虚像显示装置以及光学单元制造方法及图纸

提供虚像显示装置以及光学单元，能够在不使光学系统大型化的情况下实现基于像差校正的分辨性能的提高。虚像显示装置和光学单元具有：投射透镜(21)；棱镜(22)，其对来自投射透镜(21)的图像光(ML)进行引导；以及反射镜部件(12b)，其将来自棱镜(22)的图像光(ML)朝向光瞳位置(PP)反射，棱镜(22)具有：第1面(22a)，其使图像光(ML)透过而入射进来；第2面(22b)，其使经过了第1面(22a)的图像光(ML)反射；以及第3面(22c)，其使经过了第2面(22b)的图像光(ML)朝向第2面(22b)反射，棱镜(22)使被第3面(22c)反射的图像光(ML)在第2面(22b)透过而射出。反射的图像光(ML)在第2面(22b)透过而射出。反射的图像光(ML)在第2面(22b)透过而射出。

【技术实现步骤摘要】
虚像显示装置以及光学单元


[0001]本专利技术涉及作为头戴显示器等的虚像显示装置以及组装于该虚像显示装置的光学单元。

技术介绍

[0002]作为如头戴显示器那样能够进行虚像的形成以及观察的虚像显示装置，提出了各种利用反射镜那样的光学元件将来自显示元件的图像光引导至观察者的瞳孔的类型的虚像显示装置。
[0003]专利文献1所记载的目镜光学系统具有：图像显示器；中继光学系统，其使图像显示器的显示图像进行中间成像；以及目镜反射面，其将来自中间像的光束引导至眼点。这里，中继光学系统包含折射光学系统和中继反射面。中继反射面和目镜反射面偏心并且具有变形(anamorphic)非球面形状。
[0004]专利文献1：日本特开平9
‑
43536号公报
[0005]专利文献1的装置通过将中继反射面或目镜反射面设为变形非球面来校正像差，但若将其应用于例如包含偏心光学系统的系统，则无法完全校正，分辨性能不足。另外，也考虑通过增加透镜来改善分辨性能，但这样的话，光学系统变大，有可能不适合于头戴显示器那样的强烈要求小型化的装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个方面的虚像显示装置具有：显示元件；投射透镜，其使从显示元件射出的图像光会聚；棱镜，其对从投射透镜射出的图像光进行引导；以及反射镜部件，其将从棱镜射出的图像光朝向光瞳位置反射，棱镜具有：第1面，其使来自投射透镜的图像光透过而入射进来；第2面，其使经过了第1面的图像光反射；以及第3面，其使经过了第2面的图像光朝向第2面反射，棱镜使被第3面反射的图像光在第2面透过而射出。
附图说明
[0007]图1是说明第1实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观立体图。
[0008]图2是示出图1中的虚像显示装置的光学系统的侧剖视图。
[0009]图3是概念性地示出棱镜的构造的侧剖视图。
[0010]图4是说明形成于显示元件的显示像的强制歪曲的图。
[0011]图5是示出第2实施方式的虚像显示装置的光学系统的侧剖视图。
[0012]图6是概念性地示出棱镜的构造的侧剖视图。
[0013]图7是示出一个变形例的虚像显示装置的光学系统的侧剖视图。
[0014]标号说明
[0015]11：显示元件；11a：显示面；12：光学单元(导光装置)；12a：导光系统；12b：反射镜部件；21：投射透镜；21a：入射面；21b：射出面；22：棱镜；22a：第1面；22b：第2面；22c：第3面；
23：透视反射镜；23a：反射面；100：虚像显示装置；101A、101B：显示装置；101C：支承装置；102：光学单元；103：外观部件；222：棱镜；222h：高折射部件；222p：主体部分；AS：贴合面；DA1：修正图像；DD1：往复箭头；EP：射出光瞳；EY：眼；HL：外界光；IG0、IG1：投影像；IM：中间像；ML：图像光；OS：重叠区域；PP：光瞳位置；RS：反射区域；TS：透过区域；TT：厚度；US：使用者；α、β：状态。
具体实施方式
[0016]〔第1实施方式〕
[0017]以下，参照附图，对本专利技术的第1实施方式的虚像显示装置以及组装于该虚像显示装置的光学单元的一例进行说明。
[0018]如图1所示，第1实施方式的虚像显示装置100是具有眼镜那样的外观的头戴显示器(HMD)，使佩戴该头戴显示器的观察者或者使用者US识别作为虚像的影像。在图1中，X、Y以及Z是垂直坐标系，+X方向与佩戴了虚像显示装置100的使用者US的双眼排列的横向对应，+Y方向相当于与对于使用者US而言的双眼排列的横向垂直的上方向，+Z方向相当于对于使用者US而言的前方向或者正面方向。
[0019]虚像显示装置100具有相对于右眼形成虚像的第1显示装置101A、相对于左眼形成虚像的第2显示装置101B以及支承两个显示装置101A、101B的镜腿状的支承装置101C。第1显示装置101A由配置在上部的光学单元102和以眼镜镜片状覆盖整体的外观部件103构成。第2显示装置101B也同样地由配置于上部的光学单元102和以眼镜镜片状覆盖整体的外观部件103构成。支承装置101C通过配置在外观部件103的背后的未图示的部件，在外观部件103的上端侧支承两个显示装置101A、101B。左眼用的第2显示装置101B具有与第1显示装置101A相同的构造。以下，对第1显示装置101A进行说明，对第2显示装置101B省略说明。
