特開 2022-30006 ヘッドマウントディスプレイ

(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】P2022030006

(43)【公開日】2022-02-18

(54)【発明の名称】ヘッドマウントディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20220210BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20220210BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020133680

(22)【出願日】2020-08-06

(71)【出願人】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】日本電産コパル株式会社

(72)【発明者】

【氏名】鶴岡 恭生

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199CA04

2H199CA12

2H199CA13

2H199CA42

2H199CA70

2H199CA71

2H199CA82

2H199CA86

(57)【要約】

【課題】ヘッドマウントディスプレイの表示と外界視野とを同時に観察可能であり、かつ、モアレの発生を抑えたヘッドマウントディスプレイを実現する。
【解決手段】画像を表示する画像表示素子と、画像を使用者の眼球に導く接眼光学系と、接眼光学系と外界との間に設けられたシャッター機構と、を有し、シャッター機構は、正面視において、接眼光学系に表示される画像を構成する画素が並ぶ第１方向に対して所定の角度で延在する縞状の遮光パターンを備えたフィルムを複数重ねた構造を有し、複数のフィルムのうち、一部のフィルムを、他のフィルムに対して差動させることで、外界視野の透過および遮蔽の切り替えを行う、ヘッドマウントディスプレイを提供する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を表示する画像表示素子と、
前記画像を使用者の眼球に導く接眼光学系と、
前記接眼光学系と外界との間に設けられたシャッター機構と、
を有し、
前記シャッター機構は、正面視において、前記接眼光学系に表示される画像を構成する画素が並ぶ第１方向に対して所定の角度で延在する縞状の遮光パターンを備えたフィルムを複数重ねた構造を有し、
複数の前記フィルムのうち、一部の前記フィルムを、他の前記フィルムに対して差動させることで、外界視野の透過および遮蔽の切り替えを行う、ヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記遮光パターンの少なくとも一部は、自己温度制御機能を有している、ヘッドマウントディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関し、特に、表示画像と外界視野とを同時に観察可能なヘッドマウントディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、没入感を得るため、光学素子と画像表示装置を設けた装置群を使用者の顔面に隙間なく半密閉状態で装着する。これにより、外光の侵入を抑え、使用者は、映画館のごとく画像に集中し、没入感を得る。

【0003】

特許文献１（特開平７－３６０１０号公報）には、透光部を有する複数のシャッター板部材を重合して用い、シャッター板部材同士を相互に差動させることで、シャッター開放（透光）状態とシャッター閉止（遮光）状態とを制御し、これにより、効果的なシースルー機能を付与した頭部または顔面装着型ディスプレイ装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－３６０１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、外部環境を視野に収めながら、テレビを視聴するように表示画像を見る場合、または、外界視野の補助画像として、表示画像を見る場合などがある。これらの場合、外光遮光を行う機能がないと、表示画像の視認が外光に阻害されることがある。

【0006】

そこで、ヘッドマウントディスプレイ内に所定の遮光パターンを備えたシャッターを設け、外光を遮蔽することが考えられる。しかし、当該遮光パターンと表示画像を構成する画素の並びとが干渉してモアレが生じ、使用者が不快に感じる場合がある。

【0007】

本発明の目的は、ヘッドマウントディスプレイの表示と外界視野とを同時に観察可能であり、かつ、モアレの発生を抑えたヘッドマウントディスプレイを実現することにある。

【0008】

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0010】

一実施の形態であるヘッドマウントディスプレイは、画像を表示する画像表示素子と、前記画像を使用者の眼球に導く接眼光学系と、前記接眼光学系と外界との間に設けられたシャッター機構と、を有し、前記シャッター機構は、正面視において、前記接眼光学系に表示される画像を構成する画素が並ぶ第１方向に対して所定の角度で延在する縞状の遮光パターンを備えたフィルムを複数重ねた構造を有し、複数の前記フィルムのうち、一部の前記フィルムを、他の前記フィルムに対して差動させることで、外界視野の透過および遮蔽の切り替えを行うものである。

【発明の効果】

【0011】

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

【0012】

本発明によれば、ヘッドマウントディスプレイの表示と外界視野とを同時に観察可能であり、かつ、モアレの発生を抑えたヘッドマウントディスプレイを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１であるヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

【図2】実施の形態１であるヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

【図3】実施の形態１であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図4】実施の形態１であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図5】実施の形態１であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターを示す正面図である。

