JPH1195160A

JPH1195160A - 頭部装着型表示装置

Info

Publication number: JPH1195160A
Application number: JP25552597A
Authority: JP
Inventors: Jiyouji Karasawa; 穣児唐澤; Shoichi Uchiyama; 正一内山; Hiroshi Kamakura; 弘鎌倉; Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】HMDの下方視界を極力確保して開放感と安全性
を確保するとともに、下方視界からの画像光の眼への進
入を抑止して、HMDの画像の視認性を向上させる。【解決手段】画像表示手段１、凹面ハーフミラー４、平
面ハーフミラー５、ホログラム６から構成されるシース
ルー型HMDであって、平面ハーフミラー５の使用者に対
向する側の面に設けたホログラム６によって、下方から
入射する光８のうちの特定波長の光９を回折させて、使
用者の眼７に入射させない構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用者の頭部に装
着され、画像表示手段によって形成された画像を拡大さ
れた虚像として使用者に視認させる頭部装着型表示装置
（以下HMDとも称する）に関する。

【０００２】

【従来の技術】HMDは、映像及びデータディスプレイの
携帯性を高め、装置は小型でありながら比較的大型の映
像を表示しうるディスプレイである。また、用途に応じ
て様々な形態が提案されているが、映像と外界像を同時
あるいは切り換えて視認する必要性や、できるだけ開放
感を高める必要性等から考えられているのが、シースル
ー型のHMDである。

【０００３】図１０は、シースルー型HMDの光学系の代
表例を示す。図１０において、このHMDの光学系は、液
晶表示素子４３、平面ハーフミラー４４、凹面ハーフミ
ラー４５から大略構成される。この構成において、液晶
表示素子４３から出射された画像光は、平面ハーフミラ
ー４４の特性に応じた反射率で反射されて凹面ハーフミ
ラー４５に入射する。その後画像光は、凹面ハーフミラ
ー４５の特性に応じた反射率で反射され、再び平面ハー
フミラー４４の特性に応じた透過率で透過されて、使用
者の眼７に入射する。一方、外界からの画像光は、凹面
ハーフミラー４５、平面ハーフミラー４４のそれぞれの
特性に応じた透過率で透過されて、使用者の眼７に入射
する。

【０００４】以上のように、こうした光学系によれば、
使用者は同一の光路を通じて、HMDの画像光と外界から
の画像光とを同時あるいは切り換えて見ることができ
る。また、図１０より明らかなように、平面ハーフミラ
ー４４の下面側には基本的には構成要素が存在しないた
め、使用者は下方の外界視界を確保でき、安全性や開放
感の点においても有利な光学系といえる。

【０００５】なお、HMDからの画像光の使用者の眼への
到達効率を改善する目的から、特開平6-59217号公報に
記載のように、偏光ビームスプリッターと１／４波長板
とを併用するHMDも知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
HMDには以下の課題がある。平面ハーフミラーあるいは
偏光ビームスプリッターは、例えば凹面ハーフミラー側
に反射膜が対向するように配置されるが、HMDの下方か
ら平面ハーフミラーまたは偏光ビームスプリッターに入
射する光に対しても反射手段として機能してしまう。

【０００７】すなわち、下方から入射する外界光は、平
面ハーフミラーまたは偏光ビームスプリッターの反射膜
形成面の裏面を透過し、反射膜によって反射されて再び
裏面を透過して出射される。従って、この出射方向が使
用者の眼に向く外界光は、HMDの画像光に重畳される形
で使用者に視認されてHMDの画像光の視認性を低下させ
る。

【０００８】その一対策として、平面ハーフミラーまた
は偏光ビームスプリッターの下方に、下方から入射する
外界光を遮光するための遮光壁を設ける手段が考えられ
るが、これでは、この光学系の本来の利点である下方視
界の確保が犠牲になってしまう。

