CN106802535B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置，其具有：投影部，其对图像进行投影；多枚凹面反射镜，其以相对于投影部的光轴而言与光轴的接触面呈彼此不同角度的方式来配置，多枚凹面反射镜中的第1凹面反射镜反射由投影部投影的图像的至少一部分，形成基于图像的第1像，多枚凹面反射镜中的第2凹面反射镜透射由投影部投影的图像的一部分，并反射图像的一部分，形成基于图像的第2像。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种图像显示装置。

背景技术

开发有一种使驾驶信息与驾驶员的视场重叠，并显示在车辆的前挡风玻璃上的HUD(平视显示器)。驾驶信息例如是指与速度、汽车导航相关的信息等。在现有技术的HUD中，由于视场角狭窄，因此，驾驶员和坐在副驾驶座位上的同乘者双方无法目视识别车辆信息。

因此，提出了这样一种显示装置：在显示体和显示部之间配置半反射镜来改变显示图像的显示面的角度，据此，驾驶员和同乘者能够目视识别驾驶信息(例如，参照日本实用新型专利公开公报实开昭63-158428号(下称专利文献1))。另外，显示体是荧光显示管或液晶显示板等，在显示体上显示驾驶信息。另外，显示部是设置于车辆的前挡风玻璃的内表面的半透明镜，从显示体投影的显示光被投影在显示部上。在专利文献1所记载的技术中，驾驶员能够目视识别透射半反射镜而显示在显示部上的驾驶信息，同乘者也能够目视识别由半反射镜反射的驾驶信息。

并且，提出了这样一种显示装置：在前挡风玻璃上设置全息光学系统，从投影机(projector)将驾驶信息向全息光学系统投影(例如，参照日本发明专利公开公报特开2011-180177号(下称专利文献2))。在专利文献2所记载的显示装置中，被投影的驾驶信息的图像被预先记录在2层以上的全息光学系统中的干涉图案向2个角度衍射，据此，驾驶员和同乘者能够目视识别驾驶信息。在专利文献2所记载的技术中，驾驶员能够目视识别基于第一层全息光学元件的第1衍射光，同乘者能够目视识别基于第二层全息光学元件的第2衍射光。

然而，在专利文献1所记载的技术中，使用半反射镜，因此，驾驶员和同乘者能够目视识别的图像的亮度有时不同。

另外，在专利文献2所记载的技术中，透射第一层后通过第二层全息光学元件得到第2衍射光，因此，有时能够通过第1衍射光和第2衍射光目视识别到的图像的亮度不同。

发明内容

鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于，提供一种图像显示装置，其能够向多人显示各显示图像彼此的亮度更接近的显示图像。

为了实现上述目的，本发明采用以下的方式。

(1)本发明一种方式的图像显示装置构成为：以投影机的投射图像为尺寸d₀的一次图像，使该一次图像在角度均一扩散膜上或通常的扩散膜上成像，与该扩散膜贴紧设置有焦点距离为f₀的聚光透镜，在从该聚光透镜大致远离距离f₀＝a的位置设置成像透镜，该成像透镜由1枚或多枚透镜构成，该成像透镜的合成焦点距离f₁为((1/a)+(1/b)＝(1/f₁))且透镜光瞳直径为d₁，通过该成像透镜，使一次图像的空中实像大致以b/a倍的放大倍率在从该成像透镜主平面大致远离距离b的位置成像，在该尺寸大致为(b/a)d₀的空中像附近，将多枚焦点距离f₂为((1/b)+(1/c)＝(1/f₂))且反射率为4％～50％左右的透明凹面反射镜，以彼此之间角度变化θ₁：(θ₁≧(1/2)tan^-1(d₁/b))左右并彼此接触程度的间隔来层叠，在各个透明凹面反射镜的反射主光线方向上大致远离距离c的位置，以大致c/b倍的放大倍率、即以(c/b)d₁的尺寸使成像透镜的透镜光瞳的空中像成像，在该透镜光瞳的空中像的前后，当(c/b)d₁≧(b/a)d₀时，形成无限远五边形视域，当(c/b)d₁＜(b/a)d₀时，形成钻石形视域。

(2)本发明一种方式的图像显示装置构成为：以投影机的投射图像为尺寸d₀的一次图像，使该一次图像在角度均一扩散膜上或通常的扩散膜上成像，与该扩散膜贴紧设置有焦点距离为f₀的聚光透镜，在从该聚光透镜大致远离距离f₀＝a的位置设置成像透镜，该成像透镜由1枚或多枚透镜构成，该成像透镜的合成焦点距离f₁为((1/a)+(1/b)＝(1/f₁))且透镜光瞳直径为d₁，通过该成像透镜，在从该成像透镜主平面大致远离距离b的位置以大致b/a倍的放大倍率使一次图像的空中实像成像，在从该尺寸为大致(b/a)d₀的空中像大致远离距离c：(c≦f₂)的位置，将多枚焦点距离为f₂：((1/c)-(1/d)＝(1/f₂))且反射率为4％～50％左右的透明凹面反射镜，以彼此之间角度变化θ₁：(θ₁≧(1/2)tan^-1(d₁/(b+c))左右并且彼此接触程度的间隔来层叠，在各个透明凹面反射镜的进深方向上大致远离距离d的位置，以bd/ac倍的放大倍率、即以(bd/ac)d₀的尺寸形成一次图像的虚像，在各个透明凹面反射镜的反射主光线方向上远离大致距离e的位置，以大致e/(b+c)倍的放大倍率、即以(e/(b+c))d₁的尺寸使成像透镜的透镜光瞳的空中像成像，在该透镜光瞳的空中像的前后，当(e/(b+c))d₁≧(bd/ac)d₀时，形成无限远五边形视域，当(e/(b+c))d₁＜(bd/ac)d₀时，形成钻石形视域。

(3)本发明一种方式的图像显示装置具有：投影部，其对图像进行投影；和多枚凹面反射镜，其以相对于所述投影部的光轴而言，凹面反射镜的与光轴的接触面呈彼此不同的角度的方式来配置，所述多枚凹面反射镜中的第1凹面反射镜反射由所述投影部投影的图像的至少一部分，形成基于所述图像的第1像，所述多枚凹面反射镜中的第2凹面反射镜使由所述投影部投影的图像的一部分透射，并反射所述图像的一部分，形成基于所述图像的第2像。

另外，相对于投影部的光轴而言，所谓凹面反射镜与光轴的接触面是指，与包含投影部的光轴的垂线的面接触的、包含各凹面反射镜的光轴的面或者包含光轴的垂线的面。

(4)在上述(3)的方式中，也可以为：所述投影部具有使所述图像成像的成像透镜，所述第1凹面反射镜、所述第2凹面反射镜、和所述第1凹面反射镜与所述第2凹面反射镜之间的位置中的任一个被配置在由所述成像透镜成像的实像的位置，所述第1像根据由所述第1凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的1个来形成，所述第2像根据由所述第2凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个来形成，由所述第2凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个像的种类与由所述第1凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个像的种类不同。

(5)在上述(3)的方式中，也可以为：投影部具有使所述图像成像的成像透镜，所述第2凹面反射镜被配置在距离所述成像透镜的距离比由所述成像透镜成像的实像的位置更远的位置，所述第1像是基于虚像的像，所述第2像是基于虚像的像。

(6)在上述(4)的方式中，也可以为：所述第1像和所述第2像各自的扩散角在根据所述多枚凹面反射镜中的各凹面反射镜和与其对应的所述空中像之间的距离而分别计算出的角度以内。

(7)在上述(4)的方式中，也可以为：所述投影部具有：扩散膜，其使所述被投影的图像的光线扩散；和聚光透镜，其将由所述扩散膜扩散的光线聚光，所述成像透镜使由所述聚光透镜聚光后的光线成像，所述投影部投影的图像尺寸为d₀，所述成像透镜的透镜光瞳直径为d₁，所述聚光透镜与所述成像透镜的距离为a，所述成像透镜与所述第2凹面反射镜在光轴方向上的距离为b，所述成像透镜的焦点距离f₁满足{(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)}的关系式，所述第1像和所述第2像形成于在所述光轴方向上距离所述实像的距离为c的位置，所述第1凹面反射镜和所述第2凹面反射镜各自的焦点距离f₂满足(1/b)+(1/c)＝(1/f₂)}的关系式，所述第1像和所述第2像各自的尺寸为(c/b)d₁。

(8)在上述(7)的方式中，也可以为：所述第1凹面反射镜的与所述光轴的接触面和所述第2凹面反射镜的与所述光轴的接触面所成的角度θ₁满足{|θ₁|≧(1/2)tan^-1(d₁/b)}的关系式。

(9)在上述(5)或(8)的方式中，也可以为：在所述第1像和所述第2像的前后，当{(c/b)d₁≧(b/a)d₀}时，形成无限远五边形的视域，当{(c/b)d₁＜(b/a)d₀}时，形成六边形的视域。

(10)在上述(5)的方式中，也可以为：所述投影部具有：扩散膜，其使所述被投影的图像的光线扩散；和聚光透镜，其使由所述扩散膜扩散的光线聚光，所述成像透镜使由所述聚光透镜聚光后的光线成像，所述聚光透镜的透镜光瞳直径为d₀，所述成像透镜的透镜光瞳直径为d₁，所述聚光透镜与所述成像透镜的距离为a，所述成像透镜与由所述成像透镜成像的实像在光轴方向上的距离为b，所述多枚凹面反射镜中的任一个与所述实像在光轴方向上的距离、或所述多枚凹面反射镜间的位置与所述实像在光轴方向上的距离为e，所述成像透镜的焦点距离f₁满足{(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)}的关系式，所述第1像和所述第2像在所述第1凹面反射镜和所述第2凹面反射镜各自的反射光的行进方向上，形成于距离所述多枚凹面反射镜中的任一个的距离为h的位置、或形成于距离所述多枚凹面反射镜间的位置的距离为h的位置，基于所述第2凹面反射镜的虚像和基于所述第2凹面反射镜的距离为g，所述第1凹面反射镜和所述第2凹面反射镜各自的焦点距离f₂满足[{(1/e)-(1/g)}＝(1/f₂)]的关系式，并且满足[{1/(b+e)}+(1/h)＝(1/f₂)]的关系式，所述第1像和所述第2像各自的尺寸为{h/(b+e))}d₁。

(11)在上述(10)的方式中，也可以为：所述第1凹面反射镜的与所述光轴的接触面和所述第2凹面反射镜的与所述光轴的接触面所成的角度θ₁满足[|θ₁|≧(1/2)tan^-1{d₁/(b+e)}}的关系式。

(12)在上述(10)或(11)的方式中，也可以为：在所述第1像和所述第2像的前后，当{h/(b+e)}d₁≧{(bg/ae)d₀}时，形成无限远五边形的视域，当{h/(b+e)}d₁＜{(bg/ae)d₀}时，形成六边形的视域。

(13)在上述(3)至(11)中的任一方式中，也可以为：所述多枚凹面反射镜为3枚以上，所述多枚凹面反射镜中的第3凹面反射镜被配置在所述投影部和所述第1凹面反射镜之间，反射由所述投影部投影的图像的一部分，形成基于所述图像的第3空中像，所述第2凹面反射镜被配置在所述第1凹面反射镜和所述第3凹面反射镜之间。

(14)在上述(3)至(13)的任一方式中，也可以为：所述多枚凹面反射镜为3枚以上，所述多枚凹面反射镜中的第3凹面反射镜被配置在所述投影部和所述第1凹面反射镜之间，反射由所述投影部投影的图像的一部分，形成基于所述图像的第3空中像，所述第2凹面反射镜被配置在所述第1凹面反射镜和所述第3凹面反射镜之间，并且第1角度与第2角度的第1差、和所述第2角度与第3角度的第2差不同，其中，第1角度是所述第1凹面反射镜的与所述光轴的接触面相对于所述光轴的垂线的角度，第2角度是所述第2凹面反射镜的与所述光轴的接触面相对于所述光轴的垂线的角度，第3角度是所述第3凹面反射镜的与所述光轴的接触面相对于所述光轴的垂线的角度。

(15)在上述(3)至(14)的任一方式中，也可以为：所述多枚凹面反射镜各自的焦点距离为相同的值f₂。

(16)在上述(3)至(14)的任一方式中，也可以为：所述多枚凹面反射镜各自的焦点距离为彼此不同的值。

(17)在上述(3)至(16)的任一方式中，也可以为：对所述多枚凹面反射镜的表面或背面施加防止反射的蛾眼结构膜和AR涂层中的至少一个。

(18)在上述(3)至(17)的任一方式中，也可以为：所述第1凹面反射镜的背面为黑色。

(19)在上述(3)至(18)的任一方式中，也可以为：所述投影部包含投影机或液晶屏、与透镜的组合中的至少一种组合。

根据上述(1)的方式，使能够观察基于实像的显示图像的范围与多人相对应，并且能够向多人明亮地、并且以大致相同的亮度来显示各显示图像。另外，根据上述(1)的方式，能够提供一种图像显示装置，该图像显示装置几乎不会向设定多位的观察者以外的位置传输光能，光利用效率好，透射率高且穿透性好。

