JP2021033173A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている情報を第三者に視認させ難くできるヘッドマウントディスプレイを提供する。【解決手段】本発明のヘッドマウントディスプレイは、画像光を射出する画像光生成装置と、画像光を反射させるとともに外光を透過させるハーフミラーと、を備え、画像光は、ハーフミラーに対して所定の偏光状態の光として入射され、ハーフミラーは、所定の偏光状態の光に対して、第１の偏光の反射率が第２の偏光の反射率より低いことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関するものである。

ホログラフィック素子等の回折素子を用いた表示装置として、画像光生成装置から射出された画像光を回折素子によって観察者の眼に向けて偏向するものが提案されている。回折素子では、特定波長で最適な回折角度と回折効率が得られるように干渉縞が最適化されている。しかしながら、画像光は、特定波長を中心にして所定のスペクトル幅を有していることから、特定波長からずれた周辺波長の光は、画像の解像度を低下させる原因となる。そこで、画像光生成装置から射出された画像光を反射型の第１回折素子によって、前方に配置された第２回折素子に向けて射出し、第１回折素子から射出された画像光を第２回折素子によって観察者の眼に向けて偏向する表示装置が提案されている。かかる構成によれば、第１回折素子によって波長補償を行うことができ、特定波長からずれた周辺波長の光に起因する画像の解像度の低下を抑制することができる（例えば、下記特許文献１参照）。上記の技術では２つの回折素子の間に画像光を導光するミラーが設けられている。

特開２０１８−０８７９４９号公報

上記特許文献に開示された技術において、２つの回折素子の間に配置されて画像光を導光させるミラーをハーフミラーで構成することで外界を視認できる範囲を増やすことも考えられる。しかしながら、ハーフミラーに入射した画像光が反射されずに透過されることで外界側にいる第三者に視認されるおそれがある。

上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係るヘッドマウントディスプレイは、画像光を射出する画像光生成装置と、前記画像光を反射させるとともに外光を透過させるハーフミラーと、を備え、前記画像光は、前記ハーフミラーに対して所定の偏光状態の光として入射され、前記ハーフミラーは、前記所定の偏光状態の光に対して、第１の偏光の反射率が第２の偏光の反射率より低いことを特徴とする。

上記第一態様において、前記画像光生成装置と前記ハーフミラーとの間における前記画像光の光路上に設けられ、前記画像光の偏光状態を前記第２の偏光に変換する偏光変換部材を備えている構成としてもよい。

上記第一態様において、前記偏光変換部材は、波長板、偏光フィルムおよび偏光膜のいずれかである構成としてもよい。

上記第一態様において、前記ハーフミラーの反射面と反対側に設けられ、前記第１の偏光を吸収する偏光吸収膜を備える構成としてもよい。

上記第一態様において、前記画像光生成装置から射出された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部と、反射型の第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、正のパワーを有する第３光学部と、反射型の第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、前記第３光学部が前記ハーフミラーを含む構成としてもよい。

上記第一態様において、前記ハーフミラーを支持するフレームを備え、前記フレームは、前記画像光を観察する観察者の静視野に位置させるように、前記ハーフミラーを支持する構成としてもよい。

本発明の第二態様に係るヘッドマウントディスプレイは、画像光を射出する画像光生成装置と、前記画像光の進行方向を偏向させるとともに、外光を透過させる少なくとも１つの光学部材と、前記光学部材の光入射面と反対側に設けられ、第１の偏光を吸収する偏光吸収膜と、を備え、前記画像光は、前記光学部材に対して少なくとも前記第１の偏光を含む所定の偏光状態の光として入射されることを特徴とする。

上記第二態様において、画像光生成装置から射出された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部と、反射型の第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、正のパワーを有する第３光学部と、反射型の第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、前記第３光学部及び前記第４光学部の少なくともいずれかが前記光学部材を含む構成としてもよい。

上記第二態様において、前記光学部材を支持するフレームを備え、前記フレームは、前記画像光を観察する観察者の静視野に位置させるように、前記光学部材を支持する構成としてもよい。

第一実施形態の表示装置の外観の一態様を示す外観図。 表示装置の別の外観の一態様を示す外観図。 表示装置の光学系の一態様を示す説明図。 回折素子の干渉縞の説明図である。 回折素子の干渉縞の別の形態の説明図。 第１、第２回折素子を構成する体積ホログラムにおける回折特性の説明図。 第２回折素子で発生する色収差をキャンセルする原理の説明図。 第１、第２回折素子が共役関係にある場合の説明図。 第１、第２回折素子が共役関係にない場合の説明図。 第１、第２回折素子が共役関係にない場合の説明図。 第１、第２回折素子の共役関係からのずれの許容差を示す説明図。 第１、第２回折素子の共役関係からのずれの許容差を示す別形態の説明図。 光学系における光線図。 ハーフミラーを透過した光線を第三者が見ようとした時の状況を示した図。 第二実施形態の光学系の構成を示す図である。 第三実施形態の光学系の構成を示す図である。 第四実施形態の光学系の要部構成を示す図である。 第一実施形態と第四実施形態とを組み合わせた構成を示す図。 カバー部材に偏光吸収膜を設ける構成を示す図。 第五実施形態の光学系の要部構成を示す図。 カバー部材に偏光吸収膜を設ける構成を示す図。 第一変形例に係る光学系の光線図。 第二変形例に係る光学系の要部構成を示す図。 第二変形例に係る光学系の要部構成を示す図。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度や角度を実際とは異ならせしめている。

図１は、本実施形態の表示装置１００の外観の一態様を示す外観図である。図１に示す表示装置１００は頭部装着型のヘッドマウントディスプレイである。図２は、表示装置１００の別の外観の一態様を示す外観図である。図３は、図１に示す表示装置１００の光学系１０の一態様を示す説明図である。なお、図１から図３においては、表示装置を装着した観察者に対する前後方向をＺ軸に沿う方向とし、前後方向の一方側として表示装置を装着した観察者の前方を前側Ｚ１とし、前後方向の他方側として表示装置を装着した観察者の後方を後側Ｚ２としてある。また、表示装置を装着した観察者に対する左右方向をＸ軸に沿う方向とし、左右方向の一方側として表示装置を装着した観察者の右方を右側Ｘ１とし、左右方向の他方側として表示装置を装着した観察者の左方を左側Ｘ２としてある。また、表示装置を装着した観察者に対する上下方向をＹ軸方向に沿う方向とし、上下方向の一方側として表示装置を装着した観察者の上方を上側Ｙ１とし、上下方向の他方側として表示装置を装着した観察者の下方を下側Ｙ２としてある。

