表示装置
【課題】 観察者の眼の位置がライトガイドに対して上下方向に動いても、観察者が観察対象の虚像を正常に視認することができる表示装置を提供する。
【解決手段】 出射機構２１、２２と、ライトガイド３とを備える表示装置１であって、出射機構２１、２２は、上下方向に並べられた第一出射機構２１と第二出射機構２２とを有し、第一出射機構２１は、第一部分と上下補正した第一部分とを少なくとも含む画像表示光を出射するか、或いは、第二出射機構２２は、第三部分と上下補正した第三部分とを少なくとも含む画像表示光を出射し、ライトガイド３は、第一面３３ｃで第一出射機構２１からの上下補正した第一部分となる画像表示光を１回以上反射させるか、或いは、第二面３３ｄで第二出射機構２２からの上下補正した第三部分となる画像表示光を１回以上反射させるかの少なくともいずれかを行って、画像表示光を観察者の眼に導くことを特徴とする。
【解決手段】 出射機構２１、２２と、ライトガイド３とを備える表示装置１であって、出射機構２１、２２は、上下方向に並べられた第一出射機構２１と第二出射機構２２とを有し、第一出射機構２１は、第一部分と上下補正した第一部分とを少なくとも含む画像表示光を出射するか、或いは、第二出射機構２２は、第三部分と上下補正した第三部分とを少なくとも含む画像表示光を出射し、ライトガイド３は、第一面３３ｃで第一出射機構２１からの上下補正した第一部分となる画像表示光を１回以上反射させるか、或いは、第二面３３ｄで第二出射機構２２からの上下補正した第三部分となる画像表示光を１回以上反射させるかの少なくともいずれかを行って、画像表示光を観察者の眼に導くことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウエアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器のような、卓上以外の環境で利用可能な情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、眼鏡型の形態が主流となりつつある。図９は、観察者に装着される眼鏡型ディスプレイ（表示装置）を示す外観図であり、図１０は、従来の眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図であり、図１１は、図１０に示すＤ−Ｄ線の断面図であり、図１２は、図１０に示すＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線の断面図である。そして、図１３（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図１３（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。
なお、眼鏡型ディスプレイ１５１は右眼用であり、遠方を見ている状態の右眼Ｅの中心に原点を有したＸＹＺ座標系を定義する。Ｙ方向（前方方向）は観察者の前方であり、Ｚ方向は観察者の上方であり、Ｘ方向（設定方向）は観察者の左方である。
【０００３】
眼鏡型ディスプレイ１５１は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Ｌを出射するユニット部Ｕと、ユニット部Ｕからの画像表示光Ｌを内部で反射させながら観察者の眼Ｅに導く基板であるライトガイド１７３と、ユニット部Ｕとライトガイド１７３とが取り付けられるフレーム部Ｆとを備える（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ユニット部Ｕは、光源（図示せず）と透過型液晶表示器（表示素子）１７１と光学系１７２とを有する出射機構１６１と、図１３（ａ）に示す虚像を視認させるために出射機構１６１に画像信号を出力する表示制御部１７４とを備える。
透過型液晶表示器１７１は、表示制御部１７４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図１３（ｂ）に示す画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図１３（ｂ）に示す画像は、ライトガイド１７３や光学系１７２で画像が左右反転するため、図１３（ａ）に示す虚像を左右反転させたものとなっている。
光学系１７２は、透過型液晶表示器１７１の表示領域の全範囲（図１３（ｂ）に示す画像）の虚像を形成する光学素子である。
【０００５】
ライトガイド１７３は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され出射機構１６１の前方に配置される全反射面１８１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方に配置される出射面１８２と、空気との界面によって全反射面１８１と出射面１８２との間に形成される側面群１８３とを有する。なお、出射面１８２は、入射光を反射させるとともに、透過させるビームスプリット機能を有する。
側面群１８３は、Ｘ方向から見ると四角形状であり、第一面１８３ｃと、第一面１８３ｃと−Ｚ方向で対向する第二面１８３ｄと、第三面１８３ａと、第三面１８３ａとＹ方向で対向する第四面１８３ｂとを有する。
【０００６】
このような眼鏡型ディスプレイ１５１において、まず、出射機構１６１は、図１３（ｂ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射する。ライトガイド１７３の全反射面１８１は、出射機構１６１からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面１８３ａと第四面１８３ｂとは、表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面（出射面）１８２に導く。このとき、第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとは、画像表示光Ｌを一回も反射させない。最後に、ビームスプリッタ面１８２は、表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド１７３の外部に、表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを出射させる。これにより、出射機構１６１から出射される画像表示光Ｌは、ライトガイド１７３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような眼鏡型ディスプレイ１５１では、第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとは、画像表示光Ｌを一回も反射させずに、全反射面１８１からビームスプリッタ面１８２まで導かなければならないので、第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとの間の距離を小さくすることができず、ライトガイド１７３や光学系１７２が大型化して重くなるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するべく本出願人は、ライトガイドや光学系を小型化・軽量化することができる表示装置を以前に着想し出願した。図１４は、眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図であり、図１５は、図１４に示すＧ−Ｇ線の断面図であり、図１６は、図１４に示すＨ−Ｈ線、Ｉ−Ｉ線の断面図である。そして、図１７（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図１７（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ１５１と同様のものについては、同じ符号を付している。
【００１０】
ライトガイド３は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され出射機構１２１の前方に配置される全反射面３１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方に配置される出射面３２と、空気との界面によって全反射面３１と出射面３２との間に形成される側面群３３とを有する。なお、出射面３２は、入射光を反射させるとともに、透過させるビームスプリット機能を有する。
側面群３３は、Ｘ方向から見ると四角形状であり、第一面３３ｃと、第一面３３ｃと−Ｚ方向で対向する第二面３３ｄと、第三面３３ａと、第三面３３ａとＹ方向で対向する第四面３３ｂとを有する。このとき、ライトガイド３における第一面３３ｃと第二面３３ｄとの間の距離は、ライトガイド１７３における第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとの間の距離より小さくなっている。
【００１１】
