WO2012147642A1

WO2012147642A1 - 映像表示装置

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Publication number: WO2012147642A1
Application number: PCT/JP2012/060685
Authority: WO
Inventors: 健太郎今村; 嶋谷　貴文
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-11-01
Anticipated expiration: 2013-10-27

Abstract

　映像表示装置（１０２）は、映像を光として出射する１以上の表示部を含む表示部群（１）と、表示部群（１）のうちのいずれかの表示部である第１表示部（１１）を光源とする光を受けて第１偏光状態の第１光（８１）として出射する光学素子（２）と、第１偏光状態の光を透過し、第２偏光状態の光を反射する性質を有する反射型偏光板（３）とを備える。反射型偏光板（３）は、表示部群（１）のうちのいずれかの表示部であって第１表示部（１１）と同一体または別体である第２表示部（１２）を光源とする光を受けて反射することによって第２偏光状態の第２光（８２）を出射する。映像表示装置（１０２）は、光学素子（２）から出射して反射型偏光板（３）を透過した第１光（８１）と、第２光（８２）とを組み合わせることによって映像（４）として表示する。

Description

映像表示装置

　本発明は、映像表示装置に関するものである。

　一般的な鏡は、観察者から見たとき、鏡の手前に置いた物体の像を、鏡の奥側に生成する。このように生成される像は「虚像」と呼ばれる。虚像は鏡の向こう側に見えるので、観察者はその虚像の位置に手を伸ばすことはできない。これに対して、板状の光学素子の奥側に置いた物体の像を手前側に生成する光学素子が提案されている。このように生成される像は「実像」と呼ばれる。実像の場合、光学素子より手前の空中にあたかも物体が存在しているかのような感覚を観察者に与える。他に遮るものがない場合には、観察者はその実像の位置にまで手を伸ばすことができる。このような実像を「空中映像」とも呼ぶ。

　空中映像を生成する光学素子は、国際公開ＷＯ２００７／１１６６３９Ａ１（特許文献１）、特開２００９－２７６６９９号公報（特許文献２）に記載されている。

　一方、鏡の手前に置いた物体の実像を鏡の手前の空中に生成することができる光学素子も提案されており、特開２００９－４２３３７号公報（特許文献３）に記載されている。

　さらに、特開２００９－３００６２３号公報（特許文献４）には、空中映像と他の平面表示映像とを組み合わせる構成が記載されている。

　特許文献４に記載された表示装置は、平板状のベースに正方形の穴を多数形成して各穴の内部で隣接して直交する２つの内壁面に平滑鏡面処理を施し、各穴が２面コーナーリフレクタとして機能を発揮するようにしたもの、すなわち、２面コーナーリフレクタアレイを備えている。これにより、この表示装置は、２面コーナーリフレクタアレイの下側に配置された観察対象物の実像を上側の面対称な位置に結像させる構成となっている。この２面コーナーリフレクタアレイでは、ベースの上面にも平滑鏡面処理を施すことで、反射面が形成されている。この表示装置では、２面コーナーリフレクタアレイの上方に配置されたもうひとつの観察対象物から発せられる光をこの反射面で鏡面反射させることによって虚像を、実像と同じ側から観察できるようにしている。したがって、観察者にとっては、２つの映像が重なって見えることになる。

国際公開ＷＯ２００７／１１６６３９Ａ１特開２００９－２７６６９９号公報特開２００９－４２３３７号公報特開２００９－３００６２３号公報

　特許文献４の段落００４２では、ベースの上面に平滑鏡面処理を施して反射面を形成する代わりに、２面コーナーリフレクタアレイの上面に薄い反射膜を貼り付けるなどの方法によりハーフミラーを形成してもよい旨が記載されている。ハーフミラーの下面に２面コーナーリフレクタを多数形成してもよい旨も記載されている。

　しかし、ハーフミラーを用いた場合、光量のロスが生じる。たとえばハーフミラーが入射した光量の５０％を透過させ、５０％を反射させる性質のものである場合、確実に半分の光は失われることになる。特に２面コーナーリフレクタアレイなどのような光学素子を用いて表示装置を構成する場合、当該光学素子の開口率などの事情により光の利用効率が自ずとある程度低下せざるを得ないので、当該光学素子とは別のものであるハーフミラーで既に光量が大幅に低下しているという事態は好ましくない。

