(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両眼視差を有する右目用画像と左目用画像とをそれぞれ表示面の異なる表示領域に表示する表示装置の前記表示領域にそれぞれ対応して設けられ、前記対応する表示領域からの出射光を所定方向に反射して、前記対応する表示領域に表示された表示像の虚像を形成する第１の光学素子および前記第１の光学素子と対となる第２の光学素子と、
前記第２の光学素子に対応して設けられ、前記第２の光学素子を該第２の光学素子に対応する表示領域と挟むように設けられた反射部材と、
前記第１の光学素子による反射光と、前記第２の光学素子による反射光とを光学的に分離する分離手段と、
を備え、
前記第１の光学素子により形成される第１の虚像と前記第２の光学素子により形成される第２の虚像とを重畳して前記所定方向から観察者に視認させ、
前記第２の光学素子は、前記観察者から見て前記第１の光学素子よりも手前側に設けられ、前記対応する表示領域からの出射光を透過し、該透過した光が前記反射部材により反射された光を前記所定方向に反射し、
前記第１の光学素子および前記第１の光学素子と対となる第２の光学素子とがそれぞれ複数設けられ、
前記複数の第１の光学素子および前記複数の第２の光学素子は、前記観察者から見て、直列的に設けられており、
前記複数の第２の光学素子それぞれに対応して前記反射部材が設けられ、
前記複数の反射部材はそれぞれ、前記第１の光学素子により形成される第１の虚像と前記第１の光学素子と対となる第２の光学素子により形成される第２の虚像とが前記所定方向の略同一面上に形成されるように設けられていることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項２】
両眼視差を有する右目用画像と左目用画像と、平面像とをそれぞれ表示面の異なる表示領域に表示する表示装置の前記表示領域にそれぞれ対応して設けられ、前記対応する表示領域からの出射光を所定方向に反射して、前記対応する表示領域に表示された表示像の虚像を形成する第１の光学素子と、前記第１の光学素子と対となる第２の光学素子と、第３の光学素子と、
前記第２の光学素子に対応して設けられ、前記第２の光学素子を該第２の光学素子に対応する表示領域と挟むように設けられた反射部材と、
前記第１の光学素子による反射光と、前記第２の光学素子による反射光とを光学的に分離する分離手段と、
を備え、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、前記右目用画像および前記左目用画像を表示する表示領域に対応して設けられ、
前記第３の光学素子は、前記平面像を表示する表示領域に対応して設けられ、
前記第１の光学素子により形成される第１の虚像と前記第２の光学素子により形成される第２の虚像とを重畳して前記所定方向から観察者に視認させるとともに、前記第３の光学素子により形成される第３の虚像を前記所定方向から観察者に視認させ、
前記第２の光学素子は、前記観察者から見て前記第１の光学素子よりも手前側に設けられ、前記対応する表示領域からの出射光を透過し、該透過した光が前記反射部材により反射された光を前記所定方向に反射し、
前記第３の光学素子は、前記観察者から見て前記第１の光学素子よりも奥側に設けられ、
前記反射部材は、前記第１の虚像と前記第２の虚像とが前記所定方向の略同一面上に形成されるように設けられていることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の空間像表示装置において、
前記分離手段は、前記第１の光学素子により反射される光と前記第２の光学素子により反射される光との偏光状態または周波数を異ならせることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の空間像表示装置において、
前記分離手段は、前記第１の光学素子および前記第２の光学素子それぞれへの対応する表示領域からの光の入射を時分割で切り替えることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の空間像表示装置において、
前記反射部材は、前記第１の光学素子を透過した光を複数回反射して、前記第１の光学素子に出射することを特徴とする空間像表示装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の空間像表示装置において、
前記反射部材と該反射部材に対応する光学素子とが成す角度は略４５°であり、前記光学素子と前記表示面とが成す角度は、０°より大きく９０°未満であることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載に空間像表示装置において、
前記反射部材は前記表示面に対して略平行に設けられ、前記反射部材と該反射部材に対応する光学素子とが成す角度は４５°から所定角度だけずれ、前記光学素子と前記表示面とが成す角度は、０°より大きく９０°未満であり、
前記所定角度に応じて前記表示面の表示像の補正が行われることを特徴とする空間像表
示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間像を表示する空間像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末などの表示装置の表示面から出射された光を、表示面に対して傾斜して設けられたハーフミラーや透明板などの光学素子により反射することで、表示面に表示された表示像の虚像を空間に投影する空間像表示装置がある（例えば、非特許文献１参照）。このような空間像表示装置の中には、複数の光学素子により形成された複数の虚像を観察者から見て前後に重畳して表示することで立体感のある空間像を観察者に視認させる多面投影型の空間像表示装置がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「Ｐａｌｍ  Ｔｏｐ  Ｔｈｅａｔｅｒ」、[online]、［平成２７年６月８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.palmtoptheater.com/ja/device.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１６は、多面投影型の空間像表示装置１０の構成例を示す側面図である。図１６に示す空間像表示装置１０は、表示装置１１の表示面の異なる表示領域に個別に表示された複数の表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者１から見て前後に重畳して表示することで、空間像を表示するものである。
