头戴式显示器以及在该头戴式显示器中使用的虚像成像透镜制造技术

提供一种能够扩大用户能够清晰地视觉识别图像的范围的头戴式显示器。头戴式显示器(1)具备：显示装置(3)，其将左眼用图像(3a)和右眼用图像(3b)显示于画面(3c)上；以及左眼用虚像成像光学系统(4a)及右眼用虚像成像光学系统(4b)，所述左眼用虚像成像光学系统(4a)针对画面(3c)上的左眼用图像(3a)配置，所述右眼用虚像成像光学系统(4b)针对画面(3c)上的右眼用图像(3b)配置，虚像成像光学系统(4a、4b)在用户的视线所通过的各区域被设定了正度数，并且在与光学中心相比靠光轴正交方向外侧的位置具备被设定了比光学中心的度数靠负侧的度数的度数调整区域(55)。度数的度数调整区域(55)。度数的度数调整区域(55)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】头戴式显示器以及在该头戴式显示器中使用的虚像成像透镜


[0001]本专利技术涉及一种对用户映现立体像的头戴式显示器以及在该头戴式显示器中使用的虚像成像透镜。

技术介绍

[0002]近年来，虚拟现实(VR)技术和增强现实(AR)技术的研究开发发展，期待在从医疗、设计等专业领域到游戏、娱乐等一般消费领域的广泛的领域中的利用。在VR技术和AR技术中，使用一种头戴式显示器(HMD)来作为佩戴于头部的显示器装置(例如，参照专利文献1)。
[0003]头戴式显示器具备在画面上显示左眼用及右眼用图像的显示装置，通过在显示装置的画面上显示与左右眼睛分别对应的视差图像来对用户映现立体像。将像这样显示与左右眼睛对应的视差图像的立体显示方式称为双眼式立体显示。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：国际公开第2015/137165号

