JP2011248194A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】１つの画像表示素子のみを用いることで低コストとなる、立体画像を表示するヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ヘッドマウントディプレイは、２次元画像表示装置である２次元ディプレイ１０と、プリズムＰＲ１と、光シャッタ３，４と、接眼レンズＬ１、Ｌ２とを有する。光シャッタ３，４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素子を用いた偏光制御素子が備えられている。また、必要に応じて偏光板６，７を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像を表示し、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。

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。

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１０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。

特開平１０−２３９６３０号公報

特許文献１に記載のヘッドマウントディスプレイＨにおいては、左右の眼に各々に対応した液晶ディスプレイを容易する必要があり、コスト高となっている。

本発明は、１つの画像表示素子のみを用いることで、低コストとな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。

前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。

１．２次元画像表示素子と、
接眼光学系と、
右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有し、双方のシャッタがエレクトロクロミック素子を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

２．前記エレクトロクロミック素子は、電圧非印加時に、所定の偏光方向の直線偏光のみ透過し、電圧印加時に、全ての偏光を透過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。

３．前記直線偏光の偏光度が、８０以上１００未満であることを特徴とする前記２に記載のヘッドマウントディスプレイ。

４．前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに備えられたエレクトロクロミック素子の各々に、偏光軸の方向が各エレクトロクロミック素子の偏光方向と直交する偏光板を有することを特徴とする前記２又は３に記載のヘッドマウントディスプレイ。

５．前記２次元画像表示素子は、相直交する直線偏光を発する右眼用画像と左眼用画像とを時系列で交互に表示し、
右眼用シャッタと左眼用シャッタを各々構成する一つのエレクトロクロミック素子を透過する直線偏光の偏光方向が、入射する光の直線偏光の偏光方向と直交していることを特徴とする前記１から４の何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

６．前記２次元画像表示素子は、相直交する偏光方向を有する直線偏光を各々射出する右眼用画像と左眼用画像とが交互に並列されていることを特徴とする前記１から４の何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

１つの画像表示素子のみを用いることで、低コストとなるヘッドマウントディスプレイを提供できる。

ヘッドマウントディスプレイ１の概要図である。 偏光制御素子の、典型的な構成の模式図である。 光吸収スペクトルの変化の例として、吸収極大を示す波長が変化する場合の吸収スペクトルの変化を表す模式図である。 互いに平行であり、直線偏光を透過させる方向の偏光軸Ｄ１，Ｄ２を有する右眼用シャッタＳ３である光シャッタ３と左眼用シャッタＳ４である光シャッタ４と入射光との関係を示す模式図である。 互いに垂直な偏光軸Ｄ３，Ｄ４を有する右眼用シャッタＳ３である光シャッタ３と左眼用シャッタＳ４である光シャッタ４と入射光との関係を示す模式図である。 偏光板６と光シャッタ３とを備える右眼用シャッタＳ３と、偏光板７と光シャッタ４とを備える左眼用シャッタＳ４と、入射光との関係を示す模式図である。 ヘッドマウントディスプレイ２１の概要図である。 ヘッドマウントディスプレイ２２の概要図である。 ヘッドマウントディスプレイ２３の概要図である。 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。

以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本実施形態は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は、ヘッドマウントディスプレイ１の概要図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、２次元画像表示素子である２次元ディスプレイ１０と、プリズムＰＲ１と、光シャッタ３，４と、接眼レンズＬ１とを有する。光シャッタ３，４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。また、必要に応じて偏光板６，７を使用する。詳しくは後述する。

（偏光制御素子）
偏光制御素子の、典型的な構成の例の模式図を図２に示す。偏光制御素子１１０は、偏光制御膜及び電荷供給手段を有し、具体的には、第一の電極１０１、第一の電極１０１上の電解質層１０２、電解質層１０２上の偏光制御膜１０３、及び偏光制御膜１０３上の第二の電極１０４を有する。

電荷供給手段は、偏光制御膜中の色素に電荷を供給する手段であり、電解質層１０２、及び第一の電極１０１、及び第二の電極１０４で構成される。対向する第一の電極１０１と第二の電極１０４との間に電圧をかけることで、偏光制御膜１０３に電荷を供給することができる。

