JP2000056257A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2000056257A
JP2000056257A JP10224921A JP22492198A JP2000056257A JP 2000056257 A JP2000056257 A JP 2000056257A JP 10224921 A JP10224921 A JP 10224921A JP 22492198 A JP22492198 A JP 22492198A JP 2000056257 A JP2000056257 A JP 2000056257A
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Abstract

(57)【要約】 【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、上
記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Ｌ
２とが、１／Ｌ２−１／Ｌ１≧０．４（Ｄ）またはＬ２
≦２００（mm）となるように、上記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コートを施した画像表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
【０００２】
【従来の技術】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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明による画像表示装置は、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、上記光学系による上
記表示素子の虚像位置と上記偏光制御手段の電極の虚像
位置とが被写界深度以上離れるように上記表示素子と上
記偏光制御手段とを配置したものである。
【００１４】また、第２の発明による画像表示装置は、
上記第１の発明による画像表示装置において、上記表示
素子の虚像位置と上記偏光制御手段の電極の虚像位置と
が離れる上記被写界深度を、０．４ディオプタ以上に設
定したものである。
【００１５】さらに、第３の発明による画像表示装置
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、
上記偏光制御手段の電極の虚像位置が人間の眼の近点調
節限界よりも近距離側となるように上記偏光制御手段を
配置したものである。
【００１６】第４の発明による画像表示装置は、上記第
３の発明による画像表示装置において、上記人間の眼の
近点調節限界として２００（mm）を設定したものであ
る。
【００１７】第５の発明による画像表示装置は、上記第
３の発明による画像表示装置において、上記人間の眼の
近点調節限界として１６７（mm）を設定したものであ
る。
【００１８】第６の発明による画像表示装置は、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偏心
光学系と、を具備した画像表示装置であって、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もので
ある。
【００１９】第７の発明による画像表示装置は、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、上記複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に上
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
向に偏光した光の透過率の比を１に近づける表面処理を
施したものである。
【００２０】第８の発明による画像表示装置は、上記第
７の発明による画像表示装置において、上記表面処理を
無反射コーティングとしたものである。
【００２１】第９の発明による画像表示装置は、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、上記光学系の表面の少なくとも一部に上記偏光ス
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
した光の透過率の比を１に近づける表面処理を施したも
のである。
【００２２】第１０の発明による画像表示装置は、上記
第９の発明による画像表示装置において、上記表面処理
を無反射コーティングとしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。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、Ｌ
ＣＤ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ＬＣ
Ｄ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）
【００４４】または、
【数２】Ｌ２≦２００（mm）
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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。
【００４８】
【数３】△Ｄ＝δＤe ／Ｐ
【００４９】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。
【００５０】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（Ｎ
ｏ．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。
【００５１】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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】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。
【００５５】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。
【００５６】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。
【００５７】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 p
lus 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。
【００５８】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。
【００５９】図７は８人の母集団において、眼球からＬ
ＣＤ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。
【００６０】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。
【００６１】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。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】眼球からＬＣＤの虚像面３ｉまでの距離Ｌ
１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。
【００６６】図８は、本出願人が上記特開平９−２８１
４３０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。
【００６７】上記バックライト２により照射されたＬＣ
Ｄ３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１
６ｂ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。
【００６８】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。
【００６９】これにより、ＬＣＤ３の射出面と、このＬ
ＣＤ３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。
【００７０】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。
【００７１】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。
【００７２】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、ＬＣ
Ｄ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。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】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。
【００７６】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。
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】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。
【００８０】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。
【００８１】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。
【００８２】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。
【００８３】上記複屈折板５は、入射角に対して、図１
２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。
【００８４】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。
