JP7355021B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本技術は、スクリーン等に画像を表示する画像表示装置に関する。

従来、様々な形状のスクリーン等に画像を投射する技術が開発されている。例えば円筒形のスクリーンの側面に画像を投射することで、３６０度の全方位に渡って表示された全周画像を楽しむことが可能となる。

特許文献１には、回転体形状を備える全周スクリーンに映像を表示するための全周映像描画装置が記載されている。特許文献１の全周映像描画装置では、全周スクリーンの天井部分に、凸面が下向きとなるように回転体反射ミラーが設置される。映像投射部により全周スクリーンの下方から投射された投射光は、回転体反射ミラーにより全周スクリーンの全周に渡って反射される。これにより立体的に映像を表示することが可能となる。（特許文献１の明細書段落［００２５］［００３３］［００４０］図１等）。

特開２００４－１２４７７号公報

このような全周スクリーン等に画像を表示する技術は、広告やアミューズメントといった広範な分野で応用が期待されており、高品質な画像表示を実現することが可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、全周スクリーン等に対して高品質な画像表示を実現することが可能な画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、出射部と、透明基材と、照射対象物と、光学部とを具備する。
前記出射部は、所定の軸に沿って画像光を出射する。
前記透明基材は、前記所定の軸に対してテーパ形状となるテーパ面を有する。
前記照射対象部は、前記テーパ面に沿って前記所定の軸の周囲の少なくとも一部に配置される。
前記光学部は、前記所定の軸を基準として前記出射部に対向して配置され、前記出射部により出射された前記画像光の前記照射対象物に対する入射角度を制御する。

この画像表示装置では、出射部から所定の軸に沿って出射された画像光が、出射部に対向して配置された光学部に入射する。光学部により、出射部から出射された画像光の照射対象物に対する入射角度が制御される。照射対象物は、透明基材のテーパ面に沿って所定の軸の周囲の少なくとも一部に配置される。テーパ面を設けることで表示の品質を向上することが可能となり、全周スクリーン等に対して高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記透明基材は、前記所定の軸側に向けられた第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有してもよい。この場合、前記テーパ面は、前記第１及び前記第２の面の少なくとも一方に形成されてもよい。
第１の面をテーパ面とすることで、例えば表示される画像の輝度むら等を抑制することが可能となる。また第２の面をテーパ面とすることで、例えば外光の反射による影響等を低減することが可能となる。これにより、高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記透明基材は、前記照射対象物を支持してもよい。
これにより、例えば透明な全周スクリーン等を容易に構成することが可能となる。

前記照射対象物は、前記第１及び前記第２の面の少なくとも一方に配置されてもよい。
これにより、例えば透明基材の表面形状に合わせて照射対象物を配置することが可能となり、画像の輝度むらや外光の反射等を容易に低減することが可能となる。

前記テーパ面は、前記出射部から前記光学部に向かう方向に沿って広がる第１のテーパ形状を有してもよい。
これにより、例えば画像の輝度むらや外光の反射による影響等を容易に抑制することが可能となる。

前記透明基材は、前記第１及び前記第２の面がともに前記第１のテーパ形状の前記テーパ面となるように構成されてもよい。
これにより、例えば画像の輝度むらを抑制し、かつ外光の反射による影響等を抑制することが可能となる。この結果、十分に高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記第１のテーパ形状は、線形テーパ形状であってもよい。この場合、前記第１の面のテーパ角は、前記第２の面のテーパ角と同様の角度に設定されてもよい。
これにより、均一な厚さの透明基材を構成することが可能となり、例えばスクリーンの透明性等が向上し優れた浮遊感を発揮することが可能となる。

前記第１のテーパ形状は、線形テーパ形状であってもよい。この場合、前記第１の面のテーパ角は、前記第２の面のテーパ角と異なる角度に設定されてもよい。
これにより、例えば透明基材本体の剛性等を向上することが可能となり、透明基材を容易に製造することが可能となる。

前記透明基材は、前記第１及び前記第２の面のうち一方が前記第１のテーパ形状の前記テーパ面となるように構成されてもよい。
これにより、例えば透明基材本体の剛性等を向上することが可能となり、透明基材を容易に製造することが可能となる。

前記光学部は、前記出射部により出射された前記画像光を、前記照射対象物に反射する反射面を有してもよい。
これにより、例えば画像の輝度むらや外光の反射による影響等を十分に抑制することが可能となり、十分に高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記テーパ面は、前記出射部から前記光学部に向かう方向に沿って狭まる第２のテーパ形状を有してもよい。
これにより、例えば画像の輝度むらを低減することや、画像の明るさを向上すること等が可能となる。

前記光学部は、前記出射部により出射された前記画像光を屈折させて前記照射対象物に出射する屈折面を有してもよい。
これにより、例えば輝度むらが低減された明るい画像等を表示することが可能となり、高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記光学部は、前記画像光の前記照射対象物に対する前記入射角度を略一定にしてもよい。
これにより照射対象物には、略一定の入射角度で画像光が照射される。この結果、全周スクリーン等に対して高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記照射対象物は、前記所定の軸の周囲の全周にわたって配置されてもよい。
これにより、所定の軸の周りに全周スクリーンが構成され、全周画像等を楽しむことが可能となる。

前記照射対象物は、回折光学素子を用いたスクリーンであってもよい。
回折光学素子を用いることで、十分に高品質な画像表示を実現することが可能となる。

前記照射対象物は、シート状のホログラムスクリーンであってもよい。
これにより、全周スクリーン等を容易に構成することが可能となる。

前記照射対象物は、前記透明基材に塗布された感光材料を露光して形成される体積型ホログラムスクリーン、及び前記透明基材を加工して形成されるレリーフ型ホログラムスクリーンのいずれか一方であってもよい。
これにより、透明基材上に所望のホログラムを精度よく形成することが可能となる。

前記照射対象物は、フレネルスクリーンであってもよい。
フレネルスクリーンを用いることで、十分に高品質な画像表示を実現することが可能となる。

以上のように、本技術によれば、全周スクリーン等に対して高品質な画像表示を実現することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。 透過型ホログラムの構成例を示す模式図である。 テーパスクリーンに入射する外光の光路を説明するための模式図である。 テーパスクリーンに入射する画像光の光路を説明するための模式図である。 内面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。 内面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。 内面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。 内面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。 外面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。 内面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。 外面型のテーパスクリーンの構成例を示す模式図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
［画像表示装置の構成］
図１は、本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。本実施形態では、画像表示装置１００が配置される面（ＸＺ平面）の方向を水平方向、それに垂直な方向（Ｙ方向）を上下方向として説明を行う。

画像表示装置１００は、台座１０と、出射部２０と、透明基材３０と、スクリーン４０と、反射ミラー５０とを有する。

台座１０は、円筒形状であり画像表示装置１００の下方の部分に設けられる。台座１０には、図示しないバッテリー等の電源供給源やスピーカ、その他画像表示装置１００の動作に必要な素子や、音声認識、画像認識等の認識処理を行うセンシングデバイス等が適宜設けられる。台座１０の形状等は限定されず、例えば直方体等の任意の形状が用いられてよい。

出射部２０は、円筒形状の台座１０の略中心の位置に、上方に向けて設置される。出射部２０は、上下方向（Ｙ方向）に延在する光軸１に沿って、画像を構成する画像光２１を出射する。画像光２１は、例えば各画素を表示するための光（光線）により構成される。本実施形態では、光軸１は、所定の軸に相当する。

図１には、光軸１を含む任意の面方向で切断した画像表示装置１００の断面が図示されている。出射部２０は、画像光２１を画像表示装置１００の上方に向けて光軸１に沿って放射状に出射する。従って図１に示すように、光軸１を含む任意の面においては、出射部２０からは所定の画角で画像光２１が出射される。図１では、出射角度が小さく光軸１に近い内側の光路２２ａと、出射角度が大きく光軸１から離れた外側の光路２２ｂとが模式的に図示されている。ここで出射角度とは、例えば光軸１と画像光２１の各画素に対応する光の光路とがなす角度である。

出射部２０としては、例えばＲＧＢの各色に対応したレーザ光をスキャンして各画素を表示するレーザ走査方式のカラープロジェクタ等が用いられる。出射部２０の具体的な構成は限定されず、例えば小型のモバイルプロジェクタ（ピコプロジェクタ）や単色のレーザ光を用いたプロジェクタ等が、画像表示装置１００のサイズや用途等に応じて適宜用いられてよい。この他、画像光２１を投射可能な任意のプロジェクタが用いられてよい。

例えば出射部２０として、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いた発光素子と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）、反射型液晶、透過型液晶等を用いた光変調素子を有する投射装置（プロジェクタ）が適宜用いられてよい。すなわち、ＬＤ＋ＭＥＭＳ、ＬＤ＋ＤＭＤ、ＬＤ＋反射型液晶、ＬＤ＋透過型液晶、ＬＥＤ＋ＭＥＭＳ、ＬＥＤ＋ＤＭＤ、ＬＥＤ＋反射型液晶、ＬＥＤ＋透過型液晶といった構成を有する投射装置等が用いられてよい。もちろん、他の構成を有する投射装置が用いられる場合にも、本技術は適用可能である。

透明基材３０は、光軸１を中心軸とする回転対称な筒形状であり、台座１０の上方に接続される。また透明基材３０の上方には、後述する反射ミラー５０が接続される。なお、本開示において、光軸１を中心軸とする回転対称な形状には、光軸１を実質的な中心軸とする回転体等が含まれる。透明基材３０は、光軸１側に向けられた第１の面３１と、第１の面３１とは反対側の第２の面３２とを有する。

第１の面３１は、筒形状の透明基材３０の内周面である。図１に示す例では、第１の面３１上に後述するスクリーン４０が設けられる。すなわち、透明基材３０により、スクリーン４０が支持される。このように、透明基材３０は、スクリーン４０を支持する支持部材として機能する。

第２の面３２は、筒形状の透明基材３０の外周面である。図１に示す例では、第２の面３２が、画像表示装置１００の側面（最も外側の面）となる。従って、第２の面３２には、画像表示装置１００の外部から入射する外光（照明光や太陽光等）が入射することになる（図３参照）。

透明基材３０は、光軸１に対してテーパ形状となるテーパ面３３を有する。すなわち、透明基材３０は、テーパが付けられたテーパ付の円筒であるとも言える。図１に示す例では、第１の面３１及び第２の面３２がともにテーパ面３３となるように、透明基材３０が構成される。すなわち、テーパ面３３は、第１の面３１及び第２の面３２に形成される。従って、透明基材３０は、外側及び内側がともにテーパ形状である筒形状となる。

本実施形態では、テーパ面３３は、出射部２０から反射ミラー５０に向かう方向に沿って広がる第１のテーパ形状を有する。ここで、出射部２０から反射ミラー５０に向かう方向とは、画像表示装置１００の下方から上方に向かう上方向（Ｙ軸の正方向）であり、典型的には画像光２１の出射方向である。図１には白抜きの矢印を用いて上方向が模式的に図示されている。

例えば図１に示すように、光軸１を含む断面（ＸＹ平面）において、第１の面３１の半径は、装置の上方向に向かって連続的に大きくなる。従って、第１の面３１に形成されたテーパ面３３は、上方向に向かって広がる第１のテーパ形状となる。また、光軸１を含む断面において、第２の面３２の半径は、装置の上方向に向かって連続的に大きくなる。従って、第２の面３２に形成されたテーパ面３３は、上方向に向かって広がる第１のテーパ形状となる。

