(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察光学系の光軸に略垂直な一対の第１の平面と第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面に略垂直で前記光軸を挟んで形成された第３の平面と第４の平面とからなる光導波路を構成する光学部材と、
前記第１の平面と前記第２の平面との間で前記光軸に略４５度傾斜して配置された偏光ビームスプリッタと、
前記第１の平面に配置された第１の１／４波長位相板と前記第２の平面に配置された第２の１／４波長位相板と、
前記第３の平面近傍に配置された像形成手段と、
前記像形成手段と前記第３の平面との間に配置された偏光板と、
前記第４の平面近傍に配置された反射集光部材と、
前記反射集光部材と前記第４の平面との間に配置された第３の１／４波長位相板とを備え、
前記像形成手段から前記光軸に略垂直な当該像形成手段の光軸に沿って射出された光は、前記偏光板を透過して前記光学部材の内部に入射し、前記偏光板によって所定方向に偏光され、前記偏光ビームスプリッタを透過して前記第３の１／４波長位相板を透過して前記反射集光部材に入射し、前記反射集光部材で反射されて前記第３の１／４波長位相板を通過し、前記第３の１／４波長位相板によって前記所定の方向とは９０°異なる方向に偏光されて前記偏光ビームスプリッタで反射されて前記第２の１／４波長位相板を透過して、前記観察光学系の光軸に沿ってアイポイントに達し、
前記像形成手段から射出されて前記第１の１／４波長位相板で反射された光は、前記偏光ビームスプリッタで反射され、前記第３の１／４波長位相板から射出して前記第２の１／４波長位相板で反射された光は、前記ビームスプリッタを透過し、前記アイポイントには不達となることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１および前記第２の１／４波長位相板は、前記第１の平面および前記第２の平面に、前記像形成手段からの光束の光軸に対して略４５度方向に形成された微小な凸凹または溝を有し、該微小な凸凹または溝の表面に紫外線硬化型液晶を所定の厚さ塗布して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 
【請求項３】
観察光学系の光軸に略垂直な一対の第１の平面と第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面に略垂直な第３の平面とからなる光導波路を構成する光学部材と、
前記第１の平面と前記第２の平面との間で前記光軸に略４５度傾斜して配置された偏光ビームスプリッタと、
前記第１の平面に配置された第１の光制御部材と前記第２の平面に配置された第２の光制御部材と、
前記第３の平面近傍に配置された像形成手段と、
前記像形成手段と前記第３の平面との間に配置された偏光板と、
前記第１の光制御部材近傍の光軸上に配置された反射集光部材と、
前記第１の光制御部材と前記反射集光部材との間に配置された１／４波長位相板とを備え、
前記第１の光制御部材および第２の光制御部材は、当該光制御部材に入射する光束のうち所定角度以上の角度で入射する光束を遮光する光学フィルタであり、
前記像形成手段から前記光軸に略垂直な当該像形成手段の光軸に沿って射出された光は、前記偏光板を透過して前記光学部材の内部に入射し、前記偏光板によって所定方向に偏光され、前記偏光ビームスプリッタによって前記観察光学系の光軸に沿って前記第１の平面の方向に反射されて前記第１の前記光制御部材を通過して前記１／４波長板を透過して前記反射集光部材に入射し、前記反射集光部材で反射されて前記第１／４波長位相板を通過して前記１／４波長位相板によって前記所定方向とは９０°異なる方向に偏光されて前記第１の光制御部材と前記偏光ビームスプリッタと前記第２の光制御部材を透過し、前記観察光学系に沿って射出してアイポイントに達し、