【図6】図５のＡ－Ａ線における断面図である。

【図7】実施の形態１の変形例１であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図8】実施の形態１の変形例１であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図9】実施の形態１の変形例２であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図10】実施の形態１の変形例２であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図11】実施の形態１の変形例３であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図12】実施の形態１の変形例３であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図13】実施の形態１の変形例３であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターの動作を説明する概略図である。

【図14】実施の形態２であるヘッドマウントディスプレイに内蔵されたシャッターを示す正面図である。

【図15】図５のＢ－Ｂ線における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かりやすくするために、平面図または斜視図などであってもハッチングを付す場合がある。さらに、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かりやすくするために、断面図においてハッチングを省略する場合がある。
（実施の形態１）

【0015】

＜ヘッドマウントディスプレイの構成＞

【0016】

本実施の形態によるヘッドマウントディスプレイ（ヘッドビュア装置、ＨＭＤ：Head MountedDisplay）の構成について、図１～図６を用いて説明する。

【0017】

図１に示すように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、使用者（観察者）の頭部に装着して使用するものであり、例えば眼鏡状の構造を有している。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１は、額縁（フレーム）２を有し、額縁２の左右の両端のそれぞれには、使用者の耳に掛けるためのつるが接続されている。

【0018】

本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１を使用する際には、使用者は、ヘッドマウントディスプレイ１内に表示される画像のみならず、ヘッドマウントディスプレイ１の外界も視認することが可能である。すなわち、外部環境を視野に収めながら、テレビを視聴するように表示画像を見ること、または、外界視野（外部視野）の補助画像として、表示画像を見ることが可能である。このため、ヘッドマウントディスプレイ１には、正面から視認可能な位置において、額縁内に収められた２つのレンズが設けられている。ここでいうヘッドマウントディスプレイ１の正面とは、ヘッドマウントディスプレイ１の表面のうち、使用者がヘッドマウントディスプレイ１を装着した際に、使用者の瞳とは反対側に位置する面を指す。

【0019】

図１に示すヘッドマウントディスプレイ１は、装着時において使用者の耳および鼻筋により支持されるものであるが、図２に示すように、額縁２の中心の上部から弧を描いて延在する支持部材３を備えていてもよい。この場合、ヘッドマウントディスプレイ１を使用者が装着する際には、支持部材３を使用者の頭頂部により支持する。支持部材３内には、ヘッドマウントディスプレイ１の駆動用のバッテリーを内蔵できる。

【0020】

本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、上記レンズを介して使用者の目に入る外界視野の透過状態（遮蔽状態）を制御するものである。これにより、ヘッドマウントディスプレイ１内に表示される画像（以下、単に表示画像と呼ぶ）と外界視野との切り替え、および、表示画像と外界視野との同時観察時の強い外光による外光阻害の緩和が可能である。以下では、図３および図４を用いて、外界視野の透過状態（遮蔽状態）を制御するシャッターの動作について説明する。

【0021】

図３に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１に内蔵されたシャッターは、少なくとも２枚以上の複数のフィルム（シャッター板部材）４を互いに重ね合わせ、フィルム４同士の相対位置で遮光と透過とを得る構造を有している。ここでいう遮光とは、使用者が外界視野を完全に視認できなくなる全遮光と、減光された外界視野を視認することができる部分遮光との両方を含む。各フィルム４は、透光性フィルム８上に複数設けられた黒色の遮光パターン７を有している。遮光パターン７は透光性フィルム８の表面に沿う方向に延在しており、遮光パターン７は透光性フィルム８上において、遮光パターン７の短手方向に複数並んで配置されている。すなわち、複数の遮光パターン７は透光性フィルム８上において縞状パターンを構成している。１つのフィルム４において、遮光パターン７は光を遮蔽するが、隣り合う遮光パターン７同士の間の領域（透過領域）は、光（外界視野の光、外光）を透過する。

【0022】

ここでは、フィルム４が２枚である場合について説明する。図３に示すように、各フィルム４の厚さ方向において一方のフィルム４の透過領域に他方のフィルム４の透過領域が重なることにより、外光はシャッターを透過し、使用者は外界視野を視認することができる。これに対し、図４に示すように、一方のフィルム４に対して他方のフィルム４が差動することで、各フィルム４の厚さ方向において一方のフィルム４の透過領域に他方のフィルム４の遮光パターン７が重なることにより、外光の遮蔽が行われる。このとき、一方のフィルム４（図３および図４の上側に示されたフィルム）は遮光パターン７が設けられた表面に沿う方向において移動（スライド）可能であるが、他方のフィルム４（図３および図４の下側に示されたフィルム）はヘッドマウントディスプレイ１に固定されており動かない。

