JP2017156467A - 光学系、表示装置、電子機器、表示方法およびプログラム - Google Patents

光学系、表示装置、電子機器、表示方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】収差が低減された空中像を移動した位置に形成する表示装置を提供する。【解決手段】表示部１１から出射された光を空中に表示する光学系１２Ｂは、表示部１１から出射された光を反射する複数の光学素子で構成される光学部４１，４２と、光学部４１，４２から出射された光または、表示部１１から出射された光の光路を補正し、光学部によって生じる収差を低減する補正部とを備える。【選択図】図２４

Description

本発明は、光学系、表示装置、電子機器、表示方法およびプログラムに関する。
表示器からの光をミラーを介して空中に結像させて、表示器に表示された画像を空中に形成する技術が知られている（たとえば特許文献１）。しかしながら、ミラーを傾けて像が形成される位置を移動させる場合、鮮明な像が結像されなくなる場合がある。
特開２０１５−１４７７７号公報
本発明の第１の態様によると、表示部から出射された光を空中に表示する光学系は、前記表示部から出射された光を反射する複数の光学素子で構成される光学部と、前記光学部から出射された光または、前記表示部から出射された光の光路を補正し、前記光学部によって生じる収差を低減する補正部とを備える。
本発明の第２の態様によると、表示装置は、第１の態様の光学系と、前記表示を行う表示部とを備える。
本発明の第３の態様によると、電子機器は、第１の態様の光学系を備える。
本発明の第４の態様によると、表示部から出射された光を空中に表示する方法は、複数の光学素子によって、前記表示部から出射された光を反射し、前記複数の光学素子の反射によって生じる収差を低減する補正を行う。
本発明の第５の態様によると、表示部から出射された光の光路を補正する補正部を制御するコンピュータに実行させるプログラムは、前記表示部から出射された光を反射し、空中に表示する複数の光学素子の反射によって生じる収差を、前記補正部を制御し低減する処理をコンピュータに実行させる。
本発明の第６の態様によると、表示部から出射された光を空中に結像する光学系は、前記表示部から出射された光を反射する複数の光学素子で構成される光学部と、前記光学部から出射された光または、前記表示部から出射された光の光路を補正し、前記表示部から出射された光を空中に結像する補正部とを備える。
第１の実施の形態の表示装置の構成を説明する分解斜視図である。 第１の実施の形態の表示装置の主要部構成を説明するブロック図である。 第１の実施の形態の結像光学系の構成を模式的に説明する図である。 第１の実施の形態の結像光学系が有する各部材を模式的に説明する図であり、（ａ）はＸ方向からの外観図であり、（ｂ）はＹ方向からの外観図である。 第１の実施の形態の結像光学系と空中像との位置関係を説明する図であり、（ａ）は通常状態での位置関係を示し、（ｂ）は動作状態での位置関係を示す。 第１の実施の形態の変形例１における表示器の表示面と結像光学系との間の大きさについて説明する図である。 第１の実施の形態の変形例２における結像光学系を模式的に示す図である。 第１の実施の形態の変形例３における結像光学系を模式的に示す図である。 第１の実施の形態の変形例３における結像光学系を模式的に示す図である。 第１の実施の形態の変形例４における結像光学系を模式的に示す図である。 第２の実施の形態における光学系を模式的に示す図である。 第２の実施の形態における光学系の構造を説明する図である。 第２の実施の形態における光学系と空中像との位置関係を説明する図であり、（ａ）は通常状態での位置関係を示し、（ｂ）は動作状態での位置関係を示す。 第２の実施の形態の変形例１における光学系の構造を説明する図である。 第２の実施の形態の変形例２における光学系の構造を説明する図である。 第２の実施の形態の変形例３における光学系と空中像との位置関係を説明する図である。 第２の実施の形態の変形例４における光学系と空中像との位置関係を説明する図である。 第３の実施の形態における表示器と結像光学系と光学系との配置を模式的に示す図である。 第４の実施の形態における表示装置の構成を説明する外観図である。 第４の実施の形態における表示装置の主要部構成を説明するブロック図である。 第４の実施の形態における表示装置が空中像を移動させるための動作を説明するフローチャートである。 結像ミラーの傾きと表示器からの光の結像状態との関係を説明する図である。 結像ミラーの傾きと表示器からの光の結像状態との関係を説明する図である。 第５の実施の形態における表示装置の構成を説明する図であり（ａ）は光学系の構造を説明し、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第５の実施の形態における光学系と表示器からの光の結像位置を説明する図である。 第５の実施の形態の変形例１の表示装置を説明する図あり、（ａ）は補助光学部材の構造を説明する図であり、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第５の実施の形態の変形例１の表示装置を説明する図あり、（ａ）は補助光学部材の別の構造を説明する図であり、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第５の実施の形態の変形例１の表示装置を説明する図あり、（ａ）は補助光学部材のさらに別の構造を説明する図であり、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第５の実施の形態の変形例２における補助光学部材を説明する図である。 第６の実施の形態における表示装置を説明する図であり、（ａ）は光学系の構造を説明する図であり、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第６の実施の形態の表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第６の実施の形態の変形例３における表示装置を説明する図であり、（ａ）は光学系の構造を説明する図であり、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第６の実施の形態の変形例４における表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第６の実施の形態の変形例４における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第７の実施の形態における表示装置を説明する図であり、（ａ）は光学系の構造を説明する図であり、（ｂ）表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 結像ミラーの傾きと結像状態との関係を説明する図である。 第７の実施の形態の変形例１における光学系の構造を説明する図である。 第８の実施の形態における表示装置を説明する図であり、（ａ）は光学系の構造を説明する図であり、（ｂ）は表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第８の実施の形態における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 表示画素からの光束を収束させるように傾斜駆動された第１結像ミラーと、表示画素からの距離が離れた位置の表示画素から出射された複数の光束との関係について説明する図である。 第８の実施の形態の変形例１における表示画素と実像との関係を説明する図である。 第８の実施の形態の変形例１における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第８の実施の形態の変形例１における表示画素群と実像との関係を説明する図である。 第８の実施の形態の変形例２における表示画素から出射される光束が入射する光学系上の領域を説明する図である。 第８の実施の形態の変形例２における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第８の実施の形態の変形例３における表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第８の実施の形態の変形例３における表示画素から出射される光束と、傾斜駆動される結像ミラーとの位置関係を説明する図である。 第８の実施の形態の変形例３における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第８の実施の形態の変形例４における表示装置の光学系の構造を説明する図である。 第８の実施の形態の変形例４における表示装置の主要構成を説明するブロック図である。 第８の実施の形態の変形例４における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第９の実施の形態における表示装置の光学系の構造を説明する図である。 第９の実施の形態の変形例１における表示装置の光学系の構造を説明する図である。 第９の実施の形態の変形例２における表示装置の光学系の構造を説明する図であり、（ａ）は結像ミラーを用いる光学系の場合を示し、（ｂ）は部分反射ミラーを用いる光学系の場合を示す。 第９の実施の形態の変形例４における表示装置の光学系の構造を説明する図である。 第９の実施の形態の変形例４における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第１０の実施の形態における表示装置の光学系により形成される空中像の一例を説明する図である。 第１０の実施の形態における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第１０の実施の形態の変形例１における表示装置の光学系により形成される空中像の一例を説明する図である。 第１０の実施の形態の変形例１における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第１０の実施の形態の変形例２における表示装置の光学系により形成される空中像の一例を説明する図である。 第１０の実施の形態の変形例２における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第１０の実施の形態の変形例３における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第１０の実施の形態の変形例４における例２の表示装置により形成された空中像とユーザの位置との関係を模式的に示す図である。 第１０の実施の形態の変形例４における例５の表示装置により形成された空中像とユーザの位置との関係を模式的に示す図である。 第１０の実施の形態の変形例４における例６の表示装置により形成された空中像とユーザの位置との関係を模式的に示す図である。 第１０の実施の形態の変形例４における表示装置の動作を説明するフローチャートである。 第１０の実施の形態の変形例５において、ユーザが空中像を視認する範囲と空中像が形成される位置との関係を模式的に示す図である。 第１０の実施の形態の変形例５において、形成された空中像と視認する範囲との位置関係を模式的に示す図である。 第１０の実施の形態の変形例５において、形成された空中像と視認する範囲との位置関係を模式的に示す図である。 ２つの空中像が同一の位置から視認されないようにした場合の空中像と視認する範囲との位置関係を模式的に示す図である。 第１０の実施の形態の変形例６における第１結像ミラーを傾斜駆動させる領域を模式的に示す図である。 ２つの空中像が同一の位置から視認されないようにする場合の考え方を模式的に示す図である。 所定範囲の第１結像ミラーの反射を制限した場合の空中像の視野範囲を説明する図である。 第１０の実施の形態の変形例８における空中像を模式的に示す図である。 空中像をＺ方向に沿って移動可能な表示装置の構成を説明する図である。 空中像をＺ方向に沿って移動可能な表示装置の構成を説明する図であり、図７７（ａ）は表示器の概略構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は形成される空中像のＺ方向の位置を説明する図である。 表示装置がロボットに組み込まれた場合の一例を説明する図である。 表示装置がロボットに組み込まれた場合の動作を説明するフローチャートである。
−第１の実施の形態−
図面を参照しながら、第１の実施の形態による表示装置について説明する。第１の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、パーソナルコンピュータのモニタ、携帯電話、タブレット端末、腕時計型端末等の携帯型情報端末装置、音楽プレイヤ、固定電話機、ウエアラブル装置等の電子機器に組み込むことが可能である。また、本実施の形態の表示装置は、デジタルサイネージ（電子看板）等の電子機器にも組み込むことができる。デジタルサイネージとしては、たとえば自動販売機等に内蔵される小型のディスプレイであっても良いし、たとえば建築物の壁面等に設けられるような一般的な成人の大きさよりも大きなディスプレイであっても良い。また、本実施の形態の表示装置は、例えば現金自動預払機（ＡＴＭ装置）においてユーザが暗証番号や金額等を入力するためのパネルや、鉄道やバスの乗車券・定期券等の自動券売機や、図書館や美術館等の各種の情報検索端末装置等のパネルに組み込むことが可能である。
図１は表示装置１の分解斜視図である。なお、説明の都合上、表示装置１について、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。なお、座標系はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる直交座標系に限らず、極座標系や円筒座標系を採用してもよい。Ｘ軸は、表示装置１の矩形表示面の長辺方向に設定され、Ｙ軸は、表示装置１の矩形表示面の短辺方向に設定され、Ｚ軸は、表示面に垂直な方向に設定されている。
表示装置１は、制御部２０を内蔵する本体１０と、表示器１１と、結像光学系１２とを備える。表示器１１と結像光学系１２とは、本体１０内に配置されている。表示器１１は、たとえば、液晶表示器や有機ＥＬ表示器等により構成され、二次元状に配列された複数の表示画素配列を有する。表示器１１は、制御部２０により制御されて、表示用画像データに対応する画像を表示する。結像光学系１２は、表示器１１の上方（Ｚ方向＋側）に、表示器１１から所定の間隔を設けて配置される。
なお、図１では、表示器１１と結像光学系１２とを平行に配置しているが、このような例に限らない。結像光学系１２の面に対して、所定の角度傾けて表示器１１を配置しても良い。所定の角度は、０°〜９０°の間のどのような角度でも良い。例えば、表示器１１は、結像光学系１２の面に対して３０°〜６０°の間の角度に設定して配置する。
結像光学系１２は、表示器１１に表示された表示画像の実像、即ち空中像３０を、表示装置１の上方空間に形成する。従って、表示装置１の使用者（以下、ユーザという）は、表示器１１に表示された表示画像を、表示装置１の上方の空中に浮いた空中像３０として観察することができる。結像光学系１２は、後述する制御部２０の駆動制御部２１（図２参照）に制御され、空中像３０が形成される空間での位置をＸ方向およびＹ方向に移動することができる。空中像３０は、撮影画像（静止画や動画）や、ホームページ等の各種の情報が表示される画面、表示装置１の各種設定や各種機能の実行を指示するための操作ボタンに対応する複数のアイコン（操作ボタン）を含む。
図２は、表示装置１の構成のうち、制御部２０と、記憶部９と、制御部２０によって制御される表示器１１および結像光学系１２とを示したブロック図である。制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、制御プログラムに基づいて表示装置１の表示器１１を含む種々の構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする演算回路を含む。記憶部９は、例えば不揮発性の記憶媒体であり、制御部２０が各種の処理を実行するためのプログラムや、制御部２０が各種の処理を実行するためのデータ等が記憶される。
制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３とを備える。駆動制御部２１は、結像光学系１２を制御して、空中像３０が形成される位置を制御する。画像生成部２２は、表示器１１に表示するための表示画像に対応する表示用画像データを生成する。表示制御部２３は、画像生成部２２により生成された表示用画像データに対応する画像を表示器１１に表示させる。これらは、制御部２０が記憶部９に記憶されているプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されるが、これらをＡＳＩＣ等により構成しても構わない。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部との２つを有しても良い。この場合、制御部２０では、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、光学部用の制御部は結像光学系１２と一体化させても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と結像光学系１２とを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、結像光学系１２と一体化させても良い。
＜結像光学系１２について＞
図３は結像光学系１２の構成を模式的に示すＺＸ平面に平行な面での断面図である。なお、図３は結像光学系１２の一部の範囲を代表して表す図である。結像光学系１２は、第１光学部４１と第２光学部４２とを有する。第１光学部４１は表示器１１から出射された光をＸ方向に反射して結像させる機能を有し、第２光学部４２は表示器１１から出射された光をＹ方向に反射して結像させる機能を有する。第１光学部４１の上部（Ｚ方向＋側）に第２光学部４２が設けられる。
なお、第２光学部４２の上部（Ｚ方向＋側）に第１光学部４１を設けても良い。また、結像光学系１２が、第１光学部４１と第２光学部４２との何れか一方のみを備えるものでも良い。結像光学系１２は第１光学部４１のみを有していれば空中像３０をＸ方向に移動させることができ、第２光学部４２のみを有していれば空中像３０をＹ方向に移動させることができる。
第１光学部４１は、第１筐体４１０の内部に設けられた複数の第１結像ミラー４１１と、複数の第１駆動部４１２とを有する。第１筐体４１０は、たとえばアクリル樹脂等の透明合成樹脂やガラス等の透明な材料を用いて製造される。なお、表示器１１からの光が第１筐体４１０を通過する際に屈折しないようにするために、第１筐体４１０の材料は空気に近い屈折率を有することが好ましい。
第１駆動部４１２は、複数の第１結像ミラー４１１毎に設けられ、第１結像ミラー４１１を駆動させることにより、表示器１１からの光が反射する角度を変更する。なお、第１結像ミラー４１１および第１駆動部４１２の詳細な構造については説明を後述する。
それぞれの第１結像ミラー４１１と第１駆動部４１２とは、Ｘ方向に沿って所定のピッチ、たとえば１００〜１０００μｍにて配置された第１結像ミラー列を構成し、このような第１結像ミラー列がＹ方向に互いに平行に所定のピッチ、たとえば１００〜１０００μｍで複数配置されている。なお、上記の配置ピッチの値は一例であり、この値に限定されるものではない。たとえば表示装置１が組み込まれる電子機器の大きさ等に応じて好適な配置ピッチの値とすることができる。第１結像ミラー４１１の反射面は、例えば矩形形状で、Ｙ方向に、即ち図３の紙面に垂直方向に延在、即ち広がっている。
なお、第１結像ミラー列内の全ての第１結像ミラー４１１と第１駆動部４１２とが同一のピッチにて配置されるものに限定されない。たとえば、ある領域に設けられた第１結像ミラー４１１および第１駆動部４１２と他の領域に設けられた第１結像ミラー４１１および第１駆動部４１２との間で配置ピッチを異ならせても良い。また、全ての第１結像ミラー列が同一のピッチで配置されるものに限定されない。この場合も、たとえば、ある領域での第１結像ミラー列間の配置ピッチと、他の領域での第１結像ミラー列の配置ピッチとを異ならせても良い。一例として、第１筐体４１０の中心部近傍と周辺部との間で第１結像ミラー列の配置ピッチを異ならすことができる。この場合、ユーザにより観察される可能性が高い中心部近傍に配置させる第１結像ミラー列の配置ピッチを、周辺部と比較して小さくすることにより、中心部で形成される空中像３０の解像度を高くすることができる。
第２光学部４２は、第２筐体４２０の内部に設けられた複数の第２結像ミラー４２１と、複数の第２駆動部４２２とを有する。第２筐体４２０は、第１筐体４１０と同様に、たとえばアクリル樹脂等の透明合成樹脂やガラス等の透明な材料を用いて製造される。なお、第２筐体４２０についても、表示器１１からの光が屈折しないようにするために、空気に近い屈折率を有する材料を用いて製造されることが好ましい。
第２駆動部４２２は、複数の第２結像ミラー４２１毎に設けられ、第２結像ミラー４２１を駆動させることにより、表示器１１からの光が反射する角度を変更する。なお、第２結像ミラー４２１および第２駆動部４２２の詳細な構造については説明を後述する。
それぞれの第２結像ミラー４２１と第２駆動部４２２とは、Ｙ方向に沿って所定のピッチ、たとえば１００〜１０００μｍにて配置された第１結像ミラー列を構成している。このような第１結像ミラー列がＹ方向に互いに平行に所定のピッチ、たとえば１００〜１０００μｍで複数配置されている。なお、上記の配置ピッチの値は一例であり、この値に限定されるものではなく、たとえば表示装置１が組み込まれる電子機器の大きさ等に応じて好適な配置ピッチの値とすることができる。第２結像ミラー４２１の反射面は、図示のように、例えば矩形形状で、Ｘ方向に延在、即ち広がっている。
なお、第２結像ミラー列内の第２結像ミラー４２１と第２駆動部４２２とについても、同一のピッチにて配置されるものに限定されず、たとえば領域間で配置ピッチを異ならせても良い。また、全ての第２結像ミラー列が同一のピッチで配置されるものに限定されず、たとえば領域間で配置ピッチを異ならせても良い。一例として、第２筐体４２０の中心部近傍と周辺部との間で第２結像ミラー列の配置ピッチを異ならすことができる。この場合、例えば、ユーザにより観察される可能性が高い中心部近傍に配置させる第２結像ミラー列の配置ピッチを、周辺部と比較して細かくすることにより、中心部で形成される空中像３０の解像度を高くすることができる。
第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１と第１駆動部４１２と第２駆動部４２２との詳細な構造について説明する。なお、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とは同一の構造を有し、第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とは同一の構造を有する。したがって、以下の説明では、代表して第１結像ミラー４１１の構造と第１駆動部４１２の構造とを主に行う。
図４は、１つの第１結像ミラー４１１と第１駆動部４１２との概略形状を示し、図４（ａ）はＸ方向から、図４（ｂ）はＹ方向から見たときの形状を表す。図４（ａ）は、駆動制御部２１による駆動制御が行われていない状態（以後、通常状態と呼ぶ）での第１結像ミラー４１１を示す。また、図４（ｂ）では、通常状態における第１結像ミラー４１１を実線で示し、駆動制御部２１による駆動制御が行われている状態（以後、動作状態と呼ぶ）での第１結像ミラー４１１を破線で示す。
なお、図４は第１結像ミラー４１１と第１駆動部４１２の外観の一例を示すものであり、図示した外観に限定されるものではない。
第１結像ミラー４１１は微細な平板部材であり、ＹＺ平面上で延在する一方の面と他方の面との両方に、たとえば銀なとの金属メッキ層や金属蒸着層を設けることにより反射面を形成する。反射面は、Ｚ方向と直交する第１辺４１３とＺ方向に平行な第２辺４１４とを有する。図４では、第１辺４１３が第２辺４１４と比べて短い場合を例として示すが、この例に限定されない。第１辺４１３と第２辺４１４とが同じ長さであっても良いし、第１辺４１３が第２辺４１４と比べて長くても良い。
なお、第１結像ミラー４１１のＹＺ平面上で延在する両方の面に反射面を設けるものに限定されず、一方の面のみに反射面を設けても良い。第１結像ミラー４１１の一方の面にのみ反射面を設ける場合の具体的な例は、後述する変形例２にて詳細に説明する。
第１結像ミラー４１１の反射面は、第１辺４１３を基点に駆動可能に第１駆動部４１２に設けられる。通常状態においては、第１結像ミラー４１１の反射面は、Ｘ方向を向く、すなわち反射面がＹＺ平面と平行になるように設けられる。動作状態においては、第１結像ミラー４１１の反射面が、第１駆動部４１２によって第１辺４１３を基点として傾斜駆動されることにより、反射面とＹＺ平面とのなす角度θ１が変更される（図４（ｂ）の破線部）。即ち、第１駆動部４１２によって、第１結像ミラー４１１の反射面が第１筐体４１０に対してなす角度が変更される。
なお、以後の説明では、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動することにより反射面とＹＺ平面とがなす角度を駆動角度θ１と呼ぶ。また、第１結像ミラー４１１が第１辺４１３を基点に図の紙面を時計回りに駆動された場合の駆動角度を−θ１、反時計回りに駆動された場合（図４（ｂ）の一点鎖線部）の駆動角度を＋θ１とする。なお、駆動角度は、ＹＺ平面を基準として規定するもの限られず、ＸＹ平面を基準として時計回りまたは反時計回りに規定しても良い。
第１駆動部４１２は、たとえば公知のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）の技術に基づいた構成を有する。第１駆動部４１２は、設置部４１２ａと接続部４１２ｂとアクチュエータ部４１２ｃを有する。設置部４１２ａに接続部４１２ｂとアクチュエータ部４１２ｃとが設けられる。第１駆動部４１２は、設置部４１２ａにより第１筐体４２０に取り付けて固定される。接続部４１２ｂには、制御部２０の駆動制御部２１からの駆動信号、すなわち駆動用の電圧が印加されるための導線が接続される。接続部４１２ｂに接続される導線は、表示器１１からの光の進行を妨げることが無いように透明な部材により製造されたものを用いる。この場合、表示器１１からの光が屈折することを防ぐため、導線は空気に近い屈折率を有する材料により製造されたものであることが好ましい。
アクチュエータ部４１２ｃは、第１結像ミラー４１１の第１辺４１３と接続される。アクチュエータ部４１２ｃは、第１駆動部４１２から印加された電圧による電界の作用で生じた静電力によって第１結像ミラー４１１を第１辺４１３を屈曲軸として傾斜駆動する。
なお、第１駆動部４１２は静電力を用い駆動するものに限定されず、電磁力や圧電効果等を用いるものでも良い。
上記の構成を備えることにより、第１駆動部４１２は、印加される電圧の大きさに従って、例えば、第１結像ミラー４１１を数Ｈｚ〜数ＧＨｚの駆動周波数で駆動させることができる。
なお、第１駆動部４１２の構成は、上述したＭＥＭＳの技術に基づいたものに限定されず、たとえば、印加された電圧を力に変換する圧電素子（ピエゾ素子）等を用いることができる。
上述したように、第２結像ミラー４２１と第２駆動部４２２とは、第１結像ミラー４１１と第１駆動部４１２と同一の構造を有する。第２結像ミラー４１２の反射面は、第１辺４１３を基点に駆動可能に第２駆動部４２２に設けられる。通常状態においては、第２結像ミラー４２１の反射面はＹ方向を向く、すなわち反射面がＺＸ平面と平行になるように設けられる。動作状態においては、第２結像ミラー４２１の反射面が、第１辺４１３を基点に傾斜駆動されることにより、反射面とＺＸ平面とのなす角度、即ち第２筐体４２０に対してなす角度が変更される。すなわち、第２駆動部４２２は、第２結像ミラー４２１を傾斜駆動して反射面とＺＸ平面とのなす角度（駆動角度）θ２を変更することにより、表示器１１からの光束の反射方向を変更させることができる。なお、第２結像ミラー４２１が傾斜駆動されて、後述する図５の紙面前方に向けて傾いたときの駆動角度を＋θ２とし、紙面後方に向けて傾いたときの駆動角度を−θ２とする。
＜結像光学系１２による空中像３０の形成＞
図５を参照して、結像光学系１２による空中像３０の形成について説明する。図５（ａ）は結像光学系１２が通常状態の場合における表示器１１の表示と、空中像３０が形成される位置との関係を模式的に示したものである。表示器１１を構成する複数の表示画素のうち、表示画素Ｐ１から出射した光の光路を用いて説明を行う。図５（ａ）は表示器１１と結像光学系１２とのＺＸ平面における断面図である。
まず、結像光学系１２が通常状態の場合の第１光学部４１の結像作用について説明する。
図５（ａ）において、表示画素Ｐ１から放射状に出射した光束のうち、Ｘ方向に向かう光束Ｌ１〜Ｌ８がＸ方向に配置された複数の第１結像ミラー４１１によって反射されて、収束して実像Ｐ１Ａを結像する。この実像Ｐ１Ａは、増倍率が等倍、即ち大きさが表示画素Ｐ１と同一である。また、実像Ｐ１Ａは、第１結像ミラー４１１に関して表示画素Ｐ１と対称な位置にある。第１結像ミラー４１１は、表示器１１のその他の表示画素に関しても、表示画素Ｐ１と同様に、対称な位置に等倍の実像を形成する。すなわち、複数の第１結像ミラー４１１は、表示器１１から出射された光を反射して、空中の結像位置に結像させる光学素子である。
次に、結像光学系１２が通常状態の場合の第２光学部４２の結像作用について説明する。
図５（ａ）において、第２光学部４２のＹ方向に配置された複数の第２結像ミラー４２１は、表示画素Ｐ１から放射状に出射した光束のうち、Ｙ方向に向かう光束を反射し、収束して実像Ｐ１Ａを結像する。この実像Ｐ１Ａは、増倍率が等倍、即ち大きさが表示画素Ｐ１と同一である。また、実像Ｐ１Ａは、第２結像ミラー４２１に関して表示画素Ｐ１と対称な位置にある。第２結像ミラー４２１は、表示器１１のその他の表示画素に関しても、表示画素Ｐ１と同様に、対称な位置に等倍の実像を形成する。すなわち、複数の第２結像ミラー４２１は、表示器１１から出射された光を反射して、空中の結像位置に結像させる光学素子である。
なお、図５では、結像光学系１２の作用を説明するために結像光学系１２を拡大して示したので、第１光学部４１と第２光学部４２とのＺ方向の間隔が、第１光学部４１と表示器１１との間隔と略同等に描かれている。しかし、図５で示した間隔に限定されず、第１光学部４１と第２光学部４２との間隔を、第１光学部４１と表示器１１との間隔と比較して、きわめて小さく設定しても良い。
図５（ｂ）は結像光学系１２が動作状態の場合における表示器１１の表示と、空中像３０が形成される位置との関係を模式的に示したものである。図５（ｂ）では、動作状態として第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１が例えば駆動角度−θ１、＋θ２だけ傾斜されている。ここで、図５（ｂ）での例として、第１光学部４１に含まれる第1結像ミラー４１１やその他の結像ミラーについては、同一方向に傾斜されるように駆動している。
まず、結像光学系１２の第１光学部４１が動作状態である場合の第１光学部４１の結像作用について説明する。図５（ｂ）において、第１光学部４１のＸ方向に配置された複数の第１結像ミラー４１１は、Ｚ方向に対して駆動角度−θ１だけ傾斜している。表示器１１の表示画素Ｐ１から放射状に出射した光束のうち、Ｘ方向に向かう光束Ｌ１〜Ｌ８がＸ方向に配置された駆動角度−θ１の第１結像ミラー４１１によって反射され、収束して実像Ｐ１Ｂを結像する。この実像Ｐ１Ｂは、増倍率が等倍であり、即ちその大きさが表示画素Ｐ１と同一である。また、実像Ｐ１Ｂの位置は、結像光学系１２が通常状態における実像Ｐ１Ａの位置から、駆動角度−θ１に応じた距離だけＸ方向に移動している。第１結像ミラー４１１は、表示器１１のその他の表示画素に関しても、表示画素Ｐ１と同様に、等倍の実像を駆動角度−θ１に応じた距離だけＸ方向に移動した位置に形成する。すなわち、第１結像ミラー４１１が駆動され、空中の表示が移動する。
次に、結像光学系１２の第２光学部４２が動作状態の場合の第２光学部４２の結像作用について説明する。図５（ｂ）において、第２光学部４２のＹ方向に配置された複数の第２結像ミラー４２１は、Ｚ方向に対して駆動角度＋θ２だけ傾斜している。駆動角度＋θ２の結像ミラー４２１は、表示画素Ｐ１から放射状に出射した光束のうち、Ｙ方向に向かう光束を反射し、収束して実像Ｐ１Ｂを結像する。この実像Ｐ１Ｂは、増倍率が等倍であり、即ちその大きさが表示画素Ｐ１と同一である。また、この実像Ｐ１Ｂの位置は、結像光学系１２が通常状態における実像Ｐ１Ａの位置から、駆動角度＋θ２に応じた距離だけＹ方向に移動している。すなわち、第２結像ミラー４２１が駆動され、空中の表示が移動する。
また、結像光学系１２の第１光学部４１と第２光学部４２との両方が動作状態の場合には、結像光学系１２によって形成される等倍の実像は、図５（ａ）の通常状態の実像Ｐ１Ａの位置から、Ｘ方向に駆動角度−θ１に応じた距離だけ、Ｙ方向に駆動角度＋θ２に応じた距離だけ、それぞれ移動する。
以上のように、動作状態の結像光学系１２は、表示器１１に表示された画像の等倍の実像、即ち、空中像３０を形成し、その実像の位置は、結像光学系１２の通常状態の実像位置に対して移動する。すなわち、空中に表示された空中像３０（空中に表示された画像）は、結像光学系１２が駆動部１２によって駆動されることによって位置が移動する。この実像の移動方向は、第１結像ミラー４１１を駆動角度±θ１に設定した場合には、Ｘ方向であり、第２結像ミラー４２１を駆動角度±θ２に設定した場合には、Ｙ方向である。また、実像の移動量は、駆動角度±θ１または±θ２の絶対値の値を大きくする程大きくなる。
なお、動作状態の際に複数の第１結像ミラー４１１の全てを傾斜駆動させるものに限定されない。例えば、第１筐体４１０の中央部付近に配置された複数の第１結像ミラー４１１や、Ｘ方向−側の半分の範囲に配置された複数の第１結像ミラー４１１や、Ｘ方向＋側の半分の範囲に配置された複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させても良い。また、第２結像ミラー４２１についても同様に、動作状態の際に複数の第２結像ミラー４２１の全てを傾斜駆動させるものに限定されない。例えば、第２筐体４２０の中央部付近に配置された複数の第２結像ミラー４２１や、Ｙ方向−側の半分の範囲に配置された複数の第２結像ミラー４２１や、Ｙ方向＋側の半分の範囲に配置された複数の第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させても良い。
なお、図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較した場合、第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１の角度が図５（ａ）と図５（ｂ）とで異なるため、実像Ｐ１Ａと実像Ｐ１Ｂとで輝度が異なる場合がある。これは、第１結像ミラー４１１または、第２結像ミラー４２１の角度が大きい場合等、表示画素Ｐ１から出射された光が、第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１によってケラレてしまうからである。このような場合を考慮して、制御部２０は、第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１の角度に基づいて、表示器１１の輝度を制御してもよい。制御部２０が表示器１１の輝度を制御することにより、空中像３０を移動させた場合でも、空中像３０の明るさを一定にすることができる。
なお、制御部２０は、表示器１１の輝度に関する制御を行うだけでなく、コントラストや画像の色など、空中像の明るさに関するパラメータを制御してもよい。制御部２０が表示器１１に表示された画像の色を制御する場合は、空中像３０が暗くなる場合には、表示されていた色から明るい色に変更するような制御を行ってもよい。たとえば、空中像３０が移動する前に画像として暗めの赤色（ルビーレッド等）を表示していた場合には、空中像３０を移動した後に、明るめの赤色（ローズ、ポピーレッド等）を表示してよい。
第１の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を反射する複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を有し、表示器１１から出射された光束を空中の結像位置に結像する第１光学部４１および第２光学部と、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を駆動して結像位置を移動させる第１駆動部４１２および第２駆動部４２２とを有するので、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第１の実施の形態では、複数の第１結像ミラー４１１および複数の第２結像ミラー４２１が設置され、表示器１１から出射された光束の方向、即ちＺ方向に配置された第１筐体４１０および第２筐体４２０を有するので、空中像３０が形成される位置をＸＹ平面上で移動させることができる。
また、第１の実施の形態では、第１光学部４１と第２光学部４２とは、複数の第１結像ミラー４１１の少なくとも一部、複数の第２結像ミラー４２１の少なくとも一部によって、表示器１１から出射された光束を結像位置に結像させる。これにより、表示器１１から出射された光を結像させる機能と、結像する位置を移動させる機能とを有することになり、結像光学系１２を小型化することが可能になり、表示装置１全体の小型化に寄与する。
また、第１の実施の形態では、第１駆動部４１２は複数の第１結像ミラー４１１を駆動し、または第２駆動部４２２は複数の第２結像ミラー４２１を駆動して、複数の第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１によって表示器１１から出射された光束を反射する角度を変える。これにより、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第１駆動部４１２または第２駆動部４２２が高速に駆動可能なＭＥＭＳの構造を有している場合には、複数の第１結像ミラー４１１または複数の第２結像ミラー４２１を高速に駆動できるので、空中像３０が形成される位置を高速に移動させることができる。なお、第１駆動部４１２または第２駆動部４２２がＭＥＭＳとは異なる構造にて高速に駆動可能な場合にも、複数の第１結像ミラー４１１または複数の第２結像ミラー４２１を高速に駆動して、空中像３０が形成される位置を高速に移動させることができる。
また、第１の実施の形態では、第１駆動部４１２は複数の第１結像ミラー４１１を駆動して第１筐体４１０に対してなす角度を変える。または、第２駆動部４２２は複数の第２結像ミラー４２２を駆動して第２筐体４２０に対してなす角度を変える。これにより、装置全体を移動させたり、結像光学系１２全体を移動させたりすることなく、空中像３０を表示させる位置を移動させることができる。
また、装置全体を移動させたり、結像光学系１２全体を移動させたりするための移動機構を設ける必要が無いので、空中像３０を、移動機構の動作速度に依存させることなく、第１駆動部４１２、または第２駆動部４２２により移動させることができる。
また、第１の実施の形態では、第１駆動部４１２は第１結像ミラー４１１をＸ方向に駆動し、第２駆動部４２２は第２結像ミラー４２１をＹ方向に駆動するので、空中像３０が形成される位置をＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。即ち、空中像３０をＸＹ平面上で移動させることができる。
また、第１の実施の形態では、第１結像ミラー４１１は第１筐体４１０に配置され、第２結像ミラー４２１は第２筐体４２０に配置されるので、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とを同一の筐体内に配置する場合と比べて製造工程の簡略化に寄与する。
また、第１の実施の形態では、表示を行う表示器１１を備えるので、表示器１１に表示した画像を空中像３０としてユーザに視認させることができる。
なお、第１の実施の形態の第１光学部４１では、表示器１１に表示される画像の実像を形成するために、複数の第１結像ミラー４１１を使用したが、別の結像光学系を使用することもできる。たとえば、第１光学部４１が微小な凸レンズが二次元状に配列されたマイクロレンズアレイやフレネルレンズにより構成されても良い。第２光学部４２についても、上記第１光学部４１と同様に別の結像光学系を使用してもよい。以下の実施の形態で説明する、第１光学部４１、第２光学部４２についても同様に、別の結像光学系を使用しても良い。
なお、第１の実施の形態の結像光学系１２に含まれる第１光学部４１、第２光学部４２によって形成される空中像３０の倍率は等倍で説明した。しかし、上記のように別の結像光学系を使用した場合には、空中像３０の倍率は、等倍以外の倍率になり得る。従って、空中像３０の倍率は、適宜状況に応じて設計すればよい。なお、以下の実施の形態で説明する、結像光学系１２に含まれる第１光学部４１、第２光学部４２についても同様に、空中像３０の倍率は適宜変更しても良い。
（第１の実施の形態の変形例１）
第１の実施の形態の表示装置１が有する表示器１１の表示面の大きさと結像光学系１２の大きさとを、以下のようにして決定しても良い。
図６は、変形例１における表示装置１の、通常状態における表示器１１と結像光学系１２とのＺＸ平面に平行な面での断面図である。表示器１１の表示面の大きさは、結像光学系１２のＸＹ平面に平行な面よりも小さい。この場合、図６（ａ）に示すように、表示器１１のＸ方向の−端部の表示画素Ｐ２から出射した光束Ｌ２１、Ｌ２２のうち、一方の光束Ｌ２１は、Ｘ方向の−端側の第１結像ミラー４１１によって反射される。他方の光束Ｌ２２は、Ｘ方向の他端（＋端）の第１結像ミラー４１１によって反射される。その結果、実像Ｐ２１が形成される。
また、表示器１１のＸ方向の他端部（＋端部）の表示画素Ｐ３から出射した光束Ｌ３１、Ｌ３２のうち、一方の光束Ｌ３１は−端の第１結像ミラー４１１によって反射される。他方の光束Ｌ３２は、＋端の第１結像ミラー４１１によって反射される。その結果、実像Ｐ３１を形成する。
空中像３０の−端の実像Ｐ２１を形成する光速Ｌ２１と、空中像３０の＋端の実像Ｐ３１を形成する光速Ｌ３２とはＺ方向＋側で交差する。このため、表示器１１の表示面の大きさが結像光学系１２のＸＹ平面に平行な面よりも小さい場合には、ユーザは領域Ｕに目を置けば、空中像３０の全体を同時に視認することができる。
これに対して、図６（ｂ）に示すように、表示器１１の表示面が結像光学系１２のＸＹ平面に平行な面よりも大きい場合には、空中像３０の−端の実像Ｐ２１を形成する光速Ｌ２１、Ｌ２３と、＋端の実像Ｐ３１を形成する光速Ｌ３１、Ｌ３３とはＺ方向＋側で交わらない。このため、ユーザは、空中像３０の全体を同時に視認することができない。
第１の実施の形態の変形例１では、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の全体の大きさ、すなわち結像光学系１２のＸＹ平面に平行な面の大きさは、表示器１１の表示面よりも大きくしたので、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
なお、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とによって駆動させる場合には、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を駆動させる領域を表示器１１の表示面よりも大きくするのが良い。複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を駆動する領域を、前述のように一部の領域のみ傾ける場合には、傾ける領域が表示器１１の表示面よりも小さい場合には、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができなくなる。そのため、ユーザが空中像３０の全体を同時に視認できるようにするために、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を駆動する領域を表示器１１の表示面よりも大きくするのが良い。
（第１の実施の形態の変形例２）
第１の実施の形態では、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とが有する平板部材の両面に反射面を形成する構成とした。第１の実施の形態の変形例２の第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とは、平板部材の片面のみに反射面を形成する構成を有する。第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１の平板部材の一方の面に反射面を形成した場合には、平板部材の他方の面は非反射面となるような処理を施すと良い。
以下、第１の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第１の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
図７に、変形例２の構成を有する第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１と第１筐体４１０および第２筐体４２０内での配置の例を模式的に示す。なお、図７は、結像光学系１２が通常状態の場合におけるＺＸ平面における断面図である。
図７（ａ）に示すように、Ｘ方向に隣接する２つの第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂ同士を１つの組４１７とする。なお、図７（ａ）では、１つの組４１７を明示するために、隣接する２つの第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂを破線で囲って示す。１つの組４１７に属する第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂでは、互いの反射面が対向するように配置する。すなわち第１結像ミラー４１１ａの反射面４１６がＸ方向＋側を向くように配置された場合には、第１結像ミラー４１１ｂの反射面４１６はＸ方向−側を向くように配置される。なお、第２結像ミラー４２１についても同様に、Ｙ方向に隣接する２つの第２結像ミラー４２１同士についても１つの組とし、１つの組内で第２結像ミラー４２１の反射面が互いに対向するように配置する。
上記の構成とすることにより、表示器１１の中央部の表示画素Ｐ１から出射した光束Ｌ１、Ｌ２のうち、一方の光束Ｌ１は、例えばＸ方向の−端の組４１７ａの第１結像ミラー４１１ａによって反射され、他方の光束Ｌ２は、例えばＸ方向の＋端の組４１７ｂによって反射される。このように、中央部の表示画素Ｐ１から出射した光束のうち、Ｘ方向−側に向かった光束は第１結像ミラー４１１ａによって反射され、Ｘ方向＋側に向かった光束は第１結像ミラー４１１ｂによって反射されて、実像Ｐ１Ｃを形成する。
なお、例えばＸ方向の−端の組４１７ａの第１結像ミラー４１１ｂは、上述のように中央部の表示画素Ｐ１から出射した光束Ｌ１を反射しないが、表示器１１のＸ方向の−端付近の表示画素からの光束を反射するために用いられる。Ｘ方向の＋端の組４１７ｂの第１結像ミラー４１１ａも同様であり、中央部の表示画素Ｐ１から出射した光束Ｌ２を反射しないが、表示器１１のＸ方向の＋端付近の表示画素からの光束を反射するために用いられる。
以上のように、組４１７の２つの第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂは、表示器１１の表示画素の位置に応じて、当該表示画素からの光束を第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂの両方または一方で反射して、実像を形成するものである。こうして、表示画素Ｐ１から角度φ１の広がりを持つ光束を空中に結像させる。
図７（ｂ）に変形例２の比較例における第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１と第１筐体４１０および第２筐体４２０内での配置の例を模式的に示す。この比較例では、第１結像ミラー４１１の反射面４１７は同一の方向、すなわちＸ方向＋側を向くように配置される。第２結像ミラー４２１についても、反射面が同一の方向を向くように配置される。この場合、表示画素Ｐ１を出射した光のうち、Ｘ方向−側の領域Ｒ１で第１光学部４１０に入射した光は第１結像ミラー４１１の反射面４１７で反射させることができる。しかし、Ｘ方向−側の領域Ｒ１で第１光学部４１０に入射した光は第１結像ミラー４１１で反射しない。第２結像ミラー４２１についても同様に、第２光学部４２０の全領域のうちＹ方向＋側またはＹ方向−側の半分の領域に入射する光については第２結像ミラー４２１により反射しない。このため、表示画素Ｐ１から角度φ２（＜φ１）の広がりを持って出射された光束しか空中に結像させることができない。
第１の実施の形態の変形例２では、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１は、一面に表示器１１から出射された光束を反射する反射面４１６を有するので、表示画素Ｐ１から角度φ１の広がりを持つ光束を空中に結像させることができる。
また、第１の実施の形態の変形例２では、一面に反射面４１６を有する第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とを図７（ａ）に示すように配置したので、比較例の配置の場合と比較して、より広い角度φ１で出射された光束を空中に結像させることができる。
なお、上記の説明では、第１の実施の形態の変形例２の構成を、第１の実施の形態の表示装置１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１の実施の形態の変形例１の表示装置１に適用しても良い。即ち、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の全体の大きさ（即ち結像光学系１２のＸＹ平面に平行な面の大きさ）を、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第１の実施の形態の変形例２では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
（第１の実施の形態の変形例３）
第１の実施の形態では、結像光学系１２の第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とは、表示器１１からの光を結像させるとともに、反射により光が結像する位置を移動させる機能を有した。これに対して、変形例３の結像光学系１２は、表示器１１の実像を形成する第１光学系１２１と、実像の位置を移動させる第２光学系１２２とを有する。すなわち、変形例３では、第１の実施の形態とその変形例１、２とは異なり、表示器１１から出射された光を結像させる機能と、結像する位置を移動させる機能とをそれぞれ別のミラーにて分担させることにより、空中像３０が形成される位置を移動させる。
以下、第１の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第１の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
なお、表示器１１からの光束を結像させる機能と、結像する位置を移動させる機能とを異なる光学系にて行う例については、後述する第２の実施の形態においても説明を行う。
図８に変形例３における結像光学系１２の例を模式的に示す。なお、図８は、結像光学系１２が動作状態の場合におけるＺＸ平面における断面図である。第１光学系１２１の上部（Ｚ方向＋側）に第２光学系１２２が配置される。なお、第２光学系１２２の上部（Ｚ方向＋側）に第１光学系１２１が配置されても良い。第１光学系１２１は、第１結像光学部４３と第２結像光学部４４とを有する。第１結像光学部４３の上部（Ｚ方向＋側）に第２結像光学部４４が配置される。なお、第２結像光学部４４の上部（Ｚ方向＋側）に第１結像光学部４３が配置されても良い。
第１結像光学部４３は、筐体４３０内に結像ミラー４３１を複数有する。第２結像光学部４４は、筐体４４０内に結像ミラー４４１を複数有する。筐体４３０、４４０は、第１の実施の形態の第１筐体４１０や第２筐体４２０と同様に透明な材料を用いて製造される。
結像ミラー４３１は、第１の実施の形態における第１筐体４１０内での第１結像ミラー４１１に適用可能な配置ピッチと同様の配置ピッチを適用して、筐体４３０の内部で二次元状に配置される。また、結像ミラー４３１は、反射面がＸ方向を向き、かつＺ方向とのなす角度が０°となるように取り付けられる。
結像ミラー４４１は、第１の実施の形態における第２筐体４２０内での第２結像ミラー４２１に適用可能な配置ピッチと同様の配置ピッチを適用して、筐体４４０の内部で二次元状に配置される。また、結像ミラー４４１は、反射面がＹ方向を向き、かつＺ方向とのなす角度が０°となるように取り付けられる。すなわち、結像ミラー４３１、４４１は、第１の実施の形態の第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１とは異なり、Ｚ方向に対して駆動角度±θ１や±θ２での駆動を行わない。即ち、第１光学系１２１は、表示器１１から出射された光束を結像させる機能を有する。
第２光学系１２２は、筐体４５０の内部に複数の移動ミラー４７１と、移動ミラー４７１のそれぞれに設けられた駆動部４７２とが配置される。移動ミラー４７１と駆動部４７２とは、筐体４５０の内部で二次元状に配置される。移動ミラー４７１は、駆動部４７２によってＸ方向に駆動角度±θ１で傾斜駆動されるとともに、Ｙ方向に駆動角度±θ２で傾斜駆動される。これにより、第１光学系１２１からの光束が移動ミラー４７１にて反射され、反射面の駆動角度±θ１と±θ２とに応じて、空中像３０をＸＹ平面と平行な面内で移動させることができる。即ち、第２光学系１２２は、表示器１１から出射された光束を反射して、空中像３０が形成される位置を移動させる機能を備える。
第１の実施の形態の変形例３では、表示器１１から出射された光束を結像させる第１光学系１２１と、表示器１１から出射される光束の方向を駆動部４７２による駆動によって変化させる第２光学系１２２とを有する。これにより、表示器１１から出射された光を結像させる機能と、結像する位置を移動させる機能とをそれぞれ別の光学系にて分担させた場合であっても、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第１の実施の形態の変形例３では、第２光学系１２２は、表示器１１から出射された光を反射する複数の移動ミラー４７１で構成される。これにより、たとえば空中像３０が形成される位置を移動させることができない従来の装置の光学系に、第２光学系１２２を配置することにより、簡単に空中像３０を移動可能に形成させることができる。
また、第１の実施の形態の変形例３では、駆動部４７２は複数の移動ミラー４７１をＸ方向とＹ方向とに傾斜駆動させる。これにより、Ｘ方向へ傾斜駆動する移動ミラーとＹ方向へ傾斜駆動する移動ミラーとをそれぞれ設ける場合と比較して、部品数を減らし、結像光学系１２の小型化、表示装置１の小型化が可能になる。
図８に示した変形例３における第２光学系１２２の移動ミラー４７１を構成する平板部材の両面に反射面を形成しても良いが、何れか一方の面に反射面を形成するとより好ましい。
図９を参照して説明する。図９（ａ）は、結像光学系１２の移動ミラー４７１の一方の面に反射面を形成した場合における、結像光学系１２が動作状態の場合でのＺＸ平面における断面図である。移動ミラー４７１の反射面４５７は同一の方向、すなわちＸ方向＋側を向くように配置される。移動ミラー４７１のＸ方向−側の面には非反射面が形成される。移動ミラー４７１の反射面は、第１の実施の形態の第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１の反射面を形成する手法と同様の手法を適用して形成される。
表示器１１の表示画素Ｐ１から出射された光束のうち、たとえば光束Ｌ１は、移動ミラー４７１ａの反射面４５７で反射されて、この反射光束が移動ミラー４７１ａに隣接する移動ミラー４７１ｂに入射して、これが迷光となる虞がある。しかしながら、反射光束が入射する隣接する移動ミラー４７１ｂの面は、非反射面が形成されているため、移動ミラー４７１ｂによって迷光等を発生することがない。すなわち、空中像３０の形成に寄与しない光が発生し、空中像３０の視認に悪影響を及ぼすことを防げる。
これに対して、移動ミラー４７１の両面に反射面を形成した場合を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）は、図９（ａ）と同様に、動作状態の場合での結像光学系１２のＺＸ平面における断面図である。図９（ｂ）に示す例では、移動ミラー４７１のＸ方向＋側に反射面４５７が形成され、Ｘ方向−側に反射面４５８が形成される。
表示器１１の表示画素Ｐ１から出射された光束のうち、たとえば光束Ｌ１は、移動ミラー４７１ａの反射面４５７で反射され、その反射光束は、隣接する移動ミラー４７１ｂの反射面４５８に入射して反射される。この反射面４５８によって反射された光束は、迷光Ｌ４等として、空中像３０の視認を阻害する可能性がある。
したがって、空中像３０の視認精度の観点から、図９（ａ）に示すように、移動ミラー４７１の一方の面に反射面を形成するのが好ましい。
第１の実施の形態の変形例３では、移動ミラー４７１の一面に、表示器１１から出射された光束を反射する反射面４５７を設けたので、空中像３０の視認性の悪化を抑えることができる。
なお、上述した変形例３において、結像光学系１２が、複数の移動ミラー４７１が配置された１つの第２光学系１２２を有するものに限定されない。たとえば、結像光学系１２が２つの第２光学系１２２を有し、第１光学系１２１の上部（Ｚ方向＋側）または下部（Ｚ方向−側）に配置して良い。この場合、２つの第２光学系１２２のうち一方の第２光学系１２２（たとえばＺ方向−側）に配置された移動ミラー４７１は駆動部４７２により駆動角度±θ１で傾斜駆動され、他方（Ｚ方向＋側）の第２光学系１２２に配置された移動ミラー４７１は駆動部４７２により駆動角度±θ２で傾斜駆動される。勿論、Ｚ方向＋側の第２光学系１２２に配置された移動ミラー４７１が駆動部４７２により駆動角度±θ１で傾斜駆動され、Ｚ方向−側の第２光学系１２２に配置された移動ミラー４７１が駆動部４７２により駆動角度±θ２で傾斜駆動されても良い。
なお、上記の説明では、第１の実施の形態の変形例３の構成を、第１の実施の形態の表示装置１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１の実施の形態の変形例１の表示装置１に適用しても良い。即ち、複数の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の全体の大きさ（即ち結像光学系１２のＸＹ平面に平行な面の大きさ）を、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第１の実施の形態の変形例３では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
（第１の実施の形態の変形例４）
