JP2005078000A

JP2005078000A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2005078000A
Application number: JP2003311371A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 孝吉研野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】小型の表示素子を用いても大型の表示素子を用いたのと同様の広角の表示が可能な小型の画像表示装置。
【解決手段】射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子１と、２次元表示素子１により少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面３、４とを備えてなる画像表示装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、小型の表示素子を用いて広角の表示が可能な画像表示装置に関するものである。

近年、画像表示素子は小型化、画素高密度化が進んでいる。一方、小型の画像表示素子を用いて広角の表示を行わせようとすると、従来は、接眼レンズでその表示面を拡大するようにしない限り、広角の表示はできなかった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、小型の表示素子を用いても大型の表示素子を用いたのと同様の広角の表示が可能な小型の画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の画像表示装置は、射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、前記２次元表示素子により少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とするものである。

この場合、２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する発光素子又は２次光源のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有するマイクロレンズアレイを発光素子群又は２次光源群の射出側所定位置に配置されてなるものとすることができる。

あるいは、２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する透過型変調画素のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有する２個のマイクロレンズアレイが画素群の入射側及び射出側にそれぞれの後側焦点面、前側焦点面が画素群の面に略一致するように配置され、かつ、透過型変調画素のアレイの倒立像に対応する配置でそれに対して相似の相対位置に透過型変調画素のアレイの画素の数に対応する数の光源が配置されてなるものとしてもよい。

本発明のもう１つの画像表示装置は、時分割で異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、前記２次元表示素子に時分割で表示された画像をその切り換えに同期して異なる射出方向に表示するように前記２次元表示素子の照明方向が切り換わる照明手段と、時分割で異なる射出方向に表示表示された画像の中の少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とするものである。

本発明においては、射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、その２次元表示素子により少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなるもので、２次元表示素子の発光素子数あるいは２次光源数を増加させることで画像表示素子を小型化しても、大型の表示素子を用いたのと同様の広角の表示が可能な小型の画像表示装置が得られる。

以下に、まず、本発明の画像表示装置の原理を説明する。

本発明の特徴は、射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子を用いることであり、そのような特性の２次元表示素子の射出側であって正面から外れた位置に少なくとも１つの反射面を配置することにより、２次元表示素子の表示面の２倍以上の大きさの画像を表示するようにすることである。

この原理を図１、図２を参照にして説明する。図１の配置においては、２次元表示素子１の表示面１₀の中心を通り、表示面１₀に垂直な軸を光軸２と定義する。そして、この配置において、２次元表示素子１の表示面１₀の１辺に接して表示面１₀と角度をなすように１枚の平面反射面３が配置されている。そして、平面反射面３による表示面１₀の像である仮想表示面１₁が、表示面１₀に連続して形成されることになる。なお、図１の場合は、平面反射面３が表示面１₀に垂直に（光軸２と平行に）配置されているため、表示面１₀と仮想表示面１₁は同一面に位置している。

ここで、２次元表示素子１として、射出方向により別々の画像を表示可能なものを用いるものとする。なお、このような２次元表示素子１の構成例は後で説明する。

したがって、２次元表示素子１の表示面１₀から略正面方向に射出した光束１１は、観察位置Ｅに直接入射し、２次元表示素子１の表示面１₀から略正面方向に表示される画像であって表示面１₀の表示範囲に表示される画像が観察位置Ｅで観察される。

一方、２次元表示素子１の表示面１₀から図の右斜め下方向に射出した光束１２は、平面反射面３で反射され、仮想表示面１₁から射出された光束となって観察位置Ｅに入射し、２次元表示素子１の表示面１₀から右斜め下方向に表示される画像であって、表示面１₀の表示範囲に相当する仮想表示面１₁の表示範囲に表示される画像が観察位置Ｅで観察される。

したがって、この配置のように、１つの２次元表示素子１と少なくとも１面の反射面３を用いることにより、２次元表示素子１から異なる２つの方向へ射出する画像を並列して同時に観察することができる。

図２は、図１を発展させて、２次元表示素子１の表示面１₀の対向する２辺に接して光軸２を挟んで光軸２に平行に２枚の平面反射面３、４を対向配置した場合であり、この場合は、平面反射面３による表示面１₀の像である仮想表示面１₁が、また、平面反射面４による表示面１₀の像である仮想表示面１₂が、それぞれ表示面１₀に連続して相互に反対側に形成されることになる。

