であって、
前記第１投影光を第１方向に偏光させる第１偏光子と、
前記第２投影光を前記第１方向に直交する第２方向に偏光させる第２偏光子を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載の画像表示装置であって、
第３画像を投影する第３光源部と、
前記第３光源部から照射された第３投影光を導波する導波部と、
前記第３投影光を前記導波部外に照射する回折格子部と、
前記第１結像光学部を経由した光を反射する誘電体多層膜反射板を備え、
前記再帰光が結像する位置と、第３投影光が結像する位置とが異なっていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像表示装置であって、
前記誘電体多層膜反射板を回転駆動する反射板駆動部を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の画像表示装置であって、
前記第１結像光学部と前記誘電体多層膜反射板の相対位置を変化させるユニット駆動部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、特に空中に画像を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】
【特許文献１】特開２０１８−１１８６６９号公報
【特許文献２】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、視野内において画像表示できる位置が限定されており、多様な情報を領域ごとに表示することは困難であった。また、画像を空中に結像する距離も固定されており、奥行方向に複数の画像を結像させることや、空中に結像した画像の位置を変化させるような複雑な表示ができなかった。
【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、奥行方向に複数の画像を結像す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、第１画像を投影する第１画像投影部と、前記第１画像投影部から照射された第１投影光を第１透過光および第１反射光に分離する第１ビームスプリッタと、前記第１反射光を前記第１ビームスプリッタに第１再帰光として入射させる第１再帰反射部と、前記第１ビームスプリッタを透過した前記第１再帰光を結像する第１結像光学部を有す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、第１投影光が第１ビームスプリッタによって第１反射光と第１透過光に分離され、第１反射光は第１再帰光となって第１結像光学部で結像されるため、第１透過光とは異なる位置に結像することができ、奥行方向に複数の画像を結像することが可能となる。
【００１０】
また本発明の一態様では、第２画像を投影する第２画像投影部と、前記第２画像投影部から照射された第２投影光を第２透過光および第２反射光に分離する第２ビームスプリッタと、前記第２反射光を前記第２ビームスプリッタに第２再帰光として入射させる第２再帰反射部と、前記第２ビームスプリッタを透過した前記第２再帰光を結像する第２結像光学部を有する。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記第１透過光は前記第２ビームスプリッタで反射されて前記第２結像光学部に入射し、前記第２透過光は前記第１ビームスプリッタで反射されて前記第１結像光学部に入射する。
【００１２】
また本発明の一態様では、前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタの間にシリンドリカルレンズを備え、前記第１透過光および前記第２透過光は、前記シリンドリカルレンズを透過する。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記第１投影光を第１方向に偏光させる第１偏光子と、前記第２投影光を前記第１方向に直交する第２方向に偏光させる第２偏光子を備える。
【００１４】
また本発明の一態様では、第３画像を投影する第３光源部と、前記第３光源部から照射された第３投影光を導波する導波部と、前記第３投影光を前記導波部外に照射する回折格子部と、前記第１結像光学部を経由した光を反射する誘電体多層膜反射板を備え、前記再帰光が結像する位置と、第３投影光が結像する位置とが異なっている。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記誘電体多層膜反射板を回転駆動する反射板駆動部を備える。
【００１６】
また本発明の一態様では、前記第１結像光学部と前記誘電体多層膜反射板の相対位置を変化させるユニット駆動部を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、奥行方向に複数の画像を結像す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】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る画像表示装置１００の概略を示す模式図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は正面図である。
