特開 2024-102735 頭部装着型表示装置及び光学ユニット

(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】P2024102735

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】頭部装着型表示装置及び光学ユニット

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240724BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20240724BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20240724BHJP

   G02B 3/08 20060101ALI20240724BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02F1/13 505

G02B5/02 B

G02B3/08

G02B5/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006825

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100109221

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 充広

(72)【発明者】

【氏名】武田 高司

【テーマコード（参考）】

2H042

2H088

2H149

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H042AA03

2H042AA04

2H042AA15

2H042AA20

2H042AA26

2H042BA03

2H042BA13

2H042BA20

2H088EA10

2H088EA42

2H088HA02

2H088HA14

2H088HA18

2H088HA21

2H088MA06

2H149AA17

2H149AB23

2H149BA04

2H149BA23

2H199CA12

2H199CA24

2H199CA25

2H199CA27

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA43

2H199CA45

2H199CA63

2H199CA70

2H199CA74

2H199CA85

2H199CA86

2H199CA87

(57)【要約】

【課題】光学系全体が大型化してしまうことを回避しつつ画角を広くする。
【解決手段】頭部装着型表示装置２００は、右眼用の第１散乱領域４０ａと、左眼用の第２散乱領域４０ｂとを有する散乱部材２２と、第１散乱領域４０ａに映像光ＭＬを照射する第１投射光学系１０ａと、第２散乱領域４０ｂに映像光ＭＬを照射する第２投射光学系１０ｂと、散乱部材２２の顔側に配置され、第１散乱領域４０ａ及び第２散乱領域４０ｂに対応して設けられ散乱部材２２で散乱された映像光ＭＬを第１偏光方向に制限する第１偏光領域２３ｂを有する第１偏光部材６１と、第１偏光部材６１の位置から外界側に配置され、外界光ＯＬを第２偏光方向に制限する第２偏光領域２５ｃを有する第２偏光部材６２と、第１偏光部材６１の顔側に配置され、映像光ＭＬの偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂと、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

右眼用の映像光を散乱させる第１散乱領域と、左眼用の映像光を散乱させる第２散乱領域とを有する散乱部材と、
前記第１散乱領域に前記映像光を照射する第１投射光学系と、
前記第２散乱領域に前記映像光を照射する第２投射光学系と、
前記散乱部材の外界側に配置され、前記第１散乱領域及び前記第２散乱領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、
前記散乱部材の顔側に配置され、前記第１散乱領域及び前記第２散乱領域に対応して設けられ前記散乱部材で散乱された前記映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、
前記第１偏光部材の位置から外界側に配置され、前記外界光を前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、
前記第１偏光部材の顔側に配置され、前記映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子と、
を備える、頭部装着型表示装置。

【請求項2】

前記散乱部材は、前記第１散乱領域と、前記第２散乱領域と、外界を視認可能にする光透過領域とを有する、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項3】

前記散乱部材は、互いに部分的に重複する右眼用の第１観察領域と左眼用の第２観察領域とを有し、
重複する共通観察領域で、前記第１散乱領域と前記第２散乱領域とは、相互に割り込むように配置されている、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項4】

前記共通観察領域で、前記第１散乱領域と前記第２散乱領域とがそれぞれ正方格子状又は長方格子状に配置され、全体として面心格子状に配列されている、請求項３に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項5】

前記第１散乱領域と前記第２散乱領域とは、視線方向に合わせた角度特性を有する、請求項３に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項6】

前記第１偏光領域は、前記散乱領域に対応して離散的に設けられる、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項7】

前記遮光部材は、前記外界光の入射を抑制する遮光層を有し、
前記遮光層は、前記第１散乱領域及び前記第２散乱領域に対応する大きさを有する、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項8】

前記偏光分離レンズ素子は、複数の画素を包括的に結像させる偏光分離液晶レンズである、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項9】

前記第１投射光学系は、画像を表示する第１画像表示パネルを有し、前記第１画像表示パネルの発光領域からの射出光を前記映像光として前記第１散乱領域に投影し、
前記第２投射光学系は、画像を表示する第２画像表示パネルを有し、前記第２画像表示パネルの発光領域からの射出光を前記映像光として前記第２散乱領域に投影する、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項10】

前記第１投射光学系は、走査のために駆動される微小ミラーにより、レーザー光源からの変調光を前記映像光として前記第１散乱領域に投影し、
前記第２投射光学系は、走査のために駆動される微小ミラーにより、レーザー光源からの変調光を前記映像光として前記第２散乱領域に投影する、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項11】

前記遮光部材と、前記散乱部材と、前記第１偏光部材とが一体化されている、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項12】

散乱部材は、赤色用の散乱領域と、緑色用の散乱領域と、青色用の散乱領域とを有し、前記散乱領域が配置されない領域に前記外界光を透過させる光透過領域を有する、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。

【請求項13】

右眼用の映像光を散乱させる第１散乱領域と、左眼用の映像光を散乱させる第２散乱領域とを有する散乱部材と、
前記第１散乱領域に前記映像光を照射する第１投射光学系と、
前記第２散乱領域に前記映像光を照射する第２投射光学系と、
前記散乱部材の外界側に配置され、前記第１散乱領域及び前記第２散乱領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、
前記散乱部材の顔側に配置され、前記第１散乱領域及び前記第２散乱領域に対応して設けられ前記散乱部材で散乱された前記映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、
前記第１偏光部材の位置から外界側に配置され、前記外界光を前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、
前記第１偏光部材の顔側に配置され、前記映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子と、
を備える、光学ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、虚像の観察を可能にする頭部装着型表示装置及び光学ユニットに関し、特に外界像を視認可能にするシースルー型の頭部装着型表示装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

外界を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置として、画像表示領域と、該画像表示領域を囲むように形成された透明表示領域とを有する液晶パネルと、光源から端部に入射されたバックライト光を導光する導光板とを備え、導光板が液晶パネルの画像表示領域にバックライト光を照射する発光領域と環境光を透過させる光透過領域とを備えるものが公知となっている（特許文献１）。この表示装置は、導光板の光透過領域及び液晶パネルの透明表示領域から環境光が観察者に到達するとともに、画像表示領域にバックライト光を照射しない期間に環境光が導光板の発光領域と液晶パネルの画像表示領域とを透過して観察者に到達するように構成されている。このような構成により、映像光と環境光とが重ね合わされたシースルー表示が実現されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０５６２９８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記装置では、導光板の発光領域にドットの形成、散乱材の塗布等の加工がなされており、液晶パネルの画像表示領域を通過する環境光が、加工がなされた発光領域を通過することになるので、画像表示領域に対応する視野の中央付近でのシースルー透過率が低下する。視野の中央付近において高いシースルー透過率のシースルー表示を実現するためには、別途、シースルー透過率の高い光学系等が必要となり、大型化に繋がる。また、上記装置では、小型化のため液晶パネルを両眼に近づけつつ両眼に共通する映像を表示することは容易でない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一側面における頭部装着型表示装置は、右眼用の映像光を散乱させる第１散乱領域と、左眼用の映像光を散乱させる第２散乱領域とを有する散乱部材と、第１散乱領域に映像光を照射する第１投射光学系と、第２散乱領域に映像光を照射する第２投射光学系と、散乱部材の外界側に配置され、第１散乱領域及び第２散乱領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、散乱部材の顔側に配置され、第１散乱領域及び第２散乱領域に対応して設けられ散乱部材で散乱された映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、第１偏光部材の位置から外界側に配置され、外界光を第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、第１偏光部材の顔側に配置され、映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の頭部装着型表示装置の装着状態を説明する外観斜視図である。

【図2】頭部装着型表示装置の光学的構造を説明する概念的な平面視図である。

【図3】表示光学系の光学的構造を説明する概念的な斜視図である。

【図4】表示光学系の光学的構造を説明する概念的な側面図である。

【図5】複合表示部材の繰返単位又はサブ画素を説明する概念的な拡大斜視図である。

【図6A】遮光部材を説明する平面図である。

【図6B】散乱部材を説明する平面図である。

【図6C】パターン偏光部材を説明する平面図である。

【図7】画素区画でのサブ画素スポットの照射状態の例を説明する図である。

【図8】第１散乱領域及び第２散乱領域を説明する拡大概念図である。

【図9A】遮光部材、散乱部材、及びパターン偏光部材を重ねて示した図である。

【図9B】共通観察領域において散乱部材等を重ねて示した図である。

【図10】投射光学系を説明する概念図である。

【図11】投射光学系で形成される画素又はサブ画素を説明する図である。

【図12】偏光分離レンズ素子の構造及び機能を説明する概念的な斜視図である。

【図13A】頭部装着型表示装置の片眼の動作を説明する概念図である。

【図13B】頭部装着型表示装置の片眼の動作を説明する概念図である。

【図14】頭部装着型表示装置のうち両眼に共通する部分での動作を説明する図である。

【図15】第２実施形態の頭部装着型表示装置を説明する概念図である。

【図16A】第３実施形態の頭部装着型表示装置を説明する概念図である。

【図16B】第３実施形態のパターン偏光部材を説明する平面図である。

【図17A】第４実施形態の頭部装着型表示装置を説明する概念図である。

【図17B】第４実施形態の頭部装着型表示装置の変形例を説明する概念図である。

【図18】第５実施形態の頭部装着型表示装置を説明する概念図である。

【図19】第５実施形態の複合表示部材の具体的構造の一例を示す。

【図20】頭部装着型表示装置のうち両眼に共通する部分での動作を説明する図である。

【図21】第６実施形態の複合表示部材を説明する概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

〔第１実施形態〕
以下、図１～１４を参照して、本発明の第１実施形態に係る頭部装着型表示装置等について説明する。

【0008】

図１は、ヘッドマウントディスプレイ、すなわち頭部装着型表示装置２００の装着状態を説明する斜視図である。頭部装着型表示装置（以下、ＨＭＤとも称する。）２００は、双眼型表示装置２０１であり、これを装着する観察者又は装着者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、＋Ｘ方向は、ＨＭＤ２００を装着した観察者又は装着者ＵＳの両眼ＥＹの並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、装着者ＵＳにとっての両眼ＥＹの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、装着者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Ｙ方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。

