WO2013047791A1 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

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WO2013047791A1
WO2013047791A1 PCT/JP2012/075170 JP2012075170W WO2013047791A1 WO 2013047791 A1 WO2013047791 A1 WO 2013047791A1 JP 2012075170 W JP2012075170 W JP 2012075170W WO 2013047791 A1 WO2013047791 A1 WO 2013047791A1
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WO
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image
user
light
half mirror
angle
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PCT/JP2012/075170
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English (en)
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Inventor
義学 倉橋
Original Assignee
ブラザー工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects

Definitions

  • This disclosure relates to a head-mounted display that presents a content image to a user who wears it so as to be visible.
  • Patent Document 1 discloses a virtual image display type information display system.
  • the virtual image display type information display system includes an image display unit and a transflective optical element.
  • the transflective optical element reflects part of the light from the image display unit and transmits the remaining image light. Part of the light from the image display unit is reflected by the transflective optical element and enters the user's eyes. The user visually recognizes image information formed by the reflected light.
  • the transflective optical element transmits external light from the outside in the direction of the user's line of sight. As a result, the user can also visually recognize the view direction through the transflective optical element. Due to this transmission configuration, the transflective optical element also transmits light emitted from the image display unit. In this case, when there is another user in the emission direction, there is a possibility that the other user can recognize the image information formed by the transmitted light transmitted through the transflective optical element. As a result, for example, when the image information is confidential information, the confidential information may be known to other users.
  • Patent Document 1 discloses the following technique.
  • a first polarizing filter that transmits light in the first polarization state is attached to the image display unit, and a second polarizing filter that transmits light in a second polarization state different from the first polarization state is a transflective optical Affixed to the element. Since the second polarization filter transmits light in the second polarization state out of external light from the outside, the reduced external light enters the user's eyes. Therefore, the user may recognize that the outside world is darker than it actually is.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a display unit side louver optical element is provided in an image display unit.
  • the display unit side louver optical element limits the viewing angle of the image display unit. Therefore, the user may not be able to clearly recognize the image information formed by the reflected light from the transflective optical element.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which the second louver-like optical element is provided on the surface opposite to the image display unit of the transflective optical element.
  • the second louver-like optical element has a louver whose lateral direction is substantially parallel to the user's line-of-sight direction. This louver substantially parallel to the user's line-of-sight direction blocks outside light from the different direction when the user changes the line-of-sight direction. As a result, the user's field of view may be narrowed.
  • the present disclosure provides a head that can reduce external light and dimming of light forming image information while reducing the risk of image information formed by light from an image display unit leaking to other users.
  • One aspect of the present disclosure is a head-mounted display that is attached to a frame that is worn on a user's head and that recognizes an image by the image light based on image information being incident on the user's eyes.
  • a generation unit that generates image light in which the image becomes a virtual image, and a half mirror disposed in the field of view of the user, wherein the half mirror is a part of the image light generated by the generation unit
  • a first surface that reflects in the direction of the user's eyes, and a second surface that has an incident angle of transmitted light that is the other part of the image light transmitted through the first surface near a critical angle. It is a feature.
  • the incident angle of transmitted light is close to the critical angle.
  • the transmitted light transmitted through the first surface and incident on the second surface is refracted or totally reflected on the second surface.
  • the traveling direction of the transmitted light that is refracted or totally reflected on the second surface is closer to the user side than the traveling direction of the image light generated by the generating unit.
  • the half mirror does not include a configuration such as a louver or a polarizing filter that blocks the image light generated by the generation unit and the external light incident from the second surface side.
  • the second surface may be inclined at a predetermined angle with respect to the first surface so as to totally reflect the transmitted light.
  • the second surface is inclined at a predetermined angle with respect to the first surface so as to totally reflect the transmitted light.
  • the reflected light totally reflected on the second surface is directed to the user wearing the head mounted display.
  • a part of the transmitted light transmitted through the first surface is totally reflected on the second surface, and the image light is incident on the region where the face of the user wearing the head mounted display is located. Therefore, when the image light is incident on a region where the user's face is partly transmitted through the first surface, the risk of the image leaking to other users is reduced, and the external light and the image are reduced. Dimming of image light to be formed can be suppressed.
  • the material of the half mirror has a refractive index n
  • the first surface is disposed at a position where the image light has an incident angle ⁇
  • the second surface is inclined with respect to the first surface. It tilts at ⁇ , and the tilt angle ⁇ is
  • the lower limit angle ⁇ m that satisfies the above condition may be greater than or equal to 90 degrees.
  • the second surface is inclined with respect to the first surface at an inclination angle ⁇ that is not less than the lower limit angle ⁇ m and less than 90 °.
  • the lower limit angle ⁇ m is the minimum angle at which the light incident on the second surface is totally reflected. Thereby, the light transmitted through the first surface at the incident angle ⁇ is totally reflected on the second surface.
  • the totally reflected reflected light travels toward the user wearing the head mounted display.
  • a part of the transmitted light transmitted through the first surface is totally reflected on the second surface, and the image light is incident on the face of the user wearing the head mounted display. Therefore, when the image light is incident on a region where the user's face is partly transmitted through the first surface, the risk of the image leaking to other users is reduced, and the external light and the image are reduced. Dimming of image light to be formed can be suppressed.
  • the half mirror is disposed in the field of view of one eye of the user, and the second surface is disposed so as to face a position where the reflected light totally reflected on the second surface does not irradiate the other eye. May be.
  • the second surface is arranged so as to face a position where the reflected light totally reflected on the second surface does not irradiate the other eye.
  • the second surface may intersect with the first surface on the generation part side.
  • the second surface intersects the first surface on the generation unit side.
  • the thickness of a half mirror becomes thinner than the half mirror which has a 2nd surface which does not cross
  • the optical path of external light from the outside in the half mirror becomes longer.
  • Light passing through the second surface from the outside is refracted on the second surface. Since the optical path becomes longer in the refracted direction, the external environment recognized by the user by the external light incident on the user's eyes is displaced from the actual external environment by the thickness of the half mirror.
  • the thickness of the half mirror having the second surface intersecting with the first surface on the generation side becomes thin, the user recognizes the outside world close to the actual outside world. Therefore, when the second surface intersects with the first surface, the user can recognize the outside world in which positional deviation is suppressed as compared with the half mirror in which the second surface does not intersect with the first surface.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view of a generation unit 10.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the generator 10 taken along the line AA of the arrow shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing the shape of the half mirror 20 and the optical path of image light generated from the generation unit 10.