前記像形成手段から射出されて前記光制御部材に前記所定角度以上の角度で入射する光は、前記光制御部材で遮光され前記アイポイントに不達となることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記反射集光部材は、ホログラムで構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記偏光ビームスプリッタは、前記像形成手段からの光と前記第１の平面から入射する実像と重畳して前記第２の平面から射出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察光学系の光学像に電子像を重畳させて観察可能にする表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察光学系の光路内に電子像を表示し観察光学系の光学像と共に観察することができる表示装置が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１７４３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記表示装置は、プリズム体の内面反射を利用しているため、プリズム体の反射面からの不要な反射光等の想定されていない光が観察眼に入り、ゴーストとして観察される虞がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、ゴーストを防止したコンパクトな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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、観察光学系の光軸に略垂直な一対の第１の平面と第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面に略垂直で前記光軸を挟んで形成された第３の平面と第４の平面とからなる光導波路を構成する光学部材と、前記第１の平面と前記第２の平面との間で前記光軸に略４５度傾斜して配置された偏光ビームスプリッタと、前記第１の平面に配置された第１の１／４波長位相板と前記第２の平面に配置された第２の１／４波長位相板と、前記第３の平面近傍に配置された像形成手段と、前記像形成手段と前記第３の平面との間に配置された偏光板と、前記第４の平面近傍に配置された反射集光部材と、前記反射集光部材と前記第４の平面との間に配置された第３の１／４波長位相板とを備え、
前記像形成手段から前記光軸に略垂直な当該像形成手段の光軸に沿って射出された光は、前記偏光板を透過して前記光学部材の内部に入射し、前記偏光板によって所定方向に偏光され、前記偏光ビームスプリッタを透過して前記第３の１／４波長位相板を透過して前記反射集光部材に入射し、前記反射集光部材で反射されて前記第３の１／４波長位相板を通過し、前記第３の１／４波長位相板によって前記所定の方向とは９０°異なる方向に偏光されて前記偏光ビームスプリッタで反射されて前記第２の１／４波長位相板を透過して、前記観察光学系の光軸に沿ってアイポイントに達し、前記像形成手段から射出されて前記第１の１／４波長位相板で反射された光は、前記偏光ビームスプリッタで反射され、前記第３の１／４波長位相板から射出して前記第２の１／４波長位相板で反射された光は、前記ビームスプリッタを透過し、前記アイポイントには不達となることを特徴とする表示装置を提供する。 
【０００６】
また、本発明は、観察光学系の光軸に略垂直な一対の第１の平面と第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面に略垂直な第３の平面とからなる光導波路を構成する光学部材と、前記第１の平面と前記第２の平面との間で前記光軸に略４５度傾斜して配置された偏光ビームスプリッタと、前記第１の平面に配置された第１の光制御部材と前記第２の平面に配置された第２の光制御部材と、前記第３の平面近傍に配置された像形成手段と、前記像形成手段と前記第３の平面との間に配置された偏光板と、前記第１の光制御部材近傍の光軸上に配置された反射集光部材と、前記第１の光制御部材と前記反射集光部材との間に配置された１／４波長位相板とを備え、
