JP6922702B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。

例えば、特許文献１には、画像信号に応じた光を射出させる射出装置と、射出装置からの光を使用者の眼に向けて反射させる反射部材とを備えたヘッドマウントディスプレイが開示されている。このようなヘッドマウントディスプレイには、反射部材として導光板を用いたものがあるが、重量が大きくなりやすく、ヘッドマウントディスプレイの軽量化が望まれていた。

特開２０１０−２６１９３号公報

本態様に係るヘッドマウントディスプレイは、所定の画像を投影するための投影光を射出する投影部と、前記投影部からの投影光を使用者の眼に向けて反射させるハーフミラーとを備え、前記ハーフミラーは、第１ミラー部と第２ミラー部と第３ミラー部とを有し、前記第１ミラー部は、第１屈曲部を介して前記第２ミラー部と接続し、前記第３ミラー部は、第２屈曲部を介して前記第２ミラー部と接続し、前記第１屈曲部は、前記使用者と反対側に凸となるように屈曲し、前記第２屈曲部は、前記使用者側に凸となるように屈曲し、前記投影部からの投影光は、前記第２ミラー部で反射する。

ヘッドマウントディスプレイの拡大平面図である。 ヘッドマウントディスプレイの平面図である。 ヘッドマウントディスプレイの正面図である。 ヘッドマウントディスプレイの側面図である。 （Ａ）はヘッドマウントディスプレイのフロント部を示す平面図であり、（Ｂ）はフロント部を示す正面図である。 （Ａ）はヘッドマウントディスプレイの左側ハーフミラーを示す平面図であり、（Ｂ）は左側ハーフミラーを示す正面図である。 （Ａ）はヘッドマウントディスプレイの右側ハーフミラーを示す平面図であり、（Ｂ）は右側ハーフミラーを示す正面図である。 ヘッドマウントディスプレイの左テンプル部を示す側面図である。 （Ａ）はヘッドマウントディスプレイのフレームカバー部を示す平面図であり、（Ｂ）はフレームカバー部を示す正面図である。 （Ａ）はフレームカバー部のカバー係合ピン部を示す拡大図であり、（Ｂ）はフレームカバー部を示す側断面図である。 ヘッドマウントディスプレイの左側を示す拡大平面図である。

以下、本実施形態のヘッドマウントディスプレイについて図を参照して説明する。本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１は、図１〜図４に示すように、フレーム部１０と、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒと、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒと、左右の制御基板６０Ｌ，６０Ｒと、フレームカバー部７０とを備えて構成される。フレーム部１０は、眼鏡フレームと同様に、フロント部１１と、左右のテンプル部３１Ｌ，３１Ｒとを有
して構成され、使用者の頭部に装着することができるようになっている。

フロント部１１は、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）に示すように、眼鏡フレームのフロント部と同様に形成され、左右のリム部１２，１４と、ブリッジ部１６と、パッド部１８と、左右のヨロイ部２０，２２と有している。なお、フロント部１１において、左リム部１２および左ヨロイ部２０と、右リム部１４および右ヨロイ部２２とは、左右対称に形成される。左リム部１２は、フロント部１１の左側部分に、左側ハーフミラー５０Ｌの外周形状に合わせて前後に屈曲した枠状に形成される。右リム部１４は、フロント部１１の右側部分に、右側ハーフミラー５０Ｒの外周形状に合わせて前後に屈曲した枠状に形成される。

ブリッジ部１６は、フロント部１１の中央部に、左リム部１２と右リム部１４とに繋がるように左右方向に延びて形成される。ブリッジ部１６の前面側に、カバー係合穴部１７が上下に２つ並んで形成される。カバー係合穴部１７は、フレームカバー部７０のカバー係合ピン部７２と係合可能な穴状に形成される。ブリッジ部１６の後面側に、（フレーム部１０が使用者の頭部に装着された状態で）使用者の鼻の部分に接するパッド部１８が形成される。

