JP6464976B2 - Display device and head mounted display - Google Patents

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本発明は、液晶表示素子を備えた表示装置、及び、使用者の頭部に表示装置を装着可能なヘッドマウントディスプレイに関する。   The present invention relates to a display device including a liquid crystal display element, and a head-mounted display capable of mounting the display device on a user's head.

液晶表示素子を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、「HMD」という。)が知られている。特許文献1に記載のHMDは、液晶ユニット、接眼光学系、ピント調整機構(アジャスタ)、及び、ハーフミラーを有する。液晶ユニットの液晶表示素子に表示された画像の光(以下、「画像光」という。)は、接眼光学系に入射され、接眼光学系からハーフミラーに向けて出射される。画像光は、ハーフミラーによって曲折され、使用者の片側の眼に入射される。これによって、使用者は、画像を虚像として視認する。ピント調整機構は、接眼光学系の光軸に沿った方向に接眼光学系を移動させる。使用者は、ピント調整機構を操作して接眼光学系を移動させることによって、虚像にピントを合わせることができる。   A head mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) including a liquid crystal display element is known. The HMD described in Patent Document 1 includes a liquid crystal unit, an eyepiece optical system, a focus adjustment mechanism (adjuster), and a half mirror. Light of an image displayed on the liquid crystal display element of the liquid crystal unit (hereinafter referred to as “image light”) enters the eyepiece optical system and exits from the eyepiece optical system toward the half mirror. The image light is bent by a half mirror and is incident on one eye of the user. Thereby, the user visually recognizes the image as a virtual image. The focus adjustment mechanism moves the eyepiece optical system in a direction along the optical axis of the eyepiece optical system. The user can focus on the virtual image by operating the focus adjustment mechanism and moving the eyepiece optical system.

特開2015−49305号公報JP2015-49305A

上記のHMDにおいて、透過型の液晶ユニットが使用される場合を例示する。この場合、液晶表示素子は、一般的にその表面に、透明な薄板上の部材(例えば、偏光フィルタや保護板)が設けられる。液晶表示素子が露出している場合、液晶表示素子の表面に埃等の異物が付着し易い。液晶表示素子の表面に異物が付着した場合、透明な薄板上の部材の表面と液晶層との距離が短いため、異物の虚像も使用者に視認される場合がある。一方、上記のHMDにおいて、反射型の液晶ユニットが使用される場合を例示する。この場合、光源からの光を液晶表示素子に導く導光部材が、液晶表示素子の表面に密着して固定される場合が多い。この場合、液晶表示素子の表面に対する異物の付着は、導光部材によって抑制される。又、液晶表示素子の表面に対して導光部材が離隔して固定される場合でも、導光部材と液晶表示素子とを密閉して異物の進入を防止することによって、液晶表示素子に異物が付着することを容易に抑制できる。   In the above HMD, a case where a transmissive liquid crystal unit is used will be exemplified. In this case, the liquid crystal display element is generally provided with a transparent thin plate member (for example, a polarizing filter or a protective plate) on the surface thereof. When the liquid crystal display element is exposed, foreign matters such as dust are likely to adhere to the surface of the liquid crystal display element. When a foreign object adheres to the surface of the liquid crystal display element, the distance between the surface of the member on the transparent thin plate and the liquid crystal layer is short, and thus a virtual image of the foreign object may be visually recognized by the user. On the other hand, in the above HMD, a case where a reflective liquid crystal unit is used will be exemplified. In this case, the light guide member that guides light from the light source to the liquid crystal display element is often fixed in close contact with the surface of the liquid crystal display element. In this case, the adhesion of foreign matter to the surface of the liquid crystal display element is suppressed by the light guide member. Further, even when the light guide member is spaced apart and fixed to the surface of the liquid crystal display element, the light guide member and the liquid crystal display element are hermetically sealed to prevent foreign matter from entering the liquid crystal display element. Adhesion can be easily suppressed.

反射型の液晶ユニットが使用される場合において、導光部材の外側の表面に異物が付着する場合もある。この場合、異物の位置は、液晶表示素子表面よりも接眼光学系に近くなるので、異物の虚像にピントが合い難くなる。従って、異物の虚像が使用者に視認され難くなるので、画像の画質は維持されるとも思われる。しかし、例えば、導光部材の外側の表面と接眼光学系との間の距離や、接眼光学系の焦点距離など、HMDで採用される光学系によっては、反射型の液晶ユニットを使用した場合であっても、異物の虚像を使用者が視認可能となる可能性がある。この場合、使用者によって視認される画像の画質は低下する。   When a reflective liquid crystal unit is used, foreign matter may adhere to the outer surface of the light guide member. In this case, since the position of the foreign substance is closer to the eyepiece optical system than the surface of the liquid crystal display element, it is difficult to focus on the virtual image of the foreign substance. Therefore, it becomes difficult for the user to visually recognize the foreign image of the foreign object, so that the image quality of the image may be maintained. However, for example, depending on the optical system employed in the HMD, such as the distance between the outer surface of the light guide member and the eyepiece optical system and the focal length of the eyepiece optical system, a reflective liquid crystal unit may be used. Even if it exists, a user may be able to visually recognize the virtual image of a foreign material. In this case, the image quality of the image visually recognized by the user is degraded.

本発明の目的は、反射型の液晶ユニットを有し、且つ、導光部材の表面に異物が付着した場合でも画質の低下を抑制できる表示装置、及び、使用者の頭部に表示装置を装着可能なヘッドマウントディスプレイを提供することである。   An object of the present invention is to provide a display device that has a reflective liquid crystal unit and can suppress deterioration in image quality even when foreign matter adheres to the surface of the light guide member, and the display device is mounted on the user's head It is to provide a possible head mounted display.

本発明の第1態様に係る表示装置は、光源と、画像を表示可能な反射型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子に固定され、前記光源から放射された光を前記液晶表示素子に導く導光部材と、前記導光部材によって導かれる前記光に基づいて前記液晶表示素子から出射された画像光の光路において、前記導光部材の下流に設けられ、前記画像光を集光する接眼光学系と、前記光源、前記液晶表示素子、前記導光部材、及び、前記接眼光学系を収容し、前記接眼光学系の光軸に沿って延びる方向に長い筐体と、前記光路において前記接眼光学系よりも下流に設けられ、前記接眼光学系から出射した前記画像光の少なくとも一部の光を、前記筐体の長手方向と交差する特定方向に偏向する偏向部材とを備え、前記接眼光学系の焦点距離をf[mm]、前記接眼光学系の主点と前記画像の虚像との間の前記光路における距離をb[mm]、及び、前記液晶表示素子と前記導光部材との間の前記光路における距離をd[mm]とした場合、前記f、前記b、及び、前記dが、
(但し、b>0、f>0、d>0)の関係を満たし、前記接眼光学系の前記光路における最も下流の面から射出瞳までの距離をE[mm]とした場合、前記f、前記b、前記d、及び、前記Eが、
(但し、E>0)の関係を満たし、前記Eは、前記筐体の長手方向における前記接眼光学系の前記偏向部材に最も近い第3面と前記接眼光学系の光軸とが交差する第3点と、前記偏向部材と前記接眼光学系の光軸とが交差する第4点との間の第1距離、及び、前記筐体のうち前記特定方向に最も突出した第5点と前記第4点と間の前記特定方向の第2距離を合計した距離よりも大きいことを特徴とする。
The display device according to the first aspect of the present invention includes a light source, a reflective liquid crystal display element capable of displaying an image, and a light that is fixed to the liquid crystal display element and guides light emitted from the light source to the liquid crystal display element. A light guide member and eyepiece optics that are provided downstream of the light guide member in the optical path of the image light emitted from the liquid crystal display element based on the light guided by the light guide member and collect the image light A system, a light source, the liquid crystal display element, the light guide member, and the eyepiece optical system, a housing that is long in a direction extending along the optical axis of the eyepiece optical system, and the eyepiece optical in the optical path A deflection member that is provided downstream of the optical system and deflects at least a part of the image light emitted from the eyepiece optical system in a specific direction intersecting a longitudinal direction of the housing , and the eyepiece optical system Is the focal length of f [mm] The distance in the optical path between the principal point of the eyepiece optical system and the virtual image of the image is b [mm], and the distance in the optical path between the liquid crystal display element and the light guide member is d [mm]. Where f, b and d are
(However, b> 0, f> 0 , d> 0) to satisfy the relationship, the case where the distance from the most downstream side in the optical path of the eyepiece optical system to the exit pupil and E [mm], wherein f , B, d and E are
(However, E> 0), where E is the third surface closest to the deflecting member of the eyepiece optical system in the longitudinal direction of the housing and the optical axis of the eyepiece optical system intersects. A first distance between three points and a fourth point where the deflecting member and the optical axis of the eyepiece optical system intersect, and a fifth point of the housing that protrudes most in the specific direction and the first point. It is larger than the total distance of the second distances in the specific direction between the four points .

上記の表示装置において、導光部材に存在する異物の虚像にピントが合わないようにするためには、使用者が視認し難いピント位置に異物の虚像が常に配置されればよい。ここで、20代の人の眼の平均近点距離は、約100mmであるといわれている。つまり、20代の人にとって、眼から約100mmよりも近い位置に存在する物体(即ち、100mmより近い虚像)に対しては、眼のピントを合わせ難い。このため、接眼光学系の主点と異物の虚像との間の距離が100mmよりも小さくなれば、異物の虚像を使用者が常に視認し難くなる。   In the display device described above, in order to prevent focusing on the virtual image of the foreign matter existing on the light guide member, the virtual image of the foreign matter may be always arranged at a focus position that is difficult for the user to visually recognize. Here, it is said that the average near-point distance of eyes of people in their 20s is about 100 mm. That is, it is difficult for people in their 20s to focus their eyes on an object that is present at a position closer than about 100 mm from the eye (that is, a virtual image closer than 100 mm). For this reason, if the distance between the main point of the eyepiece optical system and the virtual image of the foreign object is smaller than 100 mm, it becomes difficult for the user to always visually recognize the virtual image of the foreign object.

これに対し、表示装置は、f、b、dが上記の関係を満たす場合に、接眼光学系の主点と異物の虚像との間の距離は、100mmよりも短くなる。この場合、異物の虚像を使用者が常に視認し難くなる。従って、表示装置は、異物の存在によって画像の画質が低下することを抑制できる。
上記において、Eは、所謂アイレリーフ長に対応する。従って、表示装置は、f、b、d、及び、Eが上記の関係を満たす場合、使用者の眼から間隔を空けた状態で表示装置が使用者に装着された場合でも、使用者が異物の虚像を視認することを抑制できる。
又、表示装置は、使用者が異物の虚像を視認することを抑制しつつ、表示装置が使用者に装着された状態で筐体が使用者に接触することを抑制できる。
On the other hand, in the display device, when f, b, and d satisfy the above relationship, the distance between the main point of the eyepiece optical system and the virtual image of the foreign object is shorter than 100 mm. In this case, it becomes difficult for the user to always visually recognize the virtual image of the foreign object. Therefore, the display device can suppress degradation of the image quality due to the presence of the foreign matter.
In the above, E corresponds to the so-called eye relief length. Therefore, when f, b, d, and E satisfy the above-described relationship, the display device is not subject to foreign objects even when the display device is mounted on the user while being spaced from the user's eyes. It can suppress visually recognizing a virtual image.
In addition, the display device can prevent the casing from coming into contact with the user while the display device is attached to the user while suppressing the user from visually recognizing the virtual image of the foreign object.

第1態様において、前記虚像の位置を、前記接眼光学系の前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離が最も短い第1位置と、前記接眼光学系の前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離が最も長い第2位置との間で設定可能な設定機構をさらに備え、前記bは、前記虚像が前記第1位置と前記第2位置との間の特定位置に位置する場合における、前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離であってもよい。表示装置が設定機構を有する場合、画像の虚像の位置によっては、何れかの位置で異物の虚像が眼のピントと合う位置に提示されてしまい、異物の虚像を使用者が視認可能となる場合がある。しかし、画像の虚像が特定位置に位置する場合のbに対して、上記の関係を満たせば、画像の虚像が特定位置と第1位置との間に位置する場合は、接眼光学系の主点と異物の虚像との間の距離が100mmよりも短くなる。従って、設定機構による画像のピント設定を可能としつつ、異物の存在によって画像の画質が低下することを抑制できる画像のピント範囲を、画像の虚像が特定位置と第1位置との間に確保することができる。   In the first aspect, the position of the virtual image is defined as a first position having a shortest distance in the optical path between the principal point of the eyepiece optical system and the virtual image, the principal point of the eyepiece optical system, and the virtual image. A setting mechanism that can be set between the second position having the longest distance in the optical path between the first position and the second position, wherein the virtual image is positioned at a specific position between the first position and the second position. The distance in the optical path between the principal point and the virtual image may be used. When the display device has a setting mechanism, depending on the position of the virtual image of the image, the virtual image of the foreign object is presented at a position that matches the focus of the eye, and the user can visually recognize the virtual image of the foreign object There is. However, if the above relationship is satisfied with respect to b when the virtual image of the image is located at a specific position, the main point of the eyepiece optical system is obtained when the virtual image of the image is located between the specific position and the first position. The distance between the object and the virtual image of the foreign object is shorter than 100 mm. Accordingly, the virtual image of the image is ensured between the specific position and the first position so that the focus of the image can be set by the setting mechanism and the deterioration of the image quality due to the presence of the foreign matter can be suppressed. be able to.

