(57)【要約】【課題】スクリーンを必要とせずに画像を表示でき、且つ、環境光の照射に対しても画像の視認性を向上した仮想的な入力インタフェースを実現できる画像表示装置を提供する。【解決手段】画像光を発光する画像光発光部と、反射素子が形成される複数の貫通孔を形成された基板を備え、一方の主面側の空間に配置された前記画像光発光部による画像光の光学像を他方の主面側の空間に結像させる反射素子集合基板と、所定の光ビームを前記光学像に向けて出射して走査する光ビーム出射部と、前記光学像付近に位置する障害物で反射された前記光ビームを受光する少なくとも一つの光検出器と、を備える画像表示装置としている。【選択図】図１Ａ
2014127822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を発光する画像光発光部と、
反射素子が形成される複数の貫通孔を形成された基板を備え、一方の主面側の空間に配置された前記画像光発光部による画像光の光学像を他方の主面側の空間に結像させる反射素子集合基板と、
所定の光ビームを前記光学像に向けて出射して走査する光ビーム出射部と、
前記光学像付近に位置する障害物で反射された前記光ビームを受光する少なくとも一つの光検出器と、
を備える画像表示装置。
【請求項２】
前記光ビームの発光パルスの周波数は、前記画像光発光部の発光パルスの周波数よりも高くしている請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記画像光発光部は、前記反射素子にて２回反射して前記反射素子集合基板を透過する範囲での前記反射素子への入射方向の光線を発光面全体において少なくとも出射する請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記反射素子にて３回以上反射、１回のみ反射、及び反射しない範囲での前記反射素子への入射方向の前記画像光発光部から出射される光線の輝度は、前記２回反射する光線の輝度よりも低くしている請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光ビームは、２次元的に走査される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光ビーム出射部は、前記反射素子集合基板の前記画像光発光部の配置される側の主面側にある空間に配置される請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光ビームは、非可視光である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光検出器は、前記反射素子集合基板の前記画像光発光部の配置される側の主面側にある空間に配置され、前記貫通孔を透過した前記障害物からの反射光を受光する請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記光ビーム出射部により出射されて２次元的に走査される前記所定の光ビームに加えた可視光ビームを前記光ビームと前記可視光ビームに分離する分離部を更に備え、
前記画像光発光部は、前記分離部により分離された前記可視光ビームを反射して前記反射素子集合基板へ入射させ、
前記分離部により分離された前記光ビームは、前記光学像へ向けて出射される請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記分離部は、プリズムと、前記プリズムの一面に設けられたダイクロックミラーを備え、
前記光ビーム出射部により出射された前記光ビーム及び前記可視光ビームは、前記プリズムを透過し、
前記可視光ビームは前記ダイクロックミラーを透過し、前記光ビームは前記ダイクロックミラーにて反射される請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光ビーム出射部及び前記分離部は、前記反射素子集合基板に隣接して配置された光ビーム透過板の前記画像光発光部が配置される側の主面側にある空間に配置される請求項９又は請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記光ビーム出射部から前記光学像までの前記光ビームの光路の光学的距離は、前記光ビーム出射部から前記画像光発光部までの前記可視光ビームの光路の光学的距離よりも長くしている請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投影画像に対してユーザが入力操作を行うことができる仮想的な入力インタフェースとして機能する画像表示装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、机上であるスクリーンに対して２次元的にレーザ光を走査することにより画像を投影させ、投影画像に侵入した指示手段で反射されたレーザ光を受光手段で受光する画像表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６１２８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の画像表示装置では、画像を投影させるためのスクリーンが必要であるという課題がある。
【０００６】
また、外光などの環境光が机上であるスクリーンに上方から照射されると、投影画像の視認性が悪化するという課題もある。
【０００７】
上記状況に鑑み、本発明は、スクリーンを必要とせずに画像を表示でき、且つ、環境光の照射に対しても画像の視認性を向上した仮想的な入力インタフェースを実現できる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】
