[发明专利]虚像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及将通过图像显示元件形成的图像提供给观察者的虚像显示装置，尤其涉及适于在观察者的头部配戴的头戴式显示器的虚像显示装置。

背景技术

作为组装于在观察者的头部配戴的头戴式显示器（以下，也称为HMD）等的虚像显示装置的光学系统提出各种方案（参照专利文献1）。

关于HMD等的虚像显示装置，期待使小型化及轻量化发展和不使像质降低而达到广视场角化。并且，若完全覆盖观察者的视场、成为仅能看到图像光的状态，则观察者不能判断外界的状态，会产生不安。反倒不如通过使外界和图像重叠来观看，产生如虚拟现实那样的新的用途。因此，期待不妨碍外界的视场地使图像光重叠进行显示的显示器。而且，为了使观察者的配戴感提高、使外观的形态良好，一般期望接近眼镜的形态，期望不将图像显示装置置于眼睛的上方而在脸部的横侧离开地配置。

在专利文献1中，提出以下技术：具有使显示于图像显示元件的图像成像于中间成像面的中继系统，并且尤其具有对光束的一部分进行遮光的多个光阑，由此使重像和／或光斑减少。这些光阑相对于光轴对称地配置。

可是，为了谋求虚像显示装置的小型化及轻量化，而且不使像质降低而达到广视场角化，例如在使图像光导波的棱镜等的构件中，存在想要无余裕地使用直至具有光学功能的面的边界附近为止的情况。但是，在直至边界附近为止使用的那样的部位，图像光的一部分容易被导波到并非预期的方向，容易产生重像。

专利文献1：日本特许4926432号公报

发明内容

本发明的目的在于提供具有使外界光和图像光重叠而显示的透视功能、广视角且高性能、并且小型轻量、能够抑制重像的产生的虚像显示装置。

本发明涉及的第1虚像显示装置具备：（a）使图像光产生的图像显示元件、（b）射出来自图像显示元件的图像光的投影透镜和（c）在对于图像光之中的从图像显示元件的预定部位产生的部分光束关于预定方向取入的角度范围具有偏差的棱镜；（d）是使图像光和外界光同时被观看的虚像显示装置；具备（e）遮光结构，该遮光结构在投影透镜的射出瞳位置配置于从光轴离开的周边侧，预先对从预定部位产生的图像光的部分光束之中的关于预定方向取入的角度范围变窄侧进行遮光。在此，投影透镜的射出瞳位置指的是：投影透镜内或与投影透镜相邻的位置，是与作为观察者的眼睛的配置的位置的本来的射出瞳位置处于共轭的关系即与本来的射出瞳位置等效的位置。在射出瞳位置中，可以对图像光的全部的光束进行控制。

在所述虚像显示装置中，虽然通过例如棱镜包括不对称的形状的曲面，可以确保视场角和／或像质并成为薄型而使光学系统整体成为小型，但是另一方面，存在在棱镜中在能够有效地取入图像光的角度范围方面产生限制（偏差）的情况。在如此的情况下，若存在通过该角度范围外的分量，则该分量有可能进行非预期的反射而成为重像产生的原因。相对于此，在所述虚像显示装置中，遮光结构在投影透镜的射出瞳位置，设置于从光轴离开的周边侧。由此，例如对于如来自图像显示元件的周边的图像光之中的从接近观察者的眼睛侧射出的部分光束地、包括以棱镜取入的角度范围变窄而通过角度范围外的分量的光束，能够通过遮光结构将变得无用的分量在其向棱镜入射前预先遮挡。此时，通过遮光结构在观察者的眼睛的瞳孔位置的共轭位置进行遮光，不会关于图像光之中的并非遮光的对象的其他的光束而使不均匀产生、不会连必需的分量也去除而招致辉度劣化，能够进行预期的分量去除。也就是说，能够避免遮挡作为图像光而有用的分量，并抑制起因于无用的分量的重像的产生。还有，关于外界光，能够通过使棱镜能够透视而能够观察。

在本发明的具体的侧面中，包括投影透镜的光学系统为在棱镜的内部形成中间像的中继光学系统。该情况下，通过形成中间像，即使在使图像显示元件的设置部位成为例如耳朵附近那样地对于观察者不会成为妨碍的从眼睛离开的位置的情况下，也能够使成像状态良好的图像形成。

在本发明的另一侧面中，遮光结构为遮光构件，其形成遮蔽圆形开口的一部分的开口形状，配置于构成投影透镜的一部分的透镜的光路前级，对图像光向该一部分的透镜入射的入射范围进行规定。该情况下，通过改变遮光构件的形状，能够调整偏振状态。

在本发明的又一侧面中，遮光结构对从投影透镜的光轴离开的周边区域之中的、棱镜延伸于观察者侧的部分区域的一部分进行遮光。该情况下，能够对最容易使重像产生的分量可靠地进行遮光。