JP2011028153A

JP2011028153A - 表示装置

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Publication number: JP2011028153A
Application number: JP2009176193A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Horikawa; 嘉明堀川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10
Also published as: WO2011013467A1

Abstract

【課題】薄型化が可能であり、拡大した像を観察者が観察できる表示装置を提供する。
【解決手段】互いに対向する２つの面を有し、面間隔が一方と他方で異なるように該２つの面が形成された導光板と、出射光が、２つの面の間で全反射される位置に配置された表示素子と、２つの面のうち全反射光が出射する側の面に配置された非正反射素子と、非正反射素子からの光を光軸方向に沿って出射するレンズと、を備える。導光板から漏れ出た光束を非正反射素子で屈折させてレンズに入射させることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関するものである。

映像や文字を表示する表示装置（ディスプレイ）として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイがある。しかし、これらの表示装置は視度の調節が出来ない。高齢化社会の進展に伴って老眼（老視）の高齢者が増えており、視度調節が可能な表示装置、特にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が望まれている。特に携帯電話の普及やデジタルカメラの普及により、屋外でＦＰＤによる表示を見る機会が増えている。携帯電話やデジタルカメラのＦＰＤを見るときに、いちいち老眼鏡を掛けるのは非常に煩わしい。デジタル一眼レフカメラには、ライブビューモニターとしてＦＰＤが用いられているが、このデジタル一眼レフカメラにおいて、遠方の被写体を見つつ、ライブビューモニターを見るのに、いちいち老眼鏡を掛けたり外したりするのは、実際的ではない。それ以外にもパソコンの液晶画面もいちいち老眼鏡を掛けるのは煩わしい。

従来、このような問題を解決するＦＰＤは存在していない。しかるに、最近ではこのような問題は指摘されつつあり、特許文献１には、フレネルレンズをデジタルカメラのモニターであるＦＰＤの手前に取り付け、このフレネルレンズを介してＦＰＤを覗く電子機器が提案されている。

特開２００９−６３６２４号公報

しかしながら、特許文献１記載の電子機器の構成で老眼の補正をする為には、フレネルレンズをＦＰＤから数ｃｍの距離を離す必要がある。そのため、機器の薄型化が困難となる。例えば、３インチ程度の大きさのＦＰＤを見る為には、フレネルレンズの焦点距離は最低でも１００ｍｍ程度は必要である。一方、Ｆナンバーは１．３となるため、レンズの性能を維持するのは困難である。さらに、老眼の程度によっては、フレネルレンズをモニターのＦＰＤより１００ｍｍ近く離す必要がある。例えば、３ｍまでしかピントが合わない老眼の場合、０．３ｍの明視距離まで焦点を合わそうとすると３ディオプターの老眼鏡が必要である。このような老眼の場合、フレネルレンズをモニターのＦＰＤから９６ｍｍ離す必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて考案したもので、薄型化が可能な表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、互いに対向する２つの面を有し、面間隔が一方と他方で異なるように該２つの面が形成された導光板と、出射光が、前記２つの面の間で全反射される位置に配置された表示素子と、前記２つの面のうち、前記全反射光が出射する側の面に対向して配置された非正反射素子と、非正反射素子からの光を光軸方向に沿って出射するレンズと、を備えることを特徴としている。

本発明に係る表示装置においては、導光板から漏れ出た光束を非正反射素子で屈折させてレンズに入射させることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、非正反射素子で反射させた光束を導光板に透過させてレンズに入射させることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、レンズとしてフレネルレンズを用いることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、表示素子と導光板との距離が可変であることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、表示素子と導光板の間に焦点調節用のレンズを設けることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、導光板が光分散性の材料で構成されており、その分散の補償を非正反射素子で行うことが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、導光板が光分散性の材料で構成されており、その分散の補償を表示素子で行うことが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、表示素子が液晶又はミラーを用いたデバイスであることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、非正反射素子がレンズを兼ねていることが好ましい。