　そこで、本発明は、光の利用効率を高めた映像表示装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に基づく映像表示装置は、映像を光として出射する１以上の表示部を含む表示部群と、上記表示部群のうちのいずれかの表示部である第１表示部を光源とする光を受けて第１偏光状態の第１光として出射する光学素子と、第１偏光状態の光を透過し、第２偏光状態の光を反射する性質を有する反射型偏光板とを備え、上記反射型偏光板は、上記表示部群のうちのいずれかの表示部であって上記第１表示部と同一体または別体である第２表示部を光源とする光を受けて反射することによって第２偏光状態の第２光を出射し、上記光学素子から出射して上記反射型偏光板を透過した上記第１光と、上記第２光とを組み合わせることによって映像として表示する。

　本発明によれば、光量のロスを抑制することができ、光の利用効率を高めた映像表示装置とすることができる。

本発明に基づく実施の形態１における映像表示装置の概念図である。本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置の概念図である。本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置の原理説明図である。本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置の第１表示部で表示される映像の一例の図である。本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置の第２表示部で表示される映像の一例の図である。本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置で表示したときに観察者に見える映像の一例の図である。本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置の第２表示部で表示される映像の変形例の図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置の概念図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置の原理説明図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置で用いられる共通表示部の第１例の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置で用いられる共通表示部の第１例で、共通表示部によって表示される映像の一例の図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置で用いられる共通表示部の第２例の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置で用いられる反射結像鏡の一例の斜視図である。本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置で用いられる反射結像鏡の一例の断面図である。

　（実施の形態１）
　図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における映像表示装置１０１について説明する。本実施の形態における映像表示装置１０１は、映像を光として出射する１以上の表示部を含む表示部群１と、表示部群１のうちのいずれかの表示部である第１表示部を光源とする光を受けて第１偏光状態の第１光８１として出射する光学素子２と、第１偏光状態の光を透過し、第２偏光状態の光を反射する性質を有する反射型偏光板３とを備える。反射型偏光板３は、表示部群１のうちのいずれかの表示部であって前記第１表示部と同一体または別体である第２表示部を光源とする光を受けて反射することによって第２偏光状態の第２光８２を出射する。この映像表示装置１０１は、光学素子２から出射して反射型偏光板３を透過した第１光８１と、第２光８２とを組み合わせることによって映像４として表示する。

　図１はあくまで概念的に示したものである。表示部群１は「群」という名がついているが１つの表示部のみからなるものであってもよく、複数の表示部を含むものであってもよい。表示部群１に含まれる表示部は液晶表示装置であってもよく、他の種類の表示装置であってもよい。表示部群１の内部には、第１表示部と第２表示部とを観念することができる。第１表示部と第２表示部とは同一の表示部が兼ねることとしてもよく、別々の表示部であってもよい。表示部群１は３以上の表示部を含むものであってもよい。

　表示部群１のうちの第１表示部から発する光が何らかの経路を経て光学素子２に到達する。第１表示部から発する光が光学素子２に到達するまでの経路は限定されない。図１では、表示部群１から発した光が光学素子２に達するまでの経路の例としてＡ，Ｂ，Ｃが示されている。経路Ａは、表示部群１を出射して直接光学素子２に入射するものである。経路Ｂは、表示部群１を出射した光が反射型偏光板３で反射された後に光学素子２に入射している。経路Ｃは表示部群１を出射した光が他の何らかの状況を経て光学素子２に入射するものである。経路Ｃでは、表示部群１を出射した光は他の何らかの処理または素子を経てから光学素子２に入射するものであってもよい。したがって経路Ｃの途中は破線で示されている。いずれの経路を経たにしても光学素子２に入射した光は何らかの作用を経て第１偏光状態の光８１として光学素子２から出射する。ここで光学素子２によって引き起こされる作用は、反射であっても透過であってもそれ以外であってもよい。

