CN105676464B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开的一个方式所涉及的图像显示装置具备：显示体，其包含二维排列的多个发光单元，并具有分别包含所述多个发光单元的一部分的多个区域；反射镜透镜阵列，其包含多个反射镜透镜，所述多个反射镜透镜的每一个与所述多个区域中的1个区域对应地配置，对来自所述多个区域的光进行反射，形成虚像；和分束器，其配置在所述显示体与所述反射镜透镜阵列之间，使来自所述多个区域的所述光的一部分向所述反射镜透镜阵列的方向透过，并使来自所述反射镜透镜阵列的反射光的一部分向用户的观察眼的方向反射。

Description

图像显示装置

技术领域

本公开涉及一种图像显示装置。

背景技术

通过(1)晶状体的焦点调节、(2)双眼的视差(右眼所产生的视觉效果与左眼所产生的视觉效果的差异)、(3)双眼的辐辏(要使视线交叉的双眼的活动)等的感觉，人能够三维地识别影像。一般，游戏机、电视机等所使用的显示器具有二维的显示面。通过利用上述(1)～(3)的作用，能够使用户将显示于该显示面的图像(二维像)识别为三维像。特别是，利用了上述(2)以及(3)的作用的显示器正在被商业化。例如，JP特开平08-194273号公报公开了一种利用了双凸透镜所产生的上述(2)以及(3)的作用的构成。

图10是示意性地表示JP特开平08-194273号公报所公开的三维图像显示装置的图。液晶显示器等的二维的发光体21由许多像素21P构成。像素21P被分割为区域21R以及区域21L这2个区域。在发光体21的表面上，双凸透镜20与像素21P一一对应地配置。

通过双凸透镜20的聚光作用，在像素21P内的区域21R产生的光成像于聚光点4R，在区域21L产生的光成像于聚光点4L。在区域21R和区域21L显示考虑了视差的不同的图像。若使人的右眼和左眼分别位于聚光点4R以及聚光点4L，则通过上述(2)以及(3)的效果，图像被识别为三维的像。即，在右眼仅感知到显示于区域21R的图像，在左眼仅感知到显示于区域21L的图像。在这2个图像中加入了视差信息(双眼的视差)。右眼和左眼都注视发光体21的表面从而视线交叉(双眼的辐辏)。

发明内容

解决课题的手段

本公开的一个方式所涉及的图像显示装置具备：显示体，其包含二维排列的多个发光单元，并具有分别包含所述多个发光单元的一部分的多个区域；反射镜透镜阵列，其包含多个反射镜透镜，所述多个反射镜透镜的每一个与所述多个区域中的1个区域对应地配置，对来自所述多个区域的光进行反射，并形成虚像；和分束器，其配置在所述显示体与所述反射镜透镜阵列之间，使来自所述多个区域的所述光的一部分向所述反射镜透镜阵列的方向透过，并使来自所述反射镜透镜阵列的反射光的一部分向用户的观察眼的方向反射。

发明效果

根据本公开的一个方式所涉及的图像显示装置，能够透视到图像显示装置的另一侧，能够与该背景重叠地显示图像显示装置所映出的图像。由于通过调节晶状体的焦点能够对像进行识别，因此给用户带来的视觉负担较少。