第１の実施の形態とその変形例１〜３では、複数の第１結像ミラー４１１および複数の第２の結像ミラー４２１や複数の移動ミラー４５１、４６１を二次元状に配置する例を示したが、この例に限定されない。変形例４では、第１結像ミラー４１１、第２結像ミラー４２１の形状を第１の実施の形態とその変形例１〜３の第１結像ミラー４１１、第２結像ミラー４２１や移動ミラー４５１、４６１の形状とは異ならせることにより、それぞれＸ方向、Ｙ方向に複数配置する。以下、第１の実施の形態およびその変形例１〜３と相違する点を主にして詳細な説明を行う。特に説明を行わない点については、第１の実施の形態とその変形例１〜３にて説明した内容を適用することができる。
図１０に変形例４における第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の構造を示す。図１０（ａ）は変形例４における第１結像ミラー４１１をＸ方向＋側から見た時の外観形状を模式的に示す。変形例４の第１結像ミラー４１１は、第１辺４１３を第２辺４１４と比べて長い長辺となるように形成した反射面を有する。第１結像ミラー４１１は、第１辺４１３の一部で、例えば図１０（ａ）ではＹ方向−側の端部で、第１駆動部４１２と接続する。なお、第１辺４１３と第１駆動部４１２との接続箇所はこの例に限定されず、第１辺４１３の中央部でも良いし、Ｘ方向＋側端部でも良いし、第１辺４１３の全域でも良い。第１辺４１３の長さは、第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０のＹ方向の長さに略等しい。この第１結像ミラー４１１は、１つの第１駆動部４１２により、第１の実施の形態や変形例１の場合と同様に駆動角度±θ１で駆動される。
図１０（ｂ）に、変形例４の第１結像ミラー４１１の第１筐体４１０内部での配置例を示す。図１０（ｂ）は、結像光学系１２が通常状態の場合における第１結像ミラー４１１を示す。上述した形状を有する第１結像ミラー４１１と第１駆動部４１２とがＸ方向に沿って複数配置される。換言すると、変形例４は、第１の実施の形態や変形例１〜３においてＹ方向に沿って配置された複数の第１結像ミラー４１１や移動ミラー４５１を、１つの第１結像ミラー４１１に置き換えて配置したものである。
第２結像ミラー４２１についても同様に、Ｙ方向を向き、Ｘ方向に沿った長辺を有する反射面を備え、反射面の長辺は第２筐体４２０のＸ方向の長さに略等しい。第２結像ミラー４２１は、１つの第２駆動部４２２により、駆動角度±θ２で駆動される。第２結像ミラー４２１と第２駆動部４２２とが、Ｙ方向に複数配置される。すなわち、変形例４の第２光学部４２についても、第１の実施の形態や変形例１〜３においてＸ方向に沿って配置された複数の第２結像ミラー４２１や移動ミラー４６１を、１つの第２結像ミラー４２１に置き換えて配置される。
なお、第１光学部４１と第２光学部４２との両方が変形例４の構造を有していなくても良い。たとえば、第１光学部４１は変形例４の構造を有し、第２光学部４２は第１の実施の形態や変形例１、２の構造を有しても良いし、第１光学部４１は第１の実施の形態や変形例１、２の構造を有し、第２光学部４２は変形例４の構造を有しても良い。また、変形例３において２つの第２光学系１２２を備える場合に、２つの第２光学系１２２の両方が変形例４の構造を有していなくても良い。たとえば、２つの第２光学系１２２のうち一方の第２光学系１２２は変形例４の構造を有し、他方の第２光学系１２２は変形例３の構造を有しても良い。
また、第１筐体４１０内に、第１の実施の形態とその変形例１、２で説明した第１結像ミラー４１１と、本変形例４の第１結像ミラー４１１とが配置されても良い。この場合、たとえば、反射面の長辺が第１筐体４１０のＹ方向の長さの２／３程度であり、第１筐体４１０の一部の領域（すなわちＹ方向の長さが２／３の領域）に変形例４の第１結像ミラー４１１が配置され、残りの領域（１／３の領域）に第１実施の形態や変形例１、２の複数の第１結像ミラー４１１を配置しても良い。第２結像ミラー４２１についても同様の構造を適用して、第２筐体４２０の一部の領域（すなわちＹ方向の長さが２／３の領域）に変形例４の第２結像ミラー４２１が配置され、残りの領域（１／３の領域）に第１実施の形態や変形例１、２の複数の第２結像ミラー４２１を配置しても良い。
第１の実施の形態の変形例４では、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方は第１辺４１３と、第１辺４１３よりも短い第２辺４１４とを有し、第１辺４１３を軸に回転して駆動する。これにより、第１光学部４１と第２光学部４２とが有する部品数を少なくすることができる。
また、第１の実施の形態の変形例４では、傾斜駆動される第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１との個数が減少するので、容易に駆動を制御することができる。
また、第１の実施の形態の変形例４では、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１との個数が減少するので、安価に結像光学系１２を製造することができる。
−第２の実施の形態−
図１１を参照しながら、第２の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第２の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述の第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
本実施の形態の表示装置１は、図１に示した表示装置１の結像光学系１２とは異なる光学系１２Ａを有し、表示器１１の表示面に平行な面とは異なる面に光を結像することにより空中像３０を形成する。そのため、図１１（ａ）に示すように、空中像３０を空中に表示させるための表示器１１と光学系１２Ａとの配置の関係が、図３に示す第１の実施の形態の表示器１１と結像光学系１２との配置の関係とは異なる。第２の実施の形態では、図８、図９に示す第１の実施の形態の変形例３のように、光学系１２Ａは、表示器１１からの光束を結像するための機能と、結像する位置を移動させる機能とを異なる光学部材により分担して行う。第２の実施の形態の主要部の構成は図１１（ｂ）のように表され、図２に示す第１の実施の形態におけるブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ａと、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と表示生成部２２と表示制御部２３とを備える。ただし、駆動制御部２１は、第１の実施の形態の場合と異なり、後述する駆動部１２１３の駆動を制御する。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部との２つを有しても良い。この場合、制御部２０では、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、光学部用の制御部は光学系１２Ａと一体化させても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と光学系１２Ａとを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ａと一体化させても良い。
＜光学系１２Ａの構成＞
図１１（ａ）を参照して光学系１２Ａの構成を詳細に説明する。図１１（ａ）は、表示器１１と光学系１２Ａとを模式的に示すＺＸ平面に平行な面での断面図である。表示器１１は、第１の実施の形態の場合と同様の構成を有するが、表示面がＸ方向に直交するように配置される。光学系１２Ａは、部分反射部１２１０と再帰性反射部１２２０とを有する。部分反射部１２１０は、表示器１１から出射された光束が進む方向、即ちＸ方向＋側に、Ｘ方向に対して所定の角度（たとえば４５°）の傾きを有して配置される。部分反射部１２１０は、空中像３０の形成位置を移動させるための機能を有する。再帰性反射部１２２０は、たとえば複数の微小の球形のガラスビーズや、複数の直角三角錐体の立体プリズムを表面に配置した公知の反射材により製造される。再帰性反射部１２２０は、Ｘ方向−側から入射した光を再びＸ方向−側へ反射する。再帰性反射部１２２０は、表示器１１から出射された光を空中で結像させる、すなわち空中像３０を形成するための機能を有する。
部分反射部１２１０は、設置部１２１１と、設置部１２１１にそれぞれ設けられた複数の微細な部分反射ミラー１２１２と、設置部１２１１にそれぞれ設けられ、複数の部分反射ミラー１２１２を駆動する複数の微細な駆動部１２１３とを有する。部分反射ミラー１２１２と駆動部１２１３とは、設置部１２１１上に所定のピッチ、たとえば１００〜１０００μｍで複数配置される。なお、上記の配置ピッチの値は一例であり、この値に限定されるものではなく、たとえば表示装置１が組み込まれる電子機器の大きさ等に応じて好適な配置ピッチの値とすることができる。また、全ての部分反射ミラー１２１２と駆動部１２１３とが同一の配置ピッチで配置されるものに限定されず、設置部１２１１上の領域に応じて配置ピッチを異ならせても良い。例えば、設置部１２１１の中心部近傍と周辺部との間で配置ピッチを異ならすことができる。この場合、ユーザにより観察される可能性が高い中心部近傍に配置させる部分反射ミラー１２１２および駆動部１２１３の配置ピッチを、周辺部と比較して小さくすることにより、中心部で形成される空中像３０の解像度を高くすることができる。
部分反射ミラー１２１２は、表示器１１から出射しＸ方向＋側に進む光の一部を透過し、再帰性反射部１２２０からＸ方向−側に進む光の一部を反射するハーフミラーである。なお、以下の説明では、部分反射ミラー１２１２の透過率および反射率を５０パーセントに設定したものとして行うが、透過率および反射率はこの値に限定されず任意に値に設定することができる。駆動部１２１３は、制御部２０の駆動制御部２１の制御に従って、部分反射ミラー１２１２を駆動して、設置部１２１１に対する部分反射ミラー１２１２の角度を変更する。
＜部分反射部１２１０の構成＞
図１２を参照して、部分反射部１２１０の構造を説明する。図１２（ａ）は部分反射部１２１０を模式的に示す平面図であり、図１２（ｂ）は部分反射ミラー１２１２の構造と駆動部１２１３の構造との一例を模式的に示す分解斜視図である。なお、図１２においては、部分反射部１２１０について、Ｐ軸、Ｑ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。すなわちＰＱ平面は部分反射部１２１０に平行な面であり、上述したように部分反射部１２１０はＺ方向に対して４５°傾いた場合を例に説明しているので、ＰＱ平面は、ＸＹ平面に対して４５°の傾きを有する。
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、部分反射ミラー１２１２と駆動部１２１３とは、ＰＱ平面に平行な平面上に二次元状に配置される。なお、図１２（ａ）は、部分反射部１２１０の一部を示す図である。複数の部分反射部１２１０は、設置部１２１１に所定の間隔で配置され、各部分反射部１２１０の周囲には、駆動部１２１３が配置されている。図１２（ｂ）に示したように、設置部１２１１には、部分反射部１２１０の位置に、開口、すなわち空洞１２１１ａが形成される。部分反射部１２１０に入射する光束は、この空洞１２１１ａを通過する。なお、設置部１２１１を透明な材料で作ることができる場合には、空洞１２１１ａを形成する必要はない。
駆動部１２１３は、一対の駆動部位１２１３ａ、１２１３ｂと、一対の駆動部位１２１３ｃ、１２１３ｄとを有する。一対の駆動部１２１３ａ、１２１３ｂは、部分反射部１２１０の対向する一対の辺１２１２ａ、１２１２ｂにそれぞれ沿って設けられる。他方の一対の駆動部位１２１３ｃ、１２１３ｄは、部分反射部１２１０の対向する他方の一対の辺１２１２ｃ、１２１２ｄにそれぞれ沿って設けられる。
これらの駆動部位１２１３ａ、１２１３ｂ、１２１３ｃ、１２１３ｄは、駆動制御部２１から印加される駆動信号に応じて、それぞれの部分反射部１２１０の各辺１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１３ｃ、１２１３ｄを図１２（ａ）の紙面に垂直方向に変位させる。駆動部位１２１３ａ、１２１３ｂは、駆動信号に応じて、図１２（ｃ）に示したように、部分反射部１２１０をＱ軸に対して角度±θ１傾斜させ、駆動部位１２１３ｃ、１２１３ｄは、図１２（ｄ）に示したように、部分反射部１２１０をＰ軸に対して±θ２傾斜させる。角度θ１とθ２とは、駆動信号の増加に伴って増大する。
なお、駆動部１２１３は上述した構成を有するものに限定されない。たとえば、駆動部１２１３は、Ｐ軸の方向に沿って設けられ部分反射ミラー１２１２をＰ軸の回りに回転駆動させる駆動部位と、Ｑ軸の方向に沿って設けられ部分反射ミラー１２１２をＱ軸の回りに回転駆動させる駆動部位とを備え、これらの駆動部位により部分反射ミラー１２１２を支持しても良い。それぞれの駆動部位は、駆動制御部２１から印加される電圧が増加すると駆動量を増加し、部分反射ミラー１２１２の駆動角度θ１とθ２とを増加させる。
動作状態時に部分反射ミラー１２１２が駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２で駆動することにより、部分反射ミラー１２１２の表面がＰＱ平面となす角度が変化する。これにより、図１２（ｂ）に矢印ＡＲ１で示す方向に進む光は、部分反射ミラー１２１２の駆動角度±θ１と±θ２とに応じて反射する方向が変化する。
＜光学系１２Ａによる空中像３０の形成＞
図１３を参照して、光学系１２Ａによる空中像３０の形成について説明する。図１３（ａ）は光学系１２Ａが通常状態の場合における表示器１１の表示位置と、空中像３０の位置との関係を示すＺＸ平面における断面図である。図１３（ｂ）は光学系１２Ａが動作状態の場合における表示器１１の表示位置と、空中像３０の位置との関係を示すＺＸ平面における断面図である。以下、表示器１１を構成する複数の表示画素のうち、表示画素Ｐ１から出射した光束とその空中像Ｐ１１とについて説明を行う。
まず、図１３（ａ）に示す通常状態について説明する。
表示画素Ｐ１からの光束Ｌ１はＸ方向＋側に向かって進み、部分反射ミラー１２１２にて一部が透過し、一部がＺ方向−側に反射される。本実施の形態では、部分反射ミラー１２１２の透過率と反射率とを５０パーセントしたので、部分反射ミラー１２１２にて入射した光束の半分が透過し、半分が反射される。部分反射ミラー１２１２を透過した光束は、再帰性反射部１２２０にて再帰性反射する。すなわち、再帰性反射した光束は、入射光路を逆向きに進み、再び部分反射ミラー１２１２に入射する。部分反射ミラー１２１２に入射した光束は、一部が透過し、残部が反射される。反射された光束は、集光して実像Ｐ１１を形成する。すなわち、複数の部分反射ミラー１２１２は、再帰性反射部材１２２０からの光を反射して、表示器１１からの光を空中の結像位置に結像する光学素子である。
表示器１１のその他の表示画素からの光束も、表示画素Ｐ１の場合と同様である。こうして、表示器１１に表示された画像の実像が空中像３０として形成される。なお、この空中像３０は、図示のように、空中像の延長面と表示器１１の表示面の延長面とが直交する位置に形成される。
次に、図１３（ｂ）に示す動作状態について説明する。図１３（ｂ）は、動作状態として、部分反射ミラー１２１２がＱ軸周りに駆動角度−θ２だけ傾斜した場合を示す。
表示画素Ｐ１から出射した光束は、図１３（ａ）の場合と同様にして、部分反射ミラー１２１２を透過した後に再帰性反射部１２２０により再帰性反射され、部分反射ミラー１２１２に再度入射する。部分反射ミラー１２１２が駆動角度−θ２だけ傾斜駆動されているので、部分反射ミラー１２１２によって反射された光束は、図１３（ａ）の実像Ｐ１１の位置からＸ方向に所定量だけ移動した位置に実像Ｐ１１を形成する。この実像Ｐ１１の移動量は、駆動角度−θ２に応じた量である。
駆動部１２１３は、部分反射ミラー１２１２を、Ｐ軸周りに駆動角度±θ１だけ傾斜させる、即ち、駆動部１２１３が上述の駆動角度−θ２の傾斜方向と直交する方向に部分反射ミラー１２１２を駆動角度±θ１だけ傾斜させると、実像Ｐ１１が、図１３（ａ）の実像Ｐ１１の位置からＹ方向に所定量移動する位置に形成される。このようにして、部分反射ミラー１２１２を駆動角度±θ１および±θ２傾斜させることによって、空中像３０の位置をＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。
なお、図１１、１３、１４では、再帰性反射部１２２０は、部分反射部１２１０を透過した光束を再帰性反射する位置に配置されたが、その代わりに、再帰性反射部１２２０は、部分反射部１２１０で反射された光束を再帰性反射する位置に配置しても良い。即ち、再帰性反射部１２２０は、図１１において、部分反射部１２１０の上方位置に配置しても良い。この場合には、表示器１１からの光束は、その一部が部分反射部１２１０で反射された後に、再帰性反射部１２２０で再帰性反射され、部分反射部１２１０を透過して、空中像３０を形成する。
第２の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を反射する複数の部分反射ミラー１２１２を有し、表示器１１から出射された光束を空中の結像位置に結像する部分反射部１２１０と、複数の部分反射ミラー１２１２を駆動して結像位置を移動させる駆動部１２１３とを有する。これにより、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、複数の部分反射ミラー１２１２は一面に表示器１１から出射された光束を反射する反射面を有するので、表示器１１の表示面（ＺＸ平面）とは異なる平面（ＸＹ平面）の空中に空中像３０を形成することができる。
また、第２の実施の形態では、複数の部分反射ミラー１２１２が配置され、表示器１１から出射された光束の方向に配置された設置部１２１１を有するので、空中像３０が形成される位置をＸＹ平面上で移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、複数の部分反射ミラー１２１２は設置部１２１１に配置する面（ＰＱ平面）に対して平行に配置されるので、空中像３０が形成される位置を、表示器１１の表示面に平行な面とは異なるＸＹ平面上で移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、複数の部分反射ミラー１２１２は、表示器１１から出射された光束を通過可能に構成されるので、光束を再帰性反射部１２２０に到達させて、反射光束を結像させることができる。
また、第２の実施の形態では、表示器１１からの光束を再帰反射する再帰性反射部１２２０を備えるので、反射光束を部分反射部１２１０に到達させて、空中像３０を移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、部分反射ミラー１２１２を駆動する駆動部１２１３を有するので、部分反射ミラー１２１２を駆動して、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
なお、駆動部１２１３が高速に駆動可能な構成を有している場合には、複数の部分反射ミラー１２１２を高速に駆動して、空中像３０が形成される位置を高速に移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、駆動部１２１３は、部分反射ミラー１２１２をＰＱ面、即ち設置部１２１０に対して傾斜させるので、再帰性反射部１２２０からの光の反射する方向を変化させ空中像３０を移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、駆動部１２１３は、部分反射ミラー１２１２を駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２で駆動させる。これにより、部分反射ミラー１２１２の表面を２方向に駆動させることができるので、空中像３０をＸ方向とＹ方向とに移動させることができる。
また、第２の実施の形態では、部分反射部１２１０は、部分反射ミラー１２１２を備えているので、部分反射ミラー１２１を傾斜させるだけで空中像３０の位置を移動することができる。そのため、空中像３０を移動させるための大掛かりな機構を必要とせず、光学系１２Ａの小型化が可能であり、表示装置１の全体の小型化に寄与する。
なお、第２の実施の形態においても、図６に示す第１の実施の形態の変形例１と同様に、光学系１２Ａの大きさを、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第２の実施の形態では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
（第２の実施の形態の変形例１）
第２の実施の形態の部分反射部１２１０は図１２に示す構造を有するものとして説明したが、この例に限定されない。図１４に変形例１における部分反射部１２１０の構造を示す。図１４（ａ）は部分反射ミラー１２１２の構造と駆動部１２１３の構造とを模式的に示す図であり、図１４（ｂ）、（ｄ）は部分反射ミラー１２１２と駆動部１２１３との配置の一例を模式的に示す分解斜視図である。変形例１においても部分反射部１２１０は複数の部分反射ミラー１２１２と駆動部１２１３を有するが、図１４においては、代表して１つの部分反射ミラー１２１２と駆動部１２１３とを示す。なお、図１４においては、部分反射部１２１０について、Ｐ軸、Ｑ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。すなわちＰＱ平面は部分反射部１２１０に平行な面であり、第２の実施の形態と同様に部分反射部１２１０はＺ方向に対して４５°傾いた場合を例に説明しているので、ＰＱ平面は、ＸＹ平面に対して４５°の傾きを有する。
図１４（ａ）に示すように、部分反射ミラー１２１２は、第１の実施の形態やその変形例１の第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１と同様に、微細な平板部材により構成される。部分反射ミラー１２１２は、平板部材のうちの一辺（第１辺１２１２ａ）を軸に駆動可能となるように、駆動部１２１３と接続される。図１４に示す例では、通常状態において、部分反射ミラー１２１２がＰＱ平面に平行になるように設けられ、駆動する際の軸である第１辺１２１２ａをＱ軸に平行になるように設けられた場合を示す。
駆動部１２１３は、第１の実施の形態において図４に示す第１駆動部４１２や第２駆動部４２２と同様に、たとえば公知のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）の技術に基づいた構成を有する。駆動部１２１３は、設置部１２１３ａと接続部１２１３ｂとアクチュエータ機構１２１３ｃとを有する。設置部１２１３ａに接続部１２１３ｂとアクチュエータ機構１２１３ｃとが設けられる。接続部１２１３ｂには、制御部２０の駆動制御部２１からの駆動信号、すなわち駆動用の電圧が印加されるための導線が接続される。この場合も、接続部１２１３ｂに接続される導線は、表示器１１からの光の進行を妨げることが無いように透明な部材により製造されたものを用いる。この場合、表示器１１からの光が屈折することを防ぐため、導線は空気に近い屈折率を有する材料により製造されたものであることが好ましい。
アクチュエータ機構１２１３ｃは、部分反射ミラー１２１２の第１辺１２１２ａと接続される。アクチュエータ機構１２１３ｃは、駆動制御部２１から印加された電圧による電界の作用で生じた静電力により駆動する。これにより、アクチュエータ機構１２１３ｃに接続された部分反射ミラー１２１２が第１辺１２１２ａにて、Ｐ軸の回りとＱ軸の回りにて傾斜駆動される。駆動部１２１３は静電力を用いて駆動するものに限定されず、電磁力や圧電効果等を用いるものでも良い。
上記の構成を備えることにより、駆動部１２１３は、印加される電圧の大きさに従って、例えば、部分反射ミラー１２１２を数Ｈｚ〜数ＧＨｚの駆動周波数で駆動させることができる。部分反射ミラー１２１２は、一辺１２１２ａにて回動可能に駆動部１２１３と接続されているので、動作状態時に、部分反射ミラー１２１２の各辺１２１２ｂ、１２１２ｃ、１２１２ｄが図１４（ｂ）の矢印ＡＲ２に示す方向に沿って変位する。この場合、駆動部１２１３に印加される電圧の大きさに応じて、図１４（ｃ）に示すように、部分反射ミラー１２１２をＱ軸に対して角度±θ１にて傾斜させる。角度θ１は、駆動部１２１３に印加される電圧の増加に伴って増大する。また、部分反射ミラー１２１２は動作状態時にＰ軸の回りに回動することにより、部分反射ミラー１２１２の各辺１２ｂ、１２１２ｃ、１２１２ｄが図１４（ｄ）の矢印ＡＲ３に示す方向に沿って変位する。この場合、駆動部１２１３に印加される電圧の大きさに応じて、図１４（ｅ）に示すように、部分反射ミラー１２１２をＰ軸に対して角度±θ２にて傾斜させる。
動作状態時に部分反射ミラー１２１２が駆動角度±θ１、±θ２で駆動することにより、部分反射ミラー１２１２の表面がＰＱ平面となす角度が変化する。これにより、図１４（ｂ）、（ｄ）に矢印ＡＲ１で示す方向に進む光は、部分反射ミラー１２１２の駆動角度±θ１、±θ２に応じて反射する方向が変化する。
また、駆動部１２１３の構成は、上述したＭＥＭＳの技術に基づいたものに限定されず、たとえば、印加された電圧を力に変換する圧電素子（ピエゾ素子）等を用いることができる。
従って、第２の実施の形態の変形例１では、第２の実施の形態と異なる構成を有する複数の部分反射ミラー１２１２を駆動して表示器１１から出射した光束が結像する位置を移動させるので、第２の実施の形態の場合と同様に、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、駆動部１２１１が高速に駆動可能なＭＥＭＳの構造を有している場合には、複数の部分反射ミラー１２１２を高速に駆動できるので、空中像３０が形成される位置を高速に移動させることができる。なお、駆動部１２１１がＭＥＭＳとは異なる構造にて高速に駆動可能な場合にも、複数の部分反射ミラー１２１２を高速に駆動して、空中像３０が形成される位置を高速に移動させることができる。
また、第２の実施の形態の変形例１においても、図６に示す第１の実施の形態の変形例１と同様に、光学系１２Ａの大きさを、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第２の実施の形態の変形例１では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
（第２の実施の形態の変形例２）
図１１に示す第２の実施の形態の光学系１２Ａは、部分反射部１２１０と再帰反射部１２２０とをそれぞれ別部材として有したが、第２の実施の形態の変形例２の光学系１２Ａでは、部分反射部１２１０と再帰性反射部１２２０とが一体部材として形成される。以下、第２の実施の形態とその変形例１と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第２の実施の形態とその変形例１にて説明した内容を適用することができる。
図１５に第２の実施の形態の変形例２における光学系１２Ａの一部におけるＺＸ平面での断面図を示す。図１５において、２次元状に配置された微細に部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…は、部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…をそれぞれＺ方向となす角度±φ３、Ｙ方向となす角度±φ４にて傾斜させるように駆動する微細な駆動部１２１３ａ、１２１３ｂ、１２１３ｃ…に接続されている。部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…と駆動部１２１３ａ、１２１３ｂ、１２１３ｃ…とには、第２の実施の形態の変形例１にて図１４に示す構造と同様の構造を適用することができる。各微細な部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１３ｃ…の背後には、対応する部分反射ミラーの近傍に微細な複数のコーナーキューブ１２２１ａ、１２２１ｂ、１２２１ｃ…が配置される。これらの複数のコーナーキューブ１２２１ａ、１２２１ｂ、１２２１ｃ…は、再帰性反射部１２２０を構成する。なお、図１５においては、図の複雑化を避けるために、部分反射ミラーと駆動部とコーナーキューブとは、極めて模式的に描かれている。
このように、第２の実施の形態の変形例２では、光学系１２Ａは、複数の部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…と、複数の微細な駆動部１２１３ａ、１２１３ｂ、１２１３ｃ…と、複数の微細なコーナーキューブ１２２１ａ、１２２１ｂ、１２２１ｃ…とが一体に構成されている。なお、再帰性反射部１２２０として、微細なコーナーキューブ１２２１ａ、１２２１ｂ、１２２１ｃ…の代わりに、複数の微小の球形のガラスビーズを表面に配置した微細な反射材を使用しても良い。
図１５に示すように、表示器１１の表示画素Ｐ１からの光束Ｌ１は、その一部が、たとえば部分反射ミラー１２１２ｂによって反射されて、コーナーキューブ１２２１ｂに入射し、コーナーキューブ１２２１ｂによって再帰性反射される。この再帰性反射された光束は、部分反射ミラー１２１２ｂを透過して、実像を形成する。
この状態から、駆動部１２１３ａ、１２１３ｂ、１２１３ｃ…が対応する部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…を駆動角度±φ３または±φ４だけ傾斜駆動させると実像がその駆動角度に応じてＸ方向またはＹ方向に移動する。
この第２の実施の形態の変形例２では、コーナーキューブ１２２１ａ、１２２１ｂ、１２２１ｃ…は、部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…で反射した光束を再帰性反射させた。その代わりに、コーナーキューブ１２２１ａ、１２２１ｂ、１２２１ｃ…は、部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ…を透過した光束を再帰性反射させるように配置しても良い。
第２の実施の形態の変形例２では、表示器１１から出射される光束を結像する再帰性反射部１２２０上に、複数の部分反射ミラー１２１２で構成され、表示器１１から出射される光束の方向を駆動部１２１３によって変化させる部分反射部１２１０を設置した。これにより、部分反射ミラー１２１２を傾斜させるだけで空中像３０の位置を移動することができる。そのため、空中像３０を移動させるための大掛かりな機構を必要とせず、光学系１２Ａの大型化を抑制し、表示装置１の小型化に寄与する。
また、第２の実施の形態の変形例２においても、図６に示す第１の実施の形態の変形例１と同様に、光学系１２Ａの大きさを、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第２の実施の形態の変形例２では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
なお、上述した変形例２では、部分反射ミラー１２１２を駆動角度±φ３または±φ４、または駆動角度±φ３および±φ４で駆動可能な構成を用いて説明したが、この例に限定されず部分反射ミラー１２１２を傾斜駆動しなくても良い。この場合、部分反射部１２１０は図１５に示す駆動部１２１３を備えず、部分反射ミラー１２１２の第１辺１２１２ａが再帰性反射部１２２０に直接取り付けられた構造であっても良い。
また、部分反射部１２１０が再帰性反射部１２２０に直接取り付けられるものに限定されず、部分反射部１２１０と再帰性反射部１２２０とが他の部材を介して間接的に取り付けられても良い。この場合、他の部材としては、たとえばアルミニウム等の熱吸収性を有する部材を設けることができる。これにより、部分反射ミラー１２１２を駆動させることにより発生する熱を除去することができる。
（第２の実施の形態の変形例３）
第２の実施の形態と、その変形例１および２では、光学系１２Ａが複数の微細な部分反射ミラー１２１２を有する部分反射部１２１０を有した。これに対して、変形例３では、部分反射部１２１０に代えて、複数の微細な偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳと呼ぶ）を有する偏光ビームスプリッター部（以下、ＰＢＳ部と呼ぶ）を設ける。以下、第２の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第２の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
図１６に変形例３における光学系１２ＡのＺＸ平面での断面図を示す。なお、図１６は通常状態の光学系１２Ａの断面を示す。光学系１２Ａは、再帰性反射部１２２０とＰＢＳ部１２３０と１／４位相板（以下、λ／４位相板と呼ぶ）１２４０とを有する。再帰性反射部１２２０は、第２の実施の形態およびその変形例１、２と同様の構造を有し、表示器１１から出射された光を結像させる、すなわち空中像３０を形成する機能を有する。ＰＢＳ部１２３０は、Ｚ方向に対して所定の角度（たとえば４５°）の傾きを有して配置され、空中像３０が形成される位置を移動させる機能を有する。
ＰＢＳ部１２３０は、設置部１２３１に設けられた複数の微細なＰＢＳ１２３２と、複数のＰＢＳ１２３２ごとに設けられＰＢＳ１２３２を駆動する駆動部１２３３とを有する。ＰＢＳ１２３２と駆動部１２３３とは、第２の実施の形態における部分反射ミラー１２１２および駆動部１２１３に適用可能な配置ピッチと同様の配置ピッチを適用して、設置部１２３１上に複数配置される。
ＰＢＳ１２３２は、表示器１１が液晶装置等によって構成された場合に、表示器１１から出射された特定方向に偏光された光を透過し、他の方向に偏光された光を反射する。駆動部１２３３は、制御部２０の駆動制御部２１の制御に従って、ＰＢＳ１２３２を駆動して、設置部１２２１に対するＰＢＳ１２３２の駆動角度±θ１および±θ２を変更する。
なお、図１６では、再帰性反射部１２２０とＰＢＳ部１２３０とλ／４位相板１２４０とそれぞれ独立した別部材として示しているが、ＰＢＳ部１２３０とλ／４位相板１２４０とを一体化して形成しても良い。
また、図１５に示す第２の実施の形態の変形例２で説明したように、一体化したＰＢＳ部１２３０とλ／４位相板１２４０とを、再帰性反射部１２２０に一体化するような構成であっても良い。
ＰＢＳ部１２３０の構造は、図１２に示す第２の実施の形態の部分反射部１２１０の構成と同様の構造を有する。すなわち、駆動部１２３３は４つの駆動部位を有し、一対の駆動部と、残りの一対の駆動部位とにより、ＰＢＳ１２３２をＱ軸またはＰ軸に対して角度±θ１または±θ２、またはＱ軸およびＰ軸に対して角度±θ１および±θ２で駆動させる。なお、駆動制御部２１から印加される電圧が増加すると、駆動角度θ１とθ２とも増加する。なお、図１４に示す第２の実施の形態の変形例１の構造を適用しても良い。
＜光学系１２Ａによる空中像３０の形成＞
図１６を参照して、変形例３の光学系１２Ａによる空中像３０の形成について説明する。以下、表示器１１を構成する複数の表示画素のうち、表示画素Ｐ１から出射した光束を用いて説明を行う。また、表示器１１からはＰ偏光の光が出射され、ＰＢＳ１２３２はＰ偏光の光を透過する場合を例に挙げる。
表示画素Ｐ１から出射したＰ偏光の光束は、ＰＢＳ１２３２を透過した後にλ／４位相板１２４０を透過して再帰性反射部１２２０によって再帰性反射する。再帰性反射された光束Ｌ１は、再びλ／４位相板１２４０を通過すると、Ｓ偏光の光束に変換されてＰＢＳ部１２３０に入射する。Ｓ偏光の光束は、ＰＢＳ部１２３０によって反射されて、実像Ｐ１１を形成する。表示器１１の表示画素Ｐ１以外の表示画素からのＰ偏光の光束も、表示画素Ｐ１からのＰ偏光の光束と同様にして、実像すなわち空中像３０を形成する。
動作状態の場合には、ＰＢＳ１２３２が駆動部１２３３によって駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２にて駆動することにより、ＰＢＳ１２３２とＺ方向とがなす角度が変更される。これによりＰＢＳ１２３２で反射されるＳ偏光の光束の方向が駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２に応じて変化する。これにより、ＰＢＳ１２３２の駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２に応じて通常状態のときに結像する位置から変位した位置で結像する。したがって、空中像３０は、駆動角度±θ１または±θ２に応じてＸ方向またはＹ方向に変位した位置、または駆動角度±θ１および±θ２に応じてＸ方向およびＹ方向に移動する。
なお、上述の説明では、表示器１１の表示画素からはＰ偏光の光束が出射するとしたが、表示器１１の表示画素から例えば楕円偏光の光束が出射される場合には、この表示器１１とＰＢＳ部１２３０との間に、λ／４位相板およびλ／２位相板と、または直線偏光子を挿入して、楕円偏光をＰ偏光に変換すれば良い。
第２の実施の形態の変形例３では、複数のＰＢＳ１２３２を駆動して表示器１１から出射した光束が結像する位置を移動させるので、第２の実施の形態の場合と同様に、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第２の実施の形態の変形例３では、ＰＢＳ１２３２とλ／４位相板１２４０とによって、光損失を理想的にはゼロにすることができるため、光利用効率を向上させることができる。また、再帰性反射部１２２０の光損失も小さいので、光学系１２Ａ全体として光利用効率を向上させることができる。
また、第２の実施の形態の変形例３においても、図６に示す第１の実施の形態の変形例１と同様に、光学系１２Ａの大きさを、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第２の実施の形態の変形例３では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
（第２の実施の形態の変形例４）
第２の実施の形態と、その変形例１および２では、光学系１２Ａは複数の微細な部分反射ミラー１２１２を有する部分反射部１２１０を有し、変形例３では光学系１２Ａは複数の微細なＰＢＳ１２３２を有した。これに対して、変形例４では、光学系１２Ａは、複数の微細なシャッターを有するシャッター部を有する。以下、第２の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第２の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
図１７に第２の実施の形態の変形例４における光学系１２ＡのＺＸ平面での断面図を示す。なお、図１７は通常状態の光学系１２Ａの断面を示す。光学系１２Ａは、再帰性反射部１２２０とシャッター部１２５０とを有する。再帰性反射部１２２０は、第２の実施の形態およびその変形例１〜３と同様の構造を有し、空中像３０を形成する機能を有する。シャッター部１２５０は、Ｚ方向に対して所定の角度（たとえば４５°）の傾きを有して配置され、空中像３０が形成される位置を移動する機能を有する。
シャッター部１２５０は、設置部１２５１に設けられた複数の微細なシャッター１２５２と、複数のシャッター１２５２ごとに設けられシャッター１２５２を駆動する駆動部１２５３とを有する。シャッター１２５２と駆動部１２５３とは、第２の実施の形態における部分反射ミラー１２１２および駆動部１２１３に適用可能な配置ピッチと同様の配置ピッチを適用して、複数配置される。
シャッター１２５２は、たとえばＭＥＭＳの技術に基づいた構造を有する。微細なシャッター１２５２は、シャッター開放の時入射光束を透過させ、シャッター閉成の時、入射光束を遮光する。また、微細なシャッター１２５２は、再帰性反射部１２２０側の面に、光を反射する反射膜がコーティングされており、シャッター閉ざされている時に、再帰性反射部１２２０によって再帰性反射された光束を反射する。シャッター１２５２は、制御部２０からの駆動信号に従って、短い時間間隔で開閉動作が繰り返し行われる。
シャッター部１２５０の構造は、図１１に示す第２の実施の形態の部分反射部１２１０の構造と同様の構造を有する。すなわち、駆動部１２５３は４つの駆動部位を有し、一対の駆動部と、残りの一対の駆動部位とにより、シャッター１２５２をＱ軸およびＰ軸に対して角度±θ１および±θ２で駆動させる。なお、駆動制御部２１から印加される電圧が増加すると、駆動角度θ１、θ２も増加する。
なお、図１４に示す第２の実施の形態の変形例１の構造を適用しても良い。
＜光学系１２Ａによる空中像３０の形成＞
図１７を参照して、変形例４の光学系１２Ａによる空中像３０の形成について説明する。以下、表示器１１を構成する複数の表示画素のうち、表示画素Ｐ１から出射した光の光路を用いて説明を行う。
表示器１１の表示画素Ｐ１から出射した光束Ｌ１は、シャッター部１２５０に入射し、開放状態のシャッター１２５２の開口を通過して再帰性反射部１２２０にて再帰性反射される。再帰性反射された光束は、シャッター部１２５０に入射する。このシャッター部１２５０に入射した光束は、シャッター１２５２が閉ざされている時に、シャッター１２５２の反射膜によって反射されて、実像Ｐ１１を形成する。
表示器１１の表示画素Ｐ１以外の表示画素からの光束も、表示画素Ｐ１からの光束と同様にして、実像すなわち空中像３０を形成する。この空中像３０は、シャッター部１２５０の反射膜に関して表示器１１に表示された画像と共役な位置に形成される。
動作状態の場合には、シャッター１２５２が駆動部１２５３によって駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２にて駆動することにより、シャッター１２５２の反射膜とＺ方向とがなす角が変更される。これによりシャッター１２５２の反射膜で反射される光束の方向が駆動角度±θ１または±θ２、または駆動角度±θ１および±θ２に応じて変化する。したがって、表示器１１に表示された画像の空中像３０は、シャッター１２５２の反射膜の駆動角度±θ１または±θ２に応じてＸ方向またはＹ方向に移動し、駆動角度±θ１および±θ２に応じてＸ方向およびＹ方向に移動する。
第２の実施の形態の変形例４では、複数のシャッター１２５２を駆動角度で駆動することにより、シャッター１２５２が閉ざされている時に反射膜で反射される光束の方向を移動させる。これにより、第２の実施の形態とその変形例１〜３の場合と同様に、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第２の実施の形態の変形例４では、ＭＥＭＳ構造のシャッター１２５２のように製造が比較的容易な部材を用いて、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第２の実施の形態の変形例４においても、図６に示す第１の実施の形態の変形例１と同様に、光学系１２Ａの大きさを、表示器１１の表示面よりも大きくしても良い。この場合、第２の実施の形態の変形例３では、ユーザは空中像３０の全体を同時に視認することができる。
上述した第２の実施の形態とその変形例１〜４では、図１１、図１３、図１５、図１６、図１７等に示すように、表示器１１と光学系１２ＡとのＸ方向の距離は、表示器１１と光学系１２Ａとが設けられた表示装置１の大きさに依存するものとなる。これに対して、表示器１１と光学系１２Ａとを、例えば別体とすることにより、表示器１１と光学系１２Ａとの距離、即ちＸ方向の距離を離しても良い。例えば、室内の机等に表示器１１を載置し、光学系１２Ａを壁等に取り付けることにより、表示器１１と光学系１２Ａとの距離を離すことができる。この場合、表示器１１から出射した光束は大きく広がって光学系１２Ａに入射して、第２の実施の形態とその変形例１〜４にて説明したようにして、空中像３０が形成される。
上記の構成により、第２の実施の形態とその変形例１〜４では、表示器１１に表示した画像よりも大きな空中像３０を形成することができる。
−第３の実施の形態−
第１の実施の形態とその変形例１〜４、第２の実施の形態とその変形例１〜４では、表示器１１と共役な位置に等倍の空中像３０を形成するための構成について説明した。本実施の形態では、結像光学系１２や光学系１２Ａに対して離れた位置に拡大した空中像３０の形成させるための構成について説明する。なお、以下の説明では、図３に示す第１の実施の形態で説明した結像光学系１２に適用する例に挙げて説明するが、第１の実施の形態の変形例１〜４の結像光学系１２（図６〜図１０参照）や、第２の実施の形態とその変形例１〜４の光学系１２Ａ（図１１〜図１７参照）を用いる表示装置１についても適用することができる。
図１８は、第３の実施の形態における、表示器１１と結像光学系１２と光学系１３との配置を模式的に示すＺＸ平面の断面図である。表示器１１と結像光学系１２とについては、第１の実施の形態と同一である。光学系１３は、表示器１１と結像光学系１２との間の光路上に配置される。光学系１３は、たとえばフレネルレンズ等の凸レンズである。表示器１１から光学系１３までのＺ方向に沿った距離は、光学系１３の焦点距離以下である。光学系１３と表示器１１とがこの位置関係を有することにより、表示器１１に表示される画像の虚像Ｖが表示器１１の後ろ（Ｚ方向−側）に形成される。
この虚像Ｖは、表示器１１の画像よりも拡大されている。この拡大された虚像Ｖは、結像光学系１２によって表示器１１の前方側（Ｚ方向＋側）に実像として結像される。こうして、結像光学系１２によって実像として形成された空中像３０の位置は、結像光学系１２に関して虚像Ｖの位置と対称な位置である。即ち、空中像３０と結像光学系１２との距離は、虚像Ｖと結像光学系１２との距離に等しい。また、空中像３０の大きさは、虚像Ｖの大きさと等しいので、表示器１１の画像よりも拡大されている。
なお、虚像Ｖの位置および大きさは、表示器１１と光学系１３との間の距離に依存するので、表示器１１と光学系１３との間の距離を適宜設定することにより、虚像Ｖと結像光学系１２との距離を調節することができる。すなわち、表示器１１と光学系１３との間の距離を調節することにより、ユーザが所望する距離に所望の大きさの空中像３０を形成させることができる。これにより、表示器１１と結像光学系１２との間の距離を変えることなく、光学系１３の配置位置を調節することにより空中像３０を形成するＺ方向の位置を変更することができる。すなわち、表示装置１の全体を大型化することなく、結像光学系１２からＺ方向に離れた位置に空中像３０を形成させることができる。
ただし、図６を用いて上述したように、結像光学系１２よりも虚像Ｖが大きい場合には、ユーザは空中像３０の全体を視認することができなくなる。したがって、虚像Ｖが結像光学系１２よりも小さくなるように虚像Ｖの倍率を決定しても良い。
第３の実施の形態では、表示器１１と結像光学系１２との間に、表示器１１に表示される画像の倍率を大きくする光学系１３を備えるので、表示器１１と結像光学系１２との間の距離を大きくする必要がなく、表示装置１の小型化に寄与する。
また、第３の実施の形態では、光学系１３は、表示器１１から出射された光束の虚像Ｖを表示し、結像光学系１２は虚像Ｖを空中に結像させる。これにより、表示装置１の大きさを変えることなく、結像光学系１２からＺ方向に離れた位置に、表示器１１に表示された画像に対応する空中像３０を形成することが可能になる。
また、第３の実施の形態では、虚像Ｖの大きさを表示器１１よりも大きくできるので、表示器１１に表示される画像よりも大きな空中像３０を形成することができる。
また、第３の実施の形態では、光学系１３としてフレネルレンズを用いていることにより、Ｚ方向に薄型の表示装置１にすることができる。なお、光学系１３は回折格子、液晶ホログラム、液晶レンズ等により構成されても良い。なお、液晶レンズであれば、液晶の屈折率分布を制御部２０によって制御することにより、Ｚ方向に対する結像位置を変化させることができる。
−第４の実施の形態−
図面を参照しながら、第４の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第４の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限られず、上述した第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
第４の実施の形態では、ユーザが表示装置１を観察する位置に基づいて、空中像３０を形成する位置を決定し、決定した位置に空中像３０を形成するものである。
図１９は、第４の実施の形態の表示装置１の外観斜視図である。第４の実施の形態の表示装置１は、撮像装置（たとえばデジタルカメラ）５を備え、この撮像装置５は表示装置１の上面（Ｚ方向＋側の面）に配置される。また、表示装置１は、図３に示す第１の実施の形態と同様の結像光学系１２を有する。その他は図１に示す第１の実施の形態の表示装置１と同様である。なお、表示装置１は、図１１（ａ）、図１５、図１６、図１７に示す第２の実施の形態とその変形例１〜４で説明した光学系１２Ａを有しても良い。また、表示装置１は、図１８に示す第３の実施の形態と同様の光学系１３を備えても良い。
撮像装置５は、表示装置１を観察するユーザを撮像する。そのため、撮像装置５に装着するレンズとしては、表示装置１の周囲を広い範囲で撮像可能とするために広角レンズであることが好ましく、魚眼レンズであってもよい。また、複数（たとえば、２個）の撮像装置５を設けることにより、それぞれの撮像装置５の撮像範囲を繋ぎあわせて表示装置１の周囲を広範囲で撮像しても良い。また、複数の撮像装置５によって、撮像可能な範囲に配置された各物体の３次元的な位置の情報（物体までの距離情報）を示すデプスマップを取得しても良い。また、測距センサである赤外線照射装置等を備え、撮像装置５によって撮像可能な位置に配置された各物体の距離情報を取得しても良い。
図２０は第４の実施の形態の表示装置１の主要部の構成を示すブロック図である。制御部２０は、撮像装置５により撮像された撮像データを解析して表示装置１を観察するユーザを検出する検出部２５と、検出部２５の検出結果に基づいて空中像３０を形成する位置を決定する決定部２６とを備える。他の構成は図２の第１の実施の形態のブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、結像光学系１２と、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と決定部２６とを備える。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部と、検出用の制御部との３つを有しても良い。この場合、制御部２０では、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、光学部用の制御部は結像光学系１２と一体化させ、検出部２５を撮像装置５の内容に格納しても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と結像光学系１２と検出部２５とを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、結像光学系１２と一体化させても良い。
検出部２５は、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、公知の被写体検出処理等を行って、撮像データ上から人物、すなわち表示装置１を観察するユーザを検出する。検出部２５は、撮像データ上での人物の位置に基づいて、表示装置１に対するユーザの実際の位置を検出する。決定部２６は、検出部２５により検出されたユーザの実際の位置に基づいて、空中像３０を形成させる位置を決定する。たとえば、ユーザが表示装置１のＸ方向＋側に位置する場合には、決定部２６は、空中像３０をよりユーザの近い位置に形成させるために、空中像３０が形成される方向を表示装置１の中心からＸ方向＋側とする。
なお、ユーザと表示装置１との位置関係に基づいて空中像３０を形成する方向を決定するものに限定されず、ユーザの視線の方向に空中像３０を形成しても良い。この場合、検出部２５は、撮像データ上で検出された人物の顔の方向を検出して視線の方向を検出する。たとえば、ユーザが表示装置１のＸ方向＋側に位置してＹ方向＋側に顔を向けている場合には、決定部２６は、空中像３０が形成される方向を表示装置１の中心からＹ方向＋側とする。
決定部２６は、空中像３０を表示装置１の中心からどの程度離れた位置に形成させるか、すなわち空中像３０の移動量を決定する。この場合、決定部２６は、検出されたユーザが表示装置１から離れているほど移動量を大きくする。ユーザと表示装置１との間の距離は、撮像データ上で検出された人物の大きさに基づいて算出すれば良い。または、複数の撮像装置５によって取得したデプスマップや、測距センサによって取得した距離情報を利用しても良い。距離と移動量との関係の一例として、ユーザと表示装置１との間の距離がＸ方向＋側に５０ｃｍの場合には、表示装置１の表示器１１のＸ方向の長さの１０％を、空中像３０のＸ方向＋側への移動量とするものが挙げられる。ユーザと表示装置１との間の距離と空中像３０の位置、すなわち表示器１１の中心からの移動量とは、予め試験等を行って得られた結果に基づいて関連付けされたデータとして記憶部９に記憶される。決定部２６は、移動量を算出する際に、記憶部９に記憶されたデータを参照する。
駆動制御部２１は、決定部２６によって決定された空中像３０の形成方向と表示装置１の中心からの移動量とに基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１と第２駆動ミラー４２１の駆動角度θ２とを算出する。駆動制御部２１は、算出した駆動角度θ１、θ２にて第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とを駆動させるために、第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とに電圧の印加を行う。この結果、空中像３０は、ユーザが表示装置１を観察する位置に基づいて、駆動角度θ１、θ２に応じて移動した位置に形成される。
なお、撮像装置５によって所定の周期ごとに生成された撮像データのそれぞれに対して制御部２０が上記の処理を行うことにより、ユーザが表示装置１の周囲を移動する場合であっても、ユーザの移動に応じて空中像３０を移動させて形成することができる。なお、所定の周期ごとに生成された撮像データのそれぞれに対して上記の処理をするものではなく、所定回数の撮像データが生成されるごとに制御部２０が上記の処理を行っても良い。
なお、上述した説明では、ユーザと表示装置１との間の距離と移動量が記憶部９に記憶されているものとしたが、ユーザと表示装置１との間の距離と、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１および第２結像ミラー４２１の駆動角度±θ２とが関連付けされたデータとして記憶部９に記憶されても良い。この場合、駆動制御部２１は、駆動角度±θ１や±θ２を算出する際に、検出された距離に基づいてデータを参照すれば良い。
または、ユーザと表示装置１との間の距離と、第１駆動部４１２への印加電圧および第２駆動部４２２への印加電圧とが関連付けされたデータとして記憶部９に記憶されても良い。この場合、駆動制御部２１は、検出された距離に基づいてデータを参照して、印加する電圧を決定すれば良い。
また、上述したデータを表示装置１が備える記憶部９に記憶するものとしたが、これに限定されず、表示装置１の外部の記憶装置に記憶しても良い。表示装置１と外部の記憶装置との間は有線または無線により直接的に、またはネットワーク等を介して間接的に接続されて、各種の情報やデータの送受信を行う。
図２１のフローチャートを参照して、第４の実施の形態の表示装置１による空中像３０を形成するための動作について説明する。図２１に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１では、撮像装置５に撮像データを生成させてステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、制御部２０の検出部２５は、生成された撮像データ上から表示装置１を観察するユーザの有無を検出する処理を行って、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、ステップＳ２にてユーザが検出されたか否かを判定する。ユーザが検出された場合には、ステップＳ３が肯定判定されてステップＳ４へ進む。ユーザが検出されない場合には、ステップＳ３が否定判定されてステップＳ１へ戻る。
ステップＳ４では、制御部２０の決定部２６は、撮像データ上で検出されたユーザの位置に基づいて、空中像３０を形成される位置を決定し、空中像３０の移動量を算出してステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、制御部２０の駆動制御部２１は、算出された移動量に基づいて、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の駆動角度を算出し、傾斜駆動させてステップＳ６へ進む。これにより、空中像３０が、検出されたユーザの位置に応じて移動した位置に形成される。ステップＳ６では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ６が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ６が否定判定されてステップＳ１へ戻る。
なお、第４の実施の形態では、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて表示装置１を観察するユーザを検出する構成としたが、この例に限定されない。たとえば、表示装置１の表面に複数の操作ボタンを設け、ユーザが何れかの操作ボタンを操作すると、制御部２０はその操作ボタンが操作された位置にユーザが存在すると判断し、ユーザの存在する方向に空中像３０を形成しても良い。または、表示装置１はマイク等の集音装置を備え、集音装置によって集音された音声データに基づいて、制御部２０は人物の話し声がする方向にユーザが存在すると判断し、空中像３０をその方向に形成させても良い。
第４の実施の形態では、駆動制御部２１は、ユーザの位置またはユーザの視線方向に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１および第２結像ミラー４２１の駆動角度±θ２の少なくとも一方を決定する。これにより、ユーザが視認し易い位置に空中像３０を形成することができる。
（第４の実施の形態の変形例１）
第４の実施の形態においては、表示装置１を観察するユーザの位置に基づいて空中像３０を移動させるものであった。これに対して、第４の実施の形態の変形例１の表示装置１は、ユーザが所定のジェスチャーを行った場合、そのジェスチャーに従って空中像３０を移動させる。以下、第４の実施の形態と相違する点を主に詳細に説明を行う。特に説明を行わない点については、第４の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
第４の実施の形態の変形例１の表示装置１は、図１９、図２０に示す第４の実施の形態と同様の構成を有する。即ち、表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、結像光学系１２と、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と決定部２６とを備える。検出部２５は、撮像装置５により生成された複数の撮像データを用いて、ユーザにより行われたジェスチャーを検出する。決定部２６は、検出されたジェスチャーに基づいて、空中像３０の移動方向や移動量を決定する。
表示装置１により形成された空中像３０を視認しているユーザが、空中像３０の位置を移動させたい場合には、予め決められた特定のジェスチャーを行う。予め決められた特定のジャスチャーとして、例えば、ユーザが視認している空中像３０の位置を右側（例えばＸ方向＋側）に移動させたい場合に、ユーザが手や腕を右方向（例えばＸ方向＋側）に振る動作や、ユーザが表示装置１の方向に向けて指や手を押し込んでから一定方向（Ｘ方向＋側）にはじくように移動するフリック動作や、指や手を一定方向（Ｘ方向＋側）になぞるように移動するスワイプ動作等がある。また、ユーザが視認している空中像３０を手前側（たとえばＹ方向＋側）に移動させたい場合に、ユーザが前に突き出した腕を手前に引くような動作や、手招きするような動作等がある。
