JP2012220776A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】頭部装着型表示装置の小型化や軽量化を実現する。
【解決手段】頭部装着型表示装置１は、第１の光Ｌ１と第２の光とを射出する画像形成部２と、第１の光Ｌ１が入射する領域で第１の偏光Ｌ３が透過し、第２の光Ｌ２が入射する領域で第２の偏光Ｌ４が透過する特性の偏光素子３と、偏光素子３から射出された第１の偏光Ｌ３と第２の偏光Ｌ４のうちの一方の偏光が透過し、他方の偏光が反射する特性の偏光分離面８を含み、偏光分離面８を透過した偏光を観察者の両眼の片方へ導くとともに偏光分離面８で反射した偏光を観察者の両眼のもう片方へ導く導光部６を備える。導光部６は、偏光分離面８を透過した偏光が入射する位置に配置された１／４波長板１２と、１／４波長板１２を通った偏光が反射して折り返される反射ミラー１３を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、頭部装着型表示装置に関する。

表示装置の１つとして、頭部装着型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。頭部装着型表示装置は、コンパクトでありながら、実質的に大画面の画像を視聴可能である。特許文献１の頭部装着型表示装置は、液晶パネルから射出される光を半透過膜分離し、分離した一方の光を左目へ導くとともに他方の光を右目へ導く構造である。

近年、３Ｄ画像を視聴可能な頭部装着型表示装置が期待されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の頭部装着型表示装置は、画像を外界情景に重ねて表示可能な表示部が左目用と右目用に個別に設けられており、左目と右目で異なる画像を表示可能である。

特開２００１−１７７７８５号公報 特開２００８−５８４６１号公報

しかしながら、特許文献２のような頭部装着型表示装置は、左目用の表示部と右目用の表示部を個別に設けるので、装置の小型化や軽量化を実現することが難しい。また、各表示部から眼球に光を導く光学系を左目用と右目用のそれぞれに設けると、光学系の構成が複雑になり、装置の小型化や軽量化を実現することが難しい。このように従来の頭部装着型表示装置は、小型化や軽量化を実現することが難しく、携帯性や利便性を実現することが困難である。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、左目と右目とで異なる画像を表示可能であり、装置の小型化や軽量化を実現可能な頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の頭部装着型表示装置は、右目用画像を示す第１の光及び左目用画像を示す第２の光を射出する画像形成部と、前記画像形成部から射出された光が入射する位置に配置され、前記第１の光が入射する領域で第１の偏光が透過するとともに前記第２の光が入射する領域で第２の偏光が透過する特性の偏光素子と、前記偏光素子から射出された前記第１の偏光と第２の偏光のうちの一方の偏光が透過するとともに他方の偏光が反射する特性の偏光分離面を含んで構成され、前記偏光分離面を透過した偏光を観察者の両眼のうちの一方へ導くとともに前記偏光分離面で反射した偏光を前記観察者の両眼のうちの他方へ導く導光部と、を備え、前記導光部は、前記偏光分離面を透過した偏光が入射する位置に配置された１／４波長板と、前記１／４波長板を通った偏光が反射して折り返される反射ミラーと、を含む。

上記の頭部装着型表示装置において、画像形成部から射出されて偏光素子を通った右目画像を示す第１の偏光と左目用画像を示す第２の偏光は、互いに異なる偏光状態となり、一方の偏光が偏光分離面を透過して観察者の両眼の片方へ導光され、他方の偏光が偏光分離面で反射して観察者の両眼のもう片方へ導光される。このように、同一の画像形成部で形成された左目用画像と右目用画像とが、観察者の左目と右目とに別れて観察されるので、左目用と右目用に個別に画像形成部が設けられている構成と比較して、装置の小型化や軽量化を実現することができる。

また、偏光分離面を透過した偏光は、反射ミラーで反射する前後で１／４波長板を２回通ることになり、１／４波長板へ入射前とは直交する偏光へ変換されて偏光分離面へ再度入射し、偏光分離面で反射する。このように、左目用画像を示す偏光と右目用画像を示す偏光は、その一方の偏光が反射ミラーを経由して偏光分離面で反射し、他方の偏光が反射ミラーを経由しないで偏光分離面で反射する。したがって、左目用画像を示す偏光と右目用画像を示す偏光は、偏光素子から偏光分離面へ向う偏光の光路に関して互いに対称的に進行することになり、観察者の左目と右目とに分けて導光することが容易になる。よって、導光部の構成をシンプルにすることができ、装置の小型化や軽量化を実現することができる。

上記の頭部装着型表示装置において、前記偏光素子は、透過軸に平行な偏光が透過する特性を有し、前記第１の光が入射する領域の透過軸と前記第２の光が入射する領域の透過軸とが互いに直交していてもよい。

このようにすれば、第１の光のうちで偏光素子を透過する第１の偏光と、第２の光のうちで偏光素子を透過する第２の偏光とが直交することになり、偏光分離面で第１の偏光と第２の偏光を高精度に分離することができる。

上記の頭部装着型表示装置において、前記画像形成部は、複数の画素からなり前記第１の光を射出する第１の画素グループと、複数の画素からなり前記第２の光を射出する第２の画素グループとを含み、前記第１の画素グループを構成する画素が所定の方向に連続して並んでいるとともに前記第２の画素グループを構成する画素が前記所定の方向に連続して並んでいてもよい。

