(57)【要約】【課題】ヘッドマウントディスプレイの性能を向上させる。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、部分ＦＰ２に光を照射する表示素子ＯＰＳ１および表示素子ＯＰＳ２を有する。部分ＦＰ１は、開口部ＶＰ１、および開口部ＶＰ１と離間する開口部ＶＰ２を備える。部分ＦＰ２は、Ｚ方向において開口部ＶＰ１と対向する光学素子部ＯＰＥ１、およびＺ方向において開口部ＶＰ２と対向する光学素子部ＯＰＥ２を備える。部分ＦＰ２の光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２のそれぞれは、表示素子ＯＰＳ１または表示素子ＯＰＳ２から照射された光ＩＭＬを反射する反射部ＲＦＰと、部分ＦＰ２から部分ＦＰ１に向かう外光ＯＬの透過率を制御する光透過率調整部ＬＴＰと、を備える。反射部ＲＦＰは、光透過率調整部ＬＴＰと部分ＦＰ１との間に配置される。【選択図】図２
2019184807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観者の眼の周辺を覆う第１部分と、
前記第１部分と離間し、かつ、前記第１部分と対向する位置に配置される第２部分と、
映像信号に基づいて前記第２部分に光を照射する第１表示素子、および第２表示素子と、
を有し、
前記第１部分は、第１開口部、および前記第１開口部と離間する第２開口部を備え、
前記第２部分は、第１方向において前記第１開口部と対向する第１光学素子部、および前記第１方向において前記第２開口部と対向する第２光学素子部を備え、
前記第１光学素子部および前記第２光学素子部のそれぞれは、
前記第１表示素子または前記第２表示素子から照射された光を反射する反射部と、
光透過率制御回路から出力される信号に基づいて前記第２部分から前記第１部分へ向かう外光の透過率を制御する光透過率調整部と、
を有し、
前記反射部は、前記光透過率調整部と前記第１部分との間に配置される、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１表示素子および前記第２表示素子は、前記第１部分と前記第２部分との間の空間に配置され、
前記第１方向に直交する第２方向において、前記第２部分の前記反射部および前記光透過率調整部は、前記第１表示素子と前記第２表示素子との間にある、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記反射部および前記光透過率調整部を含む前記第１光学素子部および前記第２光学素子部のそれぞれは、第１偏光板、前記第１偏光板と対向する位置に配置される第２偏光板、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置される、前記第１偏光板と前記との間に配置される第１液晶層、および前記第２偏光板と前記との間に配置される第２液晶層、を備え、
前記反射部は、前記第１偏光板、前記第１液晶層、および前記を含み、かつ、反射率制御回路から出力される信号に基づいて反射率を制御し、
前記光透過率調整部は、前記第２液晶層、および前記第２偏光板を含む、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記反射部は、入射した光の一部を反射し、一部を透過させる半透明ミラーであり、
前記光透過率調整部は、エレクトロクロミック効果により前記外光の透過率を制御するエレクトロクロミック膜を含む、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第１表示素子から照射される光と、前記第２表示素子から照射される光とは互いに交差する、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第１表示素子から照射される光と、前記第２表示素子から照射される光とは互いに交差せず、
前記第１表示素子から照射された光は前記第１光学素子部の前記反射部で前記第１開口部に向かって反射され、
前記第２表示素子から照射された光は前記第２光学素子部の前記反射部で前記第２開口部に向かって反射される、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１光学素子部、前記第１表示素子、および前記第１開口部を含む第１空間と、前記第２光学素子部、前記第２表示素子、および前記第２開口部を含む第２空間と、の間には、前記第１空間と前記第２空間とを分離する遮光部材が配置される、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
請求項３において、
前記第１光学素子部の前記反射部および前記第２光学素子部の前記反射部のそれぞれは、前記第１部分側から視た平面視において、複数の領域を備え、
前記反射部の前記複数の領域のそれぞれは、前記反射率制御回路からの信号に基づいて互いに独立して制御される、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記第１光学素子部の前記光透過率調整部および前記第２光学素子部の前記光透過率調整部のそれぞれは、前記第１部分側から視た平面視において、複数の領域を備え、
前記光透過率調整部の前記複数の領域のそれぞれは、前記光透過率制御回路からの信号に基づいて互いに独立して制御される、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記第１光学素子部の前記光透過率調整部および前記第２光学素子部の前記光透過率調整部のそれぞれは、前記第１部分側から視た平面視において、複数の領域を備え、
前記光透過率調整部の前記複数の領域のそれぞれのうち、第１領域に選択的に電界を印加し、且つ前記第１領域とは異なる第２領域には電界が印加されない制御が可能である、ヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display：頭部装着型表示装置）の技術に関し、ヘッドマウントディスプレイを構成する表示素子や光学系の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイは、表示装置の一種であって、観者（人間）が頭部にヘッドマウントディスプレイを装着した状態で映像を観ることができる。ヘッドマウントディスプレイの構造として、観者の眼と対向する位置に配置されるミラーと、ミラーに映像を照射する表示素子とを備えた構造がある。このヘッドマウントディスプレイでは、表示素子から出力された映像をこのミラーで反射させて視認する（特開２００４−９４００５号公報（特許文献１）、特開２０１６−７２９３６号公報（特許文献２）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９４００５号公報
【特許文献２】特開２０１６−７２９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヘッドマウントディスプレイを用いた表示方式として、ヘッドマウントディスプレイの外部からの入射光を遮断して、表示素子から出力される映像を観者が視認するＶＲ（Virtual Reality）方式と、外部からの入射光と表示素子からの映像を組み合わせて観者が視認するＡＲ（Augmented Reality）方式と、がある。本願発明者は、ＶＲ方式とＡＲ方式とを任意のタイミングで切り替えて利用できるヘッドマウントディスプレイについて検討した。以下、ＶＲ方式とＡＲ方式とを任意のタイミングで切り替えて利用する表示方式のことをＭＲ（Mixed Reality）方式と記載する場合がある。
