JP7363186B2 - 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。

特許文献１には、湾曲表面を有するビームスプリッタを用いた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のヘッドマウントディスプレイは、両眼の視野間を分離する鼻堤ピースを備えている。鼻堤ピースは、２つの表面間を分離する垂直バーや壁となっている。

特表２０１４－５００５１８号公報

上記のように、ヘッドマントディスプレイでは、表示素子からの表示光を左右それぞれの眼に導くための光学系が設けられている。例えば、ヘッドマウントディスプレイは左眼用表示素子、左眼用光学系、右眼用表示素子、及び右眼用光学系を備えている。

しかしながら、ヘッドマウントディスプレイでは、例えば右眼用表示素子からの表示光が左眼に入射するクロストーク光と呼ばれるノイズ成分が発生し、表示品質が低下するという問題点がある。特に、左右方向に視野角を広げるために光学系を大型化する場合、クロストークの影響が大きくなってしまう。クロストークとは、左右の表示素子からの表示光がそれぞれ意図した眼とは反対側の眼に入射することである。この点について、図１１を用いて説明する。図１１は、表示素子、及び光学系の構成を模式的に示す上面図である。

左眼ＥＬの前には、ビームスプリッタ１２２Ｌ、及びコンバイナ１２１Ｌが配置されている。同様に、右眼ＥＲの前には、ビームスプリッタ１２２Ｒ、及びコンバイナ１２１Ｒが配置されている。ビームスプリッタ１２２Ｌの上方に配置された左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、ビームスプリッタ１２２Ｌで反射されて、コンバイナ１２１Ｌに入射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１１は、ビームスプリッタ１２２Ｌを介して、左眼ＥＬに入射する。

しかしながら、コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１１の一部が、クロストーク光ＰＣＴとして右眼ＥＲに入射してしまう。図１１では図示を省略しているが、同様に、右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１の一部が、クロストーク光として左眼ＥＬに入射してしまう。左右の表示素子からの表示光ＰＬ１１、ＰＲ１１の一部が反対側の眼にクロストーク光ＰＣＴとして入射すると、表示画像のノイズ成分となってしまう。よって、コントラストの低下や二重像などが発生し、表示品質が低下してしまうおそれがある。特許文献１では、クロストークを抑制するが、２つの表面間を分離する垂直バーや壁が強調されるため、高い表示品位を得ることができないという問題点がある。

本開示は上記の点に鑑みなされたものであり、表示品質の高い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。

本実施形態にかかるヘッドマウントディスプレイは、ユーザの前方に配置され、表示画像を形成する表示光を前記ユーザの方向に反射する反射部材と、前記ユーザの左眼の前方の空間と右眼の前方の空間との間に配置され、前記表示光を拡散反射する仕切り部、を備えている。

本開示によれば、表示品質の高いヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

本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。 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。 ヘッドマウントディスプレイの光学系における表示光、及び外光を説明するための図である。 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上面図である。 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側面図である。 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上面図である。 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側面図である。 目に入射する外光を説明するための図である。 仕切り板の拡散反射率の空間分布を示す側面図である。 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側面図である。 表示光のクロストークを説明するための図である。

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。

実施の形態１．
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。

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ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドマウントディスプレイや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。なお、本実施の形態では、ヘッドマウントディスプレイ１００が、ＡＲやＭＲに用いられるオプティカルシースルータイプのヘッドマウントディスプレイとなっているが、非透過型のヘッドマウントディスプレイであってもよい。

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。

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。

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、眼鏡形状を有する非没入型ヘッドマウントディスプレイであってもよい。

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次元状の配置だけでなく、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。

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。

制御部１０５Ｌ、制御部１０５ＲはＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)、及びメモリなどのハードウェア資源を備えており、メモリに格納されたコンピュータプログラムにしたがって動作する。さらに、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。

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。

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、スマートフォ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、スマートフォ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。

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、右眼用画像としてユーザの右眼ＥＲ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。

上記の通り、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、半透過型又は非透過型のヘッドマウントディスプレイのいずれにも可能である。なお、ここではヘッドマウントディスプレイ１００が、半透過型のヘッドマントディスプレイであるとして説明を行う。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。

