WO2025154428A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

装置の小型化を図りつつ、広い視野の高解像度の画像を生成できる画像表示装置を提供すること。　本技術は、画像光を生成する表示パネルと、所定の偏光方向の画像光を透過して観察者の瞳に導く光学系と、前記表示パネルからの画像光のうち、前記観察者の視野における第１領域に相当する画像光を前記光学系に向かって反射する反射板と、画像光の偏光方向を切り替える偏光制御部と、を備えており、前記偏光制御部が、前記第１領域に相当する画像光の偏光方向と、前記観察者の視野における前記第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光の偏光方向と、を交互に切り替える、画像表示装置を提供する。

Description

画像表示装置

　本開示に係る技術（以下「本技術」とも呼ぶ）は、画像表示装置に関する。

　従来、仮想現実（Virtual Reality：ＶＲ）や拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）などのExtended Reality（ＸＲ）に関する技術分野において、瞳に画像光を投射して画像を生成する技術が利用されている。

　たとえば特許文献１では、「ヘッドマウントディスプレイ装置の光学ユニットであって、光源から出射した光を集光する発光部と、前記発光部で集光された光を照明光として映像光を生成する表示部と、前記表示部からの映像光を投射する投射レンズと、前記投射レンズから投射された映像光の光軸を変位させる光軸変換素子と、前記光軸変換素子で光軸を変位させられた映像光を入力とし装着者の瞳孔に導く導光板を備えたことを特徴とする光学ユニット」に関する技術が開示されている。

　この特許文献１では、光軸変換素子として、ＭＥＭＳミラーや、各セルでの屈折率を変えた液晶パネルなどが用いられている。

特開２０２２－１６０１８２号公報

　しかし、特許文献１で開示されている技術を用いて光軸を変位させる場合、光軸の変位や眼球の回旋などにより、画像が見えなくなる場合がある。

　また、ＭＥＭＳミラーを光軸変換素子として用いる場合は、装置が大型化するおそれがある。各セルでの屈折率を変えた液晶パネルを光軸変換素子として用いる場合は、画素数に限界があるため高解像度の画像を生成することが難しい場合がある。

　たとえば仮想現実（ＶＲ）などにおいて、表示パネルを小型化する場合、画像光の光線を曲げる必要があるため、光学パワーが大きくなる。そのため、内部に反射面を有したパンケーキ光学系などが用いられるが、限界がある。

　中央付近のＰＰＤ（Pixels Per Degree）を向上させるには、表示パネルの多くの画素からの画像光を、観察者の中心視野（Central Vision）に集める光学系を採用することが好ましい。しかし、多くの画素からの画像光が中心視野に集まると、観察者の周辺視野（Peripheral Vision）には画像光が入射されにくくなる。観察者の周辺視野に画像光を入射させる場合、解像度が低下するおそれがある。

　そこで、本技術は、装置の小型化を図りつつ、広い視野の高解像度の画像を生成できる画像表示装置を提供することを主目的とする。

　本技術は、
　画像光を生成する表示パネルと、
　所定の偏光方向の画像光を透過して観察者の瞳に導く光学系と、
　前記表示パネルからの画像光のうち、前記観察者の視野における第１領域に相当する画像光を前記光学系に向けて反射する反射板と、
　画像光の偏光方向を切り替える偏光制御部と、を備えており、
　前記偏光制御部が、前記第１領域に相当する画像光の偏光方向と、前記観察者の視野における前記第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光の偏光方向と、を交互に切り替える、画像表示装置を提供する。
　前記画像表示装置が、前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部をさらに備えていてよい。
　前記偏光変換部が、前記表示パネルより外側かつ前記表示パネルの垂直方向に配置されており、
　前記偏光変換部と、前記反射板と、が、前記画像光が入射する側から順に積層されていてよい。
　前記表示パネルの幅をｓ、前記反射板の幅をｌ、前記反射板と前記表示パネルとの隙間の長さをｑ、前記表示パネルの中心と前記反射板の前記光学系側の端部とを結ぶ線分と、前記反射板とのなす角度をαとするとき、次の数式（１）を満たしてよい。
　ｓ／２＝（ｌ＋ｑ）・ｔａｎ（α）　・・・（１）
　前記光学系が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、レンズと、を有してよい。　前記表示パネルと、前記偏光制御部と、前記偏光変換部と、が、前記画像光が通過する順に積層されていてよい。
　前記光学系が、幾何学的位相による回折レンズを有してよい。
　前記反射板が、前記瞳と前記光学系との間、および、前記光学系と前記偏光制御部との間に配置されていてよい。
　前記光学系が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、レンズと、を有し、
　前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部が、前記光学系と前記偏光制御部との間に配置されていてよい。
　前記光学系が、幾何学的位相による回折レンズを有してよい。
　前記反射板が、前記表示パネルの垂直方向に対して傾斜して配置されていてよい。
　前記表示パネルの幅をｓ、前記反射板の幅をｌ、前記反射板と前記表示パネルとの隙間の長さをｑ、前記反射板の傾斜角をβとするとき、次の数式（２）を満たしてよい。
　ｌ・ｓｉｎβ＋ｓ／２＝（ｌ・ｃｏｓβ＋ｑ）・ｔａｎ（２β）　・・・（２）
　前記光学系が、前記画像光の一部を透過し、前記画像光の一部を前記反射板に向かって反射してよい。
　前記光学系が、前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部と、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、を含んで一体成型されていてよい。
　前記光学系が、前記画像光の一部を透過し、前記画像光の一部を前記反射板に向かって反射し、
　前記反射板が、前記画像光の一部を前記光学系に向かって反射し、前記画像光の一部を前記瞳に向かって反射してよい。
　前記表示パネルと前記反射板との間に、前記画像光の方向を変更する光学素子が配置されていてよい。
　前記表示パネルが画像光を切り替えるタイミングと、前記偏光制御部が偏光方向を切り替えるタイミングと、を同期させる画像制御部をさらに備えていてよい。
　前記画像制御部が、前記第１領域に相当する画像を反転させてよい。
　前記画像制御部が、前記第１領域に相当する画像と、前記第２領域に相当する画像と、が切り替わるタイミングで、前記表示パネルを消灯させてよい。
　前記第１領域が、周辺視野であり、
　前記第２領域が、中心視野であってよい。