検出部２５は、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、撮像データ上でユーザが上記のジェスチャーを行ったか否かを検出する。検出部２５によりジェスチャーが行われたことが検出されると、決定部２６は、空中像３０を移動させる方向と移動量を決定する。この場合、決定部２６は、ユーザが手や腕を右方向（Ｘ方向＋側）に振るジェスチャーをした場合に、ユーザの手や腕が移動したＸ方向＋側を、空中像３０を移動させる方向として決定する。決定部２６は、空中像３０の移動量をジェスチャーの際に手や腕が移動した量に従って決定する。即ち、決定部２６は、ユーザが手や腕を振ったときの手や腕の移動量が小さい場合は空中像３０の移動量を小さくし、手や腕の移動量が大きい場合には空中像３０の移動量を大きくする。または、決定部２６は、空中像３０が形成されている位置から予め決められた移動量だけ離れた位置に移動させても良い。即ち、ユーザが行ったジェスチャーの大きさに拘わらず、空中像３０は一定の移動量で移動する。この場合、ユーザの所望する位置まで空中像３０が移動されない場合には、空中像３０が所望の位置に移動するまで、ユーザが同様のジャスチャーを繰り返し行う。
駆動制御部２１は、決定部２６によって決定された空中像３０の移動方向と移動量とに基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１および第２駆動ミラー４２１の駆動角度θ２の少なくとも一方を算出し、第１駆動部４１２および第２駆動部４２２の少なくとも一方に電圧の印加を行う。この結果、空中像３０は、ユーザが行うジェスチャーに基づいて、第１結像ミラー４１１の傾斜駆動および第２結像ミラー４２１の傾斜駆動の少なくとも一方に応じて移動した位置に形成される。
また、ジェスチャーとして、ユーザが、最初に、あたかも手で空中像３０をつかみ、次に、つかんだ空中像３０をユーザが所望する位置に移動し、最後に、つかんだ空中像３０を移動したい領域にて離す、という動作がある。この場合、決定部２６は、つかんだ空中像３０を離すジェスチャーが行われた位置を、空中像３０の新たな形成位置、即ち移動後の空中像３０の位置として決定する。なお、決定部２６は、つかんだ空中像３０を離すジェスチャーが行われた位置よりも移動方向に沿って所定距離だけ手前の位置や、所定距離だけ移動方向に沿って進んだ位置を、空中像３０の新たな形成位置として決定しても良い。また、つかんだ空中像３０を離すジェスチャーが行われた位置に拘わらず、空中像３０が形成されている位置から予め決められた移動量だけ移動させても良い。
第４の実施の形態の変形例１の表示装置１による空中像３０を移動させるための動作について説明する。以下の説明では、第４の実施の形態にて説明した図２１のフローチャートに示す処理との相違点を主に説明を行う。制御部２０の検出部２５は、図２１のステップＳ２（撮像データを用いてユーザ検出）に代えて、ステップＳ１にて撮像装置５により生成された撮像データを用いてユーザにより行われた動作、例えば手や腕の移動する方向や移動量等を検出する。この場合、検出部２５は、撮像装置５により生成された複数の撮像データを用いて、ユーザにより行われた動作を検出する。制御部２０は、図２１のステップＳ３（ユーザの検出判定）に代えて、検出部２５により検出された動作が所定のジェスチャーであるか否かを判定する。所定のジェスチャーである場合には、制御部２０は、図２１のステップＳ４（空中像の移動量算出）〜ステップＳ６（終了判定）の各処理と同様の処理を行う。所定のジェスチャーではない場合には、制御部２０は、図２１のステップＳ１に戻って処理を実行する。
第４の実施の形態の変形例１では、検出部２５によって検出された、ユーザが行ったジェスチャーに基づいて、決定部２６は空中像３０の位置を決定する。これにより、ユーザが所望する位置に空中像３０を形成させることができる。
なお、ユーザが上記のようなジェスチャーによる空中像３０を移動させる場合に、空中像３０に対して所定の距離となる位置まで接近していないときには、検出部２５はユーザが行った動作をジェスチャーとして検出しないようにしても良い。所定の距離としては、例えば、成人が腕を伸ばすと空中像３０の位置に到達する距離、即ち空中像３０が形成されている位置から３０ｃｍ〜４０ｃｍ程度等に設定しても良いし、ユーザが成人か子供かに応じて距離を変動させても良い。この場合、検出部２５は、撮像装置５により生成された撮像データ上で検出した人物の大きさに基づいて、ユーザが空中像３０から所定の距離内に存在するか否かを判定すれば良い。ユーザが所定の距離内に存在しない場合には、検出器２５は、ユーザがどのような動作を行ったとしてもジェスチャーとして検出しない。
または、ユーザが空中像３０の形成されている位置付近に指や手を位置させることにより、あたかも空中像３０にタッチ（触れる）するような動作を行った場合に、空中像３０の位置を移動させることが可能になるようにしても良い。即ち、ユーザが空中像３０をタッチするような動作の後に、ジェスチャーを行うことにより、空中像３０を所望する位置に移動させるようにしても良い。この場合、検出部２５は、撮像装置５により生成された撮像データからユーザが空中像３０にタッチする動作を行ったことを検出しても良い。または、表示装置１が、例えば、公知の透明静電容量式パネル（以下、静電容量パネルと記載）等によって構成され操作検出器を有する場合には、静電容量パネルからの検出信号に基づいて、ユーザの指や手の位置が空中像３０の形成位置の近傍にあることを検出しても良い。
このようにすることで、第４の実施の形態の変形例１では、ユーザが空中像３０を移動させるためとは異なる目的で行った動作を、所定のジェスチャーと誤認して、ユーザが所望していないにも拘わらず空中像３０が移動してしまうことを防止できる。
また、ユーザが空中像３０を移動させるために上述したような所定のジェスチャーを行った後、ユーザが体の前で腕や指をクロスさせ「×」を作るジェスチャーを行ったことが検出部２５により検出されたときに、空中像３０の移動をキャンセルし、当初の位置に形成させ続けても良い。
なお、以上の第４の実施の形態とその変形例１では、ユーザの位置やジェスチャーに基づいて、形成されている空中像３０の位置を移動させるものであったが、ユーザの位置やジェスチャーに基づいて、空中像３０の形成を開始させるものであっても良い。例えば、表示装置１をデジタルサイネージ等に組み込んだ場合に、ユーザが表示装置１に対して所定の位置、例えば５０ｃｍ離れた位置で立ち止まった場合に、空中像３０の形成を開始すれば良い。なお、上記の所定の位置は、表示装置１が設けられた場所等の環境に応じて異ならせると良い。また、表示装置１の前でユーザが、例えば体の前で手を振る等のジェスチャーを行った場合に空中像３０の形成を開始すれば良い。
また、検出部２５によって、撮像装置５により生成された撮像データからユーザが空中像３０にタッチする動作を行ったことを検出した場合、ユーザの操作に基づいて、制御部２０は表示器１１の表示を制御してもよい。一例としては、表示器１１に動画再生用のボタンの画像が表示され、空中にボタンの画像の空中像３０が表示されているとする。このような場合、ユーザが空中に表示されたボタンの画像をタッチするような操作を検出部２５によって検出した場合、ボタンの画像に対応する動画を再生するような制御を行う。このような制御を、制御部２０は行っても良い。なお、表示器１１に表示するボタンの画像は一例であり、適宜変更してもよい。
なお、撮像装置５により生成された撮像データからユーザが空中像３０にタッチする動作を行ったか否かの判断については、例えば、ユーザの手の位置が空中像３０が表示された位置とほぼ同じ場合に、空中像３０にタッチしたと制御部２０は判断してよい。
上記の限らず、ユーザの手の位置が空中像３０から±５ｃｍ以内であった場合に、同様に空中像３０にタッチしたと制御部２０は判断してもよい。この±５ｃｍは適宜変更してもよく、空中像３０付近での操作に限定したい場合には、±５ｃｍの幅よりも狭くしても良い。逆に、広い範囲で空中像３０を操作させたい場合には、±５ｃｍの幅より広くしても良い。
−第５の実施の形態−
図面を参照しながら、第５の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第５の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述の第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
第１の実施の形態とその変形例１〜４（図１〜図１０参照）や、第２の実施の形態とその変形例１〜４（図１１〜図１７参照）や、第３の実施の形態（図１８参照）や、第４の実施の形態とその変形例１（図１９〜図２１参照）では、結像光学系１２や光学系１２Ａにより、空中像３０が形成される位置をＸＹ平面で移動させる例について説明した。第５の実施の形態の表示装置１は、結像光学系１２の結像ミラーを傾斜させて空中像３０を表示器１１の位置と対称な位置からずれた位置に形成する場合に実像が不鮮明になることを防止するものである。なお、本明細書においては、一例として、表示器１１の表示画素のピッチよりも粗い実像が形成された場合に、その実像を不鮮明な実像と呼ぶこととする。
以下では、本実施の形態の具体的な構成を説明する前に、結像ミラーの傾斜と実像との関係について説明を行う。
＜結像ミラーの傾斜と実像との関係＞
図２２（ａ）は、結像光学系１２に傾斜駆動可能な第１結像ミラー４１１を動作状態として空中像３０を移動した場合に、空中像３０が不鮮明になることを模式的に説明する図である。図２２（ａ）において、複数の第１結像ミラー４１１が傾斜角度−θだけ傾けて設けられていると、表示器１１の表示画素Ｐ１からの光束のうち、表示画素Ｐ１に相対的に近い位置にある第１結像ミラー４１１で反射した光束は、理想的には実像Ｐ１１に集光する。しかし、表示画素Ｐ１から相対的に離れた遠い位置にある第１結像ミラー４１１で反射した光束Ｌは、実像Ｐ１１の位置に集光せず、ずれてしまう。即ち、第１結像ミラー４１１を傾けることによって収差が発生し、結像しない。また、複数の第１結像ミラー４１１の傾斜角度−θの大きさが増加するほど、収差が増大する。これによって、実像Ｐ１１の鮮明度が低下する。
図２２（ｂ）は、表示器１１の表示画素Ｐ１から出射した複数の光束（以下、光束群ＬＧ１）を説明する図である。なお、図２２（ｂ）では、光束群ＬＧ１を主に示すことを目的として、第１光学部４１と第２光学部４２とを簡略化して示す。表示器１１の表示画素Ｐ１から出射した光束群ＬＧ１は、第１光学部４１と第２光学部４２とにより反射され、光束群ＬＧ１１となる。しかし、結像が見込まれる範囲Ｐ１２において、光束群ＬＧ１１は幅を有する光束であり、不鮮明な実像を形成する。これは、第１結像ミラー４１１が角度−θで傾いて配置されているためである。以下にその理由を説明する。
図２３を用いて第１結像ミラー４１１の傾きと実像の結像との関係を説明する。図２３は、表示器１１の表示画素Ｐ１と第１結像ミラー４１１と実像の結像位置との概念をＺＸ平面での断面を用いて模式的に示す図である。図２３（ａ）は第１結像ミラー４１１が角度−θ４で傾いて配置された例を示す断面図である。表示器１１の表示画素Ｐ１からの複数の光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…のうち、光束Ｌ１が第１結像ミラー４１１ａに入射して反射され、光束Ｌ２が第１結像ミラー４１１ｂに入射して反射され、光束Ｌ３が第１結像ミラー４１１ｃに入射して反射され、光束Ｌ４が第１結像ミラー４１１ｄに入射して反射される。
このとき、光束Ｌ１の入射位置において第１結像ミラー４１１ａに立てた法線ＶＬ１と、光束Ｌ２の入射位置において第１結像ミラー４１１ｂに立てた法線ＶＬ２と、光束Ｌ３の入射位置において第１結像ミラー４１１ｃに立てた法線ＶＬ３と、光束Ｌ４の入射位置において第１結像ミラー４１１ｄに立てた法線ＶＬ４とは、図２３（ａ）に示すように、互いに一致せず、互いに平行になる。このため、第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄにて反射された光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は一点で交わらない。
ここで、第１結像ミラー４１１が角度−θ４で傾いている状態で表示画素Ｐ１からの光束を結像させる方法として、各光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…の入射位置における第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄ…に立てた法線ＶＬを一致させる方法がある。図２３（ｂ）に示すように、それぞれの第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄ…をＺ方向に沿って異なる移動量で移動させることができれば、それぞれの垂線ＶＬを一致させることができる。この状態では、表示画素Ｐ１から出射された光束は実像Ｐ１１位置で一致するので、収差の発生を低減させることができる。即ち、鮮明な実像が形成させることができる。
しかし、第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄ…をＺ方向に沿って移動させるために、Ｚ方向に対して厚みが生じてしまう。
本実施の形態の表示装置１では、図２３に示す第１結像ミラーの角度と実像との関係に基づいて、収差の発生を低減して鮮明な実像を形成するように構成された光学系を有するものである。
なお、本明細書では、収差が少しでも低減されると鮮明な実像が形成されるものとして説明を行う。
＜第５の実施の形態の表示装置１の構成＞
第５の実施の形態の表示装置１は、図１に示した表示装置１の結像光学系１２とは異なる光学系１２Ｂを有する。
図２４（ａ）は、第５の実施の形態の光学系１２Ｂの構成を模式的に示すＺＸ平面に平行な面での断面図である。なお、図２４（ａ）は光学系１２Ｂの一部の範囲を代表して表す図である。光学系１２Ｂは、第１の実施の形態の結像光学系１２（図３参照）とは、第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とを備えず、補助光学部材１４を備える点で異なる。また、図２４（ａ）では、第１筐体４１０の上部（Ｚ方向＋側）に第２筐体４２０を配置した例を示すが、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。
光学系１２Ｂの第１結像ミラー４１１は、反射面がＸ方向を向き、かつＺ方向に対して所定の角度−θ４だけ傾けた状態で第１筐体４１０に配置される。第２結像ミラー４２１は、反射面がＹ方向を向き、かつＺ方向に対して傾きを持たない直立状態で第２筐体４２０に配置される。すなわち、光学系１２Ｂの第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とは、表示器１１上における表示画像のＸ座標とは異なるＸ座標の位置に空中像３０を形成する。図２４（ａ）に示す例では、第１結像ミラー４１１は、図の紙面に対して時計回りにＺ方向と角度−θ４をなすように配置されている。このため、既に第１の実施の形態とその変形例にて説明したように、空中像３０は表示器１１に対してＸ方向＋側に角度−θ４に応じた量だけ移動した位置に形成される。
補助光学部材１４は、第１光学部４１の第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に配置される。補助光学部材１４は、表示器１１の表示画素から出射された複数の光束が複数の第１結像ミラー４１１にそれぞれ入射する前に、偏向させる偏向光学部材である。補助光学部材１４は、表示器１１の表示画素から出射されて複数の第１結像ミラー４１１に向かう複数の光束の進行方向をそれぞれ偏向する。なお、補助光学部材１４は、第２光学部４２の第２筐体４２０の上部（Ｚ方向＋側）に配置されても良い。この場合、補助光学部材１４は、第２結像ミラー４２１で反射された光束を偏向するための偏向光学部材である。補助光学部材１４についての詳細は、説明を後述する。
図２４（ｂ）は、本実施の形態の表示装置１の主要部の構成を示すブロック図である。上述したように、光学部１２Ｂは第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とを備えていないので、本実施の形態の表示装置１は、図２に示す第１の実施の形態におけるブロック図と異なり、駆動制御部２１を有していない。他の構成については第１の実施の形態のブロック図と同様に表される。即ち、本実施の形態の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学部１２Ｂと、記憶部９とを備え、制御部２０は、表示生成部２２と表示制御部２３とを備える。
なお、制御部２０は、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ｂと一体化させても良い。
＜補助光学部材１４について＞
図２４（ａ）に示すように、補助光学部材１４は、たとえば、ＺＸ平面での断面が三角形となるプリズムである。なお、補助光学部材１４として用いるプリズムのＺＸ平面での断面の形状が三角形に限定されるものではない。第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度−θ４の大きさ等に応じて最適な形状を採用することができる。補助光学部材１４は、第１筐体４１０の底面（Ｚ方向−側の面）と対向する第１面１４１と、Ｘ方向＋側端部でＺ方向に沿った第２面１４２と、第１面１４１と第２面１４２とを結ぶ斜面を形成する第３面１４３とを有する。本実施の形態では、補助光学部材１４の第３面１４３は、Ｘ方向−側の端部で第１面１４１に対して角度φ３をなす。すなわち、補助光学部材１４は、第３面１４３が、ＸＹ平面に対して、図の紙面を時計回りに角度φ３となるように製造される。その結果、補助光学部材１４はＸ方向＋側ほど厚み（Ｚ方向の長さ）が増す。この角度φ３は、上述した第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度−θ４に応じて決まる。換言すると、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度−θ４の大きさを大きく設定することにより、Ｘ方向−側端部での補助光学部材１４の第３面１４３がＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りの方向になす角度φ３が大きくなるように設定される。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、補助光学部材１４の第３面１４３のＸＹ平面に対する傾きとは異なる。
なお、第１結像ミラー４１１がＺ方向と図の紙面上で反時計回りに所定の角度をなす場合、すなわち角度＋θ４だけ傾斜している場合には、補助光学部材１４は、図２４（ａ）に示す例に対して左右（Ｘ方向）対称となるように第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に配置される。すなわち、補助光学部材１４の第３面１４３がＸ方向＋側の端部で第１面１４１、即ちＸＹ平面に対して角度φ３をなし、第２面１４２がＸ方向−側端部に位置するように配置され、Ｘ方向−側ほど補助光学部材１４の厚みが増す。換言すると、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度＋θ４の大きさを大きく設定することにより、Ｘ方向＋側端部での補助光学部材１４の第３面１４３がＸＹ平面に対して図の紙面上で反時計回りの方向になす角度φ３が大きくなるように設定される。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、補助光学部材１４の第３面１４３のＸＹ平面に対する傾きとは異なる。
以下の説明では、補助光学部材１４は屈折率が「２」であるものとして説明する。しかし、補助光学部材１４の屈折率はこの値に限定されるものではないが、空気の屈折率よりも大きい値であることが好ましい。
＜補助光学部材１４と光路との関係＞
図２５に示す光路図を参照して、表示器１１から出射された光の光路の補助光学部材１４による補正について説明する。図２５（ａ）は補助光学部材１４を設けた場合に表示器１１の表示画素Ｐ１から出射された光の光路を示す。表示画素Ｐ１から出射された光束のうち、図の紙面左端（Ｘ方向−側端）に向かう光束Ｌ１は、補助光学部材１４に入射して偏向して左端の第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて実像Ｐ１１の位置に集光する。表示画素Ｐ１から出射して左端の第１結像ミラー４１１の隣（Ｘ方向＋側）の第１結像ミラー４１１に向かう光束Ｌ２は、補助光学部材１４に入射して偏向し、左端の第１結像ミラー４１１の隣の第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて実像Ｐ１１の位置に集光する。
同様に、表示画素Ｐ１から出射され、図の紙面右端（Ｘ方向＋側端）の第１結像ミラー４１１に向かう光束Ｌ３は、補助光学部材１４に入射して偏向し、右端の第１結像ミラー４１１に入射して、そこで反射されて実像Ｐ１１の位置に集光する。このように、表示画素Ｐ１からの複数の光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等は、何れも補助光学部材１４によって偏向されて、実像Ｐ１１の位置に収束、すなわち集光するので、実像Ｐ１１は鮮明な像となる。この実像Ｐ１１は、第１結像ミラー４１１の角度−θ４に応じて、表示画素Ｐ１よりもＸ方向＋側に移動した位置に結像する。表示器１１の他の表示画素から出射される光束についても、同様にしてＸ方向＋側に移動した位置に結像する。
図２５（ｂ）は補助光学部材１４を設けた場合における表示器１１の表示画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から出射された光束とその結像点とを示す図である。なお、図２５（ｂ）においては、補助光学部材１４と光束とを主に示すことを目的として、第１光学部４１と第２光学部４２とを簡略化して示す。
図２５（ｂ）に示すように、表示器１１の表示画素Ｐ１から出射した光束群ＬＧ１は、補助光学部材１４と第１光学部４１と第２光学部４２とにより屈折、反射され、光束群ＬＧ１１となり、結像して実像Ｐ１１を形成する。表示画素Ｐ２から出射した光束群ＬＧ２と、表示画素Ｐ３から出射した光束群ＬＧ３とについても同様にして、それぞれ光束群ＬＧ２１、ＬＧ３１となり、結像してそれぞれ実像Ｐ２１、Ｐ３１を形成する。すなわち、全ての表示画素から出射された光束は結像して実像を形成する。その結果、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度−θ４に応じてＸ方向＋側に移動した位置に空中像３０が形成される。
なお、図２５（ｂ）に示すように、空中像３０は、ＸＹ平面に対して所定の傾きを有して空中に形成される。表示器１１のＸ方向−側端の表示画素Ｐ２から出射した光束群ＬＧ２と、表示器１１のＸ方向＋側端の表示画素Ｐ３から出射した光束群ＬＧ３とを比較する。上述したように、補助光学部材１４はＸ方向＋側ほど厚み（Ｚ方向の長さ）が増すため、光束群ＬＧ２が補助光学部材１４を通過する距離よりも光束群ＬＧ３が補助光学部材１４を通過する距離の方が長い。補助光学部材１４の屈折率は空気の屈折率よりも大きな値であるため、補助光学部材１４を通過する光束群の光路長は長くなる。即ち、表示器１１から出射された光束群ＬＧ３の第１光学部４１、第２光学部４２までの光路長は、光束群ＬＧ２よりも長くなるので、光束群ＬＧ３は光束群ＬＧ２と比べて表示器１１に近い側（Ｚ方向−側）にて収束する。これにより、表示器１１のＸ方向＋側に位置された表示画素から出射された光束ほどＺ方向−側に収束するので、空中像３０は図２５（ｂ）に示す傾きを有して形成される。
本実施の形態では、図２５（ａ）に示したように、補助光学部材１４を構成するプリズムによって、プリズムと空気との間の屈折率の差と第３面１４３の形状（ＸＹ平面に対する傾き角度φ３）により光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…の進行方向を偏向する。この偏向の結果、各第１結像ミラー４１１に入射する光束が偏向される。これにより、表示器１１の表示画素Ｐ１から出射した光束は実像Ｐ１１位置で一致し、収差が低減された実像Ｐ１１が形成される。他の表示画素から出射された光束も同様に結像するので、収差が低減された空中像３０を形成することができる。
なお、第１結像ミラー４１１がＸ方向に傾くことなく配置され、第２結像ミラー４２１がＺ方向に対して所定の角度傾いて配置された場合には、補助光学部材１４の取付方向を９０°変更すれば良い。すなわち、補助光学部材１４の厚み（Ｚ方向の長さ）がＹ方向に沿って増減するように配置すれば良い。
第５の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を空中に表示する光学系１２Ｂは、表示器１１から出射された光束を反射する複数の第１結像ミラー４１１で構成される第１光学部４１と、表示器１１から出射された光束を偏向、すなわち光路を補正し、第１光学部４１によって生じる収差を低減する補助光学部材１４とを備える。これにより、形成位置を移動させた空中像３０の収差による劣化を抑制できる。
また、第５の実施の形態では、補助光学部材１４は、第３面１４３の傾き（ＸＹ平面となす角度φ３）が複数の第１結像ミラー４１１の角度−θ４とは異なる。これにより、偏向された光束が第１結像ミラー４１１に導かれて反射されるので、第１結像ミラー４１１の傾斜に起因する収差を低減させた空中像３０を形成することができる。
また、第５の実施の形態では、複数の第１結像ミラー４１１は角度−θ４に傾斜されて配置されるので、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第５の実施の形態では、表示を行う表示器１１を備えるので、表示器１１に表示した画像を空中像３０としてユーザに視認させることができる。
また、第５の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を反射する複数の第１結像ミラー４１１で構成される第１光学部４１と、表示器１１から出射された光束を偏向、即ち光路を補正し、表示器１１から出射された光束を空中に結像する補助光学部材１４とを備える。これにより、収差を低減させた空中像３０を結像させることができる。
また、第５の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を偏向、すなわち光路を補正する補助光学部材１４と、表示器１１から出射され、光路が補正されたた光束を反射する複数の第１結像ミラー４１１で構成され、複数の第１結像ミラーによって表示器１１から出射された光束を空中に結像する第１光学部４１とを備える。これにより、収差を低減させた空中像３０を結像させることができる。
なお、補助光学部材１４のうち、Ｚ方向に平行な第２面１４２については非反射処理を施しても良い。この場合、第５の実施の形態では、第３面１４３とは異なる傾きを有する第２面１４２に非反射処理を施すことにより、表示器１１から出射した光束が第２面１４２で反射して空中像３０の形成に悪影響を及ぼしたり、乱反射等による空中像３０の視認性が劣化したりすることを防ぐ。
（第５の実施の形態の変形例１）
第５の実施の形態（図２４、図２５参照）では、補助光学部材１４としてプリズムを用いた例を説明したが、これに限定されない。たとえば、補助光学部材１４として公知の液晶素子や、薄膜内に液体を注入して形状を変形可能な液体レンズ（液体プリズム）を用いることができる。以下、液晶素子の例と液体レンズの例とに分けて、第５の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第５の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
＜補助光学部材１４が液晶素子の例＞
図２６（ａ）は、補助光学部材１４として透明な容器内に設けられた液晶素子１４６を用いた場合を示す。補助光学部材１４の上部（Ｚ方向＋側）と下部（Ｚ方向−側）にはそれぞれ上部電極１５１と下部電極１５２とが設けられる。上部電極１５１と下部電極１５２とに電圧が印加されることにより、補助光学部材１４内の液晶素子１４６の配列方向が制御されることにより屈折率分布が制御される。なお、上部電極１５１と下部電極１５２とは、表示器１１から出射された光を屈折させることがないように、たとえば空気に近い屈折率を有する透明な材料を用いて製造された透明電極である。補助光学部材１４の詳細については説明を後述する。なお、図２６（ａ）は、印加される電圧が制御されることにより、補助光学部材１４内の屈折率分布が制御されて、液晶素子１４６が図示するような配向方向に制御されたと見なせるような状況を作り出したと仮定した場合を模式的に示した図である。
図２６（ｂ）は、補助光学部材１４として液晶素子１４６を用いた場合の表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。この表示装置１では、図２４（ｂ）に示す第４の実施の形態におけるブロック図と異なり、制御部２０は、補助光学部材１４の上部電極１５１と下部電極１５２とに印加する電圧を制御する電圧制御部２４を備える。他の構成については第５の実施の形態のブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、補助光学部材１４に設けられた上部電極１５１および下部電極１５２と、記憶部９とを示している。制御部２０は、画像生成部２２と表示制御部２３と電圧制御部２４とを備える。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、補助光学部材１４の動作を制御する補正用の制御部との２つ有しても良い。この場合、制御部２０では、表示用の制御部は、表示器１１の内部に格納し、補助光学部材１４の動作を制御する補正用の制御部は、光学系１２Ｂと一体化させても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と補助光学部材１４とを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ｂと一体化させても良い。
＜補助光学部材１４の動作＞
図２６（ａ）に示すように、補助光学部材１４内の液晶素子１４６は、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加された電圧により生じた電界の作用を受ける。これにより、全体として第１の屈折率を有していると見なせる第１領域１４４と、全体として第２の屈折率を有していると見なせる第２領域１４５とが生成される。第１の屈折率と第２の屈折率とは異なる値である。屈折率分布が異なる第１領域１４４と第２領域１４５との境界では、第５の実施の形態にて説明したプリズムの場合と同様にして、表示器１１からの光束が偏向（屈折）する。
なお、第１の屈折率と第２の屈折率との差が、第５の実施の形態で説明したプリズムと空気との屈折率の差と同程度となるように上部電極１５１と下部電極１５２とに電圧が印加されるのが好ましい。この場合、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧は、予め試験等を行った結果に基づいて決定され、記憶部９に記憶されている。
また、第２領域１４５の第２の屈折率は空気の屈折率に近くなるように液晶素子１４６の配向が制御されることが好ましい。
屈折率分布の異なる第１領域１４４と第２領域１４５との境界が境界面１４３である。本変形例では、境界面１４３は、Ｘ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに角度φ３を有するように液晶素子１４６の配列方向が制御される。すなわち、第１結像ミラー４１１に対する境界面１４３の位置関係が、第５の実施の形態のプリズムにおける第１結像ミラー４１１に対する第３面１４３（図２４参照）の位置関係とほぼ同様になる。換言すると、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度−θ４を大きく設定することにより、Ｘ方向−側端部での補助光学部材１４の境界面１４３がＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りの方向になす角度φ３が大きくなるように電圧が印加される。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、補助光学部材１４の境界面１４３のＸＹ平面に対する傾きとは異なる。したがって、第５の実施の形態におけるプリズムにより構成される補助光学部材１４を第１筐体４１０の下部に配置した場合と同様に、表示器１１からの光束は、液晶素子１４６によって図２１や図２２（ａ）で示したように偏向されて、Ｚ方向に対して角度＋θ４に傾いて取り付けられた第１結像ミラー４１１に入射する。
なお、第１結像ミラー４１１が所定の角度＋θ４傾けて取り付けられた場合、すなわちＺ方向と図の紙面上で反時計回りに所定の角度＋θ４をなす場合には、補助光学部材１４の境界面１４３が図２６（ａ）に示す例に対して紙面の左右（Ｘ方向）対称となるように液晶素子１４６の配列方向を制御すれば良い。すなわち、補助光学部材１４の境界面１４３がＸ方向＋側の端部でＸＹ平面と角度φ３をなすようにすれば良い。換言すると、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度＋θ４の大きさを大きく設定することにより、Ｘ方向＋側端部での補助光学部材１４の境界面１４３がＸＹ平面に対して図の紙面上で反時計回りの方向になす角度φ３が大きくなるように電圧が印加される。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、境界面１４３のＸＹ平面に対する傾きとは異なる。
また、第１結像ミラー４１１がＺ方向に傾くことなく配置され、第２結像ミラー４２１がＺ方向に対して所定の角度傾いて配置された場合には、境界面１４３と第１筐体４１０の下部との距離（Ｚ方向の距離）がＹ方向に沿って増減するように液晶素子１４６の屈折率分布を制御すれば良い。
第５の実施の形態の変形例１では、補助光学部材１４は、液晶素子１４６の屈折率分布が異なる第１領域１４４と第２領域１４５とを少なくとも含むので、第１領域１４４と第２領域１４５との境界で屈折が生じて光束を偏向させることができる。
また、第５の実施の形態の変形例１では、補助光学部材１４の第１領域１４４と第２領域１４５との境界面１４３のＸＹ平面に対する傾き（角度φ３）が、複数の第１結像ミラー４１１の角度−θ４と異なる。これにより、偏向された光束が第１結像ミラー４１１に導かれて反射され、第１結像ミラー４１１の傾斜に起因する収差を低減させた空中像３０を形成することができる。
なお、補助光学部材１４のうち、Ｚ方向に平行な第２面１４２については非反射処理を施しても良い。この場合、第５の実施の形態の変形例１では、第３面１４３とは異なる傾きを有する第２面１４２に非反射処理を施すことにより、表示器１１から出射した光束が第２面１４２で反射して空中像３０の形成に悪影響を及ぼしたり、乱反射等による空中像３０の視認性が劣化したりすることを防ぐ。
＜補助光学部材１４が液体レンズの例＞
次に、上述した補助光学部材１４として液晶素子を用いた場合と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、補助光学部材１４として液晶素子を用いた場合にて説明した内容を適用することができる。
図２７（ａ）は、補助光学部材１４として液体レンズを用いた場合を示す。補助光学部材１４の透明な容器には、共通電極１５３と、補助光学部材１４の側面（Ｚ方向に沿った面であり、図２４（ａ）に示す第５の実施の形態における第２面１４２に相当）にそれぞれ設けられた電極１５４とが設けられる。補助光学部材１４の透明な容器の内部には、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８とが注入されている。導電性液体１４７と絶縁性液体１４８とは、互いに交じり合わず、屈折率が異なる液体であり、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８との境界が境界面１４３である。共通電極１５３は、導電性液体１４７と接触するように取り付けられる。本変形例では、上記の構成の液体レンズに対して、公知のエレクトロウェッティングの技術を用いて、境界面１４３の位置を制御する。補助光学部材１４の動作については詳細を後述する。
図２７（ｂ）は、補助光学部材１４として液体レンズを用いた場合の表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。この表示装置１では、図２６（ｂ）に示す変形例１におけるブロック図と異なり、制御部２０の電圧制御部２４は、補助光学部材１４に設けられた共通電極１５３と電極１５４とに印加する電圧を制御する。他の構成については図２６（ｂ）に示す変形例１におけるブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、補助光学部材１４に設けられた共通電極１５３および電極１５４と、記憶部９とを示している。制御部２０は、画像生成部２２と表示制御部２３と電圧制御部２４とを備える。
＜補助光学部材１４の動作＞
補助光学部材１４内の導電性液体１４７は、共通電極１５３と電極１５４との間に電圧が印加されると、エレクトロウェッティングにより、導電性液体１４７が補助光学部材１４の透明な容器の各側面の各々に対する接触角が変化する。これにより、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８との境界面１４３の位置が決まる。本変形例では、境界面１４８は、第５の実施の形態におけるプリズムの第３面１４３（図２４参照）と同一面となるように、共通電極１５３と電極１５４との間に電圧が印加される。この結果、境界面１４３は、Ｘ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに角度φ３を有する。換言すると、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度−θ４を大きく設定することにより、Ｘ方向−側端部での補助光学部材１４の境界面１４３がＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りの方向になす角度φ３が大きくなるように電圧が印加される。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、補助光学部材１４の境界面１４３のＸＹ平面に対する傾きとは異なる。
従って、補助光学部材１４に液体レンズを用いた場合においても、表示器１１からの光束は、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８とによって、図２５で示したように偏向されて第１結像ミラー４１１へ向かう。これにより、表示器１１からの光束は、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８とにより偏向されて、Ｚ方向に対して角度−θ４に傾いて取り付けられた第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて表示器１１に表示された画像の空中像３０が収差を低減された状態で形成される。
なお、第１結像ミラー４１１が所定の角度＋θ４傾いて取り付けられた場合、すなわちＺ方向と図の紙面上で反時計回りに所定の角度＋θ４をなして配置される場合には、境界面１４３が図２７に示す例に対して紙面左右（Ｘ方向）対称となるように共通電極１５３と電極１５４とに印加する電圧を決めれば良い。すなわち、境界面１４３がＸ方向＋側の端部でＸＹ平面と角度φ３をなすようにすれば良い。換言すると、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす角度＋θ４の大きさを大きく設定することにより、Ｘ方向＋側端部での補助光学部材１４の境界面１４３がＸＹ平面に対して図の紙面上で反時計回りの方向になす角度φ３が大きくなるように電圧が印加される。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、境界面１４３のＸＹ平面に対する傾きとは異なる。
また、第１結像ミラー４１１がＺ方向に傾くことなく配置され、第２結像ミラー４２１がＺ方向に対して所定の角度傾いて配置された場合には、境界面１４３と第１筐体４１０の下部との距離（Ｚ方向の距離）がＹ方向に沿って増減するように境界面１４３の角度を制御すれば良い。
上述の例では、液体レンズとしてエレクトロウェッティングの技術を用いて境界面１４３を設定したが、これに限定されない。たとえば、透明な容器内に液体を注入し、液体の液面上に透明板を配置した液体レンズを用いても良い。この場合、たとえばポンプ等により容器内の液体を流動させ液面を変化させることにより、透明板の傾斜を変化させる。
図２８（ａ）は、この場合の補助光学部材１４を備えた光学系１２Ｂの構造を示す。なお、第１光学部４１と第２光学部４２とは図２７（ａ）に示す場合と同様であるので、補助光学部材１４の液体レンズに関する説明を主に行う。特に説明を行わない点については、エレクトロウェッティングの技術を用いた液体レンズにて説明した内容を適用することができる。
補助光学部材１４の透明な容器の内部には、液体１４８と、透明板１４９と、ポンプ１５５とが設けられる。なお、ポンプ１５５は、透明な容器のＺ方向に垂直な各面にそれぞれ設けられるが、図２８（ａ）では、図示の都合から、Ｘ方向−側とＸ方向＋側とに設けられたポンプ１５５を示す。透明板１４９は、液体１４８に浮いた状態で配置され、後述するように液体１４８が流動した場合に流動に応じて揺動可能となっている。補助光学部材１４の動作については説明を後述する。
図２８（ｂ）は、表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。この表示装置１では、図２７（ｂ）に示すブロック図とは異なり、制御部２０は、ポンプ制御部２８を有し、それぞれのポンプ１５５の動作を個別に制御する。他の構成については、図２７（ｂ）に示すブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、補助光学部材１４に設けられたポンプ１５５と、記憶部９とを示している。制御部２０は、画像生成部２２と、表示制御部２３と、ポンプ制御部２８とを備える。
＜補助光学部材１４の動作＞
各ポンプ１５５は、ポンプ制御部２８により駆動が制御され、図２８（ａ）の矢印ＡＲ４、ＡＲ５に示すようにＺ方向＋側に液体１４８を流動させる。ポンプ制御部２８は、各ポンプ１５５によって付与される流速をそれぞれ異ならせることにより、各ポンプ１５５の上部（Ｚ方向＋側）における液体１４８の液量を異ならせる。これにより、液体１４８の液面がＸＹ平面に対して傾斜を有するようになる。透明板１４９は、この液体１４８の液面の傾斜に従ってＸＹ平面に対して傾斜して、屈折面として機能する。
本変形例では、透明板１４９の傾斜、即ち液体１４８の液面の傾斜が第５の実施の形態におけるプリズムの第３面１４３（図２４参照）と同一面となるように、各ポンプ１５５が付与する流速が制御される。この結果、透明板１４９は、Ｘ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに角度φ３を有する。
表示器１１から出射された光束は、補助光学部材１４の透明板１４９にて偏向されて第１結像ミラー４１１へ向かう。これにより、Ｚ方向に対して角度−θ４に傾いて取り付けられた第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて表示器１１に表示された画像の空中像３０が収差を低減された状態で形成される。
第５の実施の形態の変形例１では、補助光学部材１４は、屈折率が異なる導電性液体１４７と絶縁性液体１４８とを少なくとも含む液体レンズにより構成されるので、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８との境界で屈折が生じて光束を偏向させることができる。
また、第５の実施の形態の変形例１では、補助光学部材１４は導電性液体１４７と絶縁性液体１４８との境界面１４３のＸＹ平面に対する傾きφ３が、複数の第１結像ミラー４１１の角度−θ４と異なる。これにより、偏向された光束が第１結像ミラー４１１に導かれて反射されるので、第１結像ミラー４１１の傾斜に起因する収差を低減させた空中像３０を形成することができる。
なお、補助光学部材１４のうち、Ｚ方向に平行な第２面１４２については非反射処理を施しても良い。この場合、第５の実施の形態の変形例１では、境界面１４３の傾斜や、透明板１４９、すなわち液体１４９の液面の傾斜とは異なる傾きを有する第２面１４２に非反射処理を施すことにより、表示器１１から出射した光束が第２面１４２で反射して空中像３０の形成に悪影響を及ぼしたり、乱反射等による空中像３０の視認性が劣化したりすることを防ぐ。
（第５の実施の形態の変形例２）
第５の実施の形態とその変形例１（図２４〜図２８参照）では、光学系１２Ｂが全ての第１結像ミラー４１１に共通する１つの第３面１４３を有する補助光学部材１４を備える例を示した。これに対して、変形例２では、複数の部分光学部材１４Ａを有する補助光学部材１４を配置する。以下、第５の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第５の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
図２９（ａ）に変形例２における光学系１２ＢのＺＸ平面での断面を示す。変形例２の補助光学部材１４は、複数の部分光学部材１４Ａを有する。部分光学部材１４Ａのそれぞれは、第５の実施の形態の補助光学部材１４と同様にプリズムである。部分光学部材１４Ａは、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する第３面１４３Ａを有する。即ち、第５の実施の形態の補助光学部材１４と相似形状を有する複数のプリズムが第１筐体４１０の下部に配置される。これにより、第５の実施の形態の変形例２の補助光学部材１４は、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する第３面１４３Ａが複数設けられている。換言すると、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する第３面１４３Ａと同一の角度φ３を有する面が複数設けられている。
各部分光学部１４Ａのうち、Ｚ方向に平行な第２面１４２Ａについては非反射処理が施される。第２面１４２Ａに非反射処理を施す目的は、表示器１１から出射した光束が第２面１４２Ａで反射して空中像３０の形成に悪影響を及ぼしたり、乱反射等による空中像３０の視認性が劣化したりすることを防ぐためである。また、各部分光学部１４Ａの第２面１４２Ａについて非透過処理を施しても良い。非透過処理を施す目的は、表示器１１から出射した光束が第２面１４２Ａを透過して、第３面１４３Ａで偏向されることなく第１結像ミラー４１１に到達することを防ぐためである。
なお、この変形例２では、２つの第１結像ミラー４１１に対して１つの部分光学部材１４Ａが対応するように配置されているが、１つの第１結像ミラー４１１に対して１つの部分光学部材１４Ａを配置しても良いし、３つ以上の第１結像ミラー４１１に対して１つの部分光学部材１４Ａを配置しても良い。
表示器１１から出射された光束は、部分光学部材１４Ａで偏向されて、角度−θ４に傾斜された第１結像ミラー４１１に入射し、ここで反射されて収差が低減された空中像を形成する。
第５の実施の形態の変形例２では、補助光学部材１４は、複数の微細な部分光学部材１４Ａから構成される。補助光学部材１４では、角度φ３と第３面１４３の形状とが表示器１１からの光束が偏向する角度即ち屈折角度に寄与し、Ｚ方向の長さ（厚み）は屈折角度に影響を与えない。そのため、第５の実施の形態の変形例２の部分光学部材１４Ａは、第５の実施の形態の補助光学部材１４のＺ方向の長さを小さくして形成されるので、補助光学部材１４のＺ方向の長さが小さくなり、光学系１２Ｂの小型化に寄与する。
また、それぞれの部分光学部材１４ＡのＺ方向の長さを小さくしたことにより、図２５（ｂ）に示した場合とは異なり、光束が入射するＸ方向位置に応じて光路長に差が生じない。これにより、第５の実施の形態により形成される空中像３０とは異なる形態、即ち空中像３０をＸＹ平面に対して傾けることなく形成することができる。
また、第５の実施の形態の変形例２では、各部分光学部材１４Ａの第２辺１４２Ａに、表示器１１から出射された光の反射を防ぐ処理、または透過を防ぐ処理が施されている。これにより、表示器１１から出射した光束が第２面１４２Ａで反射して空中像３０の形成に悪影響を及ぼしたり、乱反射等による空中像３０の視認性の劣化を防ぐことができる。また、非透過処理を施すことにより、表示器１１からの光束が第２面１４２Ａを透過して境界面１４３Ａで偏向されることなく第１結像ミラー４１１に到達することを防ぎ、空中像３０の視認性の劣化を防ぐことができる。
なお、第５の実施の形態の変形例２においても、部分光学部１４Ａとして、変形例１のように、図２６に示す液晶素子や図２７、図２８に示す液体レンズを用いることができる。以下、液晶素子の例と液体レンズの例とに分けて第５の実施の形態の変形例１との相違点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第５の実施の形態の変形例１にて説明した内容を適用することができる。
＜液晶素子の場合＞
図２９（ｂ）は、液晶素子を用いた場合における第５の実施の形態の変形例２の光学系１２ＢのＺＸ平面での断面図である。この場合の補助光学部材１４Ａでは、複数の部分光学部材１４Ａのそれぞれは、透明な容器内に、図２６（ａ）に示す第５の実施の形態の変形例１の補助光学部材１４と同様の液晶素子１４６を有する。この複数の部分光学部材１４Ａは、２つの第１結像ミラー４１１に対応するように配置されているが、１つまたは３つ以上の第１結像ミラー４１１に対応するように配置しても良い。また、表示装置１の主要部構成は、図２６（ｂ）に示すブロック図と以下の点で異なる。電圧制御部２４は、後述するようにして各部分光学部材１４Ａのそれぞれの境界面１４３ＡのＸＹ平面に対する角度φ３を制御する必要がある。複数の部分光学部材１４Ａのそれぞれは、図２６に示した第５の実施の形態の変形例１の場合と同様に、上部電極１５１と下部電極１５２とを有している。このため、電圧制御部２４は、各部分光学部材１４Ａごとに、それぞれが有する上部電極１５１と下部電極１５２とに印加する電圧を制御する。他の点は、図２６（ｂ）に示す第５の実施の形態の変形例１のブロック図と同様である。
各部分光学部材１４Ａには、図２６に示した第５の実施の形態の変形例１の場合と同様に、上部電極１５１と下部電極１５２とに電圧が印加され、各部分光学部材１４Ａごとに液晶素子１４６の配列方向が制御される。これにより、各部分光学部材１４Ａ内で、異なる屈折率分布の境界である境界面１４３ＡがＸ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに角度φ３に設定される。すなわち、図２６（ａ）に示す変形例１の補助光学部材１４と相似形状を有する複数の部分光学部材１４Ａが第１筐体４１０の下部に配置される。これにより、第５の実施の形態の変形例２の補助光学部材１４は、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する境界面１４３Ａが複数設定される。換言すると、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する第３面１４３Ａと同一の角度φ３を有する面が複数設定される。
各部分光学部１４Ａのうち、Ｚ方向に平行な第２面１４２Ａについては非反射処理が施される。また、各部分光学部１４Ａの第２面１４２Ａについて非透過処理を施しても良い。
表示器１１から出射した光束は、各部分光学部材１４Ａでは、図２６（ａ）に示す変形例１の補助光学部材１４と同様に、所定方向に偏向されて、角度−θ４に傾斜された第１結像ミラー４１１に入射する。入射した光束は第１結像ミラー４１１で反射されて、収差が低減された空中像が形成される。
第５の実施の形態の変形例２では、補助光学部材１４は、ＸＹ平面に対して同一の角度φ３、即ち同一の傾きを有する境界面１４３Ａを複数備える。したがって、変形例２の部分光学部材１４Ａとして液晶素子１４６を用いた場合であっても、図２９（ａ）に示すようにプリズムを用いた場合と同様に、Ｚ方向の長さを小さくすることができるので、光学系１２Ｂの小型化に寄与する。
＜液体レンズの場合＞
図２９（ｃ）は、液体レンズを用いた場合における変形例２の光学系１２ＢのＺＸ平面での断面図である。この場合の補助光学部材１４Ａは、複数の部分光学部材１４Ａを有し、部分光学部材１４Ａのそれぞれは、透明な容器内に、図２７（ａ）に示す変形例２の補助光学部材１４と同様に、導電性液体１４７と絶縁性液体１４８とが注入された液体レンズである。また、表示装置１の主要部構成は、図２７（ｂ）に示すブロック図と以下の点で異なる。電圧制御部２４は、後述するようにして各部分光学部材１４Ａのそれぞれの境界面１４３ＡのＸＹ平面に対する角度φ３を制御する必要がある。複数の部分光学部材１４Ａのそれぞれは、図２７に示した第５の実施の形態の変形例１の場合と同様に、共通電極１５３と電極１５４とを有している。このため、電圧制御部２４は、各部分光学部材１４Ａごとに、それぞれが有する共通電極１５３と電極１５４とに印加する電圧を制御する。他の点は、図２７（ｂ）に示す第５の実施の形態の変形例１のブロック図と同様である。
各部分光学部材１４Ａは、図２７に示した変形例１の場合と同様に、共通電極１５３と電極１５４とに電圧が印加され、エレクトロウェッティングにより、各部分光学部材１４Ａごとに導電性液体１４７と絶縁性液体１４８との境界面１４３Ａ位置が制御される。これにより、各部分光学部材１４Ａ内で、異なる屈折率分布の境界である境界面１４３ＡがＸ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに角度φ３に設定される。すなわち、図２７（ａ）に示す変形例１の補助光学部材１４と相似形状を有する複数の部分光学部材１４Ａが第１筐体４１０の下部に配置される。これにより、第５の実施の形態の変形例２の補助光学部材１４は、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する境界面１４３Ａが複数設定される。換言すると、ＸＹ平面に対して角度φ３を有する第３面１４３Ａと同一の角度φ３を有する面が複数設定される。
各部分光学部１４Ａのうち、Ｚ方向に平行な第２面１４２Ａについては非反射処理が施される。また、各部分光学部１４Ａの第２面１４２Ａについて非透過処理を施しても良い。
表示器１１から出射した光束は、各部分光学部材１４Ａでは、図２７（ａ）に示す変形例１の補助光学部材１４と同様に、所定方向に偏向されて、角度−θ４に傾斜された第１結像ミラー４１１に入射する。入射した光束は第１結像ミラー４１１で反射されて、収差が低減された空中像が形成される。
第５の実施の形態の変形例２では、補助光学部材１４は、ＸＹ平面に対して同一の角度φ３、即ち同一の傾きを有する境界面１４３Ａを複数備える。したがって、変形例２の補助光学部材１４として液体レンズを用いた場合であっても、図２９（ａ）に示すプリズムを用いた場合や図２９（ｂ）に示す液晶素子１４６を用いた場合と同様に、Ｚ方向の長さを小さくして、光学系１２Ｂの小型化に寄与する。
なお、この場合も、エレクトロウェッティングにより境界面１４３Ａの位置を制御するものに限定されない。たとえば、図２８に示すように、透明な容器内に液体を注入させ、液体の流動を制御して、液体の液面に配置された透明板の傾斜角を変化させる液体レンズを用いても良い。この場合、図２８（ｂ）に示すポンプ制御部２８は、各部分光学部材１４Ａのそれぞれが有する透明板の傾斜を制御するために、各部分光学部材１４Ａが有するポンプ１５５ごとに、それぞれの駆動を制御する。
（第５の実施の形態の変形例３）
図１１〜図１７を参照して説明した第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａが、第５の実施の形態とその変形例１、２で説明した補助光学部材１４を有しても良い。この場合、補助光学部材１４は再帰性反射部１２２０の前（Ｘ方向−側）に配置しても良い。即ち、部分反射部１２１０と再帰性反射部１２２０との間に補助光学部材１４を配置しても良い。なお、部分反射部材１２１０の代わりにＰＢＳ部１２３０やシャッター部１２５０が配置された場合には、ＰＢＳ部１２３０やシャッター部１２５０と再帰性反射部１２２０との間に補助光学部材１４を配置しても良い。この場合、補助光学部材１４を再帰性反射部１２２０に接着や嵌合やねじ止め等により直接設置しても良いし、支持部材等を介して再帰性反射部１２２０に取り付けられても良い。または、補助光学部材１４を部分反射部１２１０やＰＢＳ部１２３０やシャッター部１２５０の反射側（空中像３０が形成される側）に配置しても良い。
また、補助光学部材１４を、表示器１１と部分反射部１２１０との間に配置しても良い。この場合、補助光学部材１４は、部分反射部１２１０のＸ方向−側に配置しても良い。なお、部分反射部材１２１０の代わりにＰＢＳ部１２３０やシャッター部１２５０が配置された場合には、ＰＢＳ部１２３０やシャッター部１２５０と表示器１１との間に補助光学部材１４を配置しても良い。この場合、補助光学部材１４を部分反射部１２１０やＰＢＳ部１２３０やシャッター部１２５０に接着や嵌合やねじ止め等により直接設置しても良いし、支持部材等を介して取り付けられても良い。
第５の実施の形態の変形例３では、光学系１２Ｂは、表示器１１から出射された光束を反射する複数の部分反射ミラー１２１２で構成される部分反射部１２１０、または複数のＰＢＳ１２３１で構成されるＰＢＳ部１２３０、または複数のシャッター１２５１で構成されるシャッター部１２５０を有する場合であっても、補助光学部材１４により表示器１１から出射された光束の偏向、すなわち光路を補正する。これにより、形成位置を移動させた空中像３０の収差による劣化を抑制できる。
−第６の実施の形態−
図面を参照しながら、第６の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第６の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述の第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことができる。
本実施の形態の表示装置１は、第５の実施の形態の光学系１２Ｂ（図２４参照）が有する第１結像ミラー４１１を駆動可能に構成したことにより、第１結像ミラーの駆動に従って光路の補正量を変更する。したがって、第６の実施の形態の光学系１２Ｃは、第５の実施の形態の光学系１２Ｂが有する補助光学部材１４とは異なる補助光学部材１４Ｂを有する。以下、詳細に説明する。