図１に示す表示装置１００は、画像光Ｌ０ａを右眼Ｅａに入射させる右眼用光学系１０ａと、画像光Ｌ０ｂを左眼Ｅｂに入射させる左眼用光学系１０ｂとを有している。表示装置１００は、例えば、眼鏡のような形状に形成される。具体的に、表示装置１００は、右眼用光学系１０ａと左眼用光学系１０ｂとを保持する筐体９０をさらに備えている。表示装置１００は、筐体９０によって観察者の頭部に装着される。

表示装置１００は、筐体９０として、フレーム９１と、フレーム９１の右側に設けられ、観察者の右耳に係止されるテンプル９２ａと、フレーム９１の左側に設けられ、観察者の左耳に係止されるテンプル９２ｂと、を備えている。フレーム９１は、両側部に収納空間９１ｓを有しており、収納空間９１ｓ内に、後述する光学系１０を構成する画像光投射装置等の各部品が収容されている。テンプル９２ａ，９２ｂは、ヒンジ９５によってフレーム９１に対して折り畳み可能に連結されている。

右眼用光学系１０ａと左眼用光学系１０ｂとは基本的な構成が同一である。従って、以下の説明では、右眼用光学系１０ａと左眼用光学系１０ｂとを区別せずに光学系１０として説明する。

また、図１に示す表示装置１００では、画像光Ｌ０をＸ軸に沿う左右方向に進行させたが、図２に示すように、画像光Ｌ０を上側Ｙ１から下側Ｙ２に進行させて観察者の眼Ｅに射出させる場合や、頭頂部から眼Ｅの前にわたって光学系１０が配置されるように構成される場合もある。

図３を参照して表示装置１００の光学系１０の基本的な構成を説明する。図３は、図１に示す表示装置１００の光学系１０の一態様を示す説明図である。

図３に示すように、光学系１０では、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０の光路方向に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが配置されている。

かかる光学系１０において、画像光Ｌ０の進行方向に着目すると、画像光生成装置３１は、投射光学系３２に向けて画像光Ｌ０を射出し、投射光学系３２は入射した画像光Ｌ０をミラー４０に向けて射出する。ミラー４０は反射面４０ａを有し、画像光Ｌ０を第１回折素子５０に向けて反射する。ミラー４０の反射面４０ａで反射された画像光Ｌ０は第１回折素子５０に入射する。第１回折素子５０で回折された画像光Ｌ０は導光系６０に向けて射出される。導光系６０は、入射した画像光Ｌ０を第２回折素子７０に射出し、第２回折素子７０は、入射した画像光Ｌ０を観察者の眼Ｅに向けて射出する。

本実施形態において、画像光生成装置３１は画像光Ｌ０を生成する。
画像光生成装置３１は不図示のバックライトから射出された光を液晶表示素子で変調する表示パネル３１０を含む。表示パネル３１０は光射出側に偏光板を有している。そのため、表示パネル３１０から射出された画像光Ｌ０は所定の偏光状態とされている。具体的に表示パネル３１０から射出された画像光Ｌ０は直線偏光である。

投射光学系３２は画像光生成装置３１が生成した画像光Ｌ０を投射する光学系であって、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２および第３レンズ３０３によって構成されている。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２および第３レンズ３０３は自由曲面レンズや回転対称のレンズで構成される。また、投射光学系３２は偏心光学系であってもよい。図３では、投射光学系３２におけるレンズの数を３枚とした場合を例に挙げたが、レンズの枚数はこれに限定されることはなく、投射光学系３２が５枚以上のレンズを備えていてもよい。また、各レンズは貼り合わせて投射光学系３２を構成してもよい。

導光系６０は、周辺部より中央が凹んだ反射面６２ａを有するハーフミラー６２で構成されており、正のパワーを有している。なお、反射面６２ａは球面、非球面、または自由曲面からなる。本実施形態において、ハーフミラー６２は自由曲面からなる反射面６２ａを有したミラーである。導光系６０を構成するハーフミラー６２は観察者ＭＣの静視野ＳＡ内に位置するようにフレーム９１（図１参照）に支持されている。ここで、静視野ＳＡとは、真っすぐ前を見ている状態での視野角に相当し、図３に示されるように片眼（右眼Ｅａ）の静視野ＳＡにおける角度範囲は１００度である。本実施形態の光学系１０では、静視野ＳＡ内に位置する導光系６０をハーフミラー６２で構成するので、外光を視認できる範囲を広く確保できる。

続いて、第１回折素子５０および第２回折素子７０の構成について説明する。
本実施形態において、第１回折素子５０および第２回折素子７０は基本的な構成が同一である。以下では、第２回折素子７０の構成を例に挙げて説明する。

図４Ａは、図３に示す第２回折素子７０の干渉縞７５１の説明図である。図４Ａに示すように、第２回折素子７０は、反射型体積ホログラフィック素子７５を備えており、反射型体積ホログラフィック素子７５は部分反射型回折光学素子である。このため、第２回折素子７０は、部分透過反射性のコンバイナーを構成している。従って、外光も第２回折素子７０を介して眼Ｅに入射するため、観察者は、画像光生成装置３１で形成した画像光Ｌ０と外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。

第２回折素子７０は、観察者の眼Ｅと対向しており、画像光Ｌ０が入射する第２回折素子７０の入射面７１は、眼Ｅから離れる方向に凹んだ凹曲面になっている。換言すれば、入射面７１は、画像光Ｌ０の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。このため、画像光Ｌ０を観察者の眼Ｅに向けて効率良く集光させることができる。

第２回折素子７０は、特定波長に対応するピッチを有した干渉縞７５１を有している。干渉縞７５１は屈折率等の差としてホログラム感光層に記録されており、干渉縞７５１は特定の入射角度に対応するように、第２回折素子７０の入射面７１に対して一方方向に傾いている。従って、第２回折素子７０は、画像光Ｌ０を所定の方向に回折して偏向する。特定波長および特定の入射角度とは、画像光Ｌ０の波長と入射角度に対応する。かかる構成の干渉縞７５１は、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｓを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことにより形成することができる。

本実施形態では、画像光Ｌ０がカラー表示用である。このため、第２回折素子７０は、特定波長に対応するピッチで形成された干渉縞７５１Ｒ、７５１Ｇ、７５１Ｂを有している。例えば、干渉縞７５１Ｒは、５８０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲のうち、例えば、波長６１５ｎｍの赤色画像光ＬＲに対応するピッチで形成される。干渉縞７５１Ｇは、５００ｎｍから５８０ｎｍの波長範囲のうち、例えば、波長５３５ｎｍの緑色画像光ＬＧに対応するピッチで形成される。干渉縞７５１Ｂは、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲のうち、例えば、波長４６０ｎｍの青色画像光ＬＢ３に対応するピッチで形成される。かかる構成は、各波長に対応する感度を有するホログラフィック感光層を形成した状態で、各波長の参照光ＬｒＲ、ＬｒＧ、ＬｒＢ、および物体光ＬｓＲ、ＬｓＧ、ＬｓＢを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことにより形成することができる。