また、２次元表示素子１の表示面１₀から図の右斜め上方向に射出した光束１３は、平面反射面４で反射され、仮想表示面１₂から射出された光束となって観察位置Ｅに入射し、２次元表示素子１の表示面１₀から右斜め上方向に表示される画像であって、表示面１₀の表示範囲に相当する仮想表示面１₂の表示範囲に表示される画像が観察位置Ｅで観察される。

したがって、この配置のように、１つの２次元表示素子１と２面の反射面３、４を用いることにより、２次元表示素子１から異なる３つの方向へ射出する画像を並列して同時に観察することができる。

さらに、図２の紙面の前後に光軸２を挟んで光軸２に平行にさらに別の２枚の平面反射面を配置すると、上記の３方向へ射出する画像に加えて、２次元表示素子１の表示面１₀のこの別の２枚の平面反射面による像である２つの仮想表示面から射出される２方向への画像が加わる。さらに、平面反射面４、５の何れかとこの別の２枚の平面反射面の何れかとの間で２回反射してできる２次元表示素子１の表示面１₀の像である４つの仮想表示面から射出される４方向への画像とが加わり、合計９方向への画像を並列して同時に観察可能に表示することができる。

光軸２に沿って２次元表示素子１の表示面１₀に接して配置する平面反射面の枚数としては、上記の１〜２枚、４枚に限定されず、３枚あるいは５枚以上でもよい。

ところで、以上の原理を用いた具体的な画像表示装置の構成例を説明する前に、射出方向により別々の画像を表示可能な２次元表示素子１の構成例を説明する。

図３にその構成例の１つの断面図（ａ）と正面図（ｂ）を示す。この２次元表示素子１は、基板２０上に縦横に規則的に略同じ大きさで碁盤の目状に配置された発光素子群（又は２次光源群）２１と、その前方に距離を置いて配置された開口板２２とからなる。発光素子群（又は２次光源群）２１は、この例の場合、隣接する縦横３×３＝９個の発光素子（又は２次光源）からなる単位発光素子群（又は単位２次光源群）２１₀の縦横に規則的な集合からなる。そして、１個の単位発光素子群（又は単位２次光源群）２１₀は中心の発光素子（又は２次光源）２１₀₀とその周りに配置された発光素子（又は２次光源）２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊とから構成されている（図３（ｂ））。

また、開口板２２には、発光素子群（又は２次光源群）２１の各単位発光素子群（又は単位２次光源群）２１₀の中心の発光素子（又は２次光源）２１₀₀の位置に整列して１つの発光素子（又は２次光源）と略同じ寸法形状の開口２３が設けられている。

以下の説明では、２次光源も含めて発光素子とする。

このような構成であるので、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の中心の発光素子２１₀₀から出た光束２４₀₀は、開口板２２の対応するに開口２３を略垂直に通過し、２次元表示素子１の表示面の正面方向に射出する。したがって、単位発光素子群２１₀の発光素子２１₀₀のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、２次元表示素子１の正面方向へ射出する画像が表示される。

また、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の右側の発光素子２１₊₀から出た光束２４₊₀は、開口板２２の対応するに開口２３を、図３（ａ）の右斜め下方から左斜め上方へ通過し、図３（ｂ）の紙面の手前側左方向に射出する。したがって、単位発光素子群２１₀の発光素子２１₊₀のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、２次元表示素子１の左方向に射出する画像が表示される。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の左側の発光素子２１_-0から出た光束２４_-0は、開口板２２の対応するに開口２３を、図３（ａ）の左斜め下方から右斜め上方へ通過し、図３（ｂ）の紙面の手前側右方向に射出する。したがって、単位発光素子群２１₀の発光素子２１_-0のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、２次元表示素子１の右方向に射出する画像が表示される。

同様に、図３（ｂ）の右上側の発光素子２１₊₊のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、図３（ｂ）の紙面の手前側左斜め下方に射出する画像が表示される。

また、図３（ｂ）の右下側の発光素子２１_+-のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、図３（ｂ）の紙面の手前側左斜め上方に射出する画像が表示される。

