光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置
【課題】 装置のサイズ拡大を抑制しながら、弱視者であっても映像を見ることを可能とする光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置を提供する。
【解決手段】 映像光を出射する液晶パネル１１０と、液晶パネル１１０から出射される映像光が集光される焦点位置にピンホール１３１を有する絞り部１３０と、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有するＰＢＳ膜１４０と、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、ピンホール１３１を通った映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する１／４λ位相差板１５０と、１／４λ位相差板１５０を透過した映像光を１／４λ位相差板１５０側に反射する凹面ミラー１６０と、凹面ミラー１６０で反射された映像光を眼球に集光する接眼レンズ２００とを光学ユニット１００が備える。
【解決手段】 映像光を出射する液晶パネル１１０と、液晶パネル１１０から出射される映像光が集光される焦点位置にピンホール１３１を有する絞り部１３０と、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有するＰＢＳ膜１４０と、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、ピンホール１３１を通った映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する１／４λ位相差板１５０と、１／４λ位相差板１５０を透過した映像光を１／４λ位相差板１５０側に反射する凹面ミラー１６０と、凹面ミラー１６０で反射された映像光を眼球に集光する接眼レンズ２００とを光学ユニット１００が備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子から出射される映像光を眼球に集光する光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光変調素子から出射される映像光を眼球に集光するヘッドマウント型表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。ヘッドマウント型表示装置は、ユーザの頭部に装着される構成を有しており、ユーザは任意の姿勢で映像を見ることができる。
【０００３】
一方で、ユーザが弱視である場合には、眼球の水晶体の焦点機能が低下しているため、映像光を眼球の瞳孔に十分に集光しなければ、映像を適切に網膜に結像することができない。従って、光変調素子から出射される映像光をピンホールに絞り込んだ上で、ピンホールを通った映像光を眼球の瞳孔に集光する方法が提案されている。
【０００４】
ここで、眼球の直近にピンホールを設けると、ユーザの視野が狭くなるため、ピンホールを通った後に広がった映像光を再び眼球の瞳孔に集光することが好ましい。
【特許文献１】特開平７−２５０２９２号公報（請求項１、図８など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ピンホールを通った後に広がった映像光を均質化するために、ピンホールから接眼レンズまでの距離を十分に確保する必要がある。ピンホールから接眼レンズまでの距離を十分に確保すると、ヘッドマウント型表示装置のサイズが拡大する。
【０００６】
ヘッドマウント型表示装置は、上述したように、ユーザの頭部に装着されるため、装置のサイズ拡大は好ましくない。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、装置のサイズ拡大を抑制しながら、弱視者であっても映像を見ることを可能とする光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一ので特徴では、光学ユニットは、映像光を出射する光変調素子（液晶パネル１１０）と、前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口（ピンホール１３１）を有する絞り部（絞り部１３０）と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜（ＰＢＳ膜１４０）と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板（１／４λ位相差板１５０）と、前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラー（凹面ミラー１６０）と、前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズ（接眼レンズ２００）とを備える。
【０００９】
かかる特徴によれば、接眼レンズが、絞り部に設けられた開口に絞り込まれた映像光を眼球に集光するため、眼球の水晶体の焦点機能が低下している弱視者であっても、映像を見ることができる。また、第１ＰＢＳ膜や第１凹面ミラーが映像光を反射するため、装置のサイズ拡大を抑制しながら、絞り部から接眼レンズまでの光路長を長くすることができ、映像光を十分に均質化することができる。さらに、第１位相差板が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、第１位相差板を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００１０】
上述した一の特徴において、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられる。
【００１１】
上述した一の特徴において、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられる。
【００１２】
上述した一の特徴において、光学ユニットは、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板（１／４λ位相差板１７０）と、前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラー（反射ミラー１８０）とをさらに備える。前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記反射ミラーと同じ側に設けられる。
【００１３】
上述した一の特徴において、光学ユニットは、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜で反射された前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板（１／４λ位相差板１７０）と、前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラー（反射ミラー１８０）とをさらに備える。前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記反射ミラーと対向する位置に設けられる。
【００１４】
上述した一の特徴において、光学ユニットは、前記光変調素子から出射される前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第２ＰＢＳ膜（ＰＢＳ膜２１０）と、前記第２ＰＢＳ膜で反射された前記映像光又は前記第２ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第３位相差板（１／４λ位相差板２２０）と、前記第３位相差板を透過した前記映像光を前記第３位相差板側に反射する第２凹面ミラー（凹面ミラー２３０）とをさらに備える。前記第２凹面ミラーが、前記映像光を前記開口に集光する。
【００１５】
一の特徴では、ユーザの頭部に装着されるヘッドマウント型表示装置は、環状形状を有しており、ユーザの頭部に装着される環状部材と、ユーザの後頭部側において前記環状部材に設けられており、ユーザの後頭部と前記環状部材の内面との間に形成される空隙を調整する調整具と、ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、ユーザの鼻に押し当てられるノーズパッドと、ユーザの眼球の前方に設けられた表示ユニットと、ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、前記環状部材と前記表示ユニットとを連結する連結部材とを備える。前記表示ユニットは、映像光を出射する光変調素子と、前記光変調素子に光を照射する光源と、前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口を有する絞り部と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板と、前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラーと、前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズとを有する。
【００１６】
上述した一の特徴において、ヘッドマウント型表示装置は、ユーザの側頭部側において前記環状部材から下方に向けて設けられており、ユーザの耳の付け根に押し当てられるイヤーパッドをさらに備える。
【００１７】
上述した一の特徴において、前記連結部材は、前記環状部材側に設けられた第１アーム部と、前記表示ユニット側に設けられた第２アーム部とを有しており、前記第１アーム部は、前記第２アーム部を回動可能に支持する。
【００１８】
上述した一の特徴において、前記環状部材は、前記第１アーム部を回動可能に支持する。
【００１９】
上述した一の特徴において、前記第２アーム部は、前記表示ユニットを回動可能に支持する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、装置のサイズ拡大を抑制しながら、弱視者であっても映像を見ることを可能とする光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施形態に係るヘッドマウント型表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【００２２】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２３】
［第１実施形態］
（ヘッドマウント型表示装置の概略）
以下において、第１実施形態に係るヘッドマウント型表示装置の概略について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るヘッドマウント型表示装置２０の概略を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０の頭部に装着される構成を有する。ヘッドマウント型表示装置２０の構成は、眼鏡のようにかける構成であってもよく、ヘルメットのように被る構成であってもよい。
【００２５】
なお、第１実施形態では、ヘッドマウント型表示装置２０は、映像光をユーザ１０の眼球に集光する装置である。特に、第１実施形態では、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０が弱視者であっても、ユーザ１０が映像光を見ることを可能とする装置である。なお、ユーザ１０は、任意の姿勢で映像をみることができる。
【００２６】
（光学ユニットの構成）
以下において、第１実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【００２７】
図２に示すように、光学ユニット１００は、液晶パネル１１０と、集光レンズ１２０と、絞り部１３０と、ＰＢＳ膜１４０と、１／４λ位相差板１５０と、凹面ミラー１６０と、接眼レンズ２００とを有する。
【００２８】
液晶パネル１１０は、光源（不図示）が発する光を変調して、映像光を出射する光変調素子である。液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射する。
【００２９】
集光レンズ１２０は、液晶パネル１１０が発する映像光を集光する。具体的には、集光レンズ１２０は、絞り部１３０に設けられた開口（ピンホール１３１）に映像光を集光する。
【００３０】
絞り部１３０は、遮光部材によって構成される。絞り部１３０は、集光レンズ１２０によって集光された映像光が通るピンホール１３１を有する。絞り部１３０は、ピンホール１３１が集光レンズ１２０の焦点位置に重なるように配置される。
【００３１】
ＰＢＳ膜１４０は、光の偏光方向に応じて、反射光及び透過光に光を分離するＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）膜である。具体的には、ＰＢＳ膜１４０は、Ｐ偏光の映像光を透過し、Ｓ偏光の映像光を反射する。ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通ったＳ偏光の映像光を凹面ミラー１６０側に反射し、凹面ミラー１６０で反射されて戻ってきたＰ偏光の映像光を接眼レンズ２００側に透過する。
【００３２】
１／４λ位相差板１５０は、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。１／４λ位相差板１５０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸（図２では、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光の光軸）に対して略９０°の傾きを有する。１／４λ位相差板１５０は、ＰＢＳ膜１４０で映像光が反射された側に設けられる。
【００３３】
凹面ミラー１６０は、１／４λ位相差板１５０を透過した映像光を１／４λ位相差板１５０側に反射する。凹面ミラー１６０は、映像光を反射することによって、映像光を均質化する。
【００３４】
このように、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光は、１／４λ位相差板１５０を透過した後に、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光が１／４λ位相差板１５０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００３５】
従って、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過した映像光の偏光方向はＰ偏光である。この結果、凹面ミラー１６０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０を透過する。
【００３６】
接眼レンズ２００は、凹面ミラー１６０で反射された映像光を眼球１１の瞳孔１２に集光する。接眼レンズ２００は、瞳孔１２に集光された映像光は、眼球１１の網膜に結像する。凹面ミラー１６０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０を透過するため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０を挟んで凹面ミラー１６０と対向する位置に設けられる。
【００３７】
（作用及び効果）
第１実施形態に係る光学ユニット１００によれば、接眼レンズ２００が、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に絞り込まれた映像光を眼球１１の瞳孔１２に集光するため、眼球１１の水晶体の焦点機能が低下している弱視者であっても、映像を見ることができる。また、ＰＢＳ膜１４０及び凹面ミラー１６０が映像光を反射するため、装置のサイズ拡大を抑制しながら、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの光路長を長くすることができ、映像光を十分に均質化することができる。さらに、１／４λ位相差板１５０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板１５０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００３８】
