(57)【要約】車載空間画像表示装置（７０）は、ディスプレイ装置（１０）と、前記ディスプレイ装置（１０）の前記表示面に対向し、かつ前記表示面から離間して配置された正立等倍レンズモジュール（２）であって、前記表示面に表示された画像（１５）の正立等倍空間像（１５ａ）を形成する正立等倍レンズモジュール（２）と、前記正立等倍レンズモジュール（２）を移動可能に支持するレンズ変位機構（６１、６５、７５）と、前記正立等倍レンズモジュール（２）の位置を車両の走行速度に応じて変更する制御装置（７６）とを備える。一例では、制御装置は、車両の走行速度が高いほど、車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離を大きくする。
2007049664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される車載空間画像表示装置であって、
表示面を有するディスプレイ装置と、
前記ディスプレイ装置の前記表示面に対向し、かつ前記表示面から離間して配置された正立等倍レンズモジュールであって、前記表示面に表示された画像の正立等倍空間像を形成する前記正立等倍レンズモジュールと、
前記正立等倍レンズモジュールを移動可能に支持するレンズ変位機構と、
前記レンズ変位機構と接続され、前記正立等倍レンズモジュールの位置を前記車両の走行速度に応じて変更する制御装置とを備えることを特徴とする車載空間画像表示装置。
【請求項２】
前記正立等倍レンズモジュールは、前記正立等倍空間像を、前記レンズモジュールに対して、前記ディスプレイ装置とは反対側に結像するものであり、前記正立等倍空間像が結像される空間の少なくとも一部は暗色の部材によって囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記車両の走行速度が高いほど、前記車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離が大きくなるように、前記レンズ変位機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記車両の走行速度が増加したとき、前記車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離を段階的に長くすることを特徴とする請求項３に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記車両の走行速度が増加したとき、前記車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離を無段階に長くすることを特徴とする請求項３に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記車両の走行速度が高いほど、前記正立等倍レンズモジュールと前記ディスプレイ装置との間の距離を短くするように、前記レンズ変位機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項７】
前記正立等倍空間像は、車両状態及び走行状態を動的にリアルタイムに示す画像を含むことを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項８】
前記正立等倍空間像は、車両状態及び走行状態以外の情報を表す追加画像を含むことを特徴とする請求項７に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項９】
前記正立等倍レンズモジュールは、少なくとも２つのレンズアレイプレートを備え、各レンズアレイプレートは、各々が頂点を有する多数の微小レンズを有し、前記多数の微小レンズは互いに平行な光軸を有し、
前記少なくとも２つのレンズアレイプレートのうちの一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点は、別の一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点とそれぞれ接触または近接しており、
各レンズアレイプレートの前記多数の微小レンズは最小球面収差または最小コマ収差よりも大きい所望の球面収差またはコマ収差を有することを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１０】
前記レンズモジュールは前記光軸方向に厚みを有し、前記厚みは、各微小レンズの球面収差またはコマ収差を最小にする設計厚み値よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのレンズアレイプレートは、一体化されて、一つの前記正立等倍レンズモジュールを形成することを特徴とする請求項９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１２】
前記少なくとも２つのレンズアレイプレートが前記ディスプレイ装置の前記表示面から前側作動距離をおいて配置されたとき、前記表示面から供給された光線は、各微小レンズの表面の一点を通過することと、
前記前側作動距離が変化したとき、前記光線は、各微小レンズの前記表面において、前記一点とは異なる点を通過することを特徴とする請求項９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１３】
各レンズアレイプレートは、１Ｌｐ( line pair/mm)での解像度が１０％以上となる後側作動距離が５〜１５０ｍｍの範囲内に有り、前記範囲内における解像度変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１４】
各レンズアレイプレートは、
２つの主面を有する基板と、
前記基板の１つの主面または２つの主面に配列された多数の球面または非球面の微小レンズとを含むことを特徴とする請求項９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１５】
各レンズアレイプレートは透明樹脂製であることを特徴とする請求項９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１６】
前記レンズモジュールと前記ディスプレイ装置とを収容する筐体とを備え、
前記筐体は媒質を収容する内室を有し、前記レンズモジュールは前記内室と前記ディスプレイ装置との間に配置され、前記レンズモジュールは前記ディスプレイ装置の前記表示面に表示された像を前記筐体の前記内室に結像させることを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１７】
前記ディスプレイ装置は２次元画像を表示することを特徴とする請求項１６に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１８】
前記正立等倍レンズモジュールは規則的に配列された複数の微小レンズと、物側焦点距離とを有し、
前記ディスプレイ装置は、前記正立等倍レンズモジュールから前記物側焦点距離だけ離間して配置された表示面と、規則的にで配列された複数の画素とを有し、
前記正立等倍レンズモジュールは、前記画像表示面の画像を、浮き上がって視覚される空間像として結像するものであり、
前記レンズ変位機構は、前記正立等倍レンズモジュールと前記画像表示面との離間距離を所定の範囲内で変更可能であり、
前記離間距離が前記所定の範囲内で変更されたとき、前記正立等倍レンズモジュールの解像度は変化し、
前記離間距離が前記所定の範囲内にあるとき、前記正立等倍レンズモジュールの解像度は、人の目でぼけを認識可能な上限値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項１９】
前記正立等倍レンズモジュールは少なくとも２つのレンズアレイプレートから形成され、各レンズアレイプレートは、各々が光軸と頂点とを有する多数の微小レンズを有し、前記多数の微小レンズの前記光軸は互いに平行であることと、前記少なくとも２つのレンズアレイプレートのうちの一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点は、別の一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点とそれぞれ接触または近接し、各レンズアレイプレートの前記多数の微小レンズは最小球面収差または最小コマ収差よりも大きい所望の球面収差またはコマ収差を有することを特徴とする請求項１８に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２０】
前記複数の画素は画素ピッチＰＤを有し、前記微小レンズはレンズピッチＰＬを有し、
一視点と前記画像表示面との間の距離をＬＡで表し、
前記空間像と前記視点との間の距離をＬＢで表し、
前記離間距離をＬｚで表し、
前記ＬＡ，ＬＢ及びＬｚに応じて補正した前記レンズピッチＰＬの値を補正レンズピッチＰＬｏで表し、
前記離間距離Ｌｚが最小であるときに、前記補正レンズピッチＰＬｏは、次式、
１．２０＋ｎ×１．５０）≦ＰＬｏ／ＰＤ≦（１．７０＋ｎ×１．５０）
（但し、ｎ＝０，１，２，３，…）
を満たすことを特徴とする請求項１９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２１】
前記離間距離が前記所定の範囲内にあるとき、前記レンズモジュールの１ＬＰ／ｍｍでの解像度ＭＴＦは１０％以上であり、前記離間距離が前記所定の範囲の最小値であるときに、前記レンズモジュールの解像度は最大であることを特徴とする請求項１９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２２】
前記複数の画素は縦ストライプ配列であり、前記複数の微小レンズは六方配列或いは四方配列であることを特徴とする請求項１９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２３】
前記複数の画素はデルタ配列であり、前記複数の微小レンズは六方配列或いは四方配列であることを特徴とする請求項１９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２４】
前記複数の画素は列を形成し、前記複数の微小レンズは列を形成し、前記画素の行は前記微小レンズの行に対して傾斜していることを特徴とする請求項１９に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２５】
各画素は、一定ピッチを置いて配置されて、複数の色にそれぞれ対応づけられた複数のサブピクセルからなり、前記複数のサブピクセルは、同色のサブピクセルが縦方向に連続して並んだ縦ストライプ配列を形成することを特徴とする請求項２２に記載の車載空間画像表示装置。
【請求項２６】
各微小レンズは六角形であり、前記複数の画素のいくつかは列を形成し、前記複数の微小レンズのいくつかは列を形成し、前記画素の列は前記微小レンズの列に対して９０度だけ傾斜していることを特徴とする請求項２２に記載の車載空間画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正立等倍空間像を形成する装置、および正立等倍空間像を表示する装置に関し、例えば、車室内で車両情報を表示するように構成された空間画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元に配列された微小レンズを有する正立等倍光学系を含む表示ユニットが例えば特許文献１に開示されている。この表示ユニットでは、正立等倍光学系の一側に、液晶ディスプレイが配置される。正立等倍光学系は、液晶ディスプレイ上の画像の正立等倍像を、液晶ディスプレイの反対側に結像する。この空間像表示ユニットでは、正立等倍像は、穴開きカラー板により生成されたぼやけた背景に対して強調される。その正立等倍像は観察者が両目で見ることにより浮き上がって見える。【０００３】
