特開 2023-176319 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】P2023176319

(43)【公開日】2023-12-13

(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 20060101AFI20231206BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022088545

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】308036402

【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】相崎 隆嗣

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199CA02

2H199CA04

2H199CA12

2H199CA25

2H199CA45

2H199CA46

2H199CA47

2H199CA94

(57)【要約】

【課題】表示品質の高いヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザの前方に配置され、表示画像を形成する表示光の少なくとも一部をユーザの方向に反射する反射部材と、反射部材とユーザの眼との間に配置され、表示光を反射部材に向けて反射するとともに、反射部材で反射した表示光を透過するビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒと、を備え、ユーザの眼よりも上側にある第１の位置Ｙ１から眼に向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率が、ユーザの眼よりも下側にある第２の位置Ｙ２から眼に向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率と一致する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの前方に配置され、表示画像を形成する表示光の少なくとも一部を前記ユーザの方向に反射する反射部材と、
前記反射部材と前記ユーザの眼との間に配置され、前記表示光を前記反射部材に向けて反射するとともに、前記反射部材で反射した前記表示光を透過するビームスプリッタと、を備え、
前記ユーザの眼よりも上側にある第１の位置から前記眼に向かう方向における前記ビームスプリッタの透過率が、前記ユーザの眼よりも下側にある第２の位置から眼に向かう方向における前記ビームスプリッタの透過率と一致する、ヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

前記ビームスプリッタは、厚さに応じて透過率が変化する薄膜を備え、
前記薄膜の厚さが上側から下側に向かうに、徐々に薄くなっていく請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項3】

前記ビームスプリッタは、厚さに応じて透過率が変化する薄膜を備え、
前記ビームスプリッタは、前記第１の位置を含む第１の領域と、前記第２の位置を含む第２の領域に分割されており、
前記第１の領域の薄膜の厚さが前記第２の領域の薄膜の膜厚よりも厚くなっている請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項4】

前記ビームスプリッタには、光を反射する反射膜の微細パターンが形成されており、
前記第１の位置を含む第１の領域と、前記第２の位置を含む第２の領域とで、前記微細パターンの面積占有率が異なっている請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項5】

前記ビームスプリッタには、光を吸収する吸収フィルタが形成されており、
前記第１の位置と、前記第２の位置とで、前記吸収フィルタの吸収率が異なっている請求項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】

本開示は、ヘッドマウントディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、表示素子と、ビームスプリッタと、コンバイナと、を備えたヘッドマウントディスプレイが開示されている。ユーザの前方の虚像を形成するために、ビームスプリッタ及びコンバイナはハーフミラーとなっている。コンバイナは、ビームスプリッタの前方に配置された凹面鏡である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－７９８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ビームスプリッタに対する光の入射角度がビームスプリッタの位置に応じて変化してしまう。このため、上下方向において、表示画像に輝度差が現れるおそれがある。この点について、図１０を用いて説明する。図１０はヘッドマウントディスプレイの光学系を模式的に示す図である。

【0005】

表示素子部１０１はビームスプリッタ１２２の上に配置されている。ビームスプリッタ１２２は、表示素子部１０１からの表示光Ｐ１１を前方に反射する。ビームスプリッタ１２２で反射された表示光Ｐ１１は、コンバイナ１２１に入射する。コンバイナ１２１は表示光Ｐ１１を後方に反射する。コンバイナ１２１で後方に反射された表示光を表示光Ｐ１２とする。表示光Ｐ１２はビームスプリッタ１２２を透過して、ユーザの眼Ｅに入射する。よって、ユーザは、表示画像の虚像Ｉを正面前方に視認することができる。

【0006】

コンバイナ１２１は、凹面ハーフミラーである。コンバイナ１２１は、コンバイナ１２１の前方からの外光Ｐ２１を透過する。外光Ｐ２１と表示光Ｐ１２はビームスプリッタ１２２を透過して、ユーザの眼Ｅに入射する。ユーザは、前方の景色に表示画像が重畳した重畳画像を視認することができる。

【0007】

ビームスプリッタ１２２は平面ハーフミラーとなっている。平面に対する光の入射角度に応じて、ビームスプリッタ１２２の反射率が変化する。また、上下方向の位置に応じて、ビームスプリッタ１２２に対する光の入射角度が異なる。

【0008】

例えば、ビームスプリッタ１２２において、眼Ｅよりも上にある位置を第１の位置Ｙ１とし、眼Ｅよりも下にある位置を第２の位置Ｙ２とする。第１の位置Ｙ１における光の入射角を入射角θ１とし、第２の位置Ｙ２における光の入射角を入射角θ２とする。入射角θ１と入射角θ２は、ビームスプリッタ１２２の平面に対する法線と、眼Ｅに向かう光の進行方向との成す角度である。

