JP7243269B2 - head mounted display - Google Patents

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本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention relates to head mounted displays.

特許文献１には、シースルー型のヘッドマウントディスプレイが開示されている。特許文献１の図５のヘッドマウントディスプレイは、液晶表示素子と、偏光ビームスプリッタと、凹面ハーフミラーと、１／４波長板と、偏光性の回折素子と、を備えている。偏光ビームスプリッタは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。偏光性の回折素子は、偏光ビームスプリッタによって反射される偏光方向の光を回折し、偏光ビームスプリッタによって透過される偏光方向の光を透過する。 Patent Literature 1 discloses a see-through type head mounted display. The head-mounted display shown in FIG. 5 of Patent Document 1 includes a liquid crystal display element, a polarizing beam splitter, a concave half mirror, a quarter-wave plate, and a polarizing diffraction element. A polarizing beam splitter reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. A polarizing diffraction element diffracts light in the polarization direction reflected by the polarization beam splitter and transmits light in the polarization direction transmitted by the polarization beam splitter.

また、特許文献１の図６のヘッドマウントディスプレイは、液晶表示素子と、凹面ハーフミラーと、平面ハーフミラーと、第１の偏光手段と、第２の偏光手段とを備えている。第１の偏光手段は、Ｐ偏光を透過する偏光板である。第２の偏光手段は、Ｐ偏光を吸収し、Ｓ偏光を透過する偏光板である。二つの偏光板は、透過軸が直交するように配置されている。 Moreover, the head mounted display of FIG. 6 of Patent Document 1 includes a liquid crystal display element, a concave half mirror, a plane half mirror, a first polarizing means, and a second polarizing means. The first polarizing means is a polarizing plate that transmits P-polarized light. The second polarizing means is a polarizing plate that absorbs P-polarized light and transmits S-polarized light. The two polarizing plates are arranged so that their transmission axes are perpendicular to each other.

特開平１１－９５１６０号公報JP-A-11-95160

特許文献１の構成では、外光の明るさに差が生じてしまうという問題点がある。例えば、前方からの外光は、ハーフミラー及び偏光ビームスプリッタ等で、減衰してしまう。一方、表示画像よりも下側の景色を視認するために、前方斜め下の視界を確保する場合、前方斜め下からの外光はハーフミラーを介さずにユーザの眼に入射する。前方斜め下からの外光は減衰されずに視認される。よって、前方からの外光と、前方斜め下からの外光の明るさに差が生じてしまうという問題点がある。 In the configuration of Patent Document 1, there is a problem that a difference occurs in the brightness of outside light. For example, external light from the front is attenuated by a half mirror, a polarizing beam splitter, and the like. On the other hand, when securing an obliquely downward forward field of view in order to visually recognize the scenery below the display image, external light from obliquely downward forward enters the user's eyes without passing through the half mirror. Outside light from diagonally below the front is visually recognized without being attenuated. Therefore, there is a problem in that there is a difference in brightness between the external light from the front and the external light from obliquely below the front.

本開示は上記の点に鑑みなされたものであり、外部の景色を適切に視認することができるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above points, and an object of the present disclosure is to provide a head-mounted display that allows an appropriate visual recognition of the external scenery.

本実施形態にかかるヘッドマウントディスプレイは、表示画像を形成するための表示光と、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザの前方からの外光とを合成するコンバイナと、前記コンバイナよりも下方からの外光の一部を透過し、前記コンバイナの透過率以下の透過率を有する減光部と、を備えたものである。 The head-mounted display according to the present embodiment includes a combiner that synthesizes display light for forming a display image and external light from the front of the user wearing the head-mounted display, and external light from below the combiner. and a light attenuating section having a transmittance equal to or lower than the transmittance of the combiner.

本開示によれば、外部の景色を適切に視認することができるヘッドマウントディスプレイ、表示方法、及び表示システムを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a head-mounted display, a display method, and a display system that allow an appropriate visual recognition of an external scene.

本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイの一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of head mounted display concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイの機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of the head mounted display concerning this Embodiment. 実施の形態１にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を模式的に示す図である。2 is a diagram schematically showing the configuration of the optical system of the head mounted display according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態２にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the optical system of the head mounted display according to the second embodiment; FIG. 実施の形態３にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を模式的に示す図である。FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of an optical system of a head mounted display according to a third embodiment; FIG. 実施の形態４にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を模式的に示す図である。FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of an optical system of a head mounted display according to a fourth embodiment; FIG. 実施の形態５にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を模式的に示す図である。FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of an optical system of a head mounted display according to a fifth embodiment; FIG. 実施の形態６にかかるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成を模式的に示す図である。FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of an optical system of a head mounted display according to a sixth embodiment;

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本開示が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present disclosure is not limited to the following embodiments. Also, for clarity of explanation, the following description and drawings have been simplified as appropriate.

本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ、及びその表示方法について、図を参照して説明する。図１はヘッドマウントディスプレイ１００の一部の構成を模式的に示す斜視図である。図２はヘッドマウントディスプレイ１００の一部の機能ブロックを示す図である。図１、図２では、主として、ヘッドマウントディスプレイ１００の画像表示に関する構成が示されている。図１では、ヘッドマウントディスプレイ１００の内部構成が示されており、実際には、図１に示す各構成要素がカバーなどで覆われていてもよい。 A head-mounted display and a display method thereof according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of part of the head mounted display 100. As shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing some functional blocks of the head mounted display 100. As shown in FIG. 1 and 2 mainly show a configuration related to image display of the head mounted display 100. FIG. FIG. 1 shows the internal configuration of the head mounted display 100, and actually each component shown in FIG. 1 may be covered with a cover or the like.

ヘッドマウントディスプレイ１００は、ゲーム用、エンターテインメント用、産業用、医療用、フライトシミュレータ用などの様々な用途に適用可能である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、例えばＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドマウントディスプレイやＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドマウントディスプレイである。 The head mounted display 100 can be applied to various uses such as games, entertainment, industrial use, medical use, and flight simulator use. The head mounted display 100 is, for example, an AR (Augmented Reality) head mounted display or an MR (Mixed Reality) head mounted display.

以下、説明の明確化のため、ＸＹＺ３次元直交座標系を用いて説明を行う。ユーザを基準として、前後方向（奥行方向）をＺ方向、左右方向（水平方向）をＸ方向、上下方向（鉛直方向）をＹ方向とする。前方向が＋Ｚ方向、後ろ方向が－Ｚ方向、右方向を＋Ｘ方向、左方向を－Ｘ方向、上方向を＋Ｙ方向、下方向を－Ｙ方向とする。 For clarity of explanation, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system will be used below. With the user as a reference, the front-back direction (depth direction) is the Z direction, the left-right direction (horizontal direction) is the X direction, and the up-down direction (vertical direction) is the Y direction. The forward direction is the +Z direction, the rearward direction is the -Z direction, the right direction is the +X direction, the left direction is the -X direction, the upward direction is the +Y direction, and the downward direction is the -Y direction.

図示しないユーザが、ヘッドマウントディスプレイ１００を装着している。ヘッドマウントディスプレイ１００は、表示素子部１０１と、フレーム１０２と、左眼用光学系１０３Ｌと、右眼用光学系１０３Ｒと、制御部１０５を備えている。制御部１０５は、制御部１０５Ｌと制御部１０５Ｒとを備えている。 A user (not shown) wears the head mounted display 100 . The head mounted display 100 includes a display element section 101 , a frame 102 , a left eye optical system 103 L, a right eye optical system 103 R, and a control section 105 . The control unit 105 includes a control unit 105L and a control unit 105R.

フレーム１０２はゴーグル形状や眼鏡形状を有しており、図示しないヘッドバンドなどによりユーザの頭部に装着される。フレーム１０２には、表示素子部１０１、左眼用光学系１０３Ｌ、右眼用光学系１０３Ｒ、制御部１０５Ｌ、制御部１０５Ｒが取り付けられている。なお、図１では、両眼式のヘッドマウントディスプレイ１００が図示されているが、眼鏡形状を有するヘッドマウントディスプレイや、単眼式のヘッドマウントディスプレイであってもよい。 The frame 102 has a shape of goggles or spectacles, and is worn on the user's head with a headband (not shown) or the like. A display element section 101, a left eye optical system 103L, a right eye optical system 103R, a control section 105L, and a control section 105R are attached to the frame . In addition, although the binocular head mounted display 100 is illustrated in FIG. 1, a head mounted display having a shape of eyeglasses or a monocular head mounted display may be used.

表示素子部１０１は、左眼用表示素子１０１Ｌと右眼用表示素子１０１Ｒを備えている。左眼用表示素子１０１Ｌは、左眼用の表示画像を生成する。右眼用表示素子１０１Ｒは、右眼用の表示画像を生成する。左眼用表示素子１０１Ｌ、及び右眼用表示素子１０１Ｒはそれぞれ液晶モニタや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）モニタなどのフラットパネルディスプレイを備えている。左眼用表示素子１０１Ｌ、及び右眼用表示素子１０１Ｒは曲面形状を有するディスプレイでもよい。左眼用表示素子１０１Ｌと右眼用表示素子１０１Ｒは、それぞれアレイ状に配置された複数の画素を備えている。ここでアレイ状の配置とは、２次元行列の配置だけでなく、ペンタイル配列などでもよい。左眼用表示素子１０１Ｌは右眼用表示素子１０１Ｒの左側（－Ｘ側）に配置されている。 The display element section 101 includes a left-eye display element 101L and a right-eye display element 101R. The left-eye display element 101L generates a left-eye display image. The right eye display element 101R generates a display image for the right eye. The left-eye display element 101L and the right-eye display element 101R are each equipped with a flat panel display such as a liquid crystal monitor or an organic EL (Electro-Luminescence) monitor. The left-eye display element 101L and the right-eye display element 101R may be displays having curved surfaces. The left-eye display element 101L and the right-eye display element 101R each include a plurality of pixels arranged in an array. Here, the array arrangement may be not only a two-dimensional matrix arrangement but also a pentile arrangement or the like. The left-eye display element 101L is arranged on the left side (-X side) of the right-eye display element 101R.