本発明に係る表示装置においては、非正反射素子がホログラフィック素子であることが好ましい。

本発明に係る表示装置は、薄型化が可能な表示装置を提供することができる、という効果を奏する。また、本発明の表示装置は、拡大した像を観察者の視軸にもどすことができる。さらに、本発明の表示装置は、老眼の観察者の眼の負担を軽減し、老眼鏡その他の光学部材を追加することなく観察することができ、また、観察者の視力に合わせた視度調整が可能なフラットな表示装置（ＦＰＤ）を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置の構成を示す側面図である。本発明の第１実施形態に係る表示装置の各構成部材の光学的な関係を示す図である。本発明の第１実施形態に係る導光板内に入射した光が楔面で全反射した後に一方の楔面から出射するまでの光路の例を示す側面図である。本発明の第１実施形態に係る導光板内に入射した光が楔面で全反射した後に一方の楔面から出射するまでの光路の例を示す展開図である。本発明の第１実施形態に係る非正反射素子としてのホログラフィック素子の製造に用いる装置の概略構成を示す図である。（ａ）は、図５の一部拡大図であり、（ｂ）は、非正反射素子としてのホログラフィック素子に光束を入射したときの反射状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係る表示装置の構成を示す側面図である。本発明の第３実施形態に係る表示装置の構成を示す側面図である。

以下に、本発明に係る表示装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る表示装置１００の構成を示す側面図である。
表示装置１００は、導光板１１０、表示素子１２０、非正反射素子１３０、及び、レンズ１４０を備える。

導光板１１０は、互いに対向する２つの面１１１ａと面１１１ｂを有する。面１１１ａと面１１１ｂは、面間隔が一方の端部と他方の端部で異なるように形成されている。すなわち、導光板１１０は楔状となっている。表示素子１２０は、その出射光が、面１１１ａと面１１１ｂの間で全反射される位置に配置されている。これにより、表示素子１２０からの出射光は、導光板１１０内において全反射する。非正反射素子１３０は、面１１１ａと面１１１ｂうちの一方の面に対向して配置されている。この一方の面は、全反射光が出射する側の面である。レンズ１４０は、非正反射素子１３０からの光を、光軸１４１の方向に沿って出射する。

導光板１１０は、透明な材料で構成されている。導光板１１０には、表示素子１２０からの出射光が、面１１１ａ、１１１ｂとは異なる面１１１ｃから入射する。面１１１ａ、１１１ｂは、面１１１ｃから遠ざかるほど互いの距離が小さくなるように対向している。なお、本実施形態では、面１１１ａ、１１１ｂ及び面１１１ｃは、いずれも平面である。導光板１１０としては、例えば、米国特許５，９９３，０２０号明細書や米国特許６，８８３，９１９号明細書記載のものを用いることができる。

表示素子１２０としては、例えば液晶ディスプレイ、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）、米国公開特許２００９／０１０３１５１号公報記載のホログラフィック技術を用いることができる。また、導光板１１０が光分散性を有する場合には、表示素子１２０によって、導光板１１０の分散の補償を行うことができることが好ましい。

非正反射素子１３０は、例えばホログラフィック素子、回折光学素子（ＤＯＥ）で構成することができる。この非正反射素子１３０は、導光板１１０の面１１１ｂに対向するように配置されている。また、非正反射素子１３０は、面１１１ｂに近接して配置されている。また、非正反射素子１３０に、導光板１１０において発生する色収差の補正作用を持たせても良い。

レンズ１４０には、例えばフレネルレンズを用いることができる。レンズ１４０は、その光軸１４１が、表示装置１００の観察者の瞳５０の視軸に沿う（視軸と一致する）ように配置される。したがって、レンズ１４０からの出射光は観察者の瞳５０に入射することとなる。

