JP5218438B2

JP5218438B2 - 表示装置

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Publication number: JP5218438B2
Application number: JP2010012958A
Authority: JP
Inventors: 真人田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011150231A

Description

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。

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２は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイ（表示装置）を示す外観図である。また、図３は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイの平面の概略構成を示す光路図である。
眼鏡型ディスプレイ１０１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Ｕ１と、ユニット部Ｕ１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４と、ユニット部Ｕ１とライトガイド４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）。
なお、眼鏡型ディスプレイ１０１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。Ｚ方向は観察者の前方であり、Ｙ方向は観察者の上方であり、Ｘ方向は観察者の左方である。

ユニット部Ｕ１は、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成して画像表示光Ｌを出射する透過型液晶表示器（表示素子）３１と観察対象の虚像を形成する光学系３２と光源（図示せず）とを有する出射機構３（Ｓ１）と、制御部１１０とを備える。
透過型液晶表示器３１は、制御部１１０からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。
光学系３２は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを透過させる光学素子を有する。これにより、光学系３２は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを透過させながら、観察対象の虚像を形成する。

ライトガイド４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３の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面（全反射面）４１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面４２と、空気との界面によって入射面４１と出射面４２との間に形成される側面群４３とを有する。
側面群４３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、第一面４３ａと、第一面４３ａとＺ方向で対向する第二面４３ｂと、第三面（図示せず）と、第三面とＹ方向で対向する第四面（図示せず）とを有する。

出射面４２は、平面形状の第一ビームスプリッタ面４２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面４２ｂと、平面形状の第三ビームスプリッタ面４２ｃとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一ビームスプリッタ面４２ａと、第二ビームスプリッタ面４２ｂと、第三ビームスプリッタ面４２ｃとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面４２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面４２ｂの角度と、Ｘ方向に対する第三ビームスプリッタ面４２ｃの角度とは、Ｙ方向から見ると同じαとなるように配置されている。
このとき、第一ビームスプリッタ面４２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面４２ｂの一端部と第三ビームスプリッタ面４２ｃの一端部とは、第二面４３ｂに接触するとともに、第一ビームスプリッタ面４２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面４２ｂの他端部と第三ビームスプリッタ面４２ｃの他端部とは、第一面４３ａに接触している。
そして、第一ビームスプリッタ面４２ａと第二ビームスプリッタ面４２ｂと第三ビームスプリッタ面４２ｃとは、入射した画像表示光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の８１％を透過することが可能となっている。

このようなライトガイド４において、図３に示すように、入射面４１は、光学系３２からの表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向（第一設定方向）へと反射させる。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射しながら、第一ビームスプリッタ面４２ａに導く。そこで、第一ビームスプリッタ面４２ａは、入射した画像表示光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の８１％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の１９．０％である画像表示光Ｌａの光束を、観察者に向かって導く。このとき、第一ビームスプリッタ面４２ａから出射して、第一の位置にある観察者の眼Ｅａに導かれる。
また、第一ビームスプリッタ面４２ａを透過した画像表示光Ｌは、第二ビームスプリッタ面４２ｂに到達する。そこで、第二ビームスプリッタ面４２ｂは、入射した画像表示光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の８１％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の１５．４％である画像表示光Ｌｂの光束を観察者に向かって導く。このとき、第二ビームスプリッタ面４２ｂから出射して、第二の位置にある観察者の眼Ｅｂに導かれる。
さらに、第二ビームスプリッタ面４２ｂを透過した画像表示光Ｌは、第三ビームスプリッタ面４２ｃに到達する。そこで、第三ビームスプリッタ面４２ｃは、入射した画像表示光Ｌの光束の１９％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の８１％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の１２．５％である画像表示光Ｌｃの光束を観察者に向かって導く。このとき、第三ビームスプリッタ面４２ｃから出射して、第三の位置にある観察者の眼Ｅｃに導かれる。

