ホーム > 特許ランキング > 富士フイルム株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2022-161820画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、画像表示システムおよび、パターン偏光子
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022161820
(43)【公開日】2022-10-21
(54)【発明の名称】画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、画像表示システムおよび、パターン偏光子
(51)【国際特許分類】
G09F 9/30 20060101AFI20221014BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20221014BHJP
G06T 1/00 20060101ALI20221014BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20221014BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20221014BHJP
G09F 9/33 20060101ALI20221014BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20221014BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20221014BHJP
G06F 3/01 20060101ALI20221014BHJP
【ＦＩ】
G09F9/30 349Z
H04N5/64 511A
G06T1/00 400G
G06T1/00 400B
G02B27/02 Z
G09F9/00 313
G09F9/33
G09F9/30 365
G02B5/30
G02B5/18
G06F3/01 510
【審査請求】未請求
【請求項の数】64
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022017879
(22)【出願日】2022-02-08
(31)【優先権主張番号】P 2021066757
(32)【優先日】2021-04-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2021194536
(32)【優先日】2021-11-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】306037311
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100152984
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 秀明
(74)【代理人】
【識別番号】100148080
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 史生
(72)【発明者】
【氏名】加茂 誠
(72)【発明者】
【氏名】野尻 真裕美
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 之人
【テーマコード（参考）】
2H149
2H199
2H249
5B047
5C094
5E555
5G435
【Ｆターム（参考）】
2H149AA17
2H149AA18
2H149AA22
2H149AB01
2H149BA02
2H149BA03
2H149BA12
2H149DA02
2H149DA04
2H149DA12
2H149EA03
2H149EA10
2H149EA19
2H149FA03W
2H149FA21W
2H149FC07
2H149FC10
2H149FD02
2H149FD09
2H149FD47
2H199CA25
2H199CA30
2H199CA42
2H199CA47
2H199CA50
2H199CA53
2H199CA63
2H199CA65
2H199CA67
2H199CA68
2H199CA69
2H249AA03
2H249AA07
2H249AA13
2H249AA50
2H249AA55
2H249AA58
2H249AA60
2H249AA62
2H249AA63
2H249AA64
2H249CA01
2H249CA04
2H249CA09
2H249CA15
2H249CA22
2H249CA24
5B047AA17
5B047AA25
5B047AB04
5B047BA03
5B047BB02
5B047BC07
5B047BC09
5B047BC11
5C094AA15
5C094AA51
5C094BA23
5C094BA27
5C094CA19
5C094ED01
5C094ED11
5C094ED14
5C094FA01
5C094FA02
5C094HA08
5C094JA08
5C094JA09
5C094JA11
5E555AA01
5E555AA46
5E555BA38
5E555BB38
5E555BC04
5E555CA42
5E555CB65
5E555CB67
5E555CC01
5E555DA08
5E555DA09
5E555EA22
5E555FA00
5G435AA18
5G435BB04
5G435BB05
5G435CC09
5G435DD11
5G435EE49
5G435FF03
5G435FF05
5G435FF08
5G435GG02
5G435GG09
5G435LL04
5G435LL07
5G435LL08
(57)【要約】
【課題】光学作用を利用し、重量およびサイズが小さく意匠上の設計に適合する構造であり、検出精度および取得情報量に優れた画像表示装置、画像表示システムおよびヘッドマウントディスプレイを提供する。またその提供に寄与するパターン偏光子を提供する。
【解決手段】 非可視域に感受性を有する受光部と、基板および基板上に配置された複数の画素を含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、受光部と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する。
【選択図】図１
【解決手段】 非可視域に感受性を有する受光部と、基板および基板上に配置された複数の画素を含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、受光部と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
非可視域に感受性を有する受光部と、基板および前記基板上に配置された複数の画素を含む画像表示パネルと、前記複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、
前記受光部は、前記出光面を経て前記画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
前記受光部は、前記出光面と前記画像表示パネルとの間、または、前記画像表示パネル上、または、前記画像表示パネルの前記出光面とは反対側に設けられており、
前記出光面に垂直な方向から見た際に、前記受光部は、前記画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
前記受光部と、前記出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
前記受光部は、前記出光面を経て前記画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
前記受光部は、前記出光面と前記画像表示パネルとの間、または、前記画像表示パネル上、または、前記画像表示パネルの前記出光面とは反対側に設けられており、
前記出光面に垂直な方向から見た際に、前記受光部は、前記画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
前記受光部と、前記出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
【請求項2】
前記受光部が、近赤外域に感受性を有する、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項3】
前記受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光するものであり、
前記受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項4】
近赤外域で偏光選択性を有する前記近赤外偏光子の、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、請求項１～３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一項に記載の画像表示装置、および、前記画像表示装置と、観察者の眼球との間に配置される接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイであり、
さらに前記眼球に近赤外光を照射可能な光源を含み、
前記光源からの近赤外光を前記眼球に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出するアイトラッキングシステムを備えた、ヘッドマウントディスプレイ。
さらに前記眼球に近赤外光を照射可能な光源を含み、
前記光源からの近赤外光を前記眼球に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出するアイトラッキングシステムを備えた、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項6】
前記接眼レンズが近赤外透過性である、請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項7】
前記接眼レンズが、近赤外透過性のハーフミラーおよび近赤外透過性の反射偏光子を含む、請求項５または６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項8】
前記接眼レンズと前記画像表示装置の前記複数の画素との間に、可視光に偏光特性を有する可視光偏光子をさらに含み、該可視光偏光子は近赤外域で透過性である、請求項５～７のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項9】
前記近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、請求項５～８のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項10】
前記近赤外偏光子は、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域と、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域とを同一面内に含むパターン偏光子である、請求項５～８のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項11】
近赤外光に偏光選択性を有する前記近赤外偏光子領域は、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、請求項９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項12】
請求項１～４のいずれか一項に記載の画像表示装置、および、使用者の顔面に近赤外光を照射可能な光源を含み、
前記光源からの近赤外光を観察者の顔面に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する顔認証システムまたは表情認識システムを備えた、画像表示システム。
前記光源からの近赤外光を観察者の顔面に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する顔認証システムまたは表情認識システムを備えた、画像表示システム。
【請求項13】
前記画像表示パネルはＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルから選ばれる発光パネルであり、
前記画像表示装置は、前記出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
前記画像表示装置は、前記出光面から前記基板に向かって、前記可視光偏光子、前記位相差板、および、前記基板をこの順に含む、請求項１２に記載の画像表示システム。
前記画像表示装置は、前記出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
前記画像表示装置は、前記出光面から前記基板に向かって、前記可視光偏光子、前記位相差板、および、前記基板をこの順に含む、請求項１２に記載の画像表示システム。
【請求項14】
前記可視光偏光子と、前記位相差板との間に前記近赤外偏光子を含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、前記位相差板と前記近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、請求項１３に記載の画像表示システム。
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、前記位相差板と前記近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、請求項１３に記載の画像表示システム。
【請求項15】
前記近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して並行または直交に配置されているか、
前記近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、請求項１４に記載の画像表示システム。
前記近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、請求項１４に記載の画像表示システム。
【請求項16】
前記近赤外偏光子の透過軸が、前記可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、かつ前記近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
前記位相差板の、前記可視光偏光子の透過軸に対しての遅相軸が１５°±１０°であり、前記位相差板の位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、請求項１４に記載の画像表示システム。
前記位相差板の、前記可視光偏光子の透過軸に対しての遅相軸が１５°±１０°であり、前記位相差板の位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、請求項１４に記載の画像表示システム。
【請求項17】
前記可視光偏光子と、前記位相差板と、前記近赤外偏光子とをこの順に含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
前記位相差板は、その遅相軸が可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、
かつ位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
前記近赤外偏光子は、前記可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、
可視光域に有する位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、請求項１３に記載の画像表示システム。
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
前記位相差板は、その遅相軸が可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、
かつ位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
前記近赤外偏光子は、前記可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、
可視光域に有する位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、請求項１３に記載の画像表示システム。
【請求項18】
請求項１～４のいずれか一項に記載の画像表示装置、および、測定対象に近赤外光を照射可能な光源を含み、
前記光源からの近赤外光を測定対象に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する測距システムないしは物体認識システムを備えた、画像表示システム。
前記光源からの近赤外光を測定対象に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する測距システムないしは物体認識システムを備えた、画像表示システム。
【請求項19】
前記画像表示パネルはＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルから選ばれる発光パネルであり、
前記画像表示装置は、前記出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
前記画像表示装置は、前記出光面から前記基板に向かって、前記可視光偏光子、前記位相差板、および、前記基板をこの順に含む、請求項１８に記載の画像表示システム。
前記画像表示装置は、前記出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
前記画像表示装置は、前記出光面から前記基板に向かって、前記可視光偏光子、前記位相差板、および、前記基板をこの順に含む、請求項１８に記載の画像表示システム。
【請求項20】
前記可視光偏光子と、前記位相差板との間に前記近赤外偏光子を含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、前記位相差板と前記近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、請求項１９に記載の画像表示システム。
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、前記位相差板と前記近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、請求項１９に記載の画像表示システム。
【請求項21】
前記近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して並行または直交に配置されているか、
前記近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、請求項２０に記載の画像表示システム。
前記近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、請求項２０に記載の画像表示システム。
【請求項22】
請求項１～４のいずれか一項に記載の画像表示装置、および、手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に近赤外光を照射可能な光源を含み、
前記光源からの近赤外光を手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する指紋認証システム、静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、画像表示システム。
前記光源からの近赤外光を手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に反射させて得られた反射光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する指紋認証システム、静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、画像表示システム。
【請求項23】
前記光源から出射した近赤外光を導光する導光板をさらに含み、該導光板内を伝播する近赤外光が指と前記導光板との界面で散乱することにより、前記受光部が散乱した前記近赤外光を検知する指紋認証システムを備えた、請求項２２に記載の画像表示システム。
【請求項24】
前記光源から出射した近赤外光を導光する導光板をさらに含み、該導光板は散乱層または回折機能層が付与され、導光する近赤外光の一部を前記出光面から出射して測定対象を照射し、前記測定対象からの反射光を前記受光部が受光する静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、請求項２２に記載の画像表示システム。
【請求項25】
非可視域に感受性を有する受光部と、
基板および複数の画素を含む画像表示パネルと、前記複数の画素から形成される光束が出射する出光面とを含む画像表示装置と、を含み、
前記複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、前記受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
前記出光面に垂直な方向から見た際に、前記複数の画素は、前記基板と重複する位置に配置されており、
前記受光部は、前記非可視域の光束を形成する画素から、前記出光面を経て照射されて検知する対象により反射または散乱された前記非可視光を受光するように配置され、光可視域の光束のみを受光するものであり、
前記画像表示装置は、前記非可視域の光束を形成する画素と、前記出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示システム。
基板および複数の画素を含む画像表示パネルと、前記複数の画素から形成される光束が出射する出光面とを含む画像表示装置と、を含み、
前記複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、前記受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
前記出光面に垂直な方向から見た際に、前記複数の画素は、前記基板と重複する位置に配置されており、
前記受光部は、前記非可視域の光束を形成する画素から、前記出光面を経て照射されて検知する対象により反射または散乱された前記非可視光を受光するように配置され、光可視域の光束のみを受光するものであり、
前記画像表示装置は、前記非可視域の光束を形成する画素と、前記出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示システム。
【請求項26】
前記受光部が、近赤外域に感受性を有する、請求項２５に記載の画像表示システム。
【請求項27】
前記受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光するものであり、
前記受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、請求項２５または２６に記載の画像表示システム。
前記受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、請求項２５または２６に記載の画像表示システム。
【請求項28】
近赤外域で偏光選択性を有する前記近赤外偏光子の、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、請求項２５～２７のいずれか一項に記載の画像表示システム。
【請求項29】
前記近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、請求項２５～２８のいずれか一項に記載の画像表示システム。
【請求項30】
請求項２５～２９のいずれか一項に記載の画像表示システム、および、接眼レンズを備え、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を前記受光部で検出することによるアイトラッキングシステムを含む、ヘッドマウントディスプレイ。
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を前記受光部で検出することによるアイトラッキングシステムを含む、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項31】
接眼レンズが、ハーフミラーおよび反射偏光子を含む、請求項３０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項32】
前記反射偏光子、および、前記ハーフミラーそれぞれの８５０ｎｍにおける単板透過率は８０％以上である、請求項３１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項33】
前記接眼レンズの眼球側表面に近赤外偏光子をさらに含み、該近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満である、請求項３０～３２のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項34】
前記画像表示装置から出射される近赤外域の光束を使用者の顔面に照射し、得られた反射光を前記受光部で検知する顔認証システムないしは表情認識システムを備える、請求項２５～２９のいずれか一項に記載の画像表示システム。
【請求項35】
前記画像表示装置は、前記出光面から前記基板に向かって、前記近赤外偏光子、可視光偏光子、および、該可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板をこの順に含む、請求項２５～２９および３４のいずれか一項に記載の画像表示システム。
【請求項36】
前記近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、請求項３５に記載の画像表示システム。
【請求項37】
前記画像表示装置から出射される非可視光を測定対象に照射し、得られた反射光を前記受光部で検知する光検出と測距システムまたは物体認識システムを備える、請求項２５～２９のいずれか一項に記載の画像表示システム。
【請求項38】
前記画像表示装置は、前記出光面から前記基板に向かって、前記近赤外偏光子、可視光偏光子、および、該可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板をこの順に含む、請求項３７に記載の画像表示システム。
【請求項39】
前記近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、請求項３８に記載の画像表示システム。
【請求項40】
請求項２５～２９のいずれか一項に記載の画像表示システムを含むヘッドマウントディスプレイであり、
前記画像表示装置は、導光要素を含み、前記画像表示パネルから出射される前記可視光域の光束および前記非可視域の光束を、該導光要素を通じて、前記導光要素に設けられた出光面から観察者に出射するものであり、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を前記受光部で検出することで眼球センシングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
前記画像表示装置は、導光要素を含み、前記画像表示パネルから出射される前記可視光域の光束および前記非可視域の光束を、該導光要素を通じて、前記導光要素に設けられた出光面から観察者に出射するものであり、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を前記受光部で検出することで眼球センシングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項41】
前記導光要素の前記出射面と観察者の眼球との間、および、前記受光部と観察者の眼球との間に近赤外偏光子をそれぞれ含む、請求項４０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項42】
前記近赤外偏光子のうち、前記導光要素の前記出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の可視光域の平均透過率が９０％以上である、請求項４１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項43】
前記近赤外偏光子のうち、前記導光要素の前記出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上である、請求項４１または４２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項44】
前記近赤外偏光子のうち、前記受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上である、請求項４１～４３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項45】
前記導光要素の前記出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子と、前記受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子とが、眼球表面を反射面としたとき、それぞれクロスニコルの関係で配置される、請求項４１～４４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項46】
非可視域に感受性を有する受光部と、基板および複数の画素とを含む画像表示パネルと、前記複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含み、
前記受光部は、前記出光面と前記画像表示パネルとの間、または、前記画像表示パネル上、または、前記画像表示パネルの前記出光面とは反対側に設けられており、
前記複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、前記受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
前記出光面に垂直な方向から見た際に、前記受光部は、前記画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
前記受光部は、前記出光面を経て前記画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
前記非可視域の光束を形成する画素と、前記出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
前記受光部は、前記出光面と前記画像表示パネルとの間、または、前記画像表示パネル上、または、前記画像表示パネルの前記出光面とは反対側に設けられており、
前記複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、前記受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
前記出光面に垂直な方向から見た際に、前記受光部は、前記画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
前記受光部は、前記出光面を経て前記画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
前記非可視域の光束を形成する画素と、前記出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
【請求項47】
前記非可視光の光束を形成する画素は、近赤外光に発光帯域を有し、
前記受光部は、近赤外光に感受性を有し、
前記可視光の光束を形成する画素群は画像表示を行う、請求項４６に記載の画像表示装置。
前記受光部は、近赤外光に感受性を有し、
前記可視光の光束を形成する画素群は画像表示を行う、請求項４６に記載の画像表示装置。
【請求項48】
該近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満である請求項４６または４７に記載の画像表示装置。
【請求項49】
前記近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、請求項４６～４８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項50】
請求項４６～４９のいずれか一項に記載の画像表示装置、および、接眼レンズを備え、前記画像表示装置により眼球に対し近赤外光の照射と検出とを行うことによりアイトラッキングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項51】
前記近赤外偏光子は、対応する画素ごとに異なる透過軸ないしは偏光選択性を有する領域をパターン状に配置したパターン偏光子である、請求項５０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項52】
前記接眼レンズが、ハーフミラーおよび反射偏光子を含む、請求項５０または５１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項53】
前記反射偏光子、および、前記ハーフミラーは近赤外域において透過性であり、単板透過率は８５０ｎｍにおいてそれぞれ８０％以上である、請求項５２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項54】
前記非可視光の光束を形成する画素から出射される非可視光を使用者の顔面に照射し、得られた反射光を前記受光部で検知する顔認証システムないしは表情認識システムとして利用される、請求項４６～４９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項55】
前記近赤外偏光子が、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、請求項５４に記載の画像表示装置。
【請求項56】
測定対象に前記画像表示装置からの非可視光を照射し、測定対象に反射させて得られた反射光を、受光部で検出する光検出と測距システムまたは物体認識システムを備える、請求項４６～４９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項57】
前記近赤外偏光子として互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子を含む、請求項５６に記載の画像表示装置。
【請求項58】
前記画像表示装置から出射された非可視光を使用者の手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部に透過または反射させて得られた光を、前記近赤外偏光子を経て前記受光部で検出する指紋センサー、静脈認証システム、および、血流センサーのいずれかとして利用される、請求項４６～４９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項59】
前記近赤外偏光子が、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含んだパターン偏光子である、請求項５８に記載の画像表示装置。
【請求項60】
近赤外域の光に対して偏光選択性を有する層を有し、前記層は、近赤外域に偏光選択性を有する領域を少なくとも含み、該偏光選択性が異なる複数の領域を面内にパターン状に含む、パターン偏光子。
【請求項61】