なお、各波長に対応する感度を有する感光材料をホログラフィック感光層に分散させておき、各波長の参照光ＬｒＲ、ＬｒＧ、ＬｒＢおよび物体光ＬｓＲ、ＬｓＧ、ＬｓＢを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことによって、図４Ｂに示すように１つの層に干渉縞７５１Ｒ、７５１Ｇ、７５１Ｂを重畳した干渉縞７５１を形成してもよい。また、参照光ＬｒＲ、ＬｒＧ、ＬｒＢおよび物体光ＬｓＲ、ＬｓＧ、ＬｓＢとして球面波の光を用いてもよい。

第２回折素子７０と基本的な構成が同一である第１回折素子５０は、反射型体積ホログラフィック素子５５を備えている。第１回折素子５０は、画像光Ｌ０が入射する入射面５１が、凹んだ凹曲面になっている。換言すれば、入射面５１は、画像光Ｌ０の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。そのため、画像光Ｌ０を導光系６０に向けて効率良く偏向させることができる。

図５は、図３に示す第１回折素子５０および第２回折素子７０の回折特性を示す説明図である。図５は、体積ホログラム上の１点に光線が入射したときの、特定波長と周辺波長の回折角の差を示したものである。図５には、特定波長を５３１ｎｍとしたとき、波長が５２６ｎｍの周辺波長の光の回折角度のずれを実線Ｌ５２６で示し、波長が５３６ｎｍの周辺波長の光の回折角度のずれを点線Ｌ５３６で示してある。図５に示すように、ホログラムに記録された同じ干渉縞に光線が入射した場合でも、長波長の光線程、大きく回折し、短波長の光線程、回折しにくい。そのため、本実施形態のように２つの回折素子、すなわち第１回折素子５０および第２回折素子７０を用いた際、特定波長に対する長波長の光および短波長の光における光線角度をそれぞれ考慮して入射させないと適正に波長補償できない。すなわち第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセルできなくなる。また、干渉縞の本数によって回折角が異なるので、干渉縞を考慮する必要がある。

図３に示す光学系１０では、特開２０１７−１６７１８１号公報に記載されているように、第１回折素子５０と第２回折素子７０との間での中間像の形成回数と、ハーフミラー６２での反射回数の和が奇数か偶数かに対応して、第２回折素子７０への入射方向等を適正化してあるため、波長補償、すなわち色収差をキャンセル可能である。

図６は第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセルする原理について説明した図である。なお、図６には、画像光Ｌ０の特定波長の光Ｌ１（実線）に加えて、長波長側の光Ｌ２（一点鎖線）、および特定波長に対して短波長側の光Ｌ３（点線）も図示してある。

具体的に、第１回折素子５０に入射した画像光Ｌ０は、図６に示すように、第１回折素子５０によって回折されることで偏向する。このとき、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２の回折角度θ_２は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ_１より大きくなる。また、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３の回折角度θ_３は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ_１より小さくなる。従って、第１回折素子５０を射出した画像光Ｌ０は、波長毎に偏向されて分散することとなる。

第１回折素子５０を射出した画像光Ｌ０は、導光系６０を介して第２回折素子７０に入射し、第２回折素子７０によって回折されることで偏向する。その際、第１回折素子５０から第２回折素子７０までの光路において、中間像の形成が１回行われるとともに、ハーフミラー６２での反射が１回行われる。従って、画像光Ｌ０と第２回折素子７０の入射面法線との間の角度を入射角とすると、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２は、特定波長の光Ｌ１における入射角θ_１１よりも大きな入射角θ_１２となり、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３は、特定波長の光Ｌ１における入射角θ_１１よりも小さな入射角θ_１３となる。また、上述したように特定波長に対して長波長側の光Ｌ２の回折角度θ２は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ１よりも大きくなり、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３の回折角度θ_３は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ_１よりも小さくなる。

従って、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２は、特定波長の光Ｌ１よりも大きな入射角で第１回折素子５０に入射するが、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２の回折角度が、特定波長の光Ｌ１の回折角度よりも大きいため、結果として第２回折素子７０から射出するときには、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２と特定波長の光Ｌ１は略平行な光となる。これに対して、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３は、特定波長の光Ｌ１よりも小さな入射角で第１回折素子５０に入射するが、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３の回折角度が、特定波長の光Ｌ１の回折角度よりも小さいため、結果として第２回折素子７０から射出するときには、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３と特定波長の光Ｌ１は略平行な光となる。このようにして、図６に示すように、第２回折素子７０を射出した画像光Ｌ０は、略平行な光として観察者の眼Ｅに入射するので、波長毎の網膜Ｅ０での結像位置ずれが抑制される。従って、第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセルできる。

続いて、第１回折素子５０と第２回折素子７０との共役関係について説明する。
図７Ａは、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役関係にある場合の説明図である。図７Ｂおよび図７Ｃは第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役関係にない場合の説明図である。図８Ａおよび図８Ｂは、図７Ｂおよび図７Ｃに示す第１回折素子５０と第２回折素子７０との共役関係からのずれの許容差を示す説明図である。図８Ａおよび図８Ｂには、特定波長の光を実線Ｌｅで示し、波長が特定波長−１０ｎｍの光を一点鎖線Ｌｆで示し、波長が特定波長＋１０ｎｍの光を二点鎖線Ｌｇで示してある。なお、図７Ａ〜Ｃ、図８Ａおよび図８Ｂでは、光の進行が分かりやすいように、第１回折素子５０、第２回折素子７０および導光系６０を透過型として示し、第１回折素子５０、第２回折素子７０および導光系６０を矢印で示してある。

図７Ａに示すように、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを共役の関係とした場合、第１回折素子５０のＡ点（第１の位置）から射出した発散光は正パワーを持つ導光系６０によって集光され、第２回折素子７０のＢ点（第１の位置に対応する第２の位置）に入射する。従って、Ｂ点で発生する回折による色収差をＡ点で補償することができる。

これに対して、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役の関係にない場合、第１回折素子５０のＡ点から射出した発散光は、中央の正パワーを持つ導光系６０によって集光されるが、第２回折素子７０上のＢ点よりも遠い位置、あるいは近い位置で交わって入射する。このため、Ａ点とＢ点とが１対１の関係になっていない。ここで、領域内の干渉縞が一様の場合に補償効果が高まることから、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役の関係にない場合、補償効果が弱くなる。一方、第１回折素子５０によって、第２回折素子７０の投影領域全体を補償することは困難である。それ故、図７Ｂおよび図７Ｃに示す態様の場合、十分な波長補償を行うことができないので、解像度の劣化が発生する。