【０００５】
ＶＲ方式のヘッドマウントディスプレイの構造例としては、観者の眼と対向する位置に表示パネルなどの表示素子が配置され、観者の眼と表示パネルとの間にレンズが配置された構造が考えられる。この場合、外部からの入射光が表示パネルで遮光されるので、ＡＲ方式には適用し難い。
【０００６】
また、ＡＲ方式のヘッドマウントディスプレイの構造例としては、観者の眼と対向する位置に配置されるミラーと、ミラーに映像を照射する表示素子とを備えた構造が考えられる。この構造の場合、外部からの入射光の一部を透過する特性を備えたミラーを用いることにより、ＡＲ方式に適用することができる。この場合、外部からの入射光の一部が透過するので、ＶＲ方式として用いても、外部からの光が視認されてしまう。ＶＲ方式の利用時に外部からの光が視認される場合、表示素子からの光の視認性が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、ＭＲ方式で表示することができるヘッドマウントディスプレイの性能を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様であるヘッドマウントディスプレイは、観者の眼の周辺を覆う第１部分と、前記第１部分と離間し、かつ、前記第１部分と対向する位置に配置される第２部分と、映像信号に基づいて前記第２部分に光を照射する第１表示素子、および第２表示素子と、を有する。前記第１部分は、第１開口部、および前記第１開口部と離間する第２開口部を備える。前記第２部分は、第１方向において前記第１開口部と対向する第１光学素子部、および前記第１方向において前記第２開口部と対向する第２光学素子部を備える。前記第２部分の前記第１光学素子部および前記第２光学素子部のそれぞれは、前記第１表示素子または前記第２表示素子から照射された光を反射する反射部と、光透過率制御回路から出力される信号に基づいて前記第２部分から前記第１部分へ向かう外光の透過率を制御する光透過率調整部と、を有する。前記反射部は、前記光透過率調整部と前記第１部分との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線を含むＸ−Ｚ平面の断面図である。
【図３】図２に示す光学素子部の詳細な構造例を模式的に示す斜視拡大図である。
【図４】図３に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図５】図３に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図６】図３に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図７】図３に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図８】図３に示す液晶層の構造例を示す拡大断面図である。
【図９】図２に示すヘッドマウントディスプレイに対する変形例であるヘッドマウントディスプレイの断面図である。
【図１０】図９に示すヘッドマウントディスプレイに対する変形例であるヘッドマウントディスプレイの断面図である。
【図１１】ＶＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図１２】ＡＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図１３】ＡＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す他の説明図である。
【図１４】ＡＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す他の説明図である。
【図１５】図２に示すヘッドマウントディスプレイに対する他の変形例であるヘッドマウントディスプレイの断面図である。
【図１６】図１５に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【図１７】図１５に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一または関連する符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【００１１】
また、以下の説明では、ヘッドマウントディスプレイを構成する各部品の位置を特定するため、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を用いて説明する。観者の頭部にヘッドマウントディスプレイが搭載された状態において、Ｚ方向は、観者の眼から前方または後方に向かう方向である。Ｚ方向は、ヘッドマウントディスプレイを構成する各部品の厚さ方向と記載する場合もある。また、観者の両目の配列方向に沿った方向をＸ方向として説明する。また、Ｘ方向およびＺ方向により構成されるＸ−Ｚ平面に対する法線方向を、Ｙ方向として説明する。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は互いに直交する。Ｘ方向は、Ｙ方向およびＺ方向により構成されるＹ−Ｚ平面に対する法線方向である。また、Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向により構成されるＸ−Ｙ平面に対する法線方向である。
【００１２】
（実施の形態１）
＜ヘッドマウントディスプレイの構成＞
まず、ヘッドマウントディスプレイの構成について説明する。図１は、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイの一例を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線を含むＸ−Ｚ平面の断面図である。図２では、表示素子ＯＰＳ１から出力された光が光学素子部ＯＰＥ２で反射して眼ＥＹ２に到達する経路を二点鎖線で示す。同様に、図２では、表示素子ＯＰＳ２から出力された光ＩＭＬが光学素子部ＯＰＥ１で反射して眼ＥＹ１に到達する経路を点線で示す。図３は、図２に示す光学素子部の詳細な構造例を模式的に示す斜視拡大図である。図３では、偏光板ＰＬ１、ＰＬ２および反射型偏光板ＰＬＲのそれぞれにハッチングを付している。図４〜図７のそれぞれは、図３に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。図４〜図７では、液晶層ＬＱ１、ＬＱ２に電界が印加されている状態の時は、液晶層ＬＱ１、ＬＱ２にドットパターンを付し、電界が印加されていない状態の時は、液晶層ＬＱ１、ＬＱ２を無地で示す。図８は、図３に示す液晶層の構造例を示す拡大断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、観者（人間）の頭部に装着した状態で映像を視認する表示装置である。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、観者の頭部に装着された状態で映像を表示するので、軽量である事が好ましい。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、小型であることが好ましい。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の性能を向上させるためには、小型化、軽量化を図りつつ、かつ、視野角を大きくすることが好ましい。
