(57)【要約】【課題】ユーザーへの視覚負担が少なく、自然で高精細な画像表示が可能である画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置は、第２のレンズ２次元に配列された複数の発光エレメントを有し、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、複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が、前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像する、第１のレンズアレイと、前記表示体と前記第１のレンズアレイとの間において前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側に各々が正の屈折力を有する複数の凸面を有し、前記複数の凸面の各々が前記複数の領域の１つに対応して位置する第２のレンズアレイと、を備える。【選択図】図２
2016184006.tif 000002
【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有し、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、
複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が、前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像する、第１のレンズアレイと、
前記表示体と前記第１のレンズアレイとの間において前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側に各々が正の屈折力を有する複数の凸面を有し、前記複数の凸面の各々が前記複数の領域の１つに対応して位置する第２のレンズアレイと、
を備える、画像表示装置。
【請求項２】
前記表示体の表面と前記複数の凸面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第２のレンズアレイと前記表示体とを接合する接合体をさらに備え、
前記接合体と前記第２のレンズアレイとの境界面、および前記接合体と前記表示体との境界面におけるＤ線の屈折率差が０．１以下である、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第２のレンズアレイと前記表示体との間に位置し、可視光域の透過率が８０％以上の透明固体と、
前記透明固体と前記表示体とを接合する第１の接合体と、
前記透明固体と前記第２のレンズアレイとを接合する第２の接合体と、
をさらに備え、
前記第１の接合体と前記透明固体との境界面、前記第１の接合体と前記表示体との境界面、前記第２の接合体と前記透明固体との境界面、および前記第２の接合体と前記第２のレンズアレイとの境界面におけるＤ線の屈折率差が０．１以下である、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
２次元に配列された複数の発光エレメントを有し、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、
前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側の面に、各々が正の屈折力を有する凸面を有する複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像するレンズアレイと、を備え、
前記表示体の前記表面と前記複数のレンズの凸面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である、画像表示装置。
【請求項６】
前記表示体と前記レンズアレイとの間に位置する透明固体と、
前記透明固体と前記表示体とを接合する第１の接合体と、
前記透明固体と前記レンズアレイとを接合する第２の接合体と、
をさらに備え、
前記第１の接合体と前記透明固体との境界面、前記第１の接合体と前記表示体との境界面、前記第２の接合体と前記透明固体との境界面、および前記第２の接合体と前記レンズアレイとの境界面におけるＤ線の屈折率差が０．１以下である、請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
画像を表示する表示体と、
前記表示体からの光を反射して虚像として結像する凹面を有するミラーレンズと、
前記表示体と前記ミラーレンズとの間に位置し、前記表示体からの光の一部を前記ミラーレンズの方向に透過させ、前記ミラーレンズ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、
前記表示体の表面と前記ミラーレンズの凹面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である、
画像表示装置。
【請求項８】
前記ミラーレンズは、前記凹面の回転対称軸が前記凹面を通る光軸と略平行である、請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記表示体は、２次元に配列された複数の発光エレメントを有し、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し、
前記ミラーレンズは、複数の凹面を有し、
