(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配列された複数の発光エレメントを含み、各々が前記複数の発光エレメントの一部を含む複数の領域を有する表示体と、
複数のミラーレンズを含み、前記複数のミラーレンズの各々が前記複数の領域の１つに対応して配置され、前記複数の領域からの光を反射し、虚像を形成するミラーレンズアレイと、
前記表示体と前記ミラーレンズアレイとの間に配置され、前記複数の領域からの前記光の一部を前記ミラーレンズアレイの方向に透過し、前記ミラーレンズアレイからの反射光の一部をユーザーの１つの観察眼の方向に反射するビームスプリッタと、
を備え、
前記表示体の前記複数の領域は互いに異なる画像を表示し、前記複数のミラーレンズは、前記互いに異なる画像を基にした前記虚像を、前記互いに異なる画像の１つを構成する複数の画素の間に、前記互いに異なる画像の他の１つを構成する画素が配置されるように結像させる、画像表示装置。
【請求項２】
各々が前記複数の領域の１つに対応して前記複数の領域と前記ビームスプリッタとの間に配置された複数の集光レンズを含む集光レンズアレイをさらに備える、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記複数のミラーレンズの各々は、前記複数のミラーレンズの各々の光軸を含む前記複数のミラーレンズの各々のレンズ面の一部に入射する第１入射光を反射する反射領域と、前記レンズ面の他の一部に入射する第２入射光を透過させる透過領域とを有する、請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記複数のミラーレンズの各々は、前記複数のミラーレンズの各々の光軸を含む前記複数のミラーレンズの各々のレンズ面の一部に入射する第１入射光を反射する反射領域と、前記レンズ面の他の一部に入射する第２入射光を透過させる透過領域とを有し、
前記複数の集光レンズの各々を透過する透過光が、前記反射領域に入射する、
請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
各々が前記複数の領域の１つに対応して前記表示体と前記ミラーレンズアレイとの間に配置された複数の電子シャッターと、
前記複数の発光エレメントおよび前記複数の電子シャッターに電気的に接続され、前記複数の発光エレメントの発光状態および前記複数の電子シャッターの光透過率を制御する制御回路であって、前記複数の発光エレメントの前記発光状態を制御することにより前記複数の領域の１つに画像を表示させるタイミングに同期して、前記複数の電子シャッターのうち、前記複数の領域の１つに対応する電子シャッターを透光状態にし、前記複数の領域の１つに対応する前記電子シャッターに隣接する他の電子シャッターを遮光状態にする制御回路と、をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記複数の領域の１つに前記画像を表示させるとき、隣接する他の領域にも跨って前記画像を表示させる、請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記複数のミラーレンズの各々と対応する前記複数の領域の各々との間の光学的距離が、前記複数のミラーレンズの各々の焦点距離よりも小さい、請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）水晶体の焦点調節、（２）両眼の視差（右眼による見え方と左眼による見え方の違い）、（３）両眼の輻輳（視線を交差させようとする両眼の動き）等の感覚によって、人間は映像を３次元的に認識できる。一般に、ゲーム機、テレビなどに使われるディスプレイは２次元の表示面を有する。その表示面に表示される画像（２次元像）を上記の（１）〜（３）の作用を利用することによって、３次元像としてユーザーに認識させることができる。特に、上記の（２）および（３）の作用を利用したディスプレイが商業化されている。例えば、特許文献１は、レンチキュラーレンズによる上記の（２）および（３）の作用を利用した構成を開示している。
【０００３】
図１０は、特許文献１に開示された３次元画像表示装置を模式的に示す図である。液晶ディスプレイ等の２次元の発光体２１は、多数の画素２１Ｐで構成されている。画素２１Ｐは、領域２１Ｒおよび領域２１Ｌの２つの領域に分割されている。発光体２１の表面上には、レンチキュラーレンズ２０が画素２１Ｐの一つ一つに対応して配置されている。
【０００４】
レンチキュラーレンズ２０の集光作用により、画素２１Ｐ内の領域２１Ｒで発生する光は集光点４Ｒに結像し、領域２１Ｌで発生する光は集光点４Ｌに結像する。領域２１Ｒと領域２１Ｌとに視差を考慮した別々の画像が表示される。集光点４Ｒおよび集光点４Ｌのそれぞれに人間の右目と左目とを位置させれば、上記の（２）および（３）の効果により、画像が３次元の像として認識される。すなわち、右目には領域２１Ｒに表示される画像のみが感じられ、左目には領域２１Ｌに表示される画像のみが感じられる。これら２つの画像には視差情報が加えられている（両眼の視差）。右眼も左眼も発光体２１の表面を注視することで視線が交差する（両眼の輻輳）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１９４２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の３次元画像表示装置は、ユーザーへの視覚負担に関し改良の余地を有している。本開示の実施形態は、ユーザーへの視覚負担が少ない自然な画像を表示することが可能な画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る画像表示装置は、２次元に配列された複数の発光エレメントを含み、各々が前記複数の発光エレメントの一部を含む複数の領域を有する表示体と、複数のミラーレンズを含み、前記複数のミラーレンズの各々が前記複数の領域の１つに対応して配置され、前記複数の領域からの光を反射し、虚像を形成するミラーレンズアレイと、前記表示体と前記ミラーレンズアレイとの間に配置され、前記複数の領域からの前記光の一部を前記ミラーレンズアレイの方向に透過し、前記ミラーレンズアレイからの反射光の一部をユーザーの観察眼の方向に反射するビームスプリッタと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様に係る画像表示装置によれば、画像表示装置の向こうを透かして見ることができ、この背景に重ねて画像表示装置の映し出す画像を表示できる。水晶体の焦点が調節されることによって像を認識できるため、ユーザーへの視覚負担が少ない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１の画像表示装置における表示体、ハーフミラー、ミラーレンズ、および表示画像の位置関係と、光路とを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態１における表示体、ミラーレンズ、表示画像の位置関係を模式的に示す立体図である。
【図３】図３は、実施形態１の変形例を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態２における表示体、ミラーレンズ、表示画像の位置関係を模式的に示す立体図である。