このようにすれば、各画素グループを構成する画素が所定の方向に連続して並んでいるので、各画素グループを構成する画素の駆動方法をシンプルにすることができる。

上記の頭部装着型表示装置において、前記画像形成部は、複数の画素からなり前記第１の光を射出する第１の画素グループと、複数の画素からなり前記第２の光を射出する第２の画素グループとを含み、前記第１の画素グループを構成する画素と前記第２の画素グループを構成する画素は、互いに交差する第１方向と第２方向のそれぞれにおいて交互に並んでいてもよい。

このようにすれば、各画素グループの画素の分布が第１方向と第２方向のいずれにおいても均一になるので、画素の分布の偏りによる表示品質の低下を抑制することができる。

上記の頭部装着型表示装置は、前記画像形成部と前記偏光分離素子との間の光路に配置され、前記偏光分離素子を経由した偏光を前記観察者の左目又は右目に結像させる結像部を備えていてもよい。

このようにすれば、画像形成部と偏光分離面との間の光路に結像部が配置されているので、左目用画像を左目に結像させる光学系と右目画像を右目に結像させる光学系の少なくとも一部を共通化することができ、装置の小型化や軽量化を実現することができる。

上記の頭部装着型表示装置において、前記導光部は、前記偏光分離面から前記一方の偏光の結像面までの光路長と前記偏光分離面から前記他方の偏光の結像面までの光路長の違いによる焦点のずれを補正する焦点補正部を含んでいてもよい。

このようにすれば、左目用画像と右目用画像をそれぞれ同じ結像部で結像させる場合に、偏光分離面から一方の偏光の結像面までの光路長と、偏光分離面から他方の偏光の結像面までの光路長の違いに起因するピンボケ等を抑制することができる。

第１実施形態の頭部装着型表示装置を示す図である。 第１実施形態における画像形成部の画素配列を示す平面図である。 第１実施形態における画素を拡大して示す平面図である。 第１実施形態における偏光素子を示す平面図である。 第２実施形態における画像形成部の画素配列を示す平面図である。 第２実施形態における画像形成部のサブ画素組の構成を示す回路図である。 第３実施形態における画像形成部の画素配列を示す平面図である。 第３実施形態における偏光素子を示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、偏光素子の製造方法の一例を示す工程図である。 （Ｇ）〜（Ｌ）は、図９（Ｆ）から続く工程図である。

以下、本発明の実施形態及び実施例について図面を参照しながら説明する。説明に用いる図面中の構造の寸法や縮尺は、実際と異なることがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の頭部装着型表示装置を示す図である。図１に示すヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型表示装置）１は、互いに異なる左目用画像と右目用画像を、観察者の左目と右目に分けて表示することができる。上記の左目用画像及び右目用画像は、例えば両目の視差を考慮した画像であり、観察者は、３Ｄ画像を観察することができる。なお、ヘッドマウントディスプレイ１は、上記のように互いに異なる左目用画像と右目用画像を表示するモードの他に、左目に左目用画像を表示し、かつ右目に左目用画像と同じ右目用画像を表示するモードを有しており、通常の画像を表示することもできる。

ヘッドマウントディスプレイ１は、右目用画像を示す第１の光Ｌ１と左目用画像を示す第２の光Ｌ２とを射出する画像形成部２と、画像形成部２から射出された第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が入射する位置に配置された偏光素子３と、偏光素子３から射出された光が入射する位置に配置された結像部４と、結像部４を通った光が入射する位置に配置された偏光分離素子５を含んで構成された導光部６と、画像形成部２を駆動する駆動部７を備える。

偏光素子３は、画像形成部２から第１の光Ｌ１が入射する領域で第１の偏光Ｌ３が透過し、第２の光Ｌ２が入射する領域で第２の偏光Ｌ４が透過する特性を有する。偏光分離素子５は、偏光素子３から射出された第１の偏光Ｌ３と第２の偏光Ｌ４のうちの一方の偏光が透過するとともに他方の偏光が反射する特性の偏光分離面８を有する。本実施形態では、第１の偏光Ｌ３が偏光分離面８で反射し、第２の偏光Ｌ４が偏光分離面８を透過する構成について説明する。

上記のヘッドマウントディスプレイ１の各部は、実際には、ヘッドマウントディスプレイ１の一部を構成するメガネ状のフレームに取り付けられている。観察者がこのフレームを装着すると、観察者の左目あるいは右目と、ヘッドマウントディスプレイ１の各部との相対位置が固定される。導光部６は、ヘッドマウントディスプレイ１を装着した観察者に対して、偏光分離素子５で反射した第１の偏光Ｌ３を観察者の右目へ導くとともに、偏光分離素子５を透過した第２の偏光Ｌ４を観察者の左目へ導くことができる。

偏光分離面８で反射した第１の偏光Ｌ３は、偏光素子３から偏光分離面８へ向う光の光路（進行方向）に対してほぼ直角に進行した後、観察者の右目にて結像する。第１の偏光Ｌ３は、右目用画像を示す第１の光Ｌ１の一部又は全部であり、観察者は右目で右目用画像を観察することができる。

導光部６は、偏光分離面８を透過した第２の偏光Ｌ４が入射する位置に配置された１／４波長板１２と、１／４波長板１２を通った第２の偏光Ｌ４が反射して折り返される反射ミラー１３と、を含む。偏光分離面８を透過した第２の偏光Ｌ４は、１／４波長板１２を通ってミラー１３で反射して折り返される。ミラー１３で反射した第２の偏光Ｌ４は、１／４波長板１２を通って偏光分離面８へ再度入射して偏光分離面８で反射し、偏光素子３から偏光分離面８へ向う光の光路に関して、ミラー１３を介することなく偏光分離面８で反射した第１の偏光Ｌ３とは対称的に進行する。ミラー１３を介して偏光分離面８で反射した第２の偏光Ｌ４は、観察者の左目にて結像する。第２の偏光Ｌ４は、左目用画像を示す第２の光Ｌ２の一部又は全部であり、観察者は左目で左目用画像を観察することができる。