  • FIG. 6 is an optical path diagram when light totally reflected on the second surface 22 enters the right eye RE. It is the enlarged view to which the half mirror 20 vicinity in FIG. 5 was expanded. It is an optical path diagram which shows the optical path which external light permeate
  • HMD Head Mounted Display
  • the HMD 1 will be described with reference to FIG.
  • the HMD 1 includes a head mounting unit 2 and a generation unit 10.
  • the head mounting part 2 is mounted on the user's head. In the present embodiment, the user wears the HMD 1 in the atmosphere.
  • the head mounting part 2 is an example of the frame of the present invention.
  • the head mounting part 2 will be described with reference to FIG.
  • the skeleton of the head mounting unit 2 serves as a mounting unit that is mounted on the user's head.
  • the skeleton of the head mounting portion 2 includes temples 3A and 3B, armor 4A and 4B, and a front frame 5.
  • Modern 6A, 6B which hits a user's ear is attached to one end of temples 3A, 3B.
  • the other ends of the temples 3A and 3B are connected to the arms 4A and 4B via hinges 7A and 7B.
  • the armatures 4A and 4B are connected to the left and right ends of the front frame 5.
  • a nose pad 8 that contacts the user's nose is provided in the center of the front frame 5.
  • the temples 3A and 3B can be folded with respect to the front frame 5 by hinges 7A and 7B formed on the arms 4A and 4B.
  • the structure of the skeleton of the head mounting part 2 is the same as that of normal glasses, for example.
  • the head mounting portion 2 is held on the user's head by the modern 6A, 6B and the nose pad 8 when the head is mounted on the user.
  • illustration of the armor 4B and the hinge 7B is omitted.
  • the generation unit 10 presents the image so as to be visible to one eye of the user.
  • the generation unit 10 is held by the skeleton of the head mounting unit 2 via the attachment unit 9 disposed in the vicinity of the armor 4B.
  • the generation unit 10 is disposed at a position that is substantially the same height as the left eye LE of the user wearing the head mounting unit 2 when attached to the skeleton of the head mounting unit 2.
  • the generator 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the generation unit 10 emits image light based on various signals transmitted from a control box (not shown) via a cable toward the half mirror 20.
  • Various signals are signals based on image information.
  • the generation unit 10 includes an LCD (Liquid Crystal Display) 11 and a lens system 12.
  • the half mirror 20 is fixed to the generation unit 10 at the end of the generation unit 10 opposite to the LCD 11. In this fixed state, the half mirror 20 is disposed within the field of view of the user wearing the HMD 1.
  • the LCD 11 generates image light.
  • the generated image light passes through the lens system 12 and enters the half mirror 20.
  • the half mirror 20 reflects a part of the image light generated in the generation unit 10 and guides it to the left eye LE of the user. Thereby, the user recognizes the content image.
  • the generation unit 10 generates image light so that the content image recognized by the user wearing the HMD 1 becomes the virtual image VI.
  • the half mirror 20 transmits a part of the external light representing the external image and guides it to the left eye LE of the user. That is, the user visually recognizes the image light superimposed on the external light.
  • the LCD 11 may be composed of another two-dimensional image display element such as an organic EL (Organic Electro-Luminescence) display.
  • a well-known retinal scanning method that scans light in a two-dimensional direction, guides the scanned image light to the user's left eye LE, and forms a content image on the retina may be used instead of the LCD 11.
  • the shape of the half mirror 20 will be described with reference to FIG. Although FIG. 4 shows the shape of the half mirror 20, it does not show the relative size relationship and the distance relationship between the generator 10 and the half mirror 20.
  • the half mirror 20 includes a first surface 21 and a second surface 22.
  • the first surface 21 is a surface on the generation unit 10 side. That is, the first surface 21 is the first surface that reflects the image light generated from the generator 10.
  • the second surface 22 is inclined with respect to the first surface 21 at an inclination angle ⁇ .
  • a plane PL parallel to the first surface 21 is indicated by a two-dot chain line shown in FIG. 4.
  • the normal line NL1 at the position where the image light of the first surface 21 is incident and the position where the image light of the second surface 22 is incident Normal lines NL2 at are indicated by broken lines, respectively.
  • a solid line shown in FIG. 4 indicates collimated image light that passes through the center 13 of the lens system 12 among image light generated from the LCD 11.
  • the second surface 22 is inclined at an inclination angle ⁇ with respect to the parallel surface PL. In a state where the second surface 22 is inclined, the distance between the first surface 21 and the second surface 22 becomes shorter on the generation unit 10 side. That is, the distance between the first surface 21 and the second surface 22 in the direction of the normal line NL1 of the first surface 21 becomes shorter as the generation unit 10 is approached.
  • the inclination angle ⁇ is an example of the predetermined angle of the present invention.
  • the half mirror 20 is formed from a transparent resin material such as polycarbonate or acrylic resin.
  • the refractive index n of polycarbonate is 1.585.
  • the refractive index of the acrylic resin is 1.490. This refractive index is the absolute refractive index of each material.
  • a reflective layer is formed on the first surface 21 of the half mirror 20 to reflect a part of the incident image light. Specifically, a metal such as aluminum is deposited on the first surface 21 so as to have a predetermined reflectance.
  • the first surface 21 of the half mirror 20 on which the reflective layer is formed transmits the image light generated in the generation unit 10 through the first surface 21 and the reflected light incident on the left eye LE of the user wearing the HMD 1. It is divided into transmitted light.
  • Image light generated from the LCD 11 fixed to the generation unit 10 passes through the lens system 12.
  • the light that has passed through the center 13 of the lens system 12 is incident on the first surface 21 at the first incident angle ⁇ .
  • the image light generated from the LCD 11 is divided into reflected light that is reflected by the first surface 21 and transmitted light that is transmitted through the first surface 21.
  • the first incident angle ⁇ is an example of the incident angle ⁇ of the present invention.
  • the reflected light reflected by the first surface 21 enters the user's left eye LE. With this incident light, the user recognizes the image.
  • the transmitted light that passes through the first surface 21 is refracted.
  • Snell's law is used (Equation 1-1) with the first incident angle ⁇ , the refraction angle ⁇ , and the refractive index n of the polycarbonate forming the half mirror 20. .
  • the transmitted light that passes through the inside of the half mirror 20 is totally reflected at the second surface 22. That is, the second incident angle ⁇ when the transmitted light that has been transmitted through the first surface 21 and transmitted through the half mirror 20 is incident on the second surface 22 is equal to or greater than the critical angle.
  • the second incident angle ⁇ and the refractive index n of the polycarbonate forming the half mirror are represented by (Equation 1-2).
