WO2012169422A1 - アタッチメント - Google Patents

Abstract

　既存の携帯端末に取り付けて半透過光学素子による重畳表示を実現することができるアタッチメント等の提供。　携帯端末１０に取り付けられるアタッチメントは、携帯端末１０を取り付ける取り付け部４０と、携帯端末１０の表示部２０に表示される映像を外界視界に重畳して表示させる半透過光学素子５０と、携帯端末１０の撮像部１００の光軸方向を偏向する偏向部材（反射部材）９１を含む。

Description

アタッチメント

　本発明はアタッチメント等に関する。

　従来より、携帯端末の表示画面を半透過光学素子を利用して外界と重畳させて表示する技術が知られている。このような技術としては例えば特許文献１に開示される従来技術がある。この従来技術によれば、携帯端末の表示画面を直接観察することができると共に、半透過光学素子を介して表示画面の虚像を観察することで、外界に映像を重畳させて観察することができる。

　一方、近年の携帯電話、スマートフォン、或いはＰＤＡなどの携帯端末では、その性能の向上により、拡張現実を応用したユーザーインターフェースが実用段階に入っている。このため、これらの拡張現実の画像を簡易に表示させることができるデバイスが求められている。

特開２００６－１２００４５号公報

　しかしながら、特許文献１の従来技術では、専用に設計された携帯端末によって、重畳表示が実現されている。このため、使用者が重畳表示を必要としない場合においても、光学素子や位置調整のための部材や機構が携帯端末に付属していることとなる。つまり、重畳表示を必要としない場合においては、余計な部材や機構が携帯端末に付属することとなり、携帯端末の装置が大型化して使いづらくなってしまうという課題がある。

　また、既存の携帯端末に単に半透過光学素子を取り付けるだけでは、使用者が重畳表示を観察するときに、既存の携帯端末に付属するカメラ（撮像部）の方向が固定されてしまい、意図する方向に向けてカメラを使用することができなくなってしまうという課題もある。

　本発明の幾つかの態様によれば、既存の携帯端末に取り付けて半透過光学素子による重畳表示を実現することができるアタッチメント等を提供できる。

　また本発明の幾つかの態様によれば、既存の携帯端末に取り付けた状態で、撮像部の光軸方向を適正な方向に偏向することができるアタッチメント等を提供できる。

　本発明の一態様は、携帯端末に取り付けられるアタッチメントであって、前記携帯端末を取り付ける取り付け部と、前記携帯端末の表示部に表示される映像を外界視界に重畳して表示させる半透過光学素子と、前記携帯端末の撮像部の光軸方向を偏向する偏向部材とを含むアタッチメントに関係する。

　本発明の一態様によれば、取り付け部により携帯端末が取り付けられ、取り付けられた携帯端末の表示部に表示される映像が、半透過光学素子により外界視界に重畳されて表示されるようになる。従って、既存の携帯端末に取り付けて半透過光学素子による重畳表示を実現できるアタッチメントの提供が可能になる。また、本発明の一態様によれば、偏向部材により、携帯端末の撮像部の光軸方向を偏向できる。従って、既存の携帯端末に取り付けた状態で、撮像部の光軸方向を適正な方向に偏向できるアタッチメントの提供が可能になる。

　また本発明の一態様では、前記偏向部材は、前記外界視界からの入射光を前記撮像部側に反射させる反射部材であってもよい。

　このようにすれば、外界視界からの入射光を、偏向部材により反射させて、撮像部に入射することが可能になり、携帯端末の撮像部の光軸方向を、使用者の正面方向側へ偏向する偏向部材を実現できる。

　また本発明の一態様では、前記反射部材は、前記入射光を偶数回反射させる部材であってもよい。

　このようにすれば、撮像画像の左右反転処理を不要にすることができ、アタッチメントを使用する場合と使用しない場合とで、携帯端末の画像処理を共通化することなどが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記反射部材は、プリズムであてもよい。

　このようなプリズムによれば、入射光を偶数回反射させる反射部材を実現できる。

　また本発明の一態様では、前記撮像部は、前記携帯端末の前記表示部が設けられる面の背面に設けられ、前記反射部材は、前記取り付け部の携帯端末取り付け面の背面に設けられてもよい。

　このようにすれば、撮像部が携帯端末の背面側に設けられている場合にも、携帯端末取り付け面の背面側に設けられた反射部材により、外界視界からの入射光を反射させて、撮像部に入射することが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記撮像部は、前記携帯端末の前記表示部が設けられる面に設けられ、前記反射部材は、前記撮像部に対して前記半透過光学素子側に設けられてもよい。

　このようにすれば、携帯端末の表示部が設けられる面に撮像部が設けられている場合にも、撮像部に対して半透過光学素子側に設けられた反射部材により、外界視界からの入射光を反射させて、撮像部に入射することが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記反射部材は、前記半透過光学素子に対して回動自在に保持されてもよい。

　このようにすれば、半透過光学素子に対して回動自在に保持された反射部材により、外界視界からの入射光を反射させて、撮像部に入射することが可能になる。また反射部材が回動自在になっていることで、コンパクトな収納等も可能になるという利点がある。

　また本発明の一態様では、前記偏向部材は、前記携帯端末の撮像部の光軸方向を、前記携帯端末の使用者の正面方向側へ偏向してもよい。

　このようにすれば、使用者が重畳表示を観察するときに、撮像部の光軸方向を使用者の正面方向側に向けて正面方向側の外界の撮像等を行うことが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記半透過光学素子により使用者により観察される前記表示部の虚像の観察光軸方向と、前記偏向部材により偏向された前記撮像部の光軸方向は、略一致していてもよい。

