JP7587034B2 - 空間浮遊映像表示装置および光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、明るい使用環境下においても視認性の高い空間浮遊映像を表示する空間浮遊映像表示装置の技術に関し、空間浮遊映像の画像を複数の観視者に同時に実像として観察できるようにした光学系を用いた空間浮遊映像表示装置の技術に関する。

空中に画像を表示する空間浮遊画像表示装置の小型化と空間映像の突出距離を大きくする技術として、特許第６６３２７４７号（特許文献１）が提案されている。

特許第６６３２７４７号

この種の映像表示装置においては、空間浮遊像映像表示装置からの空間浮遊映像の突出量（言い換えると浮遊量）を大きくして空中像の視認範囲の拡大が望まれる。一方、空間浮遊映像を大型化するためには、画像表示部（表示装置）の表示画像の大型化が必須である。その場合、従来技術では、空間浮遊映像表示装置（セット）が大型化してしまう。

本発明の目的は、より好適に空間浮遊映像を表示することが可能な空間浮遊映像表示技術を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、一例を挙げるならば以下の通りである。空間浮遊映像を形成する空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像を形成する特定偏波の映像光が通過する開口部と、開口部に配置され前記映像光が通過する透明部材と、映像源としての液晶表示パネルと、映像源に特定の偏光方向の光を供給する光源装置と、再帰反射面に位相差板が設けられた再帰反射光学部材と、映像源と再帰反射光学部材とを結んだ空間内に設けられた偏光分離部材と、を備え、映像源からの一方の偏波の映像光を偏光分離部材によって透過させ、偏光分離部材を透過した映像光を再帰反射光学部材および位相差板に入射させて偏光変換し、偏光変換後の他方の偏波の映像光を偏光分離部材によって開口部に向けて反射させ、偏光分離部材で反射した映像光に基づいて、開口部の透明部材の外側に実像である空間浮遊映像を表示し、液晶表示パネルは、表示面から特定偏波の映像光を出射し、表示面の一方の領域にはλ／２板が設けられることで表示面が複数の領域に分割され、表示面の他方の領域からは特定偏波の映像光を出射し、一方の領域からはλ／２板を通じて特定偏波とは異なる偏波の映像光を出射し、映像源の複数の領域に対応させて、領域ごとに、位相差板が設けられた再帰反射光学部材が配置され、領域と再帰反射光学部材とを結んだ空間内に偏光分離部材が配置され、映像源の第１の領域からの一方の偏波の映像光を、第１の偏光分離部材で反射させ、第２の偏光分離部材で透過させ、第１の再帰反射光学部材および第１の位相差板によって偏光変換し、偏光変換後の他方の偏波の映像光を第２の偏光分離部材で反射させて、第１の空間浮遊映像を形成するとともに、映像源の第２の領域からの他方の偏波の映像光を、第２の偏光分離部材で反射させ、第１の偏光分離部材で透過させ、第２の再帰反射光学部材および第２の位相差板によって偏光変換し、偏光変換後の一方の偏波の映像光を第１の偏光分離部材で反射させて、第２の空間浮遊映像を形成し、映像源の前記複数の領域に対応させた第１の空間浮遊映像および第２の空間浮遊映像の合成によって、開口部の透明部材の外側に空間浮遊映像を表示する。

本発明によれば、より好適に空間浮遊映像を表示することが可能な空間浮遊映像表示技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の原理を説明するための主要部構成と再帰反射光学部構成の一例を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の課題として再帰反射光学部材を示す説明図である。 再帰反射光学部材の表面粗さと再帰反射像のボケ量との関係を表す特性図である。 一実施例の空間浮遊映像表示装置のゴースト像低減手段の原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の奥行き低減手段の第一の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の奥行き低減手段の第二の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第三の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第四の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第五の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第六の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第七の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の光学素子の原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第一の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第二の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置のセット容積低減手段の第三の実施例に係る原理を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の光学部品の第一の構造を示す上面図である。 空間浮遊映像表示装置により得られる第一の空間浮遊映像の像面形状を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の光学部品の第二の構造を上面図である。 空間浮遊映像表示装置により得られる空間浮遊映像の第二の像面形状を示す図である。 空間浮遊映像表示装置の空間浮遊映像を拡大する原理の説明図である。 映像表示装置からの光出力の角度特性を示す特性図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 表示装置の拡散特性の説明図である。 表示装置の拡散特性の説明図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。 光源装置の具体的な構成の一例を示す図である。 一実施例に係る空間浮遊映像表示装置の使用形態の一例を示す図である。 空間浮遊映像表示装置を自動車に設置した場合の主要部構成の第２の実施例を示す図である。 偏光成分の違いによる光線入射角度に対するガラスの反射特性を示す特性図である。 太陽光の分光放射照度を示す特性図である。 高輝度白色ＬＥＤの分光放射輝度の相対値を示す特性図である。 高輝度白色ＬＥＤの放射特性を示す特性図である。 光源の青色光を選択するフィルタ―特性を示す特性図である。

＜従来の空間浮遊映像表示装置＞
従来の空間浮遊映像表示装置は、高解像度なカラー映像表示源として映像光が拡散する特性を有する有機ＥＬパネルや液晶表示パネルを使用し、再帰反射光学部材と組み合わせて構成される。この空間浮遊映像表示装置では、カラー映像表示源と同一サイズの平面空間浮遊映像が得られる。

また、再帰反射光学部材で反射された映像光は、映像表示源と同様に広角な拡散特性を持つ。再帰反射光学部材の表面には、図１（Ｂ）に示すような６面体の反射部材が整列配置されている。図２に示すように、再帰反射光学部材２の反射面が６面体であるために、正規な映像光（映像光の主光線）６００１によって生じる反射光６００２の他に、再帰反射光学部材２（反射部材２ａ，２ｂ，２ｃ等）に斜めから入射する映像光（映像光の斜め光線）６００３によって発生する反射光６００４が原因でゴースト像が発生し、空間浮遊映像の画質を損ねていた。

従来技術例として示した再帰反射光学部材２の反射部材が６面体であるために、正規な空間浮遊映像の他に、第１ゴースト像から第６ゴースト像（図示せず）まで複数のゴースト像が発生する。このため、観視者（ユーザ）以外の人にも、同一の空間浮遊映像であるゴースト像が観視され、空間浮遊映像の見かけ上の解像度が大幅に低下する等の大きな課題があった。なお、ここでは、図１（Ｂ）に示す６面体による反射によって再帰反射を実現する構造の例を示した。これに限らず、再帰反射を起こす少なくとも２回以上の反射により再帰反射像を得る光学部材において、同様の理由でゴースト像が発生する課題がある。以上、反射面が突起形状の６面体の場合について説明したが、周囲に対して凹面形状の反射面による６面体としても、同様の効果が得られる。

また、後述する狭角な指向特性を有する表示装置からの映像光を再帰反射光学部材によって反射させ、それにより空間浮遊映像を得る構成がある。発明者の実験によれば、それにより得られた空間浮遊映像は、上述したゴースト像の他に、図３に示したように、液晶表示パネルの画素ごとにボケが視認された。

＜空間浮遊映像表示装置の概要＞
図１を用いて、本実施例の空間浮遊映像表示装置の構成をより具体的に説明する。図１（Ａ）に示すように、ガラス等の透明部材１００の斜め方向（光軸５００１の方向）には、特定偏波の映像光を挟角に発散させる表示装置１を備える。この斜め方向は、図示のように透明部材１００の平面の方向およびそれに垂直な方向に対し斜めになるように角度を持つ所定の方向である。表示装置１は、映像源であり映像光を出射する表示パネル１１と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３（言い換えるとバックライト）とを備える。本実施形態における表示パネルは、液晶表示パネルを用いて説明する。

表示装置１からの特定偏波の映像光は、透明部材１００に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材１０１によって反射され、反射光が光軸５００２の方向で再帰反射光学部材２に入射する。図面中では、偏光分離部材１０１はシート状に形成され、透明部材１００の面（図示のように下側の面）に粘着されている。再帰反射光学部材２の映像光入射面には、λ／４板２１が設けられている。映像光は、再帰反射光学部材２への入射のときと出射のときとで計２回、λ／４板２１を通過させられることで、特定（一方）の偏波から他方の偏波へ偏光変換される。

ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材１０１は、偏光変換された他方の偏波の偏光を透過する性質を有する。よって、光軸５００２の方向で、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材１０１を透過する。偏光分離部材１０１を透過した映像光は、光軸５００２と対応した光軸５００３の方向で、透明部材１００の外側（図面では上側）の所定の位置に、実像である空間浮遊映像２２０を形成する。

なお、空間浮遊映像２２０を形成する光は、再帰反射光学部材２から空間浮遊映像２２０の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空間浮遊映像２２０の光学像を通過後も直進する。よって、空間浮遊映像２２０は、一般的なプロジェクタ等でスクリーン上に形成される拡散映像光とは異なり、高い指向性を有する映像である。よって、図示の構成では、矢印Ａの方向からユーザ（対応するアイポイント）が視認する場合には、空間浮遊映像２２０は好適な明るい映像として視認されるが、矢印Ａとは異なる例えば矢印Ｂの方向から他の人物が視認する場合には、空間浮遊映像２２０は映像として一切視認することはできない。

この高い指向性という特性は、例えば運転者（方向Ａに対応したアイポイントの位置を持つユーザ）のみに対し必要な映像情報を表示するシステムや、その運転者に対向する車外の他の人物（例えば方向Ｂに対応するアイポイントを持つ人）や車内の他の位置にいる人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステム等に採用する場合には、非常に好適である。

＜本願発明による空間浮遊映像表示装置の性能改善＞
従来技術による空間浮遊映像表示装置では、再帰反射光学部材２の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになる場合がある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述した偏光分離部材１０１で反射されて表示装置１に戻る。この光が、表示装置１を構成する液晶表示パネル１１の映像表示面で再反射し、前述のようなゴースト像を発生させて、空間浮遊映像２２０の画質を低下させる可能性がある。そこで、本実施例では、表示装置１の映像表示面には吸収型偏光板１２が設けられている。表示装置１から出射する映像光は、吸収型偏光板１２を透過させ、偏光分離部材１０１から戻ってくる反射光は、吸収型偏光板１２で吸収させる。これにより、上記再反射等を抑制でき、空間浮遊映像２２０のゴースト像による画質低下を防止することができる。

上述した偏光分離部材１０１は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成されたものを適用できる。

次に、図１（Ｂ）に、代表的な再帰反射光学部材２として、今回の検討に用いた日本カ－バイト工業株式会社製の再帰反射光学部材の表面形状を示す。この再帰反射光学部材は、面内において規則的に配列された６角柱（再帰部）を有する。規則的に配列された６角柱の内部に入射した光線は、６角柱の壁面と底面で反射されて、再帰反射光として、入射光に対応した方向に出射して、図１（Ａ）に示す空間浮遊映像２２０の正規像Ｒ１（所定の位置に形成される像）を形成する。再帰反射光学部材２は、図１（Ｂ）に示すように、６角柱を空気に接する面となるように底面に反射面を設け、反射面の上部に６角コーナー面を形成し、６面体と６角柱を中空とし、残りの部分に樹脂を充填した構成としても、同様の効果が得られる。

一方、図２に示したように、表示装置１からの映像光のうちで、再帰反射光学部材２に斜めに入射した映像光によっては、正規像Ｒ１とは別にゴースト像が形成される。本発明の空間浮遊映像表示装置は、表示装置１に表示した映像に基づいて実像である空間浮遊映像を表示する。この空間浮遊映像の解像度は、液晶表示パネル１１の解像度の他に、図１（Ｂ）で示す再帰反射光学部材２を構成する６角柱（再帰部）の外形ＤとピッチＰに大きく依存する。例えば、７インチのＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００画素）液晶表示パネルを用いる場合には、１画素（１トリプレット）が約８０μｍであっても、例えば６角柱の直径Ｄが２４０μｍでピッチＰが３００μｍであれば、空間浮遊映像の１画素は３００μｍ相当となる。このため、空間浮遊映像の実効的な解像度は、１／３程度に低下する。

そこで、空間浮遊映像の解像度を表示装置１の解像度と同等にするためには、再帰反射光学部材２の６角柱の直径ＤとピッチＰを液晶表示パネル１１の１画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射光学部材２の６角柱と液晶表示パネル１１の画素とによるモアレの発生を抑えるために、それぞれのピッチ比を１画素の整数倍から外して設計すると良い。また、形状は、再帰反射光学部材２の６角柱のいずれの一辺も液晶表示パネル１１の１画素のいずれの一辺とも重ならないように配置すると良い。

さらに、図２に示すように、再帰反射光学部材２に斜め方向から外光６０００が入ると、再帰反射光学部材２の表面（６角柱２ａ，２ｂ，２ｃ等）で反射し、様々な方向にゴースト像を発生させ、空間浮遊映像の画質を大幅に低下させる。発明者は、空間浮遊映像の画質と視認性を向上するために許容できる空間浮遊映像の像のボケ量ｌ（エル）と画素サイズＬとの関係を実験により求めた。その際、発明者は、画素ピッチ４０μｍの液晶表示パネルと、本実施例の狭発散角（例えば発散角が１５°）の特性を持つ光源装置とを組み合わせた表示装置１を作成して、その関係を求めた。

視認性が悪化するボケ量ｌは、画素サイズの４０％以下が望ましく、１５％以下であれば、殆ど目立たないことが分かった。このときのボケ量ｌが許容量となる反射面の面粗さ（図２での再帰面の表面粗さ６０１０）は、測定距離４０μｍの範囲において平均粗さが１６０ｎｍ以下であり、より目立たないボケ量ｌとなるには、その反射面の面粗さは１２０ｎｍ以下が望ましいことが分かった。このため、前述した再帰反射光学部材２の表面粗さを軽減するとともに、反射面を形成する反射膜とその保護膜とを含めた面粗さを、上述した値以下とすることが望まれる。

一方、再帰反射光学部材２を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形すると良い。具体的には、複数の再帰部（図２での６角柱）を整列させてフィルム上に賦形する方法である。この方法では、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、ロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し、紫外線を照射して硬化させることで、所望形状の再帰反射光学部材２を得る。

図１に示した本実施例の表示装置１は、液晶表示パネル１１と、後に詳述する挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置１３とにより、上述した再帰反射光学部材２に対して斜め（図２）から映像光が入射する可能性を小さくすることができる。これにより、ゴースト像が発生したとしてもゴースト像の輝度が低いので見えにくいという構造的に優れた装置となる。