なお、特定波長に対して±１０ｎｍの波長の光では、特定波長の光が到達するＢ点から±０．４ｍｍ程度の誤差が存在するが、解像度の低下は目立たない。かかる許容範囲を検討した結果、図８Ａに示すように、特定波長の光が到達する理想的な第２回折素子７０上のＢ点よりも手前で交わり±０．８ｍｍの範囲内に入射する場合には、解像度の低下は目立たない。また、図８Ｂに示すように、特定波長の光が到達する理想的な第２回折素子７０上のＢ点よりも後方で交わり±０．８ｍｍの範囲内に入射する場合には、解像度の低下は目立たない。従って、第１回折素子５０と第２回折素子７０とにおいては、完全な共役関係になくても、略共役関係にあって、理想的なＢ点から±０．８ｍｍの範囲内に到達する場合には、解像度の低下を許容することができる。すなわち、本実施形態において、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役関係を有するとは、特定波長の光の入射位置が理想的な入射点から±０．８ｍｍの誤差範囲に収まることをいう。

図９は、本実施形態の光学系１０における光線図である。図９では、光軸に沿って配置された各光学部を太い矢印で示してある。また、画像光生成装置３１の１つの画素から射出した光線を実線Ｌａで示し、画像光生成装置３１の端部から射出される主光線を一点鎖線Ｌｂで示し、第１回折素子５０と共役関係となる位置を長い破線Ｌｃで示してある。ここで、「中間像」とは、１画素から射出された光線（実線Ｌａ）が集まる個所であり、「瞳」とは、各画角の主光線（一点鎖線Ｌｂ）が集まる個所である。また、図９は、画像光生成装置３１から射出された光の進行を示すものである。なお、図９においては、図を簡略化するため、すべての光学部を透過型として図示している。

図９に示すように、本実施形態の光学系１０では、画像光生成装置３１から射出された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。

第１光学部Ｌ１０の焦点距離はＬ／２であり、第２光学部Ｌ２０、第３光学部Ｌ３０、および第４光学部Ｌ４０の焦点距離はいずれもＬである。従って、第２光学部Ｌ２０から第３光学部Ｌ３０までの光学距離と第３光学部Ｌ３０から第４光学部Ｌ４０までの光学距離とが等しい。

かかる光学系１０では、第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、第２光学部Ｌ２０と第４光学部Ｌ４０との間に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。その際、第３光学部Ｌ３０は、第２光学部Ｌ２０から射出された画像光を発散光あるいは収束光あるいは平行光と自在に制御して第４光学部Ｌ４０に入射させる。第２光学部Ｌ２０は、第１光学部Ｌ１０から射出された画像光を収束光として第３光学部Ｌ３０に入射させる。本実施形態の光学系１０において、瞳Ｒ１は、第２光学部Ｌ２０と第４光学部Ｌ４０との間のうち、第３光学部Ｌ３０の近傍に形成される。第３光学部Ｌ３０の近傍とは、第２光学部Ｌ２０と第３光学部Ｌ３０の間のうち、第２光学部Ｌ２０より第３光学部Ｌ３０に近い位置、または第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０の間のうち、第４光学部Ｌ４０より第３光学部Ｌ３０に近い位置を意味する。

また、第３光学部Ｌ３０は、画像光生成装置３１の１点からの画像光について、第１回折素子５０により偏向されて特定波長からずれた周辺波長の光を第２回折素子７０の所定の範囲に入射させる。すなわち、第１回折素子５０と第２回折素子７０は共役あるいは略共役の関係にある。ここで、第１回折素子５０の第３光学部Ｌ３０による第２回折素子７０上の射影の倍率の絶対値は０．５倍から１０倍までであり、かかる倍率の絶対値は１倍から５倍までであることが好ましい。

従って、本実施形態の光学系１０によれば、投射光学系３２と導光系６０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、導光系６０の近傍に瞳Ｒ１が形成され、導光系６０と第２回折素子７０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第２回折素子７０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。

本実施形態の光学系１０において、第１中間像Ｐ１は、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）との間に形成される。

ここで、上述のように本実施形態の光学系１０においては、導光系６０を構成するハーフミラー６２として光透過性を有するハーフミラーを用いることで、外光を視認できる範囲を広く確保している。しかしながら、外光を透過させつつ、第２光学部Ｌ２０から入射する光を第４光学部Ｌ４０に向けて全て反射させるハーフミラー６２を実現することは非常に難しい。そのため、画像光Ｌ０の一部がハーフミラー６２を透過することで観察者の見ている映像が第三者から視認されるおそれがある。

図１０はハーフミラー６２を透過した光線を第三者が見ようとした時の状況を示した図である。図１０では、光軸に沿って配置された各光学部を太い矢印で示してある。また、図１０では、観察者ＭＣの眼Ｅに実際に視認されている映像を符号Ｖを示している。
図１０に示されるように、画像光生成装置３１（表示パネル３１０）から射出された画像光は第２光学部Ｌ２０を通過した後に略平行光となるため、ハーフミラー６２から漏れた光線が第三者ＯＰの眼ＯＰ１に入る位置であれば、映像を確認することができる状態にあると言える。
第三者ＯＰが観察者に対して比較的近い位置Ａにいる場合、画像光生成装置３１（表示パネル３１０）の隅から射出された光線は第三者ＯＰの眼ＯＰ１に入射しないものの、画像光生成装置３１（表示パネル３１０）の中央部分から射出された光線は眼ＯＰ１に入射するため、第三者ＯＰには画面の隅が欠けたような映像Ｖ１として視認する。

また、第三者ＯＰが観察者に対して比較的遠い領域Ｂにいる場合、画像光生成装置３１（表示パネル３１０）の中央部分から射出された光線も眼ＯＰ１に入射しなくなるため、第三者ＯＰには画面の中心付近のみの映像Ｖ２を視認する。例えば、第三者ＯＰがハーフミラー６２から６０ｃｍ離れた場合であっても、観察者が見ている映像のうち横幅方向で７％分が第三者ＯＰにより見える状態となる。この場合において、第三者ＯＰは頭部や眼ＯＰ１を上下左右に動かすと、眼ＯＰ１に入射する光線位置が変わるため、第三者ＯＰは観察者が視認する映像を推測可能となり、観察者ＭＣの眼Ｅが何を見ているか判断できることとなってしまう。

上述の状況は、第三者ＯＰに情報を伝えてしまう或いは意図的に情報を伝えてしまう事になるため、観察者ＭＣが秘匿とすべき内容が第三者ＯＰに伝わってしまい、セキュリティー上においても望ましくない。