　このようにすれば、例えば観察光軸方向側に存在する物体を撮像部により撮像して、得られた撮像情報に基づく表示画像を、携帯端末の表示部に表示することなどが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記取り付け部と前記半透過光学素子を接続する接続部を含み、前記半透過光学素子は、前記接続部を介して前記取り付け部に回動自在に取り付けられてもよい。

　このようにすれば、例えば重畳表示を行わない場合等に半透過光学素子を折り畳んでコンパクトに収納することが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記半透過光学素子は、前記携帯端末の前記表示部からの映像光が前記外界視界側に漏れるのを抑止する漏れ光抑止部を有してもよい。

　このようにすれば、携帯端末の表示部からの映像光が、半透過光学素子を介して外界視界側に漏れて他人に見られてしまう事態等を抑止できる。

　また本発明の一態様では、前記漏れ光抑止部は、偏光フィルムであってもよい。

　このようにすれば、例えば表示部の映像光と偏向方向が直交する偏向フィルムを用いることなどで、携帯端末の表示部からの映像光が、半透過光学素子を介して外界視界側に漏れるのを抑止できる。

　また本発明の一態様では、前記半透過光学素子は、前記偏光フィルムと、前記偏光フィルムに対して、前記携帯端末の前記表示部側に設けられたハーフミラーとを有してもよい。

　このようにすれば、ハーフミラーにより、携帯端末の表示部の映像を外界視界に重畳させることが可能になると共に、偏向フィルムにより、表示部からの映像光が半透過光学素子を介して外界視界側に漏れるのを抑止できるようになる。

　また本発明の一態様では、前記半透過光学素子と前記携帯端末の前記表示部との間に設けられ、前記表示部からの映像光の光学補正を行う補正光学素子を含んでもよい。

　このようにすれば、補正光学素子により、表示部からの映像光に対して光学補正を行うことが可能になり、携帯端末の表示部の映像を外界視界に重畳表示する場合に、適正な表示が可能になる。

　また本発明の一態様では、前記取り付け部と前記半透過光学素子及び前記補正光学素子を接続する接続部を含み、前記半透過光学素子及び前記補正光学素子は、前記接続部を介して前記取り付け部に回動自在に取り付けられてもよい。

　このようにすれば、表示部の映像と外界視界を重畳させる使用状況の場合には、接続部での回動により、表示部の表示面を覆うように補正光学素子を配置することが可能になる。一方、このような重畳表示を行わずに、使用者が携帯端末の表示部を直視する使用状況の場合には、接続部での回動により、補正光学素子を半透過光学素子側に回転させることなどが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記補正光学素子は、プリズムシート又は収差補正光学素子であってもよい。

　このように補正光学素子としてプリズムシートを用いれば、携帯端末の表示部の映像の輝度の指向性を、半透過光学素子側に向けることが可能になり、表示部の映像光の光の利用効率を向上できる。また補正光学素子として収差補正光学素子を用いれば、重畳表示される表示部からの映像の収差を低減させることが可能になる。

　また本発明の一態様では、前記半透過光学素子として、前記取り付け部と第１の接続部を介して接続されるハーフミラーと、前記ハーフミラーと第２の接続部を介して接続される凹面鏡とが設けられてもよい。

　このようにすれば、ハーフミラーと凹面鏡を組み合わせることで、表示部の映像と外界視界の重畳表示が可能になる。また、第１、第２の接続部を設けることで、このようにハーフミラーと凹面鏡を別々に設けた場合にも、コンパクトに折り畳んだ収納が可能になる。

　また本発明の一態様では、前記携帯端末の表示部からの映像光が、前記凹面鏡と前記ハーフミラーとにより２回反射されて、前記携帯端末の使用者側に入射されてもよい。

　このようにすれば、携帯端末側において表示画像を反転させる処理等が不要になり、携帯端末の処理負荷の軽減等を図れるようになる。

　また本発明の一態様では、前記半透過光学素子は、ハーフミラー、偏光ビームスプリッタ又はホログラム素子であってもよい。

　このようなハーフミラー、偏光ビームスプリッタ又はホログラム素子を用いれば、表示部の映像と外界視界との重畳表示を適正に行うことが可能になる。

　また本発明の他の態様は、携帯端末に取り付けられるアタッチメントであって、前記携帯端末を取り付ける取り付け部と、前記携帯端末の表示部に表示される映像を外界視界に重畳して表示させる半透過光学素子とを含み前記半透過光学素子は、前記携帯端末の前記表示部からの映像光が前記外界視界側に漏れるのを抑止する漏れ光抑止部を有するアタッチメントに関係する。

　本発明の他の態様によれば、取り付け部により携帯端末が取り付けられ、取り付けられた携帯端末の表示部に表示される映像が、半透過光学素子により外界視界に重畳されて表示されるようになる。従って、既存の携帯端末に取り付けて半透過光学素子による重畳表示を実現できるアタッチメントの提供が可能になる。また、漏れ光抑止部が設けられることで、携帯端末の表示部からの映像光が、半透過光学素子を介して外界視界側に漏れて他人に見られる等の事態の発生を抑止できるアタッチメントの提供が可能になる。