図３０（ａ）は、第６の実施の形態の光学系１２Ｃの構成を模式的に示すＺＸ平面における断面図である。図３０（ａ）は、第１結像ミラー４１１がＺ方向に対して紙面時計回りに駆動角度−θ１で駆動された動作状態のときの光学系１２Ｃを示す。光学系１２Ｃは、補助光学部材１４Ｂと、第１の実施の形態における第１光学部４１（図３参照）と第５の実施の形態における第２光学部４２（図２４参照）とを有する。すなわち、第１光学部４１の第１筐体４１０に配置された第１結像ミラー４１１は、通常状態においては反射面がＹＺ平面に平行であり、動作状態では第１駆動部４１２によりＺ方向に対して駆動角度±θ１で駆動される。第２光学部４２に配置された第２結像ミラー４１２は、反射面がＺＸ平面に平行でありかつＺ方向に対して傾きを持たない直立状態で第２筐体４２０に配置される。また、図３０（ａ）では、第１筐体４１０の上部（Ｚ方向＋側）に第２筐体４２０を配置した例を示すが、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。
補助光学部材１４Ｂは、たとえば第５の実施の形態の変形例１（図２６（ａ））に示すような液晶素子１４６により構成される。補助光学部材１４Ｂは、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとを有する。境界面１４３Ｂは、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界である。図３０（ａ）では、境界面１４３ＢがＸ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに所定の角度φ４をなしている状態を示している。なお、補助光学部材１４Ｂについての詳細は説明を後述する。なお、図３０（ａ）は、図２６（ａ）に示す第５の実施の形態の変形例１の場合と同様に、印加される電圧が制御されることにより、補助光学部材１４内の屈折率分布が制御され、液晶素子１４６が図示するような配向方向に制御されたと見なせるような状況を作り出したと仮定した場合を模式的に示した図である。
図３０（ｂ）は、第６の実施の形態の表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。第６の実施の形態では、図２に示す第１の実施の形態におけるブロック図と異なり、図２６（ｂ）のブロック図に示す、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を制御する電圧制御部２４を備える。他の構成については図２に示す第１の実施の形態のブロック図と同様に表される。即ち、表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｃと、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と電圧制御部２４とを備える。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部と、補助光学部材１４Ｂの動作を制御する補正用の制御部との３つを有しても良い。この場合、制御部２０では、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、補助光学部材１４Ｂの動作を制御する補正用の制御部は光学系１２Ｃと一体化させても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と光学系１２Ｃと補助光学部材１４Ｂとを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ｃと一体化させても良い。
＜第１結像ミラー４１１の駆動と補助光学部材１４Ｂの動作＞
図３０において、補助光学部材１４Ｂの液晶素子１４６では、電圧制御部２４により上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加される電圧に応じて、屈折率分布の異なる第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４が変化する。各駆動角度θ１に対して角度φ４が関係付けされる。なお、駆動角度θ１と角度φ４との関係は予め行った試験等の結果に基づいて対応付けされたデータとして記憶部９に記憶されている。
なお、駆動角度θ１と角度φ４との関係は、第５の実施の形態（図２４、図２５参照）にて説明した角度θ４と角度φ３との関係と同様である。即ち、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす駆動角度−θ１の大きさが増加すると、Ｘ方向−側端部での補助光学部材１４Ｂの境界面１４３ＢがＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りの方向になす角度φ４が増加する。また、第１結像ミラー４１１がＺ方向となす駆動角度＋θ１の大きさが増加すると、Ｘ方向＋側端部での補助光学部材１４Ｂの境界面１４３ＢがＸＹ平面に対して図の紙面上で反時計回りの方向になす角度φ４が増加する。即ち、第１結像ミラー４１１のＸＹ平面に対する傾きと、補助光学部材１４の境界面１４３ＢのＸＹ平面に対する傾きとは異なる。
駆動制御部２１は、第１の実施の形態（図１〜図５参照）の場合と同様に、第１駆動部４１２に電圧を印加することにより、第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１で駆動させる。電圧制御部２４は、予め記憶されたデータを参照して、境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４が第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１に対応する角度となるように上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧の値を算出する。電圧制御部２４は、算出した電圧の値に基づいて、上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加する。
なお、上述した説明では、駆動角度θ１と角度φ４との関係が予め記憶部９に記憶されているものとしたが、駆動角度θ１と、上部電極１５１および下部電極１５２の間への印加電圧とが関連付けされたデータとして記憶部９に記憶されても良い。この場合、駆動制御部２１は、予め記憶されたデータを参照して、算出した駆動角度θ１に関連付けされた印加電圧を読み出して、印加する電圧として決定すれば良い。
また、上述したデータを表示装置１が備える記憶部９に記憶するものとしたが、これに限定されず、表示装置１の外部の記憶装置に記憶しても良い。表示装置１と外部の記憶装置との間は有線または無線により直接的に、またはネットワーク等を介して間接的に接続されて、各種の情報やデータの送受信を行う。
これにより、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１に応じて境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４を変更する、即ち光束の偏向量を変更する。表示器１１から出射した光束は液晶素子１４６で偏向されて、駆動角度−θ１の第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて、駆動角度−θ１に応じたＸ方向の位置に収差を低減した実像を形成する。
なお、第１結像ミラー４１１がＺ方向と図の紙面上で反時計回りに駆動角度＋θ１で駆動される場合には、補助光学部材１４は、図３０（ａ）に示す例に対して左右（Ｘ方向）対称な境界面１４３Ｂとなるように屈折率分布が制御される。すなわち、電圧制御部２４は、補助光学部材１４ＢのＸ方向＋側の端部で境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度がφ４となり、Ｘ方向の位置が−側であるほど第１領域１４４ＢのＺ方向の長さが増加するように電圧の値を算出し、上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加する。
また、第１結像ミラー４１１が駆動されず、第２結像ミラー４２１が駆動される場合には、境界面１４３Ｂと第１筐体４１０の下部との距離（Ｚ方向の距離）がＹ方向に沿って増減するように上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を制御すれば良い。
図３１のフローチャートを参照して、第６の実施の形態の表示装置１の光学系１２Ｃの動作状態時の処理について説明する。図３１に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ２１では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を算出してステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１に基づいて、境界面１４３Ｂの角度φ４を決定してステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３では、決定した境界面１４３Ｂの角度φ４となるための上部電極１５１と下部電極１５２との間の印加電圧を算出してステップＳ２４へ進む。
ステップＳ２４では、駆動制御部２１は、算出された駆動角度θ１に従って第１駆動部４１２に電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を駆動角度θ１で傾斜駆動させる。電圧制御部２４は、算出した電圧値に従って、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加して、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度をφ４にさせる。これにより、収差の発生が抑制された空中像３０が、表示装置１の中心部近傍から離れた位置に形成される。ステップＳ２５では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ２５が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ２５が否定判定されてステップＳ２１へ戻る。
第６の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を反射する複数の第１結像ミラー４１１で構成される第１光学部４１と、表示器１１から出射された光束の偏向、すなわち光路を補正し、第１光学部４１によって生じる収差を低減する補助光学部材１４Ｂとを備える。これにより、収差による劣化を抑制した空中像３０を移動させることができる。
また、第６の実施の形態では、複数の第１結像ミラー４１１を駆動し、表示器１１から出射された光の光路を変更する第１駆動部４１２を備えるので、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第６の実施の形態では、補助光学部材１４Ｂは、第１駆動部４１２による駆動量、即ち第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１に基づいて、光路の補正量を変更する。これにより、駆動角度±θ１を変化させて空中像３０の位置を移動しても、それに伴って光束の偏向量が変更され、収差を低減した空中像３０を移動させることができる。
また、第６の実施の形態では、第１光学部４１は、第１駆動部４１２によって第１結像ミラー４１１が傾斜駆動され、表示器１１から出射される光が反射する角度を変更するので、空中像３０が形成される位置を移動させることができる。
また、第６の実施の形態では、補助光学部材１４Ｂは、液晶素子１４６の屈折率分布を変えて光の光路を変更する。これにより、空中像３０の移動量、即ち第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１の大きさに従って光路の補正量を変更して、収差を低減した空中像３０を移動させることができる。
また、第６の実施の形態では、補助光学部材１４Ｂは、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの形状を変化させて屈折率分布を変化させるので、印加する電圧を制御することにより、光路の補正量を変更することができる。
また、第６の実施の形態では、補助光学部材１４Ｂは、屈折率を変化させ屈折率分布を変化させるので、液晶素子１４６の特性を利用して第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１の大きさに応じて光路の補正量を変更することができる。
また、第６の実施の形態では、補助光学部材１４Ｂは、内部の屈折率が異なる第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３Ｂの傾き（ＸＹ平面となす角度φ４）が、複数の第１結像ミラー４１１の傾斜角度±θ１とは異なる。これにより、偏向された光束が第１結像ミラー４１１に導かれて反射され、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１に起因する収差を低減させた空中像３０を移動させることができる。
また、第６の実施の形態では、表示を行う表示器１１を備えるので、表示器１１に表示した画像を空中像３０としてユーザに視認させることができる。
（第６の実施の形態の変形例１）
第５の実施の形態の変形例３と同様に、図１１〜図１７を参照して説明した第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａが補助光学部材１４Ｂを有しても良い。図１１に示す例の場合、駆動部１２１３により、複数の部分反射ミラー１２１２が設置部１２１０にＰ方向とＱ方向とに傾斜して駆動される。図１６に示す例の場合、駆動部１２３３により、複数のＰＢＳ１２３２が設置部１２３０にＰ方向とＱ方向とに傾斜して駆動される。図１７に示す例の場合、駆動部１２５３により、複数のシャッター１２５２が設置部１２５０にＰ方向とＱ方向とに傾斜して駆動される。
この場合、第５の実施の形態の変形例３において補助光学部材１４が配置される位置として適用可能と説明した位置と同様な位置に、補助光学部材１４Ｂを配置することができる。
第６の実施の形態の変形例１では、表示器１１から出射された光束を反射する複数の部分反射ミラー１２１２で構成される部分反射部１２１０、または複数のＰＢＳ１２３１で構成されるＰＢＳ部１２３０、または複数のシャッター１２５１で構成されるシャッター部１２５０と、表示器１１から出射された光束の偏向、すなわち光路を補正し、部分反射部１２１０またはＰＢＳ部１２３０またはシャッター部１２５０によって生じる収差を低減する補助光学部材１４Ｂとを備える。これにより、収差による劣化を抑制した空中像３０を移動させることができる。
また、第６の実施の形態の変形例１では、駆動部１２１３により、複数の部分反射ミラー１２１２が設置部１２１０にＰ方向とＱ方向とに傾斜して駆動される。または、駆動部１２３３により、複数のＰＢＳ１２３２が設置部１２３０にＰ方向とＱ方向とに傾斜して駆動される。または、駆動部１２５３により、複数のシャッター１２５２が設置部１２５０にＰ方向とＱ方向とに傾斜して駆動される。これにより、空中像３０の位置を移動させることができる。
なお、第６の実施の形態とその変形例１では、補助光学部材１４Ｂとして液晶素子１４６を用いた例を説明したが、これに限定されない。たとえば、第５の実施の形態の変形例１で用いた図２７、図２８に示す液体レンズを補助光学部材１４Ｂとして用いることができる。
（第６の実施の形態の変形例２）
第６の実施の形態とその変形例１では、光学系１２Ｂが全ての第１結像ミラー４１１に共通する１つの第３面１４３Ｂを有する補助光学部材１４Ｂを備える例を示した。これに対して、変形例２では、複数の第１結像ミラー４１１に入射される光束を、複数の第３面１４３Ｂを用いて光束を偏向させるように、光学系１２Ｂに複数の部分光学部材１４Ｃが配置される。この場合、部分光学部材１４Ｃは、それぞれ第５の実施の形態の変形例２で図２９（ｂ）、（ｃ）で示した部分光学部材１４Ａと同様の構成を有する。ただし、第６の実施の形態における補助光学部材１４Ｂと同様に、境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４を変化させる。すなわち、部分光学部材１４Ｃは、第６の実施の形態にて説明した補助光学部材１４Ｂと相似形状を有する液晶素子や液体レンズによって構成される。この場合、表示装置１の制御部２０の電圧制御部２３は、第５の実施の形態の変形例２において説明した場合と同様にして、各部分光学部材１４Ｃごとに印加する電圧を制御する。
第６の実施の形態の変形例３では、複数の部分光学部材１４Ｃは、ＸＹ平面に対して同一の角度φ４、即ち同一の傾きを有する境界面１４３Ｂを複数備える。従って、第５の実施の形態の変形例３の場合と同様に、補助光学部材１４ＢのＺ方向の長さを小さくして、光学系１２Ｂの小型化に寄与する。
（第６の実施の形態の変形例３）
第６の実施の形態とその変形例１〜２では、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１との一方が駆動される場合を例に挙げて説明したが、変形例３では、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とが駆動可能な場合における補助光学部材１４Ｂについて説明する。なお、以下の説明では、補助光学部材１４Ｂとして液晶素子１４６を用いた場合を例に挙げる。また、以下では第６の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第６の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
図３２（ａ）は、第６の実施の形態の変形例３における光学系１２Ｃの構成を模式的に示すＺＸ平面における断面図である。図３２（ａ）は、動作状態での光学系１２Ｃを示す。光学系１２Ｃは、図３に示す第１の実施の形態と同様の第１光学部４１および第２光学部４２と、第１部材１４Ｂ１および第２部材１４Ｂ２を有する補助光学部材１４Ｂとを有する。第１部材１４Ｂ１は空中像３０をＸ方向に移動させる際に光束の進行方向を補正し、即ち光束を偏向し、第２部材１４Ｂ２は空中像３０をＹ方向に移動させる際に光束の進行方向を補正、すなわち光束を偏向するために設けられる。第１光学部４１および第２光学部４２の下部（Ｚ方向−側）には補助光学部材１４Ｂが配置される。なお、補助光学部材１４Ｂの下部に第１光学部４１および第２光学部４２が配置されても良い。
第２光学部４２の第２筐体４２０の下部（Ｚ方向−側）に第１光学部４１の第２筐体４１０が配置される。補助光学部材１４Ｂにおいては、第２部材１４Ｂ２の下部に第１部材１４Ｂ１が配置される。
なお、第１光学部４１と第２光学部４２との間のＺ方向における上下関係が逆であっても良いし、補助光学部材１４Ｂの第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２との間のＺ方向における上下関係が逆であっても良い。
または、Ｚ方向において、第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２との間に第１光学部４１と第２光学部４２とが配置されても良いし、第１光学部４１と第２光学部４２との間に補助光学部材１４Ｂが配置されても良い。
補助光学部材１４Ｂの第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とのそれぞれは、図３０に示す補助光学部材１４Ｂと同一の構成を有する。すなわち、第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とは、それぞれ境界面１４３Ｂの移動させることができる。ただし、第１部材１４Ｂ１は、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１に従って境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４が変更可能となるように、すなわち境界面１４３Ｂと第１筐体４１０の下部との距離（Ｚ方向の距離）がＸ方向に沿って増減するように取り付けられる。また、第２部材１４Ｂ２は、第２結像ミラー４２１の駆動角度θ２に従って境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ５が変更可能となるように、すなわち境界面１４３Ｂと第２筐体４２０の下部との距離（Ｚ方向の距離）がＹ方向に沿って増減するように取り付けられる。
図３２（ｂ）は、変形例３の表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。変形例４では、図３０（ｂ）に示す第６の実施の形態におけるブロック図と異なり、駆動制御部２１は第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とに電圧を印加して第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とを駆動角度θ１、θ２で傾斜駆動する。電圧制御部２４は、補助光学部材１４Ｂが有する第１部材１４Ｂ１および第２部材１４Ｂ２のそれぞれの上部電極１５１と下部電極１５２とに印加する電圧を制御する。他の構成については図３０（ｂ）に示す第６の実施の形態のブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と電圧制御部２４とを備える。
電圧制御部２４は、第６の実施の形態と同様にして、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１に基づいて、第１部材１４Ｂ１の境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４を算出する。同様にして、電圧制御部２４は、第２結像ミラー４２１の駆動角度θ２に基づいて、第２部材１４Ｂ２の境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ５を算出する。電圧制御部２４は、算出した角度φ４、φ５から、第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とに印加する電圧の値をそれぞれ算出し、算出結果に従って電圧を印加させる。これにより、表示器１１から出射した光束は、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１と第２結像ミラー４２１の駆動角度±θ２とに応じて偏向され、収差の影響が低減された空中像３０がＸＹ平面に平行な面上で任意の位置に移動される。
なお、補助光学部材１４Ｂの第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とを液晶素子１４６により構成するものに代えて、液体レンズにより構成しても良い。この場合、第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２として、それぞれ図３３に示す補助光学部材１４Ｂを用いれば良い。また、液体レンズとしてエレクトロウェッティングにより境界面１４３Ｂの位置を制御するものに限定されず、たとえば、図２８に示した透明な容器内に液体を注入させ、液体の流動を制御して、液体の液面に配置された透明板の傾斜角を変化させる液体レンズを用いても良い。
また、第１部材１４Ｂ１を液晶素子、第２部材１４Ｂ２を液体レンズとしても良い。当然、その逆の、第２部材１４Ｂ２を液晶素子、第１部材１４Ｂ１を液体レンズとしても良い。
なお、変形例３では、補助光学部材１４Ｂとして第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とを備えるものに限定されない。たとえば、図２６に示す液晶素子１４６からなる１つの補助光学部材１４Ｂでも良い。この場合、液晶素子１４６の屈折率分布を、Ｘ方向に対する光束を偏向するための境界面と、Ｙ方向に対する光束を偏向するための境界面とが形成されるように、電圧制御部２４は、印加する電圧を制御すれば良い。したがって、１つの補助光学部材１４Ｂが、第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とにより行われていた補正を行うことができるので、表示装置１を小型化することができる。
第６の実施の形態の変形例３では、補助光学部材１４Ｂは、光の光路に対し、Ｘ方向に対する補正と、Ｙ方向に対する補正とを行うので、空中像３０がＸＹ平面上で移動された場合でも、収差を低減させることができる。
また、第６の実施の形態の変形例３では、補助光学部材１４Ｂは、Ｘ方向に対する補正を行う第１部材１４Ｂ１と、Ｙ方向に対する補正を行う第２部材１４Ｂ２とを有する。これにより、Ｘ方向の移動に伴う収差と、Ｙ方向の移動に伴う収差とをそれぞれ低減して、収差による劣化を抑制した空中像３０を移動させることができる。
（第６の実施の形態の変形例４）
第６の実施の形態の変形例４では、ユーザが表示装置１を観察する位置に基づいて、空中像３０を形成する位置を決定する。第６の実施の形態の変形例４の表示装置１は、第４の実施の形態の表示装置１（図１９〜図２１参照）と同様に、撮像装置（たとえばデジタルカメラ）５を備え、この撮像装置５は表示装置１の上面に配置される。また、表示装置１は、図３２に示す第６の実施の形態の変形例３の光学系１２Ｃを有する。その他は図１９に示す第４の実施の形態の表示装置１と同様である。以下、第６の実施の形態とその変形例３と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第６の実施の形態とその変形例３にて説明した内容を適用することができる。
図３３は第６の実施の形態の変形例４の表示装置１の主要部の構成を示すブロック図である。制御部２０は、図２０に示す第４の実施の形態と同様に、撮像装置５により撮像された画像データを解析して表示装置１を観察するユーザを検出する検出部２５と、検出部２５の検出結果に基づいて空中像３０を形成する位置を決定する決定部２６とを備える。他の構成は図３２（ｂ）の第６の実施の形態の変形例３のブロック図と同様に表される。即ち、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｃと、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と電圧制御部２４と検出部２５と決定部２６とを備える。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部と、補助光学部材１４の動作を制御する補正用の制御部と、ユーザの検出を行うための検出用の制御部との３つを有しても良い。この場合、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、光学部用の制御部は光学系１２Ｃと一体化させ、検出用の制御部は撮像装置５に格納しても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と光学系１２Ｃと補助光学部材１４と検出部２５とを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ｃと一体化させても良い。
検出部２５は、第４の実施の形態（図１９〜図２１参照）の場合と同様にして、撮像装置５により撮像された撮像データ上から人物、すなわち表示装置１を観察するユーザを検出する。決定部２６は、第４の実施の形態の場合と同様にして、検出部２５により検出されたユーザの実際の位置に基づいて、空中像３０を形成させる位置を決定する。なお、第６の実施の形態の変形例４においても、ユーザと表示装置１との位置関係に基づいて空中像３０を形成する方向を決定するものに限定されず、ユーザの視線の方向に空中像３０を形成しても良い。
決定部２６は、空中像３０を形成させる位置、すなわち空中像３０の移動量を決定する。この場合も第４の実施の形態と同様にして、決定部２６は、検出されたユーザが表示装置１から離れているほど移動量を大きくする。ユーザと表示装置１との間の距離は、撮像データ上で検出された人物の大きさに基づいて算出すれば良い。決定部２６は、記憶部９に記憶された、ユーザと表示装置１との距離および空中像３０の移動量が関連付けされたデータを参照して、空中像３０の移動量を算出する。
駆動制御部２１は、決定部２６によって決定された空中像３０の形成方向と表示装置１の中心からの移動量とに基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１と第２駆動ミラー４２１の駆動角度θ２とを算出する。駆動制御部２１は、算出した駆動角度θ１およびθ２にて第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とを駆動させるために、第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とに電圧の印加を行う。電圧制御部２４は、第６の実施の形態とその変形例３の場合と同様に、駆動制御部２１により算出された駆動角度θ１およびθ２に基づいて、境界面１４３ＢがＸＹ平面に対してなす角度φ４およびφ５を算出する。電圧制御部２４は、記憶部９に記憶された、駆動角度θ１およびθ２と角度φ４およびφ５とが関連付けされたデータを参照して、境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４およびφ５を算出する。電圧制御部２４は、算出した角度φ４およびφ５が得られる屈折率分布となるように、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧の値を算出する。
なお、上述したデータを表示装置１が備える記憶部９に記憶するものとしたが、これに限定されず、表示装置１の外部の記憶装置に記憶しても良い。表示装置１と外部の記憶装置との間は有線または無線により直接的に、またはネットワーク等を介して間接的に接続されて、各種の情報やデータの送受信を行う。
図３４のフローチャートを参照して、第６の実施の形態の変形例４における表示装置１による空中像３０を形成するための動作について説明する。図３４に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ３１（撮像データ生成）からステップＳ３４（空中像の移動量算出）までの各処理は、図２１の第４の実施の形態のフローチャートにおけるステップＳ１（撮像データ生成）からステップＳ４（空中像の移動量算出）までの各処理と同様である。ステップＳ３５では、駆動制御部２１は、算出された移動量に基づいて、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の駆動角度を算出してステップＳ３６へ進む。ステップＳ３６（境界面の角度φ４、φ５の決定）とステップＳ３７（上部電極と下部電極への印加電圧算出）の各処理は、図３１の第６の実施の形態のフローチャートにおけるステップＳ２２（境界面の角度φ４、φ５の算出）とステップＳ２３（上部電極と下部電極への印加電圧算出）の各処理と同様である。
ステップＳ３８では、駆動制御部２１は、算出した駆動角度θ１およびθ２に基づいて電圧を印加して第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方を傾斜駆動させる。電圧制御部２４は、算出した角度φ４およびφ５に基づいて、上部電極１５１と下部電極１５２とに電圧を印加して、第１部材１４Ｂ１の液晶素子１４６の境界面１４３Ｂと第２部材１４Ｂ２の液晶素子１４６の境界面１４３Ｂとの少なくとも一方のＸＹ平面に対する角度を制御する。これにより、収差の影響が低減された空中像３０が、検出されたユーザの位置に応じて移動した位置に形成される。ステップＳ３９では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ３９が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ３９が否定判定されてステップＳ３１へ戻る。
なお、第６の実施の形態の変形例４では、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて表示装置１を観察するユーザを検出する構成としたが、この例に限定されない。第４の実施の形態とその変形例１（図１９〜図２１参照）にて説明したように、ユーザによる操作ボタンの操作や、集音によって集音された音声データに基づいて、ユーザを検出しても良い。
第６の実施の形態の変形例４では、駆動制御部２１は、ユーザの位置またはユーザの視線方向に基づいて、第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１の駆動角度、または第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の駆動角度を決定する。これにより、ユーザが視認し易い位置に収差を低減した空中像３０を形成することができる。
なお、第６の実施の形態の変形例４では、補助光学部材１４Ｂの第１部材１４Ｂ１と第２部材１４Ｂ２とを図３２に示す補助光学部材１４Ｂと同様の構成としたが、図２９（ｂ）や（ｃ）に示すように、複数の部分光学部材により構成しても良い。この場合の第６の実施の形態の変形例５では、補助光画像部材１４ＢのＺ方向の大きさを小さくできるので、光学系１２Ｃの大型化を抑制し、表示装置１の小型化に寄与する。
また、第６の実施の形態の変形例４を、図１１〜図１７に示すような第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａに図３２に示す補助光学部材１４Ｂを配置した、第６の実施の形態の変形例１に適用しても良い。
また、以上の第６の実施の形態の変形例４では、ユーザの位置に基づいて、形成されている空中像３０の位置を移動させるものであったが、ユーザの位置に基づいて、空中像３０の形成を開始させるものであっても良い。例えば、表示装置１をデジタルサイネージ等に組み込んだ場合に、ユーザが表示装置１に対して所定の位置、例えば５０ｃｍ離れた位置で立ち止まった場合に、空中像３０の形成を開始すれば良い。なお、上記の所定の位置は、表示装置１が設けられた場所等の環境に応じて異ならせると良い。
なお、第４の実施の形態の変形例１のように、ユーザが行うジェスチャーに基づいて、空中像３０を移動させても良い。この場合、検出部２５は、第４の実施の形態の変形例１と同様に、撮像装置５により生成された複数の撮像データを用いて、ユーザにより行われたジェスチャーを検出する。決定部２６は、検出されたジェスチャーに基づいて、第４の実施の形態の変形例１の場合と同様にして、空中像３０の移動方向や移動量を決定する。なお、検出されるジェスチャーとしては、第４の実施の形態の変形例１にて説明した種々の態様を適用することができる。駆動制御部２１は、決定部２６によって決定された空中像３０の移動方向と移動量とに基づいて、第４の実施の形態の変形例１の場合と同様にして、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１と第２駆動ミラー４２１の駆動角度θ２とを算出する。電圧制御部２４は、第６の実施の形態とその変形例３の場合と同様に、駆動制御部２１により算出された駆動角度θ１およびθ２に基づいて、境界面１４３ＢがＸＹ平面に対してなす角度φ４およびφ５を算出する。
第６の実施の形態の変形例４では、検出部２５によって検出された、ユーザが行ったジェスチャーに基づいて、決定部２６は空中像３０の位置を決定するので、ユーザが所望する位置に空中像３０を形成させることができる。
また、以上の第６の実施の形態の変形例４では、ユーザが行うジェスチャーに基づいて、形成されている空中像３０の位置を移動させるものであったが、ジェスチャーに基づいて、空中像３０の形成を開始させるものであっても良い。例えば、表示装置１の前でユーザが、例えば体の前で手を振る等のジェスチャーを行った場合に空中像３０の形成を開始すれば良い。
−第７の実施の形態−
上述した第５の実施の形態とその変形例１〜３（図２４〜図２９参照）および第６の実施の形態とその変形例１〜４（図３０〜図３４参照）では、補助光学部材１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを用いて表示器１１から出射された光の進行方向を補正して、収差の影響を低減した実像を形成させるものであった。これに対して、第７の実施の形態の表示装置１は、補助光学部材を用いることなく収差の影響を低減した実像を形成する構成とした。以下、詳細に説明する。
図面を参照しながら、第７の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第７の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述の第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
図３５（ａ）は、第７の実施の形態の光学系１２Ｄの構成を模式的に示すＺＸ平面に平行な面での断面図である。光学系１２Ｄは、第１の実施の形態の結像光学系１２（図３参照）とは異なり、第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とを備えない。すなわち、第５の実施の形態（図２４、図２５参照）と同様に第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とを駆動させることはできない。ただし、光学系１２Ｄは、第５の実施の形態とは異なり補助光学部材１４を備えていない。また、図３５（ａ）では、第１筐体４１０の上部（Ｚ方向＋側）に第２筐体４２０を配置した例を示すが、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。
第７の実施の形態の光学系１２Ｄの主要部構成は、上記のように第１駆動部４１２と第１駆動部４２２とを備えていないので、図３５（ｂ）に示すブロック図により表される。即ち、第７の実施の形態の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｄと、記憶部９とを備える。制御部２０は、画像生成部２２と表示制御部２３とを備える。
光学系１２Ｄの第１結像ミラー４１１の反射面がＺＸ平面に直交する方向に延在、即ち広がった状態で第１筐体４１０に配置される。複数の第１結像ミラー４１１がＸ方向に沿って配置されて構成された第１結像ミラー列では、それぞれの第１結像ミラー４１１では、Ｘ方向における配置位置に応じてＺ方向に対して傾けて固定される。したがって、第１結像ミラー列内の全てのまたはいくつかの第１結像ミラー４１１について、Ｚ方向となす角度は同一ではない。第２結像ミラー４２１は、反射面がＺＸ平面に平行、即ちＺ方向に対して傾きを持たない直立状態で第２筐体４２０に配置される。
＜第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１の傾きと光束との関係＞
図３６（ａ）は、全ての第１結像ミラー４１１について、Ｚ方向とのなす角度−θ４が同一となるように配置された場合における、表示画素Ｐ１と光束との関係を示す図である。この場合、上述した第５の実施の形態において、図２２（ａ）や図２３（ａ）を用いて説明したように、表示画素Ｐ１から出射した複数の光束のうち、一部の光束は実像Ｐ１１に収束するが、他の光束はその実像Ｐ１１の位置に収束しない。このため、不鮮明な実像Ｐ１１が形成されることになる。
本実施の形態では、以下の考え方に従って、各第１結像ミラー４１１について、第１結像ミラー４１１と表示画素Ｐ１との位置関係に応じて、Ｚ方向となす角度±θ４を変更することにより、補助光学部材１４等を用いることなく表示画素Ｐ１から出射した光束を実像Ｐ１１に位置に収束させて、収差の影響を低減した実像Ｐ１１を形成させる。
図３６（ｂ）は、各第１結像ミラー４１１についてＺ方向となす角度±θ４を、第１結像ミラー４１１と表示画素Ｐ１との位置関係に応じて変更、即ち修正した本実施の形態の光学系１２Ｄを示した図である。図３６（ｂ）において、表示画素Ｐ１から出射する光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５…のうち中心部に近い、すなわちＺ方向との間の角度が０°に最も近い光束Ｌ４は、角度−θ４の第１結像ミラー４１１によって反射され、実像Ｐ１１の位置に収束する。他の光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５…の各々も、それぞれに対応する第１結像ミラー４１１によって反射され、上述の実像Ｐ１１の位置に収束するように、各光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５…が入射する第１結像ミラー４１１の角度が角度−θ４から修正されている。
まず、表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも−側、即ち図の紙面において表示画素Ｐ１の位置よりも左側に位置する第１結像ミラー４１１の角度を、左端とその右隣の第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂを代表例として説明する。第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂは、角度−θ４よりもそれぞれ所定角度＋Δθ４ａ、＋Δθ４ｂだけ小さい角度−θ４ａ（＝−θ４＋Δθ４ａ）、−θ４ｂ（＝−θ４＋Δθ４ｂ）に設定される。ここで、表示画素Ｐ１から相対的に遠い位置の第１結像ミラー４１１ａの所定角度＋Δθ４ａは、表示画素Ｐ１から相対的に近い位置の第１結像ミラー４１１ｂの所定角度＋Δθ４ｂよりも大きい。換言すると、第１結像ミラー４１１ａの角度−θ４ａの大きさは、第１結像ミラー４１１ｂの角度−θ４ｂの大きさよりも小さい。
第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂの角度−θ４ａ、−θ４ｂを上述のように定める理由は以下の通りである。もしも第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂが共に角度−θ４に設定されていると、図３６（ａ）に示したように、第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂでそれぞれ反射された光束Ｌ１、Ｌ２は、共に実像Ｐ１１の位置よりも、下方側、即ちＺ方向−側にずれる。そして、この下方向のずれ量は、第１結像ミラー４１１ａの反射光束Ｌ１の方が第１結像ミラー４１１ｂの反射光束Ｌ２よりも大きい。そこで、第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂの角度−θ４を、共に小さくなるように調整するとともに、第１結像ミラー４１１ａの所定角度＋Δθ４ａを第１結像ミラー４１１ｂの所定角度＋Δθ４ｂよりも大きくする。このように、表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも、Ｘ方向−側に位置する第１結像ミラー４１１は、Ｘ方向−側に配置された第１結像ミラー４１１ほど、Ｚ方向とのなす角度−θ４の大きさが小さくなるように配置される。
次に、表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも＋側、即ち表示画素Ｐ１の位置よりも図の紙面右側に位置する第１結像ミラー４１１の角度−θ４について説明する。表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも＋側に位置する複数の第１結像ミラー４１１の代表として、光束Ｌ５を反射する第１結像ミラー４１１ｃについて説明する。第１結像ミラー４１１ｃは、角度−θ４よりも所定角度−Δθ４ｃだけ大きい角度−θ４ｃ（＝−θ４−Δθ４ｃ）に設定される。この第１結像ミラー４１１ｃよりも、更にＸ方向＋側、すなわち表示画素Ｐ１から遠ざかる側の第１結像ミラー４１１は、第１結像ミラー４１１ｃの角度−θ４ｃの大きさよりも大きい角度に設定される。
第１結像ミラー４１１ｃの角度−θ４ｃを上述のように定める理由は、以下の通りである。もし第１結像ミラー４１１ｃが角度−θ４に設定されていると、図３６（ａ）に示したように、第１結像ミラー４１１ｃで反射された光束Ｌ５は、実像Ｐ１１の位置よりもＸ方向−側にずれる。そこで、第１結像ミラー４１１ｃの角度を角度−θ４よりも−Δθ４ｃだけ大きくするように調整する。これによって、表示画素Ｐ１からの光束Ｌ５は、第１結像ミラー４１１ｃで反射されて、実像Ｐ１１の位置に収束する。
なお、第２結像ミラー４２１をＺ方向に対して傾いて配置する場合には、第２結像ミラー４２１について上記と同様にして、第２結像ミラー列の中心からの位置に応じて、Ｚ方向となす角度を異ならせて配置する。これにより、表示画素Ｐ１から出射した光束を、Ｙ方向に角度＋θ５に応じた位置に移動した実像Ｐ１１の位置に収束させることができる。
第７の実施の形態では、表示器１１から出射された光を複数の第１結像ミラー４１１で反射し空中に結像させる第１光学部４１と、複数の第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０とを備え、第１光学部４１では、複数の第１結像ミラー４１１に含まれる第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとが異なる角度で配置される。これにより、収差を低減させた空中像３０を結像させることができる。
また、第７の実施の形態では、第１光学部４１では、複数の第１結像ミラー４１１に含まれる第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとが異なる角度で配置されるので、他の補正部材等を設ける必要がなく、装置の小型化に寄与する。
また、第７の実施の形態では、第１結像ミラー４１１によって収差を低減させたため、空中像３０に色収差が発生せず、好適な空中像３０を表示することができる。
また、第７の実施の形態では、表示を行う表示器１１を備えるので、表示器１１に表示した画像を空中像３０としてユーザに視認させることができる。
（第７の実施の形態の変形例１）
図１１〜図１７に示すような第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａに上述した第７の実施の形態にて説明した考え方を適用してもよい。図３７は、図１１に示す第２の実施の形態と同様に、光学系１２Ｄは、設置部１２１１と、設置部１２１１に設けられた複数の部分反射ミラー１２１２を有する部分反射部１２１０と、再帰性反射部１２２０とを有する。ただし、部分反射ミラー１２１２を駆動するための駆動部１２１３を有していない。この場合、部分反射ミラー１２１２がＰ方向に対してなす角度−θ２を、それぞれの部分反射ミラー１２１２が配置された位置に応じて異ならせる。この場合、部分反射部１２１０のＺ方向−側端部付近に配置された部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂを、部分反射部１２１０の中央部近傍に配置された部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄの角度−θ２の大きさよりも小さくして配置する。部分反射部１２１０のＺ方向＋側端部付近に配置された部分反射ミラー１２１２ｅ、１２１２ｆを、部分反射部１２１０の中央部近傍に配置された部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄの角度−θ２の大きさよりも大きくして配置する。
図３７では、表示画素Ｐ１から出射した光束のうち中心部付近の光束Ｌ１、Ｌ２が部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄで反射されて、収束されて実像Ｐ１１を結像する。この実像Ｐ１１の位置は、部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄの角度−θ２に応じて、Ｘ方向に移動している。部分反射部１２１０の両端部付近に配置された部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｅ、１２１２ｆによる反射光束が、実像Ｐ１１で収束するように、それぞれの部分反射ミラー１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｅ、１２１２ｆとＰ方向との角度を決める。
部分反射部１２１０のＺ方向−側端部付近における部分反射ミラー１２１２ａは、部分反射部１２１０の中央部付近の部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄと比べて、図の紙面上を反時計回りに所定角度Δθ２ａだけ回転させて配置される。すなわち、部分反射ミラー１２１２ａが角度−θ２ａ（＝−θ２＋Δθ２ａ）の傾きにて配置される。部分反射ミラー１２１２ｂについても同様に、部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄと比べて、図の紙面上を反時計回りに所定角度Δθ２ｂ（＜Δθ２ａ）だけ回転させて配置される。すなわち、部分反射ミラー１２１２ｂの角度−θ２ｂ（＝−θ２＋Δθ２ｂ）の傾きにて配置される。したがって、設置部１２１１の中央部からの距離が増加するほど部分反射ミラー１２１２の角度−θ２の大きさが小さくなる。
部分反射部１２１０のＺ方向＋側端部付近における部分反射ミラー１２１２ｆは、部分反射部１２１０の中央部付近の部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄと比べて、図の紙面上を時計回りに所定角度Δθ２ａだけ回転させて配置される。すなわち、部分反射ミラー１２１２ｆが角度−θ２ｆ（＝−θ２−Δθ２ａ）の傾きにて配置される。部分反射ミラー１２１２ｅについても同様に、部分反射ミラー１２１２ｃ、１２１２ｄと比べて、図の紙面上を時計回りに所定角度Δθ２ｅ（＞Δθ２ｆ）だけ回転させて配置される。すなわち、部分反射ミラー１２１２ｅの角度−θ２ｅ（＝−θ２−Δθ２ｅ）の傾きにて配置される。したがって、設置部１２１１の中央部からの距離が増加するほど部分反射ミラー１２１２の角度−θ２の大きさが大きくなる。
なお、Ｙ方向に移動した位置に収差を低減した実像Ｐ１１を形成させる場合には、部分反射ミラー１２１２の角度θ１を、部分反射ミラー１２１２の位置に応じて変化させて配置すれば良い。
第７の実施の形態の変形例１では、表示器１１から出射された光を複数の部分反射ミラー１２１２で反射し空中に結像させる部分反射部１２１０と、複数の部分反射ミラー１２１２が配置される設置部１２１１とを備え、部分反射部１２１０では、複数の部分反射ミラー１２１２に含まれる部分反射ミラー１２１２ａと部分反射ミラー１２１２ｂとが異なる角度で配置される。これにより、収差を低減させた空中像３０を結像させることができる。
また、第７の実施の形態の変形例１では、部分反射部１２１０では、複数の部分反射ミラー１２１２に含まれる部分反射ミラー１２１２ａと部分反射ミラー１２１２ｂとが異なる角度で配置されるので、他の補正部材等を設ける必要がなく、装置の小型化に寄与する。
また、部分反射ミラー１２１２によって収差を低減させたため、空中像３０に色収差が発生せず、好適な空中像３０を表示することができる。
なお、上記の例では、部分反射部１２１０を例に挙げて説明したが、これに限定されず、第２の実施の形態とその変形例１〜４（図１１〜図１７参照）で説明した各光学系１２Ａに対して第７の実施の形態の変形例１を適用することができる。
（第７の実施の形態の変形例２）
第１の実施の形態の変形例３の第２光学系１２２（図８参照）に代えて、第７の実施の形態の光学系１２Ｄ（図３５参照）を用いて結像光学系１２を構成しても良い。これにより、第７の実施の形態の変形例２では、表示器１１から出射された光を複数の第１結像ミラー４１１で反射し空中に結像させる第１光学部４１と、複数の第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０とを備える。第１光学部４１では、複数の第１結像ミラー４１１に含まれる第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとが異なる角度で配置される。これにより、光学系に対して表示画素Ｐ１と対称な位置に結像する従来の装置の光学系に本実施の形態の光学系１２Ｄを配置して、簡単に収差を低減させた空中像３０の位置を移動させて形成することができる。
−第８の実施の形態−
図面を参照しながら、第８の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第８の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述の第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
本実施の形態の表示装置１は、第７の実施の形態の光学系１２Ｄ（図３５（ａ）参照）が有する第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を傾斜駆動可能に構成したことにより、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の傾斜駆動に従って光路の補正量、すなわち光束の偏向量を変更する。以下、詳細に説明する。
図３８（ａ）は第８の実施の形態の光学系１２ＥのＺＸ平面における断面図である。第８の実施の形態の光学系１２Ｅは、図３に示す第１の実施の形態の結像光学系１２と同様の構成を有する。第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とが傾斜駆動可能に第１筐体４１０と第２筐体４２０とに配置される。
図３８（ｂ）は、第８の実施の形態の表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。第８の実施の形態では、図２に示す第１の実施の形態におけるブロック図と異なり、制御部２０は、算出部２７を備える。算出部２７は、第１結像ミラー４１１を駆動角度±θ１からずらす角度±Δθ１と、第２結像ミラー４２１を駆動角度±θ２からずらす角度±Δθ２との少なくとも一方を算出する。他の構成については図２に示す第１の実施の形態のブロック図と同様に表される。即ち、表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｅと、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と算出部２７とを備える。
なお、以下の説明では、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。
駆動制御部２１は、表示画素Ｐ１から出射された光束を結像させる位置に基づいて、Ｘ方向の移動量を算出し、算出した移動量から駆動角度−θ１を算出する。なお、このＸ方向の移動量は、表示画素Ｐ１のＸ方向位置と、表示画素Ｐ１に対応する実像Ｐ１１のＸ方向位置との間のＸ方向の距離に相当する。駆動制御部２１は、表示画素Ｐ１に最も近い位置、すなわち表示画素Ｐ１から出射される光束のうち、ほぼ中央部からの光束を反射する第１結像ミラー４１１の駆動角度を−θ１に設定する。算出部２７は、第７の実施の形態の場合と同様の考え方を適用して、駆動角度−θ１の第１結像ミラー４１１以外の第１結像ミラー４１１の各々について、駆動角度−θ１からのずらす角度±Δθ１を算出する。なお、以後の説明では、実像Ｐ１１のＸ方向位置を決定する駆動角度−θ１に設定された第１結像ミラー４１１を基準第１結像ミラー４１１ｓと呼ぶ。
算出部２７は、図３６を用いて第７の実施の形態にて説明したように、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向に沿った距離が増加する程、ずらす角度Δθ１の大きさを大きくする。表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも−側、即ち図の紙面において表示画素Ｐ１の位置よりも左側に位置する第１結像ミラー４１１の駆動角度を、第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂを代表例として説明する。算出部２７は、駆動角度−θ１で傾斜駆動する基準第１結像ミラー４１１ｓに対してＸ方向−側に配置された第１結像ミラー４１１については、ずらす方向をＸ方向−側（図３８（ａ）の紙面に対して反時計回り）にする。すなわち、算出部２７は、第１結像ミラー４１１ａのずらす角度を＋Δθ１ａと第１結像ミラー４１１ｂのずらす角度＋Δθ１ｂと算出する。ここで、算出部２７は、表示画素Ｐ１から相対的に遠い位置の第１結像ミラー４１１ａのずらす角度＋Δθ１ａは、表示画素Ｐ１から相対的に近い位置の第１結像ミラー４１１ｂのずらす角度＋Δθ１ｂよりも大きくする。換言すると、第１結像ミラー４１１ａの駆動角度−θ１ａ（＝−θ１＋Δθ１ａ）の大きさは、第１結像ミラー４１１ｂの駆動角度−θ１ｂ（＝−θ１＋Δθ１ｂ）の大きさよりも小さい。
表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも＋側、即ち表示画素Ｐ１の位置よりも図の紙面右側に位置する第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１について、表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも＋側に位置する第１結像ミラー４１１の駆動角度を、第１結像ミラー４１１ｃを代表として説明する。算出部２７は、駆動角度−θ１で傾斜駆動する基準第１結像ミラー４１１ｓに対してＸ方向＋側に配置された第１結像ミラー４１１については、ずらす方向をＸ方向＋側（図３８（ａ）の紙面に対して時計回り）にする。すなわち、算出部２７は、ずらす角度を−Δθ１として算出する。算出部２７は、第１結像ミラー４１１ｃの駆動角度を−θ１よりもずらす角度−Δθ１ｃだけ大きい駆動角度−θ１ｃ（＝−θ１−Δθ１ｃ）として算出する。算出部２７は、この第１結像ミラー４１１ｃよりも、更にＸ方向＋側、すなわち表示画素Ｐ１から遠ざかる側の第１結像ミラー４１１については、第１結像ミラー４１１ｃの駆動角度−θ１ｃの大きさよりも大きい駆動角度として算出する。
なお、上述した第１結像ミラー４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃのずらす角度−Δθ１ａ、−Δθ１ｂ、−Δθ１ｃは、各第１結像ミラー４１１と基準第１結像ミラー４１１ｓとの距離と、基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動角度−θ１とによって決まる値である。基準第１結像ミラー４１１ｓからの距離と、駆動角度θ１と、ずらす角度Δθ１とは、予め関連付けされたデータとして、記憶部９に記憶され、算出部２７は、ずらす角度Δθ１を算出する際に、このデータを参照する。
また、上述したデータを表示装置１が備える記憶部９に記憶するものとしたが、これに限定されず、表示装置１の外部の記憶装置に記憶しても良い。表示装置１と外部の記憶装置との間は有線または無線により直接的に、またはネットワーク等を介して間接的に接続されて、各種の情報やデータの送受信を行う。
駆動制御部２１は、それぞれの第１結像ミラー４１１の第１駆動部４１２に対して、各第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１±Δθ１に応じて電圧を印加する。この結果、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置に応じて、第１結像ミラー４１１が異なる傾きで傾斜駆動される。従って、第７の実施の形態の場合と同様に、表示器１１の表示位置とはＸ方向に異なる位置に移動させて空中像３０を形成する場合であっても、収差が低減された空中像３０が形成される。