スキャナーやコピー機などに用いられる従来の正立等倍光学系が例えば特許文献２に開示されている。図１に示すように、この正立等倍光学系は２つのレンズアレイプレート１０３を備える。各レンズアレイプレート１０３に形成された多数の微小レンズ１０３ａの光軸は互いに平行である。一方のレンズアレイプレート１０３の多数の微小レンズ１０３ａの光軸は、他方のレンズアレイプレート１０３の多数の微小レンズ１０３ａの光軸と一致している。一方のレンズアレイプレート１０３の多数の微小レンズ１０３ａの頂点は、他方のレンズアレイプレート１０３の多数の微小レンズ１０３ａの頂点とそれぞれ接触する。この正立等倍光学系では、個々の微小レンズ１０３ａの球面収差を低減させたときに、高精細な結像が得られる。【０００４】
従来の正立等倍光学系では、高精細な結像を生成するために各微小レンズは小さい球面収差を有する。そのため、物体１５（液晶表示面の画像）と微小レンズ１０３ａとの間の距離が少しでも変化すると、像１５ａは極端にぼやけてしまう。よって、従来の正立等倍光学系では、物体１５と正立等倍光学系の位置を変化させることができなかった。【０００５】
また、特許文献１の表示ユニットには、モアレが発生するという短所がある。モアレは、微小レンズと液晶ディスプレイの画素との間の干渉により、規則的な縞状の模様が表示される現象である。モアレは映像の品質を低下させる。【０００６】
モアレの抑制された立体映像を表示する装置が例えば非特許文献１に開示されている。この従来装置では、立体映像は、複数の円筒レンズの配置されたレンチキュラーシートに表示される。このレンチキュラーシートの円筒レンズは画素単位でなくサブピクセル単位に高精細化されている。各円筒レンズはＲＧＢのうちのいずれか１つの単色光を出射する。これにより、色モアレが抑制される。しかしながら、画素の寸法よりも小さいレンズ形を有する円筒レンズを製造することは難しい。特に、上記レンチキュラーシート用の金型を製造することは極めて困難である。【０００７】
モアレの抑制された立体映像を表示する装置が例えば特許文献３に開示されている。この立体映像表示装置は、各々が３つのサブピクセルからなる複数の画素を有する平面表示部と、各サブピクセルから発光される光の進行方向を限定して、前記映像を視差映像に分割するスクリーンとを備える。前記視差映像は観察者に立体映像として見える。モアレを抑制するために、前記スクリーンは、画素ピッチの整数倍の数値と、サブピクセル間隔の整数倍の数値との合計間隔を有するパターンで配置されたスクリーン素子を有する。これによれば、モアレは充分狭く、認識されにくい。しかしながら、平面表示部がスクリーンから所定の距離にあるときしかモアレを抑制することができないので、平面表示部とスクリーンとの距離を変更することはできない。【０００８】
その他にも空間立体画像を表示する表示装置の例が例えば特許文献４及び５に開示されている。特許文献４及び５の装置によって表示される画像の位置は不動であり、画像の表示位置を変化させることはできない。
【特許文献１】日本国特許３１９５２４９号公報
【特許文献２】特開昭６４−８８５０２号公報
【特許文献３】特開２００４−１１８４１４０号公報
【特許文献４】特開平０７−１４４５７８号公報
【特許文献５】特開２００４−３３４５９０号公報
【非特許文献１】Ｒ．Ｒｏｒｎｅｒ著、Ｄｉｓｐｌａｙｓ２０（１９９９）
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、物体の空間像を様々な位置に形成する空間像表示装置に関し、特に、車両への使用に適合された車載空間像表示装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本願発明の一側面は、表示面を有するディスプレイ装置と、前記ディスプレイ装置の前記表示面に対向し、かつ前記表示面から離間して配置されて、前記表示面に表示された画像の正立等倍空間像を形成する正立等倍レンズモジュールと、前記正立等倍レンズモジュールを移動可能に支持するレンズ変位機構と、前記レンズ変位機構と接続され、前記正立等倍レンズモジュールの位置を前記車両の走行速度に応じて変更する制御装置とを備える車載空間画像表示装置を提供する。
【００１０】
前記正立等倍レンズモジュールは、前記正立等倍空間像を、前記レンズモジュールに対して、前記ディスプレイ装置とは反対側に結像するものであり、前記正立等倍空間像が結像される空間の少なくとも一部は暗色の部材によって囲まれていることが好ましい。
【００１１】
前記制御装置は、前記車両の走行速度が高いほど、前記車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離が大きくなるように、前記レンズ変位機構を制御することが好ましい。
一例では、前記制御装置は、前記車両の走行速度が増加したとき、前記車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離を段階的に長くする。
【００１２】
一例では、前記制御装置は、前記車両の走行速度が増加したとき、前記車両の運転者の目と前記正立等倍空間像との距離を無段階に長くする。
前記制御装置は、前記車両の走行速度が高いほど、前記正立等倍レンズモジュールと前記ディスプレイ装置との間の距離を短くするように、前記レンズ変位機構を制御することが好ましい。
【００１３】
一例では、前記正立等倍空間像は、車両状態及び走行状態を動的にリアルタイムに示す画像を含む。
一例では、前記正立等倍空間像は、車両状態及び走行状態以外の情報を表す追加画像を含む。
【００１４】
前記正立等倍レンズモジュールは、少なくとも２つのレンズアレイプレートを備え、各レンズアレイプレートは、各々が頂点を有する多数の微小レンズを有し、前記多数の微小レンズは互いに平行な光軸を有し、前記少なくとも２つのレンズアレイプレートのうちの一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点は、別の一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点とそれぞれ接触または近接しており、各レンズアレイプレートの前記多数の微小レンズは最小球面収差または最小コマ収差よりも大きい所望の球面収差またはコマ収差を有することが好ましい。
【００１５】
前記レンズモジュールは前記光軸方向に厚みを有し、前記厚みは、各微小レンズの球面収差またはコマ収差を最小にする設計厚み値よりも小さいことが好ましい。
前記少なくとも２つのレンズアレイプレートは、一体化されて一つの前記正立等倍レンズモジュールを形成することが好ましい。
【００１６】
前記少なくとも２つのレンズアレイプレートが前記ディスプレイ装置の前記表示面から前側作動距離をおいて配置されたとき、前記表示面から供給された光線は、各微小レンズの表面の一点を通過することと、前記前側作動距離が変化したとき、前記光線は、各微小レンズの前記表面において、前記一点とは異なる点を通過することが好ましい。
【００１７】
各レンズアレイプレートは、１Ｌｐ( line pair/mm)での解像度が１０％以上となる後側作動距離が５〜１５０ｍｍの範囲内に有り、前記範囲内における解像度変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１８】
各レンズアレイプレートは、２つの主面を有する基板と、前記基板の１つの主面または２つの主面に配列された多数の球面または非球面の微小レンズとを含むことが好ましい。
一例では、各レンズアレイプレートは透明樹脂製である。
【００１９】
前記レンズモジュールと前記ディスプレイ装置とを収容する筐体とを更に備え、前記筐体は媒質を収容する内室を有し、前記レンズモジュールは前記内室と前記ディスプレイ装置との間に配置され、前記レンズモジュールは前記ディスプレイ装置の前記表示面に表示された像を前記筐体の前記内室に結像させることが好ましい。
【００２０】
一例では、前記ディスプレイ装置は２次元画像を表示する。
前記正立等倍レンズモジュールは規則的に配列された複数の微小レンズと、物側焦点距離とを有し、前記ディスプレイ装置は、前記正立等倍レンズモジュールから前記物側焦点距離だけ離間して配置された表示面と、規則的に配列された複数の画素とを有し、前記正立等倍レンズモジュールは、前記画像表示面の画像を、浮き上がって視覚される空間像として結像するものであり、前記レンズ変位機構は、前記正立等倍レンズモジュールと前記画像表示面との離間距離を所定の範囲内で変更可能であり、前記離間距離が前記所定の範囲内で変更されたとき、前記正立等倍レンズモジュールの解像度は変化し、前記離間距離が前記所定の範囲内にあるとき、前記正立等倍レンズモジュールの解像度は、人の目でぼけを認識可能な上限値より大きいことが好ましい。
【００２１】
前記正立等倍レンズモジュールは少なくとも２つのレンズアレイプレートから形成され、各レンズアレイプレートは、各々が光軸と頂点とを有する多数の微小レンズを有し、前記多数の微小レンズの前記光軸は互いに平行であることと、前記少なくとも２つのレンズアレイプレートのうちの一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点は、別の一つのレンズアレイプレートの前記多数の微小レンズの前記頂点とそれぞれ接触または近接し、各レンズアレイプレートの前記多数の微小レンズは最小球面収差または最小コマ収差よりも大きい所望の球面収差またはコマ収差を有することが好ましい。
【００２２】
前記複数の画素は画素ピッチＰＤを有し、前記微小レンズはレンズピッチＰＬを有し、一視点と前記画像表示面との間の距離をＬＡで表し、前記空間像と前記視点との間の距離をＬＢで表し、前記離間距離をＬｚで表し、前記ＬＡ，ＬＢ及びＬｚに応じて補正した前記レンズピッチＰＬの値を補正レンズピッチＰＬｏで表し、前記離間距離Ｌｚが最小であるときに、前記補正レンズピッチＰＬｏは、次式：１．２０＋ｎ×１．５０）≦ＰＬｏ／ＰＤ≦（１．７０＋ｎ×１．５０）（但し、ｎ＝０，１，２，３，…）を満たすことが好ましい。
【００２３】
前記離間距離が前記所定の範囲内にあるとき、前記レンズモジュールの１ＬＰ／ｍｍでの解像度ＭＴＦは１０％以上であり、前記離間距離が前記所定の範囲の最小値であるときに、前記レンズモジュールの解像度は最大であることが好ましい。
【００２４】
一例では、前記複数の画素は縦ストライプ配列であり、前記複数の微小レンズは六方配列或いは四方配列である。
一例では、前記複数の画素はデルタ配列であり、前記複数の微小レンズは六方配列或いは四方配列である。
【００２５】
一例では、前記複数の画素は列を形成し、前記複数の微小レンズは列を形成し、前記画素の行は前記微小レンズの行に対して傾斜している。
一例では、各画素は、一定ピッチを置いて配置されて、複数の色にそれぞれ対応づけられた複数のサブピクセルからなり、前記複数のサブピクセルは、同色のサブピクセルが縦方向に連続して並んだ縦ストライプ配列を形成する。
【００２６】
一例では、各微小レンズは六角形であり、前記複数の画素のいくつかは列を形成し、前記複数の微小レンズのいくつかは列を形成し、前記画素の列は前記微小レンズの列に対して９０度だけ傾斜している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の正立等倍レンズモジュールの結像を示す。
【図２】本発明の第１実施形態に係る正立等倍レンズモジュールの斜視図。
【図３】図２の正立等倍レンズモジュールの断面図。
【図４】１枚のレンズアレイプレートの平面図。
【図５】遮光膜の平面図。
【図６】レンズモジュールの結像を示す。
【図７】前側作動距離の変更にともなって変化するレンズモジュールの結像を示す。
【図８】実施例１の正立等倍レンズモジュールの後側作動距離と解像度とを示すグラフ。
【図９】従来の正立等倍レンズモジュールと実施例２の正立等倍レンズモジュールの厚みと解像度とを示すグラフ。
【図１０】実施例３，４の正立等倍レンズモジュールの後側作動距離と解像度とを示すグラフ。
