JP2004177924A - 表示装置及び画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】自動車等の運転席と助手席にいる２人の観察者に大きな振り分け角で別々の画像が表示可能な表示装置。
【解決手段】２つの異なる映像信号に基づいてそれに対応する２つの映像Ａ、Ｂを表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に振り分ける映像振り分け手段２、２’とを備えた表示装置であって、２人の観察者が並んでいる方向を主走査方向（Ｘ軸方向）、これと直交する方向を副走査方向（Ｙ軸方向）とするとき、２つの異なる映像信号を表示素子の副走査方向の複数の分割部分１１1 、１１2 に一定周期で別々に入力して、表示素子に少なくとも２つの異なる映像が表示されるように構成され、映像振り分け手段２、２’は２つの異なる映像Ａ、Ｂの光を２つの異なる方向に屈曲させる表示装置。
【選択図】 図１
【解決手段】２つの異なる映像信号に基づいてそれに対応する２つの映像Ａ、Ｂを表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に振り分ける映像振り分け手段２、２’とを備えた表示装置であって、２人の観察者が並んでいる方向を主走査方向（Ｘ軸方向）、これと直交する方向を副走査方向（Ｙ軸方向）とするとき、２つの異なる映像信号を表示素子の副走査方向の複数の分割部分１１1 、１１2 に一定周期で別々に入力して、表示素子に少なくとも２つの異なる映像が表示されるように構成され、映像振り分け手段２、２’は２つの異なる映像Ａ、Ｂの光を２つの異なる方向に屈曲させる表示装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置及び画像表示方法に関し、例えば、自動車用のナビゲーションシステムの表示を行うディスプレー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用のナビゲーション装置で、ＴＶ放送、ＤＶＤ、コンピュターゲーム、ビデオ、文字放送等の表示も行えるものが知られている。しかし、運転者が運転中に表示画像を注視することによる安全性の問題があり、走行中はこれらナビゲーション画面以外の映像を表示できないように構成されている。しかしながら、運転席に並んだ助手席側ではこのような安全性の問題はない。そのため、助手席側からはＴＶ放送等の画像を走行中に見ることができるようして欲しいという要望が非常に強かった。
【０００３】
一方、見る角度により異なる画像を表示する技術として、レンチキュラーレンズを使った立体視方法（特許文献１等）がよく知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３２２３０１号公報
【０００５】
【特許文献２】
米国特許第６，１２４，９８９号明細書
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−６６１０５号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開平５−１９６９３９号公報
【０００８】
【特許文献５】
特開平６−６７００４号公報
【０００９】
【特許文献６】
特開平７−２７０７０８号公報
【００１０】
【特許文献７】
特開平８−５８０５号公報
【００１１】
【特許文献８】
特開平１０−２５５５２９号公報
【００１２】
【特許文献９】
特開２０００−１７１６１７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、自動車等で運転者と助手席の間隔は１ｍ前後と離れている。また、運転席の大きさの問題から、表示装置と運転者の距離も１ｍ前後以上とることは難しい。つまり、表示装置、運転席、助手席の３点は略正三角形をなし、表示装置から２方向に画像を表示する角度は約６０°の広がりを持つことが必要となる。この６０°の振り分け角は、表示面の法線から３０°の角度となる。そのため、特許文献１に開示されている技術では２つの画像の分離角が少なく、運転者と助手席側の人に異なる画像を提示することは困難であった。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば自動車等の運転席と助手席にいる２人の観察者に大きな振り分け角で別々の画像が表示可能な表示装置と表示方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の表示装置は、画面を形成し、画像を表示する表示素子と、前記表示素子から出る画像の光を複数の方向に偏向してそれぞれ射出する複数方向偏向部材と、を備えた１つの画面から複数の画像を複数の方向に射出する表示装置であって、前記複数方向偏向部材は、前記画像の光を偏向する複数の偏向光学系を有し、前記複数方向偏向部材は、並べて配置された前記各偏向光学系を含むことによって構成されることを特徴とするものである。
【００１６】
この構成によれば、複数の偏向光学系から構成される複数方向偏向部材を用いることにより、１つの表示面から複数の観察する方向に応じた複数の画像を選択的に大きな振り分け角で射出することができる。
【００１７】
本発明の第２の表示装置は、第１の表示装置において、前記表示素子において、前記画面の略水平方向を主走査方向、略垂直方向を副走査方向とするとき、前記複数方向偏向部材は、前記各偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に並べて配置されることによって構成されることを特徴とするものである。
【００１８】
この構成において、表示素子の副走査方向に偏向光学系を複数並べて構成される複数方向偏向部材を用いるので、水平方向に並ぶ観察者に応じて有効に１つの表示面から複数の観察する方向に複数の画像を選択的に大きな振り分け角で射出することができる。
【００１９】
本発明の第３の表示装置は、第２の表示装置において、前記各偏向光学系は、それぞれ前記画像の光を偏向する偏向面を持つ偏向素子が、前記表示素子の前記主走査方向に複数配列されることによって構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この構成によれば、偏向光学系に、くさび型偏向プリズム等の偏向素子を複数配列させてなる偏向プリズムアレイ等を用いることにより、効果的に画像を所定の方向に偏向して射出することができる。
【００２１】
本発明の第４の表示装置は、第３の表示装置において、前記各偏向光学系は、前記偏向面が曲面からなる前記偏向素子を含むことを特徴とするものである。
【００２２】
この構成によれば、偏向素子に曲面を設けているので、各画像の光が良好に集光し、各画像が良好に結像することになる。
【００２３】
本発明の第５の表示装置は、第３、第４の表示装置において、前記各偏向光学系は、前記偏向面が前記副走査方向に曲率を有する曲面からなる前記偏向素子を含むことを特徴とするものである。
【００２４】
この構成によれば、偏向素子に副走査方向に曲率を有する曲面を設ければ、各画像の光が良好に集光し、各画像が良好に結像することになる。
【００２５】
本発明の第６の表示装置は、第３の表示装置において、前記各偏向光学系は、前記表示素子の前記主走査方向に対してそれぞれ同じ所定の方向に前記画像の光を射出する複数の前記偏向素子で構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
この構成によれば、例えば１つの偏向プリズムアレイ内で光を偏向する向きが揃っているので、各方向に対してそれぞれ抜けのない必要な解像度の画像が表示できる。
【００２７】
本発明の第７の表示装置は、第６の表示装置において、前記複数方向偏向部材は、それぞれ異なる方向に前記画像の光を射出する複数の前記各偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に周期的な順序に配置されて構成されることを特徴とするものである。
【００２８】
この構成によれば、画像を射出する方向別の各偏向光学系が周期的に並ぶように各偏向光学系が配置されており、各方向に対して表示される画像がそれぞれ必要な解像度を得ることができる。
【００２９】
本発明の第８の表示装置は、第２の表示装置において、前記各偏向光学系はそれぞれホログラフィック光学素子を含むことを特徴とするものである。
【００３０】
この構成によれば、偏向素子の他の好ましい例としてのホログラフィック光学素子を用いることができる。
【００３１】
本発明の第９の表示装置は、第２、第７、第８の表示装置において、前記複数方向偏向部材は、複数の第１の偏向光学系と複数の第２の偏向光学系を各々含み、前記第１の偏向光学系は、第１の方向に光を偏向し、前記第２の偏向光学系は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向し、前記第１の偏向光学系と前記第２の偏向光学系が、前記表示素子の副走査方向に一定周期で交互に並べて配置されていることを特徴とするものである。
【００３２】
この構成によれば、画像を射出する２つの方向別の２種類の偏向光学系が周期的に並ぶように各偏向光学系が配置されており、２方向に対して表示される画像が等しく高解像度となる。例えば自動車の表示画面等に用いれば、運転席と助手席にそれぞれ同様の解像度で画像を振り分けて提供できるため、有効である。
【００３３】
本発明の第１０の表示装置は、第１〜第３の表示装置において、光源と光指向性制御手段とをさらに含むことを特徴とするものである。
【００３４】
この構成によれば、このような表示装置は、光源とコリメーションレンズ等の光指向性制御手段とを備えた透過型表示素子に光を通過させて画像を表示させる画像表示装置であっても実現可能である。光源には、平面バックライトや点光源柱状光源等が利用できる。
【００３５】
本発明の第１１の表示装置は、第１０の表示装置において、前記光源は、前記光指向性制御手段に対して照明光を射出するものであり、前記光指向性制御手段は、前記表示素子に対して、前記照明光の中の少なくとも一部の光の指向性を制御して射出するものであり、前記表示素子は、前記複数方向偏向部材に対して前記照明光を前記画像の光として射出する、光が透過可能な複数の分割部分を含んで構成されており、前記複数方向偏向部材は、前記画像の光を前記複数の方向に射出するものであることを特徴とするものである。
【００３６】
この構成によれば、光源からの光を光指向性制御手段で平行光に直し、平行光を透過型表示素子に通過させて画像を表示させ、複数方向偏向部材で画像を複数振り分けて表示させる画像表示装置であっても、ゴースト光を抑えながら効率的に画像を複数方向に振り分けることが容易に実現可能となる。
【００３７】
本発明の第１２の表示装置は、第３の表示装置において、前記表示素子は複数の分割部分で構成され、所定の前記分割部分からそれぞれ射出される前記画像の光が選択的に所定の前記偏向光学系に対して照射されるように、少なくとも一部の前記各分割部分と前記角偏向光学系との配置が相互に対応付けられていることを特徴とするものである。
【００３８】
この構成によれば、各偏向光学系と画像を表示する表示素子の例えば画素が選択的に対応付けられており、各方向に確実に画像が選択的に射出され、かつ、ゴースト光もより低減させられる。
【００３９】
本発明の第１３の画像表示方法は、画面を形成する表示素子によって画像が表示され、前記表示素子において、前記画面の略水平方向を主走査方向、略垂直方向を副走査方向とするとき、前記画像の光を偏向する複数の偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に並べて配置されることによって構成された複数方向偏向部材が用いられ、前記表示素子から出る画像の光が、前記複数方向偏向部材に入射し、前記画像の光が前記複数方向偏向部材によって前記主走査方向と平行な複数の方向に偏向されてそれぞれ射出されることにより１つの画面から複数の方向に画像が射出されることを特徴とする方法である。
【００４０】
この構成によれば、くさび型偏向プリズムやホログラフィック光学素子等の偏向素子を使った複数方向偏向部材を用いれば、１つの表示面から複数の観察する方向に応じた複数の画像が選択的に大きな振り分け角で射出できる。
【００４１】
本発明の第１４の画像表示方法は、第１３の画像表示方法において、照明光を射出する光源と、前記照明光の中の少なくとも一部の光の指向性を制御する光指向性制御手段とがさらに用いられ、前記光源から前記照明光が射出され、前記照明光が前記光指向性制御手段に入射し、前記光指向性制御手段によって前記照明光が指向性を制御されて射出され、前記光指向性制御手段から射出された前記照明光が前記表示素子に入射し、前記表示素子によって前記照明光が前記画像の光となって射出され、前記表示素子から射出された前記画像の光が前記複数方向偏向部材に入射し、前記複数方向偏向部材によって、前記画像の光が複数の方向に偏向され、前記複数方向偏向部材から射出された前記画像の光が複数の方向に対して画像として表示されることを特徴とする方法である。
【００４２】
このような画像表示方法には、光源とコリメーションレンズ等の光指向性制御手段を用いる方法がある。
【００４３】
本発明の第１５の画像表示方法は、第１３の画像表示方法において、前記複数方向偏向部材には、前記画像の光を偏向する複数の偏向素子又はホログラフィック光学素子が含まれることを特徴とする方法である。
【００４４】
この構成によれば、複数方向偏向部材の好ましい例としてのくさび型偏向プリズム等の偏向素子を含むものや、ホログラフィック光学素子を用いることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。
【００４６】
図２に、本発明において用いる表示素子の画面１０を示す。画面１０の水平方向Ｘを主走査方向とし、垂直方向Ｙを副走査方向とする。本発明においては、画面１０を副走査方向に複数分割する。分割に際しては等間隔に分割するのが好ましいが、そうでなくてもよい。図２では等間隔に分割しており、その分割部分を上から順に１１1 、１１2 、１１3 ・・・とする。後記するように、この分割幅は副走査方向の１画素分あるいはその整数倍とする。そして、図示のように、１個おきの分割部分１１1 、１１3 ・・・を用いて１つの画像Ａを表示し、それらの分割部分１１1 、１１3 ・・・の間の１個おきの分割部分１１2 、１１4 ・・・を用いてもう１つの画像Ｂを表示する。
【００４７】
そして、図１の斜視図に示すように、画像Ａを表示する分割部分１１1 の前方に、同じ偏向プリズム１を多数主走査方向Ｘに配列した偏向プリズムアレイ２を配置し、それに隣接して画像Ｂを表示する分割部分１１2 の前方に、同じ偏向プリズム１’を多数主走査向Ｘに配列した偏向プリズムアレイ２’を配置する。分割部分１１1 と同様に画像Ａを表示する分割部分１１3 、１１5 ・・・には偏向プリズムアレイ２を、分割部分１１2 と同様に画像Ｂを表示する分割部分１１4 、１１6 ・・・には偏向プリズムアレイ２’を同様に配置する。
【００４８】
ここで、偏向プリズム１は画面１０の分割部分１１1 から垂直に出る光線を、例えば左方向に所定角度（例えば３０°）偏向させる屈折プリズムである。また、偏向プリズム１’は画面１０の分割部分１１2 から垂直に出る光線を、例えば右方向に所定角度（例えば３０°）偏向させる屈折プリズムである。ここで、偏向プリズム１と偏向プリズム１’は、画面１０に立てた法線の周りで相互に１８０°回転させたときに、同じ形状になる回転対称な形状に構成されるのが好ましい。なお、左方向に偏向させる角度と右方向に偏向させる角度が同じでないときは、別々の形状の屈折プリズムとしてもよい。