前記第１の光制御部材および第２の光制御部材は、当該光制御部材に入射する光束のうち所定角度以上の角度で入射する光束を遮光する光学フィルタであり、前記像形成手段から前記光軸に略垂直な当該像形成手段の光軸に沿って射出された光は、前記偏光板を透過して前記光学部材の内部に入射し、前記偏光板によって所定方向に偏光され、前記偏光ビームスプリッタによって前記観察光学系の光軸に沿って前記第１の平面の方向に反射されて前記第１の前記光制御部材を通過して前記１／４波長板を透過して前記反射集光部材に入射し、前記反射集光部材で反射されて前記第１／４波長位相板を通過して前記１／４波長位相板によって前記所定方向とは９０°異なる方向に偏光されて前記第１の光制御部材と前記偏光ビームスプリッタと前記第２の光制御部材を透過し、前記観察光学系に沿って射出してアイポイントに達し、前記像形成手段から射出されて前記光制御部材に前記所定角度以上の角度で入射する光は、前記光制御部材で遮光され前記アイポイントに不達となることを特徴とする表示装置を提供する。 
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、ゴーストを防止したコンパクトな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】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施の形態にかかる表示装置の概略構成図を示す。図２は、第１実施の形態における１／４波長位相板のラビング方向の一例を示す。図３は、第１実施の形態における１／４波長位相板を備えた光学部材の一例を示す。図４は、本発明の第２実施の形態にかかる表示装置の概略構成図を示す。図５は、本発明の第３実施の形態にかかる表示装置の概略構成図を示す。
【００１３】
（第１実施の形態）
図１において、不図示の光学像は、観察光学系の光軸ＩＰに沿って入射されアイポイントＥＰで撮影者に観察される。光学像に重畳して電子像を表示するための光重畳光学系１が観察光学系の光路中に挿入されている。光重畳光学系１は、観察光学系の光軸ＩＰに略垂直な一対の平面３ａ、３ｂと、平面３ａ、３ｂに略垂直な平面３ｃとからなる光導波路を構成する光学部材５から構成されている。平面３ｃの近傍には電子像を表示する像形成手段である表示部材７が配置され、表示部材７と平面３ｃとの間には偏光板９が設けられている。
【００１４】
光重畳光学系１には、観察光学系の光軸ＩＰと表示光の光軸ＩＳにそれぞれ略４５度の傾きをなして偏光ビームスプリッタ（以後、ＰＢＳと記す）１１が設けられ、所定方向に偏光された光を、観察眼１３とは反対方向へ反射する。反射された光は、光学像の入射面である平面３ａ上で、観察光学系の光路中に配置された１／４波長位相版１５に入射および透過し、反射集光部材１７に入射してＰＢＳ１１側に反射される。１／４波長板と反射集光部材１７は、観察光学系の光路中の光に対して略透明な部材で構成されており、光学像の劣化はほとんど生じない構成としている。ＰＢＳ１１側に戻された光は、後述するように偏光方向が回転しておりＰＢＳ１１を透過して、アイポイントＥＰで観察される。このようにして、観察光学系からの光学像に表示部材７からの表示像を重畳して観察可能にする表示装置３０が構成されている。なお、観察光学系の光軸ＩＰと表示光学系の光軸ＩＳとは略直交するように構成されている。
【００１５】
表示部材７に表示された電子像（以後、表示像とも記す）からの光は、偏光板９により所定の方向に偏光（例えば、Ｐ偏光成分）されて、平面３ｃから光学部材５に入射する。入射された光は、表示光学系の光軸ＩＳに沿って進み、光重畳光学系１内に設けられたＰＢＳ１１により（例えば、Ｐ偏光成分が）反射され、観察眼１３とは反対方向の平面３ａに設けられた、１／４波長位相板１５およびホログラムまたは波長選択膜が付着された反射集光部材１７（以後、代表してホログラムと記す）へ進行する。１／４波長位相板１５を通過した光は円偏光に変換されホログラム１７で反射され、再び１／４波長位相版１５を透過して直線偏光に変換される。この光は、ＰＢＳ１１で反射されてホログラム１７に入射してくる光とは偏光方向が９０度回転した直線偏光に変換されるため、ＰＢＳ１１を透過して光重畳光学系１から射出してアイポイントＥＰで観察者の網膜に結像される。
【００１６】