図１は、本実施形態のアタッチメントの斜視図。 図２は、本実施形態のアタッチメントの側面図。 図３は、観察状態での光路を示した図。 図４は、本実施形態により実現される重畳表示の例。 図５は、取り付け部及び偏向部材の変形例。 図６は、撮像部を取り付け部側に設けた例。 図７は、映像光が外部に漏れる問題の説明図。 図８は、表示部が液晶表示パネルである場合の漏れ光の抑止手法の説明図。 図９は、表示部が有機ＥＬパネルである場合の漏れ光の抑止手法の説明図。 図１０は、補正光学素子を設ける手法の説明図。 図１１は、補正光学素子を設ける手法の説明図。 図１２は、補正光学素子としてプリズムシートを用いる手法の説明図。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は補正光学素子として収差補正光学素子を用いる手法の説明図。 図１４は、本実施形態のアタッチメントの具体的な機構を示す第１の変形例。 図１５は、本実施形態のアタッチメントの他のレイアウト例を示す第２の変形例。 図１６は、第２の変形例の収納時の様子を示す図。 図１７は、平面形状の半透過光学素子を用いた本実施形態の第３の変形例。 図１８は、半透過光学素子として、フレネルミラーを平板内に埋め込んだ素子を用いた例。 図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）はインカメラ搭載の携帯端末への適用例を示す本実施形態のアタッチメントの第４の変形例。 図２０は、偏向部材に設けられる回転ミラーの説明図。 図２１は、インカメラ搭載の携帯端末への適用例を示す本実施形態のアタッチメントの第５の変形例。 図２２は、取り付け部の前面部に設けられるプリズムの説明図。

　以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

　１．アタッチメントの構成
　図１に本実施形態のアタッチメントの斜視図を示し、図２にアタッチメントの側面図を示す。

　本実施形態のアタッチメントは携帯端末１０に取り付けられて使用されるものであり、取り付け部４０と半透過光学素子５０を有する。また接続部８０や偏向部材９０を有する。なお本実施形態のアタッチメントは図１、図２の構成・構造に限定されず、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

　取り付け部（装着部）４０は、携帯端末１０を取り付けるための部材である。携帯端末１０は、例えば携帯電話、スマートフォン、或いはＰＤＡなどの情報端末であり、例えば表示部２０、操作部２２などを有する。また携帯端末１０は、図示しない処理部、記憶部、通信部などを有する。処理部は、携帯端末全体の制御や、表示部２０に表示される画像の生成処理などを行う。記憶部は、処理部のワーク領域等となるものであり、画像データ等の各種データを記憶する。通信部はネットワークを介した通信処理を行う。

　半透過光学素子５０は、携帯端末１０の表示部２０に表示される映像（動画、静止画）を外界視界に重畳して表示させる素子である。即ち、携帯端末１０の表示画像を虚像として外界に重畳表示するための光学素子である。

　接続部８０は、取り付け部４０と半透過光学素子５０を接続する部材である。半透過光学素子５０は、この接続部８０を介して取り付け部４０に回動自在に取り付けられる。この接続部８０は例えばヒンジ等により実現できる。このような接続部８０を設けることで、図２に示すように半透過光学素子５０を取り付け部４０側（携帯端末側）に折りたたむことが可能になる。従って、本実施形態のアタッチメントを携帯端末１０に取り付けた状態においても、半透過光学素子５０をコンパクトに収納することが可能になる。

　偏向部材９０は、携帯端末１０の撮像部１００（図３参照）の光軸方向を偏向する部材（光学素子）である。具体的には偏向部材９０は、撮像部１００の光軸方向を、例えば携帯端末１０の使用者の正面方向側（前方側）へ偏向する。この偏向部材９０としては、外界視界からの入射光を携帯端末１０の撮像部側に反射させる反射部材を採用できる。この場合に、後述するように、偏向部材９０である反射部材は、入射光を偶数回反射させる部材（例えばプリズム）であることが望ましい。

　図３に示すように、携帯端末１０の撮像部１００は、携帯端末１０の表示部２０が設けられる面の背面に設けられる。例えば携帯端末１０の第１の面に表示部２０が設けられ、第１の面の背面（裏側）に相当する第２の面に撮像部１００が設けられる。この撮像部１００は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子で構成される。なお、以下では、撮像部１００を、適宜、カメラとも呼ぶ。

　そして反射部材となる偏向部材９０は、アタッチメントの取り付け部４０の携帯端末１０の取り付け面の背面に設けられる。即ち、取り付け部４０の取り付け面に嵌合するように携帯端末１０が取り付けられ、この取り付け面には、図１に示すように、携帯端末１０の撮像部１００に対応する位置に穴部が設けられている。そして偏向部材９０（反射部材）は、取り付け部４０の取り付け面の背面（裏面）において、この穴部に対応する位置に設けられている。

　このように本実施形態のアタッチメントは、取り付け部４０と半透過光学素子５０を有している。従って、取り付け部４０によって携帯端末１０を固定することが可能になる。また、取り付け状態において、半透過光学素子５０を介すことで、携帯端末１０の表示画像を外界と重畳させて虚像として観察することが可能になる。

　図３は、観察状態での光路を示した図である。携帯端末１０の表示部２０から射出された映像光は、半透過光学素子５０である半透過型の凹面鏡で反射する。そして使用者（観察者）の眼球に入射することで、使用者の前方に虚像として観察される。凹面鏡は半透過素子であるため、外界も同時に観察することができる。