【００４９】
このように、画面１０を副走査方向に等間隔の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・に分割し、１個おきの分割部分１１1 、１１3 ・・・に画像Ａを表示し、他の１個おきの分割部分１１2 、１１4 ・・・にもう１つの画像Ｂを表示する。そして、一方の分割部分１１1 、１１3 ・・・の前方に例えば左方向に偏向させる偏向プリズム１の偏向プリズムアレイ２を配置し、他方の分割部分１１2 、１１4 ・・・の前方に例えば右方向に偏向させる偏向プリズム１’の偏向プリズムアレイ２’を配置する。このようにすると、各偏向プリズム１が面する画面１０の対応する分割部分１１1 、１１3 ・・・から垂直に出た光線は図の実線矢印で示すように同じ方向に偏向され、上記の例では、画面１０の左側前方３０°の位置に到達する。この結果、この位置にいる観察者のみが、分割部分１１1 、１１3 ・・・に表示された画像Ａを観察することができる。同様に、各偏向プリズム１’が面する画面１０の対応する分割部分１１2 、１１4 ・・・から垂直に出た光線は図の破線矢印で示すように同じ方向に偏向され、上記の例では、画面１０の右側前方３０°の位置に到達する。この結果、この位置にいる観察者のみが、分割部分１１2 、１１4 ・・・に表示された画像Ｂを観察することができる。
【００５０】
以上のような偏向プリズム１のアレイ２と偏向プリズム１’のアレイ２’とを副走査方向に交互に配置して、図３に例示するような１枚のマイクロプリズムシート２０として構成する。そして、これを例えば液晶表示素子の画面１０前方に位置合わせして配置することにより本発明の表示装置３０が実現される。この表示装置３０を、例えば図４に模式的に示すような自動車のダッシュボード４０の一部に取り付ければ、運転者と助手席に乗っている同乗者の両者にそれぞれ別々の映像、例えば運転者にはナビゲーションの映像を、同乗者にはＴＶ映像を同時に表示して別々に観察可能にすることができる。図４中の実線矢印Ｌが図１の実線矢印群に、破線矢印Ｒが図１の破線矢印群に対応し、それぞれ同乗者、運転者に別々の映像を観察可能にする。
【００５１】
ところで、偏向プリズムアレイ２、２’の副走査方向の幅は、副走査方向の１画素分あるいはその整数倍とするのがよい。望ましくは、主走査方向の走査線１本の幅（主走査線のピッチ）と等しい幅とする。これにより、左右で観察する観察像が高解像となる。その場合、画面１０には主走査方向の走査線１本づつ交互に、助手席向けと運転者向けの異なる映像を表示させることになる。
【００５２】
なお、表示素子の画面１０の副走査方向の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・にＡ、Ｂ、Ｃ等の３種類以上の画像を表示するようにすることもでき、その場合の表示の仕方としては、例えば２個以上おきの分割部分にそれぞれの画像Ａ、Ｂ、Ｃを表示し、ぞれぞれの画像を表示する分割部分の前方に異なる方向に偏向させる偏向プリズムアレイを配置するようにする。そのように構成すれば、異なる３方向以上の方向に位置する観察者に別々の映像を観察可能させることができる。なお、副走査方向の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・に３種類以上の画像を表示する場合には、それぞれの画像を表示する分割部分の配置は、周期的、規則的に配置してもよく、あるいは、不規則的に配置するようにしてもよい。
【００５３】
なお、図１〜図４の説明では、偏向プリズムアレイ２、２’を構成する偏向プリズム１、１’がアレイ長手方向で全て同じ形状であるとしていた。しかしながら、異なる形状にすることもできる。例えば、図４に示すように、個々の偏向プリズムに対応する画面位置から出た主光線（画面に垂直に出て偏向プリズムの開口中心を通る光線）を、同乗者観察位置ＥＬ、運転者観察位置ＥＲに集光させる場合である。この場合は、図５（ａ）に模式的に示すように（図の場合は偏向プリズムアレイ２の例）、一端から他端に至る偏向プリズム１1 、１2 ・・・・１n-1 、１n の偏向面の傾斜角を順次変えるようにすることが望ましい。このようにすると、観察者はより明るい映像を観察できるようになる。
【００５４】
この場合、隣接する偏向プリズム１m 、１m+1 間の段差は図５（ａ）の例の場合、左から右にかけて順に大きくなってしまう。これを避けるためには、図５（ｂ）に示すように、偏向プリズム１1 、１2 ・・・・１p-1 、１p 間のピッチを一端から他端にかけて順に変えるようにして偏向プリズムアレイ２、２’を構成することが望ましい。
【００５５】
ところで、マイクロプリズムシート２０の偏向プリズム１、１’は、偏向作用に寄与しない非作用面Ｓを有する。この非作用面Ｓには、図６（ａ）に示すような光５がバックライト光源７から例えば透過型液晶表示素子６を経て入射する。この光５はこの非作用面Ｓで反射されてゴースト光８となってしまい、表示映像の画質を悪化させてしまうことがある。そこで、このようなゴースト光８を発生させないために、図６（ｂ）に示すように、偏向プリズム１、１’の非作用面Ｓを主光線に沿うように傾けて構成することが望ましい。あるいは、その非作用面Ｓに凹凸を付けて正反射しないようにすればよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、光が反射しないように黒い吸収層Ｂをその非作用面Ｓに塗布する（設ける）等の反射防止処理を施すことが好ましい。
【００５６】
また、図７に示すように、バックライト光源７と表示素子６の間にルーバのような光束方向制限部材９を配置してもよい。このようにすることで、バックライト光源７から表示素子６に入射する照明光を略平行光にすることができる。その結果、図６（ａ）に示すようなゴースト光８の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、図８に示すように、照明光源として点光源５１を用い、その点光源５１と透過型液晶表示素子６の間にコリメーションレンズ５２を配置して、照明光源の点光源５１からの照明光をこのコリメーションレンズ５２により平行光に変換して透過型液晶表示素子６に入射させることができる。その結果、図６（ａ）に示すようなゴースト光８の発生を抑制することができる。
【００５８】
図９に、図８の構成の場合の、マイクロプリズムシート２０の右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’部分の断面（ａ）と左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２部分の断面（ｂ）とを示す。透過型液晶表示素子６は、垂直方向に水平の右側映像用画素ライン６０Ｒと左側映像用画素ライン６０Ｌが交互に配置されてなっており、各ライン６０Ｒ、６０Ｌは画素開口６１と画素間のブラックマトリクス６２の繰り返しからなり、右側映像用画素ライン６０Ｒにはマイクロプリズムシート２０の右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’が、左側映像用画素ライン６０Ｌにはマイクロプリズムシート２０の左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２が対応して位置している。
【００５９】
このような配置において、透過型液晶表示素子６の略表示面中心からその法線上に配置された点光源５１からの照明光はコリメーションレンズ５２により平行光に変換されて、透過型液晶表示素子６の各ライン６０Ｒ、６０Ｌの画素開口６１を画素の表示状態に応じた変調を受けて透過し、右側映像用画素ライン６０Ｒを通った表示光は対応する右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’により選択的に右方向に角度を変えて射出する。また、左側映像用画素ライン６０Ｌを通った表示光は対応する左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２により選択的に左方向に角度を変えて射出する。したがって、図４を用いて説明したように、異なる２方向の観察者それぞれに別々の映像を同時に表示して別々に観察可能にすることができる。その際、各偏向プリズムアレイ２、２’に入射する光束はコリメーションレンズ５２で平行光に変換されているので、偏向プリズム１、１’の非作用面Ｓに入射する成分はなくなり、その非作用面Ｓで反射、散乱するゴースト光８の発生を抑制することができる。
【００６０】
なお、偏向プリズムアレイ２、２’の偏向プリズム１、１’の数は、画素ライン６０Ｌ、６０Ｒの画素の数と同数又は画素の数の整数倍又は整数分の１が好ましい。
【００６１】
なお、図８、図９の構成において、コリメーションレンズ５２に代えて、コリメーション機能を持つものであれば他のレンズ、フレネルレンズ、レンズアレイ、ホログラム素子、回折素子等、何れのものを用いてもよい。
【００６２】
また、偏向プリズムアレイ２、２’に代えて、後記のホログラム片３、３’であってもよく、あるいは、光線の向きを所定方向に変えるものであれば、他のマイクロプリズムシート、回折素子等、何れのものを用いてもよい。
【００６３】
ここで、偏向プリズムアレイ２、２’を構成する偏向プリズム１、１’の面形状についていくつかの形態を図１０〜図１３を参照にして説明する。図１０〜図１３では、何れも右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’の偏向プリズム１’について説明するが、左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２の偏向プリズム１についても偏向方向が反対になるだけであり、以上の説明からその面形状は明らかである。すなわち、前記のように、画面１０に立てた法線の周りで相互に１８０°回転させたときに、同じ形状になる回転対称な形状に構成されるのが好ましく、左方向に偏向させる角度と右方向に偏向させる角度が同じでないときは、別々の面形状の屈折プリズムとすることになる。
【００６４】
図１０、図１１は、くさび状の偏向プリズム１’（１）のくさび面（マイクロプリズムシート２０の平面に対して角度をなしている面）に曲率を持たせる場合である。このくさび面に曲率を設けることにより、観察者の視野角の大きさ（広がり）を設定することができる。図１０は凸面形状とした場合、図１１は凹面形状とした場合であり、図の表示光線の広がりから観察者が観察可能な視野角が広がることが分かる。
【００６５】
また、図１２、図１３は、くさび状の偏向プリズム１’（１）のくさび面とは反対の面（マイクロプリズムシート２０の平面を構成する射出側の面）に曲率を持たせる場合である。このように、くさび状の偏向プリズム１’（１）の射出側の面に曲率を持たせてもよい。この場合も、この面に曲率を設けることにより、観察者の視野角の大きさ（広がり）を設定することができる。図１２はその面を凸面形状とした場合、図１３は凹面形状とした場合であり、図の表示光線の広がりから観察者が観察可能な視野角が広がることが分かる。
【００６６】
ところで、図８の場合は透過型液晶表示素子６のバックライト側から水平方向にも垂直方向にも平行になっているコリーメーション光を入射させる構成であったが、左右異なる方向それぞれの観察領域において映像のクロストークをなくすために、水平方向については視野角を制限する必要があるが、垂直方向（縦方向）については、視野角が大きい程観察可能範囲が縦に大きくなり、見やすい表示装置となる。そのため、図１４に図８と同様の斜視図を示すように、照明光源として縦方向に伸びる線状光源５３を用い、その線状光源５３と透過型液晶表示素子６の間に、水平方向においてのみ平行光に変換する母線が縦方向に向いた円柱レンズからなるシリンドリカルコリメーションレンズ５４を配置して、線状光源５３からの照明光をこのシリンドリカルコリメーションレンズ５４により水平方向にのみ平行光に変換することにより、左右方向において映像のクロストークがなく、垂直方向では視野角が大きい高画質の表示装置が得られる。
【００６７】
なお、この場合も、シリンドリカルコリメーションレンズ５４に代えて、１次元方向にコリメーション機能を持つものであれば、他のレンズ、フレネルシリンドリカルレンズ、レンズアレイ、ホログラム素子、回折素子等、何れのものを用いてもよい。
【００６８】
また、図１５の例は、１個の点光源を照明光源として用いるのではなく、点光源５１のアレイを照明光源として用い、また、各点光源５１に対応してコリメーションレンズ５２が並列配置されたコリメーションレンズアレイ５５を用い、照明光源の点光源５１のアレイと透過型液晶表示素子６の間にこのコリメーションレンズアレイ５５を配置して、点光源５１のアレイからの照明光をこのコリメーションレンズアレイ５５により平行光に変換して照明光とすることにより、図８の場合と同様に、図６（ａ）に示すようなゴースト光８の発生を抑制することができる。なお、図１５は表示装置をバックライト側から見た斜視図であり、符号５６は、コリメーションレンズアレイ５５のコリメーションレンズ５２間の境界を示す。
【００６９】
この図１５の構成おいては、点光源を１つしか用いない場合よりも奥行き方向のスペースを薄く構成することができる。
【００７０】
なお、各コリメーションレンズ５２の境界５６の中の垂直方向の面に黒い吸収性の仕切りを入れてもよく、これにより不要光をさらに軽減することが可能となる。
【００７１】
また、光源は、複数の点光源５１だけではなく、複数の線状光源５３（図１４）としてもよく、その場合は、各コリメーションレンズ５２の代わりに、シリンドリカルコリメーションレンズ５４を各光源５３に対応させて並列配置したコリメーションレンズアレイを用いることになる。
【００７２】
なお、透過型液晶表示素子６をバックライト側から１次元あるいは２次元的にコリメートされた照明光で照明するためには、上記のような点光源あるいは線光源に限定されず、公知の面光源からそのような１次元あるいは２次元的にコリメートされた照明光を射出する照明光源装置を用いれば、本発明のような１つの表示面から複数の観察方向に複数の画像を選択的に振り分けて射出する表示装置に有効に用いることができる。
【００７３】
その照明光源装置の例としては、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９に記載されたようなフレネル反射面を持つ導光板、プリズムシート、導光板、レンズアレイ等があり、これらにおいては、屈折プリズム、マイクロレンズ等の光をコリメートする手段が設けられている。これらの照明光源装置を利用して、透過型液晶表示素子６に１次元あるいは２次元的にコリメートされた照明光を入射させることにより、ゴースト光の防止やクロストークの防止ができる。
【００７４】
ところで、図４のような表示装置３０の画面１０を上方から斜め下に向かって見下ろす配置の場合は、マイクロプリズムシート２０（偏向プリズムアレイ２、２’）を画面１０（の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・）に対して若干上方へずらして配置するのがよい。このとき、分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・のＹ方向中心と偏向プリズムアレイ２、２’のＹ方向中心とを結んだ平面が、観察位置ＥＬ，ＥＲ近傍を通過するようにすることが望ましい。逆に、表示装置３０の画面１０を下方から斜め上に向かって見上げる配置の場合は、マイクロプリズムシート２０（偏向プリズムアレイ２、２’）を画面１０（の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・）に対して若干下方へずらして配置するのがよい。このときも、分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・のＹ方向中心と偏向プリズムアレイ２、２’のＹ方向中心とを結んだ平面が、観察位置ＥＬ，ＥＲ近傍を通過するようにすることが望ましい。
