JP7134181B2 - 画像表示システム - Google Patents

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Description

本発明は、画像表示システムに関する。
特許文献１に記載の空間映像表示装置は、ミラー及びハーフミラーと、当該ハーフミラーに対して異なる距離に設けられる２つのディスプレイ部と、を備える。ハーフミラーに近い一方のディスプレイ部に表示された背景映像は、ハーフミラーを透過し、ミラーによって当該ミラーに近い位置（ユーザから遠い位置）に表示される。また、ハーフミラーから遠い他方のディスプレイ部に表示された近景映像は、ハーフミラーで反射し、ミラーによって当該ミラーから遠い位置（ユーザから近い位置）に表示される。
特許第５１４３８９８号公報
特許文献１に記載の技術では、ハーフミラーが用いられているため、ディスプレイ部による映像光に関して光量のロスが発生し、空中に表示される映像の視認性が低下するおそれがある。一方、映像の視認性を確保しようとすると、高輝度の映像を表示する必要があり、コストが上昇するおそれがある。また、高輝度の映像を表示可能なディスプレイを採用する場合には、装置内の温度上昇を抑える必要が生じる。
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、光量のロスを抑えつつ、空中において互いに異なる複数の位置に画像を結像させることが可能な画像表示システムを提供することを課題とする。
前記した課題を解決するために、本発明の画像表示システムは、画像を表示する第一の表示装置及び第二の表示装置と、前記第一の表示装置及び前記第二の表示装置と離間して設けられ、前記第一の表示装置又は前記第二の表示装置にて表示された各前記画像を空中において互いに異なる位置に結像させる光学結像部材と、透過状態と反射状態とを切替可能な反射率切替素子と、前記第二の表示装置を、前記反射率切替素子との間の距離を変えるように移動させる移動機構と、を備え、前記第一の表示装置にて表示された前記画像は、当該画像の光が前記反射率切替素子を透過して前記光学結像部材に入射することによって空中に結像され、前記第二の表示装置にて表示された前記画像は、当該画像の光が前記反射率切替素子で反射して前記光学結像部材に入射することによって空中に結像されることを特徴とする。
本発明によると、光量のロスを抑えつつ、空中において互いに異なる複数の位置に画像を結像させることできる。
本発明の第一の実施形態に係る画像表示システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第一の実施形態に係る画像表示システムを示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係る画像表示システムの動作例を説明するための図表である。 本発明の第二の実施形態に係る画像表示システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第二の実施形態に係る画像表示システムを示すブロック図である。 本発明の第三の実施形態に係る画像表示システムを模式的に示す側面図である。 本発明の第三の実施形態に係る画像表示システムを示すブロック図である。 本発明の第三の実施形態に係る画像表示システムの動作例を説明するための図表である。
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
＜第一の実施形態＞
図１及び図２に示すように、本発明の第一の実施形態に係る画像表示システム１Ｘは、第一の表示装置１０Ａと、第二の表示装置１０Ｂと、第一の反射率切替素子２０Ａと、光学結像部材３０と、操作位置検出部４０と、制御部５０と、を備える。
＜第一の表示装置＞
第一の表示装置１０Ａは、筐体２内に収容されており、制御部５０の制御によって画像３Ａを表示する。第一の表示装置１０Ａは、光学結像部材３０の下方において、前上方向へ向けて設置されている。本実施形態において、第一の表示装置１０Ａは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）であって、バックライト１１と、吸収型偏光板１２と、液晶セル１３と、吸収型偏光板１４と、を備える。
≪バックライト≫
バックライト１１は、制御部５０の制御によって点灯状態と消灯状態とを切替可能な白色光の面光源である。点灯状態において、バックライト１１は、白色光を前上方へ出射する。
≪吸収型偏光板≫
吸収型偏光板１２は、バックライト１１の上面（発光面）に重ねて設けられている。吸収型偏光板１２は、縦方向（上下方向、（前後方向））に振動する光を透過させるとともに、当該縦方向と直交する横方向（左右方向）に振動する光を吸収する。すなわち、吸収型偏光板１２の光透過軸は、縦方向に設定されている。なお、各吸収型偏光板１２，１４，２３における光の吸収とは、該当する方向に振動する光を１００％吸収することに限定されず、例えば、１０％程度の透過を許容する概念である。
