画像表示装置
【課題】不要なすじやフリッカ等が観察され難い、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】配列された複数の画素により画像を表示するLCD3と、複数の電極を有し上記LCD3からの光の偏光方向をスイッチングする偏光スイッチング用液晶セル4と、この偏光スイッチング用液晶セル4からの光の偏光方向に応じて光路を変更する複屈折板5と、LCD3の画像を拡大する接眼レンズ6とを備え、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1と、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iまでの距離L2とが、1/L2−1/L1≧0.4(D)またはL2≦200(mm)となるように、LCD3と偏光スイッチング用液晶セル4とを配置し、あるいは複屈折板5等にARコートを施す。
【解決手段】配列された複数の画素により画像を表示するLCD3と、複数の電極を有し上記LCD3からの光の偏光方向をスイッチングする偏光スイッチング用液晶セル4と、この偏光スイッチング用液晶セル4からの光の偏光方向に応じて光路を変更する複屈折板5と、LCD3の画像を拡大する接眼レンズ6とを備え、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1と、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iまでの距離L2とが、1/L2−1/L1≧0.4(D)またはL2≦200(mm)となるように、LCD3と偏光スイッチング用液晶セル4とを配置し、あるいは複屈折板5等にARコートを施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像表示装置、より詳しくは、表示素子からの光の偏光方向をスイッチングして、見かけの画素を増加させる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
表示素子からの光の偏光方向をスイッチングして見かけの画素を増加させる画像表示装置は、従来より種々のものが提案されており、例えば、特開平6−324320号公報には、画像表示装置と観察者またはスクリーンとの間に、光路をフィールド毎に偏光する光学部材を配置して、フィールド毎に光路が変更されるのに応じて、表示位置がずれている状態の表示画素パターンを画像表示装置に表示するようにした画像表示装置が記載されている。
【0003】
この画像表示装置は、より詳しくは、画像表示部としてのLCDと、光学部材としての複数の電極を有する偏光スイッチング用液晶セル(偏波面回転板)と、光を偏光方向に応じて屈折させる複屈折板と、像拡大用の接眼レンズとを順に配置し、上記LCDの走査タイミングに合わせて偏光スイッチング用液晶セルにより偏光方向を制御することによって、該LCDが表示する像を画素ずらしするようになっている。
【0004】
なお、LCDの走査タイミングに合わせて偏光方向を制御するのは、該公報にも記載されているように、LCDは書き込まれた画素が次のフィールドまで保持されるために、1画面内に奇数フィールドと偶数フィールドの情報が同時に存在するからである。
【0005】
ところで、特開平9−325204号公報には、光学フィルタとして使用する複屈折板を、複屈折率が大きいニオブ酸リチウムを用いて形成し薄型化を図るとともに、水晶などに比べて大きい表面反射を抑制するために、該複屈折板の表面にARコートを施して透過率を高める技術が記載されている。
【0006】
また特開平9−281430号公報には、像拡大用接眼レンズとして、偏心光学系である面対称自由曲面を有するプリズムを用いる技術が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記特開平6−324320号公報に記載されているような構成では、後述する図4,図5等において詳細に説明するように、偏光スイッチング用液晶セルの電極間の隙間がすじとして観察され、画質を損ねてしまうことが本出願人の実験により判明している。
【0008】
また、複屈折板に偏光した光が斜めに入射すると、後述する図10,図11等において詳細に説明するように、その光の偏光方向と入射方向の関係に応じて光の透過率が異なるために、偏光スイッチング用液晶セルにより偏光方向を切り替える度に透過光量が変化して、これがフリッカとして観察されることが本出願人の実験により判明している。
【0009】
さらに、上記特開平9−325204号公報に記載されている光学フィルタは、光の透過率を向上させるために用いられるものであり、偏光方向を制御することを目的としたものではない。それ故に、上述したようなフリッカの発生を軽減することについては何等示唆していない。
【0010】
そして、上記特開平9−281430号公報に記載されたような光学系を有する構成において、こうした課題を解決しながら省スペースを図ることのできる画像表示装置が望まれている。
【0011】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、不要なすじ等が目立つことのない、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供することを目的としている。
【0012】
また、本発明は、フリッカ等の発生を低減して、見易い画像を表示することができる画像表示装置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】
【0013】
本発明の第1の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする。
【0014】
本発明の第2の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする。
【0015】
本発明の第3の画像表示装置は、前記第1または第2の画像表示装置において、上記焦点深度△Dは、0.4ディオプタ以上であることを特徴とする。
【0016】
本発明の第4の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、を具備した画像表示装置であって、上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置したことを特徴とする。
【0017】
本発明の第5の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、を具備した画像表示装置であって、
上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置すると共に、
眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする。
【0018】
本発明の第6の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記複屈折光学素子に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とする。
【0019】
本発明の第7の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記光学系に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該光学系の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とするたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、不要なすじ等が目立つことのない、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供することができる。
【0021】
また、本発明は、フリッカ等の発生を低減して、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0023】
図1から図8は本発明の第1の実施形態を示したものであり、図1は画像表示装置の要部の構成を示すブロック図である。
【0024】
この画像表示装置1は、図1に示すように、照明光を照射するバックライト2と、このバックライト2により照明光を照射されて、規則的に配列した複数の画素により表示した画像の光束を射出する表示素子たるLCD3と、このLCD3から入射して来る光束を複数の部分毎に時間をずらして偏光して射出する偏光制御手段であり偏光スイッチング手段たる偏光スイッチング用液晶セル4と、この偏光スイッチング用液晶セル4を通過した光をその偏光方向に応じて屈折させる光路制御手段であり複屈折光学素子たる複屈折板5と、この複屈折板5を通過した光像を拡大して観察者の眼球に投影する光学系である接眼レンズ6と、を有して構成されており、観察者からは、LCD3の画像が虚像3iとして観察されるようになっている。
【0025】
また、映像信号が供給されると、この映像信号は遅延制御回路9においてフィールド毎に画素ずらしをして表示するのに適した信号に変換された後に、LCDドライブ回路7に入力され、該LCDドライブ回路7によって上記LCD3が駆動されて画像を表示するようになっている。