［第２実施形態］
以下において、第２実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との相違点について主として説明する。
【００３９】
上述した第１実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＳ偏光である。これに対して、第２実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＰ偏光である。
【００４０】
（光学ユニットの構成）
以下において、第２実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。なお、図３では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【００４１】
図３に示すように、液晶パネル１１０は、Ｐ偏光の映像光を出射し、集光レンズ１２０は、Ｐ偏光の映像光をピンホール１３１に集光する。
【００４２】
ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通ったＰ偏光の映像光を凹面ミラー１６０側に透過し、凹面ミラー１６０で反射されて戻ってきたＳ偏光の映像光を接眼レンズ２００側に反射する。
【００４３】
１／４λ位相差板１５０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸（図３では、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光の光軸）に対して略９０°の傾きを有する。１／４λ位相差板１５０は、ＰＢＳ膜１４０を映像光が透過した側に設けられる。
【００４４】
凹面ミラー１６０は、１／４λ位相差板１５０を透過した映像光を１／４λ位相差板１５０側に反射する。凹面ミラー１６０は、映像光を反射することによって、映像光を均質化する。
【００４５】
このように、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光は、１／４λ位相差板１５０を透過した後に、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光が１／４λ位相差板１５０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００４６】
従って、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、凹面ミラー１６０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０で反射される。
【００４７】
接眼レンズ２００は、凹面ミラー１６０で反射された映像光を眼球１１の瞳孔１２に集光する。接眼レンズ２００は、瞳孔１２に集光された映像光は、眼球１１の網膜に結像する。凹面ミラー１６０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０で反射されるため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ａ及び領域Ｂ）に分けた場合に、凹面ミラー１６０と同じ側の領域（領域Ａ）に設けられる。
【００４８】
（作用及び効果）
第２実施形態に係る光学ユニット１００によれば、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１を通る映像光がＰ偏光であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
［第３実施形態］
以下において、第３実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との相違点について主として説明する。
【００５０】
具体的には、上述した第１実施形態では、凹面ミラー１６０で反射された映像光は、ＰＢＳ膜１４０を透過して、そのまま接眼レンズ２００に照射される。これに対して、第３実施形態では、凹面ミラー１６０で反射された映像光は、反射ミラーで再び反射されてから、接眼レンズ２００に照射される。
【００５１】
（光学ユニットの構成）
以下において、第３実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、第３実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図４では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【００５２】
図４に示すように、光学ユニット１００は、図２に示した構成に加えて、１／４λ位相差板１７０と、反射ミラー１８０とを有する。
【００５３】
図４に示すように、液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射し、集光レンズ１２０は、Ｓ偏光の映像光をピンホール１３１に集光する。
【００５４】
１／４λ位相差板１７０は、１／４λ位相差板１５０と同様に、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。凹面ミラー１６０で反射されて１／４λ位相差板１５０を透過した映像光がＰ偏光であるため、１／４λ位相差板１７０は、ＰＢＳ膜１４０を挟んで凹面ミラー１６０と対向する位置に設けられる。
【００５５】
反射ミラー１８０は、１／４λ位相差板１７０を透過した映像光を１／４λ位相差板１７０側に反射する平面ミラーである。
【００５６】
このように、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光は、１／４λ位相差板１７０を透過した後に、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光が１／４λ位相差板１７０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００５７】
従って、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、反射ミラー１８０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０で反射される。
【００５８】
なお、反射ミラー１８０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０で反射されるため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ａ及び領域Ｂ）に分けた場合に、反射ミラー１８０と同じ側の領域（領域Ａ）に設けられる。
【００５９】
（作用及び効果）
第３実施形態に係る光学ユニット１００によれば、第１実施形態の構成に加えて、反射ミラー１８０が映像光を反射するため、装置のサイズ拡大をさらに抑制しながら、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの光路長を十分に確保することができる。さらに、１／４λ位相差板１７０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板１７０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００６０】
［第４実施形態］
以下において、第４実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第３実施形態と第４実施形態との相違点について主として説明する。
【００６１】
上述した第３実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＳ偏光である。これに対して、第４実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＰ偏光である。
【００６２】
（光学ユニットの構成）
以下において、第４実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、第４実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図５では、図４と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【００６３】
図５に示すように、液晶パネル１１０は、Ｐ偏光の映像光を出射し、集光レンズ１２０は、Ｐ偏光の映像光をピンホール１３１に集光する。
【００６４】
１／４λ位相差板１７０は、１／４λ位相差板１５０と同様に、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。凹面ミラー１６０で反射されて１／４λ位相差板１５０を透過した映像光がＳ偏光であるため、１／４λ位相差板１７０は、ＰＢＳ膜１４０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ａ及び領域Ｂ）に分けた場合に、凹面ミラー１６０と同じ側の領域（領域Ａ）に設けられる。
【００６５】
このように、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光は、１／４λ位相差板１７０を透過した後に、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光が１／４λ位相差板１７０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００６６】
従って、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過した映像光の偏光方向はＰ偏光である。この結果、反射ミラー１８０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０を透過する。
【００６７】
なお、反射ミラー１８０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０を透過するため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０を挟んで反射ミラー１８０と対向する位置に設けられる。
【００６８】
（作用及び効果）
第４実施形態に係る光学ユニット１００によれば、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１を通る映像光がＰ偏光であっても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
［第５実施形態］
以下において、第５実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第５実施形態との相違点について主として説明する。
【００７０】
具体的には、上述した第１実施形態では、液晶パネル１１０から出射された光は、集光レンズ１２０によってピンホール１３１に集光される。これに対して、第５実施形態では、液晶パネル１１０から出射された光は、ＰＢＳ膜、１／４λ位相差板及び凹面ミラーによってピンホール１３１に集光される。
【００７１】
（光学ユニットの構成）
以下において、第５実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、第５実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図６では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。なお、図６では、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成のみが記載されており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成が省略されていることに留意すべきである。
【００７２】
図６に示すように、光学ユニット１００は、ＰＢＳ膜２１０と、１／４λ位相差板２２０と、凹面ミラー２３０とを有する。なお、液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射する。
【００７３】
ＰＢＳ膜２１０は、ＰＢＳ膜１４０と同様に、光の偏光方向に応じて、反射光及び透過光に光を分離するＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）膜である。ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射される映像光の光軸に対して、略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射されるＳ偏光の映像光を凹面ミラー２３０側に反射し、凹面ミラー２３０で反射されて戻ってきたＰ偏光の映像光を絞り部１３０側に透過する。
【００７４】
１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０で反射された映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する。液晶パネル１１０から出射された映像光がＳ偏光であるため、１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ｃ及び領域Ｄ）に分けた場合に、液晶パネル１１０と同じ側の領域（領域Ｃ）に設けられる。
【００７５】
凹面ミラー２３０は、１／４λ位相差板２２０を透過した映像光を１／４λ位相差板２２０側に反射する。凹面ミラー２３０は、映像光を反射することによって、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光を集光する。
【００７６】
このように、ＰＢＳ膜２１０で反射された映像光は、１／４λ位相差板２２０を透過した後に、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜２１０で反射された映像光が１／４λ位相差板２２０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００７７】
従って、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過した映像光の偏光方向はＰ偏光である。この結果、凹面ミラー２３０で反射された映像光はＰＢＳ膜２１０を透過する。
【００７８】
なお、凹面ミラー２３０で反射された映像光がＰＢＳ膜２１０を透過するため、絞り部１３０は、ＰＢＳ膜２１０を挟んで凹面ミラー２３０と対向する位置に設けられる。
【００７９】
（作用及び効果）
第５実施形態に係る光学ユニット１００によれば、凹面ミラー２３０が映像光を反射した上で、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光を集光するため、装置のサイズ拡大を抑制しながら、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの光路長を長くすることができる。さらに、１／４λ位相差板２２０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板２２０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００８０】
［第６実施形態］
以下において、第６実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第５実施形態と第６実施形態との相違点について主として説明する。
【００８１】
具体的には、上述した第５実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光はＳ偏光である。これに対して、第２実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光はＰ偏光である。
【００８２】
（光学ユニットの構成）