第1態様において、前記bは、前記虚像が前記第2位置に位置する場合における、前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離であってもよい。この場合、設定機構によって画像の虚像が第2位置に設定された場合であっても、接眼光学系の主点と異物の虚像との間の距離が100mmよりも短くなる。従って、設定機構による画像のピント設定が可能な全ての範囲において、異物の存在によって画像の画質が低下することを抑制できる。   In the first aspect, b may be a distance in the optical path between the principal point and the virtual image when the virtual image is located at the second position. In this case, even when the virtual image of the image is set to the second position by the setting mechanism, the distance between the main point of the eyepiece optical system and the virtual image of the foreign object is shorter than 100 mm. Therefore, it is possible to suppress degradation of the image quality due to the presence of foreign matter in the entire range where the focus setting of the image by the setting mechanism is possible.

第1態様において、前記dが5mm以上であってもよい。この場合、表示装置は、異物の虚像が使用者にとって視認し難い状態を維持しつつ、接眼光学系が採用可能なfの値の範囲を広げることができるので、異物の虚像にピントが合うことによって虚像が視認されるfの範囲を狭くできる。   In the first aspect, the d may be 5 mm or more. In this case, the display device can expand the range of values of f that can be adopted by the eyepiece optical system while maintaining a state in which the virtual image of the foreign object is difficult for the user to visually recognize, so that the virtual image of the foreign object is focused. Thus, the range of f where the virtual image is visually recognized can be narrowed.

第1態様において、前記bが300mm以上600mm以下であってもよい。例えば、典型的な液晶表示素子のサイズ(例えば、対角で0.5〜0.7インチ)を想定した場合、導光部材と液晶表示素子との距離が近い部分において、dは少なくとも、約3mm以上あることが望ましい。また、比較的大きな画角(例えば、対角で20〜30°)を得るためには、fとして、約21.5mm以下であることが望ましい。この場合、bを300mm以上600mm以下とすることで、異物の存在によって画像の画質が低下することを抑制できる。   1st aspect WHEREIN: 300 mm or more and 600 mm or less may be sufficient as said b. For example, assuming a typical size of a liquid crystal display element (for example, 0.5 to 0.7 inches diagonally), in a portion where the distance between the light guide member and the liquid crystal display element is short, d is at least about It is desirable that it be 3 mm or more. Further, in order to obtain a relatively large angle of view (for example, 20 to 30 degrees diagonally), f is preferably about 21.5 mm or less. In this case, by setting b to be 300 mm or more and 600 mm or less, it is possible to suppress deterioration in image quality due to the presence of foreign matter.

第1態様において、前記導光部材の前記光路における最も下流の面は、前記光路に対して傾斜し、前記dは、前記導光部材の前記最も下流の面と前記接眼光学系の光軸とが交差する第1点と、前記液晶表示素子の表示面と前記接眼光学系の光軸とが交差する第2点との間の距離であってもよい。この場合、表示装置は、画像の中心位置に対応する導光部材の表面に異物が付着した場合に、この異物の虚像を使用者が視認することを抑制できる。   In the first aspect, the most downstream surface in the optical path of the light guide member is inclined with respect to the optical path, and the d is the most downstream surface of the light guide member and the optical axis of the eyepiece optical system. May be a distance between a first point that intersects and a second point that intersects the display surface of the liquid crystal display element and the optical axis of the eyepiece optical system. In this case, when a foreign substance adheres to the surface of the light guide member corresponding to the center position of the image, the display device can prevent the user from visually recognizing the virtual image of the foreign substance.

本発明の第2態様に係るヘッドマウントディスプレイは、第1態様に係る前記表示装置と、使用者の頭部に装着される装着具に対して前記表示装置を取り付ける部材であって、所定の可動範囲内で前記表示装置を移動させることが可能な接続具とを備えたヘッドマウントディスプレイであって、前記Eは、前記可動範囲のうち前記装着具からもっとも離隔した位置に前記表示装置が移動した状態での前記装着具と前記表示装置との間の距離よりも小さいことを特徴とする。第2態様によれば、ヘッドマウントディスプレイは、接続具によって表示装置が可動範囲の何れの位置に移動した場合でも、使用者が異物の虚像を視認することを抑制できる。   A head-mounted display according to a second aspect of the present invention is a member that attaches the display device to the display device according to the first aspect and a mounting tool that is attached to a user's head, and is a predetermined movable member. And a connection device capable of moving the display device within a range, wherein the display device is moved to a position farthest from the wearing tool within the movable range. It is smaller than the distance between the wearing tool and the display device in a state. According to the second aspect, the head mounted display can prevent the user from visually recognizing the virtual image of the foreign object even when the display device is moved to any position within the movable range by the connecting tool.

使用者の眼前に表示装置11が近接した状態のHMD1の斜視図である。It is a perspective view of HMD1 in the state where display 11 approached in front of a user's eyes. 表示装置11の斜視図である。3 is a perspective view of a display device 11. FIG. 表示装置11内の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view inside the display device 11. 調節機構4の背面図である。6 is a rear view of the adjustment mechanism 4. FIG. 第1状態におけるHMD1の内部の斜視図である。It is a perspective view inside HMD1 in the 1st state. 第2状態におけるHMD1の内部の斜視図である。It is a perspective view inside HMD1 in the 2nd state. レンズユニット6、画像ユニット7、異物虚像77B、及び、画像虚像77C等の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the lens unit 6, the image unit 7, the foreign material virtual image 77B, the image virtual image 77C, etc. FIG. 表示装置11と射出瞳21との位置関係を示す図である。3 is a diagram showing a positional relationship between the display device 11 and an exit pupil 21. FIG. 使用者の眼前から表示装置11が離隔した状態のHMD1の斜視図である。It is a perspective view of HMD1 in the state where display 11 separated from the user's eyes. fとb(s)との関係を示すグラブである。It is a grab showing the relationship between f and b (s). dとb(s)との関係を示すグラブである。It is a grab showing the relationship between d and b (s). dとb(s)との関係を示すグラブである。It is a grab showing the relationship between d and b (s). fとb(s)+Eとの関係を示すグラブである。It is a grab showing the relationship between f and b (s) + E.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図1に示すように、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、以下、「HMD」という。)1は、光学透過型のシースルーHMDである。使用者の眼前の景色の光は、ハーフミラー56を透過することによって使用者の眼に直接導かれる。HMD1の投影形式は、虚像投影型である。ハーフミラー56は、液晶表示素子72C(図3参照、後述)に表示された画像の光を、使用者の片側の眼に向けて反射させる。HMD1は、使用者に対して、眼前の景色に画像を重ねて認識させることができる。HMD1は、表示装置11、装着具8、及び、接続具9を備える。以下、図の説明の理解を助けるため、HMD1の上側、下側、左側、右側、前側、及び、後側を定義する。HMD1の上側、下側、左側、右側、前側、及び、後側は、例えば、図1の上側、下側、左側、右側、左斜め下側、及び、右斜め上側にそれぞれ対応する。HMD1の上側、下側、左側、右側、前側、及び、後側は、それぞれ、それぞれ、装着具8が着用されたユーザにとって、上側、下側、右側、左側、前側、及び、後側に対応する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a head mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) 1 is an optically transmissive see-through HMD. The light in the scene in front of the user's eyes is guided directly to the user's eyes by passing through the half mirror 56. The projection format of HMD1 is a virtual image projection type. The half mirror 56 reflects the light of the image displayed on the liquid crystal display element 72 </ b> C (see FIG. 3, described later) toward one eye of the user. The HMD 1 can allow the user to recognize an image superimposed on the scene in front of him. The HMD 1 includes a display device 11, a wearing tool 8, and a connecting tool 9. Hereinafter, in order to help understand the description of the figure, the upper side, lower side, left side, right side, front side, and rear side of the HMD 1 are defined. The upper side, the lower side, the left side, the right side, the front side, and the rear side of the HMD 1 correspond to, for example, the upper side, the lower side, the left side, the right side, the lower left diagonal side, and the upper right diagonal side of FIG. The upper side, the lower side, the left side, the right side, the front side, and the rear side of the HMD 1 correspond to the upper side, the lower side, the right side, the left side, the front side, and the rear side, respectively, for the user wearing the wearing tool 8. To do.

<装着具8、接続具9>
装着具8は、樹脂や金属(例えば、ステンレス)などの、可撓性を有する材質で構成される。装着具8は、第1部分8A及び第2部分8B、8Cを有する。第1部分8A及び第2部分8B、8Cは、それぞれ、湾曲した細長い板状部材である。第1部分8Aは、左右方向に延び、且つ、前側に凸状に湾曲する。第2部分8Bは、第1部分8Aの一方側(例えば、左側)の端部から延びる。第2部分8Cは、第1部分8Aの他方側(例えば、右側)の端部から延びる。第2部分8B、8Cは、それぞれ、第1部分8Aと接続する側と反対側(例えば、後側)の端部が互いに近づく方向に延びる。装着具8は、使用者の前頭部、右側頭部、及び、左側頭部のそれぞれに、第1部分8A、第2部分8B、8Cを接触させた状態で、使用者の頭部に着用される。この状態で、第1部分8Aは使用者の額に沿って左右方向に延びる。
<Installation tool 8, connection tool 9>
The mounting tool 8 is made of a flexible material such as resin or metal (for example, stainless steel). The mounting tool 8 includes a first portion 8A and second portions 8B and 8C. The first portion 8A and the second portions 8B and 8C are each a curved elongated plate-like member. The first portion 8A extends in the left-right direction and is curved in a convex shape on the front side. The second portion 8B extends from an end portion on one side (for example, the left side) of the first portion 8A. The second portion 8C extends from the end portion on the other side (for example, the right side) of the first portion 8A. The second portions 8B and 8C each extend in a direction in which end portions on the opposite side (for example, rear side) to the side connected to the first portion 8A approach each other. The wearing tool 8 is worn on the user's head with the first part 8A, the second part 8B, and 8C in contact with the frontal, right and left heads of the user, respectively. Is done. In this state, the first portion 8A extends in the left-right direction along the forehead of the user.

接続具9は棒状である。接続具9は、樹脂や金属などで構成される。接続具9の一端側(例えば、上側)は、装着具8の第1部分8Aに接続される。接続具9と装着具8とは、ボールジョイントで接続される。接続具9の他端側(例えば、下側)に、後述する表示装置11が接続される。接続具9と表示装置11とは、ボールジョイントで接続される。接続具9は、装着具8から離隔した位置に表示装置11を保持する。接続具9は、両端部のボールジョイントによって、表示装置11を所定の可動範囲内で移動させることができる。   The connection tool 9 is rod-shaped. The connection tool 9 is made of resin or metal. One end side (for example, the upper side) of the connection tool 9 is connected to the first portion 8A of the mounting tool 8. The connection tool 9 and the mounting tool 8 are connected by a ball joint. A display device 11 to be described later is connected to the other end side (for example, the lower side) of the connection tool 9. The connection tool 9 and the display device 11 are connected by a ball joint. The connection tool 9 holds the display device 11 at a position separated from the mounting tool 8. The connection tool 9 can move the display device 11 within a predetermined movable range by ball joints at both ends.

HMD1は、装着具8に対して表示装置11が下側に配置された図1の状態で、装着具8が使用者の頭部に着用された場合に、表示装置11のハーフミラー56を使用者の左眼の前方に配置させることができる。この場合、接続具9は、装着具8との接続部分から前斜め下側に向けて延びる。   The HMD 1 uses the half mirror 56 of the display device 11 when the mounting tool 8 is worn on the user's head in the state of FIG. 1 in which the display device 11 is disposed below the mounting tool 8. Can be placed in front of the left eye of the person. In this case, the connection tool 9 extends from the connection part with the mounting tool 8 toward the front obliquely lower side.

<表示装置11>
図1及び図2に示すように、表示装置11は、左右方向に長い箱状の筐体12を有する。筐体12の左端部は開口する。ホルダ5は、筐体12の開口部分に保持される。ホルダ5は、ハーフミラー56を筐体12に固定する。ハーフミラー56の前側は、筐体12によって覆われない。筐体12の前側面に操作部材3が設けられる。図3に示すように、筐体12は、調節機構4、レンズユニット6、画像ユニット7を収容する。レンズユニット6の左側は、筐体12によって覆われない。筐体12の右端部の後側に、通信線28(図2参照)が接続される。HMD1は、外部機器(図示略)と通信線28を介して接続される。外部機器は、HMD1に画像データ及び電力を供給する。
<Display device 11>
As shown in FIGS. 1 and 2, the display device 11 includes a box-shaped housing 12 that is long in the left-right direction. The left end of the housing 12 is open. The holder 5 is held in the opening portion of the housing 12. The holder 5 fixes the half mirror 56 to the housing 12. The front side of the half mirror 56 is not covered by the housing 12. An operation member 3 is provided on the front side surface of the housing 12. As shown in FIG. 3, the housing 12 accommodates the adjustment mechanism 4, the lens unit 6, and the image unit 7. The left side of the lens unit 6 is not covered by the housing 12. A communication line 28 (see FIG. 2) is connected to the rear side of the right end portion of the housing 12. The HMD 1 is connected to an external device (not shown) via the communication line 28. The external device supplies image data and power to the HMD 1.

