JP2017134383A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像光における光量差を減少させて画像の劣化を回避し、所望の品質の画像を表示すること。【解決手段】光源ＬＳと、光源ＬＳから照射された光を受けて、複数の行及び複数の列に配置される画素ごとの画像情報を含む画像光を出力する画像表示素子１０と、画像光を平行にして射出するコリメート光学系３００と、コリメート光学系３００から射出された画像光を導光して射出するライトガイド５０と、画像情報に対して行毎及び列毎に異なる画像処理を行う画像処理回路５００と、を備える。【選択図】図１１

Description

本発明は、虚像表示装置に関する。

近年、時計型やリスト型、メガネ型など、腕や頭部などの身体に直接身に着けるウェアラブル端末が急速に普及している。また、２次元の画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察者に観察させるように表示する装置として、ライトガイドを用いた虚像表示装置が知られている。

例えば、観察者に虚像による画像光を認識させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させる虚像表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の虚像表示装置は、外光の透過率低下や画像光の反射率低下を防止し、ゴーストの発生を抑制するメガネ型の装置である。

しかしながら、上述した従来のメガネ型の虚像表示装置では、光源に近い側と遠い側とでは、ライトガイドを通って眼球まで到達する光量に差が生じてしまう。そうすると、例えば、光源から遠い側の画像端部が劣化してしまい、所望の品質の画像を表示することが困難になってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画像の劣化を回避して、所望の品質の画像を表示できる虚像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、本発明は、光源と、前記光源から照射された光を受けて、行列に配置される画素ごとの画像情報を含む画像光を出力する画像表示素子と、前記画像光を平行光にして射出する光学系と、前記光学系から射出された前記画像光を導光して射出する導光部と、前記画像情報に対して行列毎に異なる画像処理を行う画像処理部と、を備える。

本発明によれば、画像の劣化を回避して、所望の品質の画像を表示できるという効果を奏する。

図１は、実施形態の虚像光学系の概略を示す平面図である。 図２は、図１に示す虚像光学系の斜視図である。 図３は、本実施形態の虚像光学系における画像光の光路を示す図である。 図４は、ライトガイドを示す図である。 図５は、実施形態の虚像光学系の概略を示す平面図である（他の例）。 図６は、図５の虚像光学系の斜視図である。 図７は、画像取り出し部の部分拡大平面図である。 図８は、導光部材と光学部材の境界面を拡大して示した図である。 図９は、導光部材と光学部材の境界面を拡大して示した図である。 図１０は、導光部材と光学部材の境界面を拡大して示した図である。 図１１は、本実施形態の虚像表示装置を示す平面図である。 図１２は、メガネ型の虚像表示装置の例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、虚像表示装置の実施形態を詳細に説明する。本実施形態の虚像表示装置は、透過型のライトガイド（導光部）を用いた虚像光学系を備えており、まず虚像光学系の構成について説明する。

図１は、実施形態の虚像光学系の概略を示す平面図である。図２は、図１に示す虚像光学系の斜視図である。

図１及び図２に示す本実施形態の虚像光学系は、虚像を表示させるための画像情報を含む画像光を出力する画像表示素子１０と、画像表示素子１０から出力された画像光をコリメートして射出するコリメート光学系３００と、ライトガイド５０と、を備える。ライトガイド５０は、コリメート光学系３００から拡大して射出される画像光を内部に導光し、虚像表示のために外部すなわち観察者の目（眼球）に向けて射出する役割を担うものである。図１、２では、これらの構成の位置関係を示している。

図３は、本実施形態の虚像光学系における画像光の光路を示す図である。図３では、虚像光学系において、画像情報を含む画像光の光路を矢印で示すとともに、観察者の目を模式的に描いている。以下、ライトガイド５０の面に関し、観察者から見て手前側（図３において下側）の面を「後面」とし、奥側（図３において上側）の面を「前面」として説明する。

