WO2020246516A1

WO2020246516A1 - 画像表示装置

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Publication number: WO2020246516A1
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Inventors: 洋一尾形
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Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-12-10
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Abstract

第１画像（Ａ１）を投影する第１画像投影部（１１ａ）と、第１画像投影部（１１ａ）から照射された第１投影光を第１透過光および第１反射光に分離する第１ビームスプリッタ（１２ａ）と、第１反射光を、第１ビームスプリッタ（１２ａ）に第１再帰光として入射させる第１再帰反射部（１３ａ）と、第１ビームスプリッタ（１２ａ）を透過した第１再帰光を結像する第１結像光学部（１６ａ）を有する画像表示装置（１００）。

Description

画像表示装置

　本開示は、画像表示装置に関し、特に空中に画像を表示させる画像表示装置に関する。

　従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。表示する情報量の増加に伴い、計器盤に画像表示装置が埋め込まれることや、計器盤全体が画像表示装置で構成されることもある。

　計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置している。運転者は、計器盤に表示された情報を視認する際、運転中に視線を下方に移動させる必要があり、好ましくない。そこで、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにフロントガラスに画像を投影するヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ　Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなＨＵＤでは、フロントガラスの広い範囲に画像を投影する光学装置が必要であり、光学装置の小型化および軽量化が望まれている。

　小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置としては、メガネ形状のヘッドマウント型のＨＵＤが知られている（例えば、特許文献２を参照）。ヘッドマウント型のＨＵＤは、光源から照射された光を利用者の眼に直接照射して、利用者の網膜に画像を投影する。

日本国特開２０１８－１１８６６９号公報日本国特表２０１８－５２８４４６号公報

　しかし、従来のヘッドマウント型ＨＵＤでは、視野内において画像の表示位置が限定されており、多様な情報を領域ごとに表示することは困難であった。また、視認される画像の距離も固定されていた。奥行方向に複数の画像を表示させることや、空中に視認される画像の表示位置を変化させるような複雑な表示ができなかった。

　そこで本開示は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、奥行方向に複数の画像を表示可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本開示の画像表示装置は、第１画像を投影する第１画像投影部と、前記第１画像投影部から照射された第１投影光を第１透過光および第１反射光に分離する第１ビームスプリッタと、前記第１反射光を、前記第１ビームスプリッタに第１再帰光として入射させる第１再帰反射部と、前記第１ビームスプリッタを透過した前記第１再帰光を結像する第１結像光学部を有する。

　このような本開示の画像表示装置では、第１投影光が第１ビームスプリッタによって第１反射光と第１透過光に分離され、第１反射光は第１再帰光となって第１結像光学部で結像されるため、第１透過光とは異なる位置に結像することができ、奥行方向に複数の画像を表示することが可能となる。

　また本開示の一態様では、第２画像を投影する第２画像投影部と、前記第２画像投影部から照射された第２投影光を第２透過光および第２反射光に分離する第２ビームスプリッタと、前記第２反射光を、前記第２ビームスプリッタに第２再帰光として入射させる第２再帰反射部と、前記第２ビームスプリッタを透過した前記第２再帰光を結像する第２結像光学部を有する。

　また本開示の一態様では、前記第２ビームスプリッタは前記第１透過光を前記第２結像光学部に向けて反射し、前記第１ビームスプリッタは前記第２透過光を前記第１結像光学部に向けて反射する。

　また本開示の一態様では、前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタの間にシリンドリカルレンズを備え、前記シリンドリカルレンズは前記第１透過光および前記第２透過光を透過させる。

　また本開示の一態様では、前記第１投影光を第１方向に偏光させる第１偏光子と、前記第２投影光を前記第１方向に直交する第２方向に偏光させる第２偏光子を備える。

　また本開示の一態様では、第３画像を投影する第３光源部と、前記第３光源部から照射された第３投影光を導波する導波部と、前記第３投影光を前記導波部の外に照射する光出射部と、前記第１結像光学部を経由した光を反射する誘電体多層膜反射板を備え、前記再帰光が結像する位置と、前記第３投影光が結像する位置とが異なっている。

