ヘッドマウントディスプレイ
【課題】３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能であって、低コストかつ明るい画像を観察できるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】画像を表示する表示部と、該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、接眼光学系と、各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有するヘッドマウントディスプレイ。
【解決手段】画像を表示する表示部と、該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、接眼光学系と、各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有するヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元（３Ｄ）立体画像表示と、２次元（２Ｄ）画像表示との切り替えが可能であり、観察者の頭部に保持することを可能にするヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の進歩により、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの画像表示素子の高精細化が進んでいる。これらディスプレイの高精細化により、当該ディスプレイが表示できる情報量の増大化が進み、３Ｄ画像の表示が可能となってきている。
【０００３】
特に、通常のディスプレイより小型で３Ｄ画像が楽しめるヘッドマウントディスプレイの需要が増大している（例えば、特許文献１参照）。図１５は、従来のヘッドマウントディスプレイＨの構成の概要図である。ヘッドマウントディスプレイＨは、画像表示素子である液晶ディスプレイＤ１，Ｄ２、プリズムＧ１，Ｇ２を有する。液晶ディスプレイＤ１には対象物体である立方体の視差画像である右眼用画像ＲＩが表示され、液晶ディスプレイＤ２には対象物体である立方体の視差画像である左眼用画像ＬＩが表示される。各画像は各々プリズムＧ１，Ｇ２によって右眼ＲＥ，左眼ＬＥに結像される。プリズムＧ１，Ｇ２は一面を自由曲面とされ結像機能を有する。
【０００４】
更に、近年では、かかるヘッドマウントディスプレイには、３次元立体画像表示の状態と、２次元画像表示の状態とに切り替え可能とする要求が高まっている。
【０００５】
ヘッドマウントディスプレイでなく、３次元立体画像表示と２次元画像表示とを切り替える通常の表示装置としては、例えば偏光板をスライド移動させて切り替える表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
上記のようなヘッドマウントディスプレイ並びに３次元立体画像表示と２次元画像表示とを切り替える通常の表示装置の二つの技術を組み合わせれば、３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能なヘッドマウントディスプレイを実現することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３９６３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１７３６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とする表示装置における表示の方式は一つに限られない。
【０００９】
従って、上記のような二つの技術の組み合わせによって、３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とするヘッドマウントディスプレイを実現しようとすると、方式の異なる表示装置毎に、その方式に合わせたヘッドマウントディスプレイを用意する必要がある。このことは、装置の高コスト化に通ずる。
【００１０】
また、従来の３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とする表示装置においては、２次元画像表示において、光利用効率が高いとは言えないので、画像が暗くなりがちである。
【００１１】
本発明は、３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能であって、低コストかつ明るい画像を観察できるヘッドマウントディスプレイ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】
【００１２】
１．画像を表示する表示部と、
該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、
接眼光学系と、
各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【００１３】
２．前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有するとき、前記表示部の表示を立体視に対応した表示とし、
前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有さないとき、前記表示部の表示を２次元表示とすることを特徴とする前記１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１４】
３．前記偏光板が偏光特性を有するとき、前記偏光板は二つの異なる偏光軸を有していることを特徴とする前記１又は前記２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１５】
４．前記偏光軸は直交関係にあることを特徴とする前記３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１６】
５．前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに各々備えられた二つの前記偏光制御素子は、直交する偏光軸を有することを特徴とする前記１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１７】
６．前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互にストライプ状に形成するものであることを特徴とする前記３又は前記４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１８】
７．前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互に市松模様状に形成するものであることを特徴とする前記３又は前記４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１９】
８．前記偏光板は、単一の偏光軸の偏光制御素子と、該偏光制御素子の前記偏光眼鏡側に、λ／２波長板として機能する部位と透過部とが交互に形成された光学素子とで構成されていることを特徴とする前記１又は前記２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００２０】
９．前記表示部は、自発光型のディスプレイであることを特徴とする前記１から前記８までの何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【発明の効果】
【００２１】
３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能であって、低コストかつ明るい画像を観察できるヘッドマウントディスプレイを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ヘッドマウントディスプレイ１００の概要図である。
【図２】偏光制御素子２００の一例を示す模式断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る表示装置に適用される偏光制御素子からなる偏光板２０Ａの模式断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の偏光板２０Ａの状態を示す模式図である。
【図６】偏光制御素子の偏光機能を市松模様状となるように制御する場合の透明電極及び回路の配置例を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の他の偏光板２０Ｂの状態を示す模式図である。
【図８】第１の実施の形態に係る他の表示装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図９】偏光制御素子２００を備えた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【図１０】右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【図１１】右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【図１２】ヘッドマウントディスプレイ１００の概要説明図である。
【図１３】第１の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の機能ブロック図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図１５】従来のヘッドマウントディスプレイＨの構成の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、ヘッドマウントディスプレイ１００の概要図である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、２次元画像表示素子である表示部１０と、偏光板２０Ａと、プリズムＰＲ１と、光シャッタ３，４，５，６と、接眼レンズＬ１，Ｌ２とを有する。光シャッタ３，４，５，６には、入射する光の透過率を制御する機能を有するエレクトロクロミック（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ）素子を用いた偏光制御素子が備えられている。なお、光シャッタ３と光シャッタ５の位置は入れ替えられていてもよく、光シャッタ４と光シャッタ６の位置は入れ替えられていてもよい。詳しくは後述する。
【００２５】
（偏光板の構成と動作）
まず、本発明に係るヘッドマウントディスプレイ１００に適用される偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００の概略について説明する。
【００２６】
図２は、偏光制御素子２００の一例を示す模式断面図である。同図に示す偏光制御素子２００は、第１の基板２０１に第１の透明電極１０１が形成され、第２の基板２０２に第２の透明電極１０４が形成され、第１の透明電極１０１上に電解質層１０２、第２の透明電極１０４上に所定の方向に（例えば色素の）分子が配向された偏光制御膜１０３が形成されており、電解質層１０２と偏光制御膜１０３が接して構成されている。
【００２７】
第１の透明電極１０１と電解質層１０２は、絶縁層１０６により他の電極と隔てられている。絶縁層１０６は、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４間を隔てるよう構成されていてもよいし、電解質層１０２が固体で形成されている場合には、絶縁層１０６は不要であり省略してもよい。
【００２８】
配向された、とは分子が方向性を有して配置されていることである。この配向により、ランダムな振動方向を有する光は、この偏光制御膜１０３を通過する際に、偏光制御膜１０３により所定方向の振動成分が吸収され、所定の方向の振動成分を有する直線偏光状態となった光のみを透過させることができる。
【００２９】
例えば、偏光制御膜１０３が紙面に垂直な振動方向の光を吸収するように構成されている場合、第１の基板２０１側からランダムな振動方向を有する光が入射すると、この偏光制御膜１０３により紙面に垂直な振動方向の光は吸収され、第２の基板２０２側には紙面に平行な振動方向の光が透過することになる。同様に、偏光制御膜１０３が紙面に平行な振動方向の光を吸収するように構成されている場合、第１の基板２０１側からランダムな振動方向を有する光が入射すると、この偏光制御膜１０３により紙面に平行な振動方向の光は吸収され、第２の基板２０２側には紙面に垂直な振動方向の光が透過することになる。
【００３０】
