JP6329792B2

JP6329792B2 - 表示装置

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Inventors: 堀川　嘉明; 嘉明堀川
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Description

本発明は、表示装置に関するものである。

映像や文字を表示する表示装置（ディスプレイ）として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどがある。これらの表示装置は、視度の調節が出来ない。高齢化社会の進展に伴って老眼（老視）の高齢者が増えており、視度調節が可能な表示装置、特に薄型のフラットパネルディスプレイ（以下、適宜「ＦＰＤ」という。）が望まれている。

以下、理解を容易にするために、老眼視を例にして説明をする。携帯電話の普及やデジタルカメラの普及により、屋外でＦＰＤによる表示を見る機会が増えている。更に本の代わりに電子ブックの利用も増加している。このように携帯電話やデジタルカメラ等のモバイル機器のＦＰＤを見るときに、いちいち老眼鏡を掛け、外しするのは非常に煩わしい。

携帯電話は、電話として使用するよりも、メールの使用、ゲーム等の場面でＦＰＤを見る機会が多い。また、デジタル一眼レフカメラには、ライブビューモニターとしてＦＰＤが用いられている。

このデジタル一眼レフカメラにおいて、遠方の被写体を見つつ、ライブビューモニターを見るのに、そのたびに老眼鏡を掛けたり外したりするのは、実際的ではない。さらに、撮影モードの変更等、モニターを利用したＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェイス）を使用することが多い。このため、モニターを見る必要性は高い。

また、カーナビゲーションシステムのモニターを見るときは、観察者は運転中である。このため、前方からモニターを見るときに、老眼鏡を掛け外しするのは危険である。老眼鏡の掛け外しは事実上不可能である。

さらに他の場面として、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の液晶画面を観察する時も、そのたびに、老眼鏡を掛けるのは観察者にとって煩わしい。したがって、老眼鏡を掛け外しすることなくモニターを見ることのできる電子機器が望まれている。

例えば、特許文献１には、マイクロレンズアレイを従来のＦＰＤデバイスの前に取り付け、虚像を観察できるフラットパネルディスプレイ型の表示装置が開示されている。遠方に表示される虚像なので老眼の人でも眼鏡をかけることなく表示を観察することができる。

また、特許文献２には、自動車用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が開示されている。半透過反射部の先２５０ｍｍ程度に虚像を表示する装置が開示されている。

特公表２０１３−１１８３２８号公報特開２０１３−１５６５８４号公報

特許文献１に開示されている構成においては、観察者と虚像表示装置の位置によっては、虚像が表示装置の観察枠から外れて虚像の一部が観察できない。また、虚像観察時に必ずしも両眼視になっていない。その場合、観察者は不自然な画像を見ていることになる。

また、特許文献２には、両眼視に必要な半透過反射部の大きさについて言及されている。ここでは、虚像と観察枠に相当する半透過反射部ができる限り近いことが好ましいことが開示されているだけである。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、虚像を両眼視できる表示装置の条件を明確にし、両眼視で虚像の表示を観察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。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の表示装置は、
画像表示部と虚像形成部との機能を兼用する、画像の虚像を形成する空間光位相変調素子を有し、
異なる２点である左右の眼からそれぞれ虚像の全体が観察される表示装置において、空間光位相変調素子からの光束を射出可能な領域の、使用時に左右の眼が並ぶ方向における一辺の長さをＬとして、条件式（１）または条件式（２）を満たすことを特徴とする。

ここで、
ｆ_ｅは、空間光位相変調素子と左右の眼の中間点との距離、
ｆ_ｖは、空間光位相変調素子と虚像との距離、
Ｐは、左右の眼の間隔、
φは、虚像を表示する領域として設定された領域の虚像を観察するときの半画角、
である。