≪液晶セル≫
液晶セル１３は、吸収型偏光板１２の上面に重ねて設けられている。液晶セル１３は、複数の画素に分割されており、バックライト１１によって発光された白色光を用いて画像を表示するための画像光を出射する。第一の表示装置１０Ａは、制御部５０の制御によって、縦方向に振動する光を透過させる透過状態と、縦方向に振動する光を遮断する遮断状態と、を画素ごとに切替可能である。
液晶セル１３としては、例えばＩＰＳ（In-Plane-Switching）型の液晶セルが好適に利用可能である。液晶セル１３がＩＰＳ型である場合には、液晶セル１３は、電圧無印加状態で、光を遮断し、電圧印加状態で、光を透過させる。ＩＰＳ型の液晶セル１３は、後記するＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶セル２２と異なり、あらゆる視認方向に対して好適な光透過性を実現する。
≪吸収型偏光板≫
吸収型偏光板１４は、液晶セル１３の上面に重ねて設けられている。吸収型偏光板１４は、縦方向に振動する光を透過させるとともに、当該縦方向と直交する横方向に振動する光を吸収する。すなわち、吸収型偏光板１４の光透過軸は、吸収型偏光板１２と同じく縦方向に設定されている。
＜第二の表示装置＞
第二の表示装置１０Ｂは、筐体２内に収容されており、制御部５０の制御によって画像３Ｂを表示する。第二の表示装置１０Ｂは、第一の反射率切替素子２０Ａの前方において、後下方向に向けて設置されている。
本実施形態において、第二の表示装置１０Ｂは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）であって、第一の表示装置１０Ａと同様に、バックライト１１と、吸収型偏光板１２と、液晶セル１３と、吸収型偏光板１４と、を備える。
＜第一の反射率切替素子＞
第一の反射率切替素子（ミラー光学素子）２０Ａは、筐体２内に収容されており、本実施形態では、第一の表示装置１０Ａの表示面（上面）側に設けられている。第一の反射率切替素子２０Ａは、制御部５０の制御に基づいて、後記する反射状態（反射率：高）と透過状態（反射率：低）とを電気的に切替可能な素子である。第一の反射率切替素子２０Ａは、第一の表示装置１０Ａに対して光学カップリング樹脂、テープ等を用いて密着されていてもよく、第一の表示装置１０Ａに対して離間して設けられていてもよい。第一の反射率切替素子２０Ａは、下側から順に、反射型偏光板２１と、液晶セル２２と、吸収型偏光板２３と、を備える。
≪反射型偏光板≫
反射型偏光板２１は、第一の表示装置１０Ａの表示面、すなわち、吸収型偏光板１４の上面側に設けられている。反射型偏光板２１は、縦方向に振動する光を透過させるとともに、当該縦方向と直交する横方向に振動する光を反射させる。すなわち、反射型偏光板２１の光透過軸は、縦方向に設定されている。なお、反射型偏光板２１における光の反射とは、該当する方向に振動する光を１００％反射することに限定されず、例えば、１０％程度の透過及び吸収を許容する概念である。
≪液晶セル≫
液晶セル２２は、反射型偏光板２１の上面（表示面側）に重ねて設けられている。液晶セル２２は、ＴＮ（Twisted Nematic）型であって、前後一対の透明基材（例えば、ガラス）と、透明基材に設けられた配向膜と、配向膜が設けられた透明基材間に封止された液晶と、を備える。液晶は、いわゆるラビング処理が施された一対の配向膜間に配置されることによって、一方の透明基材から他方の透明基材に向かって９０度ねじれるように螺旋状に配列されている。
液晶は、電圧無印加状態で、旋光性を有する。すなわち、液晶は、電圧無印加状態で、吸収型偏光板２３側からの縦方向に振動する光を、反射型偏光板２１側へ通過させる際に横方向に振動する光に変換する。また、液晶は、電圧無印加状態で、反射型偏光板２１によって反射された反射型偏光板２１側からの横方向に振動する光を、吸収型偏光板２３側へ通過させる際に縦方向に振動する光に変換する。
また、液晶は、電圧印加状態で、液晶分子の配列が変わって旋光性が解消される（直進性）。すなわち、液晶は、電圧印加状態で、縦方向に振動する光を縦方向に振動する光のまま透過させる。
≪吸収型偏光板≫
吸収型偏光板２３は、液晶セル２２の上面（表示面側）に重ねて設けられている。吸収型偏光板２３は、縦方向に振動する光を透過させるとともに、当該縦方向と直交する横方向に振動する光を吸収する。すなわち、吸収型偏光板２３の光透過軸は、縦方向に設定されている。
＜第一の反射率切替素子の反射状態と透過状態との切替＞
