JP6820402B2 - 画像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、画像表示システムに関する。

近年、自動車に搭載される情報表示装置等において、表示される情報量が増大し、運転者が一目で情報を識別することが困難になりつつある。そこで、確認したい情報をより目立たせるため、確認したい表示画像を、それ以外の表示画像の上方に浮遊させ、重畳表示させるシステムが望まれている。

また、劇場やコンサート会場等において、２つの異なる画像を重畳して表示させるシステムや、画像を実体物や人物に重畳して表示させるシステムが、視覚トリック効果や演出効果をもたらす目的で利用されている。

上述のように、２つの異なる画像、あるいは画像と実体物を重畳して表示させるシステムとして、一般にペッパーズゴーストが知られている。
図３０に、ペーパーズゴーストを利用した画像表示システム１０の概略図を示す。画像表示システム１０は、第１の画像表示部２２０に表示された画像が、ビームスプリッター２３０で正反射されて視認される虚像Ａと、第２の画像表示部２５０に表示された画像が、ビームスプリッター２３０を透過して視認される透過像Ｃとが、重畳して視認されるシステムである。
同様に、ペッパーズゴーストを利用したシステムとして、特開２０１５−２１０３７９号公報（以下において、特許文献１とする。）には、ハーフミラーを用いて、画像を実体物に重畳して表示させる方法が記載されている。

また、２つの異なる画像、あるいは画像と実体物を重畳して表示させる他のシステムとして、特許第３４６０６７１号（以下において、特許文献２とする。）および特開２０１１−７６１２１号公報（以下において、特許文献３とする。）には、透過型表示装置および透過型スクリーンを用いる方法が記載されている。

前述のペッパーズゴーストおよび特許文献１に記載の表示方法は、第１の画像表示部２２０がビームスプリッター２３０よりも視認側に設置されるため、第１の画像表示部２２０に表示される画像が直接に視認され、重畳画像の視聴の妨げになってしまう問題があった。

また、特許文献２に記載の透過型表示装置を用いる方法は、一般的に透過型表示装置の透過率が低く、透過型表示装置を透過させて表示する透過像の輝度が著しく低下する問題があった。

また、特許文献３に記載の透過型スクリーンを用いる方法は、透過型スクリーンに像を投影するプロジェクタが必要であり、システムが巨大になり、設置場所が限定される問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、重畳画像の視聴の妨げになる直接像が視認されることなく、省スペースで、高輝度な重畳画像を表示可能な画像表示システムを提供することである。

本発明の第１の画像表示システムは、第１の画像を表示する第１の画像表示面を有し、第１の偏光である第１の出射光を出射する第１の画像表示部と、
入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、第１の画像表示部から出射された第１の出射光が入射する位置に透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、第１の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターと、
第１の出射光のうちビームスプリッターの透過反射面で反射された反射光が入射する位置に配置された、第１の偏光を吸収し、第１の偏光と異なる第２の偏光を透過させる吸収型偏光子とを備えた画像表示システムである。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、第１の画像表示部の第１の画像表示面とビームスプリッターの透過反射面とのなす角α_１が
０°＜α_１＜９０°
を満たすことが好ましい。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、第２の画像を表示する第２の画像表示面を有し、第２の出射光を出射する第２の画像表示部をさらに備え、第２の画像表示部は、ビームスプリッターの透過反射面に、第１の出射光が入射する側とは反対の側から第２の出射光を入射させる位置に配置されており、第２の出射光の少なくとも一部がビームスプリッターおよび吸収型偏光子を透過することが好ましい。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、第２の画像表示部を備えた場合、第２の画像表示部の第２の画像表示面が、ビームスプリッターの前記透過反射面を挟んで第１の画像表示面と対称な位置に形成される虚像と重畳して視認される位置に配置されていることが好ましい。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、第２画像表示部を備えた場合、第２の画像表示部の第２の画像表示面が虚像と平行、かつ、異なる面に位置していることが好ましい。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、第２画像表示部を備え、第１の画像表示部の第１の画像表示面とビームスプリッターの透過反射面とのなす角がα_１である場合、第１の画像表示部の第１の画像表示面と、第２の画像表示部の第２の画像表示面とのなす角が２α_１であることが好ましい。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、第２の画像表示部を備えた場合には、第１の画像と第２の画像とが、互いに情報を補完するものであることが好ましい。

本発明の第１の画像表示システムにおいては、ビームスプリッターがハーフミラーを含むことが好ましい。
この場合、ビームスプリッターがさらに偏光変換素子を含むことが好ましい。
ここで、偏光変換素子としては１／４波長位相差板が特に好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第１の画像を表示する第１の画像表示面を有し、第１の偏光である第１の出射光を出射する第１の画像表示部と、
第１の画像表示部から出射された第１の出射光が入射する位置に配置された、第１の偏光を反射する反射型偏光子と、
入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、反射型偏光子で反射された第１の出射光が入射する位置に、透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、第１の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターとを備え、
反射型偏光子は、第１の出射光のうち反射型偏光子で反射されビームスプリッターでさらに反射された反射光が入射する位置に配置されていることが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第１の画像表示部の第１の画像表示面と反射型偏光子とのなす角α_２が
０°＜α_２＜９０°
を満たし、かつ、第１の画像表示面と透過反射面とのなす角β_２が
８５°＜β_２＜９５°
であること好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第２の画像を表示する第２の画像表示面を有し、第２の出射光を出射する第２の画像表示部をさらに備え、第２の画像表示部は、ビームスプリッターの透過反射面に、反射型偏光子が配置されている側とは反対の側から第２の出射光を入射させる位置に配置されており、第２の出射光の少なくとも一部がビームスプリッターおよび反射型偏光子を透過することが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第２の画像表示部を備えた場合、第２の画像表示部の第２の画像表示面が、反射型偏光子およびビームスプリッターの透過反射面を介して形成される第１の画像表示面の虚像と重畳して視認される位置に配置されていることが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第２の画像表示部を備えた場合、第２の画像表示部の第２の画像表示面が前記虚像と平行、かつ、異なる面に位置していることが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第２の画像表示部を備え、第１の画像表示部の第１の画像表示面と反射型偏光子とのなす角がα_２である場合、第１の画像表示部の第１の画像表示面と、第２の画像表示部の第２の画像表示面とのなす角が２α_２であることが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、第２の画像表示部を備えた場合、第１の画像と、第２の画像とが、互いに情報を補完するものであることが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、反射型偏光子の、第１の出射光が入射する面とは反対の面側に配置された、第１の偏光を吸収する吸収型偏光子を備えていることが好ましい。

本発明の第２の画像表示システムにおいては、ビームスプリッターがハーフミラーを含むことが好ましい。
この場合、ビームスプリッターがさらに偏光変換素子を含むことが好ましい。
ここで、偏光変換素子としては１／４波長位相差板が特に好ましい。

本発明によれば、重畳画像の視聴の妨げになる直接像が視認されることなく、省スペースで、高輝度な重畳画像を表示可能な画像表示システムを提供することができる。

本発明の第１の画像表示システムの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第１の画像表示システムの一実施形態の説明図である。 本発明の第１の画像表示システムの一実施形態の説明図である。 本発明の第１の画像表示システムの一実施形態の説明図である。 本発明の第１の画像表示システムの他の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第１の画像表示システムの他の一実施形態の説明図である。 実施形態の画像表示システムで表示される画像の一例である。 本発明の第１の画像表示システムの好ましい実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第１の画像表示システムの好ましい実施形態の説明図である。 本発明の第１の画像表示システムの好ましい実施形態の説明図である。 本発明の第２の画像表示システムの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第２の画像表示システムの一実施形態の説明図である。 本発明の第２の画像表示システムの一実施形態の説明図である。 本発明の第２の画像表示システムの一実施形態の説明図である。 本発明の第２の画像表示システムの他の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第２の画像表示システムの他の一実施形態の説明図である。 本発明の第２の画像表示システムの好ましい実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第２の画像表示システムの好ましい実施形態の説明図である。 本発明の第２の画像表示システムの好ましい実施形態の説明図である 本発明の第２の画像表示システムの好ましい実施形態の説明図である。 実施例１の画像表示システムを表す概略図である。 実施例２の画像表示システムを表す概略図である。 実施例３の画像表示システムを表す概略図である。 実施例４の画像表示システムを表す概略図である。 実施例５の画像表示システムを表す概略図である。 実施例６の画像表示システムを表す概略図である。 実施例７の画像表示システムを表す概略図である。 比較例１の画像表示システムを表す概略図である。 比較例２の画像表示システムを表す概略図である。 従来の画像表示システムの概略図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。