附图说明

图1是示意性地表示实施方式1的图像显示装置中的显示体、半反射镜、反射镜透镜、以及显示图像的位置关系、和光路的剖面图。

图2是示意性地表示实施方式1中的显示体、反射镜透镜、显示图像的位置关系的立体图。

图3是表示实施方式1的变形例的剖面图。

图4是示意性地表示实施方式2中的显示体、反射镜透镜、显示图像的位置关系的立体图。

图5是示意性地表示实施方式3的图像显示装置中的显示体、半反射镜、反射镜透镜、以及显示图像的位置关系、和光路的剖面图。

图6A是表示反射镜透镜以及其上的反射膜的俯视图。

图6B是表示实施方式3的变形例中的反射镜透镜的剖面图。

图7是示意性地表示实施方式4的图像显示装置中的显示体、半反射镜、电子快门、反射镜透镜、以及显示图像的位置关系、和光路的剖面图。

图8是表示电子快门的构成的俯视图。

图9A是表示显示图像的范围和电子快门的第1状态的俯视图。

图9B是表示显示图像的范围和电子快门的第2状态的俯视图。

图9C是表示显示图像的范围和电子快门的第3状态的俯视图。

图9D是表示显示图像的范围和电子快门的第4状态的俯视图。

图10是表示现有的三维图像显示装置的构造以及光路的图。

图11是示意性地表示研究例1的三维图像显示装置中的显示体、透镜、显示图像的位置关系、和光路的剖面图。

图12是示意性地表示研究例1的显示体、透镜、显示图像的位置关系的立体图。

图13是示意性地表示研究例2的三维图像显示装置中的显示体、透镜、显示图像的位置关系、和光路的剖面图。

图14是示意性地表示研究例2中的显示体、透镜、显示图像的位置关系的立体图。

图15是用于说明原始图像的象素单元的配置的图。

图16A是表示研究例2中的在分割区域显示的图像的中心、透镜的中心、以及显示图像的中心的位置关系的图。

图16B是表示从z轴的正侧沿着z轴看到的、研究例2中的在分割区域显示的图像的中心、透镜的中心、以及显示图像的中心的位置关系的图。

图17A是表示研究例2的变形例中的在分割区域显示的图像的中心、透镜的中心、以及显示图像的中心的位置关系的图。

图17B是表示从z轴的正侧沿着z轴看到的、研究例2的变形例中的在分割区域显示的图像的中心、透镜的中心、以及显示图像的中心的位置关系的图。

图17C是表示从z轴的正侧沿着z轴看到的、研究例2的其他变形例中的在分割区域显示的图像的中心、透镜的中心、以及显示图像的中心的位置关系的图。

标号说明

1 显示体

1a～1d 显示面上的图像

2 显示面上的基本区域

2a～2e 显示面上的分割区域

6 半反射镜

6m 半反射镜的反射面

4 用户

5a～5d 显示为虚像的图像

5a′ 不必要的显示图像

10 图像显示装置

12 电子快门

16 控制电路

30 反射镜透镜阵列

30a～30d 反射镜透镜

32 1/4波长板

具体实施方式

在说明本公开的实施方式之前，说明对现有技术进行改良并反复研究的内容(研究例)。

根据JP特开平08-194273号公报的三维图像显示装置，用户4的眼睛的聚焦点(焦点)对焦于发光体21的表面。另一方面，视线的交叉点位于立体像的位置，且从发光体21的表面偏离。晶状体的焦点被调节的位置和双眼的视差交叉的位置从原理上来说不一致。因此，产生不自然的视觉效果，给用户带来的视觉负担较大。作为该现有例的改良，本发明者研究了使用焦点距离不同的多个透镜使虚像成像于不同的位置的构成(研究例1、2)。以下，参照附图对这些研究例进行说明。在以下的说明中，对相同或对应的构成要素标注相同的参照标号。

(研究例1)

图11以及图12是示意性地表示研究例1中的图像显示装置10的构成的图。该图像显示装置10具备显示体1和透镜阵列3。在图11以及图12中，作为一例，示出了具有4个透镜3a～3d的透镜阵列3，但透镜阵列3所包含的透镜的数量只要为2个以上即可。在附图中，xy平面是与显示体1的显示面平行的平面。y轴正方向相当于显示体1以及图像显示装置10的上方向。z轴与xy平面正交，z轴方向相当于显示体1的厚度方向即图像显示装置10的前后方向。z轴正方向相当于图像显示装置10的前方(从显示体1朝向用户4的方向)。

显示体1例如是液晶显示器或有机EL显示器等显示器。如图12所示，显示体1具有在显示面上二维排列的多个发光单元(用圆形、六边形、五边形、以及四边形来表现)。在本研究例中，排列了在x方向上8个、在y方向上8个的合计64个发光单元。通过合计64个发光单元的排列而构成基本区域2(4个分割区域2a、2b、2c、2d的集合)。基本区域2是显示体1的对图像进行显示的显示面的一部分或整体。在基本区域2是显示面的一部分的情况下，将与基本区域2相同的区域在x方向以及y方向上排列多个而构成1个显示面。由此，能够形成对应于大画面的显示图像。发光单元可以是显示体1的像素或彩色像素等、被显示的图像的最小单位。或者，也可以将同一形状的多个像素或彩色像素的集合作为1个发光单元来对待。

由二维排列的多个发光单元构成的基本区域2被分割为多个分割区域2a、2b、2c、2d。各分割区域包含多个发光单元。基本区域2所包含的分割区域的数量、以及各分割区域所包含的发光单元的数量没有特别限制。在本研究例中，各分割区域包含在x方向上4个、在y方向上4个的合计16个发光单元。4个分割区域2a～2d通过发光单元的发光分别单独地显示图像1a～1d。

透镜阵列3与显示体1的表面接近配置。透镜阵列3包含与分割区域2a～2d分别对应地配置的单独的透镜3a、3b、3c、3d。在此，1个分割区域和1个透镜“对应”，意味着处于从该分割区域射出的光束的大部分(例如一半以上)入射到该透镜的关系。例如，在1个分割区域和1个透镜对向地配置的情况下，可以说两者对应。通过在分割区域与透镜之间插入反射镜或分束器等光学系统而使光线的路径发生变化的情况下，则不处于分割区域与透镜对向的关系。但是，即使在这种情况下，在从某分割区域射出的光束的大部分入射到该透镜的情况下，两者也对应。

这些透镜3a～3d的焦点距离相互不同。透镜3a、3b、3c、以及3d的焦点距离分别为fa、fb、fc、fd。若将各透镜3a～3d与显示体10的距离设为a，则焦点距离分别满足fa＞a、fb＞a、fc＞a、以及fd＞a的关系。透镜3a使显示于分割区域2a的图像1a在从透镜3a向-z方向离开由以下的(式1)所决定的距离ba的位置成像为虚像5a。透镜3b使显示于分割区域2b的图像1b在从透镜3b向-z方向离开由以下的(式2)所决定的距离bb的位置成像为虚像5b。透镜3c使显示于分割区域2c的图像1c在从透镜3c向-z方向离开由以下的(式3)所决定的距离bc的位置成像为虚像5c。透镜3d使显示于分割区域2d的图像1d在从透镜3d向-z方向离开由以下的(式4)所决定的距离bd的位置成像为虚像5d。

(式1) ba＝fa×a/(fa-a)

(式2) bb＝fb×a/(fb-a)

(式3) bc＝fc×a/(fc-a)

(式4) bd＝fd×a/(fd-a)

另外，在图11中，使显示图像5a和5c、5b和5d的z方向的显示位置一致地进行了表示，但也可以如该例这样，一部分或全部显示图像的z方向的显示位置一致。在透镜3a～3d的焦点距离fa～fd不同的情况下，形成显示图像5a～5d的位置也按照每个分割区域而在显示体1的厚度方向L(z方向)上不同。其结果，图像显示装置10能够使用户4感知到距离感不同的多个显示图像。由此，例如能够实现如下使用方法：对形成于离用户4的眼睛相对较远的位置的显示图像分配背景图像，对形成于与用户4的眼睛相对较近的位置的显示图像分配人物等的目标的图像。

