JP2018054697A - 画像表示装置及び画像表示ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光軸上の異なる２つの面に明るさに差のない画像を表示できる、画像表示装置及び画像表示ユニットを提供する。【解決手段】画像表示装置１００は、第１の方向の偏光成分Ｌ１を持つ第１の偏光及び第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分Ｌ２を持つ第２の偏光を射出する光射出部１０と、複屈折レンズ２０ｂを含み、第１の偏光及び第２の偏光が入射する投射レンズ２０と、を備え、投射レンズは、光射出部から射出される第１の偏光を第１の像面３０に結像して第１の画像Ｇ１ａを生成するとともに、光射出部から射出される第２の偏光を投射レンズの光軸上において第１の像面とは異なる位置にある第２の像面４０に結像して第２の画像Ｇ２ａを生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置及び画像表示ユニットに関するものである。

従来、観賞者に対して前後方向に配置された２枚のスクリーンに画像を投射し、奥行き感を知覚できる画像表示装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
この画像表示装置では、一つの投射レンズに対する２枚の表示パネルの位置を異ならせることによって異なる位置に配置されたスクリーンに異なる画像を投射するようになっている。

特開２０００−０７５４０５号公報

ところで、上記画像表示装置では、投射レンズの光軸上において２枚の表示パネルが並んで配置される。２枚の表示パネルのうち上段に配置された表示パネルから射出された光は下段に配置される表示パネルを透過してスクリーンに投射される。一方、下段に配置される表示パネルから射出された光は他のパネルを透過することなくスクリーンに投射される。
したがって、２枚の表示パネルがスクリーンに投射する画像の明るさに差が生じてしまうといった問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光軸上の異なる２つの面に明るさに差のない画像を表示できる、画像表示装置及び画像表示ユニットを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、第１の方向の偏光成分を持つ第１の偏光及び前記第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を持つ第２の偏光を射出する光射出部と、複屈折レンズを含み、前記第１の偏光及び前記第２の偏光が入射する投射レンズと、を備え、前記投射レンズは、前記光射出部から射出される前記第１の偏光を第１の像面に結像して第１の画像を生成するとともに、前記光射出部から射出される前記第２の偏光を該投射レンズの光軸上において前記第１の像面とは異なる位置にある第２の像面に結像して第２の画像を生成する画像表示装置が提供される。

第１態様に係る画像表示装置によれば、第１の偏光及び第２の偏光の明るさを同等に設定することで、投射レンズの光軸上の異なる２つの面に明るさに差のない画像を表示できる。よって、観賞者は奥行き感のある画像を楽しむことができる。

上記第１態様において、前記第１の偏光が前記複屈折レンズにおける異常光線となり、前記第２の偏光が前記複屈折レンズにおける常光線となるのが好ましい。
この構成によれば、複屈折レンズの第１の偏光に対する屈折率と第２の偏光に対する屈折率とを異ならせることができる。これにより、第１の偏光及び第２の偏光に対して投射レンズが異なる焦点距離を持つようになるので、第１の画像及び第２の画像を異なる位置に結像する構成を実現できる。

上記第１態様において、前記光射出部は、第１の画像表示デバイスと、第２の画像表示デバイスと、前記第１の画像表示デバイスから射出される光と前記第２の画像表示デバイスから射出される光とを合成する画像合成光学素子とを備えるのが好ましい。
この構成によれば、第１の偏光と第２の偏光とを簡便に生成することが可能となる。

上記第１態様において、前記第１の画像表示デバイスと前記投射レンズまでの光路長が前記第２の画像表示デバイスと前記投射レンズまでの光路長より長く、前記投射レンズから前記第１の像面までの光路長が前記投射レンズから前記第２の像面までの光路長より長いのが望ましい。
このようにすれば、第１の画像の大きさと第２の画像の大きさとを合わせることができる。よって、観賞者は、より違和感が少なく奥行き感のある画像を楽しめる。

上記第１態様において、前記画像合成光学素子が偏光合成光学素子であるのが好ましい。
この構成によれば、２つの画像表示デバイスから射出される偏光を合成できる。

前記偏光合成光学素子が偏光合成プリズムであるのが好ましい。
このようにすれば、２つの画像表示デバイスから射出される偏光を簡便に合成できる。

上記第１態様において、前記画像合成光学素子が無偏光合成光学素子であるのが好ましい。
この構成によれば、２つの画像表示デバイスから射出される偏光を合成できる。

前記無偏光合成光学素子がハーフミラープリズムであるのが好ましい。
このようにすれば、２つの画像表示デバイスから射出される偏光を簡便に合成できる。

上記第１態様において、前記第１の画像表示デバイスは前記第１の偏光を射出し、前記第２の画像表示デバイスは前記第２の偏光を射出するのが好ましい。
この構成によれば、第１或いは第２の画像表示デバイスが射出する光をそのまま第１又は第２の偏光として利用できる。

