(57)【要約】【課題】  偏光分離素子が暗く見えることによる見栄えの悪化を防止することができるコンバイナ光学系及び装着型表示装置を提供する。【解決手段】  コンバイナ光学系１１は、ｐ偏光成分の透過を許し且つｓ偏光成分を反射させる偏光分離素子１６と、該偏光分離素子を透過したｐ偏光成分を該偏光分離素子に向けて反射させるための反射部材１７と、該反射部材と偏光分離素子１６との間に配置される１／４波長板１８とを備える。偏光分離素子１６によるｓ偏光成分の反射率は、０．２以上であり且つ０．８以下である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光束のｐ偏光成分を透過させ且つ前記光束のｓ偏光成分を反射させる偏光分離素子と、該偏光分離素子を透過した光を前記偏光分離素子に向けて反射させるための反射部材と、該反射部材と前記偏光分離素子との間に配置される１／４波長板とを備え、前記偏光分離素子による前記ｓ偏光成分の反射率は０．２以上であり且つ０．８以下であることを特徴とするコンバイナ光学系。
【請求項２】
前記偏光分離素子による前記ｓ偏光成分の反射率の値と前記ｐ偏光成分の反射率の値との和が０．８以下であることを特徴とする請求項１に記載のコンバイナ光学系。
【請求項３】
前記偏光分離素子による光の反射方向の反対側には偏光部材が配置されており、該偏光部材の偏光軸の方向は、前記ｓ偏光成分の偏光方向と同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンバイナ光学系。
【請求項４】
前記偏光分離素子と前記偏光部材との間には、該偏光部材を前記偏光分離素子に向けて透過した光束の互いに直交する二つの偏光成分に光路差を与えるための波長板が配置されていることを特徴とする請求項３に記載のコンバイナ光学系。
【請求項５】
前記波長板が前記光束に与える光路差の値は、０．１λ以上であり且つ０．６λ以下であることを特徴とする請求項４に記載のコンバイナ光学系。
【請求項６】
前記反射部材は、前記偏光分離素子に凹面を向けた凹面鏡を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンバイナ光学系。
【請求項７】
前記光束が入射する入射面を一端面に有し、他端面に前記反射部材が設けられる導光プリズムを更に備え、前記偏光分離素子は前記導光プリズム内に設けられており、該導光プリズムは、前記入射面を経て前記導光プリズム内に入射した光束を前記偏光分離素子に向けて少なくとも一回全反射させる反射面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコンバイナ光学系。
【請求項８】
観察者の眼に呈示する画像が表示される画像表示部と、該画像表示部から射出した光束のｐ偏光成分を透過させ且つ前記光束のｓ偏光成分を反射させる偏光分離素子と、該偏光分離素子を透過した光を前記偏光分離素子に向けて反射させるための反射部材と、該反射部材と前記偏光分離素子との間に配置される１／４波長板とを備え、前記偏光分離素子は、前記ｓ偏光成分を前記眼に向けて反射させるように配置されており、前記偏光分離素子による前記ｓ偏光成分の反射率は０．２以上であり且つ０．８以下であることを特徴とする装着型表示装置。
【請求項９】
前記偏光分離素子による前記ｓ偏光成分の反射率の値と前記ｐ偏光成分の反射率の値との和が０．８以下であることを特徴とする請求項８に記載の装着型表示装置。
【請求項１０】
前記偏光分離素子の前記観察者側と反対側には偏光部材が配置されており、該偏光部材の偏光軸の方向は、前記ｓ偏光成分の偏光方向と同一であることを特徴とする請求項８又は９に記載の装着型表示装置。
【請求項１１】
前記偏光分離素子と前記偏光部材との間には、該偏光部材を前記偏光分離素子に向けて透過した光束の互いに直交する二つの偏光成分に光路差を与えるための波長板が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装着型表示装置。
【請求項１２】
前記波長板が前記光束に与える光路差の値は、０．１λ以上であり且つ０．６λ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の装着型表示装置。
【請求項１３】
前記反射部材は、前記偏光分離素子に凹面を向けた凹面鏡を有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
【請求項１４】
前記画像表示部から射出した光束が入射する入射面を一端面に有し、他端面に前記反射部材が設けられる導光プリズムを更に備え、前記偏光分離素子は前記導光プリズム内に設けられており、該導光プリズムは、前記入射面を経て前記導光プリズム内に入射した光束を前記偏光分離素子に向けて少なくとも一回全反射させる反射面を有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示面から射出した光束を外界から入射する光束に重畳させて観察者の眼に照射することにより画像表示面に表示された画像と共に外界を観察者に見せることができるコンバイナ光学系及びそれを用いた装着型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば観察者の頭部に装着される装着型表示装置に用いられるコンバイナ光学系が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなコンバイナ光学系は、画像表示部から射出した光束のｐ偏光成分を透過し且つｓ偏光成分を反射させる偏光分離素子である偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す。）を備える。更に、コンバイナ光学系は、ＰＢＳを透過した光をＰＢＳに向けて反射させるための反射部材と、該反射部材とＰＢＳとの間に配置された１／４波長板とを備える。ＰＢＳは、反射部材からの反射光を観察者の眼に向けて反射させるように配置されている。ＰＢＳによるｓ偏光成分の反射率Ｒｓは、ほぼ１である。
