表示装置
【課題】実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、表示部と、結像素子と、第１反射部と、を備えた表示装置が提供される。前記表示部は、光を出射する。前記結像素子は、主面を有し、物体の実像を、前記主面を対称面とした前記物体の対称位置に結像する。前記結像素子は、前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記表示部と重ならない部分を有する。前記第１反射部は、前記主面と対向する部分を有し、前記表示部から出射した前記光を反射して前記結像素子の前記表示部と重ならない前記部分に入射させる。
【解決手段】実施形態によれば、表示部と、結像素子と、第１反射部と、を備えた表示装置が提供される。前記表示部は、光を出射する。前記結像素子は、主面を有し、物体の実像を、前記主面を対称面とした前記物体の対称位置に結像する。前記結像素子は、前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記表示部と重ならない部分を有する。前記第１反射部は、前記主面と対向する部分を有し、前記表示部から出射した前記光を反射して前記結像素子の前記表示部と重ならない前記部分に入射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
素子面に入射した光の方向ベクトルの素子面内方向成分のみが再帰性反射と同等の作用を受け、それ以外の成分は保存される素子が考えられる。このような素子は、素子面に対して面対称の位置に実像を結像する。この素子を用いることで、素子面から離れた位置に実像を形成することができ、空中に浮かんでいるかのような映像を提示することができる。実像の浮遊量を増大できる実用的な構成が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、表示部と、結像素子と、第１反射部と、を備えた表示装置が提供される。前記表示部は、光を出射する。前記結像素子は、主面を有し、物体の実像を、前記主面を対称面とした前記物体の対称位置に結像する。前記結像素子は、前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記表示部と重ならない部分を有する。前記第１反射部は、前記主面と対向する部分を有し、前記表示部から出射した前記光を反射して前記結像素子の前記表示部と重ならない前記部分に入射させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的平面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、光学素子の特性を示す模式図である。
【図４】表示装置に用いられる素子の動作を示す模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式的斜視図である。
【図７】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的平面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る別の表示装置の特性を示す模式的断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１５】第３の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１７】第４の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１８】第５の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１９】第６の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的平面図である。
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０は、結像素子１０と、表示部２０と、第１反射部３１と、を含む。
【０００９】
この例では、表示部２０は、結像素子１０と並置される。表示部２０は、光８０を出射する。光８０は、画像６１を含む。ここで、表示部２０とは別に光源が設けられ、光源から放出された光を表示部２０が反射し、表示部２０から表示部２０の外部に向けて光が進む場合も、表示部２０が光を出射することに含まれるものとする。
【００１０】
第１反射部３１は、結像素子１０に対向する部分３０ａを少なくとも含む。第１反射部３１は、表示部２０から出射した光８０を反射して、結像素子１０に入射させる。
【００１１】
結像素子１０は、主面１０ａを有している。結像素子１０は、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに表示部２０と重ならない部分を有する。この例では、結像素子１０は、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに、表示部２０と重ならない。例えば、表示部２０は、主面１０ａの法線に対して非平行な方向において結像素子１０と並ぶ。この例では、表示部２０は、主面１０ａに対して平行な方向において結像素子１０と並ぶ。ただし、後述するように、表示部２０の配置は、種々の変形が可能である。なお、本願明細書において、複数の要素どうしの位置の関係は、例えば、複数の要素のそれぞれの重心どうしの位置の関係により規定する。第１反射部３１は、表示部２０から出射した光８０を反射して、結像素子１０の、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに表示部２０と重ならない部分に入射させる。
【００１２】
例えば、空間内に第１領域ｒ１と第２領域ｒ２とが設けられる。第１領域ｒ１と第２領域ｒ２とは、層状である。第１領域ｒ１は、空間内の１つの平面に対して平行な層状である。第２領域ｒ２は、第１領域ｒ１と平行に設けられる。すなわち、第２領域ｒ１もその平面に対して平行な層状である。
【００１３】
この例では、結像素子１０は、第１領域ｒ１内に設けられる。結像素子１０は、主面１０ａを有する。例えば、主面１０ａは、第１領域ｒ１の層の面に対して実質的に平行である。ただし、実施形態はこれに限らず、主面１０ａは、第１領域ｒ１の層の平面に対して傾斜していても良い。
【００１４】
この例では、表示部２０は、第１領域ｒ１内に設けられている。すなわち、表示部２０は、第１領域ｒ１内において結像素子１０と並置される。例えば、表示部２０は、光８０を出射する表示面２０ｄを有する。表示面２０ｄは、例えば平面状である。表示面２０ｄは、例えば、第１領域ｒ１の層の面に対して実質的に平行である。ただし、実施形態はこれに限らず、表示面２０ｄは、第１領域ｒ１の層の平面に対して傾斜していても良い。この例では、表示部２０は、結像素子１０と同じ平面内に設けられている。ただし、実施形態はこれに限らず、表示部２０は、結像素子１０が設けられる平面とは異なる平面内に設けられても良い。
【００１５】
第１反射部３１は、第２領域ｒ２内に設けられる。例えば、第１反射部３１の反射面は、結像素子１０の主面１０ａに対して実質的に平行に配置される。
【００１６】
例えば、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離は、距離制御部７３（例えばスペーサなど）により制御される。第１反射部３１と結像素子１０との間の距離は、固定でも良く、また、可変でも良い。すなわち、表示装置１１０は、第１反射部３１と表示部２０と間の距離、及び、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離の少なくともいずれかを変化させる距離制御部７３をさらに含むことができる。
【００１７】
表示部２０の表示面２０ｄには、例えば画像６１が形成される。また、表示部２０の画像６１は、物体６２でも良い。
【００１８】
画像６１は、第１反射部３１で反射し、画像６１を含む光８０は、光路８５に沿って進行し、結像素子１０に入射する。結像素子１０は、光８０に基づく実像４０を結像する。実像４０は、結像素子１０の第１反射部３１とは反対側の位置に配置される。観視者からみると、実像４０は、結像素子１０の上方（表示部２０の上方）に浮いているように知覚される。
【００１９】
このように、実像４０と第１反射部３１との間に、結像素子１０（及び表示部２０）が配置される。すなわち、実像４０と第２領域ｒ２との間に第１領域ｒ１が配置される。
【００２０】
ここで、説明の便宜上、第１領域ｒ１及び第２領域ｒ２の層面に対して平行な平面をＸ−Ｙ平面とする。例えば、結像素子１０の主面１０ａは、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。Ｘ−Ｙ平面に対して平行な１つの軸をＸ軸とする。Ｘ−Ｙ平面に対して平行でＸ軸に対して垂直な軸をＹ軸とする。Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な軸をＺ軸とする。
【００２１】
ここで、第１反射部３１と結像素子１０との間のＺ軸に沿った距離を第１距離Ｌ１とする。結像素子１０と実像４０との間のＺ軸に沿った距離を第２距離Ｌ２とする。表示装置１１０の厚さは、第１距離Ｌ１に依存する。第２距離Ｌ２は、実像４０の浮き上がっている高さに相当する。
【００２２】
図２に表したように、結像素子１０は、第１領域ｒ１内において、表示部２０を取り囲むように、表示部２０と並置されている。例えば、結像素子１０は、主面１０ａに対して平行な面内において表示部２０を囲む。この例のように、結像素子１０が表示部２０を取り囲む場合、実像４０は、表示部２０の周りの種々の観察方向８６から視認できる。
【００２３】
ただし、実施形態においては、後述するように、結像素子１０は、表示部２０の少なくとも１つの部分に沿って設けられれば良い。なお、図２に示した例では、表示部２０の１つの辺はＸ軸に対して平行である。表示部の別の辺は、Ｙ軸に対して平行である。
【００２４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、光学素子の特性を例示する模式図である。
図３（ａ）は、本実施形態に係る結像素子１０の特性を例示している。図３（ｂ）は、光学素子の１つである鏡の特性を例示している。
【００２５】
図３（ｂ）に表したように、鏡１９に物体４５が並置されている。このとき、鏡１９は物体４５からの光を鏡１９の面で反射する。このため、鏡１９で形成される像は、虚像４２である。
【００２６】
一方、図３（ａ）に表したように、結像素子１０に物体４５が並置された場合は、結像素子１０で形成される像は、実像４１である。
【００２７】
鏡１９の場合も、結像素子１０の場合も、形成される像は、素子面（鏡１９の面、または、結像素子１０の主面１０ａ）に対して、物体４５と面対称である。鏡１９は虚像４２を形成するのに対して、結像素子１０は実像４１を形成する。
【００２８】
すなわち、図３（ａ）に表したように、結像素子１０は、主面１０ａを有している。結像素子１０は、主面１０ａを対称面とした物体４５の対称位置４５ｐに、物体４５の実像４１を結像する。
