JP5240214B2

JP5240214B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP5240214B2
Application number: JP2010030419A
Authority: JP
Inventors: 真人田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: JP2011164545A

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５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６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４０１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４０４と、ユニット部Ｕとライトガイド４０４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４０１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方向は観察者の下方であり、Ｘ方向は観察者の左方である。

ユニット部Ｕ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）４０２を有する出射機構Ｓと、観察対象の虚像を形成する光学系４０３と、制御部４１０とを備える。
出射機構Ｓは、光源（図示せず）と、透過型液晶表示器４０２とを備える。透過型液晶表示器４０２は、制御部４１０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を角度範囲θ（例えば、２０°）で出射する。
光学系４０３は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを透過させる第一光学素子を有する。これにより、光学系４０３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４０４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Ｓの前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面４４１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４４２と、空気との界面によって入射面４４１と出射面４４２との間に形成される側面群４４３とを有する。
側面群４４３は、Ｘ方向から見ると四角形状となり、第一面４４３ａと、第一面４４３ａとＺ方向で対向する第二面４４３ｂ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４４２は、平面形状の第一出射面４４２ａと、平面形状の第二出射面４４２ｂとを有する。そして、Ｘ方向において順番に、第一出射面４４２ａと、第二出射面４４２ｂとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一出射面４４２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二出射面４４２ｂの角度とは、Ｙ方向から見ると同じα（例えば、２４°）となるように配置されている。
そして、第一出射面４４２ａと第二出射面４４２ｂとは、入射した画像表示光Ｌの光束の一部を反射するとともに、画像表示光Ｌの光束の一部を透過することが可能なビームスプリッタ面となっている。

このようなライトガイド４０４において、入射面４４１は、光学系４０３からの表示領域（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向（設定方向）へと反射させる。そして、第一面４４３ａと第二面４４３ｂ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、第一出射面４４２ａに導く。ここで、透過型液晶表示器４０２の表示位置ａから出射される画像表示光Ｌａは、第一出射面４４２ａで一部の光束が反射されて観察者の眼Ｅに導かれ、一方、表示位置ｂから出射される画像表示光Ｌｂは、第一出射面４４２ａで一部の光束が透過する。つまり、画像表示光Ｌａが第一面４４３ａから第一出射角度ψ_１で出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
また、透過型液晶表示器４０２の表示位置ｂから出射される画像表示光Ｌｂは、第一出射面４４２ａで一部の光束が透過し、第二面４４３ｂで光束が反射され、第一出射面４４２ａで光束が透過し、第一面４４３ａで光束が反射され、第二出射面４４２ｂで一部の光束が反射されて観察者の眼Ｅに導かれる。つまり、画像表示光Ｌｂが第一面４４３ａから第二出射角度ψ_２で出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。

その結果、角度範囲θ（例えば、２０°）の画像表示光Ｌの光束が、観察者の眼Ｅに導かれることになる。

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４０１では、画像表示光Ｌの光束が、効率よく観察者の眼Ｅに導かれるようにするため、図７に示すように、ライトガイド４０４の外部に画像表示光Ｌが漏れないように角度βを大きくするとともに、図８に示すように、第一出射面４４２ａの裏面で画像表示光Ｌが反射しないように角度γを小さくすることが好ましい。しかし、角度βが大きくなればなるほど、角度γは大きくなっていく。一方、角度βが小さくなればなるほど、角度γは小さくなっていく。つまり、眼鏡型ディスプレイ４０１で、画像表示光Ｌの光束が、効率よく観察者の眼Ｅに導かれるようにするためには、角度βと角度γとのバランスを考慮して、角度βを所定の範囲内（例えば、全反射条件を満足するｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）に抑えながら、角度γも所定の範囲内（例えば、８０°以下）に抑えていた。なお、ｎ１は空気の屈折率である。このため、角度範囲θ（例えば、２０°）が狭い画像表示光Ｌの光束が、観察者の眼Ｅに導かれることになっていた。