【０００４】
画像表示部から射出してＰＢＳを透過した光束のｐ偏光成分は、１／４波長板を透過することにより円偏光に変換され、反射部材で反射した後、１／４波長板に再度入射することによりｓ偏光成分に変換される。その後、１／４波長板から射出したｓ偏光成分は、ＰＢＳに入射する。このとき、ＰＢＳによるｓ偏光成分の反射率Ｒｓがほぼ１であることから、ＰＢＳに入射したｓ偏光成分は、ほぼ全てＰＢＳで反射し、観察者の眼に入射する。      
【０００５】
また、外界からＰＢＳに入射する光束のｓ偏光成分の大部分はＰＢＳで反射されるが、その光束のｐ偏光成分の大部分はＰＢＳを透過して観察者の眼に入射する。
【０００６】
これにより、装着型表示装置を装用した観察者は、画像表示部に表示された画像を外界像と重畳させて見ることができる。
【特許文献１】特許第３２６０８６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＰＢＳに入射する光束のｓ偏光成分がほぼ全てＰＢＳで反射されることから、例えばＰＢＳに観察者側から外界側に向けて光が入射したとき、ｐ偏光成分のみが透過するＰＢＳの光量が、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分の両成分が透過する周囲の光量のほぼ半分になる。従って、装着型表示装置を外界から見たとき、ＰＢＳの明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えるため、ＰＢＳが目立ち、見栄えが悪い。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＰＢＳのような偏光分離素子が暗く見えることによる見栄えの悪化を防止することができるコンバイナ光学系及び装着型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るコンバイナ光学系は、入射する光束のｐ偏光成分を透過させ且つ前記光束のｓ偏光成分を反射させる偏光分離素子と、該偏光分離素子を透過した光を前記偏光分離素子に向けて反射させるための反射部材と、該反射部材と前記偏光分離素子との間に配置される１／４波長板とを備え、前記偏光分離素子による前記ｓ偏光成分の反射率は０．２以上であり且つ０．８以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射率が０．２以上であり且つ０．８以下であることから、例えば偏光分離素子によりｓ偏光成分の反射率が０．５である場合、偏光分離素子に入射するｓ偏光成分の５０％は偏光分離素子を透過する。
【００１１】
このことから、例えば偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射方向の反対側へ向けて光が入射するとき、該光のｓ偏光成分の一部が偏光分離素子を透過する。これにより、偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射率が従来のように１である場合に比べて、偏光分離素子を透過した光束の単位面積当たりの光量とその周囲を透過した光束の単位面積当たりの光量との差が小さくなる。すなわち、偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射率が１である場合に比べて、偏光分離素子とその周囲とのコントラストが小さくなる。
【００１２】
従って、本発明に係るコンバイナ光学系を例えば観察者の頭部に装着される装着型表示装置に偏光分離素子が観察者に向けてｓ偏光成分を反射するように用いた場合に、装着型表示装置を外界から見たとき、偏光分離素子の明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えることが抑制される。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る装着型表示装置は、観察者の眼に呈示する画像が表示される画像表示部と、該画像表示部から射出した光束のｐ偏光成分を透過させ且つ前記光束のｓ偏光成分を反射させる偏光分離素子と、該偏光分離素子を透過した光を前記偏光分離素子に向けて反射させるための反射部材と、該反射部材と前記偏光分離素子との間に配置される１／４波長板とを備え、前記偏光分離素子は、前記ｓ偏光成分を前記眼に向けて反射させるように配置されており、前記偏光分離素子による前記ｓ偏光成分の反射率は０．２以上であり且つ０．８以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射率が０．２以上であり且つ０．８以下であることから、例えば偏光分離素子によりｓ偏光成分の反射率が０．８である場合、偏光分離素子に入射するｓ偏光成分の２０％は偏光分離素子を透過する。
【００１５】
このことから、例えば偏光分離素子の観察者側から外界側に向けて光が入射したとき、該光のｓ偏光成分の一部が偏光分離素子を透過する。これにより、偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射率が従来のように１である場合に比べて、偏光分離素子を透過した光束の単位面積当たりの光量とその周囲を透過した光束の単位面積当たりの光量との差が小さくなる。すなわち、偏光分離素子によるｓ偏光成分の反射率が１である場合に比べて、偏光分離素子とその周囲とのコントラストが小さくなる。
【００１６】
