JP2006145993A - 虚像表示型情報表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】 使用者が画像情報を良好に視認することができる虚像表示型情報表示システムを提供する。
【解決手段】 虚像表示型情報表示システムの表示装置として、画像情報を表示する画像表示部６と、画像表示部６の発する光を反射する半透過型光学素子とを設ける。半透過型光学素子に対して画像表示部６を移動させることで半透過型光学素子と画像表示部６との間隔を調節する間隔調節装置２１を設ける。間隔調整装置２１を、画像表示部６に対する相対的な変位を可能にして設けられる操作子２３と、操作子２３が画像表示部６に対して相対的に変位させられた際に、画像表示部６を半透過型光学素子に対して近接する方向または離間する方向へ変位させる移動装置２４とを有する構成とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、虚像表示型情報表示システムに関するものである。

虚像表示型情報表示システムは、画像表示部とこの画像表示部の発する光を反射する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、使用者からみて半透過型光学素子よりも遠方に画像情報の虚像を表示させるものである。
このような虚像表示型情報表示システムとしては、例えば後記の特許文献１に記載の表示装置付き携帯情報装置等が知られている。
この表示装置付き携帯情報装置は、表示素子とその表示像を拡大投影するホログラム素子とを備えるものである。また、この表示装置付き携帯情報装置は、遠方の物体の透過像を表示素子上の拡大表示像と重畳して観察することができるようになっている。
特開２００１−３０８９９７号公報（第１欄第４３行〜第５０行、第２欄第４１行〜第３欄第１１行、図１等）

しかし、この表示装置付き携帯情報装置では、その拡大投影の原理上、表示像の結像倍率及び像位置が一定である（特許文献１の第１欄第４３行〜第５０行参照）。このため、使用者の視力が表示装置付き携帯情報装置の設計時に想定した視力に合致しない場合には、表示像が見づらくなってしまう。また、表示像の位置を任意に調整することができないので、表示内容によっては見づらくなってしまう。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、使用者が画像情報を良好に視認することができる虚像表示型情報表示システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、画像表示部と、該画像表示部からの光を反射するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、前記画像表示部と前記半透過型光学素子とを相対的に変位させて、前記画像表示部と前記半透過型光学素子との間隔を調節する間隔調節装置を有している虚像表示型情報表示システムを提供する。

このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、半透過型光学素子が、使用者の視線方向の実視野からの光を透過する構成とされており、使用者は、半透過型光学素子を通じて実視界の風景を視認することができる。
一方、画像表示部の発する光線が、半透過型光学素子によって光学的作用を受けて使用者に向けて反射されることで、画像表示部の表示する画像情報が、使用者からみて半透過型光学素子よりも視線方向遠方に虚像として拡大表示される。すなわち、この虚像表示型情報表示システムでは、使用者の実視界上に表示装置が表示する虚像が重畳される。

この画像情報の拡大倍率及び虚像の表示位置は、画像表示部と半透過型光学素子との間隔によって決定される。
この虚像表示型情報表示システムでは、間隔調整装置を操作して、画像表示部と半透過型光学素子との間隔を調節することで、虚像の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節を行うことができる。
そして、間隔調整装置を操作して、実視界上の風景と画像情報の内容に応じて、実視界に対する虚像の位置や大きさを調整することで、自然な視界を形成することができる。

ここで、この虚像表示型情報表示システムにおいて、前記間隔調節装置が、前記表示装置の観察光軸方向に略平行な方向に、前記画像表示部と前記半透過型光学素子とを相対的に変位させてもよい。

なお、ここでいう表示装置の観察光軸とは、画像表示部の中心から発せられる光が、半透過型光学素子の中心で反射して観察位置（使用者の網膜）の中心に至る光線の軌跡をさしている。
このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、間隔調整装置が、画像表示部と半透過型光学素子とを、表示装置の観察光軸方向に略平行な方向に移動させるので、使用者が視認する虚像の中心位置をずらすことなく、虚像の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節を行うことができる。