透過型液晶表示器１１１は、表示制御部１０４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図１７（ｂ）に示す画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図１７（ｂ）に示す画像は、図１７（ａ）に示す虚像を第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに上からこの順に分割し、第三部分を上下反転（上下補正）した第三部分Ｃ’と、第二部分Ｂと、第一部分を上下反転（上下補正）した第一部分Ａ’とを上からこの順に並べて左右反転させたものとなっている。
【００１２】
このような眼鏡型ディスプレイ１０１によれば、まず、出射機構１２１は、図１７（ｂ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射する。ライトガイド３の全反射面３１は、出射機構１２１からの表示領域の全範囲Ａ’、Ｂ、Ｃ’の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面３３ａと第四面３３ｂとは、表示領域の全範囲Ａ’、Ｂ、Ｃ’の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面（出射面）３２に導く。このとき、第一面３３ｃで上下反転した第三部分となる表示領域Ｃ’の画像表示光Ｌを１回反射させ、第二面３３ｄで上下反転した第一部分となる表示領域Ａ’の画像表示光Ｌを１回反射させ、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで第二部分となる表示領域Ｂの画像表示光Ｌを１回も反射させずに、ビームスプリッタ面３２に導く。最後に、ビームスプリッタ面３２は、第二面３３ｄで反射した上下反転した第一部分Ａ’と第二部分Ｂと第一面３３ｃで反射した上下反転した第三部分Ｃ’とからなる表示領域の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド３の外部に、第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌを出射させる。これにより、出射機構１２１から出射される画像表示光Ｌは、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。
【００１３】
しかしながら、このような眼鏡型ディスプレイ１０１では、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対してあまり上下方向に動かないものとして設計されているので、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して上方向や下方向に動いた際に、観察者の眼Ｅの位置によって異なる表示領域の部分となる画像が重なって見えてしまうことがあった。例えば、第一面３３ｃで１回反射させてビームスプリッタ面３２に導きたい第三部分Ｃ’の一部分が、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導かれることがあった。また、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導きたい第二部分Ｂの一部分が、第一面３３ｃで１回反射した後、ビームスプリッタ面３２に導かれることがあった。
ここで、図１８は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して少し下方向に動いた際の光路図であり、図１９（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図１９（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導きたい部分は第二部分Ｂであるが、部分ロが第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導かれている。つまり、第二部分Ｂと部分ロとにずれがある。
また、図２０は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して下方向に動いた際の光路図であり、図２１（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図２１（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導きたい部分は第二部分Ｂであるが、部分ロが第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導かれている。つまり、第二部分Ｂと部分ロとにずれがある。
そこで、本出願人は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して上下方向に動いても、観察者は観察対象の虚像を正常に視認することができる方法について検討した。１個の透過型液晶表示器１１１に、第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに分割したものを表示した場合には、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して上方向や下方向に動いた際に第二部分Ｂと部分ロとずれてしまう。よって、１個の透過型液晶表示器１１１でなく、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを用いることにした。そして、第一出射機構に概ね上方と中部との画像（第一部分Ａと第二部分Ｂ）を表示させるとともに、第二出射機構に概ね下方と中部との画像（第二部分Ｂと第三部分Ｃ）を表示させることにした。つまり、ずれても問題がないように、第一出射機構と第二出射機構とに共通の第二部分Ｂを表示させることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明の表示装置は、上下方向に分割された第一部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射する出射機構と、第一面と、当該第一面と上下方向に対向する第二面と、第三面と、当該第三面と前後方向に対向する第四面とを有し、前記第三面及び第四面で前記出射機構からの画像表示光を上下方向及び前後方向と垂直な設定方向に反射させながら観察者の眼に導くライトガイドとを備える表示装置であって、前記出射機構は、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを有し、前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を出射するか、或いは、前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射し、前記ライトガイドは、前記第一面で第一出射機構からの上下補正した第一部分となる画像表示光を１回以上反射させるか、或いは、前記第二面で第二出射機構からの上下補正した第三部分となる画像表示光を１回以上反射させるかの少なくともいずれかを行って、前記画像表示光を観察者の眼に導くようにしている。
【００１５】
ここで、「設定方向」とは、設計者等によって予め決められた任意の一方向であり、例えば、観察者の左方や観察者の右方等となる。また、本発明では、上下方向を左右方向と一致するように横に向けて用いた場合も含まれるものとする。
また、「上下補正」とは、観察者の眼に導かれるまでに第一面や第二面における反射方向と反射回数とにより決定され、表示器等の表示素子に表示する画像に上下反転処理等を行うことをいう。
【００１６】
本発明の表示装置は、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを有する。そして、例えば、第一出射機構は、第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とを含む画像表示光を出射する。また、第二出射機構は、第二部分と第三部分とを含む画像表示光を出射する。これにより、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して原点より上方に存在するときには、第一面で反射した上下補正した第一部分の一部となる画像表示光が観察者の眼に導かれるとともに、第一面と第二面とで反射しない第一部分の一部及び第二部分と、第二出射機構からの第二部分及び第三部分とからなる画像表示光が観察者の眼に導かれる。これにより、観察者は第一部分と第二部分と第三部分とからなる画像を視認する。
また、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して原点より下方に存在するときには、第一面と第二面とで反射しない第一部分と第二部分と、第二出射機構からの第二部分及び第三部分とからなる画像表示光が観察者の眼に導かれる。これにより、観察者は第一部分と第二部分と第三部分とからなる画像を視認する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の表示装置によれば、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して動いても、観察者は観察対象の虚像を正常に視認することができる。