更に、再帰反射光学部材２の表面には、図４に示すような、視野角を狭角化する映像光制御フィルム（外光制御フィルム、光学シート）２５０を設けると良い。この光学シート２５０は、面方向に、光透過部材である透明部分２５１と光吸収部材である黒色部分２５５（図面ではドットパターン領域）とが交互に配列されている。光吸収部材は図４の奥行方向に延伸している。この光学シート２５０は、映像源からの拡散光が再帰反射光学部材２に斜め方向から入射した場合には黒色部分２５５で遮蔽し、同時に、再帰反射光学部材２の表面粗さ起因で映像光が散乱（図４中、例えば散乱２５３、散乱２５４）した場合でも黒色部分２５５で吸収される。そのため、空間浮遊映像のゴースト像の発生を抑えることができる。再帰反射光学部材２に正規に入射した映像光４００１（垂直入射に近い映像光）のうち散乱しない正規反射光（再帰反射光４００２）は、透明部分２５１を通過して、空間浮遊映像を形成する。

この再帰反射光学部材２の散乱光を抑制する光学シート２５０としては、例えば信越ポリマー（株）の視野角制御フィルム（ＶＣＦ：View Control Film）が適している。このフィルムの構造は、透明シリコンとルーバー形状の遮蔽性の高い黒色シリコンを交互に配置している構造であるので、斜め方向から入射した光は黒色シリコンで吸収される。よって、本実施例（図４）の光学シート２５０と同様の効果が期待できる。

空間浮遊像のゴースト像の発生を軽減するには、上述した映像光制御フィルム２５０を用いる場合に、光透過部材（透明部分２５１）と光吸収部材（黒色部分２５５）のピッチＰｓは、映像源で表示する映像の画素に対して１０倍以下であることが望ましく、映像光制御フィルム２５０の厚さＴは、視野角αを４５度より小さくしたい場合には、ｈ／ｗを１．０より大きくすれば良い。言い換えると、映像光制御フィルム２５０は、０．５＜Ｐｓ／Ｔ＜２．０という関係を有する物を選択すれば、好適である。また、黒色部分２５５の傾斜角は、再帰反射光学部材２に対して垂直（傾斜角０）に配置すると良く、後述の図３３及び図３４に示す実施例においても、再帰反射光学素子２１００の表面に上記映像光制御フィルム２５０を設けることで、ゴースト像の発生を大幅に軽減できる。

＜空間浮遊映像表示装置の小型化の原理１＞
図５及び図６を用いて、空間浮遊映像表示装置を小型化する第一の技術手段について説明する。図５は、小型化の原理の説明図である。表示装置１は、狭角な拡散特性を有する光源装置１３と、映像表示素子としての液晶表示パネル１１とを有して構成され、液晶表示パネル１１の映像表示面の右側の半分の領域にはλ／２板１１１（半波長板）が設けられている。この結果、図５の右半分の領域と左半分の領域から出射される映像光は、異なる偏光方向となり、左側の偏光分離部材１０１と右側の偏光分離部材１０２に分割してそれぞれの偏波方向に対応して反射と透過を分割することで、空間浮遊映像表示装置の厚さ方向（奥行き方向。図５での上下方向。）の寸法を短縮できる。

より具体的には、液晶表示パネル１１の図面右側（右側の半分の領域）の映像光を、λ／２板１１１を設けることで、Ｓ偏波（図面では実線で表示）とし、一方（右側）の偏光分離部材１０２は、Ｓ偏波を反射しＰ偏波（図面では破線で表示）を透過する特性とする。逆に、液晶表示パネル１１の図面左側（左側の半分の領域）の映像光を、λ／２板１１１を設けないことでＰ偏波とし、他方（左側）の偏光分離部材１０１は、Ｓ偏波を透過しＰ偏波を反射する特性とする。そうすれば、右側の偏光分離部材１０２で反射後のＳ偏波の映像光は、左側の偏光分離部材１０１を透過して、左側の再帰反射光学部材２（２Ａ）に入射して反射することで、空間浮遊映像を形成する。逆に、左側の偏光分離部材１０１で反射後のＰ偏波の映像光は、右側の偏光分離部材１０２を透過して、右側の再帰反射光学部材２Ｂに入射して反射することで、空間浮遊映像を形成する。

左右のそれぞれの再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）の表面にはλ／４板２１（位相差板、１／４波長板）が設けられている。左側の再帰反射光学部材２Ａで反射後の映像光は、λ／４板２１を計２回通過することで、Ｐ偏光に変換される。変換後のＰ偏光の映像光は、左側の偏光分離部材１０１で反射され、透明部材１００を透過して、上方に空間浮遊映像２２０１（破線で示す左側の領域の空間浮遊映像）を所定の位置に表示する。同様に、右側の再帰反射光学部材２Ｂで反射後の映像光は、λ／４板２１を計２回通過することで、Ｓ偏光に変換される。変換後のＳ偏光の映像光は、右側の偏光分離部材１０２で反射され、透明部材１００を透過して、上方に空間浮遊映像２２０２（実線で示す右側の領域の空間浮遊映像）を所定の位置に表示する。

また、本実施例の構成では、再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）の位置を図面の矢印の左右方向に移動可能な構造とする。再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）を移動させることで、空間浮遊映像２２０（像面とも記載）の表示位置を厚さ方向（図５の上下方向）で所定の範囲内で任意の位置に変更できる。図示の間隔（距離）Ｌは、厚さ方向での透明部材１００と空間浮遊映像２２０（２２０１，２２０２）の像面との距離である。移動によってこの距離Ｌが変更可能である。このとき、空間浮遊映像表示装置の厚さ方向（図５の上下方向）の寸法を変える必要は無い。像面の位置を変更する際には、例えば、左右の２つの再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）を互いに離れるように移動した場合、透明部材１００の下側で映像光の光路長が長くなるので、その分、像面の位置が厚さ方向でより下方の位置になる。左右の２つの再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）を互いに近付くように移動した場合、透明部材１００の下側で映像光の光路長が短くなるので、その分、像面の位置が厚さ方向でより上方の位置になる。

また、本実施例の構成では、表示装置１の位置を図面の矢印の上下方向に移動可能な構造としてもよい。表示装置１を移動させることで、同様に、空間浮遊映像２２０の表示位置を厚さ方向で所定の範囲内で任意の位置に変更できる。このとき、空間浮遊映像表示装置の左右方向の寸法を変える必要は無い。例えば、表示装置１を偏光分離部材から離れるように下方に移動した場合、透明部材１００の下側で映像光の光路長が長くなるので、その分、像面の位置が厚さ方向でより下方の位置になる。

再帰反射光学部材２や表示装置１を移動可能な構造としては、例えばモータ等の駆動機構を用いてもよい。空間浮遊映像表示装置のコントローラは、その駆動機構を制御してもよい。あるいは、ユーザが手動でこの構造を操作して構成要素を移動できるようにしてもよい。

図５に示したように、本実施例では、液晶表示パネル１１に表示する映像は、２つの偏光分離部材（１０１、１０２）がミラーとして機能する。そのため、空間浮遊映像２２０は、液晶表示パネル１１上の映像に対して左右反転する。具体的には、λ／２板１１１がある右側の領域の映像は、Ｓ偏波からＰ偏波に変換されて、左側の領域の空間浮遊映像２２０１となり、λ／２板１１１が無い左側の領域の映像は、Ｐ偏波からＳ偏波に変換されて、右側の領域の空間浮遊映像２２０２となる。このため、上記左右反転を考慮して、液晶表示パネル１１に表示する映像は、分割数や方法などにより、映像表示のスタート位置と表示順を適宜選択すると良い。

本実施例（図５）では、液晶表示パネル１１から出射する映像光は、Ｐ偏光とし、液晶表示パネル１１の映像表示面において右半分の領域にはλ／２板１１１を設けることで、右半分の領域からの出射光をＳ偏光とした。これに限らずに可能であり、液晶表示パネル１１から出射する映像光をＳ偏光としてもよい。

なお、図５の空間浮遊映像表示装置は、表示装置１の上側で、１セットの左右の２つの再帰反射光学部材２（左側の再帰反射光学部材２Ａ、右側の再帰反射光学部材２Ｂ）の間において、所定の位置に、１セットの左右の２つの偏光分離部材（左側の偏光分離部材１０１、右側の偏光分離部材１０２）が斜めに配置されている。図示の一点鎖線で示す液晶表示パネル１１の左右の中心位置（λ／２板１１１の有無の境界）に対し、左右の２つの偏光分離部材および左右の２つの再帰反射光学部材２が対称に配置されている。λ／２板１１１がある右側の領域の上側には右側の偏光分離部材１０２が配置され、λ／２板１１１が無い左側の領域の上側には左側の偏光分離部材１０１が配置されている。

表示装置１に対向して、それらの上側には、透明部材１００（開口部を構成する）が配置されている。左側の偏光分離部材１０１は、左側の領域からの映像光を右側の偏光分離部材１０２および再帰反射光学部材２Ｂへ向けて反射（図５では概略９０度の反射）させるように、主面が斜め方向に配置されている。右側の偏光分離部材１０２は、右側の領域からの映像光を左側の偏光分離部材１０１および再帰反射光学部材２Ａへ向けて反射（図５では概略９０度の反射）させるように、偏光分離部材１０１とは異なる斜め方向に配置されている。図５のように、再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）は、空間浮遊映像表示装置の開口部の透明部材１００に対してほぼ垂直に配置されている。これにより、再帰反射光学部材２へ外光が入射することで発生するゴースト像を軽減できる。

図６を用いて、空間浮遊映像表示装置を更に小型化する第二の技術手段について説明する。図５の第一の実施例では、映像源である液晶表示パネル１１の画面を２分割している。それに対し、図６に示す第二の実施例では、映像源である液晶表示パネル１１の画面の分割数を４分割とする。これにより、より小型化が実現できる。

図６で、第二の実施例では、図５の第一の実施例に対し、２つの再帰反射光学部材２を画面中央部（破線Ａの位置）に配置している。第二の実施例では、第一の実施例のような構成を、表示装置１の画面における図示の左右方向において２つ並列して設けている。これにより、液晶表示パネル１１の表示画面を４分割し、空間浮遊映像２２０として、それぞれの分割領域に対応した空間浮遊映像（２２０１，２２０２，２２０３，２２０４）を得ることができる。本実施例では、液晶表示パネル１１から出射する映像光は、Ｐ偏光（破線）とする。図６の左右方向（表示平面を構成する方向）において、最も右の１／４画面６０１と中央左の１／４画面６０３は、λ／２板１１１を液晶表示パネル１１の映像表示面に設けることで、出射光をＳ偏光（実線）とすることができる。

このように、第二の実施例では、画面（映像表示面）の方向において、再帰反射光学部材２（２Ａ，２Ｂ）および偏光分離部材（１０１，１０２）のセットを並列に設ける構成である。この結果、それぞれの偏波方向に対応して反射と透過を分割することで、空間浮遊映像表示装置の厚さ方向（図６の上下方向）の寸法を更に短縮できる。図５と図６の構成で、画面（映像表示面）の大きさを同じとした場合に、図６の構成要素（２セットの再帰反射光学部材２および２セットの偏光分離部材）は、図５の構成要素（１セットの再帰反射光学部材２および１セットの偏光分離部材）に対し、図示のように寸法がより小さい。そのため、図６の構成は、図５の構成よりも、厚さ方向の寸法が短縮される。

また、第二の実施例でも、第一の実施例と同様に、再帰反射光学部材２の位置を図６の左右方向に移動可能な構造としてもよいし、表示装置１の位置を図６の上下方向に移動可能な構造としてもよい。これらにより、空間浮遊映像２２０の表示位置を図６の上下方向で所定の範囲内で任意の位置に変更可能である。このとき、空間浮遊映像表示装置の厚さ方向の寸法を変える必要は無い。

＜空間浮遊映像表示装置の小型化の原理２＞
図７及び図１２を用いて、空間浮遊映像表示装置を小型化する第三の技術手段について説明する。図７は、小型化の原理の説明図である。表示装置１は、狭角な拡散特性を有する光源装置１３と、映像表示素子としての液晶表示パネル１１とを有して構成される。図７の構成は、図５と同様の構成要素に加え、透明部材１００の近傍の上側の位置に光学素子２１５０が配置されている。光学素子２１５０は、空間浮遊映像を拡大する作用を有する。映像源である液晶表示パネル１１の映像表示面積に対し、光学素子２１５０のレンズ作用により、空間浮遊映像２２０の結像位置（仮想面７００）での面積を大きくする。また、本実施例では、表示装置１を図面での上下方向に移動させることで、空間浮遊映像２２０の結像位置を適宜選択できる。

光学素子２１５０は、例えば図２１に示す狭角な拡散特性（「基準配光」、「例１」、「例２」）を持つテレセントリックな出射光とすることで発散作用を有する光学素子が用いられる。このとき、液晶表示パネル１１からの映像光は、光学素子２１５０により、本来の空間浮遊映像の大きさ２２０ａ１（実線）及び大きさ２２０ａ２（破線）に対して、仮想面７００に想定した画素ごとに対応した領域に向けて映像光束の出射方向を制御する。これにより、仮想面７００における所望の位置に、空間浮遊映像２２０として拡大像２２０ｂ１及び拡大像２２０ｂ２を得る。

本来の位置における右側の領域（実線）の空間浮遊映像（大きさ２２０ａ１）は、光学素子２１５０によって拡大され、仮想面７００の位置において、右側の領域（実線）の拡大像２２０ｂ１となる。左側の領域（破線）の空間浮遊映像（大きさ２２０ａ２）は、光学素子２１５０によって拡大され、左側の領域（破線）の拡大像２２０ｂ２となる。光学素子２１５０を設けない場合の本来の空間浮遊映像の位置は、厚さ方向で透明部材１００から距離７０１の位置である。光学素子２１５０を設ける場合の拡大像としての空間浮遊映像２２０の位置は、本来の位置からさらに上方に距離７０２にある仮想面７００の位置である。

本実施例は、映像源と再帰反射光学部材２との光学距離を変更可能な構造を有する。具体的には、表示装置１を上下に移動させる構造を有する。この構造によって光学距離を変更することで、空間浮遊映像２２０（拡大像）が形成される位置と大きさを変更することができる。