【図２】空中への画像の結像を説明する図であり、図２（ａ）は第１画像Ａ１の光の経路を説明する上面図であり、図２（ｂ）は第２画像Ａ２の光の経路を説明する上面図であり、図２（ｃ）は第１画像Ａ１の見え方を示す正面図であり、図２（ｄ）は第２画像Ａ２の見え方を示す正面図である。
【図３】ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の結像を説明する図であり、図３（ａ）は画像Ａ１とＡ１’の光の経路を説明する上面図であり、図３（ｂ）は画像Ａ２とＡ２’の光の経路を説明する上面図であり、図３（ｃ）は画像Ａ１とＡ１’の見え方を示す正面図であり、図３（ｄ）は画像Ａ２とＡ２’の見え方を示す正面図である。
【図４】右目側での画像Ａ１とＡ２’の重なりと、左目側での画像Ａ２とＡ１’の重なりを模式的に示す図である。
【図５】第２実施形態に係る画像表示装置２００の概略を模式的に示す斜視図であり、図５（ａ）は誘電体多層膜反射板２６を導光板部２５より遠方に配置した例であり、図５（ｂ）は誘電体多層膜反射板２６を導光板部２５より手前に配置した例である。
【図６】図５（ａ）に示した例における画像の投影を模式的に示す図であり、図６（ａ）は上面図であり、図６（ｂ）は側方図である。
【図７】図５（ｂ）に示した例における画像の投影を模式的に示す図であり、図７（ａ）は上面図であり、図７（ｂ）は側方図である。
【図８】第３実施形態に係る画像表示装置３００の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（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の概略を示す模式図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は正面図である。図１（ａ）（ｂ）に示すように、画像表示装置１００は、画像投影部１１ａ，１１ｂと、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂと、再帰反射部１３ａ，１３ｂと、偏光子１４ａ，１４ｂと、シリンドリカルレンズ１５と、結像レンズ１６ａ，１６ｂを備えている。
【００２０】
画像投影部１１ａ，１１ｂは、画像を構成する光を照射する装置であり、それぞれ右目用と左目用の画像を投影する。図１に示した例では、画像投影部１１ａ，１１ｂはそれぞれ光の照射方向が反対であり、互いに対向して配置されている。画像投影部１１ａ，１１ｂの構成は限定されず、バックライトを備えた液晶表示装置、自発光の有機ＥＬ表示装置、光源と変調素子を用いたプロジェクター装置等を用いることができる。画像投影部１１ａ，１１ｂが投影する画像は、静止画でも動画であってもよく、両者の投影する画像が同一であっても異なっていてもよい。
【００２１】
ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂ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１２ａ，１２ｂ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。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂは各々が画像投影部１１ａ，１１ｂから照射される光の光軸に対して４５度の角度となるように配置されるとともに、互いに直交して配置されている。ここではビームスプリッタ１２ａ，１２ｂの傾斜角度として４５度と直交の例を示したが、画像投影部１１ａ，１１ｂからの光照射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。
【００２２】
再帰反射部１３ａ，１３ｂ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板を用いることができる。再帰反射部１３ａ，１３ｂは、それぞれ別体の再帰反射板で構成してもよく、一枚の再帰反射板を二分割するとしてもよい。
【００２３】
偏光子１４ａ，１４ｂは、それぞれ画像投影部１１ａ，１１ｂとビームスプリッタ１２ａ，１２ｂの間に配置された部材であり、画像投影部１１ａ，１１ｂから照射された光の偏光方向を決定する偏光板である。また、偏光子１４ａと偏光子１４ｂの偏光方向はそれぞれ直交されており、例えば偏光子１４ａでは図面に垂直方向に偏光させ、偏光子１４ｂは図中上下方向に偏光させる。
【００２４】
シリンドリカルレンズ１５は、一方の面から入射した光を透過して反対側で集光させる光学部材である。図１に示したように、シリンドリカルレンズ１５は画像表示装置１００の中央において、画像投影部１１ａ，１１ｂから照射される光の光軸に垂直に配置されている。
【００２５】
