JP5803784B2 - Head mounted display - Google Patents

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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。   The present invention relates to a head-mounted display that displays an image by allowing image light to enter a user's eye while allowing recognition of the external environment by external light, and more particularly to a head that images the external world by receiving external light. Regarding mount display.

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。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an image display device, a head mounted display (hereinafter referred to as “HMD” as appropriate) that is used by being mounted on a user's head is known. There is a so-called see-through type in which an image is displayed by allowing image light to enter a user's eye while allowing recognition of the outside world by outside light. Some HMDs have a configuration for imaging the outside world by receiving the incidence of outside light.

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。)。   An HMD having a configuration for displaying an image and a configuration for capturing the outside world is configured such that a display field angle and a display position for a display image match an imaging field angle and a shooting position for the captured image. (For example, refer to Patent Document 1).

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。   In Patent Document 1, a display unit having an image display unit that emits image light for displaying an image, and an imaging unit that captures the external world by receiving external light are provided in front of the user's eyes. The structure arrange | positioned on the right-and-left both sides through the arrange | positioned half mirror is disclosed. In such a configuration, the imaging unit is disposed outside the display unit. Patent Document 1 also describes a configuration in which a polarization beam splitter that transmits only a predetermined polarization component is disposed in an optical system including a half mirror disposed in front of a user's eye.

特開2012−2889号公報JP 2012-2889 A

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。   In the related art as described above, as an example, a display unit and an imaging unit provided outside the display unit are placed horizontally with a half mirror or a polarizing beam splitter positioned in front of the user's eyes. HMD devices are arranged on opposite sides in the direction (left and right direction), but the user's field of view is hindered by an imaging unit or the like provided outside the display unit, or the display unit and the imaging unit are easily separated. There was a problem of increasing the size.

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。   Patent Document 1 also discloses a configuration in which the image display unit and the imaging unit are arranged on the same side in the horizontal direction with respect to the half mirror positioned in front of the user's eyes. With regard to this configuration, for example, the image display unit and the imaging unit arranged on the same side with respect to the half mirror are housed in a common housing together with other optical systems such as lenses. For this reason, the size of the casing is increased, and for example, a part of the casing protrudes from the left or right side in front of the user's eyes, thereby hindering the user's field of view, particularly the horizontal field of view. Further, since the image light and the external light to be imaged pass through the half mirror many times, the intensity of the image light and the external light is considerably reduced, and there is a problem in terms of power consumption and image quality.

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。   In view of the circumstances as described above, the present invention can greatly improve the visual field in the horizontal direction in a configuration having an image pickup unit that picks up the outside world by receiving the incidence of external light in addition to the image display unit. An object of the present invention is to provide an HMD that can be miniaturized and has improved portability.

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。   In order to achieve the above object, a head mounted display according to the present invention includes a display element that emits image light for displaying an image, and an image that is disposed in front of a user's eye and emitted from the display element. A first optical element that receives light from above, reflects at least a part of the incident image light and enters the eye, and transmits a part of the incident external light to enter the eye; and The first optical element is disposed above the first optical element, and image light emitted from the display element is incident from a direction along the left-right direction of the user, and the incident image light is reflected downward to cause the first optical element to be reflected. The second optical element to be incident on the imaging surface and external light incident on the optical axis of the image light incident on the second optical element or its extension line via the second optical element are received by the imaging surface. Image sensor Equipped with a.

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。   One preferred embodiment of the head mounted display according to the present invention is that the display element emits s-polarized image light, and the first optical element reflects the s-polarized light and transmits the p-polarized light. A beam splitter that reflects the s-polarized component of the external light incident on the side opposite to the side that reflects the image light incident on the eye in the downward direction, and the second optical element converts the s-polarized light A polarizing beam splitter that reflects and transmits p-polarized light, and includes a quarter-wave plate and a total reflection mirror that are disposed below the first optical element and sequentially disposed with respect to incident light, A first polarization reflection unit that receives the s-polarized component of the external light reflected downward from the first optical element, converts the s-polarized component of the incident external light into a p-polarized component, and reflects it upward; Above the second optical element The first optical element and the second optical element that are reflected by the first polarization reflector and are arranged in order with respect to incident light. A p-polarized component of the external light transmitted through the light, and a second polarized light reflection unit that converts the p-polarized component of the incident external light into an s-polarized component and reflects it downward, and the imaging device comprises Outside light that is disposed at a position opposite to the display element with respect to the second optical element with respect to the left-right direction and reflected by the second optical element after being reflected by the second polarization reflecting portion. The s-polarized light component is incident on the imaging surface.

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。   Further, the total reflection mirrors included in each of the first polarization reflection unit and the second polarization reflection unit may be curved mirrors having power.

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。   One preferred embodiment of the head mounted display according to the present invention is that the display element emits s-polarized image light, and the first optical element reflects the s-polarized light and transmits the p-polarized light. A beam splitter, which reflects the s-polarized component of the external light incident on the opposite side to the side reflecting the image light incident on the eye, and the second optical element includes a total reflection mirror A quarter-wave plate and a total reflection mirror that are arranged below the first optical element and arranged in order with respect to incident light, and are reflected downward from the first optical element. An s-polarized component of the external light is incident, a polarization reflection unit that converts the s-polarized component of the incident external light into a p-polarized component and reflects it upward, and an optical axis of the image light incident on the second optical element Placed on top, reflecting s-polarized light A polarizing beam splitter having polarization characteristics that transmits polarized light, and image light emitted from the display element is incident from a direction orthogonal to the optical axis, and reflects the incident image light toward the second optical element. The imaging element is arranged at a position on the same side as the display element with respect to the second optical element in the left-right direction, and is reflected by the polarization reflection unit and then the second optical element. The imaging surface receives incident p-polarized light component of external light reflected by the element and further transmitted through the polarizing beam splitter.

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。   Further, the total reflection mirror as the second optical element and the total reflection mirror included in the polarization reflection unit may be a curved mirror having power.

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。   One of the preferred embodiments of the head mounted display according to the present invention is that the display element emits s-polarized image light, and the second optical element reflects the s-polarized light and transmits the p-polarized light. A beam splitter, which is disposed at a position opposite to the display element with respect to the second optical element in the left-right direction, receives external light incident from the front of the user, and totally reflects the incident external light A total reflection mirror that is incident on the second optical element; an external light introduction opening that is disposed in front of the total reflection mirror and that forms an opening that guides external light incident on the total reflection mirror; 2 is arranged on the optical axis of the image light incident on the optical element 2 and has a polarization characteristic of reflecting s-polarized light and transmitting p-polarized light, and the image light emitted from the display element is orthogonal to the optical axis. Direction And a polarization beam splitter that reflects the incident image light toward the second optical element, and the imaging element is configured to display the display element with respect to the second optical element in the left-right direction. The p-polarized component of the external light transmitted through the second optical element and the polarization beam splitter after being reflected by the total reflection mirror is received by the imaging surface.

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。   The total reflection mirror may be a curved mirror having power.

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。   According to the present invention, in addition to the image display unit, in a configuration having an imaging unit that captures the outside world by receiving the incidence of outside light, the horizontal field of view can be greatly improved, and the apparatus can be downsized. And portability can be improved.

本発明の第1実施形態に係るHMDの構成を示す正面図。The front view which shows the structure of HMD which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るHMDの構成を示す側面図。The side view which shows the structure of HMD which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るHMDの構成を示す正面図。The front view which shows the structure of HMD which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るHMDの構成を示す側面図。The side view which shows the structure of HMD which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るHMDの構成を示す平面図。The top view which shows the structure of HMD which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るHMDの構成を示す正面図。The front view which shows the structure of HMD which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るHMDの構成を示す平面図。The top view which shows the structure of HMD which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

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。   In a see-through type HMD having a configuration for imaging the outside world, the present invention uses the polarization characteristics of light and the like for the image light for displaying an image and the path of the outside light to be imaged in the horizontal direction. An object of the present invention is to realize a configuration capable of greatly improving the field of view and reducing the size of the apparatus. Embodiments of the present invention will be described below.

[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。
[First Embodiment]
(Schematic configuration of HMD)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 corresponds to a view in the direction of arrow A in FIG. In FIG. 2, for convenience of explanation, illustration of a part of the configuration of the HMD 1 according to the present embodiment is omitted.

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。   The HMD 1 according to the present embodiment displays an image based on an image signal on a liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display) as a display element for one eye of a user of the HMD 1 (hereinafter simply referred to as “user”). By displaying with image light emitted from the user, the user is made to visually recognize images such as images and characters. In the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the structure which displays an image with respect to the user's left eye Y1 is shown. Further, the HMD 1 according to the present embodiment includes a configuration for imaging the outside world by receiving the incidence of external light in addition to the configuration for displaying an image by image light.

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。   As shown in FIG. 1, the HMD 1 of the present embodiment includes a control unit 2 and a display imaging unit 3.

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。   The control unit 2 includes a control unit that controls the operation of the HMD 1 and a power supply unit that supplies power to the display imaging unit 3. The control unit of the control unit 2 receives the image signal from the outside, or internally generates and outputs the image signal. The image signal output from the control unit of the control unit 2 is sent to the display imaging unit 3 through the cable 5 together with the power from the power supply unit.

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。   The display imaging unit 3 includes an LCD 11 as a display element that emits image light for displaying an image. The LCD 11 constitutes an image display unit in the HMD 1. The display imaging unit 3 receives an image signal and power sent from the control unit 2 by a display control unit that controls the operation of the display imaging unit 3, controls the LCD 11, and displays an image corresponding to the image signal from the LCD 11. Display. The LCD 11 performs liquid crystal display using light from a light source configured as an LED (Light Emitting Diode) backlight or the like.

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。   The display imaging unit 3 includes a CCD (Charge Coupled Device) 12 as an imaging device for imaging the outside world, and constitutes an imaging unit in the display imaging unit 3, and collects light with respect to the imaging surface of the CCD 12. You may comprise an imaging unit with the lens etc. which light. In addition, the display imaging unit 3 may have a camera board or the like on which a control frequency for controlling the IC, the CCD 12, or the like is mounted as a configuration for imaging the outside world.