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）の例について説明する。図３は、光学系を模式的に示す側面図である。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、図３においては、左眼用光学系１０３Ｌについてのみ説明を行う。

左眼用光学系１０３Ｌは、コンバイナ１２１Ｌと、ビームスプリッタ１２２Ｌと、遮光部１５０Ｌと、を備えている。コンバイナ１２１Ｌ、ビームスプリッタ１２２Ｌ、及び遮光部１５０Ｌは、図１で示したフレーム１０２に固定されている。

コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡となっており、ビームスプリッタ１２２Ｌは平面鏡となっている。コンバイナ１２１Ｌ、及びビームスプリッタ１２２Ｌ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。コンバイナ１２１Ｌの反射の比率と透過の比率とが等しいとすると、コンバイナ１２１Ｌは、入射光のほぼ半分の光量を透過し、残りの半分を反射する。同様に、ビームスプリッタ１２２Ｌの反射の比率と透過の比率とが等しいとすると、ビームスプリッタ１２２Ｌは、入射光のほぼ半分の光量を透過し、残りの半分を反射する。コンバイナ１２１Ｌ及びビームスプリッタ１２２Ｌは、反射の比率を増やし透過の比率を減らしてもよいし、反射の比率を減らし透過の比率を増やしてもよい。

コンバイナ１２１Ｌ、及びビームスプリッタ１２２Ｌ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、ビームスプリッタ１２２Ｌの前方（＋Ｚ方向）に配置されている。

ビームスプリッタ１２２Ｌの上方（＋Ｙ方向）には、左眼用表示素子１０１Ｌが配置されている。左眼用表示素子１０１Ｌは表示画像を形成するための表示光ＰＬ１１を出射する。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。

遮光部１５０Ｌは、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、遮光部１５０Ｌは、左眼ＥＬの前方斜め下に配置されている。遮光部１５０Ｌは、前方斜め下の視界を遮るために設けられている。遮光部１５０Ｌは光を吸収する黒色材料などで形成されている。遮光部１５０Ｌの代わりに、前方斜め下を視認するための下部窓を設けてもよい。

左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１について説明する。左眼用表示素子１０１Ｌの表示面は、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ＰＬ１１は、下方（－Ｙ方向）に出射される。左眼用表示素子１０１Ｌの下方（－Ｙ方向）には、ビームスプリッタ１２２Ｌが傾斜して配置されている。左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。ビームスプリッタ１２２Ｌは、表示光ＰＬ１１の一部を反射する。また、ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した残りの表示光ＰＬ１１は、遮光部１５０Ｌで吸収される。

ビームスプリッタ１２２Ｌで反射した表示光ＰＬ１１は、前方（＋Ｚ方向）に反射される。そして、表示光ＰＬ１１は、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ＰＬ１１の一部を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１１を表示光ＰＬ１２とする。さらに、コンバイナ１２１Ｌは凹面鏡であり、表示光ＰＬ１２を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光ＰＬ１１を反射する。コンバイナ１２１Ｌで反射された表示光ＰＬ１２は、ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。ビームスプリッタ１２２Ｌは、表示光ＰＬ１２の一部を透過する。

ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した表示光ＰＬ１２は、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ＰＬ１１を、ユーザの左眼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。また、コンバイナ１２１Ｌとして凹面鏡を用いているため、表示画像が拡大して表示される。

次に、ユーザの前方（＋Ｚ方向）からの外光ＰＬ２１について説明する。外光ＰＬ２１の一部は、コンバイナ１２１Ｌを透過する。コンバイナ１２１Ｌを透過した外光ＰＬ２１は、ビームスプリッタ１２２Ｌに入射する。ビームスプリッタ１２２Ｌは、外光ＰＬ２１の一部を透過する。ビームスプリッタ１２２Ｌを透過した外光ＰＬ２１は、左眼ＥＬに入射する。

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ＰＬ２１と左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１を合成する。右眼用光学系１０３Ｒについては、左眼用光学系１０３Ｌと同様になっている。コンバイナ１２１Ｒは、前方（＋Ｚ方向）からの外光ＰＲ２１と右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１を合成する。ユーザの前方（＋Ｚ方向）にコンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒ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。