本発明の表示装置によれば、焦点の合った表示を両眼で見ることが出来る。
即ち、本発明に係る表示装置は、観察者に遠方の虚像を観察させることにより、通常表示装置が存在する近点に焦点を合わせることのできない人でも焦点の合った表示を両眼で見ることができる効果がある。
さらに、本発明の表示装置は、例えば、老眼の観察者の両眼の負担を軽減し、老眼鏡その他の光学部を追加することなく観察することができる。更に、遠視の人でもメガネを用いることなく、焦点の合った画像（絵だけでなく文字など、表示される全ての情報のこと）を両眼で見ることが出来る。また、両眼視により、自然な感覚で表示を見ることができる。

第１実施形態の表示装置の基本構成示す図である。第１実施形態の表示装置を上方から見た構成を示す図である。ルーペを使用する観察を説明する図である。第２実施形態の表示装置の基本構成示す図である。第２実施形態の表示装置を横側面から見た構成を示す図である。第３実施形態の表示装置の基本構成示す図である。第３実施形態の変形例の表示装置の斜視構成を示す図である。第４実施形態の表示装置の基本構成示す図である。第５実施形態の表示装置の基本構成示す図である。第５実施形態の表示装置の機能ブロック図である。

以下に、本発明にかかる表示装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明による第１実施形態の表示装置３ａの基本構成と作用を説明する図である。
表示装置３ａは、画像表示部１と、虚像形成部２で構成されている。ここで、画像を表示せず虚像形成部２のみで虚像を表示することも可能である。この例は、別途後述する実施形態で示す。

ここでは、画像表示部１と虚像形成部２を一体として表示装置３ａとして構成する。観察点である異なる２点４、５は、それぞれ（不図示の）観察者の左右の眼に相当する。図１では、表示装置３ａの表示面の中心を通りかつ表示面に垂直な基準軸ＡＸと、２点４、５の観察点の中心が重なるようにして観察を行っている。観察者は、表示装置３ａを観察すると、観察枠７の中に虚像６を観察できる。

観察枠７とは、虚像形成部２から射出して眼に入る光束の表示装置３ａの射出面における大きさを制限するものである。実際に物理的に枠が存在していても良いし、または射出面の光学系の大きさによって視野が制限されてもよい。

図１は、本実施形態における虚像表示の両眼視を示している。左右の眼（２点）４、５それぞれから虚像６全体が観察される。従来、観察者は、両眼視で見ているつもりの場合でも、観察者自身が意識しないうちに、片眼視となる場合がある。

これは、観察距離ｆｅで両眼視が不可能な観察枠７の大きさに対して半画角φが設定されている場合に生じる。

図３は、このような状況を示している。これは、ルーペＬＰを通して新聞などの文字を読む場合である。ここでルーペＬＰは虚像表示装置と等価な作用をする。ルーペＬＰは新聞などに記載文字を虚像６として拡大する。

これにより、細かい文字を読むこと、近点に焦点の合わない老眼の人でも文字が読めることが可能となる。視点４から虚像を観察すると領域Ｂ及び領域Ｃの領域を認識する。一方、視点５から虚像を観察すると領域Ａ及び領域Ｂの領域を認識する。

両眼視をすると虚像６の全ての領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの領域を認識することができる。ここで、両眼視しているのは領域Ｂのみである。観察者は、両眼視をしているつもりでも、観察枠７に相当するルーペＬＰのレンズＬＳの大きさが不十分の場合は、両眼視は一部、例えば、領域Ｂに対して行われている。

観察者は、実際には多くの画像を片眼視している(領域Ａ、領域Ｃ)。両眼視のためには、図１に示すような観察枠７の条件式を満足することが必要となる。図１を上方より見た様子を図２に示す。

観察枠７の大きさをＬとする。観察枠７と異なる２点４、５の中間点との距離、すなわち、ここでは、両眼の中間点との距離（観察距離）をｆ_ｅ、観察枠７と虚像６との距離をｆ_ｖ、虚像の半画角をφ、観察枠７を通る光束径をＤとする。異なる２点の距離はＰである。