【0009】

入射角θ１は入射角θ２よりも小さくなる。よって、第１の位置Ｙ１における透過率は、第２の位置Ｙ２における透過率よりも大きくなる。よって、ユーザが視認する虚像Ｉの上側が明るくなり、下側が暗くなる。虚像Ｉの上下で輝度差が生じてしまうため、表示品質が劣化するおそれがある。

【0010】

本開示は上記の点に鑑みなされたものであり、表示品質の高いヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本実施形態にかかるヘッドマウントディスプレイは、ユーザの前方に配置され、表示画像を形成する表示光の少なくとも一部を前記ユーザの方向に反射する反射部材と、前記反射部材と前記ユーザの眼との間に配置され、前記表示光を前記反射部材に向けて反射するとともに、前記反射部材で反射した前記表示光を透過するビームスプリッタと、を備え、前記ユーザの眼よりも上側にある第１の位置から前記眼に向かう方向における前記ビームスプリッタの透過率が、前記ユーザの眼よりも下側にある第２の位置から眼に向かう方向における前記ビームスプリッタの透過率と一致する。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、表示品質の高いヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイの一部の構成を示す図である。

【図2】本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイの機能ブロックを示す図である。

【図3】ヘッドマウントディスプレイの光学系を説明するための図である。

【図4】実施の形態１にかかるヘッドマウントディスプレイのビームスプリッタの構成を示す模式図である。

【図5】第１及び第２の位置におけるビームスプリッタの透過率を説明するためのグラフである。

【図6】実施の形態２にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を示す図である。

【図7】実施の形態２にかかるヘッドマウントディスプレイのビームスプリッタの構成を示す模式図である。

【図8】実施の形態３にかかるヘッドマウントディスプレイのビームスプリッタの構成を示す模式図である。

【図9】実施の形態４にかかるヘッドマウントディスプレイのビームスプリッタの構成を示す模式図である。

【図10】ビームスプリッタの入射位置に応じた入射角を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本開示が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。

【0015】

実施の形態１
本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ、及びその表示方法について、図を参照して説明する。図１はヘッドマウントディスプレイ１００の一部の構成を模式的に示す斜視図である。図２はヘッドマウントディスプレイ１００の一部の機能ブロックを示す図である。図１、図２では、主として、ヘッドマウントディスプレイ１００の画像表示に関する構成が示されている。図１では、ヘッドマウントディスプレイ１００の内部構成が示されており、実際には、図１に示す各構成要素がカバーなどで覆われていてもよい。

【0016】

ヘッドマウントディスプレイ１００は、ゲーム用、エンターテインメント用、産業用、医療用、フライトシミュレータ用などの様々な用途に適用可能である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、例えばＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドマウントディスプレイやＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドマウントディスプレイやＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドマウントディスプレイである。なお、本実施の形態では、ヘッドマウントディスプレイ１００が、ＡＲやＭＲに用いられるオプティカルシースルータイプのヘッドマウントディスプレイとなっているが、非透過型のヘッドマウントディスプレイであってもよい。

【0017】

以下、説明の明確化のため、ＸＹＺ３次元直交座標系を用いて説明を行う。ユーザを基準として、前後方向（奥行方向）をＺ方向、左右方向（水平方向）をＸ方向、上下方向（鉛直方向）をＹ方向とする。前方向を＋Ｚ方向、後ろ方向を－Ｚ方向、右方向を＋Ｘ方向、左方向を－Ｘ方向、上方向を＋Ｙ方向、下方向を－Ｙ方向とする。

【0018】

図示しないユーザが、ヘッドマウントディスプレイ１００を装着している。ヘッドマウントディスプレイ１００は、表示素子部１０１と、フレーム１０２と、左眼用光学系１０３Ｌと、右眼用光学系１０３Ｒと、制御部１０５を備えている。制御部１０５は、制御部１０５Ｌと制御部１０５Ｒとを備えている。

【0019】

フレーム１０２はゴーグル形状や眼鏡形状を有しており、図示しないヘッドバンドなどによりユーザの頭部に装着される。フレーム１０２には、表示素子部１０１、左眼用光学系１０３Ｌ、右眼用光学系１０３Ｒ、制御部１０５Ｌ、制御部１０５Ｒが取り付けられている。なお、図１では、両眼式のヘッドマウントディスプレイ１００が図示されているが、眼鏡形状を有する非没入型ヘッドマウントディスプレイであってもよい。