【図５】図５は、実施形態３の画像表示装置における表示体、ハーフミラー、ミラーレンズ、および表示画像の位置関係と、光路とを模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、ミラーレンズおよびその上の反射膜を示す上面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施形態３の変形例におけるミラーレンズを示す断面図である。
【図７】図７は、実施形態４の画像表示装置における表示体、ハーフミラー、電子シャッター、ミラーレンズ、および表示画像の位置関係と、光路とを模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、電子シャッターの構成を示す上面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、表示画像の範囲と電子シャッターの第１の状態を示す上面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、表示画像の範囲と電子シャッターの第２の状態を示す上面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、表示画像の範囲と電子シャッターの第３の状態を示す上面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、表示画像の範囲と電子シャッターの第４の状態を示す上面図である。
【図１０】図１０は、従来の３次元画像表示装置の構造および光路を示す図である。
【図１１】図１１は、検討例１の３次元画像表示装置における表示体、レンズ、表示画像の位置関係と、光路とを模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、検討例１の表示体、レンズ、表示画像の位置関係を模式的に示す立体図である。
【図１３】図１３は、検討例２の３次元画像表示装置における表示体、レンズ、表示画像の位置関係と、光路とを模式的に示す断面図である。
【図１４】図１４は、検討例２における表示体、レンズ、表示画像の位置関係を模式的に示す立体図である。
【図１５】図１５は、元画像のピクセルエレメントの配置を説明するための図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、検討例２における分割領域に表示された画像の中心、レンズの中心、および表示画像の中心の位置関係を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、ｚ軸のプラス側からｚ軸に沿って見た、検討例２における分割領域に表示された画像の中心、レンズの中心、および表示画像の中心の位置関係を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、検討例２の変形例における分割領域に表示された画像の中心、レンズの中心、および表示画像の中心の位置関係を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、ｚ軸のプラス側からｚ軸に沿って見た、検討例２の変形例における分割領域に表示された画像の中心、レンズの中心、および表示画像の中心の位置関係を示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、ｚ軸のプラス側からｚ軸に沿って見た、検討例２の他の変形例における分割領域に表示された画像の中心、レンズの中心、および表示画像の中心の位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態を説明する前に、従来技術を改良し、検討を重ねた内容（検討例）を説明する。
【００１１】
特許文献１の３次元画像表示装置によれば、ユーザー４の目のピント（焦点）は、発光体２１の表面に合わせられる。一方、視線の交差点は、立体像の位置にあり、発光体２１の表面からずれている。水晶体の焦点が調節される位置と両眼の視差が交差する位置とが原理的に一致しない。このため、不自然な見え方がして、ユーザーへの視覚負担が大きい。この従来例の改良として、本発明者は、焦点距離の異なる複数のレンズを用いて異なる位置に虚像を結像させる構成（検討例１、２）を検討した。以下、これらの検討例について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同一または対応する構成要素には同一の参照符号を付している。
【００１２】
（検討例１）
図１１および図１２は、検討例１における画像表示装置１０の構成を模式的に示す図である。この画像表示装置１０は、表示体１と、レンズアレイ３とを備えている。図１１および図１２には、一例として、４つのレンズ３ａ〜３ｄを有するレンズアレイ３が示されているが、レンズアレイ３に含まれるレンズの数は２個以上あればよい。添付の図面において、ｘｙ平面は表示体１の表示面に平行な平面である。ｙ軸正方向は表示体１および画像表示装置１０の上方向に相当する。ｚ軸はｘｙ平面に直交しており、ｚ軸方向は表示体１の厚さ方向すなわち画像表示装置１０の前後方向に相当する。ｚ軸正方向が、画像表示装置１０の前方（表示体１からユーザー４に向かう方向）に相当する。
【００１３】
表示体１は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイである。図１２に示すように、表示体１は、表示面上に２次元に配列された複数の発光エレメント（丸、六角形、五角形、および四角形で表現）を有する。本検討例では、ｘ方向に８個、ｙ方向に８個の合計６４個の発光エレメントが配列されている。合計６４個の発光エレメントの配列によって基本領域２（４つの分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの集合）が構成される。基本領域２は、表示体１の画像を表示する表示面の一部または全体である。基本領域２が表示面の一部である場合、基本領域２と同じ領域がｘ方向およびｙ方向に複数配列されて１つの表示面を構成する。これにより、大画面に対応した表示画像を形成できる。発光エレメントは、表示体１の画素またはカラー画素などの、表示される画像の最小単位であり得る。あるいは、同一形状の複数の画素またはカラー画素の集合を１つの発光エレメントとして扱ってもよい。
【００１４】
２次元に配列された複数の発光エレメントによって構成される基本領域２は、複数の分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに分割されている。各分割領域は、複数の発光エレメントを含む。基本領域２に含まれる分割領域の数、および各分割領域に含まれる発光エレメントの数は、特に制限されない。本検討例では、各分割領域は、ｘ方向に４個、ｙ方向に４個の合計１６個の発光エレメントを含む。４個の分割領域２ａ〜２ｄは、発光エレメントの発光により、それぞれ個別に画像１ａ〜１ｄを表示する。
【００１５】
レンズアレイ３は、表示体１の表面に近接して配置される。レンズアレイ３は、分割領域２ａ〜２ｄにそれぞれ対応して配置された個別のレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを含む。ここで、１つの分割領域と１つのレンズとが「対応する」とは、その分割領域から出射した光束の多く（例えば半分以上）がそのレンズに入射する関係にあることを意味する。例えば、１つの分割領域と１つのレンズとが対向して配置されている場合には、両者は対応するといえる。分割領域とレンズとの間にミラーまたはビームスプリッタなどの光学系が挿入されることによって光線の経路が変化する場合には、分割領域とレンズとが対向する関係にはない。しかし、このような場合でも、ある分割領域から出射した光束の多くがそのレンズに入射する場合には、両者は対応する。