【００２９】
このような結像素子１０の動作の例について説明する。
図４は、表示装置に用いられる素子の動作を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、結像素子１０に対向して画像６１（または物体６２）を配置する。すなわち、図４に示した状態は、画像６１の位置に表示部２０を配置した状態に相当する。この構成においては、画像６１から出射した光８０は、結像素子１０でその方向を変換し、実像４０が結像される。実像４０の位置は、画像６１の、結像素子１０の主面１０ａに対して面対称の位置である。結像素子１０は、再帰性実像結像素子として機能する。
【００３０】
このとき、結像素子１０と画像６１との距離Ｌ１ａは、結像素子１０と実像４０との距離Ｌ２ａと同じである。ここで距離Ｌ２ａの高さで浮遊する実像４０を形成するためには、結像素子１０と画像６１との距離Ｌ１ａを、距離Ｌ２ａと同じにする。この構成においては、結像素子１０と画像６１との距離Ｌ１ａ（すなわち、結像素子１０と表示部２０との間の第１距離Ｌ１に相当する）は、長くなる。
【００３１】
このように、図４に例示した構成においては、実像４０と結像素子１０の間の距離Ｌ２ａ（すなわち実像の浮遊量）を増大させようとすると、画像６１と結像素子１０との間の距離Ｌ１ａも同じだけ長くする必要があり、表示装置は、非常に大きな体積を必要とする。
【００３２】
このとき、図４に例示したように、結像素子１０と画像６１との間に、光路８５の折りたたみ面３５を挿入する。具体的には、第１反射部３１を挿入する。
【００３３】
図５は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
図５に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０においては、上記の折りたたみ面３５の位置に第１反射部３１を設ける。これにより、画像６１の虚像は、第１反射部３１（折りたたみ面３５）に対して対称な位置に結像される。さらに、画像６１の虚像は、結像素子１０に対して対称な位置に実像として結像される。
【００３４】
これにより、結像素子１０との間の第１距離Ｌ１は、結像素子１０と実像４０との間の第２距離Ｌ２よりも短くなる。具体的には、第１距離Ｌ１（表示装置１１０の厚さに相当する）は、第２距離Ｌ２の１／２になる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、実像４０の浮遊量を増大し第２距離Ｌ２を長くしても、表示装置１１０の厚さ（第１距離Ｌ１）を小さく維持できる。すなわち、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置が提供できる。
【００３６】
このように、本実施形態においては、第１反射部３１により光路８５を画像６１の側で折りたたむことにより、薄い表示装置を実現することができる。
【００３７】
図６は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的斜視図である。
図６に表したように、結像された実像４０は、結像素子１０を含む平面の上に。浮かぶように形成される。表示部２０の表示面２０ｄは、実像４０が形成される側と反対の方向に配置されており、観視者からは直接見えない。
【００３８】
実施形態において、表示部２０と実像４０との間に、他の物体、映像、模様及び文字などの少なくともいずれかを表示しても良い。
【００３９】
図７は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的平面図である。
図７に表したように、本実施形態に係る表示装置１１１においては、結像素子１０は、表示部２０の周囲の一部に沿って設けられている。この例では、例えば、結像素子１０は、主面１０ａに対して平行な方向に沿って表示部２０を挟む。表示装置１１１の断面構成は、表示装置１１０と同様なので説明を省略する。
【００４０】
表示装置１１１のように、結像素子１０を表示部２０の周囲の一部に沿って配置することで、表示装置１１１の平面的な大きさが縮小できる。結像素子１０を表示部２０の周囲の一部に配置する場合は、実像４０の観察方向８６が限定される。
【００４１】
本実施形態において、表示部２０からの光８０（画像６１の光）のうちで、表示部２０（画像６１）に重ならず結像素子１０に達した光が、実像４０の形成に寄与する。従って、画像６１の光８０を効率よく結像素子１０に導入すれば、光利用効率の低下は抑制できる。なお、光８０のうちで、第１反射部３１で反射した後に再び画像６１に戻ってくる光は、実像４０の形成には寄与しない。
【００４２】
実施形態において、表示部２０から出射された画像６１に相当する光８０は、第１反射部３１で反射した後、結像素子１０に入射する。後述するように、表示部２０から出射した光８０が効率よく結像素子１０に入射するように、表示部２０からの出射光に指向性を持たせることが望ましい。
【００４３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式断面図である。
図８（ａ）に表したように、実施形態に係る別の表示装置１１０ａにおいては、結像素子１０のＺ軸に沿った位置は、表示部２０のＺ軸に沿った位置と異なる。例えば、結像素子１０の主面１０ａのＺ軸に沿った位置は、表示部２０の表示面２０ｄのＺ軸に沿った位置と異なる。
【００４４】
表示装置１１０及び１１０ａにおいては、表示部２０の表示面２０ｄは、主面１０ａに対して平行である。しかし、平行でなくても良い。
図８（ｂ）に表したように、実施形態に係る別の表示装置１１０ｂにおいては、結像素子１０の主面１０ａは、表示部２０の表示面２０ｄと非平行である。なお、表示装置１１０ｂにおいては、第１反射部３１は、主面１０ａに対して平行である。
このような構成を有する表示装置１１０ａ及び１１０ｂにおいても、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供することができる。
【００４５】
表示部２０の表示面２０ｄは、主面１０ａに対して実質的に平行であることが好ましい。これにより、表示装置の厚さが薄くできる。例えば、表示面２０ｄと主面１０ａとの間の角度は、プラスマイナス３０度以下である。表示面２０ｄと主面１０ａとの間の角度は、例えばプラスマイナス２０度以下であることが、装置を薄くする場合には、さらに好ましい。ただし、例えば、物体４５の実像４１を所望の位置に結像させたい場合には、この角度は任意に設定して良い。
【００４６】
第１反射部３１は、主面１０ａに対して実質的に平行である。例えば、第１反射部３１の反射面と主面１０ａとの間の角度は、例えばプラスマイナス１０度以下である。これにより、例えば、表示部２０の像を正しく結像させることができる。この角度は、例えばプラスマイナス５度以下であることがさらに好ましい。
【００４７】
表示装置１１０に関して説明した例では、１回の折りたたみによって実像４０が形成されるが、折りたたみ回数は２回以上でも良い。
図９は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成及び動作を例示する模式断面図である。
図９に表したように、本実施形態に係る表示装置１１２においては、折りたたみ回数が２回である。
【００４８】
すなわち、表示装置１１２は、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１に加え、第２反射部３２をさらに備える。
第２反射部３２は、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに結像素子１０と重ならない部分を有する。例えば、第２反射部３２は、主面１０ａの法線に対して非平行な方向において結像素子１０と並ぶ。この例では、表示部２０は、主面１０ａに対して平行な方向において第１反射部３１と並び、第２反射部３２は、主面１０ａに対して平行な方向において結像素子１０と並ぶ。
【００４９】
結像素子１０は、空間内の平面に対して平行な層状の第１領域ｒ１内に設けられる。第２反射部３２は、第１領域ｒ１内において結像素子１０と並置される。表示部２０は、第１領域ｒ１に対して平行に設けられた層状の第２領域ｒ２内に設けられる。第１反射部３１は、第２領域ｒ２内において表示部２０と並置される。
【００５０】
なお、第２反射部３２は、結像素子１０が設けられる平面内に設けられても良く、異なる平面内に設けられても良い。第１反射部３１は、表示部２０が設けられる平面内に設けられても良く、異なる平面内に設けられても良い。
【００５１】
第２反射部３２は、表示部２０から出射した光８０を反射して第１反射部３１に入射させる。第１反射部３１は、第２反射部３２で反射した光を反射して結像素子１０に入射させる。
【００５２】
このように、この例では、結像素子１０に並ぶように第２反射部３２が配置される。表示部２０は、結像素子１０と対向する第１反射部３１に並ぶように配置される。これにより、画像６１の光８０は、光路８５に沿って進行し、第２反射部３２及び第１反射部３１で反射した後に、結像素子１０を経由して実像４０を形成する。
【００５３】
このとき、第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２の３分の１となる。これにより、より薄い表示装置が実現できる。
【００５４】
なお、画像６１から、第１反射部３１及び第２反射部３２を経由しないで結像素子１０に直接入射する光８１は、目的とする実像４０とは異なる位置に、異なる実像４０ａを形成してしまう。
【００５５】
この例では、表示装置１１２は、表示部２０から出射する光８０のうちで、第１反射部３１（及び第２反射部３２の少なくともいずれか）に入射しないで結像素子１０に入射する光の強度を弱める光制御部７１をさらに備える。光制御部７１は、このような光を、例えば遮光する。また、光制御部７１は、例えば、表示部２０から出射する光８０（画像６１の光８０）の指向性を狭める。これにより、不要な光が結像素子１０に入射することを抑制できる。
【００５６】
この場合も距離制御部７３を設けることができる。距離制御部７３は、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離（第１距離Ｌ１）を変化させることができる。
【００５７】
なお、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１の配置によっては、距離制御部７３は、第１反射部３１と表示部２０と間の距離を変化させても良い。すなわち、距離制御部７３は、第１反射部３１と表示部２０と間の距離、及び、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離の少なくともいずれかを変化させることができる。
【００５８】