結像レンズ１６ａ，１６ｂは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから入射し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、本発明における結像光学部に相当している。
【００２６】
図１（ａ）において、画像投影部１１ａ，１１ｂからビームスプリッタ１２ａ，１２ｂまで描かれた実線は、画像投影部１１ａ，１１ｂが照射する画像の投影光の経路を示している。また、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから再帰反射部１３ａ，１３ｂまで描かれた実線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂで反射された反射光と、再帰反射部１３ａ，１３ｂで反射された再帰光の経路を示している。また、また、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから結像レンズ１６ａ，１６ｂを通過している実線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過再帰光の経路を示している。
【００２７】
また、それぞれビームスプリッタ１２ａ，１２ｂからシリンドリカルレンズ１５を経由して反対側のビームスプリッタ１２ｂ，１２ａまで至る破線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光の経路を示している。また、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから結像レンズ１６ａ，１６ｂを通過している破線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂによって反射された透過反射光の経路を示している。
【００２８】
図１（ａ）（ｂ）に示したように、画像投影部１１ａ，１１ｂから照射された投影光は、反射光、再帰光、透過光、透過再帰光、透過反射光として進行し、空間上の所定位置に画像Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’として結像される。図１に示した例では、右目側に画像Ａ１とＡ２’が重ね合わせて表示され、左目側に画像Ａ２とＡ１’が重ね合わせて表示される。
【００２９】
図２は、空中への画像の結像を説明する図であり、図２（ａ）は画像Ａ１の光の経路を説明する上面図であり、図２（ｂ）は画像Ａ２の光の経路を説明する上面図であり、図２（ｃ）は画像Ａ１の見え方を示す正面図であり、図２（ｄ）は画像Ａ２の見え方を示す正面図である。図１では光の拡がりを含めて光路を示したが、図２では簡略化のため進行方向を線と矢印のみで表している。また、光路の説明に不要な部材は図示と説明を省略している。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、画像投影部１１ａから照射された投影光Ｓ１は、ビームスプリッタ１２ａ方向に進行して、ビームスプリッタ１２ａの一方の面に入射する。投影光Ｓ１の一部はビームスプリッタ１２ａで反射されて反射光Ｒ１として再帰反射部１３ａ方向に進行し、一部はビームスプリッタ１２ａを透過して透過光Ｔ１として投影光Ｓ１の延長方向に進行する。再帰反射部１３ａに到達した反射光Ｒ１は、再帰反射部１３ａにより入射角度と同じ方向に反射される。再帰反射光ＲＲ１は再度ビームスプリッタ１２ａに到達した後にビームスプリッタ１２ａを透過して、透過再帰光ＲＲ１’として結像レンズ１６ａを経て空間中に画像Ａ１として結像される。
【００３１】
同様に図２（ｂ）に示すように、画像投影部１１ｂから照射された投影光Ｓ２は、ビームスプリッタ１２ｂ方向に進行して、ビームスプリッタ１２ｂの一方の面に入射する。投影光Ｓ２の一部はビームスプリッタ１２ｂで反射されて反射光Ｒ２として再帰反射部１３ｂ方向に進行し、一部はビームスプリッタ１２ｂを透過して透過光Ｔ２として投影光Ｓ２の延長方向に進行する。再帰反射部１３ｂに到達した反射光Ｒ２は、再帰反射部１３ｂにより再帰反射光ＲＲ２として入射角度と同じ方向に反射される。再帰反射光ＲＲ２は再度ビームスプリッタ１２ｂに到達した後にビームスプリッタ１２ｂを透過して、透過再帰光ＲＲ２’として結像レンズ１６ｂを経て空間中に画像Ａ２として結像される。
【００３２】
図２（ｃ）（ｄ）に示したように、画像投影部１１ａから照射された投影光Ｓ１によって右目側には画像Ａ１が結像され、画像投影部１１ｂから照射された投影光Ｓ２によって左目側には画像Ａ２が結像される。ここで、結像レンズ１６ａ，１６ｂを挿入せず、画像Ａ１，Ａ２が結像されるまでの投影光Ｓ１，Ｓ２、反射光Ｒ１，Ｒ２、再帰光ＲＲ１，ＲＲ２、透過再帰光ＲＲ１’，ＲＲ２’の光路長が等しくなるように設定すると、画像Ａ１，Ａ２を右目側と左目側で空中の同じ位置に結像することができる。逆に、光路長が異なるように投影光Ｓ１，Ｓ２位置を図中上下方向に動かすと、画像Ａ１，Ａ２を右目側と左目側で空中の異なる位置に結像することができる。さらに、結像レンズ１６ａ，１６ｂの位置を図中上下方向に動かすことによっても、画像Ａ１，Ａ２を右目側と左目側で空中の異なる位置に結像することができる。