根据上述(2)的方式，能够使能够观察基于虚像的显示图像的范围与多人对应，并且能够向多人明亮地、并且以大致相同的亮度显示各显示图像。据此，根据上述(2)的方式，在组合器(combiner)的光轴方向上形成多个组合器的所有的虚像，因此，观察者能够在几乎不进行水晶体调节的情况下观察显示图像。另外，根据上述(2)的方式，能够提供一种图像显示装置，该图像显示装置几乎不向设定的多位观察者以外的位置传输光能，其光利用效率好，透射率高且穿透性好。

根据上述(3)、(7)、(10)的方式，能够向多人显示各显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像。

根据上述(4)的方式，当组合器为n枚时，能够向n位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像，并且能够实现几乎不向n个人以外的方向传输光能的优良的特性。

根据上述(5)的方式，在组合器的光轴方向上形成多个组合器的所有的虚像，因此，观察者能够在几乎不进行水晶体的调节的情况下来观察显示图像。

根据上述(6)的方式，能够向多人显示各显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像。

根据上述(8)、(11)的方式，能够防止基于第1组合器的空间成像虹膜面(spaceimaging iris plane)和基于第2组合器的空间成像虹膜面重叠。其结果，根据上述(8)、(11)的方式，2位观察者能够在相同的显示图像不重叠的情况下彼此目视识别。

根据上述(9)、(12)的方式，能够根据想要使观察者识别的区域在光轴方向上的范围，来形成无限远五边形的视域或形成六边形(钻石型)的视域。当形成无限远五边形的视域时，在车辆中，例如能够使驾驶员和坐在其后部座位上的同乘者目视识别显示图像。另一方面，当形成六边形(钻石型)的视域时，能够显示在车辆中例如只有驾驶员能够目视识别，坐在其后部座位上的同乘者无法目视识别的显示图像。

根据上述(13)的方式，即使观察者为3位以上，也能够由多个组合器向3位以上的观察者提供图像的尺寸相等，并且图像的亮度大致相同的图像。

根据上述(14)的方式，能够根据驾驶员、坐在副驾驶座位上的同乘者、后部座位的观察者的位置，来对每个组合器调整形成空间成像虹膜面的空中像的角度、和与光轴垂直的方向上的间隔。

根据上述(15)的方式，能够由多个组合器，在光轴方向上向坐在大致相同位置的驾驶员和同乘者提供图像的尺寸相等，并且图像的亮度大致相同的图像。

根据上述(16)的方式，能够使从图像显示装置到观察者观察的位置的距离不同。

根据上述(17)的方式，即使在组合器的厚度厚的情况下，也能够减少由于背面反射而造成的2重像的产生。

根据上述(18)的方式，能够提高由组合器显示的显示图像的对比度。

根据上述(19)的方式，当投影部具有液晶屏和灯光学系统时，将由扩散膜形成的、角度上空间上均匀的光学面作为液晶屏的背景灯来使用，据此，扩散膜面和液晶图像显示面分离。其结果，根据上述(19)的方式，显示图像面的闪烁降低，画质得到改善。

附图说明

图1是表示第1实施方式的图像显示装置的结构和基于第1组合器的实像形成的空间成像虹膜面的图。

图2是表示第1实施方式的图像显示装置的结构和基于第2组合器的虚像形成的空间成像虹膜面的图。

图3是表示第1实施方式的图像显示装置的结构和基于第3组合器的空中像形成的空间成像虹膜面的图。

图4是合成图1～图3得到的图。

图5是对第1实施方式的空间成像虹膜面的空中像的亮度进行说明的图。

图6是对组合器为2枚的模型中的光的多重反射、透射进行说明的图。

图7是对组合器为3枚的模型中的光的多重反射、透射进行说明的图。

图8是表示透射层叠有3枚的组合器整体时的图像变形的模型的图。

图9是表示第2实施方式的图像显示装置的结构和基于第2组合器的虚像形成的空间成像虹膜面的图。

图10是表示第2实施方式的图像显示装置的结构和基于第1组合器的虚像形成的空间成像虹膜面的图。

图11是表示第2实施方式的图像显示装置的结构和基于第3组合器的虚像形成的空间成像虹膜面的图。

图12是合成图9～图11得到的图。

图13是表示第3实施方式的图像显示装置1C的结构、和基于第1组合器的空间成像虹膜面、基于第2组合器的空间成像虹膜面、基于第3组合器的空间成像虹膜面的图。

图14是表示第3实施方式的图像显示装置1D的结构、基于第1组合器的空间成像虹膜面、基于第2组合器的空间成像虹膜面、基于第3组合器的空间成像虹膜面的图。

图15是表示第4实施方式的图像显示装置的结构和基于第1组合器的实像形成的空间成像虹膜面的图。

图16是表示第4实施方式的图像显示装置的结构和基于第2组合器的虚像形成的空间成像虹膜面的图。

图17是表示第4实施方式的图像显示装置的结构和基于第3组合器的空中像形成的空间成像虹膜面的图。

图18是合成图15～图17得到的图。

图19是表示第1实施方式的第1变形例的图像显示装置的结构、和基于第1组合器的空间成像虹膜面、基于第2组合器的空间成像虹膜面、基于第3组合器的空间成像虹膜面的图。

图20是表示第1实施方式的第2变形例的图像显示装置的结构、和基于第1组合器的空间成像虹膜面、基于第2组合器的空间成像虹膜面、基于第4组合器的空间成像虹膜面的图。

具体实施方式

以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，作为图像显示装置，以设置于车辆的HUD(平视显示器；Head-Up Display)为例进行说明。

[第1实施方式]

图1是表示本实施方式的图像显示装置1的结构和基于第2组合器52的实像g111形成的空间成像虹膜面g112的图。图2是表示本实施方式的图像显示装置1的结构和基于第1组合器51的虚像g121形成的空间成像虹膜面g122的图。图3是表示本实施方式的图像显示装置1的结构和基于第3组合器53的空中像g131形成的空间成像虹膜面g132的图。图4是合成图1～图3得到的图。

＜图像显示装置1的结构＞

如图1～图4所示，图像显示装置1包含投影机10(投影部)、扩散膜20(投影部)、聚光透镜30(投影部)、成像透镜40(投影部)和多重层叠组合器50而构成。另外，多重层叠组合器50具有第1组合器51(第1凹面反射镜)、第2组合器52(第2凹面反射镜)和第3组合器53(第3凹面反射镜)。

在图1～图4中，线b7表示投影机10的光轴。另外，在图1～图4中，设光轴(线b7)方向为x轴方向，设与光轴垂直的方向为y轴方向。

如图1～图4所示，图像显示装置1按照投影机10的光轴方向，依次配置有投影机10、扩散膜20、聚光透镜30、成像透镜40、第3组合器53、第2组合器52和第1组合器51。另外，将从投影机10入射至组合器的光称为入射光线，将基于通过组合器形成的实像、虚像或空中像的光称为主光线。

扩散膜20和聚光透镜30在x轴方向上紧贴配置。

聚光透镜30的主平面和成像透镜40的主平面之间朝向x轴方向远离距离a来配置。另外，距离a是聚光透镜30的焦点距离f₀。另外，聚光透镜30和成像透镜40各自的光轴与投影机10的光轴(线b7)相重合地配置。另外，透镜的主平面是指与光轴的垂线接触的面。

成像透镜40和第2组合器52之间朝向x轴方向远离距离b来配置。

第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53的下端间处于紧贴状态。第2组合器52的与光轴的接触面和光轴的垂线所成的角度大致为0°，且和光轴所成的角度为大致90°。第1组合器51的与光轴的接触面和光轴的垂线所成的角度为+θ₁，且和光轴所成的角度大致为90°+θ₁。第3组合器53的与光轴的接触面和光轴的垂线所成的角度为-θ₁，和光轴所成的角度大致为90°-θ₁。另外，在实施方式中，相对于光轴设逆时针旋转的角度为正角度，设顺时针旋转时的角度为负角度。换言之，第1组合器51的与光轴的垂线的接触面相对于第2组合器52的与光轴的垂线的接触面倾斜角度+θ₁来配置。另外，第3组合器53的与光轴的垂线的接触面相对于第2组合器52的与光轴的垂线的接触面倾斜角度-θ₁来配置。另外，各组合器的光轴是指通过各组合器的成像中心的对称轴。另外，相对于投影部(投影机10)的光轴(线b7)而言，凹面反射镜(组合器)的与光轴的接触面是指，与包含投影机10的光轴(线b7)的垂线的面接触的、包含各组合器的光轴的面或包含光轴的垂线的面。

＜图像显示装置1的光学系统＞

在投影机10上连接有图像输出装置(未图示)。投影机10将图像输出装置输出的图像向扩散膜20投影。光线b1表示从投影机10照射的图像的光线。另外，投影机10投影的图像是空间上均匀的图像。另外，投影机10投影的图像例如是驾驶所需的速度信息、汽车导航信息等驾驶信息。

扩散膜20例如是±15°内的角度均一扩散膜(Diffused Light Control film；D.L.C.-film)(例如，参照日本发明专利公开公报特开2006-171074号等)。另外，D.L.C.-film是指实现空间上与角度上均匀的空间成像虹膜面成像所需的、实现在角度上均匀扩散的扩散膜。因此，从扩散膜20的输出面射出空间上和角度上都均匀的光。另外，空间成像虹膜面是指空间上和角度上都均匀的面，是在利用者目视识别图像时，整个图像信息的光只聚集在利用者两眼附近而形成的面。从投影机10投影出的图像在扩散膜20上成像。扩散膜20使成像的图像在角度上均匀地扩散。因此，从扩散膜20扩散的图像在空间上、角度上、光学上均变得均匀。另外，扩散膜20也可以是使用间距非常小的柱状透镜(lenticularlenses)的垂直层叠柱状透镜膜等D.L.C.-film以外的扩散膜。

聚光透镜30的焦点距离为f₀，聚光透镜30的透镜光瞳的尺寸为d₀。聚光透镜30改变被扩散膜20扩散的图像的光线(光线b2)的方向使其向成像透镜40的透镜光瞳内入射。在此，聚光透镜30和成像透镜40的主平面间距离为a＝f₀，因此，几乎所有的光均向成像透镜40的透镜光瞳内改变方向。据此，能够提高光利用效率，实现明亮的图像的成像。

成像透镜40的透镜光瞳直径为d₁，焦点距离为f₁。另外，成像透镜40也可以是采用多枚透镜结构的合成透镜。成像透镜40使从聚光透镜30入射的光线(光线b2)成像，并放射成像的图像(光线b5、b6)。

在图1～图4中，线b4是光线b5和光线b6的中心线。另外，成像透镜40的焦点距离f₁满足下式(1)的关系。

【数学公式1】

第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53分别是透明亚克力(丙烯酸塑料；acrylic)或透明玻璃制的透明凹面反射镜。另外，第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53分别在投影机10侧具有凹面。第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53是透明凹面反射镜，因此，相对于第1组合器51存在于入射光线的行进方向的背景通过第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53来被利用者目视识别。

第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53各自的反射率R例如为4～8％，焦点距离为f₂，透射率T例如为92～96％。例如当各组合器的反射率为4％，透射率为96％时，第3组合器53反射4％的光，透射96％的光。

并且，透射第3组合器53的光入射至第2组合器52。

入射至第2组合器52的光是入射至第3组合器53的光的强度的0.96倍(96％)，透射第2组合器52的光的强度是入射至第3组合器53的光的强度的约0.92倍(＝0.96²)。第2组合器52反射4％的光，透射96％的光。

并且，透射第3组合器53和第2组合器52的光入射至第1组合器51。入射至第1组合器51的光是入射至第3组合器53的光的强度的约0.92倍(＝0.96²)，透射第1组合器51的光的强度是入射至第3组合器53的光的强度的约0.88倍(＝0.96³)。第1组合器51反射4％的光，透射96％的光。

另外，第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53各自的反射率R优选为4％～50％左右。

在图1～图4所示的例子中，示出了在第2组合器52的表面使成像透镜40照射的图像成像的例子。另外，将第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53各自的朝向x轴方向的凹面方向称为主光线的行进方向或正面方向，将相反方向的凸面侧称为入射光线的行进方向或背面方向。

另外，第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53各自的焦点距离f₂满足下式(2)的关系。

【数学公式2】

在图1所示的例子中，实像g111(还称为一次图像的空中实像)是在第2组合器52的表面成像的图像。实像g111的上端为p1，下端为p2。实像g111的放大倍率为b/a，因此，实像g111的y轴方向上的尺寸为从上端p1到下端p2的(b/a)d₀。另外，实像g111的像面弯曲与第2组合器52相一致。