また、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４との間に電圧を印加し、偏光制御膜１０３に電荷を供給することで、上述の偏光制御膜１０３が有している偏光特性を消失させ、偏光機能を無くすることができる。なお、このような特性を有する偏光制御膜としては、例えば、本出願人による特願２００９−１２６２５０号公報に記載のものを使用することができる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態に係る偏光制御素子２００は、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４に対し、選択的に電圧を印加することで、偏光機能を有しない部位と偏光機能を有する部位とを任意に作り出すことができるものである。
【００３２】
以下、このような偏光制御素子２００を用いた偏光板２０Ａを備えた表示装置１について説明する。
【００３３】
図３は、第１の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００に適用される偏光制御素子２００からなる偏光板２０Ａの模式断面図である。同図に示すヘッドマウントディスプレイ１００に適用される偏光制御素子２００からなる偏光板２０Ａは、上述の偏光制御素子２００を２種２枚用いたものである。
【００３４】
図３に示すように、第１の実施の形態に係る偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂは、偏光制御膜１０３の配向方向が互いに略直交関係を有しており、対向する第１の透明電極１０１、電解質層１０２、偏光制御膜１０３、第２の透明電極１０４は、それぞれが紙面直交方向にストライプ状に形成されている。
【００３５】
すなわち、偏光制御素子２００Ａが、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４との間が無通電の際に、紙面に平行な方向に振動する光（Ｓ偏光）を透過させるものである場合、偏光制御素子２００Ｂは、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４との間が無通電の際に、紙面に垂直な方向に振動する光（Ｐ偏光）を透過させるものとなっている。
【００３６】
なお、偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂのそれぞれの偏光制御膜１０３は、図示の如く、基板２０２及び第２の透明電極１０４を介して重ね合わされていることが好ましい。このようにすることで、それぞれの偏光制御膜１０３を厚み方向で近接させて配置させることができる。また、基板２０２をより薄く形成し、より近接させるとより好ましい。
【００３７】
図４は、第１の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。図４に示す表示装置１は、例えば自発光型のディスプレイである有機ＥＬ表示装置等で構成される表示部１０の視認側（観察者側）に、図３に示した構成の偏光板２０Ａが配置されている。
【００３８】
表示部１０は、表示画面の全面に同一の画像を表示する２次元画像表示が可能である。更に、図示のように、表示画面を左眼用画像ＬＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＬ１〜Ｌｎと、右眼用画像ＲＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＲ１〜Ｒｎとを交互に設定し、立体視に対応させるべく、それぞれに所望の視差を生じさせる、ずらした画像を表示する３次元立体画像表示も可能となされている。
【００３９】
表示部１０の３次元立体画像表示の際のストライプＬ１〜Ｌｎ及びＲ１〜Ｒｎのそれぞれ個々のストライプの幅は、少なくとも隣り合うＲ（赤）を表示する画素、Ｇ（緑）を表示する画素、Ｂ（青）を表示する画素の３画素で１単位とすると、この１単位毎に対応して交互に設定されていることが好ましいが、ｍ単位（ｍは整数）毎に対応して交互に設定されていてもよい。
【００４０】
偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂは、ストライプ状の第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４の幅方向のピッチ（図３に示すＰ）が、表示部１０において設定されているストライプの幅と略同じであり、表示部１０のストライプの境界と、隣合う透明電極の境界（図３の絶縁層１０６）とが略同位置となるよう位置合わせされている。
【００４１】
また、偏光制御素子２００Ａには、形成された複数の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４の奇数列に電圧を印加する導線ＳＡ１と偶数列に電圧を印加する導線ＳＡ２が接続されている。同様に、偏光制御素子２００Ｂには、形成された複数の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４の奇数列に電圧を印加する導線ＳＢ１と偶数列に電圧を印加する導線ＳＢ２が接続されている。なお、導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２を一本の線で示しているが、一対の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４にそれぞれ接続されているものである。
【００４２】
偏光板２０Ａは、３次元立体画像を表示する際には、偏光制御素子２００Ａに対して導線ＳＡ１に電圧を印加すると共に、偏光制御素子２００Ｂに対して導線ＳＢ２に電圧を印加し、表示部１０はストライプＬ１〜Ｌｎに左眼用画像ＬＩを表示し、ストライプＲ１〜Ｒｎに右眼用画像ＲＩを表示する。
【００４３】
観察者は、直線偏光状態となされた左眼用画像ＬＩを左眼で観察し、直線偏光状態となされた右眼用画像ＲＩを右眼で観察することで３次元立体画像を観察できる。詳しくは後述する。
【００４４】
図５は、第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の偏光板２０Ａの状態を示す模式図である。
【００４５】
図５に示すように、３次元立体画像を表示する際の偏光板２０Ａは、偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂの第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４に、交互に電圧が印加される。電圧が印加された透明電極間の偏光制御膜１０３は、上述のように偏光機能が無くなる。このため、図示のように表示部１０で表示されるランダムな振動方向の左眼用画像ＬＩの光Ｌｘは、偏光板２０Ａで偏光制御素子２００Ｂのみの偏光機能の影響を受け、紙面に平行な直線偏光成分の光（Ｓ偏光）が透過する。一方、表示部１０で表示されるランダムな振動方向の右眼用画像ＲＩの光Ｒｘは、偏光板２０Ａで偏光制御素子２００Ａのみの偏光機能の影響を受け、紙面に垂直な直線偏光成分の光（Ｐ偏光）が透過する。
【００４６】
これにより観察者は、各々後述する接眼光学系と偏光機能を有する右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とを用いて、右眼用画像ＲＩの光Ｒｘを右眼で、左眼用画像ＬＩの光Ｌｘを左眼で観察することで、３次元（３Ｄ）立体画像が観察できるようになる。
【００４７】
一方、２次元表示の際には、図４に示す導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に電圧を印加すると共に、表示部１０は表示画面の全面に２次元画像表示を行う。導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に電圧を印加することにより、偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂの全面の偏光機能が失われ、表示部１０の表示画像は偏光することなく偏光板２０Ａを透過し、観察者は後述する偏光機能を有しない右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４を用いて２次元画像を観察することができるようになる。
【００４８】
すなわち、導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に対し選択的に電圧を印加するのみで、３次元（３Ｄ）立体画像表示に対応する状態と、２次元（２Ｄ）画像表示に対応する状態との切り替えが可能となる。
【００４９】
図６は、偏光制御素子２００Ａの偏光機能を市松模様状となるように制御する場合の透明電極及び回路の配置例を示す模式図である。すなわち、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩとを市松模様状に表示させる。
【００５０】
同図に示すように、複数の透明電極１０１の行と複数の透明電極１０４の列を交差させて形成し、水平走査回路１５１に透明電極１０１が個々に接続され、垂直走査回路１５２には透明電極１０４が接続されている。
【００５１】
透明電極間に電圧を印加した場合に、偏光機能の消失状態が保持される偏光制御膜を用いる場合、まず、水平走査回路１５１に接続された透明電極１０１の奇数行（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５…）を選択し、垂直走査回路１５２に接続された透明電極１０４の奇数列（Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５…）を選択して電圧印加を行う。次いで、水平走査回路１５１に接続された透明電極１０１の偶数行（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６…）を選択し、垂直走査回路１５２に接続された透明電極１０４の偶数列（Ｘ２、Ｘ４、Ｘ６…）を選択して電圧印加を行う。これにより、図示ハッチング部の偏光機能を消失させることができ、偏光機能の有無の領域を市松模様状に設定することができる。
【００５２】
また、表示部１０の表示走査に同期させて、水平走査回路１５１に接続された透明電極１０１と垂直走査回路１５２に接続された透明電極１０４を選択し、電圧印加を行ってもよい。この場合には、偏光機能の消失状態が保持されない偏光制御膜であってもよい。
【００５３】
なお、図７は、第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の他の偏光板２０Ｂの状態を示す模式図である。
【００５４】
同図に示す偏光板２０Ｂは、上述の偏光制御素子を１種１枚と、λ／２波長板部６０Ａと透過部６０Ｂが交互に構成された光学素子６０とで構成されたものである。すなわち、本例の偏光板２０Ｂは単一の偏光制御素子を用いたものである。
【００５５】
図８は、偏光板２０Ｂを有する表示装置１の概略構成を示す斜視図である。図８に示す表示装置１は、図４に示す表示装置１と、偏光板のみ構成が異なり、表示部１０の視認側に、図７に示した構成の偏光板２０Ｂが配置されている。偏光板２０Ｂの偏光制御素子２００Ｃには、形成された透明電極１０１と第２の透明電極１０４の全てに電圧を印加する導線ＳＡが接続されている。なお、導線ＳＡを一本の線で示しているが、一対の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４にそれぞれ接続されているものである。
【００５６】
光学素子６０のλ／２波長板部６０Ａと透過部６０Ｂの幅方向のピッチは、偏光制御素子２００Ｃのストライプ状の第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４の幅方向のピッチ（図７に示すＰ）と略同じに形成されている。また、λ／２波長板部６０Ａと透過部６０Ｂの境界は、表示部１０のストライプの境界とも略同位置となるよう位置合わせされている。
【００５７】
このように偏光板２０Ｂを構成することで、例えば、偏光制御素子２００Ｃが、無通電の際に紙面に平行な方向に振動する光（Ｓ偏光）を透過させるものの場合、偏光制御素子２００Ｃにより、表示部１０で表示されるランダムな振動方向の左眼用画像ＬＩの光Ｌｘ及び右眼用画像ＲＩの光Ｒｘは、偏光制御素子２００Ｃの偏光機能の影響を受け、共に紙面に平行な方向の直線偏光の光（Ｓ偏光）となって透過する。次いで、直線偏光した左眼用画像ＬＩの光は、そのまま透過部６０Ｂを透過し、一方、直線偏光した右眼用画像ＲＩの光は、λ／２波長板部６０Ａを透過することにより紙面に垂直な方向の直線偏光した光（Ｐ偏光）となる。これにより観察者は、紙面に平行な直線偏光成分の光（Ｐ偏光）を透過させて左眼用シャッタＳ４を経て観察し、紙面に平行な直線偏光成分の光（Ｓ偏光）を透過させて右眼用シャッタＳ３で観察することで、３次元（３Ｄ）立体画像が視認できるようになる。
【００５８】