［本発明の第１の画像表示システムの一形態］
図１は、本発明の第１の画像表示システムの一実施形態の概略構成を示す図である。本画像表示システム１１は、第１の画像表示部２０と、吸収型偏光子３０と、ビームスプリッター４０とを備えている。

第１の画像表示部２０は、第１の画像を表示する第１の画像表示面２０ａを有し、第１の偏光である第１の出射光を出射する。

ビームスプリッター４０は、入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面４０ａを有し、第１の画像表示部２０から出射された第１の出射光が入射する位置に透過反射面４０ａが配置されている。また、ビームスプリッター４０は、第１の出射光の偏光を変化させて反射する機能を有する。ここで、「第１の出射光の偏光を変化させる」とは、第１の偏光である第１の出射光を、第１の偏光以外の偏光を含む光に変化させることを意味し、第１の偏光とは異なる第２の偏光を含む光に変化させる場合のみならず、第１の偏光と第２の偏光の両成分を有する偏光に変換する場合を含む。

吸収型偏光子３０は、第１の偏光を吸収し、第１の偏光と異なる第２の偏光を透過させるものであり、第１の出射光のうちビームスプリッター４０の透過反射面４０ａで反射された反射光が入射する位置に配置されている。

本画像表示システム１１は、上記構成により、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａに関して第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａと対称な位置に形成される虚像を、吸収型偏光子３０を介して視認可能としている。ここで形成される虚像は、第１の画像表示面２０ａに表示される第１の画像の虚像である。図１中において、模式的に示されている人の眼が位置する側が画像視認側である（以下の図において同様である）。

図２を参照して、本画像表示システム１１の画像表示の原理を説明する。
図２には、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａの一点から異なる角度で出射した光線１０１、１０２および１０３が図示されている。光線１０１および１０２は、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａに入射し、少なくとも一部は、透過反射面４０ａで反射され、透過反射面４０ａに関して第１の画像表示面２０ａと面対称な位置に虚像Ｂを形成する。その後の光線１０１、１０２の光路は、虚像Ｂから出射した光線の光路と同一であり、透過反射面４０ａで反射された反射光は吸収型偏光子３０の面３０ａに入射する。ここで、光線１０１、１０２は、ビームスプリッター４０の作用により第１の偏光以外の偏光を少なくとも一部含む光となっているため、少なくとも一部の光は吸収型偏光子３０を透過する。従って、虚像Ｂが視認可能となる。

なお、第１の画像表示部２０から出射した光線１０３は吸収型偏光子３０の面３０ａに入射し、第１の偏光を吸収する吸収型偏光子３０により吸収される。すなわち、第１の画像表示部２０から出射し、直接、吸収型偏光子３０に入射する光は吸収型偏光子３０で吸収されるため、視認者側へは透過しない。従って、第１の画像表示面２０ａ自体は視認者には視認されない。

図３には、本画像表示システム１１において、ビームスプリッター４０の視認側とは反対側に、実体物５５を設置した場合が図示されている。実体物５５から出射した光線１０４、１０５の少なくとも一部は、ビームスプリッター４０を透過し、その後さらに、吸収型偏光子３０を透過し、視認側へ出射する。したがって、実体物５５の像は、吸収型偏光子３０およびビームスプリッター４０を介して透過像Ｃとして視認可能である。

従って、図４に示すように、本画像表示システム１１においては、虚像Ｂと透過像Ｃとが重畳して視認される。実体物５５の設置位置を調整することにより、虚像Ｂが透過像Ｃよりも手前に表示されるようにすることもできるし、虚像Ｂが透過像Ｃよりも奥に表示されるようにすることもできる。また、実体物５５は移動する物体であってもよく、透過像Ｃが虚像Ｂを通り抜けるように視認させることもできる。

実体物５５は、たとえば、人物であってもよい。このとき、虚像Ｂとして、人物の動きに合わせた動画を表示することによって、劇場やコンサート会場等における演出効果を高めることができる。

［本発明の第１の画像表示システムの別の一形態］
次に、本発明の第１の画像表示システムにおいて、第２の画像表示部を設置する場合の一実施形態について説明する。なお、先に説明した構成要素と同等の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示される本画像表示システム１２は、第１の画像表示部２０と、吸収型偏光子３０と、ビームスプリッター４０とを備えた構成である点で先に説明した画像表示システム１１と共通する。本画像表示システム１２は、さらに、ビームスプリッター４０の視認側とは反対の側に、第２の画像表示部５０を備える。

第２の画像表示部５０は、第２の画像を表示する第２の画像表示面５０ａを有し、第２の出射光を出射する。第２の画像表示部５０は、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａに、第１の出射光が入射する側とは反対の側から第２の入射光を入射させる位置に配置されている。

図５に示すように、第２の画像表示部５０から出射した第２の出射光（光線１０６および１０７）の少なくとも一部は、ビームスプリッター４０を透過し、その後さらに、吸収型偏光子３０を透過し、視認側へ出射する。これにより、第２の画像表示部５０で表示された第２の画像が、ビームスプリッター４０および吸収型偏光子３０を介して透過像Ｃとして視認可能となる。なお、第２の出射光は、吸収型偏光子３０を透過するために、少なくとも吸収型偏光子３０に入射する際には第１の偏光とは異なる偏光を含む。

また、第１の画像表示部２０から出射した光線の少なくとも一部は、図２を用いて説明した場合と同様の光路を通り、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａに表示された第１の画像は、虚像Ｂとして視認される。

ここで、第２の画像表示部５０の第２の画像表示面５０ａは、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａを挟んで第１の画像表示面２０ａと対称な位置に形成される虚像Ｂと平行にかつ異なる面に配置されている。従って、図６に示すように、視認者には虚像Ｂと透過像Ｃとが重畳して視認される。第２の画像表示部５０の設置位置を調整することにより、虚像Ｂが透過像Ｃよりも手前に表示されるようにすることもできるし、透過像Ｃが虚像Ｂよりも手前に表示されるようにすることもできる。

画像表示システム１２において、図７に示すように、透過像Ｃとして地図画像３００を表示させ、虚像Ｂとしてナビゲーション情報等の付加画像３０１を表示させることにより、それらが重なった重畳画像３０２を生成することができる。このとき、付加画像３０１は、地図画像３００の上方に浮遊しているように視認されるため、地図画像３００と付加画像３０１が一目で識別しやすいという利点がある。

上記実施形態の第１の画像表示システムに備えられる各要素の詳細について以下に説明する。

［第１の画像表示部］
第１の画像表示部２０は、吸収型偏光子３０の視認側とは反対側に設置される。第１の画像表示面２０ａは平面であってもよく、曲面であってもよい。第１の画像表示面２０ａが曲面である場合、虚像Ｂも曲面となり、画像を立体的に見せることや、劇場等における演出効果を高めることができる。

第１の画像表示部２０は、第１の偏光を出射光として出射する。画像を表示する手段は、静止画あるいは写真等であってもよいし、画像表示装置であってもよい。画像表示装置としては、液晶表示装置あるいは、有機ＥＬ表示装置等を好適に用いることができる。液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置の中には、出射光が直線偏光となるものがあり、これらを第１の画像表示部２０として好適に使用することができる。なお、第１の画像表示部２０は、静止画、写真、あるいは非偏光の出射光を出射する画像表示装置と、その画像表示面上に第１の偏光を透過し、第１の偏光とは異なる第２の偏光を吸収する出射光偏光調整用の吸収型偏光子とを備えた構成であってもよい。静止画、写真あるいは画像表示装置からの光のうち第２の偏光が出射光偏光調整用の吸収型偏光子において吸収され、結果として第１の偏光である出射光を得ることができる。
なお、第１の偏光は直線偏光であっても、円偏光であってもよい。第１の偏光が直線偏光である場合、第２の偏光は第１の偏光に直交する直線偏光である。第１の偏光が円偏光である場合、第２の偏光は第１の偏光と逆向きの円偏光である。