第1组合器51使基于实像g111的图像向投影机10的光轴方向反射。在图1中，光线b8和光线b9是主光线。另外，在图1～图4中，角度θ₂为tan^-1{(b/2ac)d₀}。

如图2所示，透射第3组合器53和第2组合器52的光线b5和光线b6入射至第1组合器51，光线b5和光线b6的焦点在第1组合器51上的点p11、p12、p14、p15成像。

另外，第1组合器51相对于第2组合器52在入射光线的行进方向上形成角度相对于光轴的垂线倾斜+2θ₁的虚像g121。虚像g121的y轴方向上的尺寸为(b/a)d₀。在第1组合器51上的点p11和p12成像的光线在虚像g121上的点p13成像，在第1组合器51上的点p14和p15成像的光线在虚像g121上的点p16成像。

第1组合器51使基于虚像g121的图像相对于投影机10的光轴向上方角度+2θ₁的方向反射。在图2中，光线b12和光线b13是主光线，线b11是光线b12与光线b13的中心线。

如图3所示，从投影机10投影出的光线b5和光线b6入射至第3组合器53，光线b5和光线b6的焦点在第3组合器53上的点p21、p22、p24、p25成像。

另外，第3组合器53相对于第2组合器52在主光线的行进方向上形成空中像g131，该空中像g131相对于光轴的垂线以角度-2θ₁倾斜的。空中像g131的y轴方向上的尺寸为(b/a)d0。在第3组合器53上的点p21和p22成像的光线在空中像g131上的点p23成像，在第3组合器53上的点p24和p25成像的光线在空中像g131上的点p26成像。

第3组合器53使空中像g131相对于投影机10的光轴(线b7)向下方角度-2θ₁的方向反射。在图3中，光线b22和光线b23是主光线，线b21是光线b22和光线b23的中心线。

＜空间成像虹膜面＞

接着，对分别通过第1组合器51、第2组合器52和第3组合器53形成的、成像透镜40的透镜光瞳的空中像进行说明。

首先，对通过第2组合器52形成的、成像透镜40的透镜光瞳的空中像进行说明。

如图1所示，第2组合器52的焦点距离为f₂，满足式(2)的关系，因此，在从第2组合器52的与光轴的垂线的接触面、或光轴与实像的接触面向x轴方向远离距离c的位置，通过第2组合器52形成的实像g111的主光线b8和主光线b9使成像透镜40的透镜光瞳的放大像在空中成像。在实施方式中，将该成像透镜40的透镜光瞳的放大空中像称为空间成像虹膜面。该空间成像虹膜面的y轴方向上的尺寸是将成像透镜的透镜光瞳直径d₁放大c/b倍得到的尺寸，因此，其为(c/b)d1。

图像的所有的像素信息的光将位置信息变为角度信息并混入成像透镜40的透镜光瞳。因此，当人的眼睛存在于与透镜光瞳具有共轭关系的空间成像虹膜面内时，人眼的水晶体将角度信息转换成位置信息，并使显示图像在视网膜上成像，因此，能够观察到图像显示装置1显示的图像。另外，如上所述，第1组合器51～第3组合器53分别为半透明，因此，能够通过第1组合器51～第3组合器53来观察存在于入射光线的行进方向的背景。

另外，如上所述，扩散膜20上的成像图像面在空间上和角度上均是均匀的，因此，角度信息和位置信息间转换后的成像透镜40的透镜光瞳也是在空间上和角度上都均匀的光学面。因此，根据本实施方式，空间成像虹膜面是在空间上和角度上都均匀的面。其结果，即使观察者在图1的区域g113所示的空间成像虹膜面的视域内移动，光强也不会发生变化，而能够观察到空间上均匀的清晰的图像。如图1所示，区域g113形成在空间成像虹膜面g112和扩散膜20之间，即相对于空间成像虹膜面g112形成在x轴方向的前方向(入射光线的行进方向)，以及相对于空间成像虹膜面g112形成在x轴方向的后方(主光线b8、主光线b9的行进方向)。另外，在实施方式中，将即使观察者移动，光强也不会发生变化，能够观察到在空间上均匀的清晰的图像的区域称为视域。

当空间成像虹膜面g112的尺寸(c/b)d₁和图像显示装置1的显示图像的尺寸(b/a)d₀的关系满足下式(3)时，主光线b8和主光线b9平行，视域的形状为无限远五边形型(无限远五边形型)。

【数学公式3】

另外，无限远五边形型是指，五边形的底边位于距离空间成像虹膜面g112的位置无限远的位置的五边形。另外，在图1所示的例子中，视域的形状表示无限远五边形型的例子。

另外，当空间成像虹膜面g112的尺寸(c/b)d₁和图像显示装置1的显示图像的尺寸(b/a)d₀的关系满足下式(4)时，主光线b8和主光线b9变得不平行，因此，视域的形状成为钻石型。

【数学公式4】

另外，钻石型是指，空间成像虹膜面g112的x轴方向上的后方(主光线b8、主光线b9的行进方向)的2边比x轴方向上的前方向(入射光线的行进方向)的2边长的四边形。

在无限远五边形型中，即使无限远离空间成像虹膜面g112，观察者也能够观察到图像显示装置1的图像，因此，当由坐在车辆的后部座位等上的同乘者目视识别时，无限远五边形型非常有效。因此，图像显示装置1的设计者也可以根据目的来选择式(3)或式(4)的设计条件。

接着，对通过第1组合器51形成的空间成像虹膜面进行说明。

如图2所示，相对于光轴的垂线以角度+2θ₁倾斜的虚像g121的主光线b12和主光线b13向相对于光轴向上方方向角度+2θ₁的方向反射。因此，第1组合器51使空间成像虹膜面g122在从第1组合器51的与光轴的垂线的接触面远离距离c的位置，以尺寸(c/b)d₁来成像。在该空间成像虹膜面g122前后，均与通过第2组合器52形成的空间成像虹膜面g112(图1)相同，形成区域g123所示的无限远五边形型或钻石型的视域。另外，空间成像虹膜面g122和该视域的功能与第2组合器52相同。

图1所示的第2组合器52的视域g113和图2所示的第1组合器51的视域g123如图4那样不会重叠而避免串扰(crosstalk)的条件为下式(5)。

【数学公式5】

第2组合器52和第1组合器51以彼此远离式(5)的角度θ₁的绝对值以上的方式来倾斜配置，据此，显示图像彼此不会发生串扰。

接着，对通过第3组合器53形成的空间成像虹膜面进行说明。

如图3所示，空中像g131的主光线b22和主光线b23向相对于光轴向下方方向角度-2θ₁的方向反射，其中，空中像g131相对于第2组合器52的主平面在主光线的行进方向上倾斜-2θ₁。因此，第3组合器53使空间成像虹膜面g132在从第3组合器53的与光轴的垂线的接触面远离距离c的位置，以尺寸(c/b)d₁进行成像。在该空间成像虹膜面g132前后，与通过第2组合器52形成的空间成像虹膜面g112(图1)相同，形成区域g133所示的无限远五边形型或钻石型的视域。另外，空间成像虹膜面g132和该视域的功能与第2组合器52相同。

图1所示的第2组合器52的视域g113和图3所示的第3组合器53的视域g133如图4所示不发生重叠而避免串扰的条件为上述的式(5)。

在此，当增大第1组合器51的与光轴的垂线的接触面和第2组合器52的与光轴的垂线的接触面所成的角度+θ₁、或增大第3组合器53的与光轴的垂线的接触面和第2组合器52的与光轴的垂线的接触面所成的角度-θ₁时，图1～图4所示的视域g113、g123、g133彼此分离。因此，在观察者的方向，能够分别满足串扰避免条件来改变角度，据此改变观察的方向。

＜空间成像虹膜面的空中像的亮度＞

接着，对空间成像虹膜面的空中像的亮度进行说明。另外，在以下的说明中，说明通过第2组合器52形成的空间成像虹膜面g112的空中像，通过第1组合器51形成的空间成像虹膜面g122的空中像、和通过第3组合器53形成的空间成像虹膜面g132的空中像也是同样的。

在此，说明假设在车辆的前挡风玻璃上粘贴1块透明凹面反射镜，从投影机将图像投影到透明凹面反射镜上的情况。例如当透明凹面反射镜的反射率为4％时，被透明凹面反射镜反射而形成的空中像的显示图像的亮度基于反射率，一般而言变暗，对于观察者而言难以观察。为了补偿反射率R为4％而造成的暗度，需要将从投影部投影的图像的亮度变亮25倍，例如需要使投影机的灯变亮25倍，从零部件的寿命和电耗来考虑是不实用的。

图5是对本实施方式的空间成像虹膜面的空中像的亮度进行说明的图。在图5中，设LCD(Liquid Crystal Display；液晶显示器)的上下方向为x轴方向，设LCD的左右方向为y轴方向，设LCD的进深方向为z轴方向。

首先，使用图5对一般的LCD的亮度进行说明。在图5中，角度θ是相当于图1～图4的视域g113的光轴(线b7)、或视域g123、g133的中心线(线b11、线b21)与主光线(b9、b12、b22)所成的角的角度。另外，在实施方式中，还将角度θ称为扩散角。另外，面积S₁是LCD表面上的半径r的半球的表面积，根据球的表面积的公式，面积S₁＝4πr²/2＝2πr²。另外，面积S₂是扩散角为θ、高度为r的圆锥和半球重合的曲面部分的面积，面积S₂＝π(rθ)²，如果使面积S₂近似为平面，则为π(r·tan(θ))²。

当将面积S₂占半球的面积S₁的比例定义为亮度效果时，则亮度效果为下式(6)所示。

【数学公式6】

在图像显示装置1中，在重视穿透性时，第1组合器51～第3组合器53各自的透射率T例如为96％，反射率R例如为4％。

为了在反射率为4％的情况下，也实现与LCD相同的亮度，需要使亮度为25倍。因此，选择S₁/S₂成为25的扩散角θ即可。式(6)为25，因此，该条件的扩散角θ为15.8゜。

因此，在图1～图4中，如果使扩散角θ为15.8゜以下，则即使在使用反射率为4％的第1组合器51～第3组合器53的情况下，也能够使显示图像的亮度变亮25倍。其结果，即使在使用反射率R为4％的第1组合器51～第3组合器53的情况下，也能够使用图像显示装置1来提供与LCD同等亮度的显示图像。

在此，从图像显示装置1远离距离H的位置上的空间成像虹膜面g112的尺寸为2H·tan(θ)。如果设H＝1[m]，扩散角θ为15.8゜，则空间成像虹膜面g112的尺寸为直径约为57cm，因此，能够充分覆盖观察者的视域。另外，观察者例如是车辆中的驾驶员、坐在副驾驶座位上的同乘者、坐在后部座位上的同乘者。

这样，在本实施方式中，第1组合器51～第3组合器53具有反射率为R＝4％，透射率为T(＝1-R)＝96％，透射率远大于反射率的特性，通过层叠第1组合器51～第3组合器53，能够实现不同的视域间的显示图像的亮度变为大致相同的特性。

另外，当第1组合器51～第3组合器53的x轴方向上的厚度厚时，由于背面反射而产生2重像，因此，优选对第1组合器51～第3组合器53各自的背面施加作为防反射用膜的蛾眼结构膜或AR涂层等。

另外，在图1～图4所示的例子中，说明了多重层叠组合器50具有3枚组合器的例子，不过，组合器也可以为2枚，也可以为4枚以上。例如，当组合器为2枚时，多重层叠组合器50具有第1组合器51～第3组合器53中的2枚即可。例如，当多重层叠组合器50具有第1组合器51和第3组合器53时，可以以在第1组合器51和第3组合器53之间形成实像的方式来配置第1组合器51和第3组合器53。此时，被配置为：第1组合器51相对于光轴的垂线，与光轴的接触面的角度为+(1/2)θ₁，第3组合器53相对于光轴的垂线，与光轴的接触面的角度为-(1/2)θ₁。

＜基于多重层叠组合器50的光的多重反射、透射＞

在此，对基于多重层叠组合器50的光的多重反射、透射进行说明。

图6是对组合器为2枚的模型中的光的多重反射、透射进行说明的图。在图6所示的例子中，是将第1组合器51和第2组合器52的一部分作为模型来表示的图。坐标系与图1～图4相同。另外，第1组合器51和第2组合器52的下端间紧贴，第1组合器51的与光轴的接触面相对于第2组合器52的与光轴的接触面，倾斜角度+θ₁来配置。

在图6中，为了进行说明，着眼于第1组合器51和第2组合器52的一部分，分别将第1组合器51和第2组合器52视为直线来考虑。另外，在图6所示的例子中，设第1组合器51和第2组合器52各自的背面被实施了蛾眼结构膜等无反射处理，而没有考虑背面反射，当考虑背面反射时，例如设背面反射R为8％即可。

