JP4334707B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置、より詳しくは、表示装置に表示された画像を接眼光学系により拡大して観察者の眼球に結像させる画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表示装置に表示された画像を接眼光学系により拡大して観察者の眼球に結像させる画像表示装置が盛んに製品化されており、こうした画像表示装置の光学系においては、表示される画像のざらつき感等を除去して見易くするために光学ローパスフィルタを介在させる構成としたものが一般的である。
【０００３】
このような光学ローパスフィルタを用いた画像表示装置の光学系の一例について、図３３を参照して説明する。図３３は、従来方式の画像表示装置の光学系の構成例を示す図である。
【０００４】
この画像表示装置は、筐体１の内部に、照明光を発光するバックライト３と、規則的に配列された画素の集合として画像を表示するＬＣＤ４と、このＬＣＤ４から出射される光学画像から高周波成分を除去するべく該ＬＣＤ４の近傍に配設された光学ローパスフィルタ７と、この光学ローパスフィルタ７から出射される光束を観察者の眼球に向けて結像させる接眼光学系６と、上記筐体１の接眼窓位置に嵌め込まれた防塵機能や防護機能を有する接眼窓（Ｒ窓）９と、を有して構成されている。
【０００５】
ここに、従来方式とは、表示素子であるＬＣＤ４の表面上またはその近傍となる位置に、光学ローパスフィルタ７が配置されているものをさし、現在のところ、一般的に最も広く用いられているタイプのものである。
【０００６】
こうした配置を行う例として、特開昭６３−１１４４７５号公報には、２次元的に配列されたドット状の表示セグメントを有する画像表示器を備えた画像表示装置において、画像表示器のドットピッチに応じて決まる所定の空間周波数よりも低い空間周波数成分を通過させる光学ローパスフィルタを、画像表示器の表示面上またはそのファインダ光学系中に配設した画像表示装置が開示されており、該公報には、画像表示器と接眼光学系との間に光学ローパスフィルタを配置する例が記載されている。
【０００７】
上述したような光学ローパスフィルタを設計する際には、表示素子の画素配列によって決定されるサンプリングノイズの中の、第１のノイズの周波数に光学ローパスフィルタの遮断空間周波数を略一致させるという考え方がある。
【０００８】
このような遮断空間周波数の範囲を限定している従来例として、例えば特開平８−１２２７１０号公報に、複数の画素が２次元的に周期的に配列されてなる画像表示体、および上記画像表示体の前面に配置された光学ローパスフィルタを備え、上記光学ローパスフィルタの少なくとも一方向における２つの遮断空間周波数が、上記画像表示体の画素配列によって定まる標本化周波数の内の特定の標本化周波数（２番目低い周波数をもつもの）を１としたときに、その１／４以上３／４以下の範囲および３／４以上５／４以下の範囲にそれぞれ設定されている画像表示装置が記載されている。
【０００９】
ところで近年、画素飛ばし（またはウォブリング）という技術により、見かけの画素数を増加させる技術が提案されている。
【００１０】
このような技術の一例として、特開平７−３６０５４号公報には、光学的に透明な電極と配向膜とをこの順に設けた光学系に透明な基体の複数個が上記電極および上記配光膜の側で互いに所定の間隔を隔てて対向配置され、強誘電性液晶と反強誘電性液晶と電傾効果を示すスメクチック液晶とから選ばれた少なくとも１種の液晶が上記間隙内に注入されている位相変調光学素子と、光学的に透明な複屈折媒体と、からなる素子が複数個組み合わされて構成された光学装置が記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図３３に示したような従来の構成では、表示素子の近傍にローパスフィルタを配置しているために、ゴミ等が付着している場合には観察され易くなってしまうことになる。これに対処するためには、製造時の規格を厳しくしなければならず、製造コストが上昇することになってしまっていた。また、表示素子の画素ピッチと、ローパスフィルタを構成する回折格子のピッチとが整数比に近い場合には、モアレ等が発生し易いという課題が生じていた。
【００１２】
さらに、上述したような画素飛ばしの技術を適用した画像表示装置では、表示素子の近傍に画素飛ばし素子が配置される構成となるが、生産性に配慮し、スタンパ等による樹脂の成形によって作られたローパスフィルタは偏光方向を乱す可能性があるために、上記図３３に示したような構成をそのままでは適用することができなかった。しかし、ローパスフィルタを用いることなく画素飛ばしの技術を用いた画像表示装置を構成すると、後述する実施の形態において詳細に説明するように、画像中に本来は存在しないはずの縞模様が動いて見えてしまったりする場合があることを、本出願人は実験によって発見している。
【００１３】
また、第１のサンプリングノイズの周波数に遮断空間周波数を一致させるタイプの光学ローパスフィルタでは、表示素子が高精細化すればするほどＬＣＤ虚像面上での光学ローパスフィルタによる画素分離量が小さくなって、その結果、フィルタの格子ピッチは大きくなる。これに対して、観察者に虚像を提示する光学系では、光学ローパスフィルタ通過時の光束径は、観察者の瞳孔径程度であるために、サンプリングされる格子数が少なくなって画面内に回折ムラが生じ、画像がちらちらしたり、あるいは眼を動かすとぼけたりくっきり見えたりしてしまうことがある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ざらつき感やちらつきの少ない見易い画像を観察することができる画像表示装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明による画像表示装置は、画素を規則的に配置してなる表示装置と、上記表示装置に表示された画像を拡大して観察者の眼球に結像させる接眼光学系と、上記接眼光学系と観察者の眼球との間に配置された該接眼光学系からの光を複数の光に分離する光学フィルタ手段と、を備え、上記光学フィルタ手段は、第１の遮断空間周波数と、この第１の遮断空間周波数よりも高周波である第２の遮断空間周波数とを有し、該第２の遮断空間周波数ｆ2Cは、上記表示装置の画素のピッチにより決定されるナイキスト周波数ｆN に対して、
１．５＜ｆ2C／ｆN ＜２．５
なる関係を満たすものである。
【００１６】
また、第２の発明による画像表示装置は、上記第１の発明による画像表示装置において、上記光学フィルタ手段が回折格子を有して構成されたものである。
【００１７】
さらに、第３の発明による画像表示装置は、上記第２の発明による画像表示装置において、上記光学フィルタ手段の回折格子が、該光学フィルタ手段の上記接眼光学系に対向する面に形成されたものである。
【００１８】
第４の発明による画像表示装置は、画素を規則的に配置してなる表示素子と、上記表示素子に表示された画像を拡大して観察者の眼球に結像させる接眼光学系と、上記表示素子と接眼光学系との間に配置された該表示素子からの光を複数の光に分離またはスイッチングする第１の光学フィルタ手段と、上記接眼光学系と観察者の眼球との間に配置された該接眼光学系からの光を複数の光に分離する第２の光学フィルタ手段とを備えたものである。
【００１９】
第５の発明による画像表示装置は、上記第４の発明による画像表示装置において、上記第２の光学フィルタ手段が第１の遮断空間周波数とこの第１の遮断空間周波数よりも高周波である第２の遮断空間周波数とを有し、該第２の遮断空間周波数ｆ2Cは、上記表示素子と上記第１の光学フィルタ手段とによって生成される画素のピッチにより決定されるナイキスト周波数ｆN に対して、
１．５＜ｆ2C／ｆN ＜２．５
なる関係を満たすものである。
【００２０】