第１の画像表示部２０から第１の偏光が出射されることで、第１の画像表示部２０から出射した光線のうち第１の偏光を吸収する吸収型偏光子３０に入射した成分は、吸収型偏光子３０で吸収されるため、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａの第１の画像を直接視認されないようにすることができる。

なお、第１の画像表示部２０が第１の偏光を出射する画像表示装置から構成される場合であっても、画像表示面上に第２の偏光を吸収する吸収型偏光子を設置してもよい。このようにすることで、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａすなわち画像表示領域以外の領域を、直接視認されないようにすることができる。

［吸収型偏光子］
吸収型偏光子３０は、第１の画像表示部２０およびビームスプリッター４０よりも視認側に配置される。吸収型偏光子３０は、第１の偏光を吸収し、第１の偏光と異なる第２の偏光を透過する。吸収型偏光子３０により吸収される偏光と、第１の画像表示部２０から出射される出射光の偏光とが一致していることにより、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａに表示された第１の画像は、直接視認されない。

第１の偏光が直線偏光である場合、吸収型偏光子３０は直線偏光を吸収する直線偏光子を用いることができる。また、第１の偏光が円偏光である場合、吸収型偏光子３０は円偏光を吸収する円偏光子を用いることができる。円偏光子は、たとえば、直線偏光子に１／４波長位相差板を貼合することによって作製することができる。

吸収型偏光子３０は、第１の画像表示部２０の画像表示面２０ａから出射された第１の出射光のうちビームスプリッター４０で反射された光が入射される位置であり、第１の画像表示部２０からビームスプリッター４０への第１の出射光の光路を妨げない位置に配置されていればよく、画像表示面２０ａと吸収型偏光子３０の面３０ａとのなす角β_１は限定されない。

また、吸収型偏光子３０の表面には、反射防止処理が施されていることが好ましい。反射防止処理としては、可視光の反射率を低減するように、特定の屈折率および膜厚を有する薄層を積層することや、モスアイフィルムを貼合すること等が含まれる。反射防止処理を施すことにより、吸収型偏光子３０の表面で生じる不要な反射を抑えることができ、像の視認性を悪化させる迷光の発生や、外光の反射を抑制することができる。

［ビームスプリッター］
ビームスプリッター４０は、第１の入射光の一部を正反射し、他の一部を透過させる、半透過性の光学部材である。歪みのない像を得るために、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａは平面であることが好ましい。
ビームスプリッター４０は、吸収型偏光子３０および第１の画像表示部２０の視認側とは反対側に設置される。

第１の画像表示部２０の画像表示面２０ａと、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａとのなす角α_１は
０°＜α_１＜９０°
を満たすことが好ましい。α_１が上記範囲にあると、虚像Ｂが視認者に視認しやすい角度で視認可能になるため、好ましい。なお、第１の画像表示面２０ａが曲面である場合、上述の第１の画像表示面２０ａと透過反射面４０ａとのなす角は、第１の画像表示面２０ａの最も凸となっている点における接線と透過反射面４０ａとのなす角とする。

ビームスプリッター４０は、第１の出射光の偏光状態を変化させて反射する。第１の出射光の偏光状態を変化させることにより、ビームスプリッター４０で反射された第１の出射光のうち少なくとも一部を、吸収型偏光子３０を透過させ、視認側に出射させることができる。

第１の偏光が直線偏光である場合、ビームスプリッター４０としては円偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用いることが好ましい。円偏光の選択反射性を有する反射型偏光子は、直線偏光が入射した場合、入射光の一部を円偏光に変化させて反射するため、好ましい。

また、ビームスプリッター４０として直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用い、視認側から見て、吸収型偏光子３０の透過軸と、ビームスプリッター４０の透過軸とのなす角が、約４５°になるように設置することも好ましい。

また、ビームスプリッター４０としては、ハーフミラー、偏光選択反射材、または波長選択反射材の視認側の表面に偏光変換素子を貼合したものを用いることも好ましい。この場合も、入射光の偏光状態を変化させて反射することができるため、好ましい。

ビームスプリッター４０として波長選択反射材を使用する場合は、第１の画像表示部２０からの第１の出射光の波長を含む波長域を、選択的に反射するように設計されていることが好ましい。この場合、第１の出射光の反射率を高めることができ、虚像Ｂの輝度を向上させることができるため、好ましい。また、ビームスプリッター４０の視認側とは反対の側に第２の画像表示部５０を設置する場合は、第２の画像表示部５０からの第２の出射光の波長を含む波長域を、選択的に透過するように設計されていることが好ましい。この場合、第２の出射光の透過率を高めることができ、透過像Ｃの輝度を向上させることができるため、好ましい。

［偏光変換素子］
ビームスプリッター４０の表面に偏光変換素子を備えた構成とする場合、偏光変換素子としては、偏光解消素子や、位相差板を用いることができる。

偏光変換素子としては、１／４波長位相差板が好ましい。視認側から見て、吸収型偏光子３０の透過軸と、１／４波長位相差板の遅相軸とのなす角が、約４５°になるように設置することが好ましい。

１／４波長位相差板は、可視域の波長のいずれかにおいて、およそ１／４波長となる位相差を有していればよい。例えば、波長５５０ｎｍにおいて、およそ１３８ｎｍの位相差を有する位相差板を好適に用いることができる。また、虚像Ｂおよび透過像Ｃの色ムラを低減するため、１／４波長位相差板は波長に対して逆分散性を有していることが好ましい。ここで、波長に対して逆分散性を有するとは、波長が大きくなるに伴い、その波長における位相差の値が大きくなることをいう。

また、ビームスプリッター４０の視認側とは反対の側に第２の画像表示部５０を設置する場合、第２の画像表示部５０から出射された第２の出射光の透過率を高めるために、ビームスプリッターの視認側とは反対の側にも偏光変換素子を設置してもよい。

［第２の画像表示部］
第２の画像表示部５０は、ビームスプリッター４０の視認側とは反対の側に設置される。第２の画像表示部５０の第２の画像表示面５０ａは、平面であってもよく、曲面であってもよい。また、第２の画像表示部５０は、静止画および写真等であってもよいし、画像表示装置であってもよい。

第２の画像表示部５０としては、偏光を出射する画像表示装置を用いることが好ましい。この場合、ビームスプリッター４０として、偏光選択反射性を有するビームスプリッターを用いることで、第２の画像表示部５０から出射した光線の大部分をビームスプリッター４０および吸収型偏光子３０を透過するように設置することが可能になり、透過像Ｃの輝度を高めることができる。画像表示装置としては、液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置等を好適に用いることができる。

第２の画像表示部５０の第２の画像表示面５０ａと、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａとのなす角γ_１は任意に設定され得るが、虚像Ｂと透過像Ｃとが互いに平行になるように設定されることが好ましい。
γ_１＝２α_１
となるように第１の画像表示部２０、第２の画像表示部５０およびビームスプリッター４０を設置することで、虚像Ｂと透過像Ｃとを互いに平行にすることができる。

［好ましい実施形態の例］
本発明の第１の画像表示システムの好ましい一実施形態について、図８〜図１０を用いてさらに詳細に説明する。

図８は、本発明の第１の画像表示システムの好ましい一実施形態である。画像表示システム１３は、第１の画像表示部２０と、吸収型偏光子３０と、ビームスプリッター４０とを互いに同一でない面に備え、吸収型偏光子３０とビームスプリッター４０が視認側からこの順に設置されており、さらに、ビームスプリッター４０の視認側とは反対の側に、第２の画像表示部５０を備えている。

第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａと、ビームスプリッター４０の透過反射面４０ａとのなす角は、α_１である。例として、α_１は６０°である。