図１０は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１０に表したように、表示装置１１２ａにおいては、表示部２０のＺ軸に沿った位置は、第１反射部３１のＺ軸に沿った位置と異なる。第２反射部３２のＺ軸に沿った位置は、結像素子１０のＺ軸に沿った位置と異なる。表示装置１１２ａにおいても、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供することができる。また、表示装置１１２及び１１２ａにおいて、結像素子１０の主面１０ａに対して非平行でも良い。
【００５９】
図１１は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１１に表したように、表示装置１１２ｂは、結像素子１０、表示部２０、第１反射部３１及び第２反射部３２に加え、第３反射部３３をさらに備える。
【００６０】
第３反射部３３は、主面１０ａの法線に沿ってみたときに第１反射部３１と重ならない部分を有する。例えば、第３反射部３３は、主面１０ａの法線に対して非平行な方向において第１反射部３１と並ぶ。この例では、表示部２０は、主面１０ａに対して平行な方向において結像素子１０と並ぶ。第２反射部３２は、主面１０ａに対して平行な方向において表示部２０と並ぶ。第３反射部３３は、主面１０ａに対して平行な方向において第１反射部３１と並ぶ。
【００６１】
このような構成を有する表示装置１１２ｂにおいては、１折りたたみ回数が３回である。このように、折りたたみ回数は任意である。表示装置１１２ｂにおいても、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供することができる。
【００６２】
図１２は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１２に表したように、本実施形態に係る表示装置１１３においては、表示部２０から出射する光８０の配光分布２４は、正面よりも斜め方向の光の強度が強い特性を有する。すなわち、Ｚ軸に対して斜め方向の光の強度は、Ｚ軸に沿う光の強度よりも高い。換言すれば、表示部２０から出射した光８０のうちの、表示部２０の表示面２０ｄに対して垂直な方向（Ｚ軸方向）における強度は、表示部２０から出射した光８０のうちの、Ｚ軸方向から傾斜した方向の強度よりも低い。
【００６３】
例えば、表示部２０に用いられる表示装置の光源として、サイドエミッタ型の発光ダイオードを用いることで、このような配光分布２４が得られる。これにより、表示部２０から出射する光８０の正面方向への出射光成分が少なくなり、第１反射部３１で反射した後に結像素子１０に入射し易くなる。これにより、表示の効率が向上する。
【００６４】
表示部２０から出射した光８０のうち、第１反射部３１で反射された後に再び表示部２０に戻る光は、実像４０の形成に寄与しない。従って、第１反射部３１で１回反射した後に結像素子１０に到達する光の成分の比率を高めることが望ましい。
【００６５】
表示装置１１３においては、正面方向以外に強い指向性を有する配光分布２４が適用される。このために、例えば、表示部２０として、サイドエミッタ型の発光ダイオードに基づく直下型バックライトを用いた液晶表示装置が用いられる。これにより、表示部２０から出射した光８０を、効率よく結像素子１０に到達させることができ、光利用効率を大幅に向上できる。
【００６６】
図１３は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１３に表したように、本実施形態に係る別の表示装置１１４においては、結像素子１０は、ハーフミラー１１と再帰性反射板１２とを含む。例えば、ハーフミラー１１は、表示部２０と並置される。ハーフミラー１１の主面１１ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。再帰性反射板１２の主面１２ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜している。再帰性反射板１２は、ハーフミラー１１に対向しつつ、第１反射部３１に対向している。この例では、ハーフミラー１１の主面１１ａが結像素子１０の主面１０ａに相当する。
【００６７】
表示部２０から出射した光８０は、第１反射部３１で反射した後、ハーフミラー１１に入射する。光８０のうちのハーフミラー１１を透過した成分は、再帰性反射板１２で再帰反射した後、再びハーフミラー１１に到達し、ここで正反射した成分は、実像４０を形成する。ハーフミラー１１を透過した成分は、表示部２０に戻り、損失となる。
【００６８】
一方、第１反射部３１で反射した後にハーフミラー１１で反射した光８０は、再度、第１反射部３１で反射した後、再帰性反射板１２で再帰反射し、第１反射部３１で反射した後、その一部がハーフミラー１１を透過し実像４０の形成に寄与する。
【００６９】
この構成において、再帰性反射板１２は、観察方向８６から見えないように設置されることが望ましい。例えば遮蔽物５１などで再帰性反射板１２を遮蔽する。実用的な再帰性反射板１２においては、全ての光を再帰反射することは難しく、若干の正反射及び散乱の少なくともいずれかを有している。このため、この特性が、観察方向８６から実像４０を観察する際に、妨害となってしまう。このとき、再帰性反射板１２を観察方向８６から見えない位置に設置することで、再帰性反射板１２の反射部が観察されないため、このような妨害が抑制できる。
【００７０】
また、表示部２０として、バックライトを有する透過型液晶表示装置が用いられる。表示部２０は、任意の画像６１が表示可能である。表示部２０の周囲には、結像素子１０が設けられる。表示部２０及び結像素子１０に対向して、第１反射部３１が設けられる。表示部２０の表示面２０ｄは、第１反射部３１に対向する側を向いている。
【００７１】
上記のような構成を有する表示装置１１４において、浮遊した実像４０が観察できる。実像４０と表示装置１１４と距離（第２距離Ｌ２）は、第１反射部３１と表示部２０との距離（第１距離Ｌ１）の２倍となり、薄い表示装置が実現できる。
【００７２】
機械的または電気的な手段等を用いた距離制御部７３（例えばスペーサなど）により、第１反射部３１と表示部２０との間隙を変化させることで、結像素子１０と実像４０の間の距離（第２距離Ｌ２）を変化させることができる。距離制御部７３となるスペーサの高さを２倍にすると、実像４０の浮遊量は２倍になる。
【００７３】
この例では、第１反射部３１には、表示部２０に対向する部分に設けられた光吸収層３４が設けられている。光吸収層３４に関して、第２の実施形態として、以下説明する。
【００７４】
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る表示装置１２０においては、第１反射部３１は、表示部２０に対向する部分に設けられた光吸収層３４を含む。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００７５】
図１４において、表示部２０から出射された光８０のうち、第１反射部３１で１回反射した後、結像素子１０に到達する光８２は、所望の実像４０の形成に寄与する。しかし、第１反射部３１と表示部２０との間で複数回の多重反射をする光８３は、結像素子１０に到達した後、所望の実像４０とは異なる実像を形成する。
【００７６】
表示装置１２０においては、第１反射部３１のうちの表示部２０に対向する部分に、光吸収層３４を設けることで、光８２は光吸収層３４で吸収され、所望の実像４０とは異なる実像の形成を抑制することができる。
【００７７】
なお、光吸収層３４を設ける代わりに、表示部２０に対向する部分の第１反射部３１を除去しても良い。この場合、光８２は表示装置の外に出射される。
【００７８】
このように、第１反射部３１は、表示部２０に対向する対向領域３１ａと、表示部２０に対向しない非対向領域３１ｂと、を有する。対向領域３１ａの少なくとも一部（例えば、光吸収層３４が設けられている部分）の反射率は、非対向領域３１ｂの反射率よりも低い。これにより、上記の、所望の実像４０とは異なる実像の形成を抑制することができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
図１５は、第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る表示装置１３０は、第１反射部３１上に設けられた位相差素子３６をさらに備える。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００８０】
表示装置１３０においては、所望の実像４０とは異なる実像の形成を、偏光を用いて抑制する。所望の実像４０とは異なる実像は、第１反射部３１と表示部２０との間での多重反射によって形成されるものである。例えば、表示部２０として、液晶表示装置が用いられる。この液晶表示装置には偏光板２１が設けられており、液晶表示装置は、実質的に直線偏光を出射する。
【００８１】
表示部２０から出射した直線偏光が第１反射部３１で反射した後、その一部は表示部２０に戻り、吸収される。他の一部は、結像素子１０に到達し、実像４０の形成にそのまま利用される。これにより、所望の実像４０とは異なる実像の形成が抑制される。
【００８２】
このように、表示部２０は、光を出射する表示面２０ｄ上に設けられた偏光板２１を有する。表示装置１３０は、位相差素子３６をさらに備える。位相差素子３６は、表示部２０と第１反射部３１との間の光路８５ａ上において、偏光板２１と第１反射部３１との間に設けられる。位相差素子３６は、偏光板２１から出射した偏光の偏光方向を回転させる。
【００８３】
具体的には、最表面に偏光板２１が貼られた表示部２０と、第１反射部３１と、の間の光路８５ａ中に位相差素子３６が設けられる。位相差素子３６は、表示部２０から出射した直線偏光の偏光方向を、第１反射部３１で反射して表示部２０に入射するまでの光路８５ａ中で、９０度回転させる。
【００８４】
表示装置１３０においては、位相差素子３６として、例えば４分の１波長板が用いられる。位相差素子３６の常軸方向は、表示部２０から出た直線偏光が最も９０度に近く回転されて反射する方向とする。
【００８５】
表示部２０から出射された直線偏光のうち、第１反射部３１に到達後、結像素子１０に到達する光８２は、実像４０の形成に寄与する。このとき、光８２の偏光面は回転するが、実像４０の形成には実質的に影響を与えない。一方、表示部２０から出射された直線偏光のうち、第１反射部３１に到達後、表示部２０に戻る光８３の偏光面が位相差素子３６により９０度回転される。このため、光８３は、表示部２０の偏光板で吸収される。その結果、所望の実像４０とは異なる実像の形成が抑制される。
【００８６】
図１６は、第３の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１６に表したように、本実施形態に係る別の表示装置１３１においても、位相差素子３６が設けられる。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００８７】
この場合も、表示部２０として、偏光板が設けられた液晶表示装置が用いられる。表示装置１３１においては、位相差素子３６は、表示部２０の第１反射部３１に対向する側の面に設けられている。
【００８８】