画像表示素子１０は、光源（図１１参照）から照射された光を受けて、ライトガイド５０を通じて表示する虚像の基となる画像情報を含む画像光を出力するデバイスである。画像情報は、複数の行（例えばＭ行、Ｍは２以上の整数）、および、複数の列（例えばＮ列、Ｎは２以上の整数）に配置された画素ごとに画像処理が可能であって、Ｍ行Ｎ列に配置された画像情報を含む画像光が射出されることで観察者が視認可能な虚像となる。画像表示素子１０は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）や液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子１０として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が適用可能である。また、画像表示素子１０として、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）やＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）が適用可能である。さらに、画像表示素子１０として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が適用可能である。

コリメート光学系３００は、画像表示素子１０から出力される上述の画像光を拡大し平行光にして射出するものであり光学系の一例である。図３に示すように、コリメート光学系３００は、その射出光の中心軸（光軸）が、ライトガイド５０の後述する光線射出部１０４に対して傾きを有するように配置される。

（ライトガイド）
ライトガイド５０は、コリメート光学系３００から射出された画像光を内部に入射して導光し、外部すなわち観察者の目に向けて射出することで、画像光を観察者に虚像として提供するものであり、導光部の一例である。図４は、ライトガイドを示す図である。ライトガイド５０は、図４に示すように、画像光の入射、導光及び射出を行うための導光部材１００と、ライトガイド５０のシースルー性を確保するため導光部材１００と一体をなすように設けられる光学部材２００と、を備える。

（導光部材）
ライトガイド５０の導光部材１００は、本実施形態では、コリメート光学系３００からの画像光が入射される光線入射部１０１と、画像光を外部に射出する光線射出部１０４と、を有する。光線入射部１０１と光線射出部１０４とは、各々異なる面で形成されている。「異なる面」とは、同一面でも平行面でもなく、一方に対して他方が傾斜する面（交差する面）であることを意味する。本実施形態では、光線入射部１０１は、光線射出部１０４に対して鈍角で傾斜している。

本実施形態では、導光部材１００の光線入射部１０１と光線射出部１０４は、それぞれ平面となっている。光線入射部１０１及び光線射出部１０４を平面にすることで、導光部材１００さらにはライトガイド５０の生産性を向上させ、また、導光部材１００及びライトガイド５０全体をシンプルな構成にすることができる。

また、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面にすることで、入射光線の角度をより適切な角度に設定することが可能になり、これによりライトガイドをコンパクトに、すなわち小型で薄肉にすることが可能になる。また、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面とすることで、光線束を広く取ることができることから、視野角を広角とするのに有利になる。

なお、光線入射部１０１と光線射出部１０４を同一面とした場合には、加工面や管理面での容易性がある反面、光線入射部１０１と光線射出部１０４の自由度が減る。このため、視野角を広く取ろうとすると、ライトガイドが大型化、厚肉化する。このため、本実施形態では、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面にしている。

また、シースルー性を良好にするために、導光部材１００は、光線射出部１０４が設けられた後面と、奥側（図４において上側）の前面１０５とが、互いに平行に形成されている。

ここで、ライトガイド５０の他の例を示す。図５は、実施形態の虚像光学系の概略を示す平面図である（他の例）。図６は、図５の虚像光学系の斜視図である。

図４に示す導光部材１００では、光線射出部１０４を含む後面の全体が平面に形成されている。これに対して、図５に示す導光部材１００では、光線入射部１０１を光線射出部１０４の延長面から平面視において三角形状に突き出した形状となっている。

図２と図６とを比較して分かるように、図６に示す実施形態では、光線入射部１０１の面積が相対的に大きくなるため、入射される光線束を大きくとることができ、より広い視野角を確保することができる。また、図６に示すライトガイドは、コリメート光学系３００から入射される光線の角度を変えることで、より広い角度の画像光を入射させることができる。

図４に戻り、導光部材１００は、光線入射部１０１から入射された画像光を光線射出部１０４に導光して取り出すための画像取り出し部１０３を備えている。画像取り出し部１０３の具体的な構成は後述する。導光部材１００の材質としては、シースルー性を考慮すると透過性の高い材質が好ましく、さらに、後述する画像取り出し部１０３の加工を考慮すると、樹脂で成形することが好ましい。