第１の画像表示部２０は、直線偏光（第１の偏光）を出射する液晶表示装置である。さらに、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａ上に吸収型偏光子２１を備えている。吸収型偏光子２１は、第１の画像表示部２０からの出射光を透過する向きに設置されている。

ビームスプリッター４０は、１／４波長位相差板４１、ハーフミラー４２、および１／４波長位相差板４３が、視認側よりこの順で積層されており、視認側から見て、吸収型偏光子３０の透過軸と１／４波長位相差板４１の遅相軸とのなす角が４５°になるように設置され、１／４波長位相差板４１の遅相軸と１／４波長位相差板４３の遅相軸とのなす角が９０°になるように設置されている。

図９は、画像表示システム１３において、第１の画像表示面２０ａ上の一点から出射した光線２０１および光線２０２の光路を示す。例として、光線２０１および光線２０２は、第１の画像表示部２０から出射したときｓ偏光であるとする。
光線２０１および光線２０２は吸収型偏光子２１を透過し、ビームスプリッター４０に入射する。ｓ偏光のままビームスプリッター４０に入射した光線２０１および光線２０２の一部は、ハーフミラー４２の表面、すなわちビームスプリッター４０の透過反射面４０ａで正反射され、透過反射面４０ａに関して面対称の位置に第１の画像表示面２０ａに表示されている第１の画像の虚像Ｂが形成される。このとき、虚像Ｂは、第１の画像表示部２０の画像表示面２０ａとのなす角が２α_１である。

また、ビームスプリッター４０で正反射した光線２０１および光線２０２は、１／４波長位相差板４１を２回通過することにより、ｐ偏光へと偏光変換される。そのため、光線２０１および光線２０２は吸収型偏光子３０に入射する際、大部分が吸収型偏光子３０を透過し、視認側から虚像Ｂが視認される。

図１０は、画像表示システム１３において、第２の画像表示部５０の第２の画像表示面１５０ａ上の一点から出射した光線２０３および光線２０４の光路を示す。例として、光線２０３および光線２０４はｐ偏光であるとする。光線２０３および光線２０４の一部は、１／４波長位相差板４３、ハーフミラー４２、１／４波長位相差板４１をこの順に透過する。このとき、１／４波長位相差板４３の遅相軸と１／４波長位相差板４１の遅相軸が直交していることにより、ビームスプリッター４０を透過した第２の出射光は、ｐ偏光のままである。よって、第２の出射光の大部分が吸収型偏光子３０を透過し、第２の画像表示面５０ａに表示されている第２の画像が透過像Ｃとして視認される。

また、第２の画像表示部５０の第２の画像表示面５０ａと、第１の画像表示部２０の第１の画像表示面２０ａとのなす角が２α_１となるように第１の画像表示部２０および第２の画像表示部５０が設置されていることにより、虚像Ｂと透過像Ｃは、互いに平行であり、視認者には重畳画像として視認される。

このようにして、本実施形態の画像表示システム１３は、虚像Ｂと透過像Ｃを重畳させて表示することができる。また、重畳画像の視聴の妨げになる直接像が視認されることなく、省スペースで、高輝度な重畳画像を表示可能である。

［本発明の第２の画像表示システムの一形態］
図１１は、本発明の第２の画像表示システムの一実施形態である。本画像表示システム１１１は、第１の画像表示部１２０と、反射型偏光子１３０と、ビームスプリッター１４０とを互いに同一でない面に備えている。本画像表示システム１１１は、反射型偏光子１３０とビームスプリッター１４０が視認側からこの順に設置されている。

第１の画像表示部１２０は、第１の画像を表示する第１の画像表示面１２０ａを有し、第１の偏光である第１の出射光を出射する。

反射型偏光子１３０は、第１の偏光を反射し、第１の偏光と異なる第２の偏光を透過するものであり、第１の画像表示部１２０から出射された第１の出射光が入射する位置に配置されている。なお、反射型偏光子１３０が配置されている位置は、第１の出射光のうち反射型偏光子１３０を経てビームスプリッター１４０でさらに反射された反射光が入射する位置でもある。

ビームスプリッター１４０は、入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面１４０ａを有し、反射型偏光子１３０で反射された第１の出射光が入射する位置に、透過反射面１４０ａが配置されている。また、ビームスプリッター１４０は、第１の出射光の偏光を変化させて反射する機能を有する。ここで、「第１の出射光の偏光を変化させる」とは、第１の偏光である第１の出射光を、第１の偏光以外の偏光を含む光に変化させることを意味し、第１の偏光とは異なる第２の偏光を含む光に変化させる場合のみならず、第１の偏光と第２の偏光の両成分を有する偏光に変換する場合を含む。

本画像表示システム１１１は、上記構成により、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａに表示される第１の画像の虚像を、ビームスプリッター１４０および反射型偏光子１３０を介して視認可能としている。

図１２を参照して、本画像表示システム１１１の画像表示の原理を説明する。
図１２には、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａ上の一点から異なる角度で出射した光線２１１、および光線２１２の光路が図示されている。光線２１１および光線２１２は、反射型偏光子１３０で正反射され、反射型偏光子１３０の面１３０ａに関して第１の画像表示面１２０ａと面対称な位置に虚像Ａを形成する。その後の光線の光路は、虚像Ａから出射した光線の光路と同一であると見なすことができる。なお、虚像Ａは視認側からは視認されない像である。

さらに、反射型偏光子１３０で正反射された光線の少なくとも一部は、ビームスプリッター１４０で正反射され、ビームスプリッター１４０の透過反射面１４０ａに関して虚像Ａと面対称な位置に虚像Ｂを形成する。その後の光線の光路は、虚像Ｂから出射した光線の光路と同一であると見なすことができる。さらにその後、光線の少なくとも一部は反射型偏光子１３０を透過し、視認側へ出射する。従って、虚像Ｂが視認可能となる。

図１３には、本画像表示システム１１１において、ビームスプリッター１４０の視認側とは反対の側に、実体物１５５を設置した場合が図示されている。実体物１５５から出射した光線２１３、および光線２１４の少なくとも一部は、ビームスプリッター１４０を透過し、その後さらに、反射型偏光子１３０を透過し、視認側へ出射する。従って、実体物１５５の像は反射型偏光子１３０およびビームスプリッター１４０を介して、透過像Ｃとして視認可能である。

以上より、本画像表示システム１１１においては、図１４に示すように、視認者には虚像Ｂと透過像Ｃとが重畳して視認される。実体物１５５の設置位置を調整することにより、虚像Ｂが透過像Ｃよりも手前に表示されるようにすることもできるし、虚像Ｂが透過像Ｃよりも奥に表示されるようにすることもできる。また、実体物１５５は移動する物体であってもよく、透過像Ｃが虚像Ｂを通り抜けるように視認させることもできる。

実体物１５５は、たとえば、人物であってもよい。このとき、虚像Ｂとして、人物の動きに合わせた動画を表示することによって、劇場やコンサート会場等における演出効果を高めることができる。

［本発明の第２の画像表示システムの別の一形態］
次に、本発明の第２の画像表示システムにおいて、第２の画像表示部を設置する場合について説明する。
図１５に図示される本画像表示システム１１２は、第１の画像表示部１２０と、反射型偏光子１３０と、ビームスプリッター１４０とを互いに同一でない面に備えている。そして、反射型偏光子１３０とビームスプリッター１４０が視認側からこの順に設置された構成である点で、先に説明した画像表示システム１１１と共通している。本画像表示システム１１２においては、さらに、ビームスプリッター１４０の視認側とは反対の側に、第２の画像表示部１５０を備える。

第２の画像表示部１５０から出射した光線２１５、および光線２１６の少なくとも一部は、ビームスプリッター１４０を透過し、その後さらに、反射型偏光子１３０を透過し、視認側へ出射する。従って、第２の画像表示部１５０で表示された第２の画像は、反射型偏光子１３０およびビームスプリッター１４０を介して透過像Ｃとして視認される。