偏光選択性の層の面内に、第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第一の偏光選択性を有する領域に囲まれるように設けられた、偏光選択性を有しない第二領域とを含むパターン偏光子であるか、または、
偏光選択性の層の面内に、少なくとも第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第二の偏光選択性を有する第二領域とを含むパターン偏光子のいずれか１つから選ばれる構造を有する、請求項６０に記載のパターン偏光子。
偏光選択性の層の面内に、少なくとも第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第二の偏光選択性を有する第二領域とを含むパターン偏光子のいずれか１つから選ばれる構造を有する、請求項６０に記載のパターン偏光子。
【請求項62】
前記偏光選択性を有する領域における波長８５０ｎｍにおける単板透過率が、５０％未満である、請求項６０または６１に記載のパターン偏光子。
【請求項63】
前記近赤外域において偏光選択性を有する層の厚さは、０．１μｍ～５μｍである、請求項６０～６２のいずれか一項に記載のパターン偏光子。
【請求項64】
前記近赤外域において偏光選択性を有する層は、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したものである、請求項６０～６３のいずれか一項に記載のパターン偏光子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、画像表示システムに関する。またそれに用いられるパターン偏光子に関する。
【背景技術】
【0002】
光学作用を利用して物体の状態を観測する画像表示装置が提案されている。
例えば、物体の検出および物体との距離の測定等を行うためのセンサー（例えば特許文献１）、反射光または透過光を検出することで物体の表面状態や内部状態を測定するためのセンサー（例えば特許文献２）などである。
例えば、物体の検出および物体との距離の測定等を行うためのセンサー（例えば特許文献１）、反射光または透過光を検出することで物体の表面状態や内部状態を測定するためのセンサー（例えば特許文献２）などである。
【0003】
こうしたセンサーから得られた情報は、デバイス内で演算されたうえで使用者へ情報を提供するため、デバイス自体がデバイスの状態を制御するため、あるいは、計測対象を認証キーとしてユーザーに各種の権限を付与するためのセキュリティシステムを構成するサブシステムとして用いられる。また、第五世代移動通信システム（５Ｇ）の普及を背景に、デバイスで取得された情報は瞬時にネットワークを介して共有され、各種サービスの提供に利用されている。
【0004】
センサーを搭載したデバイスは多岐にわたり、スマートフォン、スマートウォッチ、スマートグラスといったポータブルデバイスから、テレビ、スマートスピーカーといった据置型デバイスの他、自動車、ドローン、建造物ならびに交通インフラなどにも搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２０１０－５２５３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上述したポータブルデバイス、ならびに、主に屋内向けの据置型デバイスまたは車載デバイスにおいては、重量およびサイズ、あるいは意匠上の理由により、画像表示装置に割り当てられるスペースに制約が課される。ディスプレイシステムおよび照明システムなど、発光システムのために大きなスペースを必要とするデバイスではその制約が特に厳しい。
一方で、画像表示装置の検出精度および取得情報量を増大させるためには、特にその光学作用に関わるシステム部分を他の光学システムと独立させてノイズを低減し、十分なスペースを確保して精度の良い光学系を搭載することが望ましい。スペース上の制約と、検出精度および取得情報量の要求とは、このように相反する課題であり、その両立は容易でない。
一方で、画像表示装置の検出精度および取得情報量を増大させるためには、特にその光学作用に関わるシステム部分を他の光学システムと独立させてノイズを低減し、十分なスペースを確保して精度の良い光学系を搭載することが望ましい。スペース上の制約と、検出精度および取得情報量の要求とは、このように相反する課題であり、その両立は容易でない。
【0007】
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、光学作用を利用し、重量およびサイズが小さく意匠上の設計に適合する構造でありながら、検出精度および取得情報量に優れた画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、画像表示システムを提供することにある。またその提供に寄与するパターン偏光子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］ 非可視域に感受性を有する受光部と、基板および基板上に配置された複数の画素を含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、
受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、
出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
受光部と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
［２］ 受光部が、近赤外域に感受性を有する、［１］に記載の画像表示装置。
［３］ 受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光するものであり、
受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、［１］または［２］に記載の画像表示装置。
［４］ 近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子の、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、［１］～［３］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、画像表示装置と、観察者の眼球との間に配置される接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイであり、
さらに眼球に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を眼球に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出するアイトラッキングシステムを備えた、ヘッドマウントディスプレイ。
［６］ 接眼レンズが近赤外透過性である、［５］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［７］ 接眼レンズが、近赤外透過性のハーフミラーおよび近赤外透過性の反射偏光子を含む、［５］または［６］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［８］ 接眼レンズと画像表示装置の複数の画素との間に、可視光に偏光特性を有する可視光偏光子をさらに含み、該可視光偏光子は近赤外域で透過性である、［５］～［７］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［９］ 近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、［５］～［８］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［１０］ 近赤外偏光子は、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域と、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域とを同一面内に含むパターン偏光子である、［５］～［８］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［１１］ 近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域は、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、［９］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［１２］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、使用者の顔面に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を観察者の顔面に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する顔認証システムまたは表情認識システムを備えた、画像表示システム。
［１３］ 画像表示パネルはＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルから選ばれる発光パネルであり、
画像表示装置は、出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
画像表示装置は、出光面から基板に向かって、可視光偏光子、位相差板、および、基板をこの順に含む、［１２］に記載の画像表示システム。
［１４］ 可視光偏光子と、位相差板との間に近赤外偏光子を含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、位相差板と近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、［１３］に記載の画像表示システム。
［１５］ 近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して並行または直交に配置されているか、
近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、［１４］に記載の画像表示システム。
［１６］ 近赤外偏光子の透過軸が、可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、かつ近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
位相差板の、可視光偏光子の透過軸に対しての遅相軸が１５°±１０°であり、位相差板の位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、［１４］に記載の画像表示システム。
［１７］ 可視光偏光子と、位相差板と、近赤外偏光子とをこの順に含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
位相差板は、その遅相軸が可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、
かつ位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
近赤外偏光子は、可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、
可視光域に有する位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、［１３］に記載の画像表示システム。
［１８］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、測定対象に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を測定対象に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する測距システムないしは物体認識システムを備えた、画像表示システム。
［１９］ 画像表示パネルはＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルから選ばれる発光パネルであり、
画像表示装置は、出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
画像表示装置は、出光面から基板に向かって、可視光偏光子、位相差板、および、基板をこの順に含む、［１８］に記載の画像表示システム。
［２０］ 可視光偏光子と、位相差板との間に近赤外偏光子を含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、位相差板と近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、［１９］に記載の画像表示システム。
［２１］ 近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して並行または直交に配置されているか、
近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、［２０］に記載の画像表示システム。
［２２］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する指紋認証システム、静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、画像表示システム。
［２３］ 光源から出射した近赤外光を導光する導光板をさらに含み、該導光板内を伝播する近赤外光が指と導光板との界面で散乱することにより、受光部が散乱した近赤外光を検知する指紋認証システムを備えた、［２２］に記載の画像表示システム。
［２４］ 光源から出射した近赤外光を導光する導光板をさらに含み、該導光板は散乱層または回折機能層が付与され、導光する近赤外光の一部を出光面から出射して測定対象を照射し、測定対象からの反射光を受光部が受光する静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、［２２］に記載の画像表示システム。
［２５］ 非可視域に感受性を有する受光部と、
基板および複数の画素を含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される光束が出射する出光面とを含む画像表示装置と、を含み、
複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
出光面に垂直な方向から見た際に、複数の画素は、基板と重複する位置に配置されており、
受光部は、非可視域の光束を形成する画素から、出光面を経て照射されて検知する対象により反射または散乱された非可視光を受光するように配置され、光可視域の光束のみを受光するものであり、
画像表示装置は、非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示システム。
［２６］ 受光部が、近赤外域に感受性を有する、［２５］に記載の画像表示システム。
［２７］ 受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光するものであり、
受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、［２５］または［２６］に記載の画像表示システム。
［２８］ 近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子の、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、［２５］～［２７］のいずれかに記載の画像表示システム。
［２９］ 近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、［２５］～［２８］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３０］ ［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システム、および、接眼レンズを備え、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を受光部で検出することによるアイトラッキングシステムを含む、ヘッドマウントディスプレイ。
［３１］ 接眼レンズが、ハーフミラーおよび反射偏光子を含む、［３０］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［３２］ 反射偏光子、および、ハーフミラーそれぞれの８５０ｎｍにおける単板透過率は８０％以上である、［３１］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［３３］ 接眼レンズの眼球側表面に近赤外偏光子をさらに含み、該近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満である、［３０］～［３２］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［３４］ 画像表示装置から出射される近赤外域の光束を使用者の顔面に照射し、得られた反射光を受光部で検知する顔認証システムないしは表情認識システムを備える、［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３５］ 画像表示装置は、出光面から基板に向かって、近赤外偏光子、可視光偏光子、および、該可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板をこの順に含む、［２５］～［２９］および［３４］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３６］ 近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、［３５］に記載の画像表示システム。
［３７］ 画像表示装置から出射される非可視光を測定対象に照射し、得られた反射光を受光部で検知する光検出と測距システムまたは物体認識システムを備える、［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３８］ 画像表示装置は、出光面から基板に向かって、近赤外偏光子、可視光偏光子、および、該可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板をこの順に含む、［３７］に記載の画像表示システム。
［３９］ 近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、［３８］に記載の画像表示システム。
［４０］ ［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システムを含むヘッドマウントディスプレイであり、
画像表示装置は、導光要素を含み、画像表示パネルから出射される可視光域の光束および非可視域の光束を、該導光要素を通じて、導光要素に設けられた出光面から観察者に出射するものであり、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を受光部で検出することで眼球センシングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
［４１］ 導光要素の出射面と観察者の眼球との間、および、受光部と観察者の眼球との間に近赤外偏光子をそれぞれ含む、［４０］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４２］ 近赤外偏光子のうち、導光要素の出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の可視光域の平均透過率が９０％以上である、［４１］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４３］ 近赤外偏光子のうち、導光要素の出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上である、［４１］または［４２］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４４］ 近赤外偏光子のうち、受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上である、［４１］～［４３］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４５］ 導光要素の出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子と、受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子とが、眼球表面を反射面としたとき、それぞれクロスニコルの関係で配置される、［４１］～［４４］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４６］ 非可視域に感受性を有する受光部と、基板および複数の画素とを含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含み、
受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、
複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
［４７］ 非可視光の光束を形成する画素は、近赤外光に発光帯域を有し、
受光部は、近赤外光に感受性を有し、
可視光の光束を形成する画素群は画像表示を行う、［４６］に記載の画像表示装置。
［４８］ 該近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満である［４６］または［４７］に記載の画像表示装置。
［４９］ 近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、［４６］～［４８］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５０］ ［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置、および、接眼レンズを備え、画像表示装置により眼球に対し近赤外光の照射と検出とを行うことによりアイトラッキングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
［５１］ 近赤外偏光子は、対応する画素ごとに異なる透過軸ないしは偏光選択性を有する領域をパターン状に配置したパターン偏光子である、［５０］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［５２］ 接眼レンズが、ハーフミラーおよび反射偏光子を含む、［５０］または［５１］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［５３］ 反射偏光子、および、ハーフミラーは近赤外域において透過性であり、単板透過率は８５０ｎｍにおいてそれぞれ８０％以上である、［５２］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［５４］ 非可視光の光束を形成する画素から出射される非可視光を使用者の顔面に照射し、得られた反射光を受光部で検知する顔認証システムないしは表情認識システムとして利用される、［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５５］ 近赤外偏光子が、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、［５４］に記載の画像表示装置。
［５６］ 測定対象に画像表示装置からの非可視光を照射し、測定対象に反射させて得られた反射光を、受光部で検出する光検出と測距システムまたは物体認識システムを備える、［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５７］ 近赤外偏光子として互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子を含む、［５６］に記載の画像表示装置。
［５８］ 画像表示装置から出射された非可視光を使用者の手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部に透過または反射させて得られた光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する指紋センサー、静脈認証システム、および、血流センサーのいずれかとして利用される、［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５９］ 近赤外偏光子が、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含んだパターン偏光子である、［５８］に記載の画像表示装置。
［６０］ 近赤外域の光に対して偏光選択性を有する層を有し、層は、近赤外域に偏光選択性を有する領域を少なくとも含み、該偏光選択性が異なる複数の領域を面内にパターン状に含む、パターン偏光子。
［６１］ 偏光選択性の層の面内に、第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第一の偏光選択性を有する領域に囲まれるように設けられた、偏光選択性を有しない第二領域とを含むパターン偏光子であるか、または、
偏光選択性の層の面内に、少なくとも第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第二の偏光選択性を有する第二領域とを含むパターン偏光子のいずれか１つから選ばれる構造を有する、［６０］に記載のパターン偏光子。
［６２］ 偏光選択性を有する領域における波長８５０ｎｍにおける単板透過率が、５０％未満である、［６０］または［６１］に記載のパターン偏光子。
［６３］ 近赤外域において偏光選択性を有する層の厚さは、０．１μｍ～５μｍである、［６０］～［６２］のいずれかに記載のパターン偏光子。
［６４］ 近赤外域において偏光選択性を有する層は、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したものである、［６０］～［６３］のいずれかに記載のパターン偏光子。
［１］ 非可視域に感受性を有する受光部と、基板および基板上に配置された複数の画素を含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、
受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、
出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
受光部と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
［２］ 受光部が、近赤外域に感受性を有する、［１］に記載の画像表示装置。
［３］ 受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光するものであり、
受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、［１］または［２］に記載の画像表示装置。
［４］ 近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子の、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、［１］～［３］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、画像表示装置と、観察者の眼球との間に配置される接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイであり、
さらに眼球に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を眼球に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出するアイトラッキングシステムを備えた、ヘッドマウントディスプレイ。
［６］ 接眼レンズが近赤外透過性である、［５］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［７］ 接眼レンズが、近赤外透過性のハーフミラーおよび近赤外透過性の反射偏光子を含む、［５］または［６］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［８］ 接眼レンズと画像表示装置の複数の画素との間に、可視光に偏光特性を有する可視光偏光子をさらに含み、該可視光偏光子は近赤外域で透過性である、［５］～［７］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［９］ 近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、［５］～［８］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［１０］ 近赤外偏光子は、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域と、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域とを同一面内に含むパターン偏光子である、［５］～［８］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［１１］ 近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域は、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、［９］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［１２］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、使用者の顔面に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を観察者の顔面に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する顔認証システムまたは表情認識システムを備えた、画像表示システム。
［１３］ 画像表示パネルはＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルから選ばれる発光パネルであり、
画像表示装置は、出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
画像表示装置は、出光面から基板に向かって、可視光偏光子、位相差板、および、基板をこの順に含む、［１２］に記載の画像表示システム。
［１４］ 可視光偏光子と、位相差板との間に近赤外偏光子を含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、位相差板と近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、［１３］に記載の画像表示システム。
［１５］ 近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して並行または直交に配置されているか、
近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、［１４］に記載の画像表示システム。
［１６］ 近赤外偏光子の透過軸が、可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、かつ近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
位相差板の、可視光偏光子の透過軸に対しての遅相軸が１５°±１０°であり、位相差板の位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、［１４］に記載の画像表示システム。
［１７］ 可視光偏光子と、位相差板と、近赤外偏光子とをこの順に含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
位相差板は、その遅相軸が可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、
かつ位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲であり、
近赤外偏光子は、可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、
可視光域に有する位相差Ｒｅ（５５０）が１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲である、［１３］に記載の画像表示システム。
［１８］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、測定対象に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を測定対象に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する測距システムないしは物体認識システムを備えた、画像表示システム。
［１９］ 画像表示パネルはＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルから選ばれる発光パネルであり、
画像表示装置は、出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものであり、
該円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、
画像表示装置は、出光面から基板に向かって、可視光偏光子、位相差板、および、基板をこの順に含む、［１８］に記載の画像表示システム。
［２０］ 可視光偏光子と、位相差板との間に近赤外偏光子を含み、
該近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、
波長５５０ｎｍの光に対して、位相差板と近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する、［１９］に記載の画像表示システム。
［２１］ 近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して並行または直交に配置されているか、
近赤外偏光子の透過軸は、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に配置され、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長であるか、
のいずれかである、［２０］に記載の画像表示システム。
［２２］ ［１］～［４］のいずれかに記載の画像表示装置、および、手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に近赤外光を照射可能な光源を含み、
光源からの近赤外光を手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部分に反射させて得られた反射光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する指紋認証システム、静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、画像表示システム。