【0026】
一方、上記映像信号中の垂直同期信号は、液晶セル制御回路8に入力されるようになっていて、この液晶セル制御回路8において、該垂直同期信号に基づいて、上記偏光スイッチング用液晶セル4に設けられた後述する複数の電極4aを順次オン/オフして、各電極4aが設けられた部分を通過する光の偏光方向を順次制御するようになっている。
【0027】
図2は、偏光スイッチング用液晶セル4および複屈折板5によりLCD3の画素をずらす様子を側方から示す図である。
【0028】
上記偏光スイッチング用液晶セル4は、図2に示すように、液晶4bを電極4aの対により挟み込み、さらにその両側からガラス4c(図5参照)で挟み込むようにして構成されていて、この実施形態に示す例においては、左右方向に細長の電極4aの対が、縦方向に3対設けられている。なお、この電極4aの対は、スイッチングを行う領域をより詳細に分割するために、より多くの対を設けても構わないが、人間の眼には残像が発生するためにそれほど細かく分割しなくても必要な効果が得られることや、電極4aの数を増加させるとコストが高くなることおよび制御回路等も複雑になることから、この例においては3対の構成としている。
【0029】
このような偏光スイッチング用液晶セル4と複屈折板5を用いてLCD3の見かけの画素数を増加させる原理について図2および図3を参照して説明する。図3は、(A)LCD上に構成されている画素の配列、(B)画素ずらしにより達成される画素の配列、をそれぞれ示す図である。
【0030】
図2に示すように、LCD3から射出される光は、液晶を通過したものであるために、既に一方向に偏光しており、例えば図2に示す例では上下方向に偏光したものとなっている。
【0031】
このLCD3からの光が上記偏光スイッチング用液晶セル4に入射すると、その電極4aの対による部分毎の制御状態に応じて、光の偏光方向が変更されるようになっている。
【0032】
すなわち、図2に示す例においては、上の電極4aは偏光状態を変化させることなくそのまま光を通過させ、中と下の電極4aについては偏光状態を変化させて横方向の偏光にするようになっている。
【0033】
一方、上記複屈折板5は、図に示すように横方向に偏光した光はそのまま通過させ、縦方向に偏光した光はやや下斜め(図3参照)にずらした状態で射出するようになっているために、上の電極4aの部分を通過した光は光路が変更されてその射出位置がずれるとともに、中と下の電極4aについては光路が変更されることなくそのまま通過する。
【0034】
このような構成により、図3(A)に示すような画素配列のLCDは、偏光スイッチング用液晶セル4と複屈折板5を用いた画素ずらしにより、図3(B)に示すように表示される。
【0035】
すなわち、例えば図3(A)の最上段左から2番目のグリーン(G)は、中段左端のグリーン(G)とのほぼ中間の位置にずれ、他の画素についても同様にずれるために、画素ずらしにより達成されるLCD画素配列は図3(B)に示すようになって、偶数フィールドと奇数フィールドを合わせると、見かけ上、2倍の画素数となる。
【0036】
図4は、上記図2に示したような画素ずらしを行ったときに、(A)画面にすじが観察される様子を示す図、(B)観察画面の一部を示す拡大図である。
【0037】
こうした画素ずらしを行うと、そのままでは観察画面11中に、図4(A)に示すような横方向のすじ12が、電極4a同士の隙間となる位置に発生してしまうことが本出願人の実験によって明らかとなっていて、この例では、上述したように電極4aが3対設けられているのに対応して、これらの間となる2カ所にすじ12が観察されている。
【0038】
上記すじ12は、より詳しくは図4(B)に示すように、黒い横線12aとこれに隣接する白い横線12bとで構成されている。
【0039】
このように黒と白の横線12a,12bで構成されるすじ12が観察される理由は、図5に示すようなものであると考えられる。図5は偏光方向を切り替えたときの光線の経路の様子を側方から示す図である。
【0040】
電極4aの部分を通過する光線は、該電極4aへの電圧印加のオン/オフに応じて、図5の実線で示すような光路をとる状態と、2点差線で示すような光路をとる状態とにフィールド毎に切り替わる。
【0041】
これに対して、例えば13μm程度の幅で存在する電極4a同士の隙間は、フィールド毎の偏光の切り替えが行われず、複屈折板5を常に同一の光路により通過することになる。これにより、複屈折板5を通過した後は、該電極4a同士の隙間の部分において、光がよけて通るために暗く見える部分と、光が重なって明るく見える部分とが発生することになる。これが上述した黒と白の横線12a,12bの原因である。
【0042】
そこで、本実施形態においては、上述したようなすじ12を目立たなくさせるために、次のようにしている。図6はLCDや光学系およびその虚像面の位置関係を示す図である。
【0043】
まず、図6に示すように、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離をL1、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iまでの距離をL2とすると、
[数1]
1/L2−1/L1≧0.4(D)
または、
[数2]
L2≦200(mm)
の何れか少なくとも一方の関係を満たすように設定する。ここに、数式1におけるDはディオプタである。
【0044】
上記数式1に示した条件は、LCDの虚像面3iと偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iとの距離がある程度以上離れていれば、LCDの虚像面3iを観察している状態では偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iが被写界深度以上離れることになって、つまり上記すじ12がアウトフォーカスとなり目立たなくなる条件である。
【0045】
人間の眼の焦点深度△Dは、以下のような数式3により表される。
【0046】
[数3]
△D=δDe /P
ここに、δはぼけ検出能力、Pは瞳孔径、De は眼球の全屈折力である。この数式3に、δ=0.015(mm),P=2(mm),De =60(D)を代入すると、△D=0.45(D)が得られる。
【0047】
なお、(株)新技術コミュニケーションズが発行する「O plus E」の1985年10月号(No.71)第111頁には、人間の眼の焦点深度△Dが±0.1〜±0.43(D)程度であることが記載されている。
【0048】
上記数式1の0.4(D)は、これらの眼の焦点深度を参考にしつつ、該焦点深度を被写界深度側に適用して、実験等を行って決定されたものである。
【0049】
この数式1に示した条件を満たす配置の一例としては、次のようなものが挙げられる。
【0050】
接眼レンズ6の焦点距離を25(mm)(頭部装着型画像表示装置において用いられる焦点距離の典型的な一例である)とし、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1を1000(mm)(これも頭部装着型画像表示装置において用いられる距離の典型的な一例である)と設定した場合について考える。
【0051】
この場合には、LCD3の位置は、
25×25/1000=0.625(mm)
だけ焦点位置から接眼レンズ6側に寄った位置となることが計算される。
【0052】
一方、上記数式1に基づいて眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像4iまでの距離L2を計算すると、714(mm)(=−1(D)−0.4(D)=−1.4(D))となることが解る。
【0053】
こうして、偏光スイッチング用液晶セル4の位置は、
25×25/714=0.875(mm)
だけ焦点位置から前方となることが計算されるために、LCD3と偏光スイッチング用液晶セル4との間の距離を、
0.875−0.625=0.25(mm)
に設定すれば良いことになる。
【0054】
また、人間には眼の焦点を合わせることのできる近距離側の位置に限界があって、上述した「O plus E」の1989年5月号(No.114)第149頁には、年齢による近点距離(近点調節限界)の変化が記載されており、この近点調節限界は、年齢による変化や個人差などがあることが知られている。
【0055】
そこで、本出願人が実験を行ったところ、その一例として図7に示すような結果が得られている。図7は偏光スイッチング用液晶セルの虚像面の位置を変化させたときにすじが見えるかどうかを実験した結果を示す線図である。
【0056】
図7は8人の母集団において、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1を1000(mm)に設定し、L2が何ミリになったところで上記すじ12が見えるようになるかを実験した結果を示すものであり、すじ12が見えるようになる人数が半数の4人となるのが上記約200(mm)となっている。
【0057】
従って、この200(mm)を一つの目安として、これよりもL2を小さくすれば、より多くの人がすじ12を観察しないようにすることができる。こうしたより限定的な値としては、例えば167(mm)が挙げられる。この167(mm)という値は、実用上においても望ましい設定値となっている。