また、この虚像表示型情報表示システムにおいて、前記間隔調節装置が、前記半透過型光学素子に対して前記画像表示部を変位させてもよい。

このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、虚像の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節時に、半透過型光学素子が変位しないので、使用者と半透過型光学素子との位置関係が保たれる。これにより、使用者が半透過型光学素子によって視線方向遠方に結像された画像情報を視認しながら虚像の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節を行うことができ、調節作業を容易かつ迅速に行うことができる。

ここで、観察光軸の向きに対する画像表示部の法線の向きのズレが大きいと、虚像の表示面が観察光軸に直交する面から傾き、表示像における視度のズレが生じてしまうことがある。

そこで、本発明に係る虚像表示型情報表示システムは、表示装置の使用時には、この反射面の短手方向が、表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略平行とされ、画像表示部と半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置されていてもよい。
４５°＜α＜９０° …（１）
０°＜β＜４５° …（２）

但し、αは表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、第１の仮想線上における有効光路の画像表示部側の一端及び、画像表示部における半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは第１の仮想線と、表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、画像表示部における半透過型光学素子側の一端及びこの一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。

これにより、観察光軸の向きに対する画像表示部の法線の向きのズレを小さくできるので、像ボケ、歪曲及び表示像における視度のズレの発生を抑制することができ、高画質な拡大表示像が得られる。

また、この虚像表示型情報表示システムにおいて、前記間隔調節装置が、前記画像表示部の外周に配置され、該画像表示部を前記半透過型光学素子に対して近接する方向及び離間する方向への変位を可能にして支持する支持部材と、前記画像表示部の変位を操作する操作子とを有しており、該操作子が、前記支持部材の外周側から操作可能とされていてもよい。

このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、使用者が操作子を操作することで、画像表示部が半透過型光学素子に対して近接する方向または離間する方向に変位させられる。すなわち、この虚像表示型情報表示システムでは、画像表示部に触れることなく画像表示部の位置調節を行うことができるので、画像表示部に手垢等の汚れの付着や傷付きが生じにくく、画像表示部の表示品質を低下させずに視度調節を行うことができる。

また、この虚像表示型情報表示システムにおいて、前記間隔調整装置が、前記支持部材と前記画像表示部との間に設けられ、前記操作子の変位を前記画像表示部の変位に変換するカム機構を有していてもよい。

このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、カム機構によって操作子の変位が画像表示部の変位に変換されるので、画像表示部の位置をスムーズかつ無段階に調節することができる。

本発明に係る虚像表示型情報表示システムでは、使用者の視力や画像情報の内容に応じて、画像情報の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節を行うことができるので、使用者が画像情報を良好に視認することが可能となる。

この発明の一実施形態に係る虚像表示型情報表示システムについて、図１から図３を参照して説明する。本実施形態では、本発明を、画像情報を使用者の実視界上に重畳させる携帯型情報端末に適用した例を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る虚像表示型情報表示システム１は、この虚像表示型情報表示システム１の構成部品（例えば電子回路等）が内蔵される筐体２と、この筐体２上に設けられた撮像装置３と、画像情報を使用者の実視界上に重畳させる表示装置４とを有している。

筐体２は、略長方形平板形状をなしており、その一端側には、筐体２を厚み方向に貫く開口部２ａが設けられている。以下、筐体２の周面のうち、開口部２ａの一方の開口端が形成される周面を正面２ｂとし、他方を背面２ｃとし、残りの周面（厚み方向に略平行な周面）を側面２ｄとする。

筐体２の他端側は、虚像表示型情報表示システム１の持ち手を構成している。ここで、この虚像表示型情報表示システム１は、使用者が一端側を視線方向前方に位置するようにして他端側を片手で保持しつつ、正面２ｂの他端側を自身の側頭部等に当接させることで、虚像表示型情報表示システム１を自身の頭部に対して位置決めして、安定した保持を実現することができる。
また、筐体２の他端側には、虚像表示型情報表示システム１を操作するための操作部（図示せず）が設けられており、使用者が虚像表示型情報表示システム１を保持している手で虚像表示型情報表示システム１を操作することができるようになっている。