【0009】

ＨＭＤ２００は、外観的な部分として、駆動装置１０２と、シェード状部材１０４と、一対のテンプル１００Ｃと、情報端末であるユーザー端末９０とを備える。ＨＭＤ２００は、光学的な部分として、右眼用の第１虚像表示装置１００Ａと、左眼用の第２虚像表示装置１００Ｂとを備える。第１虚像表示装置１００Ａは、駆動装置１０２のうち右眼の前方上方に配置される第１表示駆動部１０２ａと、全体として眼前を覆う第１表示光学系１０３ａとで構成される。第２虚像表示装置１００Ｂは、駆動装置１０２のうち左眼の前方上方に配置される第２表示駆動部１０２ｂと、全体として眼前を覆う第２表示光学系１０３ｂとで構成される。ここで、第１表示光学系１０３ａは、シェード状部材１０４のうち右側の第１部分１０４ａ、中央の第３部分１０４ｃ、第１部分１０４ａの背後に配置された第１偏光分離レンズ素子１５０ａ等を構成要素とする。第２表示光学系１０３ｂは、シェード状部材１０４のうち左側の第２部分１０４ｂ、中央の第３部分１０４ｃ、第２部分１０４ｂの背後に配置された第２偏光分離レンズ素子１５０ｂ等を構成要素とする。つまり、中央の第３部分１０４ｃは、第１虚像表示装置１００Ａと第２虚像表示装置１００Ｂとに共通の部分となっている。第１虚像表示装置１００Ａと第２虚像表示装置１００Ｂとを組み合わせたＨＭＤ２００は、広義の虚像表示装置でもある。一対のテンプル１００Ｃは、装着者ＵＳの頭部に装着される装着部材又は支持装置１０６である。テンプル１００Ｃは、外観上一体化されている表示駆動部１０２ａ，１０２ｂを介してシェード状部材１０４の上端側と、一対の偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂの上端側とを支持している。

【0010】

図２は、第１表示光学系１０３ａ及び第２表示光学系１０３ｂの構造を説明する概念的な平面図である。第１表示光学系１０３ａは、第１投射光学系１０ａと、複合表示部材１２０ａと、第１偏光分離レンズ素子１５０ａとを備える。第２表示光学系１０３ｂは、第２投射光学系１０ｂと、複合表示部材１２０ｂと、第２偏光分離レンズ素子１５０ｂとを備える。右眼用の複合表示部材１２０ａは、シェード状部材１０４の第１部分１０４ａ及び第３部分１０４ｃに相当し、第１投射光学系１０ａから右眼用の映像光ＭＬが照射される。左眼用の複合表示部材１２０ａは、シェード状部材１０４の第２部分１０４ｂ及び第３部分１０４ｃに相当し、第２投射光学系１０ｂから左眼用の映像光ＭＬが照射される。

【0011】

図３は、第１表示光学系１０３ａの構造を説明する概念的な斜視図である。第１表示光学系１０３ａにおいて、第１投射光学系１０ａは、複合表示部材１２０ａの散乱部材２２に映像光ＭＬが照射されるように、複合表示部材１２０ａの斜め上方向に配置されている。散乱部材２２は、第１投射光学系１０ａからの投影光又は映像光ＭＬのスクリーンとして機能する受動的な画像表示部材である。複合表示部材１２０ａと第１偏光分離レンズ素子１５０ａとは、光軸ＡＸ方向に離間して配置されている。第１表示光学系１０３ａにおいて、眼ＥＹと第１偏光分離レンズ素子１５０ａとの間の距離は、例えば１０ｍｍ～２０ｍｍ程度、具体的には、１４ｍｍである。眼ＥＹと複合表示部材１２０ａとの間の距離は、例えば５０ｍｍ～１２０ｍｍ程度、具体的には、８０ｍｍである。

【0012】

図２に示す第２表示光学系１０３ｂは、第１表示光学系１０３ａを左右反転させたものであり、第２表示光学系１０３ｂについては、詳細な説明を省略する。第１表示光学系１０３ａ及び第２表示光学系１０３ｂを組み合わせたものであって、投射光学系１０ａ，１０ｂを除いたもの、或いは後述する画像表示パネル１１ａ，１１ｃのような表示画像源やその駆動回路を除いたものを、光学ユニットＯＵと呼ぶ。

【0013】

図３及び図４に示すように、第１表示光学系１０３ａにおいて、複合表示部材１２０ａは、第１投射光学系１０ａから射出された映像光ＭＬを装着者ＵＳの眼ＥＹ、すなわち装着者ＵＳの瞳位置に導くものである。複合表示部材１２０ａは、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に対して平行に近い状態から傾いた状態で配置される板状の部材である。複合表示部材１２０ａは、外光偏光部材２５と、遮光部材２１と、散乱部材２２と、パターン偏光部材２３とを積層し、不図示の枠体によって一体化した構造を有する。図示の例では、複合表示部材１２０ａの散乱部材２２に映像光ＭＬのスポットを形成するため、第１投射光学系１０ａから入射する映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３を経て散乱部材２２に入射する配置となっている。

【0014】

複合表示部材１２０ａは、ＸＹ面に沿ってマトリクス状に配列された複数の繰返単位２０ａで構成される。繰返単位２０ａは、画像を形成する単位である画素ＰＥに対応する画素区画２２ｔを含む。外光偏光部材２５と、遮光部材２１と、散乱部材２２と、パターン偏光部材２３とは、所定の間隔を設けて近傍に配置された状態で接合され、固定されている。これにより、装置を比較的薄くすることができる。なお、外光偏光部材２５と、遮光部材２１と、散乱部材２２と、パターン偏光部材２３とは、密着してもよい。散乱部材２２とパターン偏光部材２３とは、パターン偏光部材２３を経て散乱部材２２に入射する第１投射光学系１０ａからの映像光ＭＬの偏光方向と、散乱部材２２の散乱領域２２ｅで散乱してパターン偏光部材２３を通過する映像光ＭＬの偏光方向とが同一となるように配置を調整する。なお、パターン偏光部材２３を散乱部材２２から光軸ＡＸ方向に離して、第１投射光学系１０ａから散乱部材２２に映像光ＭＬを直接入射させてもよい。

【0015】

第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、映像光ＭＬに対してレンズとして機能する。第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、複合表示部材１２０ａのパターン偏光部材２３の顔側つまり－Ｚ側に配置されて眼前を覆う。第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、複数の画素ＰＥを包括的に結像させる単独レンズである。つまり、第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、各画素ＰＥに対応する光をまとめて結像させる。第１偏光分離レンズ素子１５０ａを単独レンズとすることにより、アイボックスを広くすることが容易になる。第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、ＸＹ面に平行に延びる板状の部材である。第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、具体的には液晶レンズ５１であり、屈折率の状態が異なる複数の円形の輪帯部分ＲＡを含む。一群の輪帯部分ＲＡは、光軸ＡＸの周りに対称的に同心で配置されている。一群の輪帯部分ＲＡのうち、光軸ＡＸから離れた周辺の輪帯部分ＲＡは、光軸ＡＸが通る中央の輪帯部分ＲＡよりも、光軸ＡＸを中心とする径方向の幅が狭くなっている。つまり、輪帯部分ＲＡの径方向の幅は、周辺にあるものほど狭くなっている。

【0016】

第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、水平方向の偏光に作用し、垂直方向又は鉛直方向の偏光には作用しない。水平方向の偏光に作用する第１偏光分離レンズ素子１５０ａは、散乱面ＤＳ又はこれに近い位置に焦点があり、或いはそれに近い屈折力を有するため、映像光ＭＬは眼ＥＹに略平行になって射出する。これにより、眼ＥＹの網膜上に画像と外界像が重なり、ＡＲ表示することができる。

【0017】

図５は、複合表示部材１２０ａの繰返単位２０ａを説明する部分拡大斜視図である。図５では、繰返単位２０ａのうち１つのサブ画素ＰＥａに対応する領域を示している。ここで、軸ＡＸａは、図２に示す光軸ＡＸに平行な軸である。

【0018】

外光偏光部材２５は、第２偏光部材６２であり、最も外界側に配置されており、外界光ＯＬを第２偏光方向、具体的には、垂直方向の偏光である縦偏光に制限し、第２偏光方向に直交する第１偏光方向の偏光、具体的には、水平方向の偏光である横偏光を遮断する。図示された実施形態では、横偏光が左右の±Ｘ方向に平行な偏光面を有する偏光であり、縦偏光が上下の±Ｙ方向に平行な偏光面を有する偏光である。図５及び他の図において、横偏光が「Ｐ１」、縦偏光が「Ｐ２」で示されている。外光偏光部材２５は、例えば光透過性を有する平板２５ａ上に吸収型の偏光膜２５ｂを貼り付けたものである。偏光膜２５ｂは、例えばヨウ素吸着させたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を特定方向に延伸した樹脂シートであってもよい。図示の例では、偏光膜２５ｂは、左右の±Ｘ方向に平行な偏光面を有する第１偏光Ｐ１を吸収によって遮断するが、偏光膜２５ｂは、第１偏光Ｐ１を反射によって遮断するものであってもよい。反射によって偏光を遮断する偏光膜２５ｂは、例えばワイヤーグリッド型の偏光板であり、ガラス等の平板２３ａ上にアルミニウム等の金属による微細なグリッドが形成されている。偏光膜２５ｂは、外界光ＯＬを第２偏光方向に制限するものであり、第２偏光領域２５ｃとも呼ぶ。