　また本開示の一態様では、前記誘電体多層膜反射板を回転駆動する反射板駆動部を備える。

　また本開示の一態様では、前記第１結像光学部と前記誘電体多層膜反射板の相対位置を変化させるユニット駆動部を備える。

　本開示では、奥行方向に複数の画像を表示可能な画像表示装置を提供することができる。

図１Ａは、第１実施形態に係る画像表示装置１００の概略を示す模式図であり、画像表示装置１００の上面図である。図１Ｂは、第１実施形態に係る画像表示装置１００の概略を示す模式図であり、画像表示装置１００の正面図である。図２Ａは、空中への画像の表示を説明する図であり、第１画像Ａ１の光の経路を説明する上面図である。図２Ｂは、空中への画像の表示を説明する図であり、第２画像Ａ２の光の経路を説明する上面図である。図２Ｃは、空中への画像の表示を説明する図であり、第１画像Ａ１の見え方を示す正面図である。図２Ｄは、空中への画像の表示を説明する図であり、第２画像Ａ２の見え方を示す正面図である。図３Ａは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の表示を説明する図であり、画像Ａ１とＡ１’の光の経路を説明する上面図である。図３Ｂは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の表示を説明する図であり、画像Ａ２とＡ２’の光の経路を説明する上面図である。図３Ｃは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の表示を説明する図であり、画像Ａ１とＡ１’の見え方を示す正面図である。図３Ｄは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の表示を説明する図であり、画像Ａ２とＡ２’の見え方を示す正面図である。図４は、右目側での画像Ａ１とＡ２’の重なりと、左目側での画像Ａ２とＡ１’の重なりを模式的に示す図である。図５Ａは、第２実施形態に係る画像表示装置２００の概略を模式的に示す斜視図であり、誘電体多層膜反射板２６が導光板部２５より遠方に配置された例である。図５Ｂは、第２実施形態に係る画像表示装置２００の概略を模式的に示す斜視図であり、誘電体多層膜反射板２６が導光板部２５より手前に配置された例である。図６Ａは、図５Ａに示した例における画像の投影を模式的に示す上面図である。図６Ｂは、図５Ａに示した例における画像の投影を模式的に示す側方図である。図７Ａは、図５Ｂに示した例における画像の投影を模式的に示す上面図である。図７Ｂは、図５Ｂに示した例における画像の投影を模式的に示す側方図である。図８は、第３実施形態に係る画像表示装置３００の概略を示す模式図である。

　（第１実施形態）
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る画像表示装置１００の概略を示す模式図であり、図１Ａは上面図であり、図１Ｂは正面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、画像表示装置１００は、画像投影部１１ａ，１１ｂと、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂと、再帰反射部１３ａ，１３ｂと、偏光子１４ａ，１４ｂと、シリンドリカルレンズ１５と、結像レンズ１６ａ，１６ｂを備えている。

　画像投影部１１ａ，１１ｂは、画像（第１画像，第２画像）を構成する光を照射する装置であり、それぞれ右目用と左目用の画像を投影する。図１Ａ及び図１Ｂでは、画像投影部１１ａ，１１ｂはそれぞれ光の照射方向が反対であり、互いに対向して配置されている。画像投影部１１ａ，１１ｂの構成は限定されず、バックライトを備えた液晶表示装置、自発光の有機ＥＬ表示装置、光源と変調素子を用いたプロジェクター装置等を用いてもよい。画像投影部１１ａ，１１ｂが投影する画像は、静止画でも動画であってもよい。画像投影部１１ａ，１１ｂの両者の投影する画像が同一であっても異なっていてもよい。

　ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂは、入射した光の一部を透過するとともに、入射した光の他の一部を反射する部材である。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂは、透明板の表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板でもよい。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂでの光の透過率と反射率は任意のバランスで設定されてよい。本実施形態においては例えば透過率を５０％として反射率を５０％とする。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂは各々が画像投影部１１ａ，１１ｂから照射される光の光軸に対して４５度の角度となるように配置されるとともに、互いに直交して配置されている。本実施形態ではビームスプリッタ１２ａ，１２ｂの傾斜角度が４５度であり、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂが互いに直交する例を示したが、画像投影部１１ａ，１１ｂからの光照射方向と画像の結像位置との関係から適切な角度でビームスプリッタ１２ａ，１２ｂは配置されてもよい。

　再帰反射部１３ａ，１３ｂは、入射した光を入射方向の反対方向へ集光性を保ったまま反射させる光学部材である。再帰反射部１３ａ，１３ｂは、反射膜の表面側に微小なガラスビーズを敷き詰めた構造やプリズムを有する再帰反射板でもよい。再帰反射部１３ａ，１３ｂは、それぞれ別体の再帰反射板でもよく、一枚の再帰反射板を共有してもよい。

　偏光子１４ａ，１４ｂは、それぞれ画像投影部１１ａ，１１ｂとビームスプリッタ１２ａ，１２ｂの間に配置され、画像投影部１１ａ，１１ｂから照射された光の偏光方向を決定する偏光板である。偏光子１４ａと偏光子１４ｂの偏光方向はそれぞれ直交し、例えば偏光子１４ａは光を図面に垂直方向に偏光させ、偏光子１４ｂは光を図中上下方向に偏光させる。

　シリンドリカルレンズ１５は、一方の面から入射した光を透過して反対側で集光させる光学部材である。図１Ａ及び図１Ｂに示したように、シリンドリカルレンズ１５は画像表示装置１００の中央において、画像投影部１１ａ，１１ｂから照射される光の光軸に垂直に配置されている。

　結像レンズ１６ａ，１６ｂは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから入射した光を空間上の所定位置に結像させるための光学部材であり、本開示における結像光学部に相当している。

　図１Ａにおいて、画像投影部１１ａ，１１ｂからビームスプリッタ１２ａ，１２ｂまで描かれた実線は、画像投影部１１ａ，１１ｂが照射する画像の投影光の経路を示している。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから再帰反射部１３ａ，１３ｂまで描かれた実線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂで反射された反射光と、再帰反射部１３ａ，１３ｂで反射された再帰光の経路を示している。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから結像レンズ１６ａ，１６ｂを通過している実線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過再帰光の経路を示している。

　それぞれビームスプリッタ１２ａ，１２ｂからシリンドリカルレンズ１５を経由して反対側のビームスプリッタ１２ｂ，１２ａまで至る破線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光の経路を示している。ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂから結像レンズ１６ａ，１６ｂを通過している破線は、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂによって反射された透過反射光の経路を示している。

　図１Ａ及び図１Ｂに示したように、画像投影部１１ａ，１１ｂから照射された投影光は、反射光、再帰光、透過光、透過再帰光、透過反射光として進行し、空間上の所定位置に画像Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’として結像される。図１Ａ及び図１Ｂに示した例では、右目側に画像Ａ１とＡ２’が重ね合わされて表示され、左目側に画像Ａ２とＡ１’が重ね合わされて表示される。

　図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，図２Ｄは、空中への画像の表示を説明する図である。図２Ａは画像Ａ１の光の経路を説明する上面図である。図２Ｂは画像Ａ２の光の経路を説明する上面図である。図２Ｃは画像Ａ１の見え方を示す正面図である。図２Ｄは画像Ａ２の見え方を示す正面図である。図１Ａ及び図１Ｂでは光の拡がりを含めて光路を示したが、図２Ａから図２Ｄでは簡略化のため進行方向を線と矢印のみで表している。また、光路の説明に不要な部材は図示と説明を省略している。