  • the second surface 22 has an inclination angle ⁇ with respect to the first surface 21. That is, the second incident angle ⁇ , the refraction angle ⁇ , and the tilt angle ⁇ have a relationship of (Equation 1-3).
  • the second incident angle ⁇ is an example of the incident angle of the transmitted light according to the present invention.
  • Equation 1-4 is derived from (Equation 1-1), (Equation 1-2), and (Equation 1-3).
  • the inclination angle ⁇ of the second surface 22 of the half mirror 20 satisfies the relationship of (Equation 1-4).
  • the inclination angle ⁇ at which the equal sign of (Equation 1-4) is established is the lower limit angle ⁇ m of the present invention. That is, the inclination angle ⁇ of the second surface 22 is not less than the lower limit angle ⁇ m that satisfies the condition of (Equation 1). In the state where the second surface 22 is inclined, the distance between the first surface 21 and the second surface 22 becomes shorter on the generation unit 10 side, so the inclination angle ⁇ is not less than the lower limit angle ⁇ m and less than 90 °. .
  • the lower limit ⁇ m is 13.1 °.
  • the reflected light totally reflected on the second surface 22 will be described.
  • the totally reflected light is directed between the eyes of the user wearing the HMD 1. That is, the totally reflected reflected light is directed to a position where the right eye RE, which is the other eye, is not irradiated.
  • the reflected light totally reflected on the second surface 22 is incident on the eyes of another user, and the other users are less likely to recognize the image.
  • the tilt angle ⁇ c in the case where the totally reflected image light is incident on the right eye RE that is the other eye of the user wearing the HMD 1 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the optical path of image light will be described using distance L1, distance L2, and distance L3.
  • the distance from the transmission point PA where the image light generated from the LCD 11 and passed through the center of the lens system 12 passes through the first mirror 21 to the inside of the half mirror 20 is the distance from the user's left eye LE.
  • Distance L1 As shown in FIG. 6, the length in the direction of the normal line NL1 of the first surface 21 from the transmission point PA to the point PB of the second surface 22 is a distance L2. That is, the distance L2 is the thickness of the half mirror 20.
  • the distance between both eyes of the user wearing the HMD 1 is a distance L3.
  • the transmitted light that has passed through and refracted the transmission point PA on the first surface 21 is totally reflected at the total reflection point PC of the second surface 22.
  • the reflected light totally reflected at the total reflection point PC enters the right eye RE, which is the other eye of the user wearing the HMD 1.
  • the distance Z1 connecting the transmission point PA and the total reflection point PC is formed by a line segment connecting the point PB and the transmission point PA and a line segment connecting the point PB and the total reflection point PC.
  • the sine theorem was used from the angle ⁇ and the angle formed by the line segment connecting the total reflection point PC and the transmission point PA and the line segment connecting the total reflection point PC and the point PB (Equation 2-2) Indicated.
  • 5 and 6 show a straight line passing through the center 13 of the lens system 12 and the transmission point PA, and an intersection PD between the straight line and a perpendicular passing through the total reflection point PC.
  • the length X1 of the line connecting the transmission point PA and the intersection PD As shown in FIG. 6, the length Y1 of the line connecting the total reflection point PC and the intersection PD, the transmission point PA and the total reflection point PC. (Equation 2-3) is shown by the angle formed by the line segment connecting the transmission point PA and the total reflection point PC, and the line segment connecting the transmission point PA and the intersection PD.
  • An angle ⁇ formed by a line segment connecting total reflection point PC and right eye RE and a line segment connecting total reflection point PC and intersection PD shown in FIG. 6 connects total reflection point PC and transmission point PA.
  • An angle formed by a line segment, a line segment connecting total reflection point PC and intersection PD, a line segment connecting total reflection point PC and transmission point PA, and a line segment connecting total reflection point and right eye RE (Equation 2-4) is given by the angle formed by The derivation of (Equation 2-4) satisfies the relationship of (Equation 1-3).
  • the distance L4 between the intersection PE between the line connecting the total reflection point PC and the intersection PD and the line segment connecting both eyes of the user and the other one eye RE of the user is an angle ⁇
  • the three-square theorem is used (Expression 2-5).
  • the length of the line segment connecting the total reflection point PC and the intersection PE satisfies the relationship that is the sum of the distance Y1 and the distance L1.
  • the distance L3 is the sum of the length of the line segment connecting the intersection PE and the user's left eye LE and the distance L4.
  • the length of the line segment connecting the intersection point PE and the user's one eye LE is X1 represented by (Equation 2-3).
  • transmits the inside of the half mirror 20, and injects into the left eye LE of the user who wears HMD1 is demonstrated.
  • the external light is incident on the second surface 22 at the third incident angle ⁇ 1.
  • the optical path of external light that passes through the second surface 22 will be described.
  • Equation 3-1 The transmitted light that passes through the second surface 22 is refracted. Before and after passing through the second surface 22, (Equation 3-1) is expressed by the third incident angle ⁇ 1, the second refraction angle ⁇ 1, and the refractive index n of the polycarbonate forming the half mirror 20.
  • the second length is such that the length in the direction of the normal line NL1 of the first surface 21 between the first surface 21 and the second surface 22 becomes shorter as the generation unit 10 is approached. This is because the surface 22 is inclined with respect to the first surface 21 at an inclination angle ⁇ . That is, the third incident angle ⁇ 1 is smaller than the first incident angle ⁇ shown in FIG. 4, so that the second refraction angle ⁇ 1 is smaller than the refraction angle ⁇ .
  • the fourth incident angle ⁇ 1 becomes smaller than the second incident angle ⁇ .
  • the half mirror 20 does not have a configuration that blocks outside light such as a deflection filter and a louver disclosed in Patent Document 1. That is, the brightness of the external environment visually recognized when external light enters the user's eyes is not reduced.
  • the second incident angle ⁇ of the transmitted light on the second surface 22 is equal to or greater than the critical angle.
  • the transmitted light transmitted through the first surface 21 is totally reflected at the second surface 22.
  • the traveling direction of the totally reflected transmitted light is directed to the user side with respect to the traveling direction of the image light generated by the generation unit 10.
  • the transmitted light totally reflected on the second surface 22 is reduced from entering the eyes ES of other users positioned in the traveling direction of the image light generated by the generation unit 10.
  • the HMD 1 of the present invention does not include the display unit side louver optical element in the generation unit 10. As a result, limiting the viewing angle of the generator is reduced.
  • the half mirror 20 does not have a configuration such as a louver or a polarizing filter that blocks the image light generated by the generation unit 10 and external light incident from the second surface 22 side. As a result, it is reduced that external light does not enter the eyes of the user wearing the HMD 1. Therefore, in the traveling direction of the image light generated by the generation unit 10, it is possible to reduce the external light and the dimming of the image light forming the image while reducing the risk of the image leaking to other users.