［２３］ 光源から出射した近赤外光を導光する導光板をさらに含み、該導光板内を伝播する近赤外光が指と導光板との界面で散乱することにより、受光部が散乱した近赤外光を検知する指紋認証システムを備えた、［２２］に記載の画像表示システム。
［２４］ 光源から出射した近赤外光を導光する導光板をさらに含み、該導光板は散乱層または回折機能層が付与され、導光する近赤外光の一部を出光面から出射して測定対象を照射し、測定対象からの反射光を受光部が受光する静脈認証システム、または生体測定システムを備えた、［２２］に記載の画像表示システム。
［２５］ 非可視域に感受性を有する受光部と、
基板および複数の画素を含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される光束が出射する出光面とを含む画像表示装置と、を含み、
複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
出光面に垂直な方向から見た際に、複数の画素は、基板と重複する位置に配置されており、
受光部は、非可視域の光束を形成する画素から、出光面を経て照射されて検知する対象により反射または散乱された非可視光を受光するように配置され、光可視域の光束のみを受光するものであり、
画像表示装置は、非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示システム。
［２６］ 受光部が、近赤外域に感受性を有する、［２５］に記載の画像表示システム。
［２７］ 受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光するものであり、
受光部により検知する対象が、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つである、［２５］または［２６］に記載の画像表示システム。
［２８］ 近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子の、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満である、［２５］～［２７］のいずれかに記載の画像表示システム。
［２９］ 近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、［２５］～［２８］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３０］ ［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システム、および、接眼レンズを備え、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を受光部で検出することによるアイトラッキングシステムを含む、ヘッドマウントディスプレイ。
［３１］ 接眼レンズが、ハーフミラーおよび反射偏光子を含む、［３０］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［３２］ 反射偏光子、および、ハーフミラーそれぞれの８５０ｎｍにおける単板透過率は８０％以上である、［３１］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［３３］ 接眼レンズの眼球側表面に近赤外偏光子をさらに含み、該近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満である、［３０］～［３２］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［３４］ 画像表示装置から出射される近赤外域の光束を使用者の顔面に照射し、得られた反射光を受光部で検知する顔認証システムないしは表情認識システムを備える、［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３５］ 画像表示装置は、出光面から基板に向かって、近赤外偏光子、可視光偏光子、および、該可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板をこの順に含む、［２５］～［２９］および［３４］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３６］ 近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、［３５］に記載の画像表示システム。
［３７］ 画像表示装置から出射される非可視光を測定対象に照射し、得られた反射光を受光部で検知する光検出と測距システムまたは物体認識システムを備える、［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システム。
［３８］ 画像表示装置は、出光面から基板に向かって、近赤外偏光子、可視光偏光子、および、該可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板をこの順に含む、［３７］に記載の画像表示システム。
［３９］ 近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、［３８］に記載の画像表示システム。
［４０］ ［２５］～［２９］のいずれかに記載の画像表示システムを含むヘッドマウントディスプレイであり、
画像表示装置は、導光要素を含み、画像表示パネルから出射される可視光域の光束および非可視域の光束を、該導光要素を通じて、導光要素に設けられた出光面から観察者に出射するものであり、
該画像表示装置から観察者の眼球に照射され反射した近赤外光を受光部で検出することで眼球センシングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
［４１］ 導光要素の出射面と観察者の眼球との間、および、受光部と観察者の眼球との間に近赤外偏光子をそれぞれ含む、［４０］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４２］ 近赤外偏光子のうち、導光要素の出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の可視光域の平均透過率が９０％以上である、［４１］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４３］ 近赤外偏光子のうち、導光要素の出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上である、［４１］または［４２］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４４］ 近赤外偏光子のうち、受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子において、該近赤外偏光子の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上である、［４１］～［４３］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４５］ 導光要素の出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子と、受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子とが、眼球表面を反射面としたとき、それぞれクロスニコルの関係で配置される、［４１］～［４４］のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
［４６］ 非可視域に感受性を有する受光部と、基板および複数の画素とを含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含み、
受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、
複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、
出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、
受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、
非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置。
［４７］ 非可視光の光束を形成する画素は、近赤外光に発光帯域を有し、
受光部は、近赤外光に感受性を有し、
可視光の光束を形成する画素群は画像表示を行う、［４６］に記載の画像表示装置。
［４８］ 該近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満である［４６］または［４７］に記載の画像表示装置。
［４９］ 近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さない、あるいは、可視域で透過性である、［４６］～［４８］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５０］ ［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置、および、接眼レンズを備え、画像表示装置により眼球に対し近赤外光の照射と検出とを行うことによりアイトラッキングを行う、ヘッドマウントディスプレイ。
［５１］ 近赤外偏光子は、対応する画素ごとに異なる透過軸ないしは偏光選択性を有する領域をパターン状に配置したパターン偏光子である、［５０］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［５２］ 接眼レンズが、ハーフミラーおよび反射偏光子を含む、［５０］または［５１］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［５３］ 反射偏光子、および、ハーフミラーは近赤外域において透過性であり、単板透過率は８５０ｎｍにおいてそれぞれ８０％以上である、［５２］に記載のヘッドマウントディスプレイ。
［５４］ 非可視光の光束を形成する画素から出射される非可視光を使用者の顔面に照射し、得られた反射光を受光部で検知する顔認証システムないしは表情認識システムとして利用される、［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５５］ 近赤外偏光子が、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である、［５４］に記載の画像表示装置。
［５６］ 測定対象に画像表示装置からの非可視光を照射し、測定対象に反射させて得られた反射光を、受光部で検出する光検出と測距システムまたは物体認識システムを備える、［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５７］ 近赤外偏光子として互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子を含む、［５６］に記載の画像表示装置。
［５８］ 画像表示装置から出射された非可視光を使用者の手、指、手のひら、および、皮膚から選ばれる生体の一部に透過または反射させて得られた光を、近赤外偏光子を経て受光部で検出する指紋センサー、静脈認証システム、および、血流センサーのいずれかとして利用される、［４６］～［４９］のいずれかに記載の画像表示装置。
［５９］ 近赤外偏光子が、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含んだパターン偏光子である、［５８］に記載の画像表示装置。
［６０］ 近赤外域の光に対して偏光選択性を有する層を有し、層は、近赤外域に偏光選択性を有する領域を少なくとも含み、該偏光選択性が異なる複数の領域を面内にパターン状に含む、パターン偏光子。
［６１］ 偏光選択性の層の面内に、第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第一の偏光選択性を有する領域に囲まれるように設けられた、偏光選択性を有しない第二領域とを含むパターン偏光子であるか、または、
偏光選択性の層の面内に、少なくとも第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第二の偏光選択性を有する第二領域とを含むパターン偏光子のいずれか１つから選ばれる構造を有する、［６０］に記載のパターン偏光子。
［６２］ 偏光選択性を有する領域における波長８５０ｎｍにおける単板透過率が、５０％未満である、［６０］または［６１］に記載のパターン偏光子。
［６３］ 近赤外域において偏光選択性を有する層の厚さは、０．１μｍ～５μｍである、［６０］～［６２］のいずれかに記載のパターン偏光子。
［６４］ 近赤外域において偏光選択性を有する層は、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したものである、［６０］～［６３］のいずれかに記載のパターン偏光子。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、光学作用を利用し、省スペースでありながら高い検出感度を有する画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、画像表示システムを提供できる。またその提供に寄与するパターン偏光子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１の実施形態の一例を表す概念図である。
【図2】本発明の第１の実施形態の他の一例を表す概念図である。
【図3】本発明の第１の実施形態の他の一例を表す概念図である。
【図4】本発明の第１の実施形態に関するディスプレイデバイスの具体例である。
【図6】本発明の第１の実施形態に関する別のディスプレイデバイスの具体例である。
【図7】本発明の第１の実施形態に関するさらに別のディスプレイデバイスの具体例である。
【図8】本発明の第１の実施形態に関する効果の概念図である。
【図9】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの概念図である。
【図10】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの概念図である。
【図11】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの光学系に関する概念図である。
【図12a】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの光学系に関する概念図である。
【図12b】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの光学系に関する概念図である。
【図12c】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの光学系に関する概念図である。
【図13】本発明の第１の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの別の光学系に関する概念図である。
【図14】本発明の第１の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図15】本発明の第１の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図16】本発明の第１の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図17】本発明の第１の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図18】本発明の第１の実施形態の一つであるＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図19】本発明の第１の実施形態の一つであるＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムの動作を示す概念図である。
【図20】本発明の第１の実施形態の一つである指紋センサー、静脈認証システム、あるいは血流センサーを備えた画像表示システムの概念図である。
【図21】本発明の第１の実施形態の一つである指紋認証システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図22】本発明の第１の実施形態の一つである静脈認証システムまたは血流センサーを備えた画像表示システムの概念図である。
【図23】本発明の第２の実施形態を表す概念図である。
【図24】本発明の第２の実施形態を表す概念図である。
【図25】本発明の第２の実施形態を表す概念図である。
【図26】本発明の第２の実施形態に関する画像表示システムの具体例である。
【図28】本発明の第２の実施形態に関する別の画像表示システムの具体例である。
【図29】本発明の第２の実施形態に関する作用の概念図である。
【図30】本発明の第２の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの概念図である。
【図31】本発明の第２の実施形態の一つである、別の態様のヘッドマウントディスプレイの概念図である。
【図32】本発明の第２の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図33】本発明の第２の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図34】本発明の第２の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの別の概念図である。
【図35】本発明の第２の実施形態の一つであるＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図36】本発明の第３の実施形態を表す概念図である。
【図37】本発明の第３の実施形態を表す概念図である。
【図38】本発明の第３の実施形態を表す概念図である。
【図39】本発明の第３の実施形態に関するディスプレイデバイスの具体例である。
【図40】本発明の第３の実施形態に関する作用の概念図である。
【図41】本発明の第３の実施形態の一つであるヘッドマウントディスプレイの概念図である。
【図42】本発明の第３の実施形態の一つである、別の態様のヘッドマウントディスプレイの概念図である。
【図43】本発明の第３の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図44】本発明の第３の実施形態の一つである顔認証システムまたは表情認識システムを備えた画像表示システムの光学系の概念図である。
【図45】本発明の第３の実施形態の一つであるＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムの概念図である。
【図46】本発明の第３の実施形態の一つである指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーを備えた画像表示システムの概念図である。
【図47】本発明の第２の実施形態の画像表示装置を含むヘッドマウントディスプレイの好ましい一態様の概念図である。
【図48】本発明の第２の実施形態の画像表示装置を含むヘッドマウントディスプレイの好ましい一態様の概念図である。
【図49】本発明の第２の実施形態の画像表示装置を含むヘッドマウントディスプレイの好ましい一態様の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、画像表示システムおよび、パターン偏光子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【0012】
本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
【0013】
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０～７８０ｎｍの波長域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長域および７８０ｎｍを超える波長域の光である。非可視光のうち、近赤外光は７８０ｎｍを超え２５００ｎｍまでの波長域の光を示し、本明細書中では単に「赤外光」とも称する場合がある。
【0014】
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、波長λにおける面内のレタデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、５５０ｎｍとする。
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎにて平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
本明細書において、Ｒｅ（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）において、波長λで測定した値である。ＡｘｏＳｃａｎにて平均屈折率（（ｎｘ＋ｎｙ＋ｎｚ）／３）と膜厚（ｄ（μｍ））を入力することにより、
遅相軸方向（°）
Ｒｅ（λ）＝Ｒ０（λ）
が算出される。
なお、Ｒ０（λ）は、ＡｘｏＳｃａｎで算出される数値として表示されるものであるが、Ｒｅ（λ）を意味している。
【0015】
本明細書において、Ｐ（λ）は、波長λにおける偏光度を表す。偏光度は、波長λの垂直入射光に対して以下の要領で算出する。
Ｐ（λ）＝［（ＭＤ－ＴＤ）／（ＭＤ＋ＴＤ）］×１００
ＭＤ：偏光選択性の層において、透過量が最大となる方向と直交する方向の直線偏光に対する透過率
ＴＤ：偏光選択性の層において、透過量が最大となる方向の直線偏光に対する透過率
直線偏光に対する透過率は、分光光度計において測定光を当該方向の偏光とすることにより測定できる。
Ｐ（λ）＝［（ＭＤ－ＴＤ）／（ＭＤ＋ＴＤ）］×１００
ＭＤ：偏光選択性の層において、透過量が最大となる方向と直交する方向の直線偏光に対する透過率
ＴＤ：偏光選択性の層において、透過量が最大となる方向の直線偏光に対する透過率
直線偏光に対する透過率は、分光光度計において測定光を当該方向の偏光とすることにより測定できる。
【0016】
［第１の実施形態］
本発明の画像表示装置の第１の実施形態は、非可視域に感受性を有する受光部と、基板および基板上に配置された複数の画素とを含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、受光部は、前記出光面を経て前記画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、受光部と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する画像表示装置である。
この画像表示装置は、非可視光を照射する外部の光源と組み合わせて、センサーを有する画像表示システムとして利用される。
本発明の画像表示装置の第１の実施形態は、非可視域に感受性を有する受光部と、基板および基板上に配置された複数の画素とを含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含む画像表示装置であって、受光部は、前記出光面を経て前記画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、受光部と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する画像表示装置である。
この画像表示装置は、非可視光を照射する外部の光源と組み合わせて、センサーを有する画像表示システムとして利用される。
【0017】
従来、可視光を出射する発光領域と、センシングのための受光部とは分離して設けることが一般的である。しかし、デバイスの小型化と、発光領域（特にディスプレイデバイスであるならば、表示領域と言い換えても良い）の拡張とを両立するためには、発光領域でない領域を最小限に止める必要があり、このことは画像表示装置の小型化に伴う検出精度の低下や取得情報量の減少をもたらす。
【0018】
具体的には、例えば、ヘッドマウントディスプレイにおいて、画像表示装置が、使用者の眼に非可視光を照射し、使用者の眼からの反射光を受光部で受光して、使用者の眼が視認している方向等を検出する場合に、受光部が画像表示装置の表示面の外側（面方向の外側）に配置されていると、画像表示装置の表示面が使用者の眼の正面に配置されるため、使用者の眼で反射された光は、受光部に斜め方向から入射することになる。使用者の眼からの反射光が受光部に対して斜め方向から入射する場合、検出精度および取得情報量が低下してしまう。
【0019】
これに対して、本発明の画像表示装置を適用することにより、発光領域以外のスペースを最小限に抑えつつ、画像表示装置にとって受光部を十分な面積で設けることができるので、検出精度および取得情報量に優れた画像表示装置を有するデバイス（画像表示システム）が提供できる。
【0020】
具体的には、出光面に垂直な方向から見た際に（すなわち、面方向において）、受光部が画像表示パネルと重複する位置に配置されているため、使用者の眼で反射された光は、受光部に正面方向から入射することになり、検出精度および取得情報量を向上することができる。
ここで、受光部を画像表示パネルと重複する位置に配置すると、可視光が受光部にて受光されてしまい検出精度が低下してしまうおそれがある。これに対して、本発明では、受光部は、非可視光のみを受光し、可視光に感受性を有さないため、可視光を検出せずに、検出精度および取得情報量を向上することができる。
また、受光部と出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有するため、ノイズとなる外部からの近赤外光の一部をカットして、使用者の眼で反射された光の割合を増加させることができるため、ＳＮ比を向上でき、検出精度および取得情報量を向上することができる。
ここで、受光部を画像表示パネルと重複する位置に配置すると、可視光が受光部にて受光されてしまい検出精度が低下してしまうおそれがある。これに対して、本発明では、受光部は、非可視光のみを受光し、可視光に感受性を有さないため、可視光を検出せずに、検出精度および取得情報量を向上することができる。
また、受光部と出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有するため、ノイズとなる外部からの近赤外光の一部をカットして、使用者の眼で反射された光の割合を増加させることができるため、ＳＮ比を向上でき、検出精度および取得情報量を向上することができる。
【0021】
上述した、第１の実施形態の好ましい態様の一つを、図１を用いて説明する。画像表示装置１０は、基板１上に設けられた複数の画素２ａ～２ｄを含む画像表示パネル３と、受光部４とを含み、画素２ａ～２ｄから可視域の光束５が形成される。可視域の光束５は出光面６から出光して、画像光として利用者に認識されるか、あるいは対象物を照らすことができる。
ここで、非可視域のみに感受性を有する受光部４は出光面６から画像表示パネル３の間に設けることができる。また、図１に示すように、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。受光部４は、例えば光束５に対して透過性の基板７上に設けられていても良い。受光部４は、外部から入射する非可視光８を受光して電気信号へと変換し、図示しない演算回路を経て検知した情報を出力することができる。
なお、図１に示す画像表示装置１０においては、近赤外偏光子の図示は省略している。この点については、図２および図３も同様である。
ここで、非可視域のみに感受性を有する受光部４は出光面６から画像表示パネル３の間に設けることができる。また、図１に示すように、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。受光部４は、例えば光束５に対して透過性の基板７上に設けられていても良い。受光部４は、外部から入射する非可視光８を受光して電気信号へと変換し、図示しない演算回路を経て検知した情報を出力することができる。
なお、図１に示す画像表示装置１０においては、近赤外偏光子の図示は省略している。この点については、図２および図３も同様である。
【0022】
また、第１の実施形態の別の好ましい態様の一つを、図２を用いて説明する。画像表示装置２０における画像表示パネル３、および出光面６は図１と同様であるが、非可視域に感受性を有する受光部４は画像表示パネル３上に設けられている。ここでいう「画像表示パネル３上に設けられている」とは、単に画像表示パネル３の出光面６側の表面に設けられていることに限定せず、発光パネル内に設けられた電極層やパッシベーション層、絶縁層等上あるいはその下に設けられるなどして発光パネルと一体化していることを表すものとする。
【0023】
第１の実施形態のさらに別の好ましい態様の一つを、図３を用いて説明する。画像表示装置３０における画像表示パネル３、および出光面６は図１と同様であるが、非可視域に感受性を有する受光部４は、画像表示パネル３の出光面６とは反対側に設けられている。受光部４は、画像表示パネル３とは別に設けられた基板７上に設けられていても良いし、画像表示パネル３の出光面６側とは反対側の表面に隣接して設けられていても良い。
ここで、画像表示パネル３の基板１は、受光部４が感受性を有する非可視光８を透過することができる。ここでいう透過とは、基板に空隙または空孔を設けることによって、対象とする非可視光を遮ることなく受光部４に達するようにするものでも良い。また、基板そのものが、対象とする非可視光の波長域に対して透過性であっても良い。
図２および図３に示す例の場合も、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。
ここで、画像表示パネル３の基板１は、受光部４が感受性を有する非可視光８を透過することができる。ここでいう透過とは、基板に空隙または空孔を設けることによって、対象とする非可視光を遮ることなく受光部４に達するようにするものでも良い。また、基板そのものが、対象とする非可視光の波長域に対して透過性であっても良い。
図２および図３に示す例の場合も、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。
【0024】
上述した画像表示パネルとしては、ＬＥＤ（light emitting diode）アレイ、ＯＬＥＤ（Organic light emitting diode）表示パネル、マイクロＬＥＤパネル、および、ミニＬＥＤパネル等の発光パネルを適用することができる。また、画像表示パネルは、透過型液晶パネルとバックライトユニットを組み合わせたものであってもよい。
【0025】
画像表示パネルに含まれる基板としては、画像表示パネルの形状を保ち、画像表示パネルを構成するトランジスタ素子、発光層、電極、導電層、絶縁層、バンク、パッシベーション層、および、平滑化層などを設けるにあたってそれらを保持することができればよく、ガラスあるいは高分子材料から形成されたシートないしはフィルム等を用いることができる。高分子材料としては公知のものが利用でき、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、シクロオレフィン、エポキシ樹脂などが例示される。
【0026】
基板上に設けられる画素とは、ＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤパネル、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルなどであれば発光素子であり、透過型液晶パネルとバックライトユニットの組合せであれば、駆動電極およびカラーフィルター層ないしはブラックマトリクスによって区画される各色の領域である。
ＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤパネル、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルなどに含まれる発光素子からは、直接に可視光域の光束が生成される。また、透過型液晶パネルとバックライトユニットの組合せからは、バックライトユニットで生成された光束が透過型液晶パネルの画素を通過することによって可視光域の光束が形成される。
ＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤパネル、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルなどに含まれる発光素子からは、直接に可視光域の光束が生成される。また、透過型液晶パネルとバックライトユニットの組合せからは、バックライトユニットで生成された光束が透過型液晶パネルの画素を通過することによって可視光域の光束が形成される。
【0027】
上述のように形成された可視光の光束は、出光面を通じて画像表示装置の外部へ放出される。この出光面は、画像表示装置の出射側の最表面であり、例えば画像表示装置の前面保護板の表面、カラーフィルター基板の外側表面、あるいは、視認側偏光板の視認側表面等でありうる。システムの外部へ放出された光束は、例えば物体を照らすのに用いられ、また、観察者に視覚情報を与えるものである。本発明の好ましい一態様として、これら画像表示パネルから出射する可視域の光束を利用して画像および情報等を表示することにより、本発明の画像表示装置を構築することができる。
【0028】
受光部としては、非可視域に感受性を有し、可視光に感受性を有さないフォトダイオードまたはフォトトランジスタのような光検出素子を適用することができる。好ましくは、受光部は、近赤外域のみに感受性を有し、可視光域に感受性を有さないフォトダイオードまたはフォトトランジスタである。光検出素子として、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）、有機フォトトランジスタ（ＯＰＴ）を適用してもよい。
【0029】
受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられている。また、前述のとおり、面方向において、受光部は画像表示パネルと重複する位置に配置されている。受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光することで、対象の情報を検知するものである。受光部により検知する対象は、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つとすることができる。すなわち、本発明の画像表示装置は、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩等を検知もしくは認識しうる。
【0030】
本発明の第１の実施形態の画像表示装置のより具体的な一例として、図４を用いて、基板上に画素および受光部を含む発光パネルを含む、ＯＬＥＤディスプレイデバイス４０を示す。
ＯＬＥＤディスプレイデバイス４０は、基板１上に設けられた駆動部４２、センサー部４３、ＯＬＥＤ部４１からなる発光パネル、および必要に応じて設けられる中間層４８、カバープレート４９を含む。図４に記載の構成では、カバープレート４９の表面が光束５の出光面６となる。
ＯＬＥＤディスプレイデバイス４０は、基板１上に設けられた駆動部４２、センサー部４３、ＯＬＥＤ部４１からなる発光パネル、および必要に応じて設けられる中間層４８、カバープレート４９を含む。図４に記載の構成では、カバープレート４９の表面が光束５の出光面６となる。
【0031】
駆動部４２は、基板１上に形成され、上部のセンサー部４３及びＯＬＥＤ部４１の電気的信号を入出力するための多様なトランジスタアレイ（４２ａ、４２ｂ）及び多層配線層が形成された層間絶縁膜４７を含む。
トランジスタアレイおよび多層配線層は、一般に金属材料あるいは半導体材料が適用されることから、センサー部４３及びＯＬＥＤ部４１の光の出入りを阻害しないよう、基板側に配置されることが好ましい。
トランジスタアレイおよび多層配線層は、一般に金属材料あるいは半導体材料が適用されることから、センサー部４３及びＯＬＥＤ部４１の光の出入りを阻害しないよう、基板側に配置されることが好ましい。