【００１４】
図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、観者の眼ＥＹの周辺を覆う部分ＦＰ１と、部分ＦＰ１と離間し、かつ、部分ＦＰ１と対向する位置に配置される部分ＦＰ２と、を有する。部分ＦＰ１および部分ＦＰ２は、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１のフレーム部材である、部分ＦＰ１および部分ＦＰ２の基材は、遮光性の部材である。ただし、部分ＦＰ２の光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２は、可視光透過性の材料で形成される。
【００１５】
また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、部分ＦＰ１と部分ＦＰ２とを連結する部分ＦＰ３を有する。部分ＦＰ３は、Ｚ方向において、部分ＦＰ１と部分ＦＰ２との間にあり、かつ、部分ＦＰ１および部分ＦＰ２に接続されている。部分ＦＰ１と部分ＦＰ２との離間距離は、Ｚ方向における部分ＦＰ３の長さにより規定される。
【００１６】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、映像信号に基づいて部分ＦＰ２に光ＩＭＬを照射する表示素子ＯＰＳ１および表示素子ＯＰＳ２を有している。本実施の形態の場合、表示素子ＯＰＳ１および表示素子ＯＰＳ２のそれぞれは、小型の表示パネルである。表示パネルとしては、例えば、液晶層を備えた液晶表示装置、有機発光素子層を備えた有機発光表示装置、微小なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を各画素に配置したマイクロＬＥＤ表示装置など、電気的なエネルギーを印加することにより、光学特性が変化する素子を含んだ種々の表示装置を適用できる。
【００１７】
部分ＦＰ１は、開口部ＶＰ１、および開口部ＶＰ１と離間する開口部ＶＰ２を備える。開口部ＶＰ１およびＶＰ２のそれぞれは、遮光性の部材である部分ＦＰ２を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔である。図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１を観者の頭部に装着した時に、Ｚ方向において、観者の眼ＥＹ１と重なる位置に開口部ＶＰ１が配置され、眼ＥＹ２と重なる位置に開口部ＶＰ２が配置される。
【００１８】
部分ＦＰ２は、Ｚ方向において開口部ＶＰ１と対向する光学素子部ＯＰＥ１、およびＺ方向において開口部ＶＰ２と対向する光学素子部ＯＰＥ２を備える。光学素子部ＯＰＥ１およびＯＰＥ２は、光の反射率および透過率を制御する光学的な機能を備えている。
【００１９】
本実施の形態のヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の場合、表示素子ＯＰＳ１から照射された光ＩＭＬは、凹面鏡として機能する光学素子部ＯＰＥ２で反射され、部分ＦＰ２の開口部ＶＰ２を通過した反射光が観者の眼ＥＹ２に視認される。同様に、表示素子ＯＰＳ２から照射された光ＩＭＬは、凹面鏡として機能する光学素子部ＯＰＥ１で反射され、部分ＦＰ２の開口部ＶＰ１を通過した反射光が観者の眼ＥＹ１に視認される。
【００２０】
また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の場合、光学素子部ＯＰＥ１の前方から照射された外光ＯＬは、外光ＯＬの透過率を制御するシャッタとして機能する光学素子部ＯＰＥ１において、透過または遮光される。外光ＯＬが光学素子部ＯＰＥ１で遮光される場合、観者の眼ＥＹ１には外光ＯＬが到達しない。一方、外光ＯＬが光学素子部ＯＰＥ１を透過する場合、光学素子部ＯＰＥ１を透過した光が観者の眼ＥＹ１に到達する。同様に、光学素子部ＯＰＥ２の前方から照射された外光ＯＬは、外光ＯＬの透過率を制御するシャッタとして機能する光学素子部ＯＰＥ２において、透過または遮光される。外光ＯＬが光学素子部ＯＰＥ２で遮光される場合、観者の眼ＥＹ２には外光ＯＬが到達しない。一方、外光ＯＬが光学素子部ＯＰＥ２を透過する場合、光学素子部ＯＰＥ２を透過した光が観者の眼ＥＹ２に到達する。
【００２１】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、外光ＯＬを遮光することにより、表示素子ＯＰＳ１およびＯＰＳ２から照射される仮想世界の映像を観るＶＲ方式で表示することができる。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、外光ＯＬの一部または全部を透過させることにより、仮想世界の映像と現実世界の映像とを組み合わせて視るＡＲ方式で表示することができる。さらに、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、任意のタイミングでＶＲ方式とＡＲ方式とを切り替えるＭＲ方式で表示することができる。光学素子部ＯＰＥ１およびＯＰＥ２のそれぞれは、ＶＲ方式とＡＲ方式とを切り替える機能を備える。
【００２２】
詳しくは、図３に示すように、部分ＦＰ２の光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２のそれぞれは、表示素子ＯＰＳ１（図２参照）または表示素子ＯＰＳ２（図２参照）から照射された光ＩＭＬを反射する反射部ＲＦＰと、光透過率制御回路ＬＴＣから出力される信号に基づいて、部分ＦＰ２に対して部分ＦＰ１の反対側から照射される外光ＯＬ（図２参照）の透過率を制御する光透過率調整部ＬＴＰと、を備える。反射部ＲＦＰは、光透過率調整部ＬＴＰと部分ＦＰ１（図２参照）との間に配置される。
【００２３】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の場合、反射部ＲＦＰおよび光透過率調整部ＬＴＰのそれぞれは、光の振動方向を変化させる液晶分子の特性を利用することにより、反射率または光透過率を調整する。反射部ＲＦＰおよび光透過率調整部ＬＴＰを含む光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２のそれぞれは、偏光板ＰＬ１、偏光板ＰＬ１と対向する位置に配置される偏光板ＰＬ２、偏光板ＰＬ１と偏光板ＰＬ２との間に配置される反射型偏光板ＰＬＲ、偏光板ＰＬ１と反射型偏光板ＰＬＲとの間に配置される液晶層ＬＱ１、および偏光板ＰＬ２と反射型偏光板ＰＬＲとの間に配置される液晶層ＬＱ２、を備える。図３に示す例では、偏光板ＰＬ１、液晶層ＬＱ１、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ２、および偏光板ＰＬ２のそれぞれは、Ｚ方向に沿って順に積層されている。反射型偏光板ＰＬＲは偏光軸の光は透過し、その偏光軸と直行する方向の光は反射する特性を有している。
【００２４】
反射部ＲＦＰは、偏光板ＰＬ１、液晶層ＬＱ１、および反射型偏光板ＰＬＲを含み、かつ、反射率制御回路ＲＦＣから出力される信号に基づいて反射率を制御する。また、光透過率調整部ＬＴＰは、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ２、および偏光板ＰＬ２を含み、光透過率制御回路ＬＴＣから出力される信号に基づいて、部分ＦＰ２に対して部分ＦＰ１の反対側から照射される外光ＯＬ（図２参照）の透過率を制御する。