第６の発明による画像表示装置は、上記第４の発明による画像表示装置において、上記第１の光学フィルタ手段が、上記表示素子の画素位置を４点の位置で繰り返して変位させる画素位置変位手段である。
【００２１】
第７の発明による画像表示装置は、上記第４の発明による画像表示装置において、上記第１の光学フィルタ手段が、回折格子が形成された光学ローパスフィルタまたは複屈折板でなる光学ローパスフィルタである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１から図３２は本発明の一実施形態を示したものであり、図１はＬＣＤの画素配列の一例を示す図である。
【００２３】
まず、図１を参照して、ＬＣＤの画素配列の例としてデルタ配列について説明する。
【００２４】
このデルタ配列は、同一列内において、例えばＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の順に画素が巡回的に配列されると共に、偶数列同士は同じ配列、奇数列同士は同じ配列であって、偶数列と奇数列は３／２画素分だけ位相がずれた配列となっている。
【００２５】
これらの内のＧを例に取って具体的に説明すれば、偶数列２ｎにおいて隣り合う２つのＧ画素と、その次の偶数列２ｎ＋２の同位相となる２つのＧ画素と、で構成される長方形のほぼ中央に位置するように、奇数列２ｎ＋１のＧ画素が位置するようになっている。
【００２６】
これと同様に、奇数列２ｎ＋１において隣り合う２つのＧ画素と、その次の奇数列２ｎ＋３の同位相となる２つのＧ画素と、で構成される長方形のほぼ中央に位置するように、偶数列２ｎ＋２のＧ画素が位置するように構成されている。
【００２７】
なお、ここではデルタ配列を例に取ったが、もちろん、ストライプ配列やモザイク配列等であっても構わない。
【００２８】
また、ここでは表示素子の例としてカラーＬＣＤを挙げたが、白黒ＬＣＤであっても後述する技術はほぼそのまま適用可能である。
【００２９】
図２は、上記図１に示したようなデルタ配列のＬＣＤの内の、Ｇ画素のみの配列を示す図である。
【００３０】
このＧ画素は、上述したように、偶数列と奇数列とで互い違いに配列されている。なお、簡単のために、以下では主としてＧ画素に関して説明するが、その説明の内容は、Ｒ画素やＢ画素についてもほぼ同様に適用される。
【００３１】
続いて、図３以下を参照して、光学フィルタ手段たる光学ローパスフィルタ（以下、適宜ローパスフィルタと省略する）を用いたときの光の分離の様子について説明する。
【００３２】
なお、ローパスフィルタとしては、位相差を与える回折格子が形成されたタイプのものや、例えば水晶等により形成された複屈折板を用いるタイプのものなどがあるが、ここでは回折格子が形成されたローパスフィルタを適用した場合について説明する。
【００３３】
まず、図３は、縦方向１次元ローパスフィルタによる画素配列の第１例を示す図である。
【００３４】
この縦方向１次元ローパスフィルタは、横方向のストライプ状をなす回折格子を形成して、縦方向に画素像を分離させるものであり、図３は、このローパスフィルタにより実現される見かけの画素配列を示している。
【００３５】
該ローパスフィルタは、より詳しくは、偶数列の画素同士、または奇数列の画素同士の縦方向ピッチの１／３だけずれた位置に、＋１次光と−１次光を分光するものとなっている。
【００３６】
これにより、各画素の像は、０次光と＋１次光と−１次光の３つに分離して、それぞれが等間隔に並び、画素数の３倍の数の像が形成されることになる。
【００３７】
このときの各像の光の強度については、例えば、０次光と１次光の強度がほぼ等しくなるとともに、２次光や３次光については無視し得る程度の低い強度となるように構成されている。なお、２次光以下を無視するためには、後述するように、正弦波形状の断面を有するストライプを備えた光学フィルタを用いると良い。
【００３８】
次に、図４は縦方向１次元ローパスフィルタによる画素配列の第２例を示す図である。
【００３９】
このローパスフィルタは、偶数列の画素同士、または奇数列の画素同士の縦方向ピッチの１／２だけ、つまり偶数列と該偶数列に隣り合った奇数列との画素同士の縦方向のピッチだけずれた位置に、＋１次光と−１次光を分光する回折格子を形成したローパスフィルタの例である。
【００４０】
これにより、各画素の像は、０次光と＋１次光と−１次光の３つに分離するが、例えば２ｎ列の画素の−１次光は、２ｎ＋２列の画素の＋１次光と重なり、同様に、２ｎ＋１列の画素の−１次光は、２ｎ＋３列の画素の＋１次光と重なるために、画素数の２倍の数の像が形成されて等間隔に並ぶことになる。
【００４１】
このときの各像の光の強度については、例えば、０次光の強度に対して、１次光の強度がほぼ半分となるようにすれば、偶数列同士または奇数列同士で上下に隣り合う画素の＋１次光と−１次光が重畳して、ほぼ均等な光強度となる。
【００４２】
次に、図５は、斜め方向の１次元ローパスフィルタによる画素配列を示す図である。
【００４３】
このローパスフィルタは、偶数列と該偶数列に隣接する奇数列の画素の内の、例えば横方向のピッチの３／２だけ異なる位置にある画素に向かう方向に該画素との間の距離の１／３だけずれた位置に、＋１次光と−１次光を分光するような斜め方向の回折格子を形成したローパスフィルタの例である。
【００４４】
これにより、各画素の像は、０次光と＋１次光と−１次光の３つに斜め方向に分離して、それぞれが等間隔に並び、画素数の３倍の数の像が形成されることになる。
【００４５】
なお、この図５の例においては、左上−右下の方向にローパスを掛けるようにしているが、左下−右上の方向にローパスを掛けるものであっても良いし、あるいは両方向の２次元ローパスフィルタであっても画素分離量が大きければこの図５と同じ画素配列を実現することができる。
【００４６】
図６は、縦横方向２次元ローパスフィルタによる画素配列を示す図である。
【００４７】
このローパスフィルタは、元画素の像を中心位置（０，０）として横（水平）方向および縦（垂直）方向に座標をとったときに、該元画素像を中心として左（−１，０）、右（１，０）、上（０，１）、下（０，−１）、右上（１，１）、右下（１，−１）、左上（−１，１）、左下（−１，−１）に各回折像が等間隔な格子状に配列されるように構成された例である。
【００４８】
このとき、該座標は、回折光の次数を表しており、それぞれ（水平方向の次数，垂直方向の次数）を表示している。
【００４９】
これにより、各画素の像は９つに分離するが、元画素像（０，０）以外は他の画素の分離像と重畳されるようになっているために、画素数の４倍の数の像が形成されることになる。
【００５０】
図７は、第１の縦方向１次元ローパスフィルタと第２の縦方向１次元ローパスフィルタとを組み合わせてなされる画素配列を示す図である。
【００５１】
ここでは、表示素子と接眼光学系との間に配置された水晶などの複屈折性光学結晶でなる第１のローパスフィルタ（縦方向１次元ローパスフィルタ）により、縦方向に２つの回折像を生じさせ、さらにこれら２つの回折像を接眼光学系と観察者眼球との間に配置されたストライプ状の回折格子でなる第２のローパスフィルタ（同様に縦方向１次元ローパスフィルタ）により、縦方向に各３つに分離することで、合計６つの回折像を生じさせるようにしたものである（後述する図２２参照）。
【００５２】
なお、この図７においては、回折光の次数として（第１のローパスフィルタの像（シフト（Shift）またはスルー（Through））、第２のローパスフィルタの次数）なる表記をしている。
【００５３】
すなわち、第１のローパスフィルタを通過させることにより、図中の（Ｔ，０）の位置の像が（Ｓ，０）の位置にも分離し、さらに第２のローパスフィルタを通過させることにより、これら（Ｔ，０）の位置の像と（Ｓ，０）の位置の像が、（Ｔ，１）の位置と（Ｓ，１）の位置、および（Ｔ，−１）の位置と（Ｓ，−１）の位置にも分離し、上述したように合計６つの像が生じるようになっている。
【００５４】