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。   In addition to the CCD, other image sensors such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) are appropriately employed as the image sensor.

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。   Thus, the camera module constituted by the CCD 12 and the like in the display imaging unit 3 is connected to the control unit 2 by the cable 5. That is, the cable 5 includes a connection line such as a wire harness for connecting the camera module included in the display imaging unit 3 and the control unit 2. The image data acquired by the camera module is sent to the control unit or the like of the control unit 2 through the cable 5. Further, the camera module is supplied with power from the control unit 2 through the cable 5.

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。   The display / imaging unit 3 also includes a lens 13 that constitutes an optical system that receives image light emitted from the LCD 11. The lens 13 is one or a plurality of lenses, and is provided, for example, in a state of being housed in a lens barrel in the display imaging unit 3.

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。   As described above, the various configurations including the LCD 11, the CCD 12, and the lens 13 included in the display imaging unit 3 are accommodated in the outer case 4 as a casing constituting the display imaging unit 3. The outer case 4 is supported by a support frame (not shown) and is mounted on the user's head.

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。   The support frame provided in the HMD 1 is, for example, a glasses-type frame, and supports the display imaging unit 3 and constitutes a mounting portion that is mounted on the user's head. The support frame supports the display imaging unit 3 so that an image can be displayed to the user by the display imaging unit 3 as described above while being mounted on the user's head.

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。   The display imaging unit 3 also includes a polarizing beam splitter (Polarizing Beam Splitter, hereinafter referred to as “PBS”) 21 for guiding a user to view an image. The PBS 21 reflects polarized light (s-polarized light) having a predetermined polarization direction and transmits polarized light (p-polarized light) having another predetermined polarization direction. The PBS 21 is provided so as to be positioned in front of the left eye Y1 of the user while being supported by a holder provided at one end of the exterior case 4 of the display imaging unit 3.

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。   The display imaging unit 3 causes the user to visually recognize the image displayed on the LCD unit using the PBS 21. Moreover, PBS21 permeate | transmits external light and makes it inject into a user's eye Y1. Therefore, the user can visually recognize the image displayed by the display imaging unit 3 on the background recognized by the external light.

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。   As described above, the HMD 1 of the present embodiment secures a field of view to the outside world for the user by transmitting outside light, and also displays the image displayed by the display imaging unit 3 to the user. This is an image display device. The HMD 1 of the present embodiment is configured to display an image using an LCD as a display element that emits image light for displaying an image. As the display element, for example, an LED or an EL (EL) can be used. Other display elements using Electro Luminescence) or the like may be employed as appropriate. In addition, as the HMD, for example, a laser beam having an intensity corresponding to an image signal is scanned in a two-dimensional direction, and the scanned laser beam is incident from a pupil and projected onto the retina to visually recognize the image. It may be a so-called retinal scanning type image display device.

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。   In addition, the HMD 1 of the present embodiment is a configuration for the left eye that displays an image on the left eye Y1 of the user, but the HMD according to the present invention is a right eye that displays an image on the right eye of the user. Or a configuration for left and right eyes. The configuration for displaying an image on the right eye of the user is such that the configuration for the left eye as shown in FIGS. 1 and 2 is a configuration for supporting the display imaging unit 3 with respect to the display imaging unit 3 and the glasses-type support frame. It is realized by being configured symmetrically in the right and left direction. In the following description, the up / down / front / back / left / right directions of the display imaging unit 3 correspond to the up / down / front / back / left / right directions of the user wearing the HMD 1.

(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。
(Detailed configuration of HMD)
The HMD 1 of the present embodiment is a see-through type HMD having a configuration for imaging the outside world. With respect to the arrangement of each configuration including the LCD 11, the CCD 12, the PBS 21, etc. It has a configuration that realizes a characteristic path for the emitted image light and the path of external light that enters the CCD 12 and is imaged. Details will be described below.

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。   As described above, the HMD 1 of the present embodiment includes the LCD 11 as a display element that emits image light for displaying an image, and the CCD 12 as an imaging element that receives external light on the imaging surface. Moreover, HMD1 is equipped with PBS21 arrange | positioned in front of a user's eye Y1. The PBS 21 receives the image light emitted from the LCD 11, reflects the incident image light, and enters the user's eye Y <b> 1. Moreover, PBS21 permeate | transmits external light and makes it inject into a user's eye Y1.

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。   The PBS 21 corresponds to the first optical element in the HMD 1 of the present embodiment. The PBS 21 receives image light emitted from the LCD 11 from above, reflects the incident image light, and enters the eye Y1. Specifically, it is as follows.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the image light Xs2 traveling downward in the vertical direction is incident on the PBS 21. That is, the PBS 21 receives the image light Xs2 from above with the downward direction as the incident direction. The PBS 21 causes the reflected image light Xs3 to enter the left eye Y1 of the user by reflecting the image light Xs2 incident from above upward in a substantially horizontal direction.

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。   The PBS 21 has an exit surface 21a for guiding image light to the user's eye Y1. The emission surface 21a is a surface that is inclined to face the eye Y1 at a position in front of the eye Y1, and is substantially perpendicular to the vertical direction when viewed from the side so that the lower side is closer to the user side and the upper side is farther from the user. It is a rectangular surface inclined so as to form 45 ° (see FIG. 2). That is, the exit surface 21a of the PBS 21 is a surface that faces rearward and obliquely upward.

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。   More specifically, the PBS 21 is a rectangular thin plate-like member, and is arranged in such a posture that each side of the rectangular plate-like outer shape is along the left-right direction and the up-down direction, respectively, as viewed from the front as shown in FIG. The As described above, in the PBS 21, the image light Xs2 enters the emission surface 21a from above, the incident image light Xs2 is reflected by the emission surface 21a, and the image light Xs3 as reflected light enters the user's eye Y1. To do.

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。   In addition to guiding the image light from above to the user's eye as described above, the PBS 21 transmits a part of the incident external light and makes it incident on the user's eye Y1. In the PBS 21, external light enters from the side opposite to the exit surface 21a.

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。   And PBS21 permeate | transmits a part of external field light which injects from a front side in the position ahead of a user's eye Y1, and permits the entrance to external eye Y1. About the external light which permeate | transmits PBS21, it becomes an aspect which radiate | emits from the output surface 21a of PBS21, and injects into the eye Y1. Here, since the PBS 21 transmits the p-polarized light as described above, the p-polarized component of the incident external light is transmitted.

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。   As described above, the PBS 21 receives the image light emitted from the LCD 11 on the emission surface 21a with the downward direction as the incident direction, reflects the incident image light to the eye Y1, and is opposite to the emission surface 21a. A part of the external light incident from the side is transmitted and incident on the eye Y1.

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。   HMD1 of this embodiment is equipped with PBS22 arrange | positioned above PBS21. The PBS 22 receives the image light emitted from the LCD 11, reflects the incident image light, and causes the image light to enter the PBS 21.

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。   The PBS 22 corresponds to a second optical element in the HMD 1 of the present embodiment. The PBS 22 receives image light emitted from the LCD 11 from a direction along the left-right direction of the user, reflects the incident image light downward, and enters the PBS 21. Specifically, it is as follows.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the PBS 22 has image light that travels in the direction along the left-right direction of the user, that is, in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 1), from the outside in the left-right direction toward the inside. The traveling image light is incident. Since the HMD 1 of the present embodiment is configured for the left eye, the image light Xs1 traveling from the left side, which is the outer side in the left-right direction, to the right side, which is the inner side in the left-right direction, is incident on the PBS 22 Is done. That is, the PBS 22 receives the image light Xs1 from the left with the right direction (left direction in FIG. 1) as the incident direction. Then, the PBS 22 reflects the image light Xs1 incident from the left side downward in a substantially vertical direction, thereby causing the reflected image light Xs2 to enter the emission surface 21a of the PBS 21.

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。   The PBS 22 has an exit surface 22a for guiding image light to the PBS 21. The exit surface 22a is a surface that is inclined and opposed to the exit surface 21a of the PBS 21 at a position above the PBS 21, with the lower side positioned on the center side of the user's face (the nose side), that is, on the right side, and the upper side of the user's face. It is a rectangular surface that is inclined so as to form an angle of approximately 45 ° with respect to the vertical direction when viewed from the front, in a direction that is located on the outside, that is, on the left side (see FIG. 1). That is, the exit surface 22a of the PBS 22 is a surface that faces the diagonally lower left side.

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。   More specifically, the PBS 22 is a rectangular thin plate-like member, and in a side view as shown in FIG. 2, each side of the rectangular plate-shaped outer shape is in the front-rear direction (left-right direction in FIG. 2) and the vertical direction, respectively. It is arranged in such a posture. As described above, in the PBS 22, the image light Xs1 is incident on the emission surface 22a from the left, the incident image light Xs1 is reflected, and the image light Xs2 as reflected light is incident on the emission surface 21a of the PBS 21.

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。   Thus, the incident direction of the image light Xs1 with respect to the emission surface 22a of the PBS 22 is a direction along the emission direction of the image light of the LCD 11. In other words, the LCD 11 is arranged at a position on the left side of the PBS 22 at a position where the image light exit surface is orthogonal to the optical axis O1 of the image light Xs1 incident on the exit surface 22a of the PBS 22. Therefore, the image light is emitted from the LCD 11 toward the right, and the image light emitted toward the right enters the emission surface 22a of the PBS 22 while maintaining the emission direction.

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。   Between the PBS 22 and the LCD 11 having such an arrangement relationship, the lens 13 constituting the optical system that receives the image light emitted from the LCD 11 as described above is provided. That is, the lens 13 is provided in the exterior case 4 in a state where the lens 13 is positioned so that the optical axis of the image light emitted from the LCD 11 and the lens optical axis coincide with each other in a state where the lens 13 is included in the lens barrel.

