【手続補正書】
【提出日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子と、
該画像表示素子に表示された画像を観察するための光学系と、
入力画像に対して、前記光学系により生ずる歪曲とは逆方向の歪みを電気的に与える歪み処理を行い、該歪み処理が行われた画像を前記画像表示素子に表示させる処理手段と、
前記光学系を通して観察される画像にローパスフィルタ効果を与えるフィルタ手段とを有し、
前記入力画像において第１の画素数を有する第１の画像領域が前記歪み処理により第２の画素数を有する第２の画像領域とされた場合に、前記フィルタ手段は、前記第１の画素数と前記第２の画素数との関係に応じたローパスフィルタ効果を、前記光学系を通して観察される前記第２の画像領域に対して与えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、前記第２の画素数が前記第１の画素数よりも少ない場合は、前記第２の画素数が前記第１の画素数よりも多い場合に比べて強いローパスフィルタ効果を、前記光学系を通して観察される前記第２の画像領域に対して与えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記フィルタ手段は、前記第２の画素数が前記第１の画素数よりも少ない場合において、前記第１の画素数と前記第２の画素数との差が大きいほど強いローパスフィルタ効果を、前記光学系を通して観察される前記第２の画像領域に対して与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記フィルタ手段は、複数の前記第２の画像領域のうち該第２の画像領域ごとに、前記第１の画素数と前記第２の画素数との関係に応じて異なるローパスフィルタ効果を与えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記フィルタ手段は、前記画像表示素子からの光線により形成される画像に対して光学的なローパスフィルタ効果を与えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記フィルタ手段は、前記画像表示素子に表示される画像に対して電気的処理によるローパスフィルタ効果を与えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記画像表示素子に表示される前記歪み処理後の画像は、非回転対称形状を有する歪曲画像であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の画像表示装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずかれ１つに記載の画像表示装置と、
該画像表示装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の一側面としての画像表示装置は、画像表示素子と、該画像表示素子に表示された画像を観察するための光学系と、入力画像に対して、光学系により生ずる歪曲とは逆方向の歪みを電気的に与える歪み処理を行い、該歪み処理が行われた画像を画像表示素子に表示させる処理手段と、光学系を通して観察される画像にローパスフィルタ効果を与えるフィルタ手段とを有する。そして、入力画像において第１の画素数を有する第１の画像領域が歪み処理により第２の画素数を有する第２の画像領域とされた場合に、フィルタ手段は、第１の画素数と第２の画素数との関係に応じたローパスフィルタ効果を、光学系を通して観察される第２の画像領域に対して与えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
まず、本発明の基本概念について図６Ａから図６Ｉを用いて説明する。画像表示素子から射出した光が光学系を通って観察者により観察される場合、図６Ｃに示すように歪曲がない良好な画像を提示できることが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
ただし、前述したように、高画素の画像表示素子に歪曲した画像を表示させると、モアレ縞が発生するおそれがある。このため、本実施例では、光学系を通して観察される画像に対してローパスフィルタ効果を与える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ここで、本実施例にいう「ローパスフィルタ効果」について定義する。画像表示素子に全面表示されるサイズを有し、Ｈ方向に白と黒の１画素ラインが交互に存在する入力画像（白黒ライン画像）を逆補正すると、白と黒のラインがある歪みを持った画像として出力される。このとき、画像表示素子を観察すると、画像表示素子の画素としては解像されるのが確認できる（このときの空間周波数Ｅとする）が、白黒ラインが歪んだ状態で出力されているため、画像表示素子の画素と出力画像とが干渉し、領域によってはモアレ縞が発生する。また、逆補正後の白黒ラインの線は直線で表示されていないため、光学系を通してこの逆補正された白黒ライン画像を観察すると、モアレ縞以外にも、白黒ラインが階段状の線（例えば、濃淡が存在する白線）として観察されてしまう。これはエリアジングと呼ばれる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
これらの光学的ローパスフィルタ効果は、画像表示素子で表示された画像の空間周波数Ｅ’（画像表示素子の解像力）を光学的に変化させて空間周波数をＦ’にしたことに相当する。空間周波数Ｆ’は、液晶素子の複屈折性を利用する場合は、液晶から発せられた光線により形成される画像の解像力を示す、また、水晶等の光学材料を使用した場合は、画像表示素子から射出した光線が光学材料を通った直後の解像力を示す。なお、ローパスフィルタ効果が与えられても解像力が落ちない場合もあるが、この場合も、ローパスフィルタ効果は効いていると言える。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
光学材料や回折格子を持つ光学素子は、特に画像表示素子に近い位置に配置したり、画素表示素子の受光面を保護する役割を有するカバーガラス上に接着したりする。これにより、逆補正された画像上に発生するモアレ縞やエリアジングに対し、良好なローパスフィルタ効果を発揮できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本実施例では、電気的及び光学的ローパスフィルタ効果を、入力画像の領域分割を示した図６Ｄに示す領域Ｒの画素数と、図６Ｄの入力画像に対する逆補正画像を示した図６Ｅに示す領域Ｓの画素数との関係に応じて以下のように設定する。まず、Ｈ方向についての設定は以下の通りである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