以下において、第６実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図７は、第６実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図７では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。なお、図７では、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成のみが記載されており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成が省略されていることに留意すべきである。また、液晶パネル１１０は、Ｐ偏光の映像光を出射する。
【００８３】
図７に示すように、ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射される映像光の光軸に対して、略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射されるＰ偏光の映像光を凹面ミラー２３０側に透過し、凹面ミラー２３０で反射されて戻ってきたＳ偏光の映像光を絞り部１３０側に反射する。
【００８４】
１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する。液晶パネル１１０から出射される映像光がＰ偏光であるため、１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０を挟んで液晶パネル１１０と対向する位置に設けられる。
【００８５】
凹面ミラー２３０は、１／４λ位相差板２２０を透過した映像光を１／４λ位相差板２２０側に反射する。凹面ミラー２３０は、映像光を反射することによって、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光を集光する。
【００８６】
このように、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光は、１／４λ位相差板２２０を透過した後に、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光が１／４λ位相差板２２０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００８７】
従って、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、凹面ミラー２３０で反射された映像光はＰＢＳ膜２１０で反射される。
【００８８】
なお、凹面ミラー２３０で反射された映像光がＰＢＳ膜２１０で反射されるため、絞り部１３０は、ＰＢＳ膜２１０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ｃ及び領域Ｄ）に分けた場合に、凹面ミラー２３０と同じ側の領域（領域Ｄ）に設けられる。
【００８９】
（作用及び効果）
第６実施形態に係る光学ユニット１００によれば、液晶パネル１１０から出射される映像光がＰ偏光であっても、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
［第７実施形態］
以下において、第７実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第５実施形態と第７実施形態との相違点について主として説明する。
【００９１】
具体的には、上述した第５実施形態では、凹面ミラー２３０で反射された映像光は、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に集光されて、そのまま取り出される。これに対して、第７実施形態では、ピンホール１３１に集光された映像光は、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に集光された後に、極小ミラーによって反射されてから取り出される。
【００９２】
（光学ユニットの構成）
以下において、第７実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、第７実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図８では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。なお、図８では、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成のみが記載されており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成が省略されていることに留意すべきである。
【００９３】
図８に示すように、光学ユニット１００は、図６に示した構成に加えて、１／４λ位相差板２４０と、極小ミラー２５０とを有する。なお、液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射する。
【００９４】
１／４λ位相差板２４０は、１／４λ位相差板１５０と同様に、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。凹面ミラー２３０で反射されて１／４λ位相差板２２０を透過した映像光がＰ偏光であるため、１／４λ位相差板２４０は、ＰＢＳ膜２１０を挟んで凹面ミラー２３０と対向する位置に設けられる。なお、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光が集光されるため、１／４λ位相差板２４０は、ピンホール１３１をカバーする程度のサイズを有していれば十分である。映像光の有効活用及びサイズの縮小化の観点で、１／４λ位相差板２４０はピンホール１３１に近接して配置されることが好ましい。
【００９５】
極小ミラー２５０は、１／４λ位相差板２４０を透過した映像光を１／４λ位相差板２４０側に反射する平面ミラーである。なお、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光が集光されるため、極小ミラー２５０は、１／４λ位相差板２４０と同様に、ピンホール１３１をカバーする程度のサイズを有していれば十分である。映像光の有効活用及びサイズの縮小化の観点で、極小ミラー２５０はピンホール１３１に近接して配置されることが好ましい。
【００９６】
このように、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光は、１／４λ位相差板２４０を透過した後に、極小ミラー２５０で反射されて、１／４λ位相差板２４０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光が１／４λ位相差板２４０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００９７】
従って、極小ミラー２５０で反射されて、１／４λ位相差板２４０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、極小ミラー２５０で反射された映像光はＰＢＳ膜２１０で反射される。
【００９８】
図８に示すように、液晶パネル１１０、絞り部１３０、ＰＢＳ膜２１０、１／４λ位相差板２２０、凹面ミラー２３０、１／４λ位相差板２４０及び極小ミラー２５０はユニット化されることが好ましい。
【００９９】
（作用及び効果）
第７実施形態に係る光学ユニット１００によれば、第５実施形態の構成に加えて、極小ミラー２５０が映像光を反射するため、装置のサイズ拡大をさらに抑制しながら、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの光路長を長くすることができる。さらに、１／４λ位相差板２４０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板２４０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【０１００】
［第８実施形態］
以下において、第８実施形態について図面を参照しながら説明する。第８実施形態は、上述した第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせた実施形態である。
【０１０１】
（光学ユニットの構成）
以下において、第８実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図９は、第８実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図９では、図５及び図６と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【０１０２】
図９に示すように、光学ユニット１００は、図５に示した構成と図６に示した構成とを有する。具体的には、光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成については、図６に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図５に示した構成を有する。
【０１０３】
［第９実施形態］
以下において、光学ユニット１００を収容する筐体の容積について、図面を参照しながら説明する。比較例としては、上述したＰＢＳ膜や１／４λ位相差板が用いられていない光学ユニットを例示する。実施例としては、上述した第８実施形態に係る光学ユニットを例示する。ここでは、光学ユニットは、液晶パネルから接眼レンズまでの光学素子によって構成されるユニットである。従って、筐体は、液晶パネルから接眼レンズまでの光学素子を収容する。
【０１０４】
（比較例）
以下において、比較例について、図１０を参照しながら説明する。図１０に示すように、比較例では、液晶パネル１１０に照射される光を発する点光源３１０と、点光源３１０から出射された光を平行光化するレンズ３２０とが設けられている。
【０１０５】
比較例に係る光学ユニットは、液晶パネル１１０と、レンズ１２０ａと、レンズ１２０ｂと、絞り部１３０と、接眼レンズ２００とを有する。液晶パネル１１０、絞り部１３０及び接眼レンズ２００は、上述した実施形態と同様の構成を有するため、これらの説明については省略する。
【０１０６】
レンズ１２０ａ及びレンズ１２０ｂは、液晶パネル１１０上で形成された像を像面１１０ｘ上に略結像する再回折光学系である。絞り部１３０は、ピンホール１３１がレンズ１２０ａの焦点位置に重なるように配置される。
【０１０７】
ここで、光学ユニットを収容する筐体に必要な長さ（筐体長ＬＭ）は、光路ａ〜光路ｅの合計であり、“５ｆ”である。ここで、“ｆ”は、レンズ１２０ａ、レンズ１２０ｂ及び接眼レンズ２００の焦点距離である。
【０１０８】
従って、光学ユニットを収容する筐体の容積は、“Ｓ×ＬＭ＝Ｓ×５ｆ”である。但し、Ｓは、液晶パネル１１０から出射される光束の断面積である。
【０１０９】
（実施例）
以下において、実施例について、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照しながら説明する。図１１（ａ）に示すように、実施例では、液晶パネル１１０に照射される光を発する点光源３１０と、点光源３１０から出射された光を平行光化するレンズ３２０とが設けられている。
【０１１０】
実施例に係る光学ユニット１００は、第８実施形態と同様に、液晶パネル１１０と、ＰＢＳ膜２１０と、１／４λ位相差板２２０と、凹面ミラー２３０と、絞り部１３０と、ＰＢＳ膜１４０と、１／４λ位相差板１５０と、凹面ミラー１６０と、１／４λ位相差板１７０と、反射ミラー１８０と、接眼レンズ２００とを有する。各光学素子は、上述した第８実施形態と同様の構成を有するため、各光学素子の説明については省略する。
【０１１１】
実施例に係る光学ユニット１００では、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、ＰＢＳ膜２１０によって光路ａ及び光路ｂが重ね合わされ、ＰＢＳ膜１４０によって光路ｃ〜光路ｅが重ね合わされる。
【０１１２】
ここで、光学ユニット１００を収容する筐体に必要な長さ（筐体長Ｌ’Ｍ’）は、“２ｆ”である。ここで、“ｆ”は、レンズ１２０ａ、凹面ミラー１６０及び凹面ミラー２３０の焦点距離である。なお、レンズ１２０ａ、凹面ミラー１６０及び凹面ミラー２３０のＦナンバーが“１”であることを前提としていることに留意すべきである。
【０１１３】
従って、光学ユニット１００を収容する筐体の容積は、“Ｓ×ＬＭ＝Ｓ×２ｆ”である。但し、Ｓは、液晶パネル１１０から出射される光束の断面積である。
【０１１４】
（比較例と実施例との対比）
上述したように、実施例における液晶パネル１１０から接眼レンズ２００までの光路長は、比較例における液晶パネル１１０から接眼レンズ２００までの光路長と同様である。一方で、実施例に係る光学ユニット１００を収容する筐体に必要な長さ（筐体長Ｌ’Ｍ’）は、比較例に係る光学ユニットを収容する筐体に必要な長さ（筐体長ＬＭ）よりも短い。
【０１１５】
この結果、実施例に係る光学ユニット１００を収容する筐体の容積は、比較例に係る光学ユニットを収容する筐体の容積よりも小さい。具体的には、実施例に係る筐体の容積は、比較例に係る筐体の容積の２／５である。
【０１１６】
［第１０実施形態］
以下において、第１０実施形態について、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照しながら説明する。図１２（ａ）は、ヘッドマウント型表示装置２０の側面視を示す図であり、図１２（ｂ）は、ヘッドマウント型表示装置２０の上面視を示す図である。
【０１１７】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、環状部材４１０と、調整具４２０と、ノーズパッド４３０と、イヤーパッド４４０（イヤーパッド４４０ａ及びイヤーパッド４４０ｂ）と、連結部材４５０と、表示ユニット４６０とを有する。
【０１１８】
環状部材４１０は、ユーザ１０の頭部に装着される部材であり、環状形状を有している。環状部材４１０は、可塑性を有する樹脂などによって構成される。
【０１１９】
調整具４２０は、ユーザ１０の後頭部１５側において環状部材４１０に設けられており、ユーザ１０の後頭部１５と環状部材４１０の内面４１０ａとの間に形成される空隙ｐを調整する。例えば、調整具４２０は、内面４１０ａの内径が小さくなるように、環状部材４１０のサイズを調整する構成を有する。調整具４２０は、内面４１０ａの内側に設けられた後頭部パッドを後頭部１５に押し付ける構成を有していてもよい。
【０１２０】
ノーズパッド４３０は、ユーザ１０の前頭部側において環状部材４１０から下方に向けて設けられており、鼻（鼻筋）に押し当てられるパッドである。ヘッドマウント型表示装置２０は、ノーズパッド４３０によって鼻で支持される。
【０１２１】
イヤーパッド４４０は、ユーザ１０の側頭部側において環状部材４１０から下方に向けて設けられており、耳の付け根に押し当てられるパッドである。ヘッドマウント型表示装置２０は、イヤーパッド４４０によって耳の付け根で支持される。
【０１２２】
連結部材４５０は、ユーザ１０の前頭部側において環状部材４１０から下方に向けて設けられており、環状部材４１０と表示ユニット４６０とを連結する。具体的には、図１３に示すように、連結部材４５０は、取付け具４５１と、取付け具４５２と、アーム部４５３と、アーム部４５６とを有する。
【０１２３】
取付け具４５１は、環状部材４１０に螺子止めや接着によって取り付けられる部材である。取付け具４５１は、アーム部４５３に設けられた回転ボール４５４を回動可能に支持する。
【０１２４】
取付け具４５２は、表示ユニット４６０に螺子止めや接着によって取り付けられる部材である。取付け具４５２は、アーム部４５６に設けられた回転ボール４５８によって回動可能に支持される。
【０１２５】
アーム部４５３は、取付け具４５１によって回動可能に支持されており、円錐状可動範囲を有する。具体的には、アーム部４５３は、回転ボール４５４と、ボール支持部４５５とを有する。回転ボール４５４は、球状形状を有している。ボール支持部４５５は、アーム部４５６に設けられた回転ボール４５７を回動可能に支持する。
【０１２６】
アーム部４５６は、アーム部４５３によって回動可能に支持されており、円錐状可動範囲を有する。具体的には、アーム部４５６は、回転ボール４５７と、回転ボール４５８とを有する。回転ボール４５７及び回転ボール４５８は、球状形状を有する。
【０１２７】