　光学素子２は、空中映像を結像するものであってよいが、空中映像を結像しないものであってもよい。ただし、光学素子２はハーフミラーではない。

　表示部群１のうち第２表示部から発する光が何らかの経路を経て反射型偏光板３に入射し、反射する。反射型偏光板３は第２偏光状態の光を反射する性質を有するので、反射型偏光板３で反射されて第２光となる光は、反射型偏光板３に入射する時点では既に第２偏光状態となっているといえる。表示部群１を発した光は、最初から第２偏光状態であってもよく、他の何らかの処理を受けて第２偏光状態となるものであってもよい。

　本実施の形態では、表示部群１からの光に由来して光学素子２から出射する光は第１偏光状態の第１光８１となっているので、反射型偏光板３を透過することができる。一方、表示部群１からの光に由来して反射型偏光板３で反射されて第２偏光状態の第２光８２として出射する光も存在する。本実施の形態では、第１偏光状態の光を透過し、第２偏光状態の光を反射する性質という反射型偏光板３の性質を利用して、第１光と第２光とを組み合わせて映像４として表示しているので、ハーフミラーを用いることなく、複数の映像を組み合わせて１つの映像４として提供することができる。本実施の形態では、ハーフミラーを用いていないので、光量のロスを抑制することができ、光の利用効率を高めた映像表示装置とすることができる。

　なお、本実施の形態では、「第１偏光状態」、「第２偏光状態」という用語を用いているが、このような状態の区別の仕方の一例として、反射型偏光板３の入射面に対してｐ偏光であるかｓ偏光であるかという点が挙げられる。「ｐ偏光」、「ｓ偏光」は一般的技術用語であるが、念のために述べると、「ｐ偏光」（「ｐ波」ともいう。）とは、反射型偏光板３の表面に光が入射する際に電界成分が入射面に対して平行（parallel）であるような電磁波である。「ｓ偏光」（「ｓ波」ともいう。）とは、反射型偏光板３の表面に光が入射する際に電界成分が入射面に対して垂直（senkrecht）であるような電磁波である。ここでいう「入射面」は幾何光学における一般的用語であるが、誤解を避けるために念のために述べると、「入射面」とは、反射型偏光板３の表面によって規定される平面すなわち幾何光学でいうところの反射面そのものではなく、反射面と垂直で入射光線および反射光線を含む面を意味する。

　たとえば、反射型偏光板３の表面に対してｐ偏光である状態を第１偏光状態とし、ｓ偏光である状態を第２偏光状態であるものとしてよい。その逆であってもよい。反射型偏光板３に直接入射しない光であっても、既に姿勢が決まっている反射型偏光板３の表面との幾何学的関係を考慮し、その光自体が有する偏光軸の方向によって、第１偏光状態であるか第２偏光状態であるかあるいはいずれでもないかを判別することができる。

　「第１偏光状態」、「第２偏光状態」の考え方については、本実施の形態に限らず、以下の実施の形態においても同様である。

　本実施の形態では、本発明の構成について概念的な説明をしたが、以下の実施の形態では、より具体的な構成を説明する。

　（実施の形態２）
　図２、図３を参照して、本発明に基づく実施の形態２における映像表示装置１０２について説明する。本実施の形態における映像表示装置１０２も、実施の形態１で述べた構成を基本的に備えている。図２に示すように、映像表示装置１０２においては、表示部群１は２つの表示部すなわち第１表示部１１と第２表示部１２とを含む。図２では、光学素子２と反射型偏光板３とが接しているように見えるが、両者は必ずしも接していなくてもよい。図２に示した構造を分解して図３に示す。図３では、光学素子２と反射型偏光板３との間を離し、これらが水平になるように光学系全体の姿勢を回転させた状態で表示している。図３において矢印の内部のハッチングの向きが矢印の長手方向に対して平行か垂直かという区別は２種類の偏光状態を擬似的に表現している。以下の図においても矢印の内部にハッチングを施している場合は同様の意味である。