左ヨロイ部２０は、左リム部１２の左端部から後方に屈曲して延びるように形成される。左ヨロイ部２０の後部に、長穴状の左側投影部取付部２１が形成される（図４も参照）。左側投影部取付部２１には、左側投影部４０Ｌが取り付けられる。右ヨロイ部２２は、右リム部１４の右端部から後方に屈曲して延びるように形成される。右ヨロイ部２２の後部に、長穴状の右側投影部取付部２３が形成される。右側投影部取付部２３には、右側投影部４０Ｒが取り付けられる。

左テンプル部３１Ｌは、図８に示すように、眼鏡フレームのテンプル部と同様の蔓状に形成される。左テンプル部３１Ｌは、不図示のヒンジ機構を介して、左ヨロイ部２０に傾動可能に連結される。左テンプル部３１Ｌの前部に、枠状の左側基板取付部３２Ｌが形成される。左側基板取付部３２Ｌには、左側制御基板６０Ｌが取り付けられる。なお、図８に示す態様では、左テンプル部３１Ｌの中央部に円形の中空部が２つ設けられている。中空部は、軽量化に有効であるが、必ずしも設ける必要はない。中空部を設ける場合、その数は２つに限られず、１つ以上あればよい。また、中空部の形は特に限定されず、三角形、四角形等の多角形や楕円形としてもよい。

右テンプル部３１Ｒは、詳細な図示を省略するが、左テンプル部３１Ｌと同様に形成される。なお、左テンプル部３１Ｌと右テンプル部３１Ｒとは、左右対称に形成される。右テンプル部３１Ｒは、不図示のヒンジ機構を介して、右ヨロイ部２２に傾動可能に連結される。これにより、左テンプル部３１Ｌおよび右テンプル部３１Ｒをフロント部１１の後面側に重なるように傾動させることで、フレーム部１０を折り畳むことができるようになっている。右テンプル部３１Ｒの前部に、枠状の右側基板取付部３２Ｒが形成される（図１および図２も参照）。右側基板取付部３２Ｒには、右側制御基板６０Ｒが取り付けられる。

左側投影部４０Ｌは、図１に示すように、左側筐体部４１Ｌと、左側筐体部４１Ｌに収容保持された左側投影光学ユニット４３Ｌとを有して構成される。左側筐体部４１Ｌは、フロント部１１（左ヨロイ部２０）の左側投影部取付部２１に、左側投影光学ユニット４３Ｌが右斜め前方（フロント部１１の中央前側）を向くように取り付けられる。左側投影光学ユニット４３Ｌは、詳細な図示を省略するが、所定の画像を表示可能な左側表示素子４４Ｌと、左側表示素子４４Ｌからの光を投影光として射出させる左側投影光学系４５Ｌとを有して構成される。なお、左側投影光学系４５Ｌは、詳細な図示を省略するが、自由曲面レンズ（図示せず）等を有して構成される。これにより、左側投影部４０Ｌは、フロ
ント部１１の左端部後側（使用者側）に配置されて、使用者に所定の画像を視認させるための投影光を右斜め前方（フロント部１１の中央前側）に向けて射出する。

右側投影部４０Ｒは、図１に示すように、右側筐体部４１Ｒと、右側筐体部４１Ｒに収容保持された右側投影光学ユニット４３Ｒとを有して構成される。右側筐体部４１Ｒは、フロント部１１（右ヨロイ部２２）の右側投影部取付部２３に、右側投影光学ユニット４３Ｒが左斜め前方（フロント部１１の中央前側）を向くように取り付けられる。右側投影光学ユニット４３Ｒは、詳細な図示を省略するが、所定の画像を表示可能な右側表示素子４４Ｒと、右側表示素子４４Ｒからの光を投影光として射出させる右側投影光学系４５Ｒとを有して構成される。なお、右側投影光学系４５Ｒは、詳細な図示を省略するが、自由曲面レンズ（図示せず）等を有して構成される。これにより、右側投影部４０Ｒは、フロント部１１の右端部後側（使用者側）に配置されて、使用者に所定の画像を視認させるための投影光を左斜め前方（フロント部１１の中央前側）に向けて射出する。

