(57)【要約】【課題】  半透過型光学素子の反射面の大きさを維持しつつ、像ボケまたは歪曲による画像劣化の影響が少なく、さらに、表示像における視度のズレが少ない高画質な拡大表示像が得られる虚像表示型情報表示システムを提供する。【解決手段】  表示装置４として、画像情報を表示する画像表示部６と、画像表示部６の発する光を反射する半透過型光学素子７とを設ける。半透過型光学素子７の反射面７ａを、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とするとともに反射面７ａの短手方向が、表示装置４の観察光軸ＯＡを含む仮想平面に略平行とする。画像表示部６と半透過型光学素子７とを、第１の仮想線Ｌ１と第２の仮想線Ｌ２とのなす角度αが４５°＜α＜９０°となり、第１の仮想線Ｌ１と第３の仮想線Ｌ３とのなす角度βが０°＜β＜４５°となるように配置する。【選択図】    図２
2006145998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示部と、該画像表示部からの光を反射する反射面を有するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、
少なくとも前記反射面は、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とされるとともに該反射面の前記短手方向が、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略平行とされ、
前記画像表示部と前記半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置可能であることを特徴とする虚像表示型情報表示システム。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
但し、αは前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の前記反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、該第１の仮想線上における前記有効光路の前記画像表示部側の一端及び、該画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは前記第１の仮想線と、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、前記画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端及び該一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【請求項２】
画像表示部と、該画像表示部からの光を反射する反射面を有するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、
少なくとも前記反射面は、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とされるとともに該反射面の前記長手方向が、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略垂直とされ、
前記画像表示部と前記半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置可能であることを特徴とする虚像表示型情報表示システム。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
但し、αは前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の前記反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、該第１の仮想線上における前記有効光路の前記画像表示部側の一端及び、該画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは前記第１の仮想線と、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、前記画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端及び該一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【請求項３】
前記反射面の前記仮想平面を含む断面形状が、前記画像表示部側から離間するにつれて次第に増加する曲率を有する請求項１または２に記載の虚像表示型情報表示システム。
【請求項４】
前記半透過型光学素子が、前記使用者に保持される筐体に前記筐体の表面に対して開かれた状態と、前記表面に沿うように折り畳まれた状態とを選択可能に接続されている請求項１から３のいずれかに記載の虚像表示型情報表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、虚像表示型情報表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
