特開 2023-16709 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】P2023016709

(43)【公開日】2023-02-02

(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 20060101AFI20230126BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20230126BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20230126BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02F1/13 505

H04N5/64 511A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022102359

(22)【出願日】2022-06-27

(31)【優先権主張番号】202110828513.1

(32)【優先日】2021-07-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】500093133

【氏名又は名称】中強光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】莊 福明

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 于▲あん▼

(72)【発明者】

【氏名】張 銓仲

【テーマコード（参考）】

2H088

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H088EA10

2H088EA42

2H088HA18

2H088KA05

2H199CA13

2H199CA23

2H199CA25

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA59

2H199CA63

2H199CA66

2H199CA74

2H199CA83

(57)【要約】

【課題】本発明はヘッドマウントディスプレイを提供し、画像源、導光素子、第１変調素子及び第２変調素子を含む。
【解決手段】画像源は画像光線を提供する。導光素子は画像光線の伝達経路上に配置され、画像光線を伝達する。導光素子は相反する第１面及び第２面を有する。画像光線は第１面において全反射され、かつ、画像光線は第２面から出射される。第１変調素子は導光素子の第１面の一側に配置され、かつ、環境光線の透過率を調整する。導光素子は第１変調素子と第２変調素子との間に設置され、かつ、第２変調素子は画像光線の合焦位置を調整する。本発明が提供するヘッドマウントディスプレイは、装着快適性を高めることができ、かつ良好な表示効果が得られる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッドマウントディスプレイであって、
前記ヘッドマウントディスプレイは画像源、導光素子、第１変調素子及び第２変調素子を含み、
前記画像源は画像光線を提供し、
前記導光素子は前記画像光線の伝達経路上に配置され、前記画像光線を伝達し、前記導光素子は相反する第１面及び第２面を有し、前記画像光線は前記第１面に全反射され、かつ、前記画像光線は前記第２面から出射され、
前記第１変調素子は前記導光素子の前記第１面の一側に配置され、かつ、環境光線の透過率を調整し、及び
前記導光素子は前記第１変調素子と前記第２変調素子との間に設置され、かつ、前記第２変調素子は前記画像光線の合焦位置を調整することを特徴とする、ヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

前記導光素子は自由曲面導波管またはプリズムであることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項3】

前記第１変調素子は前記導光素子の前記第１面に設置され、かつ、前記画像光線は前記第１面に全反射されることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項4】

前記導光素子の前記第２面は非出光領域及び出光領域を含み、
前記画像光線は前記非出光領域に全反射され、かつ、前記画像光線は前記出光領域を経由して前記第２変調素子まで伝達されることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項5】

前記第１変調素子はさらに前記環境光線の光学収差を調整することを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項6】

前記第１変調素子及び前記第２変調素子は前記環境光線の偏光状態を変えることにより前記環境光線の透過率を調整することを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項7】

前記画像光線の偏光状態と前記環境光線の偏光状態が直交になっていることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項8】

前記第１変調素子はエレクトロクロミックアセンブリ、電気制御液晶ガラス、電子ペーパーまたは偏光素子であることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項9】

前記第２変調素子は電気制御液晶ガラス、電気制御液晶レンズまたは偏光素子であることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項10】

前記ヘッドマウントディスプレイはさらにレンズモジュールを含み、
前記レンズモジュールは前記画像光線の伝達経路上に配置され、かつ、前記画像源と前記導光素子との間に位置し、
前記レンズモジュールは少なくとも一つの軸対称の非球面偏心レンズを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項11】

前記ヘッドマウントディスプレイはさらに、光検出素子及びコントローラーを含み、
前記コントローラーは前記光検出素子及び前記第１変調素子に電気的に接続され、
前記光検出素子は前記環境光線の強度を受けて、変調信号を提供し、
前記コントローラーは前記変調信号に基づいて、前記第１変調素子を制御することを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項12】

前記導光素子の前記第１面は光学微構造を有することを特徴とする、請求項１に記載の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】