前記第１の画像表示デバイス及び前記第２の画像表示デバイスは液晶表示パネルであるのが望ましい。
このようにすれば、第１の偏光及び第２の偏光を簡便に生成できる。

上記第１態様において、前記第１の画像表示デバイス及び前記第２の画像表示デバイスは非偏光の光を射出するのが好ましい。
この構成によれば、画像表示デバイスとして非偏光の光を射出する表示デバイスを採用することができる。

上記第１態様において、光射出部において、前記第１の画像表示デバイスは、前記第２の画像表示デバイスと同じ方向に偏光した光を射出し、前記画像合成光学素子が無偏光合成光学素子であり、該無偏光合成光学素子と前記投射レンズとの間に偏光面回転光学素子が配置されているのが好ましい。
この構成によれば、同じ方向に偏光した光から第１の偏光及び第２の偏光を生成することができる。

前記第１の画像表示デバイスから偏光した光を射出するときに前記第１の偏光を生成するように前記偏光面回転光学素子を駆動し、前記第２の画像表示デバイスから偏光した光を射出するときに前記第２の偏光を生成するように前記偏光面回転光学素子を駆動し、前記第１の画像表示デバイス及び前記第２の画像表示デバイスと前記偏光面回転光学素子とを同期させ、前記第１の画像及び前記第２の画像を順次生成するのが望ましい。
このようにすれば、光軸上の異なる２つの面に明るさに差のない画像を時分割駆動で表示することができる。

上記第１態様において、前記光射出部は、非偏光の光を射出する第１の画像表示デバイスと、前記第１の画像表示デバイスから射出される光を透過する画像合成光学素子と、前記画像合成光学素子と前記投射レンズとの間に偏光面回転光学素子と、を備え、前記画像合成光学素子は、入射した非偏光の光を偏光にする偏光合成光学素子であり、前記第１の画像表示デバイスは、前記第１の画像に対応した画像及び前記第２の画像に対応した画像を順次生成し、前記偏光面回転光学素子は、前記第１の画像表示デバイスが前記第１の画像に対応した画像を生成したときに第１の偏光を生成し、前記第１の画像表示デバイスが前記第２の画像に対応した画像を生成したときに第２の偏光を生成するように駆動されるのが好ましい。
この構成によれば、一つの表示デバイスを用いた場合であっても、時分割駆動によって光軸上の異なる２つの面に明るさに差の無い画像を表示することができる。

上記第１態様において、前記画像表示デバイスが有機ＥＬ表示パネル又はデジタルミラー表示パネルであるのが好ましい。
この構成によれば、画像表示デバイスとして有機ＥＬ表示パネル又はデジタルミラー表示パネルを採用できる。

上記第１態様において、前記第１の像面に配置されて前記第１の偏光を拡散させる第１のスクリーンと、前記第２の像面に配置されて前記第２の偏光を拡散させる第２のスクリーンとをさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、投射レンズの光軸上の異なる位置に配置された２つのスクリーン上に明るさに差のない画像を表示できる。

上記第１態様において、前記第１の画像及び前記第２の画像が実像であるのが好ましい。
この構成によれば、異なる位置に表示された２つの実像（画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａ）を観賞者に視認させることができる。

上記第１態様において、前記第１の画像表示デバイスと前記第２の画像表示デバイスと同期して駆動し、前記第１の像面及び前記第２の像面にそれぞれ異なる画像を表示するのが好ましい。
この構成によれば、投射レンズの光軸上の異なる位置に異なる画像を同時に表示することができる。よって、観賞者に奥行を感じさせることができる。

上記第１態様において、前記第１の画像表示デバイス又は前記第２の画像表示デバイスのいずれか一方を駆動し、前記第１の像面及び前記第２の像面のいずれか一方のみに画像を表示するのが好ましい。
この構成によれば、観賞者に対して、二つの位置に別々の画像を選択的に視認させることができる。

上記第１態様において、前記複屈折レンズは一軸結晶からなるのが好ましい。
この構成によれば、複屈折レンズを簡便に実現できる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の画像表示装置と、観賞者の眼前に配置されることで、前記画像表示装置が表示する前記第１の画像及び前記第２の画像を選択的に透過させる観賞用メガネと、を備える画像表示ユニットが提供される。

第２態様に係る画像表示ユニットによれば、観賞用メガネを装着することで第１の画像及び第２の画像を選択的に観賞できる。

第１実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 複屈折レンズの異常光線に対する共役関係を示した図。 複屈折レンズの常光線に対する共役関係を示した図。 第２実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第３実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第４実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第５実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第６実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第７実施形態に係る画像表示ユニットの概略構成を示す図。 第８実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第９実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は本実施形態の画像表示装置１００の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の画像表示装置１００は、画像光射出部（光射出部）１０と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。図１において、符号ＭＥは、画像表示装置１００を観賞する観賞者である。

本実施形態において、画像光射出部１０は、後述のように、画像を生成するための第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を投射レンズ２０に向けて射出するようになっている。

画像光射出部１０は、第１の画像表示デバイス１と、第２の画像表示デバイス２と、偏光合成プリズム（画像合成光学素子、偏光合成光学素子）３とを含む。偏光合成プリズム３、投射レンズ２０、第１のスクリーン３０及び第２のスクリーン４０は光軸ＡＸに沿って配置されている。光軸ＡＸは投射レンズ２０の光軸である。