【０００９】本発明の頭部装着型表示装置は以上の課題
を解決するためのものであり、その目的とするところ
は、HMDの下方視界を極力確保して開放感と安全性を確
保するとともに、下方外界から入射する画像光の眼への
進入を抑止して、HMDの画像の視認性を向上させるシー
スルー型の頭部装着型表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、画
像を形成するための画像表示手段と、画像表示手段から
出射された画像を表す画像光を、虚像として使用者に視
認されるように拡大するための拡大光学手段と、画像表
示手段からの画像光を拡大光学手段に向けて反射すると
ともに、拡大光学手段によって反射された画像光を透過
させて使用者の眼に入射させるための部分透過反射手段
とを収納する装置本体と、装置本体を使用者の頭部に装
着するための装着手段とから構成され、部分透過反射手
段の、装置本体を使用者の頭部に装着した時に使用者に
対向する側の面に回折光学手段を有し、回折光学手段
が、部分透過反射手段によって反射されて使用者の眼に
入射する方向の外界光の少なくとも一部を回折する特性
を有することを特徴とする。

【００１１】請求項１の構成によれば、使用者の下方か
ら回折光学手段に入射した光のうち、予め定められた特
定方向の特定波長の光が回折されて本来の反射方向から
ずれるため、これにより視認性への影響の大きい方向の
例えば特定波長の光を排除してHMDの画像の視認性を向
上させることができる。

【００１２】請求項２は、請求項１記載の頭部装着型表
示装置であって、回折光学手段が体積位相型ホログラム
であることを特徴とする。

【００１３】請求項２の構成によれば、体積位相型ホロ
グラムは波長依存性、入射角依存性が特に強いため、本
来排除する必要のない光やHMDの画像光に対する回折の
影響を極小化させつつHMDの画像の視認性を向上させる
ことができる。

【００１４】請求項３は、請求項１記載の頭部装着型表
示装置であって、回折光学手段が、それぞれ異なる波長
の光あるいは異なる入射方向の光を回折する複数の体積
位相型ホログラムの積層体、または、それぞれ異なる波
長の光あるいは異なる入射方向の光を回折する複数の干
渉縞が同時に記録された体積位相型ホログラムであるこ
とを特徴とする。

【００１５】請求項３の構成によれば、複数の波長の光
や複数の入射角の光を、本来排除する必要のない光やHM
Dの画像光に対する回折の影響を極小化させつつ排除す
ることができるため、一層効果的にHMDの画像の視認性
を向上させることができる。

【００１６】請求項４は、請求項１記載の頭部装着型表
示装置であって、さらに部分透過反射手段と拡大光学手
段との間に１／４波長板を有し、回折光学手段は偏光性
の回折素子であり、部分透過反射手段は偏光ビームスプ
リッターであり、回折素子が回折する偏光方向と偏光ビ
ームスプリッターが反射する偏光方向とが同一方向であ
ることを特徴とする。

【００１７】請求項４の構成によれば、使用者の下方か
ら回折素子に入射する光のうち、偏光ビームスプリッタ
ーが反射する偏光方向の光で、予め定められた特定方向
の特定波長の光が回折されて本来の反射方向からずれる
ため、これにより視認性への影響の大きい方向の特定波
長の光を排除してHMDの画像の視認性を向上させること
ができる。また、画像表示手段から出射した画像光のう
ちで回折素子によって回折される偏光方向の光は本来偏
光ビームスプリッターに入射させない構成であるため、
HMDから出射した画像光に対する回折素子の影響を極小
化させることができる。

【００１８】請求項５は、画像を形成するための画像表
示手段と、画像表示手段から出射された画像を表す画像
光を、虚像として使用者に視認されるように拡大するた
めの拡大光学手段と、画像表示手段からの画像光を拡大
光学手段に向けて反射するとともに、拡大光学手段によ
って反射された画像光を透過させて使用者の眼に入射さ
せるための部分透過反射手段とを収納する装置本体と、
装置本体を使用者の頭部に装着するための装着手段とか
ら構成され、部分透過反射手段の、装置本体を使用者の
頭部に装着した時に使用者に対向する側の面に第一の偏
光手段を有し、部分透過反射手段の下方であり前記部分
透過反射手段を透過し前記使用者の眼に到達する画像光
の光路の外に第二の偏光手段を有し、第一の偏光手段と
第二の偏光手段の透過軸が略直交状態で配置されること
を特徴とする。