後述するように偏光制御膜１０３の色素が、電解質層を介して電荷を授受することで、偏光制御膜の偏光特性が変化する。

偏光制御素子１１０は、このように第一の電極１０１、電解質層１０２、偏光制御膜１０３、及び第二の電極１０４を有し、第一の電極１０１、電解質層１０２、及び第二の電極１０４の透過率は高く、後述するように直線偏光を透過させる際の偏光制御膜１０３の透過率も高い。従って、従来の液晶シャッタに比べて高い光利用効率を得ることができる。

電極としては、例えば、金、銀、クロム、銅、タングステン等の金属薄膜、金属酸化物からなる導電膜などが使用でき、用途にもよるが透明電極であることが好ましい。前記金属酸化物としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）、酸化錫、酸化銀、酸化亜鉛、酸化バナジウム等が挙げられる。電極の膜厚は、特に制限されるものではないが、通常１０〜５００ｎｍ、好ましくは５０〜３００ｎｍの範囲にあり、表面抵抗（抵抗率）は特に制限されるものではないが、通常５００Ω／ｃｍ^２以下が好ましく、特に５０Ω／ｃｍ^２以下の範囲にあることが好ましい。電極の形成には、公知の手段を任意に採用することができるが、電極を構成する金属および／又は金属酸化物等の種類により、採用する手段を選択するのが好ましい。通常は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ゾルゲル法等が採用される。

電解質層は、対向する電極の間に位置し、両極間の電荷輸送を行う機能を有する層であり、室温で１０^−５〜１０^−１Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有している層が好ましく用いられる。電解質層は電解質組成物からなる。電解質組成物は、電解質物質を含有し、さらに溶媒を含有することが好ましい。電解質物質としては塩類、酸類、アルカリ類が使用できる。電解質組成物の形態としては、上記電解質物質を含有する上記溶媒からなる液体の状態、ゲル状、固体状の形態がある。偏光制御素子は、基板上に形成されて基板と共に用いられることが好ましい。

（偏光制御膜）
偏光制御膜は、偏光特性の制御が電荷の授受により行われる、電荷制御型偏光制御膜であり、偏光制御素子は、偏光特性の制御が電荷の授受により行われる、電荷制御型偏光制御素子である。本実施形態では、偏光制御膜の状態を、色素が発色状態であって偏光特性を有する状態と、色素が消色状態であって偏光特性を示さない状態とを、可逆的に電荷の授受により制御できる。

即ち、電圧非印加時と電圧印加時とにおいて、色素が発色状態で偏光制御膜が偏光特性を有する状態、すなわち所定の偏光方向の直線偏光を透過する状態と、色素が消色状態で偏光制御膜が偏光特性を有さない状態、すなわち全ての偏光を透過させる状態とが、可逆的に変化する態様が好ましい態様である。

偏光特性を有する状態における、所定の偏光方向を有する直線偏光の偏光度Ｐは、透過させる直線偏光の光強度ＹＰと、透過させる直線偏光に直交する偏光方向を有する直線偏光の光強度ＹＣとで、（１）式のように表される。

Ｐ＝（ＹＰ−ＹＣ）／（ＹＰ＋ＹＣ）×１００ （１）
偏光度Ｐは、例えば、偏光フィルム測定装置ＶＡＰ−７０７０Ｄ（日本分光株式会社製）で測定可能である。偏光度は８０以上１００未満が好ましい。

（２色性色素）
偏光制御膜には２色性色素が採用される。２色性色素は、電荷の授受により分子の光吸収スペクトルが可逆的に変化する性質を有する。

電荷の授受により分子の光吸収スペクトルが可逆的に変化するとは、色素分子が電荷を授受することで、色素が吸収する光の波長または強度が可逆的に変化することである。本実施形態においては、波長範囲４００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲において、０．０１Ｖ以上、１０００Ｖ以下の電圧を、電解質の存在下に印加することで、光吸収スペクトルが、吸光度変化（吸光度（吸光度が変化したときの特定波長における吸光度の大きな方の吸光度）／吸光度（その波長における吸光度の小さい方の吸光度））が２以上、となるように変化する電圧範囲及び波長範囲を有する色素をいう。好ましくは、７以上となるように、変化するものであり、より好ましくは、１０以上となるように、変化するものである。

例えば、一例として後述する例示化合物１では、５９０ｎｍにある吸収極大が、４Ｖの電圧の印加によって、吸光度変化が１１．６であった。吸光度の変化は、例えば色素を溶解した電解質を透明な電極で挟み、これに電圧をかけ、電圧をかける前後の吸光度を測定することで得られる。