そこで、本件発明者らは、上記課題を解決するために、角度範囲θが広い画像表示光Ｌの光束を、観察者の眼Ｅに高輝度で導く方法について検討を行った。その結果、少なくとも２個のライトガイドを備え、一のライトガイドによって角度範囲θ_１の画像表示光Ｌ１の光束を、観察者の眼Ｅに導くとともに、他のライトガイドによって角度範囲θ_２の画像表示光Ｌ２の光束を、観察者の眼Ｅに導き、かつ、角度範囲θ_１の画像表示光Ｌ１の光束と角度範囲θ_２の画像表示光Ｌ２の光束とを並べるようにして観察者の眼Ｅに導くことを見出した。
また、解像度が上がった画像表示光Ｌの光束を、観察者の眼Ｅに高輝度で導く方法について検討も行った。その結果、少なくとも２個のライトガイドを備え、一のライトガイドによって角度範囲θ_１の画像表示光Ｌ１の光束を、観察者の眼Ｅに導くとともに、他のライトガイドによって角度範囲θ_２の画像表示光Ｌ２の光束を、観察者の眼Ｅに導き、かつ、角度範囲θ_１の画像表示光Ｌ１の光束と角度範囲θ_２の画像表示光Ｌ２の光束とを並べたり重ねたりするようにして観察者の眼Ｅに導くことを見出した。

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出射機構と、ライトガイドと、表示しようとする画像情報に基づいて、前記出射機構を制御する制御部とを備え、前記ライトガイドは、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、前記入射面で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、少なくとも２個のライトガイドを備え、前記出射機構は、ライトガイドと同数の表示素子を有し、１個の表示素子は、１個のライトガイドに画像表示光を出射し、各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、同一のライトガイドのビームスプリッタ面は、お互いに平行であり、前記制御部は、各ライトガイドに、互いに半画素ずつずらされた画像情報に対応する画像表示光を出射機構からそれぞれ出射することにより、前記観察者に各画像情報を重ねた虚像を形成することで、虚像の解像度を上げるようにしている。

ここで、「設定方向」とは、設計者等によってライトガイドにおいて予め決められることになる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ように配置される。
また、「異なる画像情報」とは、一つの画像における右半分と左半分とであったり、同じに見える画像であっても画素がずれていること等をいう。

本発明の表示装置によれば、少なくとも２個のライトガイドを備える。
そして、制御部は、例えば、第一部分の画像情報に対応した画像表示光を出射機構から出射させる。そして、第一部分の画像情報に対応した画像表示光は、第一のライトガイドに導かれる。その後、第一のライトガイドは、第一部分の画像情報に対応した画像表示光を、出射面から第一角度範囲で出射して、観察者の眼に導く。
また、制御部は、第二部分の画像情報に対応した画像表示光を出射機構から出射させる。そして、第二部分の画像情報に対応した画像表示光は、第二のライトガイドに導かれる。その後、第二のライトガイドは、第二部分の画像情報に対応した画像表示光を、出射面から第二角度範囲で出射して、観察者の眼に導く。
その結果、第一部分の画像情報と第二部分の画像情報とが並べられたり重ねられたりした画像表示光が、第一のライトガイドと第二のライトガイドとを介して、観察者の眼に導かれる。

以上のように、本発明の表示装置によれば、角度範囲θが広い画像表示光Ｌの光束を、観察者の眼Ｅに高輝度で導くことができたり、解像度が上がった画像表示光Ｌの光束を、観察者の眼Ｅに高輝度で導くことができたりする。

（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、前記出射機構は、ライトガイドと同数の表示素子を有し、１個の表示素子は、１個のライトガイドに画像表示光を出射するようにしてもよい。
また、上記の発明において、各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、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。
ここで、「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１０％を反射するとともに、画像表示光の光束の９０％を透過するように決められる。

