JP2022062400A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】日常生活のいかなる場面でも高い視認性を確保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】外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイ１であって、眼球にむけて映像を投影する導光板３と、該導光板３の側方に配置され映像を前記導光板３にむけて投影する映像装置５と、前記導光板３に並列して設けられ、前記導光板３の全部または一部を覆い、紫外光により遮光状態となる遮光層７と、を備え、該遮光層７は、ナフトピラン骨格もしくは［２．２］パラシクロファン骨格を有する、フォトクロミック材料によって構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。

近年、ウェラブルデバイスの分野における表示装置としてヘッドマウントディスプレイの需要が高まっている。特に外光を透過するタイプにおいては、外界の景色を裸眼と変わらずに認識し、必要に応じて眼球に映像や情報を投影することによって、日常生活に溶け込む情報機器としての利用がいろいろ研究されてきている。

日常生活で利用されるヘッドマウントディスプレイは、外光の影響下でも高い視認性を確保することが要求されている。特許文献１には、画像の輝度むらを低減させるため、光路差により光の強度を変更する表示装置が開示されている。

特開２０１７－４４８５３号公報

特許文献１の表示装置においては、投影する画像の輝度むらを低減して視認性を高めるものであるが、外光の強度に対しての視認性についてさらなる考察が必要とされる。すなわち、これらの透過するタイプのヘッドマウントディスプレイでは、外光下とくに太陽が出ている状態でも高い視認性を確保することが求められている。また、ヘッドマウントディスプレイは、入力手段としての応用も考えられている。さらに、表示、入力のデバイスとしての機能を満たした上で、小型軽量となるようなヘッドマウントディスプレイが求められている。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、日常生活のいかなる場面でも高い視認性を確保できるヘッドマウントディスプレイを提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のヘッドマウントディスプレイは、外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、眼球にむけて映像を投影する導光板と、該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、前記導光板に並列して設けられ、前記導光板の全部または一部を覆い、紫外光により遮光状態となる遮光層と、を備え、該遮光層は、ナフトピラン骨格もしくは［２．２］パラシクロファン骨格を有する、フォトクロミック材料によって構成されることを特徴とする。
このような発明によれば、フォトクロミック材料による遮光層を備えているので、外光のもとでも高い視認性を確保することができる。

本発明の一態様においては、前記映像装置と前記導光板の間に配置される第１のビームスプリッターと、イメージセンサと、を備え、前記第１のビームスプリッターを挟んで一方に前記映像装置を配置し、他方に前記イメージセンサを配置することを特徴とする。
このような構成によれば、第１のビームスプリッターを挟んで一方に映像装置を配置し、他方にイメージセンサを配置するので、イメージセンサによる入力機構を、装置規模を拡大することなく実装できる。

本発明の一態様においては、前記導光板の眼球側に設けられ、前記導光板から投影される映像の虚像距離を補正する第１の補正レンズと、前記導光板を挟んで前記第１の補正レンズの反対側に設けられ、該第１の補正レンズによる外界の像の歪みを補正する第２の補正レンズと、を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、虚像距離を補正する第１の補正レンズと外界の像の歪みを補正する第２の補正レンズとを備えるので、外界の像歪めることなく視認性の良い映像を眼球に投影することができる。

本発明の一態様においては、前記映像装置からの映像を縦偏光と横偏光に分離する第２のビームスプリッターと、前記横偏光を縦偏光へ、または前記縦偏光を横偏光に変換する１／２波長板と、を備え、前記第２のビームスプリッターで分離した縦偏光の映像と前記１／２波長板で横偏光から変換した縦偏光の映像とを導光板に導入する、または前記第２のビームスプリッターで分離した横偏光の映像と前記１／２波長板で縦偏光から変換した横偏光の映像とを導光板に導入する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、第２のビームスプリッターで分離した縦偏光の映像と１／２波長板で横偏光から変換した縦偏光の映像とを導光板に導入する、または第２のビームスプリッターで分離した横偏光の映像と前記１／２波長板で縦偏光から変換した横偏光の映像とを導光板に導入するので、縦と横の偏光による両方の映像の光強度を利用でき、明瞭な画像を眼球に投影することができる。