また、図３（ｂ）の下側の発光素子２１_0-のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、図３（ｂ）の紙面の手前側上方に射出する画像が表示される。

また、図３（ｂ）の左下側の発光素子２１_--のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、図３（ｂ）の紙面の手前側右斜め上方に射出する画像が表示される。

また、図３（ｂ）の左上側の発光素子２１_--のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、図３（ｂ）の紙面の手前側右斜め下方に射出する画像が表示される。

また、図３（ｂ）の上側の発光素子２１₀₊のみを選択して画面全体の画素とする表示面からは、図３（ｂ）の紙面の手前側下方に射出する画像が表示される。

このように、図３の構成の２次元表示素子１においては、正面方向を含みその周りの８方向（合計９方向）へ射出する別々の画像を表示することができる。そのためには、上記のように、縦方向、横方向共に３個目毎の発光素子２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊（各単位発光素子群２１₀の対応する位置の発光素子）の何れか１つのみを選択して１画面を構成する画素とし、それらの発光素子へ供給する表示信号で１つの表示画面を構成するようにすればよい。

ところで、図３の例では、光束が通過する開口２３の面積は、単位発光素子群２１₀の略９分の１しかなく、そのため、観察に利用可能な光量は大幅に少なく、大部分の光量は開口板２２で遮られてしまう。この問題を解決するには、図４の構成例のように、開口板２２の代わりに、各単位発光素子群２１₀に整列してその単位発光素子群２１₀と略同じ寸法形状の凸レンズ２６が縦横に規則的に配置されたマイクロレンズアレイ２５を配置し、各凸レンズ２６の前側焦点位置が対応する単位発光素子群２１₀の中心の発光素子２１₀₀の略中心に一致するように配置する。

このように配置すると、各発光素子２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊から広い角度範囲で射出した光束を、それぞれ凸レンズ２６の略全面で受けて対応する方向へ射出させることになるため、凸レンズ２６に入射する光束の略全ての光量を表示に利用でき、図３の場合に比較してより明るい画像の表示が可能になる。

なお、図４の構成の２次元表示素子１において、正面方向を含みその周りの８方向（合計９方向）へ射出する別々の画像を表示することができるのは、図３の場合と同じであり、その動作の説明は図３の場合と同じである。

次に、本発明による具体的な画像表示装置の１実施例を、図５の縦断面図、図６の全体の概略透視斜視図を参照にして説明する。この画像表示装置は、例えば図４のような構成の９つの異なる方向へ別々の画像を同時に射出して表示することができる２次元表示素子１の光軸２を中心軸として、２次元表示素子１の長方形の表示面と同じ長方形の断面形状を持つ直方体１０を、２次元表示素子１の前方にその断面形状が２次元表示素子１の表示面に一致しかつ密着するように配置し、また、直方体１０の前方に光軸２と同軸に接眼光学系７を配置し、接眼光学系７の前側焦点面を２次元表示素子１の表示面に略一致させる。直方体１０の光軸２に平行な面３〜６を平面反射面とし、直方体１０の接眼光学系７側の面、２次元表示素子１側の面を透過面とする。平面反射面３と４は平行で相互に対向しており、また、平面反射面５と６は平行で相互に対向しており、平面反射面３、４に垂直に配置されている。

このような配置において、図６に示すように、２次元表示素子１の表示面の平面反射面３による像である仮想表示面を１₀₊、平面反射面４による像である仮想表示面を１_0-、平面反射面５による像である仮想表示面を１₊₀、平面反射面６による像である仮想表示面を１_-0、平面反射面３と５による像である仮想表示面を１₊₊、平面反射面３と６による像である仮想表示面を１_-+、平面反射面４と５による像である仮想表示面を１_+-、平面反射面４と６による像である仮想表示面を１_--とし、また、２次元表示素子１の表示面自体を１₀₀とする。

２次元表示素子１として図４の２次元表示素子１を用いる場合、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１₀₊のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１₀₊の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１_0-のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１_0-の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１₊₀のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１₊₀の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１_-0のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１_-0の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１₊₊のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１₊₊の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１_-+のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１_-+の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１_+-のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１_+-の物体面に対応する。

同様に、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１_--のみを選択して画素とする表示面は仮想表示面１_--の物体面に対応する。