上記目的を達成するために本発明の画像表示装置は、画像光を発光する画像光発光部と、反射素子が形成される複数の貫通孔を形成された基板を備え、一方の主面側の空間に配置された前記画像光発光部による画像光の光学像を他方の主面側の空間に結像させる反射素子集合基板と、所定の光ビームを前記光学像に向けて出射して走査する光ビーム出射部と、前記光学像付近に位置する障害物で反射された前記光ビームを受光する少なくとも一つの光検出器と、を備える構成としている。
【０００９】
このような構成によれば、反射素子集合基板によって結像される光学像により、観察者であるユーザにとっては、スクリーンを不要としてあたかも空中に画像が表示されているような感覚を得ることができる。また、画像光発光部側の反対側から環境光が反射素子集合基板に照射された場合でも、環境光は貫通孔を透過するので、画像表示の悪化を抑制することができる。そして、このような表示画像に対して障害物を近付けることで、走査される光ビームが障害物で反射されて光検出器により受光される。従って、上記のように効果的に表示される画像を用いた仮想的な入力インタフェースを実現できる。
【００１０】
また、上記構成において、前記光ビームの発光パルスの周波数は、前記画像光発光部の発光パルスの周波数よりも高くしている構成としてもよい。このような構成によれば、光ビームのみならず画像光も障害物により反射されて光検出器で受光されても、発光パルスの周波数の違いにより、電気的処理によって光検出器の検出信号から光ビームの検出信号を抽出できる。
【００１１】
また、上記いずれかの構成において、前記画像光発光部は、前記反射素子にて２回反射して前記反射素子集合基板を透過する範囲での前記反射素子への入射方向の光線を発光面全体において少なくとも出射する構成としてもよい。このような構成によれば、画像光発光部による画像光を確実に光学像として結像できる。
【００１２】
また、本構成において、前記反射素子にて３回以上反射、１回のみ反射、及び反射しない範囲での前記反射素子への入射方向の前記画像光発光部から出射される光線の輝度は、前記２回反射する光線の輝度よりも低くしている構成としてもよい。このような構成によれば、画像表示に寄与しない光線の輝度を低くできる。
【００１３】
また、上記いずれかの構成において、前記光ビームは、２次元的に走査される構成としてもよい。このような構成によれば、光検出器の検出タイミングにより、障害物の２次元的な位置を検出することができる。
【００１４】
また、上記いずれかの構成において、前記光ビーム出射部は、前記反射素子集合基板の前記画像光発光部の配置される側の主面側にある空間、に配置される構成としてもよい。このような構成によれば、反射素子集合基板、又は光ビーム透過板の画像光発光部の配置される側と反対側になるべく物体を配置しないようにできる。
【００１５】
また、上記いずれかの構成において、前記光ビームは、非可視光である構成としてもよい。このような構成によれば、光学像に対して非可視光が照射されるので、画像表示への影響を抑制できる。
【００１６】
また、上記いずれかの構成において、前記光検出器は、前記反射素子集合基板の前記画像光発光部の配置される側の主面側にある空間に配置され、前記貫通孔を透過した前記障害物からの反射光を受光する構成としてもよい。このような構成によれば、反射素子集合基板の画像光発光部の配置される側と反対側になるべく物体を配置しないようにできる。
【００１７】
また、上記いずれかの構成において、前記光ビーム出射部により出射されて２次元的に走査される前記所定の光ビームに加えた可視光ビームを前記光ビームと前記可視光ビームに分離する分離部を更に備え、前記画像光発光部は、前記分離部により分離された前記可視光ビームを反射して前記反射素子集合基板へ入射させ、前記分離部により分離された前記光ビームは、前記光学像へ向けて出射される構成としてもよい。
【００１８】
このような構成によれば、障害物検出用の光ビームと画像用の可視光ビームを共通のユニットから出射できるので、部品点数を削減し、小型化を図ることができる。
【００１９】
また、本構成において、前記分離部は、プリズムと、前記プリズムの一面に設けられたダイクロックミラーを備え、前記光ビーム出射部により出射された前記光ビーム及び前記可視光ビームは、前記プリズムを透過し、前記可視光ビームは前記ダイクロックミラーを透過し、前記光ビームは前記ダイクロックミラーにて反射される構成としてもよい。
【００２０】
このような構成によれば、光ビームと可視光ビームを分離する分離部を簡易に構成できる。
【００２１】
また、上記いずれかの構成において、前記光ビーム出射部及び前記分離部は、前記反射素子集合基板に隣接して配置された光ビーム透過板の前記画像光発光部が配置される側の主面側にある空間に配置される構成としてもよい。このような構成によれば、光ビーム透過板の画像光発光部の配置される側と反対側になるべく物体を配置しないようにできる。
【００２２】