前記複数の凹面の各々は前記複数の領域の１つに対応して配置され、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像する、請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記複数の領域に表示される画像の実像または虚像は、それぞれが互いに補間される位置に形成される、請求項１、５、９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８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眼と左眼とを位置させれば、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、右眼には領域２１Ｒに表示される画像のみが感じられ、左眼には領域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有し、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、複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が、前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像する、第１のレンズアレイと、前記表示体と前記第１のレンズアレイとの間において前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側に各々が正の屈折力を有する複数の凸面を有し、前記複数の凸面の各々が前記複数の領域の１つに対応して位置する第２のレンズアレイと、を備える。
【０００８】
本開示の他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有し、各々が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、前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側の面に、各々が正の屈折力を有する凸面を有する複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像するレンズアレイと、を備え、前記表示体の前記表面と前記複数のレンズの凸面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である。
【０００９】
本開示の他の一態様に係る画像表示装置は、画像を表示する表示体と、前記表示体からの光を反射して虚像として結像する凹面を有するミラーレンズと、前記表示体と前記ミラーレンズとの間に位置し、前記表示体からの光の一部を前記ミラーレンズの方向に透過させ、前記ミラーレンズ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、前記表示体の表面と前記ミラーレンズの凹面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様に係る画像表示装置によれば、光源から像を形成するレンズまでの界面で発生する迷光が抑えられた高精細な画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態１の画像表示装置における表示体、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、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３Ａ】図３Ａは、実施形態１における表示体、レンズ、接合体、および透明固体の第１の構成例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施形態１における表示体、レンズ、接合体、および透明固体の第２の構成例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態１における表示体、レンズ、接合体、および透明固体の第３の構成例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態１の変形例を示す立体図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施形態２の画像表示装置における表示体、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５Ｂ】図５Ｂは、実施形態２の変形例における画像表示装置の表示体、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６】図６は、実施形態３の画像表示装置における表示体、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７】図７は、実施形態３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８】図８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９】図９は、検討例の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１０】図１０は、検討例の表示体、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１１】図１１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１２】図１２は、検討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１３】図１３は、検討例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１４】図１４は、他の検討例における表示体、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１５Ａ】図１５Ａは、検討例の表示体の発光面から出た光が、表示体表面において透過する光と、反射した光が発光面下部の金属層に反射して再度透過する光とに分けられることを説明する模式図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、検討例の構成において、表示体表面で反射した光によって表示画像が多重になることを説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明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。