次に、クロストークを抑制するための構成について、図４，及び図５を用いて説明する。図４は、光学系を模式的に示す上面図であり、図５は側面断面図である。図４、及び図５に示すように、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとの間には、仕切り部１４０が設けられている。

仕切り部１４０は、左眼ＥＬの前方（＋Ｚ方向）の空間（以下、左前方空間１６０Ｌとする）と右眼ＥＲの前方（＋Ｚ方向）の空間（以下、右前方空間１６０Ｒとする）との間に配置されている。左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒは、仕切り部１４０によって仕切られている。仕切り部１４０は、Ｘ方向における左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとの境界を規定する。

なお、左前方空間１６０Ｌは、コンバイナ１２１Ｌ、左眼用表示素子１０１Ｌ、遮光部１５０Ｌ、仕切り部１４０、フレーム１０２（図１を合わせて参照）、及びユーザの顔によって規定される空間となる。つまり、左前方空間１６０Ｌの前方（＋Ｚ方向）は、コンバイナ１２１Ｌに面しており、後方（－Ｚ方向）は、ユーザの顔に面している。左前方空間１６０Ｌの上方（＋Ｙ方向）は、左眼用表示素子１０１Ｌに面しており、下方（－Ｙ方向）は遮光部１５０Ｌに面している。左前方空間１６０Ｌの右側（＋Ｘ方向）は、仕切り部１４０に面しており、左側（－Ｘ方向）はフレーム１０２に面している。

同様に、右前方空間１６０Ｒは、コンバイナ１２１Ｒ、右眼用表示素子１０１Ｒ、遮光部１５０Ｒ、仕切り部１４０、フレーム１０２（図１を合わせて参照）、及びユーザの顔によって規定される空間となる。つまり、右前方空間１６０Ｒの前方（＋Ｚ方向）は、コンバイナ１２１Ｒに面しており、後方（－Ｚ方向）は、ユーザの顔に面している。右前方空間１６０Ｒの上方（＋Ｙ方向）は、右眼用表示素子１０１Ｒに面しており、下方（－Ｙ方向）は遮光部１５０Ｒに面している。右前方空間１６０Ｒの右側（＋Ｘ方向）は、フレーム１０２に面しており、左側（－Ｘ方向）は仕切り部１４０に面している。

仕切り部１４０は、ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒの前後に配置されている。具体的には仕切り部１４０は、ビームスプリッタ１２２Ｌと１２２Ｒとの間に、ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒよりも前方（＋Ｚ方向）からビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒよりも後方（－Ｚ方向）に渡って配置されている。仕切り部１４０は可視光を拡散反射する拡散反射板である。拡散反射とは、光の反射のうち鏡面反射を除いた拡散的な反射を意味する。仕切り部１４０は入射した外光、及び表示光を様々な方向に拡散して反射する。なお、仕切り部１４０は、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとを完全に仕切っていなくてもよい。つまり、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとは一部が繋がっていてもよい。

仕切り部１４０は、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１、ＰＬ１２が右眼ＥＲに入射するのを遮る。また、仕切り部１４０は、右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１、及びコンバイナ１２１Ｒで反射された表示光ＰＲ１１である表示光ＰＲ１２が左眼ＥＬに入射するのを遮る。つまり、仕切り部１４０は、図１１に示したクロストーク光ＰＣＴを遮光する。これにより、クロストークを抑制することができ、表示品質を向上することができる。

また、仕切り部１４０は拡散反射板であるため、仕切り部１４０に入射した光の一部が左眼ＥＬ又は右眼ＥＲに到達する。例えば、コンバイナ１２１Ｌを通過した外光ＰＬ２１の一部は、仕切り部１４０で拡散反射して、左眼ＥＬに入射する。また、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１、ＰＬ１２の一部は、仕切り部１４０で拡散反射して、左眼ＥＬに入射する。コンバイナ１２１Ｒを通過した外光ＰＲ２１の一部は、仕切り部１４０で拡散反射して、右眼ＥＲに入射する。また、右眼用表示素子１０１Ｒからの表示光ＰＲ１１、ＰＲ１２の一部は、仕切り部１４０で拡散反射して、右眼ＥＲに入射する。

