特許 7338324 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-28

(45)【発行日】2023-09-05

(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 20060101AFI20230829BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20230829BHJP

   G02B 30/34 20200101ALN20230829BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

G02B30/34

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019155670

(22)【出願日】2019-08-28

(65)【公開番号】P2021033157

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-04-28

(73)【特許権者】

【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】岡 尚志

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１６４５９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１１４０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１５４８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３５２６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２

Ｇ０２Ｂ ３０／００ － ３０／６０

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

左眼用の表示画像を形成する左眼用表示光をユーザの左眼に導く左眼用光学系と、
右眼用の表示画像を形成する右眼用表示光を前記ユーザの右眼に導く右眼用光学系と、
前記左眼の前方の空間と前記右眼の前方の空間との間に配置された偏光板と、
前記右眼の前方の空間において前記右眼用表示光を発生するとともに、前記左眼の前方の空間において前記左眼用表示光を発生する表示素子部と、を備え、
前記左眼の前方の空間は前記左眼用光学系によって規定される空間であり、
前記右眼の前方の空間は前記右眼用光学系によって規定される空間であり、
前記表示素子部の出射側には、表示素子用偏光子が設けられており、
前記表示素子用偏光子と前記偏光板とがクロスニコル配置となっているヘッドマウントディスプレイ。

【請求項2】

前記クロスニコル配置は、前記表示素子用偏光子と前記偏光板とを前記左眼用光学系及び前記右眼用光学系での反射を考慮した上で、前記偏光板の透過軸と前記表示素子用偏光子の透過軸とが直交する方向に配置することである請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項3】

表示素子部から前記左眼用光学系に入射する前記左眼用表示光と、前記表示素子部から前記右眼用光学系に入射する前記右眼用表示光とが、互いに平行な直線偏光となっている請求項１、又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項4】

前記偏光板に、反射防止膜又は反射防止構造が形成されている請求項１～３のいずれか１項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、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、湾曲表面を有するビームスプリッタを用いたヘッドマウントディスプレイが開示されている。特許文献１のヘッドマウントディスプレイは、両眼の視野間を分離する鼻堤ピースを備えている。鼻堤ピースは、２つの表面間を分離する垂直バーや壁となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１４－５００５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように、ヘッドマウントディスプレイでは、表示素子からの表示光を左右それぞれの眼に導くための光学系が設けられている。例えば、ヘッドマウントディスプレイは左眼用表示素子、左眼用光学系、右眼用表示素子、及び右眼用光学系を備えている。

【0005】

しかしながら、ヘッドマウントディスプレイでは、例えば右眼用表示素子からの表示光が左眼に入射するクロストーク光と呼ばれるノイズ成分が発生し、表示品質が低下するという問題点がある。特に、左右方向に視野角を広げるために光学系を大型化する場合、クロストークの影響が大きくなってしまう。クロストークとは、左右の表示素子からの表示光がそれぞれ意図した眼とは反対側の眼に入射することである。この点について、図１１を用いて説明する。図１１は、表示素子、及び光学系の構成を模式的に示す上面図である。

【0006】

左眼ＥＬの前には、ビームスプリッタ１２２Ｌ、及びコンバイナ１２１Ｌが配置されている。同様に、右眼ＥＲの前には、ビームスプリッタ１２２Ｒ、及びコンバイナ１２１Ｒが配置されている。ビームスプリッタ１２２Ｌの上方に配置された左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、ビームスプリッタ１２２Ｌで反射されて、コンバイナ１２１Ｌに入射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１１は、ビームスプリッタ１２２Ｌを介して、左眼ＥＬに入射する。

【0007】

しかしながら、コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１１の一部が、クロストーク光ＰＣＴとして右眼ＥＲに入射してしまう。図１１では図示を省略しているが、同様に、右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光の一部が、クロストーク光として左眼ＥＬに入射してしまう。左右の表示素子からの表示光の一部が反対側の眼にクロストーク光として入射すると、表示画像のノイズ成分となってしまう。よって、コントラストの低下や二重像などが発生し、表示品質が低下してしまうおそれがある。特許文献１では、クロストークを抑制するが、２つの表面間を分離する垂直バーや壁が強調されるため、高い表示品位を得ることができないという問題点がある。