条件式は、図１、或いは図２より近似的に、以下のように示される。

或いは、より正確には、図１、或いは図２より、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。

すなわち、以下の条件式（１）または条件式（２）を満足することが両眼視の条件となる。

ここで、観察枠７の少なくとも一辺が、この条件式（１）または条件式（２）を満たしていることが望ましい。
本実施形態を老眼用に用いる場合は、多くの場合、表示装置が近距離にある場合である。したがって、観察距離ｆ_ｅは、１ｍ以下が望ましい。

また、老眼では近距離には焦点が合わない。このため、虚像までの距離ｆ_ｖは、１ｍ以上が好ましい。例えば、異なる２点を人の両眼とする場合は、両眼の距離（眼幅）の平均は、約６５ｍｍであり、Ｐの値は６０〜７０ｍｍが好ましい。

画像表示部１と虚像形成部２は、一体として表示装置３ａを構成している。既存のフラットパネルディスプレイのように薄型の形状をしている。もちろん、各種デジタル処理を行う基板や各種情報を外部と通信する部などによって背面に凹凸が存在する構成があるのは、従来のフラットパネルディスプレイと同様である。通常、１００ｍｍ以下である場合が多い。

以上説明したように、本実施形態により、常に両眼視で虚像表示を観察することができる薄型の表示装置を提供できる。例えば、老眼の人でも眼鏡をかけることなく、常に両眼視で虚像表示を観察することができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の表示装置の基本構成と作用を説明する図である。表示装置３ｂは、レンズアレイ８と、表示デバイス９で構成されている。表示デバイス９には、レンズアレイ８の各レンズ１０に対応した位置であって、破線で囲われた表示領域において表示１１が行われる。

表示１１は、その他のレンズにも対応して同じ表示が行われる。表示内容は観察者が最終的に観察する表示内容である。なお、図中、表示デバイス９の中で一つの表示領域を示す破線は、理解を助ける為の記載で実際には存在しない。

表示１１は、レンズ１０によって図中矢印１２のように平行光で無限遠に投影される。すなわち、無限遠に虚像ができる。また、表示デバイス９にはレンズアレイ８のレンズと同じ数だけ同じ表示が成される。レンズ１０は、３×３＝９個示されている。なお、レンズの個数はこれに限らない。

レンズ１０の形状は、表示１１の範囲と同じ形状になっている。図中、レンズ１３は観察者の左右の眼のレンズを示している。像１４はそれぞれの眼の網膜上に映った像である。眼のレンズ１３は老眼や遠視の人のように無限遠にピントが合っている。このため、矢印１２の平行光を網膜上に集光する。すなわち、観察者は、焦点の合った像を観察できる。観察枠であるレンズアレイの大きさが十分大きいと、図４のように両眼視が可能となる。

さて、上記結像作用を、図５を用いて再び詳説する。図５は簡単のため、本実施形態の表示装置３ｂを横（側面）方向から見た構成を示している。各表示１１は、それに対応する各レンズ１０によって無限遠に投影される。

このとき、各表示１１は、全く同じであるから、各レンズから射出される光束は一つの大きな平行光束を作ることになる。図では、レンズは４個のみ示している。しかしながら、実際には、非常に多くのレンズが上下及び紙面の手前奥方向に配置されている。

図５は、その内の４個のレンズによる光束１５が観察者の眼のレンズ１３に入射している様子を示している。光束１５は平行光であり、無限遠に虚像を形成している。レンズアレイ８は虚像形成部２である。

従って、無限遠の像にしか焦点の合わない観察者の眼のレンズ１３でも焦点を合わせることができ、焦点の合った像１４が網膜上に投影される。

ここで、レンズアレイ８が表示装置の瞳になっていると考えることができる。例えば、顕微鏡では、観察者は接眼レンズを覗くことが知られている。接眼レンズの近傍にのみ光学系の瞳が形成されるため、像を観察する為には、そのアイポイントの位置に眼のレンズを合わせる必要がある。