【図１１】第１実施形態の正立等倍レンズモジュールを使用した空間像表示ユニットの模式図。
【図１２】第１実施形態の正立等倍レンズモジュールを使用した空間像表示ユニットの断面図。
【図１３】本発明の第２実施形態に従う空間像表示ユニットの断面図。
【図１４】図１３中のディスプレイ装置の分解斜視図。
【図１５】図１４のディスプレイ装置の拡大上面図。
【図１６】図１４のレンズアレイプレートの上面図。
【図１７】図１３中のレンズアレイプレートの断面図。
【図１８】ディスプレイ装置と重ね合わされた正立等倍レンズモジュールの平面図。
【図１９】正立等倍レンズモジュールとディスプレイ装置の画像表示面との距離Ｌｚと、解像度の関係を示すグラフ。
【図２０】本発明の第３実施形態に係る空間像形成装置を説明するための図。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る空間像形成装置を説明するための図。
【図２２】別例の平面図。
【図２３】別例の平面図。
【図２４】別例の平面図。
【図２５】別例の平面図。
【図２６】別例の平面図。
【図２７】別例の平面図。
【図２８】本発明の第５実施形態に係る車載空間像表示装置の概略図。
【図２９】図２８の車載空間像表示装置の断面図。
【図３０】車両が低速走行しているときの図２８の車載空間像表示装置の断面図。
【図３１】車両が高速走行しているときの図２８の車載空間像表示装置の断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本明細書で使用したいくつかの用語の定義を説明する。
「正立等倍」は、画像とレンズモジュールとを一定の距離をおいて離間して配置したときに、正立等倍像を結像することを意味する。本発明の空間像表示装置には、前記一定の距離からレンズモジュールを移動させたときにも、正立等倍像を結像する光学系が含まれ、また、前記一定の距離からレンズモジュールを移動させたときに正立変倍像を結像する光学系も含まれる。【００２９】
「各微小レンズの球面収差またはコマ収差を小さくするための設計厚み値」とは、レンズモジュールがそのレンズモジュールから一定の作動距離の位置に配置された物体１５を、前記物体の反対側において前記一定の作動距離の位置に高精細な空間像１５ａとして結像することのできるようにレンズモジュールを設計したときの、レンズモジュールの厚みである。【００３０】
「Ｌｐ」は、line pairs／ｍｍを意味し、１ｍｍ中に黒直線と白直線の組（ｌｐ：ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ）が何組あるかを示す。
以下、本発明の第１実施形態に従う空間像形成装置を説明する。【００３１】
図２に示すように、空間像形成装置としての正立等倍レンズモジュール２は、薄い矩形の１枚のプレート形状を有する。図３に示すように、レンズモジュール２は、２つのレンズアレイプレート３を一体化して形成される。２つのレンズアレイプレート３は、例えば接着や、治具の固定により一体化される。【００３２】
２つのレンズアレイプレート３は互いに同じ構成である。各レンズアレイプレート３は、基板４と、その基板４の両主面に形成された多数の球面または非球面の微小レンズ３ａとを含む。各レンズアレイプレート３において、微小レンズ３ａの光軸は互いに平行である。微小レンズ３ａの光軸は、互いに完全に平行であってもよく、空間像を結像可能な程度に傾いていてもよい。各レンズアレイプレート３において、多数の微小レンズ３ａは２次元に配置されている。図４は、千鳥配列に配置された多数の微小レンズ３ａを示す。図３に示すように、一方のレンズアレイプレート３の内面に形成された多数の微小レンズ３ａの頂点は、他方のレンズアレイプレート３の内面に形成された多数の微小レンズ３ａの頂点とそれぞれ接触する。【００３３】
レンズモジュール２は、両レンズアレイプレート３において微小レンズ３ａの形成された領域を除く部分を互いに融着して一体化してもよく、射出成形によりモノリシックなレンズモジュール２を一体成形してもよい。【００３４】
多数の微小レンズ３ａは、各レンズアレイプレート３の縁に近い外側微小レンズの群と、外側微小レンズの群に囲まれた内側微小レンズの群とを含む。図４に示すように、各内側微小レンズ３ａは６角形である。各外側微小レンズ３ａは、レンズアレイプレート３の縁に近い側に円形縁３ｂを有する。円形縁３ｂは、他の微小レンズ３ａと接触しない。多数の微小レンズ３ａは隙間を置かずに互いに接触している。各外側微小レンズ３ａは円形縁３ｂの代わりに、円形以外の形状の縁、例えば四角形や六角形のような多角形の縁を有してもよい。【００３５】
２つのレンズプレート３は正立等倍像を結像するように位置調整される。２つのレンズプレート３の位置調整は、例えば、一方のレンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａの光軸が、他方のレンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａの光軸とそれぞれ一致するように（直線上に並ぶように）行ってもよいし、一致しないように行ってもよい。一方のレンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａの頂点は、他方のレンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａの頂点とそれぞれ接触する。各レンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａは、互いに同じレンズ性能を有する。各微小レンズ３ａは所望の球面収差またはコマ収差を有する。レンズの球面収差またはコマ収差は、各微小レンズの表面（レンズ面）の曲率や、光軸方向に沿った２つのレンズアレイプレート３の合計厚みｔ（図３参照）に応じて変化する。【００３６】
２つのレンズアレイプレート３の合計厚みｔは、各微小レンズ３ａの球面収差またはコマ収差を小さくするための設計厚み値（従来技術の厚みｔ１（図１参照））よりも小さい。本発明では、各微小レンズ３ａは所望の球面収差またはコマ収差を有することができ、例えば、比較的大きい球面収差またはコマ収差を有することができる。【００３７】
図７に示すように、物体１５はレンズモジュール２に対面して配置される。物体１５からの光線は各微小レンズ３ａのレンズ面を通過する。レンズモジュール２は、物体１５と反対側に物体１５の像１５ａを結像する。図６に示す前側（物体側）作動距離ＷＤ１は、物体１５とレンズモジュール２との間の距離であり、後側（像側）作動距離ＷＤ２は、レンズモジュール２と像１５ａとの間の距離である。【００３８】
図７は前側作動距離ＷＤ１が短いときと長いときの光線の光路を示す。物体１５がレンズモジュール２に近い場合（前側作動距離ＷＤ１が小さい場合）、物体１５からの光線は各微小レンズ３ａの比較的外側すなわち中心線から遠い位置を通って結像される。物体１５がレンズモジュール２から遠い場合（前側作動距離ＷＤ１が大きい場合）、物体１５からの光線は各微小レンズ３ａの比較的内側すなわち中心線に近い位置を通って結像される。前側作動距離ＷＤ１が変化したときに、各微小レンズ３ａのレンズ面において、物体１５からの光線の通過する位置は変化する。すなわち、物体１５からの光線は、各微小レンズ３ａのレンズ面において、前側作動距離ＷＤ１に応じた適合位置を通過する。複数の微小レンズ３ａの適合位置を通過した光線は、後側作動距離ＷＤ２で結像し、空間像１５ａを形成する。【００３９】
レンズモジュール２は、人の目でぼやけが分からない程度の鮮明さで像１５ａを結像するように構成されている。具体的には、レンズモジュール２は以下の光学特性を有する。後側作動距離ＷＤ２が５〜１５０ｍｍの範囲内、好ましくは５〜１００ｍｍの範囲内において、各レンズアレイプレート３の１Ｌｐでの解像度（ＭＴＦ）は１０％以上であり、ＭＴＦの変化率は０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下である。１ＬｐでのＭＴＦが約１０％以上のとき、人の目では像のぼやけを認識することはできない。そのため、上記の後側作動距離ＷＤ２の範囲（結像範囲）において、人の目では像のぼやけを認識することはできない。より鮮明な像１５ａを形成するためには、１ＬｐでのＭＴＦは２０％以上であることが好ましい。【００４０】
後側作動距離ＷＤ２の範囲を５〜１５０ｍｍとしたのは、この範囲外では、像１５ａは人の目でくっきりとした表示として認識されないからである。
各レンズアレイプレート３は透明な樹脂製であり、レンズモジュール２は樹脂製である。レンズモジュール２及びレンズアレイプレート３を構成する材料は、透明な材料であれば、樹脂だけでなく、ガラスも含む。各レンズアレイプレート３において、空間像の結像に寄与するレンズ部分を選択的に透明な材料から形成してもよいし、レンズモジュール２及びレンズアレイプレート３の全体を透明な材料から形成してもよい。レンズモジュール２を通過した光線が空間像を結像するのに足りる光量を有することができるように、透明な材料の透明度は決められる。【００４１】
図５に示すように、少なくとも一つのレンズアレイプレート３には、微小レンズ３ａの縁を覆う遮光膜５を設けてもよい。微小レンズ３ａは遮光膜５の開口から同じ形状で露出する。遮光膜５が微小レンズ３ａの露出部分の形状を同じにすることにより、画質の均一性が向上する。遮光膜５を使用しない場合、画質の均一性は向上しない代わりに、空間像の明るさが向上する。【００４２】
第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
各レンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａは所望の球面収差またはコマ収差を有するため、前側作動距離ＷＤ１を変更可能である。例えば、前側作動距離ＷＤ１が変更されたときでも、レンズモジュール２は、物体１５と反対側でかつ前側作動距離ＷＤ１と同じ後側作動距離ＷＤ２に、物体１５の正立等倍空間像１５ａを人の目でぼやけが認識されない程度の鮮明さで結像することができる。前側作動距離ＷＤ１を変化させることにより、正立等倍の空間像が浮いて見えたり、沈んで見えたりする。したがって、レンズモジュール２と物体１５の位置を変化させることができる。【００４３】
レンズアレイプレート３と像１５ａとの距離を自由に変更することができるため、空間像の奥行きを変化させることができる。
２つのレンズアレイプレート３の多数の微小レンズ３ａのレンズ性能は全て同じであるので、レンズモジュール２の性能は高い。【００４４】
光軸方向に沿ったレンズモジュール２の厚みｔ、すなわち２つのレンズアレイプレート３の合計厚みｔは上記設計厚み値よりも小さく、各レンズアレイプレート３の微小レンズ３ａは比較的大きな所望の球面収差またはコマ収差を有することができる。【００４５】
レンズモジュール２は矩形の薄いプレート形状を有するので、レンズモジュール２の取り扱いは容易で、空間像表示ユニットへの組み付けが容易である。
前側作動距離ＷＤ１が変化したときに、物体１５からの光線の通過するレンズ面積はほぼ一定であり、光線の通過光量はほぼ一定であるから、前側作動距離ＷＤ１が変化しても良好な空間像１５ａを得ることができる。【００４６】
後側作動距離ＷＤ２が５〜１５０ｍｍの範囲内、好ましくは５〜１００ｍｍの範囲内において、各レンズアレイプレート３の１Ｌｐでの解像度（ＭＴＦ）は１０％以上であり、レンズモジュール２のＭＴＦ変化率は０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下である。レンズモジュール２（レンズアレイプレート３）と物体１５との間の距離ＷＤ１を変更したときであっても、レンズモジュール２は上記範囲内の後側作動距離ＷＤ２の位置に像１５ａをぼやけずに結像することができる。よって、レンズモジュール２と物体１５の位置を変化させることができる。【００４７】