【0020】

表示素子部１０１は、左眼用表示素子１０１Ｌと右眼用表示素子１０１Ｒを備えている。左眼用表示素子１０１Ｌは、左眼用の表示画像を生成する。右眼用表示素子１０１Ｒは、右眼用の表示画像を生成する。左眼用表示素子１０１Ｌ、及び右眼用表示素子１０１Ｒはそれぞれ液晶素子や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子などのフラットパネルディスプレイ素子を備えている。左眼用表示素子１０１Ｌ、及び右眼用表示素子１０１Ｒは曲面形状を有するディスプレイでもよい。左眼用表示素子１０１Ｌと右眼用表示素子１０１Ｒは、それぞれアレイ状に配置された複数の画素を備えている。ここでアレイ状の配置とは、２次元状の配置だけでなく、ペンタイル配列などでもよい。左眼用表示素子１０１Ｌは右眼用表示素子１０１Ｒの左側（－Ｘ側）に配置されている。

【0021】

表示素子部１０１の上方（＋Ｙ側）には、制御部１０５が設けられている。制御部１０５には、外部からの映像信号、制御信号、電源が供給されている。例えば、ＨＤＭＩ（登録商標）などの有線接続、又はＷｉ－Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線接続によって、映像信号等が制御部１０５に入力される。ヘッドマウントディスプレイ１００は、映像信号を生成する映像生成部（図示せず）を備えていてもよく、制御部１０５には、映像生成部が生成した映像信号等が入力されてもよい。

【0022】

制御部１０５Ｌ、制御部１０５ＲはＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)、及びメモリなどのハードウェア資源を備えており、メモリに格納されたコンピュータプログラムにしたがって動作する。さらに、制御部１０５Ｌ、制御部１０５Ｒはそれぞれ、ディスプレイの駆動回路等を備えている。制御部１０５Ｌは、映像信号、制御信号等に基づいて、左眼用画像の表示信号を生成して、左眼用表示素子１０１Ｌに出力する。これにより、左眼用表示素子１０１Ｌは、左眼用画像を表示するための表示光を出力する。制御部１０５Ｒは、映像信号、制御信号等に基づいて、右眼用画像の表示信号を生成して、右眼用表示素子１０１Ｒに出力する。これにより、右眼用表示素子１０１Ｒは、右眼用の表示画像を表示するための表示光を出力する。つまり、制御部１０５は表示信号を表示素子部１０１に出力する。

【0023】

なお、表示素子部１０１は、左眼用表示素子１０１Ｌと右眼用表示素子１０１Ｒを別々の表示素子とする構成に限らず、単一の表示素子とする構成としてもよい。単一の表示素子が、左眼用の表示画像と右眼用の表示画像とを生成してもよい。この場合、表示素子部１０１は、ディスプレイの表示領域の片側の一部を用いて、左眼用画像を生成し、反対側の一部を用いて、右眼用画像を生成する。

【0024】

表示素子部１０１、制御部１０５等の一部又は全部は、フレーム１０２に固定されている構成に限らず、フレーム１０２に対して脱着可能に設けられていてもよい。例えば、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等をフレーム１０２に対して取り付けることで、表示素子部１０１、制御部１０５等を実現してもよい。この場合、スマートフォン等にヘッドマウントディスプレイ用の表示画像を生成するアプリケーションプログラム（アプリ）を予めインストールしておけばよい。

【0025】

左眼用光学系１０３Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌが出力した表示光を、左眼用画像としてユーザの左眼ＥＬに導く。右眼用光学系１０３Ｒは、右眼用表示素子１０１Ｒが出力した表示光を、右眼用画像としてユーザの右眼ＥＲに導く。左眼用光学系１０３Ｌは右眼用光学系１０３Ｒの左側（－Ｘ側）に配置されている。左眼用光学系１０３Ｌは、ユーザの左眼ＥＬの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。右眼用光学系１０３Ｒは、ユーザの右眼ＥＲの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。ユーザは、表示素子部１０１が生成した表示画像の虚像を正面前方（＋Ｚ方向）に視認することができる。

【0026】

上記の通り、本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ１００は、半透過型又は非透過型のヘッドマウントディスプレイのいずれにも可能である。なお、ここではヘッドマウントディスプレイ１００が、半透過型のヘッドマントディスプレイであるとして説明を行う。従って、左眼用光学系１０３Ｌ、及び右眼用光学系１０３Ｒは、後述するコンバイナを備えている。半透過型のヘッドマウントディスプレイ１００では、表示素子部１０１からの表示光と、外光とが、左眼ＥＬ及び右眼ＥＲに入射する。よって、ユーザは、前方（＋Ｚ方向）の景色に表示画像が重畳した重畳画像を視認することができる。

【0027】

以下、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒ（以下、まとめて単に光学系と称する）の例について説明する。図３は、光学系を模式的に示す側面図である。なお、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとは同様の構成となっているため、図３においては、左眼用光学系１０３Ｌについてのみ説明を行う。