左側制御基板６０Ｌは、左側投影部４０Ｌと電気的に接続され、左側投影部４０Ｌの作動を制御する。右側制御基板６０Ｒは、右側投影部４０Ｒと電気的に接続され、右側投影部４０Ｒの作動を制御する。また、左側制御基板６０Ｌおよび右側制御基板６０Ｒは、スマートフォン等の携帯端末（図示せず）と電気的に接続され、携帯端末から送信された画像データを受信し、受信した画像データに基づく投影光を射出するように左側投影部４０Ｌおよび右側投影部４０Ｒの作動を制御する。

左側ハーフミラー５０Ｌは、図１〜図４に示すように、左リム部１２の前面側に、左リム部１２の開口部を覆うように取り付けられる。左リム部１２に取り付けられた左側ハーフミラー５０Ｌは、左リム部１２の後側（使用者側）から入射した光の一部を反射させ、左リム部１２の前側（使用者と反対側）から入射した光の一部を透過させるようになっている。左側ハーフミラー５０Ｌは、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）に示すように、屈曲した板状に形成され、左側第１ミラー部５１Ｌと、左側第２ミラー部５５Ｌと、左側第３ミラー部５９Ｌとを有している。また、左側第１ミラー部５１Ｌと左側第２ミラー部５５Ｌとに繋がって、左側第１屈曲部５３Ｌが形成される。左側第２ミラー部５５Ｌと左側第３ミラー部５９Ｌとに繋がって、左側第２屈曲部５７Ｌが形成される。

左側第１ミラー部５１Ｌは、左側ハーフミラー５０Ｌの左側に、左側投影部４０Ｌ（左側投影光学系４５Ｌ）の光軸方向に沿って右斜め前方（フロント部１１の中央前側）に向けて延びる平板状に形成される。左側第１屈曲部５３Ｌは、前側（使用者と反対側）に向けて凸形状となるように屈曲して形成される。左側第２ミラー部５５Ｌは、左側ハーフミラー５０Ｌの中間部に、左側第１屈曲部５３Ｌから右斜め後方（フロント部１１の中央後側）に向けて延びる平板状に形成される。左側第２ミラー部５５Ｌの後側（使用者側）の面に、使用者側に凹となるように湾曲した凹面状の左側投影光反射面５６Ｌが形成される。左側投影光反射面５６Ｌは、例えば２００ｍｍ程度の曲率半径を有する（平面に近い）球面であり、左側投影部４０Ｌから射出された投影光の一部を使用者の左眼ＥＬに向けて正反射させる。左側第２屈曲部５７Ｌは、後側に向けて凸形状となるように屈曲して形成される。左側第３ミラー部５９Ｌは、左側ハーフミラー５０Ｌの右側に、左側第２屈曲部５７Ｌから右方に延びる平板状に形成される。

右側ハーフミラー５０Ｒは、図１〜図３に示すように、右リム部１４の前面側に、右リム部１４の開口部を覆うように取り付けられる。右リム部１４に取り付けられた右側ハーフミラー５０Ｒは、右リム部１４の後側（使用者側）から入射した光の一部を反射させ、右リム部１４の前側（使用者と反対側）から入射した光の一部を透過させるようになっている。右側ハーフミラー５０Ｒは、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）に示すように、右側第１ミラー部５１Ｒと、右側第２ミラー部５５Ｒと、右側第３ミラー部５９Ｒとを有している。ま
た、右側第１ミラー部５１Ｒと右側第２ミラー部５５Ｒとに繋がって、右側第１屈曲部５３Ｒが形成される。右側第２ミラー部５５Ｒと右側第３ミラー部５９Ｒとに繋がって、右側第２屈曲部５７Ｒが形成される。