吸光度は、光が媒質に入射した際、媒質が吸収する程度を表す尺度であり、吸収の極大値を有する波長が測定可能な分光光度計により測定した値である。

好ましくは、吸収スペクトルの変化は、特に制限はないが、その吸収極大値の波長が、４００ｎｍ〜１８００ｎｍの領域から、２００ｎｍ〜１６００ｎｍへと可逆的に変化するものが好ましく用いられる。より好ましくは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの領域と２００ｎｍ〜４００ｎｍの領域を可逆的に変化するものである。

例えば、一例として後述する例示化合物１では、酸化還元反応により２色性色素の電子状態が変化するため、吸収波長領域が変化し、５９０ｎｍの吸収極大が、４００ｎｍ以下へ吸収波長極大がシフトした。

図３に、光吸収スペクトルの変化の例として、吸収極大を示す波長が変化する場合の吸収スペクトルの変化を模式的に示す。

図３に、縦軸を吸光度、横軸を波長として、電圧を印加する前の吸収スペクトルＡと、電圧を印加した後の吸収スペクトルＢとを示した。

色素としては、特に電荷の授受で、可視領域において、発色状態と、消色状態をとりうるものが好ましく、発色状態と消色状態を、電荷の授受で可逆的にとりうる色素が好ましく用いられる。

電荷の授受の具体的態様としては、例えば電極と色素の電荷の授受による酸化還元反応が挙げられる。

本実施形態における２色性色素とは、吸収異方性を有する色素、即ち透過光が色素の遷移モーメントの方向によって異なる色素であり、且つ電荷の授受により生じた光吸収スペクトルの変化により吸収異方性の大きさが変化する色素である。

即ち、分子の遷移モーメントの方向と、遷移モーメントと直交する方向の光吸収強度が異なる波長範囲を有する色素であり、下記の２色性測定により、２色性比が３以上である領域を有するものをいう。例えば、液晶分子のような棒状骨格、板状骨格、円盤状骨格のもので誘電異方性を持つ２色性色素や、分子凝集や重合などによって、分子配向が特定方向に制限される２色性色素などが好適に用いることができる。

２色性比（Ｄ）は、偏光フィルム測定装置ＶＡＰ−７０７０Ｄ（日本分光株式会社製）で測定することによって得られた値である。

２色性色素としては、例えば、機能性色素（講談社サイエンティフィク）ｐ１５７−１５９に記載の色素や特許第４０７４１０５号明細書の段落（００９３）〜（０１０１）に記載の色素などが挙げられ、これらの中でも特に、色素の遷移モーメントと色素の分子軸の角度が±１０度以内または９０度±１０度以内である色素が好適であり、例えば、金属−有機物錯体、特に金属−ビスターピリジン錯体などを好適に用いることができる。

好適に用いられる化合物としては、例えば下述する化合物が挙げられる。

配位高分子であり、下記一般式（１）で表される部分構造を主鎖に有する化合物。

一般式（１）中、Ｍ_１及びＭ_２は金属イオンを表し、それぞれ同じであっても異なっていても良く、Ｘ_１及びＸ_２は窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、それぞれ同じであっても異なっていても良い。Ｌは炭素原子を含むＸ_１とＸ_２を連結する基を表す。

さらに、前記配位高分子が金属イオンと下記一般式（２）で表される化合物を含有する化合物が挙げられる。

一般式（２）中、Ｊは単なる結合手または２価の連結基を表し、Ｚ_１〜Ｚ_４はそれぞれＣ＝Ｎ部と共に５または６員の含窒素複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。

［前記一般式（１）で表される化合物］
前記一般式（１）において、Ｍ_１及びＭ_２は金属イオンを表し、それぞれ同じであっても異なっていても良い。

前記一般式（１）において、Ｍ_１及びＭ_２で表される金属イオンとしては、配位高分子を形成するものであれば特に制限はないが、VIII族、Ｉｂ族、IIｂ族、IIIａ族、IVａ族、Ｖａ族、VIａ族、VIIａ族の金属原子から選ばれる遷移金属イオンが好ましい。具体的にはＮｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔの２価の金属イオンが挙げられ、さらに好ましくはＮｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕの２価の金属イオンが挙げられ、特に好ましくはＦｅの２価の金属イオンである。

前記一般式（１）において、Ｘ_１及びＸ_２は窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、それぞれ同じであっても異なっていても良い。Ｘ_１及びＸ_２は窒素原子が好ましい。