【００７５】
ところで、以上の説明においては、表示装置は、画像Ａを表示する分割部分１１1 、１１3 ・・・の前方に位置する偏向プリズムアレイ２と、画像Ｂを表示する分割部分１１4 、１１6 ・・・の前方に位置する偏向プリズムアレイ２’とを副走査方向に交互に配置してなるマイクロプリズムシート２０を画面１０の前方に配置する構成であった。そして、この構成により、画面１０の分割部分１１1 、１１3 、１１5 ・・・に表示された画像Ａを左側前方にいる観察者のみに対して観察可能にし、また、画面１０の分割部分１１2 、１１4 、１１6 ・・・に表示された画像Ｂを右側前方にいる別の観察者のみに対して観察可能にするものであった。しかしながら、このような偏向プリズムアレイ２、２’の代わりに、図１６に示すような構成にすることもできる。すなわち、図１６では、偏向プリズムアレイ２と同様に、画像Ａを表示する画面１０の分割部分１１1 、１１3 ・・・から垂直に出る光線を画面１０の左側前方へ偏向させるホログラム片３を設けると共に、偏向プリズムアレイ２’と同様に、画像Ｂを表示する画面１０の分割部分１１2 、１１4 ・・・から垂直に出る光線を画面１０の右側前方へ偏向させるホログラム片３’を設ける。そして、これらのホログラム片３、３’を副走査方向に交互に配置して、ホログラムシート２５とする。そして、このホログラムシート２５を用いて、これを例えば液晶表示素子の画面１０前方に位置合わせして配置することにより、本発明の表示装置３０を構成することもできる（図４のマイクロプリズムシート２０の代わりに、ホログラムシート２５を配置する。）。
【００７６】
このようなホログラムシート２５は、例えば図１７に示すようにして作製する。まず、マスク板２６を用意する。このマスク板２６は、画面１０の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・の副走査方向のピッチで１個おきに繰り返すように形成された長方形の開口２７、２７・・・を有する。この開口２７、２７・・・の長辺の長さは画面１０の主走査方向の長さと同じである。そのマスク板２６を図１７（ａ）に示すようにホログラム感光材料２５’上に載置する。そして、この開口２７、２７・・・に向かって参照光４１と物体光４２を入射させる。ここで、参照光４１は、画面１０から垂直に出る表示光に対応する光である。一方、物体光４２は、画面１０の左側前方へ偏向される偏向光に対応する光である。このようにして、ホログラム感光材料２５’に略垂直に入射する参照光４１と、ホログラム感光材料２５’に左側斜め方向から入射する物体光４２とを同時に入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１1 、１１3 、１１5 ・・・に対応する領域中で干渉させることにより、１個おきの領域にホログラム片３を作製することができる。次いで、図１７（ｂ）に示すように、マスク板２６を開口２７の１ピッチ分ホログラム感光材料２５’に対して移動させる。そして、ホログラム感光材料２５’に略垂直に入射する参照光４１を入射させると同時に、今度は、物体光４２’を右側斜め方向から入射させる。この物体光４２’は、画面１０の右側前方へ偏向される偏向光に対応する光である。このように参照光４１と物体光４２’を入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１2 、１１4 、１１6 ・・・に対応する領域中で干渉させることにより、ホログラム片３へ挟まれる１個おきの領域にホログラム片３’を作製することができる。その結果、図１６に示したようなホログラムシート２５が完成する。
【００７７】
ところで、このような作製方法で作製したホログラム片３、３’は副走査方向に集光性がない。そのため、後記の実施例２のように、視点が副走査方向へ移動することにより、反対側に表示している画像とのクロストークが起こる可能性がある。そこで、ホログラム片３、３’の副走査方向に集光性を持たせることが望ましい。そのためには、例えば図１８に示すように、マスク板２６をホログラム感光材料２５’上に載置し、さらにその上方向にシリンドリカルレンズ２８を配置する。このようにすると、集光性の参照光４１をシリンドリカルレンズ２８を通して形成することができる。この集光性の参照光４１は、画面１０から出る副走査方向に発散する表示光とは反対に進む位置関係の光である。そして、その集光性の参照光４１をホログラム感光材料２５’に略垂直に入射させ、同時に画面１０の左側前方へ偏向される偏向光とは反対に進む位置関係の平行光の物体光４２を左側斜め方向から入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１1 、１１3 、１１5 ・・・に対応する領域中で順に干渉させる。このようにすることにより、１個おきの領域にホログラム片３を作製する。この場合、集光性の参照光４１は、ホログラム感光材料２５’の裏面側に配置された表示素子の画面１０とホログラムシート２５との間の距離に相当する位置に集光するように入射させる。
【００７８】
次いで、マスク板２６を開口２７の１ピッチ分ホログラム感光材料２５’に対して移動させる。そして、シリンドリカルレンズ２８及び物体光４２に対してホログラム感光材料２５’とマスク板２６をその法線の周りで１８０°回転させる。その後にマスク板２６の開口２７個々を順に経て、前と同じ集光性の参照光４１と平行光の物体光４２（この場合は、画面１０の右側前方へ偏向される偏向光とは反対に進む位置関係の平行光の物体光４２’である。）を同時に入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１2 、１１4 、１１6 ・・・に対応する領域中で順に干渉させることにより、１個おきの領域にホログラム片３’を順次露光作製する。以上の工程を経てホログラム片３、３’が副走査方向に集光性を持つホログラムシート２５が完成する。
【００７９】
なお、ホログラムシート２５を構成するホログラム片３、３’としては、上記のような２光束干渉によるホログラムに限らず、計算機ホログラム（ＣＧＨ）、回折光学素子により構成してもよい。これらは何れも本発明においては、ホログラフィック光学素子と呼ぶ。
【００８０】
以下に、本発明の実施例１乃至実施例４について説明する。本発明の表示装置に用いるマイクロプリズムシート２０は、前述のように、偏向プリズムアレイ２、２’で構成されている。そして、この偏向プリズムアレイ２、２’は、複数の偏向プリズム１、１’で構成されている。
【００８１】
実施例１〜４の構成パラメータは後記する。各実施例において、光線追跡は、逆光線追跡で行っている。すなわち追跡の順番は、図２３に示すように、マイクロプリズムシート２０に面した無限遠の物体面から、偏向プリズム１の観察側の面３１、偏向プリズム１の表示素子側の面（偏向面）３２、偏光板の観察側の面３３、偏光板の表示素子側の面３４、ガラス基板の表示素子側の面３５である。なお、偏光板の表示素子側は、ガラス基板と密着している。また、ガラス基板の表示素子側は、表示素子と密着している。よって、面３５が表示素子面になる。また、軸上主光線３６を、偏向プリズム１の偏向面３２に設定される絞りの中心を通り像面３５に垂直に入射する光線で定義する。そして、表示素子面（像面）３５から出る軸上主光線３６を仮想的にそのまま延長したときに、この延長線が偏向プリズム１の観察側の面３１と交差する点を偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとする。また、軸上主光線３６を仮想的にそのまま延長した直線の像面３５に向かう方向をＺ軸正方向とする。また、偏向面３２で屈曲される軸上主光線３６を含む面をＸ−Ｚ平面とし、原点Ｏを通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の裏から表へ向かう方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。
【００８２】
偏心面については、光学系の原点Ｏからその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については下記（ａ）式のＺ軸、トーリック面については、下記の（ｂ）式又は（ｃ）式のＺ軸、アナモルフィック面については、下記（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００８３】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば特許文献２（特許文献３）の（ａ）式により定義される自由曲面である。
【００８４】
また、トーリック面にはＸトーリック面とＹトーリック面があり、それぞれ以下の式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がトーリック面の軸となる。Ｘトーリック面は、
次いで、Ｙ方向の曲率中心を通ってＸ軸の周りで回転する。その結果、その面はＸ−Ｚ面内で非球面になり、Ｙ−Ｚ面内で円になる。
【００８５】
Ｙトーリック面は、
次いで、Ｘ方向の曲率中心を通ってＹ軸の周りで回転する。その結果、その面はＹ−Ｚ面内で非球面になり、Ｘ−Ｚ面内で円になる。
【００８６】
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのズレ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数である。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００８７】
また、アナモルフィック面の形状は以下の式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。
【００８８】
Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ2 ＋Ｃｙ・Ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ2 ・Ｘ2 −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ2 ・Ｙ2 ｝1/2 ］＋ΣＲｎ｛（１−Ｐｎ）Ｘ2 ＋（１＋Ｐｎ）Ｙ2 ｝(n+1)
ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開したとき、以下の式（ｄ）で表すことができる。
【００８９】
Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ2 ＋Ｃｙ・Ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ2 ・Ｘ2 −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ2 ・Ｙ2 ｝1/2 ］＋Ｒ１｛（１−Ｐ１）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ１）Ｙ2 ｝2 ＋Ｒ２｛（１−Ｐ２）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ２）Ｙ2 ｝3 ＋Ｒ３｛（１−Ｐ３）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ３）Ｙ2 ｝4 ＋Ｒ４｛（１−Ｐ４）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ４）Ｙ2 ｝5 ・・・（ｄ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのズレ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、ＫｘはＸ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分である。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００９０】
なお、データの記載されていない自由曲面等に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００９１】
本発明の実施例１のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図１９に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２３に示す。この実施例において、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。平面からなるプリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９２】
本発明の実施例２のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図２０に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２４に示す。図２４（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２４（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。この実施例の特徴は、プリズム面（偏向面）３２をシリンドリカル面にしたことである。このように、プリズム面をシリンドリカル面にすることにより、副走査方向に当たるＹ軸方向の視点の移動に対して光線が表示面３５上で集光させることができる。この結果、反対側の観察者に表示しようとしている走査線の映像とクロストークを起こすことが少なくなり、広い観察位置を確保することが可能となる。
【００９３】
この実施例においても、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。プリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９４】
本発明の実施例３のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図２１に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２５に示す。図２５（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２５（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。この実施例の特徴は、プリズム面（偏向面）３２を、主走査方向（Ｘ軸方向）及び副走査方向（Ｙ軸方向）の両方に曲率を付けてアナモルフィック面にしたことが特徴である。
【００９５】
この実施例においても、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。プリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９６】