【００１３】
特許文献１の３次元画像表示装置によれば、ユーザーの目のピント（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、本発明者らは、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）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。
【００１４】
（検討例）
図９および図１０は、検討例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９および図１０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個以上であればよい。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４に向かう方向）に相当する。
【００１５】
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１０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。
【００１６】
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、複数の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。なお、図９には、画像１ａ〜１ｄのうち、画像１ａ、１ｂのみが描かれている。ユーザー４から見て画像１ａ、１ｂの右側に、画像１ｃ、１ｄもそれぞれ形成される。
【００１７】
図１１は、表示体１に表示される画像の元画像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、ピクセル１１ａ（丸で表示）は一つ置きに並んでいる。同様に、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）も、もそれぞれ一つ置きに並んでいる。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。
【００１８】
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や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。
【００１９】
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１０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。画像１ａ〜１ｄ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。画像１ａ〜１ｄの虚像は互いに重なって表示画像５を形成する。表示画像５は表示画像５ａ〜５ｄによって構成される。表示画像５ａ〜５ｄは、それぞれ画像１ａ〜１ｄの虚像である。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（図１０において、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、表示画像５の並びは元画像１１のピクセルの並びと同じになる。
【００２０】
ここで、図１２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１２（ａ）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。
【００２１】
図１２（ｂ）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。
【００２２】
なお、レンズ３ａ〜３ｄは、必ずしも隣接しなくてもよい。図１３（ａ）、（ｂ）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１３（ｃ）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１３（ｃ）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１３（ｂ）、（ｃ）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。
【００２３】
この場合も、図１３（ａ）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１３（ｂ）、（ｃ）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。
【００２４】
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１）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１）ｈ１／ｈ２＝（ｂ−ａ）／ｂ
【００２５】
（式１）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１１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。
【００２６】
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。本検討例では、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１つのレンズを用いて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。