図3に示すように、筐体12は、前側筐体13と後側筐体14とを組み合わせることによって形成される。ホルダ5、レンズユニット6、及び、画像ユニット7は、左側から右側に向けて順番に並ぶ。調節機構4は、レンズユニット6の前側に配置される。後側筐体14の前側の面のうち、上下方向中心を含む位置に、後方に向けて凹んだ溝部242が設けられる。溝部242は、左右方向に一直線状に延びる。   As shown in FIG. 3, the housing 12 is formed by combining a front housing 13 and a rear housing 14. The holder 5, the lens unit 6, and the image unit 7 are arranged in order from the left side to the right side. The adjustment mechanism 4 is disposed on the front side of the lens unit 6. A groove portion 242 recessed toward the rear is provided at a position including the center in the vertical direction on the front surface of the rear housing 14. The groove 242 extends in a straight line in the left-right direction.

画像ユニット7は、通信線28(図2参照)を介して外部機器から受信した画像データに応じた画像の画像光を生成し、出射する。画像ユニット7は、第1保持部材71、液晶ユニット72、及び、第2保持部材73を有する。第1保持部材71は、円筒部材71A、側板部材71B、71C、71Dを有する。円筒部材71Aは、左右方向に延びる略円筒状の部材である。後述する複数のレンズ63のそれぞれの光軸は、円筒部材71Aの中心を左右方向に延びる軸線上に配置される。側板部材71B、71C、71Dは、それぞれ、円筒部材71Aの右端部から右側に延びる平面板状の部材である。側板部材71B、71Cの平面のそれぞれは、前後方向を向く。側板部材71Dの平面のそれぞれは、上下方向を向く。側板部材71Bの下端は、側板部材71Dの前端に接続し、側板部材71Cの下端は、側板部材71Dの後端に接続する。側板部材71Cは、後側筐体14に保持される。これによって、筐体12に対する画像ユニット7の位置が固定される。   The image unit 7 generates and emits image light of an image corresponding to image data received from an external device via the communication line 28 (see FIG. 2). The image unit 7 includes a first holding member 71, a liquid crystal unit 72, and a second holding member 73. The first holding member 71 includes a cylindrical member 71A and side plate members 71B, 71C, 71D. The cylindrical member 71A is a substantially cylindrical member extending in the left-right direction. Each optical axis of a plurality of lenses 63 to be described later is disposed on an axis extending in the left-right direction at the center of the cylindrical member 71A. The side plate members 71B, 71C, 71D are flat plate-like members extending from the right end portion of the cylindrical member 71A to the right side. Each of the plane surfaces of the side plate members 71B and 71C faces the front-rear direction. Each of the flat surfaces of the side plate member 71D faces the up-down direction. The lower end of the side plate member 71B is connected to the front end of the side plate member 71D, and the lower end of the side plate member 71C is connected to the rear end of the side plate member 71D. The side plate member 71 </ b> C is held by the rear housing 14. As a result, the position of the image unit 7 with respect to the housing 12 is fixed.

液晶ユニット72は、光源72A、導光部材72B、及び、液晶表示素子72Cを有する。液晶ユニット72は、第1保持部材71のうち側板部材71B、71C、71Dで囲まれた部分に配置される。液晶表示素子72Cは矩形状である。液晶表示素子72Cの表示方式は、反射型である。液晶表示素子72Cの表示面721(図7等参照)は、液晶表示素子72Cの左側面に対応する。導光部材72Bは、液晶表示素子72Cの表示面721を封止部材によって密封(例えば、密着)した状態で、液晶表示素子72Cに固定される。導光部材72Bは、上方から入射した光を効率的に右方に反射させ、且つ、右方から入射した光を効率的に左方に透過させることができる。導光部材72Bは、例えば、互いに直交する二種類の偏光成分のうち、何れか一方のみを透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタである。導光部材72Bにおける画像光の光路の最も下流の面、即ち、導光部材72Bのうち液晶表示素子72C側と反対側の面(以下、「外面722」という。図7参照)は、画像光の光路と直交する平面に対して傾斜する。光源72Aは、導光部材72Bの上面に接続される。液晶ユニット72において、光源72Aから放射された光は、非図示の拡散板を通過することによって、面内の均一な光に分散される。更に、拡散板を通過した光は、非図示の偏向板を通過することによって直線偏向する。偏光板を通過した光は、導光部材72Bによって液晶表示素子72C側に反射され、液晶表示素子72Cに入射する。入射された光は、液晶表示素子72Cの表示面721において反射される。反射された光は、液晶表示素子72Cの表示面721に表示された画像の画像光に対応する。なお、画像光は、表示面721での反射に伴って偏光の向きが回転する。液晶表示素子72Cから出射された画像光は、導光部材72Bに入射し、外面722側から出射する。   The liquid crystal unit 72 includes a light source 72A, a light guide member 72B, and a liquid crystal display element 72C. The liquid crystal unit 72 is disposed in a portion of the first holding member 71 surrounded by the side plate members 71B, 71C, 71D. The liquid crystal display element 72C has a rectangular shape. The display method of the liquid crystal display element 72C is a reflection type. A display surface 721 (see FIG. 7 and the like) of the liquid crystal display element 72C corresponds to the left side surface of the liquid crystal display element 72C. The light guide member 72B is fixed to the liquid crystal display element 72C in a state where the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C is sealed (for example, in close contact) with a sealing member. The light guide member 72B can efficiently reflect the light incident from above to the right, and can efficiently transmit the light incident from the right to the left. The light guide member 72B is, for example, a polarization beam splitter that transmits only one of two types of polarization components orthogonal to each other and reflects the other. The most downstream surface of the light path of the image light in the light guide member 72B, that is, the surface opposite to the liquid crystal display element 72C side of the light guide member 72B (hereinafter referred to as “outer surface 722”, see FIG. 7). It inclines with respect to the plane orthogonal to the optical path. The light source 72A is connected to the upper surface of the light guide member 72B. In the liquid crystal unit 72, the light emitted from the light source 72A passes through a diffusion plate (not shown) and is dispersed into uniform light in the plane. Furthermore, the light that has passed through the diffusion plate is linearly deflected by passing through a deflection plate (not shown). The light that has passed through the polarizing plate is reflected by the light guide member 72B toward the liquid crystal display element 72C and enters the liquid crystal display element 72C. The incident light is reflected on the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. The reflected light corresponds to the image light of the image displayed on the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. Note that the direction of polarization of the image light is rotated with reflection on the display surface 721. The image light emitted from the liquid crystal display element 72C enters the light guide member 72B and exits from the outer surface 722 side.

第2保持部材73は、保持部分73A及び制御基板73Bを有する。保持部分73Aは、液晶表示素子72Cの右側に配置される。制御基板73Bは、保持部分73Aの右側に配置される。制御基板73Bは、フレキシブルプリント基板(図示略)を介して液晶表示素子72Cに接続される。制御基板73Bに通信線28(図2参照)が接続される。制御基板73Bは、外部機器から送信された画像データを、通信線28を介して受信する。制御基板73Bは、フレキシブルプリント基板を介して液晶表示素子72Cに制御信号を出力することによって、画像データに応じた画像を表示面721に表示させる。   The second holding member 73 has a holding portion 73A and a control board 73B. The holding portion 73A is disposed on the right side of the liquid crystal display element 72C. The control board 73B is disposed on the right side of the holding portion 73A. The control board 73B is connected to the liquid crystal display element 72C via a flexible printed board (not shown). The communication line 28 (see FIG. 2) is connected to the control board 73B. The control board 73 </ b> B receives the image data transmitted from the external device via the communication line 28. The control board 73B displays an image corresponding to the image data on the display surface 721 by outputting a control signal to the liquid crystal display element 72C via the flexible printed board.

レンズユニット6は、画像ユニット7に対して、画像光の光路の下流に配置される。画像光は、導光部材72Bの外面722から出射される。レンズユニット6は、画像ユニット7から出射された画像光を、ハーフミラー56に導く。レンズユニット6は、保持部材61、円筒部材62、及び、複数のレンズ63を有する。保持部材61は、左右方向に延びる略円筒状の部材である。保持部材61の内側に複数のレンズ63が固定されている。複数のレンズ63のそれぞれの光軸は、保持部材61の中心を左右方向に延びる軸線上に配置されている。複数のレンズ63のそれぞれの光軸の延びる方向は、筐体12の長手方向と一致する。保持部材61は、前側面61Aを有する。前側面61Aには、前方に向けて突出する凸部64が設けられる。凸部64は、後述する調節機構4の係合部4Bのカム溝42(図4参照)に嵌る。保持部材61の後側面に、後方に向けて突出する非図示の凸部が設けられる。この凸部は、第4筐体24の溝部242に嵌る。レンズユニット6は、後側筐体14に左右方向に移動可能に保持される。   The lens unit 6 is arranged downstream of the optical path of the image light with respect to the image unit 7. The image light is emitted from the outer surface 722 of the light guide member 72B. The lens unit 6 guides the image light emitted from the image unit 7 to the half mirror 56. The lens unit 6 includes a holding member 61, a cylindrical member 62, and a plurality of lenses 63. The holding member 61 is a substantially cylindrical member extending in the left-right direction. A plurality of lenses 63 are fixed inside the holding member 61. Each optical axis of the plurality of lenses 63 is disposed on an axis extending in the left-right direction at the center of the holding member 61. The direction in which the optical axis of each of the plurality of lenses 63 extends coincides with the longitudinal direction of the housing 12. The holding member 61 has a front side surface 61A. The front side surface 61A is provided with a convex portion 64 that protrudes forward. The convex part 64 fits in the cam groove 42 (see FIG. 4) of the engaging part 4B of the adjusting mechanism 4 described later. On the rear side surface of the holding member 61, a convex portion (not shown) that protrudes rearward is provided. This convex part fits into the groove part 242 of the fourth housing 24. The lens unit 6 is held by the rear housing 14 so as to be movable in the left-right direction.

円筒部材62は、左右方向に延びる略円筒状の部材である。円筒部材62は、保持部材61の右側に設けられる。複数のレンズ63のそれぞれの光軸は、円筒部材62の中心を左右方向に延びる軸線上に配置される。円筒部材62の外側の壁面の断面形状と、画像ユニット7の円筒部材71Aの円筒部材71Aの内側の壁面の断面形状とは、略等しい。円筒部材62の右側の少なくとも一部は、円筒部材71Aの左側の少なくとも一部の内側に嵌る。円筒部材62と円筒部材71Aとは、左右方向に重複する。画像ユニット7によって生成された画像光は、レンズユニット6に対して円筒部材62側から入射し、保持部材61側から出射する。レンズユニット6を通過する画像光は、複数のレンズ63によって集光される。   The cylindrical member 62 is a substantially cylindrical member that extends in the left-right direction. The cylindrical member 62 is provided on the right side of the holding member 61. Each optical axis of the plurality of lenses 63 is arranged on an axis extending in the left-right direction at the center of the cylindrical member 62. The sectional shape of the outer wall surface of the cylindrical member 62 and the sectional shape of the inner wall surface of the cylindrical member 71A of the cylindrical member 71A of the image unit 7 are substantially equal. At least a part of the right side of the cylindrical member 62 fits inside at least a part of the left side of the cylindrical member 71A. The cylindrical member 62 and the cylindrical member 71A overlap in the left-right direction. The image light generated by the image unit 7 enters the lens unit 6 from the cylindrical member 62 side and exits from the holding member 61 side. The image light that passes through the lens unit 6 is collected by a plurality of lenses 63.

操作部材3は円錐台状の部材である。操作部材3の中心軸は、前後方向に延びる。操作部材3は、中心軸を中心として回動可能である。操作部材3の後端面には、調節機構4の突出部4A(後述)が嵌合する非図示の嵌合溝が設けられている。   The operation member 3 is a frustoconical member. The central axis of the operation member 3 extends in the front-rear direction. The operation member 3 is rotatable about the central axis. On the rear end surface of the operation member 3, a fitting groove (not shown) into which a protruding portion 4A (described later) of the adjusting mechanism 4 is fitted is provided.

調節機構4は、突出部4A及び係合部4Bを有する。係合部4Bは円形板状の部材である。以下、係合部4Bの中心を、「中心X」と表記する。突出部4Aは、係合部4Bの中心X付近から前方に向けて突出する。突出部4Aは、前側筐体13の前側面の穴21Dに後側から進入し、前側筐体13の前側面よりも前側に突出する。突出部4Aは、操作部材3の後端面の嵌合溝に嵌合する。これによって、操作部材3及び調節機構4は、前側筐体13に保持される。調節機構4は、係合部4Bの中心Xを通って前後方向に延びる軸を中心として、操作部材3と一体となって回動可能である。図4に示すように、係合部4Bの後側面にカム溝42が設けられる。カム溝42は、係合部4Bの後側面の一部が前方に向けて凹むことによって形成される。カム溝42は、係合部4Bの中心Xを中心として渦巻き状に延びる。カム溝42は、後側からみた状態で、時計回りに旋回するに従って中心Xから離間する。カム溝42は、第1端42Aと第2端42Bとを有する。第1端42Aは、カム溝42のうち時計回り方向の端部であり、第2端42Bは、反時計回り方向の端部である。カム溝42には、操作部材3及び調節機構4が前側筐体13に保持された状態で、レンズユニット6の凸部64が後方から嵌る。   The adjustment mechanism 4 has a protruding portion 4A and an engaging portion 4B. The engaging portion 4B is a circular plate member. Hereinafter, the center of the engaging portion 4B is referred to as “center X”. The protruding portion 4A protrudes forward from the vicinity of the center X of the engaging portion 4B. The protruding portion 4 </ b> A enters the hole 21 </ b> D on the front side surface of the front housing 13 from the rear side and protrudes to the front side from the front side surface of the front housing 13. The protruding portion 4A is fitted in the fitting groove on the rear end surface of the operation member 3. As a result, the operation member 3 and the adjustment mechanism 4 are held by the front housing 13. The adjustment mechanism 4 can rotate integrally with the operation member 3 around an axis extending in the front-rear direction through the center X of the engagement portion 4B. As shown in FIG. 4, a cam groove 42 is provided on the rear surface of the engaging portion 4B. The cam groove 42 is formed when a part of the rear side surface of the engaging portion 4B is recessed forward. The cam groove 42 extends spirally around the center X of the engaging portion 4B. The cam groove 42 is separated from the center X as it turns clockwise as viewed from the rear side. The cam groove 42 has a first end 42A and a second end 42B. The first end 42A is an end portion in the clockwise direction of the cam groove 42, and the second end 42B is an end portion in the counterclockwise direction. The convex portion 64 of the lens unit 6 is fitted into the cam groove 42 from the rear in a state where the operation member 3 and the adjustment mechanism 4 are held by the front housing 13.