【0058】
ところで、人間が物体を最も明確に観察することができる距離、つまり明視距離は250(mm)(=4(D))程度であることが知られている。そこで、この明視距離を観察しているときの被写界深度(上記0.4(D)程度)の外となる距離を計算すると、
1000/(4+0.4)=227(mm)
であることがわかる。従って、上記すじ12が容易に観察されないためには、この227(mm)よりも近接側に偏光スイッチング用液晶セルの虚像4iが位置することが望ましい。
【0059】
こうして、上記数式2に示した条件である200(mm)は、上記近点調節限界や明視距離のデータなどに基づいて、使用上の実効性を考慮しながら設定した1つの値となっている。
【0060】
この数式2に示した条件を満たす配置の一例としては、次のようなものが挙げられる。
【0061】
接眼レンズ6の焦点距離を上述と同様に典型的な値である25(mm)とし、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像4iまでの距離L2を上記数式2の上限値に基づいて200(mm)と設定すると、偏光スイッチング用液晶セル4の位置は、
25×25/200=3.125(mm)
だけ焦点位置から接眼レンズ6側に寄った位置となることがわかる。
【0062】
眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1を上述と同様に1000(mm)、つまりLCD3の位置が焦点位置から0.625(mm)前方となるように設定した場合には、LCD3と偏光スイッチング用液晶セル4との間の距離を、
3.125−0.625=2.5(mm)
に設定すれば良いことになる。
【0063】
図8は、本出願人が上記特開平9−281430号公報において提案したような偏心光学系に、上述したようなすじ12を目立たなくする構成を適用した例を示すものである。図8は、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系の構成を側方から示す図である。
【0064】
上記バックライト2により照射されたLCD3の画像は、このLCD3の射出面に対して傾斜した配設されたプリズム16の入射面16aから、光学系たる該プリズム16の内部に入射されて、第1の反射面16bで反射された後に、さらに自由曲面でなる第2の反射面16cにより反射されて、観察者の眼球に向けて射出されるようになっている。このプリズム16は、非テレセン光学系の一種であり、その中でも特に面対称な自由曲面を有する偏心光学系となっている。
【0065】
このとき、上記偏光スイッチング用液晶セル4と複屈折板5は、図8(A),図8(B)に示すように、上記プリズム16の入射面16aにほぼ平行となるように配設されていて、つまり上記LCD3の射出面とは所定の角度θをなすように構成されている。
【0066】
これにより、LCD3の射出面と、このLCD3の射出面に最も近接している偏光スイッチング用液晶セル4上の電極4a同士の隙間との距離Lをなるべく離すようにして、上記すじ12が目立たないようにしたものである。
【0067】
このときの数値としては、例えばθ=15°、L=3.2(mm)がその具体的な一例として挙げられる。
【0068】
このような第1の実施形態によれば、偏光スイッチング用液晶セルの虚像位置が、LCDの虚像を観察する際の被写界深度外となるように構成したために、LCDの虚像を観察する際に、該偏光スイッチング用液晶セルの電極同士の隙間を起因とするすじが目立つことはなく、良好な観察を行うことができる。
【0069】
また、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像面までの距離を200(mm)以下とした場合には、人間の明視距離の被写界深度外であるために、LCDの虚像を観察しようとする当初の段階から、上記すじの存在を観察者に気付かせないようにすることも可能となる。
【0070】
そして、像拡大用の接眼レンズとして偏心光学系をなすプリズムを用いた場合に、該プリズムの入射面が傾斜して配設されているのを巧みに利用して偏光スイッチング用液晶セルの位置を設定したために、設置スペースを極力大きくしないようにすることができる。
【0071】
図9から図15は本発明の第2の実施形態を示したものであり、図9はLCDからの光線が通過する光路を示す図である。この第2の実施形態において、上述の第1の実施形態と同様である部分については説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
【0072】
図9に示すように、LCD3の中央部分の像は、偏光スイッチング用液晶セル4のほぼ中央を通過した後に、同複屈折板5の中央部に略垂直に入射して、液晶レンズ6を介して眼球に到達するが、LCD3の周辺部分の像は、複屈折板5の周辺部にやや斜めの状態で入射することになる。
【0073】
このとき、偏光スイッチング用液晶セル4によりフィールド毎に偏光方向の切り替えを行うと、図10に示すように、周辺部にフリッカが観察されることが本出願人の実験により判明した。図10は、偏光方向が、(A)斜めに直交する方向、(B)上下左右の方向、であるときにフリッカが観察される領域を示す図である。
【0074】
図10(A)は、光の偏光方向が、略斜め45度の互いに直交する2方向に切り替えられる場合に、観察画面11の4隅部が、フリッカが観察される領域13となることを示している。
【0075】
また、図10(B)は、光の偏光方向が、上下方向と左右方向の互いに直交する2方向に切り替えられる場合に、観察画面11の4辺縁の中央部分が、フリッカが観察される領域13となることを示している。
【0076】
上記偏光スイッチング用液晶セル4は、上述したように、上記LCD3から射出される偏光した光線を、そのままの偏光状態で通過させる場合と、これとは直交する偏光方向に変化させてから通過させる場合と、をフィールド毎に切り替えるものである。
【0077】
それ故に、LCD3の周縁部から発せられて複屈折板5に斜めに入射する光は、入射面の法線方向成分を含むP波と、法線方向成分を含まないS波とに分類される。
【0078】
図11は、複屈折板の周辺部に入射する光線がPライク偏光の光線とSライク偏光の光線とに切り替わることを示す斜視図である。
【0079】
ここに、Pライク偏光の光線とは、直交する2方向に偏光する光線の内のP波成分をより多く含む光線を指し、Sライク偏光の光線とは、S波成分をより多く含む光線を指している。この図11に示す例では、Pライク偏光の光線はほぼP波成分でなり、Sライク偏光の光線はほぼS波成分でなっている。
【0080】
上記複屈折板5は、入射角に対して、図12に示すような透過/反射特性を有している。図12は、屈折率が2.2である複屈折板における透過/反射率の入射角依存性を示す線図である。
【0081】
なお、複屈折板5を成形する材料として、ここではニオブ酸リチウム(LiNbO3 )を用いている。このニオブ酸リチウムは、複屈折率が大きいために厚さを薄くすることができるという利点があり、さらに、コスト的にも比較的安価であるという特長を有している。
【0082】
すなわち、図示のように、光線が入射面に対して垂直に入射する(入射角が0)場合には、P波とS波の透過率は同じであるが、入射角が大きくなると、P波の透過率は少しずつ大きくなるのに対して、S波の透過率は少しずつ小さくなり、透過率に差が生じてしまうために、同一の入射角であっても、偏光スイッチング用液晶セル4により偏光方向のスイッチングが行われると、その度に、透過光量に増減が生じてしまい、これが観察者にはフリッカとして観察されることになる。
【0083】
例えば、入射角が38°である場合には、S波の反射率が約20%、P波の反射率が約6%であり、この差14%分の光量の変化が、偏光方向の切り替え毎に生じることになる。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、0.94/0.8=1.175となっている。
【0084】
一方、図13は、屈折率が1.5であるガラスにおける透過/反射率の入射角依存性を示す線図である。
【0085】
ガラスの場合にも、複屈折板5と同様に、入射角が大きくなると、S波の透過率とP波の透過率とに少しずつ乖離が生じてくるが、これらの差は、複屈折板5の場合に比して小さいことが解る。
【0086】
例えば、入射角が38°である場合には、S波の反射率が約8%、P波の反射率が約2%であり、これらの差は6%分となる。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、0.98/0.92=1.065となっている。
【0087】
このようなS波とP波の透過率の違いを小さくするために、本実施形態においては、図14に示すような構成をとっている。図14は、(A)両面にARコートを施した複屈折板、(B)一面にARコートを施し他面に所定の屈折率を有する接着剤を介して偏光スイッチング用液晶セルを接着した複屈折板、をそれぞれ示す斜視図である。
【0088】