第一の反射率切替素子２０Ａは、通常状態（液晶セル２２：電圧無印加状態）で、反射状態となる。反射状態において、吸収型偏光板２３側からの縦方向に振動する光は、液晶セル２２によって横方向に振動するように変換されて反射型偏光板２１で反射される。そして、反射型偏光板２１で反射された横方向に振動する光は、液晶セル２２によって縦方向に振動するように変換されて吸収型偏光板２３から出射される。また、反射状態において、吸収型偏光板２３側からの横方向に振動する光は、吸収型偏光板２３によって吸収される。また、反射状態において、反射型偏光板２１側からの縦方向に振動する光は、反射型偏光板２１を透過し、液晶セル２２によって横方向に振動するように変換され、吸収型偏光板２３によって吸収される。このように、反射状態においては、反射型偏光板２１側からの光が第一の反射率切替素子２０Ａを通過して上方へ出射されることはない。したがって、もし仮に第一の表示装置１０Ａが画像光を出射した場合であっても、第一の反射率切替素子２０Ａは、ミラーとしての機能を好適に実現することができる。
第一の反射率切替素子２０Ａは、液晶セル２２に電圧が印加された状態で、透過状態となる。透過状態において、縦方向に振動する光は、第一の反射率切替素子２０Ａを双方向（反射型偏光板２１側⇔吸収型偏光板２３側）に透過する。また、透過状態において、吸収型偏光板２３側からの横方向に振動する光は、吸収型偏光板２３によって吸収される。
＜光学結像部材＞
光学結像部材３０は、筐体２内に収容されており、第一の表示装置１０Ａに表示された画像３Ａ又は第二の表示装置１０Ｂに表示された画像３Ｂを、空中に結像させるプレート状の部材である。光学結像部材３０は、第一の表示装置１０Ａ及び第二の表示装置１０Ｂと離間して設けられている。光学結像部材３０としては、ＡＩ（Aerial Imaging）プレート（登録商標、株式会社アスカネット製：特許第４８６５０８８号公報等）が好適に利用可能である。かかる光学結像部材３０は、当該光学結像部材３０の一面側に配置された第一の表示装置１０Ａに表示された画像３Ａを、当該光学結像部材３０の他面側に結像させる。ここで、光学結像部材３０と結像された画像３Ａとの間において画像光が進む距離は、第一の表示装置１０Ａと光学結像部材３０との間において画像光が進む距離と等しい（第一の距離Ｌ１）。また、結像された画像３Ａの大きさは、第一の表示装置１０Ａに表示されたのと同じである。また、光学結像部材３０は、当該光学結像部材３０の一面側に配置された第二の表示装置１０Ｂに表示された画像３Ｂを、当該光学結像部材３０の他面側において、画像３Ａとは異なる位置に結像させる。ここで、光学結像部材３０と結像された画像３Ｂとの間において画像光が進む距離は、第一の距離Ｌ１と第一の反射率切替素子２０Ａと第二の表示装置１０Ｂとの間において画像光が進む距離Ｌ２との和と等しい（第二の距離Ｌ１＋Ｌ２）。また、結像された画像３Ｂの大きさは、第二の表示装置１０Ｂに表示されたのと同じである。第一の表示装置１０Ａ、第二の表示装置１０Ｂ、第一の反射率切替素子２０Ａ及び光学結像部材３０の姿勢（設置角度）は、結像された画像３Ａ，３Ｂがユーザによって好適に視認可能なように設定されている。例えば、結像された画像３Ａ，３Ｂは、前後方向と略直交する仮想的な平面上に表示される。
＜操作位置検出部＞
操作位置検出部４０は、ユーザによる操作位置（例えば、ユーザの手指の位置）を検出するものであって、赤外線照射部４１と、赤外線撮影部４２と、を備える。
≪赤外線照射部≫
赤外線照射部４１は、画像３Ａ，３Ｂが結像される領域に赤外線を照射する。
≪赤外線撮影部≫
赤外線撮影部４２は、赤外線照射部４１によって照射された赤外線を用いて、画像３Ａ，３Ｂが結像される領域を撮影するステレオカメラである。赤外線撮影部４２は、撮影結果を制御部５０へ出力する。
＜制御部＞
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されている。制御部５０は、赤外線撮影部４２の撮影結果等に基づいて、第一の表示装置１０Ａ、第二の表示装置１０Ｂ、第一の反射率切替素子２０Ａ及び赤外線照射部４１を制御する。
＜動作例＞
続いて、画像表示システム１Ｘの動作例について、画像３Ａの結像表示、画像３Ｂの結像表示、画面操作の順に説明する。
≪画像３Ａの結像表示≫
図３（ａ）に示すように、画像３Ａを結像表示する場合には、制御部５０は、第一の表示装置１０Ａのバックライト１１を点灯させ、第一の表示装置１０Ａの液晶セル１３及び第一の反射率切替素子２０Ａの液晶セル２２に電圧を印加する。なお、液晶セル１３は、実際には画素ごとに電圧の印加の有無が制御されるが、以下では、電圧が印加された画素における状態について説明する。
第一の表示装置１０Ａにおいて、バックライト１１が発光した光のうち、横方向に振動する光は、吸収型偏光板１２に吸収され、縦方向に振動する光は、当該吸収型偏光板１２を通過する。吸収型偏光板１２を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル１３をそのまま（縦方向に振動する光のまま）通過する。液晶セル１３を通過した縦方向に振動する光は、吸収型偏光板１４を通過する。