【0032】
センサー部４３は、受光部４として有機光ダイオードを含み、この有機ダイオードは駆動部４２から引き出された配線に接続されることによって駆動される。有機光ダイオードの光吸収層の材料としては、例えば、スクアライン（ｓｑｕａｒａｉｎｅ）系、Ｄ－π－Ａ系、ボディパイ（Ｂｏｄｉｐｙ）系、フタロシアニン（Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）系などの物質であり、目的とする非可視領域の光の受光に適切なあらゆる物質が使用される。有機ダイオードの基板側電極は、センサー感度を高めることを目的として、反射電極を用いてもよい。電極の材料としては、例えば基板１側の電極はＡｌ、Ａｇ、Ｍｏ、ＡｌＮｄ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、ＴｉＮ、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ａｌ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ｍｏ／ＩＴＯなどで形成され、出光面６側の電極は透明性を確保する点からＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡｌＺＯ、Ａｇナノワイヤ、グラフェン、ＣＮＴなどで形成される。
【0033】
ＯＬＥＤ部４１において、それぞれ異なる波長の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を発光する画素（２ａ、２ｂ、２ｃ）の集合が一つのピクセルを構成し、このようなピクセルが行列のようなパターンで複数繰り返して配列される。このようなピクセルのパターンは例えば図５のような上面図で表される、いわゆるペンタイルマトリックス状に配列されうる。非画素領域が上述したセンサー部の受光部４に垂直に配置されるようにすることで、画素を構成する下部電極４１ｃ、有機発光層４１ａ、上部電極４１ｂによって阻害されることなく、入射した非可視光８を受光部４に到達させ検知することができる。
下部電極４１ｃは、発光効率を高めることを目的として、反射電極を用いてもよい。電極の材料としては、例えば基板１側の電極はＡｌ、Ａｇ、Ｍｏ、ＡｌＮｄ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、ＴｉＮ、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ａｌ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ｍｏ／ＩＴＯなどで形成される。上部電極４１ｂはＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡｌＺＯ、Ａｇナノワイヤ、グラフェン、ＣＮＴなどの透明材料で形成されうる。上部電極４１ｂは、可視光の透過率が８０％以上であることが好ましい。
下部電極４１ｃは、発光効率を高めることを目的として、反射電極を用いてもよい。電極の材料としては、例えば基板１側の電極はＡｌ、Ａｇ、Ｍｏ、ＡｌＮｄ、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、ＴｉＮ、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ａｌ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ｍｏ／ＩＴＯなどで形成される。上部電極４１ｂはＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡｌＺＯ、Ａｇナノワイヤ、グラフェン、ＣＮＴなどの透明材料で形成されうる。上部電極４１ｂは、可視光の透過率が８０％以上であることが好ましい。
【0034】
有機発光層４１ａは、所定波長領域の可視光を発光する公知の発光物質を含み、例えば蛍光物質、燐光物質、又はＴＡＤＦ（熱活性型遅延蛍光）を含む。公知の発光物質は、Ｉｒ錯化合物、Ｐｔ錯化合物、Ｏｓ錯化合物、及びＰｄ錯化合物のような金属錯化合物、アントラセン（青）、Ａｌｑ３（緑）、ＤＣＭ（赤）、又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。
【0035】
中間層４８は必要に応じて設けられる。中間層４８は、後述するカバープレート４９とＯＬＥＤ部とを連結している。必要に応じ、タッチセンサ、輝度向上層や指向性制御層といった光学機能層、偏光板、意匠層、駆動部４２のうち出光面側から露出している電極、配線を隠蔽するための黒色層を設けても良い。
【0036】
カバープレート４９は必要に応じて設けられる。カバープレートは損傷や外部の湿熱からＯＬＥＤ部やセンサー部を保護する目的、または、表面反射防止層を出光面に設けることで画素からの光を効率よく外部へ出射する目的で設けることができる。
【0037】
図示しないが、ＯＬＥＤディスプレイデバイス４０には、必要に応じて任意の場所にバリア層、タッチセンサ層、インデックスマッチング層、接着層、拡散層、指向性制御層、可視光吸収層、近赤外光吸収層等を付与してもよい。
【0038】
本発明の画像表示装置の別の一例として、図６を用いて、基板上に画素を含む発光パネル３と、発光パネル３の出光面６とは反対側に受光部４を有するＯＬＥＤディスプレイデバイス６０の概念を示す。
【0039】
発光パネル３は、基板１上に画素２を含む。画素２は図５のように各色の画素がパターン状に配置されているが、図中では簡便のため連続的に表されている。出光面６に対して、基板１の反対側には、受光部４が設けられている。画素２から出射した光は出光面６を通じてディスプレイデバイスから出射される。図示しない外部の非可視光光源から対象物を経てＯＬＥＤディスプレイデバイス６０の出光面６に入射した非可視光は、基板上の非画素領域を通過して受光部４に入射し、対象物の情報をもたらす。
【0040】
ここで、基板１は入射した非可視光８に対して透過性であるように図６では描画しているが、基板１に穿孔を設けて非可視光８が透過するようにしてもよい。また、実際の基板１上には、図示しない駆動用のＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子、配線、および各種の機能層が積層されているため、これらを避けて非可視光８が受光部４へ到達するよう配置を行うか、これらの要素が非可視光８に対して透過性であることが好ましい。
【0041】
また、受光部４は非画素領域の幅に対して十分に大きく、かつ、非センサー領域ＤＰＡ＿Ｄ（図６参照）を設けるように描画しているが、本発明はこれに限定されず受光部４は任意の大きさと任意の領域に設けることができる。例えば、非画素領域に対しての大きさは制限なく、より小さく設けても良く、より大きく設けても良い。また、受光部４は単位受光素子を複数離間して設けても良いし、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）チップやＣＣＤ（Charge Coupled Device）チップのように集積化された素子を１か所にのみ設けるようにしてもよい。また、非センサー領域ＤＰＡ＿Ｄは設けても設けなくてもよく、基板１全体にわたりその大半をセンサー領域ＤＰＡ＿Ｔ（図６参照）としてもよく、また、複数のセンサー領域ＤＰＡ＿Ｔを分割して設け、その間を非センサー領域ＤＰＡ＿Ｄで覆うようにしてもよい。
【0042】
また、本発明の第１の実施形態の画像表示装置の一例として、図７を用いて、基板１ａ、およびカラーフィルター基板１ｂの間に液晶層７１を含み、図示しない電極によって駆動される液晶パネルと、該液晶パネルの基板１ａ上に設けられた受光部４と、バックライトユニット７９とを含むディスプレイデバイス７０を示す。
【0043】
バックライトユニット７９から出射した可視光の光束５は、液晶パネルの基板の表面７３上に形成された電極による液晶層７１の変調、および図示しない上下一対の偏光板によって透過および不透過が切り替えられるとともに、カラーフィルター層７２の各画素を規定するカラーフィルターＣＦによって特定の色の光となって出光面６（図示例においては、カラーフィルター基板１ｂの表面）から出射する。
この液晶パネルにおいて画素２は、各色のカラーフィルターＣＦおよびそれらを区画するブラックマトリクスＢＭとで規定される。
この液晶パネルにおいて画素２は、各色のカラーフィルターＣＦおよびそれらを区画するブラックマトリクスＢＭとで規定される。
【0044】
図示しない光源から検出対象に照射されてディスプレイデバイス７０に入射する非可視光８は、ブラックマトリクスＢＭを非可視光に対して透過性としておくことにより、ブラックマトリクス部を透過して受光部４に到達する。ブラックマトリクスＢＭから受光部４の受光面までの間を液晶層７１で満たしていてもよいが、非可視光８を精度よく受光部４に到達させることを目的に、導光部材７４を設けても良い。導光部材７４の側面７４ａは、受光部４への集光性を高めることを目的に、逆テーパー状をなしていてもよい。
【0045】
図７では受光部を基板１ａ上に設けた場合を図示したが、受光部を設ける場所としては上述したように、出光面６と基板１ａとの間、基板１ａ上、基板１ａに対し出光面６とは反対側に設けても良く、例えば図７におけるバックライトユニット７９と一体に設けても良い。
【0046】
本発明の画像表示装置においては、受光部から出光面までの間には、受光部に到達する非可視光の偏光を制御し、検出精度を向上させるか、取得情報量を増やすこと、またはその両方を目的として、非可視光に作用する偏光子を設ける。好ましい一態様として、上述した画像表示装置に含まれる受光部と出光面との間に偏光子を含み、該偏光子が近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子である、画像表示システムを図８に具体例を挙げて説明する。
【0047】
図８に示す画像表示システムは、画像表示装置１０に含まれる近赤外域に感受性を有する受光部４と、出光面６との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子４ｂを有する。なお、図８においては、画像表示パネルの図示は省略している。
図８に示す画像表示システムは、さらに、画像表示領域の外に、近赤外の偏光を照射する光源９を有している。図示例においては、光源９は、画像表示装置１０の側面に取り付けられている。画像表示装置１０に取り付けられた近赤外の偏光を照射する光源９から出射された光（非可視光）８ａは、測定対象に反射し、入射光８ｂとなって画像表示装置１０に入射する。この時、入射光８ｂは特定の偏光を多く含む状態となる。ところで、環境中に存在する太陽光やその他装置からの近赤外光ノイズ８ｃは、本発明の画像表示装置（画像表示システム）にとってのノイズとなりうる。しかし近赤外光ノイズ８ｃが入射光８ｂとは異なる偏光状態または無偏光状態であれば、上記近赤外偏光子４ｂが入射光８ｂに多く含まれる偏光のみを透過する偏光子とすることにより、近赤外光ノイズ８ｃの大部分は近赤外偏光子４ｂで吸収され、受光部４は入射光８ｂのみを精度よく検出することが可能となる。
図８に示す画像表示システムは、さらに、画像表示領域の外に、近赤外の偏光を照射する光源９を有している。図示例においては、光源９は、画像表示装置１０の側面に取り付けられている。画像表示装置１０に取り付けられた近赤外の偏光を照射する光源９から出射された光（非可視光）８ａは、測定対象に反射し、入射光８ｂとなって画像表示装置１０に入射する。この時、入射光８ｂは特定の偏光を多く含む状態となる。ところで、環境中に存在する太陽光やその他装置からの近赤外光ノイズ８ｃは、本発明の画像表示装置（画像表示システム）にとってのノイズとなりうる。しかし近赤外光ノイズ８ｃが入射光８ｂとは異なる偏光状態または無偏光状態であれば、上記近赤外偏光子４ｂが入射光８ｂに多く含まれる偏光のみを透過する偏光子とすることにより、近赤外光ノイズ８ｃの大部分は近赤外偏光子４ｂで吸収され、受光部４は入射光８ｂのみを精度よく検出することが可能となる。
【0048】
図８中、測定対象に対して近赤外光である光（以下、近赤外光ともいう）８ａと入射光８ｂは反射の関係になるように描画されているが、本発明の画像表示システムとしては必ずしも反射する系のみに限定せず、光源９を本発明の画像表示装置とは別に設けて、測定対象に対して近赤外光８ａと入射光８ｂが透過の関係になるように配置しても良い。また、測定対象としては任意のものを対象とすることができる。例えば使用者の手、指、手のひら、皮膚等の生体の一部分、静脈パターン、顔、眼球、唇、手足、およびそれらの動きやジェスチャー、または、特定のインターフェースデバイス、周囲の物体といったオブジェクト、あるいは、温度、湿度、パーティクル、および、気体の組成などを含む、周囲の環境の状態などが例示される。なお、本発明において、手は、指および手のひらの全体を含む部位を意図し、指は、手のひら側の付け根から、指の先までであり、手のひらは、指の付け根から、手首までを意図する。
【0049】
非可視光（赤外光）の偏光を照射する光源９としては任意のものを適用することができ、典型的にはＩＲ発光性のＬＥＤデバイス、ＩＲレーザ、近赤外域に発光帯を有する各種のランプ類である。またこれらの偏光度を高めることを目的に、近赤外域に偏光特性を有する別の偏光子をこれら光源に隣接してさらに設けても良い。
【0050】
近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、近赤外域に吸収を有する二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、ヨウ素系偏光板をポリエン化したもの、ワイヤーグリットを応用したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型のもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を利用したものなどを適用することができる。
【0051】
近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５０％未満であるものが好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、波長９５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満であるものが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
この範囲であると、十分にノイズが除去でき、検出精度を向上させることができる。
この範囲であると、十分にノイズが除去でき、検出精度を向上させることができる。
【0052】
単板透過率の測定方法は、分光光度計（製品名：ＶＡＰ－７０７０（日本分光社製）、または、製品名：ＶＡＰ－７２００（日本分光社製）など）を用いて測定することができる。測定の一例として、可視光域の単板透過率は、測定波長は４００～７００ｎｍの範囲として測定する。また、別の一例として、非可視光、特に近赤外の単板透過率は、測定波長を８００～１５００ｎｍとして測定する。偏光子表面の界面反射の影響を除くため、マッチングオイルに浸漬して界面反射を除去した状態で測定することが好ましい。また、「波長αｎｍにおける単板透過率」とする場合は、指定された波長αｎｍにおける透過率を意味する。
偏光度の測定方法は、検光子を用いて、偏光子の平行透過率（Ｈ０）及び直交透過率（Ｈ９０）を測定し、式：偏光度（％）＝｛（Ｈ０－Ｈ９０）／（Ｈ０＋Ｈ９０）｝１／２×１００より求めることができる。可視光域の偏光度であれば、測定波長は４００～７００ｎｍの範囲とし、非可視域の偏光度であれば、測定波長は８００～１５００ｎｍとすることができる。また、特定の波長のみの偏光度を規定することもできる。例えば、波長８５０ｎｍの偏光度は、波長８５０ｎｍの光に対しての偏光子の平行透過率（Ｈ０－８５０）及び直交透過率（Ｈ９０－８５０）を測定し、上記の偏光度を求める式に当てはめることにより、求めることができる。
偏光度の測定方法は、検光子を用いて、偏光子の平行透過率（Ｈ０）及び直交透過率（Ｈ９０）を測定し、式：偏光度（％）＝｛（Ｈ０－Ｈ９０）／（Ｈ０＋Ｈ９０）｝１／２×１００より求めることができる。可視光域の偏光度であれば、測定波長は４００～７００ｎｍの範囲とし、非可視域の偏光度であれば、測定波長は８００～１５００ｎｍとすることができる。また、特定の波長のみの偏光度を規定することもできる。例えば、波長８５０ｎｍの偏光度は、波長８５０ｎｍの光に対しての偏光子の平行透過率（Ｈ０－８５０）及び直交透過率（Ｈ９０－８５０）を測定し、上記の偏光度を求める式に当てはめることにより、求めることができる。
【0053】
また、本発明の第１の実施形態の画像表示装置は、画像表示を実現するため、ないしは、画質を向上させるために、可視域に偏光選択性を有する可視光偏光子をさらに設けることができる。
図４、図６に例示したＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルを有する画像表示装置においては、非発光時（黒表示時）および強い外光下での表示コントラスト向上を目的に、発光パネルの出光面側あるいは出光面そのものとして可視域に作用する円偏光板を設けることができる。この円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したもので構成でき、出光面側から順に、可視域に偏光選択性を有する直線偏光子である可視光偏光子と位相差層として１／４波長板とをこの順に含むことができる。
図４、図６に例示したＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネルを有する画像表示装置においては、非発光時（黒表示時）および強い外光下での表示コントラスト向上を目的に、発光パネルの出光面側あるいは出光面そのものとして可視域に作用する円偏光板を設けることができる。この円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したもので構成でき、出光面側から順に、可視域に偏光選択性を有する直線偏光子である可視光偏光子と位相差層として１／４波長板とをこの順に含むことができる。
【0054】
また、図７に示したディスプレイデバイス７０においては、図示しない上下２枚の偏光子を含んでおり、これら２枚の偏光子は可視域に偏光選択性を有する。これら２枚の偏光子は、図７のディスプレイデバイス７０で画像表示をするにあたっては必須となる。加えて、表示コントラストの向上および斜め方向の視野角特性向上を目的に、これら偏光子と液晶パネルとの間には光学異方性層を設けることができる。
【0055】
上述した可視域に偏光選択性を有する偏光子（可視光偏光子）は、市販のものが利用でき、例えば、ヨウ素または可視域に吸収を有する二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、可視域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、ワイヤーグリットを応用したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型のもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を利用したものなどを適用することができる。
【0056】
上述した近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子と、可視域に偏光選択性を有する可視光偏光子とは、本発明の画像表示装置、画像表示システムないしはヘッドマウントディスプレイの設計の上で、互いの作用が干渉する可能性がある。これらの干渉の影響を低減するために、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。また同様の観点で、可視域で偏光選択性を有する可視光偏光子は、近赤外域で偏光特性を有さないか、あるいは近赤外域で透過性であることが好ましい。
【0057】
近赤外域で偏光選択性を有し、かつ、可視域で透過性である近赤外偏光子としては、近赤外域に吸収を有し可視域は透過性である二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、近赤外域に吸収を有し可視域は透過性である二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型偏光子のうち反射帯域を近赤外領域にのみ有するもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を有するもののうち、近赤外領域にのみ偏光選択作用を有するものが例示される。
【0058】
近赤外域で偏光選択性を有し、かつ、可視域で透過性である近赤外偏光子としては、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、波長７００ｎｍにおける単板透過率が５８％以上であることが好ましく、７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることが特に好ましい。また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
【0059】
可視域で偏光選択性を有し、かつ、近赤外域で透過性である可視光偏光子としては、近赤外域の吸収特性を減じたヨウ素系偏光子、可視域に吸収を有し近赤外域は透過性である二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、可視域に吸収を有し近赤外域は透過性である二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型偏光子のうち反射帯域を可視光領域にのみ有するもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を有するもののうち、可視光領域にのみ偏光選択作用を有するものが例示される。
【0060】
可視域で偏光選択性を有し、かつ、近赤外域で透過性である可視光偏光子としては、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、８５％以上であることがより好ましい。また、波長７００ｎｍにおける単板透過率が５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることが好ましく、４７％未満であることが特に好ましい。
また、偏光度について、Ｐ（５５０）は０．９０以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましく、０．９８以上であることがさらに好ましく、０．９９以上であることが特に好ましい。Ｐ（５５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
また、偏光度について、Ｐ（５５０）は０．９０以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましく、０．９８以上であることがさらに好ましく、０．９９以上であることが特に好ましい。Ｐ（５５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
【0061】
また本発明の第１の実施形態の画像表示装置、画像表示システム、ないしはヘッドマウントディスプレイの別の好ましい一態様として、図１、図２、図３、図４、図６、図７における非可視光（近赤外光束）８と、可視域の光束（以下、可視光束ともいう）５とが互いに干渉しない画像表示装置、画像表示システム、ないしはヘッドマウントディスプレイとすることができる。具体的には、可視域の光束５と近赤外光束８とが微視的に異なる光路を通るよう設計することによって、それぞれの光路に適した偏光選択性を有する層をパターン状に設けることである。また、別の具体例としては、可視域の光束５に対する偏光選択性と、近赤外光束８に対する偏光選択性とが偏光子上で一致するようにして、可視域および近赤外域の両方に偏光選択性を有する１つの偏光子を設けることである。
【0062】
近赤外光束８および可視光束５のそれぞれの光路に適した偏光選択性を有する層をパターン状に設けた偏光子としては、それぞれの領域に適した吸収および透過特性を持つ二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成して固定した複数の領域を含むパターンを含むもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型偏光子のうち反射帯域が異なる複数の領域を含むパターンを含むもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を有するもののうち、作用帯域が異なる複数の領域を含むパターンを含むものが例示される。
【0063】
また、可視域および近赤外域の両方に偏光選択性を有し、互いの偏光選択性が一致するものとしては、ヨウ素または可視域から近赤外域まで吸収特性を有する二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、可視域から近赤外域まで吸収特性を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、ワイヤーグリットを応用したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型のもののうち、可視域から近赤外域まで反射帯域を有するものを適用することができる。
【0064】
可視域および近赤外域の両方に偏光選択性を有し、互いの偏光選択性が一致するものとしては、波長７５０ｎｍおよび８５０ｎｍの両方において、単板透過率が５５％未満であるものが好ましく、少なくとも一方の波長においてさらに５０％未満であるものが好ましく、少なくとも一方の波長においてさらに４７％未満であるものが特に好ましい。
【0065】
上述した画像表示装置および画像表示システムは、例えばヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブルデバイス、スマートフォンおよびタブレット等のモバイルディスプレイデバイス、ならびに、テレビ、および、照明等の据置型ディスプレイデバイスに適用することができる。
これらの好ましいそれぞれの態様について、以下具体例を以て説明する。
これらの好ましいそれぞれの態様について、以下具体例を以て説明する。
【0066】
本発明の第１の実施形態の画像表示装置を含むヘッドマウントディスプレイとして、図９に示すように、本発明の画像表示装置９１、接眼レンズ９２、および、近赤外光を照射可能な光源（以下、近赤外光源ともいう）９を備え、近赤外光源９から眼球９９に照射され反射した近赤外光（入射光）８ｂを、接眼レンズ９２を介して受光部４で検出することによりアイトラッキングシステムとしたヘッドマウントディスプレイ９０が例示される。なお、画像表示装置９１が有する画像表示パネルの図示は省略している。接眼レンズ９２は画像表示装置９１の出光面６から出射した画像となる可視域の光束５を眼球に投影する機能を有し、観察者に広いＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ：視野角）を提供し、没入感に優れた画像表示を実現する。上述のアイトラッキングから得られた眼球位置および視線の情報は、投影される画像のレンダリング、および、表示画像上に埋め込まれたグラフィックインターフェースの操作に用いることができる。画像表示装置９１は、受光部４と出光面６との間には近赤外偏光子４ｂを含むため、光学系内の迷光およびヘッドマウントディスプレイ外部またはヘッドマウントディスプレイを構成する他の部材からの近赤外光ノイズを低減することができる。また、接眼レンズ９２は、眼球９９で反射した近赤外光である入射光８ｂの強度を維持する点で、近赤外透過性であることが好ましい。また、接眼レンズ９２の表面は近赤外反射防止コーティングがなされていることが好ましく、その表面反射率は４％未満であることが好ましく、２％未満であることがより好ましい。
【0067】
従来、ヘッドマウントディスプレイのアイトラッキングシステムは、表示光学系とは重ならないように設けられていたためにスペースの制約が厳しく、かつ、眼球、特に視線方向に対して大きな角度でセンシングを行う必要があり、検出精度の向上が求められていた。本発明のセンシングシステムにより、表示光学系とアイトラッキング光学系とを共通のスペースに収めることができ、コンパクトで、かつ、光線角度が適正で検出精度に優れたアイトラッキングが可能になる。
【0068】
また、接眼レンズとして、ハーフミラーおよび反射偏光子を用いたいわゆるパンケーキレンズを用いた場合を図１０で説明する。パンケーキレンズ１０１とは、ハーフミラー１０１ａおよび反射偏光子１０１ｂを、そのいずれか一方または両方を曲面とすることにより反射屈折光学系としてレンズの作用を発揮する部材である。通常用いられるガラスまたは樹脂の屈折作用を利用したレンズに比べ、単色収差、色収差が制御しやすくに、かつ、同等の単色収差、色収差を示す樹脂レンズに比較して軽量かつ薄型であるため、ヘッドマウントディスプレイの接眼レンズとして好ましく用いることができる。
【0069】
この光学系がレンズとして作用する様子を、一例を以て説明する。ヘッドマウントディスプレイ１００において、画像表示装置９１から出射した可視光束５は図１０のように、反射偏光子１０１ｂおよびハーフミラー１０１ａでそれぞれ１回、反射して眼球９９に到達する。この時、反射偏光子１０１ｂを円偏光選択性とするか、反射偏光子１０１ｂを直線偏光選択性かつ反射偏光子１０１ｂとハーフミラー１０１ａとの間に図示しない１／４波長板を設け、ハーフミラーから１／４波長板に入射する光束５を１／４波長板の遅相軸に対して偏光方向が４５°をなす直線偏光とすることで、反射偏光子１０１ｂで反射されてハーフミラー１０１ａ側へ回帰し再度ハーフミラー１０１ａで反射した光は、反射偏光子１０１ｂを透過する偏光状態へと変化する。これら一連の作用は屈折を利用したレンズと同等の光学作用を発揮し、ヘッドマウントディスプレイの接眼レンズとして利用することができる。
なお、上述の説明は好ましい一例であり、いわゆるパンケーキレンズとしての作用を発揮できる限りにおいて、ハーフミラー１０１ａおよび反射偏光子１０１ｂ、および組み合わせる各種波長板の特性は様々に組み合わせることができる。また、反射偏光子１０１ｂから眼球に入射する光のうち、反射偏光子１０１ｂから意図しない偏光が漏れることによるゴースト、および、眼球に入射した画像となる光束５が眼球表面とパンケーキレンズ１０１の眼球側表面とをこの順に反射して生じる迷光の影響を低減するため、パンケーキレンズ１０１の眼球側にさらに追加の吸収型可視光偏光子、および、さらに別の位相差板を設けても良い。
なお、上述の説明は好ましい一例であり、いわゆるパンケーキレンズとしての作用を発揮できる限りにおいて、ハーフミラー１０１ａおよび反射偏光子１０１ｂ、および組み合わせる各種波長板の特性は様々に組み合わせることができる。また、反射偏光子１０１ｂから眼球に入射する光のうち、反射偏光子１０１ｂから意図しない偏光が漏れることによるゴースト、および、眼球に入射した画像となる光束５が眼球表面とパンケーキレンズ１０１の眼球側表面とをこの順に反射して生じる迷光の影響を低減するため、パンケーキレンズ１０１の眼球側にさらに追加の吸収型可視光偏光子、および、さらに別の位相差板を設けても良い。
【0070】
本発明の第１の実施形態の好ましい一態様として、さらに、反射偏光子１０１ｂ、ハーフミラー１０１ａを近赤外域において透過性とすることができる。この構成によれば、近赤外光源９から眼球９９に照射されて受光部４に向けて入射する入射光８ｂは、パンケーキレンズ１０１の反射の作用を受けることなく受光部４まで到達することができる。この時、例えば上述のようにパンケーキレンズ系が１／４波長板を含む場合、近赤外光源９から出射した近赤外光が偏光であっても、画像表示装置９１の出光面６を通過する入射光８ｂは１／４波長板等の影響によって偏光状態が変化していることがある。検知精度の向上を目的に、こうした偏光状態変化を補償して近赤外偏光子４ｂで入射光８ｂの透過率が向上するように、入射光８ｂの光路上の任意の位置に追加の位相差層を設けてもよい。
【0071】
上述したハーフミラーとしては、金属蒸着膜、誘電体多層膜、多層ポリマー反射偏光子（例えば、ＡＰＦ又はＤＢＥＦ）、コレステリックミラー、反射性のワイヤグリッド偏光子、メタサーフェス偏光子とすることができる。
【0072】
上述した反射偏光子としては、多層ポリマー反射偏光子（例えば、ＡＰＦ又はＤＢＥＦ）、コレステリックミラー、反射性のワイヤグリッド偏光子、メタサーフェス偏光子とすることができる。一般に、多層ポリマー反射偏光子、反射性のワイヤグリッド偏光子は直線偏光選択性であり、コレステリックミラーは円偏光選択性である。本発明においては、反射偏光子として波長選択性を有することが好ましい。
【0073】
上述した１／４波長板としては、所定の波長域で１／４波長相当の位相遅延量を有する位相差素子であれば制限なく用いることができ、無機位相差板、ポリマー延伸位相差板、液晶化合物または重合性液晶化合物を配向状態にて固定した液晶位相差板、メタサーフェス位相差板などが挙げられる。ここでいう１／４波長相当の位相遅延量を有するとは、Ｒｅ（５５０）が１２０ｎｍから１６０ｎｍの範囲であることを表す。可視光束に作用させる場合は広帯域で１／４波長特性を示すことが好ましく、その波長分散性はＲｅ（４５０）＜Ｒｅ（５５０）≦Ｒｅ（６５０）の関係を示す、いわゆる逆波長分散性であることが好ましい。
１／４波長板としては、単層のフィルムまたはシートであってもよく、複数のフィルムまたはシートを積層することによってその特性を発揮するものであってもよい。また、捻じれ配向液晶やハイブリッド配向液晶を用いた位相差板と組み合わせることで、特定の偏光に対してのみ１／４波長板の特性を示すものであっても良い。
１／４波長板としては、単層のフィルムまたはシートであってもよく、複数のフィルムまたはシートを積層することによってその特性を発揮するものであってもよい。また、捻じれ配向液晶やハイブリッド配向液晶を用いた位相差板と組み合わせることで、特定の偏光に対してのみ１／４波長板の特性を示すものであっても良い。
【0074】
【0075】
本発明の第１の実施形態のヘッドマウントディスプレイの好ましい一態様として、図１１に、受光部４、画素２を備えた画像表示装置１１１と、画像表示装置１１１の表面に設けられた偏光子１１５、ハーフミラー１１２、１／４波長板１１３、反射型直線偏光子（本発明における反射偏光子）１１４とがこの順に配置され、観察者の眼１１９に可視光束５を投影することによって画像表示を行い、さらに、近赤外光源９からの近赤外光を観察者の眼１１９に照射し、反射した入射光８ｂを受光部４で検知してアイトラッキングを行う、ヘッドマウントディスプレイ１１０を示す。図１１中では、偏光子１１５のハーフミラー１１２側表面が、ディスプレイデバイスの出光面６である。図示しない近赤外偏光子は、偏光子１１５と受光部４との間に設けてもよく、偏光子１１５と一体化していてもよい。また、偏光子１１５とハーフミラー１１２との間に近赤外偏光子を設けても良く、この場合、出光面６はこの近赤外偏光子のハーフミラー１１２側表面である。
【0076】
上述した偏光子１１５、ハーフミラー１１２、１／４波長板１１３、反射型直線偏光子１１４の順の配置およびそれらの形状を適切に設計することで、接眼レンズとしての作用を発揮しうる。なお、図１１は概念図であり、実際にはハーフミラー１１２、反射型直線偏光子１１４はその少なくとも一方またはその両方が曲面形状を有することが好ましいが、図では簡単のため平面状に描いている。また、可視光束５および近赤外光８ａ、入射光８ｂの光路も図示のため本来の光路とは異なって描かれている。
【0077】
ここで、眼１１９で反射した近赤外光である入射光８ｂは、反射型直線偏光子１１４、１／４波長板１１３、ハーフミラー１１２、偏光子１１５の順に通過して受光部４に到達するが、反射型直線偏光子１１４、１／４波長板１１３、ハーフミラー１１２、偏光子１１５のいずれか、または複数の表面において入射光８ｂの一部が散乱または反射することによって、ゴースト像もしくはノイズを生じる。近赤外光源９として偏光光源を用い、出光面６と受光部４との間に近赤外偏光子４ｂを設けることで、これらのゴースト像およびノイズを低減することができる。