図14(A)は、複屈折板5の透過面、この場合には複屈折板5の両主面に、略直交する2方向に偏光した光の透過率の比を1に近づける表面処理として無反射コーティング(ARコート)18を施した例である。
【0089】
このARコート18を施したときには、例えば、入射角が38°である場合に、S波の反射率が約1.5%、P波の反射率が約1.5%となって、これらに差がなくなり、偏光スイッチング用液晶セル4により偏光方向の切り替えを行ってもフリッカが生じることはないことが、実験結果により明らかになっている。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、1.000である。
【0090】
また、図14(B)は、複屈折板5の一面のみにARコート18を施すとともに、該複屈折板5の他面は接着剤17を用いて偏光スイッチング用液晶セル4と接着した例である。
【0091】
このとき、この接着剤17の屈折率は、偏光スイッチング用液晶セル4の屈折率が約1.5、複屈折板5の屈折率が約2.2であるのに対応して、これらの間の値となるように1.5〜2.2程度に設定し、該接着面側ではS波とP波の透過率に殆ど差が生じることのないようにしている。
【0092】
このように光が傾斜して入射するときに発生するフリッカの問題点は、上記図8に示したような光学系において、特に顕著に現れる可能性がある。
【0093】
そこで、こうした光学系に本実施形態を具体的に適用した例が図15である。図15は、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系に、フリッカ対策を施したときの構成を側方から示す図である。
【0094】
この光学系は、上記図8においても説明したように、偏光スイッチング用液晶セルの電極同士の隙間を起因として発生するすじを目立たなくさせるために、LCD3の射出面に対して傾斜して配設されている。
【0095】
そこで、この光学系においては、上記図14(A)に示したようなARコート18が両面に形成された複屈折板5を用いるとともに、さらに、プリズム16の入射面16aにも同様にARコート18を施している。
【0096】
ガラスにおいてもARコート18を施すことによって透過率の相違を改善する効果が得られる。
【0097】
すなわちARコート18を施したガラスでは、上述と同様に、入射角が38°である場合には、S波の反射率が約1.5%、P波の反射率が約1.0%であり、これらの差は0.5%分となって、上述した6%よりも改善されている。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、0.99/0.985=1.005となり、上述した1.065よりも1に近い値となる。
【0098】
こうして、複屈折板5の表面やプリズム16の表面などにARコート18を施すことにより、S波とP波の透過率の比を1に近づけることができるために、フリッカの発生をなくし、あるいは軽減することができる。
【0099】
なお、図15に示した例では両面にARコート18が施された複屈折板5を用いているが、上記図14(B)に示したような片面にARコート18が施され、他面側は偏光スイッチング用液晶セル4が所定の屈折率を有する接着剤17により接着されている複屈折板5を用いても良いし、さらには、複屈折板5の一面側を所定の屈折率を有する接着剤により偏光スイッチング用液晶セル4と接着するとともに、他面側を所定の屈折率を有する接着剤によりプリズム16の入射面16aに接着するようにしても構わない。
【0100】
このような第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、さらに、偏光スイッチング用液晶セルが、フィールド毎に光を直交する2方向に偏光させることによって、S波ライクな光とP波ライクな光が交互に発生したとしても、これらの透過率の比を1に近づけるARコート等の処理を複屈折板の表面やプリズムの表面などに施したために、フリッカを低減することができる。
【0101】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0102】
【図1】本発明の第1の実施形態における画像表示装置の要部の構成を示すブロック図。
【図2】上記第1の実施形態において、偏光スイッチング用液晶セルおよび複屈折板によりLCDの画素をずらす様子を側方から示す図。
【図3】上記第1の実施形態において、(A)LCD上に構成されている画素の配列、(B)画素ずらしにより達成される画素の配列、をそれぞれ示す図。
【図4】上記図2に示したような画素ずらしを行ったときに、(A)画面にすじが観察される様子を示す図、(B)観察画面の一部を示す拡大図。
【図5】上記第1の実施形態において、偏光方向を切り替えたときの光線の経路の様子を側方から示す図。
【図6】上記第1の実施形態におけるLCDや光学系およびその虚像面の位置関係を示す図。
【図7】上記第1の実施形態において、偏光スイッチング用液晶セルの虚像面の位置を変化させたときにすじが見えるかどうかを実験した結果を示す線図。
【図8】上記第1の実施形態において、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系の構成を側方から示す図。
【図9】本発明の第2の実施形態において、LCDからの光線が通過する光路を示す図。
【図10】上記第2の実施形態において、偏光方向が(A)斜めに直交する方向、(B)上下左右の方向、であるときにフリッカが観察される領域を示す図。
【図11】上記第2の実施形態において、複屈折板の周辺部に入射する光線がPライク偏光の光線とSライク偏光の光線とに切り替わることを示す斜視図。
【図12】上記第2の実施形態において、屈折率が2.2である複屈折板における透過/反射率の入射角依存性を示す線図。
【図13】上記第2の実施形態において、屈折率が1.5であるガラスにおける透過/反射率の入射角依存性を示す線図。
【図14】上記第2の実施形態において、(A)両面にARコートを施した複屈折板、(B)一面にARコートを施し他面に所定の屈折率を有する接着剤を介して偏光スイッチング用液晶セルを接着した複屈折板をそれぞれ示す斜視図。
【図15】上記第2の実施形態において、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系にフリッカ対策を施したときの構成を側方から示す図。
【符号の説明】
【0103】
1…画像表示装置
3…LCD(表示素子)
4…偏光スイッチング用液晶セル(偏光制御手段、偏光スイッチング手段)
4a…電極
5…複屈折板(光路制御手段、複屈折光学素子)
6…接眼レンズ(光学系)
16…プリズム(光学系)
17…接着剤
18…ARコート(無反射コーティング)
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像表示装置、より詳しくは、表示素子からの光の偏光方向をスイッチングして、見かけの画素を増加させる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
表示素子からの光の偏光方向をスイッチングして見かけの画素を増加させる画像表示装置は、従来より種々のものが提案されており、例えば、特開平6−324320号公報には、画像表示装置と観察者またはスクリーンとの間に、光路をフィールド毎に偏光する光学部材を配置して、フィールド毎に光路が変更されるのに応じて、表示位置がずれている状態の表示画素パターンを画像表示装置に表示するようにした画像表示装置が記載されている。
【0003】
この画像表示装置は、より詳しくは、画像表示部としてのLCDと、光学部材としての複数の電極を有する偏光スイッチング用液晶セル(偏波面回転板)と、光を偏光方向に応じて屈折させる複屈折板と、像拡大用の接眼レンズとを順に配置し、上記LCDの走査タイミングに合わせて偏光スイッチング用液晶セルにより偏光方向を制御することによって、該LCDが表示する像を画素ずらしするようになっている。
【0004】
なお、LCDの走査タイミングに合わせて偏光方向を制御するのは、該公報にも記載されているように、LCDは書き込まれた画素が次のフィールドまで保持されるために、1画面内に奇数フィールドと偶数フィールドの情報が同時に存在するからである。
【0005】
ところで、特開平9−325204号公報には、光学フィルタとして使用する複屈折板を、複屈折率が大きいニオブ酸リチウムを用いて形成し薄型化を図るとともに、水晶などに比べて大きい表面反射を抑制するために、該複屈折板の表面にARコートを施して透過率を高める技術が記載されている。
【0006】
また特開平9−281430号公報には、像拡大用接眼レンズとして、偏心光学系である面対称自由曲面を有するプリズムを用いる技術が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記特開平6−324320号公報に記載されているような構成では、後述する図4,図5等において詳細に説明するように、偏光スイッチング用液晶セルの電極間の隙間がすじとして観察され、画質を損ねてしまうことが本出願人の実験により判明している。
【0008】