（光学部材）
次に、図４を参照して、ライトガイド５０の光学部材２００の概要を説明する。光学部材２００は、導光部材１００に一体的に設けられている。具体的には、光学部材２００は、平面テーパー状をなし、導光部材１００の光線射出部１０４に平行な平行面としての前面２１０と、前面２１０に対して傾斜し、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対向して配置される傾斜部２０３を有する。光学部材２００の傾斜部２０３は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対して近接設置または接合される部位であり、かかる部位の詳細については後述する。

ライトガイド５０は、導光部材１００の前面１０５と光学部材２００の前面２１０とが同一平面になるように面位置を合わせて配置されており、これにより、ライトガイド５０全体として、前面と後面が平行を保つ形状をなしている。

なお、ライトガイド５０の変形例として、光学部材２００の前面２１０が導光部材１００の前面１０５の位置から前方に出ている或いは後方に引っ込んでいる形状とすることもあり得る。すなわち、シースルー性を考慮すると、導光部材１００の前面１０５と光学部材２００の前面２１０の面位置は、一致していることが望ましいが、携帯性や用途などを考慮して、かかる両面の面位置をずらす形態としてもよい。但し、導光部材１００の画像取り出し部１０３を外部に露出しないようにすることが望ましい。

ライトガイド５０は、導光部材１００の光線射出部１０４の平面と、光学部材２００の前面２１０とが平行とされる。かかる構成によって、光線射出部１０４を通じてのシースルー性が良好になる。導光部材１００の光線射出部１０４の面と、光学部材２００の前面２１０とが平行でない場合、プリズム効果によりシースルー性が低下するので好ましくない。

（導光部材の画像取り出し部）
次に、画像取り出し部１０３の詳細について説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、画像取り出し部の部分拡大平面図である。図７（ａ）は、導光部材１００の画像取り出し部１０３と光線射出部１０４の各一部を拡大して表し、図７（ｂ）は、画像取り出し部１０３の一部をさらに拡大して表している。また、図７（ｂ）中、光線射出部１０４と平行な仮想面を点線で表している。

画像取り出し部１０３は、光線射出部１０４に対してθａの角度を有する第１面１０３ａと、光線射出部１０４に対してθｂの角度を有する第２面１０３ｂとが、交互に配置されており、略階段状の形状をなしている（図７（ｂ）参照）。

ここで、第１面１０３ａは、入射された画像光を反射させて光線射出部１０４に導いて光線射出部１０４から射出させる役割を担う面であり、光線射出部１０４に対して傾斜する平面となっている。第１面１０３ａが光線射出部１０４に対して傾斜するθａの角度は、導光部材１００の材質の屈折率にもよるが、２０度から３０度までの範囲に設定することが好ましい。

他方、第２面１０３ｂは、入射された画像光を導光部材１００の内部に導光させる反射面としての役割を担う面であり、光線射出部１０４と平行な平面となっている。したがって、角度θｂ＝０°である。さらに、第２面１０３ｂは、シースルー性を確保するため、ライトガイド５０の前面及び後面からの外部の光を入射させる透過面としての役割も担っている。

ここで、第２面１０３ｂを光線射出部１０４に対して傾斜させる、すなわち角度θｂ≠０°に設定すると、導光部材１００内で導光される画像光が、第２面１０３ｂで反射される反射角と、光線射出部１０４で反射される反射角とで一致せずに変化することになる。

この場合、光線入射部１０１から入射される光線と光線入射部１０１の法線とのなす角で定義される入射角θinと、光線射出部１０４から射出される光線と光線射出部１０４の法線とのなす角で定義される射出角θoutとが同角度とならない。

さらに、画像光が第１面１０３ａ及び光線射出部１０４を通じてライトガイド５０の外部に射出される際に、異なった方向に射出されてしまい、虚像としては思わしくないものとなってしまう。したがって、本実施形態では、角度θｂ＝０°とし、第２面１０３ｂを光線射出部１０４に対して平行に形成している。

ライトガイド５０の厚みは、１ｍｍから８ｍｍの範囲とすることが望ましい。ライトガイド５０の厚みが１ｍｍに満たないと、導光部材１００の画像取り出し部１０３の形状を形成することが困難となる。他方、ライトガイド５０の厚みが８ｍｍを超えると、広視野角を得るには有利であるが、部材の重量が大きくなることから、好ましくない。