次に、図８は、ウォブリングする前のカラーＬＣＤの画素配列を示す図である。
【００５５】
この図８に示したものは、同一列左から右に向かってＧ，Ｒ，Ｂの順に画素が配列されたものとなっており、上記図１に示したものとは逆の順序となっているが、ローパスフィルタにより回折像が生じる原理などは上述のものがそのまま適用される。
【００５６】
また、上記図１等では、表示を簡潔にするために各画素の形状を略正方形として図示したが、実際には、例えばこの図８に示すように長方形状をなしていることも少なくない。
【００５７】
次に、図９は、上記図８に示したようなＬＣＤのウォブリング後の見かけの画素配列について、Ｇのみを抜き出して示す図である。
【００５８】
図示のように、水平方向への移動と斜め方向への移動とを行って画素の見かけの位置を変化させることにより、平行四辺形の各頂点を移動する４点ウォブリングを行うようになっている。なお、ウォブリング素子によるこのようなウォブリングの原理については後述する。
【００５９】
また、ここでは、ウォブリング結果を理解し易くして、見かけが複雑になるのを避けるために、Ｇのみについての結果を示しているが、その他のＲやＢについてもウォブリングによって同様に移動することは勿論である。
【００６０】
図１０は、１次元ローパスフィルタに形成したストライプ状の回折格子の各種の例を示す図である。
【００６１】
まず、図１０（Ａ）に示すローパスフィルタ１０は、板状部材の上面に、断面が矩形状をなす回折格子１０ａが形成されたものである。
【００６２】
また、図１０（Ｂ）に示すローパスフィルタ１１には、板状部材の上面に、断面が三角波形状をなす回折格子１１ａが形成されたものである。
【００６３】
さらに、図１０（Ｃ）に示すローパスフィルタ１２には、板状部材の上面に、断面が正弦波形状をなす回折格子１２ａが形成されたものである。
【００６４】
この図１０においては、各種の断面形状を有する回折格子を例に挙げたが、回折格子の形状を選択する際には、高次の回折光による画像のフレアに留意しなければならない。
【００６５】
すなわち、回折効率を計算する際には、２次以上の回折光については光の強度が弱いとして無視することが多いが、こうした高次回折光は、強度的には弱くても実際には存在して画像中のフレアの原因となることがある。画像におけるフレアは、非常に弱い強度であっても観察者には気になる場合があり、画像の品質に関わるものであるために、不要な高次回折光を可能な限り低減させるような配慮を行うことが望ましい。
【００６６】
ローパスフィルタに用いられる格子形状としては、上記図１０（Ａ），図１０（Ｂ），図１０（Ｃ）に示したような三角波、矩形波、正弦波以外にも、図示はしないが台形波などが代表的な例として挙げられる。
【００６７】
これらの形状の回折格子によって発生する高次回折光の強度には差異があり、それぞれを比較した場合には、図１０（Ｃ）に示すような正弦波が最も高次回折光が少なく、次いで、図１０（Ｂ）に示すような三角波、図示しない台形波、図１０（Ａ）に示すような矩形波の順に高次回折光の強度が増加して行く。従って、高次回折光を考慮する場合には、図１０（Ｃ）に示すような形状の回折格子を有するローパスフィルタを用いることが望ましい。
【００６８】
また、２次元ローパスフィルタの場合も、上述したような１次元ローパスフィルタの場合と同様であり、高次回折光によるフレアを防止するためには、正弦波形状の断面を有するローパスフィルタを用いることが望ましい。
【００６９】
続いて、図１１は、２次元ローパスフィルタの回折格子の第１例を示す斜視図である。
【００７０】
この２次元ローパスフィルタは、２つの１次元ローパスフィルタ１３，１４を、各ストライプの方向が直交するように重畳して組み合わせたものである。
【００７１】
すなわち、一方のローパスフィルタ１３に形成されているストライプ状の回折格子１３ａと、他方のローパスフィルタ１４に形成されているストライプ状の回折格子１４ａとは、互いに直交するように配設されている。
【００７２】
一方、図１２は、２次元ローパスフィルタの回折格子の第２例を示す斜視図である。
【００７３】
この２次元ローパスフィルタ１５は、板状部材の片面にストライプ状の回折格子１５ａを形成するとともに、残りの片面にストライプ状の回折格子１５ｂを形成し、これらの回折格子１５ａと回折格子１５ｂの方向が直交するようにしたものである。
【００７４】
この図１２に示したようなローパスフィルタを用いれば、図１１と同等の機能を単一部材のみで実現することができるという利点がある。
【００７５】
図１３は、２次元ローパスフィルタの回折格子の第３例および第４例を示す斜視図である。
【００７６】
まず、図１３（Ａ）は、２次元ローパスフィルタの回折格子の第３例を示したものである。この２次元ローパスフィルタ１６は、板状部材の片面にのみ、ストライプ状の溝を２度に渡って直交する方向に削成することで、形成したものである。これは例えば、ストライプ状のマスクを２度かけて形成を行い、その際に、１度目のマスク掛けと２度目のマスク掛けとで、そのマスク方向を直交させることにより形成することができる。
【００７７】
これにより、ローパスフィルタ１６には、２度ともマスキングされることにより削成されない凸部１６ｃと、２度の内の何れか一方のみがマスキングされることによりマスキングされない１回のみに削成される中段部１６ａ，１６ｂと、２度ともマスキングされないことにより２回に渡って削成される凹部１６ｄと、が形成される。
【００７８】
この図１３に示したようなローパスフィルタは、上記図１２に示したものと異なり、板状部材の片面のみを加工すればよいために、形成が容易であるという利点がある。
【００７９】
また、図１３（Ｂ）は、２次元ローパスフィルタの回折格子の第４例を示したものである。この２次元ローパスフィルタ１７は、板状部材の片面にモザイク状の溝を削成することで、実現したものである。これは例えば、モザイク状のマスクをかけることにより形成を行っている。
【００８０】
これにより、ローパスフィルタ１７には、マスキングされることにより削成されない凸部１７ａと、マスキングされないことにより削成される凹部１７ｂとがモザイク状に形成される。
【００８１】
さらに、図１４は、２次元ローパスフィルタの回折格子の第５例を示す平面図である。
【００８２】
このローパスフィルタ１８は、上記図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）に示したように構成されているが、２つの回折方向が直交しておらず、適宜の角度θをもって斜交するように構成されたものである。
【００８３】
すなわち、このローパスフィルタ１８には、平行四辺形状をなす凸部１８ａと、同様の平行四辺形状をなす凹部１８ｂとがモザイク状に形成されており、矢印ａ方向の回折と、矢印ｂ方向の回折とを行うようになっている。
【００８４】
このときこれらの回折方向のなす角、つまり矢印ａと矢印ｂとのなす角θは、直角ではなく、適宜の角度となるように構成され、さらに、矢印ａ方向の回折格子のピッチＰａと、矢印ｂ方向の回折格子のピッチＰｂとは異なるピッチとなるように構成されている。
【００８５】
これにより、例えば上記図９に示したような平行四辺形状に４点ウォブリングする場合などにも、好適に対応することが可能となっている。
【００８６】
図１５は、上記図１０（Ａ）に示したような矩形状の断面を有する回折格子の詳細な構成を示す図である。
【００８７】
このローパスフィルタ１９には、図１５（Ａ）に示すような長辺と短辺とを有する矩形状の板状部材の一面側に、例えば長手方向に沿ったストライプ状の回折格子を構成する凸部１９ａが、短手方向に沿って複数並列して形成されていて、点線で示す部分１９ｄが有効範囲となっている。
【００８８】
図１５（Ｂ）に示すような矩形状の凸部１９ａを有してなる回折格子は、より詳しくは、図１５（Ｃ）に示すように、回折格子のピッチＰの半分の幅０．５Ｐを有する凸部として構成されており、その高さ、つまり凸部１９ａから見たときの溝深さはｄとなっている。
