JP2013210588A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示部に加えて、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有するヘッドマウントディスプレイにおいて、水平方向の視界を大幅に改善し、装置の小型化を図り、携帯性を高める。
【解決手段】ＨＭＤ１は、画像光を出射するＬＣＤ１１と、使用者の眼Ｙ１の前に配置され、ＬＣＤ１１から出射された画像光が上方から入射され、入射した画像光を反射させて眼Ｙ１に入射させるとともに、入射した外界光の一部を透過させて眼Ｙ１に入射させるＰＢＳ２１と、ＰＢＳ２１の上方に配置され、ＬＣＤ１１から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させてＰＢＳ２１に入射させるＰＢＳ２２と、ＰＢＳ２２を経由し、ＰＢＳ２２に入射する画像光の光軸またはその延長線上に沿って入射した外界光を撮像面に受けて撮像する撮像素子と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、外界光による外界の認識を許容しながら画像光を使用者の眼に入射させることで画像を表示するヘッドマウントディスプレイに関し、特に、外界光の入射を受けることで外界を撮像するヘッドマウントディスプレイに関する。

従来、画像表示装置として、使用者の頭部に装着されて用いられるヘッドマウントディスプレイ（以下適宜「ＨＭＤ」と表記する。）が知られている。ＨＭＤには、外界光による外界の認識を許容しながら画像光を使用者の眼に入射させることで画像を表示するという、いわゆるシースルー型のものがある。また、ＨＭＤには、外界光の入射を受けることで外界を撮像するための構成を備えるものがある。

画像を表示するための構成および外界を撮像するための構成を備えるＨＭＤにおいては、表示画像についての表示画角や表示位置と、撮像画像についての撮像画角や撮像位置とが合うように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、画像を表示するための画像光を出射する画像表示部を有する表示ユニットと、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部とが、使用者の眼の前に配置されるハーフミラーを間に介して左右両側に配置された構成が開示されている。かかる構成においては、撮像部は、表示ユニットの外部に配置される。また、特許文献１には、使用者の眼の前に配置されるハーフミラーを含む光学系において、所定の偏光成分のみを透過させる偏光ビームスプリッタを配置した構成も記載されている。

特開２０１２−２８８９号公報

上述したような従来技術においては、一例として、表示ユニットと、この表示ユニットの外部に設けられた撮像部とが、使用者の眼の前に位置するハーフミラーや偏光ビームスプリッタを挟んで、水平方向（左右方向）に互いに反対側に配置されているが、表示ユニットの外部に設けられた撮像部等によって使用者の視界が妨げられたり、表示ユニットと撮像部が別体となりやすくＨＭＤの装置サイズが大きくなったりする問題があった。

また、特許文献１には、画像表示部と撮像部とが、使用者の眼の前に位置するハーフミラーに対して、水平方向について同じ側に配置された構成も開示されている。この構成については、例えば、ハーフミラーに対して同じ側に配置された画像表示部および撮像部がレンズ等の他の光学系等とともに共通の筐体内に収容されることになる。このため、筐体のサイズが大きくなり、例えば筐体の一部が左右いずれかの側から使用者の眼前に張り出してくること等によって、使用者の視界、特に水平方向の視界が妨げられる。また、画像光や撮像される外界光がハーフミラーを何度も経由する構成のため、画像光や外界光の強度がかなり小さくなり、消費電力や画質の面で問題があった。

以上のような事情に鑑み、本発明は、画像表示部に加えて、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有する構成において、水平方向の視界を大幅に改善することができ、装置の小型化を図ることができ、携帯性を高めたＨＭＤを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するための画像光を出射する表示素子と、使用者の眼の前に配置され、前記表示素子から出射された画像光が上方から入射され、入射した画像光の少なくとも一部を反射させて前記眼に入射させるとともに、入射した外界光の一部を透過させて前記眼に入射させる第１の光学素子と、前記第１の光学素子の上方に配置され、前記表示素子から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させて前記第１の光学素子に入射させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子を経由し、前記第２の光学素子に入射する画像光の光軸またはその延長線上に沿って入射した外界光を撮像面に受けて撮像する撮像素子と、を備える。

本発明に係るヘッドマウントディスプレイの好ましい態様の一つは、前記表示素子からは、ｓ偏光の画像光が出射され、前記第１の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであって、前記眼に入射させる画像光を反射する側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものであり、前記第２の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであり、前記第１の光学素子の下方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板および全反射ミラーを有し、前記第１の光学素子から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換して上方向に反射する第１の偏光反射部と、前記第２の光学素子の上方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板および全反射ミラーを有し、前記第１の偏光反射部により反射され前記第１の光学素子および前記第２の光学素子を透過した外界光のｐ偏光成分が入射され、入射した外界光のｐ偏光成分をｓ偏光成分に変換して下方向に反射する第２の偏光反射部と、をさらに備え、前記撮像素子は、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と反対側の位置に配置され、前記第２の偏光反射部により反射された後に前記第２の光学素子により反射された外界光のｓ偏光成分の入射を前記撮像面に受けるものである。

また、前記第１の偏光反射部および前記第２の偏光反射部のそれぞれが有する全反射ミラーは、パワーを有する曲面ミラーであってもよい。

本発明に係るヘッドマウントディスプレイの好ましい態様の一つは、前記表示素子からは、ｓ偏光の画像光が出射され、前記第１の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであって、前記眼に入射させる画像光を反射する側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものであり、前記第２の光学素子は、全反射ミラーであり、前記第１の光学素子の下方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板および全反射ミラーを有し、前記第１の光学素子から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換して上方向に反射する偏光反射部と、前記第２の光学素子に入射する画像光の光軸上に配置され、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有し、前記表示素子から出射された画像光が前記光軸に直交する方向から入射され、入射した画像光を前記第２の光学素子に向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、をさらに備え、前記撮像素子は、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と同じ側の位置に配置され、前記偏光反射部により反射された後に前記第２の光学素子により反射されてさらに前記偏光ビームスプリッタを透過した外界光のｐ偏光成分の入射を前記撮像面に受けるものである。

また、前記第２の光学素子としての全反射ミラーおよび前記偏光反射部が有する全反射ミラーは、パワーを有する曲面ミラーであってもよい。

本発明に係るヘッドマウントディスプレイの好ましい態様の一つは、前記表示素子からは、ｓ偏光の画像光が出射され、前記第２の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであり、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と反対側の位置に配置され、使用者の前方から入射した外界光を受けるとともに、入射した外界光を全反射させて前記第２の光学素子に入射させる全反射ミラーと、前記全反射ミラーの前方に配置され、前記全反射ミラーに入射する外界光を導く開口を形成する外界光導入開口部と、前記第２の光学素子に入射する画像光の光軸上に配置され、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有し、前記表示素子から出射された画像光が前記光軸に直交する方向から入射され、入射した画像光を前記第２の光学素子に向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、をさらに備え、前記撮像素子は、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と同じ側の位置に配置され、前記全反射ミラーにより反射された後に前記第２の光学素子および前記偏光ビームスプリッタを透過した外界光のｐ偏光成分の入射を前記撮像面に受ける。

また、前記全反射ミラーは、パワーを有する曲面ミラーであってもよい。

本発明によれば、画像表示部に加えて、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有する構成において、水平方向の視界を大幅に改善することができ、装置の小型化を図ることができ、携帯性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るＨＭＤの構成を示す正面図。 本発明の第１実施形態に係るＨＭＤの構成を示す側面図。 本発明の第２実施形態に係るＨＭＤの構成を示す正面図。 本発明の第２実施形態に係るＨＭＤの構成を示す側面図。 本発明の第２実施形態に係るＨＭＤの構成を示す平面図。 本発明の第３実施形態に係るＨＭＤの構成を示す正面図。 本発明の第３実施形態に係るＨＭＤの構成を示す平面図。

本発明は、外界を撮像するための構成を備えたシースルー型のＨＭＤにおいて、画像を表示するための画像光および撮像される外界光の経路について、光の偏光特性等を利用し、水平方向の視界の大幅な改善、および装置の小型化を図ることができる構成を実現しようとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。

［第１実施形態］
（ＨＭＤの概略構成）
本発明の第１実施形態について、図１、図２を用いて説明する。なお、図２は、図１におけるＡ方向矢視図に相当する。また、図２では、説明の便宜上、本実施形態に係るＨＭＤ１が備える一部の構成の図示を省略している。

本実施形態に係るＨＭＤ１は、ＨＭＤ１の使用者（以下単に「使用者」という。）の一方の眼に対して、画像信号に基づく画像を、表示素子としての液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）から出射される画像光によって表示することにより、使用者に映像や文字等の画像を視認させる。図１および図２に示す例では、使用者の左側の眼Ｙ１に対して画像を表示する構成が示されている。また、本実施形態に係るＨＭＤ１は、画像光によって画像を表示するための構成に加え、外界光の入射を受けることで外界を撮像するための構成を備える。

図１に示すように、本実施形態のＨＭＤ１は、コントロールユニット２と、表示撮像ユニット３とを備える。

コントロールユニット２は、ＨＭＤ１の動作を制御する制御部と、表示撮像ユニット３に電力を供給するための電源部とを有する。コントロールユニット２の制御部は、画像信号を、外部から受信するか、または内部で生成し、出力する。コントロールユニット２の制御部から出力された画像信号は、電源部からの電力とともにケーブル５によって表示撮像ユニット３に送られる。

表示撮像ユニット３は、画像を表示するための画像光を出射する表示素子として、ＬＣＤ１１を備える。ＬＣＤ１１は、ＨＭＤ１において画像表示部を構成する。表示撮像ユニット３は、表示撮像ユニット３の動作を制御する表示制御部によって、コントロールユニット２から送られてきた画像信号と電力を受け、ＬＣＤ１１を制御して、画像信号に応じた画像をＬＣＤ１１から表示させる。ＬＣＤ１１は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）バックライト等として構成される光源からの光を用いて液晶表示を行う。

表示撮像ユニット３は、外界を撮像するための撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）１２を備え、表示撮像ユニット３において撮像部を構成するものであり、ＣＣＤ１２の撮像面に対して光を集光するレンズ等とともに、撮像ユニットを構成してもよい。また、表示撮像ユニット３は、外界を撮像するための構成として、ＩＣやＣＣＤ１２等を制御する制御回度等が搭載されたカメラ基板等を有する場合もある。

なお、前記撮像素子としては、ＣＣＤのほか、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の他の撮像素子が適宜採用される。