従って、装着型表示装置を外界から見たとき、偏光分離素子の明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えることが抑制される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、偏光分離素子が暗く見えることによる従来のような見栄えの悪さを確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示の実施例に沿って説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明に係る装着型表示装置１０は、図１に示すように、コンバイナ光学系１１と、画像表示部１２とを備える。装着型表示装置１０は、画像表示部１２から出力される画像を観察者にコンバイナ光学系１１を介して呈示すべく図示しない観察者の頭部に装着される。
【００２０】
画像表示部１２は、図２に示すように、観察者に呈示する画像が表示される表示画面１３と、該表示画面をその背面側から照明するための光源１４と、表示画面１３及び光源１４を収納するハウジング１５とを有する。
【００２１】
表示画面１３は、図示の例では、液晶パネルで構成されている。光源１４は、図示の例では、ＬＥＤで構成されている。光源１４により照明された表示画面１３から射出される光束の波長は所定の波長に設定されている。また、表示画面１３からの光束は偏光しており、その偏光方向は、図２の紙面に対して平行な平面内に振動面を有するｐ偏光になるように設定されている。
【００２２】
コンバイナ光学系１１は、偏光分離素子１６と、反射部材１７と、１／４波長板１８とを備える。更に、コンバイナ光学系１１は、図示の例では、観察者の左眼１９の前方に配置される導光プリズム２０と、該導光プリズムの前方（図２で見て導光プリズム２０の上方である。）に配置される板状の左眼用偏光板２１とを備える。
【００２３】
導光プリズム２０は、全体に直方体形状をなしており、装着型表示装置１０の左右方向（図２で見て左右方向であり、観察者の頭部の左右方向である。）に沿って伸びるように配置されている。また、導光プリズム２０は、図示の例では、その長手方向の一端部２０ａで画像表示部１２のハウジング１５に連結されている。導光プリズム２０のｄ線（波長５８７ｎｍ）における屈折率ｎｄは、図示の例では、ｎｄ＝１．８０４である。
【００２４】
導光プリズム２０の一端部２０ａの端面には、表示画面１３からの光束の入射を受ける入射面２０ｂが形成されている。入射面２０ｂは、表示画面１３からの光束の主光線が入射面２０ｂにほぼ垂直になり且つ前記光束が導光プリズム２０の前後方向で互いに対向する一対の平行な側面のうち前方側に位置する側面である前方面２０ｃに入射するように、導光プリズム２０の内方へ向けて所定の角度で傾斜している。入射面２０ｂの傾斜角度は、表示画面１３からの光束が前方面２０ｃに入射するときの入射角が臨界角よりも大きくなるように設定されており、図示の例では、７８°である。これにより、前方面２０ｃに入射した光束は、該前方面で全反射する。すなわち、前方面２０ｃは、入射面２０ｂを経て導光プリズム２０内に入射した光束をＰＢＳ１６に向けて全反射させる反射面を構成する。
【００２５】
また、導光プリズム２０は、協働して直方体をなすように互いに接合された二つのプリズム２０ｅ，２０ｆからなる。一方のプリズム２０ｅの接合面２０ｇには、誘電体が多層膜状に真空蒸着されることにより、偏光分離素子１６が形成されている。すなわち、偏光分離素子１６は、導光プリズム２０の内部に設けられている。また、前記一方のプリズム２０ｅは、その接合面２０ｇと反対側に位置する端面に出射面２０ｈを有する。
【００２６】
偏光分離素子１６は、図示の例では、偏光ブームスプリッタ１６（以下、ＰＢＳと称す。）で構成されている。ＰＢＳ１６は、光束のｐ偏光成分を透過させ、図２の紙面に対して垂直な平面内に振動面を有するｓ偏光成分を反射させる。ＰＢＳ１６は、その後方側の縁部１６ａが前方側の縁部１６ｂよりも導光プリズム２０の内方側に位置するように、導光プリズム２０の前方面２０ｃ及び後方面２０ｄに対して傾斜している。ＰＢＳ１６の傾斜角度は、図示の例では、前方面２０ｃで全反射した光束がＰＢＳ１６に入射するときの入射角が３９°になるように設定されている。ＰＢＳ１６への光束の入射角の大きさは、ＰＢＳ１６の偏光分離機能を確実に発揮させるために、ＰＢＳ１６の反射性能に応じて規定されている。
【００２７】
本発明に係るＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓは、０．２以上であり且つ０．８以下である。ＰＢＳ１６の反射率Ｒｓの調節は、例えば前記一方のプリズム２０ｅの接合面２０ｇに真空蒸着される誘電体膜の積層数を変化させたり、各誘電体膜に設定された屈折率を変化させたりすることにより行われる。
【００２８】
図３は、本実施例に係るＰＢＳ１６によるｓ偏光成分及びｐ偏光成分のそれぞれの波長と、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓ及びｐ偏光成分の反射率Ｒｐとの関係を示すグラフである。図８のグラフの縦軸は反射率Ｒｓ，Ｒｐを示し、横軸は波長を示す。図３に示すように、反射率Ｒｐは、ｐ偏光成分の波長の値に拘らずほぼ０％である。他方、反射率Ｒｓは、ｓ偏光成分の波長の値に拘らずほぼ５０％すなわち０．５である。
【００２９】
１／４波長板１８は、図２に示すように、前記一方のプリズム２０ｅの出射面２０ｈに設けられている。１／４波長板１８は、従来よく知られているように、該１／４波長板に入射する光束に位相差を生じさせる。例えば１／４波長板１８を透過する光束が直線偏光である場合には、該光束は円偏光に変換され、１／４波長板１８を透過する光束が円偏光である場合には、該光束は直線偏光に変換される。
【００３０】