図3に示すように、ハーフミラー56は、レンズユニット6に対して画像光の光路の下流、つまり、レンズユニット6に対して画像ユニット7側と反対側に配置される。ハーフミラー56は、ホルダ5に保持される。ハーフミラー56は、ホルダ5によって筐体12に対する位置が固定される。ハーフミラー56の両面のうち一方の面56Bは、右斜め後方を向き、他方の面56Cは、左斜め前方を向く。ハーフミラー56は、面56B側から入射した光の一部(例えば50%)を反射させ、面56C側から入射した光の一部(例えば50%)を透過させることができる。このため、ハーフミラー56は、レンズユニット6から出射された画像光の一部を、複数のレンズ63のそれぞれの光軸の延びる方向と交差する方向(後方向)に反射させることができる。使用者の眼は、ハーフミラー56によって反射された画像光に基づいて、虚像を視認できる。又、ハーフミラー56は、前側から入射した外界の光の一部を、後側に透過させることができる。   As shown in FIG. 3, the half mirror 56 is disposed downstream of the optical path of the image light with respect to the lens unit 6, that is, on the side opposite to the image unit 7 side with respect to the lens unit 6. The half mirror 56 is held by the holder 5. The position of the half mirror 56 with respect to the housing 12 is fixed by the holder 5. One surface 56B of both surfaces of the half mirror 56 faces right diagonally backward, and the other surface 56C faces diagonally left forward. The half mirror 56 can reflect a part (for example, 50%) of the light incident from the surface 56B side and transmit a part of the light (for example, 50%) incident from the surface 56C side. For this reason, the half mirror 56 can reflect a part of the image light emitted from the lens unit 6 in a direction (rear direction) intersecting with the extending direction of each optical axis of the plurality of lenses 63. The user's eyes can visually recognize the virtual image based on the image light reflected by the half mirror 56. Further, the half mirror 56 can transmit a part of the external light incident from the front side to the rear side.

なお、本発明において、上記のハーフミラー56の代わりに、背景の光が透過しない一般的な鏡が可能な反射部材が用いられてもよい。又、ハーフミラー56の代わりに、プリズムや回折格子のような光路偏向部材が用いられてもよい。   In the present invention, instead of the half mirror 56 described above, a reflective member capable of a general mirror that does not transmit background light may be used. Further, instead of the half mirror 56, an optical path deflecting member such as a prism or a diffraction grating may be used.

ピント調節を行なうために使用者が操作部材3を回転させた場合の、レンズユニット6の動きについて、図5及び図6を参照して説明する。操作部材3の回動に応じて調節機構4が回動する場合、凸部64(図3参照)は、係合部4Bのカム溝42(図4参照)に沿って移動する。このためレンズユニット6は、調節機構4の回動に応じて左右方向に移動する。図5に示すように、操作部材3が前側からみた状態で時計回りに回動した場合、操作部材3の回動に応じて調節機構4も前側からみた状態で時計回り(図4の矢印43の方向)に回転する。カム溝42は、第2端42B(図4参照)に凸部64が接触した状態から時計回りに回転した場合、凸部64に対して右側に力を作用させ、凸部64を右側に移動させる。凸部64の移動に伴い、レンズユニット6は右側に移動する。カム溝42の第1端42A(図4参照)に凸部64が接触することによって、操作部材3の時計回りの回動は規制される。このとき、画像ユニット7の液晶表示素子72C(図3参照)と、レンズユニット6の複数のレンズ63(図3参照)とは最も近接する。以下、レンズユニット6と画像ユニット7とが最も近接したときの表示装置11の状態を、「第1状態」という。   The movement of the lens unit 6 when the user rotates the operation member 3 to adjust the focus will be described with reference to FIGS. When the adjusting mechanism 4 rotates according to the rotation of the operation member 3, the convex portion 64 (see FIG. 3) moves along the cam groove 42 (see FIG. 4) of the engaging portion 4B. For this reason, the lens unit 6 moves in the left-right direction in accordance with the rotation of the adjustment mechanism 4. As shown in FIG. 5, when the operation member 3 is rotated clockwise when viewed from the front side, the adjustment mechanism 4 is also rotated clockwise when viewed from the front side according to the rotation of the operation member 3 (arrow 43 in FIG. 4). ). When the cam groove 42 rotates clockwise from the state in which the convex portion 64 is in contact with the second end 42B (see FIG. 4), a force is applied to the right side of the convex portion 64 to move the convex portion 64 to the right side. Let As the convex part 64 moves, the lens unit 6 moves to the right side. When the convex portion 64 contacts the first end 42A (see FIG. 4) of the cam groove 42, the clockwise rotation of the operating member 3 is restricted. At this time, the liquid crystal display element 72C (see FIG. 3) of the image unit 7 and the plurality of lenses 63 (see FIG. 3) of the lens unit 6 are closest to each other. Hereinafter, the state of the display device 11 when the lens unit 6 and the image unit 7 are closest to each other is referred to as a “first state”.

図6に示すように、操作部材3が前側からみた状態で反時計回りに回動した場合、操作部材3の回動に応じて調節機構4も前側からみた状態で反時計回り(図4の矢印44の方向)に回転する。カム溝42は、第1端42A(図4参照)に凸部64が接触した状態から反時計回りに回転した場合、凸部64に対して左側に力を作用させ、凸部64を左側に移動させる。凸部64の移動に伴い、レンズユニット6は左側に移動する。カム溝42の第2端42Bに凸部64が接触することによって、操作部材3の反時計回りの回動は規制される。このとき、画像ユニット7の液晶表示素子72Cと、レンズユニット6の複数のレンズ63とは最も離隔する。以下、レンズユニット6と画像ユニット7とが最も離隔したときの表示装置11の状態を、「第2状態」という。   As shown in FIG. 6, when the operation member 3 is rotated counterclockwise when viewed from the front side, the adjusting mechanism 4 is also rotated counterclockwise when viewed from the front side according to the rotation of the operation member 3 (see FIG. 4). Rotate in the direction of arrow 44). When the cam groove 42 rotates counterclockwise from the state in which the convex portion 64 is in contact with the first end 42A (see FIG. 4), a force is applied to the left side of the convex portion 64, and the convex portion 64 is moved to the left side. Move. As the convex portion 64 moves, the lens unit 6 moves to the left side. When the convex portion 64 contacts the second end 42B of the cam groove 42, the counterclockwise rotation of the operation member 3 is restricted. At this time, the liquid crystal display element 72C of the image unit 7 and the plurality of lenses 63 of the lens unit 6 are most separated. Hereinafter, the state of the display device 11 when the lens unit 6 and the image unit 7 are farthest from each other is referred to as a “second state”.

なお、レンズユニット6が左右方向に移動したとき、複数のレンズ63によって、ユーザによって視認される虚像となる画像光の広がり角が変化する。従って使用者は、操作部材3を回動させることによってピント調節を行うことができる。   When the lens unit 6 moves in the left-right direction, the spread angle of the image light that becomes a virtual image visually recognized by the user is changed by the plurality of lenses 63. Therefore, the user can adjust the focus by rotating the operation member 3.

<射出瞳21、レンズユニット6、及び、画像ユニット7の配置>
射出瞳21、レンズユニット6、及び、画像ユニット7の配置について説明する。図7において、射出瞳21、複数のレンズ63、光源72A、導光部材72B、及び、液晶表示素子72Cは、それぞれ模式的に示されている。ハーフミラー56は省略されている。又、図7では、導光部材72Bのうち液晶表示素子72Cの表示面721を密封する封止部材が省略されている。複数のレンズ63のそれぞれの光軸を「光軸20」と表記する。複数のレンズ63の主点を、「主点20B」と表記する。複数のレンズ63の焦点距離を「f」[mm]と表記する。導光部材72Bの外面722と光軸20との交点を、「第1点20C」と表記する。液晶表示素子72Cの表示面721と光軸20との交点を、「第2点20D」と表記する。主点20Bと第1点20Cとの間の距離を、「a(s)」[mm]と表記する。主点20Bと第2点20Dとの間の距離を、「a(i)」[mm]と表記する。第1点20Cと第2点20Dとの間の距離を「d」[mm]と表記する。dは、導光部材72Bの外面722と、液晶表示素子72Cの表示面721との間の光軸20に沿った方向の距離に対応する。dは、a(i)からa(s)を減算した値「a(i)−a(s)」[mm]と同値である。
<Arrangement of Exit Pupil 21, Lens Unit 6, and Image Unit 7>
The arrangement of the exit pupil 21, the lens unit 6, and the image unit 7 will be described. In FIG. 7, the exit pupil 21, the plurality of lenses 63, the light source 72A, the light guide member 72B, and the liquid crystal display element 72C are schematically shown. The half mirror 56 is omitted. Further, in FIG. 7, a sealing member for sealing the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C in the light guide member 72B is omitted. Each optical axis of the plurality of lenses 63 is denoted as “optical axis 20”. The principal point of the plurality of lenses 63 is denoted as “principal point 20B”. The focal length of the plurality of lenses 63 is expressed as “f” [mm]. The intersection of the outer surface 722 of the light guide member 72B and the optical axis 20 is referred to as a “first point 20C”. The intersection of the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C and the optical axis 20 is denoted as “second point 20D”. The distance between the main point 20B and the first point 20C is expressed as “a (s)” [mm]. The distance between the main point 20B and the second point 20D is expressed as “a (i)” [mm]. The distance between the first point 20C and the second point 20D is expressed as “d” [mm]. d corresponds to the distance in the direction along the optical axis 20 between the outer surface 722 of the light guide member 72B and the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. d is the same value as a value “a (i) −a (s)” [mm] obtained by subtracting a (s) from a (i).

上記で説明したように、光源72Aに非図示の拡散板及び偏光板が設けられる。そのため、光源72Aから放射された光は、直線偏光している。偏光した光は、導光部材72Bによって反射され、液晶表示素子72Cに入射される。入射された光は、液晶表示素子72Cの表示面721において反射される。反射された光は、液晶表示素子72Cの表示面721に表示された画像の画像光に対応する。液晶表示素子72Cから出射された画像光は、表示面721での反射に伴い、画像光の偏光の向きが回転する。そのため、画像光は、導光部材72Bの外面722を通過し、複数のレンズ63に入射される。画像光は、複数のレンズ63において屈折し、出射される。複数のレンズ63から出射された画像光は、ハーフミラー56(図3等参照)によって反射され、使用者の眼に入射する。以下、光軸20と直交し且つ複数のレンズ63のうち最も光路の下流の部分と接する平面を、「第3面631」という。第3面631と光軸20との交点を、「第3点20A」と表記する。第3点20Aと射出瞳21との間の距離を、「E」[mm]と表記する。Eは、所謂アイレリーフ長に対応する。   As described above, the light source 72A is provided with a diffusion plate and a polarizing plate (not shown). Therefore, the light emitted from the light source 72A is linearly polarized. The polarized light is reflected by the light guide member 72B and is incident on the liquid crystal display element 72C. The incident light is reflected on the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. The reflected light corresponds to the image light of the image displayed on the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. As the image light emitted from the liquid crystal display element 72C is reflected on the display surface 721, the direction of polarization of the image light is rotated. Therefore, the image light passes through the outer surface 722 of the light guide member 72 </ b> B and is incident on the plurality of lenses 63. The image light is refracted and emitted from the plurality of lenses 63. The image light emitted from the plurality of lenses 63 is reflected by the half mirror 56 (see FIG. 3 and the like) and enters the user's eyes. Hereinafter, a plane orthogonal to the optical axis 20 and in contact with the most downstream portion of the optical path among the plurality of lenses 63 is referred to as a “third surface 631”. The intersection of the third surface 631 and the optical axis 20 is denoted as “third point 20A”. The distance between the third point 20A and the exit pupil 21 is expressed as “E” [mm]. E corresponds to the so-called eye relief length.