  • the second surface 22 totally reflects the transmitted light.
  • the totally reflected reflected light travels toward the user wearing the HMD 1.
  • a part of the transmitted light transmitted through the first surface 21 is totally reflected on the second surface 22 and forms an image on the face of the user wearing the HMD 1.
  • a part of the transmitted light that has passed through the first surface 21 forms an image, thereby reducing the risk of leakage of the image to other users while reducing the external light and the image light that forms the image. It can be suppressed.
  • the second surface 22 is inclined with respect to the first surface 21 at an inclination angle ⁇ that is not less than the lower limit angle ⁇ m and less than 90 °.
  • the light transmitted through the first surface 21 at the first incident angle ⁇ is totally reflected at the second surface 22.
  • the totally reflected reflected light travels toward the user wearing the HMD 1.
  • a part of the transmitted light transmitted through the first surface 21 is totally reflected on the second surface 22 and forms an image on the face of the user wearing the HMD 1.
  • the external light and the image are reduced while reducing the risk of the image leaking to other users. Dimming of image light to be formed can be suppressed.
  • the second surface 22 is arranged so that the reflected light totally reflected on the second surface 22 faces between the eyes of the user.
  • the tilt angle ⁇ is smaller than the tilt angle ⁇ c when the totally reflected image light is incident on the right eye RE of the user wearing the HMD 1.
  • part of the transmitted light that has passed through the first surface 21 is totally reflected on the second surface 22, and the formation of an image on the right eye RE that is the other eye can be suppressed. Accordingly, since the user does not form an image on the right eye RE that is the other eye, the user can easily visually recognize the outside world with the left eye LE that is the one eye.
  • the third surface 23 that intersects the first surface 21 and the second surface 22 is formed on the half mirror 20, but the third surface 23 is formed on the half mirror 20. It is not necessary. That is, the first surface 21 and the second surface 22 may intersect. When the first surface 21 and the second surface 22 intersect, the thickness of the half mirror 20 becomes thin. When the thickness of the half mirror 20 is reduced, the optical path of outside light inside the half mirror 20 is shortened. When the optical path of the external light inside the half mirror 20 is shortened, the external image formed by the external light transmitted through the half mirror 20 entering the user's eyes may be shifted from the actual external image position. Reduced.
  • the user wearing the HMD 1 recognizes the outside world close to the actual outside world. Therefore, when the second surface 22 intersects with the first surface 21, the user can recognize the outside world in which the positional deviation is suppressed as compared with the half mirror 20 in which the second surface 22 does not intersect with the first surface 21.
  • the reflected light totally reflected on the second surface 22 travels in the direction of the user wearing the HMD 1.
  • the refracted light refracted on the second surface 22 is directed toward the user wearing the HMD 1, that is, the user's It suffices to proceed to the area where the face is located and the area around the area where the face is located, where other users cannot approach. That is, the second incident angle ⁇ of the transmitted light transmitted through the first surface 21 may be in the vicinity of the critical angle.