【００１８】
（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第一表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系とを備え、前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第二表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えるようにしてもよい。
【００１９】
そして、上記の発明において、前記第一出射機構及び前記第二出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分と上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子と、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系と、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えるようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記ライトガイドは、平板形状であり、前記第一面と第二面と第三面と第四面とは、空気との界面によって形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線の断面図。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線の断面図。
【図４】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図５】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図６】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図７】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図８】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図９】観察者に装着される眼鏡型ディスプレイを示す外観図。
【図１０】従来の眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図。
【図１１】図１０に示すＤ−Ｄ線の断面図。
【図１２】図１０に示すＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線の断面図。
【図１３】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図１４】眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図。
【図１５】図１４に示すＧ−Ｇ線の断面図。
【図１６】図１４に示すＨ−Ｈ線、Ｉ−Ｉ線の断面図。
【図１７】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図１８】図１４に示す眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図１９】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図２０】図１４に示す眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図２１】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ（表示装置）の概略構成を示すＸＹ平面における光路図であり、図２は、図１に示すＡ−Ａ線の断面図であり、図３は、図１に示すＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線の断面図である。そして、図４（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図４（ｂ）は、第一透過型液晶表示器（第一表示素子）に表示する画像であり、図４（ｃ）は、第二透過型液晶表示器（第二表示素子）に表示する画像である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ１０１と同様のものについては、同じ符号を付している。
【００２３】
眼鏡型ディスプレイ１は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Ｌを出射するユニット部Ｕと、ユニット部Ｕからの画像表示光Ｌを内部で反射させながら観察者の眼Ｅに導く基板であるライトガイド３と、ユニット部Ｕとライトガイド３とが取り付けられるフレーム部Ｆとを備える。
ユニット部Ｕは、第一出射機構２１と、第一出射機構２１の下方に配置された第二出射機構２２と、図４（ａ）に示す虚像を視認させるために第一出射機構２１及び第二出射機構２２に画像信号を出力する表示制御部４とを備える。
【００２４】
第一出射機構２１は、第一光源（図示せず）と第一透過型液晶表示器（第一表示素子）２１１と第一光学系２１２とを有する。
第一透過型液晶表示器２１１は、表示制御部４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図４（ｂ）に示す画像（図４（ａ）に示す虚像の第一部分Ａと第二部分Ｂ）を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図４（ｂ）に示す画像は、図４（ａ）に示す虚像を第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに上からこの順に分割し、第一部分Ａと、第二部分Ｂと、第一部分を上下反転（上下補正）した第一部分Ａ’とを上からこの順に並べて左右反転させたものとなっている。
第一光学系２１２は、第一透過型液晶表示器２１１の表示領域の全範囲（図４（ｂ）に示す画像）の画像表示光Ｌを透過させる光学素子である。
【００２５】
第二出射機構２２は、第二光源（図示せず）と第二透過型液晶表示器（第二表示素子）２２１と第二光学系２２２とを有する。
第二透過型液晶表示器２２１は、表示制御部４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図４（ｃ）に示す画像（図４（ａ）に示す虚像の第二部分Ｂと第三部分Ｃ）を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図４（ｃ）に示す画像は、図４（ａ）に示す虚像を第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに上からこの順に分割し、第三部分を上下反転（上下補正）した第三部分Ｃ’と、第二部分Ｂと、第三部分Ｃとを上からこの順に並べて左右反転させたものとなっている。
第二光学系２２２は、第二透過型液晶表示器２２１の表示領域の全範囲（図４（ｃ）に示す画像）の画像表示光Ｌを透過させる光学素子である。
【００２６】
表示制御部４は、虚像を視認させるために第一透過型液晶表示器２１１と第二透過型液晶表示器２２１とに画像信号を出力するように制御する。具体的には、第一透過型液晶表示器２１１には、第一部分Ａと第二部分Ｂとに対応する画像として、第一面３３ｃや第二面３３ｄで反射させないＸ方向においてのみ反転させた第一部分Ａと第二部分Ｂとに対応する画像信号を出力し、第一面３３ｃで１回反射させるためにＺ方向において反転させるとともにＸ方向において反転させた第一部分Ａ’に対応する画像信号を出力する。また、第二透過型液晶表示器２２１には、第二部分Ｂと第三部分Ｃとに対応する画像として、第一面３３ｃや第二面３３ｄで反射させないＸ方向においてのみ反転させた第二部分Ｂと第三部分Ｃとに対応する画像信号を出力し、第二面３３ｄで１回反射させるためにＺ方向において反転させるとともにＸ方向において反転させた第三部分Ｃ’に対応する画像信号を出力する。その結果、観察者は、図４（ａ）に示すような観察対象の虚像を視認することができる。
なお、ライトガイド３と第一光学系２１２や第二光学系２２２における光線の反射方向と反射回数とにより、Ｘ方向全体が反転する場合もあれば、Ｚ方向（上下方向）全体が反転する場合もある。
【００２７】