これにより、楕円偏光になった出射光のうち、第１反射部３１で反射されて表示部２０に戻った光８３は、その楕円偏光の位相が反転するため、偏光板で吸収される。この場合も、位相差素子３６として、例えば、４分の１波長板が用いられる。偏光板での光吸収が最大と成るように位相差素子３６の常軸方向が定められる。表示部２０に戻らず結像素子１０に到達した光８２は、実像４０の結像に寄与する。表示装置１３１においても、所望の実像４０とは異なる実像の形成が抑制される。
【００８９】
なお、位相差素子３６は、表示部２０と第１反射部３１との間に位置していれば良い。 すなわち、位相差素子３６は、偏光板２１と第１反射部３１との間の第１位置、偏光板２１上の第２位置、及び、第１反射部３１上の第３位置の少なくともいずれかに設けられる。位相差素子３６は、表示部２０から出射した偏光（例えば直線偏光）の偏光方向を、第１反射部３１で反射して表示部２０に入射するまでの光路８５ａ中で実質的に９０度回転させる。
【００９０】
（第４の実施形態）
図１７は、第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１７に表したように、本実施形態に係る表示装置１４０においては、第１反射部３１は凹面鏡３９を含む。すなわち、第１反射部３１として凹面鏡３９が用いられている。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００９１】
第１反射部３１は、結像素子１０に対向しつつ、表示部２０とさらに対向している。表示装置１２０においては、表示部２０は、凹面鏡３９と、凹面鏡３９の焦点３９ｆとの間に配置される。凹面鏡３９の作用により、表示部２０の画像６１の虚像６１ｉが形成される。虚像６１ｉは、凹面鏡３９の下側（焦点３９ｆとは反対側）に、拡大像として形成される。この虚像６１ｉは、結像素子１０によって、結像素子１０の主面１０ａを対称面とする対称位置４０ｐに、実像４０として結像される。
【００９２】
表示装置１２０においては、凹面鏡３９の作用により、実像４０が拡大される。このため、小さい画像６１を拡大して実像４０を形成することができ、より効果的な画像を形成することが可能となる。換言すれば、表示部２０を縮小できる。
【００９３】
第１の実施形態と同様に、表示部２０と凹面鏡３９との間隙を調整することにより、実像４０の拡大率を変化させ、結像素子１０と実像４０との間の距離を変化させることができる。表示部２０の画像６１を凹面鏡３９の焦点３９ｆに近づければ、拡大率が大きくなると共に、表示部２０と実像４０との間の距離が長くなる。
【００９４】
なお、この場合も、第１反射部３１は、表示部２０に対向する光吸収層３４を含んでも良い。
【００９５】
（第５の実施形態）
図１８は、第５の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１８に表したように、本実施形態に係る表示装置２１０は、結像素子１０と表示部２０と第１反射部３１とを支持する支持体２１１をさらに含む。結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１には、例えば表示装置１１０で説明した構成が採用される。ただし、実施形態はこれに限らず、第１〜第４の実施形態に関して説明した任意の表示装置及びそれらの変形の構成が適用できる。
【００９６】
表示装置２１０においては、支持体２１１として例えば机が用いられる。結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１は、支持体２１１の上面２１１ｕ（机の上面）に埋め込まれている。支持体２１１の周りの観視者は、観察方向８６で、表示装置２１０が表示する実像４０を観視する。実像４０は、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１の上方に知覚される。表示装置２１０においては、複数の観察方向８６から、実像４０が観察可能である。
【００９７】
また、例えば、表示部２０と実像４０との間に、任意の物体を置くことで、実像４０とその物体とを重畳させることができるユーザーインターフェースが実現できる。
【００９８】
（第６の実施形態）
図１９は、第６の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１９に表したように、本実施形態に係る表示装置３１０は、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１に加え、スクリーン７０をさらに含む。結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１には、例えば表示装置１４０に関して説明した構成が採用される。
【００９９】
スクリーン７０は、実像４０が形成される位置に配置される。スクリーン７０は、例えば光散乱性を有する。スクリーン７０は、光透過性を有しても良い。また、スクリーン７０は、光反射性を有しても良い。
【０１００】
表示部２０で形成される画像６１は、第１反射部３１（凹面鏡３９）で拡大された後、スクリーン７０の位置で、実像４０として結像される。
【０１０１】
光透過性のスクリーン７０を配置した場合は、実像４０の光は、広い角度で散乱される。このため、表示装置３１０は、広視野角のリアプロジェクタとして機能する。このリアプロジェクタは、第１の観察方向８６ａ（スクリーン７０から結像素子１０に向かう方向）によって使用される。また、光学素子からスクリーン７０までの距離が短い、薄型のリアプロジェクタが提供できる。
【０１０２】
一方、光反射性のスクリーン７０を用いた場合は、表示装置３１０は、広視野角のフロントプロジェクタとなる。このフロントプロジェクタは、第２の観察方向８６ｂ（結像素子１０からスクリーン７０に向かう方向）によって使用される。そして、表示装置３１０の厚さを薄くすることができ、薄型かつ小型のフロントプロジェクタが提供できる。
【０１０３】
実施形態によれば、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置が提供される。
【０１０４】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１０５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置に含まれる表示部、結像素子、反射部、凹面鏡、光制御部、距離制御部、光吸収層及び位相差素子などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１０６】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１０７】
その他、本発明の実施形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１０８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…結像素子、 １０ａ…主面、 １１…ハーフミラー、 １１ａ…主面、 １２…再帰性反射板、 １２ａ…主面、 １９…鏡、 ２０…表示部、 ２０ｄ…表示面、 ２１…偏光板、 ２４…配光分布、 ３０ａ…部分、 ３１…第１反射部、 ３１ａ…対向領域、 ３１ｂ…非対向領域、 ３２…第２反射部、３３…第３反射部、 ３４…光吸収層、 ３５…折りたたみ面、 ３６…位相差素子、 ３９…凹面鏡、 ３９ｆ…焦点、 ４０…実像、 ４０ａ…異なる実像、 ４０ｐ…対称位置、 ４１…実像、 ４２…虚像、 ４５…物体、 ４５ｐ…対称位置、 ５１、遮蔽物、 ６１…画像、 ６１ｉ…虚像、 ６２…物体、 ７０…スクリーン、 ７１…光制御部、 ７３…距離制御部、 ８０、８１、８２、８３…光、 ８５、８５ａ…光路、 ８６…観察方向、 ８６ａ、８６ｂ…第１及び第２観察方向、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１３、１１４、１２０、１３０、１３１、１４０、２１０、３１０…表示装置、 ２１１…支持体、 ２１１ｕ…上面、 Ｌ１、Ｌ２…第１及び第２距離、 Ｌ１ａ、Ｌ２ａ…距離、 ｒ１、ｒ２…第１及び第２領域
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
素子面に入射した光の方向ベクトルの素子面内方向成分のみが再帰性反射と同等の作用を受け、それ以外の成分は保存される素子が考えられる。このような素子は、素子面に対して面対称の位置に実像を結像する。この素子を用いることで、素子面から離れた位置に実像を形成することができ、空中に浮かんでいるかのような映像を提示することができる。実像の浮遊量を増大できる実用的な構成が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、表示部と、結像素子と、第１反射部と、を備えた表示装置が提供される。前記表示部は、光を出射する。前記結像素子は、主面を有し、物体の実像を、前記主面を対称面とした前記物体の対称位置に結像する。前記結像素子は、前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記表示部と重ならない部分を有する。前記第１反射部は、前記主面と対向する部分を有し、前記表示部から出射した前記光を反射して前記結像素子の前記表示部と重ならない前記部分に入射させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的平面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、光学素子の特性を示す模式図である。
【図４】表示装置に用いられる素子の動作を示す模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式的斜視図である。
【図７】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的平面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る別の表示装置の特性を示す模式的断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１５】第３の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係る別の表示装置を示す模式的断面図である。
【図１７】第４の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１８】第５の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【図１９】第６の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的平面図である。
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０は、結像素子１０と、表示部２０と、第１反射部３１と、を含む。
【０００９】