【００１９】請求項５の構成によれば、使用者の下方か
ら第二の偏光手段に入射する光のうち、第二の偏光手段
の透過軸方向の偏光のみが透過され、それと直交する偏
光は吸収される。また、第二の偏光手段を透過した偏光
は部分透過反射手段に設けた第一の偏光手段によって吸
収されるため、下方からの外界光のうちで使用者の眼ま
で届く光はほとんどなくなり、HMDの画像の視認性が大
幅に向上される。また、HMDの下方空間が物理的には塞
がれるものの第二の偏光手段を通して下方を５０%程度
の透過率で視認することができるため、下方視界に対す
る開放感や安全性は効果的に維持できる。

【００２０】請求項６は、画像を形成するための画像表
示手段と、画像表示手段から出射された画像を表す画像
光を、虚像として使用者に視認されるように拡大するた
めの拡大光学手段と、画像表示手段からの画像光を拡大
光学手段に向けて反射するとともに、拡大光学手段によ
って反射された画像光を透過させて使用者の眼に入射さ
せるための部分透過反射手段とを収納する装置本体と、
装置本体を使用者の頭部に装着するための装着手段とか
ら構成され、部分透過反射手段の、装置本体を使用者の
頭部に装着した時に使用者に対向する側の面にルーバー
手段を有し、ルーバー手段の遮光面が虚像と使用者の眼
とが形成する光軸方向と略平行で部分透過反射手段によ
って反射されて使用者の眼に入射する方向の外界光を遮
光する方向に形成されることを特徴とする。

【００２１】請求項６の構成によれば、使用者の下方か
らルーバー手段に入射する光はルーバー手段の遮光面に
よって遮光されるため、HMDの画像の視認性を向上させ
ることができる。また、遮光面が虚像と使用者の眼とが
形成する光軸と平行であるため、その光軸方向からの画
像光に与える遮光面の影響が小さい。

【００２２】請求項７は、請求項６記載の頭部装着型表
示装置であって、ルーバー手段が、遮光面に反射防止処
理が施された構成であることを特徴とする。

【００２３】請求項７の構成によれば、ルーバー手段の
遮光面による反射光も除去できるため、ルーバー手段に
よる本来の効果を確保しつつ、迷光の影響を小さくでき
る。

【００２４】請求項８は、請求項６記載の頭部装着型表
示装置であって、ルーバー手段は、虚像と使用者の眼と
が形成する光軸から離れるに従って遮光面間の距離が拡
大される構成であることを特徴とする。

【００２５】請求項８の構成によれば、使用者の眼から
見込むルーバー手段の遮光面間の開口幅を、虚像と使用
者の眼とが形成する光軸付近とそれより離れた位置と
で、ある程度同様にすることができるため、ルーバー手
段による本来の効果を確保しつつ、ルーバー手段を通過
してくる画像の視認性を向上させることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の具体的な形態を
図面を参照して詳述する。

【００２７】（第一の形態）図１は、本発明の第一の形
態を表す光学系の側面図であり、図２は、体積位相型ホ
ログラムの説明図であり、図３は、図１の光学系を用い
たHMDの説明図である。

【００２８】図１において、本光学系は、画像表示手段
１を形成する透過型の液晶表示素子２およびそれを背後
から照明するためのバックライト３、拡大光学手段であ
る凹面ハーフミラー４、部分透過反射手段である平面ハ
ーフミラー５、および回折光学手段であるホログラム６
から大略構成される。