図３９のフローチャートを参照して、第８実施の形態の表示装置１の光学系１２Ｅの動作状態時の処理について説明する。図３９に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ５１では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を算出してステップＳ５２へ進む。ステップＳ５２では、算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置に応じて、各第１結像ミラー４１１ごとの駆動角度θ１からのずらす角度±Δθ１を算出してステップＳ５３へ進む。
ステップＳ５３では、駆動制御部２１は、各第１結像ミラー４１１ごとに配置された第１駆動部４１２のそれぞれに、算出された駆動角度θ１±Δθ１に従って電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。即ち、基準第１結像ミラー４１１ｓは駆動角度θ１で傾斜駆動され、他の第１結像ミラー４１１は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の位置と距離とに応じて異なるずらす角度±Δθ１で補正された駆動角度で傾斜駆動される。これにより、収差の発生が低減された空中像３０が、表示装置１の中心部近傍から離れた位置に形成される。ステップＳ５４では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ５５が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ５５が否定判定されてステップＳ５１へ戻る。
空中像３０をＹ方向に移動させる場合には、算出部２７は、同様にして駆動角度θ２からずらす角度±Δθ２を算出し、駆動制御部２１は、算出した駆動角度θ２±Δθ２に応じた電圧を第２駆動部４２２に印加する。この場合、制御部２０は、図３９と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。これにより、第２結像ミラー４２１は、基準となる第２結像ミラー４２１からのＹ方向の距離と位置とに応じて、異なる傾きで傾斜駆動される。従って、表示器１１の表示位置とはＹ方向に異なる位置に移動させて空中像３０を形成する場合であっても、収差が低減された空中像３０が形成される。
なお、上述の説明では、ステップＳ５２において、算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置とに応じて、各第１結像ミラー４１１ごとの駆動角度θ１からのずらす角度±Δθ１を算出していたが、必ずしも算出する必要はない。つまし、算出部２７を必ずしも必要としない。すなわち、空中像３０を形成させる位置と複数ある第１結像ミラー４１１のそれぞれについて傾斜させる角度との関係を纏めたデータ表を予め記憶部９に記憶させておけば良い。
そのため、ステップＳ５１では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、記憶部９に記憶させていたデータ表に基づく各第１結像ミラー４１１の駆動角度に傾斜駆動させる制御を行っても良い。
第８の実施の形態では、表示器１１から出射された光を複数の第１結像ミラー４１１で反射し空中に結像させる第１光学部４１と、複数の第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０とを備え、第１光学部４１では、複数の第１結像ミラー４１１に含まれる第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとが異なる角度で配置される。これにより、収差を低減させた空中像３０を結像させることができる。
また、第８の実施の形態では、第１結像ミラー４１１ａまたは第１結像ミラー４１１ｂを駆動し、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとを異なる駆動角度で傾斜駆動する第１駆動部４１２を備える。したがって、空中像３０を移動させる場合であっても収差を低減させることができる。
また、第８の実施の形態では、第１駆動部４１２は、表示器１１から出射された光束を結像させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度を決定する。これにより、空中像３０の形成位置の移動量に応じて適切に収差を低減させることができる。
また、第１結像ミラー４１１は、駆動角度±θ１からのずらす角度±Δθ１が付与されて傾斜駆動されるので、他の補正部材等を設ける必要がなく、装置の小型化に寄与する。また、第１結像ミラー４１１により収差が低減された空中像３０が形成されるので、空中像３０に色収差が発生せず、好適な空中像３０を表示することができる。
また、第８の実施の形態では、表示を行う表示器１１を備えるので、表示器１１に表示した画像を空中像３０としてユーザに視認させることができる。
（第８の実施の形態の変形例１）
第８の実施の形態においては、表示画素Ｐ１から出射された複数の光束を実像Ｐ１１の位置に収束させることができる。しかし、表示画素Ｐ１からの距離が離れた位置の表示画素から出射された複数の光束については、実像が形成される位置に収束せず、鮮明な実像が形成されない場合がある。すなわち、ユーザは表示画素Ｐ１から離れた位置の表示画素に対応する実像を視認しにくくなる。
以下では、第８の実施の形態の変形例１の具体的な構成を説明する前に、表示画素Ｐ１からの光束を収束させるように傾斜駆動された第１結像ミラー４１１と、表示画素Ｐ１からの距離が離れた位置の表示画素から出射された複数の光束との関係について説明する。
図４０は、表示画素Ｐ１から出射された光束に対して、第１結像ミラー４１１が駆動角度−θ１±Δθ１で傾斜駆動された場合を模式的に示す。即ち、表示画素Ｐ１に対して基準第１結像ミラー４１１ｓが駆動角度−θ１で傾斜駆動され、第１結像ミラー４１１ａ〜４１１ｅは駆動角度−θ１に対して、上述した第８の実施の形態の場合と同様にして、それぞれずらす角度±Δθ１が付与されて傾斜駆動される。図４０（ａ）は表示画素Ｐ１から出射された複数の光束と、複数の光束が収束して形成される実像Ｐ１１とを示し、図４０（ｂ）は、表示画素Ｐ１から離れた位置に配置された表示画素Ｐ２から出射された複数の光束を示す。
この場合、図４０（ａ）に示すように、複数の第１結像ミラー４１１が駆動角度−θ１±Δθ１で傾斜駆動されていると（第１駆動）、表示画素Ｐ１から出射された複数の光束は、駆動角度−θ１に応じてＸ方向＋側に移動した位置に収束して実像Ｐ１１を形成する。これに対して、図４０（ｂ）に示すように、複数の第１結像ミラー４１１が駆動角度−θ１±Δθ１で傾斜駆動されていると、表示画素Ｐ２からの光束のうち、表示画素Ｐ２に相対的に近い位置にある第１結像ミラー４１１（たとえば、４１１ｃや４１１ｄや４１１ｅ）で反射した光束Ｌ３〜Ｌ５は、理想的には実像Ｐ２１の位置に集光する。しかし、表示画素Ｐ２から相対的に離れた位置に配置された第１結像ミラー４１１ｂや、表示画素Ｐ１に対する基準第１結像ミラー４１１ｓで反射された光束Ｌ１、Ｌ２は、実像Ｐ２１の位置に収束せず、ずれてしまう。
上述した第８の実施の形態の考え方に従った場合、表示画素Ｐ２からの複数の光束Ｌ１〜Ｌ５を実像Ｐ２１の位置に収束させるには、例えば、表示画素Ｐ２に最も近い第１結像ミラー４１１ｄを基準第１結像ミラーとし、第１結像ミラー４１１ｄの駆動角度を基準として、他の第１結像ミラー４１１のずらす角度を設定するといった方法がある。つまり、表示画素Ｐ２から出射した光が収束するように、全ての第１結像ミラー４１１の角度を設定する必要がある。
しかし、図４０（ｂ）に示す例では、表示画素Ｐ１に対して第１結像ミラー４１１のずらす角度が設定されている、つまり、基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動角度−θ１を基準としてずらす角度±Δθ１が設定されている。即ち、図４０（ｂ）の複数の第１結像ミラー４１１のそれぞれ駆動角度−θ１±Δθ１は、第１結像ミラー４１１ｄを基準に設定されたものではない。第１結像ミラー４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｅと基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動角度は、第１結像ミラー４１１ｄからのＸ方向位置に応じて決まるずらす角度が加味されたものではない。このため、表示画素Ｐ２からの複数の光束Ｌ１〜Ｌ５に対する偏向量、即ち光路の補正量が、実像Ｐ２１の位置に収束させるために必要な補正量とは異なってしまい、実像Ｐ２１が形成される位置に収束せず、鮮明な実像が形成されない場合が発生する。
第８の実施の形態の変形例１では、このような実像の視認性の低下を防ぐための動作を行う。以下、第８の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第８の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
第８の実施の形態の変形例１の表示装置１は、図３８（ｂ）に示す第８の実施の形態の表示装置１と同様の構成を有する。即ち、変形例１の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、第８の実施の形態の光学系１２Ｅと同様の光学系１２Ｅと、を有する。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と算出部２７とを備える。
なお、以下の説明では、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。
制御部２０の表示制御部２３は、表示器１１の全ての表示画素から光束を出射させず、一部の表示画素から光束を出射させ、他の表示画素から光束を出射させない、またはユーザに視認できない程度の輝度で光束を出射するように制御する。即ち、制御部２０の表示制御部２３は、表示器１１の一部の表示画素に画像を表示させ、他の表示画素には画像を表示させない、または他の表示画素の画像が低輝度になるように制御する。なお、表示制御部２３は、複数の表示画素のうち１つの表示画素から光束を出射させても良いし、周囲の所定個数の表示画素から光束を出射させても良い。周囲の所定個数の表示画素は、光学系１２Ｅの第１結像ミラー４１１が第７の実施の形態のように傾斜駆動された場合であっても、出射した光束の反射光束が実像の位置に収束し、実像の視認性に影響が出ない範囲に含まれる表示画素である。
図４１（ａ）は、表示器１１のうち光束を出射するように制御された表示画素Ｐ４と、その実像Ｐ４１との関係を模式的に示す図である。表示画素Ｐ４は、画像を表示して光束を出射するが、他の表示画素は画像を表示せず光束を出射しないときには、算出部２７は、表示画素Ｐ４に対する基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動角度−θ１からのずらす角度±Δθ１を算出する。算出部２７は、第８の実施の形態の場合と同様に、基準第１結像ミラー４１１ｓからＸ方向の距離と位置とに基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１±Δθ１を算出する。駆動制御部２１は、算出された駆動角度−θ１±Δθ１に従って、それぞれの第１結像ミラー４１１に電圧を印加する。これにより、図４１（ａ）に示すように、表示画素Ｐ４から出射した複数の光束は全て、Ｘ方向＋側に駆動角度−θ１に応じて移動した位置に収束し、そこに収差が低減された鮮明な実像Ｐ４１を形成する。
次に、表示制御部２３は、表示画素Ｐ４による画像表示を終了し、即ち光束の出射を終了し、図４１（ｂ）に示すように表示画素Ｐ４に隣接する表示画素Ｐ５に画像を表示させて光束を出射させる。この場合も、算出部２７は、表示画素Ｐ５に対する基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動角度−θ１からのずらす角度±Δθ１を算出し、基準第１結像ミラー４１１ｓからＸ方向の距離と位置とに基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１±Δθ１を算出する。駆動制御部２１は、算出された駆動角度−θ１±Δθ１に従って、それぞれの第１結像ミラー４１１に電圧を印加する（第２駆動）。これにより、図３６（ｂ）に示すように、表示画素Ｐ５から出射した複数の光束は全て、Ｘ方向＋側に駆動角度−θ１に応じて移動した位置に収束し、そこに鮮明な実像Ｐ５１を形成する。
制御部２０は、上述した動作を各表示画素について順次実行することにより、表示画素ごとに第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１を制御する。第１駆動部４１２が高速に駆動可能なＭＥＭＳの技術を用いて構成された場合には、第１結像ミラー４１１を高速に駆動することができる。このため、第１結像ミラー４１１の駆動も高速に行うことができるので、実像Ｐ４１の形成と実像Ｐ５１との形成とに要する時間が短時間となる。なお、第１駆動部４１２がＭＥＭＳとは異なる構造にて高速に駆動可能な場合にも、第１結像ミラー４１１を高速に駆動して、実像Ｐ４１の形成と実像Ｐ５１との形成とに要する時間が短時間になる。その結果、人間の目には、鮮明な実像Ｐ４１、Ｐ５１…が連なって、駆動角度−θ１に応じて移動した位置に１つの鮮明な空中像３０が観察される。
図４２のフローチャートを参照して、第８実施の形態の変形例１の表示装置１の光学系１２Ｅの動作状態時の処理について説明する。図４２に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ６１では、表示制御部２３は、表示器１１の表示画素のうち画像を表示する表示画素を選択してステップＳ６２へ進む。ステップＳ６２（第１結像ミラーの駆動角度算出）からステップＳ６４（第１結像ミラーの傾斜駆動）までの各処理は、図３９のフローチャートにおけるステップＳ５１（第１結像ミラーの駆動角度算出）からステップＳ５３（第１結像ミラーの傾斜駆動）までの各処理と同様である。
ステップＳ６５では、表示器１１の全ての表示画素に画像が表示され、実像が形成されたか否かを判定する。全ての表示画素に画像が表示され、実像が形成された場合には、ステップＳ６５が肯定判定されてステップＳ６６へ進む。画像が表示されていない表示画素が存在する場合には、ステップＳ６５が否定判定されてステップＳ６１へ戻る。ステップＳ６５では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ６５が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ６５が否定判定されてステップＳ６１へ戻る。
第８の実施の形態の変形例１では、第１駆動部４１２は、表示器１１の表示画素の位置に基づいて、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとを異なる駆動角度で傾斜駆動させる。これにより、画像が表示される表示画素の表示器１１上の位置によらず、収差を低減した空中像３０を形成することができる。
また、第８の実施の形態の変形例１では、第１駆動部４１２は、表示画素Ｐ４と表示画素Ｐ５とで、第１結像ミラー４１１ａまたは第１結像ミラー４１１ｂの駆動角度を異ならせる。これにより、光束が出射される位置に応じて収差を低減して、劣化を抑制した空中像３０を形成させることができる。
また、第８の実施の形態の変形例１では、表示制御部２３は、表示画素Ｐ４と表示画素Ｐ５との表示を異なるタイミングで行い、第１駆動部４１２は、表示制御部２３により表示画素Ｐ４が画像を表示している場合には、第１結像ミラー４１１ａまたは第１結像ミラー４１１ｂに対して駆動角度にて傾斜駆動させる。表示制御部２３により表示画素Ｐ５が画像を表示している場合には、第１駆動部４１２は第１結像ミラー４１１ａまたは第１結像ミラー４１１ｂに対して、表示画素Ｐ４が画像を表示していたときとは異なる駆動角度にて傾斜駆動させる。即ち、光束を出射させる表示画素を順次切り替え、切り替えに応じて第１結像ミラー４１１の傾斜駆動時の傾きを異ならせることにより、各表示画素ごとに収差を低減した実像を形成することができ、収差を低減した空中像３０を形成することができる。
また、第８の実施の形態の変形例１では、第１結像ミラー４１１によって収差を低減させたため、空中像３０に色収差が発生せず、好適な空中像３０を表示することができる。
また、他の補正部材等を用いる必要がないので、表示装置１の小型化に寄与する。
なお、空中像３０をＹ方向に移動させる場合についても同様の動作を行う。すなわち、表示制御部２３は、Ｙ方向に沿って順次光束を出射させる表示画素を切り替える。算出部２７は、光束を出射する表示画素を切り替えるごとに、駆動角度＋θ２からずらす角度±Δθ２を算出し、駆動制御部２１は、算出した駆動角度＋θ２±Δθ２に応じた電圧を第２駆動部４２２に印加する。この場合、制御部２０は、図４２と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。これにより、第８の実施の形態の変形例１では、各表示画素ごとに、出射された光束は駆動角度θ２に応じてＹ方向に移動した位置に収差が低減された実像を形成するので、ユーザは、収差が低減された実像が連なることにより、駆動角度θ２に応じて移動し、収差が低減された空中像３０を視認できる。
なお、以上の説明では、複数の表示画素のうち１つの表示画素Ｐ１から出射された光束を例に挙げて説明したが、上述したように表示画素Ｐ１の周囲の所定範囲に含まれる複数個の表示画素（以後、表示画素群と呼ぶ）からも光束を出射させても良い。表示画素群から出射される光束は、表示画素Ｐ１から出射された光束に対して光学系１２Ｅの第１結像ミラー４１１が図３８（ａ）に示す第７の実施の形態のように傾斜駆動された場合であっても、光学系１２Ｅによる反射光束が実像の位置に収束し実像の視認性に影響が出ない範囲に含まれる表示画素である。
図４３（ａ）は、表示器１１上の複数の表示画素からなる表示画素群ＰＧ１から出射した複数の光束が、駆動角度−θ１で傾斜駆動された第１結像ミラー４１１によって反射され実像ＰＧ１１が形成される場合を模式的に示した図である。表示画素群ＰＧ１のうちの１つの表示画素Ｐ４に対して上述したように各第１結像ミラー４１１が駆動角度−θ１±Δθ１にて傾斜駆動される。このとき、表示画素Ｐ４としては、表示画素群ＰＧ１の中心に位置する表示画素を選択しても良い。表示画素群ＰＧ１の各表示画素から出射する光束は、上記の駆動角度−θ１±Δθ１で第１結像ミラー４１１が傾斜駆動された場合であっても、収差が低減された実像ＰＧ１１が形成される。
図４３（ｂ）には、表示画素群ＰＧ１に隣接する即ち第１表示画素群ＰＧ１が延在するＸ方向に沿って配置された表示画素群ＰＧ２に切り替えて光束を出射させる場合を示す。なお、表示画素Ｐ６は、表示画素Ｐ４が含まれる第１表示画素群ＰＧ１に含まれる表示画素ではない。この場合、制御部２０は、表示画素群ＰＧ２中の表示画素Ｐ６に対して各第１結像ミラー４１１が駆動角度−θ１±Δθ１にて傾斜駆動されるように第１結像ミラー４１１の傾斜駆動を切り替える。このときも、表示画素Ｐ６としては、表示画素群ＰＧ２の中心に位置する表示画素を選択しても良い。この場合も、収差が低減された実像ＰＧ２１が形成される。光束を出射する表示画素群の切り替えと第１結像ミラー４１１の傾斜駆動の切り替えとを高速に行うことにより、各表示画素群ごとに形成された鮮明な実像が、ユーザには収差が低減された空中像３０として視認される。
なお、空中像３０をＹ方向に移動させる場合についても同様の動作を行う。すなわち、表示制御部２３は、Ｙ方向に沿って順次光束を出射させる表示画素群を切り替える。算出部２７は、光束を出射する表示画素群を切り替えるごとに、駆動角度＋θ２からずらす角度±Δθ２を算出し、駆動制御部２１は、算出した駆動角度＋θ２±Δθ２に応じた電圧を第２駆動部４２２に印加する。これにより、第８の実施の形態の変形例２では、各表示画素群ごとに、出射された光束は駆動角度θ２に応じてＹ方向に移動した位置に収差が低減された空中像３０を形成できる。
（第８の実施の形態の変形例２）
第８の実施の形態の変形例２の表示装置１は、図３８（ｂ）に示す第８の実施の形態とその変形例１の表示装置１と同一の構成を有する。即ち、第８の実施の形態の変形例２の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、第８の実施の形態とその変形例１の光学系１２Ｅと同様の光学系１２Ｅと、記憶部９とを有する。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と算出部２７とを備える。
第８の実施の形態の変形例２では、全ての第１結像ミラー４１１のうち表示器１１の表示画素群ＰＧ１から出射した光束が入射する範囲内に配置された第１結像ミラー４１１が傾斜駆動される。また、全ての第２結像ミラー４２１のうち表示器１１の表示画素群ＰＧ１から出射した光束が入射する範囲内に配置された第２結像ミラー４２１が傾斜駆動される。すなわち、表示器１１の全領域のうち、一部の領域に含まれる表示画素のみから光束が出射される場合に、出射した光束が光学系に入射する範囲は光学系のＸＹ平面に平行な面の全領域よりも狭くなる。このため、第８の実施の形態の変形例２では、実像ＰＧ１１の形成に寄与しない第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とについては傾斜駆動を行わないようにする。以下、第８の実施の形態とその変形例１と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第８の実施の形態とその変形例１にて説明した内容を適用することができる。
なお、以下の説明では、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。
図４４（ａ）は、通常状態のときに表示器１１のうち、画像を表示して光束を出射する複数の表示画素が含まれる表示画素群ＰＧ１と、光学系１２Ｅのうち表示器１１の表示画素群ＰＧ１からの光束が入射する光学系１２Ｅの領域Ｒ１０とを模式的に示す図である。なお、図４４（ａ）は、表示画素群ＰＧ１と領域Ｒ１０との関係を主に示すことを目的として、光学系１２Ｅが有する第１光学部４１と第２光学部４２とを簡略化して示す。
表示画素群ＰＧ１から出射される光束がＺ方向となす広がり角度をθ１０とし、表示器１１と光学系１２Ｅとの間のＺ方向の距離をｈとすると、領域Ｒ１０のＸ方向に沿った長さは、次の式（１）で表される。
Ｗ＝ｈ×｛ｔａｎ（θ１０）＋ｔａｎ（θ１０）｝ …（１）
光学系１２Ｅに設けられた第１結像ミラー４１１のうち、長さＷの領域Ｒ１０の範囲に含まれる複数の第１結像ミラー４１１が、表示画素群ＰＧ１から出射された光束による実像ＰＧ１１の形成に寄与する。このため、通常状態から動作状態に変化した場合には、駆動制御部２１は、光学系１２Ｅの領域Ｒ１０に含まれる第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させることにより、実像ＰＧ１１の位置を移動させることができる。すなわち、表示される画像の範囲が領域Ｒ１０に対応する所定範囲内の場合に、第１結像ミラー４１１が傾斜駆動を行うことにより、実像ＰＧ１１の位置を移動させる。
動作状態の場合には、制御部２０は、表示画素群ＰＧ１に最も近い位置、即ち、表示画素群ＰＧ１の真上の位置に配置された基準第１結像ミラー４１１ａの位置を中心として、長さＷの領域Ｒ１０に含まれる第１結像ミラー４１１を制御対象として選択する。駆動制御部２１は、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１のそれぞれに対して駆動角度±θ１±Δθ１に応じた電圧を印加して、選択された第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる（第１駆動）。駆動制御部２１は、選択されていない第１結像ミラー４１１に対しては電圧を印加せず、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させない。
なお、制御部２０は、第２結像ミラー４２１についても同様にして、表示画素群ＰＧ１から出射された光束が入射する領域Ｒ１０内の第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させ、その他の領域の第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させない。
また、表示器１１の複数の表示画素群が画像を表示するとき、すなわち画像が表示される範囲が領域Ｒ１０に対応する所定範囲内ではないときには、各表示画素群に対応する領域ごとに第１結像ミラー４１１の傾斜駆動を制御する。図４４（ｂ）は、表示画素群ＰＧ１とＰＧ２とが異なるタイミングで画像を表示する場合を示す。表示画素群ＰＧ１から出射された光束は、図４４（ａ）に示すように領域Ｒ１０に入射する。表示画素群ＰＧ２から出射された光束は、図４４（ｂ）に示すように、領域Ｒ２０に入射する。この場合、まず、表示画素群ＰＧ１に対応する領域Ｒ１０内の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が制御され（第１駆動）、次に表示画素群ＰＧ２に対応する領域Ｒ２０内の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が制御される（第２駆動）。このような領域Ｒ１０内の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動と、領域２０内の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動とを高速で交互に繰り返す。
図４５のフローチャートを参照して、第８実施の形態の変形例２の表示装置１の光学系１２Ｅの動作状態時の処理について説明する。図４５に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ７１では、表示制御部２３は、表示器１１の表示画素群のうち画像を表示する表示画素群を選択してステップＳ７２へ進む。ステップＳ７２では、選択された表示画素群からの光束が入射する領域Ｒ１０に含まれる第１結像ミラー４１１を制御対象として選択してステップＳ７３へ進む。
ステップＳ７３では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を算出してステップＳ７４へ進む。ステップＳ７４（第１結像ミラーの駆動角度θ１からのずらす角度Δθ１算出）およびステップＳ７５（第１結像ミラーを傾斜駆動）までの各処理は、図３９のフローチャートにおけるステップＳ５２（第１結像ミラーの駆動角度θ１からのずらす角度Δθ１算出）およびステップＳ５３（第１結像ミラーの傾斜駆動）の各処理と同様である。
ステップＳ７６では、表示器１１の全ての表示画素群に画像が表示され、実像が形成されたか否かを判定する。全ての表示画素群に画像が表示され、実像が形成された場合には、ステップＳ７６が肯定判定されてステップＳ７７へ進む。画像が表示されていない表示画群素が存在する場合には、ステップＳ７６が否定判定されてステップＳ７１へ戻る。ステップＳ７７では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ７７が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ７７が否定判定されてステップＳ７１へ戻る。
なお、制御部２０は、第２結像ミラー４２１についても同様にして、領域Ｒ１０内の第２結像ミラー４２１の傾斜駆動と、領域２０内の第２結像ミラー４２１の傾斜駆動とを高速で交互に繰り返す。この場合、制御部２０は、図４５と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。これにより、表示画素群ごとに収差の影響が低減された実像を形成させることができる。
この場合、表示画素群ＰＧ１に対して領域Ｒ１０内の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の傾斜駆動が制御されているときに、表示画素群ＰＧ２から光束が出射されていない。また、表示画素群ＰＧ２から光束を出射してもよいが、表示画素群ＰＧ２から出射する光束の光量を低減させてもよい。表示画素群ＰＧ２から光束が出射されていても、領域Ｒ１０内の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方は、表示画素群ＰＧ１から出射された光束を収束させるために傾斜駆動されている。このため、表示画素群ＰＧ２から出射された光束は、領域Ｒ１０内の第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方によって鮮明な実像を形成することができない。すなわち、ユーザには表示画素群ＰＧ２に対応する実像ＰＧ２１を鮮明に視認できない。
第８の実施の形態の変形例２では、表示器１１に表示される画像の範囲が領域Ｒ１０に対応する範囲の場合には、第１駆動部４１２は、領域Ｒ１０内に配置された複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。これにより、全ての第１結像ミラー４１１、第２結像ミラー４２１を傾斜駆動する場合と比較して、制御のための負荷を低減し、消費電力を低減できる。
また、第８の実施の形態の変形例２では、画像の範囲が領域Ｒ１０に対応する範囲内ではない場合、表示制御部２３が表示画素群ＰＧ１に画像を表示しているとき、第１駆動部４１２は領域Ｒ１０内に配置された第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。表示制御部２３が表示画素群ＰＧ２に画像を表示しているとき、第１駆動部４１２は領域Ｒ２０内に配置された第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。これにより、駆動角度±θ１をずらし角度±Δθ１で補正する必要がある場合であっても、領域Ｒ１０やＲ２０内の第１結像ミラー４１１の補正量、即ちずらす角度±Δθ１を、領域Ｒ１０や領域Ｒ２０の外部の第１結像ミラー４１１に対するずらす角度±Δθ１場合と比べて小さな値とすることができる。従って、制御のための負荷を低減し、消費電力を低減できる。
また、第８の実施の形態の変形例２では、光学系１２Ｅの全領域と比較して狭い範囲の領域Ｒ１０やＲ２０に配置された第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させるので、実像を形成する光束が収束しやすくなり収差が低減された実像を形成しやすくなる。
（第８の実施の形態の変形例３）
上述した第８の実施の形態の変形例２では、表示画素群ＰＧ１から出射した光束が入射する領域Ｒ１０内に配置された第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させるものであった。これに対して、第８の実施の形態の変形例３では、領域Ｒ１０内のさらに一部領域に配置された第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させる。換言すると、形成される空中像３０のうちの一部の範囲、たとえば空中像３０を観察しようとするユーザが視認可能な範囲について、鮮明な実像を形成させる。以下、第８の実施の形態の変形例２と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第８の実施の形態の変形例２にて説明した内容を適用することができる。
第８の実施の形態の変形例３の表示装置１は、図１９、図２０に示す第４の実施の形態の撮像装置５と、図３８（ａ）に示す第８の実施の形態とその変形例１、２の光学系１２Ｅとを有する。図４６は、第８の実施の形態の変形例３における表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。第８の実施の形態の変形例３の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１と撮像装置５と、光学系１２Ｅと、記憶部９とを有する。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と決定部２６と算出部２７とを備える。なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部と、ユーザを検出するための検出用の制御部との３つを有しても良い。この場合、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、光学部用の制御部は光学系１２Ｅと一体化させ、検出用の制御部は撮像装置５に格納しても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と光学系１２Ｅと検出部２５とを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ｅと一体化させても良い。
検出部２５は、第４の実施の形態（図１９〜図２１参照）や第６の実施の形態の変形例４（図３３、図３４参照）と同様にして、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、公知の被写体検出処理等を行って、撮像データ上から人物、すなわち表示装置１を観察するユーザを検出する。検出部２５は、撮像データ上で検出した人物の顔の方向を検出して、表示装置１を観察するユーザの視線の方向を検出する。なお、検出部２５は撮像装置５に組み込まれても良い。この場合、撮像装置５の検出部２５が検出したユーザの視線方向の情報は、制御部２０に出力される。
図４７は、ユーザの視線の方向、すなわち実像ＰＧ１１を観察するために目を置く領域２と、ユーザにより観察される光束を出射する光学系１２Ｅの領域Ｒ１１との関係を模式的に示す図である。なお、図４７においても、図４３と同様に、表示画素群Ｐ１と領域Ｒ１０との関係を主に示すことを目的として、光学系１２Ｅが有する第１光学部４１と第２光学部４２とを簡略化して示す
表示画素群ＰＧ１の複数の表示画素から出射された光束は、図４４を用いて第８の実施の形態の変形例２にて説明した場合と同様にして、光学系１２Ｅの領域Ｒ１０に入射して、表示画素群ＰＧ１と同一の大きさの実像ＰＧ１１を形成する。この実像ＰＧ１１の全体は、領域Ｕ１において観察することができる。この領域Ｕ１と比べて狭い領域である領域Ｕ２にユーザの目がおかれた場合、ユーザの目に入る光束は、表示画素群ＰＧ１から出射されて光学系１２Ｅの領域Ｒ１０よりも狭い領域Ｒ１１に入射した光束の反射光束である。この領域Ｒ１１からの反射光束が実像ＰＧ１１の位置で収束することにより、ユーザは鮮明な実像ＰＧ１１を観察することができるようになる。したがって、第８の実施の形態の変形例３では、光学系１２Ｅのうち、ユーザが視認している領域Ｕ２に対応する領域Ｒ１１内に配置された第１結像ミラー４１１の傾斜駆動を制御する。なお、試験等を行った結果に基づいて、たとえば、ユーザの目が置かれる領域Ｕ２の位置（視線の方向）と、反射光束が領域Ｕ２に実像を形成させるための光学系１２Ｅの領域Ｒ１１の大きさおよび位置と、光束を出射させる表示画素群の位置との関係が予めデータとして記憶部９に記憶されている。なお、上述したデータを表示装置１が備える記憶部９に記憶するものとしたが、これに限定されず、表示装置１の外部の記憶装置に記憶しても良い。
第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させるための駆動角度±θ１、すなわち空中像３０の移動量は、検出部２５によって検出されたユーザの位置に基づいて決定部２６により決定される。この場合、決定部２６は、第４の実施の形態（図１９〜図２１参照）や第６の実施の形態の変形例４（図３３、図３４参照）の場合と同様にして、検出されたユーザが表示装置１から離れているほど移動量を大きくする。ユーザと表示装置１との間の距離は、撮像データ上で検出された人物の大きさに基づいて算出すれば良い。
駆動角度±θ１が決定されると、制御部２０は、検出部２５によって検出されたユーザの視線方向に基づいて、記憶部９に記憶された視線の方向と領域Ｒ１０の大きさおよび位置と表示画素群の位置との関係を示すデータを参照して、領域Ｒ１１内に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択する。即ち、制御部２０は、表示画素群ＰＧ１からの光束が入射する領域Ｒ１０のうち、ユーザの視線方向に基づく領域Ｒ１１内に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択する。なお、上記のデータが外部の記憶装置に記憶されている場合には、表示装置１は、外部の記憶装置と有線または無線により直接的に、またはネットワーク等を介して間接的に接続され、上記のデータを受信すれば良い。駆動制御部２１は、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１のそれぞれに対して駆動角度±θ１±Δθ１に応じた電圧を印加して、選択された第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。駆動制御部２１は、選択されていない第１結像ミラー４１１に対しては電圧を印加しない。したがって、領域Ｒ１１に含まれない第１結像ミラー４１１については傾斜駆動されない。これにより、表示装置１を観察するユーザの位置と視線の方向とに基づいて、ユーザの目の置かれた位置に実像ＰＧ１１が移動して形成される。
図４８のフローチャートを参照して、第８実施の形態の変形例３の表示装置１の光学系１２Ｅの動作状態時の処理について説明する。図４８に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ８１では、撮像装置５に撮像データを生成させてステップＳ８２へ進む。ステップＳ８２では、制御部２０の検出部２５は、生成された撮像データ上から表示装置１を観察するユーザの有無を検出する処理を行って、ステップＳ８３へ進む。ステップＳ８３では、ステップＳ８２にてユーザが検出されたか否かを判定する。ユーザが検出された場合には、ステップＳ８３が肯定判定されてステップＳ８４へ進む。ユーザが検出されない場合には、ステップＳ８３が否定判定されてステップＳ８１へ戻る。
ステップＳ８４では、表示画素群ＰＧ１からの光束が入射する領域Ｒ１０のうち、検出されたユーザの視線方向に基づく領域Ｒ１１内に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択してステップＳ８５へ進む。ステップＳ８５では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を算出してステップＳ８６へ進む。ステップＳ８６（第１結像ミラーの駆動角度θ１からのずらす角度Δθ１算出）およびステップＳ８７（第１結像ミラーを傾斜駆動）までの各処理は、図３９のフローチャートにおけるステップＳ５２（第１結像ミラーの駆動角度θ１からのずらす角度Δθ１算出）およびステップＳ５３（第１結像ミラーの傾斜駆動）の各処理と同様である。ステップＳ８８では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ８８が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ８８が否定判定されてステップＳ８１へ戻る。
なお、制御部２０は、第２結像ミラー４２１についても同様にして、表示画素群ＰＧ１から出射された光束のうち、光学系１２Ｅによる反射光束がユーザの視線方向に向かう光束が入射する領域内の第２結像ミラー４２１を傾斜駆動する。制御部２０はその他の領域の第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させない。この場合、制御部２０は、図４８と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。
これにより、表示装置１を観察するユーザの位置と視線の方向とに基づいて、ユーザの目の置かれた位置に実像ＰＧ１１が移動して形成される。
なお、表示器１１に表示される画像の範囲に複数の表示画素群が含まれるときは、第８の実施の形態の変形例２で図４４を用いて説明した場合と同様にして、各表示画素群に対応する領域ごとに第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１の傾斜駆動を制御すればよい。これにより、表示画素群ごとに収差を低減した実像を形成させることができる。この場合も、変形例２で説明した場合と同様の理由により、表示画素群ＰＧ１に対して領域Ｒ１０内の第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１の傾斜駆動が制御されているときに、表示画素群ＰＧ２から光束が出射されても良いし、出射されていなくても良い。
なお、第８の実施の形態の変形例３では、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて表示装置１を観察するユーザを検出する構成としたが、この例に限定されない。第４の実施の形態とその変形例１（図１９〜図２１参照）にて説明したように、ユーザによる操作ボタンの操作や、集音によって集音された音声データに基づいて、ユーザを検出しても良い。
第８の実施の形態の変形例３では、空中に結像された空中像３０を視認するユーザに基づいて、光を結像させる位置を決定するので、ユーザごとに異なる位置に収差を低減させた空中像３０を形成させることができる。
また、第８の実施の形態の変形例３では、第１駆動部４１２は、ユーザの位置、または、ユーザの視線方向に基づいて、基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動量、即ち駆動角度±θ１を決定し、他の第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１からのずらす角度±Δθ１を決定する。これにより、ユーザが空中像３０を視認しやすい位置またはユーザが実際に空中像３０を視認する位置（例えば、図４７の領域Ｕ２）に、収差を低減した空中像３０を形成させることができる。
また、第８の実施の形態の変形例３では、第１駆動部４１２は、空中に結像された空中像３０を視認するユーザに対応した複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。これにより、空中像３０のうち、ユーザが注目している範囲については収差が低減された実像を形成されることにより、視認性を向上させる。
また、第８の実施の形態の変形例３では、表示器１１に表示される画像の範囲に基づいて、ユーザに対応した複数の第１結像ミラー４１１を制御対象として決定する。これにより、表示画素群から出射された光束のうち、光学系１２Ｅによる反射光束がユーザの視線方向に向かう光束が入射する領域内の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させて、収差が低減された空中像３０をユーザに視認させることができる。
また、第８の実施の形態の変形例３では、第１駆動部４１２は、ユーザが視認する範囲である領域Ｕ２に基づいて、複数の第１結像ミラー４１１のうちユーザに対応した複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。これにより、全ての第１結像ミラーを傾斜駆動する場合と比較して、制御のための負荷を低減し、消費電力を低減できる。
また、第８の実施の形態の変形例３では、ユーザが視認する範囲である領域Ｕ２は、ユーザの位置またはユーザの視線方向に基づいて決定されるので、表示装置１を観察するユーザにとって、視認しやすい位置に収差が低減された空中像３０を形成することができる。
（第８の実施の形態の変形例４）
第８の実施の形態とその変形例１〜３において説明した光学系１２Ｅが、第５の実施の形態にて説明した図２６に示す液晶素子１４６や、図２８に示す液体レンズを用いた補助光学部材１４または、第５の実施の形態の変形例３で説明した図２９に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４Ｂを有しても良い。以下、第８の実施の形態とその変形例１〜３と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第８の実施の形態とその変形例１〜３にて説明した内容を適用することができる。
図４９は、第８の実施の形態の変形例４の光学系１２Ｅの構成を説明するＺＸ平面における断面図である。第１光学部４１と第２光学部４２とは、第８の実施の形態とその変形例１〜３の光学系１２Ｅ（図３８（ａ）参照）と同一の構成を有する。第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）には、図３０に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４Ｂが配置される。なお、補助光学部材１４Ｂは、第２筐体４２０の上部（Ｚ方向＋側）に配置されてもよい。また、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。
図５０は、第８の実施の形態の変形例４の表示装置１の主要部構成を示すブロック図である。第８の実施の形態の変形例４の表示装置１は、図４６に示す第８の実施の形態の変形例３と同様の構成と、図３０（ｂ）に示す第６の実施の形態の表示装置１の一部の構成とを有する。即ち、第８の実施の形態の変形例４の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、図４９に示す光学系１２Ｅと、記憶部９とを有する。制御部２０は、駆動制御部２１と、画像生成部２２と、表示制御部２３と、電圧制御部２４と、検出部２５と、決定部２６と、算出部２７とを有する。電圧制御部２４は、第６の実施の形態と同様に、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を制御する。
なお、制御部２０は、表示用の制御部と、光学系の駆動部を駆動させるための光学部用の制御部と、補助光学部材１４の動作を制御する補正用の制御部と、ユーザを検出するための検出用の制御部との４つを有しても良い。この場合、表示用の制御部は表示器１１の内部に格納し、光学部用の制御部は光学系１２Ｅと一体化させ、補正用の制御部を補助光学部材１４と一体化させ、検出用の制御部を撮像装置５の内部に格納しても良い。また、制御部２０は、１つの制御部で、表示器１１と光学系１２Ｅと補助光学部材１４と検出部２５とを制御してもよく、表示器１１の内部に格納しても良いし、光学系１２Ｅと一体化させても良い。
第８の実施の形態の変形例４では、詳細を後述する第１動作状態と第２動作状態とを切り替えて制御することにより、鮮明な実像を形成させる。第１動作状態では、第６の実施の形態（図３０、図３１参照）の場合と同様に補助光学部材１４Ｂを用いて表示画素群から出射された光束を偏向させる。第２動作状態では、第８の実施の形態とその変形例１〜３（図３８〜図４８参照）で説明したように、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１をずらす角度±Δθ１で補正し、第２結像ミラー４２１の駆動角度±θ２をずらす角度±Δθ２で補正する。
なお、以下の説明においては、空中像３０の移動方向と移動量は、第８の実施の形態の変形例３（図４６〜図４８参照）にて説明したように、表示装置１を観察するユーザの視線方向と、表示装置１とユーザとの間の距離とに基づいて決定される。
なお、以下の説明では、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。また、以下に説明する表示装置１の動作は一例であり、第８の実施の形態の変形例４の表示装置１は、収差を低減させた空中像３０を形成させるために、以下に説明する動作以外の動作を行っても良い。即ち、光学系１２Ｅは補助光学部材１４Ｂを備えているが、第１動作状態にて実像を形成させない表示装置１であっても良い。
＜第１動作状態＞
表示装置１は、表示器１１に表示される画像の範囲に複数の表示画素群が含まれる場合、即ち画像の範囲が１つの表示画素群の大きさよりも大きい場合に、第１動作状態で動作する。この場合、空中像３０の移動量に基づいて、図４４に示す領域Ｒ１０や図４７に示す領域Ｒ１１内の第１結像ミラー４１１が制御対象として選択され、制御対象の第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１が決定される。電圧制御部２４は、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１ごとに補助光学部材１４Ｂの液晶素子１４６の境界面１４３Ｂの角度φ４を制御する。電圧制御部２４は、液晶素子１４６の屈折率分布が異なることにより生じる境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４を制御対象として選択された第１結像ミラー４１１ごとに決定する。この場合、電圧制御部２４は、第５の実施の形態の場合と同様にして、記憶部９に記憶されたデータを参照して、角度φ４を決定する。電圧制御部２４は、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１ごとに決定した角度φ４に基づいた電圧を上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する。
以上のように、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１を空中像３０の移動量に基づいて、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１ごと、即ち複数の表示画素群ごとに共通に決定する。補助光学部材１４Ｂの液晶素子１４６の屈折率分布を制御対象として選択された第１結像ミラー４１１ごとに、即ち複数の表示画素群ごとに決定する。これにより、複数の表示画素群から出射した光束は、補助光学部材１４Ｂにて偏向し、駆動角度±θ１で傾斜駆動された第１結像ミラー４１１で反射して、反射光束は収差が低減された実像を形成する。
＜第２動作状態＞
表示装置１は、表示器１１に表示される画像の範囲に１つの表示画素群が含まれる場合に、第２動作状態で動作する。この場合、空中像３０の移動量に基づいて、図４４に示す領域Ｒ１０や図４７に示す領域Ｒ１１内の第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１が決定されると、第８の実施の形態とその変形例１〜３の場合と同様に、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１のずらず角度±Δθ１が算出される。すなわち、第２動作状態のときには、第１結像ミラー４１１の傾斜駆動により収差が低減された実像を形成させる。このため、補助光学部材１４Ｂにおいて、表示画素群から出射した光束が偏向されないようにする。この場合、電圧制御部２４は、液晶素子１４６の屈折率分布により境界面が発生しないように、すなわち液晶素子１４６の屈折率が一様となるように、上部電極１５１と下部電極との間に電圧を印加する。
図５１のフローチャートを参照して、第８実施の形態の変形例４の表示装置１の光学系１２Ｅの動作状態時の処理について説明する。図５１に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１０１（撮像データ生成）とステップＳ１０２（ユーザ検出処理）の各処理は、図４８のステップＳ８１（撮像データ生成）およびステップＳ８２（ユーザ検出処理）の各処理と同様である。
ステップＳ１０３では、表示器１１のうち画像を表示する範囲に複数の表示画素群が含まれるか否かを判定する。複数の表示画素群が含まれる場合には、ステップＳ１０３が肯定判定されてステップＳ１０４へ進み、１つの表示画素群が含まれる場合にはステップＳ１０３が否定判定されて後述するステップＳ１０９へ進む。
ステップＳ１０４では、検出されたユーザの視線方向に基づく領域Ｒ１１内に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択し、制御対象の第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を算出してステップＳ１０５へ進む。なお、表示画素群からの光束が入射する領域Ｒ１０に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択しても良い。
ステップＳ１０５では、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１に基づいて、境界面１４３Ｂの角度φ４を決定してステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、決定した境界面１４３Ｂの角度φ４となるための上部電極１５１と下部電極１５２との間の印加電圧を算出してステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、駆動制御部２１は、算出された駆動角度θ１に従って第１駆動部４１２に電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を駆動角度θ１で傾斜駆動させる。電圧制御部２４は、算出した電圧値に従って、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加して、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度をφ４にさせる。ステップＳ１０８では、全ての制御対象の第１結像ミラー４１１に対して処理が行われたか否かを判定する。全ての制御対象の第１結像ミラー４１１に対してステップＳ１０４〜ステップＳ１０７までの処理が行われた場合には、ステップＳ１１０が肯定判定されて後述するステップＳ１１４へ進む。処理が行われていない制御対象の第１結像ミラー４１１が存在する場合には、ステップＳ１０８が否定判定されてステップＳ１０４へ戻る。上述したステップＳ１０４からステップＳ１０８までの処理が第１動作状態である。
ステップＳ１０３が否定判定されて進んだステップＳ１０９においては、表示画素群からの光束が入射する領域Ｒ１０のうち、検出されたユーザの視線方向に基づく領域Ｒ１１内に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択してステップＳ１１０へ進む。なお、領域Ｒ１０内に配置された第１結像ミラー４１１を制御対象として選択しても良い。ステップＳ１１０では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、制御対象として選択された第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を算出してステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１（第１結像ミラーの駆動角度θ１からのずらす角度Δθ１算出）およびステップＳ１１２（第１結像ミラーを傾斜駆動）までの各処理は、図３９のフローチャートにおけるステップＳ５２（第１結像ミラーの駆動角度θ１からのずらす角度Δθ１算出）およびステップＳ５３（第１結像ミラーの傾斜駆動）の各処理と同様である。ステップＳ１１３では、電圧制御部２４は、液晶素子１４６の屈折率分布により境界面が発生しないように、即ち液晶素子１４６の屈折率が一様となるように、上部電極１５１と下部電極との間に電圧を印加してステップＳ１１４へ進む。上述したステップＳ１０９からステップＳ１１３までの処理が第２動作状態である。
なお、上述したステップＳ１１２とステップＳ１１３とは、順番は逆でも良い。また、ステップＳ１１２とステップＳ１１３とをほぼ同時に実行しても良い。
ステップＳ１１４では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１１４が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１１４が否定判定されてステップＳ１０１へ戻る。
なお、第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させる場合も、第１動作状態と第２動作状態との一方により行われる。第１動作状態のときには、第１結像ミラー４１１の場合と同様にして補助光学部材１４Ｂを用いて、第２結像ミラー４２１へ入射する光束を偏向させる。第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させる場合には、光学系１２Ｅは第６の実施の形態の変形例４で説明した図３２に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４Ｂを有していることが好ましい。また、補助光学部材１４Ｂとして液体レンズを用いた場合には、電圧制御部２４は、共通電極と電極との間に印加する電圧を制御して、導電性液体と絶縁性液体との境界面がＸＹ平面となす角度を制御すれば良い。第２動作状態のときには、第１結像ミラー４１１の場合と同様にして、第２結像ミラー４２１の駆動角度θ２に応じて、補助光学部材１４Ｂの液晶素子１４６の屈折率が一様となるように、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を制御する。この場合、制御部２０は、図５１と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。
なお、補助光学部材１４Ｂとして液体レンズを用いた場合には、電圧制御部２４は、共通電極と電極との間に印加する電圧を制御して、導電性液体と絶縁性液体との境界面がＸＹ平面となす角度をゼロとなるよう、例えば制御を行う。
第８の実施の形態の変形例４では、第１駆動部４１２は、表示される画像の範囲が所定範囲内、即ち画像の範囲に１つの表示画素群が含まれる場合に、第１結像ミラー４１１を第２動作状態で傾斜駆動させる。これにより、表示器１１からの光束が他の光学部材で光束が偏向されることなく第１結像ミラー４１１へ入射して、そこで反射されて色収差を発生させることなく空中像３０を形成することができる。
また、第８の実施の形態の変形例４では、画像の範囲に１つの表示画素群が含まれる場合には、第１結像ミラー４１１が第２動作状態で制御される。これにより、領域Ｒ１０や領域Ｒ１１に対応する表示画素群から常時光束が出射されている状態とすることができるので、特定の範囲が明るい空中像３０を収差が低減された状態で形成することができる。
また、第８の実施の形態の変形例４では、画像の範囲が所定範囲ではない、即ち画像の範囲に複数の表示画素群が含まれる場合には、複数の第１結像ミラー４１１によって空中の複数の位置を通過することになる光束を偏向、即ち光路を補正し、空中のある位置に結像させる補助光学部材１４Ｂを有する。これにより、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１にずらす角度±Δθ１を付加して傾斜駆動させることなく、収差が低減された空中像３０を形成することができる。
また、第８の実施の形態の変形例４では、画像の範囲に複数の表示画素群が含まれる場合に第１動作状態とするときであっても、表示画素群ごとに画像の表示のオンとオフとを切り替えることなく表示し続けることができるので、明るい空中像３０を形成することができる。
なお、上述した第８の実施の形態とその変形例１〜４において、光学系１２Ｅが、図１１〜図１７に示すような第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａによって構成されても良い。