次に、ヘッドマウントディスプレイ１の各部について詳しく説明する。図２は、第１実施形態における画像形成部の画素配列を示す平面図である。図３は、第１実施形態における画素を拡大して示す平面図である。

図２に示すように、画像形成部２は、互いに直交する第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに等間隔で配列された複数の画素Ｐを有する。第１方向は、例えば画像形成部２の水平走査方向であり、Ｙ方向は、例えば画像形成部２の垂直走査方向である。

複数の画素Ｐは、第１の画素グループＧ１又は第２の画素グループＧ２に属している。本実施形態において、第１の画素グループＧ１は右目用画像を形成し、第２の画素グループＧ２は左目用画像を形成する。なお、第１の画素グループＧ１が左目用画像を形成し、第２の画素グループＧ２が右目用画像を形成してもよい。

本実施形態において、第１の画素グループＧ１と第２の画素グループＧ２は、それぞれ、第２方向（Ｙ方向）に連続して並ぶ画素（以下、画素列という）で構成される。第１の画素グループＧ１に属する画素列と第２の画素グループＧ２に属する画素列は、第１方向と直交する第２方向（Ｘ方向）に交互に繰り返し並んでいる。

なお、各画素グループは、第２方向に連続的に並ぶ画素（以下、画素行という）で構成され、第１の画素グループに属する画素行と第２の画素グループに属する画素行とが、第１方向に交互に繰り返し並んでいてもよい。

図３に示すように、各画素Ｐは、赤色光を発する赤用のサブ画素Ｐｒと、緑色光を発する緑用のサブ画素Ｐｇと、青色光を発する青用のサブ画素Ｐｂで構成されている。画素Ｐは、赤用のサブ画素Ｐｒと緑用のサブ画素Ｐｇと青用のサブ画素Ｐｂから射出される３色の色光によって、フルカラーの１画素を表示可能である。本実施形態では、フルカラーの１画素を画素、各色の画素をサブ画素として扱うが、各色用の画素（サブ画素）を１画素として扱うこともできる。

各画素Ｐのサイズは、例えば第１方向と第２方向のサイズがそれぞれ１５μｍ程度である。また、各サブ画素のサイズは、例えば第１方向のサイズが４μｍ程度であり、第２方向のサイズが１４μｍ程度である。すなわち、サブ画素の間隔は１μｍ程度である。

本実施形態において、同じ色用のサブ画素は、第２方向（Ｙ方向）に連続して並んでおり、異なる色用の画素は、第１方向と直交する第１方向（Ｘ方向）に繰り返し並んでいる。すなわち、第１方向に連続的に並ぶ３つのサブ画素が１つの画素Ｐを構成している。

本実施形態の画像形成部２は、各サブ画素に有機ＥＬ素子が配置された有機ＥＬパネルにより構成されている。この有機ＥＬ素子は、１対の電極の間に有機発光層を含んだ有機層が配置された構造である。

駆動部７は、画像形成部２は、ヘッドマウントディスプレイ１の外部のＤＶＤプレイヤーやＰＣ、携帯情報端末等の信号源から画像データを有線又は無線により受信することができる。駆動部７は、外部から受信した画像データに基づき、各種配線や各種スイッチング素子を介して、各サブ画素の有機ＥＬ素子の有機発光層に画像データに規定された階調値に対応する電流を流すことができる。有機ＥＬ素子は、有機発光層に流れる電流値に応じた光量で発光する。画像形成部２は、各サブ画素の有機ＥＬ素子から発せられた光により各サブ画素を表示することができる。

駆動部７は、第１の画素グループＧ１と第２の画素グループＧ２とで異なる画像を表示する場合に、レンダリング処理等の各種画像処理を適宜行って、第１の画素グループＧ１の各画素Ｐを、この画素で表示する右目用画像の画素の画素値に応じて駆動することができる。同様に、駆動部７は、第２の画素グループＧ２の各画素Ｐを、この画素で表示する左目用画像の画素の画素値に応じて駆動することができる。

なお、画像形成部の構成は、適宜変更可能である。例えば、画像形成部は、光源部と、光源部から射出された光のうち直線偏光が透過する特性の入射側偏光板と、入射側偏光板を等価した光を変調する液晶パネルとを含んで構成されていてもよい。また、画像形成部は、光源部と、光源部から射出された光により画像を形成するデジタルミラーデバイスとを含んで構成されていてもよい。また、画像形成部は、単色光で構成される画像を形成する構成でもよいし、２色又は４色以上の色光で構成される画像を形成する構成でもよい。

図４は、第１実施形態における偏光素子を示す平面図である。図４に示す偏光素子３は、ワイヤーグリッド偏光素子であり、ガラス等の誘電体１０と、誘電体１０の表面に形成された複数の金属線１１を有する。なお、偏光素子３は、実際には画像形成部２において第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が射出される光射出面と接触しており、画像形成部２と一体的に設けられている。

偏光素子３は、画像形成部２の第１の画素グループＧ１から射出された第１の光Ｌ１が入射する第１領域Ａ１と、第２の画素グループＧ２から射出された第２の光Ｌ２が入射する第２領域Ａ２を有する。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２のパターンは、第１の画素グループＧ１の画素と第２の画素グループＧ２の画素の配置パターンと対応している。すなわち、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２は、それぞれ第２方向（Ｙ方向）に帯状に延びており、第１方向に繰り返し配置されている。