前記一般式（１）において、Ｌは炭素原子を含むＸ_１とＸ_２を連結する基を表すが、Ｌは、Ｘ_１及びＸ_２と共に二官能性の有機配位子を形成する。二官能性の有機配位子としては、例えば、ビスターピリジン、ビスフェナントロリン、ビスビピリジン等を挙げることができる。

［前記一般式（２）で表される化合物］
前記一般式（２）において、Ｊは単なる結合手または２価の連結基を表す。２価の連結基として、例えば、置換基を有してもよいアルキレン基（例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基等）、置換基を有してもよいシクロアルキレン基（例えば、シクロヘキシレン基）、置換基を有してもよいアルケニレン基（例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基等）、エチニレン基、置換基を有してもよいアリーレン基（例えば、フェニレン基、ナフチレン基等）、カルボニル基、酸素原子、窒素原子、硫黄原子（例えば、チオエーテル基、スルホニル基等）、あるいはこれらの連結基の組み合わせ（例えば、アラルキレン基、エステル基、アルコシカルボニル基、カルバモイル基、アミド基、スルファモイル基、スルホンアミド基、ジスルフィド基、ヒドラジノ基、アゾ基等）を挙げることができる。Ｊはアリーレン基が好ましく、フェニレン基がさらに好ましく、１，４−フェニレン基または１，４−フェニレン基同士の組み合わせが特に好ましい。

前記一般式（２）において、Ｊで表される２価の連結基が有してもよい置換基として、例えば、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリフルオロメチル基等）、シクロアルキル基（例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基等）、アシルアミノ基（例えば、アセチルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等）、アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルチオ基等）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基、２−プロペニル基、３−ブテニル基、１−メチル−３−プロペニル基、３−ペンテニル基、１−メチル−３−ブテニル基、４−ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等）、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等）、アルキニル基（例えば、プロパルギル基等）、複素環基（例えば、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基等）、アルキルスルホニル基（例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基等）、アリールスルホニル基（例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基等）、アルキルスルフィニル基（例えば、メチルスルフィニル基等）、アリールスルフィニル基（例えば、フェニルスルフィニル基等）、ホスホノ基、アシル基（例えば、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等）、カルバモイル基（例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、ブチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、２−ピリジルアミノカルボニル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、２−ピリジルアミノスルホニル基等）、スルホンアミド基（例えば、メタンスルホンアミド基、ベンゼンスルホンアミド基等）、シアノ基、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等）、複素環オキシ基、シロキシ基、アシルオキシ基（例えば、アセチルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等）、スルホン酸基、スルホン酸の塩、アミノカルボニルオキシ基、アミノ基（例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基等）、アニリノ基（例えば、フェニルアミノ基、クロロフェニルアミノ基、トルイジノ基、アニシジノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、イミド基、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、２−ピリジルアミノウレイド基等）、アルコキシカルボニルアミノ基（例えば、メトキシカルボニルアミノ基、フェノキシカルボニルアミノ基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル等）、アリールオキシカルボニル基（例えば、フェノキシカルボニル基等）、複素環チオ基、チオウレイド基、カルボキシル基、カルボン酸の塩、ヒドロキシル基、メルカプト基、ニトロ基等の各基が挙げられる。これらの置換基は、同様の置換基によってさらに置換されていてもよい。

前記一般式（２）において、Ｚ_１〜Ｚ_４はそれぞれＣ＝Ｎ部と共に５または６員の含窒素複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。含窒素複素環の具体例として、ピリジン環、ピラゾール環、イミダゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、チアゾール環、イソチアゾール環、チアジアゾール、オキサゾール環、イソオキサゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、キノリン環、イソキノリン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾピラゾール環、ベンゾイミダゾール環等の各環を挙げることができる。好ましくはピリジン環、ベンゾイミダゾール環であり、特に好ましくはピリジン環である。これらの環は置換基を有してもよく、置換基としては前記Ｊで表される２価の連結基が有してもよい置換基と同様の基を挙げることができ、さらに同様の置換基によって置換されていてもよい。また、Ｚ_１〜Ｚ_４はそれぞれ同じであっても、異なっていてもよい。

さらに、前記一般式（１）で表される部分構造を主鎖に有する化合物が好ましく用いられる。

前記一般式（１）において、Ｍ_１及びＭ_２は金属イオンを表し、それぞれ同じであっても異なっていても良く、Ｘ_１及びＸ_２は窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、それぞれ同じであっても異なっていても良い。Ｌは炭素原子を含むＸ_１とＸ_２を連結する基を表す。