また、上記いずれかの構成において、前記光ビーム出射部から前記光学像までの前記光ビームの光路の光学的距離は、前記光ビーム出射部から前記画像光発光部までの前記可視光ビームの光路の光学的距離よりも長くしている構成としてもよい。このような構成によれば、光学像よりも広い範囲で障害物検出用の光ビームを走査することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の画像表示装置によれば、スクリーンを必要とせずに画像を表示でき、且つ、環境光の照射に対しても画像の視認性を向上した仮想的な入力インタフェースを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の全体概略斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る２面コーナーリフレクタアレイ基板の一部概略平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る２面コーナーリフレクタアレイ基板の一部概略斜視図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る赤外線レーザユニット等のブロック構成図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る垂直同期信号、水平同期信号、及び光検出器の受光レベルの一例を示す波形図である。
【図７】光学像に対する赤外レーザ光の２次元走査の様子を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の全体概略斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の概略側面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るレーザユニット等のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の全体概略斜視図を図１Ａに示し、概略側面図を図１Ｂに示す。
【００２６】
図１Ａ及び図１Ｂに示す第１実施形態に係る画像表示装置１０は、２面コーナーリフレクタアレイ基板（反射素子集合基板）１と、液晶表示部２と、赤外線レーザユニット３と、光検出ユニット４と、を備えている。
【００２７】
２面コーナーリフレクタアレイ基板１は、液晶表示部２により表示された画像の光学像Ｓを空中に結像させて、それを観察者が見ることができるようにするものである。２面コーナーリフレクタアレイ基板１の構成を具体的に図２〜図４を用いて説明する。
【００２８】
２面コーナーリフレクタアレイ基板１の一部概略平面図を図２に示す。また、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の一部概略斜視図を図３に示す。
【００２９】
２面コーナーリフレクタアレイ基板１は、基板１Ａに対して、基板１Ａの主面を垂直方向に貫通する正方形状の貫通孔１Ｂが平面視で千鳥状に配置されて形成される構成となっている。貫通孔１Ｂの平らな内壁面のうち直交する２つに、それぞれ鏡面Ｍ１及びＭ２を２面コーナーリフレクタとして形成している。
【００３０】
図２におけるＡ−Ａ線断面を図４に示す。図４に示すように、基板１Ａの一方の主面Ｆ２側にある空間内に配された点光源ｏから出射された光線は、２面コーナーリフレクタ（鏡面Ｍ１及びＭ２）にて２回反射して、屈曲しつつ基板１Ａを透過する。点光源ｏから出射されて異なる２面コーナーリフレクタに向かうそれぞれの光線は、２面コーナーリフレクタにて２回反射された後、点光源ｏが配された側の基板１Ａの主面Ｆ２と反対側の主面Ｆ１側の空間において１点の光学像ｐに結像される。
【００３１】
画像の光を面発光する液晶表示部２は点光源の集合であると捉えることができる。従って、基板１Ａの一方の主面Ｆ２側にある空間（図１Ｂにおける主面Ｆ２の下方の空間）に配された液晶表示部２により面発光された画像光の光線は、２面コーナーリフレクタでの反射により、他方の主面Ｆ１側の空間（図１Ｂにおける主面Ｆ１の上方の空間）において液晶表示部２と対称な位置に光学像Ｓとして結像される。これにより、観察者であるユーザは、空中に画像が表示されている感覚を得ることができる。
【００３２】
このように空中に画像が表示されるので、従来のような画像投影のためのスクリーンが不要となる。また、外光などの環境光が上方から照射された場合でも、環境光は２面コーナーリフレクタアレイ基板１の貫通孔１Ｂを透過するので、光学像Ｓの視認性の悪化を抑制できる。なお、２面コーナーリフレクタアレイ基板１より下方は筐体（不図示）で囲まれる構成としており、下方からの環境光は遮断される。
【００３３】
また、液晶表示部２は、２面コーナーリフレクタにて２回反射して基板１Ａを透過する範囲での２面コーナーリフレクタへの入射方向の光線を発光面全体において少なくとも出射する。これにより、液晶表示部２が発光した映像を確実に光学像Ｓとして結像できる。
【００３４】
そして、２面コーナーリフレクタにて３回以上反射、１回のみ反射、及び反射しない範囲での２面コーナーリフレクタへの入射方向の液晶表示部２から発光される光線の輝度は、上記２回反射する光線の輝度よりも低くしている。即ち、光学像Ｓの結像に寄与しない光線の輝度を低くすることができる。
【００３５】
画像表示装置１０を仮想的な入力インタフェースとして機能させるため、上記のように２面コーナーリフレクタアレイ基板１により結像された光学像Ｓに対して赤外レーザ光を照射する赤外線レーザユニット３が設けられる。
【００３６】
赤外線レーザユニット３のブロック構成を図５に示す。図５に示すように、赤外線レーザユニット３は、赤外ＬＤ（レーザダイオード）３Ａと、コリメータレンズ３Ｂと、ビームスプリッタ３Ｃと、光検出器３Ｄと、水平ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー３Ｅと、垂直ＭＥＭＳミラー３Ｆと、レーザ制御回路３Ｇと、ミラーサーボ部３Ｈと、アクチュエータ３Ｉと、を備えている。
【００３７】
