(57)【要約】【課題】  低輝度表示時では輝度むらが目立たず、高輝度表示時では相応の高い輝度を出すことのできる表示装置を提供する。【解決手段】  光源１と、光源１から出射される光を拡散して輝度むらを緩和する拡散素子２と、画像を生成するとともに生成された画像が拡散素子２から出射される光により照明される表示素子３とをこの順に備える表示装置１０であって、拡散素子２の拡散作用を変更する手段を備え、この変更手段により拡散素子２の拡散作用を変更することで、表示画像の輝度及び輝度むらを同時に変更するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源から出射される光を拡散して輝度むらを緩和する拡散素子と、画像を生成するとともに生成された画像が拡散素子から出射される光により照明される表示素子とをこの順に備える表示装置であって、拡散素子の拡散作用を変更する手段を備え、この変更手段により拡散素子の拡散作用を変更することで、表示画像の輝度及び輝度むらを同時に変更することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記拡散作用を変更する手段は、拡散素子の拡散度を変更するようにした請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記拡散作用を変更する手段は、光源と拡散素子との光路長さを変更するようにした請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
拡散作用を変更する手段として、拡散素子の拡散度を変更する手段と、光源と拡散素子との光路長さを変更する手段とを組み合わせて構成したことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示装置と光学系とを組み合わせて、表示素子から出射される表示画像を、虚像として観察者が視認できるようにした請求項１〜請求項４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に用いられる表示装置に関する。
【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、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の頭部に装着して使用されるものが主流であり、例えば、サイズが小さいまま、光学性能を満足させつつ視野角を大きくすることができるＨＭＤが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、ＨＭＤの概略構成を示す図であり、表示装置１０から出射される画像表示光Ｌは、ハーフミラー等により構成される第１コンバイナ１１の反射面１１ａで反射された後に、ハーフミラー等により構成される第２コンバイナ１２の反射面１２ａで反射され、その後、第１コンバイナ１１を透過することにより、観察者の眼Ｅに導かれる。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認できるとともに、第１コンバイナ１１及び第２コンバイナ１２を透過する光により前方実在物も視認できる。
【０００３】
図６は、画像表示光Ｌを出射するための、従来の表示装置５０の概略構成を示す説明図であり、光を前方に出射する発光ダイオード５１と、発光ダイオード５１から照射される光を同軸状に屈折して平行光化する凸レンズ５２と、凸レンズ５２により平行光化された光を拡散して輝度むらを軽減する拡散素子５３（例えばすりガラス）と、画像を生成するとともに、生成した画像に対し拡散素子５３によって輝度むらが緩和された光が照射される表示素子５４とを、この順に配置した表示装置５０が用いられている。
【０００４】
このような表示装置５０では、表示素子５４に通常透過型液晶パネルが使用されるが、周囲の明るさ等の使用される環境や状況に応じて、表示画像の輝度の調整が要求される場合がある。例えば、昼間に見やすい輝度で調整した場合にその輝度で夜に観察すると、表示画像が明るすぎるために、昼間に比べて輝度を低減させる必要が生じる。
従来ではその調整手法として、電気的手段で光源自体の発光の明るさを調整したり、低透過率のフイルタや液晶シャッターを用いて減光したりすることで表示装置の輝度調整を行っていた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１８８１９４号公報
【特許文献２】特開平０８―２３４２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記調整手法では次のような問題点を包含する。
通常、人間が知覚する表示画像の輝度むら（画面上の明るい部分と暗い部分の輝度比）は、輝度の対数におおよそ比例する。そのため、輝度むらが同じでも、高輝度表示時より低輝度表示時の方が、輝度むらが大きいと知覚する。
例えば表示画像上で輝度むらが存在するとし、高輝度表示時に明るい箇所が2000cd/m2、暗い箇所が1000cd/m2と仮定すると、低輝度時表示時に全体を1/100に減光すると明るい箇所が20cd/m2、暗い箇所が10cd/m2となり、明るい箇所と暗い箇所の輝度比は、高輝度表示時並びに低輝度表示時のどちらも２：１と同じである。
しかし、知覚としては、高輝度表示では3.3（=log2000）と3.0（=log1000）の違い、低輝度表示では1.3(=log20)と1.0(=log10)の違いとなり、夫々の対比において高輝度表示では1.1:1.0だが、低輝度表示では1.3:1.0の違いとなり、低輝度表示時では輝度むらが知覚されやすいことがわかる。ただし、厳密に対数に比例するわけではなく、上記比較数値は概略値である。