第１の画像表示デバイス１は第１の偏光Ｌ１を射出することで画像Ｇ１を表示する。第２の画像表示デバイス２は第２の偏光Ｌ２を射出することで画像Ｇ２を表示する。本実施形態において、第１の画像表示デバイス１及び第２の画像表示デバイス２は、例えば、同一構成の液晶表示パネルから構成される。ここで、同一構成の液晶表示パネルとは、例えば、同一の画素構造からなる同じ大きさの画像表示領域を有するものをいう。

なお、画像Ｇ１及び画像Ｇ２は互いに異なる画像であり、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２は後述のように異なる方向の偏光成分である。

具体的に本実施形態において、第１の偏光Ｌ１は、偏光合成プリズム３の偏光合成膜３ｂに対してＰ偏光成分（第１の偏光成分）を持つ光である。一方、第２の偏光Ｌ２は、偏光合成プリズム３の偏光合成膜３ｂに対してＳ偏光成分（第２の偏光成分）を持つ光である。

偏光合成プリズム３は、第１の画像表示デバイス１から射出される第１の偏光Ｌ１（画像Ｇ１）と第２の画像表示デバイス２から射出される第２の偏光Ｌ２（画像Ｇ２）とを合成して同一方向に射出させる。偏光合成プリズム３は、２つのプリズム部材３ａの間に配置された偏光合成膜３ｂを有する。偏光合成膜３ｂは、例えば偏光ビームスプリッターからなる。

偏光合成プリズム３に入射した第１の偏光Ｌ１（Ｐ偏光成分）は偏光合成膜３ｂを透過し、偏光合成プリズム３に入射した第２の偏光Ｌ２（Ｓ偏光成分）は偏光合成膜３ｂで反射される。これにより、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２の進行方向が合成されて、投射レンズ２０側に向けて射出される。

本実施形態によれば、第１の画像表示デバイス１及び第２の画像表示デバイス２から射出される光をそのまま第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２として利用することができる。よって、本実施形態の画像光射出部１０は、画像を生成するための第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を簡便に生成可能となっている。

投射レンズ２０は、第１の偏光Ｌ１を第１のスクリーン３０上に結像し、第２の偏光Ｌ２を第２のスクリーン４０上に結像する。すなわち、第１のスクリーン３０は投射レンズ２０による第１の偏光Ｌ１の結像面（第１結像面）に配置されたものとなっている。また、第２のスクリーン４０は投射レンズ２０による第２の偏光Ｌ２の結像面（第２結像面）に配置されたものとなっている。

第１のスクリーン３０は、第１の画像表示デバイス１に表示される第１の偏光Ｌ１を選択的に拡散させる機能を持つ偏光選択拡散スクリーンである。また、第１のスクリーン３０は、第１の偏光Ｌ１と直交する偏光からなる第２の偏光Ｌ２に対しては拡散性を持たず、透過させる特性を有する。

第２のスクリーン４０は、第２の画像表示デバイス２に表示される第２の偏光Ｌ２を選択的に拡散させる機能を持つ偏光選択拡散スクリーンである。また、第２のスクリーン４０は、第１の偏光Ｌ１に対しては拡散性を持たず、透過させる特性を有する。

これにより、第１の画像表示デバイス１の表示する画像Ｇ１を拡大した第１の画像Ｇ１ａが第１のスクリーン３０上に生成され、第２の画像表示デバイス２の表示する画像Ｇ２を拡大した第２の画像Ｇ２ａが第２のスクリーン４０上に生成される。

よって、観賞者ＭＥは、第１のスクリーン３０上に第１の偏光Ｌ１からなる第１の画像Ｇ１ａを視認し、第２のスクリーン４０上に第２の偏光Ｌ２からなる第２の画像Ｇ２ａを視認することができる。

投射レンズ２０は、第１レンズ２０ａと、第２レンズ２０ｂと、第３レンズ２０ｃとを貼り合わせて構成される。第１レンズ２０ａ及び第３レンズ２０ｃは、例えば等方屈折率材料からなるガラスレンズからなる。

第２レンズ２０ｂは例えば一軸性結晶である方解石を用いた複屈折レンズからなる。投射レンズ２０において、第２レンズ２０ｂは、方解石の光学軸が光軸ＡＸに対して垂直になるように配置されている。

本実施形態において、第２レンズ２０ｂは、第１の偏光Ｌ１が方解石に対して異常光線として入射し、第２の偏光Ｌ２が常光線として入射するように方解石の光学軸を設定している。方解石の主屈折率は、異常光線に対して１．４９程度であり、常光線に対して１．６６程度である。

従って、第２レンズ２０ｂを含む投射レンズ２０の焦点距離は、第１の偏光Ｌ１（異常光線）に対して長くなり、第２の偏光Ｌ２（常光線）に対して短くなっている。本実施形態の投射レンズ２０は、後述のように、画像光射出部１０から入射する２つの光（第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２）毎に異なる焦点距離を持つ。