特表２００３−５３６１０２号公報

ところで、このような眼鏡型ディスプレイ１０１では、ライトガイド４の各ビームスプリッタ面４２ａ、４２ｂ、４２ｃを透過する外部からの光ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ３が均一にはなるが、Ｘ方向に進むにつれて、画像表示光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの光束の輝度が弱くなっていく。具体的には、画像表示光Ｌａが画像表示光Ｌの光束の１９．０％となり、画像表示光Ｌｂが画像表示光Ｌの光束の１５．４％となり、画像表示光Ｌｃが画像表示光Ｌの光束の１２．５％となる。
一方、Ｘ方向に進んでも、画像表示光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの光束の輝度を均一になるように、各ビームスプリッタ面４２ａ、４２ｂ、４２ｃの反射率と透過率とを、各ビームスプリッタ面４２ａ、４２ｂ、４２ｃに異なるコーティング等をすることで調整して、画像表示光Ｌａが画像表示光Ｌの光束の１２．５％となり、画像表示光Ｌｂが画像表示光Ｌの光束の１２．５％となり、画像表示光Ｌｃが画像表示光Ｌの光束の１２．５％となるようにすると、各ビームスプリッタ面４２ａ、４２ｂ、４２ｃの性質（反射率と透過率）が異なることになるため、外部からの光ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ３が不均一になる。
つまり、画像表示光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの光束の輝度を均一にするとともに、外部からの光ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ３も均一にすることができなかった。

そこで、本件発明者は、上記課題を解決するために、画像表示光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの光束の輝度を均一にするとともに、外部からの光ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ３も均一にする方法について検討を行った。その結果、第一ライトガイドと第二ライトガイドと第一出射機構と第二出射機構とを備え、第一ライトガイドで第一出射機構の画像表示光を導く第一設定方向と、第二ライトガイドで第二出射機構の画像表示光を導く第二設定方向とは、互いに反対方向とすることを見出した。

すなわち、本発明の表示装置は、画像表示光を出射する表示素子を有する第一出射機構と、第一ライトガイドと、表示しようとする画像情報に基づいて、前記第一出射機構を制御する制御部とを備え、前記第一ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有し、前記第一ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、当該ビームスプリッタ面は第一設定方向において順番に配置され、前記第一ライトガイドの入射面で第一出射機構からの画像表示光を反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第一設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く表示装置であって、画像表示光を出射する表示素子を有する第二出射機構と、第二ライトガイドとを備え、前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有し、前記第二ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、当該ビームスプリッタ面は第二設定方向において順番に配置され、前記第二ライトガイドの入射面で第二出射機構からの画像表示光を反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第二設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導き、前記第一設定方向と第二設定方向とは、互いに反対方向であるようにしている。

ここで、「第一設定方向」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、観察者の右方や、観察者の上方や、観察者の下方等となる。
また、「設定割合」とは、設計者等によって予め決められた任意の割合であり、例えば、入射した画像表示光の光束の１９％を反射するとともに、画像表示光の光束の８１％を透過するように決められる。

本発明の表示装置によれば、第一ライトガイドと第二ライトガイドと第一出射機構と第二出射機構とを備える。そして、第一ライトガイドと第二ライトガイドとは、複数のビームスプリッタ面を有する。
そこで、制御部は、例えば、画像表示光を第一出射機構から出射させる。そして、画像表示光は、第一ライトガイドに導かれる。その後、第一ライトガイドは、画像表示光を一番目のビームスプリッタ面から出射して、第一の位置にある観察者の眼Ｅａに導く。また、第一ライトガイドは、画像表示光を二番目のビームスプリッタ面から出射して、第二の位置にある観察者の眼Ｅｂに導く。このとき、二番目のビームスプリッタ面から出射される画像表示光の光束は、一番目のビームスプリッタ面から出射される画像表示光の光束に比べ暗くなる。

また、制御部は、画像表示光を第二出射機構から出射させる。そして、画像表示光は、第二ライトガイドに導かれる。その後、第二ライトガイドは、画像表示光を一番目のビームスプリッタ面から出射して、第二の位置にある観察者の眼Ｅｂに導く。また、第二ライトガイドは、画像表示光を二番目のビームスプリッタ面から出射して、第一の位置にある観察者の眼Ｅａに導く。このとき、二番目のビームスプリッタ面から出射される画像表示光の光束は、一番目のビームスプリッタ面から出射される画像表示光の光束に比べ暗くなる。