本発明の実施例４のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図２２に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２６に示す。図２６（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２６（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。なお、この実施例においては、ＲＧＢ３波長の光路を示してある。この実施例の特徴は、プリズム面（偏向面）３２を自由曲面にしたものであり、図２６の光路図に示すように、主走査方向においても良好な結像性能を有する。
【００９７】
この実施例においても、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。プリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９８】
以下に、上記実施例１〜４の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＹＴＲ”はＹトーリック面、“ＡＮＭ”はアナモルフィック面、“ＤＳ”は偏向面をそれぞれ示す。そして、面番号４と５の間の媒質が偏光板、面番号５と像面の間の媒質がガラス基板、像面が表示面に相当する。
【００９９】
【０１００】
【０１０１】
【０１０２】
【０１０３】
次に、本発明の実施例５として、図１８の作製方法で作製したホログラムシート２５の１つのホログラム片３’の光路図を図２７に示す。図２７（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２７（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。この実施例の特徴は、前記のように、ホログラム片３’（及び、ホログラム片３）を副走査方向に集光性にしたことである。このように、ホログラム片３、３’を集光性にすることにより、副走査方向に当たるＹ軸方向の視点の移動に対して光線が表示面３５上で集光させることができる。この結果、反対側の観察者に表示しようとしている走査線の映像とクロストークを起こすことが少なくなり、広い観察位置を確保することが可能となる。また、ホログラム片３とホログラム片３’の主走査方向（Ｘ方向）の偏向角は同じでその方向が反対になるように交互に配置される。なお、この実施例の構成パラメータは省くが、図２７中の、符号３３（偏光板の観察側の面）、３４（偏光板の表示素子側の面）、３５（ガラス基板の表示素子側の面）、３６（軸上主光線）は図２３〜図２６と同様である。
【０１０４】
以上、本発明の表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１０５】
本発明の表示装置は例えば次のように構成することができる。
【０１０６】
〔１〕 画像を表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に偏向する複数方向偏向部材とを備えた表示装置であって、
前記複数方向偏向部材は第１偏向光学系及び第２偏向光学系を有し、少なくとも２人の観察者が並んでいる方向に沿う方向を主走査方向、これと直交する方向を副走査方向とするとき、前記第１偏向光学系及び前記第２偏向光学系は、前記表示素子の主走査方向に偏向素子を複数配列して構成され、
前記第１偏向光学系の偏向素子は、第１の方向に光を偏向する偏向面を有し、前記第２偏向光学系の偏向素子は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向する偏向面を有し、
前記第１偏向光学系と前記第２偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に交互に配置されていることを特徴とする表示装置。
【０１０７】
〔２〕 前記第１偏向光学系の偏向素子の偏向面と、前記第２偏向光学系の偏向素子の偏向面は、何れも曲面からなることを特徴とする上記１記載の表示装置。
【０１０８】
〔３〕 前記第１偏向光学系の偏向素子の偏向面と、前記第２偏向光学系の偏向素子の偏向面は、何れも副走査方向に曲率を有する曲面であることを特徴とする上記１又は２記載の表示装置。
【０１０９】
〔４〕 前記副走査方向に曲率を有する曲面が自由曲面であることを特徴とする上記３記載の表示装置。
【０１１０】
〔５〕 前記第１偏向光学系の偏向素子と前記第２偏向光学系の偏向素子は、各偏向素子を通る主光線がそれぞれ所定の観察位置に集まるように、それぞれ一端から他端に向かって偏向面の傾斜角が順次変化するように構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の表示装置。
【０１１１】
〔６〕 前記第１偏向光学系の偏向素子と前記第２偏向光学系の偏向素子は、それぞれ一端から他端に向かってピッチが順に変わるように構成されていることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の表示装置。
【０１１２】
〔７〕 画像を表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に偏向する複数方向偏向部材とを備えた表示装置であって、
前記複数方向偏向部材は第１偏向光学系及び第２偏向光学系を有し、少なくとも２人の観察者が並んでいる方向に沿う方向を主走査方向、これと直交する方向を副走査方向とするとき、前記第１偏向光学系は第１の方向に光を偏向する第１ホログラフィック光学素子からなり、前記第２偏向光学系は第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向する第２ホログラフィック光学素子からなり、
前記第１偏向光学系と前記第２偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に交互に配置されていることを特徴とする表示装置。
【０１１３】
〔８〕 前記第１ホログラフィック光学素子及び前記第２ホログラフィック光学素子は、副走査方向に集光性を有することを特徴とする上記７記載の表示装置。
【０１１４】
〔９〕 少なくとも２つの異なる映像信号に基づいてそれに対応する２つの映像を表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に振り分ける映像振り分け手段とを備えた表示装置であって、
少なくとも２人の観察者が並んでいる方向に沿う方向を主走査方向、これと直交する方向を副走査方向とするとき、前記少なくとも２つの異なる映像信号を前記表示素子の副走査方向の複数の分割部分に一定周期で別々に入力して、前記表示素子に少なくとも２つの異なる映像が表示されるように構成され、前記映像振り分け手段は前記の少なくとも２つの異なる映像の光を少なくとも２つの異なる方向に屈曲させることを特徴とする表示装置。
【０１１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、簡単な構成で、自動車等の運転席と助手席にいる２人の観察者に大きな振り分け角で別々の明るい画像が表示可能な表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による偏向プリズムアレイの構成と作用を示す斜視図である。
【図２】本発明において用いる表示素子の画面を示す図である。
【図３】本発明によるマイクロプリズムシートの例を示す斜視図である。
【図４】本発明による表示装置を自動車のダッシュボードの一部に取り付けた状態を模式的に示す図である。
【図５】偏向プリズムアレイの変形例を示すアレイ長手方向の断面図である。
【図６】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光とその抑制手段を説明するための図である。
【図７】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光の別の抑制手段を説明するための図である。
【図８】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光をコリメートした照明光を用いて抑制する例を説明するための表示装置の斜視図である。
【図９】図８の構成の偏向プリズムアレイ部分の断面を示す図である。
【図１０】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面を凸面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１１】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面を凹面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１２】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面とは反対の面を凸面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１３】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面とは反対の面を凹面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１４】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光を水平方向にのみコリメートした照明光を用いて抑制する例を説明するための図８と同様の図である。
【図１５】照明光源として点光源のアレイと各点光源に対応してコリメーションレンズが並列配置されたコリメーションレンズアレイとを用いてコリメートした照明光を得る例のバックライト側から見た斜視図である。
【図１６】本発明によるホログラムシートの例を示す斜視図である。
【図１７】図１６のホログラムシートの作製方法を説明するための図である。
【図１８】本発明による別のホログラムシートの作製方法を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施例１のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２０】本発明の実施例２のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２１】本発明の実施例３のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２２】本発明の実施例４のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２３】本発明の実施例１のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２４】本発明の実施例２のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２５】本発明の実施例３のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２６】本発明の実施例４のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２７】本発明の実施例５のホログラムシートの１つのホログラム片の光路図である。
【符号の説明】
１、１’…偏向プリズム
１1 、１2 ・・・・１n-1 、１n …偏向プリズム
１1 、１2 ・・・・１p-1 、１p …偏向プリズム
２、２’…偏向プリズムアレイ
３，３’…ホログラム片
５…入射光
６…透過型液晶表示素子
７…バックライト光源
８…ゴースト光
９…光束方向制限部材
１０…表示素子の画面
１１1 、１１2 、１１3 ・・・…表示素子の画面の分割部分
２０…マイクロプリズムシート
２５…ホログラムシート
２５’…ホログラム感光材料
２６…マスク板
２７…開口
２８…シリンドリカルレンズ
３０…表示装置
３１…偏向プリズムの観察側の面
３２…偏向プリズムの表示素子側の面（偏向面）
３３…偏光板の観察側の面
３４…偏光板の表示素子側の面（ガラス基板の観察側の面）
３５…ガラス基板の表示素子側の面（表示面（像面））
３６…軸上主光線
４０…ダッシュボード
４１…参照光
４２、４２’…物体光
５１…点光源
５２…コリメーションレンズ
５３…線状光源
５４…シリンドリカルコリメーションレンズ
５５…コリメーションレンズアレイ
５６…コリメーションレンズ間の境界
６０Ｒ…右側映像用画素ライン
６０Ｌ…左側映像用画素ライン
６１…画素開口
６２…ブラックマトリクス
ＥＬ…同乗者観察位置
ＥＲ…運転者観察位置
Ｓ…非作用面
Ｂ…黒い吸収層
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置及び画像表示方法に関し、例えば、自動車用のナビゲーションシステムの表示を行うディスプレー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用のナビゲーション装置で、ＴＶ放送、ＤＶＤ、コンピュターゲーム、ビデオ、文字放送等の表示も行えるものが知られている。しかし、運転者が運転中に表示画像を注視することによる安全性の問題があり、走行中はこれらナビゲーション画面以外の映像を表示できないように構成されている。しかしながら、運転席に並んだ助手席側ではこのような安全性の問題はない。そのため、助手席側からはＴＶ放送等の画像を走行中に見ることができるようして欲しいという要望が非常に強かった。
【０００３】
一方、見る角度により異なる画像を表示する技術として、レンチキュラーレンズを使った立体視方法（特許文献１等）がよく知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３２２３０１号公報
【０００５】
【特許文献２】
米国特許第６，１２４，９８９号明細書
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−６６１０５号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開平５−１９６９３９号公報
【０００８】
【特許文献５】
特開平６−６７００４号公報
【０００９】
【特許文献６】
特開平７−２７０７０８号公報
【００１０】
【特許文献７】
特開平８−５８０５号公報
【００１１】
【特許文献８】
特開平１０−２５５５２９号公報
【００１２】
【特許文献９】
特開２０００−１７１６１７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、自動車等で運転者と助手席の間隔は１ｍ前後と離れている。また、運転席の大きさの問題から、表示装置と運転者の距離も１ｍ前後以上とることは難しい。つまり、表示装置、運転席、助手席の３点は略正三角形をなし、表示装置から２方向に画像を表示する角度は約６０°の広がりを持つことが必要となる。この６０°の振り分け角は、表示面の法線から３０°の角度となる。そのため、特許文献１に開示されている技術では２つの画像の分離角が少なく、運転者と助手席側の人に異なる画像を提示することは困難であった。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば自動車等の運転席と助手席にいる２人の観察者に大きな振り分け角で別々の画像が表示可能な表示装置と表示方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の表示装置は、画面を形成し、画像を表示する表示素子と、前記表示素子から出る画像の光を複数の方向に偏向してそれぞれ射出する複数方向偏向部材と、を備えた１つの画面から複数の画像を複数の方向に射出する表示装置であって、前記複数方向偏向部材は、前記画像の光を偏向する複数の偏向光学系を有し、前記複数方向偏向部材は、並べて配置された前記各偏向光学系を含むことによって構成されることを特徴とするものである。