このように、図１に示す例では、透明基材３０は、第１の面３１及び第２の面３２がともに第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。なお、図１に示すように、第１のテーパ形状は、画像表示装置１００の下側にテーパ形状の先端が向けられた下側テーパ形状（逆テーパ形状）であるとも言える。

また、図１に示すように、光軸１を含む断面（ＸＹ平面）において、各テーパ面３３（第１の面３１及び第２の面３２）の断面は直線となっている。従って、例えば各テーパ面３３の半径は、画像表示装置１００の上方に向かって線形に増加する。このように、第１のテーパ形状は、線形テーパ形状である。言い換えれば、テーパ面３３は、光軸１の周りに配置された直線を、光軸１を基準として回転させて得られる曲面（円錐面）により構成される。

図１に示す透明基材３０では、第１の面３１のテーパ角は、第２の面３２のテーパ角と同様の角度に設定される。ここでテーパ角とは、例えばテーパ面３３の中心軸（光軸１）を含む断面において、テーパ面３３の断面形状である直線と、中心軸（光軸１）とがなす角度である。従ってテーパ角は、テーパ面３３（あるいはその断面）の光軸１に対する傾きの度合いを表す角度となる。

第１の面３１と第２の面３２とのテーパ角が一致する場合、例えば各々の光軸１を含む断面は、互いに平行な直線となる。すなわち、透明基材３０の厚さ（肉厚）は、透明基材３０全体で均一な値となる。このため、透明基材３０（画像表示装置１００）を見るユーザは、透明基材３０の厚さの変化等を意識することなく、透過性のある画面を視聴することが可能となる。

テーパ面３３の具体的な形状は限定されない。例えば、線形テーパ形状に代えて、中心軸（光軸１）を含む断面形状が指数関数となる指数関数テーパ、断面形状が放物線となる放物線テーパ、断面形状が双曲線となる双曲線テーパ等の任意のテーパ形状が、第１のテーパ形状として用いられてよい。

また、第１の面３１と第２の面３２とのテーパ角が異なるように構成することや、第１の面３１及び第２の面３２のどちらか一方にテーパ面３３を形成するといった構成を採用することも可能である。これら他の構成については、後に詳しく説明する。

透明基材３０の材質としては、例えばアクリルやポリカーボネートなどの透明な樹脂材料等が適している。また透明基材３０は、例えば射出成型によって成型される。透明基材３０に対して、上記のようなテーパを付けることによって、射出成型時の離形性が向上し、透明基材３０製造時のタクトタイムを短縮することや、製造コストを低減することが可能である。また例えば、樹脂材料を用いることで、透明基材３０を軽量化することが可能である。

この他、透明基材３０の材質や成型方法等は限定されない。例えば透明基材３０の材質として、可視光を透過可能な任意の樹脂材料や、ガラス材料等が適宜用いられてよい。また例えば、透過率が高く十分に透明な材料や、所定の透過率（例えば３０％等）が設定された半透明な材料等を用いて透明基材３０が構成されてもよい。また射出成型に代えて、例えば切削加工や３Ｄプリンタ等を用いて透明基材３０が形成されてもよい。

スクリーン４０は、透明基材３０のテーパ面３３に沿って光軸１の周囲の全周にわたって配置される。従ってスクリーン４０は、光軸１の周りに配置される全周スクリーンとなる。例えばスクリーン４０は、透明基材３０のテーパ面３３上に直接設けられる。あるいは、テーパ面３３と並んでスクリーン４０が設けられてもよい（図７等参照）。本実施形態では、スクリーン４０は、照射対象物に相当する。

スクリーン４０は、光軸１側に向けられた第３の面４１と、第３の面４１とは反対側の第４の面４２とを有する。すなわち第３の面４１及び第４の面４２は、スクリーン４０の内周面及び外周面である。図１に示す例では、スクリーン４０は、第１の面３１に配置される。具体的には、透明基材３０の内側の第１の面３１とスクリーン４０の外側の第４の面４２とが接するように、スクリーン４０が配置される。

上記したように、図１に示す透明基材３０の第１の面３１は、光軸１に対して回転対称なテーパ面３３である。従って、スクリーン４０は、光軸１を中心軸とする回転対称なテーパ形状（第１のテーパ形状）となる。このように、本実施形態では、スクリーン４０の中心軸と出射部２０の光軸１とが一致するように、スクリーン４０が設けられる。

スクリーン４０は、画像を表示するための光学機能を備え、光透過性のある材料により構成される。従って、透明基材３０にスクリーン４０を設けることで、テーパ面３３を備え背景が透けて見える透明な表示部材（透明スクリーン）が構成される。

以下では、透明基材３０及びスクリーン４０により構成される表示部材を、テーパスクリーン３４と記載する。画像表示装置１００は、台座１０の上方に透明なテーパスクリーン３４が接続された構成となる。

本実施形態では、スクリーン４０は、回折光学素子を用いたスクリーンである。回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）とは、光を回折する光学素子である。回折光学素子としては、例えばホログラムに記録された干渉縞を用いて光を回折するホログラフィック光学素子等（ＨＯＥ：Holographic Optical Element）が用いられる。

本実施形態では、回折光学素子として、透過型ホログラム４３（透過型ＨＯＥ）が用いられる。透過型ホログラム４３は、一方の面から入射する光の進行方向を制御して他方の面から出射するホログラムである。例えば、スクリーン４０の内側（第３の面４１）から入射した光は、スクリーン４０の外側（第４の面４２）に向けて出射されることになる。従ってスクリーン４０は、画像光２１を透過する透過型スクリーンとなる。

図２は、透過型ホログラム４３の構成例を示す模式図である。図２には、図１に示す透明基材３０の第１の面３１に設けられた透過型ホログラム４３（スクリーン４０）の断面が模式的に図示されている。透過型ホログラム４３には、例えば拡散板による拡散光の干渉縞が記録されており、入射光２３（画像光２１）を回折して拡散光２４として出射する拡散機能を備える。このように、拡散光２４を出射することで、透過型ホログラム４３（スクリーン４０）上に画像を表示することが可能となる。

図２には、透過型ホログラム４３に対して入射角度θ＝θ₀で入射する入射光２３と、入射光２３が回折されて生じる拡散光２４とが模式的に図示されている。ここで入射角度θとは、例えば入射光２３が入射する位置における透過型ホログラム４３の法線（以下、界面法線２と記載する）と入射光２３の光路との間の角度である。例えば透過型ホログラム４３に対して垂直に入射する入射光２３の入射角度は０°となる。

なお、図２に示すように、透過型ホログラム４３（スクリーン４０）がテーパ面３３に形成された場合、透過型ホログラム４３は、画像表示装置１００の上下方向（Ｙ方向）に対してテーパ角σだけ傾いて配置されることになる。従って、透過型ホログラム４３の界面法線２と水平方向（図２ではＸ方向）との間の角度は、テーパ角σとなる。従って、入射光２３の光路と水平方向との間の角度θ_h（以下、水平入射角度θ_hと記載する）は、θ_h＝θ＋σと表される。例えば、透過型ホログラム４３が、テーパ面３３ではなく、円筒面上に設けられる場合等には、入射角度θと水平入射角度θ_hとが一致することになる。

透過型ホログラム４３は、第３の面４１に対して入射角度θ₀で入射する入射光２３を回折し、第４の面４２から拡散光２４として出射するように構成される。従って、透過型ホログラム４３の第３の面４１、すなわちスクリーン４０の内周面は、入射角度θ₀で入射する光を拡散する拡散面として機能するとも言える。

図２に示す例では、水平方向（Ｘ方向）を中心に拡散する拡散光２４が生成されるように、透過型ホログラム４３が構成される。これにより、水平方向から画像表示装置１００を見ているユーザに向けて適正に画像を表示することが可能となる。この他、拡散光２４を出射する向き等は限定されず、例えば画像表示装置１００の用途等に応じて適宜設定されてよい。

なお、透過型ホログラム４３の回折効率は、例えば所定の入射角度θでピーク値となる角度分布（ピーク構造）を示す。ここで回折効率とは、入射光２３が透過型ホログラム４３による回折を受ける割合を表す量である。また回折効率の角度分布は、入射光２３の波長に応じた波長依存性を示す場合がある。

従って、透過型ホログラム４３は、例えば入射角度θ₀で入射したＲＧＢの各色光が適正なバランスで、高効率に回折されるように適宜構成される。例えば、入射角度θ₀で入射する画像光２１を用いて、適正にカラー画像が表示可能となるように透過型ホログラム４３が構成される。

また、透過型ホログラム４３の回折効率の特性等に基づいて、回折効率が所定の基準値（例えば２０％や１０％等）以上となるような回折角度範囲４４等を設定することも可能である。すなわち、回折角度範囲４４に含まれる入射角度θで入射した入射光２３は、少なくとも所定の基準値以上の割合で回折されて拡散光２４に変換される。例えば、回折角度範囲４４に従って、画像表示装置１００の透明基材３０や反射ミラー５０等の各種のパラメータを設定することが可能である。このような方法が用いられてもよい。

なお、回折角度範囲４４等から外れた入射角度θで第３の面４１に入射する他の光（図中の点線の矢印）は、ほとんど回折を受けることなく、そのまま透過型ホログラム４３を透過することになる。このように、透過型ホログラム４３は、入射角度θに応じて入射光２３を回折あるいは透過する高い入射角度選択性を示す。

ホログラムとしては、例えばフォトポリマー（感光材料等）やＵＶ硬化樹脂等の材料を用いることが可能である。これらの材料に干渉縞を適宜記憶することで、所望とする光学的な機能を持ったホログラムを構成することが可能である。また干渉縞を記憶する方式としては、例えば材料内部の屈折率変化で干渉縞を作る体積型ホログラムや、材料表面の凹凸形状で干渉縞を作るレリーフ型ホログラム等が用いられる。

スクリーン４０は、例えば、シート状のホログラムスクリーンであり、ホログラムフィルムを用いて構成される。ホログラムフィルムとは、薄いフィルム状の材料であり、例えばフォトポリマー（感光材料）が塗布されたベースフィルム等により構成される。

ホログラムフィルムへの干渉縞の露光は、例えばガラス等の平坦度の高い基板に貼り付けて実行される。干渉縞が記録されたホログラムフィルムを基板から剥がし、透明基材３０に貼合することで、テーパスクリーン３４が構成される。このように、シート状のホログラムスクリーンを用いることで、透明基材３０上に容易にスクリーン４０を形成することが可能となり、テーパスクリーン３４を容易に構成することが可能である。

またスクリーン４０は、透明基材３０に塗布された感光材料を露光して形成される体積型ホログラムスクリーンであってもよい。例えば、透明基材３０の表面に、フォトポリマーが直接塗布される。フォトポリマーを透明基材３０に塗布した状態で、フォトポリマーに干渉縞が露光される。これにより、ベースフィルムが不要となり部品点数を抑制可能である。また貼合プロセスが不要となるため、製造工程を簡略化することが可能となり、テーパスクリーン３４の製造コスト等を抑制することが可能となる。

またスクリーン４０は、透明基材３０を加工して形成されるレリーフ型ホログラムスクリーンであってもよい。例えば押圧処理等により、透明基材３０の表面に凹凸等を構成することで所定の干渉縞が記録される。これにより、レリーフ型（エンボス型）のホログラムが構成される。このように、透明基材３０の表面を直接加工されるため、フォトポリマー等を使用する必要がなくなり製造コストを低減することが可能である。また例えば、露光工程等が不要となり、テーパスクリーン３４の製造時間を十分に短縮することが可能となる。