表示素子１２０に表示された情報は、光となって表示素子１２０を出射する。なお、表示素子１２０の各点から発せられる光は、ある程度の広がりを持つ光束であるが、図では、その光束のうちの１つの光線を使って説明する。表示素子１２０からの光は、面１１１ｃから導光板１１０内に入射する。この光は、導光板１１０の面１１１ａ、１１１ｂで全反射して導光板１１０内伝わり、面１１１ｂから非正反射素子１３０側へ染み出す（出射する）。面１１１ｂから染み出した光は、非正反射素子１３０によって反射されて、導光板１１０を透過してレンズ１４０に入射する。この光は、レンズ１４０を通過して、観察者の瞳５０に入射する。レンズ１４０から観察者の瞳５０へ向かう光の出射方向は、レンズ１４０の光軸１４１の方向である。そのため、出射光は観察者の瞳５０の視軸に沿って進む。

本実施形態の表示装置１００では、導光板１１０と非正反射素子１３０を用いることによって光を折り曲げることが可能となる。これにより、非常に薄い光学系が構成される。このため、表示装置１００は、レンズ１４０を含めてもその外径形状を薄くフラットにすることができる。そのため、本実施形態の表示装置１００では、拡大した像を表示可能でありながら、ＬＣＤのようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）と同様な薄型表示装置を実現できる。

図２は、表示装置１００の各構成部材の光学的な関係を示す図である。
図２に示すように、観察者（瞳５０）は、表示素子１２０に表示された情報１２１（例えば、映像）を、レンズ１４０を通して覗いていることになる。すなわち、表示素子１２０をルーペで拡大して覗いているのと等価である。表示素子１２０とレンズ１４０の距離を適切に選択すれば、老眼の人でも、焦点の合った表示素子１２０上の情報１２１を見ることが出来る。

図２に示すように、表示素子１２０を、レンズ１４０の前側焦点位置Ｆのややレンズ１４０よりの位置に、光軸１４１に垂直に置く。すると、表示素子１２０に表示された情報１２１は拡大されて虚像６０となる。観察者（瞳５０）はこの虚像６０を見ることになる。この虚像６０は拡大されているので、表示素子１２０（表示素子の表示面積）は、小さくて良いことになる。そのため、表示素子１２０を、通常デジタルカメラや携帯電話に搭載されるモニター用のＦＰＤより小さいＦＰＤで済ますことが出来る。その結果、表示装置１００を小型化、あるいは薄型化できる。また、コスト的にも有利となる。

ここで、表示装置１００の各構成部材の間には、次の式（１）〜（４）の関係が成り立つ。
Ｌ’＝Ｚ’−Ｐ・・・（１）
Ｙ’＝βＹ・・・（２）

但し、
Ｌ’は観察者の瞳５０から虚像６０までの距離、
Ｚ’はレンズ１４０の後側焦点位置Ｆ’から虚像６０までの距離、
Ｐはレンズ１４０の後側焦点位置Ｆ’から観察者の瞳５０までの距離、
Ｙ’は、拡大された虚像６０の情報の大きさ、
βは表示素子１２０の情報１２１に対する虚像６０の倍率、
Ｙは、表示素子１２０に表示された情報１２１の大きさ、
ｆはレンズ１４０の焦点距離、
Ｚはレンズ１４０の前側焦点位置Ｆから表示素子１２０までの距離、
である。

なお、虚像６０から観察者の瞳５０に向かう方向がプラス、逆方向がマイナスになる。よって、図２では、ＺとＰの値の符号はプラス、Ｚ’とＬ’値の符号はマイナスとなる。

ここで、画面サイズが３インチ程度の従来のＦＰＤを表示装置１００に置き換える場合を考える。
この場合従来のＦＰＤの大きさに相当する表示装置１００のレンズ１４０の大きさも同じ３インチ程度とすると、レンズ１４０の焦点距離は１００ｍｍ程度が必要となるので、ｆ＝１００ｍｍとする。そして、表示素子１２０を、レンズ１４０の前側焦点位置Ｆから３ｍｍだけレンズ１４０寄り、すなわちＺ＝３ｍｍのところに設ける。また、レンズ１４０（従来のＦＰＤの表面に相当）と観察者の瞳５０の距離を、通常デジタルカメラや携帯電話を見る明視距離の３００ｍｍとする。すると、レンズ１４０の後側焦点位置Ｆ’から観察者の瞳５０までの距離は２００ｍｍ（Ｐ＝２００ｍｍ）である。