【００８５】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。
【００８６】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。
【００８７】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。
【００８８】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。
【００８９】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＝１．０
６５となっている。
【００９０】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。
【００９１】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。
【００９２】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。
【００９３】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。
【００９４】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。
【００９５】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。
【００９６】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。
【００９７】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。
【００９８】そこで、この光学系においては、上記図１
４（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１
６の入射面１６ａにも同様にＡＲコート１８を施してい
る。
【００９９】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。
【０１００】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＝１．００
５となり、上述した１．０６５よりも１に近い値とな
る。
【０１０１】こうして、複屈折板５の表面やプリズム１
６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。
【０１０２】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。
【０１０３】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。
【０１０４】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。
【０１０５】
【発明の効果】以上説明したように請求項１による本発
明の画像表示装置によれば、表示素子の虚像位置と偏光
制御手段の電極の虚像位置とが被写界深度以上離れるよ
うにしたために、電極間の隙間に起因するすじ等が目立
つことはなく、見易い画像を表示することができる。
【０１０６】また、請求項２による本発明の画像表示装
置によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏す
るとともに、被写界深度を０．４ディオプタ以上に設定
することにより、個人差がある幅広い観察者に対して、
すじ等を目立たせることなく見易い画像とすることがで
きる。
【０１０７】さらに、請求項３による本発明の画像表示
装置によれば、偏光制御手段の電極の虚像位置が人間の
眼の近点調節限界よりも近距離側となるようにしたため
に、電極間の隙間に起因するすじ等が目立つことはな
く、見易い画像を表示することができる。
【０１０８】請求項４による本発明の画像表示装置によ
れば、請求項３に記載の発明と同様の効果を奏するとと
もに、人間の眼の近点調節限界として２００（mm）を設
定することにより、個人差がある観察者に対して、すじ
等を目立たせることなく見易い画像とすることができ
る。
【０１０９】請求項５による本発明の画像表示装置によ
れば、請求項３に記載の発明と同様の効果を奏するとと
もに、人間の眼の近点調節限界として１６７（mm）を設
定することにより、個人差があるより広範囲の観察者に
対して、すじ等を目立たせることなく見易い画像とする
ことができる。
【０１１０】請求項６による本発明の画像表示装置によ
れば、偏心光学系を有する構成において、表示素子に対
して上記偏光制御手段を傾けて配置するようにしたため
に、配置スペースの効率化を図ることが可能になる。
【０１１１】請求項７による本発明の画像表示装置によ
れば、複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に略直交
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
面処理を施したために、偏光方向が異なる場合の透過率
の違い基づく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。
【０１１２】請求項８による本発明の画像表示装置によ
れば、請求項７に記載の発明と同様の効果を奏するとと
もに、表面処理を無反射コーティングとしたために、通
常の製造ラインを用いて比較的安価に製造することがで
き、コストの削減を図ることが可能となる。
【０１１３】請求項９による本発明の画像表示装置によ
れば、光学系の表面の少なくとも一部に略直交する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を
施したために、偏光方向が異なる場合の透過率の違い基
づく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。
【０１１４】請求項１０による本発明の画像表示装置に
よれば、請求項９に記載の発明と同様の効果を奏すると
ともに、表面処理を無反射コーティングとしたために、
通常の製造ラインを用いて比較的安価に製造することが
でき、コストの削減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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】
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）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花野 和成 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA05 BB61 BC22 2H091 FA02Y FA07X FA07Z FA08X FA08Z FA11X FA26X FA37X FA41Z FC25 FD01 FD04 GA03 GA11 GA17 KA01 LA16 MA02 MA07

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 上記光学系による上記表示素子の虚像位置と上記偏光制
    御手段の電極の虚像位置とが被写界深度以上離れるよう
    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。
  2. 【請求項２】 上記表示素子の虚像位置と上記偏光制御
    手段の電極の虚像位置とが離れる上記被写界深度を、
    ０．４ディオプタ以上に設定することを特徴とする請求
    項１に記載の画像表示装置。
  3. 【請求項３】 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、 上記偏光制御手段の電極の虚像位置が人間の眼の近点調
    節限界よりも近距離側となるように上記偏光制御手段を
    配置したことを特徴とする画像表示装置。
  4. 【請求項４】 上記人間の眼の近点調節限界として、２
    ００（mm）を設定することを特徴とする請求項３に記載
    の画像表示装置。
  5. 【請求項５】 上記人間の眼の近点調節限界として、１
    ６７（mm）を設定することを特徴とする請求項３に記載
    の画像表示装置。
  6. 【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、 面内に配置した複数の電極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
    する偏心光学系と、 を具備した画像表示装置であって、 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。
  7. 【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、 上記複屈折光学素子の表面の少なくとも一部に、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
    偏光した光の透過率の比を１に近づける表面処理を施し
    たことを特徴とする画像表示装置。
  8. 【請求項８】 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請求項７に記載の画像表示装置。
  9. 【請求項９】 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、 上記光学系の表面の少なくとも一部に、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
    光の透過率の比を１に近づける表面処理を施したことを
    特徴とする画像表示装置。
  10. 【請求項１０】 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請求項９に記載の画像表示装
    置。
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