【０００５】
図１６に示す空間像表示装置１０においては、表示装置１１が、空間像表示装置１０の筐体１０ａの一面（図１６においては筐体１０ａの上面）に、表示面が筐体１０ａ側を向くようにして（図１６においては表示面を下向きにして）、設置される。筐体１０ａの表示装置１１の設置面のうち、表示装置１１の表示面に対応する領域には、表示面から出射された光が筐体１０ａ内に入射するように、開口が設けられる。当該開口は、透明の部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。以下では、筐体１０ａの観察者１側の面から筐体１０ａの観察者１側の面と対向する面に向かう方向（観察者１の観察方向）をＸ方向とする。また、以下では、表示装置１１の表示面の向く方向をＹ方向とする。
【０００６】
図１６に示す空間像表示装置１０は、光学素子１２，１３を備える。
【０００７】
光学素子１２，１３は、表示装置１１の表示面に沿って、表示面から見て−Ｘ方向に略４５°傾斜して設けられ、観察者１の観察方向に沿って順次配列されている。図１６においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３が設けられ、奥側に光学素子１２が設けられている。光学素子１２，１３は、表示面の異なる表示領域に対応して設けられている。
【０００８】
光学素子１２は、光学素子１２に対応する表示面の表示領域から出射された出射光を観察者１に向かう方向（−Ｘ方向）に反射する。光学素子１３は、光学素子１３に対応する表示面の表示領域からの出射光を観察者１に向かう方向（−Ｘ方向）に反射する。また、光学素子１３は、光学素子１２により観察者１に向かう方向に反射された光を透過する。光学素子１２，１３の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。
【０００９】
光学素子１２による対応する表示領域からの出射光の反射により、光学素子１２に対応する表示領域に表示された表示像Ａ１の虚像Ｂ１が、観察者１から見ると、光学素子１２の奥側の端部１２ａの位置に形成される。また、光学素子１３による対応する表示領域からの出射光の反射により、光学素子１３に対応する表示領域に表示された表示像Ａ２の虚像Ｂ２が、観察者１から見ると、光学素子１３の奥側の端部１３ａの位置に形成される。
【００１０】
上述したように、光学素子１２，１３は、観察者１の観察方向に順次配列されている。また、光学素子１３は、光学素子１２により反射された光を透過する。そのため、虚像Ｂ１と虚像Ｂ２とが観察者１から見て前後に重畳して表示され、観察者１は、立体感のある空間像を視認することができる。
【００１１】
しかしながら、図１６に示す空間像表示装置１０においては、表示像Ａ１，Ａ２自体は二次元の像であるため、虚像Ｂ１，Ｂ２も二次元の像となるので、表示する物体の体積や奥行きまで観察者が知覚できるような、より立体感のある空間像の表示は困難である。特に、虚像と観察者１との間の距離が小さい場合には、立体的に空間像を視認させることが難しい。
【００１２】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、より立体感のある空間像を観察者に視認させることができる空間像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係る空間像表示装置は、両眼視差を有する右目用画像と左目用画像とをそれぞれ表示面の異なる表示領域に表示する表示装置の前記表示領域にそれぞれ対応して設けられ、前記対応する表示領域からの出射光を所定方向に反射して、前記対応する表示領域に表示された表示像の虚像を形成する第１の光学素子および前記第１の光学素子と対となる第２の光学素子と、前記第２の光学素子に対応して設けられ、前記第２の光学素子を該第２の光学素子に対応する表示領域と挟むように設けられた反射部材と、前記第１の光学素子による反射光と、前記第２の光学素子による反射光とを光学的に分離する分離手段と、を備え、前記第１の光学素子により形成される第１の虚像と前記第２の光学素子により形成される第２の虚像とを重畳して前記所定方向から観察者に視認させ、前記第２の光学素子は、前記観察者から見て前記第１の光学素子よりも手前側に設けられ、前記対応する表示領域からの出射光を透過し、該透過した光が前記反射部材により反射された光を前記所定方向に反射し、前記反射部材は、前記第１の虚像と前記第２の虚像とが前記所定方向の略同一面上に形成されるように設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る空間像表示装置によれば、より立体感のある空間像を観察者に視認させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す表示装置の表示例を示す図である。
【図３】図１に示す分離素子１５０の構成例を示す図である。
【図４】図１に示す分離素子１６０の構成例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置の別の構成例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図９】図８に示す表示装置の表示例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図１３】図１２に示す空間像表示装置における虚像の形成について説明するための図である。
【図１４】本発明に係る反射部材の他の構成例を示す図である。
【図１５】本発明に係る空間像表示装置のさらに別の構成例を示す図である。