虚像表示型情報表示システムは、画像表示部とこの画像表示部の発する光を反射する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、使用者からみて半透過型光学素子よりも遠方に画像情報の虚像を表示させるものである。
このような虚像表示型情報表示システムとしては、例えば後記の特許文献１に記載の表示装置付き携帯情報装置等が知られている。
この表示装置付き携帯情報装置は、表示素子とその表示像を拡大投影するホログラム素子とを備えるものである。また、この表示装置付き携帯情報装置は、遠方の物体の透過像を表示素子上の拡大表示像と重畳して観察することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−３０８９９７号公報（第１欄第４３行〜第５０行、第２欄第４１行〜第３欄第１１行、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この場合、虚像として拡大表示される表示像に像ボケや歪曲が生じ、半透過型光学素子の反射面の大きさを維持したまま、高画質な拡大表示像が得られないという問題がある。
【０００４】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、半透過型光学素子の反射面の大きさを維持しつつ、像ボケまたは歪曲による画像劣化の影響が少なく、さらに、表示像における視度のズレが少ない高画質な拡大表示像が得られる虚像表示型情報表示システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、画像表示部と、該画像表示部からの光を反射する反射面を有するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、少なくとも前記反射面は、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とされるとともに該反射面の前記短手方向が、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略平行とされ、前記画像表示部と前記半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置可能であることを特徴とする虚像表示型情報表示システムを提供する。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
但し、αは前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の前記反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、該第１の仮想線上における前記有効光路の前記画像表示部側の一端及び、該画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは前記第１の仮想線と、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、前記画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端及び該一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【０００６】
このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、半透過型光学素子が、使用者の視線方向の実視野からの光を透過する構成とされており、使用者は、半透過型光学素子を通じて実視界の風景を視認することができる。
一方、画像表示部と半透過型光学素子とは、画像表示部の発する光線を半透過型光学素子の反射面で使用者の網膜に向けて反射させるように配置されているので、画像表示部の表示する画像情報が、使用者からみて半透過型光学素子よりも視線方向遠方に虚像として拡大表示される。すなわち、この虚像表示型情報表示システムでは、使用者の実視界上に表示装置が表示する虚像が重畳される。
【０００７】
ここで、観察光軸を含む仮想平面に略平行な方向の画角が大きいと半透過型光学素子の観察光軸を含む平面に沿った方向の各部で光学的パワー差が生じ、反射面で反射された光線には、観察光軸を含む仮想平面に沿った方向に非対称な収差が発生し、その結果として、表示装置が表示する虚像に像ボケや歪曲が生じてしまうことがある（例えば、画像表示部の表示面が四角形である場合には、虚像が略台形状に歪んで表示されてしまう）。
さらに、観察光軸の向きに対する画像表示部の法線の向きのズレが大きいと、虚像の表示面が観察光軸に直交する面から傾き、表示像における視度のズレが生じてしまうことがある。
なお、ここでいう表示装置の観察光軸とは、画像表示部の中心から発せられる光が、半透過型光学素子の中心で反射して観察位置（使用者の網膜）の中心に至る光線の軌跡をさしている。
【０００８】
本発明に係る虚像表示型情報表示システムでは、少なくとも反射面は、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とされるとともに、表示装置の使用時には、この反射面の短手方向が、表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略平行とされ、画像表示部と半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置される。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