この例では、表示部２０は、結像素子１０と並置される。表示部２０は、光８０を出射する。光８０は、画像６１を含む。ここで、表示部２０とは別に光源が設けられ、光源から放出された光を表示部２０が反射し、表示部２０から表示部２０の外部に向けて光が進む場合も、表示部２０が光を出射することに含まれるものとする。
【００１０】
第１反射部３１は、結像素子１０に対向する部分３０ａを少なくとも含む。第１反射部３１は、表示部２０から出射した光８０を反射して、結像素子１０に入射させる。
【００１１】
結像素子１０は、主面１０ａを有している。結像素子１０は、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに表示部２０と重ならない部分を有する。この例では、結像素子１０は、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに、表示部２０と重ならない。例えば、表示部２０は、主面１０ａの法線に対して非平行な方向において結像素子１０と並ぶ。この例では、表示部２０は、主面１０ａに対して平行な方向において結像素子１０と並ぶ。ただし、後述するように、表示部２０の配置は、種々の変形が可能である。なお、本願明細書において、複数の要素どうしの位置の関係は、例えば、複数の要素のそれぞれの重心どうしの位置の関係により規定する。第１反射部３１は、表示部２０から出射した光８０を反射して、結像素子１０の、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに表示部２０と重ならない部分に入射させる。
【００１２】
例えば、空間内に第１領域ｒ１と第２領域ｒ２とが設けられる。第１領域ｒ１と第２領域ｒ２とは、層状である。第１領域ｒ１は、空間内の１つの平面に対して平行な層状である。第２領域ｒ２は、第１領域ｒ１と平行に設けられる。すなわち、第２領域ｒ１もその平面に対して平行な層状である。
【００１３】
この例では、結像素子１０は、第１領域ｒ１内に設けられる。結像素子１０は、主面１０ａを有する。例えば、主面１０ａは、第１領域ｒ１の層の面に対して実質的に平行である。ただし、実施形態はこれに限らず、主面１０ａは、第１領域ｒ１の層の平面に対して傾斜していても良い。
【００１４】
この例では、表示部２０は、第１領域ｒ１内に設けられている。すなわち、表示部２０は、第１領域ｒ１内において結像素子１０と並置される。例えば、表示部２０は、光８０を出射する表示面２０ｄを有する。表示面２０ｄは、例えば平面状である。表示面２０ｄは、例えば、第１領域ｒ１の層の面に対して実質的に平行である。ただし、実施形態はこれに限らず、表示面２０ｄは、第１領域ｒ１の層の平面に対して傾斜していても良い。この例では、表示部２０は、結像素子１０と同じ平面内に設けられている。ただし、実施形態はこれに限らず、表示部２０は、結像素子１０が設けられる平面とは異なる平面内に設けられても良い。
【００１５】
第１反射部３１は、第２領域ｒ２内に設けられる。例えば、第１反射部３１の反射面は、結像素子１０の主面１０ａに対して実質的に平行に配置される。
【００１６】
例えば、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離は、距離制御部７３（例えばスペーサなど）により制御される。第１反射部３１と結像素子１０との間の距離は、固定でも良く、また、可変でも良い。すなわち、表示装置１１０は、第１反射部３１と表示部２０と間の距離、及び、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離の少なくともいずれかを変化させる距離制御部７３をさらに含むことができる。
【００１７】
表示部２０の表示面２０ｄには、例えば画像６１が形成される。また、表示部２０の画像６１は、物体６２でも良い。
【００１８】
画像６１は、第１反射部３１で反射し、画像６１を含む光８０は、光路８５に沿って進行し、結像素子１０に入射する。結像素子１０は、光８０に基づく実像４０を結像する。実像４０は、結像素子１０の第１反射部３１とは反対側の位置に配置される。観視者からみると、実像４０は、結像素子１０の上方（表示部２０の上方）に浮いているように知覚される。
【００１９】
このように、実像４０と第１反射部３１との間に、結像素子１０（及び表示部２０）が配置される。すなわち、実像４０と第２領域ｒ２との間に第１領域ｒ１が配置される。
【００２０】
ここで、説明の便宜上、第１領域ｒ１及び第２領域ｒ２の層面に対して平行な平面をＸ−Ｙ平面とする。例えば、結像素子１０の主面１０ａは、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。Ｘ−Ｙ平面に対して平行な１つの軸をＸ軸とする。Ｘ−Ｙ平面に対して平行でＸ軸に対して垂直な軸をＹ軸とする。Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な軸をＺ軸とする。
【００２１】
ここで、第１反射部３１と結像素子１０との間のＺ軸に沿った距離を第１距離Ｌ１とする。結像素子１０と実像４０との間のＺ軸に沿った距離を第２距離Ｌ２とする。表示装置１１０の厚さは、第１距離Ｌ１に依存する。第２距離Ｌ２は、実像４０の浮き上がっている高さに相当する。
【００２２】
図２に表したように、結像素子１０は、第１領域ｒ１内において、表示部２０を取り囲むように、表示部２０と並置されている。例えば、結像素子１０は、主面１０ａに対して平行な面内において表示部２０を囲む。この例のように、結像素子１０が表示部２０を取り囲む場合、実像４０は、表示部２０の周りの種々の観察方向８６から視認できる。
【００２３】
ただし、実施形態においては、後述するように、結像素子１０は、表示部２０の少なくとも１つの部分に沿って設けられれば良い。なお、図２に示した例では、表示部２０の１つの辺はＸ軸に対して平行である。表示部の別の辺は、Ｙ軸に対して平行である。
【００２４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、光学素子の特性を例示する模式図である。
図３（ａ）は、本実施形態に係る結像素子１０の特性を例示している。図３（ｂ）は、光学素子の１つである鏡の特性を例示している。
【００２５】
図３（ｂ）に表したように、鏡１９に物体４５が並置されている。このとき、鏡１９は物体４５からの光を鏡１９の面で反射する。このため、鏡１９で形成される像は、虚像４２である。
【００２６】
一方、図３（ａ）に表したように、結像素子１０に物体４５が並置された場合は、結像素子１０で形成される像は、実像４１である。
【００２７】
鏡１９の場合も、結像素子１０の場合も、形成される像は、素子面（鏡１９の面、または、結像素子１０の主面１０ａ）に対して、物体４５と面対称である。鏡１９は虚像４２を形成するのに対して、結像素子１０は実像４１を形成する。
【００２８】
すなわち、図３（ａ）に表したように、結像素子１０は、主面１０ａを有している。結像素子１０は、主面１０ａを対称面とした物体４５の対称位置４５ｐに、物体４５の実像４１を結像する。
【００２９】
このような結像素子１０の動作の例について説明する。
図４は、表示装置に用いられる素子の動作を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、結像素子１０に対向して画像６１（または物体６２）を配置する。すなわち、図４に示した状態は、画像６１の位置に表示部２０を配置した状態に相当する。この構成においては、画像６１から出射した光８０は、結像素子１０でその方向を変換し、実像４０が結像される。実像４０の位置は、画像６１の、結像素子１０の主面１０ａに対して面対称の位置である。結像素子１０は、再帰性実像結像素子として機能する。
【００３０】
このとき、結像素子１０と画像６１との距離Ｌ１ａは、結像素子１０と実像４０との距離Ｌ２ａと同じである。ここで距離Ｌ２ａの高さで浮遊する実像４０を形成するためには、結像素子１０と画像６１との距離Ｌ１ａを、距離Ｌ２ａと同じにする。この構成においては、結像素子１０と画像６１との距離Ｌ１ａ（すなわち、結像素子１０と表示部２０との間の第１距離Ｌ１に相当する）は、長くなる。
【００３１】
このように、図４に例示した構成においては、実像４０と結像素子１０の間の距離Ｌ２ａ（すなわち実像の浮遊量）を増大させようとすると、画像６１と結像素子１０との間の距離Ｌ１ａも同じだけ長くする必要があり、表示装置は、非常に大きな体積を必要とする。
【００３２】
このとき、図４に例示したように、結像素子１０と画像６１との間に、光路８５の折りたたみ面３５を挿入する。具体的には、第１反射部３１を挿入する。
【００３３】
図５は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
図５に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０においては、上記の折りたたみ面３５の位置に第１反射部３１を設ける。これにより、画像６１の虚像は、第１反射部３１（折りたたみ面３５）に対して対称な位置に結像される。さらに、画像６１の虚像は、結像素子１０に対して対称な位置に実像として結像される。
【００３４】
これにより、結像素子１０との間の第１距離Ｌ１は、結像素子１０と実像４０との間の第２距離Ｌ２よりも短くなる。具体的には、第１距離Ｌ１（表示装置１１０の厚さに相当する）は、第２距離Ｌ２の１／２になる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、実像４０の浮遊量を増大し第２距離Ｌ２を長くしても、表示装置１１０の厚さ（第１距離Ｌ１）を小さく維持できる。すなわち、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置が提供できる。
【００３６】
このように、本実施形態においては、第１反射部３１により光路８５を画像６１の側で折りたたむことにより、薄い表示装置を実現することができる。
【００３７】
図６は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的斜視図である。
図６に表したように、結像された実像４０は、結像素子１０を含む平面の上に。浮かぶように形成される。表示部２０の表示面２０ｄは、実像４０が形成される側と反対の方向に配置されており、観視者からは直接見えない。
【００３８】
実施形態において、表示部２０と実像４０との間に、他の物体、映像、模様及び文字などの少なくともいずれかを表示しても良い。
【００３９】
図７は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的平面図である。
図７に表したように、本実施形態に係る表示装置１１１においては、結像素子１０は、表示部２０の周囲の一部に沿って設けられている。この例では、例えば、結像素子１０は、主面１０ａに対して平行な方向に沿って表示部２０を挟む。表示装置１１１の断面構成は、表示装置１１０と同様なので説明を省略する。
【００４０】
表示装置１１１のように、結像素子１０を表示部２０の周囲の一部に沿って配置することで、表示装置１１１の平面的な大きさが縮小できる。結像素子１０を表示部２０の周囲の一部に配置する場合は、実像４０の観察方向８６が限定される。
【００４１】