【図１６】関連する空間像表示装置の構成例を示す図である。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る空間像表示装置１００の構成例を示す側面図である。図１に示す空間像表示装置１００は、表示装置１１０の表示面の異なる表示領域に個別に表示された表示像それぞれの虚像を、表示面に対して略水平方向から観察する観察者１から見て重畳して表示することで、観察者１に立体感のある空間像を視認させるものである。ここで、本実施形態に係る空間像表示装置１００は、物体の体積や奥行きまで観察者が知覚可能な両眼視差を有する右目用画像および左目用画像それぞれの虚像を形成することで、物体の体積や奥行きまで知覚可能な、より立体感のある空間像を観察者１に視認させるものである。
【００１８】
図１に示す空間像表示装置１００においては、表示装置１１０が、空間像表示装置１００の筐体１００ａの一面（図１においては筐体１００ａの上面）に、表示面が筐体１００ａ側を向くようにして（図１においては表示面を下向きにして）、設置される。筐体１００ａの表示装置１１０の設置面のうち、表示面に対応する領域には、表示面から出射された光が筐体１００ａ内に入射するように、開口が設けられる。当該開口は、透明な部材で塞いだり、覆ったりしてもよい。なお、以下では、筐体１００ａの観察者１側の面からその面に対向する面に向かう方向（観察者１の観察方向）をＸ方向とする。また、以下では、表示装置１１０の表示面の向く方向をＹ方向とする。
【００１９】
表示装置１１０は、例えば、スマートフォン、タブレット端末などであるが、これらに限られるものではなく、より大きなサイズの表示面を有する表示装置であってもよい。また、表示装置１１０は、空間像表示装置１００と一体的に設けられていてもよい。
【００２０】
図１に示す空間像表示装置１００は、光学素子１２０，１３０（第１の光学素子、第２の光学素子）と、反射部材１４０と、分離素子１５０，１６０（分離手段）とを備える。
【００２１】
光学素子１２０，１３０は、表示装置１１０の表示面の異なる表示領域に対応して設けられ、表示面に沿って、観察者１の観察方向に沿って順次配列されている。図１においては、観察者１から見て、手前側に光学素子１３０が設けられ、奥側に光学素子１２０が設けられている。なお、以下では、光学素子１２０，１３０のＹ方向の厚みはＤであるとする。
【００２２】
光学素子１２０は、表示装置１１０の表示面から見て、−Ｘ方向に略４５°傾斜して設けられており、対応する表示領域からの出射光を観察者１に向かう方向（−Ｘ方向）に反射する。
【００２３】
光学素子１３０は、表示装置１１０の表示面から見て、Ｘ方向に略４５°傾斜して設けられている。したがって、光学素子１２０と光学素子１３０とは反対方向に傾斜している。光学素子１３０は、対応する表示領域からの出射光を透過し、その透過光が後述する反射部材１４０により反射された光を、観察者１に向かう方向に反射する。このように、光学素子１３０は、対応する表示領域からの出射光を間接的に観察者１に向かう方向に反射する。また、光学素子１３０は、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光を透過する。光学素子１２０，１３０の具体例としては、ハーフミラー、透明板などがある。
【００２４】
反射部材１４０は、光学素子１３０に対応し、表示装置１１０の表示面に対して略平行に設けられ、光学素子１３０を光学素子１３０に対応する表示領域と挟むように設けられている。つまり、光学素子１３０に対応する表示領域と、光学素子１３０と、反射部材１４０とが略直線上に設けられている。したがって、光学素子１３０に対応する表示領域から出射され、光学素子１３０を透過した光は、反射部材１４０に入射する。反射部材１４０は、入射光を光学素子１３０に向けて反射する。反射部材１４０の具体例としては、入射光を全反射するフルミラーなどがある。
【００２５】
なお、観察者１から見て、光学素子１２０の手前側の端部１２０ａと、光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂと、反射部材１４０の奥側の端部１４０ｂとが略一致するように、光学素子１２０，１３０および反射部材１４０は設けられている。
【００２６】
光学素子１２０に対応する表示領域からの出射光が観察者１に向かう方向に反射されることで、光学素子１２０に対応する表示領域に表示された表示像の虚像が、観察者１から見て、光学素子１２０の奥側の端部１２０ｂの位置に形成される。
【００２７】
また、光学素子１３０に対応する表示領域からの出射光が反射部材１４０に向かって光学素子１３０を透過することで、反射部材１４０からＹ方向にＤだけ離れた位置に、光学素子１３０に対応する表示領域に表示された表示像の虚像が形成される。さらに、光学素子１３０を透過した光が反射部材１４０により反射され、その反射光が光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射されることで、観察者１から見て光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂからＤだけ奥側（Ｘ方向）の位置に形成される。
【００２８】
光学素子１２０は、表示装置１１０の表示面に対して略４５°傾斜して設けられており、表示面と筐体１００ａの下面とが略平行であるとすると、観察者１から見て、光学素子１２０の手前側の端部１２０ａと奥側の端部１２０ｂとの間の距離はＤとなる。したがって、本実施形態に係る空間像表示装置１００においては、光学素子１２０による虚像と光学素子１３０による虚像とが、観察者１の観察方向において、略同一面上に形成される。
【００２９】
本実施形態においては、両眼視差を有する右目用画像および左目用画像のうち、一方を表示装置１１０の表示面の光学素子１２０に対応する表示領域１１１ａに表示し、他方を表示装置１１０の表示面の光学素子１３０に対応する表示領域１１１ｂに表示する。例えば、図２に示すように、左目用画像１１２ａを表示領域１１１ａに表示し、右目用画像１１２ｂを表示領域１１１ｂに表示する。そして、表示領域１１１ａに表示された左目用画像１１２ａの虚像を光学素子１２０により形成し、表示領域１１１ｂに表示された右目用画像１１２ｂの虚像を光学素子１３０により形成し、各虚像を観察者１の観察方向において、略同一面上に表示する。
