虚像显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供虚像显示装置，该虚像显示装置具有宽视角且小型，能够使观察者看到高品质的影像。通过在光路中设置半反射镜(21)而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且利用半透过型偏振板(23)来提高影像光(GL)在沿着观察者的眼睛的排列方向的方向上的透过率，从而在该方向上抑制图像的中心侧和周边侧的亮度不均，使观察者看到高品质的影像。

【技术实现步骤摘要】
虚像显示装置
本专利技术涉及虚像显示装置，该虚像显示装置佩戴于头部而向观察者提示由影像元件等形成的影像。
技术介绍
作为佩戴于观察者的头部的头戴显示器(headmounteddisplay，以下，也称为HMD)等虚像显示装置(或头部搭载型显示装置)，公知有如下的虚像显示装置：该虚像显示装置为宽视野的闭合型(closedtype)，通过设置利用了半反射镜的部分光学折返部而实现薄型且宽视角的光学系统(参照专利文献1、2)。但是，在HMD中，若想要实现薄型且宽视角的光学系统，对光学系统的负担增大，例如，有可能产生亮度不均等而使图像劣化。另外，关于图像的不均，在将与眼睛的排列方向平行的方向设为图像的水平方向、将与其垂直的方向设为垂直方向的情况下，人的眼睛在水平方向上比在垂直方向上更容易注意到颜色不均或亮度不均等。因此，需要进一步抑制水平方向的不均。而且，有可能因利用了半反射镜的部分光学折返部等而产生重影光，从而使图像劣化。专利文献1：日本特许第3295583号公报专利文献2：日本特许第4408159号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供宽视角且小型的、能够使观察者看到高品质的影像的虚像显示装置。本专利技术的第1虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；显示侧透镜，其使来自影像元件的影像光入射；观察者侧透镜，其设置在比显示侧透镜靠后的位置，对来自显示侧透镜的影像光进行会聚而向观察者的眼前侧射出；半反射镜，其设置在显示侧透镜的前方；以及半透过型偏振板，其设置在显示侧透镜与观察者侧透镜之间，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。在上述虚像显示装置中，通过在光路中设置半反射镜而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且利用半透过型偏振板来提高影像光在沿着观察者的眼睛的排列方向的方向上的透过率，从而在该方向上抑制图像的中心侧和周边侧的亮度不均，使观察者看到高品质的影像。在本专利技术的具体方面，还具有偏振转换部件，该偏振转换部件设置在半透过型偏振板的前方，对穿过的光的偏振状态进行转换。在该情况下，能够对想要入射到半透过型偏振板的成分的偏振状态进行转换。在本专利技术的其他方面，偏振转换部件是1/4波长板，其设置在显示侧透镜与半透过型偏振板之间，将朝向半透过型偏振板的成分转换为线偏振光。在该情况下，通过对往返于显示侧透镜与半透过型偏振板之间的成分的偏振状态进行适当转换，能够抑制重影光的产生。在本专利技术的另一方面，半透过型偏振板是反射型的线栅偏振板。在该情况下，能够根据影像光的偏振状态来高效地进行反射透过。在本专利技术的另一方面，半反射镜从观察者侧观察时为凹曲面形状。在该情况下，能够进一步提高通过利用半反射镜的反射而实现薄型化的效果。在本专利技术的另一方面，显示侧透镜和观察者侧透镜中的至少一方是取向双折射±0.01以下或光弹性常数10【10-12/Pa】以下的树脂透镜。在该情况下，能够通过抑制双折射的产生来抑制因材料导致的像差等，能够在维持光学性能的同时实现各透镜以及装置整体的轻量化以提高影像品质。另外，在本专利技术中，也将上述那样的树脂透镜称为零双折射性或低双折射性。在本专利技术的另一方面，树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向上侧。在该情况下，能够抑制对树脂透镜中的残留应力较多的部位的可视性的影响。在本专利技术的另一方面，树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向鼻侧。在该情况下，能够抑制对树脂透镜中的残留应力较多的部位的可视性的影响。另外，在该情况下，影像光的显示视野被设定为鼻侧的视野比其他视野小。在本专利技术的另一方面，树脂透镜具有成型时的浇口侧为切割后的面的D形状。在该情况下，在成型时的浇口侧，将树脂透镜切割成了D形状的面被配置为在佩戴时朝向上侧或鼻侧。在本专利技术的另一方面，使树脂透镜的浇口方向和半透过型偏振板的透过轴的方向对应而将半透过型偏振板和树脂透镜贴合。在该情况下，抑制对可视性的影响，并且对半透过型偏振板和树脂透镜进行一体地处理。在本专利技术的另一方面，显示侧透镜和观察者侧透镜中的至少一方是玻璃透镜。在该情况下，能够通过抑制双折射的产生来维持光学性能。在本专利技术的另一方面，显示侧透镜是折射率为1.55以上的折射透镜。在该情况下，能够使图像为充分宽的视角。在本专利技术的另一方面，影像元件由自发光型的元件构成，使圆偏振光的影像光射出。在该情况下，能够通过影像元件使影像光在圆偏振光的状态下射出。在本专利技术的另一方面，影像元件具有：偏振板，其使待射出的影像光成为线偏振光；以及1/4波长板，其使经过了该偏振板的成分为圆偏振光。在该情况下，能够利用1/4波长板使经过了偏振板的成分成为圆偏振光，通过该1/4波长板使影像光在圆偏振光的状态下射出。在本专利技术的另一方面，还具有消色差透镜，该消色差透镜设置在显示侧透镜的前方。在该情况下，能够抑制颜色不均的产生。在本专利技术的另一方面，还具有前级侧透镜，该前级侧透镜设置在紧接着影像元件的后级，将来自影像元件的影像光射出。在该情况下，能够通过设置前级侧透镜来实现充分的宽视角。在本专利技术的另一方面，还具有圆偏振转换部件，该圆偏振转换部件设置在半透过型偏振板与观察者侧透镜之间，将从半透过型偏振板射出的影像光的偏振状态转换成圆偏振光。在该情况下，能够通过圆偏振转换部件将从半透过型偏振板射出的影像光的偏振状态转换成圆偏振光而朝向观察者侧透镜射出。本专利技术的第2虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；透镜，其对来自影像元件的影像光进行会聚；半反射镜，其设置在透镜的前方；偏振转换部件，其设置在透镜的后方，对所穿过的光的偏振状态进行转换；以及半透过型偏振板，其设置在偏振转换部件的后方，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。在上述虚像显示装置中，通过在光路中设置半反射镜而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且通过在半反射镜与半透过型偏振板之间设置偏振转换部件来适当切换往返于半反射镜与半透过型偏振板之间的成分的偏振状态，从而抑制重影光的产生，使观察者看到高品质的影像。附图说明图1是对第1实施方式的虚像显示装置及其影像光的光路进行概念性说明的图。图2是用于说明菲涅尔反射量的曲线图。图3是概念性地示出在佩戴了虚像显示装置的情况下从侧方观察时的情形的图。图4是概念性地示出在佩戴了虚像显示装置的情况下从上方观察时的情形的图。图5是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。图6是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。图7是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。图8是用于说明与透镜的成型相关的另一例的图。图9是对第2实施方式的虚像显示装置进行概念性说明的图。图10是对第3实施方式的虚像显示装置进行概念性说明的图。图11是对一个变形例的虚像显示装置进行概念性说明的图。图12A是示出与透镜和光学部件的端面的形状相关的一个变形例的图。图12B是示出与透镜和光学部件的端面的形状相关的一个变形例的图。图13是用于说明与透镜端面相关的一个变形例的图。图14是用于说明与透镜或影像元件的配置相关的一个变形例的图。标号说明A1：方向；A2：箭头；AX：光轴；CC：轮廓；CC0：轮廓；CL：聚光透镜；CS：透镜端面；D1：区域；DL：显示侧透镜；EY：眼睛；GL：影像光；GT：浇口；L1：第1透镜；L2：第2透镜；L3：第3透镜；L4：第4透镜；OL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚像显示装置，该虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；显示侧透镜，其使来自所述影像元件的影像光入射；观察者侧透镜，其设置在比所述显示侧透镜靠后的位置，对来自所述显示侧透镜的影像光进行会聚而向观察者的眼前侧射出；半反射镜，其设置在所述显示侧透镜的前方；以及半透过型偏振板，其设置在所述显示侧透镜与所述观察者侧透镜之间，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。