−第９の実施の形態−
図面を参照しながら、第９の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第９の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述した第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
複数のユーザに対して表示装置１が空中像３０を形成する際に、単一の空中像３０が形成されるのみでは、それぞれのユーザが所望する空中像３０を観察できないという状況が発生する場合がある。たとえば、複数のユーザが表示装置１に対して異なる位置から同一の空中像３０を観察しようとするとき、空中像３０が十分な視野角を有していない場合（たとえば±２０°程度）には、ユーザの位置によっては、空中像３０の視認性が著しく低下する虞がある。なお、この場合、視認性の低下とは、空中像３０が十分な視野角を有していないために空中像３０を視認し難くなることと、ユーザが表示装置１を真上から観察するのではなく、表示装置１をＸ方向またはＹ方向に離れた位置から斜めに観察するために空中像３０を視認し難くなることとを含んでいる。このような場合に備え、本実施の形態の表示装置１では、複数のユーザで空中像３０を観察する場合にそれぞれのユーザに対して視認可能な空中像３０を形成する。以下、２人のユーザが異なる位置から表示装置１を観察する場合を例に挙げて、詳細に説明する。
図５２（ａ）は第９の実施の形態の光学系１２Ｆの構成を模式的に示すＺＸ平面における断面図である。光学系１２Ｆは、第１の実施の形態の結像光学系１２（図３参照）とは、第１駆動部４１２と第２駆動部４２２とを備えない、すなわち第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とが傾斜駆動されない点で異なる。また、図５２（ａ）では、第１筐体４１０の上部（Ｚ方向＋側）に第２筐体４２０を配置した例を示すが、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。
光学系１２Ｆの第１光学部４１の複数の第１結像ミラー４１１は、第１の実施の形態（図１〜図５参照）における第１結像ミラー４１１に適用可能な配置ピッチと同様の配置ピッチを適用して、第１筐体４１０内に複数配置されている。第１結像ミラー４１１は、反射面がＹ方向に延在、すなわち広がりを有し、かつＺ方向に対して傾けた状態で第１筐体４１０に固定して配置される。第２光学部４２の第２結像ミラー４２１は、第１の実施の形態における第２結像ミラー４２１に適用可能な配置ピッチと同様の配置ピッチを適用して、第２筐体４２０内に複数配置されている。各第２結像ミラー４２１は、反射面がＸ方向に延在、すなわち広がりを有し、かつＺ方向に対して傾きを持たない直立状態で第２筐体４２０に固定して配置される。
図５２（ａ）に示す例では、第１結像ミラー列には、Ｚ方向に対して角度０°すなわち垂直に配置された第１結像ミラー４１１ａと、Ｚ方向に対して角度−θ４だけ傾けて配置された第１結像ミラー４１１ｂとが含まれる。第１結像ミラー列には、第１結像ミラー４１１ａと４１１ｂとが同一個数配置される（図５２（ａ）の例では４個の第１結像ミラー４１１ａと４個の第１結像ミラー４１１ｂ）。第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとは、第１結像ミラー列内で交互に配置される。なお、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとが第１結像ミラー列内で交互に配置されるものに限定されず、所定個数の第１結像ミラー４１１ａごとに１個または複数個の第１結像ミラー４１１ｂが配置されても良い。
＜光学系１２Ｆによる空中像３０の形成＞
図５２（ｂ）は、表示器１１から出射される光束と、これらの光束によって形成される空中像３０との位置関係を模式的に示した図である。なお、図５２（ｂ）では、図示の都合上、空中像３０Ａと空中像３０ＢをＺ方向にずらして描いているが、実際は、空中像３０Ａと３０Ｂとは、Ｚ方向の略同じ位置に形成される。
表示画素Ｐ１から放射状に出射した光束のうち、光束Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７は垂直の第１結像ミラー４１１ａによって反射され、反射光束は収束して実像Ｐ１１Ａを結像する。この実像Ｐ１１Ａは、領域Ｕ１Ａにて視認することができる。表示画素Ｐ１から出射した光束のうち、光束Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ８は第１結像ミラー４１１ｂによって反射され、反射光束は角度−θ４に応じてＸ方向に移動した位置に収束して実像Ｐ１１Ｂを結像する。この実像Ｐ１１Ｂは、領域Ｕ１Ｂにて視認することができる。したがって、同一の表示画素Ｐ１から出射した光束が、異なる２つの実像Ｐ１Ａと、Ｐ１Ｂとを結像する。即ち、表示画素Ｐ１に表示された画像は、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとによって、異なった位置に実像Ｐ１１Ａ、Ｐ１１Ｂとして形成される。
１人のユーザが領域Ｕ１Ａに目を置いた場合は実像Ｐ１Ａを視認することができ、他のユーザが領域Ｕ１Ｂに目を置いた場合は実像Ｐ１Ｂを視認することができる。すなわち、表示装置１に対して異なる位置の２人のユーザが、表示器１１に表示された同一の画像を、異なる位置に形成された空中像３０Ａ、３０Ｂとしてそれぞれ同時に視認することができる。勿論、複数の第１結像ミラー４１１ａは、垂直に限らず、角度−θ４と異なる角度、たとえば角度θ６に設定することができる。
なお、全ての第１結像ミラー４１１がＸ方向に傾くことなく配置され、第２結像ミラー４２１が異なる２つの角度でＹ方向に傾いて配置された場合には、第２結像ミラー４２１について上記と同様にして、Ｙ方向の異なる位置に２つの空中像３０が形成される。この場合は、Ｙ方向に沿って異なる位置の２人のユーザが表示器１１に表示された同一の画像を、異なる位置に形成された空中像３０としてそれぞれ視認できる。
勿論、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１との両方がそれぞれ異なる２つの角度でＸ方向とＹ方向とに傾いて配置された場合には、Ｘ方向とＹ方向とに反された位置に複数の空中像が形成される。
また、本実施の形態では、Ｚ方向となす角度０°の第１結像ミラー４１１ａと角度−θ４の第１結像ミラー４１１ｂとが配置される場合を例に挙げたが、３つ以上の異なる角度で傾いた３種類以上の第１結像ミラー４１１が配置されても良い。この場合、３人以上のユーザが、互いに異なる位置から表示装置１上に形成された同一の画像に対応する３つ以上の空中像３０をそれぞれ視認することができる。
第９の実施の形態では、表示器１１から出射された光を反射する複数の第１結像ミラー４１１で構成され、表示器１１から出射された光を空中の領域Ｕ１で視認できる位置と領域Ｕ２で視認できる位置とに結像する第１光学部４１と、複数の第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０とを有する。これにより、複数のユーザで空中像３０を観察する場合、ユーザは異なる位置に形成された空中像３０を同じタイミングで視認することができる。
また、第９の実施の形態では、第１結像ミラー４１１ａは、Ｚ方向に対して角度が０°で第１筐体４１０に配置され、表示器１１から出射された光束を領域Ｕ１で視認できる位置に結像する。第１結像ミラー４１１ｂは、Ｚ方向に対して角度−θ４で傾けて第１筐体４１０に配置され、表示器１１から出射された光束を領域Ｕ２で視認できる位置に結像する。これにより、空中の異なる２つの領域に空中像３０Ａと３０Ｂとを形成させることができる。
なお、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとを同一個数配置する場合に限定されず、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとの個数が異なっても良い。たとえば、第１結像ミラー４１１ａの個数を第１結像ミラー４１１ｂの個数よりも多く配置する。この場合、図５２（ｂ）の実像Ｐ１Ａの位置に収束する光束は、実像Ｐ１Ｂに収束する光束よりも多くなるので、空中像３０Ａは空中像３０Ｂと比較して、高解像度の高い質を有する空中像として形成される。
この場合、第９の実施の形態では、複数の第１結像ミラー４１１ａの個数を複数の第１結像ミラー４１１ｂの個数よりも多く配置した。これにより、表示器１１に表示された同一の画像に対応して、高解像度で質の高い空中像３０Ａと、解像度が低い空中像３０Ｂとが異なる位置に形成されることができる。
このような構成とした表示装置１は、たとえば各種の販売店や代理店等にて使用することができる。たとえば、エージェントがクライアントに対して、表示装置１を用いて各種の情報や見本の画像等を提示しながら説明する際、高解像度の空中像をクライアントに視認させつつ、エージェントは低解像度の空中像を視認しながら必要な説明を行うことができる。
（第９の実施の形態の変形例１）
図１１〜図１７に示すような第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａに上述した第９の実施の形態にて説明した考え方を適用してもよい。図５３は、図１１に示す第２の実施の形態と同様に、光学系１２Ｆは、設置部１２１１と、設置部１２１１に設けられた複数の部分反射ミラー１２１２を有する部分反射部１２１０と、再帰性反射部１２２０とを有する。ただし、部分反射ミラー１２１２を駆動するための駆動部１２１３を有していない。この場合、複数の部分反射ミラー１２１２のうち、部分反射ミラー１２１２ａがＰ方向に対してなす角度が０°となるように配置し、部分反射ミラー１２１２ｂがＰ方向に対してなす角度が−θ２となるように配置する。
図５３では、表示器１１の表示画素Ｐ１から出射された光束のうちの一部の光束Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５は、部分反射ミラー１２１２ａを透過して再帰性反射部１２２０で再帰性反射された後に、部分反射ミラー１２１２ａで反射されて、収束されて実像Ｐ１１Ａを形成する。表示画素Ｐ１から出射された光束のうちの他の光束Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６は、部分反射ミラー１２１２ｂで反射されて、角度−θ２に応じてＸ方向に移動した位置に実像Ｐ１１Ｂを形成する。これにより、第９の実施の形態の場合と同様に、表示装置１に対して異なる位置の２人のユーザが、表示器１１に表示された同一の画像を、異なる位置に形成された空中像３０Ａ、３０Ｂとしてそれぞれ視認することができる。
なお、図５３では、部分反射ミラー１２１２ａと部分反射ミラー１２１２ｂとを同数とした場合を例示したが、これに限定されず、部分反射ミラー１２１２ａと１２１２ｂとの個数が異なっても良い。
また、部分反射ミラー１２１２ａがＰ方向に対して所定の角度を有して配置されてもよい。図５３では、部分反射ミラー１２１２ａと１２１２ｂとが交互に配置される例を示したが、これに限定されず、所定個数の部分反射ミラー１２１２ａごとに１個または複数個の部分反射ミラー１２１２ｂが配置されても良い。
また、Ｙ方向に移動した位置に実像Ｐ１１Ｂを形成させる場合には、部分反射ミラー１２１２ｂのＱ方向に対する角度を±θ１となるようにして配置すれば良い。
また、上記の例では、部分反射部１２１０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、図１１〜図１７に示す第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａに適用して第９の実施の形態の変形例１の光学系１２Ｆを形成することができる。この結果、表示器１１から出射された光束は、異なる位置に空中像３０Ａと３０Ｂとを形成することができる。
第９の実施の形態の変形例１では、表示器１１から出射された光を反射する複数の部分反射ミラー１２１２で構成され、表示器１１から出射された光を空中の異なる位置に結像する部分反射部１２１０と、複数の部分反射ミラー１２１２が配置される設置部１２１１とを有する。これにより、複数のユーザで空中像３０を観察する場合、ユーザは異なる位置に形成された空中像３０を同じタイミングで視認することができる。
また、第９の実施の形態の変形例１では、部分反射ミラー１２１２ａは、Ｐ方向に対して角度が０°で設置部１２１１に配置され、表示器１１から出射された光束を結像して実像Ｐ１１Ａを形成する。部分反射ミラー１２１２ｂは、Ｐ方向に対して角度−θ２だけ傾けて設置部１２１１に配置され、表示器１１から出射された光束を結像して実像Ｐ１１Ｂを形成する。これにより、空中の異なる２つの領域に空中像を形成させることができる。
（第９の実施の形態の変形例２）
第９の実施の形態の変形例２では、第７の実施の形態（図３５、図３６参照）において説明したように、複数の第１結像ミラー４１１ｂは、そのＸ方向位置に応じてＺ方向に対して傾き角度を変えて配置される。即ち、複数の第１結像ミラー４１１ｂは、Ｘ方向位置に応じた角度−θ１±Δθ１１で収束し、鮮明な実像Ｐ１１を形成する。なお、複数の第１結像ミラー４１１ａはＺ方向と角度０°となるように配置されているので、表示器１１から出射した複数の光束は実像Ｐ１１に収束するので、複数の第１結像ミラー４１１ａがＺ方向となす角度は、Ｘ方向位置によらず同一の角度０°に設定される。以下、第９の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第９の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
図５４（ａ）は、第９の実施の形態の変形例２における光学系１２Ｆの構成を模式的に示すＺＸ平面での断面図である。なお、第１筐体４１０と第２筐体４２０との配置に関しては、第９の実施の形態における第１筐体４１０と第２筐体４２０とに適用可能な配置を適用できる。また、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとの配置個数や配置態様は、第９の実施の形態に適用可能な配置個数や配置態様を適用できる。
第９の実施の形態の変形例２の表示装置１は、第７の実施の形態の表示装置１と同様に図３５（ｂ）に示すブロック図により表される。即ち、第９の実施の形態の変形例２の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｆ、記憶部９とを備える。制御部２０は、画像生成部２２と表示制御部２３とを備える。
第１結像ミラー４１１ａは、第９の実施の形態にて図５２を参照して説明した場合と同様に、第１筐体４１０に対して、すなわちＸＹ平面に対して垂直に配置される。したがって、表示器１１の表示画素Ｐ１から出射した複数の光束は、複数の第１結像ミラー４１１ａにより反射され、反射光束は実像Ｐ１１の位置で収束して鮮明な実像Ｐ１１を形成する。
第１結像ミラー４１１ｂは、第７の実施の形態にて図３６を参照して説明した場合と同様の考え方に従って、表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも−側、即ち図の紙面において表示画素Ｐ１の位置よりも左側に位置する第１結像ミラー４１１ｂを、紙面の左側から順に第１結像ミラー４１１ｂ１、４１１ｂ２とする。第１結像ミラー４１１ｂ１、４１１ｂ２は、角度−θ４の大きさよりもそれぞれ所定角度Δθ４ｂ１、Δθ４ｂ２だけ小さい角度−θ４ｂ１（＝−θ４＋Δθ４ｂ１）、−θ４ｂ（＝−θ４＋Δθ４ｂ２）に設定される。ここで、表示画素Ｐ１から相対的に遠い位置の第１結像ミラー４１１ｂ１の所定角度−Δθ４ｂ１の大きさは、表示画素Ｐ１から相対的に近い位置の第１結像ミラー４１１ｂ２の所定角度―Δθ４２ｂの大きさよりも大きい。換言すると、第１結像ミラー４１１ｂ１の角度−θ４ｂ１の大きさは、第１結像ミラー４１１ｂ２の角度−θ４ｂ２の大きさよりも小さい。
表示画素Ｐ１のＸ方向位置よりも＋側、即ち表示画素Ｐ１の位置よりも図の紙面右側に位置する第１結像ミラー４１１ｂを、紙面の右端側から順に、第１結像ミラー４１１ｂ３、４１１ｂ４とする。第１結像ミラー４１１ｂ３、４１１ｂ４は、角度−θ４の大きさよりもそれぞれ所定角度Δθ４ｂ３、Δθ４ｂ４ｄだけ大きい角度−θ４ｂ３（＝−θ４−Δθ４ｂ３）、−θ４ｄ（＝−θ４−Δθ４ｂ４）に設定される。Ｘ方向＋側の位置においても、表示画素Ｐ１から相対的に遠い位置の第１結像ミラー４１１ｂ３の所定角度−Δθ４ｂ３の大きさは、表示画素Ｐ１から相対的に近い位置の第１結像ミラー４１１ｂ４の所定角度−Δθ４ｂ４の大きさよりも大きい。換言すると、第１結像ミラー４１１ｂ３の角度−θ４ｂ３の大きさは、第１結像ミラー４１１ｂ４の角度−θ４ｂ４の大きさよりも大きい。
第９の実施の形態の変形例２では、図５４（ａ）に示すように、複数の第１結像ミラー４１１ｂのＺ方向となす角度−θ４を、それぞれ第１結像ミラー４１１ｂのＸ方向位置に応じて異なる所定角度±Δθ４だけずらすことにより、表示画素Ｐ１から出射した複数の光束を、実像Ｐ１１の位置に収束させることができる。従って、第１結像ミラー４１１ａによる収差の低減された空中像３０Ａと、第１結像ミラー４１１ｂによる収差が低減された空中像３０Ｂとを、互いに異なる位置に形成させることができる。
また、第９の実施の形態の変形例２では、表示器１１から出射された複数の光束を、光学部材を用いて偏向することにより第１結像ミラー４１１ｂからの反射光束を収束させるものではないので、空中像３０に色収差が発生することを防ぐことができる。
なお、複数の第１結像ミラー４１１ａについても、Ｚ方向に対して傾きを有して配置されてもよい。この場合、第１結像ミラー４１１ａは、上述した第１結像ミラー４１１ｂと同様にして、表示画素Ｐ１のＸ方向位置からの位置に応じて、Ｚ方向となす角度を異ならせて配置すればよい。
また、第２結像ミラー４２１がＹ方向に傾いて配置される場合には、第２結像ミラー４２１について上記と同様にして、表示画素Ｐ１のＹ方向位置からの位置に応じて、Ｚ方向となす角度を異ならせて配置する。これにより、表示画素Ｐ１から出射した複数の光束を、Ｙ方向に角度＋θ５に応じた位置に移動した実像Ｐ１１の位置に収束させることができる。
なお、図１１〜図１７に示すような第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａに上述した第９の実施の形態の変形例２にて説明した考え方を適用してもよい。即ち、図４９に示す第９の実施の形態の変形例１における光学系１２Ｆを次のように変形しても良い。
図５４（ｂ）に示す第９の実施の形態の変形例２における光学系１２Ｆは、図５３に示す第９の実施の形態の変形例１と同様の構成を有する。図５４（ｂ）に示すように、部分反射ミラー１２１２ｂがＰ方向に対してなす角度−θ２を、それぞれの部分反射ミラー１２１２ｂが配置された位置に応じて異ならせる。この場合、部分反射部１２１０のＺ方向−側端部付近に配置された部分反射ミラー１２１２ｂ１を部分反射部１２１０の中央部近傍に配置された部分反射ミラー１２１２ｂ２の角度−θ２の大きさよりも小さくして配置する。部分反射部１２１０のＺ方向＋側端部付近に配置された部分反射ミラー１２１２ｂ３を部分反射ミラー１２１２ｂ２の角度−θ２の大きさよりも大きくして配置する。
他方、残りの部分反射ミラー１２１２ａは、全て角度−θ２に設定されている。
この場合、部分反射ミラー１２１２ｂ１は、部分反射部１２１０の中央部付近の部分反射ミラー１２１２ｂ２と比べて、図の紙面上を反時計回りに所定角度Δθ２ａだけ回転させて配置される。すなわち、部分反射ミラー１２１２ｂ１が角度−θ２ａ１（＝−θ２＋Δθ２ａ）の傾きにて配置される。部分反射ミラー１２１２ｂ３は、部分反射ミラー１２１２ｂ２と比べて、図の紙面上を時計回りに所定角度Δθ２ａだけ回転させて配置される。すなわち、部分反射ミラー１２１２ｂ３が角度−θ２ａ２（＝−θ２−Δθ２ａ）の傾きにて配置される。これにより、表示画素Ｐ１から出射した光束Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６は、部分反射ミラー１２１２ｂ１、１２１２ｂ２、１２１２ｂ３にて反射して、収束して収差が低減された実像Ｐ１１を形成する。この結果、部分反射ミラ−１２１２ａ、１２１２ｂは、Ｘ方向において異なる位置に、色収差の発生が抑制され、かつ、収差が低減された実像Ｐ１１ＡとＰ１１Ｂとを形成する。
なお、Ｙ方向に移動した位置に鮮鋭な実像Ｐ１１を形成させる場合には、部分反射ミラー１２１２ｂの角度±θ１を、部分反射ミラー１２１２の位置に応じて変化させて配置すれば良い。
図５４（ｂ）に示す第９の実施の形態の変形例２では、表示器１１から出射された光を反射する複数の部分反射ミラー１２１２で構成され、表示器１１から出射された光を空中の異なる位置に結像する部分反射部１２１０と、複数の部分反射ミラー１２１２が配置される設置部１２１１とを有する。これにより、複数のユーザで空中像３０を観察する場合、ユーザは異なる位置に形成された、収差が低減された空中像３０を同じタイミングで視認することができる。
また、第９の実施の形態の変形例２では、図５４（ｂ）に示すように、複数の部分反射ミラー１２１２ｂのＰ方向となす角度−θ２を、それぞれ部分反射ミラー１２１２ｂのＰ方向位置に応じて異なる所定角度Δθ２だけずらす。これにより、表示画素Ｐ１から出射した複数の光束を、実像Ｐ１１の位置に収束させることができる。従って、部分反射ミラー１２１２ａによる収差の低減された空中像３０と、部分反射ミラー１２１２ｂによる収差が低減された空中像３０とを、互いに異なる位置に形成させることができる。
上記の例では、部分反射部１２１０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、図１１〜図１７に示す第２の実施の形態とその変形例１〜４における光学系１２Ａに適用して第９の実施の形態の変形例２の光学系１２Ｆを形成することができる。
（第９の実施の形態の変形例３）
第１の実施の形態の変形例３の第２光学系１２２（図８、図９参照）に代えて、図５２に示す第９の実施の形態の光学系１２Ｆや図５４（ａ）に示す第９の実施の形態の変形例２の光学系１２Ｆを用いて結像光学系１２を構成しても良い。これにより、第９の実施の形態の変形例３では、表示画素Ｐ１からの光束により異なる位置に複数の空中像３０を形成させることができる。即ち、光学系に対して表示画素Ｐ１と対称な位置に結像する従来の装置の光学系に第９の実施の形態やその変形例２の光学系１２Ｆを配置することにより、異なる位置に複数の空中像３０を形成することができる。
（第９の実施の形態の変形例４）
第９の実施の形態にて説明した光学系１２Ｆ（図５２参照）が、第５の実施の形態の変形例１にて説明した図２６（ａ）に示す液晶素子１４６や、図２７（ａ）に示す液体レンズを用いた補助光学部材１４を有しても良い。
図５５は、第９の実施の形態の変形例４の光学系１２Ｆの構成を説明するＺＸ平面における断面図である。第１光学部４１と第２光学部４２は、図５２に示す第９の実施の形態における光学系１２Ｅと同一の構成を有する。第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側には、図２６（ａ）に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４が配置される。なお、補助光学部材１４は、第２筐体４２０の上部（Ｚ方向＋側）に配置されてもよい。また、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。以下、第９の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第９の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
第９の実施の形態の変形例４の表示装置１は、図２６（ｂ）に示す第５の実施の形態の変形例１の表示装置１と同様の構成を有する。即ち、第９の実施の形態の変形例４の表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、図５５に示す光学系１２Ｆと、記憶部９とを有する。制御部２０は、電圧制御部２４と、画像生成部２２と、表示制御部２３とを有する。電圧制御部２４は、第５の実施の形態の変形例１（図２６（ｂ）参照）や第６の実施の形態（図３０（ｂ）参照）と同様に、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を制御する。
第９の実施の形態の変形例４では、第１結像ミラー４１１ａによる反射光束が鮮明な実像Ｐ１１Ａを形成するように補助光学部材１４Ｂを制御する第１制御と、第１結像ミラー４１１ｂによる反射光束が鮮明な実像Ｐ１１Ｂを形成するように補助光学部材１４Ｂを制御する第２制御とを高速に切り替えて実行することにより、鮮明な実像を形成させる。
＜第１制御＞
第９の実施の形態（図５２参照）とその変形例２（図５４参照）で説明したように、第１結像ミラー４１１ａは、第１筐体４１０に対して、すなわちＸＹ平面に対して垂直に配置される。この場合、表示画素Ｐ１から出射された光束が、補助光学部材１４Ｂにて偏向されると、第１結像ミラー４１１ａで反射された反射光束は、実像Ｐ１１Ａの位置で一部しか収束しなくなる。このため、第１制御では、補助光学部材１４において表示画素Ｐ１から出射した光束が偏向されないようにする。電圧制御部２４は、液晶素子１４６の屈折率分布により境界面が発生しないように、すなわち液晶素子１４６の屈折率が一様となるように、上部電極１５１と下部電極との間に電圧を印加する。これにより、表示画素Ｐ１から出射した複数の光束は、第１結像ミラー４１１ａにより反射され、反射光束は実像Ｐ１１の位置で収束して鮮明な実像Ｐ１１が形成される。
＜第２制御＞
第９の実施の形態で図５２を参照して説明したように、第１結像ミラー４１１ｂは、Ｚ方向に対して角度−θ４だけ傾いて配置される。この場合、表示画素Ｐ１から出射された光束が、補助光学部材１４にて偏向されて第１結像ミラー４１１ｂで反射されるようにすることで、実像Ｐ１１Ｂの位置で反射光束を収束させる。即ち、補助光学部材１４の液晶素子１４６の屈折率分布を異ならせ、第１領域１４４と第２領域１４５との境界面１４３が、Ｘ方向−側端部でＸＹ平面に対して図の紙面上で時計回りに角度φ３を有するように制御する。この場合、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１ｂの角度−θ４に基づいて、予め設定されている電圧を、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する。これにより、表示画素Ｐ１から出射された光束は、補助光学部材１４で偏向されて第１結像ミラー４１１ｂで反射され、収束されて鮮明な実像Ｐ１１Ｂを形成する。
上述した第１制御が行われている際には、第１結像ミラー４１１ａで反射された反射光束は実像Ｐ１１Ａの位置で収束するが、第１結像ミラー４１１ｂで反射された反射光束は実像Ｐ１１Ｂの位置で一部しか収束しない。また、第２制御が行われている際には、第１結像ミラー４１１ａで反射された反射光束は実像Ｐ１１Ａの位置で一部しか収束せず、第１結像ミラー４１１ｂで反射された反射光束が実像Ｐ１１Ｂの位置で収束しない。そこで、電圧制御部２４は、第１制御と第２制御との間で所定の時間間隔で切り替える。即ち、電圧制御部２４は、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を、所定の時間間隔で切り替える。これにより、鮮明な実像Ｐ１１Ａと鮮明な実像Ｐ１１Ｂとが短い時間間隔ごとに順次切り替わって形成される。ある長さを有する時間内では、鮮明な実像Ｐ１１Ａが形成される時間と鮮明度が落ちた実像Ｐ１１Ａが形成される時間とが出現することになるが、この時間内で平均すると一定の鮮明度を有する実像Ｐ１１Ａがユーザによって視認される。同様に、一定の鮮明度を有する実像Ｐ１１Ｂがユーザによって視認される。この結果、異なる位置に形成され、一定の鮮明度を有する２つの実像Ｐ１１Ａと実像Ｐ１１Ｂとがユーザによって視認される。
なお、上述した短い時間間隔は、予め行った試験等に基づいて、ユーザがそれぞれの鮮明な実像Ｐ１１Ａ、Ｐ１１Ｂを視認可能となる時間として設定される。
図５６のフローチャートを参照して、第９実施の形態の変形例４の表示装置１の光学系１２Ｆの動作状態時の処理について説明する。図５６に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１２１では、表示制御部２３は、表示画素に画像を表示してステップＳ１２２へ進む。ステップＳ１２２では、電圧制御部２４は、液晶素子１４６の屈折率分布により境界面が発生しないように、すなわち液晶素子１４６の屈折率が一様となるように、上部電極１５１と下部電極との間に電圧を印加してステップＳ１２３へ進む。このステップＳ１２２において行われる処理が第１制御である。
ステップＳ１２３では、液晶素子１４６の屈折率が一様となるように電圧を印加してから所定の短い時間が経過したか否かを判定する。所定の短い時間が経過した場合には、ステップＳ１２３が肯定判定されてステップＳ１２４へ進み、所定の短い時間が経過していない場合には、ステップＳ１２３が否定判定されてステップＳ１２２へ戻る。ステップＳ１２４では、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１ｂの角度−θ４に基づいて、予め設定されている電圧を、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加して、境界面１４３が、Ｘ方向−側端部でＸＹ平面に対してなす角度をφ３にしてステップＳ１２５へ進む。このステップＳ１２４において行われる処理が第２制御である。
ステップＳ１２５では、境界面１４３がＸＹ平面となす角度をφ３となるように電圧を印加してから所定の短い時間が経過したか否かを判定する。所定の短い時間が経過した場合には、ステップＳ１２５が肯定判定されてステップＳ１２６へ進み、所定の短い時間が経過していない場合には、ステップＳ１２５が否定判定されてステップＳ１２４へ戻る。ステップＳ１２４では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１２４が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１２４が否定判定されてステップＳ１２２へ戻る。
なお、上述した説明では、第１結像ミラー４１１ａはＺ方向に対して傾きを有さずに配置されたものとしたが、Ｚ方向に対して傾きを有して配置されても良い。この場合、補助光学部材１４Ｂにおいては、第１結像ミラー４１１ａがＺ方向に対して有する角度±θ４に応じて、第１制御の際に、液晶素子１４６の屈折率分布の異なる第１領域１４４と第２領域１４５との境界面１４３がＸＹ平面となす角度φ３を制御する。即ち、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１ａの角度±θ４に応じて予め設定された電圧を上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加すればよい。これにより、表示画素Ｐ１から出射された光束が偏向されて第１結像ミラー４１１ａにより反射され、収束して実像Ｐ１１Ａが形成される。換言すると、第１結像ミラー４１１ａがＺ方向に傾きを有していない場合には、補助光学部材１４Ｂによる光束の偏向量（補正量）を０に設定した状態ということができる。
第９の実施の形態の変形例４では、表示器１１から出射された光の光路を補正し、表示器１１から出射された光を空中で視認する異なる位置に結像する補助光学部材１４Ｂを有し、補助光学部材１４Ｂは、第１結像ミラー４１１ａに入射する光と第１結像ミラー４１１ｂに入射する光とで補正量を異ならせる。これにより、空中の異なる位置に、収差を低減した空中像３０Ａと３０Ｂとを形成することができる。
なお、上記の第９の実施の形態の変形例４では、Ｚ方向と２つの異なる角度を有する第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとが配置される場合を例に挙げたが、３つ以上の異なる角度で傾いた３種類以上の第１結像ミラー４１１が配置されても良い。この場合も、それぞれの第１結像ミラー４１１の角度に応じて、補助光学部材１４Ｂの液晶素子１４６の境界面１４３がＸＹ平面となす角度φ３を変更するように、電圧制御部２４は、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を、短い時間間隔で切り替えればよい。その結果、３人以上のユーザが、互いに異なる位置から表示装置１上に形成された同一の画像に対応する３つ以上の空中像３０をそれぞれ視認することができる。
また、第９の実施の形態で説明したように、第１結像ミラー４１１ａと４１１ｂとの個数を異ならせて配置させても良い。この場合、例えば第１結像ミラー４１１ａの個数よりも第１結像ミラー４１１ｂの個数の方が多く配置されているならば、補助光学部材１４は第１結像ミラー４１１ｂからの反射光束が収束して実像Ｐ１１Ｂが形成されるように、液晶素子１４６の境界面１４３の角度φ３が制御されるようにしても良い。即ち、個数が少ない第１結像ミラー４１１ａによる反射光束は一部が実像Ｐ１１Ａの位置で収束しないようにしても良い。この場合の第９の実施の形態の変形例４では、個数の多い第１結像ミラー４１１ｂにより光束が反射されて形成される実像Ｐ１１Ｂは高品質なものとなることが期待されるので、表示画素Ｐ１からの光束を偏向させて実像Ｐ１１Ｂに反射光束を収束させることにより、実像Ｐ１１Ｂの品質をより向上させることができる。
また、第２結像ミラー４２１を傾けて配置する場合も、同様にして補助光学部材１４Ｂを用いて、第２結像ミラー４２１へ入射する光束を偏向させる。第２結像ミラー４２１を傾けて配置する場合には、光学系１２Ｅは第６の実施の形態の変形例４で説明した図３２に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４Ｂを有していることが好ましい。
また、補助光学部材１４として液体レンズを用いても良い。この場合には、電圧制御部２４は、共通電極と電極との間に印加する電圧を制御して、導電性液体と絶縁性液体との境界面がＸＹ平面となす角度を、第１結像ミラー４１１ａの角度に応じて制御する第１制御と、第１結像ミラー４１１ｂの角度に応じて制御する第２制御とを所定の時間間隔で切り替えれば良い。
また、光学系１２Ｆに、図２９（ａ）〜（ｃ）に示す第５の実施の形態の変形例３のような複数の部分光学部材１４Ａを配置しても良い。この場合、第１結像ミラー４１１ａと第１結像ミラー４１１ｂとの配置位置に応じて、角度φ３が異なる第３面または境界面１４３Ａが設定されるように部分光学部材１４Ａを複数配置すれば良い。この場合、電圧制御部２４による印加電圧の切り替えを高速に行う必要がなくなり、処理負荷を低減できる。
また、光学系１２Ｆが、第９の実施の形態の変形例２に示すような光学系１２Ｆ（図５４（ｂ）参照）に補助光学部材１４Ｂを設けたものであっても良い。この場合も、電圧制御部２４は、上部電極１５１と下部電極１５２との間に印加する電圧を、第１制御と第２制御との間で所定の短い時間間隔で切り替えれば良い。
−第１０の実施の形態−
図面を参照しながら、第１０の実施の形態に係る表示装置１について説明する。第１０の実施の形態においては、本実施の形態の表示装置１がテレビに組み込まれた場合を一例に挙げて説明を行う。なお、本実施の形態の表示装置は、テレビに限らず、上述の第１の実施の形態で説明した各電子機器に組み込むことが可能である。
第１０の実施の形態の表示装置１は、第９の実施の形態（図５２参照）とその変形例１〜４の光学系１２Ｆ（図５４（ａ）、図５５参照）が有する第１結像ミラー４１１、第２結像ミラー４２１を駆動可能に構成した点で異なる。以下、詳細に説明する。
第１０の実施の形態の光学系１２Ｇは、図３に示す第１の実施の形態の結像光学系１２と同様の構成を有する。第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とが傾斜駆動可能に第１筐体４１０と第２筐体４２０とに配置される。
第１０の実施の形態の表示装置１の主要部構成は、図２に示す第１の実施の形態におけるブロック図と同様に表される。即ち、表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｇと、記憶部９とを備える。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３とを備える。
第１０の実施の形態の表示装置１においても、第９の実施の形態とその変形例１〜４（図５２〜図５６参照）と同様に、表示装置１に対して異なる位置にいる複数のユーザのそれぞれに対して視認可能な空中像３０を形成させる。以下、２人のユーザが異なる位置から表示装置１を観察する場合を例に挙げて説明を行う。また、表示装置１が２人のユーザのそれぞれに異なる画像に対応する空中像３０を視認させる場合を例に挙げて説明を行う。
＜光学系１２Ｇによる空中像３０の形成＞
図５７（ａ）は、ある時刻ｔ１において表示器１１から出射される光束と、形成される空中像３０Ａとの位置関係を模式的に示した図である。図５７（ｂ）は、時刻ｔ１に表示器１１に表示される画像Ｉｍ１を模式的に示す図である。時刻ｔ１において、複数の第１結像ミラー４１１は、第１駆動部４１２により駆動角度−θ１にて傾斜駆動される。表示器１１には画像Ｉｍ１が表示制御部２３により表示される。したがって、表示器１１から出射され複数の光束は、複数の第１駆動ミラー４１１により反射され、第１駆動ミラー４１１の駆動角度−θ１に応じた移動量にてＸ方向＋側に移動した位置に収束して、図５７（ｂ）に示す画像Ｉｍ１に対応する空中像３０Ａが形成される。
次に、ある時刻ｔ１から短い所定時間が経過した時刻ｔ２においては、図５７（ｃ）に示すように複数の第１結像ミラー４１１を、異なる駆動角度＋θ１となるように傾斜駆動させる。
図５７（ｃ）は、時刻ｔ２において表示器１１から出射される光束と、形成される空中像３０Ｂとの位置関係を模式的に示した図である。図５７（ｄ）は、時刻ｔ２に表示器１１に表示される画像Ｉｍ２を模式的に示す図である。時刻ｔ２において、複数の第１結像ミラー４１１は、図５７（ａ）に示す場合とは異なる駆動角度＋θ１にて傾斜駆動される。表示器１１には図５７（ｂ）に示す画像Ｉｍ１とは異なる画像Ｉｍ２が表示制御部２３により表示される。表示器１１から出射された複数の光束は、複数の第１駆動ミラー４１１により反射され、第１駆動ミラー４１１の駆動角度＋θ１に応じた移動量にてＸ方向−側に移動した位置に収束して、図５７（ｄ）に示す画像Ｉｍ２に対応する空中像３０Ｂが形成される。
時刻ｔ２から所定時間が経過した時刻ｔ３では、図５７（ｃ）に示すように傾斜駆動された第１結像ミラー４１１を、再び図５７（ａ）に示すように傾斜駆動させる。表示制御部２３は、表示器１１に図５７（ｂ）に示す画像Ｉｍ１を表示する。以後、所定時間が経過するごとに、第１結像ミラー４１１の駆動角度を−θ１と＋θ１との間で切り替えて傾斜駆動させる。表示制御部２３は、所定時間が経過するごとに、画像Ｉｍ１と画像Ｉｍ２とを切り替えて表示器１１に表示する。これにより、異なる画像Ｉｍ１とＩｍ２とに対応する空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが短い所定時間ごとに順次切り替わって形成される。第１結像ミラー４１１による傾斜駆動に切り替えが短時間で繰り返し行われることにより、あたかも２つの空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが同じタイミングにて異なる結像領域に形成されているような状態となる。これにより、２人のユーザのうち、一方のユーザが空中像３０Ａを、他方のユーザが空中像３０Ｂをそれぞれ視認することができる。
なお、上述した短い時間間隔は、予め行った試験等に基づいて、２人のユーザがそれぞれの空中像３０Ａと３０Ｂとを視認可能となる時間として設定される。
図５８のフローチャートを参照して、第１０実施の形態の表示装置１の光学系１２Ｇの動作状態時の処理について説明する。図５８に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１３１では、表示制御部２３は、表示器１１に画像Ｉｍ１を表示してステップＳ１３２へ進む。ステップＳ１３２では、駆動制御部２１は、第１駆動部４１２に電圧を印加して、複数の第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１にて傾斜駆動させてステップＳ１３３へ進む。これにより、画像Ｉｍ１に対応する空中像３０Ａが表示される。ステップＳ１３３では、複数の第１結像ミラー４１１が駆動角度−θ１で傾斜駆動されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１３３が肯定判定されてステップＳ１３４へ進み、所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１３３が否定判定されて所定時間が経過するまで待機する。
ステップＳ１３４では、表示制御部２３は、表示器１１に画像Ｉｍ２を表示してステップＳ１３５へ進む。ステップＳ１３５では、駆動制御部２１は、第１駆動部４１２に電圧を印加して、複数の第１結像ミラー４１１を駆動角度＋θ１にて傾斜駆動させてステップＳ１３６へ進む。これにより、画像Ｉｍ２に対応する空中像３０Ｂが、空中像３０Ａとは異なる結像領域に表示される。ステップＳ１３６では、複数の第１結像ミラー４１１が駆動角度＋θ１で傾斜駆動されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１３６が肯定判定されてステップＳ１３７へ進み、所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１３６が否定判定されて所定時間が経過するまで待機する。ステップＳ１３７では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１３７が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１３７が否定判定されてステップＳ１３１へ戻る。
なお、図５７（ａ）では、全ての第１結像ミラー４１１が傾斜駆動された場合を示しているが、この例に限定されず、複数の第１結像ミラー４１１のうちの一部の第１結像ミラー４１１が傾斜駆動されても良い。同様に、図５７（ｃ）においても、全ての第１結像ミラー４１１が傾斜駆動された場合を示しているが、この例に限定されず、複数の第１結像ミラー４１１のうちの一部の第１結像ミラー４１１が傾斜駆動されても良い。この場合、画像が表示された表示画素から出射された光束が入射する範囲内に配置された第１結像ミラー４１１が傾斜駆動されれば良い。また、図５７（ａ）の場合には傾斜駆動されないが図５７（ｃ）の場合には傾斜駆動される第１結像ミラー４１１があっても良い。たとえば、図５７の紙面左側端部（Ｘ方向−側端部）の第１結像ミラー４１１は、空中像３０Ａを形成する際には傾斜駆動されず、空中像３０Ｂを形成する際に傾斜駆動されても良い。同様に、図５７（ａ）の場合には傾斜駆動され、図５７（ｂ）の際には傾斜駆動されない第１結像ミラー４１１があっても良い。たとえば、図５７の紙面右側端部（Ｘ方向＋側端部）の第１結像ミラー４１１は、空中像３０Ａを形成する際には傾斜駆動され、空中像３０Ｂを形成する際には傾斜駆動されなくても良い。
また、図５７（ａ）、図５７（ｂ）では、時刻ｔ１と時刻ｔ２とで、空中像３０をＸ方向＋側と−側とに移動させる場合を例に挙げたが、この例に限定されず空中像３０Ａと３０ＢとがＸ方向の同一側（＋側または−側）に移動するが移動量が異なるものであっても良い。
また、第１結像ミラー４１１の駆動角度を−θ１と＋θ１との２つの角度で切り替える例を説明したが、３以上の異なる駆動角度で切り替えて第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させることにより、３以上の異なる結像領域に空中像３０を形成することができる。
また、上述の説明では、第１結像ミラー４１１による傾斜駆動を例に挙げて説明したが、第２結像ミラー４２１の駆動角度を切り替えて傾斜駆動させることにより、空中像３０をＹ方向位置が異なる結像領域に形成させることができる。この場合、制御部２０は、図５８と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。または、第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１との両方を傾斜駆動して、空中像３０をＸ方向およびＹ方向が異なる結像領域に形成することもできる。
また、上述した説明では、異なる画像Ｉｍ１とＩｍ２とに対応する異なる空中像３０Ａと３０Ｂとを異なる結像領域に表示させる場合を例に挙げて説明したが、同一の画像に対応する同一の空中像３０を異なる結像領域に表示させても良い。この場合、図５８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１３４における処理を行わない。また、ステップＳ１３７が否定判定された場合には、ステップＳ１３２に戻って処理を実行すれば良い。
第１０の実施の形態では、表示器１１から出射された光束を空中の空中像３０Ａを形成するための結像領域と、空中像３０Ｂを形成するための結像領域とに結像する第１光学部４１と、複数の第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０とを備える。これにより、複数のユーザで同時に空中像３０Ａと３０Ｂとを視認することができる。
また、第１０の実施の形態では、第１駆動部４１２は、表示器１１から出射された光束を、空中像３０Ａを形成するための結像領域と、空中像３０Ｂを形成するための結像領域とにそれぞれ結像させるので、異なる結像領域に空中像３０Ａと３０Ｂとを形成させることができる。
（第１０の実施の形態の変形例１）
第１０実施の形態の変形例１の表示装置１は、図５７に示す第１０の実施の形態の光学系１２Ｇが有する第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を傾斜駆動可能に構成したことにより、第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１の傾斜駆動に従って光路の補正量、すなわち光束の偏向量を変更する。以下、第１０の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第１０の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
第１０の実施の形態の変形例１の光学系１２Ｇは、上述した第１０の実施の形態の光学系１２Ｇと同様の構成を有する。
第１０の実施の形態の変形例１の表示装置１は、図３８（ｂ）に示す第８の実施の形態の表示装置１と同様の構成を有する。即ち、第１０の実施の形態の表示装置１とは異なり、制御部２０は、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１のずらす角度±Δθ１と、第２結像ミラー４２１の駆動角度±θ２からずらす角度±Δθ２を算出する算出部２７を備える。他の構成については第１０の実施の形態と同様に表される。即ち、表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｇとを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と算出部２７とを備える。
なお、以下の説明では、第１０の実施の形態と同様に、表示制御部２３は、所定時間が経過するごとに、画像Ｉｍ１（図５７（ｂ）参照）と画像Ｉｍ２（図５７（ｄ）参照）とを切り替えて表示器１１に表示するものであるが、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。
＜光学系１２Ｇによる空中像３０の形成＞
図５９（ａ）は、ある時刻ｔ１において表示器１１から出射される光束と、形成される空中像３０Ａとの位置関係を模式的に示した図である。
駆動制御部２１は、第８の実施の形態にて図３８、図３９を参照して説明した場合と同様に、表示画素Ｐ１から出射された光束を結像させる位置に基づいて、Ｘ方向の移動量を算出し、算出した移動量から駆動角度−θ１を算出する。なお、このＸ方向の移動量は、表示画素Ｐ１のＸ方向位置と表示画素Ｐ１の実像Ｐ１１のＸ方向位置とのＸ方向の距離に相当する。表示画素Ｐ１に最も近い位置、すなわち表示画素Ｐ１から出射される光束のうち、ほぼ中央部からの光束を反射する第１結像ミラー４１１、すなわち基準第１結像ミラー４１１ｓは、駆動角度−θ１に設定される。算出部２７は、第７の実施の形態の場合と同様の考え方を適用して、駆動角度−θ１の基準第１結像ミラー４１１ｓ以外の第１結像ミラー４１１の各々について、駆動角度−θ１からのずらす角度Δθ１を算出する。
算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向に沿った距離が増加する程、ずらす角度Δθ１の大きさを大きくする。算出部２７は、駆動角度−θ１で傾斜駆動する基準第１結像ミラー４１１ｓに対してＸ方向＋側に配置された第１結像ミラー４１１については、ずらす方向をＸ方向＋側にし、即ち、ずらす角度−Δθ１とする。また、算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓに対してＸ方向−側に配置された第１結像ミラー４１１については、ずらす方向をＸ方向−側にし、即ち、ずらす角度＋Δθ１とする。
駆動制御部２１は、それぞれの第１結像ミラー４１１の第１駆動部４１２に対して、各第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１±Δθ１に応じて電圧を印加する。この結果、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置に応じて、第１結像ミラー４１１が異なる傾きで傾斜駆動される。したがって、第８の実施の形態にて図３８、図３９を参照して説明した場合と同様に、表示器１１の画像Ｉｍ１の表示位置とはＸ方向に異なる位置に移動させて画像Ｉｍ１に対応する空中像３０Ａを形成する場合であっても、空中像３０Ａの質の低下を抑制することができる。
次に、ある時刻ｔ１から短い所定時間が経過した時刻ｔ２においては、図５９（ａ）に示したように傾斜駆動された第１結像ミラー４１１を、それらとは異なる駆動角度となるように傾斜駆動させる。
図５９（ｂ）は、時刻ｔ２において表示器１１から出射される光束と、形成される空中像３０Ｂとの位置関係を模式的に示した図である。駆動制御部２１は、空中像３０ＢをＸ方向−側の結像位置に形成させるため、基準第１結像ミラー４１１ｓを駆動角度＋θ１に設定する。算出部２７は、図５９（ａ）の場合と同様にして、駆動角度＋θ１の基準第１結像ミラー４１１ｓ以外の第１結像ミラー４１１の各々について、駆動角度＋θ１からのずらし角度Δθ１を算出する。算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向に沿った距離が増加する程、ずらす角度Δθ１の大きさを大きくする。算出部２７は、駆動角度−θ１で傾斜駆動する基準第１結像ミラー４１１ｓに対してＸ方向−側に配置された第１結像ミラー４１１については、ずらす方向をＸ方向−側にし、Ｘ方向＋側に配置された第１結像ミラー４１１については、ずらす方向をＸ方向＋側にする。
駆動制御部２１は、それぞれの第１結像ミラー４１１の第１駆動部４１２に対して、各第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１±Δθ１に応じて電圧を印加する。この結果、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置に応じて、第１結像ミラー４１１が異なる傾きで傾斜駆動される。したがって、画像Ｉｍ１に対応する空中像３０Ａの結像位置とは異なる結像位置、即ちＸ方向−側の結像位置に画像Ｉｍ２に対応する空中像３０Ｂを形成する。この場合であっても、空中像３０Ｂの質の低下を抑制することができる。
以後、第１０の実施の形態の場合と同様に、所定時間が経過するごとに、第１結像ミラー４１１の駆動角度を＋θ１±Δθ１と−θ１±Δθ１との間で切り替えて傾斜駆動させる。これにより、異なる画像Ｉｍ１とＩｍ２とに対応する空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが短い所定時間ごとに順次切り替わって形成される。第１結像ミラー４１１による傾斜駆動に切り替えが短時間で繰り返し行われることにより、あたかも２つの空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが同じタイミングにて異なる結像領域に形成されているような状態となる。これにより、２人のユーザの一方により空中像３０Ａが視認され、他方のユーザにより空中像３０Ｂが視認される。
図６０のフローチャートを参照して、第１０実施の形態の変形例１の表示装置１の光学系１２Ｇの動作状態時の処理について説明する。図６０に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１４０では、表示制御部２３は、表示器１１に画像Ｉｍ１を表示してステップＳ１４１へ進む。ステップＳ１４１では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１を算出してステップＳ１４２へ進む。ステップＳ１４２では、算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置に応じて、各第１結像ミラー４１１ごとの駆動角度−θ１からのずらす角度±Δθ１を算出してステップＳ１４３へ進む。
ステップＳ１４３では、駆動制御部２１は、各第１結像ミラー４１１ごとに配置された第１駆動部４１２のそれぞれに、算出された駆動角度−θ１±Δθ１に従って電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。即ち、基準第１結像ミラー４１１ｓは駆動角度−θ１で傾斜駆動され、他の第１結像ミラー４１１は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の位置と距離とに応じて異なるずらし角度±Δθ１で補正された駆動角度で傾斜駆動される。
ステップＳ１４４では、ステップＳ１４３における複数の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１４４が肯定判定されてステップＳ１４５へ進み、所定の短い時間が経過していない場合には、ステップＳ１４４が否定判定されて待機する。ステップＳ１４５では、表示制御部２３は表示器１１に画像Ｉｍ２を表示してステップＳ１４６へ進む。ステップＳ１４６では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度＋θ１を算出してステップＳ１４７へ進む。ステップＳ１４７では、算出部２７は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の距離と位置に応じて、各第１結像ミラー４１１ごとの駆動角度＋θ１からのずらす角度±Δθ１を算出してステップＳ１４８へ進む。
ステップＳ１４８では、駆動制御部２１は、各第１結像ミラー４１１ごとに配置された第１駆動部４１２のそれぞれに、算出された駆動角度＋θ１±Δθ１に従って電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。即ち、基準第１結像ミラー４１１ｓは駆動角度＋θ１で傾斜駆動され、他の第１結像ミラー４１１は、基準第１結像ミラー４１１ｓからのＸ方向の位置と距離とに応じて異なるずらし角度±Δθ１で補正された駆動角度で傾斜駆動される。
ステップＳ１４９では、ステップＳ１４８における複数の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１４９が肯定判定されてステップＳ１５０へ進み、所定の短い時間が経過していない場合には、ステップＳ１４９が否定判定されて待機する。ステップＳ１５０では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１５０が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１５０が否定判定されてステップＳ１４０へ戻る。
なお、空中像３０をＹ方向位置が異なる結像領域に形成させる場合には、制御部２０は、図６０と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行すれば良い。または、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の両方を傾斜駆動して、複数の空中像をＸ方向およびＹ方向が異なる結像領域に形成することもできる。
また、同一の画像に対応する空中像３０Ａ、３０Ｂを異なる結像領域に表示させる場合には、図６０に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１４５における処理を行わない。また、ステップＳ１５０が否定判定された場合には、ステップＳ１４１に戻って処理を実行すれば良い。
上述した第１０の実施の形態の変形例１では、第８の実施の形態にて図３８、図３９を参照して説明した内容を適用したが、第８の実施の形態の変形例１（図４０〜４５参照）、変形例２（図４４、図４５参照）を適用しても良い。
第８の実施の形態の変形例１を適用する場合、表示器１１に画像Ｉｍ１を表示させる際には、算出部２７は、画像Ｉｍ１が表示される表示画素Ｐごとに順次基準第１結像ミラー４１１ｓの駆動角度−θ１と、他の第１結像ミラー４１１のずらす角度±Δθ１とを算出する。すなわち、図６０のフローチャートにおけるステップＳ１４０（画像Ｉｍ１表示）〜ステップＳ１４３（第１結像ミラーを傾斜駆動）の処理に代えて、図４２のフローチャートにおけるステップＳ６１（表示画素を選択し画像を表示）〜ステップＳ６５（全表示画素に対する処理の終了判定）の処理を行う。
表示器１１に画像Ｉｍ２を表示させる際には、算出部２７は、画像Ｉｍ２が表示される表示画素Ｐごとに順次基準第１結像ミラー４１１の駆動角度＋θ１と、他の第１結像ミラー４１１のずらす角度±Δθ１を算出する。この場合、図６０のフローチャートにおけるステップＳ１４５（画像Ｉｍ２表示）〜ステップＳ１４８（第１結像ミラー傾斜駆動）の処理に代えて、図４２のフローチャートにおけるステップＳ６１（表示画素を選択し画像を表示）〜ステップＳ６５（全表示画素に対する処理の終了判定）の処理を行う。
なお、図４３を参照して説明した表示画素群ＰＧごとに切り替えて光束を出射させる場合も、表示画素Ｐごとに光束を出射させる場合と同様にして適用させることができる。
第８の実施の形態の変形例２を適用する場合、表示器１１に画像Ｉｍ１を表示させる際には、表示画素群からの光束が入射する範囲内に配置されている第１結像ミラー４１１に対して傾斜駆動を行わせる。画像Ｉｍ２を表示させる際も同様に、表示画素群からの光束が入射する範囲内に配置されている第１結像ミラー４１１に対して傾斜駆動を行わせる。この場合、図６０のフローチャートにおけるステップＳ１４０（画像Ｉｍ１表示）〜ステップＳ１４３（第１結像ミラーを傾斜駆動）の処理に代えて、図４５のフローチャートにおけるステップＳ７１（表示画素群を選択し画像を表示）〜ステップＳ７６（全表示画素群に対する処理の終了判定）の処理を行う。同様に画像Ｉｍ２を表示する際には、図６０のフローチャートにおけるステップＳ１４５（画像Ｉｍ２表示）〜ステップＳ１４８（第１結像ミラー傾斜駆動）の処理に代えて、図４２のフローチャートにおけるステップＳ７１（表示画素群を選択し画像を表示）〜ステップＳ７６（全表示画素群に対する処理の終了判定）の処理を行う。