図３に示したように、本実施形態の光学系１０は、ハーフミラー６２の反射面６２ａに偏光依存膜６３を設けている。偏光依存膜６３はハーフミラー６２の反射面６２ａに対して入射する光の偏光方向に応じて異なる反射率を持つ。偏光依存膜６３は、例えば、反射面６２ａに対するＳ偏光の反射率を１００％、反射面６２ａに対するＰ偏光の反射率を８５％とする光学特性を有する。

ここで、本実施形態の光学系１０はカラー画像を表示するため、画像光Ｌ０は赤色、緑色及び青色の波長帯を含む。そのため、本実施形態の偏光依存膜６３は、画像光Ｌ０もしくは画像光Ｌ０および回折素子を考慮した波長帯に対してのみ偏光依存性を持つように設計されている。そのため、偏光依存膜６３は画像光Ｌ０に含まれない波長帯の光に対しては偏光依存性を有しないので、偏光依存膜６３は外光のうち画像光Ｌ０と異なる波長帯の光を良好に透過させることで外光のシースルー性を損なわない。本実施形態の偏光依存膜６３における外光の透過率は例えば、約３０％に設定される。

上述のように本実施形態の画像光生成装置３１は画像光Ｌ０として直線偏光を射出する。具体的に画像光生成装置３１はハーフミラー６２に対するＳ偏光を画像光Ｌ０として射出する。

ここで、画像光Ｌ０はＳ偏光として射出されるが、ハーフミラー６２に入射するまでに第１光学部Ｌ１０及び第２光学部Ｌ２０を経由するため、その過程で偏光状態が僅かに乱れる。画像光Ｌ０は上記の偏光状態の乱れによって他の偏光成分を含むものの、Ｓ偏光を主とした偏光状態の光（所定の偏光状態の光）としてハーフミラー６２に入射する。

ハーフミラー６２の反射面６２ａに設けられた偏光依存膜６３は上述のようにＰ偏光（第１の偏光）の反射率８５％がＳ偏光（第２の偏光）の反射率１００％より低い。すなわち、ハーフミラー６２は画像光Ｌ０に主に含まれるＳ偏光の反射率が１００％であるため、画像光Ｌ０は概ねハーフミラー６２を透過することなく第４光学部Ｌ４０に向けて反射される。

したがって、本実施形態の光学系１０によれば、ハーフミラー６２を透過する画像光Ｌ０の割合を例えば１０％以下に抑えることができる。よって、本実施形態の光学系１０によれば、観察者が見ている情報を第三者ＯＰに見られ難くすることができる。

また、本実施形態の光学系１０によれば、以下に示す４つの条件（条件１、２、３、４）を満たしている。
条件１：画像光生成装置３１の１つの点から射出した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像される。
条件２：光学系の入射瞳と眼球の瞳が共役である。
条件３：周辺波長を補償するように第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置する。
条件４：第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にある。

より具体的には、図９に示した実線Ｌａから分かるように、画像光生成装置３１の１つの点から射出した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たすので、観察者は１画素を視認することができる。また、図９に示した実線Ｌａから分かるように、光学系１０の入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たすので、画像光生成装置３１で生成した画像の全域を視認することができる。また、周辺波長を補償するように第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たすため、波長補償を行うことによって第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセル可能である。また、図９に示した長い破線Ｌｃから分かるように、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たすため、第１回折素子５０と第２回折素子７０とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことができる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。

以上のように本実施形態の光学系１０によれば、画像光Ｌ０を直線偏光（Ｓ偏光）として射出させるとともに、ハーフミラー６２の反射面６２ａに偏光依存膜６３を設けることで、ハーフミラー６２を透過する画像光Ｌ０の光量を低減することができる。これにより、ハーフミラー６２を用いることで外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている情報を第三者ＯＰに視認させ難くできる。

なお、本実施形態において、ハーフミラー６２に対するＳ偏光に相当する直線偏光を画像光生成装置３１から画像光Ｌ０として射出し、Ｓ偏光の反射率をＰ偏光の反射率よりも高くした偏光依存膜６３をハーフミラー６２の反射面６２ａに設ける場合を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。すなわち、ハーフミラー６２に対するＰ偏光に相当する直線偏光を画像光生成装置３１から画像光Ｌ０として射出し、Ｐ偏光の反射率をＳ偏光の反射率よりも高くした偏光依存膜６３を用いてもよい。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る光学系について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは画像光の光路上に波長板を配置する構成であり、それ以外の構成を共通する。そのため、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図１１は本実施形態の光学系の構成を示す図である。
図１１に示すように、本実施形態の光学系１１は、画像光生成装置３１と、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０と、波長板（偏光変換部材）３５と、を備えている。

波長板３５は、画像光生成装置３１及びハーフミラー６２間における画像光Ｌ０の光路上に設けられる。本実施形態において、波長板３５は画像光生成装置３１と第１光学部Ｌ１０との間に設けられている。波長板３５は１／２波長板で構成される。

本実施形態の画像光生成装置３１はハーフミラー６２に対するＰ偏光を画像光Ｌ０として射出する。画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０の偏光状態は波長板３５を透過することでハーフミラー６２に対するＳ偏光（第２の偏光）に変換される。

したがって、本実施形態の光学系１１によれば、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０が偏光依存膜６３の反射率が相対的に高いＳ偏光と異なるＰ偏光であった場合でも、波長板３５によって画像光Ｌ０をＳ偏光に変換してハーフミラー６２に入射させることができる。よって、第一実施形態の光学系１０と同様、外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている情報を第三者ＯＰに視認させ難くできる。

なお、本実施形態において、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０はＰ偏光以外の直線偏光であってもよく、この場合においても画像光Ｌ０に対する波長板３５の光学軸の向きを適切に設定することで画像光Ｌ０をＳ偏光に変換できる。

（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係る光学系について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは画像光の光路上に偏光フィルムを配置する構成であり、それ以外の構成を共通する。そのため、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図１２は本実施形態の光学系の構成を示す図である。
図１２に示すように、本実施形態の光学系１２は、画像光生成装置３１と、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０と、偏光フィルム（偏光変換部材）３６と、を備えている。

偏光フィルム３６は画像光生成装置３１及びハーフミラー６２間における画像光Ｌ０の光路上に設けられる。本実施形態において、偏光フィルム３６は画像光生成装置３１と第１光学部Ｌ１０との間に設けられている。偏光フィルム３６は所定方向に振動する光のみを通すフィルムであり、偏光板と同様の機能を有する。具体的に偏光フィルム３６はハーフミラー６２に対するＳ偏光（第２の偏光）のみを透過させ、それ以外の偏光方向の光を吸収する。