このような眼鏡型ディスプレイ１によれば、まず、第一出射機構２１は、図４（ｂ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射するとともに、第二出射機構２２は、図４（ｃ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射する。ライトガイド３の全反射面３１は、第一出射機構２１からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面３３ａと第四面３３ｂとは、第一出射機構２１からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面３２に導く。このとき、第一面３３ｃで上下反転した第一部分となる表示領域Ａ’の画像表示光Ｌを１回反射させ、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで第一部分Ａと第二部分Ｂとなる表示領域の画像表示光Ｌを１回も反射させずに、ビームスプリッタ面３２に導く。
また、ライトガイド３の全反射面３１は、第二出射機構２２からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面３３ａと第四面３３ｂとは、第二出射機構２２からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面３２に導く。このとき、第二面３３ｄで上下反転した第三部分Ｃ’となる表示領域の画像表示光Ｌを１回反射させ、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで第二部分Ｂと第三部分Ｃとなる表示領域の画像表示光Ｌを１回も反射させずに、ビームスプリッタ面３２に導く。
【００２８】
最後に、ビームスプリッタ面３２は、第一部分Ａと第二部分Ｂと上下補正した第一部分Ａ’と上下補正した第三部分Ｃ’と第二部分Ｂと第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド３の外部に、第一部分Ａと第二部分Ｂと上下補正した第一部分Ａ’と上下補正した第三部分Ｃ’と第二部分Ｂと第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌを出射させる。
ここで、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点付近に存在するときには、上下補正した第一部分Ａ’の一部イと、第一部分Ａの一部及び第二部分Ｂの一部の部分ロと、第二部分Ｂの一部及び第三部分Ｃの一部の部分ハと、上下補正した第三部分Ｃ’の一部ニとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。図２は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して原点付近に存在する際の図１に示す眼鏡型ディスプレイのＸＹ平面における光路図であり、図４（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図４（ｂ）は、第一透過型液晶表示器に表示する画像であり、図４（ｃ）は、第二透過型液晶表示器に表示する画像である。
また、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点より少し下方に存在するときには、上下補正した第一部分Ａ’の一部イと、第一部分Ａの一部及び第二部分Ｂの一部の部分ロと、第二部分Ｂの一部及び第三部分Ｃの一部の部分ハと、上下補正した第三部分Ｃ’の一部ニとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。図５は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して少し下方向に動いた際の図１に示す眼鏡型ディスプレイの光路図であり、図６（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図６（ｂ）は、第一透過型液晶表示器に表示する画像であり、図６（ｃ）は、第二透過型液晶表示器に表示する画像である。
さらに、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点より下方に存在するときには、第一部分Ａ及び第二部分Ｂの一部の部分ロと、第二部分Ｂの一部及び第三部分Ｃの一部の部分ハと、上下補正した第三部分Ｃ’の一部ニとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。図７は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して下方向に動いた際の図１に示す眼鏡型ディスプレイの光路図であり、図８（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図８（ｂ）は、第一透過型液晶表示器に表示する画像であり、図８（ｃ）は、第二透過型液晶表示器に表示する画像である。
なお、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点より上方に存在するときには、上下補正した第一部分Ａ’と、第二部分Ｂと、第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。
【００２９】
以上のように、眼鏡型ディスプレイ１によれば、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して上下方向に動いても、観察者は観察対象の虚像を正常に視認することができる。
【００３０】
（他の実施形態）
上述した眼鏡型ディスプレイは、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用されたりしてもよい。また、観察者に装着されるヘッドマウントディスプレイのような形態に限らず、観察者の前方に設置するヘッドアップディスプレイのような形態であってもよい。
【００３１】
また、表示素子としては、画像表示光を直接に出射する自発光型表示器が用いられてもよいし、反射型表示器とその反射型表示器を照明するための素子とで構成されてもよい。
また、画像表示光を観察者の両方の眼に導くようにしてもよく、上記ビームスプリッタ面は全反射ミラーにより構成されてもよく、上記出射面や全反射面はホログラム面により構成されてもよく、上記出射面は複数枚の出射面により構成されてもよい。
【００３２】
また、上記第一面と第二面とで、表示領域の一部分の画像表示光を１回反射させてもよく、表示領域の一部分の画像表示光を２回反射させてもよく、表示領域の一部分の画像表示光を３回以上反射させてもよい。
また、上述した眼鏡型ディスプレイ１において、第一出射機構２１は第一透過型液晶表示器２１１を有するとともに第二出射機構２２は第二透過型液晶表示器２２１を有する構成としたが、第一出射機構と第二出射機構とは共通の表示素子を有するような構成としてもよい。
上記ライトガイドを形成する材料としては、例えば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン、硝材等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、卓上以外の環境で使用する情報機器等に利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１ 眼鏡型ディスプレイ（表示装置）
３ ライトガイド
２１ 第一出射機構
２２ 第二出射機構
４ 表示制御部
３３ａ 第三面
３３ｂ 第四面
３３ｃ 第一面
３３ｄ 第二面
Ｌ 画像表示光
Ｅ 観察者の眼
Ｕ ユニット部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウエアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器のような、卓上以外の環境で利用可能な情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、眼鏡型の形態が主流となりつつある。図９は、観察者に装着される眼鏡型ディスプレイ（表示装置）を示す外観図であり、図１０は、従来の眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図であり、図１１は、図１０に示すＤ−Ｄ線の断面図であり、図１２は、図１０に示すＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線の断面図である。そして、図１３（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図１３（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。
なお、眼鏡型ディスプレイ１５１は右眼用であり、遠方を見ている状態の右眼Ｅの中心に原点を有したＸＹＺ座標系を定義する。Ｙ方向（前方方向）は観察者の前方であり、Ｚ方向は観察者の上方であり、Ｘ方向（設定方向）は観察者の左方である。
【０００３】
眼鏡型ディスプレイ１５１は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Ｌを出射するユニット部Ｕと、ユニット部Ｕからの画像表示光Ｌを内部で反射させながら観察者の眼Ｅに導く基板であるライトガイド１７３と、ユニット部Ｕとライトガイド１７３とが取り付けられるフレーム部Ｆとを備える（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ユニット部Ｕは、光源（図示せず）と透過型液晶表示器（表示素子）１７１と光学系１７２とを有する出射機構１６１と、図１３（ａ）に示す虚像を視認させるために出射機構１６１に画像信号を出力する表示制御部１７４とを備える。