各レンズアレイプレート３は、基板４の両主面に配列された球面または非球面の微小レンズ３ａを有する平板マイクロレンズアレイである。これにより、平板マイクロレンズアレイで構成される各レンズアレイプレート３と物体１５との間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離Ｗ２の位置に像１５ａをぼやけずに結像することができる。【００４８】
各レンズアレイプレート３は透明な樹脂で作製されているので、各レンズアレイプレートを安価に作製することができ、低コストのレンズモジュール２を実現することができる。【００４９】
外側微小レンズ３ａの円形縁３ｂを覆う遮光膜５が設けられているので、レンズアレイプレート３の内部で発生する迷光がレンズモジュール２から像１５ａに向かって出射するのが抑制され、コントラストの高い空間像が得られる。【００５０】
図８を参照しての実施例１のレンズモジュール２を説明する。曲線１３０は、実施例１のレンズモジュール２における、後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示す。
実施例１では、後側作動距離ＷＤ２が１０〜７０ｍｍの範囲のときに、各レンズアレイプレート３の１Ｌｐでの解像度ＭＴＦは１０％以上であり、ＭＴＦ変化率は０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下である。各微小レンズ３ａの開口角は１２度である。各微小レンズ３ａの曲率半径は０．５６７ｍｍである。微小レンズ３ａのピッチは０．４９９ｍｍである。各レンズアレイプレート３の厚み（基板４の厚み）は１．６３ｍｍである。【００５１】
各レンズアレイプレート３は、２枚の金型を用いた射出成型により透明な樹脂で作製されている。２枚の金型には、多数の微小レンズ３ａに対応する配列、曲率及び径を有する多数の凹部が形成されている。２枚の金型の間に透明な樹脂を流し込んで各レンズアレイプレート３は成型される。透明な樹脂は、微小レンズ３ａに適した性質（透明性、強度など）を有する樹脂であれば、どのような樹脂を用いてもよい。【００５２】
図９を参照しての実施例２のレンズモジュール２を説明する。
図９の曲線１３１は、スキャナーやコピー機などに用いられる従来の正立等倍レンズモジュール（図１参照）における後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示す。従来の正立等倍レンズモジュールは、各々の球面収差またはコマ収差が小さくなるように設計された多数の微小レンズを有する。レンズモジュールの厚みｔ１、すなわち２つのレンズアレイプレート１０３の合計厚みは、１．６９ｍｍである。【００５３】
図９の曲線１３２は、実施例２のレンズモジュール２における後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示す。このレンズモジュール２の厚みｔ（図３および図７参照）は１．６６ｍｍである。実施例２のレンズモジュール２は、従来のものに比べて３０μｍだけ薄い。【００５４】
図９の曲線１３１，１３２から明らかなように、実施例２のレンズモジュール２では、従来のレンズモジュールに比べて、使用可動範囲すなわち後側作動距離ＷＤ２（２５〜７０ｍｍ）での解像度が低く、像のぼやけが認識されにくい。つまり、実施例２では、最初から像を少しぼかしているので、前側作動距離ＷＤ１を変化させた場合による像のぼやけが気にならない。【００５５】
実施例２のレンズモジュール２では、上記従来のレンズモジュールに比べて、ＷＤ（後側作動距離ＷＤ２）が大きいときにぼやけが大きくなるが、曲線１３１の傾き（ＭＴＦ／ＷＤ）が小さいため、ＷＤが変化しても像のぼやけが認識されにくい。【００５６】
図１０を参照して実施例３、４のレンズモジュール２を説明する。曲線１３３、１３４は、それぞれ実施例３、４のレンズモジュール２における、後側作動距離ＷＤ２と解像度ＭＴＦとの関係を示す。【００５７】
実施例３のレンズモジュール２では、後側作動距離ＷＤ２が１０〜１６０ｍｍの範囲内において、各レンズアレイプレート３の１Ｌｐでの解像度ＭＴＦは１０％以上であり、ＭＴＦ変化率は０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下である。【００５８】
実施例３のレンズモジュール２では、各微小レンズ３ａの曲率半径は０．５７６ｍｍである。レンズモジュール２の厚み、すなわち２つのレンズアレイプレート３の合計厚みｔは１．６８ｍｍである。微小レンズ３ａのピッチは、０．４９９ｍｍである。各微小レンズ３ａの半径は、０．３ｍｍである。【００５９】
実施例４では、後側作動距離ＷＤ２が１０〜９０ｍｍの範囲内において、各レンズアレイプレート３の１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上であり、ＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下である。【００６０】
実施例４のレンズモジュール２では、各微小レンズ３ａの曲率半径は０．５８２ｍｍである。レンズモジュール２の厚み、すなわち２つのレンズアレイプレート３の合計厚みｔは１．６８ｍｍである。微小レンズ３ａのピッチは、０．４９９ｍｍである。各微小レンズ３ａの半径は、０．３ｍｍである。【００６１】
図１０から明らかなように、曲線１３３で示す実施例３では、後側作動距離ＷＤ２が１０〜１６０ｍｍの範囲内で１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上であり、かつ、ＭＴＦは緩やかに変化する。曲線１３４で示す実施例４では、後側作動距離ＷＤ２が１０〜９０ｍｍの範囲内で１Ｌｐでの解像度ＭＴＦは１０％以上であり、ＭＴＦは実施例３のものより急に変化する。よって、実施例３のレンズモジュール２は実施例４のものよりも好ましい。【００６２】
図１１は、第１実施形態のレンズモジュール２を使用した空間像表示ユニットの一例を示す。空間像表示ユニットは、透明な媒質４０を収容する室と、レンズモジュール２とを含む。レンズモジュール２は物体１５の像１５ａを媒質４０中に結像させる。媒質４０の屈折率に応じて結像距離（後側作動距離Ｗ２）は延長される。媒質４０の例は、空気のような気体や、水のような液体や、透明樹脂のような固体である。媒質４０の屈折率に応じて結像距離は変更される。例えば、媒質４０が水の場合には、媒質４０が空気の場合に比べて、結像距離を１．５倍に伸ばすことができ、物体１５の位置、微小レンズ３ａ、像１５ａの位置について設計の自由度が上がる。媒質４０は像１５ａを結像可能な均質性を有すればよく、像１５ａを結像可能であれば不均質（例えば部分的に不均質）であってもよい。【００６３】
図１２を参照して、レンズモジュール２を有する空間像表示ユニット１を説明する。空間像表示ユニット１は、カーナビゲーションシステムの表示部、携帯電話の表示部、公告媒体、アミューズメント機器等に用いられる。【００６４】
表示ユニット１は、レンズモジュール２と、表示対象物体としてのディスプレイ装置１０と、基端ハウジング１１と、先端ハウジング１２とを備える。基端ハウジング１１と先端ハウジング１２は、レンズモジュール２およびディスプレイ装置１０を収容する。ディスプレイ装置１０は、例えば液晶ディスプレイである。ディスプレイ装置１０は、マトリクス状に配置された複数の画素に、対応するスイッチング素子を介して画像信号を順に供給することで、表示面に画像１５を表示する。図６に示すように、レンズモジュール２はディスプレイ装置１０の画像１５を、先端ハウジング１２内の空間に結像し、空間像１５ａを形成する。【００６５】
先端ハウジング１２は光軸方向に摺動可能に基端ハウジング１１に支持されている。先端ハウジング１２は窓１２ａを有する。レンズモジュール２の形成した空間像１５ａは窓１２ａを通してハウジング１２の外から見ることができる。窓１２ａには、例えば透明なガラス板がはめ込まれる。【００６６】
２つのレンズアレイプレート３は、微小レンズ３ａの光軸方向に変位可能に基端ハウジング１１の内面に支持される。
表示ユニット１によれば、以下の作用効果が得られる。【００６７】
各レンズアレイプレート３は、後側作動距離ＷＤ２が５〜１５０ｍｍの範囲のときに、１Ｌｐでの解像度ＭＴＦが１０％以上であり、ＭＴＦ変化率が０％／１ｍｍより大きく２％／１ｍｍ以下である。このため、レンズアレイプレート３とディスプレイ装置１０（物体１５）との間の距離を変化させても、表示ユニット１は、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離ＷＤ２の位置に像１５ａをぼやけずに結像することができる。したがって、レンズアレイプレート３から像１５ａまでの距離を変更することができる。【００６８】
レンズアレイプレート３と像１５ａまでの距離を変更することができるため、空間像の奥行きを変化させることができる。例えば、レンズアレイプレート３をディスプレイ装置１０から遠ざけるように移動させたとき、観察者は先端ハウジング１２内の像１５ａが浮き出ているように見える。【００６９】
ディスプレイ装置１０とレンズアレイプレート３の一方あるいは両方を移動させて、レンズアレイプレート３とディスプレイ装置１０間の距離を変更することができる。
レンズアレイプレート３とディスプレイ装置１０（物体１５）間の距離を変化させても、５〜１５０ｍｍの範囲内の後側作動距離の位置に画像をぼやけずに結像することができる。【００７０】
レンズアレイプレート３は安価で入手しやすい透明な樹脂で作製可能なため、レンズアレイプレート３は安価である。
レンズモジュール２とディスプレイ装置１０との距離（前側作動距離ＷＤ１）を変化させても、画像をぼやけずに結像することができるので、表示ユニット１は、レンズモジュール２と像の距離を変更して、空間像の奥行きを変化させることができる。【００７１】
表示ユニット１は、ディスプレイ装置１０に供給する画像信号に応じた空間像を表示することができる。
本発明の第２実施形態に係る空間像表示ユニット５０を説明する。図１３に示すように、空間像表示ユニット５０は、略直方体箱形状の筐体５１を含む。筐体５１は、窓Ｗを有する前壁５１ａを含む。窓Ｗには透明なガラスＷＧが取り付けられている。筐体５１は、ディスプレイ装置１０、ガラス板５３及び正立等倍レンズモジュール２を収容する。【００７２】
ディスプレイ装置１０は筐体５１の後壁５１ｂに固定される。ディスプレイ装置１０の例は、公知のフルカラー表示可能な液晶ディスプレイである。ディスプレイ装置１０は、表示パネル２２、カラーフィルタ２３及びバックライト５５を含む。【００７３】
図１４に示すように、表示パネル２２は、光透過性を有した基板（例えば、ガラス基板）２５を含む。ガラス基板２５上に、一定間隔をおいて規則的に（マトリクス状に）配置された複数のサブピクセル領域２６が形成される。【００７４】
各サブピクセル領域２６には、図示しない画素電極及び各種電子素子等が形成される。各サブピクセル領域２６の画素電極には、外部装置（図示略）からデータ信号が供給される。ガラス基板２５上に共通電極が形成される。共通電極と各サブピクセル領域２６の画素電極との間に液晶が配置される。【００７５】
一サブピクセル領域２６の画素電極がデータ信号を受けたとき、その画素電極と共通電極との間にデータ信号に応じた電位差が生じる。その電位差はそのサブピクセル領域２６内の液晶の配向を制御する。【００７６】
図１４に示すように、カラーフィルタ２３は、赤色変換層２８Ｒ、緑色変換層２８Ｇ及び青色変換層２８Ｂを含む。各サブピクセル領域２６は、変換層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂのうちの一つと対向する。図１５に示すように、変換層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂは、赤色変換層２８Ｒ→緑色変換層２８Ｇ→青色変換層２８Ｂ→赤色変換層２８Ｒ→緑色変換層２８Ｇ→…の順でＸ方向に並んでいる。各変換層２８Ｒ，２８Ｇ，２８ＢはＹ方向に延びる。【００７７】