表示素子部１０１の上方（＋Ｙ側）には、制御部１０５が設けられている。制御部１０５には、外部からの映像信号、制御信号、電源が供給されている。例えば、ＨＤＭＩ（登録商標）などの有線接続、又はＷｉＦｉ（登録商標）やＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）等の無線接続によって、映像信号等が制御部１０５に入力される。ヘッドマウントディスプレイ１００は、映像信号を生成する映像生成部（図示せず）を備えていてもよく、制御部１０５には、映像生成部が生成した映像信号等が入力されてもよい。 A control section 105 is provided above the display element section 101 (on the +Y side). The control unit 105 is supplied with video signals, control signals, and power from the outside. For example, a video signal or the like is input to the control unit 105 through a wired connection such as HDMI (registered trademark) or a wireless connection such as WiFi (registered trademark) or BlueTooth (registered trademark). The head mounted display 100 may include an image generation unit (not shown) that generates an image signal, and the control unit 105 may receive the image signal generated by the image generation unit.

制御部１０５Ｌ、制御部１０５Ｒはそれぞれ、ディスプレイの駆動回路等を備えている。制御部１０５Ｌは、映像信号、制御信号等に基づいて、左眼用画像の表示信号を生成して、左眼用表示素子１０１Ｌに出力する。これにより、左眼用表示素子１０１Ｌは、左眼用画像を表示するための表示光を出力する。制御部１０５Ｒは、映像信号、制御信号等に基づいて、右眼用画像の表示信号を生成して、右眼用表示素子１０１Ｒに出力する。これにより、右眼用表示素子１０１Ｒは、右眼用の表示画像を表示するための表示光を出力する。つまり、制御部１０５は表示信号を表示素子部１０１に出力する。 The control unit 105L and the control unit 105R each include a display drive circuit and the like. The control unit 105L generates a display signal for the left-eye image based on the video signal, the control signal, etc., and outputs it to the left-eye display element 101L. As a result, the left-eye display element 101L outputs display light for displaying the left-eye image. The control unit 105R generates a display signal for the image for the right eye based on the video signal, the control signal, etc., and outputs it to the display element for the right eye 101R. As a result, the right-eye display element 101R outputs display light for displaying a right-eye display image. That is, the control section 105 outputs a display signal to the display element section 101 .

なお、表示素子部１０１は、左眼用表示素子１０１Ｌと右眼用表示素子１０１Ｒを別々の表示素子とする構成に限らず、単一の表示素子とする構成としてもよい。単一の表示素子が、左眼用の表示画像と右眼用の表示画像とを生成してもよい。この場合、表示素子部１０１は、ディスプレイの表示領域の片側の一部を用いて、左眼用画像を生成し、反対側の一部を用いて、右眼用画像を生成する。 The display element section 101 is not limited to the configuration in which the left-eye display element 101L and the right-eye display element 101R are separate display elements, and may be configured to be a single display element. A single display element may generate a display image for the left eye and a display image for the right eye. In this case, the display element unit 101 uses part of one side of the display area of the display to generate an image for the left eye, and uses part of the other side to generate an image for the right eye.

表示素子部１０１、制御部１０５等の一部又は全部は、フレーム１０２に固定されている構成に限らず、フレーム１０２に対して脱着可能に設けられていてもよい。例えば、スマートホン又はタブレットコンピュータ等をフレーム１０２に対して取り付けることで、表示素子部１０１、制御部１０５等を実現してもよい。この場合、スマートホン等にヘッドマウントディスプレイ用の表示画像を生成するアプリケーションプログラム（アプリ）を予めインストールしておけばよい。 Some or all of the display element unit 101, the control unit 105, and the like are not limited to being fixed to the frame 102, and may be provided detachably from the frame 102. FIG. For example, by attaching a smartphone, a tablet computer, or the like to the frame 102, the display element unit 101, the control unit 105, and the like may be realized. In this case, an application program (app) for generating a display image for a head-mounted display may be installed in advance in a smart phone or the like.

左眼用光学系１０３Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌが出力した表示光を、左眼用画像としてユーザの左眼ＥＬに導く。右眼用光学系１０３Ｒは、右眼用表示素子１０１Ｒが出力した表示光を、右眼用画像ＰＲとしてユーザの右眼に導く。左眼用光学系１０３Ｌは右眼用光学系１０３Ｒの左側（－Ｘ側）に配置されている。左眼用光学系１０３Ｌは、ユーザの左眼ＥＬの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。右眼用光学系１０３Ｒは、ユーザの右眼ＥＲの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。ユーザは、表示素子部１０１が生成した表示画像の虚像を正面前方（＋Ｚ方向）に視認することができる。 The left-eye optical system 103L guides the display light output from the left-eye display element 101L to the user's left eye EL as a left-eye image. The right-eye optical system 103R guides the display light output from the right-eye display element 101R to the user's right eye as a right-eye image PR. The left-eye optical system 103L is arranged on the left side (-X side) of the right-eye optical system 103R. The left eye optical system 103L is arranged in front of the user's left eye EL (+Z direction). The right eye optical system 103R is arranged in front of the user's right eye ER (+Z direction). The user can visually recognize the virtual image of the display image generated by the display element unit 101 in front of the user (+Z direction).

本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ１００は、半透過型のヘッドマウントディスプレイ１００である。従って、左眼用光学系１０３Ｌ、及び右眼用光学系１０３Ｒは、後述するコンバイナを備えている。半透過型のヘッドマウントディスプレイ１００では、表示素子部１０１からの表示光と、外光とが、左眼ＥＬ及び右眼ＥＲに入射する。よって、ユーザは、前方（＋Ｚ方向）の景色に表示画像が重畳した重畳画像を視認することができる。 The head mounted display 100 according to the present embodiment is a transflective head mounted display 100 . Therefore, the left-eye optical system 103L and the right-eye optical system 103R are equipped with a combiner, which will be described later. In the transflective head mounted display 100, display light from the display element section 101 and external light enter the left eye EL and the right eye ER. Therefore, the user can visually recognize the superimposed image in which the display image is superimposed on the scenery in front (+Z direction).

以下、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒ（以下、まとめて単に光学系と称する）の具体的な実施形態について説明する。なお、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとは同様の構成となっているため、以下の説明では、左眼用光学系１０３Ｌについてのみ説明を行う。 Specific embodiments of the left-eye optical system 103L and the right-eye optical system 103R (hereinafter collectively referred to simply as optical systems) will be described below. Since the left-eye optical system 103L and the right-eye optical system 103R have the same configuration, only the left-eye optical system 103L will be described below.

実施の形態１．
図３は、実施の形態１にかかる光学系を模式的に示す側面図である。左眼用光学系１０３Ｌは、コンバイナ１２１Ｌと、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌと、１／４波長板１２３Ｌと、減光部１３０Ｌと、を備えている。コンバイナ１２１Ｌ、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌ、１／４波長板１２３Ｌ、及び減光部１３０Ｌは、図１で示したフレーム１０２に固定されている。 Embodiment 1.
3 is a side view schematically showing the optical system according to the first embodiment; FIG. The left-eye optical system 103L includes a combiner 121L, a polarization beam splitter 122L, a quarter-wave plate 123L, and a light reduction section 130L. The combiner 121L, the polarization beam splitter 122L, the quarter wave plate 123L, and the light attenuation section 130L are fixed to the frame 102 shown in FIG.

コンバイナ１２１Ｌと偏光ビームスプリッタ１２２Ｌと１／４波長板１２３Ｌは、ユーザの左眼ＥＬの正面前方（＋Ｚ方向）に配置されている。また、コンバイナ１２１Ｌは、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。コンバイナ１２１Ｌと偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとの間に、１／４波長板１２３Ｌが配置されている。つまり、＋Ｚ側から－Ｚ側に向かうにつれて、コンバイナ１２１Ｌ、１／４波長板１２３Ｌ、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌ、左眼ＥＬの順に配置されている。 The combiner 121L, the polarization beam splitter 122L, and the quarter-wave plate 123L are arranged in front of the user's left eye EL (+Z direction). Also, the combiner 121L is arranged in front of the polarization beam splitter 122L (+Z direction). A quarter-wave plate 123L is arranged between the combiner 121L and the polarization beam splitter 122L. That is, the combiner 121L, the quarter-wave plate 123L, the polarization beam splitter 122L, and the left eye EL are arranged in this order from the +Z side to the -Z side.

左眼用表示素子１０１Ｌは、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの上方（＋Ｙ方向）に配置されている。つまり、左眼用表示素子１０１Ｌは、左眼ＥＬの前方斜め上に配置されている。減光部１３０Ｌは、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの下方（－Ｙ方向）に配置されている。つまり、減光部１３０Ｌは、左眼ＥＬの前方斜め下に配置されている。 The left-eye display element 101L is arranged above the polarization beam splitter 122L (+Y direction). In other words, the left eye display element 101L is arranged diagonally above and in front of the left eye EL. The dimming section 130L is arranged below the polarizing beam splitter 122L (-Y direction). That is, the light reduction unit 130L is arranged obliquely in front of and below the left eye EL.

コンバイナ１２１Ｌはハーフミラー等のビームスプリッタであり、入射光の一部を反射して、一部を透過する。よって、後述する表示光Ｌ１２のコンバイナ１２１Ｌにおける反射の比率とユーザの前方（＋Ｚ方向）からの外光Ｌ２１の反射の比率とが等しいとすると、外光Ｌ２１のほぼ半分がコンバイナ１２１Ｌを透過する。コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡となっている。コンバイナ１２１Ｌは、表示光Ｌ１２の反射の比率を増やし外光Ｌ２１の透過の比率を減らしてもよいし、表示光Ｌ１２の反射の比率を減らし外光Ｌ２１の透過の比率を増やしてもよい。 The combiner 121L is a beam splitter such as a half mirror, which reflects part of the incident light and transmits part of it. Therefore, assuming that the ratio of the display light L12 reflected by the combiner 121L, which will be described later, is equal to the ratio of the external light L21 reflected from the front of the user (+Z direction), approximately half of the external light L21 is transmitted through the combiner 121L. The combiner 121L is a concave mirror. The combiner 121L may increase the reflection ratio of the display light L12 and decrease the transmission ratio of the external light L21, or may decrease the reflection ratio of the display light L12 and increase the transmission ratio of the external light L21.