【0019】

遮光部材２１は、散乱部材２２の散乱領域２２ｅへの外界光ＯＬの入射を抑制する。遮光部材２１は、光透過性を有する平板２１ａ上に四角形の遮光層２１ｂを設けたものである。図６Ａに示すように、全体の遮光部材２１には、多数の遮光層２１ｂが、ＸＹ面に沿ってマトリクス状に配列されている。つまり、遮光部材２１を構成する全遮光層２１ｂは、横のＸ方向及び縦のＹ方向に関して周期的に２次元配列されている。各遮光層２１ｂは、各繰返単位２０ａにおける画素区画２２ｔのサブ画素ＰＥａに対応する領域に形成されている。なお、遮光層２１ｂは、後述する共通観察領域でなければ、４つのサブ画素ＰＥａを含む画素区画２２ｔの一部（例えば、４つのサブ画素ＰＥａを囲む最小の矩形枠内）に対応する領域に形成されてもよい。遮光層２１ｂは、画素ＰＥを構成するサブ画素ＰＥａと同等又はサブ画素ＰＥａより広い範囲を遮光する。遮光層２１ｂは、散乱領域２２ｅに対応する大きさを有する。これにより、外界光ＯＬが散乱領域２２ｅに入射することを抑制することができる。遮光部材２１のうち遮光層２１ｂが設けられていない光透過領域Ａ１は、外界光ＯＬを透過させるが、遮光層２１ｂは、外界光ＯＬの通過を抑制する。

【0020】

遮光層２１ｂは、吸光性を有する塗料その他の物質で形成され、例えばインクジェット方式で目的の個所に塗布することができる。遮光層２１ｂは、平板２１ａ上において遮光層２１ｂを形成しない位置に事前に離型剤からなる離型パターンを記録し、吸光物質のスプレーを全体に塗布し、離型パターンの箇所で吸光物質を除去することで、残った吸光物質層からなるものであってもよい。遮光層２１ｂは、光吸収作用又は光反射作用を有する物質であれば、黒以外の色の塗料を用いてもよい。さらに、遮光層２１ｂは、フォトレジスト技術等を用いて平板２１ａ上において遮光層２１ｂを形成すべき箇所に金属パターンを形成し、金属パターンを酸化して吸収性を高めたものであってもよい。遮光層２１ｂは、金属膜のような反射性を有する物質で形成されたミラーであってもよい。なお、遮光層２１ｂは、平板２１ａの顔に形成されるものに限らず、平板２１ａの外界側に形成されてもよい。

【0021】

図５等に示す散乱部材２２は、遮光部材２１の顔側に配置されている。散乱部材２２は、図４に示す第１投射光学系１０ａから照射される映像光ＭＬのうち一部の光を装着者ＵＳの眼ＥＹに向けて散乱させるものであり、複合表示部材１２０ａにおいて、画像表示部材として機能する。散乱部材２２は、光透過性を有する平板２２ａ上に、赤色、緑色、及び青色に対応する散乱領域２２ｅを有している。散乱部材２２は、散乱面ＤＳにおいて、第１画像表示パネル１１ａからのサブ画素スポットＳＰが照射される画素表示領域２２ｐを有する。画素表示領域２２ｐは、画素ＰＥを構成するサブ画素ＰＥａを含み、映像光ＭＬ又はサブ画素スポットＳＰが入射する領域である。散乱領域２２ｅは、画素表示領域２２ｐよりも狭い範囲に形成される。

【0022】

散乱領域２２ｅは、光を眼ＥＹ側に散乱させるナノ構造等の構造体である。散乱領域２２ｅは、平面視において多角形又は円形の輪郭を有する。散乱領域２２ｅのナノ構造は、ナノインプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ等で形成される。

【0023】

画素表示領域２２ｐに照射された光のうち、散乱領域２２ｅに入射した光は、眼ＥＹ側、すなわち前方に散乱し、散乱領域２２ｅ以外の光透過領域Ａ２に入射した光は、透過又は反射されるため、眼ＥＹ側に進まない。

【0024】

散乱領域２２ｅを設けた基板である平板２２ａは、光透過性を有するガラスやプラスチックで形成されている。平板２２ａ上には、画素表示領域２２ｐに１つのサブ画素ＰＥａに対応する散乱領域２２ｅが形成されている。散乱領域２２ｅは、サブ画素ＰＥａと１対１の関係にあり、１つの散乱領域２２ｅに対して１つのサブ画素ＰＥａに対応するサブ画素スポットＳＰが照射される。散乱領域２２ｅは、画素区画２２ｔのうち、遮光層２１ｂと同等又は遮光層２１ｂより小さい領域となっている。サブ画素スポットＳＰは、散乱領域２２ｅより大きく、隣の散乱領域２２ｅに入射しない大きさとなっている。第１投射光学系１０ａからの各サブ画素ＰＥａに対応する光の照射状態（角度方向や範囲）を制御することにより、散乱領域２２ｅでの映像光ＭＬの選択的な散乱が可能になる。

【0025】

図６Ｂに示すように、散乱部材２２は、四角形の輪郭を有する繰返区画２２ｓをＸ方向とＹ方向とに配列したものである。各繰返区画２２ｓは、画素区画２２ｔ又は画素ＰＥを有し、画素区画２２ｔは、複数のサブ画素区画２２ｕを有する。サブ画素区画２２ｕにおいて、サブ画素ＰＥａに対応する散乱領域２２ｅの周囲には、光透過領域Ａ２が形成されている。画素区画２２ｔは、画像を表示する画素表示領域２２ｐである。画素区画２２ｔは、２×２で配列された４つの散乱領域２２ｅを含む。第１表示光学系１０３ａの散乱部材２２において、画素ＰＥが形成される領域の大きさは、数十ｍｍ×百数十ｍｍ程度であり、画素数は、２Ｋ～４Ｋ程度である。サブ画素ＰＥａを含むサブ画素区画２２ｕの大きさは、例えば１０μｍ角～３０μｍ角程度である。散乱領域２２ｅの大きさは、例えば５μｍ角～２０μｍ角程度である。シースルー光を確保するため、（散乱領域面積）／（サブ画素区画面積）は、例えば０．３～０．８程度となっている。例えば、画素区画２２ｔが２４μｍ角、つまり、サブ画素区画２２ｕが１２μｍ角である場合、散乱領域２２ｅは８μｍ角である。

【0026】

図７に示すように、散乱部材２２において、例えば１画素の画素表示領域２２ｐには、各色用の散乱領域２２ｅ、具体的には、赤色用の散乱領域２２ｒ、一対の緑色用の散乱領域２２ｇ、青色用の散乱領域２２ｂが設けられている。赤色用の散乱領域２２ｒは、第１投射光学系１０ａからの光照射又はサブ画素スポットＳＰに応じて赤色の映像光ＭＬｒを表示に必要なタイミング及び輝度で射出する。一対の緑色用の散乱領域２２ｇは、第１投射光学系１０ａからの光照射又はサブ画素スポットＳＰに応じて緑色の映像光ＭＬｇを表示に必要なタイミング及び輝度で射出する。青色用の散乱領域２２ｂは、第１投射光学系１０ａからの光照射又はサブ画素スポットＳＰに応じて青色の映像光ＭＬｂを表示に必要なタイミング及び輝度で射出する。図６Ｂに示すように、全体の散乱部材２２には、４つの散乱領域２２ｒ，２２ｇ，２２ｂを一組とする多数の画素ＰＥが、ＸＹ面に沿ってマトリクス状に配列されている。つまり、散乱部材２２を構成する全画素ＰＥ、又は全組の散乱領域２２ｒ，２２ｇ，２２ｂは、横のＸ方向及び縦のＹ方向に関して周期的に２次元配列されている。散乱部材２２のうち散乱領域２２ｒ，２２ｇ，２２ｂが設けられていない光透過領域Ａ２は、外界光ＯＬを透過させる。

【0027】

図８を参照して、図２等に示すシェード状部材１０４における散乱部材２２の構造又は分布について説明する。図中において、右側は、散乱部材２２の第１部分２ａを拡大視したものであり、シェード状部材１０４の第１部分１０４ａに対応し、左側は、散乱部材２２の第２部分２ｂを拡大視したものであり、シェード状部材１０４の第２部分１０４ｂに対応し、中央は、散乱部材２２の第３部分２ｃを拡大視したものであり、シェード状部材１０４の第３部分１０４ｃに対応する。散乱部材２２は、互いに部分的に重複する右眼用の第１観察領域ＳＡ１と左眼用の第２観察領域ＳＡ２とを有する。第１観察領域ＳＡ１は、複合表示部材１２０ａに相当するシェード状部材１０４の第１部分１０４ａ及び第３部分１０４ｃに設けられ、第２観察領域ＳＡ２は、複合表示部材１２０ｂに相当するシェード状部材１０４の第２部分１０４ｂ及び第３部分１０４ｃに設けられている。第１観察領域ＳＡ１と第２観察領域ＳＡ２とが重複する共通観察領域ＳＡ３で、第１散乱領域４０ａと第２散乱領域４０ｂとが相互に割り込むように配置されている。つまり、第１散乱領域４０ａと第２散乱領域４０ｂとは、一方の散乱領域の画素パターンを維持しつつ、他方の散乱領域の画素パターンの上下及び左右の隙間に配置される。一方の散乱領域の画素パターンは、他方の散乱領域の画素パターンに対してシフトさせている。画素パターンは、第１又は第２観察領域ＳＡ１，ＳＡ２と共通観察領域ＳＡ３とで密度を変えずにシフトさせてもよいし、連続的に変化させてもよい。