また、複屈折板に偏光した光が斜めに入射すると、後述する図10,図11等において詳細に説明するように、その光の偏光方向と入射方向の関係に応じて光の透過率が異なるために、偏光スイッチング用液晶セルにより偏光方向を切り替える度に透過光量が変化して、これがフリッカとして観察されることが本出願人の実験により判明している。
【0009】
さらに、上記特開平9−325204号公報に記載されている光学フィルタは、光の透過率を向上させるために用いられるものであり、偏光方向を制御することを目的としたものではない。それ故に、上述したようなフリッカの発生を軽減することについては何等示唆していない。
【0010】
そして、上記特開平9−281430号公報に記載されたような光学系を有する構成において、こうした課題を解決しながら省スペースを図ることのできる画像表示装置が望まれている。
【0011】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、不要なすじ等が目立つことのない、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供することを目的としている。
【0012】
また、本発明は、フリッカ等の発生を低減して、見易い画像を表示することができる画像表示装置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】
【0013】
本発明の第1の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする。
【0014】
本発明の第2の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする。
【0015】
本発明の第3の画像表示装置は、前記第1または第2の画像表示装置において、上記焦点深度△Dは、0.4ディオプタ以上であることを特徴とする。
【0016】
本発明の第4の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、を具備した画像表示装置であって、上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置したことを特徴とする。
【0017】
本発明の第5の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、を具備した画像表示装置であって、
上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置すると共に、
眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする。
【0018】
本発明の第6の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記複屈折光学素子に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とする。
【0019】
本発明の第7の画像表示装置は、複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記光学系に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該光学系の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とするたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、不要なすじ等が目立つことのない、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供することができる。
【0021】
また、本発明は、フリッカ等の発生を低減して、見易い画像を表示することができる画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0023】
図1から図8は本発明の第1の実施形態を示したものであり、図1は画像表示装置の要部の構成を示すブロック図である。
【0024】
この画像表示装置1は、図1に示すように、照明光を照射するバックライト2と、このバックライト2により照明光を照射されて、規則的に配列した複数の画素により表示した画像の光束を射出する表示素子たるLCD3と、このLCD3から入射して来る光束を複数の部分毎に時間をずらして偏光して射出する偏光制御手段であり偏光スイッチング手段たる偏光スイッチング用液晶セル4と、この偏光スイッチング用液晶セル4を通過した光をその偏光方向に応じて屈折させる光路制御手段であり複屈折光学素子たる複屈折板5と、この複屈折板5を通過した光像を拡大して観察者の眼球に投影する光学系である接眼レンズ6と、を有して構成されており、観察者からは、LCD3の画像が虚像3iとして観察されるようになっている。
【0025】
また、映像信号が供給されると、この映像信号は遅延制御回路9においてフィールド毎に画素ずらしをして表示するのに適した信号に変換された後に、LCDドライブ回路7に入力され、該LCDドライブ回路7によって上記LCD3が駆動されて画像を表示するようになっている。
【0026】
一方、上記映像信号中の垂直同期信号は、液晶セル制御回路8に入力されるようになっていて、この液晶セル制御回路8において、該垂直同期信号に基づいて、上記偏光スイッチング用液晶セル4に設けられた後述する複数の電極4aを順次オン/オフして、各電極4aが設けられた部分を通過する光の偏光方向を順次制御するようになっている。
【0027】
図2は、偏光スイッチング用液晶セル4および複屈折板5によりLCD3の画素をずらす様子を側方から示す図である。
【0028】
上記偏光スイッチング用液晶セル4は、図2に示すように、液晶4bを電極4aの対により挟み込み、さらにその両側からガラス4c(図5参照)で挟み込むようにして構成されていて、この実施形態に示す例においては、左右方向に細長の電極4aの対が、縦方向に3対設けられている。なお、この電極4aの対は、スイッチングを行う領域をより詳細に分割するために、より多くの対を設けても構わないが、人間の眼には残像が発生するためにそれほど細かく分割しなくても必要な効果が得られることや、電極4aの数を増加させるとコストが高くなることおよび制御回路等も複雑になることから、この例においては3対の構成としている。
【0029】
このような偏光スイッチング用液晶セル4と複屈折板5を用いてLCD3の見かけの画素数を増加させる原理について図2および図3を参照して説明する。図3は、(A)LCD上に構成されている画素の配列、(B)画素ずらしにより達成される画素の配列、をそれぞれ示す図である。
【0030】
図2に示すように、LCD3から射出される光は、液晶を通過したものであるために、既に一方向に偏光しており、例えば図2に示す例では上下方向に偏光したものとなっている。
【0031】
このLCD3からの光が上記偏光スイッチング用液晶セル4に入射すると、その電極4aの対による部分毎の制御状態に応じて、光の偏光方向が変更されるようになっている。
【0032】
すなわち、図2に示す例においては、上の電極4aは偏光状態を変化させることなくそのまま光を通過させ、中と下の電極4aについては偏光状態を変化させて横方向の偏光にするようになっている。
【0033】
一方、上記複屈折板5は、図に示すように横方向に偏光した光はそのまま通過させ、縦方向に偏光した光はやや下斜め(図3参照)にずらした状態で射出するようになっているために、上の電極4aの部分を通過した光は光路が変更されてその射出位置がずれるとともに、中と下の電極4aについては光路が変更されることなくそのまま通過する。
【0034】
このような構成により、図3(A)に示すような画素配列のLCDは、偏光スイッチング用液晶セル4と複屈折板5を用いた画素ずらしにより、図3(B)に示すように表示される。
【0035】
すなわち、例えば図3(A)の最上段左から2番目のグリーン(G)は、中段左端のグリーン(G)とのほぼ中間の位置にずれ、他の画素についても同様にずれるために、画素ずらしにより達成されるLCD画素配列は図3(B)に示すようになって、偶数フィールドと奇数フィールドを合わせると、見かけ上、2倍の画素数となる。
【0036】
図4は、上記図2に示したような画素ずらしを行ったときに、(A)画面にすじが観察される様子を示す図、(B)観察画面の一部を示す拡大図である。
【0037】
こうした画素ずらしを行うと、そのままでは観察画面11中に、図4(A)に示すような横方向のすじ12が、電極4a同士の隙間となる位置に発生してしまうことが本出願人の実験によって明らかとなっていて、この例では、上述したように電極4aが3対設けられているのに対応して、これらの間となる2カ所にすじ12が観察されている。
【0038】
上記すじ12は、より詳しくは図4(B)に示すように、黒い横線12aとこれに隣接する白い横線12bとで構成されている。
【0039】
このように黒と白の横線12a,12bで構成されるすじ12が観察される理由は、図5に示すようなものであると考えられる。図5は偏光方向を切り替えたときの光線の経路の様子を側方から示す図である。
【0040】
電極4aの部分を通過する光線は、該電極4aへの電圧印加のオン/オフに応じて、図5の実線で示すような光路をとる状態と、2点差線で示すような光路をとる状態とにフィールド毎に切り替わる。