一方、２次元表示の際には、図８に示す導線ＳＡに電圧を印加すると共に、表示部１０は表示画面の全面に２次元画像表示を行う。導線ＳＡに電圧を印加することにより、偏光制御素子２００Ｃの全面の偏光機能が失われ、表示部１０の表示画像は偏光することなく偏光板２０Ｂを透過し、後述するように偏光機能を各々消失させた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とを用いるので２次元画像を観察することができるようになる。詳しくは後述する。
【００５９】
すなわち、導線ＳＡに電圧を印加するか否かのみで、３次元（３Ｄ）立体画像表示に対応する状態と、２次元（２Ｄ）画像表示に対応する状態との切り替えが可能となる。
【００６０】
（光シャッタの動作）
図９から図１１を用いて光シャッタ３，５を有する右眼用シャッタＳ３と光シャッタ４，６を有する左眼用シャッタＳ４の動作について説明する。光シャッタ３，５，４，６は偏光制御素子２００を有する。以下、各光シャッタの偏光軸とは、偏光制御素子２００の直線偏光を透過させる方向の偏光軸のことを指すものとする。
【００６１】
図９は、偏光制御素子２００を備えた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。図９（ａ）は、電圧を印加しない場合の偏光の挙動を示す模式図であり、図９（ｂ）は、電圧を印加する場合の偏光の挙動を示す模式図である。なお、図９（ａ）においては、理解を進めるために光シャッタ３と光シャッタ５とを、そして光シャッタ４と光シャッタ６とを分離した形で表している。
【００６２】
右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の直線偏光を透過させる方向の各々の偏光軸Ｄ１，Ｄ３は互いに直交するように配置される。また、左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の各々の偏光軸Ｄ２，Ｄ４も互いに直交するように配置される。
【００６３】
各々の光シャッタに備えられた偏光制御素子２００に電圧を印加しない電圧非印加時には、各々の光シャッタを透過する直線偏光の偏光方向は、各々の光シャッタの偏光軸と平行な方向である。従って、右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の各々の偏光軸Ｄ１，Ｄ３は互いに直交するように配置されているので、光シャッタ５を透過した直線偏光は光シャッタ３に遮光される。同じく、左眼用シャッタＳ４においても、左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の各々の偏光軸Ｄ２，Ｄ４は互いに直交するように配置されているので、光シャッタ６を透過した直線偏光は光シャッタ４に遮光される。
【００６４】
従って、同図に示すような直交軸方向の偏光成分を有する偏光（偏光Ｐ１，Ｐ２）、例えば、直線偏光、円偏光、楕円偏光等、全ての偏光は右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４に遮光される。なお、無偏光状態の光の場合も同様であることは言うまでもない。
【００６５】
一方、図９（ｂ）のように、各光シャッタに電圧を印加する場合、各光シャッタは、全ての偏光を透過させるので、右眼用シャッタＳ３に入射する偏光Ｐ１と、左眼用シャッタＳ４に入射する偏光Ｐ２とは、各々右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とを透過する。無偏光状態の光の場合も同様であることは言うまでもない。
【００６６】
このように、偏光Ｐ１，Ｐ２が無偏光状態である場合も含め、いかなる偏光の場合であっても、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に、各々、相直交する偏光軸を有する二つの光シャッタを用いることで、透過率を制御することができる。
【００６７】
図１０は、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【００６８】
このように、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩの各々の光が相直交する直線偏光の場合にも、かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４は採用可能である。すなわち、入射する直線偏光である偏光Ｐ１，Ｐ２の偏光方向は、一方を右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の少なくとも一方の偏光軸と垂直にでき、他方を左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の少なくとも一方の偏光軸とに垂直にできる。従って、直線偏光である偏光Ｐ１，Ｐ２の両方とも遮光することができる。
【００６９】
また、入射する直線偏光である偏光Ｐ１，Ｐ２の偏光方向が、一方が右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５のどちらとも偏光軸が垂直でなく、他方も左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の偏光軸と垂直でない場合でも、右眼用シャッタと左眼用シャッタとは、各々相直交する偏光軸を有する偏光制御素子２００を有しているので、各々遮光することができる。各光シャッタに電圧を印加すると、全ての偏光を透過させることができるので、右眼用画像ＲＩの偏光Ｐ１、左眼用画像ＬＩの偏光Ｐ２の両方供に透過させることができる。
【００７０】
なお、入射光が直線偏光であるので、図１１に示すように、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４を制御してもよい。図１１は、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。入射光が直線偏光であるので、右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４の各々を構成する光シャッタのうちの一方のみ電圧の印加非印加の制御を行ってもよい。同図では、右眼用シャッタＳ３における光シャッタ５、左眼用シャッタＳ４における光シャッタ６の各々の偏光軸を入射光の偏光方向と直交させ、光シャッタ３、光シャッタ４は電圧印加状態のままとし、光シャッタ５、光シャッタ６に電圧を印加しない状態で入射光を遮光することで、入射光を遮光している。
【００７１】
以上のように、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に入射する光に係わらず、偏光軸の方向が相直交する光シャッタを二つ重ねた右眼用シャッタと左眼用シャッタを構成することで、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩの光の透過率を制御することができる。
【００７２】
従って、本実施例においては、図９から図１１の何れで説明した右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４でも採用することができる。
【００７３】
（ヘッドマウントディスプレイ１００の構成と動作）
かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４を用いたヘッドマウントディスプレイ１００について説明する。
【００７４】
図１２は、ヘッドマウントディスプレイ１００の概要説明図である。図１２（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイ１００の全体の概要図である。図１２（ｂ）は、右眼ＲＥへの光線図であり、図１２（ｃ）は、左眼ＬＥへの光線図である。
【００７５】
ヘッドマウントディスプレイ１００は、表示部１０、偏光板２０Ａ、プリズムＰＲ１、接眼レンズＬ１，Ｌ２、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４、及び電装系４２を有する。
【００７６】
プリズムＰＲ１は、図示のように４つのプリズムが合成されてなるクロスプリズムである。材質はガラスやプラスティックを採用できる。プリズムＰＲ１には偏光依存性はないものとする。
【００７７】
接眼レンズＬ１，Ｌ２は、表示部１０上の画像をプリズムＰＲ１、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４を介して右眼ＲＥ，左眼ＬＥに結像させる機能を有する。なお、本実施形態におけるプリズムＰＲ１は、光を集発散させるパワーを有しないので、接眼レンズＬ１，Ｌ２が接眼光学系の機能を有する。プリズムＰＲ１が、光を集発散させるパワーを有する場合、プリズムＰＲ１のパワーと接眼レンズＬ１，Ｌ２のパワーとを合わせて光学設計することで、容易に接眼光学系の機能を発揮させることができる。
【００７８】
右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４には図９から図１１の何れのタイプを採用してもよい。
【００７９】
表示部１０は自発光型のディスプレイである有機ＥＬ表示装置等である。表示部１０には、偏光毎に視差画像の左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとがそれぞれ割り当てられている。
【００８０】
図１２では、表示部１０上に例示として立方体を右から見た右眼用画像ＲＩと、左から見た左眼用画像ＬＩとが表示されている。
【００８１】
図１３は、第１の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の機能ブロック図である。
【００８２】
図１３に示すように、表示部１０には表示駆動部１５が接続され、表示駆動部１５には制御部３０が接続されている。偏光板２０Ａには偏光制御素子スイッチング部２５が接続され、偏光制御素子スイッチング部２５には制御部３０が接続されている。右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４には光シャッタ制御部４１が接続され、光シャッタ制御部４１には制御部３０が接続されている。
【００８３】
また、制御部３０には操作入力部３５が接続されている。更に、画像データ入力部４０が制御部３０に接続されている。
【００８４】
表示駆動部１５は、表示部１０の表示輝度の制御を行うと共に、画像データ入力部４０から制御部３０を介して入力される画像データを、表示部１０の表示画面の全面に同一の画像を表示する２次元画像表示と、表示画面を左眼用画像ＬＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＬ１〜Ｌｎと、右眼用画像ＲＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＲ１〜Ｒｎとに対し、それぞれに所望の視差を生じさせるよう、ずらした画像を表示する３次元立体画像表示とを、制御部３０からの制御信号に基づいて切り替え駆動するものである。
【００８５】
偏光制御素子スイッチング部２５は、制御部３０からの制御信号に基づいて、２枚の偏光制御素子の透明電極に接続された導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に選択的に電圧を印加するためのスイッチングを行うものである（図５に示した偏光板２０Ａを採用）。
【００８６】
光シャッタ制御部４１は、制御部３０からの制御信号に基づいて、右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４に備えられた各偏光制御素子２００を制御する。
【００８７】
操作入力部３５は、外部入力部であり、制御部３０に対し２次元画像表示を行うか、３次元立体画像表示を行うかを指示するもので、観察者が入力するものである。ヘッドマウントディスプレイ１００の不図示の外装部に操作入力部３５を設ける。なお、外部機器を用いて操作入力部３５から輝度の切換指示を行うように構成しても良い。
【００８８】
左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとは、左眼用画像ＬＩ用と右眼用画像ＲＩ用の図示しないカメラで受像されて用意され、また、予め受像されて図示しない記録媒体に記録されて用意される。この他、コンピュータグラフィックを用いて左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとを用意してもよい。
【００８９】
光シャッタ制御部４１は、制御部３０からの制御信号に基づいて、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に備えられた偏光制御素子２００に印加する電圧を制御し、偏光制御素子２００の光学特性を制御する。
【００９０】
制御部３０と光シャッタ制御部４１とは、好ましくは表示部１０に一体化して配置される。
【００９１】
右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４においては、右眼には右眼用画像ＲＩが入射し、左眼には左眼用画像ＬＩが入射するように制御される。