さらに本第１実施の形態では、光導波路である光学部材５の観察光学系ＩＰの光軸に略垂直な平面３ａ、３ｂに１／４波長位相板４０、４０がほぼ全面に設けられている。この１／４波長位相板４０、４０は、表示部材７から射出され光学部材５の平面３ａ、３ｂに入射して空気との界面で反射する光（例えば、図中実線Ｇ１で示す）の位相を略９０度変化させる作用を有するものであり、平面３ａ、３ｂに略垂直に入射するＰＢＳ１１からの反射光（表示像の光）には実質的に何ら影響しない構成となっている。この結果、平面３ａ、３ｂに入射して空気との界面で反射して射出する光Ｇ１（従来、ゴースト光となっていた）は、その位相を入射光に対して略９０度回転される。偏光板９で例えばＰ偏光に偏光された光は、平面３ａに入射して空気との界面で反射して射出することによって偏光方向が９０度回転したＳ偏光に変換される。ＰＢＳ１１は、Ｐ偏光成分の光を反射するように設計されているため、平面３ａ、３ｂに入射して反射射出された光はＰＢＳ１１を通過するため、ＰＢＳ１１で反射されてホログラム１７に入射および反射されて観察眼１３に到達することはない。ＰＢＳ１１を透過した光は、光学部材５の平面３ｄから射出される。なお、平面３ｄに光吸収部材を設け、入射された光が吸収される構成としても良い。
【００１７】
このように、本第１実施の形態によれば、光導波路である光重畳光学系１の平面３ａ、３ｂに入射して空気との界面で反射射出されて観察眼１３に入射するゴースト光（例えば、Ｇ１）を防止することが可能となる。
【００１８】
次に、平面３ａ，３ｂに形成する１／４波長位相板４０、４０について説明する。図２は、図１のアイポイントＥＰの方向から見た概略図を示している。ここでは、平面３ａに１／４波長位相板４０を形成する場合について説明し、平面３ｂについては同様であり説明を省略する。
【００１９】
図２、図３において、平面３ａに、表示光学系の光軸ＩＳに対して略４５度方向（図中の矢印方向）に液晶製造工程で用いられているラビング処理を施す。これにより、平面３ａの表面に微小な凸凹ないし溝が所定の方向（矢印の方向）に形成される。このようにして処理された表面に紫外線硬化型液晶２１を所定の厚さに塗布する。塗布作業は所謂スピンコート装置で行う。紫外線硬化型液晶２１の厚さは、想定されるゴースト光となる光の位相を略９０度回転させる光路差を有する厚さとする。
【００２０】
スピンコート装置によって塗布された紫外線硬化型液晶２１は、ラビング１９の方向に沿って液晶分子が規則的に整列し、所定の光学異方性を示すようになる。その後、紫外線を照射して、紫外線硬化型液晶２１を硬化させ、１／４波長位相板４０として平面３ａの表面に固定する。同様にして、平面３ｂの表面にも１／４波長位相板４０を形成する。
【００２１】
なお、１／４波長位相板４０は、上述の紫外線硬化型液晶２１に限らず、所定の位相差を発生する１／４波長位相板フィルムないしは１／４波長位相結晶板を、平面３ａ、３ｂの表面の全面に貼り付けて形成しても良い。また、平面３ａ、３ｂのどちらか一方のみに設けても良い。どのように１／４波長位相板４０を設けるかは、ゴースト光の発生状況によって決めればよい。
【００２２】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態にかかる表示装置について説明する。本第２実施の形態と第１実施の形態との相違点は、表示像を観察眼の網膜に結像する１／４波長位相板１５とホログラム１７の配置される位置が異なることにある。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００２３】
図４において、表示部材７からの光は、偏光板９で偏光方向を所定の方向（例えば、Ｐ偏光）にされ、光導波路である光学部材５の平面３ｃから入射する。入射した光は、表示光学系の光軸ＩＳに沿って進み、光重畳光学系１内に配置されたＰＢＳ１１を透過して、平面３ｃと対面する平面３ｄから射出し、１／４波長位相板１５に入射および透過してホログラム１７に入射および反射してＰＢＳ１１方向に戻される。この戻された光は、１／４波長位相板１５で偏光方向が略９０度回転されているため、ＰＢＳ１１で反射されて観察眼１３に入射してアイポイントＥＰに結像する。この結果、表示部材７の表示像と観察光学系ＩＰの光学像とがアイポイントＥＰで重畳して観察可能となる。このようにして、表示装置３５が構成されている。 
【００２４】