図８を用いて、空間浮遊映像表示装置を小型化する第四の技術手段について説明する。図８に示す第四の実施例では、表示装置１の上側で、光学素子２１５０との間に、マイクロレンズアレイ３００が配置されている。映像源である表示装置１の液晶表示パネル１１のそれぞれの画素から発散した狭角な発散光を持つ映像光は、マイクロレンズアレイ３００においてマトリックス状に配置されたマイクロレンズの作用により、それぞれの画素に対応した像を空間に映し出す。このとき、本実施例は、マイクロレンズの焦点距離により、空間浮遊映像２２０が結像する位置（結像点の集合体）を制御する。このため、図８の第四の実施例では、前述の再帰反射光学部材２と偏光分離部材（１０１及び１０２）を用いた三つの方式（図５、図６、図７）よりも、空間浮遊映像表示装置の小型化が実現できる。

本実施例では、マイクロレンズアレイ３００の焦点距離を大きくして空間浮遊映像２２０の浮遊量（突出量。厚さ方向での距離。）を大きくし、空間浮遊映像２２０とマイクロレンズアレイ３００との間に配置された、映像光束の方向を制御する作用（発散作用）を持つ光学素子２１５０により、本来の空間浮遊映像の大きさに対して映像光束の出射方向を画素ごとに変えて空間浮遊映像２２０の拡大像（仮想面７００の位置における拡大像８０１）を得る。

光学素子２１５０は、液晶表示パネル１１の映像表示面のそれぞれの画素に対応した空間浮遊像の画素を所望の位置に向ける作用を有している。この作用について、図２０を用いて詳細に説明する。光学素子２１５０は、上述した実施例では映像源である液晶表示パネル１１と空間浮遊映像２２０（仮想面７００）との間に設けられ、液晶表示パネル１１のマトリックス状に配置された画素（図２０中では実線で表示）と対応する空間浮遊映像２２０の画素（図２０中では破線で表示）のＸＹ平面上の結像位置を制御する。一方、Ｚ軸方向（厚さ方向）の結像位置は、第一の実施例から第三の実施例については、再帰反射光学部材２と液晶表示パネル１１との間隔（距離）Ｌにより一義的に決まり、再帰反射光学部材２で反射後の所定の位置で結像する。また、図８の第四の実施例でのマイクロレンズアレイ３００を用いた方式では、マイクロレンズの焦点距離により、結像位置を制御することができる。

図２０で、座標軸は、液晶表示パネル１１の表示領域の中央座標をＸＹ平面の原点とし、対応する空間浮遊映像２２０の画面中央座標を同じくＸＹ平面の原点として示している。液晶表示パネル１１の画素は画面水平方向（Ｘ）及び画面垂直方向（Ｙ）にマトリックス状に配置され、それぞれの画素（ＲＧＢの３色で１画素として以下説明する）は、アドレス（Ｏｎｎ)を持つ。他方、空間浮遊映像２２０に対応した仮想面７００にも、液晶表示パネル１１の画素それぞれに対応したアドレス（Ｉｎｎ）を持たせ、光学素子２１５０のレンズ作用により、表示映像のＸＹ平面上で対応する所望の位置に映像光束を向かわせる。

具体的には、液晶表示パネル１１のそれぞれの画素から狭角な拡散特性を有する映像光束を再帰反射光学部材２に入射させ反射させることで空間浮遊映像を得る第一の実施例から第三の実施例に示した本願発明の光学システムにおいて、空間浮遊映像を拡大する最も有効な技術手段は、以下とすれば良い。すなわち、それぞれの画素に対応した映像光束（各画素から発散した映像光）を個別な映像光束として光学素子２１５０に入射させ、光学素子２１５０の入射面と出射面の形状により得られるレンズ作用によって、ＸＹ平面上の所望の位置に向かわせる構成とすればよい。このとき、空間浮遊映像２２０の結像位置は、前述の再帰反射光学部材２と液晶表示パネル１１との間隔Ｌにより一義的に決まり、再帰反射光学部材２で反射後の所定の位置で結像する。他方、第四の実施例のマイクロレンズアレイ３００を用いた方式では、マイクロレンズの焦点距離により、結像位置を制御することができる。

次に、図２１を用いて、映像源である液晶表示パネル１１のそれぞれの画素から出射される映像光の最適な拡散特性について説明する。図２１に示した「基準配光」に示される±２度以下の狭角な特性であれば、再帰反射光学部材２によって発生するゴースト像を大幅に低減できる。他方、空間浮遊映像の周辺まで均一な明るさを得るためには、適度な拡散特性が必要になる。観視者の両眼の間隔が平均的に６５ｍｍであるため、画面水平方向の寸法が６５ｍｍ以下であれば、図２１に示す基準配光でも、再帰反射光学部材２で反射した空間浮遊像であれば、画面周辺でも実用上問題無い明るさが得られる。また、空間浮遊映像の拡大倍率を大きくするには、上述したように、光学素子２１５０のレンズ作用により映像光束の曲げ量、または空間浮遊量を大きくすることによって制御する。このとき、拡大率を大きくして映像源である液晶表示パネル１１に対して２倍以上とする場合には、「例２」に示す裾広がりの拡散特性を持たせると、画面周辺まで実用上問題無い明るさが得られるばかりでなく、空間浮遊映像を斜め方向から見た場合でも、画面周辺まで実用上問題無い明るさを実現できる。

更に、本願発明の空間浮遊映像の拡大方式では、拡大像の画素そのものを拡大するのではなく、それぞれの画素を所望の位置で結像させるため、画素間の間隔が広がる。図２１に示した「基準配光」特性では、それぞれの画素間に画素以上の空間が生じる。これを低減するためにも、「例１」、「例２」に示すような裾広がりの拡散特性を持たせる必要がある。この目安として、上述した拡散特性による画素の広がりが空間浮遊映像の画素間距離の３０％を超えると、画像の連続性に違和感が無く、８０％を超えると、画素が重なり空間浮遊像のフォーカス感が低下する。

また、本実施例の光学素子２１５０は、映像源（表示装置１）と空間浮遊映像の結像位置との間に配置されて、液晶表示パネル１１の画素から発散する映像光束を広げる作用を有する。すなわち、空間浮遊映像の結像点そのものを像が拡大する方向（図２０のＸＹ平面内で座標値が大きくなる方向）に向けて制御する。さらに、この光学素子２１５０の光軸を映像源（表示装置１）の中心軸からずらして配置することで、空間浮遊映像２２０の拡大像の部分的な拡大率や結像位置を制御できるので、疑似的な立体映像の空間浮遊映像を得ることができる。

図９は、第五の実施例の空間浮遊映像表示装置の構成を示す。この実施例では、映像源（図示しない表示装置）の各画素から出射した挟角拡散特性（ほぼ平行光）を有する映像光束９０１（破線矢印）を、光学素子２１５０である第一の光学素子２１５０で拡大（光束を拡散）し、その拡大された映像光束９０２（一点鎖線矢印）を、仮想面７００に配置された第二の光学素子２１６０で集光して、平行光である映像光束９０３（破線矢印）に変換する。この平行光である映像光束９０３によって、所定の位置７０５に、拡大像としての空間浮遊映像２２０ｂが表示される。この結果、空間浮遊映像２２０ｂを正面視した場合や斜め方向から見た場合においても、映像光束が画面中央から画面周辺までの全領域で実用上十分な明るさを得ることができる。このとき、空間浮遊映像は、第一の光学素子２１５０の位置に対応した本来の空間浮遊像２２０ａの大きさに対して拡大された空間浮遊映像２２０ｂとなる。

図９で、光学素子２１５０の光線入射面には、ＡＲコートを設けると良い。

＜空間浮遊像を拡大する光学素子の具体例＞
図１０を用いて、空間浮遊映像を拡大する光学素子の第一の具体例を説明する。図１０は、光学素子２１５０に関する第１の具体例としての光学素子１１００を示す。図１０の実施例の構成は、図９と同様に、映像源（図示しない表示装置）の各画素から出射した映像光束１００１（破線）を拡散させる作用を有する光学素子１１００によって、所望の位置に向けて映像光束を屈折させる。この光学素子１１００は、基材（基盤）２１５２の空間浮遊像生成側（図１０での上面側）にサーキュラーフレネル形状（言い換えるとサーキュラーフレネルレンズ）２１５１が設けられ、このレンズ作用により、所望の位置に映像光束１００２を向かわせて、空間浮遊映像２２０（拡大像１１０１、立体的な空間浮遊映像）を形成させる。

このとき、サーキュラーフレネル形状２１５１によるフレネルレンズ面での反射光は、基材２１５２の出射面に戻り、再び反射し、この反射光が、空間浮遊映像を形成する本来の光束に重畳することで、ゴースト像が発生する。このゴースト像を低減するために、基材２１５２の映像光束入射側（図１０での下面側）に反射防止膜２１５３が形成されると良い。このとき、基材２１５２に設けたサーキュラーフレネルレンズのフレネル角度は、図１２に示すように、フレネル中心（一点鎖線）からの距離ｌ（例えばｌ１，ｌ２，ｌ３）によって変化する。そのため、入射面に設ける反射防止膜２１５３は、フレネルレンズ全体の平均的なフレネル角度に対する反射光が反射後に基材２１５２の入射面に入射する角度での反射率が最小となるようにすると良い。更に、比視感度が最大の緑光領域（５３０ｎｍ～５７０ｎｍ）での反射率を最小とすると良い。

光学素子１１００は、映像源（液晶表示パネル１１）の映像表示領域の中心と再帰反射光学部材２の外形中心とを結んだ光軸に対して光学素子１１００の中心が偏心して配置され、立体的な空間浮遊映像（拡大像１１０３）の高さ中心が、偏心した光学素子１１００の中心の延長線上に存在する。立体的な空間浮遊映像２２０の結像位置は、光学素子１１００のレンズ面に略平行でレンズ面を拡大した面積を有する仮想面と対応している。光学素子１１００は、レンズ面の傾きに応じてレンズ面を通過する映像光束の出射方向を制御する作用を有する。光学素子１１００の映像光束が通過する領域に対応した仮想面内の平面座標情報に、映像源と再帰反射光学部材２との間隔で決まる空間浮遊映像の高さ方向の座標情報を加え、光学素子１１００の領域内における厚さが設定されることで、立体的な空間浮遊映像２２０（拡大像１１０３）を形成する。

上述した空間浮遊映像２２０を得るための具体的な技術を用いて、拡大光学素子である光学素子２１５０（光学素子１１００）によって空間浮遊映像２２０を高倍率で拡大すると、図１０に示すように、空間浮遊像２２０（拡大像１１０３）の像面は湾曲する。光学素子２１５０単体でこの湾曲（像面湾曲）を軽減するには、図１１に示す光学素子２１５５の構成が適用できる。図１１の構成では、空間浮遊映像２２０の像面湾曲を補正するため、光学素子２１５５の中心厚さｔ_９に対して周辺部の厚さｔ_５をレンズ作用にあわせて変化させ、画素に対応した映像光束が通過する光路において光学素子２１５５の入射面から空間浮遊映像２２０の像面までの光路長（屈折率と物理長の積）が等しくなるように、厚さを最適化することで、像面湾曲を補正する。このとき、厚みの変更は、光学素子２１５５の入射面がレンズ作用を持たないように、図示のように厚さの異なる平面（平面部）ｔ_６、ｔ_７、ｔ_８等を重ねた形状とすると良い。

上述したサーキュラーフレネルレンズ形状を得るためには、例えば金型もしくはレプリカを作成して成形により光学素子２１５５を成形する。このとき、光学素子２１５５の最外周におけるフレネル形状によっては、金型からの離形抵抗が大きくなり、基材が変形したり、レンズ面が荒れたりといった光学的な弊害が生じる。このため、離形性を向上させるには、サーキュラーフレネル形状２１５１に図示のような抜き勾配θ_０を設ける必要がある。抜き勾配θ_０は、経験的には２度以上とすればよく、５度を超えると正規の方向に光を屈折できない領域が増え、ゴースト像の発生や空間浮遊像の明るさ低下となる。

図１０で、光学素子２１５０の光線入射面には、ＡＲコートを設けると良い。

＜空間浮遊像の表示位置と拡大倍率に関して設計自由度を高める技術手段＞
次に、図１３、図１４及び図１５を用いて、空間浮遊映像の表示位置に対する自由度を高める技術手段について説明する。

図１３は、空間浮遊映像の表示位置と拡大倍率に対する自由度を高める本願発明の第一の実施例を示す。図１３は、再帰反射光学部材２を用いた空間浮遊映像表示装置の構造を示す。映像源である表示装置１は、画像表示装置としての液晶表示パネル１１と光源装置１３とから構成される。液晶表示パネル１１からは特定の偏波の映像光が出射される。このとき、映像光の発散角は、前述したように再帰反射光学部材２で発生するゴースト像を軽減するために、狭発散角を持つ光源装置１３を選ぶと良い。この結果、表示装置１から図面の左方向に出射された映像光は、広がることなく反射ミラー２１２０で上方に反射されて偏光分離部材２１４０ａに向かう。その特定の偏波の映像光は、偏光分離部材２１４０ａでまず反射されて、左方向にある再帰反射光学部材２等に入射し反射される。再帰反射光学部材２の表面にはλ／４板２１が配置されている。偏光分離部材２１４０ａからの特定の偏波の映像光は、再帰反射光学部材２の反射面で反射し同時にλ／４板２１の通過によって偏光変換される。変換後の他方の偏波の映像光は、右方向に向かって偏光分離部材２１４０ａを透過し、空間浮遊映像２２０が表示される。

このとき、本実施例では、空間浮遊映像２２０を拡大する作用を持つ光学素子２１５０が、再帰反射光学部材２と空間浮遊映像２２０（拡大像１３０１が形成される仮想面）との間に配置されている。この光学素子２１５０により、空間浮遊映像２２０を所望の大きさに拡大する。仮想面の位置には拡大像１３０１としての空間浮遊映像２２０が表示される。また、本実施例では、表示装置１を図面の左右方向（光軸の方向）に移動可能な構造とする。表示装置１を左右方向に移動させることで、映像光の光路長（表示装置１と再帰反射光学部材２との光学距離）が変わるので、空間浮遊映像２２０の結像位置を変更できる。例えば表示装置１を左に移動した場合、変更後の仮想面１３０２のようになる。そして、光路の途中に配置された光学素子２１５０により映像光束を広げることで、所望の結像位置に応じて拡大された空間像を得ることができる。あるいは、再帰反射光学部材２の位置を図面の左右方向に移動可能な構造としてもよく、同様の効果が得られる。