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)。   The image light emitted rightward from the LCD 11 that has received light from a light source such as a backlight is incident on the lens 13 and is condensed or collimated by the lens 13, and is incident on the emission surface 22 a of the PBS 22. Incident (image light Xs1). The image light that has entered the exit surface 22a of the PBS 22 is reflected downward, is incident on the exit surface 21a of the PBS 21 (image light Xs2), and the image light that has entered the exit surface 21a is reflected backward and is used by the user. Is incident on the eye Y1 (image light 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。   On the other hand, the CCD 12 for imaging the outside world is arranged at a position on the right side of the PBS 22 where the imaging surface is orthogonal to the optical axis O1 of the image light incident on the exit surface 22a of the PBS 22. External light traveling from the left side to the right side is incident on the CCD 12. That is, the CCD 12 receives external light from the left as the incident direction in the right direction (left direction in FIG. 1).

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。   Further, the CCD 12 receives the external light incident along the extension of the optical axis of the image light incident on the PBS 22 via the PBS 22 and captures the image on the imaging surface. That is, the CCD 12 arranged on the right side of the PBS 22 receives external light emitted toward the right side from the PBS 22 that receives the image light from the LCD 11 from the left side. In the PBS 22, external light is emitted from the opposite side of the emission surface 22a.

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。   Regarding the external light incident on the CCD 12, external light from the outside enters the PBS 21 from the side opposite to the exit surface 21a (see FIG. 2). Then, the external light incident on the PBS 21 is emitted rightward from the PBS 22 positioned above the PBS 21 through a predetermined path, and is incident on the imaging surface of the CCD 12.

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)。   In the configuration as described above, the PBS 21 is positioned in front of the user's eye Y1, and the PBS 22 positioned above the PBS 21 is positioned above the eye Y1 in front of the user's eye. The PBS 22 is positioned at the front of the user's forehead as a height position. The lens 13 is positioned on the left side of the PBS 22 and the LCD 11 is positioned further on the left side. On the other hand, the CCD 12 is located to the right of the PBS 22. For example, the CCD 12 is positioned in front of the user's eyes at a substantially center position of the face in the left-right direction, that is, above the nose N1 of the user (see FIG. 1).

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。   Therefore, in the display imaging unit 3 of the present embodiment, the LCD 11, the lens 13, the PBS 22, and the CCD 12 are arranged in the horizontal direction from the left outer side to the right side (center side) at a position above the eyes in front of the user's face. They are arranged in order on a common optical axis O1 along the (left-right direction). Further, the LCD 11, the lens 13, the PBS 22, and the CCD 12 are arranged side by side in the left-right direction at the same height at a position above the eyes in front of the user's face. The PBS 21 is positioned in front of the eye Y1 below the PBS 22.

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。   According to the HMD 1 of the present embodiment having the above-described configuration, the horizontal field of view is greatly improved in the configuration including the imaging unit that captures the outside world by receiving the incidence of outside light in addition to the image display unit. Thus, the apparatus can be miniaturized and the portability can be improved.

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)。   In the HMD 1 of the present embodiment, the PBS 21 is positioned in front of the user's eye, and the other configurations, that is, the LCD 11, the lens 13, the PBS 22, and the CCD 12 are above the eye height position in front of the user's eye. Are arranged side by side at the position. That is, all but the pupil light guiding PBS 21 are arranged side by side at a position above the user's line of sight. Therefore, the exterior case 4 that accommodates these various configurations can be configured such that its main portion is located above the height position of the user's eyes (see FIG. 1).

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。   As a result, the exterior case 4 can be configured as an integral configuration that also accommodates a configuration for imaging the outside such as the CCD 12 in addition to a configuration for displaying an image such as the LCD 11. Further, the exterior case 4 can be configured to be clean and compact at a position above the position of the user's eyes.

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。   For these reasons, the visual field can be opened in the horizontal direction (left and right direction) of the user's eyes, and the horizontal visual field can be greatly improved. That is, when a part of the exterior case 4 is present in the left-right direction at the eye height position in front of the user's eyes, the user's left-right field of view is obstructed, whereas in the HMD 1 of the present embodiment, The exterior case 4 can be configured so that a part of the exterior case 4 does not enter the user's field of view on both the left and right sides of the PBS 21 positioned in front of the user's eye Y1. Thereby, the visual field obstruction in the horizontal direction can be greatly improved. In addition, since the image display unit including the LCD 11 and the imaging unit including the CCD 12 can be accommodated in the integrated exterior case 4, the configuration in which the imaging unit is provided outside the display unit including the image display unit, that is, the image display unit and the imaging unit The HMD 1 of the present embodiment is very effective in reducing the size and weight of the apparatus in comparison with a configuration in which the unit is housed in separate housings. As a result, the portability of the HMD 1 can be improved.

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。   Further, according to the HMD 1 of the present embodiment, as described above, the various configurations such as the LCD 11 are arranged side by side, that is, the various configurations are arranged at substantially the same height in the vertical direction. The size can be effectively reduced in the vertical direction (vertical direction), and the support frame that supports the display imaging unit 3 can be configured to be suitable for a spectacle-shaped frame.

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。   Specifically, as a spectacle-shaped frame, for example, a front part located in front of the user's face, an armor part extending rearward from the left and right ends of the front part, and a pivotable connection to each armor part The structure which has the temple part made is employ | adopted. In such a configuration, the outer case 4 that houses various components such as the LCD 11 that is arranged side by side at a position higher than the height position of the user's eyes is supported by the support frame while being placed on the front portion. Configuration can be realized. Thereby, the exterior case 4 can be positioned above the height position of the user's eyes, and the visual field in the horizontal direction can be greatly improved. Further, since the size can be reduced in the vertical direction, even when the user wears a helmet or prevention, the outer case 4 does not get in the way and the state of the user's head (for example, helmet wearing) A high degree of freedom can be obtained for the state and the like.

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。   Hereinafter, the HMD 1 of the present embodiment will be described in more detail with reference to polarization characteristics of image light emitted from the LCD 11 and external light picked up by the CCD 12.

(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。
(About image light)
In the HMD 1 of the present embodiment, the image light emitted from the LCD 11 is s-polarized light (s wave). That is, as shown in FIG. 1, the LCD 11 emits s-polarized image light Xs1, which is polarized light in a specific direction. As described above, regarding the s-polarized light emitted from the LCD 11 as image light, when the s-polarized light is polarized in the first specific direction, the p-polarized light is polarized in a second specific direction different from the first specific direction.

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。   In the HMD 1 of this embodiment, the PBS 21 and the PBS 22 are both PBSs that reflect s-polarized light and transmit p-polarized light. Accordingly, the image light emitted from the LCD 11 is guided as follows.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the s-polarized image light Xs1 emitted rightward from the LCD 11 is condensed or collimated by the lens 13 and enters the exit surface 22a of the PBS 22, and the PBS 22 The light is reflected downward by the exit surface 22a of the PBS 22 due to the polarization characteristics it has.

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。   The s-polarized image light Xs2 reflected downward by the exit surface 22a of the PBS 22 enters the exit surface 21a of the PBS 21, and is reflected backward by the exit surface 21a of the PBS 21 due to the polarization characteristics of the PBS 21. . The s-polarized image light Xs3 reflected rearward by the exit surface 21a of the PBS 21 enters the user's eye Y1.

(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。
(About external light)
The s-polarized image light emitted from the LCD 11 is guided to the eye Y1, whereas the HMD 1 of the present embodiment guides external light incident on the PBS 21 to the CCD 12, The following configuration is provided. That is, the HMD 1 of this embodiment includes a polarization reflection unit 31 as a first polarization reflection unit and a polarization reflection unit 32 as a second polarization reflection unit in addition to the PBS 21 and the PBS 22.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the polarization reflection unit 31 is disposed below the PBS 21. External light reflected downward by the PBS 21 is incident on the polarization reflector 31 from above.

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。   Further, the polarization reflection unit 31 includes a quarter wavelength plate 33 and a total reflection mirror 34. The quarter-wave plate 33 and the total reflection mirror 34 are sequentially arranged with respect to the light incident on the polarization reflection unit 31. Therefore, as described above, the downward-reflecting external light reflected by the PBS 21 is incident on the polarization reflector 31, so that the quarter-wave plate 33 and the total reflection mirror 34 are, from above, the quarter-wave plate 33, The total reflection mirrors 34 are arranged in this order. The total reflection mirror 34 has an upper surface on the quarter wavelength plate 33 side as a reflection surface 34a.

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。   The quarter-wave plate 33 causes a predetermined phase difference in the transmitted light. The total reflection mirror 34 totally reflects the light incident on the reflection surface 34a. The quarter-wave plate 33 and the total reflection mirror 34 are, for example, substantially rectangular thin plate-like members having substantially the same size, and each side of the rectangular plate-like outer shape is seen in a plan view below the PBS 21. It is provided in a state of being vertically aligned with a posture along the front-rear direction and the left-right direction. The polarization reflection unit 31 is provided at a position close to the PBS 21 such that, for example, the upper surface of the ¼ wavelength plate 33 positioned on the upper side substantially contacts the lower end of the PBS 21.

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。   The polarization reflector 31 transmits incident light through the quarter-wave plate 33 and receives the light from the total reflection mirror 34, and transmits the light reflected by the total reflection mirror 34 through the quarter-wave plate 33 again. As a result, the polarization direction of light is inverted between s-polarized light and p-polarized light, and light is reflected. That is, the polarization reflection unit 31 totally reflects the incident light by the reflection surface 34a of the total reflection mirror 34, and 1 in each of the forward path of light incident on the reflection surface 34a and the return path of light reflected from the reflection surface 34a. By transmitting the ¼ wavelength plate 33, the ¼ wavelength plate 33 is transmitted twice, and the polarization direction of the light is reversed.

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。   According to the polarization reflection unit 31 having such a configuration, when s-polarized light is incident on the polarization reflection unit 31, the incident light is reflected as p-polarization with the polarization direction reversed. On the other hand, when p-polarized light is incident on the polarization reflector 31, the incident light is reflected as s-polarized light with its polarization direction reversed.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the polarization reflector 32 is disposed above the PBS 22. External light emitted upward from the PBS 22 is incident on the polarization reflector 32 from below.