  • the first surface 21 and the second surface of the half mirror 20 are flat surfaces, but may be curved surfaces.
  • the head mounting part 2 was demonstrated as an example of a flame
  • other mounting portions may be used as the frame.
  • the HMD 1 may be a mounting unit that mounts the generating unit 10 on the head using a headband like goggles. Or the mounting part attached with respect to a user's ear
  • the generation unit 10 can be attached to the eyesight correction glasses used by the user, the eyesight correction glasses themselves become the mounting portion.

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Abstract

　ユーザの頭部に装着されるフレームに取り付けられ、画像情報に基づく画像光が前記ユーザの眼に入射されることにより、画像がユーザに認識されるヘッドマウントディスプレイであって、前記画像が虚像となる画像光を発生する発生部と、前記ユーザの視野内に配置されるハーフミラーと、を備え、前記ハーフミラーは、前記発生部により発生される画像光の一部を前記ユーザの眼の方向に反射する第１面と、前記第１面に対して所定の角度で傾斜し、前記画像光の他部が前記第１面を透過した透過光の入射角が臨界角近傍となる第２面と、を備える。

Description

ヘッドマウントディスプレイ
　本開示は、装着したユーザにコンテンツ画像を視認可能に提示するヘッドマウントディスプレイに関するものである。
　従来、ユーザの目にコンテンツ画像を視認可能に提示することにより、ユーザがコンテンツ画像を認識することが可能なヘッドマウントディスプレイが知られている。例えば特許文献１に、虚像表示型情報表示システムが開示されている。虚像表示型情報表示システムは、画像表示部と半透過型光学素子とを備える。半透過型光学素子は、画像表示部からの光の一部を反射し、残りの画像光を透過する。画像表示部からの一部の光は、半透過型光学素子により反射され、ユーザの目に入射する。ユーザは、この反射光により形成される画像情報を視認する。
　半透過型光学素子は、ユーザの視線方向において、外界からの外光を透過させる。この結果、ユーザが半透過型光学素子を通じて視線方向の景色も視認することができる。この透過構成のため、半透過型光学素子は画像表示部から出射された光も透過させる。この場合、出射方向に他のユーザがいる場合、他のユーザが半透過型光学素子を透過した透過光により形成される画像情報を認識できる可能性がある。この結果、例えば、画像情報が機密情報などの場合、機密情報が他のユーザに知られてしまうという恐れがある。
特開２００６－２０１６１１号公報
　他のユーザへ画像情報を漏洩させないために、特許文献１には以下の技術が開示されている。第１の偏光状態の光を透過させる第１偏光フィルタが画像表示部に貼り付けられ、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態の光を透過させる第２偏光フィルタが半透過型光学素子に貼り付けられる。この第２偏光フィルタは外界からの外光のうち、第２の偏光状態の光を透過させるので、減光された外光がユーザの眼に入射する。従って、ユーザは、実際よりも外界が暗いと認識する恐れがある。
　また、特許文献１には、表示部側ルーバー光学素子が画像表示部に設けられる技術が開示されている。この技術においては、表示部側ルーバー光学素子は、画像表示部の視野角を制限する。従って、ユーザは、半透過型光学素子からの反射光により形成される画像情報を鮮明に認識出来ない恐れがある。
　また、特許文献１には、第２のルーバー状光学素子が半透過型光学素子の画像表示部とは反対側の面に設けられる技術が開示されている。この第２のルーバー状光学素子は、短手方向がユーザの視線方向に略平行なルーバーを有する。このユーザの視線方向に略平行なルーバーはユーザが視線方向を異なる方向にしたときには、その異なる方向からの外光を遮る。この結果、ユーザの視野が狭くなる恐れがある。
　本開示は、画像表示部からの光により形成される画像情報が、他のユーザに漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像情報を形成する光の減光を低減することが出来るヘッドマウントディスプレイを提供することにある。
　本開示の一側面は、ユーザの頭部に装着されるフレームに取り付けられ、画像情報に基づく画像光が前記ユーザの眼に入射されることにより、画像がユーザに認識されるヘッドマウントディスプレイであって、前記画像が虚像となる画像光を発生する発生部と、前記ユーザの視野内に配置されるハーフミラーと、を備え、前記ハーフミラーは、前記発生部により発生される画像光の一部を前記ユーザの眼の方向に反射する第１面と、前記第１面を透過した前記画像光の他部である透過光の入射角が臨界角近傍となる第２面と、を備えることを特徴とするものである。このヘッドマウントディスプレイによれば、透過光の入射角が臨界角近傍となる。この結果、第１面を透過し第２面に入射した透過光は、第２面において屈折、または全反射する。第２面において屈折または、全反射した透過光の進行方向は、発生部により発生された画像光の進行方向よりもユーザ側に向く。これにより、第２面において屈折または、全反射した透過光が、発生部により発生された画像光の進行方向に位置する他のユーザの眼に入射する可能性が低減する。また、ハーフミラーは、発生部により発生された画像光、および第２面側から入射する外光を遮るルーバー、偏光フィルタなどの構成を備えない。この結果、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの眼に入射する発生部により発生された画像光、および外光の減光が抑えられる。従って、発生部において発生された画像光の進行方向において、他のユーザに画像が漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像を形成する画像光の減光を抑えることが出来る。
　また、前記第２面は、前記透過光を全反射するように第１面に対して所定の角度で傾斜してもよい。このヘッドマウントディスプレイによれば、第２面は、透過光を全反射するように第１面に対して所定の角度で傾斜する。第２面において全反射された反射光は、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザに向かう。この結果、第１面を透過した透過光の一部が、第２面において全反射され、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの顔が位置する領域に画像光が入射する。従って、第１面を透過した透過光の一部がユーザの顔が位置する領域に画像光が入射することによって、他のユーザに画像が漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像を形成する画像光の減光を抑えることが出来る。