また、上記の発明において、各ライトガイドにおける設定方向は、同一の方向であり、異なるライトガイドのビームスプリッタ面は、お互いに平行でなく、前記制御部は、前記観察者に各画像情報を並べた虚像を形成することで、虚像の範囲を拡大するようにしてもよい。
そして、上記の発明において、異なるライトガイドのビームスプリッタ面は、お互いに平行でなく、前記制御部は、前記観察者に各画像情報を重ねた虚像を形成することで、虚像の解像度を上げるようにしてもよい。

さらに、上記の発明において、各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、当該回折面は設定方向において所定の長さで配置されているようにしてもよい。
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。表示した虚像を説明するための図である。本発明の他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。表示した虚像を説明するための図である。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。ライトガイドの一部における拡大光路図である。ライトガイドの一部における拡大光路図である。

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４０１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Ｌ１、Ｌ２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Ｌ１、Ｌ２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及び第二ライトガイド７と、ユニット部Ｕと第一ライトガイド４と第二ライトガイド７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、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Ｌ１、Ｌ２を出射する第一透過型液晶表示器（表示素子）２及び第二透過型液晶表示器（表示素子）５を有する出射機構Ｓと、観察対象の虚像を形成する第一光学系３及び第二光学系６と、制御部１０とを備える。
出射機構Ｓは、光源（図示せず）と第一透過型液晶表示器２とを備える第一出射機構Ｓ１と、光源（図示せず）と第二透過型液晶表示器５とを備える第二出射機構Ｓ２とを備える。
第一透過型液晶表示器２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Ｌ１を出射する。
第一光学系３は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌ１を透過させる第一光学素子を有する。これにより、第一光学系３は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌ１を透過させながら、第一角度範囲θ_１（例えば、２０°）で出射し、観察対象の虚像を形成する。

第二透過型液晶表示器５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Ｌ２を出射する。
第二光学系６は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌ２を透過させる第二光学素子を有する。これにより、第二光学系６は、表示領域の全範囲（Ｘ_１×Ｙ_１）の画像表示光Ｌ２を透過させながら、第二角度範囲θ_２（例えば、２０°）で出射し、観察対象の虚像を形成する。

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、一端部に形成され第一出射機構Ｓ１の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面４１と、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（第一ライトガイド４における設定方向）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、２枚の平面形状の出射面からなり、Ｘ方向（設定方向）において順番に、第一出射面４２ａと、第二出射面４２ｂとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一出射面４２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二出射面４２ｂの角度とは、Ｙ方向から見ると同じα_４２（例えば、２６°）となるように配置されている。
そして、第一出射面４２ａと第二出射面４２ｂとは、入射した画像表示光Ｌ１の光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌ１の光束の９０％を透過することが可能なビームスプリッタ面となっている。

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Ｓ２の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面７１と、観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面７２と、空気との界面によって入射面７１と出射面７２との間に形成される側面群７３とを有する。
側面群７３は、Ｘ方向（第二ライトガイド７における設定方向）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、２枚の平面形状の出射面からなり、Ｘ方向（設定方向）において順番に、第一出射面７２ａと、第二出射面７２ｂとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一出射面７２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二出射面７２ｂの角度とは、Ｙ方向から見ると同じα_７２（例えば、２０°）となるように配置されている。このとき、第一出射面７２ａと第二出射面７２ｂとの角度α_７２は、第一出射面４２ａと第二出射面４２ｂとの角度α_４２より小さくなっている。よって、入射面７１で画像表示光Ｌ２をＸ方向に近い方向へと反射しても、角度γを所定の範囲内（例えば、８０°以下）に抑えることを満足することができる。
そして、第一出射面７２ａと第二出射面７２ｂとは、入射した画像表示光Ｌ２の光束の１０％を反射するとともに、画像表示光Ｌ２の光束の９０％を透過することが可能なビームスプリッタ面となっている。

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、画像信号を第一透過型液晶表示器２及び第二透過型液晶表示器５に画像信号を出力するように制御する。図２は、表示した虚像を説明するための図である。
具体的には、第一部分（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を示す第１画像信号を出力する。つまり、図２（ａ）に示すような部分Ｄ１となる画像を示す第１画像信号を出力する。このとき、第一部分Ｄ１となる画像の画素数は、ｎ×ｍとなっている。また、第二部分（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を示す第２画像信号を出力する。つまり、図２（ｂ）に示すような部分Ｄ２となる画像を示す第２画像信号を出力する。このとき、第二部分Ｄ２となる画像の画素数は、ｎ×ｍとなっている。

