JP2013210441A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示部に含まれる偏光板に埃などの異物が含まれる場合であっても、その異物が使用者に画像上の異物として視認されないＨＭＤを提供すること。
【解決手段】光源と、液晶表示部と、接眼光学系構造体とを備えるヘッドマウントディスプレイである。液晶表示部は、透過型の液晶パネルと、第１偏光板と、第２偏光板とを有する。液晶パネルは、マトリクス状に配列された複数の画素を含む。第１偏光板は、液晶パネルと光源との間の光路に設けられる。第２偏光板は、液晶パネルと接眼光学系との間の光路に設けられる。第１偏光板と液晶パネルとは、空気層を挟んで接眼光学系による焦点深度以上に離間する。
【選択図】図４

Description

本発明はヘッドマウントディスプレイに関し、特に液晶表示部の構成に特徴のあるヘッドマウントディスプレイに関する。

従来、使用者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）が知られている。ＨＭＤによって提示される虚像によって、使用者は、眼の前方に画像を視認する。ＨＭＤは、例えば光源と、表示部と、接眼光学系とを備える。表示部としては、例えば特許文献１にあるように、液晶表示部が利用可能である。

特開２００８−２０９９２３号公報

ＨＭＤは、使用者に虚像を提示する。このとき、使用者の網膜には、接眼光学系と使用者の眼の水晶体とによって、液晶表示部に含まれる画素が結像する。従って、仮に液晶表示部に埃などの異物が画素の近傍に存在する場合、この異物も使用者の網膜に結像する。その結果、画像上に異物が視認される。画像上の異物は、画像自体の視認を阻害するため、問題である。

埃などの異物が画像上に視認されることを防止するために、液晶表示部の表面に埃が付着することを防止する方法が考えられる。例えば、液晶表示部と接眼光学系とを、クリーンルームで密封することによって、液晶表示部の表面への埃の付着が防止される。しかし、液晶表示部に一般的に含まれる偏光板自体が、異物の原因となる場合もある。具体的には、偏光板の製造工程において、偏光板の内部に埃が混入する場合がある。この場合、液晶表示部の表面への埃の付着を防止しても、偏光板に含まれる埃が使用者に異物として視認されてしまう。特に、液晶の画素と光源との間に存在する偏光板に埃が含まれる場合、液晶の画素が回折格子として作用することで、埃が拡大されて使用者に視認される。この場合、接眼光学系側に存在する偏光板に埃が含まれる場合よりも、画像自体の視認がさらに阻害される。

本発明は、液晶表示部に含まれる偏光板に埃などの異物が含まれる場合であっても、その異物が使用者に画像上の異物として視認されないＨＭＤを提供することを目的とする。

本発明を反映した一側面は、光源と、前記光源からの光を変調することで画像光を形成可能な液晶表示部と、前記液晶表示部からの前記画像光を集光し、使用者の瞳孔に前記画像光を導くことが可能な接眼光学系とを備え、前記液晶表示部は、一対の透明基板の間に液晶層が挟持され、マトリクス状に配列された複数の画素を含む透過型の液晶パネルと、空気層を挟んで前記接眼光学系による焦点深度以上に前記液晶パネルと離間し、前記液晶パネルと前記光源との間の光路に設けられる第１偏光板と、前記液晶パネルと前記接眼光学系との間の光路に設けられる第２偏光板とを有する、ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。

液晶パネルと第１偏光板とが、空気層を挟んで接眼光学系による焦点深度以上に離間される。この構成によって、液晶パネルにおける画素は使用者の網膜に結像するが、第１偏光板は使用者の網膜に結像しない。その結果、仮に第１偏光板に埃などの異物が混入しても、使用者はこの異物をピンぼけした状態で視認するため、この異物は画像上の異物として視認されない。第１偏光板は液晶パネルと光源との間に設けられるため、液晶パネルと第１偏光板とが密着している従来の液晶表示部の構成では、第１偏光板中の異物によって画像の視認が阻害される。しかし、本発明では、液晶パネルと第１偏光板とが、空気層を挟んで接眼光学系による焦点深度以上に離間されるため、画像の視認は阻害されない。

また、前記液晶表示部は、前記液晶パネルと前記第１偏光板との間の光路に設けられる光拡散層をさらに有し、前記光拡散板は、前記液晶パネル及び前記第１偏光板に対して、空気層を挟んで離間されてもよい。