【0041】
これに対して、例えば13μm程度の幅で存在する電極4a同士の隙間は、フィールド毎の偏光の切り替えが行われず、複屈折板5を常に同一の光路により通過することになる。これにより、複屈折板5を通過した後は、該電極4a同士の隙間の部分において、光がよけて通るために暗く見える部分と、光が重なって明るく見える部分とが発生することになる。これが上述した黒と白の横線12a,12bの原因である。
【0042】
そこで、本実施形態においては、上述したようなすじ12を目立たなくさせるために、次のようにしている。図6はLCDや光学系およびその虚像面の位置関係を示す図である。
【0043】
まず、図6に示すように、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離をL1、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iまでの距離をL2とすると、
[数1]
1/L2−1/L1≧0.4(D)
または、
[数2]
L2≦200(mm)
の何れか少なくとも一方の関係を満たすように設定する。ここに、数式1におけるDはディオプタである。
【0044】
上記数式1に示した条件は、LCDの虚像面3iと偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iとの距離がある程度以上離れていれば、LCDの虚像面3iを観察している状態では偏光スイッチング用液晶セルの虚像面4iが被写界深度以上離れることになって、つまり上記すじ12がアウトフォーカスとなり目立たなくなる条件である。
【0045】
人間の眼の焦点深度△Dは、以下のような数式3により表される。
【0046】
[数3]
△D=δDe /P
ここに、δはぼけ検出能力、Pは瞳孔径、De は眼球の全屈折力である。この数式3に、δ=0.015(mm),P=2(mm),De =60(D)を代入すると、△D=0.45(D)が得られる。
【0047】
なお、(株)新技術コミュニケーションズが発行する「O plus E」の1985年10月号(No.71)第111頁には、人間の眼の焦点深度△Dが±0.1〜±0.43(D)程度であることが記載されている。
【0048】
上記数式1の0.4(D)は、これらの眼の焦点深度を参考にしつつ、該焦点深度を被写界深度側に適用して、実験等を行って決定されたものである。
【0049】
この数式1に示した条件を満たす配置の一例としては、次のようなものが挙げられる。
【0050】
接眼レンズ6の焦点距離を25(mm)(頭部装着型画像表示装置において用いられる焦点距離の典型的な一例である)とし、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1を1000(mm)(これも頭部装着型画像表示装置において用いられる距離の典型的な一例である)と設定した場合について考える。
【0051】
この場合には、LCD3の位置は、
25×25/1000=0.625(mm)
だけ焦点位置から接眼レンズ6側に寄った位置となることが計算される。
【0052】
一方、上記数式1に基づいて眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像4iまでの距離L2を計算すると、714(mm)(=−1(D)−0.4(D)=−1.4(D))となることが解る。
【0053】
こうして、偏光スイッチング用液晶セル4の位置は、
25×25/714=0.875(mm)
だけ焦点位置から前方となることが計算されるために、LCD3と偏光スイッチング用液晶セル4との間の距離を、
0.875−0.625=0.25(mm)
に設定すれば良いことになる。
【0054】
また、人間には眼の焦点を合わせることのできる近距離側の位置に限界があって、上述した「O plus E」の1989年5月号(No.114)第149頁には、年齢による近点距離(近点調節限界)の変化が記載されており、この近点調節限界は、年齢による変化や個人差などがあることが知られている。
【0055】
そこで、本出願人が実験を行ったところ、その一例として図7に示すような結果が得られている。図7は偏光スイッチング用液晶セルの虚像面の位置を変化させたときにすじが見えるかどうかを実験した結果を示す線図である。
【0056】
図7は8人の母集団において、眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1を1000(mm)に設定し、L2が何ミリになったところで上記すじ12が見えるようになるかを実験した結果を示すものであり、すじ12が見えるようになる人数が半数の4人となるのが上記約200(mm)となっている。
【0057】
従って、この200(mm)を一つの目安として、これよりもL2を小さくすれば、より多くの人がすじ12を観察しないようにすることができる。こうしたより限定的な値としては、例えば167(mm)が挙げられる。この167(mm)という値は、実用上においても望ましい設定値となっている。
【0058】
ところで、人間が物体を最も明確に観察することができる距離、つまり明視距離は250(mm)(=4(D))程度であることが知られている。そこで、この明視距離を観察しているときの被写界深度(上記0.4(D)程度)の外となる距離を計算すると、
1000/(4+0.4)=227(mm)
であることがわかる。従って、上記すじ12が容易に観察されないためには、この227(mm)よりも近接側に偏光スイッチング用液晶セルの虚像4iが位置することが望ましい。
【0059】
こうして、上記数式2に示した条件である200(mm)は、上記近点調節限界や明視距離のデータなどに基づいて、使用上の実効性を考慮しながら設定した1つの値となっている。
【0060】
この数式2に示した条件を満たす配置の一例としては、次のようなものが挙げられる。
【0061】
接眼レンズ6の焦点距離を上述と同様に典型的な値である25(mm)とし、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像4iまでの距離L2を上記数式2の上限値に基づいて200(mm)と設定すると、偏光スイッチング用液晶セル4の位置は、
25×25/200=3.125(mm)
だけ焦点位置から接眼レンズ6側に寄った位置となることがわかる。
【0062】
眼球からLCDの虚像面3iまでの距離L1を上述と同様に1000(mm)、つまりLCD3の位置が焦点位置から0.625(mm)前方となるように設定した場合には、LCD3と偏光スイッチング用液晶セル4との間の距離を、
3.125−0.625=2.5(mm)
に設定すれば良いことになる。
【0063】
図8は、本出願人が上記特開平9−281430号公報において提案したような偏心光学系に、上述したようなすじ12を目立たなくする構成を適用した例を示すものである。図8は、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系の構成を側方から示す図である。
【0064】
上記バックライト2により照射されたLCD3の画像は、このLCD3の射出面に対して傾斜した配設されたプリズム16の入射面16aから、光学系たる該プリズム16の内部に入射されて、第1の反射面16bで反射された後に、さらに自由曲面でなる第2の反射面16cにより反射されて、観察者の眼球に向けて射出されるようになっている。このプリズム16は、非テレセン光学系の一種であり、その中でも特に面対称な自由曲面を有する偏心光学系となっている。
【0065】
このとき、上記偏光スイッチング用液晶セル4と複屈折板5は、図8(A),図8(B)に示すように、上記プリズム16の入射面16aにほぼ平行となるように配設されていて、つまり上記LCD3の射出面とは所定の角度θをなすように構成されている。
【0066】
これにより、LCD3の射出面と、このLCD3の射出面に最も近接している偏光スイッチング用液晶セル4上の電極4a同士の隙間との距離Lをなるべく離すようにして、上記すじ12が目立たないようにしたものである。
【0067】
このときの数値としては、例えばθ=15°、L=3.2(mm)がその具体的な一例として挙げられる。
【0068】
このような第1の実施形態によれば、偏光スイッチング用液晶セルの虚像位置が、LCDの虚像を観察する際の被写界深度外となるように構成したために、LCDの虚像を観察する際に、該偏光スイッチング用液晶セルの電極同士の隙間を起因とするすじが目立つことはなく、良好な観察を行うことができる。
【0069】
また、眼球から偏光スイッチング用液晶セルの虚像面までの距離を200(mm)以下とした場合には、人間の明視距離の被写界深度外であるために、LCDの虚像を観察しようとする当初の段階から、上記すじの存在を観察者に気付かせないようにすることも可能となる。
【0070】
そして、像拡大用の接眼レンズとして偏心光学系をなすプリズムを用いた場合に、該プリズムの入射面が傾斜して配設されているのを巧みに利用して偏光スイッチング用液晶セルの位置を設定したために、設置スペースを極力大きくしないようにすることができる。
【0071】