また、第１の画像表示部１２０から出射した光線の少なくとも一部は、図１２を用いて説明した場合と同様の光路を通り、第１の画像表示部１２０により表示される第１の画像は、虚像Ｂとして視認される。従って、図１６に示すように、視認者には虚像Ｂと透過像Ｃとが重畳して視認される。第２の画像表示部１５０の設置位置を調整することにより、虚像Ｂが透過像Ｃよりも手前に表示されるようにすることもできるし、透過像Ｃが虚像Ｂよりも手前に表示されるようにすることもできる。

画像表示システム１１２において、本発明の第１の画像表示システムの場合と同様に、図７に示すように、透過像Ｃとして地図画像３００を表示させ、虚像Ｂとしてナビゲーション情報等の付加画像３０１を表示させることにより、それらが重なった重畳画像３０２を生成することができる。このとき、付加画像３０１は、地図画像３００の上方に浮遊しているように視認されるため、地図画像３００と付加画像３０１が一目で識別しやすいという利点がある。

上記実施形態の第２の画像表示システムに備えられる各要素の詳細について以下に説明する。

［第１の画像表示部］
第１の画像表示部１２０は、反射型偏光子の視認側とは反対側に設置される。

第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａは平面であってもよく、曲面であってもよい。画像表示部が曲面である場合、虚像Ｂも曲面となり、画像を立体的に見せることや、劇場等における演出効果を高めることができる。

第１の画像表示部１２０は、第１の偏光を出射光として出射する。画像を表示する手段は、静止画あるいは写真等であってもよいし、画像表示装置であってもよい。画像表示装置としては、液晶表示装置あるいは、有機ＥＬ表示装置等を好適に用いることができる。液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置の中には、出射光が直線偏光となるものがあり、これらを第１の画像表示部１２０として好適に使用することができる。なお、第１の画像表示部１２０は、静止画、写真、あるいは非偏光の出射光を出射する画像表示装置と、その画像表示面上に第１の偏光を透過し、第１の偏光とは異なる第２の偏光を吸収する出射光偏光調整用の吸収型偏光子とを備えた構成であってもよい。静止画、写真あるいは画像表示装置からの光のうち第２の偏光が出射光偏光調整用の吸収型偏光子において吸収され、結果として第１の偏光である出射光を得ることができる。
なお、第１の偏光は直線偏光であっても、円偏光であってもよい。第１の偏光が直線偏光である場合、第２の偏光は第１の偏光に直交する直線偏光である。第１の偏光が円偏光である場合、第２の偏光は第１の偏光と逆向きの円偏光である。

また、第１の画像表示部１２０から第１の偏光が出射されることで、第１の画像表示部１２０から出射した光線の大部分が反射型偏光子１３０で反射されるように設置することが可能になり、第１の画像表示部１２０の表示が直接視認されないようにすることができる。

なお、第１の画像表示部１２０が第１の偏光を出射する画像表示装置から構成される場合であっても、画像表示面上に第２の偏光を吸収する吸収型偏光子を設置してもよい。このようにすることで、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａすなわち画像表示領域以外の領域が、直接視認されないようにすることができる。

［反射型偏光子］
反射型偏光子１３０は、第１の偏光を正反射し、第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過する光学部材である。反射および透過する偏光は直線偏光であってもよいし、円偏光であってもよい。中でも、反射型偏光子１３０としては、直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子が好ましい。第１の画像表示部１２０からの第１の出射光は第１の偏光であるので、第１の偏光を反射する反射型偏光子で正反射され、視認側へ出射されない。

第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａと、反射型偏光子１３０の面１３０ａとのなす角α_２は
０°＜α_２＜９０°
を満たすことが好ましい。α_２が上記範囲にあると、虚像Ｂが視認者にとって視認しやすい角度で視認可能となるため、好ましい。なお、画像表示面１２０ａが曲面である場合、上述の画像表示面１２０ａと面１３０ａとのなす角は、画像表示面１２０ａの最も凸となっている点における接線と面１３０ａとのなす角とする。

反射型偏光子１３０としては、特開２０１１−０５３７０５号公報に記載されているような、誘電体多層膜を延伸したフィルムや、ワイヤグリッド偏光子等を用いることができる。市販品としては、３Ｍ社製の反射型偏光子（商品名ＡＰＦ）や、旭化成株式会社製のワイヤグリッド偏光子（商品名ＷＧＦ）等を、好適に用いることができる。

また、反射型偏光子１３０の視認側の面に、吸収型偏光子を、反射型偏光子と透過軸が一致するように積層してもよい。このようにすることで、視認側から反射型偏光子へ入射する外光の反射を抑制することができ、像の視認性を向上させることができる。

また、反射型偏光子１３０の表面には、反射防止処理が施されていることが好ましい。反射防止処理としては、可視光の反射率を低減するように、特定の屈折率および膜厚を有する薄層を積層することや、モスアイフィルムを貼合すること等が含まれる。反射防止処理を施すことにより、反射型偏光子１３０の表面で生じる不要な反射を抑えることができ、像の視認性を悪化させる迷光の発生や、外光の反射を抑制することができる。

［ビームスプリッター］
ビームスプリッター１４０は、入射光の一部を正反射し、残りの光を透過させる、半透過性の光学部材である。歪みのない像を得るために、ビームスプリッター１４０の透過反射面１４０ａは平面であることが好ましい。
ビームスプリッター１４０は、反射型偏光子１３０および第１の画像表示部１２０の視認側とは反対側に設置される。第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａと、ビームスプリッター１４０の透過反射面１４０ａとのなす角β_２は、
８５°＜β_２＜９５°であることが好ましい。この場合、虚像Ｂが視認しやすい角度で視認されるため、好ましい。

ビームスプリッター１４０は、反射型偏光子１３０で反射された光線の偏光状態を変化させて反射するように設置される。このように設置されていると、ビームスプリッター１４０で反射された光は、偏光状態が変化されるので、再び反射型偏光子１３０に入射する際に反射型偏光子１３０を透過し、視認側へ出射することができる。 たとえば、反射型偏光子１３０として直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用いる場合、ビームスプリッター１４０としては円偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用いることが好ましい。円偏光の選択反射性を有する反射型偏光子は、直線偏光が入射した場合、入射光の一部を円偏光に変化させて反射するため、好ましい。

また、反射型偏光子１３０として直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用いる場合、ビームスプリッター１４０として直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用い、視認側から見て、反射型偏光子の透過軸と、ビームスプリッターの透過軸とのなす角が、約４５°になるように設置することも好ましい。

また、ビームスプリッター１４０としては、ハーフミラー、偏光選択反射材、または波長選択反射材の視認側の表面に偏光変換素子を貼合したものを用いることも好ましい。この場合も、入射光の偏光状態を変化させて反射することができるため、好ましい。

ビームスプリッター１４０として波長選択反射材を使用する場合は、第１の画像表示部からの出射光の波長を含む波長域を、選択的に反射するように設計されていることが好ましい。この場合、反射型偏光子１３０で反射された光線の反射率を高めることができ、虚像Ｂの輝度を向上させることができるため、好ましい。また、ビームスプリッター１４０の視認側とは反対の側に第２の画像表示部１５０を設置する場合は、第２の画像表示部１５０からの出射光の波長を含む波長域を、選択的に透過するように設計されていることが好ましい。この場合、第２の画像表示部１５０からの出射光の透過率を高めることができ、透過像Ｃの輝度を向上させることができるため、好ましい。

［偏光変換素子］
ビームスプリッターの表面に偏光変換素子を貼合する場合、偏光変換素子としては、偏光解消素子や、位相差板を用いることができる。

ビームスプリッターの表面に設置する偏光変換素子としては、１／４波長位相差板が好ましい。また、反射型偏光子１３０として直線偏光の選択反射性を有する反射型偏光子を用いる場合、視認側から見て、反射型偏光子の透過軸と、１／４波長位相差板の遅相軸とのなす角が、約４５°になるように設置することが好ましい。

１／４波長位相差板は、可視域の波長のいずれかにおいて、およそ１／４波長となる位相差を有していればよい。例えば、波長５５０ｎｍにおいて、およそ１３８ｎｍの位相差を有する位相差板を好適に用いることができる。また、虚像Ｂおよび透過像Ｃの色ムラを低減するため、１／４波長位相差板は波長に対して逆分散性を有していることが好ましい。ここで、波長に対して逆分散性を有するとは、波長が大きくなるに伴い、その波長における位相差の値が大きくなることをいう。

