虛像顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及將通過影像顯示元件等形成的圖像提示給觀察者的虛像顯示裝置，尤 其涉及適于佩戴在觀察者頭部的頭戴式顯示器的虛像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為組裝入在佩戴于觀察者頭部的頭戴式顯示器（以下，也稱為HMD)等的虛像顯 示裝置中的光學(xué)系統(tǒng)，提出了各種方案（參照專利文獻(xiàn)1~3)。
[0003] 關(guān)于HMD等的虛像顯示裝置，從提高佩戴感出發(fā)期待減輕其重量。利用反射面使 光路彎曲，這有利于使光學(xué)系統(tǒng)小型化、減輕重量，所以開發(fā)出了利用棱鏡的各種光學(xué)系 統(tǒng)。
[0004] 例如在專利文獻(xiàn)1中，示出了包括平板或棱柱狀的棱鏡與1個反射面的光學(xué)系統(tǒng)。 該光學(xué)系統(tǒng)為非常地簡單的構(gòu)成、有利于輕量化，但是例如殘留有放大色像差，若欲形成例 如廣視場角和/或高分辨率的圖像，則有時光學(xué)性能變得并不充分。
[0005] 在專利文獻(xiàn)2中，示出了包括平板或棱柱狀的棱鏡與多個透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。可是， 例示的光學(xué)系統(tǒng)，其中透鏡的塊數(shù)多、構(gòu)成復(fù)雜。并且，從影像元件射出的光線束（光束） 相對于面板的法線傾斜，有可能產(chǎn)生圖像的不均勻和/或效率下降。
[0006] 在專利文獻(xiàn)3中，也示出了包括平板或棱柱狀的棱鏡與多個透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。在 該光學(xué)系統(tǒng)中，在棱鏡與觀察者之間配置透鏡，在能夠觀察到外界光的情況下，會對透視產(chǎn) 生影響。雖然通過在棱鏡的物側(cè)配置凹透鏡，也能夠使屈光度接近為〇,但是在該情況下，因 為放大倍數(shù)與裸眼狀態(tài)不同，所以例如在觀察者為平常不需要眼鏡的人者的情況下可能會 令其產(chǎn)生不適感，透視的質(zhì)量降低。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1美國專利申請公開第2013/0033756號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)2美國專利申請公開第2005/0219152號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)3美國專利第5886822號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明目的在于提供降低了放大色像差等、高性能且小型輕量的虛像顯示裝置。
[0013] 本發(fā)明涉及的虛像顯示裝置具備：影像元件，其使影像光產(chǎn)生；和導(dǎo)光部件，其具 有：使來自影像元件的影像光的一部分透射及反射的分光部；和將經(jīng)過分光部的影像光聚 光并將其向分光部折返的聚光鏡部，使經(jīng)過分光部及聚光鏡部的影像光向觀察者側(cè)射出， 導(dǎo)光部件具有對通過的影像光的放大色像差進(jìn)行校正的至少1個以上的校正透鏡面。
[0014] 在所述虛像顯示裝置中，通過設(shè)為在導(dǎo)光部件的內(nèi)部具有分光部和聚光鏡部的構(gòu) 成，能夠?qū)⒐饴吩O(shè)定在預(yù)期的范圍內(nèi)、將整個裝置維持為小型輕量并且成為比較簡單的構(gòu) 造。在此，導(dǎo)光部件具有至少1個以上的校正透鏡面，由此，即使顯示裝置為簡單的構(gòu)造，也 能夠降低影像光的放大色像差等，能夠形成高性能的圖像。
[0015] 在本發(fā)明的具體的側(cè)面中，在導(dǎo)光部件中，校正透鏡面為球面或非球面。該情況 下，通過球面或非球面的校正透鏡面能夠充分地降低影像光的放大色像差。尤其是，在校正 透鏡面為球面的情況下，能夠比較簡單地制作導(dǎo)光部件，在校正透鏡面為非球面的情況的 情況下，能夠進(jìn)一步降低像差。
[0016] 在本發(fā)明的另外的側(cè)面中，導(dǎo)光部件為分光部與聚光鏡部接合成一體的光透射性 的棱鏡型部件。該情況下，使在分光部和/或聚光鏡部對光的控制變得穩(wěn)定，并且，導(dǎo)光部 件成為一體，因而易于搬運(yùn)。
[0017] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，導(dǎo)光部件不使從光入射面入射的影像光在從該光 入射面經(jīng)分光部直至到達(dá)聚光鏡部為止的光路中在內(nèi)部反射而直接地導(dǎo)向。該情況下，能 夠使導(dǎo)光部件成為簡易的構(gòu)造，并且能夠降低伴隨于內(nèi)部反射而產(chǎn)生像差等的情況。
[0018] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，在導(dǎo)光部件中，校正透鏡面及聚光鏡部的光反射 面為光軸對稱的面。該情況下，能夠降低例如因?qū)Ч舛鸬膱D像的非點(diǎn)像差等的產(chǎn)生，能 夠進(jìn)行高畫質(zhì)的顯示。
[0019] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，進(jìn)一步具備中間導(dǎo)光部件，該中間導(dǎo)光部件配置 于影像元件與導(dǎo)光部件之間，使來自影像元件的影像光入射，并且對影像光在內(nèi)部進(jìn)行導(dǎo) 光使其朝向?qū)Ч獠考涑?。該情況下，中間導(dǎo)光部件存在于具有校正透鏡面的導(dǎo)光部件的 上級，由此，例如，即使在導(dǎo)光部件中將光入射面作為校正透鏡面的情況下，通過在光路上 確保距影像元件某種程度的距離，也能夠使校正透鏡面具有充分的像差校正的效果。