このように表示撮像ユニット３においてＣＣＤ１２等により構成されるカメラモジュールは、ケーブル５により、コントロールユニット２に接続される。つまり、ケーブル５は、表示撮像ユニット３が有するカメラモジュールとコントロールユニット２とを接続するためのワイヤーハーネス等の接続線を含む。カメラモジュールによって取得された画像データは、ケーブル５によってコントロールユニット２の制御部等に送られる。また、カメラモジュールは、ケーブル５により、コントロールユニット２からの電源の供給を受ける。

また、表示撮像ユニット３は、ＬＣＤ１１から出射される画像光の入射を受ける光学系を構成するレンズ１３を有する。レンズ１３は、一または複数のレンズであり、例えば、表示撮像ユニット３において鏡筒に内装された状態で設けられる。

以上のように表示撮像ユニット３が有するＬＣＤ１１、ＣＣＤ１２、レンズ１３を含む各種構成は、表示撮像ユニット３を構成する筐体としての外装ケース４に収納される。外装ケース４は、図示せぬ支持フレームに支持され、使用者の頭部に装着される。

ＨＭＤ１が備える支持フレームは、例えば眼鏡型のフレームであり、表示撮像ユニット３を支持するとともに、使用者の頭部に装着される装着部を構成する。支持フレームは、使用者の頭部に装着された状態で、上述したような表示撮像ユニット３による使用者への画像の表示ができるように、表示撮像ユニット３を支持する。

また、表示撮像ユニット３は、使用者に画像を視認させるための瞳導光用の偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以下「ＰＢＳ」と表記する。）２１を有する。ＰＢＳ２１は、所定の偏光方向の偏光（ｓ偏光）を反射させ、他の所定の偏光方向の偏光（ｐ偏光）を透過させる。ＰＢＳ２１は、表示撮像ユニット３の外装ケース４の一端部に設けられたホルダ部に支持された状態で、使用者の左側の眼Ｙ１の前方に位置するように設けられる。

表示撮像ユニット３は、ＰＢＳ２１により、ＬＣＤ部によって表示した画像を使用者に視認させる。また、ＰＢＳ２１は、外界光を透過させて使用者の眼Ｙ１に入射させる。したがって、使用者は、外界光により認識される背景に、表示撮像ユニット３により表示される画像を重ねて視認することができる。

このように、本実施形態のＨＭＤ１は、外界光を透過させることで使用者に対して外界への視界を確保するとともに、表示撮像ユニット３により表示する画像を使用者に対して表示するシースルー型の画像表示装置である。なお、本実施形態のＨＭＤ１は、画像を表示するための画像光を出射する表示素子としてＬＣＤを用いて画像を表示する構成であるが、表示素子としては、ＬＣＤのほか、例えばＬＥＤやＥＬ（Ｅｌｅｃｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等を用いた他の表示素子が適宜採用されてもよい。また、ＨＭＤとしては、例えば、画像信号に応じた強度のレーザ光を２次元方向に走査して、その走査したレーザ光を瞳孔から入射させて網膜上に投影することにより使用者に画像を視認させる、いわゆる網膜走査型の画像表示装置であってもよい。

また、本実施形態のＨＭＤ１は、使用者の左側の眼Ｙ１に画像を表示する左眼用の構成であるが、本発明に係るＨＭＤは、使用者の右側の眼に画像を表示する右眼用の構成であったり、左右両眼用の構成であったりしてもよい。使用者の右側の眼に画像を表示する構成は、図１および図２に示すような左眼用の構成が、表示撮像ユニット３、および眼鏡型の支持フレームに対する表示撮像ユニット３の支持構成を含み、左右方向に対称に右側に構成されることで実現される。以下の説明では、表示撮像ユニット３についての上下・前後・左右方向を、ＨＭＤ１を装着した状態の使用者の上下・前後・左右方向に対応させる。

（ＨＭＤの詳細構成）
本実施形態のＨＭＤ１は、外界を撮像するための構成を備えたシースルー型のＨＭＤにおいて、ＬＣＤ１１、ＣＣＤ１２、ＰＢＳ２１等を含む各構成の配置に関し、光の偏光特性等を利用することで、ＬＣＤ１１から出射される画像光およびＣＣＤ１２に入射して撮像される外界光の経路について特徴的な経路を実現する構成を備える。以下、詳細に説明する。

上述したように、本実施形態のＨＭＤ１は、画像を表示するための画像光を出射する表示素子としてのＬＣＤ１１と、撮像面に外界光の入射を受ける撮像素子としてのＣＣＤ１２とを備える。また、ＨＭＤ１は、使用者の眼Ｙ１の前に配置されるＰＢＳ２１を備える。ＰＢＳ２１は、ＬＣＤ１１から出射された画像光の入射を受け、入射した画像光を反射させ、使用者の眼Ｙ１に入射させる。また、ＰＢＳ２１は、外界光を透過させ、使用者の眼Ｙ１に入射させる。

ＰＢＳ２１は、本実施形態のＨＭＤ１において、第１の光学素子に相当する。ＰＢＳ２１は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が上方から入射され、入射した画像光を反射させて眼Ｙ１に入射させる。具体的には次のとおりである。

図１および図２に示すように、ＰＢＳ２１には、鉛直方向下向きに進む画像光Ｘｓ２が入射される。つまり、ＰＢＳ２１は、上方からの画像光Ｘｓ２を、下方向を入射方向として受ける。そして、ＰＢＳ２１は、上方から入射した画像光Ｘｓ２を略水平方向に後向きに反射させることで、反射した画像光Ｘｓ３を使用者の左側の眼Ｙ１に入射させる。

ＰＢＳ２１は、このような使用者の眼Ｙ１に対する画像光の導光を行うための出射面２１ａを有する。出射面２１ａは、眼Ｙ１の前方の位置において眼Ｙ１に傾斜対向する面であり、下側が使用者側に近く上側が使用者から遠くなるような向きに、側面視で鉛直方向に対して略４５°をなすように傾斜した矩形状の面である（図２参照）。つまり、ＰＢＳ２１の出射面２１ａは、後斜め上側を向く面である。

より具体的には、ＰＢＳ２１は、矩形薄板状の部材であり、図１に示すような正面視で、矩形板状の外形における各辺がそれぞれ左右方向および上下方向に沿うような姿勢で配置される。以上のように、ＰＢＳ２１においては、上方から出射面２１ａに画像光Ｘｓ２が入射し、入射した画像光Ｘｓ２が出射面２１ａにより反射され、反射光としての画像光Ｘｓ３が使用者の眼Ｙ１に入射する。

また、ＰＢＳ２１は、上述したように上方からの画像光を使用者の眼に導光することに加え、入射した外界光の一部を透過させて使用者の眼Ｙ１に入射させる。ＰＢＳ２１において、外界光は、出射面２１ａと反対側から入射する。

そして、ＰＢＳ２１は、使用者の眼Ｙ１の前方の位置において正面側から入射する外界光の一部を透過させ、外界光の眼Ｙ１への入射を許容する。ＰＢＳ２１を透過する外界光については、ＰＢＳ２１の出射面２１ａから出射されて眼Ｙ１に入射する態様となる。ここで、ＰＢＳ２１は、上記のとおりｐ偏光を透過させるため、入射する外界光のうち、そのｐ偏光成分を透過させる。

以上のように、ＰＢＳ２１は、ＬＣＤ１１から出射された画像光を、下方向を入射方向として出射面２１ａに受け、入射した画像光を反射させることで眼Ｙ１に入射させるとともに、出射面２１ａと反対側から入射した外界光の一部を透過させて眼Ｙ１に入射させる。

本実施形態のＨＭＤ１は、ＰＢＳ２１の上方に配置されるＰＢＳ２２を備える。ＰＢＳ２２は、ＬＣＤ１１から出射された画像光の入射を受け、入射した画像光を反射させ、ＰＢＳ２１に入射させる。

ＰＢＳ２２は、本実施形態のＨＭＤ１において、第２の光学素子に相当する。ＰＢＳ２２は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させてＰＢＳ２１に入射させる。具体的には次のとおりである。

図１および図２に示すように、ＰＢＳ２２には、使用者の左右方向に沿う方向、つまり水平方向（図１において左右方向）に進む画像光であって、左右方向の外側から内側に向けて進む画像光が入射される。本実施形態のＨＭＤ１は左眼用の構成であるため、ＰＢＳ２２には、左右方向の外側である左側から左右方向の内側である右側に向けて（図１では左向き）に進む画像光Ｘｓ１が入射される。つまり、ＰＢＳ２２は、左方からの画像光Ｘｓ１を、右方向（図１において左方向）を入射方向として受ける。そして、ＰＢＳ２２は、左方から入射した画像光Ｘｓ１を略鉛直方向に下向きに反射させることで、反射した画像光Ｘｓ２をＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射させる。

ＰＢＳ２２は、このようなＰＢＳ２１に対する画像光の導光を行うための出射面２２ａを有する。出射面２２ａは、ＰＢＳ２１の上方の位置においてＰＢＳ２１の出射面２１ａに傾斜対向する面であり、下側が使用者の顔中央側（鼻側）、つまり右側に位置し、上側が使用者の顔の外側、つまり左側に位置するような向きに、正面視で鉛直方向に対して略４５°をなすように傾斜した矩形状の面である（図１参照）。つまり、ＰＢＳ２２の出射面２２ａは、左斜め下側を向く面である。

より具体的には、ＰＢＳ２２は、矩形薄板状の部材であり、図２に示すような側面視で、矩形板状の外形における各辺がそれぞれ前後方向（図２における左右方向）および上下方向に沿うような姿勢で配置される。以上のように、ＰＢＳ２２においては、左方から出射面２２ａに画像光Ｘｓ１が入射し、入射した画像光Ｘｓ１が反射され、反射光としての画像光Ｘｓ２がＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射する。

このようにＰＢＳ２２の出射面２２ａに対する画像光Ｘｓ１の入射方向は、ＬＣＤ１１の画像光の出射方向に沿う方向である。すなわち、ＬＣＤ１１は、ＰＢＳ２２の左方の位置において、画像光の出射面がＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射する画像光Ｘｓ１の光軸Ｏ１に直交する位置に配置される。したがって、ＬＣＤ１１からは右方に向けて画像光が出射され、右方に向けて出射された画像光は、その出射方向を維持したまま、ＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射する。

このような配置関係を有するＰＢＳ２２とＬＣＤ１１との間に、上記のとおりＬＣＤ１１から出射される画像光の入射を受ける光学系を構成するレンズ１３が設けられる。つまり、レンズ１３は、外装ケース４内において、例えば鏡筒に内装された状態で、ＬＣＤ１１から出射される画像光の光軸とレンズ光軸が一致するように位置決めされた状態で設けられる。