【０００９】
但し、αは表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、第１の仮想線上における有効光路の画像表示部側の一端及び、画像表示部における半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは第１の仮想線と、表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、画像表示部における半透過型光学素子側の一端及びこの一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【００１０】
これにより、半透過型光学素子の反射面の大きさを維持したまま、観察光軸を含む仮想平面に略平行な方向の画角を小さくして、この仮想平面に沿った方向の各部での光学的パワー差を小さくでき、さらに、観察光軸の向きに対する画像表示部の法線の向きのズレを小さくできるので、像ボケ、歪曲及び表示像における視度のズレの発生を抑制することができ、高画質な拡大表示像が得られる。
【００１１】
また、本発明は、画像表示部と、該画像表示部からの光を反射する反射面を有するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子とを備える表示装置によって、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、少なくとも前記反射面は、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とされるとともに該反射面の前記長手方向が、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略垂直とされ、前記画像表示部と前記半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置可能であることを特徴とする虚像表示型情報表示システムを提供する。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
但し、αは前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の前記反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、該第１の仮想線上における前記有効光路の前記画像表示部側の一端及び、該画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは前記第１の仮想線と、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、前記画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端及び該一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【００１２】
本発明に係る虚像表示型情報表示システムでは、少なくとも反射面は、長手方向と短手方向とを有する偏長な反射面形状とされるとともに、表示装置の使用時には、この反射面の長手方向が、表示装置の観察光軸を含む仮想平面に略垂直とされ、画像表示部と半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置される。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
【００１３】
但し、αは表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、第１の仮想線上における有効光路の画像表示部側の一端及び、画像表示部における半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは第１の仮想線と、表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、画像表示部における半透過型光学素子側の一端及びこの一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【００１４】
これにより、半透過型光学素子の反射面の大きさを維持したまま、観察光軸を含む仮想平面に略平行な方向の画角を小さくして、この仮想平面に沿った方向の各部での光学的パワー差を小さくでき、さらに、観察光軸の向きに対する画像表示部の法線の向きのズレを小さくできるので、像ボケ、歪曲及び表示像における視度のズレの発生を抑制することができ、高画質な拡大表示像が得られる。
【００１５】
このように構成される虚像表示型情報表示システムにおいて、前記反射面の前記仮想平面を含む断面形状が、前記画像表示部側から離間するにつれて次第に増加する曲率を有していてもよい。
【００１６】
このように構成される虚像表示型情報表示システムでは、半透過型光学素子の観察光軸を含む仮想平面に沿った方向の各部間での画像表示部の表示面までの距離の差が解消または低減されるので、反射面で反射された光線に生じる収差が少なくなる。
ここで、この反射面の各部における曲率の大きさは、観察光軸を含む仮想平面に沿った方向の反射面の寸法に比例する。このため、観察光軸を含む仮想平面に沿った方向の反射面の寸法が長くなると、その分反射面の形状精度の維持が困難となり、収差の解消または低減が困難となる。
【００１７】
この虚像表示型情報表示システムでは、前記のように、半透過型光学素子の反射面の大きさを維持したまま、観察光軸を含む仮想平面に沿った方向の反射面の寸法が小さくなるので、表示装置の表示領域の大きさを維持したままで、反射面の曲率変化を緩やかなものとすることができる。
これにより、反射面の形状精度の維持が容易となり、収差を効果的に解消または低減することができる。
【００１８】
また、この虚像表示型情報表示システムにおいて、前記半透過型光学素子が、前記使用者に保持される筐体に前記筐体の表面に対して開かれた状態と、前記表面に沿うように折り畳まれた状態とを選択可能に接続されていてもよい。
【００１９】
この虚像表示型情報表示システムでは、表示装置の使用時には、半透過型光学素子を筐体の表面に対して開くことで（筐体の表面に対して非平行とすることで）、半透過型光学素子の反射面を使用者に向けて表示装置の表示する画像情報を良好に視認することが可能となる。
一方、表示装置を使用しない場合には、半透過型光学素子を筐体の表面に沿うように折り畳むことで、虚像表示型情報表示システムの外形寸法を小さくして、取り回しや収納性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、この虚像表示型情報表示システムでは、前記のように、反射面は、収差の解消のために曲率の付けられた方向の寸法が短いので、半透過型光学素子はほぼ平板状である。このため、半透過型光学素子を筐体の表面に沿うように折り畳んだ際に、虚像表示型情報表示システムの外形寸法がより小さくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る虚像表示型情報表示システムでは、半透過型光学素子の反射面の大きさを維持したまま、観察光軸を含む仮想平面に略平行な方向の画角を小さくして、この仮想平面に沿った方向の各部での光学的パワー差を小さくでき、さらに、観察光軸の向きに対する画像表示部の法線の向きのズレを小さくできるので、像ボケ、歪曲及び表示像における視度のズレの発生を抑制することができ、高画質な拡大表示像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第一実施形態］
この発明の第一実施形態に係る虚像表示型情報表示システムについて、図１から図３を参照して説明する。本実施形態では、本発明を、画像情報を使用者の実視界上に重畳させる携帯型情報端末に適用した例を示す。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る虚像表示型情報表示システム１は、この虚像表示型情報表示システム１の構成部品（例えば電子回路等）が内蔵される筐体２と、画像情報を使用者の実視界上に重畳させる表示装置４とを有している。
【００２３】
筐体２は、略長方形平板形状をなしており、その一端側には、筐体２を厚み方向に貫く開口部２ａが設けられている。以下、筐体２の周面のうち、開口部２ａの一方の開口端が形成される周面を正面２ｂとし、他方を背面２ｃ（図２参照）とし、残りの周面（厚み方向に略平行な周面）を側面２ｄ，２ｅとする。
【００２４】
筐体２の他端側は、虚像表示型情報表示システム１の持ち手を構成している。ここで、この虚像表示型情報表示システム１は、図２に示すように、使用者が筐体２の側面２ｄ側を視線方向前方に位置するようにして他端側を片手で保持することで使用される。ここで、正面２ｂの側面２ｅ側を自身の側頭部等に当接させることで、虚像表示型情報表示システム１を自身の頭部に対して位置決めして、安定した保持を実現することができる。
また、筐体２の他端側には、虚像表示型情報表示システム１を操作するための操作部（図示せず）が設けられており、使用者が虚像表示型情報表示システム１を保持している手で虚像表示型情報表示システム１を操作することができるようになっている。
【００２５】
表示装置４は、筐体２の一端側に設けられるものであって、筐体２の背面２ｃ側に設けられる画像表示部６と、筐体２の正面２ｂ側に設けられて開口部２ａを通じて画像表示部６から入射した光を他端側に向けて反射するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子７とを有している。
表示装置４は、筐体２の正面２ｂの側面２ｅ側を側頭部等に当接させている使用者からみて、その視線方向（筐体２の側面２ｄが向けられた方向）の半透過型光学素子７よりも遠方に、画像情報の虚像を表示させるものである。
【００２６】
ここで、画像表示部６の表示する画像情報のデータは、図示せぬ記憶装置内に格納されている。画像表示部６が表示する画像情報は、使用者が適宜選択するか、もしくは予め設定された条件に基づいて自動的に選択されるようになっている。
【００２７】
画像表示部６は、例えば液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等のいわゆる薄型ディスプレイによって構成されており、筐体２に対してヒンジ１１を介して取り付けられている。本実施形態では、画像表示部６は、略長方形平板形状をなしており、その片面側が画像情報の表示される略長方形状の表示面６ａとされている。また、表示面６ａは、図２において長辺が紙面に略直交する向きに向けられている（言い換えれば、表示面６ａは、図２において短辺が紙面に略平行となる向きに向けられている）。
【００２８】
画像表示部６は、図２に示すように、その一長辺を、筐体２の開口部２ａの縁部のうち、側面２ｅ側の縁部に対してヒンジ１１を介して接続されており、筐体２の長手方向に略平行な揺動軸線回りに揺動可能とされている。
この虚像表示型情報表示システム１では、画像表示部６を筐体２に対して揺動させることで、筐体２に対する画像表示部６の姿勢を変更することができるようになっている。
【００２９】
そして、表示装置４の使用時には、画像表示部６の表示面６ａを筐体２の正面２ｂ側の側面２ｄ寄りに向けて（言い換えれば筐体２の側面２ｄ側の正面２ｂ寄りに向けて）、画像表示部６を半透過型光学素子７に対して略平行にすることで、画像表示部６の発する光が開口部２ａを通じて半透過型光学素子７の反射面７ａに入力される。また、表示装置４を使用しない場合には、画像表示部６を筐体２の開口部２ａ内に収納することで、虚像表示型情報表示システム１の外形寸法を小さくして、取り回しや収納性を向上させることができる。
【００３０】
半透過型光学素子７は、凹曲面状の反射面７ａを有する部材であって、開口部２ａを通じて画像表示部６からの光を、反射面７ａによって筐体２の他端側に向けて反射させることによって、他端部を頭側部に当接させた状態の使用者からみて半透過型光学素子７よりも遠方に、画像情報の虚像を表示するものである。
ここで、表示装置４の観察光軸ＯＡ（画像表示部６の中心から発せられる光が、半透過型光学素子７の中心で反射して観察位置（使用者の網膜）の中心に至る光線の軌跡）は、図２の紙面に略平行な仮想平面上に位置している。
【００３１】
半透過型光学素子７において、反射面７ａが形成される領域は、使用者の実視界からの光を透過させる構成とされており、使用者は、半透過型光学素子７を通じて視線方向遠方の景色も視認することができるようになっている。
本実施形態では、半透過型光学素子７は、アクリルやポリカーボネート等の透明な材質からなる略長方形板状の部材であって、その片面側に金属膜等の反射層が形成されていて、ハーフミラーとして機能する。この反射層の表面が、画像表示部６から入射した光線を表面で反射させる略長方形状の反射面７ａとされている。
【００３２】
また、半透過型光学素子７は、一方の長辺がヒンジ１６を介して筐体２の側面２ｄ近傍に接続されており、筐体２の長手方向に略平行な揺動軸線回りに揺動することができるようになっている。すなわち、反射面７ａは、図２において長辺が紙面に略直交する向きに向けられている（言い換えれば、反射面７ａは、図２において短辺が紙面に略平行となる向きに向けられている）。
【００３３】
そして、表示装置４の使用時には、図１及び図２に示すように、反射面７ａが使用者に向くように筐体２の正面２ｂに対して開くことで（筐体の表面に対して非平行とすることで）、画像表示部６から発せられた光が使用者に向けて反射される。本実施形態では、表示装置４の使用時には、画像表示部６及び半透過型光学素子７は、以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置される。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
【００３４】
ただし、αは表示装置４の観察光軸ＯＡを含む仮想平面内において、主光線ＰＲによって定義される有効光路Ｅの反射面７ａの両端を結ぶ第１の仮想線Ｌ１と、第１の仮想線Ｌ１上における有効光路Ｅの画像表示部６側の一端及び、画像表示部６における半透過型光学素子７側の一端を結ぶ第２の仮想線Ｌ２と、のなす角度であり、βは第１の仮想線Ｌ１と、表示装置４の観察光軸ＯＡを含む仮想平面内において、画像表示部６における半透過型光学素子７側の一端及びこの一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線Ｌ３と、のなす角度である。
【００３５】
また、表示装置４を使用しない場合には、半透過型光学素子７を筐体２の正面２ｂに沿うように折り畳むことで、虚像表示型情報表示システム１の外形寸法を小さくして、取り回しや収納性を向上させることができる。
【００３６】
また、反射面７ａは、短手方向（図２において紙面に略平行な方向）及び長手方向（図２において紙面に略垂直な方向）にそれぞれ曲率を有する凹曲面状に形成されており、表示装置４においては、画像表示部６が発する光線を使用者に向けて反射し、虚像の観察を可能にする凹面鏡として機能する。
【００３７】
さらに、反射面７ａは、短手方向においてヒンジ１６との接続端から離間するにつれて次第に増加する曲率を有しており（短手方向においてヒンジ１６との接続端から離間するにつれて次第に曲率が増大させられており）、これによって反射面７ａの短手方向の各部における画像表示部６の表示面６ａまでの距離の差によって生じる収差が解消されて、歪みのない画像情報の虚像が形成されるようになっている。
【００３８】
ここで、前記のように、反射面７ａは、収差の解消のために曲率の付けられた方向の寸法が短いので、半透過型光学素子７はほぼ平板状である。このため、半透過型光学素子７を筐体２の正面２ｂに沿うように折り畳んだ際に、虚像表示型情報表示システム１の外形寸法がより小さくなる。
【００３９】
また、半透過型光学素子７は、反射面７ａが形成される領域の肉厚が均一とされている。これによって、視線方向遠方から使用者に向けて半透過型光学素子７に入射した光線は、半透過型光学素子７によって屈折させられることなく、使用者の瞳に入射することとなり、使用者が視線方向遠方の景色を歪みなく良好に視認することができる。
【００４０】
このように構成される虚像表示型情報表示システム１は、画像表示部６を筐体２の背面２ｃ側に引き出し、半透過型光学素子７を正面２ｂに対して開いた状態で（すなわち表示装置４を使用時の配置とした状態で）使用される。使用者は、前記のように、筐体２を一方の手と側頭部とで保持することで、表示装置４が表示する虚像を視認することができる。
【００４１】
本実施形態では、半透過型光学素子７が使用者の実視界からの光を透過させるので、使用者は、表示装置４が表示する虚像に加えて、実視界の風景も視認することができる。すなわち、この虚像表示型情報表示システム１では、使用者の実視界上に表示装置４が表示する虚像が重畳される。
【００４２】
この虚像表示型情報表示システム１では、半透過型光学素子７は、反射面７ａが凹曲面とされていて、この反射面７ａが表示装置４において凹面鏡として機能するので、画像表示部６の表示する画像情報が、使用者からみて半透過型光学素子７よりも視線方向遠方に虚像として拡大表示される。
【００４３】
ここで、例えば、第１の仮想線Ｌ１と第二の仮想線Ｌ２とのなす角度αが９０°を上回ると、使用者の瞳から虚像を観察するときの視野角が狭くなる。そのため、使用者が観察できる像の大きさを大きくとることができない。また、画像表示部６に表示された文字情報や画像情報を、良好に拡大観察することが困難になる。
一方、角度αが４５°を下回ると、使用者の瞳の位置が虚像表示型情報表示システム１の筐体２に近付きすぎて、観察し難くなってしまう。
【００４４】
これに対して、本実施形態に示す虚像表示型情報表示システム１では、前記のように、表示装置４の使用時には、画像表示部６と半透過型光学素子７とが、４５°＜α＜９０°を満たすように配置されるので、面積が同じ反射面７ａでありながら、使用者の瞳から虚像を観察するときの視野角が広くなる。そのため、使用者が観察できる像の大きさを、大きくとることができる。
【００４５】
また、観察光軸ＯＡを含む仮想平面に略平行な方向の画角が大きいと半透過型光学素子７の観察光軸ＯＡを含む平面に沿った方向の各部で光学的パワー差が生じ、反射面７ａで反射された光線には、観察光軸ＯＡを含む仮想平面に沿った方向に非対称な収差が発生し、その結果として、表示装置４が表示する虚像に像ボケや歪曲が生じてしまうことがある（例えば、本実施形態のように画像表示部６の表示面６ａが四角形である場合には、虚像が略台形状に歪んで表示されてしまう）。
さらに、観察光軸ＯＡの向きに対する画像表示部６の法線の向きのズレが大きいと、虚像の表示面が観察光軸ＯＡに直交する面から傾き、表示像における視度のズレが生じてしまうことがある。
【００４６】
以下、この現象を具体的に説明する。観察光軸ＯＡを含む仮想平面上では、画像表示部６から発せられて反射面７ａの一端に到達する光線と、反射面７ａの中心に到達する光線と、反射面７ａの他端に到達する光線とで、光路長がそれぞれ異なる。そして、反射面の有効光路面における曲率が一定である場合、上記光路長の違いに応じて、虚像の結像位置は、それぞれ使用者の瞳からの距離が大きく異なり、使用者の視線方向に垂直な面に対する虚像の傾きが大きくなる。
この虚像の傾きが大きいと、結像位置ごとに倍率が異なり、ディストーションが大きくなる。また、使用者の瞳に対して、奥行きのある画像を表示することになるため、使用者は、虚像の全ての位置に焦点をあわせることが困難になる。
【００４７】
ところで、被写体面と、レンズの主面と、像面との関係を示す条件として、シャインプルーフの条件が知られている。
シャインプルーフの条件とは、図３に示すように、被写体面と、レンズの主面と、像面のそれぞれを延長した面が一箇所Ｐで交われば、像面全体でピントが合うという条件である。なお、図３においては、被写体面のＡ点とＢ点とでは、それぞれレンズ主面へ入射する光路長が異なるため、像面において被写体面のＡ点、Ｂ点に対応するＡ’点とＢ’点とでの倍率が異なり、被写体が歪んで写る。
【００４８】
図３に示される各位置を、図２に当てはめると、図３における被写体面のＡ点、Ｂ点は、図２における画像表示部６の表示面６ａの端部にそれぞれ相当し、図３におけるレンズ主面は図２における半透過型光学素子７の有効光路面に相当する。さらに、図３における被写体面と、レンズの主面と、像面のそれぞれを延長した面が交わる位置は、図２においては、第１の仮想線Ｌ１と第２の仮想線Ｌ２と像Ｆの延長線との交点Ｐ’となる。
【００４９】
このため、画像表示部６の表示面６ａと半透過型光学素子７の反射面７ａとが略平行になるように配置することで、画像表示部６から発せられて反射面７ａの一端に到達する光線と、反射面７ａの中心に到達する光線と、反射面７ａの他端に到達する光線との光路長がほぼ等しくなる。
一方、第１の仮想線Ｌ１と第３の仮想線Ｌ３とのなす角度βが４５°を上回ると、虚像の傾きが大きくなりすぎ、上述したように、ディストーションが大きく、また、虚像の全ての位置に焦点を合わせることが困難になるため、虚像の観察が困難になる。
【００５０】
本実施形態に係る虚像表示型情報表示システム１では、表示装置４の使用時には、画像表示部６と半透過型光学素子７は、０°＜β＜４５°となるように配置されるので、使用者が観察可能な像を十分に大きくとることができる。
すなわち、半透過型光学素子７の反射面の大きさを維持したまま、観察光軸ＯＡを含む仮想平面に略平行な方向の画角を小さくして、この仮想平面に沿った方向の各部での光学的パワー差を小さくでき、さらに、観察光軸ＯＡの向きに対する画像表示部６の法線の向きのズレを小さくできるので、像ボケ、歪曲及び表示像における視度のズレの発生を抑制することができ、高画質な拡大表示像が得られる。
【００５１】
また、本実施形態では、前記のように、反射面７ａで反射された光線に生じる収差が少なくなるように、反射面７ａは、短手方向においてヒンジ１６との接続端から離間するにつれて次第に増加する曲率を有している。
この反射面７ａの短手方向の各部における曲率の大きさは、観察光軸ＯＡを含む仮想平面に沿った方向の反射面７ａの寸法に比例する。本実施形態では、前記のように、半透過型光学素子７の反射面７ａの大きさを維持したまま、観察光軸ＯＡを含む仮想平面に沿った方向の反射面７ａの寸法が小さくなるので、表示装置４の表示領域の大きさを維持したままで、反射面７ａの曲率変化を緩やかなものとすることができる。
これにより、反射面７ａの形状精度の維持が容易となり、収差を効果的に解消または低減することができる。
【００５２】
このように、この虚像表示型情報表示システム１では、半透過型光学素子７の反射面７ａの大きさを維持して表示装置４の表示範囲を維持しつつ、反射面７ａで反射された光線に生じる収差を少なくして表示装置４の表示画像に生じる歪みを低減することができるので、使用者が画像情報を良好に視認することが可能となる。
【００５３】
ここで、本実施形態では、虚像表示型情報表示システム１を、図４（ａ）に示すように、筐体２の長手方向を略垂直にした状態で使用する例を示したが、これに限られることなく、例えば図４（ｂ）に示すように、筐体２の長手方向を略水平にした状態で使用してもよい。なお、これらいずれの場合においても、使用者は、筐体２の側面２ｅ側から半透過型光学素子７を覗き込んで虚像表示型情報表示システム１を使用する。
【００５４】
ここで、本実施形態では、画像表示部６をその表示面６ａの長手方向が筐体２の長手方向に略直交する向きに配置し、半透過型光学素子７をその反射面７ａの長手方向が筐体２の長手方向に略直交する向きに配置した例を示したが、これに限られることなく、例えば、図５に示す虚像表示型情報表示システム３０のように配置してもよい。
【００５５】
虚像表示型情報表示システム３０は、画像表示部６をその表示面６ａの長手方向を筐体２の長手方向に略平行にして配置し、半透過型光学素子７をその反射面７ａの長手方向を筐体２の長手方向に略平行にして配置したものである。
この場合には、この虚像表示型情報表示システム１は、使用者が筐体２の一端側を視線方向前方に位置するようにして他端側を片手で保持しつつ、正面２ｂの他端側を自身の側頭部等に当接させることで、虚像表示型情報表示システム１を自身の頭部に対して位置決めして、安定した保持を実現することができる。
【００５６】
ここで、虚像表示型情報表示システム３０では、筐体２において使用者の頬のあたる部分（例えば正面２ｂにおいて一端側と他端側との境界近傍）に頬当て３１を設けたり、使用者の耳のあたる部分（例えば正面２ｂにおいて他端近傍部分）に耳当て３２を設けることで、使用者による支持が安定するとともに、長時間使用しても疲労しにくくなる。
【００５７】
［第二実施形態］
以下、本発明の第二実施形態に係る虚像表示型情報表示システムについて、図面を用いて説明する。
本発明の第二実施形態に係る虚像表示型情報表示システムでは、前記第一実施形態における半透過型光学素子７の筐体２への取付け部位が、該半透過型光学素子７の長辺に限られず、短辺で取り付けられるものを含むものである。
【００５８】
即ち、本発明の第二実施形態に係る虚像表示型情報表示システムは、
画像表示部及び該画像表示部からの光を反射する反射面を有するとともに使用者の視線方向の実視野からの光を透過する半透過型光学素子を有する表示装置と、
使用者の視線方向の風景を撮像する撮像装置とを備え、前記使用者からみて前記半透過型光学素子よりも遠方に前記画像表示部の表示する画像情報の虚像を表示する虚像表示型情報表示システムであって、
前記画像表示部と前記半透過型光学素子とが以下の（１）及び（２）の条件式を満たすように配置可能であり、更に、前記画像表示部、前記半透過型光学素子及び前記撮像装置が以下の構成を備えている虚像表示型情報表示システムである。
４５°＜α＜９０°                                    …（１）
０°＜β＜４５°                                      …（２）
但し、αは前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、主光線によって定義される有効光路の前記反射面の両端を結ぶ第１の仮想線と、該第１の仮想線上における前記有効光路の前記画像表示部側の一端及び、該画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端を結ぶ第２の仮想線と、のなす角度であり、βは前記第１の仮想線と、前記表示装置の観察光軸を含む仮想平面内において、前記画像表示部における前記半透過型光学素子側の一端及び該一端と対向する他端とを結ぶ第３の仮想線と、のなす角度である。
【００５９】
本実施形態に係る虚像表示型情報表示システムは、画像表示部と、半透過型光学素子とが、それぞれ上記条件式を満たすように、それぞれが筐体に接続されている。
また、前記画像表示部は略長方形平板状をなしており、その片面側が画像情報を表示する略長方形状の表示面とされている。
【００６０】
前記半透過型光学素子は、前記画像表示部の形状に対応して、略長方形板状とされる。また、前記半透過型光学素子は、前記画像表示部に対応するように前記筐体に接続される。即ち、前記画像表示部がその短辺側において前記筐体に接続されている場合には、前記半透過型光学素子においてもその短辺側が前記筐体に接続される。
【００６１】
前記撮像装置は、各種レンズ等を組み合わせた撮影光学系を介して撮像する画像をＣＣＤやＣＭＯＳ等の半導体素子（撮像手段）を介してデジタルデータの画像情報に変換し、この画像情報をフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶して保存するように構成されている。
また、前記筐体には、前記撮像装置を操作するシャッタースイッチ、ズーム操作部、及び電源スイッチなどの各種の操作スイッチが配置される。
【００６２】
以下、本実施形態における画像表示部６、半透過型光学素子７及び撮像装置８の配置関係を、図６を用いて説明する。
撮像装置８の焦点位置Ｇと、画像表示部６及び半透過型光学素子７で構成される表示装置により虚像が表示される虚像表示面の位置Ｆとの観察光軸ＯＡ方向での位置関係としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、虚像表示面Ｆの位置が焦点位置Ｇよりも使用者側に位置するように構成したもの、虚像表示面Ｆの位置と焦点位置Ｇを略一致させるように構成したものなどが挙げられる。
【００６３】
また、図６に示すように、表示装置４の観察光軸ＯＡと、撮像装置８の撮影光学系の光軸ＯＢ（以下「撮像光軸」という）との位置関係としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、撮像装置８の筐体への取付け位置、及び撮像光軸ＯＢの向きが可変となるように構成されて、観察光軸ＯＡに対して撮像光軸ＯＢの方向及び向きを適宜変更（パララックス可変）できるように構成することが好ましい。
【００６４】
また、画像表示部６と撮像装置８との位置関係としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、図６に実線で示すように、半透過型光学素子７と画像表示部６との間に撮像装置８を配置してもよく、図６に破線で示すように、画像表示部６側に撮像装置８を配置してもよく、図６に二点差線で示すように、半透過光学素子７側に撮像装置８を配置してもよい。
【００６５】
更に、前記撮像装置８の観察光軸ＯＡ方向での配置位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、半透過型光学素子７及び画像表示部４よりも観察光軸ＯＡ方向の虚像表示面側に配置してもよく、半透過型光学素子７と画像表示部４との間に配置してもよい。
【００６６】
更に、観察者の観察位置から半透過型光学素子７の反射面までの観察光軸ＯＡ方向の距離としては、特に制限はなく、目的に応じて、適宜選択することができるが、１００ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００６７】
以上説明した第二実施形態に係る虚像表示型情報表示システムのその他の構成については、第一実施形態に係る虚像表示型情報表示システムと同様の構成とすることが可能であるので説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る虚像表示型情報表示システムを示す斜視図である。
【図２】図１に示す虚像表示型情報表示システムを示す平面図である。
【図３】シャインプルーフの条件を示す説明図である。
【図４】本発明に係る虚像表示型情報表示システムの他の形態例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る虚像表示型情報表示システムの他の形態例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る虚像表示型情報表示システムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，３０  虚像表示型情報表示システム
４  表示装置
６  画像表示部
７  半透過型光学素子
７ａ  反射面
ＯＡ  観察光軸
Ｌ１  第１の仮想線
Ｌ２  第２の仮想線
Ｌ３  第３の仮想線
【図１】
2006145998.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006145998.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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