【００２５】
２枚の偏光板の間には、配向された液晶層が配置されている。液晶層に光を照射した場合、配列される液晶分子の隙間に沿って光が通るので、液晶分子の配向方向に応じて、偏光された光の振動方向を変化させることができる。また、液晶分子は、液晶層に電界が印加された時に電界の方向に応じて姿勢が変化する。このため、液晶層に電界が印加されている場合とそうでない場合とでは、液晶層の多数の液晶分子の配列方向が互いに異なる。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の光透過率調整部ＬＴＰは、上記した性質を利用することにより、図２に示す外光ＯＬの透過率を制御する。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の反射部ＲＦＰは、上記した性質を利用することにより、図２に示す光ＩＭＬの透過率を制御する。
【００２６】
例えば、図４〜図７に示す例では、液晶層ＬＱ１および液晶層ＬＱ２のそれぞれには、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶が配置されている。ＴＮ液晶を用いる場合、液晶層ＬＱ１およびＬＱ２のそれぞれにおいて電圧が印加されていない場合、液晶分子は、液晶層ＬＱ１（または液晶層ＬＱ２）を通過することにより、光の振動方向の位相が９０度変化するように配向されている。偏光板ＰＬ１は、偏光板ＰＬ１の偏光方向と反射型偏光板ＰＬＲの偏光方向とが互いに直交するように配置されている。また、偏光板ＰＬ２は、偏光板ＰＬ２の偏光方向と反射型偏光板ＰＬＲの偏光方向とが互いに直交するように配置されている。
【００２７】
図４に示すように、液晶層ＬＱ１およびＬＱ２に電界が印加されていない状態では、偏光板ＰＬ１により偏光された外光ＯＬは、液晶層ＬＱ１、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ２、および偏光板ＰＬ２を透過して、観者の眼ＥＹに到達する。同時に光ＩＭＬは、液晶層ＬＱ２、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ１、および偏光板ＰＬ１を透過して、観者の眼ＥＹから遠ざかる方向に進む。このため、観者には、外光ＯＬは視認され、反面、光ＩＭＬは殆ど視認されないため、実質的に透明な窓を見ているような状態となる。このように、液晶層ＬＱ１、ＬＱ２に電界が印加されていない状態で光が透過するタイプの構造は、ノーマリーオープン構造またはノーマリーホワイト構造と呼ぶ。
【００２８】
また、図４に示す状態では、光ＩＭＬは、偏光板ＰＬ２、液晶層ＬＱ２、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ１、および偏光板ＰＬ１を透過して外部に照射される。したがって、図２に示す表示素子ＯＰＳ１または表示素子ＯＰＳ２からの光ＩＭＬを外部のスクリーン（図示は省略）に投影することもできる。図５に示すように、液晶層ＬＱ２のみに電界を印加した場合、光ＩＭＬは、反射型偏光板ＰＬＲにより反射され、その反射光が偏光板ＰＬ２を透過して観者の眼ＥＹに到達する。一方、液晶層ＬＱ１に電界が印加されていない状態では、偏光板ＰＬ１により偏光された外光ＯＬは、液晶層ＬＱ１、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ２までは透過するものの、偏光板ＰＬ２で吸収され、観者の眼ＥＹには到達しない。つまり、液晶層ＬＱ１に電界を印加せず、かつ、液晶層ＬＱ２に電界を印加した場合には、光ＩＭＬの反射光のみが観者の眼ＥＹに到達する状態となる。
【００２９】
図６に示すように、液晶層ＬＱ１および液晶層ＬＱ２のそれぞれに電界を印加した場合、光ＩＭＬは、反射型偏光板ＰＬＲにより反射され、その反射光が偏光板ＰＬ２を透過して観者の眼ＥＹに到達する。一方、偏光板ＰＬ１により偏光された外光ＯＬは、液晶層ＬＱ１を透過するが、反射型偏光板ＰＬＲに吸光され（または反射され）、観者の眼ＥＹには到達しない。つまり、液晶層ＬＱ１および液晶層ＬＱ２に電界を印加した場合には、外光ＯＬが眼ＥＹに到達せず、かつ、光ＩＭＬの反射光が眼ＥＹに到達する状態となる。なお、反射型偏光板ＰＬＲは液晶層ＬＱ２と対向する第２面が反射面になっており、第１面の反対側に位置し、液晶層ＬＱ１と対向する第１面は、偏光板ＰＬ１、ＰＬ２と同様に吸光型の偏光子が配置される。この場合、図６に示す状態において、外光ＯＬは、上記したように反射型偏光板ＰＬＲにより吸光される。ただし、反射型偏光板ＰＬＲの上記第１面および上記第２面の両方が反射面である場合、図６に示す状態において、外光ＯＬは、反射型偏光板ＰＬＲにより反射される。
【００３０】
図７に示すように、液晶層ＬＱ１に電界を印加した場合、偏光板ＰＬ１により偏光された外光ＯＬは、液晶層ＬＱ１を透過するが、反射型偏光板ＰＬＲに吸光され（または反射され）、観者の眼ＥＹには到達しない。また、液晶層ＬＱ２に電界が印加されていない状態では、光ＩＭＬは、液晶層ＬＱ２、反射型偏光板ＰＬＲ、液晶層ＬＱ１までは透過するが、偏光板ＰＬ１に吸収される。このため、観者には、光ＩＭＬも外光ＯＬも視認されない。したがって、図７に示す状態の場合、眼ＥＹには、外光ＯＬおよび光ＩＭＬが殆ど到達せず、暗い状態である。このような状態は、例えばＡＲ方式とＶＲ方式との切り替え時等に利用することができる。
【００３１】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の場合、図２に示す観者の眼ＥＹ１（または眼ＥＹ２）の前方に、反射部ＲＦＰ（図３参照）および光透過率調整部ＬＴＰ（図３参照）を備える光学素子部ＯＰＥ１（または光学素子部ＯＰＥ２）が配置される。この場合、図２に示す外光ＯＬが観者の眼ＥＹ１およびＥＹ２に届く程度は、光透過率調整部ＬＴＰに含まれる液晶層ＬＱ１に印加される電界の程度を制御することにより制御できる。また、図２に示す光ＩＭＬが観者の眼ＥＹ１およびＥＹ２に届く程度は、反射部ＲＦＰを構成する液晶層ＬＱ２に印加される電界の程度を制御することにより制御できる。
【００３２】
上記の通り、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、観者の眼ＥＹの前方に配置される反射部ＲＦＰ（図３参照）および光透過率調整部ＬＴＰ（図３参照）に信号を送り、液晶層ＬＱ１（図４参照）および液晶層ＬＱ２（図４参照）に印加される電界の有無を切り替えることによりＡＲ方式とＶＲ方式とを任意のタイミングで切り替えて表示させることができる。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１は、液晶層ＬＱ１（図４参照）および液晶層ＬＱ２（図４参照）に印加される電界の程度を調整することにより、図４に示す外光ＯＬの程度、および光ＩＭＬの反射光の程度を調整することができる。
【００３３】