　具体的には、図３のＡ１に示すように、携帯端末１０の表示部２０からの映像光（画像光）は、半透過光学素子５０により反射されて、使用者の眼に入射される。この際、表示部２０の映像は左右が反転した映像として観察されるため、携帯端末１０の表示部２０においてあらかじめ左右反転させた映像を表示させる。また、Ａ２に示すように外界視界からの入射光は、半透過光学素子５０を透過して使用者の眼に入射される。これにより、使用者は、Ａ３に示すようにシースルーの表示画像を虚像として観察することが可能になる。即ち図４に示すように、携帯端末１０の表示画像と外界画像が重畳された映像を見ることができ、いわゆるＡＲと呼ばれる拡張現実（AR: Augmented Reality）等が可能になる。

　また携帯端末１０の撮像部１００は、表示部２０が設けられる面の背面側に配置されている。従って、使用者が携帯端末１０を通常に持つと、撮像部１００の光軸は右方向を向いてしまう。

　この点、本実施形態のアタッチメントには、撮像部１００（撮像素子、カメラ）の光軸を使用者の正面方向側（前方側）に偏向する偏向部材９０（ミラーやプリズム等の光学素子）が設けられている。従って、使用状態では使用者の正面方向（前方方向）に向かない撮像部１００の光軸を、正面方向に偏向することが可能になり、撮像部１００を利用した外界認識処理も同時に行うことが可能になる。

　例えば図３では、偏向部材９０は反射部材９１により構成される。そして、外界視界（使用者の前方側の視界）からのＢ１に示す入射光は、Ｂ２に示すように反射部材９１により反射されて、Ｂ３に示すように撮像部１００に入射され、撮像部１００の光軸の偏向が実現される。

　なお、虚像を観察する際の光軸方向と、偏向された撮像部１００の光軸方向が略一致していることが望ましい。即ち、半透過光学素子５０により使用者により観察される表示部２０の虚像の観察光軸方向と、偏向部材９０により偏向された撮像部１００の光軸方向は、略一致（一致）していることが望ましい。このようにすれば、例えば観察光軸方向に存在する物体（例えばカード、マーカー等）を撮像部１００により撮像することができる。そして、得られた撮像情報に基づいて、物体（カード、マーカー等）の画像認識処理等を行い、画像認識処理等の結果に基づいて、表示画像を生成して表示部２０に表示し、この表示画像を、観察光軸方向の外界視界に重畳して表示することなどが可能になる。これにより、外界の景色に連動した重畳映像を表示する拡張現実（ＡＲ）の実現を容易化できる。

　また半透過光学素子５０としては、ハーフミラー、偏光ビームスプリッタ、又はホログラム素子などを利用できる。そしてホログラム素子を用いた場合には、凹面形状である必要は無く、平板形状で正の屈折力を持たせることが可能になる。

　例えば、従来では専用に設計された携帯端末でないと、外界への重畳表示ができず、更には外界を認識するためのカメラ（撮像部）も利用することができなかった。

　この点、本実施形態のアタッチメントによれば、既存の携帯端末に取り付けて、その取り外しが可能でありながら、外界視界への重畳表示も可能になる。更には外界を認識するカメラも使用できることから、拡張現実（ＡＲ）を応用したユーザーインターフェース、アプリケーション、コンテンツを簡易に表示させることが可能になる。

　また、カメラは外界を認識するためのセンサとして、マーカーやオブジェクトを認識する際に重要であり、特に外界の景色に連動した重畳映像を表示する際にはなくてはならないものである。

　この点、本実施形態のアタッチメントによれば、既存の携帯端末のカメラの光軸を偏向する偏向部材（反射部材）をアタッチメントに同時に搭載することで、カメラを利用した外界認識も同時に行うことが可能になるという利点がある。

　なお、本実施形態のアタッチメントの構成・構造としては種々の変形実施が可能である。例えば図５に示すように、携帯端末１０の一方の端部に取り付ける構造のアタッチメントであってもよい。即ち図１～図３では、携帯端末１０を全体を覆うように取り付け部４０が設けられているが、図５では、撮像部１００側の一部の領域だけを覆うように取り付け部４０が設けられている。このような構造にすれば、アタッチメントをコンパクトな形状にできるため、アタッチメントを取り付けた状態での全体の大きさもコンパクトな形状にできる。

　また撮像部１００の光軸の偏向部材としては、ミラーの他に、図５に示すようにプリズム９２を用いてもよい。このプリズム９２を用いれば、入射光を２回反射（広義には偶数回反射）させることで、左右反転せずに撮影することが可能になる。従って、撮像画像の左右反転処理が不要になり、アタッチメントを取り付けない場合に利用していた画像処理プログラム等をそのまま利用することなどが可能になる。

　即ち図５では、Ｃ１に示す入射光は、プリズム９２により、Ｃ２、Ｃ３に示すように２回反射して撮像部１００に入射されるようになる。例えば図３のようにミラーを用いた反射部材９１では、反射の回数が１回だけであるため、撮像部１００の撮像画像の左右反転処理の画像処理が必要になってしまう。従って、アタッチメントを取り付けなかった場合に使用される画像処理プログラム（携帯端末上で実行されるプログラム）をそのまま使用することができなくなってしまう。

　この点、図５のＣ２、Ｃ３に示すように入射光を２回反射させれば、このような撮像画像の左右反転処理が不要になるため、アタッチメントを取り付けなかった場合に使用される画像処理プログラムをそのまま使用できるようになる。