レーザ制御回路３Ｇによって制御されたパワーで赤外ＬＤ３Ａは赤外レーザ光を出射する。出射された赤外レーザ光は、コリメータレンズ３Ｂにより平行光とされ、ビームスプリッタ３Ｃに入光する。ビームスプリッタ３Ｃに入光した光は、一部が反射されて光検出器３Ｄにより受光され、一部は透過して水平ＭＥＭＳミラー３Ｅへ向かう。光検出器３Ｄで検出された検出信号に基づき、レーザ制御回路３Ｇが赤外ＬＤ３Ａの出力パワーを制御する。
【００３８】
レーザ光を水平方向に走査するよう偏向可能な水平ＭＥＭＳミラー３Ｅに入射されて反射されたレーザ光は、レーザ光を垂直方向に走査するよう偏向可能な垂直ＭＥＭＳミラー３Ｆに入射されて反射し、赤外線レーザユニット３の筐体外部へ出射される。
【００３９】
赤外線レーザユニット３は、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２が配される主面Ｆ２側（図１Ｂ）にある空間に配置されるため、赤外線レーザユニット３から出射された赤外レーザ光は、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の貫通孔１Ｂを透過して光学像Ｓへ出射される。
【００４０】
水平ＭＥＭＳミラー３Ｅ及び垂直ＭＥＭＳミラー３Ｆの偏向により、赤外線レーザユニット３から出射されるレーザ光は光学像Ｓに対して２次元的に走査される。
【００４１】
ミラーサーボ部３Ｈは、制御部５からの水平同期信号に応じてアクチュエータ３Ｉを駆動して水平ＭＥＭＳミラー３Ｅを偏向させ、制御部５からの垂直同期信号に応じてアクチュエータ３Ｉを駆動して垂直ＭＥＭＳミラー３Ｆを偏向させる。
【００４２】
ここで垂直同期信号及び水平同期信号の一例を図６に示す。図６に示す垂直同期信号は階段状となっており、垂直同期信号の１ステップに対して形成される一つの三角波の繰り返しにより、のこぎり波状の水平同期信号となる。
【００４３】
光学像Ｓに対する赤外レーザ光の２次元走査の様子を図７に示す。垂直同期信号の１ステップの期間は垂直ＭＥＭＳミラー３Ｆは角度が固定され、その期間中に初期値から単調に上昇する水平同期信号により水平ＭＥＭＳミラー３Ｅが偏向され、赤外レーザ光は水平方向（図７のＸ方向）に走査される。
【００４４】
そして、垂直同期信号の１ステップ期間が終わり、次のステップが開始される際、水平同期信号は初期値まで急峻に降下する。これによる垂直ＭＥＭＳミラー３Ｆ及び水平ＭＥＭＳミラー３Ｅの偏向により、赤外レーザ光は垂直方向（図７のＹ方向）に変位した水平方向の初期位置まで急速に斜め方向に走査される。
【００４５】
その後、赤外レーザ光は再度水平方向を走査され、以降同様の繰り返しによって赤外レーザ光は２次元的に走査される。なお、１画面分の走査が完了すると、赤外レーザ光は２次元走査の初期位置まで戻されて、再度走査が開始される。
【００４６】
このように２次元走査される赤外レーザ光が照射される光学像Ｓに図７に示すよう指などの障害物を近付けると、障害物で反射された赤外レーザ光が光検出ユニット４により受光される。
【００４７】
光検出ユニット４は図１Ｂに示すように２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２が配される側の主面Ｆ２側にある空間に配される。このように、液晶表示部２、赤外線レーザユニット３、及び光検出ユニット４のいずれもが２面コーナーリフレクタアレイ基板１の同じ主面Ｆ２側にある空間に配されるので、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の光学像Ｓ側の主面Ｆ１側にある空間になるべく物体を配置しないようにできる。
【００４８】
光検出ユニット４の具体的な構成を図７に示す（なお、図７では光検出ユニット４の筐体は不図示）。光検出ユニット４の筐体には、光学像Ｓに垂直な方向に光学像Ｓ側に近い順から窓部４Ａ、窓部４Ｂが隣接して形成される。そして、筐体内部には、窓部４Ａの位置に対応して集光レンズ４Ｃ及び光検出器４Ｅが配置されると共に、窓部４Ｂの位置に対応して集光レンズ４Ｄ及び光検出器４Ｆが配置される。
【００４９】
赤外線レーザユニット３から出射されて光学像Ｓに近付けられた指などの障害物により拡散反射された赤外レーザ光は、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の貫通孔１Ｂを透過して窓部４Ａから入射する。入射された光は、集光レンズ４Ｃによって集光されて光検出器４Ｅに導かれる。なお、集光レンズ４Ｃと光検出器４Ｅの間に、光検出器４Ｅへの入射角に応じて入射光を遮って光検出器４Ｅに照射されるのを規制するマスキング部材（不図示）も設けられる。マスキング部材によって、光検出範囲が調整される。
【００５０】
同様に、障害物により拡散反射されて２面コーナーリフレクタアレイ基板１の貫通孔１Ｂを透過して窓部４Ｂから入射された光は、集光レンズ４Ｄによって集光されて光検出器４Ｆに導かれる。集光レンズ４Ｄと光検出器４Ｆの間にも不図示のマスキング部材が配置されており、光検出範囲が調整される。
【００５１】
図５のブロック図に示すように、光検出器４Ｅ及び４Ｆは、それぞれハイパスフィルタ６及び７を介して制御部５に接続される。障害物では赤外レーザ光のみならず液晶表示部２による可視光も拡散反射され、反射光が光検出器４Ｅ及び４Ｆにより検出される。そこで、赤外光と可視光の切り分けを行うため、赤外線レーザユニット３における赤外ＬＤ３Ａの発光パルスの周波数を、液晶表示部２の各画素の発光パルスの周波数よりも高くしている。そして、光検出器４Ｅ及び４Ｆによって検出された検出信号をハイパスフィルタ６及び７に入力させることで、可視光による検出信号をカットして赤外光による検出信号を通過させて制御部５に送信する。