【００１６】
これらのレンズ３ａ〜３ｄは、焦点距離が互いに異なっている。レンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄの焦点距離は、それぞれ、ｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄである。各レンズ３ａ〜３ｄと表示体１との距離をａとすると、焦点距離は、それぞれ、ｆａ＞ａ、ｆｂ＞ａ、ｆｃ＞ａ、およびｆｄ＞ａの関係を満たしている。レンズ３ａは、分割領域２ａに表示された画像１ａを、以下の（式１）で定まる距離ｂａだけレンズ３ａから−ｚ方向に離れた位置に虚像５ａとして結像させる。レンズ３ｂは、分割領域２ｂに表示された画像１ｂを、以下の（式２）で定まる距離ｂｂだけレンズ３ｂから−ｚ方向に離れた位置に虚像５ｂとして結像させる。レンズ３ｃは、分割領域２ｃに表示された画像１ｃを、以下の（式３）で定まる距離ｂｃだけレンズ３ｃから−ｚ方向に離れた位置に虚像５ｃとして結像させる。レンズ３ｄは、分割領域２ｄに表示された画像１ｄを、以下の（式４）で定まる距離ｂｄだけレンズ３ｄから−ｚ方向に離れた位置に虚像５ｄとして結像させる。
（式１）ｂａ＝ｆａ×ａ／(ｆａ−ａ)
（式２）ｂｂ＝ｆｂ×ａ／(ｆｂ−ａ)
（式３）ｂｃ＝ｆｃ×ａ／(ｆｃ−ａ)
（式４）ｂｄ＝ｆｄ×ａ／(ｆｄ−ａ)
【００１７】
なお、図１１では、表示画像５ａと５ｃ、５ｂと５ｄのｚ方向の表示位置を揃えて示しているが、この例のように、一部または全ての表示画像のｚ方向の表示位置が揃っていてもよい。レンズ３ａ〜３ｄの焦点距離ｆａ〜ｆｄが異なる場合、表示画像５ａ〜５ｄが形成される位置も、分割領域毎に表示体１の厚さ方向Ｌ（ｚ方向）において異なる。その結果、画像表示装置１０は、ユーザー４に対して距離感の異なる複数の表示画像を知覚させることができる。これにより、例えば、ユーザー４の目から相対的に遠い位置に形成される表示画像に背景画像を割り当て、ユーザー４の目に相対的に近い位置に形成される表示画像に人物などのオブジェクトの画像を割り当てるといった使用法が可能である。
【００１８】
このような画像表示装置１０は、ユーザー４の右眼および左眼の一方または両方に対応して配置され得る。ユーザー４の両眼に対応して２つの画像表示装置１０が配置される場合、それらの画像表示装置１０における表示体１には、左右の眼の視差を考慮した異なる画像が表示される。これにより、ユーザー４は、立体画像を知覚することができる。
【００１９】
本検討例では、ユーザー４は、厚さ方向Ｌ（ｚ方向）において異なる位置に形成された表示画像５ａ〜５ｄを見ることになる。すなわち、ユーザー４の目のピント（焦点）は、表示画像５ａ〜５ｄの位置に合わせられる。一方、視線の交差点も表示画像５ａ〜５ｄの位置にある。このため、水晶体の焦点が調節される位置と両眼の視差が交差する位置とが一致する。本検討例では、距離感の異なる複数の画像を見ていても、従来技術のようにユーザーへの視覚負担が生じるという問題が少ない。
【００２０】
ただし、ユーザー４の位置から見ると、各レンズを通して、そのレンズに対応しない隣接する分割領域に表示された画像も見える。例えば、レンズ３ｂを覗くと、分割領域２ｂの画像１ｂだけでなく隣接する分割領域２ａの画像１ａも見える。すなわち、ユーザー４は、距離感の異なる複数の表示画像（図１１の例では画像５ａ、５ｂ）だけでなく、これらの表示画像に隣接する不要な画像（図１１の例では５ａ’、５ｂ’）も見えてしまう。不要な画像５ａ’は、レンズ３ｂから覗ける分割領域２ａ上の画像１ａに対する虚像である。不要な画像５ｂ’は、レンズ３ａから覗ける分割領域２ｂ上の画像１ｂに対する虚像である。
【００２１】
（検討例２）
一方、本発明者は、検討例１の変形として検討例２を検討した。
【００２２】
図１３および図１４は、検討例２における画像表示装置１０を模式的に示す図である。この画像表示装置１０は、表示体１と、レンズアレイ３とを備えている。本検討例は、検討例１と比較して、画像の配列方法および各レンズによって形成される虚像の結像位置の関係が違うだけで、他の構成は全く同じである。このため、以下では、検討例１と重複する内容についての説明は省略することがある。
【００２３】
図１４に示すように、表示体１は、表示面上に２次元に配列された複数の発光エレメントを有する。本検討例ではｘ方向に８個、ｙ方向に８個の合計６４個の発光エレメントが配列されている。合計６４個の発光エレメントの配列によって基本領域２が構成される。発光エレメントは、表示体１の画素、カラー画素、または、同一形状の複数の画素もしくはカラー画素の集合体である。
【００２４】
２次元に配列された複数の発光エレメントによって構成される基本領域２は、複数の分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに分割されている。各分割領域は、複数の発光エレメントを含む。基本領域２に含まれる分割領域の数、および各分割領域に含まれる発光エレメントの数は、特に制限されない。本検討例では、各分割領域は、ｘ方向に４個、ｙ方向に４個の合計１６個の発光エレメントを含む。４個の分割領域２ａ〜２ｄは、発光エレメントの発光により、それぞれ個別に画像１ａ〜１ｄを表示する。
【００２５】
図１５は、表示体１に画像を表示するための元画像１１を示している。元画像１１は、ｘ方向に８個、ｙ方向に８個のピクセルエレメントが配列された合計６４個のピクセルエレメントによって構成される。これらのピクセルエレメントのうち、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて、一つ置きに並んでいるピクセル１１ａ（丸で表示）、ピクセル１１ｂ（六角形で表示）、ピクセル１１ｃ（五角形で表示）、ピクセル１１ｄ（四角形で表示）は、互いに分別される。ピクセル１１ａの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ａの発光エレメントによって表示される。ピクセル１１ｂの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ｂの発光エレメントによって表示される。ピクセル１１ｃの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ｃの発光エレメントによって表示される。ピクセル１１ｄの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ｄの発光エレメントによって表示される。
【００２６】
レンズアレイ３は、表示体１の表面に近接して配置される。レンズアレイ３は、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ対応して配置されたレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを含む。これらのレンズ３ａ〜３ｄの焦点距離（＝ｆ）は全て同じである。レンズ３ａ〜３ｄの各々と表示体１との距離をａとすると、ｆ＞ａの関係を満たしている。したがって、レンズ３ａ〜３ｄは、分割領域２ａ〜２ｄにそれぞれ表示された画像１ａ〜１ｄを虚像として結像させる。それぞれの虚像が互いに重なるようにレンズ３ａ〜３ｄの位置が調整されている。これにより、表示画像５ａ〜５ｄの各々を構成する個々のピクセル虚像（それぞれ丸、六角形、五角形、四角形で表示）は、像面上で一つおきに並ぶ。それぞれのピクセル虚像が互いに隙間を埋めあうように配列される。全体として、虚像５の並びは元画像１１と同じピクセルの並びになる。