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。   The polarization reflection unit 32 includes a quarter wavelength plate 35 and a total reflection mirror 36. The quarter-wave plate 35 and the total reflection mirror 36 are sequentially arranged with respect to the light incident on the polarization reflection unit 32. Therefore, as described above, the external light that travels upward from the PBS 22 is incident on the polarization reflector 32, so that the quarter-wave plate 35 and the total reflection mirror 36 are, from below, the quarter-wave plate 35, The total reflection mirrors 36 are arranged in this order. The total reflection mirror 36 has a lower surface on the quarter wavelength plate 35 side as a reflection surface 36a.

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。   The polarization reflection unit 32 has a substantially symmetric configuration in the vertical direction with respect to the polarization reflection unit 31 and has a similar function to incident light. Therefore, the quarter wavelength plate 35 and the total reflection mirror 36 included in the polarization reflection unit 32 have the same configuration as the quarter wavelength plate 33 and the total reflection mirror 34 included in the polarization reflection unit 31, respectively. That is, with respect to the incident light, the polarization reflection unit 32 transmits the ¼ wavelength plate 35 and receives the light from the total reflection mirror 36, and again reflects the light reflected by the total reflection mirror 36 to the ¼ wavelength plate 35. By transmitting the light, the polarization direction of the light is inverted between the s-polarized light and the p-polarized light, and the light is reflected.

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。   In the HMD 1 of the present embodiment, as described above, the CCD 12 disposed at a position orthogonal to the optical axis O1 of the image light incident on the exit surface 22a of the PBS 22 is the LCD 11 with respect to the PBS 22 in the left-right direction. It will be arranged at the opposite position. In other words, in the present embodiment, the LCD 11 is disposed on the left side of the PBS 22 and the CCD 12 is disposed on the right side of the PBS 22. The LCD 11 and the CCD 12 are positioned on the opposite sides of the PBS 22 with the PBS 22 positioned therebetween. To do.

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。   In the HMD 1 of this embodiment having the above-described configuration, external light is guided to the CCD 12 as follows.

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。   As shown in FIG. 2, in the HMD 1 of the present embodiment, the external light is taken in from the PBS 21 positioned in front of the user's eye Y1. The external light incident on the PBS 21 from the front includes s-polarized external light Ys1 and p-polarized external light Yp1. Of the external light incident on the PBS 21, the p-polarized external light Yp1 that is a p-polarized component is transmitted through the PBS 21 and emitted backward from the exit surface 21a of the PBS 21 due to the polarization characteristics of the PBS 21. Incident to the eye Y1.

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。   On the other hand, of the external light incident on the PBS 21, s-polarized external light Ys 1 that is an s-polarized component is reflected downward by the PBS 21 due to the polarization characteristics of the PBS 21. Thus, in the present embodiment, the PBS 21 reflects the s-polarized component of the external light incident on the side that reflects the image light incident on the eye Y1, that is, the side opposite to the exit surface 21a side, in the downward direction. .

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。   The s-polarized external light Ys2 reflected downward by the PBS 21 is incident on the polarization reflector 31 from the quarter-wave plate 33 side. The s-polarized external light Ys2 incident on the polarization reflector 31 is reflected by the quarter-wave plate 33 and the total reflection mirror 34 with its polarization direction reversed, so that the p-polarized external field is reflected from the quarter-wave plate 33. The light Yp2 is reflected upward. As described above, in the present embodiment, the polarization reflection unit 31 receives the s-polarized component of the external light reflected from the PBS 21 in the downward direction (s-polarized external light Ys2), and converts the s-polarized component of the incident external light to p. It is converted into a polarized component (p-polarized external light Yp2) and reflected upward.

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。   The p-polarized external light Yp2 reflected upward from the quarter-wave plate 33 in the polarization reflection unit 31 is transmitted through the PBS 21 and the PBS 22 from the polarization characteristics of the PBS 21 and the PBS 22, respectively, and is transmitted to the polarization reflection unit 32. Then, the light enters from the quarter wavelength plate 35 side. The p-polarized external light Yp2 incident on the polarization reflector 32 is reflected by the quarter-wave plate 35 and the total reflection mirror 36 so that the polarization direction is reversed. Light Ys3 is reflected downward. As described above, in the present embodiment, the polarization reflection unit 32 receives the p-polarized component of the external light (p-polarized external light Yp2) reflected by the polarization reflection unit 31 and transmitted through the PBS 21 and the PBS 22, and is incident external light. The p-polarized component is converted into an s-polarized component (s-polarized external light Ys3) and reflected downward.

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。   The s-polarized external light Ys3 reflected downward from the quarter-wave plate 35 in the polarization reflector 32 is reflected rightward by the PBS 22 due to the polarization characteristics of the PBS 22, and is s-polarized external light Ys4. As incident on the imaging surface of the CCD 12. As described above, in the present embodiment, the CCD 12 receives the incident of the s-polarized component of the external light (s-polarized external light Ys3) reflected by the PBS 22 after being reflected by the polarization reflector 32 on the imaging surface.

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。   According to the HMD 1 of the present embodiment having the above-described configuration, the LCD 11, the lens 13, the PBS 22, and the CCD 12 are provided on the horizontal (left-right) optical axis O 1 positioned above the user's line of sight. Most components housed in the outer case 4 can be arranged side by side in the left-right direction. That is, most of the exterior case 4 has a shape that forms a horizontally long accommodation space that accommodates various components such as the LCD 11 that is arranged side by side in the left-right direction at a position above the height position of the user's eyes. be able to. Thereby, the visual field in the horizontal direction can be effectively improved.

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。   Further, according to the HMD 1 of the present embodiment, the LCD 11 and the CCD 12 are arranged on both the left and right sides of the PBS 22 positioned above the user's eye Y1, so that the apparatus can be miniaturized with a good balance in the left-right direction. Can be achieved.

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。   Moreover, in HMD1 of this embodiment, the preferable structure is the structure in which the total reflection mirrors 34 and 36 which each of the polarization | polarized-light reflection part 31 and the polarization | polarized-light reflection part 32 have are curved mirrors which have power. That is, as the total reflection mirrors 34 and 36, it is preferable to employ a mirror that forms a curved reflection surface having a refractive power for converging or diverging light, such as a convex mirror and a concave mirror.

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。   Thus, by adopting curved mirrors having power as the total reflection mirrors 34 and 36, for example, between components such as between the polarization reflection unit 31 and the PBS 22, or between the polarization reflection unit 32 and the PBS 22. An interval can be shortened, or an optical system such as a lens required between these components can be omitted. Thereby, it is possible to effectively reduce the size of the apparatus. Of the two total reflection mirrors 34 and 36, the total reflection mirror 36 of the polarization reflection section 32 is an interior part accommodated in the exterior case 4 and is not exposed to the outside. It is suitable for adopting a curved mirror having high power.

[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。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 4 corresponds to the B direction arrow view in FIG. 3, and FIG. 5 corresponds to the D direction arrow view in FIG. In FIG. 4, for convenience of explanation, illustration of a part of the configuration of the HMD according to the present embodiment is omitted. Further, the same contents as those in the first embodiment and the common configuration will be omitted as appropriate by using the same reference numerals.

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。   In the HMD 201 of the present embodiment, the PBS 21 corresponds to a first optical element. Further, the HMD 201 of this embodiment includes a total reflection mirror 222 disposed above the PBS 21. The total reflection mirror 222 receives the incident image light emitted from the LCD 11, reflects the incident image light, and enters the PBS 21.

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。   The total reflection mirror 222 corresponds to a second optical element in the HMD 201 of the present embodiment. The total reflection mirror 222 receives image light emitted from the LCD 11 from a direction along the left-right direction of the user, reflects the incident image light downward, and enters the PBS 21. Specifically, it is as follows.

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。   As shown in FIGS. 3 and 4, the total reflection mirror 222 includes image light that travels in the direction along the left-right direction of the user, that is, in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 3). Image light traveling toward is incident. Since the HMD 201 of the present embodiment has a left-eye configuration, the total reflection mirror 222 has image light that travels from the left side that is the outer side in the left-right direction toward the right side that is the inner side in the left-right direction (leftward in FIG. 3). Xs2 is incident. That is, the total reflection mirror 222 receives the image light Xs2 from the left as the incident direction in the right direction (left direction in FIG. 3). The total reflection mirror 222 causes the reflected image light Xs3 to be incident on the emission surface 21a of the PBS 21 by reflecting the image light Xs2 incident from the left side downward in a substantially vertical direction.

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。   The total reflection mirror 222 has a reflection surface 222 a for guiding the image light to the PBS 21. The reflection surface 222a is a surface that is inclined and opposed to the exit surface 21a of the PBS 21 at a position above the PBS 21, the lower side is positioned on the user's face center side (nose side), that is, the right side, and the upper side is the user's face. It is a rectangular surface that is inclined so as to form an angle of approximately 45 ° with respect to the vertical direction when viewed from the front, in a direction that is located on the outside, that is, on the left side (see FIG. 3). In other words, the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 is a surface facing diagonally downward to the left.

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。   More specifically, the total reflection mirror 222 is a rectangular plate-like member, and the lower plate surface of both the plate surfaces is a reflection surface 222a. The total reflection mirror 222 is arranged in such a posture that each side of the rectangular plate-shaped outer shape is along the front-rear direction (left-right direction in FIG. 4) and the up-down direction, as viewed from the side as shown in FIG. As described above, in the total reflection mirror 222, the image light Xs2 is incident on the reflection surface 222a from the left, the incident image light Xs2 is reflected, and the image light Xs3 as reflected light is incident on the exit surface 21a of the PBS 21. To do.

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。   Thus, the incident direction of the image light Xs2 with respect to the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 is a direction orthogonal to the emission direction of the image light of the LCD 11 on the horizontal plane. The LCD 11 is disposed at a position on the left side of the total reflection mirror 222 such that the image light emission surface is orthogonal to the optical axis O1 of the image light Xs2 incident on the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 on the horizontal plane. The LCD 11 is disposed at a position behind the optical axis O1. Therefore, image light is emitted forward from the LCD 11, and the image light emitted forward is converted to the right direction and enters the reflection surface 222 a of the total reflection mirror 222.