【００２９】凹面ハーフミラー４は、その内面に誘電体
多層膜のような反射膜が形成され、例えば５０%の透過
率および反射率を有し、画像表示手段１によって形成さ
れ出射された画像を表す画像光を反射して虚像として使
用者に視認されるように拡大するとともに、外界からの
画像光は屈折せずに透過する。

【００３０】平面ハーフミラー５も同様に、凹面ハーフ
ミラー４に対向する面に誘電体多層膜のような反射膜が
形成され、例えば５０%の透過率および反射率を有し、
画像表示手段１からの画像光を凹面ハーフミラー４に向
けて反射するとともに、凹面ハーフミラー４によって反
射された画像光および凹面ハーフミラー４を透過した外
界からの画像光を透過して、使用者の眼７に導く。

【００３１】ホログラム６は、例えば図２に示すような
体積位相型ホログラムであり、面状の干渉縞１１をホロ
グラム６の内部まで材料の周期的な屈折率変化という形
で記録したものである。ホログラム６に入射した光１２
は、一部はホログラム表面で正反射するものの、大部分
の光はホログラム内部の面状の干渉縞の表面で反射され
る。反射は干渉縞の各面で起こるため、各面からの反射
光のほとんどは打ち消しあって消滅し、干渉縞のピッチ
の２倍の光１３のみが残る。また、干渉縞の面の方向を
制御することによって、図２に示すように任意の方向に
反射光１３を取り出すことができる。従って、波長依存
性および入射角依存性が強く、特定の波長で特定の方向
から入射する光を回折し、その他の光は透過する特性を
有する。

【００３２】図３は、上述の光学系を用いたHMDの一例
である。上述の画像表示手段１、凹面ハーフミラー４、
平面ハーフミラー５、ホログラム６等からなる光学系は
装置本体１４に収納され、装置本体１４はヒンジ１５を
介して回転位置調整可能に装着手段１６と接続される。
装置本体１４は、例えば装着手段１６の後方から外部に
取り出されたケーブル１７によってHMDの信号源１８と
接続される。

【００３３】以上の構成において、画像表示手段１によ
って形成され出射された画像光は、平面ハーフミラー
５、凹面ハーフミラー４の順に部分的に反射され、再度
平面ハーフミラー５を部分的に透過しホログラム６を透
過して使用者の眼７に入射する。また、外界からの画像
光は、凹面ハーフミラー４および平面ハーフミラー５を
部分的に透過しホログラム６を透過して、使用者の眼７
に入射する。従って、使用者は前方の外界の中に画像表
示手段１の画像を重畳して観察する事ができる。

【００３４】また、使用者の下方から平面ハーフミラー
５に入射する光８は、ホログラム６の回折作用を受け、
特定の波長の光９は眼７から外れた方向に反射され、そ
れ以外の光１０は、ホログラム６を透過後平面ハーフミ
ラー５の反射面で部分的に反射され、再びホログラム６
を透過して眼７に入射する。この時、ホログラム６によ
って回折される光９の波長を、例えば人間に対する比視
感度の高い緑色に設定し眼７に入射する光１０から比視
感度の高い光を排除することにより、下方からの光８が
HMDの画像に重畳することによる視認性の低下を軽減す
ることができる。また、ホログラム６はフィルム形状で
あり、光学系の下方はホログラム６がない場合とほとん
ど変わらずに開放されているため、この光学系の本来の
利点である安全性と開放感は少しも損なわれない。

【００３５】さらに、ホログラム６は波長依存性および
入射角依存性が強いため、画像表示手段１から出射し平
面ハーフミラー５を透過してホログラム６に到達する光
および凹面ハーフミラー４側から平面ハーフミラー５を
透過してホログラム６に到達する光に対する回折の影響
が少ない。特に、後者はホログラム６への入射角が大幅
に異なるため、ホログラム６の影響をほとんど受けな
い。