前記一般式（１）において、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｘ_１、Ｘ_２及びＬとしては、例えば、上述で説明したものと同様のものを挙げることができ、さらに、上述で説明したものと同様のカウンターアニオンを有してもよい。

前記一般式（１）で表される部分構造を主鎖に有する異方性色素膜用配位高分子は、直線性に優れており、吸収異方性の観点から異方性色素膜、特に偏光機能を必要とする偏光膜に有用である。さらに、配位高分子の主軸の末端基や側方置換基の種類や組み合わせを選択することで、配位高分子とそれと組み合わせる高分子材料や配位高分子同士の分子間相互作用を任意に制御することが可能である。また、配位高分子は、耐熱性にも優れていることから、耐熱性が必要とされる種々の用途の異方性色素膜に用いることができる。

以下に、２色性色素の具体例を示すが、２色性色素はこれらに限定されるものではない。尚、例示化合物として記載の構造式中のｎは、括弧内の構造が複数個繰り返していることを意味する。

上記のような色素は、従来公知の方法に従って製造することができる。例えば、Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ２００６，Ｎｏ．１７，２８７３−２８７８、特開２００７−１１２７６９号公報に記載の方法を参考にして、配位子および配位高分子を合成することができる。

（配向）
偏光制御膜は、配向された、上述した２色性色素を含有する。

配向された、とは色素分子（以下単に色素とも称する）が、一定の方向性を有して配置されていることであり、偏光フィルム測定装置ＶＡＰ−７０７０Ｄ（日本分光株式会社製）で測定したときに、偏光度５０以上であることをいう。

配向された２色性色素を有する偏光制御膜は、液体状膜であってもよいし、固体状膜であってもよい。

偏光制御膜とは、その厚さが、５０ｎｍ〜５００μｍであり、特に１００ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。

色素を配向させる方法としては、電場、磁場、風の流れ、液体の流れ、斜め蒸着、ラビング、光配向膜、基材凹凸、濡れ性の違い、剪断などを用いた方法が挙げられる。

偏光制御膜としては、色素のみからなってもよいし、バインダーなどを含有する態様でもよい。

また、樹脂と色素とを含有する色素組成物を膜状にして、この膜を延伸することで、色素が配向された偏光制御膜を得ることができる。

また、配向材と色素とを含有する色素組成物を、電場、磁場、風の流れ、液体の流れ、斜め蒸着、ラビング、光配向膜、基材凹凸、濡れ性の違い、剪断、延伸などの処理をすることで、色素が配向された偏光制御膜を得ることができる。

配向の態様としては、面内一軸配向であることが好ましい。

面内一軸配向とは、膜内の色素が、光軸または吸収軸を有し、その軸が、色素溶液を塗工する基材面に対し平行であり、色素溶液または色素膜に、電場、磁場、風の流れ、液体の流れ、斜め蒸着、ラビング、光配向膜、基材凹凸、濡れ性の違い、剪断、延伸などの処理をすることにより、形成することができる。

（光シャッタの動作）
図４から図６を用いて右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の動作について説明する。以下、各光シャッタの偏光軸とは、エレクトロクロミック素子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。

図４は、互いに平行であり、直線偏光を透過させる方向の偏光軸Ｄ１，Ｄ２を有する右眼用シャッタＳ３である光シャッタ３と左眼用シャッタＳ４である光シャッタ４と入射光との関係を示す模式図である。図４（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４（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。

平行な偏光軸を有しておれば、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の偏光軸は、どちらの方向を向いていても良い。同図では、同図中に示した軸方向についてＹ方向の偏光軸を有しているものとする。かかる偏光軸を有する右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とに偏光軸Ｄ１，Ｄ２に対して垂直な偏光方向を有し互いに平行な偏光方向の偏光Ｐ１，Ｐ２を入射させ、各シャッタへ印加する電圧を制御する。

図４（ａ）のように、各シャッタに電圧を印加しない場合、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、各々偏光軸Ｄ１，Ｄ２と垂直な偏光方向を有するので、透過率が理想的には０になり、各々右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とに遮光される。

一方、図４（ｂ）のように、各シャッタに電圧を印加する場合、各シャッタは、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。

このように、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に入射する偏光Ｐ１，Ｐ２が平行な偏光方向を有する場合、平行な偏光軸を有する二つの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。