本発明の一態様においては、前記導光板は、眼球側に位置する、屈折率が一定の定常層と、該定常層に接合される、屈折率が連続的に変調される変調層と、から構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、導光板が定常層と定常層に接合される変調層から構成されているので、導光板への入射角度に依存する眼球に到達する光の反射回数の差を、減ずることができるので、輝度むらを抑制できる。

本発明の一態様においては、前記第２の補正レンズの側面に紫外光光源を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、第２の補正レンズの側面に紫外光光源を備えるので、フォトクロミック材料へ第２の補正レンズを利用して紫外光を照射して、遮光層の透過率を任意のタイミングで制御することができる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、眼球にむけて映像を投影する導光板と、該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、前記映像装置と前記導光板の間に配置される第１のビームスプリッターと、イメージセンサと、を備え、前記第１のビームスプリッターを挟んで一方に前記映像装置を配置し、他方に前記イメージセンサを配置する、ことを特徴とする。
このような発明によれば、第１のビームスプリッターを挟んで一方に映像装置を配置し、他方にイメージセンサを配置するので、イメージセンサによる入力機構を、装置規模を拡大することなく実装できる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、眼球にむけて映像を投影する導光板と、該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、を備え、前記導光板内の映像を眼球に向けて反射する部分透過鏡は、光の特定の波長領域のみを反射し、該波長領域の異なる複数の種類の部分透過鏡の集合体の繰り返しからなる列で構成される、ことを特徴とする。
このような発明によれば、部分透過鏡が、光の特定の波長領域のみを反射し、該波長領域の異なる複数の種類の部分透過鏡の集合体の繰り返しからなる列で構成されるので、眼球にむけて投影される光量を維持しつつ透過率を向上できるので、外部の視認性を向上することができる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、眼球にむけて映像を投影する導光板と、該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、を備え、前記導光板は、１乃至は複数の導光部から構成され、該導光部は、連続的な屈折率分布を有する光学素子からなる、ことを特徴とする。
このような発明によれば、小型の導光部の製造が容易であり、小型軽量のヘッドマウントディスプレイを実現できる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、眼球にむけて映像を投影する導光板と、該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、を備え、前記導光板は、複数の導光部から構成され、該導光部は、複数の角度から眼球に映像を投影する、ことを特徴とする。
このような発明によれば、複数の導光部が複数の角度から眼球に映像を投影するので、眼球で認識する投影画像のサイズを拡大することができる。

本発明によれば、日常生活のいかなる場面でも高い視認性を確保できるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの拡大平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの要部拡大平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの要部平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの要部平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの要部平断面図である。 従来例におけるヘッドマウントディスプレイの要部平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの導光板の平断面図である。 従来例におけるヘッドマウントディスプレイの導光板の平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの拡大平断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの側面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの導光部の拡大斜視断面図である。 本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの導光部の拡大斜視断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係るヘッドマウントディスプレイの要部平断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの拡大平断面図を示す。図２は、本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの平断面図である。図１は、図２の領域Ａの拡大図である。図１に示すように、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１は、外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイ１であって、眼球Ｇにむけて映像を投影する導光板３と、該導光板３の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置５と、前記導光板に並列して設けられ、前記導光板の全部または一部を覆い、紫外光により遮光状態となる遮光層７と、を備え、該遮光層７は、ナフトピラン骨格もしくは［２．２］パラシクロファン骨格を有する、フォトクロミック材料によって構成される。

導光板３の端部は、入光部３ｐとされ、映像装置５と入光部３ｐの間には、プリズム部４ｐが設けられ、後述するイメージセンサ、映像装置５、入光部３ｐ、プリズム部４ｐは、眼球Ｇに映像を投射する光学部４を構成している。導光板３内には、導光板３内に投射された映像を眼球に向けて反射する透過鏡３ａの列が設けられている。ここで、透過鏡３ａとは、一定割合の光を反射し、残りの光を透過するハーフミラ－のことである。