そして、バックライト等の光源からの光を受けたＬＣＤ１１から右方に向けて出射された画像光が、レンズ１３に入射してレンズ１３によって集光ないしは平行光化され、ＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射する（画像光Ｘｓ１）。ＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射した画像光は、下方に向けて反射され、ＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射し（画像光Ｘｓ２）、出射面２１ａに入射した画像光は、後向きに反射され、使用者の眼Ｙ１に入射する（画像光Ｘｓ３）。

一方、外界を撮像するためのＣＣＤ１２は、ＰＢＳ２２の右方の位置において、撮像面がＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射する画像光の光軸Ｏ１に直交する位置に配置される。そして、ＣＣＤ１２には、左側から右側に向けて進む外界光が入射される。つまり、ＣＣＤ１２は、左方からの外界光を、右方向（図１において左方向）を入射方向として受ける。

また、ＣＣＤ１２は、ＰＢＳ２２を経由し、ＰＢＳ２２に入射する画像光の光軸の延長線上に沿って入射した外界光を撮像面に受けて撮像する。つまり、ＰＢＳ２２の右方に配置されるＣＣＤ１２は、ＬＣＤ１１からの画像光を左方から受けるＰＢＳ２２から、右方に向けて出射された外界光の入射を受ける。ＰＢＳ２２において、外界光は、出射面２２ａの反対側から出射される。

ＣＣＤ１２に入射する外界光に関し、表示撮像ユニット３においては、外部からの外界光は、ＰＢＳ２１において出射面２１ａと反対側から入射する（図２参照）。そして、ＰＢＳ２１に入射した外界光が、所定の経路を経て、ＰＢＳ２１の上方に位置するＰＢＳ２２から右方に向けて出射され、ＣＣＤ１２の撮像面に入射されることになる。

以上のような構成においては、ＰＢＳ２１は、使用者の眼Ｙ１の前に位置し、ＰＢＳ２１の上方に位置するＰＢＳ２２は、使用者の眼前において、眼Ｙ１の上方に位置する。ＰＢＳ２２は、高さ位置としては使用者の額の前辺りに位置する。そして、ＰＢＳ２２の左方にレンズ１３が位置し、そのさらに左方にＬＣＤ１１が位置する。一方、ＰＢＳ２２の右方に、ＣＣＤ１２が位置する。ＣＣＤ１２は、例えば、使用者の眼前において、左右方向について顔の略中央位置、つまり使用者の鼻Ｎ１の上方当たりに位置する（図１参照）。

したがって、本実施形態の表示撮像ユニット３においては、使用者の顔前における眼の上方の位置にて、左外側から右側（中央側）にかけて、ＬＣＤ１１、レンズ１３、ＰＢＳ２２、およびＣＣＤ１２が、水平方向（左右方向）に沿う共通の光軸Ｏ１上に順に配置される。また、ＬＣＤ１１、レンズ１３、ＰＢＳ２２、およびＣＣＤ１２は、使用者の顔前における眼の上方の位置にて、同じ高さ位置で左右方向に並んで配置される。そして、ＰＢＳ２２の下方における眼Ｙ１の前の位置に、ＰＢＳ２１が位置する。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ１によれば、画像表示部に加えて、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有する構成において、水平方向の視界を大幅に改善することができ、装置の小型化を図ることができ、携帯性を高めることができる。

本実施形態のＨＭＤ１においては、ＰＢＳ２１が使用者の眼の前に位置し、他の構成、つまりＬＣＤ１１、レンズ１３、ＰＢＳ２２、およびＣＣＤ１２は、使用者の眼前において、眼の高さ位置よりも上方の位置において横並びに配置される。つまり、瞳導光用のＰＢＳ２１以外は全て使用者の視線よりも上方の位置において横並びに配置される。したがって、これらの各種構成を収容する外装ケース４を、その主な部分が使用者の眼の高さ位置よりも上方に位置するように構成することができる（図１参照）。

これにより、外装ケース４を、ＬＣＤ１１等の画像を表示するための構成に加え、ＣＣＤ１２等の外界を撮像するための構成も収容するものとして一体の構成とすることができる。また、外装ケース４を、使用者の眼の位置よりも上方の位置にて、すっきりとコンパクトに構成することができる。

これらのことから、使用者の眼の水平方向（左右方向）に関し、視界を開放することができ、水平方向の視野を大幅に改善することができる。すなわち、使用者の眼前において、眼の高さ位置にて左右方向に外装ケース４の一部等が存在した場合、使用者の左右方向の視野が妨げられるのに対し、本実施形態のＨＭＤ１では、使用者の眼Ｙ１の前に位置するＰＢＳ２１の左右両側において外装ケース４の一部が使用者の視界に入り込んだりしないように、外装ケース４を構成することができる。これにより、水平方向の視野妨げを大幅に改善することができる。また、ＬＣＤ１１を含む画像表示部およびＣＣＤ１２を含む撮像部を、一体の外装ケース４内に収容できることから、撮像部が画像表示部を含む表示ユニットの外部に設けられる構成、つまり画像表示部と撮像部とが別々の筐体内に収容される構成との比較において、本実施形態のＨＭＤ１は、装置の小型化および軽量化を図るうえで非常に有効である。結果として、ＨＭＤ１の携帯性を高めることができる。

また、本実施形態のＨＭＤ１によれば、上記のとおりＬＣＤ１１等の各種構成が横並びに配置される構成、つまり各種構成が上下方向について互いに略同じ高さ位置に配置された構成であることから、縦方向（上下方向）について効果的に小型化を図ることができ、表示撮像ユニット３を支持する支持フレームについて眼鏡型のフレームに適した構成を実現することができる。

具体的には、眼鏡型のフレームとしては、例えば、使用者の顔の前に位置するフロント部と、フロント部の左右両端部から後方に延びるヨロイ部と、各ヨロイ部に回動可能に連結されるテンプル部とを有する構成が採用される。かかる構成において、使用者の眼の高さ位置よりも上方の位置において横並びに配置されるＬＣＤ１１等の各種構成を収容する外装ケース４を、フロント部上に載置した状態で支持フレームに支持する構成が実現できる。これにより、外装ケース４を使用者の眼の高さ位置よりも上方に位置させることができ、水平方向の視野を大幅に改善することができる。また、縦方向について小型化を図ることができることから、使用者がヘルメットや防止等を装着する場合であっても、外装ケース４が邪魔にならず、使用者の頭部の状態（例えばヘルメット装着状態等）について高い自由度が得られる。

以下では、ＬＣＤ１１から出射される画像光、およびＣＣＤ１２により撮像される外界光の偏光特性に言及し、本実施形態のＨＭＤ１についてより詳細に説明する。

（画像光について）
本実施形態のＨＭＤ１において、ＬＣＤ１１から出射される画像光は、ｓ偏光（ｓ波）である。つまり、図１に示すように、ＬＣＤ１１からは、特定方向の偏光であるｓ偏光の画像光Ｘｓ１が出射される。このように画像光としてＬＣＤ１１から出射されるｓ偏光に関し、ｓ偏光を第１の特定方向の偏光とした場合、ｐ偏光は第１の特定方向とは異なる第２の特定方向の偏光となる。

また、本実施形態のＨＭＤ１において、ＰＢＳ２１およびＰＢＳ２２は、いずれも、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させるＰＢＳである。したがって、ＬＣＤ１１から出射された画像光の導光は、次のようにして行われる。

図１および図２に示すように、ＬＣＤ１１から右方に向けて出射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ１は、レンズ１３によって集光ないしは平行光化されてＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射し、ＰＢＳ２２が有する偏光特性から、ＰＢＳ２２の出射面２２ａにより下方に向けて反射される。

ＰＢＳ２２の出射面２２ａにより下方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ２は、ＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射し、ＰＢＳ２１が有する偏光特性から、ＰＢＳ２１の出射面２１ａにより後方に向けて反射される。ＰＢＳ２１の出射面２１ａにより後方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ３は、使用者の眼Ｙ１に入射する。

（外界光について）
上述のようなＬＣＤ１１から出射されるｓ偏光の画像光の眼Ｙ１に対する導光が行われるのに対し、本実施形態のＨＭＤ１は、ＰＢＳ２１に入射する外界光のＣＣＤ１２への導光を行うため、次のような構成を備える。すなわち、本実施形態のＨＭＤ１は、ＰＢＳ２１およびＰＢＳ２２に加え、第１の偏光反射部としての偏光反射部３１と、第２の偏光反射部としての偏光反射部３２とを備える。

図１および図２に示すように、偏光反射部３１は、ＰＢＳ２１の下方に配置される。偏光反射部３１には、ＰＢＳ２１により下方に向けて反射された外界光が、上方から入射される。

また、偏光反射部３１は、１／４波長板３３および全反射ミラー３４を有する。これら１／４波長板３３および全反射ミラー３４は、偏光反射部３１に入射する光に対して順に配置される。したがって、上記のとおり偏光反射部３１にはＰＢＳ２１により反射された下向きに進む外界光が入射することから、１／４波長板３３および全反射ミラー３４は、上方から、１／４波長板３３、全反射ミラー３４の順に配置される。全反射ミラー３４は、１／４波長板３３側となる上側の面を反射面３４ａとする。

１／４波長板３３は、透過した光に所定の位相差を生じさせる。全反射ミラー３４は、反射面３４ａに入射した光を全反射させる。１／４波長板３３および全反射ミラー３４は、例えば、互いに略同じ大きさを有する略矩形薄板状の部材であり、ＰＢＳ２１の下方において、平面視で、矩形板状の外形における各辺がそれぞれ前後方向および左右方向に沿うような姿勢で、上下に重なった状態で設けられる。偏光反射部３１は、ＰＢＳ２１に対して、例えば、上側に位置する１／４波長板３３の上面がＰＢＳ２１の下端に略接触する程度に近接した位置に設けられる。

偏光反射部３１は、入射される光に関し、１／４波長板３３を透過させて全反射ミラー３４により光を受けるとともに、全反射ミラー３４により反射した光を再度１／４波長板３３を透過させることで、光の偏光方向をｓ偏光とｐ偏光との間で反転させて光を反射する。つまり、偏光反射部３１は、入射した光を全反射ミラー３４の反射面３４ａにより全反射させるとともに、その反射面３４ａに入射する光の往路および反射面３４ａから反射する光の復路のそれぞれで１／４波長板３３を透過させることで、１／４波長板３３を２回透過させ、光の偏光方向を反転させる。

このような構成の偏光反射部３１によれば、偏光反射部３１にｓ偏光が入射した場合、その入射光は偏光方向が反転されてｐ偏光として反射される。一方、偏光反射部３１にｐ偏光が入射した場合、その入射光は偏光方向が反転されてｓ偏光として反射される。