【0023】

このようなフィルム４の作動による遮光または透過への切り替えを、磁気的に行う。ここでは、使用者による磁石の回転により行う。すなわち、図３に示すように、移動可能なフィルム４には磁石５が固定されており、ヘッドマウントディスプレイ１内において、磁石５の一方の極（ここではＳ極）と隣り合う位置には、磁石６が額縁２に対して回転可能に支持されている。磁石５、６のそれぞれのＮ極とＳ極とが対向しているときには、当該フィルム４は磁石６側に引き寄せられ、磁石６側に比較的近い第１位置において停止する。これにより、２つのフィルム４の透過領域同士が重なることで、シャッターは透過状態となる。

【0024】

これに対し、図４に示すように、磁石６を１８０度回転させた結果、磁石５、６のそれぞれのＮ極同士またはＳ極同士が対向しているとき、移動可能なフィルム４には、磁石６と反対側に移動する斥力が働き、当該フィルム４は磁石６から比較的遠い第２位置に移動して停止する。これにより、移動可能なフィルム４とヘッドマウントディスプレイ１に固定されたフィルム４のそれぞれの透過領域と遮光パターン７とが重なることで、シャッターは遮光状態となる。なお、磁石の回転を、モーターにより行っても磁気的な遮光または透過への切り替えに差し支えない。

【0025】

ヘッドマウントディスプレイ１は、画像を表示する画像表示素子を内蔵しており、当該画像は、接眼光学系により使用者の眼球に導かれる。これら複数のフィルムを含むシャッターは、ヘッドマウントディスプレイ１内において、接眼光学系と外界との間に設けられている。接眼光学系とは、ヘッドマウントディスプレイ１の装着時に使用者の眼前に位置する、画像を表示するための光学系であり、具体的には、例えばプリズムの一端、またはミラー（例えばハーフミラー）などである。シャッターは表示画像ではなく外界視野を遮蔽するための機構であるから、接眼光学系よりも外界側（ヘッドマウントディスプレイ１の表面側）に位置する。遮光の切り替え（磁石６の回転）は、例えば使用者の操作により行われる。

【0026】

このように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１によれば、遮光パターン７を備えた複数のフィルム４を相互に差動させることで、表示画像と外界視野との切り替え、および、表示画像と外界視野との同時観察時の強い外光による外光阻害を緩和することができる。

【0027】

次に、フィルム４の具体的構造について、図５および図６を用いて説明する。図６に示す断面では、透光性フィルム８のハッチングを省略している。図５に示すように、１つのフィルム４は、正面視において、透過領域と遮光パターン７とが交互に並ぶ構造を有している。図６は、遮光パターン７の延在方向に沿う断面図であり、遮光パターン７を含んでいる。図６に示すように、遮光パターン７は、例えば透光性フィルム８上に印刷された黒色インクにより構成されている。本願でいう正面視とは、ヘッドマウントディスプレイ１の正面に対して垂直な方向から見ることを意味する。

【0028】

遮光パターン７は、例えば、墨のスクリーン印刷またはＵＶ（Ultra Violet）インクジェット印刷により形成されている。遮光パターン７の短手方向の幅は、５０～４００μｍである。スクリーン印刷では、２００μｍ以下の幅の遮光パターン７を印刷することが難しい場合があるため、スクリーン印刷とは異なる高精細印刷を行って遮光パターン７を印刷してもよい。

【0029】

また、隣り合う遮光パターン７同士の間隔は、５０～４００μｍとすることが考えられるが、シャッターによる遮光時に十分な遮光状態を得るためには、遮光パターン７の重合せ量を、遮光パターン７の幅の１０～５０％とすることが好ましい。このため、遮光パターン７の幅は５０～４００μｍよりも小さくすることが好ましい。隣り合う遮光パターン７の縞ピッチを２００μｍ以下に小さくすれば、複数の遮光パターン７から成る縞を見え難くできる。

【0030】

遮光パターン７は、光線透過率０．５％／１μｍ厚以下の黒色インキであることが好ましい。つまり、遮光パターン７の厚さ１μｍにおける光線透過率は０．５％以下であることが好ましい。このような性能を実現するため、遮光パターン７はカーボン顔料を含むことが好ましい。