本発明は表示装置に関し、特にヘッドマウントディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

表示技術の進歩とハイテクノロジーに対する人々の期待を背景に、ニアアイディスプレイ（Ｎｅａｒ Ｅｙｅ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＮＥＤ）及びヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＨＭＤ）は今非常に発展ポテンシャルに富んだ技術とされている。関連する応用として、拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＡＲ）技術及び仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）技術に分類することができる。なお、拡張現実に応用可能なヘッドマウントディスプレイについて言うと、コンパクトな外形が求められるほか、ユーザにとって異なる環境と場所で異なる光線強度と表示された画像輝度の間の良きバランスが取れるものにしなければならない。

【0003】

例を挙げると、比較的に明るい場所では（例えば屋外）、表示画像の輝度が現実世界の光線強度より低いため、ヘッドマウントディスプレイにおいて現実世界の光強度に対し変調を行う必要がある（現実世界の光強度を低減する）。そのほか、装着の快適性を考えて、ヘッドマウントディスプレイの装着時の重心とユーザの頭部の重心を近づける必要があり、一般的なヘッドマウントディスプレイではレンズと目との間の距離（即ち、頂点距離）をなるべく短くしているため、この状態で従来の視力矯正メガネを加えるようとすると、頂点距離の短いヘッドマウントディスプレイの使用に不利になる。

【0004】

「背景技術」部分は本発明内容に対する理解を促すためのものであり、「背景技術」に開示された内容には当業者が既知の従来技術以外の一部構成が含まれている可能性がある。「背景技術」に開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例が解決しようとする課題が本発明の出願前に既に当業者に把握または認識されていたことを意味するものではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が提供するヘッドマウントディスプレイは、別途メガネを装着せずとも、装着重心を最適化し、かつ、装着の快適性を高めるとともに、異なる光強度条件においても優れた表示効果が得られる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術特徴からさらに理解を深めることができる。

【0007】

前記一つ、一部または全ての目的、及びその他の目的を達成するために、本発明が提供するヘッドマウントディスプレイは、画像源、導光素子、第１変調素子及び第２変調素子を含む。画像源は画像光線を提供する。導光素子は画像光線の伝達経路上に配置されて画像光線を伝達する。導光素子は相反する第１面及び第２面を有する。画像光線は第１面において全反射され、かつ、画像光線は第２面から出射される。第１変調素子は導光素子の第１面の一側に配置され、かつ、環境光線の透過率を調整する。導光素子は第１変調素子と第２変調素子との間に設置され、かつ、第２変調素子は画像光線の合焦位置を調整する。

【0008】

これにより、本発明の実施例は少なくとも以下の利点または効果の一つを有する。本発明のヘッドマウントディスプレイにおいて、画像源は画像光線を導光素子まで提供し、かつ、人の目まで反射、伝達する。なお、導光素子は第１変調素子と第２変調素子との間に配置され、第１変調素子は環境光線の透過率を調整し、かつ、第２変調素子は画像光線の合焦位置を調整する。従って、第１変調素子によって人の目まで伝達される環境光線の強度を調整することで、異なるシチュエーションに適用させ、及び、第２変調素子によって画像光線の合焦位置を調整することで、ユーザの視力レベルに合わせて、良好な光学効果を高めることができる。これにより、ユーザは別途メガネを装着する必要がなく、ヘッドマウントディスプレイを装着する重心をさらに最適化させて、かつ、装着快適性を高めるとともに、異なる光強度条件においても良好な表示効果が得られる。

【0009】

本発明の前記特徴と利点をより明確、分かりやすく示すために、以下は実施例を挙げて、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図。

【図2】本発明の別の実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図。

【図3】本発明のさらに別の実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図。

【図4】本発明のさらに別の実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の前記及びその他の技術内容、特徴と効果について、以下は図面を参照しながら、好ましい実施例の詳細説明においてより明確に示すとする。以下の実施例で言及される方向用語、（例えば、上、下、左、右、前または後など）は図面を参照する方向のみである。従って、使用される方向用語は説明を目的とし、本発明を制限するものではない。

【0012】

図１は本発明の一実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図である。図１を参照する。本実施例が提供するヘッドマウントディスプレイ１００は、矯正メガネを別途配置せずとも、ユーザに拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＡＲ）を体験させることができ、かつ比較的に優れた重心配置を有する。ヘッドマウントディスプレイ１００は画像源１１０、導光素子１２０、第１変調素子１３０及び第２変調素子１４０を含む。画像源１１０は画像光線Ｌ１を提供する。本実施例において、画像源１１０は例えば有機発光ダイオードディスプレイ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ、ＯＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ）、液晶ディスプレイ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ ｄｉｓｐｌａｙ）またはマイクロ投影装置であるが、本発明はこれに限定されない。