また、２次元表示素子１の表示面を構成する単位発光素子群２１₀の発光素子２１₀₀のみを選択して画素とする表示面は表示面１₀₀である。

ただし、上記のように、仮想表示面１₀₊、１_0-、１₊₀、１_-0は、対応する表示面の１回反射像であり、対応する表示面の鏡像となっており、仮想表示面１₀₊、１_0-は対応する表示面の上下の鏡像であり、仮想表示面１₊₀、１_-0は対応する表示面の左右の鏡像である。また、仮想表示面１₊₊、１_-+、１_+-、１_--は、対応する表示面の直角二面鏡による２回反射像であるので、対応する表示面の倒立像となっている。

したがって、単位発光素子群２１₀の発光素子２１₀₊のみを選択して画素とする表示面と、単位発光素子群２１₀の発光素子２１_0-のみを選択して画素とする表示面とには、本来その表示面に表示すべき画像の上下の鏡像を表示するようにする。

また、単位発光素子群２１₀の発光素子２１₊₀、のみを選択して画素とする表示面と、単位発光素子群２１₀の発光素子２１_-0のみを選択して画素とする表示面とには、本来その表示面に表示すべき画像の左右の鏡像を表示するようにする。

また、単位発光素子群２１₀の発光素子２１₊₊のみを選択して画素とする表示面と、単位発光素子群２１₀の発光素子２１_-+のみを選択して画素とする表示面と、単位発光素子群２１₀の発光素子２１_+-のみを選択して画素とする表示面と、単位発光素子群２１₀の発光素子２１_--のみを選択して画素とする表示面とには、本来その表示面に表示すべき画像の倒立像を表示するようにする。

また、単位発光素子群２１₀の発光素子２１₀₀のみを選択して画素とする表示面には正立正像を表示するようにする。

２次元表示素子１の上記の９つの表示面各々に、上記のような正像、鏡像、正立、倒立関係にある画像を表示することにより、図６の各仮想表示面１_+-、１_0-、１_--、１₊₀、１₀₀、１_-0、１₊₊、１₀₊、１_-+には何れも本来表示したい正立正像が表示され、縦横３×３で相互に２次元的に隣接して連続的に配置される仮想表示面１_+-、１_0-、１_--、１₊₀、１₀₀、１_-0、１₊₊、１₀₊、１_-+によって構成される全体仮想表示面Ｄに、例えば部分表示像を縦横に連結して全体で大画面の表示像を表示させることが可能になる。なお、図６の各仮想表示面１₊₊、１₊₀、１_+-、１_0-、１_--、１_-0、１_-+、１₀₊上に表示されるかのように描かれている表示像は、実際の表示状態を表現しているのではなく（前記のように、本来は表示すべき正立正像が表示される。）、上記のように、２次元表示素子１の対応する表示面に表示される表示像を表現している。

このような仮想表示面１_+-、１_0-、１_--、１₊₀、１₀₀、１_-0、１₊₊、１₀₊、１_-+の縦横３×３の集合からなる全体仮想表示面Ｄの表示像は、接眼光学系７を通して観察することにより、拡大された拡大表示像Ｉになる。この拡大表示像Ｉは、全体仮想表示面Ｄと同様に縦横に９等分可能で、仮想表示面１_+-、１_0-、１_--、１₊₀、１₀₀、１_-0、１₊₊、１₀₊、１_-+それぞれに対応して、左上拡大表示像Ｉ_+-、上側拡大表示像Ｉ_0-、右上拡大表示像Ｉ_--、左側拡大表示像Ｉ₊₀、中心拡大表示像Ｉ₀₀、右側拡大表示像Ｉ_-0、左下拡大表示像Ｉ₊₊、下側拡大表示像Ｉ₀₊、右下拡大表示像Ｉ_-+で構成され、何れも正立正像の拡大像からなる。