[0020] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，導(dǎo)光部件使影像光與外界光重疊地被看到。該情 況下，觀察者能夠透視地觀看外界光。此時，例如將導(dǎo)光部件設(shè)為長方體狀的棱鏡，尤其是 由平行的面構(gòu)成構(gòu)成眼前部分的面，由此，能夠使外界光的散焦和/或失真不會產(chǎn)生。
[0021] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，導(dǎo)光部件之中，分光部配置于眼前部分，聚光鏡部 配置為在與影像元件之間夾著分光部，分光部使來自影像元件的影像光的至少一部分透射 而導(dǎo)向聚光鏡部，聚光鏡部使入射的影像光向分光部折返，分光部使來自聚光鏡部的影像 光的至少一部分反射而朝向觀察者的眼睛射出，并且使外界光透射、使影像光與外界光被 看到。該情況下，通過在分光部的影像光的透射及反射和在聚光鏡部的影像光的反射（折 返），進(jìn)行影像光的導(dǎo)光，并且在分光部使外界光透射，由此，能夠使影像光與外界光在重疊 的狀態(tài)下被看到。
[0022] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，導(dǎo)光部件具有使光向觀察者側(cè)射出的光射出面來 作為校正透鏡面。該情況下，能夠在光路上在從影像元件離開的位置形成校正透鏡面。
[0023] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，進(jìn)一步具有屈光度補(bǔ)償元件，該屈光度補(bǔ)償元件 與作為導(dǎo)光部件的光射出面的校正透鏡面對置而配置在離觀察者眼睛遠(yuǎn)的一側(cè)，并具有抵 消校正透鏡面上針對外界光的屈光度的非球面。該情況下，通過屈光度補(bǔ)償元件，能夠抵消 屈光度即補(bǔ)償起因于校正透鏡面的外界光的失真，在透視的情況下，能夠良好地維持外界 像的狀態(tài)。
[0024] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，分光部為偏振分離元件。該情況下，能夠高效地獲 取影像光。
[0025] 在本發(fā)明的另外的其他側(cè)面中，包括導(dǎo)光部件的整個光學(xué)系統(tǒng)，在佩戴時覆蓋觀 察者的眼前之中的一部分，使眼前存在未被覆蓋的部分。該情況下，例如即便使導(dǎo)光部件的 一部分成為不能透視的構(gòu)成，觀察者也能夠從導(dǎo)光部件的周圍觀看外界。
【附圖說明】
[0026] 圖1是構(gòu)成第1實施方式涉及的虛像顯示裝置的第1顯示裝置的主體部分的俯視 首1J視圖。
[0027] 圖2是示意性地示出佩戴有虛像顯示裝置的狀況的主視圖。
[0028] 圖3是對實施例1的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說明的圖。
[0029] 圖4㈧~⑴是對實施例1的光學(xué)系統(tǒng)的影像元件的像差進(jìn)行說明的圖。
[0030] 圖5是對比較例的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說明的圖。
[0031] 圖6(A)~（I)是對比較例的光學(xué)系統(tǒng)的影像元件的像差進(jìn)行說明的圖。
[0032] 圖7是對實施例2的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說明的圖。
[0033] 圖8㈧~⑴是對實施例2的光學(xué)系統(tǒng)的影像元件的像差進(jìn)行說明的圖。
[0034] 圖9是用于對第2實施方式涉及的虛像顯示裝置進(jìn)行說明的圖。
[0035] 圖10是用于對虛像顯示裝置的一個變形例進(jìn)行說明的圖。
[0036] 圖11是用于對虛像顯示裝置的另一個變形例進(jìn)行說明的圖。
[0037] 附圖標(biāo)記說明
[0038] AX···光軸，CM···聚光鏡部，CS···曲面，CV1···保護(hù)部件，CV2···保護(hù)部件，EY···眼睛， FR···框架部，GL···影像光，HL···外界光，01···像面，PS···偏振分離兀件，RF···波長相位差板， S11-S15、S31-S33…面，SR…基準(zhǔn)面，SS…分光部，10···第1棱鏡（導(dǎo)光部件）。IOa…塊 部分，IOb…塊部分，10s、30s...主體，15...半透射半反射鏡層，20、220…導(dǎo)光裝置，30…第2 棱鏡（中間導(dǎo)光部件），41、42、43...側(cè)面，80...圖像顯不裝置，81...照明裝置，8]^...光源， 81b…背光導(dǎo)光部，82···影像顯不兀件（影像兀件），82a…偏振板，84···驅(qū)動控制部，84a… 驅(qū)動控制部，84a...光源驅(qū)動電路，84b...液晶驅(qū)動電路，100、200…虛像顯示裝置，210…棱 鏡，210a···塊部分，210b···塊部分，210c···塊部分，210d···塊部分（屈光度補(bǔ)償元件）
【具體實施方式】
[0039] 第1實施方式
[0040] 以下，一邊參照圖1等，一邊關(guān)于本發(fā)明的第1實施方式涉及的虛像顯示裝置詳細(xì) 進(jìn)行說明。
[0041] 圖1所示的本實施方式的虛像顯示裝置100應(yīng)用為頭戴式顯示器（HMD)，作為一組 而具備圖像顯示裝置80和導(dǎo)光裝置20。
[0042] 虛像顯示裝置100通過利用影像光