　本技術によれば、装置の小型化を図りつつ、広い視野の高解像度の画像を生成できる画像表示装置を提供できる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示す説明図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００が表示する画像の例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る偏光制御部５の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示すフローチャートである。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示すグラフである。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。 本技術の一実施形態に係る光学素子８の構成例を示す模式図である。

　以下、本技術を実施するための好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が限定されることはない。また、本技術は、下記の実施例およびその変形例のいずれかを組み合わせることができる。

　以下の実施形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った用語で構成を説明することがある。たとえば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、完全に平行な状態からたとえば数％程度ずれた状態を含むことも意味する。他の「略」を伴った用語についても同様である。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。図面のスケールは、技術の特徴を分かり易くするために強調している。そのため、図面のスケールと実際のデバイスのスケールは必ずしも同一ではないことに留意すべきである。

　特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向または上側を意味し、「下」とは、図中の下方向または下側を意味し、「左」とは図中の左方向または左側を意味し、「右」とは図中の右方向または右側を意味する。また、図面については、同一または同等の要素または部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

　説明は以下の順序で行う。
　１．本技術の第１実施形態（画像表示装置の例１）
　（１）全体構成
　（２）動作例
　（３）偏光制御部
　２．本技術の第２実施形態（画像表示装置の例２）
　３．本技術の第３実施形態（画像表示装置の例３）
　４．本技術の第４実施形態（画像表示装置の例４）
　５．本技術の第５実施形態（画像表示装置の例５）
　６．本技術の第６実施形態（画像表示装置の例６）
　７．本技術の第７実施形態（画像表示装置の例７）
　８．本技術の第８実施形態（画像表示装置の例８）
　９．本技術の第９実施形態（画像表示装置の例９）
　１０．本技術の第１０実施形態（画像表示装置の例１０）

［１．本技術の第１実施形態（画像表示装置の例１）］
［（１）全体構成］
　本技術は、画像光を生成する表示パネルと、所定の偏光方向の画像光を透過して観察者の瞳に導く光学系と、前記表示パネルからの画像光のうち、前記観察者の視野における第１領域に相当する画像光を前記光学系に向かって反射する反射板と、前記光学系が透過する前記偏光方向を切り替える偏光制御部と、を備えており、前記偏光制御部が、前記第１領域に相当する画像光の偏光方向と、前記観察者の視野における前記第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光の偏光方向と、を交互に切り替える、画像表示装置を提供する。

　本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例について、図１を参照しながら説明する。図１は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１に示されるとおり、画像表示装置１００は、表示パネル１と、光学系２と、偏光変換部３と、反射板４と、偏光制御部５と、を備えている。

　表示パネル１は、画像光を生成する。具体的に説明すると、表示パネルは、観察者の視野における第１領域に相当する画像光と、観察者の視野における第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光と、を交互に生成する。第１領域は、たとえば周辺視野（Peripheral Vision）でありうる。第２領域は、たとえば中心視野（Central Vision）でありうる。

　観察者の視野には、中心視野と、周辺視野と、が含まれる。中心視野は、視覚の中心に位置する領域である。この領域は、詳細な視覚情報を捉えるのに特に適しており、対象物を焦点とし、高精度な視覚認識を支える領域である。一方、周辺視野は、中心視野から外れた視野の領域を指し、通常、視野の外側に位置する部分である。この領域は、中心視野と比べて詳細な視覚情報を提供する能力が低く、主に動きや広い景色の感知に使用される。

　偏光制御部５は、表示パネル１と同期して、画像光の偏光方向を切り替える。特に、偏光制御部５は、観察者の視野における第１領域に相当する画像光の偏光方向と、観察者の視野における第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光の偏光方向と、を交互に切り替える。

　この構成例では、偏光変換部３が、表示パネル１より外側かつ表示パネル１の垂直方向に配置されている。そして、偏光変換部３と、反射板４と、が、画像光が入射する側から順に積層されている。この模式図は、観察者の上方向から見た図になっている。そのため、偏光変換部３および反射板４は、観察者から見て左右方向にそれぞれ配置されている。

　偏光変換部３は、表示パネル１からの画像光の偏光方向を変換する。偏光変換部３は、たとえば波長板などでありうる。波長板は、複数の屈折材料から構成されており、直線偏光の偏光方向を回転させたり、直線偏光を円偏光に変換したりすることができる。入射角に応じて回転透過率が変動しにくい波長板を用いることが好ましい。