したがって、式（３）より、
Ｚ’＝−１００００／３＝−３３３３
となり、
式（１）より、
Ｌ’＝−３３３３−２００＝−３５３３
となる。

すなわち、表示素子１２０に表示された情報１２１は、虚像６０として、観察者の瞳５０の３．５ｍ先に表示されることになる。よって、３ディオプター程度の老眼の人でも焦点の合った情報を見ることが出来る。このとき、式（４）より、
β＝１００／３＝３３
であるから、虚像６０は表示素子１２０上の１２の像の３３倍の大きさとなる。

一般に、目が見るものの大きさは、視角によって決まる。視角とはものを見込む角度ｕである。例えば、ＦＰＤ上の映像の大きさを３インチ（約７５ｍｍ）、ＦＰＤまでの距離を３００ｍｍとすると、視角ｕはおおよそ、
ｕ＝７５／３００＝０．２５（ｒａｄ）＝１４（度）
である。

したがって、３．５ｍ先に投影された虚像６０の大きさｄが、ＦＰＤ上の映像の大きさと等しく見える為には、視角ｕが１４度であれば良い。したがって、
ｕ＝ｄ／３５３３＝０．２５（ｒａｄ）
から、ｄ＝８８３ｍｍとなる。倍率は３３倍であるので、このときの表示素子１２０の映像の大きさは、８８３／３３＝２６．７ｍｍとなる。すなわち、表示素子１２０としては、約１インチのデバイスで良いことになる。

次に、導光板１１０に関して説明する。図３は導光板１１０内の光線の様子を示す側面図であって、面１１１ｃから導光板１１０内に入射した光が面１１１ａ、１１１ｂで全反射した後に、一方の面１１１ｂから出射するまでの光路の例を示している。図４は導光板１１０内の光線の様子を示す展開図であって、面１１１ｃから導光板１１０内に入射した光が面１１１ａ、１１１ｂで全反射した後に一方の面１１１ｂから出射するまでの光路の例を示している。

図３に示す例では、導光板１１０の面１１１ｃに入射角θ１で入射する光１５１は、導光板１１０の内部で面１１１ａ、１１１ｂにおいて計２回全反射する。その後、面１１１ｂに対する角度が臨界角θｃ以下になったところで、導光板１１０の面１１１ｂから射出する。
一方、入射角θ１より小さい入射角θ２で導光板１１０に入射する光１５２は、導光板１１０の内部で面１１１ａ、１１１ｂにおいて計４回全反射する。そして、光線１５１と同様に、臨界角θｃより小さくなったところで、導光板１１０の面１１１ｂから射出する。

このように、導光板１１０に入射する角度と位置により、光の射出する場所が異なってくる。この様子は、図４のように導光板１１０を光学的に展開して考えると理解し易い。図４において、半扇形状の外側の曲線は面１１１ｃに対応し、各直線は面１１１ａ、１１１ｂに対応し、最も上側の直線は光が出射する面１１１ｂに対応する。各直線は面１１１ａ、１１１ｂに対応しているので、図４では順に配列されている。

図４に示すように、光が面１１１ｃへ入射する角度及び入射する位置によって、導光板１１０で反射される回数が異なり、導光板１１０から光が射出する位置も異なる。すなわち、入射角θ３の光１６１と、θ３よりも大きな入射角θ４の光１６２とでは、光１６２の方が導光板１１０内における直線と交差する回数、すなわち全反射の回数、が多く、出射位置も半扇形状の要側（図４の右側）となっている。