【0028】

第１偏光分離レンズ素子１５０ａや第２偏光分離レンズ素子１５０ｂを、散乱部材２２を設けたシェード状部材１０４から十分離すことで、アイボックスを広くすることが容易になる。その一方で、散乱部材２２において両眼ＥＹに共通する映像を形成する共通観察領域ＳＡ３を設ける必要が生じる。このため、共通観察領域ＳＡ３で第１散乱領域４０ａと第２散乱領域４０ｂとが相互に割り込むように配置されることで、他方の眼ＥＹの方向へ向けての視野角確保が容易となる。つまり、右眼にとっては左方向の視野角を広げることができ、左眼にとっては右方向の視野角を広げることができる。

【0029】

第１観察領域ＳＡ１における散乱領域２２ｅ、つまり右眼用の映像光ＭＬを散乱させる第１散乱領域４０ａは、マトリクス状に２次元に配置され、図示の例では正方格子の格子点上に配置されている。４つの第１散乱領域４０ａは、画素ＰＥを形成し、各画素ＰＥを構成する４つの第１散乱領域４０ａは、それぞれサブ画素ＰＥａである。第２観察領域ＳＡ２における散乱領域２２ｅ、つまり左眼用の映像光ＭＬを散乱させる第２散乱領域４０ｂは、マトリクス状に２次元に配置され、図示の例では正方格子の格子点上に配置されている。４つの第２散乱領域４０ｂは、画素ＰＥを形成し、各画素ＰＥを構成する４つの第２散乱領域４０ｂは、それぞれサブ画素ＰＥａである。

【0030】

共通観察領域ＳＡ３では、第１観察領域ＳＡ１に形成された第１散乱領域４０ａと、第２観察領域ＳＡ２に形成された第２散乱領域４０ｂとが重畳して形成されており、相互の格子が格子間隔の１／２ずれた状態となっている。つまり、共通観察領域ＳＡ３では、第１散乱領域４０ａと第２散乱領域４０ｂとがそれぞれ正方格子状又は長方格子状に配置され、全体として面心正方格子状又は面心長方格子状に配列されている。第１観察領域ＳＡ１や第２観察領域ＳＡ２において、第１散乱領域４０ａや第２散乱領域４０ｂが格子点上にバランスよく配置されることで、両眼ＥＹによって観察される画像の解像度等の品質を全体として高めることができる。特に、両眼ＥＹの共通視線方向に対応する共通観察領域ＳＡ３において、第１散乱領域４０ａの格子と第２散乱領域４０ｂの格子とが格子間隔の１／２ずれた状態となっていることにより、画素ＰＥ又はサブ画素ＰＥａ間で画素の滲みボケが発生することを抑制しやすくなる。つまり、共通観察領域ＳＡ３を観察する際の画質を確保しつつ両眼ＥＹ用の画像の表示バランスを確保することが容易となる。

【0031】

第１観察領域ＳＡ１は、異方性散乱部であり、表面に異方性散乱体が形成されている。第１観察領域ＳＡ１は、例えばナノ構造体であり、ナノ構造により眼ＥＹの方向に散乱効率を高めた散乱特性を有する。

【0032】

図２を参照して、共通観察領域ＳＡ３では、任意の位置Ｓ３１の第１散乱領域４０ａが、第１投射光学系１０ａから入射した右眼用の映像光ＭＬを右眼が存在するアイポイントＥ１に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。また、共通観察領域ＳＡ３では、任意の位置Ｓ３２の第２散乱領域４０ｂが、第２投射光学系１０ｂから入射した左眼用の映像光ＭＬを左眼が存在するアイポイントＥ２に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。なお、第１観察領域ＳＡ１のうち第１部分１０４ａに対応する単独観察領域では、任意の位置Ｓ１の第１散乱領域４０ａが、第１投射光学系１０ａから入射した右眼用の映像光ＭＬをアイポイントＥ１に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。また、第２観察領域ＳＡ２のうち第２部分１０４ｂに対応する単独観察領域では、任意の位置Ｓ２の第２散乱領域４０ｂが、第２投射光学系１０ｂから入射した左眼用の映像光ＭＬをアイポイントＥ２に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。以上のように、散乱部材２２において、第１散乱領域４０ａと第２散乱領域４０ｂとは、映像光ＭＬを対応するアイポイントＥ１，Ｅ２に向けて射出するという視線方向に合わせた角度特性を有する。これにより、第１散乱領域４０ａからの映像光ＭＬを右眼位置に向けて効率よく射出させ、第２散乱領域４０ｂからの映像光ＭＬを左眼位置に向けて効率よく射出させることができる。つまり、右眼用の映像光ＭＬを第１偏光分離レンズ素子１５０ａに効率よく入射させ、左眼用の映像光ＭＬを第２偏光分離レンズ素子１５０ｂに効率よく入射させることができ、左右の眼用の映像が干渉することを防止できる。特に第１観察領域ＳＡ１と第２観察領域ＳＡ２とが共通する共通観察領域ＳＡ３において、第１散乱領域４０ａが第１投射光学系１０ａからの右眼用の映像光ＭＬを右眼用の第１偏光分離レンズ素子１５０ａ又はアイポイントＥ１に向け、第２散乱領域４０ｂが第２投射光学系１０ｂからの左眼用の映像光ＭＬを左眼用の第２偏光分離レンズ素子１５０ｂ又はアイポイントＥ２に向けるので、左右の眼ＥＹに独立しつつ整合した画像を提示することができる。

【0033】

以上では、散乱部材２２に設けられた右眼用の第１観察領域ＳＡ１と左眼用の第２観察領域ＳＡ２とが部分的に重複するとしたが、共通観察領域ＳＡ３は必須のものではない。共通観察領域ＳＡ３を省略した場合、第１観察領域ＳＡ１と第２観察領域ＳＡ２とは空間的に分離されて独立したものとなる。

【0034】

図５等に示すパターン偏光部材２３は、散乱部材２２の顔側に配置されている。パターン偏光部材２３は、映像光ＭＬを第２偏光方向とは異なる第１偏光方向、具体的には、横偏光に制限する。結果的に、外界光ＯＬ及び映像光ＭＬが外光偏光部材２５及びパターン偏光部材２３を通過することにより、外界光ＯＬ及び映像光ＭＬの偏光方向が互いに異なるものとなる。

【0035】

パターン偏光部材２３は、第１偏光部材６１として、光透過性を有する平板２３ａ上に四角形の第１偏光領域２３ｂを有する。図６Ｃに示すように、全体のパターン偏光部材２３には、多数の第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂが、ＸＹ面に沿ってマトリクス状に配列されている。つまり、パターン偏光部材２３を構成する全第１偏光部材６１は、横のＸ方向及び縦のＹ方向に関して周期的に２次元的に配列されている。第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂは、そのサイズ以上の間隔で互いに離間して配置されており、散乱領域２２ｅに対応して離散的に設けられている。第１偏光部材６１は、散乱部材２２の散乱領域２２ｅで散乱された映像光ＭＬを第２偏光方向と直交する第１偏光方向の横偏光（第１偏光Ｐ１）に制限する。パターン偏光部材２３において、第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂ以外は、光透過領域Ａ３となっており、光透過領域Ａ３を通過する外界光ＯＬは、偏光方向の制限を受けない。なお、第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂは、全てが離散的に設けられる場合に限らず、映像光ＭＬの偏光制御に影響が生じない程度に第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂの一部が繋がっていてもよい。

【0036】

パターン偏光部材２３は、例えば、ワイヤーグリッド型の偏光板であり、ガラス等の平板２３ａ上にアルミニウム等の金属による微細なグリッドが形成されている。

【0037】

図９Ａは、図２に示す第１部分１０４ａに対応する散乱部材２２の一部について、遮光部材２１とパターン偏光部材２３とを透視した状態を重ねて示した図である。この場合、遮光部材２１の遮光層２１ｂは、右眼用の画素区画２２ｔａのサブ画素ＰＥａ又は第１散乱領域４０ａに対応する大きさを有することによってサブ画素ＰＥａをカバーし、サブ画素ＰＥａよりも若干外側に広がった領域に形成されているが、サブ画素ＰＥａと一致する領域に形成されてもよい。また、遮光部材２１の遮光層２１ｂは、複数のサブ画素ＰＥａを囲む四角形状の枠に対応して設けてもよい。パターン偏光部材２３の第１偏光領域２３ｂは、右眼用の画素区画２２ｔａのサブ画素ＰＥａをカバーし、サブ画素ＰＥａよりも若干外側に広がった領域に形成されているが、サブ画素ＰＥａと一致する領域に形成されてもよい。

【0038】

図９Ｂは、図２に示す第３部分１０４ｃに対応する散乱部材２２の一部について、遮光部材２１とパターン偏光部材２３とを透視した状態を重ねて示した図である。右眼用の画素区画２２ｔａと左眼用の画素区画２２ｔｂとは、相互に部分的に重畳しているが、右眼用のサブ画素ＰＥａに相当する第１散乱領域４０ａと、左眼用のサブ画素ＰＥａに相当する第２散乱領域４０ｂとは、格子間隔の１／２のズレで互い違いに配置されている。ただし、右眼用のサブ画素ＰＥａ及び左眼用のサブ画素ＰＥａのいずれも、遮光部材２１の遮光層２１ｂがサブ画素ＰＥａ又は散乱領域４０ａ，４０ｂに対応する大きさを有することによって遮光層２１ｂにカバーされており、かつ、パターン偏光部材２３の第１偏光領域２３ｂの方が若干広く遮光部材２１にカバーされている。

【0039】

図２～図４、及び図１０に示す第１投射光学系１０ａは、２次元的な画像を形成し、この画像から映像光ＭＬを射出させる。図４及び図１０に示すように、第１投射光学系１０ａは、第１画像表示パネル１１ａと、第１結像光学系１２ａと、表示制御装置８８とを有する。第１投射光学系１０ａは、第１画像表示パネル１１ａの発光領域からの射出光を映像光ＭＬとして散乱部材２２の散乱面ＤＳ、具体的には、第１散乱領域４０ａに投影する。つまり、第１画像表示パネル１１ａ上の画像が対応する散乱領域２２ｅ（具体的には、複合表示部材１２０ａの第１散乱領域４０ａ）に投影され、散乱部材２２上に表示すべき画像が形成される。