　図２Ａに示すように、画像投影部１１ａ（第１画像投影部）から照射された投影光Ｓ１（第１投影光）は、ビームスプリッタ１２ａ（第１ビームスプリッタ）に向かって進行して、ビームスプリッタ１２ａの一方の面に入射する。投影光Ｓ１の一部はビームスプリッタ１２ａで反射されて反射光Ｒ１（第１反射光）として再帰反射部１３ａ（第１再帰反射部）に向かって進行し、投影光Ｓ１の他の一部はビームスプリッタ１２ａを透過して透過光Ｔ１（第１透過光）として投影光Ｓ１の延長方向に進行する。第１再帰光として再帰反射部１３ａに到達した反射光Ｒ１は、再帰反射部１３ａにより入射方向と反対方向に反射される。再帰反射光ＲＲ１は再度ビームスプリッタ１２ａに到達した後にビームスプリッタ１２ａを透過して、透過再帰光ＲＲ１’として結像レンズ１６ａ（第１結像光学部）を経て空間中に画像Ａ１として結像される。なお本実施形態では、ビームスプリッタ１２ａで反射された反射光Ｒ１（第１反射光）は、再帰反射部１３ａ（第１再帰反射部）に向かって進行するが、反射光Ｒ１の進行方向は再帰反射部１３ａに向かう方向に限定されない。ビームスプリッタ１２ａと再帰反射部１３ａの間に他の光学部材が配置されてもよく、反射光Ｒ１が最終的に再帰反射部１３ａに到達すればよい。

　同様に図２Ｂに示すように、画像投影部１１ｂ（第２画像投影部）から照射された投影光Ｓ２（第２投影光）は、ビームスプリッタ１２ｂ（第２ビームスプリッタ）に向かって進行して、ビームスプリッタ１２ｂの一方の面に入射する。投影光Ｓ２の一部はビームスプリッタ１２ｂで反射されて反射光Ｒ２（第２反射光）として再帰反射部１３ｂ（第２再帰反射部）に向かって進行し、投影光Ｓ２の他の一部はビームスプリッタ１２ｂを透過して透過光Ｔ２（第２透過光）として投影光Ｓ２の延長方向に進行する。第２再帰光として再帰反射部１３ｂに到達した反射光Ｒ２は、再帰反射部１３ｂにより再帰反射光ＲＲ２として入射方向と反対方向に反射される。再帰反射光ＲＲ２は再度ビームスプリッタ１２ｂに到達した後にビームスプリッタ１２ｂを透過して、透過再帰光ＲＲ２’として結像レンズ１６ｂ（第２結像光学部）を経て空間中に画像Ａ２として結像される。

　図２Ｃ及び図２Ｄに示したように、画像投影部１１ａから照射された投影光Ｓ１によって右目側には画像Ａ１が結像され、画像投影部１１ｂから照射された投影光Ｓ２によって左目側には画像Ａ２が結像される。ここで、結像レンズ１６ａ，１６ｂは配置されず、画像Ａ１，Ａ２が結像されるまでの投影光Ｓ１，Ｓ２、反射光Ｒ１，Ｒ２、再帰光ＲＲ１，ＲＲ２、透過再帰光ＲＲ１’，ＲＲ２’の光路長が等しくなるように各部材が配置されると、画像Ａ１，Ａ２は右目側と左目側で空中の同じ位置に視認される。逆に、光路長が異なるように投影光Ｓ１，Ｓ２の出射位置を図中上下方向に動かすと、画像Ａ１，Ａ２は右目側と左目側で空中の異なる位置に視認される。さらに、結像レンズ１６ａ，１６ｂの位置を図中上下方向に動かすことによっても、画像Ａ１，Ａ２は右目側と左目側で空中の異なる位置に視認される。