また、吸収型偏光板１４を通過した縦方向に振動する光は、第一の反射率切替素子２０Ａの反射型偏光板２１を通過する。反射型偏光板２１を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル２２をそのまま（縦方向に振動する光のまま）通過する。液晶セル２２を通過した縦方向に振動する光は、吸収型偏光板２３を通過し、光学結像部材３０へ出射される。
すなわち、電圧印加状態において、画像表示システム１Ｘの第一の反射率切替素子２０Ａは、第一の表示装置１０Ａに表示された画像３Ａの光を透過させる光透過層として機能する。
光学結像部材３０は、第一の反射率切替素子２０Ａを介した画像３Ａを、屈折角αで屈折させ、当該光学結像部材３０から距離Ｌ１（画像光が進む距離）となる空中に結像させる。
なお、画像３Ａを結像表示する場合には、制御部５０は、第二の表示装置１０Ｂに画像３Ｂを表示させたままであってもよく、第二の表示装置１０ＢをＯＦＦにしてもよい。
≪画像３Ｂの結像表示≫
図３（ｂ）に示すように、画像３Ｂを結像表示する場合には、制御部５０は、第二の表示装置１０Ｂのバックライト１１を点灯させ、第二の表示装置１０Ｂの液晶セル１３に電圧を印加し、第一の反射率切替素子２０Ａの液晶セル２２に電圧を印加しない。
第二の表示装置１０Ｂにおいて、バックライト１１が発光した光のうち、横方向に振動する光は、吸収型偏光板１２に吸収され、縦方向に振動する光は、当該吸収型偏光板１２を通過する。吸収型偏光板１２を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル１３をそのまま（縦方向に振動する光のまま）通過する。液晶セル１３を通過した縦方向に振動する光は、吸収型偏光板１４を通過する。
また、吸収型偏光板１４を通過した縦方向に振動する光は、第一の反射率切替素子２０Ａの吸収型偏光板２３を通過する。吸収型偏光板２３を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル２２を下方へ通過する際に当該液晶セル２２によって横方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって横方向に振動するように変換された光は、反射型偏光板２１によって反射角βで反射される。反射型偏光板２１によって反射された光は、液晶セル２２を上方へ通過する際に当該液晶セル２２によって縦方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって縦方向に振動するように変換された光は、吸収型偏光板２３を通過し、光学結像部材３０へ出射される。
すなわち、電圧無印加状態において、画像表示システム１Ｘの第一の反射率切替素子２０Ａは、第二の表示装置１０Ｂに表示された画像３Ｂの光を反射するミラーとして機能する。
光学結像部材３０は、第一の反射率切替素子２０Ａを介した画像３Ｂを、屈折角αで屈折させ、当該光学結像部材３０から距離Ｌ１＋Ｌ２（画像光が進む距離）となる空中に結像させる。
なお、画像３Ｂを結像表示する場合には、制御部５０は、第一の表示装置１０Ａに画像３Ａを表示させたままであってもよく、第一の表示装置１０ＡをＯＦＦにしてもよい。
また、詳細な説明は省略するが、第一の反射率切替素子２０Ａが電圧印加状態でミラーとして機能する場合には、図３（ｃ）（ｄ）のような動作例となる。ここで、図３（ｃ）には、画像３Ａを結像表示する場合の動作例が示されており、図３（ｄ）には、画像３Ｂを結像表示する場合の動作例が示されている。
≪画像３Ａ，３Ｂの操作≫
また、制御部５０は、赤外線撮影部４２の撮影結果に対して画像認識処理を実行することによって、ユーザの手指（例えば、人差し指）を認識する。さらに、制御部５０は、ユーザの手指の認識結果に基づいて、ユーザの手指の位置（光学結像部材３０からの距離、及び、結像された画像３Ａ（又は３Ｂ）内における２次元位置）を検出する。制御部５０は、光学結像部材３０からユーザの手指までの距離が光学結像部材３０から結像されている画像３Ａ（又は３Ｂ）までの距離と等しい場合に、画像３Ａ（又は３Ｂ）を変更する制御を実行する。例えば、制御部５０は、結像された画像３Ａ内におけるユーザの手指の２次元位置に基づいて、画像３Ａの内容を変更することができる。同様に、制御部５０は、結像された画像３Ｂ内におけるユーザの手指の２次元位置に基づいて、画像３Ｂの内容を変更することができる。さらに、制御部５０は、結像された画像３Ａ内におけるユーザの手指の２次元位置に基づいて、画像３Ａと同じ内容の画像３Ｂを結像表示し、画像３Ａの表示を中止することができる。同様に、制御部５０は、結像された画像３Ｂ内におけるユーザの手指の２次元位置に基づいて、画像３Ｂと同じ内容の画像３Ａを結像表示し、画像３Ｂの表示を中止することができる。このような表示変更手法において、制御部５０には、ユーザの手指の２次元位置と画像の切替内容との関係が予め記憶されている。制御部５０は、検出されたユーザの手指の２次元位置と記憶された前記関係とを用いて、ユーザが所望する内容の画像をユーザが所望する位置に結像させることができる。