ヘッドマウントディスプレイ１は、さらに、前記導光板３の眼球Ｇ側に設けられ、前記導光板３から投影される映像の虚像距離を補正する第１の補正レンズ９と、前記導光板３を挟んで前記第１の補正レンズ９の反対側に設けられ、該第１の補正レンズ９による外界の像の歪みを補正する第２の補正レンズ１１と、を備えている。第２の補正レンズ１１の側面には、紫外光光源１３を備えている。

図４は、光学部４と眼球Ｇに対向する導光板３の拡大平断面図を示している。図１では、省略されていたが、図４に示すように、光学部４は、映像装置５の他に、イメージセンサ１７、プリズム部４ｐ内に、第１のビームスプリッター１５、入光部３ｐ内に、第２のビームスプリッター１９、１／２波長板２１を備えている。また、導光板３と眼球Ｇの間には１／４波長板２３が設けられている。

次に、図１を参照して、ヘッドマウントディスプレイ１の動作について説明する。映像装置５からプリズム部４ｐに投射された映像は、種々の光学処理をされて、入光部３ｐに入光し、導光板３の透過鏡３ａの列に投射される。透過鏡３ａの列は、投射された映像を眼球Ｇに向けて反射する。このとき、透過鏡３ａは、列として複数設けられているので、眼球Ｇが、図１に示す紙面上下のアイボックスｂの範囲にとどまっている限りは、同じ映像を感知することができる。

導光板３を含む眼球Ｇの前にある部材は、透明なもので形成されているので、眼球Ｇは、ヘッドマウントディスプレイ１を装着した状態で外光を感知することができる。遮光層７は、外光、または紫外光光源１３から第２の補正レンズ１１を経て照射される紫外光によって着色し遮光状態となる。

第１の補正レンズ９は、映像装置５から投射され透過鏡３ａで反射されて眼球Ｇに投影される虚像の距離を補正し、眼球Ｇに感知される映像を見やすい距離とする。このとき、第１の補正レンズ９のみの構成では、外界からの像が歪んでしまうので、その歪みを第２の補正レンズ１１によって補正している。図３は、この歪み補正について説明する為の第１の補正レンズ９と第２の補正レンズ１１の拡大平断面図である。外光ｋは、領域ｒ１を経て第１の補正レンズ９と第２の補正レンズ１１の領域ｒ２に入光し、領域ｒ２を透過した外光ｋは、領域ｒ３経て眼球位置ｈに到達する。図３に示すように、領域ｒ２では外光ｋの経路に歪みが生じているが、第１の補正レンズと第２の補正レンズ１１による像の調整により、領域ｒ１と領域ｒ３は、連続性をもって像が眼球位置ｈまで到達していることがわかる。

次に、図４を参照して、映像装置５から投射される映像が眼球Ｇに至るまでの経路と、眼球Ｇからの像がイメージセンサ１７に至るまでの経路について説明する。画像装置５から投射された光は、第１のビームスプリッター１５で反射される。図４で符号ｓで示される記号は紙面に対して垂直な直線偏光を表し、本明細書中では縦偏光と表現する場合がある。また、符号ｐで表される記号は、前述の縦偏光に垂直な直線偏光を表し、横偏光と表現する場合がある。映像装置５から投射される光は、縦偏光ｓと横偏光ｐを含んでいる。

映像装置５から投射されて第１のビームスプリッター１５に至った光は、反射されてプリズム部４ｐと空気との境界面ｄ１に向かい、境界面ｄ１でさらに反射されて入光部３ｐに向かう。入光部３ｐは、第２のビームスプリッター１９を備えている。第２のビームスプリッター１９は、偏光ビームスプリッターであり、入光した光は、第２のビームスプリッター１９によって、縦偏光ｓの光が境界ｄ３にむけて反射され、横偏光ｐの光は、第２のビームスプリッター１９を透過して境界ｄ２に向かう。境界ｄ３に向かった縦偏光ｐの光は、境界ｄ３で更に反射され、眼球Ｇ近傍の導光板３内に導入される。第２のビームスプリッターを透過して境界ｄ２に向かった横偏光ｐの光は、境界ｄ２で反射され、１／２波長板２１を透過することによって、横偏光ｐが縦偏光ｓに変換され、眼球Ｇ近傍の導光板３内に導入される。