表示ユニット４６０は、点光源３１０、レンズ３２０及び光学ユニット１００などによって構成されるユニットである。表示ユニット４６０は、環状部材４１０がユーザ１０の頭部に装着された状態において、ユーザ１０の眼球１１の前方に配置される。
【０１２８】
光学ユニット１００としては、上述した第１実施形態〜第８実施形態のいずれかに係る光学ユニットを用いることが可能である。なお、図１２（ｂ）では、上述した第８実施形態に係る光学ユニットが例示されている。
【０１２９】
上述したように、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０の後頭部１５、ユーザ１０の鼻及びユーザ１０の両耳の付け根によって４点で支持される。従って、表示ユニット４６０がある程度の重みを有していても、ユーザ１０の眼球１１の前方から表示ユニット４６０がずれることが抑制される。
【０１３０】
アーム部４５３は、回転ボール４５４によって環状部材４１０（取付け具４５１）によって回動可能に支持されており、アーム部４５６は、回転ボール４５７によってアーム部４５３に回動可能に支持されている。表示ユニット４６０は、回転ボール４５８によって連結部材４５０（取付け具４５２）に回動可能に支持されている。従って、ユーザ１０の眼球１１の前方に表示ユニット４６０が配置されるように、表示ユニット４６０の位置を微調整することが可能である。
【０１３１】
［第１１実施形態］
以下において、第１１実施形態について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、ヘッドマウント型表示装置２０を含む映像表示システムを示す図である。
【０１３２】
図１４に示すように、映像表示システムでは、上述したヘッドマウント型表示装置２０に映像制御ＢＯＸ５００が接続されている。
【０１３３】
映像制御ＢＯＸ５００は、入力ＩＦ５１０と、映像信号処理回路５２０と、出力ＩＦ５３０と、操作ＩＦ５４０と、バッテリ５５０と、整流回路５６０と、スイッチ５７０とを有する。
【０１３４】
入力ＩＦ５１０は、外部機器（例えば、カメラ６００やテレビ７００）などから入力される映像入力信号を受付ける。
【０１３５】
映像信号処理回路５２０は、映像入力信号を映像出力信号に変換する。具体的には、映像信号処理回路５２０は、ヘッドマウント型表示装置２０に適用可能な映像出力信号に映像入力信号を変換する。
【０１３６】
例えば、映像信号処理回路５２０は、γ補正回路、信号変換回路、デコード回路などを含む。γ補正回路は、ヘッドマウント型表示装置２０に設けられた液晶パネル１１０に応じて定められたγカーブに従って、映像入力信号を映像出力信号に変換する回路である。信号変換回路は、例えば、ＲＧＢ信号をコンポーネント信号に変換する回路、コンポーネント信号をＲＧＢ信号に変換する回路、ＹＣ分離回路などである。デコード回路は、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）に規定されたＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４などに従って、映像入力信号の復号などを行う回路である。
【０１３７】
出力ＩＦ５３０は、映像信号処理回路５２０によって変換された映像出力信号をヘッドマウント型表示装置２０に出力する。
【０１３８】
操作ＩＦ５４０は、操作ボタンなどによって構成されたヒューマンインタフェースである。例えば、ユーザ１０は、操作ＩＦ５４０に対する操作によって、映像の早送り、映像の停止、映像の巻き戻し、カラー／白黒切り替え、白黒反転などを行うことが可能である。
【０１３９】
バッテリ５５０は、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００に供給すべき電力を蓄積可能に構成された電池である。整流回路５６０は、交流電力を直流電力に整流する回路である。
【０１４０】
スイッチ５７０は、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００に電力を供給する電源を切り替える。例えば、スイッチ５７０は、ＡＣ電源が取得可能である場合には、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００に整流回路５６０を接続する。一方で、スイッチ５７０は、ＡＣ電源が取得不可である場合には、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００にバッテリ５５０を接続する。なお、スイッチ５７０は、ユーザ１０の操作に応じて電源を切り替えてもよい。
【０１４１】
［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０１４２】
例えば、図１５に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０の眼球１１の前方にカメラ６００を有する。カメラ６００は、表示ユニット４６０に設けられている。カメラ６００としては、ＣＣＤカメラなどのような小型カメラを用いることが好ましい。カメラ６００は、ユーザ１０の視線方向上に設けられていることが好ましい。斜視などの視覚障害者に適用可能なように、表示ユニット４６０は、カメラ６００を回動可能に支持することが好ましい。この場合には、ユーザの瞳孔が向いている方向上に表示ユニット４６０（液晶パネル１１０）が設けられ、ユーザの顔が向いている方向にカメラ６００が向くように、表示ユニット４６０がカメラ６００を支持することが好ましい。
【０１４３】
上述した実施形態では、液晶パネル１１０に光を照射する光源として点光源３１０を例示したが、これに限定されるものではない。具体的には、図１６に示すように、液晶パネル１１０に光を照射する光源として面光源３３０を用いてもよい。このようなケースでは、面光源３３０は、平行光を出射することが好ましい。これによって、面光源３３０と液晶パネル１１０との距離を短縮することができ、表示ユニット４６０の小型化を図ることができる。
【０１４４】
上述した実施形態では、ヘッドマウント型表示装置２０は、片眼のみに対応する表示ユニット４６０を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、図１７（ａ）に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、両眼のそれぞれに対応する１対の表示ユニット４６０（表示ユニット４６０ａ及び表示ユニット４６０ｂ）を有していてもよい。図１７（ｂ）に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、表示ユニット４６０ａ及び表示ユニット４６０ｂに加えてカメラ６００を有していてもよい。このようなケースでは、カメラ６００は、ユーザ１０の鼻上に配置されることが好ましい。なお、カメラ６００は、ヘッドマウント型表示装置２０に設けられた環状部材４１０によって支持されていてもよい。
【０１４５】
液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成と絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成との組合せは、第８実施形態に示した構成に限定されるものではない。具体的には、光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成について、図６に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図３に示した構成を有していてもよい。
【０１４６】
光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成について、図７に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図２に示した構成を有していてもよい。光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成について、図７に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図４に示した構成を有していてもよい。
【０１４７】
上述した実施形態では、液晶パネル１１０に光を照射する光源の種類について特に触れていないが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などを光源として用いることができる。
【０１４８】
上述した実施形態では、光変調素子の一例として液晶パネル１１０を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【０１４９】
上述した実施形態では、光源から液晶パネル１１０までの構成について特に触れていないが、光源が発する光の偏光方向を揃える光学部材や光源が発する光を均質化する光学部材が設けられていてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】第１実施形態に係るヘッドマウント型表示装置２０の概略を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図５】第４実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図６】第５実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図７】第６実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図８】第７実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図９】第８実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図１０】第９実施形態に係る比較例を説明するための図である。
【図１１】第９実施形態に係る実施例を説明するための図である。
【図１２】第１０実施形態に係るヘッドマウント型表示装置２０の構成を示す図である。
【図１３】第１０実施形態に係る連結部材４５０の構成を示す図である。
【図１４】第１１実施形態に係る映像制御ＢＯＸ５００の構成を示す図である。
【図１５】その他の実施形態に係る表示ユニット４６０の構成を示す図である。
【図１６】その他の実施形態に係る表示ユニット４６０の構成を示す図である。
【図１７】その他の実施形態に係る表示ユニット４６０の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０・・・ユーザ、１１・・・眼球、１２・・・瞳孔、２０・・・ヘッドマウント型表示装置、１００・・・光学ユニット、１１０・・・液晶パネル、１２０・・・集光レンズ、１３０・・・絞り部、１３１・・・ピンホール、１４０・・・ＰＢＳ膜、１５０・・・１／４λ位相差板、１６０・・・凹面ミラー、１７０・・・１／４λ位相差板、１８０・・・反射ミラー、２００・・・接眼レンズ、２１０・・・ＰＢＳ膜、２２０・・・１／４λ位相差板、２３０・・・凹面ミラー、２４０・・・１／４λ位相差板、２５０・・・極小ミラー、３３１０・・・点光源、３２０・・・レンズ、３３０・・・面光源、４１０・・・環状部材、４１０ａ・・・内面、４２０・・・調整具、４３０・・・ノーズパッド、４４０・・・イヤーパッド、４５０・・・連結部材、４５１・・・取付け具、４５２・・・取付け具、４５３・・・アーム部、４５４・・・回転ボール、４５５・・・ボール支持部、４５６・・・アーム部、４５７・・・回転ボール、４５８・・・回転ボール、４６０・・・表示ユニット、５００・・・映像制御ＢＯＸ、５１０・・・入力ＩＦ、５２０・・・映像信号処理回路、５３０・・・出力ＩＦ、５４０・・・操作ＩＦ、５５０・・・バッテリ、５６０・・・整流回路、５７０・・・スイッチ、６００・・・カメラ、７００・・・テレビ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子から出射される映像光を眼球に集光する光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光変調素子から出射される映像光を眼球に集光するヘッドマウント型表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。ヘッドマウント型表示装置は、ユーザの頭部に装着される構成を有しており、ユーザは任意の姿勢で映像を見ることができる。
【０００３】
一方で、ユーザが弱視である場合には、眼球の水晶体の焦点機能が低下しているため、映像光を眼球の瞳孔に十分に集光しなければ、映像を適切に網膜に結像することができない。従って、光変調素子から出射される映像光をピンホールに絞り込んだ上で、ピンホールを通った映像光を眼球の瞳孔に集光する方法が提案されている。
【０００４】
ここで、眼球の直近にピンホールを設けると、ユーザの視野が狭くなるため、ピンホールを通った後に広がった映像光を再び眼球の瞳孔に集光することが好ましい。
【特許文献１】特開平７−２５０２９２号公報（請求項１、図８など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ピンホールを通った後に広がった映像光を均質化するために、ピンホールから接眼レンズまでの距離を十分に確保する必要がある。ピンホールから接眼レンズまでの距離を十分に確保すると、ヘッドマウント型表示装置のサイズが拡大する。
【０００６】
ヘッドマウント型表示装置は、上述したように、ユーザの頭部に装着されるため、装置のサイズ拡大は好ましくない。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、装置のサイズ拡大を抑制しながら、弱視者であっても映像を見ることを可能とする光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一ので特徴では、光学ユニットは、映像光を出射する光変調素子（液晶パネル１１０）と、前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口（ピンホール１３１）を有する絞り部（絞り部１３０）と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜（ＰＢＳ膜１４０）と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板（１／４λ位相差板１５０）と、前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラー（凹面ミラー１６０）と、前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズ（接眼レンズ２００）とを備える。
【０００９】
かかる特徴によれば、接眼レンズが、絞り部に設けられた開口に絞り込まれた映像光を眼球に集光するため、眼球の水晶体の焦点機能が低下している弱視者であっても、映像を見ることができる。また、第１ＰＢＳ膜や第１凹面ミラーが映像光を反射するため、装置のサイズ拡大を抑制しながら、絞り部から接眼レンズまでの光路長を長くすることができ、映像光を十分に均質化することができる。さらに、第１位相差板が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、第１位相差板を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００１０】
上述した一の特徴において、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられる。
【００１１】
上述した一の特徴において、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられる。
【００１２】
上述した一の特徴において、光学ユニットは、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板（１／４λ位相差板１７０）と、前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラー（反射ミラー１８０）とをさらに備える。前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記反射ミラーと同じ側に設けられる。