本実施形態の画像光生成装置３１の表示パネル３１０は、有機エレクトロルミネッセンス表示素子で構成されている。この構成によれば、小型で高画質な画像表示が可能な画像光生成装置３１を提供できる。

ここで、有機エレクトロルミネッセンス表示素子からなる表示パネル３１０から射出された画像光Ｌ０は無偏光である。画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０の偏光状態は偏光フィルム３６を透過することでハーフミラー６２に対するＳ偏光（第２の偏光）に変換される。

したがって、本実施形態の光学系１２によれば、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０が無偏光であった場合でも、偏光フィルム３６によって画像光Ｌ０をＳ偏光に変換してハーフミラー６２に入射させることができる。よって、第一実施形態の光学系１０と同様、外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている情報を第三者ＯＰに視認させ難くできる。

なお、本実施形態において、画像光生成装置３１から射出される画像光Ｌ０の偏光状態は無偏光の他、円偏光、楕円偏光、直線偏光のいずれでもよい。すなわち、本実施形態の光学系１２によれば、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０の偏光状態によらず偏光フィルム３６によって画像光Ｌ０をＳ偏光に変換できる。

また、本実施形態において、画像光生成装置３１の直後に偏光フィルム３６を配置しているが、偏光フィルム３６は第１光学部Ｌ１０を構成する投射光学系３２の各レンズ３０１〜３０３或いはミラー４０の表面に設けてもよい。

また、第１実施形態のように画像光生成装置３１から直線偏光の画像光Ｌ０を射出した場合であっても、第１光学部Ｌ１０及び第２光学部Ｌ２０を経由する過程で画像光Ｌ０の偏光方向が回転することで偏光状態に乱れが生じるおそれがある。この場合、偏光フィルム３６を第２光学部Ｌ２０と第３光学部Ｌ３０との間に設けることでハーフミラー６２にＳ偏光の画像光Ｌ０を入射させることができる。

なお、本実施形態の偏光フィルム３６と第二実施形態の波長板３５とを組み合わせて配置してもよい。

（第四実施形態）
続いて、第四実施形態に係る光学系について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いはハーフミラーの構成であり、それ以外の構成を共通する。そのため、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図１３は本実施形態の光学系の要部構成を示す図である。
図１３に示されるように、本実施形態の光学系１３は、画像光生成装置３１と、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有するハーフミラー（光学部材）１６２を含む第３光学部Ｌ３０と、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とを備えている。本実施形態の光学系１３において、ハーフミラー１６２は観察者の静視野に位置するように不図示のフレーム部材に支持されている。

本実施形態において、ハーフミラー（光学部材）１６２は周辺部より中央が凹んだ反射面１６２ａを有する。反射面１６２ａは画像光Ｌ０の一部を反射させ、該画像光Ｌ０の残りの一部を透過させる半透過ミラー面を構成する。

本実施形態において、画像光生成装置３１はハーフミラー１６２に対するＳ偏光を画像光Ｌ０として射出する。画像光Ｌ０はハーフミラー１６２に入射するまでの過程で偏光状態が乱れるが、画像光Ｌ０はＳ偏光を主として含む偏光状態の光としてハーフミラー１６２に入射する。すなわち、画像光Ｌ０はハーフミラー１６２に対して少なくともＳ偏光（第１の偏光）を含む偏光状態の光（所定の偏光状態の光）として入射される。

本実施形態のハーフミラー１６２は反射面１６２ａと反対側に位置する外面１６２ｂに偏光吸収膜１６３が設けられている。偏光吸収膜１６３はＳ偏光（第１の偏光）を吸収する膜で構成される。

本実施形態の光学系１３において、画像光Ｌ０はハーフミラー１６２の反射面１６２ａにおいて所定の反射率で反射されるが、反射面１６２ａを透過した画像光Ｌ０の一部が外面１６２ｂに入射する。本実施形態において、画像光Ｌ０はＳ偏光を主とする偏光状態の光であるため、外面１６２ｂに到達した画像光Ｌ０の一部もＳ偏光を主とする偏光状態の光である。外面１６２ｂに設けられた偏光吸収膜１６３は上述のようにＳ偏光を吸収する特性を有するため、外面１６２ｂに到達した画像光Ｌ０は偏光吸収膜１６３により概ね吸収される。

したがって、本実施形態の光学系１３によれば、Ｓ偏光を主成分とする所定の偏光状態の画像光Ｌ０をハーフミラー１６２に入射させるとともに、ハーフミラー１６２の外面１２６ｂにＳ偏光を吸収する偏光吸収膜１６３を設けることでハーフミラー１６２を透過して外部に射出される画像光Ｌ０の光量を低減できる。これにより、ハーフミラー１６２を用いることで外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている情報を第三者ＯＰに視認させ難くできる。

なお、上記第一実施形態のハーフミラー６２に本実施形態の構成を組み合わせてもよい。すなわち、図１４に示すように、上記第一実施形態のハーフミラー６２の反射面６２ａと反対の外面６２ｂに偏光吸収膜２６３を設けてもよい。この場合において、偏光吸収膜２６３は偏光依存膜６３における反射率が相対的に低いＰ偏光（第１の偏光）を吸収する特性を有する。画像光Ｌ０に含まれるＳ偏光は偏光依存膜６３で反射されるが、画像光Ｌ０に含まれるＰ偏光成分は偏光依存膜６３を透過して外面６２ｂまで到達する場合がある。偏光依存膜６３を透過したＰ偏光の画像光Ｌ０は偏光吸収膜２６３で吸収されるため、ハーフミラー６２の外面６２ｂから外部に射出されない。
したがって、上記第一実施形態のハーフミラー６２に偏光吸収膜２６３を組み合わせることでハーフミラー６２の外部に射出される画像光Ｌ０をより低減することができる。

また、本実施形態の光学系１３では少なくとも第３光学部Ｌ３０を覆うカバー部材を設けてもよい。この場合において、図１５に示すように、偏光吸収膜１６３をカバー部材２７０の内面２７０ａのうちハーフミラー１６２の外面１６２ｂに対向する位置に設けてもよい。このようにすれば、ハーフミラー１６２の外面１６２ｂから射出された画像光Ｌ０に含まれたＳ偏光をカバー部材２７０の内面２７０ａに設けられた偏光吸収膜１６３で吸収できるので、本実施形態の光学系１３と同様、外部に射出される画像光Ｌ０の光量を低減できる。

（第五実施形態）
続いて、第五実施形態に係る光学系について説明する。
上記実施形態において、第４光学部Ｌ４０を構成する第２回折素子７０に対して画像光Ｌ０は平行光として入射しないため、第３光学部Ｌ３０を構成するハーフミラー６２に比べて画像光Ｌ０は外部から見え難い。しかしながら、例えば、第三者が意識的に画像を視認した場合、第２回折素子７０に入射する画像光Ｌ０が第三者に視認されるおそれもある。