右側第１ミラー部５１Ｒは、右側ハーフミラー５０Ｒの右側に、右側投影部４０Ｒ（右側投影光学系４５Ｒ）の光軸方向に沿って左斜め前方（フロント部１１の中央前側）に向けて延びる平板状に形成される。右側第１屈曲部５３Ｒは、前側（使用者と反対側）に向けて凸形状となるように屈曲して形成される。右側第２ミラー部５５Ｒは、右側ハーフミラー５０Ｒの中間部に、右側第１屈曲部５３Ｒから左斜め後方（フロント部１１の中央後側）に向けて延びる平板状に形成される。右側第２ミラー部５５Ｒの後側（使用者側）の面に、使用者側に凹となるように湾曲した凹面状の右側投影光反射面５６Ｒが形成される。右側投影光反射面５６Ｒは、例えば２００ｍｍ程度の曲率半径を有する（平面に近い）球面であり、右側投影部４０Ｒから射出された投影光の一部を使用者の右眼ＥＲに向けて正反射させる。右側第２屈曲部５７Ｒは、後側に向けて凸形状となるように屈曲して形成される。右側第３ミラー部５９Ｒは、右側ハーフミラー５０Ｒの右側に、右側第２屈曲部５７Ｒから左方に延びる平板状に形成される。

フレームカバー部７０は、図１〜図４に示すように、フロント部１１の前側に取り付けられて、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒを含むフロント部１１の前側を全体的に覆うようになっている。フレームカバー部７０は、図９（Ａ）〜図９（Ｂ）に示すように、透光性を有する材料（例えば、樹脂材料）を用いて、フロント部１１の外周形状に合わせた箱状に形成される。フレームカバー部７０の前部に、フロント部１１の前方に重なるように配置された前カバー部７１が形成される。前カバー部７１の中央部後側に、カバー係合ピン部７２が上下に２つ並んで形成される。カバー係合ピン部７２は、フロント部１１のカバー係合穴部１７と係合可能なピン形状に形成される。カバー係合ピン部７２とカバー係合穴部１７とが係合した状態で、フレームカバー部７０がフロント部１１の前側に取り付けられる。また、フレームカバー部７０の表面には、黄色や青色等の有色のミラーコーティングが施されており、フレームカバー部７０の前側（使用者と反対側）から後側（使用者側）に向かう光の一部を反射可能に構成される。

以上のように構成されるヘッドマウントディスプレイ１は、フレーム部１０が使用者の頭部に装着された状態で使用される。左側投影部４０Ｌから射出された投影光は、左側ハーフミラー５０Ｌにおける左側第２ミラー部５５Ｌの左側投影光反射面５６Ｌで正反射して使用者の左眼ＥＬに達する。右側投影部４０Ｒから射出された投影光は、右側ハーフミラー５０Ｒにおける右側第２ミラー部５５Ｒの右側投影光反射面５６Ｒで正反射して使用者の右眼ＥＲに達する。

一方、ヘッドマウントディスプレイ１の前方からフレームカバー部７０に達した光の一部は、フレームカバー部７０の表面で反射するが、フレームカバー部７０に達した光の他の一部は、フレームカバー部７０を透過して左側ハーフミラー５０Ｌもしくは右側ハーフミラー５０Ｒに入射する。フレームカバー部７０を透過して左側ハーフミラー５０Ｌに入射した光の一部は、左側ハーフミラー５０Ｌを透過して使用者の左眼ＥＬに達する。フレームカバー部７０を透過して右側ハーフミラー５０Ｒに入射した光の一部は、右側ハーフミラー５０Ｒを透過して使用者の右眼ＥＲに達する。これにより、使用者は、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒおよびフレームカバー部７０を介して前方を視認しつつ、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒにより投影される所定の画像を視認することができる。そのため、使用者は、実際に視認される（外景の）像に所定の画像が重なった像を、拡張現実として認識することが可能である。

