本發(fā)明涉及將由圖像顯示裝置(影像元件)形成的影像提示給觀察者的虛像顯示裝置。

背景技術(shù)：

作為組裝于佩戴于觀察者的頭部的頭戴式顯示器(以下，也稱為HMD)等的虛像顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)，提出有各種光學(xué)系統(tǒng)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

作為這樣的虛像顯示裝置，例如公知有如下的裝置：作為光學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)用包括傳導(dǎo)影像光的兩個(gè)以上的非軸對(duì)稱的曲面，并且在內(nèi)部形成中間像的導(dǎo)光部件，從而維持較高的精度，并且實(shí)現(xiàn)裝置的小型化(參照專利文獻(xiàn)1)。

在HMD等中，存在維持光學(xué)精度，并且進(jìn)一步小型化的要求，針對(duì)構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)光部件、投射光學(xué)系統(tǒng)，優(yōu)選更加縮短關(guān)于導(dǎo)光部件的導(dǎo)光方向的長(zhǎng)度、投射光學(xué)系統(tǒng)的全長(zhǎng)。然而，例如在導(dǎo)光部件的影像光的導(dǎo)光用的全反射條件、抑制像差、確保視場(chǎng)角、確保出射光瞳直徑之類各種設(shè)計(jì)上的條件來看，即使通過例如專利文獻(xiàn)1那樣的構(gòu)成來實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化也是有限的。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2015-72438號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠維持光學(xué)精度并且實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步的小型化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝置整體小型化的虛像顯示裝置。

本發(fā)明的虛像顯示裝置具備：影像元件，其產(chǎn)生影像光；導(dǎo)光部件，其通過在包括非軸對(duì)稱的曲面在內(nèi)的多個(gè)面的全反射，對(duì)來自所述影像元件的影像光進(jìn)行導(dǎo)光，并且作為光學(xué)系統(tǒng)的一部分在內(nèi)部形成有中間像；以及投射光學(xué)系統(tǒng)，其使來自所述影像元件的影像光入射于所述導(dǎo)光部件，所述投射光學(xué)系統(tǒng)至少包括一個(gè)非軸對(duì)稱非球面，所述一個(gè)非軸對(duì)稱非球面配置于從所述影像元件的光射出面中不同的角區(qū)域的兩點(diǎn)分別射出的影像光的光束中應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分不相互交叉的位置。

在上述虛像顯示裝置中，投射光學(xué)系統(tǒng)在從影像元件的光射出面中不同的角區(qū)域的兩點(diǎn)分別射出的影像光的光束中應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分不相互交叉的位置，至少包括一個(gè)非軸對(duì)稱非球面，從而能夠在導(dǎo)光部件的內(nèi)部形成中間像，并且使導(dǎo)光的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，進(jìn)而使裝置整體小型化。

在本發(fā)明的具體的方式中，所述影像元件從矩形狀的區(qū)域產(chǎn)生影像光，在所述投射光學(xué)系統(tǒng)中，所述一個(gè)非軸對(duì)稱非球面配置于從所述影像元件中所述矩形狀的區(qū)域的四角分別射出的影像光的光束中應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分不相互交叉的位置。在該情況下，能夠使通過影像光目視確認(rèn)矩形狀的圖像的虛像顯示裝置實(shí)現(xiàn)小型化。

在本發(fā)明的其他方式中，所述導(dǎo)光部件包括兩個(gè)以上的所述非軸對(duì)稱的曲面，構(gòu)成所述導(dǎo)光部件的多個(gè)面中的第一面和第三面以對(duì)置的方式配置，在通過所述第一面和所述第三面目視確認(rèn)外界時(shí)，能見度大致成為0，來自所述影像元件的影像光在所述第三面被全反射，并在所述第一面被全反射且在第二面被反射后，透過所述第一面而到達(dá)觀察側(cè)。在該情況下，能夠良好地維持在基于影像光的圖像重疊并目視確認(rèn)外界的透視的狀態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。