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]头戴式显示器在广角的范围内显示图像，以给用户带来高沉浸感。因此，期望的是：除了通过正面观看来视觉识别画面上显示的图像的情况以外，在通过侧面观看进行视觉识别的情况下，用户也能够清晰地视觉识别图像。
[0009]本专利技术以如上所述的情况为背景，其目的在于提供一种能够扩大用户能够清晰地视觉识别图像的范围的头戴式显示器以及在该头戴式显示器中使用的虚像成像透镜。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其第一方面如以下那样规定。
[0012]第一方面所规定的头戴式显示器具备：显示装置，其将左眼用图像和右眼用图像显示于画面上；左眼用虚像成像光学系统及右眼用虚像成像光学系统，所述左眼用虚像成像光学系统针对所述画面上的左眼用图像配置，所述右眼用虚像成像光学系统针对所述画面上的右眼用图像配置，其中，所述虚像成像光学系统在用户的视线所通过的各区域被设定了正度数，并且在与光学中心相比靠光轴正交方向外侧的位置具备被设定了比所述光学中心的度数靠负侧的度数的度数调整区域。在此，光轴正交方向外侧是指与虚像成像光学系统的光轴正交并且远离光轴的方向。
[0013]在头戴式显示器中，使用为了获得显示于显示装置的左眼用图像和右眼用图像的虚像(放大正立像)而被设定了规定的正度数的虚像成像光学系统。普通的头戴式显示器中，在其虚像成像光学系统中使用了球面设计透镜或度数固定的非球面透镜，因此在与正面观看的情况相比从用户的眼睛到显示装置的画面的距离更远的侧面观看的情况下，显示装置的画面的位置与用户能够清晰地视觉识别图像的焦点的位置之间的偏差变大，导致用
户视觉识别的图像的分辨率降低。
[0014]与此相对地，在第一方面所规定的头戴式显示器中，在与虚像成像光学系统的光学中心相比靠光轴正交方向外侧的位置设定有被设定了比光学中心的度数靠负侧的度数的度数调整区域，因此用户进行侧面观看时的焦点的位置(用户能够清晰地视觉识别图像的位置)向远方延长，能够比以往更清晰地视觉识别位于显示装置的画面的周边部的图像。即，除了通过正面观看来视觉识别显示装置的画面上显示的图像的情况以外，在通过侧面观看进行视觉识别的情况下也能够清晰地视觉识别，从而能够扩大用户能够清晰地视觉识别图像的范围。
[0015]在此，所述度数调整区域包括随着趋向光轴正交方向外侧而度数向负侧变化的区域(第二方面)。
[0016]关于第三方面所规定的头戴式显示器，在第一方面或第二方面所规定的头戴式显示器中，由具备第一透镜和第二透镜的组合透镜构成虚像成像光学系统，其中，所述第一透镜被设定了正度数，所述第二透镜是与所述第一透镜分体的透镜，具备所述度数调整区域，所述第二透镜在光轴方向上与所述第一透镜重叠地配置。
[0017]在此，第一透镜包括以往在虚像成像光学系统中使用的球面设计透镜、度数固定的非球面透镜。即，通过在以往的虚像成像光学系统中追加所述第二透镜来起到与第一方面同等的效果。
[0018]在该情况下，相较于所述光学中心处的度数与所述第二透镜的所述光学中心处的度数相等并且透镜中心厚度与所述第二透镜的透镜中心厚度相等的球面设计透镜，所述第二透镜的边缘厚度被设定得更厚(第四方面)。
[0019]关于第五方面所规定的头戴式显示器，在第一方面或第二方面所规定的头戴式显示器中，由单个透镜构成所述虚像成像光学系统。
[0020]由此，与用组合透镜构成了虚像成像光学系统的情况相比，能够实现轻量化。
[0021]在该情况下，相较于光学中心处的度数与所述单个透镜的光学中心处的度数相等并且透镜中心厚度与所述单个透镜的透镜中心厚度相等的球面设计透镜，所述单个透镜的边缘厚度被设定得更厚(第六方面)。
[0022]关于第七方面所规定的头戴式显示器，在第一方面～第六方面中的任一方面所规定的头戴式显示器中，所述显示装置具有显示所述左眼用图像的左眼用画面和显示所述右眼用图像的右眼用画面，所述头戴式显示器还具备：左眼用半透半反镜，其配置于所述左眼用虚像成像光学系统的与所述左眼用画面相反的一侧且配置于用户的左眼的前方；以及右眼用半透半反镜，其配置于所述右眼用虚像成像光学系统的与所述右眼用画面相反的一侧且配置于用户的右眼的前方。
[0023]第八方面所规定的虚像成像透镜是在头戴式显示器的虚像成像光学系统中使用的透镜，所述虚像成像透镜在用户的视线所通过的各区域被设定了正度数，并且在与光学中心相比靠光轴正交方向外侧的位置具备被设定了比所述光学中心的度数靠负侧的度数的度数调整区域。
[0024]根据像这样规定的第八方面的虚像成像透镜，在头戴式显示器中使用，从而起到与第一方面同等的效果。
附图说明
[0025]图1是示出本专利技术的实施方式所涉及的VR用HMD的概要结构的图。
[0026]图2的(A)是示出该实施方式的VR用HMD的虚像成像透镜的一半的概要图，(B)是示意性地示出该透镜的沿着透镜的光轴正交方向的平均度数的变化的图。
[0027]图3的(A)是示出该实施方式的VR用HMD的焦点的位置与画面的关系的图。(B)是作为比较例而示出在虚像成像光学系统中使用了球面设计透镜的情况下的焦点的位置与画面的关系的图。
[0028]图4的(A)是示意性地示出与图2的(B)不同的平均度数的变化的图。(B)是示意性地示出与图2的(B)及图4的(A)不同的平均度数的变化的图。
[0029]图5是由组合透镜构成的虚像成像光学系统的概要图。
[0030]图6是示出为了确认本专利技术的效果而使用的图像观察装置的概要结构的图。
[0031]图7是在图6的图像观察装置中使用的虚像成像光学系统的概要结构图，(A)示出使用了由第一透镜和第二透镜组成的组合透镜的情况，(B)示出仅使用了第一透镜的情况。
[0032]图8是对由图6的图像观察装置观察到的图像进行拍摄而得到的照片，(A)示出使用了图7的(A)的虚像成像光学系统的情况，(B)示出使用了图7的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种头戴式显示器，具备：显示装置，其将左眼用图像和右眼用图像显示于画面上；左眼用虚像成像光学系统及右眼用虚像成像光学系统，所述左眼用虚像成像光学系统针对所述画面上的左眼用图像配置，所述右眼用虚像成像光学系统针对所述画面上的右眼用图像配置，其中，所述虚像成像光学系统在用户的视线所通过的各区域被设定了正度数，并且在与光学中心相比靠光轴正交方向外侧的位置具备被设定了比所述光学中心的度数靠负侧的度数的度数调整区域。2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述度数调整区域包括随着趋向光轴正交方向外侧而度数向负侧变化的区域。3.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器，其特征在于，所述虚像成像光学系统由具备第一透镜和第二透镜的组合透镜构成，其中，所述第一透镜被设定了正度数，所述第二透镜是与所述第一透镜分体的透镜，具备所述度数调整区域，所述第二透镜在光轴方向上与所述第一透镜重叠地配置。4.根据权利要求3所述的头戴式显示器，其特征在于，相较于所述光学中心处的度数与所述第二透镜的所述光学中心处的度数相等并且透镜中心厚度与所述第二透镜的透镜中心厚度相等的球面设...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫岛泰史，高木康博，
申请(专利权)人：伊藤光学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：