【００２７】
ここで、図１６Ａおよび図１６Ｂを参照して、１つの分割領域に表示された画像の中心位置とレンズの中心位置との関係を説明する。図１６Ａは、一例として、レンズ３ａと、それに対応する分割領域２ａに表示された画像１ａと、表示画像５ａとの位置関係を模式的に示している。レンズ３ａと画像１ａとの距離をａ、レンズ３ａと表示画像５ａとの距離をｂとする。レンズ公式から、画像１ａの中心１Ａと、レンズ３ａの中心３Ａと、表示画像５ａの中心５Ａとは、一直線上に並ぶ。同様に、画像１ｂの中心１Ｂと、レンズ３ｂの中心３Ｂと、表示画像５ｂの中心５Ｂ（＝５Ａ）とは、一直線上に並ぶ。画像１ｃの中心１Ｃと、レンズ３ｃの中心３Ｃと、表示画像５ｃの中心５Ｃ（＝５Ａ）とは、一直線上に並ぶ。画像１ｄの中心１Ｄと、レンズ３ｄの中心３Ｄと、表示画像５ｄの中心５Ｄ（＝５Ａ）とは、一直線上に並ぶ。
【００２８】
図１６Ｂは、ｚ軸（光軸）のプラス側からｚ軸に沿って見た画像１ａ〜１ｄの中心１Ａ〜１Ｄと、レンズ３ａ〜３ｄの中心３Ａ〜３Ｄと、表示画像５ａ〜５ｄの中心５Ａ〜５Ｄとの位置関係を模式的に示している。画像１ａと、レンズ３ａと、表示画像５ａとをｚ軸に沿って見たとき、レンズ３ａの中心３Ａ、画像１ａの中心１Ａ、表示画像５ａの中心５Ａは、直線Ｌａ上に並ぶように配置されている。同様に、画像１ｂと、レンズ３ｂと、表示画像５ｂとをｚ軸に沿って見たとき、レンズ３ｂの中心３Ｂ、画像１ｂの中心１Ｂ、表示画像５ｂの中心５Ｂ（＝５Ａ）は、直線Ｌｂ上に並ぶように配置されている。画像１ｃと、レンズ３ｃと、表示画像５ｃとをｚ軸に沿って見たとき、レンズ３ｃの中心３Ｃ、画像１ｃの中心１Ｃ、表示画像５ｃの中心５Ｃ（＝５Ａ）は、直線Ｌｃ上に並ぶように配置されている。画像１ｄと、レンズ３ｄと、表示画像５ｄとをｚ軸に沿って見たとき、レンズ３ｄの中心３Ｄ、画像１ｄの中心１Ｄ、表示画像５ｄの中心５Ｄ（＝５Ａ）は、直線Ｌｄ上に並ぶように配置されている。
【００２９】
なお、レンズ３ａ〜３ｄは、必ずしも隣接しなくてもよい。図１７Ａおよび１７Ｂは、レンズ３ａ〜３ｄの間に別のレンズ３ｅが挟まれた構成例を示す図である。この構成例では、４行４列に配列された１６個の分割領域のうち、１行１列目、１行３列目、３行１列目、３行３列目の分割領域が、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ該当する。他の分割領域上には、レンズ３ａ〜３ｄと同一または異なる焦点距離を有する別の複数のレンズが設けられ得る。レンズ３ａ〜３ｄと同一の焦点距離を有する別の複数のレンズが設けられる場合、それらのレンズとレンズ３ａ〜３ｄとが相補的に１つの表示画像を形成するように構成してもよい。図１７Ｃは、複数の分割領域および複数のレンズの他の配列例を示している。図１７Ｃの例では、レンズ３ａ、３ｃがｘ方向に２つおきに配置され、レンズ３ｂ、３ｄがｘ方向に１つおきに配置されている。レンズ３ａ〜３ｄの配置間隔は一定でなくてもよい。図１７Ｂおよび１７Ｃの例において、対応するレンズが設けられていない分割領域が存在していてもよい。
【００３０】
この場合も、図１７Ａに示すように、画像１ａ（または１ｂ、１ｃ、１ｄ）の中心１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）、レンズ３ａ（または３ｂ、３ｃ、３ｄ）の中心３Ａ（または３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）、および表示画像５ａ（または５ｂ、５ｃ、５ｄ）の中心５Ａ（＝５Ｂ＝５Ｃ＝５Ｄ）は、一直線上に並ぶ。また、図１７Ｂおよび１７Ｃに示すように、ｚ軸正方向から見たとき、レンズ３ａ（または３ｂ、３ｃ、３ｄ）の中心３Ａ（または３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）、画像１ａ（または１ｂ、１ｃ、１ｄ）の中心１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）、表示画像５ａ（または５ｂ、５ｃ、５ｄ）の中心５Ａ（＝５Ｂ＝５Ｃ＝５Ｄ）は直線Ｌａ（またはＬｂ、Ｌｃ、Ｌｄ）上に並ぶように配置されている。
【００３１】
ｙ軸方向において、レンズ３ａの中心３Ａと表示画像５ａの中心５Ａとの距離をｈ２、画像１ａの中心１Ａと表示画像５ａの中心５Ａとの距離をｈ１とすると、以下の（式５）の関係が成立する。画像１ｂ、画像１ｃ、および画像１ｄについても同様である。
（式５）  ｈ１／ｈ２＝（ｂ−ａ）／ｂ
【００３２】
（式５）に従って、レンズまたは表示体をｘ、ｙ、ｚ方向に移動させてレンズの中心と分割領域に表示された画像の中心とを移動させることにより、表示画像の位置を自由に調整できる。これにより、複数の分割領域に表示された画像を同一像面上で重ねて結像させ、図１５に示す元画像１１と同じピクセル配列の表示画像５を形成することができる。
【００３３】
上記の様にして形成された表示画像５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、ユーザー４の目から見て実際にその位置に結像している画像である。単眼で見る場合でも（１）水晶体の焦点調節の条件を満足する。両眼で見る場合では更に（２）両眼の視差、（３）両眼の輻輳の条件も満たしている。このため、遠近差が水晶体の焦点調節で行われるので自然に感じられる。両眼で見る場合でもピントの位置と両眼の視差が交差する位置が一致するので、ユーザー４への視覚負担が少ない。
【００３４】
本検討例では、１つのレンズによって表示面に表示された画像からユーザーによって視認される表示画像を形成する従来の構成と比較して、個々のレンズ３ａ〜３ｄのサイズを小さくすることができる。このため、各レンズの焦点距離を短くすることができ、装置の小型化および薄型化を図ることができる。
【００３５】
以上、従来技術を改良した検討例１、およびその変形である検討例２を説明した。これらの検討例では、いずれも画像表示装置１０が不透明であり、ユーザー４は画像表示装置１０の向こう側を透かして見ることができない。本発明者は、これらの検討例の課題を解決し、画像表示装置の向こう側を透かして見つつ、この背景に重ねて画像表示装置の映し出す画像を表示する新規な構成に想到した。
【００３６】
本開示は、以下の項目に記載の画像表示装置を含む。
【００３７】
［項目１］
２次元に配列された複数の発光エレメントを含み、各々が前記複数の発光エレメントの一部を含む複数の領域を有する表示体と、
複数のミラーレンズを含み、前記複数のミラーレンズの各々が前記複数の領域の１つに対応して配置され、前記複数の領域からの光を反射し、虚像を形成するミラーレンズアレイと、
前記表示体と前記ミラーレンズアレイとの間に配置され、前記複数の領域からの前記光の一部を前記ミラーレンズアレイの方向に透過し、前記ミラーレンズアレイからの反射光の一部をユーザーの観察眼の方向に反射するビームスプリッタと、
を備える画像表示装置。
【００３８】
［項目２］
各々が前記複数の領域の１つに対応して前記複数の領域と前記ビームスプリッタとの間に配置された複数の集光レンズを含む集光レンズアレイをさらに備える、項目１に記載の画像表示装置。
【００３９】
［項目３］
前記複数のミラーレンズの各々は、前記複数のミラーレンズの各々の光軸を含む前記複数のミラーレンズの各々のレンズ面の一部に入射する第１入射光を反射する反射領域と、前記レンズ面の他の一部に入射する第２入射光を透過させる透過領域とを有する、項目１または２に記載の画像表示装置。