操作部材3(図3参照)が操作された場合、調節機構4(図3参照)が回動することに応じて、複数のレンズ63は光軸20に沿って移動する。レンズユニット6と画像ユニット7とが最も近接した第1状態(図5参照)において、複数のレンズ63の主点20Bと、液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の距離a(i)は、最も短くなる。レンズユニット6と画像ユニット7とが最も離隔した第2状態(図6参照)において、a(i)は最も長くなる。使用者の眼に画像光のピントが合うように複数のレンズ63の光軸20に沿った方向の位置が調整された場合、画像光は、水晶体によって網膜に結像する。   When the operation member 3 (see FIG. 3) is operated, the plurality of lenses 63 move along the optical axis 20 in accordance with the rotation of the adjustment mechanism 4 (see FIG. 3). In the first state in which the lens unit 6 and the image unit 7 are closest (see FIG. 5), the distance a (i) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the second point 20D of the liquid crystal display element 72C. Is the shortest. In the second state (see FIG. 6) in which the lens unit 6 and the image unit 7 are most separated, a (i) is the longest. When the positions of the plurality of lenses 63 in the direction along the optical axis 20 are adjusted so that the image light is focused on the user's eyes, the image light is focused on the retina by the crystalline lens.

使用者は、網膜に画像光が入射することに応じて、液晶表示素子72Cに表示された画像の虚像を認識する。図7において、液晶表示素子72Cに表示された画像に基づいて使用者が認識する虚像を、「画像虚像77C」という。画像虚像77Cは、液晶表示素子72Cの表示面721に対して、複数のレンズ63側と反対側に配置される。光軸20に沿って延びる仮想線と画像虚像77Cとの交点を、「交点20F」と表記する。主点20Bと交点20Fとの間の距離を、「b(i)」[mm]と表記する。この場合、b(i)は、主点20Bと第2点20Dとの間の距離a(i)(図7参照)よりも大きくなる。   The user recognizes the virtual image of the image displayed on the liquid crystal display element 72C in response to the image light entering the retina. In FIG. 7, the virtual image recognized by the user based on the image displayed on the liquid crystal display element 72 </ b> C is referred to as “image virtual image 77 </ b> C”. The image virtual image 77C is disposed on the side opposite to the plurality of lenses 63 with respect to the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. The intersection of the virtual line extending along the optical axis 20 and the image virtual image 77C is denoted as “intersection 20F”. The distance between the main point 20B and the intersection point 20F is expressed as “b (i)” [mm]. In this case, b (i) is larger than the distance a (i) (see FIG. 7) between the main point 20B and the second point 20D.

又、使用者が導光部材72B自体を直接認識することはないが、例えば、導光部材72Bの外面722に埃等の異物が付着した場合、使用者は、この異物の虚像を認識する可能性がある。図7において、導光部材72Bに付着した異物に基づいて使用者が認識する異物の虚像を、「異物虚像77B」という。異物虚像77Bは、導光部材72Bの外面722に対して複数のレンズ63側と反対側、且つ、画像虚像77Cよりも複数のレンズ63側に配置される。光軸20に沿って延びる仮想線と異物虚像77Bとの交点を、「交点20E」と表記する。主点20Bと交点20Eとの間の距離を、「b(s)」[mm]と表記する。この場合、b(s)は、a(s)(図7参照)よりも大きく、且つ、b(i)よりも小さくなる。   Further, although the user does not directly recognize the light guide member 72B itself, for example, when foreign matter such as dust adheres to the outer surface 722 of the light guide member 72B, the user can recognize a virtual image of the foreign matter. There is sex. In FIG. 7, the virtual image of the foreign material recognized by the user based on the foreign material attached to the light guide member 72B is referred to as a “foreign material virtual image 77B”. The foreign object virtual image 77B is disposed on the side opposite to the plurality of lenses 63 with respect to the outer surface 722 of the light guide member 72B and on the plurality of lenses 63 side than the image virtual image 77C. The intersection of the virtual line extending along the optical axis 20 and the foreign object virtual image 77B is denoted as “intersection 20E”. The distance between the principal point 20B and the intersection point 20E is expressed as “b (s)” [mm]. In this case, b (s) is larger than a (s) (see FIG. 7) and smaller than b (i).

操作部材3(図3参照)が操作されることに応じて、調節機構4が回動し、複数のレンズ63が光軸20に沿った方向に移動した場合を例示する。この場合、複数のレンズ63の主点20Bと液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の距離a(i)の変化に応じて、複数のレンズ63の主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離b(i)も変化する。レンズユニット6と画像ユニット7とが最も近接した第1状態(図5参照)において、a(i)及びb(i)は最も小さくなる。レンズユニット6と画像ユニット7とが最も離隔した第2状態(図6参照)において、a(i)及びb(i)は最も大きくなる。   The case where the adjustment mechanism 4 rotates in response to the operation member 3 (see FIG. 3) being operated and the plurality of lenses 63 are moved in the direction along the optical axis 20 will be exemplified. In this case, the intersection of the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the virtual image 77C according to a change in the distance a (i) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the second point 20D of the liquid crystal display element 72C. The distance b (i) between 20F also changes. In the first state (see FIG. 5) in which the lens unit 6 and the image unit 7 are closest, a (i) and b (i) are the smallest. In the second state (see FIG. 6) in which the lens unit 6 and the image unit 7 are most separated from each other, a (i) and b (i) are the largest.

以下、b(i)が最も小さい場合における画像虚像77Cの位置を、「第1位置」という。b(i)が最も大きい場合における画像虚像77Cの位置を、「第2位置」という。なお、第1位置及び第2位置は、何れも、液晶表示素子72Cの表示面721に対して複数のレンズ63側と反対側に配置される。又、画像虚像77Cは、操作部材3が操作されることに応じ、第1位置と第2位置との間の何れかの位置(以下「特定位置」という。)に配置されることになる。b(i)は、特定位置に配置された画像虚像77Cの交点20Fと、複数のレンズ63の主点20Bとの間の距離に対応する。   Hereinafter, the position of the image virtual image 77C when b (i) is the smallest is referred to as a “first position”. The position of the image virtual image 77C when b (i) is the largest is referred to as a “second position”. Note that both the first position and the second position are arranged on the opposite side of the plurality of lenses 63 with respect to the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. Further, the image virtual image 77C is arranged at any position between the first position and the second position (hereinafter referred to as “specific position”) in response to the operation of the operation member 3. b (i) corresponds to the distance between the intersection 20F of the image virtual image 77C arranged at the specific position and the principal points 20B of the plurality of lenses 63.

なお、画像虚像77Cが第1位置と第2位置との間で移動することに応じ、異物虚像77Bは、導光部材72Bの外面722と画像虚像77Cとの間の範囲内で移動する。又、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離b(s)も、複数のレンズ63の主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離b(i)が変化することに応じて変化する。複数のレンズ63の主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離b(i)が最も小さい状態、即ち、画像虚像77Cが第1位置に配置された状態で、b(s)は最も小さくなる。但し、この場合のb(s)は、複数のレンズ63の主点20Bと導光部材72Bの第1点20Cとの間の距離a(s)(図7参照)よりも大きくなる。一方、b(i)が最も大きい状態、即ち、画像虚像77Cが第2位置に配置された状態で、b(s)は最も大きくなる。但し、この場合のb(s)は、主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離b(i)よりも小さくなる。   Note that the foreign object virtual image 77B moves within the range between the outer surface 722 of the light guide member 72B and the virtual image 77C in response to the virtual image 77C moving between the first position and the second position. Further, the distance b (s) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20E of the foreign object virtual image 77B is also the distance b (b) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20F of the image virtual image 77C. i) changes in response to changes. In a state where the distance b (i) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20F of the image virtual image 77C is the smallest, that is, the image virtual image 77C is disposed at the first position, b (s) is The smallest. However, b (s) in this case is larger than the distance a (s) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the first point 20C of the light guide member 72B (see FIG. 7). On the other hand, b (s) becomes the largest in the state where b (i) is the largest, that is, in the state where the image virtual image 77C is arranged at the second position. However, b (s) in this case is smaller than the distance b (i) between the principal point 20B and the intersection 20F of the image virtual image 77C.

上記において、複数のレンズ63の主点20Bと液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の距離a(i)、及び、複数のレンズ63の主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離b(i)と、複数のレンズ63の合成焦点fとは、次の式(1)の関係を有する。
1/f = 1 / a(i) - 1 / b(i) (1)
又、上記において、複数のレンズ63の主点20Bと導光部材72Bの第1点20Cとの間の距離a(s)、及び、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離b(s)と、複数のレンズ63の合成焦点fとは、次の式(2)の関係を有する。
1/f = 1/a(s) - 1/b(s) (2)
なお、上記の式(1)(2)の関係において、b(i)、b(s)は、何れも正の値となる。又、a(s)は、導光部材72Bの第1点20Cと、液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の距離dを用いて、次の式(3)のように表すことができる。
a(s) = a(i) - d (3)
In the above, the distance a (i) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the second point 20D of the liquid crystal display element 72C, and the intersection 20F of the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the image virtual image 77C. The distance b (i) between them and the composite focal point f of the plurality of lenses 63 have the relationship of the following equation (1).
1 / f = 1 / a (i)-1 / b (i) (1)
In the above, the distance a (s) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the first point 20C of the light guide member 72B, and the intersection 20E of the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the foreign object virtual image 77B. And the synthetic focus f of the plurality of lenses 63 have the relationship of the following formula (2).
1 / f = 1 / a (s)-1 / b (s) (2)
In the relationship of the above formulas (1) and (2), both b (i) and b (s) are positive values. Further, a (s) can be expressed as the following equation (3) using the distance d between the first point 20C of the light guide member 72B and the second point 20D of the liquid crystal display element 72C. it can.
a (s) = a (i)-d (3)

上記において、異物虚像77Bが使用者に視認されると、画像虚像77Cが使用者に視認された時の画質は低下する。このため、使用者が視認し難いピント位置に異物虚像77Bが常に配置されることが望ましい。ここで、20代の人の眼の平均近点距離は、瞳から約100mmであるといわれている。つまり、20代の人にとって、瞳から約100mmよりも近い位置に存在する物体、即ち、100mmよりも近い位置に存在する異物虚像77Bに対しては、眼のピントを合わせ難い。即ち、
b(s) < 100[mm] (4)
の関係式が得られる。
In the above, when the foreign object virtual image 77B is visually recognized by the user, the image quality when the image virtual image 77C is visually recognized by the user is deteriorated. For this reason, it is desirable that the foreign object virtual image 77B is always arranged at a focus position that is difficult for the user to visually recognize. Here, it is said that the average near point distance of the eyes of people in their 20s is about 100 mm from the pupil. That is, it is difficult for a person in his twenties to focus his eyes on an object that is present at a position closer than about 100 mm from the pupil, that is, a foreign object virtual image 77B that is present at a position closer than 100 mm. That is,
b (s) <100 [mm] (4)
The following relational expression is obtained.

式(4)を満たすf、b(i)、dの関係を、式(1)(2)(3)に基づいて以下のように導出する。式(1)を変形することによって、次の式(5)が導出される。又、式(2)(3)を変形することによって、次の式(6)が導出される。
a(i) = (f * b(i)) / (b(i) + f) (5)
b(s) = f * (a(i) - d) / (f - (a(i) - d)) (6)
式(5)を更に変形することによって、次の式(7)が導出される。
a(i) - d = (b(i) * (f - d) - d * f) / (b(i) + f) (7)
The relationship between f, b (i), and d that satisfies Expression (4) is derived as follows based on Expressions (1), (2), and (3). By transforming equation (1), the following equation (5) is derived. Further, the following equation (6) is derived by modifying the equations (2) and (3).
a (i) = (f * b (i)) / (b (i) + f) (5)
b (s) = f * (a (i)-d) / (f-(a (i)-d)) (6)
By further modifying the equation (5), the following equation (7) is derived.
a (i)-d = (b (i) * (f-d)-d * f) / (b (i) + f) (7)

式(7)を式(6)に代入することによって、次の式(8)が導出される
b(s) = (f * (b(i) * f - b(i) * d - d * f)) / (f2 + b(i) * d + d * f) (8)
式(8)において、式(4)の関係を満たせばよいので、f、b(i)、dの関係として次の式(9)が導出される。
(f * (b(i) * f - b(i) * d - d * f)) / (f2 + b(i) * d + d * f) < 100[mm](9)
(但し、b(i)>0、f>0、d>0)
Substituting equation (7) into equation (6) yields the following equation (8):
b (s) = (f * (b (i) * f-b (i) * d-d * f)) / (f 2 + b (i) * d + d * f) (8)
In Expression (8), since it is sufficient to satisfy the relationship of Expression (4), the following Expression (9) is derived as the relationship of f, b (i), and d.
(f * (b (i) * f-b (i) * d-d * f)) / (f 2 + b (i) * d + d * f) <100 [mm] (9)
(However, b (i)> 0, f> 0, d> 0)

つまり、式(9)の関係を満たすようにf、b(i)、dが設定された場合、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離b(s)は、100mmよりも小さくなる。この場合、使用者は、導光部材72Bの交点20Eに付着した異物の異物虚像77Bにピントを合わせ難くなるので、異物虚像77Bを視認し難くなる。このため、導光部材72Bの外面722に異物が付着した場合でも、使用者によって視認される画像虚像77Cの画質は維持される。   That is, when f, b (i), and d are set so as to satisfy the relationship of Expression (9), the distance b (s) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20E of the foreign object virtual image 77B. Is smaller than 100 mm. In this case, since it becomes difficult for the user to focus on the foreign object virtual image 77B attached to the intersection 20E of the light guide member 72B, it is difficult to visually recognize the foreign object virtual image 77B. For this reason, even when a foreign object adheres to the outer surface 722 of the light guide member 72B, the image quality of the image virtual image 77C visually recognized by the user is maintained.