画像表示システム１Ｘは、車両の車室内において、前端部かつ車幅方向中間部に設置可能である。この場合、画像表示システム１Ｘは、画像３Ａを運転席の運転者又は助手席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能であり、画像３Ｂを後席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能である。
本発明の第一の実施形態に係る画像表示システム１Ｘは、ハーフミラーではなく第一の反射率切替素子２０Ａを用いるので、光量のロスを抑えつつ、空中において互いに異なる複数の位置に画像を結像させることができる。換言すると、画像表示システム１Ｘは、画像の結像表示位置を、光学結像部材３０からの距離が異なる複数の位置（本実施形態では２箇所）に切替可能である。また、画像表示システム１Ｘは、高輝度な表示装置を用いる必要が無いので、システム内の温度上昇を抑えることができる。したがって、画像表示システム１Ｘは、温度上昇を抑えるための空間、装置等を不要とし、小型化、低コスト化及び信頼性向上を実現することができる。
また、画像表示システム１Ｘは、操作位置検出部４０を備えるので、空中に結像された画像をタッチパネルとして使用することができる。
なお、運転者等が着用するサングラスには、縦方向に振動する光を透過するとともに横方向に振動する光をカットする偏光レンズを用いることで、防眩性を持たせたものがある。画像表示システム１Ｘは、結像される画像が縦方向（上下方向）に振動する光によって構成されているので、サングラスを着用したユーザに対しても、好適な視認性を有する画像を結像させることができる。
また、画像表示システム１Ｘは、画像を車室内に結像させるので、車両の複数の乗員に対して好適な位置に画像を結像表示させることができる。
＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る画像表示システムについて、第一の実施形態に係る画像表示システム１Ｘとの相違点を中心に説明する。図４及び図５に示すように、本発明の第二の実施形態に係る画像表示システム１Ｙは、移動機構６０をさらに備える。
＜移動機構＞
移動機構６０は、制御部５０の制御によって、第二の表示装置１０Ｂを、第一の反射率切替素子２０Ａから距離Ｌ２（画像光が進む距離）の位置と、第一の反射率切替素子２０Ａから距離Ｌ２＋Ｌ３（画像光が進む距離）の距離と、の間で移動させる機構である。
＜動作例＞
続いて、画像表示システム１Ｙの動作例のうち、画像３Ｂを結像表示する際の結像位置の変更について説明する。
≪画像３Ｂの結像表示≫
画像３Ｂを結像表示する場合には、制御部５０は、例えば操作位置検出部４０の検出結果に基づいて移動機構６０を制御し、第二の表示装置１０Ｂをユーザが所望する位置に移動させて停止させる。光学結像部材３０は、第一の反射率切替素子２０Ａを介した画像３Ｂを、当該光学結像部材３０から距離Ｌ１＋Ｌ２以上Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３以下（画像光が進む距離）となる空中に結像させる。
画像表示システム１Ｙは、３列シートの車両の車室内において、前端部かつ車幅方向中間部に設置可能である。この場合、画像表示システム１Ｙは、画像３Ａを運転席の運転者又は助手席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能であり、画像３Ｂを中席及び後席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能である。
本発明の第二の実施形態に係る画像表示システム１Ｙは、画像３Ｂの結像位置を好適に変更することができる。換言すると、画像表示システム１Ｙは、画像の結像表示位置を、光学結像部材３０からの距離が異なる位置（本実施形態では、距離Ｌ１の位置、距離Ｌ１＋Ｌ２～Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３間の連続的な位置のいずれか）に切替可能である。
＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係る画像表示システムについて、第一の実施形態に係る画像表示システム１Ｘとの相違点を中心に説明する。図６及び図７に示すように、本発明の第三の実施形態に係る画像表示システム１Ｚは、第三の表示装置１０Ｃと、第二の反射率切替素子２０Ｂと、回動機構７０と、をさらに備える。