また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の場合、図２に示すように、表示素子ＯＰＳ１、ＯＰＳ２から出力された光ＩＭＬが、凸レンズなどの屈折光学系を経由せずに、観者の眼ＥＹに到達する。上記したように、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１を小型化しつつ、視野角を大きくする方法として、小型のディスプレイパネルと眼との間に収束光学系としての凸レンズを介在させる方法がある。光ＩＭＬの経路中に凸レンズなどの屈折光学系が介在する場合、屈折率の波長依存性に起因して、各色の波長に応じて色収差の倍率が異なる。このため、観者が視認する映像の周辺領域では、上記色収差に起因する色割れが生じ、表示品質が低下する原因になる。本実施の形態の場合、上記したように、光ＩＭＬの経路中に凸レンズなどの屈折光学系が介在しないので、色収差に起因する表示品質の低下を防止できる。
【００３４】
図８に示すように、液晶層ＬＱ１およびＬＱ２のそれぞれは、互いに対向する基板ＳＵＢ１および基板ＳＵＢ２を備える。基板ＳＵＢ１は、基板ＳＵＢ２と対向する前面（面、主面）Ｓ１ｆを備え、基板ＳＵＢ２は、基板ＳＵＢ１と対向する背面（面、主面）Ｓ２ｂを備える。液晶層ＬＱ１およびＬＱ２のそれぞれは、基板ＳＵＢ１の前面Ｓ１ｆ側に形成された電極Ｅ１、および電極Ｅ１を覆い、かつ、液晶ＬＱに接する配向膜ＡＦ１を有する。また、液晶層ＬＱ１およびＬＱ２のそれぞれは、基板ＳＵＢ２の背面Ｓ２ｂ側に形成された電極Ｅ２、および電極Ｅ２を覆い、かつ、液晶ＬＱに接する配向膜ＡＦ２を有する。
【００３５】
電極Ｅ１は、配線ＷＲ１を介して光透過率制御回路ＬＴＣまたは反射率制御回路ＲＦＣと電気的に接続されている。また、電極Ｅ２は、配線ＷＲ２を介して光透過率制御回路ＬＴＣまたは反射率制御回路ＲＦＣと電気的に接続されている。基板ＳＵＢ１と基板ＳＵＢ２との間には、液晶ＬＱが封入される。液晶ＬＱの周囲にはシール材ＳＬ１が配置され、基板ＳＵＢ１と基板ＳＵＢ２とはシール材ＳＬ１を介して接着されている。
【００３６】
電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に電位差がない場合、液晶ＬＱには電界が形成されず、液晶ＬＱの液晶分子は、配向膜ＡＦ１、ＡＦ２によって配向された方向に配列されている。液晶層ＬＱ１またはＬＱ２に電界を印加する場合、光透過率制御回路ＬＴＣまたは反射率制御回路ＲＦＣからの駆動信号に基づいて、電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に電圧が印加される。液晶ＬＱの液晶分子は、電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に印加された電位差に応じて向きが変わる。これにより、図３に示す光透過率調整部ＬＴＰの光透過率、あるいは、図３に示す反射部ＲＦＰの反射率を制御することができる。
【００３７】
図８に示す光透過率制御回路ＬＴＣ、反射率制御回路ＲＦＣ、配線ＷＲ１の一部分、および配線ＷＲ２の一部分は、例えば、図２に示す部分ＦＰ３、あるいは部分ＦＰ３と部分ＦＰ１との間の領域に設けられている。
【００３８】
図２に示す表示素子ＯＰＳ１および表示素子ＯＰＳ２のそれぞれは、部分ＦＰ１と部分ＦＰ２との間の空間に配置される。Ｚ方向に直交するＸ方向において、部分ＦＰ２の反射部ＲＦＰ（図３参照）および光透過率調整部ＬＴＰ（図３参照）は、表示素子ＯＰＳ１と表示素子ＯＰＳ２との間にある。また、Ｘ方向において、部分ＦＰ２の開口部ＶＰ１および開口部ＶＰ２は、表示素子ＯＰＳ１と表示素子ＯＰＳ２との間にある。ヘッドマウントディスプレイに対する変形例として、表示素子ＯＰＳ１および表示素子ＯＰＳ２のそれぞれが、Ｘ方向において開口部ＶＰ１と開口部ＶＰ２との間にあっても良い。ただし、図２に示すように、表示素子ＯＰＳ１と表示素子ＯＰＳ２との間に開口部ＶＰ１および開口部ＶＰ２がある場合、光ＩＭＬの照射角度を調整し易い。また図２に示す例の場合、光ＩＭＬが表示素子ＯＰＳ１、ＯＰＳ２により遮光され難い。
【００３９】
また、図２に示す例では、表示素子ＯＰＳ１から照射される光ＩＭＬは、光学素子部ＯＰＥ２で反射して眼ＥＹ２に到達し、表示素子ＯＰＳ２から照射される光ＩＭＬは、光学素子部ＯＰＥ１で反射して眼ＥＹ１に到達する。このため、表示素子ＯＰＳ１から照射される光ＩＭＬと、表示素子ＯＰＳ２から照射される光ＩＭＬとは、部分ＦＰ１と部分ＦＰ２との間で互いに交差する。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の場合、表示素子ＯＰＳ２から光学素子部ＯＰＥ１までの距離、および表示素子ＯＰＳ１から光学素子部ＯＰＥ２までの距離が長い。このため、光学素子部ＯＰＥ１、ＯＰＥ２までの照射角度を調節し易い。
【００４０】
図９は、図２に示すヘッドマウントディスプレイに対する変形例であるヘッドマウントディスプレイの断面図である。図９に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ２は、表示素子ＯＰＳ１から照射される光ＩＭＬと、表示素子ＯＰＳ２から照射される光ＩＭＬとが互いに交差しない構造である。この場合、表示素子ＯＰＳ１から照射された光ＩＭＬは光学素子部ＯＰＥ１の反射部ＲＦＰ（図３参照）で開口部ＶＰ１に向かって反射され、眼ＥＹ１に到達する。また、表示素子ＯＰＳ２から照射された光は光学素子部ＯＰＥ２の反射部ＲＦＰで開口部ＶＰ２に向かって反射され、眼ＥＹ２に到達する。
【００４１】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ２の場合、表示素子ＯＰＳ１から光学素子部ＯＰＥ１までの距離、および表示素子ＯＰＳ２から光学素子部ＯＰＥ２までの距離が短いので、照射角度の調整は難しい。ただし、表示素子ＯＰＳ１から照射される光ＩＭＬと、表示素子ＯＰＳ２から照射される光ＩＭＬとが互いに交差しないので、光ＩＭＬの干渉による表示品質の低下を抑制できる。
【００４２】
また、図１０は、図９に示すヘッドマウントディスプレイに対する変形例であるヘッドマウントディスプレイの断面図である。図１０に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ３は、光学素子部ＯＰＥ１、表示素子ＯＰＳ１、および開口部ＶＰ１を含む空間ＳＰ１と、光学素子部ＯＰＥ２、表示素子ＯＰＳ２、および開口部ＶＰ２を含む空間ＳＰ２と、の間に、遮光部材ＢＬＰを有する。遮光部材ＢＬＰは、空間ＳＰ１と空間ＳＰ２とを光学的に分離する部材である。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ３の場合、眼ＥＹ１に到達する光ＩＭＬが通る空間ＳＰ１と、眼ＥＹ２に到達する光ＩＭＬが通る空間ＳＰ２とが光学的に分離されるので、互いの光ＩＭＬの干渉を確実に防止できる。このため、光ＩＭＬの干渉による表示品質の低下を防止できる。
【００４３】
また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ３の部分ＦＰ１と部分ＦＰ２とは、遮光部材ＢＬＰを介して連結されている。この場合、部分ＦＰ１と部分ＦＰ２とが遮光部材ＢＬＰを介して互いに支持し合う関係になるので、構造物としての支持強度が向上する。
【００４４】
図８では、液晶層ＬＱ１および液晶層ＬＱ２の一例として、Ｚ方向に電界が印加される駆動方式（縦電界モードと呼ぶ）で、ＴＮ液晶を駆動する実施態様について説明した。ただし、液晶層ＬＱ１および液晶層ＬＱ２を構成する液晶の種類や液晶の駆動方式には種々の変形例がある。例えば、縦電界モードで駆動される液晶として、ＶＡ（Vertical Alignment）液晶を用いても良い。また、図８に示すＸ方向に電界が印加される駆動方式（横電界モードと呼ぶ）により駆動される液晶として、ＩＰＳ（In-Plane-Switching）液晶などを用いても良い。横電界モードで図８に示す液晶ＬＱを駆動する場合には、基板ＳＵＢ２側には、電極Ｅ２が形成されない。電極Ｅ２は、基板ＳＵＢ１側に形成され、かつ、図示しない絶縁膜により電極Ｅ１と絶縁される。電極Ｅ１と電極Ｅ２は、同じ配線層に形成されても良いし、互いに異なる配線層に形成されても良い。