また、ビームスプリッターの視認側とは反対の側に第２の画像表示部１５０を設置する場合、第２の画像表示部１５０からの出射光の透過率を高めるために、ビームスプリッター１４０の視認側とは反対の側にも偏光変換素子を設置してもよい。

［第２の画像表示部］
第２の画像表示部１５０は、ビームスプリッター１４０の視認側とは反対の側に設置される。第２の画像表示部１５０の第２の画像表示面１５０ａは平面であってもよく、曲面であってもよい。また、第２の画像表示部１５０は、静止画および写真であってもよいし、画像表示装置であってもよい。

第２の画像表示部１５０としては、偏光を出射する画像表示装置を用いることが好ましい。この場合、ビームスプリッター１４０として、偏光選択反射性を有するビームスプリッターを用いることで、第２の画像表示部１５０から出射した光線の大部分がビームスプリッターおよび反射型偏光子１３０を透過するように設置することが可能になり、透過像Ｃの輝度を高めることができる。画像表示装置としては、液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置等を好適に用いることができる。

第２の画像表示部１５０の第２の画像表示面１５０ａと、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａとのなす角γ_２は任意に設定され得るが、虚像Ｂと透過像Ｃとが互いに平行になるように設定されることが好ましい。たとえば、第１の画像表示部を含む面と、第２のビームスプリッターを含む面とのなす角β_２が９０°である場合、
γ_２＝２α_２
とすることで、虚像Ｂと透過像Ｃとを互いに平行にすることができる。

［好ましい実施形態の例］
本発明の第２の画像表示システムの好ましい一実施形態について、図１７〜図２０を用いてさらに詳細に説明する。

図１７は、本発明の好ましい一実施形態である。画像表示システム１１３は、第１の画像表示部１２０と、反射型偏光子１３０と、ビームスプリッター１４０とを互いに同一でない面に備え、反射型偏光子１３０とビームスプリッター１４０が視認側からこの順に設置されており、さらに、ビームスプリッター１４０の視認側とは反対の側に、第２の画像表示部１５０を備えている。

第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａと、反射型偏光子１３０の面１３０ａとのなす角は、α_２である。例として、α_２は６０°である。また、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａと、ビームスプリッター１４０の透過反射面１４０ａとのなす角β_２は、９０°である。

第１の画像表示部１２０は、直線偏光（第１の偏光）を出射する液晶表示装置である。さらに、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａ上に吸収型偏光子１２１を備えている。吸収型偏光子１２１が、第１の画像表示部１２０からの出射光を透過する向きに設置されている。

反射型偏光子１３０の視認側には吸収型偏光子１３１が、互いの透過軸の向きが一致するように設置されている。

ビームスプリッター１４０は、１／４波長位相差板１４１、ハーフミラー１４２、および１／４波長位相差板１４３が、視認側よりこの順で積層されており、視認側から見て、反射型偏光子１３０の透過軸と１／４波長位相差板１４１の遅相軸とのなす角が４５°になるように設置され、１／４波長位相差板１４１の遅相軸と１／４波長位相差板１４３の遅相軸とのなす角が９０°になるように設置されている。

なお、第２の画像表示装置１５０は、第２の画像表示面１５０ａと第１の画像表示装置１２０の第１の画像表示面１２０ａとのなす角が２α_２になるように設置されている。

図１８は、画像表示システム１１３において、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａ上の一点から出射した光線２１５および光線２１６の光路を示す。例として、光線１１５および光線２１６は、第１の画像表示部１２０から出射したときｓ偏光であるとする。
光線２１５および光線２１６は吸収型偏光子１２１を透過し、反射型偏光子１３０に入射する。反射型偏光子１３０はｓ偏光を反射する向きに設置されており、光線２１５および光線２１６の大部分が正反射され、反射型偏光子１３０の面１３０ａに関して面対称の位置に虚像Ａが形成される。このとき、虚像Ａは、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａとのなす角が２α_２である。なお、虚像Ａは視認側からは視認されない。また、吸収型偏光子１２１が設置されていることにより、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａおよびその他の領域が、視認側から直接に視認されることがない。

図１９は、反射型偏光子１３０で正反射した後の光線２１５および光線２１６の光路を示す。ｓ偏光のままビームスプリッター１４０に入射した光線２１５および光線２１６の一部は、ハーフミラー１４２の表面（すなわち、ビームスプリッター１４０の透過反射面１４０ａ）で正反射され、ビームスプリッター４０の透過反射面１４０ａに関して虚像Ａと面対称の位置に虚像Ｂが形成される。β_２が９０°であるので、虚像Ｂは、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａとのなす角が２α_２である。

また、ビームスプリッター１４０で正反射した光線２１５および光線２１６は、１／４波長位相差板１４１を２回通過することにより、ｐ偏光へと偏光変換される。そのため、光線２１５および光線２１６が再び反射型偏光子１３０へと入射する際、大部分が反射型偏光子１３０を透過し、視認側から虚像Ｂが視認される。

図２０は、画像表示システム１１３において、第２の画像表示部１５０の第２の画像表示面１５０ａ上の一点から出射した光線２１７および光線２１８の光路を示す。例として、光線２１７および光線２１８はｐ偏光であるとする。光線２１７および光線２１８の一部は、１／４波長位相差板１４３、ハーフミラー１４２、１／４波長位相差板１４１をこの順に透過する。このとき、１／４波長位相差板１４３の遅相軸と１／４波長位相差板１４１の遅相軸が直交していることにより、ビームスプリッター１４０を透過した第２の出射光は、ｐ偏光のままである。よって、大部分が反射型偏光子１３０を透過し、第２の画像表示面１５０ａに表示されている第２の画像が透過像Ｃとして視認される。

また、第２の画像表示部１５０の第２の画像表示面１５０ａと、第１の画像表示部１２０の第１の画像表示面１２０ａとのなす角が２α_２となるように第１および第２の画像表示部１２０、１５０が設置されていることにより、虚像Ｂと透過像Ｃは、互いに平行であり、視認者には重畳画像として視認される。

このようにして、本実施形態の画像表示システム１１３は、虚像Ｂと透過像Ｃを重畳させて表示することができる。また、重畳画像の視聴の妨げになる直接像が視認されることなく、省スペースで、高輝度な重畳画像を表示可能である。

以上に説明した本発明の第１および第２の画像表示システムは、透過型表示装置を用いないため、高輝度の重畳画像を表示することができる。さらに、本発明の第１および第２の画像表示システムは、吸収型偏光子あるいは反射型偏光子の視認側にプロジェクタ等の装置を設置する必要がなく、省スペースのシステムとすることができる。

以下に実施例を挙げて、本発明の特徴をさらに具体的に説明する。なお、以下に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、以下に示す構成以外の構成とすることもできる。

［ビームスプリッターの作製］
厚み１ｍｍのガラス板６０の片面に、アルミニウムを真空蒸着し、透過率５０％のハーフミラー７０を作製した。
また、厚み１ｍｍのガラス板６０の片面に、ワイヤグリッド偏光子（商品名ＷＧＦ、旭化成株式会社製）６１、および吸収型偏光子６２を、それぞれの透過軸の方向が一致するように、この順に積層し、偏光ビームスプリッター７１（ＰＢＳ７１）を作製した。
また、ハーフミラー７０の両面に、逆分散性のポリカーボネート１／４波長位相差フィルム（商品面ピュアエースＷＲ Ｗ−１４２、帝人株式会社製）６３および６４を、互いの遅相軸の方向が直交する向きで積層し、１／４波長位相差板付きハーフミラー７２を作製した。

[実施例１]
実施例１は、本発明の第１の画像表示システムの具体的な構成例である。図２１に実施例１の概略構成を示す。
Ａｍａｚｏｎ社製タブレット端末Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸを、表示面２０ａが上方を向くように設置し、第１の画像表示部２０とした（以降、第１の画像表示部２０を設置した面を「底面」と呼ぶ。）。Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸから出射する光は直線偏光（第１の偏光）であった。