【0008】

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】

【0009】

本実施形態にかかるヘッドマウントディスプレイは、左眼用の表示画像を形成する左眼用表示光をユーザの左眼に導く左眼用光学系と、右眼用の表示画像を形成する右眼用表示光を前記ユーザの右眼に導く右眼用光学系と、前記左眼の前方の空間と前記右眼の前方の空間との間に配置された偏光板と、を備えたものであり、前記左眼の前方の空間は前記左眼用光学系によって規定される空間であり、前記右眼の前方の空間は前記右眼用光学系によって規定される空間である。

【発明の効果】

【0010】

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を目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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における表示光、及び外光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光学系の構成を模式的に示す上面図である。

【図5】実施の形態１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模式的に示す側面図である。

【図6】偏光板に入射する表示光、及び外光を説明するための図である。

【図7】偏光板で反射した反射光ＰＬ１４を説明するための図である。

【図8】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模式的に示す上面図である。

【図9】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模式的に示す側面図である。

【図10】実施の形態３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模式的に示す側面図である。

【図11】表示光のクロストークを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。前方向が＋Ｚ方向、後ろ方向が－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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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はそれぞれ液晶モニタや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）モニタなどのフラットパネルディスプレイを備えている。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。

【0019】

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ＷｉＦｉ（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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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、遮光部１５０Ｌと、を備えている。コンバイナ１２１Ｌ、ビームスプリッタ１２２Ｌ、及び遮光部１５０Ｌは、図１で示したフレーム１０２に固定されている。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

遮光部１５０Ｌは、ビームスプリッタ１２２Ｌの下方（－Ｙ方向）に配置されている。つまり、遮光部１５０Ｌは、左眼ＥＬの前方斜め下に配置されている。遮光部１５０Ｌは、前方斜め下の視界を遮るために設けられている。遮光部１５０Ｌは光を吸収する黒色材料などで形成されている。遮光部１５０Ｌの代わりに、前方斜め下を視認するための下部窓を設けてもよい。

【0031】

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、鉛直下方（－Ｙ方向）に向いている。したがって、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、－Ｙ方向に出射される。左眼用表示素子１０１Ｌは、例えば、液晶表示パネルを有する液晶モニタである。液晶表示パネルはバックライトからの光の偏光状態を制御することで、光を空間変調する。そのため、左眼用表示素子１０１Ｌの液晶表示パネルの出射側には、表示素子用偏光子となる偏光部材が設けられている。例えば図３のように左眼用表示素子１０１Ｌの液晶表示パネルの出射側に偏光フィルム１０１１Ｌが貼り付けられている。偏光フィルム１０１１Ｌは、紙面と平行な直線偏光を透過して、紙面と直交する直線偏光を吸収する。よって、左眼用表示素子１０１Ｌが発生する表示光ＰＬ１１が直線偏光となっている。偏光フィルム１０１１Ｌの透過軸はＺ方向と平行になっている。図３において、左用表示素子１０１Ｌの出射端面において、表示光ＰＬ１１はＺ方向の直線偏光となっている。

【0032】

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。ビームスプリッタ１２２Ｌで反射された表示光ＰＬ１１を表示光ＰＬ１２とする。また、ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した残りの表示光ＰＬ１１は、遮光部１５０Ｌで吸収される。

【0033】

ビームスプリッタ１２２Ｌで反射した表示光ＰＬ１２は、前方（＋Ｚ方向）に反射される。ビームスプリッタ１２２Ｌで反射した表示光ＰＬ１２は、Ｙ方向に沿った直線偏光となる。そして、表示光ＰＬ１２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ＰＬ１２の一部を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１２を表示光ＰＬ１３とする。さらに、コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡であり、表示光ＰＬ１３を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光ＰＬ１３を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１３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ＰＬ１３の一部を透過する。

【0034】

ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した表示光ＰＬ１３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。光学系により、ユーザの前方（＋Ｚ方向）に虚像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。

【0035】

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。

【0036】

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。ユーザの前方（＋Ｚ方向）にコンバイナ１２１Ｌ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。

【0037】

次に、クロストークを抑制するための構成について、図４～図６を用いて説明する。図４は、光学系を模式的に示す上面図であり、図５は側面断面図である。図６は、偏光板１８０に入射する外光ＰＬ２１及び表示光ＰＬ１３を説明するための図であり、光学系を上から見た構成を模式的に示している。図４～図６に示すように、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとの間には、偏光板１８０が設けられている。