図５、図６の配置において、９つの異なる方向へ別々の画像を同時に射出して表示することができる２次元表示素子１として図４の２次元表示素子１を用いるものとし、この場合に、１個の２次元表示素子１が各々の画像を別々に表示可能な表示面を９個有すると見ることができるので、その２次元表示素子１の表示面における発光素子群２１を構成する各発光素子２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊で構成される各々の表示面に対応する仮想表示面１₀₀、１₊₊、１₊₀、１_+-、１_0-、１_--、１_-0、１_-+、１₀₊と、その仮想表示面が対応する２次元表示素子１の各表示面に表示すべき表示像の状態（正立、倒立、正像、鏡像）の区別と、各表示面に表示する表示像に２次元表示素子１に接続される表示回路で加えるべき画像処理の種類と、その画像処理後の各表示像を合成して１枚の全体仮想表示面Ｄにするのにその表示面Ｄ上での各表示像の配置される位置とを整理すると、以下の表のようになる。

発光素子対応する仮想表示面表示像の状態画像処理全体表示面上での配置位置
２１₀₀ １₀₀ 正立正像無中心
２１₊₊ １₊₊ 倒立正像１８０°回転左斜め下
２１₊₀ １₊₀ 正立鏡像左右鏡像左側
２１_+- １_+- 倒立正像１８０°回転左斜め上
２１_0- １_0- 倒立鏡像上下鏡像上側
２１_-- １_-- 倒立正像１８０°回転右斜め上
２１_-0 １_-0 正立鏡像左右鏡像右側
２１_-+ １_-+ 倒立正像１８０°回転右斜め下
２１₀₊ １₀₊ 倒立鏡像上下鏡像下側
。

このような画像処理と部分表示像の合成により、小型の２次元表示素子１を用いても、大画面の画像を表示することができるようになる。

ところで、本発明の画像表示装置において、２次元表示素子１の直前に配置する平面反射面３〜６としては、図５〜図６のように光軸２に平行である必要はなく、図７に示すような光軸２を中心軸とする裁頭四角錐１０’の側面を平面反射面３〜６としてもよい。その場合も、裁頭四角錐１０’の底面は、２次元表示素子１の長方形の表示面と同じ長方形であって、その底面が２次元表示素子１の表示面に一致しかつ密着するように配置される。したがって、この場合は、平面反射面３、４は平面反射面５、６に垂直に配置されるが、相互に対向する平面反射面３と４、５と６は平行ではなく、光軸２に対して対称に配置される。

ただし、このような光軸２に非平行な平面反射面３〜６を２次元表示素子１の前方に配置する場合には、２次元表示素子１の表示面の平面反射面３、４等による像である仮想表示面１₀₊、１_0-等は、２次元表示素子１の表示面１₀₀とは同一面にならず、裁頭四角錐１０’を構成する元となった四角錐の頂点を中心とする球面上に接して位置することになるので、用いる接眼光学系７としては、その像面がその球面に略一致する特性のものを用いることが望ましい。

なお、図５〜図７においては、２次元表示素子１の前方に光軸２に沿って配置される平面反射面は４面としたが、対向する２面の平面反射面を配置し、仮想表示面ができる方向が１方向になるようにしてもよく、あるいは、断面が正三角形になる３面の平面反射面を光軸２の周囲に配置するようにしてもよい。

さらに、これの平面反射面はガラス、プラスチック等の透明媒質からなる直方体等の側面に設けるようにしてもよい。このようにすると、平面反射面間の位置、角度関係が安定すると共に、ミラー素子（直方体１０、裁頭四角錐１０’等）の作製が容易になる。

ところで、以上において、射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子１の発光素子群２１を構成する発光素子（２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊等）としては、有機ＥＬやＬＥＤ等を想定しているが、その代わりに、透過型液晶表示素子や電気光学効果を利用した空間光変調器等の透過型表示素子を用いてもよい。その場合は、２次元表示素子１は２次光源群２１からなり、その単位２次光源群２１₀は透過型表示素子の画素が対応する２次光源（２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊等）からなることになる。その場合には、透過型表示素子の画素を照明するバックライトが必要になる。そのバックライトの構成と透過型表示素子を挟む光学系の配置に工夫をすることにより、より明るい表示が可能な２次元表示素子１が実現できる。