図１４は、空間浮遊映像の表示位置と拡大倍率に対する自由度を高める第二の実施例を示す。図１４は、再帰反射光学部材２を用いた空間浮遊映像表示装置の構造を示す。映像源である表示装置１は、画像表示装置としての液晶表示パネル１１と光源装置１３とから構成される。液晶表示パネル１１からは特定の偏波の映像光が出射される。このとき、映像光の発散角は、前述したように再帰反射光学部材２で発生するゴースト像を軽減するために、狭発散角を持つ光源装置１３を選ぶと良い。この結果、表示装置１から上方に出射された映像光は、広がることなく反射ミラー２１２０と反射ミラー２１１０でそれぞれ反射される。反射ミラー２１１０で反射された特定の偏波の映像光は、上方の偏光分離部材２１４０ａに向かう。その映像光は、偏光分離部材２１４０ａをまず透過して、上方の再帰反射光学部材２等に入射し反射する。再帰反射光学部材２の表面にはλ／４板２１が配置されている。偏光分離部材２１４０ａからの特定の偏波の映像光は、再帰反射光学部材２の反射面で反射し同時にλ／４板２１によって偏光変換される。変換後の他方の偏波の映像光は、偏光分離部材２１４０ａで反射され、斜め上方向に向かい、光学素子２１５０を通じて、拡大像２２０ｂとしての空間浮遊映像が表示される。

図１４の第二の実施例では、反射ミラー（反射光学素子）として２枚の反射ミラー（２１２０、２１１０）を設ける場合を示したが、これに限られない。空間浮遊映像の結像位置と偏光分離部材２とを結ぶ光路内に、反射ミラーとして少なくとも１枚の反射ミラーを備えればよい。第二の実施例では、反射ミラーの枚数を増やして光路の折り返し回数を増やすことで、空間浮遊映像装置の形状や設置の自由度を増やすことができる。このとき、空間浮遊映像を拡大する作用を持つ光学素子２１５０の光学作用の中心（例えばフレネルレンズの中心）を、一点鎖線で示した光軸１４０１から偏心させ、再帰反射光学部材２と空間浮遊映像（拡大像２２０ｂが形成される仮想面）との間に配置する。この結果、光軸に対して倍率の異なる空間浮遊映像を所望の大きさに拡大することができる。また、第二の実施例では、第一の実施例と同様に、表示装置１の位置を図面の上下方向（光軸の方向）に移動可能な構造とする。表示装置１を上下に移動させることで、空間浮遊映像の結像位置を光軸１４０１に対応した映像光の方向で変更でき、光軸１４０１に対して偏心配置された光学素子２１５０により映像光束を広げることで、結像位置に応じて画面の上下方向で偏心された拡大空間像を得ることができる。

反射ミラーのうち、空間浮遊映像の結像位置に対し光路上で最も近くに配置された反射ミラー（本実施例では反射ミラー２１１０）は、映像光の一方の偏波を反射し他方の偏波を透過する金属多層膜から形成される構成とすれば、好適である。

図１５は、同様に、空間浮遊映像の表示位置と拡大倍率に対する自由度を高める第三の実施例を示す。図１５は、再帰反射光学部材２を用いた空間浮遊映像表示装置の構造を示す。映像源である表示装置１は、液晶表示パネル１１と光源装置１３とから構成される。液晶表示パネル１１からは特定の偏波の映像光が出射される。このとき、映像光の発散角は、前述したように再帰反射光学部材２で発生するゴースト像を軽減するために狭発散角を持つ光源装置１３を選ぶと良い。この結果、映像光は、広がることなく反射ミラー２１２０と反射ミラー２１１０で反射され、偏光分離部材２１４０ａを透過して、再帰反射光学部材２等に入射する。再帰反射光学部材２の表面にはλ／４板２１が配置されている。偏光分離部材２１４０ａからの特定の偏波の映像光は、再帰反射光学部材２の反射面で反射し同時にλ／４板２１によって偏光変換される。変換後の他方の偏波の映像光は、偏光分離部材２１４０ａで反射され、斜め上方向に向かい、光学素子２１５０を通じて、拡大像２２０ｂとしての空間浮遊映像が表示される。図１５の第三の実施例でも同様に、反射ミラーの枚数を増やして光路の折り返し回数を増やすことで、空間浮遊映像装置の形状や設置の自由度を増やすことができる。

このとき、空間浮遊映像を拡大する作用を持つ光学素子２１５０の光学作用の中心（例えばフレネルレンズの中心）を、一点鎖線で示した光軸１５０１から偏心させ、再帰反射光学部材２と空間浮遊映像（拡大像２２０ｂが形成される仮想面）との間に配置する。図１５の第三の実施例は、第二の実施例との違いとして、第二の光学素子２１６０が、光学素子２１５０である第一の光学素子２１５０と空間浮遊映像（仮想面）との間に配置されている。この第二の光学素子２１６０の作用は、図９で示した第五の実施例で第二の光学素子２１６０として詳細に説明した通りである。この第三の実施例では、第一の光学素子２１５０の光学作用の中心が外形中心に対して偏心されているので、空間浮遊映像は、図１５に示すように、拡大の中心が光軸１５０１とは異なる位置に配置されることで、面倍率の異なる空間浮遊映像を所望の大きさに拡大することができる。

また、この第三の実施例では、再帰反射光学部材２を図面での上下方向（斜め方向）に移動可能な構造とする。再帰反射光学部材２の位置を上下方向（斜め方向）に移動させることで、空間浮遊映像の結像位置を変更でき、光軸１５０１に対して偏心配置した光学素子２１５０により映像光束を広げることで、結像位置に応じて画面上下方向で偏心された拡大空間像を得ることができる。

＜空間浮遊像を拡大するメリット＞
再帰反射光学部材２を用いた空間浮遊映像表示装置の構成を示す前述の図７を用いて、空間浮遊映像を拡大するメリットについて説明する。図７では、映像源である表示装置１からの映像光束を再帰反射光学部材２で反射させ、空間浮遊映像表示装置本体と外部を仕切る透明部材１００を通過させた後、拡大された空間浮遊映像２２０（２２０ｂ１，２２０ｂ２）を得る。なお、図７で、透明部材１００は、光学素子２１５０と兼用の構成、言い換えると一体の構成としてもよい。

このため、図７の構成では、拡大空間浮遊映像の表示時には、観視者が図面の上から下への方向で拡大空間浮遊映像（２２０ｂ１，２２０ｂ２）を観視する際に、透明部材１００を介して再帰反射光学部材２を直接見ることはない。再帰反射光学部材２の表面は、鏡面の反射面の多面体であり（図２）、外光が入射すると、ゴースト像や散乱光が発生し、映像の品位や装置そのものの品位を低下させる。このため、空間浮遊映像表示装置の開口部（例えば透明部材１００が配置される部分）は、可能な限り小さくすることが望ましい。そのためには、光学素子２１５０の拡大率を大きくすると良い。発明者は、実験により、外光による画質低下を実用上問題無いレベルに抑えるために必要な空間浮遊映像の輝度を求めた。その結果、装置周辺の明るさ（輝度）に対して１０倍以上の輝度が必要であり、１０００（ｎｔ）以上あれば、実用上問題無く、更に良好な画質を得るためには、３０倍の輝度３０００（ｎｔ）が必要となることが分かった。同様に、空間浮遊映像を斜め方向から見た場合に十分な空間浮遊感を持たせるには、装置本体の外光反射の１００倍以上が必要であり、装置の外装部（光学部材等を組み込む図示しない構造体）は、光を吸収する黒色系の色とすることが望まれる。

＜立体的な空間浮遊映像を得る技術手段＞
上述した空間浮遊映像の表示位置と拡大倍率に関して設計自由度を高める技術手段について、空間浮遊映像を拡大する光学素子２１５０としてフレネルレンズについて説明した。本実施例の光学素子２１５０の本来の作用は、映像源である表示装置１を構成する映像表示素子としての液晶表示パネル１１の各画素から射出した映像光束を所望の方向に屈折させる作用である。このため、光学素子２１５０の出射面には、前述した各画素からの映像光束が入射面で屈折後に到達する場所に対応した屈折面を設ける。このため、理想的には、多面体を繋げた形で構成すると良い。しかしながら、この多面体形状である場合には、成型金型の加工に多大な時間が必要となる。このため、実用化に向けては、隣り合った面の傾きを考慮して、面内の座標を求め、例えば自由曲面式に回帰して出射面の形状を得ると良い。更に、金型の加工時間を低減するためには、図１６に示したように、同心円のフレネル形状２１５２ａとすれば、更に加工性が向上する。

図１７は、図１６に示した光学素子２１５０の作用により得られる空間浮遊映像２２０ｂａが立体的に見える原理の説明図である。空間浮遊映像を得るための方式としては、（１）映像の浮遊量を光学システムの構造で任意に決定できる再帰反射方式と、（２）マイクロレンズの焦点距離により一義的に決まるマイクロレンズ方式とがある。
説明の簡略化のために、再帰反射方式を例として以下に説明する。

再帰反射方式での光学素子２１５０は、液晶表示パネル１１のそれぞれの画素に対応した空間浮遊像の画素を所望の位置に向ける作用を有している。この作用については、図２０を用いて詳述したが、光学素子２１５０は、図２０等に示したように、映像源である液晶表示パネル１１と空間浮遊映像２２０（仮想面）との間に設けられ、図２０の液晶表示パネル１１のマトリックス状に配置された画素（実線）と対応する空間浮遊映像２２０の画素（破線）のＸＹ平面上の結像位置を制御する。一方、Ｚ軸方向の結像位置は、再帰反射光学部材２と液晶表示パネル１１との間隔Ｌにより一義的に決まるため、再帰反射光学部材２で反射後の所定の位置で結像する。この結果、画面中央は、基準平面（図１７でのｘｙ平面）から最も遠い位置で結像し、画面中央から離れた場所の結像点は基準平面に近くなるので、図１７に示すように、空間浮遊像の結像点を結ぶと半球状（断面では半円状）になり、映像源である液晶表示パネル１１に表示した平面の映像情報であっても、空間浮遊映像２２０を疑似的に立体映像（立体的な空間浮遊映像２２０ｂａ）として形成することができる。

図１８は、光学素子２１５０の光学的な中心（フレネルレンズの中心）を偏心させた状態を示している。このとき、得られる疑似的な立体像は、図１９に示すように、頂点Ｏ（画面中央）は基準平面（図１９のｘｙ平面）から最も遠い位置で結像し、画面頂点から離れた場所の結像点は基準平面に近くなるので、空間浮遊映像の結像点を結ぶと楕円球面状になる。映像源である液晶表示パネル１１に表示した平面の映像情報でも、空間浮遊映像を疑似的に立体映像（立体的な空間浮遊映像２２０ｂｂ）として形成することができる。以上述べたように、図１５のような実施例では、光学素子２１５０を偏心させることで得られる疑似的な立体像を画面内で偏心させて形成できる。このとき、再帰反射光学部材２と液晶表示パネル１１との距離で決まる再帰反射像の結像位置は、光学素子２１５０の作用により一義的に決定される。

更に、空間浮遊映像を形成する他の技術手段として、映像源である表示装置１の各画素に対応したマイクロレンズアレイにより空間像を形成するマイクロレンズアレイ方式においても同様であり、マイクロレンズ個別の焦点距離を最適化することで、画素ごとの結像位置を制御する。加えて、前述した光学素子２１５０の作用により、空間浮遊映像の結像位置と形状を制御して、所望の空間浮遊映像を得る。以上、光学素子２１５０について、説明を簡略化するために発散作用を前提に説明したが、所望の形状によっては一部集光作用を有するレンズ形状を合わせ持つ、いわゆる自由曲面レンズ形状としても良い。

＜車載用途の空間浮遊映像表示装置＞
図３３は、本発明の空間浮遊映像または疑似的に立体的な空間浮遊映像２２０を得る空間浮遊映像表示装置を車載用途に用いる場合の優位性を説明するための概略構成図である。ここでは、その一例として、特に、自動車のフロントガラス６を使用しないで拡大空間浮遊映像を得られる空間浮遊映像表示装置１０００について説明する。空間浮遊映像表示装置１０００は、運転者の視線に対応するアイポイント８（後に詳述する）において自車両の内部空間に拡大空間浮遊映像である空間浮遊映像２２０を得る。これにより、自車両の前方に疑似的に拡大虚像である虚像Ｖ１を形成したことと同様の視覚効果が得られる。更に、この構成では、光学素子２１５０の形状により、疑似的に立体映像とすることも可能であり、映像処理と合わせ、表示した空間映像に奥行き感を持たせることができることを、実験により確認した。以下、疑似的に立体的な空間浮遊映像を表示する例を代表して詳細に説明する。

図３３に示すように、アイポイント８から拡大空間浮遊映像２２０を観視した場合には、従来のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）で被投影部材（本実施例ではフロントガラス６の内面。車両内の運転者に向いた面。）にて反射された虚像Ｖ１を見ている場合と同様に、運転者が視認している実景に前述した技術手段により疑似的に立体的な空間浮遊映像２２０（対応する虚像Ｖ１）を重ねることができる。疑似的に立体的な空間浮遊映像（立体的な空間映像などとも記載する）２２０として表示する情報としては、例えば、車両情報や、監視カメラやアラウンドビュアー等のカメラ（図示せず）で撮影した前景情報や、始動前の車両周辺の景観や、速度計、エンジンの回転計、エネルギー残量表示などの他に、画面周辺部にキャラクターを表示して音声による注意喚起（図示せず）を行う等の映像情報および音声情報による安全運転の支援システムが挙げられる。

また、本実施例では、空間浮遊映像表示装置１０００は、情報に対応する立体映像を平面に表示してそれに対応する映像光を投射する表示装置１と、表示装置1に表示された映像を反射させ立体的な空間浮遊映像２２０を形成する再帰反射光学部材２１００（言い換えると再帰反射光学素子)とを備える。また、表示装置１を、空間的に移動可能な構造とする（図面では左右に移動可能として表示）。表示装置１を左右に移動させることで、立体的な空間浮遊映像２２０が形成される位置を、光学素子２１５０を通る光軸３３０１に沿った斜め上下方向（概略的には上下方向）に移動させることができる。この結果、運転者がアイボックス（アイポイント８が含まれる所定の空間をいう）から観視する立体的な空間浮遊映像２２０が形成される位置を、概略的に上下に移動することで、虚像Ｖ１に係わる伏角θｅが変化する。これにより、従来のＨＵＤにおいて虚像の表示位置を変化させることと同等の効果が得られる。また、運転者の視線（アイポイント８）の移動を例えば車両内のモニターカメラ（図示せず）で検出することで、この視線の動きに合わせて、この立体的な空間浮遊映像２２０の表示位置を上下左右に移動させることもできる。