【0028】

左眼用光学系１０３Ｌは、コンバイナ１２１Ｌと、ビームスプリッタ１２２Ｌと、を備えている。コンバイナ１２１Ｌ、ビームスプリッタ１２２Ｌは、図１で示したフレーム１０２に固定されている。

【0029】

コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡となっており、ビームスプリッタ１２２Ｌは平面鏡となっている。コンバイナ１２１Ｌ、及びビームスプリッタ１２２Ｌはハーフミラー等のビームスプリッタであり、入射光の一部を反射して、一部を透過する。コンバイナ１２１Ｌの反射の比率と透過の比率とが等しいとすると、コンバイナ１２１Ｌは、入射光のほぼ半分の光量を透過し、残りの半分を反射する。同様に、ビームスプリッタ１２２Ｌの反射の比率と透過の比率とが等しいとすると、ビームスプリッタ１２２Ｌは、入射光のほぼ半分の光量を透過し、残りの半分を反射する。コンバイナ１２１Ｌ及びビームスプリッタ１２２Ｌは、反射の比率を増やし透過の比率を減らしてもよいし、反射の比率を減らし透過の比率を増やしてもよい。

【0030】

コンバイナ１２１Ｌ、及びビームスプリッタ１２２Ｌはユーザの左眼ＥＬの正面前方（＋Ｚ方向）に配置されている。また、コンバイナ１２１Ｌは、ビームスプリッタ１２２Ｌの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。

【0031】

ビームスプリッタ１２２Ｌの上方（＋Ｙ方向）には、左眼用表示素子１０１Ｌが配置されている。左眼用表示素子１０１Ｌは表示画像を形成するための表示光ＰＬ１１を出射する。つまり、左眼用表示素子１０１Ｌは、左眼ＥＬの前方斜め上に配置されている。

【0032】

左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１について説明する。左眼用表示素子１０１Ｌの表示面は、下方（－Ｙ方向）に面している。したがって、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、下方（－Ｙ方向）に出射される。左眼用表示素子１０１Ｌの下方（－Ｙ方向）には、ビームスプリッタ１２２Ｌが傾斜して配置されている。左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。ビームスプリッタ１２２Ｌは、表示光ＰＬ１１の一部を反射する。

【0033】

なお、ビームスプリッタ１２２Ｌの下側に遮光部を設けてもよい。遮光部は、ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した残りの表示光ＰＬ１１を遮光する。これにより、ビームスプリッタ１２２を透過した表示光を遮光することができるため、ビームスプリッタ１２２Ｌよりも下側が明るくなることを防ぐことができる。

【0034】

ビームスプリッタ１２２Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１を前方（＋Ｚ方向）に反射する。そして、表示光ＰＬ１１は、コンバイナ１２１Ｌに入射する。コンバイナ１２１Ｌは、後方（－Ｚ方向）に表示光ＰＬ１１の一部を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１１を表示光ＰＬ１２とする。さらに、コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡であり、表示光ＰＬ１２を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光ＰＬ１１を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１２は、ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。ビームスプリッタ１２２Ｌは、表示光ＰＬ１２の一部を透過する。

【0035】

ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した表示光ＰＬ１２は、左眼ＥＬに入射する。このように、左眼用光学系１０３Ｌが、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１を、ユーザの左眼ＥＬに導く。このような光学系により、ユーザの前方（＋Ｚ方向）に虚像Ｉを表示させることができる。また、コンバイナ１２１Ｌとして凹面鏡を用いているため、表示画像が拡大して表示される。

【0036】

次に、ユーザの前方（＋Ｚ方向）からの外光ＰＬ２１について説明する。外光ＰＬ２１の一部は、コンバイナ１２１Ｌを透過する。コンバイナ１２１Ｌを透過した外光ＰＬ２１は、ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。ビームスプリッタ１２２Ｌは、外光ＰＬ２１の一部を透過する。ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した外光ＰＬ２１は、左眼ＥＬに入射する。

【0037】

ヘッドマウントディスプレイ１００が半透過型であるため、コンバイナ１２１Ｌは、前方（＋Ｚ方向）からの外光ＰＬ２１と左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１を合成する。右眼用光学系１０３Ｒについては、左眼用光学系１０３Ｌと同様になっている。コンバイナ１２１Ｒは、前方（＋Ｚ方向）からの外光ＰＲ２１と右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１を合成する。ユーザの前方（＋Ｚ方向）にコンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒを設けることで、ヘッドマウントディスプレイ１００を光学シースルー方式とすることができる。ユーザの前方（＋Ｚ方向）の景色に、表示画像が重畳される。つまり、ユーザは、表示画像が重畳された景色を視認することができる。

【0038】

ビームスプリッタ１２２ＬはＺ方向から傾斜している。すなわち、ビームスプリッタ１２２の表面が、ＸＹ平面から傾斜している。ビームスプリッタ１２２Ｌの上下位置（Ｙ位置）に応じて、表示光ＰＲ１２の入射角度が変わる。なお、図３では、Ｚ方向に対するビームスプリッタ１２２Ｌの傾斜角度は４５°となっている。