液晶パネルと第１偏光板との間の光路に、光拡散層が設けられる。光拡散層は、液晶パネルと第１偏光板と空気層を挟んで離間される。仮に第１偏光板に埃などの異物が混入していても、埃からの光は、光拡散層によって拡散される。そのため、使用者は、この異物を、拡散層を通した上でピンぼけした状態で視認する。従って、この異物が画像上の異物として視認されることを、さらに防止できる。

また、前記光拡散層は、前記結像光学系を介して形状を視認できないサイズの粒子によって形成されてもよい。

光拡散層は、使用者が結像光学系を介して形状を視認できないサイズの粒子によって形成される。「結像光学系を介して形状を視認できないサイズ」とは、例えば、結像光学系を通して使用者が光拡散層を見た場合の、眼の分解能よりも小さいサイズのことである。従って、使用者は、光拡散層を形成する粒子の形状を視認できない。その結果、光拡散層表面の凹凸などに起因する表示品質の劣化（画像の輝度ムラなど）を防止できる。

また、前記光源は、点光源から拡がる拡散光が前記液晶パネルに直接入射する直射型光源であり、前記第１偏光板は、前記焦点深度以上であって、前記拡散光が前記液晶パネルの全面を照射可能な距離よりも短い距離だけ前記液晶パネルから離間してもよい。

直射型光源からの光は、所定の拡がり角度を持って拡散する。そのため、直射型光源からの光が液晶表示部の全面を照らすように、直射型光源と液晶表示部とは離間される。仮に、直射型光源からの拡散光が液晶パネルの全面を照射可能な距離よりも、液晶パネルと第１偏光板が離間されていると、直射型光源から出た光の一部は液晶パネルから外れてしまい、光量を損失する。一方で、本発明によれば、第１偏光板が、焦点深度以上であって拡散光が液晶パネルの全面を照射可能な距離よりも短い距離だけ液晶パネルから離間する。従って、直射型光源からの拡散光を効率よく利用する設計が可能になる。

また、前記第２偏光板は、空気層を挟んで前記接眼光学系による焦点深度以上に前記液晶パネルと離間してもよい。

液晶パネルと第２偏光板とが、空気層を挟んで接眼光学系による焦点深度以上に離間される。この構成によって、仮に第２偏光板に埃などの異物が混入しても、使用者はこの異物をピンぼけした状態で視認するため、この異物は画像上の異物として視認されない。

本発明によれば、液晶表示部に含まれる偏光板に埃などの異物が含まれる場合であっても、その異物が使用者に画像上の異物として視認されないＨＭＤが提供される。

ＨＭＤ１の斜視図。 ＨＭＤ１の平面図。 ＨＭＤ１を上下方向の中心で切断した断面模式図。 液晶表示部１０の内部構成を説明する図。 ＨＭＤ１の光路を模式的に示す図。

以下、本発明の一側面を反映した実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている装置の構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。

［ＨＭＤ１の構成］
先ず、図１を用いて、ＨＭＤ１の概要について説明する。なお、図１における前後方向、左右方向及び上下方向は、使用者がＨＭＤ１を眼鏡フレーム９１によって頭部に装着した状態における、使用者の前後方向、左右方向及び上下方向に準ずる。ＨＭＤ１は、眼鏡フレーム９１に着脱可能に取り付けられる。眼鏡フレーム９１は使用者の頭部に装着される。ＨＭＤ１は筐体２を備える。筐体２は四角筒状の樹脂部材であり、平面視Ｌ字型に形成されている。筐体２は液晶表示部１０と、レンズ系２０とを内蔵する（図３参照）。筐体２の右端には、ハーフミラー３０が上下方向から挟持されている。

次に、眼鏡フレーム９１について説明する。図１に示すように、眼鏡フレーム９１は、左テンプル９２、右テンプル９３、中央フレーム部９４及びＨＭＤ支持部９６を備える。前後方向に延びる左テンプル９２は、使用者の左耳に掛けられる部分である。前後方向に延びる右テンプル９３は、使用者の右耳に掛けられる部分である。左右方向に延びる中央フレーム部９４は、左テンプル９２の前端部と、右テンプル９３の前端部との間に渡設されている。中央フレーム部９４の左右方向における中央部分には、鼻当て部９５が設けられる。ＨＭＤ支持部９６は、中央フレーム部９４の上面左端側に設けられている。ＨＭＤ支持部９６は、下方延出部９８を備える。下方延出部９８は、使用者の顔の左前方において上下方向に延出されている。下方延出部９８は、ＨＭＤ支持部９６に形成された左右方向に延びる溝９６ａに対して、摺動可能に係合する。下方延出部９８の左右方向への摺動によって、ＨＭＤ１の左右方向における位置が調整される。