図１および図２に示すように、偏光反射部３２は、ＰＢＳ２２の上方に配置される。偏光反射部３２には、ＰＢＳ２２から上方に向けて出射された外界光が、下方から入射される。

また、偏光反射部３２は、１／４波長板３５および全反射ミラー３６を有する。これら１／４波長板３５および全反射ミラー３６は、偏光反射部３２に入射する光に対して順に配置される。したがって、上記のとおり偏光反射部３２にはＰＢＳ２２から出射された上向きに進む外界光が入射することから、１／４波長板３５および全反射ミラー３６は、下方から、１／４波長板３５、全反射ミラー３６の順に配置される。全反射ミラー３６は、１／４波長板３５側となる下側の面を、反射面３６ａとする。

偏光反射部３２は、偏光反射部３１との関係において上下方向に略対称の構成を有し、入射する光に対して同様の機能を有する。したがって、偏光反射部３２が有する１／４波長板３５および全反射ミラー３６は、それぞれ偏光反射部３１が有する１／４波長板３３および全反射ミラー３４と同様の構成である。すなわち、偏光反射部３２は、入射される光に関し、１／４波長板３５を透過させて全反射ミラー３６により光を受けるとともに、全反射ミラー３６により反射した光を再度１／４波長板３５を透過させることで、光の偏光方向をｓ偏光とｐ偏光との間で反転させて光を反射する。

また、本実施形態のＨＭＤ１において、上述したように撮像面がＰＢＳ２２の出射面２２ａに入射する画像光の光軸Ｏ１に直交する位置に配置されるＣＣＤ１２は、左右方向についてＰＢＳ２２に対してＬＣＤ１１と反対側の位置に配置されることになる。つまり、本実施形態では、ＰＢＳ２２の左方にＬＣＤ１１が配置され、ＰＢＳ２２の右方にＣＣＤ１２が配置され、ＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２は、互いの間にＰＢＳ２２を位置させ、ＰＢＳ２２を挟んで互いに反対側に位置する。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ１において、ＣＣＤ１２への外界光の導光は、次のようにして行われる。

図２に示すように、本実施形態のＨＭＤ１では、外界光の取入れは、使用者の眼Ｙ１の前方に位置するＰＢＳ２１から行われる。ＰＢＳ２１に対して前方から入射する外界光には、ｓ偏光の外界光Ｙｓ１およびｐ偏光の外界光Ｙｐ１が含まれる。ＰＢＳ２１に入射した外界光のうち、ｐ偏光成分であるｐ偏光の外界光Ｙｐ１は、ＰＢＳ２１が有する偏光特性から、ＰＢＳ２１を透過し、ＰＢＳ２１の出射面２１ａから後方に向けて出射され、使用者の眼Ｙ１に入射する。

一方、ＰＢＳ２１に入射した外界光のうち、ｓ偏光成分であるｓ偏光の外界光Ｙｓ１は、ＰＢＳ２１が有する偏光特性から、ＰＢＳ２１により下方に向けて反射される。このように、本実施形態では、ＰＢＳ２１は、眼Ｙ１に入射させる画像光を反射する側、つまり出射面２１ａ側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものである。

ＰＢＳ２１により下方に向けて反射されたｓ偏光の外界光Ｙｓ２は、偏光反射部３１に対して、１／４波長板３３側から入射する。偏光反射部３１に入射したｓ偏光の外界光Ｙｓ２は、１／４波長板３３および全反射ミラー３４によって偏光方向が反転されて反射されることで、１／４波長板３３からｐ偏光の外界光Ｙｐ２として上方に向けて反射される。このように、本実施形態では、偏光反射部３１は、ＰＢＳ２１から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分（ｓ偏光の外界光Ｙｓ２）が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分（ｐ偏光の外界光Ｙｐ２）に変換して上方向に反射する。

偏光反射部３１において１／４波長板３３から上方に向けて反射されたｐ偏光の外界光Ｙｐ２は、ＰＢＳ２１およびＰＢＳ２２それぞれが有する偏光特性から、ＰＢＳ２１およびＰＢＳ２２を透過し、偏光反射部３２に対して、１／４波長板３５側から入射する。偏光反射部３２に入射したｐ偏光の外界光Ｙｐ２は、１／４波長板３５および全反射ミラー３６によって偏光方向が反転されて反射されることで、１／４波長板３５からｓ偏光の外界光Ｙｓ３として下方に向けて反射される。このように、本実施形態では、偏光反射部３２は、偏光反射部３１により反射されＰＢＳ２１およびＰＢＳ２２を透過した外界光のｐ偏光成分（ｐ偏光の外界光Ｙｐ２）が入射され、入射した外界光のｐ偏光成分をｓ偏光成分（ｓ偏光の外界光Ｙｓ３）に変換して下方向に反射する。

偏光反射部３２において１／４波長板３５から下方に向けて反射されたｓ偏光の外界光Ｙｓ３は、ＰＢＳ２２が有する偏光特性から、ＰＢＳ２２により右方に向けて反射され、ｓ偏光の外界光Ｙｓ４として、ＣＣＤ１２の撮像面に入射する。このように、本実施形態では、ＣＣＤ１２は、偏光反射部３２により反射された後にＰＢＳ２２により反射された外界光のｓ偏光成分（ｓ偏光の外界光Ｙｓ３）の入射を撮像面に受ける。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ１によれば、使用者の視線よりも上方に位置する水平方向（左右方向）の光軸Ｏ１上に、ＬＣＤ１１、レンズ１３、ＰＢＳ２２、およびＣＣＤ１２という、外装ケース４内に収容される大部分の構成要素を左右方向に横並びに配置することができる。つまり、外装ケース４の大部分を、使用者の眼の高さ位置よりも上方の位置において左右方向に横並びに配置されるＬＣＤ１１等の各種構成を収容する横長の収容空間を形成する形状にすることができる。これにより、水平方向の視界を効果的に改善することができる。

また、本実施形態のＨＭＤ１によれば、ＬＣＤ１１とＣＣＤ１２とが、使用者の眼Ｙ１の上方に位置するＰＢＳ２２を挟んで左右の両側に配置されることから、左右方向についてバランス良く装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態のＨＭＤ１においては、その好ましい構成として、偏光反射部３１および偏光反射部３２のそれぞれが有する全反射ミラー３４、３６は、パワーを有する曲面ミラーである構成が挙げられる。つまり、全反射ミラー３４、３６として、例えば凸面鏡や凹面鏡等のように、光を集束ないしは発散させる屈折力を有する曲面形状の反射面を形成するミラーを採用することが好ましい。

このように、全反射ミラー３４、３６としてパワーを有する曲面ミラーを採用することにより、例えば偏光反射部３１とＰＢＳ２２との間や、偏光反射部３２とＰＢＳ２２との間等の、構成要素間の間隔を短くすることができたり、これらの各構成要素間に必要となるレンズ等の光学系を省略することができたりする。これにより、効果的に装置の小型化を図ることが可能となる。また、２つの全反射ミラー３４、３６のうち、偏光反射部３２の全反射ミラー３６については、外装ケース４の内部に収容される内装部品となり外部に露出されないことから、設計上の自由度が高く、パワーを有する曲面ミラーを採用することに適している。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図３、図４、および図５を用いて説明する。なお、図４は、図３におけるＢ方向矢視図に相当し、図５は、図３におけるＤ方向矢視図に相当する。また、図４では、説明の便宜上、本実施形態に係るＨＭＤが備える一部の構成の図示を省略している。また、第１実施形態と重複する内容、および共通する構成については、同一の符号を用いる等して適宜説明を省略する。

本実施形態のＨＭＤ２０１においては、ＰＢＳ２１は、第１の光学素子に相当する。また、本実施形態のＨＭＤ２０１は、ＰＢＳ２１の上方に配置される全反射ミラー２２２を備える。全反射ミラー２２２は、ＬＣＤ１１から出射された画像光の入射を受け、入射した画像光を反射させ、ＰＢＳ２１に入射させる。

全反射ミラー２２２は、本実施形態のＨＭＤ２０１において、第２の光学素子に相当する。全反射ミラー２２２は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させてＰＢＳ２１に入射させる。具体的には次のとおりである。

図３および図４に示すように、全反射ミラー２２２には、使用者の左右方向に沿う方向、つまり水平方向（図３において左右方向）に進む画像光であって、左右方向の外側から内側に向けて進む画像光が入射される。本実施形態のＨＭＤ２０１は左眼用の構成であるため、全反射ミラー２２２には、左右方向の外側である左側から左右方向の内側である右側に向けて（図３では左向き）に進む画像光Ｘｓ２が入射される。つまり、全反射ミラー２２２は、左方からの画像光Ｘｓ２を、右方向（図３において左方向）を入射方向として受ける。そして、全反射ミラー２２２は、左方から入射した画像光Ｘｓ２を略鉛直方向に下向きに反射させることで、反射した画像光Ｘｓ３をＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射させる。

全反射ミラー２２２は、このようなＰＢＳ２１に対する画像光の導光を行うための反射面２２２ａを有する。反射面２２２ａは、ＰＢＳ２１の上方の位置においてＰＢＳ２１の出射面２１ａに傾斜対向する面であり、下側が使用者の顔中央側（鼻側）、つまり右側に位置し、上側が使用者の顔の外側、つまり左側に位置するような向きに、正面視で鉛直方向に対して略４５°をなすように傾斜した矩形状の面である（図３参照）。つまり、全反射ミラー２２２の反射面２２２ａは、左斜め下側を向く面である。

より具体的には、全反射ミラー２２２は、矩形板状の部材であり、両方の板面のうち下側の板面を反射面２２２ａとする。全反射ミラー２２２は、図４に示すような側面視で、矩形板状の外形における各辺がそれぞれ前後方向（図４における左右方向）および上下方向に沿うような姿勢で配置される。以上のように、全反射ミラー２２２においては、左方から反射面２２２ａに画像光Ｘｓ２が入射し、入射した画像光Ｘｓ２が反射され、反射光としての画像光Ｘｓ３がＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射する。

このように全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに対する画像光Ｘｓ２の入射方向は、水平面上においてＬＣＤ１１の画像光の出射方向に直交する方向である。ＬＣＤ１１は、全反射ミラー２２２の左方の位置において、画像光の出射面が全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する画像光Ｘｓ２の光軸Ｏ１に水平面上で直交する位置に配置される。また、ＬＣＤ１１は、光軸Ｏ１よりも後方の位置に配置される。したがって、ＬＣＤ１１からは前方に向けて画像光が出射され、前方に向けて出射された画像光は、進行方向が右方向に変換され、全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する。