【００４０】
［項目４］
前記複数のミラーレンズの各々は、前記複数のミラーレンズの各々の光軸を含む前記複数のミラーレンズの各々のレンズ面の一部に入射する第１入射光を反射する反射領域と、前記レンズ面の他の一部に入射する第２入射光を透過させる透過領域とを有し、
前記複数の集光レンズの各々を透過する透過光が、前記反射領域に入射する、
項目２に記載の画像表示装置。
【００４１】
［項目５］
各々が前記複数の領域の１つに対応して前記表示体と前記ミラーレンズアレイとの間に配置された複数の電子シャッターと、
前記複数の発光エレメントおよび前記複数の電子シャッターに電気的に接続され、前記複数の発光エレメントの発光状態および前記複数の電子シャッターの光透過率を制御する制御回路であって、前記複数の発光エレメントの前記発光状態を制御することにより前記複数の領域の１つに画像を表示させるタイミングに同期して、前記複数の電子シャッターのうち、前記複数の領域の１つに対応する電子シャッターを透光状態にし、前記複数の領域の１つに対応する前記電子シャッターに隣接する他の電子シャッターを遮光状態にする制御回路と、をさらに備える、項目１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【００４２】
［項目６］
前記制御回路は、前記複数の領域の１つに前記画像を表示させるとき、隣接する他の領域にも跨って前記画像を表示させる、項目５に記載の画像表示装置。
【００４３】
［項目７］
前記複数のミラーレンズの各々と対応する前記複数の領域の各々との間の光学的距離が、前記複数のミラーレンズの各々の焦点距離よりも小さい、項目１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【００４４】
［項目８］
ディスプレイと、
前記ディスプレイの表示面から出射する光束の経路上に配置された複数のミラーレンズを含むミラーレンズアレイであって、各ミラーレンズが前記表示面を構成する複数の分割領域の１つに対応して配置され、前記ミラーレンズと前記分割領域との間の光学的距離が前記ミラーレンズの焦点距離よりも小さい、ミラーレンズアレイと、
前記ディスプレイと前記ミラーレンズアレイとの間に配置され、前記ディスプレイからの光の一部を前記ミラーレンズアレイの方向に透過し、前記ミラーレンズアレイからの反射光の一部をユーザーの観察眼の方向に反射するように配置されたビームスプリッタと、を備える画像表示装置。
【００４５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらによって限定されるものではない。
【００４６】
（実施形態１）
図１および図２は、実施形態１に係る画像表示装置１０の構成を示す図である。この画像表示装置１０は、表示体１と、ビームスプリッタ（ハーフミラー）６と、ミラーレンズアレイ３０とを備えている。本実施形態は、屈折型のレンズアレイ３が反射型のミラーレンズアレイ３０に変わり、表示体１とミラーレンズアレイ３０との間にハーフミラー６が挿入される以外の構成は検討例１と全く同じである。このため、以下では、検討例１と重複する説明は省略することがある。
【００４７】
表示体１は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイである。図２に示すように、表示体１は、表示面上に２次元に配列された複数の発光エレメント（丸、六角形、五角形、および四角形で表現）を有する。本実施形態では、ｘ方向に８個、ｙ方向に８個の合計６４個の発光エレメントが配列されている。合計６４個の発光エレメントの配列によって基本領域２（４つの分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの集合）が構成される。基本領域２は、表示体１の画像を表示する表示面の一部または全体である。基本領域２が表示面の一部である場合、基本領域２と同じ領域がｘ方向およびｙ方向に複数配列されて１つの表示面を構成する。これにより、大画面に対応した表示画像を形成できる。発光エレメントは、表示体１の画素またはカラー画素などの、表示される画像の最小単位であり得る。あるいは、同一形状の複数の画素またはカラー画素の集合を１つの発光エレメントとして扱ってもよい。
【００４８】
２次元に配列された複数の発光エレメントによって構成される基本領域２は、複数の分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに分割されている。各分割領域は、複数の発光エレメントを含む。基本領域２に含まれる分割領域の数、および各分割領域に含まれる発光エレメントの数は、特に制限されない。本実施形態では、各分割領域は、ｘ方向に４個、ｙ方向に４個の合計１６個の発光エレメントを含む。４個の分割領域２ａ〜２ｄは、発光エレメントの発光により、それぞれ個別に画像１ａ〜１ｄを表示する。
【００４９】
複数の発光エレメントから出射される光は、ハーフミラー６の反射面６ｍを透過し、ミラーレンズアレイ３０に入射する。ミラーレンズアレイ３０は、複数の反射型レンズ（ミラーレンズ）の集合体である。レンズ表面は全面に金属膜が成膜され、反射面として作用する。この面に入射する光は反射され、再び反射面６ｍに入射する。この際に反射面６ｍで反射される光の成分がユーザー４で視認される。ミラーレンズアレイ３０は表示体１の表面に近接して配置される。ミラーレンズアレイ３０は、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ対応して配置された個別のミラーレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを含む。これらの個別のミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの焦点距離は、互いに異なっている。ミラーレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの焦点距離は、それぞれ、ｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄである。各ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄと表示体１の表示面との距離をａとする。すると、焦点距離は、それぞれ、ｆａ＞ａ、ｆｂ＞ａ、ｆｃ＞ａ、およびｆｄ＞ａの関係を満たしている。ミラーレンズ３０ａは、分割領域２ａに表示された画像１ａを、前述した（式１）で定まる距離ｂａだけミラーレンズ３０ａから光学的に離れた位置に虚像５ａとして結像させる。ミラーレンズ３０ｂは、分割領域２ｂに表示された画像１ｂを、前述した（式２）で定まる距離ｂｂだけミラーレンズ３０ｂから光学的に離れた位置に虚像５ｂとして結像させる。ミラーレンズ３０ｃは、分割領域２ｃに表示された画像１ｃを、前述した（式３）で定まる距離ｂｃだけミラーレンズ３０ｃから光学的に離れた位置に虚像５ｃとして結像させる。ミラーレンズ３０ｄは、分割領域２ｄに表示された画像１ｄを、前述した（式４）で定まる距離ｂｄだけミラーレンズ３０ｄから光学的に離れた位置に虚像５ｄとして結像させる。ここで、「光学的に離れた」とは、光線の経路に沿って測った距離（光学的距離）が離れていることを意味する。
【００５０】