在本發(fā)明的又一其他方式中，從所述影像元件射出的影像光的光束的射出角度相對(duì)于所述影像元件的中心為非對(duì)稱。在該情況下，將影像光的光束的射出角度形成為非對(duì)稱，從而能夠調(diào)整為使光路更加縮短。

在本發(fā)明的又一其他方式中，在將相對(duì)于所述影像元件的光射出面的法線方向垂直并且與所述導(dǎo)光部件的導(dǎo)光方向?qū)?yīng)的方向設(shè)為第一方向，將相對(duì)于所述法線方向和所述第一方向垂直的方向設(shè)為第二方向的情況下，從所述影像元件中沿著所述第一方向排列的各像素分別射出的光束在所述第二方向上的射出角度分別不同。在該情況下，關(guān)于從各像素分別射出的光束，通過改變第二方向上的射出角度，從而作為光束整體能夠調(diào)整為光路更加縮短。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述投射光學(xué)系統(tǒng)具有光闌，所述光闌相對(duì)于通過所述影像元件的中心且與所述法線方向平行的透鏡光軸垂直地配置，并且形成：相對(duì)于與所述第一方向平行地延伸并與所述透鏡光軸交叉的第一軸為線對(duì)稱且相對(duì)于與所述第二方向平行地延伸并與所述透鏡光軸交叉的第二軸非線對(duì)稱的開口部，或者相對(duì)于所述透鏡光軸非垂直地配置的開口部。在該情況下，即使來自影像元件的各像素的各光束在第二方向上以分別不同的角度射出，也能夠使該光闌適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行光的調(diào)整。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述影像元件的像素構(gòu)造具有與所述第一方向相比在所述第二方向更大地?cái)U(kuò)展的開口構(gòu)造。在該情況下，能夠抑制亮度不均的產(chǎn)生。

在本發(fā)明的又一其他方式中，構(gòu)成所述投射光學(xué)系統(tǒng)的所述一個(gè)非軸對(duì)稱非球面中供從所述影像元件射出的光束通過的每個(gè)通過位置的曲率，對(duì)應(yīng)于構(gòu)成所述導(dǎo)光部件的所述非軸對(duì)稱的曲面中供從所述影像元件射出的光束入射的入射角度而變化。

在本發(fā)明的又一其他方式中，從所述影像元件射出的光束中亮度最高的光線方向，因所述影像元件的像素的位置的不同而不同。在該情況下，亮度因影像元件的像素的位置的不同而不同，即通過在影像光的產(chǎn)生側(cè)預(yù)先進(jìn)行調(diào)整，從而能夠成為在作為影像到達(dá)眼睛的時(shí)刻抑制亮度不均的產(chǎn)生的狀態(tài)。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述影像元件包括液晶面板，所述影像元件包括液晶面板，在具有TFT像素構(gòu)造和黑矩陣構(gòu)造的對(duì)置基板像素構(gòu)造中各自間距不同。在該情況下，能夠在與TFT像素構(gòu)造、黑矩陣構(gòu)造之間，調(diào)整通過的光的范圍、角度，并且在各像素中抑制亮度不均、顏色不均，從而形成高品質(zhì)的圖像。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述影像元件包括有機(jī)EL面板，并具有發(fā)光層和濾色層，并且所述發(fā)光層與所述濾色層的間距不同。在該情況下，通過應(yīng)用有機(jī)EL面板，從而實(shí)現(xiàn)裝置的小型化以及輕型化，并且高效率地進(jìn)行高精細(xì)的圖像形成，另外，在該情況下，在發(fā)光層與濾色層之間，例如調(diào)整濾色層的排列，由此對(duì)每個(gè)像素控制光，從而能夠調(diào)整通過的光的范圍、角度，抑制亮度不均、顏色不均，形成高品質(zhì)的圖像。

在本發(fā)明的又一其他方式中，在所述影像元件的配置于光射出側(cè)的光射出部，配置使光的角度偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)部件。在該情況下，通過偏轉(zhuǎn)部件使光的角度偏轉(zhuǎn)，從而能夠抑制亮度不均、顏色不均，形成高品質(zhì)的圖像。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述導(dǎo)光部件的非軸對(duì)稱的曲面至少設(shè)置于在光入射側(cè)配置的光入射部和在光射出側(cè)配置的光射出部。在該情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)光部件的小型化。