その結果、画像表示光が、第一ライトガイドと第二ライトガイドとを介して、観察者の眼に導かれる。このとき、観察者の眼Ｅａが第一の位置にあるときには、第一ライトガイドの一番目のビームスプリッタ面から出射された画像表示光と、第二ライトガイドの二番目のビームスプリッタ面から出射された画像表示光とが重なるようにして観察者の眼Ｅａに導かれる。また、観察者の眼Ｅｂが第二の位置にあるときには、第一ライトガイドの二番目のビームスプリッタ面から出射された画像表示光と、第二ライトガイドの一番目のビームスプリッタ面から出射された画像表示光とが重なるようにして観察者の眼Ｅｂに導かれる。そのため、観察者の眼Ｅがどこにあっても、画像表示光の明るさは均一となる。

以上のように、本発明の表示装置によれば、反射率と透過率とが同一であるビームスプリッタ面を用いても、画像表示光の光束の輝度を均一にするとともに、外部からの光も均一にすることができる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、同一のライトガイドのビームスプリッタ面は、お互いに平行であるようにしてもよい。

また、本発明の表示装置は、画像表示光を出射する表示素子を有する第一出射機構と、第一ライトガイドと、表示しようとする画像情報に基づいて、前記第一出射機構を制御する制御部とを備え、前記第一ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面（回折面）とを有し、前記第一ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を観察者に向かって導くことが可能な回折面であり、当該回折面は第一設定方向において所定の長さで配置され、前記第一ライトガイドの入射面（回折面）で第一出射機構からの画像表示光を回折反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第一設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く表示装置であって、画像表示光を出射する表示素子を有する第二出射機構と、第二ライトガイドとを備え、前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面（回折面）とを有し、前記第二ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を観察者に向かって導くことが可能な回折面であり、当該回折面は第二設定方向において所定の長さで配置され、前記第二ライトガイドの入射面（回折面）で第二出射機構からの画像表示光を回折反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第二設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導き、前記第一設定方向と第二設定方向とは、互いに反対方向であるようにしている。

ここで、「所定の長さ」とは、設計者等によって観察者の眼の可動範囲を考慮して予め決められた任意の長さであり、例えば、画像表示光を２回以上、好ましくは５回以上反射させるために必要な長さとなる。

本発明の表示装置によれば、第一ライトガイドと第二ライトガイドと第一出射機構と第二出射機構とを備える。そして、第一ライトガイドと第二ライトガイドとは、所定の長さの回折面を有する。
そこで、制御部は、例えば、画像表示光を第一出射機構から出射させる。そして、画像表示光は、第一ライトガイドに導かれる。その後、第一ライトガイドは、画像表示光を前半の回折面から出射して、第一の位置にある観察者の眼Ｅａに導く。また、第一ライトガイドは、画像表示光を後半の回折面から出射して、第二の位置にある観察者の眼Ｅｂに導く。このとき、後半の回折面から出射される画像表示光の光束は、前半の回折面から出射される画像表示光の光束に比べ暗くなる。

また、制御部は、画像表示光を第二出射機構から出射させる。そして、画像表示光は、第二ライトガイドに導かれる。その後、第二ライトガイドは、画像表示光を前半の回折面から出射して、第二の位置にある観察者の眼Ｅｂに導く。また、第二ライトガイドは、画像表示光を後半の回折面から出射して、第一の位置にある観察者の眼Ｅａに導く。このとき、後半の回折面から出射される画像表示光の光束は、前半の回折面から出射される画像表示光の光束に比べ暗くなる。

その結果、画像表示光が、第一ライトガイドと第二ライトガイドとを介して、観察者の眼に導かれる。このとき、観察者の眼Ｅａが第一の位置にあるときには、第一ライトガイドの前半から出射された画像表示光と、第二ライトガイドの後半の回折面から出射された画像表示光とが重なるようにして観察者の眼Ｅａに導かれる。また、観察者の眼Ｅｂが第二の位置にあるときには、第一ライトガイドの後半から出射された画像表示光と、第二ライトガイドの前半の回折面から出射された画像表示光とが重なるようにして観察者の眼Ｅｂに導かれる。そのため、観察者の眼Ｅがどこにあっても、画像表示光の明るさが均一になる。
以上のように、本発明の表示装置によれば、回折面の回折特性が均一であっても、画像表示光の光束の輝度を均一にするとともに、外部からの光も均一にすることができる。