（導光部材と光学部材の配置）
次に、光学部材２００の構成及び導光部材１００に対する光学部材２００の配置について説明する。図８〜１０は、導光部材１００と光学部材２００の境界面を拡大して示した図である。図８（ａ）及び（ｂ）に示す例では、光学部材２００は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に空気層すなわちエアギャップ１４０を介して近接配置されている。図９及び図１０に示す他の例では、光学部材２００は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に接着剤１５０を用いて接合されている。

まず、図８に示す形態から説明する。なお、図８（ｂ）中、前面２１０と平行な仮想面を点線で表している。光学部材２００の傾斜部２０３は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対向した部位に、前面２１０に対してθａ'の角度を有する第３面２０３ａと、前面２１０に対してθｂ'の角度を有する第４面２０３ｂとが、交互に配置されている（図９参照）。

前面２１０は、導光部材１００の光線射出部１０４と平行な面である。また、第４面２０３ｂは、前面２１０と平行であり、角度θｂ'＝０°である。したがって、第４面２０３ｂは導光部材１００の光線射出部１０４、第２面１０３ｂとも平行であり、θｂ＝θｂ'＝０°である。このような設定とすることで、ライトガイド５０のシースルー性を高めることができる。なお、第４面２０３ｂが前面２１０、導光部材１００の光線射出部１０４、第２面１０３ｂに対して平行な面でない場合は、プリズム効果によりシースルー性が低下するので好ましくない。

さらに、前面２１０に対する第３面２０３ａの角度θa'を、上述した角度θａすなわち光線射出部１０４に対する画像取り出し部１０３の角度と等しい角度に設定することが好ましい。この場合、光学部材２００の第３面２０３ａは導光部材１００の第１面１０３ａと平行となり、ライトガイド５０のシースルー性をより高めることが可能になる。

ライトガイド５０のシースルー性について最大の効果を得るためには、導光部材１００の第１面１０３ａを光線射出部１０４の法線方向（図８における上方向）に平行移動させたときに、対向する第３面２０３ａとの間のずれを最小限にすることである。組立上、多少のずれが発生するが、目安としては、１０μｍ程度のずれの場合は、シースルー性は保持できる。かかるずれを最小限に留めるには、一例として、光学部材２００に、導光部材１００との間の間隔すなわちエアギャップ１４０を調整する調整機構を取り付けることによって、それをなすことが可能となる。

ライトガイド５０のシースルー性を確保するために、導光部材１００と光学部材２００は、相互に同一の材料で作られていることが望ましい。

次に、導光部材１００と光学部材２００が接着剤１５０を介して固定される形態について説明する。図９は、図８に示す導光部材１００及び光学部材２００を、接着剤１５０を介して固定した例を示している。導光部材１００及び光学部材２００の対向する各部位は、図８で説明した例と同様に、導光部材１００の各第１面１０３ａと、対向する各第３面２０３ａとの位置が一致するように配置されている。このような配置とすることで、導光部材１００の第２面１０３ｂでの全反射が保持され、かつ、ライトガイド５０のシースルー性を保持することが可能となる。

接着剤１５０の屈折率は、導光部材１００の材質の屈折率よりも低い、または同等であることが望ましい。導光部材１００の材質の屈折率と接着剤１５０の屈折率を同等とする場合は、接着界面にハーフミラー等のコートを施すことで、界面での画像光の反射を確保しつつ、ライトガイド５０のシースルー性を高めることが可能となる。なお、接着剤１５０の屈折率が導光部材１００の材質の屈折率よりも高い場合は、画像光が全反射せずに接着剤１５０の部位で屈折してしまうため、虚像を表示することが困難になる。

図１０は、図９と同様に、導光部材１００と光学部材２００が接着剤１５０を介して固定されている形態を示しているが、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対向する光学部材２００の傾斜部２０３が均一な面であることが図９の例と異なる。図１０に示す例でも、接着剤１５０の屈折率を導光部材１００の材質の屈折率と同等かそれ以下とすることにより、高いシースルー性を保つことができる。