なお、操作部材3(図3参照)が操作されることに応じ、表示装置11の状態は、第1状態と第2状態とに変化する。複数のレンズ63と液晶表示素子72Cとが最も離隔した第2状態(図6参照)において、画像虚像77Cは第2位置に配置され、複数のレンズ63の主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離b(i)は最も大きくなる。又、この状態で、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離b(s)も最も大きくなる。このため、画像虚像77Cが第2位置に配置されたときのb(i)が式(9)の左辺に適用されたときに、式(9)の関係が充足されれば、画像虚像77Cの位置が第1位置と第2位置との間で変化しても、b(s)は常に100mm未満の値となる。このため、操作部材3の操作に応じて複数のレンズ63が移動した場合も、使用者は、常に、導光部材72Bの交点20Eに付着した異物の異物虚像77Bを視認し難くなる。   Note that the state of the display device 11 changes between the first state and the second state in accordance with the operation of the operation member 3 (see FIG. 3). In the second state (see FIG. 6) in which the plurality of lenses 63 and the liquid crystal display element 72C are farthest from each other (see FIG. 6), the image virtual image 77C is disposed at the second position. The distance b (i) between is the largest. In this state, the distance b (s) between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20E of the foreign object virtual image 77B is also the largest. For this reason, if b (i) when the image virtual image 77C is arranged at the second position is applied to the left side of the equation (9), if the relationship of the equation (9) is satisfied, the image virtual image 77C Even if the position changes between the first position and the second position, b (s) is always less than 100 mm. For this reason, even when the plurality of lenses 63 move according to the operation of the operation member 3, the user is difficult to always visually recognize the foreign object virtual image 77B attached to the intersection 20E of the light guide member 72B.

上記では、複数のレンズ63によって生成される虚像位置についての議論をしていた。しかし実際には、複数のレンズ63から出射された画像光は、ハーフミラー56を介して使用者の眼に入射する。このため、射出瞳の位置は、複数のレンズ63の主点20Bに対し、光路の下流に離隔する。そこで、アイレリーフ長に対応する距離Eを考慮した式を検討する。   In the above description, the virtual image position generated by the plurality of lenses 63 has been discussed. However, actually, the image light emitted from the plurality of lenses 63 is incident on the user's eyes via the half mirror 56. For this reason, the position of the exit pupil is separated downstream of the optical path with respect to the principal point 20B of the plurality of lenses 63. Therefore, an equation considering the distance E corresponding to the eye relief length is examined.

図8において、ハーフミラー56と光軸20との交点を、「第4点21A」と表記する。複数のレンズ63のうち最も光路の下流に接する第3面631と光軸20との交点である第3点20Aと、第4点21Aとの間の距離を、「第1距離」といい、「e1」[mm]と表記する。筐体12のうち、ハーフミラー56によって反射された画像光の進行方向(以下、「特定方向」という。)に最も突出した点を、「第5点12A」と表記する。図8において、後方向が、特定方向に対応する。筐体12における後方向に最も突出した点が、第5点12Aに対応する。第4点21Aと第5点12Aとの間の特定方向の距離を、「第2距離」といい、「e2」[mm]と表記する。この場合、第3点20Aと射出瞳21との間の距離Eは、「e1+e2」よりも、距離e3分大きくなる。なお、使用者によってHMD1が装着された状態において、図8の射出瞳21の位置に使用者の瞳孔が配置される場合がある。理由は、射出瞳21の位置に瞳孔を一致させることによって、口径食を避けることができるためである。   In FIG. 8, the intersection of the half mirror 56 and the optical axis 20 is denoted as “fourth point 21 </ b> A”. The distance between the third point 20A, which is the intersection of the third surface 631 that is closest to the downstream of the optical path among the plurality of lenses 63, and the optical axis 20, and the fourth point 21A is referred to as a “first distance”. Indicated as “e1” [mm]. A point of the housing 12 that protrudes most in the traveling direction of the image light reflected by the half mirror 56 (hereinafter referred to as “specific direction”) is referred to as a “fifth point 12A”. In FIG. 8, the backward direction corresponds to the specific direction. The most protruding point in the rear direction in the housing 12 corresponds to the fifth point 12A. A distance in a specific direction between the fourth point 21A and the fifth point 12A is referred to as a “second distance” and expressed as “e2” [mm]. In this case, the distance E between the third point 20A and the exit pupil 21 is larger than “e1 + e2” by the distance e3. Note that the user's pupil may be placed at the position of the exit pupil 21 in FIG. 8 in a state where the HMD 1 is worn by the user. The reason is that vignetting can be avoided by making the pupil coincide with the position of the exit pupil 21.

上記のように、複数のレンズ63と使用者の瞳とが離隔する実使用環境が考慮される場合において、導光部材72Bの交点20Eに付着した異物の異物虚像77Bが使用者によって視認され難くするためには、式(4)を変形した次の式(10)の関係を満たす必要がある。
(b(s) + E) < 100[mm](ただし、E > 0) (10)
式(8)のように示されるb(s)において、式(10)の関係を満たせばよいことになるので、f、b(i)、dの関係として次の式(11)が導出される。
(f * (b(i) * f - b(i) * d - d * f)) / (f2 + b(i) * d + d * f) + E < 100[mm] (11)
なお、アイレリーフ長(距離E)が、b(s)と比較して十分に短い場合、式(11)の左辺におけるEは無視できる。この場合、式(11)は式(9)に一致する。
As described above, when an actual use environment in which the plurality of lenses 63 are separated from the user's pupil is considered, the foreign object virtual image 77B attached to the intersection 20E of the light guide member 72B is difficult to be visually recognized by the user. In order to achieve this, it is necessary to satisfy the relationship of the following equation (10) obtained by modifying equation (4).
(b (s) + E) <100 [mm] (E> 0) (10)
In b (s) expressed by equation (8), the relationship of equation (10) only needs to be satisfied, and therefore the following equation (11) is derived as the relationship of f, b (i), and d. The
(f * (b (i) * f-b (i) * d-d * f)) / (f 2 + b (i) * d + d * f) + E <100 [mm] (11)
If the eye relief length (distance E) is sufficiently shorter than b (s), E on the left side of the equation (11) can be ignored. In this case, equation (11) matches equation (9).

つまり、式(11)の関係を満たすようにf、b(i)、dが設定された場合、複数のレンズ63の第3点20Aからアイレリーフ長に対応するE分離隔した位置に使用者の瞳が配置された状態でも、b(s)は、100mmよりも小さくなる。この場合、使用者は、導光部材72Bの交点20Eに付着した異物の異物虚像77Bにピントを合わせ難くなるので、異物虚像77Bを視認し難くなる。このため、HMD1の実使用環境において、導光部材72Bの外面722に異物が付着した場合でも、使用者によって視認される画像虚像77Cの画質は維持される。   That is, when f, b (i), and d are set so as to satisfy the relationship of Expression (11), the user is located at a position E separated from the third point 20A of the plurality of lenses 63 corresponding to the eye relief length. B (s) is smaller than 100 mm even when the pupils are arranged. In this case, since it becomes difficult for the user to focus on the foreign object virtual image 77B attached to the intersection 20E of the light guide member 72B, it is difficult to visually recognize the foreign object virtual image 77B. For this reason, in the actual use environment of HMD1, even when a foreign object adheres to the outer surface 722 of the light guide member 72B, the image quality of the image virtual image 77C visually recognized by the user is maintained.

図9は、表示装置11のハーフミラー56を使用者の左眼から離隔した位置に配置させた状態を示す。この状態は、図1の状態の表示装置11をユーザが上方に持ち上げた状態に対応する。接続具9は、装着具8との接続部分から後斜め上側に向けて延びる。図9の表示装置11の位置は、可動範囲のうち装着具8から最も離隔した位置に対応する。図9において、装着具8と表示装置11とを結ぶ線分のうち最短の線分の長さを、「L2」[mm]と表記する。図1において、装着具8と表示装置11とを結ぶ線分のうち最短の線分の長さを、「L1」[mm]と表記する。この場合、L2はL1よりも大きくなる。又、表示装置11のアイレリーフ長に対応するEの値は、L2よりも小さくなる。   FIG. 9 shows a state where the half mirror 56 of the display device 11 is arranged at a position separated from the left eye of the user. This state corresponds to a state where the user lifts the display device 11 in the state of FIG. 1 upward. The connection tool 9 extends rearward and obliquely upward from a connection portion with the mounting tool 8. The position of the display device 11 in FIG. 9 corresponds to a position farthest from the mounting tool 8 in the movable range. In FIG. 9, the length of the shortest line segment connecting the mounting tool 8 and the display device 11 is expressed as “L2” [mm]. In FIG. 1, the length of the shortest line segment among the line segments connecting the wearing tool 8 and the display device 11 is expressed as “L1” [mm]. In this case, L2 is larger than L1. Further, the value of E corresponding to the eye relief length of the display device 11 is smaller than L2.

<シミュレーション結果>
図10のグラフでは、式(8)の関係を満たすfとb(s)との関係が、2つのb(i)の値(10000mm、300mm)毎に示されている。fは、複数のレンズ63の焦点距離である。b(s)は、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離である。b(i)は、複数のレンズ63の主点20Bと画像虚像77Cの交点20Fとの間の距離である。なお、液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の距離dは、5.5mmとする。図10において、式(4)の条件「b(s)<100(mm)」を満たすためのfの値の範囲は、b(i)が10000mmのときに約26.5mm以下となり、b(i)が300mmのときに約35mm以下となる。この結果から、fを少なくとも約26mm以下とした場合に、b(i)の値に依らずb(s)は常に100mm以下となる。
<Simulation results>
In the graph of FIG. 10, the relationship between f and b (s) satisfying the relationship of Expression (8) is shown for each of two values of b (i) (10000 mm, 300 mm). f is the focal length of the plurality of lenses 63. b (s) is the distance between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20E of the foreign object virtual image 77B. b (i) is the distance between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20F of the image virtual image 77C. The distance d between the liquid crystal display element 72C and the second point 20D is 5.5 mm. In FIG. 10, the range of the value of f for satisfying the condition “b (s) <100 (mm)” of Expression (4) is about 26.5 mm or less when b (i) is 10,000 mm, and b ( When i) is 300 mm, it is about 35 mm or less. From this result, when f is at least about 26 mm or less, b (s) is always 100 mm or less regardless of the value of b (i).

図11のグラブでは、式(8)の関係を満たすdとb(s)との関係が、2つのb(i)の値(10000mm、300mm)、及び、2つのfの値(25mm、20mm)毎に示されている。dは、導光部材72Bの第1点20Cと液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の距離である。図11において、式(4)の条件「b(s)<100(mm)」を満たすためのdの値の範囲は、fが25mmの場合、b(i)が10000mmのときに約5.0mm以上となり、b(i)が300mmのときに約3.0mm以上となる。又、fが20mmの場合、dの値の範囲は、b(i)が10000mmのときに約3.3mm以上となり、b(i)が300mmのときに約2.0mm以上となる。この結果から、dを少なくとも約5mm以上とすることによって、fを20mm及び25mmの何れとした場合でも、b(i)の値に依らずb(s)は常に100mm以下となる。   In the grab of FIG. 11, the relationship between d and b (s) satisfying the relationship of Expression (8) is two b (i) values (10000 mm, 300 mm) and two f values (25 mm, 20 mm). ) Is shown every time. d is a distance between the first point 20C of the light guide member 72B and the second point 20D of the liquid crystal display element 72C. In FIG. 11, the range of the value of d for satisfying the condition “b (s) <100 (mm)” of Expression (4) is about 5. When f is 25 mm and b (i) is 10,000 mm. 0 mm or more, and about 3.0 mm or more when b (i) is 300 mm. When f is 20 mm, the range of d is about 3.3 mm or more when b (i) is 10,000 mm, and about 2.0 mm or more when b (i) is 300 mm. From this result, by setting d to at least about 5 mm or more, regardless of the value of b (i), b (s) is always 100 mm or less regardless of whether f is 20 mm or 25 mm.

図12のグラブでは、fの値を21.5mmとした場合における式(8)の関係を満たすdとb(s)との関係が、2つのb(i)の値(600mm、300m)毎に示されている。図12は、図11のグラフにおける2つのb(i)の値のうち大きい方を、10000mmから600mmに変更し、且つ、fの値を21.5mmとしたグラフに対応する。図12において、式(4)の条件「b(s)<100(mm)」を満たすためのdの値の範囲は、b(i)が600mmのときに約3.0mm以上となり、b(i)が300mmのときに約2.3mm以上となる。この結果から、fを少なくとも約21.5mm以下とし、且つ、dを約3.0mm以上としたとき、b(i)が約300mmから約600mmの範囲内である場合に、b(s)は常に100mm以下となる。   In the grab of FIG. 12, when the value of f is 21.5 mm, the relationship between d and b (s) satisfying the relationship of Expression (8) is two values of b (i) (600 mm, 300 m). Is shown in FIG. 12 corresponds to a graph in which the larger of the two b (i) values in the graph of FIG. 11 is changed from 10000 mm to 600 mm and the value of f is 21.5 mm. In FIG. 12, the range of the value of d for satisfying the condition “b (s) <100 (mm)” of Expression (4) is about 3.0 mm or more when b (i) is 600 mm, and b ( When i) is 300 mm, it is about 2.3 mm or more. From this result, when f is at least about 21.5 mm and d is about 3.0 mm or more, when b (i) is in the range of about 300 mm to about 600 mm, b (s) is It is always 100 mm or less.