本実施形態において、表示部２０からの光８０（画像６１の光）のうちで、表示部２０（画像６１）に重ならず結像素子１０に達した光が、実像４０の形成に寄与する。従って、画像６１の光８０を効率よく結像素子１０に導入すれば、光利用効率の低下は抑制できる。なお、光８０のうちで、第１反射部３１で反射した後に再び画像６１に戻ってくる光は、実像４０の形成には寄与しない。
【００４２】
実施形態において、表示部２０から出射された画像６１に相当する光８０は、第１反射部３１で反射した後、結像素子１０に入射する。後述するように、表示部２０から出射した光８０が効率よく結像素子１０に入射するように、表示部２０からの出射光に指向性を持たせることが望ましい。
【００４３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式断面図である。
図８（ａ）に表したように、実施形態に係る別の表示装置１１０ａにおいては、結像素子１０のＺ軸に沿った位置は、表示部２０のＺ軸に沿った位置と異なる。例えば、結像素子１０の主面１０ａのＺ軸に沿った位置は、表示部２０の表示面２０ｄのＺ軸に沿った位置と異なる。
【００４４】
表示装置１１０及び１１０ａにおいては、表示部２０の表示面２０ｄは、主面１０ａに対して平行である。しかし、平行でなくても良い。
図８（ｂ）に表したように、実施形態に係る別の表示装置１１０ｂにおいては、結像素子１０の主面１０ａは、表示部２０の表示面２０ｄと非平行である。なお、表示装置１１０ｂにおいては、第１反射部３１は、主面１０ａに対して平行である。
このような構成を有する表示装置１１０ａ及び１１０ｂにおいても、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供することができる。
【００４５】
表示部２０の表示面２０ｄは、主面１０ａに対して実質的に平行であることが好ましい。これにより、表示装置の厚さが薄くできる。例えば、表示面２０ｄと主面１０ａとの間の角度は、プラスマイナス３０度以下である。表示面２０ｄと主面１０ａとの間の角度は、例えばプラスマイナス２０度以下であることが、装置を薄くする場合には、さらに好ましい。ただし、例えば、物体４５の実像４１を所望の位置に結像させたい場合には、この角度は任意に設定して良い。
【００４６】
第１反射部３１は、主面１０ａに対して実質的に平行である。例えば、第１反射部３１の反射面と主面１０ａとの間の角度は、例えばプラスマイナス１０度以下である。これにより、例えば、表示部２０の像を正しく結像させることができる。この角度は、例えばプラスマイナス５度以下であることがさらに好ましい。
【００４７】
表示装置１１０に関して説明した例では、１回の折りたたみによって実像４０が形成されるが、折りたたみ回数は２回以上でも良い。
図９は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成及び動作を例示する模式断面図である。
図９に表したように、本実施形態に係る表示装置１１２においては、折りたたみ回数が２回である。
【００４８】
すなわち、表示装置１１２は、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１に加え、第２反射部３２をさらに備える。
第２反射部３２は、主面１０ａの法線方向に沿ってみたときに結像素子１０と重ならない部分を有する。例えば、第２反射部３２は、主面１０ａの法線に対して非平行な方向において結像素子１０と並ぶ。この例では、表示部２０は、主面１０ａに対して平行な方向において第１反射部３１と並び、第２反射部３２は、主面１０ａに対して平行な方向において結像素子１０と並ぶ。
【００４９】
結像素子１０は、空間内の平面に対して平行な層状の第１領域ｒ１内に設けられる。第２反射部３２は、第１領域ｒ１内において結像素子１０と並置される。表示部２０は、第１領域ｒ１に対して平行に設けられた層状の第２領域ｒ２内に設けられる。第１反射部３１は、第２領域ｒ２内において表示部２０と並置される。
【００５０】
なお、第２反射部３２は、結像素子１０が設けられる平面内に設けられても良く、異なる平面内に設けられても良い。第１反射部３１は、表示部２０が設けられる平面内に設けられても良く、異なる平面内に設けられても良い。
【００５１】
第２反射部３２は、表示部２０から出射した光８０を反射して第１反射部３１に入射させる。第１反射部３１は、第２反射部３２で反射した光を反射して結像素子１０に入射させる。
【００５２】
このように、この例では、結像素子１０に並ぶように第２反射部３２が配置される。表示部２０は、結像素子１０と対向する第１反射部３１に並ぶように配置される。これにより、画像６１の光８０は、光路８５に沿って進行し、第２反射部３２及び第１反射部３１で反射した後に、結像素子１０を経由して実像４０を形成する。
【００５３】
このとき、第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２の３分の１となる。これにより、より薄い表示装置が実現できる。
【００５４】
なお、画像６１から、第１反射部３１及び第２反射部３２を経由しないで結像素子１０に直接入射する光８１は、目的とする実像４０とは異なる位置に、異なる実像４０ａを形成してしまう。
【００５５】
この例では、表示装置１１２は、表示部２０から出射する光８０のうちで、第１反射部３１（及び第２反射部３２の少なくともいずれか）に入射しないで結像素子１０に入射する光の強度を弱める光制御部７１をさらに備える。光制御部７１は、このような光を、例えば遮光する。また、光制御部７１は、例えば、表示部２０から出射する光８０（画像６１の光８０）の指向性を狭める。これにより、不要な光が結像素子１０に入射することを抑制できる。
【００５６】
この場合も距離制御部７３を設けることができる。距離制御部７３は、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離（第１距離Ｌ１）を変化させることができる。
【００５７】
なお、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１の配置によっては、距離制御部７３は、第１反射部３１と表示部２０と間の距離を変化させても良い。すなわち、距離制御部７３は、第１反射部３１と表示部２０と間の距離、及び、第１反射部３１と結像素子１０との間の距離の少なくともいずれかを変化させることができる。
【００５８】
図１０は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１０に表したように、表示装置１１２ａにおいては、表示部２０のＺ軸に沿った位置は、第１反射部３１のＺ軸に沿った位置と異なる。第２反射部３２のＺ軸に沿った位置は、結像素子１０のＺ軸に沿った位置と異なる。表示装置１１２ａにおいても、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供することができる。また、表示装置１１２及び１１２ａにおいて、結像素子１０の主面１０ａに対して非平行でも良い。
【００５９】
図１１は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１１に表したように、表示装置１１２ｂは、結像素子１０、表示部２０、第１反射部３１及び第２反射部３２に加え、第３反射部３３をさらに備える。
【００６０】
第３反射部３３は、主面１０ａの法線に沿ってみたときに第１反射部３１と重ならない部分を有する。例えば、第３反射部３３は、主面１０ａの法線に対して非平行な方向において第１反射部３１と並ぶ。この例では、表示部２０は、主面１０ａに対して平行な方向において結像素子１０と並ぶ。第２反射部３２は、主面１０ａに対して平行な方向において表示部２０と並ぶ。第３反射部３３は、主面１０ａに対して平行な方向において第１反射部３１と並ぶ。
【００６１】
このような構成を有する表示装置１１２ｂにおいては、１折りたたみ回数が３回である。このように、折りたたみ回数は任意である。表示装置１１２ｂにおいても、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置を提供することができる。
【００６２】
図１２は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１２に表したように、本実施形態に係る表示装置１１３においては、表示部２０から出射する光８０の配光分布２４は、正面よりも斜め方向の光の強度が強い特性を有する。すなわち、Ｚ軸に対して斜め方向の光の強度は、Ｚ軸に沿う光の強度よりも高い。換言すれば、表示部２０から出射した光８０のうちの、表示部２０の表示面２０ｄに対して垂直な方向（Ｚ軸方向）における強度は、表示部２０から出射した光８０のうちの、Ｚ軸方向から傾斜した方向の強度よりも低い。
【００６３】
例えば、表示部２０に用いられる表示装置の光源として、サイドエミッタ型の発光ダイオードを用いることで、このような配光分布２４が得られる。これにより、表示部２０から出射する光８０の正面方向への出射光成分が少なくなり、第１反射部３１で反射した後に結像素子１０に入射し易くなる。これにより、表示の効率が向上する。
【００６４】
表示部２０から出射した光８０のうち、第１反射部３１で反射された後に再び表示部２０に戻る光は、実像４０の形成に寄与しない。従って、第１反射部３１で１回反射した後に結像素子１０に到達する光の成分の比率を高めることが望ましい。
【００６５】
表示装置１１３においては、正面方向以外に強い指向性を有する配光分布２４が適用される。このために、例えば、表示部２０として、サイドエミッタ型の発光ダイオードに基づく直下型バックライトを用いた液晶表示装置が用いられる。これにより、表示部２０から出射した光８０を、効率よく結像素子１０に到達させることができ、光利用効率を大幅に向上できる。
【００６６】
図１３は、第１の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１３に表したように、本実施形態に係る別の表示装置１１４においては、結像素子１０は、ハーフミラー１１と再帰性反射板１２とを含む。例えば、ハーフミラー１１は、表示部２０と並置される。ハーフミラー１１の主面１１ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。再帰性反射板１２の主面１２ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜している。再帰性反射板１２は、ハーフミラー１１に対向しつつ、第１反射部３１に対向している。この例では、ハーフミラー１１の主面１１ａが結像素子１０の主面１０ａに相当する。
【００６７】
表示部２０から出射した光８０は、第１反射部３１で反射した後、ハーフミラー１１に入射する。光８０のうちのハーフミラー１１を透過した成分は、再帰性反射板１２で再帰反射した後、再びハーフミラー１１に到達し、ここで正反射した成分は、実像４０を形成する。ハーフミラー１１を透過した成分は、表示部２０に戻り、損失となる。
【００６８】