本実施例では、立体的な空間浮遊映像２２０が形成される位置を、車両のダッシュボード（後述の図３４）の上面（図示せず）よりも高い位置とする。そのため、本実施例では、表示装置１と再帰反射光学部材２１００との光路上に設けた反射ミラー（言い換えると折り返しミラー）２１１０によって、表示装置１からの映像光を一旦下方へ折り返すことで、表示装置１から再帰反射光学部材２１００までの光学距離を長くした構成である。この構成で、再帰反射光学部材２１００で反射後に得られる立体空間浮遊映像２２０の位置を、運転者からみて遠方の位置の虚像Ｖ１に対応付けられた、図面での斜め上下方向でより高い位置にすることができる。

＜空間浮遊映像を得る空間浮遊映像表示装置の具体例１＞
図３３を用いて、本願発明の車載用途の空間浮遊映像表示装置の実施例について説明する。この実施例では、空間浮遊映像表示装置１０００がＨＵＤとしてダッシュボード（図３４と同様）に内蔵されている。空間浮遊映像表示装置１０００は、表示装置１、再帰反射光学部材２１００等を備える。表示装置１に表示する映像は、奥行き方向を強調するために表示映像の陰影を強調して表示すると良い。映像表示素子としては、光源装置１３から供給された光を映像信号に合わせて変調し特定の偏波の光として出射する液晶表示パネル１１を用いる。

液晶表示パネル１１で変調された特定の偏波、本例ではＳ偏波の映像（実線）は、Ｓ偏光を透過しＰ偏光を反射させる特性を持つビームスプリッタ（または反射型偏光板）２１４０を透過して、反射ミラー２１１０に入射する。反射ミラー２１１０で下方へ反射された映像光は、空間浮遊映像表示装置１０００の底面の付近に配置された再帰反射光学部材２１００等により反射されて、空間浮遊映像２２０を形成する。再帰反射光学部材２１００の映像光入射面にはλ／４板が設けられている。このＳ偏波の映像光は、再帰反射光学部材２１００に入射し反射してλ／４板を２度通過することでＰ偏光（破線）に変換される。そのＰ偏光の映像光は、反射ミラー２１１０で再度反射されて光路を折り返し、ビームスプリッタ２１４０で上方へ反射される。その反射されたＰ偏光の映像光は、空間浮遊映像表示装置１０００の上部に設けられた反射光学素子（反射ミラー）２１２０で斜め上方向へ反射され、光学素子２１５０の作用によって、空間浮遊映像または疑似的に立体的な空間浮遊像２２０を得る。

必要に応じて、光学素子２１５０の透過面形状を、例えば、運転者側に凹形状（光線を発散させる作用を有する形状）とすれば、空間浮遊映像２２０を形成する映像光束を発散させるため、結像面で拡大されると同時に、得られる空間浮遊映像２２０も画面中央に対して周辺部では手前に結像点が湾曲するため、運転者から見た場合に奥行き方向の情報が疑似的に付与された空間映像が得られる。このとき、前述したように、表示装置１に奥行き方向を強調するため陰影を強調して表示すると良い。更に、表示映像が人物などの場合では、影の部分を追加することで、立体映像が強調されるので、好適である。以上述べたように、本実施例の車載の空間浮遊映像表示装置１０００は、空間浮遊映像または立体的な空間浮遊映像２２０を形成し、運転者はそれに対応した虚像Ｖ１を視認できる。

光学素子２１５０からの映像光は、図３４にも示すように、ダッシュボード４８に設けられた開口部４１から外に出射し、図示する位置（車両内でフロントガラス６よりも手前の位置）に空間浮遊映像または立体的な空間浮遊映像２２０を得ることができる。図３３に戻り、このときに得られる空間浮遊映像または立体的な空間浮遊映像２２０の結像位置は、光学素子２１５０とアイポイント８とを結ぶ線分上に形成され、光学素子２１５０の上端部より上部に結像する。これにより、従来技術のＡＲ－ＨＵＤと同様に、運転者が運転中に観視する実景に実像として立体映像を重ねることができる。このとき、本実施例では、従来のＨＵＤとは異なり、ウィンドシールド（フロントガラス６）を光学系として使用しないため、自動車のデザインによりウィンドシールドの曲率半径や傾きが変化しても、その影響を受けることが無く、異なる車種への展開性に優れる。

反射光学素子２１２０は、金属反射膜をコートまたはステッパで成膜した反射膜や、特定の偏波を選択的に反射するビームスプリッタ、または反射型偏光板を用いることができる。これにより以下の作用を有する。フロントガラス６から入射する太陽光等の外光の成分は、入射角度が大きい場合には、図３５に示すように、Ｓ偏波の光の反射率が高い。そのため、車内にはＰ偏光成分が入射する。反射光学素子２１２０は、このＰ偏光成分を選択的に反射する。そのため、反射光学素子２１２０の後段（図面での下側）の光学部品（空間浮遊映像表示装置１０００の構造体内にある各部品として、表示装置１、ビームスプリッタ２１４０、再帰反射光学部材２１００等）に外光が入射することが無い。これにより、光学部品や表示装置１および液晶表示パネル１１の映像光出射側に配置された偏光板（図示せず）等の信頼性を損なうことが無い。

さらに、反射光学素子２１２０は、図３６に示す太陽光の分光放射エネルギーのうち、温度上昇に寄与する８００ｎｍ以上の波長の光と紫外線を反射する特性であれば、さらに良い。また、この実施例でも、表示装置１を図面での左右方向（光軸の方向）に移動可能な構造とすることで、空間浮遊映像２２０が形成される位置を斜め上下に移動することができる。この結果、運転者のアイポイント８から見える空間浮遊映像２２０（対応する虚像Ｖ１）の俯角が変化し、運転者が視認している実景に対して疑似的にその空間浮遊映像２２０の映像表示距離と大きさを変化させることができる。更に、この実施例でも、運転者の視線を感知するためのカメラ（図示せず）を設け、運転者の視線を追尾・検知することで、視線位置に合わせて空間浮遊映像２２０の表示位置を連動させてもよい。また、このときに、空間浮遊映像２２０として表示する映像は、運転者が見ている実景にマッチしたアラート情報などとすることで、運転中の注意喚起を実現すると良い。

＜空間浮遊映像を得る空間浮遊映像表示装置の具体例２＞
図３４を用いて、本願発明の車載用途の空間浮遊映像表示装置の第二の例について説明する。第二の例での表示装置１を構成する表示素子としては、第一の例と同様に、光源装置１３から供給された光を映像信号に合わせて変調し特定の偏波の光として出射する液晶表示パネル１１を用いる。液晶表示パネル１１で変調された特定の偏波（ここではＳ偏波）の映像は、Ｓ偏光を透過しＰ偏光を反射させる特性を持つビームスプリッタ（または反射型偏光板）２１４０を透過して、再帰反射光学部材２１００により反射され、空間浮遊映像２２０を形成する。再帰反射光学部材２１００の映像光入射面にはλ／４板が設けられている。Ｓ偏波の映像光は、再帰反射光学部材２１００に入射し反射してλ／４板を２度通過することでＰ偏光に変換される。Ｐ偏光の映像光は、ビームスプリッタ（または反射型偏光板）２１４０で反射され、さらに空間浮遊映像表示装置１０００の上部に設けられた反射ミラー（反射光学素子）２１２０で反射される。その反射光は、光学素子２１５０を通じて、斜め上方向に、空間浮遊映像２２０を表示する。

光学素子２１５０の面形状は、例えば運転者側に凹形状（光線を発散させる作用を有する形状）とすれば、空間浮遊映像を形成する映像光束を発散させるため、結像面で拡大されると同時に、画面中央に対して周辺部では手前に結像点が湾曲するため、運転者から見た場合に奥行き方向の情報が疑似的に付与された空間映像が得られる。このとき、前述したように、表示装置１に奥行き方向を強調するため陰影を強調して表示すると良い。更に、表示映像が人物などの場合では、影の部分を追加することで、立体映像が強調される。

以上述べた空間浮遊映像２２０を形成する映像光は、車両のダッシュボード４８に設けられた開口部４１から出射する。これにより、所定の位置に空間浮遊映像２２０を得ることができる。また、前述した光学素子２１５０を、開口部４１の形状に合わせて映像光束が通過する窓として使用すれば、部品点数を低減できるので、更に良い。このとき、得られる空間浮遊映像２２０の結像位置は、再帰反射光学部材２１００と光学素子２１５０とアイポイント８とを結ぶ線分上に形成され、光学素子２１５０の上端部より上部に結像する。これにより、従来技術のＨＵＤと同様に、運転者が運転中に観視する実景の一部に実像として映像を重ねることができる。このとき、この空間浮遊映像表示装置１０００は、従来のＨＵＤとは異なり、ウィンドシールド（フロントガラス６）を光学系として使用しないため、自動車のデザインによりウィンドシールドの曲率半径や傾きが変化しても影響を受けることが無く、異なる車種への展開性に優れる。

開口部４１の透明部材の映像光入射面には、反射防止膜または吸収型偏光板を設けると、好適である。

また、液晶表示パネル１１に表示される映像は、空間浮遊映像２２０を形成する光学系で発生する像の歪を補正する映像とすると、好適である。制御装置４０（図３３）は、液晶表示パネル１１に表示する映像を、像の歪を補正する映像とするように、その映像を作成する映像処理等を行う。

反射光学素子（反射ミラー）２１２０は、第一の例と同様のものを用いることができる。これにより、反射光学素子２１２０は、前述のように、車内に入射するＰ偏光成分を選択的に反射する。そのため、反射光学素子２１２０の後段の光学部品には外光が入射せず、光学部品や液晶表示パネル１１等の信頼性を損なうことが無い。また、前述の例と同様に、表示装置１（あるいは再帰反射光学部材２１００）を図面での左右方向（光軸の方向。映像表示面に垂直な方向。）に移動可能な構造とする。これにより、本実施例では、空間浮遊映像または立体的な空間浮遊映像２２０が形成される位置を、光学素子２１５０を通る光軸３４０１に沿った斜め上下方向に移動することができる。この結果、運転者のアイポイント８から見える空間浮遊映像２２０（対応する虚像）の俯角が変化し、運転者が視認している実景に対して空間浮遊映像または疑似的に立体的な空間浮遊映像２２０の映像表示距離と大きさを変化させることができる。

以上述べた実施例によれば、例えば、ダッシュボード４８上の開口部４１の延長線（光学素子２１５０を通過する光軸３４０１）上に、高解像度な映像または立体映像を、空間浮遊した状態で見える空間浮遊映像２２０として表示可能となる。このとき、本実施例では、空間浮遊映像表示装置１０００の開口部４１から出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃える構成とする。これにより、再帰反射光学部材２１００に対して正規の反射光だけを効率良く反射させる。このため、本実施例によれば、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式で課題となっていた前述のゴースト像を抑えることができ、鮮明な空間浮遊映像を得ることができる。また、本実施例の光源（光源装置１３）を含む構成により、消費電力を大幅に低減可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像表示装置を提供できる。また、上述したように、車両のフロントガラス６を介して、車両内部または外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の拡大した空間浮遊映像または立体的な空間浮遊映像の表示が可能な車両用空間浮遊映像表示装置を提供できる。

以上の実施例では、空間浮遊映像を拡大するため映像光束を発散させる作用を持たせた光学素子２１５０について説明したが、この光学素子２１５０の具備に代わって、反射ミラー（反射光学素子）２１２０に光学素子２１５０と同様の作用を持たせた構成としても良い。言い換えると、反射光学素子２１２０と光学素子２１５０とを一体の素子としてもよい。但し、空間浮遊映像表示装置１０００の構造体の内部に、拡大作用を有する光学素子を設けると、開口窓４１の面積を大きくする必要が生じるため、空間浮遊映像表示装置内部に外光が入射する可能性が大きくなり、部品の信頼性や映像の画質を低下させるため、設計上の配慮が必要となる。

＜反射型偏光板＞
上述した実施例において、ビームスプリッタ２１４０として、グリッド構造の反射型偏光板を用いる場合、この反射型偏光板は、偏光軸に対して垂直方向からの光についての特性は低下する。このため、この反射型偏光板は、偏光軸に沿った使用が望ましく、液晶表示パネル１１からの出射映像光を挟角で出射可能である本実施例の光源装置１３が理想的な光源となる。また、水平方向の特性も、同様に、斜めからの光については特性低下がある。以上の特性を考慮して、以下、液晶表示パネル１１からの出射映像光をより挟角に出射可能な光源（光源装置１３）を液晶表示パネル１１のバックライトとして使用する実施例について説明する。これにより、高コントラストな空間浮遊映像が提供可能となる。

＜表示装置＞
図２２等を用いて、本実施例の表示装置１について説明する。本実施例の表示装置１は、映像表示素子である液晶表示パネル１１と共に、液晶表示パネル１１の光源を構成する光源装置１３を備え、図２２では、光源装置１３を液晶表示パネル１１と共に展開斜視図として示している。

この映像表示素子である液晶表示パネル１１は、図２２に矢印（出射光束）３０で示すように、バックライト装置である光源装置１３からの光により、挟角な拡散特性を有する、即ち、指向性（言い換えると直進性）が強く、かつ、偏光面を一方向に揃えたレーザ光に似た特性の照明光束を得て、入力される映像信号に応じて変調をかけた映像光を出射する。そして、その映像光を、再帰反射光学部材２により反射させ、ウィンドシールド（フロントガラス）を透過させて、実像である空間浮遊映像を形成する。また、本実施例の表示装置１は、図２２では、液晶表示パネル１１と、更に、光源装置１３からの出射光束の指向特性を制御する光方向変換パネル５４、および、必要に応じて挟角拡散板（図示せず）を備えて構成されている。即ち、液晶表示パネル１１の両面には偏光板が設けられ、特定の偏波の映像光が映像信号により光の強度を変調して矢印（出射光束）３０のように出射する構成となっている。これにより、本実施例の表示装置１は、所望の映像を指向性（直進性）の高い特定偏波の光として、光方向変換パネル５４を介して、再帰反射光学部材２に向けて投射し、再帰反射光学部材２で反射後、車両の空間の内部／外部の観視者の眼に向けて透過して空間浮遊映像を形成する。なお、上述した光方向変換パネル５４の表面には保護カバーを設けてもよい。