在图6的下侧，从投影机10投影的光以100％大致垂直输入至第2组合器52，使显示图像在第2组合器52上成像。

一部分透射第2组合器52的、透射率T为96％的光被第1组合器51的表面向上侧2θ₁的方向以反射率R为4％进行反射。因此，反射光强度为TR。该反射光再次通过第2组合器52，一部分反射，一部分透射。反射的那一部分光的强度为TR²，透射的那一部分光的强度为T²R，该透射的那一部分光成为向上侧2θ₁的方向反射的1次光，形成图2、图4中的空间成像虹膜面g122和视域g123。

该反射的那一部分光再次到达第1组合器51，被第1组合器51的表面向上侧4θ₁方向再次反射一部分。该反射光的强度为TR³。

反射的那一部分光再次到达第2组合器52，一部分透射，一部分反射。反射的那一部分光的强度为TR⁴，透射的那一部分光的强度为T²R³，该透射的那一部分光成为向上侧4θ₁的方向反射的2次光(secondary light)。该2次光的强度中被乘以了R³＝(0.04)³的系数，因此，与1次光相比较急剧地衰减，观察者无法观察到。

同样，反复进行一部分反射、一部分透射，3次光向上侧6θ₁的方向透射一部分，透射的光的光强度为T²R⁵。

n次光向上侧2nθ₁的方向，以光强度T²R^(2n-1)透射一部分。

即，从0次光向1次光的衰减率为T²＝(0.96)²，几乎不衰减，与此相对，从1次光向2次光的衰减率为R²＝(0.04)²，而急剧地衰减。另外，从2次光向3次光的衰减率为R²＝(0.04)²，而急剧地衰减。并且，从n次光向n+1次光的衰减率为R²＝(0.04)²，而急剧地衰减。因此，在具有2枚结构层叠组合器的图像显示装置中，只有0次光和1次光的显示图像被观察者目视识别，且0次光和1次光的显示图像的亮度几乎相同。并且，观察者几乎无法看到2次以上的光的显示图像。

另外，如由上述的例子说明的那样，在透射率T和反射率R之间，T□R的关系成立。

接着，对层叠有3枚组合器的多重层叠组合器的模型中的光的多重反射、透射进行说明。

图7是对组合器为3枚的模型中的光的多重反射、透射进行说明的图。坐标系与图1～图4相同。另外，第1组合器51～第3组合器53的下端间紧贴，第1组合器51的与光轴的接触面相对于第2组合器52的与光轴的接触面，角度倾斜+θ₁来配置，第3组合器53的与光轴的接触面相对于第2组合器52的与光轴的接触面，角度倾斜-θ₁来配置。

另外，与图6相同，分别将第1组合器51～第3组合器53视为直线来考虑。另外，在图7所示的例子中，设第1组合器51～第3组合器53各自的背面被实施了蛾眼结构膜等无反射处理，而没有考虑背面反射。

当是层叠有3枚组合器的结构的3枚层叠组合器时，使用的光是观察者为3个人的0次光、1次光、2次光。3次光在图7中朝向上侧4θ₁的方向，光强度为3T⁴R³+T²R⁵，反射率为R＝0.04，因此，3次光以上的光急剧地衰减，因此，观察者几乎无法看到。

向图7的下侧的下侧2θ₁方向反射的0次光的强度为R，该0次光形成图3、图4的空间成像虹膜面g132和视域g133。

另外，向图7的中央的0°方向反射的1次光的强度为T²R，该1次光形成图1、图4的空间成像虹膜面g112和视域g113。

并且，向图7的上侧的上侧2θ₁的方向反射的2次光的强度为T⁴R+T²R³，该2次光形成图2、图4的空间成像虹膜面g122和视域g123。

该2次光的强度为T⁴R+T²R³，如图7所示，T⁴R的2次光是从最后侧的第1组合器51反射的那一部分光，T²R³的2次光是从正中间的第2组合器52反射的那一部分光。即，T⁴R的2次光显示图4中第1组合器51的后侧的虚像g121，T²R³的2次光显示在图4中被第2组合器52、第3组合器53、第2组合器52反射3次后的镜面对称的位置的像上。

据此，在图2、图4的空间成像虹膜面g122和视域g123中，同时看到基于第1组合器51的虚像g121、和被第2组合器52、第3组合器53、第2组合器52反射3次后的镜面对称的位置的像，二者重叠，因此发生串扰。即使这两个图像相同，由于观察的位置在空间上不同，因此，成为位置、深度和图像的角度不同的、立体重叠的图像。

然而，这两个的串扰率成为T²R³/T⁴R＝(R/T)²＝(0.04/0.96)2＝1/576。因此，噪声分量只发生0.17％，因此，观察者几乎不会看到噪声分量。

如使用图7说明的那样，当层叠有3枚组合器时，从0次光向1次光的衰减率为T²＝(0.96)²，几乎不衰减。从1次光向2次信号光的衰减率为T²＝(0.96)²，几乎不衰减。从2次信号光向3次信号光的衰减率为T²R²＝(0.96×0.04)²，而急剧地衰减。从2次噪声光向3次噪声光的衰减率为R²＝(0.04)²，而急剧地衰减。

据此，根据本实施方式，在使用3枚多重层叠组合器50的图像显示装置1中，设定的3人能够识别大致相同光强的明亮的显示图像，并且能够实现几乎不向设定的3人以外的方向传输光能的优良特性。

这样的特性成为可能的理由是由于在透射率T和反射率R之间，T□R的关系成立。据此，例如即使反射率R为4％，通过将图像显示装置1中的扩散角θ设定为15.8°以内，在本实施方式的图像显示装置1中，也能够补偿4％反射率的损失，实现与直接观察液晶显示器或投影机的屏幕图像时相同的亮度。

＜基于多个组合器的透射光的多重折射而造成的显示图像的变形＞

接着，对基于多个组合器的透射光的多重折射而造成的显示图像的变形进行说明。

在图像显示装置1中，层叠多个组合器，因此，当用设置于入射光线的行进方向后侧的组合器的反射光来显示各显示图像时，如上所述，光透射多枚近前的组合器而被显示。当透射该多枚组合器时，在多个组合器界面中发生多次折射。由于该物理现象，光线的方向和位置发生变化，因此，显示图像可能产生变形。

图8是表示透射层叠3枚的组合器整体时的图像变形的模型的图。

进入人眼的光通过水晶体的瞳孔的直径为2mm～8mm的透镜光瞳，在视网膜上成像，据此人观察该像。因此，该成像光线是使不扩散的平行光在视网膜上成像，因此，认为即使只根据该主光线分量来研究图像变形也可以。因此，在图8中，只记载了图像信息的进入人眼的主光线分量。另外，在图8所示的例子中，大致为平行光。另外，在图8中，标记g301表示输入图像，标记g302、g303表示中间图像，标记g304表示输出图像。在此，中间图像是指在第1组合器51～第3组合器53间形成的图像。

通过第1组合器51～第3组合器53，光的方向发生大的改变，并发生大的图像变形，这最主要是由于向第1组合器51～第3组合器53的入射角而造成的。

当设第1组合器51～第3组合器53各自的厚度为d，曲率半径相对于厚度d足够大时，入射面和出射面几乎平行。当在入射界面中设入射角为θ₁，设折射角为θ₂时，在出射界面中入射角为θ₂，折射角为θ₁。当设空气的折射率为n₁，组合器的折射率为n₂时，根据斯涅尔定律，n₁·sinθ₁＝n₂·sinθ₂。

当入射面和出射面大致平行时，折射2次光的方向不会发生变化，但光线的位置会偏移图8中的L。L为{d·sin(θ₁-θ₂)}/cosθ₂＝d·cosθ₁(tanθ₁-tanθ₂)。另外，当θ₁、θ₂小时，L为d(θ₁-θ₂)＝d·θ₂(n₂-n₁)/n₁。

在此，空气的折射率为n₁＝1.0，如果设第1组合器51～第3组合器53的折射率为n₂＝1.5，则L为d·θ₂/2。

在第1组合器51～第3组合器53的中心部为垂直入射，因此，θ₁＝0°，θ₂＝0。当从该部分开始入射角变大，但随着位置的变化，入射角线性地增加时，θ₂也随着位置的变化而线性地增加。据此，根据d·θ₂/2，L也随着位置的变化而线性地增加。此时，图像几乎不会发生变形，只是图像被缩小。

θ₂的最大值为物理上的临界角θc。当n₁＝1.0，n₂＝1.5时，θc＝41.8°，因此，L的最大值Lmax为0.36d。当组合器层叠3枚时，为3Lmax。3Lmax为1.08d，图像大致只缩小组合器的厚度部分。

上述的例是以90°来入射时，因此，当以45°入射时，L的最大值为上述值的一半左右。据此，即使第1组合器51～第3组合器53的厚度为1cm，图像看起来也只小了5mm左右。

这样，在本实施方式的图像显示装置1中，图像几乎不会产生变形。

另外，根据L＝d·θ₂/2，图像偏移距离成为折射角θ₂和第1组合器51～第3组合器53的厚度d的函数。因此，当第1组合器51～第3组合器53的厚度d根据第1组合器51～第3组合器53的各个部分而发生变化时，存在发生图像变形的问题，因此，优选第1组合器51～第3组合器53的厚度d间均等。

若第1组合器51～第3组合器53的曲率半径急剧地变化，则入射角θ₁也发生变化，折射角θ₂也发生变化，因此，优选曲率半径尽可能相同。

如上所述，本实施方式的图像显示装置1构成为：投影机10的投射图像为尺寸d₀的一次图像，使该一次图像在角度均一扩散膜(扩散膜20)上或通常的扩散膜(扩散膜20)上成像，在该扩散膜上紧贴设置焦点距离f₀的聚光透镜30，在从该聚光透镜只远离距离f₀＝a的位置设置有成像透镜40，该成像透镜40由1枚或多枚透镜构成，其合成焦点距离f₁为((1/a)+(1/b)＝(1/f₁))，透镜光瞳直径为d₁，通过该成像透镜，在从该成像透镜主平面远离距离b的位置以b/a倍的放大倍率使一次图像的空中实像(例如图1的实像g111)成像，在该尺寸为(b/a)d₀的空中像附近，将多枚焦点距离为f₂：((1/b)+(1/c)＝(1/f₂))且反射率为4％～50％的透明凹面反射镜(第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53)，以彼此之间角度变化θ₁：(θ₁≧(1/2)tan^-1(d₁/b))并且彼此接触的间隔层叠，在各个透明凹面反射镜的反射主光线方向上远离距离c的位置，以c/b倍的放大倍率、即以(c/b)d₁的尺寸使成像透镜的透镜光瞳的空中像(空间成像虹膜面g112、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132)成像，在该透镜光瞳的空中像的前后，当(c/b)d₁≧(b/a)d₀时，形成无限远五边形视域，当(c/b)d₁＜(b/a)d₀时，形成钻石形视域。

通过该结构，在本实施方式中，使能够观察基于实像的显示图像的范围与多人对应，并且能够向多人明亮地、并且以大致相同的亮度显示各显示图像。另外，根据本实施方式，能够提供一种图像显示装置，该图像显示装置几乎不会向设定有多位的观察者以外的位置传输光能，光利用效率好，透射率高且穿透性好。

如上所述，本实施方式的图像显示装置1具有：投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30、成像透镜40)，其使图像投影；多枚凹面反射镜(第1组合器51～第3组合器53)，其以相对于投影部的光轴b7而言，凹面反射镜(组合器)的与光轴的接触面之间以彼此不同的角度的方式来配置，多枚凹面反射镜中的第1凹面反射镜(第1组合器51)反射由投影部投影的图像的至少一部分，形成基于图像的第1像(空间成像虹膜面g112的空中像、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132中之一)，多枚凹面反射镜中的第2凹面反射镜(第2组合器52)透射由投影部投影的图像的一部分，反射图像的一部分，形成基于图像的第2像(空间成像虹膜面g112的空中像、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132中的第1像以外的之一)。

通过该结构，在本实施方式中，0次光～(n-1)次光的衰减率几乎不会衰减，而(n-1)次光以上的衰减率急剧地衰减，因此，(n-1)次光以上几乎不会被观察者目视识别到。并且，在本实施方式中，当满足上述的条件(针对扩散角θ的条件等)时，k(k为0以上的整数)次光和k+1次光的显示图像的亮度变得几乎相同。其结果，根据本实施方式，n位观察者能够分别只识别基于0次光～(n-1)次光的显示图像中的任一个，且显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像。其结果，根据本实施方式，能够向多人显示各显示图像彼此的亮度比现有技术接近的显示图像。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30、成像透镜40)具有使图像成像的成像透镜40，第1凹面反射镜(第1组合器51～第3组合器53中之一)、第2凹面反射镜(第1组合器51～第3组合器53中的第1凹面反射镜以外的一个)、和第1凹面反射镜与第2凹面反射镜之间的位置中的任一个被配置在由成像透镜40成像的实像g111的位置，第1像(空间成像虹膜面g112的空中像、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132中之一)根据由第1凹面反射镜形成的实像g111、虚像g121和空中像g131中之一形成，第2像(空间成像虹膜面g112的空中像、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132中之一)根据由所述第2凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的第1像以外的一个来形成，由第2凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个像(例如，当第2凹面反射镜为第2组合器52时，为实像)的种类与由第1凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个像的种类(例如，当第1凹面反射镜为第1组合器51时，为虚像)不同。