【００９２】
具体的には、右眼用画像ＲＩを観察者の右眼に届ける右眼用シャッタＳ３が透過する偏光を図中Ｐ１（Ｐ偏光）とし、左眼用画像ＬＩを観察者の左眼に届ける左眼用シャッタＳ４が透過する偏光を図中Ｐ２（Ｓ偏光）とする制御を制御部３０が行う。
【００９３】
右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の各々の偏光軸Ｄ１，Ｄ３は互いに直交するように配置されている。また、左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の各々の偏光軸Ｄ２，Ｄ４は互いに直交するように配置されている。
【００９４】
制御部３０は、右眼用画像ＲＩの偏光方向と平行な偏光軸Ｄ３を有する光シャッタ５には電圧を印加せず、右眼用画像ＲＩの偏光方向と直交する偏光軸Ｄ１を有する光シャッタ３には電圧を印加して右眼用画像ＲＩを透過させる。
【００９５】
また、制御部３０は、左眼用画像ＬＩの偏光方向と平行な偏光軸Ｄ２を有する光シャッタ４には電圧を印加せず、左眼用画像ＬＩの偏光方向と直交する偏光軸Ｄ４を有する光シャッタ６には電圧を印加して左眼用画像ＬＩを透過させる。
【００９６】
このような右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４の偏光状態の中で、右眼用画像ＲＩは、プリズムＰＲ１の面ＳＨ１で反射され、斜面にて反射してプリズムＰＲ１を出射し、観察者の右眼に入射する。左眼用画像ＬＩは、プリズムＰＲ１の面ＳＨ２で反射され、斜面にて反射してプリズムＰＲ１を出射して観察者の左眼に入射する。観察者は左眼に左眼用画像ＬＩ、右眼に右眼用画像ＲＩを観察するので立体画像を認識することができる。
【００９７】
偏光度については、例えば右眼には右眼用画像ＲＩの光強度が左眼用画像ＬＩの光強度より少なくとも５倍以上入射することが望ましいので、８０以上１００未満の偏光度が望ましい。
【００９８】
このようなヘッドマウントディスプレイにおいて２次元立体画像表示を得るには、制御部３０は、偏光板２０Ａにおける偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂとに電圧を印加することで、全ての偏光を透過させ、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４における光シャッタ３から６の全てに電圧を印加し、全ての偏光を透過させる。さらに、表示部１０には右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩの左右の画像に差をもたせずに同じ画像を表示させる。このように制御することで、光強度が約４倍に向上させて観察者は２次元画像を観察することができる。
【００９９】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施の形態に係る表示装置について説明する。
【０１００】
第２の実施の形態に係る表示装置に用いられる偏光板２０Ａは、図２に示した偏光板の構成と同様のものが用いられる。
【０１０１】
図１４は、第２の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。同図に示す第２の実施の形態に係る表示装置１は、図４に示した第１の実施の形態に係る表示装置１と導線の結線と、表示部の表示形態が異なるものである。
【０１０２】
図１４に示すように、第２の実施の形態に係る表示装置１は、偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００Ａの全ての透明電極に電圧を印加する導線ＳＡが接続され、偏光制御素子２００Ｂの全ての透明電極に電圧を印加する導線ＳＢが接続されているものである。なお、導線ＳＡ、ＳＢを一本の線で示しているが、一対の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４にそれぞれ接続されているものである。
【０１０３】
このように偏光板２０Ａを構成することで、例えば、偏光制御素子２００Ａが、無通電の際に表示部長辺方向に振動する光（Ｓ偏光）を透過させるもので偏光制御素子２００Ｂが、無通電の際に表示部短辺方向に振動する光（Ｐ偏光）を透過させるものとした場合、偏光制御素子２００Ａに通電せず、偏光制御素子２００Ｂの全面に通電して偏光制御素子２００Ｂの偏光機能を無くし、表示部１０の全面で表示される左眼用画像ＬＩをＳ偏光として透過させる。次いで、偏光制御素子２００Ｂに通電せず、偏光制御素子２００Ａの全面に通電して偏光制御素子２００Ｂの偏光機能を無くし、表示部１０の全面で表示される右眼用画像ＲＩをＰ偏光として透過させる。
【０１０４】
表示部１０には、２枚のフィールドに、偏光毎に視差画像の左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとがそれぞれ割り当てられてあり、時系列でこれらが交互に高速に切り替わって表示される。
【０１０５】
上記の接眼光学系と右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４を用い、右眼に右眼用画像ＲＩが入射し、左眼に左眼用画像ＬＩが入射するように、各シャッタの偏光制御素子の動作タイミングが制御される。この制御により、観察者は３次元（３Ｄ）立体画像を視認できるようになる。
【０１０６】
一方、２次元表示の際には、導線ＳＡ及びＳＢに電圧を印加すると共に、表示部１０は表示画面の全面に２次元画像表示を行う。導線ＳＡ及びＳＢに電圧を印加することにより、偏光制御素子２００Ａ及び２００Ｂの全面の偏光機能が失われ、表示部１０の表示画像は偏光することなく偏光板２０Ａを透過する。そして右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４にも偏光機能を失うように制御すれば、観察者は２次元画像を視認することができるようになる。
【０１０７】
すなわち、導線ＳＡ、ＳＢに電圧を選択的に印加するのみで、３次元（３Ｄ）立体画像表示に対応する状態と、２次元（２Ｄ）画像表示に対応する状態との切り替えが可能となる。
【０１０８】
第２の実施の形態における表示装置１の機能ブロック図は、図１３と同様のものでよいが、機能の異なる部分についてのみ説明する。
【０１０９】
第２の実施の形態においては、偏光制御素子スイッチング部２５は、制御部３０からの制御信号に基づいて、偏光制御素子２００Ａの全ての透明電極に接続された導線ＳＡに電圧を印加するためのスイッチングと、偏光制御素子２００Ｂの全ての透明電極に接続された導線ＳＢに電圧を印加するためのスイッチングとを交互に行うものであればよい。時系列に表示させる速度は少なくとも人間が連続画像として視認できる速度であり、例えば３０分の１秒間隔である。
【０１１０】
また、表示駆動部１５は、表示部１０の表示輝度の制御を行うと共に、画像データ入力部４０から入力される画像データを、表示部１０の表示画面の全面に同一の画像を表示する２次元画像表示と、表示画面の全面に所望の視差を生じさせる２種の画像を交互に表示する３次元立体画像表示とを、制御部３０からの制御信号に基づいて切り替え駆動するものである。
【０１１１】
以上のように本発明によれば、画像を表示する表示部と、該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、接眼光学系と、各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有することで、３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とする様々な表示装置に対しても採用可能であることから低コスト化を実現でき、２次元画像表示の際に明るい画像を得ることができるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０１１２】
また、本発明によれば、前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有するとき、前記表示部の表示を立体視に対応した表示とし、前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有さないとき、前記表示部の表示を２次元表示とすることで、２次元画像表示の際に明るい画像を得ることができるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０１１３】
また、本発明によれば、前記偏光板が偏光特性を有するとき、前記偏光板は二つの異なる偏光軸を有していることで、右眼用画像と左眼用画像の偏光方向を異ならせることができ、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１４】
また、本発明によれば、前記偏光軸は直交関係にあることで、右眼用画像と左眼用画像の偏光方向を直交させることができ、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１５】
また、本発明によれば、前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに各々備えられた二つの前記偏光制御素子は、直交する偏光軸を有することで、偏光を有する光の透過率を制御できるので、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１６】
また、本発明によれば、前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互にストライプ状に形成するものであることで、右眼用画像と左眼用画像に偏光特性を与えることができるので、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１７】
また、本発明によれば、前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互に市松模様状に形成するものであることで、右眼用画像と左眼用画像に偏光特性を与えることができるので、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１８】
また、本発明によれば、前記偏光板は、単一の偏光軸の偏光制御素子と、該偏光制御素子の前記偏光眼鏡側に、λ／２波長板として機能する部位と透過部とが交互に形成された光学素子とで構成されていることで、一つの偏光制御素子の採用となることから、低コストのヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０１１９】
また、本発明によれば、前記表示部は、自発光型のディスプレイであることから、例えば有機ＥＬ表示装置を採用でき、明るく高精細かつ高精彩なヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 表示装置
３，４，５，６ 光シャッタ
１０ 表示部
１５ 表示駆動部
２５ 偏光制御素子スイッチング部
３０ 制御部
３５ 操作入力部
４０ 画像データ入力部
４１ 光シャッタ制御部
４２ 電装系
１００ ヘッドマウントディスプレイ
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ 偏光制御素子
２０Ａ，２０Ｂ 偏光板
ＬＩ 左眼用画像
ＲＩ 右眼用画像
Ｓ３ 右眼用シャッタ
Ｓ４ 左眼用シャッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元（３Ｄ）立体画像表示と、２次元（２Ｄ）画像表示との切り替えが可能であり、観察者の頭部に保持することを可能にするヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の進歩により、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの画像表示素子の高精細化が進んでいる。これらディスプレイの高精細化により、当該ディスプレイが表示できる情報量の増大化が進み、３Ｄ画像の表示が可能となってきている。
【０００３】
特に、通常のディスプレイより小型で３Ｄ画像が楽しめるヘッドマウントディスプレイの需要が増大している（例えば、特許文献１参照）。図１５は、従来のヘッドマウントディスプレイＨの構成の概要図である。ヘッドマウントディスプレイＨは、画像表示素子である液晶ディスプレイＤ１，Ｄ２、プリズムＧ１，Ｇ２を有する。液晶ディスプレイＤ１には対象物体である立方体の視差画像である右眼用画像ＲＩが表示され、液晶ディスプレイＤ２には対象物体である立方体の視差画像である左眼用画像ＬＩが表示される。各画像は各々プリズムＧ１，Ｇ２によって右眼ＲＥ，左眼ＬＥに結像される。プリズムＧ１，Ｇ２は一面を自由曲面とされ結像機能を有する。
【０００４】