【００８９】
こうした回折光学素子として構成されたローパスフィルタ１９の光学性能の内で、回折によってシフトする画素位置（あるいは回折角）は上述した内の主に回折格子のピッチＰにより決定され、回折光の強度（つまり回折効率）は上述した内の主に溝深さｄにより決定されるようになっている。なお、これら回折角や回折効率は、回折させる光の波長にも依存することは勿論である。
【００９０】
次に、図１６は、例えば上記図１４に示したような斜方向の回折格子を有してなる２次元ローパスフィルタの形状を示す図である。
【００９１】
このローパスフィルタ２０は、図１６（Ａ）に示すように、一方の左上から右下にかけての回折格子が、板状部材の長辺に対して適宜の角度θをもって交差するように構成され、他方の右上から左下にかけての回折格子が、板状部材の短辺に対して適宜の角度θ’をもって交差するようになされており、点線で示す部分２０ｄが有効範囲となっている。
【００９２】
そして、これらの回折格子の形状を矢印１６Ｂに示す方向から見た図が図１６（Ｂ）、矢印１６Ｃに示す方向から見た図が図１６（Ｃ）である。これら図１６（Ｂ）や図１６（Ｃ）に示すように、凸部２０ａが凹部を挟んで複数形成されており、例えば上記図１５に示した例と同様に、各方向のピッチの半分の幅をなす凸部として形成されている。
【００９３】
続いて、図１７は、画像表示装置の光学系の第１の構成例を示す図である。
【００９４】
なお、この図１７においては、ローパスフィルタにより回折された光が分離する様子を明確にするために、その回折角をデフォルメして示している。
【００９５】
この画像表示装置は、筐体１の内部に、照明光を発光するバックライト３と、規則的に配列された画素の集合として画像を表示する表示装置であり表示素子たるＬＣＤ４と、このＬＣＤ４により時系列的に表示される画像の見かけの位置を、該ＬＣＤ４に同期して変更する画素位置変位手段たるウォブリング素子５と、このウォブリング素子５から出射された光束を観察者の眼球に向けて結像させる例えば単レンズでなる接眼光学系６と、この接眼光学系６から出射された光学画像から高周波成分を除去するものであり、上記筐体１の接眼窓（Ｒ窓）となる位置に嵌め込まれた光学フィルタ手段たるローパスフィルタ７と、を有して構成されている。
【００９６】
上記ローパスフィルタ７は、例えば上述したようなストライプ状の回折格子が形成された１次元ローパスフィルタでなり、図示のように、上記接眼光学系６から出射される画素の像を、０次光、＋１次光、−１次光に分離するようになっている。
【００９７】
また、図１８は、画像表示装置の光学系の第２の構成例を示す図である。
【００９８】
なお、この図１８においても同様に、ローパスフィルタにより回折された光の回折角をデフォルメして示している。
【００９９】
この画像表示装置は、接眼光学系として、例えば自由曲面プリズムを用いた例である。
【０１００】
すなわち、筐体１の内部に、上から下に向かって順に、照明光を発光するバックライト３と、規則的に配列された画素の集合として画像を表示するＬＣＤ４と、このＬＣＤ４により時系列的に表示される画像の見かけの位置を、該ＬＣＤ４に同期して変更するウォブリング素子５と、このウォブリング素子５から出射された光束を内部で複数回反射した後に観察者の眼球に向けて結像させる例えば自由曲面プリズムでなる接眼光学系８と、を配置するとともに、上記筐体１の接眼窓（Ｒ窓）となる位置に、上記接眼光学系８から出射された光学画像から高周波成分を除去するローパスフィルタ７を嵌め込んで構成されている。
【０１０１】
なお、このローパスフィルタ７が上記接眼光学系８から出射される画素の像を、０次光、＋１次光、−１次光に分離するのは上述と同様である。
【０１０２】
次に、図１９は、Ｒ窓方式の画像表示装置の光学系の第１の基本構成例を示す図である。
【０１０３】
ここにＲ窓方式とは、上記図３３に示したような従来方式の画像表示装置の光学系に対して、接眼光学系よりも観察者の眼球側に配設されている防塵防護用のＲ窓（接眼窓）部分、またはその近傍にローパスフィルタを配設したものである。または、より広い定義としては、接眼光学系よりも観察者の眼球側にローパスフィルタを配置すれば、何れの位置であってもＲ窓方式に含まれるものとしてもよい。
【０１０４】
この画像表示装置は、筐体１の内部に、照明光を発光するバックライト３と、規則的に配列された画素の集合として画像を表示するＬＣＤ４と、このＬＣＤ４から出射される光学画像を観察者の眼球に向けて結像させる例えば単レンズでなる接眼光学系６と、上記筐体１の接眼窓となる位置に嵌め込まれた光学的な高周波成分を除去するローパスフィルタ７と、を有して構成されている。
【０１０５】
上記ローパスフィルタ７は、より詳しくは、防塵や防護を行う接眼窓としての機能も兼ねたものとなっていて、回折格子が形成された面を接眼光学系６に向かう内側に配設し、回折格子が形成されていない面を外側に配設している。
【０１０６】
また、図２０は、Ｒ窓方式の画像表示装置の光学系の第２の基本構成例を示す図である。
【０１０７】
この画像表示装置の構成は、上記図１９に示したものとほぼ同様であるが、接眼窓９を別途設けて、該接眼窓９と接眼光学系６との間に上記ローパスフィルタ７を別素子として配置したものである。
【０１０８】
この場合には、ローパスフィルタ７は防塵や保護を兼ねなくても構わないために、回折格子が形成された面は接眼窓９側であっても接眼光学系６側であっても何れでも構わない。
【０１０９】
さらに、図２１は、Ｒ窓方式の画像表示装置の光学系の第３の基本構成例を示す図である。
【０１１０】
この画像表示装置の構成は、上記図１９に示したものとほぼ同様であるが、ＬＣＤ４と接眼光学系６との間に、横方向（水平方向）への分離を行う回折格子でなる第１の１次元ローパスフィルタ７Ｂを配置するとともに、該接眼光学系６と観察者眼球との間となる接眼窓の位置に縦方向（垂直方向）への分離を行う回折格子でなる第２の１次元ローパスフィルタ７Ｃを配置したものである。
【０１１１】
こうして、第１の１次元ローパスフィルタ７Ｂと第２の１次元ローパスフィルタ７Ｃとの組み合わせにより、上記図１１に示したような２次元ローパスフィルタを実現している。
【０１１２】
続いて、図２２は、Ｒ窓方式の画像表示装置の光学系の第４の基本構成例を示す図である。
【０１１３】
この画像表示装置の構成は、上記図２１に示したものとほぼ同様であるが、回折格子でなる１次元ローパスフィルタ７Ｂの代わりに、複屈折性材料でなる第１の縦方向１次元ローパスフィルタ７Ｄを配置したものである。
【０１１４】
一方、接眼光学系６と観察者の眼球との間に配設する第２の縦方向１次元ローパスフィルタ７Ｅは、上記図２１の例と同様に、回折格子タイプで構成されている。
【０１１５】
図２３は、ローパスフィルタに施すハードコート処理の各種の例を示す図である。
【０１１６】
上述したように、ローパスフィルタを接眼窓の部分に防塵や保護を兼ねて取り付ける場合には、該ローパスフィルタ自体が損傷することのないように、ハードコート処理を行うようになっている。
【０１１７】
このハードコート処理としては、例えば図２３（Ａ）に示すように、ローパスフィルタ７の回折格子が形成されていない側の面にのみ吹き付け等を行ってハードコート３１を形成するものや、図２３（Ｂ）に示すように、ローパスフィルタ７の回折格子が形成されている側の面にのみ該フィルタを構成する素材とは異なる屈折率のハードコート３１を吹き付け等により形成するもの、図２３（Ｃ）に示すように、ローパスフィルタ７の全体を該フィルタを構成する素材とは異なる屈折率のハードコート材に浸すなどしてハードコート３１形成するもの、図２３（Ｄ）に示すように、ローパスフィルタ７の回折格子を構成する凹部を埋めることのないようにローパスフィルタの全体をハードコート材に浸すことによりハードコート３１を形成して、ハードコート材の屈折率については適宜のもので構わないようにしたもの、などが幾つかの例として挙げられる。