本実施形態では、左側ハーフミラー５０Ｌの左側第１ミラー部５１Ｌは、左側第１屈曲
部５３Ｌを介して左側第２ミラー部５５Ｌと接続し、左側第３ミラー部５９Ｌは、左側第２屈曲部５７Ｌを介して左側第２ミラー部５５Ｌと接続する。そして、左側第１屈曲部５３Ｌは、前側（使用者と反対側）に凸となるように屈曲し、左側第２屈曲部５７Ｌは、後側（使用者側）に凸となるように屈曲し、左側投影部４０Ｌからの投影光は、左側第２ミラー部５５Ｌで反射するようになっている。右側ハーフミラー５０Ｒの右側第１ミラー部５１Ｒは、右側第１屈曲部５３Ｒを介して右側第２ミラー部５５Ｒと接続し、右側第３ミラー部５９Ｒは、右側第２屈曲部５７Ｒを介して右側第２ミラー部５５Ｒと接続する。そして、右側第１屈曲部５３Ｒは、前側（使用者と反対側）に凸となるように屈曲し、右側第２屈曲部５７Ｒは、後側（使用者側）に凸となるように屈曲し、右側投影部４０Ｒからの投影光は、右側第２ミラー部５５Ｒで反射するようになっている。

左側ハーフミラー５０Ｌに、使用者と反対側に凸となる左側第１屈曲部５３Ｌと、使用者側に凸となる左側第２屈曲部５７Ｌとが設けられることで、左側ハーフミラー５０Ｌがジグザグに屈曲した形状になるため、左側ハーフミラー５０Ｌの前後方向の長さを抑えることが可能になる。同様に、右側ハーフミラー５０Ｒに、使用者と反対側に凸となる右側第１屈曲部５３Ｒと、使用者側に凸となる右側第２屈曲部５７Ｒとが設けられることで、右側ハーフミラー５０Ｒがジグザグに屈曲した形状になるため、右側ハーフミラー５０Ｒの前後方向の長さを抑えることが可能になる。なお、左右の第１屈曲部５３Ｌ，５３Ｒおよび左右の第２屈曲部５７Ｌ，５７Ｒの曲率は、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒおよびフレームカバー部７０を介して視認される（外景の）像に（歪み等の）違和感が生じない程度の緩やかな曲率に設計される。これにより、使用者の眼に向けて投影光を反射させる反射部材として、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒを用いることが可能になり、同様の反射部材として、重量が大きくなりやすい導光板を用いる必要がない。そのため、本実施形態によれば、小型で軽量なヘッドマウントディスプレイ１を得ることが可能になる。

また、左側第２ミラー部５５Ｌの左側投影光反射面５６Ｌは、後側（使用者側）に凹となるように湾曲した凹面状に形成される。右側第２ミラー部５５Ｒの右側投影光反射面５６Ｒは、後側（使用者側）に凹となるように湾曲した凹面状に形成される。これにより、左側投影部４０Ｌ（左側投影光学系４５Ｌ）から射出される際の投影光の幅が、左側投影光反射面５６Ｌで反射して使用者の左眼ＥＬに達する際の投影光の幅より大きくなるのを抑えることができる。同様に、右側投影部４０Ｒ（右側投影光学系４５Ｒ）から射出される際の投影光の幅が、右側投影光反射面５６Ｒで反射して使用者の右眼ＥＲに達する際の投影光の幅より大きくなるのを抑えることができる。そのため、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒを小型にすることが可能になる。

また、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒを覆うフレームカバー部７０は、フレームカバー部７０の前側（使用者と反対側）から後側（使用者側）に向かう光の一部を反射可能に構成される。これにより、外方からヘッドマウントディスプレイ１を見たときに、フレームカバー部７０に覆われた左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒを視認し難くなる。そのため、前後に屈曲した左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒが取り付けられたヘッドマウントディスプレイ１に対して不自然な印象を持たれることを防止することができる。

また、使用者の左眼ＥＬおよび右眼ＥＲに対応して、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒと、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒの２組が設けられる。これにより、使用者は、左右両方の眼で所定の画像を視認することができ、実際に視認される（外景の）像に所定の画像が重なった像を、拡張現実として認識することが可能である。なお、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒと、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒの両方が、比較的強度の高いフレーム部１０のフロント部１１に取り付けられることで、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒにより投影される所定の画像に像ブレや位置ズレ等が生じるのを防止することができる。