また、上記の発明において、前記制御部は、第一出射機構と第二出射機構とに、同一の画像情報である画像表示光を出射させることにより、第一出射機構から出射された同一の画像情報に対応する画像表示光と、第二出射機構から出射された同一の画像情報に対応する画像表示光とが重なるようにして観察者の眼に導くことで、虚像を形成するようにしてもよい。

また、上記の発明において、前記第一出射機構及び第二出射機構は、前記表示素子と、前記表示素子からの画像表示光を反射又は透過して、前記第一ライトガイド又は第二ライトガイドに画像表示光を導く光学系出射面を有する光学系と、前記表示素子からの画像表示光の進行方向が変化するように、前記光学系を駆動させる光学系駆動機構とを備え、前記制御部は、画像情報の一部分に対応した画像表示光を表示素子から順番に出射させていくともに、前記表示素子からの画像表示光の進行方向に対する光学系出射面の角度が順番に変化していくように、前記光学系を駆動することを繰り返すことにより、画像情報の全部分に対応した虚像を形成するようにしてもよい。
本発明の表示装置によれば、画像情報の一部分に対応した画像表示光を出射すればよいので、第一出射機構及び第二出射機構を小型化・軽量化することができる。

本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの平面の概略構成を示す光路図である。観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイを示す外観図である。観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイの平面の概略構成を示す光路図である。第三ライトガイドの平面の概略構成を示す図である。第四ライトガイドの平面の概略構成を示す図である。

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。

＜第一の実施形態＞
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）の平面の概略構成を示す光路図である。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。
眼鏡型ディスプレイ１は、画像表示光Ｌを出射する第一ユニット部Ｕ１と、第一ユニット部Ｕ１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に導く基板である第一ライトガイド４と、画像表示光Ｌを出射する第二ユニット部Ｕ２と、第二ユニット部Ｕ２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に導く基板である第二ライトガイド５と、第一ユニット部Ｕ１と第一ライトガイド４と第二ユニット部Ｕ２と第二ライトガイド５とが取り付けられるフレーム部Ｆとを備える。

第一ライトガイド４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３の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面（全反射面）４１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面４２と、空気との界面によって入射面４１と出射面４２との間に形成される側面群４３とを有する。
側面群４３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、第一面４３ａと、第一面４３ａとＺ方向で対向する第二面４３ｂと、第三面（図示せず）と、第三面とＹ方向で対向する第四面（図示せず）とを有する。

出射面４２は、平面形状の第一ビームスプリッタ面４２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面４２ｂと、平面形状の第三ビームスプリッタ面４２ｃとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一ビームスプリッタ面４２ａと、第二ビームスプリッタ面４２ｂと、第三ビームスプリッタ面４２ｃとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面４２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面４２ｂの角度と、Ｘ方向に対する第三ビームスプリッタ面４２ｃの角度とは、Ｙ方向から見ると同じαとなるように配置されている。
このとき、第一ビームスプリッタ面４２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面４２ｂの一端部と第三ビームスプリッタ面４２ｃの一端部とは、第二面４３ｂに接触するとともに、第一ビームスプリッタ面４２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面４２ｂの他端部と第三ビームスプリッタ面４２ｃの他端部とは、第一面４３ａに接触している。
そして、第一ビームスプリッタ面４２ａと第二ビームスプリッタ面４２ｂと第三ビームスプリッタ面４２ｃとは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過することが可能となっている。

第二ライトガイド７は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され第二出射機構６の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面（全反射面）７１と、観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に第一ライトガイド４を介して配置される出射面７２と、空気との界面によって形成される側面群７３とを有する。
側面群７３は、―Ｘ方向（第二設定方向）から見ると四角形状となり、第一面７３ａと、第一面７３ａとＺ方向で対向する第二面７３ｂと、第三面（図示せず）と、第三面とＹ方向で対向する第四面（図示せず）とを有する。

出射面７２は、平面形状の第一ビームスプリッタ面７２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面７２ｂと、平面形状の第三ビームスプリッタ面７２ｃとを有する。そして、−Ｘ方向（第二設定方向）において順番に、第一ビームスプリッタ面７２ａと、第二ビームスプリッタ面７２ｂと、第三ビームスプリッタ面７２ｃとなるように配置されている。さらに、−Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面７２ａの角度と、−Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面７２ｂの角度と、−Ｘ方向に対する第三ビームスプリッタ面７２ｃの角度とは、Ｙ方向から見ると同じβとなるように配置されている。
このとき、第一ビームスプリッタ面７２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面７２ｂの一端部と第三ビームスプリッタ面７２ｃの一端部とは、第二面７３ｂに接触するとともに、第一ビームスプリッタ面７２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面７２ｂの他端部と第三ビームスプリッタ面７２ｃの他端部とは、第一面７３ａに接触している。
そして、第一ビームスプリッタ面７２ａと第二ビームスプリッタ面７２ｂと第三ビームスプリッタ面７２ｃとは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過することが可能となっている。