反射部材１７は、一方の面に凸面を有するガラス板からなる。また、反射部材１７は、他方の面である平面が１／４波長板１８に対向するように配置されており、１／４波長板１８を介して前記一方のプリズム２０ｅに固定されている。反射部材１７の前記凸面には、例えば金属蒸着が施されることにより凹面鏡１７ａが形成されている。１／４波長板１８を経た光束は、前記平面を経て反射部材１７内に入射し、凹面鏡１７ａで反射する。すなわち、反射部材１７は従来よく知られた裏面鏡である。反射部材１７は、凹面鏡１７ａに反射部材１７内から照射された光束がＰＢＳ１６に向けて反射し更に該ＰＢＳで後述するように観察者の左眼１９に照射される角度で傾斜している。
【００３１】
左眼用偏光板２１は、導光プリズム２０にほぼ平行に配置されている。また、左眼用偏光板２１は、図１に示すように、観察者の図示しない右眼の前方に配置される右眼用偏光板２２に隣接して配置されており、該右眼用偏光板に連結されている。左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２には、それぞれ装着型表示装置１０を観察者の頭部に装着するための装着具２３が取り付けられている。左眼用偏光板２１に取り付けられた装着具２３に画像表示部１２が固定されている。左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２の偏光軸の方向は、それぞれＰＢＳ１６に対するｓ偏光成分の偏光方向と同一である。従って、各偏光板２１，２２は、それぞれｓ偏光成分の透過を許し、ｐ偏光成分の透過を阻止する。
【００３２】
更に、図示の例では、導光プリズム２０と画像表示部１２との間に、収差を補正するための接合凸レンズ２４が配置されている。接合凸レンズ２４は、図示の例では、両凸レンズと平凹レンズとを互いに接合することにより形成されている。
【００３３】
画像表示部１２の表示画面１３から射出されたｐ偏光成分は、接合凸レンズ２４を透過することにより集光され、導光プリズム２０の入射面２０ｂに入射する。このとき、前記したように、表示画面１３からのｐ偏光成分が入射面２０ｂに垂直に入射することから、光線の結像に対して非対称な要素が発生することが防止される。
【００３４】
入射面２０を経て導光プリズム２０内に入射したｐ偏光成分は、導光プリズム２０の前方面２０ｃでＰＢＳ１６に向けて全反射する。このとき、ｐ偏光成分は全反射することから、前方面２０ｃでのｐ偏光成分の反射によるｐ偏光成分の光学的エネルギーの損失は生じない。ｐ偏光成分は、前方面２０ｃで全反射した後、ＰＢＳ１６に入射する。このとき、前記したように、ＰＢＳ１６はｐ偏光成分の透過を許すことから、ＰＢＳ１６に入射したｐ偏光成分はＰＢＳ１６を透過する。
【００３５】
ＰＢＳ１６を透過したｐ偏光成分は、１／４波長板１８を透過することにより円偏光成分に変換された後、凹面鏡１７ａに集光され、該凹面鏡で反射することによりほぼ平行光になる。すなわち、凹面鏡１７ａは、凸レンズとしての従来よく知られた役割を担う。
【００３６】
凹面鏡１７ａで反射した円偏光成分は、１／４波長板１８を透過することによりｓ偏光成分に変換された後、ＰＢＳ１６に再度入射する。このとき、前記したように、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓがほぼ５０％であることから、ＰＢＳ１６に入射したｓ偏光成分のほぼ半分はＰＢＳ１６で反射し、ｓ偏光成分の残りのほぼ半分はＰＢＳ１６を透過する。
【００３７】
ＰＢＳ１６で反射したｓ偏光成分は、導光プリズム２０の後方側に位置する側面である後方面２０ｄを経て観察者の左眼１９に照射される。このとき、凹面鏡１７ａで反射した円偏光成分が平行光であることから、観察者の左眼１９には、画像表示部１２の表示画面１３に表示された画像が左眼１９から遠く離れた位置に表示されているように見える。
【００３８】
また、装着型表示装置１０の外方から該装着型表示装置に照射される自然光は、先ず、左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２に入射する。
【００３９】
一般的に、無偏光状態にある自然光が地面及び水面等で反射すると、反射光は地面及び水面への入射面に対して垂直方向に偏光する。この反射光の偏光方向は、装着型表示装置１０のＰＢＳ１６に入射する光束のｐ偏光成分の偏光方向に一致する。前記したように、左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２の偏光軸の方向は、ｓ偏光成分の偏光方向と同一である。
【００４０】
従って、左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２の偏光軸の方向をｓ偏光成分の偏光方向にすることにより、ｐ偏光成分である反射光が左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２により遮断されるので、反射光が観察者の眼に照射されることが防止される。
【００４１】
これにより、反射光が観察者による外界の視認の妨げになることが防止されるので、観察者は外界をより明確に見ることができる。また、左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２によってｐ偏光成分が遮断されることにより観察者から見た外界の明るさが半減するので、外界の光度に対する画像表示部１２の表示画面１３に表示された画像の光度が上がる。これにより、観察者は、画像表示部１２の表示画面１３に表示された画像をより明確に視認することができる。
【００４２】
他方、左眼用偏光板２１を透過した自然光のｓ偏光成分は、ＰＢＳ１６に入射する。このとき、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率がほぼ０．５であることから、左眼用偏光板２１を透過した自然光のｓ偏光成分のほぼ半分はＰＢＳ１６で画像表示部１２に向けて装着型表示装置１０の左右方向に沿って反射し、自然光のｓ偏光成分の残りのほぼ半分はＰＢＳ１６を透過する。