図１５に示すように、３つのサブピクセル領域２６と、その３つのサブピクセル領域２６それぞれ対向する３つの色変換層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂとによって、３つのサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂがそれぞれ形成される。サブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは赤、緑、青の三色にそれぞれ対応する。Ｘ方向に隣接する三色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは一つのピクセル３０を形成する。【００７８】
サブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５ＢはＸ方向に一定ピッチｑで並んでいる。ピクセル３０はＸ方向に一定ピッチＰＤで並んでいる。同色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５ＢがＹ方向に並んで列を形成する。カラーフィルタ２３は、同色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの列により形成された縦ストライプ配列を有する。【００７９】
図１３に示すように、バックライト５５は、所定範囲の波長を有する光を表示パネル２２に向かって出射する。バックライト５５の光が表示パネル２２に形成されたサブピクセル領域２６の液晶を透過することで、カラーフィルタ２３の表面すなわち画像表示面Ｍに所望の画像が表示される。【００８０】
ガラス板５３は、ディスプレイ装置１０と正対するように筐体５１の上壁５１ｃと下壁５１ｄに固定される。ガラス板５３は、略四角形状であり、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０との間に配置される。【００８１】
正立等倍レンズモジュール２は、物体の正立等倍像を結像する。図１３に示すように、正立等倍レンズモジュール２は２つのレンズアレイプレート３を一体化して形成される。２つのレンズアレイプレート３は同じ構成である。図１６及び図１７に示すように、各レンズアレイプレート３は基板４と、基板４の両主面に規則的に一定間隔で配列された多数の球面または非球面の微小レンズ３ａとを含む。微小レンズ３ａの形状は第１実施形態のものと同様である。【００８２】
複数の微小レンズ３ａの光軸は互いに平行である。図１７に示すように、２枚のレンズアレイプレート３は、対向する微小レンズ３ａの頂点同士が接触するように一体化される。微小レンズ３ａのピッチＰＬは一定である。２つのレンズアレイプレート３は光軸方向に厚みｔを有する。各レンズアレイプレート３は透明な樹脂で作製される。【００８３】
図１８を参照して、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０との重なりを説明する。
ディスプレイ装置１０は横方向（図１８においてＤＡ方向）を有する。ピクセル３０はＤＡ方向に延びる行を形成する。正立等倍レンズモジュール２は横方向（図１８においてＤＢ方向）を有する。微小レンズ３ａは、ＤＢ方向にジグザグに延びる行を形成する。ＤＡ方向とＤＢ方向との間の角度θが０度になるように、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０は配置される。【００８４】
図１３に示すように、上下レンズ固定ステージ６１は各レンズアレイプレート３の上下端をそれぞれ支持する。筐体５１の上下壁５１ｃ，５１ｄにそれぞれ上下移動ステージ６５が取り付けられている。上下移動ステージ６５は上下レンズ固定ステージ６１をディスプレイ装置１０とガラス板５３との間で移動可能に支持する。移動ステージ６５により、レンズアレイプレート３とディスプレイ装置１０との間の距離及びレンズアレイプレート３とガラス板５３との間の距離を変更可能である。【００８５】
レンズ固定ステージ６１及び移動ステージ６５に直動機構が設けられる。直動機構の例はネジ式直動機構である。ネジ式直動機構は、移動ステージ６５に取り付けられた、Ｚ方向に延びるネジ軸（駆動軸）と、そのネジ軸を収容する案内溝と、そのネジ軸と螺合するボールナットとを含む。そのネジ軸はステップモータのようなＺ軸モータに連結される。Ｚ軸モータは、所定のステップ数に相対する駆動信号に従って正転又は逆転する。レンズ固定ステージ６１は移動ステージ６５に対してＺ方向にＺ軸モータの回転に応じた所定の速度と移動量で移動する。レンズ固定ステージ６１の移動により、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離Ｌｚ（図１３参照）は所定の範囲内で変更される。【００８６】
正立等倍レンズモジュール２について説明する。レンズアレイプレート３は所望の球面収差またはコマ収差を有する微小レンズ３ａを含む。２つのレンズアレイプレート３の合計厚みｔは各微小レンズの球面収差またはコマ収差を最小にする設計厚み値（ｔ１：図１）よりも小さい。正立等倍レンズモジュール２は比較的薄くすることで、微小レンズ３ａは所望の球面収差またはコマ収差を持つことができる。【００８７】
物体１５からの光線は、各微小レンズ３ａのレンズ面を通過するときに、距離Ｌｚ（図１３参照）の変化に応じた適合位置を通過する。この結果、観察者が窓Ｗから筐体５１の内部を目視したとき、ディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍに表示される画像は、その観察者の両眼視差によって浮き上がった空間像として視覚される。【００８８】
正立等倍レンズモジュール２の解像度（ＭＴＦ）は、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離Ｌｚに依存することが実験によって示されている。図１９は、正立等倍レンズモジュール２の解像度（ＭＴＦ）と、距離Ｌｚとの関係を示す。【００８９】
図１９に示すように、距離Ｌｚが約２０ｍｍのときに、正立等倍レンズモジュール２の解像度（ＭＴＦ）は最高値であり、距離Ｌｚが約２０ｍｍから増大及び減少するにつれて正立等倍レンズモジュール２の解像度は徐々に低下する。第２実施形態では、１０％以上の解像度（ＭＴＦ）が維持され、かつ正立等倍レンズモジュール２と画像表示面Ｍとの距離Ｌｚが可動範囲内の最小値であるときに、正立等倍レンズモジュール２の解像力が、可動範囲内で最高値となるように、レンズ固定ステージ６１に対する正立等倍レンズモジュール２の取り付け位置及び正立等倍レンズモジュール２の可動範囲は決められる。図１９の例では、正立等倍レンズモジュール２と画像表示面Ｍとの距離Ｌｚの最小値が２０ｍｍとなるように、レンズ固定ステージ６１及び移動ステージ６５の取り付け位置及び正立等倍レンズモジュール２の可動範囲は決められる。【００９０】
第２実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）正立等倍レンズモジュール２はディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍと対向する位置に配置される。窓Ｗから筐体５１の内部を目視すると、観察者には、ディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍ上に表示された画像が筐体５１内で浮き上がった空間像として視認される。【００９１】
（２）正立等倍レンズモジュール２を、レンズ固定ステージ６１を介して移動ステージ６５に取り付けた。従って、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離Ｌｚを所定の範囲内で変化させることができる。この結果、その距離Ｌｚの変化に伴って正立等倍レンズモジュールの解像力を所定の範囲内で変化させることができる。また、距離Ｌｚの変化に伴って、筐体５１内に結像される空間像の位置を変化させることができる。【００９２】
（３）正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離Ｌｚを増大させることで、正立等倍レンズモジュール２の解像度は低下する。このとき、正立等倍レンズモジュール２の解像度は低下するが、低下した解像度は、人の目でぼけを認識できない一定値以上の解像度に維持される。この構成によれば、モアレ縞が発生したとしても、正立等倍レンズモジュール２の解像度の低下とともにモアレ縞は薄くなり、モアレは目立ちにくい。よって、観察者によってモアレの実質的に観察されない高品質な空間像が表示される。【００９３】
（４）正立等倍レンズモジュール２の解像度（ＭＴＦ）は１０％以上に維持され、また、正立等倍レンズモジュール２と画像表示面Ｍとの距離Ｌｚが可動範囲内の最小値であるときに、正立等倍レンズモジュール２の解像力が前記範囲内における最も高い解像力となるように、正立等倍レンズモジュール２は取り付けられる。この結果、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離を変化させると、その距離の変化とともに正立等倍レンズモジュール２の解像力は、１ＬＰ／ｍｍでの解像度「ＭＴＦ」が１０％以上となる範囲で変化するので、画像表示面に対して正立等倍レンズモジュール２を相対変位させ得る全ての範囲に渡って、人の目に空間像をくっきりとした表示として認識させることができる。【００９４】
（５）ディスプレイ装置１０は縦ストライプ配列のピクセル３０を有し、かつ、正立等倍レンズモジュール２は六方配列された複数の微小レンズ３ａを有する。縦ストライプ配列のピクセル３０を有したディスプレイ装置１０によって表示させる画像を、その複数の微小レンズ３ａの配列を六方配列とした正立等倍レンズモジュール２を介して形成される空間像に生じるモアレ縞を低減させることができる。【００９５】
（６）各ピクセル３０は、ガラス基板２５上に一定間隔で配置された三色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを含む。同色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂはガラス基板２５の縦方向に連続して配置されて、列を形成する。従って、公知のフルカラー表示が可能な液晶ディスプレイをディスプレイ装置１０として使用することができ、空間像表示ユニット５０の低コスト化を図ることができる。【００９６】
本発明の第３実施形態の空間像表示ユニット５０を図２０に従って説明する。空間像表示ユニット５０では、正立等倍レンズモジュール２の微小レンズ３ａが補正レンズピッチＰＬｏで配置されている点で第２実施形態と異なる。【００９７】
図１９の例では、正立等倍レンズモジュール２と画像表示面Ｍとの距離Ｌｚが可動範囲内の最小値であるときに、正立等倍レンズモジュール２の解像力（ＭＴＦ）が最も高いから、空間像に発生するモアレ縞が人の目に最も認識され易い。そこで、第３実施形態では、正立等倍レンズモジュール２は、観察者の視点からディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍまでの距離ＬＡと、正立等倍レンズモジュール２から画像表示面Ｍまでの距離Ｌｚの比率に基づいて補正されたレンズピッチＰＬｏを有する。【００９８】
図２０の例では、正立等倍レンズモジュール２と画像表示面Ｍとの距離Ｌｚが可動範囲内の最小値であるときに、正立等倍レンズモジュール２のレンズピッチＰＬの値に対する補正レンズピッチＰＬｏの比（ＰＬｏ／ＰＤ）は以下の式を満足する。
（１．２０＋ｎ×１．５０）≦ＰＬｏ／ＰＤ≦（１．７０＋ｎ×１．５０）
（但し、ｎ＝０，１，２，３，…）
ここで、補正レンズピッチＰＬｏは、以下の式で表わされる。
ＰＬｏ＝ＰＬ／ａ
定数ａは以下の式で定義される。
ａ＝｛ＬＡ−（Ｌ＋Ｚ／２）｝／｛ＬＡ−（２Ｌ＋Ｚ）｝