ここで、複屈折レンズによる結像について説明する。図２、３は複屈折レンズによる結像を説明するための図である。

図２は複屈折レンズの異常光線に対する共役関係を示した図である。図２において、複屈折レンズＲの異常光線に対する焦点距離をｆ_ｅ、物体距離をａ_e、像距離をｂ_ｅとする。
この場合、結像公式は下式（１）となる。横倍率は下式（２）となる。

１／ａ_ｅ＋１／ｂ_ｅ＝１／ｆ_ｅ…（１）

ｍ_ｅ＝ｂ_ｅ／ａ_ｅ…（２）

図３は複屈折レンズの常光線に対する共役関係を示した図である。図３において、複屈折レンズＲの焦点距離をｆ_ｏ、物体距離をａ_ｏ、像距離をｂ_ｏとする。
この場合、結像公式は下式（３）となる。横倍率下式（４）となる。

１／ａ_ｏ＋１／ｂ_ｏ＝１／ｆ_ｏ…（３）

ｍ_ｏ＝ｂ_ｏ／ａ_ｏ…（４）

ここで、光射出物体として同じサイズの物体（表示パネル）を用いて、光軸上の異なる位置（ｂ_ｅ＞ｂ_ｏ）に同じ大きさの像を形成する場合を考える。
この場合、倍率ｍ_ｅをｍ_ｏと等しくすればよい。すなわち、ｍ_ｅ＝ｍ_ｏとなり、式（２）と式（４）から下式（５）が導かれる。

ｂ_ｅ／ａ_ｅ＝ｂ_ｏ／ａ_ｏ…（５）

異常光線に対応する画像が形成される像距離ｂ_ｅが、常光線に対応する画像が形成される像距離ｂ_ｏより長いとすると、式（５）から、異常光線を生成する表示パネルが配置される物体距離ａ_ｅは、常光線を生成する表示パネルが配置される物体距離ａ_ｏより長くなる。

本実施形態の画像表示装置１００では、上記原理に基づき、第１の画像表示デバイス１と、第２の画像表示デバイス２と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０との位置関係を規定している。

具体的に、上述した図２における物体距離ａ_eは、図１に示した本実施形態の第１の画像表示デバイス１と投射レンズ２０の距離に相当し、像距離ｂ_ｅは投射レンズ２０と第１のスクリーン３０との距離に相当する。また、上述した図３における物体距離ａ_ｏは、本実施形態の第２の画像表示デバイス２と投射レンズ２０の距離に相当し、像距離ｂ_ｏは投射レンズ２０と第２のスクリーン４０との距離に相当する。

すなわち、本実施形態では、図１に示したように、投射レンズ２０の構成要素である複屈折レンズ（第２レンズ２０ｂ）に対して異常光線となるＰ偏光（第１の偏光Ｌ１）を射出する第１の画像表示デバイス１から投射レンズ２０までの光路長Ｄ１を、常光線となるＳ偏光（第２の偏光Ｌ２）を射出する第２の画像表示デバイス２から投射レンズ２０までの光路長Ｄ２より長くしている。

また、本実施形態では、複屈折レンズ（第２レンズ２０ｂ）に対して異常光線となる第１の偏光Ｌ１を選択的に拡散する第１のスクリーン３０と投射レンズ２０の距離Ｄ３を、常光線となる第２の偏光Ｌ２を選択的に拡散する第２のスクリーン４０と投射レンズ２０の距離Ｄ４より長くしている。

上記の構成を採用した画像表示装置１００によれば、第１の画像表示デバイス１及び第２の画像表示デバイス２を同期して駆動することで、投射レンズ２０の光軸ＡＸ上の異なる位置に配置された２枚のスクリーン３０，４０上に第１の画像Ｇ１ａ及び第２の画像Ｇ２ａを表示することができる。よって、観賞者は奥行き感のある画像を楽しむことができる。

また、画像表示装置１００において、第１の画像表示デバイス１及び第２の画像表示デバイス２が投射レンズ２０の光軸ＡＸ上に並んで配置されない。
そのため、第１の画像表示デバイス１から射出された第１の偏光Ｌ１が第２の画像表示デバイス２を透過したり、第２の画像表示デバイス２から射出された第２の偏光Ｌ２が第１の画像表示デバイス１を透過するといったことがない。よって、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２の明るさを比較した場合、２つの明るさの差は小さい。

このように本実施形態によれば、スクリーン３０，４０上に表示される画像Ｇ１ａ、Ｇ２ａの明るさの差が小さいので、観賞者は奥行き感のある高品質の画像を楽しむことができる。

また、画像表示装置１００によれば、第１のスクリーン３０上に第１の偏光Ｌ１により形成される画像の大きさ（図２で示した倍率ｍ_ｅ）と、第２のスクリーン４０上に第２の偏光Ｌ２により形成される画像の大きさ（図２で示した倍率ｍ_ｏ）とを合わせることができる。よって、観賞者は、より違和感が少なく奥行き感のある画像を楽しめる。

