[发明专利]虚像显示装置

说明书

本发明提供广视场角、高性能且小型轻量的虚像显示装置。不仅导光部件(10)包括第二面(S12)、第四面(S14)以及第五面(S15)这三个面作为两个面以上的非轴对称的曲面，投射透镜(30)也包括透镜面(31a)作为非轴对称非球面。由此，在导光部件(10)侧，存在例如作为有助于导光的面的第一面(S11)、第三面(S13)为平面这样的形状上的制约，即使在对于针对非对称的像差的修正存在限制的情况下，作为包括投射透镜(30)光学系统整体能够进行充分的像差修正。由此，虚像显示装置(100)能够成为广视场角、高性能且小型轻量的装置。

技术领域

本发明涉及将通过图像显示元件等形成的影像提示给观察者的虚像显示装置，尤其涉及适合于佩戴在观察者头部的头戴式显示器的虚像显示装置。

背景技术

作为装入佩戴在观察者头部的头戴式显示器(以下，称为“HMD”)等虚像显示装置的光学系统，提出了各种方式(参照专利文献1～4)。

对于HMD等虚像显示装置，希望使影像光广视场角化以及小型轻量化。通过小型轻量化，例如能够使观察者的视轴方向的厚度变薄，使重心接近观察者，由此能够提高佩戴感。

另外，若成为覆盖观察者的全部视野而仅能看见影像光的状态，则观察者无法判断外界的状态，而给其带来不安。并且，通过使外界与影像重叠来观察，创造出如虚拟现实那样的新用途。因此，期望一种不妨碍外界的视野而重叠影像光来显示的显示器。

并且，为了提高观察者的佩戴感，改善外观的形式，希望不要将影像显示装置置于眼睛的上方而是配置在脸的侧面。

为了使得光学系统小型化，并且不妨碍视野，而使影像显示装置离开观察者眼睛的位置，可以使用使显示图像光一度在光学系统中成像来形成中间像，并放大该中间像使之可见的中继光学系统。

例如在专利文献1中，提出使用端面为抛物面反射镜的平行平面状的导光板和投射透镜，在导光板的内部形成中间像的中继光学系统。但是，在专利文献1的光学系统的情况下，投射透镜较大，妨碍小型轻量化。

在专利文献2中，提出使用了具备曲面的射出反射面的导光部件和使影像光向该导光部件入射的投射透镜的光学系统。但是，专利文献2的光学系统没有考虑使观察者看见外界。为了应用该光学系统看见外界，需要对扩展到导光部件整体的反射面粘贴补偿部件，在其接合面设置半透半反镜，由于影像光被该半透半反镜面反射2次，所以变得非常暗。

在专利文献3中，提出由投射透镜、凹面镜以及导光板构成的中继光学系统。在该光学系统中，通过组合波长板和偏振光半透半反镜来提高反射效率。但是，为了应用专利文献3的光学系统来看见外界，需要在凹面镜的外侧贴合补偿透镜，由此整体上变厚。

在专利文献4中，提出通过将光路折弯，来缩短全长的、紧凑地聚集的中继光学系统。但是，在专利文献4的光学系统的情况下，导光部件中央的凸部、投射透镜妨碍视野。另外，由于影像光在透过半透半反镜后折返，再次被半透半反镜反射而入射至眼睛，所以所观察的影像变暗。

专利文献1：日本专利2746697号公报

专利文献2：日本专利3787399号公报

专利文献3：日本专利4218553号公报

专利文献4：日本专利4819532号公报

发明内容

本发明的目的在于提供广视场角、高性能且小型轻量的虚像显示装置。