（虚像表示装置）
次に、上述したライトガイド５０及び虚像光学系を用いた虚像表示装置について説明する。図１１は、本実施形態の虚像表示装置を示す平面図である。図１１では、画像光の光線経路を矢印で示すとともに、観察者すなわちユーザの目を模式的に描いている。図１１に示す虚像表示装置は、図２に示す虚像光学系に対して画像表示素子１０を照明するための光源ＬＳを加えたものであり、同一部分についての説明を省略する。画像表示素子１０は、光源を必要とするＬＣＯＳやＤＭＤなどが用いられる。光源ＬＳは、種々のものが適用でき、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）、半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）、放電ランプなどを用いることができる。

かかる虚像表示装置によれば、光源ＬＳで照明された画像表示素子１０の画像光は、コリメート光学系３００で拡大されてライトガイド５０に入射する。すなわち、コリメート光学系３００で拡大された画像光は、ライトガイド５０における導光部材１００の光線入射部１０１から入射して導光部材１００の内部に導光される。導光された画像光は、画像取り出し部１０３の第１面１０３ａで反射され、光線射出部１０４からユーザの両目に向けて画像情報として射出される。ユーザは、導光部材１００の光線射出部１０４及び光学部材２００を通して前方を覗くことで、画像情報の虚像を視認することができる。

上述の図１から図１１に示す実施形態では、虚像観察者の左側に導光部材１００の光線入射部１０１を配置して、画像光を虚像観察者の左側から入射する例について説明した。かかる配置を左右逆にする場合、すなわち虚像観察者の右側に導光部材１００の光線入射部１０１を配置して、画像光を虚像観察者の右側から入射する場合も、上述と同一の効果が得られる。

次に、上述したライトガイド５０をメガネ型の虚像表示装置すなわちＨＭＤ（Head Mounted Display）に適用した例を示す。図１２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、メガネ型の虚像表示装置の例を示す図である。

図１２（ａ）に示す例は、一つのライトガイド５０を両眼用のＨＭＤに適用した場合であり、導光部材１００の光線入射部１０１を虚像観察者すなわちユーザの右側に配置している。ライトガイド５０は、ユーザの耳に掛けられるツルとしての役割を担うフレーム部４００に固定される。図１２ではフレーム部４００を簡略化して表しているが、フレーム部４００は、ライトガイド５０の両端側のみならず、上側縁や下側縁を覆う形状とすることができる。

また、図１２（ｂ）及び（ｃ）に示す例は、一つのライトガイド５０を小型化して単眼用のＨＭＤに適用した場合である。図１２（ｂ）に示す例は、二つのライトガイド５０、５０をユーザの左右各々の目の位置に対応させて配置した場合であり、各ライトガイド５０の光線入射部１０１は、左右外側に配置される。

なお、図１２では虚像光学系や光源の図示を省略したが、これらはフレーム部４００に取り付けることができる。すなわち、図１２（ａ）及び（ｃ）に示す例では光源ＬＳ、画像表示素子１０及びコリメート光学系３００を右目側のフレーム部４００に、図１２（ｂ）に示す例ではこれらを左右両方のフレーム部４００に取り付ければよい。

上述した実施形態では、ライトガイド５０をメガネ型のＨＭＤに適用した場合について説明した。他方、上述したライトガイド５０は、他の種類のＨＭＤにも適用可能であり、さらには、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）にも適用できる。ライトガイド５０は、特に、微小デバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を虚像表示するのに適している。

（画像処理回路）
また、図１１に示すように、本実施形態の虚像表示装置は、画像情報に対して画像処理を行う画像処理回路５００を備えている。画像処理回路５００は、画像処理部の一例である。本実施形態では、画像処理回路５００は、画像表示素子１０が出力する画素ごとの画像情報に対して、行毎及び列毎に異なる画像処理を行う。

画像処理回路５００は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの任意のハードウェア回路により構成できる。画像処理回路５００の機能の一部または全部を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などを用いてソフトウェアにより実現してもよい。

図１１に示す虚像表示装置では、観察者の視界左右方向において、光源ＬＳの配置側と反対側である奥側に向けて観察者の目（眼球）まで到達する光量が落ちていくと考えられる。つまり、光源ＬＳから観察者の目（眼球）まで到達するまでの光路が長いほど、光量が弱くなる。従って、画像処理回路５００は、画像表示素子１０によって出力された画像光が観察者の目（眼球）に到達するまでの光路が長いほど光量を強くするよう、画像情報に対して行毎及び列毎に画像処理を行う。この時、画像処理回路５００は、観察者の視界上下方向において光量差がない場合、列ごとの画像処理を行う。