【００５２】
制御部５は、光検出器４Ｅ及び４Ｆの両方で赤外光が検出されていることを検知した場合、障害物の光学像Ｓからの距離が短い、即ち障害物を光学像Ｓにかなり近付けていると判定する。また、制御部５は、光検出器４Ｅは検出しておらず、且つ光検出器４Ｆは検出していることを検知した場合、障害物の光学像Ｓからの距離が長い、即ち障害物を光学像Ｓにあまり近付けていないと判定する。これにより、制御部５は、障害物を光学像Ｓに近付ける動作（押し込む動作）を検知することができる。
【００５３】
また、障害物を光学像Ｓにかなり近付けた場合、光検出器４Ｅで検出される受光レベルは、例えば図６に示すように、時系列においてまとまった群として現れる。例えば、この群において受光レベルが最大となるタイミング（図６のＭＡＸ）の垂直及び水平同期信号に基づき、制御部５は障害物の２次元位置を検出する。なお、例えば受光レベルの群における重心位置を障害物の２次元位置として検出するようにしてもよい。
【００５４】
例えば、光学像Ｓにおいてボタンが表示される場合、障害物の検出された位置がボタンの所定の表示範囲に含まれると判定すれば、制御部５はボタンが操作されたと判断して、それに応じた制御を行う。このように、空中に表示された光学像Ｓに対して操作入力を行うことができる仮想的な入力インタフェースを実現できる。
【００５５】
また、複数の障害物（例えば複数の指）を光学像Ｓに近付けた場合、受光レベルの群が複数現れることになるので、それぞれの群について障害物の２次元位置を検出すれば、所謂マルチタッチを検出することもできる。
【００５６】
なお、光検出器は２つ設けることに限らず、３つ以上配列して設けてもよいし、単数のみ設けてもよい。なお、複数の光検出器を設ける場合、光学像Ｓに垂直な方向に配列することが望ましいが、障害物を押し込む動作が検出できるのであれば配列方向はそれに限らない。
【００５７】
このように第１実施形態に係る画像表示装置１０は、画像光を発光する液晶表示部２と、２面コーナーリフレクタ（Ｍ１、Ｍ２）が形成される複数の貫通孔１Ｂを形成された基板１Ａを備え、一方の主面側の空間に配置された液晶表示部２による画像光の光学像Ｓを他方の主面側の空間に結像させる２面コーナーリフレクタアレイ基板１と、赤外レーザ光を光学像Ｓに向けて出射して走査する赤外線レーザユニット３と、光学像Ｓ付近に位置する障害物で反射された赤外レーザ光を受光する光検出器４Ｅ、４Ｆと、を備える構成としている。
【００５８】
これにより、２面コーナーリフレクタアレイ基板１によって結像される光学像Ｓにより、観察者であるユーザにとっては、スクリーンを不要としてあたかも空中に画像が表示されているような感覚を得ることができる。また、上方から外光などの環境光が２面コーナーリフレクタアレイ基板１に照射された場合でも、環境光は貫通孔１Ｂを透過するので、画像表示の悪化を抑制することができる。そして、このような表示画像に対して障害物を近付けることで、走査される赤外レーザ光が障害物で反射されて光検出器により受光される。従って、上記のように効果的に表示される画像を用いた仮想的な入力インタフェースを実現できる。
【００５９】
特に、本実施形態に係る画像表示装置１０は、外光が照射される自動車の車内等に適用することが好適である。
【００６０】
また、本実施形態では、赤外レーザ光の発光パルスの周波数は、液晶表示部２の発光パルスの周波数よりも高くしている。これにより、赤外レーザ光のみならず画像光も障害物により反射されて光検出器で受光されても、発光パルスの周波数の違いにより、ハイパスフィルタ６、７などの電気的処理によって光検出器の検出信号から赤外レーザ光の検出信号を抽出できる。電気的処理によれば、コストを抑えることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、液晶表示部２は、２面コーナーリフレクタにて２回反射して２面コーナーリフレクタアレイ基板１を透過する範囲での２面コーナーリフレクタへの入射方向の光線を発光面全体において少なくとも出射する。これにより、液晶表示部２による画像光を確実に光学像Ｓとして結像できる。
【００６２】
また、２面コーナーリフレクタにて３回以上反射、１回のみ反射、及び反射しない範囲での２面コーナーリフレクタへの入射方向の液晶表示部２から出射される光線の輝度は、上記２回反射する光線の輝度よりも低くしている。これにより、画像表示に寄与しない光線の輝度を低くできる。
【００６３】
また、本実施形態では、赤外レーザ光は、２次元的に走査される構成としている。これにより、光検出器の検出タイミングにより、障害物の２次元的な位置を検出することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、赤外線レーザユニット３は、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２の配置される側の主面Ｆ２側にある空間に配置される構成としてもよい。これにより、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２の配置される側と反対側になるべく物体を配置しないようにできる。
【００６５】
また、本実施形態では、非可視光である赤外光を光学像Ｓに対して出射する。これにより、画像表示への影響を抑制できる。
【００６６】