よって、本実施の形態では仕切り部１４０が非拡散反射板であった場合と比較して、ユーザにより仕切り部１４０が黒い影のように視認されることを防ぐことができる。換言すると、仕切り部１４０が目立たなくなるように、仕切り部１４０が光を拡散反射する。なお、非拡散反射板とは、例えば黒色に着色された樹脂板のことである。

仕切り部１４０が明るくなりすぎたり、暗くなりすぎたりして目立たないように、仕切り部１４０の拡散反射率を調整すればよい。拡散反射率とは、入射光量に対する拡散反射の光量の比率のことであり、色の明るさを表す。拡散反射率は、仕切り部１４０を着色する色、及び仕切り部１４０の表面の加工により調整することができる。仕切り部１４０の拡散反射率は、明るくなりすぎる０％近傍でなく、かつ、暗くなりすぎる１００％近傍でない範囲であるとよい。これにより、ユーザが自然に表示画像を視認することができるため、表示品質を向上することができる。

仕切り部１４０を適切な拡散反射率にして目立たなくするために例えば、仕切り部１４０はグレーなどに着色された樹脂板を用いることができる。グレーとは白と黒との混合色である無彩色のうち、混合比が白１００パーセントである白色と混合比が黒１００パーセントである黒色を除いた色のことである。グレーとは混合比が白１パーセントかつ黒９９パーセントの色も含み、また白９９パーセントかつ黒１パーセントの色も含む。つまり仕切り板１４０は、白色でも、黒色でもない色に着色されている。

また、仕切り部１４０の表面に拡散反射加工を施して形成することにより、仕切り部１４０を適切な拡散反射率にして目立たなくすることができる。拡散反射加工とは、例えば樹脂表面をサンドペーパーなどで擦って微細な凸凹に荒らすことである。ここで仕切り部１４０の表面とは、左前方空間１６０Ｌに臨む面、及び、右前方空間１６０Ｒに臨む面のことである。

仕切り部１４０の明るさ暗さに関わらず、仕切り部１４０を肌色などのユーザの皮膚の色とほぼ同色にして目立たなくしてもよい。ユーザの皮膚の色とは一般に肌色と認識され得る色全般を指し、人種の肌の色により適宜変更することができる。ユーザの皮膚の色は例えば、ＣＩＥ色度図上で０．３７５≦ｘ≦０．４００かつ０．３４０≦ｙ≦０．３６０の範囲にある色としてもよい。ユーザがコーカソイド系の人種である場合の皮膚の色は、ＣＩＥ色度図上で０．３７５≦ｘ≦０．３８５かつ０．３４０≦ｙ≦０．３４５の範囲にある色としてもよい。ユーザがモンゴロイド系又はネグロイド系の人種である場合の皮膚の色は、ＣＩＥ色度図上で０．３９０≦ｘ≦０．４００かつ０．３５０≦ｙ≦０．３６０の範囲にある色としてもよい。仕切り部１４０を皮膚の色と同系色にすることで、仕切り部１４０が鼻と融合され、鼻の一部のように視認されるため、表示品質を向上することができる。

仕切り部１４０が反射拡散板であることにより、仕切り部１４０が強調されることなく、ユーザが表示画像を視認することができる。これにより、表示品質を高くすることができる。また、仕切り部１４０に入射した表示光も拡散反射されるため、仕切り部１４０で反射した表示光により表示画像の一部が形成されることを防ぐことができる。これにより、表示品質を高くすることができる。