【００２７】
次に、他の検討例を説明する。
【００２８】
図１４は、４行４列に配列された１６個の分割領域において、焦点距離ｆａのレンズ３ａ〜３ｄと、ｆａとは異なる焦点距離ｆｂをもつレンズ３’ａ〜３’ｄを配置した場合の構成例を示す図である。ここで、レンズ３ａ〜３ｄ、３’ａ〜３’ｄの各々の焦点距離は、上記の様に、従来の構成におけるレンズの焦点距離よりも短い。各レンズ３ａ〜３ｄ、３’ａ〜３’ｄと表示体１との距離をａとすると、焦点距離ｆａ、ｆｂは、それぞれｆａ＞ａ、ｆｂ＞ａの関係を満たしている。レンズ３ａ〜３ｄは、それぞれが対応する分割領域２ａ〜２ｄに表示された画像１ａ〜１ｄを、以下の（式２）で定まる距離ｂａだけレンズ３ａ〜３ｄから−ｚ方向に離れた位置に、虚像５として結像させる。レンズ３’ａ〜３’ｄは、分割領域２’ａ〜２’ｄに表示された画像１’ａ〜１’ｄを、以下の（式３）で定まる距離ｂｂだけレンズ３’ａ〜３’ｄから−ｚ方向に離れた位置に虚像５’として結像させる。
（式２）ｂａ＝ｆａ×ａ／(ｆａ−ａ)
（式３）ｂｂ＝ｆｂ×ａ／(ｆｂ−ａ)
【００２９】
ｆｂはｆａとは異なるので、表示画像５と５’が形成される位置も、表示体１の厚さ方向Ｌ（ｚ方向）において異なる。すなわち、ユーザー４の目のピント（焦点）は、表示画像５と５’の位置に合わせられる。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５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５’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。
【００３０】
なお、この例におけるレンズ３ａ〜３ｄとレンズ３’ａ〜３’ｄとの組み合わせは、異なる焦点距離をもつレンズの組み合わせの一例にすぎない。レンズアレイ３を、焦点距離がそれぞれ異なる３つ以上のレンズ群に分けてもよい。また、各レンズ群における同じ焦点距離をもつ複数のレンズの組み合わせおよび配列の態様も上記の例に限定されない。
【００３１】
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。
【００３２】
本検討例では、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線が交差する位置とが一致するので、ユーザー４への視覚負担が少ない。
【００３３】
なお、本検討例では、光を屈折させるレンズアレイを用いて説明したが、これらは複数の分割領域に対応して配置され、各々が複数の分割領域からの光を反射して虚像を形成する複数のミラーレンズのアレイとしてもよい。
【００３４】
以上、従来技術を改良した検討例を説明した。しかしながら、これらの検討例では元画像１１を高精細に表示できない課題があった。図１５Ａおよび図１５Ｂを参照しながらこの課題を説明する。
【００３５】
図１５Ａは、表示体１の発光面を構成する一つの点光源Ｘから出た光の光路を示している。点光源Ｘから出た光は表示体１の表面で透過する光Ｔ０（実線）と反射する光（破線）に分離される。表示体１の表面の界面は、一般的に、ガラスと空気との界面であり、光が垂直に入射する場合、入射光の４％以上が反射成分となる。表示体１の表面で反射した光は発光面下部にある金属層１ｍで反射した後、再び表示体１の表面に到達し、その一部の光Ｔ１が透過する。光Ｔ１は歪むことなく表示体１の表面から射出され、光Ｔ０とほぼ同じ広がりでレンズ３に入射する。光Ｔ０と光Ｔ１とは、表示体の厚みの倍に相当する光路差を有する。したがって、図１５Ｂに示すように、表示体に表示される１つの画像１ａは、異なる複数の距離（図中のｂとｂ’）に結像し、複数の表示画像（図中の表示画像５ａと５ａ’）を形成する。表示画像５ａ’は、本来不要な像（ゴースト）であり、表示画像５ａの画質を低下させる原因となる。このような課題に対して、一般的に、表示体１の表面に誘電体による反射防止膜が成膜される。しかしながら、このような膜を付与したとしても、反射成分は１％程度残存する。このとき、表示画像５ａと５ａ’の輝度比は１００：１となる。ヒトがもつダイナミックレンジ（８０ｄＢ程度）を考慮すると、ゴーストをユーザー４に視認させないためには、表示体１の表面で反射する光量をさらに抑える必要があった。
【００３６】
本発明者らは、この検討例の課題を解決し、より鮮明な画像の表示を可能にする新規な構成に想到した。
【００３７】
本開示は、以下の項目に記載の画像表示装置を含む。
【００３８】
［項目１］
２次元に配列された複数の発光エレメントを有し、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、
複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が、前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像する、第１のレンズアレイと、
前記表示体と前記第１のレンズアレイとの間において前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側に各々が正の屈折力を有する複数の凸面を有し、前記複数の凸面の各々が前記複数の領域の１つに対応して位置する第２のレンズアレイと、
を備える、画像表示装置。
【００３９】
［項目２］
前記表示体の前記表面と前記複数の凸面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である、項目１に記載の画像表示装置。
【００４０】
［項目３］
前記第２のレンズアレイと前記表示体とを接合する接合体をさらに備え、
前記接合体と前記第２のレンズアレイとの境界面、および前記接合体と前記表示体との境界面におけるＤ線の屈折率差が０．１以下である、項目２に記載の画像表示装置。