図５は、互いに垂直な偏光軸Ｄ３，Ｄ４を有する右眼用シャッタＳ３である光シャッタ３と左眼用シャッタＳ４である光シャッタ４と入射光との関係を示す模式図である。図５（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５（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。

垂直な偏光軸を有しておれば、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の偏光軸は、どちらの方向を向いていても良い。同図では、右眼用シャッタＳ３の偏光軸Ｄ３はＸ方向を向いており、左眼用シャッタＳ４の偏光軸Ｄ４はＹ方向を向いている。かかる偏光軸を有する右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とに該偏光軸と偏光方向が垂直な偏光方向を有し、互いに垂直な偏光方向を有する偏光Ｐ１，Ｐ２を入射させ、各シャッタへ印加する電圧を制御する。

図５（ａ）のように、各シャッタに電圧を印加しない場合、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、各々偏光軸Ｄ３，Ｄ４と垂直な偏光方向を有するので、透過率が理想的には０になり、各々右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とに遮光される。

一方、図５（ｂ）のように、各シャッタに電圧を印加する場合、各シャッタは、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。

このように、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に入射する偏光Ｐ１，Ｐ２が垂直な偏光方向を有する場合、互いに垂直な偏光軸を有する二つの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。

図６は、偏光板６と光シャッタ３とを備える右眼用シャッタＳ３と、偏光板７と光シャッタ４とを備える左眼用シャッタＳ４と、入射光との関係を示す模式図である。図６（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６（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。

かかる光シャッタの構成においては、各シャッタへの入射光は無偏光状態（以下、円偏光状態も無偏光状態を含むものとする）であるものとする。光シャッタ３と光シャッタ４の偏光軸の関係は問わない。同図では、光シャッタ３と光シャッタ４の偏光軸が平行な場合を示している。

かかる光シャッタの構成に無偏光状態偏光Ｐ１，Ｐ２を入射させ、各シャッタへ印加する電圧を制御する。

図６（ａ）のように、各シャッタに電圧を印加しない場合、偏光板６，７を出射した光は直線偏光となっており、各直線偏光は、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に遮光される。

一方、図６（ｂ）のように、各シャッタに電圧を印加する場合、各シャッタは、全ての偏光を透過させるので、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。

このように、偏光板を付加した光シャッタ３と光シャッタ４を用いることで、無偏光状態の光の透過率を制御することができる。

なお、光シャッタ３と偏光板６の配置は入れ替えられていてもよいし、光シャッタ４と偏光板７の配置は入れ替えられていてもよい。

（ヘッドマウントディスプレイの構成と動作）
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２１，２２，２３について説明する。

図７は、ヘッドマウントディスプレイ２１の概要図である。

図７（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイ２１の光学系の模式図である。図７（ｂ）は右眼ＲＥへの主要光路図であり、図７（ｃ）は左眼ＬＥへの主要光路図である。

ヘッドマウントディスプレイ２１は、プリズムＰＲ１、接眼レンズＬ１，Ｌ２、２次元ディスプレイ１０、右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４、全体制御回路１５、及びＥＣ制御回路９を有する。

右眼用シャッタＳ３、左眼用シャッタＳ４には図４を用いて説明したタイプを用いる。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ２１には、平行な偏光軸Ｄ１，Ｄ２を有するエレクトロクロミック（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ）素子を用いた右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４が備えられている。

２次元ディスプレイ１０は、直線偏光を射出する表示装置であり、液晶ディスプレイが好ましく用いられる。偏光板を用いて直線偏光を射出させるようにすれば、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、及びエレクトロルミネセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどの無偏光状態の光を射出する表示装置をも採用することができる。２次元ディスプレイ１０には、２枚のフィールドに、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。左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとは視差画像である。図７では、２次元ディスプレイ１０上に例示として立方体を右から見た右眼用画像ＲＩ（点線）と、左から見た左眼用画像ＬＩ（実線）とが表示されている。

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。

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を出射する。

接眼レンズＬ１，Ｌ２は、２次元ディスプレイ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。

全体制御回路１５は、２次元ディスプレイ上に表示させる左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとの表示タイミングと、エレクトロクロミック素子を制御するＥＣ制御回路９とを制御する。

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。全体制御回路１５は、これら左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとを時系列に交互に２次元ディスプレイ１０に表示させる。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。