　本実施の形態では、光学素子２は透過結像鏡２５である。透過結像鏡２５は、互いに対向する結像鏡第１主表面２ａおよび結像鏡第２主表面２ｂを有する。透過結像鏡２５は、結像鏡第１主表面２ａの側から入射した光を元に結像鏡第２主表面２ｂの側から視認可能な空中映像を結像鏡第２主表面２ｂの側の外部に生成することができる。第２表示部１２は第１表示部１１とは別体である。第１表示部１１、第２表示部１２、反射型偏光板３および透過結像鏡２５は、第１表示部１１を出射した光が、結像鏡第１主表面２ａに入射することによって結像鏡第２主表面２ｂから前記第１偏光状態で第１光８１として出射し、反射型偏光板３を透過した後に空中映像６を結像し、なおかつ、第２表示部１２を出射した前記第２偏光状態の光が反射型偏光板３で反射して第２光８２として進行するように配置されている。

　透過結像鏡２５としては、特許文献１または特許文献２に記載された光学素子を使用することができる。

　反射型偏光板３としては、住友スリーエム株式会社製の輝度上昇フィルムであるＤＢＥＦ（登録商標）シリーズを使用することができる。ＤＢＥＦシリーズは、特定の偏光方向の光を反射し、かつ、他の特定の偏光方向の光を透過する性質を有する。

　あるいは、反射型偏光板３としては、株式会社ポラテクノ製の無機偏光板ＰｒｏＦｌｕｘ（登録商標）を使用することもできる。

　本実施の形態における映像表示装置１０２では、表示部群１には互いに別体である第１表示部１１と第２表示部１２とが含まれている。これらの２つの表示部からそれぞれ映像の光が出射する。

　表示部群１のうちの一つの表示部である第１表示部１１からは、光学素子２としての透過結像鏡２５に向かって映像の光が出射し、透過結像鏡２５の結像鏡第１主表面２ａに入射している。透過結像鏡２５はこの光を元に第１光８１としてｐ偏光の光を反射型偏光板３に向けて出射している。第１光８１は第１偏光状態すなわちｐ偏光であるので反射型偏光板３を透過する。第１光８１は元々、透過結像鏡２５の作用により空中映像を結像する性質の光であるので、反射型偏光板３を透過した後に空中映像６を結像する。

　一方、表示部群１のうちのもう一つの表示部である第２表示部１２からは、第２偏光状態すなわちｓ偏光の光が出射して、反射型偏光板３で反射する。この反射光も当然ｓ偏光であり、第２光８２として進行する。この映像表示装置１０２は、第１光８１と第２光８２とを組み合わせることによって映像４として表示するものであるので、反射光である第２光８２が生成する第２表示部１２の虚像と、第１光８１が作り出す空中映像６である実像とが組み合わさったものが映像４として観察者に見えることになる。

　本実施の形態における映像教示装置１０２は、複数の表示部からもたらされる映像を組み合わせることによって映像４を作り出すものであるが、ハーフミラーを用いていないので、光量のロスを抑制することができ、光の利用効率を高めた映像表示装置とすることができる。

　なお、図３では、反射型偏光板３と光学素子２との間に隙間を空けて表示したが、実際には図２に示したように両者は密着していることが好ましい。しかし、密着していたとしてもわずかに空気の層が生じうる。反射型偏光板３と光学素子２との間に空気の層がある場合には、第１表示部１１からの光は、光学素子２と空気層との間、または、空気層と反射型偏光板３との間で界面反射を起こし、光量ロスが生じる。この光量ロスをなるべく小さくするために、本実施の形態で示したように、反射型偏光板３と光学素子２とは平行に配置することが好ましい。

　さらには、反射型偏光板３と光学素子２とは平行に配置されており、反射型偏光板３と光学素子２との間は反射型偏光板３および光学素子２のいずれかの屈折率と等しい屈折率を有する材料で満たされていることが好ましい。このような構成とすれば、空気層がある場合に比べて屈折率差を小さくすることができ、界面反射を小さくすることができるので、光量ロスを低減することができる。以下の実施の形態においても同様のことがあてはまる。

　第１偏光状態としてのｐ偏光であるか、第２偏光状態としてのｓ偏光であるかは、いずれも反射型偏光板３の表面に対する相対的な姿勢によって決まる概念であるので、本実施の形態における映像表示装置１０２を組み立てる際には、反射型偏光板３の姿勢に合わせて、第１表示部１１および第２表示部１２の偏光軸を調整すればよい。第１表示部１１および第２表示部１２は液晶表示装置であることが好ましい。なぜなら、液晶表示装置であれば出射される映像の光は偏光だからである。第１表示部１１または第２表示部１２が液晶表示装置以外の表示手段である場合には、表示面に偏光板を重ねるなどして特定の偏光のみを外部に出射するようにすればよい。