　波長板として、たとえば１／２波長板（ＨＷＰ）や１／４波長板（ＱＷＰ）などを用いることができる。ＨＷＰは、直線偏光の偏光方向を１８０度回転させる波長板である。ＨＷＰを通過した直線偏光は、その入射偏光方向に対して直角の方向に偏光される。ＱＷＰは、直線偏光を円偏光に変換する波長板である。

　なお、波長板の形状は特に限定されず、たとえば板状であってもよいし、フィルム状であってもよい。

　偏光制御部５からの画像光は、偏光変換部３を通過した後、反射板４により反射されて、再び偏光変換部３を通過する。たとえば偏光制御部５からの画像光が直線偏光であるＳ偏光であるとき、このＳ偏光は、偏光変換部３を通過することで、右回りの円偏光に変換される。そして、右回りの円偏光に変換された画像光は、反射板４により反射されることで、左回りの円偏光に変換される。そして、左回りの円偏光に変換された画像光は、再び偏光変換部３を通過することで、直線偏光であるＰ偏光に変換される。このようにして、偏光制御部５から出射されたＳ偏光が、Ｐ偏光に変換される。つまり、偏光制御部５から瞳（特に中心視野）に直接出射される画像光がＳ偏光であるとき、偏光変換部３および反射板４を介して瞳（特に周辺視野）に導かれる画像光はＰ偏光となる。

　反射板４は、表示パネル１からの画像光のうち、観察者の視野における第１領域（たとえば周辺視野）に相当する画像光を光学系２に向かって反射する。この画像光は、観察者の第１領域（たとえば周辺視野）に画像（虚像）として表示される。一方、表示パネル１からの画像光のうち、反射板４を介さない画像光は、観察者の第２領域（たとえば中心視野）に画像（虚像）として表示される。なお、反射板４は、第２領域に相当する画像光を光学系２に向かって反射してもよい。

　光学系２は、所定の偏光方向の画像光を透過して観察者の瞳に導く。この構成例では、光学系２が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部２１と、レンズ２２と、を有する。偏光変換部３は、たとえば偏光子であり、直線偏光であるＳ偏光またはＰ偏光を選択的に透過する。レンズ２２は、画像光を観察者の瞳に導く。

　表示パネル１の幅をｓ、反射板４の幅をｌ、反射板４と表示パネル１との隙間の長さをｑ、表示パネル１の中心と反射板４の光学系２側の端部とを結ぶ線分と、反射板４とのなす角度をαとするとき、次の数式（１）を満たすことが好ましい。

　ｓ／２＝（ｌ＋ｑ）・ｔａｎ（α）　・・・（１）

　この数式を満たすことにより、表示パネル１の中央付近におけるピーク輝度分布が向上する。その結果、表示パネル１の中央付近からの画像光が、瞳に届きやすくなる。

［（２）動作例］
　画像表示装置１００の動作例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示す説明図である。

　図２Ａは、第２領域（たとえば中心視野）に相当する画像光の偏光などの様子を示す。図２Ａに示されるとおり、たとえば、表示パネル１が、第２領域（たとえば中心視野）に相当する画像光を生成する。偏光制御部５は、この画像光の偏光方向をＰ偏光に変換する。観察者の視野における第２領域には、偏光制御部５が変換した画像光が、偏光変換部３を介さず、光学系２を介して導かれる。光学系２は、Ｐ偏光を透過させる。これにより、画像光が第２領域に導かれるため、観察者は、第２領域に相当する画像を観察できる。つまり、観察者の視野における第２領域には、第２領域に相当する画像が表示される。

　このとき、この画像光が反射板４などにより反射され、偏光変換部３を通過すると、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。光学系２はＳ偏光を透過させないため、画像光が第１領域に導かれない。そのため、観察者の第１領域には、第２領域に相当する画像は表示されない。

　図２Ｂは、第１領域（たとえば周辺視野）に相当する画像光の偏光などの様子を示す。図２Ｂに示されるとおり、表示パネル１が、第１領域（たとえば周辺視野）に相当する画像光を生成する。偏光制御部５は、この画像光の偏光方向をＳ偏光に変換する。この画像光が反射板４などにより反射され、偏光変換部３を通過すると、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。光学系２はＰ偏光を透過するため、画像光は第１領域に導かれる。観察者は、第１領域に相当する画像を観察できる。つまり、観察者の視野における第１領域には、第１領域に相当する画像が表示される。

　一方、光学系２はＳ偏光を透過させないため、反射板４などにより反射されずに光学系２に到達した画像光は、光学系２を透過しない。つまり、画像光が第２領域に導かれない。その結果、観察者の視野における第２領域には、第１領域に相当する画像は表示されない。

　この図２Ａに示す状態と図２Ｂに示す状態とが、交互に切り替えられる。

　画像表示装置１００の動作例について、さらに図３を参照しながら説明する。図３は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００が表示する画像の例を示す模式図である。以下、説明を簡略化するために、第１領域が周辺視野であり、第２領域が中心視野である例について説明する。