【００４１】
［項目４］
前記第２のレンズアレイと前記表示体との間に位置し、可視光域の透過率が８０％以上の透明固体と、
前記透明固体と前記表示体とを接合する第１の接合体と、
前記透明固体と前記第２のレンズアレイとを接合する第２の接合体と、
をさらに備え、
前記第１の接合体と前記透明固体との境界面、前記第１の接合体と前記表示体との境界面、前記第２の接合体と前記透明固体との境界面、および前記第２の接合体と前記第２のレンズアレイとの境界面におけるＤ線の屈折率差が０．１以下である、項目２に記載の画像表示装置。
【００４２】
［項目５］
２次元に配列された複数の発光エレメントを有し、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、
前記表示体の表面に位置し、前記表示体の側とは反対の側の面に、各々が正の屈折力を有する凸面を有する複数のレンズを有し、前記複数のレンズの各々が前記複数の領域の１つに対応して位置し、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像し表示画像を形成するレンズアレイと、を備え、
前記表示体の前記表面と前記複数のレンズの凸面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である、画像表示装置。
【００４３】
［項目６］
前記表示体と前記レンズアレイとの間に位置する透明固体と、
前記透明固体と前記表示体とを接合する第１の接合体と、
前記透明固体と前記レンズアレイとを接合する第２の接合体と、
をさらに備え
前記第１の接合体と前記透明固体との境界面、前記第１の接合体と前記表示体との境界面、前記第２の接合体と前記透明固体との境界面、および前記第２の接合体と前記レンズアレイとの境界面におけるＤ線の屈折率差が０．１以下である、項目５に記載の画像表示装置。
【００４４】
［項目７］
画像を表示する表示体と、
前記表示体からの光を反射して虚像として結像する凹面を有するミラーレンズと、
前記表示体と前記ミラーレンズとの間に位置し、前記表示体からの光の一部を前記ミラーレンズの方向に透過させ、前記ミラーレンズ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、
前記表示体の表面と前記ミラーレンズの凹面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下である、画像表示装置。
【００４５】
［項目８］
前記ミラーレンズは、前記凹面の回転対称軸が前記凹面を通る光軸と略平行である、項目７に記載の画像表示装置。
【００４６】
［項目９］
前記表示体は、２次元に配列された複数の発光エレメントを有し、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し、
前記ミラーレンズは、複数の凹面を有し、
前記複数の凹面の各々は前記複数の領域の１つに対応して配置され、前記複数の領域の各々に表示された画像を実像または虚像として結像する、項目７に記載の画像表示装置。
【００４７】
［項目１０］
前記複数の領域に表示される画像の実像または虚像は、それぞれが互いに補間される位置に形成される、項目１、５、９のいずれかに記載の画像表示装置。
【００４８】
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、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００４９】
（実施形態１）
図１および図２は、実施形態１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、第１のレンズアレイ３と、第２のレンズアレイ６と、を備えている。本実施形態では、画像表示装置１０が第２のレンズアレイ６を備えている点で、検討例とは異なる。第２のレンズアレイ６を設けることにより、表示画像の画質の低下を抑制できる。この点を除き、本実施形態の構成は、検討例の構成と同じである。したがって、以下では、重複する内容についての説明を省略する場合がある。
【００５０】
表示体１は、例えば、透過型の液晶ディスプレイや、反射型の液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどである。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、および四角形で表示）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、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であり得る。
【００５１】
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。
【００５２】
第１のレンズアレイ３は、表示体１の表面に近接して配置される。第１のレンズアレイ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。レンズ３ａ〜３ｄは、対応する分割領域２ａ〜２ｄに表示された画像をそれぞれ実像または虚像として結像する。
【００５３】
第２のレンズアレイ６は、表示体１と第１のレンズアレイ３との間に位置する。第２のレンズアレイ６は、表示体１の表面に位置する。「表面に位置する」とは、表面に媒体物質を介して接合されている状態を含む。第２のレンズアレイ６は、表示体１の側とは反対側の面に複数の凸面を有する。複数の凸面の各々は、表示体１からの光のうち透過成分に対して正の屈折力を有する。第１のレンズアレイ３と同様に、複数の凸面のうち、凸面６ａ〜６ｄが、分割領域２ａ〜２ｄにそれぞれ対応して位置する。複数の凸面は、全て同じ形状であってもよいし、部分的に、あるいは全て異なる形状であってもよい。
【００５４】