【0038】

偏光板１８０は、左眼ＥＬの前方（＋Ｚ方向）の空間（以下、左前方空間１６０Ｌとする）と右眼ＥＲの前方（＋Ｚ方向）の空間（以下、右前方空間１６０Ｒとする）との間に配置されている。左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒは、偏光板１８０によって仕切られている。偏光板１８０は、Ｘ方向における左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとの境界を規定する。偏光板１８０は、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとを仕切る仕切り部となる。

【0039】

なお、左前方空間１６０Ｌは、コンバイナ１２１Ｌ、左眼用表示素子１０１Ｌ、遮光部１５０Ｌ、偏光板１８０、フレーム１０２（図１を合わせて参照）、及びユーザの顔によって規定される空間となる。つまり、左前方空間１６０Ｌの前方（＋Ｚ方向）は、コンバイナ１２１Ｌに面しており、後方（－Ｚ方向）は、ユーザの顔に面している。左前方空間１６０Ｌの上方（＋Ｙ方向）は、左眼用表示素子１０１Ｌに面しており、下方（－Ｙ方向）は遮光部１５０Ｌに面している。左前方空間１６０Ｌの右側（＋Ｘ方向）は、偏光板１８０に面しており、左側（－Ｘ方向）はフレーム１０２に面している。

【0040】

同様に、右前方空間１６０Ｒは、コンバイナ１２１Ｒ、右眼用表示素子１０１Ｒ、遮光部１５０Ｒ、偏光板１８０、フレーム１０２（図１を合わせて参照）、及びユーザの顔によって規定される空間となる。つまり、右前方空間１６０Ｒの前方（＋Ｚ方向）は、コンバイナ１２１Ｒに面しており、後方（－Ｚ方向）は、ユーザの顔に面している。右前方空間１６０Ｒの上方（＋Ｙ方向）は、右眼用表示素子１０１Ｒに面しており、下方（－Ｙ方向）は遮光部１５０Ｒに面している。右前方空間１６０Ｒの右側（＋Ｘ方向）は、フレーム１０２に面しており、左側（－Ｘ方向）は偏光板１８０に面している。

【0041】

偏光板１８０は、ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒの前後に配置されている。偏光板１８０は偏光板となっている。具体的には、偏光板１８０は、ＹＺ平面に沿って配置されている。つまり、Ｘ方向が偏光板１８０の厚さ方向となっている。偏光板１８０は例えばヨウ素化合物の偏光フィルムや、ワイヤーグリッド偏光子や、誘電体膜の偏光子である。

【0042】

偏光板１８０として、吸収型の偏光板を用いることができる。吸収型の偏光板は、例えばヨウ素化合物の偏光フィルムである。偏光板１８０は、その透過軸と平行な直線偏光を透過し、透過軸と直交する直線偏光を吸収する。ここでは、偏光板１８０の透過軸がＺ方向になり、吸収軸がＹ方向になっている。つまり偏光板１８０の透過は表示光ＰＬ１２、及びＰＬ１３の偏光方向と直交している。偏光板１８０と偏光フィルム１０１１Ｌとがクロスニコル配置となっている。クロスニコル配置とは、一方の偏光板の透過軸と他方の偏光板の透過軸との交差角度が略９０度になるような配置のことである。なお、ここでのクロスニコル配置は、ビームスプリッタ１２２Ｌ及びコンバイナ１２１Ｌでの反射を考慮した上で、偏光板１８０及び偏光フィルム１０１１Ｌの透過軸が直交する方向に配置することである。つまり、クロスニコル配置は、偏光フィルム１０１１Ｌを透過し、かつビームスプリッタ１２２Ｌで反射した光の偏光方向、及び偏光フィルム１０１１Ｌを透過し、かつコンバイナ１２１Ｌで反射した光の偏光方向と、偏光板１８０の透過軸とが直交するような配置のことである。

【0043】

コンバイナ１２１Ｌで反射した表示光ＰＬ１３はＹ方向の直線偏光であるため、図６に示すように、表示光ＰＬ１３が偏光板１８０で吸収される。従って、左眼用表示素子１０１Ｌで発生した表示光ＰＬ１３が、右眼用光学系１０３Ｒに入射するのを防ぐことができる。なお、左眼用表示素子１０１Ｌで発生したＰＬ１２もＹ方向に沿った直線偏光である。偏光板１８０は、左眼用表示素子１０１Ｌで発生した表示光ＰＬ１２を吸収することで遮光する。従って、左眼用表示素子１０１Ｌで発生したＰＬ１２についても、右眼用光学系１０３Ｒに入射するのを防ぐことができる。