【００３０】
分離素子１５０は、表示装置１１０の表示面と光学素子１２０，１３０との間に設けられている。分離素子１５０は、左目用画像１１２ａの虚像と右目用画像１１２ｂの虚像とを分離し、左目用画像１１２ａが観察者１の左目により観察され、右目用画像１１２ｂの虚像を観察者１の右目により観察されるように、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光と、光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射された光とを光学的に分離する。
【００３１】
図３は、分離素子１５０の構成例を示す図である。図３は、分離素子１５０を筐体１００ａ側から見た図である。
【００３２】
図３に示す分離素子１５０は、偏光板１５１ａ，１５１ｂを備える。
【００３３】
偏光板１５１ａは、表示面１１１の表示領域１１１ａ（光学素子１２０に対応する表示領域）に対応して設けられ、表示領域１１１ａからの出射光が入射され、特定の偏光状態の光を透過する。
【００３４】
偏光板１５１ｂは、表示面１１１の表示領域１１１ｂ（光学素子１３０に対応する表示領域）に対応して設けられ、表示領域１１１ｂからの出射光が入射され、偏光板１５１ａとは異なる特定の偏光状態の光（例えば、逆位相の光）を透過する。
【００３５】
偏光板１５１ａを透過した特定の偏光状態の光は、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射される。また、偏光板１５１ｂを透過した特定の偏光状態の光は、光学素子１３０の透過および反射部材１４０による反射を経て、光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射される。ここで、偏光板１５１ａを透過する光と偏光板１５１ｂを透過する光とは偏光状態が異なっているため、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光と光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射された光とは偏光状態が異なっている。したがって、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光と光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射された光とは光学的に分離されたものとなる。
【００３６】
分離素子１６０は、各光学素子に対応する表示領域に表示された画像（右目用画像および左目用画像）が対応する観察者１の目により観察されるように、分離素子１５０により分離された光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光と、光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射された光とを透過する。
【００３７】
図４は、分離素子１６０の構成例を示す図である。なお、図４においては、図３に示す偏光板１５１ａ，１５１ｂを備える分離素子１５０が用いられている場合の分離素子１６０の構成例を示す。
【００３８】
図４に示す分離素子１６０は、偏光板１６１ａ，１６１ｂを備える。
【００３９】
偏光板１６１ａは、観察者１の左目に対応する位置に設けられ、偏光板１５１ａと同じ偏光状態の光を透過する。また、偏光板１６１ｂは、観察者１の右目に対応する位置に設けられ、偏光板１６１ａと同じ偏光状態の光を透過する。
【００４０】
したがって、分離素子１５０により光学的に分離された、光学素子１２０により反射された光（左目用画像１１２ａを表示する表示領域１１１ａからの光）は、偏光板１６１ａを透過して観察者１の左目に到達し、光学素子１３０により反射された光（右目用画像１１２ｂを表示する表示領域１１１ｂからの光）は、偏光板１６１ｂを透過して観察者１の右目に到達する。
【００４１】
その結果、観察者１の左目には、左目用画像１１２ａの虚像を視認させ、観察者１の右目には、右目用画像１１２ｂの虚像を視認させることができ、物体の体積や奥行きまで知覚可能な、より立体感のある空間像を観察者１に視認させることができる。
【００４２】
分離素子１６０は、空間像表示装置１００と一体的に形成されていてもよいし、観察者１が着用可能なメガネ状に形成されていてもよい。分離素子１６０が空間像表示装置１００と一体的に形成される場合には、例えば、観察者１が筐体１００ａ内を観察するための右目用の覗き穴と左目用の覗き穴とが筐体１００ａに設けられ、左目用の覗き穴に偏光板１６１ａが配置され、右目用の覗き穴に偏光板１６１ｂが配置される。また、分離素子１６０がメガネ状に形成される場合には、着用時に観察者１の左目に対応する位置に偏光板１６１ａが設けられ、観察者１の右目に対応する位置に偏光板１６１ｂが設けられる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、偏光状態を用いて、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光と光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射された光とを光学的に分離する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
【００４４】
例えば、赤色の周波数帯の光を透過する赤色フィルタと青色の周波数帯の光を透過する青色フィルタとを介することで、右目用画像と左目用画像とを分離する、いわゆる、アナグリフ方式を用いてもよい。
【００４５】