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。   Thus, in order to convert the traveling direction of the image light emitted forward from the LCD 11 to the right, the HMD 201 of the present embodiment is disposed on the optical axis O1 of the image light incident on the total reflection mirror 222. PBS223 is provided. The PBS 223 receives the image light emitted from the LCD 11, reflects the incident image light, and makes it incident on the total reflection mirror 222.

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。   The PBS 223 receives image light emitted from the LCD 11 from a direction orthogonal to the optical axis O <b> 1 and reflects the incident image light to the total reflection mirror 222. Specifically, it is as follows.

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。   As shown in FIG. 5, the PBS 223 has image light that travels in the front-rear direction (vertical direction in FIG. 5) as the direction orthogonal to the optical axis O1, and travels from the rear side to the front side in the front-rear direction. Is incident. Since the HMD 201 of the present embodiment is configured for the left eye, the image light Xs1 that travels from the rear side toward the front side (downward in FIG. 3) with respect to the PBS 223 disposed on the left side of the total reflection mirror 222. Incident. That is, the PBS 223 receives the image light Xs1 from the rear with the front direction (downward in FIG. 5) as the incident direction. The PBS 223 reflects the image light Xs1 incident from the rear in the right direction so that the reflected image light Xs2 is incident on the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222.

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。   The PBS 223 has an exit surface 223a for guiding image light to the total reflection mirror 222. The emission surface 223a is a surface that is inclined and opposed to the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 at the left position of the total reflection mirror 222, and the front side is positioned on the user's face center side (nose side), that is, on the right side. The rear surface is a rectangular surface that is inclined so as to form an angle of approximately 45 ° with respect to the front-rear direction in a plan view in such a direction as to be positioned on the outer side of the user's face, that is, on the left side (see FIG. 5). That is, the exit surface 223a of the PBS 223 is a surface facing the diagonally right rear side.

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。   More specifically, the PBS 223 is a rectangular thin plate-like member, and is arranged in such a posture that each side of the rectangular plate-like outer shape is along the vertical direction and the horizontal direction, respectively, as viewed from the front as shown in FIG. The As described above, in the PBS 223, the image light Xs1 enters the emission surface 223a from the rear, the incident image light Xs1 is reflected, and the image light Xs2 as reflected light enters the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222. .

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。   Then, between the PBS 223 and the total reflection mirror 222, the lens 13 constituting the optical system that receives the image light emitted from the LCD 11 as described above is provided. The lens 13 is provided in the outer case 4 so as to be positioned so that the optical axis O1 of the image light incident on the total reflection mirror 222 and the optical axis of the lens coincide with each other in a state where the lens 13 is included in the lens barrel, for example.

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)。   In such a configuration, image light emitted forward from the LCD 11 that has received light from a light source such as a backlight is incident on the emission surface 223a of the PBS 223 (image light Xs1). The image light that has entered the PBS 223 is reflected rightward, is incident on the lens 13, is condensed or collimated by the lens 13, and is incident on the reflection surface 222 a of the total reflection mirror 222 (image light Xs 2). The image light incident on the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 is reflected downward, is incident on the exit surface 21a of the PBS 21 (image light Xs3), and the image light incident on the exit surface 21a is reflected backward. And enters the user's eye Y1 (image light 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。   On the other hand, the CCD 12 for imaging the outside world is an image light whose imaging surface is incident on the reflection surface 222 a of the total reflection mirror 222 at the left position of the total reflection mirror 222 and further to the left of the PBS 223. Is disposed at a position orthogonal to the optical axis O1. External light traveling from the right side to the left side is incident on the CCD 12. That is, the CCD 12 receives external light from the right side with the left direction (right direction in FIG. 3) as the incident direction.

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。   Further, the CCD 12 receives the external light incident along the optical axis of the image light incident on the total reflection mirror 222 via the total reflection mirror 222 and captures an image. In other words, the CCD 12 disposed on the left side of the total reflection mirror 222 receives incident external light emitted leftward from the total reflection mirror 222. External light emitted toward the left from the total reflection mirror 222 passes through the PBS 223 and enters the CCD 12.

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。   As shown in FIG. 3, in the total reflection mirror 222, the reflection surface 222 a is an emission surface of external light with respect to the CCD 12. Further, as shown in FIG. 5, in the PBS 223, external light with respect to the CCD 12 is emitted from the opposite side of the emission surface 223a.

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。   Regarding the external light incident on the CCD 12, external light from the outside enters the PBS 21 from the side opposite to the exit surface 21 a (see FIG. 4). Then, the external light incident on the PBS 21 is emitted toward the left from the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 positioned above the PBS 21 via a predetermined path, and is incident on the imaging surface of the CCD 12. .

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。   In the configuration as described above, the PBS 21 is positioned in front of the user's eye Y1, and the total reflection mirror 222 positioned above the PBS 21 is positioned above the eye Y1 in front of the user's eye. The total reflection mirror 222 is located at the front of the user's forehead as a height position. The lens 13 is positioned to the left of the total reflection mirror 222, the PBS 223 is positioned further to the left, and the CCD 12 is positioned further to the left. Further, the LCD 11 is located behind the PBS 223.

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。   Therefore, in the display imaging unit 3 of the present embodiment, the CCD 12, the PBS 223, the lens 13, and the total reflection mirror 222 are arranged from the left outer side to the right side (center side) at a position above the eyes in front of the user's face. Are arranged in order on a common optical axis O1 along the horizontal direction (left-right direction). The LCD 11 is arranged behind the PBS 223. Further, the CCD 12, the PBS 223, the lens 13, the total reflection mirror 222, and the LCD 11 are arranged at the same height at a position above the eyes in front of the user's face. The PBS 21 is positioned in front of the eye Y1 below the total reflection mirror 222.

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。   In this embodiment, the LCD 11 is arranged at a position behind the optical axis O1, but the LCD 11 may be arranged at a position ahead of the optical axis O1. In this case, the LCD 11 is disposed in front of the PBS 223, and the PBS 223 is disposed such that its emission surface 223a faces the right front side.

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。   According to the HMD 201 of the present embodiment having the above-described configuration, similarly to the HMD 1 of the first embodiment, in the configuration including the imaging unit that captures the outside world by receiving the incidence of outside light, the horizontal field of view is reduced. This can greatly improve the size of the apparatus.

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。   Hereinafter, the HMD 201 of this embodiment will be described in more detail with reference to polarization characteristics of image light emitted from the LCD 11 and external light picked up by the CCD 12.

(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。
(About image light)
In the HMD 201 of this embodiment, the PBS 223 has a polarization characteristic that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. Accordingly, the image light emitted from the LCD 11 is guided as follows.

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。   As shown in FIGS. 3 to 5, the s-polarized image light Xs1 emitted forward from the LCD 11 is incident on the exit surface 223a of the PBS 223. Due to the polarization characteristics of the PBS 223, the s-polarized image light Xs1 Reflected toward the direction. The s-polarized image light Xs 2 reflected rightward by the exit surface 223 a of the PBS 223 is condensed or converted into parallel light by the lens 13 and enters the reflection surface 222 a of the total reflection mirror 222. Reflected downward by the reflecting surface 222a. As described above, in this embodiment, the PBS 223 receives the image light emitted from the LCD 11 from a direction orthogonal to the optical axis O <b> 1 and reflects the incident image light toward the total reflection mirror 222.

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。   The s-polarized image light Xs3 reflected downward by the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 is incident on the exit surface 21a of the PBS 21 and is directed rearward by the exit surface 21a of the PBS 21 due to the polarization characteristics of the PBS 21. Reflected. The s-polarized image light Xs4 reflected backward by the exit surface 21a of the PBS 21 is incident on the user's eye Y1.

(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。
(About external light)
The HMD 201 of the present embodiment guides the external light incident on the PBS 21 to the CCD 12 while the s-polarized image light emitted from the LCD 11 is guided to the eye Y1 as described above. The following configuration is provided. That is, the HMD 201 of this embodiment includes a polarization reflection unit 231 in addition to the PBS 21, the total reflection mirror 222, and the PBS 223.

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。   As shown in FIGS. 3 and 4, the polarization reflection unit 231 is disposed below the PBS 21. External light reflected downward by the PBS 21 is incident on the polarization reflecting portion 231 from above.

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。   The polarization reflection unit 231 has the same configuration as the polarization reflection unit 31 provided in the HMD 1 of the first embodiment. That is, the polarization reflection unit 231 includes a quarter-wave plate 233 and a total reflection mirror 234 that are sequentially arranged from above. The total reflection mirror 234 has an upper surface on the quarter wavelength plate 233 side as a reflection surface 234a.

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。   Then, the polarization reflection unit 231 transmits the quarter-wave plate 233 with respect to the incident light, receives the light from the total reflection mirror 234, and again reflects the light reflected by the total reflection mirror 234 to the quarter-wave plate 233. By transmitting the light, the polarization direction of the light is inverted between the s-polarized light and the p-polarized light, and the light is reflected. That is, the polarization reflection unit 231 totally reflects the incident light by the reflection surface 234a of the total reflection mirror 234, and 1 in each of the forward path of the light incident on the reflection surface 234a and the return path of the light reflected from the reflection surface 234a. By transmitting the ¼ wavelength plate 233, the ¼ wavelength plate 233 is transmitted twice, and the polarization direction of the light is reversed.

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。   According to the polarization reflection unit 231 having such a configuration, when s-polarized light is incident on the polarization reflection unit 231, the incident light is reflected as p-polarization with the polarization direction reversed. On the other hand, when p-polarized light is incident on the polarization reflector 231, the incident light is reflected as s-polarized light with its polarization direction reversed.