这种图像显示装置10可以对应于用户4的右眼以及左眼的一方或双方而配置。在对应于用户4的双眼而配置2个图像显示装置10的情况下，在这些图像显示装置10中的显示体1上，显示考虑了左右眼的视差的不同的图像。由此，用户4能够感知到立体图像。

在本研究例中，用户4观看形成于厚度方向L(z方向)上不同的位置的显示图像5a～5d。即，用户4的眼睛的聚焦点(焦点)被对焦于显示图像5a～5d的位置。另一方面，视线的交叉点也位于显示图像5a～5d的位置。因此，晶状体的焦点被调节的位置和双眼的视差交叉的位置一致。在本研究例中，即使观看距离感不同的多个图像，像现有技术那样对用户产生视觉负担的问题也较少。

不过，若从用户4的位置来看，则通过各透镜，还能看到在不对应于该透镜的相邻的分割区域显示的图像。例如，若窥视透镜3b，则不仅能够看到分割区域2b的图像1b还能看到相邻的分割区域2a的图像1a。即，用户4不仅看到距离感不同的多个显示图像(在图11的例子中为图像5a、5b)，还会看到与这些显示图像相邻的不必要的图像(在图11的例子中为5a’、5b’)。不必要的图像5a’是能够从透镜3b窥视到的分割区域2a上的图像1a所对应的虚像。不必要的图像5b’是能够从透镜3a窥视到的分割区域2b上的图像1b所对应的虚像。

(研究例2)

另一方面，作为研究例1的变形，本发明者研究了研究例2。

图13以及图14是示意性地表示研究例2中的图像显示装置10的图。该图像显示装置10具备显示体1和透镜阵列3。本研究例与研究例1相比较，仅仅是图像的排列方法以及各透镜所形成的虚像的成像位置的关系不同，其他构成完全相同。因此，以下有时省略对与研究例1重复的内容的说明。

如图14所示，显示体1具有在显示面上二维排列的多个发光单元。在本研究例中排列了在x方向上8个、在y方向上8个的合计64个发光单元。通过合计64个发光单元的排列而构成基本区域2。发光单元是显示体1的像素、彩色像素、或者同一形状的多个像素或彩色像素的集合体。

由二维排列的多个发光单元构成的基本区域2被分割为多个分割区域2a、2b、2c、2d。各分割区域包含多个发光单元。基本区域2所包含的分割区域的数量、以及各分割区域所包含的发光单元的数量没有特别限制。在本研究例中，各分割区域包含在x方向上4个、在y方向上4个的合计16个发光单元。4个分割区域2a～2d通过发光单元的发光分别单独地显示图像1a～1d。

图15示出用于在显示体1上显示图像的原始图像11。原始图像11由排列了在x方向上8个、在y方向上8个象素单元的合计64个象素单元构成。在这些象素单元中，在x方向以及y方向的每一个方向上，隔一个而排列的象素11a(用圆形来显示)、象素11b(用六边形来显示)、象素11c(用五边形来显示)、象素11d(用四边形来显示)被相互区别。由象素11a的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2a的发光单元来显示。由象素11b的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2b的发光单元来显示。由象素11c的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2c的发光单元来显示。由象素11d的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2d的发光单元来显示。

透镜阵列3与显示体1的表面接近配置。透镜阵列3包含与分割区域2a、2b、2c、2d分别对应地配置的透镜3a、3b、3c、3d。这些透镜3a～3d的焦点距离(＝f)全部相同。若将透镜3a～3d的每一个与显示体10的距离设为a，则满足f＞a的关系。因此，透镜3a～3d使分别显示于分割区域2a～2d的图像1a～1d成像为虚像。透镜3a～3d的位置被调整为使得各个虚像相互重叠。由此，构成显示图像5a～5d的每一个的各个象素虚像(分别用圆形、六边形、五边形、四边形来显示)，在像面上间隔一个而排列。各个象素虚像被排列为相互填补间隙。作为整体，虚像5的排列成为与原始图像11相同的象素的排列。

在此，参照图16A以及图16B，对显示于1个分割区域的图像的中心位置与透镜的中心位置的关系进行说明。图16A作为一例示意性地示出了透镜3a、在与其对应的分割区域2a显示的图像1a、和显示图像5a的位置关系。将透镜3a与图像1a的距离设为a，将透镜3a与显示图像5a的距离设为b。根据透镜公式，图像1a的中心1A、透镜3a的中心3A、和显示图像5a的中心5A排列在一条直线上。同样，图像1b的中心1B、透镜3b的中心3B、和显示图像5b的中心5B(＝5A)排列在一条直线上。图像1c的中心1C、透镜3c的中心3C、和显示图像5c的中心5C(＝5A)排列在一条直线上。图像1d的中心1D、透镜3d的中心3D、和显示图像5d的中心5D(＝5A)排列在一条直线上。

图16B示意性地示出了从z轴(光轴)的正侧沿着z轴看到的图像1a～1d的中心1A～1D、透镜3a～3d的中心3A～3D、和显示图像5a～5d的中心5A～5D的位置关系。在沿着z轴来看图像1a、透镜3a、和显示图像5a时，透镜3a的中心3A、图像1a的中心1A、显示图像5a的中心5A配置为排列在直线La上。同样，在沿着z轴来看图像1b、透镜3b、和显示图像5b时，透镜3b的中心3B、图像1b的中心1B、显示图像5b的中心5B(＝5A)配置为排列在直线Lb上。在沿着z轴来看图像1c、透镜3c、和显示图像5c时，透镜3c的中心3C、图像1c的中心1C、显示图像5c的中心5C(＝5A)配置为排列在直线Lc上。在沿着z轴来看图像1d、透镜3d、和显示图像5d时，透镜3d的中心3D、图像1d的中心1D、显示图像5d的中心5D(＝5A)配置为排列在直线Ld上。