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが最小値であるときに、比率（ＰＬｏ／ＰＤ）が上記式を満足するように補正レンズピッチＰＬｏは設定される。このようにすることで、モアレ縞の間隔を十分狭くすることができる。【００９９】
第３実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
正立等倍レンズモジュール２のレンズピッチＰＬを、観察者の視点からディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍまでの距離ＬＡと、正立等倍レンズモジュール２から画像表示面Ｍまでの距離Ｌｚの比率に基づいて補正した。従って、空間像に発生するモアレ縞の間隔を十分狭くすることができる。この結果、モアレ縞を視認されにくくすることができることにより、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが可変な全ての範囲に渡って高品質な空間像を表示させることができる。【０１００】
以下、第３実施形態の実施例を説明する。
（実施例５）
表１は、実施例５に係る空間像表示ユニット５０の解像力と空間像の画質を示す。【０１０１】
【表１】
2007049664.tif 000003
実施例５では、ディスプレイ装置１０として、対角６．５インチ、画素ピッチＰＤ：縦０．３２１ｍｍ×横０．３２１ｍｍ（サブピクセルピッチｑ：縦０．３２１ｍｍ×横０．１０７ｍｍ）、縦方向に同色が連続する縦ストライプ配列のフルカラー表示が可能な液晶ディスプレイ（縦：９９ｍｍ、横：１３２ｍｍ）を使用した。実施例５では、正立等倍レンズモジュール２の対角は６．５インチ、各微小レンズ３ａの焦点距離は２０ｍｍ、レンズの厚みｔは１．６６ｍｍ、レンズピッチＰＬは０．４９９ｍｍ、微小レンズ３ａは六方配列でかつ６角形である。【０１０２】
観察者とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離ＬＡが５００ｍｍ、かつ、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが２０ｍｍのとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４７６ｍｍとなる。この場合、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．４８となる。また、解像度は６５％であった。このとき、空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１０３】
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを４５ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４４８ｍｍとなる。この場合、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．３９となる。また、解像度は３０％であった。このとき、空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１０４】
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを７０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４１５ｍｍとなる。この場合、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．２９となる。また、解像度は１２％であった。このとき、筐体５１内に形成される空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１０５】
（比較例）
表２は、比較例に係る空間像表示ユニットの解像力と空間像の画質を示す。【０１０６】
【表２】
2007049664.tif 000004
比較例では、ディスプレイ装置１０として、対角１５インチ、画素ピッチＰＤ：縦０．２５５ｍｍ×横０．２５５ｍｍ（サブピクセルピッチｑ：縦０．２５５ｍｍ×横０．０９９ｍｍ）、縦方向に同色が連続する縦ストライプ配列のフルカラー表示が可能な液晶ディスプレイ（縦：２２９ｍｍ、横：３０５ｍｍ）を使用した。比較例では、実施例５の正立等倍レンズモジュール２を使用した。【０１０７】
観察者とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離ＬＡが５００ｍｍ、かつ、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが２０ｍｍのとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４７６ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．８７となる。また、解像度は６５％であった。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１０８】
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを４０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４５４ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．６８となる。また、解像度は３８％であった。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１０９】
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを６０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４２９ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．６８となる。また、解像度は１９％であった。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１１０】
また、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを８０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４０２ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．５８となる。また、解像度は１１％であった。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１１１】
実施例６
表３に、実施例６に係る空間像表示ユニット５０における、解像力及び空間像の画質を示す。【０１１２】
【表３】
2007049664.tif 000005
実施例６では、ディスプレイ装置１０として、対角２０インチ、画素ピッチＰＤ：縦０．２９７ｍｍ×横０．２９７ｍｍ（サブピクセルピッチｑ：縦０．２９７ｍｍ×横０．０８５ｍｍ）、縦方向に同色が連続する縦ストライプ配列のフルカラー表示が可能な液晶ディスプレイ（縦：３０５ｍｍ、横：４０７ｍｍ）を使用した。実施例６では、実施例５と同じ正立等倍レンズモジュール２を使用した。【０１１３】
観察者とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離ＬＡが５００ｍｍ、かつ、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが２０ｍｍのとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４７６ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．６０となる。また、解像度は６５％であった。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１１４】
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを４０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４５４ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．５３となる。また、解像度は３８％であった。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１１５】
画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを６０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４２９ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．４４となる。また、解像度は１９％であった。そして、空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１１６】
また、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚを８０ｍｍに増加させたとき、補正レンズピッチＰＬｏは０．４０２ｍｍとなる。このとき、補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率は１．３５となる。また、解像度は１１％であった。そして、空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１１７】
表４及び表５に、実施例７に係る空間像表示ユニット５０における、解像力及び空間像の画質を示す。【０１１８】
【表４】
2007049664.tif 000006
【０１１９】
【表５】
2007049664.tif 000007
実施例７では、正立等倍レンズモジュール２の解像度（ＭＴＦ）と、距離Ｌｚとの関係が、図２１に示すような特性を有している。つまり、正立等倍レンズモジュール２の解像度（ＭＴＦ）は、距離Ｌｚが約３０ｍｍにおいて最高値を示し、距離Ｌｚが約３０ｍｍから増大及び減少するにつれて徐々に低下する。【０１２０】
表４及び表５に示すように、観察者とディスプレイ装置１０の画像表示面Ｍとの距離ＬＡが５００ｍｍ、かつ、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが３０ｍｍのとき、画素ピッチＰＤを０．２９７ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．３８ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．１９とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１２１】
画素ピッチＰＤを０．２９７ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．４１ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．２９とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１２２】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．３８ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．３９とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１２３】
