(57)【要約】【課題】明るい環境下で高い視認性を得ることが可能なディスプレイ装置を提供する。【解決手段】光減衰ディスプレイ１００は、入力側光学系１１０、ＰＳＬＭ１２０、出力側光学系１３０を備える。位相限定空間光変調器（ＰＳＬＭ）１２０は、画素毎に屈折率を制御可能である。入力側光学系１１０は、ＰＳＬＭ１２０の入射光の経路上に設けられ、第１偏光成分を抽出する。出力側光学系１３０は、ＰＳＬＭ１２０の出射光の経路上に設けられ、第２偏光成分を抽出する。光減衰ディスプレイ１００は、ＰＳＬＭ１２０の画素ごとに、通過する色を制御可能である。【選択図】図２
2020154075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素毎に屈折率を制御可能な位相限定空間光変調器と、
前記位相限定空間光変調器の入射光の経路上に設けられ、第１偏光成分を抽出する入力側光学系と、
前記位相限定空間光変調器の出射光の経路上に設けられ、第２偏光成分を抽出する出力側光学系と、
を備え、
前記位相限定空間光変調器の画素ごとに、通過する色を制御可能であることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記位相限定空間光変調器は反射型であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記入力側光学系および前記出力側光学系は、
Ｓ偏光成分を透過する偏光子と、
前記偏光子の透過光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの反射光を折り返すミラーと、
前記偏光ビームスプリッタと前記ミラーの間に挿入される第１レンズおよび１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタの透過光が前記位相限定空間光変調器に入射する経路に設けられた第２レンズと、
を含み、前記偏光ビームスプリッタの透過光が前記位相限定空間光変調器に供給され、
前記偏光ビームスプリッタは、前記位相限定空間光変調器の反射光のうち、第２偏光成分を反射する前記出力側光学系として機能することを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記ミラーに変えて、振幅空間光変調器を備えることを特徴とする請求項３に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記位相限定空間光変調器を２段備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記位相限定空間光変調器は透過型であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、拡張現実感（Augmented Reality, AR）への期待が高まっており、そのキーデバイスであるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ:Head Mount Display）の開発が進められている。ＨＭＤは、現実世界の背景に、仮想世界（拡張世界）の画像や情報を重ねあわせて表示することができる。
【０００３】
ＨＭＤは、ビデオシースルー型（ＶＳＴ：Video-see Through）型と光学シースルー（ＯＳＴ：Optical-see Through）型に大別できる。ＶＳＴ型は、現実世界の映像をカメラによりデジタル画像データに変換し、仮想世界の画像データを信号処理により合成して、ディスプレイに表示するものである。
【０００４】
ＯＳＴ型は、現実世界の像はそのままユーザに提示しつつ、仮想世界の画像を光学的に合成するものである。図１は、従来のＯＳＴ−ＨＭＤの原理を示す図である。ＯＳＴ−ＨＭＤ２は、仮想世界の映像を提示するディスプレイ４と、現実世界の背景光Ｌ１と、ディスプレイ４の光Ｌ２を重ね合わせる光学系６を備える。図１の例では、光学系６はハーフミラーである。本明細書において、図１のＯＳＴ−ＨＭＤの方式を加算型と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１５−５１９５９５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】G. Wetzstein, W. Heidrich, and D. Luebke. "Optical image processing using light modulation displays", In Computer Graphics Forum, volume 29, pages 1939-1944. Wiley Online Library, 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、加算型のＯＳＴ−ＨＭＤについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。ＯＳＴ−ＨＭＤ２を屋外などの明るい環境下で使用するようなケースでは、背景光Ｌ１が非常に明るくなる一方で、ディスプレイ４の輝度には限界があるため、ディスプレイ４が表示する像の視認性が低下する。