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。   In the HMD 201 of the present embodiment, as described above, the CCD 12 arranged at a position orthogonal to the optical axis O1 of the image light incident on the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 is the total reflection mirror in the left-right direction. It is arranged at the same position as the LCD 11 with respect to 222. That is, in the present embodiment, both the LCD 11 and the CCD 12 are located to the left of the total reflection mirror 222. Specifically, on the left side of the total reflection mirror 222, the CCD 12 is positioned via the lens 13 and the PBS 223, and the LCD 11 is positioned behind the PBS 223.

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。   In the HMD 201 of the present embodiment having the above-described configuration, external light is guided to the CCD 12 as follows.

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。   As shown in FIG. 4, in the HMD 201 of the present embodiment, external light is taken in from the PBS 21 positioned in front of the user's eye Y1 as in the HMD 1 of the first embodiment. Accordingly, of the external light incident on the PBS 21, the p-polarized external light Yp1 that is a p-polarized component passes through the PBS 21, is emitted backward from the exit surface 21a of the PBS 21, and enters the user's eye Y1. . On the other hand, of the external light incident on the PBS 21, the s-polarized component is reflected downward by the PBS 21.

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。   The s-polarized external light Ys2 reflected downward by the PBS 21 is incident on the polarization reflector 231 from the quarter-wave plate 233 side. The s-polarized external light Ys2 that has entered the polarization reflector 231 is reflected by the quarter-wave plate 233 and the total reflection mirror 234 with the polarization direction reversed, so that the p-polarized external field is reflected from the quarter-wave plate 233. The light Yp2 is reflected upward. As described above, in this embodiment, the polarization reflection unit 231 receives the s-polarized component of the external light reflected from the PBS 21 in the downward direction (s-polarized external light Ys2), and the s-polarized component of the incident external light is p. It is converted into a polarized component (p-polarized external light Yp2) and reflected upward.

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。   The p-polarized external light Yp2 reflected upward from the quarter-wave plate 233 in the polarization reflection unit 231 is transmitted through the PBS 21 and is incident on the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 due to the polarization characteristics of the PBS 21. . The external light Yp2 incident on the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 is reflected to the left as the external light Yp3.

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。   The p-polarized external light Yp3 reflected toward the left from the reflection surface 222a in the total reflection mirror 222 passes through the lens 13 and then passes through the PBS 223 and enters the imaging surface of the CCD 12 due to the polarization characteristics of the PBS 223. To do. As described above, in this embodiment, the CCD 12 receives the p-polarized component of the external light (p-polarized external light Yp3) that is reflected by the total reflection mirror 222 after being reflected by the polarization reflection unit 231 and further transmitted through the PBS 223. Is received on the imaging surface.

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。   According to the HMD 201 of the present embodiment having the above-described configuration, it is housed in the outer case 4 at the height position of the optical axis O1 in the horizontal direction (left-right direction) located above the user's line of sight. Most components can be arranged side by side.

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。   Further, according to the HMD 201 of the present embodiment, both the image light emitted from the LCD 11 and the external light incident on the CCD 12 are guided by an optical path that passes through a common optical system including the lens 13. For this reason, it is possible to easily match the display angle of view for the display image on the LCD 11 and the image angle of view for the image captured by the CCD 12. That is, the configuration of the present embodiment is preferable from the viewpoint of matching the display field angle and the imaging field angle.

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。   Further, according to the HMD 201 of the present embodiment, the LCD 11 and the CCD 12 are arranged on the same side in the left-right direction with respect to the total reflection mirror 222 positioned above the user's eye Y1, so that the LCD 11 and the CCD 12 are connected. They can be arranged close to each other. As a result, the LCD 11 and the CCD 12 to be controlled by the control unit 2 can be provided at a set position, and the electrical configuration such as wiring related to the LCD 11 and the CCD 12 can be simplified.

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。   In the HMD 201 of the present embodiment, as a preferable configuration, the total reflection mirror 222 and the total reflection mirror 234 included in the polarization reflection unit 231 are curved mirrors having power, as in the case of the HMD 1 of the first embodiment. There is a certain configuration.

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。   Thus, by adopting curved mirrors having power as the total reflection mirrors 222 and 234, for example, a configuration between the polarization reflection unit 231 and the total reflection mirror 222, between the total reflection mirror 222 and the PBS 223, or the like. An interval between elements can be shortened, or an optical system such as a lens necessary between these components can be omitted. Thereby, it is possible to effectively reduce the size of the apparatus.

[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。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 corresponds to the F direction arrow view in FIG. Further, the same contents as those in the first embodiment and the second embodiment and the common configurations are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted as appropriate.

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。   In the HMD 301 of the present embodiment, the PBS 21 corresponds to a first optical element. In addition, the HMD 301 of this embodiment includes a PBS 322 disposed above the PBS 21. The PBS 322 has a configuration corresponding to the second optical element in the HMD 301 of the present embodiment, like the PBS 22 provided in the HMD 1 of the first embodiment.

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。   That is, the PBS 322 is similar to the PBS 22 (see FIGS. 1 and 2), the image light emitted from the LCD 11 is incident from the direction along the left-right direction of the user, and the incident image light is reflected downward to cause the PBS 21 To enter. The PBS 322 has an exit surface 322a for guiding image light to the PBS 21. The exit surface 322a is a surface facing the diagonally lower left side. In the PBS 322, the image light Xs2 is incident on the exit surface 322a from the left, the incident image light Xs2 is reflected, and the image light Xs3 as reflected light is incident on the exit surface 21a of the PBS 21.

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。   As described above, the incident direction of the image light Xs2 with respect to the emission surface 322a of the PBS 322 is the emission direction of the image light of the LCD 11 on the horizontal plane in the same manner as the image light Xs2 with respect to the reflection surface 222a of the total reflection mirror 222 in the HMD 201 of the second embodiment. It is a direction orthogonal to. Therefore, image light is emitted forward from the LCD 11, and the image light emitted forward is converted to the right direction and is incident on the emission surface 322 a of the PBS 322.

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。   In this way, in order to convert the traveling direction of the image light emitted forward from the LCD 11 to the right direction, the HMD 301 of the present embodiment is similar to the HMD 201 of the second embodiment, and the light of the image light incident on the PBS 322. A PBS 223 is provided on the axis O1. The PBS 223 receives the image light emitted from the LCD 11, reflects the incident image light, and enters the PBS 322.

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。   The PBS 223 receives image light emitted from the LCD 11 from a direction orthogonal to the optical axis O <b> 1 and reflects the incident image light to the PBS 322. Then, between the PBS 223 and the PBS 322, the lens 13 constituting the optical system that receives the image light emitted from the LCD 11 as described above is provided. The lens 13 is provided in the outer case 4 so as to be positioned so that the optical axis O1 of the image light incident on the PBS 322 and the optical axis of the lens coincide with each other, for example, in a state of being mounted in a lens barrel.

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。   In such a configuration, image light emitted forward from the LCD 11 that has received light from a light source such as a backlight is incident on the emission surface 223a of the PBS 223 (image light Xs1). The image light incident on the exit surface 223a of the PBS 223 is reflected rightward, is incident on the lens 13, is condensed or collimated by the lens 13, and is incident on the exit surface 322a of the PBS 322 (image light Xs2). . The image light that has entered the exit surface 322a of the PBS 322 is reflected downward, is incident on the exit surface 21a of the PBS 21 (image light Xs3), and the image light that has entered the exit surface 21a is reflected backward and is used by the user. Is incident on the eye Y1.

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。   On the other hand, the CCD 12 for imaging the outside world has the same positional relationship with the PBS 322 as the positional relationship with the total reflection mirror 222 in the HMD 201 of the second embodiment. That is, the CCD 12 is arranged at a position on the left side of the PBS 322 and further on the left side of the PBS 223 at the position where the imaging surface is orthogonal to the optical axis O1 of the image light incident on the exit surface 322a of the PBS 322. . Further, the CCD 12 receives incident external light via the PBS 322 on the imaging surface. As shown in FIG. 6, in the PBS 322, the exit surface 322 a is an exit surface for external light with respect to the CCD 12.

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。   Regarding the external light incident on the CCD 12, in the display imaging unit 3, external light from the outside is incident from an aperture 325 serving as an external light introduction opening described later (see FIG. 7). Further, the display imaging unit 3 is provided with a total reflection mirror 324 described later in order to reflect external light incident from the diaphragm 325 to the CCD 12 side. Then, external light incident on the diaphragm 325 enters the imaging surface of the CCD 12 via a predetermined path including the total reflection mirror 324.

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。   In the configuration as described above, the PBS 21 is positioned in front of the user's eye Y1, and the PBS 322 positioned above the PBS 21 is positioned above the eye Y1 in front of the user's eye. The PBS 322 is positioned at the front of the user's forehead as a height position. The lens 13 is positioned on the left side of the PBS 322, the PBS 223 is positioned further to the left, and the CCD 12 is positioned further to the left. Further, the LCD 11 is located behind the PBS 223.

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。   Therefore, in the display imaging unit 3 of the present embodiment, the CCD 12, the PBS 223, the lens 13, the total reflection mirror 222, and the lens 13 from the left outer side to the right side (center side) at a position above the eyes in front of the user's face, and Total reflection mirrors 324 are sequentially arranged on a common optical axis O1 along the horizontal direction (left-right direction). The LCD 11 is arranged behind the PBS 223. Further, the CCD 12, the PBS 223, the lens 13, the total reflection mirror 222, the total reflection mirror 324, and the LCD 11 are arranged at the same height at a position above the eyes in front of the user's face. The PBS 21 is positioned in front of the eye Y1 below the PBS 322. Also in this embodiment, the LCD 11 may be disposed at a position in front of the optical axis O1 as in the second embodiment.

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。   According to the HMD 301 of the present embodiment having the above-described configuration, similarly to the HMD 1 of the first embodiment, the horizontal field of view can be obtained in a configuration having an imaging unit that captures the external world by receiving external light. This can greatly improve the size of the apparatus.

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。   Hereinafter, the HMD 301 of the present embodiment will be described in more detail with reference to polarization characteristics of image light emitted from the LCD 11 and external light picked up by the CCD 12.