　図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、ビームスプリッタ１２ａ，１２ｂを透過した透過光Ｔ１，Ｔ２による空中への画像の表示を説明する図である。図３Ａは画像Ａ１とＡ１’の光の経路を説明する上面図である。図３Ｂは画像Ａ２とＡ２’の光の経路を説明する上面図である。図３Ｃは画像Ａ１とＡ１’の見え方を示す正面図である。図３Ｄは画像Ａ２とＡ２’の見え方を示す正面図である。

　図３Ａに示すように、画像投影部１１ａから照射された投影光Ｓ１のうち、ビームスプリッタ１２ａを透過した透過光Ｔ１は、シリンドリカルレンズ１５を介してビームスプリッタ１２ｂに入射して透過反射光ＴＲ１として反射される。透過反射光ＴＲ１は、結像レンズ１６ｂを経て空間中に画像Ａ１’として結像される。このとき、画像投影部１１ａとビームスプリッタ１２ａとの間に偏光子１４ａ（第１偏光子）が配置されることで、画像Ａ１とＡ１’の偏光方向（第１方向）が同一となる。また、シリンドリカルレンズ１５を介して画像Ａ１’が結像されること、および画像投影部１１ａからの光路長が異なっていることから、右目側と左目側で異なる奥行きに画像Ａ１とＡ１’が視認される。画像Ａ１とＡ１’は、いずれも画像投影部１１ａから照射されたものであり、表示内容は同一で、イメージ自体は反転する。

　同様に、図３Ｂに示すように、画像投影部１１ｂから照射された投影光Ｓ２のうち、ビームスプリッタ１２ｂを透過した透過光Ｔ２は、シリンドリカルレンズ１５を介してビームスプリッタ１２ａに入射して透過反射光ＴＲ２として反射される。透過反射光ＴＲ２は、結像レンズ１６ａを経て空間中に画像Ａ２’として結像される。このとき、画像投影部１１ｂとビームスプリッタ１２ｂとの間に偏光子１４ｂ（第２偏光子）が配置されることで、画像Ａ２とＡ２’の偏光方向（第２方向）が同一となる。また、偏光子１４ａと１４ｂの偏光方向は互いに直交しているので、画像Ａ１，Ａ１’と画像Ａ２，Ａ２’の偏光方向も互いに直交している。また、シリンドリカルレンズ１５を介して画像Ａ２’が表示されること、および画像投影部１１ｂからの光路長が異なっていることから、右目側と左目側で異なる奥行きに画像Ａ２’とＡ２が視認される。画像Ａ２とＡ２’は、いずれも画像投影部１１ｂから照射されたものであり、表示内容は同一で、イメージ自体は反転する。

　図４は、右目側での画像Ａ１とＡ２’の重なりと、左目側での画像Ａ２とＡ１’の重なりを模式的に示す図である。図３Ａから図３Ｄに示した偏光子１４ａ，１４ｂの例においては、右目側では図中上下方向に偏光した画像Ａ１と図中左右方向に偏光したＡ２’が異なる奥行きで重なり合って視認できる。また、左目側では図中左右方向に偏光した画像Ａ２と図中上下方向に偏光したＡ１’が異なる奥行きで重なり合って視認できる。

　これにより、偏光子１４ａ，１４ｂが偏光方向の切り替え機構であり、利用者の眼前にも別の偏光子が配置されることで、画像Ａ１，Ａ２’と画像，Ａ２，Ａ１’の選択的な表示を行うことができる。また、偏光方向が異なる光を遮ることができるため、ノイズ光を除去して空中に結像された画像のノイズを除去することができる。

　図１Ａ, 図１Ｂおよび図３Ａから図３Ｄでは、右目側と左目側に画像Ａ１，Ａ２’，Ａ２，Ａ１’を表示させた例を示したが、結像レンズ１６ａ，１６ｂのいずれか一方に遮光板等を配置して、他方の目側にだけ２つの画像を重ね合わせるとしてもよい。また、シリンドリカルレンズ１５に反射板を組み合わせて、透過光Ｔ１またはＴ２を再度シリンドリカルレンズ１５方向に反射して、片方の目側に画像Ａ１，Ａ１’またはＡ２，Ａ２’を結像させるとしてもよい。