【0013】

導光素子１２０は画像源１１０が提供する画像光線Ｌ１の伝達経路上に配置され、画像光線Ｌ１をユーザの目Ｅまで伝達する。本実施例において、導光素子１２０は例えば自由曲面導波管（ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）またはプリズム等の画像光線Ｌ１を伝達可能な光学構造によって構成されるが、本発明はこれに限定されない。導光素子１２０は少なくとも一つのカップリング構造１２２を含み、ユーザの目Ｅの相対位置に対応して配置され、画像光線Ｌ１がカップリング構造１２２まで伝達さると、画像光線Ｌ１を人の目の中まで反射して虚像を形成する。カップリング構造１２２の種類と数は設計ニーズによるものとするが、本発明はこれに限定されない。例を挙げると、一実施例において、カップリング構造１２２は二つの異なる（例えば、屈折率が異なる）部分の導光素子１２０の部材を組み合わせて構成された反射表面であって、かつ、この反射表面が自由曲面であってもよい。

【0014】

導光素子１２０は相反する第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を有し、例えば、第１面Ｓ１は導光素子１２０のユーザの目Ｅと逆の（または離れた）表面に位置し、第２面Ｓ２は導光素子１２０のユーザの目Ｅに面した表面に位置する。画像光線Ｌ１は第１面Ｓ１上に全反射される。言い換えれば、画像光線Ｌ１は第１面Ｓ１から出射されて外部まで伝達されることない。なお、画像光線Ｌ１を第１面Ｓ１上に全反射させる方法として、例えば、導光素子１２０と外部構造（例えば、後述する第１変調素子１３０）の屈折率の差を調整することで画像光線Ｌ１を全反射させ、または、画像光線Ｌ１が導光素子１２０に入射される角度を調整することで画像光線Ｌ１を全反射させることができるが、本発明はこれに限定されない。

【0015】

また、画像光線Ｌ１は第２面Ｓ２から出射され、かつユーザの目Ｅまで伝達され、例えば、画像光線Ｌ１は第２面Ｓ２の一部において全反射され、かつ、第２面Ｓ２の別の一部から出射される。さらに言うと、導光素子１２０の第２面Ｓ２は非出光領域Ａ１及び出光領域Ａ２を含み、その出光領域Ａ２の位置がユーザの目Ｅの位置（即ち、通常人の目が存在する位置範囲）をカバーし、具体的に言うと、導光素子１２０の第２面Ｓ２上において、出光領域Ａ２を除けば、全て非出光領域Ａ１としてもよい。画像光線Ｌ１は第２面Ｓ２の非出光領域Ａ１において全反射され、かつ、画像光線Ｌ１は出光領域Ａ２を経由して外部（後述する第２変調素子１４０）まで伝達されるため、ユーザが出光領域Ａ２から画像を観察することができる。また、画像光線Ｌ１を第２面Ｓ２の非出光領域Ａ１において全反射させる方法として、例えば、導光素子１２０と外部構造（後述する第１変調素子１３０）の屈折率の差を調整することで画像光線Ｌ１を全反射させ、または、画像光線Ｌ１が導光素子１２０に入射される角度を調整することで画像光線Ｌ１を全反射させることができるが、本発明はこれに限定されない。一実施例において、導光素子１２０の第１面Ｓ１及び／または第２面Ｓ２の非出光領域Ａ１に光学微構造を有するように設計し、画像光線Ｌ１の全反射効果を高めることができるが、本発明はこれに限定されない。

【0016】

本実施例において、ヘッドマウントディスプレイ１００はさらにレンズモジュール１５０を含み、レンズモジュール１５０は画像光線Ｌ１の伝達経路上に配置され、かつ、画像源１１０と導光素子１２０との間の伝達経路上に位置する。レンズモジュール１５０は少なくとも一つの光学レンズによって構成され、画像光線Ｌ１を導光素子１２０まで伝達する。本実施例において、レンズモジュール１５０は少なくとも一つの軸対称の非球面偏心レンズ（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｌｅｎｓｅｓ）を含む。従って、導光素子１２０中のカップリング構造１２２の幾何設計を非軸対称の自由曲面で構成することもできる。これにより、導光素子１２０全体の厚さを低減することができるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、画像光線Ｌ１をスムーズに導光素子１２０まで伝達するよう、画像源１１０と導光素子１２０との間の伝達経路上にさらにその他の光学素子、例えば反射鏡を含んでもよい。