【０００８】
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、明るい環境下での視認性を改善可能なディスプレイ装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、ディスプレイ装置に関する。ディスプレイ装置は、画素毎に屈折率を制御可能な位相限定空間光変調器と、位相限定空間光変調器の入射光の経路上に設けられ、第１偏光成分を抽出する入力側光学系と、位相限定空間光変調器の出射光の経路上に設けられ、第２偏光成分を抽出する出力側光学系と、を備える。このディスプレイ装置は、位相限定空間光変調器の画素ごとに、通過する色を制御可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のある態様によれば、明るい環境下での視認性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のＯＳＴ−ＨＭＤの原理を示す図である。
【図２】実施の形態に係る光減衰ディスプレイの基本構成および原理を示す図である。
【図３】実施例１に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図４】図３のＯＳＴディスプレイ装置の光学的に等価なセットアップを示す図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、図３のＯＳＴディスプレイ装置の可変カラーフィルタとしての特性（実測）を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、ＯＳＴディスプレイ装置の入出力特性を示す図である。
【図７】ＣＩＥｘｙ色度図である。
【図８】ＯＳＴディスプレイ装置のブロック図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、図８のＯＳＴディスプレイ装置の入力画像と出力画像を示す図である。
【図１０】実施例２に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、デュアルＰＳＬＭ型のＯＳＴディスプレイ装置の可変カラーフィルタとしての特性（実測）を示す図である。
【図１２】ＣＩＥｘｙ色度図である。
【図１３】実施例３に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１４】実施例４に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１５】実施例４に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１６】変形例４．１に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１７】変形例４．２に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１８】変形例４．３に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図１９】実施例５に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２０】変形例５．１に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２１】変形例５．２に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２２】実施例６に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２３】実施例７に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２４】変形例７．１に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２５】実施例８に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２６】変形例８．１に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【図２７】変形例８．２に係るＯＳＴディスプレイ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１３】
