WO2020121593A1 - 表示装置及びヘルメット - Google Patents

Abstract

本発明は、近景と遠景とに同時に焦点を合わせることを可能にする表示装置を提供することを目的とする。本発明の表示装置（３００）は、複数の画素を含む表示領域と、表示面を含む第１面と、第１面の反対側の第２面と、を有する透明ディスプレイ（ＤＳＰ）と、透明ディスプレイ（ＤＳＰ）の第２面側に設置される第１光学素子（４００）とを備え、第１光学素子（４００）は、入射する光を発散する方向に屈折させる特性を有する。

Description

表示装置及びヘルメット

　本発明の実施形態は、表示装置及びヘルメットに関する。また、本発明の実施形態は、装着型の表示装置、表示パネルを備える装着器具（ヘルメット、メガネなど）に関する。

　近年、人間が知覚した実在する世界に、コンピュータ処理で合成された各種情報を重ね合わせ、現実の世界を増幅させる複合現実（MR: Mixed Reality）の技術が普及してきている。ＭＲの実現方法としては、例えば、透過型の表示装置、透明ディスプレイを備える表示装置を用いる方法が挙げられる。特許文献１には、透明ディスプレイを備える装着器具が開示されている。特許文献２には透明ディスプレイの一例となる透明ＯＬＥＤの構造が開示されている。特許文献３には透明ディスプレイの透過部に光学素子（レンズ）を配置する構造が開示されている。

　透過型の表示装置が用いられる場合、ユーザは、透過型の表示装置が眼前に存在する状態で実在世界（背景、遠景）を視認する。しかしながら、ユーザは、焦点距離の違いから、近距離に位置する透過型の表示装置に表示される情報（すなわち、近景）と、遠景とに同時に焦点を合わせることができないため、どちらか一方に焦点を合わせてしまうと、他方がぼやけて見えてしまうといった問題が生じる。

　この問題は、ユーザが近景及び遠景に交互に焦点を合わせることで、解消可能ではあるが、この方法では何度も焦点を合わせ直す必要があり、ユーザの眼に大きなストレスを与えてしまうといった新たな問題が生じてしまう。

特開２００５－９７７７４号公報 特開２０１７－４０８７６号公報 特開２０１３－８４４７７号公報

　本開示の目的の一つは、近景と遠景とに同時に焦点を合わせることを可能にする表示装置及びヘルメットを提供することである。

　実施形態によれば、表示装置は、複数の画素を含む表示領域と、表示面を含む第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する透明ディスプレイと、前記透明ディスプレイの前記第２面側に設置される第１光学素子とを備え、前記第１光学素子は、入射する光を発散する方向に屈折させる特性を有する。

　実施形態によれば、近景と遠景とに同時に焦点を合わせることを可能にする表示装置及びヘルメットを提供することができる。

図１は、本実施形態の透明ディスプレイの一構成例を示す図である。 図２は、図１に示した表示パネルの一構成例を示す断面図である。 図３は、透明ディスプレイの一構成例を示す断面図である。 図４は、本実施形態の表示装置の適用例を示す図である。 図５は、本実施形態の表示装置の別の適用例を示す図である。 図６は、透明ディスプレイがユーザの眼前に位置する場合に生じる問題を説明するための図である。 図７は、図６に示した問題の原理を説明するための図である。 図８は、本実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。 図９は、本実施形態の表示装置を用いた時に近くの物体と遠くの物体とに同時に焦点が合う原理を説明するための図である。 図１０は、本実施形態の表示装置を用いた時にユーザによって視認される近くの物体と遠くの物体とを示す図である。 図１１は、本実施形態の表示装置をユーザの片目側のみに設置した場合のユーザの見え方を説明するための図である。 図１２は、本実施形態の表示装置の別の構成例を示す図である。 図１３は、図１２に示した表示装置を用いた時に近くの物体と遠くの物体とに同時に焦点が合う原理を説明するための図である。 図１４は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図１５は、図１４に示した表示装置の適用方法を説明するための図である。 図１６は、図１４に示した表示装置の別の適用方法を説明するための図である。 図１７は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図１８は、液晶レンズを説明するための図である。 図１９は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２０は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２１は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２２は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２３は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２４は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２５は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２６は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２７は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２８は、本実施形態の表示装置のさらに別の構成例を示す図である。 図２９は、フレネルレンズを示す図である。

　以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

　なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略することがある。

　以下では、まず、本実施形態の表示装置に適用される透明ディスプレイＤＳＰの構成について説明する。なお、本実施形態において、「透明ディスプレイ」とは、ユーザが視認する第１面（表示面）とその反対の第２面（裏面）との間で光を透過するディスプレイを意味する。このような透明ディスプレイＤＳＰによれば、ユーザは、第１面側から第２面側の背景を視認可能であり、第２面側から第１面側の背景を視認可能である。また、「透明ディスプレイ」は、ユーザが視認する第１面（表示面）とその反対の第２面（裏面）との間で光を透過する透過部と、画像を表示する発光部とを有するディスプレイを、例えば透明ＯＬＥＤディスプレイを含む
　図１は、本実施形態の透明ディスプレイＤＳＰの一構成例を示す平面図である。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していても良い。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、透明ディスプレイＤＳＰを構成する基板の主面と平行な方向に相当し、第３方向Ｚは、透明ディスプレイＤＳＰの厚さ方向に相当する。第３方向Ｚを示す矢印の先端側に透明ディスプレイＤＳＰを観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面に向かって見ることを平面視と言う。

　本実施形態においては、透明ディスプレイＤＳＰの一例として、高分子分散型液晶を適用した液晶表示装置について説明する。透明ディスプレイＤＳＰは、表示パネルＰＮＬと、配線基板１と、ＩＣチップ２と、発光素子ＬＤと、を備えている。

　表示パネルＰＮＬは、第１方向Ｘに沿って延出した一対の短辺Ｅ１１，Ｅ１２と、第２方向Ｙに沿って延出した一対の長辺Ｅ１３，Ｅ１４と、を有している。表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、シールＳＥと、を備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、平面視で、重畳している。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、シールＳＥによって接着されている。シールＳＥは、例えば、ループ状に形成され、液晶注入口及び封止材を含まない。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。図１において、液晶層ＬＣ及びシールＳＥは、異なる斜線で示している。

　一例として、シールＳＥは、液晶層ＬＣを囲む矩形枠状に形成され、第１方向Ｘに沿って延出した部分Ｅ１，Ｅ２と、第２方向Ｙに沿って延出した部分Ｅ３，Ｅ４と、を有している。部分Ｅ１～Ｅ４は、液晶層ＬＣに接している。なお、シールＳＥは、円形枠状に形成されても良いし、他の形状に形成されても良い。

　図１において拡大して模式的に示すように、液晶層ＬＣは、ポリマー３１と、液晶分子３２と、を含む高分子分散型液晶を備えている。一例では、ポリマー３１は、液晶性ポリマーである。ポリマー３１は、第１方向Ｘに沿って延出した筋状に形成されている。液晶分子３２は、ポリマー３１の隙間に分散され、その長軸が第１方向Ｘに沿うように配向される。ポリマー３１及び液晶分子３２の各々は、光学異方性あるいは屈折率異方性を有している。ポリマー３１の電界に対する応答性は、液晶分子３２の電界に対する応答性より低い。