図２及び図３を用いて、ＨＭＤ１の構成を詳細に説明する。なお、図２では、眼鏡フレーム９１は省略される。また、図３では、筐体２の断面は省略される。図２に示されるように、筐体２の眼鏡フレーム９１に対向する部分には、取り付け溝２１が設けられている。取り付け溝２１は、上下方向に伸長する。取り付け溝２１の後端は、左右方向の幅が狭まっている。取り付け溝２１に対して、眼鏡フレーム９１のＨＭＤ支持部９６に設けられた下方延出部９８が摺動可能に係合する。下方延出部９８に取り付けられた筐体２が上下方向に摺動することで、ＨＭＤ１の上下方向における位置が調整される。なお、下方延出部９８に取り付けられた筐体２に対して使用者が上下方向に力を与えない場合、取り付け溝２１と下方延出部９８との間に働く摩擦力によって、ＨＭＤ１の上下方向位置は維持される。

図３に示されるように、筐体２は、液晶表示部１０と、レンズ系２０とを内蔵する。なお、図３では簡略化のため、筐体２が省略されている。また、液晶表示部１０の内部構成も、後に図４を用いて詳述されるため、ここでは説明及び図示を省略する。液晶表示部１０から出射した画像光Ｌｉｍは、レンズ系２０によって集光される。集光された画像光Ｌｉｍは、ハーフミラー３０によってその一部が反射され、使用者の眼ＥＢに導かれる。一方で、外界からの光の一部もハーフミラー３０を通過し、使用者の眼ＥＢに入射する。従って、使用者は、画像光Lｉｍによって表される画像を、外界の風景に重畳した状態で視認する。

液晶表示部１０は、筐体２内部の左端に設けられる。液晶表示部１０は、画像情報に基づいた画像光Ｌｉｍを形成する。液晶表示部１０は、駆動のための駆動回路や、外部からの映像信号を受信する通信回路を含んで構成される。また、外部の映像機器に接続され、映像信号の受信や電源供給を行う伝送ケーブル４０が、この通信回路に電気的に接続され、筐体２から後側に伸長する。なお、液晶表示部１０の詳細な構成は、図４を用いて後述される。

レンズ系２０は、レンズ２０ａとレンズホルダー２０ｂとで構成される。レンズホルダー２０ｂの左端は、液晶表示部１０の右端に接触する。レンズホルダー２０ｂの右側内部には、レンズ２０ａが保持される。レンズ２０ａは、左右方向に整列する複数のレンズによって構成される。本実施形態では、レンズ２０ａは、所望の光学特性を達成するために、複数のレンズで構成される。しかし、レンズ２０ａは、単一のレンズで構成されても差し支えない。レンズ系２０は、画像光Ｌｉｍを集光してハーフミラー３０へと導く。即ち、レンズ系２０とハーフミラー３０とによって、接眼光学系が構成される。なお、ＨＭＤ１によって使用者は虚像を視認するため、レンズ２０ａによって集光された画像光Ｌｉｍは、拡散光または平行光である。即ち、「集光」とは、全体として正のパワーを有する光学系の入射光束に対する作用のことであり、出射光束が収束光となっていることに限定されない。

ハーフミラー３０は、筐体２の右端に接続される。ハーフミラー３０は、筐体２との接続部分から、右後に伸長する。即ち、ハーフミラー３０は、眼鏡フレーム９１に取り付けられた状態において、筐体２から離間するに従い使用者に近づくように伸長する。ハーフミラー３０は、例えば、ガラスや光透過性樹脂（アクリル、ポリアセタールなど）などの板状透明部材の表面に対して、透過率が５０％となるようにアルミニウムなどの金属を蒸着することで形成される。なお、ハーフミラー３１の透過率は５０％でなくてもよい。

［液晶表示部１０の内部構成］
図４を用いて、液晶表示部１０の内部構成を説明する。なお、図４は、図３と同一の断面において、液晶表示部１０の内部構成を示した図である。図４において、紙面垂直方向が上下方向に対応する。液晶表示部１０は、基板１１、第１ケース１２ａ、第２ケース１２ｂ、第１偏光板１３ａ，第２偏光板１３ｂ、光源１４、光拡散層１５、及び液晶パネルＬを有する。なお、液晶表示部１０に含まれる駆動回路や及び通信回路は、図４では省略される。