另外，透镜3a～3d也可以不必相邻。图17A以及17B是表示在透镜3a～3d之间夹着其他的透镜3e的构成例的图。在该构成例中，排列为4行4列的16个分割区域中的第1行第1列、第1行第3列、第3行第1列、第3行第3列的分割区域分别相当于分割区域2a、2b、2c、2d。在其他分割区域上，可以设置具有与透镜3a～3d相同或不同的焦点距离的其他的多个透镜。在设置具有与透镜3a～3d相同的焦点距离的其他的多个透镜的情况下，也可以构成为这些透镜和透镜3a～3d互补地形成1个显示图像。图17C示出了多个分割区域以及多个透镜的其他排列例。在图17C的例子中，透镜3a、3c在x方向上间隔2个而配置，透镜3b、3d在x方向上间隔1个而配置。透镜3a～3d的配置间隔也可以不固定。在图17B以及17C的例子中，也可以存在未设置对应的透镜的分割区域。

在该情况下，如图17A所示，图像1a(或1b、1c、1d)的中心1A(或1B、1C、1D)、透镜3a(或3b、3c、3d)的中心3A(或3B、3C、3D)、以及显示图像5a(或5b、5c、5d)的中心5A(＝5B＝5C＝5D)也排列在一条直线上。此外，如图17B以及17C所示，在从z轴正方向观看时，透镜3a(或3b、3c、3d)的中心3A(或3B、3C、3D)、图像1a(或1b、1c、1d)的中心1A(或1B、1C、1D)、显示图像5a(或5b、5c、5d)的中心5A(＝5B＝5C＝5D)配置为排列在直线La(或Lb、Lc、Ld)上。

若在y轴方向上将透镜3a的中心3A与显示图像5a的中心5A的距离设为h2，将图像1a的中心1A与显示图像5a的中心5A的距离设为h1，则以下的(式5)的关系成立。关于图像1b、图像1c、以及图像1d也是同样。

(式5) h1/h2＝(b-a)/b

按照(式5)，使透镜或显示体向x、y、z方向移动来使透镜的中心和显示于分割区域的图像的中心移动，由此能够自由地调整显示图像的位置。由此，能够使显示于多个分割区域的图像在同一像面上重叠成像，形成与图15所示的原始图像11相同的象素排列的显示图像5。

如上述那样形成的显示图像5a、5b、5c、5d是从用户4的眼睛来看实际上成像于该位置的图像。即使在用单眼来看的情况下也满足(1)晶状体的焦点调节的条件。在用双眼来看的情况下还进一步满足(2)双眼的视差、(3)双眼的辐辏的条件。因此，由于远近差通过晶状体的焦点调节来进行，因而感觉自然。即使在用双眼来看的情况下也由于聚焦点的位置和双眼的视差交叉的位置一致，因此给用户4带来的视觉负担较少。

在本研究例中，与根据通过1个透镜而显示于显示面的图像来形成被用户目识别的显示图像的现有构成相比，能够减小各个透镜3a～3d的尺寸。因此，能够缩短各透镜的焦点距离，能够实现装置的小型化以及薄型化。

以上，说明了对现有技术进行了改良的研究例1、以及作为其变形的研究例2。在这些研究例中，图像显示装置10都不透明，用户4无法透视到图像显示装置10的另一侧。本发明者解决这些研究例的课题，想到了在透视到图像显示装置的另一侧的同时，与该背景重叠地显示图像显示装置所映出的图像的新的构成。

本公开包含以下项目所记载的图像显示装置。

[项目1]

一种图像显示装置，具备：

显示体，其包含二维排列的多个发光单元，并具有分别包含所述多个发光单元的一部分的多个区域；

反射镜透镜阵列，其包含多个反射镜透镜，所述多个反射镜透镜的每一个与所述多个区域中的1个区域对应地配置，对来自所述多个区域的光进行反射，并形成虚像；和

分束器，其配置在所述显示体与所述反射镜透镜阵列之间，使来自所述多个区域的所述光的一部分向所述反射镜透镜阵列的方向透过，并使来自所述反射镜透镜阵列的反射光的一部分向用户的观察眼的方向反射。

[项目2]

根据项目1所述的图像显示装置，

还具备聚光透镜阵列，所述聚光透镜阵列包含分别对应于所述多个区域中的1个区域而配置在所述多个区域与所述分束器之间的多个聚光透镜。

[项目3]

根据项目1或2所述的图像显示装置，

所述多个反射镜透镜的每一个具有反射区域和透过区域，所述反射区域对入射到包含所述多个反射镜透镜各自的光轴的所述多个反射镜透镜各自的透镜面的一部分的第1入射光进行反射，所述透过区域使入射到所述透镜面的其他一部分的第2入射光透过。

[项目4]

根据项目2所述的图像显示装置，

所述多个反射镜透镜的每一个具有反射区域和透过区域，所述反射区域对入射到包含所述多个反射镜透镜各自的光轴的所述多个反射镜透镜各自的透镜面的一部分的第1入射光进行反射，所述透过区域使入射到所述透镜面的其他一部分的第2入射光透过，

透过所述多个聚光透镜的每一个的透过光入射到所述反射区域。

[项目5]

根据项目1～4中任一项所述的图像显示装置，

还具备：

多个电子快门，其分别对应于所述多个区域中的1个区域而配置于所述显示体与所述反射镜透镜阵列之间；和

控制电路，其与所述多个发光单元以及所述多个电子快门电连接，对所述多个发光单元的发光状态以及所述多个电子快门的光透过率进行控制，并且通过对所述多个发光单元的所述发光状态进行控制，由此与使图像显示于所述多个区域中的1个区域的定时同步地，将所述多个电子快门中的与所述多个区域中的1个区域对应的电子快门设为透光状态，将与所述多个区域中的1个区域对应的所述电子快门相邻的其他电子快门设为遮光状态。