その例を図８の断面図に示す。図８は、図３（ａ）、図４（ａ）の断面図に対応する断面図であり、透過型表示素子３１の２次光源２１_-0、２１₀₀、２１₊₀に対応する画素３１_-0、３１₀₀、３１₊₀の繰り返しのみを図示してあるが、２次元表示素子１と同様に、隣接する縦横３×３＝９個の画素からなる単位画素群３１₀の縦横に規則的な集合からなる。そして、１個の単位画素群３１₀は中心の画素３１₀₀とその周りに配置された画素３１₊₊、３１₊₀、３１_+-、３１_0-、３１_--、３１_-0、３１_-+、３１₀₊とから構成されている（図３（ｂ）、図４（ｂ）の発光素子２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊に対応した配置）。そして、この場合も、透過型表示素子３１の各単位画素群３１₀の９つの画素３１₀₀、３１₊₊、３１₊₀、３１_+-、３１_0-、３１_--、３１_-0、３１_-+、３１₀₊の中の対応する何れかの画素を選択して画面全体の画素とする９つの表示面には相互に異なる別の画像が表示されるように構成されている。

そして、この構成においては、透過型表示素子３１の隣接する縦横３×３＝９個の画素からなる単位画素群３１₀各々に整列して、その単位画素群３１₀と略同じ寸法形状の凸レンズ３６、３６’が縦横に規則的に配置されたマイクロレンズアレイ３５、３５’がそれぞれその観察側、バックライト側に配置されており、バックライト側のマイクロレンズアレイ３５’の各凸レンズ３６’の後側焦点位置が対応する単位画素群３１₀の中心の画素３１₀₀の略中心に一致し、観察側のマイクロレンズアレイ３５の各凸レンズ３６の前側焦点位置が対応する単位画素群３１₀の中心の画素３１₀₀の略中心に一致するように配置されている。

また、バックライト側のマイクロレンズアレイ３５’の入射側には、透過型表示素子３１全面をカバーする大きさの例えば正フレネルレンズからなるコリメーションレンズ３７が配置されており、そのコリメーションレンズ３７の前側焦点面には、単位画素群３１₀の９つの画素３１₀₀、３１₊₊、３１₊₀、３１_+-、３１_0-、３１_--、３１_-0、３１_-+、３１₀₊の倒立像に対応する配置でそれに対して相似の位置に９つの光源４０₀₀、４０₊₊、４０₊₀、４０_+-、４０_0-、４０_--、４０_-0、４０_-+、４０₀₊（図８では、その中の光源４０₊₀、４０₀₀、４０_-0のみを図示してある。）が配置されている。そして、それぞれの光源４０₀₀、４０₊₊、４０₊₀、４０_+-、４０_0-、４０_--、４０_-0、４０_-+、４０₀₊からの光束４１₀₀、４１₊₊、４１₊₀、４１_+-、４１_0-、４１_--、４１_-0、４１_-+、４１₀₊（図８では、その中の光束４１₊₀、４１₀₀、４１_-0のみを図示してある。）は、コリメーションレンズ３７で何れも平行光に変換され、バックライト側のマイクロレンズアレイ３５’の各凸レンズ３６’に入射したこれらの平行光は対応する単位画素群３１₀のそれぞれ画素３１₀₀、３１₊₊、３１₊₀、３１_+-、３１_0-、３１_--、３１_-0、３１_-+、３１₀₊に入射し、各画素で変調を受けて透過した光は、図４の光束２４₀₀、２４₊₊、２４₊₀、２４_+-、２４_0-、２４_--、２４_-0、２４_-+、２４₀₊（図４では、その中の光束２４₊₀、２４₀₀、２４_-0のみを図示してある。）と同様の方向に別れて射出する。

したがって、図９に示すように、図５の場合と同様に、透過型表示素子３１の長方形の表示面と同じ長方形の断面形状を持つ直方体１０を、透過型表示素子３１の前方にその断面形状が透過型表示素子３１の表示面に一致しかつ密着するように配置し、透過型表示素子３１の上記の９つの表示面各々に同様の正像、鏡像、正立、倒立関係にある画像を表示することにより、縦横３×３で相互に２次元的に隣接して連続的に配置される仮想表示面１_+-、１_0-、１_--、１₊₀、１₀₀、１_-0、１₊₊、１₀₊、１_-+によって構成される全体仮想表示面Ｄ（図６）に、例えば部分表示像を縦横に連結して全体で大画面の表示像を表示させることが可能になる。

次に、通常の画面に１つの画像が表示可能な透過型表示素子を用いて時分割で上記のような９つの表示面を順に切り換えて構成するようにし、各表示面の表示に対応して各表示面から射出する光束の方向を対応する方向に切り換えるようにしても、同様の部分表示像を縦横に連結して全体で大画面の表示像を表示させるようにすることができる。その例を図１０を参照にして説明する。