第１ケース１２ａは、左右方向に延びる四角柱状の部材である。第１ケース１２ａの内部は中空に構成される。第１ケース１２ａの左右方向における中央部分には、周囲より幅が狭い狭幅部分１２ａ１が形成される。第１ケース１２ａの左右両端には、周囲より幅が広い広幅部分１２ａ２が形成される。第１ケース１２ａは、例えば、ＡＢＳやポリカーボネートなどの樹脂材料によって構成される。

光拡散層１５は、矩形の板状部材である。光拡散層１５の前後上下方向のサイズは、第１ケース１２ａの内壁の前後上下方向のサイズよりも小さく、且つ、狭幅部分１２ａ１の内壁の前後上下方向のサイズよりも大きく形成される。光拡散層１５は、第１ケース１２ａの左側の開口から第１ケース１２ａの内部に挿入され、狭幅部分１２ａ１の左側に配置される。光拡散層１５と狭幅部分１２ａ１とは、接着剤などを用いて固定される。拡散層１５は、例えば紫外線硬化型のアクリルポリマーなどの球形微粒子を透明樹脂材料の中に分散させることで構成される。なお、球形微粒子の粒径は、レンズ系２０を介して形状を視認できないサイズである。このサイズは、例えば、レンズ系２０を通して使用者が光拡散層１５を見た場合の眼の分解能よりも小さいサイズのことである。具体的な数値としては、例えば３０μｍ以下が望ましい。

基板１１は、樹脂材料によって構成される矩形の板状部材である。基板１１の前後上下方向のサイズは、第１ケース１２ａの内壁の前後上下方向のサイズよりも大きく、且つ広幅部分１２ａ２の内壁の前後上下方向のサイズよりも小さい。基板１１は、左側の広幅部分１２ａに接触し、第１ケース１２ａの左側の開口を閉じる。基板１１と左側の広幅部分１２ａとは、接着剤などを用いて固定される。

光源１４は、基板１１の右側の面の中心部分に固定される。光源１４の中心部には、点光源としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１４ａが設けられる。ＬＥＤ１４ａは、上下方向に整列した赤緑青の３色の素子によって、白色光を放射可能に構成される。光源１４には、ＬＥＤ１４ａへの配線や、ＬＥＤ１４ａを保持するケースなどが含まれる。ＬＥＤ１４ａからの光Ｌｓは、所定の広がり角を持つ拡散光として、液晶パネルＬに入射する。そのため、光源１４と液晶パネルＬとの間隔は、光Ｌｓが液晶パネルＬの全面を照射可能な距離だけ離間される。この距離より間隔が短い場合、光Ｌｓが液晶パネルＬには光の当たらない領域が発生する。一方、この距離より間隔が長い場合、光Ｌｓの一部が液晶パネルＬの外に漏れてしまう。光源１４と液晶パネルＬとの間隔は、一例として、約５ｍｍである。

第２ケース１２ｂは、左右方向に延びる四角柱状の部材である。第２ケース１２ａの内部は中空に構成される。第２ケース１２ｂの右側端部には、周囲より幅が広い広幅部分１２ｂ１が形成される。第２ケース１２ｂの左端は、基板１１の右側の面に接着剤などによって固定される。第２ケース１２ｂの外壁の前後上下方向のサイズは、第１ケース１２ａの内壁の前後上下方向のサイズよりも小さい。第２ケース１２ｂは、第１ケース１２ａの左側開口から、第１ケース１２ａの内部に挿入される。第１ケース１２ａの左側の広幅部分１２ａに基板１１が固定されるため、第２ケース１２ｂは、第１ケース１２ａの内部に保持される。なお、基板１１と第２ケース１２ｂと左右方向の長さの合計は、第１ケース１２ａの左右方向における左端から狭幅部分１２ａ１の左側までの距離よりも短い。従って、第２ケース１２ｂの右端と、光拡散層１５とは離間される。なお、第２ケース１２ｂは、第１ケース１２ａと同じ材料で構成される。