【００１６】
この構成によれば、複数の偏向光学系から構成される複数方向偏向部材を用いることにより、１つの表示面から複数の観察する方向に応じた複数の画像を選択的に大きな振り分け角で射出することができる。
【００１７】
本発明の第２の表示装置は、第１の表示装置において、前記表示素子において、前記画面の略水平方向を主走査方向、略垂直方向を副走査方向とするとき、前記複数方向偏向部材は、前記各偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に並べて配置されることによって構成されることを特徴とするものである。
【００１８】
この構成において、表示素子の副走査方向に偏向光学系を複数並べて構成される複数方向偏向部材を用いるので、水平方向に並ぶ観察者に応じて有効に１つの表示面から複数の観察する方向に複数の画像を選択的に大きな振り分け角で射出することができる。
【００１９】
本発明の第３の表示装置は、第２の表示装置において、前記各偏向光学系は、それぞれ前記画像の光を偏向する偏向面を持つ偏向素子が、前記表示素子の前記主走査方向に複数配列されることによって構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
この構成によれば、偏向光学系に、くさび型偏向プリズム等の偏向素子を複数配列させてなる偏向プリズムアレイ等を用いることにより、効果的に画像を所定の方向に偏向して射出することができる。
【００２１】
本発明の第４の表示装置は、第３の表示装置において、前記各偏向光学系は、前記偏向面が曲面からなる前記偏向素子を含むことを特徴とするものである。
【００２２】
この構成によれば、偏向素子に曲面を設けているので、各画像の光が良好に集光し、各画像が良好に結像することになる。
【００２３】
本発明の第５の表示装置は、第３、第４の表示装置において、前記各偏向光学系は、前記偏向面が前記副走査方向に曲率を有する曲面からなる前記偏向素子を含むことを特徴とするものである。
【００２４】
この構成によれば、偏向素子に副走査方向に曲率を有する曲面を設ければ、各画像の光が良好に集光し、各画像が良好に結像することになる。
【００２５】
本発明の第６の表示装置は、第３の表示装置において、前記各偏向光学系は、前記表示素子の前記主走査方向に対してそれぞれ同じ所定の方向に前記画像の光を射出する複数の前記偏向素子で構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
この構成によれば、例えば１つの偏向プリズムアレイ内で光を偏向する向きが揃っているので、各方向に対してそれぞれ抜けのない必要な解像度の画像が表示できる。
【００２７】
本発明の第７の表示装置は、第６の表示装置において、前記複数方向偏向部材は、それぞれ異なる方向に前記画像の光を射出する複数の前記各偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に周期的な順序に配置されて構成されることを特徴とするものである。
【００２８】
この構成によれば、画像を射出する方向別の各偏向光学系が周期的に並ぶように各偏向光学系が配置されており、各方向に対して表示される画像がそれぞれ必要な解像度を得ることができる。
【００２９】
本発明の第８の表示装置は、第２の表示装置において、前記各偏向光学系はそれぞれホログラフィック光学素子を含むことを特徴とするものである。
【００３０】
この構成によれば、偏向素子の他の好ましい例としてのホログラフィック光学素子を用いることができる。
【００３１】
本発明の第９の表示装置は、第２、第７、第８の表示装置において、前記複数方向偏向部材は、複数の第１の偏向光学系と複数の第２の偏向光学系を各々含み、前記第１の偏向光学系は、第１の方向に光を偏向し、前記第２の偏向光学系は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向し、前記第１の偏向光学系と前記第２の偏向光学系が、前記表示素子の副走査方向に一定周期で交互に並べて配置されていることを特徴とするものである。
【００３２】
この構成によれば、画像を射出する２つの方向別の２種類の偏向光学系が周期的に並ぶように各偏向光学系が配置されており、２方向に対して表示される画像が等しく高解像度となる。例えば自動車の表示画面等に用いれば、運転席と助手席にそれぞれ同様の解像度で画像を振り分けて提供できるため、有効である。
【００３３】
本発明の第１０の表示装置は、第１〜第３の表示装置において、光源と光指向性制御手段とをさらに含むことを特徴とするものである。
【００３４】
この構成によれば、このような表示装置は、光源とコリメーションレンズ等の光指向性制御手段とを備えた透過型表示素子に光を通過させて画像を表示させる画像表示装置であっても実現可能である。光源には、平面バックライトや点光源柱状光源等が利用できる。
【００３５】
本発明の第１１の表示装置は、第１０の表示装置において、前記光源は、前記光指向性制御手段に対して照明光を射出するものであり、前記光指向性制御手段は、前記表示素子に対して、前記照明光の中の少なくとも一部の光の指向性を制御して射出するものであり、前記表示素子は、前記複数方向偏向部材に対して前記照明光を前記画像の光として射出する、光が透過可能な複数の分割部分を含んで構成されており、前記複数方向偏向部材は、前記画像の光を前記複数の方向に射出するものであることを特徴とするものである。
【００３６】
この構成によれば、光源からの光を光指向性制御手段で平行光に直し、平行光を透過型表示素子に通過させて画像を表示させ、複数方向偏向部材で画像を複数振り分けて表示させる画像表示装置であっても、ゴースト光を抑えながら効率的に画像を複数方向に振り分けることが容易に実現可能となる。
【００３７】
本発明の第１２の表示装置は、第３の表示装置において、前記表示素子は複数の分割部分で構成され、所定の前記分割部分からそれぞれ射出される前記画像の光が選択的に所定の前記偏向光学系に対して照射されるように、少なくとも一部の前記各分割部分と前記角偏向光学系との配置が相互に対応付けられていることを特徴とするものである。
【００３８】
この構成によれば、各偏向光学系と画像を表示する表示素子の例えば画素が選択的に対応付けられており、各方向に確実に画像が選択的に射出され、かつ、ゴースト光もより低減させられる。
【００３９】
本発明の第１３の画像表示方法は、画面を形成する表示素子によって画像が表示され、前記表示素子において、前記画面の略水平方向を主走査方向、略垂直方向を副走査方向とするとき、前記画像の光を偏向する複数の偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に並べて配置されることによって構成された複数方向偏向部材が用いられ、前記表示素子から出る画像の光が、前記複数方向偏向部材に入射し、前記画像の光が前記複数方向偏向部材によって前記主走査方向と平行な複数の方向に偏向されてそれぞれ射出されることにより１つの画面から複数の方向に画像が射出されることを特徴とする方法である。
【００４０】
この構成によれば、くさび型偏向プリズムやホログラフィック光学素子等の偏向素子を使った複数方向偏向部材を用いれば、１つの表示面から複数の観察する方向に応じた複数の画像が選択的に大きな振り分け角で射出できる。
【００４１】
本発明の第１４の画像表示方法は、第１３の画像表示方法において、照明光を射出する光源と、前記照明光の中の少なくとも一部の光の指向性を制御する光指向性制御手段とがさらに用いられ、前記光源から前記照明光が射出され、前記照明光が前記光指向性制御手段に入射し、前記光指向性制御手段によって前記照明光が指向性を制御されて射出され、前記光指向性制御手段から射出された前記照明光が前記表示素子に入射し、前記表示素子によって前記照明光が前記画像の光となって射出され、前記表示素子から射出された前記画像の光が前記複数方向偏向部材に入射し、前記複数方向偏向部材によって、前記画像の光が複数の方向に偏向され、前記複数方向偏向部材から射出された前記画像の光が複数の方向に対して画像として表示されることを特徴とする方法である。
【００４２】
このような画像表示方法には、光源とコリメーションレンズ等の光指向性制御手段を用いる方法がある。
【００４３】
本発明の第１５の画像表示方法は、第１３の画像表示方法において、前記複数方向偏向部材には、前記画像の光を偏向する複数の偏向素子又はホログラフィック光学素子が含まれることを特徴とする方法である。
【００４４】
この構成によれば、複数方向偏向部材の好ましい例としてのくさび型偏向プリズム等の偏向素子を含むものや、ホログラフィック光学素子を用いることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。
【００４６】
図２に、本発明において用いる表示素子の画面１０を示す。画面１０の水平方向Ｘを主走査方向とし、垂直方向Ｙを副走査方向とする。本発明においては、画面１０を副走査方向に複数分割する。分割に際しては等間隔に分割するのが好ましいが、そうでなくてもよい。図２では等間隔に分割しており、その分割部分を上から順に１１1 、１１2 、１１3 ・・・とする。後記するように、この分割幅は副走査方向の１画素分あるいはその整数倍とする。そして、図示のように、１個おきの分割部分１１1 、１１3 ・・・を用いて１つの画像Ａを表示し、それらの分割部分１１1 、１１3 ・・・の間の１個おきの分割部分１１2 、１１4 ・・・を用いてもう１つの画像Ｂを表示する。
【００４７】
そして、図１の斜視図に示すように、画像Ａを表示する分割部分１１1 の前方に、同じ偏向プリズム１を多数主走査方向Ｘに配列した偏向プリズムアレイ２を配置し、それに隣接して画像Ｂを表示する分割部分１１2 の前方に、同じ偏向プリズム１’を多数主走査向Ｘに配列した偏向プリズムアレイ２’を配置する。分割部分１１1 と同様に画像Ａを表示する分割部分１１3 、１１5 ・・・には偏向プリズムアレイ２を、分割部分１１2 と同様に画像Ｂを表示する分割部分１１4 、１１6 ・・・には偏向プリズムアレイ２’を同様に配置する。
【００４８】
ここで、偏向プリズム１は画面１０の分割部分１１1 から垂直に出る光線を、例えば左方向に所定角度（例えば３０°）偏向させる屈折プリズムである。また、偏向プリズム１’は画面１０の分割部分１１2 から垂直に出る光線を、例えば右方向に所定角度（例えば３０°）偏向させる屈折プリズムである。ここで、偏向プリズム１と偏向プリズム１’は、画面１０に立てた法線の周りで相互に１８０°回転させたときに、同じ形状になる回転対称な形状に構成されるのが好ましい。なお、左方向に偏向させる角度と右方向に偏向させる角度が同じでないときは、別々の形状の屈折プリズムとしてもよい。
【００４９】
このように、画面１０を副走査方向に等間隔の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・に分割し、１個おきの分割部分１１1 、１１3 ・・・に画像Ａを表示し、他の１個おきの分割部分１１2 、１１4 ・・・にもう１つの画像Ｂを表示する。そして、一方の分割部分１１1 、１１3 ・・・の前方に例えば左方向に偏向させる偏向プリズム１の偏向プリズムアレイ２を配置し、他方の分割部分１１2 、１１4 ・・・の前方に例えば右方向に偏向させる偏向プリズム１’の偏向プリズムアレイ２’を配置する。このようにすると、各偏向プリズム１が面する画面１０の対応する分割部分１１1 、１１3 ・・・から垂直に出た光線は図の実線矢印で示すように同じ方向に偏向され、上記の例では、画面１０の左側前方３０°の位置に到達する。この結果、この位置にいる観察者のみが、分割部分１１1 、１１3 ・・・に表示された画像Ａを観察することができる。同様に、各偏向プリズム１’が面する画面１０の対応する分割部分１１2 、１１4 ・・・から垂直に出た光線は図の破線矢印で示すように同じ方向に偏向され、上記の例では、画面１０の右側前方３０°の位置に到達する。この結果、この位置にいる観察者のみが、分割部分１１2 、１１4 ・・・に表示された画像Ｂを観察することができる。
【００５０】
以上のような偏向プリズム１のアレイ２と偏向プリズム１’のアレイ２’とを副走査方向に交互に配置して、図３に例示するような１枚のマイクロプリズムシート２０として構成する。そして、これを例えば液晶表示素子の画面１０前方に位置合わせして配置することにより本発明の表示装置３０が実現される。この表示装置３０を、例えば図４に模式的に示すような自動車のダッシュボード４０の一部に取り付ければ、運転者と助手席に乗っている同乗者の両者にそれぞれ別々の映像、例えば運転者にはナビゲーションの映像を、同乗者にはＴＶ映像を同時に表示して別々に観察可能にすることができる。図４中の実線矢印Ｌが図１の実線矢印群に、破線矢印Ｒが図１の破線矢印群に対応し、それぞれ同乗者、運転者に別々の映像を観察可能にする。
【００５１】
ところで、偏向プリズムアレイ２、２’の副走査方向の幅は、副走査方向の１画素分あるいはその整数倍とするのがよい。望ましくは、主走査方向の走査線１本の幅（主走査線のピッチ）と等しい幅とする。これにより、左右で観察する観察像が高解像となる。その場合、画面１０には主走査方向の走査線１本づつ交互に、助手席向けと運転者向けの異なる映像を表示させることになる。
【００５２】
なお、表示素子の画面１０の副走査方向の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・にＡ、Ｂ、Ｃ等の３種類以上の画像を表示するようにすることもでき、その場合の表示の仕方としては、例えば２個以上おきの分割部分にそれぞれの画像Ａ、Ｂ、Ｃを表示し、ぞれぞれの画像を表示する分割部分の前方に異なる方向に偏向させる偏向プリズムアレイを配置するようにする。そのように構成すれば、異なる３方向以上の方向に位置する観察者に別々の映像を観察可能させることができる。なお、副走査方向の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・に３種類以上の画像を表示する場合には、それぞれの画像を表示する分割部分の配置は、周期的、規則的に配置してもよく、あるいは、不規則的に配置するようにしてもよい。
【００５３】
なお、図１〜図４の説明では、偏向プリズムアレイ２、２’を構成する偏向プリズム１、１’がアレイ長手方向で全て同じ形状であるとしていた。しかしながら、異なる形状にすることもできる。例えば、図４に示すように、個々の偏向プリズムに対応する画面位置から出た主光線（画面に垂直に出て偏向プリズムの開口中心を通る光線）を、同乗者観察位置ＥＬ、運転者観察位置ＥＲに集光させる場合である。この場合は、図５（ａ）に模式的に示すように（図の場合は偏向プリズムアレイ２の例）、一端から他端に至る偏向プリズム１1 、１2 ・・・・１n-1 、１n の偏向面の傾斜角を順次変えるようにすることが望ましい。このようにすると、観察者はより明るい映像を観察できるようになる。