このように、低輝度表示では輝度むらが知覚されやすいため、光源系の拡散作用を十分に大きくする必要があるが、拡散作用を大きくすると、今度は全体の輝度が下がるため、高輝度表示時に高い輝度を出すことが困難となってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記相反する課題を解決し、低輝度表示時では輝度むらが目立たず、高輝度表示時では相応の高い輝度を出すことの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】
【０００７】
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、光源と、光源から出射される光を拡散して輝度むらを緩和する拡散素子と、画像を生成するとともに生成された画像が拡散素子から出射される光により照明される表示素子とをこの順に備える表示装置であって、拡散素子の拡散作用を変更する手段を備え、この変更手段により拡散素子の拡散作用を変更することで、表示画像の輝度及び輝度むらを同時に変更するようにした。
ここで、拡散素子の拡散作用を変更する手段として、拡散素子の拡散度を変える手段と、光源と拡散素子との光路長さを変更する手段があり、何れも本発明に包含される。
また、拡散素子は、液晶パネルの輝度むら緩和用として一般的に用いられるものであれば特に限定されない。また発光素子は、発光ダイオードや蛍光表示管、高圧水銀ランプのような高輝度放電ランプを用いればよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の表示装置は上記の如く構成されているので、低輝度表示時では輝度むらが目立たず、高輝度表示時では相応の高い輝度を出すことができて明るい表示画像となる表示装置が簡単な構成で実現できるといった効果がある。
【０００９】
（他の課題を解決するための手段および効果）
本発明では、拡散素子の拡散作用を変更する手段として、拡散素子の拡散度を変更する手段と、光源と拡散素子との光路長さを変更する手段とを組み合わせて構成するようにしても良い。
これにより、低輝度表示時における輝度均一性の更なる向上や、輝度調整範囲を拡大する等の利点がある。
【００１０】
また本発明では、本発明の表示装置と光学系とを組み合わせて、表示素子から出射される表示画像を、虚像として観察者が視認できるようにしてもよい。
これにより、人体の頭部に装着して使用されるＨＭＤに好適に応用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
図１〜図３は本発明にかかる表示装置１０の第１の実施例を示す図である。本実施例において、この表示装置１０は図６で示すようにＨＭＤに組み込まれている。表示装置１０から出射される画像表示光Ｌは、ハーフミラー等により構成される第１コンバイナ１１の反射面１１ａで反射された後に、ハーフミラー等により構成される第２コンバイナ１２の反射面１２ａで反射され、その後、第１コンバイナ１１を透過することにより、観察者の眼Ｅに導かれるように構成されている。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認できるとともに、第１コンバイナ１１及び第２コンバイナ１２を透過する光により前方実在物も視認できる。表示装置１０やコンバイナ等の接眼光学系は図示外のケーシングに保持され、ヘルメットやベルト等の保持具を介して観察者の頭部に装着して使用される。
【００１２】
表示装置１０は、図１の(A)、(B)に示すように、光を出射する発光ダイオード等の光源１と、該光源１から出射される光を拡散して輝度むらを緩和する拡散素子２ａ、２ｂと、画像を生成するとともに生成された画像が拡散素子から出射される光により照明される表示素子３とを前後方向でこの順に備える。
ここでいう「前後方向」とは、光源１の中心部から前方に出射される光の方向のことをいう。すなわち光源から出射される光については、ある拡がり角で出射光が拡散するが、そのうち光源の中心部から前方に出射される光の方向（光源の光軸）のことをいう。
また、拡散素子として透明樹脂板に貼合された拡散フィルムが用いられ、前記表示素子３としては透過型液晶パネルが使用される。拡散フィルムは内部に含むビーズの粒度を変更することにより、拡散度を変化させることができる。
光軸１から出射された光は拡散素子２ａまたは２ｂにより拡散され、その拡散光が表示素子３に入射して、その透過光が表示画像として視認される。
【００１３】
図１の(A)は高輝度表示時を、(B)は低輝度表示時を示すものであって、図１(A)の高輝度表示時では、拡散素子２ａが拡散度の低い素子が使用され、図１(B)の低輝度表示時では、拡散素子２ｂが拡散度の高い素子が使用される。
【００１４】
図１(A)の高輝度表示時において、光軸１から出射された光は拡散素子２ａにより拡散されるが、その拡散素子２ａの拡散度を低くしてあるため前方への出射光の強度が高く、表示素子３で形成される表示画像は高輝度となる。
この場合、拡散素子２ａからの出射光は、入射方向と同一方向において強度が高く、その方向からずれるにつれて強度が大幅に低下するため、前方への出射光は、中心部の強度が高く、周辺部の強度が低くなり、透過型液晶パネル、即ち表示素子３で形成される表示画像は、中心部に対して周辺部の輝度が大きく低下し、輝度むらは大きくなる。
【００１５】