第１領域Ａ１の第１方向の幅は、例えば第１の画素グループＧ１の画素Ｐの第１方向の幅と同程度である。第２領域Ａ２の第１方向の幅は、例えば第２の画素グループＧ２の画素Ｐの第１方向の幅と同程度である。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の各領域において金属線１１は、この領域の外周よりも０．５μｍから１μｍ程度内側の範囲に設けられている。すなわち、第１領域Ａ１において金属線１１が設けられている領域と、第２領域Ａ２において金属線１１が設けられている領域との間には、金属線１１が設けられていない領域がある。画像形成部２の光射出面の法線方向から見た偏光素子３は、金属線１１が設けられていない領域が画像形成部２のサブ画素間の領域と重なるように、配置されている。

金属線１１は、第１領域Ａ１においてＸ方向に延びており、第２領域Ａ２において第１領域Ａ１の金属線１１と直交するＹ方向に延びている。金属線１１の間隔は、可視光の波長よりも短く（例えば３００ｎｍ未満）設定され、ここでは５０ｎｍ程度である。

偏光素子３は、金属線１１に直交する透過軸に平行な偏光が透過し、金属線１１と平行な反射軸に平行な偏光が反射する特性を有する。すなわち、透過軸は、第１領域Ａ１においてＹ方向に平行であり、第２領域Ａ２においてＸ方向に平行である。このように偏光素子３は、第１領域Ａ１における透過軸が第２領域Ａ２における透過軸と直交している。

図１の説明に戻り、結像部４は、導光部６を経由した左目用画像を示す光が観察者の左目で結像し、導光部６を経由した右目用画像を示す光が観察者の右目で結像するように、画像形成部２から射出されて偏光素子３を通った偏光を屈折させる。結像部４は、複数のレンズ等によって構成される。

上記のように、ヘッドマウントディスプレイ１を装着した観察者の両目の位置に対する画像形成部２の相対位置は、フレームの形状や寸法等により定まる。結像部４は、画像形成部２から射出された偏光が観察者の左目あるいは右目で結像するように、観察者の両目と画像形成部２の相対位置に基づいて、適宜設計可能である。なお、結像部４は、観察者によってピンボケが認識されない程度の許容範囲をもって、画像形成部２から射出された光を結像させればよい。

本実施形態の導光部６は、偏光分離面８を有する偏光分離素子５と、偏光分離面８で反射した偏光が入射する位置に配置された右目用導光部１５と、偏光分離面８を透過した偏光が入射する位置に配置された左目用導光部１６を含む。

偏光分離素子５は、透過軸に平行な偏光が透過し、かつ透過軸に直交する反射軸に平行な偏光が反射する特性を有する。本実施形態の偏光分離素子５は、画像形成部２から偏光分離素子５に向う光路（光の進行方向）に直交する面内に射影した透過軸が偏光素子３の第１領域Ａ１における透過軸と直交するように配置されている。

本実施形態の偏光分離素子５は、偏光ビームスプリッタープリズムにより構成されている。偏光ビームスプリッタープリズムは、断面がほぼ直角二等辺三角形の柱状のプリズム１７を含む。以下の説明で、三角柱状のプリズムの軸方向の周囲の側面のうち、断面形状の直角二等辺三角形において互いに直交する２辺を除いた辺（斜辺）を含む面を斜面という。偏光ビームスプリッタープリズムは、１対のプリズム１７の斜面を互いに貼り合わせた直方体状である。

プリズム１７の斜面には、偏光分離面８を構成する偏光ビームスプリッター膜が形成されている。本実施形態において、偏光分離面８は、結像部４の光軸に対して略４５°の角度をなして傾斜している。偏光分離素子５は、透過軸がＸ方向に平行であり、偏光分離面８に対するＳ偏光が反射し、Ｐ偏光が透過する特性である。なお、偏光分離素子５は、ワイヤーグリッド偏光素子によって構成されていてもよい。

画像形成部２から射出された右目用画像を示す第１の光Ｌ１は、偏光素子３の第１領域Ａ１に入射する。偏光素子３の第１領域Ａ１に入射した第１の光Ｌ１のうち、偏光方向がＹ方向の直線偏光は、第１の偏光Ｌ３として偏光素子３から射出される。偏光素子３から射出された右目用画像を示す第１の偏光Ｌ３は、偏光分離素子５の反射軸に平行な直線偏光として偏光分離素子５へ入射し、偏光分離面８で反射して右目用導光部１５へ入射する。

また、画像形成部２から射出された左目用画像を示す第２の光Ｌ２は、偏光素子３の第２領域Ａ２に入射する。偏光素子３の第２領域Ａ２に入射した第２の光Ｌ２のうち、偏光方向がＸ方向の直線偏光は、第２の偏光Ｌ４として偏光素子３から射出される。偏光素子３から射出された左目用画像を示す第２の偏光Ｌ４は、偏光分離素子５の透過軸に平行な直線偏光として偏光分離素子５へ入射し、偏光分離面８を透過して左目用導光部１６へ入射する。

右目用導光部１５は、偏光分離面８で反射した偏光が入射する位置に配置されたレンズ１８と、レンズ１８を通った偏光が入射する位置に配置されたミラー１９を含む。レンズ１８は、後述するレンズ２０とともに焦点補正部２１を構成している。ミラー１９は、レンズ１８を通った光がミラー１９で反射した後に観察者の右目に向って進行するように、配置されている。

左目用導光部１６は、偏光分離面８を透過した第２の偏光Ｌ４が入射する位置に配置された１／４波長板１２と、１／４波長板１２を通った偏光が反射して折り返される反射ミラー１３と、反射ミラー１３を介して偏光分離面８で反射した偏光が入射する位置に配置されたレンズ２０と、レンズ２０を通った偏光が入射する位置に配置されたミラー２３を含む。