　なお図５では、入射光を２回反射させる場合について示したが、反射部材は入射光を少なくとも偶数回反射させる部材であればよい。

　また図６に示すように撮像部１００（撮像素子）をアタッチメント側に配置してもよい。即ち、アタッチメントにおいて光軸が正面方向側を向く位置に撮像部１００を取り付ける。このようにしても、撮像部１００の光軸を使用者の正面方向側に偏向することが可能になる。この場合には図６に示すように、撮像部１００を携帯端末１０に接続するためのコネクタ２４をアタッチメントに設けるようにする。このようにすれば、撮像部１００で撮像された画像の信号をコネクタ２４を介して携帯端末１０に入力することが可能になり、撮像部１００を携帯端末１０の撮像部として用いることが可能になる。

　２．漏れ光の抑止
　さて、アタッチメントの半透過光学素子５０としてハーフミラー等を用いた場合に、携帯端末１０の表示部２０からの映像光が、ハーフミラーを抜けて向こう側に漏れる可能性がある。例えば図７では、使用者は、図４のように外界視界に表示部２０の表示画像が重畳された画像を見ているが、半透過光学素子５０の向こう側からこの様子を見ると、表示部２０の表示画像が半透過光学素子５０を漏れて外部の他人に見えてしまう事態が生じる。これは外部の他人に不快感を与えてしまうおそれがあり、使用者にとっても、何を見ているかが他人に分かってしまい、抵抗がある。

　そこで本実施形態では、携帯端末１０の表示部２０からの映像光（画像光）が外界視界側（半透過光学素子の向こう側）に漏れるのを抑止（遮断）する漏れ光抑止部（漏れ光遮断部）を設けている。即ち、このような漏れ光抑止部を半透過光学素子５０に対して設けている。

　例えば図８では、漏れ光抑止部として、偏光フィルム５４が半透過光学素子５０に設けられている。具体的には図８では半透過光学素子５０は、偏光フィルム５４とハーフミラー５２を有する。このハーフミラー５２は、偏光フィルム５４に対して、携帯端末１０の表示部２０側に設けれている。即ち、半透過光学素子５０の内側（使用者側）にハーフミラー５２が設けられ、ハーフミラー５２の外側（外界視界側）に偏光フィルム５４が設けられる。

　このようにハーフミラー５２の外側に偏光フィルム５４を接着等する事で、外部への漏れ光を遮光することができる。即ち図８のＥ１に示す映像光が、Ｅ２に示すように外部に漏れるのが抑制される。また偏光フィルム５４の内側にハーフミラー５２を設けることで、Ｅ１の映像光が内側のハーフミラー５２で反射されて使用者の眼に入射されるようになり、外界視界への表示画像の重畳表示が可能になる。

　また図８では、携帯端末１０の表示部として液晶表示パネル２６が用いられている。この液晶表示パネル２６では、その出力側に偏光フィルム（偏光光学素子）が設けられている。即ち液晶表示パネル２６では、裏面（バックライト側）の偏光フィルタで、特定の方向の振幅成分を持つ光（偏光）だけを通過させ、この偏光フィルタを通過した光は直線偏光になって液晶層に入射される。この直線偏光の入射光は、液晶層の厚み方向に伝搬しながら、偏光状態が変化する。そして、液晶層を通過した出射光のうち、表側の偏光フィルタが制限する特定方向の偏光成分の光だけが、映像光（表示光）として液晶表示パネル２６から出射される。

　本実施形態では、この表側の偏光フィルタからの特定方向の偏光成分の偏光方向に直交する偏光方向の偏光フィルタ５４を、半透過光学素子５０に設ける。つまり、液晶表示パネル２６の表側の偏光フィルムと直交する向きの偏光フィルム５４を設ける。このようにすることで、液晶表示パネル２６からの映像光が、半透過光学素子５０の向こう側に漏れるのを抑止できるようになる。

　また、有機ＥＬパネルなどの偏光フィルムを用いないタイプの表示パネルの場合には、表示パネル側に新たに偏光フィルムを配置すればよい。例えば図９では、携帯端末１０の表示部は有機ＥＬパネル２８で構成されており、この有機ＥＬパネル２８の表示面に対して新たな偏光フィルム５６が配置されている。そして、この偏光フィルム５６と偏光方向が直交する偏光フィルム５４を半透過光学素子５０側に配置する。このようにすれば、表示部として有機ＥＬパネル２８が用いられる場合にも、半透過光学素子５０の向こう側に映像光が漏れるのを抑止できるようになる。

　或いは、半透過光学素子５０として偏光ビームスプリッタを用いてもよい。偏光ビームスプリッタを用いることで、ハーフミラー機能と外部への遮光機能を兼ね備えることが可能になる。即ち、偏光ビームスプリッタでは、入射光の一部が反射し、一部が透過すると共に、偏光成分を分離できる。例えばガラスに入射光が入射するときに、Ｐ偏光とＳ偏光で反射特性が変わる。この性質を利用し、例えばＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する薄膜（誘電体偏光膜）を接着したプリズムなどにより、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を実現できる。この偏光ビームスプリッタを用いることで、ハーフミラー機能による表示画像と外界視界の重畳表示と、遮光機能（偏光機能）による映像光の漏れの抑止の両方を、１つの光学素子により実現することが可能になる。

　なお図７では、表示部２０に表示される画像の左右反転処理が行われている。このような画像の左右反転処理を行うことで、図４に示すように、適正な表示態様の表示画像が外界視界に対して重畳表示されるようになる。

　３．補正光学素子
　本実施形態のアタッチメントでは、半透過光学素子とは別に、表示部側に配置される補正用の光学素子を設けてもよい。例えば図１０では、半透過光学素子５０と携帯端末１０の表示部２０との間に設けられ、表示部２０からの映像光の光学補正を行う補正光学素子５８が、アタッチメントに設けられている。