また、画像表示装置１００によれば、第１の画像表示デバイス１のみを駆動することで第１のスクリーン３０だけに画像を表示し、第２の画像表示デバイス２だけを駆動することで第２のスクリーン４０だけに画像を表示する使い方も可能である。このようにすれば、観賞者ＭＥは、二つの位置に別々の画像を選択的に視認することができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図４は第２実施形態の画像表示装置２００の概略構成を示す図である。
図４に示すように、本実施形態の画像表示装置２００は、画像光射出部１０と、投射レンズ２０と、ハーフミラー２１と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。

本実施形態によれば、投射レンズ２０と第１のスクリーン３０との間にハーフミラー２１を配置することにより、観賞者が第１のスクリーン３０及び第２のスクリーン４０に表示される画像を見ても、第１実施形態の構成と異なり、スクリーン越しに投射レンズ２０等が見えない。そのため、あたかも空間に浮遊しているような画像を視認することができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図５は第３実施形態の画像表示装置３００の概略構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態の画像表示装置３００は、画像光射出部１１と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。

本実施形態において、画像光射出部１１は、第１の画像表示デバイス１Ａと、第２の画像表示デバイス２Ａと、偏光合成プリズム３とを含む。画像光射出部１１は、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を生成し、これら第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を投射レンズ２０に向けて射出する。

本実施形態において、第１の画像表示デバイス１Ａ及び第２の画像表示デバイス２Ａは偏光していない光（非偏光の光）を射出することで画像Ｇ１，Ｇ２を表示している。このような非偏光の光を射出することで画像を表示する表示デバイスとしては、有機ＥＬパネルやＭＥＭＳ技術を用いたデジタルミラー表示パネルを例示できる。

本実施形態において、第１の画像表示デバイス１Ａから射出された非偏光の光は偏光合成プリズム３を透過することで偏光合成プリズム３の偏光合成膜３ｂに対するＰ偏光（第１の偏光）を持つ光に変換される。

一方、第２の画像表示デバイス２Ａから射出された非偏光の光は偏光合成プリズム３で反射されることで偏光合成プリズム３の偏光合成膜３ｂに対するＳ偏光（第２の偏光）を持つ光に変換される。

本実施形態の画像光射出部１１では、第１実施形態の画像光射出部１０と異なり、第１の画像表示デバイス１Ａと偏光合成プリズム３とが協働してＰ偏光の光を生成し、第２の画像表示デバイス２Ａと偏光合成プリズム３が協働してＳ偏光の光を生成している。

このように本実施形態の画像表示装置３００によれば、画像表示デバイス１Ａ，２Ａとして液晶表示パネル以外の表示デバイスを用いた場合でも、２枚のスクリーン３０，４０上に明るさに差の無い画像を表示することで観賞者に奥行きを感じさせることができる。

なお、第１の画像表示デバイス１Ａ及び第２の画像表示デバイス２Ａから射出される光の半分は偏光合成プリズム３で反射あるいは透過するので表示に寄与しない無駄な光となるが、例えば、有機ＥＬディスプレイではバックライトが不要なため、表示デバイス自体を小型軽量化できるといった利点がある。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図６は第４実施形態の画像表示装置４００の概略構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の画像表示装置４００は、画像光射出部１２と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。

本実施形態において、画像光射出部１２は、第１の画像表示デバイス１と、第２の画像表示デバイス２と、無偏光合成光学素子（画像合成光学素子）４とを含む。画像光射出部１２は、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を生成し、これら第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を投射レンズ２０に向けて射出する。

本実施形態において、無偏光合成光学素子４は、２つのプリズム部材４ａの間に配置されたハーフミラー４ｂを有したハーフミラープリズムからなる。ハーフミラー４ｂとしては、反射率に対する偏光依存性が小さいものを用いるのが望ましい。

本実施形態において、第１の画像表示デバイス１から射出された第１の偏光Ｌ１は無偏光合成光学素子４のハーフミラー４ｂを透過し、第２の画像表示デバイス２から射出された第２の偏光Ｌ２は無偏光合成光学素子４のハーフミラー４ｂで反射されることで合成される。

第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２は、無偏光合成光学素子４を透過あるいは反射された時点においても、その偏光方向を維持したまま投射レンズ２０に入射する。すなわち、第１の画像表示デバイス１から射出された第１の偏光Ｌ１は第１のスクリーン３０上に第１の画像Ｇ１ａを生成し、第２の画像表示デバイス２から射出された第２の偏光Ｌ２は第２のスクリーン４０上に第２の画像Ｇ２ａを生成する。

このように本実施形態の画像表示装置４００によれば、画像合成光学素子として無偏光合成光学素子４を用いた場合でも、２枚のスクリーン３０，４０上に明るさに差の無い画像を表示することで奥行き感のある高品質の画像を表示することができる。

なお、第１の画像表示デバイス１及び第２の画像表示デバイス２から射出される光の半分は無偏光合成光学素子４（ハーフミラー４ｂ）で反射あるいは透過するので表示に寄与しない無駄な光となるが、無偏光合成光学素子４（ハーフミラープリズム）は偏光合成プリズムと比べて安価なため、安価な画像表示装置４００を提供できるといった利点がある。

（第５実施形態）
続いて、第５実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図７は第５実施形態の画像表示装置５００の概略構成を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の画像表示装置５００は、画像光射出部１３と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。