撮像装置３は、例えば筐体２の一端側に設けられていて、筐体２の一端が向けられた方向の風景（すなわち筐体２を保持する使用者の視線方向の風景）を撮像するものである。撮像装置３としては、感光フィルム等の感光体を用いたアナログ式撮像装置を用いてもよく、またＣＣＤ素子等の撮像素子を用いたデジタル式撮像装置を用いてもよい。本実施形態では、撮像装置３として、デジタル式撮像装置が用いられている。

表示装置４は、筐体２の一端側に設けられるものであって、筐体２の背面２ｃ側に設けられる画像表示装置６と、筐体２の正面２ｂ側に設けられて開口部２ａを通じて画像表示部６から入射した光を他端側に向けて反射するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子７とを有している。
表示装置４は、筐体２の他端側を側頭部等に当接させている使用者からみて、その視線方向（筐体２の一端が向けられた方向）の半透過型光学素子７よりも遠方に、画像情報の虚像を表示させるものである。

ここで、画像表示部６の表示する画像情報（撮像装置３によって撮影された画像情報も含む）のデータは、図示せぬ記憶装置内に格納されている。画像表示部６が表示する画像情報は、使用者が適宜選択するか、もしくは予め設定された条件に基づいて自動的に選択されるようになっている。

画像表示部６は、例えば液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等のいわゆる薄型ディスプレイによって構成されており、筐体２に対して支持部材１１を介して取り付けられている。本実施形態では、画像表示部６は、略長方形平板形状をなしており、その片面側が画像情報の表示される表示面６ａとされている。また、表示面６ａは、図１において長辺が紙面に略平行となる向きの略長方形状とされている。

支持部材１１は、パネル状の画像表示部６の外周縁を囲むようにして支持する長方形枠状の部材であって、筐体２に対する相対変位が可能とされている。この虚像表示型情報表示システム１では、支持部材１１を筐体２に対して相対的に変位させることで、筐体２に対する画像表示部６の位置及び姿勢を変更することができるようになっている。

そして、表示装置４の使用時には、支持部材１１を変位させて、画像表示部６の表示面６ａを筐体２の正面２ｂ側の一端寄りに向けて（言い換えれば筐体２の一端側の正面２ｂ寄りに向けて）、画像表示部６を半透過型光学素子７に対して略平行にすることで、画像表示部６の発する光が開口部２ａを通じて半透過型光学素子７の反射面７ａに入力される。また、表示装置４を使用しない場合には、支持部材１１を変位させて、画像表示部６を筐体２の開口部２ａ内に収納することで、虚像表示型情報表示システム１の外形寸法を小さくすることができる。

本実施形態では、支持部材１１は、その一短辺を構成する壁部を、筐体２の開口部２ａの縁部のうち、他端側の縁部に対してヒンジ１２を介して接続されており、筐体２の背面２ｃに略直交しかつ筐体２の長手方向に略平行となる面上で、ヒンジ１２の揺動軸線回りに揺動可能とされている。
ここで、後述するように、支持部材１１は、画像表示部６を半透過型光学素子７に対して近接する方向及び離間する方向への変位を可能にして支持するものである。

半透過型光学素子７は、凹曲面状の反射面７ａを有する部材であって、開口部２ａを通じて画像表示部６からの光を、反射面７ａによって筐体２の他端側に向けて反射させることによって、他端部を頭側部に当接させた状態の使用者からみて半透過型光学素子７よりも遠方に、画像情報の虚像を表示するものである。
半透過型光学素子７において、反射面７ａが形成される領域は、使用者の実視界からの光を透過させる構成とされており、使用者は、半透過型光学素子７を通じて視線方向遠方の景色も視認することができるようになっている。

本実施形態では、半透過型光学素子７は、アクリルやポリカーボネート等の透明な材質からなる略長方形板状の部材であって、その片面側に金属膜等の反射層が形成されていて、ハーフミラーとして機能する。この反射層の表面が、画像表示部６から入射した光線を表面で反射させる反射面７ａとされている。