図１(B)の低輝度表示時では、拡散素子２ａに代えて、拡散度の高い拡散素子２ｂが使用されるため、拡散素子２ｂからの出射光はあらゆる角度に対してほぼ均一化され、表示装置３で形成される表示画像は、中心部と周辺部との輝度差が少なく、輝度むらが小さくなる。
ただし、拡散素子２ｂの拡散度が高いため、前方への出射光の強度が低く、表示装置３で形成される表示画像は低輝度となる。
【００１６】
上記実施例において、拡散素子の切り替え手段は種々の方法が考えられるが、例えば、図２に示すように、中心軸４を支点として回動する円盤５に複数の、例えば高、中、低の拡散度の異なる３種の拡散素子２ａ、２ｂ、２ｃを形成して、円盤を回転させることにより希望する拡散度の拡散素子を選択するようにする。また、図３に示すように、スライドプレート６に複数の拡散度の異なる拡散素子２ａ、２ｂを形成して、スライドプレートを摺動させることにより希望する拡散度の拡散素子を選択するようにする。或いは、図示は省略するが、複数の拡散度の異なる拡散素子を用意して、選択的に差し替えて使用できるようにする。また、別の手法として、複数枚の拡散素子を重ねて形成し、この拡散素子の枚数を変更することで、拡散度を変更するようにしてもよい。
尚、図２並びに図３において、矢印は光源の光軸を示す。
【００１７】
図４は本発明にかかる表示装置１０の第２実施例を示す図１同様の概略構成図であり、図４の(A)は高輝度表示時を示し、(B)は低輝度表示時を示す。
この実施例で示す表示装置１０は、先の実施例と同様に、発光ダイオード等の光源１と、拡散素子２並びに透過型液晶パネル等の表示素子３とか構成されており、光軸１から出射された光は拡散素子２により拡散され、その拡散光が表示素子３に入射して、その透過光が表示画像として視認される。
光源１は、図４(A)の高輝度表示時の位置と、図４(B)の低照度表示時の位置との間で、光軸方向に沿って移動調整できるように形成されており、これにより、光源１と拡散素子２との光路長さが変更できるようになっている。
【００１８】
図４(A)の高輝度表示時において、光源１と拡散素子２との間の光路長さが短いため、前方への出射光の強度が高く、表示素子３で形成される表示画像は高輝度となる。
この場合、拡散素子２の中心部と周辺部での入射角度差が大きいため、前方への出射光は、中心部の強度が高く、周辺部の強度が低くなり、透過型液晶パネル、即ち表示素子３で形成される表示画像は、中心部に対して周辺部の輝度が大きく低下し、輝度むらは大きくなる。
【００１９】
図４(B)の低輝度表示時では、光源１と拡散素子２との間の光路長さを拡げることで、拡散素子２の中心部と周辺部での入射角度差が小さくなり、前方への出射光は、中心部と周辺部の強度の差が小さくなり、表示装置３で形成される表示画像は、中心部と周辺部との輝度差が少なく、輝度むらが小さくなる。
ただし、光源１と拡散素子２との間の光路長さを拡げることにより、拡散素子２への入射光が減少し、表示装置３で形成される表示画像は低輝度となる。
【００２０】
上記第２実施例において、光源１を光軸方向に沿って移動させる手段は、例えば、カメラや望遠鏡の焦点調整のためのレンズ移動のように、外部に露出した回動リングを回動することにより移動できるようにしたり、或いは調整ネジを介して光源をケーシングに移動可能に保持させ、この調整ネジを操作したりすることにより移動できるようにするなど、種々の手段があり、その手段は拘束されない。
【００２１】
本発明において、前記した光源１は発光ダイオードの他に、蛍光表示管や、高圧水銀ランプのような高輝度放電ランプを用いることができる。また表示素子は、透過型液晶パネルに限らず、ビームスプリッタと組み合わせて反射型液晶パネルとしてもよい。
【００２２】
また本発明では、上記した第１実施例における拡散素子の拡散度を変更する手法と、第２実施例における光源と拡散素子との光路長さを変更する手法を組み合わせて構成することも可能である。これにより、低輝度表示時における輝度均一性の更なる向上や、輝度調整範囲を拡大する等の利点がある。
【００２３】
更に本発明では、電気的に光源の明るさを調整したり、減光フイルタによって光源の明るさを調整したりする従来の輝度調整手段と組み合わせて構成することも可能である。
これにより、輝度調整範囲を拡大することができる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、卓上以外の環境で使用する情報機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる表示装置の第１実施例の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施例における拡散素子の一例を示す斜視図である。
【図３】第１実施例における拡散素子の他の例を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかる表示装置の第２実施例の概略構成を示す図である。
【図５】本発明にかかる表示装置を組み込んだＨＭＤを示す説明図。
【図６】従来の表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  光源
２  拡散素子
２ａ  低拡散度の拡散素子
２ｂ  高拡散度の拡散素子
３  表示素子
１０  表示装置
【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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