導光板３内に導入された光は、導光板３と空気の境界ｄ４、ｄ５で反射されながら、眼球Ｇに対向する透過鏡３ａに至る。透過鏡３ａで反射された光は、眼球Ｇに向かい１／４波長板２３を透過することによって、縦偏光ｓが右回り円偏光ＣＲに変換され眼球Ｇに到達し眼球Ｇは、映像装置５からの虚像を感知する。

次に、眼球Ｇの像がイメージセンサ１７に至る経路について説明する。前述した映像装置５からの光に照らされた眼球Ｇから正反射する光は、右回り円偏光ＣＲなので、この光は眼球Ｇで左回り円偏光ＣＬで反射する。この左回り円偏光ＣＬの光は、１／４波長板を透過することによって、横偏光ｐに変換される。横偏光ｐの眼球Ｇからの光は、第２のビームスプリッター１９を経てイメージセンサ１７に到達することができない。一方で、拡散反射光による眼球Ｇの像は、上述の映像装置５から眼球Ｇに至る経路の逆の経路をたどり、第１のビームスプリッター１５に到達する。第１のビームスプリッター１５に到達した光は、第１のビームスプリッター１５を透過して、イメージセンサ１７に到達する。このような経路を経て、イメージセンサ１７は、眼球画像を検知する。イメージセンサ１７で検知された眼球画像は、この画像に基づいて種々の解析がおこなわれ、眼球の瞳の位置や動きが検知され、例えばその位置や動きのパターンを検出することによって、対応する瞳入力が行われる。なおここでは、界面での反射や透過に伴う位相の変化による偏光状態の変化を説明していないが、映像装置５の特定の領域の画素のみを使用するなどの方法により、前述の通り構成可能である。

また、映像装置５からの光に照らされた眼球Ｇから正反射する光を瞳入力に利用することもできる。図１４は、本実施形態の変形例に係るヘッドマウントディスプレイの要部平断面図である。この場合には、例えば、第２のビームスプリッター１９に対して面対称になるように第２のイメージセンサ１７’と第２のプリズム部４ｐ’を配置する。この様に素子を追加することにより、第２のビームスプリッター１９を経てイメージセンサ１７に到達することができなかった光を、イメージセンサ１７’で検知することができる。

以上述べたように、本実施形態では、遮光層７を備えているので、外光からの紫外光、または映像装置５の映像の投影に基づいて制御される紫外光光源１３からの紫外光によって遮光状態となる。したがって、眼球Ｇに投影される映像を、外光の状態にかかわらず、すなわち明るい太陽のもとでも、明瞭に感知することができる。遮光層７は、ナフトピラン骨格もしくは［２．２］パラシクロファン骨格を有する材料で形成されるので、紫外光照射による着色応答と着色状態から紫外光照射が止まった状態での透明化応答の速度が早い。このことにより、眼球Ｇに映像を投影する際にすばやく遮光して見やすい状態とすることができる。また、遮光が必要なくなった際にすばやく透明化する。したがって、対面する人物とのアイコンタクトによる非言語コミュニケーションの妨害や、外界の像の視認しづらさ等への影響を最小限とすることができる。

ヘッドマウントディスプレイ１は、第１の補正レンズ９を備えているので、眼球Ｇに投影される虚像の距離を見やすい位置に調整することができ、また第１の補正レンズ９による外界からの像の歪みを第２の補正レンズ１１によって補正するので、虚像の距離を見やすく補正したうえで、外界の視認性に影響を与えることがない。

本実施形態においては、映像装置５からの縦偏光ｓと横偏光ｐの光のうち、縦偏光ｓの光は、そのまま眼球Ｇに送られる。横偏光ｐの光は、縦偏光ｓに変換されて、眼球Ｇに送られる。すなわち、映像装置５からの光をすべて利用して映像が送られる。したがって、眼球Ｇに充分明るい映像を投影することができる。また、第１のビームスプリッター１５を挟んで一方に映像装置５を配置し、他方にイメージセンサ１７を配置するので、眼球Ｇに映像を送る経路の逆の経路を利用して眼球Ｇの画像をイメージセンサ１７に送ることができる。眼球Ｇに対する照明も、眼球Ｇに送る映像の光を利用する。したがって、ヘッドマウントディスプレイ１の外観を損なうことなく、かつ装置を小型化することができる。