レンズ３ａ〜３ｄとそれらに対応する凸面６ａ〜６ｄとから成る光学系の焦点距離（＝ｆ）は全て同じである。例えば、レンズ３ａ及びレンズ３ａに対応する凸面６ａからなる光学系の焦点距離と、レンズ３ｂ及びレンズ３ｂに対応する凸面６ｂからなる光学系の焦点距離とは、同じである。また、各光学系の主面と表示体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、第１のレンズアレイ３および第２のレンズアレイ６による光学系は、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。
【００５５】
（式１）に従って、各光学系の中心と各分割領域に表示された画像の中心との位置関係を変化させることにより、表示画像の位置を自由に調整できる。これにより、分割領域２ａ〜２ｄに表示された画像の実像または虚像は、同一像面上で互いに補間される位置に結像される。その結果、図１１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。
【００５６】
第２のレンズアレイ６による効果を説明する。第２のレンズアレイ６の複数の凸面は、空気層との界面において、表示体１からの光の透過成分に対して正の屈折力を有し、反射成分に対して負の屈折力を有する。したがって、第２のレンズアレイ６の凸面によって透過成分は集光されて第１のレンズアレイ３に入射する。一方、反射成分は拡散された後、表示体１を反射し、第２のレンズアレイ６から空気層に透過して第１のレンズアレイ３に入射する。これにより、透過成分の光量を大きく犠牲にせずに、反射成分によるゴーストを目立たなくできる。
【００５７】
画像表示装置１０は、図３Ａに例示するように、表示体１と第２のレンズアレイ６とを接合する接合体７をさらに備えてもよい。接合体７を介することにより、表示体１の表面から第２のレンズアレイ６までの屈折率の変化を緩やかにできるため反射が抑制される。
【００５８】
接合体７には、第２のレンズアレイ６に使用される材料と、表示体１の表面に使用される材料のそれぞれに対して、Ｄ線（即ち、約５９０．０ｎｍおよび約５８９．６ｎｍの光線）の屈折率差が０．１以下となる材料が選択され得る。また、可視光域の透過率が８０％以上の透明材料が選択され得る。接合体７は、例えば紫外線硬化樹脂である。本開示において「可視光域の透過率が８０％以上」とは、３８０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長域のうち透過率が８０％以上の波長域が半分以上占めることを言う。
【００５９】
さらに、第２のレンズアレイ６の凸面側には、誘電体多層膜による反射防止膜を設けてもよい。これら２つの相乗効果によってゴーストは大幅に改善できる。このようにして、画像表示装置１０は高精細な画像を表示できる。
【００６０】
光学系は、上記の構成に限らない。図３Ｂは、表示体１と第２のレンズアレイ６との間に、透明固体９を備える構成を示している。透明固体９は、接合体７を介して表示体１および第２のレンズアレイ６に接合される。透明固体９を備えることにより、表示体１と第２のレンズアレイ６との光学的距離の設計自由度を向上させることができる。
【００６１】
透明固体９には、例えば可視光域の透過率が８０％以上の材料が選択される。透明固体９は、例えば無機ガラスや樹脂である。
【００６２】
接合体７には、第２のレンズアレイ６、表示体１の表面、および透明固体９にそれぞれ使用される材料に対して、Ｄ線の屈折率差が０．１以下となる材料が選択され得る。また、接合体７には、可視光域の透過率が８０％以上の透明材料が選択され得る。接合体７は、例えば紫外線硬化樹脂である。
【００６３】
図３Ａおよび図３Ｂに示す構成では、表示体１の表面と第２のレンズアレイ６の凸面との間の媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下であり得る。ここで「屈折率が変化する境界面」とは、当該媒質に接する他の物質（この例では表示体１の表面および第２のレンズアレイ６の凸面）との間の境界面を意味する。このような構成により、表示体１からの光が凸面に到達するまでに反射される成分を抑制できる。
【００６４】
図３Ｃは、図３Ｂから第１のレンズアレイ３を除いた構成例を示している。この例における光学系は、第２のレンズアレイ６の凸面だけで像を形成するように設計されている。このような構成により、簡易な光学系で、反射成分によるゴーストを抑制できる。
【００６５】
図３Ｃに示す構成でも、表示体１の表面から第２のレンズアレイ６の凸面までの媒質は、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下であってもよい。これにより、表示体１からの光が凸面に到達するまでに反射する成分を抑制できる。
【００６６】
第１のレンズアレイ３及び第２のレンズアレイ６から成る光学系は、分割領域ごとに異なる焦点距離をもつ組み合わせを含んでいてもよい。あるいは、表示体２から各光学系の主面までの距離が異なる組み合わせを含んでいてもよい。図４は、４×４の分割領域２のうち、分割領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対応する光学系の焦点距離をｆａとし、分割領域２’ａ、２’ｂ、２’ｃ、２’ｄに対応する光学系の焦点距離をｆａとは異なる値ｆｂ（図４に示す例では、ｆａ＜ｆｂ）としたときの画像表示装置１０を模式的に示す図である。分割領域２ａ〜２ｄと２’ａ〜２’ｄ以外の分割領域に対応する各光学系は、ｆａ、ｆｂとは異なる焦点距離にしてもよいし、ｆａ、ｆｂの一方と同じ焦点距離にしてもよい。図４においては、分割領域２ａ〜２ｄと２’ａ〜２’ｄ以外の分割領域に表示される画像については省略している。
【００６７】