更に、近年では、かかるヘッドマウントディスプレイには、３次元立体画像表示の状態と、２次元画像表示の状態とに切り替え可能とする要求が高まっている。
【０００５】
ヘッドマウントディスプレイでなく、３次元立体画像表示と２次元画像表示とを切り替える通常の表示装置としては、例えば偏光板をスライド移動させて切り替える表示装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
上記のようなヘッドマウントディスプレイ並びに３次元立体画像表示と２次元画像表示とを切り替える通常の表示装置の二つの技術を組み合わせれば、３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能なヘッドマウントディスプレイを実現することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３９６３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１７３６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とする表示装置における表示の方式は一つに限られない。
【０００９】
従って、上記のような二つの技術の組み合わせによって、３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とするヘッドマウントディスプレイを実現しようとすると、方式の異なる表示装置毎に、その方式に合わせたヘッドマウントディスプレイを用意する必要がある。このことは、装置の高コスト化に通ずる。
【００１０】
また、従来の３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とする表示装置においては、２次元画像表示において、光利用効率が高いとは言えないので、画像が暗くなりがちである。
【００１１】
本発明は、３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能であって、低コストかつ明るい画像を観察できるヘッドマウントディスプレイ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】
【００１２】
１．画像を表示する表示部と、
該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、
接眼光学系と、
各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【００１３】
２．前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有するとき、前記表示部の表示を立体視に対応した表示とし、
前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有さないとき、前記表示部の表示を２次元表示とすることを特徴とする前記１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１４】
３．前記偏光板が偏光特性を有するとき、前記偏光板は二つの異なる偏光軸を有していることを特徴とする前記１又は前記２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１５】
４．前記偏光軸は直交関係にあることを特徴とする前記３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１６】
５．前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに各々備えられた二つの前記偏光制御素子は、直交する偏光軸を有することを特徴とする前記１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１７】
６．前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互にストライプ状に形成するものであることを特徴とする前記３又は前記４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１８】
７．前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互に市松模様状に形成するものであることを特徴とする前記３又は前記４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００１９】
８．前記偏光板は、単一の偏光軸の偏光制御素子と、該偏光制御素子の前記偏光眼鏡側に、λ／２波長板として機能する部位と透過部とが交互に形成された光学素子とで構成されていることを特徴とする前記１又は前記２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【００２０】
９．前記表示部は、自発光型のディスプレイであることを特徴とする前記１から前記８までの何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【発明の効果】
【００２１】
３次元立体画像表示の状態と２次元画像表示の状態とを切り替え可能であって、低コストかつ明るい画像を観察できるヘッドマウントディスプレイを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ヘッドマウントディスプレイ１００の概要図である。
【図２】偏光制御素子２００の一例を示す模式断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る表示装置に適用される偏光制御素子からなる偏光板２０Ａの模式断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の偏光板２０Ａの状態を示す模式図である。
【図６】偏光制御素子の偏光機能を市松模様状となるように制御する場合の透明電極及び回路の配置例を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の他の偏光板２０Ｂの状態を示す模式図である。
【図８】第１の実施の形態に係る他の表示装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図９】偏光制御素子２００を備えた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【図１０】右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【図１１】右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【図１２】ヘッドマウントディスプレイ１００の概要説明図である。
【図１３】第１の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の機能ブロック図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図１５】従来のヘッドマウントディスプレイＨの構成の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、ヘッドマウントディスプレイ１００の概要図である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、２次元画像表示素子である表示部１０と、偏光板２０Ａと、プリズムＰＲ１と、光シャッタ３，４，５，６と、接眼レンズＬ１，Ｌ２とを有する。光シャッタ３，４，５，６には、入射する光の透過率を制御する機能を有するエレクトロクロミック（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ）素子を用いた偏光制御素子が備えられている。なお、光シャッタ３と光シャッタ５の位置は入れ替えられていてもよく、光シャッタ４と光シャッタ６の位置は入れ替えられていてもよい。詳しくは後述する。
【００２５】
（偏光板の構成と動作）
まず、本発明に係るヘッドマウントディスプレイ１００に適用される偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００の概略について説明する。
【００２６】
図２は、偏光制御素子２００の一例を示す模式断面図である。同図に示す偏光制御素子２００は、第１の基板２０１に第１の透明電極１０１が形成され、第２の基板２０２に第２の透明電極１０４が形成され、第１の透明電極１０１上に電解質層１０２、第２の透明電極１０４上に所定の方向に（例えば色素の）分子が配向された偏光制御膜１０３が形成されており、電解質層１０２と偏光制御膜１０３が接して構成されている。
【００２７】
第１の透明電極１０１と電解質層１０２は、絶縁層１０６により他の電極と隔てられている。絶縁層１０６は、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４間を隔てるよう構成されていてもよいし、電解質層１０２が固体で形成されている場合には、絶縁層１０６は不要であり省略してもよい。
【００２８】
配向された、とは分子が方向性を有して配置されていることである。この配向により、ランダムな振動方向を有する光は、この偏光制御膜１０３を通過する際に、偏光制御膜１０３により所定方向の振動成分が吸収され、所定の方向の振動成分を有する直線偏光状態となった光のみを透過させることができる。
【００２９】
例えば、偏光制御膜１０３が紙面に垂直な振動方向の光を吸収するように構成されている場合、第１の基板２０１側からランダムな振動方向を有する光が入射すると、この偏光制御膜１０３により紙面に垂直な振動方向の光は吸収され、第２の基板２０２側には紙面に平行な振動方向の光が透過することになる。同様に、偏光制御膜１０３が紙面に平行な振動方向の光を吸収するように構成されている場合、第１の基板２０１側からランダムな振動方向を有する光が入射すると、この偏光制御膜１０３により紙面に平行な振動方向の光は吸収され、第２の基板２０２側には紙面に垂直な振動方向の光が透過することになる。
【００３０】
また、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４との間に電圧を印加し、偏光制御膜１０３に電荷を供給することで、上述の偏光制御膜１０３が有している偏光特性を消失させ、偏光機能を無くすることができる。なお、このような特性を有する偏光制御膜としては、例えば、本出願人による特願２００９−１２６２５０号公報に記載のものを使用することができる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態に係る偏光制御素子２００は、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４に対し、選択的に電圧を印加することで、偏光機能を有しない部位と偏光機能を有する部位とを任意に作り出すことができるものである。
【００３２】
以下、このような偏光制御素子２００を用いた偏光板２０Ａを備えた表示装置１について説明する。
【００３３】
図３は、第１の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００に適用される偏光制御素子２００からなる偏光板２０Ａの模式断面図である。同図に示すヘッドマウントディスプレイ１００に適用される偏光制御素子２００からなる偏光板２０Ａは、上述の偏光制御素子２００を２種２枚用いたものである。
【００３４】
図３に示すように、第１の実施の形態に係る偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂは、偏光制御膜１０３の配向方向が互いに略直交関係を有しており、対向する第１の透明電極１０１、電解質層１０２、偏光制御膜１０３、第２の透明電極１０４は、それぞれが紙面直交方向にストライプ状に形成されている。
【００３５】
すなわち、偏光制御素子２００Ａが、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４との間が無通電の際に、紙面に平行な方向に振動する光（Ｓ偏光）を透過させるものである場合、偏光制御素子２００Ｂは、対向する第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４との間が無通電の際に、紙面に垂直な方向に振動する光（Ｐ偏光）を透過させるものとなっている。
【００３６】
なお、偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂのそれぞれの偏光制御膜１０３は、図示の如く、基板２０２及び第２の透明電極１０４を介して重ね合わされていることが好ましい。このようにすることで、それぞれの偏光制御膜１０３を厚み方向で近接させて配置させることができる。また、基板２０２をより薄く形成し、より近接させるとより好ましい。