(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。
(About image light)
In the HMD 301 of this embodiment, the PBS 322 is a PBS that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. Accordingly, the image light emitted from the LCD 11 is guided as follows.

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。   As shown in FIGS. 6 and 7, the s-polarized image light Xs1 emitted forward from the LCD 11 is incident on the exit surface 223a of the PBS 223. Due to the polarization characteristics of the PBS 223, the s-polarized image light Xs1 is transmitted to the right by the exit surface 223a of the PBS 223. Reflected toward the direction. The s-polarized image light Xs2 reflected rightward by the exit surface 223a of the PBS 223 is condensed or collimated by the lens 13 and enters the exit surface 322a of the PBS 322, and is lowered downward by the exit surface 322a of the PBS 322. Reflected towards. As described above, in the present embodiment, the PBS 223 receives image light emitted from the LCD 11 from a direction orthogonal to the optical axis O1, and reflects the incident image light toward the PBS 322.

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。   The s-polarized image light Xs3 reflected downward by the exit surface 322a of the PBS 322 enters the exit surface 21a of the PBS 21, and is reflected backward by the exit surface 21a of the PBS 21 due to the polarization characteristics of the PBS 21. . The s-polarized image light Xs4 reflected backward by the exit surface 21a of the PBS 21 is incident on the user's eye Y1.

(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。
(About external light)
The HMD 301 of the present embodiment guides external light to the CCD 12 while the s-polarized image light emitted from the LCD 11 is guided to the eye Y1 as described above. It has a configuration. That is, the HMD 301 of this embodiment includes a total reflection mirror 324 and a diaphragm 325 in addition to the PBS 322 and the PBS 223.

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。   As shown in FIGS. 6 and 7, the total reflection mirror 324 is disposed at a position opposite to the LCD 11 with respect to the PBS 322 in the left-right direction. In the present embodiment, the LCD 11 is arranged behind the PBS 223 located on the left side of the PBS 322, whereas the total reflection mirror 324 is arranged on the right side of the PBS 322. That is, the total reflection mirror 324 and the PBS 223 are located on the opposite sides of the PBS 322 with the PBS 322 positioned therebetween, and the LCD 11 is located behind the PBS 223 located on the left side of the PBS 322.

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。   The total reflection mirror 324 receives external light incident from the front of the user and causes the incident external light to be totally reflected and incident on the PBS 322. Specifically, it is as follows.

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。   As shown in FIG. 7, external light traveling from the front side to the rear side of the user is incident on the total reflection mirror 324. That is, the total reflection mirror 324 receives external light Ys1 and Yp1 from the front with the rear direction (upward in FIG. 7) as the incident direction. The total reflection mirror 324 reflects the external light Ys1 and Yp1 incident from the front to the left in the left-right direction, thereby causing the reflected external light Ys1 and Yp1 to enter the PBS 322.

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。   The total reflection mirror 324 has a reflection surface 324a for guiding external light to the PBS 322. The reflective surface 324a is a surface that is inclined and opposed to the PBS 322 at a position to the right of the PBS 322, and is approximately 45 ° with respect to the vertical direction in plan view so that the front side is positioned on the right side and the rear side is positioned on the left side. It is a rectangular surface inclined so as to form (see FIG. 7). That is, the reflection surface 324a of the total reflection mirror 324 is a surface facing the diagonally left front side.

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。   More specifically, the total reflection mirror 324 is a rectangular plate member, and the front plate surface of both plate surfaces is defined as a reflection surface 324a. The total reflection mirror 324 is arranged in such a posture that each side of the outer shape of the rectangular plate is along the left-right direction and the up-down direction, respectively, in a front view as shown in FIG. As described above, in the total reflection mirror 324, the external light Ys1 and Yp1 are incident on the reflection surface 324a from the front, the incident external light Ys1 and Yp1 are reflected, and the external light Ys1 and Yp1 as reflected light are reflected in the PBS 322. Incident on the opposite side of the exit surface 322a.

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。   The diaphragm 325 is disposed in front of the total reflection mirror 324. In the present embodiment, the diaphragm 325 is positioned at the front of the user's forehead as the height position, and is provided at a position approximately at the center of the user in the left-right direction.

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。   The diaphragm 325 is an outside light introduction opening that forms an opening 325 a for guiding outside light incident on the total reflection mirror 324. That is, the diaphragm 325 is a portion that opens the internal space of the exterior case 4 to the outside on the front side of the exterior case 4 that constitutes the display imaging unit 3, and is a portion that forms, for example, a circular small hole as the opening 325a. .

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。   In the HMD 301 of this embodiment, as described above, the CCD 12 arranged at a position orthogonal to the optical axis O1 of the image light incident on the exit surface 322a of the PBS 322 is totally reflected in the case of the second embodiment. Similar to the relationship with the mirror 222, it is arranged at the same position as the LCD 11 with respect to the PBS 322 in the left-right direction. That is, in this embodiment, both the LCD 11 and the CCD 12 are located on the left side of the PBS 322. Specifically, the CCD 12 is positioned on the left side of the PBS 322 via the lens 13 and the PBS 223, and the LCD 11 is positioned behind the PBS 223.

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。   In the HMD 301 of the present embodiment having the above-described configuration, external light is guided to the CCD 12 as follows.

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。   As shown in FIG. 7, in the HMD 301 of this embodiment, the outside light is taken in from the aperture 325. The external light incident on the stop 325 from the front includes s-polarized external light Ys1 and p-polarized external light Yp1. The ambient light incident from the diaphragm 325 enters the reflection surface 324a of the total reflection mirror 324 located behind the diaphragm 325 as it is. The external light incident on the reflection surface 324a of the total reflection mirror 324 is reflected toward the left as s-polarized external light Ys2 and p-polarized external light Yp2.

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。   External light Ys2 and Yp2 reflected leftward by the reflection surface 324a of the total reflection mirror 324 enter the PBS 322 from the opposite side of the emission surface 322a. As for the external light incident on the PBS 322, only the p-polarized external light Yp3 is transmitted due to the polarization characteristics of the PBS 322. The external light Yp3 transmitted through the PBS 322 is emitted from the emission surface 322a of the PBS 322. Note that the s-polarized component of the external light incident on the PBS 322 is reflected upward.

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。   The p-polarized external light Yp3 emitted from the emission surface 322a in the PBS 322 passes through the lens 13, passes through the PBS 223, and enters the imaging surface of the CCD 12 due to the polarization characteristics of the PBS 223. As described above, in this embodiment, the CCD 12 receives the p-polarized component of the external light (p-polarized external light Yp3) that has been reflected by the total reflection mirror 324 and then transmitted through the PBS 322 and the PBS 223 on the imaging surface.

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。   According to the HMD 301 of the present embodiment having the above-described configuration, it is housed in the outer case 4 at the height position of the optical axis O1 in the horizontal direction (left-right direction) located above the user's line of sight. Most components can be arranged side by side. Further, according to the HMD 301 of the present embodiment, as with the HMD 201 of the second embodiment, the display angle of view for the display image by the LCD 11 and the view angle of view for the image captured by the CCD 12 can be easily matched. In addition, the electrical configuration such as wiring for the LCD 11 and the CCD 12 can be simplified.

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。   Furthermore, according to the HMD 301 of the present embodiment, only the pupil light guiding PBS 21 is present in front of the user's eye Y1, which is better than the first and second embodiments. In addition to providing a good field of view, the device can be further miniaturized.

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。   Further, in the HMD 301 of the present embodiment, as a preferable configuration, the total reflection mirror 324 is a curved mirror having power, as in the case of the HMD 1 of the first embodiment.

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。   As described above, by adopting a curved mirror having power as the total reflection mirror 324, for example, the interval between the components such as the total reflection mirror 324 and the PBS 322 can be shortened, or each of these components can be reduced. An optical system such as a lens required between elements can be omitted. Thereby, it is possible to effectively reduce the size of the apparatus.

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。   In the HMD of each of the embodiments described above, the configuration of the display imaging unit 3 is configured symmetrically with respect to the center of the user's face, thereby displaying the image on the right eye of the user. And the configuration for the left and right eyes can be realized. In this regard, in the HMD 301 of the third embodiment, instead of the total reflection mirror 324 located behind the diaphragm 325, a cubic PBS having two mirror surfaces is used, so that with one diaphragm 325, It is possible to incorporate external light for both eyes.

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。   Further, in the HMD of each embodiment, a half mirror may be used instead of PBS (PBS21) as the first optical element for guiding the pupil arranged in front of the user's eyes. In this regard, in the case of the third embodiment, the PBS 21 does not exist on the optical path of the external light. Therefore, compared to the first and second embodiments, the demerit due to the reduction in the amount of light when the half mirror is used instead of the PBS 21. There are few. Therefore, in the case of the third embodiment, as the first optical element disposed in front of the user's eyes, a PBS or a half mirror is appropriately selected depending on the amount of light to be secured, cost, and the like.

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。   Further, in the HMD of each embodiment, the image light emitted from the LCD 11 is s-polarized light, but by optimizing the direction of the reflection surface of the PBS and the arrangement of the polarization reflection portion provided in the configuration of each embodiment. The image light can be easily implemented as p-polarized light. In particular, in the second embodiment, the arrangement of the LCD 11 and the CCD 12 can be exchanged and the direction of the PBS 21 can be easily rotated by 90 °.

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。   The HMD of each of the embodiments described above includes two PBSs at a position where the optical paths of the image light emitted from the LCD 11 and the external light incident on the CCD 12 overlap as a common configuration. Specifically, the HMD 1 of the first embodiment includes a PBS 21 and a PBS 22. The HMD 201 of the second embodiment includes a PBS 21 and a PBS 223. The HMD 301 of the third embodiment includes a PBS 322 and a PBS 223.