第一ユニット部Ｕ１は、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成して画像表示光Ｌを出射する透過型液晶表示器（表示素子）３１と観察対象の虚像を形成する光学系３２と光源（図示せず）とを有する第一出射機構３（Ｓ１）と、制御部１０とを備える。
透過型液晶表示器３１は、制御部１０からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。

第二ユニット部Ｕ２は、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成して画像表示光Ｌを出射する透過型液晶表示器（表示素子）６１と観察対象の虚像を形成する光学系６２と光源（図示せず）とを有する第二出射機構６（Ｓ２）と、第一ユニット部Ｕ１の制御部１０と接続される配線１１とを備える。
透過型液晶表示器６１は、制御部１０からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。
光学系６２は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを透過させる光学素子を有する。これにより、光学系６２は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを透過させながら、観察対象の虚像を形成する。

制御部１０は、ＣＰＵとメモリとを備える。また、ＣＰＵが処理する機能をブロック化して説明すると、表示制御部１０ａを有する。
表示制御部１０ａは、透過型液晶表示器３１に画像信号を出力するとともに、透過型液晶表示器６１に画像信号を出力するように制御する。このとき、透過型液晶表示器３１に出力する画像信号と、透過型液晶表示器６１に出力する画像信号とは、同一の画像情報となる。

このような眼鏡型ディスプレイ１において、表示制御部１０ａが、透過型液晶表示器３１と透過型液晶表示器６１とに画像信号を出力する。
その結果、透過型液晶表示器３１から出射された画像表示光Ｌは、光学系３２から第一ライトガイド４の入射面４１に導かれる。
図１に示すように、第一ライトガイド４の入射面４１は、光学系３２からの表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向（第一設定方向）へと反射させる。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射しながら、第一ビームスプリッタ面４２ａに導く。そこで、第一ビームスプリッタ面４２ａは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の１０％である画像表示光Ｌ１ａの光束を、観察者の眼Ｅａに向かって導く。

また、第一ビームスプリッタ面４２ａを透過した画像表示光Ｌは、第二ビームスプリッタ面４２ｂに到達する。そこで、第二ビームスプリッタ面４２ｂは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の９％である画像表示光Ｌ１ｂの光束を観察者に向かって導く。
さらに、第二ビームスプリッタ面４２ｂを透過した画像表示光Ｌは、第三ビームスプリッタ面４２ｃに到達する。そこで、第三ビームスプリッタ面４２ｃは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の８．１％である画像表示光Ｌ１ｃの光束を観察者に向かって導く。

一方、透過型液晶表示器６１から出射された画像表示光Ｌは、光学系６２から第二ライトガイド７の入射面７１に導かれる。
図１に示すように、第二ライトガイド７の入射面７１は、光学系６２からの表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを略−Ｘ方向（第二設定方向）へと反射させる。そして、第一面７３ａと第二面７３ｂとは、表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射しながら、第一ビームスプリッタ面７２ａに導く。そこで、第一ビームスプリッタ面７２ａは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の１０％である画像表示光Ｌ２ａの光束を、観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド４の第三ビームスプリッタ面４２ｃ（透過率９０％）を透過するため、画像表示光Ｌの光束の９％（１０％×９０％）が、第三の位置にある観察者の眼Ｅｃに導かれる。よって、第一ライトガイド４の第三ビームスプリッタ面４２ｃから出射された画像表示光Ｌ１ｃと、第二ライトガイド７の第一ビームスプリッタ面７２ａから出射された画像表示光Ｌ２ａとが重なるようにして観察者の眼Ｅｃに導かれる。これにより、画像表示光の光束の輝度は、画像表示光Ｌの光束の１７．１％（８．１％＋９．０％）である画像表示光の光束となる。