ここで、導光板１１０は、片側の界面である面１１１ｂで光１６１、１６２を射出させ、他方の界面である面１１１ａでは常に全反射させるように、面１１１ａには反射コートがされていることが望ましい。但し、図１の構成では、非正反射素子１３０で反射された光を、導光板１１０で透過させる必要がある。よって面１１１ａに施すコートは、臨界角に近い角度で入射する光は反射し、垂直に近い角度で入射する光は透過させるコートが望ましい。

また、全反射の回数及び面１１１ｂからの出射位置を変更するために、面１１１ａ、１１１ｂの対向する角度（面１１１ａと面１１１ｂがなす角度）を調整することもできる。

つづいて、図５、図６を参照しつつ、非正反射素子１３０について説明する。ここでは、非正反射素子１３０としてホログラフィック素子を用いる。図５は、ホログラフィック素子（非正反射素子１３０）の製造に用いる装置の概略構成を示す図である。図６（ａ）は、図５の一部拡大図であり、（ｂ）は、ホログラフィック素子（非正反射素子１３０）に光を入射したときの反射状態を示す図である。

まず、ホログラフィック素子の製造について説明する。図５に示すように、レーザー１７１からの光束はビームエキスパンダ１７２によって拡大され平行光束１８１となる。この光束１８１は、ビームスプリッタ１７３で二つの光束１８２、１８３に分離される（図では、１つの光線で表されている）。ビームスプリッタ１７３で反射された光束１８２はミラー１７４によって反射されてホログラム材料１７６に入射する。ビームスプリッタ１７３を透過した光束１８３はミラー１７５によって反射されてホログラム材料１７６に入射する。

以上の工程により、ホログラム材料１７６には、２つの光束１８２、１８３による干渉縞が形成される。この干渉縞が記録されたホログラム材料１７６を、ホログラフィック素子として用いることができる。

ここで、図６（ａ）と図６（ｂ）を使って、非正反射素子１３０の機能を説明する。図６（ａ）において、光線１８３は、ミラー１７５からホログラム材料１７６に入射する光線、光線１８２はホログラム材料１７６を透過する光線である。一方、図６（ｂ）において、光線１９１は面１１１ｂから非正反射素子１３０に入射する光線、光線１９１は非正反射素子１３０から射出する（反射された）光線である。

図６（ａ）と図６（ｂ）から分かるように、光１８３と光１８２と、光１８３と光１８２との位置関係は等しくなっている。そこで、このホログラム材料１７６を非正反射素子１３０として用い、非正反射素子１３０に光線１９１を入射させると、図６（ｂ）に示すように、干渉縞に応じた回折により非正反射して光線１９２が所望の方向に射出する。

ここで、ホログラム材料１７６としては、例えば、光感受性のあるポリビニルカルバゾールなどを主成分とする材料を用いる。このような材料を用いると場合、感光の度合いにより重合が進む度合いが異なる。重合の度合いの変化は、屈折率の変化となるので、これによりホログラムが形成される。ホログラム材料１７６に厚みを持たせた場合、位相型の体積ホログラムが得られる。体積ホログラムにすることで、理想的には１００％の回折効率を得ることが出来る。但し、体積ホログラムは波長選択性が高いので、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂそれぞれの波長でホログラムを作る。そして、３枚重ねて非正反射素子１３０を形成するとよい。また、表示素子１２０に用いる光源も、ホログラムを作成したそれぞれの波長のレーザーダイオード（ＬＤ）、あるいは、それらの波長を含むＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）が望ましい。

なお、表示素子１２０と導光板１１０との距離を可変とすると、その距離を調整することによって、視度の調節が出来る。また、表示素子１２０と導光板１１０との間に焦点調節用のレンズを入れて、それらの間隔を変えることによって調整して良い。

また、上述の例では、導光板１１０内での全反射回数が数回だが、全反射回数はこれに限定されることなく、例えば、数百回以上とすることもできる。全反射回数は、面１１１ａ、１１１ｂのとのなす角度、表示素子１２０から導光板１１０への入射角度、あるいはその他の条件を調整することによって設定する。
なお、３インチ（７５ｍｍ）程度の表示デバイスを想定すると、レンズ１４０と非正反射素子１３０の大きさは、３インチ以上で、導光板１１０の大きさも同程度かそれ以上が好ましい。この場合、導光板１１０の厚さ（図１の左右方向の大きさ）は、面１１１ｃで１ｍｍ、面１１１ｃに対向する面で０．９ｍｍ程度とすることが好ましい。