在本發(fā)明的又一其他方式中，在所述導(dǎo)光部件中，從配置于光入射側(cè)的光入射部與所述投射光學(xué)系統(tǒng)的透鏡光軸的交點(diǎn)到配置于光射出側(cè)的光射出部與假定為觀察者的視線的基準(zhǔn)的視線軸的交點(diǎn)的距離為48mm以下。在該情況下，在作為HMD應(yīng)用時(shí)，從長(zhǎng)時(shí)間使用、外觀設(shè)計(jì)性等觀點(diǎn)來看，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置充分的小型化。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述導(dǎo)光部件具有對(duì)來自所述影像元件的影像光與外界光進(jìn)行部分反射以及使其透過的半透過反射部，所述導(dǎo)光部件夾著所述半透過反射部而與透光部件連接。在該情況下，導(dǎo)光部件與透光部件協(xié)作構(gòu)成夾著半透過反射部的構(gòu)造，從而能夠目視確認(rèn)影像光，并且能夠使觀察者以透視的方式目視確認(rèn)或者觀察外界像。

在本發(fā)明的又一其他方式中，所述導(dǎo)光部件由左右一對(duì)構(gòu)成，左右一對(duì)所述導(dǎo)光部件與所述透光部件通過左右一對(duì)所述導(dǎo)光部件夾著所述透光部件而連接，從而成為一體的光學(xué)部件。在該情況下，能夠進(jìn)行基于兩眼觀察的圖像的識(shí)別，并且能夠通過透光部件簡(jiǎn)單且正確地進(jìn)行用于兩眼觀察的對(duì)位。

附圖說明

圖1是對(duì)實(shí)施方式的虛像顯示裝置的一個(gè)例子的外觀進(jìn)行簡(jiǎn)單地說明的立體圖。

圖2是表示構(gòu)成虛像顯示裝置的主體部分的光路的俯視圖。

圖3是表示構(gòu)成虛像顯示裝置的主體部分的光路的側(cè)視圖。

圖4是表示投射光學(xué)系統(tǒng)的光路的立體圖。

圖5(A)是表示投射光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成的剖視圖，(B)是投射光學(xué)系統(tǒng)的鏡筒的主視圖。

圖6(A)是示意地表示影像元件與投射光學(xué)系統(tǒng)的光闌的配置關(guān)系的一個(gè)例子的圖，(B)是示意地表示影像元件與投射光學(xué)系統(tǒng)的光闌的配置關(guān)系的一個(gè)變形例的圖。

圖7(A)是表示圖像顯示裝置的一個(gè)構(gòu)成例的裝置的周邊側(cè)的樣子的示意圖，(B)是表示裝置的中心側(cè)的樣子的示意圖。

圖8是用于對(duì)圖像顯示裝置的一個(gè)變形例進(jìn)行說明的概念圖。

圖9是用于對(duì)圖像顯示裝置的其他一個(gè)變形例進(jìn)行說明的概念圖。

圖10(A)是用于對(duì)導(dǎo)光裝置的一個(gè)變形例進(jìn)行說明的示意地表示的俯視圖，(B)是主視圖。

圖11(A)是示意地表示虛像顯示裝置的其他一個(gè)例子的圖，(B)是示意地表示虛像顯示裝置的又一其他一個(gè)例子的圖。

圖12是表示虛像顯示裝置的又一其他一個(gè)例子的主體部分的光路的俯視圖。

圖13(A)是表示一個(gè)變形例的投射光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成的剖視圖，(B)是一個(gè)變形例的投射光學(xué)系統(tǒng)的鏡筒的主視圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照?qǐng)D1等，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的虛像顯示裝置進(jìn)行詳細(xì)地說明。