　図３Ａは、観察者の中心視野に表示する画像である。図３Ｂは、観察者の周辺視野に表示する画像である。表示パネル１（図１参照）は、図３Ａに示す画像の画像光と、図３Ｂに示す画像の画像光と、を交互に生成する。

　図３Ｃおよび図３Ｄは、画像表示装置１００によって観察者が観察する様子を模式的に示している。図３Ｃでは、中心視野に相当する画像が表示されているが、周辺視野に相当する画像は表示されていない。

　一方で、図３Ｄでは、周辺視野に相当する画像が反射板４（図１参照）などを介して表示されているが、中心視野に相当する画像は表示されていない。周辺視野に相当する画像は、反射板４により反射されるため、図３Ｂに示される画像が左右方向に反転されたものになっている。後述する画像制御部が、周辺視野に相当する画像を反転させる。

　図３Ｃに示される画像と、図３Ｄに示される画像が交互に表示されることにより、観察者は、図３Ｅに示される画像を観察できる。このようにして、画像表示装置１００は、小型でありながら、広い視野の高解像度の画像を生成できる。この効果は、後述する他の実施形態においても同様に生じる。そのため、他の実施形態の説明においては、再度の記載を省略することがある。

　また、本実施形態によれば、表示パネルからの画像光の主光線が観察者の中心視野に集まるため、中央付近のＰＰＤ（Pixels Per Degree）を向上させることができる。

　なお、この構成例では、反射板４は、観察者の左右方向に配置されているが、たとえば観察者の上下方向に配置されていてもよい。この場合、表示パネル１は、上下方向に反転させた画像光を生成することが好ましい。

　また、第２領域が周辺視野であり、第１領域が中心視野であってもよい。さらに、第２領域と第１領域のそれぞれは、中心視野と周辺視野以外の視野であってもよい。この視野には、たとえば暗視野、盲点、残像視野などが含まれる。

　また、第１領域に相当する画像が、観察者の第２領域に表示されてもよい。第２領域に相当する画像が、観察者の第１領域に表示されてもよい。第２領域と第１領域は、それぞれ一部が重複していてもよい。たとえば、第２領域の一部が第１領域に含まれていてもよいし、第１領域の一部が第２領域に含まれていてもよい。

［（３）偏光制御部］
　偏光制御部５の構成例について、図４を参照しつつ説明する。図４は、本技術の一実施形態に係る偏光制御部５の構成例を示す模式図である。

　図４に示されるとおり、偏光制御部５は、液晶５１の両面に透明電極５２が配置されている。この透明電極５２は、たとえばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＰＥＤＯＴなどの導電性材料を含む。この透明電極５２のうち、表示パネル（図示省略）と対向する面に偏光子５３が配置されている。

　それぞれの透明電極５２には、画像制御部６が接続されている。この画像制御部６には、電源７が接続されている。この画像制御部６が、それぞれの透明電極５２を介して液晶５１に電圧を印加することで、液晶５１の偏光方向を変化させることができる。

　なお、図示を省略するが、画像光の偏光方向を制御するために、空間光変調器（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）などがさらに用いられてもよい。

　また、この偏光制御部５は、構成例として液晶を用いた構成になっているが、この構成に限られない。偏光制御部５として、たとえば電気工学結晶を用いてもよい。電気工学結晶は、光の偏光状態によって電気抵抗が変化する性質を利用した偏光素子である。電気工学結晶は、入射光の偏光状態に応じて、電流を流したり、電圧を発生したりすることができる。電気工学結晶は、高い偏光透過率や、広い波長範囲で使用できるというメリットがある。

　画像制御部６は、表示パネルが画像光を切り替えるタイミングと、前記偏光制御部が偏光方向を切り替えるタイミングと、を同期させる。このことについて、図５を参照しつつ説明する。図５は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示すフローチャートである。

　図５に示されるとおり、まず、ステップＳ１において、偏光制御部５および画像制御部６のそれぞれに、制御信号が入力される。

　次に、ステップＳ２において、画像制御部６に、映像信号が入力される。この映像信号は、第１領域に相当する画像フレームと、第２領域に相当する画像フレームと、を交互に含む。このときのフレームレートは特に限定されないが、高いほうが好ましい。フレームレートは、たとえば１２０ｆｐｓ以上であることが好ましく、２４０ｆｐｓ以上であることがより好ましく、４８０ｆｐｓ以上であることがさらに好ましい。

　次に、ステップＳ３において、画像制御部６は、第１領域に相当する画像フレームを反転させる。

　次に、ステップＳ４において、表示パネル１は、映像信号に基づいて、画像光を生成する。このとき、画像制御部６は、表示パネルが画像光を切り替えるタイミングと、前記偏光制御部が偏光方向を切り替えるタイミングと、を同期させる。

　このことについて、さらに図６を参照しつつ説明する。図６は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示すグラフである。

　図６Ａは、偏光制御部５の動作例を示すグラフである。横軸が時間を示し、縦軸が偏光制御部５に印加される電圧を示す。図６Ａに示されるとおり、偏光制御部５に電圧が印加される時間と、電圧が印加されない時間と、が交互に繰り返されている。

　図６Ｂは、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向を示すグラフである。電圧が印加されたとき、偏光制御部５は、たとえばＰ偏光を出射する。電圧が印加されないとき、偏光制御部５は、たとえばＳ偏光を出射する。