本実施形態の１／４波長板１２は、その片面が偏光分離素子５のプリズム１７の外面と接触するように、配置されている。上記の外面は、画像形成部２から射出されて偏光分離面８を透過した偏光が偏光分離素子５から射出される面である。偏光素子３から偏光分離面８へ入射する偏光の進行方向に直交する面に射影した１／４波長板１２の進相軸は、偏光分離面８の透過軸とほぼ４５°の角度をなしている。

本実施形態の反射ミラー１３は、金属等の光反射材料からなる平面状の鏡面を有する。反射ミラー１３は、１／４波長板１２において偏光分離素子５と接触する面の反対面に接触している。反射ミラー１３は、その鏡面が画像形成部２から偏光分離素子５へ向う偏光の進行方向に直交するように、配置されている。

画像形成部２で形成された左目用画像を示す第２の光Ｌ２は、偏光素子３の第２領域Ａ２に入射する。偏光素子３の第２領域Ａ２に入射した第２の光Ｌ２のうち、偏光方向がＹ方向の直線偏光は、第２の偏光Ｌ４として偏光素子３から射出される。偏光素子３から射出された左目用画像を示す第２の偏光Ｌ４は、偏光分離素子５の透過軸に平行な直線偏光として偏光分離素子５へ入射し、偏光分離面８を透過する。

偏光分離面８を透過した左目用画像を示す偏光は、１／４波長板１２を通って反射ミラー１３へ入射し、反射ミラー１３で反射する。反射ミラー１３で反射した左目用画像を示す偏光は、反射ミラー１３での反射前とは進行方向が反転し、１／４波長板１２を再度通って偏光分離面８へ再度入射する。左目用画像を示す偏光は、反射ミラー１３での反射前後に１／４波長板１２を二回通ることになり、反射ミラー１３で反射した後に偏光分離面８へ入射するときに第１の偏光Ｌ５へ変換されている。

反射ミラー１３から偏光分離面８へ入射した左目用画像を示す第１の偏光Ｌ５は、偏光分離面８で反射し、偏光素子３から偏光分離素子５へ向う偏光の光路に関して右目用画像を示す第１の偏光Ｌ３とは対称的に、進行する。偏光分離面８で反射した左目用画像を示す第１の偏光Ｌ４は、レンズ２０及びミラー２３を経由して観察者の左目に結像する。これにより、観察者は、左目で左目用画像を観察することができる。

レンズ１８とレンズ２０（焦点補正部２１）は、偏光分離面８で反射した右目用画像を示す第１の偏光Ｌ３の結像面（右目）と偏光分離面８との間の光路長と、偏光分離面８を透過した左目用画像を示す偏光の結像面（左目）と偏光分離面８との間の光路長の違いによる焦点のずれを補正するように設けられている。焦点補正部２１は、必要に応じて設けられ、省略される場合もある。ミラー２３は、レンズ２０を通った光がミラー２３で反射した後に観察者の左目に向って進行するように、配置されている。

以上のような構成のヘッドマウントディスプレイ１は、同一の画像形成部２で形成された左目用画像と右目用画像を、それぞれ、左目と右目で別々に観察することができる。したがって、左目用の画像形成部と右目用の画像形成部が別途設けられている構成と比較して、装置の小型化や軽量化を実現することができる。

また、偏光分離面８を透過した左目用画像を示す偏光が１／４波長板１２を通って反射ミラー１３で折り返されるように構成されているので、偏光分離素子５に対して画像形成部２とは反対側の光路を格段に短縮することができ、装置サイズを小型にすることができる。また、偏光分離素子で反射した右目用画像を示す第１の偏光Ｌ３の光線束の中心軸と、偏光分離素子で反射した左目用画像を示す第１の偏光Ｌ５の光線束の中心軸を近づけることができる。したがって、偏光分素子Ａから観察者の右目又は左目までの光路に配置される光学部品、例えばレンズ１９やレンズ２０の光軸をほぼ同軸になるように近づけることができる。よって、画像形成部２から偏光分離素子５へ向う偏光の進行方向における装置サイズを小型にすることができる。また、左目用画像を示す偏光と右目用画像を示す偏光の光路長の差を減らすことができ、左目用画像あるいは右目用画像のピンボケを抑制することができる。

また、画像形成部２と偏光分離素子５との間の光路に結像部４が配置されているので、左目用画像を左目に結像させる光学系と右目用画像を右目に結像させる光学系の少なくとも一部を共通化することができ、装置の小型化や軽量化を実現することができる。

また、焦点補正部２１は、偏光分離面８から左目用画像の結像面までの光路長と偏光分離面８から右目用画像の結像面までの光路長の違いによる焦点のずれを補正するので、左目用画像と右目用画像のいずれについても左目に至る光路長と右目に至る光路長の違いによるピンボケ等を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態における画像形成部の画素配列を示す平面図である。図６は、第２実施形態における画像形成部のサブ画素組の構成を示す回路図である。

本実施形態の画像形成部２Ｂにおいて、複数のサブ画素は、赤色光を射出する第１の赤用のサブ画素Ｐｒ１及び第２の赤用のサブ画素Ｐｒ２と、緑色光を射出する第１の緑用のサブ画素Ｐｇ１及び第２の緑用のサブ画素Ｐｇ２と、青色光を射出する第１の青用のサブ画素Ｐｂ１及び第２の青用のサブ画素Ｐｂ２と、を含む。