また、本実施形態では、光検出器４Ｅ、４Ｆは、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２の配置される側の主面Ｆ２側にある空間に配置され、貫通孔１Ｂを透過した障害物からの反射光を受光する。これにより、２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２の配置される側と反対側になるべく物体を配置しないようにできる。
【００６７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の全体概略斜視図を図８に示し、概略側面図を図９に示す。
【００６８】
図８及び図９に示す第２実施形態に係る画像表示装置２５は、２面コーナーリフレクタアレイ基板（反射素子集合基板）１１と、赤外光透過板１２と、反射スクリーン１３と、レーザユニット１４と、ダイクロックプリズム１５と、光検出ユニット１６と、を備えている。
【００６９】
２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の構成は、上記第１実施形態で説明したものと同様となるのでここでは詳述は省く。２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の一方の主面Ｆ４側にある空間（図９における主面Ｆ４の下方の空間）には、反射スクリーン１３が配置される。
【００７０】
２面コーナーリフレクタアレイ基板１１に隣接して赤外線を透過する赤外光透過板１２が配置される。赤外光透過板１２の反射スクリーン１３が配置される側の主面Ｆ６側にある空間（図９における主面Ｆ６の下方の空間）には、レーザユニット１４及びダイクロックプリズム１５が配置される。
【００７１】
レーザユニット１４のブロック構成を図１０に示す。図１０に示すように、レーザユニット１４は、赤外ＬＤ１４Ａと、コリメータレンズ１４Ｂと、赤色ＬＤ１４Ｃと、コリメータレンズ１４Ｄと、緑色ＬＤ１４Ｅと、コリメータレンズ１４Ｆと、青色ＬＤ１４Ｇと、コリメータレンズ１４Ｈと、ビームスプリッタ１４Ｉ〜１４Ｌと、光検出器１４Ｍと、水平ＭＥＭＳミラー１４Ｎと、垂直ＭＥＭＳミラー１４Ｏと、ミラーサーボ部１４Ｐと、アクチュエータ１４Ｑと、赤外線レーザ制御回路１４Ｒと、赤色レーザ制御回路１４Ｓと、緑色レーザ制御回路１４Ｔと、青色レーザ制御回路１４Ｕと、を備えている。
【００７２】
赤外線レーザ制御回路１４Ｒによって制御されたパワーで赤外ＬＤ１４Ａは赤外レーザ光を出射する。出射された赤外レーザ光は、コリメータレンズ１４Ｂにより平行光とされ、ビームスプリッタ１４Ｉ〜１４Ｋを透過し、ビームスプリッタ１４Ｌに入光する。
【００７３】
赤色レーザ制御回路１４Ｓによって制御されたパワーで赤色ＬＤ１４Ｃは赤色レーザ光を出射する。出射された赤色レーザ光は、コリメータレンズ１４Ｄにより平行光とされ、ビームスプリッタ１４Ｉで反射され、ビームスプリッタ１４Ｊ及び１４Ｋを透過し、ビームスプリッタ１４Ｌに入光する。
【００７４】
緑色レーザ制御回路１４Ｔによって制御されたパワーで緑色ＬＤ１４Ｅは緑色レーザ光を出射する。出射された緑色レーザ光は、コリメータレンズ１４Ｆにより平行光とされ、ビームスプリッタ１４Ｊで反射され、ビームスプリッタ１４Ｋを透過し、ビームスプリッタ１４Ｌに入光する。
【００７５】
青色レーザ制御回路１４Ｕによって制御されたパワーで青色ＬＤ１４Ｇは青色レーザ光を出射する。出射された青色レーザ光は、コリメータレンズ１４Ｈにより平行光とされ、ビームスプリッタ１４Ｋで反射され、ビームスプリッタ１４Ｌに入光する。
【００７６】
ビームスプリッタ１４Ｌに入光したレーザ光の一部は、ビームスプリッタ１４Ｌで反射されて光検出器１４Ｍで受光され、残りのレーザ光はビームスプリッタ１４Ｌを透過して水平ＭＥＭＳミラー１４Ｎに導かれる。赤外線レーザ制御回路１４Ｒは、光検出器１４Ｍで検出された検出信号に基づき、赤外ＬＤ１４Ａの出力パワーを制御する。
【００７７】
レーザ光を水平方向に走査するよう偏向可能な水平ＭＥＭＳミラー１４Ｎに入射されて反射された赤外、赤色、緑色、及び青色のレーザ光は、レーザ光を垂直方向に走査するよう偏向可能な垂直ＭＥＭＳミラー１４Ｏに入射されて反射し、レーザユニット１４の筐体外部へ出射される。
【００７８】
また、画像表示装置２５は、制御部１７、画像データ処理部１８、及び記憶部１９を備える。記憶部１９には画像データが記憶される。記憶部１９を例えばＲＯＭとして、ＲＯＭに画像データが記憶されるようにしてもよい。また、記憶部１９を例えば書き換え可能なフラッシュメモリとして、画像表示装置２５の外部から入力される画像データをフラッシュメモリに格納するようにしてもよい。
【００７９】
制御部１７によって記憶部１９から読み出された画像データは、画像データ処理部１８によって赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の３色のデータに変換され、変換後のデータが赤色レーザ制御回路１４Ｓ、緑色レーザ制御回路１４Ｔ、及び青色レーザ制御回路１４Ｕのそれぞれに送信される。
【００８０】
また、ミラーサーボ部１４Ｐは、制御部１７からの水平同期信号に応じてアクチュエータ１４Ｑを駆動して水平ＭＥＭＳミラー１４Ｎを偏向させ、制御部１４からの垂直同期信号に応じてアクチュエータ１４Ｑを駆動して垂直ＭＥＭＳミラー１４Ｏを偏向させる。上述した図６に示すように、水平同期信号は例えばのこぎり波状の信号であり、垂直同期信号は例えば階段状の信号である。
【００８１】
このようにレーザユニット１４から赤外に加えて赤色、緑色、及び青色のレーザ光が出射されるが、出射後の光路を図９に示している。
【００８２】
レーザユニット１４の出射側には、ダイクロックプリズム１５が配置される。ダイクロックプリズム１５は、プリズム１５Ａと、プリズム１５Ａの一つの面に設けられるダイクロックミラー１５Ｂから成る。