このようにＬＣＤ１１から前方に向けて出射された画像光の進行方向を右方向に変換するため、本実施形態のＨＭＤ２０１は、全反射ミラー２２２に入射する画像光の光軸Ｏ１上に配置されるＰＢＳ２２３を備える。ＰＢＳ２２３は、ＬＣＤ１１から出射された画像光の入射を受け、入射した画像光を反射させ、全反射ミラー２２２に入射させる。

ＰＢＳ２２３は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が光軸Ｏ１に直交する方向から入射され、入射した画像光を全反射ミラー２２２に反射させる。具体的には次のとおりである。

図５に示すように、ＰＢＳ２２３には、光軸Ｏ１に直交する方向として、前後方向（図５において上下方向）に進む画像光であって、前後方向の後側から前側に向けて進む画像光が入射される。本実施形態のＨＭＤ２０１は左眼用の構成であるため、全反射ミラー２２２の左方に配置されたＰＢＳ２２３に対して、後側から前側に向けて（図３では下向き）に進む画像光Ｘｓ１が入射される。つまり、ＰＢＳ２２３は、後方からの画像光Ｘｓ１を、前方向（図５において下方向）を入射方向として受ける。そして、ＰＢＳ２２３は、後方から入射した画像光Ｘｓ１を右方向に反射させることで、反射した画像光Ｘｓ２を全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射させる。

ＰＢＳ２２３は、このような全反射ミラー２２２に対する画像光の導光を行うための出射面２２３ａを有する。出射面２２３ａは、全反射ミラー２２２の左方の位置において全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに傾斜対向する面であり、前側が使用者の顔中央側（鼻側）、つまり右側に位置し、後側が使用者の顔の外側、つまり左側に位置するような向きに、平面視で前後方向に対して略４５°をなすように傾斜した矩形状の面である（図５参照）。つまり、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａは、右斜め後側を向く面である。

より具体的には、ＰＢＳ２２３は、矩形薄板状の部材であり、図３に示すような正面視で、矩形板状の外形における各辺がそれぞれ上下方向および左右方向に沿うような姿勢で配置される。以上のように、ＰＢＳ２２３においては、後方から出射面２２３ａに画像光Ｘｓ１が入射し、入射した画像光Ｘｓ１が反射され、反射光としての画像光Ｘｓ２が全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する。

そして、ＰＢＳ２２３と全反射ミラー２２２との間に、上記のとおりＬＣＤ１１から出射される画像光の入射を受ける光学系を構成するレンズ１３が設けられる。レンズ１３は、外装ケース４内において、例えば鏡筒に内装された状態で、全反射ミラー２２２に入射する画像光の光軸Ｏ１とレンズ光軸が一致するように位置決めされた状態で設けられる。

このような構成において、バックライト等の光源からの光を受けたＬＣＤ１１から前方に向けて出射された画像光が、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａに入射する（画像光Ｘｓ１）。ＰＢＳ２２３に入射した画像光は、右方に向けて反射され、レンズ１３に入射してレンズ１３によって集光ないしは平行光化され、全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する（画像光Ｘｓ２）。全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射した画像光は、下方に向けて反射され、ＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射し（画像光Ｘｓ３）、出射面２１ａに入射した画像光は、後向きに反射され、使用者の眼Ｙ１に入射する（画像光Ｘｓ４）。

一方、外界を撮像するためのＣＣＤ１２は、全反射ミラー２２２の左方の位置であって、さらにＰＢＳ２２３よりも左方の位置において、撮像面が全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する画像光の光軸Ｏ１に直交する位置に配置される。そして、ＣＣＤ１２には、右側から左側に向けて進む外界光が入射される。つまり、ＣＣＤ１２は、右方からの外界光を、左方向（図３において右方向）を入射方向として受ける。

また、ＣＣＤ１２は、全反射ミラー２２２を経由し、全反射ミラー２２２に入射する画像光の光軸に沿って入射した外界光を撮像面に受けて撮像する。つまり、全反射ミラー２２２の左方に配置されるＣＣＤ１２は、全反射ミラー２２２から左方に向けて出射された外界光の入射を受ける。全反射ミラー２２２から左方に向けて出射された外界光は、ＰＢＳ２２３を透過してＣＣＤ１２に入射する。

図３に示すように、全反射ミラー２２２においては、反射面２２２ａが、ＣＣＤ１２に対する外界光の出射面となる。また、図５に示すように、ＰＢＳ２２３において、ＣＣＤ１２に対する外界光は、出射面２２３ａの反対側から出射される。

ＣＣＤ１２に入射する外界光に関し、表示撮像ユニット３においては、外部からの外界光は、ＰＢＳ２１において出射面２１ａと反対側から入射する（図４参照）。そして、ＰＢＳ２１に入射した外界光が、所定の経路を経て、ＰＢＳ２１の上方に位置する全反射ミラー２２２の反射面２２２ａから左方に向けて出射され、ＣＣＤ１２の撮像面に入射されることになる。

以上のような構成においては、ＰＢＳ２１は、使用者の眼Ｙ１の前に位置し、ＰＢＳ２１の上方に位置する全反射ミラー２２２は、使用者の眼前において、眼Ｙ１の上方に位置する。全反射ミラー２２２は、高さ位置としては使用者の額の前辺りに位置する。そして、全反射ミラー２２２の左方にレンズ１３が位置し、そのさらに左方にＰＢＳ２２３が位置し、そのさらに左方にＣＣＤ１２が位置する。また、ＰＢＳ２２３の後方に、ＬＣＤ１１が位置する。

したがって、本実施形態の表示撮像ユニット３においては、使用者の顔前における眼の上方の位置にて、左外側から右側（中央側）にかけて、ＣＣＤ１２、ＰＢＳ２２３、レンズ１３、および全反射ミラー２２２が、水平方向（左右方向）に沿う共通の光軸Ｏ１上に順に配置される。そして、ＰＢＳ２２３の後方に、ＬＣＤ１１が配置される。また、ＣＣＤ１２、ＰＢＳ２２３、レンズ１３、全反射ミラー２２２、およびＬＣＤ１１は、使用者の顔前における眼の上方の位置にて、同じ高さ位置に配置される。そして、全反射ミラー２２２の下方における眼Ｙ１の前の位置に、ＰＢＳ２１が位置する。

なお、本実施形態では、ＬＣＤ１１が光軸Ｏ１の後方の位置に配置される構成が採用されているが、ＬＣＤ１１は、光軸Ｏ１の前方の位置に配置されてもよい。この場合、ＬＣＤ１１は、ＰＢＳ２２３の前方に配置され、ＰＢＳ２２３が、その出射面２２３ａが右斜め前側を向く面となるように配置される。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ２０１によれば、第１実施形態のＨＭＤ１と同様に、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有する構成において、水平方向の視界を大幅に改善することができ、装置の小型化を図ることができる。

以下では、ＬＣＤ１１から出射される画像光、およびＣＣＤ１２により撮像される外界光の偏光特性に言及し、本実施形態のＨＭＤ２０１についてより詳細に説明する。

（画像光について）
本実施形態のＨＭＤ２０１において、ＰＢＳ２２３は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有する。したがって、ＬＣＤ１１から出射された画像光の導光は、次のようにして行われる。

図３から図５に示すように、ＬＣＤ１１から前方に向けて出射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ１は、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａに入射し、ＰＢＳ２２３が有する偏光特性から、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａにより右方に向けて反射される。ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａにより右方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ２は、レンズ１３によって集光ないしは平行光化されて全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射し、全反射ミラー２２２の反射面２２２ａにより下方に向けて反射される。このように、本実施形態では、ＰＢＳ２２３は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が光軸Ｏ１に直交する方向から入射され、入射した画像光を全反射ミラー２２２に向けて反射させる。

全反射ミラー２２２の反射面２２２ａにより下方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ３は、ＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射し、ＰＢＳ２１が有する偏光特性から、ＰＢＳ２１の出射面２１ａにより後方に向けて反射される。ＰＢＳ２１の出射面２１ａにより後方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ４は、使用者の眼Ｙ１に入射する。

（外界光について）
上述のようなＬＣＤ１１から出射されるｓ偏光の画像光の眼Ｙ１に対する導光が行われるのに対し、本実施形態のＨＭＤ２０１は、ＰＢＳ２１に入射する外界光のＣＣＤ１２への導光を行うため、次のような構成を備える。すなわち、本実施形態のＨＭＤ２０１は、ＰＢＳ２１、全反射ミラー２２２、およびＰＢＳ２２３に加え、偏光反射部２３１を備える。

図３および図４に示すように、偏光反射部２３１は、ＰＢＳ２１の下方に配置される。偏光反射部２３１には、ＰＢＳ２１により下方に向けて反射された外界光が、上方から入射される。

偏光反射部２３１は、第１実施形態のＨＭＤ１が備える偏光反射部３１と同様の構成を有する。すなわち、偏光反射部２３１は、上方から順に配置される１／４波長板２３３および全反射ミラー２３４を有する。全反射ミラー２３４は、１／４波長板２３３側となる上側の面を、反射面２３４ａとする。

そして、偏光反射部２３１は、入射される光に関し、１／４波長板２３３を透過させて全反射ミラー２３４により光を受けるとともに、全反射ミラー２３４により反射した光を再度１／４波長板２３３を透過させることで、光の偏光方向をｓ偏光とｐ偏光との間で反転させて光を反射する。つまり、偏光反射部２３１は、入射した光を全反射ミラー２３４の反射面２３４ａにより全反射させるとともに、その反射面２３４ａに入射する光の往路および反射面２３４ａから反射する光の復路のそれぞれで１／４波長板２３３を透過させることで、１／４波長板２３３を２回透過させ、光の偏光方向を反転させる。

このような構成の偏光反射部２３１によれば、偏光反射部２３１にｓ偏光が入射した場合、その入射光は偏光方向が反転されてｐ偏光として反射される。一方、偏光反射部２３１にｐ偏光が入射した場合、その入射光は偏光方向が反転されてｓ偏光として反射される。

また、本実施形態のＨＭＤ２０１において、上述したように撮像面が全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する画像光の光軸Ｏ１に直交する位置に配置されるＣＣＤ１２は、左右方向について全反射ミラー２２２に対してＬＣＤ１１と同じ側の位置に配置されることになる。つまり、本実施形態では、全反射ミラー２２２の左方に、ＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２の両者が位置する。具体的には、全反射ミラー２２２の左方において、レンズ１３およびＰＢＳ２２３を介してＣＣＤ１２が位置し、ＰＢＳ２２３の後方にＬＣＤ１１が位置する。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ２０１において、ＣＣＤ１２への外界光の導光は、次のようにして行われる。