偏光ビームスプリッタ１２２Ｌは、偏光状態に応じて、光を透過又は反射する。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとしては、反射型偏光板を用いることができる。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの透過軸は、紙面と平行になっている。図３において、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌは、紙面と平行な偏光成分を透過して、紙面と直交する偏光成分を反射する。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌは、Ｐ偏光を透過して、Ｓ偏光を反射する。無偏光の光が偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに入射すると、Ｐ偏光の透過光と、Ｓ偏光の反射光とに分岐される。 The polarizing beam splitter 122L transmits or reflects light depending on the polarization state. A reflective polarizing plate can be used as the polarizing beam splitter 122L. The transmission axis of the polarizing beam splitter 122L is parallel to the plane of the paper. In FIG. 3, the polarizing beam splitter 122L transmits polarized light components parallel to the plane of the paper and reflects polarized light components orthogonal to the plane of the paper. The polarizing beam splitter 122L transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. When non-polarized light enters the polarization beam splitter 122L, it is split into P-polarized transmitted light and S-polarized reflected light.

１／４波長板１２３Ｌは、直交する偏光成分に９０°の位相差を与える。光が１／４波長板１２３Ｌを透過することで、偏光状態が変化する。例えば、直線偏光が１／４波長板１２３Ｌを透過すると、円偏光に変換される。円偏光が１／４波長板１２３Ｌを透過すると直線偏光に変換される。１／４波長板１２３Ｌは、ＸＹ平面に平行に配置されている。 The quarter-wave plate 123L gives a phase difference of 90° to the orthogonal polarization components. As the light passes through the quarter-wave plate 123L, the polarization state changes. For example, when linearly polarized light passes through the quarter-wave plate 123L, it is converted into circularly polarized light. When the circularly polarized light passes through the quarter-wave plate 123L, it is converted into linearly polarized light. The quarter-wave plate 123L is arranged parallel to the XY plane.

減光部１３０Ｌは、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタなどの減光フィルタ１３１Ｌを有している。ここでは、透過率２５％のＮＤフィルタを減光部１３０Ｌとして用いている。減光部１３０Ｌは、前方斜め下の視界を得るための下部窓として機能する。前方斜め下からの左眼ＥＬに向かう外光Ｌ４１が減光フィルタ１３１Ｌを透過する。ユーザが減光フィルタ１３１Ｌを介して前方斜め下を視認することができるため、減光フィルタ１３１Ｌの面積の大きさに応じた下方視界が確保される。減光フィルタ１３１Ｌは、ＸＺ平面に平行に配置されている。もちろん、減光フィルタ１３１Ｌを設置する角度は特に限定されるものではない。例えば減光フィルタ１３１Ｌは、－Ｚ側が高くなり、かつ、＋Ｚ側が低くなる傾斜をつけて配置されてもよい。減光部１３０Ｌは、コンバイナ１２１Ｌから左眼ＥＬまでの表示光の光路の外側に配置されている。 The light reduction section 130L has a light reduction filter 131L such as an ND (Neutral Density) filter. Here, an ND filter with a transmittance of 25% is used as the light reducing section 130L. The dimming portion 130L functions as a lower window for obtaining a forward obliquely downward field of view. External light L41 directed toward the left eye EL from diagonally below the front passes through the neutral density filter 131L. Since the user can visually recognize the forward obliquely downward direction through the neutral density filter 131L, a downward field of view corresponding to the size of the area of the neutral density filter 131L is ensured. The neutral density filter 131L is arranged parallel to the XZ plane. Of course, the angle at which the neutral density filter 131L is installed is not particularly limited. For example, the neutral density filter 131L may be arranged with an inclination such that the −Z side is higher and the +Z side is lower. The light reduction unit 130L is arranged outside the optical path of the display light from the combiner 121L to the left eye EL.

左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１について説明する。左眼用表示素子１０１Ｌの表示面は、鉛直下方（－Ｙ方向）に面している。したがって、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１は、－Ｙ方向に出射される。左眼用表示素子１０１Ｌは、例えば、液晶表示パネルを有する液晶モニタである。液晶表示パネルはバックライトからの光の偏光状態を制御することで、光を空間変調する。そのため、左眼用表示素子１０１Ｌの液晶パネルの出射側には、偏光フィルム１０１１Ｌが貼り付けられている。偏光フィルム１０１１Ｌは、紙面と直交する直線偏光を透過して、紙面と平行な直線偏光を吸収する。よって、表示光Ｌ１１が直線偏光となっている。図３において、表示光Ｌ１１は紙面と直交する方向の直線偏光となっており、この方向を第１の方向とする。 The display light L11 from the left-eye display element 101L will be described. The display surface of the left-eye display element 101L faces vertically downward (-Y direction). Therefore, the display light L11 from the left-eye display element 101L is emitted in the -Y direction. The left eye display element 101L is, for example, a liquid crystal monitor having a liquid crystal display panel. The liquid crystal display panel spatially modulates the light by controlling the polarization state of the light from the backlight. Therefore, a polarizing film 1011L is attached to the exit side of the liquid crystal panel of the left eye display element 101L. The polarizing film 1011L transmits linearly polarized light orthogonal to the plane of the paper and absorbs linearly polarized light parallel to the plane of the paper. Therefore, the display light L11 is linearly polarized light. In FIG. 3, the display light L11 is linearly polarized in a direction perpendicular to the plane of the paper, and this direction is defined as a first direction.

左眼用表示素子１０１Ｌの下方（－Ｙ方向）には偏光ビームスプリッタ１２２Ｌが傾斜して配置されている。よって、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌは表示光Ｌ１１を前方（＋Ｚ方向）に反射する。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌは、表示光Ｌ１１をコンバイナ１２１Ｌに向けて反射する。表示光Ｌ１１は、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに対してＳ偏光となっている。表示光Ｌ１１のほぼ全てが、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌによって反射される。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌで前方（＋Ｚ方向）に反射した表示光Ｌ１１の反射光を表示光Ｌ１２とする。 A polarizing beam splitter 122L is obliquely arranged below the left-eye display element 101L (-Y direction). Therefore, the polarization beam splitter 122L reflects the display light L11 forward (+Z direction). The polarization beam splitter 122L reflects the display light L11 toward the combiner 121L. The display light L11 is S-polarized with respect to the polarization beam splitter 122L. Almost all of the display light L11 is reflected by the polarizing beam splitter 122L. The reflected light of the display light L11 reflected forward (+Z direction) by the polarizing beam splitter 122L is referred to as display light L12.

偏光ビームスプリッタ１２２Ｌで反射した表示光Ｌ１２は、１／４波長板１２３Ｌを介して、コンバイナ１２１Ｌに入射する。コンバイナ１２１Ｌは、後方（－Ｚ方向）に表示光Ｌ１２を反射する。コンバイナ１２１Ｌは、表示光Ｌ１２を偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに向けて反射する。さらに、コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡であり、表示光Ｌ１２を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光Ｌ１２を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光Ｌ１２の反射光を表示光Ｌ１３とする。表示光Ｌ１３は、１／４波長板１２３Ｌを介して、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。 The display light L12 reflected by the polarization beam splitter 122L enters the combiner 121L via the quarter-wave plate 123L. The combiner 121L reflects the display light L12 backward (-Z direction). The combiner 121L reflects the display light L12 toward the polarization beam splitter 122L. Further, the combiner 121L is a concave mirror, and reflects the display light L12 so as to concentrate the display light L12 toward the left eye EL. Let the reflected light of the display light L12 reflected by the combiner 121L be the display light L13. The display light L13 enters the polarization beam splitter 122L through the quarter-wave plate 123L.

コンバイナ１２１Ｌと偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとの間には、１／４波長板１２３Ｌが設けられている。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとコンバイナ１２１Ｌとの間を往復する表示光は、１／４波長板１２３Ｌを２回透過するため、表示光の偏光方向が９０°回転する。つまり、表示光Ｌ１３は、表示光Ｌ１１の偏光方向と直交する直線偏光となっている。図３において１／４波長板１２３Ｌを透過した表示光Ｌ１３は、紙面と平行な方向の直線偏光となり、この方向を第２の方向とする。光軸と直交する平面において、第１の方向と第２の方向とは直交する関係である。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの透過軸は第２の方向と平行になっている。 A quarter-wave plate 123L is provided between the combiner 121L and the polarization beam splitter 122L. Since the display light traveling back and forth between the polarization beam splitter 122L and the combiner 121L passes through the quarter-wave plate 123L twice, the polarization direction of the display light is rotated by 90°. That is, the display light L13 is linearly polarized light orthogonal to the polarization direction of the display light L11. In FIG. 3, the display light L13 transmitted through the quarter-wave plate 123L becomes linearly polarized light in a direction parallel to the plane of the paper, and this direction is defined as a second direction. In a plane orthogonal to the optical axis, the first direction and the second direction are orthogonal to each other. The transmission axis of the polarizing beam splitter 122L is parallel to the second direction.

表示光Ｌ１３は、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに対してＰ偏光となっているため、表示光Ｌ１３のほぼ全てが、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過する。このように、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとコンバイナ１２１Ｌとの間に、１／４波長板１２３Ｌを配置することで、表示光の損失を抑制することができる。 Since the display light L13 is P-polarized with respect to the polarization beam splitter 122L, almost all of the display light L13 is transmitted through the polarization beam splitter 122L. Thus, by disposing the quarter-wave plate 123L between the polarizing beam splitter 122L and the combiner 121L, loss of display light can be suppressed.

偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した表示光Ｌ１３が左眼ＥＬに入射する。このように、左眼用光学系１０３Ｌが、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光を、ユーザの左眼ＥＬに導く。表示光Ｌ１３が表示画像を形成する。光学系により、ユーザの前方（＋Ｚ方向）に虚像を表示させることができる。 The display light L13 transmitted through the polarization beam splitter 122L enters the left eye EL. Thus, the left-eye optical system 103L guides the display light from the left-eye display element 101L to the user's left eye EL. The display light L13 forms a display image. The optical system can display a virtual image in front of the user (+Z direction).

次に、ユーザの前方（＋Ｚ方向）からの外光Ｌ２１について説明する。ユーザの前方（＋Ｚ方向）からの外光Ｌ２１のほぼ半分がコンバイナ１２１Ｌを透過する。外光Ｌ２１は、１／４波長板１２３Ｌを透過して、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌは、外光Ｌ２１を２つに分岐する。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した外光Ｌ２１を外光Ｌ２２とする。外光Ｌ２２は、紙面と平行な直線偏光となる。 Next, external light L21 from the front of the user (+Z direction) will be described. Almost half of the external light L21 from the front of the user (+Z direction) is transmitted through the combiner 121L. The external light L21 is transmitted through the quarter-wave plate 123L and enters the polarization beam splitter 122L. The polarizing beam splitter 122L splits the external light L21 into two. The external light L21 transmitted through the polarization beam splitter 122L is referred to as external light L22. The external light L22 becomes linearly polarized light parallel to the paper surface.

外光Ｌ２１のＰ偏光成分が偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過して、外光Ｌ２２となる。Ｐ偏光の外光Ｌ２２は、左眼ＥＬに入射する。外光Ｌ２１のＳ偏光成分が偏光ビームスプリッタ１２２Ｌで反射して、左眼用表示素子１０１Ｌに入射する。外光Ｌ２１は無偏光である場合１／４波長板１２３Ｌを通過しても無偏光のままである。１／４波長板１２３Ｌを通過した無偏光の外光Ｌ２１は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成とがほぼ等しい量であると考えられるため、外光Ｌ２１のほぼ半分を占める偏光成分であるＰ偏光成分が偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過する。 The P-polarized component of the external light L21 is transmitted through the polarization beam splitter 122L and becomes external light L22. The P-polarized external light L22 enters the left eye EL. The S-polarized component of the external light L21 is reflected by the polarization beam splitter 122L and enters the left-eye display element 101L. When the external light L21 is non-polarized, it remains non-polarized even after passing through the quarter-wave plate 123L. Since the unpolarized external light L21 that has passed through the quarter-wave plate 123L is considered to have approximately equal amounts of the P-polarized component and the S-polarized component, the P-polarized component, which is the polarized component that occupies almost half of the external light L21. The component is transmitted through polarizing beam splitter 122L.

ヘッドマウントディスプレイ１００が半透過型であるため、コンバイナ１２１Ｌは、前方（＋Ｚ方向）からの外光Ｌ２１と左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１を合成する。ユーザの前方（＋Ｚ方向）にコンバイナ１２１Ｌを設けることで、ヘッドマウントディスプレイ１００を光学シースルー方式とすることができる。ユーザの前方（＋Ｚ方向）の景色に、表示画像が重畳される。つまり、ユーザは、表示画像が重畳された景色を視認することができる。 Since the head mounted display 100 is of a transflective type, the combiner 121L combines the external light L21 from the front (+Z direction) and the display light L11 from the left eye display element 101L. By providing the combiner 121L in front of the user (in the +Z direction), the head mounted display 100 can be of an optical see-through type. The display image is superimposed on the scenery in front of the user (+Z direction). That is, the user can visually recognize the scenery on which the display image is superimposed.

コンバイナ１２１Ｌの透過率は５０％となっている。よって、外光Ｌ２１の半分がコンバイナ１２１Ｌを透過する。さらに、外光Ｌ２１は、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過する。外光Ｌ２１が無偏光であると、外光Ｌ２１に対する偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの透過率は５０％となる。１／４波長板１２３Ｌを通過した外光Ｌ２１のほぼ半分が偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過する。よって、外光Ｌ２１は、コンバイナ１２１Ｌと偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過することで、２５％に減衰する。つまり、コンバイナ１２１Ｌに入射した外光Ｌ２１の１／４が、左眼ＥＬに入射する。なお、１／４波長板１２３Ｌの透過率を１００％としている。 The transmittance of the combiner 121L is 50%. Therefore, half of the external light L21 is transmitted through the combiner 121L. Further, the external light L21 is transmitted through the polarizing beam splitter 122L. If the external light L21 is non-polarized, the transmittance of the polarizing beam splitter 122L for the external light L21 is 50%. Almost half of the external light L21 that has passed through the quarter-wave plate 123L is transmitted through the polarization beam splitter 122L. Therefore, the external light L21 is attenuated to 25% by passing through the combiner 121L and the polarization beam splitter 122L. That is, 1/4 of the external light L21 incident on the combiner 121L is incident on the left eye EL. Note that the transmittance of the quarter-wave plate 123L is assumed to be 100%.

次に、前方斜め下から左眼ＥＬに向かう外光Ｌ４１について説明する。外光Ｌ４１は、下部窓としての減光フィルタ１３１Ｌに入射する。減光フィルタ１３１Ｌは、入射した光の２５％を透過して、残り７５％を吸収又は反射する。外光Ｌ４１の一部が減光フィルタ１３１Ｌを透過して、左眼ＥＬに入射する。減光フィルタ１３１Ｌを透過した外光Ｌ４１を外光Ｌ４２とする。外光Ｌ４２は、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを介さずに、左眼ＥＬに入射する。このように、前方斜め下から左眼ＥＬに向かう外光Ｌ４１の一部が減光フィルタ１３１Ｌで遮光され、一部が左眼ＥＬに入射する。減光フィルタ１３１Ｌを下部窓として用いることで、前方下側の視界を確保することができる。 Next, the external light L41 directed toward the left eye EL from obliquely below the front will be described. The external light L41 enters the neutral density filter 131L as a lower window. The neutral density filter 131L transmits 25% of the incident light and absorbs or reflects the remaining 75%. Part of the external light L41 passes through the neutral density filter 131L and enters the left eye EL. The external light L41 transmitted through the neutral density filter 131L is referred to as external light L42. The external light L42 enters the left eye EL without passing through the polarization beam splitter 122L. In this way, part of the external light L41 directed toward the left eye EL from obliquely downward in front is blocked by the light-reducing filter 131L, and part of the external light L41 enters the left eye EL. By using the neutral density filter 131L as a lower window, it is possible to ensure a forward and lower field of view.

ここで、減光部１３０Ｌは、透過率が２５％の減光フィルタ１３１Ｌから構成されている。外光Ｌ４１は、減光部１３０Ｌを通過することで、２５％に減衰する。２５％に減衰した外光Ｌ４２が左眼ＥＬに入射する。よって、減光フィルタ１３１Ｌを介した景色の明るさと、コンバイナ１２１Ｌを介した景色との明るさとを揃えることができる。よって、ユーザは、外部の景色を適切に視認することができる。 Here, the light reduction section 130L is composed of a light reduction filter 131L having a transmittance of 25%. The external light L41 is attenuated to 25% by passing through the dimming section 130L. The external light L42 attenuated to 25% enters the left eye EL. Therefore, the brightness of the scenery through the neutral density filter 131L and the brightness of the scenery through the combiner 121L can be matched. Therefore, the user can appropriately visually recognize the external scenery.

コンバイナ１２１Ｌでの外光Ｌ２１の透過率をＴｃ、減光部１３０Ｌでの外光Ｌ４１の透過率をＴｗ、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌでの外光Ｌ２１の透過率をＴｍとする。Ｔｗは、Ｔｃ以下であることが好ましい。さらに、ＴｗはＴｍ以下であることが好ましい。これにより、前方斜め下の景色と前方の景色との明るさの違いを抑制することができる。前方斜め下の視界が前方の視界よりも明るくなるのを防ぐことができるため、ユーザが自然な景色を視認することができる。ヘッドマウントディスプレイ１００の視認性を向上することができる。 Let Tc be the transmittance of the external light L21 at the combiner 121L, Tw be the transmittance of the external light L41 through the light reduction section 130L, and Tm be the transmittance of the external light L21 through the polarizing beam splitter 122L. Tw is preferably equal to or less than Tc. Furthermore, Tw is preferably equal to or less than Tm. As a result, it is possible to suppress the difference in brightness between the scenery obliquely below the front and the scenery in front. Since it is possible to prevent the forward and downward oblique field of view from becoming brighter than the forward field of view, the user can visually recognize the natural scenery. Visibility of the head mounted display 100 can be improved.

Ｔｗ＝Ｔｃ＊ＴｍとなるようにＴｗを定めることで、コンバイナ１２１Ｌを介して視認される前方の景色と、減光部１３０Ｌを介して視認される前方斜め下の景色との明るさを揃えることができる。これにより、視認方向による明るさの違いを抑制することができ、ユーザが自然な景色を視認することができる。 By setting Tw so that Tw=Tc*Tm, the brightness of the front view viewed through the combiner 121L and the view obliquely below the front viewed via the light reduction unit 130L can be made uniform. can be done. As a result, the difference in brightness depending on the viewing direction can be suppressed, and the user can visually recognize the natural scenery.