アナグリフ方式を用いる場合、右目用画像および左目用画像として、表示物を赤色および青色で表示した左目用画像および右目用画像を、表示領域１１１ａ，１１１ｂそれぞれに表示する。そして、例えば、赤色で表示された左目用画像の表示領域に対応する光学素子から反射された光が観察者１の左目に到達するように、観察者１の左目に対応する位置に青色フィルタが設けられ、青色で表示された右目用画像の表示領域に対応する光学素子から反射された光が観察者１の右目に到達するように、観察者１の右目に対応する位置に赤色フィルタが設けられる。このように、各光学素子からの光の色、すなわち、周波数を異ならせて、各光学素子からの光を光学的に分離してもよい。なお、アナグリフ方式を用いる場合には、表示装置１１０の表示面と光学素子１２０，１３０との間に分離素子１５０を設ける必要はない。
【００４６】
また、右目用画像および左目用画像の表示を時分割で切り替える、いわゆる液晶シャッター方式を用いてもよい。
【００４７】
液晶シャッター方式を用いる場合、分離素子１５０，１６０は、光の透過と非透過とを切替可能な液晶シャッターにより構成される。分離素子１５０は、表示面１１１の表示領域１１１ａからの出射光と表示領域１１１ｂからの出射光とを時分割で遮蔽する。すなわち、分離素子１５０は、表示面１１１の表示領域１１１ａからの出射光の透過と表示面１１１の表示領域１１１ａからの出射光の透過と表示領域１１１ｂからの出射光の透過とを時分割で切り替える。そして、分離素子１６０は、分離素子１５０の切替に同期して、表示領域１１１ａからの出射光が透過する場合は、観察者１の左目に対応するシャッター部分は光を透過させ（観察者１の右目に対応するシャッター部分は光を非透過とし）、表示領域１１１ｂからの出射光が透過する場合は、観察者１の右目に対応するシャッター部分は光を透過させる（観察者１の左目に対応するシャッター部分は光を非透過とする）。
【００４８】
また、分離素子１５０は、分光フィルタを使用して光を波長別に分光する、いわゆる分光方式を用いて、各光学素子からの光を光学的に分離してもよい。
【００４９】
要は、分離素子１５０および分離素子１６０の少なくとも一方により構成される分離手段により、光学素子１２０により観察者１に向かう方向に反射された光と光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射された光とを光学的に分離し、一方の光が観察者１の右目に到達し、他方の光が観察者２の左目に到達するようにすればよい。
【００５０】
このように本実施形態によれば、空間像表示装置１００は、右目用画像と左目用画像とをそれぞれ表示面の異なる表示領域に表示する表示装置１１０の異なる表示領域１１１ａ，１１１ｂにそれぞれ対応して設けられ、対応する表示領域からの出射光を所定方向に反射して、対応する表示領域に表示された表示像の虚像を形成する光学素子１２０，１３０と、光学素子１３０に対応して設けられ、光学素子１３０を光学素子１３０に対応する表示領域と挟むように設けられた反射部材１４０と、光学素子１２０による反射光と、光学素子１３０による反射光とを光学的に分離する分離手段（分離素子１５０，１６０）と、を備え、光学素子１２０により形成される第１の虚像と光学素子１３０により形成される第２の虚像とを重畳して所定方向から観察者１に視認させる。光学素子１３０は、観察者１から見て光学素子１２０よりも手前側に設けられ、対応する表示領域からの出射光を透過し、透過した光が反射部材１４０により反射された光を所定方向に反射する。反射部材１４０は、光学素子１２０により形成される虚像と光学素子１３０により形成される虚像とが観察者１の観察方向の略同一面上に形成されるように設けられている。
【００５１】
そのため、右目用画像および左目用画像の虚像を観察者１の観察方向の略同一平面上に形成し、観察者１に視認させることができるので、表示する物体の体積や奥行きまで観察者が知覚できるような、より立体感のある空間像を観察者１に視認させることができる。
【００５２】
図１３に示す空間像表示装置１０においても、例えば、表示像Ａ１として右目用画像を表示し、表示像Ａ２として左目用画像を表示することで、右目用画像の虚像Ｂ１および左目用画像の虚像Ｂ２を観察者１に視認させることができる。ただし、図１３に示す空間像表示装置１０においては、観察者１から見ると、虚像Ｂ１が形成される位置と虚像Ｂ２が形成される位置とが前後にずれている。そのため、観察者１が、より立体感のある空間像を視認することができないことがある。一方、本実施形態に係る空間像表示装置１００においては、右目用画像の虚像と左目用画像の虚像とは観察者１から見て略同一面上に形成されるため、より立体感のある空間像を視認することができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、観察者１から見て、光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂと光学素子１２０の手前側の端部１２０ａとが略一致するように、光学素子１２０，１３０が設けられているが、これに限られるものではない。
【００５４】
図５に示すように、観察者１から見て、光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂと光学素子１２０の手前側の端部１２０ａとが離れて設けられていてもよい。この場合、反射部材１４０は、光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂからＹ方向にＥだけ離れて設けられる。
【００５５】
図５に示す空間像表示装置１００においては、光学素子１３０に対応する表示領域からの出射光が光学素子１３０を透過し、反射部材１４０に入射することで、反射部材１４０からＹ方向にＤ＋Ｅだけ離れた位置に、光学素子１３０に対応する表示領域に表示された表示像の虚像が形成される。さらに、光学素子１３０を透過して反射部材１４０に入射した光が反射部材１４０により反射され、その反射された光が光学素子１３０により観察者１に向かう方向に反射されることで、観察者１から見て、光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂから奥側（Ｘ方向）にＤ＋Ｅだけ離れた位置に、反射部材１４０により形成された虚像の虚像が形成される。したがって、Ｅの値を調整することで、光学素子１３０により形成される虚像と、光学素子１２０により形成される虚像とを略同一面上に形成することができる。
【００５６】