【0031】

透光性フィルム８を構成する材料には、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いることができる。

【0032】

図３および図４に示す各フィルム４上に印刷された遮光パターン７同士が、互いに接着剤として働き、フィルム４同士が接着される虞がある。また、各フィルム４同士は、相互の位置が差動するため、各フィルム４上に印刷された遮光パターン７同士が剥がれ落ちる虞もある。それらの接着および剥がれを防ぐ方法としては、例えば遮光パターン７を描く黒インクの形状および表面の凹凸により滑剤効果を得る方法、または、フィルム４若しくは遮光パターン７を帯電させ、フィルム４同士を反発させる方法がある。より好ましくは、フィルム４の遮光パターン７形成面に、遮光パターン７による表面凹凸を緩和する透明保護膜を積層する。

【0033】

遮光パターン７を形成したフィルム４上には、ＡＲ（AntiReflective）コートが施されていてもよい。ＡＲコートは、屈折率が互いに異なる薄膜を交互に複数積層した多層膜から成る。フィルム４上にＡＲコートを施すことで、フィルム４の表面における反射、および、フィルム４同士の間での反射を防ぐことができる。これにより、外界から侵入する光の減光を防ぎ、シャッターの透過効率を高めることができる。また、フィルム４上にＡＲコートを施すことで、ゴーストおよびフレアの発生を抑制できる。

【0034】

フィルム４の額縁２側の面、または、額縁２には、遮光性塗料が塗布されていてもよい。すなわち、フィルム４の額縁２側の面または額縁２に黒色マット塗装を施す。これにより、外界視野または表示画像の迷光で生じる、ゴーストおよびフレアの発生を抑制できる。

【0035】

ここで、接眼光学系（プリズムまたはミラー）に投影される表示画像は、互いに直交するＸ方向およびＹ方向において行列上に並ぶ複数の画素により構成されている。このため、画素の並びにより、表示画像にはＸ方向およびＹ方向のそれぞれにおいて、明暗の周期が存在する。このような表示画像と外界との間に、例えばＹ方向に沿う縦縞の遮光パターン７を備えたフィルム４を配置すると、モアレが生じ、使用者がモアレを不快に感じる場合がある。

【0036】

そこで、本実施の形態の遮光パターン７は、表示画像を構成する画素が並ぶ１方向（Ｘ方向またはＹ方向）に対して、所定の角度を有する方向に延在している。言い換えれば、正面視において、表示画像と重なる遮光パターン７の延在方向は、表示画像を構成する画素が並ぶＸ方向またはＹ方向に対し、斜めである。これにより、表示画像とシャッターパターンとの干渉に起因して生じるモアレを解消することができる。

【0037】

当該所定の角度とは、０度より大きく９０度より小さい角度である。本発明者の行った実験によれば、当該所定の角度が０度の場合はモアレが不快に感じられ、当該所定の角度が２度の場合はモアレがやや不快に感じられた。また、当該所定の角度が４度および５度の場合はモアレの発生は概ね感じられず、当該所定の角度が１０度および３５度の場合はモアレの発生を感じなかった。

【0038】

当該所定の角度は、好ましくは５±３度である。すなわち、当該角度が２度より小さいと、使用者がモアレをやや不快に感じると考えられる。また、当該角度が８度より大きくなり４５度に近づく程モアレは軽減されるが、複数のフィルム４同士を水平方向（Ｘ方向）に差動させて遮光または透過の切り替えを行う際に、一方のフィルム４の移動距離が大きくなる。その結果、ヘッドマウントディスプレイ１の大型化および使用する磁石の磁力の強化が必須になるなどの課題が生じる。また、図４に示すように磁石を回転させるのではなく、後述する変形例１、２のように電磁石を用いてフィルム４を移動させる場合、消費電力が増大するという課題が生じる。したがって、当該所定の角度は５±３度であることが好ましい。

【0039】

ただし、フィルム４同士の相対位置の切り替えのための移動向きは、遮光と透過を得られるならば限定されない。したがって、表示画像を構成する画素が並ぶ所定の方向に対して遮光パターン７が斜めに延在している場合、額縁２に固定されたフィルム４に対して移動可能な他のフィルム４の移動向きは、遮光パターン７の短手方向であってもよい。これにより、フィルム４の移動距離を最短に維持できるため、当該所定の角度は８度より大きくてもよい。