　（コンテンツの例）
　本実施の形態における映像表示装置１０２で表示させる映像の例について説明する。第１表示部１１では飛び出させるべき映像を表示する。その一例を図４に示す。ここでは、地球の映像が表示されている。第２表示部１２では、背景となるべき映像を表示する。その一例を図５に示す。ここでは、波紋が生じている水面の映像を表示する。ただし、地球が水面に映っている。このような図４、図５の表示が、映像表示装置１０２において映像４として組み合わせられる結果、観察者にとっては図６に示すように見える。地球は空中映像として表示されるので、水面より手前に飛び出して見える。

　この場合、映像表示装置１０２で映像４の表示を実現するためには、原則として、第１表示部１１に表示させるべき映像と第２表示部１２に表示させるべき映像との２種類の映像信号を用意する必要がある。しかし、１種類の映像信号で済ませることも可能である。その場合、映像信号に映像の部分ごとに対応する新たな信号Ｘを加える。信号Ｘは画素単位で対応づけてもよく、映像の中のブロックごとに対応づけてもよい。たとえば信号Ｘの内容がＯＮである場合には、第１表示部１１に表示させるべき映像であるとして、信号Ｘの内容がＯＦＦである場合には、第２表示部１２に表示させるべき映像であるものとする。このような信号Ｘで映像内の各部分ごとにいずれの表示部に表示させるべき映像かを区別して振り分け、当該部分を表示させるべき方の表示部ではそのまま表示させ、当該部分を表示させるべきでない方の表示部では暗表示とする。すなわち、信号Ｘは表示部振分け信号である。このような信号Ｘを採用して２つの表示部の映像を１種類の映像信号にまとめた結果、第１表示部１１で表示される映像は図４に示したものから変わらないが、第２表示部１２に表示させるべき映像を図５に示したものに代えて図７に示すものとなる。すなわち、第１表示部１１において表示される地球に対応する領域は第２表示部１２では暗表示となる。

　これを整理すると、映像表示装置１０２において好ましくは、第１表示部１１および第２表示部１２に表示すべき映像を１つの映像信号として受け取り、前記映像信号は、前記映像の一部である映像部分ごとに対応する表示部振分け信号を含み、対応する前記表示部振分け信号が第１信号状態である映像部分については、前記第１表示部で表示して前記第２表示部では暗表示とし、対応する前記表示部振分け信号が第２信号状態である映像部分については、前記第１表示部で暗表示として前記第２表示部では表示する。

　このようにすれば、１種類の信号のみで立体感のある映像表示をすることができる。
　（実施の形態３）
　図８、図９を参照して、本発明に基づく実施の形態３における映像表示装置１０３について説明する。本実施の形態における映像表示装置１０３も、実施の形態１で述べた構成を基本的に備えている。図８に示すように、映像表示装置１０３においては、表示部群１は１つの表示部を含み、この１つの表示部が第１表示部１１と第２表示部１２とを兼ねる。図８では、光学素子２と反射型偏光板３とが離れているように見えるが、両者は密着していてもよい。図８に示した構造の一部を分解して図９に示す。図９では、光学素子２と反射型偏光板３とが水平になるように光学系全体の姿勢を回転させた状態で表示している。

　本実施の形態では、光学素子２は、反射結像鏡２７である。反射結像鏡２７は、結像鏡主表面２ｃを有する。反射結像鏡２７は、結像鏡主表面２ｃの側から入射した光を元に結像鏡主表面２ｃの側から視認可能な空中映像６を結像鏡主表面２ｃの側の外部に生成することができる。第１表示部１１と第２表示部１２とは同一体であって前記第１偏光状態の光と前記第２偏光状態の光との両方を出射する共通表示部１０である。共通表示部１０、反射型偏光板３および反射結像鏡２７は、共通表示部１０を出射した前記第１偏光状態の光が、反射型偏光板３を透過し、結像鏡主表面２ｃに入射して大部分が前記第１偏光状態のまま反射することによって第１光８１として出射し、反射型偏光板３を透過して空中映像６を結像し、なおかつ、共通表示部１０を出射した前記第２偏光状態の光が反射型偏光板３で反射して第２光８２として進行するように配置されている。