【００３７】
図４は、第１の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。図４に示す表示装置１は、例えば自発光型のディスプレイである有機ＥＬ表示装置等で構成される表示部１０の視認側（観察者側）に、図３に示した構成の偏光板２０Ａが配置されている。
【００３８】
表示部１０は、表示画面の全面に同一の画像を表示する２次元画像表示が可能である。更に、図示のように、表示画面を左眼用画像ＬＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＬ１〜Ｌｎと、右眼用画像ＲＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＲ１〜Ｒｎとを交互に設定し、立体視に対応させるべく、それぞれに所望の視差を生じさせる、ずらした画像を表示する３次元立体画像表示も可能となされている。
【００３９】
表示部１０の３次元立体画像表示の際のストライプＬ１〜Ｌｎ及びＲ１〜Ｒｎのそれぞれ個々のストライプの幅は、少なくとも隣り合うＲ（赤）を表示する画素、Ｇ（緑）を表示する画素、Ｂ（青）を表示する画素の３画素で１単位とすると、この１単位毎に対応して交互に設定されていることが好ましいが、ｍ単位（ｍは整数）毎に対応して交互に設定されていてもよい。
【００４０】
偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂは、ストライプ状の第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４の幅方向のピッチ（図３に示すＰ）が、表示部１０において設定されているストライプの幅と略同じであり、表示部１０のストライプの境界と、隣合う透明電極の境界（図３の絶縁層１０６）とが略同位置となるよう位置合わせされている。
【００４１】
また、偏光制御素子２００Ａには、形成された複数の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４の奇数列に電圧を印加する導線ＳＡ１と偶数列に電圧を印加する導線ＳＡ２が接続されている。同様に、偏光制御素子２００Ｂには、形成された複数の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４の奇数列に電圧を印加する導線ＳＢ１と偶数列に電圧を印加する導線ＳＢ２が接続されている。なお、導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２を一本の線で示しているが、一対の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４にそれぞれ接続されているものである。
【００４２】
偏光板２０Ａは、３次元立体画像を表示する際には、偏光制御素子２００Ａに対して導線ＳＡ１に電圧を印加すると共に、偏光制御素子２００Ｂに対して導線ＳＢ２に電圧を印加し、表示部１０はストライプＬ１〜Ｌｎに左眼用画像ＬＩを表示し、ストライプＲ１〜Ｒｎに右眼用画像ＲＩを表示する。
【００４３】
観察者は、直線偏光状態となされた左眼用画像ＬＩを左眼で観察し、直線偏光状態となされた右眼用画像ＲＩを右眼で観察することで３次元立体画像を観察できる。詳しくは後述する。
【００４４】
図５は、第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の偏光板２０Ａの状態を示す模式図である。
【００４５】
図５に示すように、３次元立体画像を表示する際の偏光板２０Ａは、偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂの第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４に、交互に電圧が印加される。電圧が印加された透明電極間の偏光制御膜１０３は、上述のように偏光機能が無くなる。このため、図示のように表示部１０で表示されるランダムな振動方向の左眼用画像ＬＩの光Ｌｘは、偏光板２０Ａで偏光制御素子２００Ｂのみの偏光機能の影響を受け、紙面に平行な直線偏光成分の光（Ｓ偏光）が透過する。一方、表示部１０で表示されるランダムな振動方向の右眼用画像ＲＩの光Ｒｘは、偏光板２０Ａで偏光制御素子２００Ａのみの偏光機能の影響を受け、紙面に垂直な直線偏光成分の光（Ｐ偏光）が透過する。
【００４６】
これにより観察者は、各々後述する接眼光学系と偏光機能を有する右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とを用いて、右眼用画像ＲＩの光Ｒｘを右眼で、左眼用画像ＬＩの光Ｌｘを左眼で観察することで、３次元（３Ｄ）立体画像が観察できるようになる。
【００４７】
一方、２次元表示の際には、図４に示す導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に電圧を印加すると共に、表示部１０は表示画面の全面に２次元画像表示を行う。導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に電圧を印加することにより、偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂの全面の偏光機能が失われ、表示部１０の表示画像は偏光することなく偏光板２０Ａを透過し、観察者は後述する偏光機能を有しない右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４を用いて２次元画像を観察することができるようになる。
【００４８】
すなわち、導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に対し選択的に電圧を印加するのみで、３次元（３Ｄ）立体画像表示に対応する状態と、２次元（２Ｄ）画像表示に対応する状態との切り替えが可能となる。
【００４９】
図６は、偏光制御素子２００Ａの偏光機能を市松模様状となるように制御する場合の透明電極及び回路の配置例を示す模式図である。すなわち、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩとを市松模様状に表示させる。
【００５０】
同図に示すように、複数の透明電極１０１の行と複数の透明電極１０４の列を交差させて形成し、水平走査回路１５１に透明電極１０１が個々に接続され、垂直走査回路１５２には透明電極１０４が接続されている。
【００５１】
透明電極間に電圧を印加した場合に、偏光機能の消失状態が保持される偏光制御膜を用いる場合、まず、水平走査回路１５１に接続された透明電極１０１の奇数行（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５…）を選択し、垂直走査回路１５２に接続された透明電極１０４の奇数列（Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５…）を選択して電圧印加を行う。次いで、水平走査回路１５１に接続された透明電極１０１の偶数行（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６…）を選択し、垂直走査回路１５２に接続された透明電極１０４の偶数列（Ｘ２、Ｘ４、Ｘ６…）を選択して電圧印加を行う。これにより、図示ハッチング部の偏光機能を消失させることができ、偏光機能の有無の領域を市松模様状に設定することができる。
【００５２】
また、表示部１０の表示走査に同期させて、水平走査回路１５１に接続された透明電極１０１と垂直走査回路１５２に接続された透明電極１０４を選択し、電圧印加を行ってもよい。この場合には、偏光機能の消失状態が保持されない偏光制御膜であってもよい。
【００５３】
なお、図７は、第１の実施の形態に係る表示装置１における３次元立体画像を表示する際の他の偏光板２０Ｂの状態を示す模式図である。
【００５４】
同図に示す偏光板２０Ｂは、上述の偏光制御素子を１種１枚と、λ／２波長板部６０Ａと透過部６０Ｂが交互に構成された光学素子６０とで構成されたものである。すなわち、本例の偏光板２０Ｂは単一の偏光制御素子を用いたものである。
【００５５】
図８は、偏光板２０Ｂを有する表示装置１の概略構成を示す斜視図である。図８に示す表示装置１は、図４に示す表示装置１と、偏光板のみ構成が異なり、表示部１０の視認側に、図７に示した構成の偏光板２０Ｂが配置されている。偏光板２０Ｂの偏光制御素子２００Ｃには、形成された透明電極１０１と第２の透明電極１０４の全てに電圧を印加する導線ＳＡが接続されている。なお、導線ＳＡを一本の線で示しているが、一対の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４にそれぞれ接続されているものである。
【００５６】
光学素子６０のλ／２波長板部６０Ａと透過部６０Ｂの幅方向のピッチは、偏光制御素子２００Ｃのストライプ状の第１の透明電極１０１と第２の透明電極１０４の幅方向のピッチ（図７に示すＰ）と略同じに形成されている。また、λ／２波長板部６０Ａと透過部６０Ｂの境界は、表示部１０のストライプの境界とも略同位置となるよう位置合わせされている。
【００５７】
このように偏光板２０Ｂを構成することで、例えば、偏光制御素子２００Ｃが、無通電の際に紙面に平行な方向に振動する光（Ｓ偏光）を透過させるものの場合、偏光制御素子２００Ｃにより、表示部１０で表示されるランダムな振動方向の左眼用画像ＬＩの光Ｌｘ及び右眼用画像ＲＩの光Ｒｘは、偏光制御素子２００Ｃの偏光機能の影響を受け、共に紙面に平行な方向の直線偏光の光（Ｓ偏光）となって透過する。次いで、直線偏光した左眼用画像ＬＩの光は、そのまま透過部６０Ｂを透過し、一方、直線偏光した右眼用画像ＲＩの光は、λ／２波長板部６０Ａを透過することにより紙面に垂直な方向の直線偏光した光（Ｐ偏光）となる。これにより観察者は、紙面に平行な直線偏光成分の光（Ｐ偏光）を透過させて左眼用シャッタＳ４を経て観察し、紙面に平行な直線偏光成分の光（Ｓ偏光）を透過させて右眼用シャッタＳ３で観察することで、３次元（３Ｄ）立体画像が視認できるようになる。
【００５８】
一方、２次元表示の際には、図８に示す導線ＳＡに電圧を印加すると共に、表示部１０は表示画面の全面に２次元画像表示を行う。導線ＳＡに電圧を印加することにより、偏光制御素子２００Ｃの全面の偏光機能が失われ、表示部１０の表示画像は偏光することなく偏光板２０Ｂを透過し、後述するように偏光機能を各々消失させた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とを用いるので２次元画像を観察することができるようになる。詳しくは後述する。
【００５９】
すなわち、導線ＳＡに電圧を印加するか否かのみで、３次元（３Ｄ）立体画像表示に対応する状態と、２次元（２Ｄ）画像表示に対応する状態との切り替えが可能となる。
【００６０】
（光シャッタの動作）
図９から図１１を用いて光シャッタ３，５を有する右眼用シャッタＳ３と光シャッタ４，６を有する左眼用シャッタＳ４の動作について説明する。光シャッタ３，５，４，６は偏光制御素子２００を有する。以下、各光シャッタの偏光軸とは、偏光制御素子２００の直線偏光を透過させる方向の偏光軸のことを指すものとする。
【００６１】
図９は、偏光制御素子２００を備えた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。図９（ａ）は、電圧を印加しない場合の偏光の挙動を示す模式図であり、図９（ｂ）は、電圧を印加する場合の偏光の挙動を示す模式図である。なお、図９（ａ）においては、理解を進めるために光シャッタ３と光シャッタ５とを、そして光シャッタ４と光シャッタ６とを分離した形で表している。
【００６２】
右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の直線偏光を透過させる方向の各々の偏光軸Ｄ１，Ｄ３は互いに直交するように配置される。また、左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の各々の偏光軸Ｄ２，Ｄ４も互いに直交するように配置される。
【００６３】
各々の光シャッタに備えられた偏光制御素子２００に電圧を印加しない電圧非印加時には、各々の光シャッタを透過する直線偏光の偏光方向は、各々の光シャッタの偏光軸と平行な方向である。従って、右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の各々の偏光軸Ｄ１，Ｄ３は互いに直交するように配置されているので、光シャッタ５を透過した直線偏光は光シャッタ３に遮光される。同じく、左眼用シャッタＳ４においても、左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の各々の偏光軸Ｄ２，Ｄ４は互いに直交するように配置されているので、光シャッタ６を透過した直線偏光は光シャッタ４に遮光される。
【００６４】