本実施形態は第４光学部Ｌ４０の第２回折素子７０における画像光Ｌ０の外部への射出を抑制する構成に関するものである。なお、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

図１６は本実施形態の光学系の要部構成を示す図である。
図１６に示されるように、本実施形態の光学系１４は、画像光生成装置３１と、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、反射型の第２回折素子１７０を含み、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０と、を備えている。

本実施形態において、画像光生成装置３１は第２回折素子１７０の入射面１７０ａに対するＳ偏光を画像光Ｌ０として射出する。画像光Ｌ０は第２回折素子１７０に入射するまでの過程で偏光状態に僅かに乱れが生じるが、画像光Ｌ０はＳ偏光を主成分とする偏光状態の光として第２回折素子１７０に入射する。すなわち、画像光Ｌ０は第２回折素子１７０に対して少なくともＳ偏光（第１の偏光）を含む偏光状態の光（所定の偏光状態の光）として入射される。

本実施形態の第２回折素子（光学部材）１７０は、第１透光性基材１７１及び第２透光性基材１７２間に反射型体積ホログラフィック層１７５を挟持した構成を有している。第２回折素子１７０は凹面をなす入射面１７０ａと反対側に設けられる第２透光性基材１７２の表面１７２ａに偏光吸収膜２６３が設けられている。偏光吸収膜２６３はＳ偏光（第１の偏光）を吸収する膜で構成される。

本実施形態の光学系１４において、画像光Ｌ０は第２回折素子１７０の反射型体積ホログラフィック層１７５で回折されて進行方向が偏向されるが、画像光Ｌ０の一部が反射型体積ホログラフィック層１７５を透過して第２透光性基材１７２に入射することがある。

本実施形態において、画像光Ｌ０はＳ偏光を主とする偏光状態の光であるため、第２透光性基材１７２の表面１７２ａに到達した画像光Ｌ０の一部もＳ偏光を主とする偏光状態の光である。第２透光性基材１７２の表面１７２ａに設けられた偏光吸収膜２６３は上述のようにＳ偏光を吸収する特性を有するため、第２透光性基材１７２の表面１７２ａに到達した画像光Ｌ０は偏光吸収膜２６３で概ね吸収される。

したがって、本実施形態の光学系１４によれば、Ｓ偏光を主成分とする所定の偏光状態の画像光Ｌ０を第２回折素子１７０に入射させるとともに、第２回折素子１７０の入射面１７０ａと反対側にある第２透光性基材１７２の表面１７２ａにＳ偏光を吸収する偏光吸収膜２６３を設けることで第２回折素子１７０を透過して外部に射出される画像光Ｌ０の光量を低減できる。これにより、第２回折素子１７０における外光のシースルー性を確保しつつ、第２回折素子１７０から外部への画像光Ｌ０の漏れ出しを低減することで観察者の見ている情報を第三者ＯＰに視認させ難くすることができる。

なお、本実施形態の光学系１４では少なくとも第４光学部Ｌ４０を覆うカバー部材を設けてもよい。この場合において、図１７に示すように、偏光吸収膜２６３をカバー部材２８０の内面２８０ａのうち第２回折素子１７０の外面をなす第２透光性基材１７２の表面１７２ａに対向する位置に設けてもよい。このようにすれば、第２回折素子１７０から射出された画像光Ｌ０に含まれるＳ偏光がカバー部材２８０の内面２８０ａに設けられた偏光吸収膜２６３で吸収されるので、外部に射出される画像光Ｌ０の光量を低減できる。

（第一変形例）
図１８は、第一変形例に係る光学系１０Ａの光線図である。図１８では、光軸に沿って配置された各光学部を太い矢印で示してある。
図１８に示すように、本変形例の光学系１０Ａでは、図９を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第２光学部Ｌ２０と、第３光学部Ｌ３０（導光系６０）と、第４光学部Ｌ４０とが設けられている。本変形例の画像光生成装置３１は、レーザー光源３１６と、コリメートレンズ３１７と、マイクロミラーデバイス３１８とを有しており、マイクロミラーデバイス３１８を駆動することによりレーザー光源３１６から射出するＳ偏光のレーザー光を走査することで画像光Ｌ０を生成することができる。

本変形例の光学系１０Ａにおいても、導光系６０を構成するハーフミラー６２に偏光依存膜６３を設けることで外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている情報を第三者に視認させ難くできる。
なお、他の実施形態と、本変形例の光学系１０Ａの構成を組み合わせてもよい。

（第二変形例）
図１９は、第二変形例に係る光学系１０Ｂの要部構成を示す図である。
図１９に示すように、本変形例の光学系１０Ｂは、画像光生成装置３１と、投射光学系３２と、第１ハーフミラー３７と、第２ハーフミラー３８とを備えている。

本変形例の光学系１０Ｂにおいて、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０は第１ハーフミラー３７で反射されて第２ハーフミラー３８に入射し、第２ハーフミラー３８で反射された後、第１ハーフミラー３７を透過して観察者の眼Ｅに入射する。また、観察者の眼Ｅの前に配置される第１ハーフミラー３７及び第２ハーフミラー３８は透光性を有するため、外光ＯＬは第１ハーフミラー３７及び第２ハーフミラー３８を透過して観察者ＭＣの眼Ｅに導かれる。本実施形態の光学系１０Ｂにおいて、第２ハーフミラー３８は観察者の静視野に位置するように不図示のフレーム部材に支持されている。

本実施形態の光学系１０Ｂにおいて、画像光生成装置３１（表示パネル３１０）から射出された画像光Ｌ０が第２ハーフミラー３８を透過して外部に射出されることで第三者に視認されるおそれがある。本変形例の光学系１０Ｂは第２ハーフミラー３８の凹面をなす反射面３８ａに偏光依存膜６３を設けることで、上記第一実施形態の光学系１０と同様の効果を奏することができる。

すなわち、本変形例の光学系１０Ｂによれば、画像光Ｌ０を直線偏光として射出させるとともに、第２ハーフミラー３８の反射面３８ａに偏光依存膜６３を設けることで、第２ハーフミラー３８を透過する画像光Ｌ０の光量を低減することができる。これにより、第２ハーフミラー３８の外光ＯＬのシースルー性を確保しつつ、第２ハーフミラー３８を介して第三者に観察者の見ている情報が視認されてしまうことを抑制できる。

（第三変形例）
図２０は、第三変形例に係る光学系１０Ｃの要部構成を示す図である。
図２０に示すように、本変形例の光学系１０Ｃは、画像光生成装置３１と、投射光学系１３２と、導光体１３３と、ハーフミラー１３４と、を備えている。