本実施例では、光源装置１３からの出射光束３０の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置１３と液晶表示パネル１１を含んで構成される表示装置１において、以下の構成とすることができる。すなわち、表示装置１は、光源装置１３からの光（出射光束３０）を、再帰反射光学部材２に向けて投射し、再帰反射光学部材２で反射後、ウィンドシールドの表面に設けた透明シート（図示せず）により、空間浮遊映像を所望の位置に形成するよう指向性を制御することもできる。具体的には、この透明シートは、フレネルレンズやリニアフレネルレンズ等の光学部品によって高い指向性を付与したまま空間浮遊映像の結像位置を制御する。このことによれば、表示装置１からの映像光は、レーザ光のように、ウィンドシールドの外側（例えば歩道）にいる観察者に対して高い指向性（直進性）で効率良く届くこととなる。その結果、高品位な空間浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置１３のＬＥＤ素子２０１を含む表示装置１による消費電力を著しく低減可能となる。

＜表示装置の例１＞
図２３には、表示装置１の具体的な構成の一例を示す。図２３では、図２２の光源装置１３の上に液晶表示パネル１１と光方向変換パネル５４が配置されている。この光源装置１３は、例えば、プラスチック等により形成され、内部にＬＥＤ素子２０１、導光体２０３を収納して構成されている。導光体２０３の端面には、それぞれのＬＥＤ素子２０１からの発散光を略平行光束に変換するために、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状が設けられている。その導光体２０３の上面には、液晶表示パネル１１が取り付けられている。また、光源装置１３のケースのひとつの側面（本例では左側の端面）には、半導体光源であるＬＥＤ素子２０１や、そのＬＥＤ素子２０１の制御回路を実装したＬＥＤ基板２０２が取り付けられている。それと共に、ＬＥＤ基板２０２の外側面には、ＬＥＤ素子２０１および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられてもよい。

また、光源装置１３のケースの上面に取り付けられる液晶表示パネル１１のフレーム（図示せず）には、そのフレームに取り付けられた液晶表示パネル１１と、更に、その液晶表示パネル１１に電気的に接続されたフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits、図示せず）等が取り付けられて構成される。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル１１は、固体光源であるＬＥＤ素子２０１と共に、電子装置を構成する制御回路（図示せず）からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。この時、生成される映像光は、拡散角度が狭く特定の偏波成分のみとなるため、映像信号により駆動された面発光レーザ映像源に近い、従来に無い新しい表示装置が得られる。なお、現状では、レーザ装置により、上述した表示装置１で得られる画像と同等のサイズのレーザ光束を得ることは、技術的にも安全上からも不可能である。そこで、本実施例では、例えば、ＬＥＤ素子を備えた一般的な光源からの光束から、上述した面発光レーザ映像光に近い光を得る。

続いて、光源装置１３のケース内に収納されている光学系の構成について、図２３と共に図２４を参照しながら詳細に説明する。図２３および図２４は断面図であるため、光源を構成する複数のＬＥＤ素子２０１が１つだけ示されている。これらの複数のＬＥＤ素子２０１からの光は、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状により、略コリメート光（平行光）に変換される。このため、導光体２０３の端面の受光部とＬＥＤ素子２０１は、所定の位置関係を保って取り付けられている。なお、この導光体２０３は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、この導光体２０３の端部のＬＥＤ受光面は、例えば、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有し、その外周面の頂部では、その頂部の中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）を形成した凹部を有し、その導光体２０３の受光端面２０３ａの平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは内側に凹んだ凹レンズ面でもよい）を有する（後述の図２６等と同様）。なお、ＬＥＤ素子２０１を取り付ける導光体２０３の受光部の外形形状は、円錐形状の外周面を形成する放物面形状を成し、ＬＥＤ素子２０１から周辺方向に出射する光をその外周面の内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは反射面が形成されている。

他方、ＬＥＤ素子２０１は、回路基板であるＬＥＤ基板２０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板２０２は、ＬＥＤコリメータである受光端面２０３ａに対して、表面上のＬＥＤ素子２０１が、それぞれ、前述した凹部の中央部に位置するように配置されて固定されている。かかる構成によれば、導光体２０３の受光端面２０３ａの形状によって、ＬＥＤ素子２０１から放射される光を略平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することができる。

以上述べたように、図２２等の光源装置１３は、導光体２０３の端面に設けた受光部である受光端面２０３ａに、光源であるＬＥＤ素子２０１を複数並べた光源ユニットを取り付けて構成されている。これにより、ＬＥＤ素子２０１からの発散光束を導光体２０３の受光端面２０３ａのレンズ形状によって略平行光として、矢印で示すように（図２３等での左右方向）、導光体２０３内部を導光し、光束方向変換部材２０４によって、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１に向かう方向（図２３等での上下方向）に出射する（図２２での出射光束３０）。導光体２０３内部または表面の形状によって、この光束方向変換部材２０４の分布（言い換えると密度）を最適化することで、液晶表示パネル１１に入射する光束の均一性を制御できる。上述した光束方向変換部材２０４は、導光体２０３の表面の形状や、導光体２０３内部に例えば屈折率の異なる部分を設けることで、導光体２０３内を伝搬した光束を、導光体２０３に対して略平行に配置された液晶表示パネル１１に向かって出射する。このとき、液晶表示パネル１１を画面中央に正対し画面対角寸法と同じ位置に視点を置いた状態で画面中央と画面周辺部の輝度を比較した場合の相対輝度比が２０％以上あれば、実用上問題無く、３０％を超えていれば、更に優れた特性となる。

なお、図２３は、図２２と同様に、上述した導光体２０３とＬＥＤ素子２０１を含む光源装置１３において、偏光変換する本実施例の光源（光源装置１３）の構成とその作用を説明するための断面配置図である。図２３で、光源装置１３は、例えば、プラスチック等により形成される表面または内部に光束方向変換部材２０４を設けた導光体２０３、光源としてのＬＥＤ素子２０１、反射シート２０５、位相差板２０６、レンチキュラーレンズ等から構成されている。光源装置１３の上面には、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル１１が取り付けられている。

また、表示装置１は、以下の構成としてもよい。図２３で、光源装置１３に対応した液晶表示パネル１１の光源光入射面（図面での下面）には、フィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設ける。光源装置１３は、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０のうち、片側の偏波（例えばＰ波）２１２を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（図面での下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度、液晶表示パネル１１に向かわせる。そこで、反射シート２０５と導光体２０３の間、もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間に、位相差板であるλ／４板を設ける。この構成で、光を反射シート２０５で反射させ、λ／４板を２回通過させることで、反射光束をＰ偏光からＳ偏光に変換し、映像光としての光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル１１で映像信号により光強度を変調された映像光束（図２３の矢印２１３）は、例えば図３３に示したように、再帰反射光学部材２１００に入射して反射後に、反射ミラー２１１０および反射ミラー２１２０を経由して、フロントガラス６の手前の車内の空間、または車外の空間に、実像である立体的な空間浮遊映像を得る。

また、表示装置１は、以下の構成としてもよい。図２３で、光源装置１３に対応した液晶表示パネル１１の光源光入射面（図面での下面）には、フィルムまたはシート状の反射型偏光板４９を設ける。光源装置１３は、ＬＥＤ素子２０１から出射した自然光束２１０のうち、片側の偏波（例えばＳ波）２１１を選択的に反射させ、導光体２０３の一方（図面での下方）の面に設けた反射シート２０５で反射して、再度、液晶表示パネル１１に向かわせる。反射シート２０５と導光体２０３の間、もしくは導光体２０３と反射型偏光板４９の間に、位相差板であるλ／４板を設ける。この構成で、光を反射シート２０５で反射させ、λ／４板を２回通過させることで、反射光束をＳ偏光からＰ偏光に変換し、映像光として光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル１１で映像信号により光強度変調された映像光束（図２４の矢印２１４）は、例えば図３３に示したように、再帰反射光学部材２１００に入射して反射後に、反射ミラー２１１０および反射ミラー２１２０を経由して、フロントガラス６の手前の車内の空間、または車外の空間に、実像である空間浮遊映像を得る。

図２３や図２４に示す光源装置１３においては、対応する液晶表示パネル１１の光入射面に設けた偏光板の作用の他に、反射型偏光板で片側の偏光成分を反射するため、理論上得られるコントラスト比は、反射型偏光板のクロス透過率の逆数と液晶表示パネルに付帯した２枚の偏光板により得られるクロス透過率の逆数とを乗じたものとなる。これにより、高いコントラスト性能が得られる。実際には表示画像のコントラスト性能が１０倍以上向上することを実験により確認した。この結果、自発光型の有機ＥＬに比較しても遜色ない高品位な映像が得られた。

＜表示装置の例２＞
続いて、図２５を用いて、表示装置１の具体的な構成の他の例を説明する。この表示装置１の光源装置は、ＬＥＤ１４からの自然光（Ｐ偏波とＳ偏波が混在）の発散光束を、ＬＥＤコリメータ１８により略平行光束（図面での上下方向の光束１９）に変換し、反射型導光体３０４により、液晶表示パネル１１に向けて図面での左右方向の光束として反射する。この反射型導光体３０４での反射光は、液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４との間に配置された波長板２０６と反射型偏光板４９に入射する。その入射光は、反射型偏光板４９で特定の偏波（例えばＳ偏波）が反射され、その反射光は、波長板２０６で位相が変換され、反射型導光体３０４の反射面に戻り、反射され、再び波長板２０６を通過して、反射型偏光板４９を透過する偏波（例えばＰ偏波）に変換される。

この結果、ＬＥＤ１４からの自然光は、特定の偏波（例えばＰ偏波）に揃えられて、液晶表示パネル１１に入射し、映像信号に合わせて輝度変調され、液晶表示パネル１１の映像表示面に映像を表示する。図２５では、前述の例と同様に、光源を構成する複数のＬＥＤ１４（図２５では断面のため１個のみ図示）を備え、これらのＬＥＤ１４はＬＥＤコリメータ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、前述の例と同様に、このＬＥＤコリメータ１８は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その外周面の頂部では、その頂部の中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有する。また、そのＬＥＤコリメータ１８の平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは内側に凹んだ凹レンズ面でもよい）を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤ１４から周辺方向に出射する光をその外周面の内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは反射面が形成されている。

図２５に示した構成と図３１に示した表示装置１の光源装置の構成とは概略的に同様である。更に、図３１に示したＬＥＤコリメータ１８により略平行光に変換された光は、反射型導光体３０４で反射され、反射型偏光板４９の作用により特定の偏波の光が透過させられ、反射された他方の偏波の光は、再度、反射型導光体３０４を透過して、液晶表示パネル１１と接しない反射型導光体３０４の他方の面に設けられた反射板２７１で反射される。このとき、その光は、反射板２７１と液晶表示パネル１１との間に配置された位相差板であるλ／４板２７０を２度通過することで偏光変換され、再び反射型導光体３０４を透過して、反対面に設けられた反射型偏光板４９を透過して、偏光方向を揃えて液晶表示パネル１１に入射される。この結果、この構成では、光源の光を全て利用できるので、光の利用効率が２倍になる。

液晶表示パネル１１からの出射光は、従来のＴＶセットでは、図２９および図３０に示すように、画面水平方向（図２９（Ａ）および図３０（Ａ）ではＸ軸で表示）と画面垂直方向（図２９（Ａ）および図３０（Ｂ）ではＹ軸で表示）ともに同様な拡散特性を持っており、輝度は正面視の５０％となる角度が６０度程度と広角であり、どの位置からもＴＶセットの映像を見ることができる。これに対して、本実施例の液晶表示パネル１１からの出射光束の拡散特性は、例えば図３０（Ａ）の「例１」に示すように、輝度が正面視（角度０度）の５０％になる視野角を４度とすることで、従来のＴＶの指向特性６０度に対して１／１５となる。同様に、垂直方向の視野角は、上下不均等として上側の視野角を下側の視野角に対して１／３程度に抑えるように、反射型導光体３０４の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果に加え、光源光を偏光変換することで、効率が１．８倍化するため、以上の技術手段を併用すれば、従来の液晶ＴＶに比べ、観視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は８０倍以上となる。なお図３０でのＸ，Ｙ方向は図２９（Ａ）と同座標である。

更に、図３０の「例２」に示す視野角特性とすれば、輝度が正面視（角度０度）の５０％になる視野角を１度とすることで、従来の６０度に対して１／６０となる。同様に、垂直方向の視野角は、上下均等として視野角を従来に対して１／１２程度に抑えるように、反射型導光体３０４の反射角度と反射面の面積等を最適化する。この結果、本実施例では、従来の液晶ＴＶに比べ、観視方向に向かう映像光量が大幅に向上し、輝度は７００倍以上となる。後述する偏光変換を行う偏光変換素子を設け、特定偏波に揃え、発散角が極めて小さいレーザー面光源に近い光源を用い、液晶表示パネルで映像信号に合わせて光の強弱を変調することで、特定の偏波の映像光が得られる映像源を得ることができる。

以上述べたように、視野角を挟角とすることで、観視方向に向かう光束量を集中できるので、光の利用効率が大幅に向上する。この結果、実施例によれば、従来のＴＶ用の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を制御することで、同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能であり、屋外に向けての映像表示が可能な表示装置とすることができる。

実施例の基本構成としては、前述の図３４のように、光源装置１３により挟角な指向特性の光束を液晶表示パネル１１に入射させ、映像信号に合わせて輝度変調することで、液晶表示パネル１１の画面上に表示した映像情報を、再帰反射光学部材２１００で反射させて得られた空間浮遊映像２２０を、室内または室外に表示する。

＜光源装置の例１＞
続いて、ケース内に収納されている光源装置等の光学系の構成例について、図２６と共に、図２７（Ａ）および（Ｂ）を参照しながら、詳細に説明する。

図２６および図２７には、光源を構成するＬＥＤ１４（１４ａ，１４ｂ）が示されている。これらのＬＥＤ１４は、ＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このＬＥＤコリメータ１５は、図２７（Ｂ）にも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その外周面１５６の頂部では、その頂部の中央部に凸部（即ち、凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、そのＬＥＤコリメータ１５の平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは内側に凹んだ凹レンズ面でも良い）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４から周辺方向に出射する光をその外周面の放物面１５６の内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ１４（１４ａ，１４ｂ）は、回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、表面上のＬＥＤ１４が、それぞれ、ＬＥＤコリメータ１５の凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定されている。かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ１４から放射される光のうち、特に、ＬＥＤ１４の中央部分から上方（図面での右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、中央部に凸レンズを構成すると共に、周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ１４により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上可能となる。