　一例では、ポリマー３１の配向方向は、電界の有無に関わらずほとんど変化しない。一方、液晶分子３２の配向方向は、液晶層ＬＣに閾値以上の高い電圧が印加された状態では、電界に応じて変化する。液晶層ＬＣに電圧が印加されていない状態では、ポリマー３１及び液晶分子３２のそれぞれの光軸は互いに平行であり、液晶層ＬＣに入射した光は、液晶層ＬＣ内でほとんど散乱されることなく透過する（透明状態）。液晶層ＬＣに電圧が印加された状態では、ポリマー３１及び液晶分子３２のそれぞれの光軸は互いに交差し、液晶層ＬＣに入射した光は、液晶層ＬＣ内で散乱される（散乱状態）。

　表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示部（表示領域）ＤＡと、表示部ＤＡを囲む額縁状の非表示部ＮＤＡと、を備えている。シールＳＥは、非表示部ＮＤＡに位置している。表示部ＤＡは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配列された画素ＰＸを備えている。

　図１において拡大して示すように、各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、液晶層ＬＣ等を備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成され、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。走査線Ｇは、第１方向Ｘに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｙに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥに対して共通に設けられている。液晶層ＬＣ（特に、液晶分子３２）は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる電界によって駆動される。容量ＣＳは、例えば、共通電極ＣＥと同電位の電極、及び、画素電極ＰＥと同電位の電極の間に形成される。

　後に説明するが、走査線Ｇ、信号線Ｓ、スイッチング素子ＳＷ、及び、画素電極ＰＥは、第１基板ＳＵＢ１に設けられ、共通電極ＣＥは、第２基板ＳＵＢ２に設けられている。第１基板ＳＵＢ１において、走査線Ｇは、表示部ＤＡとシールＳＥの部分Ｅ３との間、及び、表示部ＤＡとシールＳＥの部分Ｅ４との間に延出し、配線基板１あるいはＩＣチップ２と電気的に接続されている。信号線Ｓは、表示部ＤＡとシールＳＥの部分Ｅ１との間に延出し、配線基板１あるいはＩＣチップ２と電気的に接続されている。

　配線基板１は、第１基板ＳＵＢ１の延出部Ｅｘに電気的に接続されている。配線基板１は、折り曲げ可能なフレキシブルプリント回路基板である。ＩＣチップ２は、配線基板１に電気的に接続されている。ＩＣチップ２は、例えば、画像表示に必要な信号を出力するディスプレイドライバ等を内蔵している。なお、ＩＣチップ２は、延出部Ｅｘに電気的に接続されても良い。

　発光素子ＬＤは、延出部Ｅｘに重畳している。複数の発光素子ＬＤは、第１方向Ｘに沿って間隔をおいて並んでいる。

　図２は、図１に示した表示パネルＰＮＬの一構成例を示す断面図である。

　第１基板ＳＵＢ１は、透明基板１０と、絶縁膜１１，１２と、容量電極１３と、スイッチング素子ＳＷと、画素電極ＰＥと、配向膜ＡＬ１と、を備えている。透明基板１０は、主面（下面）１０Ａと、主面１０Ａの反対側の主面（上面）１０Ｂと、を備えている。スイッチング素子ＳＷは、主面１０Ｂ側に配置されている。絶縁膜１１は、スイッチング素子ＳＷを覆っている。なお、図１に示した走査線Ｇ及び信号線Ｓは、透明基板１０と絶縁膜１１との間に位置しているが、ここでは図示を省略している。容量電極１３は、絶縁膜１１，１２の間に位置している。画素電極ＰＥは、絶縁膜１２と配向膜ＡＬ１との間において、画素ＰＸ毎に配置されている。画素電極ＰＥは、容量電極１３の開口部ＯＰを介してスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。画素電極ＰＥは、絶縁膜１２を挟んで、容量電極１３と重畳し、画素ＰＸの容量ＣＳを形成している。配向膜ＡＬ１は、画素電極ＰＥを覆っている。

　第２基板ＳＵＢ２は、透明基板２０と、遮光層ＢＭと、共通電極ＣＥと、オーバーコート層ＯＣと、配向膜ＡＬ２と、を備えている。透明基板２０は、主面（下面）２０Ａと、主面２０Ａの反対側の主面（上面）２０Ｂと、を備えている。透明基板２０の主面２０Ａは、透明基板１０の主面１０Ｂと向かい合っている（対向している）。遮光層ＢＭ及び共通電極ＣＥは、主面２０Ａ側に配置されている。遮光層ＢＭは、例えば、スイッチング素子ＳＷの直上、及び、図示しない走査線Ｇ及び信号線Ｓの直上にそれぞれ位置している。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って配置され、第３方向Ｚにおいて、複数の画素電極ＰＥと対向している。また、共通電極ＣＥは、遮光層ＢＭを覆っている。共通電極ＣＥは、容量電極１３と電気的に接続されており、容量電極１３とは同電位である。オーバーコート層ＯＣは、共通電極ＣＥを覆っている。配向膜ＡＬ２は、オーバーコート層ＯＣを覆っている。

　液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に位置し、配向膜ＡＬ１及びＡＬ２に接している。

　透明基板１０，２０は、ガラス基板やプラスチック基板等の絶縁基板である。絶縁膜１１は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アクリル樹脂等の透明な絶縁材料によって形成されている。一例では、絶縁膜１１は、無機絶縁膜及び有機絶縁膜を含んでいる。絶縁膜１２は、シリコン窒化物等の無機絶縁膜である。容量電極１３、画素電極ＰＥ、及び、共通電極ＣＥは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電材料によって形成された透明電極である。遮光層ＢＭは、モリブデン、アルミニウム、タングステン、チタン、銀等の不透明な金属材料によって形成されている。共通電極ＣＥは、遮光層ＢＭに接しているため、遮光層ＢＭと電気的に接続される。これにより、共通電極ＣＥが低抵抗化される。配向膜ＡＬ１，ＡＬ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。一例では、配向膜ＡＬ１，ＡＬ２は、第１方向Ｘに沿って配向処理されている。なお、配向処理とは、ラビング処理であっても良いし、光配向処理であっても良い。

　図３は、本実施形態の透明ディスプレイＤＳＰの一構成例を示す断面図である。なお、
表示パネルＰＮＬについては、主要部のみを図示している。

　発光素子ＬＤは、第２方向Ｙにおいて、透明基板２０の側面２０Ｃに対向している。発光素子ＬＤは、配線基板Ｆに電気的に接続されている。発光素子ＬＤは、例えば、発光ダイオードであり、詳述しないが、赤発光部、緑発光部、及び、青発光部を備えている。なお、発光素子ＬＤと、側面２０Ｃとの間に、透明な導光体が配置されても良い。

　次に、図３を参照しながら、発光素子ＬＤから出射される光Ｌ１について説明する。

　発光素子ＬＤは、側面２０Ｃに向けて光Ｌ１は出射する。発光素子ＬＤから出射された光Ｌ１は、第２方向Ｙを示す矢印の向きに沿って進行し、側面２０Ｃから透明基板２０に入射する。透明基板２０に入射した光Ｌ１は、繰り返し反射されながら、表示パネルＰＮＬの内部を進行する。電圧が印加されていない液晶層ＬＣに入射した光Ｌ１は、ほとんど散乱されることなく液晶層ＬＣを透過する。また、電圧が印加された液晶層ＬＣに入射した光Ｌ１は、液晶層ＬＣで散乱される。