[项目6]

根据项目5所述的图像显示装置，

在使所述图像显示于所述多个区域中的1个区域时，所述控制电路使所述图像还跨越到相邻的其他区域来显示。

[项目7]

根据项目1～6中任一项所述的图像显示装置，

所述多个反射镜透镜的每一个与对应的所述多个区域的每一个之间的光学距离比所述多个反射镜透镜各自的焦点距离小。

[项目8]

一种图像显示装置，具备：

显示器；

反射镜透镜阵列，其包含配置在从所述显示器的显示面射出的光束的路径上的多个反射镜透镜，各反射镜透镜与构成所述显示面的多个分割区域中的1个区域对应地配置，所述反射镜透镜与所述分割区域之间的光学距离比所述反射镜透镜的焦点距离小；和

分束器，其配置在所述显示器与所述反射镜透镜阵列之间，并配置为使来自所述显示器的光的一部分向所述反射镜透镜阵列的方向透过，并使来自所述反射镜透镜阵列的反射光的一部分向用户的观察眼的方向反射。

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，以下的说明涉及本公开的一例，并非通过这些来限定本公开。

(实施方式1)

图1以及图2是表示实施方式1所涉及的图像显示装置10的构成的图。该图像显示装置10具备显示体1、分束器(半反射镜)6、和反射镜透镜阵列30。在本实施方式中，折射型的透镜阵列3变为反射型的反射镜透镜阵列30，并在显示体1与反射镜透镜阵列30之间插入半反射镜6，除此以外的构成与研究例1完全相同。因此，以下有时省略与研究例1重复的说明。

显示体1例如是液晶显示器或有机EL显示器等显示器。如图8所示，显示体1具有在显示面上二维排列的多个发光单元(用圆形、六边形、五边形、以及四边形来表现)。在本研究例中，排列了在x方向上8个、在y方向上8个的合计64个的发光单元。通过合计64个发光单元的排列而构成基本区域2(4个分割区域2a、2b、2c、2d的集合)。基本区域2是显示体1的对图像进行显示的显示面的一部分或整体。在基本区域2是显示面的一部分的情况下，将与基本区域2相同的区域在x方向以及y方向上排列多个而构成1个显示面。由此，能够形成对应于大画面的显示图像。发光单元可以是显示体1的像素或彩色像素等、被显示的图像的最小单位。或者，也可以将同一形状的多个像素或彩色像素的集合作为1个发光单元来对待。

二维排列的多个发光单元所构成的基本区域2被分割为多个分割区域2a、2b、2c、2d。各分割区域包含多个发光单元。基本区域2所包含的分割区域的数量、以及各分割区域所包含的发光单元的数量没有特别限制。在本研究例中，各分割区域包含在x方向上4个、在y方向上4个的合计16个发光单元。4个分割区域2a～2d通过发光单元的发光分别单独地显示图像1a～1d。

从多个发光单元射出的光透过半反射镜6的反射面6m，入射到反射镜透镜阵列30。反射镜透镜阵列30是多个反射型透镜(反射镜透镜)的集合体。透镜表面全部成膜有金属膜，作为反射面而发挥作用。入射到该面的光被反射，并再次入射到反射面6m。此时被反射面6m反射的光的成分被用户4目识别。反射镜透镜阵列30与显示体1的表面接近配置。反射镜透镜阵列30包含与分割区域2a、2b、2c、2d分别对应地配置的单独的反射镜透镜30a、30b、30c、30d。这些单独的反射镜透镜30a～30d的焦点距离相互不同。反射镜透镜30a、30b、30c、30d的焦点距离分别为fa、fb、fc、fd。将各反射镜透镜30a～30d与显示体10的显示面的距离设为a。于是，焦点距离分别满足fa＞a、fb＞a、fc＞a、以及fd＞a的关系。反射镜透镜30a使显示于分割区域2a的图像1a在从反射镜透镜30a光学分离由前述的(式1)所决定的距离ba的位置成像为虚像5a。反射镜透镜30b使显示于分割区域2b的图像1b在从反射镜透镜30b光学分离由前述的(式2)所决定的距离ba的位置成像为虚像5b。反射镜透镜30c使显示于分割区域2c的图像1c在从反射镜透镜30c光学分离由前述的(式3)所决定的距离bc的位置成像为虚像5c。反射镜透镜30d使显示于分割区域2d的图像1d在从反射镜透镜30d光学分离由前述的(式4)所决定的距离bd的位置成像为虚像5d。在此，“光学分离”意味着分离沿着光线的路径测量出的距离(光学距离)。

这样，反射镜透镜30a～30d分别在不同的位置形成显示图像5a～5d。另外，在图2中，使显示图像5a和5c、5b和5d的显示位置一致地进行了表示，但也可以如该例这样，一部分或全部显示图像的z方向的显示位置一致。在透镜3a～3d的焦点距离fa～fd不同的情况下，形成显示图像5a～5d的位置也按照每个分割区域而在显示体1的厚度方向L(z方向)上不同。其结果，图像显示装置10能够使用户4感知到距离感不同的多个显示图像。由此，例如能够实现如下使用方法：对形成于离用户4的眼睛相对较远的位置的显示图像分配背景图像，对形成于与用户4的眼睛相对较近的位置的显示图像分配人物等的目标的图像。