　また、前記ハーフミラーの材質は屈折率ｎを有し、前記第１面は、前記画像光が入射角αとなる位置で配置され、前記第２面は、前記第１面に対し、傾斜角θで傾斜し、傾斜角θは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 の条件を満たす下限角θｍ以上、かつ９０度未満であってもよい。このヘッドマウントディスプレイによれば、第２面は、第１面に対し、下限角θｍ以上９０°未満の傾斜角θで傾斜する。下限角θｍは第２面に入射された光が全反射される最小の角度である。これにより、第１面を入射角αで透過した光は、第２面において全反射される。第２面において、全反射された反射光は、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザに向かう。この結果、第１面を透過した透過光の一部が、第２面において全反射され、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの顔に画像光が入射する。従って、第１面を透過した透過光の一部がユーザの顔が位置する領域に画像光が入射することによって、他のユーザに画像が漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像を形成する画像光の減光を抑えることが出来る。
　また、前記ハーフミラーは、前記ユーザの片眼の視野内に配置され、前記第２面は、前記第２面において全反射された反射光が他方の片眼に照射しない位置に向くように配置されてもよい。このヘッドマウントディスプレイによれば、第２面において全反射された反射光が他方の片眼に照射しない位置に向くように第２面は配置される。この結果、第１面を透過した透過光の一部が第２面において、全反射され、他方の眼に画像を形成することを低減することが出来る。従って、ユーザは、他方の眼に画像が形成されないので、他方の眼で外界を視認しやすくなる。
　また、前記第２面は、前記発生部側において前記第１面と交わってもよい。このヘッドマウントディスプレイによれば、第２面は、発生部側において第１面と交わる。これにより、第１面と交わらない第２面を有するハーフミラーよりも、ハーフミラーの厚みが薄くなる。ハーフミラーの厚みが厚くなると、ハーフミラー中の外界からの外光の光路が長くなる。外界から第２面を透過する光は第２面において屈折する。この屈折された方向に光路が長くなるので、ユーザの眼に入射される外光によりユーザが認識する外界は、ハーフミラーの厚みだけ実際の外界よりも位置がずれる。発生部側において第１面と交わる第２面を有するハーフミラーの厚みが薄くなるので、ユーザは実際の外界に近い外界を認識する。従って、第２面が第１面と交わることにより、第２面が第１面と交わらないハーフミラーよりも、ユーザは位置ずれが抑えられた外界を認識することが出来る。
本発明の一実施形態におけるＨＭＤ１の外観を示す斜視図である。 発生部１０の拡大斜視図である。 図２に示す矢印のＡ－Ａ線に沿う発生部１０の断面図である。 ハーフミラー２０の形状、および発生部１０から発生された画像光の光路を示す図である。 第２面２２において全反射された光が右眼ＲＥに入射する場合の光路図である。 図５におけるハーフミラー２０付近を拡大した拡大図である。 外光がハーフミラー２０の内部を透過し、ＨＭＤ１を装着するユーザの片眼に入射する光路を示す光路図である。
　本発明の一実施形態について、図１～図７を参照して説明する。以下の説明において、ヘッドマウントディスプレイを、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ　Ｍｏｕｎｔｅｄ　Ｄｉｓｐｌａｙ）と記載する。
［ＨＭＤ１の概要］
　ＨＭＤ１について、図１を用いて説明する。ＨＭＤ１は、頭部装着部２と、発生部１０とを備える。頭部装着部２は、ユーザの頭部に装着される。本実施形態において、ユーザは、大気中においてＨＭＤ１を装着する。頭部装着部２が本発明のフレームの一例である。
　頭部装着部２について、図１を用いて説明する。頭部装着部２の骨格は、ユーザの頭部に装着される装着部として働く。頭部装着部２の骨格は、テンプル３Ａ、３Ｂと、ヨロイ４Ａ、４Ｂと、フロントフレーム５とによって構成される。ユーザの耳に当たるモダン６Ａ、６Ｂが、テンプル３Ａ、３Ｂの一端に取り付けられる。テンプル３Ａ、３Ｂの他端は、蝶番７Ａ、７Ｂを介してヨロイ４Ａ、４Ｂに連結される。ヨロイ４Ａ、４Ｂは、フロントフレーム５の左右両端に連結される。ユーザの鼻に当接する鼻パッド８が、フロントフレーム５の中央に設けられる。テンプル３Ａ、３Ｂは、ヨロイ４Ａ、４Ｂに形成された蝶番７Ａ、７Ｂによって、フロントフレーム５に対して折りたたむことができる。頭部装着部２の骨格の構成は、例えば、通常の眼鏡と同様である。頭部装着部２は、ユーザに装着された状態において、モダン６Ａ、６Ｂと、鼻パッド８と、によりユーザの頭部に保持される。図１において、ヨロイ４Ｂ，および蝶番７Ｂの図示は省略される。
　発生部１０は、画像をユーザの片眼に視認可能に提示する。発生部１０は、ヨロイ４Ｂ付近に配設された取付部９を介して、頭部装着部２の骨格に保持される。発生部１０は、頭部装着部２の骨格に取り付けられた状態において、頭部装着部２を装着したユーザの左眼ＬＥと略同一の高さとなる位置に配設される。
　図２、および図３を参照して、発生部１０を説明する。発生部１０は、図示しない制御ボックスからケーブルを介して送信された各種の信号に基づく画像光を、ハーフミラー２０に向けて出射する。各種信号は、画像情報に基づく信号である。具体的には、図３に示すように、発生部１０は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）１１、およびレンズ系１２を備える。ＬＣＤ１１と反対側の発生部１０の端部において、ハーフミラー２０が発生部１０に固定される。この固定状態において、ハーフミラー２０は、ＨＭＤ１を装着するユーザの視野内に配置される。ＬＣＤ１１は、画像光を発生する。発生された画像光は、レンズ系１２を通過し、ハーフミラー２０に入射する。ハーフミラー２０は、発生部１０において発生された画像光の一部を反射し、ユーザの左眼ＬＥに導く。これにより、ユーザは、コンテンツ画像を認識する。ＨＭＤ１を装着したユーザが認識するコンテンツ画像が虚像ＶＩとなるように発生部１０は、画像光を発生する。ハーフミラー２０は、外界像を表す外光の一部を透過し、ユーザの左眼ＬＥに導く。即ち、ユーザは、画像光を外光に重畳した状態で視認する。ＬＣＤ１１は、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｅｌｅｃｔｒｏ―Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどの他の２次元画像表示素子で構成されてもよい。あるいは、光を２次元方向に走査し、その走査された画像光をユーザの左眼ＬＥに導き、網膜上にコンテンツ画像を形成する周知の網膜走査方式がＬＣＤ１１と代わって用いられても良い。
　図４を参照して、ハーフミラー２０の形状を説明する。図４は、ハーフミラー２０の形状を示すが、発生部１０、およびハーフミラー２０の相対的な大小関係、および距離関係を示さない。ハーフミラー２０は、第１面２１と第２面２２とを備える。第１面２１は、発生部１０側の面である。すなわち、発生部１０から発生された画像光を最初に反射する面が第１面２１である。第２面２２は、第１面２１に対し、傾斜角θで傾斜する。図４に示す２点鎖線により、第１面２１と平行な面ＰＬが示され、第１面２１の画像光が入射する位置における法線ＮＬ１、および第２面２２の画像光が入射する位置における法線ＮＬ２が、破線によりそれぞれ示される。図４に示す実線は、ＬＣＤ１１から発生される画像光のうち、レンズ系１２の中心１３を通過するコリメートされた画像光を示す。以降の説明では、コリメートされた画像光に対する角度を用いてハーフミラー２０の形状を説明する。第２面２２は、平行な面ＰＬに対し、傾斜角θで傾斜する。この第２面２２が傾斜している状態において、第１面２１と第２面２２との距離が、発生部１０側において短くなる。すなわち、第１面２１の法線ＮＬ１の方向における第１面２１と第２面２２との距離は、発生部１０に近づくにつれて短くなる。傾斜角θが本発明の所定の角度の一例である。
　ハーフミラー２０は、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの透明樹脂材料から形成される。ポリカーボネートの屈折率ｎは１．５８５である。アクリル樹脂の屈折率は、１．４９０である。この屈折率は、各材料の絶対屈折率である。ハーフミラー２０の第１面２１に、入射した画像光の一部を反射する反射層が形成される。具体的には、所定の反射率となるように、第１面２１にアルミニウムなどの金属が蒸着される。この反射層が形成されたハーフミラー２０の第１面２１は、発生部１０において発生された画像光を、ＨＭＤ１を装着するユーザの左眼ＬＥに入射する反射光と、第１面２１を透過する透過光とに分ける。