　以下では、上記した透明ディスプレイＤＳＰを用いた複合現実（以下では「ＭＲ」と表記する）の技術について説明する。

　透明ディスプレイＤＳＰは、ＭＲを実現させるために、例えば図４に示すように、ヘルメットのシールド（バイザー）部分１００に適用される。この場合、透明ディスプレイＤＳＰには、例えば、自動車や自動二輪車の走行中に確認が必要となる温度や燃費等の車両情報が表示される。透明ディスプレイＤＳＰは、図４に示すように、シールド部分１００の内側（ユーザ側）に貼り付けて設置されても良いし、シールド部分１００の一部をくりぬいた上でそこに埋め込むようにして設置されても良い。なお、透明ディスプレイＤＳＰは、ユーザの眼と向かい合う位置に設置されることが好ましい。より詳しくは、透明ディスプレイＤＳＰは、ユーザが正面を見た時（まっすぐ前を見た時）の当該ユーザの視線の先に設置されることが好ましい。

　なお、図４では、１つの透明ディスプレイＤＳＰがユーザの片目側にのみ設置されている場合を例示しているが、これに限定されず、２つの透明ディスプレイＤＳＰがユーザの両目にそれぞれ対応するようにして設置されても良いし、１つの透明ディスプレイＤＳＰがシールド部分１００の全面に設置されても良い。２つの透明ディスプレイＤＳＰがユーザの両目にそれぞれ対応するように設置される場合や、１つの透明ディスプレイＤＳＰがシールド部分１００の全面に設置される場合については後述する。

　また、透明ディスプレイＤＳＰは、ＭＲを実現させるために、例えば図５に示すように、メガネのレンズ部分２００に適用されても良い。なお、透明ディスプレイＤＳＰをメガネのレンズ部分２００に設置する場合の設置位置や設置環境は、上記したヘルメットのシールド部分１００に透明ディスプレイＤＳＰを設置する場合と同様であるため、ここではその詳しい説明は省略する。

　透明ディスプレイＤＳＰが、図４及び図５に示すように、ヘルメットのシールド部分１００やメガネのレンズ部分２００に、すなわち装着器具に、設置されることで、ユーザは、透明ディスプレイＤＳＰに表示される情報を視認しつつ、シールド１００やレンズ２００越しに背景（実在世界）を視認することができるようになる。なお、図４及び図５において、透明ディスプレイＤＳＰが着脱可能な構造であってもよい。

　一方で、透明ディスプレイＤＳＰをヘルメットのシールド部分１００やメガネのレンズ部分２００に設置する場合、すなわち、透明ディスプレイＤＳＰをユーザの眼前に設置する場合、次のような問題が生じる可能性がある。

　図６は、透明ディスプレイＤＳＰがユーザの眼前に位置する場合に生じる問題を説明するための図である。図６においては、図６（ａ）に示すように、透明ディスプレイＤＳＰには“Ａ”という文字が表示され、且つ、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側（透明ディスプレイＤＳＰよりもユーザの眼から離れた位置）であって、ユーザが視認可能な範囲内に１本の木がある場合を想定している。なお、以下では、上記した１本の木を「遠くの物体」または「背景」と表記して説明するものとする。

　図６に示す場合において、ユーザが透明ディスプレイＤＳＰに表示されている文字“Ａ”を視認しようとした場合、ユーザは透明ディスプレイＤＳＰに焦点を合わせるため、図６（ｂ）に示されるように、透明ディスプレイＤＳＰに表示されている文字“Ａ”をはっきりと視認することができる一方で、遠くの物体には焦点が合っていないため、遠くの物体がぼやけて見えてしまうといった問題が生じる。

　同様に、図６に示す場合において、ユーザが遠くの物体を視認しようとした場合、ユーザは遠くの物体に焦点を合わせるため、図６（ｃ）に示されるように、遠くの物体をはっきりと視認することができる一方で、透明ディスプレイＤＳＰには焦点が合っていないため、透明ディスプレイＤＳＰに表示されている文字“Ａ”がぼやけて見えてしまうといった問題が生じる。

　ここで、図７を参照して、上記した問題の原理について説明する。

　図７（ａ）は、人間の眼が、第１距離Ｄ１だけ離れて位置する物体（以下では「近くの物体」と表記する）と、第１距離Ｄ１よりも大きい第２距離Ｄ２だけ離れて位置する物体（以下では「遠くの物体」と表記する）とのうちの近くの物体に焦点を合わせた状態を示している。また、図７（ｂ）は、人間の眼が、近くの物体と遠くの物体とのうちの遠くの物体に焦点を合わせた状態を示している。なお、図７における近くの物体は、図６に示した透明ディスプレイＤＳＰに相当し、図７における遠くの物体は、図６に示した１本の木（遠くの物体、背景）に相当する。また、図７においては、近くの物体から発せられる光を、近くの物体と同じ場所に位置する点光源ＰＬ１から発せられる光と同一であると仮定して説明する。同様に、図７においては、遠くの物体から発せられる光を、遠くの物体と同じ場所に位置する点光源ＰＬ２から発せられる光と同一であると仮定して説明する。

　人間の眼を構成する水晶体は、近くの物体を視認する際には、その厚みを厚くするように調整し、屈折率を高める。このため、点光源ＰＬ１から発せられる光（近くの物体から発せられる光）は、図７（ａ）の点線に示されるようにして人間の眼に入射し、水晶体２５０で屈折した後に、網膜にて焦点を結ぶ。一方で、近くの物体を視認しようとして、高い屈折率を有した状態の水晶体２５０に、点光源ＰＬ２から発せられる光（遠くの物体から発せられる光）が入射する場合、図７（ａ）の実線に示されるように、当該光にとっては水晶体２５０の屈折率が高すぎるため、当該光は水晶体２５０で屈折した後に、網膜より手前で焦点を結んでしまう。このため、近くの物体に焦点を合わせた場合、遠くの物体には焦点が合わないことになる。

　人間の眼を構成する水晶体は、遠くの物体を視認する際には、その厚みを薄くするように調整し、屈折率を低める。このため、点光源ＰＬ２から発せられる光は、図７（ｂ）の実線に示されるようにして人間の眼に入射し、水晶体２５０で緩やかに屈折した後に、網膜にて焦点を結ぶ。一方で、遠くの物体を視認しようとして、低い屈折率を有した状態の水晶体２５０に、点光源ＰＬ１から発せられる光が入射する場合、図７（ｂ）の点線に示されるように、当該光にとっては水晶体２５０の屈折率が低すぎるため、当該光は水晶体２５０で緩やかに屈折した後に、網膜にて焦点を結ぶことなく、網膜に到達してしまう（仮想的には、網膜よりも後方にて焦点を結ぶ）。このため、遠くの物体に焦点を合わせた場合、近くの物体には焦点が合わないことになる。

　以上説明したように、透明ディスプレイＤＳＰをヘルメットやメガネ等の装着器具に適用して、ＭＲを実現させることは可能であるものの、透明ディスプレイＤＳＰをユーザの眼前に設置してしまうと、ユーザは、透明ディスプレイＤＳＰに表示される情報（近くの物体）と、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側に位置する遠くの物体とに同時に焦点を合わせることができないため、どちらかの物体がぼやけて見えてしまうといった問題が生じる。このため、以下では、上記した問題を解消して、ＭＲを実現させることが可能な表示装置について説明する。