【００１３】
上述した一の特徴において、光学ユニットは、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜で反射された前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板（１／４λ位相差板１７０）と、前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラー（反射ミラー１８０）とをさらに備える。前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記接眼レンズは、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記反射ミラーと対向する位置に設けられる。
【００１４】
上述した一の特徴において、光学ユニットは、前記光変調素子から出射される前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第２ＰＢＳ膜（ＰＢＳ膜２１０）と、前記第２ＰＢＳ膜で反射された前記映像光又は前記第２ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第３位相差板（１／４λ位相差板２２０）と、前記第３位相差板を透過した前記映像光を前記第３位相差板側に反射する第２凹面ミラー（凹面ミラー２３０）とをさらに備える。前記第２凹面ミラーが、前記映像光を前記開口に集光する。
【００１５】
一の特徴では、ユーザの頭部に装着されるヘッドマウント型表示装置は、環状形状を有しており、ユーザの頭部に装着される環状部材と、ユーザの後頭部側において前記環状部材に設けられており、ユーザの後頭部と前記環状部材の内面との間に形成される空隙を調整する調整具と、ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、ユーザの鼻に押し当てられるノーズパッドと、ユーザの眼球の前方に設けられた表示ユニットと、ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、前記環状部材と前記表示ユニットとを連結する連結部材とを備える。前記表示ユニットは、映像光を出射する光変調素子と、前記光変調素子に光を照射する光源と、前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口を有する絞り部と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜と、前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板と、前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラーと、前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズとを有する。
【００１６】
上述した一の特徴において、ヘッドマウント型表示装置は、ユーザの側頭部側において前記環状部材から下方に向けて設けられており、ユーザの耳の付け根に押し当てられるイヤーパッドをさらに備える。
【００１７】
上述した一の特徴において、前記連結部材は、前記環状部材側に設けられた第１アーム部と、前記表示ユニット側に設けられた第２アーム部とを有しており、前記第１アーム部は、前記第２アーム部を回動可能に支持する。
【００１８】
上述した一の特徴において、前記環状部材は、前記第１アーム部を回動可能に支持する。
【００１９】
上述した一の特徴において、前記第２アーム部は、前記表示ユニットを回動可能に支持する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、装置のサイズ拡大を抑制しながら、弱視者であっても映像を見ることを可能とする光学ユニット及びヘッドマウント型表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施形態に係るヘッドマウント型表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【００２２】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２３】
［第１実施形態］
（ヘッドマウント型表示装置の概略）
以下において、第１実施形態に係るヘッドマウント型表示装置の概略について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るヘッドマウント型表示装置２０の概略を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０の頭部に装着される構成を有する。ヘッドマウント型表示装置２０の構成は、眼鏡のようにかける構成であってもよく、ヘルメットのように被る構成であってもよい。
【００２５】
なお、第１実施形態では、ヘッドマウント型表示装置２０は、映像光をユーザ１０の眼球に集光する装置である。特に、第１実施形態では、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０が弱視者であっても、ユーザ１０が映像光を見ることを可能とする装置である。なお、ユーザ１０は、任意の姿勢で映像をみることができる。
【００２６】
（光学ユニットの構成）
以下において、第１実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【００２７】
図２に示すように、光学ユニット１００は、液晶パネル１１０と、集光レンズ１２０と、絞り部１３０と、ＰＢＳ膜１４０と、１／４λ位相差板１５０と、凹面ミラー１６０と、接眼レンズ２００とを有する。
【００２８】
液晶パネル１１０は、光源（不図示）が発する光を変調して、映像光を出射する光変調素子である。液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射する。
【００２９】
集光レンズ１２０は、液晶パネル１１０が発する映像光を集光する。具体的には、集光レンズ１２０は、絞り部１３０に設けられた開口（ピンホール１３１）に映像光を集光する。
【００３０】
絞り部１３０は、遮光部材によって構成される。絞り部１３０は、集光レンズ１２０によって集光された映像光が通るピンホール１３１を有する。絞り部１３０は、ピンホール１３１が集光レンズ１２０の焦点位置に重なるように配置される。
【００３１】
ＰＢＳ膜１４０は、光の偏光方向に応じて、反射光及び透過光に光を分離するＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）膜である。具体的には、ＰＢＳ膜１４０は、Ｐ偏光の映像光を透過し、Ｓ偏光の映像光を反射する。ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通ったＳ偏光の映像光を凹面ミラー１６０側に反射し、凹面ミラー１６０で反射されて戻ってきたＰ偏光の映像光を接眼レンズ２００側に透過する。
【００３２】
１／４λ位相差板１５０は、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。１／４λ位相差板１５０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸（図２では、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光の光軸）に対して略９０°の傾きを有する。１／４λ位相差板１５０は、ＰＢＳ膜１４０で映像光が反射された側に設けられる。
【００３３】
凹面ミラー１６０は、１／４λ位相差板１５０を透過した映像光を１／４λ位相差板１５０側に反射する。凹面ミラー１６０は、映像光を反射することによって、映像光を均質化する。
【００３４】
このように、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光は、１／４λ位相差板１５０を透過した後に、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光が１／４λ位相差板１５０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００３５】
従って、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過した映像光の偏光方向はＰ偏光である。この結果、凹面ミラー１６０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０を透過する。
【００３６】
接眼レンズ２００は、凹面ミラー１６０で反射された映像光を眼球１１の瞳孔１２に集光する。接眼レンズ２００は、瞳孔１２に集光された映像光は、眼球１１の網膜に結像する。凹面ミラー１６０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０を透過するため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０を挟んで凹面ミラー１６０と対向する位置に設けられる。
【００３７】
（作用及び効果）
第１実施形態に係る光学ユニット１００によれば、接眼レンズ２００が、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に絞り込まれた映像光を眼球１１の瞳孔１２に集光するため、眼球１１の水晶体の焦点機能が低下している弱視者であっても、映像を見ることができる。また、ＰＢＳ膜１４０及び凹面ミラー１６０が映像光を反射するため、装置のサイズ拡大を抑制しながら、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの光路長を長くすることができ、映像光を十分に均質化することができる。さらに、１／４λ位相差板１５０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板１５０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００３８】
［第２実施形態］
以下において、第２実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との相違点について主として説明する。
【００３９】
上述した第１実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＳ偏光である。これに対して、第２実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＰ偏光である。
【００４０】
（光学ユニットの構成）
以下において、第２実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。なお、図３では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【００４１】
図３に示すように、液晶パネル１１０は、Ｐ偏光の映像光を出射し、集光レンズ１２０は、Ｐ偏光の映像光をピンホール１３１に集光する。
【００４２】
ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜１４０は、ピンホール１３１を通ったＰ偏光の映像光を凹面ミラー１６０側に透過し、凹面ミラー１６０で反射されて戻ってきたＳ偏光の映像光を接眼レンズ２００側に反射する。
【００４３】
１／４λ位相差板１５０は、ピンホール１３１を通った映像光の光軸（図３では、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光の光軸）に対して略９０°の傾きを有する。１／４λ位相差板１５０は、ＰＢＳ膜１４０を映像光が透過した側に設けられる。
【００４４】
凹面ミラー１６０は、１／４λ位相差板１５０を透過した映像光を１／４λ位相差板１５０側に反射する。凹面ミラー１６０は、映像光を反射することによって、映像光を均質化する。
【００４５】
このように、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光は、１／４λ位相差板１５０を透過した後に、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光が１／４λ位相差板１５０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００４６】
従って、凹面ミラー１６０で反射されて、１／４λ位相差板１５０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、凹面ミラー１６０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０で反射される。
【００４７】
接眼レンズ２００は、凹面ミラー１６０で反射された映像光を眼球１１の瞳孔１２に集光する。接眼レンズ２００は、瞳孔１２に集光された映像光は、眼球１１の網膜に結像する。凹面ミラー１６０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０で反射されるため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ａ及び領域Ｂ）に分けた場合に、凹面ミラー１６０と同じ側の領域（領域Ａ）に設けられる。
【００４８】
（作用及び効果）
第２実施形態に係る光学ユニット１００によれば、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１を通る映像光がＰ偏光であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
［第３実施形態］
以下において、第３実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との相違点について主として説明する。
【００５０】
具体的には、上述した第１実施形態では、凹面ミラー１６０で反射された映像光は、ＰＢＳ膜１４０を透過して、そのまま接眼レンズ２００に照射される。これに対して、第３実施形態では、凹面ミラー１６０で反射された映像光は、反射ミラーで再び反射されてから、接眼レンズ２００に照射される。
【００５１】
（光学ユニットの構成）
以下において、第３実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、第３実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図４では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【００５２】
図４に示すように、光学ユニット１００は、図２に示した構成に加えて、１／４λ位相差板１７０と、反射ミラー１８０とを有する。
【００５３】
図４に示すように、液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射し、集光レンズ１２０は、Ｓ偏光の映像光をピンホール１３１に集光する。
【００５４】
１／４λ位相差板１７０は、１／４λ位相差板１５０と同様に、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。凹面ミラー１６０で反射されて１／４λ位相差板１５０を透過した映像光がＰ偏光であるため、１／４λ位相差板１７０は、ＰＢＳ膜１４０を挟んで凹面ミラー１６０と対向する位置に設けられる。
【００５５】
反射ミラー１８０は、１／４λ位相差板１７０を透過した映像光を１／４λ位相差板１７０側に反射する平面ミラーである。
【００５６】
このように、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光は、１／４λ位相差板１７０を透過した後に、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０を透過した映像光が１／４λ位相差板１７０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００５７】