上記のように、減光部１３０Ｌを下部窓として用いることで、前方斜め下まで視界を拡げることができ、開放感の高い状態でヘッドマウントディスプレイを使用することができる。コンバイナ１２１Ｌ及び偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した前方（＋Ｚ方向）からの外光Ｌ２２と、減光部１３０Ｌを透過した前方斜め下からの外光Ｌ４２の明るさの違いを抑制することができる。ユーザは、外部の景色を適切に視認することができる。さらに、足下周辺が見えることができるため、ユーザ前方の机などに設置された操作機器などを視認することができる。 As described above, by using the dimming section 130L as the lower window, the field of view can be expanded to the front and obliquely downward, and the head-mounted display can be used with a high sense of openness. It is possible to suppress the difference in brightness between the outside light L22 from the front (+Z direction) transmitted through the combiner 121L and the polarization beam splitter 122L and the outside light L42 transmitted through the dimming section 130L and obliquely downward from the front. The user can appropriately visually recognize the external scenery. Furthermore, since the area around the user's feet can be seen, it is possible to visually recognize operation devices and the like installed on a desk in front of the user.

上記の説明では、Ｔｗ＝２５％、Ｔｃ＝５０％、Ｔｍ＝５０％として説明したが、これらの透過率の値は特に限定されるものではない。例えば、Ｔｃの透過率を４０％とする場合、それに合わせてＴｗの透過率を下げればよい。具体的にはＴｗ＝２０％（＝４０％＊５０％）とすることが好ましい。 In the above description, Tw=25%, Tc=50%, and Tm=50%, but these transmittance values are not particularly limited. For example, when the transmittance of Tc is set to 40%, the transmittance of Tw may be decreased accordingly. Specifically, it is preferable to set Tw=20% (=40%*50%).

また、コンバイナ１２１Ｌ、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌ、１／４波長板１２３Ｌ、減光フィルタ１３１Ｌ等の光学素子に対して、各素子の表面に反射防止コートを施してもよい。これにより、左眼用光学系１０３Ｌ内での迷光を抑制することができる。また、減光フィルタ１３１Ｌとして吸収型のＮＤフィルタを用いることで、左眼用光学系１０３Ｌ内での迷光を抑制することができる。 Further, the surfaces of the optical elements such as the combiner 121L, the polarizing beam splitter 122L, the quarter-wave plate 123L, and the neutral density filter 131L may be coated with an antireflection coating. Thereby, stray light in the optical system for left eye 103L can be suppressed. In addition, by using an absorptive ND filter as the neutral density filter 131L, stray light in the left eye optical system 103L can be suppressed.

また、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとコンバイナ１２１Ｌとの間に、１／４波長板１２３Ｌが配置されている。左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１の損失を抑制することができる。よって、コントラストが高く、明るい表示画像を前方の景色に重畳することができる。 A quarter-wave plate 123L is arranged between the polarization beam splitter 122L and the combiner 121L. Loss of the display light L11 from the left-eye display element 101L can be suppressed. Therefore, a high-contrast, bright display image can be superimposed on the scenery in front.

実施の形態２．
実施の形態２にかかるヘッドマウントディスプレイ１００の左眼用光学系１０３Ｌについて、図４を用いて説明する。実施の形態２では、減光部１３０Ｌの構成が実施の形態１と異なっている。減光部１３０Ｌ以外の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。例えば、図４では、表示光Ｌ１１～Ｌ１３については、実施の形態１と同様であるため、省略している。減光部１３０Ｌは、偏光子１３２Ｌと減光フィルタ１３３Ｌとを備えている。 Embodiment 2.
The left-eye optical system 103L of the head mounted display 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the light reduction section 130L. Since the configuration other than the dimming unit 130L is the same as that of the first embodiment, the description is omitted. For example, in FIG. 4, the display lights L11 to L13 are omitted because they are the same as in the first embodiment. The light reduction section 130L includes a polarizer 132L and a light reduction filter 133L.

偏光子１３２Ｌとして、吸収型の偏光板を用いることができる。偏光子１３２Ｌの透過軸は、紙面と平行になっている。図４において、偏光子１３２Ｌは、紙面に平行な偏光成分を透過し、紙面に直交する偏光成分を吸収する。偏光子１３２Ｌは、Ｐ偏光を透過して、Ｓ偏光を吸収する。なお、偏光子１３２Ｌとして、反射型の偏光板を用いてもよい。偏光子１３２Ｌは、ＸＺ平面に平行に配置されている。 An absorption polarizing plate can be used as the polarizer 132L. The transmission axis of the polarizer 132L is parallel to the plane of the paper. In FIG. 4, the polarizer 132L transmits polarized light components parallel to the plane of the paper and absorbs polarized light components orthogonal to the plane of the paper. The polarizer 132L transmits P-polarized light and absorbs S-polarized light. A reflective polarizing plate may be used as the polarizer 132L. The polarizer 132L is arranged parallel to the XZ plane.

偏光子１３２Ｌは例えば、ワイヤーグリッド偏光子や、誘電体膜の偏光子である。偏光子１３２Ｌは、図３に示すようにＸＺ平面に平行に配置される構成に限らない。例えば偏光子１３２Ｌは、－Ｚ側が高くなり、かつ、＋Ｚ側が低くなる傾斜をつけて配置されてもよい。一般にワイヤーグリッド偏光子は、誘電体膜の偏光子と比較して、入射する光の入射角の傾きが大きい場合であっても優れた偏光特性を有する。優れた偏光特性とは、所望の方向の偏光を透過し、それと異なる方向の偏光を反射することである。よって偏光子１３２Ｌが傾斜をつけて配置される場合には、ワイヤーグリッド偏光子を偏光子１３２Ｌとして選択するのがよい。偏光子１３２Ｌが傾斜をつけて配置され、かつ誘電体膜の偏光子を偏光子１３２Ｌとして選択する場合には、後述する不要反射光Ｌ３１の入射角に最適化された偏光特性を有する誘電体膜の偏光子を選択するのがよい。 The polarizer 132L is, for example, a wire grid polarizer or a dielectric film polarizer. The polarizer 132L is not limited to being arranged parallel to the XZ plane as shown in FIG. For example, the polarizer 132L may be arranged with a tilt such that the −Z side is higher and the +Z side is lower. In general, wire grid polarizers have excellent polarization characteristics compared to dielectric film polarizers, even when the incident angle of incident light is large. Good polarizing properties are transmitting polarized light in a desired direction and reflecting polarized light in a different direction. Thus, if the polarizer 132L is arranged at an angle, a wire grid polarizer is a good choice for the polarizer 132L. When the polarizer 132L is arranged with an inclination and the polarizer of the dielectric film is selected as the polarizer 132L, the dielectric film having polarization characteristics optimized for the incident angle of the unnecessary reflected light L31, which will be described later. It is better to choose a polarizer of

偏光子１３２Ｌの上（＋Ｙ側）には、減光フィルタ１３３Ｌが配置されている。減光フィルタ１３３Ｌは、透過率が５０％のＮＤフィルタを用いることができる。なお、図４では、偏光子１３２Ｌの上（＋Ｙ側）に減光フィルタ１３３Ｌが積層されている構成が示されているが、偏光子１３２Ｌと減光フィルタ１３３Ｌとの順番は反対であってもよい。例えば、減光フィルタ１３３Ｌの上（＋Ｙ側）に偏光子１３２Ｌが積層されていてもよい。減光フィルタ１３３Ｌと偏光子１３２Ｌは一体的に成形されていてもよい。 A neutral density filter 133L is arranged above the polarizer 132L (on the +Y side). An ND filter with a transmittance of 50% can be used for the neutral density filter 133L. Although FIG. 4 shows a configuration in which the neutral density filter 133L is laminated on the polarizer 132L (+Y side), the order of the polarizer 132L and the neutral density filter 133L may be reversed. good. For example, the polarizer 132L may be laminated on the neutral density filter 133L (+Y side). The neutral density filter 133L and the polarizer 132L may be integrally molded.

外光Ｌ４１が無偏光である場合、外光Ｌ４１は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成とがほぼ等しい量であると考えられるため、の５０％の成分であるＰ偏光成分が偏光子１３２Ｌを通過する。偏光子１３２Ｌを通過した外光Ｌ４１は、減光フィルタ１３３Ｌを通過する。減光フィルタ１３３Ｌの透過率が５０％であるため、減光部１３０Ｌ全体での透過率は２５％（＝５０％＊５０％）となる。よって、実施の形態１と同様に、前方の景色と前方斜め下の景色との明るさを揃えることができる。 When the external light L41 is unpolarized, it is considered that the amount of the P-polarized component and the S-polarized component of the external light L41 is approximately equal. do. The external light L41 that has passed through the polarizer 132L passes through the neutral density filter 133L. Since the transmittance of the light reducing filter 133L is 50%, the transmittance of the entire light reducing section 130L is 25% (=50%*50%). Therefore, as in the first embodiment, the brightness of the scenery in front and the scenery diagonally below the front can be made uniform.

机や衣服などの物体１５０で反射して、上方（＋Ｙ方向）に進む不要反射光Ｌ３１について説明する。不要反射光Ｌ３１は、下部窓である減光部１３０Ｌに入射する。偏光子１３２Ｌの透過軸は第２の方向と平行になっている。偏光子１３２Ｌは、Ｐ偏光を透過して、Ｓ偏光を吸収する。よって、不要反射光Ｌ３１のＰ偏光成分のみが減光部１３０Ｌを透過する。減光部１３０Ｌを透過した不要反射光Ｌ３１を不要反射光Ｌ３２とする。 The unnecessary reflected light L31 that is reflected by an object 150 such as a desk or clothes and travels upward (+Y direction) will be described. The unnecessary reflected light L31 is incident on the light reduction section 130L, which is the lower window. The transmission axis of the polarizer 132L is parallel to the second direction. The polarizer 132L transmits P-polarized light and absorbs S-polarized light. Therefore, only the P-polarized component of the unnecessary reflected light L31 is transmitted through the light reduction section 130L. The unnecessary reflected light L31 transmitted through the dimming portion 130L is referred to as unnecessary reflected light L32.