【００８３】
レーザユニット１４から出射されたレーザ光は、プリズム１５Ａ内部に入射されて透過し、ダイクロックミラー１５Ｂによって赤外レーザ光のみが反射され、それ以外の可視レーザ光（赤、緑、青）はダイクロックミラー１５Ｂを透過する。ダイクロックミラー１５Ｂを透過した可視レーザ光は、反射スクリーン１３に導かれて反射する。反射光は、２面コーナーリフレクタアレイ基板１１へ向かい、２面コーナーリフレクタにて２回反射されて基板を透過し、反射スクリーン１３と反対側の空間で１点に結像される。
【００８４】
水平ＭＥＭＳミラー１４Ｎ及び垂直ＭＥＭＳミラー１４Ｏの偏向制御により、可視レーザ光が反射スクリーン１３において２次元的に走査され、反射スクリーン１３は反射によって画像の光を発光する。そして、２面コーナーリフレクタアレイ基板１１によって、反射スクリーン１３が発光する画像の光が、基板１１の反射スクリーン１３の配置される側と反対側の主面Ｆ３側にある空間において光学像Ｓとして結像する。
【００８５】
光学像Ｓの結像により、観察者であるユーザは空中に画像が表示されている感覚を得ることができる。
【００８６】
一方、ダイクロックミラー１５Ｂで反射された赤外レーザ光は、更にプリズム１５Ａの一つの面ｓ１にて全反射され、光学像Ｓへ向けてプリズム１５Ａから出射される。出射された赤外レーザ光は、赤外光透過板１２を透過して光学像Ｓへ向かう。
【００８７】
水平ＭＥＭＳミラー１４Ｎ及び垂直ＭＥＭＳミラー１４Ｏの偏向制御により、赤外レーザ光は光学像Ｓに対して２次元的に走査される。
【００８８】
なお、レーザユニット１４から光学像Ｓまでの赤外レーザ光の光路の光学的距離は、レーザユニット１４から反射スクリーン１３までの可視レーザ光の光路の光学的距離よりも長くしている。これにより、光学像Ｓよりも広い範囲で赤外レーザ光を走査することが可能となる。
【００８９】
光検出ユニット１６は図９に示すように２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の反射スクリーン１３が配される側の主面Ｆ４側にある空間に配される。反射スクリーン１３及び光検出ユニット１６のいずれもが２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の同じ主面Ｆ４側にある空間に配されるので、２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の光学像Ｓ側の主面Ｆ３側にある空間になるべく物体を配置しないようにできる。
【００９０】
また、レーザユニット１４及びダイクロックプリズム１５のいずれもが赤外光透過板１２の同じ主面Ｆ６側にある空間に配されるので、赤外光透過板１２の反対側の主面Ｆ５側にある空間になるべく物体を配置しないようにできる。
【００９１】
光検出ユニット１６の具体的な構成は、上記第１実施形態で説明した光検出ユニット４と同様であるので、詳述は省く。なお、図１０のブロック図に示すように、光検出ユニット１６は、光検出器１６Ａ及び１６Ｂを備えており、光検出器１６Ａが第１実施形態の光検出器４Ｅ、光検出器１６Ｂが第１実施形態の光検出器４Ｆにそれぞれ相当する。そして、光検出器１６Ａはハイパスフィルタ２０を介し、光検出器１６Ｂはハイパスフィルタ２１を介して制御部１７に接続される。
【００９２】
光学像Ｓに対して指などの障害物を近付けると、障害物で拡散反射された赤外レーザ光が２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の貫通孔を透過し、光検出ユニット１６の光検出器１６Ａ及び１６Ｂで受光される。
【００９３】
ここで、赤外レーザ光のみならず可視レーザ光も障害物で拡散反射されて光検出器１６Ａ及び１６Ｂで受光される。そこで、赤外ＬＤ１４Ａの発光パルスの周波数を赤色ＬＤ１４Ｃ、緑色ＬＤ１４Ｅ、及び青色ＬＤ１４Ｇの発光パルスの周波数よりも高くしている。これにより、光検出器１６Ａ及び１６Ｂで検出された検出信号のうち、可視レーザ光による検出信号はハイパスフィルタ２０及び２１によりカットされ、残りの赤外レーザ光による検出信号がハイパスフィルタ２０及び２１を通過して制御部１７に送信される。
【００９４】
制御部１７は、上記検出信号に基づき、障害物を光学像Ｓに近付ける動作（押し込む動作）を検知することができる。また、制御部１７は、光検出器１６Ａの検出信号と、水平及び垂直同期信号に基づき、障害物の２次元位置を検出することができる。
【００９５】
なお、本実施形態においても、光検出器の数は２つに限らず、３つ以上でも単数であってもよい。
【００９６】
このように第２実施形態に係る画像表示装置２５は、画像光を反射によって発光する反射スクリーン１３と、一方の主面側の空間に配置された反射スクリーン１３による画像光の光学像Ｓを他方の主面側の空間に結像させる２面コーナーリフレクタアレイ基板１１と、赤外レーザ光を光学像Ｓに向けて出射して走査するレーザユニット１４と、光学像Ｓ付近に位置する障害物で反射された赤外レーザ光を受光する光検出器１６Ａ、１６Ｂと、を備える構成としている。
【００９７】
このような構成により、第１実施形態と同様に、観察者であるユーザにとって、スクリーンを不要としてあたかも空中に画像が表示されているような感覚を得ることができ、且つ、上方から照射される外光などの環境光に対しても画像表示の悪化が抑制される。そして、このように効果的に表示される画像を用いた仮想的な入力インタフェースを実現できる。なお、本実施形態では、赤外光透過板１２及び２面コーナーリフレクタアレイ基板１１より下方は筐体（不図示）により囲まれる構成としており、下方からの環境光は遮断される。