従って、顕微鏡を代表とする光学機器では、観察者は覗き込む動作が必要になる。但し、接眼レンズから射出される光束は、無限遠から来たのと等価な平行光に調整できるので、老眼の人でも容易に焦点の合った顕微鏡像を観察できる。

本実施形態による表示装置３ｂは、レンズアレイ８全体が光学系の瞳となっており、顕微鏡のように覗き込む動作が必要ない。また、表示装置から離れた位置から表示を見ることができる。なお、両眼視の場合は、このレンズアレイ８の大きさが観察枠７に相当する。

虚像形成部２であるレンズアレイ８の射出光束の射出面での大きさが観察枠７に相当する。観察枠７は物理的に設けなくても、光学系の大きさそのものでよい。

レンズアレイ８のレンズ数が多いと、レンズの焦点距離を短くできる。これにより、画像表示部である表示デバイス９と虚像形成部であるレンズアレイ８で構成される表示装置を薄型化できる。この結果、虚像を表示することができる薄型の表示装置であるＦＰＤを提供できる。

レンズアレイ８のレンズ数が１個の場合でも本願の表示装置を構成可能である。しかしながら、表示装置が厚くなる（大型化する）ので携帯電子機器には不向きである。このような場合でも、車載用のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）には使用することができる。

なお、光束１５が発散するように、表示１１を少しずつずらして表示することにより有限遠に虚像を表示することができる。

観察枠７の大きさはレンズアレイ８の有効開口である。第１実施形態と同等の条件式を満たすことが望ましい。
学習用タブレットやパーソナルコンピュータなどに用いる場合を想定する。画面の大きさを３５５ｍｍ×２００ｍｍ（１６型）とする。画面を４００ｍｍ離れて観察すると、半画角φは、±２４度×±１４度となる。

本実施形態による表示装置３ｂの虚像までの距離ｆ_ｖを５ｍとすると、両眼視に必要な最低限の観察枠７の大きさは、条件式（２）より、３７６ｍｍ×２３９ｍｍとなる。観察枠７の少なくとも一辺がこの値以上の大きさであることが望ましい。すなわち、両眼視をする方向（水平方向）がこの値を満たしていればよい。横長で使う場合は、水平方向が３７６ｍｍ以上、縦長で使う場合は、水平方向が２３９ｍｍ以上必要である。ここで、観察距離ｆ_ｅは３５０ｍｍ、眼幅は６５ｍｍとした。

本実施形態の表示装置３ｂを大型のテレビに用いた場合を考える。画面の大きさを２２２１ｍｍ×１２５０ｍｍ（１００型）とする。観察者は、２０００ｍｍ離れて観察すると、半画角φは、±２９度×±１７度となる。ここで、観察距離ｆ_ｅ＝２０００ｍｍとすると、本実施形態による表示装置の虚像までの距離ｆ_ｖは１ｍで十分である。

両眼視に必要な最低限の観察枠７の大きさは、条件式（２）より、２２６７ｍｍ×１２７５ｍｍとなる。観察枠７の少なくとも一辺がこの値以上の大きさであることが望ましい。すなわち、両眼視をする方向（水平方向）がこの値を満たしていればよい。横長で使う場合は、水平方向が２２６７ｍｍ以上、縦長で使う場合は、水平方向が１２７５ｍｍ以上必要である。ここで眼幅は６５ｍｍとした。

但し、このような大型テレビの場合、視距離がすでに２ｍであり、必ずしも虚像表示は必要ない領域になっている。一方、壁紙テレビのように部屋全体をディスプレイにする場合などを考えると、壁の近くで、例えば観察距離ｆ_ｅ＝１ｍ程度で画面を見ることもある。この結果、本実施形態の表示装置３ｂの虚像表示は、大型のテレビ（壁紙テレビ）でも有効である。観察距離ｆ_ｅは、１ｍ以下での設計が望ましい。その場合、表示装置３ｂの観察枠７と虚像との距離ｆ_ｖは１ｍ以上が望ましい。