[0020]如图2所示，右眼用的第1显示装置101A具有显示元件11和光学单元12作为光学要素。其中，光学单元12由导光系统12a和反射镜部件12b构成。另外，从将来自显示元件11的图像光ML引导至光瞳位置PP的观点出发，光学单元12也称为导光装置。
[0021]显示元件11例如是以有机EL(有机电致发光、Organic Electro
‑
Luminescence)、无机EL、LED阵列、有机LED、激光器阵列、量子点发光型元件等为代表的自发光型的显示设备，在2维的显示面11a上形成彩色的静态图像或动态图像。显示元件11被未图示的驱动控制电路驱动而进行显示动作。在使用有机EL的显示屏或显示器作为显示元件11的情况下，成为具有有机EL控制部的结构。在使用量子点发光型的显示器作为显示元件11的情况下，构成为通过使蓝色发光二极管(LED)的光通过量子点膜而显现出绿色、红色。显示元件11不限于自发光型的显示元件，也可以由LCD及其他光调制元件构成，通过利用背光源那样的光源对该光调制元件进行照明来形成图像。作为显示元件11，也能够代替LCD而使用LCOS(Liquid crystal on silicon，LCoS为注册商标)、数字微镜器件等。
[0022]光学单元(导光装置)12由引导从显示元件11射出的图像光ML的导光系统12a和为了使从导光系统12a射出的图像光ML朝向光瞳位置PP而进行反射的反射镜部件12b构成。在图示的例子中，光学单元12由投射透镜(投射棱镜)21、棱镜22和透视反射镜23构成，其中，投射透镜21和棱镜22作为导光系统12a发挥功能，透视反射镜23作为反射镜部件12b发挥功能。
[0023]以下，对构成光学单元12的投射透镜21、棱镜22和透视反射镜23进行更详细的说明。
[0024]首先，构成导光系统12a的部件中的投射透镜(投射棱镜)21为单透镜(单棱镜)，作为所构成的光学面，具有入射面21a和射出面21b。投射透镜21使从显示元件11射出的图像光ML会聚。
[0025]接着，导光系统12a中的棱镜22是在透光性的拉延部件(主体部分)的一部分施加反射镜蒸镀面而构成的。即，棱镜22是具有使反射镜和透镜复合的功能的折射反射光学部件，对从投射透镜21射出的图像光ML进行引导。棱镜22使来自投射透镜21的图像光ML入射，在内部进行图像光ML的引导之后，射出图像光ML。因此，作为所构成的光学面，棱镜22具有作为透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚像显示装置，其具有：显示元件；投射透镜，其使从所述显示元件射出的图像光会聚；棱镜，其对从所述投射透镜射出的所述图像光进行引导；以及反射镜部件，其将从所述棱镜射出的所述图像光朝向光瞳位置反射，所述棱镜具有：第1面，其使来自所述投射透镜的所述图像光透过而入射进来；第2面，其使经过了所述第1面的所述图像光反射；以及第3面，其使经过了所述第2面的所述图像光朝向所述第2面反射，所述棱镜使被所述第3面反射的所述图像光在所述第2面透过而射出。2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，所述棱镜在所述第2面通过全反射使经过了所述第1面的所述图像光反射。3.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，所述第2面中的反射所述图像光的反射区域为凹面形状，所述第3面为凹面形状。4.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，在所述第2面存在反射所述图像光的反射区域与使所述图像光透过的透过区域重叠的区域。5.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，在所述第2面中，反射所述图像光的反射区域设置于比使所述图像光透过的透过区域靠近所述投射透镜的位置。6.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，所述棱镜具有将折射率存在差异的部件组合而成的贴合构造。7.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其中，所述棱镜由具有相对较高的折射率的高折射部件形成所述第2面。8.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，所述反射镜部件是将从所述棱镜射出的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口论人，井出光隆，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：