また、第一ビームスプリッタ面７２ａを透過した画像表示光Ｌは、第二ビームスプリッタ面７２ｂに到達する。そこで、第二ビームスプリッタ面７２ｂは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の９％である画像表示光Ｌ２ｂの光束を観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド４の第二ビームスプリッタ面４２ｂ（透過率９０％）を透過するため、画像表示光Ｌの光束の８．１％（９％×９０％）が第二の位置にある観察者の眼Ｅｂに導かれる。よって、第一ライトガイド４の第二ビームスプリッタ面４２ｂから出射された画像表示光Ｌ１ｂと、第二ライトガイド７の第二ビームスプリッタ面７２ｂから出射された画像表示光Ｌ２ｂとが重なるようにして観察者の眼Ｅｂに導かれる。これにより、画像表示光の光束の輝度は、画像表示光Ｌの光束の１７．１％（９％＋８．１％）である画像表示光の光束となる。

さらに、第二ビームスプリッタ面７２ｂを透過した画像表示光Ｌは、第三ビームスプリッタ面７２ｃに到達する。そこで、第三ビームスプリッタ面７２ｃは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過する。つまり、画像表示光Ｌの光束の８．１％である画像表示光Ｌ２ｃの光束を観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド４の第一ビームスプリッタ面４２ａ（透過率９０％）を透過するため、画像表示光Ｌの光束の７．３％（８．１％×９０％）が、第一の位置にある観察者の眼Ｅａに導かれる。よって、第一ライトガイド４の第一ビームスプリッタ面４２ａから出射された画像表示光Ｌ１ａと、第二ライトガイド７の第三ビームスプリッタ面７２ｃから出射された画像表示光Ｌ２ｃとが重なるようにして観察者の眼Ｅａに導かれる。これにより、画像表示光の光束の輝度は、画像表示光Ｌの光束の１７．３％（１０％＋７．３％）である画像表示光の光束となる。
また、外部からの光は、第二ライトガイド７の各ビームスプリッタ面（透過率９０％）及び第一ライトガイド４の各ビームスプリッタ面（透過率９０％）を透過するため、各眼の位置Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃにおける外部からの光ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ３は、ともに外部光の光束の８１％と均一である。

以上のように、眼鏡型ディスプレイ１によれば、反射率と透過率とが同一であるビームスプリッタ面４２ａ〜４２ｃ、７２ａ〜７２ｃを用いても、画像表示光の光束の輝度を均一にするとともに、第一ライトガイド４の各ビームスプリッタ面４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、第二ライトガイド７の各ビームスプリッタ面７２ａ、７２ｂ、７２ｃとを透過する外部からの光ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ３も均一にすることができる。

＜第二の実施形態＞
上述した眼鏡型ディスプレイ１では、第一ライトガイド４と第二ライトガイド７とを用いる構成を示したが、第一ライトガイド４と第二ライトガイド７との代わりに、下述するライトガイド８０を２枚用いるような構成としてもよい。図４は、第一ライトガイド４の代わりに用いるライトガイド８０の平面の概略構成を示す図である。
ライトガイド８０は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され第一出射機構３の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面（回折面）８１と、観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面（回折面）８２と、空気との界面によって形成される側面群８３とを有する。
側面群８３は、Ｘ方向（第一設定方向）から見ると四角形状となり、第一面８３ａと、第一面８３ａとＺ方向で対向する第二面８３ｂと、第三面（図示せず）と、第三面とＹ方向で対向する第四面（図示せず）とを有する。

入射面８１は、平面形状の回折面からなり、第二面８３ｂ上に所定の面積（Ｘ方向での長さは、画像表示光Ｌを１回反射させるために必要な長さである）で形成されている。そして、回折面は、入射した画像表示光Ｌの全光束を略Ｘ方向（第一設定方向）に回折反射することが可能となっている。
出射面８２は、平面形状の回折面からなり、第二面８３ｂ上に所定の面積（Ｘ方向での長さは、画像表示光Ｌをｉ回反射させるために必要な長さである）で形成されている。そして、回折面は、入射した画像表示光Ｌの９０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの１０％を観察者の眼Ｅの方向に回折させて導くことが可能となっている。