　図４を参照して、発生部１０から発生する画像光の光路を説明する。発生部１０に固定されたＬＣＤ１１から発生された画像光は、レンズ系１２を通過する。レンズ系１２の中心１３を通過した光は、第１入射角αで第１面２１に入射する。ＬＣＤ１１から発生された画像光は、第１面２１において反射する反射光と、第１面２１を透過する透過光とに分かれる。第１入射角αが本発明の入射角αの一例である。
　第１面２１で反射された反射光は、ユーザの左眼ＬＥに入射する。この入射光により、ユーザは、画像を認識する。
　第１面２１において、第１面２１を透過する透過光は屈折する。第１面２１を透過する前後において、第１入射角α、屈折角β、およびハーフミラー２０を形成するポリカーボネートの屈折率ｎで、スネルの法則が用いられた（数１－１）が示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ハーフミラー２０の内部を透過する透過光は、第２面２２において、全反射する。すなわち、第１面２１を透過しハーフミラー２０の内部を透過した透過光が第２面２２に入射するときの第２入射角γが臨界角以上である。第２面２２において、第２入射角γ、ハーフミラーを形成するポリカーボネートの屈折率ｎで、（数１－２）が示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 第２面２２は、第１面２１に対し、傾斜角θを有する。すなわち、第２入射角γ、屈折角β、および傾斜角θは（数１－３）の関係を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 第２入射角γが、本発明の透過光の入射角の一例である。
　（数１－１）、（数１－２）、および（数１－３）より、（数１－４）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ハーフミラー２０の第２面２２の傾斜角θは、（数１－４）の関係を満たす。（数１－４）の等号が成立する傾斜角θが、本発明の下限角θｍである。すなわち、第２面２２の傾斜角θは、（数１）の条件を満たす下限角θｍ以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 第２面２２が傾斜している状態において、第１面２１と第２面２２と距離が、発生部１０側において短くなることから、傾斜角θは、下限角θｍ以上、９０°未満である。
　ハーフミラー２０が、ポリカーボネートから形成され、第１入射角αが４５°の場合、下限θｍは１３．１°である。
　第２面２２において、全反射された反射光について説明する。第２面２２において、全反射された反射光は、ＨＭＤ１を装着したユーザの両目の間に向く。すなわち、全反射された反射光は、他方の片眼である右眼ＲＥに照射しない位置に向く。この結果、第２面２２において全反射された反射光が他のユーザの目に入射し、他のユーザが画像を認識することが低減する。具体的に全反射された画像光がＨＭＤ１を装着するユーザの他方の片眼である右眼ＲＥに入射する場合の傾斜角θｃを、図５、および図６を参照して説明する。図５、および図６は、ハーフミラーの形状を示すが、発生部１０、およびハーフミラー２０の相対的な大小関係、および距離関係を示さない。第２面２２において全反射された反射光が、ＨＭＤ１を装着したユーザの両目の間に向く場合の傾斜角θは、（数２－１）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　画像光の光路を距離Ｌ１、距離Ｌ２、および距離Ｌ３を用いて説明する。図５に示すように、ＬＣＤ１１から発生されレンズ系１２の中心を通過した画像光が、第１面２１においてハーフミラー２０の内部に透過する透過点ＰＡから、ユーザの左眼ＬＥまでの距離が距離Ｌ１である。図６に示すように、透過点ＰＡから第２面２２の点ＰＢまでの第１面２１の法線ＮＬ１の方向の長さが距離Ｌ２である。すなわち、距離Ｌ２は、ハーフミラー２０の厚みである。図５に示すように、ＨＭＤ１を装着したユーザの両眼の間の距離が距離Ｌ３である。第１面２１における透過点ＰＡを透過し、屈折した透過光は、第２面２２の全反射点ＰＣにおいて全反射される。全反射点ＰＣにおいて全反射された反射光は、ＨＭＤ１を装着したユーザの他方の片眼である右眼ＲＥに入射する。
　図６に示すように、透過点ＰＡと全反射点ＰＣとを結ぶ距離Ｚ１は、点ＰＢと透過点ＰＡとを結ぶ線分と、点ＰＢと全反射点ＰＣとを結ぶ線分とのなす角β、および全反射点ＰＣと透過点ＰＡとを結ぶ線分と、全反射点ＰＣと点ＰＢとを結ぶ線分とのなす角より、正弦定理が用いられた（数２－２）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　レンズ系１２の中心１３と透過点ＰＡとを通過する直線と、この直線と全反射点ＰＣを通過する垂線との交点ＰＤを図５、および図６に示す。図６に示すように、透過点ＰＡと交点ＰＤとを結ぶ線分の長さＸ１と、全反射点ＰＣと交点ＰＤとを結ぶ線分の長さＹ１と、透過点ＰＡと全反射点ＰＣとを結ぶ線分と、透過点ＰＡと全反射点ＰＣとを結ぶ線分と、透過点ＰＡと交点ＰＤとを結ぶ線分とのなす角とにより（数２－３）が示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　図６に示す、全反射点ＰＣと右眼ＲＥとを結ぶ線分と、全反射点ＰＣと交点ＰＤとを結ぶ線分とのなす角δは、全反射点ＰＣと透過点ＰＡとを結ぶ線分と、全反射点ＰＣと交点ＰＤとを結ぶ線分とのなす角と、全反射点ＰＣと透過点ＰＡとを結ぶ線分と、全反射点と右眼ＲＥとを結ぶ線分とのなす角とにより、（数２－４）が示される。（数２－４）の導出は、（数１－３）の関係を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　図５に示すように、全反射点ＰＣと交点ＰＤとを通過する直線とユーザの両眼を結ぶ線分との交点ＰＥと、ユーザの他方の片眼ＲＥとの距離Ｌ４は、角δ、および全反射点ＰＣと交点ＰＥとを結ぶ線分の長さから、三平方の定理が用いられた（数２－５）で示される。（数２－５）の導出は、全反射点ＰＣと交点ＰＥとを結ぶ線分の長さが、距離Ｙ１と距離Ｌ１との和である関係を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　（数２－６）で示すように、距離Ｌ３は、交点ＰＥとユーザの左眼ＬＥとを結ぶ線分の長さと、距離Ｌ４との和である。交点ＰＥとユーザの片眼ＬＥとを結ぶ線分の長さは、（数２－３）で示すＸ１である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　上述した（数２－１）～（数２－６）より、第２面２２において全反射された画像光がＨＭＤ１を装着するユーザの片眼ＲＥに入射する場合の傾斜角θｃは（数２）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　図７を参照して、ＨＭＤ１の正面方向からの外光がハーフミラー２０の内部を透過し、ＨＭＤ１を装着するユーザの左眼ＬＥに入射する光路を説明する。図７に示すように、外光は第３入射角α１で、第２面２２に入射する。以下の説明では、第２面２２を透過する外光の光路を説明する。
　第２面２２を透過する透過光は屈折する。第２面２２を透過する前後において、第３入射角α１、第２屈折角β１、およびハーフミラー２０を形成するポリカーボネートの屈折率ｎで、（数３－１）が示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　ハーフミラー２０の内部を透過する外光は、第１面２１において全反射しない。第２面２２において、第４入射角γ１、ハーフミラーを形成するポリカーボネートの屈折率ｎで、（数３－２）が示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 これは、図４に示すように、第１面２１と第２面２２との間における第１面２１の法線ＮＬ１の方向の長さが、発生部１０に近づくにつれて短くなるように第２面２２が第１面２１に対し傾斜角θで傾斜するからである。すなわち、第３入射角α１は、図４に示す第１入射角αよりも小さい角であることにより、第２屈折角β１が屈折角βよりも小さくなる。この大小関係により、第４入射角γ１が第２入射角γよりも小さくなる。この結果、ＨＭＤ１の正面方向からの外光が第１面２１において全反射しない。また、ハーフミラー２０は、特許文献１に開示された偏向フィルタ、およびルーバーなどの外光を遮る構成を備えない。すなわち、外光がユーザの眼に入射することにより視認される外界の明るさは、低減しない。