　上述したように本実施形態の画像表示装置１００では、投影光Ｓ１，Ｓ２がビームスプリッタ１２ａ，１２ｂによって反射光Ｒ１，Ｒ２と透過光Ｔ１，Ｔ２に分離され、反射光Ｒ１，Ｒ２は再帰光ＲＲ１，ＲＲ２となって結像レンズ１６ａ，１６ｂで結像されるため、画像Ａ１，Ａ２を画像Ａ１’，Ａ２’とは異なる位置に表示することができ、奥行方向に複数の画像を表示することが可能となる。

　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図５Ａ～図７Ｂを用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係る画像表示装置２００の概略を模式的に示す斜視図である。図５Ａは誘電体多層膜反射板２６を導光板部２５より遠方に配置した例である。図５Ｂは誘電体多層膜反射板２６を導光板部２５より手前に配置した例である。

　図５Ａ及ぶ図５Ｂに示すように本実施形態の画像表示装置２００は、ユニット駆動部１１０と、光源部２１（第３光源部）と、ファイバ部２２と、レンズ２３と、プリズム２４と、導光板部２５（導波部）と、誘電体多層膜反射板２６を備えている。

　ユニット駆動部１１０は、空間に画像を表示する光源や光学系を備えた投影ユニットと、投影ユニットを三次元的に移動させる駆動手段を備えた装置である。ユニット駆動部１１０の構造は限定されないが、例えば筐体内にモータ等の駆動手段を収容して投影ユニットとして第１実施形態で示した画像表示装置１００を用いてもよい。ユニット駆動部１１０は、図５Ａ及び図５Ｂに示したように導光板部２５および誘電体多層膜反射板２６の上方に配置されており、誘電体多層膜反射板２６に対して光を照射する構成とされている。

　光源部２１は、半導体レーザ素子とパッケージを備えて、所定波長の光を出射する部材である。光源部２１は画像（第３画像）を投影する。光源部２１の具体的な構成は限定されず、公知のＣＡＮ型やフレーム型パッケージを用いてもよい。光源部２１にはＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子等を搭載して波長変換するとしてもよい。光源部２１が出射する光の波長は同一であってもよく、異なる波長であってもよい。

　ファイバ部２２は、光源部２１から照射された光（第３投影光）を導波する光学要素であり、可撓性を有する光ファイバで構成されている。ファイバ部２２の入射端面は光源部２１に対向して配置され、ファイバ部２２の出射端面はレンズ２３に対向して配置されている。

　レンズ２３は、ファイバ部２２から出射された光の拡がり角を調整して、プリズム２４および導光板部２５の光入射部に光を入射させるための光学要素である。レンズ２３は、コリメータレンズを用いてもよい。

　プリズム２４は、導光板部２５のうち光を入射する光入射部の近傍に配置され断面三角形状の光学要素である。導光板部２５とプリズム２４との間には間隙が設けられている。プリズム２４を構成する材料は限定されないが、光源部２１からの光を効率よく導光板部２５に入射させるためには、プリズム２４の屈折率と導光板部２５の屈折率が同程度であることが好ましく、プリズム２４は導光板部２５と同じ材料を用いることが好ましい。

　導光板部２５は、透光性材料からなる平板状の部材であり、一方の面側から他方の面側を透視可能である。導光板部２５の一端側にはプリズム２４が光入射部に近接して配置されている。また導光板部２５は、プリズム２４と反対側内部にはハーフミラーやホログラム等の光出射部が形成されている。したがって導光板部２５では、内部を進行してきた光を利用者の眼に対して出射するとともに、利用者とは反対側から進行してきた光は透過する。