画素ピッチＰＤを０．３２１ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．４９９ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．４５とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１２４】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．４１ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．５０とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１２５】
画素ピッチＰＤを０．２９７ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．５５ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．７３とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１２６】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．４９９ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を１．８２とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１２７】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．５５ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を２．０１とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１２８】
画素ピッチＰＤを０．２９７ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．８５ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を２．６７とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１２９】
画素ピッチＰＤを０．２６４ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．８ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を２．８３とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１３０】
画素ピッチＰＤを０．２６４ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．８５ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を３．００とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には肉眼でモアレ縞の発生は認められなかった。【０１３１】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．８５ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を３．１１とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１３２】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．９ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を３．２９とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。【０１３３】
画素ピッチＰＤを０．２５５ｍｍ、レンズピッチＰＬを０．９５ｍｍとすることで補正レンズピッチＰＬｏと、ディスプレイ装置１０の画素ピッチＰＤとの比率を３．４７とした。この場合、筐体５１内に形成される空間像には、モアレ縞がはっきりと視認できた。【０１３４】
表１〜表５において、「◎」は、モアレ縞が全く視認されない最高品質の画像であることを示し、「○」は非常に細かく肉眼で視認されないモアレ縞を伴う高品質の画像であることを示し、×は、モアレ縞がはっきりと視認できる低品質の画像であることを示す。【０１３５】
次に、本発明の第４実施形態の空間像表示ユニット５０を図２２に従って説明する。第４実施形態は、正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０との配置においてのみ第２実施形態と異なる。【０１３６】
図２２に示すように、ディスプレイ装置１０の横方向（ＤＡ）は、正立等倍レンズモジュール２の横方向（ＤＢ）に対して傾いている。矢印ＤＡとＤＢの間の角度θは９０度である。【０１３７】
角度θが９０度であるから、ディスプレイ装置１０（液晶ディスプレイ）のピクセル３０の配列パターンと、正立等倍レンズモジュール２の微小レンズ３ａの配列パターンとの間に干渉が生じることはない。【０１３８】
正立等倍レンズモジュール２を傾けた場合、補正レンズピッチＰＬｏは更に補正される。第２補正レンズピッチＰＬｏａは次式を満たすように決められる。
（１．２０＋ｎ×１．５０）≦ＰＬｏａ／ＰＤ≦（１．７０＋ｎ×１．５０）
（但し、ｎ＝０，１，２，３，…）
第２補正レンズピッチＰＬｏａと補正レンズピッチＰＬｏは次式の関係を満たす。
ＰＬｏａ（ｘ）＝ｃｏｓθ×ＰＬｏ（ｘ）
ＰＬｏａ（ｙ）＝ＰＬｏ（ｙ）／ｃｏｓθ
ここで、補正レンズピッチＰＬｏ（ｘ）はＸ軸方向の補正レンズピッチ、補正レンズピッチＰＬｏ（ｙ）はＹ軸方向の補正レンズピッチである。【０１３９】
正立等倍レンズモジュール２が六方配列の場合は、ＰＬｏ（ｘ）とＰＬｏ（ｙ）は、以下の関係を満たす。【０１４０】
【数１】
2007049664.tif 000008
正立等倍レンズモジュール２が正方配列の場合は、ＰＬｏ（ｘ）とＰＬｏ（ｙ）は、以下の関係を満たす。
ＰＬｏ（ｙ）＝ＰＬｏ（ｘ）      （但し、−４５度≦θ−（９０度×ｎ）≦４５度；ｎは整数）
第４実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。【０１４１】
ディスプレイ装置１０の横方向（ＤＡ）と、正立等倍レンズモジュール２の横方向（ＤＢ）とのなす角度θは９０度である。微小レンズ３ａの配列パターンは、ピクセル３０の配列パターンと同じ方向の辺を持たない。このため、ディスプレイ装置１０におけるピクセル３０の配列パターンと、正立等倍レンズモジュール２の微小レンズ３ａの配列パターンとが干渉することはないので、モアレ縞の発生をさらに低減させ、より高品質な空間像を表示することができる。【０１４２】
第４実施形態において、ディスプレイ装置１０の横方向（ＤＡ）は、正立等倍レンズモジュール２の横方向（ＤＢ）との間の角度θは９０度以外の角度であってもよい。この場合であっても、微小レンズ３ａの配列パターンは、ピクセル３０の配列パターンと同じ方向の辺を持たないので、モアレ縞の発生をさらに低減させ、より高品質な空間像を表示することができる。例えば、ディスプレイ装置１０におけるピクセル３０の配列の横方向と、正立等倍レンズモジュール２における微小レンズ３ａの配列の横方向とのなす角度θが１５度となるように、ディスプレイ装置１０に対して正立等倍レンズモジュール２を傾けて配置してもよい。【０１４３】
図２３、図２４、図２５は第４実施形態の変更例を示す。図２５の例では、２の辺と１０の辺との間の角度が１５度である。表６及び表７は図２５の例の解像力及び空間像の画質をそれぞれ示す。【０１４４】
【表６】
2007049664.tif 000009
【０１４５】
【表７】
2007049664.tif 000010
表６の例では、ディスプレイ装置１０として、対角１５インチ、画素ピッチＰＤ：縦０．２５５ｍｍ×横０．２５５ｍｍ（サブピクセルピッチｑ：縦０．２５５ｍｍ×横０．０９９ｍｍ）、縦方向に同色が連続する縦ストライプ配列のフルカラー表示が可能な液晶ディスプレイ（縦：２２９ｍｍ、横：３０５ｍｍ）を使用した。表６の例では、実施例５と同じ正立等倍レンズモジュール２を使用した。【０１４６】
表２及び表６に示すように、実施例６では、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが２０ｍｍ〜６０ｍｍのとき、モアレ縞がはっきりと視認できたが、表６の例では、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。また、距離Ｌｚが８０ｍｍのとき、実施例６では、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されない品質であったが、表６の例では、モアレ縞の発生は認められなかった。【０１４７】
表７の例では、ディスプレイ装置１０として、対角２０インチ、画素ピッチＰＤ：縦０．２９７ｍｍ×横０．２９７ｍｍ（サブピクセルピッチｑ：縦０．２９７ｍｍ×横０．０８５ｍｍ）、縦方向に同色が連続する縦ストライプ配列のフルカラー表示が可能な液晶ディスプレイ（縦：３０５ｍｍ、横：４０７ｍｍ）を使用した。表７の例では、実施例５と同じ正立等倍レンズモジュール２を使用した。【０１４８】
表３及び表７に示すように、実施例６では、画像表示面Ｍと正立等倍レンズモジュール２との距離Ｌｚが２０ｍｍのとき、モアレ縞がはっきりと視認できたが、表７の例では、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されなかった。また、距離Ｌｚが４０ｍｍのとき、実施例６では、モアレ縞がやや認められるが非常に細かいモアレ縞であるため肉眼で視認されない品質であったが、表７の例では、モアレ縞の発生は認められなかった。【０１４９】
第２〜第４実施形態では、ディスプレイ装置１０における各ピクセル３０を構成する赤、緑、青の三色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂが、同色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂが同じ方向に配列されたストライプ配列であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、赤、緑、青の三色のサブピクセル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂが、互いに三角の各頂点に配置されるように配列されたデルタ構造であってもよい。【０１５０】
上記デルタ構造を採用した場合、正立等倍レンズモジュール２における微小レンズ３ａの配列は四方配列であってもよい。図２６は、微小レンズ３ａの配列が四方配列である正立等倍レンズモジュール２とディスプレイ装置１０との配置関係を示す図である。このようにすることで、第２及び第３実施形態と同様の効果を得ることができる。【０１５１】
図２６に示すような配置関係では、カラーフィルタ２３の各色変換層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂの辺と、四方配列である微小レンズ３ａのＹ方向に沿った辺は、同じ方向（Ｙ方向）に沿って配置されている。このため、ディスプレイ装置１０におけるピクセル３０の配列パターンと、正立等倍レンズモジュール２の微小レンズ３ａの配列パターンとが干渉してモアレ縞を発生する場合がある。【０１５２】