【0078】
例えば、入射光８ｂとして図示した光路を経て受光部４に向かう近赤外光は、反射型直線偏光子１１４、１／４波長板１１３、ハーフミラー１１２、偏光子１１５が有する近赤外光に対する位相差による位相差変化を受けるが、入射光８ｂとして図示した光路以外を経て受光部４に到達した光束は、上述した各部材への入射角度や入射回数が異なるため、本来受けるべき位相差変化量とは異なる位相差変化量を有する。よって、所定の位相差変化量を持つ入射光８ｂのみを透過し、かつ、それとは異なる位相差変化量を持つ近赤外光を吸収するように、近赤外偏光子４ｂおよび必要に応じて設ける位相差板とを配置することで、観察者の眼の情報を正しく取得し、検出精度を高めることができる。
【0079】
上述した位相差板としては、公知のものを制限なく用いることができ、無機位相差板、ポリマー延伸位相差板、液晶化合物または重合性液晶化合物を配向状態にて固定した液晶位相差板、メタサーフェス位相差板などが挙げられる。
【0080】
【0081】
例えば好ましい一態様として、図１２ａには、ハーフミラー１２６側から順に、第一の位相差板１２５、可視光に偏光選択性を有する直線偏光子である可視光偏光子１２４、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子１２２、画素２および受光部４を含む発光パネル（画像表示パネル）１２１の順に配置されたディスプレイデバイス（画像表示装置）１２０ａを示す。この場合、ディスプレイデバイス１２０ａの出光面は、第一の位相差板１２５のハーフミラー１２６側表面、または、可視光偏光子１２４のハーフミラー１２６側表面とすることができる。また、図１１における偏光子１１５は可視光偏光子１２４とすることができる。
【0082】
観察者の眼球で反射された近赤外光である入射光８ｂは、ハーフミラー１２６、第一の位相差板１２５、可視光に偏光選択性を有する可視光偏光子１２４、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子１２２をこの順に経て、受光部４へ到達する。ここで、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３は、入射光８ｂの偏光状態を近赤外偏光子１２２の透過軸に略一致させるように位相差を有していることが好ましい。このようにすることで、入射光８ｂは受光部４へ到達することができる。
ここで、可視光偏光子１２４で反射した一部の近赤外光束８ｄは、ハーフミラー１２６で再度反射されて受光部４へ向かって再び進行する。このような近赤外光束８ｄは、ゴースト像または迷い光となって、本発明の画像表示装置の検出精度または取得情報量を減少させうる。しかし、第一の位相差板１２５を二度経ていることから、その偏光状態は入射光８ｂとは異なり、第二の位相差板１２３で偏光変換されると、近赤外偏光子１２２の透過軸とは一致しない直線偏光ないしは楕円偏光となるので、近赤外偏光子１２２によってその光量の大部分が除去される。このため、図１２ａの構成であれば本発明の画像表示装置における検出精度または取得情報量を高めることができる。なお、説明に用いた近赤外光束８ｄは、意図しない光路を経る光束の例として例示したものであり、実際には眼球（測定対象）から近赤外偏光子までの間に存在する界面または反射面で起こる意図しない反射によって生じうるゴースト像、迷光についても同様の作用によって低減することが可能である。
ここで、可視光偏光子１２４で反射した一部の近赤外光束８ｄは、ハーフミラー１２６で再度反射されて受光部４へ向かって再び進行する。このような近赤外光束８ｄは、ゴースト像または迷い光となって、本発明の画像表示装置の検出精度または取得情報量を減少させうる。しかし、第一の位相差板１２５を二度経ていることから、その偏光状態は入射光８ｂとは異なり、第二の位相差板１２３で偏光変換されると、近赤外偏光子１２２の透過軸とは一致しない直線偏光ないしは楕円偏光となるので、近赤外偏光子１２２によってその光量の大部分が除去される。このため、図１２ａの構成であれば本発明の画像表示装置における検出精度または取得情報量を高めることができる。なお、説明に用いた近赤外光束８ｄは、意図しない光路を経る光束の例として例示したものであり、実際には眼球（測定対象）から近赤外偏光子までの間に存在する界面または反射面で起こる意図しない反射によって生じうるゴースト像、迷光についても同様の作用によって低減することが可能である。
【0083】
一方、画素２から出射した可視光束５は、近赤外偏光子１２２、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３、可視光偏光子１２４、第一の位相差板１２５を通じて、偏光となってハーフミラー１２６へ入射する。第一の位相差板１２５は、可視光偏光子１２４の透過軸に対して４５°または１３５°に配置された遅相軸を有する１／４波長板であることが好ましく、この構成では、ハーフミラー１２６には円偏光が入射する。ハーフミラー１２６に入射した円偏光の一部は反射されて可視光偏光子１２４へ入射するが、ハーフミラー１２６で反射された可視光束５ｄは入射した円偏光とは逆向きの円偏光になるため、１／４波長板である第一の位相差板によって可視光偏光子１２４の透過軸とは直交する直線偏光に変換されて、可視光偏光子１２４によって吸収される。よって、表示画像において生じるゴースト像や迷光による表示コントラスト低下を抑制することができる。
【0084】
可視光に偏光選択性を有する直線偏光子である可視光偏光子１２４は、近赤外光である入射光８ｂに対して透過性であることが好ましい。
可視光偏光子１２４は、偏光度Ｐ（５５０）は０．９０以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましく、０．９８以上であることがさらに好ましく、０．９９以上であることが特に好ましい。また、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。
可視光偏光子１２４は、偏光度Ｐ（５５０）は０．９０以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましく、０．９８以上であることがさらに好ましく、０．９９以上であることが特に好ましい。また、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。
【0085】
また、近赤外偏光子１２２は可視光域で透過性であることが好ましい。
近赤外偏光子１２２は、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５０％未満であるものが好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、波長９５０ｎｍおける単板透過率が５５％未満であるものが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
近赤外偏光子１２２は、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５０％未満であるものが好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、波長９５０ｎｍおける単板透過率が５５％未満であるものが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
【0086】
また別の好ましい一態様として、図１２ｂにはハーフミラー１２６から順に、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子１２２、必要に応じて設けられる第一の位相差板１２５、可視光に偏光選択性を有する可視光偏光子１２４、画素２および受光部４を含む発光パネル１２１の順に配置されたディスプレイデバイス（画像表示装置）１２０ｂを示す。この場合、ディスプレイデバイス１２０ｂの出光面は、第二の位相差板１２３のハーフミラー１２６側表面、または、近赤外偏光子１２２のハーフミラー１２６側表面とすることができる。また、図１１における偏光子１１５は可視光偏光子１２４とすることができる。
【0087】
観察者の眼球で反射した近赤外光である入射光８ｂは、ハーフミラー１２６、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子１２２、必要に応じて設けられる第一の位相差板１２５、可視光に偏光選択性を有する可視光偏光子１２４をこの順に経て、受光部４へ到達する。ここで、必要に応じて設けられる第二の位相差板１２３は、入射光８ｂの偏光状態を近赤外偏光子１２２の透過軸に略一致させるように位相差を有していることが好ましい。このようにすることで、入射光８ｂは受光部４へ到達することができる。また、図１２ａのディスプレイデバイスで説明したのと同様の作用により、意図しない光路を経る近赤外光束８ｄを除去し、検出精度および取得情報量を向上させうる。
【0088】
また、画素２から出射した可視光束５は、可視域に偏光選択性を有する可視光偏光子１２４で偏光となってハーフミラー１２６へ入射する。この時、第一の位相差板１２５、近赤外偏光子１２２、第二の位相差板１２３がそれぞれ有する位相差によって偏光状態が変化する。この偏光状態の変化を、ちょうど１／４波長分の変化となるように第一の位相差板１２５、近赤外偏光子１２２、第二の位相差板１２３の位相差値および遅相軸配置とすることにより、ハーフミラーに入射する可視光束５は円偏光となり、ハーフミラーで反射されて発光パネル１２１側へ向かう可視光束５ｄは可視光偏光子１２４の透過軸とは直交した直線偏光に変換されて、可視光偏光子１２４で除去される。こうすることで、表示画像において生じるゴースト像や迷光による表示コントラスト低下を抑制することができる。
【0089】
さらに別の好ましい一態様として、図１２ｃにはハーフミラー１２６から順に、第一の位相差板１２５、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域１２７ａと、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域１２７ｂとをパターン状に有するパターン偏光子１２７、画素２および受光部４を含む発光パネル１２１の順に配置されたディスプレイデバイス（画像表示装置）１２０ｃを示す。この場合、ディスプレイデバイス１２０ｃの出光面は、第一の位相差板１２５のハーフミラー１２６側表面、または、パターン偏光子１２７のハーフミラー１２６側表面とすることができる。パターン偏光子１２７は、本発明における近赤外偏光子に相当する。言い換えると、パターン偏光子１２７は、本発明における近赤外偏光子となる領域を有するものである。また、パターン偏光子１２７は、上述した可視光偏光子としての機能も有する。
【0090】
眼球で反射され受光部４へ入射する近赤外光である入射光８ｂと、意図しない光路を経た近赤外光束８ｄとの分離、および、画素２から出射した可視光束５がハーフミラーで反射されて発光パネル１２１へ向かう可視光束５ｄの除去のメカニズムについては図１２ａ、図１２ｂに例示したディスプレイデバイスと同様であり、画像表示装置における検出精度および取得情報量の向上、および、表示画像のゴーストおよびコントララスト低減を押さえることができる。
【0091】
パターン偏光子としては、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域１２７ａと、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域１２７ｂとを同一面内に有するものであってもよく、また、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域と近赤外域に偏光選択性を有しない近赤外非偏光領域とを同一面内に有する近赤外パターン偏光素子と、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域と可視光域に偏光選択性を有しない可視光非偏光領域とを同一面内に有する可視光パターン偏光素子とを積層した積層体でもよい。
近赤外パターン偏光素子に代えて、近赤外域に対する吸収の異方性が面内方向に配向した領域と近赤外域に対する吸収の異方性が厚み方向に配向した領域とを同一面内に有する光学素子を用いても良い。また、可視光パターン偏光素子に代えて、可視光域に対する吸収の異方性が面内方向に配向した領域と可視光域に対する吸収の異方性が厚み方向に配向した領域とを同一面内に有する光学素子を用いてもよい。
近赤外パターン偏光素子に代えて、近赤外域に対する吸収の異方性が面内方向に配向した領域と近赤外域に対する吸収の異方性が厚み方向に配向した領域とを同一面内に有する光学素子を用いても良い。また、可視光パターン偏光素子に代えて、可視光域に対する吸収の異方性が面内方向に配向した領域と可視光域に対する吸収の異方性が厚み方向に配向した領域とを同一面内に有する光学素子を用いてもよい。
【0092】
近赤外偏光子領域は、近赤外偏光子と同様に、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５０％未満であるものが好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、波長９５０ｎｍおける単板透過率が５５％未満であるものが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
この範囲であると、十分にノイズが除去でき、検出精度を向上させることができる。
この範囲であると、十分にノイズが除去でき、検出精度を向上させることができる。
【0093】
第一の位相差板１２５は、可視光直線偏光子領域１２７ｂの透過軸に対して４５°または１３５°に配置された遅相軸を有する１／４波長板である。第一の位相差板１２５は、さらに、入射光８ｂの偏光状態を、近赤外偏光子領域１２７ａが選択透過性を示す偏光状態に変換する特性を有していることが好ましい。第一の位相差板１２５は、可視光域で１／４波長板を示す領域と、近赤外偏光子領域１２７ａが選択透過性を示す偏光状態に変換する特性を有する領域とがパターン状に配置された、パターン位相差板であってもよく、そのパターンは、上述のパターン偏光子の可視光直線偏光子領域１２７ｂに対応する領域では可視光域で１／４波長板を示し、近赤外偏光子領域１２７ａに対応した位置では近赤外偏光子領域１２７ａが選択透過性を示す偏光状態に変換する特性を有するように配置することができる。
【0094】
また、本発明の第１の実施形態の好ましい別の一態様として、図１３には、受光部４、および、画素２を備えたディスプレイデバイス（画像表示装置）１３１と、その表面に設けられた直線偏光子および１／４波長板（すなわち、円偏光板）１３３、ハーフミラー１３２、円偏光選択性反射偏光子１３４とがこの順に配置され、観察者の眼１１９に可視光束５を投影することによって画像表示を行い、さらに、近赤外光源９からの近赤外光を観察者の眼１１９に照射し、その反射光を受光部４で検知してアイトラッキングを行う、ヘッドマウントディスプレイ１３０を示す。
【0095】
上述した偏光子、ハーフミラー１３２、円偏光選択性反射偏光子１３４がこの順に並んだ配置、および、それらの形状を適切に設計することで、接眼レンズとしての作用を発揮しうる。なお、図１３もまた概念図であり、実際の部材の形状ならびに光束の経路を簡略化して表してある。
【0096】
前述した円偏光選択性反射偏光子としては、コレステリックミラー、上述した直線反射偏光子に広帯域１／４波長板を積層したものが好ましい。単層で形成することができ光学的な界面が少ない点、また、近赤外光に与える位相差量が小さい点で、コレステリックミラーを用いることがより好ましい。
ハーフミラー１３２、ならびに、円偏光板（直線偏光子＋位相差板）１３３と受光部４、画素２、図示しない近赤外偏光子を含むディスプレイデバイス１３１としては、それぞれ図１１および図１２ａ～図１２ｃの説明で例示されたものを用いることができる。
ハーフミラー１３２、ならびに、円偏光板（直線偏光子＋位相差板）１３３と受光部４、画素２、図示しない近赤外偏光子を含むディスプレイデバイス１３１としては、それぞれ図１１および図１２ａ～図１２ｃの説明で例示されたものを用いることができる。
【0097】
本発明の第１の実施形態の画像表示装置を含む画像表示システムの一態様として、表情センシング（表情認識システム）ないしは顔認証システムを備えた画像表示システムの例を、図１４を用いて説明する。
【0098】
本発明の第１の実施形態の画像表示システムの好ましい一態様は、本発明のディスプレイデバイス（画像表示装置）２０を含み、使用者の顔面に近赤外光８ａを照射可能な光源９をさらに含み、光源９からの近赤外光８ａを観察者の顔面に反射させて得られた入射光８ｂを、近赤外偏光子４ｂを経て受光部４で検出する顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示システム１４０である。観察者は、複数の画素２から形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述の顔認証システムないしは表情認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、使用者個人の認識、検知された表情および／または顔面の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
【0099】
従来の表情センシングないしは顔認証システムは、モバイルディスプレイの辺縁部に備えられた撮像素子を用いるものであった。これらの撮像素子は素子１つあたりのＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）が狭く、認識に必要な取得情報量を得るために、使用者は撮像素子に対して繰り返し顔を大きく動かす必要があった。この課題を解消するために撮像素子をモバイルディスプレイの複数の辺縁部に設けると、そのためのスペースがデバイスのサイズおよび意匠上の問題となることがあった。
しかし、本発明の第１の実施形態の画像表示装置により、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な画素数を備えた受光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
しかし、本発明の第１の実施形態の画像表示装置により、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な画素数を備えた受光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
【0100】
用いるディスプレイデバイス２０に含まれる画像表示パネルとしては、図４、図６に例示したＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネル等の発光パネル、図７に示した液晶セルを用いたディスプレイデバイスなどが例示される。
上述したように、これらの画像表示パネルは、画像を形成するため、または、画質を向上させることを目的として偏光子を含むことができる。
上述したように、これらの画像表示パネルは、画像を形成するため、または、画質を向上させることを目的として偏光子を含むことができる。
【0101】
発光パネルとして、ＯＬＥＤ表示パネルおよびその表面に外光反射低減のための円偏光板を設けた構成について、近赤外光である入射光８ｂと可視光束５の干渉を低減するための構成を、図１５、図１６にそれぞれ示す概念図を用いて説明する。
【0102】
図１５は、図１４の画像表示システムをより詳細に表したものである。
ディスプレイデバイス（画像表示装置）１５０は出光面６から基板１に向かって、近赤外偏光子４ｂ、可視光偏光子１５１、位相差板１５２、および、画素２と受光部４とを含む基板１をこの順に含んでいる。
ディスプレイデバイス（画像表示装置）１５０は出光面６から基板１に向かって、近赤外偏光子４ｂ、可視光偏光子１５１、位相差板１５２、および、画素２と受光部４とを含む基板１をこの順に含んでいる。
【0103】
偏光発光性の近赤外光源９から出射した近赤外光８ａは、使用者の顔面に反射して入射光８ｂとなり、出光面６からディスプレイデバイス２０へ入射する。可視光偏光子１５１は近赤外域の光に対し透過性であり、その透過軸に関わらず近赤外光である入射光８ｂを透過する。近赤外偏光子４ｂは、入射光８ｂが多く有する偏光方向と一致した透過軸を有し、近赤外偏光子４ｂを透過した光は、可視光偏光子１５１、位相差板１５２を経て受光部４に達する。可視光偏光子１５１、位相差板１５２は、近赤外光に対し透過性であることが好ましい。可視光偏光子１５１、位相差板１５２は近赤外域に位相差を有しうるが、受光部４を構成する素子は偏光選択性が無いので、影響なく入射光８ｂを検知できる。一方、太陽光などに含まれる外部からの近赤外光ノイズ８ｃは、近赤外偏光子４ｂに入射した際、入射光８ｂと異なる偏光状態または無偏光状態であるため、そのほとんどが近赤外偏光子４ｂに吸収され、受光部４に達しない。よって、外部近赤外光によるノイズを低減し、高い検出精度を得ることができる。
【0104】
可視光束５および外光１５５については、可視光偏光子１５１および位相差板１５２が円偏光板を構成している場合、従来知られたＯＬＥＤパネル反射防止の原理に従って、コントラスト向上の効果が得られる。近赤外偏光子４ｂは可視光偏光子１５１より視認側にあるため、この原理に何ら影響しない。また、近赤外偏光子４ｂと可視光偏光子１５１のそれぞれの透過軸を自由に設計できる利点がある。
【0105】
図１６もまた、図１４の画像表示システムをより詳細に表したものである。
ディスプレイデバイス（画像表示装置）１６０は出光面６から基板１に向かって、可視光偏光子１６１、近赤外偏光子４ｂ、位相差板１６２、および、画素２と受光部４とを含む基板１をこの順に含んでいる。近赤外偏光子４ｂは受光部４に近いほど、ノイズ低減や迷光低減の効果を発揮しうるので、検出感度や取得情報量の向上に対しては、図１５の構成よりも図１６の構成のほうが好ましい場合がある。
ディスプレイデバイス（画像表示装置）１６０は出光面６から基板１に向かって、可視光偏光子１６１、近赤外偏光子４ｂ、位相差板１６２、および、画素２と受光部４とを含む基板１をこの順に含んでいる。近赤外偏光子４ｂは受光部４に近いほど、ノイズ低減や迷光低減の効果を発揮しうるので、検出感度や取得情報量の向上に対しては、図１５の構成よりも図１６の構成のほうが好ましい場合がある。
【0106】
偏光発光性の近赤外光源９から出射した近赤外光８ａは、使用者の顔面に反射して入射光８ｂとなり、出光面６からディスプレイデバイス１６０へ入射する。可視光偏光子１６１は近赤外域の光に対し透過性であり、その透過軸に関わらず近赤外光である入射光８ｂを透過する。近赤外偏光子４ｂは、入射光８ｂが多く有する偏光方向と一致した透過軸を有し、近赤外偏光子４ｂを透過した光は、位相差板１６２を透過して受光部４に到達する。位相差板１６２は近赤外透過性であることが好ましい。位相差板１６２を透過する際に入射光８ｂの偏光状態が変化しうるが、受光部４を構成する素子は偏光選択性が無いので、影響なく入射光８ｂを検知できる。
【0107】
太陽光などに含まれる外部からの近赤外光ノイズ８ｃは、入射光８ｂと同様に可視光偏光子１６１を透過し、近赤外偏光子４ｂに入射するが、近赤外光ノイズ８ｃは入射光８ｂと異なる偏光状態または無偏光状態であるため、そのほとんどが近赤外偏光子４ｂに吸収され、受光部４に達しない。よって、外部近赤外光によるノイズを低減し、高い検出精度を得ることができる。
【0108】
画素２から形成された可視光束５は無偏光状態であり、位相差板１６２を透過しても偏光状態に変化はない。近赤外偏光子４ｂは可視光域に対して透過性である。近赤外偏光子４ｂは可視光域に位相差を有するが、位相差板１６２に対してそうであったように、可視光束５の偏光状態に変化はない。可視光偏光子１６１では一部の偏光のみが透過して出光面６から出射され、画像光として観察される。
【0109】
一方、外部可視光１６５は、出光面６から入射した後、可視光偏光子１６１を透過する際、紙面に平行な直線偏光成分のみがより内部に入射できる。さらに近赤外偏光子４ｂ、位相差板１６２を経て基板１、または基板１上に形成された配線および電極などによって反射する。このとき、近赤外偏光子を図のように紙面に垂直な吸収軸を持つように配置することで、近赤外偏光子が有する可視光域の位相差の遅相軸も紙面に垂直または平行になるため、近赤外偏光子を透過した外部可視光は直線偏光を保つ。位相差板１６２の位相差Ｒｅ（５５０）を１／４波長かつその遅相軸が可視光偏光子１６１に対して４５°または１３５°となるようにすることで、基板１、または基板１上に形成された配線、電極などに到達する外部可視光１６５は円偏光となり、反射によって逆方向の円偏光に変換された後、再び位相差板１５２によって紙面に垂直な直線偏光となり、近赤外偏光子４ｂでは偏光状態が変化しないまま可視光偏光子１６１に入射し、吸収される。こうして外部可視光の内部反射成分は除去され、コントラストに優れた画像表示が可能になる。
【0110】
なお、位相差板１５２と近赤外偏光子の積層体が、波長５５０ｎｍの光に対して、１／４波長板の作用を有するものとしてもよい。
【0111】
図１６では一例として、可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を垂直に配置した例を示したが、同様の効果を得る構成として、例えば、
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を並行に配置した場合。
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を４５°または１３５°に配置し、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長である場合。
などが挙げられる。
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を並行に配置した場合。
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を４５°または１３５°に配置し、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長である場合。
などが挙げられる。
【0112】
この場合に組み合わせる位相差板としては、１／４波長板特性を示すものであれば任意のものが利用でき、例えばポリマー延伸位相差板、液晶化合物を配向状態で固定して形成した液晶位相差板、構造複屈折板などが例示される。また、斜め方向から入射する外部可視光１６５に対しても十分な内部反射防止特性を得ることを目的に、光学補償層をさらに設けても良い。
【0113】
上述した構成では、可視光偏光子の透過軸方向に対して、近赤外偏光子の透過軸は平行、直交、または、４５°（１３５°）のいずれかに限定されうる。ここで、デバイス上の制約によってその他の角度で設けざるを得ない場合、もしくは、検出精度および取得情報量をより優れたものにするため、可視光偏光板の透過軸方向に対して、近赤外偏光板の透過軸を上述した以外の範囲で設けることもできる。
【0114】
このような構成として、例えば、可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を７５°±１０°に配置し、かつ近赤外偏光子が有する可視光域の位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲にすることができる。この場合、位相差板としては、可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、位相差Ｒｅ（５５０）を１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲とすることができる。
【0115】
また、近赤外偏光子４ｂをさらに受光部４に近づけて検出精度および取得情報量を向上させたい場合、図１６における可視光偏光子１６１、近赤外偏光子４ｂ、位相差板１６２について、配置順を視認側から可視光偏光子、位相差板、近赤外偏光子の順にすることができる。
この場合、図１６に示した各光束に対して同様の光学作用を発揮させるため、位相差板は、その遅相軸が可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、かつ位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲とし、近赤外偏光子として、可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、可視光域に有する位相差Ｒｅ（５５０）を１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲とすることができる。
また、位相差板を、厚さ方向に螺旋軸をもつ捻じれ配向液晶層とすることもできる。組み合わせる近赤外偏光子が有する可視光域の位相差、および透過軸方向に応じて、この位相差板の単位厚さあたり屈折率異方性Δｎと厚さの積、捻じれ角および表面ダイレクタの方向を適宜調節することで、位相差板および近赤外偏光子の積層体が可視光域で広帯域１／４波長板として作用する積層体とすることができる。
この場合、図１６に示した各光束に対して同様の光学作用を発揮させるため、位相差板は、その遅相軸が可視光偏光子の透過軸に対して７５°±１０°であり、かつ位相差Ｒｅ（５５０）が１８０ｎｍから３６０ｎｍの範囲とし、近赤外偏光子として、可視光偏光子の透過軸に対して遅相軸が１５°±１０°とし、可視光域に有する位相差Ｒｅ（５５０）を１１５ｎｍから１５５ｎｍの範囲とすることができる。
また、位相差板を、厚さ方向に螺旋軸をもつ捻じれ配向液晶層とすることもできる。組み合わせる近赤外偏光子が有する可視光域の位相差、および透過軸方向に応じて、この位相差板の単位厚さあたり屈折率異方性Δｎと厚さの積、捻じれ角および表面ダイレクタの方向を適宜調節することで、位相差板および近赤外偏光子の積層体が可視光域で広帯域１／４波長板として作用する積層体とすることができる。
【0116】
また好ましい別の一態様として、図１７に、出光面６から基板１に向かって、近赤外光に偏光選択性を有する近赤外偏光子領域１７１ａと、可視光に偏光選択性を有する可視光直線偏光子領域１７１ｂとをパターン状に有するパターン偏光子１７１、位相差板１７２、受光部４と画素２とをこの順に含むディスプレイデバイス（画像表示装置）１７０およびそれを含む画像表示システムを示す。
【0117】
近赤外偏光子領域１７１ａは、好ましくは受光部４に対応した位置に設けられ、対象の顔面から入射する近赤外光である入射光８ｂを透過し、かつ、外部からの近赤外光ノイズ８ｃを吸収して除去し、本発明の画像表示装置における検出精度および取得情報量を向上させることができる。可視光直線偏光子領域１７１ｂは、位相差板１７２と共に可視光域に作用する円偏光板を構成し、基板等からの内部反射光を除去して表示コントラストを向上させることができる。
必要に応じ、画素２に対応した位置には可視光透過部１７１ｃを設け、画素２から放出される可視光束５を吸収することなく透過させてもよい。画素２に対応した位置には可視光透過部１７１ｃを設けることで、ディスプレイデバイス１７０の表示輝度を向上させ、より高い表示コントラストを得ることができる。
必要に応じ、画素２に対応した位置には可視光透過部１７１ｃを設け、画素２から放出される可視光束５を吸収することなく透過させてもよい。画素２に対応した位置には可視光透過部１７１ｃを設けることで、ディスプレイデバイス１７０の表示輝度を向上させ、より高い表示コントラストを得ることができる。
【0118】
このようにパターン偏光子１７１を適用することで、可視光束と近赤外光に対する各光学素子の干渉を最小限に抑えることができ、好ましい。このようなパターン偏光子としては、図１２ｃの説明にて挙げたパターン偏光子を適用することができる。
【0119】
本発明の第１の実施形態の画像表示装置を含む画像表示システムの好ましい一態様は、図１８に示すように、本発明のディスプレイデバイス２０を含み、測定対象１８１、１８２に近赤外光８ａを照射可能な光源９をさらに含み、光源９からの近赤外光８ａを測定対象１８１、１８２に反射させて得られた入射光８ｂを、近赤外偏光子４ｂを経て受光部４で検出する光検出と測距（ＬＩＤＡＲ（ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ））システムまたは物体認識システムを備える画像表示システム１８０である。使用者は、複数の画素２から形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述のＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理され、表示される画像に取得情報がリアルタイムにマウントされた双方向コミュニケーション、および、測定対象に付与された不可視マーキング１８３を用いた様々なサービス提供が可能になる。
【0120】
上述した表情センシングないしは顔認証システムにおける課題と同様に、ＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムは、その辺縁部に備えられた撮像素子を用いるものであった。これらの撮像素子は素子１つあたりのＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）が狭く、認識に必要な取得情報量を得るために、複数の撮像素子をそれぞれ異なる位置に設ける必要があり、サイズおよび重量上ならびに意匠上の課題があった。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な画素数を備えた受光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な画素数を備えた受光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
【0121】
例えば図１９に示すように、第一の測定対象１９１の背後に置かれた第二の測定対象１９２について物体認識を行う場合について考える。従来であれば、ＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システム１８０において、辺縁部に備えられた撮像素子４ｅで取得した画像を演算してそれぞれの位置を把握していた。しかし、第二の測定対象１９２によって遮蔽された第一の測定対象１９１の遮蔽領域１９４は情報を取得することができない。第一の測定対象１９１に付与された不可視マーキング１９３が遮蔽領域１９４に覆われた場合、不可視マーキング１９３はシステム上意味をなさない。
一方、ＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムにおいて、本発明の画像表示システム１８０を適用すれば、複数の受光部４同士を、最大で画面の幅いっぱいに離間して設けることができるので、遮蔽領域１９４を減らし、第一の測定対象１９１の情報をより多く取得することができる。
一方、ＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムにおいて、本発明の画像表示システム１８０を適用すれば、複数の受光部４同士を、最大で画面の幅いっぱいに離間して設けることができるので、遮蔽領域１９４を減らし、第一の測定対象１９１の情報をより多く取得することができる。
【0122】
用いるディスプレイデバイス２０に含まれる画像表示パネルとしては、上述した顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示システムで用いられる各種発光パネルが利用できる。また、これら発光パネルの画像形成に必須な要素、または表示コントラストの向上のためにさらに可視光偏光子を設けることができ、それらの配置ならびに必要に応じて設ける位相差板ならびにその具体的様態については、上述した顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示システムで述べた構成および部材を適用することができる。例えば、画像表示装置は、出光面に外光反射低減のための円偏光板を設けたものとすることができる。円偏光板は、可視光偏光子と位相差板とを積層したものであり、出光面から基板に向かって、可視光偏光子、位相差板、および、基板の順に配置される。