【００３６】なお、本形態は上記構成に限られるもので
はなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能
である。例えば、回折光学手段は体積位相型ホログラム
に限られるものではなく、例えばエンボス型の回折格子
等でも構わない。また、回折される波長は緑色に限らず
別の色でも構わない。さらに、回折される光の入射方向
は４５°入射に限らず、例えばHMDに直近する使用者の
服等の反射光を排除する構成でも構わない。また可能な
らば、下方からの光をすべて回折させてもよい。

【００３７】（第二の形態）図４は、本発明の第二の形
態を表す光学系の部分拡大図であり、簡単のために平面
ハーフミラー５および、ホログラム１９のみ示す。

【００３８】本形態におけるホログラム１９は、それぞ
れ異なる波長の光あるいは異なる入射方向の光を回折す
る特性を有する体積位相型ホログラムの積層体または、
それぞれ異なる波長の光あるいは異なる入射方向の光を
回折する複数の干渉縞が同時に記録された体積位相型ホ
ログラムである。

【００３９】図４は、その一例を示すもので、ホログラ
ム１９は、ホログラム１９の下方から入射する光のうち
の赤色を回折し他の光を透過する特性を有するホログラ
ム１９Rと、同じく緑色を回折して他の光を透過する特
性を有するホログラム１９Gと、青色を回折して他の光
を透過する特性を有するホログラム１９Bの３つのホロ
グラムの積層体である。より具体的には、３つのホログ
ラムはそれぞれのピッチが異なり、それぞれの面の方向
は一定の体積位相型ホログラムである。

【００４０】ホログラム１９の下方から入射した光２０
は、まずホログラム１９Rによって特定波長の赤色光２
１Rが回折される。同様にホログラム１９Rを透過した光
のうち特定波長の緑色光２１Gがホログラム１９Gに、ホ
ログラム１９Gを透過した光のうち特定波長の青色光２
１Bがホログラム１９Bによって回折され、それぞれ使用
者の眼７から外れた同方向に反射される。従って、下方
からの光２０は、第一の形態に比べてより多くの波長の
光が排除されて眼７に入射することになるため、より一
層HMDの画像の視認性を向上させることができる。

【００４１】同様の考え方により、ホログラム１９を、
複数の入射角の光から特定波長の光を同方向に回折する
ような構成にすると、第一の形態に比べてより広い範囲
の入射光の影響を排除することができる。また、ホログ
ラム１９は説明したような積層体でなく、１つのホログ
ラム材料に複数の特性を同時に記録したものでも同様の
効果が得られる。要するに、複数の回折機能を同時に持
たせることにより、より多くの不要光を特定方向に排除
できる点が特徴である。

【００４２】（第三の形態）図５は、本発明の第三の形
態を表す光学系の側面図であり、これ以降の形態におい
て、第一の形態と同一または同様の構成要素には同一符
号を付して説明を省略する。

【００４３】図５において、部分透過反射手段は偏光ビ
ームスプリッター２２からなり、特定の直線偏光の光を
反射し、それと振動方向の直交する直線偏光の光を透過
する特性を有する。また、回折光学手段は偏光性の回折
素子２３からなり、偏光ビームスプリッター２２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
ター２２によって透過される偏光方向の光は透過する特
性を有する。また、偏光ビームスプリッター２２と凹面
ハーフミラー４の間には１／４波長板２４が、その光学
軸が入射する直線偏光の振動方向に対して４５°の角度
で配置される。さらに、画像表示手段１は、その画像光
が偏光ビームスプリッター２２によって反射される方向
の直線偏光として出射される構成である。

【００４４】偏光性の回折素子２３とは、例えば、複屈
折性の基板上に矩形状の断面を有する格子が形成され、
その溝部に等方性の物質が充填された構造を有する。こ
の時、格子溝に平行な偏光に対する基板の屈折率と等方
性物質の屈折率とを等しくすると、格子溝に平行な偏光
は透過し、格子溝に垂直な偏光は透過されずに回折され
る。