　反射結像鏡２としては、特許文献３に記載された光学素子を使用することができる。
　反射結像鏡２としては、住友スリーエム株式会社製の輝度上昇フィルムであるＢＥＦシリーズを使用することができる。ＢＥＦシリーズは表面に９０°の凹凸によるプリズムパターンが形成された光学素子である。ＢＥＦシリーズのうちたとえばＢＥＦ２　９０／２４を用いることができる。ＢＥＦシリーズをそのまま用いてもよいが、ＢＥＦシリーズの表面に金属を蒸着して金属反射ができるようにすればさらに好ましい。金属としてはたとえばアルミニウムを蒸着することが好ましい。

　反射型偏光板３としては、実施の形態２で述べたのと同様のものを使用することができる。

　なお、ここでは、第１偏光状態の光が光学素子２に入射した後は、第１偏光状態のまま光学素子２から出射するものとして説明したが、厳密にいえば、光学素子２の性質上、光学素子２で反射する際には入射光の偏光状態は若干変化するといえる。しかし、この程度の若干の変化は無視できるものとして、光は反射の前後とも第１偏光状態であるものとして扱っている。ここでいう「第１偏光状態」とはその程度の幅を持たせた意味であるものとする。

　本実施の形態における映像表示装置１０３では、１つの表示部である共通表示部１０が第１表示部１１と第２表示部１２とを兼ねているので、共通表示部１０からは第１偏光状態の光と第２偏光状態の光との両方が出射する。共通表示部１０から出射した第１偏光状態の光は反射型偏光板３を透過することができるので、反射型偏光板３を透過して反射結像鏡２７の結像鏡主表面２ｃに入射する。この光は第１偏光状態のまま反射して第１光８１として進行するので、再び反射型偏光板３を透過することができ、反射型偏光板３を透過した後で空中映像６を結像する。

　一方、共通表示部１０から出射した第２偏光状態の光は反射型偏光板３で反射されるので、反射結像鏡２７に到達することはない。反射型偏光板３で反射された第２偏光状態の光は第２光８２として進行し、第１光８１と組み合わさることによって映像４として観察者に認識される。

　本実施の形態では、複数の映像を重ね合わせるに当たってハーフミラーを用いていないので、光量のロスを抑制することができ、光の利用効率を高めた映像表示装置とすることができる。

　なお、本実施の形態で用いられる共通表示部１０には、第１偏光状態の光と第２偏光状態の光との両方を出射することができることが求められるので、その実現のための具体例について説明する。

　（第１例）
　第１の例について説明する。たとえば図１０に示すように、共通表示部１０は、第１偏光状態すなわちｐ偏光の光を出射する帯形状の第１領域３１と第２偏光状態すなわちｓ偏光の光を出射する帯形状の第２領域３２とが前記帯形状の幅方向に交互に並ぶように配列された表示領域を有することが好ましい。これは１画素ラインから数画素ラインごとに吸収軸が９０°異なる帯形状の偏光板を交互に配置することによって実現することができる。

　このような構成であれば、１つの表示領域から第１偏光状態の光と第２偏光状態の光との両方を出射することができる。たとえば図６に示したような映像４を観察者に見せたいときには、共通表示部１０としては、飛び出させたい映像に対応する内容すなわち図４に示したような映像を第１領域３１に表示し、背景に対応する映像すなわち図５または図７に示したような映像を第２領域３２に表示すればよい。その結果、共通表示部１０として表示する映像は図１１に示すようになる。このような表示を行なえば、共通表示部１０からは第１偏光状態すなわちｐ偏光の光と第２偏光状態すなわちｓ偏光の光とを同時に表示することができ、これら２種類の光は反射型偏光板３によって反射および透過にふるい分けられて、上述した経路をたどって第１光８１と第２光との組合せとして観察者に到達するので、図６に示したような映像を表示することができる。

　なお、ここでは、帯形状の偏光板を交互に配置することについて述べたが、そのような偏光板配列を採用する代わりに、上述した表示部振分け信号方式を採用することとしてもよい。