一方、第１反射部３１で反射した後にハーフミラー１１で反射した光８０は、再度、第１反射部３１で反射した後、再帰性反射板１２で再帰反射し、第１反射部３１で反射した後、その一部がハーフミラー１１を透過し実像４０の形成に寄与する。
【００６９】
この構成において、再帰性反射板１２は、観察方向８６から見えないように設置されることが望ましい。例えば遮蔽物５１などで再帰性反射板１２を遮蔽する。実用的な再帰性反射板１２においては、全ての光を再帰反射することは難しく、若干の正反射及び散乱の少なくともいずれかを有している。このため、この特性が、観察方向８６から実像４０を観察する際に、妨害となってしまう。このとき、再帰性反射板１２を観察方向８６から見えない位置に設置することで、再帰性反射板１２の反射部が観察されないため、このような妨害が抑制できる。
【００７０】
また、表示部２０として、バックライトを有する透過型液晶表示装置が用いられる。表示部２０は、任意の画像６１が表示可能である。表示部２０の周囲には、結像素子１０が設けられる。表示部２０及び結像素子１０に対向して、第１反射部３１が設けられる。表示部２０の表示面２０ｄは、第１反射部３１に対向する側を向いている。
【００７１】
上記のような構成を有する表示装置１１４において、浮遊した実像４０が観察できる。実像４０と表示装置１１４と距離（第２距離Ｌ２）は、第１反射部３１と表示部２０との距離（第１距離Ｌ１）の２倍となり、薄い表示装置が実現できる。
【００７２】
機械的または電気的な手段等を用いた距離制御部７３（例えばスペーサなど）により、第１反射部３１と表示部２０との間隙を変化させることで、結像素子１０と実像４０の間の距離（第２距離Ｌ２）を変化させることができる。距離制御部７３となるスペーサの高さを２倍にすると、実像４０の浮遊量は２倍になる。
【００７３】
この例では、第１反射部３１には、表示部２０に対向する部分に設けられた光吸収層３４が設けられている。光吸収層３４に関して、第２の実施形態として、以下説明する。
【００７４】
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る表示装置１２０においては、第１反射部３１は、表示部２０に対向する部分に設けられた光吸収層３４を含む。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００７５】
図１４において、表示部２０から出射された光８０のうち、第１反射部３１で１回反射した後、結像素子１０に到達する光８２は、所望の実像４０の形成に寄与する。しかし、第１反射部３１と表示部２０との間で複数回の多重反射をする光８３は、結像素子１０に到達した後、所望の実像４０とは異なる実像を形成する。
【００７６】
表示装置１２０においては、第１反射部３１のうちの表示部２０に対向する部分に、光吸収層３４を設けることで、光８２は光吸収層３４で吸収され、所望の実像４０とは異なる実像の形成を抑制することができる。
【００７７】
なお、光吸収層３４を設ける代わりに、表示部２０に対向する部分の第１反射部３１を除去しても良い。この場合、光８２は表示装置の外に出射される。
【００７８】
このように、第１反射部３１は、表示部２０に対向する対向領域３１ａと、表示部２０に対向しない非対向領域３１ｂと、を有する。対向領域３１ａの少なくとも一部（例えば、光吸収層３４が設けられている部分）の反射率は、非対向領域３１ｂの反射率よりも低い。これにより、上記の、所望の実像４０とは異なる実像の形成を抑制することができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
図１５は、第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る表示装置１３０は、第１反射部３１上に設けられた位相差素子３６をさらに備える。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００８０】
表示装置１３０においては、所望の実像４０とは異なる実像の形成を、偏光を用いて抑制する。所望の実像４０とは異なる実像は、第１反射部３１と表示部２０との間での多重反射によって形成されるものである。例えば、表示部２０として、液晶表示装置が用いられる。この液晶表示装置には偏光板２１が設けられており、液晶表示装置は、実質的に直線偏光を出射する。
【００８１】
表示部２０から出射した直線偏光が第１反射部３１で反射した後、その一部は表示部２０に戻り、吸収される。他の一部は、結像素子１０に到達し、実像４０の形成にそのまま利用される。これにより、所望の実像４０とは異なる実像の形成が抑制される。
【００８２】
このように、表示部２０は、光を出射する表示面２０ｄ上に設けられた偏光板２１を有する。表示装置１３０は、位相差素子３６をさらに備える。位相差素子３６は、表示部２０と第１反射部３１との間の光路８５ａ上において、偏光板２１と第１反射部３１との間に設けられる。位相差素子３６は、偏光板２１から出射した偏光の偏光方向を回転させる。
【００８３】
具体的には、最表面に偏光板２１が貼られた表示部２０と、第１反射部３１と、の間の光路８５ａ中に位相差素子３６が設けられる。位相差素子３６は、表示部２０から出射した直線偏光の偏光方向を、第１反射部３１で反射して表示部２０に入射するまでの光路８５ａ中で、９０度回転させる。
【００８４】
表示装置１３０においては、位相差素子３６として、例えば４分の１波長板が用いられる。位相差素子３６の常軸方向は、表示部２０から出た直線偏光が最も９０度に近く回転されて反射する方向とする。
【００８５】
表示部２０から出射された直線偏光のうち、第１反射部３１に到達後、結像素子１０に到達する光８２は、実像４０の形成に寄与する。このとき、光８２の偏光面は回転するが、実像４０の形成には実質的に影響を与えない。一方、表示部２０から出射された直線偏光のうち、第１反射部３１に到達後、表示部２０に戻る光８３の偏光面が位相差素子３６により９０度回転される。このため、光８３は、表示部２０の偏光板で吸収される。その結果、所望の実像４０とは異なる実像の形成が抑制される。
【００８６】
図１６は、第３の実施形態に係る別の表示装置の構成を例示する模式的断面図である。 図１６に表したように、本実施形態に係る別の表示装置１３１においても、位相差素子３６が設けられる。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００８７】
この場合も、表示部２０として、偏光板が設けられた液晶表示装置が用いられる。表示装置１３１においては、位相差素子３６は、表示部２０の第１反射部３１に対向する側の面に設けられている。
【００８８】
これにより、楕円偏光になった出射光のうち、第１反射部３１で反射されて表示部２０に戻った光８３は、その楕円偏光の位相が反転するため、偏光板で吸収される。この場合も、位相差素子３６として、例えば、４分の１波長板が用いられる。偏光板での光吸収が最大と成るように位相差素子３６の常軸方向が定められる。表示部２０に戻らず結像素子１０に到達した光８２は、実像４０の結像に寄与する。表示装置１３１においても、所望の実像４０とは異なる実像の形成が抑制される。
【００８９】
なお、位相差素子３６は、表示部２０と第１反射部３１との間に位置していれば良い。 すなわち、位相差素子３６は、偏光板２１と第１反射部３１との間の第１位置、偏光板２１上の第２位置、及び、第１反射部３１上の第３位置の少なくともいずれかに設けられる。位相差素子３６は、表示部２０から出射した偏光（例えば直線偏光）の偏光方向を、第１反射部３１で反射して表示部２０に入射するまでの光路８５ａ中で実質的に９０度回転させる。
【００９０】
（第４の実施形態）
図１７は、第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１７に表したように、本実施形態に係る表示装置１４０においては、第１反射部３１は凹面鏡３９を含む。すなわち、第１反射部３１として凹面鏡３９が用いられている。これ以外の構成は、表示装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００９１】
第１反射部３１は、結像素子１０に対向しつつ、表示部２０とさらに対向している。表示装置１２０においては、表示部２０は、凹面鏡３９と、凹面鏡３９の焦点３９ｆとの間に配置される。凹面鏡３９の作用により、表示部２０の画像６１の虚像６１ｉが形成される。虚像６１ｉは、凹面鏡３９の下側（焦点３９ｆとは反対側）に、拡大像として形成される。この虚像６１ｉは、結像素子１０によって、結像素子１０の主面１０ａを対称面とする対称位置４０ｐに、実像４０として結像される。
【００９２】
表示装置１２０においては、凹面鏡３９の作用により、実像４０が拡大される。このため、小さい画像６１を拡大して実像４０を形成することができ、より効果的な画像を形成することが可能となる。換言すれば、表示部２０を縮小できる。
【００９３】
第１の実施形態と同様に、表示部２０と凹面鏡３９との間隙を調整することにより、実像４０の拡大率を変化させ、結像素子１０と実像４０との間の距離を変化させることができる。表示部２０の画像６１を凹面鏡３９の焦点３９ｆに近づければ、拡大率が大きくなると共に、表示部２０と実像４０との間の距離が長くなる。
【００９４】
なお、この場合も、第１反射部３１は、表示部２０に対向する光吸収層３４を含んでも良い。
【００９５】
（第５の実施形態）
図１８は、第５の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１８に表したように、本実施形態に係る表示装置２１０は、結像素子１０と表示部２０と第１反射部３１とを支持する支持体２１１をさらに含む。結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１には、例えば表示装置１１０で説明した構成が採用される。ただし、実施形態はこれに限らず、第１〜第４の実施形態に関して説明した任意の表示装置及びそれらの変形の構成が適用できる。
【００９６】
表示装置２１０においては、支持体２１１として例えば机が用いられる。結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１は、支持体２１１の上面２１１ｕ（机の上面）に埋め込まれている。支持体２１１の周りの観視者は、観察方向８６で、表示装置２１０が表示する実像４０を観視する。実像４０は、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１の上方に知覚される。表示装置２１０においては、複数の観察方向８６から、実像４０が観察可能である。
【００９７】
また、例えば、表示部２０と実像４０との間に、任意の物体を置くことで、実像４０とその物体とを重畳させることができるユーザーインターフェースが実現できる。
【００９８】
（第６の実施形態）
図１９は、第６の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１９に表したように、本実施形態に係る表示装置３１０は、結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１に加え、スクリーン７０をさらに含む。結像素子１０、表示部２０及び第１反射部３１には、例えば表示装置１４０に関して説明した構成が採用される。