この他、スクリーン４０（透過型ホログラム４３）の具体的な構成は限定されない。例えば、スクリーン４０として、干渉縞による回折の他に、所定のパターンの回折格子等を用いて光を回折するタイプの回折光学素子等が用いられてもよい。

反射ミラー５０は、透明基材３０及びスクリーン４０（テーパスクリーン３４）の上部に接続される。反射ミラー５０は、出射部２０により出射された画像光２１を、スクリーン４０に反射する反射面５１を有する。反射ミラー５０は、反射面５１が出射部２０に向くように、光軸１を基準として出射部２０に対向して配置される。

反射ミラー５０に入射した画像光２１は、反射面５１により反射されてスクリーン４０に向けて出射される。すなわち、反射ミラー５０は、出射部２０から出射された画像光２１をスクリーン４０に入射させる。本実施形態では、反射ミラー５０は、光学部に相当する。

本実施形態では反射面５１は、光軸１を基準とした回転対称な形状を有する。具体的には、反射面５１は、放物線の一部を切り出した曲線を光軸１を基準として回転した回転面を含む。回転面は、放物線の凹状である側（放物線の焦点側）が光を反射する側（反射面５１）となるように、また放物線の軸と光軸１とが異なるように構成される。なお図１では、反射面５１の断面形状が直線を用いて模式的に図示されている。

図１に示すように、本実施形態では、反射面５１は光軸１上に頂点を有する形状である。すなわち反射面５１は、回転面と光軸１とが交わる点が出射部２０から見て凸状となっている。また反射ミラー５０の断面形状において、光軸１を挟んで左側及び右側の曲線は、出射部２０から見て凹状となる放物線の形状となる。

このように放物線を用いた放物面を反射面５１とすることで、画像光２１が反射する方向、すなわちスクリーン４０（テーパスクリーン３４）に対する入射方向を制御することが可能である。従って、反射ミラー５０は、出射部２０から出射された画像光２１のスクリーン４０に対する入射角度θを制御することが可能である。

反射ミラー５０の具体的な構成等は限定されない。例えば、反射ミラー５０を構成する材料として、アクリル等の樹脂、ガラス、金属等の任意の材料が用いられてよい。例えばこれらの材料に対して、表面粗さＲａ＜０．１μｍ程度となるような鏡面加工を材料表面に施すことにより反射ミラー５０が構成される。この他、例えば加工精度や生産性等に応じて任意の材料が反射ミラー５０に用いられてよい。

また例えば反射ミラー５０の反射面５１には、アルミや銀等の薄膜を用いた高反射率コーティング等が施されてもよい。これにより反射面５１に入射した画像光２１を高い効率で反射することが可能となる。また反射面５１の表面には、ＳｉＯ２膜や重合膜等の薄膜を用いた反射面５１を保護する保護コーティング等が適宜施されてよい。この他、高反射コーティング及び保護コーティング等の材質等は限定されない。

図１に示すように、出射部２０から上方に向けて放射状に出射された画像光２１は、反射ミラー５０の反射面５１により、スクリーン４０の全周に向けて放射状に反射される。上記したように反射面５１は、放物線形状の回転面を有する。従って回転面により反射された画像光２１は、スクリーン４０に対する入射角度θが略一定となる。すなわち、反射ミラー５０により、画像光２１のスクリーン４０に対する入射角度θが略一定に制御される。この結果、反射ミラー５０により反射された画像光２１は、スクリーン４０に向けて略平行光として出射される。

例えば反射ミラー５０は、画像光２１がスクリーン４０に対して入射角度θ₀で入射するように構成される。これにより、スクリーン４０に入射した画像光２１は、高い回折効率で回折されて、拡散光２４として出射される。この結果、拡散光２４の明るさ（強度）が向上し、例えば高輝度な画像表示を実現することが可能となる。

なお本開示において、略一定の入射角度θには、画像表示を適正に実行することが可能となる角度範囲（許容角度範囲）内の入射角度θが含まれる。許容角度範囲は、透過型ホログラム４３（スクリーン４０）の回折特性等に応じて適宜設定される。例えば、図２を参照して説明した回折角度範囲４４等が、許容角度範囲として設定される。

許容角度範囲は、例えばＲＧＢ全ての色光に対して、ホログラムスクリーンでの回折効率が所定の値（４０％、５０％、６０％等）以上となる角度範囲に設定される。また例えば２０％や３０％等の回折効率を基準として許容角度範囲が設定されてもよい。また例えば角度範囲の中間値を基準として、中間値の±５％の角度範囲や、±１０％の角度範囲といった許容角度範囲が設定されてよい。この他、許容角度範囲を設定する方法等は限定されない。

図３は、テーパスクリーン３４に入射する外光の光路を説明するための模式図である。図３Ａには、光軸１を含む面で切断された画像表示装置１００（テーパスクリーン３４）の断面が模式的に図示されている。また図３Ｂには、比較例として挙げる画像表示装置１１０の断面が模式的に図示されている。画像表示装置１１０は、円筒スクリーン１１１を有する円筒型の表示装置である。なお、図３では、テーパスクリーン３４及び円筒スクリーン１１１の厚み方向の構造が省略して図示されている。

図３Ａ及び図３Ｂには、ユーザ３が、画像表示装置１００及び１１０を水平方向（Ｘ方向）から見ている状態が示されている。また画像表示装置１００及び１１０には、互いに同様の角度で外光４が入射するものとする。

外光４は、装置の外部から入射する光である。例えば屋内では、天井の蛍光灯やＬＥＤ照明、あるいはスポットライト等の外光４（外光照明光）が斜め上方（図３Ａ及び図３Ｂでは右上方）から入射することが考えられる。また屋外では、太陽光や街灯等の外光４が、斜め上方から入射する可能性がある。

図３Ｂに示すように、円筒スクリーン１１１の外表面１１２に、ある角度で外光４が入射するとする。円筒スクリーン１１１の外表面１１２は、例えば上下方向（Ｙ方向）に延在する円筒面である。また、外表面１１２に入射した外光４は、外表面１１２により反射される場合がある。例えば図３Ｂに示す角度で円筒スクリーン１１１に入射した外光４の反射光１１３は、ユーザ３の視点に向けて進行する。

この場合、反射光１１３はユーザ３の視点に到達し、ユーザ３は円筒スクリーン１１１で反射する光を視覚することになる。この結果、円筒スクリーン１１１での反射光量が増え透明性が低下する可能性がある。また円筒スクリーン１１１に表示される画像を適正に視覚することが難しくなる場合もあり得る。

図３Ａでは、図３Ｂと同様の角度でテーパスクリーン３４の外表面３５に外光が入射する。例えば図１を参照して説明したテーパスクリーン３４の構成では、透明基材３０の外周面である第２の面３２がテーパスクリーン３４の外表面３５となる。上記したように、透明基材３０の第２の面３２は、上方に向けて広がる第１のテーパ形状のテーパ面３３である。従って、テーパスクリーン３４の外表面３５は、下方に向けて傾斜した面となる。

この結果、例えば円筒スクリーン１１１での反射と比べ、テーパスクリーン３４の外表面３５に入射する外光４は、より下方に向けて反射される。この結果、テーパスクリーン３４で反射された外光４の反射光５は、ユーザ３の手前の接地面（床や机等）に向けて進行し、ユーザ３の視点には到達しなくなる。

このように、同じ角度で装置へ侵入する外光４に対して、テーパスクリーン３４の外表面３５を下側テーパ形状（第１のテーパ形状）とすることで、外表面３５で反射される反射光５をより下方へ向けることが可能となる。これにより、ユーザ３から見た反射光量が低下し、テーパスクリーン３４の透明性を向上することが可能となる。また反射光量が低下することで、テーパスクリーン３４に表示される画像を適正に視覚させることが可能となる。この結果、高品質な画像表示を実現することが可能となる。

図４は、テーパスクリーン３４に入射する画像光２１の光路を説明するための模式図である。図４Ａには、光軸１を含む面で切断された画像表示装置１００（テーパスクリーン３４）の断面が模式的に図示されている。また図４Ｂには、比較例として挙げる円筒スクリーン１１１を有する画像表示装置１１０の断面が模式的に図示されている。なお、図４では、テーパスクリーン３４及び円筒スクリーン１１１の厚み方向の構造が省略して図示されている。

図４Ｂに示す、出射部１１４及び反射ミラー１１５は、図４Ａに示す出射部２０及び反射ミラー５０と同様に構成されているものとする。また、画像表示装置１１０は、画像表示装置１００と同様の高さを有し、出射部１１４から反射ミラー１１５までの距離が、出射部２０から反射ミラー５０までの距離と同様であるものとする。

図４Ｂには、反射ミラー１１５（反射面１１６）の光軸１に近い反射位置Ｐに投影される画像光２１ｐと、反射位置Ｐよりも光軸１から離れた反射位置Ｑに投影される画像光２１ｑとが模式的に図示されている。各画像光２１ｐ及び２１ｑは、反射位置Ｐ及びＱで反射され、各反射位置の特性に応じた角度で円筒スクリーン１１１に向けて出射される。図４Ｂには、円筒スクリーン１１１に到達した画像光２１ｐ及び２１ｑが模式的に図示されている。

回転対称な反射面１１６（回転体ミラー）を用いて、円筒スクリーン１１１に画像光２１を入射する場合、画像光２１は反射面１１６での反射位置に応じた倍率で水平方向に拡大されて円筒スクリーン１１１に入射する。水平方向の拡大倍率Ｍは、例えば反射位置における反射面１１６の直径φと、円筒スクリーン１１１の直径Φとを用いて以下のように表される。
Ｍ＝Φ／φ

例えば図４Ｂに示すように、光軸１に近い反射位置Ｐに入射した画像光２１は、反射位置Ｐで反射されて円筒スクリーン１１１に到達するまでに水平方向に拡大倍率Ｍ_p＝Φ／φ_pで拡大される。同様に、光軸１から離れた反射位置Ｑに入射した画像光２１は、反射位置Ｑで反射されて円筒スクリーン１１１に到達するまでに水平方向に拡大倍率Ｍ_q＝Φ／φ_qで拡大される。

この結果、光軸１に近い反射位置Ｐでの水平方向の拡大倍率Ｍ_pは、光軸１から離れた反射位置Ｑでの水平方向の拡大倍率Ｍ_qよりも大きくなる（Ｍ_p＞Ｍ_q）。従って、画像光２１は、反射位置が反射面１１６の中心（光軸１）に近いほど、円筒スクリーン１１１に到達する際の拡大倍率が高くなるとも言える。また図４Ｂでは、反射位置が光軸１に近いほど、画像光２１は円筒スクリーン１１１の下側に入射する。従って、水平方向の拡大倍率は、円筒スクリーン１１１の下側であるほど大きくなる。

このため、例えば光軸１に近い反射位置Ｐで反射された画像光２１により円筒スクリーン１１１に表示される画像の輝度は、光軸１から離れた反射位置Ｑで反射された画像光２１により円筒スクリーン１１１に表示される画像の輝度に比べて低下する可能性がある。すなわち、円筒スクリーン１１１では、入射位置が下側であるほど表示される画像の輝度が低くなり、上下方向での輝度むらが発生する可能性がある。