図４に示すように、本実施形態のＨＭＤ２０１では、外界光の取入れは、第１実施形態のＨＭＤ１と同様に、使用者の眼Ｙ１の前方に位置するＰＢＳ２１から行われる。したがって、ＰＢＳ２１に入射した外界光のうち、ｐ偏光成分であるｐ偏光の外界光Ｙｐ１は、ＰＢＳ２１を透過し、ＰＢＳ２１の出射面２１ａから後方に向けて出射され、使用者の眼Ｙ１に入射する。一方、ＰＢＳ２１に入射した外界光のうち、ｓ偏光成分は、ＰＢＳ２１により下方に向けて反射される。

ＰＢＳ２１により下方に向けて反射されたｓ偏光の外界光Ｙｓ２は、偏光反射部２３１に対して、１／４波長板２３３側から入射する。偏光反射部２３１に入射したｓ偏光の外界光Ｙｓ２は、１／４波長板２３３および全反射ミラー２３４によって偏光方向が反転されて反射されることで、１／４波長板２３３からｐ偏光の外界光Ｙｐ２として上方に向けて反射される。このように、本実施形態では、偏光反射部２３１は、ＰＢＳ２１から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分（ｓ偏光の外界光Ｙｓ２）が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分（ｐ偏光の外界光Ｙｐ２）に変換して上方向に反射する。

偏光反射部２３１において１／４波長板２３３から上方に向けて反射されたｐ偏光の外界光Ｙｐ２は、ＰＢＳ２１が有する偏光特性から、ＰＢＳ２１を透過し、全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射する。全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに入射した外界光Ｙｐ２は、外界光Ｙｐ３として左方に向けて反射される。

全反射ミラー２２２において反射面２２２ａから左方に向けて反射されたｐ偏光の外界光Ｙｐ３は、レンズ１３を通過した後、ＰＢＳ２２３が有する偏光特性から、ＰＢＳ２２３を透過し、ＣＣＤ１２の撮像面に入射する。このように、本実施形態では、ＣＣＤ１２は、偏光反射部２３１により反射された後に全反射ミラー２２２により反射されてさらにＰＢＳ２２３を透過した外界光のｐ偏光成分（ｐ偏光の外界光Ｙｐ３）の入射を撮像面に受ける。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ２０１によれば、使用者の視線よりも上方に位置する水平方向（左右方向）の光軸Ｏ１の高さ位置に、外装ケース４内に収容される大部分の構成要素を横並びに配置することができる。

また、本実施形態のＨＭＤ２０１によれば、ＬＣＤ１１から出射される画像光、およびＣＣＤ１２に入射する外界光が、いずれもレンズ１３を含む共通の光学系を経る光路により導かれる。このため、ＬＣＤ１１による表示画像についての表示画角とＣＣＤ１２による撮像画像についての撮像画角とを合わせることを容易に行うことができる。つまり、本実施形態の構成は、表示画角と撮像画角とを合わせる観点から好ましい。

また、本実施形態のＨＭＤ２０１によれば、ＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２が、使用者の眼Ｙ１の上方に位置する全反射ミラー２２２に対して左右方向について同じ側に配置されることから、ＬＣＤ１１とＣＣＤ１２とを互いに近い位置に配置することができる。これにより、コントロールユニット２による制御等の対象となるＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２をまとまった位置に設けることができ、ＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２に関する配線等の電気的な構成を簡略化することができる。

また、本実施形態のＨＭＤ２０１においては、その好ましい構成として、第１実施形態のＨＭＤ１の場合と同様に、全反射ミラー２２２および偏光反射部２３１が有する全反射ミラー２３４は、パワーを有する曲面ミラーである構成が挙げられる。

このように、全反射ミラー２２２、２３４としてパワーを有する曲面ミラーを採用することにより、例えば偏光反射部２３１と全反射ミラー２２２との間や、全反射ミラー２２２とＰＢＳ２２３との間等の、構成要素間の間隔を短くすることができたり、これらの各構成要素間に必要となるレンズ等の光学系を省略することができたりする。これにより、効果的に装置の小型化を図ることが可能となる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について、図６および図７を用いて説明する。なお、図７は、図６におけるＦ方向矢視図に相当する。また、第１実施形態および第２実施形態と重複する内容、および共通する構成については、同一の符号を用いる等して適宜説明を省略する。

本実施形態のＨＭＤ３０１においては、ＰＢＳ２１は、第１の光学素子に相当する。また、本実施形態のＨＭＤ３０１は、ＰＢＳ２１の上方に配置されるＰＢＳ３２２を備える。ＰＢＳ３２２は、第１実施形態のＨＭＤ１が備えるＰＢＳ２２と同様に、本実施形態のＨＭＤ３０１において第２の光学素子に相当する構成である。

すなわち、ＰＢＳ３２２は、ＰＢＳ２２（図１、図２参照）と同様に、ＬＣＤ１１から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させてＰＢＳ２１に入射させる。ＰＢＳ３２２は、ＰＢＳ２１に対する画像光の導光を行うための出射面３２２ａを有する。出射面３２２ａは、左斜め下側を向く面である。そして、ＰＢＳ３２２においては、左方から出射面３２２ａに画像光Ｘｓ２が入射し、入射した画像光Ｘｓ２が反射され、反射光としての画像光Ｘｓ３がＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射する。

このようにＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに対する画像光Ｘｓ２の入射方向は、第２実施形態のＨＭＤ２０１における全反射ミラー２２２の反射面２２２ａに対する画像光Ｘｓ２と同様に、水平面上においてＬＣＤ１１の画像光の出射方向に直交する方向である。したがって、ＬＣＤ１１からは前方に向けて画像光が出射され、前方に向けて出射された画像光は、進行方向が右方向に変換され、ＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに入射する。

このようにＬＣＤ１１から前方に向けて出射された画像光の進行方向を右方向に変換するため、本実施形態のＨＭＤ３０１は、第２実施形態のＨＭＤ２０１と同様に、ＰＢＳ３２２に入射する画像光の光軸Ｏ１上に配置されるＰＢＳ２２３を備える。ＰＢＳ２２３は、ＬＣＤ１１から出射された画像光の入射を受け、入射した画像光を反射させ、ＰＢＳ３２２に入射させる。

ＰＢＳ２２３は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が光軸Ｏ１に直交する方向から入射され、入射した画像光をＰＢＳ３２２に反射させる。そして、ＰＢＳ２２３とＰＢＳ３２２との間に、上記のとおりＬＣＤ１１から出射される画像光の入射を受ける光学系を構成するレンズ１３が設けられる。レンズ１３は、外装ケース４内において、例えば鏡筒に内装された状態で、ＰＢＳ３２２に入射する画像光の光軸Ｏ１とレンズ光軸が一致するように位置決めされた状態で設けられる。

このような構成において、バックライト等の光源からの光を受けたＬＣＤ１１から前方に向けて出射された画像光が、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａに入射する（画像光Ｘｓ１）。ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａに入射した画像光は、右方に向けて反射され、レンズ１３に入射してレンズ１３によって集光ないしは平行光化され、ＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに入射する（画像光Ｘｓ２）。ＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに入射した画像光は、下方に向けて反射され、ＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射し（画像光Ｘｓ３）、出射面２１ａに入射した画像光は、後向きに反射され、使用者の眼Ｙ１に入射する。

一方、外界を撮像するためのＣＣＤ１２は、ＰＢＳ３２２との位置関係を、第２実施形態のＨＭＤ２０１における全反射ミラー２２２との位置関係と同じくする。すなわち、ＣＣＤ１２は、ＰＢＳ３２２の左方の位置であって、さらにＰＢＳ２２３よりも左方の位置において、撮像面がＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに入射する画像光の光軸Ｏ１に直交する位置に配置される。また、ＣＣＤ１２は、ＰＢＳ３２２を経由した外界光の入射を撮像面に受ける。図６に示すように、ＰＢＳ３２２においては、出射面３２２ａが、ＣＣＤ１２に対する外界光の出射面となる。

ＣＣＤ１２に入射する外界光に関し、表示撮像ユニット３においては、外部からの外界光は、後述する外界光導入開口部としての絞り３２５から入射する（図７参照）。また、表示撮像ユニット３においては、絞り３２５から入射した外界光をＣＣＤ１２側へ反射するため、後述する全反射ミラー３２４が設けられている。そして、絞り３２５に入射した外界光が、全反射ミラー３２４を含む所定の経路を経て、ＣＣＤ１２の撮像面に入射されることになる。

以上のような構成においては、ＰＢＳ２１は、使用者の眼Ｙ１の前に位置し、ＰＢＳ２１の上方に位置するＰＢＳ３２２は、使用者の眼前において、眼Ｙ１の上方に位置する。ＰＢＳ３２２は、高さ位置としては使用者の額の前辺りに位置する。そして、ＰＢＳ３２２の左方にレンズ１３が位置し、そのさらに左方にＰＢＳ２２３が位置し、そのさらに左方にＣＣＤ１２が位置する。また、ＰＢＳ２２３の後方に、ＬＣＤ１１が位置する。

したがって、本実施形態の表示撮像ユニット３においては、使用者の顔前における眼の上方の位置にて、左外側から右側（中央側）にかけて、ＣＣＤ１２、ＰＢＳ２２３、レンズ１３、全反射ミラー２２２、および全反射ミラー３２４が、水平方向（左右方向）に沿う共通の光軸Ｏ１上に順に配置される。そして、ＰＢＳ２２３の後方に、ＬＣＤ１１が配置される。また、ＣＣＤ１２、ＰＢＳ２２３、レンズ１３、全反射ミラー２２２、全反射ミラー３２４、およびＬＣＤ１１は、使用者の顔前における眼の上方の位置にて、同じ高さ位置に配置される。そして、ＰＢＳ３２２の下方における眼Ｙ１の前の位置に、ＰＢＳ２１が位置する。なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、ＬＣＤ１１は、光軸Ｏ１の前方の位置に配置されてもよい。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ３０１によれば、第１実施形態のＨＭＤ１と同様に、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有する構成において、水平方向の視界を大幅に改善することができ、装置の小型化を図ることができる。

以下では、ＬＣＤ１１から出射される画像光、およびＣＣＤ１２により撮像される外界光の偏光特性に言及し、本実施形態のＨＭＤ３０１についてより詳細に説明する。

（画像光について）
本実施形態のＨＭＤ３０１において、ＰＢＳ３２２は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させるＰＢＳである。したがって、ＬＣＤ１１から出射された画像光の導光は、次のようにして行われる。