【００９９】
スクリーン７０は、実像４０が形成される位置に配置される。スクリーン７０は、例えば光散乱性を有する。スクリーン７０は、光透過性を有しても良い。また、スクリーン７０は、光反射性を有しても良い。
【０１００】
表示部２０で形成される画像６１は、第１反射部３１（凹面鏡３９）で拡大された後、スクリーン７０の位置で、実像４０として結像される。
【０１０１】
光透過性のスクリーン７０を配置した場合は、実像４０の光は、広い角度で散乱される。このため、表示装置３１０は、広視野角のリアプロジェクタとして機能する。このリアプロジェクタは、第１の観察方向８６ａ（スクリーン７０から結像素子１０に向かう方向）によって使用される。また、光学素子からスクリーン７０までの距離が短い、薄型のリアプロジェクタが提供できる。
【０１０２】
一方、光反射性のスクリーン７０を用いた場合は、表示装置３１０は、広視野角のフロントプロジェクタとなる。このフロントプロジェクタは、第２の観察方向８６ｂ（結像素子１０からスクリーン７０に向かう方向）によって使用される。そして、表示装置３１０の厚さを薄くすることができ、薄型かつ小型のフロントプロジェクタが提供できる。
【０１０３】
実施形態によれば、実像の浮遊量を増大できる実用的な表示装置が提供される。
【０１０４】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１０５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置に含まれる表示部、結像素子、反射部、凹面鏡、光制御部、距離制御部、光吸収層及び位相差素子などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１０６】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１０７】
その他、本発明の実施形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１０８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…結像素子、 １０ａ…主面、 １１…ハーフミラー、 １１ａ…主面、 １２…再帰性反射板、 １２ａ…主面、 １９…鏡、 ２０…表示部、 ２０ｄ…表示面、 ２１…偏光板、 ２４…配光分布、 ３０ａ…部分、 ３１…第１反射部、 ３１ａ…対向領域、 ３１ｂ…非対向領域、 ３２…第２反射部、３３…第３反射部、 ３４…光吸収層、 ３５…折りたたみ面、 ３６…位相差素子、 ３９…凹面鏡、 ３９ｆ…焦点、 ４０…実像、 ４０ａ…異なる実像、 ４０ｐ…対称位置、 ４１…実像、 ４２…虚像、 ４５…物体、 ４５ｐ…対称位置、 ５１、遮蔽物、 ６１…画像、 ６１ｉ…虚像、 ６２…物体、 ７０…スクリーン、 ７１…光制御部、 ７３…距離制御部、 ８０、８１、８２、８３…光、 ８５、８５ａ…光路、 ８６…観察方向、 ８６ａ、８６ｂ…第１及び第２観察方向、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１３、１１４、１２０、１３０、１３１、１４０、２１０、３１０…表示装置、 ２１１…支持体、 ２１１ｕ…上面、 Ｌ１、Ｌ２…第１及び第２距離、 Ｌ１ａ、Ｌ２ａ…距離、 ｒ１、ｒ２…第１及び第２領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する表示部と、
主面を有し、物体の実像を、前記主面を対称面とした前記物体の対称位置に結像する結像素子であって、前記結像素子は、前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記表示部と重ならない部分を有する結像素子と、
前記主面と対向する部分を有し、前記表示部から出射した前記光を反射して前記結像素子の前記表示部と重ならない前記部分に入射させる第１反射部と、
を備えた表示装置。
【請求項２】
前記表示部は、前記主面に対して平行な方向において前記結像素子と並ぶ請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記結像素子と重ならない部分を有する第２反射部をさらに備え、
前記第２反射部は、前記表示部から出射した前記光を反射して前記第１反射部に入射させ、
前記第１反射部は、前記第１反射部から出射した光を反射して前記結像素子に入射させる請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示部は、前記主面に対して平行な方向において前記第１反射部と並び、
前記第２反射部は、前記主面に対して平行な方向において前記結像素子と並ぶ請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記結像素子は、前記主面に対して平行な方向に沿って前記表示部を挟む請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項６】
前記結像素子は、前記主面に対して平行な面内において前記表示部を囲む請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
前記表示部は、前記光を出射する表示面を有し、前記表示面は、前記主面に対して平行である請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１反射部は凹面鏡を含み、前記表示部とさらに対向し、
前記表示部は、前記凹面鏡の焦点と前記凹面鏡の鏡面との間に配置される請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記第１反射部は、前記表示部に対向する対向領域と、前記表示部に対向しない非対向領域と、を有し、前記対向領域の少なくとも一部の反射率は、前記非対向領域の反射率よりも低い請求項１〜８のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１反射部と前記結像素子との間の距離を変化させる距離制御部をさらに備えた請求項１〜９のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１１】
前記表示部は、前記光を出射する表示面上に設けられた偏光板を有し、
前記表示部と前記第１反射部との間の光路上において、前記偏光板と前記第１反射部との間に設けられ、前記偏光板から出射した偏光の偏光方向を回転させる位相差素子さらに備えた請求項１〜１０のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１２】
前記表示部から出射した前記光のうちの、前記表示部の表示面に対して垂直な方向における強度は、前記表示部から出射した前記光のうちの、前記垂直な方向から傾斜した方向における強度よりも低い請求項１〜１１のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１】
光を出射する表示部と、
主面を有し、物体の実像を、前記主面を対称面とした前記物体の対称位置に結像する結像素子であって、前記結像素子は、前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記表示部と重ならない部分を有する結像素子と、
前記主面と対向する部分を有し、前記表示部から出射した前記光を反射して前記結像素子の前記表示部と重ならない前記部分に入射させる第１反射部と、
を備えた表示装置。
【請求項２】
前記表示部は、前記主面に対して平行な方向において前記結像素子と並ぶ請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記主面の法線方向に沿ってみたときに前記結像素子と重ならない部分を有する第２反射部をさらに備え、
前記第２反射部は、前記表示部から出射した前記光を反射して前記第１反射部に入射させ、
前記第１反射部は、前記第１反射部から出射した光を反射して前記結像素子に入射させる請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示部は、前記主面に対して平行な方向において前記第１反射部と並び、
前記第２反射部は、前記主面に対して平行な方向において前記結像素子と並ぶ請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記結像素子は、前記主面に対して平行な方向に沿って前記表示部を挟む請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項６】
前記結像素子は、前記主面に対して平行な面内において前記表示部を囲む請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
前記表示部は、前記光を出射する表示面を有し、前記表示面は、前記主面に対して平行である請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１反射部は凹面鏡を含み、前記表示部とさらに対向し、
前記表示部は、前記凹面鏡の焦点と前記凹面鏡の鏡面との間に配置される請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記第１反射部は、前記表示部に対向する対向領域と、前記表示部に対向しない非対向領域と、を有し、前記対向領域の少なくとも一部の反射率は、前記非対向領域の反射率よりも低い請求項１〜８のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１反射部と前記結像素子との間の距離を変化させる距離制御部をさらに備えた請求項１〜９のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１１】
前記表示部は、前記光を出射する表示面上に設けられた偏光板を有し、
前記表示部と前記第１反射部との間の光路上において、前記偏光板と前記第１反射部との間に設けられ、前記偏光板から出射した偏光の偏光方向を回転させる位相差素子さらに備えた請求項１〜１０のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１２】
前記表示部から出射した前記光のうちの、前記表示部の表示面に対して垂直な方向における強度は、前記表示部から出射した前記光のうちの、前記垂直な方向から傾斜した方向における強度よりも低い請求項１〜１１のいずれか１つに記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−７３２０４（Ｐ２０１３−７３２０４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４３９８（Ｐ２０１１−２１４３９８）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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