通过该结构，在本实施方式中，当组合器为2层时，从0次光向1次光的衰减率几乎不会衰减，与此相对，从1次光向2次光的衰减率、从2次光向3次光的衰减率、和从n次光向n+1次光的衰减率急剧地衰减。其结果，在使用2枚层叠组合器的图像显示装置中，能够向2位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像，能够实现不向2人以外的方向传输光能的优异的特性。

另外，例如当组合器为3层，按照距离投影机10近的顺序依次配置有第3组合器53、第2组合器52、第1组合器51时，根据形成在第2组合器52上的实像g111，由相对于入射光的0次光形成空间成像虹膜面g112的空中像。另外，根据由第1组合器51形成的虚像g121，由相对于入射光的2次光来形成空间成像虹膜面g122的空中像。并且，根据由第3组合器53形成的空中像g131，由相对于入射光的0次光来形成空间成像虹膜面g132的空中像。据此，根据本实施方式，从0次光向1次光的衰减率几乎不会衰减，从1次光向2次信号光的衰减率几乎不会衰减，与此相对，从2次信号光向3次信号光的衰减率、从2次噪声光向3次噪声光的衰减率急剧地衰减。其结果，在使用3枚多重层叠组合器50的图像显示装置1中，能够向3位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像，并且能够实现几乎不向3个人以外的方向传输光能的优良的特性。

即，根据本实施方式，当组合器为n枚时，能够向n位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像，并且能够实现几乎不向n个人以外的方向传输光能的优良的特性。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，第1像(空间成像虹膜面g112的空中像、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132中之一)和第2像(空间成像虹膜面g112的空中像、空间成像虹膜面g122、空间成像虹膜面g132中第1像以外的一个)各自的扩散角θ在根据多枚的凹面反射镜(第1组合器51～第3组合器53)的各个和与其对应的空中像(空间成像虹膜面g112、g122、g132)之间的距离c而分别计算出的角度以内。

通过该结构，在本实施方式中，能够向多人显示亮度比现有技术更接近的显示画面。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30、成像透镜40)具有：扩散膜20，其使被投影的图像的光线扩散；和聚光透镜30，其将由扩散膜扩散的光线聚光，成像透镜40使由聚光透镜30聚光的光线成像，投影部投影的图像的尺寸为d₀，成像透镜的透镜光瞳直径为d₁，聚光透镜与所述成像透镜之间的距离为a，成像透镜与第2凹面反射镜(例如，第2组合器52)在光轴方向上的距离为b，成像透镜的焦点距离f₁满足{(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)}的关系式，第1像(例如，空间成像虹膜面g112)和第2像(例如，空间成像虹膜面g122)在光轴方向上形成在距离实像的距离为c的位置，第1凹面反射镜(例如，第1组合器51)和第2凹面反射镜各自的焦点距离f₂满足(1/b)+(1/c)＝(1/f₂)}的关系式，第1像和第2像各自的尺寸为(c/b)d₁。

通过该结构，在本实施方式中，2位观察者分别能够通过亮度比现有技术更接近的显示画面来只目视识别基于0次光～1次光的显示图像中的任一个，…，n位观察者分别能够只目视识别基于0次光～(n-1)次光的显示图像中的任一个，且亮度比现有技术更接近的显示画面。其结果，根据本实施方式，能够向多人显示亮度比现有技术更接近的显示画面。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，第1凹面反射镜(例如，第1组合器51)的与光轴(线b7)的接触面和第2凹面反射镜(例如，第2组合器52)的与光轴的接触面所成的角度θ₁满足{|θ₁|≧(1/2)tan^-1(d₁/b)}的关系式。

通过该结构，在本实施方式中，能够防止基于第1组合器51的空间成像虹膜面g122和基于第2组合器52的空间成像虹膜面g112重叠。其结果，在本实施方式中，2位观察者能够在相同的显示图像不重叠的情况下来彼此目视识别。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，在第1像(例如，空间成像虹膜面g112)和所述第2像(例如，空间成像虹膜面g122)的前后，当{(c/b)d₁≧(b/a)d₀}时，形成无限远五边形的视域，当{(c/b)d₁＜(b/a)d₀}时，形成六边形(钻石型)的视域。

通过该结构，在本实施方式中，能够根据想要使观察者目视识别的区域在光轴方向上的范围，来形成无限远五边形的视域或六边形的视域。当形成无限远五边形的视域时，在车辆中，能够使驾驶员和坐在其后部座位上的同乘者目视识别显示图像。另一方面，当形成钻石型的视域时，能够显示在车辆中可只被驾驶员目视识别而坐在其后部座位上的同乘者无法目视识别的显示图像。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，多枚凹面反射镜(例如，第1组合器51～第3组合器53)为3枚以上，多枚凹面反射镜中的第3凹面反射镜(第3组合器53)被配置在投影部和第1凹面反射镜(第1组合器51)之间，反射由投影部投影的图像的一部分，形成基于图像的第3空中像(空间成像虹膜面g132的空中像)，第2凹面反射镜(第2组合器52)被配置在第1凹面反射镜和第3凹面反射镜之间。

通过该结构，在本实施方式中，即使观察者为3个人，也能够由3枚组合器(第1组合器51～第3组合器53)向3位观察者提供图像的尺寸相等且显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，多枚凹面反射镜(第1组合器51～第3组合器53)各自的焦点距离为相同的值f₂。

通过该结构，在本实施方式中，能够由多个组合器(第1组合器51～第3组合器53)，在x轴方向上，向坐在大致相同的位置的驾驶员和同乘者，提供图像的尺寸相等、并且显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像。

另外，在本实施方式的图像显示装置1中，对多个组合器(第1组合器51～第3组合器53)的表面或背面施加防止反射的蛾眼结构膜和AR涂层中的至少一方。

通过该结构，在本实施方式中，即使在第1组合器51～第3组合器53的厚度厚的情况下，也能够减少背面反射而造成的2重像的产生。

另外，在本实施方式中，由于层叠有多个组合器，因此，能够得到无论层叠几层来扩大视域，显示图像尺寸均不会发生变化的效果。

另外，在本实施方式中，如上所述，扩散角θ被设定为规定的角度以下，因此，与使用相同反射率的组合器的现有技术的图像显示装置相比较，能够使显示图像变亮。

另外，在本实施方式中，透射率为96％左右，因此，观察者能够观察明亮的外界景色。

另外，在本实施方式中，从投影机10投射的光不是激光，而是通常的非相干光(LED光、UHP(超高压汞灯)灯等)，因此，不会发生斑点噪声(speckle noise)。

另外，在本实施方式中，是不使用光的衍射、干涉的非相干光光学系统，组合器只通过一次的表面反射来形成视域，因此，不会产生分色、色差。并且，在本实施方式中，组合器例如是亚克力圆顶的一部分的形状简单的凹面透明反射镜，因此制造非常容易。

另外，在本实施方式中，在组合器中使用一次的表面反射光，因此，不会发生高次衍射光。因此，在本实施方式中，不会发生透射光即外界景色的分色，因此，能够观察与通过前挡风玻璃来观察时相同的清晰的图像。

另外，在本实施方式中，根据关系式来确定视域尺寸。据此，观察者能够明亮地观察显示图像，并且也能够明亮地观察外界的景色。

另外，在本实施方式中，组合器为透明亚克力凹面反射镜，因此，不存在散射要素，即使照射强太阳光线，也不会发生太阳光线的彩虹那样的噪声叠加或者对比度恶化的情况。

另外，根据本实施方式，组合器为透明亚克力凹面反射镜，因此，与全息图(Holography)等相比较易于制造，能够实现作为廉价的图像显示装置1的HUD。

[第2实施方式]

在第1实施方式中，说明了在第2组合器52上形成实像的图像显示装置1的例子。

当图像显示装置1被搭载在车辆上时，观察者聚焦于通过第1组合器51～第3组合器53观察到的外界的风景。在第1实施方式中的图像显示装置1中，当观察显示图像信息时，观察者需要聚焦于图1～图4所示的虚像、实像或空中像。

因此，在本实施方式中，说明在组合器的背景方向的位置，通过所有组合器形成虚像的例子。这样，如果在组合器的后侧1m左右的位置显示虚像，则观察者能够在几乎不进行水晶体的调节的情况下来观察显示图像。

图9是表示本实施方式的图像显示装置1A的结构和基于第2组合器52的虚像g211形成的空间成像虹膜面g212的图。图10是表示本实施方式的图像显示装置1A的结构和基于第1组合器51的虚像g221形成的空间成像虹膜面g222的图。图11是表示本实施方式的图像显示装置1A的结构和基于第3组合器53的虚像g231形成的空间成像虹膜面g232的图。图12是表示合成图9～图11得到的图。另外，图9～图12所示的例子表示视域的形状为钻石型的例子，但第2实施方式中的视域也可以是无限远五边形(无限远五边形)。另外，第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53各自的反射率R优选与第1实施方式相同，为4％～50％左右。

＜图像显示装置1的光学系统＞

如图9～图12所示，图像显示装置1A的结构与图像显示装置1的结构相同。图像显示装置1A与图像显示装置1的差异在于成像透镜40与多重层叠组合器50的间隔。另外，对具有与图像显示装置1相同的功能的功能部使用相同的标记，省略对其的说明。另外，针对与图1～图4相同的光线也使用相同的标记。另外，图9～图12的坐标系与图1～图4相同。另外，在图9～图12中，角度θ₂为tan^-1{(bg/2ae(h+g))d₀}。距离e是从实像g241(一次图像的空中实像)到第2组合器52的与光轴的垂线的接触面的x轴方向上的距离，距离g是从第2组合器52的主平面到第2组合器52的虚像g211(图9、图12)的x轴方向上的距离。

成像透镜40和第2组合器52在x轴方向上远离距离b+e来配置。另外，实像g241形成于在x轴方向上距离成像透镜40的距离为b的位置。另外，成像透镜40的焦点距离f₁满足式(1)的关系。

第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53被配置于在x轴方向上从实像g241远离距离e的位置。另外，距离e的长度为第1组合器51～第3组合器53各自的焦点距离f₂以下(e≦f₂)。另外，焦点距离f₂满足下式(7)的关系，并且满足下式(8)的关系。

【数学公式7】

【数学公式8】

如图9所示，通过实像g241的上端的点p31和下端的点p32且透射第3组合器53的光、即光线b5和光线b6入射至第2组合器52，光线b5和光线b6的焦点在第2组合器52上的点p33、p34、p36、p37成像。

另外，第2组合器52在光轴(线b7)的垂线方向上形成虚像g211。虚像g211的y轴方向上的尺寸为(bg/ae)d₀。在第2组合器52上的点p33和p34成像的光线在虚像g121上的点p35成像，在第1组合器51上的点p36和p37成像的光线在虚像g121上的点p38成像。

第2组合器52使虚像g211向投影机10的光轴方向反射。在图9中，光线b32和光线b33为主光线。

如图10所示，透射第3组合器53和第2组合器52的光线b5和光线b6入射至第1组合器51，光线b5和光线b6的焦点在第1组合器51上的点p43、p44、p46、p47成像。

另外，第1组合器51形成相对于虚像g211以角度+2θ₁倾斜的虚像g221。虚像g221的y轴方向上的尺寸为(bg/ae)d₀。在第1组合器51上的点p43和p44成像的光线在虚像g221上的点p45成像，在第1组合器51上的点p46和p47成像的光线在虚像g221上的点p48成像。

第1组合器51使虚像g221相对于投影机10的光轴向上方角度+2θ₁方向反射。在图10中，光线b42和光线b43为主光线，线b41为光线b42和光线b43的中心线。

如图11所示，从投影机10投影的光线b5和光线b6入射至第3组合器53，光线b5和光线b6的焦点在第3组合器53上的点p53、p54、p56、p57成像。

另外，第3组合器53形成相对于虚像g211以角度-2θ₁倾斜的虚像g231。虚像g231的y轴方向上的尺寸为(bg/ae)d₀。在第3组合器53上的点p53和p54成像的光线在虚像g231上的点p55成像，在第3组合器53上的点p56和p57成像的光线在虚像g231上的点p58成像。