＜第三の実施形態＞
上述した眼鏡型ディスプレイ１では、第一ライトガイド４と第二ライトガイド７とを用いる構成を示したが、第一ライトガイド４と第二ライトガイド７との代わりに、下述するライトガイド９０を用いるような構成としてもよい。図５は、第一ライトガイド４の代わりに用いるライトガイド９０の平面の概略構成を示す図である。
ライトガイド９０は、ポリカーボネイト製（屈折率ｎｇ）の平板形状となり、一端部に形成され第一出射機構３の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面９１と、観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面９２と、空気との界面によって形成される側面群９３とを有する。
側面群９３は、Ｘ方向（第一設定方向）から見ると四角形状となり、第一面９３ａと、第一面９３ａとＺ方向で対向する第二面９３ｂと、第三面（図示せず）と、第三面とＹ方向で対向する第四面（図示せず）とを有する。

入射面９１は、３枚の全反射面からなり、平面形状の第一反射面９１ａと、平面形状の第二反射面９１ｂと、平面形状の第三反射面９１ｃとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一反射面９１ａと、第二反射面９１ｂと、第三反射面９１ｃとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一反射面９１ａの角度と、Ｘ方向に対する第二反射面９１ｂの角度と、Ｘ方向に対する第三反射面９１ｃの角度とは、Ｙ方向から見ると同じβとなるように配置されている。
このとき、第一反射面９１ａの一端部と第二反射面９１ｂの一端部と第三反射面９１ｃの一端部とは、第二面９３ｂに接触するとともに、第一反射面９１ａの他端部と第二反射面９１ｂの他端部と第三反射面９１ｃの他端部とは、第一面９３ａに接しない。
そして、第一反射面９１ａと第二反射面９１ｂと第三反射面９１ｃとは、入射した画像表示光Ｌの光束の全光束を反射することが可能となっている。

出射面９２は、Ｓ枚のビームスプリッタ面からなり、平面形状の第一ビームスプリッタ面９２ａと、平面形状の第二ビームスプリッタ面９２ｂと、・・・、平面形状の第Ｓビームスプリッタ面９２ｓとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一ビームスプリッタ面９２ａと、第二ビームスプリッタ面９２ｂと、・・・、第Ｓビームスプリッタ面９２ｓとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一ビームスプリッタ面９２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二ビームスプリッタ面９２ｂの角度と、・・・、Ｘ方向に対する第Ｓビームスプリッタ面９２ｓの角度とは、Ｙ方向から見ると同じαとなるように配置されている。
このとき、第一ビームスプリッタ面９２ａの一端部と第二ビームスプリッタ面９２ｂの一端部と、・・・、第Ｓビームスプリッタ面９２ｓの一端部とは、第二面９３ｂに接触するとともに、第一ビームスプリッタ面９２ａの他端部と第二ビームスプリッタ面９２ｂの他端部と、・・・、第Ｓビームスプリッタ面９２ｓの他端部とは、第一面９３ａに接しない。
そして、第一ビームスプリッタ面９２ａと第二ビームスプリッタ面９２ｂと、・・・、第Ｓビームスプリッタ面９２ｓとは、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過することが可能となっている。

＜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。
上記表示素子は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色光を時分割発光する光源により、観察対象の虚像をカラー表示してもよい。

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い。
また、上述した眼鏡型ディスプレイにおいて、Ｘ方向と第一設定方向とは一致するような構成を示したが、Ｘ方向と第一設定方向とは一致しないような構成としてもよく、第一設定方向は任意の一方向とすることができる。
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。

上述した眼鏡型ディスプレイにおいて、第一ライトガイド４が３枚のビームスプリッタ面４２ａ〜４２ｃを有するとともに、第二ライトガイド７が３枚のビームスプリッタ面７２ａ〜７２ｃを有するような構成を示したが、第一ライトガイドが４枚のビームスプリッタ面を有するとともに、第二ライトガイドが６枚のビームスプリッタ面を有するような構成としてもよく、ビームスプリッタ面は任意の数とすることができる。
上述した眼鏡型ディスプレイにおいて、第一ライトガイド４のビームスプリッタ面４２ａ〜４２ｃと第二ライトガイド７のビームスプリッタ面７２ａ〜７２ｃとが、入射した画像表示光Ｌの光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の９０％を透過するビームスプリッタ面であるような構成を示したが、第一ライトガイド４のビームスプリッタ面４２ａ〜４２ｃと第二ライトガイド７のビームスプリッタ面７２ａ〜７２ｃとが、それぞれ異なる割合を反射するとともに、それぞれ異なる割合を透過するビームスプリッタ面であるような構成としてもよい。