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、第１画像信号を出力するとともに、第２画像信号を出力する。
その結果、表示位置ａから出射される画像表示光Ｌ１ａは、第一ライトガイド４の入射面４１に導かれる。第一ライトガイド４の入射面４１は、画像表示光Ｌ１ａを略Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、表示位置ａから出射される画像表示光Ｌ１ａを交互に複数回反射しながら、第一出射面４２ａに導く。そこで、第一出射面４２ａは、入射した画像表示光Ｌ１ａの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ１ａの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド４の第一面４３ａから第二出射角度ψ_２で出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。

また、表示位置ｂから出射される画像表示光Ｌ１ｂは、第一ライトガイド４の入射面４１に導かれる。第一ライトガイド４の入射面４１は、画像表示光Ｌ１ｂを略Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、表示位置ｂから出射される画像表示光Ｌ１ｂを交互に複数回反射しながら、第一出射面４２ａに導く。そこで、第一出射面４２ａは画像表示光Ｌ１ｂの光束の一部を透過させる。そして、画像表示光Ｌ１ｂは、第二面４３ｂで反射されて第一出射面４２ａに到達する。そこで、第一出射面４２ａは画像表示光Ｌ１ｂの光束を透過させる。このとき、角度γは所定の範囲内（例えば、８０°以下）になっている。その後、画像表示光Ｌ１ｂは、第一面４３ａで反射されて第二出射面４２ｂに到達する。そこで、第二出射面４２ｂは、入射した画像表示光Ｌ１ｂの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ１ｂの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド４の第一面４３ａから第三出射角度ψ_３で出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
その結果、第一角度範囲θ_１（例えば、２０°）の画像表示光Ｌ１の光束が、観察者の眼Ｅに導かれることになる。

一方、表示位置ｃから出射される画像表示光Ｌ２ｃは、第二ライトガイド７の入射面７１に導かれる。第二ライトガイド７の入射面７１は、画像表示光Ｌ２ｃを略Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面７３ａと第二面７３ｂとは、表示位置ｃから出射される画像表示光Ｌ２ｃを交互に複数回反射しながら、第一出射面７２ａに導く。そこで、第一出射面７２ａは、入射した画像表示光Ｌ２ｃの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ２ｃの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第二ライトガイド７の第一面７３ａから出射して、第一ライトガイド４を透過した後、第一出射角度ψ_１で観察者の眼Ｅに導かれる。

また、表示位置ｄから出射される画像表示光Ｌ２ｄは、第二ライトガイド７の入射面７１に導かれる。第二ライトガイド７の入射面７１は、画像表示光Ｌ２ｄを略Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面７３ａと第二面７３ｂとは、表示位置ｄから出射される画像表示光Ｌ２ｄを交互に複数回反射しながら、第一出射面７２ａに導く。そこで、第一出射面７２ａは画像表示光Ｌ２ｄの光束の一部を透過させる。そして、画像表示光Ｌ２ｄは、第二面７３ｂで反射されて第一出射面７２ａに到達する。そこで、第一出射面７２ａは画像表示光Ｌ２ｄの光束を透過させる。このとき、角度γは所定の範囲内（例えば、８０°以下）になっている。その後、画像表示光Ｌ２ｄは、第一面７３ａで反射されて第二出射面７２ｂに到達する。そこで、第二出射面７２ｂは、入射した画像表示光Ｌ２ｄの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ２ｄを観察者に向かって導く。このとき、第二ライトガイド７の第一面７３ａから出射して、第一ライトガイド４を透過した後、第二出射角度ψ_２で観察者の眼Ｅに導かれる。
その結果、第二角度範囲θ_２（例えば、２０°）の画像表示光Ｌ２の光束が、観察者の眼Ｅに導かれることになる。