（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態に係る光学部４０を示す。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、図５に示される光学部４０であり、その他の部分については、第１実施形態と同様の構成によって、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

図５に示すように、本実施形態では、イメージセンサ１７が第１のビームスプリッター１５ａの直近に配置されている。ここで第１のビームスプリッター１５ａは、イメージセンサ１７とプリズム部４０ｐの境界にコーティングによって形成される偏光ビームスプリッターである。また、導光板３０の入光部３０ｐ内には、第１実施形態と異なり、第２のビームスプリッターと１／２波長板を備えていない。入光部３０ｐとプリズム部４０ｐの間には、１／４波長板２３が設けられている。映像装置５の直近には、偏光板２４が設けられている。

映像装置５から投射された光は、偏光板２４によって、縦偏光ｓの光のみがプリズム部４０ｐに入光される。入光された光は、第１のビームスプリッター１５ａに向かい、第１のビームスプリッター１５ａで反射される。第１のビームスプリッター１５ａで反射された光は、プリズム部４０ｐと空気の境界ｄ６に向かい、境界ｄ６で入光部３０ｐに向けて反射される。プリズム部４０ｐと入光部３０ｐの間には、１／４波長板２３が設けられているので、境界ｄ６から入光部３０ｐに向かった光は、この１／４波長板２３で、縦偏光ｓの光が右まわり円偏光ＣＲに変換され、導光板３０内に投射される。

第１実施形態とほぼ同じ経路を経て眼球Ｇに至った光は、眼球Ｇから反射されて左回り円偏光ＣＬの光として入光部３０ｐに戻ってくる。戻ってきた左回り円偏光ＣＬの光は、１／４波長板２３によって横偏光ｐに変換されて、映像装置５から入光部３０ｐへ投射した光の経路と逆の経路をたどり、第１のビームスプリッター１５ａを透過してイメージセンサ１７に到達する。

このように光学部４０を小規模に構成できる理由は、イメージセンサ１７で感知する眼球Ｇの画像解析の為には、それほどの高解像度の像が必要とされないためであり、このことにより、本実施形態では、部品点数、及び部品のサイズを縮小することができる。従って、小型で軽量なヘッドマウントディスプレイを実現することができる。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る導光板３１の拡大平断面図を示している。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、導光板３１内の第１実施形態における透過鏡３ａが部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂに置き換えられている点である。その他の部分については、第１実施形態と同様の構成によって、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

図６に示すように、本実施形態における導光板３１内には、導光板３１内の映像を眼球に向けて反射する部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂが設けられている。この部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂは、光の特定の波長領域のみを反射し、この波長領域の異なる複数の種類の部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂの集合体の繰り返しからなる列で構成されている。

比較のため、図７に、第１実施形態に係る導光板３の拡大平断面図を示す。図６、図７に示すように第１実施形態では、導光板３内は、１種類の透過鏡３ａからなる列で構成されているが、本実施形態では、３種類の部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂで構成されている。部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂで反射される光は、順にＲＧＢ（赤緑青）に対応しており、それ以外の光は透過するようになっている。例えば、部分透過鏡３ｒは、赤の光の成分の一定割合の光を反射し、残りの光を透過する。また、赤以外の光の成分（緑青）については、透過する。他の部分透過鏡３ｇ、３ｂについても対応する光の成分ごとに同様の動作をする。

本実施形態では、部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂが、光の特定の波長領域のみを反射する。また、導光板３１内の部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂの列は、この波長領域の異なる複数の種類の部分透過鏡３ｒ、３ｇ、３ｂの集合体の繰り返しからなる列で構成されるので、眼球にむけて投影される光量を維持しつつ透過率を向上できる。したがって、外部の視認性を向上することができる。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る導光板５０の拡大平断面図を示している。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、導光板５０内の構成であり、その他の部分については、第１実施形態と同様の構成によって、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