以上述べた、第１実施形態の表示装置１００の構成によれば、非常に薄型の表示装置を提供できる。

なお、導光板１１０から染み出た光を非正反射素子１３０で反射させ、この反射光を導光板１１０に透過させてレンズ１４０に入射させるようにしても良い。これにより、表示素子１２０から出射した光を効率良くレンズ１４０に入射できる。そのため、明るく、エネルギー消費量が少なく、かつ、視度調節可能な表示装置を実現できる。

また、レンズ１４０にフレネルレンズを使用することにより、より薄い視度調節可能な表示装置とすることができる。

また、非正反射素子１３０にホログラフィック素子を用いることにより、光の利用効率を高めることができる。その結果、明るく、エネルギー消費量が少なく、視度調節可能な表示装置を提供できる。

また、表示素子１２０と導光板１１０との距離を可変とすることにより、視度補正の程度を調節することが可能な視度調節可能な表示装置を提供できる。

また、表示素子１２０と導光板１１０の間に焦点調節用のレンズを設けることにより、視度補正の程度を調節することが可能となる。

また、導光板の分散の補償を非正反射素子又は表示素子で行うことにより、導光板を光分散性の材料で構成したときに発生する色収差を補正することができる。

また、表示素子１２０に液晶又はミラーを用いたデバイスを使用することにより、小型軽量で視度調節可能な表示装置を提供できる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る表示装置２００の構成を示す側面図である。
第２実施形態に係る表示装置２００においては、導光板２１０の構成、導光板２１０に対する表示素子２２０の配置場所、及び、非正反射素子２３０の配置場所が第１実施形態に係る表示装置１００と異なる。表示素子２２０、非正反射素子２３０、及び、レンズ２４０の構成は、第１実施形態の表示素子１２０、非正反射素子１３０、レンズ１４０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

導光板２１０は、楔形部２１１と平板部２１２で構成されている。導光板２１０は、楔形部２１１と平板部２１２が折り返し部２１３で折り返されたような構造を備える。楔形部２１１は、第１実施形態の導光板１１０と同様に、互いに対向する２つの面２１１ａと面２１１ｂを有する。平板部２１２は、略平行に互いに対向する２つの面２１２ａと面２１２ｂを備える。

導光板２１０は、導光板１１０と同様に、透明な材料で構成されている。導光板２１０には、表示素子２２０からの出射光が、平板部２１２の面２１２ａ、２１２ｂとは異なる面２１２ｃから入射する。表示素子２２０は、その出射光が、導光板２１０内において、面２１２ａ、２１２ｂ、及び、面２１１ａ、２１１ｂで全反射される位置に配置されている。非正反射素子２３０は、楔形部２１１の一方の面２１１ａに対向するように配置されている。また、非正反射素子２３０は、面２１１ａに近接して配置されている。レンズ２４０は、非正反射素子２３０からの光を、光軸２４１の方向に沿って出射する。これにより、レンズ２４０からの出射光は観察者の瞳５０に入射することとなる。

表示素子２２０に表示された情報は、光となって表示素子２２０を出射する。この光は、面２１２ｃから平板部２１２に入射する。そして、この光は平板部２１２内で全反射を繰り返しながら、折り返し部２１３を通って楔形部２１１内に至る。そして、楔形部２１１の面２１１ａから染み出した光は、非正反射素子２３０内で所望の方向に屈折されて、レンズ２４０に入射する。この光は、レンズ２４０を通過して、観察者の瞳５０に入射する。レンズ２４０から観察者の瞳５０へ向かう光の出射方向は、レンズ２４０の光軸２４１の方向である。そのため、観察者は、レンズ２４０によって表示素子２２０に表示された情報を見ることが出来る。