【００５４】
この場合、隣接する偏向プリズム１m 、１m+1 間の段差は図５（ａ）の例の場合、左から右にかけて順に大きくなってしまう。これを避けるためには、図５（ｂ）に示すように、偏向プリズム１1 、１2 ・・・・１p-1 、１p 間のピッチを一端から他端にかけて順に変えるようにして偏向プリズムアレイ２、２’を構成することが望ましい。
【００５５】
ところで、マイクロプリズムシート２０の偏向プリズム１、１’は、偏向作用に寄与しない非作用面Ｓを有する。この非作用面Ｓには、図６（ａ）に示すような光５がバックライト光源７から例えば透過型液晶表示素子６を経て入射する。この光５はこの非作用面Ｓで反射されてゴースト光８となってしまい、表示映像の画質を悪化させてしまうことがある。そこで、このようなゴースト光８を発生させないために、図６（ｂ）に示すように、偏向プリズム１、１’の非作用面Ｓを主光線に沿うように傾けて構成することが望ましい。あるいは、その非作用面Ｓに凹凸を付けて正反射しないようにすればよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、光が反射しないように黒い吸収層Ｂをその非作用面Ｓに塗布する（設ける）等の反射防止処理を施すことが好ましい。
【００５６】
また、図７に示すように、バックライト光源７と表示素子６の間にルーバのような光束方向制限部材９を配置してもよい。このようにすることで、バックライト光源７から表示素子６に入射する照明光を略平行光にすることができる。その結果、図６（ａ）に示すようなゴースト光８の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、図８に示すように、照明光源として点光源５１を用い、その点光源５１と透過型液晶表示素子６の間にコリメーションレンズ５２を配置して、照明光源の点光源５１からの照明光をこのコリメーションレンズ５２により平行光に変換して透過型液晶表示素子６に入射させることができる。その結果、図６（ａ）に示すようなゴースト光８の発生を抑制することができる。
【００５８】
図９に、図８の構成の場合の、マイクロプリズムシート２０の右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’部分の断面（ａ）と左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２部分の断面（ｂ）とを示す。透過型液晶表示素子６は、垂直方向に水平の右側映像用画素ライン６０Ｒと左側映像用画素ライン６０Ｌが交互に配置されてなっており、各ライン６０Ｒ、６０Ｌは画素開口６１と画素間のブラックマトリクス６２の繰り返しからなり、右側映像用画素ライン６０Ｒにはマイクロプリズムシート２０の右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’が、左側映像用画素ライン６０Ｌにはマイクロプリズムシート２０の左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２が対応して位置している。
【００５９】
このような配置において、透過型液晶表示素子６の略表示面中心からその法線上に配置された点光源５１からの照明光はコリメーションレンズ５２により平行光に変換されて、透過型液晶表示素子６の各ライン６０Ｒ、６０Ｌの画素開口６１を画素の表示状態に応じた変調を受けて透過し、右側映像用画素ライン６０Ｒを通った表示光は対応する右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’により選択的に右方向に角度を変えて射出する。また、左側映像用画素ライン６０Ｌを通った表示光は対応する左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２により選択的に左方向に角度を変えて射出する。したがって、図４を用いて説明したように、異なる２方向の観察者それぞれに別々の映像を同時に表示して別々に観察可能にすることができる。その際、各偏向プリズムアレイ２、２’に入射する光束はコリメーションレンズ５２で平行光に変換されているので、偏向プリズム１、１’の非作用面Ｓに入射する成分はなくなり、その非作用面Ｓで反射、散乱するゴースト光８の発生を抑制することができる。
【００６０】
なお、偏向プリズムアレイ２、２’の偏向プリズム１、１’の数は、画素ライン６０Ｌ、６０Ｒの画素の数と同数又は画素の数の整数倍又は整数分の１が好ましい。
【００６１】
なお、図８、図９の構成において、コリメーションレンズ５２に代えて、コリメーション機能を持つものであれば他のレンズ、フレネルレンズ、レンズアレイ、ホログラム素子、回折素子等、何れのものを用いてもよい。
【００６２】
また、偏向プリズムアレイ２、２’に代えて、後記のホログラム片３、３’であってもよく、あるいは、光線の向きを所定方向に変えるものであれば、他のマイクロプリズムシート、回折素子等、何れのものを用いてもよい。
【００６３】
ここで、偏向プリズムアレイ２、２’を構成する偏向プリズム１、１’の面形状についていくつかの形態を図１０〜図１３を参照にして説明する。図１０〜図１３では、何れも右方向に偏向する偏向プリズムアレイ２’の偏向プリズム１’について説明するが、左方向に偏向する偏向プリズムアレイ２の偏向プリズム１についても偏向方向が反対になるだけであり、以上の説明からその面形状は明らかである。すなわち、前記のように、画面１０に立てた法線の周りで相互に１８０°回転させたときに、同じ形状になる回転対称な形状に構成されるのが好ましく、左方向に偏向させる角度と右方向に偏向させる角度が同じでないときは、別々の面形状の屈折プリズムとすることになる。
【００６４】
図１０、図１１は、くさび状の偏向プリズム１’（１）のくさび面（マイクロプリズムシート２０の平面に対して角度をなしている面）に曲率を持たせる場合である。このくさび面に曲率を設けることにより、観察者の視野角の大きさ（広がり）を設定することができる。図１０は凸面形状とした場合、図１１は凹面形状とした場合であり、図の表示光線の広がりから観察者が観察可能な視野角が広がることが分かる。
【００６５】
また、図１２、図１３は、くさび状の偏向プリズム１’（１）のくさび面とは反対の面（マイクロプリズムシート２０の平面を構成する射出側の面）に曲率を持たせる場合である。このように、くさび状の偏向プリズム１’（１）の射出側の面に曲率を持たせてもよい。この場合も、この面に曲率を設けることにより、観察者の視野角の大きさ（広がり）を設定することができる。図１２はその面を凸面形状とした場合、図１３は凹面形状とした場合であり、図の表示光線の広がりから観察者が観察可能な視野角が広がることが分かる。
【００６６】
ところで、図８の場合は透過型液晶表示素子６のバックライト側から水平方向にも垂直方向にも平行になっているコリーメーション光を入射させる構成であったが、左右異なる方向それぞれの観察領域において映像のクロストークをなくすために、水平方向については視野角を制限する必要があるが、垂直方向（縦方向）については、視野角が大きい程観察可能範囲が縦に大きくなり、見やすい表示装置となる。そのため、図１４に図８と同様の斜視図を示すように、照明光源として縦方向に伸びる線状光源５３を用い、その線状光源５３と透過型液晶表示素子６の間に、水平方向においてのみ平行光に変換する母線が縦方向に向いた円柱レンズからなるシリンドリカルコリメーションレンズ５４を配置して、線状光源５３からの照明光をこのシリンドリカルコリメーションレンズ５４により水平方向にのみ平行光に変換することにより、左右方向において映像のクロストークがなく、垂直方向では視野角が大きい高画質の表示装置が得られる。
【００６７】
なお、この場合も、シリンドリカルコリメーションレンズ５４に代えて、１次元方向にコリメーション機能を持つものであれば、他のレンズ、フレネルシリンドリカルレンズ、レンズアレイ、ホログラム素子、回折素子等、何れのものを用いてもよい。
【００６８】
また、図１５の例は、１個の点光源を照明光源として用いるのではなく、点光源５１のアレイを照明光源として用い、また、各点光源５１に対応してコリメーションレンズ５２が並列配置されたコリメーションレンズアレイ５５を用い、照明光源の点光源５１のアレイと透過型液晶表示素子６の間にこのコリメーションレンズアレイ５５を配置して、点光源５１のアレイからの照明光をこのコリメーションレンズアレイ５５により平行光に変換して照明光とすることにより、図８の場合と同様に、図６（ａ）に示すようなゴースト光８の発生を抑制することができる。なお、図１５は表示装置をバックライト側から見た斜視図であり、符号５６は、コリメーションレンズアレイ５５のコリメーションレンズ５２間の境界を示す。
【００６９】
この図１５の構成おいては、点光源を１つしか用いない場合よりも奥行き方向のスペースを薄く構成することができる。
【００７０】
なお、各コリメーションレンズ５２の境界５６の中の垂直方向の面に黒い吸収性の仕切りを入れてもよく、これにより不要光をさらに軽減することが可能となる。
【００７１】
また、光源は、複数の点光源５１だけではなく、複数の線状光源５３（図１４）としてもよく、その場合は、各コリメーションレンズ５２の代わりに、シリンドリカルコリメーションレンズ５４を各光源５３に対応させて並列配置したコリメーションレンズアレイを用いることになる。
【００７２】
なお、透過型液晶表示素子６をバックライト側から１次元あるいは２次元的にコリメートされた照明光で照明するためには、上記のような点光源あるいは線光源に限定されず、公知の面光源からそのような１次元あるいは２次元的にコリメートされた照明光を射出する照明光源装置を用いれば、本発明のような１つの表示面から複数の観察方向に複数の画像を選択的に振り分けて射出する表示装置に有効に用いることができる。
【００７３】
その照明光源装置の例としては、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９に記載されたようなフレネル反射面を持つ導光板、プリズムシート、導光板、レンズアレイ等があり、これらにおいては、屈折プリズム、マイクロレンズ等の光をコリメートする手段が設けられている。これらの照明光源装置を利用して、透過型液晶表示素子６に１次元あるいは２次元的にコリメートされた照明光を入射させることにより、ゴースト光の防止やクロストークの防止ができる。
【００７４】
ところで、図４のような表示装置３０の画面１０を上方から斜め下に向かって見下ろす配置の場合は、マイクロプリズムシート２０（偏向プリズムアレイ２、２’）を画面１０（の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・）に対して若干上方へずらして配置するのがよい。このとき、分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・のＹ方向中心と偏向プリズムアレイ２、２’のＹ方向中心とを結んだ平面が、観察位置ＥＬ，ＥＲ近傍を通過するようにすることが望ましい。逆に、表示装置３０の画面１０を下方から斜め上に向かって見上げる配置の場合は、マイクロプリズムシート２０（偏向プリズムアレイ２、２’）を画面１０（の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・）に対して若干下方へずらして配置するのがよい。このときも、分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・のＹ方向中心と偏向プリズムアレイ２、２’のＹ方向中心とを結んだ平面が、観察位置ＥＬ，ＥＲ近傍を通過するようにすることが望ましい。
【００７５】
ところで、以上の説明においては、表示装置は、画像Ａを表示する分割部分１１1 、１１3 ・・・の前方に位置する偏向プリズムアレイ２と、画像Ｂを表示する分割部分１１4 、１１6 ・・・の前方に位置する偏向プリズムアレイ２’とを副走査方向に交互に配置してなるマイクロプリズムシート２０を画面１０の前方に配置する構成であった。そして、この構成により、画面１０の分割部分１１1 、１１3 、１１5 ・・・に表示された画像Ａを左側前方にいる観察者のみに対して観察可能にし、また、画面１０の分割部分１１2 、１１4 、１１6 ・・・に表示された画像Ｂを右側前方にいる別の観察者のみに対して観察可能にするものであった。しかしながら、このような偏向プリズムアレイ２、２’の代わりに、図１６に示すような構成にすることもできる。すなわち、図１６では、偏向プリズムアレイ２と同様に、画像Ａを表示する画面１０の分割部分１１1 、１１3 ・・・から垂直に出る光線を画面１０の左側前方へ偏向させるホログラム片３を設けると共に、偏向プリズムアレイ２’と同様に、画像Ｂを表示する画面１０の分割部分１１2 、１１4 ・・・から垂直に出る光線を画面１０の右側前方へ偏向させるホログラム片３’を設ける。そして、これらのホログラム片３、３’を副走査方向に交互に配置して、ホログラムシート２５とする。そして、このホログラムシート２５を用いて、これを例えば液晶表示素子の画面１０前方に位置合わせして配置することにより、本発明の表示装置３０を構成することもできる（図４のマイクロプリズムシート２０の代わりに、ホログラムシート２５を配置する。）。
【００７６】
このようなホログラムシート２５は、例えば図１７に示すようにして作製する。まず、マスク板２６を用意する。このマスク板２６は、画面１０の分割部分１１1 、１１2 、１１3 ・・・の副走査方向のピッチで１個おきに繰り返すように形成された長方形の開口２７、２７・・・を有する。この開口２７、２７・・・の長辺の長さは画面１０の主走査方向の長さと同じである。そのマスク板２６を図１７（ａ）に示すようにホログラム感光材料２５’上に載置する。そして、この開口２７、２７・・・に向かって参照光４１と物体光４２を入射させる。ここで、参照光４１は、画面１０から垂直に出る表示光に対応する光である。一方、物体光４２は、画面１０の左側前方へ偏向される偏向光に対応する光である。このようにして、ホログラム感光材料２５’に略垂直に入射する参照光４１と、ホログラム感光材料２５’に左側斜め方向から入射する物体光４２とを同時に入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１1 、１１3 、１１5 ・・・に対応する領域中で干渉させることにより、１個おきの領域にホログラム片３を作製することができる。次いで、図１７（ｂ）に示すように、マスク板２６を開口２７の１ピッチ分ホログラム感光材料２５’に対して移動させる。そして、ホログラム感光材料２５’に略垂直に入射する参照光４１を入射させると同時に、今度は、物体光４２’を右側斜め方向から入射させる。この物体光４２’は、画面１０の右側前方へ偏向される偏向光に対応する光である。このように参照光４１と物体光４２’を入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１2 、１１4 、１１6 ・・・に対応する領域中で干渉させることにより、ホログラム片３へ挟まれる１個おきの領域にホログラム片３’を作製することができる。その結果、図１６に示したようなホログラムシート２５が完成する。
【００７７】