また反射面１１６の中心付近に投影される画像光２１は、反射面１１６の外周側に投影される画像光２１と比べ、画素の総数が少なく、水平方向の拡大倍率Ｍが大きいために、円筒スクリーン１１１上では解像度の低い画像となる。従って、例えば円筒スクリーン１１１の下側では、画像が荒くなる場合があり得る。

図４Ａでは、図４Ｂと同様の入射角度でテーパスクリーン３４の内表面３６に画像光２１が入射する。また、図４Ａに示す、光軸１に近い反射位置Ｐ'及び光軸１から離れた反射位置Ｑ'は、図４Ｂに示す反射位置Ｐ及び反射位置Ｑと同様の反射面５１上の位置であるとする。

例えば図１に示す構成では、スクリーン４０（透過型ホログラム４３）の内周面である第３の面４１がテーパスクリーン３４の内表面３６である。上記したように、透明基材３０の第２の面３２は、上方に向けて広がる第１のテーパ形状のテーパ面３３である。従って、テーパスクリーン３４の内表面３６は、下側に向かうほど直径が小さくなる。

光軸１に近い反射位置Ｐ'で反射された画像光２１が入射する位置でのスクリーン４０の直径Φ_p'は、図４Ａに示す円筒スクリーン１１１の直径Φよりも小さくなる。この結果、テーパスクリーン３４での光軸１に近い反射位置Ｐ'での水平方向の拡大倍率Ｍ_p'は、円筒スクリーン１１１での、反射位置Ｐでの水平方向の拡大倍率Ｍ_pよりも小さくなる。

またテーパスクリーン３４での光軸１に近い反射位置Ｑ'での水平方向の拡大倍率Ｍ_q'も、円筒スクリーン１１１での、反射位置Ｑでの水平方向の拡大倍率Ｍ_qよりも小さくなる。なお、反射位置Ｑ'で反射される画像光２１のテーパスクリーン３４に対する入射位置は、テーパスクリーン３４の上側である。このため、拡大倍率Ｍ_q'の減少量は、テーパスクリーン３４のより下側での拡大倍率Ｍ_p'の減少量よりも小さい。

この結果、テーパスクリーン３４における上下方向での拡大倍率の差（例えばＭ_p'－Ｍ_q'）は、円筒スクリーン１１１における上下方向での拡大倍率の差（例えばＭ_p－Ｍ_q）に比べて減少する。すなわち、テーパスクリーン３４では上側及び下側に入射する画像光２１における、水平方向の拡大倍率の違いが緩和される。

このように、画像が表示されるスクリーン４０が、第１のテーパ形状のテーパ面３３上に形成されることで、非テーパである円筒スクリーン１１１等が用いられる場合と比べて、画像光２１が表示される位置の直径が小さくなる。表示位置の直径が小さくなると、水平方向の拡大倍率が小さくなるため、上下位置における拡大倍率差が小さくなる。この結果、上下方向における輝度ムラを抑制することが可能である。また、拡大倍率差が小さくなることで、テーパスクリーン３４の下側に表示される画像の解像度を向上することが可能となる。

以下では、内面型のテーパスクリーン３４の構成例について説明する。内面型のテーパスクリーン３４では、テーパスクリーン３４の内表面３６にスクリーン４０が設けられる。すなわち、内面型のテーパスクリーン３４は、透明基材３０の内周面である第１の面３１に、スクリーン４０（透過型ホログラム４３）が設けられた構成となっている。

図５～図８は、内面型のテーパスクリーン３４の構成例を示す模式図である。図５A～図８Aには、テーパスクリーン３４ａ～３４ｄを含む画像表示装置１００の光軸１を含む面で切断された断面が模式的に図示されている。また図５Ｂ～図８Ｂは、各テーパスクリーン３４ａ～３４ｄに入射する画像光２１の光路の一例を示す模式図である。

図５Ａに示すテーパスクリーン３４ａは、図１等を参照して説明したテーパスクリーン３４と同様に構成される。すなわち、透明基材３０ａの内側の第１の面３１ａ及び外側の第２の面３２ａには、ともに第１のテーパ形状であるテーパ面３３が形成される。第１の面３１ａ及び第２の面３２ａのテーパ角σは同じ値に設定される。以下では、第１の面３１ａ及び第２の面３２ａのテーパ角をそれぞれ内テーパ角σ１及び外テーパ角σ２と記載する。

図５Ｂには、水平入射角θ_h＝５５°でテーパスクリーン３４ａに入射する画像光２１の光路の一例が模式的に図示されている。画像光２１は、テーパスクリーン３４ａの内側から、スクリーン４０ａ及び透明基材３０ａを通過して、テーパスクリーン３４ａの外側に出射する。

図５Ｂに示す光路は、スクリーン４０ａ（透過型ホログラム４３）における回折等を受けなかった場合の光路である。別の観点では、図５Ｂに示す光路は、スクリーン４０ａに干渉縞等が記録されていない状態での、スクリーン４０ａ及び透明基材３０ａの配置や材質によって定まる光路であるとも言える。

図２等を参照して説明したように、スクリーン４０ａは、所定の入射角度θで入射する画像光２１（入射光２３）を、一定の回折効率で回折するように構成される。この場合、スクリーン４０ａに入射する画像光２１のうち、一部の画像光２１は、例えばスクリーン４０ａによる回折等を受けることなく、スクリーン４０ａや透明基材３０ａ内部を進行することになる。このようにスクリーン４０ａによる回折を受けない光は、例えば図５Ｂに示す光路に沿ってスクリーン４０ａ内を進行することになる。

反射ミラー５０ａにより反射された画像光２１は、スクリーン４０ａの内周面である第３の面４１ａに入射する。この時、スクリーン４０ａ（透過型ホログラム４３）の屈折率と、空気の屈折率との違いに伴い、画像光２１は第３の面４１ａで屈折してスクリーン４０ａの内部に入射する。以下では、第３の面４１ａ（テーパスクリーン３４ａの内表面３６）に入射する画像光２１の入射角度θをα１と記載する。また第３の面４１ａで屈折される画像光２１の屈折角度をα２と記載する。なおα１及びα２は、画像光２１の光路と第３の面４１ａの法線方向とのなす角度である。

スクリーン４０ａに入射した画像光２１は、スクリーン４０ａと透明基材３０ａとが接続された接続面（スクリーン４０ａの第４の面４２ａ及び透明基材３０ａの第１の面３１ａ）を通過する。例えばスクリーン４０ａ及び透明基材３０ａの屈折率が近い場合、図５Ｂに示すように、画像光２１はほとんど屈折されずに接続面を通過する。

接続面を通過した画像光２１は、透明基材３０ａの外周面（第２の面３２ａ）、すなわちテーパスクリーン３４ａの外表面３５から出射される。この時、透明基材３０ａの屈折率と、空気の屈折率との違いに伴い、画像光２１は第２の面３２ａで屈折して透明基材３０ａの外側に出射される。以下では、第２の面３２ａ（テーパスクリーン３４ａの外表面３５）における入射角度θをβ１と記載する。また第２の面３２ａで屈折されて出射される画像光２１の出射角度をβ２と記載する。なおβ１及びβ２は、画像光２１の光路と第２の面３２ａの法線方向とのなす角度である。

テーパスクリーン３４ａを通過した画像光２１が外側に出射する場合、屈折率の高い媒質（透明基材３０ａ）から屈折率の低い媒質（空気）に向けて画像光２１が進行することになる。このような場合、界面（第２の面３２ａ）に対する入射角が所定の角度（臨界角）よりも大きい場合には、界面での全反射等が発生する場合がある。例えば、テーパスクリーン３４ａの外表面３５（第２の面３２ａ）に対する入射角β１が大きくなると、外表面３５での全反射が起こり、画像光２１が透明基材３０の内部から空気中に向けて進行することができなくなる。

本実施形態では、テーパスクリーン３４ａを構成するための構成パラメータ（内テーパ角σ１、外テーパ角σ２、水平入射角度θ_h、透過型ホログラム４３の屈折率（ＨＯＥ屈折率）、透明基材３０の屈折率（基材屈折率）、及び透明基材３０の厚み等）が、全反射条件が回避可能なように適宜設定される。ここで全反射条件とは、例えば上記した全反射が生じるような各パラメータの条件である。

このような構成パラメータを用いることで、外表面３５での全反射を回避することが可能となり、テーパスクリーン３４ａ上に適正に画像を表示することが可能となる。なお、後述する他の構成例においても、全反射条件を回避可能なように、テーパスクリーン３４を構成するための構成パラメータが設定される。このように、本開示において、テーパスクリーン３４の形状や材質等は、入射する画像光２１の全反射が生じないように設定される。

表１は、テーパスクリーン３４ａの内テーパ角σ１及び外テーパ角σ２をパラメータとした場合の、入射角α１、屈折角α２、入射角β１、及び出射角β２の算出結果の一例を示す表である。表１では、σ１、σ２、α１、α２、β１、及びβ２の角度が示されている。

なお画像光２１の水平方向に対する水平入射角度θ_hは、５５°に設定されている。またスクリーン４０の屈折率（ＨＯＥ屈折率）及び、透明基材３０の屈折率（基材屈折率）は、ともに１．５に設定されている。また図５Ｂに示すテーパスクリーン３４ａは、（σ１、σ２）＝（４°，４°）に設定されている。

表１では、内外のテーパ角σ１及びσ２が、ともに０°、４°、８°、１２°、１６°及び２０°に設定される。なお、σ１及びσ２が０°である状態は、透明基材３０ａにテーパ面３３が形成されず、円筒形状になっている状態である。

内外のテーパ角σ１及びσ２が同じ値に設定されると、透明基材３０ａ（テーパスクリーン３４ａ）の肉厚は一定となる。このため、表１では、テーパスクリーン３４ａに対する入射角α１と、テーパスクリーン３４ａから出射する出射角β２とが、互いに同様の値となる。またスクリーン４０ａ（第３の面４１ａ）での屈折角α２と、透明基材３０ａの外周面（第２の面３２ａ）に対する入射角β１とが、互いに同様の値となる。

また内外のテーパ角σ１及びσ２を増加させた場合、テーパ形状の傾斜が増大する。この結果、第３の面４１ａの法線方向に対する入射角α１及び屈折角α２が減少する。従って、第２の面３２ａの法線方向に対する入射角β１及び出射角β２が減少する。

例えばσ１及びσ２が４°から２０°に増大した場合、入射角β１（屈折角α２）は、３１．２°から２２．５°に減少し、出射角β２（入射角α１）は、５１°から３５°に減少する。このように、テーパスクリーン３４ａでは、テーパ形状の傾斜が大きくなることで、内表面３６及び外表面３５の法線方向に近い角度で、画像光２１が進行することになる。これにより、上記した全反射条件を容易に回避することが可能である。

従って、テーパスクリーン３４ａは、テーパ形状の傾斜を増加させることが容易な構成であるとも言える。これにより、外光４を反射しやすい外表面３５と、水平方向の拡大倍率の差を緩和させることが可能な内表面３６とを容易に構成することが可能となる。

このように、テーパスクリーン３４ａは、第２の面３２ａが第１のテーパ形状であることにより、外光４の反射方向を下側に向けることが可能となる。この結果、外表面３５での反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる。また、第１の面３１ａが第１のテーパ形状であることにより、スクリーン４０ａに入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率の違いを抑制することが可能となる。この結果、テーパスクリーン３４ａの上下方向における輝度むら等を改善することが可能となる。