上述した眼鏡型ディスプレイにおいて、第一出射機構３は、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を形成して画像表示光Ｌを出射する透過型液晶表示器３１を有するような構成を示したが、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｘ_１／２×Ｙ_１／２）となる画像を形成して画像表示光Ｌを出射する透過型液晶表示器と、透過型液晶表示器からの画像表示光を反射して、第一ライトガイドに画像表示光を導く光学系出射面を有する光学系と、透過型液晶表示器からの画像表示光の進行方向が４段階に変化するように、光学系を駆動させる光学系駆動機構とを有するような構成としてもよい。この場合、制御部は、画像情報の一部分に対応した画像表示光を透過型液晶表示器から順番に出射させていくともに、透過型液晶表示器からの画像表示光の進行方向に対する光学系出射面の角度が順番に変化していくように、光学系を駆動することを繰り返すことになる。
このとき、光学系を早い速度で駆動することになるため、表示制御部は、第一の透過型液晶表示器と第二の透過型液晶表示器とに、同一の画像情報の一部分である画像表示光を出射させてもよいが、第一の透過型液晶表示器と第二の透過型液晶表示器とに、同一の画像情報の異なる部分である画像表示光を出射させてもよい。

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。

１、１０１眼鏡型ディスプレイ（表示装置）
３第一出射機構
４第一ライトガイド
６第二出射機構
７第二ライトガイド
１０制御部
３１、６１透過型液晶表示器（表示素子）
４１、７１入射面
４２、７２出射面
４２ａ、７２ａ第一ビームスプリッタ面
４２ｂ、７２ｂ第二ビームスプリッタ面
４２ｃ、７２ｂ第三ビームスプリッタ面
４３ａ、７３ａ第一面
４３ｂ、７３ｂ第二面
Ｌ画像表示光
Ｅ観察者の眼

Claims

画像表示光を出射する表示素子を有する第一出射機構と、
第一ライトガイドと、
表示しようとする画像情報に基づいて、前記第一出射機構を制御する制御部とを備え、
前記第一ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有し、
前記第一ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、当該ビームスプリッタ面は第一設定方向において順番に配置され、
前記第一ライトガイドの入射面で第一出射機構からの画像表示光を反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第一設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く表示装置であって、
画像表示光を出射する表示素子を有する第二出射機構と、
第二ライトガイドとを備え、
前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有し、
前記第二ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を透過することが可能な複数の平面形状のビームスプリッタ面であり、当該ビームスプリッタ面は第二設定方向において順番に配置され、
前記第二ライトガイドの入射面で第二出射機構からの画像表示光を反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第二設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導き、
前記第一設定方向と第二設定方向とは、互いに反対方向であることを特徴とする表示装置。
同一のライトガイドのビームスプリッタ面は、お互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
画像表示光を出射する表示素子を有する第一出射機構と、
第一ライトガイドと、
表示しようとする画像情報に基づいて、前記第一出射機構を制御する制御部とを備え、
前記第一ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有し、
前記第一ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を回折する回折面であり、当該回折面は第一設定方向において所定の長さで配置され、
前記第一ライトガイドの入射面で第一出射機構からの画像表示光を回折反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第一設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く表示装置であって、
画像表示光を出射する表示素子を有する第二出射機構と、
第二ライトガイドとを備え、
前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有し、
前記第二ライトガイドの出射面は、入射した画像表示光の光束の設定割合を反射するとともに、画像表示光の光束の設定割合を回折反射する回折面であり、当該回折面は第二設定方向において所定の長さで配置され、
前記第二ライトガイドの入射面で第二出射機構からの画像表示光を回折反射させた後、前記第一面と第二面とで画像表示光を第二設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導き、
前記第一設定方向と第二設定方向とは、互いに反対方向であることを特徴とする表示装置。
前記制御部は、第一出射機構と第二出射機構とに、同一の画像情報である画像表示光を出射させることにより、第一出射機構から出射された同一の画像情報に対応する画像表示光と、第二出射機構から出射された同一の画像情報に対応する画像表示光とが重なるようにして観察者の眼に導くことで、虚像を形成す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。