第１０の実施の形態の変形例１では、第１駆動部４１２は、表示器１１から出射された光束を、所定の位置に空中像３０Ａとして結像させる場合、または空中像３０Ａとは異なる所定の位置に空中像３０Ｂとして結像させる場合、複数の第１結像ミラー４１１に含まれる各々の第１結像ミラー４１１を第１筐体４１０第２筐体４２０に対して異なる駆動角度で傾斜駆動させる。これにより、収差が低減された空中像３０Ａと３０Ｂとを異なる位置に結像させることができ、２人のユーザの一方が空中像３０Ａを、他方のユーザが空中像３０Ｂを視認することができる。
（第１０の実施の形態の変形例２）
第１０の実施の形態（図５７、図５８参照）とその変形例１（図５９、図６０参照）において説明した光学系１２Ｇが、第６実施の形態にて説明した図３０に示す液晶素子１４６や、第６の実施の形態の変形例２にて説明した図３３に示す液体レンズを用いた補助光学部材１４または、第６の実施の形態の変形例４で説明した図３２に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４Ｂを有しても良い。
第１０の実施の形態の変形例２の光学系１２Ｇは、図４９に示す第８の実施の形態の変形例４の光学系１２Ｅと同様の構成を有する。第１結像ミラー４１１と第２結像ミラー４２１とが傾斜駆動可能に第１筐体４１０と第２筐体４２０とに配置される。第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）には図３０に示す液晶素子１４６を用いた補助光学部材１４Ｂが配置される。なお、補助光学部材１４Ｂは第２筐体４２０の上部（Ｚ方向＋側）に配置されても良い。また、第１筐体４１０の下部（Ｚ方向−側）に第２筐体４２０を配置しても良い。以下、第１０の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第１０の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。
第１０の実施の形態の変形例２の表示装置１は、図３２に示す第６の実施の形態の変形例３の表示装置１と同様の構成を有する。即ち、表示装置１は、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｇとを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と電圧制御部２４とを備える。
なお、以下の説明では、第１０の実施の形態と同様に、表示制御部２３は、所定時間が経過するごとに、画像Ｉｍ１（図５７（ｂ）参照）と画像Ｉｍ２（図５７（ｄ）参照）とを切り替えて表示器１１に表示するものであるが、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。
＜光学系１２Ｇによる空中像３０の形成＞
図６１（ａ）は、ある時刻ｔ１において表示器１１から出射される光束と、形成される空中像３０Ａとの位置関係を模式的に示した図である。複数の第１結像ミラー４１１は、第９の実施の形態（図５２参照）の場合と同様に、第１駆動部４１２により駆動角度−θ１にて傾斜駆動される。電圧制御部２４は、第６の実施の形態（図３０参照）の場合と同様にして、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１に基づいて、補助光学部部材１４Ｂの液晶素子１４６が異なる屈折率分布の第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４ａを算出する。電圧制御部２４は、算出した角度φ４ａに基づいて、上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加する。これにより、境界面１４３ＢがＸＹ平面とＸ方向−側端部にて角度φ４ａをなす。これにより、表示器１１から出射した光束は液晶素子１４６で偏向されて、駆動角度−θ１の第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて、駆動角度−θ１に応じたＸ方向の位置、すなわち結像領域に表示された画像Ｉｍ１に対応する、鮮明な空中像３０Ａを形成する。
次に、ある時刻ｔ１から所定時間が経過した時刻ｔ２においては、図６１（ａ）に示したように傾斜駆動された第１結像ミラー４１１を、それらとは異なる駆動角度となるように傾斜駆動させる。
図６１（ｂ）は、時刻ｔ２において表示器１１から出射される光束と、形成される空中像３０Ｂとの位置関係を模式的に示した図である。複数の第１結像ミラー４１１は、第１駆動部４１２により駆動角度＋θ１にて傾斜駆動される。電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１の駆動角度＋θ１に基づいて、補助光学部部材１４Ｂの液晶素子１４６が異なる屈折率分布の第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４ｂを算出する。電圧制御部２４は、算出した角度φ４ｂに基づいて、上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加する。これにより、境界面１４３ＢがＸＹ平面とＸ方向＋側端部にて角度φ４ｂをなす。これにより、表示器１１から出射した光束は液晶素子１４６で偏向されて、駆動角度＋θ１の第１結像ミラー４１１に入射し、そこで反射されて、駆動角度＋θ１に応じたＸ方向の位置、すなわち結像領域に表示された画像Ｉｍ２に対応する、鮮明な空中像３０Ｂを形成する。
以後、第１０の実施の形態とその変形例１の場合と同様に、所定時間が経過するごとに、第１結像ミラー４１１の駆動角度を−θ１と＋θ１との間で切り替えて傾斜駆動させる。第１結像ミラー４１１の傾斜駆動に切り替わりに従って、補助光学部材１４Ｂの屈折率分布も切り替わる。すなわち、液晶素子１４６の屈折率分布の異なる第１領域１４４Ｂと１４５Ｂとの境界面１４３Ｂの傾斜方向が切り替わる。これにより、異なる画像Ｉｍ１とＩｍ２とに対応する空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが短い所定時間ごとに順次切り替わって形成される。第１結像ミラー４１１による傾斜駆動および補助光学部材１４Ｂの境界面１４３Ｂの傾斜方向の切り替えが短時間で繰り返し行われることにより、あたかも２つの鮮明な空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが同じタイミングにて異なる結像領域に形成されているような状態となる。これにより、２人のユーザの一方により空中像３０Ａが視認され、他方のユーザにより空中像３０Ｂが視認される。
図６２のフローチャートを参照して、第１０実施の形態の変形例２の表示装置１の光学系１２Ｇの動作状態時の処理について説明する。図６２に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１５１では、表示制御部２３は、表示器１１に画像Ｉｍ１を表示してステップＳ１５２へ進む。ステップＳ１５２では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１を算出してステップＳ１５３へ進む。
ステップＳ１５３では、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１に基づいて、液晶素子１４６の異なる屈折率分布の第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４ａを算出してステップＳ１５４へ進む。ステップＳ１５４では、駆動制御部２１は、算出された駆動角度−θ１に従って第１駆動部４１２に電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１で傾斜駆動させる。電圧制御部２４は、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加して、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度をφ４ａにさせる。
ステップＳ１５５では、ステップＳ１５４における複数の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１５５が肯定判定されてステップＳ１５６へ進み、所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１５５が否定判定されて所定時間が経過するまで待機する。ステップＳ１５６では、表示制御部２３は表示器１１に画像Ｉｍ２を表示してステップＳ１５７へ進む。ステップＳ１５７では、駆動制御部２１は、空中像３０を形成させる位置に基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度＋θ１を算出してステップＳ１５８へ進む。
ステップＳ１５８では、電圧制御部２４は、第１結像ミラー４１１の駆動角度＋θ１に基づいて、液晶素子１４６の異なる屈折率分布の第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度φ４ｂを算出してステップＳ１５９へ進む。ステップＳ１５９では、駆動制御部２１は、算出された駆動角度＋θ１に従って第１駆動部４１２に電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を駆動角度＋θ１で傾斜駆動させる。電圧制御部２４は、補助光学部材１４Ｂの上部電極１５１と下部電極１５２との間に電圧を印加して、第１領域１４４Ｂと第２領域１４５Ｂとの境界面１４３ＢがＸＹ平面となす角度をφ４ｂにさせる。
ステップＳ１６０では、ステップＳ１５９における複数の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１６０が肯定判定されてステップＳ１６１へ進み、所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１６０が否定判定されて所定時間が経過するまで待機する。ステップＳ１６１では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１６１が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１６１が否定判定されてステップＳ１５１へ戻る。
なお、空中像３０をＹ方向位置が異なる結像領域に形成させる場合、制御部２０は、図６２と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行すれば良い。または、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の両方を傾斜駆動して、複数の空中像３０をＸ方向およびＹ方向が異なる結像領域に形成することもできる。
また、同一の画像に対応する空中像３０Ａ、３０Ｂを異なる結像領域に表示させる場合には、図６２に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１５６における処理を行わない。また、ステップＳ１６１が否定判定された場合には、ステップＳ１５２に戻って処理を実行すれば良い。
なお、補助光学部材１４Ｂを液晶素子１４６により構成するものに代えて、液体レンズ（図２７、図２８参照）により構成しても良い。液体レンズとしてエレクトロウェッティングにより境界面１４３Ｂの位置を制御するものでもよいし、透明な容器内に液体を充填させ、液体の流動を制御して、液体の液面に配置された透明板の傾斜角を変化させる液体レンズを用いても良い。
第１０の実施の形態の変形例２では、表示器１１から出射された光束についてその光路を補正し、即ち光束を偏向し、表示器１１から出射された光束を空中像３０Ａが形成される結像領域または空中像３０Ｂが形成される結像領域に結像させる補助光学部材１４Ｂを備える。これにより、空中像３０Ａと３０Ｂとの収差を低減することができる。
また、第１０の実施の形態の変形例２では、補助光学部材１４Ｂは、表示器１１からの光束を、空中像３０Ａが形成される結像領域に結像させる場合と、空中像３０Ｂが形成される結像領域に結像させる場合とで、補正量を異ならせる。これにより、異なる結像領域に収差が低減された空中像３０Ａと３０Ｂとを結像させることができる。
また、第１０の実施の形態の変形例２では、補助光学部材１４Ｂによる光路の補正を行う場合、空中像３０Ａを形成するとき、または空中像３０Ｂを形成するときには、第１駆動部４１２は複数の第１結像ミラー４１１を第１筐体４１０に対して同一の駆動角度±θ１にて駆動させる。これにより、複数の第１結像ミラー４１１の制御に要する負荷を低減させることができる。
なお、上述した説明では、第１結像ミラー４１１が駆動角度＋θ１で傾斜駆動されているときと、駆動角度−θ１で傾斜駆動されているときの両方の状態で、補助光学部材１４Ｂの境界面１４３Ｂの傾斜を制御したが、これに限定されない。たとえば、第１結像ミラー４１１が駆動角度＋θ１と−θ１で傾斜駆動されているときの何れか一方の状態の場合に、補助光学部材１４Ｂの境界面１４３Ｂの傾斜を制御しても良い。この場合、第１結像ミラー４１１の傾斜角度が他の一方で傾斜駆動されているときには、たとえば、第１０の実施の形態の変形例１（図５９、図６０参照）のように、第１結像ミラー４１１のＸ方向位置に応じて駆動角度に対してずらし角を付与して傾斜駆動させても良い。
なお、第１０の実施の形態の変形例２の表示装置１においても、上述した第８の実施の形態の変形例４（図５０、図５１参照）の表示装置１と同様にして、補助光学部材１４Ｂを用いて表示画素群から出射された光束を偏向させる第１動作状態と、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１と第２結像ミラー４２１の駆動角度±θ２とをずらす角度±Δθ１と±Δθ２とにより補正する第２動作状態とを切り替えて、収差が低減された実像を形成させても良い。この場合、制御部２０は、表示器１１に表示される画像の範囲に複数の表示画素群が含まれる場合に、第１動作状態での動作を行うことを決定し、表示器１１に表示される画像の範囲に１つの表示画素群が含まれる場合に、第２動作状態での動作を行うことを決定する。
第１動作状態では、第８の実施の形態の変形例４（図５０、図５１参照）の場合と同様に、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１を空中像３０の移動量に基づいて、複数の表示画素群のそれぞれに対応する制御対象ごとに共通に決定すると共に、補助光学部材１４Ｂの液晶素子１４６の屈折率分布を表示画素群に対応する制御対象の第１結像ミラー４１１ごとに決定する。第２動作状態でも、第８の実施の形態の変形例４の場合と同様に、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１のずらし角度±Δθ１を算出し、第１結像ミラー４１１の傾斜駆動により実像を形成させる。この場合、電圧制御部２４は、液晶素子１４６の屈折率分布により境界面が発生せず、液晶素子１４６の屈折率が一様となるように、上部電極１５１と下部電極との間に電圧を印加する。即ち、制御部２０は図５１のフローチャートに示す処理を実行すれば良い。
なお、画像の範囲と表示画素群との大小関係に基づいて第１動作状態と第２動作状態との何れかを実行するかを決定するものに限定されず、所定の条件に基づいて第１動作状態と第２動作状態との何れかを実行するかを決定しても良い。例えば、制御部２０は、表示装置１の周囲、即ち使用環境の明るさに応じて第１動作状態と第２動作状態との何れかを実行するかを決定することができる。この場合、制御部２０は、環境の明るさが明るいときには、即ち明るさが所定の閾値を超えるときには、明るい空中像３０が形成されるように第１動作状態にて動作することを決定し、明るさが所定の閾値以下のときには、第２動作状態にて動作することを決定する。第２動作状態、空中像３０を形成する際に第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１にずらす角度±Δθ１を付与する場合には、形成される空中像３０において輝度が低下する虞がある。これに対して、第１動作状態では、光束を偏向するために補助光学部材１４Ｂの屈折率分布を変更させるので、輝度を低下させることなく空中像３０が形成される。即ち、第１動作状態の場合には、第２動作状態の場合と比較して、明るい空中像３０が形成される。
なお、制御部２０は、撮像装置５により生成された撮像データを用いて輝度を算出することにより、表示装置１の使用環境の明るさを検出すれば良い。
この場合、制御部２０は、第８の実施の形態の変形例４にて説明した図５１のフローチャートの処理と同様の処理を行う。ただし、図５１のフローチャートのステップＳ１０３（画像の範囲に複数の表示画素群が含まれるかを判定）に代えて、表示装置１の使用環境の明るさを検出する。表示装置１の使用環境が明るい場合、即ち明るさが所定の閾値を超える場合には図５１のステップＳ１０４へ進み、明るさが所定の閾値以下の場合には図５１のステップＳ１０９へ進む。
なお、表示装置１の周囲環境の明るさに基づいて、第１動作状態と第２動作状態との何れかを行うものに代えて、表示器１１に表示される画像の明るさに基づいて第１動作状態と第２動作状態との何れかを行っても良い。この場合、制御部２０は、表示される画像が暗いときには、即ち輝度が所定の閾値以下のときには、第１動作状態にて動作することを決定する。輝度が所定の閾値を超えるときには、第２動作状態にて動作することを決定する。即ち、表示器１１に暗い画像が表示されたときには、形成される空中像３０の輝度がさらに低下しないように、補助光学部材１４Ｂを用いて光束を偏向するようにする。
第１０の実施の形態の変形例２では、所定の条件に基づいて、補助光学部材１４Ｂに、表示器１１から出射された光の光路の補正を行わせるか否かを決定するので、異なる光路の補正方法の中から、好ましい補正方法を用いて収差を低減した空中像３０Ａと３０Ｂとを形成させることができる。
また、第１０の実施の形態の変形例２では、環境の明るさ、または表示器１１に表示される画像に基づいて、補助光学部材１４Ｂにより光路の補正を行わせるか否かを決定するので、表示装置１が使用される状況に適した方法を用いて光路を補正して、収差を低減した空中像３０Ａと３０Ｂとを形成させることができる。
なお、上述した第１０の実施の形態の変形例２では、同一の画像に対応する空中像３０Ａと３０Ｂと異なる結像領域に形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。異なる画像に対応する空中像３０Ａと３０Ｂとを異なる結像領域に形成してもよい。
（第１０の実施の形態の変形例３）
第１０の実施の形態の変形例３では、第１０の実施の形態とその変形例１〜２の表示装置１が、さらにユーザが表示装置１を観察する位置に基づいて、空中像３０を形成することができるようにしたものである。即ち、第１０の実施の形態の変形例３の表示装置１は、第８の実施の形態の変形例３（図４６参照）の表示装置１と同様に、図１９に示す第４の実施の形態の撮像装置５と、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、第１０の実施の形態の光学系１２Ｇと、記憶部９とを備える。制御部２０は、図４６に示す第８の実施の形態の変形例３と同様に、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と算出部２７とを備える。
なお、光学系１２Ｇは、第１０の実施の形態の変形例１や変形例２の光学系１２Ｇと同様の構成を有しても良い。第１０の実施の形態の変形例１の光学系１２Ｇ（すなわち図３に示す第１の実施の形態の結像光学系１２）を有する場合には、表示装置１は、撮像装置５と、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｇと、記憶部９とを有している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と算出部２７とを備える。
また、第１０の実施の形態の変形例２の光学系１２Ｇ（すなわち図４９に示す第８の実施の形態の変形例４の光学系１２Ｅ）を有する場合には、表示装置１は、撮像装置５と、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、光学系１２Ｇと、記憶部９とを示している。制御部２０は、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と、電圧制御部２４とを備える。
検出部２５は、第４の実施の形態（図１９〜図２１参照）や第６の実施の形態の変形例４（図３３、図３４参照）と同様にして、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、公知の被写体検出処理等を行って、撮像データ上から人物、すなわち表示装置１を観察するユーザを検出する。検出部２５は、撮像データ上で検出した人物の顔の方向を検出して、表示装置１を観察するユーザの視線の方向を検出する。決定部２６は、検出部２５により検出されたユーザの実際の位置に基づいて、空中像３０を形成させる位置、すなわち結像領域を決定する。複数のユーザが検出された場合には、決定部２６は、それぞれのユーザの位置ごとに空中像３０の結像領域を決定する。以下の説明では、２人のユーザが検出され、一方のユーザが表示装置１のＸ方向＋側、他方のユーザが表示装置１のＸ方向−側に検出された場合を一例に挙げて説明を行う。
なお、複数のユーザが検出されない場合、すなわち１人のユーザのみが検出された場合には、表示装置１は上述した第４の実施の形態（図１９〜図２１参照）や第６の実施の形態の変形例４（図３３、図３４参照）の場合と同様にして、検出された１人のユーザが視認可能な位置に空中像３０を表示させて良い。
以下、第１０の実施の形態と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第１０の実施の形態にて説明した内容を適用することができる。また、以下の説明では、第１０の実施の形態と同様に、表示制御部２３は、所定時間が経過するごとに、画像Ｉｍ１（図５７（ｂ）参照）と画像Ｉｍ２（図５７（ｄ）参照）とを切り替えて表示器１１に表示するものであるが、理解を容易にすることを目的として第１結像ミラー４１１に対する処理を中心に行う。
決定部２６は、表示装置１のＸ方向＋側に位置するユーザに視認させるために、空中像３０Ａが形成される方向を表示装置１の中心からＸ方向＋側に設定する。決定部２６は、表示装置１のＸ方向−側に位置するユーザに視認させるために、空中像３０Ｂが形成される方向を表示装置１の中心からＸ方向−側に設定する。さらに、決定部２６は、空中像３０Ａ、３０Ｂの移動量を決定する。この場合、決定部２６は、検出されたユーザが表示装置１からＸ方向＋側に、またはＸ方向−側に離れているほど移動量を大きくする。ユーザと表示装置１との間の距離は、撮像データ上で検出された人物の大きさに基づいて算出すれば良い。
空中像３０Ａ、３０Ｂが形成される方向と移動量、すなわち空中像３０Ａと３０Ｂのそれぞれの結像領域の位置が決定されると、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１の駆動角度±θ１を算出する。この場合、駆動制御部２１は、空中像３０Ａと３０Ｂとのそれぞれの結像領域の位置に基づいて、空中像３０Ａを形成させるための第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１と空中像３０Ｂを形成させるための第１駆動ミラー４１１の駆動角度＋θ１とを算出する。
駆動制御部２１は、時刻ｔ１において、算出した駆動角度−θ１で第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。その結果、第１０の実施の形態にて参照した図５７（ａ）に示すように、画像Ｉｍ１に対応する空中像３０Ａは、一方のユーザが空中像３０Ａを視認し易いＸ方向＋側の結像領域に形成される。短い所定時間が経過した時刻ｔ２では、駆動制御部２１は、算出した駆動角度＋θ１で第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。その結果、第１０の実施の形態にて参照した図５７（ｃ）に示すように、画像Ｉｍ２に対応する空中像３０Ｂは、他方のユーザが空中像３０Ｂを視認し易いＸ方向−側の結像領域に形成される。以後、第１０の実施の形態の場合と同様に、所定時間が経過するごとに、第１結像ミラー４１１の駆動角度を−θ１と＋θ１との間で切り替えて傾斜駆動させる。これにより、異なる画像Ｉｍ１とＩｍ２とに対応する空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが短い所定時間ごとに順次切り替わって形成される。第１結像ミラー４１１による傾斜駆動および補助光学部材１４Ｂの境界面１４３Ｂの傾斜方向の切り替えが短時間で繰り返し行われることにより、２人のユーザはそれぞれ空中像３０Ａと３０Ｂとを視認することができる。
図６３のフローチャートを参照して、第１０実施の形態の変形例３の表示装置１の光学系１２Ｇの動作状態時の処理について説明する。図６３に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１７１では、撮像装置５に撮像データを生成させてステップＳ１７２へ進む。ステップＳ１７２では、制御部２０の検出部２５は、生成された撮像データ上から表示装置１を観察するユーザの有無を検出する処理を行って、ステップＳ１７３へ進む。ステップＳ１７３では、ステップＳ１７２にて複数のユーザが検出されたか否かを判定する。複数のユーザが検出された場合には、ステップＳ１７３が肯定判定されてステップＳ１７４へ進む。複数のユーザが検出されない場合には、ステップＳ１７３が否定判定されてステップＳ１７１へ戻る。なお、本フローチャートにおいても、上述したように複数のユーザとして２人が検出された場合を一例として説明を行う。また、上述したように、１人のユーザのみが検出された場合には、第４の実施の形態の図２１に示すフローチャートに示す処理を行っても良い。
ステップＳ１７４では、表示制御部２３は、表示器１１に画像Ｉｍ１を表示してステップＳ１７５へ進む。ステップＳ１７５では、２人のユーザの内の一方のユーザが検出された位置に基づいて、空中像３０Ａを形成させる位置を決定し、第１結像ミラー４１１の駆動角度−θ１を算出してステップＳ１７６へ進む。ステップＳ１７６では、駆動制御部２１は、算出された駆動角度−θ１に従って第１駆動部４１２に電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１で傾斜駆動させてステップＳ１７７へ進む。
ステップＳ１７７では、ステップＳ１７６における複数の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１７７が肯定判定されてステップＳ１７８へ進み、所定の短い時間が経過していない場合には、ステップＳ１７７が否定判定されて所定の時間が経過するまで待機する。ステップＳ１７８では、表示制御部２３は、表示器１１に画像Ｉｍ２を表示してステップＳ１７９へ進む。ステップＳ１７９では、駆動制御部２１は、２人のユーザの内の他のユーザが検出された位置に基づいて、空中像３０Ｂを形成させる位置を決定し、第１結像ミラー４１１の駆動角度＋θ１を算出してステップＳ１８０へ進む。
ステップＳ１８０では、駆動制御部２１は、算出された駆動角度＋θ１に従って第１駆動部４１２に電圧を印加して、第１結像ミラー４１１を駆動角度＋θ１で傾斜駆動させてステップＳ１８１へ進む。ステップＳ１８１では、ステップＳ１８０における複数の第１結像ミラー４１１の傾斜駆動が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１８１が肯定判定されてステップＳ１８２へ進み、所定の短い時間が経過していない場合には、ステップＳ１８１が否定判定されて所定の時間が経過するまで待機する。ステップＳ１８２では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１８２が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１８２が否定判定されてステップＳ１７４へ戻る。
また、上述の説明では、第１結像ミラー４１１による傾斜駆動を例に挙げて説明したが、検出された複数のユーザの観察位置に応じて、第２結像ミラー４２１の駆動角度を切り替えて傾斜駆動させることにより、空中像３０をＹ方向位置が異なる結像領域に形成させることができる。この場合、制御部２０は、図６３と同様の処理を第２結像ミラー４２１に対して実行する。または、検出された複数のユーザの観察位置に応じて、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の両方を傾斜駆動して、複数の空中像３０をＸ方向およびＹ方向が異なる結像領域に形成することもできる。
また、上述した説明では、異なる画像Ｉｍ１とＩｍ２とに対応する異なる空中像３０Ａと３０Ｂとを異なる結像領域に表示させる場合を例に挙げて説明したが、同一の画像に対応する同一の空中像３０を異なる結像領域に表示させても良い。この場合、図６３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１７８における処理を行わない。また、ステップＳ１８２が否定判定された場合には、ステップＳ１７５に戻って処理を実行すれば良い。
なお、第１０の実施の形態の変形例３では、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて表示装置１を観察するユーザを検出する構成としたが、この例に限定されない。第４の実施の形態とその変形例１（図１９〜図２１参照）にて説明したように、ユーザによる操作ボタンの操作や、集音によって集音された音声データに基づいて、ユーザを検出しても良い。
第１０の実施の形態の変形例３では、第１駆動部４１２は、検出したユーザに基づいた異なる結像領域に空中像３０Ａと３０Ｂとを形成する。これにより、ユーザが表示装置１を観察する位置に応じて、ユーザが視認し易い位置に空中像３０Ａと３０Ｂとを形成することができる。
（第１０の実施の形態の変形例４）
上述した第１０の実施の形態とその変形例１〜３では、所定の時間間隔ごとに空中像３０Ａと空中像３０Ｂとを切り替えて形成させることにより、ユーザにより常に空中像３０Ａと３０Ｂとが視認できるように構成した。これに対して、第１０の実施の形態の変形例４では、空中像３０Ａと３０Ｂとが所定の条件を満たした場合に形成されるようにした点で異なる。以下、第１０の実施の形態の変形例３と相違する点を主に説明を行う。特に説明を行わない点については、第１０の実施の形態の変形例３にて説明した内容を適用することができる。
第１０の実施の形態の変形例４では、第１０の実施の形態の変形例３と同様に、図１９に示す第４の実施の形態の撮像装置５と、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、第１０の実施の形態の光学系１２Ｇと、記憶部９とを備える。制御部２０は、図４６に示す第８の実施の形態の変形例３と同様に、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と算出部２７とを備える。なお、第１０の実施の形態の変形例４においても、第１０の実施の形態の変形例３における表示装置１として適用可能な構成と同様の構成を適用することができる。
＜例１＞
第１０の実施の形態の変形例５の表示装置１は、空中像３０Ｂの形成を開始させるタイミングを所定の条件が満たされた場合に実行するようにする。例１では、たとえば、１人のユーザが表示装置１を観察している場合には空中像３０Ａのみを形成しているが、途中で表示装置１を観察するユーザの人数が増えた場合に空中像３０Ｂの形成を開始する。
検出部２５は、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、公知の被写体検出処理等を行って、撮像データ上から人物、すなわち表示装置１を観察するユーザを検出する。検出部２５によって表示装置１を観察するユーザが１人しか検出されない場合には、空中像３０Ａのみを形成させるようにする。この場合も、検出部２５は、撮像データ上で検出した人物の顔の方向を検出して、表示装置１を観察するユーザの視線の方向を検出する。決定部２６は、検出部２５により検出されたユーザの実際の位置と視線の方向とに基づいて、空中像３０を形成させる方向と位置、すなわち結像領域を決定する。
空中像３０Ａの結像領域の位置が決定されると、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ａを算出し、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。これにより、ユーザが視認しやすい位置に空中像３０Ａが形成される。なお、空中像３０Ａが形成されている間も、所定の時間間隔ごとに、撮像装置５による表示装置１の周囲の撮像と、検出部２５によるユーザの検出とが行われる。
空中像３０Ａが形成されている最中に、検出部２５によって新たなユーザが表示装置１を観察していることが検出されると、決定部２６は、新たに検出されたユーザの位置と視線の方向とに基づいて、新たな空中像３０Ｂを形成させる方向と位置、すなわち結像領域を決定する。空中像３０Ｂの結像領域の位置が決定されると、駆動制御部２１は、空中像３０Ｂを形成させるための第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ｂを算出し、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。以後、所定時間ごとに、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１の駆動角度を±θ１ａと±θ１ｂとの間で切り替える。その結果、当初から形成されていた空中像３０Ａと、新たなユーザが視認するための空中像３０Ｂと形成される。
その後、さらに表示装置１を観察するユーザが増えると、同一の処理を行って、空中像３０Ａと空中像３０Ｂとに加えて、さらに増加したユーザが視認するための空中像３０Ｃが新たに形成される。すなわち、さらに増加したユーザの位置と視線の方向とに基づいて、駆動制御部２１は第１結像ミラー４１１を駆動角度θ１ｃで傾斜駆動させる。その後、所定時間ごとに、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１を駆動角度θ１ａ、θ１ｂ、θ１ｃの間で切り替えて傾斜駆動させることにより、空中像３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを形成させる。
また、空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが形成されているときに、たとえば当初から表示装置１を観察していたユーザがいなくなった場合には、表示装置１を観察し続けているユーザが視認するための空中像３０Ｂのみが形成されるようにする。すなわち、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１を駆動角度θ１ｂにて傾斜駆動させる。
なお、上述した例１では、表示装置１を観察するユーザを検出するために、表示装置１が撮像装置５により撮像された撮像データを用いる場合を例に挙げたが、これに限定されない。第４の実施の形態とその変形例１（図１９〜図２１参照）にて説明したように、ユーザによる操作ボタンの操作や、集音によって集音された音声データに基づいて、ユーザを検出しても良い。また、操作ボタンが表示装置１に設けられているものではなく、空中像３０として表示されたアイコンをユーザが空中で押下する操作を行われた場合にユーザの存在を判断しても良い。この場合、表示装置１は、ユーザがアイコンを押下する操作を検出するための操作検出器として、光学系１２Ｇの上方（Ｚ方向＋側）に設けられた、たとえば公知の透明静電容量式パネルを備える。静電容量パネルからなる操作検出器は、実質的に透明な部材からなる電極によって電界を形成する。操作検出器１３は、ユーザが空中像３０の形成位置を操作するために指またはスタイラスを空中像３０の方に移動させた場合に、その指またはスタイラスの位置を静電容量の値として検出する。
また、空中像３０Ａと３０Ｂと３０Ｃは、同じ画像であっても良いし、少なくとも１つが異なる画像であっても良い。
＜例２＞
例１では、表示装置１を観察するユーザの人数の増減に応じて空中像３０Ｂを形成するタイミングを制御したが、例２では、表示装置１で形成されている空中像３０Ａを視認しているユーザによって予め決められた特定のジェスチャーが行われた場合に、空中像３０Ｂの形成を開始する。以下、詳細に説明する。
図６４は、表示装置１により形成された空中像３０とユーザの位置との関係を模式的に示す図である。なお、図示の都合から、図６４では、光学系１２Ｇの第１光学部４１および第２光学部４２を簡略化して示す。
図６４（ａ）は、あるユーザが領域Ｕ１にて表示装置１により形成された空中像３０Ａを視認している様子を模式的に示した図である。この状態から、図６４（ｂ）に模式的に示すように別のユーザが領域Ｕ２に現れたので、領域Ｕ１のユーザが領域Ｕ２のユーザにも空中像３０Ａを視認させようとした場合に、領域Ｕ１のユーザは、予め決められた特定のジェスチャーを行う。予め決められた特定のジェスチャーとして、上述した第４の実施の形態の変形例１にて説明した各種のジェスチャーを適用させることができる。
検出部２５は、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、撮像データ上で領域Ｕ１のユーザが上記のジェスチャーを行ったか否かを検出する。検出部２５によりジェスチャーが行われたことが検出されると、決定部２６は、検出されたジェスチャーに基づき、第４の実施の形態の変形例１の場合と同様にして、領域Ｕ２のユーザが視認するための空中像３０Ｂを形成させる方向と位置、すなわち結像領域を決定する。
なお、検出部２５は、上記のジェスチャーが行われると、ジェスチャーで移動された方向に存在する人物を撮像データ上から検出し、その人物の視線の方向を検出する。決定部２６は検出された人物の位置と視線の方向とに基づいて、空中像３０Ｂを形成する方向と位置とを決定しても良い。
空中像３０Ｂの結像領域の位置が決定されると、駆動制御部２１は、空中像３０Ｂを形成させるための複数の第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ｂを算出し、複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。以後、所定時間ごとに、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１の駆動角度を±θ１ａと±θ１ｂとの間で切り替える。その結果、図６４（ｃ）に示すように、当初から形成されていた空中像３０Ａと、新たなユーザが視認するための空中像３０Ｂとが交互に繰り返し形成される。すなわち、領域Ｕ１のユーザと、領域Ｕ２のユーザとは、異なる位置に結像された同一または異なる空中像３０Ａと３０Ｂとを、それぞれ視認することができる。
なお、領域Ｕ１のユーザと領域Ｕ２のユーザとのそれぞれに空中像３０Ａと３０Ｂと視認させるものに限定されない。たとえば、空中像３０Ｂが形成されたら空中像３０Ａの形成を終了させても良い。この場合、たとえば領域Ｕ１のユーザが、顔の前で手を振るようなジェスチャーを行ったことが検出部２５により検出されたときに、空中像３０Ａの形成を終了しても良い。
また、空中像３０Ｂの形成を行わず、空中像３０Ａの形成のみを継続して行っても良い。たとえば、領域Ｕ１のユーザが、領域Ｕ２のユーザに空中像３０Ｂを視認させるようなジェスチャーを行った後、直ちに領域Ｕ１のユーザが体の前で腕や指をクロスさせ「×」を作るジェスチャーを行ったことが検出部２５により検出されたときに、空中像３０Ｂの形成をキャンセルし、空中像３０Ａの形成のみを引き続き行うようにする。また、領域Ｕ１のユーザが、領域Ｕ２のユーザに空中像３０Ｂを視認させるようなジェスチャーを行い、空中像３０Ｂが形成された後に、領域Ｕ１のユーザが体の前で腕や指をクロスさせ「×」を作るジェスチャーを行ったことが検出部２５により検出されたときには、空中像３０Ｂの形成を終了させ、空中像３０Ａの形成のみを引き続き行うようにしても良い。
＜例３＞
例３では、表示装置１を観察しているユーザの位置や視線の方向が移動すると、その移動に伴って、表示装置１は空中像３０を移動させることで、常にユーザに視認できる位置に空中像３０を形成させる。以下、１人のユーザが表示装置１を観察している場合を例に挙げて、詳細に説明する。
検出部２５は、撮像装置５により撮像された撮像データを用いて、公知の被写体検出処理等を行って、撮像データ上から人物、すなわち表示装置１を観察するユーザを検出する。検出部２５は、撮像データ上で検出した人物の顔の方向を検出して、表示装置１を観察するユーザの視線の方向を検出する。決定部２６は、検出部２５により検出されたユーザの位置と視線の方向とに基づいて、空中像３０を形成させる方向と位置、すなわち結像領域を決定する。
空中像３０の結像領域の位置が決定されると、駆動制御部２１は、複数の第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ａを算出し、複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。これにより、ユーザが視認しやすい位置に空中像３０が形成される。空中像３０が形成されている間も、所定の時間間隔ごとに、撮像装置５は表示装置１の周囲を撮像し、検出部２５は撮像データからユーザの検出を行う。検出部２５は、新たに撮像された撮像データ上で検出された人物の位置や視線の方向が、既に検出されている人物の位置や視線の方向に対して変位しているか否かを判定する。
新たに検出された人物の位置や視線の方向が変位している場合には、決定部２６は、新たに検出された人物の位置と視線の方向とに基づいて、新たに空中像３０を形成させる方向と位置を決定する。駆動制御部２１は、決定部２６により新に決定された方向と位置とに基づいて、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ｂを算出し、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させる。したがって、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ｂに応じた位置に移動した位置に、新たな空中像３０が形成される。換言すると、ユーザの位置や視線の方向が変化するタイミングで、それまで形成されていた位置から移動した位置に新な空中像３０が形成される。これにより、ユーザが移動した位置や新たに視線を向けた位置に空中像３０が形成される、即ちユーザの移動に伴って空中像３０を移動させて、空中像３０をユーザに視認可能となるように形成させる。
＜例４＞
例１〜例３では、ユーザの人数やジェスチャーや位置に応じたタイミングにて、新な空中像３０を形成するものであったが、例４では、表示器１１に表示された画像が有する情報に基づいて形成する空中像３０の個数を決める。即ち、画像が有する情報が１人のユーザにより視認することを示す場合には、１つの空中像３０Ａが形成され、画像が有する情報が複数のユーザにより視認するためのものである場合には、複数の空中像３０が形成される。
画像が有する情報の一例として、画像が含まれるコンテンツ自体が複数のユーザにより実行されるものであったり、複数のユーザで実行することが前提となる特定のモードに対応する画像がある。例えば、表示装置１をゲーム機に組み込んだ場合、ゲームの種類やゲームが有するモードによっては１人のユーザに空中像３０を視認させれば良いときと、複数のユーザにそれぞれ空中像３０を視認させる必要があるときとがある。たとえば対戦モードを有するゲームの場合には、対戦モードが選択されると対戦相手のユーザも空中像３０を視認する必要があるので、表示装置１は、ユーザ自身が視認するための空中像３０Ａと、対戦相手のユーザが視認するための空中像３０Ｂとを形成する。
なお、対戦モードの選択は、表示装置１が組み込まれたゲーム機本体に設けられた操作部材から行っても良いし、表示装置１によってモード選択の画面を空中像として形成し、ユーザがモード選択の空中像を押し込むように操作しても良い。モード選択の空中像をユーザが操作する場合には、撮像装置５がユーザの空中像への操作を撮像し、検出器２５が撮像データからモード選択を行うユーザ操作を検出し、決定部２６が検出されたモード選択を行うユーザ操作に基づいて、対戦モードを選択して良い。
この場合、ユーザにより対戦モードが選択されると、駆動制御部２１は、予め決められている異なる結像領域に空中像３０Ａと３０Ｂとがそれぞれ形成されるように、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１ａ、θ１ｂを決定する。駆動制御部２１は、所定時間ごとに、第１結像ミラー４１１の駆動角度をθ１ａとθ１ｂとの間で切り替える。これにより、空中像３０Ａと３０Ｂとが対戦ゲームを行う２人のユーザのそれぞれによって視認することができる。
ユーザにより対戦モードが選択されていない場合、即ち１人のユーザがゲームを行う場合には、画像が有する情報は１人のユーザが空中像３０を視認することを示す。この場合は、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１を駆動角度θ１で傾斜駆動させて、１つの空中像３０Ａのみを形成させる。即ち、ゲームを行うユーザ以外にゲームの状況を観察する人物が表示装置１の周囲に存在したとしても、表示装置１は空中像３０Ａ以外の空中像を形成しない。
なお、ゲームの内容によって２人のユーザがそれぞれ視認する空中像３０が同一のものか異なるものかが決まる。従って、例４においては、形成される空中像３０Ａと３０Ｂとは同じ画像であっても良いし、異なる画像であっても良い。
＜例５＞
例１〜例４では、表示装置１を観察するユーザの人数や、表示器１１に表示される画像が有する情報に基づいて、空中像３０を複数個形成させるものであった。例５では、画像が有する情報に基づいて、空中像３０を、表示装置１を観察するそれぞれのユーザに対して形成する場合を説明する。この場合の一例として、表示装置１を医療現場、たとえば手術中の手術室で使用する場合を例に挙げる。
複数の医師と看護師により長時間の手術が行われる場合に、手術の手順、注意事項等の情報が空中像３０として形成される。この場合、医師や看護師にはそれぞれ役割分担が決まっているので、それぞれに対して必要となる情報が異なることが考えられる。たとえば、図６５（ａ）に示すように、医師Ａには手順及び注意事項Ａ、医師Ｂには手順及び注意事項Ｂ、看護師Ｃには手順及び注意事項Ａと手順及び注意事項Ｂが必要な情報であるとする。この場合、手順及び注意事項Ａを示す画像は医師Ａおよび看護師Ｃに関連付けられ、手順及び注意事項Ｂを示す画像は医師Ｂと看護師Ｃとに関連付けられる。なお、表示される画像と、表示される空中像を視認するユーザを示す顔画像とが関連付けられても良い。この場合、手順および注意事項Ａを示す画像と医師Ａの顔画像および看護師Ｃの顔画像とが関連付けされ、手順および注意事項Ｂを示す画像と医師Ｂの顔画像とが関連付けされる。
図６５（ｂ）に示すように、医師Ａ、Ｂが手術台Ｔ１の両側にそれぞれ位置し、看護師Ｃが手術台Ｔ１の一端部に、即ち医師Ａ、Ｂの中間に位置するとする。表示装置１は、手術台Ｔ１の他端部の近傍に配置される。表示装置１が備える撮像装置５により生成された撮像データを用いて、医師Ａ、Ｂと看護師Ｃの立ち位置を検出する。手術中の医師Ａ、Ｂと看護師Ｃの立ち位置はほぼ決まっているので、表示装置１は、検出された医師Ａ、Ｂと看護師Ｃの立ち位置に基づいて、それぞれが視認するための空中像３０Ａ〜３０Ｃを空中に表示する。なお、画像と人物の顔画像とが関連付けされている場合には、表示装置１は、撮像データから医師Ａ、Ｂと看護師Ｃの顔を検出して、検出した顔に基づいて、医師Ａ、Ｂと看護師Ｃとにそれぞれ関連付けされた画像に対応する空中像３０Ａ〜３０Ｃを空中に表示しても良い。以下、詳細に説明する。
画像生成部２２は、手順及び注意事項Ａを示す画像Ａと、手順及び注意事項Ｂを示す画像Ｂとを生成する。
時刻ｔ１において、表示制御部２３は、画像生成部２２が生成した画像Ａを表示器１１に表示させる。駆動制御部２１は、医師Ａおよび看護師Ｃのための空中像３０Ａおよび３０Ｃを形成するために、医師Ａおよび看護師Ｃの立ち位置に基づき、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方を所定の駆動角度で傾斜駆動させる。これによって、医師Ａは、目の前で手順及び注意事項Ａを示す空中像３０Ａを視認し、看護師Ｃは目の前で手順及び注意事項Ａを示す空中像３０Ｃを視認することができる。
所定の時間が経過した時刻ｔ２では、表示制御部２３は画像生成部２２が生成した画像Ｂを表示器１１に表示させる。駆動制御部２１は、医師Ｂおよび看護師Ｃのための空中像３０Ｂおよび３０Ｄを形成するために、医師Ｂおよび看護師Ｃの立ち位置に基づき、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方を所定の駆動角度で傾斜駆動させる。これによって、医師Ｂは、目の前で手順及び注意事項Ｂを示す空中像３０Ｂを視認し、看護師Ｃも目の前で手順及び注意事項Ｂを示す空中像３０Ｃを視認することができる。上記の処理を短い時間間隔で繰り返し行うことにより、空中像３０Ａ〜３０Ｃがそれぞれ医師Ａ、Ｂと看護師Ｃとによって視認することができる。
なお、手術中の医師や看護師は立ち位置がほぼ決まっており、表示装置１に対して大きな移動を行うことは少ないので、各空中像３０Ａ〜３０Ｃが形成される位置を移動させなくても良いし、視線の方向に従って空中像３０Ａ〜３０Ｃが移動しても良い。空中像３０Ａ〜３０Ｃを移動させる場合には、撮像装置５により撮像された撮像データに基づいて検出部２５が行った検出の結果に従って、空中像３０Ａ〜３０Ｃを移動させれば良い。
なお、全員に共通する情報として、例えば患者のヴァイタルサインの測定結果等が上記の各画像ＡとＢとに付加されても良い。
なお、上述した説明では、空中像３０Ａ〜３０Ｃが表示装置１から同一の距離だけ離れた空中に形成される場合を例に挙げたが、空中像３０Ａ〜３０Ｃの少なくとも１つが他の空中像に対して表示装置１からの距離が異なる位置に形成されても良い。図６５（ｂ）に示す例では、例えば表示装置１から最も離れた場所に位置する看護師Ｃのために、空中像３０Ｃを空中像３０Ａや３０Ｂに対して表示装置１から離れた位置、即ち看護師Ｃに近い位置に形成させても良い。
この場合、表示装置１は、図７６を用いて後述するように、モータまたはアクチュエータなどの駆動部によって、光学系１２Ｇまたは表示器１１を光軸方向、即ちＺ方向に移動することにより、形成される空中像３０の表示位置を移動させることができる。図６５（ｂ）の看護師Ｃの立ち位置の近くに空中像３０Ｃを表示させるためには、光学系１２Ｇと表示器１１との間の距離が小さくなる方向に移動させれば良い。
また、図１８に示す第３の実施の形態の表示装置１のように光学系１３を有する場合には、光学系１３または表示器１１の一方、または光学系１３および表示器１１の両方をＺ方向に沿って移動させて、光学系１３と表示器１１との間のＺ方向の距離を変更しても良い。これにより、虚像Ｖが形成される位置を変更させて、虚像Ｖが光学系１２Ｇによって表示されるＺ方向の位置を変更させることにより、空中像３０の表示位置をＺ方向に沿って移動させることができる。
＜例６＞
例６は、画像が示す対象物の状況の変化に応じて形成される空中像３０が変化する場合を説明する。例６では、一例として、製造現場で製造品の検査工程において表示装置１に製品の検査項目を示す情報を空中像３０として形成させる場合を例に挙げる。この場合、ある製造品に対する複数の検査項目、例えば２つの検査項目のそれぞれを複数の作業者、例えば２人の作業者によって分担して実行する場合に、画像生成部２２は、第１の検査項目に関する第１の検査項目画像と、第２の検査項目に関する第２の検査項目画像とをそれぞれ生成する。表示装置１は、一方の作業者Ａに対して第１の検査項目画像の空中像３０Ａを形成すると共に、他の作業者Ｂに対する第２の検査項目画像の空中像３０Ｂを形成する。なお、作業者Ｂによる第２の検査項目は、作業者Ａが製造品に対して第１の検査項目に従って検査した結果、合格した場合に行われるものとする。
図６６（ａ）に示すように、作業者Ａ、Ｂは、例えばベルトコンベアー等が設けられた作業台Ｔ２の前に立ち、作業台Ｔ２上を移動される製造品Ｓ１に対して、それぞれ第１および第２の検査項目に従って検査を行う。作業台Ｔ２に対して作業者Ａ、Ｂと対向する位置に表示装置１が設けられる。製造品Ｓ１は、図の矢印ＡＲ２に示す方向に沿って移動される。表示装置１は、製造品Ｓ１が作業者Ａの視界の範囲内に移動されると、第１の検査項目画像に対応する空中像３０Ａを製造品Ｓ１の近傍の空中に形成する。この場合、制御部２０は、撮像装置５により撮像された撮像データに基づいて検出部２５が行った検出の結果に従って、製造品Ｓ１が作業者Ａの視界の範囲に移動されたか否かを判定する。
製造品Ｓ１が作業者Ａの視界の範囲内に移動されたと判定されると、駆動制御部２１は、製造品Ｓ１の上方に空中像３０Ａが形成されるように、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の駆動角度を算出して、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方を傾斜駆動させる。以後、検出部２５は、作業台Ｔ２上での製造品Ｓ１の移動に伴って、撮像装置５により撮像された撮像データに基づいて製造品Ｓ１の位置を検出する。検出した製造品Ｓ１の位置に基づいて、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方を傾斜駆動させて空中像３０Ａの形成位置を移動させる。即ち、製造品Ｓ１の移動に伴って空中像３０Ａが矢印ＡＲ３の方向に移動される。これにより、作業者Ａの視界の範囲内で、第１の検査項目を示す空中像３０Ａが製造品Ｓ１の上方に形成され、製造品Ｓ１の移動に伴って移動する。作業者Ａは、この空中像３０Ａを視認しながら、製造品Ｓ１に対して検査を行う。
作業者Ａによる検査が終了し、検査に合格した場合には、製造品Ｓ１は更に作業台Ｔ上を矢印ＡＲ４の方向に移動して、作業者Ｂによる検査が行われる。図６６（ｂ）に示すように、製造品Ｓ１が作業者Ｂの視界の範囲内に移動されると、駆動制御部２１は、製造品Ｓ１の上方に第２の検査項目画像に対応する空中像３０Ｂが形成されるように、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の駆動角度を算出して、第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方を傾斜駆動させる。これにより、作業者Ｂが行う第２の検査項目を示す空中像３０Ｂが製造品Ｓ１の上方に形成される。この場合も、検出部２５は、撮像装置５により撮像された撮像データに基づいて、製造品Ｓ１が作業者Ｂの視界の範囲内に移動されたことを検出する。更に、撮像装置５からの撮像データに基づく検出部２５による検出結果に基づいて、空中像３０Ｂを製造品Ｓ１の移動に従って、矢印ＡＲ５の方向に移動させる。これにより、作業者Ｂの視界の範囲内で、第２の検査項目を示す空中像３０Ｂが製造品Ｓ１の上方に形成され、この空中像３０Ｂは製造品Ｓ１の移動に伴って移動する。作業者Ｂは、この空中像３０Ｂを視認しながら、製造品Ｓ１に対して検査を行う。
作業者Ｂが製造品Ｓ１に対して検査を行っている際に、次の製造品Ｓ２が作業台Ｔ２上を移動して、作業者Ａの視界の範囲内に移動されると、図６６（ａ）を用いて説明した場合と同様にして、製造品Ｓ２の上方に第１の検査項目を示す空中像３０Ａが再び形成される。この空中像３０Ａを視認しながら、作業者Ａは製造品Ｓ２に対して検査を行う。この場合には、所定の短い時間間隔ごとに、表示制御部２３による第１の検査項目画像の表示、および空中像３０Ａを形成するための第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の傾斜駆動と、表示制御部２３による第２の検査項目画像の表示、および空中像３０Ｂを形成するための第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の少なくとも一方の傾斜駆動とが、切り替わって実行される。
なお、作業者Ａによる検査の結果が不合格の場合には、作業者Ｂによる検査は行われないので、表示装置１により空中像３０Ｂは形成されない。この場合、作業者Ａによって製造品Ｓ１が不合格だったことを示す操作部材等が操作されたり、表示装置１に向かって予め決められたジェスチャー（例えば、体の前面で腕や指をクロスさせて「×」をつくる）をすると、表示装置１は、製造品Ｓ１に対する空中像３０Ｂを形成しないようにする。
また、上述した説明では、製造品Ｓ１やＳ２の移動に伴って空中像３０Ａ、３０Ｂが移動するものとしたが、これに限定されない。空中像３０Ａ、３０Ｂが作業者Ａ、Ｂのそれぞれが視認しやすい位置に移動することなく形成されても良い。
第１０の実施の形態の変形例４では、第１駆動部４１２または第２駆動部４２２、または第１駆動部４１２および第２駆動部４２２は、取得した情報に基づいて、空中の異なる結像位置に空中像３０Ａと３０Ｂとの形成を開始する。これにより、常に複数の空中像３０が形成されるように制御する必要がなく、省電力化に寄与する。
また。第１０の実施の形態の変形例４では、取得した情報が所定の条件を満たさない場合には、空中像３０Ｂを形成しない。これにより、第１結像ミラー４１１や第２結像ミラー４２１を空中像３０Ａを形成するために使用することができ、ユーザは明るい空中像３０Ａを視認することができる。
また、第１０の実施の形態の変形例４では、取得した情報は、例えば例１で説明したように、表示装置１を視認する複数のユーザを検出したことを示す情報である。これにより、表示装置１を観察するユーザの人数の増減に応じて形成する空中像３０の個数を制御して、必要のない空中像３０を形成するための処理を行う必要がなく、消費電力を低減させることができる。
また、第１０の実施の形態の変形例４では、情報は、例えば例２で説明したように、表示装置１を視認するユーザの所定の動き、即ちジェスチャーを検出したことを示す情報である。これにより、ユーザの意思に応じて複数の空中像３０の形成を開始することができ、利便性が向上する。
また、第１０の実施の形態の変形例４では、情報は、例えば例３〜例６で説明したように、表示器１１に表示される画像に関する情報である。これにより、例えば複数のユーザで視認することが前提となっている画像に対応する空中像３０を形成する場合には、複数のユーザを検出する等の処理を行うことなく複数の空中像３０を形成することができる。
上述した第１０の実施の形態の変形例４の各例においては、第４の実施の形態（図１９〜図２１参照）とその変形例１の場合にて説明した各種の方法を適用して、複数の空中像３０のそれぞれに対してユーザが行った操作（タッチする動作）を検出し、表示器１１の表示を制御してよい。たとえば、動画再生用のボタンの画像として空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが表示されている場合を例に挙げる。なお、空中像３０Ａは、動画である空中像３０Ｃの再生用のボタンであり、空中像３０Ｂは、動画である空中像３０Ｄの再生用のボタンであるとする。ユーザによる空中像３０Ａをタッチするような操作を検出部２５によって検出した場合、制御部２０は、空中像３０Ａに割り当てられた機能である空中像３０Ｃの再生を開始する。すなわち、表示制御部２３は、表示器１１に空中像３０Ｃに対応する動画を再生表示させる。ユーザによる空中像３０Ｂをタッチするような操作を検出部２５によって検出した場合、制御部２０は、空中像３０Ｂに割り当てられた機能である空中像３０Ｄの再生を開始する。すなわち、表示制御部２３は、表示器１１に空中像３０Ｄに対応する動画を再生表示させる。