【００４３】
これにより、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓが１００％すなわち１である場合に比べて、観察者がＰＢＳ１６を通して外界を見たときの外界の明るさが明るくなるので、観察者は、ＰＢＳ１６を通しての外界の視認がし易くなる。
【００４４】
従って、装着型表示装置１０を装用した観察者は、画像表示部１２の表示画面１３に表示された画像を外界像と重畳させて見ることができる。
【００４５】
また、光束が導光プリズム２０にその観察者側から入射したとき、導光プリズム２０の後方面２０ｄの領域のうちＰＢＳ１３に対応する領域以外の領域に照射された光束の大部分は、導光プリズム２０をその左眼用偏光板２１側に透過する。導光プリズム２０を透過した光束は、左眼用偏光板２１に照射される。このとき、光束のうちｓ偏光成分は左眼用偏光板２１の透過が許され、ｐ偏光成分は左眼用偏光板２１の透過が阻止される。従って、導光プリズム２０に入射した光束のｓ偏光成分のみが左眼用偏光板２１から装着型表示装置１０の前方に射出される。
【００４６】
他方、導光プリズム２０の前方面２０ｃの領域のうちＰＢＳ１６に対応する領域に照射された光束は、導光プリズム２０内に入射した後、ＰＢＳ１６に照射される。このとき、前記光束のｐ偏光成分の大部分はＰＢＳ１６を透過し、更に、前記光束のｓ偏光成分の半分がＰＢＳ１６を透過する。ＰＢＳ１６を透過したｐ偏光成分及びｓ偏光成分は、それぞれ導光プリズム２０を透過した後、左眼用偏光板２１に照射され、ｓ偏光成分のみが左眼用偏光板２１を透過し、該左眼用偏光板から装着型表示装置１０の前方に射出される。
【００４７】
これにより、ＰＢＳ１６を透過したｓ偏光成分が外界に射出されることから、光束が導光プリズム２０にその観察者側から入射したとき、反射率Ｒｓがほぼ１である場合にようにＰＢＳ１６に照射された光のｓ偏光成分がほぼ全て装着型表示装置１０の前方に射出されない場合に比べて、導光プリズム２０のＰＢＳ１６に対応する領域から外界に射出される光束の単位面積当たりの光量が多くなる。
【００４８】
従って、反射率Ｒｓがほぼ１である場合に比べて、ＰＢＳ１６を透過した光束の単位面積当たりの光量とその周囲を透過した光束の単位面積当たりの光量との差が小さくなる。これにより、ＰＢＳ１６とその周囲とのコントラストが小さくなるので、装着型表示装置１０を外界から見たとき、ＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えることが抑制される。
【００４９】
これに対し、ＰＢＳ１６による反射率Ｒｓがほぼ１である場合、ｓ偏光成分のみの透過を許す左眼用偏光板２１を導光プリズム２０の前方に配置すると、光束が導光プリズム２０にその観察者側から入射したときに、導光プリズム２０のＰＢＳ１６に対応する領域からはｓ偏光成分及びｐ偏光成分が共に外界に射出されないため、前記領域における光量はほぼ０になる。このため、左眼用偏光板２１が配置されない場合すなわちｐ偏光成分が導光プリズム２０の前記領域及び該領域の周囲の領域から外界に射出される場合に比べて、ＰＢＳ１６を透過した光束の単位面積当たりの光量とその周囲を透過した光束の単位面積当たりの光量との差が大きくなる。従って、装着型表示装置１０を外界から見たとき、左眼用偏光板２１が配置されない場合に比べて、ＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさよりもより暗く見えてしまう。
【００５０】
本実施例によれば、前記したように、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓを０．５にすることにより、装着型表示装置１０を外界から見たときのＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えることが抑制される。これにより、ｓ偏光成分のみの透過を許す左眼用偏光板２１が導光プリズム２０の前方に配置されている場合でも、ＰＢＳ１６が暗く見えることによる装着型表示装置１０の従来のような見栄えの悪さを確実に抑制することができる。
【００５１】
ＰＢＳ１６による反射率Ｒｓの値が０．２よりも小さい場合、前記した見栄えの悪さをより確実に抑制することができるが、凹面鏡１７ａで反射したｓ偏光成分の大部分がＰＢＳ１６を透過するため、観察者の左眼１９に照射されるｓ偏光成分の光量が減る。このため、コンバイナ光学系１１による観察者への画像呈示性能が低下してしまう。
【００５２】
ＰＢＳ１６による反射率Ｒｓの値が０．８よりも大きい場合、反射率Ｒｓの値を小さくすることによる前記した見栄え悪化抑制効果を発揮することができない。
【００５３】
これに対し、本実施例によれば、前記したように、ＰＢＳ１６による反射率Ｒｓが０．２以上であり且つ０．８以下であることから、画像呈示性能の低下を招くことなく、装着型表示装置１０の見栄えの悪さを確実に抑制することができる。
【００５４】
また、本実施例によれば、前記したように、凹面鏡１７ａに凸レンズとしての機能を担わせることにより、画像表示部１２の表示画面１３に表示された画像が眼から遠く離れた位置に表示されているように観察者の眼に見せることができる。これにより、表示画面１３に表示される画像を単に平面な鏡で反射させることにより観察者に呈示する場合のように表示画面１３に表示された画像を眼の近くで表示させる場合に比べて、観察者の眼に画像を視認させ易くすることができる。
【００５５】
更に、本実施例によれば、前記したように、画像表示部１２の表示画面１３から射出した光束を導光プリズム２０のその前方側に位置する前方面２０ｃでＰＢＳ１６に向けて全反射させる。このことから、表示画面１３からＰＢＳ１６への光束の光路を、表示画面１３からの光束をＰＢＳ１６に直接入射させる場合の光路に対して光束の入射面内で導光プリズム２０の前方へ傾けることができる。これにより、導光プリズム２０の前方面２０ｃ及び後方面２０ｄに対するＰＢＳ１６の勾配が緩くなる方向へ該ＰＢＳを前記光路の傾斜角に相当する角度で更に傾斜させることができる。これにより、導光プリズム２０内に確保すべきＰＢＳ１６の配置スペースを導光プリズム２０の前後方向に小さくすることができる。