【0040】

なお、ヘッドマウントディスプレイ１に、振動装置を設けてもよい。振動装置は、使用者が外部環境の変化に機敏に反応するための触覚報知部として用いることができ、また、光学素子に生じる振動をキャンセルして、表示画像のノイズの抑制するための装置として用いることもできる。
＜変形例１＞

【0041】

図３および図４では、外部操作で磁気的に透過状態と遮光状態とを切り替えることについて説明した。これに対し、図７および図８に示すように、電磁的に磁気的に透過状態と遮光状態とを切り替えてもよい。図７は透過状態のシャッターを示す概略図であり、図８は遮光状態のシャッターを示す概略図である。

【0042】

図３および図４に示す構造と同様に移動可能なフィルム４には磁石５が固定されている。磁石５の一方の極（ここではＳ極）と隣り合う位置には、フィルム４と離間して電磁石９が額縁２に固定して設けられている。

【0043】

図７に示す状態では、電磁石９は通電しておらず、移動可能なフィルム４は機械バネまたは電磁石９より生じる磁力より弱い磁力を有する磁石（磁気バネ）で電磁石９側に引き寄せられ、移動可能なフィルム４と他のフィルム４とのそれぞれの透過領域同士が重なる第１位置に停止している。

【0044】

図８に示す状態では、電磁石９は通電し、移動可能なフィルム４との間で斥力が生じるように、電磁石９の端部に磁極（ここではＳ極）が生じる。移動可能なフィルム４は機械バネまたは磁気バネよりも強い力で電磁石９側とは反対側に反発して移動し、移動可能なフィルム４の遮光パターン７と他のフィルム４の透過領域とが重なる第２位置に停止する。

【0045】

このように、本変形例では、通電オフ時に電磁的束縛解除によってシャッターは透過状態となる。これにより、停電時などにヘッドマウントディスプレイ１への電力供給がなくなった場合に、使用者は即座に外界を確認でき、安全性を確保し易くなる。

【0046】

遮光および遮光の切り替えは、例えば使用者の操作、または、外光強度を判定可能なシステムによる一体制御で行われる。

【0047】

本変形例では、フィルム４を遮光パターン７の延在方向に対して直交する方向（縞パターンの垂直方向、遮光パターン７の短手方向）に移動させることで、フィルム４の移動距離を縮小することができ、ヘッドマウントディスプレイ１を省電力化できる。また、フィルム４上に並ぶ遮光パターン７同士の間隔（ピッチ）を小さくすることで、ヘッドマウントディスプレイ１を省電力化できる。
＜変形例２＞

【0048】

図９および図１０に示すように、電磁石に流す電流の向きを切り替えて極性を反転させることで、電磁的に機械的に透過状態と遮光状態とを切り替えてもよい。図９は透過状態のシャッターを示す概略図であり、図１０は遮光状態のシャッターを示す概略図である。

【0049】

図３および図４に示す構造と同様に移動可能なフィルム４には磁石５が固定されている。磁石５の一方の極（ここではＳ極）と隣り合う位置には、フィルム４と離間して電磁石１０が額縁２に固定して設けられている。

【0050】

図９に示す状態では、電磁石１０は通電し、移動可能なフィルム４との間で引力が生じるように、電磁石１０の端部に磁極（ここではＮ極）が生じる。これにより、移動可能なフィルム４は電磁石１０側に引き寄せられて移動し、移動可能なフィルム４と他のフィルム４とのそれぞれの透過領域同士が重なる第１位置に停止する。

【0051】

図１０に示す状態では、電磁石１０は通電し、移動可能なフィルム４との間で斥力が生じるように、電磁石１０の端部に磁極（ここではＳ極）が生じる。移動可能なフィルム４は電磁石１０側とは反対側に反発して移動し、移動可能なフィルム４の遮光パターン７と他のフィルム４の透過領域とが重なる第２位置に停止する。

【0052】

前記変形例１と同様に、電磁石１０より生じる磁力より弱い力を有する、機械バネまたは磁気バネを設けることで、電磁石１０の通電オフ時には電磁的束縛解除によってシャッターを透過状態とすることができる。これにより、停電時などにヘッドマウントディスプレイ１への電力供給がなくなった場合に、使用者は即座に外界を確認でき、安全性を確保し易くなる。