ここで、図１１に示すように、左側ハーフミラー５０Ｌについて、使用者の左眼ＥＬと正対する方向に延びて使用者の左眼ＥＬにおける瞳孔の中心を通る軸をｚ軸とし、左側投影光反射面５６Ｌとｚ軸とが交わる点（例えば、図１１における点О）を座標原点とし、左側投影光反射面５６Ｌの座標原点における法線とｚ軸とを通る平面内でｚ軸と直交する軸をｘ軸とし、ｘ軸およびｚ軸と直交する軸をｙ軸として、ｘ−ｙ−ｚ座標系を定義する。またこの場合、ｚ軸に沿って座標原点より使用者の左眼ＥＬに近い側をｚ座標の＋側とし、ｘ軸に沿って座標原点より左側第１ミラー部５１Ｌに近い側をｘ座標の＋側とする。

また、右側ハーフミラー５０Ｒについても、左側ハーフミラー５０Ｌと同様に、使用者の右眼ＥＲと正対する方向に延びて使用者の右眼ＥＲにおける瞳孔の中心を通る軸をｚ軸とし、右側投影光反射面５６Ｒとｚ軸とが交わる点を座標原点とし、右側投影光反射面５６Ｒの座標原点における法線とｚ軸とを通る平面内でｚ軸と直交する軸をｘ軸とし、ｘ軸およびｚ軸と直交する軸をｙ軸として、ｘ−ｙ−ｚ座標系を定義することができる。なおこの場合、ｚ軸に沿って座標原点より使用者の右眼ＥＲに近い側をｚ座標の＋側とし、ｘ軸に沿って座標原点より右側第１ミラー部５１Ｒに近い側をｘ座標の＋側とする。

上述のようにｘ−ｙ−ｚ座標系を定義した場合、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。

−Ａｘ×tanθ≦Ａｚ≦Ｄｚ／２ ・・・（１）
但し、Ａｘ：各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒにおいて各投影部４０Ｌ，４０Ｒからの投影光が反射する領域内でｘ座標の値が最大になる位置のｘ座標の値、
Ａｚ：各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒにおいて各投影部４０Ｌ，４０Ｒからの投影光が反射する領域内でｘ座標の値が最大になる位置のｚ座標の値、
Ｄｚ：使用者の眼における瞳孔の中心位置のｚ座標の値、
θ：各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒの座標原点における法線とｚ軸とのなす角度。

条件式（１）は、各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒにおいて各投影部４０Ｌ，４０Ｒからの投影光が反射する領域内でｘ座標の値が最大になる位置（例えば、図１１における点Ａの位置）のｚ座標の値Ａｚについて、適切な範囲を規定する条件式である。条件式（１）の上限を超えてＡｚが大きくなると、各ハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒの外側端部（ヨロイ部側の端部）が使用者の顔面に対して近くなりすぎるため、各投影部４０Ｌ，４０Ｒを配置することが困難になる。条件式（１）の下限を超えてＡｚが小さくなると、各ハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒの外側端部（ヨロイ部側の端部）が使用者の顔面に対して遠くなりすぎるため、フレーム部１０が大型化して重量が大きくなる。さらに、フレーム部１０が使用者の顔面に対して前方に大きく飛び出す形状になるため、ヘッドマウントディスプレイ１のデザインの自由度が低下し、装飾性が低下する可能性がある。

上述のようにｘ−ｙ−ｚ座標系を定義した場合、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。

Ｂｚ≦Ｄｚ／２ ・・・（２）
但し、Ｂｚ：各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒにおいて各投影部４０Ｌ，４０Ｒからの投影光が反射する領域内でｘ座標の値が最小になる位置のｚ座標の値。

条件式（２）は、各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒにおいて各投影部４０Ｌ，４０Ｒからの投影光が反射する領域内でｘ座標の値が最小になる位置（例えば、図１１における点Ｂの位置）のｚ座標の値Ｂｚについて、適切な範囲を規定する条件式である。条件式（２）の上限を超えてＢｚが大きくなると、各ハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒの内側端部（ブリッ
ジ部側の端部）が使用者の顔面に対して近くなりすぎるため、使用者の感じる圧迫感が大きくなり、フレーム部１０（フロント部１１）が使用者の顔面に接触し易くなる。