次に、第１の画像表示部２０の表示面２０ａの上に、吸収型偏光子２１を、透過軸が第１の画像表示部２０から出射される直線偏光を透過する向きになるように設置した。
次に、吸収型偏光子３０を、第１の画像表示部２０よりも視認側の位置で、第１の画像表示部２０の画像表示面２０ａと９０°をなすように設置した。さらに、ビームスプリッター４０として、１／４波長位相差板付きハーフミラー７２を、第１の画像表示部２０よりも視認側とは反対側の位置で、第１の画像表示部２０の画像表示面２０ａと６０°をなし、かつ、１／４波長位相差フィルム６３の遅相軸が、視認側から見て、吸収型偏光子３０の透過軸と４５°をなす向きになるように設置した。
また、１／４波長位相差板付きハーフミラー７２の視認側とは反対の側に、Ａｍａｚｏｎ社製タブレット端末Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸを、表示面５０ａと第１の画像表示部２０の画像表示面２０ａが１２０°をなすように設置し、第２の画像表示部５０とした。
このようにして、実施例１の画像表示システム８１を作製した。

実施例２〜６は、本発明の第２の画像表示システムの具体的な構成例である。

[実施例２]
図２２に実施例２の画像表示システム８２の概略構成を示す。
Ａｍａｚｏｎ社製タブレット端末Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸを表示面１２０ａが上方を向くように設置し、第１の画像表示部１２０とした。Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸから出射する光は直線偏光であった。
次に、反射型偏光子１３０として、偏光ビームスプリッター７１を、第１の画像表示部１２０よりも視認側の位置で、第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａと６０°をなすように設置した。このとき、ワイヤグリッド偏光子６１および吸収型偏光子６２の透過軸が、第１の画像表示部１２０から出射される直線偏光を透過しない向きで、吸収型偏光子６２が視認側となるように設置した。

また、ビームスプリッター１４０として、偏光ビームスプリッター７１を、ワイヤグリッド偏光子６１および吸収型偏光子６２の透過軸が、視認側から見て、反射型偏光子１３０の透過軸と４５°をなす向きで、ガラス板６０が視認側となるように設置した。
このようにして、実施例２の画像表示システム８２を作製した。

[実施例３]
図２３に実施例３の画像表示システム８３の概略構成を示す。
実施例２の画像表示システム８２において、第１の画像表示部１２０の表示面１２０ａの上に、吸収型偏光子１２１を、透過軸が第１の画像表示部１２０から出射される直線偏光を透過する向きになるように設置した。
このようにして、実施例３の画像表示システム８３を作製した。

[実施例４]
図２４に実施例４の画像表示システム８４の概略構成を示す。
実施例３の画像表示システム８３において、ビームスプリッター１４０として１／４波長位相差板付きハーフミラー７２を用い、１／４波長位相差フィルム６３の遅相軸が、視認側から見て、反射型偏光子１３０の透過軸と４５°をなす向きで設置した。
このようにして、実施例４の画像表示システム８４を作製した。

[実施例５]
図２５に実施例５の画像表示システム８５の概略構成を示す。
実施例４の画像表示システム８４において、第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａと反射型偏光子１３０とが４５°をなすように設置し、第２の画像表示部５０の画像表示面１５０ａが第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａと９０°をなすように設置した以外は、実施例４と同様にして、実施例５の画像表示システム８５を作製した。

[実施例６]
図２６に実施例６の画像表示システム８６の概略構成を示す。
実施例５の画像表示システム８５において、第２の画像表示部５０を設置しなかった以外は、実施例５と同様にして、実施例６の画像表示システム８６を作製した。

[比較例１]
図２７に比較例１の画像表示システム９０の概略構成を示す。
Ａｐｐｌｅ社製スマートフォンｉＰｈｏｎｅ（登録商標）６ｓＰｌｕｓを、表示面が上方を向くように設置し、第１の画像表示部１２０とした）。なお、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）６ｓＰｌｕｓは、出射光が楕円偏光であり、直線偏光ではなかった。
次に、ハーフミラー７０を、第１の画像表示部１２０よりも視認側の位置で、第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａと６０°をなすように設置した。さらに、もうひとつのハーフミラー７０を、第１の画像表示部１２０よりも視認側とは反対側の位置で、第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａと９０°をなすように設置した。また、２つ目のハーフミラー７０の視認側とは反対の側に、Ａｐｐｌｅ社製スマートフォンｉＰｈｏｎｅ（登録商標）６ｓＰｌｕｓを、表示面１５０ａと第１の画像表示部１２０の画像表示面１２０ａが１２０°をなすように設置し、第２の画像表示部１５０とした。
このようにして、比較例１の画像表示システム９０を作製した。

[比較例２]
図２８に比較例２の画像表示システム９１の概略構成を示す。
底面にＡｍａｚｏｎ社製タブレット端末Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸを、表示面２３ａが上方を向くように設置し、第１の画像表示部２３とした。次に、偏光ビームスプリッター７１を、第１の画像表示部２３に対し視認側とは反対側の位置で、第１の表示面２３ａと４５°をなすように設置し、ビームスプリッター３３とした。なお、このとき、ワイヤグリッド偏光子６１および吸収型偏光子６２の透過軸が、第１の画像表示部２３から出射される直線偏光を反射する向きで、ガラス板６０が視認側となるように設置した。また、ビームスプリッター３３の視認側とは反対の側に、Ａｍａｚｏｎ社製タブレット端末Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸを、表示面５１ａと第１の画像表示部２３の画像表示面２３ａが９０°をなすように設置し、第２の画像表示部５１とした。
このようにして、比較例２の画像表示システム９１を作製した。

[比較例３]
図２９に比較例３の画像表示システム９２の概略構成を示す。
Ｉｎｎｏｌｕｘ社製透過型液晶表示装置（製品名：ＴＳＭ−１０２０）を、底面に対し垂直に設置し、第１の画像表示部２４とした。また、第１の画像表示部２４の視認側とは反対の側に、Ａｍａｚｏｎ社製タブレット端末Ｋｉｎｄｌｅ ｆｉｒｅ ＨＤＸを、底面に対し垂直に設置し、第２の画像表示部５２とした。このようにして、比較例３の画像表示システム９２を作製した。

＜画像評価システムの評価＞
[虚像Ｂまたは直接像Ｄの輝度の評価]
作製した画像表示システムにおいて、第１の画像表示部の全面を白色表示にし、第２の画像表示部を非表示として、株式会社トプコンテクノハウス社製分光放射計「ＳＲ−３」を用いて虚像Ｂの輝度を測定した。なお、比較例３の画像表示システム９２においては、透過型液晶表示装置の直接像Ｄの輝度を測定した。結果を表１に示す。

[透過像Ｃの輝度の評価]
作製した画像表示システムにおいて、第１の画像表示部を非表示とし、第２の画像表示部の全面を白色表示にして、株式会社トプコンテクノハウス社製分光放射計「ＳＲ−３」を用いて透過像Ｃの輝度を測定した。結果を表１に示す。

[第１の画像表示部の直接像の視認性の評価]
作製した画像表示システムにおいて、第１の画像表示部の全面を白色表示にし、第２の画像表示部を非表示として、第１の画像表示部の表示領域および非表示領域が視認側から直接視認されるかどうかを目視評価した。評価基準は以下の通りである。なお、結果を表１に示す。
＜評価基準＞
Ａ：第１の画像表示部の表示領域および非表示領域の両方が視認されない。
Ｂ：第１の画像表示部の表示領域が視認されず、非表示領域がわずかに視認される。
Ｃ：第１の画像表示部の表示領域および非表示領域の両方がわずかに視認される。
Ｄ：第１の画像表示部の表示領域および非表示領域の両方が明瞭に視認される。

各実施例および比較例の主要構成および上記各評価結果を表１に示す。

実施例１〜６の画像表示システム８１〜８６は、いずれも、虚像Ｂおよび透過像Ｃが高輝度で表示され、高い視認性を有していた。また、いずれも、プロジェクタ等の投射機を設置する必要がなく、省スペースの表示システムとなっていた。