図１０は、図９と同様の図であり、この例の場合は、通常の画面に１つの画像が表示可能な透過型表示素子５１の長方形の表示面と同じ長方形の断面形状を持つ直方体１０が透過型表示素子５１の前方にその断面形状が透過型表示素子５１の表示面に一致しかつ密着するように配置されている。そして、透過型表示素子５１のバックライトの入射側には、透過型表示素子５１全面をカバーする大きさの例えば正フレネルレンズからなるコリメーションレンズ３７が配置されており、そのコリメーションレンズ３７の前側焦点面には、縦横３×３＝９個の光源４０₀₀、４０₊₊、４０₊₀、４０_+-、４０_0-、４０_--、４０_-0、４０_-+、４０₀₊が図９の場合と同様に配置されている（図１０では、その中の光源４０₊₀、４０₀₀、４０_-0のみを図示してある。）。この例の場合、透過型表示素子５１には、図８〜図９における透過型表示素子３１の各単位画素群３１₀の９つの画素３１₀₀、３１₊₊、３１₊₀、３１_+-、３１_0-、３１_--、３１_-0、３１_-+、３１₀₊の中の対応する何れかの画素を選択して画面全体の画素とする９つの表示面に対応する画像が、時分割で順に表示される。

したがって、透過型表示素子５１に表示される画像に応じてそれに同期して対応する方向の光束を射出するための光源４０₀₀、４０₊₊、４０₊₀、４０_+-、４０_0-、４０_--、４０_-0、４０_-+、４０₀₊の何れか１つのみを点灯し、透過型表示素子５１に順に表示される９つの表示面各々に、同様の正像、鏡像、正立、倒立関係にある画像を表示するようにすることにより、縦横３×３で相互に２次元的に隣接して連続的に配置される仮想表示面１_+-、１_0-、１_--、１₊₀、１₀₀、１_-0、１₊₊、１₀₊、１_-+によって構成される全体仮想表示面Ｄ（図６）に、例えば部分表示像を縦横に連結して全体で大画面の表示像を表示させることが可能になる。

以上の本発明の画像表示装置は、例えば次のように構成することができる。

〔１〕射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、前記２次元表示素子により少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とする画像表示装置。

〔２〕前記２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する発光素子又は２次光源のアレイに対応して配置される開口を同一面にアレイ状に有する開口板を発光素子群又は２次光源群の射出側所定位置に配置されてなるものであることを特徴とする上記１記載の画像表示装置。

〔３〕前記２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する発光素子又は２次光源のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有するマイクロレンズアレイを発光素子群又は２次光源群の射出側所定位置に配置されてなるものであることを特徴とする上記１記載の画像表示装置。

〔４〕前記２次元表示素子の表示面の中心を通り、該表示面に垂直な軸を光軸とするとき、前記反射面は光軸と交差しないように配置されていることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の画像表示装置。

〔５〕前記反射面は対向した２面の反射面より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項記載の画像表示装置。

〔６〕前記反射面は対向した２面を２組有する反射面より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項記載の画像表示装置。

〔７〕前記反射面は四角柱の側面に設けられていることを特徴とする上記６記載の画像表示装置。

〔８〕前記反射面は裁頭四角錐の側面に設けられていることを特徴とする上記６記載の画像表示装置。

〔９〕前記反射面は断面正三角形状の３面の反射面より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項記載の画像表示装置。

〔１０〕前記反射面は透明媒質の側面に設けられていることを特徴とする上記５から９の何れか１項記載の画像表示装置。

〔１１〕前記２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する透過型変調画素のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有する２個のマイクロレンズアレイが画素群の入射側及び射出側にそれぞれの後側焦点面、前側焦点面が画素群の面に略一致するように配置され、かつ、透過型変調画素のアレイの倒立像に対応する配置でそれに対して相似の相対位置に透過型変調画素のアレイの画素の数に対応する数の光源が配置されてなることを特徴とする上記１記載の画像表示装置。