上述のようにｘ−ｙ−ｚ座標系を定義した場合、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。

２５°≦θ≦３５° ・・・（３）

条件式（３）は、各投影光反射面５６Ｌ，５６Ｒの座標原点における法線とｚ軸とのなす角度θについて、適切な範囲を規定する条件式である。条件式（３）の対応値が下限値を下回ると、各投影部４０Ｌ，４０Ｒが使用者の顔面に対して近くなりすぎて接触し易くなり、使用者に不快感を与える可能性がある。条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、各第２ミラー部５５Ｌ，５５Ｒの傾斜角度が必要以上に大きくなる。そのため、各第２ミラー部５５Ｌ，５５Ｒを介して視認される（外景の）像と、各第１ミラー部５１Ｌ，５１Ｒおよび各第３ミラー部５９Ｌ，５９Ｒを介して視認される（外景の）像との繋ぎ目において、像の歪みが大きくなる。また、各投影部４０Ｌ，４０Ｒが使用者の顔面に対して遠くなりすぎるため、ヘッドマウントディスプレイ１が前後方向に大きくなる。そのため、ヘッドマウントディスプレイ１の重心の位置が前方に変位して、ヘッドマウントディスプレイ１（フレーム部１０）の装着感（着け心地）が低下する可能性がある。

なお、左側ハーフミラー５０Ｌの左側第３ミラー部５９Ｌは、フレーム部１０（フロント部１１）のブリッジ部１６と同様に、左右方向に延びて形成される。左側第３ミラー部５９Ｌ（ブリッジ部１６）に対する左側第２ミラー部５５Ｌの屈曲角度（傾斜角度）は、左側投影光反射面５６Ｌの座標原点における法線とｚ軸とのなす角度θ、すなわち、左側投影光反射面５６Ｌで正反射する投影光の入射角度と同じ角度に設定される。左側第２ミラー部５５Ｌに対する左側第１ミラー部５１Ｌの屈曲角度は、９０°から投影光の入射角度を引いた角度に設定される。

右側ハーフミラー５０Ｒの右側第３ミラー部５９Ｒは、フレーム部１０（フロント部１１）のブリッジ部１６と同様に、左右方向に延びて形成される。右側第３ミラー部５９Ｒ（ブリッジ部１６）に対する右側第２ミラー部５５Ｒの屈曲角度（傾斜角度）は、右側投影光反射面５６Ｒの座標原点における法線とｚ軸とのなす角度θ、すなわち、右側投影光反射面５６Ｒで正反射する投影光の入射角度と同じ角度に設定される。右側第２ミラー部５５Ｒに対する右側第１ミラー部５１Ｒの屈曲角度は、９０°から投影光の入射角度を引いた角度に設定される。

上述の実施形態において、左側投影光反射面５６Ｌおよび右側投影光反射面５６Ｒは、（平面に近い）球面であるが、これに限られるものではなく、例えば、非球面や、自由曲面、平面であってもよい。

上述の実施形態において、使用者の左眼ＥＬおよび右眼ＥＲに対応して、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒと、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒの２組が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、左右の投影部４０Ｌ，４０Ｒのうち一方と、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒのうち（投影部と同じ）一方の１組だけが設けられるようにしてもよい。なおこの場合、左右のうち他方のリム部には、前述と同様のハーフミラーが取り付けられてもよく、レンズ等の透光部材が取り付けられてもよい。

上述の実施形態において、フレーム部１０は、眼鏡フレームと同様に構成されているが、これに限られるものではなく、例えば、スキーゴーグルのフレームと同様に構成されてもよい。なおこの場合、左右のハーフミラー５０Ｌ，５０Ｒは、上述したように別個に分
かれて形成されてもよく、一体的に繋がって形成されてもよい。