図13のグラフでは、式(10)の関係を満たすfと(b(s)+E)との関係が、複数のb(i)(=10000mm、300mm)毎に示されている。図13では、図10のグラブにおけるb(s)にEとして35mmが加算されている。なお、図10と同様に、距離dは、5.5mmとする。図13において、式(10)の条件「(b(s)+E)<100(mm)」を満たすためのfの値の範囲は、b(i)が10000mmのときに約22mm以下となり、b(i)が300mmのときに約26.5mm以下となる。この結果から、アイレリーフ長を35mmに設定した場合、fを少なくとも約21mm以下とすることによって、b(i)の値に依らずb(s)は常に100mm以下となる。   In the graph of FIG. 13, the relationship between f and (b (s) + E) satisfying the relationship of Expression (10) is shown for each of a plurality of b (i) (= 10000 mm, 300 mm). In FIG. 13, 35 mm is added as E to b (s) in the grab of FIG. As in FIG. 10, the distance d is set to 5.5 mm. In FIG. 13, the range of the value of f for satisfying the condition “(b (s) + E) <100 (mm)” of the expression (10) is about 22 mm or less when b (i) is 10,000 mm, and b When (i) is 300 mm, it is about 26.5 mm or less. From this result, when the eye relief length is set to 35 mm, by setting f to at least about 21 mm or less, b (s) is always 100 mm or less regardless of the value of b (i).

<本実施形態の主たる作用、効果>
以上説明したように、HMD1の表示装置11において、f、b(i)、dが式(9)の関係を満たす場合、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離b(s)は、100mmよりも短くなる。この場合、導光部材72Bに付着した異物の異物虚像77Bを、使用者が常に視認し難くなる。従って、表示装置11は、導光部材72Bに付着した異物の存在によって、使用者によって視認される画像虚像77Cの画質が低下することを抑制できる。
<Main functions and effects of this embodiment>
As described above, in the display device 11 of the HMD 1, when f, b (i), and d satisfy the relationship of Expression (9), the distance between the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the intersection 20E of the foreign object virtual image 77B. The distance b (s) is shorter than 100 mm. In this case, it becomes difficult for the user to always visually recognize the foreign substance virtual image 77B of the foreign substance attached to the light guide member 72B. Therefore, the display device 11 can suppress the image quality of the image virtual image 77C visually recognized by the user from being deteriorated due to the presence of the foreign matter attached to the light guide member 72B.

表示装置11は調節機構4を有する。調節機構4がレンズユニット6を光路に沿って移動させた場合、画像虚像77C及び異物虚像77Bの位置は移動する。このため、移動後の異物虚像77Bの位置によっては、何れかの位置で異物虚像77Bに眼のピントが合ってしまい、異物虚像77Bを使用者が視認可能となる可能性がある。これに対し、表示装置11では、第1位置と第2位置との間の特定位置に画像虚像77Cが位置する場合のb(s)に対して、式(9)の関係を満たせば、画像虚像77Cが特定位置と第1位置との間に位置する場合に、b(s)が100mmよりも短くなる。従って、表示装置11は、調節機構4による画像虚像77Cのピント調節を可能としつつ、導光部材72Bに付着する異物による画質の低下を抑制できる画像虚像77Cの移動範囲を、特定位置と第1位置との間に確保できる。   The display device 11 has an adjustment mechanism 4. When the adjustment mechanism 4 moves the lens unit 6 along the optical path, the positions of the image virtual image 77C and the foreign object virtual image 77B move. For this reason, depending on the position of the foreign object virtual image 77B after movement, the eye may be focused on the foreign object virtual image 77B at any position, and the user may be able to visually recognize the foreign object virtual image 77B. On the other hand, in the display device 11, if the relationship of the expression (9) is satisfied with respect to b (s) when the image virtual image 77C is located at a specific position between the first position and the second position, the image is displayed. When the virtual image 77C is located between the specific position and the first position, b (s) is shorter than 100 mm. Accordingly, the display device 11 allows the moving range of the image virtual image 77C, which enables the adjustment mechanism 4 to adjust the focus of the image virtual image 77C, and suppresses the deterioration of the image quality due to the foreign matter attached to the light guide member 72B, from the specific position and the first position. Can be secured between the position.

表示装置11において、dを少なくとも約5mm以上とすることによって、fを20mm及び25mmの何れとした場合でも、b(i)の値に依らずb(s)は常に100mm以下となった(図11参照)。なお、dが5mmよりも小さい場合、複数のレンズ63が採用可能なfの値の範囲が狭まる。即ち、使用者が画像虚像77Cにピントを合わせた場合に、異物虚像77Bにもピントが合って虚像を視認する可能性のあるfの値の範囲が大きくなり、好ましくない。一方、dを少なくとも約5mm以上とした場合、異物虚像77Bが使用者にとって視認し難い状態を維持しつつ、複数のレンズ63が採用可能なfの値の範囲を広げることができる。このため、異物虚像77Bにピントが合うことによって虚像が使用者に視認されるfの範囲を狭くできる。従って、異物虚像77Bが使用者にとって視認されることを更に適切に抑制できる   In the display device 11, by setting d to at least about 5 mm or more, b (s) is always 100 mm or less regardless of the value of b (i) regardless of whether f is 20 mm or 25 mm (see FIG. 11). When d is smaller than 5 mm, the range of values of f that can be adopted by the plurality of lenses 63 is narrowed. That is, when the user focuses on the image virtual image 77C, the range of the value of f that may be focused on the foreign object virtual image 77B and visually recognize the virtual image becomes undesirably large. On the other hand, when d is at least about 5 mm or more, the range of the value of f that can be adopted by the plurality of lenses 63 can be expanded while maintaining the state in which the foreign object virtual image 77B is difficult for the user to visually recognize. For this reason, the range of f in which a virtual image is visually recognized by the user can be narrowed by focusing on the foreign object virtual image 77B. Accordingly, the foreign object virtual image 77B can be more appropriately suppressed from being visually recognized by the user.

表示装置11において、fを少なくとも約21.5mm以下とし、且つ、dを3.0mm以上としたとき、dが少なくとも約300mmから約600mmの範囲内の場合に、b(s)が100mm以下となった(図12参照)。例えば、典型的な液晶表示素子72Cのサイズ(例えば、対角で0.5〜0.7インチ)を想定した場合、導光部材72Bと液晶表示素子72Cとの距離が近い部分において、dは少なくとも、約3mm以上あることが望ましい。また、比較的大きな画角(例えば、対角で20〜30°)を得るためには、fは約21.5mm以下であることが望ましい。これに対し、表示装置11は、b(i)を300mm以上600mm以下とすることによって、上記のd、fの条件とした場合でも、導光部材72Bに付着する異物の存在によって画質が低下することを抑制できる。   In the display device 11, when f is at least about 21.5 mm and d is 3.0 mm or more, b (s) is 100 mm or less when d is in the range of at least about 300 mm to about 600 mm. (See FIG. 12). For example, assuming a typical size of the liquid crystal display element 72C (for example, 0.5 to 0.7 inches diagonally), in a portion where the distance between the light guide member 72B and the liquid crystal display element 72C is short, d is At least about 3 mm or more is desirable. In order to obtain a relatively large angle of view (for example, 20 to 30 ° diagonally), f is preferably about 21.5 mm or less. On the other hand, by setting b (i) to 300 mm or more and 600 mm or less, the display device 11 deteriorates the image quality due to the presence of foreign matter attached to the light guide member 72B even when the above conditions d and f are satisfied. This can be suppressed.

表示装置11は、装着具8及び接続具9を介して、使用者の頭部に固定される。複数のレンズ63から出射された画像光は、ハーフミラー56を介して使用者の眼に入射する。このため、使用者の瞳の位置は、複数のレンズ63の主点20Bに対し、光路の下流に離隔する。これに対し、表示装置11において、f、b(i)、d、及び、アイレリーフ長に対応するEが式(11)の関係を満たす場合、複数のレンズ63の主点20Bと異物虚像77Bの交点20Eとの間の距離b(s)が100mmよりも短くなることがわかった。従って、表示装置11は、式(11)の条件を満たす場合、使用者の眼から間隔を空けた状態で表示装置11が使用者に装着される場合でも、使用者が異物虚像77Bを視認することを抑制できる。   The display device 11 is fixed to the user's head via the wearing tool 8 and the connecting tool 9. The image light emitted from the plurality of lenses 63 enters the user's eyes via the half mirror 56. For this reason, the position of the user's pupil is separated downstream of the optical path with respect to the principal point 20 </ b> B of the plurality of lenses 63. On the other hand, in the display device 11, when f, b (i), d, and E corresponding to the eye relief length satisfy the relationship of Expression (11), the principal point 20B of the plurality of lenses 63 and the foreign object virtual image 77B. It was found that the distance b (s) between the intersection 20E and the intersection 20E was shorter than 100 mm. Accordingly, when the condition of the expression (11) is satisfied, the display device 11 allows the user to visually recognize the foreign object virtual image 77B even when the display device 11 is attached to the user with a space from the user's eyes. This can be suppressed.

導光部材72Bの外面722は、光路に沿って延びる方向と直交する平面に対して傾斜する。dは、外面722と光軸20との交点である第1点20Cと、液晶表示素子72Cの表示面721と光軸20との交点である第2点20Dとの間の距離に対応する。このため、表示装置11は、f、b(i)、dが式(9)の関係を満たす場合、又は、f、b(i)、d、Eが(11)の関係を満たす場合、液晶表示素子72Cの表示面721の中心位置に対応する導光部材72Bの外面722に異物が付着した場合に、この異物の異物虚像77Bを使用者が視認することを抑制できる。   The outer surface 722 of the light guide member 72B is inclined with respect to a plane orthogonal to the direction extending along the optical path. d corresponds to the distance between the first point 20C, which is the intersection of the outer surface 722 and the optical axis 20, and the second point 20D, which is the intersection of the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C and the optical axis 20. For this reason, when f, b (i), and d satisfy the relationship of Expression (9), or when f, b (i), d, and E satisfy the relationship of (11), the display device 11 is liquid crystal. When a foreign object adheres to the outer surface 722 of the light guide member 72B corresponding to the center position of the display surface 721 of the display element 72C, it is possible to prevent the user from visually recognizing the foreign object virtual image 77B of the foreign object.

表示装置11は、光源72A、導光部材72B、液晶表示素子72C、及び、複数のレンズ63を収容する筐体12を有する。筐体12は、複数のレンズ63の光軸20に沿って延びる方向に長い。複数のレンズ63から出射した画像光は、ハーフミラー56によって、筐体12の長手方向と交差する特定方向に偏向する。Eは、第1距離e1と第2距離e2とを加算した値よりも、第3距離e3分長くなる。この場合、表示装置11は、使用者が異物虚像77Bを視認することを抑制しつつ、表示装置11と使用者との間を第3距離e3分確保できる。従って、表示装置11は、使用者に装着された状態で筐体12が使用者に接触することを抑制できる。   The display device 11 includes a housing 12 that houses a light source 72 </ b> A, a light guide member 72 </ b> B, a liquid crystal display element 72 </ b> C, and a plurality of lenses 63. The housing 12 is long in the direction extending along the optical axis 20 of the plurality of lenses 63. Image light emitted from the plurality of lenses 63 is deflected by the half mirror 56 in a specific direction that intersects the longitudinal direction of the housing 12. E is longer by a third distance e3 than a value obtained by adding the first distance e1 and the second distance e2. In this case, the display device 11 can secure the third distance e3 between the display device 11 and the user while suppressing the user from visually recognizing the foreign object virtual image 77B. Therefore, the display device 11 can suppress the housing 12 from coming into contact with the user while being attached to the user.

HMD1において、可動範囲のうち装着具8から最も離隔した位置(図9参照)に表示装置11を配置した状態における、装着具8と表示装置11との間の長さL2は、表示装置11のアイレリーフ長に対応するEの値よりも大きくなる。この場合、HMD1は、接続具9によって表示装置11が可動範囲の何れの位置に移動した場合でも、使用者が異物虚像77Bを視認することを抑制できる。   In the HMD 1, the length L 2 between the mounting tool 8 and the display device 11 in a state where the display device 11 is disposed at a position farthest from the mounting tool 8 in the movable range (see FIG. 9) is the length of the display device 11. It becomes larger than the value of E corresponding to the eye relief length. In this case, the HMD 1 can suppress the user from visually recognizing the foreign object virtual image 77 </ b> B even when the display device 11 is moved to any position within the movable range by the connector 9.

<変形例>
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上記において、調節機構4は、レンズユニット6の光路に沿った方向の位置を変更することによって、表示装置11を第1位置と第2位置との間で移動させた。これに対し、調節機構4は、画像ユニット7の光路に沿った方向の位置を変更することによって、表示装置11の状態を第1位置と第2位置との間で移動させてもよい。又、調節機構4は、レンズユニット6及び画像ユニット7のそれぞれを光路に沿った方向に移動させ、それぞれの相対位置を変更することによって、表示装置11の状態を第1位置と第2位置との間で移動させてもよい。又、表示装置11が調節機構4を備えていなくてもよく、レンズユニット6及び画像ユニット7の相対的な位置関係は固定的であってもよい。
<Modification>
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. In the above, the adjusting mechanism 4 moves the display device 11 between the first position and the second position by changing the position of the lens unit 6 in the direction along the optical path. On the other hand, the adjustment mechanism 4 may move the state of the display device 11 between the first position and the second position by changing the position of the image unit 7 in the direction along the optical path. The adjusting mechanism 4 moves the lens unit 6 and the image unit 7 in the direction along the optical path, and changes the relative position of each to change the state of the display device 11 to the first position and the second position. You may move between. Further, the display device 11 may not include the adjusting mechanism 4 and the relative positional relationship between the lens unit 6 and the image unit 7 may be fixed.

