本发明专利技术涉及一种图像显示装置，其包括：图像生成装置；和光导部，用于接收和传导从图像生成装置输出的光，然后将光射向瞳孔，光导部包括：光导板，以全反射的方式在其内部传播入射光并且从其内部射出光，第一偏转部，设置于光导板并且用于偏转入射到光导板的光，从而入射到光导板的光在光导板的内部被完全地反射，和第二偏转部，设置于光导板且用于以全反射的方式多次偏转在光导板的内部传播的光，以通过全反射将在光导板的内部传播的光从光导板射出，图像显示装置还包括：光束扩展部，光进入光导板的方向和光在光导板中的传播方向分别被定义为X方向和Y方向，光束扩展部扩展从图像生成装置沿Z方向射出的光并将所扩展的光射出到光导部。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学装置和其中整合有所述光学装置的图像显示装置。
技术介绍
作为图像显示装置的虚拟图像显示装置已经为人所熟知，在该图像显示装置中，虚拟图像光学系统允许观察者看到由图像形成装置形成的二维图像的放大的虚拟图像，例如，见 JP-T-2005-521099 和日本特开 2006-162767。 如图25中概念性地示出的，上述的图像显示装置900包括图像形成装置911，其包括以二维矩阵形式设置的多个像素；校准光学系统912，用于将从图像形成装置911的像素射出的光转换成为平行光；和光导部930，用于接收、传导和射出来自校准光学系统912的平行光。光导部930包括光导板931，用于通过全反射在其内部传播入射光，并且然后从其中射出所传播的光；第一偏转部940，其例如由单层光反射膜形成用于反射入射到光导板931的光,从而入射到光导板931的光在光导板931的内部被完全地反射；和第二偏转部950，其例如由具有多层的层叠结构的光反射多层膜形成，用于以全反射的方式将在光导板931的内部传播的光从光导板931射出。如果，例如头戴型显示(HMD)单元由上述的这样的图像显示装置900形成，则能够实现装置的轻量化和小型化。替代地，已知作为图像显示装置的虚拟图像显示装置，在该虚拟图像显示装置中，允许观察者观察到由虚拟图像光学系统生成的由图像形成装置形成的二维图像的放大的虚拟图像，例如，见日本特开2007-094175和日本特开2007-012530。如图26和图27中概念性地示出的，作为图像显示装置1000的基础组件，上述的图像显示装置1000包括图像形成装置1011，用于显示图像；校准光学系统1012 ;和虚假图像光学系统或光导部1030，其接收图像形成装置1011的光并且将所输入的光传导到观察者的瞳孔41。光导部1030包括光导板1031 ;和设置于光导板1031并且分别由反射型体积全息照相衍射光栅形成的第一衍射光栅构件1040和第二衍射光栅构件1050。从图像形成装置1011的像素射出的光被输入到校准光学系统1012，并且由校准光学系统1012产生平行光，然后所产生的平行光被入射到光导板1031。所述平行光进入并经过光导板1031的第一面1032。同时,第一衍射光栅构件1040和第二衍射光栅构件1050被安装于光导板1031的沿平行于光导板1031的第一面1032的方向延伸的第二面1033。
技术实现思路
在图26示出的XY平面图中，显示从图像形成装置1011射出的光的图像被转换成为平行光束组，其中从图像形成装置1011的像素射出的光的视角即出射角与校准光学系统1012彼此不同。平行光束组与XY平面正交，并且被入射到光导板1031。应注意到，在图26中，XY平面中的代表性的平行光束示表示为由实线表示的平行光束!^ ;由交替的长短点划线表示的1~2 ;和由虚线表示的r3。另外，在图27中，XZ平面中代表性的平行光束表示为由实线表示的平行光束R1 ;由交替的长短点划线表示的R2 ;和由虚线表示的R3。在图26和图27示出的图像显示装置1000中，左右方向即水平方向和上下方向即垂直方向分别被定义为Y方向和Z方向。