この場合、図２７Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、カラーフィルタ２３の各色変換層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂの辺と、四方配列である微小レンズ３ａのＹ方向に沿った辺とが、同じ方向（Ｙ方向）に沿って配置されないようにする。即ち、ピクセル３０の配列の横方向（図２６においてＤＡ方向）と、微小レンズ３ａの配列の横方向（図２６においてＤＢ方向）とのなす角度θが０度以外の所定角度となるように傾けられる。この傾きにより、ピクセル３０の配列パターンと、正立等倍レンズモジュール２の微小レンズ３ａの配列パターンとが干渉することが防止される。この結果、第４実施形態と同様に、微小レンズ３ａの配列パターンは、ピクセル３０の配列パターンと同じ方向の辺を持たないので、モアレ縞の発生をさらに低減させ、より高品質な空間像を表示することができる。【０１５３】
本発明の第５実施形態に係る車載空間画像表示装置としての表示ユニット７０を説明する。図２８は、ステアリングホイール７１、フロントスクリーン７２、及びダッシュボード７３を有する車両の室内を示す。表示ユニット７０は、ダッシュボード７３のインストルメントパネル領域に正立等倍空間像１５ａを表示するように適合されている。表示ユニット７０が表示する正立等倍空間像１５ａには、車両状態及び走行状態を動的にリアルタイムに示す画像（以下の説明ではインジケータ画像と呼ぶことがある）１５ｃ、１５ｄが含まれる。インジケータ画像１５ｃ、１５ｄは、例えば車速、エンジン回転数、水温、走行モード等を示す記号、図形及び文字を表す。【０１５４】
空間像１５ａには、車両状態及び走行状態以外の情報を表す追加画像１５ｅが含まれる。追加画像１５ｅの例は、現在時刻のような車両搭載装置から供給された情報、ナビゲーション画面のようなＤＶＤやＨＤＤのような記録媒体に格納された情報、テレビジョン放送のような車両外部の情報源から無線信号を介して供給された情報、無線ネットワークから無線信号を介して供給されたインターネット画面等である。表示ユニット７０は、様々な画像１５ｃ、１５ｄ、１５ｅを空間像として一画面に表示することができる。【０１５５】
図２９を参照して、表示ユニット７０の構造を説明する。
表示ユニット７０は、画像や映像を表示する表示面Ｍを有するディスプレイ装置１０と、ディスプレイ装置１０の表示面Ｍに対向して配置された正立等倍レンズモジュール２（以下の説明ではレンズモジュール２と略称することがある）と、レンズモジュール２を光軸方向に変位させるレンズ変位機構と、レンズ変位機構を車両の走行速度に応じて制御する制御装置７６とを含む。【０１５６】
ディスプレイ装置１０の例は液晶表示装置である。レンズモジュール２として、第１乃至第４実施形態で説明したレンズモジュールを使用することができる。一例として、画素ピッチが０．３２１μｍの実施例５の液晶表示装置を使用した場合、レンズピッチＰＬが０．４９９ｍｍの実施例５のレンズモジュール２を使用することができる。【０１５７】
ディスプレイ装置１０の表示面Ｍから距離ＷＤ１だけ離れた位置にあるレンズモジュール２は、ディスプレイ装置１０の表示面Ｍに表示された画像や映像を、ディスプレイ装置１０の反対側においてレンズモジュール２から距離ＷＤ２だけ離れた位置に結像し、そこに空間像１５ａを表示する。正立等倍レンズモジュール２の場合、距離ＷＤ２は距離ＷＤ１と同じである。正立等倍レンズモジュール２の詳細な構造と作用については、第１乃至第４実施形態を参照されたい。【０１５８】
表示ユニット７０は、透明樹脂板のような保護板７４（図２９参照）を含んでもよい。表示ユニット７０は、ディスプレイ装置１０と正立等倍レンズモジュール２とを少なくとも収容する筐体（例えば図１３に示した筐体５１）を含んでもよい。その筐体において、正立等倍空間像が結像される空間を囲む内面は暗色であることが好ましい。表示ユニット７０が筐体を備えない場合、ダッシュボード７３において表示ユニット７０を装着する部分は暗色であることが好ましい。筐体の暗色の内面やダッシュボード７３の暗色の部分は外乱光を防止し鮮明な空間像１５ａを表示する上で好ましい。【０１５９】
レンズ変位機構は、レンズモジュール２を支持するステージ６１と、ステージ６１を移動可能に支持するガイドレールまたはステージ６５と、ステージ６１をステージ６５上で移動させる変位モータ７５とを含む。変位モータ７５の代わりに、第２実施形態で説明した直動機構を使用してもよい。【０１６０】
制御装置７６は、走行速度センサ７７によって検出された車両の走行速度に応じたレンズ位置制御信号を生成し、そのレンズ位置制御信号を変位モータ７５に供給する。変位モータ７５は、レンズ位置制御信号に従って駆動して、レンズモジュール２とディスプレイ装置１０との間の距離ＷＤ１を変更する。【０１６１】
図３０及び図３１を参照して、制御装置７６によるレンズモジュール２の位置制御を説明する。
制御装置７６は車両の走行速度が高いほど、距離ＷＤ１を短くするように変位モータ７５を制御する。図２９及び図３０に示すように、車両の走行速度が比較的遅い時（６０ｋｍ／ｈ以下）には、レンズモジュール２はディスプレイ装置１０から遠い位置に配置される。図３１に示すように、車両の走行速度が比較的速い時（６０ｋｍ／ｈ超）には、レンズモジュール２はディスプレイ装置１０から近い位置に配置される。図２９及び図３０の例では、ディスプレイ装置１０は、保護板７４上に空間像１５ａ（１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）を結像する。この場合、運転者の目と空間像１５ａとの距離は例えば１０００ｍｍである。図３１の例では、ディスプレイ装置１０は、レンズモジュール２と保護板７４との間の空間に空間像１５ａ（１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）を結像する。この場合、運転者の目と空間像１５ａとの距離は例えば１０８０ｍｍである。【０１６２】
第５実施形態では、制御装置７６は車両の走行速度に応じて距離ＷＤ１を段階的に変更する。例えば、距離ＷＤ１は６０ｍｍ（図３０）と、２０ｍｍ（図３１）の２段階に変更される。制御装置７６は距離ＷＤ１を車速に応じて無段階で変更してもよい。【０１６３】
第５実施形態の表示ユニット７０によれば、以下の利点が得られる。
一般に、車両の運転者は走行中にフロントスクリーンの前方位置と、インストルメントパネルに固定された走行速度メータやエンジン回転数メータ等のメータ類とを交互に注視する。注視位置の頻繁な変化は車両の運転者の眼精疲労を増加させる。また、高速道路走行時のように車両の走行速度が比較的速いとき、運転者の前方注視点は比較的遠くの地点にあり、その一方、一般道路走行時のように車両の走行速度が比較的遅いとき、運転者の前方注視点は比較的近くの地点にある。走行速度メータやエンジン回転数メータがインストルメントパネルに固定されている従来の車両では、車両の走行速度が比較的速い場合、注視距離（目から注視点までの距離）の変化が比較的大きい。注視距離の変化が大きいほど、車両の運転者の眼精疲労は増加する。車両の運転者の眼精疲労の増加を抑制する点から、注視距離の変化を可能な限り小さくすることが望まれる。この要望に対し、第５実施形態の表示ユニット７０は、車両の走行速度が高いほど、少なくともインジケータ画像１５ｃ、１５ｄを運転者の目から遠い位置に表示する。この構成によれば、表示位置が不動の従来の車両のインストルメントパネルに比べて、運転者の注視距離の変化を小さくすることができ、車両の運転者の眼精疲労の増加を抑制することができる。【０１６４】
表示ユニット７０は、複数の空間像１５ａ（１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）を一画面に表示する。この構成によれば、車両状態及び走行状態を表す空間像（インジケータ画像１５ｃ、１５ｄ）と、車両状態及び走行状態以外の追加情報を表す空間像（追加画像１５ｅ）とをダッシュボード７３のインストルメントパネル領域内にコンパクトに表示することができるから、例えばナビゲーション画面を表示する専用の表示装置は不要であり、運転席回りのデザインの自由度を高めることができる。【０１６５】
第１乃至第５実施形態は次のように変更しても良い。
各実施形態において、レンズモジュール２は、３つ以上のレンズアレイプレート３から形成されてもよい。【０１６６】
各実施形態において、多数の微小レンズ３ａの形状と配列は、隣接する微小レンズ３ａとの間に隙間が形成されないように決められる。例えば、各レンズアレイプレート３は正方配列された多数の微小レンズ３ａを有してもよい。各微小レンズ３ａは正方形でもよい。【０１６７】
各実施形態において、各レンズアレイプレート３の微小レンズ３ａの配列は、微小レンズ３ａを一定ピッチで隙間なく規則的に配置したパターンだけでなく、隣の微小レンズ３ａとの間に一定の隙間をおいて微小レンズ３ａを規則的に配置したパターンも含む。【０１６８】
各実施形態において、各レンズアレイプレート３は、基板４の一方の主面に配列された球面または非球面の微小レンズ３ａを有する平板マイクロレンズアレイであってもよい。
各実施形態において、表示ユニット１（図１２、１３参照）において、レンズアレイプレート３の前方（像側）に、反射光を低減させる減反射フィルタを設けてもよい。減反射フィルタは、色付きガラス板のような反射光を低減する機能を有するものであれば限定されない。【０１６９】
各実施形態において、ディスプレイ装置１０は、液晶ディスプレイに限定されず、有機ＥＬ液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどに変更してもよい。
各実施形態において、２つのレンズアレイプレート３が接触しているときと同等の光学性能が得られる限りは、２つのレンズアレイプレート３は離れていてもよい。【０１７０】
第５実施形態において、表示ユニット７０は、車両状態及び走行状態以外の追加情報を表す空間像として、複数の画像１５ｅを一画面に表示してもよい。
第５実施形態において、表示ユニット７０は、追加画像１５ｅを表示せずに、車両状態及び走行状態を表す画像１５ｃ、１５ｄを選択的に表示してもよく、当該画像１５ｃ、１５ｄを表示せずに追加画像１５ｅを選択的に表示してもよい。【０１７１】
第５実施形態において、レンズモジュール２は、ディスプレイ装置１０の表示面Ｍ全体に対向して配置されてもよい。別の例では、レンズモジュール２は、ディスプレイ装置１０の表示面Ｍにおいて、インジケータ画像１５ｃ、１５ｄを表示する第１の局所領域に対向するように配置された第１のレンズモジュールと、別の画像１５ｅを表示する第２の局所領域に対向するように配置された第２のレンズモジュールとを含むことができる。この場合、インジケータ画像１５ｃ、１５ｄが表示されるときに第１のレンズモジュールを変位させ、別の画像１５ｅが表示されるときに第２のレンズモジュールを変位させることができる。【０１７２】
第５実施形態において、更に別の例では、レンズモジュール２は、ディスプレイ装置１０の表示面Ｍにおいて、インジケータ画像１５ｃ、１５ｄを表示する部分にのみ局所的に対向するように配置することができる。この場合、別の画像１５ｅの表示位置は変更されないが、インジケータ画像１５ｃ、１５ｄの表示位置を変更することができる。【０１７３】
第５実施形態において、画像（表示面Ｍ）とレンズモジュール２とを一定の距離をおいて離間して配置したときに、正立等倍像１５ａが結像する。第５実施形態の表示ユニット７０は、前記一定の距離からレンズモジュールを移動させたときにも、正立等倍像を結像する光学系を含んでもよく、または、前記一定の距離からレンズモジュールを移動させたときに正立変倍像を結像する光学系を含んでもよい。表示ユニット７０が正立変倍像を結像する光学系を含む場合、前記一定の距離（正立等倍像を結像するときの画像とレンズモジュール２との距離）は、レンズモジュール２の可動範囲内にあっても、可動範囲外にあってもよい。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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