[实用新型]头戴式显示器

说明书

本实用新型涉及一种头戴式显示器(HMD)的技术，并提供一种能够减小或者消除聚束光学系统的球面像差、从而实现高显示性能等的技术。HMD(10)具有：显示元件(1)，其配置于使用者的眼睛(3)的位置的前方位置，并具有显示图像的显示面(4)；凸透镜(2)，其配置于眼睛(3)的位置与显示元件(1)之间的位置并构成聚束光学系统；以及框体(9)，其保持上述显示元件(1)和凸透镜(2)。显示面(4)具有向凸透镜(2)侧凸出的凸型的曲面形状(凸型曲面)，该曲面形状(凸型曲面)具有修正凸透镜(2)的球面像差的光学特性。

技术领域

本实用新型涉及一种头戴式显示器(Head mounted display：头部佩戴型显示装置，有时记载为HMD)的技术，并涉及一种构成HMD的显示元件和光学系统的技术。

背景技术

当前，正在推进Virtual Reality(VR，虚拟现实)、Artificial Reality(人工现实)、Augmented Reality(AR，增强现实)、Mixed Reality(MR，混合现实)等的发展。与这些目的对应地，HMD的开发和普及也在推进。符合这些目的的HMD被佩戴于使用者的头部以及眼前，从而提供能够带来三维体感的静态图像或动态图像等图像。这种HMD最好使使用者自由活动包括头部在内的身体、且佩戴感良好。因此，这种的HMD最好重量轻、体积小。另外，为了使HMD广泛普及，最好是低价格，并能够以低成本制造。另外，HMD在显示性能、图像品质方面也追求尽量广视角、高清晰。

例如，在能够实现VR的非透视型HMD的情况下，HMD构成为包含：用于构成显示面的显示元件(例如液晶显示器面板)、用于构成聚束光学系统的凸透镜等、以及用于保持上述显示元件和凸透镜等的框体。以下，将非透视型HMD作为对象。以往的HMD为了实现上述重量轻、体积小以及广视角等，通常在显示元件与使用者的眼睛之间设置有凸透镜作为聚束光学系统。该凸透镜使来自显示元件的显示面的光入射于该凸透镜并以使光会聚于眼睛(对应的焦点位置)的方式射出。来自凸透镜的光入射至眼睛并成像于视网膜，由此作为图像被使用者看见。

作为与上述HMD相关的现有技术例子，可举出日本特开平7-72420号公报(专利文献1)。在专利文献1中记载有作为图像显示装置，即使用目镜放大图像，也能够在视野的整个区域内得到鲜明的像以及以下的内容。在用目镜(相当于聚束光学系统的凸透镜)放大在液晶显示面板上显示的图像来观察其虚像的图像显示装置中，根据目镜所具有的像场弯曲来使液晶显示面板弯曲。若用目镜观察弯曲的图像来作为放大虚像，则会抵消基于目镜的像场弯曲。

专利文献1：日本特开平7-72420号公报

实用新型内容

但是，就以往的HMD而言，从重量或价格等观点来看，作为聚束光学系统的凸透镜而难以使用组合透镜等，通常使用单一球面透镜等。组合透镜是由多个单透镜的组合以及贴合构成的透镜结构产品。在使用组合透镜的情况下，聚束光学系统的距离包含在从眼睛观察显示面的方向上的透镜部的厚度，因而聚束光学系统的距离比较大，聚束光学系统比较重。因此，从HMD的重量轻、体积小的观点来看是不利的。在使用单一球面透镜的情况下，聚束光学系统的距离比较小，聚束光学系统比较轻。因此，从HMD的重量轻、体积小的观点来看是有利的。另外，以往，由于制造以及提供了低价格的球面透镜，所以从HMD的低价格的观点来看是有利的。

但是，在使用以往的低价格的单一球面透镜作为聚束光学系统的凸透镜的以往的HMD的情况下，会发生各种各样的光学像差。就公知的光学像差而言，作为分类为赛德尔(Seidel)像差和单色像差，举出有球面像差(spherical aberration)、彗形(Coma)像差、像散像差、像场弯曲(field curvature)、畸变像差。作为上述HMD中成为问题的光学像差之一，特别是存在球面像差。球面像差是，在光学系统中，光线在从点光源通过光学系统之后并不会聚于一个焦点，而是产生会聚于前后多个点的变动的像差。