〔１２〕時分割で異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、前記２次元表示素子に時分割で表示された画像をその切り換えに同期して異なる射出方向に表示するように前記２次元表示素子の照明方向が切り換わる照明手段と、時分割で異なる射出方向に表示表示された画像の中の少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とする画像表示装置。

〔１３〕前記２次元表示素子により表示される画像として、その射出方向に応じて、画像の回転、鏡像処理等の画像処理を施し、その画像処理後の画像を表示して１枚の表示画面に合成するようにしたことを特徴とする上記１から１２の何れか１項記載の画像表示装置。

本発明の画像表示装置の原理を説明するための図である。図１の構成を発展させて２枚の平面反射面を光軸を挟んで光軸に平行に対向配置した場合を説明するための図である。射出方向により別々の画像を表示可能な２次元表示素子の１構成例を示す断面図と正面図である。射出方向により別々の画像を表示可能な２次元表示素子の別の構成例を示す断面図と正面図である。本発明による画像表示装置の１実施例の縦断面図である。本発明による画像表示装置の１実施例の全体の概略透視斜視図である。裁頭四角錐の側面に平面反射面を配置した場合の図５と同様の図である。２次元表示素子として透過型表示素子を用いる場合に射出方向により別々の画像が表示可能な構成例を示す断面図である。図８の２次元表示素子を用いる場合の画像表示装置の縦断面図である。透過型表示素子を用いて時分割で異なる画像を表示する場合の画像表示装置の実施例の縦断面図である。

符号の説明

Ｅ…観察位置
Ｄ…全体仮想表示面
Ｉ…拡大表示像
１…２次元表示素子
１₀…表示面
１₁、１₂…仮想表示面
１₀₀…２次元表示素子の表示面（仮想表示面）
１₀₊、１_0-、１₊₀、１_-0、１₊₊、１_-+、１_+-、１_--…仮想表示面
２…光軸
３、４、５、６…平面反射面
７…接眼光学系
１０…直方体
１０’…裁頭四角錐
１１、１２、１３…射出光束
２０…基板
２１…発光素子群（２次光源群）
２１₀…単位発光素子群（単位２次光源群）
２１₀₀、２１₊₊、２１₊₀、２１_+-、２１_0-、２１_--、２１_-0、２１_-+、２１₀₊…発光素子（２次光源）
２２…開口板
２３…開口
２４₀₀、２４₊₊、２４₊₀、２４_+-、２４_0-、２４_--、２４_-0、２４_-+、２４₀₊…射出光束
２５…マイクロレンズアレイ
２６…凸レンズ
３１…透過型表示素子
３１₀…単位画素群
３１₀₀、３１₊₊、３１₊₀、３１_+-、３１_0-、３１_--、３１_-0、３１_-+、３１₀₊…画素
３５、３５’…マイクロレンズアレイ
３６、３６’…凸レンズ
３７…コリメーションレンズ
４０₀₀、４０₊₊、４０₊₀、４０_+-、４０_0-、４０_--、４０_-0、４０_-+、４０₀₊…光源
４１₀₀、４１₊₊、４１₊₀、４１_+-、４１_0-、４１_--、４１_-0、４１_-+、４１₀₊…照明光束
５１…透過型表示素子

Claims

射出方向により異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、前記２次元表示素子により少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とする画像表示装置。
前記２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する発光素子又は２次光源のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有するマイクロレンズアレイを発光素子群又は２次光源群の射出側所定位置に配置されてなるものであることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記２次元表示素子は、表示可能な画像の数に対応する透過型変調画素のアレイに対応して配置される凸レンズを同一面にアレイ状に有する２個のマイクロレンズアレイが画素群の入射側及び射出側にそれぞれの後側焦点面、前側焦点面が画素群の面に略一致するように配置され、かつ、透過型変調画素のアレイの倒立像に対応する配置でそれに対して相似の相対位置に透過型変調画素のアレイの画素の数に対応する数の光源が配置されてなることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
時分割で異なる画像を表示することが可能な２次元表示素子と、前記２次元表示素子に時分割で表示された画像をその切り換えに同期して異なる射出方向に表示するように前記２次元表示素子の照明方向が切り換わる照明手段と、時分割で異なる射出方向に表示表示された画像の中の少なくとも１つの方向に表示された画像を観察位置に向けて反射する反射面とを備えてなることを特徴とする画像表示装置。