このようにして、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄは、それぞれ異なった位置に表示画像５ａ〜５ｄを形成する。なお、図２では、表示画像５ａと５ｃ、５ｂと５ｄの表示位置を揃えて示しているが、この例のように、一部または全ての表示画像のｚ方向の表示位置が揃っていてもよい。ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの焦点距離ｆａ〜ｆｄが異なる場合、表示画像５ａ〜５ｄが形成される位置も、分割領域毎に表示体１の厚さ方向Ｌ（ｚ方向）において異なる。その結果、画像表示装置１０は、ユーザー４に対して距離感の異なる複数の表示画像を知覚させることができる。これにより、例えば、ユーザー４の目から相対的に遠い位置に形成される表示画像に背景画像を割り当て、ユーザー４の目に相対的に近い位置に形成される表示画像に人物などのオブジェクトの画像を割り当てるといった使用法が可能である。
【００５１】
このような画像表示装置１０は、ユーザー４の右眼および左眼の一方または両方に対応して配置され得る。ユーザー４の両眼に対応して２つの画像表示装置１０が配置される場合、それらの画像表示装置１０における表示体１には、左右の眼の視差を考慮した異なる画像が表示される。これにより、ユーザー４は、立体画像を知覚することができる。
【００５２】
本実施形態では、ハーフミラー６を通して画像表示装置１０の向こう側を透かして見ることができる。この背景に重ねて画像表示装置１０の映し出す距離感の異なる画像を表示できる。
【００５３】
本実施形態では、光の透過率と反射率とがともに約５０％のハーフミラー６を用いているが、透過率と反射率とが異なるビームスプリッタを用いてもよい。表示体１が液晶ディスプレイのように偏光光を出射するディスプレイである場合、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。図３は、偏光ビームスプリッタ６’を用いた構成例を示す図である。この偏光ビームスプリッタ６’は、表示体１から出射される直線偏光を透過させ、それと直交する方向の直線偏光を反射するように設計される。偏光ビームスプリッタ６’とミラーレンズアレイ３０との間に、１／４波長板３２を配置すれば、本実施形態と同様に、虚像をより明るい表示画像として形成することができる。
【００５４】
（実施形態２）
図４は、実施形態２における画像表示装置１０を模式的に示す図である。本実施形態は、実施形態１と比較して、画像の配列方法および虚像の結像位置の関係が違うだけで、他の構成は実施形態１と全く同じである。このため、実施形態１と重複する内容についての説明は省略することがある。
【００５５】
表示体１は、表示面上に２次元に配列された複数の発光エレメントを有する。本実施携帯ではｘ方向に８個、ｙ方向に８個の合計６４個の発光エレメントが配列されている。合計６４個の発光エレメントの配列によって基本領域２が構成される。発光エレメントは、表示体１の画素、カラー画素、または、同一形状の複数の画素もしくはカラー画素の集合体である。
【００５６】
２次元に配列された複数の発光エレメントによって構成される基本領域２は、複数の分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに分割されている。各分割領域は、複数の発光エレメントを含む。基本領域２に含まれる分割領域の数、および各分割領域に含まれる発光エレメントの数は、特に制限されない。本実施形態では、各分割領域は、ｘ方向に４個、ｙ方向に４個の合計１６個の発光エレメントを含む。４個の分割領域２ａ〜２ｄは、発光エレメントの発光により、それぞれ個別に画像１ａ〜１ｄを表示する。
【００５７】
表示体１に画像を表示するための元画像１１は、図１５を参照して説明したものと同じである。元画像１１は、ｘ方向に８個、ｙ方向に８個のピクセルエレメントが配列された合計６４個のピクセルエレメントによって構成される。これらのピクセルエレメントのうち、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて、一つ置きに並んでいるピクセル１１ａ（丸で表示）、ピクセル１１ｂ（六角形で表示）、ピクセル１１ｃ（五角形で表示）、ピクセル１１ｄ（四角形で表示）は、互いに分別される。ピクセル１１ａの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ａの発光エレメントによって表示される。ピクセル１１ｂの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ｂの発光エレメントによって表示される。ピクセル１１ｃの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ｃの発光エレメントによって表示される。ピクセル１１ｄの群によって構成される画像は、間を詰めて分割領域２ｄの発光エレメントによって表示される。
【００５８】
ミラーレンズアレイ３０は、表示体１の表面に近接して配置されている。ミラーレンズアレイ３０は、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ対応して配置されたミラーレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを含む。これらのミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの焦点距離（＝ｆ）は全て同じである。ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの各々と表示体１との距離をａとすると、ｆ＞ａの関係を満たしている。したがって、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄは、分割領域２ａ〜２ｄにそれぞれ表示された画像１ａ〜１ｄを虚像として結像させる。それぞれの虚像が互いに重なるようにミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの位置が調整されている。これにより、表示画像５ａ〜５ｄの各々を構成する個々のピクセル虚像（それぞれ丸、六角形、五角形、四角形で表示）は、像面上で一つおきに並ぶ。それぞれのピクセル虚像が互いに隙間を埋めあうように配列される。全体として、虚像５の並びは元画像１１と同じピクセルの並びになる。
【００５９】
分割領域に表示された画像の中心位置と個別のミラーレンズの中心位置との関係は、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ａから１７Ｃを参照して説明した検討例２における関係と同じであるため、説明を省略する。
【００６０】
実施形態２は実施形態１と同様に、ハーフミラー６を通して画像表示装置の向こうを透かして見ることができ、この背景に重ねて画像表示装置の映し出す距離感の違う画像を表示できる。
【００６１】
（実施形態３）
図５は、実施形態３における画像表示装置１０の構成を模式的に示す断面図である。この画像表示装置１０は、表示体１と、集光レンズアレイ７と、ビームスプリッタ（ハーフミラー）６と、ミラーレンズアレイ３０とを備えている。本実施形態は、集光レンズアレイ７が挿入されること、およびミラーレンズアレイ３０の反射領域の構造が異なる点で、実施形態１または実施形態２と異なっている。他の構成は実施形態１または実施形態２と全く同じである。このため、実施形態１、２と重複する説明は省略する。複数の分割領域およびミラーレンズアレイ３０の配列については、任意に選択してよいが、ここでは実施形態１と同じものとして説明する。