［効果］
　本実施形態によれば、第２面２２における透過光の第２入射角γが臨界角以上となる。この結果、第１面２１を透過した透過光が、第２面２２において、全反射する。第２面２２において、全反射した透過光の進行方向は、発生部１０により発生された画像光の進行方向よりもユーザ側に向く。これにより、第２面２２において全反射した透過光が、発生部１０により発生された画像光の進行方向に位置する他のユーザの眼ＥＳに入射することが低減する。また、本発明のＨＭＤ１は、特許文献１に開示された技術のように、表示部側ルーバー光学素子が発生部１０に設けられない。この結果、発生部の視野角を制限することが低減する。従って、ＨＭＤ１を装着したユーザがハーフミラー２０の第１面２１からの反射光により形成される画像を鮮明に認識出来ないことが低減する。一方、第１面２１を透過した透過光の第２入射角γが臨界角以上となる第２面２２により、第２面２２側から入射する外光が、第１面２１において全反射する可能性が低くなる。また、ハーフミラー２０は、発生部１０により発生された画像光、および第２面２２側から入射する外光を遮るルーバー、偏光フィルタなどの構成を備えない。この結果、ＨＭＤ１を装着するユーザの眼に外光が入射しないことが低減される。従って、発生部１０により発生された画像光の進行方向において、他のユーザに画像が漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像を形成する画像光の減光を低減することが出来る。
　本実施形態によれば、第２面２２は、透過光を全反射する。第２面２２において、全反射された反射光は、ＨＭＤ１を装着するユーザに向かう。この結果、第１面２１を透過した透過光の一部が、第２面２２において全反射され、ＨＭＤ１を装着するユーザの顔に画像を形成する。従って、第１面２１を透過した透過光の一部が画像を形成することによって、他のユーザに画像が漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像を形成する画像光の減光を抑えることが出来る。
　本実施形態によれば、第２面２２は、第１面２１に対し、下限角θｍ以上９０°未満の傾斜角θで傾斜する。これにより、第１面２１を第１入射角αで透過した光は、第２面２２において全反射される。第２面２２において、全反射された反射光は、ＨＭＤ１を装着するユーザに向かう。この結果、第１面２１を透過した透過光の一部が、第２面２２において全反射され、ＨＭＤ１を装着するユーザの顔に画像を形成する。従って、第１面２１を透過した透過光の一部がユーザの顔が位置する領域に画像を形成することによって、他のユーザに画像が漏洩する恐れを低減しつつ、外光、および画像を形成する画像光の減光を抑えることが出来る。
　本実施形態によれば、第２面２２において全反射された反射光がユーザの両目の間に向くように第２面２２は配置される。具体的には、傾斜角θは、全反射された画像光がＨＭＤ１を装着するユーザの右眼ＲＥに入射する場合の傾斜角θｃよりも小さい。この結果、第１面２１を透過した透過光の一部が第２面２２において、全反射され、他方の眼である右眼ＲＥに画像を形成することを抑えることが出来る。従って、ユーザは、他方の眼である右眼ＲＥに画像が形成されないので、一方の眼である左眼ＬＥで外界を視認しやすくなる。
［変形例１］
　本実施形態では、図７に示すように、第１面２１と第２面２２と交わる第３面２３がハーフミラー２０に形成されたが、この第３面２３は、ハーフミラー２０に形成されなくても良い。すなわち、第１面２１と第２面２２とが交わってもよい。第１面２１と第２面２２とが交わると、ハーフミラー２０の厚みが薄くなる。ハーフミラー２０の厚みが薄くなると、ハーフミラー２０の内部における外光の光路が短くなる。ハーフミラー２０の内部における外光の光路が短くなると、ハーフミラー２０を透過した外光がユーザの眼に入射することにより形成される外界の像が、実際の外界の像の位置とずれることが低減される。この結果、ＨＭＤ１を装着するユーザは実際の外界に近い外界を認識する。従って、第２面２２が第１面２１と交わることにより、第２面２２が第１面２１と交わらないハーフミラー２０よりも、ユーザは位置ずれが抑えられた外界を認識することが出来る。
［変形例２］
　本実施形態では、図４に示すように、第２面２２において全反射された反射光はＨＭＤ１を装着するユーザの方向に進行する。これに限らず、第２面２２における第２入射角γが臨界角より小さい角であっても、第２面２２において屈折された屈折光が、ＨＭＤ１を装着するユーザの方向、すなわち、ユーザの顔が位置する領域、および、その顔が位置する領域の周辺であって、他のユーザが近接できない周辺領域に進行すればよい。すなわち、第１面２１を透過した透過光の第２入射角γが臨界角近傍であればよい。
［変形例３］
　本実施形態では、ハーフミラー２０の第１面２１、および第２面は平面であったが、曲面でもよい。また、前記した実施形態では、フレームの一例として、頭部装着部２が説明された。しかし、他の装着部がフレームとして用いられてもよい。例えば、ＨＭＤ１は、発生部１０をゴーグルのようにヘッドバンドを用いて頭部に装着する装着部が用いられてもよい。あるいは、ユーザの耳に対して取り付けられる装着部でもよい。また、ユーザの利用している視力矯正用の眼鏡に対して発生部１０が取り付け可能な場合、その視力矯正用の眼鏡自体が装着部となる。
１　　　　　　ヘッドマウントディスプレイ
２　　　　　　頭部装着部
１０　　　　　発生部
１１　　　　　ＬＣＤ
１２　　　　　レンズ系
２０　　　　　ハーフミラー
２１　　　　　第１面
２２　　　　　第２面

Claims (5)

  1. 　ユーザの頭部に装着されるフレームに取り付けられ、画像情報に基づく画像光が前記ユーザの眼に入射されることにより、画像がユーザに認識されるヘッドマウントディスプレイであって、
    　前記画像が虚像となる画像光を発生する発生部と、
    　前記ユーザの視野内に配置されるハーフミラーと、
    を備え、
    　前記ハーフミラーは、
    　前記発生部により発生される画像光の一部を前記ユーザの眼の方向に反射する第１面と、
    　前記第１面に対して所定の角度で傾斜し、前記第１面を透過した前記画像光の他部である透過光の入射角が臨界角近傍となる第２面と、
    を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
  2. 　前記第２面は、前記透過光を全反射するように第１面に対して所定の角度で傾斜すること
    を特徴とする請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
  3. 　前記ハーフミラーの材質は屈折率ｎを有し、
    　前記第１面は、前記画像光が入射角αとなる位置で配置され、
    　前記第２面は、前記第１面に対し、傾斜角θで傾斜し、
    　傾斜角θは、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     の条件を満たす下限角θｍ以上、かつ９０度未満であること
    を特徴とする請求項２記載のヘッドマウントディスプレイ
  4. 　前記ハーフミラーは、前記ユーザの片眼の視野内に配置され、
    　前記第２面は、前記第２面において全反射された反射光が前記ユーザの他方の片眼に照射しない位置に向くように配置されること
    を特徴とする請求項２記載のヘッドマウントディスプレイ。
  5. 　前記第２面は、前記発生部側において前記第１面と交わること
    を特徴とする請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
    　　
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