【００４５】以上の構成において、画像表示手段１から
出射しその振動方向が例えば紙面(図面）と直交するＳ
偏光２５は、偏光ビームスプリッター２２によってほと
んど１００％が反射され、１／４波長板２４に入射し例
えば右回りの円偏光に変換されて凹面ハーフミラー４に
入射する。次いで、凹面ハーフミラー４によって反射さ
れると、左回りの円偏光に変換されるため、再度１／４
波長板２４を透過するとP偏光２６に変換され、偏光ビ
ームスプリッター２２によってほとんど１００%が透過
されるとともに、偏光素子２３からの回折作用を受ける
ことなく使用者の眼７に入射する。従って、第一の形態
に比べて画像表示手段から出射した画像光を効率よく眼
７に導くとともに、回折光学手段による影響も少ない。

【００４６】一方、下方から偏光素子２３に入射する無
偏光の光２７のうち、P偏光２８は回折作用を受けずに
透過しさらに偏光ビームスプリッター２２も透過する。
また、S偏光の一部２９は回折されて眼７の外に導かれ
る。ここで残されたS偏光は偏光ビームスプリッター２
２によって反射されて眼７に入射することになる。従っ
て、下方から入射する不要光を排除する効果は第一の形
態と同様である。

【００４７】（第四の形態）図６は、本発明の第四の形
態を表す光学系の側面図である。

【００４８】図６において、平面ハーフミラー５の使用
者に対向する面には第一の偏光手段である偏光板３０が
配置され、その透過軸の方向は画像表示手段１からの画
像光３１を透過する方向であり、望ましくは同図に示す
ように紙面に平行(面内方向）に振動するP偏光を透過す
るような構成にすると、偏光板３０をこのように傾けて
配置してもその偏光特性は損なわれない。また、平面ハ
ーフミラー５および偏光板３０の下方であり、平面ハー
フミラー５を透過し使用者の眼７に到達する画像光の光
路の外に、第二の偏光手段である偏光板３２が、その透
過軸の方向が偏光板３０のそれと直交(略直交わるでも
構わない）するように配置される。

【００４９】以上の構成において、画像表示手段１から
出射した画像光３１は、偏光板３０による吸収作用をほ
とんど受けずに使用者の眼７に入射する。一方、下方か
らの無偏光の光２７は、偏光板３２によってP偏光が吸
収されてS偏光３３のみが透過され、さらに、偏光板３
０によってそのS偏光が吸収されるため、眼７にはほと
んど届かない。従って、下方からの光がHMDの画像に重
畳することはほとんどなくなり、HMDの画像の視認性が
大幅に向上される。また、HMDの下方空間が偏光板３２
によって物理的には塞がれるものの偏光板３２を通して
下方を５０%程度の透過率で視認することができるた
め、下方視界に対する開放感や安全性は効果的に維持で
きる。

【００５０】なお、偏光板３２を、図６に示すように、
必要最小限の大きさでかつ画像の光路に沿って傾斜させ
ると、下方視界の開放感や安全性をさらに高めることが
できる。

【００５１】（第五の形態）図７は、本発明の第五の形
態を表す光学系の部分拡大図であり、簡単のために平面
ハーフミラー５およびルーバー手段３４のみを示す。

【００５２】ルーバー手段３４は、複数の遮光面３５と
それを挟持するための透明なカバーシート３６から構成
される。遮光面３５は、虚像と使用者の眼７とが形成す
る光軸３７と略平行であり、かつ下方から入射する光３
９に対向するように形成される。また、遮光面３５間の
距離は、ルーバー手段３４の下方から入射する光のう
ち、遮光したい光が平面ハーフミラー５に進入せず、か
つ光軸３７方向の光を最大限透過するように設定され
る。すなわち、遮光したい光の方向からルーバー手段３
４を見た時に、平面ハーフミラー５が見えないようなピ
ッチを、平面ハーフミラー５の設置角度とルーバー手段
３４の厚みから決定すればいい。