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。   As described above, of the two PBSs included in the HMD of each embodiment, in one PBS, image light and external light are mixed in the vicinity of the user's eye Y1, and in the other PBS, an image emitted from the LCD 11 is mixed. The light and the external light finally incident on the CCD 12 are separated. The PBS 21 of the first and second embodiments and the PBS 322 of the third embodiment correspond to the former PBS, the PBS 22 of the first embodiment, and the PBS 223 of the second and third embodiments are the latter PBS. It corresponds to.

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。   As described above, according to the HMD according to the above-described embodiment, the following effects can be expected.

(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。   (1) The HMD 1 of the above-described embodiment is arranged in front of the LCD 11 that emits image light for displaying an image and the user's eye Y1, and the image light emitted from the LCD 11 is incident from above and is incident. PBS 21 that reflects at least a part of the image light to enter the eye Y1 and transmits a part of the incident external light to enter the eye Y1, and the image light that is disposed above the PBS 21 and emitted from the LCD 11 Is incident from the direction along the left-right direction of the user, reflects the incident image light downward and enters the PBS 21, and the optical axis of the image light incident on the PBS 22 via the PBS 22 or its extension line A CCD 12 that receives external light incident along the imaging surface and picks up an image. Thereby, in addition to the image display unit, in a configuration having an imaging unit that captures the outside world by receiving the incidence of outside light, the horizontal field of view can be greatly improved, and the apparatus can be downsized. And portability can be improved.

(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。   (2) In the HMD 1 of the above embodiment, s-polarized image light is emitted from the LCD 11, and the PBS 21 is PBS that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light, and is incident on the eye Y1. The s-polarized component of the external light incident on the side opposite to the side that reflects the light is reflected downward, and the PBS 22 is a PBS that reflects the s-polarized light and transmits the p-polarized light, and is disposed below the PBS 21. The s-polarized light component of the external light reflected downward from the PBS 21 is incident and the s-polarized light of the incident external light is incident. A polarization reflector 31 that converts the component into a p-polarized component and reflects it upward, a quarter-wave plate 35 and a total reflection mirror 36 that are arranged above the PBS 22 and arranged in order with respect to the incident light. Then, the p-polarized component of the external light reflected by the polarizing reflective unit 31 and transmitted through the PBS 21 and the PBS 22 is incident, and the p-polarized component of the incident external light is converted into the s-polarized component and reflected downward. The CCD 12 is disposed at a position opposite to the LCD 11 with respect to the PBS 22 in the left-right direction, and images the incidence of the s-polarized component of the external light reflected by the PBS 22 after being reflected by the polarization reflector 32. Receive on the surface. Thereby, the visual field in the horizontal direction can be effectively improved. Further, the apparatus can be miniaturized with a good balance in the left-right direction.

(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。   (3) In the HMD 1 of the above embodiment, the total reflection mirrors 34 and 36 included in each of the polarization reflection unit 31 and the polarization reflection unit 32 are curved mirrors having power. Thereby, it is possible to effectively reduce the size of the apparatus.

(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。   (4) In the HMD 201 of the above embodiment, s-polarized image light is emitted from the LCD 11, and the PBS 21 is PBS that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light, and is incident on the eye Y1. The second optical element is a total reflection mirror 222, which is disposed below the PBS 21, and is incident light. The s-polarized component of the external light reflected downward from the PBS 21 is incident and the s-polarized component of the incident external light is p-polarized. A polarized light reflecting portion 231 that converts the light into components and reflects it upward, and a polarization characteristic that is disposed on the optical axis O1 of image light incident on the total reflection mirror 222, reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. , The image light emitted from the CD 11 is incident from a direction orthogonal to the optical axis O1, and further includes a PBS 223 that reflects the incident image light toward the total reflection mirror 222. The CCD 12 includes the total reflection mirror 222 in the left-right direction. The p-polarized light component of the external light that is disposed on the same side as the LCD 11 and reflected by the total reflection mirror 222 after being reflected by the polarization reflector 231 and further transmitted through the PBS 223 is received by the imaging surface. Thereby, the visual field in the horizontal direction can be effectively improved. Further, it is possible to easily match the display angle of view for the display image on the LCD 11 with the image pickup angle of view for the image captured by the CCD 12.

(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。   (5) In the HMD 201 of the above-described embodiment, the total reflection mirror 222 as the second optical element and the total reflection mirror 234 included in the polarization reflection unit 231 are curved mirrors having power. Thereby, it is possible to effectively reduce the size of the apparatus.

(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。   (6) In the HMD 301 of the above embodiment, the LCD 11 emits s-polarized image light, and the second optical element is a PBS 322 that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. The total reflection mirror 324 is arranged at a position opposite to the LCD 11 and receives external light incident from the front of the user, totally reflects the incident external light and enters the PBS 322, and a total reflection mirror 324 Arranged on the front, an aperture 325 that forms an opening 325a for guiding external light incident on the total reflection mirror 324, and an optical axis O1 of image light incident on the PBS 322, reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. The image light emitted from the LCD 11 is incident from a direction orthogonal to the optical axis O1, and the incident image light is converted into PBS 32. PBS 223 that reflects toward the left side, and the CCD 12 is arranged at the same position as the LCD 11 with respect to the PBS 322 in the left-right direction, and is reflected by the total reflection mirror 324 and then passes through the PBS 322 and the PBS 223. The p-polarized component is incident on the imaging surface. As a result, a better field of view can be obtained, and further downsizing of the device can be achieved.

(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。   (7) In the HMD 301 of the above embodiment, the total reflection mirror 324 is a curved mirror having power. Thereby, it is possible to effectively reduce the size of the apparatus.

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
1 HMD
11 LCD
21 PBS (first optical element)
22 PBS (second optical element)
31 Polarization reflection unit (first polarization reflection unit)
32 Polarization reflector (second polarization reflector)
33 1/4 wavelength plate 34 Total reflection mirror 35 1/4 wavelength plate 36 Total reflection mirror 201 HMD
222 Total reflection mirror (second optical element)
223 PBS
231 Polarization reflection unit 233 1/4 wavelength plate 234 Total reflection mirror 301 HMD
324 Total reflection mirror 325 Diaphragm (external light introduction opening)
325a opening

Claims (7)

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。
A display element that emits image light for displaying an image;
An image light that is disposed in front of the user's eye and is emitted from the display element is incident from above, and at least a part of the incident image light is reflected and incident on the eye. A first optical element that passes through a portion and enters the eye,
The first optical element is disposed above the first optical element, and image light emitted from the display element is incident from a direction along the left-right direction of the user, and the incident image light is reflected downward to cause the first optical element to be reflected. A second optical element incident on the element;
An imaging element that receives the external light incident along the optical axis of the image light incident on the second optical element or its extension line via the second optical element on an imaging surface; and
Head mounted display.
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。
From the display element, s-polarized image light is emitted,
The first optical element is a polarization beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. The first optical element has an s-polarized component of external light incident on the side opposite to the side that reflects image light incident on the eye. Which reflects downward,
The second optical element is a polarization beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light,
A quarter-wave plate and a total reflection mirror which are arranged below the first optical element and arranged in order with respect to incident light, and are used for external light reflected downward from the first optical element. a first polarization reflection unit that receives an s-polarized component, converts the s-polarized component of the incident external light into a p-polarized component, and reflects it upward;
The first optical element is disposed above the second optical element and has a quarter-wave plate and a total reflection mirror arranged in order with respect to incident light, and is reflected by the first polarization reflection unit. A p-polarized component of external light that has passed through the element and the second optical element is incident, a second polarized light reflecting unit that converts the p-polarized component of the incident external light into an s-polarized component and reflects it downward, Further comprising
The imaging element is disposed at a position opposite to the display element with respect to the second optical element in the left-right direction, and is reflected by the second optical element after being reflected by the second polarization reflection unit. Receiving the incident s-polarized light component of the ambient light on the imaging surface;
The head mounted display according to claim 1.
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。
The total reflection mirror included in each of the first polarization reflection unit and the second polarization reflection unit is a curved mirror having power.
The head mounted display according to claim 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、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。
From the display element, s-polarized image light is emitted,
The first optical element is a polarization beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. The first optical element has an s-polarized component of external light incident on the side opposite to the side that reflects image light incident on the eye. Which reflects downward,
The second optical element is a total reflection mirror;
A quarter-wave plate and a total reflection mirror which are arranged below the first optical element and arranged in order with respect to incident light, and are used for external light reflected downward from the first optical element. a polarization reflection unit that receives an s-polarized component, converts the s-polarized component of the incident external light into a p-polarized component, and reflects it upward;
It is disposed on the optical axis of the image light incident on the second optical element, has a polarization characteristic that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light, and image light emitted from the display element is on the optical axis. A polarization beam splitter that is incident from an orthogonal direction and reflects the incident image light toward the second optical element, and
The imaging element is disposed at a position on the same side as the display element with respect to the second optical element in the left-right direction, and is reflected by the second optical element after being reflected by the polarization reflection unit. Receiving the p-polarized component of external light transmitted through the polarizing beam splitter on the imaging surface;
The head mounted display according to claim 1.
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。
The total reflection mirror as the second optical element and the total reflection mirror included in the polarization reflection unit are curved mirrors having power.
The head mounted display according to claim 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。
From the display element, s-polarized image light is emitted,
The second optical element is a polarization beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light,
The second optical element is disposed at a position opposite to the display element in the left-right direction, receives external light incident from the front of the user, and totally reflects the incident external light. A total reflection mirror that is incident on the optical element;
An external light introduction opening which is disposed in front of the total reflection mirror and forms an opening for guiding external light incident on the total reflection mirror;
It is disposed on the optical axis of the image light incident on the second optical element, has a polarization characteristic that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light, and image light emitted from the display element is on the optical axis. A polarization beam splitter that is incident from an orthogonal direction and reflects the incident image light toward the second optical element, and
The imaging element is disposed at a position on the same side as the display element with respect to the second optical element in the left-right direction, and after being reflected by the total reflection mirror, the second optical element and the polarization beam splitter Receiving the p-polarized light component of the external light transmitted through the imaging surface,
The head mounted display according to claim 1.
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。
The total reflection mirror is a curved mirror having power,
The head mounted display according to claim 6.
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