【０１１８】
図２４は、画像を使用者の眼球に結像させる際に格子ピッチの異なるローパスフィルタを通過させる様子を示す図である。
【０１１９】
ローパスフィルタを接眼光学系よりも観察者の眼球側、例えば接眼窓（Ｒ窓）の位置に配設する場合には、ＬＣＤの近傍に配設する場合に比して、回折格子のピッチを大きく取る必要がある。このような例を模式的に示すのが図２４（Ａ）である。
【０１２０】
すなわち、図２４（Ａ）は、回折格子３５のピッチが瞳径に比して粗いローパスフィルタ７ｌを光束が通過するときの様子を示している。このときに射出瞳３２に到達する光束の径は、接眼窓位置に配置されるローパスフィルタ７ｌと眼球との距離が比較的近いために、瞳径とほぼ同程度であると考えられる。そして、例えば画面の中央部からの光束３３は、例えば３つの回折格子による効果を受けたものとして眼球に到達するが、画面右上からの光束３４は例えば２つの回折格子による効果しか受けていないものとして眼球に到達する、などの回折ムラが画面内に発生し易くなる。
【０１２１】
そこで、後述するように第２の遮断空間周波数に合わせることで、接眼窓（Ｒ窓）の位置に配設するにも関わらず、回折格子３５のピッチを細かくすることができるように工夫をしたときの射出瞳に到達する光束の様子を示すのが図２４（Ｂ）である。
【０１２２】
すなわち、図２４（Ｂ）は、回折格子３５のピッチが瞳径に比して細かいローパスフィルタ７ｓを光束が通過するときの様子を示している。このときには、例えば画面の中央部からの光束３３が通過する際に効果を受ける回折格子の数と、画面右上からの光束３４が通過する際に効果を受ける回折格子の数と、はそれぞれ上記図２４（Ａ）の場合よりも大きな数となり、これらを比較すると、１つ程度の差が生じたとしても比としてはほぼ等しくなるために、回折格子による効果の差があまり生じることはなく、従って回折ムラが画面内に発生し難くなるという利点がある。
【０１２３】
図２５は、テレセントリック光学系を例に取ったときの回折角と分離幅の関係を示す図である。
【０１２４】
ここでは、光学系として略テレセントリック光学系を採用したときの、回折角εと回折像（１次光）の物体面上での分離幅δとの関係について説明する。
【０１２５】
表示素子４と接眼光学系６は距離ｆ（ここにｆは接眼光学系６の焦点距離である）を介して配設され、さらに接眼光学系６と観察者の眼球との距離も同様にほぼｆとなっている。
【０１２６】
また、上記表示素子４の有効範囲の幅をＹとし、該表示素子４における分離幅をδとすると、ｆ・tanε＝δ、ｆ・tanθy ＝Ｙ／２（ここに角ε，θy は光軸Ｏからの角度である）なる関係があり、εを小さいとして前者を近似すると、
【数１】
δ＝ｆε
となる。
【０１２７】
この数式１は、ローパスフィルタを設計する場合に、格子ピッチを決定するに際しての関係式として用いられる。
【０１２８】
次に、図２６は、上記図２４（Ａ）に示したような格子ピッチが粗い場合のＭＴＦ（Modulation Transfer Function：空間周波数に対する光透過特性）グラフ（ＬＰＦ例）である。
【０１２９】
以下では、簡単のために、表示素子がモノクロタイプのものであるとして、垂直方向（ｖ方向と称する）の画素ピッチに限定して説明するが、表示素子がカラータイプのものである場合にも、同色の画素を想定すれば同様に考えることができる。
【０１３０】
また、以下の説明は、ウォブリングを行ったときにも同様に適用することができ、この場合には、ウォブリングした結果の画素配列を有する表示素子のＭＴＦとして考えれば良い。
【０１３１】
まず、図２６（Ａ）は、表示素子のＭＴＦを示している。
【０１３２】
表示素子のＭＴＦであるＭＬＣＤ１は、画素の開口の形状や大きさから決定される回折項Ｍ１と、画素のピッチから決定される干渉項Ｈ１と、のコンボリューションによって表される。
【０１３３】
上記回折項Ｍ１は、画素開口を表す関数のフーリエ変換により求められ、一方の干渉項Ｈ１は、画素ピッチを表す関数のフーリエ変換から求められる。
【０１３４】
例えば垂直方向の画素ピッチをＰｙ＝０．０１８５とし、画素開口の垂直方向の大きさをＤｙ＝０．０２４とすると、図２６（Ａ）中の細実線で示す垂直方向の干渉項Ｈ［ｖ］と、同図中の点線で示す垂直方向の回折項Ｍ［ｖ］と、同図中の太実線で示す表示素子のＭＴＦであるＭＬＣＤ［ｖ］は、それぞれ以下の数式２に示すようになる。
【０１３５】
【数２】

【０１３６】
ここにＣ1 は正規化するための係数であり、記号＊はコンボリューションを表している。
【０１３７】
干渉項Ｈ１のグラフのシャープさは、高周波数成分の多い画像信号の場合ほどデルタ関数的にシャープになり、低周波数成分が支配的な画像信号ではシャープさがない周期関数となるが、ここでは標準的な画像信号を想定して適宜の関数を用いている。この表示素子のＭＴＦとしては、例えば、ナイキスト周波数ｆN が約２７［本／ｍｍ］であり、サンプリングノイズが約５４［本／ｍｍ］に存在したものとなる。
【０１３８】
次に、図２６（Ｂ）は、ローパスフィルタのＭＴＦを示したものである。
【０１３９】
ローパスフィルタを回折格子とした場合、さらに２次光以上の高次光の強度が有意でないとすると、ローパスフィルタのＭＴＦは、像面上での回折による画素（１次光の像（−１次光でも同様））と正規の画素（０次光の像）との距離と回折効率から求めることができる。
【０１４０】
すなわち、ローパスフィルタの垂直方向のＭＴＦであるＭＴＦＹ［ｖ］は、０次光強度をα［０］、１次光強度（０次光により正規化した強度比）をα［１］、０次光の像と１次光の像との距離をｙ［１］とすると、以下の数式３に示すようになる。
【０１４１】
【数３】

【０１４２】
ここにＣ2 は、正規化するための係数である。
【０１４３】
この数式３において、例えば０次光強度α［０］＝１、１次光強度α［１］＝１、０次光の像と１次光の像との距離をｙ［１］＝０．００６２［ｍｍ］などとした場合には、表示素子のサンプリングノイズの周波数約５４［本／ｍｍ］付近に、第１の遮断空間周波数ｆ1Cが位置する図示のＭＴＦＹ１となる。
【０１４４】
接眼窓（Ｒ窓）方式のローパスフィルタの場合には、接眼光学系の焦点距離ｆを２５［ｍｍ］とすると、０次光の像と１次光の像との距離δ＝０．００６１［ｍｍ］を実現するためには、上記数式１を用いると、ε＝２．４×１０＾（−４）［ｒａｄ］（ここに、記号＾はべき乗を表す）となる。
【０１４５】
この回折角εを有する回折格子のピッチＰは、１次回折角の一般的な式である次の数式４を用いれば、
【数４】

格子ピッチＰ＝２［ｍｍ］と算出される。ただし波長λとして、比視感度の強い波長λ＝０．５［μｍ］を用いている。
【０１４６】
続いて、図２６（Ｃ）は、上記図２６（Ａ）に示したような表示素子と、上記図２６（Ｂ）に示したようなローパスフィルタとを組み合わせたときのＭＴＦを示したものである。
【０１４７】
表示素子のＭＴＦであるＭＬＣＤ１と、ローパスフィルタのＭＴＦであるＭＴＦＹ１の積が、ローパスフィルタを配置したときの表示素子のＭＴＦであるＭＴＦ１となる。
【０１４８】
図示のように、表示素子が元々備えていたサンプリングノイズの強度が、ローパスフィルタの第１遮断空間周波数ｆ1Cによって低減されている様子を読み取ることができる。
【０１４９】
続いて、図２７は、上記図２４（Ｂ）に示したような格子ピッチが細かい場合のＭＴＦグラフ（ＬＰＦ例）を示したものである
図２７（Ａ）は、表示素子のＭＴＦを示したものであり、表示素子のＭＴＦであるＭＬＣＤ０、回折項Ｍ０、干渉項Ｈ０は、上記図２６（Ａ）に示したＭＬＣＤ１、回折項Ｍ１、干渉項Ｈ１と、それぞれ同様である。
【０１５０】
また、図２７（Ｂ）は、ローパスフィルタのＭＴＦを示したものである。
【０１５１】
ローパスフィルタの垂直方向のＭＴＦであるＭＴＦＹ［ｖ］は、上記数式３に示したようになる。