这种图像显示装置10可以对应于用户4的右眼以及左眼的一方或双方而配置。在对应于用户4的双眼而配置2个图像显示装置10的情况下，在这些图像显示装置10中的显示体1上，显示考虑了左右眼的视差的不同的图像。由此，用户4能够感知到立体图像。

在本实施方式中，能够通过半反射镜6透视到图像显示装置10的另一侧。能够与该背景重叠地显示图像显示装置10所映出的距离感不同的图像。

在本实施方式中，使用了光的透过率和反射率均为约50％的半反射镜6，但也可以使用透过率和反射率不同的分束器。在显示体1是如液晶显示器那样射出偏振光的显示器的情况下，也可以使用偏振分束器。图3是表示使用了偏振分束器6’的构成例的图。该偏振分束器6’被设计为使从显示体1射出的直线偏振光透过，并对与其正交的方向的直线偏振光进行反射。若在偏振分束器6’与反射镜透镜阵列30之间配置1/4波长板32，则能够与本实施方式同样地将虚像形成为更明亮的显示图像。

(实施方式2)

图4是示意性地表示实施方式2中的图像显示装置10的图。本实施方式与实施方式1相比，仅仅是图像的排列方法以及虚像的成像位置的关系不同，其他构成与实施方式1完全相同。因此，有时省略关于与实施方式1重复的内容的说明。

显示体1具有在显示面上二维排列的多个发光单元。在本研究例中排列了在x方向上8个、在y方向上8个的合计64个发光单元。通过合计64个发光单元的排列而构成基本区域2。发光单元是显示体1的像素、彩色像素、或者同一形状的多个像素或彩色像素的集合体。

二维排列的多个发光单元所构成的基本区域2被分割为多个分割区域2a、2b、2c、2d。各分割区域包含多个发光单元。基本区域2所包含的分割区域的数量、以及各分割区域所包含的发光单元的数量没有特别限制。在本研究例中，各分割区域包含在x方向上4个、在y方向上4个的合计16个发光单元。4个分割区域2a～2d通过发光单元的发光分别单独地显示图像1a～1d。

用于在显示体1上显示图像的原始图像11与参照图15所说明的图像相同。原始图像11由排列了在x方向上8个、在y方向上8个象素单元的合计64个象素单元构成。在这些象素单元中，在x方向以及y方向的每一个方向上，隔一个而排列的象素11a(用圆形来显示)、象素11b(用六边形来显示)、象素11c(用五边形来显示)、象素11d(用四边形来显示)被相互区别。由象素11a的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2a的发光单元来显示。由象素11b的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2b的发光单元来显示。由象素11c的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2c的发光单元来显示。由象素11d的群构成的图像将间隔靠紧地由分割区域2d的发光单元来显示。

反射镜透镜阵列30与显示体1的表面接近配置。透镜阵列30包含与分割区域2a、2b、2c、2d分别对应地配置的透镜30a、30b、30c、30d。这些透镜30a～30d的焦点距离(＝f)全部相同。若将透镜30a～30d的每一个与显示体10的距离设为a，则满足f＞a的关系。因此，透镜30a～30d使分别显示于分割区域2a～2d的图像1a～1d成像为虚像。透镜30a～30d的位置被调整为使各个虚像相互重叠。由此，构成显示图像5a～5d的每一个的各个象素虚像(分别用圆形、六边形、五边形、四边形来显示)，在像面上间隔一个而排列。各个象素虚像被排列为相互填补间隙。作为整体，虚像5的排列成为与原始图像11相同的象素的排列。

显示于分割区域的图像的中心位置与单独的反射镜透镜的中心位置的关系，和参照图16A、图16B以及图17A至17C所说明的研究例2中的关系相同，因此省略说明。

第2实施方式与第1实施方式同样，能够通过半反射镜6透视到图像显示装置的另一侧，能够与该背景重叠地显示图像显示装置所映出的距离感不同的图像。

(实施方式3)

图5是示意性地表示实施方式3中的图像显示装置10的构成的剖面图。该图像显示装置10具备显示体1、聚光透镜阵列7、分束器(半反射镜)6、和反射镜透镜阵列30。本实施方式在插入聚光透镜阵列7、以及反射镜透镜阵列30的反射区域的构造不同这些方面与实施方式1或实施方式2不同。其他构成与第1实施方式或第2实施方式完全相同。因此，省略与实施方式1、2重复的说明。关于多个分割区域以及反射镜透镜阵列30的排列，可以任意选择，但在此作为与实施方式1相同的排列来进行说明。

如图5所示，从发光单元产生的光，在透过了插入到显示体1与半反射镜6之间的聚光透镜阵列7之后，透过半反射镜6的反射面6m，并入射到反射镜透镜阵列30。反射镜透镜阵列30包含多个反射型透镜(反射镜透镜)30a～30d。反射镜透镜30a、30b、30c、30d与分割区域2a～2d分别对应地配置。

图6A是示意性地表示反射镜透镜30a～30d的构成的俯视图。在透镜表面的一部分成膜有金属膜8a～8d。金属膜8a～8d作为反射面而发挥作用。金属膜8a～8d以外的部分具有使光透过的特性。这样，各反射镜透镜具有对入射到包含光轴的一部分透镜面的光进行反射的反射区域、和使入射到其周边的光透过的透过区域。反射区域对入射的光进行反射，使其再次入射到反射面6m。此时被反射的光的成分被用户4目识别。