従って、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、反射ミラー１８０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０で反射される。
【００５８】
なお、反射ミラー１８０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０で反射されるため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ａ及び領域Ｂ）に分けた場合に、反射ミラー１８０と同じ側の領域（領域Ａ）に設けられる。
【００５９】
（作用及び効果）
第３実施形態に係る光学ユニット１００によれば、第１実施形態の構成に加えて、反射ミラー１８０が映像光を反射するため、装置のサイズ拡大をさらに抑制しながら、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの光路長を十分に確保することができる。さらに、１／４λ位相差板１７０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板１７０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００６０】
［第４実施形態］
以下において、第４実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第３実施形態と第４実施形態との相違点について主として説明する。
【００６１】
上述した第３実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＳ偏光である。これに対して、第４実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光（ピンホール１３１を通った映像光）はＰ偏光である。
【００６２】
（光学ユニットの構成）
以下において、第４実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、第４実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図５では、図４と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【００６３】
図５に示すように、液晶パネル１１０は、Ｐ偏光の映像光を出射し、集光レンズ１２０は、Ｐ偏光の映像光をピンホール１３１に集光する。
【００６４】
１／４λ位相差板１７０は、１／４λ位相差板１５０と同様に、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。凹面ミラー１６０で反射されて１／４λ位相差板１５０を透過した映像光がＳ偏光であるため、１／４λ位相差板１７０は、ＰＢＳ膜１４０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ａ及び領域Ｂ）に分けた場合に、凹面ミラー１６０と同じ側の領域（領域Ａ）に設けられる。
【００６５】
このように、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光は、１／４λ位相差板１７０を透過した後に、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜１４０で反射された映像光が１／４λ位相差板１７０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００６６】
従って、反射ミラー１８０で反射されて、１／４λ位相差板１７０を再び透過した映像光の偏光方向はＰ偏光である。この結果、反射ミラー１８０で反射された映像光はＰＢＳ膜１４０を透過する。
【００６７】
なお、反射ミラー１８０で反射された映像光がＰＢＳ膜１４０を透過するため、接眼レンズ２００は、ＰＢＳ膜１４０を挟んで反射ミラー１８０と対向する位置に設けられる。
【００６８】
（作用及び効果）
第４実施形態に係る光学ユニット１００によれば、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１を通る映像光がＰ偏光であっても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
［第５実施形態］
以下において、第５実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第５実施形態との相違点について主として説明する。
【００７０】
具体的には、上述した第１実施形態では、液晶パネル１１０から出射された光は、集光レンズ１２０によってピンホール１３１に集光される。これに対して、第５実施形態では、液晶パネル１１０から出射された光は、ＰＢＳ膜、１／４λ位相差板及び凹面ミラーによってピンホール１３１に集光される。
【００７１】
（光学ユニットの構成）
以下において、第５実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、第５実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図６では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。なお、図６では、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成のみが記載されており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成が省略されていることに留意すべきである。
【００７２】
図６に示すように、光学ユニット１００は、ＰＢＳ膜２１０と、１／４λ位相差板２２０と、凹面ミラー２３０とを有する。なお、液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射する。
【００７３】
ＰＢＳ膜２１０は、ＰＢＳ膜１４０と同様に、光の偏光方向に応じて、反射光及び透過光に光を分離するＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）膜である。ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射される映像光の光軸に対して、略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射されるＳ偏光の映像光を凹面ミラー２３０側に反射し、凹面ミラー２３０で反射されて戻ってきたＰ偏光の映像光を絞り部１３０側に透過する。
【００７４】
１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０で反射された映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する。液晶パネル１１０から出射された映像光がＳ偏光であるため、１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ｃ及び領域Ｄ）に分けた場合に、液晶パネル１１０と同じ側の領域（領域Ｃ）に設けられる。
【００７５】
凹面ミラー２３０は、１／４λ位相差板２２０を透過した映像光を１／４λ位相差板２２０側に反射する。凹面ミラー２３０は、映像光を反射することによって、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光を集光する。
【００７６】
このように、ＰＢＳ膜２１０で反射された映像光は、１／４λ位相差板２２０を透過した後に、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜２１０で反射された映像光が１／４λ位相差板２２０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００７７】
従って、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過した映像光の偏光方向はＰ偏光である。この結果、凹面ミラー２３０で反射された映像光はＰＢＳ膜２１０を透過する。
【００７８】
なお、凹面ミラー２３０で反射された映像光がＰＢＳ膜２１０を透過するため、絞り部１３０は、ＰＢＳ膜２１０を挟んで凹面ミラー２３０と対向する位置に設けられる。
【００７９】
（作用及び効果）
第５実施形態に係る光学ユニット１００によれば、凹面ミラー２３０が映像光を反射した上で、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光を集光するため、装置のサイズ拡大を抑制しながら、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの光路長を長くすることができる。さらに、１／４λ位相差板２２０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板２２０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【００８０】
［第６実施形態］
以下において、第６実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第５実施形態と第６実施形態との相違点について主として説明する。
【００８１】
具体的には、上述した第５実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光はＳ偏光である。これに対して、第２実施形態では、液晶パネル１１０から出射される映像光はＰ偏光である。
【００８２】
（光学ユニットの構成）
以下において、第６実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図７は、第６実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図７では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。なお、図７では、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成のみが記載されており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成が省略されていることに留意すべきである。また、液晶パネル１１０は、Ｐ偏光の映像光を出射する。
【００８３】
図７に示すように、ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射される映像光の光軸に対して、略４５°の傾きを有する。なお、ＰＢＳ膜２１０は、液晶パネル１１０から出射されるＰ偏光の映像光を凹面ミラー２３０側に透過し、凹面ミラー２３０で反射されて戻ってきたＳ偏光の映像光を絞り部１３０側に反射する。
【００８４】
１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する。液晶パネル１１０から出射される映像光がＰ偏光であるため、１／４λ位相差板２２０は、ＰＢＳ膜２１０を挟んで液晶パネル１１０と対向する位置に設けられる。
【００８５】
凹面ミラー２３０は、１／４λ位相差板２２０を透過した映像光を１／４λ位相差板２２０側に反射する。凹面ミラー２３０は、映像光を反射することによって、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光を集光する。
【００８６】
このように、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光は、１／４λ位相差板２２０を透過した後に、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光が１／４λ位相差板２２０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００８７】
従って、凹面ミラー２３０で反射されて、１／４λ位相差板２２０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、凹面ミラー２３０で反射された映像光はＰＢＳ膜２１０で反射される。
【００８８】
なお、凹面ミラー２３０で反射された映像光がＰＢＳ膜２１０で反射されるため、絞り部１３０は、ＰＢＳ膜２１０の延長面（ＳＰＢＳ）を境として光学ユニット１００内の空間を２つの領域（領域Ｃ及び領域Ｄ）に分けた場合に、凹面ミラー２３０と同じ側の領域（領域Ｄ）に設けられる。
【００８９】
（作用及び効果）
第６実施形態に係る光学ユニット１００によれば、液晶パネル１１０から出射される映像光がＰ偏光であっても、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
［第７実施形態］
以下において、第７実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第５実施形態と第７実施形態との相違点について主として説明する。
【００９１】
具体的には、上述した第５実施形態では、凹面ミラー２３０で反射された映像光は、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に集光されて、そのまま取り出される。これに対して、第７実施形態では、ピンホール１３１に集光された映像光は、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に集光された後に、極小ミラーによって反射されてから取り出される。
【００９２】
（光学ユニットの構成）
以下において、第７実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、第７実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図８では、図２と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。なお、図８では、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成のみが記載されており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成が省略されていることに留意すべきである。
【００９３】
図８に示すように、光学ユニット１００は、図６に示した構成に加えて、１／４λ位相差板２４０と、極小ミラー２５０とを有する。なお、液晶パネル１１０は、Ｓ偏光の映像光を出射する。
【００９４】
１／４λ位相差板２４０は、１／４λ位相差板１５０と同様に、光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換し、光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換する位相差板である。凹面ミラー２３０で反射されて１／４λ位相差板２２０を透過した映像光がＰ偏光であるため、１／４λ位相差板２４０は、ＰＢＳ膜２１０を挟んで凹面ミラー２３０と対向する位置に設けられる。なお、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光が集光されるため、１／４λ位相差板２４０は、ピンホール１３１をカバーする程度のサイズを有していれば十分である。映像光の有効活用及びサイズの縮小化の観点で、１／４λ位相差板２４０はピンホール１３１に近接して配置されることが好ましい。
【００９５】
極小ミラー２５０は、１／４λ位相差板２４０を透過した映像光を１／４λ位相差板２４０側に反射する平面ミラーである。なお、絞り部１３０に設けられたピンホール１３１に映像光が集光されるため、極小ミラー２５０は、１／４λ位相差板２４０と同様に、ピンホール１３１をカバーする程度のサイズを有していれば十分である。映像光の有効活用及びサイズの縮小化の観点で、極小ミラー２５０はピンホール１３１に近接して配置されることが好ましい。
【００９６】
このように、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光は、１／４λ位相差板２４０を透過した後に、極小ミラー２５０で反射されて、１／４λ位相差板２４０を再び透過する。すなわち、ＰＢＳ膜２１０を透過した映像光が１／４λ位相差板２４０を２回透過することによって、映像光の偏光方向が略９０°回転し、映像光の偏光状態は、Ｓ偏光からＰ偏光又はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