【0044】

なお、図６では省略されているが、偏光板１８０が右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１２、及びＰＲ１３についても遮光する。偏光フィルム１０１１Ｒの透過軸は偏光フィルム１０１１Ｌの透過軸と平行であり、右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１も、Ｚ方向の直線偏光となっている。右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１は、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１の偏光方向と平行な直線偏光となっている。ビームスプリッタ１２２Ｒで反射した表示光ＰＲ１２は、Ｙ方向の直線偏光となっている。コンバイナ１２１Ｒで反射した表示光ＰＲ１３は、Ｙ方向の直線偏光となっている。偏光板１８０は、右眼用表示素子１０１Ｒで発生した表示光ＰＲ１２、及びＰＲ１３を吸収することで遮光する。従って、右眼用表示素子１０１Ｒで発生した表示光ＰＲ１２、及びＰＲ１３が、左眼用光学系１０３Ｌに入射するのを防ぐことができる。

【0045】

偏光板１８０は、左眼用光学系１０３Ｌからの表示光ＰＬ１２、及びＰＬ１３が右眼ＥＲに入射するのを遮る。また、偏光板１８０は、右眼用光学系１０３Ｒからの表示光ＰＲ１２、及びＰＲ１３が左眼ＥＬに入射するのを遮る。偏光板１８０は、図１１に示したクロストーク光ＰＣＴを遮光する。これにより、クロストークを抑制することができ、表示品質を向上することができる。

【0046】

一方、外光ＰＬ２１は、自然光であるため無偏光となる。よって、図６に示すように、外光ＰＬ２１の一部は偏光板１８０を透過する。つまり、偏光板１８０を透過した外光ＰＬ２１のうち、Ｚ方向に沿った直線偏光成分が、偏光板１８０を透過する。ユーザが偏光板１８０を通じて外部を視認することができる。したがってユーザが、外界に対する視野角を広げることができる。つまり、コンバイナ１２１Ｌの前方から、斜め右後方に進む外光ＰＬ２１が、偏光板１８０を介して、右眼ＥＲに入射する。右眼ＥＲが偏光板１８０を介して、左斜め前方の景色を視認することができる。また、コンバイナ１２１Ｒの前方から、斜め左後方に進む外光ＰＲ２１が、偏光板１８０を介して、左眼ＥＬに入射する。つまり、左眼ＥＬが偏光板１８０を介して、右斜め前方の景色を視認することができる。これにより、左右方向の実視界の視野を広くすることができる。

【0047】

このように、左右方向（Ｘ方向）を厚さ方向とする偏光板１８０を左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒの間に配置する。ＹＺ平面における偏光板１８０の形状は、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒの形状に応じて決めればよい。例えば、偏光板１８０の端辺は、表示素子部１０１と、遮光部１５０Ｌ、１５０Ｒと、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒとに沿った形状とすればよい。図５に示すように、偏光板１８０の前方（＋Ｚ方向）側の端辺は、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒの湾曲に沿って形成されている。つまり、ＹＺ平面において、偏光板１８０の前方（＋Ｚ方向）側の端辺は、円弧状に形成されている。このようにすることで、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとを適切に仕切ることができるため、クロストークを効果的に抑制することが可能となる。

【0048】

なお偏光板１８０の形状は、上述の形状に限られるものではない。偏光板１８０は、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとを完全に仕切っていなくてもよい。つまり、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとは一部が繋がっていてもよい。

【0049】

上記の偏光方向、及び偏光板１８０の透過軸方向は、実施の形態の一例であり、上記の方向に限定されるものではない。また、偏光板１８０の透過軸は、表示光ＰＬ１２、及びＰＬ１３の偏光方向と直交していたが、偏光板１８０の透過軸と表示光ＰＬ１２、及びＰＬ１３の偏光方向とは直交していなくてもよい。例えば偏光板１８０の透過軸は、Ｚ方向からＸ軸を中心に４５°回転した方向でもよい。つまり、偏光板１８０の透過軸を任意の方向にした場合であっても、表示光ＰＬ１３のうち、偏光板１８０の透過軸と直交する偏光成分を遮光することができる。クロストーク光の一部を遮光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】