第１の赤用のサブ画素Ｐｒ１と第２の赤用のサブ画素Ｐｒ２は、一組のサブ画素組Ｐｒ３を構成しており、Ｘ方向にて隣り合っている。同様に、第１の緑用のサブ画素Ｐｇ１と第２の緑用のサブ画素Ｐｒ２はＸ方向にて隣り合っており、第１の青用のサブ画素Ｐｂ１と第２の青用のサブ画素Ｐｂ２はＸ方向にて隣り合っている。赤用のサブ画素組Ｐｒ３と緑用のサブ画素組と青用のサブ画素組は、Ｘ方向に周期的に繰り返し配列されている。第１の各色用のサブ画素は、Ｙ方向に連続的に並んでおり、また、第２の各色用のサブ画素もＹ方向に連続的に並んでいる。

Ｘ方向にサブ画素１つおきに並ぶ３つのサブ画素は、フルカラーの１画素を構成している。具体的には、第１の赤用のサブ画素Ｐｒ１と第１の緑用のサブ画素Ｐｇ１と第１の青用のサブ画素Ｐｂ１は、第１の画素Ｐ１を構成しており、第２の赤用のサブ画素Ｐｒ２と第２の緑用のサブ画素Ｐｇ２と第２の青用のサブ画素Ｐｂ２は、第２の画素Ｐ２を構成している。第１の画素Ｐ１は、第１の画素グループを構成しており、第２の画素Ｐ２は、第２の画素グループを構成している。

本実施形態において各色用のサブ画素組は、各サブ画素への信号のスイッチングを行うトランジスターや配線が共通化された構成である。ここでは、赤用のサブ画素組Ｐｒ３を例に挙げて、サブ画素組の構成を説明する。

図６に示す画像形成部２Ｂは、Ｘ方向に延びて互いに平行な複数の走査線３０と、走査線３０に交差して延びる複数のデータ線３１を含む。走査線３０とデータ線３１とに囲まれる各領域は、１つのサブ画素組に相当する領域である。また、画像形成部２Ｂは、Ｘ方向に並ぶサブ画素組の行ごとに設けられた第１電源線３２、第２電源線３３、及び第３電源線３４を含む。第１ないし第３電源線は、例えば、走査線３０と平行に設けられる。

サブ画素組Ｐｒ３は、選択トランジスター３５、駆動トランジスター３６、第１有機ＥＬ素子３７、第２有機ＥＬ素子３８、及び容量３９を含む。第１有機ＥＬ素子３７から発せられた光は、第１の画素グループに属する第１の赤用のサブ画素Ｐｒ１から射出される。第２有機ＥＬ素子３８から発せられた光は、第２の画素グループに属する第２の赤用のサブ画素Ｐｒ２から射出される。

第１有機ＥＬ素子３７は、共通電極４０を陽極とし、第１対向電極４１を陰極として構成される。第２有機ＥＬ素子３８は、共通電極４０を陽極とし、第２対向電極４２を陰極として構成される。第１有機ＥＬ素子３７と第２有機ＥＬ素子３８は、陽極と陰極との間に閾値（以下、発光閾値という）以上の電圧が印加されると、有機発光層に陽極から陰極への向きに電流が流れ、この電流の値に応じた光量の光を発光する。なお、第１有機ＥＬ素子３７と第２有機ＥＬ素子３８は、共通電極４０を陰極とし、第１対向電極４１および第２対向電極４２を陽極として構成されていてもよい。

選択トランジスター３５のゲートは、走査線３０と電気的されている。選択トランジスター３５のソースとドレインのうち一方はデータ線３１と電気的に接続され、選択トランジスター３５のソースとドレインのうち他方は駆動トランジスター３６のゲートと電気的に接続されている。選択トランジスター３５がオフ状態であると、データ線３１を介して駆動トランジスター３６のゲートに電圧を印加することが実質的に不能である。走査線３０に選択信号が供給されて選択トランジスター３５がオン状態になると、データ線３１を介して駆動トランジスター３６のゲートに電圧を印加可能になる。

駆動トランジスター３６のソースとドレインのうち一方は第１電源線３２と電気的に接続されている。駆動トランジスター３６のソースとドレインのうち他方は共通電極４０、すなわち、第１有機ＥＬ素子３７と第２有機ＥＬ素子３８のそれぞれの一方の電極と電気的に接続されている。第１有機ＥＬ素子３７の他方の電極である第１対向電極４１は、第２電源線３３と電気的に接続されている。第１有機ＥＬ素子３７の他方の電極である第２対向電極４２は、第３電源線３４と電気的に接続されている。

容量３９の一方の電極は、選択トランジスター３５のゲートと電気的に接続されている。容量３９の他方の電極は、第１電源線３２と電気的に接続されている。容量３９は、データ線３１及び選択トランジスター３５を介して駆動トランジスター３６のゲートに信号（電圧）が印加されたときに充電され、この信号を所定の期間にわたって保持することができる。

データ線３１及び選択トランジスター３５を介して駆動トランジスター３６のゲートに電圧が印加されると、共通電極４０には、第１電源線３２を介して、第１電位が印加される。第１対向電極４１には、第２電源線３３を介して、第２電位又は第３電位が印加される。第２電位は、第１電位よりも低電位であり、第１電位との差分が発光閾値以上に設定されている。第３電位は、第１電位よりも低電位かつ第２電位よりも高電位であって、第１電池との差分が発光閾値未満に設定されている。すなわち、共通電極４０に第１電位が印加されている状態で、第１対向電極４１に第２電位が印加されていると第１有機ＥＬ素子は発光可能であり、第１対向電極４１に第３電池が印加されていると第１有機ＥＬは発光不能である。