　誘電体多層膜反射板２６は、屈折率の異なる誘電体を繰り返し積層した多層膜を有する板状の部材である。誘電体多層膜反射板２６は、誘電体層の膜厚によって所定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学部材である。図５Ａ及び図５Ｂでは図示していないが、誘電体多層膜反射板２６には反射面の角度を回転駆動する反射板駆動部が取り付けられており、反射板駆動部は制御信号に応じて光の反射方向を切り替えることが可能である。

　図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ａに示した例における画像の投影を模式的に示す図である。図６Ａは上面図であり、図６Ｂは側方図である。図７Ａ及び図７Ｂは、図５Ｂに示した例における画像の投影を模式的に示す図である。図７Ａは上面図であり、図７Ｂは側方図である。また、図６Ａ及び図６Ｂでは画像Ａ１，Ａ２’を導光板部２５より遠方に表示させるように誘電体多層膜反射板２６の角度を制御した例を示し、図７Ａ及び図７Ｂでは画像Ａ２，Ａ１’を導光板部２５より手前に表示させるように誘電体多層膜反射板２６の角度を制御した例を示している。

　図６Ａおよび図７Ａに示すように、本実施形態の画像表示装置２００では、光源部２１が出射した光はファイバ部２２の入射端面に入射されファイバ部２２の出射端面からレンズ２３およびプリズム２４を介して導光板部２５に入射する。導光板部２５の内部では、光が繰り返し反射されて光出射部に到達し、利用者側（投影方向）に出射光として照射されて空中に画像Ｈとして表示され、導光板部２５を透過してきた背景とを重ね合わせて視認される。

　図６Ｂおよび図７Ｂに示すように、ユニット駆動部１１０からユニット駆動部１１０の下方に位置する誘電体多層膜反射板２６に向けて光が照射され、誘電体多層膜反射板２６の傾斜角度に対応した方向に光が照射されて画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’が表示される。ここで、ユニット駆動部１１０内に収容された投影ユニットとして第１実施形態の画像表示装置１００を用いた場合には、空中における画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’の表示位置は図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明した光路長に対応したものとなる。したがって、光源部２１から投影された画像Ｈと、ユニット駆動部１１０で表示された画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’は奥行きが異なる位置に重ね合わせて表示される。

　ユニット駆動部１１０内において投影ユニット（画像表示装置１００）の位置を三次元的に移動させると、照射される光の経路や光路長が変化するため、画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’が表示される位置も変化する。これにより、画像Ａ１，Ａ２’，Ａ２，Ａ１’の画像Ｈや背景中に対する相対位置を変化させて表示することも可能となる。

　図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示したように、利用者の眼前に透過する光の偏光方向を選択する偏光子Ｐを配置することで、空中に結像した画像Ａ１，Ａ２’および画像Ａ２，Ａ１’の何れを利用者に視認させるかを選択することができる。

　図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂではそれぞれ右目側と左目側の例に対応した例を示しているが、右目側と左目側どちらであってもよい。誘電体多層膜反射板２６は導光板部２５より遠方側と手前側のどちらに配置した場合でも、傾斜角度を切り替えることで画像Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’の結像位置を切り替えることができる。

　上述したように本実施形態の画像表示装置２００では、光源部２１が投影する画像Ｈと、ユニット駆動部１１０から投影される画像Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’を重ね合わせ、奥行方向に複数の画像を結像することが可能となる。空間中に結像したＡ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’の結像位置を変化させることもできる。

　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について図８を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図８は、本実施形態に係る画像表示装置３００の概略を示す模式図である。図８に示すように画像表示装置３００は、画像投影部３１ａ，３１ｂと、ビームスプリッタ３２ａ，３２ｂと、再帰反射部３３ａ，３３ｂと、導光板部３４ａ，３４ｂと、シリンドリカルレンズ３５と、レンズ３６ａ，３６ｂと、プリズム３７ａ，３７ｂと、ミラー３８ａ，３８ｂを備えている。