【００５６】
従って、入射面２０ｂを経て入射した光束を全反射させることなくＰＢＳ１６に直接照射させる場合に比べて、導光プリズム２０の薄型化を図ることができる。
【００５７】
これにより、コンバイナ光学系１１が用いられた装着型表示装置１０の重量が軽くなるので、観察者が装着型表示装置１０を装用したときの該装着型表示装置の姿勢の安定感を確実に向上させることができる。また、観察者が装着型表示装置１０を装用したときに導光プリズム２０が装用の邪魔になることを確実に抑制することができる。従って、装着型表示装置１０の使用性を確実に向上させることができる。
【実施例２】
【００５８】
実施例１において、ＰＢＳ１６に照射された光束のｐ偏光成分の一部がＰＢＳ１６を透過せずに反射することを考慮した場合、以下に示す反射特性をＰＢＳ１６に設定することができる。
【００５９】
実施例１では、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓの上限は０．８であり、反射率Ｒｐは０すなわちｐ偏光成分がＰＢＳ１６を透過する透過率が１である。
【００６０】
ここで、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分は、それぞれ自然光全体の半分である。従って、Ｒｓ＝０．８である場合、自然光全体に対するｓ偏光成分の反射率Ｒｓｔは、Ｒｓｔ＝Ｒｓ×０．５＝０．８×０．５＝０．４となり、自然光全体に対するｐ偏光成分の反射率Ｒｐｔは、Ｒｐｔ＝Ｒｐ×０．５＝０×０．５＝０となる。
【００６１】
従って、ＰＢＳ１６における自然光全体の反射率ＲはＲ＝Ｒｓｔ＋Ｒｐｔ＝０．４＋０＝０．４となり、ＰＢＳ１６が暗く見えることを抑制するためには、反射率Ｒ≦０．４という関係を満たす必要がある。
【００６２】
以上のことから、本実施例のようにｐ偏光成分がＰＢＳ１６で反射する場合でも、反射率Ｒｓ、ＲｐはそれぞれＲ＝Ｒｓｔ＋Ｒｐｔ＝Ｒｓ×０．５＋Ｒｐ×０．５≦０．４という関係を満たす必要がある。このため、ＰＢＳ１６の反射特性は、反射率Ｒｓの値と反射率Ｒｐの値との和「Ｒｓ＋Ｒｐ」がＲｓ＋Ｒｐ≦０．８という関係を満たすように設定される。
【００６３】
従って、例えば、反射率Ｒｓの値が０．６の場合、Ｒｐの値は、０≦Ｒｐ≦０．２の範囲内で設定される。
【００６４】
本実施例によれば、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓの値とｐ偏光成分の反射率Ｒｐの値との和を０．８以下にすることにより、ｐ偏光成分の一部がＰＢＳ１６で反射する場合でも、ＰＢＳ１６が暗く見えることによる装着型表示装置１０の見栄えの悪化を確実に抑制することができる。
【実施例３】
【００６５】
実施例１及び実施例２において、ＰＢＳ１６と左眼用偏光板２１との間に、図４に示すように、該左眼用偏光板２１をＰＢＳ１６に向けて透過した光束の互いに直交する二つの偏光成分に光路差を与えるための波長板２５を配置することができる。
【００６６】
波長板２５は、図示の例では、左眼用偏光板２１を導光プリズム２０に向けて透過した光束のｓ偏光成分の偏光方向に対して遅相軸が１０°傾斜するように、導光プリズム２０と左眼用偏光板２１との間に配置されている。波長板２５の一面２５ａは、導光プリズム２０の前方面２０ｃに接合されており、波長板２５の他面２５ｂは、左眼用偏光板２１の導光プリズム２０側に位置する面に接合されている。
【００６７】
波長板２５が各偏光成分に与える光路差ｄの値は、図示の例では、光束の波長をλとすると、０．５λに設定されている。すなわち、波長板２５は、１／２波長板としての機能を担う。
【００６８】
左眼用偏光板２１を導光プリズム２０に向けて透過した自然光のｓ偏光成分は、左眼用偏光板２１から射出すると同時に波長板２５に入射する。このとき、波長板２５の遅相軸が、前記したように、ｓ偏光成分の偏光方向に対して１０°傾斜していることから、波長板２５に入射したｓ偏光成分は、波長板２５を透過することにより、遅相軸から−１０°回転した直線偏光に変換される。波長板２５から射出された直線偏光は、該波長板の一面２５ａ及び導光プリズム２０の前方面２０ｃを経て導光プリズム２０内に入射する。導光プリズム２０内に入射した光束のうちＰＢＳ１６に入射した直線偏光は、該ＰＢＳによってｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分けられる。ｐ偏光成分は、ＰＢＳ１６を透過した後、後方面２０ｄを経て導光プリズム２０内から観察者に向けて射出する。ｓ偏光成分の半分はＰＢＳ１６で装着型表示装置１０の左右方向に沿って画像表示部１２に向けて反射し、ｓ偏光成分の残りの半分はＰＢＳ１６を透過した後、導光プリズム２０内から観察者に向けて射出する。
【００６９】
これにより、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率が１である場合に比べて、観察者がＰＢＳ１６を通して外界を見たときの外界の明るさが明るくなる。
【００７０】
また、光束が導光プリズム２０にその観察者側から入射したとき、導光プリズム２０に入射した光束のうちＰＢＳ１６に照射された光束は、該ＰＢＳによりｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分けられた後、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の半分とがＰＢＳ１６を透過して波長板２５に入射する。導光プリズム２０に入射した光束のうちＰＢＳ１６に照射されない残りの光束は、導光プリズム２０を透過した後、波長板２５に入射する。