ＥＣ制御回路９は、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４に備えられたエレクトロクロミック素子を制御する。具体的には、エレクトロクロミック素子に印加する電圧を制御し、エレクトロクロミック素子の光学特性を制御する。

次いで、ヘッドマウントディスプレイ２１の動作を説明する。

２次元ディスプレイ１０は、視差画像である左眼用画像ＬＩと右眼用画像ＲＩとを時系列に交互に表示する。

２次元ディスプレイからの光は直線偏光であり、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の偏光軸は、２次元ディスプレイからの光の偏光方向と直交していることから、上記したように、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４は２次元ディスプレイからの光の透過率を制御することができる。

ヘッドマウントディスプレイ２１においては、２次元ディスプレイ１０が右眼用画像ＲＩを表示している間は右眼用シャッタＳ３が入射光を透過し、左眼用シャッタＳ４が入射光を遮光する。すなわち、各々図７（ｂ）（ｃ）に示す光路を辿ることとなる。２次元ディスプレイ１０が左眼用画像ＬＩを表示している間は左眼用シャッタＳ４が入射光を透過し、右眼用シャッタＳ３が入射光を遮光する。２次元ディスプレイ１０が左眼用画像ＬＩまたは右眼用画像ＲＩを表示するタイミングと、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とが入射光を透過しまたは遮光するタイミングはＥＣ制御回路９が制御する。

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。

以上のように、観察者はヘッドマウントディスプレイ２１を装着することで、立体画像を視認できる。

このように、一つの画像表示素子のみで立体画像を形成できるので、低コストのヘッドマウントディスプレイを提供できる。

次いで、ヘッドマウントディスプレイ２２について説明する。図８は、ヘッドマウントディスプレイ２２の概要図である。ヘッドマウントディスプレイ２２とヘッドマウントディスプレイ２１との相違点は、２次元ディスプレイには上記した２次元ディスプレイ１１を有する点と、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の偏光軸が相直交する点である。

２次元ディスプレイ１１は、バックライトＫ１、偏光板Ｋ２、液晶層Ｋ３、偏光板Ｋ４、及びλ／２板アレイＫ５を有する。偏光板Ｋ２と偏光板Ｋ４とは直交ニコル配置されている。

λ／２板アレイＫ５には、偏光板Ｋ４を出射した直線偏光が、ＬＩ１からＬＩ４のＹ方向の偏光方向を有する直線偏光に変換されるような偏光軸を有するλ／２板と、ＲＩ１からＲＩ４のＸ方向の偏光方向を有する直線偏光に変換されるような偏光軸を有するλ／２板とが交互に配置されている。

尚、ＲＩ１からＲＩ４に配置されるλ／２板は、空気を含む光学的等方性光学板が配置されていてもよい。

液晶層Ｋ３とλ／２板アレイＫ５とは、同図に示すように、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩに対応して短冊状に区切られた像が合成されている。λ／２板アレイＫ５においては、右眼用画像ＲＩと左眼用画像ＬＩに対応して相直交する偏光軸を有する二つの偏光板が並列されている。

右眼には右眼用画像ＲＩ、左眼には左眼用画像ＬＩが観察される。なお、２次元ディスプレイ１１において、バックライトＫ１、偏光板Ｋ２、液晶層Ｋ３の部分を発せられる光が直線偏光でない２次元ディスプレイ、例えばプラズマディスプレイを用いることもできる。

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。

右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４とが入射光を透過しまたは遮光するタイミングはＥＣ制御回路９が制御する。

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。

かかるヘッドマウントディスプレイ２２によれば、上記のように立体画像表示装置として用いることができるとともに、全ての光シャッタに電圧を印加して全ての偏光を透過させることで、２次元ディスプレイ１１に視差のない２次元画像を表示させて２次元画像を視認することができる。このように２次元画像を視認する場合、従来のヘッドマウントディスプレイを使用する場合に比べて高い光利用効率を得ることができる。

なお、右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の２次元ディスプレイ１０，１１の側の面と、２次元ディスプレイ１０，１１の右眼用シャッタＳ３と左眼用シャッタＳ４の側の面に、各々位相差板を積層しても良い。係る位置に例えばλ／４板を設ければ、視認性の回転角依存を抑制することができる。

次いで、ヘッドマウントディスプレイ２３について説明する。図９は、ヘッドマウントディスプレイ２３の概要図である。ヘッドマウントディスプレイ２３とヘッドマウントディスプレイ２１との相違点は、２次元ディスプレイには無偏光状態の光を射出する２次元ディスプレイ１２を有する点である。