【0039】

例えば、ビームスプリッタ１２２Ｌにおいて、左眼ＥＬよりも上側にある位置を第１の位置Ｙ１とし、左眼ＥＬよりも下側にある位置を第２の位置Ｙ２とする。第１の位置Ｙ１における光の入射角を入射角θ１とし、第２の位置Ｙ２における光の入射角を入射角θ２とする。入射角θ１と入射角θ２は、ビームスプリッタ１２２の平面に対する法線と、光の進行方向との成す角度である。ここで、入射角θ１、θ２を規定する光は、コンバイナ１２１Ｌで反射して左眼ＥＬに向かう表示光ＰＬ１２、又はコンバイナ１２１Ｌを透過して左眼ＥＬに向かう外光ＰＬ２１とすることができる。

【0040】

図３に示すように、ビームスプリッタ１２２Ｌは下側（－Ｙ側）になるほど、前側（＋Ｚ側）になるように傾斜している。よって、入射角θ１は入射角θ２よりも小さくなる。例えば、ビームスプリッタ１２２Ｌは入射角が小さくなるほど、透過率が高くなっている。よって、ビームスプリッタ１２２Ｌの上側が明るくなり、下側が暗くなってしまい、虚像Ｉに輝度差が生じてしまうおそれがある。

【0041】

そこで、本実施の形態では、入射角の違いに起因する虚像の輝度差を低減するため、ビームスプリッタ１２２Ｌの透過率の空間分布を調整している。以下、ビームスプリッタ１２２Ｌの詳細な構成について、図４を用いて説明する。ビームスプリッタ１２２Ｌの構成を模式的に示す側面断面図である。

【0042】

ビームスプリッタ１２２Ｌは、基板１２２１と、ハーフミラー膜１２２２と、を備えている。基板１２２１は光を透過する透明基板である。例えば、基板１２２１は、ガラス基板又は樹脂基板などとなっている。ハーフミラー膜１２２２は、基板１２２１のコンバイナ１２１Ｌ側の面に形成された薄膜である。ハーフミラー膜１２２２は、入射した光の一部を透過する。ハーフミラー膜１２２２は、膜厚に応じて光の透過率が変化する。膜厚が厚くなるほど、ハーフミラー膜１２２２の透過率が低くなる。例えば、膜厚と透過率とが反比例の関係となっている。

【0043】

図４に示すように、下側（－Ｙ側）になるほど、ハーフミラー膜１２２２の膜厚が薄くなっていく。Ｚ方向において左眼ＥＬから離れるにつれて、ハーフミラー膜１２２２の膜厚が薄くなっている。このようにすることで、入射角の違いに起因する虚像の輝度差を低減することができる。ヘッドマウントディスプレイ１００の表示品質を向上することができる。

【0044】

具体的には、第１の位置Ｙ１における膜厚が、第２の位置Ｙ２における膜厚よりも厚くなる。第１の位置Ｙ１から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率が、第２の位置Ｙ２から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率と一致する。換言すると、Ｚ方向と平行に進む光がビームスプリッタ１２２Ｌに入射した場合、第１の位置Ｙ１における透過率が第２の位置Ｙ２における透過率よりも低くなる。

【0045】

このように、ビームスプリッタ１２２Ｌは、厚さに応じて透過率が変化するハーフミラー膜１２２２を有している。そして、ハーフミラー膜１２２２の厚さが上側から下側に向かうに、徐々に薄くなっていく。このようにすることで、第１の位置Ｙ１から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率と、第２の位置Ｙ２から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率とが等しくなる。よって上下方向における虚像の輝度差を低減することができる。ヘッドマウントディスプレイ１００の表示品質を向上することができる。

【0046】

ハーフミラー膜１２２２としては、例えば、蒸着膜を用いることができる。ハーフミラー膜１２２２は、基板１２２１の面内において、膜厚が異なるように斜方蒸着されたウェッジコートとなっている。蒸着源に対して基板１２２１を傾けた状態として、ハーフミラー膜１２２２を基板１２２１上に蒸着すればよい。つまり、蒸着源に対して基板１２２１を斜めに配置することで、蒸着源から基板１２２１の一端までの距離が、蒸着源から基板１２２１の他端までの距離よりも大きくなる。これにより、基板１２２１の一端から基板１２２１の他端に向かうにつれて、ハーフミラー膜１２２２の膜厚が徐々に厚くなるように、蒸着膜を形成することができる。なお、図４では、ハーフミラー膜１２２２の厚さが連続的に変化しているが、ハーフミラー膜１２２２の厚さが段階的に変化していても良い。例えば、２段階以上の異なる膜厚でハーフミラー膜１２２２を形成すれば良い。ハーフミラー膜１２２２は単層膜でもよく、多層積層膜でもよい。