【０１５２】
ここで、例えば０次光強度α［０］＝１、１次光強度α［１］＝１，０次光の像と１次光の像との距離ｙ［１］＝０．０１２３［ｍｍ］などとした場合には、表示素子のサンプリングにノイズの周波数約５４［本／ｍｍ］付近に、第２の遮断空間周波数ｆ2Cが位置する図示のＭＴＦＹ０となる。
【０１５３】
これが上記図２６に示したような粗い回折格子と異なるのは、０次光の像と１次光の像との距離であり、回折効率は同様である。０次光の像と１次光の像との距離を異ならせることにより、回折角、すなわちローパスフィルタの格子ピッチを異ならせて、より細かい回折格子を実現するように工夫したものである。
【０１５４】
この例の場合のローパスフィルタの格子ピッチＰは、以下のようにして求められる。
【０１５５】
すなわち、接眼光学系の焦点距離を上述した例と同様に２５［ｍｍ］とすると、０次光の像と１次光の像との距離δ＝０．０１２３［ｍｍ］を実現するためには、上記数式１から、ε＝４．９×１０＾（−４）［ｒａｄ］（ここに、記号＾はべき乗を表す）となる。
【０１５６】
この回折角εを有する回折格子のピッチＰは、１次回折角の一般的な式である上記数式４を用いれば、格子ピッチＰ＝１．０［ｍｍ］と算出される。ここで、波長λとして、比視感度の強い波長λ＝０．５［μｍ］を用いているのは上述と同様である。
【０１５７】
上記図２４等において述べたように、ローパスフィルタを接眼窓やその近傍に配置する本実施形態の光学系のような場合には、観察者の瞳径は一般的に３〜５［ｍｍ］程度と限られているために、格子ピッチが小さい方が画面内の回折ムラがなく、良好な画像を表示することができる。
【０１５８】
そのために、上記図２４（Ａ）および図２６に示したような粗い回折格子のローパスフィルタよりも、上記図２４（Ｂ）および図２７に示したような細かい回折格子のローパスフィルタを好適に用いることができる。
【０１５９】
続いて、図２７（Ｃ）は、上記図２７（Ａ）に示したような表示素子と、上記図２７（Ｂ）に示したようなローパスフィルタとを組み合わせたときのＭＴＦを示したものである。
【０１６０】
表示素子のＭＴＦであるＭＬＣＤ０と、ローパスフィルタのＭＴＦであるＭＴＦＹ０の積が、ローパスフィルタを配置したときの表示素子のＭＴＦであるＭＴＦ０となる。
【０１６１】
図示のように、表示素子が元々備えていたサンプリングノイズの強度が、ローパスフィルタの第２遮断空間周波数ｆ2Cによって低減されている様子を読み取ることができる。
【０１６２】
なお、ウォブリングを行ったときの表示素子のＭＴＦは、ウォブリングした結果の画素配列を有する表示素子のＭＴＦとしてとらえることができるのは上述と同様である。
【０１６３】
ここで、表示素子が有するナイキスト周波数ｆN とローパスフィルタが有する遮断空間周波数ｆC との関係について説明する。
【０１６４】
サンプリング周波数は、画素ピッチの逆数から求められ、一番低周波数のサンプリングノイズの周波数はおよそこの値である。ナイキスト周波数ｆN は、該サンプリング周波数の約１／２の周波数である。
【０１６５】
また、ローパスフィルタの遮断空間周波数ｆC は、ＭＴＦが０となる周波数であるから、上述した数式３の左辺を０とした式から求めることができ、
【数５】

となる。
【０１６６】
ここで、第２遮断空間周波数ｆ2Cはｎ＝１とした周波数として求められる。
【０１６７】
この例では、ナイキスト周波数ｆN ＝２７、第２遮断空間周波数ｆ2C＝５４であり、ｆ2C／ｆN ＝２である。
【０１６８】
これに対して、上記図２４（Ａ）や図２６に示したような回折格子の粗いローパスフィルタの場合には、ｆ2C／ｆN ≒４となる。
【０１６９】
なお、ここでは、１次元（垂直方向）に限って説明してきたが、２次元でも考え方は同様であり、第２遮断空間周波数ｆ2Cの、表示素子のナイキスト周波数ｆN に対する比が、上記値２を挟んだ１．５〜２．５程度となるように、ローパスフィルタを構成することによって、回折ムラのない良好な画像を得ることが可能となる。
【０１７０】
続いて、ウォブリング素子（画素飛ばし光学素子）の構成やその作用について説明する。まず、図２８は、ウォブリングにおいて画素を斜め方向に飛ばす原理を説明するための図である。
【０１７１】
なお、ここでは２枚の複屈折板を用いる例について説明するが、これに限るものではなく、例えば旋光板等を用いて構成しても構わない。
【０１７２】
図２８において、第１の複屈折板５ｄは光の出射位置を水平方向にずらすもの、つまり水平方向に飛ばすものであり、一方、第２の複屈折板５ｅは、光の出射位置を垂直方向にずらすもの、つまり垂直方向に飛ばすものである。
【０１７３】
これら２枚の複屈折板５ｄ，５ｅを光軸方向に重ね合わせて組み合わせることにより、光の出射位置を斜め方向にずらすこと、つまり斜め方向に飛ばすことが可能となっている。
【０１７４】
すなわち、図２８（Ａ）に示すように、画素飛ばし光学素子の後述する第２のＴＮ液晶セル５ｃ（図２９参照）から水平方向に偏光した光が第１の複屈折板５ｄに入射したとすると、画素位置は水平方向に飛ばされて出射する。続く第２の複屈折板５ｅは、偏光方向が横方向の光に対しては何も作用しないために、そのまま通過して、画素位置は横方向に飛んだ状態で出射される（黒丸印参照）。
【０１７５】
次に、図２８（Ｂ）に示すように、上記第２のＴＮ液晶セル５ｃから縦方向に偏光した光が第１の複屈折板５ｄに入射したとすると、偏光方向が縦方向の光に対しては何も作用しないために、そのまま通過して第２の複屈折板５ｅに入射する。そして、この第２の複屈折板５ｅにおいては、縦方向に画素位置がずらされて出射する（黒丸印参照）。
【０１７６】
従って、図２８（Ａ）における第２の複屈折板５ｅからの出射状態から、図２８（Ｂ）における第２の複屈折板５ｅからの出射状態を見ると、黒丸で示した画素位置は、横方向にずらされた位置から縦方向にずらされた位置へ移動したことになり、これは結局、斜め方向にずらされた状態を実現したことになる。このように、第２のＴＮ液晶セル５ｃから出射される偏光方向が水平方向および垂直方向の光に対して、２枚の組み合わせ複屈折板を介在させることにより、光出射位置すなわち画素位置を斜め方向に飛ばすことが可能となる。
【０１７７】
次に、このような原理を用いて構成した、画素位置を４つの位置にずらす画素飛ばし光学素子（画素位置変位手段）の例について、図２９を参照して説明する。図２９は画素飛ばし光学素子の主要な構成を示す斜視図である。
【０１７８】
この画素飛ばし光学素子（ウォブリング素子５）は、第１のＴＮ液晶セル５ａと第１の複屈折板５ｂとを有してなる横方向の画素飛ばし素子と、第２のＴＮ液晶セル５ｃと第２の複屈折板５ｄと第３の複屈折板５ｅとを有してなる斜め方向の画素飛ばし素子とを備えて構成されている。
【０１７９】
ここで、上記第２の複屈折板５ｄは、図３０に示すような画素飛ばし位置におけるＰｘ／４に相当する厚さを有しており、上記第３の複屈折板５ｅは同図３０におけるＰｙ／２に相当する厚さを有している。また、上記第１の複屈折板５ｂの厚みは、Ｐｘ／２に相当する厚さを有している。なお、図３０は画素飛ばし素子により飛ばされる画素の位置関係を示す図である。
【０１８０】
次に、このように構成されている画素飛ばし光学素子の動作について説明する。
【０１８１】
この画素飛ばし光学素子においては、液晶表示素子４として、矢印で示すような横方向（水平方向）の偏光方向の光を射出するものが用いられているものとする。
【０１８２】
上記第１のＴＮ液晶セル５ａは、印加電圧をオン／オフすることにより、出射する光の偏光方向を９０°変化させるようになっている。
【０１８３】
また、第１の複屈折板５ｂは、その結晶軸が図示のように横方向に４５°傾いており、上記第１のＴＮ液晶セル５ａの印加電圧をオンとしたときの偏光方向が横方向の光は、矢印で示すように横方向にずれて出射される。一方、上記第１のＴＮ液晶セル５ａの印加電圧をオフとしたときの偏光方向が縦方向の光は、作用を受けることなくそのまま矢印で示すように通過する。従って、第１のＴＮ液晶セル５ａと第１の複屈折板５ｂとを有してなる画素ずらし素子への印加電圧をオン／オフすることにより、液晶表示素子４から出射された光は、そのまま通過されたり、あるいは横方向（水平方向）にずらされたりしてから出射される。