　図８は、本実施形態の表示装置３００の一構成例を示す図である。本実施形態に係る表示装置３００は、図８に示すように、透明ディスプレイＤＳＰと、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側に設置される第１光学素子４００とを備えている。第１光学素子４００は、当該第１光学素子４００に入射した平行光束を発散させる特性（発散特性）を有する素子であり、例えば、凹レンズ等である。透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００は、例えば透明樹脂からなる接着剤により接着される。この接着剤は第１光学素子４００と同一の屈折率を有している方が好ましい。

　なお、図８では、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００が接着されている場合を例示しているが、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００は、間隔を空けて設置されても良い。透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００を、間隔を空けて設置する場合の詳細については後述するものとし、ここではその詳細は省略する。但し、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００の間隔はゼロに近似した値である方が光学特性上好ましい。

　ここで、図９を参照して、近くの物体（透明ディスプレイＤＳＰ）を視認しようとして、高い屈折率を有した状態の水晶体２５０に、点光源ＰＬ２から発せられる光（遠くの物体から発せられる光）が本実施形態の表示装置３００を介して入射される場合の光の軌跡（光路）について説明する。

　図９に示す場合において、点光源ＰＬ１から発せられる光（近くの物体から発せられる光）は、水晶体２５０が高い屈折率を有した状態であるので、上記した図７（ａ）の点線と同様な軌跡を描いて、網膜にて焦点を結ぶ。一方で、点光源ＰＬ２から発せられる光は、表示装置３００を構成する第１光学素子４００により発散する方向に屈折した上で、ユーザの眼に入射するため、水晶体２５０が高い屈折率を有した状態であっても、網膜の手前で焦点を結ぶのではなく、図９の実線に示されるように、網膜にて焦点を結ぶことになる（あるいは、図７（ａ）の実線にて示される位置よりも網膜に近い位置にて焦点を結ぶことになる）。

　これによれば、ユーザは、近くの物体を視認しようとして、近くの物体に焦点を合わせれば、表示装置３００を構成する第１光学素子４００の機能により遠くの物体にも焦点を合わせることが可能となり、図１０に示すように、近くの物体と遠くの物体との双方をはっきりと視認することが可能となる（あるいは、遠くの物体がぼやけて見えてしまうことを抑止することが可能となる）。

　以上説明した本実施形態の表示装置３００は、入射する光を発散させる特性を有する第１光学素子４００を備えているので、図９及び図１０に示した通り、透明ディスプレイＤＳＰに表示される情報と、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側に位置する遠くの物体とに同時に焦点を合わせることができ、どちらかの物体がぼやけて見えてしまうといった事象の発生を抑止することが可能となる。

　一方で、図９に示した構成の表示装置３００の場合、ユーザは、遠くの物体を、第１光学素子４００を介して視認することになるため、第１光学素子４００の特性上（視角の変化に起因して）、図１１に示すように、遠くの物体は、裸眼で見た時に比べて小さく見えてしまう。このため、本実施形態の表示装置３００が、図４及び図５に示したように、ヘルメットのシールド部分１００やメガネのレンズ部分２００の片目側のみに設置された場合、図１１に示すように、ユーザは、一方の眼では遠くの物体を表示装置３００（第１光学素子４００）を介して視認し、他方の眼では遠くの物体を表示装置３００（第１光学素子４００）を介さずに視認することに、例えば裸眼で視認することになるので、右眼と左眼とで遠くの物体の大きさが異なって見えてしまい、視覚に差が生じてしまう。これはユーザにとってストレスとなる事象であり、あまり好ましいことではない。さらに、図１１における当該一方の眼が有する水晶体は、図９に示す厚さ、屈折率の水晶体２５０と同様の状態であり、当該他方の眼が有する水晶体は、図７（ｂ）に示す厚さ、屈折率の水晶体２５０と同様の状態である。すなわち、右眼と左眼とで水晶体の厚さが異なることになり、これもユーザにとってストレスとなる事象である。上記した新たな問題を解消した上で、ＭＲを実現させることが可能な表示装置について説明する。

　図１２は、本実施形態の表示装置３０１の一構成例を示す図である。本実施形態に係る表示装置３０１は、図１２に示すように、透明ディスプレイＤＳＰと、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側に設置される第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰの第１面側に設置される第２光学素子５００とを備えている。すなわち、表示装置３０１は、透明ディスプレイＤＳＰの第１面側に第２光学素子５００をさらに備えている点で表示装置３００と相違している。

　第２光学素子５００は、第１光学素子４００とは異なり、当該第２光学素子５００に入射した平行光束を集光させる特性（集光特性）を有する素子であり、例えば、凸レンズ等である。透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００は、例えば透明樹脂からなる第１接着剤により接着される。第１接着剤は、第１光学素子４００と同一の屈折率を有している方が好ましい。また、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００は、例えば透明樹脂からなる第２接着剤により接着される。第２接着剤は、第２光学素子５００と同一の屈折率を有している方が好ましい。

　第１光学素子４００は、当該第１光学素子４００に入射した光を発散する方向に屈折させる特性を有していることから、ユーザに物体を実際の大きさよりも小さく視認させる縮小効果を有している。一方で、第２光学素子５００は、当該第２光学素子５００に入射した光を集光する方向に屈折させる特性を有していることから、ユーザに物体を実際の大きさよりも大きく視認させる拡大効果を有している。表示装置３０１においては、２つの光学素子の倍率の積が１となるような第１光学素子４００（倍率：１／ｘ倍）と第２光学素子５００（倍率：ｘ倍）とが用いられる方が好ましい。

　ここで、図１３を参照して、遠くの物体を視認しようとして、低い屈折率を有した状態の水晶体２５０に、点光源ＰＬ１から発せられる光（近くの物体から発せられる光）と、点光源ＰＬ２から発せられる光（遠くの物体から発せられる光）とがそれぞれ本実施形態の表示装置３０１を介して入射する場合の光の軌跡（光路）について説明する。

　図１３に示す場合において、点光源ＰＬ１から発せられる光は、表示装置３０１を構成する第２光学素子５００により集光する方向に屈折した上で、ユーザの眼に入射するため、水晶体２５０が低い屈折率を有した状態であっても、図７（ｂ）の点線に示したように焦点を結ぶことなく網膜に到達するのではなく、図１３に示すように網膜にて焦点を結ぶ（あるいは、網膜の後方にて仮想的に焦点を結ぶ位置が、図７（ｂ）に示される位置よりも網膜に近くなる）。これによれば、ユーザは、遠くの物体を視認しようとして、遠くの物体に焦点を合わせているにも関わらず、表示装置３０１を構成する第２光学素子５００の機能により近くの物体にも焦点を合わせることが可能となり、近くの物体と遠くの物体との双方をはっきりと視認することが可能となる。

　一方、点光源ＰＬ２から発せられる光は、表示装置３０１を構成する第１光学素子４００により発散する方向に一度屈折した後に、第２光学素子５００により集光する方向に再度屈折して、ユーザの眼に入射する。つまり、第１光学素子４００の光を発散させる特性に起因して生じる縮小効果を、第２光学素子５００の光を集光させる特性に起因して生じる拡大効果によって相殺（キャンセル）することができる。これによれば、ユーザは、遠くの物体を、表示装置３０１を介して視認したとしても等倍で視認することが可能となり、遠くの物体を表示装置３００（第１光学素子４００）を介さずに見た時、例えば裸眼で見た時と同じ大きさで視認することが可能となるので、上記した新たな問題を解消することができる。