図６および図７に示すように、ＬＣＤ１１から前方に向けて出射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ１は、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａに入射し、ＰＢＳ２２３が有する偏光特性から、ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａにより右方に向けて反射される。ＰＢＳ２２３の出射面２２３ａにより右方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ２は、レンズ１３によって集光ないしは平行光化されてＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに入射し、ＰＢＳ３２２の出射面３２２ａにより下方に向けて反射される。このように、本実施形態では、ＰＢＳ２２３は、ＬＣＤ１１から出射された画像光が光軸Ｏ１に直交する方向から入射され、入射した画像光をＰＢＳ３２２に向けて反射させる。

ＰＢＳ３２２の出射面３２２ａにより下方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ３は、ＰＢＳ２１の出射面２１ａに入射し、ＰＢＳ２１が有する偏光特性から、ＰＢＳ２１の出射面２１ａにより後方に向けて反射される。ＰＢＳ２１の出射面２１ａにより後方に向けて反射されたｓ偏光の画像光Ｘｓ４は、使用者の眼Ｙ１に入射する。

（外界光について）
上述のようなＬＣＤ１１から出射されるｓ偏光の画像光の眼Ｙ１に対する導光が行われるのに対し、本実施形態のＨＭＤ３０１は、外界光のＣＣＤ１２への導光を行うため、次のような構成を備える。すなわち、本実施形態のＨＭＤ３０１は、ＰＢＳ３２２およびＰＢＳ２２３に加え、全反射ミラー３２４と、絞り３２５とを備える。

図６および図７に示すように、全反射ミラー３２４は、左右方向についてＰＢＳ３２２に対してＬＣＤ１１と反対側の位置に配置される。本実施形態においては、ＬＣＤ１１が、ＰＢＳ３２２の左方に位置するＰＢＳ２２３の後方に配置されるのに対し、全反射ミラー３２４は、ＰＢＳ３２２の右方に配置される。つまり、全反射ミラー３２４およびＰＢＳ２２３は、互いの間にＰＢＳ３２２を位置させ、ＰＢＳ３２２を挟んで互いに反対側に位置するとともに、ＰＢＳ３２２の左方に位置するＰＢＳ２２３の後方に、ＬＣＤ１１が位置する。

全反射ミラー３２４は、使用者の前方から入射した外界光を受けるとともに、入射した外界光を全反射させてＰＢＳ３２２に入射させる。具体的には次のとおりである。

図７に示すように、全反射ミラー３２４には、使用者の前側から後側に向けて進む外界光が入射される。つまり、全反射ミラー３２４は、前方からの外界光Ｙｓ１、Ｙｐ１を、後方向（図７において上方向）を入射方向として受ける。そして、全反射ミラー３２４は、前方から入射した外界光Ｙｓ１、Ｙｐ１を左右方向の左向きに反射させることで、反射した外界光Ｙｓ１、Ｙｐ１をＰＢＳ３２２に入射させる。

全反射ミラー３２４は、このようなＰＢＳ３２２に対する外界光の導光を行うための反射面３２４ａを有する。反射面３２４ａは、ＰＢＳ３２２の右方の位置においてＰＢＳ３２２に傾斜対向する面であり、前側が右側に位置し、後側が左側に位置するような向きに、平面視で鉛直方向に対して略４５°をなすように傾斜した矩形状の面である（図７参照）。つまり、全反射ミラー３２４の反射面３２４ａは、左斜め前側を向く面である。

より具体的には、全反射ミラー３２４は、矩形板状の部材であり、両方の板面のうち前側の板面を反射面３２４ａとする。全反射ミラー３２４は、図６に示すような正面視で、矩形板状の外形における各辺がそれぞれ左右方向および上下方向に沿うような姿勢で配置される。以上のように、全反射ミラー３２４においては、前方から反射面３２４ａに外界光Ｙｓ１、Ｙｐ１が入射し、入射した外界光Ｙｓ１、Ｙｐ１が反射され、反射光としての外界光Ｙｓ１、Ｙｐ１がＰＢＳ３２２の出射面３２２ａの反対側に入射する。

絞り３２５は、全反射ミラー３２４の前方に配置される。本実施形態では、絞り３２５は、高さ位置としては使用者の額の前辺りに位置するとともに、左右方向については使用者の略中央の位置に設けられる。

絞り３２５は、全反射ミラー３２４に入射する外界光を導く開口３２５ａを形成する外界光導入開口部である。つまり、絞り３２５は、表示撮像ユニット３を構成する外装ケース４の前側において、外装ケース４の内部空間を外部に開口させる部分であり、開口３２５ａとして例えば円形状の小孔を形成する部分である。

また、本実施形態のＨＭＤ３０１において、上述したように撮像面がＰＢＳ３２２の出射面３２２ａに入射する画像光の光軸Ｏ１に直交する位置に配置されるＣＣＤ１２は、第２実施形態の場合における全反射ミラー２２２との関係と同様に、左右方向についてＰＢＳ３２２に対してＬＣＤ１１と同じ側の位置に配置されることになる。つまり、本実施形態では、ＰＢＳ３２２の左方に、ＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２の両者が位置する。具体的には、ＰＢＳ３２２の左方において、レンズ１３およびＰＢＳ２２３を介してＣＣＤ１２が位置し、ＰＢＳ２２３の後方にＬＣＤ１１が位置する。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ３０１において、ＣＣＤ１２への外界光の導光は、次のようにして行われる。

図７に示すように、本実施形態のＨＭＤ３０１では、外界光の取入れは、絞り３２５から行われる。絞り３２５に対して前方から入射する外界光には、ｓ偏光の外界光Ｙｓ１およびｐ偏光の外界光Ｙｐ１が含まれる。絞り３２５から入射した外界光は、そのまま絞り３２５の後方に位置する全反射ミラー３２４の反射面３２４ａに入射する。全反射ミラー３２４の反射面３２４ａに入射した外界光は、ｓ偏光の外界光Ｙｓ２およびｐ偏光の外界光Ｙｐ２として、左方に向けて反射される。

全反射ミラー３２４の反射面３２４ａにより左方に向けて反射された外界光Ｙｓ２、Ｙｐ２は、ＰＢＳ３２２に対して、出射面３２２ａの反対側から入射する。ＰＢＳ３２２に入射した外界光については、ＰＢＳ３２２が有する偏光特性から、ｐ偏光の外界光Ｙｐ３のみが透過する。ＰＢＳ３２２を透過した外界光Ｙｐ３は、ＰＢＳ３２２の出射面３２２ａから出射される。なお、ＰＢＳ３２２に入射した外界光のうちのｓ偏光成分は、上方に向けて反射される。

ＰＢＳ３２２において出射面３２２ａから出射されたｐ偏光の外界光Ｙｐ３は、レンズ１３を通過した後、ＰＢＳ２２３が有する偏光特性から、ＰＢＳ２２３を透過し、ＣＣＤ１２の撮像面に入射する。このように、本実施形態では、ＣＣＤ１２は、全反射ミラー３２４により反射された後にＰＢＳ３２２およびＰＢＳ２２３を透過した外界光のｐ偏光成分（ｐ偏光の外界光Ｙｐ３）の入射を撮像面に受ける。

以上のような構成を備える本実施形態のＨＭＤ３０１によれば、使用者の視線よりも上方に位置する水平方向（左右方向）の光軸Ｏ１の高さ位置に、外装ケース４内に収容される大部分の構成要素を横並びに配置することができる。また、本実施形態のＨＭＤ３０１によれば、第２実施形態のＨＭＤ２０１と同様に、ＬＣＤ１１による表示画像についての表示画角とＣＣＤ１２による撮像画像についての撮像画角とを合わせることを容易に行うことができ、また、ＬＣＤ１１およびＣＣＤ１２に関する配線等の電気的な構成を簡略化することができる。

さらに、本実施形態のＨＭＤ３０１によれば、使用者の眼Ｙ１の前には瞳導光用のＰＢＳ２１のみが存在することになるので、第１実施形態および第２実施形態と比べて、より良好な視界を得ることができるとともに、さらなる装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態のＨＭＤ３０１においては、その好ましい構成として、第１実施形態のＨＭＤ１の場合と同様に、全反射ミラー３２４は、パワーを有する曲面ミラーである構成が挙げられる。

このように、全反射ミラー３２４としてパワーを有する曲面ミラーを採用することにより、例えば全反射ミラー３２４とＰＢＳ３２２との間等の、構成要素間の間隔を短くすることができたり、これらの各構成要素間に必要となるレンズ等の光学系を省略することができたりする。これにより、効果的に装置の小型化を図ることが可能となる。

以上説明した各実施形態のＨＭＤにおいては、表示撮像ユニット３の各構成を使用者の顔の中心に対して左右対称に構成することにより、使用者の右側の眼に画像を表示する右眼用の構成や、左右両眼用の構成を実現することができる。この点、第３実施形態のＨＭＤ３０１においては、絞り３２５の後方に位置する全反射ミラー３２４の代わりに、ミラー面を２面備えたキュービック状のＰＢＳを採用することにより、１つの絞り３２５で、両眼分の外界光を取り入れることが可能となる。

また、各実施形態のＨＭＤにおいて、使用者の眼の前に配置される瞳導光用の第１の光学素子として、ＰＢＳ（ＰＢＳ２１）の代わりにハーフミラーが用いられてもよい。この点、第３実施形態の場合、ＰＢＳ２１は外界光の光路上に存在しないことから、第１および第２実施形態と比べて、ＰＢＳ２１の代わりにハーフミラーを用いた場合における光量の低減によるデメリットは少ない。したがって、第３実施形態の場合、使用者の眼の前に配置される第１の光学素子としては、確保すべき光量やコスト等との兼ね合いによって、適宜ＰＢＳかハーフミラーが選択される。

また、各実施形態のＨＭＤにおいては、ＬＣＤ１１から出射される画像光は、ｓ偏光としているが、各実施形態の構成が備えるＰＢＳの反射面の向きや偏光反射部の配置を適正化することで、画像光をｐ偏光としても容易に実施できる。特に、第２実施形態では、ＬＣＤ１１とＣＣＤ１２の配置を入れ替え、ＰＢＳ２１の向きを９０°回転させることで容易に実施できる。

以上説明した各実施形態のＨＭＤは、共通する構成として、ＬＣＤ１１から出射された画像光と、ＣＣＤ１２に入射する外界光との各光の光路が重なる位置に、２つのＰＢＳを備える。具体的には、第１実施形態のＨＭＤ１は、ＰＢＳ２１とＰＢＳ２２とを備える。また、第２実施形態のＨＭＤ２０１は、ＰＢＳ２１とＰＢＳ２２３とを備える。また、第３実施形態のＨＭＤ３０１は、ＰＢＳ３２２とＰＢＳ２２３とを備える。