なお、図５に示す空間像表示装置１００においては、光学素子１３０の奥側の端部１３０ｂと光学素子１２０の手前側の端部１２０ａとの間の距離によっては、光学素子１３０により形成される虚像と、光学素子１２０により形成される虚像とが略同一面上に形成されるようにするために、Ｅの値を大きくする必要がある。しかし、Ｅの値を大きくすると、空間像表示装置１００のＹ方向の装置サイズが増大する。そこで、Ｙ方向の装置サイズの増大を抑制した空間像表示装置１００の構成例を図６に示す。
【００５７】
図６に示す空間像表示装置１００は、図５に示す空間像表示装置１００と比較して、反射部材１４０を反射部材１４１に変更した点が異なる。反射部材１４１は、ミラー１４２，１４３を備える。
【００５８】
ミラー１４２は、光学素子１３０と略平行になるように設けられている。観察者１から見て、光学素子１３０の奥側の端部１３１ｂおよびミラー１４２の手前側の端部１４２ａのＹ方向の位置は略同じである。
【００５９】
ミラー１４３は、ミラー１４２よりも観察者１から見て奥側に、表示装置１１０の表示面に対して略垂直に設けられている。
【００６０】
ミラー１４２は、光学素子１３０を透過した光をミラー１４３に向けて反射する。ミラー１４３は、ミラー１４２の反射光をミラー１４２に向けて反射する。ミラー１４２は、ミラー１４３の反射光を光学素子１３０に反射する。したがって、反射部材１４１は、反射部材１４０と同様に、光学素子１３０を透過した光を光学素子１３１に向かって反射する。
【００６１】
ミラー１４２のＹ方向の厚みをＥ１とし、ミラー１４２のＸ方向奥側の端部１４２ｂとミラー１４３との間の距離をＥ２とすると、光学素子１３０に対応する表示領域に表示された表示像の虚像が、観察者１から見ると、光学素子１３１−２の奥側の端部１３１ｂからＤ＋Ｅ１＋Ｅ２だけ奥側の位置に形成される。したがって、Ｅ１，Ｅ２の値を調整することで、図５に示す空間像表示装置１００と同様に、観察者１から見て、光学素子１３０による虚像を光学素子１２０による虚像と略同一面上に形成することができる。
【００６２】
ここで、図６に示す空間像表示装置１００においては、光学素子１３０を透過した光を反射部材１４１において複数回反射して光学素子１３０に出射することで、光学素子１３０が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長として一定の長さを確保している。そのため、光学素子１３０と反射部材１４１との間にＹ方向に大きな間隔を設けなくても、光学素子１３０が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かって反射するまでの光路長として一定の長さを確保できるので、Ｙ方向の装置サイズの増大を抑制することができる。
【００６３】
なお、反射部材１４１の構成は図６に示す構成に限られるものではない。表示領域から出射され、対応する光学素子１３０を透過した光を複数回反射させた後、光学素子１３０に出射することができれば、反射部材１４１は、任意の構成とすることができる。
【００６４】
また、本実施形態においては、左目用画像および右目用画像それぞれの虚像を形成する光学素子１３０および光学素子１３０と対となる光学素子１２０が１つずつ設けられる例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、対となる光学素子１３０と光学素子１２０とが複数設けられてもよい。
【００６５】
図７は、対となる光学素子１３０と光学素子１２０とを複数備える空間像表示装置１００Ａの構成例を示す図である。
【００６６】
図７に示す空間像表示装置１００Ａは、複数の光学素子１３０（光学素子１３０−１，１３０−２）と、複数の光学素子１３０それぞれと対となる複数の光学素子１２０（光学素子１２０−１，１２０−２）と、複数の光学素子１３０それぞれに対応する複数の反射部材１４０（反射部材１４０−１，１４０−２）とを備える。
【００６７】
図７に示す空間像表示装置１００Ａにおいては、観察者１から見て手前側に、光学素子１３０−１が設けられ、光学素子１３０−１の奥側に光学素子１３０−１と対となる光学素子１２０−１が設けられ、光学素子１２０−１の奥側に光学素子１３０−２が設けられ、光学素子１３０−２の奥側に光学素子１３０−２と対となる光学素子１２０−２が設けられている。すなわち、対となる光学素子１３０と光学素子１２０とが隣接して設けられている。光学素子１２０−１は、光学素子１２０−２および光学素子１３０−２により観察者１に向かう方向に反射された光を透過することができる。
【００６８】
なお、分離素子１５０は、光学素子１３０−１，１３０−２により反射された光と、光学素子１２０−１，１２０−２により反射された光とを光学的に分離するように構成される。また、分離素子１６０は、分離素子１５０に分離された光の一方が観察者１の右目に到達し、他方が観察者１の左目に到達するように構成される。
【００６９】
観察者１から見ると、光学素子１２０−１による虚像が光学素子１２０−１の奥側の端部１２０ａの位置に形成され、光学素子１３０−１による虚像も光学素子１２０−１の奥側の端部１２０ａの位置に形成される。したがって、観察者１は、光学素子１２０−１の奥側の端部１２０ａの位置に、光学素子１２０−１に対応する表示領域および光学素子１３０−１に対応する表示領域に表示された、右目用画像および左目用画像に基づく立体像を視認することができる。
【００７０】
また、光学素子１２０−２による虚像が光学素子１２０−２の奥側の端部１２０ａの位置に形成され、光学素子１３０−２による虚像も光学素子１２０−２の奥側の端部１２０ａの位置に形成される。したがって、観察者１は、光学素子１２０−２の奥側の端部１２０ａの位置に、光学素子１２０−２に対応する表示領域および光学素子１３０−２に対応する表示領域に表示された、右目用画像および左目用画像に基づく立体像を視認することができる。
【００７１】
したがって、図７に示す空間像表示装置１００Ａにおいては、観察者１から見て、複数の立体像を前後に重畳して視認させることができる。なお、対となる光学素子１２０と光学素子１３０とは、図７に示すように隣り合って設けられている必要はない。要は、対となる光学素子１２０および光学素子１３０それぞれにより形成される虚像が、観察者１の観察方向の略同一平面上に形成されるように、反射部材１４０が設けられていればよい。