画像処理の一例として光量補正がある。本実施形態の本構成のようなメガネ型の虚像表示装置（例えば、図１２（ａ）参照）では、左右方向で画像情報に光量差が生じてしまう。そこで、本実施形態の虚像表示装置は、当該光量差を減少させるために画像情報に対して光量を補正する。

具体的には、例えば、画像表示素子１０として液晶素子や有機ＥＬ素子を用いた場合、画像処理回路５００は、画像情報の各色の透過量を調整することで光量補正を行う。また、例えば、画像表示素子１０としてＤＭＤを用いた場合、画像処理回路５００は、ＤＭＤで光源から照射された光を反射するタイミングを調整することで光量補正を行う。

本実施形態の虚像表示装置では、光源ＬＳが視界の横側に配置された構成となっているが、視界の上側に配置する構成としてもよい。その場合、画像取り出し部の形状は９０°回転する。これに伴い、画像処理回路５００による画像処理も９０°回転することになる。

上述した例では、画像処理回路５００は、光量補正を行っているが、色補正によって画像処理を行ってもよい。また、画像処理回路５００は、光源ＬＳ側で画像処理を行ってもよいし、画像表示素子１０側で画像処理を行ってもよい。

このように、本実施形態の虚像表示装置では、画像表示素子１０が出力する画素ごとの画像情報に対して、行毎及び列毎に光量補正を行う。これにより、画像光における光量差を減少させて画像の劣化を回避して、所望の品質の画像を表示できる。

また、上述した実施形態及び実施例によれば、小型で４０度以上の広い視野角を有する透過型のライトガイドが実現され、また、ライトガイドのコンパクト化を実現できる虚像表示装置を提供することができる。

また、本実施形態の虚像表示装置は、導光部材１００の温度上昇に応じて、表示性能が変化していくことが考えられる。具体的には、虚像表示装置を使用することにより発生する熱によって、導光部材１００が膨張し、光線入射部１０１から画像取り出し部１０３までの距離が長くなることがある。そうすると、虚像表示装置は、導光部材１００への画像光の入射角度は変わらないまま、反射面である第１面１０３ａが離れていくことになる。これにより、虚像表示装置における光源ＬＳの配置側と反対側である奥側で光量変化が起こってしまう。

ライトガイド５０をメガネ型の虚像表示装置に適用した場合、導光部材１００の長さは、片目（単眼用）の場合５０ｍｍ、両目（両眼用）の場合１００ｍｍが標準的な長さと考えられる。そこで、本実施形態の虚像表示装置が片目型であって、導光部材１００の材質を典型的なプラスチック材料とし、長さが５０ｍｍ、上昇温度が３０℃、および線膨張係数が１００×１０^−６［１／Ｋ］である場合を一例として、導光部材１００の熱膨張量について説明する。

ここで、部材の熱膨張量ΔＬ[ｍ]は、長さＬ[ｍ]、上昇温度ΔＴ[Ｋ]、および線膨張係数α[１／Ｋ]を用いると、式（１）と表すことができる。

ΔＬ＝Ｌ×ΔＴ×α …（１）

従って、上述した虚像表示装置の場合、Ｌ＝５０ｍｍ＝５０×１０^−３ｍ、ΔＴ＝３０Ｋ、および線膨張係数が１００×１０^−６［１／Ｋ］を用いると、式（２）と表すことができる。

ΔＬ＝５０×１０^−３×３０×１００×１０^−６
＝１５０×１０^−６[ｍ]
＝１５０[μｍ] …（２）

本実施形態の虚像表示装置において、反射面（第１面１０３ａ）ピッチは１ｍｍ程度（０．５−１．５ｍｍ程度は調整可能）であるため、画像光の光量に与える影響は十分に大きいと考えられる。