【００９７】
従って、極小ミラー２５０で反射されて、１／４λ位相差板２４０を再び透過した映像光の偏光方向はＳ偏光である。この結果、極小ミラー２５０で反射された映像光はＰＢＳ膜２１０で反射される。
【００９８】
図８に示すように、液晶パネル１１０、絞り部１３０、ＰＢＳ膜２１０、１／４λ位相差板２２０、凹面ミラー２３０、１／４λ位相差板２４０及び極小ミラー２５０はユニット化されることが好ましい。
【００９９】
（作用及び効果）
第７実施形態に係る光学ユニット１００によれば、第５実施形態の構成に加えて、極小ミラー２５０が映像光を反射するため、装置のサイズ拡大をさらに抑制しながら、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの光路長を長くすることができる。さらに、１／４λ位相差板２４０が映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換した後に映像光の偏光状態を円偏光から直線偏光に変換するように、１／４λ位相差板２４０を映像光が２回透過する構成を採ることによって、映像光の偏光状態を９０°回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換された映像光又はＰ偏光からＳ偏光に変換された映像光を取り出すことが可能となる。
【０１００】
［第８実施形態］
以下において、第８実施形態について図面を参照しながら説明する。第８実施形態は、上述した第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせた実施形態である。
【０１０１】
（光学ユニットの構成）
以下において、第８実施形態に係る光学ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図９は、第８実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。図９では、図５及び図６と同様の構成について同様の符号を付していることに留意すべきである。
【０１０２】
図９に示すように、光学ユニット１００は、図５に示した構成と図６に示した構成とを有する。具体的には、光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成については、図６に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図５に示した構成を有する。
【０１０３】
［第９実施形態］
以下において、光学ユニット１００を収容する筐体の容積について、図面を参照しながら説明する。比較例としては、上述したＰＢＳ膜や１／４λ位相差板が用いられていない光学ユニットを例示する。実施例としては、上述した第８実施形態に係る光学ユニットを例示する。ここでは、光学ユニットは、液晶パネルから接眼レンズまでの光学素子によって構成されるユニットである。従って、筐体は、液晶パネルから接眼レンズまでの光学素子を収容する。
【０１０４】
（比較例）
以下において、比較例について、図１０を参照しながら説明する。図１０に示すように、比較例では、液晶パネル１１０に照射される光を発する点光源３１０と、点光源３１０から出射された光を平行光化するレンズ３２０とが設けられている。
【０１０５】
比較例に係る光学ユニットは、液晶パネル１１０と、レンズ１２０ａと、レンズ１２０ｂと、絞り部１３０と、接眼レンズ２００とを有する。液晶パネル１１０、絞り部１３０及び接眼レンズ２００は、上述した実施形態と同様の構成を有するため、これらの説明については省略する。
【０１０６】
レンズ１２０ａ及びレンズ１２０ｂは、液晶パネル１１０上で形成された像を像面１１０ｘ上に略結像する再回折光学系である。絞り部１３０は、ピンホール１３１がレンズ１２０ａの焦点位置に重なるように配置される。
【０１０７】
ここで、光学ユニットを収容する筐体に必要な長さ（筐体長ＬＭ）は、光路ａ〜光路ｅの合計であり、“５ｆ”である。ここで、“ｆ”は、レンズ１２０ａ、レンズ１２０ｂ及び接眼レンズ２００の焦点距離である。
【０１０８】
従って、光学ユニットを収容する筐体の容積は、“Ｓ×ＬＭ＝Ｓ×５ｆ”である。但し、Ｓは、液晶パネル１１０から出射される光束の断面積である。
【０１０９】
（実施例）
以下において、実施例について、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照しながら説明する。図１１（ａ）に示すように、実施例では、液晶パネル１１０に照射される光を発する点光源３１０と、点光源３１０から出射された光を平行光化するレンズ３２０とが設けられている。
【０１１０】
実施例に係る光学ユニット１００は、第８実施形態と同様に、液晶パネル１１０と、ＰＢＳ膜２１０と、１／４λ位相差板２２０と、凹面ミラー２３０と、絞り部１３０と、ＰＢＳ膜１４０と、１／４λ位相差板１５０と、凹面ミラー１６０と、１／４λ位相差板１７０と、反射ミラー１８０と、接眼レンズ２００とを有する。各光学素子は、上述した第８実施形態と同様の構成を有するため、各光学素子の説明については省略する。
【０１１１】
実施例に係る光学ユニット１００では、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、ＰＢＳ膜２１０によって光路ａ及び光路ｂが重ね合わされ、ＰＢＳ膜１４０によって光路ｃ〜光路ｅが重ね合わされる。
【０１１２】
ここで、光学ユニット１００を収容する筐体に必要な長さ（筐体長Ｌ’Ｍ’）は、“２ｆ”である。ここで、“ｆ”は、レンズ１２０ａ、凹面ミラー１６０及び凹面ミラー２３０の焦点距離である。なお、レンズ１２０ａ、凹面ミラー１６０及び凹面ミラー２３０のＦナンバーが“１”であることを前提としていることに留意すべきである。
【０１１３】
従って、光学ユニット１００を収容する筐体の容積は、“Ｓ×ＬＭ＝Ｓ×２ｆ”である。但し、Ｓは、液晶パネル１１０から出射される光束の断面積である。
【０１１４】
（比較例と実施例との対比）
上述したように、実施例における液晶パネル１１０から接眼レンズ２００までの光路長は、比較例における液晶パネル１１０から接眼レンズ２００までの光路長と同様である。一方で、実施例に係る光学ユニット１００を収容する筐体に必要な長さ（筐体長Ｌ’Ｍ’）は、比較例に係る光学ユニットを収容する筐体に必要な長さ（筐体長ＬＭ）よりも短い。
【０１１５】
この結果、実施例に係る光学ユニット１００を収容する筐体の容積は、比較例に係る光学ユニットを収容する筐体の容積よりも小さい。具体的には、実施例に係る筐体の容積は、比較例に係る筐体の容積の２／５である。
【０１１６】
［第１０実施形態］
以下において、第１０実施形態について、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照しながら説明する。図１２（ａ）は、ヘッドマウント型表示装置２０の側面視を示す図であり、図１２（ｂ）は、ヘッドマウント型表示装置２０の上面視を示す図である。
【０１１７】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、環状部材４１０と、調整具４２０と、ノーズパッド４３０と、イヤーパッド４４０（イヤーパッド４４０ａ及びイヤーパッド４４０ｂ）と、連結部材４５０と、表示ユニット４６０とを有する。
【０１１８】
環状部材４１０は、ユーザ１０の頭部に装着される部材であり、環状形状を有している。環状部材４１０は、可塑性を有する樹脂などによって構成される。
【０１１９】
調整具４２０は、ユーザ１０の後頭部１５側において環状部材４１０に設けられており、ユーザ１０の後頭部１５と環状部材４１０の内面４１０ａとの間に形成される空隙ｐを調整する。例えば、調整具４２０は、内面４１０ａの内径が小さくなるように、環状部材４１０のサイズを調整する構成を有する。調整具４２０は、内面４１０ａの内側に設けられた後頭部パッドを後頭部１５に押し付ける構成を有していてもよい。
【０１２０】
ノーズパッド４３０は、ユーザ１０の前頭部側において環状部材４１０から下方に向けて設けられており、鼻（鼻筋）に押し当てられるパッドである。ヘッドマウント型表示装置２０は、ノーズパッド４３０によって鼻で支持される。
【０１２１】
イヤーパッド４４０は、ユーザ１０の側頭部側において環状部材４１０から下方に向けて設けられており、耳の付け根に押し当てられるパッドである。ヘッドマウント型表示装置２０は、イヤーパッド４４０によって耳の付け根で支持される。
【０１２２】
連結部材４５０は、ユーザ１０の前頭部側において環状部材４１０から下方に向けて設けられており、環状部材４１０と表示ユニット４６０とを連結する。具体的には、図１３に示すように、連結部材４５０は、取付け具４５１と、取付け具４５２と、アーム部４５３と、アーム部４５６とを有する。
【０１２３】
取付け具４５１は、環状部材４１０に螺子止めや接着によって取り付けられる部材である。取付け具４５１は、アーム部４５３に設けられた回転ボール４５４を回動可能に支持する。
【０１２４】
取付け具４５２は、表示ユニット４６０に螺子止めや接着によって取り付けられる部材である。取付け具４５２は、アーム部４５６に設けられた回転ボール４５８によって回動可能に支持される。
【０１２５】
アーム部４５３は、取付け具４５１によって回動可能に支持されており、円錐状可動範囲を有する。具体的には、アーム部４５３は、回転ボール４５４と、ボール支持部４５５とを有する。回転ボール４５４は、球状形状を有している。ボール支持部４５５は、アーム部４５６に設けられた回転ボール４５７を回動可能に支持する。
【０１２６】
アーム部４５６は、アーム部４５３によって回動可能に支持されており、円錐状可動範囲を有する。具体的には、アーム部４５６は、回転ボール４５７と、回転ボール４５８とを有する。回転ボール４５７及び回転ボール４５８は、球状形状を有する。
【０１２７】
表示ユニット４６０は、点光源３１０、レンズ３２０及び光学ユニット１００などによって構成されるユニットである。表示ユニット４６０は、環状部材４１０がユーザ１０の頭部に装着された状態において、ユーザ１０の眼球１１の前方に配置される。
【０１２８】
光学ユニット１００としては、上述した第１実施形態〜第８実施形態のいずれかに係る光学ユニットを用いることが可能である。なお、図１２（ｂ）では、上述した第８実施形態に係る光学ユニットが例示されている。
【０１２９】
上述したように、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０の後頭部１５、ユーザ１０の鼻及びユーザ１０の両耳の付け根によって４点で支持される。従って、表示ユニット４６０がある程度の重みを有していても、ユーザ１０の眼球１１の前方から表示ユニット４６０がずれることが抑制される。
【０１３０】
アーム部４５３は、回転ボール４５４によって環状部材４１０（取付け具４５１）によって回動可能に支持されており、アーム部４５６は、回転ボール４５７によってアーム部４５３に回動可能に支持されている。表示ユニット４６０は、回転ボール４５８によって連結部材４５０（取付け具４５２）に回動可能に支持されている。従って、ユーザ１０の眼球１１の前方に表示ユニット４６０が配置されるように、表示ユニット４６０の位置を微調整することが可能である。
【０１３１】
［第１１実施形態］
以下において、第１１実施形態について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、ヘッドマウント型表示装置２０を含む映像表示システムを示す図である。
【０１３２】
図１４に示すように、映像表示システムでは、上述したヘッドマウント型表示装置２０に映像制御ＢＯＸ５００が接続されている。
【０１３３】
映像制御ＢＯＸ５００は、入力ＩＦ５１０と、映像信号処理回路５２０と、出力ＩＦ５３０と、操作ＩＦ５４０と、バッテリ５５０と、整流回路５６０と、スイッチ５７０とを有する。
【０１３４】
入力ＩＦ５１０は、外部機器（例えば、カメラ６００やテレビ７００）などから入力される映像入力信号を受付ける。
【０１３５】
映像信号処理回路５２０は、映像入力信号を映像出力信号に変換する。具体的には、映像信号処理回路５２０は、ヘッドマウント型表示装置２０に適用可能な映像出力信号に映像入力信号を変換する。
【０１３６】
例えば、映像信号処理回路５２０は、γ補正回路、信号変換回路、デコード回路などを含む。γ補正回路は、ヘッドマウント型表示装置２０に設けられた液晶パネル１１０に応じて定められたγカーブに従って、映像入力信号を映像出力信号に変換する回路である。信号変換回路は、例えば、ＲＧＢ信号をコンポーネント信号に変換する回路、コンポーネント信号をＲＧＢ信号に変換する回路、ＹＣ分離回路などである。デコード回路は、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）に規定されたＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４などに従って、映像入力信号の復号などを行う回路である。
【０１３７】
出力ＩＦ５３０は、映像信号処理回路５２０によって変換された映像出力信号をヘッドマウント型表示装置２０に出力する。
【０１３８】
操作ＩＦ５４０は、操作ボタンなどによって構成されたヒューマンインタフェースである。例えば、ユーザ１０は、操作ＩＦ５４０に対する操作によって、映像の早送り、映像の停止、映像の巻き戻し、カラー／白黒切り替え、白黒反転などを行うことが可能である。
【０１３９】
バッテリ５５０は、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００に供給すべき電力を蓄積可能に構成された電池である。整流回路５６０は、交流電力を直流電力に整流する回路である。
【０１４０】
スイッチ５７０は、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００に電力を供給する電源を切り替える。例えば、スイッチ５７０は、ＡＣ電源が取得可能である場合には、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００に整流回路５６０を接続する。一方で、スイッチ５７０は、ＡＣ電源が取得不可である場合には、表示ユニット４６０や映像制御ＢＯＸ５００にバッテリ５５０を接続する。なお、スイッチ５７０は、ユーザ１０の操作に応じて電源を切り替えてもよい。
【０１４１】
［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０１４２】
例えば、図１５に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、ユーザ１０の眼球１１の前方にカメラ６００を有する。カメラ６００は、表示ユニット４６０に設けられている。カメラ６００としては、ＣＣＤカメラなどのような小型カメラを用いることが好ましい。カメラ６００は、ユーザ１０の視線方向上に設けられていることが好ましい。斜視などの視覚障害者に適用可能なように、表示ユニット４６０は、カメラ６００を回動可能に支持することが好ましい。この場合には、ユーザの瞳孔が向いている方向上に表示ユニット４６０（液晶パネル１１０）が設けられ、ユーザの顔が向いている方向にカメラ６００が向くように、表示ユニット４６０がカメラ６００を支持することが好ましい。
【０１４３】
上述した実施形態では、液晶パネル１１０に光を照射する光源として点光源３１０を例示したが、これに限定されるものではない。具体的には、図１６に示すように、液晶パネル１１０に光を照射する光源として面光源３３０を用いてもよい。このようなケースでは、面光源３３０は、平行光を出射することが好ましい。これによって、面光源３３０と液晶パネル１１０との距離を短縮することができ、表示ユニット４６０の小型化を図ることができる。
【０１４４】