【0040】

第１投射光学系１０ａにおいて、第１画像表示パネル１１ａは、自発光型の画像光生成装置である。第１画像表示パネル１１ａは、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）ディスプレイであり、２次元の表示面１１ｄにカラーの静止画又は動画を形成する。第１画像表示パネル１１ａは、表示制御装置８８に駆動されて表示動作を行う。第１画像表示パネル１１ａは、有機ＥＬディスプレイに限らず、無機ＥＬ、有機ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等を用いた表示デバイスに置き換えることができる。第１画像表示パネル１１ａは、自発光型の画像光生成装置に限らず、ＬＣＤその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライトのような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。第１画像表示パネル１１ａとして、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣｏＳは登録商標）や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。

【0041】

図１１に示すように、第１画像表示パネル１１ａは、四角形の輪郭を有する繰返区画１１ｓをｘ方向とｙ方向とに配列したものであり、各繰返区画１１ｓは、画素区画１１ｔを有し、画素区画１１ｔは、複数のサブ画素区画１１ｕを有する。画素区画１１ｔは、画像を表示する画素表示領域ＰＡである。画素区画１１ｔは、サブ画素区画１１ｕにおいて、例えば２×２で配列された４つの発光領域１１ｍ、具体的には、ベイヤー配列の発光領域１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを含む。すなわち、第１画像表示パネル１１ａには、例えば４つの発光領域１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを一組とする多数の画素ＰＥが、ｘｙ面に沿ってマトリクス状に配列されている。画素区画１１ｔは、画素ＰＥに対応する。各発光領域１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、サブ画素区画１１ｕのうちサブ画素ＰＥａに対応する。繰返区画１１ｓは、図３及び図６Ｂに示す複合表示部材１２０ａの繰返単位２０ａに対応する。第１画像表示パネル１１ａを構成する全画素ＰＥ、又は全組の発光領域１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、ｘ方向及び縦のｙ方向に関して周期的に２次元配列されている。図示の例では、画素ＰＥ又は発光領域１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、散乱部材２２の散乱面ＤＳにおける投影に対して左右反転させた配置となっている。第１画像表示パネル１１ａは、表示制御装置８８により、発光領域１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを選択的に発光させる。

【0042】

図４及び図１０に示すように、第１結像光学系１２ａは、投射レンズ１２ｅと、反射ミラー１２ｆとを有する。第１画像表示パネル１１ａと、第１結像光学系１２ａとは、図１に示す第１表示駆動部１０２ａの一部に対応する。第１画像表示パネル１１ａ及び第１結像光学系１２ａは、相互にアライメントされた状態で不図示のケース内に固定されている。第１結像光学系１２ａは、散乱部材２２の散乱面ＤＳに映像光ＭＬを結像させる。サブ画素ＰＥａからの光は、第１結像光学系１２ａによって散乱部材２２の画素表示領域２２ｐにサブ画素スポットＳＰとして形成される。

【0043】

詳細な説明を省略するが、第２投射光学系１０ｂも、第１投射光学系１０ａと同様に、画像を表示する第２画像表示パネル１１ｃと第２結像光学系１２ｂとを有する。第２投射光学系１０ｂは、第２結像光学系１２ｂにより、第２画像表示パネル１１ｃの発光領域からの射出光を、映像光ＭＬとして図２及び図９Ｂに示す複合表示部材１２０ｂに設けられた散乱部材２２の散乱面ＤＳ、具体的には、第２散乱領域４０ｂに投影する。つまり、第２画像表示パネル１１ｃ上の画像が対応する散乱領域２２ｅ（具体的には、複合表示部材１２０ｂの第２散乱領域４０ｂ）に投影され、散乱部材２２上に表示すべき画像が形成される。

【0044】

図１２は、第１偏光分離レンズ素子１５０ａ又は液晶レンズ５１の構造や機能を説明する図である。図１２中で、上側α１は、液晶レンズ５１の概念的な斜視図であり、下側α２は、液晶レンズ５１のリタデーションの分布状態を例示するチャートである。液晶レンズ５１は、特定偏光成分に対してレンズの役割をする光学素子である。液晶レンズ５１は、映像光ＭＬの偏光に対して選択的に作用する屈折力を有しその屈折力が輪帯部分ＲＡごとに設定されている。液晶レンズ５１は、縦偏光と横偏光とが入射した場合において、一方向の横偏光（第１偏光Ｐ１）に対して屈折率の分布により選択的にレンズとして作用し、他方向の縦偏光（第２偏光Ｐ２）に対して略そのまま透過させて作用を及ぼさない。ここで、一方向の偏光は具体的には水平方向に沿った偏光面を有する横偏光の映像光ＭＬであり、他方向の偏光は具体的には鉛直方向に沿った偏光面を有する縦偏光の外界光ＯＬである。液晶レンズ５１は、固定焦点で使用することができるが、可変焦点で使用してもよい。液晶レンズ５１の屈折率の分布を全体的に増減させれば、液晶レンズ５１の屈折力を増減させることができ、可変焦点で使用することができる。

【0045】

偏光分離レンズ素子１５０ａとしての液晶レンズ５１は、レンズ部材５１ａと駆動回路５１ｃとを備える。レンズ部材５１ａは、対向する２つの光透過基板５３ａ，５３ｂと、光透過基板５３ａ，５３ｂの内面側に設けられた２つの電極層５４ａ，５４ｂと、電極層５４ａ，５４ｂに挟まれた液晶層５５とを備える。なお、図示を省略しているが、電極層５４ａ，５４ｂと液晶層５５との間には、配向膜が配置され、液晶層５５の初期配向状態を調整している。第１の電極層５４ａは、輪帯部分ＲＡにおいて、ＸＹ面に沿って同心に配置される多数の電極５７を含み、各電極５７は、環状の透明電極である。多数の電極５７は、互いに離間し、外側に位置する電極５７ほど横幅が狭まっている。電極５７の横幅は、レンズ部材５１ａによる屈折作用の精度に影響する。各電極５７は、途中経路上では不図示の絶縁層によって絶縁された配線５８を介して駆動回路５１ｃに接続されている。第２の電極層５４ｂは、ＸＹ面に平行に延びる共通電極であり、光透過基板５３ｂに沿って一様に形成されている。多数の電極５７には、異なる印加電圧Ｖ１～Ｖ７が印可され、複屈折又はリタデーションの分布状態を調整する。液晶レンズ５１に凸レンズの効果を持たせる場合、印加電圧Ｖ１を印加電圧Ｖ７よりも高くし、印加電圧Ｖ２～Ｖ６を電圧範囲Ｖ１～Ｖ７内で徐々に変化させた値に設定する。

【0046】

散乱部材２２から射出された映像光ＭＬがパターン偏光部材２３等を介して液晶レンズ５１に入射する場合、つまりＸ方向に平行な偏光面を有する横偏光（第１偏光Ｐ１）が液晶レンズ５１に入射する場合について考える。横偏光に関しては、周辺部である最も外側に配置される電極５７に印可される電圧が高くなってリタデーションが減少し、この領域で屈折率が相対的に低くなるので、例えば遠方の点光源からの光を考えたとき、周辺部の電極５７を経て液晶レンズ５１を通過した光は、波面が相対的に進む。一方、中央部である最も内側の電極５７に印可される電圧が低くなってリタデーションが元に近い状態に維持され、この領域で屈折率が相対的に高くなるので、例えば遠方の点光源からの光を考えたとき、中央部の電極５７を経て液晶レンズ５１を通過する光は、波面が相対的に遅れる。よって、所定の焦点面ＦＰに設定された像ＲＩから液晶レンズ５１に入射する発散状態の映像光ＭＬ_０は、横偏光であり、液晶レンズ５１を通過することで凸レンズとしての作用を受け、発散角が減少した状態の映像光ＭＬ_ＰＲとなる。映像光ＭＬ_ＰＲを逆に辿った仮想的な映像光ＭＬ_ＰＩは、焦点面ＦＰよりも遠方の虚像位置からのものとなる。液晶レンズ５１の焦点距離は、点光源からの光がコリメートされる場合の点光源から液晶レンズ５１までの距離である。本実施形態では、焦点距離は、散乱部材２２から液晶レンズ５１までの距離と略一致する。近似的には、レンズの公式により、焦点面ＦＰから液晶レンズ５１までの距離をＡとし、液晶レンズ５１から像面までの距離をＢとし、液晶レンズ５１の焦点距離をＦとして
１／Ｆ＝１／Ａ＋１／Ｂ
なる関係が成り立つ。ここで、焦点面ＦＰから虚像位置までの距離Ｂは、液晶レンズ５１から焦点面ＦＰまでの距離Ａの数倍から数１０倍の距離に設定される。この距離比は、詳細な説明を省略するが、虚像の拡大率に相当するものとなる。以上において、印加電圧Ｖ１～Ｖ７の相対的比率を略維持して低電圧とした場合、中心と周辺でリタデーションの差が減少し、液晶レンズ５１の正のパワーの絶対値が減少する。つまり、液晶レンズ５１に高電圧ＶＨを印可することで、パワーの絶対値を増加させることができ、液晶レンズ５１に低電圧ＶＬを印可することで、パワーの絶対値を減少させることができ、駆動回路５１ｃによって液晶レンズ５１を外部から調整可能な可変焦点レンズとして機能させることができる。