透過型液晶表示器１７１は、表示制御部１７４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図１３（ｂ）に示す画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図１３（ｂ）に示す画像は、ライトガイド１７３や光学系１７２で画像が左右反転するため、図１３（ａ）に示す虚像を左右反転させたものとなっている。
光学系１７２は、透過型液晶表示器１７１の表示領域の全範囲（図１３（ｂ）に示す画像）の虚像を形成する光学素子である。
【０００５】
ライトガイド１７３は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され出射機構１６１の前方に配置される全反射面１８１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方に配置される出射面１８２と、空気との界面によって全反射面１８１と出射面１８２との間に形成される側面群１８３とを有する。なお、出射面１８２は、入射光を反射させるとともに、透過させるビームスプリット機能を有する。
側面群１８３は、Ｘ方向から見ると四角形状であり、第一面１８３ｃと、第一面１８３ｃと−Ｚ方向で対向する第二面１８３ｄと、第三面１８３ａと、第三面１８３ａとＹ方向で対向する第四面１８３ｂとを有する。
【０００６】
このような眼鏡型ディスプレイ１５１において、まず、出射機構１６１は、図１３（ｂ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射する。ライトガイド１７３の全反射面１８１は、出射機構１６１からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面１８３ａと第四面１８３ｂとは、表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面（出射面）１８２に導く。このとき、第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとは、画像表示光Ｌを一回も反射させない。最後に、ビームスプリッタ面１８２は、表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド１７３の外部に、表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを出射させる。これにより、出射機構１６１から出射される画像表示光Ｌは、ライトガイド１７３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような眼鏡型ディスプレイ１５１では、第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとは、画像表示光Ｌを一回も反射させずに、全反射面１８１からビームスプリッタ面１８２まで導かなければならないので、第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとの間の距離を小さくすることができず、ライトガイド１７３や光学系１７２が大型化して重くなるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するべく本出願人は、ライトガイドや光学系を小型化・軽量化することができる表示装置を以前に着想し出願した。図１４は、眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図であり、図１５は、図１４に示すＧ−Ｇ線の断面図であり、図１６は、図１４に示すＨ−Ｈ線、Ｉ−Ｉ線の断面図である。そして、図１７（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図１７（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ１５１と同様のものについては、同じ符号を付している。
【００１０】
ライトガイド３は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され出射機構１２１の前方に配置される全反射面３１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方に配置される出射面３２と、空気との界面によって全反射面３１と出射面３２との間に形成される側面群３３とを有する。なお、出射面３２は、入射光を反射させるとともに、透過させるビームスプリット機能を有する。
側面群３３は、Ｘ方向から見ると四角形状であり、第一面３３ｃと、第一面３３ｃと−Ｚ方向で対向する第二面３３ｄと、第三面３３ａと、第三面３３ａとＹ方向で対向する第四面３３ｂとを有する。このとき、ライトガイド３における第一面３３ｃと第二面３３ｄとの間の距離は、ライトガイド１７３における第一面１８３ｃと第二面１８３ｄとの間の距離より小さくなっている。
【００１１】
透過型液晶表示器１１１は、表示制御部１０４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図１７（ｂ）に示す画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図１７（ｂ）に示す画像は、図１７（ａ）に示す虚像を第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに上からこの順に分割し、第三部分を上下反転（上下補正）した第三部分Ｃ’と、第二部分Ｂと、第一部分を上下反転（上下補正）した第一部分Ａ’とを上からこの順に並べて左右反転させたものとなっている。
【００１２】
このような眼鏡型ディスプレイ１０１によれば、まず、出射機構１２１は、図１７（ｂ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射する。ライトガイド３の全反射面３１は、出射機構１２１からの表示領域の全範囲Ａ’、Ｂ、Ｃ’の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面３３ａと第四面３３ｂとは、表示領域の全範囲Ａ’、Ｂ、Ｃ’の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面（出射面）３２に導く。このとき、第一面３３ｃで上下反転した第三部分となる表示領域Ｃ’の画像表示光Ｌを１回反射させ、第二面３３ｄで上下反転した第一部分となる表示領域Ａ’の画像表示光Ｌを１回反射させ、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで第二部分となる表示領域Ｂの画像表示光Ｌを１回も反射させずに、ビームスプリッタ面３２に導く。最後に、ビームスプリッタ面３２は、第二面３３ｄで反射した上下反転した第一部分Ａ’と第二部分Ｂと第一面３３ｃで反射した上下反転した第三部分Ｃ’とからなる表示領域の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド３の外部に、第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌを出射させる。これにより、出射機構１２１から出射される画像表示光Ｌは、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。
【００１３】
しかしながら、このような眼鏡型ディスプレイ１０１では、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対してあまり上下方向に動かないものとして設計されているので、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して上方向や下方向に動いた際に、観察者の眼Ｅの位置によって異なる表示領域の部分となる画像が重なって見えてしまうことがあった。例えば、第一面３３ｃで１回反射させてビームスプリッタ面３２に導きたい第三部分Ｃ’の一部分が、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導かれることがあった。また、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導きたい第二部分Ｂの一部分が、第一面３３ｃで１回反射した後、ビームスプリッタ面３２に導かれることがあった。