【００６２】
図５に示すように、発光エレメントから生じた光は、表示体１とハーフミラー６との間に挿入された集光レンズアレイ７を透過した後、ハーフミラー６の反射面６ｍを透過し、ミラーレンズアレイ３０に入射する。ミラーレンズアレイ３０は、複数の反射型レンズ（ミラーレンズ）３０ａ〜３０ｄを含む。ミラーレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、分割領域２ａ〜２ｄにそれぞれ対応して配置されている。
【００６３】
図６Ａは、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの構成を模式的に示す平面図である。レンズ表面の一部に金属膜８ａ〜８ｄが成膜されている。金属膜８ａ〜８ｄは、反射面として作用する。金属膜８ａ〜８ｄ以外の部分は、光を透過させる特性を有する。このように、各ミラーレンズは、光軸を含む一部のレンズ面に入射する光を反射する反射領域と、その周辺に入射する光を透過させる透過領域とを有する。反射領域は、入射する光を反射し、再び反射面６ｍに入射させる。この際に反射される光の成分がユーザー４で視認される。
【００６４】
個別のミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの焦点距離は、互いに異なっている。ミラーレンズ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの焦点距離は、それぞれ、ｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄである。各ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄと表示体１の表示面との距離をａとする。すると、焦点距離は、それぞれ、ｆａ＞ａ、ｆｂ＞ａ、ｆｃ＞ａ、およびｆｄ＞ａの関係を満たしている。ミラーレンズ３０ａは、分割領域２ａに表示された画像１ａを、前述した（式１）で定まる距離ｂａだけミラーレンズ３０ａから光学的に離れた位置に虚像５ａとして結像させる。ミラーレンズ３０ｂは、分割領域２ｂに表示された画像１ｂを、前述した（式２）で定まる距離ｂｂだけミラーレンズ３０ｂから光学的に離れた位置に虚像５ｂとして結像させる。ミラーレンズ３０ｃは、分割領域２ｃに表示された画像１ｃを、前述した（式３）で定まる距離ｂｃだけミラーレンズ３０ｃから光学的に離れた位置に虚像５ｃとして結像させる。ミラーレンズ３０ｄは、分割領域２ｄに表示された画像１ｄを、前述した（式４）で定まる距離ｂｄだけミラーレンズ３０ｄから光学的に離れた位置に虚像５ｄとして結像させる。
【００６５】
このようにして、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄは、それぞれ異なった位置に表示画像５ａ〜５ｄを形成する。なお、図５では、虚像５ｃとそれに関係する光路のみを表示している。分割領域毎にミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの焦点距離ｆａ〜ｆｄが異なっているため、表示画像５ａ〜５ｄが形成される位置も分割領域毎に表示体１の厚さ方向Ｌにおいて異なる。その結果、画像表示装置１０は、ユーザー４に対して距離感の異なる複数の表示画像を形成することができる。
【００６６】
集光レンズアレイ７は、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ対応して配置された個別の集光レンズ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを含む。集光レンズアレイ７の作用により、分割領域２ａ〜２ｄにそれぞれ表示される画像１ａ〜１ｄの各発光点から出射する光束の範囲が狭くなる。それらの光束は、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの反射面上では、各ミラーレンズの中心近傍の領域に収まる。本実施形態では、金属膜８が形成される領域は、この中心近傍の領域８ａ〜８ｄに限定されている。それ以外の領域ではレンズへの入射光が反射せずに透過する。
【００６７】
実施形態１、２では、ユーザー４の位置から見ると、各レンズに対応する分割領域だけでなく、隣接する分割領域上の画像も見える。例えば、図１において、ミラーレンズ３０ｃから分割領域２ｃに表示された画像１ｃだけでなく隣接する分割領域２ａ上の画像１ａも覗ける。例えば、画像１ａを出射する光線９ａは、ミラーレンズ３０ｃを反射した後、光路９ｂおよび光路９ｄを辿ってユーザー４の目に入射する。したがって、光路９ｄの逆方向の延長線９ｃ上に、表示画像５ｃに隣接する不要な画像５ａ’を形成する。これに対し、本実施形態では、図５に示すように、画像１ａの１点から出射される光線の光路およびその延長線９ａは、集光レンズ７ａでの屈折により曲がり（光線９ａ’）、ミラーレンズ３０ｃで反射された後、光路９ｂ、９ｃを辿る。その結果、像面上で大きく広がった画像５ａ’を形成する。この広がりにより、画像５ａ’の輝度は低下し、目立たなくなる。さらに、金属膜８が成膜される領域が限定されているので、光線９ａ’の入射位置が反射領域８ｃから外れる可能性が高く、画像５ａ’の輝度は実効的にさらに低下する。したがって、本実施形態では、画像表示装置１０の向こう側を透かして見ることができるという効果に加えて、表示画像に隣接する不要な画像も除去できる。
【００６８】
なお、各ミラーレンズは反射型のレンズなので色収差は発生しないが、集光レンズ７における屈折によって弱い色収差が発生する。この色収差をキャンセルするために、ミラーレンズアレイ３０の入射側（反射面に対向する側）にも屈折作用を持たせてもよい。例えば、図６Ｂに断面を示すように、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄの入射側にレンズ形状３０ａ'〜３０ｄ'を設けることで、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄへの入射光は往路（入射時）と復路（反射時）とで屈折作用を受け、個別集光レンズ７ａ〜７ｄでの色収差を補正できる。なお、図６Ｂの例では、レンズ形状３０ａ'〜３０ｄ'が上に凸であるが、設計によっては下に凸の場合もあり得る。
【００６９】
（実施形態４）
図７は、実施形態４における画像表示装置１０の構成を示す断面図である。この画像表示装置１０は、表示体１と、ビームスプリッタ（ハーフミラー６）と、複数の電子シャッター１２と、ミラーレンズアレイ３０と、制御回路１６とを備えている。本実施形態は、複数の電子シャッター１２が挿入され、制御回路１６が表示体１および電子シャッター１２を制御する点で、実施形態１〜３とは異なる。他の構成は実施形態１〜３と全く同じであるため、重複する説明は省略する。ここでは、電子シャッター１２以外の構成要素が実施形態１と同じであるものとして説明する。
【００７０】
図８は、複数の電子シャッター１２の構成を示す平面図である。複数の電子シャッター１２は、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにそれぞれ対応して配置された個別の電子シャッター１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを含む。電子シャッター１２ａ〜１２ｄは、それぞれの領域で独立して透過光のオン、オフを切り替えることができる。ここで、「オン」とは、光の透過率が相対的に高い状態（透光状態）を意味し、「オフ」とは、光の透過率が相対的に低い状態（遮光状態）を意味する。透光状態は、必ずしも透過率１００％の状態に限らず、ある程度高い透過率であればよい。遮光状態は、必ずしも透過率０％の状態に限らず、ある程度低い透過率であればよい。