【0047】

液晶レンズ５１を可変焦点レンズとして機能させる場合、焦点距離Ｆが変化するので、液晶レンズ５１から像面位置又は虚像位置までの距離Ｂを自在に変更することができ、拡大率の調整が可能になる。また、装着者ＵＳの視力が近視等で偏っている場合であっても、焦点があった状態で虚像を観察するフォーカス調整が可能になる。つまり、個人の視度能力差（遠視、近視、乱視等）に合わせて像面位置又は虚像位置を微調整することができる。拡大率の調整やフォーカス調整は、装着者ＵＳが例えばユーザー端末９０を操作することで実現される。つまり、虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂは、装着者ＵＳの操作によって拡大率やフォーカスに関するカスタマイズが可能になっている。

【0048】

液晶レンズ５１は、横偏光の映像光ＭＬに対して結像作用を有するものであり、回転角度を調整することで縦偏光の映像光ＭＬに対して結像作用を有するものであり、特定の偏光成分に対してレンズの役割をする液晶レンズということができ、特定の偏光成分に作用してレンズ機能を有する液晶レンズということもできる。液晶レンズ５１を眼前に配置することで、液晶レンズ５１のサイズに近いアイボックスを確保することができ、アイボックスを大きくでき画像の欠けを生じさせにくくできるだけでなく、小型ながらＦＯＶを大きくした第１表示光学系１０３ａを実現することができる。さらに、散乱部材２２、パターン偏光部材２３等を含む複合表示部材１２０ａと、液晶レンズ５１とを組み合わせることにより、小型の光学系で大画面を表示することができる。ここで、大画面の表示とは、例えば２．５ｍ前方に７０インチ以上の虚像を形成する場合を意味する。

【0049】

液晶レンズ５１は、中心から周辺に向かってリタデーションが徐々に減少するものに限らず、例えば国際公開２００９／０７２６７０号明細書に開示のようにフレネル型のレンズとすることもできる。液晶レンズ５１は、超音波で液晶の配向方向を変更するものであってもよい。

【0050】

なお、遮光部材２１等を通過した外界光ＯＬについては、縦偏光（第２偏光Ｐ２）であり、液晶レンズ５１を通過しても、印加電圧Ｖ１～Ｖ７の値に関わらずリタデーションがＸＹ面内で一様に保たれるので、位相差が与えられず、液晶レンズ５１のレンズ作用の影響を受けない。つまり、外界光ＯＬは、複合表示部材１２０ａ及び第１偏光分離レンズ素子１５０ａによって実質的な作用を受けることなく直進する。

【0051】

図１３Ａ及び１３Ｂは、第１部分１０４ａから射出される右眼単独用の映像光ＭＬを観察する場合を説明するものである。第１表示光学系１０３ａにおいて、散乱部材２２で散乱された映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３のうち第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂを経て第１偏光Ｐ１、具体的には、横偏光として射出される。第１偏光部材６１を通過した映像光ＭＬは、横偏光に対して凸レンズとして機能する第１偏光分離レンズ素子１５０ａである液晶レンズ５１を経て虚像を形成する。装着者ＵＳの眼ＥＹには、第１画像表示パネル１１ａ又は散乱部材２２に形成された画像が、散乱部材２２の後方に所望の拡大率の虚像として観察される。一方、外界光ＯＬは、外光偏光部材２５の第２偏光部材６２又は第２偏光領域２５ｃを経て第２偏光Ｐ２、具体的には、縦偏光として射出される。外光偏光部材２５を通過した外界光ＯＬは、遮光部材２１の光透過領域Ａ１を通過し、散乱部材２２の光透過領域Ａ２を通過し、パターン偏光部材２３の光透過領域Ａ３を通過する。この際、外界光ＯＬは、外光偏光部材２５、遮光部材２１、散乱部材２２、及びパターン偏光部材２３によってレンズ作用を受けない。装着者ＵＳの眼ＥＹには、通常の外界像が観察される。つまり、第１表示光学系１０３ａを介して外界像のシースルー視が可能になる。

【0052】

詳細な説明を省略するが、第２部分１０４ｂから射出される左眼単独用の映像光ＭＬも、第１部分１０４ａから射出される右眼単独用の映像光ＭＬと同様に観察される。つまり、第２表示光学系１０３ｂにより、散乱部材２２に形成された画像が散乱部材２２の後方に所望の拡大率の虚像として観察され、散乱部材２２越しに外界像のシースルー視が可能になる。

【0053】

以上の説明では、パターン偏光部材２３において、第１偏光部材６１が横偏光の映像光ＭＬのみを透過させ、第２偏光部材６２が縦偏光の外界光ＯＬを透過させるとしたが、パターン偏光部材２３の第１偏光部材６１が縦偏光の映像光ＭＬを透過させ、外光偏光部材２５の第２偏光部材６２が横偏光の外界光ＯＬを透過させるものであってもよい。第１偏光分離レンズ素子１５０ａについては、パターン偏光部材２３等の機能変更に伴い、レンズとして機能する偏光方向を対応するものに変更する必要がある。

【0054】

図９Ａを参照して、繰返区画２２ｓは、光透過領域Ａ２である外光視認画素Ｘ１と、サブ画素ＰＥａである映像光射出画素Ｘ２とを組み合わせたものとして見ることができ、シースルー画像表示画素ＴＸとも呼ぶ。シースルー画像表示画素ＴＸは、外界光ＯＬが局所的に遮断された箇所で画素を形成するという観点で、背景を透視させる画素ということができる。外光偏光部材２５によって偏光方向が制限され遮光部材２１によって遮られなかった外界光ＯＬは、散乱部材２２のシースルー画像表示画素ＴＸの一部である光透過領域Ａ２を通過し、パターン偏光部材２３の光透過領域Ａ２を通過し、液晶レンズ５１で光線状態を維持して通過する。一方、シースルー画像表示画素ＴＸの一部である画素表示領域２２ｐの散乱領域２２ｅから射出された映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３によって偏光方向が制限され、液晶レンズ５１を集光作用又はレンズ作用を受けつつ通過し、画素表示領域２２ｐによる表示に対応する虚像に変換される。

【0055】

図１４は、第３部分１０４ｃから射出される両眼用の映像光ＭＬを観察する場合を説明するものである。共通する散乱部材２２に形成された一方の第１散乱領域４０ａから射出された映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３の第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂを経て横偏光である第１偏光Ｐ１とされ、第１偏光Ｐ１に対して凸レンズとして機能する第１偏光分離レンズ素子１５０ａを経て右眼に対して虚像を形成する。共通する散乱部材２２に形成された他方の第２散乱領域４０ｂから射出された映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３の第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂを経て横偏光である第１偏光Ｐ１とされ、第１偏光Ｐ１に対して凸レンズとして機能する第２偏光分離レンズ素子１５０ｂを経て左眼に対して虚像を形成する。なお、第３部分１０４ｃの散乱部材２２の光透過領域Ａ２等を通過した外界光ＯＬは、第１偏光分離レンズ素子１５０ａ又は第２偏光分離レンズ素子１５０ｂを直進し、外界像のシースルー視を可能にする。

【0056】

以上の説明では、パターン偏光部材２３によって散乱部材２２から射出された映像光ＭＬを第１偏光方向の横偏光に制限しているが、散乱部材２２の散乱領域２２ｅが特定の偏光方向の偏光に対して散乱方向に選択性を持たせることができるものであれば、散乱部材２２をパターン偏光部材２３としても機能させることができ、パターン偏光部材２３を省略することができる。

【0057】

以上で説明した第１実施形態の頭部装着型表示装置２００は、右眼用の映像光ＭＬを散乱させる第１散乱領域４０ａと、左眼用の映像光ＭＬを散乱させる第２散乱領域４０ｂとを有する散乱部材２２と、第１散乱領域４０ａに映像光ＭＬを照射する第１投射光学系１０ａと、第２散乱領域４０ｂに映像光ＭＬを照射する第２投射光学系１０ｂと、散乱部材２２の外界側に配置され、第１散乱領域４０ａ及び第２散乱領域４０ｂへの外界光ＯＬの入射を抑制する遮光部材２１と、散乱部材２２の顔側に配置され、第１散乱領域４０ａ及び第２散乱領域４０ｂに対応して設けられ散乱部材２２で散乱された映像光ＭＬを第１偏光方向に制限する第１偏光領域２３ｂを有する第１偏光部材６１と、第１偏光部材６１の位置から外界側に配置され、外界光ＯＬを第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域２５ｃを有する第２偏光部材６２と、第１偏光部材６１の顔側に配置され、映像光ＭＬの偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂと、を備える。

【0058】

上記頭部装着型表示装置２００では、外界から遮光部材２１を通過した透過光が、第２偏光部材６２を経て第２偏光方向に制限され、偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂを屈折力の作用を受けずに通過する。一方、第１散乱領域４０ａ及び第２散乱領域４０ｂから射出された映像光ＭＬが、第１偏光部材６１を経て第１偏光方向に制限され、偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂを屈折力の作用を受けて通過し虚像を形成する。この場合、散乱部材２２や偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂを眼ＥＹの近くに配置して散乱部材２２の散乱領域４０ａ，４０ｂに形成された一対の画像に対応する一対の虚像を形成することができ、散乱部材２２や偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂを大きく離すことなく画角を広くすることができる。また、第１散乱領域４０ａ及び第２散乱領域４０ｂの配置を調整することにより、両眼ＥＹに共通する映像を表示することができる。

【0059】

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の頭部装着型表示装置について説明する。なお、第２実施形態の頭部装着型表示装置は、第１実施形態の頭部装着型表示装置を部分的に変更したものであり、第１実施形態の頭部装着型表示装置と共通する部分については説明を省略する。

【0060】

図１５に示すように、第１投射光学系１０ａは、レーザー光源１３と微小ミラー１４又はＭＥＭＳミラーとを有する。第１投射光学系１０ａは、走査のために駆動される微小ミラー１４により、レーザー光源１３からの変調光を映像光ＭＬとして散乱部材２２の画素表示領域２２ｐに投影するものである。つまり、変調光が走査により散乱部材２２上を移動する軌跡が表示すべき画像に相当する。第１投射光学系１０ａにおいて、レーザー光源１３から出た映像光ＭＬは、微小ミラー１４又はＭＥＭＳミラーにより角度を振られ、複合表示部材１２０ａに向けて射出される。第１投射光学系１０ａは、走査のために駆動される微小ミラー１４により、レーザー光源１３からの変調光を映像光ＭＬとして第１散乱領域４０ａ（図８参照）に投影する。