また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。
【００１４】
（基本構成）
初めに図２を参照して、光減衰ディスプレイ（Light Attenuation Display）１００の基本構成を説明する。図２は、実施の形態に係る光減衰ディスプレイ１００の基本構成および原理を示す図である。この光減衰ディスプレイ１００は、入射光Ｌ１を受け、それに画像を合成して、出力光Ｌ４を出力する。後述するように光減衰ディスプレイ１００は、ＯＳＴ−ＨＭＤとして利用することができる。ＯＳＴ−ＨＭＤの場合、現実世界の場面光（Scene Light）が入射光Ｌ１であり、それに拡張世界の画像を合成し、出力光Ｌ４をユーザに出力する。
【００１５】
光減衰ディスプレイ１００は、入力側光学系１１０、位相限定空間光変調器（ＰＳＬＭ：Phase-only Spatial Light Modulator）１２０、出力側光学系１３０を備える。入力側光学系１１０、ＰＳＬＭ１２０、出力側光学系１３０それぞれは透過型であってもよいし、反射型であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。
【００１６】
入力側光学系１１０は、ＰＳＬＭ１２０への入射光Ｌ１の経路上に設けられ、第１偏光成分（たとえばＳ偏光）を抽出する。ＰＳＬＭ１２０は、マトリクス状に配置される複数の画素ｐｉｘを有し、画素ｐｉｘ毎に屈折率、ひいては位相を制御可能に構成される。各画素に与えられる屈折率の変化は、偏光および波長依存性を有する。
【００１７】
ＰＳＬＭ１２０には、第１偏光成分（Ｓ偏光）のみを含む入力側光学系１１０の出射光Ｌ２が入射する。ＰＳＬＭ１２０の各画素ｐは、入射光Ｌ２に含まれる波長ごとに異なる位相シフトを受け、これによりＰＳＬＭ１２０の出射光Ｌ３の偏光方向が回転する。回転角は、波長毎に異なることに留意されたい。したがってＰＳＬＭ１２０の出射光Ｌ３は、第１偏光成分（Ｓ偏光）と第２偏光成分（Ｐ偏光）の両方を含みうる。
【００１８】
出力側光学系１３０は、ＰＳＬＭ１２０の出射光Ｌ３の経路上に設けられ、第１偏光成分（Ｓ偏光）を除去し、第２偏光成分（たとえばＰ偏光）のみを含む出力光Ｌ４を生成する。
【００１９】
以上が光減衰ディスプレイ１００の基本構成である。光減衰ディスプレイ１００は、偏光と複屈折を利用したカラーフィルタとみなすことができる。以下にその動作原理を説明する。
【００２０】
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を含む光が、角度０°にセットされた直線偏光子（単に偏光子という）に入射すると、Ｐ偏光成分のみが通過する。これは、線形システムを利用して式（１）で簡単に表すことができる。この表記法は、ジョーンズ計算法として知られている。
【数１】
2020154075.tif 000003
この計算法では、Ｐ偏光とＳ偏光を含む入射光が、列ベクトル［ｕ１  ｕ２］Ｔで表記される。これをジョーンズベクトルという。ｕ１はＰ偏光（０°）の強度を、ｕ２はＳ偏光（９０°）の強度を示す。このときの偏光子は、第１行第１列の要素のみが１で、残りが０の２行２列の行列（ジョーンズ行列）で表される。左辺の［１  ０］Ｔは偏光子の透過光を表しており、Ｐ偏光のみが通過し、Ｓ偏光が除去されることを表する。
【００２１】
偏光子が９０°にセットされた場合、Ｐ偏光成分が除去され、Ｓ偏光成分のみが透過する。これは式（２）で表される。このときの偏光子は、第２行第２列の要素のみが１で、残りが０の２行２列の行列で表される。
【数２】
2020154075.tif 000004
【００２２】
偏光子を４５°にセットした場合のシステムは式（３）で表される。
【数３】
2020154075.tif 000005
【００２３】
光減衰ディスプレイ１００は、物質の複屈折を利用する。複屈折は、屈折率が入射光の偏光と方向に依存する物質の特性をいう。複屈折を示す物質は、光軸と垂直な偏光成分（通常光線）と、光軸と平行な偏光成分（異常光線）と、で異なる屈折率を示す。通常光線に対する屈折率をｎｏｒ、異常光線に対する屈折率をｎｅｘと表記する。複屈折を示す物質において、通常光線と異常光線は、２（ｎｅｘ−ｎｏｒ）πｄ／λの位相シフト（遅延）を受ける。ｄは物質の厚みである。ＰＳＬＭは、画素毎に、複屈折すなわち（ｎｅｘ−ｎｏｒ）を制御可能なデバイスである。
【００２４】
ジョーンズ計算法において、ＰＳＬＭはの振る舞いは、式（４）で表される。
【数４】
2020154075.tif 000006
但し、
β＝（ｎｅｘ−ｎｏｒ）πｄ／λ
φ＝２（ｎｅｘ＋ｎｏｒ）πｄ／λ
ｅ−ｉφは一定の遅延であるから無視することとする。式（４）から、ＰＳＬＭは、βを変化させることにより、遅延量（位相シフト量）を制御するデバイスと理解される。