このような構成により、分割領域２ａ〜２ｄに対応する光学系によって形成される画像５ａ〜５ｄと、分割領域２’ａ〜２’ｄに対応する光学系によって形成される画像５ａ’〜５ｄ’は、ｚ方向に異なる位置に形成される。表示体１の厚さ方向Ｌ（ｚ方向）において異なる位置に表示画像が形成されるので、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５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５’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。
【００６８】
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、高精細な立体画像を知覚することができる。
【００６９】
（実施形態２）
図５Ａは、実施形態２における画像表示装置１０を模式的に示す断面図である。この画像表示装置１０は、ビームスプリッタ８と、透明固体９と、接合体７と、ミラーレンズ３１とを備える。
【００７０】
表示体１は、例えば、透過型の液晶ディスプレイや、反射型の液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどであり、２次元の画像を形成して表示することができる。
【００７１】
ミラーレンズ３１は、表示体１の表示面と対向する位置に一つの凹面を有する。ミラーレンズ３１の凹面は、表示体１からの光を反射して虚像として結像する。ミラーレンズ３１の凹面の回転対称軸は、当該凹面を通る光軸と略平行である。この構成により、ユーザー４が表示画像５と外界景色を重畳させて見る場合、外界景色はレンズ面を介さないために歪むことがない。
【００７２】
ビームスプリッタ８は、表示体１とミラーレンズ３１との間に位置する。ビームスプリッタ８は、表示体１から入射する光の一部をミラーレンズ３１の方向に透過する。また、ミラーレンズ３１からの反射光として入射する光の一部をユーザー４の観察眼の方向に反射する。このようにして、表示映像５をユーザー４に視認させることができる。
【００７３】
透明体９は、表示体１の表示面と、ミラーレンズ３１との間に位置する。透明体９は、接合体７によって表示体１とミラーレンズ３１とに接合されている。
【００７４】
接合体７には、表示体１の表示面、ミラーレンズ３１および透明固体９にそれぞれ使用される材料に対して、Ｄ線の屈折率差が０．１以下となる材料が選択され得る。また、接合体７には、可視光域の透過率が８０％以上の透明材料が選択され得る。接合体７は、例えば紫外線硬化樹脂である。
【００７５】
ビームスプリッタ８は透明固体９の内部にあってもよいし、透明固体９とミラーレンズ３１の界面にあってもよい。
【００７６】
表示体１とミラーレンズ３１との間の媒質は上記の構成に限らない。例えば、図５Ｂに示すように、接合体７を省略してもよい。本実施の形態の構成においては、表示体１の表示面からミラーレンズ３１の凹面までの媒質が、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下であればよい。この構成により、表示体１からミラーレンズ３１の反射面までの反射成分が抑制される。
【００７７】
また、ミラーレンズ３１の凹面（反射面）を透過する成分はビームスプリッタ８に再び入射しないため、ゴーストの要因とならない。これにより、表示体表面で起こる反射を原因とするゴーストは大幅に改善できる。このようにして、画像表示装置１０は高精細な画像を表示することができる。
【００７８】
（実施形態３）
図６は、実施形態３における画像表示装置１０を模式的に示す断面図である。実施形態３にかかる画像表示装置１０は、ビームスプリッタ８と、透明固体９と、接合体７と、ミラーレンズアレイ３０とを備える。
【００７９】
図７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、および四角形で表示）を有する。本実施形態では、ｘ方向に１６個、ｙ方向に１６個の合計２５６個の発光エレメントが配列されている。合計２５６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。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、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であり得る。
【００８０】
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、複数の分割領域に分割されている。図７は、それら分割領域の一部である、２ａ〜２ｄ、２’ａ〜２’ｄを例示している。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。８個の分割領域２ａ〜２ｄ、２’ａ〜２’ｄ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、１’ａ〜１’ｄを表示する。
【００８１】
なお、図７では、分割領域２ａ〜２ｄと２’ａ〜２’ｄ以外の分割領域に表示される画像についての記載は省略している。また、分割領域２ａ〜２ｄと２’ａ〜２’ｄの配列の組み合わせも上記の例に限定されない。
【００８２】
ミラーレンズアレイ３０は、表示体１の表示面と対向する位置に複数の凹面３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０’ａ、３０’ｂ、３０’ｃ、３０’ｄを有する。複数の凹面は、表示体１からの光を反射して虚像として結像するミラーレンズである。複数の凹面３０ａ〜３０ｄ、３０‘ａ〜３０’ｄは、分割領域２ａ〜２ｄ、２’ａ〜２’ｄにそれぞれ対応して位置する。
【００８３】
ビームスプリッタ８は、表示体１とミラーレンズアレイ３０との間に位置する。ビームスプリッタ８は、表示体１から入射する光の一部をミラーレンズアレイ３０の方向に透過する。また、ミラーレンズアレイ３０からの反射光として入射する光の一部をユーザー４の観察眼の方向に反射する。このようにして、表示映像５をユーザー４に視認させることができる。
【００８４】