本実施形態により、常に両眼視で表示を観察することができる表示装置を具備した薄型のタブレットやパーソナルコンピュータ、テレビなどを実現することができる。特に、老眼の人でも眼鏡をかけることなく、眼鏡の掛け、外しの煩雑さが必要なくなる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の表示装置３ｃの断面構成を示す。導光板１６を用いて観察枠７を大きくする虚像を表示する薄型の表示装置の例である。

観察者が、新聞紙をルーペで見ることを考える。これは、観察者がルーペで拡大された虚像を見ていることになる。しかしながら、この系は大きく、そのままではＦＰＤを構成することはできない。

そこで、数ｍｍ四方の小さな表示デバイス１７を、小さなレンズ１８で拡大して、表示デバイス１７に表示された画像を見ることを考える。系を小さくすることはできるが、レンズ１８の開口は小さく、眼をレンズ１８に密着させて覗く必要がある。このため、通常のＦＰＤのように、観察者は、離れて見ることはできない。

そこで、レンズ１８から射出される光束を導光板１６に入射させる。導光板１６に入射した光は、導光板１６の中を全反射して伝搬してゆく。ホログラム１９は、導光板１６内を全反射して伝わる光の一部を回折して、導光板１６の外に射出させる。

表示デバイス１７は、レンズ１８の焦点位置に設けられている。これにより、表示デバイス１７の表示された画像の中心２０から射出される光束は、平行光束となって導光板１６に入射する。この結果、導光板１６内を全反射して伝わりホログラム１９によってその一部が平行光束２１として導光板１６から射出する。

ホログラム１９で反射した光束は、引続き導光板１６内を全反射して伝わり、ホログラム１９によって一部が平行光束として導光板１６の外に射出される。すなわち、導光板１６の表面のほぼ全域から径が太くなった平行光束として矢印２２の方向に射出される。

表示デバイス１７に表示された画像の端２３から射出される光束は平行光束となり導光板１６に入射する。そして、導光板１６内を全反射して伝わり、ホログラム１９によってその一部が平行光束として射出される。射出する方向は矢印２４で示す。

表示デバイス１７の反対の端からの光束は、同様に矢印２５の方向の平行光束として導光板１６から射出される。すなわち、導光板１６の表面から、レンズ１８の小さな瞳が合成され、大きな径（光束幅）の平行光束が射出される。これにより、観察枠７を大きくすることができる。この結果、観察者による虚像の両眼視が可能となる。

更に、観察者は、導光板１６から離れた位置で表示デバイス１７に表示された画像を見ることができる。平行光束なので、例えば老眼の人でも表示された画像を良好に観察できる。

なお、図６は一方向の導光であり、細長い表示装置３ｃとなる。導光板を２枚用いれば通常の縦横比の表示装置が出来る。図７にその様子を示す。導光板１６は矢印２６の方向に導光し、導光板２７に光を入射させる。導光板２７は矢印２８の方向に導光する。これによってレンズ１８の小さな瞳を大きな瞳に合成できる。

すなわち、導光板２７の表面２９の全面からあらゆる方向３９に平行光束が射出される。これにより、この状態はルーペと同様に、虚像を観察していることになる。ルーペと異なるのは、本実施形態では、非常に薄い導光板程度の厚さの表示装置３ｄにできる点である。

図６において、画像表示部は表示デバイス１７で虚像形成部はレンズ１８である。観察枠７の大きさは導光板２７の有効開口であり、第１実施形態と同等の条件を満たすことが望ましい。

本実施形態を、電子辞書や携帯電話、スマートフォンなどに用いる場合を想定する。画面の大きさを５８ｍｍ×１０４ｍｍ（４．７型）とする。通常、明視距離といわれる２５０ｍｍで観察すると、半画角φは、±６．６度×±１１．７度となる。

本実施形態による表示装置３ｄの虚像までの距離ｆ_ｖを２ｍとすると、両眼視に必要な最低限の観察枠７の大きさは、条件式(１)より、９５ｍｍ×１２３ｍｍとなる。観察枠７の少なくとも一辺がこの値以上の大きさであることが望ましい。