なお、図２６で、ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には偏光変換素子２１が設けられている。この偏光変換素子２１は、図２７（Ａ）からも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状（以下、平行四辺形柱）の透光性部材と、断面が三角形である柱状（以下、三角形柱）の透光性部材とを組み合わせ、ＬＥＤコリメータ１５からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ膜と記載する）２１１１と反射膜２１２１とが設けられている。また、偏光変換素子２１へ入射してＰＢＳ膜２１１１を透過した光が出射する出射面には、λ／２位相板２１３が備えられている。

この偏光変換素子２１の出射面には、更に、図２７（Ａ）にも示す矩形状の合成拡散ブロック１６が設けられている。即ち、ＬＥＤ１４から出射された光は、ＬＥＤコリメータ１５の働きにより平行光となって合成拡散ブロック１６へ入射し、合成拡散ブロック１６の出射側のテクスチャー１６１により拡散された後、導光体１７に到る。

導光体１７は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形（図２７（Ｂ））の棒状に形成された部材である。そして、導光体１７は、合成拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体光入射部（導光体光入射面を含む）１７１と、斜面を形成する導光体光反射部（導光体光反射面を含む）１７２と、第２の拡散板１８ｂを介して、液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部（導光体光出射面を含む）１７３とを備えている。

この導光体１７の導光体光反射部１７２には、図２６にも示すように、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面１７２ａ（図面では右上がりの線分）は、図面中において一点鎖線で示す水平面（図面での左右方向）に対して角度αｎ（ｎ：自然数であり、本例では１～１３０である）を形成している。一例として、ここでは、角度αｎを４３度以下（ただし０度以上）に設定している。

導光体入射部１７１は、光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。これによれば、合成拡散ブロック１６の出射面からの平行光は、第１の拡散板１８ａを介して拡散されて導光体入射部１７１に入射し、図面からも明らかなように、導光体入射部１７１により上方に僅かに屈曲（言い換えると偏向）しながら、導光体光反射部１７２に達する。その光は、導光体光反射部１７２で反射して、図面での上方の導光体光出射部１７３の上方に設けた液晶表示パネル１１に到る。

以上に詳述した表示装置１によれば、光利用効率や均一な照明特性をより向上すると同時に、モジュール化されたＳ偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造が可能となる。なお、上記説明では、偏光変換素子２１をＬＥＤコリメータ１５の後に取り付けるものとして説明したが、本発明はそれに限定されず、偏光変換素子２１を液晶表示パネル１１に到る光路中に設けることによっても、同様の作用・効果が得られる。

なお、導光体光反射部１７２には、多数の反射面１７２ａと連接面１７２ｂとが交互に鋸歯状に形成されており、照明光束は、各々の反射面１７２ａ上で全反射されて上方に向かう。更には、導光体光出射部１７３に挟角拡散板を設け、照明光束は、略平行な拡散光束として、指向特性を制御する光方向変換パネル５４に入射し、指向特性が制御されて、図２６のように斜め方向から液晶表示パネル１１へ入射する。本実施例では、光方向変換パネル５４を導光体出射面１７３と液晶表示パネル１１の間に設けたが、これに限定されず、光方向変換パネル５４を液晶表示パネル１１の出射面に設けても、同様の効果が得られる。

＜光源装置の例２＞
光源装置１３等の光学系の構成についての他の例を図２８に示す。図２８は、図２６に示した例と同様に、光源を構成する複数（本例では２個）のＬＥＤ１４（１４ａ，１４ｂ）が示されている。これらのＬＥＤ１４は、ＬＥＤコリメータ１５に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１５は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図２６に示した例と同様に、このＬＥＤコリメータ１５は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面１５６を有すると共に、その外周面１５６の頂部では、その頂部の中央部に凸部（即ち凸レンズ面）１５７を形成した凹部１５３を有する。また、そのＬＥＤコリメータ１５の平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは内側に凹んだ凹レンズ面でもよい）１５４を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６は、ＬＥＤ１４から周辺方向に出射する光をその放物面１５６の内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ１４（１４ａ，１４ｂ）は、回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１５に対して、表面上のＬＥＤ１４（１４ａ，１４ｂ）が、それぞれ、凹部１５３の中央部に位置するように配置されて固定されている。かかる構成によれば、上述したＬＥＤコリメータ１５によって、ＬＥＤ１４から放射される光のうち、特に、ＬＥＤの中央部分から上方（図面での右方向）に向かって放射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の外形を形成する２つの凸レンズ面１５７，１５４により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１５の円錐形状の外周面を形成する放物面１５６によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、中央部に凸レンズを構成すると共に、周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１５によれば、ＬＥＤ１４により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上可能となる。

なお、図２８（Ａ）で、ＬＥＤコリメータ１５の光の出射側には、第一の拡散板１８aを介して、導光体１７０が設けられている。導光体１７０は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形の棒状に形成された部材である。そして、導光体１７０は、図２８（Ａ）からも明らかなように、拡散ブロック１６の出射面に第１の拡散板１８ａを介して対向する導光体１７０の導光体入射部１７１と、斜面を形成する導光体光反射部１７２と、反射式偏光板２００を介して液晶表示素子である液晶表示パネル１１と対向する導光体光出射部１７３とを備えている。

この反射型偏光板２００は、例えばＰ偏光を反射、Ｓ偏光を透過させる特性を有する物が選択される。そうすれば、この反射型偏光板２００は、光源であるＬＥＤから発した自然光のうち、Ｐ偏光を反射し、図２８（Ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板２８０２を通過して反射面２８０１で反射し、再びλ／４板２８０２を通過することでＳ偏光に変換される。これにより、液晶表示パネル１１に入射する光束は、全てＳ偏光に統一される。

同様に、反射型偏光板２００として、Ｓ偏光を反射、Ｐ偏光を透過させる特性を有する物が選択されてもよい。そうすれば、この反射型偏光板２００は、光源であるＬＥＤから発した自然光のうち、Ｓ偏光を反射し、図２８（Ｂ）に示した導光体光反射部１７２に設けたλ／４板２８０２を通過して反射面２８０１で反射し、再びλ／４板２８０２を通過することでＰ偏光に変換される。これにより、液晶表示パネル１１に入射する光束は、全てＰ偏光に統一される。以上述べた構成でも、偏光変換が実現できる。

＜光源装置の例３＞
光源装置等の光学系の構成についての他の例を、図２５を用いて説明する。この例では、図２５に示すように、ＬＥＤ１４からの自然光（Ｐ偏光とＳ偏光が混在）の発散光束をコリメータレンズ１８により略平行光束に変換し、反射型導光体３０４により液晶表示パネル１１に向けて反射する。反射光は、液晶表示パネル１１と反射型導光体３０４の間に配置された反射型偏光板２０６に入射する。反射型偏光板２０６では特定の偏波（例えばＳ偏波）が反射され、反射光は反射型導光体３０４の反射面を繋ぐ面を透過し、反射型導光体３０４の反対面に面して配置された反射板２７１で反射され、位相板であるλ／４波長板２７０を２度透過することで偏光変換される。その偏光変換された光（例えばＰ偏波）は、反射型導光体３０４と反射型偏光板２０６を透過して、液晶表示パネル１１に入射し、映像光に変調される。このとき、特定偏波と偏光変換された偏波面を合わせることで、光の利用効率が通常の２倍となり、反射型偏光板２０６の偏光度（言い換えると消光比）もシステム全体の消光比に乗せられる。よって、本実施例の光源装置を用いることで、空間浮遊映像表示装置のコントラスト比が大幅に向上する。

この結果、本実施例では、ＬＥＤ１４からの自然光は、特定の偏波（例えばＰ偏波）に揃えられる。前述の例と同様に、本実施例では、光源を構成する複数のＬＥＤ１４が設けられており、これらのＬＥＤ１４は、ＬＥＤコリメータ１８に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このＬＥＤコリメータ１８は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このＬＥＤコリメータ１８は、前述と同様に、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有すると共に、その外周面の頂部では、中央部に凸部（即ち凸レンズ面）を形成した凹部を有する。また、ＬＥＤコリメータ１８の平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面（あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でもよい）を有している。なお、ＬＥＤコリメータ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面は、ＬＥＤ１４から周辺方向に出射する光をその放物面の内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは反射面が形成されている。

また、ＬＥＤ１４は、回路基板であるＬＥＤ基板１０２の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このＬＥＤ基板１０２は、ＬＥＤコリメータ１８に対して、表面上のＬＥＤ１４が、それぞれ、ＬＥＤコリメータ１８の凹部の中央部に位置するように配置されて固定される。かかる構成によれば、ＬＥＤコリメータ１８によって、ＬＥＤ１４から放射される光のうち、特に、その中央部分から放射される光は、ＬＥＤコリメータ１８の外形を形成する２つの凸レンズ面により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、ＬＥＤコリメータ１８の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したＬＥＤコリメータ１８によれば、ＬＥＤ１４により発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上可能となる。

＜光源装置の例４＞
更に、光源装置等の光学系の構成についての他の例を、図３１を用いて説明する。図３１で、ＬＥＤコリメータ１８の光の出射側には、拡散特性を変換する光学シート（言い換えると拡散シート、拡散フィルム）２０７を２枚用いて、ＬＥＤコリメータ１８からの光をこれらの２枚の光学シート２０７の間に入射させる。この光学シート２０７は、面を構成する図面での上下方向（画面内垂直方向）と図面での前後方向（画面内水平方向）の拡散特性を変換する。この光学シート２０７は、１枚で構成する場合には、そのシートの表面と裏面の微細形状によって、垂直方向と水平方向の拡散特性を制御する。また、光学シート２０７は、光学シートを複数枚使用して作用を分担してもよい。光学シート２０７の表面形状と裏面形状により、ＬＥＤコリメータ１８からの光の画面垂直方向の拡散角を光学シート２０７の反射面の垂直面の幅に合わせ、水平方向については液晶表示パネル１１から出射する光束の面密度が均一になるように、ＬＥＤ１４の数量と光学素子（光学シート２０７）からの発散角を設計パラメータとして最適設計すると良い。つまり、本実施例では、前述の導光体３０４の代わりに、１枚以上の光学シート２０７の表面形状により、拡散特性を制御する。本実施例では、偏光変換は、前述した光源装置の例３と同様の方法で行われる。これに対し、ＬＥＤコリメータ１８と光学シート２０７の間に偏光変換素子２１を設けて、偏光変換を行った後、光学シート２０７に光源光を入射させてもよい。

前述した反射型偏光板２０６は、例えばＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過させる特性を有する物を選択する。そうすれば、光源であるＬＥＤ１４から発した自然光のうち、反射型偏光板２０６でＳ偏光を反射し、位相差板２７０を通過して、反射面２７１で反射し、再び位相差板２７０を通過することでＰ偏光に変換され、液晶表示パネル１１に入射する。この位相差板２７０の厚さは、位相差板２７０への光線の入射角度により最適値を選ぶ必要があり、λ／１６からλ／４の範囲に最適値が存在する。

＜光源装置の例５＞
図３２を用いて、光源装置の光学系の構成についての他の例を説明する。本実施例では、光源装置１３は、図３２（Ｃ）に示すように、ＬＥＤコリメータ１８の光の出射側に偏光変換素子５０１を備え、偏光変換素子５０１によって、ＬＥＤ１４（ＬＥＤ素子）からの自然光を特定の偏波に揃えて、拡散特性を制御する光学素子８１に入射する。そして、光学素子８１では、入射光について、画面垂直方向（図３２（Ｃ）での上下方向）と画面水平方向（図３２Ｃ）での前後方向）の拡散特性を制御することで、反射型導光体２００の反射面に向けての配光特性を最適なものとする。反射型導光体２００の表面には、図３２（Ｂ）に示すように、凹凸パターン５０２を設け、光学素子８１からの入射光を、反射型導光体２００の対向面に配置される映像表示装置（図示せず）に向けて反射し、所望の拡散特性を得る。光源のＬＥＤ１４とＬＥＤコリメータ１８の配置精度は、光源の効率に大きく影響する。そのため、通常、光軸精度は５０μｍ程度の精度が必要となる。そのため、発明者は、ＬＥＤ１４の発熱によるＬＥＤコリメータ１８の膨張により取り付け精度が低下する課題への対策として、以下の構成とした。すなわち、本実施例では、図３２（Ａ）および（Ｂ）のように、いくつかのＬＥＤ１４とＬＥＤコリメータ１８を一体とした光源ユニット５０３の構造として、単独または複数（本例では３個）の光源ユニット５０３を光源装置に用いることで、上記取り付け精度の低下を軽減した。

図３２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示した実施例では、反射型導光体２００の長辺方向（図面での左右方向）の両端部には、それぞれ、ＬＥＤ素子とＬＥＤコリメータ１８を一体化した光源ユニット５０３が複数（合計６個）、組み込まれている。本実施例では、反射型導光体２００の左右の片側毎に画面垂直方向（図３２（Ｂ）での上下方向）で３個ずつの光源ユニット５０３が組み込まれている。これにより、光源装置１３の輝度均一化を実現している。反射型導光体２００の反射面（図３２（Ｂ）で凹凸パターン５０２が形成された面）には、光源ユニット５０３に略平行の凹凸パターン５０２が複数形成されている。凹凸パターン５０２の凹凸が形成される断面は図３２（Ｃ）での面であり、凹凸パターン５０２の凹凸の繰り返しの方向は図３２（Ｂ）での左右方向であり、一つの凹凸の延在の方向は図３２（Ｂ）での上下方向である。一つの凹凸パターン５０２においても、その表面には多面体を形成する。これにより、映像表示装置に入射する光量を高精度に制御することができる。

本実施例では、反射型導光体２００の反射面の形状を凹凸パターン５０２として説明したが、これに限らず、三角面、波形面などの形状が規則的または不規則的に配列されたパターンとして、そのパターン面形状により反射型導光体２００から映像表示装置に向けた配光パターンを制御する構成とすればよい。また、図３２（Ａ）のように、反射型導光体２００の側面（光源ユニット５０３が設けられていない方の側面）には、ＬＥＤコリメータ１８で制御された光が光源装置１３から外部に漏れないように遮光壁５０４を設け、ＬＥＤ素子（ＬＥＤ１４）は外側に設けた金属製の基盤５０５により放熱性を高めた設計とするとよい。