図８に示すように、本実施形態における導光板５０は、眼球Ｇ側に位置する、屈折率が一定の定常層２５と、この定常層に接合される、屈折率が連続的に変調される変調層２７と、から構成されている。

比較のため、図９に、第１実施形態に係る導光板３の拡大平断面図を示す。図９に示すように、５種類の入射角の異なるｕ１からｕ５の光は、導光板３内を空気と導光板３の境界で全反射を繰り返し伝わっていく。しかし、入射角の違いによって、移動距離に対しての反射回数が異なることがわかる。すなわち、入射角の小さい光ｕ１に比較して、入射角の大きい光ｕ５は、同じ距離を進む場合の境界での反射回数が異なっているのがわかる。このことは、入射角度ごとに光の輝度むらが生じる原因となる恐れがある。

一方、本実施形態では、図８に示すように、導光板５０が、定常層２５と変調層２７から構成されている。図８に示されるグラフＴは、導光板５０の深さ方向ｚの屈折率ｎの変化を表したものである。屈折率ｎは、定常層２５の領域内では、一定の値を示し、領域２７からは、徐々に減少するように形成されている。導光板５０に、このような屈折率の変化を与えることにより、浅い入射角で導光板５０に入光した光ｔ１は、変調層２７の浅い領域から戻ってくる。深い入射角で導光板５０に入光した光ｔ２は、変調層２７の深い領域から戻ってくる。結果として、図８に示すように、導光板５０を伝搬する際の反射回数を、入射角にそれほど依存せずに、それぞれの入射角で、近い回数にそろえることが可能となる。

すなわち、本実施形態では、導光板５０が定常層２５と定常層２５に接合される変調層２７とから構成されているので、導光板５０への入射角度に依存する眼球に到達するまでの光の反射回数の差を、減ずることができる。したがって、入射角に依存する輝度むらを抑制して明瞭な画像を眼球Ｇに投影することができる。

（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の拡大平断面図を示している。図１１は、図１０の側面図である。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、導光板５０の構成であり、その他の部分については、第１実施形態と同様の構成によって、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

図１０に示すように、本実施形態における導光板３００は、複数の導光部５１、５２、５３から構成され、この導光部５１、５２、５３は、複数の角度から眼球Ｇに映像を投影するようになっている。また、個々の導光部５１、５２、５３は、連続的な屈折率分布を有する光学素子で形成されている。

本実施形態では、図１０に示すように、各導光部５１、５２、５３のミラー部５１ａ、５２ａ、５３ａの眼球Ｇに対して反射する角度が異なっているので、複数の導光部５１、５２、５３が複数の角度から眼球Ｇに映像を投影することができる。眼球Ｇへ投射される角度の異なる映像は、眼球Ｇの網膜上の異なった部分への投影となる。したがって、眼球Ｇで認識する投影画像のサイズを拡大することができる。

また、各導光部５１、５２、５３は、屈折光学素子で形成されているので、回折光学素子で形成した場合よりも、ノイズが少ない。また、加工の容易さから、小型軽量の導光板を実現できる。よって、小型軽量かつ視野角の大きい導光板並びに、ヘッドマウントディスプレイを実現できる。

本実施形態では、図１０に示すごとく、複数の角度は、水平方向ｙに対して実装されたが、これに限定されず、ｘ方向（図１１紙面上下方向）、に対して、導光部を積層し垂直方向の複数の角度から眼球Ｇに映像を投影してよい。もちろん、ｘ、ｙ両方向の複数の角度からの投影を採用して良い。

（第５実施形態の変形例）
図１３は、本変形例の導光部５４、５５、５６の拡大斜視断面図を示している。図１２は、第５実施形態の導光部５１、５２、５３の拡大斜視断面図を示している。図１３に示すように、本変形例では、円状の断面形状に替えて、矩形状の断面形状を有する導光部５４、５５、５６を採用する。このことにより、本変形例では、映像を感知できる眼球Ｇの縦方向の位置（アイボックスの縦方向の範囲）を拡大する素子を、導光部と映像装置との間に導入することが必要な一方で、外界からの像の歪みを低減することができる。