【0053】

遮光および遮光の切り替えは、例えば使用者の操作、または、外光強度を判定可能なシステムによる一体制御で行われる。

【0054】

本変形例でも、フィルム４を遮光パターン７の延在方向に対して直交する方向に移動させることで、フィルム４の移動距離を縮小することができ、ヘッドマウントディスプレイ１を省電力化できる。また、フィルム４上に並ぶ遮光パターン７同士の間隔（ピッチ）を小さくすることで、ヘッドマウントディスプレイ１を省電力化できる。
＜変形例３＞

【0055】

シャッターを構成するフィルム４の数は２枚に限らず、例えば３枚であってもよい。図１１～図１３を用いて、フィルム４が３枚であるときの各フィルム４の動作について説明する。なお、３枚のフィルム４のうちの１枚は、額縁２に固定されており、他の２枚のフィルム４は額縁２に対して移動可能である。

【0056】

図１１では、３枚すべてのフィルム４の各透過領域が正面視で互いに重なり、シャッターは透過状態となっている。図１２では、３枚のフィルム４のうちの１枚を移動させて、シャッターを遮光状態としている。図１３では、３枚のフィルム４のうちの２枚を移動させて、遮光状態としている。

【0057】

ここでは、フィルム４を３枚以上とすることで、シャッターの透過率を向上できる。つまり、ここでは、図１３に示すように、額縁２に固定されたフィルム４の透過領域を、他の２枚のフィルム４のそれぞれの遮光パターン７の一部により覆っている。言い換えれば、第１のフィルム４の透過領域を、他の１枚のフィルム４の遮光パターン７のみで完全に覆うのではなく、当該透過領域の一部を第２のフィルム４の遮光パターン７で覆い、当該透過領域の他の一部を第３のフィルム４の遮光パターン７で覆うことで、遮光を行っている。これにより、フィルム４が２枚のみの場合に比べ、各フィルム４の遮光パターン７の幅に対する透過領域の幅を増大することができる。したがって、シャッターの透過率を向上できる。なお、本願でいう遮光パターン７および透過領域のそれぞれの幅とは、遮光パターン７および透過領域のそれぞれの短手方向の距離を指す。

【0058】

また、ここでは、フィルム４を３枚以上とすることで、透過率ステップ増を実現できる。つまり、額縁２に固定された第１のフィルム４の透過領域の一部を、第１ステップにおいて移動させた第２のフィルム４の遮光パターン７で覆い、さらに、当該透過領域の他の一部を第２ステップにおいて移動させた第３のフィルム４の遮光パターン７で覆うことで、段階的に透過率を低下させることができる。

【0059】

また、３枚のフィルム４のうち、２枚で画像中心遮光を行い、３枚で全遮光を行う組合せとしてもよい。すなわち、上記のように３枚のフィルム４の全てを同じ領域の遮光に用いるのではなく、３枚のフィルム４のうちの１枚を、所定の小さい領域を遮光するために用いてもよい。

【0060】

例えば、２枚のフィルム４を視野全体の遮光に用い、残りの１枚のフィルム４を当該２枚のフィルム４よりも小さい領域（例えば表示画像が表示される領域）の遮光に用いることができる。つまり、３枚のフィルム４を重ね合わせ全遮光を得る構成で、１枚目のフィルム４に隠れる２枚目のフィルム４は透過相対位置にして、３枚目のフィルム４で表示画像を遮光／透過する。この場合、当該３枚目のフィルム４は、表示画像の一部または全部を見る箇所およびその周囲だけ外界背景を遮光すべく形成された遮光パターン７を備える。

【0061】

これにより、強い外光下でも、外界視野と併せ、ＨＭＤ表示画像を明瞭に観察できる。
（実施の形態２）

【0062】

以下では、フィルム上のヒータ機能を備えた遮光パターンを設けることで、ヘッドマウントディスプレイ内における防曇と、ヘッドマウントディスプレイによるアイマスクのような目のマッサージ効果を実現することについて説明する。

【0063】

図１４に本実施の形態のヘッドマウントディスプレイを構成する複数のフィルムのうち、１枚のフィルム４を示す。また、図１５は、図１４のＢ－Ｂ線における断面図であり、遮光パターン７を含んでいる。本実施の形態の遮光パターン７は、自己温度制御機能を有するインクから成り、遮光用パターンとしての機能だけでなく、ヒータとしての機能を有する。遮光パターン７は、バインダー樹脂とカーボン粒子（カーボン顔料）との混合物により構成されている。遮光パターン７は、スクリーン印刷などにより形成可能である。