第１対向電極４１に第２電位が印加されて第１有機ＥＬ素子３７が発光可能な期間に、第２対向電極４２には、第３電源線３４を介して第３電位が印加され、第２有機ＥＬ素子３８が発光不能になる。また、第１対向電極４１に第３電位が印加されて第１有機ＥＬ素子３７が発光不能な期間に、第２対向電極４２には、第３電源線３４を介して第２電位が印加され、第２有機ＥＬ素子３８が発光可能になる。

第２実施形態のヘッドマウントディスプレイは、同一の画像形成部２Ｂで形成された左目用画像と右目用画像を、それぞれ、左目と右目で別々に観察することができ、装置の小型化や軽量化を実現することができる。また、第１有機ＥＬ素子３７が発光可能な期間と第２有機ＥＬ素子が発光可能な期間が重複しないので、右目用画像を示す第１の光Ｌ１と左目用画像を示す第２の光Ｌ２が時間順次で択一的に画像形成部２から射出されることになる。したがって、偏光分離面８の偏光分離機能が完全でない場合でも、右目用画像と左目用画像とが混じり合って観察されることが抑制される。

また、第１有機ＥＬ素子３７と第２有機ＥＬ素子３８で、選択トランジスター３５及び駆動トランジスター３６が共通化されているので、画像形成部２Ｂの構成が複雑になることを避けることができる。

また、画像形成部２Ｂは、有機ＥＬパネルにより構成されており、液晶パネルを利用した画像形成部よりも応答性を高めることが容易である。したがって、右目用画像と左目用画像を時分割で表示する場合であっても、右目用画像と左目用画像の表示タイミングのずれを認識されにくくすることができ、滑らかな動画を表示すること等ができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態における画像形成部の画素配列を示す平面図である。図８は、第３実施形態における偏光素子を示す平面図である。

図７に示す画像形成部２Ｃは、２次元的に配列された複数の画素Ｐを有する。複数の画素Ｐは、第１の画素グループＧ３又は第２の画素グループＧ４に属している。本実施形態において、第１の画素グループＧ３を構成する画素Ｐと第２の画素グループＧ４を構成する画素Ｐは、互いに交差する第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）のそれぞれにおいて交互に並んでいる。

図８に示す偏光素子３Ｃは、第１実施形態と同様にワイヤーグリッド偏光素子で構成されている。偏光素子３Ｃは、画像形成部２の第１の画素グループＧ３から射出された第１の光が入射する第１領域Ａ３と、第２の画素グループＧ４から射出された第２の光が入射する第２領域Ａ４を有する。第１領域Ａ３と第２領域Ａ４のパターンは、第１の画素グループＧ３の画素と第２の画素グループＧ４の画素の配置パターンと対応している。すなわち、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２は、互いに交差する第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）のそれぞれにおいて交互に並んでいる。

偏光素子３Ｃの金属線１１は、第１領域Ａ３においてＸ方向に延びており、第２領域Ａ４において第１領域Ａ３の金属線１１と直交するＹ方向に延びている。すなわち、透過軸は、第１領域Ａ３においてＹ方向に平行であり、第２領域Ａ４においてＸ方向に平行である。このように偏光素子３Ｃは、第１領域Ａ３における透過軸が第２領域Ａ４における透過軸と直交している。

第３実施形態のヘッドマウントディスプレイは、同一の画像形成部２Ｃで形成された左目用画像と右目用画像を、それぞれ、左目と右目で別々に観察することができ、装置の小型化や軽量化を実現することができる。

また、第１の画素グループＧ３を構成する画素と第２の画素グループＧ４を構成する画素が、互いに交差する第１方向と第２方向のそれぞれにおいて交互に並んでいるので、各画素グループの画素の分布が第１方向と第２方向のいずれにおいても均一になる。したがって、各画素グループの画素の間が視認されにくくなり、画素の分布の偏りによる表示品質の低下を抑制することができる。

次に、第３実施形態の偏光素子の構成に基づいて、偏光素子の製造方法の一例について説明する。なお、第１実施形態の偏光素子は、この製造方法を適用して製造することもできる。

図９（Ａ）〜図９（Ｆ）は、偏光素子の製造方法の一例を示す工程図である。図１０（Ｇ）〜図１０（Ｌ）は、図９（Ｆ）から続く工程図である。

偏光素子３Ｃを製造するには、図９（Ａ）に示すようにガラス等の誘電体からなる基板５０の上にアルミニウム等の金属からなる金属膜５１を蒸着法等で形成する。次いで、図９（Ｂ）に示すように、金属膜５１を覆うようにネガ型のフォトレジストからなるレジスト膜５２を塗布法等で形成し、このレジスト膜５２にスポット形状がＹ方向に延びるスリット状の露光光が照射されるように、レジスト膜５２を回折露光等によって露光する。スリット状の露光光（干渉縞）の間隔は、金属線１１の間隔と同程度（例えば５０ｎｍ程度）である。レジスト膜５２において露光光が照射された領域は、現像液に対して不溶化される。

次いで、図９（Ｃ）に示すように、フォトマスク５３を介してレジスト膜５２を露光する。このフォトマスク５３は、第１領域Ａ３の金属線１１を形成する領域への露光光を遮光する遮光部５４と、第２領域Ａ４への露光光を通す開口５５を含む。フォトマスク５３を介して露光光が照射された領域のレジスト膜５２は、現像液に対して不溶化される。