【００７１】
電子シャッター１２は、例えば、一対の直線検光子の間に透明電極に挟まれた薄い層を形成し、ここに液晶を充填した構造を有する。一対の透明電極により、間に挟まれた液晶に電圧を印加して透過光の偏光方向を回転させることで、透過光のオン、オフの切替が可能である。複数の電子シャッターは一方の透明電極をパターニングして分割し、個別に電圧制御することで構成できる。表示体１が液晶ディスプレイのような直線偏光の発光体の場合、表示体側の直線偏光子は省くことができる。また、ハーフミラー６は偏光ビームスプリッタでもよい。その場合、偏光ビームスプリッタと電子シャッター１２の間に１／４波長板が配置される。液晶ディスプレイを出射するＰ偏光の光は偏光ビームスプリッタを透過し１／４波長板を透過して円偏光になり、電子シャッター１２で透過光がオン、オフされる。電子シャッター１２を透過しミラーレンズアレイ３０で反射された光は、電子シャッター１２を経て、１／４波長板を透過してＳ偏光になり、偏光ビームスプリッタを反射してユーザー４の眼に入射する。
【００７２】
制御回路１６は、複数の発光エレメントおよび複数の電子シャッター１２に電気的に接続されている。制御回路１６は、複数の発光エレメントの発光状態および複数の電子シャッター１２の透光特性を制御する。より具体的には、制御回路１６は、複数の分割領域の１つに画像を表示させるタイミングに同期して、複数の電子シャッター１２のうち、その分割領域に対応する電子シャッターを透光状態にし、その電子シャッターに隣接する他の電子シャッターを遮光状態にする。
【００７３】
実施形態１におけるレンズおよび分割領域の配置では、分割領域２ａ〜２ｄの各々に表示される画像が独立している。このため、任意の単一の領域を発光させ、他の領域を発光させないようにすることができる。実施形態２で示したレンズおよび分割領域の配置においても、時分割で任意の領域を発光させ、他の領域を発光させないようにすることができる。各分割領域２ａ〜２ｄのオン、オフ（発光、未発光）を、対応する個別のシャッター１２ａ〜１２ｄのオン、オフ（透過、遮光）に同期させることにより、隣接する分割領域が同時に発光することを防止できる。このため、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄから隣接する分割領域上の画像が見えることはない。実施形態１とは異なり、表示画像に隣接する不要な画像（例えば図１に示す画像５ａ’、５ｂ’）が見えることはない。
【００７４】
なお、個別の画像（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄなど）を表示する複数の発光エレメントによって形成される発光領域は、分割領域をはみ出してもよく、複数の分割領域にまたがってもよい。言い換えると、制御回路１６は、複数の分割領域の１つに画像を表示させるとき、隣接する他の分割領域にもまたがってその画像を表示させてもよい。
【００７５】
例えば、図９Ａ〜９Ｄに示すように、１つの分割領域よりも大きい範囲に個別の画像を表示してもよい。この場合、複数の分割領域にまたがって１つの画像が表示される。図９Ａに示すように、画像１ａを表示している状態では、周辺の画像（１ｂ、１ｃ、１ｄ等）が表示されないので、画像１ａを分割領域２ａから周辺の分割領域にはみ出して表示することができる。このとき、電子シャッター１２ａはオン、周りの電子シャッター（１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ等）はオフとなっているので、ユーザー４から見て広い画角の画像１ａが見える。同様に、図９Ｂに示すように、画像１ｂを表示している状態では、周辺の画像（１ｃ、１ｄ、１ａ等）が表示されないので、画像１ｂを分割領域２ｂから周辺の分割領域にはみ出して表示することができる。このとき、電子シャッター１２ｂはオン、周りの電子シャッター（１２ｃ、１２ｄ、１２ａ等）はオフとなっているので、ユーザー４から見て広い画角の画像１ｂが見える。また、図９Ｃに示すように、画像１ｃを表示している状態では、周辺の画像（１ｄ、１ａ、１ｂ等）が表示されていないので、画像１ｃを分割領域２ｃから周辺の分割領域にはみ出して表示することができる。このとき、電子シャッター１２ｃはオン、周りの電子シャッター（１２ｄ、１２ａ、１２ｂ等）はオフとなっているので、ユーザー４から見て広い画角の画像１ｃが見える。さらに、図９Ｄに示すように、画像１ｄを表示している状態では、周辺の画像（１ａ、１ｂ、１ｃ等）が表示されていないので、画像１ｄを分割領域２ｄから周辺の分割領域にはみ出して表示することができる。このとき、電子シャッター１２ｄはオン、周りの電子シャッター（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ等）はオフとなっているので、ユーザー４から見て広い画角の画像１ｄが見える。この方法を使えば各画像の画角を自由に拡大、縮小できる。また、ほぼディスプレイの全画面で表示される画像の複数個分を、時分割で距離を変えて空間上に投影できるので、実質的な超解像（ディスプレイのピクセル数を超えた映像表現）が実現できる。
【００７６】
このように、本実施形態では、画像表示装置の向こう側を透かして見ることができるうえ、表示画像に隣接する不要な画像も抑制でき、画角を自由に拡大、縮小できる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本開示の技術は、ディスプレイの向こう側を透かして見ることができ、この背景に重ねてディスプレイに表示される画像を視認できる画像表示装置として有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１                    表示体
１ａ〜１ｄ            表示面上の画像
２                    表示面上の基本領域
２ａ〜２ｅ            表示面上の分割領域
６                    ハーフミラー
６ｍ                  ハーフミラーの反射面
４                    ユーザー
５ａ〜５ｄ            虚像として表示される画像
５ａ' 不要な表示画像
１０                  画像表示装置
１２                  電子シャッター
１６                  制御回路
３０                  ミラーレンズアレイ
３０ａ〜３０ｄ        ミラーレンズ
３２                  １／４波長板
【図１】
0006731612.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
0006731612.tif 000011
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
0006731612.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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