　（第２例）
　第２の例について説明する。たとえば図１２に示すように、共通表示部１０は、全面が偏光制御素子１５によって覆われた表示領域１６ａを有することが好ましい。ただし、偏光制御素子１５は透過して出射する光を第１偏光状態とするか第２偏光状態とするかを偏光制御素子１５に対する信号入力によって決定することができるものである。共通表示部１０は液晶表示装置１６と偏光制御素子１５とを含む。液晶表示装置１６は表示領域１６ａを有する。偏光制御素子１５としては、たとえばＴＦＴを備えたＴＮ（Twisted　Nematic）液晶層を用いることができる。このような偏光制御素子１５を用いて表示領域１６ａ内のラインごとに電圧印加の有無を切り替えることとすれば、第１偏光状態すなわちｐ偏光の光を出射する帯形状の第１領域３１と第２偏光状態すなわちｓ偏光の光を出射する帯形状の第２領域３２とを作り出すことができる。

　あるいは、表示領域１６ａの全域にわたって、偏光制御素子１５への電圧印加の有無を高速で切り替え続けることとしてもよい。たとえば液晶表示装置１６を１２０Ｈｚ駆動にし、１秒間にｓ偏光用の絵６０枚とｐ偏光用の絵６０枚とを交互に表示し、偏光制御素子１５としてのＴＮ液晶層は６０Ｈｚ駆動としていずれかの偏光用の絵の表示期間のみ電圧を印加することとしてもよい。

　（第３例）
　第３の例について説明する。共通表示部１０は、一定の偏光状態で表示を続ける液晶表示装置自体を高速回転させるものであってもよい。なぜなら、回転させることによって液晶表示装置自体の姿勢が変われば、出射する光は第１偏光状態すなわちｐ偏光と第２偏光状態すなわちｓ偏光との間で切り替わるからである。

　（反射結像鏡）
　反射結像鏡２７としては、特許文献３に記載された光学素子を使用することができる旨は既に述べたが、より詳しく説明する。

　図１３、図１４に示すように、反射結像鏡２７の結像鏡主表面２ｃは、平行に直線状に延在する山部３３および谷部３４が幅方向に交互に並ぶように形成されており、結像鏡主表面２ｃを断面で見たときに、前記山部の最上部および前記谷部の最下部はいずれも直角であることが好ましい。図１４は、図１３に示した反射結像鏡２７の断面を示したものである。上述したように、反射結像鏡２７としては、住友スリーエム株式会社製の輝度上昇フィルムであるＢＥＦシリーズを使用することができる。

　図１４に示すように、入射光８５は谷部３４を挟んで互いに９０°をなす斜面で１回ずつ反射した後に反射光８６として出射し、空中で結像する。図１３に示すように、結像鏡主表面２ｃの手前側に配置された対象物１７から発せられた光が結像鏡主表面２ｃで反射することによって、結像鏡主表面２ｃの手前側に空中映像を結像する。

　表面に金属膜が形成されていない場合であっても全反射条件を満たすような入射光については反射して空中映像を結像することができる。表面に蒸着などの方法によりアルミニウムなどの金属膜を付着させると、全反射条件を満たす場合に限らず金属反射により容易に反射させることができるので、より確実に空中映像を結像することができ、好ましい。

　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

　本発明は、映像表示装置に利用することができる。

　１　表示部群、２　光学素子、２ａ　結像鏡第１主表面、２ｂ　結像鏡第２主表面、２ｃ　結像鏡主表面、３　反射型偏光板、４　映像、６　空中映像、１０　共通表示部、１１　第１表示部、１２　第２表示部、１５　偏光制御素子、１６　液晶表示装置、１６ａ　表示領域、１７　対象物、１８　実像、２５　透過結像鏡、２７　反射結像鏡、３１　第１領域、３２　第２領域、３３　山部、３４　谷部、８１　第１光、８２　第２光、８５　入射光、８６　出射光、１００　観察者、１０１，１０２，１０３　映像表示装置。