【００２５】
ＰＳＬＭをカラーフィルタとして利用するにあたり、ＰＳＬＭの各画素の液晶レイヤの配列方向が４５°回転しているものと仮定する。回転はジョーンズ計算法において式（５）の行列Ｒ（θ）で表される。
【数５】
2020154075.tif 000007
【００２６】
４５°回転したＰＳＬＭのジョーンズ行列Ｓ４５°は、式（６）で表される。
【数６】
2020154075.tif 000008
【００２７】
図２の光減衰ディスプレイ１００は、ＰＳＬＭと、０°、９０°の偏光子を結合したものであり、式（７）で表される。
【数７】
2020154075.tif 000009
【００２８】
任意の直線偏光の光Ｌ１が光減衰ディスプレイ１００に入射したとき、その透過率ｔ（λ）は、式（８）で表される。
【数８】
2020154075.tif 000010
【００２９】
式（８）のβは、画素毎に制御可能であるから、光減衰ディスプレイ１００は、画素単位のカラーフィルタであることが理解される。
【００３０】
なお光減衰ディスプレイ１００を、一般的なディスプレイやプロジェクタと混同してはならない。一般的なディスプレイやプロジェクタは、カラーフィルタと、液晶ディスプレイやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）などのＳＬＭおよび偏光子を備える。ＳＬＭの各画素には、赤、緑、青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のいずれか１色のみが入射する。そして画素毎に、対応する色の透過率（反射率）を制御しており、したがってＳＬＭと偏光子は、色ごとの振幅変調デバイスとして機能する。
【００３１】
これに対して本実施の形態に係る光減衰ディスプレイ１００において、ＰＳＬＭ１２０の各画素への入射光Ｌ２は、連続スペクトルあるいは複数の波長成分を含んでいる。そして光減衰ディスプレイ１００は、ＰＳＬＭ１２０の画素ｐｉｘごとに、通過する色（あるいは遮断する色）を選択可能に構成される。つまり、光減衰ディスプレイ１００は画素毎に、選択した色を減算することができる。つまり光減衰ディスプレイ１００は、ピクセルレベルの色が可変なカラーフィルタと把握することができる。
【００３２】
光減衰ディスプレイ１００の利点を説明する。カラーフィルタを備える従来の表示システムでは、ＲＧＢの３個のサブピクセルが、１画素となるため、実効的な解像度が低い。またベイヤ配列に起因するモザイク処理が必須となり、これが解像度を一層低下させる。これに対して実施の形態に係る光減衰ディスプレイ１００は、光減衰ディスプレイ１００の１画素が、独立したカラーフィルタであることから、従来の表示システムに比べて、空間的な解像度が非常に高いという利点がある。
【００３３】
またＲＧＢ方式では、３原色の線形結合でしか色を表現できないのに対して、本実施の形態では、図５（ｂ）に示すように、透過する色の波長を連続的に変化させることができるため、色の再現性が高いという利点を有する。
【００３４】
（実施例）
続いて、光減衰ディスプレイ１００を利用して設計したＯＳＴディスプレイ装置２００について説明する。ＯＳＴディスプレイ装置２００の設計においては、像が反転しないこと、視界の画角（拡大率）の変化が小さいこと、視差が小さいこと、透過率が高いこと、が要求される。
【００３５】
（実施例１）
図３は、実施例１に係るＯＳＴディスプレイ装置２００を示す図である。ＯＳＴディスプレイ装置２００は、環境光（現実世界の光）ｌ１を受け、減色することにより、拡張世界の画像をパターニングし、出力光ｌ６を出力する。
【００３６】
ＯＳＴディスプレイ装置２００は、偏光子（ＰＯＬ）２０２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０４、第１レンズ（Ｌ１）２０６、１／４波長板（ＱＷＰ）２０８、ミラー（Ｍ１）２１０、第２レンズ（Ｌ２）２１２、反射型のＰＳＬＭ２１４を備える。第１レンズ２０６は、ミラー２１０から焦点距離ｆ、離間して配置される。第２レンズ２１２は、ＰＳＬＭ２１４から焦点距離ｆ、離間して配置される。
【００３７】
偏光子２０２は、入射光ｌ１のＳ偏光成分を透過し、Ｐ偏光を除去する。偏光ビームスプリッタ２０４は、偏光子２０２の透過光（Ｓ偏光）ｌ２を反射する。偏光ビームスプリッタ２０４は、プレート型であってもよいしキューブ型であってもよい。偏光子２０２の反射光ｌ２は、第１レンズ２０６、１／４波長板２０８を透過して第１レンズ２０６により反射し、１／４波長板２０８、第１レンズ２０６を透過して偏光ビームスプリッタ２０４に再入射する。１／４波長板２０８を２回通過することにより、偏光ビームスプリッタ２０４に再入射する光ｌ３は、Ｐ偏光を有しており、偏光ビームスプリッタ２０４を透過する。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ２０４の透過光ｌ４は、第２レンズ２１２を透過し、ＰＳＬＭ２１４に入射する。ＰＳＬＭ２１４は、画素毎に位相シフトを与える。ＰＳＬＭ２１４の反射光ｌ５はＳ偏光とＰ偏光を含みうる。この反射光ｌ５が偏光ビームスプリッタ２０４に再入射し、Ｓ偏光のみが反射され、ＯＳＴディスプレイ装置２００の出力光ｌ６となる。