【技术特征摘要】
2017.09.14 JP 2017-1764551.一种虚像显示装置，该虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；显示侧透镜，其使来自所述影像元件的影像光入射；观察者侧透镜，其设置在比所述显示侧透镜靠后的位置，对来自所述显示侧透镜的影像光进行会聚而向观察者的眼前侧射出；半反射镜，其设置在所述显示侧透镜的前方；以及半透过型偏振板，其设置在所述显示侧透镜与所述观察者侧透镜之间，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，该虚像显示装置还具有偏振转换部件，该偏振转换部件设置在所述半透过型偏振板的前方，对穿过的光的偏振状态进行转换。3.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其中，所述偏振转换部件是1/4波长板，其设置在所述显示侧透镜与所述半透过型偏振板之间，将朝向所述半透过型偏振板的成分转换成线偏振光。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，所述半透过型偏振板是反射型的线栅偏振板。5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，所述半反射镜从观察者侧观察时为凹曲面形状。6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，所述显示侧透镜和所述观察者侧透镜中的至少一方是取向双折射±0.01以下或光弹性常数10【10-12/Pa】以下的树脂透镜。7.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其中，所述树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向上侧。8.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其中，所述树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向鼻侧。9.根据权利要求7和8中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，所述树脂透镜具有成型时...

【专利技术属性】
技术研发人员：高木将行，小松朗，武田高司，宫尾敏明，山口论人，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP