(57)【要約】【課題】  出射機構及び光学系を小型化・軽量化することができる表示装置を提供する。【解決手段】  ライトガイド４と制御部１０とを備える表示装置であって、第一面４３ａ及び第二面４３ｂに垂直となる方向に対する各出射面４２ａ、４２ｂの角度は、設定方向において進めば進むほど順番に小さくなっていくように配置され、第一出射面４２ａで画像表示光を透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能であるとともに、第二出射面４２ｂで画像表示光を反射させる反射状態と少なくともすることができ、制御部１０は、第一状態としたときには、表示素子２に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力し、第二状態としたときには、表示素子２に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力し、かつ、第一状態と第二状態とを設定時間間隔で繰り返すことを特徴とする。【選択図】図１
2011017969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示領域となる画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子を有する出射機構と、
観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、
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を有し、前記第一面及び／又は第二面で光学系からの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ライトガイドと、
前記表示素子に画像信号を出力する制御部とを備える表示装置であって、
前記出射面は、前記設定方向において順番に第一出射面と第二出射面とを有し、かつ、前記第一面及び第二面に垂直となる方向に対する各出射面の角度は、前記設定方向に進むに従って順番に小さくなっていくように配置され、前記第一出射面で画像表示光を透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能であるとともに、前記第二出射面で画像表示光を反射させる反射状態と少なくともすることが可能であり、
前記制御部は、前記第一出射面で反射させる反射状態とする第一状態としたときには、前記表示素子に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力し、
前記第一出射面で透過させる透過状態とするととともに、前記第二出射面で反射させる反射状態とする第二状態としたときには、前記表示素子に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力し、かつ、
前記第一状態と第二状態とを設定時間間隔で繰り返すことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記出射面は、少なくとも２個の出射面を有し、
前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、他の出射面で透過させる透過状態とすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記出射面は、少なくとも２個の出射面を有し、
前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、前記設定方向において一個の出射面より手前に配置される出射面で透過させる透過状態とすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
少なくとも２個の出射面は、電気信号に基づいて屈折率を変化させることが可能であり、
前記制御部は、前記出射面に電気信号を出力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。
【請求項５】
少なくとも２個の出射面には、金属膜がそれぞれ形成され、
各金属膜は、電気信号に基づいて反射状態か透過状態かのいずれかの状態に変化させることが可能な膜であり、
前記制御部は、前記金属膜に電気信号を出力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。
【請求項６】
前記光学系は、設定偏光又は設定偏光以外の画像表示光を出射し、
少なくとも２個の出射面は、設定偏光の画像表示光を反射させるとともに、設定偏光以外の画像表示光を透過させる偏光ビームスピリッタ面であり、
前記設定方向において各出射面の前方に、偏光切替面がそれぞれ配置され、
前記偏光切替面は、電気信号に基づいて偏光方向を変化させるか変化させないかのいずれかの状態となるように切替可能であり、
前記制御部は、前記偏光切替面に電気信号を出力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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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（表示装置）を示す外観図であり、図７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概略構成を示す光路図である。
眼鏡型ディスプレイ１００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１０４と、ユニット部Ｕとライトガイド１０４とが取り付けられるフレーム部Ｆとを備える。
なお、眼鏡型ディスプレイ１００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（設定方向）は観察の左方である。
【０００３】
ユニット部Ｕは、出射方向に垂直である面に表示領域（Ｚ１×Ｙ１）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）１０２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１０３と、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器１０２に出力する制御部１１０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１０２とを備える。透過型液晶表示器１０２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（Ｚ１×Ｙ１）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１０３は、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを反射させたり透過させたりしながら、観察対象の虚像を形成する。
【０００４】
ライトガイド１０４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全反射面１４１と、他端部に形成され観察者の眼Ｅの前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の出射面１４２と、空気との界面によって全反射面１４１と出射面１４２との間に形成される側面群１４３とを有する。
側面群１４３は、Ｘ方向（設定方向）から見ると四角形となり、第一面１４３ａと、第一面１４３ａとＺ方向で対向する第二面１４３ｂとを有する。第一面１４３ａと第二面１４３ｂとの間の距離は、Ｗ３となる。
【０００５】
このようなライトガイド１０４において、まず、全反射面１４１は、光学系１０３からの表示領域（Ｚ１×Ｙ１）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１４３ａと第二面１４３ｂとは、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、出射面１４２に導く。最後に、出射面１４２は、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド１０４の外部に、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを出射させる。その結果、出射機構Ｓから出射される画像表示光Ｌは、ライトガイド１０４を介して、観察者の眼Ｅに導かれる。
【０００６】
ところが、上述したような眼鏡型ディスプレイ１００では、出射面１４２で表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを反射させて、観察者の眼Ｅに導く必要があるので、第一面１４３ａと第二面１４３ｂとの間の距離は、Ｗ３となり、ライトガイド１０４が大型化するとともに重くなるという問題点がある。
そこで、第一面１４３ａと第二面１４３ｂとの間の距離は、Ｗ１としても、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを観察者の眼Ｅに導くことができる眼鏡型ディスプレイ（表示装置）がある（例えば、特許文献１参照）。図８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他の一例を示す光路図であり、図９は、図８に示すＢの拡大図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
【０００７】
眼鏡型ディスプレイは、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２０４と、ユニット部Ｕとライトガイド２０４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（Ｚ１×Ｙ１）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）１０２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１０３と、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器１０２に出力する制御部１１０とを備える。
【０００８】
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、一端部に形成され出射機構Ｓの前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の全反射面２４１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２４２と、空気との界面によって全反射面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（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とを有する。第一面２４３ａと第二面２４３ｂとの間の距離は、Ｗ１となる。つまり、ライトガイド２０４における第一面２４３ａと第二面２４３ｂとの間の距離Ｗ１は、ライトガイド１０４における第一面１４３ａと第二面１４３ｂとの間の距離Ｗ３より小さくなっている。
【０００９】
出射面２４２は、平面形状の第一出射面２４２ａと、平面形状の第二出射面２４２ｂと、平面形状の第三出射面２４２ｃとを有する。そして、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、第三出射面２４２ｃとなるように配置されている。さらに、Ｚ方向に対する第一出射面２４２ａの角度と、Ｚ方向に対する第二出射面２４２ｂの角度と、Ｚ方向に対する第三出射面２４２ｃの角度は、同じθｄとなるように配置されている。
そして、第一出射面２４２ａは、入射した画像表示光Ｌの輝度の３０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの輝度の７０％を透過することが可能となっている。そして、第二出射面２４２ｂは、入射した画像表示光Ｌの輝度の５０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの輝度の５０％を透過することが可能となっている。そして、第三出射面２４２ｃは、入射した画像表示光Ｌの輝度の１００％を反射することが可能となっている。
【００１０】
このようなライトガイド２０４において、まず、全反射面２４１は、光学系１０３からの表示領域（Ｚ１×Ｙ１）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２４３ａと第二面２４３ｂとは、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、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Ｌの輝度の３０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの輝度の７０％を透過する。また、第一出射面２４２ａを透過した画像表示光Ｌは、第二出射面２４２に到達する。そこで、第二出射面２４２ｂは、入射した画像表示光Ｌの輝度の５０％を反射するとともに、画像表示光Ｌの輝度の５０％を透過する。さらに、第二出射面２４２ｂを透過した画像表示光Ｌは、第三出射面２４２ｃに到達する。そこで、第三出射面２４２ｃは、入射した画像表示光Ｌの輝度の１００％を反射する。このように各出射面２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃが画像表示光Ｌを反射させることにより、ライトガイド２０４の外部に、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）の画像表示光Ｌを出射させる。その結果、出射機構Ｓから出射される画像表示光Ｌは、ライトガイド２０４を介して、観察者の眼Ｅに導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、このような眼鏡型ディスプレイによれば、ライトガイド２０４を小型化・軽量化することができるが、透過型液晶表示器１０２は、表示領域（Ｚ１×Ｙ１）となる画像を形成するための表示面積（Ｚ１×Ｙ１）が必要であるので、出射機構Ｓ及び光学系１０３が大型化するとともに、重くなるという問題点がある。
また、第一出射面２４２ａと第二出射面２４２ｂと第三出射面２４２ｃとは、入射した画像表示光Ｌの透過率が異なるため、第一出射面２４２ａを介して観察者が観察する外界の明るさと、第二出射面２４２ｂを介して観察者が観察する外界の明るさと、第三出射面２４２ｃを介して観察者が観察する外界の明るさとが異なるという問題点がある。
そこで、本発明は、出射機構及び光学系を小型化・軽量化することができる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明の表示装置は、表示領域となる画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子を有する出射機構と、観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、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を有し、前記第一面及び／又は第二面で光学系からの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ライトガイドと、前記表示素子に画像信号を出力する制御部とを備える表示装置であって、前記出射面は、前記設定方向において順番に第一出射面と第二出射面とを有し、かつ、前記第一面及び第二面に垂直となる方向に対する各出射面の角度は、前記設定方向に進むに従って順番に小さくなっていくように配置され、前記第一出射面で画像表示光を透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能であるとともに、前記第二出射面で画像表示光を反射させる反射状態と少なくともすることが可能であり、前記制御部は、前記第一出射面で反射させる反射状態とする第一状態としたときには、前記表示素子に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力し、前記第一出射面で透過させる透過状態とするととともに、前記第二出射面で反射させる反射状態とする第二状態としたときには、前記表示素子に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力し、かつ、前記第一状態と第二状態とを設定時間間隔で繰り返すようにしている。
【００１４】
ここで、「設定時間間隔」とは、第一部分と第二部分とが合成された画像表示光が観察者の眼で認識される任意の時間間隔のこといい、例えば、１秒間で６０サイクルと設定されることになる。
本発明の表示装置によれば、ライトガイドの出射面は、透過状態か反射状態かに切替可能となる第一出射面と、反射状態と少なくともなる第二出射面とを少なくとも有する。そして、設定方向において順番に第一出射面と第二出射面とを有し、かつ、第一面及び第二面に垂直となる方向に対する各出射面の角度は、設定方向において順番に進めば進むほど小さくなっていくように配置されている。
そして、制御部は、第一出射面を反射状態とする第一状態としたときには、表示素子に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力する。また、第一出射面を透過状態とするととともに、第二出射面を反射状態とする第二状態としたときには、表示素子に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力する。
これにより、第一状態と第二状態とが設定時間間隔で繰り返されて、各出射面は、各部分の画像表示光を反射させることにより、ライトガイドの外部に、第一部分の画像表示光と第二部分の画像表示光とを出射させる。その結果、第一部分と第二部分とが合成された画像表示光が、ライトガイドを介して、観察者の眼に導かれる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の表示装置によれば、一部分の画像を形成する表示素子を用いればいいので、出射機構及び光学系を小型化・軽量化することができる。
【００１６】
（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、前記出射面は、少なくとも２個の出射面を有し、前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、他の出射面で透過させる透過状態とするようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記出射面は、少なくとも２個の出射面を有し、前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、前記設定方向において一個の出射面より手前に配置される出射面で透過させる透過状態とするようにしてもよい。
また、上記の発明において、少なくとも２個の出射面は、電気信号に基づいて屈折率を変化させることが可能であり、前記制御部は、前記出射面に電気信号を出力するようにしてもよい。
【００１７】
そして、上記の発明において、少なくとも２個の出射面には、金属膜がそれぞれ形成され、各金属膜は、電気信号に基づいて反射状態か透過状態かのいずれかの状態に変化させることが可能な膜であり、前記制御部は、前記金属膜に電気信号を出力するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記光学系は、設定偏光又は設定偏光以外の画像表示光を出射し、少なくとも２個の出射面は、設定偏光の画像表示光を反射させるとともに、設定偏光以外の画像表示光を透過させる偏光ビームスピリッタ面であり、前記設定方向において各出射面の前方に、偏光切替面がそれぞれ配置され、前記偏光切替面は、電気信号に基づいて偏光方向を変化させるか変化させないかのいずれかの状態となるように切替可能であり、前記制御部は、前記偏光切替面に電気信号を出力するようにしてもよい。
ここで、「設定偏光」とは、任意の一方向の偏光のこといい、例えば、Ｓ偏光としたり、Ｐ偏光としたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの概略構成を示す光路図である。
【図２】図１に示すＡの拡大図である。
【図３】第一状態と第二状態と第三状態とを示す図である。
【図４】第一画像信号と第二画像信号と第三画像信号とを示す図である。
【図５】観察者が視認する観察対象の虚像を示す図である。
【図６】観察者の頭部に装着される眼鏡型ディスプレイを示す外観図である。
【図７】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概略構成を示す光路図である。
【図８】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概略構成の他の一例を示す光路図である。
【図９】図８に示すＢの拡大図である。
【図１０】本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの概略構成を示す光路図である。
【図１１】図１０に示すＣの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜第一実施形態＞
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）の概略構成を示す光路図であり、図２は、図１に示すＡの拡大図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ１００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は、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４と、ユニット部Ｕ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。
ユニット部Ｕは、出射方向に垂直である面に表示領域（（Ｚ１／３）×Ｙ１）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）２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３と、表示領域（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器２に出力する制御部１０とを備える。
【００２１】
出射機構Ｓは、光源（図示せず）と、透過型液晶表示器２とを備える。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（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を形成し、その画像表示光Ｌを出射する。つまり、透過型液晶表示器２の表示面積（（Ｚ１／３）×Ｙ１）は、透過型液晶表示器１０２の表示面積（Ｚ１×Ｙ１）の１／３の大きさとなっている。
【００２２】
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Ｓの前方（Ｚ方向）に配置される平面形状の全反射面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全反射面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（設定方向）から見ると四角形状となり、第一面４３ａと、第一面と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。第一面４３ａと第二面４３ｂとの間の距離は、Ｗ１となる。つまり、ライトガイド４における第一面４３ａと第二面４３ｂとの間の距離Ｗ１は、ライトガイド１０４における第一面１４３ａと第二面１４３ｂとの間の距離Ｗ３より小さくなっている。
【００２３】
出射面４２は、平面形状の第一出射面４２ａと、平面形状の第二出射面４２ｂと、平面形状の第三出射面４２ｃとを有する。そして、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、第三出射面４２ｃとなるように配置されている。さらに、Ｚ方向に対する第一出射面４２ａの角度をθａとし、Ｚ方向に対する第二出射面４２ｂの角度をθｂとし、Ｚ方向に対する第三出射面４２ｃの角度をθｃとすると、θａ＞θｂ＞θｃとなるように配置されている。
また、第一出射面４２ａは、画像表示光Ｌを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能となっている。このような第一出射面４２ａは、例えば、液晶層からなり、その屈折率を、ポリカーボネイトと同じｎｇと、ポリカーボネイトと異なるｎｇ’とに変化させることができるようになっている。
屈折率の変化は、後述する制御部１０からの電気信号等を電極等を介して入力されることによって制御されるようになっている。電極としては、例えばＩＴＯ等が挙げられる。
そして、第二出射面４２ｂと第三出射面４２ｃとも、第一出射面４２ａと同様な構成となっている。
【００２４】
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と出射面制御部１０ｂとを有する。
出射面制御部１０ｂは、出射面４２に電気信号等を出力して、出射面４２の屈折率を制御する。具体的には、第一状態として、図３（ａ）に示すように第一出射面４２ａを反射状態（屈折率をｎｇ’）とするととともに、第二出射面４２ｂと第三出射面４２ｃとを透過状態（屈折率をｎｇ）とする（第二出射面４２ｂと第三出射面４２ｃとは図示せず）。また、第二状態として、図３（ｂ）に示すように第二出射面４２ｂを反射状態とするととともに、第一出射面４２ａと第三出射面４２ｃとを透過状態とする（第一出射面４２ａと第三出射面４２ｃとは図示せず）。さらに、第三状態として、図３（ｃ）に示すように第三出射面４２ｃを反射状態とするととともに、第一出射面４２ａと第二出射面４２ｂとを透過状態とする（第一出射面４２ａと第二出射面４２ｂとは図示せず）。そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間（例えば、１秒間に６０サイクル）で繰り返す。なお、所定の時間は、１秒間に３０サイクル以上２４０サイクル以下であることが好ましい。
【００２５】
表示制御部１０ａは、画像信号を透過型液晶表示器２に出力するように制御する。具体的には、出射面制御部１０ｂが第一状態としたときには、第一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を示す第一画像信号を出力する。つまり、図４（ａ）に示すような画像信号を出力する。また、出射面制御部１０ｂが第二状態としたときには、第二部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を示す第二画像信号を出力する。つまり、図４（ｂ）に示すような画像信号を出力する。さらに、出射面制御部１０ｂが第三状態としたときには、第三部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を示す第三画像信号を出力する。つまり、図４（ｃ）に示すような画像信号を出力する。すなわち、第一画像信号と第二画像信号と第三画像信号とを、第一状態と第二状態と第三状態との変化に伴って順に所定の時間で出力することになる。
なお、本実施例において、透過型液晶表示器２から出射する画像表示光Ｌは、光学系３及びライトガイド４により観察者の眼Ｅに導かれる際、画像表示光Ｌの左右が反転するため、透過型液晶表示器２に、予め左右が反転した画像信号を出力する。
【００２６】
このような眼鏡型ディスプレイにおいて、まず、出射面制御部１０ｂが第一状態とし表示制御部１０ａが第一画像信号を出力することにより、全反射面４１は、光学系３からの第一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、第一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、第一出射面４２ａに導く。その結果、第一部分の画像表示光Ｌは、Ｚ方向に対して角度θａである第一出射面４２ａで反射されることにより、第一出射面４２ａからＺ方向に対して第一出射角度ψａで出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
次に、出射面制御部１０ｂが第二状態とし表示制御部１０ａが第二画像信号を出力することにより、全反射面４１は、光学系３からの第二部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、第二部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、第一出射面４２ａを透過させて第二出射面４２ｂに導く。その結果、第二部分の画像表示光Ｌは、Ｚ方向に対して角度θｂである第二出射面４２ｂで反射されることにより、第二出射面４２ｂからＺ方向に対して第二出射角度ψｂで出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
さらに、出射面制御部１０ｂが第三状態とし表示制御部１０ａが第三画像信号を出力することにより、全反射面４１は、光学系３からの第三部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第一面４３ａと第二面４３ｂとは、第三部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、第一出射面４２ａと第二出射面４２ｂとを透過させて第三出射面４２ｃに導く。その結果、第三部分の画像表示光Ｌは、Ｚ方向に対して角度θｃである第三出射面４２ｃで反射されることにより、第三出射面４２ｃからＺ方向に対して第三出射角度ψｃで出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間（例えば、１秒間に６０サイクル）で繰り返すことにより、第一出射角度ψａで出射された第一部分の画像表示光Ｌと、第二出射角度ψｂで出射された第二部分の画像表示光Ｌと、第三出射角度ψｃで出射された第三部分の画像表示光Ｌとは、ライトガイド４を介して、観察者の眼Ｅに導かれる。その結果、第一部分と第二部分と第三部分とが合成された図５に示すような画像を観察者は視認することになる。
【００２７】
以上のように、眼鏡型ディスプレイによれば、一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像を形成する透過型液晶表示器２を用いればいいので、出射機構Ｓ及び光学系３を小型化・軽量化することができる。
また、第一出射面４２ａを介して観察者が観察する外界の明るさと、第二出射面４２ｂを介して観察者が観察する外界の明るさと、第三出射面４２ｃを介して観察者が観察する外界の明るさとが異なるということもない。
【００２８】
＜第二実施形態＞
図１０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）の概略構成を示す光路図であり、図１１は、図１０に示すＣの拡大図である。なお、上述した第一実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ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は、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３０４と、ユニット部Ｕとライトガイド３０４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（（Ｚ１／３）×Ｙ１）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）３０２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３と、表示領域（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器３０２に出力する制御部３１０とを備える。
【００２９】
出射機構Ｓは、光源（図示せず）と、透過型液晶表示器３０２とを備える。透過型液晶表示器３０２は、制御部３１０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（（Ｚ１／３）×Ｙ１）となる画像を形成し、その画像表示光ＬをＰ偏光で出射する。
ライトガイド３０４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全反射面３４１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３４２及び偏光切替面３４４と、空気との界面によって全反射面３４１と出射面３４２及び偏光切替面３４４との間に形成される側面群３４３とを有する。
【００３０】
出射面３４２は、平面形状の第一出射面３４２ａと、平面形状の第二出射面３４２ｂと、平面形状の第三出射面３４２ｃとを有する。
また、偏光切替面３４４は、平面形状の第一偏光切替面３４４ａと、平面形状の第二偏光切替面３４４ｂと、平面形状の第三偏光切替面３４４ｃとを有する。
そして、Ｘ方向（設定方向）において順番に、第一偏光切替面３４４ａと、第一出射面３４２ａと、第二偏光切替面３４４ｂと、第二出射面３４２ｂと、第三偏光切替面３４４ｃと、第三出射面３４２ｃとなるように配置されている。
さらに、Ｚ方向に対する第一出射面３４２ａの角度をθａとし、Ｚ方向に対する第二出射面３４２ｂの角度をθｂとし、Ｚ方向に対する第三出射面３４２ｃの角度をθｃとすると、θａ＞θｂ＞θｃとなるように配置されている。
【００３１】
第一出射面３４２ａと第二出射面３４２ｂと第三出射面３４２ｃとは、Ｓ偏光（設定偏光）の画像表示光を反射させるとともに、Ｐ偏光（設定偏光以外）の画像表示光を透過させる偏光ビームスピリッタ面である。
第一偏光切替面３４４ａと第二偏光切替面３４４ｂと第三偏光切替面３４４ｃとは、偏光方向を変化させるＯＦＦ状態か変化させないＯＮ状態かのいずれかの状態となるように切替可能な液晶層である。ＯＦＦ状態とＯＮ状態との変化は、後述する制御部３１０からの電気信号等を電極等を介して入力されることによって制御されるようになっている。
これにより、第一偏光切替面３４４ａをＯＦＦ状態或いはＯＮ状態のいずれかの状態とすることで、第一出射面３４２ａで画像表示光Ｌを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能となっている。第二偏光切替面３４４ｂと第三偏光切替面３４４ｃとも、第一偏光切替面３４４ａと同様な構成となっている。
【００３２】
制御部３１０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と出射面制御部３１０ｂとを有する。
出射面制御部３１０ｂは、偏光切替面３４４に電気信号等を出力して、偏光切替面３４４のＯＦＦ状態とＯＮ状態とを制御する。具体的には、第一状態として、第一偏光切替面３４４ａをＯＦＦ状態とし、第二偏光切替面３４４ｂをＯＦＦ状態とし、第三偏光切替面３４４ｃをＯＮ状態とする。また、第二状態として、第二偏光切替面３４４ｂをＯＦＦ状態とし、第一偏光切替面３４４ａをＯＮ状態とし、第三偏光面３４４ｃをＯＦＦ状態とする。さらに、第三状態として、第三偏光切替面３４４ｃをＯＦＦ状態とするととともに、第一偏光切替面３４４ａと第二偏光切替面３４４ｂとをＯＮ状態とする。そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間（例えば、１秒間に６０サイクル）で繰り返す。なお、Ｓ偏光（設定偏光）の画像表示光を反射させる出射面３４２の反射率は、１００％でないため、Ｓ偏光（設定偏光）の画像表示光を反射させようとする出射面３４２のすぐ後方に配置される偏光切替面３４４は、ＯＦＦ状態とすることが好ましい。
【００３３】
このような眼鏡型ディスプレイにおいて、まず、出射面制御部３１０ｂが第一状態とし表示制御部１０ａが第一画像信号を出力することにより、全反射面３４１は、光学系３からの第一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第一面３４３ａと第二面３４３ｂとは、第一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、第一偏光切替面３４４ａに導く。このとき、第一偏光切替面３４４ａを通過する際に、Ｐ偏光の画像表示光Ｌは、Ｓ偏光の画像表示光Ｌとなり、第一出射面３４２ａに導かれる。その結果、第一部分の画像表示光Ｌは、Ｚ方向に対して角度θａである第一出射面３４２ａで反射されることにより、第一出射面３４２ａからＺ方向に対して第一出射角度ψａで出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
【００３４】
次に、出射面制御部３１０ｂが第二状態とし表示制御部１０ａが第二画像信号を出力することにより、全反射面３４１は、光学系３からの第二部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第一面３４３ａと第二面３４３ｂとは、第二部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、第一偏光切替面３４４ａでＰ偏光の画像表示光Ｌを変化させずに第一出射面３４２ａを通過させて第二偏光切替面３４４ｂに導く。このとき、第二偏光切替面３４４ｂを通過する際に、Ｐ偏光の画像表示光Ｌは、Ｓ偏光の画像表示光Ｌとなり、第二出射面３４２ｂに導かれる。その結果、第二部分の画像表示光Ｌは、Ｚ方向に対して角度θｂである第二出射面３４２ｂで反射されることにより、第二出射面３４２ｂからＺ方向に対して第二出射角度ψｂで出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
【００３５】
さらに、出射面制御部３１０ｂが第三状態とし表示制御部１０ａが第三画像信号を出力することにより、全反射面３４１は、光学系３からの第三部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを略Ｘ方向へと反射させる。そして、第一面３４３ａと第二面３４３ｂとは、第三部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像表示光Ｌを交互に複数回反射させながら、第一偏光切替面３４４ａと第二偏光切替面３４４ｂとでＰ偏光の画像表示光Ｌを変化させずに第一出射面３４２ａと第二出射面３４２ｂとを通過させて第三偏光切替面３４４ｃに導く。このとき、第三偏光切替面３４４ｃを通過する際に、Ｐ偏光の画像表示光Ｌは、Ｓ偏光の画像表示光Ｌとなり、第三出射面３４２ｃに導かれる。その結果、第三部分の画像表示光Ｌは、Ｚ方向に対して角度θｃである第三出射面３４２ｃで反射されることにより、第三出射面３４２ｃからＺ方向に対して第三出射角度ψｃで出射して、観察者の眼Ｅに導かれる。
【００３６】
そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間（例えば、１秒間に６０サイクル）で繰り返すことにより、第一出射角度ψａで出射された第一部分の画像表示光Ｌと、第二出射角度ψｂで出射された第二部分の画像表示光Ｌと、第三出射角度ψｃで出射された第三部分の画像表示光Ｌとは、ライトガイド３０４を介して、観察者の眼Ｅに導かれる。その結果、第一部分と第二部分と第三部分とが合成された図５に示すような画像を観察者は視認することになる。
以上のように、眼鏡型ディスプレイによれば、一部分（（Ｚ１／３）×Ｙ１）の画像を形成する透過型液晶表示器３０２を用いればいいので、出射機構Ｓ及び光学系３を小型化・軽量化することができる。
【００３７】
（他の実施形態）
上述した眼鏡型ディスプレイでは、制御部１０は、一個の出射面を反射状態とするときには、他の出射面を透過状態とするような構成としたが、一個の出射面を反射状態とするときには、設定方向において一個の出射面より手前に配置される出射面のみを透過状態とす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。
上記透過型液晶表示器は、カラーフィルタを内蔵することでカラー画像を形成するものであってもよく、カラーフィルタのないモノクロ画像を形成するものであってもよい。
また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色光を時分割発光する光源と、フィールドシーケンシャル駆動されてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）用のモノクロ画像を時分割に形成する透過型液晶表示器とを組み合わせることにより、観察対象の虚像をカラー表示してもよい。
【００３８】
また、出射面４２の画像表示光Ｌを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切り替える切替手段として、ポリカーボネイト（屈折率ｎｇ）等の基板である各出射面に、画像表示光Ｌを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能である金属膜を形成してもよい。このような金属膜は、例えば、Ｍｇ系合金薄膜等からなり、制御部からの電気信号等を電極等を介して入力されることによって、表面状態を反射状態である金属状態か、透過状態である非金属状態かのいずれかの状態に変化させることができるようになっている。
【００３９】
また、表示素子としては、画像表示光を直接に出射する自発光型表示器が用いられてもよいし、反射型表示器とその反射型表示器を照明するための素子とで構成されてもよい。
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、Ｙ方向と設定方向とが一致する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。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
１００  眼鏡型ディスプレイ（表示装置）
２、１０２、３０２  透過型液晶表示器（表示素子）
３、１０３  光学系
４、１０４、２０４、３０４  ライトガイド
１０、１１０、３１０  制御部
４２、１４２、２４２、３４２  出射面
４２ａ、２４２ａ、３４２ａ  第一出射面
４２ｂ、２４２ｂ、３４２ｂ  第二出射面
４２ｃ、２４２ｃ、３４２ｃ  第三出射面
４３ａ、１４３ａ、２４３ａ、３４３ａ  第一面
４３ｂ、１４３ｂ、２４３ｂ、３４３ｂ  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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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