单独的反射镜透镜30a～30d的焦点距离相互不同。反射镜透镜30a、30b、30c、30d的焦点距离分别为fa、fb、fc、fd。将各反射镜透镜30a～30d与显示体10的显示面的距离设为a。于是，焦点距离分别满足fa＞a、fb＞a、fc＞a、以及fd＞a的关系。反射镜透镜30a使显示于分割区域2a的图像1a在从反射镜透镜30a光学分离由前述的(式1)所决定的距离ba的位置成像为虚像5a。反射镜透镜30b使显示于分割区域2b的图像1b在从反射镜透镜30b光学分离由前述的(式2)所决定的距离ba的位置成像为虚像5b。反射镜透镜30c使显示于分割区域2c的图像1c在从反射镜透镜30c光学分离由前述的(式3)所决定的距离bc的位置成像为虚像5c。反射镜透镜30d使显示于分割区域2d的图像1d在从反射镜透镜30d光学分离由前述的(式4)所决定的距离bd的位置成像为虚像5d。

这样，反射镜透镜30a～30d在分别不同的位置形成显示图像5a～5d。另外，在图5中，仅显示了虚像5c和与其相关的光路。由于反射镜透镜30a～30d的焦点距离fa～fd按照每个分割区域而不同，因此形成显示图像5a～5d的位置也按照每个分割区域而在显示体1的厚度方向L上不同。其结果，图像显示装置10能够对用户4形成距离感不同的多个显示图像。

聚光反射镜透镜阵列7包含与分割区域2a、2b、2c、2d分别对应地配置的单独的聚光反射镜透镜7a、7b、7c、7d。通过聚光透镜阵列7的作用，从分别显示于分割区域2a～2d的图像1a～1d的各发光点射出的光束的范围变窄。这些光束，在反射镜透镜30a～30d的反射面上，收敛于各反射镜透镜的中心附近的区域。在本实施方式中，形成金属膜8的区域限定于该中心附近的区域8a～8d。在除此以外的区域向透镜的入射光不发生反射而透过。

在实施方式1、2中，若从用户4的位置来看，则不仅能看到与各透镜对应的分割区域上的图像，还能看到相邻的分割区域上的图像。例如，在图1中，从反射镜透镜30c不仅能窥视到显示于分割区域2c的图像1c，还能窥视到相邻的分割区域2a上的图像1a。例如，在图像1a射出的光线9a在反射镜透镜30c反射后，沿着光路9b以及光路9d而入射到用户4的眼睛。因此，在光路9d的反方向的延长线9c上，形成与显示图像5c相邻的不必要的图像5a’。相对于此，在本实施方式中，如图5所示，从图像1a的1点射出的光线的光路及其延长线9a通过聚光透镜7a的折射而弯曲(光线9a’)，在被反射镜透镜30c反射后，沿光路9b、9c前进。其结果，在像面上形成扩散得较大的图像5a’。由于该扩散，图像5a’的亮度下降，变得不醒目。进而，由于成膜有金属膜8的区域受到限定，因此光线9a’的入射位置脱离反射区域8c的可能性较高，图像5a’的亮度在实际效果上进一步下降。因此，在本实施方式中，除了能够透视到图像显示装置10的另一侧这一效果之外，还能够除去与显示图像相邻的不必要的图像。

另外，各反射镜透镜由于是反射型的透镜因而不会产生色差，但由于聚光透镜7中的折射而产生较弱的色差。为了消除该色差，也可以使反射镜透镜阵列30的入射侧(与反射面对向的一侧)也具有折射作用。例如，如图6B中剖面所示，通过在反射镜透镜30a～30d的入射侧设置透镜形状30a′～30d′，从而向反射镜透镜30a～30d的入射光在去路(入射时)和回路(反射时)受到折射作用，能够校正单独聚光透镜7a～7d上的色差。另外，在图6B的例子中，透镜形状30a′～30d′为向上凸，但根据设计不同也可能存在向下凸的情况。

(实施方式4)

图7是表示实施方式4中的图像显示装置10的构成的剖面图。该图像处理装置10具备显示体1、分束器(半反射镜6)、多个电子快门12、反射镜透镜阵列30、和控制电路16。本实施方式在插入多个电子快门12，并由控制电路16对显示体1以及电子快门12进行控制这些方面，与实施方式1～3不同。其他构成与实施方式1～3完全相同，因此省略重复的说明。在此，电子快门12以外的构成要素作为与实施方式1相同的构成要素来进行说明。

图8是表示多个电子快门12的构成的俯视图。多个电子快门12包含与分割区域2a、2b、2c、2d分别对应地配置的单独的电子快门12a、12b、12c、12d。电子快门12a～12d能够在各个区域独立地切换透过光的开、闭。在此，“开”意味着光的透过率相对较高的状态(透光状态)，“闭”意味着光的透过率相对较低的状态(遮光状态)。透光状态不一定局限于透过率100％的状态，只要是某种程度高的透过率即可。遮光状态不一定局限于透过率0％的状态，只要是某种程度低的透过率即可。

电子快门12例如具有如下构造：在一对直线检偏器之间形成被透明电极夹着的薄的层，在此填充了液晶。通过一对透明电极，对夹于其间的液晶施加电压来使透过光的偏振方向旋转，由此能够实现透过光的开、闭的切换。多个电子快门可以通过对一方的透明电极进行图案化后进行分割，并单独地进行电压控制来构成。在显示体1为液晶显示器那样的直线偏振光的发光体的情况下，可以省略显示体侧的直线偏振镜。此外，半反射镜6也可以为偏振分束器，在偏振分束器与电子快门12之间配置1/4波长板。在液晶显示器射出的P偏振的光透过偏振分束器并透过1/4波长板而成为圆偏振光，利用电子快门12使得透过光被开、闭。透过电子快门12，在反射镜透镜阵列30射出的光经由电子快门12并透过1/4波长板而成为S偏振光，在偏振分束器上进行反射而入射到用户4的眼睛。