【００３９】
ＰＳＬＭ２１４は、図２のＰＳＬＭ１２０に対応する。偏光子２０２、偏光ビームスプリッタ２０４、第１レンズ２０６、１／４波長板２０８、ミラー２１０、第２レンズ２１２は、図２の入力側光学系１１０に対応する。第２レンズ２１２および偏光ビームスプリッタ２０４は、図２の出力側光学系１３０に対応する。図３のように、ＰＳＬＭを１個備えるＯＳＴディスプレイ装置２００を、シングルＰＳＬＭ型という。
【００４０】
図４は、図３のＯＳＴディスプレイ装置２００の光学的に等価なセットアップを示す図である。第２レンズ２１２によって、環境光は、ＰＳＬＭ２１４のピクセルにフォーカスされる。
【００４１】
第１レンズ２０６および第１ミラー２１０は、像の上下、左右を、入力光ｌ１と出力光ｌ６とで一致させるために設けられる。
【００４２】
なお、図３のＯＳＴディスプレイ装置２００は、観測者（利用者）の焦点が無限遠にあっていることを前提として設計されており、したがってＯＳＴディスプレイ装置２００に入射する環境光は実質的に平行光線とみなせ、現実世界の像は、十分に遠い位置に存在するものとする。なお図４では、ＯＳＴディスプレイ装置２００に垂直に入射する光束のみを示しており、実際には異なる方向から入射する光束も存在する。各光束は、その入射角に応じたＰＳＬＭ２１４のピクセルに入射し、また観測者の網膜の異なる位置で結像する。
【００４３】
図３のＯＳＴディスプレイ装置２００によれば、屋外などの明るい環境下において、高い視認性を提供できる。また図３のＯＳＴディスプレイ装置２００は、反射型のＰＳＬＭ２１４を用いているため、システム全体の透過率が高く、ユーザに明るい像を提供できるという利点がある。
【００４４】
（測定結果）
図３のＯＳＴディスプレイ装置２００を実装し、その特性を測定した結果を説明する。測定に際しては、入力光として、Nanguang社のＣＮ−９００ＳＡ光源から出力される波長３８０〜７８０ｎｍを含む白色光を用いている。
【００４５】
図５（ａ）、（ｂ）は、図３のＯＳＴディスプレイ装置２００の可変カラーフィルタとしての特性（実測）を示す図である。ＰＳＬＭ２１４は、位相を８ビット（２５６階調）の制御コードにより制御可能ある。
【００４６】
図５（ａ）は、１３刻みの複数の制御コードにおけるＯＳＴディスプレイ装置２００の出力光のスペクトルを示す。スペクトルのピーク波長は、制御コードとともに変化しており、ＯＳＴディスプレイ装置２００が可変のカラーフィルタとして機能することが理解される。図５（ｂ）は、フィルタ特性をグレースケールで示したものである。
【００４７】
図５（ａ）、（ｂ）から分かるように、図３の構成では、ある制御コードに対して、離散的な２つの支配的な波長域が透過（あるいは遮光）している。ひとつの波長域のみをより選択的に透過させたい場合、デュアルＰＳＬＭセットアップを採用すればよく、これについては後述する。
【００４８】
図６（ａ）〜（ｃ）は、ＯＳＴディスプレイ装置２００の入出力特性を示す図である。図６（ａ）〜（ｃ）において、横軸は入力である８ビットの制御コードである。図６（ａ）は、制御コードとフィルタカラーの関係を示す。図６（ｂ）は、強度の減衰を考慮したときの、制御コードとフィルタカラーの関係を示す。図６（ｃ）は、正規化したＸＹＺ色空間における観測されたフィルタカラーのノルムを相対強度として示す。
【００４９】
図７は、ＣＩＥｘｙ色度図である。（i）は、ＯＳＴディスプレイ装置２００により観測されるフィルタカラーのプロット群（以下、カラーパレットと称する）である。（ii）は、（i）のプロット群を囲む凸包を表す。（iii）の三角形はｓＲＧＢ色空間を、（iv）はＤ６５の白色点を示す。
【００５０】
（カラーパレットの混色）
図７に示すように、ＯＳＴディスプレイ装置２００の画素にある制御コードを与えたときに、その画素が発生する色は、（i）のプロット群が示す複数のカラーパレットのひとつである。ディスプレイとしては、（i）のカラーパレットの色のみでなく、それ以外の色が出力可能であることが望ましい。そこでＯＳＴディスプレイ装置２００は、カラーパレットに含まれる複数（２個あるいは３個以上）を時分割で切り替えて混色することにより、フィルターカラーの範囲を拡張する。
【００５１】
図８は、ＯＳＴディスプレイ装置２００のブロック図である。ＯＳＴディスプレイ装置２００は、コントローラ２３０を含む。コントローラ２３０には、画像データＳ１が入力される。コントローラ２３０は、画像データＳ１の各画素について、その色を生成するために必要な２個（あるいは３個以上）の色を、複数のカラーパレットの中から選択する。そして、選択した色を時分割でＰＳＬＭ２１４の画素ＰＩＸに出力する。これにより、カラーパレット以外の色を出力することが可能となる。