【0047】

図５は、第１の位置Ｙ１と第２の位置Ｙ２とにおける光の透過率特性を示すグラフである。図５において、横軸が光の波長であり、縦軸が透過率となっている。図５では、入射角が４０°、４５°、５０°の場合の透過率が示されている。第１の位置Ｙ１での透過率をＴ１とし、第２の位置Ｙ２での透過率をＴ２とする。例えば、入射角θ１が４０°の透過率Ｔ１がＴ１（４０°）として示されている。

【0048】

図５に示すように、ビームスプリッタ１２２Ｌは、Ｔ１（４０°）とＴ２（５０°）とが一致するような透過率分布を有している。具体的には、図４において、第１の位置Ｙ１での表示光ＰＬ１２がＺ軸に対して－５°傾いており、第２の位置Ｙ２での表示光ＰＬ１２がＺ軸に対して＋５°傾いている。このような場合、ビームスプリッタ１２２Ｌが、Ｔ１（４０°）とＴ２（５０°）とが一致するような透過率分布を有するように、ハーフミラー膜１２２２の膜厚分布を調整する。第１の位置Ｙ１において、Ｚ方向から－５°傾いた方向に進む光の透過率が、第２の位置Ｙ２において、Ｚ方向から＋５°傾いた方向に進む光の透過率と一致している。

【0049】

換言すると、ハーフミラー膜１２２２は、入射角が同じ場合、Ｔ１がＴ２よりも低くなるような膜厚分布を有している。例えば、Ｔ１（４５°）はＴ２（４５°）よりも小さくなる。このようにすることで、上下方向の輝度差を低減することができるため、表示品質を向上することができる。

【0050】

実施の形態２
実施の形態２では、ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒの構成が実施の形態１と異なっている。図６は、光学系の光学系を示す模式図である。図７は、ビームスプリッタ１２２Ｌの構成を模式的に示す側面断面図である。ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒ以外の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。また、ビームスプリッタ１２２Ｒはビームスプリッタ１２２Ｌと同様であるため、適宜、説明を省略する。

【0051】

図６に示すように、ビームスプリッタ１２２Ｌは、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２に分割されている。第１の領域Ｓ１は第１の位置Ｙ１を含む領域である。第２の領域Ｓ２は、第２の位置Ｙ２を含む領域である。図６に示すように、ビームスプリッタ１２２Ｌの上側半分が第１の領域Ｓ１となっており、下側半分が第２の領域Ｓ２となっている。第２の領域Ｓ２は第１の領域Ｓ１の前側にある。

【0052】

図７に示すように、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とで、ビームスプリッタ１２２Ｌが分割されている。具体的には、第１の領域Ｓ１におけるビームスプリッタ１２２Ｌを上側ビームスプリッタ１２２４とし、第２の領域Ｓ２におけるビームスプリッタ１２２Ｌを下側ビームスプリッタ１２２５とする。しがって、ビームスプリッタ１２２Ｌは上側ビームスプリッタ１２２４と下側ビームスプリッタ１２２５とを備えている。

【0053】

上側ビームスプリッタ１２２４は基板１２２１ａとハーフミラー膜１２２２ａとを備えている。下側ビームスプリッタ１２２５は基板１２２１ｂとハーフミラー膜１２２２ｂとを備えている。基板１２２１ａと基板１２２１ｂとは、透明な基板などであり、同じ厚さとなっている。

【0054】

ハーフミラー膜１２２２ａ、１２２２ｂは、基板１２２１ａ、１２２１ｂのコンバイナ１２１Ｌ側の面に形成されている。ハーフミラー膜１２２２ａ、１２２２ｂは、膜厚に応じて光の透過率が変化する薄膜である。膜厚が厚くなるほど、ハーフミラー膜１２２２の透過率が低くなる。例えば、膜厚と透過率とが反比例の関係となっている。ハーフミラー膜１２２２ａと、ハーフミラー膜１２２２ｂとは、同じ材料で形成された薄膜である。ハーフミラー膜１２２２ａ、１２２２ｂは単層膜でもよく、多層積層膜でもよい。

【0055】

ハーフミラー膜１２２２ａと、ハーフミラー膜１２２２ｂとは、膜厚が異なっている。ハーフミラー膜１２２２ａはハーフミラー膜１２２２ｂよりも厚く形成されている。例えば、基板１２２１ａ上にハーフミラー膜１２２２ａとなる薄膜を形成することで上側ビームスプリッタ１２２４が形成される。基板１２２１ｂ上にハーフミラー膜１２２２ｂとなる薄膜を形成することで下側ビームスプリッタ１２２５が形成される。