　なお、図１３に示したように、表示装置３０１は、上記した表示装置３００とは異なり、近くの物体に焦点を合わせることで遠くの物体にも焦点を合わせることを可能にするのではなく、遠くの物体に焦点を合わせることで近くの物体にも焦点を合わせることを可能にしている。

　以上説明した本実施形態の表示装置３０１は、第１光学素子４００により発散する方向に一度屈折した光を、集光する方向に再度屈折させる第２光学素子５００を備えているので、図１３に示した通り、透明ディスプレイＤＳＰに表示される情報と、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側に位置する遠くの物体とに同時に焦点を合わせることができる上に、遠くの物体の大きさを、表示装置３０１を介して視認する場合と、表示装置３００（第１光学素子４００）を介さずに視認する場合、例えば裸眼で視認する場合とで同じにすることができ、右眼と左眼との視覚に差が生じてしまうといった事象の発生を抑止することが可能となる。

　なお、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とは、図１２及び図１３に示したように、それぞれ接着されている方が好ましいが、これに限定されず、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とは、それぞれ間隔を空けて設置されても良い。以下では、図１４を参照して、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とが、それぞれ間隔を空けて設置されている表示装置３０１ａについて説明する。

　透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とが、図１４に示すように、それぞれ間隔を空けて設置されている場合、透明ディスプレイＤＳＰと第１光学素子４００との間には第１空気層（図１４の斜線部分に相当する）が存在し、透明ディスプレイＤＳＰと第２光学素子５００との間には第２空気層（図１４の斜線部分に相当する）が存在する。この第１及び第２空気層によれば、例えば次のような問題が生じる可能性がある。

　図１２及び図１３に示した構成の表示装置３０１においては、遠くの物体から発せられる光は、第１光学素子４００により発散する方向に一度屈折した後に、第２光学素子５００により集光する方向に再度屈折するので、第１光学素子４００の特性に起因した縮小効果を第２光学素子５００の特性に起因した拡大効果で相殺し、結果的に、ユーザは、表示装置３０１を介したとしても、表示装置３０１（第１光学素子４００）を介さずに見た時、裸眼で見た時と同じ大きさで遠くの物体を視認することが可能となる。

　一方で、図１４に示す構成の表示装置３０１ａの場合、遠くの物体から発せられる光は、表示装置３０１の場合と同様に、第１光学素子４００により発散する方向に一度屈折した後に、第２光学素子５００により集光する方向に再度屈折するものの、第１及び第２空気層に起因して、第１光学素子４００の特性に起因した縮小効果よりも大きな縮小効果が生じてしまう可能性がある。このため、上記した縮小効果を、第２光学素子５００の特性に起因した拡大効果で相殺し切れず、結果的に、右眼と左眼との視覚に差が生じてしまうといった問題が生じてしまう。

　このため、図１４に示す構成の表示装置３０１ａを使用する場合、ヘルメットのシールド部分１００やメガネのレンズ部分２００の、表示装置３０１ａと向かい合う眼とは反対の眼と向かい合う位置に、第１光学素子４００と同じ特性を有する第３光学素子４０１（補正用レンズ）を設置する。

　第３光学素子４０１は、第１光学素子４００と同様に、入射した光を発散する方向に屈折させる特性を有した素子であり、ユーザに物体を実際の大きさよりも小さく視認させる縮小効果を有している。第１及び第３光学素子４００，４０１が共に凹レンズである場合、第３光学素子４０１は第１光学素子４００よりも大きい曲率（ひいては倍率）を有している。第３光学素子４０１の倍率は、ユーザが表示装置３０１ａを介して遠くの物体を見た時に、当該物体を実際の大きさよりもどれだけ小さく視認しているかに基づいて設定され、例えば１／ｘ倍小さく視認している場合、１／ｘ倍に設定される。すなわち、第３光学素子４０１は、上記した第２光学素子５００の特性に起因した拡大効果で相殺し切れない分の縮小効果を有する。

　これによれば、ユーザが遠くの物体を表示装置３０１ａを介して視認した場合、遠くの物体の大きさは実際の大きさよりも小さく視認されてしまうものの、他方の眼でも第３光学素子４０１を介して同様に小さく視認することが可能となるため、右眼と左眼との視覚に差が生じてしまうといった事象の発生を抑止することが可能となる。

　なお、ここでは、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とが、それぞれ間隔を空けて設置されている表示装置３０１ａを使用した際に生じる問題の解消方法として、表示装置３０１ａと向かい合う眼とは反対の眼と向かい合う位置に第３光学素子４０１を設置する方法を説明したが、上記した問題の解消方法はこれに限定されない。

　例えば図１５に示すように、第３光学素子４０１に代えて、表示装置３０１ａがもう１つ設置されるとしても良い。これによれば、ヘルメットのシールド部分１００やメガネのレンズ部分２００には、右眼用の表示装置３０１ａと、左眼用の表示装置３０１ａとが設置されることになるため、右眼と左眼とで視覚に差が生じることはなく、上記した問題を解消することが可能である。なお、右眼用の表示装置３０１ａに画像を表示している場合、左眼用の表示装置３０１ａには画像は表示しないものとする。同様に、左眼用の表示装置３０１ａに画像を表示している場合、右眼用の表示装置３０１ａには画像は表示しないものとする。

　あるいは、図１６に示すように、ヘルメットのシールド部分１００（やメガネのレンズ部分２００）の全面に右眼と左眼との両方に対応する大きさの表示装置３０１ａが設置されるとしても良い。これによれば、ユーザは、右眼と左眼との両目共に、１つの表示装置３０１ａを介して遠くの物体を視認することになるので、右眼と左眼とで視覚に差が生じることはなく、上記した問題を解消することが可能である。なお、表示装置３０１ａの右眼と対向する領域に画像を表示している場合、表示装置３０１ａの左眼と対向する領域には画像を表示しないものとする。同様に、表示装置３０１ａの左眼と対向する領域に画像を表示している場合、表示装置３０１ａの右眼と対向する領域には画像を表示しないものとする。

　なお、表示装置３０１ａは、図１７に示すように、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００との間隔を調整可能な調整機構６００をさらに備えていても良い。図１７では、各部３００～５００を接続する少なくとも２本の軸６０１と、各部３００～５００を２本の軸６０１に沿って左右方向に移動可能にする複数のネジ６０２とを備えた調整機構６００を図示したが、調整機構６００の構成はこれに限定されず、透明ディスプレイＤＳＰ、第１光学素子４００及び第２光学素子５００を左右方向に移動可能、且つ、各部３００～５００を固定可能であれば、どのような構成であっても良い。これによれば、ユーザの視力の違いに起因した見え方の違いに対応することが可能となり、種々様々な視力のユーザに好適な見え方を提供することが可能となる。

　なお、調整機構６００を備えた表示装置３０１ａが図４に示したヘルメットに適用される場合、ユーザの眼から透明ディスプレイＤＳＰまでの距離は、およそ５ｃｍ～１５ｃｍが好ましく、この場合、調整機構６００により、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００との間隔は、それぞれ０ｃｍ～３ｃｍに調整可能であるものとする。同様に、調整機構６００を備えた表示装置３０１ａが図５に示したメガネに適用される場合、ユーザの眼から透明ディスプレイＤＳＰまでの距離は、およそ２ｃｍ～５ｃｍが好ましく、この場合においても、調整機構６００により、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００との間隔は、それぞれ０ｃｍ～３ｃｍに調整可能であるものとする。