偏光板１８０，及び偏光フィルム１０１１Ｌ、１０１１Ｒの透過軸の方向は上述の方向に限られるものではない。また、左眼用表示素子１０１Ｌ、及び右眼用表示素子１０１Ｒが直線偏光の表示光ＰＬ１１、ＰＲ１１を発生しているとして説明したが、表示光ＰＬ１１、ＰＲ１１は無偏光であってもよい。例えば、有機ＥＬモニタである左眼用表示素子１０１Ｌ、右眼用表示素子１０１Ｒが、無偏光の表示光ＰＬ１１、ＰＲ１１を出射する場合がある。この場合であっても、クロストーク光を半減することができる。表示品質の劣化を抑制することができる。もちろん、無偏光の表示光ＰＬ１１、ＰＲ１１を出射するモニタを用いた場合、表示光ＰＬ１１、ＰＲ１１を直線偏光とするようにモニタの出射側に追加の偏光板を設けてもよい。このようにすることで、クロストーク光を遮光することができ、より高い表示品質を得ることができる。

【0051】

変形例
変形例では、偏光板１８０には反射防止膜又は反射防止構造が形成されている。偏光板１８０の表面に反射防止膜又は反射防止構造を設けることで、偏光板１８０での反射光を低減することができる。なお、反射防止膜又は反射防止構造は、偏光板１８０の両面に形成されていてもよく、片面のみであってもよい。つまり、偏光板１８０の右側（＋Ｘ側）の表面、又は左側（－Ｘ側）の表面の少なくとも一方に、反射防止構造等が形成されていることが好ましい。

【0052】

反射防止膜又は反射防止構造がない場合、偏光板１８０に入射した表示光ＰＬ１３の数％程度が反射してしまう。図７では、表示光ＰＬ１３のうち、偏光板１８０で反射した反射光を反射光ＰＬ１４として示している。偏光板１８０の表面で反射した反射光ＰＬ１４の一部は、図７のように、ユーザの眼に入射してしまう。偏光板１８０で反射した反射光ＰＬ１４が眼に入射すると、ノイズ成分となってしまい、コントラストなどが低下してしまう。偏光板１８０に反射防止膜又は反射防止構造がない場合、表示品質が低下してしまうおそれがある。

【0053】

よって、偏光板１８０の表面に、反射防止膜又は反射防止構造を形成することが好ましい。反射防止膜としては、誘電体多層膜や、誘電体膜を用いることができる。反射防止構造としては、ナノ構造体を用いることができ、例えば可視光よりも周期の短いモスアイ構造でもよい。このように、偏光板１８０の反射防止機能を持たせることで、より高い表示品質を得ることができる。

【0054】

実施の形態２．
本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００について、図８、及び図９を用いて説明する。図８は、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００の光学系を模式的に示す上面図であり、図９は側面断面図である。本実施の形態では、左右のビームスプリッタ１２２が一体的に形成されている。つまり、ビームスプリッタ１２２Ｌとビームスプリッタ１２２Ｒとを１枚のビームスプリッタ１２２により構成している。ビームスプリッタ１２２は、左前方空間１６０Ｌから右前方空間１６０Ｒに渡って配置されている。なお、ビームスプリッタ１２２以外の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

【0055】

左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとで、ビームスプリッタ１２２を共用する。このようにすることで左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとの間で、虚像のずれを抑制することができる。つまり、実施の形態１のように、ビームスプリッタ１２２Ｌとビームスプリッタ１２２Ｒと別々に設けた構成では、ビームスプリッタ１２２Ｌとビームスプリッタ１２２Ｒの傾斜角度がそれぞれ異なって配置されていると、左右の虚像が上下方向（Ｙ方向）にずれて表示されてしまう。本実施の形態は、上下方向（Ｙ方向）の虚像のずれを抑制することができるため、高い表示品位を得ることが可能となる。

【0056】

左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとで、単一のビームスプリッタ１２２が共用されている。よって、実施の形態１のように、左右のビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒの間に偏光板１８０を配置することができない。本実施の形態では、２枚の偏光板１８１，１８２が用いられている。偏光板１８１は、ビームスプリッタ１２２よりも前方（＋Ｚ方向）に配置されている。偏光板１８２は、ビームスプリッタ１２２よりも後方（－Ｚ方向）に配置されている。偏光板１８１，１８２は、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとの間に配置されている。