このように各実施形態のＨＭＤが備える２つのＰＢＳのうち、一方のＰＢＳでは、使用者の眼Ｙ１の近傍で、画像光と外界光とが混ざり、他方のＰＢＳでは、ＬＣＤ１１から出射された画像光と、最終的にＣＣＤ１２に入射する外界光とが分離される。第１実施形態および第２実施形態のＰＢＳ２１、第３実施形態のＰＢＳ３２２が、前者のＰＢＳに相当し、第１実施形態のＰＢＳ２２、第２実施形態および第３実施形態のＰＢＳ２２３が、後者のＰＢＳに相当する。

以上説明したように、上述した実施形態に係るＨＭＤによれば、以下の効果が期待できる。

（１）上記実施形態のＨＭＤ１は、画像を表示するための画像光を出射するＬＣＤ１１と、使用者の眼Ｙ１の前に配置され、ＬＣＤ１１から出射された画像光が上方から入射され、入射した画像光の少なくとも一部を反射させて眼Ｙ１に入射させるとともに、入射した外界光の一部を透過させて眼Ｙ１に入射させるＰＢＳ２１と、ＰＢＳ２１の上方に配置され、ＬＣＤ１１から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させてＰＢＳ２１に入射させるＰＢＳ２２と、ＰＢＳ２２を経由し、ＰＢＳ２２に入射する画像光の光軸またはその延長線上に沿って入射した外界光を撮像面に受けて撮像するＣＣＤ１２と、を備える。これにより、画像表示部に加えて、外界光の入射を受けることで外界を撮像する撮像部を有する構成において、水平方向の視界を大幅に改善することができ、装置の小型化を図ることができ、携帯性を高めることができる。

（２）上記実施形態のＨＭＤ１においては、ＬＣＤ１１からは、ｓ偏光の画像光が出射され、ＰＢＳ２１は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させるＰＢＳであって、眼Ｙ１に入射させる画像光を反射する側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものであり、ＰＢＳ２２は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させるＰＢＳであり、ＰＢＳ２１の下方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板３３および全反射ミラー３４を有し、ＰＢＳ２１から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換して上方向に反射する偏光反射部３１と、ＰＢＳ２２の上方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板３５および全反射ミラー３６を有し、偏光反射部３１により反射されＰＢＳ２１およびＰＢＳ２２を透過した外界光のｐ偏光成分が入射され、入射した外界光のｐ偏光成分をｓ偏光成分に変換して下方向に反射する偏光反射部３２と、をさらに備え、ＣＣＤ１２は、左右方向についてＰＢＳ２２に対してＬＣＤ１１と反対側の位置に配置され、偏光反射部３２により反射された後にＰＢＳ２２により反射された外界光のｓ偏光成分の入射を撮像面に受ける。これにより、水平方向の視界を効果的に改善することができる。また、左右方向についてバランス良く装置の小型化を図ることができる。

（３）上記実施形態のＨＭＤ１においては、偏光反射部３１および偏光反射部３２のそれぞれが有する全反射ミラー３４、３６は、パワーを有する曲面ミラーである。これにより、効果的に装置の小型化を図ることが可能となる。

（４）上記実施形態のＨＭＤ２０１においては、ＬＣＤ１１からは、ｓ偏光の画像光が出射され、ＰＢＳ２１は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させるＰＢＳであって、眼Ｙ１に入射させる画像光を反射する側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものであり、第２の光学素子は、全反射ミラー２２２であり、ＰＢＳ２１の下方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板２３３および全反射ミラー２３４を有し、ＰＢＳ２１から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換して上方向に反射する偏光反射部２３１と、全反射ミラー２２２に入射する画像光の光軸Ｏ１上に配置され、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有し、ＬＣＤ１１から出射された画像光が光軸Ｏ１に直交する方向から入射され、入射した画像光を全反射ミラー２２２に向けて反射させるＰＢＳ２２３と、をさらに備え、ＣＣＤ１２は、左右方向について全反射ミラー２２２に対してＬＣＤ１１と同じ側の位置に配置され、偏光反射部２３１により反射された後に全反射ミラー２２２により反射されてさらにＰＢＳ２２３を透過した外界光のｐ偏光成分の入射を撮像面に受ける。これにより、水平方向の視界を効果的に改善することができる。また、ＬＣＤ１１による表示画像についての表示画角とＣＣＤ１２による撮像画像についての撮像画角とを合わせることを容易に行うことができる。

（５）上記実施形態のＨＭＤ２０１においては、第２の光学素子としての全反射ミラー２２２および偏光反射部２３１が有する全反射ミラー２３４は、パワーを有する曲面ミラーである。これにより、効果的に装置の小型化を図ることが可能となる。

（６）上記実施形態のＨＭＤ３０１においては、ＬＣＤ１１からは、ｓ偏光の画像光が出射され、第２の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させるＰＢＳ３２２であり、左右方向についてＰＢＳ３２２に対してＬＣＤ１１と反対側の位置に配置され、使用者の前方から入射した外界光を受けるとともに、入射した外界光を全反射させてＰＢＳ３２２に入射させる全反射ミラー３２４と、全反射ミラー３２４の前方に配置され、全反射ミラー３２４に入射する外界光を導く開口３２５ａを形成する絞り３２５と、ＰＢＳ３２２に入射する画像光の光軸Ｏ１上に配置され、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有し、ＬＣＤ１１から出射された画像光が光軸Ｏ１に直交する方向から入射され、入射した画像光をＰＢＳ３２２に向けて反射させるＰＢＳ２２３と、をさらに備え、ＣＣＤ１２は、左右方向についてＰＢＳ３２２に対してＬＣＤ１１と同じ側の位置に配置され、全反射ミラー３２４により反射された後にＰＢＳ３２２およびＰＢＳ２２３を透過した外界光のｐ偏光成分の入射を撮像面に受ける。これにより、より良好な視界を得ることができるとともに、さらなる装置の小型化を図ることができる。

（７）上記実施形態のＨＭＤ３０１においては、全反射ミラー３２４は、パワーを有する曲面ミラーである。これにより、効果的に装置の小型化を図ることが可能となる。

１ ＨＭＤ
１１ ＬＣＤ
２１ ＰＢＳ（第１の光学素子）
２２ ＰＢＳ（第２の光学素子）
３１ 偏光反射部（第１の偏光反射部）
３２ 偏光反射部（第２の偏光反射部）
３３ １／４波長板
３４ 全反射ミラー
３５ １／４波長板
３６ 全反射ミラー
２０１ ＨＭＤ
２２２ 全反射ミラー（第２の光学素子）
２２３ ＰＢＳ
２３１ 偏光反射部
２３３ １／４波長板
２３４ 全反射ミラー
３０１ ＨＭＤ
３２４ 全反射ミラー
３２５ 絞り（外界光導入開口部）
３２５ａ 開口

Claims (7)

1. 画像を表示するための画像光を出射する表示素子と、
   使用者の眼の前に配置され、前記表示素子から出射された画像光が上方から入射され、入射した画像光の少なくとも一部を反射させて前記眼に入射させるとともに、入射した外界光の一部を透過させて前記眼に入射させる第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子の上方に配置され、前記表示素子から出射された画像光が使用者の左右方向に沿う方向から入射され、入射した画像光を下方向に反射させて前記第１の光学素子に入射させる第２の光学素子と、
   前記第２の光学素子を経由し、前記第２の光学素子に入射する画像光の光軸またはその延長線上に沿って入射した外界光を撮像面に受けて撮像する撮像素子と、を備える、
   ヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記表示素子からは、ｓ偏光の画像光が出射され、
   前記第１の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであって、前記眼に入射させる画像光を反射する側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものであり、
   前記第２の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであり、
   前記第１の光学素子の下方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板および全反射ミラーを有し、前記第１の光学素子から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換して上方向に反射する第１の偏光反射部と、
   前記第２の光学素子の上方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板および全反射ミラーを有し、前記第１の偏光反射部により反射され前記第１の光学素子および前記第２の光学素子を透過した外界光のｐ偏光成分が入射され、入射した外界光のｐ偏光成分をｓ偏光成分に変換して下方向に反射する第２の偏光反射部と、をさらに備え、
   前記撮像素子は、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と反対側の位置に配置され、前記第２の偏光反射部により反射された後に前記第２の光学素子により反射された外界光のｓ偏光成分の入射を前記撮像面に受ける、
   請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記第１の偏光反射部および前記第２の偏光反射部のそれぞれが有する全反射ミラーは、パワーを有する曲面ミラーである、
   請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記表示素子からは、ｓ偏光の画像光が出射され、
   前記第１の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであって、前記眼に入射させる画像光を反射する側と反対側に入射する外界光のｓ偏光成分を下方向に反射させるものであり、
   前記第２の光学素子は、全反射ミラーであり、
   前記第１の光学素子の下方に配置され、入射する光に対して順に配置される１／４波長板および全反射ミラーを有し、前記第１の光学素子から下方向に反射した外界光のｓ偏光成分が入射され、入射した外界光のｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換して上方向に反射する偏光反射部と、
   前記第２の光学素子に入射する画像光の光軸上に配置され、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有し、前記表示素子から出射された画像光が前記光軸に直交する方向から入射され、入射した画像光を前記第２の光学素子に向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、をさらに備え、
   前記撮像素子は、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と同じ側の位置に配置され、前記偏光反射部により反射された後に前記第２の光学素子により反射されてさらに前記偏光ビームスプリッタを透過した外界光のｐ偏光成分の入射を前記撮像面に受ける、
   請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記第２の光学素子としての全反射ミラーおよび前記偏光反射部が有する全反射ミラーは、パワーを有する曲面ミラーである、
   請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記表示素子からは、ｓ偏光の画像光が出射され、
   前記第２の光学素子は、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタであり、
   前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と反対側の位置に配置され、使用者の前方から入射した外界光を受けるとともに、入射した外界光を全反射させて前記第２の光学素子に入射させる全反射ミラーと、
   前記全反射ミラーの前方に配置され、前記全反射ミラーに入射する外界光を導く開口を形成する外界光導入開口部と、
   前記第２の光学素子に入射する画像光の光軸上に配置され、ｓ偏光を反射させてｐ偏光を透過させる偏光特性を有し、前記表示素子から出射された画像光が前記光軸に直交する方向から入射され、入射した画像光を前記第２の光学素子に向けて反射させる偏光ビームスプリッタと、をさらに備え、
   前記撮像素子は、前記左右方向について前記第２の光学素子に対して前記表示素子と同じ側の位置に配置され、前記全反射ミラーにより反射された後に前記第２の光学素子および前記偏光ビームスプリッタを透過した外界光のｐ偏光成分の入射を前記撮像面に受ける、
   請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記全反射ミラーは、パワーを有する曲面ミラーである、
   請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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