【0017】

さらに言うと、第１変調素子１３０は導光素子１２０の第１面Ｓ１の一側に配置され、かつ、環境光線Ｌ２の透過率を調整する。なお、環境光線Ｌ２は外部から第１変調素子１３０、導光素子１２０及び第２変調素子１４０を順に通過してユーザの目Ｅまで伝達される光として示され、即ち、ユーザの正面の外部景色である。具体的に言うと、本実施例において、第１変調素子１３０は導光素子１２０の第１面Ｓ１に直接設置されている。従って、導光素子１２０の内部において伝達される画像光線Ｌ１は、入射角度及び導光素子１２０と第１変調素子１３０の屈折率の差によって、画像光線Ｌ１が導光素子１２０の第１面Ｓ１上における全反射効果を達成できるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第１変調素子１３０と導光素子１２０との間に空隙を有する設計とすることで、画像光線Ｌ１が導光素子１２０の第１面Ｓ１における全反射効果を達成できる。第１変調素子１３０は例えば電気制御（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）素子であり、そのため、異なる電気パラメータで環境光線Ｌ２の透過率を調整し、さらに環境光線Ｌ２が人の目まで伝達される強度を変えることができる。例を挙げると、ヘッドマウントディスプレイ１００はさらに光検出素子及びコントローラー（図示せず）を含む。なお、コントローラーは光検出素子及び第１変調素子１３０に電気的に接続され、光検出素子は環境光線Ｌ２の強度を受けて、変調信号を提供し、コントローラーは変調信号に基づいて第１変調素子１３０を制御する。

【0018】

第２変調素子１４０は導光素子１２０の第２面Ｓ２の一側に配置され（即ち、導光素子１２０は第１変調素子１３０と第２変調素子１４０との間に位置し）、かつ、画像光線Ｌ１の合焦位置を調整して（即ち、合焦位置とユーザの目Ｅの距離を変えて）、異なるユーザに適用される。つまり、本実施例のヘッドマウントディスプレイ１００は視力補償機能を有するため、視力レベルが異なるユーザに応用できるとともに、視力補償用のメガネの交換または別途配置は不要である。具体的に言うと、本実施例において、第２変調素子１４０は導光素子１２０の第２面Ｓ２に直接設置される。従って、導光素子１２０の内部に伝達される画像光線Ｌ１は、入射角度及び導光素子１２０と第２変調素子１４０の屈折率の差によって、画像光線Ｌ１が導光素子１２０の第２面Ｓ２上における全反射効果を達成できるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第２変調素子１４０と導光素子１２０との間に空隙を有する設計とすることで、画像光線Ｌ１が導光素子１２０の第２面Ｓ２上における全反射効果を達成できる。第２変調素子１４０は例えば電気制御素子であるため、異なる電気パラメータによって画像光線Ｌ１の合焦位置を調整し、さらにユーザの視力レベルに合わせて、光学効果を高めることができる。図１が示す画像光線Ｌ１の光路伝達方式（ユーザの目Ｅに向かって合焦）は例示であり、本発明はこれに限定されない。

【0019】

具体的に言うと、第１変調素子１３０及び第２変調素子１４０は何れも電気制御素子を使用した実施例において、第１変調素子１３０及び第２変調素子１４０は電極構造を有し、この電極構造として可視光周波数帯で良好な透過率を有する構造または材質、例えば、透光電極または微構造電極を選択してもよいが、本発明はこれに限定されない。