従って、同図に示すような直交軸方向の偏光成分を有する偏光（偏光Ｐ１，Ｐ２）、例えば、直線偏光、円偏光、楕円偏光等、全ての偏光は右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４に遮光される。なお、無偏光状態の光の場合も同様であることは言うまでもない。
【００６５】
一方、図９（ｂ）のように、各光シャッタに電圧を印加する場合、各光シャッタは、全ての偏光を透過させるので、右眼用シャッタＳ３に入射する偏光Ｐ１と、左眼用シャッタＳ４に入射する偏光Ｐ２とは、各々右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とを透過する。無偏光状態の光の場合も同様であることは言うまでもない。
【００６６】
このように、偏光Ｐ１，Ｐ２が無偏光状態である場合も含め、いかなる偏光の場合であっても、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に、各々、相直交する偏光軸を有する二つの光シャッタを用いることで、透過率を制御することができる。
【００６７】
図１０は、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。
【００６８】
このように、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩの各々の光が相直交する直線偏光の場合にも、かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４は採用可能である。すなわち、入射する直線偏光である偏光Ｐ１，Ｐ２の偏光方向は、一方を右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の少なくとも一方の偏光軸と垂直にでき、他方を左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の少なくとも一方の偏光軸とに垂直にできる。従って、直線偏光である偏光Ｐ１，Ｐ２の両方とも遮光することができる。
【００６９】
また、入射する直線偏光である偏光Ｐ１，Ｐ２の偏光方向が、一方が右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５のどちらとも偏光軸が垂直でなく、他方も左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の偏光軸と垂直でない場合でも、右眼用シャッタと左眼用シャッタとは、各々相直交する偏光軸を有する偏光制御素子２００を有しているので、各々遮光することができる。各光シャッタに電圧を印加すると、全ての偏光を透過させることができるので、右眼用画像ＲＩの偏光Ｐ１、左眼用画像ＬＩの偏光Ｐ２の両方供に透過させることができる。
【００７０】
なお、入射光が直線偏光であるので、図１１に示すように、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４を制御してもよい。図１１は、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４への入射光が、右眼と左眼とで相直交する直線偏光である場合に、かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４と入射光との関係を示す模式図である。入射光が直線偏光であるので、右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４の各々を構成する光シャッタのうちの一方のみ電圧の印加非印加の制御を行ってもよい。同図では、右眼用シャッタＳ３における光シャッタ５、左眼用シャッタＳ４における光シャッタ６の各々の偏光軸を入射光の偏光方向と直交させ、光シャッタ３、光シャッタ４は電圧印加状態のままとし、光シャッタ５、光シャッタ６に電圧を印加しない状態で入射光を遮光することで、入射光を遮光している。
【００７１】
以上のように、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に入射する光に係わらず、偏光軸の方向が相直交する光シャッタを二つ重ねた右眼用シャッタと左眼用シャッタを構成することで、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩの光の透過率を制御することができる。
【００７２】
従って、本実施例においては、図９から図１１の何れで説明した右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４でも採用することができる。
【００７３】
（ヘッドマウントディスプレイ１００の構成と動作）
かかる右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４を用いたヘッドマウントディスプレイ１００について説明する。
【００７４】
図１２は、ヘッドマウントディスプレイ１００の概要説明図である。図１２（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイ１００の全体の概要図である。図１２（ｂ）は、右眼ＲＥへの光線図であり、図１２（ｃ）は、左眼ＬＥへの光線図である。
【００７５】
ヘッドマウントディスプレイ１００は、表示部１０、偏光板２０Ａ、プリズムＰＲ１、接眼レンズＬ１，Ｌ２、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４、及び電装系４２を有する。
【００７６】
プリズムＰＲ１は、図示のように４つのプリズムが合成されてなるクロスプリズムである。材質はガラスやプラスティックを採用できる。プリズムＰＲ１には偏光依存性はないものとする。
【００７７】
接眼レンズＬ１，Ｌ２は、表示部１０上の画像をプリズムＰＲ１、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４を介して右眼ＲＥ，左眼ＬＥに結像させる機能を有する。なお、本実施形態におけるプリズムＰＲ１は、光を集発散させるパワーを有しないので、接眼レンズＬ１，Ｌ２が接眼光学系の機能を有する。プリズムＰＲ１が、光を集発散させるパワーを有する場合、プリズムＰＲ１のパワーと接眼レンズＬ１，Ｌ２のパワーとを合わせて光学設計することで、容易に接眼光学系の機能を発揮させることができる。
【００７８】
右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４には図９から図１１の何れのタイプを採用してもよい。
【００７９】
表示部１０は自発光型のディスプレイである有機ＥＬ表示装置等である。表示部１０には、偏光毎に視差画像の左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとがそれぞれ割り当てられている。
【００８０】
図１２では、表示部１０上に例示として立方体を右から見た右眼用画像ＲＩと、左から見た左眼用画像ＬＩとが表示されている。
【００８１】
図１３は、第１の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の機能ブロック図である。
【００８２】
図１３に示すように、表示部１０には表示駆動部１５が接続され、表示駆動部１５には制御部３０が接続されている。偏光板２０Ａには偏光制御素子スイッチング部２５が接続され、偏光制御素子スイッチング部２５には制御部３０が接続されている。右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４には光シャッタ制御部４１が接続され、光シャッタ制御部４１には制御部３０が接続されている。
【００８３】
また、制御部３０には操作入力部３５が接続されている。更に、画像データ入力部４０が制御部３０に接続されている。
【００８４】
表示駆動部１５は、表示部１０の表示輝度の制御を行うと共に、画像データ入力部４０から制御部３０を介して入力される画像データを、表示部１０の表示画面の全面に同一の画像を表示する２次元画像表示と、表示画面を左眼用画像ＬＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＬ１〜Ｌｎと、右眼用画像ＲＩが表示される複数（ｎ列）のストライプＲ１〜Ｒｎとに対し、それぞれに所望の視差を生じさせるよう、ずらした画像を表示する３次元立体画像表示とを、制御部３０からの制御信号に基づいて切り替え駆動するものである。
【００８５】
偏光制御素子スイッチング部２５は、制御部３０からの制御信号に基づいて、２枚の偏光制御素子の透明電極に接続された導線ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＢ１、ＳＢ２に選択的に電圧を印加するためのスイッチングを行うものである（図５に示した偏光板２０Ａを採用）。
【００８６】
光シャッタ制御部４１は、制御部３０からの制御信号に基づいて、右眼用シャッタＳ３，左眼用シャッタＳ４に備えられた各偏光制御素子２００を制御する。
【００８７】
操作入力部３５は、外部入力部であり、制御部３０に対し２次元画像表示を行うか、３次元立体画像表示を行うかを指示するもので、観察者が入力するものである。ヘッドマウントディスプレイ１００の不図示の外装部に操作入力部３５を設ける。なお、外部機器を用いて操作入力部３５から輝度の切換指示を行うように構成しても良い。
【００８８】
左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとは、左眼用画像ＬＩ用と右眼用画像ＲＩ用の図示しないカメラで受像されて用意され、また、予め受像されて図示しない記録媒体に記録されて用意される。この他、コンピュータグラフィックを用いて左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとを用意してもよい。
【００８９】
光シャッタ制御部４１は、制御部３０からの制御信号に基づいて、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に備えられた偏光制御素子２００に印加する電圧を制御し、偏光制御素子２００の光学特性を制御する。
【００９０】
制御部３０と光シャッタ制御部４１とは、好ましくは表示部１０に一体化して配置される。
【００９１】
右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４においては、右眼には右眼用画像ＲＩが入射し、左眼には左眼用画像ＬＩが入射するように制御される。
【００９２】
具体的には、右眼用画像ＲＩを観察者の右眼に届ける右眼用シャッタＳ３が透過する偏光を図中Ｐ１（Ｐ偏光）とし、左眼用画像ＬＩを観察者の左眼に届ける左眼用シャッタＳ４が透過する偏光を図中Ｐ２（Ｓ偏光）とする制御を制御部３０が行う。
【００９３】
右眼用シャッタＳ３を構成する光シャッタ３，５の各々の偏光軸Ｄ１，Ｄ３は互いに直交するように配置されている。また、左眼用シャッタＳ４を構成する光シャッタ４，６の各々の偏光軸Ｄ２，Ｄ４は互いに直交するように配置されている。
【００９４】
制御部３０は、右眼用画像ＲＩの偏光方向と平行な偏光軸Ｄ３を有する光シャッタ５には電圧を印加せず、右眼用画像ＲＩの偏光方向と直交する偏光軸Ｄ１を有する光シャッタ３には電圧を印加して右眼用画像ＲＩを透過させる。
【００９５】
また、制御部３０は、左眼用画像ＬＩの偏光方向と平行な偏光軸Ｄ２を有する光シャッタ４には電圧を印加せず、左眼用画像ＬＩの偏光方向と直交する偏光軸Ｄ４を有する光シャッタ６には電圧を印加して左眼用画像ＬＩを透過させる。
【００９６】
このような右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４の偏光状態の中で、右眼用画像ＲＩは、プリズムＰＲ１の面ＳＨ１で反射され、斜面にて反射してプリズムＰＲ１を出射し、観察者の右眼に入射する。左眼用画像ＬＩは、プリズムＰＲ１の面ＳＨ２で反射され、斜面にて反射してプリズムＰＲ１を出射して観察者の左眼に入射する。観察者は左眼に左眼用画像ＬＩ、右眼に右眼用画像ＲＩを観察するので立体画像を認識することができる。
【００９７】
偏光度については、例えば右眼には右眼用画像ＲＩの光強度が左眼用画像ＬＩの光強度より少なくとも５倍以上入射することが望ましいので、８０以上１００未満の偏光度が望ましい。
【００９８】
このようなヘッドマウントディスプレイにおいて２次元立体画像表示を得るには、制御部３０は、偏光板２０Ａにおける偏光制御素子２００Ａと偏光制御素子２００Ｂとに電圧を印加することで、全ての偏光を透過させ、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４における光シャッタ３から６の全てに電圧を印加し、全ての偏光を透過させる。さらに、表示部１０には右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩの左右の画像に差をもたせずに同じ画像を表示させる。このように制御することで、光強度が約４倍に向上させて観察者は２次元画像を観察することができる。