【0056】

このようにすることで、第１の位置Ｙ１から左眼ＥＬに向かう方向における上側ビームスプリッタ１２２４の透過率が、第２の位置Ｙ２から左眼ＥＬに向かう方向における下側ビームスプリッタ１２２５の透過率と一致する。よって、上下方向における虚像Ｉの輝度差を抑制することができる。ヘッドマウントディスプレイ１００の表示品質を向上することができる。なお、上側ビームスプリッタ１２２４と、下側ビームスプリッタ１２２５との分割線は、左眼ＥＬの近傍であるため、ぼやけて視認できない。よって、ユーザは分割線による表示品質の劣化の影響を受けにくい。

【0057】

実施の形態３
実施の形態３にかかるヘッドマウントディスプレイの構成について、図８を用いて説明する。図８はヘッドマウントディスプレイのビームスプリッタ１２２Ｌの構成を模式的に示す正面図である。なお、ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒ以外の構成については、実施の形態１，２と同様であるため説明を省略する。また、ビームスプリッタ１２２Ｒは、ビームスプリッタ１２２Ｒと同様であるため、説明を省略する。

【0058】

実施の形態３では、ビームスプリッタ１２２Ｌが、例えば、ポルカドットビームスプリッタとなっている。具体的には、ビームスプリッタ１２２Ｌは、基板１２２１と、反射膜のパターン１２２８とを備えている。基板１２２１は透明な基板となっている。基板１２２１上に、微細な反射膜のパターン１２２８が形成されている。基板１２２１に、アルミニウムなどの金属膜をコーティングすることで、反射膜のパターン１２２８が形成される。

【0059】

よって、反射膜のパターン１２２８が形成されている箇所に入射した光は、ビームスプリッタ１２２Ｌで反射される。パターン１２２８が形成されていない箇所に入射した光は、ビームスプリッタ１２２Ｌを透過する。パターン１２２８が形成されていない箇所では、光が透明な基板１２２１を透過する。パターン１２２８の面積占有率、つまり開口率を調整することで、反射率を調整することができる。なお、面積占有率は、単位面積当りにおいて、反射膜のパターン１２２８が占める割合である。パターン１２２８が占める割合を高くすることで、透過率を下げることができる。パターン１２２８が占める割合を低くすることで、透過率を上げることができる。

【0060】

反射膜のパターン１２２８は、左眼ＥＬの近傍にあり、ユーザが視認できないほどのサイズとなっている。パターン１２２８は、ユーザが肉眼で視認できないほどの微細パターンである。よって、ユーザが虚像中にパターン１２２８を視認することがない。パターン１２２８は複数の円形ドットを含んでいる。つまり、反射膜のパターン１２２８は、複数のドットパターンとして形成されている。パターン１２２８は円形以外の形状であってもよい。反射膜のパターン１２２８は単層膜でもよく、多層積層膜でもよい。

【0061】

第１の位置Ｙ１を含む第１の領域Ｓ１は、ユーザの左眼よりも上側に配置されている。第２の位置Ｙ２を含む第２の領域Ｓ２は、ユーザの左眼よりも下側に配置されている。第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とで、パターン１２２８の面積占有率が異なっている。

【0062】

具体的には、第１の領域Ｓ１におけるパターン１２２８の面積占有率が、第２の領域Ｓ２におけるパターン１２２８の面積占有率よりも大きくなっている。このようにすることで、入射角が同じ場合、第１の領域Ｓ１の透過率を第２の領域Ｓ２の透過率よりも小さくすることができる。つまり、入射角が同じ場合、第１の領域Ｓ１では、第２の領域Ｓ２よりも多くの光を反射する。第１の位置Ｙ１から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率が、第２の位置Ｙ２から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率と一致する。上下方向の輝度差を低減することができるため、ヘッドマウントディスプレイ１００の表示品質を向上することができる。

【0063】

図８では、第１の領域Ｓ１のパターン１２２８は、第２の領域Ｓ２のパターン１２２８よりも大きなサイズとなっている。つまり、第１の領域Ｓ１のパターン１２２８のドットサイズは、第２の領域Ｓ２のパターン１２２８のドットサイズよりも大きくなっている。第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とで、パターン１２２８のピッチは同じとなっている。このようにすることで、それぞれの位置で左眼ＥＬに向かう方向における透過率を一致させることができる。

【0064】

もちろん、第１の領域Ｓ１のパターン１２２８と、第２の領域Ｓ２のパターン１２２８とは同じサイズとしてもよい。この場合で、第１の領域Ｓ１のパターン１２２８と、第２の領域Ｓ２のパターン１２２８とを異なるピッチで形成する。つまり、サイズ、ピッチ、形状、数等の少なくとも一つを変えることで、面積占有率を変えることができる。パターン１２２８に面内分布を設けることで、それぞれの位置における透過率を一致させることができる。これにより、上下方向の輝度ムラを抑制することができるため、表示品質を向上することができる。また、ビームスプリッタ１２２Ｌにおける透過率が異なる領域を更に細分化し、それぞれの領域の一地点から左眼ＥＬに向かう方向における透過率が一致するようにしてもよい。