　本実施形態の画像表示装置３００では、画像投影部３１ａ，３１ｂから照射された投影光は、レンズ３６ａ，３６およびプリズム３７ａ，３７ｂを介して導光板部３４ａ，３４ｂに入射する。導光板部３４ａ，３４ｂの内部では、光が繰り返し反射されてビームスプリッタ３２ａ，３２ｂに入射し、一部はビームスプリッタ３２ａ，３２ｂで反射されて導光板部３４ａ，３４ｂ内を再帰反射部３３ａ，３３ｂに向かって進行し、一部はビームスプリッタ３２ａを透過してシリンドリカルレンズ３５に向かって進行する。再帰反射部３３ａ，３３ｂに到達した光は、入射方向と反対方向に反射されて再度ビームスプリッタ３２ａ，３２ｂに入射して透過した後に、ミラー３８ａ，３８ｂに反射されて画像Ａ１，Ａ２が結像される。

　また、ビームスプリッタ３２ａ，３２ｂを透過してシリンドリカルレンズ３５に到達した光は、反対側のミラー３８ｂ，３８ａによって反射されて画像Ａ２’，Ａ１’として結像される。

　本実施形態でも、投影光がビームスプリッタ３２ａ，３２ｂによって反射光と透過光に分離され、反射光は再帰光となって結像されるため、の画像表示装置３００は画像Ａ１，Ａ２を画像Ａ１’，Ａ２’とは異なる位置に表示することができ、奥行方向に複数の画像を結像することが可能となる。導光板部３４ａ，３４ｂの内部での繰り返し反射を用いることで、画像表示装置３００の薄型化と軽量化を図ることができる。

　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

　本出願は、２０１９年６月５日出願の日本出願第２０１９－１０５１２８号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

Claims

　第１画像を投影する第１画像投影部と、
　前記第１画像投影部から照射された第１投影光を第１透過光および第１反射光に分離する第１ビームスプリッタと、
　前記第１反射光を、前記第１ビームスプリッタに第１再帰光として入射させる第１再帰反射部と、
　前記第１ビームスプリッタを透過した前記第１再帰光を結像する第１結像光学部を有する画像表示装置。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　第２画像を投影する第２画像投影部と、
　前記第２画像投影部から照射された第２投影光を第２透過光および第２反射光に分離する第２ビームスプリッタと、
　前記第２反射光を、前記第２ビームスプリッタに第２再帰光として入射させる第２再帰反射部と、
　前記第２ビームスプリッタを透過した前記第２再帰光を結像する第２結像光学部を有する画像表示装置。
　請求項２に記載の画像表示装置であって、
　前記第２ビームスプリッタは前記第１透過光を前記第２結像光学部に向けて反射し、
　前記第１ビームスプリッタは前記第２透過光を前記第１結像光学部に向けて反射する画像表示装置。
　請求項３に記載の画像表示装置であって、
　前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタの間にシリンドリカルレンズを備え、
　前記シリンドリカルレンズは前記第１透過光および前記第２透過光を透過させる画像表示装置。
　請求項２から４の何れか一項に記載の画像表示装置であって、
　前記第１投影光を第１方向に偏光させる第１偏光子と、
　前記第２投影光を前記第１方向に直交する第２方向に偏光させる第２偏光子を備える画像表示装置。
　請求項１から５の何れか一項に記載の画像表示装置であって、
　第３画像を投影する第３光源部と、
　前記第３光源部から照射された第３投影光を導波する導波部と、
　前記第３投影光を前記導波部の外に照射する光出射部と、
　前記第１結像光学部を経由した光を反射する誘電体多層膜反射板を備え、
　前記再帰光が結像する位置と、前記第３投影光が結像する位置とが異なっている画像表示装置。
　請求項６に記載の画像表示装置であって、
　前記誘電体多層膜反射板を回転駆動する反射板駆動部を備える画像表示装置。
　請求項６または７に記載の画像表示装置であって、
　前記第１結像光学部と前記誘電体多層膜反射板の相対位置を変化させるユニット駆動部を備える画像表示装置。