第１偏光板１３ａは、入射した光の内、特定方向に偏光した光の成分のみを透過する。第１偏光板１３ａの前後上下方向のサイズは、第２ケース１２ｂの内壁の前後上下方向のサイズよりも大きく、且つ広幅部分１２ｂ１の内壁の前後上下方向のサイズよりも小さい。第１偏光板１３ａは、広幅部分１２ｂ１に接触し、第２ケース１２ｂの右側の開口を閉じる。そのため、光源１４は、基板１１と第１偏光板１３ａとによって、第２ケース１２ｂ内に閉じ込められた状態となる。第１偏光板１３ａと広幅部分１２ｂ１とは、接着剤などを用いて固定される。第１偏光板１３ａは、例えば、ヨウ素化合物分子が吸着配向されたポリビニルアルコール層の両面を、トリアセチルセルロースの層によって挟むことで形成される。なお、第１偏光板１３ａは、光源１４よりも液晶パネルＬに近い位置に存在する。そのため、第１偏光板１３ａは、光Ｌｓが液晶パネルＬの全面を照射可能な距離よりも短い距離だけ、液晶パネルＬから離間する。

液晶パネルＬは、マトリクス状に配列された複数の画素を含む透過型の表示素子である。液晶パネルＬの前後上下方向のサイズは、第１ケース１２ａの内壁の前後上下方向のサイズよりも小さく、且つ、狭幅部分１２ａ１の内壁の前後上下方向のサイズよりも大きく形成される。液晶パネルＬは、第１ケース１２ａの右側の開口から第１ケース１２ａの内部に挿入され、狭幅部分１２ａ１の右側に配置される。そのため、液晶パネルＬと第１偏光板１３ａとは、空気層ＡＬ１を挟んで離間する。液晶パネルＬと狭幅部分１２ａ１とは、接着剤などを用いて固定される。なお、本実施形態において、液晶パネルＬは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式を例として説明される。しかし、液晶パネルＬは、縦電界方式、横電界方式など、他の方式であってもよい。

液晶パネルＬは、一対の透明基板１６ａ，１６ｂ、画素電極１７ａ、共通電極１７ｂ、液晶層１８、及びカラーフィルタ層１９を含む。液晶層１８は、液晶分子と、その液晶分子を挟む一対の配向層によって構成される。一対の透明基板１６ａ，１６ｂは、液晶層１８の左右両側を挟持する。一対の透明基板１６ａ，１６ｂは、例えばガラス板である。画素電極１７ａは、透明基板１６ａの右側の面上に形成される。画素電極１７ａに設けられた個別電極は、複数の画素に対応した液晶層１８の位置に、それぞれ接続される。カラーフィルタ層１９は、透明基板１６ｂの左側の面上に形成される。カラーフィルタ層１９は、サブ画素に対応した赤色緑青の光を透過させる着色層を含む。共通電極１７ｂは、カラーフィルタ層１９の左側に形成される。共通電極１７ｂは、複数の画素の全てに対応し、液晶層１８の全面に接続される。画素電極１７ａ及び共通電極１７ｂは、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）などの透明電極で構成される。なお、画素電極１７ａ及び共通電極１７ｂには、不図示のＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）ケーブルなどが接続される。ＦＰＣケーブルは、第１ケース１２ａの外に取り出され、駆動回路に接続される。

第２偏光板１３ｂは、入射した光の内、特定方向に偏光した光の成分のみを透過する。第２偏光板１３ｂの前後上下方向のサイズは、第１ケース１２ａの内壁の前後上下方向のサイズよりも大きく、且つ、広幅部分１２ａ２の内壁の前後上下方向のサイズよりも小さい。第２偏光板１３ｂは、右側の広幅部分１２ａ２に接触し、第１ケース１２ａの右側の開口を閉じる。第１偏光板１３ａと広幅部分１２ｂ１とは、接着剤などを用いて固定される。なお、第２偏光板１３ｂと液晶パネルＬとは、空気層ＡＬ２を挟んで離間している。

［液晶表示部１０の構成による作用効果］
図５を用いて、本実施形態において、偏光板に埃などの異物が含まれる場合であっても、その異物が使用者に画像上の異物として視認されない理由を説明する。

図５（Ａ）には、液晶パネルＬ上の一点からの画像光Ｌｉｍが実線で、第１偏光板１３ａ上の一点からの光Ｌｐ１が点線で、第２偏光板１３ｂ上の一点からの光Ｌｐ２が破線で、それぞれ示される。画像光Ｌｉｍは、レンズ系２０によって集光され、使用者の眼ＥＢに入射する。使用者は画像を視認するため、使用者の眼ＥＢのピントは、液晶パネルＬに対して合う。換言すれば、画像光Ｌｉｍは、使用者の眼ＥＢの水晶体によって収束され、網膜Ｒ上の一点に結像する。