また、半透過型光学素子７は、一方の短辺がヒンジ１６を介して筐体２の一端近傍に接続されており、ヒンジ１６の揺動軸線回りに揺動することができるようになっている。
そして、表示装置４の使用時には、図１に示すように、反射面７ａが使用者に向くように筐体２の正面２ｂから屹立させることで、画像表示部６から発せられた光が使用者に向けて反射される。本実施形態では、表示装置４の使用時には、画像表示部６及び半透過型光学素子７は、以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置される。
４５°＜α＜９０° …（１）
０°＜β＜４５° …（２）

ただし、αは表示装置４の観察光軸ＯＡを含む仮想平面内において、主光線ＰＲによって定義される有効光路の反射面７ａの両端を結ぶ第１の仮想線Ｌ１と、第１の仮想線Ｌ１上における有効光路の画像表示部６側の一端及び、画像表示部６における半透過型光学素子７側の一端を結ぶ第２の仮想線Ｌ２と、のなす角度であり、βは第１の仮想線Ｌ１と、表示装置４の観察光軸ＯＡを含む仮想平面内において、画像表示部６における半透過型光学素子７側の一端及びこの一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線Ｌ３と、のなす角度である。
なお、ここでいう表示装置４の観察光軸ＯＡとは、画像表示部６の表示面６ａの中心から発せられる光が、半透過型光学素子７の反射面７ａの中心で反射して観察位置（使用者の網膜）の中心に至る光線の軌跡をさしている。

また、表示装置４を使用しない場合には、半透過型光学素子７を筐体２の正面２ｂに沿うように折り畳むことで、虚像表示型情報表示システム１の外形寸法を小さくすることができる。

また、反射面７ａは、長手方向（図１において紙面に略平行な方向）及び短手方向（図１において紙面に略垂直な方向）にそれぞれ曲率を有する凹曲面状に形成されており、表示装置４においては、画像表示部６が発する光線を使用者に向けて反射し、虚像の観察を可能にする凹面鏡として機能する。
さらに、反射面７ａは、長手方向においてヒンジ１６との接続端から離間するにつれて次第に曲率が増大させられており、これによって反射面７ａの長手方向の各部における画像表示部６の表示面６ａまでの距離の差によって生じる収差が解消されて、歪みのない画像情報の虚像が形成されるようになっている。

また、半透過型光学素子７は、反射面７ａが形成される領域の肉厚が均一とされている。これによって、視線方向遠方から使用者に向けて半透過型光学素子７に入射した光線は、半透過型光学素子７によって屈折させられることなく、使用者の瞳に入射することとなり、使用者が視線方向遠方の景色を歪みなく良好に視認することができる。

また、この虚像表示型情報表示システム１には、画像表示部６と半透過型光学素子７とを相対的に変位させて、画像表示部６と半透過型光学素子７との間隔を調節する間隔調節装置２１（図２参照）が設けられている。

本実施形態では、間隔調整装置２１は、支持部材１１による画像表示部６の支持構造中に設けられており、筐体２に対する半透過型光学素子７の位置及び向きは固定したままで、半透過型光学素子７に対して、画像表示部６を、表示装置４の観察光軸ＯＡ方向に平行な方向（この例では画像表示部６の表示面６ａの法線方向）に変位させることで、画像表示部６と半透過型光学素子７との間隔の調節を行うものである。

以下、間隔調整装置２１の具体的な構成について説明する。
支持部材１１の長辺をなす一対の壁部１１ａには、それぞれ長手方向に沿って延びる略長方形状の開口部１１ｂが設けられている。この開口部１１ｂには、略長方形板状の保持具２２が嵌め込まれるようになっている。

保持具２２には、長手方向に沿ってスリット２２ａが形成されており、このスリット２２ａを通じて、後述する操作子２３のツマミ２３ｃが支持部材１１外に露出または突出させられている。また、このスリット２２ａの長さは、ツマミ２３ｃの長さよりも大きく設定されており、これによってツマミ２３ｃがスリット２２ａに沿って移動することができるようになっている。
また、保持具２２において、支持部材１１の内面側を構成する面には、保持具２２の長手方向に沿ってガイド溝部２２ｂが形成されている。ガイド溝部２２ｂは、内部に操作子２３が設置されるものであって、その内側面によって操作子２３を受けて、保持具２２の長手方向の移動のみ許容するものである。