【0057】

偏光板１８１，１８２の透過軸はＺ方向と平行になっている。ビームスプリッタ１２２、コンバイナ１２１Ｌ、及びコンバイナ１２１Ｒでの反射を考慮した上で、偏光板１８１は、偏光フィルム１０１１Ｌ、１０１１Ｒとクロスニコル配置となっている。同様に、ビームスプリッタ１２２、コンバイナ１２１Ｌ、及びコンバイナ１２１Ｒでの反射を考慮した上で、偏光板１８２は、偏光フィルム１０１１Ｌ、１０１１Ｒとクロスニコル配置となっている。よって、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒで反射した表示光ＰＬ１３、ＰＲ１３が偏光板１８１、１８２に入射すると、偏光板１８１，１８２で吸収される。また、ビームスプリッタ１２２で反射した表示光ＰＬ１２、ＰＲ１２が偏光板１８１に入射すると、偏光板１８１で吸収される。これにより、実施の形態１と同様にクロストーク光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。

【0058】

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１００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１００の構成を模式的に示す側面図である。本実施の形態では、実施の形態１、２と異なり、ヘッドマウントディスプレイ１００が１枚ミラー方式となっている。つまり、左眼ＥＬとコンバイナ１２１Ｌとの間に、ビームスプリッタ１２２Ｌ、又はビームスプリッタ１２２が設けられていない。なお、ビームスプリッタ１２２以外の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

【0059】

左眼用表示素子１０１Ｌの設置角度が、実施の形態１、２と異なっている。左眼用表示素子１０１Ｌは、斜めに配置されている。つまり、左眼用表示素子１０１Ｌの表示面は、下方（－Ｙ方向）であって、前方（＋Ｚ方向）に向いている。左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、－Ｙ方向及び＋Ｚ方向に出射される。表示光ＰＬ１１は、表示面においてＸ方向と直交する方向の直線偏光となっている。コンバイナ１２１Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌの下方（－Ｙ方向）に配置されている。コンバイナ１２１Ｌは光の半分を透過して、残りの半分を反射する。

【0060】

コンバイナ１２１Ｌは左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１を左眼ＥＬに向けて反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射した表示光ＰＬ１１を表示光ＰＬ１３とする。コンバイナ１２１Ｌは凹面ハーフミラーであり、表示光ＰＬ１３を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光ＰＬ１３を反射する。表示光ＰＬ１３は、Ｙ方向と平行な直線偏光となっている。左眼用光学系１０３Ｌが、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光を、左眼ＥＬに導く。光学系により、ユーザの前方（＋Ｚ方向）に虚像を表示させることができる。

【0061】

また、外光ＰＬ２１はコンバイナ１２１Ｌを透過して、左眼ＥＬに入射する。コンバイナ１２１Ｌの透過率は、５０％となっている。よって、外光ＰＬ２１は、コンバイナ１２１Ｌを透過することで、５０％に減衰する。そして、５０％に減衰した外光ＰＬ２１が、左眼ＥＬに入射する。これにより、前方（＋Ｚ方向）の景色に表示画像を重畳させることができる。また、本実施の形態では、コンバイナ１２１Ｌが左眼用表示素子１０１Ｌの直下まで延在しているため、遮光部１５０Ｌが設けられていない。

【0062】

左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとの間に、偏光板１８０が配置されている。偏光板１８０は、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとの間に配置されている。偏光板１８０の透過軸はＹ方向と平行な方向になっている。コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒでの反射を考慮した上で、偏光板１８０は、偏光フィルム１０１１Ｌ、１０１１Ｒとクロスニコル配置となっている。本実施の形態におけるクロスニコル配置とは、偏光フィルム１０１１Ｌ、１０１１Ｒを透過し、かつビームスプリッタ１２２Ｌで反射した光の偏光方向と、偏光板１８０の透過軸とが直交するような配置のことである。よって、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒで反射した表示光ＰＬ１３、ＰＲ１３が偏光板１８０に入射すると、吸収される。

【0063】

これにより、実施の形態１，２と同様に、クロストーク光ＰＣＴを遮光することができる。よって、表示品質を向上することができる。また、図１０ではビームスプリッタ１２２が設けられていないため、実施の形態１と同様に、１枚の偏光板１８０で、クロストーク光を抑制することができる。

【0064】

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。

【0065】

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】

【0066】

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 コンバイナ
１２２Ｌ、１２２Ｒ、１２２ ビームスプリッタ
１５０Ｌ、１５０Ｒ 遮光部
１６０Ｌ 左前方空間
１６０Ｒ 右前方空間
１８０、１８１、１８２ 偏光板
ＰＬ１１、ＰＬ１２、ＰＬ１３、ＰＲ１１、ＰＲ１２、ＰＲ１３ 表示光
ＰＬ２１、ＰＲ２１ 外光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】