第１偏光板１３ａは、空気層ＡＬ１を挟んで、液晶パネルＬから使用者の眼ＥＢから遠い側に、距離ａだけ離間する。距離ａは、例えば１．５ｍｍ程度である。そのため、光Ｌｐ１は、レンズ系２０によって集光され、画像光Ｌｉｍよりも収束した状態で使用者の眼ＥＢに入射する。光Ｌｐ１は、使用者の眼ＥＢの水晶体によって、網膜Ｒよりも手前に結像する。換言すれば、網膜Ｒは、光Ｌｐ１の焦点位置から拡散した状態の光Ｌｐ１を受け取る。

第２偏光板１３ｂは、空気層ＡＬ２を挟んで、液晶パネルＬから使用者の眼ＥＢに近い側に、距離ｂだけ離間する。そのため、光Ｌｐ２は、レンズ系２０によって集光され、画像光Ｌｉｍよりも拡散した状態で使用者の眼ＥＢに入射する。光Ｌｐ２は、使用者の眼ＥＢの水晶体によって、網膜Ｒよりも後方に結像する。換言すれば、網膜Ｒは、結像前の光Ｌｐ２を受け取る。距離ｂは、例えば１．５ｍｍ程度である。

第１偏光板１３ａ及び第２偏光板１３ｂは、空気層を挟んで液晶パネルＬと離間する。この配置によって、光Ｌｐ１及び光Ｌｐ２は、網膜Ｒ上に結像しない。換言すれば、使用者は、液晶パネルＬを視認している場合、ピントのぼけた状態で第１偏光板１３ａ及び第２偏光板１３ｂを視認することとなる。そのため、仮に第１偏光板１３ａ及び第２偏光板１３ｂに埃などの異物が含まれていても、異物の像は網膜Ｒ上に結像しない。従って、異物は、使用者に視認されない。

埃が使用者に視認されないために、最低限必要とされる焦点深度ψを、定量的に検討する。図５（Ｂ）に示されるように、液晶パネルＬの液晶層１８から焦点深度ψだけ離間した位置において、画像光Ｌｉｍは、幅δの広がりを持つ。この幅δは、使用者の眼ＥＢの分解能において点源として認識されるために許容される、最大の幅と定義される。換言すれば、焦点深度ψの範囲において、一点から射出される光は、使用者の眼にて点源と認識される。反対に、焦点深度ψの範囲から外れた位置の一点から射出される光は、使用者の眼によって点源ではなく、広がった光として認識される。

使用者の視力として視力１．０を仮定した場合、ユーザの眼ＥＢは、角度分解能で約１分（＝１／６０°）を有する。ＨＭＤ１において、ユーザの瞳孔からレンズ系２０のハーフミラー３０側の端面までの距離Ｌ１は３０ｍｍ、レンズ系２０のハーフミラー３０側の端面から液晶パネルＬの液晶層１８の位置までの距離Ｌ２は３５ｍｍである（図５参照）。使用者が、液晶層１８の位置において認識可能なサイズ、換言すれば、液晶層１８の位置における許容ボケの幅δは、以下の式にて定義される。
δ＝２×６５×ｔａｎ（１／６０）≒０．０３８ｍｍ ・・・ （数１）
この幅δを用いて、焦点深度ψは、以下のように表される。
ψ＝２×Ｆ×δ ・・・ （数２）
なお、Ｆはレンズ系２０のＦ値である。Ｆ値は一般に、
Ｆ＝ｆ／Ｄ ・・・ （数３）
で求められる。本実施形態において、レンズ２０の焦点距離ｆは、３０ｍｍである。また、使用者の瞳孔が絞りとして作用するため、開口直径Ｄは、使用者の瞳孔径に対応する。一般に、瞳孔径は、入射光量に応じて２〜８ｍｍの範囲を有する。

（数２）及び（数３）より、瞳孔径が最小の２ｍｍの場合の焦点深度ψは、１．１４ｍｍとなる。一方、瞳孔径が最大の８ｍｍの場合の焦点深度ψは、０．２９ｍｍとなる。即ち、瞳孔径が最小時に、焦点深度ψは最大になる。