以上のような、導光部材１００の膨張による光量変化を解決するためには、導光部材１００の温度に応じて、画像処理パターンを変化させればよい。

つまり、例えば、画像処理回路５００（画像処理部の一例）は、画像表示素子１０の動作時間に基づいて、画像情報に対して行毎及び列毎に画像処理を行う。具体的には、例えば、画像表示素子１０の動作時間と上昇温度の相関テーブルを予め記憶しておき、動作時間に対応する上昇温度を用いて温度を予測する。画像処理回路５００は、画像処理の一例として光量補正を行う。

また、例えば、虚像表示装置は、導光部材１００の温度を検知する温度センサ（例えば、熱電対や抵抗温度計）を備える。そして、画像処理回路５００は、検知された導光部材１００の温度に基づいて、画像情報に対して行毎及び列毎の画像処理を行う。なお、温度を検知する場合、熱膨張量そのものを測定するものであってもよく、この場合は間接的に導光部材１００の温度を測定することになる。画像処理回路５００は、画像処理の一例として光量補正を行う。

こうした画像処理方法は、導光部材１００を外し、画像表示素子１０から出力される画像光を経時観察することで、どのようなパターンで画像処理が行われているか確認することができる。例えば、ストライプ画像を投影し続けることで、そのストライプ画像の間隔が変化していくことを確認することで、画像処理のパターンが確認できる。

１０ 画像表示素子
３００ コリメート光学系
ＬＳ 光源
５０ ライトガイド
１００ 導光部材
１０１ 光線入射部
１０３ 画像取り出し部
１０３ａ 第１面
１０３ｂ 第２面
１０４ 光線射出部
１５０ 接着剤
２００ 光学部材
２１０ 前面（平行面）
２０３ 傾斜部
５００ 画像処理回路

特許第５７０３８７５号公報

Claims (11)

1. 光源と、
   前記光源から照射された光を受けて、複数の行及び複数の列に配置される画素ごとの画像情報を含む画像光を出力する画像表示素子と、
   前記画像光を平行にして射出する光学系と、
   前記光学系から射出された前記画像光を導光して射出する導光部と、
   前記画像情報に対して行毎及び列毎に異なる画像処理を行う画像処理部と、を備える、虚像表示装置。
2. 前記画像処理部は、出力された前記画像光が観察者に到達するまでの光路が長いほど光量を強くするよう、前記画像情報に対して行毎及び列毎に光量補正を行う、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記画像表示素子は、液晶表示素子または有機ＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）であって、
   前記画像処理部は、前記画像情報の各色の透過量を調整することで前記光量補正を行う、請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記画像表示素子は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）であって、
   前記画像処理部は、前記画像表示素子で前記光源から照射された光が反射するタイミングを調整することで前記光量補正を行う、請求項２に記載の虚像表示装置。
5. 前記導光部は、前記画像光が入射される光線入射部と、前記画像光を外部に射出するための光線射出部とが異なる面で形成された導光部材を有し、
   前記導光部材は、前記光線射出部に対して傾斜する第１面と前記光線射出部と平行な第２面とが交互に設けられ、前記画像光を前記第１面で反射させて前記光線射出部に導光して取り出す画像取り出し部を備える、請求項１〜４のいずれか一つに記載の虚像表示装置。
6. 前記画像処理部は、前記画像表示素子の動作時間に基づいて、前記画像情報に対して行毎及び列毎に画像処理を行う、請求項１に記載の虚像表示装置。
7. 前記画像処理部は、前記画像情報に対して行毎及び列毎に光量補正を行う、請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 前記導光部の温度を検知する温度検知部をさらに有し、
   前記画像処理部は、検知された前記導光部の温度に基づいて、前記画像情報に対して行毎及び列毎に画像処理を行う、請求項１に記載の虚像表示装置。
9. 前記画像処理部は、前記画像情報に対して行毎及び列毎に光量補正を行う、請求項８に記載の虚像表示装置。
10. 前記導光部は、前記導光部材に一体的に設けられる光学部材をさらに有し、
    前記光学部材は、前記光線射出部に平行な平行面と、前記平行面に対して傾斜し、前記画像取り出し部に対向して配置される傾斜面と、を有する、請求項５に記載の虚像表示装置。
11. 前記導光部は、前記導光部材と前記光学部材とが接着剤で接合されている、請求項１０に記載の虚像表示装置。

Images