なお、左右方向（Ｘ方向）を厚さ方向とする薄板により仕切り部１４０を形成すればよい。ＹＺ平面における仕切り部１４０の形状は、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒの形状に応じて決めればよい。なお、仕切り部１４０となる拡散反射板の端辺は、表示素子部１０１と、遮光部１５０Ｌ、１５０Ｒと、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒとに沿った形状とすればよい。図５に示すように、仕切り部１４０の前方（＋Ｚ方向）側の端辺は、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒの湾曲に沿って形成されている。つまり、ＹＺ平面において、仕切り部１４０の前方（＋Ｚ方向）側の端辺は、円弧状に形成されている。このようにすることで、左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとを適切に仕切ることができるため、クロストークを効果的に抑制することが可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１００について、図６，及び図７を用いて説明する。本実施の形態では、左右のビームスプリッタ１２２が一体的に形成されている。つまり、ビームスプリッタ１２２Ｌとビームスプリッタ１２２Ｒとを１枚のビームスプリッタ１２２により構成している。ビームスプリッタ１２２は、左前方空間１６０Ｌから右前方空間１６０Ｒに渡って配置されている。

左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとで、ビームスプリッタ１２２を共用する。このようにすることで左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとの間で、虚像のずれを抑制することができる。つまり、実施の形態１のように、ビームスプリッタ１２２Ｌとビームスプリッタ１２２Ｒと別々に設けた構成では、ビームスプリッタ１２２Ｌとビームスプリッタ１２２Ｒが傾いて配置されていると、左右の虚像が上下方向（Ｙ方向）にずれて表示されてしまう。本実施の形態は、上下方向（Ｙ方向）の虚像のずれを抑制することができるため、高い表示品位を得ることが可能となる。

左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒとで、単一のビームスプリッタ１２２が共用されている。よって、実施の形態１のように、左右のビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒの間に仕切り部１４０を配置することができない。本実施の形態では、仕切り部１４０が２枚の仕切り板１４１、１４２によって構成されている。実施の形態１では仕切り部１４０が１枚の仕切り板で構成されていたのに対して、実施の形態２では、仕切り部１４０が２枚の仕切り板１４１，１４２で構成されている。仕切り板１４１は、ビームスプリッタ１２２よりも前方（＋Ｚ方向）に配置されている。仕切り板１４２は、ビームスプリッタ１２２よりも後方（－Ｚ方向）に配置されている。

仕切り板１４１、１４２はそれぞれ光を拡散反射する拡散反射板である。仕切り板１４１、１４２は、グレー又は皮膚の色に着色された樹脂板により形成されている。また、仕切り板１４１，１４２は表面に拡散反射加工を施して形成されている。ここで仕切り板１４１及び仕切り板１４２の表面とは、左前方空間１６０Ｌに臨む面と、右前方空間１６０Ｒに臨む面のことである。仕切り部１４０が左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとを仕切ることができるため、クロストークを抑制することが可能となる。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態では仕切り板１４１と仕切り板１４２の拡散反射率を異なる値としている。この点について、図８を用いて説明する。図８は、仕切り板１４１，１４２で拡散反射する外光の光量を説明するための図である。なお、左眼用光学系１０３Ｌと右眼用光学系１０３Ｒでは同じ構成となっているため、左眼用光学系１０３Ｌのみを説明する。

図８では、仕切り板１４１、１４２で拡散反射した外光のうち、１０％程度が左眼ＥＬに向かうものとして説明する。つまり、仕切り板１４１の箇所Ｃ、及び仕切り板１４２の箇所Ｄのいずれにおいても、仕切り板１４１、１４２に入射した外光の１／１０程度が、左眼ＥＬの方向に反射されるものと仮定する。また、コンバイナ１２１Ｌ及びビームスプリッタ１２２の透過率が５０％、反射率が５０％であると仮定する。

まず、ビームスプリッタ１２２に入射する前に仕切り板１４１で拡散反射する外光ＰＬ２１１について説明する。コンバイナ１２１Ｌを透過した外光ＰＬ２１１は、箇所Ｃにおいて、仕切り板１４１に入射する。ここで、コンバイナ１２１Ｌに入射する前の外光ＰＬ２１１の光量を１００とすると、コンバイナ１２１Ｌを透過した外光ＰＬ２１１の光量は５０（＝１００×０．５）となる。

そして、箇所Ｃで拡散した外光ＰＬ２１１の一部は、ビームスプリッタ１２２を透過して、左眼ＥＬに入射する。箇所Ｃで拡散して左眼ＥＬに向かう外光ＰＬ２１１の光量は５（＝５０×０．１）となる。さらに、ビームスプリッタ１２２を透過して左眼ＥＬに到達する外光ＰＬ２１１の光量は、２．５（＝５×０．５）となる。