【００７２】
なお、図７においては、複数の立体像を前後に重畳して表示する例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、立体像と平面像とを重畳して表示してもよい。図８は、立体像と平面像とを重畳して表示する空間像表示装置１００Ｂの構成を示す図である。
【００７３】
図８に示す空間像表示装置１００Ｂは、図７に示す空間像表示装置１００Ａと比較して、光学素子１３０−２および反射部材１４０−２を削除した点と、光学素子１２０−２の位置を光学素子１３０−２の分だけ観察者１側に移動させた点と異なる。
【００７４】
図８に示す空間像表示装置１００Ｂにおいては、図９に示すように、表示装置１１０の表示面１１１は、３つの表示領域１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃに分割される。表示領域１１１ａは、光学素子１２０−１に対応する領域であり、例えば、左目用映像１１２ａを表示する。表示領域１１１ｂは、光学素子１３０−１に対応する領域であり、例えば、右目用映像１１２ｂを表示する。表示領域１１１ｃは、光学素子１２０−２に対応する領域であり、例えば、平面像１１２ｃを表示する。
【００７５】
上述したように、光学素子１２０−１により形成される虚像（左目用映像１１２ａの虚像）と光学素子１３０−１により形成される虚像（左目用映像１１２ｂの虚像）とは同一平面上に形成される。したがって、観察者１は、立体像（立体空間像）を視認することができる。また、光学素子１２０−２により平面像１１２ｃの虚像（平面空間像）が形成される。したがって、観察者１から見ると、立体空間像および平面空間像を重畳して視認することができる。
【００７６】
一般に、複数の空間像を重畳して表示する場合、空間像間の距離を小さくする方が、より立体感のある表示が可能となる。図１０は、平面空間像と立体空間像との距離をより小さくすることができる空間像表示装置１００Ｂの構成を示す図である。
【００７７】
図１０に示す空間像表示装置１００Ｂは、光学素子１２０−１を削除した点と、光学素子１２０−２，１３０−２および反射部材１４０−１，１４０−２の位置を変更した点とが異なる。
【００７８】
光学素子１２０−２，１３０−２および反射部材１４０−２は、光学素子１２０−１の分だけ観察者１に向かう方向に移動している。
【００７９】
反射部材１４０−１は、図８に示す反射部材１４０−１と比較して、反射部材１３０−１からＹ方向に所定の距離だけ離間して設けられている。
【００８０】
図１０に示す空間像表示装置１００Ｂにおいては、光学素子１２０−２に対応する表示領域に左目用映像を表示し、光学素子１３０−２に対応する表示領域に右目用映像を表示し、光学素子１３０−１に対応する表示領域に平面像を表示する。上述したように、光学素子１２０−２により形成される虚像（左目用映像の虚像）および光学素子１３０−２により形成される虚像（左目用映像の虚像）は同一平面上に形成される。したがって、観察者１は、立体像（立体空間像）を視認することができる。また、光学素子１３０−１により平面像の虚像（平面空間像）が形成される。ここで、図１０に示す空間像表示装置１００Ｂにおいては、図８に示す空間像表示装置１００Ｂと比較して、反射部材１４０−１が光学素子１３０−１からＹ方向に大きく離れている。したがって、図５を参照して説明したように、光学素子１３０−１により形成される虚像は、図８に示す空間像表示装置１００Ｂと比較して、Ｘ方向にシフトして形成される。したがって、光学素子１２０−２と光学素子１３０−２とにより形成される立体空間像と、光学素子１３０−１により形成される平面空間像との間の距離を小さくすることができる。
【００８１】
また、本実施形態においては、表示装置１１０の表示面から見て異なる方向に傾斜する光学素子１２０と光学素子１３０とにより虚像を形成する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
【００８２】
例えば、図１１に示す空間像表示装置１００Ｃのように、複数の光学素子１３０（光学素子１３０−１，１３０−２）と、複数の光学素子１３０それぞれに対応する反射部材１４０（反射部材１４０−１，１４０−２）とを備えていてもよい。
【００８３】
図１１に示す空間像表示装置１００Ｃにおいては、観察者１から見て手前側に、光学素子１３０−２が設けられ、光学素子１３０−２の奥側に光学素子１３０−１が設けられている。また、光学素子１３０−１に対応して反射部材１４０−１が設けられ、光学素子１３０−２に対応して反射部材１４０−２が設けられている。なお、光学素子１３０−２と反射部材１４０−２との間には、Ｙ方向のＥだけ間隔が設けられている。したがって、光学素子１３０−２が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かう方向に反射するまでの光路長は、光学素子１３０−１が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かう方向に反射するまでの光路長よりも長い。
【００８４】
観察者１から見ると、光学素子１３０−１による虚像が光学素子１３０−１の奥側の端部１３０ｂから奥側（Ｘ方向）にＤだけ離れた位置に形成される。また、光学素子１３０−２による虚像が光学素子１３０−２の奥側の端部１３０ｂから奥側（Ｘ方向）にＤ＋Ｅだけ離れた位置に形成される。したがって、Ｅの値を調整することで、光学素子１３０−２による虚像と光学素子１３０−２による虚像とを略同一面上に形成し、光学素子１３０−１の奥側の端部１３０ａからＤだけ離れた位置に、光学素子１３０−２に対応する表示領域および光学素子１３０−２に対応する表示領域に表示された、右目用画像および左目用画像に基づく立体像を観察者１に視認させることができる。
【００８５】