本実施形態では、距離ａ及び距離ｂは、最大の焦点深度ψである１．１４ｍｍよりも大きく設定されている。そのため、仮に第１偏光板１３ａ及び第２偏光板１３ｂに埃などの異物が含まれる場合であっても、使用者はこの異物をピンぼけした状態で視認する。従って、画像の視認は阻害されない。また、光拡散層１５が、液晶パネルＬと第１偏光板１３ａとの間の光路に設けられている。第１偏光板１３ａからの光は、光拡散層１５によって拡散される。そのため、仮に第１偏光板に異物が混入している場合、異物からの光は、拡散層を通した上でピンぼけした状態で視認される。従って、画像の視認は、さらに阻害されない。また、光拡散層１５を構成する粒子の粒径は、視力１．０の場合の眼の分解能である約０．０３８ｍｍよりも小さく、３０μｍ以下である。そのため、使用者は、粒子の形状を視認できない。その結果、光拡散層１５の表面の凹凸などに起因する、画像の輝度ムラなどを防止できる。なお、光拡散層１５を構成する粒子の粒径は、３０μｍ以下に限定されない。例えば、使用者の視力として０．５を想定する場合、粒径は６０μｍ以下であってもよい。一方、使用者の視力として２．０を想定する場合、粒径は１５μｍ以下であってもよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。以下に、その一例を述べる。

前記した実施形態において、接眼光学系は、レンズ系２０とハーフミラー３０とによって構成される。しかし、接眼光学系の構成は、この構成に限定されない。例えば、自由曲面プリズムなどの光学素子を用いることによって、レンズ系２０の機能とハーフミラー３０との機能が代替されても差し支えない。即ち、接眼光学系は、液晶表示部からの画像光Ｌｉｍを集光し、使用者の瞳孔に導くことが可能であれば、どのような構成であってもよい。

前記した実施形態において、ＨＭＤ１は、使用者の一方の眼前に配置される、いわゆる単眼型のＨＭＤである。しかし、使用者の両方の眼前にＨＭＤが配置される両眼型のＨＭＤであっても、本発明の範囲に含まれる。

前記した実施形態において、光源１４は、点光源であるＬＥＤ１４ａから拡がる拡散光が液晶パネルＬに直接入射する、直射型光源である。しかし、例えば面光源としてのバックライトが、光源として用いられてもよい。

１ ＨＭＤ
２ 筐体
１０ 液晶表示部
１１ 基板
１２ａ 第１ケース
１２ｂ 第２ケース
１３ａ 第１偏光板
１３ｂ 第２偏光板
１４ 光源
１４ａ ＬＥＤチップ
１５ 光拡散層
１６ａ，１６ｂ 透明基板
１７ａ 画素電極
１７ｂ 共通電極
１８ 液晶層
１９ カラーフィルタ層
２０ レンズ系
２０ａ レンズ
２０ｂ レンズホルダー
３０ ハーフミラー
９１ 眼鏡フレーム

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源からの光を変調することで画像光を形成可能な液晶表示部と、
   前記液晶表示部からの前記画像光を集光し、使用者の瞳孔に前記画像光を導くことが可能な接眼光学系とを備え、
   前記液晶表示部は、
   一対の透明基板の間に液晶層が挟持され、マトリクス状に配列された複数の画素を含む透過型の液晶パネルと、
   空気層を挟んで前記接眼光学系による焦点深度以上に前記液晶パネルと離間し、前記液晶パネルと前記光源との間の光路に設けられる第１偏光板と、
   前記液晶パネルと前記接眼光学系との間の光路に設けられる第２偏光板とを有する、
   ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記液晶表示部は、前記液晶パネルと前記第１偏光板との間の光路に設けられる光拡散層をさらに有し、
   前記光拡散層は、前記液晶パネル及び前記第１偏光板に対して、空気層を挟んで離間される、
   請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記光拡散層は、前記結像光学系を介して形状を視認できないサイズの粒子によって形成される、
   請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記光源は、点光源から拡がる拡散光が前記液晶パネルに直接入射する直射型光源であり、
   前記第１偏光板は、前記焦点深度以上であって、前記拡散光が前記液晶パネルの全面を照射可能な距離よりも短い距離だけ前記液晶パネルから離間する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記第２偏光板は、空気層を挟んで前記接眼光学系による焦点深度以上に前記液晶パネルと離間する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

Images