【００５２】
図９（ａ）、（ｂ）は、図８のＯＳＴディスプレイ装置２００の入力画像と出力画像を示す図である。シングルＰＳＬＭセットアップでは、入力画像に含まれる色の色域に対して、カラーパレットの色域が狭いことに起因して、出力画像にわずかな劣化が見られるが、ティーポットであることは確認できる。
【００５３】
（実施例２）
カラーフィルタは、多段接続することにより、フィルタの特性をシャープにできることが知られている。図１０は、実施例２に係るＯＳＴディスプレイ装置２００Ａを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置２００Ａは、デュアルＰＳＬＭ型であり、図３のミラー２１０を取り除き、その代わりに第２のＰＳＬＭ２２０を配置した構成である。
【００５４】
図１１（ａ）、（ｂ）は、デュアルＰＳＬＭ型のＯＳＴディスプレイ装置２００Ａの可変カラーフィルタとしての特性（実測）を示す図である。２個のＰＳＬＭ２２０，２１４のうち、一方には位相シフトθを、他方にはその２倍の位相シフトを与えている。
【００５５】
図１１（ａ）は、１３刻みの複数の制御コードにおけるＯＳＴディスプレイ装置２００の出力光のスペクトルを示す。図１１（ｂ）は、フィルタ特性をグレースケールで示したものである。図１１（ａ）、（ｂ）と、図５（ａ）、（ｂ）との対比から分かるように、デュアルＰＳＬＭ型では、透過波長のピークをひとつに近づけることができる。
【００５６】
図１２は、ＣＩＥｘｙ色度図である。（i）は、ＯＳＴディスプレイ装置２００Ａのカラーパレットを示す。（ii）は、（i）のプロット群を囲む凸包を表す。（iii）の三角形はｓＲＧＢ色空間を、（iv）はＤ６５の白色点を示す。図１２と図７の対比から分かるように、デュアルＰＳＬＭ型では、シングルＰＳＬＭ型に比べて、カラーパレットの色域を拡張できる。
【００５７】
（実施例３）
図１３は、実施例３に係るＯＳＴディスプレイ装置２００Ｂを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置２００Ｂは、図３のミラー２１０に代えて、反射型の振幅変調ＳＬＭ２２２を備える。振幅変調ＳＬＭ２２２としては、反射型液晶ＳＬＭや、ＤＭＤを用いることができる。
【００５８】
実施例１あるいは２では、画素毎に色のみを制御することができたが、実施例３によれば、画素毎に、色と強度の両方を制御することができるため、より多彩な画像を提示することが可能となる。
【００５９】
図１４は、実施例４に係るＯＳＴディスプレイ装置２００Ｃを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置２００Ｃは、図３のＯＳＴディスプレイ装置２００のミラーＭ１と１／４波長板２０８のセットを、ＰＳＬＭ（２１４）と、入れ替えた構成である。図１４において、ＰＳＬＭ２４０の反射光ｌ３はＳ偏光とＰ偏光を含む。このうち、偏光ビームスプリッタ２０４によってＰ偏光のみが透過する。偏光ビームスプリッタ２０４の透過光ｌ４は、１／４波長板２４４を通過し、ミラー２４２によって折り返される。１／４波長板２４４を往復で２回通過することにより、偏光ビームスプリッタ２０４に戻る光ｌ５は、Ｓ偏光となる。Ｓ偏光の光ｌ５は偏光ビームスプリッタ２０４によって反射され、出射光ｌ６となる。
【００６０】
（実施例４）
ＯＳＴディスプレイ装置２００は、導光体を用いて構成することも可能である。図１５は、実施例４に係るＯＳＴディスプレイ装置３００を示す図である。
【００６１】
ＯＳＴディスプレイ装置３００は、第１偏光板３０２、１次入力カプラ３０４、１次導光板３０６、１次出力カプラ３０８、第１レンズ３１０、ハーフミラー３１２、ＰＳＬＭ３１４、第２レンズ３１６、プリズム３１８、２次入力カプラ３２０、２次導光板３２２、２次出力カプラ３２４、第２偏光板３２６を含む。
【００６２】
第１偏光板３０２は、入力光ｌ１のうち、第１偏向成分（たとえばＰ偏光）のみを透過する。第１偏光板３０２の透過光ｌ２は、１次導光板３０６の一端に設けられた１次入力カプラ３０４を介して１次導光板３０６に結合し、他端に向かって導波する。そして１次導光板３０６の他端において、１次出力カプラ３０８から出射する。１次出力カプラ３０８の出射光は、第１レンズ３１０およびハーフミラー３１２を透過し、ＰＳＬＭ３１４に入射する。ＰＳＬＭ３１４によって変調された反射光ｌ３は、第２レンズ３１６、プリズム３１８、２次入力カプラ３２０を経由して２次導光板３２２に入射する。２次導光板３２２を導波した光は、２次出力カプラ３２４から出力される。第２偏光板３２６は、２次出力カプラ３２４の出射光ｌ４から、第２偏向成分（Ｓ偏光）のみを抽出し、出力光ｌ４を出力する。