以上の明細書の記載に関して、特許請求の範囲は、本願発明の技術的思想から逸脱することのない範囲で、実施の形態に対する多数の変形形態を包括するものである。したがって、本明細書に開示された実施形態は、例示のために示されたものであり、本願発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
また、本発明における映像装置としては、液晶、ＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ乃至は有機ＥＬ）等を採用することができる。

１、１００ ヘッドマウントディスプレイ
３、３０、３１、５０、３００ 導光板
３ｒ、３ｇ、３ｂ 部分透過鏡
５ 映像装置
７ 遮光層
９ 第１の補正レンズ
１１ 第２の補正レンズ
１３ 紫外光光源
１５、１５ａ 第１のビームスプリッター
１７、１７’ イメージセンサ
１９ 第２のビームスプリッター
２１ １／２波長板
２５ 定常層
２７ 変調層
５１、５２、５３、５４、５５、５６ 導光部

Claims (10)

1. 外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、
   眼球にむけて映像を投影する導光板と、
   該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、
   前記導光板に並列して設けられ、前記導光板の全部または一部を覆い、紫外光により遮光状態となる遮光層と、を備え、
   該遮光層は、ナフトピラン骨格もしくは［２．２］パラシクロファン骨格を有する、フォトクロミック材料によって構成される、
   ヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記映像装置と前記導光板の間に配置される第１のビームスプリッターと、
   イメージセンサと、を備え、
   前記第１のビームスプリッターを挟んで一方に前記映像装置を配置し、他方に前記イメージセンサを配置する、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記導光板の眼球側に設けられ、前記導光板から投影される映像の虚像距離を補正する第１の補正レンズと、
   前記導光板を挟んで前記第１の補正レンズの反対側に設けられ、該第１の補正レンズによる外界の像の歪みを補正する第２の補正レンズと、を備える、請求項１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記映像装置からの映像を縦偏光と横偏光に分離する第２のビームスプリッターと、
   前記横偏光を縦偏光へ、または前記縦偏光を横偏光に変換する１／２波長板と、を備え、
   前記第２のビームスプリッターで分離した縦偏光の映像と前記１／２波長板で横偏光から変換した縦偏光の映像とを導光板に導入する、または前記第２のビームスプリッターで分離した横偏光の映像と前記１／２波長板で縦偏光から変換した横偏光の映像とを導光板に導入する、請求項１から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。
5. 前記導光板は、眼球側に位置する、屈折率が一定の定常層と、該定常層に接合される、屈折率が連続的に変調される変調層と、から構成される請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記第２の補正レンズの側面に紫外光光源を備える、請求項３から５のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、
   眼球にむけて映像を投影する導光板と、
   該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、
   前記映像装置と前記導光板の間に配置される第１のビームスプリッターと、
   イメージセンサと、を備え、
   前記第１のビームスプリッターを挟んで一方に前記映像装置を配置し、他方に前記イメージセンサを配置する、ヘッドマウントディスプレイ。
8. 外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、
   眼球にむけて映像を投影する導光板と、
   該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、を備え、
   前記導光板内の映像を眼球に向けて反射する部分透過鏡は、光の特定の波長領域のみを反射し、該波長領域の異なる複数の種類の部分透過鏡の集合体の繰り返しからなる列で構成される、ヘッドマウントディスプレイ。
9. 外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、
   眼球にむけて映像を投影する導光板と、
   該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、を備え、
   前記導光板は、１乃至は複数の導光部から構成され、該導光部は、連続的な屈折率分布を有する光学素子からなる、ヘッドマウントディスプレイ。
10. 外界からの光を透過する領域から眼球にむけて映像を投影するヘッドマウントディスプレイであって、
    眼球にむけて映像を投影する導光板と、
    該導光板の側方に配置され映像を前記導光板にむけて投影する映像装置と、を備え、
    前記導光板は、複数の導光部から構成され、該導光部は、複数の角度から眼球に映像を投影する、ヘッドマウントディスプレイ。
    
    

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