【0065】

実施の形態４
実施の形態４にかかるヘッドマウントディスプレイ１００について、図９を用いて説明する。図９は、ヘッドマウントディスプレイ１００のビームスプリッタ１２２Ｌの構成を模式的に示す側面図である。なお、ビームスプリッタ１２２Ｌ以外の構成は実施の形態１～３と同様であるため説明を省略する。例えば、ビームスプリッタ１２２Ｌは、図６に示したように、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２に分割されている。第１の領域Ｓ１は、左眼よりも上にある第１の位置Ｙ１を含む領域であり、第２の領域Ｓ２は、左眼ＥＬよりも下にある第２の位置Ｙ２を含む領域である。

【0066】

ビームスプリッタ１２２Ｌは基板１２２１とハーフミラー膜１２２２と吸光フィルタ１２２９とを備えている。基板１２２１のコンバイナ１２１Ｌ側の面には、ハーフミラー膜１２２２が形成されている。基板１２２１の左眼ＥＬ側の面には、吸光フィルタ１２２９が形成されている。つまり、後方から、吸光フィルタ１２２９，基板１２２１，ハーフミラー膜１２２２の順番で配置されている。吸光フィルタ１２２９は光の一部を吸収して、残りを透過する。

【0067】

ハーフミラー膜１２２２は面内全体で均一な膜厚で形成されている。よって、ハーフミラー膜１２２２の反射率及び透過率は面内で均一になっている。一方、吸光フィルタ１２２９の吸収率が面内で均一となっていない。第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とで、吸光フィルタ１２２９の吸収率が異なっている。第１の領域Ｓ１の吸光フィルタ１２２９の吸収率は第２の領域Ｓ２の吸光フィルタ１２２９の吸収率よりも高くなっている。

【0068】

よって、第１の位置Ｙ１から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率が、第２の位置Ｙ２から左眼ＥＬに向かう方向におけるビームスプリッタ１２２Ｌの透過率と一致する。上下方向の輝度差を低減することができる。このような吸光フィルタ１２２９を基板１２２１に貼り合わせることで、表示品質を向上することができる。

【0069】

吸光フィルタ１２２９の吸収率は、透明材料中に含まれる吸光材の濃度により、調整することができる。例えば、吸光材の濃度を高くするほど、吸収率が高くなる。第１の領域Ｓ１において、吸光材の濃度が高くなっており、第２の領域Ｓ２では吸光材の濃度が低くなっている。このように、第１の領域Ｓ１の吸光材の濃度を第２の領域Ｓ２の濃度よりも高くすることで、上下方向の輝度ムラを改善することができる。なお、第１の領域Ｓ１の吸光フィルタ１２２９と第２の領域Ｓ２の吸光フィルタ１２２９は一体的に形成されていてもよく、別体として形成されていてもよい。

【0070】

なお、ヘッドマウントディスプレイ１００がオプティカルシースルー方式のヘッドマントディスプレイとして説明したが、ヘッドマウントディスプレイ１００は非透過型のヘッドマントディスプレイであってもよい。非透過型のヘッドマウントディスプレイの場合、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒの代わりに、反射ミラーが設けられていればよい。つまり、ビームスプリッタ１２２の前方に配置される反射部材は、ハーフミラーなどのビームスプリッタであってもよく、反射ミラーであってもよい。反射部材が表示光をユーザの方向に反射する。

【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、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、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言うまでもない。上記の実施の形態の２つ以上を適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0072】

ＥＬ 左眼
ＥＲ 右眼
１００ ヘッドマウントディスプレイ
１０１ 表示素子部
１０１Ｌ 左眼用表示素子
１０１Ｒ 右眼用表示素子
１０２ フレーム
１０３Ｌ 左眼用光学系
１０３Ｒ 右眼用光学系
１２１Ｌ、１２１Ｒ、１２１ コンバイナ
１２２Ｌ、１２２Ｒ、１２２ ビームスプリッタ
ＰＬ１１、ＰＬ１２ 表示光
ＰＬ２１ 外光
１２２１ 基板
１２２２ ハーフミラー膜
１２２４ 上側ビームスプリッタ
１２２５ 下側ビームスプリッタ
１２２８ パターン
１２２９ 吸光フィルタ
Ｓ１ 第１の領域
Ｓ２ 第２の領域
Ｙ１ 第１の位置
Ｙ２ 第２の位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】