【００４５】
＜ＡＲモードとＶＲモードの表示例＞
次に、図２に示す外光ＯＬと光ＩＭＬの反射光との組み合わせについて説明する。本実施例の光学素子部ＯＰＥ１（または光学素子部ＯＰＥ２）は、図４〜図７で示した液晶層ＬＱ１とＬＱ２の制御の組合せを、画素単位、あるいは任意の単位領域単位で組み合わせることで、ＶＲモードやＡＲモードの表示を切り替えることができる。以下、順に説明する図１１、図１２、図１３、および図１４のそれぞれにおいて、液晶層ＬＱ１、または液晶層ＬＱ２に電界が印加されている状態の時は、液晶層ＬＱ１、または液晶層ＬＱ２にドットパターンを付し、電界が印加されていない状態の時は、液晶層ＬＱ１、または液晶層ＬＱ２を無地で示す。
【００４６】
図１１は、ＶＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。図１１に示す、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ４の場合、光学素子部ＯＰＥ１の反射部ＲＦＰおよび光学素子部ＯＰＥ２の反射部ＲＦＰのそれぞれは、部分ＦＰ１（図２参照）側から視た平面視において、複数の領域Ｒ１を備えている。反射部ＲＦＰの複数の領域Ｒ１のそれぞれは、反射率制御回路ＲＦＣからの信号に基づいて互いに独立して制御される。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ４の場合、光学素子部ＯＰＥ１の光透過率調整部ＬＴＰおよび光学素子部ＯＰＥ２の光透過率調整部ＬＴＰのそれぞれは、部分ＦＰ１（図２参照）側から視た平面視において、複数の領域Ｒ１を備えている。光透過率調整部ＬＴＰの複数の領域Ｒ１のそれぞれは、光透過率制御回路ＬＴＣからの信号に基づいて互いに独立して制御される。領域Ｒ１は、液晶パネルの一つの画素領域に相当する。
【００４７】
詳しくは、液晶層ＬＱ１は、領域Ｒ１の位置に対応して、互いに電気的に分離される複数の電極Ｅ１および複数の電極Ｅ２を備えている。光透過率制御回路ＬＴＣは、複数の電極Ｅ１および複数の電極Ｅ２のうち、電界を印加したい電極Ｅ１、Ｅ２に対して選択的に駆動電位を供給することができる。図１１に示す例では、複数の領域Ｒ１のそれぞれにおいて、電界が印加される。また、液晶層ＬＱ２には、複数の領域Ｒ１のそれぞれにおいて、電界が印加される。
【００４８】
なお、液晶層ＬＱ１または液晶層ＬＱ２への印加電圧のオン／オフに関し、複数の領域Ｒ１のそれぞれにおいて、互いに独立して制御可能な構造になっている点は、図１１に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ４の他、図１２に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５、図１３に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ６、および図１４に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ７についても同様である。
【００４９】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ４の場合、全ての領域Ｒ１において、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰに対して、図６と同様に、最大の電圧を印加し、外光ＯＬを遮断し、光ＩＭＬを反射させるようにする。光ＩＭＬの反射光は、入射光（光ＩＭＬ）に対して例えば５０％が反射される。このような表示形態にすることで、表示素子ＯＰＳ１（および表示素子ＯＰＳ２）の表示画像のみを観者に認識させることができる。このような表示状態はＶＲモードとして使用できる。
【００５０】
図１２は、ＡＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５の場合、複数の領域Ｒ１のうち、領域Ｒ２と領域Ｒ３とは、互いに異なる信号に基づいて制御される。詳しくは、複数の領域Ｒ１のうち、一部の領域Ｒ２では、図６と同様に、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰに最大の電圧が印加される。領域Ｒ２では、外光ＯＬが遮光され、光ＩＭＬを反射されるので、表示素子ＯＰＳ１（および表示素子ＯＰＳ２）の表示画像が観者に認識される。一方、他の一部の領域Ｒ３では、図４と同様に、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰへの印加電圧をオフにする。領域Ｒ３では、外光ＯＬおよび光ＩＭＬが共に、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰを透過するので、外光ＯＬが観者に認識される。このような表示形態の場合、外光ＯＬと、表示素子ＯＰＳ１（および表示素子ＯＰＳ２）の表示画像と、の両方を観者に認識させることができる。複数の領域Ｒ１のそれぞれにおいて、表示画像のみが視認される領域Ｒ２、または外光ＯＬのみが視認される領域Ｒ３のいずれかが選択される。このため、厳密には、観者は、複数の領域Ｒ１毎に、表示画像または外光ＯＬを視認する。ただし、領域Ｒ２または領域Ｒ３の選択は、画素領域レベルで設定できる。このため、観者から見ると、実質的には、外光ＯＬから認識できる周辺の背景に、表示素子ＯＰＳ１（ＯＰＳ２）からの映像を重ね合せた状態として視ることができる。このような表示状態はＡＲモードとして使用できる。また、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５の場合、後述する図１４に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ７と比較して、観者の眼ＥＹに到達する光の量が多い。このため、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ７よりも見やすい点で好ましい。
【００５１】