図9から図15は本発明の第2の実施形態を示したものであり、図9はLCDからの光線が通過する光路を示す図である。この第2の実施形態において、上述の第1の実施形態と同様である部分については説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
【0072】
図9に示すように、LCD3の中央部分の像は、偏光スイッチング用液晶セル4のほぼ中央を通過した後に、同複屈折板5の中央部に略垂直に入射して、液晶レンズ6を介して眼球に到達するが、LCD3の周辺部分の像は、複屈折板5の周辺部にやや斜めの状態で入射することになる。
【0073】
このとき、偏光スイッチング用液晶セル4によりフィールド毎に偏光方向の切り替えを行うと、図10に示すように、周辺部にフリッカが観察されることが本出願人の実験により判明した。図10は、偏光方向が、(A)斜めに直交する方向、(B)上下左右の方向、であるときにフリッカが観察される領域を示す図である。
【0074】
図10(A)は、光の偏光方向が、略斜め45度の互いに直交する2方向に切り替えられる場合に、観察画面11の4隅部が、フリッカが観察される領域13となることを示している。
【0075】
また、図10(B)は、光の偏光方向が、上下方向と左右方向の互いに直交する2方向に切り替えられる場合に、観察画面11の4辺縁の中央部分が、フリッカが観察される領域13となることを示している。
【0076】
上記偏光スイッチング用液晶セル4は、上述したように、上記LCD3から射出される偏光した光線を、そのままの偏光状態で通過させる場合と、これとは直交する偏光方向に変化させてから通過させる場合と、をフィールド毎に切り替えるものである。
【0077】
それ故に、LCD3の周縁部から発せられて複屈折板5に斜めに入射する光は、入射面の法線方向成分を含むP波と、法線方向成分を含まないS波とに分類される。
【0078】
図11は、複屈折板の周辺部に入射する光線がPライク偏光の光線とSライク偏光の光線とに切り替わることを示す斜視図である。
【0079】
ここに、Pライク偏光の光線とは、直交する2方向に偏光する光線の内のP波成分をより多く含む光線を指し、Sライク偏光の光線とは、S波成分をより多く含む光線を指している。この図11に示す例では、Pライク偏光の光線はほぼP波成分でなり、Sライク偏光の光線はほぼS波成分でなっている。
【0080】
上記複屈折板5は、入射角に対して、図12に示すような透過/反射特性を有している。図12は、屈折率が2.2である複屈折板における透過/反射率の入射角依存性を示す線図である。
【0081】
なお、複屈折板5を成形する材料として、ここではニオブ酸リチウム(LiNbO3 )を用いている。このニオブ酸リチウムは、複屈折率が大きいために厚さを薄くすることができるという利点があり、さらに、コスト的にも比較的安価であるという特長を有している。
【0082】
すなわち、図示のように、光線が入射面に対して垂直に入射する(入射角が0)場合には、P波とS波の透過率は同じであるが、入射角が大きくなると、P波の透過率は少しずつ大きくなるのに対して、S波の透過率は少しずつ小さくなり、透過率に差が生じてしまうために、同一の入射角であっても、偏光スイッチング用液晶セル4により偏光方向のスイッチングが行われると、その度に、透過光量に増減が生じてしまい、これが観察者にはフリッカとして観察されることになる。
【0083】
例えば、入射角が38°である場合には、S波の反射率が約20%、P波の反射率が約6%であり、この差14%分の光量の変化が、偏光方向の切り替え毎に生じることになる。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、0.94/0.8=1.175となっている。
【0084】
一方、図13は、屈折率が1.5であるガラスにおける透過/反射率の入射角依存性を示す線図である。
【0085】
ガラスの場合にも、複屈折板5と同様に、入射角が大きくなると、S波の透過率とP波の透過率とに少しずつ乖離が生じてくるが、これらの差は、複屈折板5の場合に比して小さいことが解る。
【0086】
例えば、入射角が38°である場合には、S波の反射率が約8%、P波の反射率が約2%であり、これらの差は6%分となる。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、0.98/0.92=1.065となっている。
【0087】
このようなS波とP波の透過率の違いを小さくするために、本実施形態においては、図14に示すような構成をとっている。図14は、(A)両面にARコートを施した複屈折板、(B)一面にARコートを施し他面に所定の屈折率を有する接着剤を介して偏光スイッチング用液晶セルを接着した複屈折板、をそれぞれ示す斜視図である。
【0088】
図14(A)は、複屈折板5の透過面、この場合には複屈折板5の両主面に、略直交する2方向に偏光した光の透過率の比を1に近づける表面処理として無反射コーティング(ARコート)18を施した例である。
【0089】
このARコート18を施したときには、例えば、入射角が38°である場合に、S波の反射率が約1.5%、P波の反射率が約1.5%となって、これらに差がなくなり、偏光スイッチング用液晶セル4により偏光方向の切り替えを行ってもフリッカが生じることはないことが、実験結果により明らかになっている。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、1.000である。
【0090】
また、図14(B)は、複屈折板5の一面のみにARコート18を施すとともに、該複屈折板5の他面は接着剤17を用いて偏光スイッチング用液晶セル4と接着した例である。
【0091】
このとき、この接着剤17の屈折率は、偏光スイッチング用液晶セル4の屈折率が約1.5、複屈折板5の屈折率が約2.2であるのに対応して、これらの間の値となるように1.5〜2.2程度に設定し、該接着面側ではS波とP波の透過率に殆ど差が生じることのないようにしている。
【0092】
このように光が傾斜して入射するときに発生するフリッカの問題点は、上記図8に示したような光学系において、特に顕著に現れる可能性がある。
【0093】
そこで、こうした光学系に本実施形態を具体的に適用した例が図15である。図15は、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系に、フリッカ対策を施したときの構成を側方から示す図である。
【0094】
この光学系は、上記図8においても説明したように、偏光スイッチング用液晶セルの電極同士の隙間を起因として発生するすじを目立たなくさせるために、LCD3の射出面に対して傾斜して配設されている。
【0095】
そこで、この光学系においては、上記図14(A)に示したようなARコート18が両面に形成された複屈折板5を用いるとともに、さらに、プリズム16の入射面16aにも同様にARコート18を施している。
【0096】
ガラスにおいてもARコート18を施すことによって透過率の相違を改善する効果が得られる。
【0097】
すなわちARコート18を施したガラスでは、上述と同様に、入射角が38°である場合には、S波の反射率が約1.5%、P波の反射率が約1.0%であり、これらの差は0.5%分となって、上述した6%よりも改善されている。なお、このときのS波に対するP波の透過率の比は、0.99/0.985=1.005となり、上述した1.065よりも1に近い値となる。
【0098】
こうして、複屈折板5の表面やプリズム16の表面などにARコート18を施すことにより、S波とP波の透過率の比を1に近づけることができるために、フリッカの発生をなくし、あるいは軽減することができる。
【0099】
なお、図15に示した例では両面にARコート18が施された複屈折板5を用いているが、上記図14(B)に示したような片面にARコート18が施され、他面側は偏光スイッチング用液晶セル4が所定の屈折率を有する接着剤17により接着されている複屈折板5を用いても良いし、さらには、複屈折板5の一面側を所定の屈折率を有する接着剤により偏光スイッチング用液晶セル4と接着するとともに、他面側を所定の屈折率を有する接着剤によりプリズム16の入射面16aに接着するようにしても構わない。
【0100】
このような第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、さらに、偏光スイッチング用液晶セルが、フィールド毎に光を直交する2方向に偏光させることによって、S波ライクな光とP波ライクな光が交互に発生したとしても、これらの透過率の比を1に近づけるARコート等の処理を複屈折板の表面やプリズムの表面などに施したために、フリッカを低減することができる。
【0101】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0102】
【図1】本発明の第1の実施形態における画像表示装置の要部の構成を示すブロック図。
【図2】上記第1の実施形態において、偏光スイッチング用液晶セルおよび複屈折板によりLCDの画素をずらす様子を側方から示す図。
【図3】上記第1の実施形態において、(A)LCD上に構成されている画素の配列、(B)画素ずらしにより達成される画素の配列、をそれぞれ示す図。