　図６Ｃは、表示パネル１が生成する画像光の種類を示すグラフである。偏光制御部５がＰ偏光を出射するとき、表示パネル１は、たとえば中心視野に相当する画像光を生成する。偏光制御部５がＳ偏光を出射するとき、表示パネル１は、たとえば周辺視野に相当する画像光を出射する。

　このようにして、表示パネル１は、第１領域（たとえば周辺視野）に相当する画像光と、第２領域（たとえば中心視野）に相当する画像光と、を交互に生成する。このとき、それぞれの画像光が切り替わるときに、クロストークが発生するおそれがある。そのため、画像制御部６が、第１領域に相当する画像と、第２領域に相当する画像と、が切り替わるタイミングで、表示パネル１を消灯させることが好ましい。

　このことについて、図７を参照しながら説明する。図７は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の動作例を示す模式図である。

　図７Ａは、偏光制御部５の動作例を示すグラフである。偏光制御部５は、たとえばＰ偏光とＳ偏光を交互に切り替える。

　図７Ｂは、表示パネル１の動作例を示す図である。表示パネル１は、偏光制御部５と同期して動作する。表示パネル１は、Ｐ偏光として出射される第１画像光（第１領域に相当する画像光）Ｌ１と、Ｓ偏光として出射される第２画像光（第２領域に相当する画像光）Ｌ２と、を交互に生成する。

　このとき、図７Ａに示されるとおり、偏光方向は瞬時に切り替わらない。Ｐ偏光の強度が徐々に小さくなるにつれて、Ｓ偏光の強度が徐々に大きくなる。そのため、表示パネル１が第１画像光Ｌ１をまだ生成している時間に、偏光制御部５のＳ偏光の強度が高くなることがある。これにより、クロストークが発生するおそれがある。

　そのため、図７Ｃに示されるとおり、画像制御部６が、第１画像光Ｌ１と、第２画像光Ｌ２と、が切り替わるタイミングで、表示パネル１を消灯させることが好ましい。この例では、偏光制御部５がＰ偏光を出射するタイミング（図７Ａ参照）と、表示パネル１が第１画像光Ｌ１を出射するタイミング（図７Ｂ参照）と、の間に遅延時間τを発生させている。２０％でのデューティー駆動を行う表示パネル１に対して、遅延時間τを発生させることにより、８０％の時間を非アクティブ状態（発光しない状態）としている。

　本技術の第１実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［２．本技術の第２実施形態（画像表示装置の例２）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図８を参照しながら説明する。図８は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図８に示されるとおり、表示パネル１と、偏光制御部５と、偏光変換部３と、が、画像光が通過する順に積層されている。第１実施形態では、画像表示装置１００が２つの偏光変換部３を備えている。一方、第２実施形態では、画像表示装置１００が１つの偏光変換部３を備えている。

　また、第２実施形態では、光学系２が、幾何学的位相による回折レンズを有している。この回折レンズは、たとえばＰＢＰ（Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相）レンズなどであってよい。幾何学的位相による回折レンズを用いることにより、画像表示装置１００の薄型化が可能となる。

　たとえば、表示パネル１が、第２領域（たとえば中心視野）に相当する画像光を生成する。偏光制御部５は、この画像光の偏光方向をＰ偏光に変換する。偏光変換部３は、このＰ偏光を右回りの円偏光に変換する。光学系２は、この右回りの円偏光を集光させる。これにより、観察者は、第２領域に相当する画像を観察できる。つまり、観察者の中心視野には、中心視野に相当する画像が表示される。

　このとき、この画像光が反射板４などにより反射されると、右回り円偏光が左回りの円偏光に変換される。光学系２は、左回りの円偏光を発散させるため、観察者の周辺視野に、中心視野に相当する画像は表示されない。

　続いて、表示パネル１が、第１領域（たとえば周辺視野）に相当する画像光を生成する。偏光制御部５は、この画像光の偏光方向をＳ偏光に変換する。偏光変換部３は、このＳ偏光を左回りの円偏光に変換する。この画像光が反射板４などにより反射されると、左回りの円偏光が右回りの円偏光に変換される。光学系２は、この右回りの円偏光を集光させる。これにより、観察者は、第１領域に相当する画像を観察できる。つまり、観察者の周辺視野には、周辺視野に相当する画像が表示される。

　一方、光学系２は左回りの円偏光を発散させるため、反射板４などにより反射されずに光学系２に到達した画像光は、光学系２により発散する。つまり、観察者の中心視野に、周辺視野に相当する画像は表示されない。

　本技術の第２実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［３．本技術の第３実施形態（画像表示装置の例３）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図９を参照しながら説明する。図９は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図９に示されるとおり、反射板４が、瞳と光学系２との間、および、光学系２と偏光制御部５との間に配置されている。偏光変換部３は、光学系２と偏光制御部５との間に配置されている。光学系２は、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部２１と、レンズ２２と、を有している。

　瞳と光学系２との間に配置されている反射板４と、光学系２と偏光制御部５との間に配置されている反射板４と、のそれぞれは、一体成型されていてもよいし、分離していてもよい。本実施形態においては、反射板４は一体成型されている。

　本実施形態によれば、画像光が２回反射する。たとえば、偏光制御部５から出射された画像光は、光学系２と偏光制御部５との間に配置されている反射板４により反射されて、光学系２を通過し、瞳と光学系２との間に配置されている反射板４により反射されて、瞳に導かれる。