次いで、図９（Ｄ）に示すように、回折露光及びフォトマスク５３を用いた露光が施されたレジスト膜５２を現像する。これにより、金属膜５１のうちで第１領域Ａ３の金属線１１になる部分の間の相当する開口５６を有するレジストパターン５７が形成される。次いで、図９（Ｅ）に示すように、レジストパターン５７をマスクとして金属膜５１をエッチングする。これにより、第１領域Ａ３の金属線１１が形成される。次いで、図９（Ｆ）に示すように、レジストパターン５７を金属膜５１から剥離する。

図１０（Ｇ）示す断面は、図９（Ｆ）に示す断面を偏光素子の厚み方向の周りで９０°回転した断面である。上記のようにレジストパターン５７を剥離した後に、図１０（Ｈ）に示すように、第１領域Ａ３の金属線１１が形成された金属膜５１を覆うようにネガ型のフォトレジストからなるレジスト膜５８を塗布法等で形成し、このレジスト膜５８にスポット形状がＸ方向に延びるスリット状の露光光が照射されるように、レジスト膜５８を回折露光等によって露光する。スリット状の露光光の間隔は、金属線１１の間隔と同程度である。レジスト膜５８において露光された領域は、現像液に対して不溶化される。

次いで、図１０（Ｉ）に示すように、フォトマスク５９を介してレジスト膜５８を露光する。このフォトマスク５９は、第２領域Ａ４の金属線１１を形成する領域への露光光を遮光する遮光部６０と、第１領域Ａ３への露光光を通す開口６１を含む。フォトマスク５９を介して露光光が照射された領域のレジスト膜５８は、現像液に対して不溶化される。

次いで、図１０（Ｊ）に示すように、回折露光及びフォトマスク５９を用いた露光が施されたレジスト膜５８を現像する。これにより、金属膜５１のうちで第２領域Ａ４の金属線１１になる部分の間に相当するレジスト膜６２に開口を有するレジストパターン６３が形成される。次いで、図１０（Ｋ）に示すように、レジストパターン６３をマスクとして金属膜５１をエッチングする。これにより、第２領域Ａ４の金属線１１が形成される。次いで、図１０（Ｌ）に示すように、レジストパターン６３を金属膜５１から剥離する。以上のようにして、偏光素子３Ｃを製造することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。

なお、ヘッドマウントディスプレイ１は、右目用画像を示す第１の偏光Ｌ３が偏光分離面８を透過し、左目用画像を示す第２の偏光Ｌ４が偏光分離面８で反射するように、構成されていてもよい。この場合に、導光部６は、例えば右目用導光部と左目用導光部を、画像形成部２から偏光分離素子５へ向う光の進行方向を対称軸として反転させた構成に変更される。

１・・・ヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型表示装置）、２、２Ｂ、２Ｃ・・・画像形成部、３・・・偏光素子、３Ｃ・・・偏光素子、４・・・結像部、５・・・偏光分離素子、６・・・導光部、８・・・偏光分離面、２１・・・焦点補正部、２２・・・プリズム（反射部材）、Ｇ１・・・第１の画素グループ、Ｇ２・・・第２の画素グループ、Ｇ３・・・第１の画素グループ、Ｇ４・・・第２の画素グループ、Ｌ１・・・第１の光、Ｌ２・・・第２の光、Ｌ３・・・第１の偏光、Ｌ４・・・第２の偏光、Ｐ・・・画素、

Claims (6)

1. 右目用画像を示す第１の光及び左目用画像を示す第２の光を射出する画像形成部と、
   前記画像形成部から射出された光が入射する位置に配置され、前記第１の光が入射する領域で第１の偏光が透過するとともに前記第２の光が入射する領域で第２の偏光が透過する特性の偏光素子と、
   前記偏光素子から射出された前記第１の偏光と第２の偏光のうちの一方の偏光が透過するとともに他方の偏光が反射する特性の偏光分離面を含んで構成され、前記偏光分離面を透過した偏光を観察者の両眼のうちの一方へ導くとともに前記偏光分離面で反射した偏光を前記観察者の両眼のうちの他方へ導く導光部と、を備え、
   前記導光部は、前記偏光分離面を透過した偏光が入射する位置に配置された１／４波長板と、前記１／４波長板を通った偏光が反射して折り返される反射ミラーと、を含む頭部装着型表示装置。
2. 前記偏光素子は、透過軸に平行な偏光が透過する特性を有し、前記第１の光が入射する領域の透過軸と前記第２の光が入射する領域の透過軸とが互いに直交している請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
3. 前記画像形成部は、複数の画素からなり前記第１の光を射出する第１の画素グループと、複数の画素からなり前記第２の光を射出する第２の画素グループとを含み、
   前記第１の画素グループを構成する画素が所定の方向に連続して並んでいるとともに前記第２の画素グループを構成する画素が前記所定の方向に連続して並んでいる請求項１又は２に記載の頭部装着型表示装置。
4. 前記画像形成部は、複数の画素からなり前記第１の光を射出する第１の画素グループと、複数の画素からなり前記第２の光を射出する第２の画素グループとを含み、
   前記第１の画素グループを構成する画素と前記第２の画素グループを構成する画素は、互いに交差する第１方向と第２方向のそれぞれにおいて交互に並んでいる請求項１又は２に記載の頭部装着型表示装置。
5. 前記画像形成部と前記偏光分離素子との間の光路に配置され、前記偏光分離素子を経由した偏光を前記観察者の左目又は右目に結像させる結像部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
6. 前記導光部は、前記偏光分離面から前記一方の偏光の結像面までの光路長と前記偏光分離面から前記他方の偏光の結像面までの光路長の違いによる焦点のずれを補正する焦点補正部を含む請求項５に記載の頭部装着型表示装置。