支持部材１１と画像表示部６との間には、画像表示部６に対する相対的な変位を可能にして操作子２３が設けられており、後述するように、この操作子２３を操作することで、画像表示部の変位を操作することができるようになっている。

本実施形態では、支持部材１１と画像表示部６との間には、操作子２３が画像表示部６に対して相対的に変位させられた際に、画像表示部６を半透過型光学素子７に対して近接する方向または離間する方向へ変位させる移動装置２４が設けられている。
移動装置２４は、画像表示部６と操作子２３とが構成するカム機構とされている。以下、操作子２３及び移動装置２４の構成について説明する。
画像表示部６の外周面のうち、長辺となる外周面６ｂには、長手方向に対して傾斜する向きに沿って直線状の溝部２４ａが形成されている。本実施形態では、溝部２４ａは、各外周面６ｂにつきそれぞれ３本ずつ、互いに平行かつ互いの間に略等間隔をあけて設けられている。

操作子２３は、画像表示部６の長辺に沿って設けられる長方形板状の部材であって、その一面２３ａ側で画像表示部６の外周面６ｂと係合するとともに他面２３ｂ側で支持部材１１と係合する板状の部材である。また、前記のように、操作子２３は、前記保持具２２によって、保持具２２の長手方向の移動、すなわち画像表示部６の外周面６ｂの長手方向の移動のみ許容されている。
操作子２３の一面側には、画像表示部６の溝部２４ａと係合する突起２４ｂが、画像表示部６の長辺における溝部２４ａの配置と同じ配置にして設けられている。本実施形態では、突起２４ｂは、溝部２４ａの内側面に対して引っかかりが少なくなるよう、操作子２３の一面に軸線を略直交させて設けられた略円柱形状に形成されている。

上記溝部２４ａの内側面と突起２４ｂの外周面とが、本実施形態におけるカム機構を構成している。具体的には、図３に示すように、操作子２３を長手方向に移動させると、溝部２４ａの内側面のうち、操作子２３の移動方向に位置する内側面が、突起２４ｂの外周面によって押圧されるが、溝部２４ａの内側面は、操作子２３の長手方向に対して傾斜しているので、操作子２３を操作する力が画像表示部６を半透過型光学素子７に近接する方向または離間する方向に押圧する力に変換されて、画像表示部６が半透過型光学素子７に近接または離間させられる。ここで、操作子２３を移動させる方向を逆向きにすることで、画像表示部６の移動方向を逆向きにすることができる。

また、図２に示すように、操作子２３の他面２３ｂには、長手方向及び幅方向の略中央部に、長手方向に延びる突起状のツマミ２３ｃが設けられている。このツマミ２３ｃは、前記のように保持具２２のスリット２２ａを通じて支持部材１１外に露出または突出させられるものであって、支持部材１１外からこのツマミ２２を操作することで（スリット２２ａに沿って移動させることで）、操作子２３を移動させることができる。

このように構成される虚像表示型情報表示システム１は、画像表示部６を筐体２の背面２ｃ側に引き出し、半透過型光学素子７を正面２ｂに対して屹立させた状態で（すなわち表示装置４を使用時の配置とした状態で）使用される。使用者は、前記のように、筐体２を一方の手と側頭部とで保持することで、表示装置４が表示する虚像を視認することができる。
本実施形態では、半透過型光学素子７が使用者の実視界からの光を透過させるので、使用者は、表示装置４が表示する虚像に加えて、実視界の風景も視認することができる。すなわち、この虚像表示型情報表示システム１では、使用者の実視界上に表示装置４が表示する虚像が重畳される。

この虚像表示型情報表示システム１では、半透過型光学素子７は、反射面７ａが凹曲面とされていて、この反射面７ａが表示装置４において凹面鏡として機能するので、画像表示部６の表示する画像情報が、使用者からみて半透過型光学素子７よりも視線方向遠方に虚像として拡大表示される。この画像情報の拡大倍率及び虚像の表示位置は、反射面７ａの曲率と、半透過型光学素子７と画像表示部６との間隔によって決定される。