【００７１】
このとき、光束のｐ偏光成分及びｓ偏光成分は、それぞれｓ偏光成分の偏光方向とは異なる偏光方向を有する直線偏光に波長板２５によって変換されるので、波長板２５を透過したｐ偏光成分及びｓ偏光成分のいずれも、ｓ偏光成分のみの透過を許す左眼用偏光板２１を透過することができない。このため、導光プリズム２０に入射した光束は左眼用偏光板２１から装着型表示装置１０の前方に射出されない。これにより、左眼用偏光板２１の前方でのＰＢＳ１６における光度とその周囲における光度との間に差がなくなる。従って、装着型表示装置１０を外界から見たとき、左眼用偏光板２１を配置することによってＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えることを、より確実に防止することができる。
【００７２】
実施例３では、波長板２５はその遅相軸が入射光束の偏光方向に対して１０°傾斜するように配置された例を示したが、これに代えて、遅相軸が入射光束の偏光方向に対して１０°以外の角度で傾斜するように波長板２５を配置することができる。
【００７３】
例えば、波長板２５の遅相軸を入射光束の偏光方向に対して４５°傾斜させた場合、左眼用偏光板２１を透過した自然光のｓ偏光成分は、波長板２５を透過することにより遅相軸から−４５°回転した直線偏光すなわちｐ偏光成分に変換される。波長板２５から射出したｐ偏光成分の一部は、導光プリズム２０内に入射した後、ＰＢＳ１６を透過して導光プリズム２０内から観察者に向けて射出する。また、波長板２５から射出したｐ偏光成分の一部は、導光プリズム２０内に入射した後、ＰＢＳ１６に入射することなく導光プリズム２０内から観察者に向けて射出する。
【００７４】
これにより、外界からＰＢＳ１６に入射した光束が全て観察者の左眼１９に照射されるので、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率が１である場合に比べて、観察者がＰＢＳ１６を通して外界を見たときの外界の明るさをより明るくすることができる。
【００７５】
また、入射光束の偏光方向に対する遅相軸の傾斜角度が４５°である場合、導光プリズム２０にその観察者側から入射してＰＢＳ１６を透過したｐ偏光成分及びｓ偏光成分と、導光プリズム２０に入射した光束のうちＰＢＳ１６に照射されない残りの光束のｐ偏光成分及びｓ偏光成分とは、波長板２５を透過することにより、それぞれｓ偏光成分及びｐ偏光成分に変換される。
【００７６】
その後、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分はそれぞれ左眼用偏光板２１に入射する。このとき、波長板２５によりｐ偏光成分に変換されたｓ偏光成分はその左眼用偏光板２１の透過が阻止され、ｓ偏光成分に変換されたｐ偏光成分はその左眼用偏光板２１の透過が許される。
【００７７】
これにより、ＰＢＳ１６を透過した光束のうち左眼用偏光板２１を透過して外界に射出する光束の単位面積当たりの光量と、ＰＢＳ１６を経ることなく導光プリズム２０を透過した光束のうち左眼用偏光板２１を透過して外界に射出する単位面積当たりの光量とが、ほぼ等しくなる。
【００７８】
従って、装着型表示装置１０を外界から見たとき、ＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさとほぼ等しくなるので、導光プリズム２０の前方にｓ偏光成分のみの透過を許す偏光板２１を配置することによってＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさに比べてより暗く見えることを、より確実に防止することができる。
【００７９】
また、実施例３では、波長板２５が入射光束の各偏光成分に与える光路差ｄが０．５λである例を示したが、これに代えて、０．５λ以外の光路差ｄを入射光束の各偏光成分に与える波長板２５を本発明に適用することができる。
【００８０】
この場合、波長板２５が入射光束の各偏光成分に与える光路差ｄを、０．１λ≦ｄ≦０．６λの範囲内で設定することが好ましい。
【００８１】
波長板２５が入射光束の各偏光成分に与える光路差ｄの値が０．１λよりも小さい場合、入射光束のｓ偏光成分及びｐ偏光成分をそれぞれ他の偏光に変換するという機能を波長板２５に十分に発揮させることができない。また、波長板２５が入射光束の各偏光成分に与える光路差ｄが０．６λよりも大きい場合、反射光の光干渉による所謂色付きが目立ってしまう。
【００８２】
これに対し、波長板２５が入射光束の各偏光成分に与える光路差ｄの値を０．１λ≦ｄ≦０．６λの範囲内で設定することにより、波長板２５としての前記した機能を十分に発揮させることができ且つ色付きを防止することができる。
【００８３】
上記した各実施例では、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓが０．５である例を示したが、これに代えて、例えば図５に示すように、反射率Ｒｓを０．７に設定することができる。
【００８４】
また、上記した各実施例では、ＰＢＳ１６が、互いに接合された二つのプリズム２０ｅ，２０ｆの一方のプリズム２０ｅの接合面２０ｇに誘電体が多層膜状に真空蒸着されることにより形成される例を示したが、これに代えて、入射する光束のｐ偏光成分の透過を許し且つ光束のｓ偏光成分を反射させる機能を有する板状部材でＰＢＳ１６を構成することができる。この場合、前記板状部材を二つのプリズム２０ｅ，２０ｆ間に挟持することができる。
【００８５】
更に、上記した各実施例では、偏光分離素子１６がＰＢＳ１６で構成された例を示したが、これに代えて、入射する光束のｐ偏光成分の透過を許し且つ光束のｓ偏光成分を反射させることができれば、ＰＢＳ１６以外の部材で偏光分離素子１６を構成することができる。