＜第三の表示装置＞
第三の表示装置１０Ｃは、筐体２内に収容されており、制御部５０の制御によって画像を表示する。第三の表示装置１０Ｃは、第二の反射率切替素子２０Ｂの下方において、上方向に向けて設置されている。第三の表示装置１０Ｃと第二の反射率切替素子２０Ｂとの間において画像光が進む距離は、Ｌ４に設定されている。本実施形態において、第三の表示装置１０Ｃは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）であって、第一の表示装置１０Ａと同様に、バックライト１１と、吸収型偏光板１２と、液晶セル１３と、吸収型偏光板１４と、を備える。
＜第二の反射率切替素子＞
第二の反射率切替素子２０Ｂは、筐体２内に収容されており、本実施形態では、第二の表示装置１０Ｂの表示面（後面）側に設けられている。第二の反射率切替素子２０Ｂは、制御部５０の制御に基づいて、前記した反射状態と透過状態とを電気的に切替可能な素子である。第二の反射率切替素子２０Ｂは、第二の表示装置１０Ｂに対して光学カップリング樹脂、テープ等を用いて密着されていてもよく、第二の表示装置１０Ｂに対して離間して設けられていてもよい。第二の反射率切替素子２０Ｂは、前側から順に、反射型偏光板２１と、液晶セル２２と、吸収型偏光板２３と、を備える。
＜回動機構＞
回動機構７０は、制御部５０の制御によって、第二の表示装置１０Ｂ及び第二の反射率切替素子２０Ｂを、画像３Ｂを結像表示するための姿勢と、画像３Ｃを結像表示するための姿勢と、の間で回動させる機構である。ここで、画像３Ｂは、第二の表示装置１０Ｂによる画像であり、画像３Ｃは、第三の表示装置１０Ｃによる画像である。
＜動作例＞
続いて、画像表示システム１Ｚの動作例について、画像３Ｂの結像表示、画像３Ｃの結像表示の順に説明する。図８（ａ）に示す画像３Ａの結像表示に関しては、画像表示システム１Ｘの動作例と略同一であるため、説明を省略する。
≪画像３Ｂの結像表示≫
図８（ｂ）に示すように、画像３Ｂを結像表示する場合には、制御部５０は、回動機構７０を制御することによって、第二の表示装置１０Ｂ及び第二の反射率切替素子２０Ｂを、画像３Ｂを結像表示するための姿勢位置に回動させる。また、制御部５０は、第二の表示装置１０Ｂのバックライト１１を点灯させ、第二の表示装置１０Ｂの液晶セル１３及び第二の反射率切替素子２０Ｂの液晶セル２２に電圧を印加する。さらに、制御部５０は、第一の反射率切替素子２０Ａの液晶セル２２に電圧を印加しない。
第二の表示装置１０Ｂにおいて、バックライト１１が発光した光のうち、横方向に振動する光は、吸収型偏光板１２に吸収され、縦方向に振動する光は、当該吸収型偏光板１２を通過する。吸収型偏光板１２を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル１３をそのまま（縦方向に振動する光のまま）通過する。液晶セル１３を通過した縦方向に振動する光は、吸収型偏光板１４を通過する。
また、吸収型偏光板１４を通過した縦方向に振動する光は、第二の反射率切替素子２０Ｂの反射型偏光板２１を通過する。反射型偏光板２１を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル２２をそのまま（縦方向に振動する光のまま）通過する。液晶セル２２を通過した縦方向に振動する光は、吸収型偏光板２３を通過し、第一の反射率切替素子２０Ａへ出射される。
すなわち、電圧印加状態において、画像表示システム１Ｚの第二の反射率切替素子２０Ｂは、第一の表示装置１０Ａに表示された画像３Ａの光を透過させる光透過層として機能する。
続いて、第一の反射率切替素子２０Ａへ出射された縦方向に振動する光は、第一の反射率切替素子２０Ａの吸収型偏光板２３を通過する。吸収型偏光板２３を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル２２を下方へ通過する際に当該液晶セル２２によって横方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって横方向に振動するように変換された光は、反射型偏光板２１によって反射角βで反射される。反射型偏光板２１によって反射された光は、液晶セル２２を上方へ通過する際に当該液晶セル２２によって縦方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって縦方向に振動するように変換された光は、吸収型偏光板２３を通過し、光学結像部材３０へ出射される。
すなわち、電圧無印加状態において、画像表示システム１Ｚの第一の反射率切替素子２０Ａは、第二の表示装置１０Ｂに表示された画像３Ｂの光を反射するミラーとして機能する。
光学結像部材３０は、第二の反射率切替素子２０Ｂ及び第一の反射率切替素子２０Ａを介した画像３Ｂを、屈折角αで屈折させ、当該光学結像部材３０から距離Ｌ１＋Ｌ２となる空中に結像させる。