第3组合器53使虚像g231向相对于投影机10的光轴(线b7)向下方角度-2θ₁方向反射。在图11中，光线b52和光线b53为主光线，线b51是光线b52与光线b53的中心线。

＜空间成像虹膜面＞

接着，对分别基于第2组合器52、第1组合器51和第3组合器53的空间成像虹膜面进行说明。

首先，对基于第2组合器52的空间成像虹膜面进行说明。

如图9所示，基于第2组合器52的虚像g211的主光线b32和主光线b33使空间成像虹膜面g212成像于在x轴方向上从第2组合器52的与光轴的垂线的接触面远离距离h的位置。该空间成像虹膜面g212的y轴方向上的尺寸是将成像透镜的透镜光瞳直径d₁放大到h/(b+e)倍而得到的尺寸，因此为{h/(b+e)}d₁。

当空间成像虹膜面g212的尺寸{h/(b+e)}d₁和图像显示装置1A的显示图像的尺寸(bg/ae)d₀的关系满足下式(9)时，主光线b32和主光线b33平行，视域的形状成为无限远五边形型。

【数学公式9】

另外，当空间成像虹膜面g212的尺寸{h/(b+e)}d₁和图像显示装置1A的显示图像的尺寸(bg/ae)d₀的关系满足下式(10)时，主光线b32和主光线b33变得不平行，因此，视域的形状成为钻石型。

【数学公式10】

接着，对基于第1组合器51的空间成像虹膜面进行说明。

如图10所示，虚像g121的主光线b12和主光线b13相对于x轴方向向角度+2θ₁方向反射。因此，第1组合器51使空间成像虹膜面g222在从第1组合器51的与光轴的垂线的接触面远离距离h的位置，以尺寸{h/(b+e)}d₁来成像。在该空间成像虹膜面g222前后，也与基于第2组合器52的空间成像虹膜面g212(图9)相同，形成区域g223所示的无限远五边形型或钻石型的视域。另外，空间成像虹膜面g222和该视域的功能与第2组合器52相同。

另外，图9所示的第2组合器52的视域g213和图10所示的第1组合器51的视域g223如图12所示的那样不重叠而避免串扰的条件为式(5)。

第2组合器52和第1组合器51以彼此远离式(5)的角度θ₁以上的方式来倾斜配置，据此，显示间彼此不会发生串扰。

接着，对基于第3组合器53的空间成像虹膜面进行说明。

如图11所示，虚像g231的主光线b52和主光线b53相对于x轴方向向角度-2θ₁方向反射。因此，第3组合器53使空间成像虹膜面g232在从第3组合器53的与光轴的垂线的接触面远离距离h的位置，以尺寸{h/(b+e)}d₁来成像。在该空间成像虹膜面g232前后，也与基于第2组合器52的空间成像虹膜面g212(图9)相同，形成区域g233所示的无限远五边形型或钻石型的视域。另外，空间成像虹膜面g232和该视域的功能与第2组合器52相同。

另外，图9所示的第2组合器52的视域g213和图11所示的第3组合器53的视域g233如图12所示的那样不重叠而避免串扰的条件为式(5)。

在此，对基于多重层叠组合器50的光的多重反射、透射进行说明。

例如，当第1组合器51～第3组合器53为3枚时，在图7中，T⁴R的2次光显示最后侧的第2虚像g221，T²R³的2次光显示在被第2组合器52、第3组合器53、第2组合器52反射3次后的镜面对称位置的像上。

因此，在图9的空间成像虹膜面g212和视域g213中，能够同时看到最后侧的第2虚像g221(图10)和被第2组合器52、第3组合器53、第2组合器52反射3次后的镜面对称位置的像，且二者重叠，因此发生串扰。

然而，该串扰也与第1实施方式相同，当第1组合器51～第3组合器53各自的反射率为4％，透射率为96％时，由于只发生0.17％的噪声分量，因此，观察者几乎不会看到噪声分量。

另外，在第2实施方式中，组合器也可以为2枚，也可以为4枚以上。

另外，当第1组合器51～第3组合器53的x轴方向上的厚度厚时，发生由于背面反射而造成的2重像，因此，在第2实施方式中，优选对第1组合器51～第3组合器53各自的背面施加作为反射防止用膜的蛾眼结构膜或AR涂层等。

如上所述，在本实施方式的图像显示装置1A中，设投影机10的投射图像为尺寸d₀的一次图像，使该一次图像在角度均一扩散膜(扩散膜20)上或通常的扩散膜(扩散膜20)上成像，在该扩散膜上紧贴设置焦点距离为f₀的聚光透镜30，在从聚光透镜只远离距离f₀＝a的位置设置成像透镜40，该成像透镜40由1枚或多枚透镜构成，其合成焦点距离f₁为((1/a)+(1/b)＝(1/f₁))，透镜光瞳直径为d₁，通过该成像透镜，在从该成像透镜主平面远离距离b的位置以b/a倍的放大倍率使一次图像的空中实像(实像g241)成像，并且在从该尺寸为(b/a)d₀的空中像远离距离c：(c≦f₂)的位置，将多枚焦点距离f₂为((1/c)-(1/d)＝(1/f₂))且反射率为4％～50％左右的透明凹面反射镜(第1组合器51、第2组合器52、第3组合器53)，以角度彼此变化θ₁：(θ₁≧(1/2)tan^-1(d₁/(b+c))左右，并彼此接触程度的间隔层叠，在各个透明凹面反射镜的进深方向上远离距离d的位置以bd/ac倍的放大倍率、即以(bd/ac)d₀的尺寸使一次图像的虚像成像，在各个透明凹面反射镜的反射主光线方向上远离距离e的位置，以e/(b+c)倍的放大倍率、即以(e/(b+c))d₁的尺寸使成像透镜的透镜光瞳的空中像(空间成像虹膜面g212、空间成像虹膜面g222、空间成像虹膜面g232)成像，在该透镜光瞳的空中像的前后，当(e/(b+c))d₁≧(bd/ac)d₀时，形成无限远五边形视域，当(e/(b+c))d₁＜(bd/ac)d₀，形成钻石形视域。

但是，在上述中，标记c为第2实施方式中的标记e，标记d为第2实施方式中的标记g，标记e为第2实施方式中的标记h。

通过该结构，在本实施方式中，能够使能够观察基于虚像的显示图像的范围与多人对应，并且向多人明亮地、且以相同的亮度显示各显示图像。据此，根据本实施方式，在组合器的光轴方向上形成多个组合器的所有的虚像，因此，观察者能够在几乎不进行水晶体的调节的情况下来观察显示图像。另外，根据本实施方式，能够提供一种图像显示装置，该图像显示装置几乎不向设定多位的观察者以外的位置传输光能，光利用效率好，透射率高且穿透性好。

如上所述，在本实施方式的图像显示装置1A中，投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30、成像透镜40)具有使图像成像的成像透镜40，第2凹面反射镜(第2组合器52)被配置在距离成像透镜40的距离比由成像透镜成像的实像的位置远的位置，第1像(空间成像虹膜面g222)是基于虚像g221的像，第2像(空间成像虹膜面g212)是基于虚像g211的像。

通过该结构，在本实施方式中，在多重层叠组合器50的x轴方向的后侧(入射光线的行进方向)形成多重层叠组合器50的所有的虚像，因此，观察者能够在几乎不进行水晶体的调节的情况下来观察显示图像。

另外，在本实施方式的图像显示装置1A中，投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30、成像透镜40)具有：扩散膜20，其使被投影的图像的光线扩散；和聚光透镜30，其使由扩散膜扩散的光线聚光，成像透镜40使由聚光透镜聚光的光线成像，聚光透镜的透镜光瞳直径为d₀，成像透镜的透镜光瞳直径为d₁，聚光透镜与成像透镜的距离为a，由成像透镜成像的实像的光轴方向上的距离为b，多枚凹面反射镜(第1组合器51～第3组合器53)中任一个和实像g241在光轴方向上的距离、或多枚凹面反射镜间的位置和实像在光轴方向上的距离为e，成像透镜的焦点距离f₁满足{(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)}的关系式，第1像和第2像(例如，(空间成像虹膜面g112、空间成像虹膜面g122)在第1凹面反射镜(第1组合器51)和第2凹面反射镜(第2组合器52)各自的反射光的行进方向上，形成在距离多枚凹面反射镜中的任一个的距离为h的位置，或者形成在距离多枚凹面反射镜间的位置的距离为h的位置，基于第2凹面反射镜的虚像g211和第2凹面反射镜的距离为g，第1凹面反射镜和第2凹面反射镜各自的焦点距离f₂满足[{(1/e)-(1/g)}＝(1/f₂)]的关系式，并且满足[{1/(b+e)}+(1/h)＝(1/f₂)]的关系式，第1像和第2像各自的尺寸为{h/(b+e))}d₁。

通过该结构，在本实施方式中，与第1实施方式相同，在使用2枚层叠组合器的图像显示装置中，能够向2位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像，并且能够实现几乎不会向2个人以外的方向传输光能的优良的特性。另外，在使用3枚多重层叠组合器50的图像显示装置1A中，能够对3位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术更接近的显示图像，并且能够实现几乎不向3个人以外的方向传输光能的优良的特性。

即，根据本实施方式，当组合器为n枚时，能够对n位观察者提供显示图像彼此的亮度比现有技术接近的显示图像，并且能够实现几乎不向n个人以外的方向传输光能的优良的特性。

另外，在本实施方式的图像显示装置1A中，第1凹面反射镜(例如，第1组合器51)的与光轴的接触面和第2凹面反射镜(例如，第2组合器52)的与所述光轴的接触面之间的角度θ₁满足[|θ₁|≧(1/2)tan^-1{d₁/(b+e)}}的关系式。

根据该结构，在本实施方式中，能够防止基于第1组合器51的空间成像虹膜面g222和基于第2组合器52的空间成像虹膜面g212重叠。其结果，在本实施方式中，2位观察者能够在相同的显示图像不重叠的情况下彼此目视识别。

另外，在本实施方式的图像显示装置1A中，在第1像(例如，空间成像虹膜面g212)和第2像(例如，空间成像虹膜面g222)的前后，当{h/(b+e)}d₁≧{(bg/ae)d₀}时，形成无限远五边形的视域，当{h/(b+e)}d₁＜{(bg/ae)d₀}时，形成六边形的视域。

通过该结构，在本实施方式中，能够根据想要使观察者目视识别的区域在光轴方向上的范围，来形成无限远五边形的视域或六边形的视域。当形成无限远五边形的视域时，在车辆中，能够使驾驶员和坐在其后部座位上的同乘者目视识别显示图像。另一方面，当形成钻石型的视域时，能够显示在车辆中只有驾驶员能够识别，而无法被坐在其后部座位上的同乘者识别的显示图像。

[第3实施方式]

在第1实施方式和第2实施方式中，说明了第1组合器51～第3组合器53为透明凹面反射镜的例子。

在本实施方式中，说明配置于最后侧的第1组合器51的表面或背面例如被涂装或蒸镀为黑色的例子。

首先，说明配置于第1实施方式的图像显示装置1的最后侧的第1组合器51的表面或背面例如被涂装或蒸镀为黑色的例子。

图13是表示本实施方式的图像显示装置1C的结构和基于第2组合器52的空间成像虹膜面g112、基于第1组合器51c的空间成像虹膜面g122、基于第3组合器53的空间成像虹膜面g132的图。另外，图13所示的例子示出了视域的形状为无限远五边形的例子，但也可以为钻石型。另外，图13的坐标系与图1～图4相同。

＜图像显示装置1C的结构＞

如图13所示，图像显示装置1C包含投影机10(投影部)、扩散膜20(投影部)、聚光透镜30(投影部)、成像透镜40(投影部)、和多重层叠组合器50C而构成。另外，多重层叠组合器50C具有第1组合器51c(黑色凹面反射镜)、第2组合器52(透明凹面反射镜)、和第3组合器53(透明凹面反射镜)。另外，对具有与图像显示装置1相同功能的功能部使用相同的标记，省略对其的说明。另外，如图13所示，第1组合器51c、第2组合器52、第3组合器53分别在投影机10侧具有凹面。

＜图像显示装置1C的光学系统＞

第2组合器52、第3组合器53分别是透明亚克力或透明玻璃的透明凹面反射镜。第1组合器51c是凹面反射镜，背面g441例如被涂装或蒸镀为黑色。在实施方式中，将表面或背面具有黑色面的凹面反射镜称为黑色凹面反射镜。

接着，使用图14，说明被配置在第2实施方式的图像显示装置1A最后侧的第1组合器51的背面g541被涂装为黑色的例子。

图14是表示本实施方式的图像显示装置1D的结构和基于第2组合器52的空间成像虹膜面g212、基于第1组合器51c的空间成像虹膜面g222、基于第3组合器53的空间成像虹膜面g232的图。另外，图14所示的例子表示视域的形状为钻石型的例子，但也可以为无限远五边形。另外，图14的坐标系与图1～图4相同。