本実施形態の表示装置では、表示素子２２０、導光板２１０、非正反射素子２３０、レンズ２４０、及び、導光板２１０は、図７に示すようにコンパクトにまとめられている。そのため、本実施形態の表示装置では、一つの薄型表示デバイスを実現することができる。

さらに、本実施形態の表示装置では、導光板１１０から出射した光を非正反射素子２３０内で屈折させて、入射面と対向する面からレンズ２４０側へ出射させる構成を採用している。これにより、導光板２１０の面２１１ａ、２１１ｂの対向角度を小さく出来る。その結果、導光板を非常に薄く構成することが出来るので、より薄くフラットな表示装置を提供できる。

また、本実施形態の表示装置では、レンズ２４０によって遠方の虚像を見ることになるので、老眼の人でもピントの合った情報を見ることが出来る。なお、表示素子２２０と導光板２１０の間の距離を変化させるようにしても良い。これによって、視度の大きさを調整することができる。

また、本実施形態の表示装置では、例えば、非正反射素子２３０とレンズ２４０を一体成形するようにしても良い。このようにすることによって、非正反射素子１３０がレンズを兼ねる構成とすることができる。その結果、より一層小型軽量な表示装置を提供できる。

また、本実施形態の表示装置では、導光板２１０を折り返し部２１３で折り返す構成としている。これにより、コンパクトな構成を維持しつつ、導光板２１０内での全反射の回数を増やすことができる。その結果、観察者の瞳５０と虚像との間隔を大きくして、表示素子２２０上の情報に対する虚像の倍率を上げることが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る表示装置３００の構成を示す側面図である。
第３実施形態に係る表示装置３００においては、表示素子３２０と導光板３１０との間に視野レンズ３２１を配している点、及び、導光板３１０の折り返し部３１３に反射面３１４を形成している点が第２実施形態に係る表示装置２００と異なる。
表示素子３２０、非正反射素子３３０、及び、レンズ３４０の構成は、第２実施形態の表示素子２２０、非正反射素子２３０、レンズ２４０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

導光板３１０は、楔形部３１１と平板部３１２で構成されている。導光板３１０は、楔形部３１１と平板部３１２が折り返し部３１３で折り返されたような構造を備える。楔形部３１１は、第１実施形態の導光板１１０と同様に、互いに対向する２つの面３１１ａと面３１１ｂを有する。平板部３１２は、略平行に互いに対向する２つの面面３１２ａと面３１２ｂを備える。導光板３１０は、導光板１１０と同様に、透明な材料で構成されている。

導光板３１０の折り返し部３１３には、反射面３１４が設けられている。この反射面３１４によって、平板部３１２内で全反射した光を楔形部３１１内へ反射させる。この反射面３１４は、図８の紙面に垂直な方向にのみ正パワーを持っており、広がってきた光束を平行に戻す。

表示素子３２０は、その出射光が、導光板３１０内において、面３１２ａ、３１２ｂ、反射面３１４、及び、面３１１ａ、３１１ｂで全反射される位置に配置されている。
視野レンズ３２１は、図８の紙面内では正のパワーを有し、表示素子３２０から入射した光束を収束させて平板部３１２の面３１２ｃに入射させる。この入射光束は、平板部３１２内で面３１２ａ、３１２ｂで反射しながら、反射面３１４に至るまで収束を続ける。

非正反射素子３３０は、楔形部３１１の一方の面３１１ａに対向するように配置されている。また、非正反射素子２３０は、面３１１ａに近接して配置されている。レンズ３４０は、非正反射素子３３０からの光を、光軸３４１の方向に沿って出射する。これにより、レンズ３４０からの出射光は観察者の瞳５０に入射することとなる。