【0061】

詳細な説明を省略するが、第２投射光学系１０ｂも、第１投射光学系１０ａと同様に、レーザー光源１３と微小ミラー１４とを有し、レーザー光源１３からの映像光ＭＬは、微小ミラー１４により角度を振られ、複合表示部材１２０ｂに向けて射出される。第２投射光学系１０ｂは、走査のために駆動される微小ミラー１４により、レーザー光源１３からの変調光を映像光ＭＬとして第２散乱領域４０ｂ（図８参照）に投影する。

【0062】

なお、第３実施形態以降の頭部装着型表示装置２００等でも第１実施形態の投射光学系１０ａ，１０ｂの代わりに第２実施形態の投射光学系１０ａ，１０ｂを用いることができる。

【0063】

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の頭部装着型表示装置について説明する。なお、第３実施形態の頭部装着型表示装置は、第１実施形態の頭部装着型表示装置を部分的に変更したものであり、第１実施形態の頭部装着型表示装置と共通する部分については説明を省略する。

【0064】

図１６Ａに示すように、パターン偏光部材２３は、第１偏光部材６１と第２偏光部材６２とを一体的に組み込んだものでもよい。この場合、外光偏光部材２５を設けない。

【0065】

第１偏光部材６１と第２偏光部材６２とは、同一基板上に形成される。第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂは、図１６Ｂに示すように格子点上に配列され、第２偏光部材６２又は第２偏光領域２３ｄは、第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂの周囲（図６Ｃに示す光透過領域Ａ３に相当する領域）に配置される。これにより、第１偏光領域２３ｂと第２偏光領域２３ｄとの平面的な区分が可能になり、映像光ＭＬと外界光ＯＬとの干渉を抑えつつ、部品点数を減らすことができる。なお、第２偏光部材６２又は第２偏光領域２３ｂは、偏光の制御に影響を与えない範囲で第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂの位置より顔側に多少離間して配置されていてもよい。この場合も、第２偏光部材６２は、第１偏光部材６１の位置から外界側に配置されていると考える。

【0066】

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の頭部装着型表示装置について説明する。なお、第４実施形態の頭部装着型表示装置は、第１実施形態の頭部装着型表示装置を部分的に変更したものであり、第１実施形態の頭部装着型表示装置と共通する部分については説明を省略する。

【0067】

図１７Ａに示すように、本実施形態の場合、複合表示部材１２０ａ，１２０ｂの各部材２５，２１，２２，２３は、同一基板ＳＳに一体化されている。具体的には、基板ＳＳの一方の主面である第１面ＳＳａ上に、外界側から順に、遮光部材２１と、散乱部材２２と、パターン偏光部材２３とが配置され、基板ＳＳの他方の主面である第２面ＳＳｂ上に外光偏光部材２５が配置されている。各部材２１，２２，２３は、密着した層構造を有する。ここで、散乱部材２２は、共通の基板ＳＳに間接的に支持されるので、支持用の平板を省略した散乱領域２２ｅ又は散乱領域４０ａ，４０ｂとして組み込まれ、パターン偏光部材２３は、支持用の平板を省略した第１偏光領域２３ｂとして組み込まれている。基板ＳＳの表面に散乱部材２２の散乱領域２２ｅを設けることにより、基板ＳＳへの散乱光の侵入を抑制し、ゴーストの発生を防ぐことができる。また、各部材２５，２１，２２，２３を一体化することにより、装置の薄型化及び軽量化を図ることができる。

【0068】

基板ＳＳは、例えば、光透過性を有するガラスやプラスチックで形成されている。複合表示部材１２０ａ，１２０ｂにおいて、基板ＳＳ上に、蒸着及びエッチングにより遮光層２１ｂを形成し、遮光層２１ｂ上に散乱領域２２ｅを形成する。散乱領域２２ｅは、例えば、スピンコート後にエッチングを行い、部分的に散乱構造を形成することで得られる。

【0069】

投影光ＭＬｅとして投射光学系１０ａ，１０ｂから投影される映像光ＭＬ又はサブ画素スポットＳＰは、離散的に形成されたパターン偏光部材２３の第１偏光領域２３ｂを経て散乱部材２２の散乱領域２２ｅに入射する。散乱領域２２ｅに入射した映像光ＭＬｆは散乱され、再度第１偏光領域２３ｂを通過し、第１偏光方向の横偏光が偏光分離レンズ素子１５０ａ，１５０ｂに入射する。

【0070】

なお、図１７Ｂに示すように、複合表示部材１２０ａ，１２０ｂの各部材を第３実施形態と同様の配置としてもよい。この場合、複合表示部材１２０ａの遮光部材２１、散乱部材２２、及びパターン偏光部材２３は、基板ＳＳの顔側の第１面ＳＳａに形成され、パターン偏光部材２３は、第１偏光領域２３ｂである第１偏光部材６１と第２偏光領域２３ｄである第２偏光部材６２とを含む。なお、パターン偏光部材２３については、不図示の支持体を設けてもよい。

【0071】

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の頭部装着型表示装置について説明する。なお、第５実施形態の頭部装着型表示装置は、第１実施形態の頭部装着型表示装置を部分的に変更したものであり、第１実施形態の頭部装着型表示装置と共通する部分については説明を省略する。

【0072】

図１８に示すように、本実施形態では、散乱部材２２において、散乱領域２２ｅにマイクロミラーＭＭが設けられている。マイクロミラーＭＭは、映像光ＭＬを眼ＥＹの方向に導く部材である。マイクロミラーＭＭの傾斜角度は、画素ＰＥの位置によって異なっている。マイクロミラーＭＭは、平滑面であってもよいし、散乱構造を有していてもよい。

【0073】

図１９に、本実施形態の複合表示部材１２０ａ，１２０ｂの具体例を示す。図１９に示す複合表示部材１２０ａ，１２０ｂは、図１７Ａに示す複合表示部材１２０ａ，１２０ｂに似た構造を有し、基板ＳＳの顔側の第１面ＳＳａ上に、散乱部材２２、遮光部材２１、及びパターン偏光部材２３が形成され、基板ＳＳ外界側の第２面ＳＳｂ上に、外光偏光部材２５が形成される。図１９では、散乱部材２２の一部であるマイクロミラーＭＭの表面に遮光層２１ｂが形成され、その上に散乱部材２２又は散乱領域２２ｅが設けられている。

【0074】

図２０は、第３部分１０４ｃから射出される両眼用の映像光ＭＬを観察する場合を説明するものである。共通する散乱部材２２に形成された一方の第１散乱領域４０ａは、マイクロミラーＭＭによって右眼を受け持つ偏光分離レンズ素子１５０ａに向けて射出角度を調整するものであり、他方の第２散乱領域４０ｂは、マイクロミラーＭＭによって左眼を受け持つ偏光分離レンズ素子１５０ｂに向けて射出角度を調整するものである。一方の第１散乱領域４０ａから射出された映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３の第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂを経て横偏光である第１偏光Ｐ１とされ、第１偏光Ｐ１に対して凸レンズとして機能する第１偏光分離レンズ素子１５０ａを経て右眼に対して虚像を形成する。他方の第２散乱領域４０ｂから射出された映像光ＭＬは、パターン偏光部材２３の第１偏光部材６１又は第１偏光領域２３ｂを経て横偏光である第１偏光Ｐ１とされ、第１偏光Ｐ１に対して凸レンズとして機能する第２偏光分離レンズ素子１５０ｂを経て左眼に対して虚像を形成する。なお、第３部分１０４ｃの散乱部材２２の光透過領域Ａ２等を通過した外界光ＯＬは、第１偏光分離レンズ素子１５０ａ又は第２偏光分離レンズ素子１５０ｂを直進し、外界像のシースルー視を可能にする。

【0075】

〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態の頭部装着型表示装置について説明する。なお、第６実施形態の頭部装着型表示装置は、第１実施形態の頭部装着型表示装置を部分的に変更したものであり、第１実施形態の頭部装着型表示装置と共通する部分については説明を省略する。

【0076】

図２１に示すように、本実施形態の頭部装着型表示装置２００において、第１投射光学系１０ａとして、一対の投射光学系１０ａａ，１０ａｂを備え、第２投射光学系１０ｂとして、一対の投射光学系１０ｂａ，１０ｂｂを備える。一対の投射光学系１０ａａ，１０ａｂは、それぞれ第１投射光学系１０ａと同様の構造を有するが、それぞれが受け持つ画角領域が異なり、かつ、互いに重複する重複表示領域を有する。一対の投射光学系１０ｂａ，１０ｂｂは、それぞれ第２投射光学系１０ｂと同様の構造を有するが、それぞれが受け持つ画角領域が異なり、かつ、互いに重複する重複表示領域を有する。

【0077】

図２の場合と同様に、共通観察領域ＳＡ３では、図示を省略する第１散乱領域が中央右側の投射光学系１０ａｂから入射した右眼用の映像光ＭＬを右眼が存在するアイポイントＥ１に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させ、図示を省略する第２散乱領域が中央左側の投射光学系１０ｂａから入射した左眼用の映像光ＭＬを左眼が存在するアイポイントＥ２に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。第１観察領域ＳＡ１において、右端の投射光学系１０ａａから入射した右眼用の映像光ＭＬは、右眼が存在するアイポイントＥ１に向かう比較的狭い角度方向に反射するように散乱される。第２観察領域ＳＡ２において、左端の投射光学系１０ｂｂから入射した左眼用の映像光ＭＬは、左眼が存在するアイポイントＥ２に向かう比較的狭い角度方向に反射するように散乱される。