【００５３】以上の構成において、光軸３７方向の前方
からルーバー手段３４に入射するHMDの画像光および前
方の外界からの画像光３８、３８'、３８"は、ルーバー
手段３４の影響をほとんど受けずに使用者の眼７に入射
する。一方、下方からルーバー手段に入射した光３９
は、ルーバー手段３４の遮光面３５によって遮光されて
使用者の眼７に入射しないため、下方からの光がHMDの
画像に重畳することはほとんどなくなり、HMDの画像の
視認性が大幅に向上される。また、遮光面が虚像と使用
者の眼とが形成する光軸３７と平行であるため、その光
軸３７方向からの画像光に与える影響が小さい。さら
に、ルーバー手段３４の厚みは、その開口率と設定角度
によって決まるが、およそ薄板状であるため、下方視界
が確保され開放感や安全性が維持される。

【００５４】なお、遮光面３５に反射防止処理を施すこ
とによって、図８に示すように、ある角度をもって遮光
面３５'に入射する光４０が遮光面による反射を繰り返
して使用者の眼７に入射するような弊害を除去すること
もできる。

【００５５】（第六の形態）図９は、本発明の第六の形
態を表す光学系の部分拡大図であり、簡単のために平面
ハーフミラー５およびルーバー手段４１のみを示す。

【００５６】本形態において、ルーバー手段４１は前述
のルーバー手段３４と同様の構成であるが、その遮光面
４２間の距離が、光軸３７周辺におけるピッチP１と光
軸３７から離れた位置におけるピッチP２というよう
に、光軸３７からの距離に従って何種類かに可変となっ
ている。

【００５７】下方から平面ハーフミラー５に入射し使用
者の眼７に入射する光は、光軸３７の周辺部ほど視認性
低下に大きく影響すると考えられる。従って、光軸３７
から離れた位置における遮光面４２のピッチは光軸３７
の周辺部ほど細かい必要はない。また、光軸３７から離
れた方向を見る場合には、使用者の眼７が回転するた
め、仮に遮光面４２間の距離を一定にすると、使用者の
眼７から見込む遮光面４２間の幅が光軸３７から遠ざか
るほど狭くなり、その方向からの画像光の視認性に影響
することが予想される。

【００５８】本形態によれば、使用者の眼７から見込む
ルーバー手段４１の遮光面４２間の開口幅を、光軸３７
付近とそれより離れた位置とで、ある程度同様にするこ
とができるため、ルーバー手段による本来の効果を確保
しつつ、ルーバー手段を通過してくる画像の視認性を向
上させることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の頭部装着
型表示装置は、部分透過反射手段の使用者に対向する側
の面に回折光学手段、または偏光手段、またはルーバー
手段を施すことにより、HMDの下方視界を極力確保して
開放感と安全性を確保するとともに、下方外界からの画
像光の眼への進入を抑止して、HMDの画像の視認性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の形態を表す光学系の側面図。