＜图像显示装置1D的结构＞

如图14所示，图像显示装置1D包含投影机10(投影部)、扩散膜20(投影部)、聚光透镜30(投影部)、成像透镜40(投影部)和多重层叠组合器50C而构成。另外，多重层叠组合器50C具有第1组合器51c(黑色凹面反射镜)、第2组合器52(透明凹面反射镜)和第3组合器53(透明凹面反射镜)。另外，对具有与图像显示装置1相同功能的功能部使用相同的标记，省略对其的说明。

＜图像显示装置1D的光学系统＞

第2组合器52、第3组合器53分别是透明亚克力或透明玻璃的透明凹面反射镜。第1组合器51c是黑色凹面反射镜。另外，如图14所示，第1组合器51c、第2组合器52、第3组合器53分别在投影机10侧具有凹面。

如上所述，在本实施方式的图像显示装置(1C或1D)中，第1凹面反射镜(例如第1组合器51c)的背面为黑色。

通过该结构，在本实施方式中，n枚组合器中最背面的第1组合器51c是黑色凹面反射镜，因此，从投影机10投影出的图像被映射在黑色背景上。其结果，在本实施方式中，能够提高由多重层叠组合器50C显示的显示图像的对比度。

[第4实施方式]

在第1实施方式～第3实施方式中，说明了使用投影机10来对驾驶信息等的图像进行投影的例子，但对图像进行投影的装置并不限于投影机10。

在本实施方式中，说明使用液晶屏来对图像进行投影的例子。另外，说明对第1实施方式的图像显示装置1应用液晶屏的例子，但同样可以对第2实施方式的图像显示装置1A、第3实施方式的图像显示装置1C、1D应用液晶屏。

图15是表示本实施方式的图像显示装置1E的结构和基于第2组合器52的实像g111形成的空间成像虹膜面g112的图。图16是表示本实施方式的图像显示装置1E的结构和基于第1组合器51的虚像g121形成的空间成像虹膜面g122的图。图17是表示本实施方式的图像显示装置1E的结构和基于第3组合器53的空中像g131形成的空间成像虹膜面g132的图。

图18是合成图15～图17得到的图。另外，图15～图18所示的例子示出了视域的形状为无限远五边形的例子，但也可以是钻石型。另外，对具有与图像显示装置1相同功能的功能部使用相同的标记，省略对其的说明。另外，对与图1～图4相同的光线也使用相同的标记。另外，图15～图18的坐标系与图1～图4相同。

＜图像显示装置1E的结构＞

如图15～图18所示，图像显示装置1E包含投影部60和多重层叠组合器50而构成。另外，多重层叠组合器50具有第1组合器51(透明凹面反射镜)、第2组合器52(透明凹面反射镜)和第3组合器53(透明凹面反射镜)。即，图像显示装置1E与图像显示装置1的差异在于投影部60。

投影部60包含LED(发光二极管)61、锥形杆状积分器(tapered rod likeintegrator)62、灯光学系统透镜63、扩散膜20、液晶屏65、聚光透镜30和成像透镜40而构成。另外，线b7表示投影部60的光轴。

投影部60将LED61、锥形杆状积分器62、灯光学系统透镜63、扩散膜20、液晶屏65、聚光透镜30和成像透镜40沿着光轴(线b7)依次配置。

另外，液晶屏65在x轴方向上紧贴于扩散膜20。

另外，锥形杆状积分器62、灯光学系统透镜63、聚光透镜30和成像透镜40分别与光轴(线b7)对应配置。

＜图像显示装置1E的光学系统＞

LED61例如由红色、蓝色、绿色的三种颜色构成。在LED61上连接有图像输出装置(未图示)。LED61将图像输出装置输出的图像经由锥形杆状积分器62、灯光学系统透镜63向扩散膜20投影。光线b61、光线b62表示从锥形杆状积分器62射出的图像的光线。

锥形杆状积分器62是提高位置上的(空间上的)均匀性的均化器(homogenizer)。另外，均化器是指提高光强均匀性的设备。

锥形杆状积分器62提高从LED61射出的光线的强度分布在位置上的均匀性，并在锥形杆状积分器射出面上形成空间上均匀的光学面。锥形杆状积分器62将强度分布在位置上的均匀性被提高的光线向灯光学系统透镜63出射。

灯光学系统透镜63是开口数为NA的双面为凸型的透镜。根据光学扩展量(Etendue)保存法则，来自LED61的光被限制在灯光学系统透镜63的开口数NA内的范围内。据此，灯光学系统透镜63提高从锥形杆状积分器62入射的光线b61、光线b62的光利用效率，使空间上均匀的光学面在扩散膜20上成像。其结果，在扩散膜20的射出面中，实现在角度上、空间上均匀的光学面。另外，光线b63、光线b64表示从灯光学系统透镜63射出的图像的光线。

扩散膜20作为液晶屏65的背景灯来发挥作用。当将扩散膜20的射出面作为液晶屏65的背景灯来使用时，扩散膜20面和液晶图像显示面分离，因此，显示图像面的闪烁(scintillation)减少，画质得到改善。在此，闪烁是指出现细微的亮度变化的现象。由于扩散膜20的放大像被作为显示图像来显示，因此，有时会发生该闪烁。

液晶屏65将从扩散膜20入射的图像的光线向聚光透镜30射出。

聚光透镜30将从液晶屏65射出的图像的光线改变方向而向成像透镜40的透镜光瞳内入射。

如图15、图18所示，由第2组合器52形成实像g111。并且，由实像g111形成空间成像虹膜面g112和视域g113。

如图16、图18所示，由第1组合器51形成虚像g121。并且，由虚像g121形成空间成像虹膜面g122和视域g123。

如图17、图18所示，由第3组合器53形成空中像g131。并且，由空中像g131形成空间成像虹膜面g132和视域g133。

如上所述，在本实施方式中，不使图像在扩散膜20上成像，而将扩散膜20作为液晶屏65的背景灯来使用。通过锥形杆状积分器62、灯光学系统透镜63和扩散膜20制作角度上、空间上均匀的光学面。并且，显示图像由与角度上、空间上均匀的光学面稍微分离的液晶屏65形成，据此，能够制造扩散膜20不存在于人们观察的光学面上的状态。据此，在本实施方式中，能够通过冲淡闪烁来使其减少。

如上所述，在本实施方式的图像显示装置(1、1A、1C、1D、1E)中，投影部至少包含投影机10(图1～图4、图8～图14)或液晶屏65、与透镜(灯光学系统透镜63)的组合中的至少一种组合。

当投影部60构成为具有液晶屏65和灯光学系统透镜63时，将由扩散膜20形成的、在角度上空间上均匀的光学面作为液晶屏65的背景灯来使用，据此，扩散膜20面和液晶图像显示面被分离，因此，显示图像面的闪烁被降低，画质得到改善。

＜第1实施方式～第4实施方式中的第1变形例＞

在第1实施方式～第4实施方式中，说明了角度+θ₁(第1角度)的绝对值和角度-θ₁(第2角度)的绝对值相同的情况，第1角度的绝对值和第2角度的绝对值也可以不同，其中，第1角度是第2组合器52的与光轴的垂线的接触面和第1组合器51的与光轴的垂线的接触面所成的角度，第2角度是第2组合器52的与光轴的垂线的接触面和第3组合器53的与光轴的垂线的接触面所成的角度。

在本实施方式中，说明第1角度的绝对值和第2角度的绝对值不同的例子。另外，以第1实施方式的图像显示装置1为例进行说明，但在第2实施方式的图像显示装置1A、第3实施方式的图像显示装置1C、1D、第4实施方式的图像显示装置1E中，第1角度的绝对值和第2角度的绝对值也可以不同。

图19是表示第1实施方式中的第1变形例的图像显示装置1’的结构、和基于第2组合器52的空间成像虹膜面g112、基于第1组合器51’的空间成像虹膜面g122、基于第3组合器53的空间成像虹膜面g132的图。另外，对具有与图像显示装置1相同功能的功能部使用相同的标记，省略对其的说明。另外，图19的坐标系与图1～图4相同。另外，在图19中，省略了图1～图4所示的投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30和成像透镜40)，但图像显示装置1’与图像显示装置1相同，也具有投影部。

图像显示装置1’包含投影机10(未图示)、扩散膜20(未图示)、聚光透镜30(未图示)、成像透镜40(未图示)和多重层叠组合器50’而构成。另外，多重层叠组合器50’具有第1组合器51’(透明凹面反射镜)、第2组合器52(透明凹面反射镜)和第3组合器53(透明凹面反射镜)。

第1组合器51’、第2组合器52、第3组合器53的下端间紧贴。另外，第1组合器51’的与光轴的垂线的接触面相对于第2组合器52的与光轴的垂线的接触面，以角度为+θ₁’的关系来配置。并且，第3组合器53的与光轴的垂线的接触面相对于第2组合器52的与光轴的垂线的接触面，以角度为-θ₁的关系来配置。

透射第3组合器53和第2组合器52的光线入射至第1组合器51’，光线的焦点在第1组合器51’上成像。另外，第1组合器51’相对于第2组合器52在入射光线的行进方向上形成以角度+2θ₁’倾斜的虚像g121’。在第1组合器51’上成像的光线在虚像g121’上成像。第1组合器51’使虚像g121’向相对于投影机10(图4)的光轴(线b7)向上方角度+2θ1’方向反射。

据此，如图19所示，能够使空间成像虹膜面g122形成在与图1、图4不同的位置。另外，如图19所示，能够将空间成像虹膜面g122形成在从空间成像虹膜面g112远离的位置。

如上所述，在本实施方式的图像显示装置1’中，多枚凹面反射镜(例如，第1组合器51’、第2组合器52、第3组合器53)为3枚以上，多枚凹面反射镜中的第3凹面反射镜(第3组合器53)被配置在投影部和第1凹面反射镜(第1组合器51’)之间，反射由投影部投影的图像的一部分，形成基于图像的第3空中像(空间成像虹膜面g132)，第2凹面反射镜(第2组合器52)被配置在第1凹面反射镜和第3凹面反射镜之间，并且，第1角度(0°)与第2角度(θ₁)之间的第1差(-θ₁)和第2角度与第3角度(θ₁’)之间的第2差(-θ₁’)彼此不同，其中，第1角度是第1凹面反射镜的与光轴(线b7)的接触面相对于光轴的垂线的角度，第2角度是第2凹面反射镜的与光轴的接触面相对于光轴的垂线的角度，第3角度是第3凹面反射镜的与光轴的接触面相对于光轴的垂线的角度。

通过该结构，在本实施方式中，能够根据驾驶员、领航员、后部座位的观察者的位置来对每个组合器调整形成空间成像虹膜面的角度和y轴方向上的间隔。

＜第1实施方式～第4实施方式中的第2变形例＞

在第1实施方式～第4实施方式、第1实施方式～第4实施方式中的第1变形例中，层叠多枚的组合器的焦点距离均相同，因此，从图像显示装置(1、1A、1C、1D、1E、1’)到观察图像的位置的距离均被设定为距离所有的组合器的距离大致相同。

在本实施方式中，说明了从图像显示装置1”到观察图像的位置的距离不同的例子。

图20是表示第1实施方式中的第2变形例的图像显示装置1”的结构、基于第2组合器52的空间成像虹膜面g112、基于第1组合器51的空间成像虹膜面g122、基于第4组合器54的空间成像虹膜面g142的图。另外，对具有与图像显示装置1相同功能的功能部使用相同的标记，省略对其的说明。另外，图20的坐标系与图1～图4相同。另外，在图20中，省略图1～图4所示的投影部(投影机10、扩散膜20、聚光透镜30和成像透镜40)，但图像显示装置1”与图像显示装置1相同，具有投影部。

图像显示装置1”包含投影机10(未图示)、扩散膜20(未图示)、聚光透镜30(未图示)、成像透镜40(未图示)和多重层叠组合器50”而构成。另外，多重层叠组合器50”具有第1组合器51(透明凹面反射镜)、第2组合器52(透明凹面反射镜)和第4组合器54(透明凹面反射镜)。

第1组合器51和第2组合器52的下端间紧贴。另外，第1组合器51的与光轴的垂线的接触面相对于第2组合器52的与光轴的垂线的接触面，以角度比+θ₁大的角度关系来配置。第2组合器52、第1组合器51各自的焦点距离为f₂。

第4组合器54被配置在第1组合器51的入射光线的行进方向。第4组合器54是透明亚克力或透明玻璃的透明凹面反射镜。

第4组合器54在投影机10侧具有凹面。第4组合器54的反射率例如为4～8％，焦点距离是与f₂不同的f₃，透射率例如为92～96％。焦点距离f₃例如大于焦点距离f₂。