【0123】
あるいは、図１６に示した例と同様に、画像表示装置は、可視光偏光子と、位相差板との間に近赤外偏光子を含み、近赤外偏光子は可視光域で透過性であり、波長５５０ｎｍの光に対して、位相差板と近赤外偏光子の積層体が１／４波長板の作用を有する構成であってもよい。この場合も、外部可視光の内部反射成分は除去され、コントラストに優れた画像表示が可能になる。
【0124】
また、上記説明では、可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を垂直に配置した例を示したが、同様の効果を得る構成として、例えば、
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を並行に配置した場合。
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を４５°または１３５°に配置し、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長である場合。
などが挙げられる。
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を並行に配置した場合。
・可視光偏光子の透過軸に対して、近赤外偏光子の透過軸を４５°または１３５°に配置し、かつ、近赤外偏光子が有する可視域の位相差Ｒｅ（５５０）が１／２波長である場合。
などが挙げられる。
【0125】
上述した不可視マーキング１８３および１９３としては、例えば近赤外域のみを吸収し可視光では透明なマーキング、または、近赤外域のみを反射し可視光では透明なマーキングを適用することができ、付与する面が近赤外域で鏡面反射性か拡散反射性か吸収性かに応じて、適宜選択することができる。マーキングは文字、ないしは記号であることができ、バーコードあるいは二次元バーコードのように符号化された記号であってもよい。
【0126】
本発明の第１の実施形態の画像表示装置を有する画像表示システムの一態様として、指紋センサー（指紋認証システム）、静脈認証システム、血流センサーなどの生体センシング機能（生体測定システム）を備えた画像表示システムの例を、図２０を用いて説明する。
【0127】
本発明の第１の実施形態の画像表示装置を含む画像表示システムの好ましい一態様は、本発明のディスプレイデバイス２０を含み、使用者の手、指、手のひら、および、皮膚など体の一部に近赤外光８ａを照射可能な光源９をさらに含み、光源９からの近赤外光８ａを使用者の体の一部に透過または反射させて得られた入射光８ｂを、近赤外偏光子４ｂを経て受光部４で検出する指紋センサー（指紋認証システム）、静脈認証システム、血流センサーなどの生体センシング機能（生体測定システム）を備える画像表示システム２００である。観察者は、体の一部をディスプレイデバイス２０の出光面６に接触させるか近接させるかによって指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、検知された血流状態あるいは皮膚の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
【0128】
従来の生体センシング機能を有する画像表示システムは、装置の辺縁部に備えられた専用の検知素子を用いるものであった。しかし、測定対象が指、手のひら、または皮膚など一定以上の面積を必要とする体の一部分であることから、素子が必要とするスペースは大きなものとならざるを得ず、デバイス設計上、重量、スペースあるいは意匠上の課題が不可避であった。また、指紋認証は、セキュリティレベルをより高めることを目的に、複数の指を同時に認証するようなシステムが提案されているが、指紋認証のための専用の検知素子を複数個所に設けることは重量、スペースあるいは意匠上の課題が不可避である。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、体の一部と対向または接触させるのに十分な面積を確保することができる。また。複数の接触部位を表示画面上の任意の部位に設けることが可能になる。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、体の一部と対向または接触させるのに十分な面積を確保することができる。また。複数の接触部位を表示画面上の任意の部位に設けることが可能になる。
【0129】
用いるディスプレイデバイス２０に含まれる画像表示パネルとしては、上述した顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示システムで用いられる各種発光パネルが利用できる。また、これら発光パネルの画像形成に必須な要素、または表示コントラストの向上のためにさらに可視光偏光板を設けることができ、それらの配置ならびに必要に応じて設ける位相差板ならびにその具体的様態については、上述した顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示システムで述べた構成および部材を適用することができる。
【0130】
特に光源９に関して、測定対象が画像表示システムへの接触または近接を要するものである場合、近赤外光源と測定部位との相対位置に制限が生じる。本発明の好ましい一態様である指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーを備える画像表示システムは、近赤外光源と、近赤外光源から出射した近赤外光を導光する導光板とを含むことができる。図２１は、好ましい一態様として、導光板２１１がディスプレイデバイス２０の出光面６を形成するように設けた指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーなどの生体センシング機能を有する画像表示システム２１０を示している。出光面６に指２１４が接触すると、指紋の凸部が接触した部分のみ導光状態が変化し、近赤外光源９から出射して導光板２１１内を伝播する近赤外光８ａが指と導光板との界面で散乱してその一部が入射光８ｂとして受光部４に向かう。この散乱光を検知することによって、指紋センサーとしての機能を発揮しうる。導光板２１１は可視光域で透過性であることが好ましい。また、導光板２１１は、ディスプレイデバイス２０のカバープレートを兼ねても良く、さらにその表面に防汚層、可視光に対する反射防止層、防眩層、ハードコート層を備えても良い。また、ノイズを低減し、非接触領域での誤検知を抑制するため、近赤外光源９は偏光光源であることが好ましい。近赤外光源としては、レーザーダイオード、および、近赤外発光性のＬＥＤ素子と偏光選択素子とを組み合わせたものが好ましく適用できる。
【0131】
また、近接してはいるが接触していない状態の皮膚や体の一部を検出するため、あるいは、接触しているが、表面接触に伴う導光状態の変化以上に積極的に接触面に近赤外光を照射したい場合、導光板に散乱層または回折機能層を付与することで、測定対象により多くの近赤外光を照射し、静脈パターンや心拍、血流量、および、皮膚の表面状態に関するセンシングを行うことができる。
【0132】
図２２は、好ましい一態様として、散乱層または回折機能層を付与した導光板２１１がディスプレイデバイス２０の出光面６を形成するように設けられた、指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーなどの生体センシング機能を有する画像表示システム２２０を示す。導光板２１１の表面に付与された散乱または回折機能層２１２は、導光する近赤外光８ａの一部を出光面から出射して測定対象２１３を照射する。測定対象によって反射または吸収または散乱、およびその組合せの作用を受けた近赤外光である入射光８ｂは、出光面６からディスプレイデバイス２０に入射し、受光部４で検知される。
【0133】
付与する散乱層としては、近赤外域に散乱極大を有するものが好ましく、８５０～１０００ｎｍに散乱極大を有するものが特に好ましい。付与する回折機能層としては、ブレーズホログラム層、レリーフホログラム層、体積ホログラム層、液晶回折層、誘電体多層膜層などが好ましく、偏光選択性があり検出対象からの入射光８ｂからのノイズ要因を低減できる点で、液晶回折層が特に好ましい。
付与する散乱層、回折機能層は、図２１中では導光板２１１の出光面側に設けたが、本発明の好ましい態様としてはこれに限らず、導光板２１１の出光面とは反対側の表面に設けても良く、導光板２１１の内部に設けても良い。またそれらの組合せであってもよい。
付与する散乱層、回折機能層は、図２１中では導光板２１１の出光面側に設けたが、本発明の好ましい態様としてはこれに限らず、導光板２１１の出光面とは反対側の表面に設けても良く、導光板２１１の内部に設けても良い。またそれらの組合せであってもよい。
【0134】
［第２の実施形態］
本発明の画像表示システムの第２の実施形態は、非可視域に感受性を有する受光部、ならびに、基板および基板上に配置された複数の画素とを含む画像表示パネルと複数の画素から形成される光束が出射する出光面とを含む画像表示装置を含み、複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含む、画像表示システムであり、出光面に垂直な方向から見た際に、複数の画素は、基板と重複する位置に配置されており、受光部は、非可視域の光束を形成する画素から、出光面を経て照射されて検知する対象により反射または散乱された非可視光を受光するように配置され、光可視域の光束のみを受光するものであり、画像表示装置は、非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有するものである。
本発明の画像表示システムの第２の実施形態は、非可視域に感受性を有する受光部、ならびに、基板および基板上に配置された複数の画素とを含む画像表示パネルと複数の画素から形成される光束が出射する出光面とを含む画像表示装置を含み、複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含む、画像表示システムであり、出光面に垂直な方向から見た際に、複数の画素は、基板と重複する位置に配置されており、受光部は、非可視域の光束を形成する画素から、出光面を経て照射されて検知する対象により反射または散乱された非可視光を受光するように配置され、光可視域の光束のみを受光するものであり、画像表示装置は、非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有するものである。
【0135】
従来、センシングのための非可視光源は、可視発光部とは別に設けることが一般的であり、装置のスペースおよび重量、意匠上の課題から、センシングのための非可視光源は小さなものであった。ほぼ点光源に近いこうした非可視光源では、画像表示システムの受光部が高性能化しても、取得できる情報に限界があった。
しかし、本発明の画像表示システムを適用することにより、発光領域以外のスペースを最小限に抑えつつ、画像表示システムの光源部を十分な面積で設けることができるので、検出精度および取得情報量に優れた画像表示システムを有するデバイスが提供できる。
しかし、本発明の画像表示システムを適用することにより、発光領域以外のスペースを最小限に抑えつつ、画像表示システムの光源部を十分な面積で設けることができるので、検出精度および取得情報量に優れた画像表示システムを有するデバイスが提供できる。
【0136】
上述した、第２の実施形態の好ましい態様の一つを、図２３を用いて説明する。画像表示システム２３０は、基板１上に設けられた複数の画素２ａ～２ｄを含む画像表示パネル３を含み、画素２ａ～２ｄから可視域の光束５が形成される。可視域の光束５は出光面６から出光して、画像光として利用者に認識されるか、あるいは対象物を照らすことができる。ここで、非可視光８を発光する光源９は出光面６から画像表示パネル３の間に設けることができる。また、図２３に示すように、面方向において、光源９は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。非可視光を発光する光源９は、例えば光束５に対して透過性の基板７上に設けられていても良い。光源９から出射した非可視光８は、測定対象で反射あるいは透過されて受光部４によって検出される。なお、図２３では、測定対象の図示は省略し、非可視光８は、光源９から受光部４に直接、入射するように図示している。この点については、図２４、図２５、図２６および図２８も同様である。また、図２３に示す画像表示システム２３０においては、近赤外偏光子の図示は省略している。この点については、図２４、図２５、図２６および図２８も同様である。
【0137】
また、第２の実施形態の別の好ましい態様の一つを、図２４を用いて説明する。画像表示システム２４０における画像表示パネル３、および出光面６は図２３と同様であるが、非可視光を発光する光源９は画像表示パネル３上に設けられている。ここでいう「画像表示パネル３上に設けられている」とは、単に画像表示パネル３の出光面６側の表面に設けられていることに限定せず、画像表示パネル内に設けられた電極層やパッシベーション層、絶縁層等上あるいはその下に設けられるなどして画像表示パネルと一体化していることを表すものとする。
【0138】
第２の実施形態のさらに別の好ましい態様の一つを、図２５を用いて説明する。画像表示システム２５０における画像表示パネル３、および出光面６は図１と同様であるが、非可視光を発光する光源９は、画像表示パネル３の出光面６とは反対側に設けられている。受光部４は、画像表示パネル３とは別に設けられた基板７上に設けられていても良いし、画像表示パネル３の出光面６側とは反対側の表面に隣接して設けられていても良い。
ここで、画像表示パネル３の基板１は、非可視光を発光する光源９が放出する非可視光８を透過することができる。ここでいう透過とは、基板に空隙または空孔を設けることによって、対象とする非可視光を遮ることなく非可視光を発光する光源９から対象物まで達するようにするものでも良い。また、基板そのものが、対象とする非可視光の波長域に対して透過性であっても良い。
図２４および図２５に示す例の場合も、面方向において、光源９は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。
ここで、画像表示パネル３の基板１は、非可視光を発光する光源９が放出する非可視光８を透過することができる。ここでいう透過とは、基板に空隙または空孔を設けることによって、対象とする非可視光を遮ることなく非可視光を発光する光源９から対象物まで達するようにするものでも良い。また、基板そのものが、対象とする非可視光の波長域に対して透過性であっても良い。
図２４および図２５に示す例の場合も、面方向において、光源９は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。
【0139】
上述した画像表示パネルとしては、ＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤパネル、マイクロＬＥＤパネル、および、ミニＬＥＤパネル等の発光パネルを適用することができる。また、画像表示パネルは、透過型液晶パネルとバックライトユニットを組み合わせたものであってもよい。
【0140】
画像表示パネルおよびそれらに含まれる基板、画素は、上述した第１の実施形態で述べたものが適用できる。また、出光面６の例もまた、第１の実施形態で述べたものでありうる。システムの外部へ放出された可視光束は、例えば物体を照らすのに用いられ、また、観察者に視覚情報を与えるものである。本発明の好ましい一態様として、画像表示装置は、これら画像表示パネルから出射する可視域の光束を利用して画像および／または情報を表示する。
【0141】
受光部としては、非可視域に感受性を有し、可視光に感受性を有さないフォトダイオードまたはフォトトランジスタのような光検出素子を適用することができる。好ましくは、受光部は、近赤外域のみに感受性を有し、可視光域に感受性を有さないフォトダイオードまたはフォトトランジスタである。光検出素子として、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）、有機フォトトランジスタ（ＯＰＴ）を適用してもよい。
【0142】
受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光し、対象を検知する。
受光部を設ける場所は特に制限なく、画像表示パネルに隣接または重ねて設けても良いし、独立したデバイスとして設けても良い。受光部により検知する対象は、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つとすることができる。受光部は、これら測定対象に合わせて適した場所に設けることが好ましい。
受光部を設ける場所は特に制限なく、画像表示パネルに隣接または重ねて設けても良いし、独立したデバイスとして設けても良い。受光部により検知する対象は、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つとすることができる。受光部は、これら測定対象に合わせて適した場所に設けることが好ましい。
【0143】
光源（発光部）としては任意のものを適用することができ、典型的には近赤外発光性のＬＥＤ素子、ＯＬＥＤ素子、レーザ素子が好ましく用いられる。面発光レーザ、特に、垂直共振器型面発光レーザも好ましく用いられる。発光部として用いる場合は、単一の素子として設けても良いし、複数の素子からなるアレイとして設けても良い。アレイとして設けることで、制御された波面やパターンなどを有する光束を形成することができる。また、発光部としては単一の素子で設けた上で、複数の発光部を連動させることにより制御された波面やパターンなどを有する光束を形成してもよい。検出精度を高め、取得情報量を増加させることを目的に、発光部により形成され出光面から放出される非可視光は、制御された波面やパターンなどを有することが好ましい。
【0144】
近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。また、第１の実施形態と同様に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５０％未満であるものが好ましい。
【0145】
本発明の第２の実施形態の画像表示システムの一例として、図２６を用いて、基板上に画素２および発光部９を含むＯＬＥＤディスプレイデバイス（画像表示装置）２６１を有する画像表示システム２６０を示す。本発明において、発光部（光源）９および受光部４は、近赤外光に発光帯域および感受性を有することが好ましい。以下の説明では、いずれも発光部９は近赤外発光デバイス、受光部４は近赤外受光素子であるものとして説明する。
【0146】
基板１上にはトランジスタ層２６３ａ、２６３ｄが設けられ、画素２の下部電極２６２ａおよび発光部９の下部電極２６４ａと接続されている。下部電極２６２ａ、下部電極２６４ａ上には可視ＥＬ発光層２６２ｂと透明電極２６２ｃ、近赤外ＥＬ発光層２６４ｂと透明電極２６４ｃがそれぞれ積層されており、それらは電極と接続されている。それぞれの下部電極は反射電極として、光取り出し効率を高めてもよい。また、可視ＥＬ発光層、近赤外ＥＬ発光層とそれぞれの下部電極との間には透明導電層２６２ｄ、２６４ｄを設けて、共振構造により光取り出し効率をさらに高めてもよい。
【0147】
さらに上部には絶縁層２６５を介して、カバープレート２６７が設けられる。カバープレート２６７の基板側に、必要に応じ着色層２６６ａ、２６６ｄを設けてもよい。例えば、可視ＥＬ発光層２６２ｂとして白色発光材料を用いて、着色層２６６ａをそれぞれ赤、緑、青の透過性を有するカラーフィルターとすることで画素２ａ～２ｃによるフルカラー表示を行っても良い。また、可視ＥＬ発光層２６２ｂとして赤、緑、青それぞれを発光する可視ＥＬ発光層とし、着色層２６６ａをノッチフィルタとして作用するようにして、色再現性を高めてもよい。図２６の記載において、画像表示装置２６１の出光面６は、カバープレート２６７の視認側表面である。
【0148】
画素２ａ～２ｃから形成された可視光束５は、表示画像となって観察者に視認される。発光部９から放出された近赤外光束８は、図示しない検出対象に照射された後、受光部４で検出され、各種センシングが可能である。画素２ａ～２ｃ、および発光部９で、１つのピクセルユニット２６８を形成してもよい。
【0149】
図２７は、図２６の発光パネルの一部を上面から観察し、ピクセルユニット２６８の配置の一例を表した概念図である。画素２ａ～２ｃと発光部９とを一体に設けることによりディスプレイデバイスとして制御されたパターン光を対象に照射できるようになるので、検出精度を高め取得情報量を増加させることができる。
【0150】
本発明の第２の実施形態の画像表示システムの別の一例として、図２８を用いて、基板上に画素２を含むＯＬＥＤパネル（発光パネル）２８２と、基板に対し出光面６とは反対側に設けられた発光部９とを含む画像表示装置（ＯＬＥＤディスプレイデバイス）２８１と、受光部４とを含む、画像表示システム２８０を示す。
【0151】
基板上に画素２を含むＯＬＥＤパネル２８２の観察者側には、カバープレート２８３が設けられており、図２８に例示した構成ではこのカバープレート２８３の観察者側表面が出光面６である。ＯＬＥＤパネル２８２は、画素２から形成される可視光によって画像表示を行うことができる。
【0152】
近赤外光を発光する発光部９は、第二の基板２８４上に設けられた回路層２８５の上に設けられ、ＯＬＥＤパネル２８２の基板（図示しない）に対して、出光面６とは反対側に位置するよう設けられている。ＯＬＥＤパネル２８２に対する相対位置の固定および発光部９同士が干渉しあうことを防ぐために、遮光性のスペーサー２８８を設けることができる。
【0153】
発光部９から放出された近赤外光束８は、ＯＬＥＤパネル２８２の開口部または透過性部を通過して出光面６から出射され、対象に照射された後、受光部４で検知される。このため、ＯＬＥＤパネル２８２は個々の層が近赤外光に対して透過性であるか、非画素領域に近赤外光の透過領域または開口部を設けておくことが好ましい。
【0154】
発光部９は上述した各種近赤外発光素子を用いることができるが、画素２を構成するＯＬＥＤ素子と回路を共有する必要がないため、レーザーダイオードおよび面発光レーザのような強力かつ偏光性の光源を適用することができる。検出精度を高め取得情報量を増加させる観点から、上述したレーザーダイオードおよび面発光レーザ等を用いることが好ましい。
【0155】
上述した本発明の第２の実施形態の画像表示システムについて図２９を用いてその作用を説明する。図２９に示す画像表示システム２９０は、画像表示装置１０あるいはそれを含む画像表示システムに含まれる近赤外光を発光する発光部９を含み、出光面６から出射する近赤外光８ａが偏光である。より好ましくは、受光部４が偏光選択性または偏光感受性である。
画像表示システムに含まれる発光部９および９ｅから出射された偏光である近赤外光８ａおよび近赤外光８ｅは測定対象に照射され、検出光束（入射光）８ｂとなって受光部４に入射する。従来のように単一の近赤外光源から測定対象に照射した場合に対して、検出光束８ｂは複数の光源から照射されることにより光量が増し、検出精度を向上させることができる。また、近赤外光８ａおよび近赤外光８ｅの偏光をそれぞれ異なる偏光とすることで、偏光の違いに応じた測定対象からの情報の差異を取得することができ、取得情報量が増加する。
画像表示システムに含まれる発光部９および９ｅから出射された偏光である近赤外光８ａおよび近赤外光８ｅは測定対象に照射され、検出光束（入射光）８ｂとなって受光部４に入射する。従来のように単一の近赤外光源から測定対象に照射した場合に対して、検出光束８ｂは複数の光源から照射されることにより光量が増し、検出精度を向上させることができる。また、近赤外光８ａおよび近赤外光８ｅの偏光をそれぞれ異なる偏光とすることで、偏光の違いに応じた測定対象からの情報の差異を取得することができ、取得情報量が増加する。
【0156】
図２９中、測定対象に対して近赤外光８ａおよび８ｅと、検出光束８ｂとは反射の関係になるように描画されているが、本発明の画像表示システムとしては必ずしも反射する系のみに限定せず、受光部４を画像表示装置１０とは別に設けて、測定対象に対して近赤外光８ａまたは８ｅと、検出光束８ｂとが透過の関係になるように配置しても良い。また、測定対象としては任意のものを対象とすることができる。例えば使用者の手、指、手のひら、皮膚等の生体の一部、静脈パターン、顔、眼球、唇、手足、およびそれらの動きやジェスチャー、または、特定のインターフェースデバイス、周囲の物体といったオブジェクト、あるいは、温度、湿度、パーティクル、および、気体の組成などを含む、周囲の環境の状態などが例示される。
【0157】
発光部としては上述のように、典型的には近赤外発光性のＬＥＤ素子、ＯＬＥＤ素子、レーザ素子が好ましく用いられる。面発光レーザ、特に、垂直共振器型面発光レーザも好ましく用いられる。レーザ素子は、偏光発光性であるため好ましく用いることができる。発光素子が偏光発光しない素子の場合、出光面から出射する近赤外光８ａを偏光にするため、さらに近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子９ｂを発光部９、９ｅと出光面６との間、または、出光面と測定対象までの間に設けても良い。
【0158】
受光部４としては任意のものを適用することができ、典型的には近赤外域に感度を有するフォトダイオード等の光電変換素子を利用することができる。また必要に応じて、受光部側に近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子、位相差素子、または、電気的に偏光選択性、位相差を変調可能な能動素子を設けても良い。
【0159】
近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、第１の実施形態で例示した各種の偏光子を用いることができる。また、それらの波長選択性についても、第１の実施形態で例示した種々の波長選択性を有したものを目的に応じて適用することができる。
近赤外偏光子が、上述した画像表示システムにおける可視光の光学経路上に重複する場合は、近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。このような近赤外偏光子もまた、第１の実施形態で例示したものから採用することができる。このような光学系とすることで、近赤外光と可視光の経路が互いに干渉することがない光学系を構成できる。
近赤外偏光子が、上述した画像表示システムにおける可視光の光学経路上に重複する場合は、近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。このような近赤外偏光子もまた、第１の実施形態で例示したものから採用することができる。このような光学系とすることで、近赤外光と可視光の経路が互いに干渉することがない光学系を構成できる。
【0160】
上述した画像表示システムは、例えばヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブルデバイス、および、スマートフォンやタブレット等のモバイルディスプレイデバイス、テレビ、照明等の据置型ディスプレイデバイスに適用することができる。
これらの好ましいそれぞれの態様について、以下具体例を以て説明する。
これらの好ましいそれぞれの態様について、以下具体例を以て説明する。
【0161】
本発明の第２の実施形態の画像表示システムの好ましい一態様は、図３０に示すように、本発明の画像表示システムに含まれるディスプレイデバイス（画像表示装置）３０１、接眼レンズ３０２、および、受光部４を備え、ディスプレイデバイス３０１から眼球３０９に照射され反射した近赤外光である入射光８ｂを、受光部４で検出することによりアイトラッキングシステムとしたヘッドマウントディスプレイ３００である。接眼レンズ３０２の作用は、第１の実施様態で説明したものと同様である。上述のアイトラッキングから得られた眼球位置および視線の情報は、投影される画像のレンダリング、および、表示画像上に埋め込まれたグラフィックインターフェースの操作に用いることができる。
【0162】
従来、ヘッドマウントディスプレイのアイトラッキングシステムは、表示光学系とは重ならないように設けられていたためにスペースの制約が厳しく、かつ、眼球、特に視線方向に対して大きな角度、かつ数少ない光源数で近赤外光の照射を行う必要があったため、受光部に十分な光量が到達しない、偏光を照射しても表面反射の偏光依存性によって所望の検出光が得られない、取得できる情報に限界がある、などの課題があった。本発明の画像表示システムにより、表示光学系とアイトラッキング光学系とを共通のスペースに収めることができ、コンパクトで、かつ、照射光線角度が適正で検出精度に優れ、取得情報量が多いアイトラッキングが可能になる。
【0163】
また、接眼レンズとして、ハーフミラーおよび反射偏光子を用いたいわゆるパンケーキレンズを用いた場合を図３１で説明する。パンケーキレンズの構造、作用およびその利得については、第１の実施様態で述べたのと同様である。
【0164】
本発明の第２の実施形態の好ましい一態様として、さらに、反射偏光子３１１ｂ、ハーフミラー３１１ａを近赤外域において透過性とすることができる。反射偏光子３１１ｂ、ハーフミラー３１１ａの８５０ｎｍにおける単板透過率は、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、特に好ましくは９０％以上である。この構成によれば、近赤外光源９から眼球３０９に照射されて受光部４に向けて入射する入射光８ｂは、パンケーキレンズ３１１の反射の作用を受けることなく受光部４まで到達することができる。
このことは、例えば発光部９によって所定の近赤外光パターンを眼球に照射して、瞳孔または角膜における反射および／または吸収によって生じるパターンの変形および欠損を検知することによってアイトラッキングを行う場合、パンケーキレンズによって生じるアイボックスに依らずに照射パターンの設計を行える利点がある。このような利点は、大きな眼球運動および／または瞳孔の細かな動きも検知できる点で、本発明のセンサー付き画像表示には特に好ましい。
このことは、例えば発光部９によって所定の近赤外光パターンを眼球に照射して、瞳孔または角膜における反射および／または吸収によって生じるパターンの変形および欠損を検知することによってアイトラッキングを行う場合、パンケーキレンズによって生じるアイボックスに依らずに照射パターンの設計を行える利点がある。このような利点は、大きな眼球運動および／または瞳孔の細かな動きも検知できる点で、本発明のセンサー付き画像表示には特に好ましい。
【0165】
例えば上述のようにパンケーキレンズ系が１／４波長板を含む場合、近赤外光源９から出光面６を経て、偏光として出射した近赤外光８ａが偏光であっても、これら１／４波長板等の影響によって眼球３０９に到達した時点での近赤外光８ａの偏光状態が変化していることがある。検知精度の向上および取得情報量の増加を目的に、こうした偏光状態変化を補償して眼球に到達する時点で所望の偏光状態になるように、近赤外偏光子９ｂから近赤外光８ａの光路上の任意の位置に追加の位相差層を設けてもよい。また、パンケーキレンズ３１１の反射偏光子３１１ｂの眼球３０９側表面にさらに追加の近赤外偏光子９ｂを設けても良い。
【0166】
眼球３０９側表面に設けられる近赤外偏光子９ｂとしては、偏光状態を補償することができるものであれば、第１の実施形態で説明した近赤外偏光子と同様のものが利用できる。近赤外偏光子９ｂの単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることが特に好ましい。この範囲であると受光部４における検出精度を高めることができる。
【0167】
パンケーキレンズに含まれるハーフミラー、反射偏光子、１／４波長板については、第１の実施様態で例示したものを同様に用いることができる。反射偏光子としてコレステリックミラーを用いたパンケーキレンズであることが、近赤外光束への偏光状態への影響が小さいため、より好ましい。
【0168】
本発明の第２の実施形態のヘッドマウントディスプレイの好ましい一態様は、図４７に示すように、画像表示システム４７１を備え、画像表示システム４７１は、画像表示パネル４７２と導光要素４７３とを含み、画像表示パネル４７２から出射される可視光域の光束（実線）および非可視域の光束（破線）を、導光要素４７３を通じて、導光要素４７３に設けられた光出射面（出光面）６から観察者の眼球４７９に出射するものであり、画像表示システム４７１から観察者の眼球４７９に照射され反射した近赤外光を受光部４で検出することで眼球センシングを行うヘッドマウントディスプレイである。眼球センシングによって得られる情報は、アイトラッキング、虹彩による個人認証、虹彩および網膜、角膜の表面状態を検出することによるバイタル情報、眼球中の血管を検出することによる血流、血圧、心拍、血中成分の分析情報などである。
【0169】
一般に、画像表示パネルから出射される可視光域の光束を、導光要素を通じて、導光要素に設けられた出射面から観察者に出射するディスプレイデバイスは、観察者の顔面が覆われる面積を小さくできること、導光要素を一部可視光透過性とすることにより、外部視野を取り入れつつ画像表示が可能なことから、拡張現実向けヘッドマウントディスプレイとして普及が進んでいる。しかし、これらの利点を残したまま、センシングシステムを付加的に設けることは、スペース上、意匠上の制約があった。また、眼球のほぼ正面に導光要素が位置するため、導光要素とは別にセンシングシステムを設ける場合、眼球に対して大きな角度で光束を照射あるいは検出する必要があり、照射光線角度の選択の幅および検出精度に限界があった。
【0170】
本発明の画像表示システムを有するヘッドマウントディスプレイにおいては、センシングシステムの光学系の一部を表示光学系内に組み込んであるため、スペース上、意匠上の制約が小さい。また、眼球のほぼ正面に位置する導光要素から非可視光域の光束を眼球に照射できるため、照射光線角度が適切で検出精度に優れたセンシングが可能である。
【0171】
なお、上述した画像表示パネルから出射される可視光域の光束を、導光要素を通じて、導光要素に設けられた出射面から観察者に出射するヘッドマウントディスプレイは、画像表示パネルが非常に小さく集約されていることが多いため、ここでいう画像表示パネルとは、単にパネル状の形態にとどまらず、画像形成機構全体を画像表示パネルとして、その内部に可視光域の画素と非可視光域の画素とを有するものを概念的に含むものとする。
【0172】
導光要素としては、図４７に示すように、内部全反射を用いて導光を行い、光入射および光出射のための回折素子を設けたものの他、表面に鏡面処理を施したプリズムミラーなど、従来知られたヘッドマウントディスプレイ用導光要素を適用することができる。導光要素は非可視光域の光束を通すため、導光要素を主に形成する材料は、非可視光域、特に、８００～１８００ｎｍの波長域で透明であることが好ましい。センシングに使用する波長が狭い帯域である場合は、ピーク波長に対して±１００ｎｍの範囲で透明であることが好ましい。こうした材料としては、ガラス、樹脂などが使用できる。
【0173】
導光要素の構成としては、図４７の導光要素４７３に示すようにモノリシックな構造であってもよく、複数の部材を組合せたものであっても良い。また、導光経路は、各光束の波長によってそれぞれ分割されていてもよい。各光束の波長によって経路を分割する場合は、導光方向を主面として、面内方向に分割するものであってもよく、また、面外方向（特に導光要素が平板である場合、平板の厚さ方向）に分割されたものであってもよい。一例として、内部全反射を用いて導光を行い、光入射および光出射のための回折素子を設けた平板上の導光要素において、可視光域の光束を第一の平板で導光し、非可視光域の光束を、第一の平板に平行に設けられた第二の平板で導光するものであってもよい。
【0174】
さらに好ましい一態様として、図４８に示すように、導光要素の光出射面と観察者の眼球との間、および、受光部と観察者の眼球との間に、それぞれ、追加の近赤外偏光子４８４、４８５を配置することができる。図３１における説明と同様に、追加の近赤外偏光子を有することで、近赤外光８ａの偏光状態を補償することができる。追加の近赤外偏光子としては、偏光状態を補償することができるものであれば、第１の実施形態で説明したものと同様の近赤外偏光子が利用できる。この近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることが特に好ましい。