控制电路16与多个发光单元以及多个电子快门12电连接。控制电路16对多个发光单元的发光状态以及多个电子快门12的透光特性进行控制。更具体来说，控制电路16与使图像显示于多个分割区域中的1个分割区域的定时同步，将多个电子快门12中与该分割区域对应的电子快门设为透光状态，将与该电子快门相邻的其他电子快门设为遮光状态。

在实施方式1中的透镜以及分割区域的配置中，显示于各个分割区域2a～2d的图像独立。因此，能够使任意单一的区域发光，使其他区域不发光。在实施方式2所示的透镜以及分割区域的配置中，也能够通过时分割使任意的区域发光，使其他区域不发光。通过使各分割区域2a～2d的开、闭(发光、未发光)与对应的单独的快门12a～12d的开、闭(透过、遮光)同步，能够防止相邻的分割区域同时发光。因此，不会从透镜30a～30d看到相邻的分割区域上的图像。与实施方式1不同，不会看到与显示图像相邻的不必要的图像(例如图1所示的图像5a’、5b’)。

另外，由显示单独的图像(1a、1b、1c、1d等)的多个发光单元形成的发光区域既可以超出分割区域，也可以跨越多个分割区域。换言之，控制电路16也可以在使图像显示于多个分割区域中的1个分割区域时，使该图像还跨越到相邻的其他分割区域来显示。

例如，如图9A～9D所示，也可以在比1个分割区域更大的范围内显示单独的图像。在此情况下，跨越多个分割区域来显示1个图像。如图9A所示，在正在显示图像1a的状态下，由于周边的图像(1b、1c、1d等)不被显示，因此可以使图像1a从分割区域2a露出到周边的分割区域来显示。此时，由于电子快门12a开、周围的电子快门(12b、12c、12d等)闭，因此从用户4来看能够看到宽视角的图像1a。同样，如图9B所示，在正在显示图像1b的状态下，由于周边的图像(1c、1d、1a等)不被显示，因此能够使图像1b从分割区域2b露出到周边的分割区域来显示。此时，由于电子快门12b开、周围的电子快门(12c、12d、12a等)闭，因此从用户4来看能够看到宽视角的图像1b。此外，图9C所示，在正在显示图像1c的状态下，由于周边的图像(1d、1a、1b等)不被显示，因此能够使图像1c从分割区域2c露出到周边的分割区域来显示。此时，由于电子快门12c开、周围的电子快门(12d、12a、12b等)闭，因此从用户4来看能够看到宽视角的图像1c。进而，如图9D所示，在正在显示图像1d的状态下，由于周边的图像(1a、1b、1c等)不被显示，因此能够使图像1d从分割区域2d露出到周边的分割区域来显示。此时，由于电子快门12d开、周围的电子快门(12a、12b、12c等)闭，因此从用户4来看能够看到宽视角的图像1d。只要使用该方法则能够对各图像的视角自由地进行放大、缩小。此外，由于能够通过时分割改变距离地在空间上投影多个几乎以显示器的整个画面来显示的图像，因此能够实现实质上的超分辨率(超过了显示器的象素数的影像表现)。

这样，在本实施方式中，能够透视到图像显示装置的另一侧，而且还能够抑制与显示图像相邻的不必要的图像，能够自由地对视角进行放大、缩小。

Claims (6)

1.一种图像显示装置，具备：

显示体，其包含二维排列的多个发光单元，并具有将由所述多个发光单元构成的基本区域进行分割得到的多个区域；

反射镜透镜阵列，其包含多个反射镜透镜，所述多个反射镜透镜的每一个与所述多个区域中的1个区域对应地配置，对来自所述多个区域的光进行反射，形成虚像，所述多个反射镜透镜的每一个与对应的所述多个区域的每一个之间的光学距离比所述多个反射镜透镜各自的焦点距离小；和

分束器，其配置在所述显示体与所述反射镜透镜阵列之间，使来自所述多个区域的所述光的一部分向所述反射镜透镜阵列的方向透过，并使来自所述反射镜透镜阵列的反射光的一部分向用户的观察眼的方向反射。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，

还具备聚光透镜阵列，所述聚光透镜阵列包含多个聚光透镜，所述多个聚光透镜每一个对应于所述多个区域中的1个区域而配置在所述多个区域与所述分束器之间。

3.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，

所述多个反射镜透镜的每一个具有反射区域和透过区域，所述反射区域对入射到包含所述多个反射镜透镜各自的光轴的所述多个反射镜透镜各自的透镜面的一部分的第1入射光进行反射，所述透过区域使入射到所述透镜面的其他一部分的第2入射光透过。

4.根据权利要求2所述的图像显示装置，

所述多个反射镜透镜的每一个具有反射区域和透过区域，所述反射区域对入射到包含所述多个反射镜透镜各自的光轴的所述多个反射镜透镜各自的透镜面的一部分的第1入射光进行反射，所述透过区域使入射到所述透镜面的其他一部分的第2入射光透过，

透过所述多个聚光透镜的每一个的透过光入射到所述反射区域。

5.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，

还具备：

多个电子快门，所述多个电子快门的每一个对应于所述多个区域中的1个区域而配置于所述显示体与所述反射镜透镜阵列之间；和

控制电路，其与所述多个发光单元以及所述多个电子快门电连接，对所述多个发光单元的发光状态以及所述多个电子快门的光透过率进行控制，并且通过对所述多个发光单元的所述发光状态进行控制，由此与使图像显示于所述多个区域中的1个区域的定时同步，将所述多个电子快门中的与所述多个区域中的1个区域对应的电子快门设为透光状态，将与所述多个区域中的1个区域对应的所述电子快门相邻的其他电子快门设为遮光状态。

6.根据权利要求5所述的图像显示装置，

在使所述图像显示于所述多个区域中的1个区域时，所述控制电路使所述图像还跨越到相邻的其他区域来显示。