なお、画像３Ｂを結像表示する場合には、制御部５０は、第一の表示装置１０Ａに画像３Ａを表示させたままであってもよく、第三の表示装置１０Ｃに画像３Ｃを表示させたままであってもよい。さらに、画像３Ｂを結像表示する場合には、制御部５０は、第一の表示装置１０Ａ及び／又は第三の表示装置１０ＣをＯＦＦにしてもよい。
≪画像３Ｃの結像表示≫
図８（ｃ）に示すように、画像３Ｃを結像表示する場合には、制御部５０は、回動機構７０を制御することによって、第二の表示装置１０Ｂ及び第二の反射率切替素子２０Ｂを、画像３Ｃを結像表示するための姿勢位置に回動させる。また、制御部５０は、第三の表示装置１０Ｃのバックライト１１を点灯させ、第三の表示装置１０Ｃの液晶セル１３に電圧を印加する。さらに、制御部５０は、第一の反射率切替素子２０Ａ及び第二の反射率切替素子２０Ｂの液晶セル２２に電圧を印加しない。
第三の表示装置１０Ｃにおいて、バックライト１１が発光した光のうち、横方向に振動する光は、吸収型偏光板１２に吸収され、縦方向に振動する光は、当該吸収型偏光板１２を通過する。吸収型偏光板１２を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル１３をそのまま（縦方向に振動する光のまま）通過する。液晶セル１３を通過した縦方向に振動する光は、吸収型偏光板１４を通過する。
また、吸収型偏光板１４を通過した縦方向に振動する光は、第二の反射率切替素子２０Ｂの吸収型偏光板２３を通過する。吸収型偏光板２３を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル２２を上方へ通過する際に当該液晶セル２２によって横方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって横方向に振動するように変換された光は、反射型偏光板２１によって反射角γで反射される。反射型偏光板２１によって反射された光は、液晶セル２２を下方へ通過する際に当該液晶セル２２によって縦方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって縦方向に振動するように変換された光は、吸収型偏光板２３を通過し、第一の反射率切替素子２０Ａへ出射される。
すなわち、電圧無印加状態において、画像表示システム１Ｚの第二の反射率切替素子２０Ｂは、第三の表示装置１０Ｃに表示された画像３Ｃの光を反射するミラーとして機能する。
続いて、第一の反射率切替素子２０Ａへ出射された縦方向に振動する光は、第一の反射率切替素子２０Ａの吸収型偏光板２３を通過する。吸収型偏光板２３を通過した縦方向に振動する光は、液晶セル２２を下方へ通過する際に当該液晶セル２２によって横方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって横方向に振動するように変換された光は、反射型偏光板２１によって反射角βで反射される。反射型偏光板２１によって反射された光は、液晶セル２２を上方へ通過する際に当該液晶セル２２によって縦方向に振動する光に変換される。液晶セル２２によって縦方向に振動するように変換された光は、吸収型偏光板２３を通過し、光学結像部材３０へ出射される。
すなわち、電圧無印加状態において、画像表示システム１Ｚの第一の反射率切替素子２０Ａは、第三の表示装置１０Ｃに表示された画像３Ｃの光を反射するミラーとして機能する。
光学結像部材３０は、第二の反射率切替素子２０Ｂ及び第一の反射率切替素子２０Ａを介した画像３Ｃを、屈折角αで屈折させ、当該光学結像部材３０から距離Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４（画像光が進む距離）となる空中に結像させる。
なお、画像３Ｃを結像表示する場合には、制御部５０は、第一の表示装置１０Ａに画像３Ａを表示させたままであってもよく、第二の表示装置１０Ｂに画像３Ｂを表示させたままであってもよい。さらに、画像３Ｃを結像表示する場合には、制御部５０は、第一の表示装置１０Ａ及び／又は第二の表示装置１０ＢをＯＦＦにしてもよい。
画像表示システム１Ｚは、３列シートの車両の車室内において、前端部かつ車幅方向中間部に設置可能である。この場合、画像表示システム１Ｚは、画像３Ａを運転席の運転者又は助手席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能であり、画像３Ｂを中席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能である。また、画像表示システム１Ｚは、画像３Ｃを後席の乗員によって操作可能な位置に結像表示可能である。