以上のように、眼鏡型ディスプレイ１によれば、第一角度範囲θ_１の画像表示光Ｌ１と第二角度範囲θ_２の画像表示光Ｌ２とが並べられるので、角度範囲θ（θ_１＋θ_２、例えば４０°）が広い画像表示光Ｌの光束を、観察者の眼Ｅに高輝度で導くことができる。

＜第二の実施形態＞
図３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１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２０１は、画像表示光Ｌ１、Ｌ２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Ｌ１、Ｌ２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２０４及び第二ライトガイド２０７と、ユニット部Ｕと第一ライトガイド２０４と第二ライトガイド２０７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２０４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Ｓ１の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面２４１と、観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面２４２と、空気との界面によって入射面２４１と出射面２４２との間に形成される側面群２４３とを有する。
側面群２４３は、Ｘ方向（第一ライトガイド２０４における設定方向）から見ると四角形状となり、第一面２４３ａと、第一面２４３ａとＺ方向で対向する第二面２４３ｂ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２４２は、２枚の平面形状の出射面からなり、Ｘ方向（設定方向）において順番に、第一出射面２４２ａと、第二出射面２４２ｂとなるように配置されている。さらに、Ｘ方向に対する第一出射面２４２ａの角度と、Ｘ方向に対する第二出射面２４２ｂの角度とは、Ｙ方向から見ると同じα_２４２（例えば、２４°）となるように配置されている。
そして、第一出射面２４２ａと第二出射面２４２ｂ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なビームスプリッタ面となっている。

第二ライトガイド２０７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Ｓ２の前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の入射面２７１と、観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される出射面２７２と、空気との界面によって入射面２７１と出射面２７２との間に形成される側面群２７３とを有する。
側面群２７３は、−Ｘ方向（第二ライトガイド２０７における設定方向）から見ると四角形状となり、第一面２７３ａと、第一面２７３ａとＺ方向で対向する第二面２７３ｂ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２７２は、２枚の平面形状の出射面からなり、−Ｘ方向（設定方向）において順番に、第一出射面２７２ａと、第二出射面２７２ｂとなるように配置されている。さらに、−Ｘ方向に対する第一出射面２７２ａの角度と、−Ｘ方向に対する第二出射面２７２ｂの角度とは、Ｙ方向から見ると同じα_２７２（例えば、２４°）となるように配置されている。
そして、第一出射面２７２ａと第二出射面２７２ｂ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なビームスプリッタ面となっている。

制御部２１０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２１０ａを有する。
表示制御部２１０ａは、画像信号を第一透過型液晶表示器２及び第二透過型液晶表示器５に画像信号を出力するように制御する。図４は、表示した虚像を説明するための図である。
具体的には、第一部分（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を示す第１画像信号を出力する。つまり、図４（ａ）に示すような部分Ｄ１となる画像を示す第１画像信号を出力する。このとき、第一部分Ｄ１となる画像の画素数は、（ｎ／２）×（ｍ／２）となっている。また、第二部分（Ｘ_１×Ｙ_１）となる画像を示す第２画像信号を出力する。つまり、図４（ｂ）に示すような部分Ｄ２となる画像を示す第２画像信号を出力する。このとき、第二部分Ｄ２となる画像の画素数は、（ｎ／２）×（ｍ／２）となっている。なお、部分Ｄ１と部分Ｄ２とは、同じに見える画像であるが、Ｘ方向及びＹ方向に半画素ずつずらしている。

このような眼鏡型ディスプレイ２０１において、表示制御部２１０ａが、第１画像信号を出力するとともに、第２画像信号を出力する。
その結果、表示位置ａから出射される画像表示光Ｌ１ａは、第一ライトガイド２０４の入射面２４１に導かれる。第一ライトガイド２０４の入射面２４１は、画像表示光Ｌ１ａを略Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面２４３ａと第二面２４３ｂとは、画像表示光Ｌ１ａを交互に複数回反射しながら、第一出射面２４２ａに導く。そこで、第一出射面２４２ａは、入射した画像表示光Ｌ１ａの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ１ａの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド２０４の第一面２４３ａから第一出射角度ψ_１で出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。