ところで、このような作製方法で作製したホログラム片３、３’は副走査方向に集光性がない。そのため、後記の実施例２のように、視点が副走査方向へ移動することにより、反対側に表示している画像とのクロストークが起こる可能性がある。そこで、ホログラム片３、３’の副走査方向に集光性を持たせることが望ましい。そのためには、例えば図１８に示すように、マスク板２６をホログラム感光材料２５’上に載置し、さらにその上方向にシリンドリカルレンズ２８を配置する。このようにすると、集光性の参照光４１をシリンドリカルレンズ２８を通して形成することができる。この集光性の参照光４１は、画面１０から出る副走査方向に発散する表示光とは反対に進む位置関係の光である。そして、その集光性の参照光４１をホログラム感光材料２５’に略垂直に入射させ、同時に画面１０の左側前方へ偏向される偏向光とは反対に進む位置関係の平行光の物体光４２を左側斜め方向から入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１1 、１１3 、１１5 ・・・に対応する領域中で順に干渉させる。このようにすることにより、１個おきの領域にホログラム片３を作製する。この場合、集光性の参照光４１は、ホログラム感光材料２５’の裏面側に配置された表示素子の画面１０とホログラムシート２５との間の距離に相当する位置に集光するように入射させる。
【００７８】
次いで、マスク板２６を開口２７の１ピッチ分ホログラム感光材料２５’に対して移動させる。そして、シリンドリカルレンズ２８及び物体光４２に対してホログラム感光材料２５’とマスク板２６をその法線の周りで１８０°回転させる。その後にマスク板２６の開口２７個々を順に経て、前と同じ集光性の参照光４１と平行光の物体光４２（この場合は、画面１０の右側前方へ偏向される偏向光とは反対に進む位置関係の平行光の物体光４２’である。）を同時に入射させて、ホログラム感光材料２５’の分割部分１１2 、１１4 、１１6 ・・・に対応する領域中で順に干渉させることにより、１個おきの領域にホログラム片３’を順次露光作製する。以上の工程を経てホログラム片３、３’が副走査方向に集光性を持つホログラムシート２５が完成する。
【００７９】
なお、ホログラムシート２５を構成するホログラム片３、３’としては、上記のような２光束干渉によるホログラムに限らず、計算機ホログラム（ＣＧＨ）、回折光学素子により構成してもよい。これらは何れも本発明においては、ホログラフィック光学素子と呼ぶ。
【００８０】
以下に、本発明の実施例１乃至実施例４について説明する。本発明の表示装置に用いるマイクロプリズムシート２０は、前述のように、偏向プリズムアレイ２、２’で構成されている。そして、この偏向プリズムアレイ２、２’は、複数の偏向プリズム１、１’で構成されている。
【００８１】
実施例１〜４の構成パラメータは後記する。各実施例において、光線追跡は、逆光線追跡で行っている。すなわち追跡の順番は、図２３に示すように、マイクロプリズムシート２０に面した無限遠の物体面から、偏向プリズム１の観察側の面３１、偏向プリズム１の表示素子側の面（偏向面）３２、偏光板の観察側の面３３、偏光板の表示素子側の面３４、ガラス基板の表示素子側の面３５である。なお、偏光板の表示素子側は、ガラス基板と密着している。また、ガラス基板の表示素子側は、表示素子と密着している。よって、面３５が表示素子面になる。また、軸上主光線３６を、偏向プリズム１の偏向面３２に設定される絞りの中心を通り像面３５に垂直に入射する光線で定義する。そして、表示素子面（像面）３５から出る軸上主光線３６を仮想的にそのまま延長したときに、この延長線が偏向プリズム１の観察側の面３１と交差する点を偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとする。また、軸上主光線３６を仮想的にそのまま延長した直線の像面３５に向かう方向をＺ軸正方向とする。また、偏向面３２で屈曲される軸上主光線３６を含む面をＸ−Ｚ平面とし、原点Ｏを通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の裏から表へ向かう方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。
【００８２】
偏心面については、光学系の原点Ｏからその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については下記（ａ）式のＺ軸、トーリック面については、下記の（ｂ）式又は（ｃ）式のＺ軸、アナモルフィック面については、下記（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００８３】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば特許文献２（特許文献３）の（ａ）式により定義される自由曲面である。
【００８４】
また、トーリック面にはＸトーリック面とＹトーリック面があり、それぞれ以下の式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がトーリック面の軸となる。Ｘトーリック面は、
【００８５】
Ｙトーリック面は、
【００８６】
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのズレ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数である。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００８７】
また、アナモルフィック面の形状は以下の式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。
【００８８】
Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ2 ＋Ｃｙ・Ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ2 ・Ｘ2 −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ2 ・Ｙ2 ｝1/2 ］＋ΣＲｎ｛（１−Ｐｎ）Ｘ2 ＋（１＋Ｐｎ）Ｙ2 ｝(n+1)
ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開したとき、以下の式（ｄ）で表すことができる。
【００８９】
Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ2 ＋Ｃｙ・Ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ2 ・Ｘ2 −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ2 ・Ｙ2 ｝1/2 ］＋Ｒ１｛（１−Ｐ１）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ１）Ｙ2 ｝2 ＋Ｒ２｛（１−Ｐ２）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ２）Ｙ2 ｝3 ＋Ｒ３｛（１−Ｐ３）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ３）Ｙ2 ｝4 ＋Ｒ４｛（１−Ｐ４）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ４）Ｙ2 ｝5 ・・・（ｄ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのズレ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、ＫｘはＸ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分である。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００９０】
なお、データの記載されていない自由曲面等に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００９１】
本発明の実施例１のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図１９に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２３に示す。この実施例において、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。平面からなるプリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９２】
本発明の実施例２のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図２０に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２４に示す。図２４（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２４（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。この実施例の特徴は、プリズム面（偏向面）３２をシリンドリカル面にしたことである。このように、プリズム面をシリンドリカル面にすることにより、副走査方向に当たるＹ軸方向の視点の移動に対して光線が表示面３５上で集光させることができる。この結果、反対側の観察者に表示しようとしている走査線の映像とクロストークを起こすことが少なくなり、広い観察位置を確保することが可能となる。
【００９３】
この実施例においても、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。プリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９４】
本発明の実施例３のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図２１に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２５に示す。図２５（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２５（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。この実施例の特徴は、プリズム面（偏向面）３２を、主走査方向（Ｘ軸方向）及び副走査方向（Ｙ軸方向）の両方に曲率を付けてアナモルフィック面にしたことが特徴である。
【００９５】
この実施例においても、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。プリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９６】
本発明の実施例４のマイクロプリズムシート２０の概念的斜視図を図２２に、その１つの偏向プリズム１の光路図を図２６に示す。図２６（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２６（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。なお、この実施例においては、ＲＧＢ３波長の光路を示してある。この実施例の特徴は、プリズム面（偏向面）３２を自由曲面にしたものであり、図２６の光路図に示すように、主走査方向においても良好な結像性能を有する。
【００９７】
この実施例においても、光路は観察者側から表示面３５に至る逆光線追跡で設計されており、表示面３５に対して３０°の方向からの光線を追跡している。プリズム面（偏向面）３２の大きさはＸ方向０．１０５ｍｍ、Ｙ方向０．３７０ｍｍで設計されている。主走査方向（Ｘ方向）には０．１０５ｍｍピッチの鋸歯状に形成され、副走査方向（Ｙ方向）には、０．３７０ピッチで偏向プリズム１と偏向プリズム１’が同じ形状で交互に反対方向に向きを変えて配置されている。
【００９８】
以下に、上記実施例１〜４の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＹＴＲ”はＹトーリック面、“ＡＮＭ”はアナモルフィック面、“ＤＳ”は偏向面をそれぞれ示す。そして、面番号４と５の間の媒質が偏光板、面番号５と像面の間の媒質がガラス基板、像面が表示面に相当する。
【００９９】
次に、本発明の実施例５として、図１８の作製方法で作製したホログラムシート２５の１つのホログラム片３’の光路図を図２７に示す。図２７（ａ）はＸ−Ｚ断面図、図２７（ｂ）はＹ−Ｚ面への光路投影図である。この実施例の特徴は、前記のように、ホログラム片３’（及び、ホログラム片３）を副走査方向に集光性にしたことである。このように、ホログラム片３、３’を集光性にすることにより、副走査方向に当たるＹ軸方向の視点の移動に対して光線が表示面３５上で集光させることができる。この結果、反対側の観察者に表示しようとしている走査線の映像とクロストークを起こすことが少なくなり、広い観察位置を確保することが可能となる。また、ホログラム片３とホログラム片３’の主走査方向（Ｘ方向）の偏向角は同じでその方向が反対になるように交互に配置される。なお、この実施例の構成パラメータは省くが、図２７中の、符号３３（偏光板の観察側の面）、３４（偏光板の表示素子側の面）、３５（ガラス基板の表示素子側の面）、３６（軸上主光線）は図２３〜図２６と同様である。
【０１０４】
以上、本発明の表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１０５】
本発明の表示装置は例えば次のように構成することができる。
【０１０６】
〔１〕 画像を表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に偏向する複数方向偏向部材とを備えた表示装置であって、
前記複数方向偏向部材は第１偏向光学系及び第２偏向光学系を有し、少なくとも２人の観察者が並んでいる方向に沿う方向を主走査方向、これと直交する方向を副走査方向とするとき、前記第１偏向光学系及び前記第２偏向光学系は、前記表示素子の主走査方向に偏向素子を複数配列して構成され、
前記第１偏向光学系の偏向素子は、第１の方向に光を偏向する偏向面を有し、前記第２偏向光学系の偏向素子は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向する偏向面を有し、
前記第１偏向光学系と前記第２偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に交互に配置されていることを特徴とする表示装置。
【０１０７】
〔２〕 前記第１偏向光学系の偏向素子の偏向面と、前記第２偏向光学系の偏向素子の偏向面は、何れも曲面からなることを特徴とする上記１記載の表示装置。
【０１０８】
〔３〕 前記第１偏向光学系の偏向素子の偏向面と、前記第２偏向光学系の偏向素子の偏向面は、何れも副走査方向に曲率を有する曲面であることを特徴とする上記１又は２記載の表示装置。
【０１０９】
〔４〕 前記副走査方向に曲率を有する曲面が自由曲面であることを特徴とする上記３記載の表示装置。
【０１１０】
〔５〕 前記第１偏向光学系の偏向素子と前記第２偏向光学系の偏向素子は、各偏向素子を通る主光線がそれぞれ所定の観察位置に集まるように、それぞれ一端から他端に向かって偏向面の傾斜角が順次変化するように構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の表示装置。
【０１１１】