　本実施形態においては、第１光学素子４００が凹レンズであり、第２光学素子５００が凸レンズである場合を想定して説明したが、これに限定されず、第１光学素子４００及び第２光学素子５００としては、可変焦点レンズの一種である液晶レンズが用いられても良い。

　図１８は、液晶レンズ７００の一例を説明するための図である。

　液晶レンズ７００は、図１８に示すように、第１基板７０１と、第２基板７０２と、液晶層７０３と、複数の第１制御電極７０４と、第２制御電極７０５と、を備えている。図示した例では、第１制御電極７０４は第１基板７０１に設けられ、第２制御電極７０５は第２基板７０２に設けられているが、第１制御電極７０４及び第２制御電極７０５がいずれも同一基板、つまり、第１基板７０１または第２基板７０２に設けられていても良い。

　複数の第１制御電極７０４は、第１方向Ｘに間隔をおいて第１基板７０１上に並んでいる。一例では、第１制御電極７０４の第１方向Ｘに沿った幅は、隣り合う第１制御電極７０４の第１方向Ｘに沿った間隔と同等以下である。複数の第１制御電極７０４は、図示しない配向膜によって覆われており、当該配向膜は液晶層７０３と接触している。

　第２制御電極７０５は、単一の平板電極であり、液晶層７０３を介して第１制御電極７０４と対向している。第２制御電極７０５は、第１制御電極７０４と同様に、図示しない配向膜によって覆われており、当該配向膜が液晶層７０３と接触している。すなわち、液晶層７０３は、複数の第１制御電極７０４を覆う配向膜と、第２制御電極７０５を覆う配向膜とによって挟持されている。

　第１基板７０１及び第２基板７０２は、例えばガラス基板または樹脂基板である。第１制御電極７０４及び第２制御電極７０５は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電材料によって形成されている。液晶層７０３は、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶材料によって形成されている。第１制御電極７０４及び第２制御電極７０５は、液晶層７０３にレンズを形成するための電圧を印加する。

　液晶層７０３は、上記の通り、正の誘電率異方性を有しており、液晶層７０３に含まれる液晶分子７０３Ｍは、電界が形成されない状態ではその長軸が第１方向Ｘに沿うように初期配向しており、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向される。

　等間隔に並んだ複数の第１制御電極７０４の交互に閾値以上の電圧が印加されると、電界が形成され、液晶層７０３には液晶分子７０３Ｍの配向状態に応じた屈折率分布が生じる。具体的には、複数の第１制御電極７０４ａ，７０４ｃ，７０４ｅに閾値以上の電圧が印加されると、図１８（ａ）に示されるように、凸レンズ状の屈折率分布（換言すると、集光特性を有した屈折率分布）が生じ、複数の第１制御電極７０４ｂ，７０４ｄに閾値以上の電圧が印加されると、図１８（ｂ）に示されるように、凹レンズ状の屈折率分布（換言すると、発散特性を有した屈折率分布）が生じる。

　上記した通り、液晶レンズ７００は、複数の第１制御電極７０４への電圧の印加の仕方によって、発散特性を有する第１光学素子４００としても、集光特性を有する第２光学素子５００としても機能する。このため、図１８（ｂ）に示す状態の液晶レンズ７００を第１光学素子４００の代わりに用い、図１８（ａ）に示す状態の液晶レンズ７００を第２光学素子５００の代わりに用いることで、表示装置３００，３０１，３０１ａは構成されるとしても良い。

　なお、液晶レンズ７００は、印加する電圧の大きさに応じて焦点距離を調整可能な可変焦点レンズであるため、上記した調整機構６００が設けられた場合と同様に、ユーザの視力の違いに起因した見え方の違いに対応することが可能となり、種々様々な視力のユーザに好適な見え方を提供することが可能となる。

　本実施形態において、表示装置３０１，３０１ａは、透明ディスプレイＤＳＰに加えて、それぞれ１つの第１光学素子４００と第２光学素子５００とを備えているとしたが、表示装置３０１，３０１ａの構成はこれに限定されず、表示装置３０１，３０１ａは、例えば、透明ディスプレイＤＳＰに加えて、複数の第１光学素子４００と１つの第２光学素子５００とを備えているとしても良い。以下では、表示装置３０１，３０１ａが複数の第１光学素子４００を備える場合について詳しく説明する。

　例えば、表示装置３０１，３０１ａがヘルメットのシールド部分１００に設置される場合、ユーザは、表示装置３０１，３０１ａの上側領域では、遠くの物体として進行方向に位置する道路や車体、人物等を視認するのに対し、表示装置３０１，３０１ａの下側領域では、遠くの物体として回転速度計等の各種計器やカーナビ等を視認するものと推察される。すなわち、表示装置３０１，３０１ａの上側領域と下側領域とで、遠くの物体として視認する対象までの距離が異なる場合があり、このような場合、１種類の第１光学素子４００では、表示装置３０１，３０１ａの上側領域では遠くの物体を視認し易い（焦点を合わせ易い）のに対し、表示装置３０１，３０１ａの下側領域では遠くの物体を視認し辛い（焦点を合わせ辛い）等、ユーザにとって好適な見え方を提供できない可能性がある。

　このような問題を解消するために、表示装置３０１，３０１ａには、図１９に示すように、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側のうちの上側領域に設置される第１光学素子４００ａと、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側のうちの下側領域に設置され、第１光学素子４００ａとは屈折率の異なる第１光学素子４００ｂとが備えられるとしても良い。なお、図１９では説明の便宜上、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とがそれぞれ間隔を空けて設置される表示装置３０１ａを図示しているが、透明ディスプレイＤＳＰ、第１光学素子４００及び第２光学素子５００がそれぞれ接着されて設置される表示装置３０１であっても、勿論同様な構成は可能である。さらに、図１９では、１つの第２光学素子５００が設置されているが、複数の第２光学素子５００が設置されてもよい。例えば２つの第２光学素子５００が、第１光学素子４００ａに対向する位置と第１光学素子４００ｂに対向する位置とに１つずつ設置されてもよい。

　図１９では、ユーザによって、上側領域で遠くの物体として視認される対象が、下側領域で遠くの物体として視認される対象よりも遠くに位置する場合を想定している。このため、上側領域には、屈折率の低い第１光学素子４００ａが設置され、下側領域には、第１光学素子４００ａよりも屈折率の高い第１光学素子４００ｂが設置されている。

　なお、ここでは、上側領域に屈折率の低い第１光学素子４００ａが設置され、下側領域に屈折率の高い第１光学素子４００ｂが設置される場合を説明したが、どの領域にどのような屈折率の第１光学素子４００を設置するかは、状況に応じて任意に変更可能であるものとする。例えば、ユーザによって、上側領域で遠くの物体として視認される対象が、下側領域で遠くの物体として視認される対象よりも近くに位置する場合、上側領域には、屈折率の高い第１光学素子４００ｂが設置され、下側領域には、屈折率の低い第１光学素子４００ａが設置されても良い。

　また、ここでは、表示装置３０１，３０１ａが１本の横線で上側領域と下側領域といった２つの領域に仮想的に分けられ、この上側領域と下側領域とに屈折率の異なる２つの第１光学素子４００が設置される場合を説明したが、第１光学素子４００を設置する領域の数や、設置する第１光学素子４００の数は、状況に応じて任意に変更可能であるものとする。例えば、表示装置３０１，３０１ａを２本の横線で３分割し、上段領域と、中段領域と、下段領域といった３つの領域に仮想的に分けた上で、各領域に１つずつ第１光学素子４００が設置されるとしても良い。