透明体９は、表示体１の表示面とミラーレンズアレイ３０との間に位置する。透明体９は、接合体７によって表示体１とミラーレンズアレイ３０とに接合されている。
【００８５】
接合体７には、表示体１の表示面、ミラーレンズアレイ３０および透明固体９にそれぞれ使用される材料に対して、Ｄ線の屈折率差が０．１以下となる材料が選択され得る。また、接合体７には、可視光域の透過率が８０％以上の透明材料が選択され得る。接合体７は、例えば紫外線硬化樹脂である。
【００８６】
ビームスプリッタ８は透明固体９の内部にあってもよいし、透明固体９とミラーレンズ３１の界面にあってもよい。
【００８７】
表示体１とミラーレンズ３０との間の媒質は上記の構成に限らない。本実施の形態の構成においては、表示体１の表示面からミラーレンズアレイ３０の凹面までの媒質が、可視光域の透過率が８０％以上であり、屈折率が変化する境界面においてＤ線の屈折率差が０．１以下であればよい。この構成により、表示体１からミラーレンズアレイ３０の反射面までの反射成分が抑制される。
【００８８】
ミラーレンズアレイ３０の凹面（反射面）を透過する成分はビームスプリッタ８に再び入射しないため、ゴーストの要因とならない。これにより、表示体表面で起こる反射を原因とするゴーストは大幅に改善できる。このようにして、画像表示装置１０は高精細な画像を表示することができる。
【００８９】
本実施形態におけるミラーレンズ（凹面）３０ａ〜３０ｄの焦点距離（＝ｆａ）は全て同じである。分割領域ごとの光学系主面と表示体１０との距離をａとすると、ｆａ＞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５ａ〜５ｂとして結像させる。
【００９０】
同様に、ミラーレンズ３０’ａ〜３０’ｄの焦点距離（＝ｆｂ）は全て同じである。分割領域ごとの光学系主面と表示体１０との距離をａとすると、ｆｂ＞ａの関係を満たしている。したがって、ミラーレンズ３０‘ａ〜３０’ｄは、分割領域２’ａ〜２’ｄにそれぞれ表示された画像１’ａ〜１’ｄを虚像５’ａ〜５’ｂとして結像させる。
【００９１】
なお、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄと３０’ａ〜３０’ｄ以外のミラーレンズは、ｆａ、ｆｂとは異なる焦点距離にしてもよいし、ｆａ、ｆｂの一方と同じ焦点距離にしてもよい。
【００９２】
（式１）に従って、ミラーレンズ３０ａ〜３０ｄ、３０’ａ〜３０’ｄまたは表示体１をｘ、ｙ、ｚ方向に移動させて各レンズの中心と各分割領域に表示された画像の中心との位置関係を変化させることにより、表示画像の位置を自由に調整できる。これにより、分割領域２ａ〜２ｄ、２’ａ〜２’ｄに表示された画像の虚像は、同一像面上で互いに補間される位置に結像される。その結果、図１１に示す元画像１１と同じピクセル配列の表示画像５、５’を形成することができる。
【００９３】
ｆａ≠ｆｂとすることで、分割領域２ａ〜２ｄに対応する光学系によって形成される画像５ａ〜５ｄと、分割領域２’ａ〜２’ｄに対応する光学系によって形成される画像５ａ’〜５ｄ’は、ｚ方向に異なる位置に形成される。表示体１の厚さ方向Ｌ（ｚ方向）において異なる位置に表示画像が形成されるので、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５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５’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。
【００９４】
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。このようにして、ユーザー４は、高精細な立体画像を知覚することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本開示の技術は、高精細な画像を表示できる画像表示装置として有用である。
【符号の説明】
【００９６】
１                        表示体
１ａ〜１ｄ、１’ａ〜１’ｄ       表示面上の画像
１ｍ                      表示体の発光面下部にある金属層
２                        表示面上の基本領域
２ａ〜２ｄ、２’ａ〜２’ｄ       表示面上の分割領域
３                        第１のレンズアレイ
３ａ〜３ｅ、３’ａ〜３’ｄ       分割領域に対応するレンズ
４                        ユーザー
５ａ〜５ｄ、５’ａ〜５’ｄ       虚像として表示される画像
６                        第２のレンズアレイ
６ａ〜６ｄ                凸面
７                        接合体
８                        ビームスプリッタ
９                        透明固体
１０                      画像表示装置
３０                      ミラーレンズアレイ
３０ａ〜３０ｄ            ミラーレンズ
３１                      ミラーレンズ
Ｔ０                      表示体表面で透過する光
Ｔ１                      表示体表面で１回反射した後、透過する光
【図１】
2016184006.tif 000003
【図２】
2016184006.tif 000004
【図３Ａ】
2016184006.tif 000005
【図３Ｂ】
2016184006.tif 000006
【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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