如圖1所示，本實(shí)施方式的虛像顯示裝置100是具有眼鏡那樣的外觀的頭戴式顯示器，且是能夠使佩戴了該虛像顯示裝置100的觀察者或者使用者目視確認(rèn)基于虛像的圖像光(影像光)，并且能夠使觀察者以透視的方式目視確認(rèn)或者觀察外界像的虛像顯示裝置。虛像顯示裝置100具備：第一光學(xué)部件101a以及第二光學(xué)部件101b，它們以能夠透視的方式對(duì)觀察者的眼前進(jìn)行覆蓋；框部102，其支承兩個(gè)光學(xué)部件101a、101b；第一像形成主體部105a以及第二像形成主體部105b，它們附加于從框部102的左右兩端至后方的鏡腿部分(腳絲)104的部分。在此，將附圖上的左側(cè)的第一光學(xué)部件101a與第一像形成主體部105a組合而成的第一顯示裝置100A，是形成右眼用的虛像的部分，即使是單獨(dú)的，也能夠作為虛像顯示裝置發(fā)揮功能。另外，將附圖上的右側(cè)的第二光學(xué)部件101b與第二像形成主體部105b組合而成的第二顯示裝置100B，是形成左眼用的虛像的部分，即使是單獨(dú)的，也能夠作為虛像顯示裝置發(fā)揮功能。另外，將圖2與圖1進(jìn)行比較，可知例如第一像形成主體部105a以及第二像形成主體部105b由作為投射光學(xué)系統(tǒng)的投射透鏡30、包括圖像生成部81的圖像顯示裝置80(影像元件)分別構(gòu)成。圖2是對(duì)左眼用的顯示裝置進(jìn)行圖示的圖，雖省略右眼用的顯示裝置，但右眼用的顯示裝置也具有相同的構(gòu)造。另外，除了上述之外，還設(shè)置有鼻托部40，該鼻托部40具有通過與觀察者的鼻子抵接，由此支承框部102的作用的。

如圖2所示，顯示裝置100B能夠視為具備：作為投影用的光學(xué)系統(tǒng)的投射透視裝置70、和形成影像光的圖像顯示裝置80。投射透視裝置70具備：第二光學(xué)部件101b或?qū)Ч庋b置20、和成像用的投射透鏡30，并具有將由圖像顯示裝置80形成的圖像作為虛像投射至觀察者的眼睛的作用。換言之，投射透視裝置70是對(duì)來自形成于圖像顯示裝置80的射出圖像光(影像光)的面亦即圖像面OI的光進(jìn)行導(dǎo)光，并使觀察者目視確認(rèn)虛像的虛像光學(xué)系統(tǒng)，也是在觀察者的視網(wǎng)膜再次成像的成像光學(xué)系統(tǒng)。第二光學(xué)部件101b或者導(dǎo)光裝置20由導(dǎo)光以及透視用的導(dǎo)光部件10和透視用的透光部件50構(gòu)成。另外，第二像形成主體部105b由圖像顯示裝置80和投射透鏡30構(gòu)成。另外，圖像面OI也是表示構(gòu)成圖像顯示裝置80的面板的面板位置的面板面。此外，在圖像顯示裝置80為自發(fā)光型的照明的情況下，圖像面OI也稱為是發(fā)光面。