【００９８】
また、本実施形態では、その他の第１実施形態と同様の効果も享受できる。
【００９９】
更に、本実施形態では、レーザユニット１４により出射されて２次元的に走査される赤外レーザ光に加えた可視レーザ光を赤外レーザ光と可視レーザ光に分離するダイクロックプリズム１５を備え、反射スクリーン１３は、ダイクロックプリズム１５により分離された可視レーザ光を反射して２面コーナーリフレクタアレイ基板１１へ入射させ、ダイクロックプリズム１５により分離された赤外レーザ光は、光学像Ｓへ向けて出射される。
【０１００】
これにより、障害物検出用の赤外レーザ光と画像用の可視レーザ光を共通のユニットから出射できるので、部品点数を削減し、小型化を図ることができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、ダイクロックプリズム１５は、プリズム１５Ａと、プリズム１５Ａの一面に設けられたダイクロックミラー１５Ｂを備え、レーザユニット１４により出射された赤外レーザ光及び可視レーザ光は、プリズム１５Ａを透過し、可視レーザ光はダイクロックミラー１５Ｂを透過し、赤外レーザ光はダイクロックミラー１５Ｂにて反射される。これにより、赤外レーザ光と可視レーザ光を分離する分離部を簡易に構成できる。
【０１０２】
また、本実施形態では、レーザユニット１４及びダイクロックプリズム１５は、２面コーナーリフレクタアレイ基板１１に隣接して配置された赤外光透過板１２の反射スクリーン１３が配置される側の主面Ｆ６側にある空間に配置される。これにより、赤外光透過板１２の反射スクリーン１３の配置される側と反対側になるべく物体を配置しないようにできる。
【０１０３】
また、本実施形態では、レーザユニット１４から光学像Ｓまでの赤外レーザ光の光路の光学的距離は、       レーザユニット１４から反射スクリーン１３までの可視レーザ光の光路の光学的距離よりも長くしている。これにより、光学像Ｓよりも広い範囲で障害物検出用の赤外レーザ光を走査することが可能となる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
【０１０５】
例えば、第１実施形態（図１Ａ、図１Ｂ）において、赤外線レーザユニット３と光検出ユニット４のいずれかを２面コーナーリフレクタアレイ基板１の液晶表示部２と反対側の主面Ｆ１側にある空間に配置してもよい。光検出ユニット４をそのようにする場合、２面コーナーリフレクタアレイ基板１１の主面に垂直な方向の光学像Ｓの一辺の近傍に光検出ユニット４を配置してもよい。これは、第２実施形態（図８）における光検出ユニット１６についても同様である。
【０１０６】
また、例えば、第１実施形態（図１Ａ）では光学像Ｓの背面側からレーザ光を走査するように赤外線レーザユニット３を配置しているが、光学像Ｓの正面側からレーザ光を走査するように赤外線レーザユニット３を配置してもよい。
【０１０７】
また、例えば第１実施形態において、光学像Ｓに対して走査するレーザ光は、赤外光の代わりに可視光を用いてもよい。また、第２実施形態において、ダイクロックプリズム１５により画像用の光と分離できる光であれば、赤外光に限ることはない。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ２面コーナーリフレクタアレイ基板
１Ａ  基板
１Ｂ  貫通孔
Ｍ１、Ｍ２  鏡面
２  液晶表示部
３  赤外線レーザユニット
３Ａ  赤外ＬＤ
３Ｂ  コリメータレンズ
３Ｃ  ビームスプリッタ
３Ｄ  光検出器
３Ｅ  水平ＭＥＭＳミラー
３Ｆ  垂直ＭＥＭＳミラー
３Ｇ  レーザ制御回路
３Ｈ  ミラーサーボ部
３Ｉ  アクチュエータ
４  光検出ユニット
４Ａ、４Ｂ  窓部
４Ｃ、４Ｄ  集光レンズ
４Ｅ、４Ｆ  光検出器
５  制御部
６、７  ハイパスフィルタ
１０  画像表示装置
１１  ２面コーナーリフレクタアレイ基板
１２  赤外光透過板
１３  反射スクリーン
１４  レーザユニット
１４Ａ  赤外ＬＤ
１４Ｂ  コリメータレンズ
１４Ｃ  赤色ＬＤ
１４Ｄ  コリメータレンズ
１４Ｅ  緑色ＬＤ
１４Ｆ  コリメータレンズ
１４Ｇ  青色ＬＤ
１４Ｈ  コリメータレンズ
１４Ｉ〜１４Ｌ  ビームスプリッタ
１４Ｍ  光検出器
１４Ｎ  水平ＭＥＭＳミラー
１４Ｏ  垂直ＭＥＭＳミラー
１４Ｐ  ミラーサーボ部
１４Ｑ  アクチュエータ
１４Ｒ  赤外線レーザ制御回路
１４Ｓ  赤色レーザ制御回路
１４Ｔ  緑色レーザ制御回路
１４Ｕ  青色レーザ制御回路
１５  ダイクロックプリズム
１５Ａ  プリズム
１５Ｂ  ダイクロックミラー
１６  光検出ユニット
１６Ａ、１６Ｂ  光検出器
１７  制御部
１８  画像データ処理部
１９  記憶部
２０、２１  ハイパスフィルタ
２５  画像表示装置
Ｓ  光学像
【図１Ａ】
2014127822.tif 000003
【図１Ｂ】
2014127822.tif 000004
【図２】
2014127822.tif 000005
【図３】
2014127822.tif 000006
【図４】
2014127822.tif 000007
【図５】
2014127822.tif 000008
【図６】
2014127822.tif 000009
【図７】
2014127822.tif 000010
【図８】
2014127822.tif 000011
【図９】
2014127822.tif 000012
【図１０】
2014127822.tif 000013