【0064】

図１５に示すように、遮光パターン７の延在方向の両端のそれぞれには、電極１１が接続されている。電極１１は透光性フィルム８上に形成されており、遮光パターン７は透光性フィルム８上および電極１１上に形成されている。電極１１は、例えばＡｇ（銀）ペーストを乾燥させた銀電極である。電極１１は、外観から見えない箇所であって、フィルム４の外周部に形成されている。

【0065】

ここで、遮光パターン７の有するＰＴＣ（Positive?Temperature?Coefficient）特性について説明する。ＰＴＣは、温度の上昇により抵抗値が増す特性である。遮光パターン７は、カーボン粒子を含んでいることで通電可能であり、通電によりジュール熱を発生させる。遮光パターン７の温度が上昇すると、遮光パターン７内のバインダー樹脂が膨張し、遮光パターン７内のカーボン粒子同士が分離することで遮光パターン７が絶縁し、ヒータとしての機能が停止する。このようにして、フィルム４は２０～３５℃を自己制御温度にて維持する。この温度は、遮光パターン７の含有するカーボン粒子の量、遮光パターン７の厚さまたは幅により調整できる。

【0066】

本実施の形態のヘッドマウントディスプレイによれば、ヘッドマウントディスプレイの接眼光学系近傍の温度は、人体と同じ温度か人体の温度よりやや低い温度に保たれる。これにより、人体から発生する水分が、冷えた光学素子またはディスプレイなどへの付着することによる曇りの発生を抑止し、作動後速やかに曇ることなく表示画像を見ることが可能なヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

【0067】

なお、人体からの熱の伝わり、駆動回路、または、表示デバイスの駆動後の発熱による熱伝搬によって防曇を実現することが考えられるが、このような熱伝搬では、装着時の即効性の曇りを解消できない。これに対し、本実施の形態では、ディスプレイ自体を通電により速やかに温めることができるため、防曇効果が高い。また、ヘッドマウントディスプレイの装着感が、冷えた状態より人体に対して優しく、アイマスクのような目のマッサージ効果を得ることができる。

【0068】

透光性フィルム８には、耐熱性を有する基材であるエンジニアプラスチックフィルム（好ましくはＰＥＴやＰＥＮ、ＰＣフィルム）を用いる。透光性フィルム８にフレキシブルなプリント基板（エンジニアリングプラスチックフィルムに電極１１の延長配線を設けたもの）であるフィルムを用いることで、フィルム４だけでなく、透光性フィルム８と、ヒータに電位を供給する電源部が形成されたフィルムとを一体的に形成することができる。これにより、電極１１と電源部とを接続するためにフレキシブルフィルムを用意する必要がなくなるため、部品点数の削減および電極１１と銅配線との接続作業の簡略化を実現することができる。

【0069】

遮光パターン７には、表面においてマット面を提供する塗料を用いることで遮光性を増すことができ、かつ伝熱性を損なわないヒータ機能を実現できる。また、接眼光学系であるプリズムも当該ヒータにより加熱されることが好ましいが、遮光パターン７がヒータに接触するとプリズムの機能が損なわれる。よって、ヒータ（遮光パターン７）は、プリズム周囲の、無色または黒色のマット面またはプリズム表面と１ｍｍ以下の間隙を空けて配置する。また、接眼光学系にプリズムではなくミラー（ハーフミラー）を用いる場合も同様である。また、ヒータをレンズ鏡筒に固定してもよい。この固定は、粘着テープまたは黒色接着剤にて行う。

【0070】

ヘッドマウントディスプレイ内の温度をヒータで高める場合、ヘッドマウントディスプレイ内の湿度が高まることを防ぐため、ヘッドマウントディスプレイに換気口を設けてもよい。換気口は、ヒータ（遮光パターン７）に対し、使用者の瞳とは逆側に設ける。また、換気口の表面は、黒色マット表面であることが望ましい。これにより、シャッターによる遮光／透過の切り替えを行いながら、換気口によりヘッドマウントディスプレイ内の湿度上昇を抑え、防曇を実現し、かつ、アイマスクのような目のマッサージ効果を得ることができる。

【0071】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0072】

１ ヘッドマウントディスプレイ
２ 額縁
３ 支持部材
４ フィルム
５、６ 磁石
７ 遮光パターン
８ 透光性フィルム
９、１０ 電磁石
１１ 電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】