ヘッドマウントディスプレイ２３においては、２次元ディスプレイ１２が右眼用画像ＲＩを表示している間は、偏光板６を通過した直線偏光が光シャッタ３を透過するように、光シャッタ３に電圧を印加し、光シャッタ４に電圧を印加しないで、偏光板７を通過した直線偏光が遮光される。

また、ヘッドマウントディスプレイ２３においては、２次元ディスプレイ１２が左眼用画像ＬＩを表示している間は、偏光板７を通過した直線偏光が光シャッタ４を透過するように、光シャッタ４に電圧を印加し、光シャッタ３に電圧を印加しないで、偏光板６を通過した直線偏光が遮光される。

光シャッタ３と光シャッタ４とが入射光を透過しまたは遮光するタイミングはＥＣ制御回路９が制御する。

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。

以上のように、観察者はヘッドマウントディスプレイ２３を装着することで、立体画像を視認できる。

このように、一つの画像表示素子のみで立体画像を形成できるので、低コストのヘッドマウントディスプレイを提供できる。

以上のように本発明によれば、２次元画像表示素子と、接眼光学系と、右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有し、双方のシャッタがエレクトロクロミック素子を備えることで、１つの画像表示素子のみを備えた低コストとなるヘッドマウントディスプレイを提供できる。

また、本発明によれば、エレクトロクロミック素子は、電圧非印加時に、所定の偏光方向の直線偏光のみ透過し、電圧印加時に、全ての偏光を透過することで、一つの素子で透過する偏光の制御を容易に行えるので、小型で低コストのヘッドマウントディスプレイを提供できる。

また、本発明によれば、エレクトロクロミック素子を透過させる直線偏光の偏光度が、８０以上１００未満であることから、例えば右眼には左眼用画像ＬＩの光強度に比べて５倍以上の光強度を有する右眼用画像ＲＩを入射させることができ、立体画像の観察において良好な視認性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。

また、本発明によれば、右眼用シャッタと左眼用シャッタとに備えられたエレクトロクロミック素子の各々に、偏光軸の方向が各エレクトロクロミック素子の偏光方向と直交する偏光板を有することで、透過する偏光の制御を容易に行えるので、小型で低コストのヘッドマウントディスプレイを提供できる。

また、本発明によれば、２次元画像表示素子は、相直交する直線偏光を発する右眼用画像と左眼用画像とを時系列で交互に表示し、右眼用シャッタと左眼用シャッタを各々構成する一つのエレクトロクロミック素子を透過する直線偏光の偏光方向が、入射する光の直線偏光の偏光方向と直交していることから、組付調整時の回転角調整の不具合によっても視認性に影響を与えず、観察者は良好な立体画像を視認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。

また、本発明によれば、２次元画像表示素子は、相直交する偏光方向を有する直線偏光を各々射出する右眼用画像と左眼用画像とが交互に並列されていることから、高い光利用効率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。

３，４ 光シャッタ
６，７ 偏光板
９ ＥＣ制御回路
１０，１１，１２ ２次元ディスプレイ
１５ 全体制御回路
２１，２２，２３ ヘッドマウントディスプレイ
１０１，１０４ 電極
１０２ 電解質層
１０３ 偏光制御膜
１１０ 偏光制御素子
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

Claims (6)

1. ２次元画像表示素子と、
   接眼光学系と、
   右眼用シャッタと左眼用シャッタとを有し、双方のシャッタがエレクトロクロミック素子を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記エレクトロクロミック素子は、電圧非印加時に、所定の偏光方向の直線偏光のみ透過し、電圧印加時に、全ての偏光を透過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。
3. 前記直線偏光の偏光度が、８０以上１００未満であることを特徴とする請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記右眼用シャッタと前記左眼用シャッタとに備えられたエレクトロクロミック素子の各々に、偏光軸の方向が各エレクトロクロミック素子の偏光方向と直交する偏光板を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記２次元画像表示素子は、相直交する直線偏光を発する右眼用画像と左眼用画像とを時系列で交互に表示し、
   右眼用シャッタと左眼用シャッタを各々構成する一つのエレクトロクロミック素子を透過する直線偏光の偏光方向が、入射する光の直線偏光の偏光方向と直交していることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記２次元画像表示素子は、相直交する偏光方向を有する直線偏光を各々射出する右眼用画像と左眼用画像とが交互に並列されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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