このため、この半透過型光学素子７と画像表示部６との間隔が広くなると、虚像は使用者の視線方向においてより遠方により拡大されて表示されることとなり、逆に、半透過型光学素子７と画像表示部６との間隔が狭くなると、虚像は使用者の視線方向においてより近くに縮小されて表示されることとなる。

この虚像表示型情報表示システム１では、間隔調整装置２１を操作することで、画像表示部６と半透過型光学素子７との間隔を調整することができるようになっている。
この間隔の調整は、支持部材１１の一長辺をなす一対の壁部１１ａを指で挟むようにして、これら壁部１１ａ外に露出または突出させられたツマミ２３ｃを保持して、壁部１１ａの長手方向に沿って移動させることで行われる。
このようにして操作子２３を長手方向に移動させることで、移動装置２４によって、画像表示部６が半透過型光学素子７に近接する方向または離間する方向へ移動させられることとなり、結果、画像情報の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節が行われる。

このように、この虚像表示型情報表示システム１は、使用者の視力や画像情報の内容に応じて、画像情報の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節を行うことができるので、使用者が画像情報を良好に視認することが可能となる。

また、上記のように、この虚像表示型情報表示システム１では、間隔調節装置２１は、半透過型光学素子７に対して画像表示部６を変位させるものである。すなわち、この虚像表示型情報表示システム１では、虚像の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節時に、半透過型光学素子７が変位しないので、使用者と半透過型光学素子７との位置関係が保たれる。これにより、使用者が半透過型光学素子７によって視線方向遠方に結像された画像情報を視認しながら虚像の拡大倍率及び虚像の表示位置の調節を行うことができ、調節作業を容易かつ迅速に行うことができる。
また、表示装置４の表示する虚像を視認しながら、実視界上の風景と画像情報の内容に応じて、実視界に対する虚像の位置や大きさを調整することで、自然な視界を形成することができる。

また、この虚像表示型情報表示システム１では、使用者が操作子２３を変位させることによって画像表示部６を移動させることができるようになっている。すなわち、この虚像表示型情報表示システム１では、画像表示部６に触れることなく画像表示部６の位置調節を行うことができるので、画像表示部６に手垢等の汚れの付着や傷付きが生じにくく、画像表示部６の表示品質を低下させずに視度調節を行うことができる。

また、この虚像表示型情報表示システム１では、移動装置２４がカム機構によって構成されているので、操作子２３の変位が画像表示部６の変位に変換されるので、画像表示部６の位置をスムーズかつ無段階に調節することができる。

ここで、例えば、第１の仮想線Ｌ１と第二の仮想線Ｌ２とのなす角度αが９０°を上回ると、使用者の瞳から虚像を観察するときの視野角が狭くなる。そのため、使用者が観察できる像の大きさを大きくとることができない。また、画像表示部６に表示された文字情報や画像情報を、良好に拡大観察することが困難になる。
一方、角度αが４５°を下回ると、使用者の瞳の位置が虚像表示型情報表示システム１の筐体２に近付きすぎて、観察し難くなってしまう。

これに対して、本実施形態に示す虚像表示型情報表示システム１では、前記のように、表示装置４の使用時には、画像表示部６と半透過型光学素子７とが、４５°＜α＜９０°を満たすように配置されるので、面積が同じ反射面７ａでありながら、使用者の瞳から虚像を観察するときの視野角が広くなる。そのため、使用者が観察できる像の大きさを、大きくとることができる。

また、観察光軸ＯＡの向きに対する画像表示部６の法線の向きのズレが大きいと、虚像の表示面が観察光軸ＯＡに直交する面から傾き、表示像における視度のズレが生じてしまうことがある。