【００６３】
（変形例４．１）
第１偏光板３０２や第２偏光板３２６の配置は、図１５のそれに限定されない。図１６は、変形例４．１に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ａを示す図である。この変形例４．１において、第１偏光板３０２および第２偏光板３２６の配置が図１５のそれと異なっており、その他は同様である。第１偏光板３０２は、１次出力カプラ３０８と第１レンズ３１０の間に挿入してもよい。第２偏光板３２６は、第２レンズ３１６とプリズム３１８の間に挿入してもよいし、プリズム３１８と２次入力カプラ３２０の間に挿入してもよい。
【００６４】
（変形例４．２）
図１７は、変形例４．２に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ｂを示す図である。図１７のＯＳＴディスプレイ装置３００Ｂでは、第１偏光板３０２、第２偏光板３２６が省略され、ハーフミラー３１２の代わりに、偏光ビームスプリッタ３２８が設けられる。
【００６５】
（変形例４．３）
図１８は、変形例４．３に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ｃを示す図である。図１８のＯＳＴディスプレイ装置３００Ｃは、図１５と比べてＰＳＬＭ３１４の配置が異なっている。さらなる変形として、変形例４．１で説明したように、第１偏光板３０２や第２偏光板３２６の配置を変更してもよい。
【００６６】
実施例４に関連してさらに、プリズム３１８を自由形状プリズムとしてもよい。また第２レンズ３１６、プリズム３１８、２次入力カプラ３２０を一体型の自由形状プリズムとしてもよい。
【００６７】
（実施例５）
図１９は、実施例５に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ｄを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置３００Ｄは、ＰＳＬＭ３１４に加えて、振幅変調ＳＬＭ３３０を備える。振幅変調ＳＬＭ３３０は、反射型液晶ＳＬＭでもよいしＤＭＤでもよい。
【００６８】
（変形例５．１）
図２０は、変形例５．１に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ｅを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置３００Ｅは、図１９と第１偏光板３０２および第２偏光板３２６の配置が異なっている。詳細については変形例４．１と同様である。
【００６９】
（変形例５．２）
図２１は、変形例５．２に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ｆを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置３００Ｆは、第１偏光板３０２、第２偏光板３２６が省略され、ハーフミラー３１２の代わりに、偏光ビームスプリッタ３２８が設けられる。詳細については変形例４．２と同様である。
【００７０】
（実施例６）
実施例６は、実施例５のＯＳＴディスプレイ装置３００Ｄに、映像表示系を追加したものである。図２２は、実施例６に係るＯＳＴディスプレイ装置３００Ｇを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置３００Ｇは、加算型と減算型のハイブリッドである。映像エンジン３３２は、ディスプレイ３３４とレンズ３３６を含み、ＡＲ用の映像を表示する。映像エンジン３３２の表示は、ハーフミラー３３８によって、ＰＳＬＭ３１４の反射光と合成される。
【００７１】
このＯＳＴディスプレイ装置３００Ｇによれば、明るい環境下でも暗い環境下でも見やすい映像を提供できる。
【００７２】
（変形例６．１）
実施例６においても、変形例４．１や変形例５．１と同様に、第１偏光板３０２および第２偏光板３２６の位置を変更してもよい。
【００７３】
（変形例６．２）
実施例６においても、変形例４．２や変形例５．２と同様に、ハーフミラー３１２やハーフミラ−３３８の代わりに偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
【００７４】
（実施例７）
これまでの実施例では、反射型のＰＳＬＭを用いたが透過型を用いることも可能である。図２３は、実施例７に係るＯＳＴディスプレイ装置４００を示す図である。第１偏光板４０２、第１レンズ４０４、第２レンズ４０６は図２の入力側光学系１１０に対応し、第３レンズ４１０、第４レンズ４１２、第２偏光板４１４は、図１の出力側光学系１３０に対応する。
【００７５】