また、表示位置ｂから出射される画像表示光Ｌ１ｂは、第一ライトガイド２０４の入射面２４１に導かれる。第一ライトガイド２０４の入射面２４１は、画像表示光Ｌ１ｂを略Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面２４３ａと第二面２４３ｂとは、表示位置ｂから出射される画像表示光Ｌ１ｂを交互に複数回反射しながら、第一出射面２４２ａに導く。そこで、第一出射面２４２ａは画像表示光Ｌ１ｂの光束の一部を透過させる。そして、画像表示光Ｌ１ｂは、第二面２４３ｂで反射されて第一出射面２４２ａに到達する。そこで、第一出射面２４２ａは画像表示光Ｌ１ｂの光束を透過させる。このとき、角度γは所定の範囲内（例えば、８０°以下）になっている。その後、画像表示光Ｌ１ｂは、第一面２４３ａで反射されて第二出射面２４２ｂに到達する。そこで、第二出射面２４２ｂは、入射した画像表示光Ｌ１ｂの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ１ｂの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第一ライトガイド２０４の第一面２４３ａから第二出射角度ψ_２で出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
その結果、角度範囲θ（例えば、２０°）の画像表示光Ｌ１の光束が、観察者の眼Ｅに導かれることになる。

一方、表示位置ｃから出射される画像表示光Ｌ２ｃは、第二ライトガイド２０７の入射面２７１に導かれる。第二ライトガイド２０７の入射面２７１は、画像表示光Ｌ２ｃを略−Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面２７３ａと第二面２７３ｂとは、表示位置ｃから出射される画像表示光Ｌ２ｃを交互に複数回反射しながら、第一出射面２７２ａに導く。そこで、第一出射面２７２ａの表面は、入射した画像表示光Ｌ２ｃの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ２ｃの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第二ライトガイド２０７の第一面２７３ａから出射して、第一ライトガイド２０４を透過した後、第二出射角度ψ_２で観察者の眼Ｅに導かれる。なお、第一ライトガイド２０４の第二出射面２４２ｂから出射された画像表示光Ｌ１ｂと、第二ライトガイド２０７の第一出射面２７２ａから出射された画像表示光Ｌ２ｃとが重なり、かつ、画素がずれるようにして観察者の眼Ｅに導かれるようになっている。

また、表示位置ｄから出射される画像表示光Ｌ２ｄは、第二ライトガイド２０７の入射面２７１に導かれる。第二ライトガイド２０７の入射面２７１は、画像表示光Ｌ２ｄを略−Ｘ方向へと反射する。このとき、角度βが所定の範囲内（例えば、ｓｉｎ^−１（ｎ１／ｎｇ）以上）になるように反射する。そして、第一面２７３ａと第二面２７３ｂとは、表示位置ｄから出射される画像表示光Ｌ２ｄを交互に複数回反射しながら、第一出射面２７２ａに導く。そこで、第一出射面２７２ａ面は画像表示光Ｌ２ｄの光束の一部を透過させる。そして、画像表示光Ｌ２ｄは、第二面２７３ｂで反射されて第一出射面２７２ａに到達する。そこで、第一出射面２７２ａは画像表示光Ｌ２ｄの光束を透過させる。このとき、角度γは所定の範囲内（例えば、８０°以下）になっている。その後、画像表示光Ｌ２ｄは、第一面２７３ａで反射されて第二出射面２７２ｂに到達する。そこで、第二出射面２７２ｂは、入射した画像表示光Ｌ２ｄの光束の一部を反射して、画像表示光Ｌ２ｄの光束の一部を観察者に向かって導く。このとき、第二ライトガイド２０７の第一面２７３ａから出射して、第一ライトガイド２０４を透過した後、第一出射角度ψ_１で観察者の眼Ｅに導かれる。なお、第一ライトガイド２０４の第一出射面２４２ａから出射された画像表示光Ｌ１ａと、第二ライトガイド２０７の第二出射面２７２ｂから出射された画像表示光Ｌ２ｄとが重なり、かつ、画素がずれるようにして観察者の眼Ｅに導かれるようになっている。
その結果、角度範囲θ（例えば、２０°）の画像表示光Ｌ２の光束が、観察者の眼Ｅに導かれることになる。