　ここで補正光学素子５８としては、例えばプリズムシートや収差補正光学素子などを用いることができる。

　例えば補正光学素子５８としてプリズムシートを用いれば、表示部２０の映像の輝度の指向性を、半透過光学素子５０側に向けることが可能になる。これにより、表示部２０の映像光の光の利用効率を向上できる。この結果、図４のような重畳表示において、表示部２０の表示画像を、よりハッキリと見せることなどが可能になる。

　一方、補正光学素子５８として、収差補正光学素子を利用することで、半透過光学素子５０の偏心光学系により発生する収差を低減（補正）することが可能になる。例えば図４の重畳表示では、表示部２０の表示画像に収差が生じており、歪んで見えている。この点、図１０のように、表示部２０の上に補正光学素子５８を設ければ、表示部２０からの映像光に対して収差補正が行われるようになり、半透過光学素子５０の偏心光学系により発生する収差を低減できる。

　また図１０では、接続部８０は、取り付け部４０と半透過光学素子５０及び補正光学素子５８を接続している。そして半透過光学素子５０及び補正光学素子５８は、接続部８０を介して取り付け部４０に回動自在に取り付けられている。

　このように、補正光学素子５８が、半透過光学素子５０と同様に接続部８０（ヒンジ）で固定されることにより、虚像観察時には表示部２０の近傍に補正光学素子５８を配置し、表示部２０を直視する際には、補正光学素子５８を跳ね上げることで、通常どおり表示部２０の表示画像を観察することが可能になる。

　即ち、表示部２０の表示画像と外界視界を重畳させる使用状況の場合には、図１０に示すように、接続部８０での回動により、表示部２０の表示面を覆うように補正光学素子５８を配置する。こうすることで、図４において、表示画像が外界視界に歪んで重畳表示されるのを低減できるようになる。

　一方、このような重畳表示を行わずに、使用者が携帯端末１０の表示部２０を直視する使用状況の場合には、図１１に示すように、接続部８０での回動により、補正光学素子５８を半透過光学素子５０側に回転させる。こうすることで、使用者は、補正光学素子５８を介さずに携帯端末１０の表示部２０の表示画像を見ることが可能になり、補正光学素子５８により無用な収差補正が行われてしまう事態を防止できる。

　また、図１０、図１１のように補正光学素子５８及び半透過光学素子５０の両方を接続部８０に回動自在に接続すれば、非使用時等に、図２と同様なコンパクトな収納が可能になるという利点もある。

　図１２に、補正光学素子５８としてプリズム－シート６０を用いた場合の例を示す。例えば、プリズムシート６０は数十μｍピッチの小さな楔状の素子がアレイ状に並んだ素子である。そして表示部２０の正面方向に射出される光がプリズムシート６０により屈折することで、所望の方向に指向性を持たせることが可能になる。即ち、正面方向に明るい映像が見えるようになり、表示品質を向上できる。

　図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に、補正光学素子５８として収差補正光学素子６２を用いた場合の例を示す。図１３（Ａ）は表示部に収差補正光学素子６２を取り付けた状態を示す断面図であり、図１３（Ｂ）は収差補正光学素子６２の形状の詳細例を示す斜視図である。収差補正光学素子６２は、例えばシリンドリカル形状又はトロイダル形状などからなる非球面形状や自由曲面形状などにより、半透過光学素子５０だけでは補正できない収差を補正する素子である。即ち、偏心光学系等の場合に、このような収差補正を行うことで、表示品質を向上できる。

　４．変形例
　次に本実施形態のアタッチメントの種々の変形例について説明する。

　図１４は、本実施形態のアタッチメントの具体的な機構の一例を示す第１の変形例である。図１４では、取り付け部分８２がクリップ状になっており、取り付け部分８２で挟むだけで携帯端末に簡単にアタッチメントを取り付けることが可能になっている。

　また、様々な携帯端末に対応可能にするために、カメラの光軸の偏向のためのミラー９４の形状を大きくしている。更に、ミラー９４の接続部８４（ヒンジ）により、Ｆ１に示すようにミラー９４が回動可能になっていると共に、Ｆ２に示すようにミラー９４がスライド可能になっている。これにより、様々なカメラ位置の携帯端末に対応することが可能になる。

　即ち、携帯端末の機種に応じて、その背面に設けられるカメラの位置は異なっている。この点、図１４の構造によれば、Ｆ１、Ｆ２に示すようにミラー９４が回動、スライドすることで、カメラ位置が様々に変わったとしても、カメラの光軸を使用者の正面方向に適正に偏向することが可能になる。またＦ３、Ｆ４に示すように半透過光学素子５０も回動することにより、取り付けた状態での折り畳みも可能になる。

　図１５は本実施形態のアタッチメントの他のレイアウト例を示す第２の変形例である。

　この第２の変形例では、半透過光学素子として、ハーフミラー６４と凹面鏡６６とが設けられている。そしてハーフミラー６４は、取り付け部４０と第１の接続部８６（第１のヒンジ）を介して接続される。また凹面鏡６６は、ハーフミラー６４と第２の接続部８８（第２のヒンジ）を介して接続される。そして携帯端末１０の表示部２０からの映像光が、凹面鏡６６とハーフミラー６４とにより２回反射されて、携帯端末１０の使用者側（使用者の眼の方向）に入射される。