以下、この現象を具体的に説明する。観察光軸ＯＡを含む仮想平面上では、画像表示部６から発せられて反射面７ａの一端に到達する光線と、反射面７ａの中心に到達する光線と、反射面７ａの他端に到達する光線とで、光路長がそれぞれ異なる。そして、反射面の有効光路面における曲率が一定である場合、上記光路長の違いに応じて、虚像の結像位置は、それぞれ使用者の瞳からの距離が大きく異なり、使用者の視線方向に垂直な面に対する虚像の傾きが大きくなる。
この虚像の傾きが大きいと、結像位置ごとに倍率が異なり、ディストーションが大きくなる。また、使用者の瞳に対して、奥行きのある画像を表示することになるため、使用者は、虚像の全ての位置に焦点をあわせることが困難になる。

ところで、被写体面と、レンズの主面と、像面との関係を示す条件として、シャインプルーフの条件が知られている。
シャインプルーフの条件とは、図４に示すように、被写体面と、レンズの主面と、像面のそれぞれを延長した面が一箇所Ｐで交われば、像面全体でピントが合うという条件である。なお、図４においては、被写体面のＡ点とＢ点とでは、それぞれレンズ主面へ入射する光路長が異なるため、像面において被写体面のＡ点、Ｂ点に対応するＡ’点とＢ’点とでの倍率が異なり、被写体が歪んで写る。

図４に示される各位置を、図１に当てはめると、図４における被写体面のＡ点、Ｂ点は、図１における画像表示部６の表示面６ａの端部にそれぞれ相当し、図４におけるレンズ主面は図１における半透過型光学素子７の有効光路面に相当する。さらに、図４における被写体面と、レンズの主面と、像面のそれぞれを延長した面が交わる位置は、図１においては、第１の仮想線Ｌ１と第２の仮想線Ｌ２と像Ｆの延長線との交点Ｐ’となる。

このため、画像表示部６の表示面６ａと半透過型光学素子７の反射面７ａとが略平行になるように配置することで、画像表示部６から発せられて反射面７ａの一端に到達する光線と、反射面７ａの中心に到達する光線と、反射面７ａの他端に到達する光線との光路長がほぼ等しくなる。
一方、第１の仮想線Ｌ１と第３の仮想線Ｌ３とのなす角度βが４５°を上回ると、虚像の傾きが大きくなりすぎ、上述したように、ディストーションが大きく、また、虚像の全ての位置に焦点を合わせることが困難になるため、虚像の観察が困難になる。

本実施形態に係る虚像表示型情報表示システム１では、表示装置４の使用時には、画像表示部６と半透過型光学素子７は、０°＜β＜４５°となるように配置されるので、使用者が観察可能な像を十分に大きくとることができる。
すなわち、観察光軸ＯＡの向きに対する画像表示部６の法線の向きのズレを小さくできるので、像ボケ、歪曲及び表示像における視度のズレの発生を抑制することができ、高画質な拡大表示像が得られる。

ここで、本実施形態に係る虚像表示型情報表示システム１では、移動装置２４を構成する溝部２４ａを画像表示部６に設け、溝部２４ａに係合する突起２４ｂを操作子２３に設けた例を示したが、これに限られることなく、溝部２４ａを操作子２３に設けて、突起２４ｂを画像表示部６に設けてもよい。

また、本実施形態では、支持部材１１の長辺をなす一対の壁部１１ａに開口部１１ｂを設け、この開口部１１ｂに保持具２２を設置し、保持具２２と画像表示部６の長辺をなす外周面６ｂとの間に操作子２３を設け、外周面６ｂに溝部２４ａを設けて、支持部材１１の一対の壁部１１ａから支持部材１１外に露出または突出させられた操作子２３を操作することによって画像表示部６の位置調整を行う虚像表示型情報表示システム１を示した。

本発明は、この構成に限らず、例えば図５に示すように、支持部材１１の短辺のうち、ヒンジ１２が接続される短辺とは異なる短辺をなす壁部１１ｃに開口部１１ｂを設け、この開口部１１ｂに保持具２２を設置し、保持具２２と画像表示部６の外周面のうち開口部１１ｂに対向する外周面６ｃとの間に操作子２３を設け、外周面６ｃに溝部２４ａ（図５では図示せず）を設けて、支持部材１１の壁部１１ｃから支持部材１１外に露出または突出させられた操作子２３を操作することによって画像表示部６の位置調整を行う構成としてもよい。