すなわち、両眼視をする方向（水平方向）がこの値を満たしていればよい。縦長で使う場合は、水平方向が９５ｍｍ以上、横長で使う場合は、水平方向が１２３ｍｍ以上必要である。ここで、観察距離は１５０ｍｍ、眼幅は６５ｍｍとした。

本実施形態によれば、常に両眼視で表示を観察することができる表示装置３ｃ、３ｄを具備した薄型の電子辞書や携帯電話、スマートフォンなどの携帯用電子機器を実現することができる。特に、老眼の人でも眼鏡をかけることなく、簡便に像を観察できる。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態の表示装置３ｅの断面構成を示している。第３実施形態と同様に導光板１６を用いて観察枠を大きくする虚像を表示する薄型の表示装置である。本実施形態では、画像の表示を走査型で行う点が第３実施形態と異なる。

例えば、半導体レーザー３０とレンズ３１を用いて平行光束を形成する。平行光束を回転ミラー３２に入射させる。回転ミラー３２で反射した平行光束は、導光板１６に入射し、導光板１６の中を全反射して伝わっていく。

ホログラム１９は、導光板１６内を全反射して伝わる光の一部を回折して導光板１６の外に射出させる。ホログラム１９で反射した光束は、引続き導光板１６内を全反射して伝わり、ホログラム１９によって一部が平行光束として導光板１６の外に射出される。

即ち、半導体レーザー３０からの光は、導光板１６の表面のほぼ全域から太くなった平行光束として２２の方向に射出される。矢印３３で示すように回転ミラー３２を回転させると、平行光束は、導光板１６に斜めに入射する。

そして、平行光束は、導光板１６内を全反射して伝わり、ホログラム１９によってその一部が平行光束として射出される。射出される方向は矢印２４で示す方向である。

反対側に回転した回転ミラー３２からの平行光束は、導光板１６を全反射して伝わり一部がホログラム１９で回折して、矢印２５の方向の平行光束として導光板１６から射出される。

即ち、導光板１６の表面から、回転ミラー３２の小さな開口（瞳）が合成され、大きな平行光束が射出される。観察者は、導光板１６から離れた位置で光源（半導体レーザー）３０と回転する回転ミラー３２によって表示された画像を見ることができる。

平行光束なので、例えば老眼の人でも、表示された画像を良好に見ることができる。なお、図８は一方向の導光であり、細長い形状の表示装置３ｅとなる。さらに、導光板を２枚用いれば通常の縦横比の表示装置が出来る。この構成は、第３実施形態に示す図７と同様である。観察枠７を十分に大きくすることにより両眼視が可能となる。

ここで画像表示部は、光源（半導体レーザー）３０と回転ミラー３２であり、同時に虚像形成部でもある。なお、図８では光源が一つであるが、言うまでもなく赤、緑、青色の各波長のレーザーを備えてカラー画像を表示することができる。

観察枠７の大きさは、導光板２７の有効開口である。観察枠７の大きさは、第１実施形態と同等の条件を満たすことが望ましい。

本実施形態を電子辞書や携帯電話、スマートフォンなどに用いる場合を想定する。画面の大きさを５８ｍｍ×１０４ｍｍ（４．７型）とする。通常、明視距離といわれる２５０ｍｍで観察すると、半画角φは、±６．６度×±１１．７度となる。

本実施形態の表示装置３ｅの虚像までの距離ｆ_ｖを無限遠とすると、両眼視に必要な最低限の観察枠７の大きさは、条件式（１）より、１００ｍｍ×１２７ｍｍとなる。観察枠７の少なくとも一辺がこの値以上の大きさであることが望ましい。すなわち、両眼視をする方向（水平方向）がこの値を満たしていればよい。