本実施形態において、画像光射出部１３は、第１の画像表示デバイス１Ａと、第２の画像表示デバイス２Ａと、無偏光合成光学素子４と、偏光面回転光学素子５とを含む。画像光射出部１３は、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を生成し、これら第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を投射レンズ２０に向けて射出する。

本実施形態において、第１の画像表示デバイス１Ａは、第２の画像表示デバイス２Ａと同じ方向に偏光した光を射出する。第１の画像表示デバイス１Ａ及び第２の画像表示デバイス２Ａから射出された偏光は無偏光合成光学素子４で合成される。従って、無偏光合成光学素子４で合成された時点では同じ方向の偏光のままとなっている。本実施形態では、無偏光合成光学素子４と投射レンズ２０との間に配置した偏光面回転光学素子５により第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を生成する。

偏光面回転光学素子５は、例えば、印加電圧によって液晶の配向を変化させる液晶パネルを用いることができる。

本実施形態において、偏光面回転光学素子５は、第１の画像表示デバイス１Ａから偏光した光を射出するとき（すなわち、画像を表示するとき）に第１の偏光Ｌ１を生成するように駆動する。
また、偏光面回転光学素子５は、第２の画像表示デバイス２Ａから偏光した光を射出するとき（すなわち、画像を表示するとき）に第２の偏光Ｌ２を生成するように駆動する。

本実施形態の画像光射出部１３では、第１の画像表示デバイス１と第２の画像表示デバイス２と偏光面回転光学素子５とを同期させて駆動し、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を交互に切換えて射出するようにしている。
したがって、本実施形態の画像表示装置５００によれば、所謂、時分割駆動によって２枚のスクリーン３０，４０上に明るさに差の無い画像を表示できる。

（第６実施形態）
続いて、第６実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図８は第６実施形態の画像表示装置６００の概略構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態の画像表示装置６００は、画像光射出部１０と、投射レンズ２０とを備える。

すなわち、本実施形態の画像表示装置６００は、第１実施形態の画像表示装置１００から第１のスクリーン３０及び第２のスクリーン４０を省略した構成を有している。そのため、画像表示装置６００は、第１のスクリーン３０の配置面（第１結像面）に相当する位置に第１の画像Ｇ１ａを表示、第２のスクリーン４０の配置面（第２結像面）に相当する位置に第２の画像Ｇ２ａを表示する。すなわち、画像表示装置６００において、第１の画像Ｇ１ａ及び第２の画像Ｇ２ａは第１の画像表示デバイス１及び第２の画像表示デバイス２の実像によって形成される。

本実施形態の画像表示装置６００によれば、異なる位置に表示された２つの実像（画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａ）を観賞者に視認させることで奥行きを感じさせることができる。

（第７実施形態）
続いて、第７実施形態について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図９は第７実施形態に係る画像表示ユニット７００の概略構成を示す図である。
図９に示すように、本実施形態の画像表示ユニット７００は、第６実施形態の画像表示装置６００と、観賞用メガネ６０１と、を備える。

観賞用メガネ６０１は、眼の前に表示される実像（画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａ）を見るために、観賞者が装着する。観賞用メガネ６０１は、観賞者の眼に対向する位置に配置されたレンズ６０１Ｒ，６０１Ｌを有する。レンズ６０１Ｒ，６０１Ｌは、透過軸を切り替え可能に構成された偏光フィルターを含む。レンズ６０１Ｒ，６０１Ｌは、偏光フィルターの透過軸を切り替えることで異なる偏光からなる画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａのいずれか一方を透過して観賞者の眼に入射させる。

したがって、観賞者は、この観賞用メガネ６０１を装着した状態で、レンズ６０１Ｒ，６０１Ｌの偏光フィルターの透過軸を切り替えることにより、奥行き方向において異なる位置にある画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａのいずれか一方を見ることができる。

なお、上記実施形態においては、第１の画像表示デバイス１，１Ａ及び投射レンズ２０間の距離と第２の画像表示デバイス２，２Ａ及び投射レンズ２０間の距離とを異ならせることで、第１の画像Ｇ１ａと第２の画像Ｇ２ａの倍率を揃えるようにした。

本発明は、２つの表示デバイス及び投射レンズ間の距離はそれぞれ異ならせる場合に限定されない。すなわち、第１の画像Ｇ１ａと第２の画像Ｇ２ａの倍率を揃えることが特に不要な場合、以下の実施形態のように２つの表示デバイス及び投射レンズ間の距離をそれぞれ同一とするようにしても良い。

（第８実施形態）
以下、第８実施形態に係る画像表示装置について説明する。本実施形態の画像表示装置は、後述のように２つの表示デバイス及び投射レンズ間の距離をそれぞれ同一にした点のみ上記第１実施形態と異なっている。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１０は第８実施形態の画像表示装置８００の概略構成を示す図である。
図１０に示すように、本実施形態の画像表示装置８００は、画像光射出部１０と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。