要は、本発明においては、反射部材１４０は、対応する光学素子１３０が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かう方向に反射するまでの光路長が、対応する光学素子１３０よりも観察者１から見て奥側に設けられた光学素子（光学素子１２０であるか、光学素子１３０であるかは問わない）が対応する表示領域からの入射光を観察者１に向かう方向に反射するまでの光路長（光学素子１２０の場合は、略ゼロ）よりも長くなるように設けられていればよい。このような構成により、光学素子１３０により形成される虚像が、その光学素子１３０よりも観察者１から見て奥側に設けられた他の光学素子により形成される虚像に近づくので、反射部材１４０のＹ方向の位置を調整することにより、２つの虚像を略同一面上に形成することができる。
【００８６】
また、本実施形態においては、光学素子１３０は、表示面に対して略４５°傾いており、反射部材１４０は、表示面に対して略平行に設けられている例を用いて説明したが、これに限られるものではない。
【００８７】
例えば、図１２に示す空間像表示装置１００Ｄのように、光学素子１３０と反射部材１４０とが成す角度が略４５°であり、かつ、光学素子１３０と表示面とが成す角度が０より大きく９０°未満であれば、光学素子１３０が観察者１から見て前後に傾いていても、観察者１から見てＸ方向に傾きの無い虚像を形成することができる。以下では、その理由について図１３を参照して説明する。
【００８８】
図１３は、図１２に示す空間像表示装置１００Ｃにおける光学素子１３０および光学素子１３０に対応する構成を拡大した図である。図１３において、光学素子１３０と反射部材１４０との接点を点Ｂとする。また、表示装置１１０の表示面から下ろした垂線Ｌ１と筐体１００ａの下面との交点を点Ｅとする。また、垂線Ｌ１と反射部材１４０との交点を点Ｄとする。表示装置１１０の表示面から下ろした垂線は、表示装置１１０の表示面から出射された光に相当する。表示装置１１０の表示面から出射された光が点Ｄにおいて反射された光に相当する直線Ｌ２と筐体１００ａの下面との交点を点Ａとする。また、直線Ｌ２と光学素子１３０との交点を点Ｃとする。また、点Ｄを通り、反射部材１４０と直交する垂線Ｌ３と筐体１００ａの下面との交点を点Ｆとする。また、∠ＡＣＢ＝∠ａとし、∠ＣＢＥ＝∠ｂとし、∠ＤＡＦ＝∠ｃとし、∠ＢＤＥ＝∠ｄとし、∠ＤＢＥ＝ｘとする。
【００８９】
この場合、∠ＥＤＦ＝∠９０°−∠ＥＦＤである。ここで、三角形ＤＦＢにおいて、∠ＥＦＤ＝９０°−ｘであるので、∠ＥＤＦ＝ｘとなる。入射角と反射角とは等しいので、∠ＥＤＦ＝∠ＦＤＡ＝ｘである。
【００９０】
また、∠ＤＢＣ＝４５°であるので、
∠ｂ＝４５°−ｘ  ・・・式（１）
となる。また、三角形ＤＥＢにおいて、∠ＤＥＢ＝９０°より、
∠ｄ＝９０°−ｘ  ・・・式（２）
である。
【００９１】
また、三角形ＡＢＣにおいて、外角∠ｃは内角の和に等しいので、
∠ｃ＝∠ａ＋∠ｂ・・・式（３）
である。また、三角形ＤＡＢにおいて内角の和が１８０°であるので、
∠ｃ＝１８０°−（２ｘ＋ｄ）−ｘ＝１８０−３ｘ−ｄ
＝１８０°−３ｘ−（９０°−ｘ）＝９０°−２ｘ  ・・・式（４）
である。
【００９２】
式（３）＝式（４）より、∠ａ＝９０°−２ｘ−∠ｂ＝４５°−ｘ＝∠ｂとなり、∠ａ＝∠ｂ＝４５°−ｘとなる。
【００９３】
したがって、点Ｄにおいて反射された光は、光学素子１３０と成す角度が４５°−ｘで点Ｃに入射する。反射角と出射角度とは等しいので、光学素子１３０により反射された光と、光学素子１３０とが成す角度は４５°−ｘ＝∠ａ＝∠ｂとなる。したがって、点Ｃで反射された光は、一点鎖線で示す筐体１００ａの下面と平行な方向に出射されるので、傾きの無い虚像を形成することができる。
【００９４】
なお、光学素子１３０および反射部材１４０の両方を傾ける代わりに、図１４に示すような、傾斜をつけた微小ミラー１４４を配列させたミラー板を反射部材１４０として用い、反射部材１４０と表示装置１１０の表示面とは平行なまま、光学素子１３０だけを４５°から前後に傾けるようにしてもよい。図１４に示す反射部材１４０においては、垂直方向からの入射光が、微小ミラー１４４により所定角度だけ傾いて反射される。したがって、微小ミラー１４４の斜面の傾きを調整することで、傾きの無い虚像を形成することができる。図１４に示す反射部材１４０を用いる場合、反射部材１４０（微小ミラー１４４）による反射光と光学素子１３０とが成す角度は４５°以上である必要がある。
【００９５】
また、図１５に示すように、反射部材１４０は表示装置１１０の表示面と平行なまま、光学素子１３０だけを４５°から前後に傾けるようにしてもよい。光学素子１３０だけを４５°から傾けると、光学素子１３０と表示面とが成す角度が４５°からずれた分だけ、光学素子１３０により形成される虚像Ｂ１も、観察者１から見て前後に傾く。この場合、表示面と成す角度が４５°である場合からずれた角度に応じて、表示装置１１０で表示する表示像に対して、虚像Ｂ１の傾きを補償するような補正（例えば、台形補正）を行うことで、傾きの無い虚像Ｂ１を形成することができる。この場合も、光学素子１３０と表示面とが成す角度が０より大きく９０°未満である必要がある。
【００９６】
光学素子１３０や反射部材１４０を傾けることにより、装置サイズの増大の抑制を図ることができる。
【００９７】
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【符号の説明】
【００９８】
１００，１１０Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ    空間像表示装置
１１０    表示装置
１１１    表示面
１２０，１２０−１，１２０−２，１３０，１３０−１，１３０−２    光学素子
１４０，１４０−１，１４０−２，１４１    反射部材
１４２，１４３    ミラー
１４４    微小ミラー
１５０，１６０    分離素子
１５１ａ，１５１ｂ，１６１ａ，１６１ｂ    偏光板
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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１６】
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