【００３３】
図３は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の結像を説明する図であり、図３（ａ）は画像Ａ１とＡ１’の光の経路を説明する上面図であり、図３（ｂ）は画像Ａ２とＡ２’の光の経路を説明する上面図であり、図３（ｃ）は画像Ａ１とＡ１’の見え方を示す正面図であり、図３（ｄ）は画像Ａ２とＡ２’の見え方を示す正面図である。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、画像投影部１１ａから照射された投影光Ｓ１のうち、ビームスプリッタ１２ａを透過した透過光Ｔ１は、シリンドリカルレンズ１５を介してビームスプリッタ１２ｂに入射して透過反射光ＴＲ１として反射される。透過反射光ＴＲ１は、結像レンズ１６ｂを経て空間中に画像Ａ１’として結像される。このとき、画像投影部１１ａとビームスプリッタ１２ａとの間に偏光子１４ａを配置しておくことで、画像Ａ１とＡ１’の偏光方向が同一となる。また、シリンドリカルレンズ１５を介して画像Ａ１’が結像されること、および画像投影部１１ａからの光路長が異なっていることから、右目側と左目側で異なる奥行きに画像Ａ１とＡ１’が結像される。画像Ａ１とＡ１’は、いずれも画像投影部１１ａから照射されたものであり、表示内容は同一で、イメージ自体は反転する。
【００３５】
同様に、図３（ｂ）に示すように、画像投影部１１ｂから照射された投影光Ｓ２のうち、ビームスプリッタ１２ｂを透過した透過光Ｔ２は、シリンドリカルレンズ１５を介してビームスプリッタ１２ａに入射して透過反射光ＴＲ２として反射される。透過反射光ＴＲ２は、結像レンズ１６ａを経て空間中に画像Ａ２’として結像される。このとき、画像投影部１１ｂとビームスプリッタ１２ｂとの間に偏光子１４ｂを配置しておくことで、画像Ａ２とＡ２’の偏光方向が同一となる。また、偏光子１４ａと１４ｂの偏光方向は互いに直交しているので、画像Ａ１，Ａ１’と画像Ａ２，Ａ２’の偏光方向も互いに直交している。また、シリンドリカルレンズ１５を介して画像Ａ２’が結像されること、および画像投影部１１ｂからの光路長が異なっていることから、右目側と左目側で異なる奥行きに画像Ａ２’とＡ２が結像される。画像Ａ２とＡ２’は、いずれも画像投影部１１ｂから照射されたものであり、表示内容は同一で、イメージ自体は反転する。
【００３６】
図４は、右目側での画像Ａ１とＡ２’の重なりと、左目側での画像Ａ２とＡ１’の重なりを模式的に示す図である。図３に示した偏光子１４ａ，１４ｂの例においては、右目側では図中上下方向に偏光した画像Ａ１と図中左右方向に偏光したＡ２’が異なる奥行きで重なり合って視認できる。また、左目側では図中左右方向に偏光した画像Ａ２と図中上下方向に偏光したＡ１’が異なる奥行きで重なり合って視認できる。
【００３７】
これにより、偏光子１４ａ，１４ｂに偏光方向の切り替え機構をもたせ、視聴者の眼前にも別の偏光子を配置することで、画像Ａ１，Ａ２’ と画像，Ａ２，Ａ１’の選択的な表示を行うことができる。また、偏光方向が異なる光を遮ることができるため、ノイズ光を除去して空中に結像された画像のノイズを除去することができる。
【００３８】
図１および図３では、右目側と左目側に画像Ａ１，Ａ２’，Ａ２，Ａ１’を結像させた例を示したが、結像レンズ１６ａ，１６ｂのいずれか一方に遮光板等を配置して、他方の目側にだけ２つの画像を重ね合わせるとしてもよい。また、シリンドリカルレンズ１５に反射板を組み合わせて、透過光Ｔ１またはＴ２を再度シリンドリカルレンズ１５方向に反射して、片方の目側に画像Ａ１，Ａ１’またはＡ２，Ａ２’を結像させるとしてもよい。
【００３９】
上述したように本実施形態の画像表示装置１００では、投影光Ｓ１，Ｓ２がビームスプリッタ１２ａ，１２ｂによって反射光Ｒ１，Ｒ２と透過光Ｔ１，Ｔ２に分離され、反射光Ｒ１，Ｒ２は再帰光ＲＲ１，ＲＲ２となって結像レンズ１６ａ，１６ｂで結像されるため、画像Ａ１，Ａ２を画像Ａ１’，Ａ２’とは異なる位置に結像することができ、奥行方向に複数の画像を結像することが可能となる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５〜図７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２００の概略を模式的に示す斜視図であり、図５（ａ）は誘電体多層膜反射板２６を導光板部２５より遠方に配置した例であり、図５（ｂ）は誘電体多層膜反射板２６を導光板部２５より手前に配置した例である。
【００４１】
図５（ａ）（ｂ）に示すように本実施形態の画像表示装置２００は、ユニット駆動部１１０と、光源部２１と、ファイバ部２２と、レンズ２３と、プリズム２４と、導光板部２５と、誘電体多層膜反射板２６を備えている。
【００４２】
ユニット駆動部１１０は、空間に画像を結像する光源や光学系を備えた投影ユニットと、投影ユニットを三次元的に移動させる駆動手段を備えた装置である。ユニット駆動部１１０の構造は限定されないが、例えば筐体内にモータ等の駆動手段を収容して投影ユニットとして第１実施形態で示した画像表示装置１００を用いるとしてもよい。ユニット駆動部１１０は、図５に示したように導光板部２５および誘電体多層膜反射板２６の上方に配置されており、誘電体多層膜反射板２６に対して光を照射する構成とされている。