本実施形態では、図１０に示すように、投射レンズ２０の構成要素である複屈折レンズ（第２レンズ２０ｂ）に対して異常光線となるＰ偏光（第１の偏光Ｌ１）を射出する第１の画像表示デバイス１から投射レンズ２０までの光路長Ｄ１と、常光線となるＳ偏光（第２の偏光Ｌ２）を射出する第２の画像表示デバイス２から投射レンズ２０までの光路長Ｄ２とが同一に設定されている。

そのため、第１の偏光Ｌ１が結像されることで第１のスクリーン３０上に形成する第１の画像Ｇ１ａの大きさ（倍率）は、第２の偏光Ｌ２が結像されることで第２のスクリーン４０上に形成する第２の画像Ｇ２ａの大きさ（倍率）よりも大きくなる。

なお、第１の画像表示デバイス１或いは第２の画像表示デバイス２が表示する画像のサイズ（第１の偏光Ｌ１或いは第２の偏光Ｌ２の射出領域の大きさ）を調整することでスクリーン３０，４０上に形成される画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａの大きさを揃えるようにしてもよい。

このように本実施形態の画像表示装置８００によれば、投射レンズ２０に対して画像表示デバイス１，２を同じ距離に配置した場合であっても、２枚のスクリーン３０，４０上に明るさに差の無い画像を表示することで観賞者に奥行きを感じさせることができる。

本実施形態では、第１実施形態の画像表示装置１００の構成において、投射レンズ２０及び画像表示デバイス１，２間の距離をそれぞれ同じにする場合を例に挙げたが、第２実施形態〜第７実施形態の構成において投射レンズと２つの表示デバイスとの距離をそれぞれ同じに設定しても良い。

（第９実施形態）
続いて、第９実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１１は第９実施形態の画像表示装置９００の概略構成を示す図である。
図１１に示すように、本実施形態の画像表示装置９００は、画像光射出部１４と、投射レンズ２０と、第１のスクリーン３０と、第２のスクリーン４０とを備える。

本実施形態において、画像光射出部１４は、一つの表示デバイス６と、偏光合成プリズム３と、偏光面回転光学素子５とを含む。画像光射出部１４は、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を生成し、これら第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を投射レンズ２０に向けて射出する。

本実施形態において、表示デバイス６は偏光していない光（非偏光の光）を射出することで画像を表示可能な、有機ＥＬパネルやデジタルミラー表示パネルから構成される。

本実施形態において、表示デバイス６から射出された非偏光の光は偏光合成プリズム３を透過することで偏光合成プリズム３の偏光合成膜３ｂに対するＰ偏光（第１の偏光）を持つ光に変換される。偏光面回転光学素子５は、偏光合成プリズム３を透過したＰ偏光の光が通過する領域の液晶の配向を変化させることで第１の偏光Ｌ１或いは第２の偏光Ｌ２を生成可能である。

本実施形態の画像光射出部１４では、表示デバイス６と偏光面回転光学素子５とを同期させて駆動し、第１の偏光Ｌ１及び第２の偏光Ｌ２を交互に切換えて射出することができる。

また、Ｐ偏光（第１の偏光Ｌ１）及びＳ偏光（第２の偏光Ｌ２）を一つの表示デバイス６から射出するので、第８実施形態と同様に、第１の偏光Ｌ１が結像されることで第１のスクリーン３０上に形成する第１の画像Ｇ１ａの大きさ（倍率）が、第２の偏光Ｌ２が結像されることで第２のスクリーン４０上に形成する第２の画像Ｇ２ａの大きさ（倍率）よりも大きくなる。

なお、第１の画像表示デバイス１或いは第２の画像表示デバイス２が表示する画像のサイズ（第１の偏光Ｌ１或いは第２の偏光Ｌ２の射出領域の大きさ）を調整することでスクリーン３０，４０上に形成される画像Ｇ１ａ，Ｇ２ａの大きさを揃えるようにしてもよい。

このように本実施形態の画像表示装置９００によれば、一つの表示デバイス６を用いた場合であっても、所謂、時分割駆動によって２枚のスクリーン３０，４０上に明るさに差の無い画像を表示することで観賞者に奥行きを感じさせることができる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

また、上記実施形態では、投射レンズ２０の複屈折レンズに用いる材料として方解石を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば液晶等の複屈折を有する材料を用いても良い。

また、上記実施形態では、投射レンズ２０として２枚のガラスレンズと１枚の複屈折レンズとを貼り合せたものを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、複屈折レンズ単体だけで投射レンズを構成しても良いし、或いは、複数の複屈折レンズを組合せて投射レンズを構成するようにしても良い。

１，１Ａ…第１の画像表示デバイス、２，２Ａ…第２の画像表示デバイス、３…偏光合成プリズム、４…無偏光合成光学素子、５…偏光面回転光学素子、６…表示デバイス、１０，１１，１２，１３，１４…画像光射出部、２０…投射レンズ、２０ｂ…第２レンズ（複屈折レンズ）、３０…第１のスクリーン、４０…第２のスクリーン、１００，２００，３００，４００，５００，６００，８００，９００…画像表示装置、６０１…観賞用メガネ、７００…画像表示ユニット、ＡＸ…光軸、Ｄ１…光路長、Ｄ２…光路長、Ｇ１ａ…第１の画像、Ｇ２ａ…第２の画像、Ｌ１…第１の偏光、Ｌ２…第２の偏光、Ｒ…複屈折レンズ。