次に、ビームスプリッタ１２２に入射した後に拡散反射する外光ＰＬ２１２について説明する。外光ＰＬ２１２は、コンバイナ１２１Ｌを透過した後、ビームスプリッタ１２２に入射する。従って、コンバイナ１２１Ｌを透過した外光ＰＬ２１２の半分がビームスプリッタ１２２を透過して、残りの半分がビームスプリッタ１２２で反射される。外光ＰＬ２１２のうち、ビームスプリッタ１２２で反射した光を外光ＰＬ２１３とする。外光ＰＬ２１２のうち、ビームスプリッタ１２２を透過した光を外光ＰＬ２１４とする。

コンバイナ１２１Ｌに入射する前の外光ＰＬ２１２の光量を１００とすると、コンバイナ１２１Ｌを透過した直後の外光ＰＬ２１２の光量は５０（＝１００×０．５）となる。さらに、ビームスプリッタ１２２で反射した直後の外光ＰＬ２１３の光量は２５（＝５０×０．５）となる。ビームスプリッタ１２２を透過した直後の外光ＰＬ２１４の光量は２５（＝５０×０．５）となる。

そして、外光ＰＬ２１３は、箇所Ｃにおいて仕切り板１４１で拡散反射される。仕切り板１４１で拡散反射した外光ＰＬ２１３の一部は、左眼ＥＬに向かう。仕切り板１４１で拡散反射されて左眼ＥＬに向かう外光ＰＬ２１３の光量は２．５（＝２５×０．１）となる。さらに、外光ＰＬ２１３は、ビームスプリッタ１２２を透過した後に、左眼ＥＬに入射する。よって、左眼ＥＬに到達する外光ＰＬ２１３の光量は１．２５（＝２．５×０．５）となる

外光ＰＬ２１４は、箇所Ｄにおいて、仕切り板１４２で拡散反射される。仕切り板１４２で拡散反射した外光ＰＬ２１４の一部は、左眼ＥＬに向かう。仕切り板１４２で拡散反射されて左眼ＥＬに向かう外光ＰＬ２１４の光量は２．５（＝２５×０．１）となる。よって、左眼ＥＬに到達する外光ＰＬ２１４の光量は２．５となる。

したがって、箇所Ｃで拡散反射した外光ＰＬ２１１、外光ＰＬ２１３の合計光量は、３．７５（＝２．５＋１．２５）となる。一方、箇所Ｄで拡散反射した外光ＰＬ２１４の光量は、２．５となる。箇所Ｃと箇所Ｄとでユーザに視認される明るさに違いが生じてしまう。ユーザにとって、箇所Ｃのほうが、箇所Ｄよりも明るく視認されることになる。換言すると、ユーザには、仕切り板１４１のほうが仕切り板１４２よりも明るく視認される。

そこで、本実施の形態では、仕切り板１４１と仕切り板１４２との拡散反射率を異なる値としている。具体的には、仕切り板１４２の拡散反射率を仕切り板１４１の拡散反射率よりも高くしている。これにより、仕切り板１４１と仕切り板１４２との間の明るさの違いを低減することができるため、より高い表示品質を得ることができる。つまり、仕切り板１４１と仕切り板１４２の拡散反射率を調整することで仕切り部１４０の明るさの不均一性を補正することができる。よって、より高い表示品質を得ることが可能になる。

なお、仕切り板１４１を仕切り板１４２よりもより濃い色で着色すればよい。このようにすると仕切り板１４２の光の拡散反射率が、仕切り板１４１の光の拡散反射率よりも高くなる。仕切り板１４２の拡散反射率を仕切り板１４１の拡散反射率の１．５倍程度とすることで、ユーザが仕切り板１４１を仕切り板１４２とを同程度の明るさで視認することができる。もちろん、仕切り板１４２の拡散反射率は仕切り板１４１の拡散反射率の１．５倍以上であってもよく、１．５倍以下であってもよい。