以上のように、眼鏡型ディスプレイ２０１によれば、角度範囲θの画像表示光Ｌ１と角度範囲θの画像表示光Ｌ２とが重ねられるので、図４（ｃ）に示すように、解像度が高い画像表示光Ｌの光束を、観察者の眼Ｅに高輝度で導くことができる。

＜他の実施形態＞
上述した眼鏡型ディスプレイ１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。
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１において、第一ライトガイド４と第二ライトガイド７とを備えるような構成を示したが、さらに第三ライトガイドを備えるような構成としてもよい。
また、上述した眼鏡型ディスプレイ１において、出射機構Ｓは、第一透過型液晶表示器２と第二透過型液晶表示器５とを備えるような構成を示したが、１個の透過型液晶表示器を備え、制御部によって各ライトガイドには、それぞれ異なる画像情報に対応する画像表示光を出射するような構成としてもよい。

また、上述した眼鏡型ディスプレイ１において、Ｘ方向と第一ライトガイド４の設定方向とは一致するような構成を示したが、Ｘ方向と設定方向とは一致しないような構成としてもよく、設定方向は任意の一方向とすることができる。また、Ｘ方向と第二ライトガイド７の設定方向とも一致するような構成を示したが、Ｘ方向と設定方向とは一致しないような構成としてもよく、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１において、第一ライトガイド４の出射面４２ａ、４２ｂと第二ライトガイド７の出射面７２ａ、７２ｂ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の出射面４２ａ、４２ｂと第二ライトガイド７の出射面７２ａ、７２ｂ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や全反射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１において、第一ライトガイド４が２枚のビームスプリッタ面４２ａ、４２ｂを有するとともに、第二ライトガイド７が２枚のビームスプリッタ面７２ａ、７２ｂ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１において、第一ライトガイド４の出射面４２ａ、４２ｂと第二ライトガイド７の出射面７２ａ、７２ｂ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、回折面であるような構成としてもよい。

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、２０１、４０１眼鏡型ディスプレイ（表示装置）
２、５、４０２透過型液晶表示器（表示素子）
３、６、４０３光学系
４、２０４第一ライトガイド
７、２０７第二ライトガイド
１０、２１０、４１０制御部
４１、７１、２４１、２７１、４４１入射面
４２、７２、２４２、２７２、４４２出射面
４２ａ、７２ａ、２４２ａ、２７２ａ、４４２ａ第一出射面
４２ｂ、７２ｂ、２４２ｂ、２７２ｂ、４４２ｂ第二出射面
４３ａ、７３ａ、２４３ａ、２７３ａ、４４３ａ第一面
４３ｂ、７３ｂ、２４３ｂ、２７３ｂ、４４３ｂ第二面
Ｌ画像表示光
Ｅ観察者の眼
Ｓ出射機構
Ｕユニット部

Claims

画像表示光を出射する表示素子を有する出射機構と、
ライトガイドと、
表示しようとする画像情報に基づいて、前記出射機構を制御する制御部とを備え、
前記ライトガイドは、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、前記入射面で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、
少なくとも２個のライトガイドを備え、
前記出射機構は、ライトガイドと同数の表示素子を有し、
１個の表示素子は、１個のライトガイドに画像表示光を出射し、
各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、
同一のライトガイドのビームスプリッタ面は、お互いに平行であり、
前記制御部は、各ライトガイドに、互いに半画素ずつずらされた画像情報に対応する画像表示光を出射機構からそれぞれ出射することにより、前記観察者に各画像情報を重ねた虚像を形成することで、虚像の解像度を上げることを特徴とする表示装置。