　以上説明した図１９に示す構成の表示装置３０１，３０１ａは、上記した通り、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側の上側領域に設置された第１光学素子４００ａと、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側の下側領域に設置され、第１光学素子４００ａとは屈折率の異なる第１光学素子４００ｂとを備えている。これによれば、遠くの物体として視認される対象までの距離が、表示装置３０１，３０１ａの上側領域と下側領域とで異なっていたとしても、上側領域と下側領域との双方において、遠くの物体として視認される対象をユーザにはっきりと視認させることが可能となる。

　上記した図１９では、表示装置３０１，３０１ａの上側領域には第１光学素子４００ａを設置し、表示装置３０１，３０１ａの下側領域には第１光学素子４００ｂを設置することで、ユーザによって遠くの物体として視認される対象までの距離が領域毎に異なる場合であっても、ユーザに好適な見え方を提供可能としたが、例えば図２０に示すように、表示装置３０１，３０１ａの上側領域にのみ第１光学素子４００を設置し、表示装置３０１，３０１ａの下側領域には第１光学素子４００を設置しないことによって、上記した問題を解消し、ユーザに好適な見え方を提供するとしても良い。

　また、上記した図１９では、透明ディスプレイＤＳＰと、第１光学素子４００と、第２光学素子５００とを備える表示装置３０１，３０１ａに対して、複数の第１光学素子４００が適用される場合を説明したが、例えば図２１に示すように、透明ディスプレイＤＳＰと第１光学素子４００とを備える表示装置３００に対して、複数の第１光学素子４００が適用されるとしても良い。この場合においても、上記した図１９及び図２０に示した構成と同様に、上記した問題を解消し、ユーザに好適な見え方を提供することが可能である。

　さらに、図２１では、表示装置３００の上側領域には第１光学素子４００ａが設置され、表示装置３００の下側領域には第１光学素子４００ｂが設置されている場合を例示したが、例えば図２２に示すように、表示装置３００の上側領域にのみ第１光学素子４００を設置し、表示装置３００の下側領域には第１光学素子４００を設置しないことによって、上記した問題を解消し、ユーザに好適な見え方を提供するとしても良い。

　上記した図１９～図２２では、ユーザによって遠くの物体として視認される対象までの距離が、表示装置の上側領域と下側領域とで異なっている場合、つまり、表示装置の上下方向で異なっている場合について説明したが、以下では、ユーザによって遠くの物体として視認される対象までの距離が、表示装置の左右方向で異なっている場合について説明する。なお、以下では、表示装置が２本の縦線で３分割され、中央領域と、左領域と、右領域といった３つの領域に仮想的に分けられているものとして説明する。

　例えば、表示装置３０１，３０１ａがヘルメットのシールド部分１００に設置される場合、ユーザは、表示装置３０１，３０１ａの中央領域では、遠くの物体として進行方向に位置する車道や車体、車道上の人物等を視認するのに対し、表示装置３０１，３０１ａの左右領域では、遠くの物体として進行方向に位置する歩道やガードレール、歩道上の人物等を視認するものと推察される。すなわち、表示装置３０１，３０１ａの中央領域と左右領域とで、遠くの物体として視認する対象までの距離が異なる場合があり、このような場合、１種類の第１光学素子４００では、表示装置３０１，３０１ａの中央領域では遠くの物体を視認し易い（焦点を合わせ易い）のに対し、表示装置３０１，３０１ａの左右領域では遠くの物体を視認し辛い（焦点を合わせ辛い）等、ユーザにとって好適な見え方を提供できない可能性がある。

　このような問題を解消するために、表示装置３０１，３０１ａには、図２３に示すように、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側のうちの中央領域に設置される第１光学素子４００ｃと、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側のうちの左右領域にそれぞれ設置され、第１光学素子４００ｃとは屈折率の異なる第１光学素子４００ｄとが備えられるとしても良い。なお、図２３では説明の便宜上、透明ディスプレイＤＳＰ及び第１光学素子４００と、透明ディスプレイＤＳＰ及び第２光学素子５００とがそれぞれ間隔を空けて設置される表示装置３０１ａを図示しているが、透明ディスプレイＤＳＰ、第１光学素子４００及び第２光学素子５００がそれぞれ接着されて設置される表示装置３０１であっても、勿論同様な構成は可能である。さらに、図２３では、１つの第２光学素子５００が設置されているが、複数の第２光学素子５００が設置されてもよい。なお、図２３は、ユーザや表示装置を真上から見た図である。

　図２３では、ユーザによって、中央領域で遠くの物体として視認される対象が、左右領域で遠くの物体として視認される対象よりも遠くに位置する場合を想定している。このため、中央領域には、屈折率の低い第１光学素子４００ｃが設置され、左右領域には、第１光学素子４００ｃよりも屈折率の高い第１光学素子４００ｄがそれぞれ設置されている。

　なお、ここでは、中央領域に屈折率の低い第１光学素子４００ｃが設置され、左右領域に屈折率の高い第１光学素子４００ｄがそれぞれ設置される場合を説明したが、どの領域にどのような屈折率の第１光学素子４００を設置するかは、状況に応じて任意に変更可能であるものとする。

　例えば、ユーザによって、遠くの物体として視認される対象までの距離が、中央領域、右領域、左領域の順に遠くに位置するような場合、図２４に示すように、中央領域に屈折率が最も低い第１光学素子４００ｃが設置され、左領域に屈折率が最も高い第１光学素子４００ｄａが設置され、右領域に第１光学素子４００ｃよりも高く、第１光学素子４００ｄａよりも低い屈折率の第１光学素子４００ｄｂが設置されても良い。また、例えば、ユーザによって、遠くの物体として視認される対象までの距離が、中央領域、左領域、右領域の順に遠くに位置するような場合、図２５に示すように、中央領域に屈折率が最も低い第１光学素子４００ｃが設置され、右領域に屈折率が最も高い第１光学素子４００ｄａが設置され、左領域に第１光学素子４００ｃよりも高く、第１光学素子４００ｄａよりも低い屈折率の第１光学素子４００ｄｂが設置されても良い。

　また、ここでは、表示装置３０１，３０１ａが２本の縦線で中央領域と左右領域といった３つの領域に仮想的に分けられ、この中央領域と左右領域とに屈折率の異なる３つの第１光学素子４００が設置される場合を説明したが、第１光学素子４００を設置する領域の数や、設置する第１光学素子４００の数は、状況に応じて任意に変更可能であるものとする。例えば、表示装置３０１，３０１ａを３本の縦線で４分割し、左中央領域と、右中央領域と、左領域と、右領域といった４つの領域に仮想的に分けた上で、各領域に１つずつ第１光学素子４００が設置されるとしても良い。

　以上説明した図２３～図２５に示す構成の表示装置３０１，３０１ａは、上記した通り、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側の中央領域に設置された第１光学素子４００ｃと、透明ディスプレイＤＳＰの第２面側の左右領域に設置され、第１光学素子４００ｃとは屈折率の異なる第１光学素子４００ｄとを備えている。これによれば、遠くの物体として視認される対象までの距離が、表示装置３０１，３０１ａの中央領域と左右領域とで異なっていたとしても、いずれの領域においても、遠くの物体として視認される対象をユーザにはっきりと視認させることが可能となる。