仕切り板１４１と仕切り板１４２とは同系色で色の濃淡のみを変えることによって、拡散反射率を異ならせるようにすればよい。仕切り板１４１と仕切り板１４２をグレーとした場合は、白と黒との混合比を変えることで色の濃淡を変え、拡散反射率を異ならせればよい。拡散反射率の低い濃いグレーとしたい場合は黒の比率を増やした色とし、拡散反射率の高い淡いグレーとしたい場合は白の比率を増やした色とすればよい。

ビームスプリッタ１２２よりも前方（＋Ｚ方向）と後方（－Ｚ方向）とで、仕切り部１４１と仕切り板１４２との表面の拡散反射加工を変えることによって、拡散反射率を異ならせてもよい。仕切り板１４１と仕切り板１４２との一方を拡散反射率の高い拡散反射加工として、他方を拡散反射率の低い拡散反射加工とすればよい。拡散反射率を高くしたい場合は凸凹のピッチを狭くすればよく、拡散反射率を低くしたい場合は凸凹のピッチを広くすればよい。

仕切り板１４１と仕切り板１４２を肌色とした場合は、人間が視覚で感じる反射率を数値化したものである視感反射率を変えることで肌色の濃淡を変え、拡散反射率を異ならせればよい。視感反射率はＣＩＥ色度図で表されない明るさ（明度）を表すため、仕切り板１４１と仕切り板１４２の色のＣＩＥ色度座標は変えずに、視感反射率のみを変えればよい。拡散反射率の低い濃い肌色としたい場合は視感反射率の低い肌色とし、拡散反射率の高い淡い肌色としたい場合は視感反射率の高い肌色とすればよい。

仕切り板１４１、１４２の色の濃淡、又は視感反射率を変えること、及び仕切り板１４１、１４２の表面の凸凹のピッチを変えることで、ビームスプリッタ１２２よりも前方（＋Ｚ方向）と後方（－Ｚ方向）とで、仕切り部１４０の拡散反射率を異ならせることができる。これにより、仕切り板１４１と仕切り板１４２を自然に視認することができるため、表示品質を向上することができる。

さらには、仕切り板１４１において拡散反射率の空間分布を設けてもよい。例えば、図９のように、前方（＋Ｚ方向）ほど、仕切り板１４１の拡散反射率を低くしてもよい。図９は、色の濃い部分ほど拡散反射率が低いことを示し、色の薄い部分ほど拡散反射率が高いことを示している。あるいは、前方（＋Ｚ方向）ほど、仕切り板１４１の拡散反射率を高くしてもよい。また、上下方向（Ｙ方向）に、仕切り板１４１において拡散反射率の空間分布を設けてもよい。同様に、仕切り板１４２において拡散反射率の空間分布を設けてもよい。つまり、仕切り部１４０が強調して表示されることがないように、仕切り板１４１、１４２の拡散反射率に空間分布を設ければよい。

なお、実施の形態１の構成においても、仕切り部１４０を複数の領域に分割し、それぞれの領域の拡散反射率を異ならせてもよい。例えば、仕切り部１４０となる拡散反射板の拡散反射率をビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒよりも前方（＋Ｚ方向）の領域と、ビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒよりも後方（－Ｚ方向）の領域とで変えればよい。仕切り部１４０のビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒよりも後方（－Ｚ方向）の領域の拡散反射率を、仕切り部１４０のビームスプリッタ１２２Ｌ、１２２Ｒよりも前方（＋Ｚ方向）の領域の拡散反射率より低くしてもよい。例えば仕切り部１４０の色の濃淡を領域毎に変えることで、拡散反射率を所望の分布とすることができる。

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について、図１０を用いて説明する。図１０は、ヘッドマウントディスプレイ１００の構成を模式的に示す側面図である。本実施の形態では、実施の形態１、２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、ビームスプリッタ１２２Ｌ、又はビームスプリッタ１２２が設けられていない。