上述した実施形態では、ヘッドマウント型表示装置２０は、片眼のみに対応する表示ユニット４６０を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、図１７（ａ）に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、両眼のそれぞれに対応する１対の表示ユニット４６０（表示ユニット４６０ａ及び表示ユニット４６０ｂ）を有していてもよい。図１７（ｂ）に示すように、ヘッドマウント型表示装置２０は、表示ユニット４６０ａ及び表示ユニット４６０ｂに加えてカメラ６００を有していてもよい。このようなケースでは、カメラ６００は、ユーザ１０の鼻上に配置されることが好ましい。なお、カメラ６００は、ヘッドマウント型表示装置２０に設けられた環状部材４１０によって支持されていてもよい。
【０１４５】
液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成と絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成との組合せは、第８実施形態に示した構成に限定されるものではない。具体的には、光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成について、図６に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図３に示した構成を有していてもよい。
【０１４６】
光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成について、図７に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図２に示した構成を有していてもよい。光学ユニット１００は、液晶パネル１１０から絞り部１３０までの構成について、図７に示した構成を有しており、絞り部１３０から接眼レンズ２００までの構成については、図４に示した構成を有していてもよい。
【０１４７】
上述した実施形態では、液晶パネル１１０に光を照射する光源の種類について特に触れていないが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などを光源として用いることができる。
【０１４８】
上述した実施形態では、光変調素子の一例として液晶パネル１１０を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【０１４９】
上述した実施形態では、光源から液晶パネル１１０までの構成について特に触れていないが、光源が発する光の偏光方向を揃える光学部材や光源が発する光を均質化する光学部材が設けられていてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】第１実施形態に係るヘッドマウント型表示装置２０の概略を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図５】第４実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図６】第５実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図７】第６実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図８】第７実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図９】第８実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す図である。
【図１０】第９実施形態に係る比較例を説明するための図である。
【図１１】第９実施形態に係る実施例を説明するための図である。
【図１２】第１０実施形態に係るヘッドマウント型表示装置２０の構成を示す図である。
【図１３】第１０実施形態に係る連結部材４５０の構成を示す図である。
【図１４】第１１実施形態に係る映像制御ＢＯＸ５００の構成を示す図である。
【図１５】その他の実施形態に係る表示ユニット４６０の構成を示す図である。
【図１６】その他の実施形態に係る表示ユニット４６０の構成を示す図である。
【図１７】その他の実施形態に係る表示ユニット４６０の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０・・・ユーザ、１１・・・眼球、１２・・・瞳孔、２０・・・ヘッドマウント型表示装置、１００・・・光学ユニット、１１０・・・液晶パネル、１２０・・・集光レンズ、１３０・・・絞り部、１３１・・・ピンホール、１４０・・・ＰＢＳ膜、１５０・・・１／４λ位相差板、１６０・・・凹面ミラー、１７０・・・１／４λ位相差板、１８０・・・反射ミラー、２００・・・接眼レンズ、２１０・・・ＰＢＳ膜、２２０・・・１／４λ位相差板、２３０・・・凹面ミラー、２４０・・・１／４λ位相差板、２５０・・・極小ミラー、３３１０・・・点光源、３２０・・・レンズ、３３０・・・面光源、４１０・・・環状部材、４１０ａ・・・内面、４２０・・・調整具、４３０・・・ノーズパッド、４４０・・・イヤーパッド、４５０・・・連結部材、４５１・・・取付け具、４５２・・・取付け具、４５３・・・アーム部、４５４・・・回転ボール、４５５・・・ボール支持部、４５６・・・アーム部、４５７・・・回転ボール、４５８・・・回転ボール、４６０・・・表示ユニット、５００・・・映像制御ＢＯＸ、５１０・・・入力ＩＦ、５２０・・・映像信号処理回路、５３０・・・出力ＩＦ、５４０・・・操作ＩＦ、５５０・・・バッテリ、５６０・・・整流回路、５７０・・・スイッチ、６００・・・カメラ、７００・・・テレビ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光を出射する光変調素子と、
前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口を有する絞り部と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板と、
前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラーと、
前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズとを備えることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板と、
前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラーとをさらに備え、
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記反射ミラーと同じ側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜で反射された前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板と、
前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラーとをさらに備え、
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記反射ミラーと対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光変調素子から出射される前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第２ＰＢＳ膜と、
前記第２ＰＢＳ膜で反射された前記映像光又は前記第２ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第３位相差板と、
前記第３位相差板を透過した前記映像光を前記第３位相差板側に反射する第２凹面ミラーとをさらに備え、
前記第２凹面ミラーは、前記映像光を前記開口に集光することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項７】
ユーザの頭部に装着されるヘッドマウント型表示装置であって、
環状形状を有しており、ユーザの頭部に装着される環状部材と、
ユーザの後頭部側おいて前記環状部材に設けられており、ユーザの後頭部と前記環状部材の内面との間に形成される空隙を調整する調整具と、
ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、ユーザの鼻に押し当てられるノーズパッドと、
ユーザの眼球の前方に設けられた表示ユニットと、
ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、前記環状部材と前記表示ユニットとを連結する連結部材とを備え、
前記表示ユニットは、
映像光を出射する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射する光源と、
前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口を有する絞り部と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板と、
前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラーと、
前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズとを有することを特徴とするヘッドマウント型表示装置。
【請求項８】
ユーザの側頭部側において前記環状部材から下方に向けて設けられており、ユーザの耳の付け根に押し当てられるイヤーパッドをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項９】
前記連結部材は、前記環状部材側に設けられた第１アーム部と、前記表示ユニット側に設けられた第２アーム部とを有しており、
前記第１アーム部は、前記第２アーム部を回動可能に支持することを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項１０】
前記環状部材は、前記第１アーム部を回動可能に支持することを特徴とする請求項９に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項１１】
前記第２アーム部は、前記表示ユニットを回動可能に支持することを特徴とする請求項９に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項１】
映像光を出射する光変調素子と、
前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口を有する絞り部と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板と、
前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラーと、
前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズとを備えることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記第１凹面ミラーと対向する位置に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板と、
前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラーとをさらに備え、
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＳ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記反射ミラーと同じ側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を境として前記第１凹面ミラーと同じ側に設けられており、前記第１ＰＢＳ膜で反射された前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第２位相差板と、
前記第２位相差板を透過した前記映像光を前記第２位相差板側に反射する反射ミラーとをさらに備え、
前記接眼レンズは、前記開口を通った前記映像光がＰ偏光である場合において、前記第１ＰＢＳ膜を挟んで前記反射ミラーと対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光変調素子から出射される前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第２ＰＢＳ膜と、
前記第２ＰＢＳ膜で反射された前記映像光又は前記第２ＰＢＳ膜を透過した前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第３位相差板と、
前記第３位相差板を透過した前記映像光を前記第３位相差板側に反射する第２凹面ミラーとをさらに備え、
前記第２凹面ミラーは、前記映像光を前記開口に集光することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項７】
ユーザの頭部に装着されるヘッドマウント型表示装置であって、
環状形状を有しており、ユーザの頭部に装着される環状部材と、
ユーザの後頭部側おいて前記環状部材に設けられており、ユーザの後頭部と前記環状部材の内面との間に形成される空隙を調整する調整具と、
ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、ユーザの鼻に押し当てられるノーズパッドと、
ユーザの眼球の前方に設けられた表示ユニットと、
ユーザの前頭部側において前記環状部材に設けられており、前記環状部材と前記表示ユニットとを連結する連結部材とを備え、
前記表示ユニットは、
映像光を出射する光変調素子と、
前記光変調素子に光を照射する光源と、
前記光変調素子から出射される前記映像光が集光される焦点位置に開口を有する絞り部と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略４５°の傾きを有する第１ＰＢＳ膜と、
前記開口を通った前記映像光の光軸に対して略９０°の傾きを有しており、前記開口を通った前記映像光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する第１位相差板と、
前記第１位相差板を透過した前記映像光を前記第１位相差板側に反射する第１凹面ミラーと、
前記第１凹面ミラーで反射された前記映像光を眼球に集光する接眼レンズとを有することを特徴とするヘッドマウント型表示装置。
【請求項８】
ユーザの側頭部側において前記環状部材から下方に向けて設けられており、ユーザの耳の付け根に押し当てられるイヤーパッドをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項９】
前記連結部材は、前記環状部材側に設けられた第１アーム部と、前記表示ユニット側に設けられた第２アーム部とを有しており、
前記第１アーム部は、前記第２アーム部を回動可能に支持することを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項１０】
前記環状部材は、前記第１アーム部を回動可能に支持することを特徴とする請求項９に記載のヘッドマウント型表示装置。
【請求項１１】
前記第２アーム部は、前記表示ユニットを回動可能に支持することを特徴とする請求項９に記載のヘッドマウント型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−１３４６１９（Ｐ２００８−１３４６１９Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６７８２８（Ｐ２００７−２６７８２８）
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【復代理人】
【識別番号】１００１１７０６４
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 市太郎
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【復代理人】
【識別番号】１００１１７０６４
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 市太郎
【Ｆターム（参考）】
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