〔６〕 前記第１偏向光学系の偏向素子と前記第２偏向光学系の偏向素子は、それぞれ一端から他端に向かってピッチが順に変わるように構成されていることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の表示装置。
【０１１２】
〔７〕 画像を表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に偏向する複数方向偏向部材とを備えた表示装置であって、
前記複数方向偏向部材は第１偏向光学系及び第２偏向光学系を有し、少なくとも２人の観察者が並んでいる方向に沿う方向を主走査方向、これと直交する方向を副走査方向とするとき、前記第１偏向光学系は第１の方向に光を偏向する第１ホログラフィック光学素子からなり、前記第２偏向光学系は第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向する第２ホログラフィック光学素子からなり、
前記第１偏向光学系と前記第２偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に交互に配置されていることを特徴とする表示装置。
【０１１３】
〔８〕 前記第１ホログラフィック光学素子及び前記第２ホログラフィック光学素子は、副走査方向に集光性を有することを特徴とする上記７記載の表示装置。
【０１１４】
〔９〕 少なくとも２つの異なる映像信号に基づいてそれに対応する２つの映像を表示する表示素子と、その表示素子からの光を少なくとも２つの異なる方向に振り分ける映像振り分け手段とを備えた表示装置であって、
少なくとも２人の観察者が並んでいる方向に沿う方向を主走査方向、これと直交する方向を副走査方向とするとき、前記少なくとも２つの異なる映像信号を前記表示素子の副走査方向の複数の分割部分に一定周期で別々に入力して、前記表示素子に少なくとも２つの異なる映像が表示されるように構成され、前記映像振り分け手段は前記の少なくとも２つの異なる映像の光を少なくとも２つの異なる方向に屈曲させることを特徴とする表示装置。
【０１１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、簡単な構成で、自動車等の運転席と助手席にいる２人の観察者に大きな振り分け角で別々の明るい画像が表示可能な表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による偏向プリズムアレイの構成と作用を示す斜視図である。
【図２】本発明において用いる表示素子の画面を示す図である。
【図３】本発明によるマイクロプリズムシートの例を示す斜視図である。
【図４】本発明による表示装置を自動車のダッシュボードの一部に取り付けた状態を模式的に示す図である。
【図５】偏向プリズムアレイの変形例を示すアレイ長手方向の断面図である。
【図６】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光とその抑制手段を説明するための図である。
【図７】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光の別の抑制手段を説明するための図である。
【図８】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光をコリメートした照明光を用いて抑制する例を説明するための表示装置の斜視図である。
【図９】図８の構成の偏向プリズムアレイ部分の断面を示す図である。
【図１０】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面を凸面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１１】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面を凹面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１２】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面とは反対の面を凸面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１３】偏向プリズムアレイを構成する偏向プリズムのくさび面とは反対の面を凹面形状とした場合の図９と同様の図である。
【図１４】本発明によるマイクロプリズムシートにより発生するゴースト光を水平方向にのみコリメートした照明光を用いて抑制する例を説明するための図８と同様の図である。
【図１５】照明光源として点光源のアレイと各点光源に対応してコリメーションレンズが並列配置されたコリメーションレンズアレイとを用いてコリメートした照明光を得る例のバックライト側から見た斜視図である。
【図１６】本発明によるホログラムシートの例を示す斜視図である。
【図１７】図１６のホログラムシートの作製方法を説明するための図である。
【図１８】本発明による別のホログラムシートの作製方法を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施例１のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２０】本発明の実施例２のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２１】本発明の実施例３のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２２】本発明の実施例４のマイクロプリズムシートの概念的斜視図である。
【図２３】本発明の実施例１のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２４】本発明の実施例２のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２５】本発明の実施例３のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２６】本発明の実施例４のマイクロプリズムシートの１つの偏向プリズムの光路図である。
【図２７】本発明の実施例５のホログラムシートの１つのホログラム片の光路図である。
【符号の説明】
１、１’…偏向プリズム
１1 、１2 ・・・・１n-1 、１n …偏向プリズム
１1 、１2 ・・・・１p-1 、１p …偏向プリズム
２、２’…偏向プリズムアレイ
３，３’…ホログラム片
５…入射光
６…透過型液晶表示素子
７…バックライト光源
８…ゴースト光
９…光束方向制限部材
１０…表示素子の画面
１１1 、１１2 、１１3 ・・・…表示素子の画面の分割部分
２０…マイクロプリズムシート
２５…ホログラムシート
２５’…ホログラム感光材料
２６…マスク板
２７…開口
２８…シリンドリカルレンズ
３０…表示装置
３１…偏向プリズムの観察側の面
３２…偏向プリズムの表示素子側の面（偏向面）
３３…偏光板の観察側の面
３４…偏光板の表示素子側の面（ガラス基板の観察側の面）
３５…ガラス基板の表示素子側の面（表示面（像面））
３６…軸上主光線
４０…ダッシュボード
４１…参照光
４２、４２’…物体光
５１…点光源
５２…コリメーションレンズ
５３…線状光源
５４…シリンドリカルコリメーションレンズ
５５…コリメーションレンズアレイ
５６…コリメーションレンズ間の境界
６０Ｒ…右側映像用画素ライン
６０Ｌ…左側映像用画素ライン
６１…画素開口
６２…ブラックマトリクス
ＥＬ…同乗者観察位置
ＥＲ…運転者観察位置
Ｓ…非作用面
Ｂ…黒い吸収層
Claims (15)
- 画面を形成し、画像を表示する表示素子と、前記表示素子から出る画像の光を複数の方向に偏向してそれぞれ射出する複数方向偏向部材と、を備えた１つの画面から複数の画像を複数の方向に射出する表示装置であって、前記複数方向偏向部材は、前記画像の光を偏向する複数の偏向光学系を有し、前記複数方向偏向部材は、並べて配置された前記各偏向光学系を含むことによって構成されることを特徴とする表示装置。
- 前記表示素子において、前記画面の略水平方向を主走査方向、略垂直方向を副走査方向とするとき、前記複数方向偏向部材は、前記各偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に並べて配置されることによって構成されることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
- 前記各偏向光学系は、それぞれ前記画像の光を偏向する偏向面を持つ偏向素子が、前記表示素子の前記主走査方向に複数配列されることによって構成されていることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
- 前記各偏向光学系は、前記偏向面が曲面からなる前記偏向素子を含むことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
- 前記各偏向光学系は、前記偏向面が前記副走査方向に曲率を有する曲面からなる前記偏向素子を含むことを特徴とする請求項３又は４記載の表示装置。
- 前記各偏向光学系は、前記表示素子の前記主走査方向に対してそれぞれ同じ所定の方向に前記画像の光を射出する複数の前記偏向素子で構成されていることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
- 前記複数方向偏向部材は、それぞれ異なる方向に前記画像の光を射出する複数の前記各偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に周期的な順序に配置されて構成されることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
- 前記各偏向光学系はそれぞれホログラフィック光学素子を含むことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
- 前記複数方向偏向部材は、複数の第１の偏向光学系と複数の第２の偏向光学系を各々含み、前記第１の偏向光学系は、第１の方向に光を偏向し、前記第２の偏向光学系は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に光を偏向し、前記第１の偏向光学系と前記第２の偏向光学系が、前記表示素子の副走査方向に一定周期で交互に並べて配置されていることを特徴とする請求項２、７又は８記載の表示装置。
- 光源と光指向性制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の表示装置。
- 前記光源は、前記光指向性制御手段に対して照明光を射出するものであり、前記光指向性制御手段は、前記表示素子に対して、前記照明光の中の少なくとも一部の光の指向性を制御して射出するものであり、前記表示素子は、前記複数方向偏向部材に対して前記照明光を前記画像の光として射出する、光が透過可能な複数の分割部分を含んで構成されており、前記複数方向偏向部材は、前記画像の光を前記複数の方向に射出するものであることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
- 前記表示素子は複数の分割部分で構成され、所定の前記分割部分からそれぞれ射出される前記画像の光が選択的に所定の前記偏向光学系に対して照射されるように、少なくとも一部の前記各分割部分と前記角偏向光学系との配置が相互に対応付けられていることを特徴とする請求項３又は１１記載の表示装置。
- 画面を形成する表示素子によって画像が表示され、前記表示素子において、前記画面の略水平方向を主走査方向、略垂直方向を副走査方向とするとき、前記画像の光を偏向する複数の偏向光学系が前記表示素子の副走査方向に並べて配置されることによって構成された複数方向偏向部材が用いられ、前記表示素子から出る画像の光が、前記複数方向偏向部材に入射し、前記画像の光が前記複数方向偏向部材によって前記主走査方向と平行な複数の方向に偏向されてそれぞれ射出されることにより１つの画面から複数の方向に画像が射出されることを特徴とする画像表示方法。
- 照明光を射出する光源と、前記照明光の中の少なくとも一部の光の指向性を制御する光指向性制御手段とがさらに用いられ、前記光源から前記照明光が射出され、前記照明光が前記光指向性制御手段に入射し、前記光指向性制御手段によって前記照明光が指向性を制御されて射出され、前記光指向性制御手段から射出された前記照明光が前記表示素子に入射し、前記表示素子によって前記照明光が前記画像の光となって射出され、前記表示素子から射出された前記画像の光が前記複数方向偏向部材に入射し、前記複数方向偏向部材によって、前記画像の光が複数の方向に偏向され、前記複数方向偏向部材から射出された前記画像の光が複数の方向に対して画像として表示されることを特徴とする請求項１３記載の画像表示方法。
- 前記複数方向偏向部材には、前記画像の光を偏向する複数の偏向素子又はホログラフィック光学素子が含まれることを特徴とする請求項１３記載の画像表示方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003087568A JP2004177924A (ja) | 2002-07-30 | 2003-03-27 | 表示装置及び画像表示方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002220805 | 2002-07-30 | ||
| JP2002286235 | 2002-09-30 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2004177924A true JP2004177924A (ja) | 2004-06-24 |
Family
ID=32718708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003087568A Withdrawn JP2004177924A (ja) | 2002-07-30 | 2003-03-27 | 表示装置及び画像表示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004177924A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008089984A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Pioneer Electronic Corp | 画像表示装置 |
| JP2020098362A (ja) * | 2013-05-19 | 2020-06-25 | エルビット・システムズ・リミテッド | 反射低減用に設計された電子表示器 |
-
2003
- 2003-03-27 JP JP2003087568A patent/JP2004177924A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2020098362A (ja) * | 2013-05-19 | 2020-06-25 | エルビット・システムズ・リミテッド | 反射低減用に設計された電子表示器 |
| JP6995900B2 (ja) | 2013-05-19 | 2022-01-17 | エルビット・システムズ・リミテッド | 反射低減用に設計された電子表示器 |
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