ここで、図１８は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して少し下方向に動いた際の光路図であり、図１９（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図１９（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導きたい部分は第二部分Ｂであるが、部分ロが第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導かれている。つまり、第二部分Ｂと部分ロとにずれがある。
また、図２０は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して下方向に動いた際の光路図であり、図２１（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図２１（ｂ）は、透過型液晶表示器に表示する画像である。第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導きたい部分は第二部分Ｂであるが、部分ロが第一面３３ｃと第二面３３ｄとで１回も反射させずにビームスプリッタ面３２に導かれている。つまり、第二部分Ｂと部分ロとにずれがある。
そこで、本出願人は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して上下方向に動いても、観察者は観察対象の虚像を正常に視認することができる方法について検討した。１個の透過型液晶表示器１１１に、第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに分割したものを表示した場合には、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して上方向や下方向に動いた際に第二部分Ｂと部分ロとずれてしまう。よって、１個の透過型液晶表示器１１１でなく、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを用いることにした。そして、第一出射機構に概ね上方と中部との画像（第一部分Ａと第二部分Ｂ）を表示させるとともに、第二出射機構に概ね下方と中部との画像（第二部分Ｂと第三部分Ｃ）を表示させることにした。つまり、ずれても問題がないように、第一出射機構と第二出射機構とに共通の第二部分Ｂを表示させることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明の表示装置は、上下方向に分割された第一部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射する出射機構と、第一面と、当該第一面と上下方向に対向する第二面と、第三面と、当該第三面と前後方向に対向する第四面とを有し、前記第三面及び第四面で前記出射機構からの画像表示光を上下方向及び前後方向と垂直な設定方向に反射させながら観察者の眼に導くライトガイドとを備える表示装置であって、前記出射機構は、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを有し、前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を出射するか、或いは、前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射し、前記ライトガイドは、前記第一面で第一出射機構からの上下補正した第一部分となる画像表示光を１回以上反射させるか、或いは、前記第二面で第二出射機構からの上下補正した第三部分となる画像表示光を１回以上反射させるかの少なくともいずれかを行って、前記画像表示光を観察者の眼に導くようにしている。
【００１５】
ここで、「設定方向」とは、設計者等によって予め決められた任意の一方向であり、例えば、観察者の左方や観察者の右方等となる。また、本発明では、上下方向を左右方向と一致するように横に向けて用いた場合も含まれるものとする。
また、「上下補正」とは、観察者の眼に導かれるまでに第一面や第二面における反射方向と反射回数とにより決定され、表示器等の表示素子に表示する画像に上下反転処理等を行うことをいう。
【００１６】
本発明の表示装置は、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを有する。そして、例えば、第一出射機構は、第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とを含む画像表示光を出射する。また、第二出射機構は、第二部分と第三部分とを含む画像表示光を出射する。これにより、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して原点より上方に存在するときには、第一面で反射した上下補正した第一部分の一部となる画像表示光が観察者の眼に導かれるとともに、第一面と第二面とで反射しない第一部分の一部及び第二部分と、第二出射機構からの第二部分及び第三部分とからなる画像表示光が観察者の眼に導かれる。これにより、観察者は第一部分と第二部分と第三部分とからなる画像を視認する。
また、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して原点より下方に存在するときには、第一面と第二面とで反射しない第一部分と第二部分と、第二出射機構からの第二部分及び第三部分とからなる画像表示光が観察者の眼に導かれる。これにより、観察者は第一部分と第二部分と第三部分とからなる画像を視認する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の表示装置によれば、観察者の眼Ｅの位置がライトガイドに対して動いても、観察者は観察対象の虚像を正常に視認することができる。
【００１８】
（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第一表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系とを備え、前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第二表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えるようにしてもよい。
【００１９】
そして、上記の発明において、前記第一出射機構及び前記第二出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分と上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子と、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系と、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えるようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記ライトガイドは、平板形状であり、前記第一面と第二面と第三面と第四面とは、空気との界面によって形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線の断面図。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線の断面図。
【図４】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図５】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図６】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図７】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図８】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図９】観察者に装着される眼鏡型ディスプレイを示す外観図。
【図１０】従来の眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図。
【図１１】図１０に示すＤ−Ｄ線の断面図。
【図１２】図１０に示すＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線の断面図。
【図１３】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図１４】眼鏡型ディスプレイの概略構成を示すＸＹ平面における光路図。
【図１５】図１４に示すＧ−Ｇ線の断面図。
【図１６】図１４に示すＨ−Ｈ線、Ｉ−Ｉ線の断面図。
【図１７】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図１８】図１４に示す眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図１９】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【図２０】図１４に示す眼鏡型ディスプレイの光路図。