如图20所示，基于第2组合器52的空间成像虹膜面g112形成于在x轴方向上距第2组合器52的与光轴的垂线的接触面的距离为c₁的位置。另外，基于第4组合器54的空间成像虹膜面g142形成于在x轴方向上距第2组合器52的与光轴的垂线的接触面的距离为c₂的位置。另外，距离c₂比距离c₁长。

另外，图20所示的多重层叠组合器50”是一个例子，并不限定于此。例如，当除了驾驶员和坐在副驾驶座位上的同乘者之外，还与坐在后部座位上的3位观察者对应时，多重层叠组合器50”也可以层叠5枚组合器。此时，可以将多重层叠组合器50”的5枚中的2枚设定为形成与驾驶员和坐在副驾驶座位上的同乘者相匹配的空间成像虹膜面的焦点距离，将5枚中的3枚设定为形成与后部座位上的观察者相匹配的空间成像虹膜面的焦点距离。

并且，当将图像显示装置1”设置在车辆的前挡风玻璃上部，从车顶来投射时，在如面包车那样，设置3排座位分别坐有2个人、3个人、3个人那样的状况下，设组合器为层叠有8枚，将8枚组合器分为2枚、3枚、3枚的组。并且，2枚的组合器、3枚的组合器、3枚的组合器可以分别设定不同的3种焦点距离。

如上所述，在本实施方式的图像显示装置1”中，多枚凹面反射镜(例如，第1组合器51、第2组合器52、第4组合器54)各自的焦点距离是彼此不同的值。

通过该结构，在本实施方式中，层叠多枚的组合器的焦点距离不同，因此，能够使从图像显示装置1”到观察者观察的位置的距离不同。据此，本实施方式例如在车辆的乘客为多人，后部座位的排数向后变多时也有效。

另外，在第1实施方式～第4实施方式、第1实施方式～第4实施方式中的第1变形例、第1实施方式～第4实施方式中的第2变形例中，说明了空间成像虹膜面彼此不会彼此重叠的例子，但并不限于此。根据用途，当空间成像虹膜面的端部部分重叠也不会造成障碍的情况下，例如，在第1实施方式中，组合器彼此的角度θ₁可以不足1/2{tan^-1(d₁/b)}，例如在第2实施方式中，组合器彼此的角度的绝对值|θ₁|可以不足1/2{tan^-1(d₁/(b+e))}。

另外，在第1实施方式～第4实施方式、第1实施方式～第4实施方式中的第1变形例、第1实施方式～第4实施方式中的第2变形例中，说明了将图像显示装置(1、1A、1C、1D、1E、1’、1”)搭载于车辆的例子，但并不限于此。图像显示装置(1、1A、1C、1D、1E、1’、1”)也可以适用于车辆以外。此时，由包含投影机10或液晶屏65的投影部60投影的图像并不限于驾驶员信息，也可以是与所应用的装置相匹配的图像。

Claims (17)

1.一种图像显示装置，其特征在于，

使投影机的投射图像在角度均一扩散膜上或者在通常的扩散膜上成像为尺寸d₀的一次图像，

与该扩散膜贴紧设置有焦点距离f₀的聚光透镜，

在离开该聚光透镜的大致距离f₀＝a的位置设置有成像透镜，该成像透镜是由1枚或多枚透镜构成的、合成焦点距离f₁满足关系式(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)且透镜光瞳直径为d₁的成像透镜，

通过该成像透镜来使一次图像的空中实像以大致b/a倍的放大倍率在离开该成像透镜主平面大致距离b的位置成像，

将多枚焦点距离f₂满足关系式(1/b)+(1/c)＝(1/f₂)的、反射率水平为4％～50％的透明凹面反射镜，以彼此之间角度变化程度θ₁满足关系式θ₁≧(1/2)tan^-1(d₁/b)、且以彼此接触的间隔程度来层叠在其尺寸大致为(b/a)d₀的空中像附近，

使成像透镜的透镜光瞳的空中像以放大倍率大致为c/b倍即(c/b)d₁的尺寸，在沿各个透明凹面反射镜的反射主光线方向间隔大致距离c的位置上成像，

在该透镜光瞳的空中像的前后，当关系式(c/b)d₁≧(b/a)d₀成立时形成无限远五边形视域，当关系式(c/b)d₁＜(b/a)d₀成立时形成钻石形视域。

2.一种图像显示装置，其特征在于，

使投影机的投射图像在角度均一扩散膜上或者在通常的扩散膜上成像为尺寸d₀的一次图像，

与该扩散膜贴紧设置有焦点距离f₀的聚光透镜，

在离开该聚光透镜的大致距离f₀＝a的位置设置有成像透镜，该成像透镜是由1枚或多枚透镜构成的、合成焦点距离f₁满足关系式(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)且透镜光瞳直径为d₁的成像透镜，

通过该成像透镜来使一次图像的空中实像以大致b/a倍的放大倍率在离开该成像透镜主平面大致距离b的位置成像，

将多枚焦点距离f₂满足关系式(1/c)-(1/d)＝(1/f₂)的、反射率水平为4％～50％的透明凹面反射镜，以彼此之间角度变化程度θ₁满足关系式θ₁≧(1/2)tan^-1(d₁/(b+c))、且以彼此接触的间隔程度来层叠在离开其尺寸大致为(b/a)d₀的空中像大致距离c的位置，其中所述距离c满足关系式c≦f₂，

将一次图像的虚像以放大倍率为bd/ac倍即(bd/ac)d₀的尺寸，形成在沿各个透明凹面反射镜的进深方向离开距离d的位置上，

使成像透镜的透镜光瞳的空中像以大致e/(b+c)倍的放大倍率即(e/(b+c))d₁的尺寸，在沿各个透明凹面反射镜的反射主光线方向间隔大致距离e的位置上成像，

在该透镜光瞳的空中像的前后，当关系式(e/(b+c))d₁≧(bd/ac)d₀成立时形成无限远五边形视域，当关系式(e/(b+c))d₁＜(bd/ac)d₀成立时形成钻石形视域。

3.一种图像显示装置，其特征在于，具有：

投影部，其对图像进行投影；和

多枚凹面反射镜，各凹面反射镜的与光轴的接触面相对于所述投影部的光轴按彼此不同的角度来配置，

所述多枚凹面反射镜中的第1凹面反射镜反射由所述投影部投影的图像的至少一部分，形成基于所述图像的第1像，

所述多枚凹面反射镜中的第2凹面反射镜使由所述投影部投影的图像的一部分透射，并反射所述图像的一部分，形成基于所述图像的第2像，

所述投影部具有使所述图像成像的成像透镜，

所述第1凹面反射镜、所述第2凹面反射镜、和所述第1凹面反射镜与所述第2凹面反射镜之间的位置中的任一个配置在由所述成像透镜成像的实像的位置，

所述第1像根据由所述第1凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个来形成，

所述第2像根据由所述第2凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的1个来形成，

由所述第2凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个像的种类与由所述第1凹面反射镜形成的实像、虚像和空中像中的一个像的种类不同，

所述投影部具有：

扩散膜，其使被投影的所述图像的光线扩散；和

聚光透镜，其使由所述扩散膜扩散的光线聚光，

所述成像透镜使由所述聚光透镜聚光的光线成像，

所述投影部投影的图像的尺寸为d₀，

所述成像透镜的透镜光瞳直径为d₁，

所述聚光透镜与所述成像透镜的距离为a，

所述成像透镜与所述第2凹面反射镜在光轴方向上的距离为b，

所述成像透镜的焦点距离f₁满足关系式(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)，

所述第1像和所述第2像形成在沿所述光轴方向距所述实像的距离为c的位置上，

所述第1凹面反射镜和所述第2凹面反射镜各自的焦点距离f₂满足关系式(1/b)+(1/c)＝(1/f₂)，

所述第1像和所述第2像各自的尺寸为(c/b)d₁。

4.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第1像和所述第2像各自的扩散角在根据所述距离c而分别计算出的角度以内。

5.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第1凹面反射镜的与所述光轴的接触面和所述第2凹面反射镜的与所述光轴的接触面所成的角度θ₁满足关系式|θ₁|≧(1/2)tan^-1(d₁/b)。

6.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

在所述第1像和所述第2像的前后，当关系式(c/b)d₁≧(b/a)d₀成立时形成无限远五边形的视域，当关系式(c/b)d₁＜(b/a)d₀成立时形成六边形的视域。

7.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述多枚凹面反射镜为3枚以上，

所述多枚凹面反射镜中的第3凹面反射镜被配置在所述投影部和所述第1凹面反射镜之间，且反射由所述投影部投影的图像的一部分，形成基于所述图像的第3空中像，

所述第2凹面反射镜被配置在所述第1凹面反射镜和所述第3凹面反射镜之间。

8.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述多枚凹面反射镜为3枚以上，

所述多枚凹面反射镜中的第3凹面反射镜被配置在所述投影部和所述第1凹面反射镜之间，且反射由所述投影部投影的图像的一部分，形成基于所述图像的第3空中像，

所述第2凹面反射镜被配置在所述第1凹面反射镜和所述第3凹面反射镜之间，

第1角度与第2角度的第1差、和所述第2角度与第3角度的第2差彼此不同，其中，

所述第1角度是所述第1凹面反射镜的与所述光轴的接触面相对于所述光轴的垂线的角度，所述第2角度是所述第2凹面反射镜的与所述光轴的接触面相对于所述光轴的垂线的角度，所述第3角度是所述第3凹面反射镜的与所述光轴的接触面相对于所述光轴的垂线的角度。

9.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述多枚凹面反射镜各自的焦点距离是相同的值f₂。

10.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述多枚凹面反射镜各自的焦点距离是彼此不同的值。

11.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

在所述多枚凹面反射镜的表面或背面施加防止反射的蛾眼结构膜和AR涂层中的至少一方。

12.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第1凹面反射镜的背面为黑色。

13.根据权利要求3～12中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，

所述投影部包含投影机或液晶屏与透镜的组合中的至少一种组合。

14.一种图像显示装置，其特征在于，具有：

投影部，其对图像进行投影；和

多枚凹面反射镜，各凹面反射镜的与光轴的接触面相对于所述投影部的光轴按彼此不同的角度来配置，

所述多枚凹面反射镜中的第1凹面反射镜反射由所述投影部投影的图像的至少一部分，形成基于所述图像的第1像，

所述多枚凹面反射镜中的第2凹面反射镜使由所述投影部投影的图像的一部分透射，并反射所述图像的一部分，形成基于所述图像的第2像，

所述投影部具有使所述图像成像的成像透镜，

所述第2凹面反射镜被配置在使其距所述成像透镜的距离比由所述成像透镜成像的实像的位置更远的位置上，

所述第1像是基于虚像的像，

所述第2像是基于虚像的像，

所述投影部具有：

扩散膜，其使被投影的所述图像的光线扩散；和

聚光透镜，其使由所述扩散膜扩散的光线聚光，

所述成像透镜使由所述聚光透镜聚光的光线成像，

所述聚光透镜的透镜光瞳直径为d₀，

所述成像透镜的透镜光瞳直径为d₁，

所述聚光透镜与所述成像透镜的距离为a，

所述成像透镜和由所述成像透镜成像的实像在光轴方向上的距离为b，

所述多枚凹面反射镜中的任一个与所述实像在光轴方向上的距离、或者所述多枚凹面反射镜之间的位置与所述实像在光轴方向上的距离为e，

所述成像透镜的焦点距离f₁满足关系式(1/a)+(1/b)＝(1/f₁)，

所述第1像和所述第2像形成在沿所述第1凹面反射镜和所述第2凹面反射镜各自的反射光的行进方向距所述多枚凹面反射镜中的任一个的距离为h的位置上或者距所述多枚凹面反射镜之间的位置的距离为h的位置上，

基于所述第2凹面反射镜而形成的虚像与所述第2凹面反射镜之间的距离为g，

所述第1凹面反射镜和所述第2凹面反射镜各自的焦点距离f₂满足关系式{(1/e)-(1/g)}＝(1/f₂)，并且满足关系式{1/(b+e)}+(1/h)＝(1/f₂)，

所述第1像和所述第2像各自的尺寸为{h/(b+e)}d₁。

15.根据权利要求14所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第1凹面反射镜的与所述光轴的接触面和所述第2凹面反射镜的与所述光轴的接触面所成的角度θ₁满足关系式|θ₁|≧(1/2)tan^-1{d₁/(b+e)}。

16.根据权利要求14所述的图像显示装置，其特征在于，

在所述第1像和所述第2像的前后，当关系式{h/(b+e)}d₁≧(bg/ae)d₀成立时形成无限远五边形的视域，当关系式{h/(b+e)}d₁＜(bg/ae)d₀成立时形成六边形的视域。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的图像显示装置，其特征在于，

所述投影部包含投影机或液晶屏与透镜的组合中的至少一种组合。