　上記した図２３～図２５では、表示装置３０１，３０１ａの中央領域には第１光学素子４００ｃを設置し、表示装置３０１，３０１ａの左右領域には第１光学素子４００ｄを設置することで、ユーザによって遠くの物体として視認される対象までの距離が領域毎に異なる場合であっても、ユーザに好適な見え方を提供可能としたが、例えば図２６に示すように、表示装置３０１，３０１ａの中央領域にのみ第１光学素子４００を設置し、表示装置３０１，３０１ａの左右領域には第１光学素子４００を設置しないことによって、上記した問題を解消し、ユーザに好適な見え方を提供するとしても良い。

　また、上記した図２３～図２５では、透明ディスプレイＤＳＰと、第１光学素子４００と、第２光学素子５００とを備える表示装置３０１，３０１ａに対して、複数の第１光学素子４００が適用される場合を説明したが、例えば図２７に示すように、透明ディスプレイＤＳＰと第１光学素子４００とを備える表示装置３００に対して、複数の第１光学素子４００が適用されるとしても良い。この場合においても、上記した図２３～図２５に示した構成と同様に、上記した問題を解消し、ユーザに好適な見え方を提供することが可能である。

　さらに、図２７では、表示装置３００の中央領域には第１光学素子４００ｃが設置され、表示装置３００の左右領域には第１光学素子４００ｄが設置されている場合を例示したが、例えば図２８に示すように、表示装置３００の中央領域にのみ第１光学素子４００を設置し、表示装置３００の左右領域には第１光学素子４００を設置しないことによって、上記した問題を解消し、ユーザに好適な見え方を提供するとしても良い。なお、図１９～図２８に示した各種構成は、適宜組み合わせて用いられても良い。

　本実施形態においては、第１光学素子４００及び第２光学素子５００が共に、通常の凹レンズ及び凸レンズである場合を想定して説明したが、これに限定されず、第１光学素子４００として図２９（ａ）に示す凹レンズの特性を有したフレネルレンズ８００ａが使用され、第２光学素子５００として図２９（ｂ）に示す凸レンズの特性を有したフレネルレンズ８００ｂが使用されるとしても良い。

　本実施形態においては、第１光学素子４００及び第２光学素子５００の大きさは、透明ディスプレイＤＳＰを構成する表示部ＤＡ（すなわち、画像を表示可能な表示領域）よりも大きい方が好ましい。

　以上説明した一実施形態によれば、近景と遠景とに同時に焦点を合わせることを可能にする表示装置及びヘルメットを提供することができる。

　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１００…シールド、２００…レンズ、２５０…水晶体、３００，３０１，３０１ａ…表示装置、４００…第１光学素子、４０１…第３光学素子、５００…第２光学素子、６００…調整機構、７００…液晶レンズ、８００ａ，８００ｂ…フレネルレンズ、ＤＳＰ…透明ディスプレイ。

Claims (19)

1. 　複数の画素を含む表示領域と、表示面を含む第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する透明ディスプレイと、
   　前記透明ディスプレイの前記第２面側に設置される第１光学素子と
   　を備え、
   　前記第１光学素子は、入射する光を発散する方向に屈折させる特性を有する、表示装置。
2. 　前記透明ディスプレイの前記第１面側に設置される第２光学素子をさらに備え、
   　前記第２光学素子は、入射する光を集光する方向に屈折させる特性を有する、請求項１に記載の表示装置。
3. 　前記透明ディスプレイ及び前記第１光学素子と、前記透明ディスプレイ及び前記第２光学素子とはそれぞれ接着して設置される、請求項２に記載の表示装置。
4. 　前記透明ディスプレイ及び前記第１光学素子と、前記透明ディスプレイ及び前記第２光学素子とはそれぞれ間隔を空けて設置される、請求項２に記載の表示装置。
5. 　前記透明ディスプレイ及び前記第１光学素子と、前記透明ディスプレイ及び前記第２光学素子との間隔を変更可能な、請求項４に記載の表示装置。
6. 　前記第１光学素子は、前記透明ディスプレイの前記第２面側に複数設置される、請求項２に記載の表示装置。
7. 　前記複数の第１光学素子は、前記透明ディスプレイの前記第２面に含まれる第１領域と対向する位置と、前記透明ディスプレイの前記第２面に含まれ、且つ前記第１領域とは異なる第２領域と対向する位置とにそれぞれ設置される、請求項６に記載の表示装置。
8. 　前記透明ディスプレイはユーザの眼前に位置し、
   　前記第１面は前記ユーザの眼と対向し、
   　前記第１領域は、前記ユーザによって視認される対象が前記第２領域に比べて遠くに位置する領域であり、
   　前記第１領域と対向する位置に設置される第１光学素子は、前記第２領域と対向する位置に設置される第１光学素子に比べて高い屈折率を有する、請求項７に記載の表示装置。
9. 　前記第１領域は、前記透明ディスプレイを仮想的に上下に分割した場合の上側領域であり、
   　前記第２領域は、前記透明ディスプレイを仮想的に上下に分割した場合の下側領域である、請求項８に記載の表示装置。
10. 　前記第１領域は、前記透明ディスプレイを２本の縦線で仮想的に３分割した場合の中央領域であり、
    　前記第２領域は、前記透明ディスプレイを２本の縦線で仮想的に３分割した場合の左右領域である、請求項８に記載の表示装置。
11. 　前記第１光学素子及び前記第２光学素子の大きさは、前記透明ディスプレイの前記表示領域よりも大きい、請求項２に記載の表示装置。
12. 　前記第１光学素子は、凹レンズであり、
    　前記第２光学素子は、凸レンズである、請求項２に記載の表示装置。
13. 　前記第１光学素子及び前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、フレネルレンズである、請求項１２に記載の表示装置。
14. 　前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、液晶レンズである、請求項２に記載の表示装置。
15. 　請求項１に記載の表示装置と、
    　前記表示装置が設置されるシールドと
    　を備えるヘルメット。
16. 　ユーザの眼と対向する第１面、前記第１面の反対側の第２面、及び複数の画素を含む表示領域を有する透明ディスプレイと、前記透明ディスプレイの前記第２面側に設置され、入射する光を発散する方向に屈折させる特性を有する第１光学素子と、前記透明ディスプレイの前記第１面側に設置され、入射する光を集光する方向に屈折させる特性を有する第２光学素子とを備える表示装置と、
    　前記ユーザの少なくとも一方の眼と対向する位置に前記表示装置が設置されるシールドと
    　を具備する、ヘルメット。
17. 　前記シールドには、
    　前記ユーザの一方の眼と対向する位置に前記表示装置が設置され、前記ユーザの他方の眼と対向する位置に前記第１光学素子と同じ特性を有する第３光学素子がさらに設置される、請求項１６に記載のヘルメット。
18. 　前記シールドには、
    　前記ユーザの一方の眼と対向する位置に前記表示装置が設置され、前記ユーザの他方の眼と対向する位置にも前記表示装置がさらに設置される、請求項１６に記載のヘルメット。
19. 　前記シールドには、
    　その全面に前記表示装置が設置され、
    　前記表示装置は、
    　前記ユーザの一方の眼と対向する位置を含む第１領域には画像を表示し、前記ユーザの他方の眼と対向する位置を含む第２領域には画像を表示しない、請求項１６に記載のヘルメット。

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