本発明の第三の実施形態に係る画像表示システム１Ｚは、光学結像部材３０からの距離が異なる３つの位置に対して、画像を好適に結像させることができる。換言すると、画像表示システム１Ｚは、画像の結像表示位置を、光学結像部材３０からの距離が異なる複数の位置（本実施形態では３箇所）に切替可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、画像表示システムは、運転者によって操作可能な操作部を備え、制御部が、操作部の操作結果に応じた画像を各表示装置に表示させる構成であってもよい。
また、本発明の参考形態として、光源とセル画とを組み合わせることによって表示装置を具現化することも可能である。また、本発明の画像表示システムは、車両だけでなく、ゲーム機、ポスター、案内板又は各種タッチパネル等にも適用可能である。
また、第一の反射率切替素子２０Ａ及び第二の反射率切替素子２０Ｂは、前記した構成に限定されない。すなわち、光を反射させる反射状態と光を透過させる透過状態とを切替可能な各種の素子（例えば、国際公開２０１５／０９３２９８号に記載の反射率可変素子）が、第一の反射率切替素子２０Ａ及び第二の反射率切替素子２０Ｂとして使用可能である。
また、操作位置検出部４０は、赤外線を用いてユーザの手指の位置を検出するものに限定されない。操作位置検出部４０は、例えば、可視光、音波等を用いてユーザの手指の位置を検出するものであってもよい。
１Ｘ，１Ｙ，１Ｚ 画像表示システム
１０Ａ 第一の表示装置
１０Ｂ 第二の表示装置
１０Ｃ 第三の表示装置
２０Ａ 第一の反射率切替素子
２０Ｂ 第二の反射率切替素子
３０ 光学結像部材
４０ 操作位置検出部
５０ 制御部

Claims (6)

  1. 画像を表示する第一の表示装置及び第二の表示装置と、
    前記第一の表示装置及び前記第二の表示装置と離間して設けられ、前記第一の表示装置又は前記第二の表示装置にて表示された各前記画像を空中において互いに異なる位置に結像させる光学結像部材と、
    透過状態と反射状態とを切替可能な反射率切替素子と、
    前記第二の表示装置を、前記反射率切替素子との間の距離を変えるように移動させる移動機構と、
    を備え、
    前記第一の表示装置にて表示された前記画像は、当該画像の光が前記反射率切替素子を透過して前記光学結像部材に入射することによって空中に結像され、
    前記第二の表示装置にて表示された前記画像は、当該画像の光が前記反射率切替素子で反射して前記光学結像部材に入射することによって空中に結像される
    ことを特徴とする画像表示システム。
  2. 前記第一の表示装置にて表示された前記画像は、前記光学結像部材から第一の距離に結像され、
    前記第二の表示装置にて表示された前記画像は、前記光学結像部材から第二の距離に結像され、
    前記第一の距離は、前記第一の表示装置及び前記光学結像部材の間の距離であり、
    前記第二の距離は、前記第二の表示装置及び前記反射率切替素子の間の距離と、前記反射率切替素子と前記光学結像部材との距離と、の和である
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。
  3. 前記第一の表示装置、前記第二の表示装置、前記反射率切替素子及び前記移動機構を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記第一の表示装置に前記画像を表示させた状態で、前記反射率切替素子を透過状態とすることによって、前記第一の表示装置にて表示された前記画像の光を、前記反射率切替素子を透過させて前記光学結像部材に入射させ、当該画像を前記光学結像部材によって結像させ、
    前記第二の表示装置に前記画像を表示させた状態で、前記反射率切替素子を反射状態とすることによって、前記第二の表示装置にて表示された前記画像の光を、前記反射率切替素子で反射させて前記光学結像部材に入射させ、当該画像を前記光学結像部材によって結像させる
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示システム。
  4. 前記画像の結像位置におけるユーザの操作位置を検出する操作位置検出部を備え、
    前記制御部は、前記操作位置検出部の検出結果に基づいて、前記第一の表示装置、前記第二の表示装置及び前記移動機構を制御する
    ことを特徴とする請求項３に記載の画像表示システム。
  5. 前記光学結像部材によって結像される前記画像は、上下方向に振動する光によって構成されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像表示システム。
  6. 車両に設けられており、前記画像を車室内に結像させる
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像表示システム。
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