【0020】

図２は本発明の別の実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図である。図２を参照する。ここで、領域Ｃ１は第２変調素子１４０Ａの一部を拡大したものである。例を挙げると、図１に類似する一実施例において、ヘッドマウントディスプレイ１００Ａの第２変調素子１４０Ａは例えば電気制御液晶レンズであり、二つの電極層１４２及びこの二つの電極層１４２の間に挟まれるように固定された液晶層１４４、二つの電極層１４２及び液晶層１４４が例えば液晶レンズを形成し、かつ、異なる電圧を印加することにより液晶レンズの合焦位置を変えることができる。本実施例において、さらに直線（ｌｉｎｅａｒ）偏光素子（図示せず）を含み、導光素子１２０と第２変調素子１４０との間に設置され、これにより、直線偏光素子及び液晶層１４４中の液晶分子（図示せず）の分布によって液晶レンズの効果が得られる。また、二つ電極層１４２は透光電極材料で作製され、例えば、酸化インジウム錫（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）であり、かつ、ガラスまたはプラスチックを基板（図示せず）とする。従って、本実施例において、導光素子１２０の屈折率をＮ１とし、空気層Ｇの屈折率をＮ２とし、電極層１４２の屈折率をＮ３とし、かつ、液晶層１４４の屈折率をＮ４とした場合、Ｎ１がＮ２より大きく、Ｎ３がＮ１より大きいという特性にすることで、画像光線Ｌ１を導光素子１２０の第２面Ｓ２上に全反射させる効果が得られる。同じように、類似する構造を第１変調素子１３０にも応用することで、画像光線Ｌ１を導光素子１２０の第１面Ｓ１上に全反射させる効果が得られるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第２変調素子１４０Ａは電気制御液晶ガラスまたは偏光素子であって、それぞれ異なる効果を有するとしてもよい。

【0021】

図３は本発明のさらに別の実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図である。図３を参照する。ここで、領域Ｃ２は第１変調素子１３０Ａの一部を拡大し、分解した概略図である。なお、第１変調素子１３０Ａ及び第２変調素子１４０は何れも偏光素子を使用した実施例において、第１変調素子１３０Ａ及び第２変調素子１４０を調整することで、環境光線Ｌ２の偏光状態を変えて、さらに環境光線Ｌ２の透過率を調整することができる。例を挙げると、本実施例において、ヘッドマウントディスプレイ１００Ｂの第１変調素子１３０Ａは例えば電気制御液晶ガラスであり、直線偏光シート（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｈｅｅｔ）１３２及び液晶コントロールボックス１３４を含み、非偏光状態の環境光線Ｌ２が伝達されて直線偏光シート１３２を通過した後、環境光線Ｌ２が直線偏光状態に変換され、かつ、液晶コントロールボックス１３４を通過することで、環境光線Ｌ２の直線偏光方向が調整される。本実施例において、さらに偏光素子（図示せず）を含み、それは第１変調素子１３０Ａと第２変調素子１４０との間に設置され、例えば、第１変調素子１３０Ａと導光素子１２０との間（または、導光素子１２０と第２変調素子１４０との間）に設置される。このように、環境光線Ｌ２の直線偏光方向と偏光素子の透過軸方向の電気制御調整により、環境光線Ｌ２の透過率を調整する（即ち、環境光線Ｌ２の光強度を調整）。なお、第２変調素子１４０が偏光アセンブリであれば、第２変調素子１４０の偏光アセンブリを直接利用し、偏光素子の設置を省略してもよい。このように、第１変調素子１３０Ａ及び第２変調素子１４０の素子整合により、ヘッドマウントディスプレイ１００Ｂの厚さをさらに低減することができる。別の実施例において、第１変調素子１３０Ａはエレクトロクロミックアセンブリ、電子ペーパーまたは偏光素子であって、それぞれ異なる効果を有するとしてもよい。