【図２１】観察者が視認する観察対象の虚像と、透過型液晶表示器に表示する画像。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ（表示装置）の概略構成を示すＸＹ平面における光路図であり、図２は、図１に示すＡ−Ａ線の断面図であり、図３は、図１に示すＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線の断面図である。そして、図４（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図４（ｂ）は、第一透過型液晶表示器（第一表示素子）に表示する画像であり、図４（ｃ）は、第二透過型液晶表示器（第二表示素子）に表示する画像である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ１０１と同様のものについては、同じ符号を付している。
【００２３】
眼鏡型ディスプレイ１は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Ｌを出射するユニット部Ｕと、ユニット部Ｕからの画像表示光Ｌを内部で反射させながら観察者の眼Ｅに導く基板であるライトガイド３と、ユニット部Ｕとライトガイド３とが取り付けられるフレーム部Ｆとを備える。
ユニット部Ｕは、第一出射機構２１と、第一出射機構２１の下方に配置された第二出射機構２２と、図４（ａ）に示す虚像を視認させるために第一出射機構２１及び第二出射機構２２に画像信号を出力する表示制御部４とを備える。
【００２４】
第一出射機構２１は、第一光源（図示せず）と第一透過型液晶表示器（第一表示素子）２１１と第一光学系２１２とを有する。
第一透過型液晶表示器２１１は、表示制御部４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図４（ｂ）に示す画像（図４（ａ）に示す虚像の第一部分Ａと第二部分Ｂ）を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図４（ｂ）に示す画像は、図４（ａ）に示す虚像を第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに上からこの順に分割し、第一部分Ａと、第二部分Ｂと、第一部分を上下反転（上下補正）した第一部分Ａ’とを上からこの順に並べて左右反転させたものとなっている。
第一光学系２１２は、第一透過型液晶表示器２１１の表示領域の全範囲（図４（ｂ）に示す画像）の画像表示光Ｌを透過させる光学素子である。
【００２５】
第二出射機構２２は、第二光源（図示せず）と第二透過型液晶表示器（第二表示素子）２２１と第二光学系２２２とを有する。
第二透過型液晶表示器２２１は、表示制御部４からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面（表示領域）に、図４（ｃ）に示す画像（図４（ａ）に示す虚像の第二部分Ｂと第三部分Ｃ）を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。なお、図４（ｃ）に示す画像は、図４（ａ）に示す虚像を第一部分Ａと第二部分Ｂと第三部分Ｃとに上からこの順に分割し、第三部分を上下反転（上下補正）した第三部分Ｃ’と、第二部分Ｂと、第三部分Ｃとを上からこの順に並べて左右反転させたものとなっている。
第二光学系２２２は、第二透過型液晶表示器２２１の表示領域の全範囲（図４（ｃ）に示す画像）の画像表示光Ｌを透過させる光学素子である。
【００２６】
表示制御部４は、虚像を視認させるために第一透過型液晶表示器２１１と第二透過型液晶表示器２２１とに画像信号を出力するように制御する。具体的には、第一透過型液晶表示器２１１には、第一部分Ａと第二部分Ｂとに対応する画像として、第一面３３ｃや第二面３３ｄで反射させないＸ方向においてのみ反転させた第一部分Ａと第二部分Ｂとに対応する画像信号を出力し、第一面３３ｃで１回反射させるためにＺ方向において反転させるとともにＸ方向において反転させた第一部分Ａ’に対応する画像信号を出力する。また、第二透過型液晶表示器２２１には、第二部分Ｂと第三部分Ｃとに対応する画像として、第一面３３ｃや第二面３３ｄで反射させないＸ方向においてのみ反転させた第二部分Ｂと第三部分Ｃとに対応する画像信号を出力し、第二面３３ｄで１回反射させるためにＺ方向において反転させるとともにＸ方向において反転させた第三部分Ｃ’に対応する画像信号を出力する。その結果、観察者は、図４（ａ）に示すような観察対象の虚像を視認することができる。
なお、ライトガイド３と第一光学系２１２や第二光学系２２２における光線の反射方向と反射回数とにより、Ｘ方向全体が反転する場合もあれば、Ｚ方向（上下方向）全体が反転する場合もある。
【００２７】
このような眼鏡型ディスプレイ１によれば、まず、第一出射機構２１は、図４（ｂ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射するとともに、第二出射機構２２は、図４（ｃ）に示す画像となる画像表示光ＬをＹ方向に出射する。ライトガイド３の全反射面３１は、第一出射機構２１からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面３３ａと第四面３３ｂとは、第一出射機構２１からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面３２に導く。このとき、第一面３３ｃで上下反転した第一部分となる表示領域Ａ’の画像表示光Ｌを１回反射させ、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで第一部分Ａと第二部分Ｂとなる表示領域の画像表示光Ｌを１回も反射させずに、ビームスプリッタ面３２に導く。
また、ライトガイド３の全反射面３１は、第二出射機構２２からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第三面３３ａと第四面３３ｂとは、第二出射機構２２からの表示領域の全範囲の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、ビームスプリッタ面３２に導く。このとき、第二面３３ｄで上下反転した第三部分Ｃ’となる表示領域の画像表示光Ｌを１回反射させ、第一面３３ｃと第二面３３ｄとで第二部分Ｂと第三部分Ｃとなる表示領域の画像表示光Ｌを１回も反射させずに、ビームスプリッタ面３２に導く。
【００２８】
最後に、ビームスプリッタ面３２は、第一部分Ａと第二部分Ｂと上下補正した第一部分Ａ’と上下補正した第三部分Ｃ’と第二部分Ｂと第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド３の外部に、第一部分Ａと第二部分Ｂと上下補正した第一部分Ａ’と上下補正した第三部分Ｃ’と第二部分Ｂと第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌを出射させる。
ここで、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点付近に存在するときには、上下補正した第一部分Ａ’の一部イと、第一部分Ａの一部及び第二部分Ｂの一部の部分ロと、第二部分Ｂの一部及び第三部分Ｃの一部の部分ハと、上下補正した第三部分Ｃ’の一部ニとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。図２は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して原点付近に存在する際の図１に示す眼鏡型ディスプレイのＸＹ平面における光路図であり、図４（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図４（ｂ）は、第一透過型液晶表示器に表示する画像であり、図４（ｃ）は、第二透過型液晶表示器に表示する画像である。
また、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点より少し下方に存在するときには、上下補正した第一部分Ａ’の一部イと、第一部分Ａの一部及び第二部分Ｂの一部の部分ロと、第二部分Ｂの一部及び第三部分Ｃの一部の部分ハと、上下補正した第三部分Ｃ’の一部ニとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。図５は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して少し下方向に動いた際の図１に示す眼鏡型ディスプレイの光路図であり、図６（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図６（ｂ）は、第一透過型液晶表示器に表示する画像であり、図６（ｃ）は、第二透過型液晶表示器に表示する画像である。