すなわち、逆補正後（歪み処理後）の領域Ｓ（第２の画像領域）の画素数（Ｍ又はＮ）が入力画像における領域Ｒ（第１の画像領域）の画素数（ｍ又はｎ）よりも少ない場合は、領域Ｓの画素数（第２の画素数）が領域Ｒの画素数（第１の画素数）以上である場合に比べて強いローパスフィルタ効果を領域Ｓに対して与える。また、領域Ｓの画素数が領域Ｒの画素数よりも少ない場合においては、領域Ｓの画素数と領域Ｒの画素数との差が大きいほど（領域Ｓの画素数が領域Ｒの画素数より少ないほど）強いローパスフィルタ効果を領域Ｓに対して与える。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
以上の設定条件の下、Ｈ方向とＶ方向とでローパスフィルタ効果が強い方をＳ領域のローパスフィルタ効果を働かせる側として選択し、光学的又は電気的に領域Ｓに対して該ローパスフィルタ効果を与えることで、モアレ縞及びエリアジングを低減でき、良好な画像を提示することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
光学材料を使用してローパスフィルタ効果を領域ごとに変化させる例を、図９Ａ〜図９Ｃに示す。
図９Ａは、出力画像をＶ方向に複数（この例では５つ）の領域に分割し、上述したローパスフィルタ効果の設定条件に当てはめたときの結果を示している。このとき、図９Ｂに示すように、画像表示素子１上又はこれに近接した位置に光学材料である水晶からなるローパスフィルタ９０を配置し、各領域に適したローパスフィルタ効果が得られるようにしている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図９Ｃは、図９Ｂの画像表示素子１及び水晶ローパスフィルタ９０の様々な例を側方から見た様子を示す。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
これらの図に示すように、与えたいローパスフィルタ効果の強さに応じて水晶の厚みを変化させる。例えば、水晶を側方から見て階段状に切り出したり、斜めの直線状に切り出したり、曲線状に切り出したりする。また、曲線状の切り出し面は、出力画像の逆補正量に応じて回転対称面や非回転対称面で形成されている。なお、図９Ｃの最も右側の図に示すように、ローパスフィルタ効果が必要な一部の領域に対してのみ水晶が配置されるように、水晶を切り出してもよい。この場合、水晶が配置されていない領域についてはローパスフィルタ効果が与えられないことになるが、このような場合も本発明の実施例に含まれる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図８Ａにおいて、１０は液晶パネル等の画像表示素子である。６０は該画像表示素子１０からの光束を観察者の眼Ｅに導く接眼光学系である。このＨＭＤにおいて、入力画像を逆補正した出力画像（逆補正画像）が画像表示素子１０上に表示されている様子を図８Ａの右側に示す。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図８Ｂにおいて、１０は画像表示素子であり、１００は該画像表示素子１０からの光束をスクリーン７０に対して投射する投射光学系である。このプロジェクタにおいて、入力画像を逆補正した出力画像（逆補正画像）が画像表示素子１０上に表示されている様子を図８Ｂの下側に示す。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
偏光板７を透過する直線偏光の偏光方向が、ＬＣＤ１０での偏光回転角９０°に合わせて、偏光板１４を透過する直線偏光の偏光方向に対して９０°ずれている場合、偏光板１４で直線偏光とされた光が面Ｓ２３で反射せずに透過してゴースト光となる場合がある。しかし、偏光板７でこのゴースト光をカットできるため、観察者の眼にゴースト光が入ることを防止できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
また、光束が面Ｓ５における反射から面Ｓ２を射出するまでの光学面は、接眼光学系部分に相当し、光学素子１でのそれ以外の部分とＬＣＤ１０のカバーガラスとの間に配置されている光学系とがリレー光学系部分に相当する。最終反射面として作用するときの面Ｓ３は、射出面として作用するときの面Ｓ２に対して非常に強いパワーを有した凹面鏡となっている。このため、接眼光学系部分では収差を完全に補正することが困難である。そこで、本実施例では、リレー光学系部分が接眼光学系部分での収差をキャンセルするような形の中間結像面ができるように中間像を形成している。これにより、最終的な像観察における画質を向上させることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
また、折り返し面に入射した光線がここで反射されて射出されるとき、折り返し面の前後で光線が所定の角度θをなして入射及び反射される場合、角度θは、
｜θ｜＜６０°    …（１）
を満たすことが望ましい。この条件を外れると、折り返し反射後の光路（復路）が往路を逆戻りせず、往復光路というよりジグザグ光路になってしまい、光学系１が大型化する可能性が生ずる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
｜θ｜＜３０°    …（２）
この（２）の条件を外れると、復路は往路を逆戻りするものの、往路と復路の重なり程度が少ない。したがって、光学系１が大型化し、表示光学系全体を小型化することが難しくなる可能性が生ずる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
ここで、偏心系に対応していない従来系の定義では、各面頂点を基準とした座標系で表される。すなわち、ｚ軸を光軸とし、ｙｚ断面が従来の母線断面（メリジオナル断面）、ｘｚ断面が子線断面（サジタル断面）となる。しかし、本実施例の表示光学系は、偏心系であるので、ここでは、偏心系に対応したローカル母線断面とローカル子線断面を新たに定義する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
表１において、最も左の項目ＳＵＲＦは面番号（Ｓｉのｉ）を示している。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
実施例の非回転対称面は下記のＦＦＳの条件式に従う。また、ＹＴＯは母線断面が下記の非球面条件式で表され、子線断面は平面（ｒｘ＝∞）である。