【0022】

図４は本発明のさらに別の実施例のヘッドマウントディスプレイの概略図である。図４を参照する。ここで、領域Ｃ３は第１変調素子１３０Ｂの一部を拡大し、分解した概略図である。ヘッドマウントディスプレイ１００Ｃの第１変調素子１３０Ｂにおいて、直線偏光シート１３２と液晶コントロールボックス１３４のユニットの外側に調光層１３６、例えばエレクトロクロミックアセンブリ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ、ＥＬ）を配置することで、環境光線Ｌ２を直線偏光に変換する効果を達成できる。従って、前記図３及び図４の実施例において、さらに、第１変調素子１３０Ａ、１３０Ｂの液晶コントロール状態を調整することで異なるシチュエーションに応用することができる。例を挙げると、屋外の光線が十分な環境において、第１変調素子１３０Ａ、１３０Ｂを調整することで、環境光線Ｌ２が第２変調素子１４０に対する透過率を低減することができる。屋内環境において、第１変調素子１３０Ａ、１３０Ｂを調整することで環境光線Ｌ２が第２変調素子１４０に対する透過率を強化することができる。これにより、ヘッドマウントディスプレイ１００Ｂ、１００Ｃの良好な表示効果を維持できる。その他、さらに、環境光線Ｌ２が第１変調素子１３０Ａ、１３０Ｂ及び第２変調素子１４０を通過する光線の偏光状態を調整して、画像光線Ｌ１の偏光状態と環境光線Ｌ２がユーザの目Ｅまで伝達された時の偏光状態とが直交するようにする。これにより、現実世界とヘッドマウントディスプレイ１００Ｂ、１００Ｃの表示画像の画像コントラストをさらに高めることができる。

【0023】

引き続き図１を参照する。なお、本実施例において、第１変調素子１３０はさらに環境光線Ｌ２の光学収差を調整する機能を備えてもよく、例えば、電気制御液晶レンズの機能を有する（構造的に図２の第２変調素子１４０Ａに類似するものを含む）。詳しく言うと、ユーザが第２変調素子１４０を用いて視力補償を行う必要がある場合、環境光線Ｌ２が伝達されて第２変調素子１４０を経由する時に、第２変調素子１４０の調整により光学特性及び合焦が変更され、収差または画像の歪みが発生する。従って、第１変調素子１３０はさらに、第２変調素子１４０の調整状態に基づいて逆補償を行い、第２変調素子１４０を経由する環境光線Ｌ２が第２変調素子１４０の調整状態の影響を受けないようにして、収差または画像の歪みの発生を防ぐものである。例を挙げると、第２変調素子１４０が通過する画像光線Ｌ１に対し合焦効果を与える場合、第１変調素子１３０はこの第１変調素子１３０を通過する環境光線Ｌ２を調整して発散効果が得られるようにする。言い換えれば、環境光線Ｌ２が第１変調素子１３０を通過することで発散効果が得られ、かつ、第２変調素子１４０を通過することで合焦効果が得られるため、環境光線Ｌ２は実世界の光学状態に戻され、歪みが生じない。これにより、ヘッドマウントディスプレイ１００の表示効果をさらに高めることができる。

【0024】

以上を纏めると、本発明のヘッドマウントディスプレイにおいて、画像源は導光素子に画像光線を提供し、かつ、画像光線を人の目まで反射して伝達する。なお、導光素子は第１変調素子と第２変調素子との間に配置され、第１変調素子は環境光線の透過率を調整し、かつ、第２変調素子は画像光線の合焦位置を調整する。従って、第１変調素子によって環境光線が人の目まで伝達される強度を調整することで、異なるシチュエーションに適用させ、及び、第２変調素子によって画像光線の合焦位置を調整することで、ユーザの視力レベルに合わせて、良好な光学効果を高めることができる。これにより、ユーザが別途メガネを装着する必要がなく、ヘッドマウントディスプレイを装着する重心をさらに最適化させて、装着快適性を高めるとともに、異なる光強度条件においても良好な表示効果が得られる。

【0025】

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、これを以って本発明の実施範囲を制限すべきではない。即ち、本発明の請求の範囲及び発明の内容を基に行った簡単かつ等価な変更と修正はすべて本発明の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例または請求項は必ずしも本発明で開示されたすべての目的または利点または特徴を備えるとは限らない。また、要約書と発明の名称は特許文献検索に利用されるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲で言及される「第１」、「第２」等の用語は素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を示し、または異なる実施例や範囲を区別するものであり、素子の数の上限または下限を制限するものではない。

【符号の説明】

【0026】

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ ヘッドマウントディスプレイ
１１０ 画像源
１２０ 導光素子
１２２ カップリング構造
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ 第１変調素子
１３２ 直線偏光シート
１３４ 液晶コントロールボックス
１３６ 調光層
１４０、１４０Ａ 第２変調素子
１４２ 電極層
１４４ 液晶層
１５０ レンズモジュール
Ａ１ 非出光領域
Ａ２ 出光領域
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 領域
Ｅ ユーザの目
Ｌ１ 画像光線
Ｌ２ 環境光線
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】