【００８６】
また、上記した各実施例では、反射部材１７が凹面鏡１７ａを有する例を示したが、これに代えて、偏光分離素子１６を透過したｐ偏光成分を偏光分離素子１６に向けて反射させることができれば、凹面鏡１７ａを有する反射部材１７以外の反射部材を本発明に適用することができる。
【００８７】
更に、上記した各実施例では、導光プリズム２０への入射光束は、前方面２０ｃで一回全反射する例を示したが、これに代えて、導光プリズム２０内への入射光束を、前方面２０ｃで後方面２０ｄに向けて全反射させ、後方面２０ｃでＰＢＳ１６に向けて更に全反射させることができ、又は、入射光束を前方面２０ｃと後方面２０ｄとで交互に複数回全反射させた後、入射光束をＰＢＳ１６に照射させることができる。この場合、導光プリズム２０の入射面２０ｂの傾斜方向を適宜変更することができる。
【００８８】
また、上記した各実施例では、表示画面１３からの光束が導光プリズム２０の前方面２０ｃで全反射した後にＰＢＳ１６に入射する例を示したが、これに代えて、表示画面１３からの光束を導光プリズム２０内で全反射させることなくＰＢＳ１６に直接照射することができる。この場合、導光プリズム２０を不要とし、更に、ＰＢＳ１６に前記したような板状のＰＢＳを用いることができる。
【００８９】
更に、上記した各実施例において、左右の眼の視力を矯正すべく屈折力を有する眼鏡レンズを備える既存の眼鏡に、本発明に係るコンバイナ光学系１１を用いることができる。
【００９０】
この場合、前記左右の眼鏡レンズにそれぞれ左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２の役割を担わせることができ、又は、前記左右の眼鏡レンズとは別に、左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２を設けることができる。
【００９１】
また、上記した各実施例では、コンバイナ光学系１１が左眼用偏光板２１を備え、該左眼用偏光板に隣接して右眼用偏光板２２が配置された例を示したが、これに代えて、左眼用偏光板２１及び右眼用偏光板２２をそれぞれ不要とすることができる。
【００９２】
この場合、装着型表示装置１０の外界から自然光がＰＢＳ１６に入射したとき、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓが０．５である場合、自然光のｐ偏光成分とｓ偏光成分の半分とがＰＢＳ１６を透過する。
【００９３】
これにより、左眼用偏光板２１が配置された場合と同様に、ＰＢＳ１６によるｓ偏光成分の反射率Ｒｓが１である場合に比べて、観察者がＰＢＳ１６を通して外界を見たときの外界の明るさが明るくなる。従って、観察者は、ＰＢＳ１６を通して外界を視認し易くなる。
【００９４】
また、光束が導光プリズム２０にその観察者側から入射したとき、導光プリズム２０の後方面２０ｄの領域のうちＰＢＳ１３に対応する領域以外の領域に照射された光束は、導光プリズム２０内から装着型表示装置１０の前方に射出される。
【００９５】
他方、導光プリズム２０の前方面２０ｃの領域のうちＰＢＳ１６に対応する領域に照射された光束は、ＰＢＳ１６に照射されたときにｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分けられる。ｐ偏光成分及びｓ偏光成分の半分は、ＰＢＳ１６を透過した後、導光プリズム２０内から装着型表示装置１０の前方に射出される。すなわち、ＰＢＳ１６に照射されたｐ偏光成分に加えてｓ偏光成分の半分が外界に射出される。
【００９６】
これにより、導光プリズム２０の領域のうちＰＢＳ１３に対応する領域以外の領域から射出された光束の単位面積当たりの光量を１とすると、ＰＢＳ１６に対応する領域から射出された光束の単位面積当たりの光量が０．７５となる。
【００９７】
従って、ＰＢＳ１６とその周囲とのコントラストが小さくなるので、装着型表示装置１０を外界から見たとき、ＰＢＳ１６の明るさがその周囲の明るさに比べて暗く見えることを確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る装着型表示装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係るコンバイン光学系を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明に係る偏光ビームスプリッタによるｓ偏光成分の反射率Ｒｓ及びｐ偏光成分の反射率Ｒｐとｓ偏光成分及びｐ偏光成分のそれぞれの波長との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る導光プリズムと左眼用偏光板との間に波長板が配置されたコンバイン光学系を概略的に示す説明図である。
【図５】図３に示す例とは別の実施例に係る偏光ビームスプリッタによるｓ偏光成分の反射率Ｒｓ及びｐ偏光成分の反射率Ｒｐとｓ偏光成分及びｐ偏光成分のそれぞれの波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９９】
１０  装着型表示装置
１１  コンバイナ光学系
１２  画像表示部
１６  偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）
１７  反射部材
１７ａ  凹面鏡
１８  １／４波長板
２０  導光プリズム
２０ｂ  入射面
２０ｃ  反射面（前方面）
２１  偏光部材（左眼用偏光板）
２５  波長板
【図１】
2009128649.tif 000003
【図２】
2009128649.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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