空中像３０Ａに対してタッチするような操作が検出されたが、空中像３０Ｂに対してタッチするような操作が検出されていない場合には、制御部２０は、上述したように空中像３０Ａの表示から空中像３０Ｃの再生表示に切り替えるが、空中像３０Ｂについては表示を継続するように制御を行う。逆に、空中像３０Ｂに対してタッチするような操作が検出され、空中像３０Ａに対する操作が検出されない場合には、制御部２０は、空中像３０Ｂの表示から空中像３０Ｄの再生表示に切り替え、空中像３０Ａについての表示を継続するように制御を行う。なお、上記の説明では、２つの空中像３０を同時に表示する場合を例に挙げて説明したが、３個以上の空中像３０を同時に表示する場合にも同様にして各々の空中像３０に対して処理を適用することができる。
図６７のフローチャートを参照して、第１０実施の形態の変形例４の表示装置１の表示制御の処理について説明する。図６７に示す処理は、制御部２０でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部９に記憶されており、制御部２０により起動され、実行される。
ステップＳ１８４では、表示制御部２３は、表示器１１に空中像３０Ａに対応する画像と（空中像３０Ｃの再生用ボタンの画像）と、空中像３０Ｂに対応する画像（空中像３０Ｄの生成用ボタンの画像）とを表示させてステップＳ１８５へ進む。なお、ステップＳ１８４では、制御部２０は、第１０の実施の形態とその変形例１〜３（図５８、図６０、図６２、図６３参照）の何れかのフローチャートに示す各処理を表示器１１および光学系１２Ｇに対して行う。
ステップＳ１８５では、制御部２０は、ユーザによる空中像３０をタッチするような操作が行われたか否かを判定する。検出部２５によって、撮像装置５により生成された撮像データからユーザが空中像３０にタッチする動作を行ったことが検出された場合、ステップＳ１８５が肯定判定されてステップＳ１８６へ進む。ユーザが空中像３０にタッチする動作を行ったことが検出されない場合には、ステップＳ１８５が否定判定されてステップＳ１８４へ戻る。
ステップＳ１８６では、制御部２０は、空中像３０Ａに対してユーザがタッチする動作を行ったか否かを判定する。撮像装置５で生成された撮像データから、ユーザがタッチする動作を行った位置が空中像３０Ａが表示された位置とほぼ同じであることが検出された場合には、ステップＳ１８６が肯定判定されたステップＳ１８７へ進む。ユーザがタッチする動作を行った位置が空中像３０Ｂが表示された位置とほぼ同じであることが検出された場合には、ステップＳ１８６が否定判定されてステップＳ１８８へ進む。
ステップＳ１８７では、表示制御部２３は、表示器１１の表示を、空中像３０Ａに対応する画像から空中像３０Ｃに対応する画像の表示に切り替え、空中像３０Ｂに対応する画像の表示を継続する。これにより、空中像３０Ｃの再生と、空中像３０Ｂの表示とが行われる。ステップＳ１８８では、表示制御部２３は、表示器１１の表示を、空中像３０Ｂに対応する画像から空中像３０Ｄに対応する画像の表示に切り替え、空中像３０Ａに対応する画像の表示を継続する。これにより、空中像３０Ｄの再生と、空中像３０Ａの表示とが行われる。なお、ステップＳ１８７、ステップＳ１８８では、制御部２０は、第１０の実施の形態とその変形例１〜３（図５８、図６０、図６２、図６３参照）の何れかのフローチャートに示す各処理を表示器１１および光学系１２Ｇに対して行う。
ステップＳ１８９では、空中像３０の表示を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１８９が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１８９が否定判定されてステップＳ１８４へ戻る。
なお、切り替えた後の空中像３０Ｃと３０Ｄとについては、同じ画像でも良いし、異なる画像であっても良い。
（第１０の実施の形態の変形例５）
第１０の実施の形態の変形例５の表示装置１は、複数のユーザ、例えば２人のユーザが表示装置１により形成された空中像３０Ａ、３０Ｂをそれぞれ視認する場合、一方のユーザには空中像３０Ａのみが視認され、他方のユーザには空中像３０Ｂのみが視認されるように、空中像３０Ａおよび３０Ｂの結像領域を設定する。以下、詳細に説明する。
第１０の実施の形態の変形例５では、第１０の実施の形態の変形例３、４と同様に、図１９に示す第４の実施の形態の撮像装置５と、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、第１０の実施の形態の光学系１２Ｇと、記憶部９とを備える。制御部２０は、第８の実施の形態の変形例３（図４６参照）と同様に、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と算出部２７とを備える。なお、第１０の実施の形態の変形例５においても、第１０の実施の形態の変形例３、４における表示装置１として適用可能な構成と同様の構成を適用することができる。
図６８は、表示器１１の表示画素Ｐ１に画像が表示され、出射した光束により実像Ｐ１１ＡとＰ１１Ｂとを形成させた場合を示す。複数の第１結像ミラー４１１のうち、複数の第１結像ミラー４１１ａは傾斜駆動されず、即ち駆動角度０°のままであり、複数の第１結像ミラー４１１ｂは駆動角度−θ１にて傾斜駆動される。複数の第１結像ミラー４１１ａにより反射された光束が収束して実像Ｐ１１Ａが空中像３０Ａとして形成され、複数の第１結像ミラー４１１ｂにより反射された光束が収束して実像Ｐ１１Ｂが空中像３０Ｂとして形成される。
図６８（ａ）に示すように、ユーザが領域Ｕ１Ａの範囲に目を置く場合には、ユーザは実像Ｐ１１Ａを視認できるが、実像Ｐ１１Ｂを視認することはできない。また、ユーザが領域Ｕ１Ｂに目を置く場合には、ユーザは実像Ｐ１１Ｂを視認することができるが、実像Ｐ１１Ａを視認することはできない。
しかし、図６８（ｂ）に示すように、ユーザが領域Ｕ１Ｃの範囲に目を置く場合には、ユーザは実像Ｐ１１ＡとＰ１１Ｂとの両方を視認できてしまう。即ち、ユーザが実像Ｐ１１Ａを視認しようとしているときに実像Ｐ１１Ｂが視界に入ることになり、実像Ｐ１１Ａの視認性に悪影響を及ぼすことになる。
第１０の実施の形態の変形例５では、表示装置１は、ユーザが空中像３０Ａを視認するための位置において、空中像３０Ｂが形成される位置をユーザの視界外に移動させるように第１結像ミラー４１１ｂの傾斜駆動を制御する。なお、空中像３０Ｂを移動させる場合を例に挙げて説明するが、空中像３０Ａを移動させても良いし、空中像３０Ａと３０Ｂとを移動させても良い。
また、以下の説明では、ユーザが空中像３０を視認するための位置をユーザ位置と呼ぶ。ユーザ位置は、たとえば空中像３０が形成される位置、即ち結像領域からＺ方向に沿って所定距離だけ離れた位置とする。なお、この所定距離は、例えば、アイコン等が空中像３０として形成され、ユーザがこの空中像３０のアイコン等に対して操作する際に、ユーザ位置から手を伸ばすと空中像３０に到達する距離に定めることができる。この場合、所定距離を、例えば、成人の腕の長さを基準としたとき４０ｃｍ程度とすれば良い。なお、所定距離は、ユーザが成人か子供かに応じて異ならせても良いし、表示装置１を観察するユーザごとに異なっても良い。また、所定距離が一定のものに限定されず、可変としても良い。例えば、空中像３０が示すコンテンツが、例えば動画やスライドショーやイラストが移動するような大きな動きを伴うものである場合には、所定距離を増加させても良い。
なお、ユーザ位置を、表示装置１から結像領域までのＺ方向の距離に所定距離を加えたものに限定されず、ユーザ位置と結像領域とを同一、即ち所定距離がゼロであっても良い。
まず、図６９を参照しながら、空中像３０Ａを結像領域３０１Ａに形成させる場合を説明する。図６９は、表示器１１の表示画素群ＰＧ１に画像を表示して、光束を出射させる場合を模式的に示したものである。なお、図６９では、図示の都合上、光学系１２Ｇの第１光学部４１と第２光学部４２とを簡略化して示しているが、複数の第１結像ミラー４１１のうち、傾斜駆動されていない第１結像ミラー４１１により反射された光束により空中像３０Ａが形成される。結像領域３０１Ａの視野角、即ちユーザにより空中像３０Ａが視認できる範囲は、表示器１１の表示画素群ＰＧ１から出射される光束の視野角と、第１結像ミラー４１１に入射する光束の角度と、第１結像ミラー４１１の駆動角度と、によって決まる。なお、表示画素群ＰＧ１から出射される光束の視野角は表示器１１の特性等に依存する。
図６９（ａ）に示すように、表示画素群ＰＧ１のＸ方向−側端部の表示画素から、Ｘ方向−側端の光束Ｌ１とＸ方向＋側端の光束Ｌ２との範囲内で複数の光束が出射され、傾斜駆動されていない第１結像ミラー４１１ａにより反射されて空中像３０ＡのＸ方向−側端を形成する位置に収束する。このとき、光束Ｌ１と光束Ｌ２とがなす角度φ３０が表示器１１の表示画素群ＰＧ１から出射される光束の視野角である。即ち、表示画素群ＰＧ１内の全ての表示画素から、視野角φ３０で光束が出射される。表示画素群ＰＧ１のＸ方向＋側端部の表示画素からも視野角φ３０で光束が出射され、空中像３０ＡのＸ方向＋側端を形成する位置に収束する。これにより、結像領域３０１Ａに空中像３０Ａが形成され、視認範囲Ｒ３００にてユーザにより視認される。
なお、図６９（ｂ）に示すように、表示器１１と光学系１２ＧとのＸＹ方向における位置関係や、表示画素群の表示器１１上での位置によっては、出射した光束の全てが光学系１２Ｇに入射しない。例えば、表示画素群ＰＧ２のＸ方向−側端部およびＸ方向＋側端部から出射した複数の光束のうち、Ｘ方向−側に向かう光束の一部は光学系１２Ｇに入射しない。これにより、光学系１２Ｇが有する第１結像ミラー４１１により結像される光束の視野角は、表示画素群ＰＧ２から出射した光束の視野角よりも狭くなるので、結像領域３０１Ａに形成される空中像３０Ａの視認範囲Ｒ３０１は図６９（ａ）に示す視認範囲Ｒ３００よりも狭くなる。
図７０は、空中像３０Ｂを結像領域３０１Ｂに形成させる場合を説明する。図７０は、表示器１１の表示画素群ＰＧ１に画像を表示して、光束を出射させる場合を模式的に示したものである。なお、図７０では、図示の都合上、光学系１２Ｇに配置された第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を省略しているが、複数の第１結像ミラー４１１のうち、駆動角度−θ１にて傾斜駆動された第１結像ミラー４１１により反射された光束により空中像３０Ｂが形成される。
図７１は、ユーザ位置Ｕ３０にて、空中像３０Ａの視認範囲Ｒ３０１Ａと空中像３０Ｂの視認範囲Ｒ３０１Ｂとが重複しないように結像領域３０１Ｂが移動された場合を模式的に示す。なお、図６９においても、図示の都合上、光学系１２Ｇに配置された第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を省略している。また、図７１では、第１結像ミラー４１１によって反射された複数の光束のうち、空中像３０Ａの形成に寄与する光束を実線で示し、空中像３０Ｂの形成に寄与する光束を二点鎖線で示す。
制御部２０は、図７１（ａ）のように空中像３０Ｂが形成される結像領域３０１Ｂを変位させることにより、ユーザ位置Ｕ３０において、結像領域３０１Ｂの端部を形成する光束Ｌ３’が結像領域３０１Ａの端部を形成する光束Ｌ２’と交差しないようにする。即ち、空中像３０Ｂを形成させるための第１結像ミラー４１１の駆動角度を−θ１に対して補正を行うことにより、空中像３０Ｂの結像領域３０１ＢをＸ方向−側に移動させる。この場合、駆動制御部２１は、第１結像ミラー４１１の駆動角度を補正量＋Δθ１で補正して−θ１＋Δθ１にて傾斜駆動させる。なお、この補正量は、予め試験等を行った結果に基づいて算出された値として、記憶部９に記憶されている。
図７１（ａ）に示すように結像領域３０１Ｂが位置する場合であっても、ユーザがユーザ位置Ｕ３０よりも後方、即ちＺ方向＋側に移動した場合には、視認範囲Ｒ３００とＲ３０１とが重複、即ち空中像３０Ａと３０Ｂとの両方が視認できる位置が生じてしまう。この場合、図７１（ｂ）に示すように、結像領域３０１ＢのＸ方向＋側端部を形成する光束Ｌ３’と、結像領域３０１ＡのＸ方向−側端部を形成する光束Ｌ２’とが互いに平行か、それ以上の開いた角度となるように、結像領域３０１Ｂの位置を移動させれば良い。図７１（ｂ）に示すようにする場合には、ユーザが仮にユーザ位置Ｕ３０よりもＺ方向＋側に移動したとしても、空中像３０Ａと３０Ｂとが同時に視認されることが無くなる。
なお、上記の例では、空中像３０Ａと３０Ｂとが同時に視認されなくなるように、第１結像ミラー４１１ｂの傾斜角度を制御し、空中像３０Ａと３０Ｂとの何れか一方を移動させた。しかし、反対に、第１結像ミラー４１１ｂの傾斜角度を制御し、ユーザ位置から空中像３０Ａと３０Ｂとが同時に視認できるように制御してもよい。この場合、ユーザ位置において、たとえば図６８（ｂ）に示すような状態にて空中像３０Ａと３０Ｂとが形成されるように、第１結像ミラー４１１ｂの傾斜角度を制御すればよい。すなわち、図７１を参照して上述した場合とは異なり、結像領域３０１ＢのＸ方向＋側端部を形成する光束Ｌ３’と、結像領域３０１ＡのＸ方向−側端部を形成する光束Ｌ２’とが、平行な状態よりも閉じた状態となるように、結像領域３０１Ｂの位置を移動させれば良い。
また、第１結像ミラー４１１は上記の駆動に限定されるものではなく、複数の第１結像ミラー列のそれぞれについて、第１結像ミラー列内に配置された複数の第１結像ミラー４１１の一部を駆動傾斜させず、残りの第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１で傾斜駆動させても良い。
また、第１０の実施の形態の変形例５を、第１０の実施の形態の変形例１〜４（図５９〜図６６参照）の何れに適用しても良い。
第１０の実施の形態の変形例５では、空中の結像領域３０１Ａに結像された空中像３０Ａを視認範囲Ｒ３００からユーザが視認可能であり、視認範囲Ｒ３００から視認できない位置である結像領域３０１Ｂに空中像３０Ｂを結像させる。これにより、空中像３０Ａを視認するユーザの視界内に空中像３０Ｂが入ることによる空中像３０Ａの視認性の低下を防止することができる。
（第１０の実施の形態の変形例６）
第１０の実施の形態の変形例６では、第１結像ミラー列ごとに第１結像ミラー４１１の駆動角度を異ならせて傾斜駆動させる。以下、詳細に説明する。
第１０の実施の形態の変形例６は、第１０の実施の形態の変形例３〜５と同様に、図１９に示す第４の実施の形態の撮像装置５と、制御部２０と、制御部２０によって制御される表示器１１と、第１０の実施の形態の光学系１２Ｇと、記憶部９とを備える。制御部２０は、図４６に示す第８の実施の形態の変形例３と同様に、駆動制御部２１と画像生成部２２と表示制御部２３と検出部２５と算出部２７とを備える。なお、第１０の実施の形態の変形例６においても、第１０の実施の形態の変形例３〜５における表示装置１として適用可能な構成と同様の構成を適用することができる。
図７２は、光学系１２Ｇの第１光学部４１のＸＹ平面に平行な面での断面を模式的に示す図である。なお、図７２では、第１結像ミラー４１１を省略し、第１光学部４１を簡略化して示す。図７２に示すように、第１光学部４１の第１筐体４１０内には、複数の第１結像ミラー列４９０がＹ方向に並んで設けられる。
図７２では、Ｙ方向＋側からＹ方向に沿って奇数番目に位置する複数の第１結像ミラー列のそれぞれを符号４９０ａで示し、偶数番目に位置する複数の第１結像ミラー列のそれぞれを符号４９０ｂで示す。図７２では、第１結像ミラー列４９０ｂに斜線を付与して第１結像ミラー列４９０ａと区別して描く。
駆動制御部２１は、ある時刻ｔ１においては、奇数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ａに配置された複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させず、偶数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ｂに配置された複数の第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１にて傾斜駆動させる。これにより、第１結像ミラー列４９０ａに配置された第１結像ミラー４１１によって反射された光束が空中像３０Ａを形成すると同時に、第１結像ミラー列４９０ｂに配置された第１結像ミラー４１１によって反射された光束が空中像３０Ｂを形成する。
ある時刻ｔ１から所定の時間が経過した時刻ｔ２においては、駆動制御部２１は、奇数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ａに配置された複数の第１結像ミラー４１１を駆動角度−θ１で傾斜駆動させ、偶数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ｂに配置された複数の第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させない。これにより、第１結像ミラー列４９０ａに配置された第１結像ミラー４１１によって反射された光束が空中像３０Ｂを形成すると同時に、第１結像ミラー列４９０ｂに配置された第１結像ミラー４１１によって反射された光束が空中像３０Ａを形成する。
以後所定時間ごとに上述のようにして第１結像ミラー４１１の駆動を高速で切り替える。その結果、時刻ｔ１で形成された空中像３０Ａおよび３０Ｂと、時刻ｔ２で形成された空中像３０Ａおよび３０Ｂとによって、空中像３０Ａと３０Ｂとがユーザに視認される。このように、空中像３０Ａは、時刻ｔ１では奇数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ａによって形成され、時刻ｔ２では偶数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ｂによって形成される。他方、空中像３０Ｂは、時刻ｔ１では偶数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ｂによって形成され、時刻ｔ２では奇数番目に位置する複数の第１結像ミラー列４９０ａによって形成される。即ち、空中像３０Ａと空中像３０Ｂとの両方が、共に同一の第１結像ミラー列４９０ａと第１結像ミラー列４９０ｂとによって形成される。
なお、各第１結像ミラー列４９０ごとに第１結像ミラー４１１の駆動を異ならせるものとしたが、これに限定されず、複数の第１結像ミラー列４９０ごと、例えば２個や３個の第１結像ミラー列４９０ごとに第１結像ミラー４１１の駆動を異ならせても良い。また、第１筐体４１０のＹ方向＋側（図７２の紙面上部）の半分の領域に位置する複数の第１結像ミラー列４９０と残りの領域に位置する複数の第１結像ミラー列４９０との間で、第１結像ミラー４１１の駆動を異ならせても良い。
第１０の実施の形態の変形例６では、表示器１１から出射された光束を空中の空中像３０Ａを形成するための結像領域と、空中像３０Ｂを形成するための結像領域とに結像する第１光学部４１と、複数の第１結像ミラー４１１が配置される第１筐体４１０とを備える。これにより、複数のユーザが同時に空中像３０Ａと３０Ｂとを視認することができる。
なお、第１０の実施の形態の変形例６を、上述した第１０の実施の形態の変形例１〜５（図５９〜図７１参照）の何れに適用しても良い。
また、ある時刻において、例えば、奇数番目に位置する複数の第１結像ミラー４１１で空中像３０Ａを形成し、偶数番目に位置する複数の第１結像ミラー４１１で空中像３０Ｂを形成している。そのため、ある時刻において空中像３０Ａと３０Ｂとが表示されているため、空中像３０Ａと３０Ｂとを時間的な分解能を低減させることなく、表示することができる。
（第１０の実施の形態の変形例７）
第１０の実施の形態の変形例５（図６８図６８〜図７１参照）では、結像領域を移動させることにより、同一のユーザに２つの空中像３０Ａと３０Ｂとが視認されないようにするものであった。これに対して、第１０の実施の形態の変形例７では、２つの空中像３０Ａと３０Ｂとのうちの少なくとも一方の空中像３０の視野角を狭くすることにより、同一のユーザに２つの空中像３０Ａと３０Ｂとが視認されないようにする。以下、第１０の実施の形態の変形例５と同一の構成を有する表示装置１において、例えば、空中像３０Ｂの視野角を狭くする場合を例に挙げて説明を行う。
図６９（ｂ）にて説明したように、表示画素群から出射した光束の全てが光学系１２Ｇに入射しない場合には、第１結像ミラー４１１により反射される光束の視野角は狭くなる。変形例７の表示装置１は、第１結像ミラー４１１を傾斜駆動させることにより、図６９（ｂ）に示すような状況を作り出す。即ち、結像領域３０１Ｂを形成する複数の光束のうち、結像領域３０１Ａ側の端部近傍の光束が第１結像ミラー４１１によって反射されないようにする。この場合、例えば、第１結像ミラー４１１の駆動角度θ１を４５°よりも大きくすることにより、表示画素群から出射された光束をＺ方向＋側に進行しないようにする。例えば、迷光等を抑制するために、θ１を４５°〜９０°の間に設定しても良い。
図７３は、視野角を狭くする空中像３０Ｂを形成する光束の視野角を狭くする場合の考え方を模式的に示す図である。なお、図７３（ａ）、（ｂ）においても、図示の都合上、光学系１２Ｇに配置された第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を省略している。また、図７３では、第１結像ミラー４１１によって反射された複数の光束のうち、空中像３０Ａの形成に寄与する光束を実線で示し、空中像３０Ｂの形成に寄与する光束を二点鎖線で示す。図７３（ａ）は、ユーザ位置Ｕ３０にて視野範囲Ｒ３００とＲ３０１とが重複する場合を示している。この状態から、視野範囲Ｒ３０１を狭くするためには、図７３（ｂ）に示すように、表示画素群ＰＧ１のＸ方向＋側端部から出射した空中像３０Ｂの形成に寄与する光束のうち第１結像ミラー４１１で反射された光束Ｌ３’が、空中像３０Ａの形成に寄与する光束Ｌ２’とユーザ位置Ｕ３０で交わらないようにする。なお、図７３（ｂ）では、光束Ｌ２’とＬ３’とが略平行となった場合を描いている。しかし、ユーザ位置Ｕ３０にて空中像３０Ａと３０Ｂとが視認されないようにするには、必ずしも光束Ｌ２’とＬ３’とを略平行になるようにする必要はなく、ユーザ位置Ｕ３０にて、光束Ｌ２’とＬ３’とが交わらなければ良い。即ち、光束Ｌ２’とＬ３’とが、ユーザ位置Ｕ３０の位置よりも表示装置１から遠い位置（Ｚ方向＋側）にて交わればよい。
光束Ｌ２’とＬ３’とが略平行となるようにするには、領域Ｒ４に配置された第１結像ミラー４１１のうち駆動角度θ１で傾斜駆動させるべき第１結像ミラー４１１の駆動角度を、上述したように４５°よりも大きくする。このため、領域Ｒ４の第１結像ミラー４１１によって、光束はＺ方向＋側に反射されず、空中像３０Ｂの形成に寄与しない。即ち、結像領域３０１Ｂのうち、領域Ｒ４の第１結像ミラー４１１の駆動角度を結像領域３０１Ｂのうち、結像領域３０１Ａ側の端部が移動して結像領域３０１Ｂの範囲が狭くなる。この結果、ユーザ位置Ｕ３０における視認範囲Ｒ３０１も狭くなる。即ち、空中像３０Ａの視認範囲Ｒ３００から視認されない位置に空中像３０Ｂが形成される。
なお、第１結像ミラー４１１により反射されないようにする範囲Ｒ４、即ち視野角を狭める量については、ユーザ位置Ｕ３０に基づいて決まる値であり、予め試験等により得られた結果に基づいて決定された値がデータとして記憶部９に記憶されている。
なお、第１結像ミラー４１１の駆動角度を４５°よりも大きくして傾斜駆動させることにより視野角を狭くした場合、空中像３０Ｂの輝度が低下する領域が発生する場合がある。この場合の例を図７４に模式的に示す。図７４は、範囲Ｒ４の第１結像ミラー４１１の駆動角度を４５°よりも大きくして傾斜駆動することにより、表示画素群ＰＧ１のうち図の紙面右側（Ｘ方向＋側）端部から出射された光束Ｌ３がＺ方向＋側に反射されないように制限した場合を示す。範囲Ｒ４の第１結像ミラー４１１により光束Ｌ３の反射が制限されない場合の反射光束Ｌ３１を二点鎖線で示す。
表示画素群ＰＧ１のうち図の紙面左側（Ｘ方向−側）端部から角度φ３０で出射された光束Ｌ１、Ｌ２は、範囲Ｒ４の第１結像ミラー４１１により反射が制限されることなく実像を形成し、ユーザ位置Ｕ３０における視野範囲がＲ３１０となる。光束Ｌ３の反射が制限されない場合、表示画素群ＰＧ１のＸ方向＋側端部から角度φ３０にて出射した光束Ｌ３とＬ４は、第１結像ミラー４１１により反射され、反射光束Ｌ３１とＬ４１とはユーザ位置Ｕ３０において視野範囲Ｒ３１１となるように実像が形成される。この場合、視野範囲Ｒ３１０とＲ３１１とは略等しい範囲となる。
これに対して、範囲Ｒ４の第１結像ミラー４１１により光束Ｌ３の反射が制限された場合、表示画素群ＰＧ１のＸ方向＋側端部から出射した光束Ｌ３とＬ４は第１結像ミラー４１１により反射され、反射光束Ｌ３２とＬ４１とにより実像が形成される。この場合、図７４に示すように、ユーザ位置Ｕ３０における視野範囲はＲ３１１となり、反射が制限されていない場合の視野範囲Ｒ３１０よりも狭い範囲となる。この結果、Ｘ方向＋側の輝度が、Ｘ方向−側の輝度と比較して低い空中像３０、即ち輝度にムラがある空中像３０がユーザ位置３０のユーザによって観察されることになる。今回の例では、光束Ｌ４からの光を例に説明したが、その他の光束のうち、範囲Ｒ４を通過する光束についても、同様に輝度の低下が発生する。空中像３０に輝度ムラが発生することを防ぐため、表示制御部２３は、輝度の低下が発生する空中像３０の領域に対応する画素に対して画像の輝度を増加させる制御を行う。これにより、空中像３０の輝度低下を抑制し、空中像３０の全体の輝度が略均一となるようにすることができる。
第１０の実施の形態の変形例７では、領域Ｒ４に配置された第１結像ミラー４１１のうち駆動角度θ１で傾斜駆動させるべき第１結像ミラー４１１の駆動角度を、上述したように４５°よりも大きくするので、結像領域３０１Ａ側の端部が移動して結像領域３０１Ｂの範囲が狭くなる、即ちユーザ位置Ｕ３０における視認範囲Ｒ３０１も狭くなり、空中像３０Ａと３０Ｂとが同時に視認されることを防ぐことができる。
（第１０の実施の形態の変形例８）
第１０の実施の形態の変形例５や変形例７においては、図７１や図７３（ｂ）を参照して説明したようにして、同一のユーザに２つの空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが視認されないように異なる２つの空中像３０Ａ、３０Ｂを形成した。この場合には、１人のユーザが一方の空中像３０Ａのみを視認していると、空中像３０Ｂが形成されていてもユーザは空中像３０Ｂを視認することができないので、ユーザは他方の空中像３０Ｂが形成されていることに気付かない場合がある。また、ユーザの立ち位置によっては、同様に２つの空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが視認されない場合があるため、ユーザは他方の空中像３０Ｂが形成されていることに気付かない場合がある。第１０の実施の形態の変形例８では、空中像３０Ａに空中像３０Ｂが形成されていることを示す情報が付与されるようにする。
図７５は、形成された空中像３０Ａと３０Ｂとをユーザが視認する方向、即ちＺ方向＋側から見た状態を示す図である。上述したように、空中像３０Ａを視認するユーザには空中像３０Ｂを視認することはできず、空中像３０Ｂを視認するユーザには空中像３０Ａを視認することはできない。以後の説明では、空中像３０Ａを視認するユーザを対象として説明を行う。
図７５（ａ）は、空中像３０Ａを視認するユーザに対して、空中像３０Ｂも形成されていることを示すための指標が空中像３０Ａの一部の領域に形成された例を示す。図７５（ａ）では、空中像３０Ａを視認するユーザの右側（Ｘ方向＋側）に空中像３０Ｂが形成されている。この場合、一例として空中像３０ＡのＸ方向＋側の一部の領域に、矢印３９０が指標として形成される。なお、図７５（ａ）では、矢印３９０が空中像３０Ａの右下に形成されているが、右上であっても良いし、右側の中央部付近であっても良い。また、指標としては、矢印３９０に限定されず、「○」等の記号や、空中像３０Ｂが形成された方向を指さす手のイラスト等であっても良い。このような空中像３０Ａを形成させる場合、画像生成部２２は、空中像３０Ａを表す画像データ上に指標のデータを重畳させた画像を生成する。表示制御部２３は、画像生成部２２により生成された画像を表示器１１に表示させて、表示画素から光束を出射させる。これにより、図７５（ａ）に示すような空中像３０Ａが形成される。
なお、空中像３０Ａに指標を重畳するものに限定されない。図７５（ｂ）に示すように、空中像３０Ａの一部に、空中像３０Ｂを縮小した縮小空中像３９１を重畳しも良い。図７５（ｂ）でも、空中像３０Ａを視認するユーザの右側（Ｘ方向＋側）に空中像３０Ｂが形成されていので、空中像３０ＡのＸ方向＋側の一部の領域に、縮小空中像３９１が形成される。なお、図７５（ｂ）では、縮小空中像３９１が空中像３０Ａの右下に形成されているが、位置は特に限定されることなく、右上であっても良いし、右側の中央部付近であっても良い。もちろん左側に配置されても良い。
画像生成部２２は、空中像３０Ａを表す画像データ上に、空中像３０Ｂを表す画像データを縮小したデータを重畳させた画像を生成する。表示制御部２３は、画像生成部２２により生成された画像を表示器１１に表示させて、表示画素から光束を出射させる。これにより、図７５（ｂ）に示すような空中像３０Ａが形成される。
また、空中像３０Ａに指標や縮小空中像を重畳するものに限定されない。図７５（ｃ）に示すように、マップ３９２を重畳しても良い。マップ３９２は、現在形成されている空中像３０の個数に対して、ユーザが視認している空中像３０Ａがどの位置に形成されているかを示す。図７５（ｃ）に示す例では、空中像３０Ａを示すマップ３９２ａと空中像３０Ｂを示すマップ３９２ｂとが左右方向（Ｘ方向）に隣接して、１つの全体のマップ３９２を構成する。マップ３９２のうち、マップ３９２ａの表示態様をマップ３９２ｂと異ならせる、例えば色を異ならせたり、点滅させたりする（図７５（ｃ）では図示の都合上、斜線を付して示す）。これにより、ユーザは、自身が視認している空中像３０Ａの他にも空中像３０が形成され、空中像３０Ａが他の空中像３０に対してどの位置にどの程度の大きさで形成されているのかを認識することができる。この場合も、画像生成部２２は、空中像３０Ａを表す画像データ上に、マップ３９２を示すデータを重畳させた画像を生成する。表示制御部２３は、画像生成部２２により生成された画像を表示器１１に表示させて、表示画素から光束を出射させる。これにより、図７５（ｃ）に示すような空中像３０Ａが形成される。
なお、図７５においては、空中像３０Ａに対する説明を主に行うことを目的として、指標や縮小空中像やマップが空中像３０Ａにのみ重畳された場合を示したが、空中像３０Ｂにも同様に指標や縮小空中像やマップが重畳される。この場合も、画像生成部２２は、空中像３０Ｂに対応する画像データに指標や縮小空中像やマップのデータを重畳して画像を生成する。
なお、上述した説明では、空中像３０Ａと空中像３０Ｂとが表示された場合を例に挙げたが、表示される空中像３０は２個に限定されず、３個以上の空中像３０が表示される場合にも適用することができる。この場合、表示される空中像３０の個数と位置関係とに応じて、縮小空中像３９１の個数や位置を変更したり、マップ３９２の表示を変更すると良い。
第１０の実施の形態の変形例８では、表示制御部２３は、表示器１１を制御して、空中像３０Ａを表す画像データ上に、空中像３０Ｂが形成されることを示すデータを重畳して表示させるので、空中像３０Ａを視認するユーザは、自分の視界外に空中像３０Ｂが形成されていることを認識することができ、利便性が向上する。
また、第１０の実施の形態の変形例８では、表示制御部２３は、表示器１１を制御して、空中像３０Ａを表す画像データ上にマップ３９２を示すデータを重畳させた画像データを生成して、空中像３０Ａが他の空中像３０に対してどの位置にどの程度の大きさで形成されているのかを示す表示を行うので、空中像３０Ａを視認するユーザは、自分の視界外に形成された空中像３０と視認している空中像３０Ａとの間の位置関係等を把握することができる。
以上で説明した全ての実施の形態と全ての変形例においては、空中像３０をＸＹ平面に平行な面上を移動する場合を例に挙げて説明したが、Ｚ方向に移動させても良い。
この場合、表示装置１は、結像光学系１２や各光学系１２Ａ〜１２ＧをＺ方向に移動させることにより空中像３０をＺ方向に移動させる。図７６は、この場合の表示装置１の構成の一例を示す図である。図７６（ａ）は、表示装置１の分解斜視図であり、図７６（ｂ）は主要部構成を示すブロック図である。
位置変更部５００は、例えばモーターまたはアクチュエータなどの駆動部を有し、結像光学系１２を矢印で示すように結像光学系１２の光軸方向に移動して、結像光学系１２によって形成される空中像３０の表示位置をＺ方向に移動して変更する。空中像３０を図７６（ａ）の＋Ｚ方向、即ち表示器１１から離れる方向に移動させるには、結像光学系１２を−Ｚ方向、即ち表示器１１から離れる方向に移動させる。逆に空中像３０を−Ｚ方向、即ち表示器１１に近づく方向に移動させるには、結像光学系１２を＋Ｚ方向、即ち表示器１１に近づく方向に移動させる。なお、位置変更部５００は、結像光学系１２を移動する代わりに、表示器１１を結像光学系１２の光軸方向に移動して、空中像３０の表示位置を移動し変更することもできる。すなわち、位置変更部５００は、結像光学系１２と表示器１１とを移動するような構成であってもよい。もちろん、位置変更部５００は、結像光学系１２のみを移動する構成であってもよいし、表示器１１のみを移動させる構成であってもよい。
また、第３の実施の形態（図８参照）に記載の光学系１３を表示器１１と結像光学系１２との間に備える場合には、位置変更部５００によって、光学系１３を移動してもよい。位置変更部５００は、光学系１３を移動することによって、空中像３０の位置を変更してもよい。
なお、上記では、空中像３０を図７６（ａ）の＋Ｚ方向、即ち表示器１１から離れる方向に移動させるには、結像光学系１２を−Ｚ方向、即ち表示器１１から離れる方向に移動させる例で説明した。しかし、結像光学系１２の構成によってはこの限りでなく、結像光学系１２を−Ｚ方向に移動し、空中像３０を図７６（ａ）の＋Ｚ方向、すなわち表示器１１から離れる方向に移動させる場合もありえる。
なお、図７６は、第１の実施の形態（図１〜図５参照）の表示装置１に、表示位置変更部５００を設けた例を示したが、これに限定されず、第２〜第１０の実施の形態とその変形例で示した各表示装置１に位置変更部５００を設けても良い。
または、表示器１１に国際公開公報２０１１／１５８９１１に記載の技術を適用させても良い。すなわち、表示器１１が三次元の立体像を表示させる公知のライトフィールド表示が可能な構成を有し、表示器１１に二次元表示用の画像を表示させることにより、空中の光軸方向に沿った異なる位置に空中像３０を形成させることができる。図７７にこの場合の表示器１１と光学系１２ＧとのＺＸ平面における断面を模式的に示す。なお、図７７においては光学系１２Ｇの第１光学部４１と第２光学部４２とを簡略化して示す。
図示の通り、表示器１１の表示面には、二次元状に配列された複数のマイクロレンズ１１０により構成されるマイクロレンズアレイ１１１が配置される。１つのマイクロレンズ１１０は、表示器１１の複数の表示画素Ｐごとに設けられる。なお、図７７（ａ）に示す例では、図示の都合上、５×５の表示画素Ｐに対して１個のマイクロレンズ１１０が設けられた例を示しているが、実際の表示画素Ｐの個数よりも少なく描いている。マイクロレンズアレイ１１１は、表示器１１の表示面からマイクロレンズ１１０の焦点距離ｆだけＺ方向＋側に離れた位置に配置される。各マイクロレンズ１１０は、表示された画像に応じて表示画素Ｐからの光をＺ方向の所定の像面に投影する。
なお、マイクロレンズ１１０に代えて、レンチキュラーレンズを配置しても良い。
この表示器１１では、空中像３０を構成する各光点ＬＰが空中に形成されるためには、それぞれの光点ＬＰを形成する光は、異なる複数のマイクロレンズ１１０のそれぞれに被覆される一部の表示画素Ｐから出射される。なお、光点ＬＰは、表示器１１とマイクロレンズ１１０とによって空中に表示された像であるため、空中像である。図７７（ａ）に示す例では、斜線を付して示す表示画素Ｐから出射された光がマイクロレンズ１１０により投影されて光点ＬＰを形成する。この場合、１つのマイクロレンズ１１０によって被覆される表示画素Ｐの個数（図７７の例では５×５個）が異なる複数のマイクロレンズ１１０に分散して割り当てられる。この割り当て方に応じて、空中に形成される光点ＬＰのＺ方向に対する位置を異ならせることができる。空中像３０は、このようにして形成された光点Ｐが光学系１２Ｇによって結像されることにより形成される。以上により、空中像３０のＺ方向に対する位置は、表示器１１に表示する画像を変更することによって変更される。
たとえば、第１０の実施の形態の変形例４の例５の表示装置１に上記の表示方法を適用して、表示制御部２３は、空中像３０Ｃに対応する画像の割り当て方を、他の空中像３０Ａや３０Ｂに対応する画像の割り当て方と異ならせる。すなわち、表示器１１に表示される画像は、空中像３０Ｃに対応する光点ＬＰが形成されるＺ方向での位置が、空中像３０Ａや３０Ｃに対応する光点ＬＰが形成される位置と異なるような画像が割り当てられる。この場合、空中像３０を形成するＺ方向の位置と、画像の割り当て方とがデータとして記憶部９に予め記憶される。そして、表示制御部２３は、このデータを参照して医師Ａ、Ｂと看護師Ｃとに対応する画像を複数の表示画素Ｐに割り当てる。なお、空中像３０を形成するＺ方向の位置は、上述したように撮像装置５により生成された撮像データに基づいて検出された医師Ａ、Ｂと看護師Ｃの立ち位置に対応する位置である。
図７７（ｂ）に示すように、医師Ａ、Ｂと看護師Ｃとに対応する画像のそれぞれからの光は、光点ＬＰＡ、ＬＰＢ、ＬＰＣを形成する。図７７（ｂ）に示すように、光点ＬＰＡ、ＬＰＢとは表示器１１からＺ方向に沿って略同程度の距離だけ離れた位置に形成される。光点ＬＰＣは、光点ＬＰＡ、ＬＰＢと比べて、Ｚ方向に沿って表示器１１に近い位置に形成される。これらの各光点ＬＰＡ、ＬＰＢ、ＬＰＣが光学系１２Ｇによって空中像３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを形成する。これにより、図７７（ｂ）に示すように、表示装置１からＺ方向に最も離れた場所に位置する看護師Ｃに対して表示した空中像３０Ｃが、空中像３０Ａや３０ＢとはＺ方向において異なる位置、即ち看護師Ｃの立ち位置の近傍に形成される。
なお、上記で説明した構成に加え、マイクロレンズ１１０と結像光学系１２との間に、屈折型のレンズ、例えば凸レンズを備えても良い。または、マイクロレンズ１１０と表示器１１との間に凸レンズを備えても良い。このように、凸レンズを備えることによって、マイクロレンズ１１０によって表示される光点ＬＰのＺ方向に対する位置を、マイクロレンズ１１０によって表示可能なＺ方向に対する位置よりも離れた位置にすることができる。
なお、凸レンズの代わりに、凹レンズやフレネルレンズ等であってもよい。また、凸レンズの代わりに、液晶ホログラム等でもよい。また、凸レンズのような屈折型のレンズに代えて、回折型のレンズである回折格子やゾーンプレート等であってもよい。
以上で説明した全ての実施の形態と全ての変形例においては、表示装置１をテレビやパーソナルコンピュータのモニタ、携帯電話、タブレット端末、腕時計型端末等の携帯型情報端末装置、パーソナルコンピュータ、音楽プレイヤ、固定電話、ウエアラブル装置、デジタルサイネージ、現金自動預払機のパネル、自動券売機、各種の情報検索端末装置のパネル等の各電子機器に組み込む場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、表示装置１を各種のロボットに搭載しても良い。
図７８に、一例として自走可能な人型のロボット１０００に表示装置１を搭載した例を示す。図７８（ａ）は、例えば各種の施設や自宅などの屋内や、公園や遊園地や観光地等の屋外に置かれ、空中像３０の表示を行うことにより、ユーザに各種の情報を提供するロボット１０００である。ロボット１０００は、表示装置１と、撮像装置５と、右腕装置１００１と、左腕装置１００２と、自走装置１００３とを有している。
なお、ここでのロボット１０００の例は、人型のロボットで説明するが、それに限らない。ロボット１０００は、犬や猫などの動物型のロボットでも良い。また、ロボット１０００は、自走式の掃除機のような電子機器でも良い。
表示装置１は、ロボット１０００の前面の上部、人間の腹部に相当する位置に配置される。表示装置１により、図７８（ａ）の紙面に対して垂直方向手前側の空中に空中像３０が形成される。なお、表示装置１が配置される位置は図７８（ａ）に示す位置に限定されるものではなく、例えば人間の胸部に相当する位置や顔や目に相当する位置に配置されても良い。
撮像装置５は、ロボット１０００の周囲を撮像して、撮像データを生成する。そのため、図７８（ａ）に示す例では、ロボット１０００の上端部近傍、人間の目に相当する位置に２個の撮像装置５を設けることにより、それぞれの撮像装置５の撮像範囲を繋ぎあわせて表示装置１の周囲を広範囲で撮像する。なお、２個の撮像装置５が設けられるものに限定されず、１個の撮像装置５であっても良いし、３個以上の撮像装置５であっても良い。撮像装置５として、図１９〜２２を用いて説明した第４の実施の形態の表示装置１に適用可能な撮像装置５を用いることができる。
右腕装置１００１と、左腕装置１００２とは、ロボット１０００の上部の右側と左側、人間の右腕と左腕とに相当する位置に配置され、後述する主制御部１００５（図７８（ｂ）参照）により種々の駆動が制御され、人間の腕の動きに類似した動作を行ってマニピュレータとして機能する。自走装置１００３はロボット１０００の下部、人間の下半身に相当する位置に配置される。自走装置１００３は、モータおよび駆動機構を備え、ロボット１０００の下端に配置される車輪１００４を駆動することにより、ロボット１０００を前後左右に移動する。自走装置１００３は、後述する主制御部１００５（図７８（ｂ）参照）による制御に従って車輪１００４を駆動する。
図７８（ｂ）は、ロボット１０００の構成のうち、主制御部１００５と、記憶部１００６と、主制御部１００５によって制御される表示装置１と、撮像装置５と、右腕装置１００１と、左腕装置１００２と、自走装置１００３とを示したブロック図である。主制御部１００５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、制御プログラムに基づいてロボット１０００の種々の構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする演算回路を含む。記憶部１００６は、例えば不揮発性の記憶媒体であり、主制御部１００５が各種の処理を実行するためのプログラムや、主制御部１００５が各種の処理を実行するためのデータ等が記憶される。
主制御部１００５は、画像解析部１００７と表示装置制御部１００８とを備える。画像解析部１００７は、撮像装置５により撮像された撮像データを解析して、ロボット１０００の近傍でロボット１０００に視線を向けているユーザを検出する。主制御部１００５は、画像解析部１００７により解析されたユーザの近傍にロボット１０００が近づくように自走装置１００３の駆動を制御しても良い。この場合、例えば、主制御部１００５は、表示装置１により形成される空中像３０とユーザとの間の距離が、第１０の実施の形態の変形例６にて説明したユーザ位置となるようにロボット１０００を移動させるように自走装置１００３の駆動量を算出する。
表示装置制御部１００８は、表示装置１の制御部２０に信号を出力して、表示装置１の動作の開始または終了を指示する。表示装置１は、表示装置制御部１００８からの動作開始を指示する信号を入力すると、表示器１１に画像を表示して空中像３０を形成し、ユーザに空中像３０を視認させる。表示装置１が、第４の実施の形態や、第６の実施の形態の変形例５や、第８の実施の形態の変形例３や、第１０の実施の形態の変形例４の構成を有する場合には、ロボット１０００に配置された表示装置１を観察するユーザの位置や視線方向に基づいた位置に空中像３０が形成される。また、表示装置１が、第４の実施の形態の変形例１や、第６の実施の形態の変形例６や、第１０の実施の形態の変形例５の例２の構成を有する場合には、ユーザが行うジェスチャーに応じて空中像３０の位置が移動する。
なお、表示装置１が上記の例以外の構成を有する場合、即ちユーザの位置に基づいて空中像３０を形成したり、ジェスチャーに応じて空中像３０の位置を移動させたりするものではない場合には、ユーザが空中像３０を視認しやすくなるような位置関係となるように、主制御部１００５はロボット１０００を移動させても良い。この場合も、主制御部１００５は、画像解析部１００７により解析されたユーザと表示装置１との位置と、空中像３０が形成される位置との関係に基づいて、自走装置１００３の駆動量を算出すれば良い。
また、表示装置制御部１００８が表示装置１の制御部２０の機能を有していても良い。この場合、表示装置１は、表示器１１と、結像光学系１２または光学部１２Ａ〜１２Ｇの何れかとを有する構成とすることができる。
なお、表示装置１を自走式ロボットに組み込む場合には、上記のような人型のロボット１０００に組み込むものに限定されない。右腕装置１００１や左腕装置１００２のようなマニピュレータを備えていない、例えば、図７８（ｃ）に示すような自走式のロボット１０１０に表示装置１を組み込んでも良い。図７８（ｃ）のロボット１０１０は、筐体１０１１の下部に設けられた自走装置１００３により移動可能に構成される。表示装置１は、筐体１０１１の上面に設けられ、筐体１０１１の上部に向けて空中像３０を形成する。この場合も、図７８（ａ）、（ｂ）のロボット１０００に組み込まれた表示装置１と同様にして、空中像３０をユーザ位置やユーザの視線方向に空中像３０を形成したり、ユーザのジェスチャーに基づいて空中像３０の位置を移動することができる。
なお、上記のロボット１０００やロボット１０１０は、検出したユーザの位置に基づいて、空中像３０の形成位置を移動した場合であっても、ユーザの立ち位置や視認可能な位置に空中像３０を形成させることができない場合には、ロボット１０００や１０１０が移動しても良い。即ち、ユーザが空中像３０を視認しやすくなるような位置関係となるように、主制御部１００５はロボット１０００や１０１０を移動させても良い。空中像３０を形成させることができない位置とは、図７８（ａ）に示すロボット１０００においては、例えば図の紙面左右方向において空中像３０を移動可能な位置よりも離れた位置や、ロボット１０００の背後、即ち図の紙面奥の位置である。
なお、視認可能な位置であるか否かについては、上述の実施の形態や変形例で説明したように（例えば第１０の実施の形態の変形例５、図６８など）表示される空中像３０の視野角内にユーザが位置するか否かで決定してもよい。すなわち、ユーザが空中像３０の視野角内に位置しない場合には、視認可能な位置ではないと、主制御部１００５が判定してもよい。
なお、視認可能であるか否かの判定については、主制御部１００５は、空中像３０の一部でも視認できない場合に視認可能と判定しても良い。また、視認可能であるか否かの判定について、主制御部１００５は、空中像３０の半分以上が視認できない場合に、視認可能ではないと判定してもよい（この場合、空中像３０の半分以上が視認できる場合には、視認可能であると主制御部１００５を判定する）。ここでは、空中像３０が視認できない範囲が半分以上の場合を例に説明したが、この例に限られず、４割でも６割でも７割でもよい。適宜状況に応じて設計すればよい。
図７９のフローチャートを参照して、変形例におけるロボット１０００の動作について説明する。図７９に示す処理は、主制御部１００５でプログラムを実行して行われる。このプログラムは記憶部１００６に記憶されており、主制御部１００５により起動され、実行される。
ステップＳ１９０では、撮像装置５に撮像データを生成させてステップＳ１９１へ進む。ステップＳ１９１では、主制御部１００５の画像解析部１００７は、生成された撮像データ上から表示装置１を観察するユーザの有無を検出する処理を行って、ステップＳ１９２へ進む。
ステップＳ１９２では、画像解析部１００７は、撮像データ上で検出されたユーザの位置からユーザとロボット１０００との間の距離を算出し、検出されたユーザの位置と、算出された距離とから、ユーザが空中像３０を視認可能な位置にいるか否かを判定する。ユーザが空中像３０を視認可能な位置にいる場合は、ステップＳ１９２が肯定判定されてステップＳ１９５へ進む。ユーザが空中像３０を視認可能な位置にいない場合には、ステップＳ１９２が否定判定されてステップＳ１９３へ進む。
ステップＳ１９３では、ユーザの位置と距離とに基づいて、主制御部１００５は、自走装置１００３の駆動量を算出してステップＳ１９４へ進む。この場合、主制御部１００５は、空中像３０が形成可能な範囲の限界付近の位置に形成された場合にユーザによってこの空中像３０が視認できるような位置までロボット１０００が移動するように駆動量を算出しても良い。また、主制御部１００５は、ユーザの略正面に表示装置１が位置するようにロボット１０００を移動させるように駆動量を算出しても良い。
ステップＳ１９４では、ステップＳ１９３により算出した駆動量にて自走装置１００３を駆動させて、ロボット１０００を移動させてステップＳ１９５へ進む。ステップＳ１９５では、ユーザの位置と距離とに基づいて空中像３０を形成する位置を決定し、第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１、または第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１の駆動角度を算出してステップＳ１９６へ進む。
ステップＳ１９６では、表示装置制御部１００８は、表示装置１の第１駆動部４１２または第２駆動部４２２、または第１駆動部４１２および第２駆動部４２２を介して、第１結像ミラー４１１または第２結像ミラー４２１、または第１結像ミラー４１１および第２結像ミラー４２１を傾斜駆動させる。表示装置制御部１００８は、表示器１１に画像の表示を行わせる。これにより、ユーザに視認可能な位置に空中像３０を表示させる。ステップＳ１９７では、空中像３０の形成を終了するか否かを判定する。空中像３０の形成を終了する場合には、ステップＳ１９７が肯定判定されて処理を終了する。空中像３０の形成を終了しない、即ちユーザが空中像３０の視認を続ける場合には、ステップＳ１９７が否定判定されてステップＳ１９０へ戻る。
上記の構成により、自走可能なロボット１０００や１０１０に表示装置１を組み込んだ場合であっても、ユーザが視認しやすい位置に空中像３０を形成させることができる。
以上で説明した全ての実施の形態と全ての変形例の表示装置１が空中像を生成する方法として、レーザ光を空中に集光して空気を構成する分子をプラズマ化して空中で光を発光させ、空中に像を形成するものであってもよい。この場合、レーザ光の集光位置を３次元空間中に自由に制御することで空中に実像として３次元画像が生成される。また、空中像を生成する方法として、プロジェクタ機能に加えて空気中に霧を発生させる機能を有する表示装置を用い、空気中に霧を発生させたてスクリーンを形成し、この霧によるスクリーンに画像を投影する（フォグディスプレイ）ことで、空中に像を生成してもよい。
表示装置１が空中像３０の位置を移動させるために実行する各種処理のためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、このプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて、キャリブレーションを実行してもよい。なお、ここで言う「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
なお、上記「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用したホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含む。また、上記「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに上記「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍ ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
上記「プログラム」は、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
１…表示装置、
５…撮像装置、
９…記憶部、
１１…表示器、
１２…結像光学系、
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ…光学系、
１４、１４Ｂ…補助光学部材、
１４Ａ、１４Ｃ…部分光学部材
２０…制御部、
２１…駆動制御部、
２２…画像生成部、
２３…表示制御部、
２４…電圧制御部、
２５…検出部、
２６…決定部、
２７…算出部、
４１…第１光学部、
４２…第２光学部、
１５１…上部電極、
１５２…下部電極、
１５３…共通電極、
１５４…電極、
４１１…第１結像ミラー、
４１２…第１駆動部、
４２１…第２結像ミラー、
４２２…第２駆動部、
４５１、４６１、４７１…移動ミラー
１２１０…部分反射部、
１２１３、１２２３、１２５３…駆動部、
１２１２…部分反射ミラー、
１２２０…再帰性反射部、
１２３０…ＰＢＳ部、
１２３２…ＰＢＳ、
１２５０…シャッター部、
１２５２…シャッター、

Claims (28)

  1. 表示部から出射された光を空中に表示する光学系であって、
    前記表示部から出射された光を反射する複数の光学素子で構成される光学部と、
    前記光学部から出射された光または、前記表示部から出射された光の光路を補正し、前記光学部によって生じる収差を低減する補正部とを備える光学系。
  2. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記複数の光学素子を駆動し、前記表示から出射された光または、前記補正部から出射された光の光路を変更する駆動部をさらに備える光学系。
  3. 請求項２に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記駆動部による駆動量に基づいて、補正量が変更される光学系。
  4. 請求項２または請求項３に記載の光学系であって、
    前記駆動部は、検出されたユーザに基づいて、前記表示部から出射された光または、前記補正部から出射された光の光路の変更を行う光学系。
  5. 請求項２から請求項４の少なくとも一項に記載の光学系であって、
    前記光学部は、前記駆動部によって前記複数の光学素子が駆動され、前記表示部から出射される光または、前記補正部から出射された光が反射する角度を変更する光学系。
  6. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記補正部は、屈折率分布を変え、光の光路を変更する光学系。
  7. 請求項６に記載の光学系であって、
    前記補正部は、形状を変形させ、前記屈折率分布を変化させる光学系。
  8. 請求項７に記載の光学系であって、
    前記補正部は、屈折率を変化させ、前記屈折率分布を変化させる光学系。
  9. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記光学部から出射された光または、前記表示部から出射された光の光路に対し、第１方向に対する補正と第２方向に対する補正とを行う光学系。
  10. 請求項９に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記第１方向に対する補正を行う第１補正部と、前記第２方向に対する補正を行う第２補正部とを含む光学系。
  11. 請求項９または請求項１０に記載の光学系であって、
    前記複数の光学素子を前記第１方向と前記第２方向とに駆動し、前記表示部から出射された光または、前記補正部から出射された光の光路を変更する駆動部をさらに備える光学系。
  12. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記補正部は、第１辺の傾きが前記複数の光学素子の傾きとは異なる光学系。
  13. 請求項１２に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記第１辺とは異なる傾きを有する第２辺に対し、前記表示部から出射された光の反射を防ぐ処理、または透過を防ぐ処理が施されている光学系。
  14. 請求項１３に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記第１辺と同じ傾きを有する第３辺を含む光学系。
  15. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記補正部内の屈折率が第１屈折率の領域と第２屈折率の領域とを少なくとも含む光学系。
  16. 請求項１５に記載の光学系であって、
    前記補正部は、前記補正部内の前記第１屈折率と前記第２屈折率との境界である第１境界の傾きが、前記複数の光学素子の傾きとは異なる光学系。
  17. 請求項１６に記載の光学系であって、
    前記補正部は、内部に前記第１境界と同じ傾きの第３境界とを含む光学系。
  18. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記複数の光学素子は、第１角度に傾斜されている光学系。
  19. 請求項１８に記載の光学系であって、
    前記複数の光学素子を駆動し、前記第１角度から第２角度に傾斜させる駆動部をさらに備える光学系。
  20. 請求項１に記載の光学系であって、
    前記収差は、前記表示部の表示面に垂直な線に対して、前記複数の光学素子が傾斜した場合に発生する光学系。
  21. 請求項２０に記載の光学系であって、
    前記収差は、前記複数の光学素子が傾斜した角度が大きくなるのに基づいて、前記収差が拡大する光学系。
  22. 請求項４に記載の光学系であって、
    前記ユーザを検出する検出部をさらに備える光学系。
  23. 請求項１から請求項２２の少なくとも一項に記載の光学系であって、
    前記補正部を制御する制御部をさらに備える光学系。
  24. 請求項１から請求項２３の少なくとも一項に記載の光学系と、
    前記表示部とを備える表示装置。
  25. 請求項１から請求項２４の少なくとも一項に記載の光学系を備える電子機器。
  26. 表示部から出射された光を空中に表示する方法であって、
    複数の光学素子によって、前記表示部から出射された光を反射し、
    前記複数の光学素子の反射によって生じる収差を低減する補正を行う表示方法。
  27. 表示部から出射された光の光路を補正する補正部を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記表示部から出射された光を反射し、空中に表示する複数の光学素子の反射によって生じる収差を、前記補正部を制御し低減する処理をコンピュータに実行させるプログラム。
  28. 表示部から出射された光を空中に結像する光学系であって、
    前記表示部から出射された光を反射する複数の光学素子で構成される光学部と、
    前記光学部から出射された光または、前記表示部から出射された光の光路を補正し、前記表示部から出射された光を空中に結像する補正部とを備える光学系。
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