Claims

　映像を光として出射する１以上の表示部を含む表示部群（１）と、
　前記表示部群のうちのいずれかの表示部である第１表示部（１１）を光源とする光を受けて第１偏光状態の第１光（８１）として出射する光学素子（２）と、
　第１偏光状態の光を透過し、第２偏光状態の光を反射する性質を有する反射型偏光板（３）とを備え、
　前記反射型偏光板は、前記表示部群のうちのいずれかの表示部であって前記第１表示部と同一体または別体である第２表示部（１２）を光源とする光を受けて反射することによって第２偏光状態の第２光（８２）を出射し、
　前記光学素子から出射して前記反射型偏光板を透過した前記第１光と、前記第２光とを組み合わせることによって映像（４）として表示する、映像表示装置。
　前記光学素子は、互いに対向する結像鏡第１主表面（２ａ）および結像鏡第２主表面（２ｂ）を有し、前記結像鏡第１主表面の側から入射した光を元に前記結像鏡第２主表面の側から視認可能な空中映像を前記結像鏡第２主表面の側の外部に生成することができる透過結像鏡（２５）であり、
　前記第２表示部は前記第１表示部とは別体であり、
　前記第１表示部、前記第２表示部、前記反射型偏光板および前記透過結像鏡は、前記第１表示部を出射した光が、前記結像鏡第１主表面に入射することによって前記結像鏡第２主表面から前記第１偏光状態で前記第１光として出射し、前記反射型偏光板を透過した後に空中映像を結像し、なおかつ、前記第２表示部を出射した前記第２偏光状態の光が前記反射型偏光板で反射して前記第２光として進行するように配置されている、請求項１に記載の映像表示装置。
　前記第１表示部および前記第２表示部に表示すべき映像を１つの映像信号として受け取り、前記映像信号は、前記映像の一部である映像部分ごとに対応する表示部振分け信号を含み、対応する前記表示部振分け信号が第１信号状態である映像部分については、前記第１表示部で表示して前記第２表示部では暗表示とし、対応する前記表示部振分け信号が第２信号状態である映像部分については、前記第１表示部で暗表示として前記第２表示部では表示する、請求項２に記載の映像表示装置。
　前記光学素子は、結像鏡主表面（２ｃ）を有し、前記結像鏡主表面の側から入射した光を元に前記結像鏡主表面の側から視認可能な空中映像を前記結像鏡主表面の側の外部に生成することができる反射結像鏡（２７）であり、
　前記第１表示部と前記第２表示部とは同一体であって前記第１偏光状態の光と前記第２偏光状態の光との両方を出射する共通表示部（１０）であり、
　前記共通表示部、前記反射型偏光板および前記反射結像鏡は、前記共通表示部を出射した前記第１偏光状態の光が、前記反射型偏光板を透過し、前記結像鏡主表面に入射して前記第１偏光状態のまま反射することによって前記第１光として出射し、前記反射型偏光板を透過して空中映像を結像し、なおかつ、前記共通表示部を出射した前記第２偏光状態の光が前記反射型偏光板で反射して前記第２光として進行するように配置されている、請求項１に記載の映像表示装置。
　前記共通表示部は、前記第１偏光状態の光を出射する帯形状の第１領域（３１）と前記第２偏光状態の光を出射する帯形状の第２領域（３２）とが前記帯形状の幅方向に交互に並ぶように配列された表示領域を有する、請求項４に記載の映像表示装置。
　前記共通表示部は、全面が偏光制御素子（１５）によって覆われた表示領域を有し、前記偏光制御素子は透過して出射する光を前記第１偏光状態とするか前記第２偏光状態とするかを前記偏光制御素子に対する信号入力によって決定することができる、請求項４に記載の映像表示装置。
　前記結像鏡主表面は、平行に直線状に延在する山部（３３）および谷部（３４）が幅方向に交互に並ぶように形成されており、前記結像鏡主表面を断面で見たときに、前記山部の最上部および前記谷部の最下部はいずれも直角である、請求項４から６のいずれかに記載の映像表示装置。
　前記反射型偏光板と前記光学素子とは平行に配置されており、前記反射型偏光板と前記光学素子との間は前記反射型偏光板および前記光学素子のいずれかの屈折率と等しい屈折率を有する材料で満たされている、請求項１から７のいずれかに記載の映像表示装置。