【０１８４】
次に、上記第２のＴＮ液晶セル５ｃに入射した光は、上述した第１のＴＮ液晶セル５ａと同様に、印加電圧をオン／オフすることにより、出射する光の偏光方向を９０°変化させる。すなわち、印加電圧がオンのときは偏光方向が変わらず、ＯＮ−ＯＮの矢印およびＯＦＦ−ＯＮの矢印に示すように、偏光方向は変化することなくそのまま通過する。一方、印加電圧がオフのときは、偏光方向は、９０°回転して、ＯＮ−ＯＦＦの矢印およびＯＦＦ−ＯＦＦの矢印に示すように、偏光方向が９０°回転して出射される。
【０１８５】
続いて、上記第２のＴＮ液晶セル５ｃから出射した光は、結晶軸を横方向に傾けた第２の複屈折板５ｄと、結晶軸を縦方向に傾けた第３の複屈折板５ｅと、の２枚の複屈折板を通過させることにより、上記図２８においてその原理を説明したように、第３の複屈折板５ｅからは、偏光方向が横方向の光はＯＮ−ＯＮの矢印およびＯＦＦ−ＯＦＦの矢印に示すように、横方向に少しずらされて出射する。一方、偏光方向が縦方向の光は、ＯＮ−ＯＦＦの矢印およびＯＦＦ−ＯＮの矢印に示すように、縦方向に少しずらされて出射する。こうして、偏光方向が縦方向の光は、偏光方向が横方向の光に対して、斜め方向にずらされた位置から出射されることになる。
【０１８６】
以上のように、第１および第２のＴＮ液晶セル５ａ，５ｃに対する印加電圧のオン／オフを、表１に示すような組み合わせ順とすることにより、液晶表示素子４からの出射位置（画素位置）を、図３０の番号１〜４に示すような画素位置に制御することができる。
【０１８７】
【表１】

【０１８８】
次に、図３１は、ウォブリングを行ったときの画素の光量の分配の割合を時間軸に沿って示す図である。
【０１８９】
上述したようなウォブリングを行って、画素の見かけの位置を、ある位置から次の位置にシフトさせる際には、画素位置が瞬間的に切り換わるわけではなく、元の画素の輝度が徐々に低下すると同時に、次の画素の輝度が徐々に上昇するという動作を行うことになる。
【０１９０】
このときの画素の光量の移り変わりの様子を示したのがこの図３１である。図示のように、例えば、第４の画素位置の光量が低下すると、次の第１の画素位置の光量が上昇するという動作を繰り返し行っている。
【０１９１】
このようなウォブリング動作により表示された画像を観察する際に、例えば符号Ａで示す時点の像と、この時点から約１６．６７［ｍｓ］経過した後の符号Ｂで示す時点の像との繰り返しが人間の眼に観察されてしまうことがある。
【０１９２】
図３２は、ウォブリングを行ったときに観察され得る画像の様子を示す図である。
【０１９３】
上記符号Ａで示すタイミングのときには、位置４の画素と位置１の画素が適宜の輝度をもっており、位置２の画素と位置３の画素は輝度が低く観察されない状態となっていて、このときの画像の様子を示すのが図３２（Ａ）である。
【０１９４】
一方、上記符号Ｂで示すタイミングのときには、位置２の画素と位置３の画素が適宜の輝度をもっており、位置１の画素と位置４の画素は輝度が低く観察されない状態となり、図３２（Ｂ）に示すような画像が観察されることになる。
【０１９５】
こうした図３２（Ａ）に示すような画像と図３２（Ｂ）に示すような画像とが繰り返して観察されると、人間の眼には左上から右下にかけての斜めの縞模様が、左下から右上の方向に、または右上から左下の方向に移動するように見えてしまうことがある。
【０１９６】
同様に、上記図３１の符号ａで示す時点の像と、符号ｂで示す時点の像との繰り返しが人間の眼に観察されることもあり、この場合には、水平方向の縞模様が上から下の方向、または下から上の方向に移動するように見えてしまうことになる。
【０１９７】
このようにウォブリングを行うと、縞模様が移動して観察される現象があることを本出願人は発見したが、上述したようなローパスフィルタを用いることにより、こうした縞模様が観察されにくくなるという利点があることが、実験により確かめられている。
【０１９８】
従来は表示素子の近傍に配設されるローパスフィルタであるが、ウォブリング素子を用いる場合には、成形された樹脂等でなる該ローパスフィルタによって偏光方向が乱れることがあるために、そのまま従来の配置を適用することはできない。やむを得ず、ローパスフィルタを配設しない構成を採用すると、上述したようにウォブリングによって縞模様が観察される現象が発生してしまう。従って、本実施形態に示したように、接眼光学系よりも光路上後方となる例えば接眼窓部分にローパスフィルタを配置することで、上述したような縞模様が観察されるのを有効に抑制することができるのである。
【０１９９】
このような実施形態によれば、表示素子とローパスフィルタの虚像位置に距離差があるために、観察者の眼のピントが両方に同時に合うことはほとんどなく、ゴミや異物等が付着していたとしても観察されにくいという利点がある。従って、製造時の規格を緩和することが可能となり、製造コストの低減を図ることができる。
【０２００】
また、表示素子とローパスフィルタを離隔して配設することにより、モアレ等が発生し難くくなるという利点がある。
【０２０１】
さらに、ローパスフィルタを、画像表示装置の防塵や保護を行うための接眼窓として用いることにより、部品を共通化することができるために、部品点数を削減してコストを低減することができる。
【０２０２】
そして、ウォブリング光学系においては、接眼光学系の表示素子側の面と表示素子との間にウォブリング素子を配置するが、接眼光学系のワーキングディスタンス（接眼光学系の表示素子側の面と表示素子との間隔）の大きさは倍率に関係して一般的に制限があるために、ローパスフィルタの配設スペースにも制限がある。これに対して、上述したように接眼光学系よりも光路上後方に配設することで、ローパスフィルタの配設位置や配設スペースに制限が少なくなり、設計等が容易となる。
【０２０３】
また、接眼窓方式ではウォブリング素子よりも光路上後方にローパスフィルタを配置するために、ウォブリング素子を通過する偏光が乱れることはなく、正確なウォブリングを維持して画質を保つことができる。
【０２０４】
さらに、第２の遮断空間周波数でサンプリングノイズを遮断する構成とすることにより、回折格子のピッチを細かくすることが可能となって、単純に第１の遮断空間周波数によりサンプリングノイズを遮断する場合に比して、回折ムラが発生し難くくなるという利点がある。
【０２０５】
こうして本実施形態の画像表示装置によれば、ざらつき感やちらつきの少ない見やすい画像を観察することができる。
【０２０６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【０２０７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１による本発明の画像表示装置によれば、接眼光学系と観察者の眼球との間に光学フィルタ手段を配置し、その第２の遮断空間周波数のナイキスト周波数に対する比を１．５と２．５の間となるようにしたために、画素ピッチを細かくすることが可能となって回折ムラを低減することができ、ざらつき感やちらつきの少ない見易い画像を観察することができる。
【０２０８】
また、請求項２による本発明の画像表示装置によれば、回折格子を有する光学フィルタ手段によって、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【０２０９】
さらに、請求項３による本発明の画像表示装置によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、回折格子を光学フィルタ手段の接眼光学系に対向する面に形成することにより、接眼窓と兼用させることが可能となり、部材点数を減らしてコストを削減することが可能となる。