具体地，显示用于显示图像的光、显示多种信息等的图像被从横向方向传导向 观察者的瞳孔41并且进入瞳孔41。注意到，其中图像显示装置1000被应用于头戴型显示(HMD)单元，图像形成装置等不是被设置于瞳孔41的上方，而是设置于相对于瞳孔41的横向方向，从而能够良好地观察到外部世界。在另一方面，利用上述的这样的构造，由于在光导板1031的内部传导的光的传播距离相对地较大，出现下面的问题。这里，在上述的构造中，显示从光导板1031的第一面1032输出的光的图像被输入到由反射型体积全息照相衍射光栅形成的第一衍射光栅构件1040，其中衍射光栅构件1040设置于与第一面1032相对的第二面1033。注意到，反射型体积全息照相衍射光栅具有如下构造该构造具有均一的干涉光栅间距，而且与位置无关。关于XY平面上的X方向分量，由光导板1031中的第一衍射光栅构件1040反射的衍射光的光束A、V2和r3被传导作为平行光，同时在第一面1032和第二面1033之间重复地完全地反射，并且沿Y方向向第二衍射光栅构件1050行进，所述第二衍射光栅构件1050由反射型体积全息照相衍射光栅形成并设置于光导板1031的另一端。这里，如上所述，由于光导板1031较薄并且光在光导板1031中先进的路径相对较长，根据如图26所示的水平视角，全反射到第二衍射光栅构件1050的次数不同。因此，以相对于第二衍射光栅构件1050倾斜(即，其水平视角为正)的状态从输入到光导板1031的平行光ri、r2和r3中输入的平行光r3的反射的次数小于平行光T1的反射的次数，其中平行光T1以与平行光r3的方向相反的方向的视角(即，其水平视角为负)输入到光导板1031。特别地，由于第一衍射光栅构件1040上的全息面上的干涉光栅间距均一,关于第一衍射光栅构件1040中的衍射反射的出射角，其中水平视角为正的平行光1~3的出射角大于其中水平视角为负的平行光!^的出射角。因此，具有输入到第二衍射光栅构件1050的视角的平行光从全反射状态经历衍射反射，从光导板1031射出，然后输入到观察者的瞳孔41。以这种方式，沿平行光束的行进方向，在光导板1031中的反射次数根据水平视角而不同。换句话说，光程长度不同。但是，由于所有传播的光束是平行光束，因此，光束组以被折回的方式(a manner as to be folded)行进。如所清楚明了的,如果在日本特开2007-12530的图14中示出的构造中进行反向光线追踪(inverse ray tracing),则存在这样的光束，其从所述光束组中被返回并且在延伸过第一衍射光栅构件1040和第二面1033的位置处被反射。如果进行反向光线追踪，则一部分光束(即，在第二面1033上被反射的部分)被重复地反射以在第一衍射光栅构件1040的不同位置处衍射以到达校准光学系统1012。在另一方面,剩余光束在第一衍射光栅构件1040的端部被衍射以到达校准光学系统1012。特别地，虽然光束是从同一像素射出的平行光并具有相同的视角，存在这样的光束，其在光导板1031中的被复用的第一衍射光栅构件1040的不同部分处被衍射反射以进行传播。以这种方式，在上述的这样的光学系统中，必须的光束的Y方向的宽度，即Y方向的孔径闭合宽度(aperture stop width)由光束被会聚的端点所确定。在光导板1031上，第一衍射光栅构件1040的在其上从校准光学系统1012射出并输入到光导板1031的平行光束组被衍射反射的位置被确定为Y方向的孔径闭合位置。在另一方面，关于在XZ平面上的水平视角彼此不同的入射光RpR2和R3,虽然X方向的分量在光导板1031中被重复地反射，Z方向分量以不被反射的方式到达出口部。特别地，从校准光学系统1012射出的光被会聚并且被从XZ平面上的第一面1032输入，并且然后沿Y方向在光导板1031中行进。然后，光束以在光导板1031中的第一面1032和第二面1033上被反射的状态行进，以在Z方向上扩展直到它们到达第二衍射光栅构件1050。