第１レンズ４０４および第２レンズ４０６を含む入射側のレンズ群は、３枚以上のレンズで構成されてもよい。同様に第３レンズ４１０、第４レンズ４１２を含む出射側のレンズ群は４枚以上のレンズで構成されてもよい。またこれらのレンズはフレネルレンズであってもよい。
【００７６】
（変形例７．１）
実施例７においても、第１偏光板４０２および第２偏光板４１４の配置は限定されない。図２４は、変形例７．１に係るＯＳＴディスプレイ装置４００Ａを示す図である。第１偏光板４０２は、第２レンズ４０６とＰＳＬＭ４０８の間に挿入され、第２偏光板４１４は、ＰＳＬＭ４０８と第３レンズ４１０の間に挿入される。
【００７７】
（実施例８）
図２５は、実施例８に係るＯＳＴディスプレイ装置４００Ｂを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置４００Ｂは、図２３のＯＳＴディスプレイ装置４００に加えて、透過柄の振幅変調ＳＬＭ４１６を備える。以下の実施例あるいは変形例において、振幅変調ＳＬＭ４１６とＰＳＬＭ４０８は入れ替えてもよい。
【００７８】
（変形例８．１）
図２６は、変形例８．１に係るＯＳＴディスプレイ装置４００Ｃを示す図である。この変形例では、第１偏光板４０２、第２偏光板４１４の位置が、図２５と異なっている。
【００７９】
(変形例８．２)
図２７は、変形例８．２に係るＯＳＴディスプレイ装置４００Ｄを示す図である。このＯＳＴディスプレイ装置４００Ｄは、図２５のＯＳＴディスプレイ装置４００Ｂに加えて、レンズ４１８，４２０をさらに備える。さらなる変形例として、第１偏光板４０２をＰＳＬＭ４０８の隣に挿入したり、第２偏光板４１４を振幅変調ＳＬＭ４１６の隣に挿入してもよい。あるいは、第１偏光板４０２と第２偏光板４１４でＰＳＬＭ４０８を挟み込んでもよい。
【００８０】
光減衰ディスプレイ１００は、ヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１００  光減衰ディスプレイ
１１０  入力側光学系
１２０  ＰＳＬＭ
１３０  出力側光学系
２００  ＯＳＴディスプレイ装置
２０２  偏光子
２０４  偏光ビームスプリッタ
２０６  第１レンズ
２０８  １／４波長板
２１０  ミラー
２１２  第２レンズ
２１４  ＰＳＬＭ
２２０  ＰＳＬＭ
２２２  振幅変調ＳＬＭ
２３０  コントローラ
２４０  ＰＳＬＭ
２４２  ミラー
２４４  １／４波長板
３００  ＯＳＴディスプレイ装置
３０２  第１偏光板
３０４  １次入力カプラ
３０６  １次導光板
３０８  １次出力カプラ
３１０  第１レンズ
３１２  ハーフミラー
３１４  ＰＳＬＭ
３１６  第２レンズ
３１８  プリズム
３２０  ２次入力カプラ
３２２  ２次導光板
３２４  ２次出力カプラ
３２６  第２偏光板
３２８  偏光ビームスプリッタ
３３０  振幅変調ＳＬＭ
３３２  映像エンジン
３３４  ディスプレイ
３３６  レンズ
４００  ＯＳＴディスプレイ装置
４０２  第１偏光板
４０４  第１レンズ
４０６  第２レンズ
４０８  ＰＳＬＭ
４１０  第３レンズ
４１２  第４レンズ
４１４  第２偏光板
４１６  振幅変調ＳＬＭ
【図１】
2020154075.tif 000011
【図２】
2020154075.tif 000012
【図３】
2020154075.tif 000013
【図４】
2020154075.tif 000014
【図５】
2020154075.tif 000015
【図６】
2020154075.tif 000016
【図７】
2020154075.tif 000017
【図８】
2020154075.tif 000018
【図９】
2020154075.tif 000019
【図１０】
2020154075.tif 000020
【図１１】
2020154075.tif 000021
【図１２】
2020154075.tif 000022
【図１３】
2020154075.tif 000023
【図１４】
2020154075.tif 000024
【図１５】
2020154075.tif 000025
【図１６】
2020154075.tif 000026
【図１７】
2020154075.tif 000027
【図１８】
2020154075.tif 000028
【図１９】
2020154075.tif 000029
【図２０】
2020154075.tif 000030
【図２１】
2020154075.tif 000031
【図２２】
2020154075.tif 000032
【図２３】
2020154075.tif 000033
【図２４】
2020154075.tif 000034
【図２５】
2020154075.tif 000035
【図２６】
2020154075.tif 000036
【図２７】
2020154075.tif 000037