　この第２の変形例では、Ｇ１のような虚像観察においては、ハーフミラー６４と凹面鏡６６を組み合わせることで、表示画像と外界視界の重畳表示が可能になる。

　またハーフミラー６４と凹面鏡６６の各素子に対応して、第１、第２の接続部８６、８８（第１、第２のヒンジ）を設けることで、図１６に示すようにコンパクトに折り畳むことも可能になる。従って、携帯性に優れたアタッチメントを実現できる。

　また、この第２の変形例では、偏心光学系ではなく共軸光学系となっている。従って、凹面鏡６６が球面ミラー等であっても、良好な観察像を得ることができるという利点もある。更には、表示部２０からの映像光は凹面鏡６６とハーフミラー６４により２回反射されて使用者の眼に入射されるため、表示部の映像が左右反転することなく観察できることから、携帯端末側において表示映像を反転させる必要がないという利点もある。この第２の変形例は、凹面鏡６６とハーフミラー６４により2回反射される形態であるが、偶数回
反射であれば同様な効果を実現できる。

　図１７に、平面形状の半透過光学素子７０を用いた本実施形態の第３の変形例を示す。

　つまり、半透過光学素子は図１等に示すような凹面形状には限定されず、使用する光学素子によっては、図１７に示すように平面形状とすることが可能である。

　このような平面形状の半透過光学素子７０の例としては、図１８に示すように、半透過のフレネルミラー７２を透明平板７４内に埋め込んだ素子が考えられる。即ち、フレネルミラー７２は平面形状で構成できるため、それを図１８に示すように透明平板７４に埋め込むことで、ハーフミラーで構成されたフレネルミラーを実現できる。

　或いは、平面形状の半透過光学素子７０として、ホログラム素子などの回折素子を利用した半透過素子を用いてもよい。

　或いは、平面形状の半透過光学素子７０として、いわゆる電子ホログラム素子を用いてもよい。このような電子ホログラム素子としては、例えば液晶の分子配列を電気的に制御し、回折状態と透過状態を電気的に切替え可能な素子などがある。電気的に制御される素子は、時分割的に反射と透過を切替ることで、半透過を状態を作り出すことができる。

　なお、半透過光学素子により発生する収差として、特にディストーションや色収差などは、表示部２０に表示する映像を補正することで、更に収差の少ない虚像を観察することが可能である。

　図１９（Ａ）～図２２は、インカメラ搭載の携帯端末への適用例を示す本実施形態のアタッチメントの第４の変形例の説明図である。

　図１９（Ａ）はインカメラ搭載の携帯端末１０の例であり、撮像部１００が、携帯端末１０の表示部２０が設けられる面（前面）に設けられている。このインカメラ搭載の携帯端末１０では、表示部２０の周辺に撮像部１００が設けられており、いわゆる自分撮り等が可能になっている。

　このようなインカメラ搭載の携帯端末１０において、図１９（Ｂ）では、反射部材となる回転ミラー１１０を、撮像部１００に対して半透過光学素子５０側に設けている。つまり、撮像部１００の前方（撮像部の開口の前方）に回転ミラー１１０を設けている。

　具体的には図１９（Ｂ）、図２０では、回転ミラー１１０（広義には反射部材）は、半透過光学素子５０に対して回動自在に保持されている。例えば半透過光学素子５０には接続部１１２が設けられ、この接続部１１２により回転ミラー１１０が回動自在に取り付けられている。即ち、半透過ミラーである半透過光学素子５０の一部が、半透過ではないミラーである回転ミラー１１０となっており、この回転ミラー１１０が回動自在（回動可能）になっていることで、撮像部１００の光軸方向を、例えば使用者の正面方向側（前方側）に偏向することができる。

　例えば外界視界からのＨ１に示す入射光は、Ｈ２に示すように回転ミラー１１０により反射されて、携帯端末１０の前面に設けられた撮像部１００に入射され、撮像部１００の光軸の偏向が実現される。従って、インカメラ搭載の携帯端末１０においても、使用者は、携帯端末１０の表示画像と外界画像が重畳された映像を見ることができ、観察しながら、インカメラを使用して外界を認識することができ、ＡＲの実現等が可能になる。

　また図１９（Ｂ）、図２０では、折りたたみ収納時においては、回転ミラー１１０を回転させて、その面が、半透過光学素子５０の面と平行になるようにすることで、コンパクトな収納が可能になるという利点がある。

　図２１、図２２でも、インカメラ搭載の携帯端末１０において、反射部材となるプリズム１２２を、撮像部１００に対して半透過光学素子５０側に設けている。つまり、撮像部１００の前方にプリズム１２２を設けている。

　具体的には、取り付け部４０の前面部１２０（アタッチメントの前面部）にプリズム１２２が取り付けられている。例えばプリズム１２２の斜面が、半透過光学素子５０に対向するように、プリズム１２２の底面が、取り付け部４０の前面部１２０に取り付けられている。

　そして、外界視界からのＩ１に示す入射光は、Ｉ２に示すようにプリズム１２２の内部で２回反射（偶数回反射）されて、携帯端末１０の前面に設けられた撮像部１００に入射され、撮像部１００の光軸の偏向が実現される。従って、インカメラ搭載の携帯端末１０においても、使用者は、携帯端末１０の表示画像と外界画像が重畳された映像を見ることができ、観察しながら、インカメラを使用して外界を認識することができ、ＡＲの実現等が可能になる。また、プリズム１２２を用いれば、入射光を２回反射させることで、例えば左右反転せずに撮影することが可能になり、撮像画像の左右反転処理を不要にできるという利点もある。