また図５Ａに示すように、透明基材３０ａは、第１の面３１ａ及び第２の面３２ａのテーパ角σ１及びσ２が等しいため、均一な厚さの部材となる。これにより、透明基材３０ａの厚さが目立たなくなり、優れた透明性を発揮することが可能となる。この結果、浮遊感のある高品質な画像表示等を実現することが可能となる。

また、表１に示すように、テーパスクリーン３４ａの構成では、内外のテーパ角σ１及びσ２を増加させても、入射角β１が増大しないため、全反射を容易に回避することが可能である。これにより、例えば傾斜の大きい下側テーパ形状のテーパ面３３を、内側及び外側に構成することが可能となり、外光４の反射による不具合や、輝度むらの発生等を十分に回避することが可能である。

図６Ａに示すように、テーパスクリーン３４ｂでは、透明基材３０ｂは、第１の面３１ｂ及び第２の面３２ｂがともに第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また、第１の面３１ｂのテーパ角σ１は、第２の面３２ｂのテーパ角σ２と異なる角度に設定される。スクリーン４０ｂは、透明基材３０ｂの内側のテーパ面（第１の面３１ｂ）に設けられる。

図６Ｂには、水平入射角θ_h＝５５°でテーパスクリーン３４ｂに入射する画像光２１の光路の一例が模式的に図示されている。画像光２１は、テーパスクリーン３４ｂの内側から、スクリーン４０ｂ及び透明基材３０ｂを通過して、テーパスクリーン３４ｂの外側に出射する。なお、図６Ｂに示す光路は、スクリーン４０ｂ（透過型ホログラム４３）における回折等を受けなかった場合の光路である。

表２は、テーパスクリーン３４ｂの内テーパ角σ１及び外テーパ角σ２をパラメータとした場合の、入射角α１、屈折角α２、入射角β１、及び出射角β２の算出結果の一例を示す表である。なお水平入射角度θ_hは、５５°であり、ＨＯＥ屈折率及び基材屈折率は、ともに１．５である。

表２では、内外のテーパ角σ１及びσ２が、（４°，２°）、（８°，４°）、（１２°，６°）、（１６°，８°）、及び（２０°，１０°）に設定される。なお、（０°，０°）は、透明基材３０ａにテーパ面３３が形成されず、円筒形状になっている状態である。また図６Ｂに示すテーパスクリーン３４ｂは、（σ１、σ２）＝（８°，４°）に設定されている。

表２に示す例では、内テーパ角σ１が、外テーパ角σ２よりも大きい値（表２では２倍の値）に設定される。この場合、テーパスクリーン３４ｂの内側には、外側よりも傾斜の急な逆テーパ形状（第１のテーパ形状）のスクリーン４０ｂが構成される。

また、σ１及びσ２が互いに異なる値であるため、例えばテーパスクリーン３４ｂの内表面３６及び外表面３５は平行にはならない。このため、例えばスクリーン４０ｂに入射角α１で入射した光は、入射角α１とは異なる出射角β２で透明基材３０ｂから出射される。

なお、表２に示すように、σ１をσ２の２倍に設定した構成では、透明基材３０ｂの外側の第２の面３２ｂに対する入射角β１は、σ１及びσ２の増加に伴い減少する。例えば、σ１及びσ２が（４°，２°）から（２０°，１０°）に増大した場合、入射角β１は、３３．２°から３２．５°に減少する。内外のテーパ角σ１及びσ２をこのように構成した場合、入射角β１が増大しないため、全反射を容易に回避することが可能である。

テーパスクリーン３４ｂは、第１の面３１ｂが第１のテーパ形状であることにより、スクリーン４０ｂに入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率の違いを抑制することが可能となる。この結果、テーパスクリーン３４ｂの上下方向における輝度むら等を改善することが可能となる。また例えば、第２の面３２ｂが第１のテーパ形状であることにより、外表面３５での反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる。

また第１の面３１ｂのテーパ角σ１は、第２の面３２ｂのテーパ角σ２とは異なるように設定される。この結果、透明基材３０ｂは偏った肉厚（偏肉）の構造を持った部材となる。例えば図６Ｂに示す構成では、透明基材３０ｂは、下側の厚みが大きくなり、上側の厚みが小さくなる。なお、各テーパ角σ１及びσ２の設定の仕方によっては、下側が薄く上側が厚くなるといった構成もあり得る。

このように、テーパ角σ１及びσ２を異なる値に設定することで、例えば上記した輝度むらの抑制や、外光４の反射光量の抑制等を個別に制御することが可能となる。また例えば、テーパスクリーン３４ｂの外観の形状等を変えることなく、内側のテーパ面３３を傾けるといったことが可能となる。

これにより、例えば画像表示装置１００の装置サイズ（直径等）に制約がある場合であっても、第１のテーパ面３３ｂを大きく傾けることが可能である。すなわち、限られた外径制約において内径で見た時により大きなテーパ角σ１を実現することが可能である。この結果、テーパスクリーン３４ｂにおける、上下方向の拡大倍率の差分を十分に小さくすることが可能となる。これにより、サイズの制約等を満たしつつ、上下方向の輝度むらが抑制された全周スクリーン等を実現することが可能となる。

また、透明基材３０ｂの肉厚が偏ることで、例えば、透明基材３０ｂ本体の強度を向上することが可能となる。この結果、例えば射出成型時に透明基材３０ｂが変形するといった事態が回避され、透明基材３０ｂを容易に製造することが可能である。これにより、歩留まりや製造コストを抑制することが可能となる。

図７Ａに示すように、テーパスクリーン３４ｃでは、透明基材３０ｃの内周面（第１の面３１ｃ）及び外周面（第２の面３２ｃ）のうち、第２の面３２ｃが第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また、第１の面３１ｃは、円筒面として構成される。スクリーン４０ｃは、透明基材３０ｃの内側の円筒面（第１の面３１ｃ）に設けられる。すなわち、テーパスクリーン３４ｃは、内表面３６が円筒形状で、外表面３５が逆テーパ形状となる筒形状の構造となる。

図７Ｂには、水平入射角θ_h＝５５°でテーパスクリーン３４ｃに入射する画像光２１の光路の一例が模式的に図示されている。画像光２１は、テーパスクリーン３４ｃの内側から、スクリーン４０ｃ及び透明基材３０ｃを通過して、テーパスクリーン３４ｃの外側に出射する。なお、図７Ｂに示す光路は、スクリーン４０ｃ（透過型ホログラム４３）における回折等を受けなかった場合の光路である。

表３は、テーパスクリーン３４ｃの内テーパ角σ１及び外テーパ角σ２をパラメータとした場合の、入射角α１、屈折角α２、入射角β１、及び出射角β２の算出結果の一例を示す表である。なお水平入射角度θ_hは、５５°であり、ＨＯＥ屈折率及び基材屈折率は、ともに１．５である。

表３では、外テーパ角σ２が、０°、１°、２°、３°、４°、５°、６°、７°、８°に設定される。なお内テーパ角σ１は、０°に設定されている。また図７Ｂに示すテーパスクリーン３４ｃは、（σ１、σ２）＝（０°，５°）に設定されている。

テーパスクリーン３４ｃでは、内テーパ角σ１は、０°で一定であるため、スクリーン４０ｃの第３の面４１ｃの入射角α１及び屈折角α２は、ともに一定の値となる。一方で、外テーパ角σ２の増加に伴い、透明基材３０ｃの第２の面３２ｃにおける入射角β１及び出射角β２は減少する。このため、テーパスクリーン３４ｃにおける内表面３６及び外表面３５での入射角α１及び出射角β２は、互いに異なる値となる。

例えば、σ２が１°から８°に増大した場合、入射角β１は、３２．１°から２５．１°に減少する。このように、スクリーン４０ｃでは、外テーパ角σ２が増大した場合でも、入射角β１が増大しないため、全反射を容易に回避することが可能である。

テーパスクリーン３４ｃは、第２の面３２ｃが第１のテーパ形状であることにより、外表面３５での反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる。また、透明基材３０ｃの内側の第１の面３１ｃは、円筒形状である。従って、第１の面３１ｃに配置されたスクリーン４０ｃも円筒形状となる。これにより、傾斜のない表示面を用いた画像表示を実現することが可能である。

図８Ａに示すように、テーパスクリーン３４ｄでは、透明基材３０ｄの内周面（第１の面３１ｄ）及び外周面（第２の面３２ｄ）のうち、第１の面３１ｄが第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また、第２の面３２ｄは、円筒面として構成される。スクリーン４０ｄは、透明基材３０ｄの内側のテーパ面３３（第１の面３１ｄ）に設けられる。すなわち、テーパスクリーン３４ｄは、外表面３５が円筒形状で、内表面３６が逆テーパ形状となる筒形状の構造となる。

図８Ｂには、水平入射角θ_h＝５５°でテーパスクリーン３４ｄに入射する画像光２１の光路の一例が模式的に図示されている。画像光２１は、テーパスクリーン３４ｄの内側から、スクリーン４０ｄ及び透明基材３０ｄを通過して、テーパスクリーン３４ｄの外側に出射する。なお、図８Ｂに示す光路は、スクリーン４０ｄ（透過型ホログラム４３）における回折等を受けなかった場合の光路である。

表４は、テーパスクリーン３４ｄの内テーパ角σ１及び外テーパ角σ２をパラメータとした場合の、入射角α１、屈折角α２、入射角β１、及び出射角β２の算出結果の一例を示す表である。なお水平入射角度θ_hは、５５°であり、ＨＯＥ屈折率及び基材屈折率は、ともに１．５である。

表４では、内テーパ角σ１が、０°、４°、８°、１２°、１６°、及び２０°に設定される。なお外テーパ角σ２は、０°に設定されている。また図８Ｂに示すテーパスクリーン３４ｄは、（σ１、σ２）＝（４°，０°）に設定されている。

テーパスクリーン３４ｄでは、内テーパ角σ１の増加に伴い、入射角α１、屈折角α２、入射角β１、及び出射角β２がそれぞれ変動する。例えば、内テーパ角σ１が増加することで、テーパスクリーン３４ｄの内表面３６（第３の面４１ｄ）と、外表面３５（第２の面３２ｄ）との角度差が広がる。この結果、σ１の増加に伴い、第２の面３２ｄに対する入射角β１が増加する。

例えばσ１が４°から２０°に増大した場合、入射角β１は、３５．２°から４２．５°に増加する。なお、入射角β１＝４２．５°は、第２の面３２ｄにおいて、透明基材３０ｄから空気中に進行する際の臨界角を超えた値となる。従って、テーパスクリーン３４ｄでは、内テーパ角σ１＝２０°に設定された場合、水平入射角θ_h＝５５°で入射する画像光２１は、第２の面３２ｄで全反射されることになる。

従って、水平入射角θ_hが５５°に設定されている場合、テーパスクリーン３４ｄでは、第２の面３２ｄにおける全反射が回避されるように、内テーパ角σ１が２０°よりも小さい値に適宜設定される。あるいは、全反射条件がクリアされるように、水平入射角θ_hの値を適宜調整するといったことも可能である。このように、本実施形態では、全反射条件が回避可能となる範囲で、各構成パラメータが設定される。

テーパスクリーン３４ｄは、第１の面３１ｄが第１のテーパ形状であることにより、スクリーン４０ｄに入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率の違いを抑制することが可能となる。この結果、テーパスクリーン３４ｄの上下方向における輝度むら等を改善することが可能となる。また透明基材３０ｄの外側の第２の面３２ｄは、円筒形状である。これにより、傾斜のない外観を持った画像表示装置１００を実現することが可能であり、例えば清掃やメンテナンス等が容易になる。