【図4】上記図2に示したような画素ずらしを行ったときに、(A)画面にすじが観察される様子を示す図、(B)観察画面の一部を示す拡大図。
【図5】上記第1の実施形態において、偏光方向を切り替えたときの光線の経路の様子を側方から示す図。
【図6】上記第1の実施形態におけるLCDや光学系およびその虚像面の位置関係を示す図。
【図7】上記第1の実施形態において、偏光スイッチング用液晶セルの虚像面の位置を変化させたときにすじが見えるかどうかを実験した結果を示す線図。
【図8】上記第1の実施形態において、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系の構成を側方から示す図。
【図9】本発明の第2の実施形態において、LCDからの光線が通過する光路を示す図。
【図10】上記第2の実施形態において、偏光方向が(A)斜めに直交する方向、(B)上下左右の方向、であるときにフリッカが観察される領域を示す図。
【図11】上記第2の実施形態において、複屈折板の周辺部に入射する光線がPライク偏光の光線とSライク偏光の光線とに切り替わることを示す斜視図。
【図12】上記第2の実施形態において、屈折率が2.2である複屈折板における透過/反射率の入射角依存性を示す線図。
【図13】上記第2の実施形態において、屈折率が1.5であるガラスにおける透過/反射率の入射角依存性を示す線図。
【図14】上記第2の実施形態において、(A)両面にARコートを施した複屈折板、(B)一面にARコートを施し他面に所定の屈折率を有する接着剤を介して偏光スイッチング用液晶セルを接着した複屈折板をそれぞれ示す斜視図。
【図15】上記第2の実施形態において、偏心光学系を用いた頭部装着型画像表示装置用の光学系にフリッカ対策を施したときの構成を側方から示す図。
【符号の説明】
【0103】
1…画像表示装置
3…LCD(表示素子)
4…偏光スイッチング用液晶セル(偏光制御手段、偏光スイッチング手段)
4a…電極
5…複屈折板(光路制御手段、複屈折光学素子)
6…接眼レンズ(光学系)
16…プリズム(光学系)
17…接着剤
18…ARコート(無反射コーティング)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項2】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項3】
上記焦点深度△Dは、0.4ディオプタ以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像表示装置。
【請求項4】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項5】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置すると共に、
眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項6】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、
この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、
この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記複屈折光学素子に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項7】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、
この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、
この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記光学系に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該光学系の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とするたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項1】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項2】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
人間の眼のぼけ検出能力δ、瞳孔径P、眼球の全屈折力De を用いて定義される人間の眼の焦点深度△D、
△D=δDe /P
に基づき、眼球から上記表示素子の虚像面までの距離をL1、眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
1/L2−1/L1≧△D
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項3】
上記焦点深度△Dは、0.4ディオプタ以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像表示装置。
【請求項4】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項5】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
面内に配置した複数の電極へ印加する電圧を制御することにより、上記表示素子から入射して来る光の偏光方向を該電極が設けられた部分毎にスイッチングして射出する偏光制御手段と、
この偏光制御手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる光路制御手段と、
この光路制御手段を通過した上記表示素子の画像を拡大するためのものであって、該表示素子の射出面に対して傾斜して配設された入射面を備え、面対称自由曲面を有するプリズムとして構成された偏心光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏心光学系の入射面に略平行となるように上記表示素子に対して上記偏光制御手段を傾けて配置すると共に、
眼球から上記偏光制御手段の虚像面までの距離をL2としたときに、
L2≦167(mm)
を満たすように、上記表示素子と上記偏光制御手段とを配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項6】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、
この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、
この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記複屈折光学素子に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項7】
複数の画素を規則的に配列してなる表示素子と、
この表示素子から入射して来る光の偏光方向を略直交する2方向にスイッチングして射出する偏光スイッチング手段と、
この偏光スイッチング手段から射出される光の光路上に配設され、偏光方向に応じてその光路を変化させ見かけの画素数を増加させる複屈折光学素子と、
この複屈折光学素子を通過した上記表示素子の画像を拡大する光学系と、
を具備した画像表示装置であって、
上記偏光スイッチング手段から射出される略直交する2方向に偏光した光が上記光学系に垂直に入射するときの入射角を0としたときに、該入射角が0よりも大きくなるにつれて上記略直交する2方向に偏光した光の透過率の比が1から離れていくのを、1に近づける表面処理を該光学系の表面の少なくとも一部に施し、上記表面処理は、無反射コーティングであることを特徴とするたことを特徴とする画像表示装置。
【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】
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【図12】
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【図14】
【図15】
【公開番号】特開2008−209923(P2008−209923A)
【公開日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−36461(P2008−36461)
【出願日】平成20年2月18日(2008.2.18)
【分割の表示】特願平10−224921の分割
【原出願日】平成10年8月7日(1998.8.7)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年2月18日(2008.2.18)
【分割の表示】特願平10−224921の分割
【原出願日】平成10年8月7日(1998.8.7)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
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