　以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。またアタッチメント、半透過光学素子、取り付け部、偏向部材、補正光学素子、等の構成、構造等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０　携帯端末、２０　表示部、２２　操作部、２４　コネクタ、
２６　液晶表示パネル、２８　有機ＥＬパネル。４０　取り付け部、
５０　半透過光学素子、５２　ハーフミラー、５４　偏向フィルム、
５６　偏向フィルム、５８　補正光学素子、６０　プリズムシート、
６２　収差補正光学素子、６４　ハーフミラー、６６　凹面鏡、
７０　平面形状の半透過光学素子、７２　フレネルミラー、７４　透明平板、
８０　接続部、８２　取り付け部、８４　接続部、
８６　第１の接続部、８８　第２の接続部、９０　偏向部材、９１　反射部材、
９２　プリズム、９４　ミラー、１００　撮像部、１１０　回転ミラー、１１２、接続部、
１２０　取り付け部の前面部、１２２　プリズム

Claims (20)

1. 　携帯端末に取り付けられるアタッチメントであって、
   　前記携帯端末を取り付ける取り付け部と、
   　前記携帯端末の表示部に表示される映像を外界視界に重畳して表示させる半透過光学素子と、
   　前記携帯端末の撮像部の光軸方向を偏向する偏向部材と、
   　を含むことを特徴とするアタッチメント。
2. 　請求項１において、
   　前記偏向部材は、
   　前記外界視界からの入射光を前記撮像部側に反射させる反射部材であることを特徴とするアタッチメント。
3. 　請求項２において、
   　前記反射部材は、
   　前記入射光を偶数回反射させる部材であることを特徴とするアタッチメント。
4. 　請求項３において、
   　前記反射部材は、プリズムであることを特徴とするアタッチメント。
5. 　請求項２乃至４のいずれかにおいて、
   　前記撮像部は、
   　前記携帯端末の前記表示部が設けられる面の背面に設けられ、
   　前記反射部材は、
   　前記取り付け部の携帯端末取り付け面の背面に設けられることを特徴とするアタッチメント。
6. 　請求項２乃至４のいずれかにおいて、
   　前記撮像部は、
   　前記携帯端末の前記表示部が設けられる面に設けられ、
   　前記反射部材は、
   　前記撮像部に対して前記半透過光学素子側に設けられることを特徴とするアタッチメント。
7. 　請求項６において、
   　前記反射部材は、
   　前記半透過光学素子に対して回動自在に保持されることを特徴とするアタッチメント。
8. 　請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   　前記偏向部材は、
   　前記携帯端末の撮像部の光軸方向を、前記携帯端末の使用者の正面方向側へ偏向することを特徴とするアタッチメント。
9. 　請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   　前記半透過光学素子により使用者により観察される前記表示部の虚像の観察光軸方向と、前記偏向部材により偏向された前記撮像部の光軸方向は、略一致していることを特徴とするアタッチメント。
10. 　請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    　前記取り付け部と前記半透過光学素子を接続する接続部を含み、
    　前記半透過光学素子は、前記接続部を介して前記取り付け部に回動自在に取り付けられることを特徴とするアタッチメント。
11. 　請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    　前記半透過光学素子は、
    　前記携帯端末の前記表示部からの映像光が前記外界視界側に漏れるのを抑止する漏れ光抑止部を有することを特徴とするアタッチメント。
12. 　請求項１１において、
    　前記漏れ光抑止部は、偏光フィルムであることを特徴とするアタッチメント。
13. 　請求項１２において、
    　前記半透過光学素子は、
    　前記偏光フィルムと、
    　前記偏光フィルムに対して、前記携帯端末の前記表示部側に設けられたハーフミラーと、
    　を有することを特徴とするアタッチメント。
14. 　請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
    　前記半透過光学素子と前記携帯端末の前記表示部との間に設けられ、前記表示部からの映像光の光学補正を行う補正光学素子を含むことを特徴とするアタッチメント。
15. 　請求項１４において、
    　前記取り付け部と前記半透過光学素子及び前記補正光学素子を接続する接続部を含み、
    　前記半透過光学素子及び前記補正光学素子は、前記接続部を介して前記取り付け部に回動自在に取り付けられることを特徴とするアタッチメント。
16. 　請求項１４又は１５において、
    　前記補正光学素子は、プリズムシート又は収差補正光学素子であることを特徴とするアタッチメント。
17. 　請求項１において、
    　前記半透過光学素子として、
    　前記取り付け部と第１の接続部を介して接続されるハーフミラーと、
    　前記ハーフミラーと第２の接続部を介して接続される凹面鏡とが設けられることを特徴とするアタッチメント。
18. 　請求項１７において、
    　前記携帯端末の表示部からの映像光が、前記凹面鏡と前記ハーフミラーとにより２回反射されて、前記携帯端末の使用者側に入射されることを特徴とするアタッチメント。
19. 　請求項１において、
    　前記半透過光学素子は、ハーフミラー、偏光ビームスプリッタ又はホログラム素子であることを特徴とするアタッチメント。
20. 　携帯端末に取り付けられるアタッチメントであって、
    　前記携帯端末を取り付ける取り付け部と、
    　前記携帯端末の表示部に表示される映像を外界視界に重畳して表示させる半透過光学素子と、
    　を含み
    　前記半透過光学素子は、
    　前記携帯端末の前記表示部からの映像光が前記外界視界側に漏れるのを抑止する漏れ光抑止部を有することを特徴とするアタッチメント。

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