表示素子３２０に表示された情報は、光となって表示素子３２０を出射する。この光は、視野レンズ３２１を経て、面３１２ｃから平板部３１２内に入射する。ここで、図８に、各画素から射出した光線の様子を示す。各画素からの光線は視野レンズ３２１で収斂される。よって、反射面３１４で反射した光は、それぞれ異なる角度で楔形部３１１へ入射する。同様のことが、各画素から射出した光束についてもいえる。すなわち、視野レンズ３２１から出射する光束は収斂した状態で楔形部３１１内に入射するので、楔形部３１１内でも収斂する。したがって、反射面３１４で反射した光束は、それぞれ異なる角度で楔形部３１１へ入射する。

楔形部３１１では、入射する光の角度に応じて面３１１ａから射出する光の位置が異なる。従って、図８に示すように、楔形部３１１から射出するところでは光（表示情報）は大きく広がっている。

一方、視野レンズ３２１は、図８の紙面に垂直な方向においてパワーが負となっている。そのため、平板部３１２内に入射した光束は、平板部３１２を伝わる内に拡大される。すなわち、光束は紙面に垂直な方向で広がっている。反射面３１４は、紙面に垂直な方向にのみ正パワーを持っている。そのため、平板部３１２に入射した光束は、平板部３１２から射出したところでは、広がってきた光束を平行に戻す。

このように、表示素子３２０上の情報は、図８の紙面内では楔形部３１１で拡大され、紙面に垂直な方向では、視野レンズ３２１と反射面３１４によって拡大される。
したがって、観察者は、レンズ３４０を通して表示素子３２０を見ることにより、遠方に拡大された表示情報を見ることが出来る。すなわち、老眼の観察者も焦点の合った表示情報を見ることが出来る。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１又は第２実施形態と同様である。

以上のように、本発明に係る表示装置は、薄型のフラットパネルディスプレイに有用であり、特に、老眼の観察者が使用するフラットパネルディスプレイに適している。

５０瞳
６０虚像
１００表示装置
１１０導光板
１１１ａ、１１１ｂ面
１１１ｃ面
１２０表示素子
１３０非正反射素子
１４０レンズ
１４１光軸
１７１レーザー
１７２ビームエキスパンダ
１７３ビームスプリッタ
１７４、１７５ミラー
１７６ホログラム材料
２００表示装置
２１０導光板
２１１楔型部
２１１ａ、２１１ｂ面
２１２平板部
２１２ａ、２１２ｂ面
２１２ｃ面
２１３折り返し部
２２０表示素子
２３０非正反射素子
２４０レンズ
２４１光軸
３００表示装置
３１０導光板
３１１楔型部
３１１ａ、３１１ｂ面
３１２平板部
３１２ａ、３１２ｂ面
３１２ｃ面
３１３折り返し部
３１４反射面
３２０表示素子
３２１視野レンズ
３３０非正反射素子
３４０レンズ
３４１光軸

Claims

互いに対向する２つの面を有し、面間隔が一方と他方で異なるように該２つの面が形成された導光板と、
出射光が、前記２つの面の間で全反射される位置に配置された表示素子と、
前記２つの面のうち前記全反射光が出射する側の面に対向して配置された非正反射素子と、
前記非正反射素子からの光を光軸方向に沿って出射するレンズと、
を備えることを特徴とする表示装置。
前記導光板から漏れ出た光束を前記非正反射素子で屈折させて前記レンズに入射させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記非正反射素子で反射させた光束を前記導光板に透過させて前記レンズに入射させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記レンズがフレネルレンズであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
前記表示素子と前記導光板との距離が可変であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
前記表示素子と前記導光板の間に焦点調節用のレンズを設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示装置。
前記導光板が光分散性の材料で構成されており、その分散の補償を前記非正反射素子で行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の表示装置。
前記導光板が光分散性の材料で構成されており、その分散の補償を前記表示素子で行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の表示装置。
前記表示素子が液晶又はミラーを用いたデバイスであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の表示装置。
前記非正反射素子が前記レンズを兼ねていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の表示装置。
前記非正反射素子がホログラフィック素子であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の表示装置。