　本実施形態によれば、画像光が２回反射するため、周辺視野に相当する画像の反転処理が不要になる。これにより、この反転処理により生じる遅延（レイテンシー）が削減できる。

　さらに、瞳と光学系２との間に反射板４が配置されているため、画像表示装置１００は、より広い視野の画像を観察者に観察させることができる。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、偏光透過部２１が透過する偏光方向については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本技術の第３実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［４．本技術の第４実施形態（画像表示装置の例４）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１０に示されるとおり、反射板４が、瞳と光学系２との間、および、光学系２と偏光制御部５との間に配置されている。表示パネル１と、偏光制御部５と、偏光変換部３と、が、画像光が通過する順に積層されている。光学系２が、幾何学的位相による回折レンズを有している。

　瞳と光学系２との間に配置されている反射板４と、光学系２と偏光制御部５との間に配置されている反射板４と、のそれぞれは、一体成型されていてもよいし、分離していてもよい。本実施形態においては、反射板４は分離している。

　本実施形態によれば、画像光が２回反射する。その効果は、第３実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、光学系２が集光または発散させる偏光方向については、第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本技術の第４実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［５．本技術の第５実施形態（画像表示装置の例５）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１１に示されるとおり、反射板４が、表示パネル１の垂直方向に対して傾斜して配置されている。光学系２は、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部２１と、レンズ２２と、を有している。

　広い視野の画像を観察者に観察させる場合、光学系２が有するレンズ２２の径が大きくなる傾向にある。一方で、近年、小型でありながら画素数が多い表示パネル１が採用される傾向になる。このような傾向にある場合、反射板４を、表示パネル１の垂直方向に対して傾斜して配置することで、画像表示装置１００内の空間を有効活用できて、装置の小型化が可能となる。

　表示パネル１の幅をｓ、反射板４の幅をｌ、反射板４と表示パネル１との隙間の長さをｑ、反射板４の傾斜角をβとするとき、次の数式（２）を満たすことが好ましい。

　ｌ・ｓｉｎβ＋ｓ／２＝（ｌ・ｃｏｓβ＋ｑ）・ｔａｎ（２β）　・・・（２）

　この数式を満たすことにより、表示パネル１の中央付近におけるピーク輝度分布が向上する。その結果、表示パネル１の中央付近からの画像光が、瞳に届きやすくなる。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、偏光透過部２１が透過する偏光方向については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本技術の第５実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［６．本技術の第６実施形態（画像表示装置の例６）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１２に示されるとおり、表示パネル１と、偏光制御部５と、偏光変換部３と、が、画像光が通過する順に積層されている。光学系２が、幾何学的位相による回折レンズを有している。

　反射板４が、表示パネル１の垂直方向に対して傾斜して配置されている。その効果は、第５実施形
態と同様であるため、説明を省略する。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、光学系２が集光または発散させる偏光方向については、第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本技術の第６実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［７．本技術の第７実施形態（画像表示装置の例７）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１３に示されるとおり、表示パネル１と、偏光制御部５と、が、画像光が通過する順に積層されている。

　光学系２は、レンズ２２と、偏光透過部２１と、反射防止部２３と、を有している。偏光透過部２１と、反射防止部２３と、が積層されている。画像光が入射される側に、反射防止部２３が配置されている。

　光学系２が、画像光の一部を透過し、画像光の一部を反射板４に向かって反射する。反射板４の画像光が入射する面には、偏光変換部３が配置されている。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、偏光透過部２１が透過する偏光方向については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本実施形態によれば、導光板を用いた形態に比べて、主光線が瞳に導かれやすくなる。

　本技術の第７実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［８．本技術の第８実施形態（画像表示装置の例８）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１４に示されるとおり、表示パネル１と、偏光制御部５と、が、画像光が通過する順に積層されている。

　光学系２は、偏光変換部３と、偏光透過部２１と、を含んで一体成型されている。この光学系２は、たとえばプリズム２４として構成されてよい。

　プリズム２４において、画像光の入射面および出射面は、自由曲面になっている。偏光変換部３が配置されている面は、平面になっている。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、偏光透過部２１が透過する偏光方向については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本実施形態によれば、製造工程が削減されるため、製造効率の向上や、製造コストの低減などを図ることができる。

　本技術の第８実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［９．本技術の第９実施形態（画像表示装置の例９）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１５を参照しながら説明する。図１５は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１５に示されるとおり、表示パネル１と、偏光制御部５と、が、画像光が通過する順に積層されている。

　光学系２は、偏光透過部２１と、レンズ２２と、を有する。偏光透過部２１は、画像光の一部を透過し、画像光の一部を反射板４に向かって反射している。

　反射板４は、たとえば軸対象曲面ミラーなどであってよい。反射板４は、偏光変換部３からの画像光を反射する。反射板４は、画像光の一部を光学系２に向かって反射し、画像光の一部を瞳に向かって反射する。つまり、本実施形態によれば、画像光が２回反射する。その効果は、第３実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　なお、偏光制御部５が出射する画像光の偏光方向と、偏光透過部２１が透過する偏光方向については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

