[发明专利]虚像显示装置

说明书

虚像显示装置。提供实现小型化或薄型化、并且能够进行广视场角的图像形成的虚像显示装置。对第1透镜(L1)和第2透镜(L2)进行接合，设光射出平面(SE)和光入射平面(SI)为平面，构成为在光轴方向上较短，并且，能够在平面部位安装透射反射选择部件(30)等各种光学元件。进而，通过在凸面(CV)与凹面(CC)的接合部(CN)设置半反射镜(21)，在光路的折曲时具有光焦度，由此能够进行广视场角的图像形成。

技术领域

本发明涉及佩戴于头部且向观察者提示由影像元件等形成的影像的虚像显示装置。

背景技术

作为佩戴于观察者的头部的头戴显示器等虚像显示装置或头部佩戴型显示装置，例如，如专利文献1所示，公知有如下的装置：该装置是广视野的封闭型，通过设置利用半反射镜的部分光学折返部，实现薄型且广视场角的光学系统。下面，将头戴显示器也记为HMD。

但是，在HMD中，当要实现薄型且广视场角的光学系统、并且实现装置的小型化或薄型化时，对光学系统的负担增大。即，优选构成光学系统的透镜的曲面形状和折射率容易得到光焦度。该情况下，根据构成光学系统的透镜的形状等，例如，不仅在周边侧产生各种像差的可能性较高，认为还可能无法在全反射条件下入射光等。即，设计上的制约增加。特别是在放大基于小型影像元件的图像并进行投射的情况下，上述这种光的入射角度的问题可能变得显著。

此外，在上述这种折返光学系统中，还可以想到例如在使用偏振板等作为用于对光进行折返的光学元件时，优选或必须设置成平面。

专利文献1：日本特开平8-327940号公报

发明内容

本发明的虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；第1透镜，其配置在来自影像元件的影像光的取出位置，具有射出影像光的光射出平面和面向影像元件侧的凸面；第2透镜，其配置为比第1透镜靠影像元件侧，具有与第1透镜的凸面接合的凹面和入射来自影像元件的影像光的光入射平面；半反射镜，其设置在凸面与凹面的接合部；以及透射反射选择部件，其与光射出平面接触地设置，根据光的偏振状态选择性地进行透射或反射。

在上述虚像显示装置中，在构成为对第1透镜和第2透镜进行接合的基础上，设第1透镜的光射出侧和第2透镜的光入射侧为平面，由此实现小型化或薄型化。此外，通过设为平面，例如能够容易地安装用于对光进行折返的光学元件等各种光学元件。此外，例如与凸球面透镜这种具有曲面的透镜的情况相比，能够缓和来自影像元件的光的入射角度的条件。另一方面，在光路中，在凸面与凹面的接合部处设置半反射镜，由此，在光路的折曲时具有光焦度，从而能够形成广视场角的图像。

附图说明

图1是用于概念地说明实施方式的虚像显示装置及其影像光的光路的侧方剖视图。

图2是用于说明放大光学系统的结构的分解图。

图3是虚像显示装置的一例中的光线图。

图4A是虚像显示装置的另一例中的光线图。

图4B是虚像显示装置的又一例中的光线图。

图5是比较例的虚像显示装置的一例中的光线图。

图6是示出第1透镜和第2透镜的折射率之差与曲率半径、佩茨瓦尔和的关系的曲线图。

图7A是示出第1透镜和第2透镜的折射率之差与像差的关系的曲线图。

图7B是示出玻璃材料与纵向色差的关系的曲线图。

图8是用于说明色散的状况的光线图。

图9A是示出构成一个变形例的虚像显示装置的光学系统的概念侧视图。

图9B是示出构成另一个变形例的虚像显示装置的光学系统的概念侧视图。