【0078】

第１観察領域ＳＡ１には、一対の投射光学系１０ａａ，１０ａｂからの映像光ＭＬが重複して入射する重畳領域がある。この重畳領域には、図示を省略するが、散乱特性が異なる２種類の散乱領域が互いに割り込むように形成され、異なる位置に配置された投射光学系１０ａａ，１０ａｂからの映像光ＭＬを、右眼が存在する共通のアイポイントＥ１に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。

【0079】

第２観察領域ＳＡ２には、一対の投射光学系１０ｂａ，１０ｂｂからの映像光ＭＬが重複して入射する重畳領域がある。この重畳領域には、図示を省略するが、散乱特性が異なる２種類の散乱領域が互いに割り込むように形成され、異なる位置に配置された投射光学系１０ｂａ，１０ｂｂからの映像光ＭＬを、左眼が存在する共通のアイポイントＥ２に向かう比較的狭い範囲内の角度方向に反射するように散乱させる。

【0080】

〔変形例その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0081】

上記実施形態において、液晶レンズ５１は、電極を要素とするものに限らず、フレネルレンズ状の第１基板と平板状の第２基板との間に液晶を充填し、液晶の配向をフレネルレンズ面に揃えることで屈折力を持たせたものであってもよい。

【0082】

液晶レンズ５１は、円形に限らず特定方向に若干長い長円状の電極を有するものであってもよい。

【0083】

偏光分離レンズ素子１５０ａとしての液晶レンズ５１は、リング状の輪帯部分ＲＡを含むものに限らない。偏光分離レンズ素子１５０ａとして、特定の偏光に対してレンズ作用を持つ様々な構造を採用することができる。

【0084】

以上では、ＨＭＤ２００が頭部に装着されて使用されることを前提としたが、上記虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂは、頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイとしても用いることができる。つまり、本発明において、ヘッドマウントディスプレイには、ハンドヘルドディスプレイも含まれる。

【0085】

上記実施形態において、画素ＰＥ又はサブ画素ＰＥａの配置や大きさは、１画素に十分なシースルー領域が存在するように、適宜変更することができる。

【0086】

上記実施形態において、パターン偏光部材２３の顔側にマイクロレンズ等の微小光学素子を設けてもよい。

【0087】

具体的な態様における頭部装着型表示装置は、右眼用の映像光を散乱させる第１散乱領域と、左眼用の映像光を散乱させる第２散乱領域とを有する散乱部材と、第１散乱領域に映像光を照射する第１投射光学系と、第２散乱領域に映像光を照射する第２投射光学系と、散乱部材の外界側に配置され、第１散乱領域及び第２散乱領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、散乱部材の顔側に配置され、第１散乱領域及び第２散乱領域に対応して設けられ散乱部材で散乱された映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、第１偏光部材の位置から外界側に配置され、外界光を第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、第１偏光部材の顔側に配置され、映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子と、を備える。

【0088】

上記頭部装着型表示装置では、外界から遮光部材を通過した透過光が、第２偏光部材を経て第２偏光方向に制限され、偏光分離レンズ素子を屈折力の作用を受けずに通過する。一方、第１散乱領域及び第２散乱領域から射出された映像光が、第１偏光部材を経て第１偏光方向に制限され、偏光分離レンズ素子を屈折力の作用を受けて通過し虚像を形成する。この場合、散乱部材や偏光分離レンズ素子を眼の近くに配置して散乱部材の第１散乱領域及び第２散乱領域に形成された一対の画像に対応する一対の虚像を形成することができ、散乱部材や偏光分離レンズ素子を大きく離すことなく画角を広くすることができる。また、第１散乱領域及び第２散乱領域の配置を調整することにより、両眼に共通する映像を表示することができる。

【0089】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、散乱部材は、第１散乱領域と、第２散乱領域と、外界を視認可能にする光透過領域とを有する。

【0090】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、散乱部材は、互いに部分的に重複する右眼用の第１観察領域と左眼用の第２観察領域とを有し、重複する共通観察領域で、第１散乱領域と第２散乱領域とは、相互に割り込むように配置されている。偏光分離レンズ素子を散乱部材から十分離すことで、アイボックスを広くすることが容易になる。その一方で、散乱部材において両眼に共通する映像を形成する共通観察領域を設ける必要が生じる。このため、共通観察領域で第１散乱領域と第２散乱領域とが相互に割り込むように配置されることで、他方の眼の方向へ向けての視野角確保が容易となる。

【0091】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、共通観察領域で、第１散乱領域と第２散乱領域とがそれぞれ正方格子状又は長方格子状に配置され、全体として面心格子状に配列されている。この場合、共通観察領域を観察する際の画質を確保しつつ両眼用の画像の表示バランスを確保することが容易となる。

【0092】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、第１散乱領域と第２散乱領域とは、視線方向に合わせた角度特性を有する。この場合、第１散乱領域からの映像光を右眼位置に向けて効率よく射出させ、第２散乱領域からの映像光を左眼位置に向けて効率よく射出させることができ、左右の眼用の映像が干渉することを防止できる。

【0093】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、第１偏光領域は、散乱領域に対応して離散的に設けられる。

【0094】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、遮光部材は、外界光の入射を抑制する遮光層を有し、遮光層は、第１散乱領域及び第２散乱領域に対応する大きさを有する。これにより、外界光が散乱領域に入射することをより抑制することができる。

【0095】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、偏光分離レンズ素子は、複数の画素を包括的に結像させる偏光分離液晶レンズである。単独レンズとすることにより、アイボックスを広くすることが容易になる。

【0096】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、第１投射光学系は、画像を表示する第１画像表示パネルを有し、第１画像表示パネルの発光領域からの射出光を映像光として第１散乱領域に投影し、第２投射光学系は、画像を表示する第２画像表示パネルを有し、第２画像表示パネルの発光領域からの射出光を映像光として第２散乱領域に投影する。つまり、第１画像表示パネル上の画像が対応する第１散乱領域に投影され、第１散乱部材上に表示すべき画像が形成され、第２画像表示パネル上の画像が対応する第２散乱領域に投影され、第２散乱部材上に表示すべき画像が形成される。

【0097】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、第１投射光学系は、走査のために駆動される微小ミラーにより、レーザー光源からの変調光を映像光として第１散乱領域に投影し、第２投射光学系は、走査のために駆動される微小ミラーにより、レーザー光源からの変調光を映像光として第２散乱領域に投影する。つまり、第１投射光学系又は第２投射光学系から射出される変調光が走査により第１散乱部材又は第２散乱部材上を移動する軌跡が表示すべき画像に相当する。

【0098】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、遮光部材と、散乱部材と、第１偏光部材とが一体化されている。これにより、装置の薄型化及び軽量化を図ることができる。

【0099】

具体的な態様における頭部装着型表示装置において、散乱部材は、赤色用の散乱領域と、緑色用の散乱領域と、青色用の散乱領域とを有し、散乱領域が配置されない領域に外界光を透過させる光透過領域を有する。

【0100】

具体的な態様における光学ユニットは、右眼用の映像光を散乱させる第１散乱領域と、左眼用の映像光を散乱させる第２散乱領域とを有する散乱部材と、第１散乱領域に映像光を照射する第１投射光学系と、第２散乱領域に映像光を照射する第２投射光学系と、散乱部材の外界側に配置され、第１散乱領域及び第２散乱領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、散乱部材の顔側に配置され、第１散乱領域及び第２散乱領域に対応して設けられ散乱部材で散乱された映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、第１偏光部材の位置から外界側に配置され、外界光を第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、第１偏光部材の顔側に配置され、映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子とを備える。

【符号の説明】

【0101】

１０ａ…第１投射光学系、１０ｂ…第２投射光学系、１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ…発光領域、１２ｅ…投射レンズ、１２ｆ…反射ミラー、１３…レーザー光源、１４…微小ミラー、２０ａ…繰返単位、２１…遮光部材、２１ｂ…遮光層、２２…散乱部材、２２ｅ…散乱領域、２２ｂ，２２ｇ，２２ｒ…散乱領域、２２ｐ…画素表示領域、２２ｓ…繰返区画、２２ｔ，２２ｔａ，２２ｔｂ…画素区画、２３…パターン偏光部材、２３ｂ…第１偏光領域、２５…外光偏光部材、２５ｂ…偏光膜、２５ｃ…第２偏光領域、４０ａ…第１散乱領域、４０ｂ…第２散乱領域、４７…電極、５１…液晶レンズ、５１ａ…レンズ部材、５１ｃ…駆動回路、６１…第１偏光部材、６２…第２偏光部材、８８…表示制御装置、１００Ａ，１００Ｂ…虚像表示装置、１０２…駆動装置、１０２ａ，１０２ｂ…表示駆動部、１０４…シェード状部材、１０６…支持装置、１２０ａ，１２０ｂ…複合表示部材、１５０ａ，１５０ｂ…偏光分離レンズ素子、２００…頭部装着型表示装置、Ａ１，Ａ２，Ａ３…光透過領域、ＡＸ…光軸、ＤＳ…散乱面、Ｅ１，Ｅ２…アイポイント、ＥＹ…眼、ＭＬ…映像光、ＭＬｅ…投影光、ＭＭ…マイクロミラー、ＯＬ…外界光、ＯＵ…光学ユニット、Ｐ１…横偏光（第１偏光）、Ｐ２…縦偏光（第２偏光）、ＰＡ…画素表示領域、ＰＥ…画素、ＰＥａ…サブ画素、ＳＡ１…第１観察領域、ＳＡ２…第２観察領域、ＳＡ３…共通観察領域、ＳＰ…サブ画素スポット、ＳＳ…基板、ＴＸ…シースルー画像表示画素、ＵＳ…装着者、Ｘ１…外光視認画素、Ｘ２…映像光射出画素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】