このような近赤外偏光子を設けることにより、外光および乱反射光によるノイズを低減し、検出精度を向上させることができる。
このような近赤外偏光子を設けることにより、外光および乱反射光によるノイズを低減し、検出精度を向上させることができる。
【0175】
このうち、導光要素の光出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子４８４において、可視光域の光束が形成する表示画像、および導光要素を透過して観察可能な外部の景色に対する影響を最小化するため、該近赤外偏光子４８４は可視光域において透明であることが好ましい。
この観点から、該近赤外偏光子４８４の可視光域の平均透過率は、９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。
一方で、上述したノイズ低減の効果を発揮するために、導光要素の光出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子４８４は、偏光度が高いことが望ましい。この観点から、該近赤外偏光子４８４の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。
この観点から、該近赤外偏光子４８４の可視光域の平均透過率は、９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。
一方で、上述したノイズ低減の効果を発揮するために、導光要素の光出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子４８４は、偏光度が高いことが望ましい。この観点から、該近赤外偏光子４８４の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。
【0176】
また、上述したノイズ低減の観点からは、近赤外偏光子のうち、受光部４と観察者の眼球４８９との間に設けられる近赤外偏光子４８５において、該近赤外偏光子４８５の８５０ｎｍにおける偏光度が９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。
【0177】
上述した近赤外偏光子４８４、４８５としては、例えば、近赤外域に吸収を有する二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、ヨウ素系偏光板をポリエン化したもの、ワイヤーグリットを応用したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型のもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を利用したものなどが挙げられる。薄膜で生産性に優れ、可視光の透過率が高く設計可能な点において、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したものが好ましい。
【0178】
導光要素の光出射面と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子４８４の吸収軸方向と、受光部と観察者の眼球との間に設けられる近赤外偏光子４８５の吸収軸方向とは、設計に応じてどのように配置しても良い。好ましい一例として、図４９に示すように、観察者の眼球４９０の角膜４９１を鏡面反射と仮定した場合に、互いにクロスニコルの配置となるように配置することが好ましい。
虹彩認証、瞳孔の位置および大きさを特定する方式のアイトラッキング、網膜など眼球内部の状態を検出する方式のセンシングシステムでは、角膜表面での反射成分はノイズとなり、測定上の障害となる。導光要素４８３の光出射面６と観察者の眼球４８９との間に設けられる近赤外偏光子４８４の吸収軸方向と、受光部４と観察者の眼球４８９との間に設けられる近赤外偏光子４８５の吸収軸方向とを、観察者の眼球４８９を鏡面反射と仮定した場合に、互いにクロスニコルの配置となるように配置すると、鏡面に近い反射特性を有する角膜４９１の表面の反射はほぼ除去されるが、虹彩４９３、瞳孔４９２および網膜（図示しない）などの内部組織での反射は偏光が変化して受光部４で検出可能となり、角膜４９１の表面反射成分を除去して信号を検出することができる。
虹彩認証、瞳孔の位置および大きさを特定する方式のアイトラッキング、網膜など眼球内部の状態を検出する方式のセンシングシステムでは、角膜表面での反射成分はノイズとなり、測定上の障害となる。導光要素４８３の光出射面６と観察者の眼球４８９との間に設けられる近赤外偏光子４８４の吸収軸方向と、受光部４と観察者の眼球４８９との間に設けられる近赤外偏光子４８５の吸収軸方向とを、観察者の眼球４８９を鏡面反射と仮定した場合に、互いにクロスニコルの配置となるように配置すると、鏡面に近い反射特性を有する角膜４９１の表面の反射はほぼ除去されるが、虹彩４９３、瞳孔４９２および網膜（図示しない）などの内部組織での反射は偏光が変化して受光部４で検出可能となり、角膜４９１の表面反射成分を除去して信号を検出することができる。
【0179】
また、ノイズ低減のための別の好ましい一例として、近赤外偏光子４８４、４８５に、当該波長で１／４波長板として作用する位相差要素を組み合わせて円偏光板とすることにより、同様に角膜表面の反射成分を除く構成が可能である。用いる１／４波長板としては、公知の位相差材料が適用可能であり、例えば、他波長に影響を及ぼしにくいという点では、メタサーフェス材料の適用が好ましい。
【0180】
本発明の第２の実施形態の画像表示システムの好ましい一態様を図３２に示す。図３２に示す本発明の画像表示システム３２０は、ディスプレイデバイス（画像表示装置）３２２を含み、ディスプレイデバイス３２２に含まれる画像表示パネルに配置された近赤外光を発光する発光部９から出射される近赤外光８ａを使用者の顔面に照射し、顔面で反射して得られた入射光（反射光）８ｂを受光部４で検知する顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示システム３２０である。
観察者は、複数の画素２から形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述の顔認証システムないしは表情認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、使用者個人の認識、検知された表情および／または顔面の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
観察者は、複数の画素２から形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述の顔認証システムないしは表情認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、使用者個人の認識、検知された表情および／または顔面の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
【0181】
従来の表情センシングないしは顔認証システムは、モバイルディスプレイの辺縁部に備えられた撮像素子および光源を用いるものであった。これらの光源は出力が小さく指向性も限られているために、認識に必要な取得情報量を得るために、使用者は撮像素子および光源に対して繰り返し顔を大きく動かす必要があった。この課題を解消するために撮像素子および光源の組合せをモバイルディスプレイの複数の辺縁部に設けると、そのためのスペースがデバイスサイズおよび意匠上の問題となることがあった。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の発光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な発光素子数を備えた発光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の発光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な発光素子数を備えた発光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
【0182】
用いるディスプレイデバイス２０に含まれる画像表示パネルとしては、図２６や図２８に示したＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネル等の発光パネル、液晶セルを用いたディスプレイデバイスなどが例示される。
上述したように、これらの画像表示パネルは、画像を形成するため、または、画質を向上させることを目的として偏光子を含むことができる。
上述したように、これらの画像表示パネルは、画像を形成するため、または、画質を向上させることを目的として偏光子を含むことができる。
【0183】
画像表示パネルとして、ＯＬＥＤ表示パネルおよびその表面に外光反射低減のための円偏光板を設けた構成について、近赤外光８ａと可視光束５の干渉を低減するための構成を、図３３、図３４にそれぞれ示す概念図を用いて説明する。
【0184】
図３３は、図３２の画像表示システムをより詳細に表したものである。
ディスプレイデバイス（画像表示装置）３３０は出光面６から基板１に向かって、近赤外偏光子９ｂ、可視光偏光子３３１、可視光偏光子３３１の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板３３２、および、画素２と発光部９とを含む基板１をこの順に含んでいる。
ディスプレイデバイス（画像表示装置）３３０は出光面６から基板１に向かって、近赤外偏光子９ｂ、可視光偏光子３３１、可視光偏光子３３１の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板３３２、および、画素２と発光部９とを含む基板１をこの順に含んでいる。
【0185】
発光部９から出射した近赤外光８ａは、近赤外偏光子９ｂによって偏光化されて出光面６から出射し、測定対象へと照射され、反射して受光部４にて検知される。上述したように、偏光を照射することで検出精度を向上させ、取得情報量を増加させることができる。図示しない別の発光部からの光を同じ偏光、あるいは、異なる偏光にすることによりさらに検出精度と取得情報量の改善を図ることができる。近赤外偏光子は、面内で均一な透過軸方向を有するものであってもよいし、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子であってもよい。
【0186】
近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることが特に好ましい。近赤外偏光子がパターン偏光子である場合は、近赤外域に偏光選択性を有する領域で上記の単板透過率を有していることが好ましい。
また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
また、偏光度について、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
【0187】
画素２から出射した可視光束５、および、外光３３５に対する可視光偏光子３３１と１／４波長板である位相差板３３２の作用は、ＯＬＥＤパネルの内部反射防止機構として知られたものであり、表示コントラストが向上する。
可視光偏光子３３１と１／４波長板である位相差板３３２が近赤外透過性であり、かつ、近赤外偏光子９ｂが可視光透過性であれば、この配置において可視光と近赤外光はそれぞれ作用が干渉しあうことがなく、画像表示システムとしての検出精度と取得情報量の向上、および、画像表示装置としてのコントラスト向上とを両立させることができる。
可視光偏光子３３１と１／４波長板である位相差板３３２が近赤外透過性であり、かつ、近赤外偏光子９ｂが可視光透過性であれば、この配置において可視光と近赤外光はそれぞれ作用が干渉しあうことがなく、画像表示システムとしての検出精度と取得情報量の向上、および、画像表示装置としてのコントラスト向上とを両立させることができる。
【0188】
図３４は、近赤外偏光子は、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子である場合を示した概念図である。可視光偏光子３４１および１／４波長板である位相差板３４２の配置およびその作用については、図３３に示した例と同様である。
【0189】
パターン偏光子３４９は、紙面に平行な透過軸を有する領域３４９ｂと、紙面に垂直な透過軸を有する領域３４９ｅを含んでいる。領域３４９ｂ、領域３４９ｅに対応する発光部９、９ｅから放出された光は、それぞれ紙面に平行な直線偏光８ｆと、紙面に垂直な直線偏光８ｇとなって出光面６から出射され、使用者の顔に照射される。例として２つの異なる偏光方向を有するパターンニングを例に示したが、３つ以上に互いに異なる透過軸を有する領域をパターニングしてもよい。また、発光部９、９ｅが設けられていない非発光部領域に対応する領域３４９ｆは、任意の透過軸を有する領域であっても良く、また、偏光選択性が無い領域であってもよい。
【0190】
このようなパターン偏光子としては、後述するように、配向状態で固定された液晶化合物中に近赤外域に吸収を有する二色性化合物を含有し、液晶化合物の配向状態および配向方向を領域ごとに変化させてパターン化した近赤外偏光子が例示される。
【0191】
本発明の第２の実施形態の画像表示システムの別の好ましい一態様を図３５に示す。図３５に示す画像表示システムは、ディスプレイデバイス（画像表示装置）３５１を含み、測定対象３５２、３５３に近赤外光８ａを照射し、近赤外光８ａを測定対象３５２、３５３に反射させて得られた入射光８ｂを、受光部４で検出するＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備える画像表示システム３５０である。使用者は、複数の画素２から形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述のＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理され、表示される画像に取得情報がリアルタイムにマウントされた双方向コミュニケーションや、測定対象に付与された不可視マーキング３５４を用いた様々なサービス提供が可能になる。
【0192】
上述した表情センシングないしは顔認証システムにおける課題と同様に、ＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えた画像表示システムは、その辺縁部に備えられた撮像素子と光源とを用いるものであった。これらの光源は素子１つあたりの指向性が狭くまた出力に限りがあるため、認識に必要な取得情報量を得るために、複数の光源をそれぞれ異なる位置に設ける必要があり、サイズおよび重量上ならびに意匠上の課題があった。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の発光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な出力を備えた発光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
しかし、本発明の画像表示システムにより、複数の発光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な出力を備えた発光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
【0193】
画像表示装置としてのコントラスト向上と、発光部からの近赤外光束の偏光方向を様々にパターニングすることによる検出精度と取得情報量の向上とを両立させるための具体的な構成は、図３３、図３４に示した構成と同様のものが利用できる。特に、構造化光を出光面６から出射して検出精度と取得情報量を向上させる点で、近赤外偏光子として、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子を用いた構成とすることが好ましい。また、ディスプレイデバイス（画像表示装置）３５１は、出光面６から基板に向かって、近赤外偏光子９ｂ、可視光偏光子、可視光偏光子の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板、および、画素２と発光部９とを含む基板をこの順に含んでいることが好ましい。また、近赤外偏光子の単板透過率は、８５０ｎｍで５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることが特に好ましい。
ここでいう構造化光とは、対象物に照射される光について、その位相、振幅、波長、偏光状態の少なくともいずれかが面内で異なるように、変調された光のことを指す。構造化光においては、変調された照射光の状態は予め決められており、所定のパターンを形成している。対象を経て検出された信号が、所定のパターンに対してどのような面内分布に変化しているかを計算することにより、対象物の距離および／または形状、表面状態などを、従来より精度よく、かつ、短時間に計測することができる。
ここでいう構造化光とは、対象物に照射される光について、その位相、振幅、波長、偏光状態の少なくともいずれかが面内で異なるように、変調された光のことを指す。構造化光においては、変調された照射光の状態は予め決められており、所定のパターンを形成している。対象を経て検出された信号が、所定のパターンに対してどのような面内分布に変化しているかを計算することにより、対象物の距離および／または形状、表面状態などを、従来より精度よく、かつ、短時間に計測することができる。
【0194】
［第３の実施形態］
本発明の画像表示装置の第３の実施形態は、非可視域に感受性を有する受光部と、基板および複数の画素とを含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含み、受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置である。
本発明の画像表示装置の第３の実施形態は、非可視域に感受性を有する受光部と、基板および複数の画素とを含む画像表示パネルと、複数の画素から形成される可視域の光束が出射する出光面とを含み、受光部は、出光面と画像表示パネルとの間、または、画像表示パネル上、または、画像表示パネルの出光面とは反対側に設けられており、複数の画素は、可視光域の光束を形成する画素群と、受光部が感受性を有する非可視域の光束を形成する画素とを含み、出光面に垂直な方向から見た際に、受光部は、画像表示パネルと重複する位置に配置されており、受光部は、出光面を経て画像表示装置に入射する光のうち、非可視光のみを受光し、非可視域の光束を形成する画素と、出光面との間に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子を有する、画像表示装置である。
【0195】
上述した、第３の実施形態の好ましい態様の一つを、図３６を用いて説明する。画像表示装置３６０は、基板１上に設けられた複数の画素２ａ～２ｃ、２ｅを含む画像表示パネル３を含み、画素２ａ～２ｃから可視域の光束５が形成され、非可視光画素２ｅからは非可視光８が形成される。可視域の光束５は出光面６から出光して、画像光として利用者に認識されるか、あるいは対象物を照らすことができる。ここで、非可視域にのみ感受性を有する受光部４は出光面６から画像表示パネル３の間に設けることができる。受光部４は、例えば光束５に対して透過性の基板７上に設けられていても良い。また、図３６に示すように、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。受光部４は、外部から入射する非可視光８を受光して電気信号へと変換し、図示しない演算回路を経て検知した情報を出力することができる。
なお、図３６に示す画像表示装置３６０においては、近赤外偏光子の図示は省略している。この点については、図３７および図３８も同様である。
なお、図３６に示す画像表示装置３６０においては、近赤外偏光子の図示は省略している。この点については、図３７および図３８も同様である。
【0196】
また、第３の実施形態の別の好ましい態様の一つを、図３７を用いて説明する。画像表示装置３７０における画像表示パネル３、および出光面６は図３６と同様であるが、非可視域に感受性を有する受光部４は画像表示パネル３上に設けられている。ここでいう「画像表示パネル３上に設けられている」とは、単に画像表示パネル３の出光面６側の表面に設けられていることに限定せず、画像表示パネル内に設けられた電極層やパッシベーション層、絶縁層等上あるいはその下に設けられるなどして画像表示パネルと一体化していることを表すものとする。
【0197】
第３の実施形態のさらに別の好ましい態様の一つを、図３８を用いて説明する。画像表示装置３８０における画像表示パネル３、および出光面６は図３６と同様であるが、非可視域に感受性を有する受光部４は、画像表示パネル３の出光面６とは反対側に設けられている。受光部４は、画像表示パネル３とは別に設けられた基板７上に設けられていても良いし、画像表示パネル３の出光面６側とは反対側の表面に隣接して設けられていても良い。
図３７および図３８に示す例の場合も、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。
図３７および図３８に示す例の場合も、面方向において、受光部４は画像表示パネル３と重複する位置に配置されている。
【0198】
上述した画像表示パネルとしては、ＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤパネル、マイクロＬＥＤパネル、および、ミニＬＥＤパネル等の発光パネルを適用することができる。また、画像表示パネルは、透過型液晶パネルとバックライトユニットを組み合わせたものであってもよい。
【0199】
画像表示パネルおよびそれらに含まれる基板、画素は、上述した第１の実施形態で述べたものが適用できる。また、出光面６の例もまた、第１の実施形態で述べたものでありうる。システムの外部へ放出された可視光束は、例えば物体を照らすのに用いられ、また、観察者に視覚情報を与えるものである。本発明の好ましい一態様として、画像表示装置は、これら画像表示パネルから出射する可視域の光束を利用して画像および／または情報を表示。
【0200】
非可視光を形成する画素は上述した第２の実施形態で述べたものが適用できる。非可視光を形成する画素は、近赤外域に発光帯域を有することが好ましい。
【0201】
受光部としては、非可視域に感受性を有し、可視光に感受性を有さないフォトダイオードまたはフォトトランジスタのような光検出素子を適用することができる。好ましくは、受光部は、近赤外域のみに感受性を有し、可視光域に感受性を有さないフォトダイオードまたはフォトトランジスタである。光検出素子として、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）、有機フォトトランジスタ（ＯＰＴ）を適用してもよい。
【0202】
受光部は、検知する対象から反射された非可視光を受光し、対象を検知する。
受光部により検知する対象は、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つとすることができる。受光部は、これら測定対象に合わせて適した場所に設けることが好ましい。
受光部により検知する対象は、物体の立体形状、物体の表面状態、および、使用者の眼球運動、眼球位置、表情、顔形状、静脈パターン、血流、脈拍、血中酸素飽和度、指紋、および、虹彩のいずれかから選ばれる少なくとも１つとすることができる。受光部は、これら測定対象に合わせて適した場所に設けることが好ましい。
【0203】
近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。また、第１の実施形態と同様に、近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、波長８５０ｎｍにおける単板透過率が５０％未満であるものが好ましい。
【0204】
本発明の第３の実施形態の画像表示装置の一例として、図３９を用いて、基板３９２上に可視光束を形成する画素（可視光画素）２ａ～２ｃと、非可視光束を形成する画素（非可視光画素）２ｅと、受光部４とを含む画像表示パネル３９１を含む、ＯＬＥＤディスプレイデバイス（画像表示装置）３９０を示す。本発明の画像表示装置の非可視光画素２ｅおよび受光部４は、近赤外光に発光帯域および感受性を有することが好ましい。以下の説明では、いずれも非可視光画素２ｅは近赤外発光素子、受光部４は近赤外受光素子であるものとして説明する。
【0205】
基板３９２上には図示しないトランジスタ層が設けられ駆動回路を構成し、画素２ａ～２ｃ、２ｅはそれぞれ下部電極、ＥＬ発光層、透明電極を含んでいる。また、図示しない回路に接続された受光部４が非画素領域に形成されている。画像表示パネル３９１の視認側にはカバープレート３９３を設けることができ、カバープレート３９３によって発光パネルを保護している。図３９の構成においては、カバープレート３９３の視認側表面が出光面６となる。
【0206】
図示しないが、カバープレート３９３と画像表示パネル３９１との間には、絶縁層、接着層などを設けることができる。また、色純度を高めるためのカラーフィルター層、内部反射防止のための円偏光板を設けても良い。
【0207】
可視光画素２ａ～２ｃから形成された可視光束５は、表示画像となって観察者に視認される。非可視光画素２ｅから放出された近赤外光束８は、検出対象に照射された後、受光部４で検出され、各種センシングが可能である。可視光画素２ａ～２ｃ、および非可視光画素２ｅで、１つのピクセルユニットを形成してもよい。
【0208】
上述した本発明の画像表示装置について図４０を用いてその作用を説明する。
画像表示装置４００は、可視光画素２ａ～２ｃ、非可視光画素２ｅ、受光部４を含む画像表示パネルを含んでいる。可視光画素２ａ～２ｃから放出された可視光束５は出光面６から出射し、表示画像として視認される。非可視光画素２ｅから放出された近赤外光８ａは測定対象に照射され、測定対象から出光面６を経て、受光部４で検知されてセンサーとして機能する。
画像表示装置４００は、可視光画素２ａ～２ｃ、非可視光画素２ｅ、受光部４を含む画像表示パネルを含んでいる。可視光画素２ａ～２ｃから放出された可視光束５は出光面６から出射し、表示画像として視認される。非可視光画素２ｅから放出された近赤外光８ａは測定対象に照射され、測定対象から出光面６を経て、受光部４で検知されてセンサーとして機能する。
【0209】
画像表示装置４００は、出光面６と非可視光画素２ｅとの間に、近赤外域に偏光選択性を有する近赤外偏光子４０２を含むことが好ましい。こうすることで、出光面６から出射する近赤外光８ａが偏光となり、検出精度と取得情報量の向上を図ることができる。また、外部からの近赤外光ノイズ８ｃがノイズとして出光面６から入射するが、これらは通常、非偏光または、非可視光画素２ｅから照射される近赤外光８ａとは異なる偏光状態にあることから、そのほとんどが近赤外偏光子４０２で吸収され、受光部４に到達しない。よって、ノイズを除去し、検出精度を向上することができる。
【0210】
また、出光面６では非可視光画素２ｅからの光の一部が反射して内部に向かう近赤外光束８ｄが生じ、受光部４での誤検出の原因となりうる。これを防ぐため、非可視光画素２ｅから出射して近赤外偏光子４０２を経て出光面６に入射する光束は、円偏光性とすることが好ましい。より具体的には、近赤外偏光子４０２をコレステリックミラーのような円偏光選択透過性とするか、近赤外偏光子４０２を近赤外域の直線偏光子とし、さらに近赤外偏光子４０２と出光面６との間に、近赤外偏光子４０２の透過軸に対して遅相軸が４５°または１３５°となるように配置した、近赤外域で１／４波長板として作用する位相差板をさらに設けることができる。こうすることで、出光面６で反射した光束は、円偏光の回転方向が逆転し、受光部４に向かう光路上で近赤外偏光子４０２にさえぎられるので受光部４に到達できず、検出精度を確保することができる。
【0211】
画像表示装置４００の測定対象としては任意のものを対象とすることができる。例えば使用者の手、指、手のひら、皮膚等の生体の一部分、静脈パターン、顔、眼球、唇、手足、およびそれらの動きやジェスチャー、または、特定のインターフェースデバイス、周囲の物体といったオブジェクト、あるいは、温度、湿度、パーティクル、および、気体の組成などを含む、周囲の環境の状態などが例示される。
【0212】
近赤外域で偏光選択性を有する近赤外偏光子としては、第１の実施形態で例示した各種の偏光子を用いることができる。また、それらの波長選択性についても、第１の実施形態で例示した種々の波長選択性を有したものを目的に応じて適用することができる。
近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。後述するように、近赤外偏光子が、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含んだパターン偏光子である場合も、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。このようにすると、センシングのための近赤外光と、画像表示のための可視光とが干渉することなく、良好な表示性能と、精度の高い測定とを両立することができる。
近赤外偏光子は、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。後述するように、近赤外偏光子が、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含んだパターン偏光子である場合も、可視域で偏光特性を有さないか、あるいは可視域で透過性であることが好ましい。このようにすると、センシングのための近赤外光と、画像表示のための可視光とが干渉することなく、良好な表示性能と、精度の高い測定とを両立することができる。
【0213】
上述した画像表示装置は、例えばヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブルデバイス、および、スマートフォンやタブレット等のモバイルディスプレイデバイス、テレビ、照明等の据置型ディスプレイデバイスに適用することができる。
これらの好ましいそれぞれの態様について、以下具体例を以て説明する。
これらの好ましいそれぞれの態様について、以下具体例を以て説明する。
【0214】
本発明の第３の実施形態の画像表示装置を含む画像表示システムの好ましい一態様は、ヘッドマウントディスプレイであり、図４１に示すように、本発明の画像表示装置４１１、および、接眼レンズ４１２を備え、画像表示装置４１１により眼球４１９に近赤外光の照射と検出とを行うことによりアイトラッキングシステムとしたヘッドマウントディスプレイ４１０である。接眼レンズ４１２の作用は、第１の実施様態で説明したものと同様である。上述のアイトラッキングから得られた眼球位置および視線の情報は、投影される画像のレンダリング、および、表示画像上に埋め込まれたグラフィックインターフェースの操作に用いることができる。
【0215】
ヘッドマウントディスプレイにおける重量、サイズ、およびスペース上の課題と、検出精度および取得情報量の確保の課題とが相反することは第１の実施形態及び第２の実施形態にて述べた通りであるが、本実施形態においては、発光部と受光部の両方を視認光学系と統合することにより発光部および受光部の両方が眼球に対して正対した方向に配置できることから、スペース上の課題が解消されるだけでなく、光学設計上の自由度が大きく増加し、検出精度および取得情報量に優れたアイトラッキングシステムを構築することができる。
【0216】
図４０で説明したように、非可視光画素２ｅから出射され出光面６で反射して直接、受光部４に入射する成分の除去、および、視認光学系内における迷光の除去を目的として、非可視光画素２ｅと画像表示装置４１１の出光面６との間に、近赤外偏光子４１４を設けることが好ましい。近赤外偏光子４１４は、コレステリックミラーであるか、非可視光画素２ｅ側から順に近赤外域の直線偏光子、近赤外域の直線偏光子の透過軸方向と４５°または１３５°の遅相軸を有する近赤外域で１／４波長板として作用する位相差板をこの順に含む積層体であるかのいずれかが好ましい。
【0217】
取得情報量を増加させる観点から、非可視光画素２ｅから出射する近赤外光８ａの偏光の向きや状態をそれぞれ異なるものとして、眼球４１９に照射し、受光部４で検知するようにしてもよい。非可視光画素２ｅから出射する近赤外光８ａの偏光の向きや状態をそれぞれ異なるものにするために、上述した近赤外偏光子４１４は、対応する画素ごとに異なる透過軸ないしは偏光選択性を有する領域をパターン状に配置したパターン偏光子とすることができる。
【0218】
また、接眼レンズとして、ハーフミラーおよび反射偏光子を用いたいわゆるパンケーキレンズを用いた場合を図４２で説明する。パンケーキレンズの構造、作用およびその利得については、第１の実施様態で述べたのと同様である。
【0219】
本発明の第３の実施形態の好ましい一態様として、さらに、反射偏光子４２１ｂ、ハーフミラー４２１ａを近赤外域において透過性とすることができる。反射偏光子４２１ｂ、ハーフミラー４２１ａの８５０ｎｍにおける単板透過率は、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、特に好ましくは９０％以上である。
この構成によれば、非可視光画素２ｅから眼球４２９に照射される近赤外光８ａ、および、眼球４２９で反射され受光部４に向けて入射する入射光８ｂは、パンケーキレンズ４２１の反射の作用を受けないため、パンケーキレンズの開口およびアイボックス等の制約を受けることなく、アイトラッキングシステムの光学設計の自由度をより高めることができる。このような利点は、大きな眼球運動および／または瞳孔の細かな動きも検知できる点で、本発明のセンサー付き画像表示には特に好ましい。
この構成によれば、非可視光画素２ｅから眼球４２９に照射される近赤外光８ａ、および、眼球４２９で反射され受光部４に向けて入射する入射光８ｂは、パンケーキレンズ４２１の反射の作用を受けないため、パンケーキレンズの開口およびアイボックス等の制約を受けることなく、アイトラッキングシステムの光学設計の自由度をより高めることができる。このような利点は、大きな眼球運動および／または瞳孔の細かな動きも検知できる点で、本発明のセンサー付き画像表示には特に好ましい。
【0220】
パンケーキレンズに含まれるハーフミラー、反射偏光子、１／４波長板については、第１の実施様態で例示したものを同様に用いることができる。反射偏光子としてコレステリックミラーを用いたパンケーキレンズであることが、近赤外光束への偏光状態への影響が小さいため、より好ましい。
【0221】
画像表示装置４２３には、その出光面６と非可視光画素２ｅとの間に近赤外偏光子４２４を設ける。その理由および利得、好ましい構成については図４１における説明と同様である。
【0222】
画像表示装置４２３とパンケーキレンズ４２１との間には、パンケーキレンズ４２１に含まれる各光学要素が近赤外域に有する位相差および偏光状態へ影響を及ぼす因子によって近赤外光８ａおよび入射光８ｂに及ぼされる光学的影響、特に偏光状態の変化を打ち消し、望ましい偏光状態で眼球への照射あるいは受光部４での検出を可能にすることを目的に、さらに第二の位相差板を設けても良い。
【0223】
本発明の第３の実施形態の画像表示装置の好ましい一態様を図４３に示す。図４３に示す画像表示装置は、画像表示装置４３１に含まれる画像表示パネル４３２の非可視光画素２ｅから出射される近赤外光８ａを使用者の顔面に照射し、反射して得られた入射光８ｂを受光部４で検知する顔認証システムないしは表情認識システムを備える画像表示装置４３１である。
観察者は、複数の可視光画素２ａ～２ｃから形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述の顔認証システムないしは表情認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、使用者個人の認識、検知された表情および／または顔面の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