＜レンチキュラーレンズ＞
以下、表示装置１からの出射光の拡散特性を制御するレンチキュラーレンズによる作用について説明する。レンチキュラーレンズは、レンズ形状を最適化することで、上述した表示装置１から出射し自動車のウィンドシールド（図３３）の前面の車内の空間に、または車外の空間に、空間浮遊映像を得ることが可能となる。即ち、本実施例では、表示装置１からの映像光に対し、２枚のレンチキュラーレンズを組み合わせ、または、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を制御するシートを設けた構成とすることで、画面内のＸ軸およびＹ軸の方向（図２９）において、映像光の輝度（言い換えると相対輝度）を、反射角度（垂直方向を０度）に応じて制御することができる。本実施例では、このようなレンチキュラーレンズにより、従来に比較し、図２９（Ｂ）に示すように、垂直方向（Ｙ軸）の輝度特性を急峻にし、更に上下方向（Ｙ軸の正負方向）の指向特性のバランスを変化させることで、反射や拡散による光の輝度（相対輝度）を高める。これにより、本実施例では、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く（言い換えると直進性が高く）、かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術を用いた場合に再帰反射光学部材で発生していたゴースト像を抑え、効率良く観視者の眼に再帰反射による空間浮遊映像が届くように制御することができる。

また、上述した光源装置により、図３０（Ａ）、（Ｂ）に示した一般的な液晶表示パネルからの出射光拡散特性（図面では「従来特性」）に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向ともに大幅に挟角な指向特性とすることで、特定方向に対して平行に近い映像光束を出射する特定偏波の光を出射する表示装置が実現できる。

図２９には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、角度θとして、特に、図２９（Ａ）のＹ軸方向（垂直方向）における特性を示している。図２９（Ｂ）で、「特性Ｏ」は、光の出射方向のピークが垂直方向（０度）から上方に３０度付近の角度であり、上下に対称な輝度特性を示している。また、「特性Ａ」や「特性Ｂ」は、更に、３０度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度（相対輝度）を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性Ａや特性Ｂでは、３０度を超えた角度において、特性Ｏに比較して、急激に光の輝度（相対輝度）が低減する。

即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、表示装置１からの映像光束を再帰反射光学部材２に入射させる際、光源装置１３で挟角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を制御でき、再帰反射光学部材２の設置の自由度を大幅に向上できる。その結果、ウィンドシールドを反射または透過して所望の位置に結像する空間浮遊映像の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く（直進性が高く）、かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の観視者の眼に届くようにすることが可能となる。このことによれば、表示装置１からの映像光の強度（対応する輝度）が低減しても、観視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、表示装置１の出力を小さくすることにより、消費電力の低い表示装置を実現することが可能となる。

本実施例によれば、従来のＨＵＤ装置に代えて、映像をフロントガラスに反射させることなく、車内、特にフロントガラスと運転者に挟まれた空間に、必要な映像を空間浮遊映像として表示することができる空間浮遊映像表示装置を提供できる。これにより、車体のデザインが異なる車種間でも展開可能な空間浮遊映像表示装置を提供できる。

また、本実施例によれば、従来技術のＨＵＤに対して、設置上の障害要因となっていたフロントガラスの形状や傾きが異なる車種間での展開が可能であり、視認性の高い空間浮遊映像を表示できる空間浮遊表示装置を実現できる。

上述した実施例には以下のような構成が含まれている。空間浮遊映像表示装置は、映像源としての液晶表示パネルと、映像源に特定の偏光方向の光を供給する発散角が狭角な光源装置とを備える。光源装置は、点状または面状の光源と、光源からの光の発散角を低減する光学部材と、映像源に伝搬する反射面を有する導光体と、を備える。導光体は、映像源と対向して配置され、内部または表面には光源からの光を映像源に向けて反射させる反射面を有し、映像源に光を伝搬する。映像源は、映像信号に合わせて光強度を変調する。光源装置は、光源から映像源に入射する光束の発散角の一部または全部を、光源装置に設けられた反射面の形状と面粗さによって制御する。空間浮遊映像表示装置は、映像源からの挟角な発散角を有する映像光束を、再帰反射光学部材で反射または透過させ、空中に空間浮遊映像を形成する。

さらに、映像源からの映像光は、挟角な発散特性を持ち、外光が再帰反射光学部材に入射しないように、光学系の配置を考慮することで、ゴースト像の発生を軽減し、加えて、再帰反射光学部材の光出射面、液晶表示パネルの光出射面、または双方の光出射面に、出射光の拡散角を制御する光学シートを設けることで、同時に空間浮遊映像の結像に再帰反射光学部材で発生するゴースト光が寄与しないようにすることで、得られる空間浮遊映像の画質を大幅に改善する。また、再帰反射光学部材へ外光が入射することで発生するゴースト像を軽減するため、再帰反射光学部材は、空間浮遊映像表示装置の開口部に対してほぼ垂直に配置される。

一方、空間浮遊映像表示装置は、空間浮遊映像の大きさを空間浮遊映像表示装置の開口部より大きくするために、空間浮遊映像表示装置の開口部を通過する映像光束を制御して空間浮遊映像を拡大する。より具体的には、表示画面を拡大するように画素に応じて出射方向を制御する映像拡大光学素子（映像光制御フィルム）が、再帰反射光学部材と観視者のアイポイント（対応する空間浮遊映像の結像位置）との間に配置される。これにより、空間浮遊映像の寸法や結像面の形状が制御される。

加えて、表示装置の画素ごとに対応した再結像映像の結像位置を制御可能となるために、映像情報に立体方向の情報を加味することができる。また、上述の空間映像拡大光学素子の表面粗さを所定の粗さとすることで、空間浮遊拡大映像の画素のフォーカス感を制御する。同様に、空間浮遊映像のボケ量を軽減するために、再帰反射光学部材の反射面の表面粗さを単位長さ当たり所定の数値以下に低減することで、空間浮遊映像のボケ量を軽減して視認性を向上する。

他方、空間浮遊映像表示装置の小型化のためには、映像源である液晶表示パネルを画面の垂直方向または水平方向に分割した映像表示領域ごとに出射する映像光の偏波方向を変えて配置する。この結果、画面を複数の領域に分割してそれぞれの領域の画像ごとに空間浮遊映像を形成して得るため、薄型化が可能であり、セットの小型化を実現できる。

さらに、空間浮遊映像表示装置により形成される空間浮遊映像の突出量（浮遊量）は、上述した表示装置の画素ごとに対応した再結像映像の結像位置を映像拡大光学素子の作用により制御することで実現される。

以上、種々の実施例について詳述したが、本発明は、上述した実施例に限定されず、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために装置全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換が可能である。

本実施例に係る技術では、高解像度かつ高輝度な映像情報を空間浮遊した状態で表示することにより、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。

また、本実施例に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さく、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、明るく鮮明な空間浮遊映像を得ることを可能にする。本実施例に係る技術によれば、消費電力を大幅に低減することが可能な、利用性に優れた非接触ユーザインタフェースを提供することができる。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」および「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。

さらに、本実施例に係る技術では、指向性（直進性）の高い映像光による空間浮遊映像を形成することを可能にする。本実施例に係る技術では、銀行のＡＴＭや駅の券売機等における高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示する場合でも、指向性の高い映像光を表示することで、ユーザ以外に空間浮遊映像を覗き込まれる危険性が少ない非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。これにより、国連の提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）の「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。

１…表示装置、２（２Ａ，２Ｂ）…再帰反射光学部材、１１…液晶表示パネル、１３…光源装置、１００…透明部材、１０１，１０２…偏光分離部材、１１１…λ／２板、２２０…空間浮遊映像（立体的な空間浮遊映像、拡大像）、２１５０，１１００…光学素子。

Claims (10)

1. 空間浮遊映像を形成する空間浮遊映像表示装置であって、
   前記空間浮遊映像を形成する特定偏波の映像光が通過する開口部と、
   前記開口部に配置され前記映像光が通過する透明部材と、
   映像源としての液晶表示パネルと、
   前記映像源に特定の偏光方向の光を供給する光源装置と、
   再帰反射面に位相差板が設けられた再帰反射光学部材と、
   前記映像源と前記再帰反射光学部材とを結んだ空間内に設けられた偏光分離部材と、
   を備え、
   前記映像源からの一方の偏波の映像光を前記偏光分離部材によって透過させ、
   前記偏光分離部材を透過した映像光を前記再帰反射光学部材および前記位相差板に入射させて偏光変換し、
   前記偏光変換後の他方の偏波の映像光を前記偏光分離部材によって前記開口部に向けて反射させ、
   前記偏光分離部材で反射した映像光に基づいて、前記開口部の前記透明部材の外側に実像である前記空間浮遊映像を表示し、
   前記液晶表示パネルは、表示面から特定偏波の映像光を出射し、前記表示面の一方の領域にはλ／２板が設けられることで前記表示面が複数の領域に分割され、前記表示面の他方の領域からは前記特定偏波の映像光を出射し、前記一方の領域からは前記λ／２板を通じて前記特定偏波とは異なる偏波の映像光を出射し、
   前記映像源の前記複数の領域に対応させて、領域ごとに、前記位相差板が設けられた前記再帰反射光学部材が配置され、前記領域と前記再帰反射光学部材とを結んだ空間内に前記偏光分離部材が配置され、
   前記映像源の第１の領域からの一方の偏波の映像光を、第１の偏光分離部材で反射させ、第２の偏光分離部材で透過させ、第１の再帰反射光学部材および第１の位相差板によって偏光変換し、偏光変換後の他方の偏波の映像光を前記第２の偏光分離部材で反射させて、第１の空間浮遊映像を形成するとともに、
   前記映像源の第２の領域からの他方の偏波の映像光を、前記第２の偏光分離部材で反射させ、前記第１の偏光分離部材で透過させ、第２の再帰反射光学部材および第２の位相差板によって偏光変換し、偏光変換後の一方の偏波の映像光を前記第１の偏光分離部材で反射させて、第２の空間浮遊映像を形成し、
   前記映像源の前記複数の領域に対応させた前記第１の空間浮遊映像および前記第２の空間浮遊映像の合成によって、前記開口部の前記透明部材の外側に前記空間浮遊映像を表示する、
   空間浮遊映像表示装置。
2. 請求項１に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記映像源は、ユーザが前記空間浮遊映像を視認する方向から前記開口部を視認する場合に前記映像源から出射する映像光が視認できない位置に配置されている、
   空間浮遊映像表示装置。
3. 立体的な空間浮遊映像を形成する空間浮遊映像表示装置であって、
   前記立体的な空間浮遊映像を形成する特定偏波の映像光が通過する開口部と、
   前記開口部に配置され前記映像光が通過する透明部材と、
   平面映像の映像源としての液晶表示パネルと、
   前記映像源に特定の偏光方向の光を供給する光源装置と、
   再帰反射面に位相差板が設けられた再帰反射光学部材と、
   前記映像源と前記再帰反射光学部材とを結んだ空間内に設けられた偏光分離部材と、
   前記映像源の画素ごとに出射した映像光束が通過する位置として前記開口部の近傍の位置に配置された光学素子と、
   を備え、
   前記映像源からの一方の偏波の映像光を前記偏光分離部材によって透過させ、
   前記偏光分離部材を透過した映像光を、前記再帰反射光学部材および前記位相差板に入射させて偏光変換し、
   前記偏光変換後の他方の偏波の映像光を前記偏光分離部材によって前記開口部に向けて反射させ、
   前記偏光分離部材で反射した映像光に基づいて、前記映像源の表示映像の各画素から発散した映像光束を、前記光学素子を通過させて、前記開口部の外側に実像である前記立体的な空間浮遊映像を表示し、
   前記立体的な空間浮遊映像の結像位置は、前記光学素子のレンズ面に略平行で前記レンズ面を拡大した面積を有する仮想面と対応しており、
   前記光学素子の前記映像光束が通過する領域に対応した前記仮想面内の平面座標情報に、前記映像源と前記再帰反射光学部材との間隔で決まる前記立体的な空間浮遊映像の高さ方向の座標情報を加え、前記光学素子の前記領域内における厚さが設定されることで、前記立体的な空間浮遊映像を形成し、
   前記液晶表示パネルは、表示面から特定偏波の映像光を出射し、前記表示面の一方の領域にはλ／２板が設けられることで前記表示面が複数の領域に分割され、前記表示面の他方の領域からは前記特定偏波の映像光を出射し、前記一方の領域からは前記λ／２板を通じて前記特定偏波とは異なる偏波の映像光を出射し、
   前記映像源の前記複数の領域に対応させて、領域ごとに、前記位相差板が設けられた前記再帰反射光学部材が配置され、前記領域と前記再帰反射光学部材とを結んだ空間内に前記偏光分離部材が配置され、
   前記映像源の第１の領域からの一方の偏波の映像光を、第１の偏光分離部材で反射させ、第２の偏光分離部材で透過させ、第１の再帰反射光学部材および第１の位相差板によって偏光変換し、偏光変換後の他方の偏波の映像光を前記第２の偏光分離部材で反射させて、第１の空間浮遊映像を形成するとともに、
   前記映像源の第２の領域からの他方の偏波の映像光を、前記第２の偏光分離部材で反射させ、前記第１の偏光分離部材で透過させ、第２の再帰反射光学部材および第２の位相差板によって偏光変換し、偏光変換後の一方の偏波の映像光を前記第１の偏光分離部材で反射させて、第２の空間浮遊映像を形成し、
   前記映像源の前記複数の領域に対応させた前記第１の空間浮遊映像および前記第２の空間浮遊映像の合成によって、前記開口部の前記透明部材の外側に前記立体的な空間浮遊映像を表示する、
   空間浮遊映像表示装置。
4. 請求項３に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記光学素子は、前記映像源の映像表示領域の中心と前記再帰反射光学部材の外形中心とを結んだ光軸に対して前記光学素子の中心を偏心して配置され、
   前記立体的な空間浮遊映像の高さ中心が、偏心した前記光学素子の中心の延長線上に存在する、
   空間浮遊映像表示装置。
5. 請求項３に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記映像源は、ユーザが前記空間浮遊映像を視認する方向から前記開口部を視認する場合に前記映像源から出射する映像光が視認できない位置に配置されている、
   空間浮遊映像表示装置。
6. 請求項３に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光線発散角が±１５度以内となるように、光束の発散角の一部または全部を、前記光源装置の前記反射面の形状と面粗さによって制御する、
   空間浮遊映像表示装置。
7. 請求項３に記載の空間浮遊映像表示装置において、
   前記光源装置は、前記液晶表示パネルの光線発散角が、水平発散角と垂直発散角とで異なるように、光束の発散角の一部または全部を、前記光源装置の前記反射面の形状と面粗さによって制御する、
   空間浮遊映像表示装置。
8. 請求項３に記載の空間浮遊映像表示装置に用いられる光源装置であって、
   発散角が±３０度以内である、
   光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置において、
   発散角が±１０度以内である、
   光源装置。
10. 請求項８に記載の光源装置において、
    水平拡散角と垂直拡散角とが異なる、
    光源装置。

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