上記したテーパスクリーン３４ａ～３４ｄを構成するための各構成パラメータは、あくまで一例である。例えば、各構成パラメータは、上記した全反射条件を解消可能な範囲で、全周画像等を適正に表示することが可能となるように、適宜設定される。

例えば、内テーパ角σ１は、０°より大きい角度で適宜設定される。内テーパ角σ１を設定して、テーパスクリーン３４の内表面３６をテーパ面３３とすることで、輝度むら等を改善することが可能である。例えば、内テーパ角σ１は、１°以上４５°以下の範囲で設定される。これにより輝度むら等を十分に抑制しつつ、所望の形状の表示面（スクリーン４０）等をバランスよく構成することが可能である。

また例えば、外テーパ角σ２は、０°より大きい角度で適宜設定される。外テーパ角σ２を設定して、テーパスクリーン３４の外表面３５をテーパ面３３とすることで、例えばテーパスクリーン３４ｂに入射する外光４がユーザ３に向けて反射されるといった事態を回避することが可能となり、透明性を向上することが可能である。例えば、外テーパ角σ２は、１°以上４５°以下の範囲で設定される。これにより外光の反射光量等を十分に抑制しつつ、様々な形状の全周スクリーン等を構成することが可能である。

水平入射角度θ_hは、例えばテーパスクリーン３４の用途や形状等に応じて、適正に画像が表示されるように、適宜設定される。あるいは、テーパスクリーン３４に用いられるスクリーン４０の回折特性に応じて、水平入射角度θ_hが設定されてもよい。また例えば、各テーパ角に制約がある場合には、テーパ角に応じて水平入射角度θ_hが設定されてもよい。

またスクリーン４０及び透明基材３０の屈折率は、例えば全反射条件がクリアされるように、１よりも大きい値に設定される。なお、スクリーン４０及び透明基材３０の屈折率は、互いに同様の値に設定されてもよいし、互いに異なる値に設定されてもよい。この他、構成パラメータとして、透明基材３０の厚みや、スクリーン４０の厚み等が適宜設定されてよい。

図９は、外面型のテーパスクリーン３４の構成例を示す模式図である。外面型のテーパスクリーン３４では、テーパスクリーン３４の外表面３５にスクリーン４０（透過型ホログラム４３）が設けられる。すなわち、外面型のテーパスクリーン３４では、スクリーン４０は、透明基材３０の第２の面３２に配置される。

図９の（ａ）～（ｄ）には、外面型のテーパスクリーン３４ｅ～３４ｈを搭載した画像表示装置１００の光軸１を含む面で切断した断面図が模式的に図示されている。なお、テーパスクリーン３４ｅ～３４ｈは、例えば上記したテーパスクリーン３４ａ～３４ｄにおいて、スクリーン４０を透明基材３０の外側に配置した場合の構成と同様の構成となっている。

図９の（ａ）に示すように、外面型のテーパスクリーン３４ｅの透明基材３０ｅは、内側の第１の面３１ｅ及び外側の第２の面３２ｅに第１のテーパ形状であるテーパ面３３が形成される。また、透明基材３０ｅの第１の面３１ｅ及び第２の面３２ｅのテーパ角σ１及びσ２は互いに同様の値に設定される。従って、透明基材３０ｅは、内周面及び外周面がともに同じテーパ角のテーパ面で構成された、均一な肉厚の構造を有する。

また透明基材３０ｅの第２の面３２ｅには、スクリーン４０ｅ（透過型ホログラム４３）が配置される。より詳しくは、スクリーン４０ｅの内側の第３の面４１ｅが、第２の面３２ｅに接触するように、スクリーン４０ｅが配置される。スクリーン４０ｅの外側の第４の面４２ｅは画像表示装置１００の外側に向けられる面となる。

このように、外面型のテーパスクリーン３４ｅでは、透明基材３０ｅの内周面（第１の面３１ｅ）が内表面３６となり、スクリーン４０ｅの外周面（第４の面４２ｅ）が外表面３５となる。またテーパスクリーン３４ｅの外側には、第１のテーパ形状を有するスクリーン４０ｅが配置される。

例えば、出射部２０ｅから出射された画像光２１は、反射ミラー５０ｅにより反射されて、所定の入射角度θで、透明基材３０ｅの第１の面３１ｅに入射する。第１の面３１ｅに入射した画像光２１は、透明基材３０ｅとスクリーン４０ｅとの接続面（透明基材３０ｅの第２の面３２ｅ及びスクリーン４０ｅの第３の面４１ｅ）を通過して、スクリーン４０ｅに侵入する。そしてスクリーン４０ｅに記録された干渉縞により回折され、拡散光２４として、第４の面４２ｅから出射する。

テーパスクリーン３４ｅでは、第１のテーパ形状であるスクリーン４０ｅ（第４の面４２ｅ）に外光が入射する。従って例えば、円筒スクリーン等に入射した場合と比べ、スクリーン４０ｅに入射した外光４は、より下方に向けて反射される。これにより、ユーザ３により視覚される外光４の反射光量等を低下させることが可能となる。この結果、テーパスクリーン３４ｅの透明性を向上することが可能となる。

またテーパスクリーン３４ｅでは、下側に向かって直径が小さくなる。これにより、スクリーン４０ｅに入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率の違いを抑制することが可能となる。この結果、スクリーン４０ｅの上下方向における輝度むら等を改善することが可能となる（図４参照）。

テーパスクリーン３４ｅの透明基材３０ｅは、均一な肉厚の構造である。これにより、透明基材３０ｅの厚さが目立たなくなり、優れた透明性を発揮することが可能となる。この結果、浮遊感のある高品質な画像表示等を実現することが可能となる。このように、スクリーン４０ｅが外側に配置される場合であっても、第１のテーパ形状を有する透明基材３０ｅを用いることで、高品位な画像表示を実現することが可能である。

図９の（ｂ）に示すテーパスクリーン３４ｆでは、透明基材３０ｆは、内側の第１の面３１ｆ及び外側の第２の面３２ｆがともに第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また、第１の面３１ｆのテーパ角σ１は、第２の面３２ｆのテーパ角σ２と異なる角度に設定される。スクリーン４０ｆは、透明基材３０ｆの外側のテーパ面３３（第２の面３２ｆ）に設けられる。

テーパスクリーン３４ｆでは、透明基材３０ｆの外側の第２の面３２ｆが第１のテーパ形状であることにより、スクリーン４０ｆが第１のテーパ形状となる。これにより、スクリーン４０ｆに入射する外光４の反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる。また透明基材３０ｆを通過してスクリーン４０ｆに入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率の違いを抑制することが可能となる。この結果、テーパスクリーン３４ｆの上下方向における輝度むら等を改善することが可能となる。

また第１の面３１ｆのテーパ角σ１は、第２の面３２ｆのテーパ角σ２とは異なるように設定される。このため、透明基材３０ｆは偏った肉厚の構造を持った部材となる。透明基材３０ｆの肉厚が偏ることで、例えば、透明基材３０ｆ本体の強度を向上することが可能となる。これにより、例えば透明基材３０ｂを容易に製造することが可能となる。

図９の（ｃ）に示すテーパスクリーン３４ｇでは、透明基材３０ｇの第１の面３１ｇ及び第２の面３２ｇのうち、外側の第２の面３２ｇが第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また、第１の面３１ｇは、円筒面として構成される。スクリーン４０ｇは、透明基材３０ｇの外側のテーパ面３３（第２の面３２ｇ）に設けられる。

テーパスクリーン３４ｇでは、透明基材３０ｇの外側の第２の面３２ｇが第１のテーパ形状であることにより、スクリーン４０ｇが第１のテーパ形状となる。これにより、外光４の反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる。またスクリーン４０ｆに入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率の違いが抑制され、輝度むら等を改善することが可能となる。

図９の（ｄ）に示すテーパスクリーン３４ｈでは、透明基材３０ｈの第１の面３１ｈ及び第２の面３２ｈのうち、内側の第１の面３１ｈが第１のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また、第２の面３２ｈは、円筒面として構成される。スクリーン４０ｈは、透明基材３０ｈの外側の円筒面（第２の面３２ｈ）に設けられる。

テーパスクリーン３４ｈは、例えば円筒型の全周スクリーンとして機能する。またテーパスクリーン３４ｈは、内側の第１の面３１ｈが第１のテーパ形状となることで、装置の下方から上方にかけて肉厚が薄くなる構造となる。これにより、例えばテーパスクリーン３４ｈの強度を十分に向上することが可能となる。

以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、出射部２０から光軸１に沿って出射された画像光２１が、出射部２０に対向して配置された反射ミラー５０に入射する。反射ミラー５０により、出射部２０から出射された画像光２１のスクリーン４０に対する入射角度θが制御される。スクリーン４０は、透明基材３０のテーパ面３３に沿って光軸１の周囲の少なくとも一部に配置される。テーパ面３３を設けることで表示の品質を向上することが可能となり、全周スクリーン等に対して高品質な画像表示を実現することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の画像表示装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示装置における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。

図１０は、第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。画像表示装置２００は、台座２１０と、出射部２２０と、透明基材２３０と、スクリーン２４０と、屈折部２５０とを有する。台座２１０は、円筒形状であり画像表示装置２００の下方の部分に設けられる。

出射部２２０は、円筒形状の台座２１０の略中心の位置に上方に向けて設置される。図１０では、出射部２２０の上方に向けて光軸１に沿って画像光２１が出射される様子が模式的に図示されている。図１０では、出射角度が小さく光軸１に近い内側の光路２２ｃと、出射角度が大きく光軸１から離れた外側の光路２２ｄとが模式的に図示されている。

透明基材２３０は、光軸１を中心軸とする回転対称な筒形状であり、台座２１０の上方に接続される。透明基材２３０は、光軸１側に向けられた第１の面２３１と、第１の面２３１とは反対側の第２の面２３２とを有する。第１の面２３１は、透明基材２３０の内側の内周面である。また第２の面２３２は、透明基材２３０の外側の外周面である。

透明基材２３０は、光軸１に対してテーパ形状となるテーパ面３３を有する。すなわち、透明基材２３０は、テーパが付けられたテーパ付の円筒である。図１に示す例では、第１の面２３１及び第２の面２３２がともにテーパ面３３となるように、透明基材２３０が構成される。従って、透明基材２３０は、外側及び内側がともにテーパ形状である筒形状となる。

本実施形態では、テーパ面３３は、出射部２２０から屈折部２５０に向かう方向に沿って狭まる第２のテーパ形状を有する。すなわち第２のテーパ形状は、装置の上方向（白抜きの矢印）に沿って径が細くなる上側テーパ形状（順テーパ形状）であるとも言える。なお、第２のテーパ形状は、上記した第１のテーパ形状とは、径が細くなる向きが異なる。

図１０に示す例では、透明基材２３０は、第１の面２３１及び第２の面２３２がともに第２のテーパ形状のテーパ面３３となるように構成される。また第２のテーパ形状は、線形テーパ形状であり、例えば透明基材２３０の光軸１を含む面における断面は直線形状となる。

また図１０に示す透明基材２３０では、第１の面２３１のテーパ角は、第２の面２３２のテーパ角と同様の角度に設定される。第１の面２３１と第２の面２３２とのテーパ角が一致する場合、透明基材２３０の肉厚は、透明基材２３０全体で均一な値となる。