縦長で使う場合は、水平方向が１００ｍｍ以上、横長で使う場合は、水平方向が１２７ｍｍ以上必要である。ここで、観察距離は１５０ｍｍ、眼幅は６５ｍｍとした。

（第５実施形態）
図９は、第５実施形態の表示装置３ｆの断面構成を示している。平板から波面を再生して、その平板の中に立体像を表示するホログラフィが知られている。平板は、ホログラムと呼ばれている。

ホログラムに記録される干渉縞は非常に細かく、従来は特殊な写真乾板が用いられていた。ここで、近年液晶表示デバイスなどの画素が非常に細かくなり画素数も多くなっている。

そこで、通常の光強度を表示するのではなく、光の波面を二次元的に変調する空間光位相変調素子が実用化されてきた。

図９に示す本実施形態の表示装置３ｆは、空間光位相変調素子３４にホログラムを表示し、再生光を照射して虚像を再生し、表示する装置となっている。光源３５とレンズ３６によって空間光位相変調素子を照明すると虚像が再生される。

空間光位相変調素子３４が反射型の場合は、虚像を表示する光束が矢印３７の方向に射出される。観察者は矢印３７の方向から、表示装置３ｆを見て、矢印３８の方向に見える虚像を観察することができる。

また、空間光位相変調素子３４が透過型の場合は、虚像を表示する光束が矢印３８の方向に射出され、観察者は矢印３８の方向から、表示装置３ｆを見て、矢印３７の方向に見える虚像を観察することができる。

光源３５は、赤、緑、青の三原色の光源であり、時分割によりカラー像を再生できる。観察枠７が十分に大きいと両眼視が可能となる。

図１０は、空間光位相変調素子に表示するホログラム情報の生成法の一例を示すブロック図である。結像光学系の射出波面は、表示する画像データ１０１をフーリエ変換（１０３）することによって求められる。

フーリエ変換（１０３）によって求められた空間周波数分布は空間位相分布と同時に空間強度分布も生じる。このままでは、回折効率の良い位相ホログラムを形成できない。予め映像データにランダムな位相情報（１０２）を重畳しておくとフーリエ変換後の空間強度の値を空間周波数面全面に渡って平均化でき、強度を等しくすることができる。即ち、位相情報とすることができる。

次に光学系の配置に基づく補正処理を行う（１０４）。例えば、図９のコヒーレントな光源３５からの波面は球面波である。球面波がホログラムを再生したときに正しい表示光束が形成されるように、球面波の情報でホログラムを計算する。

その後、空間光位相変調素子（ＳＰＭ）ドライバ１０５にホログラム情報を入力し、空間光位相変調素子３４にホログラムを表示する。

なお、空間光位相変調素子３４の回折効率はほぼ一定であり、明るいシーンの画像でも、暗いシーンの画像でも、同程度の明るさになってしまう。従って、ホログラフィックに表示光束を形成する場合は、画像の総光量に従って空間光位相変調素子３４に入射させる光量を制御する必要がある。画像データの総光量データを光源ドライバ１０６に送って光源の明るさを制御する。

観察枠７の大きさは、空間光位相変調素子３４の有効表示領域であり、第１実施形態と同等の条件を満たすことが望ましい。
本実施形態を学習用タブレットやパーソナルコンピュータなどに用いる場合を想定する。画面の大きさを３１１ｍｍ×１７５ｍｍ（１４型）とする。３００ｍｍ離れて観察すると、半画角φは、±２７度×±１６度となる。

本実施形態の表示装置３ｆの虚像までの距離ｆ_ｖを２ｍとすると、両眼視に必要な最低限の観察枠７の大きさは、条件式（２）より、３６４ｍｍ×２３１ｍｍとなる。観察枠７の少なくとも一辺がこの値以上の大きさであることが望ましい。すなわち、両眼視をする方向（水平方向）がこの値を満たしていればよい。