観察者は、複数の可視光画素２ａ～２ｃから形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述の顔認証システムないしは表情認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、使用者個人の認識、検知された表情および／または顔面の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
【0224】
従来の表情センシングないしは顔認証システムは、モバイルディスプレイの辺縁部に備えられた撮像素子および光源を用いるものであった。しかし、昨今ではモバイルディスプレイは表示面全てを画像表示領域とし、いわゆる額縁部を最小限に抑えた画像表示パネルが意匠上求められており、撮像素子および光源を設けるスペースが極めて小さいか、全く無い場合がある。
一方で、使用者にとって高いサービスを提供するために、モバイルディスプレイで使用者の個人認証、健康状態、心理状態などを直接センシングし、表示する画像および音声で適切なサービスを提供する試みがなされている。使用者の個人認証、健康状態、心理状態のセンシングは多くの情報取得を必要とし、またその検出精度は高いものでなければならない。
しかし、本発明の画像表示装置により、複数の発光部と受光部とを表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、発光部と受光部とを必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
一方で、使用者にとって高いサービスを提供するために、モバイルディスプレイで使用者の個人認証、健康状態、心理状態などを直接センシングし、表示する画像および音声で適切なサービスを提供する試みがなされている。使用者の個人認証、健康状態、心理状態のセンシングは多くの情報取得を必要とし、またその検出精度は高いものでなければならない。
しかし、本発明の画像表示装置により、複数の発光部と受光部とを表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、発光部と受光部とを必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
【0225】
画像表示装置４３１に含まれる画像表示パネルとしては、図３９に例示したＯＬＥＤ表示パネル、および、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤパネル、ミニＬＥＤパネル等の発光パネル、液晶セルを用いたディスプレイデバイスなどが例示される。
上述したように、これらの画像表示パネルは、画像を形成するため、または、画質を向上させることを目的として偏光子を含むことができる。
上述したように、これらの画像表示パネルは、画像を形成するため、または、画質を向上させることを目的として偏光子を含むことができる。
【0226】
画像表示パネルとして、ＯＬＥＤ表示パネルおよびその表面に外光反射低減のための円偏光板を設けた構成について、近赤外光と可視光のノイズをそれぞれ低減するための構成を、図４４に示す概念図を用いて説明する。
【0227】
図４４は、図４３の画像表示装置をより詳細に表したものである。画像表示装置４４０は出光面６から基板１に向かって、近赤外域で１／４波長板特性を示す位相差板４４４、位相差板４４４の遅相軸に対してその透過軸が４５°または１３５°である近赤外偏光子４４５、可視光偏光子４４１、可視光偏光子４４１の透過軸に対して４５°または１３５°に遅相軸を有する１／４波長板である位相差板４４２、および、可視光画素（図示しない）と非可視光画素２ｅと受光部４とを含む基板１をこの順に含んでいる。
【0228】
非可視光画素２ｅから出射した近赤外光８ａは、近赤外偏光子４４５によって偏光化されて出光面６から出射し、測定対象へと照射され、受光部４にて検知される。上述したように、偏光を照射することで検出精度を向上させ、取得情報量を増加させることができる。図示しない別の非可視光画素からの光を同じ偏光、あるいは、異なる偏光にすることによりさらに検出精度と取得情報量の改善を図ることができる。近赤外偏光子は、面内で均一な透過軸方向を有するものであってもよいし、互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子であってもよい。
【0229】
出光面６からは外部からの近赤外光ノイズ８ｃが入射するが、近赤外光ノイズ８ｃは無偏光であるか、検出を意図した入射光８ｂとは異なる偏光状態であるため、近赤外偏光子４４５でその大部分が吸収されて受光部４まで到達しない。また、出光面６から出射せず、出光面６で反射する光束８ｈは、出光面６で反射される際に、位相差板４４４で変換された円偏光とは逆の円偏光となり、再度、位相差板４４４に入射して近赤外偏光子４４５の透過軸とは直交する直線偏光となるので、こちらも受光部４には到達しない。こうしてノイズを除去し、検出精度を確保することができる。
【0230】
可視光画素から出射した可視光（図示せず）、および、外光４４６に対する可視光偏光子４４１と１／４波長板である位相差板４４２の作用は、ＯＬＥＤパネルの内部反射防止機構として知られたものであり、表示コントラストが向上する効果を有する。
可視光偏光子４４１と１／４波長板である位相差板４４２が近赤外透過性であり、かつ、近赤外偏光子９ｂが可視光透過性であれば、この配置において可視光と近赤外光はそれぞれ作用が干渉しあうことがなく、画像表示装置としての検出精度と取得情報量の向上、および、画像表示装置としてのコントラスト向上とを両立させることができる。
可視光偏光子４４１と１／４波長板である位相差板４４２が近赤外透過性であり、かつ、近赤外偏光子９ｂが可視光透過性であれば、この配置において可視光と近赤外光はそれぞれ作用が干渉しあうことがなく、画像表示装置としての検出精度と取得情報量の向上、および、画像表示装置としてのコントラスト向上とを両立させることができる。
【0231】
本発明の第３の実施形態の画像表示装置の別の好ましい一態様を図４５に示す。本発明の画像表示装置４５４は、測定対象４５１、４５２に近赤外光８ａを照射し、近赤外光８ａを測定対象４５１、４５２に反射させて得られた入射光８ｂを、受光部４で検出するＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備える画像表示装置である。使用者は、複数の画素２から形成される可視光の光束５で形成される画像を視聴しながら、上述のＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理され、表示される画像に取得情報がリアルタイムにマウントされた双方向コミュニケーション、測定対象に付与された不可視マーキング４５３を用いた様々なサービス提供が可能になる。
【0232】
上述した表情センシングないしは顔認証システムにおける課題と同様に、ＬＩＤＡＲシステムまたは物体認識システムを備えたディスプレイデバイスは、その辺縁部に備えられた撮像素子と光源とを用いるものであった。これらの光源は素子１つあたりの指向性が狭くまた出力に限りがあるため、認識に必要な取得情報量を得るために、複数の光源をそれぞれ異なる位置に設ける必要があり、サイズおよび重量上ならびに意匠上の課題があった。
しかし、本発明の画像表示装置により、複数の発光部（非可視光画素）および受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な出力を備えた発光部および受光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
しかし、本発明の画像表示装置により、複数の発光部（非可視光画素）および受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、必要な出力を備えた発光部および受光部を必要な数だけ設けることができ、十分な情報量を瞬時に取得できる。
【0233】
画像表示装置としてのコントラスト向上と、発光部からの近赤外光束の偏光方向を様々にパターニングすることによる検出精度と取得情報量の向上とを両立させるための具体的な構成は、図４４に示した構成と同様のものが利用できる。特に、構造化光を出光面６から出射して検出精度と取得情報量を向上させる点で、近赤外偏光子として互いに異なる透過軸を有する領域がパターン状に分布したパターン偏光子を用いた構成とすることが好ましい。
【0234】
本発明の第３の実施形態の画像表示装置の一態様として、指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーなどの生体センシング機能を備えた画像表示装置の例を、図４６を用いて説明する。
【0235】
本発明の第３の実施形態の画像表示装置の好ましい一態様を図４６に示す。本発明の第３の実施形態の画像表示装置４６１は、使用者の手、指、手のひら、皮膚など体の一部に近赤外光８ａを照射可能な非可視光画素２ｅ、受光部４、可視光画素２ａ～２ｃを含み、非可視光画素２ｅからの近赤外光８ａを使用者の体の一部に透過または反射させて得られた入射光８ｂを、近赤外偏光子４ｂを経て受光部４で検出する指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーを備える画像表示装置である。
観察者は、体の一部を画像表示装置に接触させるか近接させるかによって指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、検知された血流状態および／または皮膚の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
観察者は、体の一部を画像表示装置に接触させるか近接させるかによって指紋センサー、静脈認証システム、血流センサーを利用することができ、得られた情報は図示しない演算回路で処理されて、デバイスあるいはサービスのセキュリティロックの解除、検知された血流状態および／または皮膚の状態に応じたサービスの提供あるいはデバイスの能動的制御に用いることができる。
【0236】
従来の生体センシング機能を有する画像表示装置は、装置の辺縁部に備えられた専用の検知素子を用いるものであった。しかし、測定対象が手、指、手のひら、または皮膚など一定以上の面積を必要とする体の一部分であることから、検知素子が必要とするスペースは大きなものとならざるを得ず、デバイス設計上、重量、スペースあるいは意匠上の課題が不可避であった。また、指紋認証は、セキュリティレベルをより高めることを目的に、複数の指を同時に認証するようなシステムが提案されているが、指紋認証のための専用の検知素子を複数個所に設けることは重量、スペースあるいは意匠上の課題が不可避である。
しかし、本発明の画像表示装置により、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、体の一部と対向または接触させるのに十分な面積を確保することができる。また。複数の接触部位を表示画面上の任意の部位に設けることが可能になる。
しかし、本発明の画像表示装置により、複数の受光部を表示画面と一体化して設けることができるので、サイズおよび意匠上の問題を引き起こすことなく、体の一部と対向または接触させるのに十分な面積を確保することができる。また。複数の接触部位を表示画面上の任意の部位に設けることが可能になる。
【0237】
画像表示装置４６１には、非可視光画素２ｅから放出された光を偏光にするための近赤外偏光子４６２を設けることができる。近赤外偏光子４６２を設けることにより、迷光によるノイズを低減し、検出精度を向上する効果が得られる。また、近赤外偏光子４６２を、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含んだパターン偏光子とすることで、複数の偏光を測定対象に照射することが可能になり、取得情報量を向上させることができる。
【0238】
以上、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態で述べてきた種々の例は、好ましい一態様としての例示である。また、各々の実施形態で例示した好ましい実施の態様を組み合わせることも可能である。
【0239】
［パターン偏光子］
上述した画像表示装置、およびそれを備えた画像表示システム、ヘッドマウントディスプレイの検出精度と取得情報量を向上させるために、パターン偏光子を適用することが好ましい。よって、本発明の別の実施形態は、近赤外域の光に対して偏光選択性を有する領域を少なくとも含み、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含む、パターン偏光子である。
上述した画像表示装置、およびそれを備えた画像表示システム、ヘッドマウントディスプレイの検出精度と取得情報量を向上させるために、パターン偏光子を適用することが好ましい。よって、本発明の別の実施形態は、近赤外域の光に対して偏光選択性を有する領域を少なくとも含み、偏光選択性が異なる複数の領域をパターン状に含む、パターン偏光子である。
【0240】
このようなパターン偏光子としては、一例として、偏光選択性の層を有し、その面内に、第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第一の偏光選択性を有する領域に囲まれるように設けられた、偏光選択性を有しない第二領域とを含むパターン偏光子であるか、または、別の一例として、偏光選択性の層を有し、その面内に、少なくとも第一の偏光選択性を有する第一領域と、該第二の偏光選択性を有する第二領域とを含むパターン偏光子のいずれか１つから選ばれる構造を有することが好ましい。
【0241】
偏光選択性の層としては、例えば、近赤外域に吸収を有する二色性染料をポリビニルアルコール系樹脂フィルムに吸着配向させたもの、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したもの、ヨウ素系偏光板をポリエン化したもの、ワイヤーグリットを応用したもの、コレステリック液晶あるいは誘電体多層膜を用いた反射型のもの、メタサーフェスなどの表面微細構造を利用したものなどが挙げられる。薄膜で生産性に優れ、パターニングの精度が良い点で、近赤外域に吸収を有する二色性染料を液晶性組成物中に溶解または分散して配向状態を形成し固定したものが好ましい。
【0242】
偏光選択性の層について、偏光選択性を有する領域における波長８５０ｎｍにおける単板透過率は、５０％未満であるものが好ましく、４７％未満であることがより好ましい。また同様に、波長９５０ｎｍおける単板透過率が５５％未満であることが好ましく、５０％未満であることがより好ましく、４７％未満であることがより好ましい。
また、偏光度について測定可能な場合、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
また、偏光度について測定可能な場合、Ｐ（８５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。また、Ｐ（９５０）は０．８０以上であることが好ましく、０．８５以上であることがより好ましく、０．９０以上であることがさらに好ましく、０．９５以上であることが特に好ましい。Ｐ（８５０）およびＰ（９５０）の上限は理論上１．００であるが、実用上は１．００未満の範囲である。
【0243】
［液晶性組成物］
液晶性組成物としては、重合性液晶化合物を含み、重合性液晶化合物を配向状態にすることができ、かつ、加熱、冷却または重合反応によってその配向を固定できるものであれば制限なく用いることができる。本発明における具体的な一例としては、重合性液晶化合物と、近赤外域に吸収を有する二色性染料とを含み、必要に応じてその他の成分を含みうる。
液晶性組成物としては、重合性液晶化合物を含み、重合性液晶化合物を配向状態にすることができ、かつ、加熱、冷却または重合反応によってその配向を固定できるものであれば制限なく用いることができる。本発明における具体的な一例としては、重合性液晶化合物と、近赤外域に吸収を有する二色性染料とを含み、必要に応じてその他の成分を含みうる。
【0244】
［重合性液晶化合物］
液晶性組成物が含有する重合性液晶化合物としては、高分子重合性液晶化合物および低分子重合性液晶化合物のいずれも用いることができ、配向度を高くできる理由から、高分子重合性液晶化合物を用いることが好ましい。
ここで、「高分子重合性液晶化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有する重合性液晶化合物のことをいう。
また、「低分子重合性液晶化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有さない重合性液晶化合物のことをいう。
また、重合性液晶化合物として、高分子重合性液晶化合物および低分子重合性液晶化合物を併用してもよい。
低分子重合性液晶化合物としては、例えば国際公開第２０１９／２３５３５５号の［００４２］～［００５３］段落の記載を参考にできる。
液晶性組成物が含有する重合性液晶化合物としては、高分子重合性液晶化合物および低分子重合性液晶化合物のいずれも用いることができ、配向度を高くできる理由から、高分子重合性液晶化合物を用いることが好ましい。
ここで、「高分子重合性液晶化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有する重合性液晶化合物のことをいう。
また、「低分子重合性液晶化合物」とは、化学構造中に繰り返し単位を有さない重合性液晶化合物のことをいう。
また、重合性液晶化合物として、高分子重合性液晶化合物および低分子重合性液晶化合物を併用してもよい。
低分子重合性液晶化合物としては、例えば国際公開第２０１９／２３５３５５号の［００４２］～［００５３］段落の記載を参考にできる。
【0245】
［二色性色素化合物］
本発明のパターニング偏光子に用いる、近赤外域に吸収を有する二色性色素化合物は、特に限定されず、可視光吸収物質（二色性色素）、発光物質（蛍光物質、燐光物質）、紫外線吸収物質、赤外線吸収物質、非線形光学物質、カーボンナノチューブ、無機物質（例えば量子ロッド）、などが挙げられ、従来公知の二色性色素化合物（二色性色素）を使用することができる。
本発明のパターニング偏光子に用いる、近赤外域に吸収を有する二色性色素化合物は、特に限定されず、可視光吸収物質（二色性色素）、発光物質（蛍光物質、燐光物質）、紫外線吸収物質、赤外線吸収物質、非線形光学物質、カーボンナノチューブ、無機物質（例えば量子ロッド）、などが挙げられ、従来公知の二色性色素化合物（二色性色素）を使用することができる。
【0246】
［その他の成分］
その他の成分として、溶媒、レベリング剤、重合開始剤、および、その他の添加剤を含むことができる。
溶媒としては液晶性化合物と二色性色素を溶解可能なものであればよく、また、製造適性の点では沸点が４０～１５０℃の範囲のものが好ましく用いられる。具体的には、ケトン類（特にシクロペンタノン、シクロヘキサノン）、エーテル類（特にテトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロピラン、ジオキソラン）、および、アミド類（特に、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドン）が好ましい。
その他の成分として、溶媒、レベリング剤、重合開始剤、および、その他の添加剤を含むことができる。
溶媒としては液晶性化合物と二色性色素を溶解可能なものであればよく、また、製造適性の点では沸点が４０～１５０℃の範囲のものが好ましく用いられる。具体的には、ケトン類（特にシクロペンタノン、シクロヘキサノン）、エーテル類（特にテトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロピラン、ジオキソラン）、および、アミド類（特に、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドン）が好ましい。
【0247】
重合開始剤としては特に制限はないが、感光性を有する化合物、すなわち光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤としては、各種の化合物を特に制限なく使用できる。光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、同２３６７６７０号の各明細書）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号および同２９５１７５８号の各明細書）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報および米国特許第４２３９８５０号明細書）、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書）、ｏ－アシルオキシム化合物（特開２０１６－２７３８４明細書［００６５］）、および、アシルフォスフィンオキシド化合物（特公昭６３－４０７９９号公報、特公平５－２９２３４号公報、特開平１０－９５７８８号公報および特開平１０－２９９９７号公報）などが挙げられる。
このような光重合開始剤としては、市販品も用いることができ、ＢＡＳＦ社製のイルガキュア－１８４、イルガキュア－９０７、イルガキュア－３６９、イルガキュア－６５１、イルガキュア－８１９、イルガキュア－ＯＸＥ－０１およびイルガキュア－ＯＸＥ－０２等が挙げられる。
光重合開始剤としては、各種の化合物を特に制限なく使用できる。光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、同２３６７６７０号の各明細書）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号および同２９５１７５８号の各明細書）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報および米国特許第４２３９８５０号明細書）、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書）、ｏ－アシルオキシム化合物（特開２０１６－２７３８４明細書［００６５］）、および、アシルフォスフィンオキシド化合物（特公昭６３－４０７９９号公報、特公平５－２９２３４号公報、特開平１０－９５７８８号公報および特開平１０－２９９９７号公報）などが挙げられる。
このような光重合開始剤としては、市販品も用いることができ、ＢＡＳＦ社製のイルガキュア－１８４、イルガキュア－９０７、イルガキュア－３６９、イルガキュア－６５１、イルガキュア－８１９、イルガキュア－ＯＸＥ－０１およびイルガキュア－ＯＸＥ－０２等が挙げられる。
【0248】
液晶性組成物は、界面活性剤を含むことが好ましい。
界面活性剤を含むことにより、塗布表面の平滑性が向上し、配向度が更に向上したりハジキおよびムラを抑制して、面内の均一性が向上したりする効果が見込まれる。
界面活性剤としては、二色性色素化合物と液晶性化合物を塗布表面側で水平にさせるものを使用してもよく、垂直にさせるものを使用してもよい。例えば、国際公開第２０１６／００９６４８号の［０１５５］～［０１７０］段落に記載されている化合物、特開２０１１－２３７５１３号公報の［０２５３］～［０２９３］段落に記載の化合物（水平配向剤）や、国際公開第２０１９／２３５３５５号の［００７１］～［００９７］段落に記載の化合物（垂直配向剤）を用いることができる。
界面活性剤を含むことにより、塗布表面の平滑性が向上し、配向度が更に向上したりハジキおよびムラを抑制して、面内の均一性が向上したりする効果が見込まれる。
界面活性剤としては、二色性色素化合物と液晶性化合物を塗布表面側で水平にさせるものを使用してもよく、垂直にさせるものを使用してもよい。例えば、国際公開第２０１６／００９６４８号の［０１５５］～［０１７０］段落に記載されている化合物、特開２０１１－２３７５１３号公報の［０２５３］～［０２９３］段落に記載の化合物（水平配向剤）や、国際公開第２０１９／２３５３５５号の［００７１］～［００９７］段落に記載の化合物（垂直配向剤）を用いることができる。
【0249】
偏光選択性の層の厚さには制限はなく、必要な偏光特性を得られる厚さを、形成材料等に応じて、適宜、設定すればよい。
偏光選択性の層の厚さとして具体的には、０．１μｍ～５μｍが好ましく、０．３μｍ～２．５μｍがより好ましい。なお、後述するように、偏光選択性の層が段差（厚さ分布）を有する場合には、上述した厚さは、最も厚い場所における厚さである。
偏光選択性の層の厚さとして具体的には、０．１μｍ～５μｍが好ましく、０．３μｍ～２．５μｍがより好ましい。なお、後述するように、偏光選択性の層が段差（厚さ分布）を有する場合には、上述した厚さは、最も厚い場所における厚さである。
【0250】
［偏光選択性の層の形成方法］
上述した液晶組成物を用いた偏光選択性の層の形成方法には制限はなく、組成物を用いた公知の各種の成膜方法が利用可能である。
偏光選択性の層の形成方法としては、一例として、上述した液晶組成物を支持体上に塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜に含まれる液晶性化合物を配向させる工程と、をこの順に含む方法が挙げられる。
なお、液晶性化合物とは、上述した液晶性化合物だけでなく、上述した二色性色素化合物が液晶性を有している場合には、液晶性を有する二色性色素化合物も含む成分である。
上述した液晶組成物を用いた偏光選択性の層の形成方法には制限はなく、組成物を用いた公知の各種の成膜方法が利用可能である。
偏光選択性の層の形成方法としては、一例として、上述した液晶組成物を支持体上に塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜に含まれる液晶性化合物を配向させる工程と、をこの順に含む方法が挙げられる。
なお、液晶性化合物とは、上述した液晶性化合物だけでなく、上述した二色性色素化合物が液晶性を有している場合には、液晶性を有する二色性色素化合物も含む成分である。
【0251】
上述した、偏光選択性が異なる複数の領域を設ける方法としては、層の形成時に予め配向を制御する等の方法によって層中に形成することができる。また、層を形成する際には均一な配向としておき、層が形成された後、剥離や除去などの方法で形成してもよい。
【0252】
一例として、支持体として配向膜を有するものを用い、配向膜の配向規制力が異なる領域を複数パターン状に設けることで偏光選択性が異なる複数の領域を設けることができる。また、液晶性組成物中に光反応性の添加剤を添加しておき、配向状態を形成する際に偏光照射等によって配向を誘起して、領域ごとに異なる偏光選択性を発揮するように配向処理を行っても良い。
また別の一例として、支持体として配向膜を有するものを用い、配向膜の一部を予め除去ないしは変性させておくことにより領域ごとの剥離力に差を設けて、偏光選択性の層を剥離転写する際に、その一部の領域が偏光選択性の層から除去されるようにしても良い。
また別の一例として、支持体として配向膜を有するものを用い、配向膜の一部を予め除去ないしは変性させておくことにより領域ごとの剥離力に差を設けて、偏光選択性の層を剥離転写する際に、その一部の領域が偏光選択性の層から除去されるようにしても良い。
【0253】
上述した支持体、例えば、ポリカーボネート系ポリマー；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー；ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー；ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等のポリオレフィン系ポリマー；塩化ビニル系ポリマー；ナイロン、芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー；イミド系ポリマー；スルホン系ポリマー；ポリエーテルスルホン系ポリマー；ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー；ポリフェニレンスルフィド系ポリマー；塩化ビニリデン系ポリマー；ビニルアルコール系ポリマー；ビニルブチラール系ポリマー；アリレート系ポリマー；ポリオキシメチレン系ポリマー；エポキシ系ポリマー；などが挙げられる。
【0254】
上述した配向膜としては、例えば、光配向層、ラビング処理配向層等が挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、光配向層が好ましい。光配向層の例としては、国際公開２０２０／１７９８６４号公報の［００１８］～［００７８］段落に記載した例を用いることができる。
【0255】
上述したパターン偏光子は、本発明の画像表示装置に組み入れることによりその検出精度と取得情報量を向上させることができ、また、複数の偏光子を統合した機能を有するため、サイズ、重量、および意匠上の課題を解消できる。本発明のパターン偏光子を用いた画像表示装置、およびそれを含む画像表示システムおよびヘッドマウントディスプレイの説明は、本発明の好ましい実施様態として示した第一の実施形態、第二の実施形態、第三の実施形態の各項にて説明された通りである。
【符号の説明】
【0256】
１、１ａ、７、３９２ 基板
１ｂ カラーフィルタ基板
２ 画素
２ａ～２ｄ 画素（可視光画素）
２ｅ 非可視光画素
３、１２１、２６１、３２２、３９１、４３２、４７２ 画像表示パネル（発光パネル）
４ 受光部
４ｂ、９ｂ、１２２、４０２、４１４、４２４、４４５、４６２、４８４、４８５ 近赤外偏光子
４ｅ 撮像素子
５ 光束（可視光束）
５ｄ 可視光束
６ 出光面（光出射面）
８ 非可視光（近赤外光束）
８ａ、８ｅ 近赤外光
８ｂ 入射光（検出光束）
８ｃ 近赤外光ノイズ
８ｄ 近赤外光束
８ｆ、８ｇ 直線偏光
８ｈ 光束
９、９ｅ 光源（近赤外光源、発光部）
１０、２０、３０、７０、９１、１１１、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１３１、１５０、１６０、１７０、２８１、３０１、３２１、３３０、３５１、３６０、３７０、３８０、４０１、４１１、４２３、４３１、４４０、４５１、４６１ 画像表示装置（ディスプレイデバイス）
４０、６０、３９０ ＯＥＬＤディスプレイデバイス
４１ ＯＬＥＤ部
４１ａ 有機発光層
４１ｂ 上部電極
４１ｃ、２６２ａ、２６４ａ 下部電極
４２ 駆動部
４２ａ、４２ｂ トランジスタアレイ
４３ センサー部
４７ 層間絶縁膜
４８ 中間層
４９、２６７、２８３、３９３ カバープレート
７１ 液晶層
７２ カラーフィルター層
７３ 表面
７４ 導光部
７４ａ 側面
７９ バックライトユニット
９０、１００、１１０、１３０、３００、３１０、４１０ ヘッドマウントディスプレイ
９２、３０２、４１２ 接眼レンズ
９９、３０９、４１９、４２９、４７９、４８９、４９０ 眼球
１０１、３１１、４２１ パンケーキレンズ
１０１ａ、１１２、１２６、１３２、３１１ａ、４２１ａ ハーフミラー
１０１ｂ、３１１ｂ、４２１ｂ 反射偏光子
１１３ １／４波長板
１１４ 反射型直線偏光子
１１５ 偏光子
１２３ 第二の位相差板
１２４、１５１、１６１、３３１、３４１、４４１ 可視光偏光子
１２５ 第一の位相差板
１２７、１７１、３４９ パターン偏光子
１２７ａ、１７１ａ 近赤外偏光子領域
１２７ｂ、１７１ｂ 可視光直線偏光子領域
１３３ 円偏光板
１３４ 円偏光選択性反射偏光子
１１９、１３９ 眼
１４０、１８０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２８０、２９０、３２０、３５０、４７１、４８１ 画像表示システム
１５２、１６２、１７２、３３２、３４２、４４２、４４４ 位相差板
１５５、４４６ 外光
１６５ 外部可視光
１７１ｃ 可視光透過部
１８１、１８２、２１３、３５２、３５３、４５１、４５２ 測定対象
１８３、１９３、３５４、４５３ 不可視マーキング
１９１ 第一の測定対象
１９２ 第二の測定対象
１９４ 遮蔽領域
２１１ 導光板
２１２ 回折機能層
２１４ 指
２６２ｂ 可視ＥＬ発光層
２６２ｃ、２６４ｃ 透明電極
２６２ｄ、２６４ｄ 透明電極層
２６３ａ、２６３ｄ トランジスタ層
２６４ｂ 近赤外ＥＬ発光層
２６５ 絶縁層
２６６ａ、２６６ｄ 着色層
２６８ ピクセルユニット
２８２ ＯＥＬＤデバイス⇒ＯＬＥＤパネル
２８４ 第二の基板
２８５ 回路層
２８８ スペーサー
３４９ｂ、３４９ｅ、３４９ｆ 領域
４７３、４８３ 導光要素
４９１ 角膜
４９２ 瞳孔
４９３ 虹彩
１ｂ カラーフィルタ基板
２ 画素
２ａ～２ｄ 画素（可視光画素）
２ｅ 非可視光画素
３、１２１、２６１、３２２、３９１、４３２、４７２ 画像表示パネル（発光パネル）
４ 受光部
４ｂ、９ｂ、１２２、４０２、４１４、４２４、４４５、４６２、４８４、４８５ 近赤外偏光子
４ｅ 撮像素子
５ 光束（可視光束）
５ｄ 可視光束
６ 出光面（光出射面）
８ 非可視光（近赤外光束）
８ａ、８ｅ 近赤外光
８ｂ 入射光（検出光束）
８ｃ 近赤外光ノイズ
８ｄ 近赤外光束
８ｆ、８ｇ 直線偏光
８ｈ 光束
９、９ｅ 光源（近赤外光源、発光部）
１０、２０、３０、７０、９１、１１１、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１３１、１５０、１６０、１７０、２８１、３０１、３２１、３３０、３５１、３６０、３７０、３８０、４０１、４１１、４２３、４３１、４４０、４５１、４６１ 画像表示装置（ディスプレイデバイス）
４０、６０、３９０ ＯＥＬＤディスプレイデバイス
４１ ＯＬＥＤ部
４１ａ 有機発光層
４１ｂ 上部電極
４１ｃ、２６２ａ、２６４ａ 下部電極
４２ 駆動部
４２ａ、４２ｂ トランジスタアレイ
４３ センサー部
４７ 層間絶縁膜
４８ 中間層
４９、２６７、２８３、３９３ カバープレート
７１ 液晶層
７２ カラーフィルター層
７３ 表面
７４ 導光部
７４ａ 側面
７９ バックライトユニット
９０、１００、１１０、１３０、３００、３１０、４１０ ヘッドマウントディスプレイ
９２、３０２、４１２ 接眼レンズ
９９、３０９、４１９、４２９、４７９、４８９、４９０ 眼球
１０１、３１１、４２１ パンケーキレンズ
１０１ａ、１１２、１２６、１３２、３１１ａ、４２１ａ ハーフミラー
１０１ｂ、３１１ｂ、４２１ｂ 反射偏光子
１１３ １／４波長板
１１４ 反射型直線偏光子
１１５ 偏光子
１２３ 第二の位相差板
１２４、１５１、１６１、３３１、３４１、４４１ 可視光偏光子
１２５ 第一の位相差板
１２７、１７１、３４９ パターン偏光子
１２７ａ、１７１ａ 近赤外偏光子領域
１２７ｂ、１７１ｂ 可視光直線偏光子領域
１３３ 円偏光板
１３４ 円偏光選択性反射偏光子
１１９、１３９ 眼
１４０、１８０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２８０、２９０、３２０、３５０、４７１、４８１ 画像表示システム
１５２、１６２、１７２、３３２、３４２、４４２、４４４ 位相差板
１５５、４４６ 外光
１６５ 外部可視光
１７１ｃ 可視光透過部
１８１、１８２、２１３、３５２、３５３、４５１、４５２ 測定対象
１８３、１９３、３５４、４５３ 不可視マーキング
１９１ 第一の測定対象
１９２ 第二の測定対象
１９４ 遮蔽領域
２１１ 導光板
２１２ 回折機能層
２１４ 指
２６２ｂ 可視ＥＬ発光層
２６２ｃ、２６４ｃ 透明電極
２６２ｄ、２６４ｄ 透明電極層
２６３ａ、２６３ｄ トランジスタ層
２６４ｂ 近赤外ＥＬ発光層
２６５ 絶縁層
２６６ａ、２６６ｄ 着色層
２６８ ピクセルユニット
２８２ ＯＥＬＤデバイス⇒ＯＬＥＤパネル
２８４ 第二の基板
２８５ 回路層
２８８ スペーサー
３４９ｂ、３４９ｅ、３４９ｆ 領域
４７３、４８３ 導光要素
４９１ 角膜
４９２ 瞳孔
４９３ 虹彩
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12a】
【図12b】
【図12c】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