　本技術の第９実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

［１０．本技術の第１０実施形態（画像表示装置の例１０）］
　本技術の他の実施形態に係る画像表示装置について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置１００の構成例を示す模式図である。

　図１６に示されるとおり、表示パネル１と反射板４との間に、画像光の方向を変更する光学素子８が配置されている。この光学素子８は、たとえばプリズムや回折光学素子などを用いることができる。プリズムは、たとえばＶブロックプリズムなどであってよい。回折光学素子は、たとえばPb phase deflectorなどの光偏向器、ホログラム、グレーティングなどであってよい。Pb phase deflectorは、液晶を用いた光偏向器であり、プリズムよりも薄型化することができる。

　また、この光学素子８には、画像光を透過させる板状の光学素子８１が配置されている。この板状の光学素子８１は、たとえばガラスなどから構成されてよい。

　本実施形態によれば、中心視野に相当する画像と、周辺視野に相当する画像と、の境界線を目立たなくさせることができる。このことについて、図１７を参照しながら説明する。図１７は、本技術の一実施形態に係る光学素子８の構成例を示す模式図である。

　図１７に示されるとおり、光学素子８の一例としてＶブロックプリズムが示されている。この光学素子８には、表示パネル１および反射板４のそれぞれから画像光が入射される。光学素子８は、入射されたそれぞれの画像光を合成して、一つの光束として出射する。このような構成とすることにより、中心視野に相当する画像と、周辺視野に相当する画像と、の境界線を目立たなくさせることができる。

　なお、この境界線を目立たなくさせるために、たとえばフォーカス位置を調整してもよい。フォーカス位置を、表示パネル１からデフォーカスさせて、ビームスポットにある程度の幅を持たせてもよい。

　本技術の第１０実施形態に係る画像表示装置について説明した上記の内容は、技術的な矛盾が特にない限り、本技術の他の実施形態に適用できる。

　なお、本技術に係る実施形態は、上述したそれぞれの実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。それぞれの実施形態において記載した具体的な数値、形状、材料（組成を含む）等は一例であって、これらに限定されるものではない。

　また、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］
　画像光を生成する表示パネルと、
　所定の偏光方向の画像光を透過して観察者の瞳に導く光学系と、
　前記表示パネルからの画像光のうち、前記観察者の視野における第１領域に相当する画像光を前記光学系に向けて反射する反射板と、
　画像光の偏光方向を切り替える偏光制御部と、を備えており、
　前記偏光制御部が、前記第１領域に相当する画像光の偏光方向と、前記観察者の視野における前記第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光の偏光方向と、を交互に切り替える、画像表示装置。
［２］
　前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部をさらに備えている、
　［１］に記載の画像表示装置。
［３］
　前記偏光変換部が、前記表示パネルより外側かつ前記表示パネルの垂直方向に配置されており、
　前記偏光変換部と、前記反射板と、が、前記画像光が入射する側から順に積層されている、
　［２］に記載の画像表示装置。
［４］
　前記表示パネルの幅をｓ、前記反射板の幅をｌ、前記反射板と前記表示パネルとの隙間の長さをｑ、前記表示パネルの中心と前記反射板の前記光学系側の端部とを結ぶ線分と、前記反射板とのなす角度をαとするとき、次の数式（１）を満たす、
　［１］から［３］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
　ｓ／２＝（ｌ＋ｑ）・ｔａｎ（α）　・・・（１）
［５］
　前記光学系が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、レンズと、を有する、
　［１］から［４］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［６］
　前記表示パネルと、前記偏光制御部と、前記偏光変換部と、が、前記画像光が通過する順に積層されている、
　［２］から［５］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［７］
　前記光学系が、幾何学的位相による回折レンズを有する、
　［１］から［６］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［８］
　前記反射板が、前記瞳と前記光学系との間、および、前記光学系と前記偏光制御部との間に配置されている、
　［１］から［７］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［９］
　前記光学系が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、レンズと、を有し、
　前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部が、前記光学系と前記偏光制御部との間に配置されている、
　［８］に記載の画像表示装置。
［１０］
　前記光学系が、幾何学的位相による回折レンズを有する、
　［８］または［９］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１１］
　前記反射板が、前記表示パネルの垂直方向に対して傾斜して配置されている、
　［１］から［１０］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１２］
　前記表示パネルの幅をｓ、前記反射板の幅をｌ、前記反射板と前記表示パネルとの隙間の長さをｑ、前記反射板の傾斜角をβとするとき、次の数式（２）を満たす、
　［１１］に記載の画像表示装置。
　ｌ・ｓｉｎβ＋ｓ／２＝（ｌ・ｃｏｓβ＋ｑ）・ｔａｎ（２β）　・・・（２）
［１３］
　前記光学系が、前記画像光の一部を透過し、前記画像光の一部を前記反射板に向かって反射する、
　［１］から［１２］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１４］
　前記光学系が、前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部と、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、を含んで一体成型されている、
　［１］から［１３］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１５］
　前記光学系が、前記画像光の一部を透過し、前記画像光の一部を前記反射板に向かって反射し、
　前記反射板が、前記画像光の一部を前記光学系に向かって反射し、前記画像光の一部を前記瞳に向かって反射する、
　［１］から［１４］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１６］
　前記表示パネルと前記反射板との間に、前記画像光の方向を変更する光学素子が配置されている、
　［１］から［１５］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１７］
　前記表示パネルが画像光を切り替えるタイミングと、前記偏光制御部が偏光方向を切り替えるタイミングと、を同期させる画像制御部をさらに備えている、
　［１］から［１６］のいずれか一つに記載の画像表示装置。
［１８］
　前記画像制御部が、前記第１領域に相当する画像を反転させる、
　［１７］に記載の画像表示装置。
［１９］
　前記画像制御部が、前記第１領域に相当する画像と、前記第２領域に相当する画像と、が切り替わるタイミングで、前記表示パネルを消灯させる、
　［１７］または［１８］に記載の画像表示装置。
［２０］
　前記第１領域が、周辺視野であり、
　前記第２領域が、中心視野である、
　［１］から［１９］のいずれか一つに記載の画像表示装置。