図１３は、ＡＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す他の説明図である。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ６の場合、複数の領域Ｒ１のうち、一部の領域Ｒ４では、図５と同様に、光透過率調整部ＬＴＰに印加する電圧をオフとし、反射部ＲＦＰに最大の電圧が印加される。領域Ｒ４では、外光ＯＬは偏光板ＰＬ２で遮光され、光ＩＭＬは反射するので、表示素子ＯＰＳ１（および表示素子ＯＰＳ２）の表示画像が観者に認識される。一方、他の一部の領域Ｒ３では、図４と同様に、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰへの印加電圧をオフにする。領域Ｒ３では、外光ＯＬおよび光ＩＭＬが共に、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰを透過するので、外光ＯＬが観者に認識される。このような表示形態の場合、外光ＯＬと、表示素子ＯＰＳ１（および表示素子ＯＰＳ２）の表示画像と、の両方を観者に認識させることができる。図１２に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５と同様に、図１３に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ６の場合も、領域Ｒ２または領域Ｒ４の選択は、画素領域レベルで設定できる。このため、観者から見ると、実質的には、外光ＯＬから認識できる周辺の背景に、表示素子ＯＰＳ１（ＯＰＳ２）からの映像を重ね合せた状態として視ることができる。このような表示状態はＡＲモードとして使用できる。なお、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ６の場合、領域Ｒ４において、外光ＯＬが偏光板ＰＬ２まで到達する点で、図１２に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５と相違する。外光ＯＬの遮光特性を向上させる観点からは、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５の領域Ｒ２のように、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰに最大の電圧が印加されることが好ましい。
【００５２】
図１４は、ＡＲモードで使用する場合の外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す他の説明図である。なお、図１４に示す例では、液晶層ＬＱ２に印加される電界の強度が、図１１〜図１３に示す例と比較して低いため、図１１〜図１３よりも薄いドットパターンを付している。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ７の場合、複数の領域Ｒ１のそれぞれにおいて、印加される電圧の程度を制御できるようになっている。言い換えれば、液晶層ＬＱ１または液晶層ＬＱ２に印加される電圧は、最大電圧が印加された状態、電圧が印加されない状態（オフ状態）に加え、最大値よりは低い値の電圧が印加された状態に制御することができる。
【００５３】
ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ７の場合、全ての領域Ｒ１において、光透過率調整部ＬＴＰに印加する電圧をオフとし、反射部ＲＦＰには、中間調用の電圧が印加される。中間調用の電圧とは、反射部ＲＦＰに印加される電圧の最大値より低い値の電圧である。図１４に示す例では、液晶層ＬＱ２を挟んで配置される反射型偏光板ＰＬＲまたは偏光板ＰＬ２を透過する可視光の透過率が、５０％になるように調整されている。ただし、変形例として、上記可視光の透過率が５０％以外の値であっても良い。この場合、全ての領域Ｒ１において、外光ＯＬの一部（例えば５０％）が透過する。また、全ての領域Ｒ１において、光ＩＭＬの一部（例えば５０％）が透過して他の一部（例えば５０％）が反射する。このような表示形態の場合、複数の領域Ｒ１のそれぞれにおいて、外光ＯＬと表示素子ＯＰＳ１（ＯＰＳ２）の表示画像の両方を観者に認識させることができる。観者から見ると、全ての領域Ｒ１において、外光ＯＬから認識できる周辺の背景に、表示素子ＯＰＳ１（ＯＰＳ２）からの映像が直接重ね合わされた状態として視ることができる。また、本例では、反射部ＲＦＰに印加する中間調用の電圧を制御することで、光ＩＭＬの反射率を制御することも可能である。このような表示状態も、ＡＲモードとして使用できる。
【００５４】
また、図示は省略するが、図１２〜図１４に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ５〜７において、光ＩＭＬが外部に透過する領域Ｒ２，Ｒ４では、表示素子ＯＰＳ１（ＯＰＳ２）からの映像を光学素子部ＯＰＥ１、ＯＰＥ２の表面に映すことが可能となるため、外部への投影用に利用することもできる。
【００５５】
（実施の形態２）
次に、光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰの他の実施形態を説明する。図２〜図１４を用いて説明した例では、光透過率調整部ＬＴＰが液晶層ＬＱ１を含み、反射部ＲＦＰが液晶層ＬＱ２を含む実施態様を取り上げて説明した。光透過率調整部ＬＴＰおよび反射部ＲＦＰの構造の変形例として、図１５に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ８の構造がある。図１５は、本実施形態のヘッドマウントディスプレイの断面図である。図１６および図１７は、図１５に示す光学素子部において、外光および表示素子からの光が透過または反射する状態を示す説明図である。図１６および図１７では、エレクトロクロミック膜ＥＣＦに電界が印加されている状態の時は、エレクトロクロミック膜ＥＣＦにドットパターンを付し、電界が印加されていない状態の時は、エレクトロクロミック膜ＥＣＦを無地で示す。
【００５６】
図１７に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ８は、光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２を備える部分ＦＰ２を有する。光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２のそれぞれが備える反射部ＲＦＰは、入射した光の一部を反射し、一部を透過させる半透明ミラーＨＦＭである。また、光学素子部ＯＰＥ１および光学素子部ＯＰＥ２のそれぞれが備える光透過率調整部ＬＴＰは、エレクトロクロミック効果により外光ＯＬの透過率を制御するエレクトロクロミック膜ＥＣＦを含む。
【００５７】
図１５〜図１７に示す半透明ミラーＨＦＭは、光の一部を反射して他の一部を透過させる光学的特性を備えている。半透明ミラーの構造例としては、例えばガラスや樹脂などから成る透明な基板上に、金属などから成る薄い反射膜（金属薄膜）が形成された構造物が挙げられる。半透明ミラーは、表示素子ＯＰＳ１、ＯＰＳ２（図２参照）から出力される光ＩＭＬおよび外光ＯＬのどちらに対しても、その一部を反射し、他の一部を透過させる光学特性を備える。
【００５８】
また、図１５〜図１７に示すエレクトロクロミック膜ＥＣＦは、エレクトロクロミック効果を発揮するエレクトロクロミック材料により形成された膜である。エレクトロクロミック効果とは、エレクトロクロミック材料に電界あるいは電流を印加すると、可視光域内のある周波数帯における光吸収特性が大きくなる現象である。このエレクトロクロミック効果は可逆的な現象であり、エレクトロクロミック膜ＥＣＦに印加される電界または電流が停止されると、光吸収特性は元の特性に戻る。図１６および図１７に示すように、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ８の光透過率調整部ＬＴＰは、互いに対向する電極Ｅ１および電極Ｅ２と、電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に配置されるエレクトロクロミック膜ＥＣＦと、を備える。電極Ｅ１および電極Ｅ２を介してエレクトロクロミック膜ＥＣＦに電界を印加するか否かを制御することにより、エレクトロクロミック効果のオン−オフを制御することができる。
【００５９】