Claims (21)

1. 第１の方向の偏光成分を持つ第１の偏光及び前記第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を持つ第２の偏光を射出する光射出部と、
   複屈折レンズを含み、前記第１の偏光及び前記第２の偏光が入射する投射レンズと、を備え、
   前記投射レンズは、前記光射出部から射出される前記第１の偏光を第１の像面に結像して第１の画像を生成するとともに、前記光射出部から射出される前記第２の偏光を該投射レンズの光軸上において前記第１の像面とは異なる位置にある第２の像面に結像して第２の画像を生成する
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１の偏光が前記複屈折レンズにおける異常光線となり、
   前記第２の偏光が前記複屈折レンズにおける常光線となる
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光射出部は、第１の画像表示デバイスと、第２の画像表示デバイスと、前記第１の画像表示デバイスから射出される光と前記第２の画像表示デバイスから射出される光とを合成する画像合成光学素子とを備える
   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。
4. 前記第１の画像表示デバイスと前記投射レンズまでの光路長が前記第２の画像表示デバイスと前記投射レンズまでの光路長より長く、
   前記投射レンズから前記第１の像面までの光路長が前記投射レンズから前記第２の像面までの光路長より長い
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記画像合成光学素子が偏光合成光学素子である
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の画像表示装置。
6. 前記偏光合成光学素子が偏光合成プリズムである
   ことを特徴とする請求項５記載に記載の画像表示装置。
7. 前記画像合成光学素子が無偏光合成光学素子である
   ことを特徴とする請求項３又は４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 前記無偏光合成光学素子がハーフミラープリズムである
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記第１の画像表示デバイスは前記第１の偏光を射出し、前記第２の画像表示デバイスは前記第２の偏光を射出する
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
10. 前記第１の画像表示デバイス及び前記第２の画像表示デバイスは液晶表示パネルである
    ことを特徴とする請求項９記載の画像表示装置。
11. 前記第１の画像表示デバイス及び前記第２の画像表示デバイスは非偏光の光を射出する
    ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
12. 光射出部において、
    前記第１の画像表示デバイスは、前記第２の画像表示デバイスと同じ方向に偏光した光を射出し、前記画像合成光学素子が無偏光合成光学素子であり、該無偏光合成光学素子と前記投射レンズとの間に偏光面回転光学素子が配置されている
    ことを特徴とする請求項３又は４に記載の画像表示装置。
13. 前記第１の画像表示デバイスから偏光した光を射出するときに前記第１の偏光を生成するように前記偏光面回転光学素子を駆動し、前記第２の画像表示デバイスから偏光した光を射出するときに前記第２の偏光を生成するように前記偏光面回転光学素子を駆動し、前記第１の画像表示デバイス及び前記第２の画像表示デバイスと前記偏光面回転光学素子とを同期させ、前記第１の画像及び前記第２の画像を順次生成する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
14. 前記光射出部は、非偏光の光を射出する第１の画像表示デバイスと、前記第１の画像表示デバイスから射出される光を透過する画像合成光学素子と、前記画像合成光学素子と前記投射レンズとの間に偏光面回転光学素子と、を備え、
    前記画像合成光学素子は、入射した非偏光の光を偏光にする偏光合成光学素子であり、
    前記第１の画像表示デバイスは、前記第１の画像に対応した画像及び前記第２の画像に対応した画像を順次生成し、
    前記偏光面回転光学素子は、前記第１の画像表示デバイスが前記第１の画像に対応した画像を生成したときに第１の偏光を生成し、前記第１の画像表示デバイスが前記第２の画像に対応した画像を生成したときに第２の偏光を生成するように駆動される
    ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の画像表示装置。
15. 前記画像表示デバイスが有機ＥＬ表示パネル又はデジタルミラー表示パネルである
    ことを特徴とする請求項１１又は１４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
16. 前記第１の像面に配置されて前記第１の偏光を拡散させる第１のスクリーンと、前記第２の像面に配置されて前記第２の偏光を拡散させる第２のスクリーンとをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
17. 前記第１の画像及び前記第２の画像が実像である
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
18. 前記第１の画像表示デバイスと前記第２の画像表示デバイスと同期して駆動し、前記第１の像面及び前記第２の像面にそれぞれ異なる画像を表示する
    ことを特徴とする請求項２乃至１２又は請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
19. 前記第１の画像表示デバイス又は前記第２の画像表示デバイスのいずれか一方を駆動し、前記第１の像面及び前記第２の像面のいずれか一方のみに画像を表示する
    ことを特徴とする請求項２乃至１２あるいは請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
20. 前記複屈折レンズは一軸結晶からなる
    ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
21. 請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
    観賞者の眼前に配置されることで、前記画像表示装置が表示する前記第１の画像及び前記第２の画像を選択的に透過させる観賞用メガネと、を備える
    ことを特徴とする画像表示ユニット。

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