表示装置11において、b(i)は、画像虚像77Cが第1位置と第2位置との間の特定位置に配置された場合における、主点20Bと交点20Fとの間の距離に対応した。又、表示装置11では、画像虚像77Cが特定位置に位置する場合のb(s)が式(9)の関係を満たす場合、画像虚像77Cが特定位置と第1位置との間に位置する場合に、主点20Bと交点20Eとの間の距離が100mmよりも短くなった。これに対し、b(i)は、画像虚像77Cが第2位置に配置された場合における主点20Bと交点20Fとの間の距離として定義づけられてもよい。このような条件で、b(s)が式(9)の関係を満たす場合、調節機構4による画像虚像77Cの移動の全ての範囲において、b(s)を100mm以下とすることができる。従って、表示装置11は、使用者によって視認される画像虚像77Cの画質が異物虚像77Bによって低下することを、調節機構4による画像虚像77Cの位置の調節の範囲のすべてで抑制できる。   In the display device 11, b (i) corresponds to the distance between the main point 20 </ b> B and the intersection point 20 </ b> F when the image virtual image 77 </ b> C is disposed at a specific position between the first position and the second position. Further, in the display device 11, when b (s) when the image virtual image 77C is located at the specific position satisfies the relationship of Expression (9), the image virtual image 77C is located between the specific position and the first position. Further, the distance between the main point 20B and the intersection point 20E is shorter than 100 mm. On the other hand, b (i) may be defined as the distance between the main point 20B and the intersection 20F when the image virtual image 77C is arranged at the second position. Under such conditions, when b (s) satisfies the relationship of Expression (9), b (s) can be set to 100 mm or less in the entire range of movement of the virtual image 77C by the adjusting mechanism 4. Therefore, the display device 11 can suppress the image quality of the image virtual image 77C visually recognized by the user from being deteriorated by the foreign object virtual image 77B in the entire adjustment range of the position of the image virtual image 77C by the adjustment mechanism 4.

上記において、図11の結果から、dを少なくとも約5mm以上することが好ましいことが分かった。このため、表示装置11においてdは少なくとも約5mm以上とされることが好ましいが、dは5mmより小さくてもよい。上記において、図12の結果から、b(i)を少なくとも約300mmから約600mmの範囲内とすることが好ましいことが分かった。このため、表示装置11においてb(i)は少なくとも約300mmから約600mmの範囲内とされることが好ましいが、b(i)は約300mmから約00mmの範囲外とされてもよい。   In the above, it was found from the results of FIG. 11 that d is preferably at least about 5 mm or more. For this reason, in the display device 11, d is preferably at least about 5 mm or more, but d may be smaller than 5 mm. In the above, it was found from the results of FIG. 12 that b (i) is preferably at least in the range of about 300 mm to about 600 mm. For this reason, in the display device 11, b (i) is preferably at least in the range of about 300 mm to about 600 mm, but b (i) may be out of the range of about 300 mm to about 00 mm.

上記において、dは、外面722と光軸20との交点である第1点20Cに基づいて定義された。b(s)は、光軸20に沿った仮想線と異物虚像77Bとの交点20Eを基準として定義された。これに対し、dは、外面722のうち液晶表示素子72Cの第2点20Dとの間の光路に沿った距離が最も離隔した点に基づいて定義されてもよい。又、b(s)は、異物虚像77Bのうち画像虚像77Cの交点20Fとの間の光路に沿った距離が最も離隔した点に基づいて定義されてもよい。この場合、表示装置11は、導光部材72Bの外面722のどの位置に異物が付着した場合でも、この異物の異物虚像77Bを使用者が視認することを抑制できる。   In the above, d is defined based on the first point 20 </ b> C that is the intersection of the outer surface 722 and the optical axis 20. b (s) was defined with reference to the intersection 20E between the virtual line along the optical axis 20 and the foreign object virtual image 77B. On the other hand, d may be defined based on the point where the distance along the optical path between the outer surface 722 and the second point 20D of the liquid crystal display element 72C is the most separated. Further, b (s) may be defined based on the point in the foreign object virtual image 77B that is the farthest distance along the optical path between the image virtual image 77C and the intersection 20F. In this case, the display device 11 can suppress the user from visually recognizing the foreign object virtual image 77B of the foreign object regardless of the position of the external surface 722 of the light guide member 72B.

上記において、導光部材72Bは、液晶表示素子72Cの表示面721に密着した状態で、液晶表示素子72Cに固定されていた。これに対し、導光部材72Bは、表示面721から離隔した位置に固定されてもよい。つまり、導光部材72Bと液晶表示素子72Cとの間に空間が設けられていてもよい。導光部材72Bの外面722は、光軸20と直交する平面に沿って配置されていてもよい。   In the above description, the light guide member 72B is fixed to the liquid crystal display element 72C in a state of being in close contact with the display surface 721 of the liquid crystal display element 72C. On the other hand, the light guide member 72B may be fixed at a position separated from the display surface 721. That is, a space may be provided between the light guide member 72B and the liquid crystal display element 72C. The outer surface 722 of the light guide member 72 </ b> B may be disposed along a plane orthogonal to the optical axis 20.

HMD1は、画像ユニット7から出射された画像光の進行方向を変更することなく、そのまま、使用者の眼に導いてもよい。つまり、画像光は、HMD1が使用者に装着された状態(図1参照)で、画像ユニット7から後方に出射されてもよい。この場合、レンズユニット6の複数のレンズ63の光軸は、前後方向を向いた状態になる。この場合、HMD1はハーフミラー56を備えていなくてもよい。HMD1の表示方式は、ユーザの視野の一部に画像を投影する上記の方式に限定されず、ユーザの視野全体に画像を投影する方式であってもよい。   The HMD 1 may be guided directly to the user's eyes without changing the traveling direction of the image light emitted from the image unit 7. That is, the image light may be emitted backward from the image unit 7 in a state where the HMD 1 is worn by the user (see FIG. 1). In this case, the optical axes of the plurality of lenses 63 of the lens unit 6 are directed in the front-rear direction. In this case, the HMD 1 may not include the half mirror 56. The display method of the HMD 1 is not limited to the above-described method of projecting an image on a part of the user's visual field, and may be a method of projecting an image on the entire user's visual field.

<その他>
レンズユニット6は本発明の「接眼光学系」の一例である。調節機構4は本発明の「設定機構」の一例である。
<Others>
The lens unit 6 is an example of the “eyepiece optical system” in the present invention. The adjustment mechanism 4 is an example of the “setting mechanism” in the present invention.

1 :HMD
3 :操作部材
4 :調節機構
6 :レンズユニット
7 :画像ユニット
8 :装着具
9 :接続具
11 :表示装置
12 :筐体
12A :第5点
20 :光軸
20A :第3点
20B :主点
20C :第1点
20D :第2点
21 :射出瞳
21A :第4点
56 :ハーフミラー
63 :レンズ
72 :液晶ユニット
72A :光源
72B :導光部材
72C :液晶表示素子
77B :異物虚像
77C :画像虚像
721 :表示面
722 :導光面
1: HMD
3: Operation member 4: Adjustment mechanism 6: Lens unit 7: Image unit 8: Mounting tool 9: Connection tool 11: Display device 12: Housing 12A: 5th point 20: Optical axis 20A: 3rd point 20B: Main point 20C: First point 20D: Second point 21: Exit pupil 21A: Fourth point 56: Half mirror 63: Lens 72: Liquid crystal unit 72A: Light source 72B: Light guide member 72C: Liquid crystal display element 77B: Foreign object virtual image 77C: Image Virtual image 721: Display surface 722: Light guide surface

Claims (7)

光源と、
画像を表示可能な反射型の液晶表示素子と、
前記液晶表示素子に固定され、前記光源から放射された光を前記液晶表示素子に導く導光部材と、
前記導光部材によって導かれる前記光に基づいて前記液晶表示素子から出射された画像光の光路において、前記導光部材の下流に設けられ、前記画像光を集光する接眼光学系と、
前記光源、前記液晶表示素子、前記導光部材、及び、前記接眼光学系を収容し、前記接眼光学系の光軸に沿って延びる方向に長い筐体と、
前記光路において前記接眼光学系よりも下流に設けられ、前記接眼光学系から出射した前記画像光の少なくとも一部の光を、前記筐体の長手方向と交差する特定方向に偏向する偏向部材と
を備え、
前記接眼光学系の焦点距離をf[mm]、前記接眼光学系の主点と前記画像の虚像との間の前記光路における距離をb[mm]、及び、前記液晶表示素子と前記導光部材との間の前記光路における距離をd[mm]とした場合、前記f、前記b、及び、前記dが、
(但し、b>0、f>0、d>0)
の関係を満たし、
前記接眼光学系の前記光路における最も下流の面から射出瞳までの距離をE[mm]とした場合、前記f、前記b、前記d、及び、前記Eが、
(但し、E>0)
の関係を満たし、
前記Eは、前記筐体の長手方向における前記接眼光学系の前記偏向部材に最も近い第3面と前記接眼光学系の光軸とが交差する第3点と、前記偏向部材と前記接眼光学系の光軸とが交差する第4点との間の第1距離、及び、前記筐体のうち前記特定方向に最も突出した第5点と前記第4点と間の前記特定方向の第2距離を合計した距離よりも大きいことを特徴とする表示装置。
A light source;
A reflective liquid crystal display element capable of displaying an image;
A light guide member fixed to the liquid crystal display element and guiding light emitted from the light source to the liquid crystal display element;
An eyepiece optical system that is provided downstream of the light guide member and collects the image light in the optical path of the image light emitted from the liquid crystal display element based on the light guided by the light guide member;
A housing that houses the light source, the liquid crystal display element, the light guide member, and the eyepiece optical system, and that is long in a direction extending along the optical axis of the eyepiece optical system;
A deflecting member that is provided downstream of the eyepiece optical system in the optical path and deflects at least a part of the image light emitted from the eyepiece optical system in a specific direction intersecting a longitudinal direction of the housing; br />
The focal length of the eyepiece optical system is f [mm], the distance in the optical path between the principal point of the eyepiece optical system and the virtual image of the image is b [mm], and the liquid crystal display element and the light guide member When the distance in the optical path between and f is d [mm], f, b, and d are
(However, b> 0, f> 0, d> 0)
Meet the relationship,
When the distance from the most downstream surface in the optical path of the eyepiece optical system to the exit pupil is E [mm], the f, the b, the d, and the E are
(However, E> 0)
Satisfy the relationship
E is a third point where the third surface closest to the deflection member of the eyepiece optical system in the longitudinal direction of the housing intersects with the optical axis of the eyepiece optical system, and the deflection member and the eyepiece optical system. And a second distance in the specific direction between the fourth point and the fifth point that protrudes most in the specific direction in the housing. A display device characterized by being larger than the total distance .
前記虚像の位置を、前記接眼光学系の前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離が最も短い第1位置と、前記接眼光学系の前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離が最も長い第2位置との間で設定可能な設定機構をさらに備え、
前記bは、前記虚像が前記第1位置と前記第2位置との間の特定位置に位置する場合における、前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
The position of the virtual image is a first position having the shortest distance in the optical path between the principal point of the eyepiece optical system and the virtual image, and the optical path between the principal point of the eyepiece optical system and the virtual image. A setting mechanism that can be set with the second position having the longest distance at
The b is a distance in the optical path between the principal point and the virtual image when the virtual image is located at a specific position between the first position and the second position. Item 4. The display device according to Item 1.
前記bは、前記虚像が前記第2位置に位置する場合における、前記主点と前記虚像との間の前記光路における距離であることを特徴とする請求項2に記載の表示装置。   3. The display device according to claim 2, wherein b is a distance in the optical path between the principal point and the virtual image when the virtual image is located at the second position. 前記dが5mm以上であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the d is 5 mm or more. 前記bが300mm以上600mm以下であることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the b is 300 mm or more and 600 mm or less. 前記導光部材の前記光路における最も下流の面は、前記光路に対して傾斜し、
前記dは、前記導光部材の前記最も下流の面と前記接眼光学系の光軸とが交差する第1点と、前記液晶表示素子の表示面と前記接眼光学系の光軸とが交差する第2点との間の距離であることを特徴とする請求項1からの何れかに記載の表示装置。
The most downstream surface in the optical path of the light guide member is inclined with respect to the optical path,
The d is a first point where the most downstream surface of the light guide member intersects with the optical axis of the eyepiece optical system, and a display surface of the liquid crystal display element intersects with the optical axis of the eyepiece optical system. display device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the distance between the second point.
請求項1から6の何れかに記載の前記表示装置と、
使用者の頭部に装着される装着具に対して前記表示装置を取り付ける部材であって、所定の可動範囲内で前記表示装置を移動させることが可能な接続具と
を備えたヘッドマウントディスプレイであって、
前記Eは、前記可動範囲のうち前記装着具からもっとも離隔した位置に前記表示装置が移動した状態での前記装着具と前記表示装置との間の距離よりも小さいことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
The display device according to any one of claims 1 to 6 ,
A head-mounted display that is a member that attaches the display device to a mounting tool that is mounted on a user's head and includes a connection tool that can move the display device within a predetermined movable range. There,
The E is smaller than the distance between the mounting tool and the display device in a state where the display device is moved to a position farthest from the mounting tool within the movable range. .
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