本第２実施の形態では、第１実施の形態と同様に、光学部材５の２つの平面３ａ，３ｂに１／４波長位相板４０、４０が配設されている。表示部材７からの光のうち平面３ａ、３ｂに入射して空気との界面で反射される光（例えば、図中の実線Ｇ１）は１／４波長位相板４０で偏光方向が略９０度回転されるため、ＰＢＳ１１で反射されて光学部材５から射出され、ホログラム１７に入射することがない。この結果、ゴースト光であるＧ１が観察眼１３に入射することを防止することが可能となる。
【００２５】
また、ＰＢＳ１１を透過してホログラム１７に入射する表示光のなかで、１／４波長位相板１５やホログラム１７の乱反射によって平面３ａ、３ｂに入射する光（例えば、図中の実線Ｇ２）は、１／４波長位相板４０で偏光方向を略９０度回転されＰＢＳ１１を透過するため、観察眼１３側に出射されることがない。
【００２６】
このように、本第２実施の形態の表示装置３５では、平行平面光学部材５の平面３ａ，３ｂに１／４波長位相板４０、４０を配置することによって、ゴースト光であるＧ１やＧ２が観察眼１３に入射することを防止することができる。 
【００２７】
なお、１／４波長位相板４０、４０の構成は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。また、１／４波長位相板４０、４０は、平面３ａ、３ｂの両方またはどちらか一方に形成すればよいが、どのように形成するかはゴースト光の発生状況によって決めれば良い。
【００２８】
（第３実施の形態）
次に、本発明の第３実施の形態にかかる表示装置について説明する。第３実施の形態と第１、第２実施の形態との相違は、１／４波長位相板４０を光制御部材に変更した点にある。その他の構成は第１、第２実施の形態と同様であり同じ符号を付し説明を省略する。
【００２９】
図５において、本第３実施の形態では、光学部材１４の２つの平面３ａ、３ｂに光制御部材２５、２５が配置されて表示装置５０が構成されている。
【００３０】
光制御部材２５は、平面３ａに略垂直に入射する光を透過し、所定の入射角度以上で入射する光を遮光するように構成されている（例えば、住友スリーエム社製のマイクロルーバー内蔵の光学フィルタ等でも良い）。このような構成により、表示部材７からの光で平面３ａ、３ｂに入射するゴースト光（例えば、図中のＧ１）である光は、光制御部材２５で遮光されるため、この光がＰＢＳ１１で反射され、１／４波長位相板１５およびホログラム１７を介して光重畳光学系１から射出して観察眼１３に結像することを防止することが可能となる。
【００３１】
なお、光制御部材２５を平面３ａ、３ｂの両方に設けるか、どちらか一方に設けるかはゴースト光の発生状況によって適宜決めれば良い。
【００３２】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。例えば、第１の実施形態において、ＰＢＳ１１で反射される表示光が直接アイポイントＥＰ側へ反射するようにＰＢＳ１１を配置し、１／４波長板１５およびホログラム１７を備えない構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかる表示装置の概略構成図を示す。
【図２】第１実施の形態における１／４波長位相板のラビング方向の一例を示す。
【図３】第１実施の形態における１／４波長位相板を備えた光学部材の一例を示す。
【図４】本発明の第２実施の形態にかかる表示装置の概略構成図を示す。
【図５】本発明の第３実施の形態にかかる表示装置の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１      光重畳光学系
３      平面
５      光学部材
７      表示部材
９      偏光板
１１    偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１３    観察眼
１５    １／４波長位相板
１７    反射集光部材（ホログラム）
２１    紫外線硬化型液晶
２５    光制御部材
３０、３５、５０    表示装置
４０    １／４波長位相板
ＩＰ    観察光学系の光軸
ＩＳ    表示光学系の光軸
ＥＰ    アイポイント
【図１】
0004725004.tif 000002
【図２】
0004725004.tif 000003
【図３】
0004725004.tif 000004
【図４】
0004725004.tif 000005
【図５】
0004725004.tif 000006