実施例１の画像表示システム８１は、最も視認側に吸収型偏光子を用いたことにより、第１の画像表示部の表示が直接視認されることがなかった。また、吸収型偏光子を用いているので、不要な正反射が抑制され、二重像やゴースト等が視認されることがなかった。

実施例２〜６の画像表示システム８２〜８６は、いずれも、反射型偏光子の視認側に吸収型偏光子６２が設置されていることにより、視認側から入射する外光の反射が大幅に抑制され、良好な視認性を有していた。

実施例２の画像表示システム８２は、第１の画像表示部として直線偏光を出射する画像表示装置を用い、反射型偏光子として偏光ビームスプリッターを用いたことにより、第１の画像表示部の表示が直接視認されることがなかった。

実施例３の画像表示システム８３は、さらに、吸収型偏光子２１を設置したことにより、第１の画像表示部の表示領域だけでなく、非表示領域も直接視認されることがなかった。

実施例４の画像表示システム８４および実施例５の画像表示システム８５は、第２のビームスプリッターとして１／４波長位相差板付きハーフミラーを用いたことにより、虚像Ｂおよび透過像Ｃの輝度が特に高く、良好な視認性を有していた。

実施例６の画像表示システム８６は、第２の画像表示部を設置しなかったことにより、背後に設置される実物体の透過像が虚像Ｂと重畳して視認され、高い演出効果を有していた。

１０、１１、１２、１３ 画像表示システム
２０、２３、２４ 第１の画像表示部
２０ａ 第１の画像表示面
２１ 吸収型偏光子
３０ 吸収型偏光子
３０ａ 吸収型偏光子の面
４０ ビームスプリッター
４０ａ 透過反射面
４１、４３ １/４波長位相差板
４２ ハーフミラー
５０、５１、５２ 第２の画像表示部
５０ａ 第２の画像表示面
５５ 実体物
６０ ガラス板
６１ ワイヤグリッド偏光子
６２ 吸収型偏光子
６３、６４ １/４波長位相差フィルム
７０ ハーフミラー
７１ 偏光ビームスプリッター
７２ １／４波長位相差板付きハーフミラー
７３ 吸収型偏光子
８１〜８６、９０〜９２ 画像表示システム
１０１〜１０６、２０１〜２０４、２１１〜２１８ 光線
１１１、１１２、１１３ 画像表示システム
１２０ 第１の画像表示部
１２０ａ 第１の画像表示面
１２１ 吸収型偏光子
１３０ 反射型偏光子
１３０ａ 反射型偏光子の面
１３１ 吸収型偏光子
１４０ ビームスプリッター
１４０ａ 透過反射面
１５０ 第２の画像表示部
１５０ａ 第２の画像表示面
１５５ 実体物
３００ 地図画像
３０１ 付加画像
３０２ 重畳画像

Claims (20)

1. 第１の画像を表示する第１の画像表示面を有し、第１の偏光である第１の出射光を出射する第１の画像表示部と、
   入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、前記第１の画像表示部から出射された前記第１の出射光が入射する位置に前記透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、前記第１の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターと、
   前記第１の出射光のうち前記ビームスプリッターの前記透過反射面で反射された反射光が入射する位置に配置された、前記第１の偏光を吸収し、該第１の偏光と異なる第２の偏光を透過させる吸収型偏光子とを備えた画像表示システム。
2. 前記第１の画像表示部の前記第１の画像表示面と前記ビームスプリッターの前記透過反射面とのなす角α_１が
   ０°＜α_１＜９０°
   を満たす請求項１に記載の画像表示システム。
3. 第２の画像を表示する第２の画像表示面を有し、第２の出射光を出射する第２の画像表示部をさらに備え、
   該第２の画像表示部は、前記ビームスプリッターの前記透過反射面に、前記第１の出射光が入射する側とは反対の側から前記第２の出射光を入射させる位置に配置されており、
   前記第２の出射光の少なくとも一部が前記ビームスプリッターおよび前記吸収型偏光子を透過する請求項１または２に記載の画像表示システム。
4. 前記第２の画像表示部の前記第２の画像表示面が、前記ビームスプリッターの前記透過反射面を挟んで前記第１の画像表示面と対称な位置に形成される虚像と重畳して視認される位置に配置されている請求項３に記載の画像表示システム。
5. 前記第２の画像表示部の前記第２の画像表示面が前記虚像と平行、かつ、異なる面に位置している請求項４に記載の画像表示システム。
6. 前記第１の画像表示部の前記第１の画像表示面と前記ビームスプリッターの前記透過反射面とのなす角がα_１である場合、
   前記第１の画像表示部の前記第１の画像表示面と、前記第２の画像表示部の前記第２の画像表示面とのなす角が２α_１である請求項３から５のいずれか１項に記載の画像表示システム。
7. 前記第１の画像と前記第２の画像とが、互いに情報を補完するものである請求項３から６のいずれか１項に記載の画像表示システム。
8. 前記ビームスプリッターがハーフミラーを含む請求項１から７のいずれか１項に記載の画像表示システム。
9. 前記ビームスプリッターが偏光変換素子を含む請求項８に記載の画像表示システム。
10. 前記偏光変換素子が１／４波長位相差板である請求項９に記載の画像表示システム。
11. 第１の画像を表示する第１の画像表示面を有し、第１の偏光である第１の出射光を出射する第１の画像表示部と、
    該第１の画像表示部から出射された前記第１の出射光が入射する位置に配置された、前記第１の偏光を反射する反射型偏光子と、
    入射した光の一部を透過し、他の一部を反射する透過反射面を有し、前記反射型偏光子で反射された前記第１の出射光が入射する位置に、前記透過反射面が配置されたビームスプリッターであって、前記第１の出射光の偏光を変化させて反射するビームスプリッターとを備え、
    前記反射型偏光子は、前記第１の出射光のうち該反射型偏光子で反射され前記ビームスプリッターでさらに反射された反射光が入射する位置に配置されており、
    第２の画像を表示する第２の画像表示面を有し、第２の出射光を出射する第２の画像表示部をさらに備え、
    該第２の画像表示部は、前記ビームスプリッターの前記透過反射面に、前記反射型偏光子が配置されている側とは反対の側から前記第２の出射光を入射させる位置に配置されており、
    前記第２の出射光の少なくとも一部が前記ビームスプリッターおよび前記反射型偏光子を透過する画像表示システム。
12. 前記第１の画像表示部の前記第１の画像表示面と前記反射型偏光子とのなす角α_２が
    ０°＜α_２＜９０°
    を満たし、かつ、前記第１の画像表示面と前記透過反射面とのなす角β_２が
    ８５°＜β_２＜９５°
    である請求項１１に記載の画像表示システム。
13. 前記第２の画像表示部の前記第２の画像表示面が、前記反射型偏光子および前記ビームスプリッターの前記透過反射面を介して形成される前記第１の画像表示面の虚像と重畳して視認される位置に配置されている請求項１１または１２に記載の画像表示システム。
14. 前記第２の画像表示部の前記第２の画像表示面が前記虚像と平行、かつ、異なる面に位置している請求項１３に記載の画像表示システム。
15. 前記第１の画像表示部の前記第１の画像表示面と前記反射型偏光子とのなす角がα_２である場合、
    前記第１の画像表示部の前記第１の画像表示面と、前記第２の画像表示部の前記第２の画像表示面とのなす角が２α_２である請求項１１から１４のいずれか１項に記載の画像表示システム。
16. 前記第１の画像と、前記第２の画像とが、互いに情報を補完するものである請求項１１から１５のいずれか１項に記載の画像表示システム。
17. 前記反射型偏光子の、前記第１の出射光が入射する面とは反対の面側に配置された、前記第１の偏光を吸収する吸収型偏光子を備えている請求項１１から１６のいずれか１項に記載の画像表示システム。
18. 前記ビームスプリッターがハーフミラーを含む請求項１１から１７のいずれか１項に記載の画像表示システム。
19. 前記ビームスプリッターが偏光変換素子を含む請求項１８に記載の画像表示システム。
20. 前記偏光変換素子が１／４波長位相差板である請求項１９に記載の画像表示システム。