さらに、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点より下方に存在するときには、第一部分Ａ及び第二部分Ｂの一部の部分ロと、第二部分Ｂの一部及び第三部分Ｃの一部の部分ハと、上下補正した第三部分Ｃ’の一部ニとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。図７は、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して下方向に動いた際の図１に示す眼鏡型ディスプレイの光路図であり、図８（ａ）は、観察者が視認する観察対象の虚像であり、図８（ｂ）は、第一透過型液晶表示器に表示する画像であり、図８（ｃ）は、第二透過型液晶表示器に表示する画像である。
なお、ライトガイド３に対して観察者の眼Ｅが原点より上方に存在するときには、上下補正した第一部分Ａ’と、第二部分Ｂと、第三部分Ｃとからなる表示領域の画像表示光Ｌが、ライトガイド３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。
【００２９】
以上のように、眼鏡型ディスプレイ１によれば、観察者の眼Ｅの位置がライトガイド３に対して上下方向に動いても、観察者は観察対象の虚像を正常に視認することができる。
【００３０】
（他の実施形態）
上述した眼鏡型ディスプレイは、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用されたりしてもよい。また、観察者に装着されるヘッドマウントディスプレイのような形態に限らず、観察者の前方に設置するヘッドアップディスプレイのような形態であってもよい。
【００３１】
また、表示素子としては、画像表示光を直接に出射する自発光型表示器が用いられてもよいし、反射型表示器とその反射型表示器を照明するための素子とで構成されてもよい。
また、画像表示光を観察者の両方の眼に導くようにしてもよく、上記ビームスプリッタ面は全反射ミラーにより構成されてもよく、上記出射面や全反射面はホログラム面により構成されてもよく、上記出射面は複数枚の出射面により構成されてもよい。
【００３２】
また、上記第一面と第二面とで、表示領域の一部分の画像表示光を１回反射させてもよく、表示領域の一部分の画像表示光を２回反射させてもよく、表示領域の一部分の画像表示光を３回以上反射させてもよい。
また、上述した眼鏡型ディスプレイ１において、第一出射機構２１は第一透過型液晶表示器２１１を有するとともに第二出射機構２２は第二透過型液晶表示器２２１を有する構成としたが、第一出射機構と第二出射機構とは共通の表示素子を有するような構成としてもよい。
上記ライトガイドを形成する材料としては、例えば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン、硝材等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、卓上以外の環境で使用する情報機器等に利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１ 眼鏡型ディスプレイ（表示装置）
３ ライトガイド
２１ 第一出射機構
２２ 第二出射機構
４ 表示制御部
３３ａ 第三面
３３ｂ 第四面
３３ｃ 第一面
３３ｄ 第二面
Ｌ 画像表示光
Ｅ 観察者の眼
Ｕ ユニット部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に分割された第一部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射する出射機構と、
第一面と、当該第一面と上下方向に対向する第二面と、第三面と、当該第三面と前後方向に対向する第四面とを有し、前記第三面及び第四面で前記出射機構からの画像表示光を上下方向及び前後方向と垂直な設定方向に反射させながら観察者の眼に導くライトガイドとを備える表示装置であって、
前記出射機構は、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを有し、
前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を出射するか、或いは、前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射し、
前記ライトガイドは、前記第一面で第一出射機構からの上下補正した第一部分となる画像表示光を１回以上反射させるか、或いは、前記第二面で第二出射機構からの上下補正した第三部分となる画像表示光を１回以上反射させるかの少なくともいずれかを行って、前記画像表示光を観察者の眼に導くことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第一表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系とを備え、
前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第二表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第一出射機構及び前記第二出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分と上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子と、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系と、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記ライトガイドは、平板形状であり、
前記第一面と第二面と第三面と第四面とは、空気との界面によって形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１】
上下方向に分割された第一部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射する出射機構と、
第一面と、当該第一面と上下方向に対向する第二面と、第三面と、当該第三面と前後方向に対向する第四面とを有し、前記第三面及び第四面で前記出射機構からの画像表示光を上下方向及び前後方向と垂直な設定方向に反射させながら観察者の眼に導くライトガイドとを備える表示装置であって、
前記出射機構は、上下方向に並べられた第一出射機構と第二出射機構とを有し、
前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を出射するか、或いは、前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を出射し、
前記ライトガイドは、前記第一面で第一出射機構からの上下補正した第一部分となる画像表示光を１回以上反射させるか、或いは、前記第二面で第二出射機構からの上下補正した第三部分となる画像表示光を１回以上反射させるかの少なくともいずれかを行って、前記画像表示光を観察者の眼に導くことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第一出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第一表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系とを備え、
前記第二出射機構は、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する第二表示素子と、前記画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第一出射機構及び前記第二出射機構は、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分と上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子と、前記第一部分と第二部分と上下補正した第一部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第一光学系と、上下補正した第三部分と第二部分と第三部分とからなる表示領域の画像表示光を反射又は透過させて前記ライトガイドに導く第二光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記ライトガイドは、平板形状であり、
前記第一面と第二面と第三面と第四面とは、空気との界面によって形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−５４１４１（Ｐ２０１３−５４１４１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１１９０（Ｐ２０１１−１９１１９０）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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