横長で使う場合は、水平方向が３６４ｍｍ以上、縦長で使う場合は、水平方向が２３１ｍｍ以上必要である。ここで、観察距離ｆ_ｅは３００ｍｍ、眼幅は６０ｍｍとした。

（第６実施形態）
次に、上述した第２実施形態から第５実施形態に示した虚像表示を行う各表示装置３ｂ、３ｃ、３ｄ（変形例）、３ｅ、３ｆを携帯電話、スマートフォン、電子辞書などの携帯型電子機器の表示装置として用いることを考える。現実的には、携帯端末で、観察距離は１５０〜３００ｍｍ程度である。また、一般的な表示面の大きさ４〜５インチからおおよそ半画角は５〜１０度である。

本実施形態の表示装置を、このような携帯型電子機器の表示装置に使う場合に、観察距離ｆ_ｅを１５０ｍｍ、半画角φを５度とすると、第１実施形態の条件式（１）より、以下の条件式（３）が得られる。

また、観察距離ｆ_ｅを３００ｍｍ、半画角φを１０度とすると、以下の条件式（４）となる。

従って、観察枠７の大きさＬの範囲は、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。ここで、眼幅の値は一般的な６５ｍｍとした。

更に、観察枠７と虚像６との距離ｆ_ｖは１ｍ以上が好ましい。このため、以下に示す範囲が望ましい。
８２．７＜Ｌ＜１７０.８

すなわち、携帯型電子機器に用いられる両眼視虚像表示装置の観察枠の大きさは、そのすくなくとも一辺が８２．７〜１７０．８ｍｍの範囲である。

（第７実施形態）
次に、第２実施形態から第５実施形態に示した各表示装置３ｂ、３ｃ、３ｄ（変形例）、３ｅ、３ｆをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット端末などの卓上型電子機器の表示装置として用いることを考える。現実的には、卓上端末で、観察距離は３００〜６００ｍｍ程度である。また、一般的な表示面の大きさ１６〜２０インチからおおよそ半画角１５〜２０度である。

本実施形態の表示装置をこのような卓上型電子機器の表示装置に使う場合に、観察距離ｆ_ｅを３００ｍｍ、半画角φを１５度とすると、第１実施形態の条件式（１）より、以下の条件式（６）が得られる。

また、観察距離ｆ_ｅを６００ｍｍ、半画角φを２０度とすると、以下の条件式（７）となる。

従って、観察枠７の大きさＬの範囲は、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。

ここで、眼幅の値は一般的な６５ｍｍとした。
更に、観察枠７と虚像６との距離ｆ_ｖは１ｍ以上が好ましい。このため、以下に示す範囲が好ましい。
２１０.８＜Ｌ＜５０１．８

すなわち、卓上型電子機器に用いられる両眼視虚像表示装置の観察枠の大きさは、そのすくなくとも一辺が２１０．８〜５０１．８ｍｍの範囲である。

以上説明したように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明は、両眼視で虚像の表示を観察することができる表示装置に有用である。

１画像表示部
２虚像形成部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ（変形例）、３ｅ、３ｆ表示装置
４、５左右の眼
６虚像
７観察枠

Claims

画像表示部と虚像形成部との機能を兼用する、画像の虚像を形成する空間光位相変調素子を有し、
異なる２点である左右の眼からそれぞれ前記虚像の全体が観察される表示装置において、前記空間光位相変調素子からの光束を射出可能な領域の、使用時に前記左右の眼が並ぶ方向における一辺の長さをＬとして、条件式（１）または条件式（２）を満たすことを特徴とする表示装置。

ここで、
ｆ_ｅは、前記空間光位相変調素子と前記左右の眼の中間点との距離、
ｆ_ｖは、前記空間光位相変調素子と前記虚像との距離、
Ｐは、前記左右の眼の間隔、
φは、前記虚像を表示する領域として設定された領域の前記虚像を観察するときの半画角、
である。
前記光束を射出可能な領域を定める観察枠と前記左右の眼の中間点との距離ｆ_ｅは、１ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記光束を射出可能な領域を定める観察枠と前記虚像との距離ｆ_ｖは、１ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
前記左右の眼の距離は、６０〜７０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。