１ ヘッドマウントディスプレイ
１０ フレーム部
１１ フロント部
１２ 左リム部 １４ 右リム部
４０Ｌ 左側投影部 ４０Ｒ 右側投影部
５０Ｌ 左側ハーフミラー
５１Ｌ 左側第１ミラー部 ５３Ｌ 左側第１屈曲部
５５Ｌ 左側第２ミラー部 ５６Ｌ 左側投影光反射面
５７Ｌ 左側第２屈曲部 ５９Ｌ 左側第３ミラー部
５０Ｒ 右側ハーフミラー
５１Ｒ 右側第１ミラー部 ５３Ｒ 右側第１屈曲部
５５Ｒ 右側第２ミラー部 ５６Ｒ 右側投影光反射面
５７Ｒ 右側第２屈曲部 ５９Ｒ 右側第３ミラー部
７０ フレームカバー部

Claims (7)

1. 所定の画像を投影するための投影光を射出する投影部と、
   前記投影部からの投影光を使用者の眼に向けて反射させるハーフミラーとを備え、
   前記ハーフミラーは、第１ミラー部と第２ミラー部と第３ミラー部とを有し、
   前記第１ミラー部は、第１屈曲部を介して前記第２ミラー部と接続し、
   前記第３ミラー部は、第２屈曲部を介して前記第２ミラー部と接続し、
   前記第１屈曲部は、前記使用者と反対側に凸となるように屈曲し、
   前記第２屈曲部は、前記使用者側に凸となるように屈曲し、
   前記投影部からの投影光は、前記第２ミラー部で反射するヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記第２ミラー部は、前記投影部からの投影光を前記使用者の眼に向けて反射させる投影光反射面を有し、
   前記投影光反射面は、前記使用者側に凹となるように湾曲した凹面状に形成される請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記ハーフミラーが取り付けられて前記使用者の頭部に装着可能なフレームと、
   前記ハーフミラーを覆って前記フレームに取り付けられた透光性を有するカバー部とを備え、
   前記カバー部は、前記使用者と反対側から前記使用者側に向かう光の一部を反射可能に構成される請求項１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記投影部と前記ハーフミラーとは、前記使用者の左右の眼に対応して２組設けられる請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記第２ミラー部は、前記投影部からの投影光を前記使用者の眼に向けて反射させる投影光反射面を有し、
   前記使用者の眼と正対する方向に延びて前記使用者の眼における瞳孔の中心を通る軸をｚ軸とし、前記投影光反射面と前記ｚ軸とが交わる点を座標原点とし、前記投影光反射面の前記座標原点における法線と前記ｚ軸とを通る平面内で前記ｚ軸と直交する軸をｘ軸とし、前記ｘ軸および前記ｚ軸と直交する軸をｙ軸として、ｘ−ｙ−ｚ座標系を定義し、
   前記座標原点より前記使用者の眼に近い側をｚ座標の＋側とし、前記座標原点より前記第１ミラー部に近い側をｘ座標の＋側としたとき、
   以下の条件式を満足する請求項１〜４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
   −Ａｘ×tanθ≦Ａｚ≦Ｄｚ／２
   但し、Ａｘ：前記投影光反射面において前記投影部からの投影光を反射させる領域内でｘ座標の値が最大になる位置のｘ座標の値、
   Ａｚ：前記投影光反射面において前記投影部からの投影光を反射させる領域内でｘ座標の値が最大になる位置のｚ座標の値、
   Ｄｚ：前記使用者の眼における瞳孔の中心位置のｚ座標の値、
   θ：前記投影光反射面の前記座標原点における法線と前記ｚ軸とのなす角度。
6. 以下の条件式を満足する請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
   Ｂｚ≦Ｄｚ／２
   但し、Ｂｚ：前記投影光反射面において前記投影部からの投影光を反射させる領域内でｘ座標の値が最小になる位置のｚ座標の値。
7. 以下の条件式を満足する請求項５または６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
   ２５°≦θ≦３５°

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