投射光学系１３２は第１レンズ１３２ａ及び第２レンズ１３２ｂを含み、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０を平行化して導光体１３３に入射させる。導光体１３３は光入射部１３３ａに設けられた回折素子１３５と、光射出部１３３ｂに設けられた光拡散部１３６と、を含む。ハーフミラー１３４は導光体１３３から射出された画像光Ｌ０を観察者の眼Ｅに反射させる。

本変形例の光学系１０Ｃにおいて、画像光生成装置３１から射出された画像光Ｌ０は、導光体１３３の光入射部１３３ａに設けられた回折素子１３５で回折されて導光体１３３内に入射する。画像光Ｌ０は導光体１３３内を全反射により伝播してゆき、光射出部１３３ｂに設けられた光拡散部１３６から外部に射出される。光射出部１３３ｂから外部に射出された画像光Ｌ０はハーフミラー１３４で反射され、導光体１３３を透過して観察者ＭＣの眼Ｅに集光して入射される。

また、観察者の眼Ｅの前に配置される導光体１３３及びハーフミラー１３４は透光性を有するため、外光ＯＬはハーフミラー１３４及び導光体１３３を透過して観察者の眼Ｅに導かれる。本実施形態の光学系１０Ｃにおいて、ハーフミラー１３４は観察者ＭＣの静視野内に位置するように不図示のフレーム部材に支持されている。

本実施形態の光学系１０Ｃにおいて、画像光生成装置３１（表示パネル３１０）から射出された画像光Ｌ０がハーフミラー１３４を透過して外部に射出されることで第三者に視認されるおそれがある。本変形例の光学系１０Ｃはハーフミラー１３４の凹面をなす反射面１３４ａに偏光依存膜６３を設けることで、上記第一実施形態の光学系１０と同様の効果を奏することができる。すなわち、本変形例の光学系１０Ｃによれば、画像光Ｌ０を直線偏光として射出させるとともに、ハーフミラー１３４の反射面１３４ａに偏光依存膜６３を設けることで、ハーフミラー１３４を透過する画像光Ｌ０の光量を低減できる。これにより、ハーフミラー１３４における外光ＯＬのシースルー性を確保しつつ、ハーフミラー１３４を介して第三者に観察者の見ている情報が視認されてしまうことを抑制できる。

また、上記実施形態において、偏光変換部材としては波長板３５又は偏光フィルム３６を例に挙げたが、偏光変換部材を偏光膜で構成してもよい。

また、上記第一実施形態において、フレーム９１（図１参照）がハーフミラー６２を支持する構成を例に挙げたが、ハーフミラー６２とフレーム９１とは一体に形成されてもよい。この場合、ハーフミラーにはテンプル９２ａ，９２ｂ（図１参照）を保持する保持構造が設けられる。また、フレーム９１、テンプル９２ａ，９２ｂおよびハーフミラー６２は一つの透明部材で一体に形成されていてもよい。

また、第三実施形態の構成と第四実施形態の構成とを組み合わせてもよい。すなわち、正のパワーを有するハーフミラー１６２を含む第３光学部Ｌ３０と、反射型の第２回折素子１７０を含む正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０と、を備えた光学系を採用してもよい。

本発明の光学系は、観察者の眼の前に配置される回折素子或いはハーフミラーからなる光学部材に対して、図１８に示したようにレーザー光源から射出するレーザー光を走査することで画像光を生成する構成にも適用できる。この場合、回折素子或いはハーフミラーに偏光依存膜６３を設けることで、外光のシースルー性を確保しつつ、観察者の見ている画像光の情報を第三者に視認させ難くできる。

（他の表示装置への適用）
上記実施形態では、頭部装着型の表示装置１００を例示したが、ヘッドアップディスプレイやハンドヘルドディスプレイやプロジェクター用光学系等に対して本発明を適用してもよい。

３１…画像光生成装置、３５…波長板、３５…波長板（偏光変換部材）、３６…偏光フィルム、３６…偏光フィルム（偏光変換部材）、４０…ミラー、５０…第１回折素子、５１，７１，１７０ａ…入射面、６２，１３４，１６２…ハーフミラー、７０，１７０…第２回折素子、９１，９２…フレーム、１３５…回折素子、１６２…ハーフミラー（光学部材）、１６３，２６３…偏光吸収膜、１７０…第２回折素子（光学部材）、Ａ…位置、Ｌ０，Ｌ０ａ，Ｌ０ｂ…画像光、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光、Ｌ１０…第１光学部、Ｌ２０…第２光学部、Ｌ３０…第３光学部、Ｌ４０…第４光学部、ＯＬ…外光、ＳＡ…静視野、ＭＣ…観察者。

Claims (9)

1. 画像光を射出する画像光生成装置と、
   前記画像光を反射させるとともに外光を透過させるハーフミラーと、を備え、
   前記画像光は、前記ハーフミラーに対して所定の偏光状態の光として入射され、
   前記ハーフミラーは、前記所定の偏光状態の光に対して、第１の偏光の反射率が第２の偏光の反射率より低い
   ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記画像光生成装置と前記ハーフミラーとの間における前記画像光の光路上に設けられ、前記画像光の偏光状態を前記第２の偏光に変換する偏光変換部材を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記偏光変換部材は、波長板、偏光フィルムおよび偏光膜のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記ハーフミラーの反射面と反対側に設けられ、前記第１の偏光を吸収する偏光吸収膜を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記画像光生成装置から射出された画像光の光路に沿って、
   正のパワーを有する第１光学部と、
   反射型の第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、
   正のパワーを有する第３光学部と、
   反射型の第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、
   前記第３光学部が前記ハーフミラーを含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記ハーフミラーを支持するフレームを備え、
   前記フレームは、前記画像光を観察する観察者の静視野に位置させるように、前記ハーフミラーを支持する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 画像光を射出する画像光生成装置と、
   前記画像光の進行方向を偏向させるとともに、外光を透過させる少なくとも１つの光学部材と、
   前記光学部材の光入射面と反対側に設けられ、第１の偏光を吸収する偏光吸収膜と、を備え、
   前記画像光は、前記光学部材に対して少なくとも前記第１の偏光を含む所定の偏光状態の光として入射される
   ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
8. 画像光生成装置から射出された画像光の光路に沿って、
   正のパワーを有する第１光学部と、
   反射型の第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、
   正のパワーを有する第３光学部と、
   反射型の第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、
   前記第３光学部及び前記第４光学部の少なくともいずれかが前記光学部材を含む
   ことを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記光学部材を支持するフレームを備え、
   前記フレームは、前記画像光を観察する観察者の静視野に位置させるように、前記光学部材を支持する
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ。

Images