【０２１０】
請求項４による本発明の画像表示装置によれば、表示素子と接眼光学系の間に第１の光学フィルタ手段を配置し、接眼光学系と観察者の眼球との間に第２の光学フィルタ手段を配置したために、ざらつき感やちらつきの少ない見易い画像を観察することができる。
【０２１１】
請求項５による本発明の画像表示装置によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第２の光学フィルタ手段の第２の遮断空間周波数の、ナイキスト周波数に対する比を１．５と２．５の間となるようにしたために、画素ピッチを細かくすることが可能となって回折ムラを低減することができる。
【０２１２】
請求項６による本発明の画像表示装置によれば、表示素子の画素位置を４点の位置で繰り返して変位させる画素位置変位手段を備えた構成において、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【０２１３】
請求項７による本発明の画像表示装置によれば、回折格子が形成された光学ローパスフィルタまたは複屈折板でなる光学ローパスフィルタを備えた構成において、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるＬＣＤの画素配列の一例を示す図。
【図２】上記図１に示したようなデルタ配列のＬＣＤの内の、Ｇ画素のみの配列を示す図。
【図３】上記実施形態における縦方向１次元ローパスフィルタによる画素配列の第１例を示す図。
【図４】上記実施形態における縦方向１次元ローパスフィルタによる画素配列の第２例を示す図。
【図５】上記実施形態における斜め方向の１次元ローパスフィルタによる画素配列を示す図。
【図６】上記実施形態における縦横方向２次元ローパスフィルタによる画素配列を示す図。
【図７】上記実施形態における、第１の縦方向１次元ローパスフィルタと第２の縦方向１次元ローパスフィルタとを組み合わせてなされる画素配列を示す図。
【図８】上記実施形態において、ウォブリングする前のカラーＬＣＤの画素配列を示す図。
【図９】上記図８に示したようなＬＣＤのウォブリング後の見かけの画素配列について、Ｇのみを抜き出して示す図。
【図１０】上記実施形態において、１次元ローパスフィルタに形成したストライプ状の回折格子の各種の例を示す図。
【図１１】上記実施形態における２次元ローパスフィルタの回折格子の第１例を示す斜視図。
【図１２】上記実施形態における２次元ローパスフィルタの回折格子の第２例を示す斜視図。
【図１３】上記実施形態における２次元ローパスフィルタの回折格子の第３例および第４例を示す斜視図。
【図１４】上記実施形態における２次元ローパスフィルタの回折格子の第５例を示す平面図。
【図１５】上記図１０（Ａ）に示したような矩形状の断面を有する回折格子の詳細な構成を示す図。
【図１６】上記図１４に示したような斜方向の回折格子を有してなる２次元ローパスフィルタの形状を示す図。
【図１７】上記実施形態における画像表示装置の光学系の第１の構成例を示す図。
【図１８】上記実施形態における画像表示装置の光学系の第２の構成例を示す図。
【図１９】上記実施形態におけるＲ窓方式の画像表示装置の光学系の第１の基本構成例を示す図。
【図２０】上記実施形態におけるＲ窓方式の画像表示装置の光学系の第２の基本構成例を示す図。
【図２１】上記実施形態におけるＲ窓方式の画像表示装置の光学系の第３の基本構成例を示す図。
【図２２】上記実施形態におけるＲ窓方式の画像表示装置の光学系の第４の基本構成例を示す図。
【図２３】上記実施形態において、ローパスフィルタに施すハードコート処理の各種の例を示す図。
【図２４】上記実施形態において、画像を使用者の眼球に結像させる際に格子ピッチの異なるローパスフィルタを通過させる様子を示す図。
【図２５】上記実施形態において、テレセントリック光学系を例に取ったときの回折角と分離幅の関係を示す図。
【図２６】上記図２４（Ａ）に示したような格子ピッチが粗い場合のＭＴＦグラフ。
【図２７】上記図２４（Ｂ）に示したような格子ピッチが細かい場合のＭＴＦグラフ。
【図２８】上記実施形態のウォブリングにおいて、画素を斜め方向に飛ばす原理を説明するための図。
【図２９】上記実施形態における画素飛ばし光学素子の主要な構成を示す斜視図。
【図３０】上記実施形態の画素飛ばし素子により飛ばされる画素の位置関係を示す図。
【図３１】上記実施形態において、ウォブリングを行ったときの画素の光量の分配の割合を時間軸に沿って示す図。
【図３２】上記実施形態において、ウォブリングを行ったときに観察され得る画像の様子を示す図。
【図３３】従来方式の画像表示装置の光学系の構成例を示す図。
【符号の説明】
１…筐体
３…バックライト
４…ＬＣＤ（表示装置、表示素子）
５…ウォブリング素子（画素位置変位手段）
６，８…接眼光学系
7,7B,7C,7D,7E,7l,7s,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20…光学ローパスフィルタ（光学フィルタ手段）
３１…ハードコート

Claims (7)

1. 画素を規則的に配置してなる表示装置と、
   上記表示装置に表示された画像を拡大して観察者の眼球に結像させる接眼光学系と、
   上記接眼光学系と観察者の眼球との間に配置された、該接眼光学系からの光を複数の光に分離する光学フィルタ手段と、
   を具備し、
   上記光学フィルタ手段は、第１の遮断空間周波数と、この第１の遮断空間周波数よりも高周波である第２の遮断空間周波数とを有し、該第２の遮断空間周波数ｆ2Cは、上記表示装置の画素のピッチにより決定されるナイキスト周波数ｆN に対して、
   １．５＜ｆ2C／ｆN ＜２．５
   なる関係を満たすものであることを特徴とする画像表示装置。
2. 上記光学フィルタ手段は、回折格子を有して構成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 上記光学フィルタ手段の回折格子は、該光学フィルタ手段の上記接眼光学系に対向する面に形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 画素を規則的に配置してなる表示素子と、
   上記表示素子に表示された画像を拡大して観察者の眼球に結像させる接眼光学系と、
   上記表示素子と接眼光学系との間に配置された、該表示素子からの光を複数の光に分離、またはスイッチングする第１の光学フィルタ手段と、
   上記接眼光学系と観察者の眼球との間に配置された、該接眼光学系からの光を複数の光に分離する第２の光学フィルタ手段と、
   を具備したことを特徴とする画像表示装置。
5. 上記第２の光学フィルタ手段は、第１の遮断空間周波数と、この第１の遮断空間周波数よりも高周波である第２の遮断空間周波数とを有し、該第２の遮断空間周波数ｆ2Cは、上記表示素子と上記第１の光学フィルタ手段とによって生成される画素のピッチにより決定されるナイキスト周波数ｆN に対して、
   １．５＜ｆ2C／ｆN ＜２．５
   なる関係を満たすものであることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 上記第１の光学フィルタ手段は、上記表示素子の画素位置を４点の位置で繰り返して変位させる画素位置変位手段であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
7. 上記第１の光学フィルタ手段は、回折格子が形成された光学ローパスフィルタ、または複屈折板でなる光学ローパスフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。

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