【００９９】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施の形態に係る表示装置について説明する。
【０１００】
第２の実施の形態に係る表示装置に用いられる偏光板２０Ａは、図２に示した偏光板の構成と同様のものが用いられる。
【０１０１】
図１４は、第２の実施の形態に係る表示装置１の概略構成を示す斜視図である。同図に示す第２の実施の形態に係る表示装置１は、図４に示した第１の実施の形態に係る表示装置１と導線の結線と、表示部の表示形態が異なるものである。
【０１０２】
図１４に示すように、第２の実施の形態に係る表示装置１は、偏光板２０Ａを構成する偏光制御素子２００Ａの全ての透明電極に電圧を印加する導線ＳＡが接続され、偏光制御素子２００Ｂの全ての透明電極に電圧を印加する導線ＳＢが接続されているものである。なお、導線ＳＡ、ＳＢを一本の線で示しているが、一対の第１の透明電極１０１と対応する第２の透明電極１０４にそれぞれ接続されているものである。
【０１０３】
このように偏光板２０Ａを構成することで、例えば、偏光制御素子２００Ａが、無通電の際に表示部長辺方向に振動する光（Ｓ偏光）を透過させるもので偏光制御素子２００Ｂが、無通電の際に表示部短辺方向に振動する光（Ｐ偏光）を透過させるものとした場合、偏光制御素子２００Ａに通電せず、偏光制御素子２００Ｂの全面に通電して偏光制御素子２００Ｂの偏光機能を無くし、表示部１０の全面で表示される左眼用画像ＬＩをＳ偏光として透過させる。次いで、偏光制御素子２００Ｂに通電せず、偏光制御素子２００Ａの全面に通電して偏光制御素子２００Ｂの偏光機能を無くし、表示部１０の全面で表示される右眼用画像ＲＩをＰ偏光として透過させる。
【０１０４】
表示部１０には、２枚のフィールドに、偏光毎に視差画像の左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとがそれぞれ割り当てられてあり、時系列でこれらが交互に高速に切り替わって表示される。
【０１０５】
上記の接眼光学系と右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４を用い、右眼に右眼用画像ＲＩが入射し、左眼に左眼用画像ＬＩが入射するように、各シャッタの偏光制御素子の動作タイミングが制御される。この制御により、観察者は３次元（３Ｄ）立体画像を視認できるようになる。
【０１０６】
一方、２次元表示の際には、導線ＳＡ及びＳＢに電圧を印加すると共に、表示部１０は表示画面の全面に２次元画像表示を行う。導線ＳＡ及びＳＢに電圧を印加することにより、偏光制御素子２００Ａ及び２００Ｂの全面の偏光機能が失われ、表示部１０の表示画像は偏光することなく偏光板２０Ａを透過する。そして右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４にも偏光機能を失うように制御すれば、観察者は２次元画像を視認することができるようになる。
【０１０７】
すなわち、導線ＳＡ、ＳＢに電圧を選択的に印加するのみで、３次元（３Ｄ）立体画像表示に対応する状態と、２次元（２Ｄ）画像表示に対応する状態との切り替えが可能となる。
【０１０８】
第２の実施の形態における表示装置１の機能ブロック図は、図１３と同様のものでよいが、機能の異なる部分についてのみ説明する。
【０１０９】
第２の実施の形態においては、偏光制御素子スイッチング部２５は、制御部３０からの制御信号に基づいて、偏光制御素子２００Ａの全ての透明電極に接続された導線ＳＡに電圧を印加するためのスイッチングと、偏光制御素子２００Ｂの全ての透明電極に接続された導線ＳＢに電圧を印加するためのスイッチングとを交互に行うものであればよい。時系列に表示させる速度は少なくとも人間が連続画像として視認できる速度であり、例えば３０分の１秒間隔である。
【０１１０】
また、表示駆動部１５は、表示部１０の表示輝度の制御を行うと共に、画像データ入力部４０から入力される画像データを、表示部１０の表示画面の全面に同一の画像を表示する２次元画像表示と、表示画面の全面に所望の視差を生じさせる２種の画像を交互に表示する３次元立体画像表示とを、制御部３０からの制御信号に基づいて切り替え駆動するものである。
【０１１１】
以上のように本発明によれば、画像を表示する表示部と、該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、接眼光学系と、各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有することで、３次元立体画像表示と２次元画像表示とに切り替え可能とする様々な表示装置に対しても採用可能であることから低コスト化を実現でき、２次元画像表示の際に明るい画像を得ることができるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０１１２】
また、本発明によれば、前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有するとき、前記表示部の表示を立体視に対応した表示とし、前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有さないとき、前記表示部の表示を２次元表示とすることで、２次元画像表示の際に明るい画像を得ることができるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０１１３】
また、本発明によれば、前記偏光板が偏光特性を有するとき、前記偏光板は二つの異なる偏光軸を有していることで、右眼用画像と左眼用画像の偏光方向を異ならせることができ、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１４】
また、本発明によれば、前記偏光軸は直交関係にあることで、右眼用画像と左眼用画像の偏光方向を直交させることができ、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１５】
また、本発明によれば、前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに各々備えられた二つの前記偏光制御素子は、直交する偏光軸を有することで、偏光を有する光の透過率を制御できるので、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１６】
また、本発明によれば、前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互にストライプ状に形成するものであることで、右眼用画像と左眼用画像に偏光特性を与えることができるので、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１７】
また、本発明によれば、前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互に市松模様状に形成するものであることで、右眼用画像と左眼用画像に偏光特性を与えることができるので、３次元立体画像表示が可能となる。
【０１１８】
また、本発明によれば、前記偏光板は、単一の偏光軸の偏光制御素子と、該偏光制御素子の前記偏光眼鏡側に、λ／２波長板として機能する部位と透過部とが交互に形成された光学素子とで構成されていることで、一つの偏光制御素子の採用となることから、低コストのヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０１１９】
また、本発明によれば、前記表示部は、自発光型のディスプレイであることから、例えば有機ＥＬ表示装置を採用でき、明るく高精細かつ高精彩なヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 表示装置
３，４，５，６ 光シャッタ
１０ 表示部
１５ 表示駆動部
２５ 偏光制御素子スイッチング部
３０ 制御部
３５ 操作入力部
４０ 画像データ入力部
４１ 光シャッタ制御部
４２ 電装系
１００ ヘッドマウントディスプレイ
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ 偏光制御素子
２０Ａ，２０Ｂ 偏光板
ＬＩ 左眼用画像
ＲＩ 右眼用画像
Ｓ３ 右眼用シャッタ
Ｓ４ 左眼用シャッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する表示部と、
該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、
接眼光学系と、
各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有するとき、前記表示部の表示を立体視に対応した表示とし、
前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有さないとき、前記表示部の表示を２次元表示とすることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記偏光板が偏光特性を有するとき、前記偏光板は二つの異なる偏光軸を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記偏光軸は直交関係にあることを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに各々備えられた二つの前記偏光制御素子は、直交する偏光軸を有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互にストライプ状に形成するものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互に市松模様状に形成するものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記偏光板は、単一の偏光軸の偏光制御素子と、該偏光制御素子の前記偏光眼鏡側に、λ／２波長板として機能する部位と透過部とが交互に形成された光学素子とで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記表示部は、自発光型のディスプレイであることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１】
画像を表示する表示部と、
該表示部の視認側に配置され、電圧の印加により偏光特性が変化する偏光制御素子を備えた偏光板と、
接眼光学系と、
各々二つの前記偏光制御素子を備えた右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有するとき、前記表示部の表示を立体視に対応した表示とし、
前記偏光板と右眼用シャッタと左眼用シャッタとが偏光特性を有さないとき、前記表示部の表示を２次元表示とすることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記偏光板が偏光特性を有するとき、前記偏光板は二つの異なる偏光軸を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記偏光軸は直交関係にあることを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに各々備えられた二つの前記偏光制御素子は、直交する偏光軸を有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互にストライプ状に形成するものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記偏光板は、異なる偏光軸の領域を交互に市松模様状に形成するものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記偏光板は、単一の偏光軸の偏光制御素子と、該偏光制御素子の前記偏光眼鏡側に、λ／２波長板として機能する部位と透過部とが交互に形成された光学素子とで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記表示部は、自発光型のディスプレイであることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−３２５６８（Ｐ２０１２−３２５６８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１４４７（Ｐ２０１０−１７１４４７）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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