【００４３】
光源部２１は、半導体レーザ素子とパッケージを備えて、所定波長の光を出射する部材である。光源部２１の具体的な構成は限定されず、公知のＣＡＮ型やフレーム型パッケージを用いることができる。また、光源部２１にはＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子等を搭載して波長変換するとしてもよい。また、光源部２１が出射する光の波長は同一であってもよく、異なる波長であってもよい。
【００４４】
ファイバ部２２は、光源部２１から照射された光を導波する光学要素であり、可撓性を有する光ファイバで構成されている。ファイバ部２２の入射端面は光源部２１に対向して配置され、出射端面はレンズ２３に対向して配置されている。
【００４５】
レンズ２３は、ファイバ部２２から出射された光の拡がり角を調整して、プリズム２４および導光板部２５の光入射部に入射させるための光学要素であり、コリメータレンズを用いることができる。
【００４６】
プリズム２４は、導光板部２５のうち光を入射する光入射部の近傍に配置され断面三角形状の光学要素である。また、導光板部２５とプリズム２４との間には間隙が設けられている。プリズム２４を構成する材料は限定されないが、光源部２１からの光を効率よく導光板部２５に入射させるためには、プリズム２４と導光板部２５の屈折率を同程度にすることが好ましく、導光板部２５と同じ材料を用いることが好ましい。
【００４７】
導光板部２５は、透光性材料からなる平板状の部材であり、一方の面側から他方の面側を透視可能である。導光板部２５の一端側にはプリズム２４が光入射部に近接して配置されている。また導光板部２５は、プリズム２４と反対側内部にはハーフミラーやホログラム等の光出射部が形成されている。したがって導光板部２５では、内部を進行してきた光を視聴者の眼に対して出射するとともに、視聴者とは反対側から進行してきた光は透過する。
【００４８】
誘電体多層膜反射板２６は、屈折率の異なる誘電体を繰り返し積層した多層膜を有する板状の部材であり、誘電体層の膜厚によって所定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学部材である。図５では図示を省略したが、誘電体多層膜反射板２６には反射面の角度を回転駆動する反射板駆動部が取り付けられており、制御信号に応じて光の反射方向を切り替えることが可能とされている。
【００４９】
図６は、図５（ａ）に示した例における画像の投影を模式的に示す図であり、図６（ａ）は上面図であり、図６（ｂ）は側方図である。図７は、図５（ｂ）に示した例における画像の投影を模式的に示す図であり、図７（ａ）は上面図であり、図７（ｂ）は側方図である。また、図６では画像Ａ１，Ａ２’を導光板部２５より遠方に結像させるように誘電体多層膜反射板２６の角度を制御した例を示し、図７では画像Ａ２，Ａ１’を導光板部２５より手前に結像させるように誘電体多層膜反射板２６の角度を制御した例を示している。
【００５０】
図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、本実施形態の画像表示装置２００では、光源部２１が出射した光はそれぞれファイバ部２２の入射端面に入射され出射端面からレンズ２３およびプリズム２４を介して導光板部２５に入射する。導光板部２５の内部では、光が繰り返し反射されて光出射部に到達し、視聴者側（投影方向）に出射光として照射されて空中に画像Ｈとして表示され、導光板部２５を透過してきた背景とを重ね合わせて視認される。
【００５１】
また、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、ユニット駆動部１１０からは下方の誘電体多層膜反射板２６に向けて光が照射され、誘電体多層膜反射板２６の傾斜角度に対応した方向に光が照射されて画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’が結像される。ここで、ユニット駆動部１１０内に収容された投影ユニットとして第１実施形態の画像表示装置１００を用いた場合には、空中における画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’の結像位置は図１を用いて説明した光路長に対応したものとなる。したがって、光源部２１から投影された画像Ｈと、ユニット駆動部１１０で結像された画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’は奥行きが異なる位置に重ね合わせて表示される。
【００５２】
また、ユニット駆動部１１０内において投影ユニット１００の位置を三次元的に移動させると、照射される光の経路や光路長が変化するため、画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’が結像される位置も変化する。これにより、画像Ａ１，Ａ２’，Ａ２，Ａ１’の画像Ｈや背景中に対する相対位置を変化させて表示することも可能となる。