不要反射光Ｌ３２は、紙面と平行な直線偏光となる。不要反射光Ｌ３２は、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌに対して、Ｐ偏光となる。よって、不要反射光Ｌ３２のほぼ全てが偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過して、左眼用表示素子１０１Ｌに入射する。不要反射光Ｌ３２は、左眼用表示素子１０１Ｌの偏光フィルム１０１１Ｌで吸収される。これにより、不要反射光Ｌ３２がフレーム１０２内で迷光となるのを防ぐことができる。偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの真下（－Ｙ側）からの不要反射光Ｌ３２が表示光Ｌ１３と重なって視認されることを防ぐことができ、映像品質の劣化を抑制することができる。 The unnecessary reflected light L32 becomes linearly polarized light parallel to the plane of the paper. The unnecessary reflected light L32 becomes P-polarized light with respect to the polarization beam splitter 122L. Therefore, almost all of the unnecessary reflected light L32 passes through the polarization beam splitter 122L and enters the left eye display element 101L. The unnecessary reflected light L32 is absorbed by the polarizing film 1011L of the left-eye display element 101L. This can prevent the unnecessary reflected light L32 from becoming stray light within the frame 102 . It is possible to prevent the unnecessary reflected light L32 from directly below (−Y side) the polarizing beam splitter 122L from overlapping with the display light L13 and to be visually recognized, and it is possible to suppress deterioration of image quality.

本実施の形態の構成によれば、前方斜め下の視界を確保しながら、下方からの不要反射光Ｌ３２が表示光Ｌ１３に重なるのを防ぐことができる。よって、コントラストが高く、明るい表示光Ｌ１３により高品質な表示画像を得ることができる。特にＡＲやＭＲに用いられる光学式シースルータイプのヘッドマウントディスプレイでは、外光と同程度に明るく高コントラストの表示画像を得ることが重要である。本実施の形態の構成により、明るく高コントラストの表示画像を得ることができる。適切に外光と表示光とを重畳することができる。 According to the configuration of the present embodiment, it is possible to prevent the unnecessary reflected light L32 from below from being superimposed on the display light L13 while securing a forward obliquely downward field of view. Therefore, it is possible to obtain a high-quality display image with high contrast and bright display light L13. In particular, in an optical see-through type head-mounted display used for AR and MR, it is important to obtain a display image as bright as outside light and with high contrast. With the structure of this embodiment mode, a bright and high-contrast display image can be obtained. External light and display light can be appropriately superimposed.

実施の形態３．
実施の形態３にかかるヘッドマウントディスプレイ１００の左眼用光学系１０３Ｌについて、図５を用いて説明する。実施の形態３では、図３の偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの代わりに、ビームスプリッタ１２５Ｌが用いられている。さらに、１／４波長板１２３Ｌが取り除かれている。これら以外の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。 Embodiment 3.
The left-eye optical system 103L of the head mounted display 100 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In Embodiment 3, a beam splitter 125L is used instead of the polarizing beam splitter 122L in FIG. Additionally, the quarter-wave plate 123L has been removed. The configuration other than these is the same as that of the first embodiment, so the description is omitted.

ビームスプリッタ１２５Ｌは、偏光状態にかかわらず、光を分岐する。例えば、ビームスプリッタ１２５Ｌは、透過率Ｔｍ５０％、反射率５０％のハーフミラーとなっている。つまり、ビームスプリッタ１２５Ｌに入射した光のほぼ半分が透過して、残り半分が反射する。コンバイナ１２１Ｌの透過率Ｔｃは実施の形態１と同様に５０％である。 The beam splitter 125L splits light regardless of its polarization state. For example, the beam splitter 125L is a half mirror with a transmittance Tm of 50% and a reflectance of 50%. That is, approximately half of the light incident on the beam splitter 125L is transmitted, and the remaining half is reflected. The transmittance Tc of the combiner 121L is 50% as in the first embodiment.

表示素子部１０１で発生した表示光Ｌ１１について説明する。表示光Ｌ１１は、紙面に垂直な直線偏光となっている。表示素子部１０１からの表示光Ｌ１１のほぼ半分が、ビームスプリッタ１２５Ｌでコンバイナ１２１Ｌの方向に反射される。ビームスプリッタ１２５Ｌで反射した表示光Ｌ１１の反射光を表示光Ｌ１２とする。表示光Ｌ１２のほぼ半分がコンバイナ１２１Ｌで反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射した表示光Ｌ１２の反射光を表示光Ｌ１３とする。表示光Ｌ１３のほぼ半分がビームスプリッタ１２５Ｌを透過する。 The display light L11 generated by the display element section 101 will be described. The display light L11 is linearly polarized light perpendicular to the plane of the paper. Almost half of the display light L11 from the display element section 101 is reflected by the beam splitter 125L toward the combiner 121L. The reflected light of the display light L11 reflected by the beam splitter 125L is referred to as display light L12. Almost half of the display light L12 is reflected by the combiner 121L. The reflected light of the display light L12 reflected by the combiner 121L is referred to as display light L13. Almost half of the display light L13 is transmitted through the beam splitter 125L.

前方（＋Ｚ方向）からの外光Ｌ２１について説明する。外光Ｌ２１のほぼ半分がコンバイナ１２１Ｌを透過する。外光Ｌ２１のほぼ半分が、ビームスプリッタ１２５Ｌを透過する。したがって、外光Ｌ２１は、コンバイナ１２１Ｌ、及びビームスプリッタ１２５Ｌを通過することで、２５％に減衰する。コンバイナ１２１Ｌ、及びビームスプリッタ１２５Ｌを透過した外光Ｌ２１を外光Ｌ２２とする。２５％に減衰した外光Ｌ２２が左眼ＥＬに入射する。 The external light L21 from the front (+Z direction) will be described. Almost half of the external light L21 is transmitted through the combiner 121L. Almost half of the external light L21 is transmitted through the beam splitter 125L. Therefore, the external light L21 is attenuated to 25% by passing through the combiner 121L and the beam splitter 125L. The external light L21 transmitted through the combiner 121L and the beam splitter 125L is referred to as external light L22. The external light L22 attenuated to 25% enters the left eye EL.

前方斜め下からの外光Ｌ４１について説明する。実施の形態１と同様に、減光部１３０Ｌは、透過率２５％の減光フィルタ１３１Ｌから構成されている。外光Ｌ４１は、減光部１３０Ｌを通過することで、２５％に減衰する。２５％に減衰した外光Ｌ４２が左眼ＥＬに入射する。コンバイナ１２１Ｌを介して視認される前方の景色と、減光部１３０Ｌを介して視認される前方斜め下の景色との明るさを揃えることができる。これにより、ユーザが自然な景色を視認することができる。 The external light L41 from diagonally below the front will be described. As in the first embodiment, the light reducing section 130L is composed of a light reducing filter 131L having a transmittance of 25%. The external light L41 is attenuated to 25% by passing through the dimming section 130L. The external light L42 attenuated to 25% enters the left eye EL. The brightness of the front view viewed through the combiner 121L and the view obliquely below the front viewed via the light reducing section 130L can be made uniform. This allows the user to visually recognize a natural scenery.

本実施の形態の構成では、偏光分離を用いた実施の形態１、２に比べて、１／４波長板１２３Ｌが不要となる。よって、部品点数を減少することができる。 In the configuration of this embodiment, the quarter-wave plate 123L is not required as compared with the first and second embodiments using polarization splitting. Therefore, the number of parts can be reduced.

また、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、減光部１３０Ｌが偏光子１３２Ｌと減光フィルタ１３３Ｌを備えていてもよい。この場合、偏光子１３２Ｌが、紙面と直交する直線偏光を吸収する吸収型の偏光板とすると、ビームスプリッタ１２５Ｌを透過した表示光Ｌ１１が偏光子１３２Ｌで吸収される。よって、ビームスプリッタ１２５Ｌを透過した表示光Ｌ１１が迷光となるのを防ぐことができる。 Also in the third embodiment, similarly to the second embodiment, the light reduction section 130L may include a polarizer 132L and a light reduction filter 133L. In this case, if the polarizer 132L is an absorptive polarizing plate that absorbs linearly polarized light orthogonal to the plane of the paper, the display light L11 transmitted through the beam splitter 125L is absorbed by the polarizer 132L. Therefore, it is possible to prevent the display light L11 transmitted through the beam splitter 125L from becoming stray light.

実施の形態４．
実施の形態４にかかるヘッドマウントディスプレイ１００の左眼用光学系１０３Ｌについて、図６を用いて説明する。実施の形態４では、コンバイナ１２１Ｌが凹面ハーフミラーではなく、平面ハーフミラー１２７Ｌとなっている。さらに、左眼用表示素子１０１Ｌとビームスプリッタ１２５Ｌとの間の光路中に、レンズユニット１２６Ｌが配置されている。なお、その他の構成については、実施の形態３と共通するため、適宜説明を省略する。例えば、図６では、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１～Ｌ１３は、実施の形態３と同様であるため、図示を省略している。 Embodiment 4.
The left eye optical system 103L of the head mounted display 100 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In Embodiment 4, the combiner 121L is not a concave half mirror but a plane half mirror 127L. Furthermore, a lens unit 126L is arranged in the optical path between the left eye display element 101L and the beam splitter 125L. Note that other configurations are the same as those in the third embodiment, so description thereof will be omitted as appropriate. For example, in FIG. 6, the display lights L11 to L13 from the left-eye display element 101L are the same as those in the third embodiment, so illustration is omitted.

レンズユニット１２６Ｌは、ビームスプリッタ１２５Ｌの真上（＋Ｙ側）に配置されている。レンズユニット１２６Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光を屈折する。具体的には、レンズユニット１２６Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌの像を拡大投影する拡大レンズ系となっている。よって、上記の実施の形態と同様に、表示画像が形成される。 The lens unit 126L is arranged directly above (+Y side) the beam splitter 125L. The lens unit 126L refracts the display light from the left-eye display element 101L. Specifically, the lens unit 126L is a magnifying lens system that magnifies and projects the image of the left-eye display element 101L. Accordingly, a display image is formed in the same manner as in the above embodiments.

本実施の形態においても、減光部１３０Ｌが下部窓として設けられている。よって、外光Ｌ２２と外光Ｌ４２の明るさを揃えることができる。実施の形態４においても、実施の形態２と同様に減光部１３０Ｌが、偏光子１３２Ｌと減光フィルタ１３３Ｌによって構成されていてもよい。これにより、上記の実施の形態で示した効果と同様の効果を得ることができる。 Also in this embodiment, the light reducing portion 130L is provided as a lower window. Therefore, the brightness of the external light L22 and the external light L42 can be made uniform. Also in the fourth embodiment, the light attenuation section 130L may be composed of a polarizer 132L and a light attenuation filter 133L, as in the second embodiment. Thereby, the same effects as those shown in the above embodiment can be obtained.

実施の形態５．
実施の形態５にかかるヘッドマウントディスプレイ１００の左眼用光学系１０３Ｌについて、図７を用いて説明する。コンバイナ１２１Ｌの構成が、実施の形態１と異なっている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、適宜説明を省略する。例えば、図７では、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１～Ｌ１３は、実施の形態１と同様であるため、図示を省略している。 Embodiment 5.
The left-eye optical system 103L of the head mounted display 100 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The configuration of combiner 121L is different from that of the first embodiment. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted as appropriate. For example, in FIG. 7, the display lights L11 to L13 from the left-eye display element 101L are the same as those in the first embodiment, so illustration is omitted.

ユーザの前方（＋Ｚ方向）に配置された凹面ハーフミラー１２８Ｌがコンバイナ１２１Ｌとなる。具体的には、コンバイナ１２１Ｌとなる凹面ハーフミラー１２８Ｌが、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの上端部を正面方向（＋Ｚ方向）に延伸した位置から、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの上端部を下方向（－Ｙ方向）に延伸した位置まで延びている。つまり凹面ハーフミラー１２８Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１２が入射する部分から、外光Ｌ４１が入射する部分まで配置されている。凹面ハーフミラー１２８Ｌの偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの前方（＋Ｚ方向）にある部分がコンバイナ１２１Ｌとなる。具体的には、凹面ハーフミラー１２８Ｌにおいて、表示光Ｌ１１が入射する部分がコンバイナ１２１Ｌとなる。 A concave half mirror 128L arranged in front of the user (+Z direction) serves as the combiner 121L. Specifically, the concave half mirror 128L, which serves as the combiner 121L, moves the upper end of the polarizing beam splitter 122L downward (−Y direction) from the position where the upper end of the polarizing beam splitter 122L extends in the front direction (+Z direction). extended to the position where the That is, the concave half mirror 128L is arranged from a portion where the display light L12 from the left-eye display element 101L is incident to a portion where the external light L41 is incident. A portion of the concave half mirror 128L in front of the polarization beam splitter 122L (+Z direction) serves as the combiner 121L. Specifically, in the concave half mirror 128L, the portion on which the display light L11 is incident becomes the combiner 121L.

さらに、凹面ハーフミラー１２８Ｌの一部が減光部１３０Ｌとなる。つまり、凹面ハーフミラー１２８Ｌのうち、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの下方向（－Ｙ方向）にある部分が減光部１３０Ｌとなる。また凹面ハーフミラー１２８Ｌが、コンバイナ１２１Ｌだけでなく下部窓として機能するような面積の大きさを有している。 Furthermore, a part of the concave half mirror 128L becomes the dimming section 130L. That is, the portion of the concave half mirror 128L that is located below the polarization beam splitter 122L (-Y direction) serves as the light reduction section 130L. Further, the concave half mirror 128L has an area size that functions not only as the combiner 121L but also as a lower window.

減光部１３０Ｌは、凹面ハーフミラー１２８Ｌの一部と偏光子１３２Ｌによって構成されている。偏光子１３２Ｌは、Ｐ偏光を透過して、Ｓ偏光を吸収する。また、外光Ｌ４１が無偏光の場合、偏光子１３２Ｌの透過率は、５０％となっている。凹面ハーフミラー１２８Ｌの透過率は５０％となっている。よって、減光部１３０Ｌの全体の透過率は２５％となる。外光Ｌ４１は、減光部１３０Ｌを透過することで、２５％に減衰する。２５％に減衰した外光Ｌ４２が左眼ＥＬに入射する。 The light reduction section 130L is composed of a part of the concave half mirror 128L and the polarizer 132L. The polarizer 132L transmits P-polarized light and absorbs S-polarized light. Further, when the external light L41 is non-polarized, the transmittance of the polarizer 132L is 50%. The transmittance of the concave half mirror 128L is 50%. Therefore, the overall transmittance of the light reduction section 130L is 25%. The external light L41 is attenuated to 25% by passing through the light reducing section 130L. The external light L42 attenuated to 25% enters the left eye EL.

外光Ｌ２１は、コンバイナ１２１Ｌとして機能する凹面ハーフミラー１２８Ｌを透過する。さらに、コンバイナ１２１Ｌを透過した外光Ｌ２１は、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを透過する。よって、外光Ｌ２１は、コンバイナ１２１Ｌ、及び偏光ビームスプリッタ１２２Ｌを通過することで、２５％に減衰する。２５％に減衰した外光Ｌ２２が左眼ＥＬに入射する。よって、実施の形態１～４と同様に、前方斜め下の景色と、前方の景色との明るさを揃えることができる。 The external light L21 is transmitted through the concave half mirror 128L that functions as the combiner 121L. Further, the external light L21 transmitted through the combiner 121L is transmitted through the polarization beam splitter 122L. Therefore, the external light L21 is attenuated to 25% by passing through the combiner 121L and the polarization beam splitter 122L. The external light L22 attenuated to 25% enters the left eye EL. Therefore, similarly to the first to fourth embodiments, it is possible to make the brightness of the scenery obliquely downward in front and the scenery in front uniform.

なお、偏光子１３２Ｌの配置は、図７に示す構成に限られるものではない。例えば、図７では、偏光子１３２Ｌが、凹面ハーフミラー１２８Ｌの上側（＋Ｙ側）、つまり凹面ハーフミラー１２８Ｌと偏光ビームスプリッタ１２２Ｌとの間に配置されているが、偏光子１３２Ｌが凹面ハーフミラー１２８Ｌの下側（－Ｙ側）に配置されていてもよい。また、図７では、偏光子１３２Ｌが凹面ハーフミラー１２８Ｌに沿った曲面形状を有しているが、図４に示したように平板状の偏光板であってもよい。また、偏光子１３２Ｌの代わりに、透過率５０％の減光フィルタを用いてもよい。さらに、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの代わりに、実施の形態３などで示したビームスプリッタ１２５Ｌを用いてもよい。 Note that the arrangement of the polarizer 132L is not limited to the configuration shown in FIG. For example, in FIG. 7, the polarizer 132L is placed above the concave half mirror 128L (+Y side), that is, between the concave half mirror 128L and the polarizing beam splitter 122L. may be arranged below (-Y side). Also, in FIG. 7, the polarizer 132L has a curved shape along the concave half mirror 128L, but it may be a flat polarizing plate as shown in FIG. A neutral density filter with a transmittance of 50% may be used instead of the polarizer 132L. Furthermore, the beam splitter 125L shown in Embodiment 3 etc. may be used instead of the polarization beam splitter 122L.

なお、実施の形態１～５において、減光部１３０Ｌの透過率Ｔｗ、コンバイナ１２１Ｌの透過率Ｔｃ、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌの透過率Ｔｍ、ビームスプリッタ１２５Ｌの透過率Ｔｍは、上記の値に限定されるものではない。適宜、Ｔｗ、Ｔｃ、Ｔｍを任意の値にすることができる。減光部１３０Ｌの透過率Ｔｗは、コンバイナ１２１Ｌの透過率Ｔｃ以下であればよい。 In Embodiments 1 to 5, the transmittance Tw of the light attenuation section 130L, the transmittance Tc of the combiner 121L, the transmittance Tm of the polarizing beam splitter 122L, and the transmittance Tm of the beam splitter 125L are limited to the above values. not something. Tw, Tc, and Tm can be set to arbitrary values as appropriate. The transmittance Tw of the light reduction section 130L should be less than or equal to the transmittance Tc of the combiner 121L.

Ｔｗの値は厳密にＴｍとＴｃとの積の値と一致してしなくてもよい。つまり、前方斜め下の景色の明るさと前方の景色の明るさの違いが目立たなくなるように、透過率を設定すればよい。例えば、ＴｗがＴｃ以下であればよい。また、ＴｗがＴｍ以下であればよい。ＴｍとＴｃとの積の値を１とした場合、Ｔｗの値は０．７～１の範囲でもよい。 The value of Tw does not have to exactly match the value of the product of Tm and Tc. In other words, the transmittance should be set so that the difference between the brightness of the scenery diagonally below the front and the brightness of the scenery in front is inconspicuous. For example, Tw may be equal to or less than Tc. Also, Tw may be equal to or less than Tm. When the product of Tm and Tc is 1, the value of Tw may be in the range of 0.7 to 1.

実施の形態６．
実施の形態６にかかるヘッドマウントディスプレイ１００の左眼用光学系１０３Ｌについて、図８を用いて説明する。実施の形態６では、実施の形態１～５と異なり、１枚ミラー方式となっている。つまり、左眼ＥＬとコンバイナ１２１Ｌとの間に、偏光ビームスプリッタ１２２Ｌ、又はビームスプリッタ１２５Ｌが設けられていない。また、実施の形態５と同様に、凹面ハーフミラー１２８Ｌの一部がコンバイナ１２１Ｌとなり、凹面ハーフミラー１２８Ｌの一部が減光部１３０Ｌとなる。 Embodiment 6.
The left eye optical system 103L of the head mounted display 100 according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In Embodiment 6, unlike Embodiments 1 to 5, a one-mirror system is used. That is, the polarization beam splitter 122L or the beam splitter 125L is not provided between the left eye EL and the combiner 121L. Also, as in the fifth embodiment, part of the concave half mirror 128L serves as the combiner 121L, and part of the concave half mirror 128L serves as the dimming section 130L.

左眼用表示素子１０１Ｌの設置角度が、実施の形態１～５と異なっている。左眼用表示素子１０１Ｌは、斜めに配置されている。つまり、左眼用表示素子１０１Ｌの表示面は、下方（－Ｙ方向）及び、前方（＋Ｚ方向）に面している。左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１は、－Ｙ方向及び＋Ｚ方向に出射される。凹面ハーフミラー１２８Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌの下方（－Ｙ方向）及び前方（＋Ｚ方向）に配置されている。凹面ハーフミラー１２８Ｌは、表示光Ｌ１１が入射する部分から、外光Ｌ４１が入射する部分まで配置されている。凹面ハーフミラー１２８Ｌは光の半分を透過して、残りの半分を反射する。 The installation angle of the display element for left eye 101L is different from that in the first to fifth embodiments. The left-eye display element 101L is obliquely arranged. That is, the display surface of the left-eye display element 101L faces downward (−Y direction) and forward (+Z direction). The display light L11 from the left-eye display element 101L is emitted in the -Y direction and the +Z direction. The concave half mirror 128L is arranged below (-Y direction) and in front (+Z direction) of the left-eye display element 101L. The concave half mirror 128L is arranged from a portion where the display light L11 is incident to a portion where the external light L41 is incident. Concave half mirror 128L transmits half of the light and reflects the other half.

よって、凹面ハーフミラー１２８Ｌの一部がコンバイナ１２１Ｌとして機能する。コンバイナ１２１Ｌは左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１１を左眼ＥＬに向けて反射する。コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡であり、表示光Ｌ１１を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光Ｌ１１を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光Ｌ１１の反射光を表示光Ｌ１２とする。左眼用光学系１０３Ｌが、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光Ｌ１２を、左眼ＥＬに導く。光学系により、ユーザの前方（＋Ｚ方向）に虚像を表示させることができる。 Therefore, part of the concave half mirror 128L functions as the combiner 121L. The combiner 121L reflects the display light L11 from the left eye display element 101L toward the left eye EL. The combiner 121L is a concave mirror, and reflects the display light L11 so as to converge the display light L11 toward the left eye EL. The reflected light of the display light L11 reflected by the combiner 121L is referred to as display light L12. The left eye optical system 103L guides the display light L12 from the left eye display element 101L to the left eye EL. The optical system can display a virtual image in front of the user (+Z direction).

また、外光Ｌ２１はコンバイナ１２１Ｌを透過して、左眼ＥＬに入射する。コンバイナ１２１Ｌを透過した外光Ｌ２１を外光Ｌ２２とする。コンバイナ１２１Ｌの透過率は、５０％となっている。よって、外光Ｌ２１は、コンバイナ１２１Ｌを透過することで、５０％に減衰する。そして、５０％に減衰した外光Ｌ２２が、左眼ＥＬに入射する。これにより、前方（＋Ｚ方向）の景色に表示画像を重畳させることができる。 In addition, the external light L21 is transmitted through the combiner 121L and enters the left eye EL. The external light L21 transmitted through the combiner 121L is referred to as external light L22. The transmittance of the combiner 121L is 50%. Therefore, the external light L21 is attenuated to 50% by passing through the combiner 121L. Then, the external light L22 attenuated to 50% enters the left eye EL. As a result, the display image can be superimposed on the scenery in front (+Z direction).

減光部１３０Ｌは、凹面ハーフミラー１２８Ｌの一部によって構成されている。よって、減光部１３０Ｌの透過率も５０％となる。外光Ｌ４１は、減光部１３０Ｌを透過することで、５０％に減衰する。減光部１３０Ｌを透過した外光Ｌ４１を外光Ｌ４２とする。５０％に減衰した外光Ｌ４２が、左眼ＥＬに入射する。コンバイナ１２１Ｌと減光部１３０Ｌの透過率が等しくなっている。よって、実施の形態１～５と同様に、前方斜め下の景色と、前方の景色との明るさを揃えることができる。ユーザが、外部の景色を適切に視認することができる。 130 L of light reduction parts are comprised by a part of 128 L of concave half mirrors. Therefore, the transmittance of the light attenuation portion 130L is also 50%. The external light L41 is attenuated to 50% by passing through the light reducing section 130L. The external light L41 that has passed through the light reduction section 130L is referred to as external light L42. The external light L42 attenuated to 50% enters the left eye EL. The transmittances of the combiner 121L and the light reduction section 130L are equal. Therefore, similarly to the first to fifth embodiments, it is possible to make the brightness of the scenery diagonally forward and the brightness of the front scenery the same. The user can appropriately visually recognize the external scenery.

なお、図８では、減光部１３０Ｌが凹面ハーフミラー１２８Ｌによって構成されているが、実施の形態１等で示したように、減光部１３０Ｌを減光フィルタで構成してもよい。つまり、コンバイナ１２１Ｌと減光部１３０Ｌを別の光学部品で構成することができる。この場合、減光部１３０Ｌとして、反射率５０％の減光フィルタを用いることができる。あるいは、減光部１３０Ｌとして、実施の形態２等のように、偏光子１３２Ｌを用いてもよい。この場合、減光部１３０Ｌが偏光子１３２Ｌのみで構成される。 In FIG. 8, the light reduction section 130L is configured by the concave half mirror 128L, but as shown in the first embodiment and the like, the light reduction section 130L may be configured by a neutral density filter. In other words, the combiner 121L and the light reduction section 130L can be configured with different optical components. In this case, a light-reducing filter with a reflectance of 50% can be used as the light-reducing section 130L. Alternatively, the polarizer 132L may be used as the dimming section 130L as in the second embodiment. In this case, the light reduction section 130L is composed only of the polarizer 132L.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態１～６に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。なお、実施の形態１～６は適宜組み合わせることが可能である。 The invention made by the present inventor has been specifically described above based on Embodiments 1 to 6, but the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the invention. It goes without saying that Note that Embodiments 1 to 6 can be combined as appropriate.

ＥＬ 左眼
ＥＲ 右眼
１００ ヘッドマウントディスプレイ
１０１ 表示素子部
１０１Ｌ 左眼用表示素子
１０１Ｒ 右眼用表示素子
１０２ フレーム
１０３Ｌ 左眼用光学系
１０３Ｒ 右眼用光学系
１２１Ｌ コンバイナ
１２２Ｌ 偏光ビームスプリッタ
１２３Ｌ １／４波長板
１２５Ｌ ビームスプリッタ
１２６Ｌ レンズユニット
１２８Ｌ 凹面ハーフミラー
１３０Ｌ 減光部
１３１Ｌ 減光フィルタ
１３２Ｌ 偏光子
１３３Ｌ 減光フィルタ EL left eye ER right eye 100 head mounted display 101 display element section 101L left eye display element 101R right eye display element 102 frame 103L left eye optical system 103R right eye optical system 121L combiner 122L polarizing beam splitter 123L 1/4 Wave plate 125L Beam splitter 126L Lens unit 128L Concave half mirror 130L Dimming section 131L Dimming filter 132L Polarizer 133L Dimming filter

Claims (6)

表示画像を形成するための表示光と、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザの前方からの外光とを合成するコンバイナと、
減光部の上方であって、前記コンバイナと前記ユーザの左眼及び右眼との間に配置されるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタの下方に配置され、前記コンバイナよりも下方からの外光の一部を透過する減光部であって、前記ビームスプリッタが透過する偏光成分と同じ偏光成分を透過し、前記偏光成分について、前記コンバイナの透過率以下の透過率を有する減光部と、を備えたヘッドマウントディスプレイ。 a combiner that synthesizes display light for forming a display image and external light from the front of the user wearing the head mounted display;
a beam splitter positioned above the attenuator and between the combiner and the user's left and right eyes;
A light-attenuating section disposed below the beam splitter and transmitting a portion of external light from below the combiner, wherein the beam splitter transmits the same polarized component as that transmitted by the beam splitter, and the polarized component is transmitted. and a light attenuation section having a transmittance equal to or lower than the transmittance of the combiner. 前記ビームスプリッタは、前記表示光を前記コンバイナに向けて反射するとともに、前記コンバイナで反射された前記表示光を透過し、
前記減光部の透過率は、前記ビームスプリッタの透過率以下である請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The beam splitter reflects the display light toward the combiner and transmits the display light reflected by the combiner,
2. The head mounted display according to claim 1, wherein the transmittance of said light reducing portion is equal to or less than the transmittance of said beam splitter. 前記コンバイナでの透過率をＴｃ、前記減光部の透過率をＴｗ、前記ビームスプリッタの透過率をＴｍとした場合に、
前記減光部の透過率は、Ｔｗ＝Ｔｃ＊Ｔｍを満たすＴｗから所定の値までの範囲となる請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。 When Tc is the transmittance of the combiner, Tw is the transmittance of the light attenuation section, and Tm is the transmittance of the beam splitter,
3. The head-mounted display according to claim 2, wherein the transmittance of the dimming portion ranges from Tw satisfying Tw=Tc*Tm to a predetermined value. 前記ビームスプリッタが偏光状態に応じて光を透過又は反射する偏光ビームスプリッタであり、
前記ビームスプリッタと前記コンバイナとの間に１／４波長板が設けられている請求項２、又は３に記載のヘッドマウントディスプレイ。 wherein the beam splitter is a polarizing beam splitter that transmits or reflects light depending on the polarization state;
4. A head mounted display according to claim 2, wherein a quarter wave plate is provided between said beam splitter and said combiner. 前記減光部が偏光子を備えている請求項１～４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。 5. The head mounted display according to any one of claims 1 to 4, wherein said dimming section comprises a polarizer. 前記減光部がＮＤフィルタを備えている請求項１～５のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。 6. The head mounted display according to any one of claims 1 to 5, wherein said dimming section comprises an ND filter.
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