　１００　画像表示装置
　１　表示パネル
　２　光学系
　２１　偏光透過部
　２２　レンズ
　２３　反射防止部
　３　偏光変換部
　４　反射板
　５　偏光制御部
　５１　液晶
　５２　透明電極
　５３　偏光子
　６　画像制御部
　７　電源
　８　光学素子

Claims (20)

1. 　画像光を生成する表示パネルと、
   　所定の偏光方向の画像光を透過して観察者の瞳に導く光学系と、
   　前記表示パネルからの画像光のうち、前記観察者の視野における第１領域に相当する画像光を前記光学系に向けて反射する反射板と、
   　画像光の偏光方向を切り替える偏光制御部と、を備えており、
   　前記偏光制御部が、前記第１領域に相当する画像光の偏光方向と、前記観察者の視野における前記第１領域とは異なる第２領域に相当する画像光の偏光方向と、を交互に切り替える、画像表示装置。
2. 　前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部をさらに備えている、
   　請求項１に記載の画像表示装置。
3. 　前記偏光変換部が、前記表示パネルより外側かつ前記表示パネルの垂直方向に配置されており、
   　前記偏光変換部と、前記反射板と、が、前記画像光が入射する側から順に積層されている、
   　請求項２に記載の画像表示装置。
4. 　前記表示パネルの幅をｓ、前記反射板の幅をｌ、前記反射板と前記表示パネルとの隙間の長さをｑ、前記表示パネルの中心と前記反射板の前記光学系側の端部とを結ぶ線分と、前記反射板とのなす角度をαとするとき、次の数式（１）を満たす、
   　請求項１に記載の画像表示装置。
   　ｓ／２＝（ｌ＋ｑ）・ｔａｎ（α）　・・・（１）
5. 　前記光学系が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、レンズと、を有する、
   　請求項１に記載の画像表示装置。
6. 　前記表示パネルと、前記偏光制御部と、前記偏光変換部と、が、前記画像光が通過する順に積層されている、
   　請求項２に記載の画像表示装置。
7. 　前記光学系が、幾何学的位相による回折レンズを有する、
   　請求項１に記載の画像表示装置。
8. 　前記反射板が、前記瞳と前記光学系との間、および、前記光学系と前記偏光制御部との間に配置されている、
   　請求項１に記載の画像表示装置。
9. 　前記光学系が、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、レンズと、を有し、
   　前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部が、前記光学系と前記偏光制御部との間に配置されている、
   　請求項８に記載の画像表示装置。
10. 　前記光学系が、幾何学的位相による回折レンズを有する、
    　請求項８に記載の画像表示装置。
11. 　前記反射板が、前記表示パネルの垂直方向に対して傾斜して配置されている、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
12. 　前記表示パネルの幅をｓ、前記反射板の幅をｌ、前記反射板と前記表示パネルとの隙間の長さをｑ、前記反射板の傾斜角をβとするとき、次の数式（２）を満たす、
    　請求項１１に記載の画像表示装置。
    　ｌ・ｓｉｎβ＋ｓ／２＝（ｌ・ｃｏｓβ＋ｑ）・ｔａｎ（２β）　・・・（２）
13. 　前記光学系が、前記画像光の一部を透過し、前記画像光の一部を前記反射板に向かって反射する、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
14. 　前記光学系が、前記表示パネルからの画像光の偏光方向を変換する偏光変換部と、直線偏光を選択的に透過する偏光透過部と、を含んで一体成型されている、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
15. 　前記光学系が、前記画像光の一部を透過し、前記画像光の一部を前記反射板に向かって反射し、
    　前記反射板が、前記画像光の一部を前記光学系に向かって反射し、前記画像光の一部を前記瞳に向かって反射する、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
16. 　前記表示パネルと前記反射板との間に、前記画像光の方向を変更する光学素子が配置されている、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
17. 　前記表示パネルが画像光を切り替えるタイミングと、前記偏光制御部が偏光方向を切り替えるタイミングと、を同期させる画像制御部をさらに備えている、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
18. 　前記画像制御部が、前記第１領域に相当する画像を反転させる、
    　請求項１７に記載の画像表示装置。
19. 　前記画像制御部が、前記第１領域に相当する画像と、前記第２領域に相当する画像と、が切り替わるタイミングで、前記表示パネルを消灯させる、
    　請求項１７に記載の画像表示装置。
20. 　前記第１領域が、周辺視野であり、
    　前記第２領域が、中心視野である、
    　請求項１に記載の画像表示装置。