然后，光束被衍射本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种图像显示装置，其包括：（A）图像生成装置；和（B）光导部，用于接收和传导从所述图像生成装置输出的光，然后将所述光射向观察者的瞳孔，所述光导部包括：（B？1）光导板，用于以全反射的方式在其内部传播所述入射光并且从其内部射出所述光，（B？2）第一偏转部，其设置于所述光导板并且用于偏转入射到所述光导板的光，从而入射到所述光导板的光在所述光导板的内部被完全地反射，和（B？3）第二偏转部，其设置于所述光导板并且用于以全反射的方式多次偏转在所述光导板的内部传播的光，以通过全反射将在所述光导板的内部传播的光从所述光导板射出，所述图像显示装置还包括：光束扩展部，其中，所述光进入所述光导板的方向和所述光在所述光导板中的传播方向分别被定义为X方向和Y方向，所述光束扩展部扩展从所述图像生成装置沿Z方向射出的光并将所扩展的光射出到所述光导部。
【技术特征摘要】
2009.07.22 JP 170730/09;2010.04.27 JP 101615/10;21.一种图像显示装置，其包括 (A)图像生成装置；和 (B)光导部，用于接收和传导从所述图像生成装置输出的光，然后将所述光射向观察者的瞳孔， 所述光导部包括 (B-I)光导板，用于以全反射的方式在其内部传播所述入射光并且从其内部射出所述光， (B-2)第一偏转部，其设置于所述光导板并且用于偏转入射到所述光导板的光，从而入 射到所述光导板的光在所述光导板的内部被完全地反射，和 (B-3)第二偏转部，其设置于所述光导板并且用于以全反射的方式多次偏转在所述光导板的内部传播的光，以通过全反射将在所述光导板的内部传播的光从所述光导板射出， 所述图像显示装置还包括 光束扩展部，其中，所述光进入所述光导板的方向和所述光在所述光导板中的传播方向分别被定义为X方向和Y方向，所述光束扩展部扩展从所述图像生成装置沿Z方向射出的光并将所扩展的光射出到所述光导部。2.根据权利要求I所述的图像显示装置，其特征在于，所述光束扩展部由第一反射镜和第二反射镜构造成， 所述第一反射镜被定位于与所述图像生成装置的相对侧，其中所述光导部介于所述第一反射镜与所述图像生成装置之间，并且 所述第二反射镜相对于所述光导部被定位成邻近所述图像生成装置。3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，从所述图像生成装置输出的一部分光以预定的次数经历如下步骤通过所述光导板和所述第一偏转部，由所述第一反射镜反射，通过所述光导板和所述第一偏转部，由所述第二反射镜反射，并且一部分所述光通过所述光导板和所述第一偏转部。4.根据权利要求3所述的图像小时装置，其特征在于，构成所述光束扩展部的所述第一和第二光导板的每个光反射面具有多个凸起和凹入部分，所述凸起和凹入部分沿平行于由X轴和Z轴确定的平面的平面延伸并且具有以下形状即当假设沿由第一反射镜和第二反射镜的法线和Y轴确定的平面切割所述凸起和凹入部分时，沿着Y轴，将相邻的侧边结合为直角三角形的直角。5.根据权利要求I所述的图像显示装置，其特征在于，所述光束扩展部由半反射镜和反射镜构造成，和 所述半反射镜和所述反射镜被定位成相对于所述光导部邻近所述图像生成装置。6.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于，从所述图像生成装置射出的一部分光通过所述半反射镜并入射到所述光导板，并且剩余部分的光在所述半反射镜上被反射并入射到所述反射镜，并且所述反射镜上反射的一部分光通过所述半...
【专利技术属性】
技术研发人员：相木一磨，阿久津克之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：
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