左眼用表示素子１０１Ｌの設置角度が、実施の形態１、２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）であって、前方（＋Ｚ方向）に向いている。左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１は、－Ｙ方向及び＋Ｚ方向に出射される。コンバイナ１２１Ｌは、左眼用表示素子１０１Ｌの下方（－Ｙ方向）に配置されている。コンバイナ１２１Ｌは光の半分を透過して、残りの半分を反射する。

コンバイナ１２１Ｌは左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光ＰＬ１１を左眼ＥＬに向けて反射する。コンバイナ１２１Ｌは凹面ハーフミラーであり、表示光ＰＬ１１を左眼ＥＬに向けて集光するように、表示光ＰＬ１１を反射する。左眼用光学系１０３Ｌが、左眼用表示素子１０１Ｌからの表示光を、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。

また、外光ＰＬ２１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の透過率は、５０％となっている。よって、外光ＰＬ２１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ＰＬ２１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。また、本実施の形態では、コンバイナ１２１Ｌが左眼用表示素子１０１Ｌの直下まで延在しているため、遮光部１５０Ｌが設けられていない。

左前方空間１６０Ｌと右前方空間１６０Ｒとの間に、仕切り部１４０が配置されている。これにより、実施の形態１，２と同様に、表示品質を向上することができる。また、図１０ではビームスプリッタ１２２が設けられていないため、実施の形態１と同様に、１枚の拡散反射板を仕切り部１４０とすることができる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ１００がオプティカルシースルー方式のヘッドマントディスプレイとして説明したが、ヘッドマウントディスプレイ１００は非透過型のヘッドマントディスプレイであってもよい。非透過型のヘッドマウントディスプレイの場合、コンバイナ１２１Ｌ、１２１Ｒの代わりに、反射ミラーが設けられていればよい。つまり、ビームスプリッタ１２２の前方に配置される反射部材は、ハーフミラーなどのビームスプリッタであってもよく、反射ミラーであってもよい。反射部材が表示光をユーザの方向に反射する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態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。上記の実施の形態の２つ以上を適宜組み合わせることも可能である。

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、１２１Ｒ コンバイナ
１２２Ｌ、１２２Ｒ、１２２ ビームスプリッタ
１５０Ｌ、１５０Ｒ 遮光部
１６０Ｌ 左前方空間
１６０Ｒ 右前方空間
ＰＬ１１、ＰＬ１２ 表示光
ＰＬ２１ 外光

Claims (5)

1. ユーザの前方に配置され、表示画像を形成する表示光を前記ユーザの方向に反射する反射部材と、
   前記ユーザの左眼の前方の空間と右眼の前方の空間との間に配置され、前記表示光を拡散反射する仕切り部と、
   前記反射部材と前記ユーザの眼との間に配置され、前記表示光を前記反射部材に向けて反射するとともに、前記反射部材で反射した前記表示光を透過するビームスプリッタと、を備え、
   前記仕切り部が、前記ビームスプリッタの前後に設けられ、
   前記ビームスプリッタが、前記左眼の前方の空間から前記右眼の前方の空間に渡って配置されており、
   前記仕切り部が、前記ビームスプリッタよりも前方に配置された第１の仕切り板と、前記ビームスプリッタよりも後方に配置された第２の仕切り板と、を備えているヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記ビームスプリッタよりも前方と後方とで、前記仕切り部の拡散反射率が異なっている請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. ユーザの前方に配置され、表示画像を形成する表示光を前記ユーザの方向に反射する反射部材と、
   前記ユーザの左眼の前方の空間と右眼の前方の空間との間に配置され、前記表示光を拡散反射する仕切り部と、
   前記反射部材と前記ユーザの眼との間に配置され、前記表示光を前記反射部材に向けて反射するとともに、前記反射部材で反射した前記表示光を透過するビームスプリッタと、を備え、
   前記仕切り部が、前記ビームスプリッタの前後に設けられ、
   前記ビームスプリッタよりも前方と後方とで、前記仕切り部の拡散反射率が異なっているヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記ビームスプリッタよりも後方の前記仕切り部の拡散反射率が、前記ビームスプリッタよりも前方の前記仕切り部の拡散反射率より高くなっている請求項２、又は３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記仕切り部がグレー又は特定の人種の皮膚の色になっている請求項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。

Images