【図２】本発明の第一の形態における体積位相型ホロ
グラムの説明図。

【図３】本発明の第一の形態におけるHMDの説明図。

【図４】本発明の第二の形態を表す光学系の部分拡大
図。

【図５】本発明の第三の形態を表す光学系の側面図。

【図６】本発明の第四の形態を表す光学系の側面図。

【図７】本発明の第五の形態を表す光学系の部分拡大
図。

【図８】本発明の第五の形態におけるルーバー手段の
説明図。

【図９】本発明の第六の形態を表す光学系の部分拡大
図。

【図１０】従来技術を表す光学系の側面図。

【符号の説明】

１画像表示手段２液晶表示素子３バックライト４凹面ハーフミラー５平面ハーフミラー６ホログラム７使用者の眼１１干渉縞１４装置本体１５ヒンジ１６装着手段１７ケーブル１８信号源１９ホログラム２２偏光ビームスプリッター２３偏光性の回折素子２４１／４波長板３０偏光板３２偏光板３４ルーバー手段３５遮光面３６カバーシート３７虚像と使用者の眼とが形成する光軸４１ルーバー手段４２遮光面４３液晶表示素子４４平面ハーフミラー４５凹面ハーフミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤嘉高長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を形成するための画像表示手段と、該
画像表示手段から出射された画像を表す画像光を、虚像
として使用者に視認されるように拡大するための拡大光
学手段と、前記画像表示手段からの画像光を前記拡大光
学手段に向けて反射するとともに、該拡大光学手段によ
って反射された画像光を透過させて使用者の眼に入射さ
せるための部分透過反射手段とを収納する装置本体と、
該装置本体を使用者の頭部に装着するための装着手段と
から構成され、前記部分透過反射手段の、前記装置本体
を前記使用者の頭部に装着した時に前記使用者に対向す
る側の面に回折光学手段を有し、該回折光学手段が、前
記部分透過反射手段によって反射されて前記使用者の眼
に入射する方向の外界光の少なくとも一部を回折させる
特性を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項２】請求項１記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記回折光学手段は、体積位相型ホログラムである
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項３】請求項１記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記回折光学手段は、それぞれ異なる波長の光ある
いは異なる入射方向の光を回折する複数の体積位相型ホ
ログラムの積層体、または、それぞれ異なる波長の光あ
るいは異なる入射方向の光を回折する複数の干渉縞が同
時に記録された体積位相型ホログラムであることを特徴
とする頭部装着型表示装置。
【請求項４】請求項１記載の頭部装着型表示装置であっ
て、さらに前記部分透過反射手段と前記拡大光学手段と
の間に１／４波長板を有し、前記回折光学手段は偏光性
の回折素子であり、前記部分透過反射手段は偏光ビーム
スプリッターであり、前記回折素子が回折する偏光方向
と前記偏光ビームスプリッターが反射する偏光方向とが
同一方向であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項５】画像を形成するための画像表示手段と、該
画像表示手段から出射された画像を表す画像光を、虚像
として使用者に視認されるように拡大するための拡大光
学手段と、前記画像表示手段からの画像光を前記拡大光
学手段に向けて反射するとともに、該拡大光学手段によ
って反射された画像光を透過させて使用者の眼に入射さ
せるための部分透過反射手段とを収納する装置本体と、
該装置本体を使用者の頭部に装着するための装着手段と
から構成され、前記部分透過反射手段の、前記装置本体
を前記使用者の頭部に装着した時に前記使用者に対向す
る側の面に第一の偏光手段を有し、前記部分透過反射手
段の下方であり前記部分透過反射手段を透過し前記使用
者の眼に到達する画像光の光路の外に第二の偏光手段を
有し、該第一の偏光手段と第二の偏光手段の透過軸が略
直交状態で配置されることを特徴とする頭部装着型表示
装置。
【請求項６】画像を形成するための画像表示手段と、該
画像表示手段から出射された画像を表す画像光を、虚像
として使用者に視認されるように拡大するための拡大光
学手段と、前記画像表示手段からの画像光を前記拡大光
学手段に向けて反射するとともに、該拡大光学手段によ
って反射された画像光を透過させて使用者の眼に入射さ
せるための部分透過反射手段とを収納する装置本体と、
該装置本体を使用者の頭部に装着するための装着手段と
から構成され、前記部分透過反射手段の、前記装置本体
を前記使用者の頭部に装着した時に前記使用者に対向す
る側の面にルーバー手段を有し、該ルーバー手段の遮光
面が前記虚像と前記使用者の眼とが形成する光軸方向と
略平行で、前記部分透過反射手段によって反射されて前
記使用者の眼に入射する方向の外界光を遮光する方向に
形成されてなることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項７】請求項６記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記ルーバー手段は、該遮光面に反射防止処理が施
された構成であることを特徴とする頭部装着型表示装
置。
【請求項８】請求項６記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記ルーバー手段は、前記虚像と前記使用者の眼と
が形成する光軸から離れるに従って該遮光面間の距離が
拡大される構成であることを特徴とする頭部装着型表示
装置。