【００５３】
図６および図７に示したように、視聴者の眼前に偏光子Ｐを配置して透過する光の偏光方向を選択することで、空中に結像した画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’の何れを視聴者に視認させるかを選択することができる。
【００５４】
図６，図７ではそれぞれ右目側と左目側の例に対応した例を示しているが、右目側と左目側どちらであってもよい。また、誘電体多層膜反射板２６は導光板部２５より遠方側と手前側のどちらに配置した場合でも、傾斜角度を切り替えることで画像Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’の結像位置を切り替えることができる。
【００５５】
上述したように本実施形態の画像表示装置２００では、光源部２１が投影する画像Ｈと、ユニット駆動部１１０から投影される画像Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’を重ね合わせ、奥行方向に複数の画像を結像することが可能となる。また、空間中に結像したＡ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’の結像位置を変化させることもできる。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図８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８は、本実施形態に係る画像表示装置３００の概略を示す模式図である。図８に示すように画像表示装置３００は、画像投影部３１ａ，３１ｂと、ビームスプリッタ３２ａ，３２ｂと、再帰反射部３３ａ，３３ｂと、導光板部３４ａ，３４ｂと、シリンドリカルレンズ３５と、レンズ３６ａ，３６ｂと、プリズム３７ａ，３７ｂと、ミラー３８ａ，３８ｂを備えている。
【００５７】
本実施形態の画像表示装置３００では、画像投影部３１ａ，３１ｂから照射された投影光は、レンズ３６ａ，３６およびプリズム３７ａ，３７ｂを介して導光板部３４ａ，３４ｂに入射する。導光板部３４ａ，３４ｂの内部では、光が繰り返し反射されてビームスプリッタ３２ａ，３２ｂに入射し、一部はビームスプリッタ３２ａ，３２ｂで反射されて導光板部３４ａ，３４ｂ内を再帰反射部３３ａ，３３ｂ方向に進行し、一部はビームスプリッタ３２ａを透過してシリンドリカルレンズ３５方向に進行する。再帰反射部３３ａ，３３ｂに到達した光は、入射角度と同じ方向に反射されて再度ビームスプリッタ３２ａ，３２ｂに入射して透過した後に、ミラー３８ａ，３８ｂに反射されて画像Ａ１，Ａ２が結像される。
【００５８】
また、ビームスプリッタ３２ａ，３２ｂを透過してシリンドリカルレンズ３５に到達した光は、反対側のミラー３８ｂ，３８ａによって反射されて画像Ａ２’，Ａ１’として結像される。
【００５９】
本実施形態の画像表示装置３００でも、投影光がビームスプリッタ３２ａ，３２ｂによって反射光と透過光に分離され、反射光は再帰光となって結像されるため、画像Ａ１，Ａ２を画像Ａ１’，Ａ２’とは異なる位置に結像することができ、奥行方向に複数の画像を結像することが可能となる。また、導光板部３４ａ，３４ｂの内部での繰り返し反射を用いることで、画像表示装置３００の薄型化と軽量化を図ることができる。
【００６０】
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】
【００６１】
１００，２００，３００…画像表示装置
１１ａ，１１ｂ，３１ａ，３１ｂ…画像投影部
１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂ…ビームスプリッタ
１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ…再帰反射部
１４ａ，１４ｂ…偏光子
１５，３５…シリンドリカルレンズ
１６ａ，１６ｂ…結像レンズ
１１０…ユニット駆動部
２１…光源部
２２…ファイバ部
２３，３６ａ，３６ｂ…レンズ
２４，３７ａ，３７ｂ…プリズム
２５，３４ａ，３４ｂ…導光板部
２６…誘電体多層膜反射板
３８ａ，３８ｂ…ミラー
Ｓ１，Ｓ２…投影光
Ｒ１，Ｒ２…反射光
ＲＲ１，ＲＲ２…再帰反射光
Ｔ１，Ｔ２…透過光
ＲＲ１’，ＲＲ２’…透過再帰光
Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’…画像
【図１】
2020197672.tif 000003
【図２】
2020197672.tif 000004
【図３】
2020197672.tif 000005
【図４】
2020197672.tif 000006
【図５】
2020197672.tif 000007
【図６】
2020197672.tif 000008
【図７】
2020197672.tif 000009
【図８】
2020197672.tif 000010