なお、第１の面２３１と第２の面２３２とのテーパ角が異なるように構成することや、第１の面２３１及び第２の面２３２のどちらか一方にテーパ面３３を形成するといった構成を採用することも可能である。また、本実施形態では、第１の面２３１及び第２の面２３２の一方を第１のテーパ形状とし、他方を第２のテーパ形状とするといった構成も可能である。これら他の構成については、後に詳しく説明する

スクリーン２４０は、透過型ホログラム４３であり、透明基材２３０のテーパ面３３に沿って光軸１の周囲の全周にわたって配置される。スクリーン２４０は、光軸１側に向けられた第３の面２４１と、第３の面２４１とは反対側の第４の面２４２とを有する。

図１に示す例では、スクリーン２４０は、第１の面２３１に配置される。具体的には、透明基材２３０の内側の第１の面２３１とスクリーン２４０の外側の第４の面２４２とが接するように、スクリーン２４０が配置される。従って、スクリーン２４０は、光軸１を中心軸とする回転対称なテーパ形状（第１のテーパ形状）となる。以下では、透明基材２３０及びスクリーン２４０により構成される表示部材をテーパスクリーン２３４と記載する。

屈折部２５０は、回転対称な形状を有し、中心軸（対称軸）が光軸１と一致するように、出射部２２０に対向して画像光２１の光路上に配置される。屈折部２５０は、出射部２２０により出射された画像光２１を屈折させてスクリーン２４０に出射する屈折面２５１を有する。すなわち屈折部２５０は、出射部２２０から出射された画像光２１をスクリーン２４０に直接投影する。なお屈折部２５０は、単一の屈折面２５１を用いて構成されてもよいし、複数の屈折面２５１を用いて構成されてもよい。屈折面２５１の数や種類等は限定されない。本実施形態では、屈折部２５０は、光学部に相当する。

屈折面２５１は、出射部２２０により出射された画像光２１のスクリーン２４０に対する入射角度が略一定となるように、入射する画像光２１を屈折させる。従って、図１０に示すように、屈折面２５１（屈折部２５０）から出射された画像光２１は略平行光としてスクリーン２４０に入射する。

屈折面２５１は、例えば所定の屈折率を有する水晶やガラス等の光学材料の表面に形成される。一般に屈折面２５１に入射した光は、屈折面２５１に対する入射角度及び光学材料の屈折率等に応じた一定の出射角度で出射される。例えば、出射部２２０から出射された画像光２１の光路ごとに、屈折面２５１を適宜構成することで、屈折面２５１からの出射角度、すなわち屈折後の光路の向きを制御することが可能となる。

屈折部２５０としては、例えば非球面な屈折面を持つ非球面レンズ、フレネル面を有するフレネルレンズ、及び所定の屈折率分布を有する光学素子（液晶レンズ等）等が用いられる。また例えば、凹レンズや凸レンズ等の屈折レンズや平行プリズム等が屈折部２５０として用いられてもよい。あるいは、これらの光学素子を組み合わせて、屈折部２５０が構成されてもよい。この他、屈折部２５０の具体的な構成は限定されない。

図１０に示すように、出射部２２０から出射された画像光２１は、屈折部２５０に入射する。屈折部２５０に入射した画像光２１は、屈折部２５０により適宜屈折されて略平行光としてスクリーン２４０に向けて出射される。これにより、スクリーン２４０には、入射角度θが略一定の画像光２１が入射することになる。

例えば、出射部２２０から光軸１に近い光路２２ｃに沿って出射された画像光２１は、屈折部２５０の中央付近を通過して、スクリーン２４０の上方に入射する。一方で、光軸１から離れた光路２２ｄに沿って出射された画像光２１は、屈折部２５０の周縁付近を通過して、スクリーン２４０の下方に入射する。このように、屈折部２５０を用いて画像光２１を投影する場合、画像光２１の光路が光軸１に近いほど、スクリーン２４０（テーパスクリーン２３４）の上方に画像光２１が入射する。

従って、例えば円筒スクリーン（図４参照）が用いられる場合には、円筒スクリーンの上方に表示される画像光２１の水平方向（Ｘ方向）の拡大倍率が大きくなる。この結果、円筒スクリーンの上方に表示される画像の輝度が、下方に表示される画像の輝度に比べ低下し、輝度むらが発生する恐れがある。また円筒スクリーンの上方であるほど、画像が荒くなるといった可能性が生じる。

これに対し、図１０に示すスクリーン２４０は、第２のテーパ形状のテーパ面３３（透明基材２３０の第１の面２３１）に形成されたテーパ型のスクリーンである。従って、スクリーン２４０の直径は、上方ほど小さくなる。この結果、スクリーン２４０の上方に入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率と、スクリーン２４０の下方に入射する画像光２１の水平方向の拡大倍率との差は、例えば円筒スクリーン等を用いる場合に比べて、十分に小さくなる。

この結果、スクリーン２４０に表示される画像の、上下方向の輝度むら等を十分に抑制することが可能となる。また、上方で画像が荒くなるといった事態を抑制することが可能である。このように、屈折部２５０を用いて画像を投射する構成であっても、第２のテーパ形状であるテーパ面３３上にスクリーン２４０が構成されたテーパスクリーン２３４を用いることで、輝度むら等を抑制し高品質な画像表示を実現することが可能である。

図１１は、内面型のテーパスクリーン２３４の構成例を示す模式図である。内面型のテーパスクリーン２３４では、テーパスクリーン２３４の内表面にスクリーン２４０（透過型ホログラム４３）が設けられる。図１１の（ａ）～（ｆ）には、内面型のテーパスクリーン２３４ａ～２３４ｆを搭載した画像表示装置２００の光軸１を含む面で切断した断面図が模式的に図示されている。

図１１の（ａ）に示すテーパスクリーン２３４ａは、例えば図１０に示すテーパスクリーン２３４と同様に構成される。すなわち、透明基材２３０ａの内側の第１の面２３１ａ及び外側の第２の面２３２ａには、ともに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、第１の面２３１ａの内テーパ角は、第２の面２３２ａの外テーパ角と同様の角度に設定される。スクリーン２４０ａは、第１の面２３１ａに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ａでは、例えば第１の面２３１ａ（スクリーン２４０ａ）が第２のテーパ形状であることで、上記したようにスクリーン２４０ａの上下方向における輝度むら等を抑制することが可能である。また内外のテーパ角が同様の角度に設定されるため、透明基材２３０ａは均一な肉厚となり、透明性を向上することが可能である。

また、第２のテーパ形状は、例えばテーパ面３３の上部が光軸１に近づくように傾斜した形状であると言える。例えばこのようなテーパ面３３に画像を表示することで、画像表示装置２００の上方から視聴しやすい画面を構成することが可能となる。

また、本実施形態では、画像表示装置２００の下方から上方に向けて出射された画像光２１がスクリーン２４０に入射する。すなわち、スクリーン２４０ａには、上側に向けて進行する画像光２１が投射される。このような構成では、装置の斜め上方向に向かう画像光２１の輝度等を容易に増大させることが可能である。これにより、第２のテーパ形状のスクリーン２４０ａに表示される画像を上方から観察した場合等に、画像の輝度を容易に向上させることが可能である。

図１１の（ｂ）に示すテーパスクリーン２３４ｂでは、透明基材２３０ｂの内側の第１の面２３１ｂ及び外側の第２の面２３２ｂの両方に、第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、第１の面２３１ｂの内テーパ角は、第２の面２３２ｂの外テーパ角とは異なる角度に設定される。スクリーン２４０ｂは、第１の面２３１ｂに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｂでは、例えば第１の面２３１ｂ（スクリーン２４０ｂ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また内外のテーパ角が異なる角度に設定されるため、透明基材２３０ｂは不均一な肉厚となる。これにより、透明基材２３０ｂの強度が向上し、射出成型等を用いて容易に製造することが可能となる。

図１１の（ｃ）に示すテーパスクリーン２３４ｃでは、透明基材２３０ｃの第１の面２３１ｃ及び第２の面２３２ｃのうち、外側の第２の面２３２ｃに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、内側の第１の面２３１ｃには、円筒面が形成される。スクリーン２４０ｃは、第１の面２３１ｃに配置され、円筒形状となる。

テーパスクリーン２３４ｃでは、例えば第２の面２３２ｃが第２のテーパ形状であり、第１の面２３１ｃが円筒形状であることで、装置の下方から上方にかけて肉厚が薄くなる構造となる。これにより、例えばテーパスクリーン２３４ｈの強度を向上することが可能となる。また第１の面２３１ｃは、円筒形状であるため、傾斜のない表示面を用いた画像表示を実現することが可能である。

図１１の（ｄ）に示すテーパスクリーン２３４ｄでは、透明基材２３０ｄの第１の面２３１ｄ及び第２の面２３２ｄのうち、内側の第１の面２３１ｄに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、外側の第２の面２３２ｄには、円筒面が形成される。スクリーン２４０ｄは、第１の面２３１ｄに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｄでは、例えば第１の面２３１ｄ（スクリーン２４０ｄ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また第２の面２３２ｄは、円筒形状であるため、傾斜のない外観を持った画像表示装置２００を実現することが可能である。

図１１の（ｅ）に示すテーパスクリーン２３４ｅでは、透明基材２３０ｅの内側の第１の面２３１ｅに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、外側の第２の面２３２ｅに第１のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。スクリーン２４０ｅは、第１の面２３１ｅに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｅでは、例えば第１の面２３１ｅ（スクリーン２４０ｅ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また第２の面２３２ｅは、第１のテーパ形状であるため、装置の上方から入射する外光４等の反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる（図３参照）。

図１１の（ｆ）に示すテーパスクリーン２３４ｆでは、透明基材２３０ｆの内側の第１の面２３１ｆに第１のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、外側の第２の面２３２ｆに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。スクリーン２４０ｆは、第１の面２３１ｆに配置され、第１のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｆでは、例えば第２の面２３２ｆが第２のテーパ形状であり、第１の面２３１ｆ（スクリーン２４０ｆ）が第１のテーパ形状であることで、装置の下方から上方にかけて肉厚が薄くなる構造となる。これにより、例えばテーパスクリーン２３４ｈの強度を向上するとともに、下側に重心のあるテーパスクリーン２３４ｈを構成することが可能となる。これにより、装置の安定性を向上することが可能となる。

図１２は、外面型のテーパスクリーン２３４の構成例を示す模式図である。外面型のテーパスクリーン２３４では、テーパスクリーン２３４の外表面にスクリーン２４０（透過型ホログラム４３）が設けられる。図１２の（ａ）～（ｆ）には、外面型のテーパスクリーン２３４ｇ～２３４ｌを搭載した画像表示装置２００の光軸１を含む面で切断した断面図が模式的に図示されている。

なお、テーパスクリーン２３４ｇ～２３４ｌは、例えば図１１を参照して説明したテーパスクリーン２３４ａ～２３４ｆにおいて、スクリーン２４０を透明基材２３０の外側の第２の面２３２に配置した場合と同様の構成となっている。

図１２の（ａ）に示すテーパスクリーン２３４ｇでは、透明基材２３０ｇの内側の第１の面２３１ｇ及び外側の第２の面２３２ｇの両方に、第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、第１の面２３１ｇの内テーパ角は、第２の面２３２ｇの外テーパ角とは異なる角度に設定される。スクリーン２４０ｇは、第２の面２３２ｇに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｇでは、例えば第２の面２３２ｇ（スクリーン２４０ｇ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また内外のテーパ角が同様の角度に設定されるため、透明基材２３０ｇは均一な肉厚となる。これにより、テーパスクリーン２３４ｇの透明性を向上することが可能となる。