また、本実施形態では、操作子２３を画像表示部６とは別部材とし、操作子２３と画像表示部６との間に移動装置２４を設けた例を示したが、これに限られることなく、例えば図６に示すように、画像表示部６に棒状の操作子２３を一体的に設けて、支持部材１１外から操作子２３を操作することで直接画像表示部６を移動させるようにしてもよい。
この場合には、保持具２２（図６では図示せず）のスリット２２ａは、画像表示部６の移動方向（支持部材１１の壁部１１ａまたは壁部１１ｃの幅方向）に沿って延びる長穴形状とされる。

また、本実施形態に係る虚像表示型情報表示システム１では、画像表示部６が、筐体２の一端側に設けられた開口部２ａ内に出し入れされる構成としたが、これに限られることなく、支持部材１１を設ける代わりに筐体２の一端側が他端側に対してヒンジを介して接続された構成として、筐体２の一端側自体が支持部材１１の機能を持つようにしてもよい。

また、この虚像表示型情報表示システム１には、図７に示すように、筐体２において使用者の頬のあたる部分（例えば正面２ｂにおいて一端側と他端側との境界近傍）に頬当て３１を設けたり、使用者の耳のあたる部分（例えば正面２ｂにおいて他端近傍部分）に耳当て３２を設けることで、使用者による支持が安定するとともに、長時間使用しても疲労しにくくなる。

本発明の一実施形態に係る虚像表示型情報表示システムを示す平面図である。 図１の虚像表示型情報表示システムの構成を示す分解斜視図である。 図１の虚像表示型情報表示システムの動作を示す図である。 シャインプルーフの条件を示す説明図である。 本発明に係る虚像表示型情報表示システムの他の形態例を示す斜視図である。 本発明に係る虚像表示型情報表示システムの他の形態例を示す斜視図である。 本発明に係る虚像表示型情報表示システムの他の形態例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 虚像表示型情報表示システム
４ 表示装置
６ 画像表示部
７ 半透過型光学素子
１１ 支持部材
２１ 間隔調節装置
２３ 操作子
２４ａ 溝部（カム機構）
２４ｂ 突起（カム機構）
ＯＡ 観察光軸
Ｌ１ 第１の仮想線
Ｌ２ 第２の仮想線
Ｌ３ 第３の仮想線

Claims (6)

1. 画像表示部と、該画像表示部からの光を反射するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、
   前記画像表示部と前記半透過型光学素子とを相対的に変位させて、前記画像表示部と前記半透過型光学素子との間隔を調節する間隔調節装置を有している虚像表示型情報表示システム。
2. 前記間隔調節装置が、前記表示装置の観察光軸方向に略平行な方向に、前記画像表示部と前記半透過型光学素子とを相対的に変位させる請求項１記載の虚像表示型情報表示システム。
3. 前記間隔調節装置が、前記半透過型光学素子に対して前記画像表示部を変位させる請求項１または２に記載の虚像表示型情報表示システム。
4. 前記画像表示部と前記半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置可能であることを特徴とする虚像表示型情報表示システム。
   ４５°＜α＜９０° …（１）
   ０°＜β＜４５° …（２）
   但し、αは前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の前記反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、該第１の仮想線上における前記有効光路の前記画像表示部側の一端及び、該画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは前記第１の仮想線と、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、前記画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端及び該一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
5. 前記間隔調節装置が、前記画像表示部の外周に配置され、該画像表示部を前記半透過型光学素子に対して近接する方向及び離間する方向への変位を可能にして支持する支持部材と、
   前記画像表示部の変位を操作する操作子とを有しており、
   該操作子が、前記支持部材の外周側から操作可能とされている請求項１から４のいずれかに記載の虚像表示型情報表示システム。
6. 前記間隔調整装置が、前記支持部材と前記画像表示部との間に設けられ、前記操作子の変位を前記画像表示部の変位に変換するカム機構を有している請求項５記載の虚像表示型情報表示システム。

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