図１６に示すように、エレクトロクロミック膜ＥＣＦに電界が印加されていない場合、エレクトロクロミック効果はオフの状態なので、光ＩＭＬおよび外光ＯＬのそれぞれは、エレクトロクロミック膜ＥＣＦを透過する。ただし、半透明ミラーＨＦＭは、光ＩＭＬおよび外光ＯＬのそれぞれの一部を反射し、一部を透過させる。このため、光ＩＭＬの反射光、および外光ＯＬのうち半透明ミラーＨＦＭを透過した成分は、観者の眼ＥＹに到達する。したがって、観者は、外光ＯＬと光ＩＭＬとが共存する、ＡＲモードでの表示映像を視認することができる。
【００６０】
ただし、光ＩＭＬの反射光に対して、外光ＯＬのうち半透明ミラーＨＦＭを透過した成分の輝度が大きすぎる場合には、光ＩＭＬの視認性が低下する。外光ＯＬ自体の輝度を小さくすることは難しいので、半透明ミラーＨＦＭの前方に光学フィルタを配置して、外光ＯＬの輝度が光ＩＭＬの反射光の輝度と同程度になるように調整することが好ましい。
【００６１】
図１７に示すように、電極Ｅ１および電極Ｅ２を介してエレクトロクロミック膜ＥＣＦに電界が印加されている場合、エレクトロクロミック効果はオンの状態なので、光ＩＭＬおよび外光ＯＬのそれぞれは、エレクトロクロミック膜ＥＣＦにより吸収される。電極Ｅ１および電極Ｅ２には、光透過率制御回路ＩＴＣから駆動信号が入力され、駆動信号に基づいてエレクトロクロミック膜ＥＣＦに電界が印加される。光ＩＭＬおよび外光ＯＬのそれぞれは、エレクトロクロミック膜ＥＣＦにより吸収された場合、外光ＯＬは眼ＥＹに到達せず、光ＩＭＬの反射光が眼ＥＹに到達する。したがって、観者は、外光ＯＬが遮光された状態で光ＩＭＬを視認する、ＶＲモードでの表示映像を視認することができる。この時、外光ＯＬが遮光されているので、光ＩＭＬの背景は暗い状態なので、ＡＲモードの場合と比較して光ＩＭＬの視認性を向上させることができる。
【００６２】
なお、図１６および図１７では、説明の単純化のために、電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に単層のエレクトロクロミック膜ＥＣＦが配置される例を示している。しかし、エレクトロクロミック膜ＥＣＦを用いた光透過率調整部ＬＴＰの構造は図１６および図１７に示す例に限定されない。例えば、エレクトロクロミック効果による光吸収特性の異なる複数種類のエレクトロクロミック膜ＥＣＦを積層しても良い。また例えば、エレクトロクロミック膜と電極Ｅ１または電極Ｅ２の間に、蓄電層などの電気的な機能層が配置されていても良い。
【００６３】
また、図１５〜図１７で示す実施例２のヘッドマウントディスプレイＨＭＤ８は、図２に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１の構造に対する変形例として説明したが、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ１以外の種々の変形例と組み合わせて適用することができる。例えば、図９に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ２、あるいは図１０に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ３において、光学素子部ＯＰＥ１およびＯＰＥ２が、図１５〜図１７に示すエレクトロクロミック膜ＥＣＦおよび半透明ミラーＨＦＭを備えていても良い。
【００６４】
また、図１５〜図１７で示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ８において、図１１および図１２を用いて説明したように、光学素子部ＯＰＥ１の光透過率調整部ＬＴＰおよび光学素子部ＯＰＥ２の光透過率調整部ＬＴＰのそれぞれは、部分ＦＰ１（図２参照）側から視た平面視において、複数の領域Ｒ１を備えていても良い。光透過率調整部ＬＴＰの複数の領域Ｒ１のそれぞれは、光透過率制御回路ＬＴＣからの信号に基づいて互いに独立して制御される。図１７に示すエレクトロクロミック膜ＥＣＦは、電極Ｅ１および電極Ｅ２の間に電圧を印加することにより、エレクトロクロミック効果が生じる。したがって、電極Ｅ１および電極Ｅ２が、図１１に示す領域Ｒ１に対応して、互いに分離された複数の部分に分割されている場合、領域Ｒ１のそれぞれに対して、選択的に電圧を印加することができる。例えば図１２に示すように、複数の領域Ｒ１、Ｒ２のうち、領域Ｒ１にあるエレクトロクロミック膜ＥＣＦに対して選択的に電界を印加した場合、電界が印加された領域Ｒ１では、外光ＯＬ（図１６参照）による映像が視認されないため、観者には図１２と同様の映像が視認される。
【００６５】
なお、図１５〜図１７に示すヘッドマウントディスプレイＨＭＤ８の場合、反射部ＲＦＰ（図１５参照）における光の反射率は調整可能ではなく、半透明ミラーＨＦＭの光学特性に応じて規定される反射率になっている。したがって、図１４を用いて説明したヘッドマウントディスプレイＨＭＤ７のように、反射部ＲＦＰによる光ＩＭＬの反射率を制御することは難しい。
【００６６】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイに利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
ＡＦ１，ＡＦ２  配向膜
ＢＬＰ  遮光部材
Ｅ１，Ｅ２  電極
ＥＣＦ  エレクトロクロミック膜
ＥＹ，ＥＹ１，ＥＹ２  眼
ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３  部分
ＨＦＭ  半透明ミラー
ＨＭＤ１，ＨＭＤ２，ＨＭＤ３，ＨＭＤ４，ＨＭＤ５，ＨＭＤ６，ＨＭＤ７，ＨＭＤ８  ヘッドマウントディスプレイ
ＩＭＬ  光
ＩＴＣ  光透過率制御回路
ＬＱ  液晶
ＬＱ１，ＬＱ２  液晶層
ＬＴＣ  光透過率制御回路
ＬＴＰ  光透過率調整部
ＯＬ  外光
ＯＰＥ１，ＯＰＥ２  光学素子部
ＯＰＳ１，ＯＰＳ２  表示素子
ＰＬ１，ＰＬ２  偏光板
ＰＬＲ  反射型偏光板
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  領域
ＲＦＣ  反射率制御回路
ＲＦＰ  反射部
Ｓ１ｆ  前面（面、主面）
Ｓ２ｂ  背面（面、主面）
ＳＬ１  シール材
ＳＰ１，ＳＰ２  空間
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２  基板
ＶＰ１，ＶＰ２  開口部
ＷＲ１，ＷＲ２  配線
【図１】
2019184807.tif 000003
【図２】
2019184807.tif 000004
【図３】
2019184807.tif 000005
【図４】
2019184807.tif 000006
【図５】
2019184807.tif 000007
【図６】
2019184807.tif 000008
【図７】
2019184807.tif 000009
【図８】
2019184807.tif 000010
【図９】
2019184807.tif 000011
【図１０】
2019184807.tif 000012
【図１１】
2019184807.tif 000013
【図１２】
2019184807.tif 000014
【図１３】
2019184807.tif 000015
【図１４】
2019184807.tif 000016
【図１５】
2019184807.tif 000017
【図１６】
2019184807.tif 000018
【図１７】
2019184807.tif 000019