図１２の（ｂ）に示すテーパスクリーン２３４ｈでは、透明基材２３０ｈの内側の第１の面２３１ｈ及び外側の第２の面２３２ｈの両方に、第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、第１の面２３１ｈの内テーパ角は、第２の面２３２ｈの外テーパ角とは異なる角度に設定される。スクリーン２４０ｂは、第２の面２３２ｈに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｈでは、例えば第２の面２３２ｈ（スクリーン２４０ｈ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また内外のテーパ角が異なる角度に設定されるため、透明基材２３０ｈは不均一な肉厚となる。これにより、透明基材２３０ｈの強度が向上し、射出成型等を用いて容易に製造することが可能となる。

図１２の（ｃ）に示すテーパスクリーン２３４ｉでは、透明基材２３０ｉの第１の面２３１ｉ及び第２の面２３２ｉのうち、外側の第２の面２３２ｉに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、内側の第１の面２３１ｉには、円筒面が形成される。スクリーン２４０ｉは、第２の面２３２ｉに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｉでは、例えば第２の面２３２ｉ（スクリーン２４０ｉ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また、第１の面２３１ｉが円筒形状であることで、装置の下方から上方にかけて肉厚が薄くなる構造となる。これにより、例えばテーパスクリーン２３４ｉの強度を向上することが可能となる。

図１２の（ｄ）に示すテーパスクリーン２３４ｊでは、透明基材２３０ｊの第１の面２３１ｊ及び第２の面２３２ｊのうち、内側の第１の面２３１ｊに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、外側の第２の面２３２ｊには、円筒面が形成される。スクリーン２４０ｊは、第２の面２３２ｊに配置され、円筒形状となる。

テーパスクリーン２３４ｊでは、例えば第１の面２３１ｊが第２のテーパ形状であり、第２の面２３２ｊが円筒形状であることで、例えばテーパスクリーン２３４ｊの強度を向上することが可能である。また第２の面２３２ｊは、円筒形状であるため、傾斜のない表示面を用いた画像表示を実現することが可能である。

図１２の（ｅ）に示すテーパスクリーン２３４ｋでは、透明基材２３０ｋの内側の第１の面２３１ｋに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、外側の第２の面２３２ｋに第１のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。スクリーン２４０ｋは、第２の面２３２ｋに配置され、第１のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｋでは、例えば第２の面２３２ｅ、すなわちスクリーン２４０ｅが、第１のテーパ形状である。このため、装置の上方から入射する外光４等の反射光量が抑制され、透明性を向上することが可能となる。

図１２の（ｆ）に示すテーパスクリーン２３４ｌでは、透明基材２３０ｌの内側の第１の面２３１ｌに第１のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。また、外側の第２の面２３２ｌに第２のテーパ形状となるテーパ面３３が構成される。スクリーン２４０ｌは、第２の面２３２ｌに配置され、第２のテーパ形状となる。

テーパスクリーン２３４ｌでは、例えば第２の面２３２ｌ（スクリーン２４０ｌ）が第２のテーパ形状であることで、輝度むら等を抑制することが可能である。また例えば、透明基材２３０の内外の面が第２のテーパ形状及び第１のテーパ形状であることで、装置の下方から上方にかけて肉厚が薄くなる構造となり、下側に重心のあるテーパスクリーン２３４ｌを構成することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

上記の実施形態では、スクリーンとして透過型のＨＯＥ（透過型ホログラム）が用いられた。これに限定されず、例えば反射型のＨＯＥ（反射型ホログラム）が用いられてもよい。反射型ホログラムは、例えば所定の入射角度で入射する光を、その光が入射した面から出射するように回折するホログラムである。この場合、ユーザは全周スクリーンにおいて奥側のスクリーンで回折されて手前側のスクリーンを透過した光を視覚することになる。これにより、例えば凹面状のスクリーンに表示された画像等を提供することが可能となる。例えばこのような構成が用いられてもよい。

また光を回折する回折光学素子をもちいたスクリーンに限定されず、他のスクリーンが用いられてもよい。例えばスクリーンとして、フレネルスクリーンが用いられてもよい。フレネルスクリーンは、例えばフレネルパターンを備えた屈折型のスクリーンである。例えばシート型のフレネルスクリーンをテーパ面を備えた透明基材に貼合してテーパスクリーンが構成されてもよい。

上記の実施形態では、出射部の光軸の全周にわたってスクリーンが配置された。このような全周スクリーンに限定されず、光軸の周囲の一部に配置されるスクリーンが用いられてよい。すなわち、光軸の周りを部分的に覆うようなスクリーンが構成されてもよい。例えば、断面が半円形や円弧状となるようなテーパスクリーンが構成されてもよい。また円形を基準とした形状の他に、楕円形状や双曲線形状の断面を有するテーパスクリーンが構成されてもよい。

上記では、放物面により構成された反射面を備えた反射ミラーが用いられた。反射面の形状等は限定されず、例えばスクリーンの形状等に合わせて画像光を反射することが可能な任意の反射面が用いられてよい。例えば、反射面は放物面とは異なる非球面（自由曲面等）として構成されてもよい。自由曲面は、例えばスクリーンに対する画像光の入射角度θを略一定にするように構成される。このような曲面は、例えば光路シミュレーション等に基づいて設計することが可能である。

本開示において、「同じ」「同様」「等しい」「直交」等は、「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に直交」等を含む概念とする。例えば「完全に同じ」「完全に等しい」「完全に直交」等を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）に含まれる状態も含まれる。

以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）所定の軸に沿って画像光を出射する出射部と、
前記所定の軸に対してテーパ形状となるテーパ面を有する透明基材と、
前記テーパ面に沿って前記所定の軸の周囲の少なくとも一部に配置される照射対象物と、
前記所定の軸を基準として前記出射部に対向して配置され、前記出射部により出射された前記画像光の前記照射対象物に対する入射角度を制御する光学部と
を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
前記透明基材は、前記所定の軸側に向けられた第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、
前記テーパ面は、前記第１及び前記第２の面の少なくとも一方に形成される
画像表示装置。
（３）（２）に記載の画像表示装置であって、
前記透明基材は、前記照射対象物を支持する
画像表示装置。
（４）（３）に記載の画像表示装置であって、
前記照射対象物は、前記第１及び前記第２の面の少なくとも一方に配置される
画像表示装置。
（５）（２）から（４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記テーパ面は、前記出射部から前記光学部に向かう方向に沿って広がる第１のテーパ形状を有する
画像表示装置。
（６）（５）に記載の画像表示装置であって、
前記透明基材は、前記第１及び前記第２の面がともに前記第１のテーパ形状の前記テーパ面となるように構成される
画像表示装置。
（７）（６）に記載の画像表示装置であって、
前記第１のテーパ形状は、線形テーパ形状であり、
前記第１の面のテーパ角は、前記第２の面のテーパ角と同様の角度に設定される
画像表示装置。
（８）（６）に記載の画像表示装置であって、
前記第１のテーパ形状は、線形テーパ形状であり、
前記第１の面のテーパ角は、前記第２の面のテーパ角と異なる角度に設定される
画像表示装置。
（９）（５）に記載の画像表示装置であって、
前記透明基材は、前記第１及び前記第２の面のうち一方が前記第１のテーパ形状の前記テーパ面となるように構成される
画像表示装置。
（１０）（５）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記光学部は、前記出射部により出射された前記画像光を、前記照射対象物に反射する反射面を有する
画像表示装置。
（１１）（２）から（１０）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記テーパ面は、前記出射部から前記光学部に向かう方向に沿って狭まる第２のテーパ形状を有する
画像表示装置。
（１２）（１１）に記載の画像表示装置であって、
前記光学部は、前記出射部により出射された前記画像光を屈折させて前記照射対象物に出射する屈折面を有する
画像表示装置。
（１３）（１）から（１２）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記光学部は、前記画像光の前記照射対象物に対する前記入射角度を略一定にする
画像表示装置。
（１４）（１）から（１３）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記照射対象物は、前記所定の軸の周囲の全周にわたって配置される
画像表示装置。
（１５）（１）から（１４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記照射対象物は、回折光学素子を用いたスクリーンである
画像表示装置。
（１６）（１）から（１５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記照射対象物は、シート状のホログラムスクリーンである
画像表示装置。
（１７）（１）から（１５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記照射対象物は、前記透明基材に塗布された感光材料を露光して形成される体積型ホログラムスクリーン、及び前記透明基材を加工して形成されるレリーフ型ホログラムスクリーンのいずれか一方である
画像表示装置。
（１８）（１）から（１４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記照射対象物は、フレネルスクリーンである
画像表示装置。

１…光軸
４…外光
２０、２２０…出射部
２１…画像光
２４…拡散光
３０、３０ａ～３０ｈ、２３０、２３０ａ～２３０ｌ…透明基材
３１、３１ａ～３１ｈ、２３１、２３１ａ～２３１ｌ…第１の面
３２、３２ａ～３２ｈ、２３２、２３２ａ～２３２ｌ…第２の面
３３…テーパ面
３４、３４ａ～３４ｈ、２３４、２３４ａ～２３４ｌ…テーパスクリーン
４０、４０ａ～４０ｈ、２４０、２４０ａ～２４０ｌ…スクリーン
４３…透過型ホログラム
５０…反射ミラー
２５０…屈折部
１００、２００…画像表示装置

Claims (10)

1. 所定の軸に沿って画像光を出射する出射部と、
   前記所定の軸に対してテーパ形状となるテーパ面を有する透明基材と、
   前記テーパ面に沿って前記所定の軸の周囲の少なくとも一部に配置される照射対象物と、
   前記所定の軸を基準として前記出射部に対向して配置され、前記出射部により出射された前記画像光の前記照射対象物に対する入射角度を制御する光学部と
   を具備し、
   前記透明基材は、前記所定の軸側に向けられた第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、前記第１及び前記第２の面がともに前記出射部から前記光学部に向かう方向に沿って広がる第１のテーパ形状を有する前記テーパ面となるように構成され、
   前記第１のテーパ形状は、線形テーパ形状であり、
   前記第１の面のテーパ角は、前記第２の面のテーパ角と異なる角度に設定される
   画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記透明基材は、前記照射対象物を支持する
   画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
   前記照射対象物は、前記第１及び前記第２の面の少なくとも一方に配置される
   画像表示装置。
4. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記光学部は、前記出射部により出射された前記画像光を、前記照射対象物に反射する反射面を有する
   画像表示装置。
5. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記光学部は、前記画像光の前記照射対象物に対する前記入射角度を略一定にする
   画像表示装置。
6. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記照射対象物は、前記所定の軸の周囲の全周にわたって配置される
   画像表示装置。
7. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記照射対象物は、回折光学素子を用いたスクリーンである
   画像表示装置。
8. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記照射対象物は、シート状のホログラムスクリーンである
   画像表示装置。
9. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記照射対象物は、前記透明基材に塗布された感光材料を露光して形成される体積型ホログラムスクリーン、及び前記透明基材を加工して形成されるレリーフ型ホログラムスクリーンのいずれか一方である
   画像表示装置。
10. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
    前記照射対象物は、フレネルスクリーンである
    画像表示装置。

Images