在此，對(duì)上述光學(xué)系統(tǒng)的光軸基準(zhǔn)，如以下方式?jīng)Q定。首先，將投射透鏡30的中心光軸設(shè)為透鏡光軸LX。并且，將沿著導(dǎo)光部件10的導(dǎo)光方向延伸的中心軸設(shè)為導(dǎo)光軸DX。導(dǎo)光軸DX是在平板狀的導(dǎo)光部件10中通過中心且沿著平板形狀延伸的軸。此外，在導(dǎo)光部件10的光射出側(cè)，將假定為觀察者的視線的基準(zhǔn)的中心軸設(shè)為視線軸SX。視線軸SX是從假定為眼睛的位置的眼睛假定位置EY(以下，實(shí)際上也包括眼睛位于眼睛假定位置EY的情況，因此也簡(jiǎn)記為眼睛EY。)的中心位置，朝向?qū)Ч獠考?0的光射出范圍的中心延伸的軸。此外，在導(dǎo)光部件10中，將配置在光入射側(cè)的光入射部(后述的第二導(dǎo)光部分12)與投射透鏡30的透鏡光軸LX的交點(diǎn)設(shè)為交點(diǎn)C1，將配置在導(dǎo)光部件10的光射出側(cè)的光射出部(后述的第一導(dǎo)光部分11)與視線軸SX的交點(diǎn)設(shè)為交點(diǎn)C2。在此，圖中雙向箭頭表示的從交點(diǎn)C1到交點(diǎn)C2的距離(間隔)成為48mm以下。另外，視線軸SX相對(duì)于透鏡光軸LX傾斜大約7°(更加準(zhǔn)確地是6.7°)。另外，視線軸SX從相對(duì)于導(dǎo)光軸DX垂直的狀態(tài)傾斜大約10°。即，視線軸SX與導(dǎo)光軸DX以形成大約80°的反射角的方式交叉。另外在上述情況下，透鏡光軸LX與導(dǎo)光軸DX以形成大約106.7°的反射角的方式交叉。

另外，在圖像顯示裝置80中，圖像面OI是相對(duì)于透鏡光軸LX垂直的面，透鏡光軸LX通過圖像面OI的中心。在此，將與圖像面OI平行的面的作為水平方向的x方向(與X方向?qū)?yīng)的方向)設(shè)為第一方向DD1，將作為垂直方向的y方向(與Y方向?qū)?yīng)的方向)設(shè)為第二方向DD2。另外，z方向是圖像面OI的法線方向且是透鏡光軸LX延伸的方向。在本實(shí)施方式中，如圖2～圖4所示，從圖像面OI射出的影像光的光束的射出角度相對(duì)于圖像面OI的中心線(透鏡光軸LX)左右(x方向)非對(duì)稱。相對(duì)于圖像面OI的中心在上下方向(y方向)成為對(duì)稱(參照?qǐng)D3)。

返回圖2，圖像顯示裝置80除了通過將作為光源包括有機(jī)EL(有機(jī)EL面板)的自發(fā)光型的照明，形成由矩陣狀的像素構(gòu)成的圖像面OI的圖像生成部81、配置于圖像生成部81的最后段并對(duì)從圖像生成部81的圖像面OI射出的影像光GL的各成分進(jìn)行配光控制的配光控制部82之外，還具有控制圖像生成部81等的動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)控制部(省略圖示)。另外，雖詳細(xì)后述(參照?qǐng)D7等)，但在此，配置于圖像生成部81的最后段的濾色層CF作為配光控制部82發(fā)揮功能，從而能夠?qū)τ跋窆釭L調(diào)整從圖像面OI的周邊側(cè)射出的成分光的射出角度。例如，在影像光GL的部分光束中從相對(duì)地接近人體(觀察者)的內(nèi)側(cè)處射出的部分光束GLa和從相對(duì)地遠(yuǎn)離人體的外側(cè)處射出的部分光束GLb的射出角度不同。另外，在此部分光束GLa、GLb意味著構(gòu)成影像光GL的光束中應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分。

投射透鏡30是使從圖像顯示裝置80射出的影像光GL朝向?qū)Ч庋b置20投射的投射光學(xué)系統(tǒng)。在本實(shí)施方式中，特別地將具有非軸對(duì)稱的非球面(非軸對(duì)稱非球面或者自由曲面)的透鏡配置于接近圖像顯示裝置80的一側(cè)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)整體的小型化。

如已經(jīng)敘述的那樣，導(dǎo)光裝置20由導(dǎo)光以及透視用的導(dǎo)光部件10和透視用的透光部件50構(gòu)成。導(dǎo)光部件10是棱鏡型的導(dǎo)光裝置20的一部分，且是一體的部件，但能夠劃分為光射出側(cè)的第一導(dǎo)光部分11(光射出部)、和光入射側(cè)的第二導(dǎo)光部分12(光入射部)。透光部件50是輔助導(dǎo)光部件10的透視功能的部件(輔助光學(xué)組塊)，與導(dǎo)光部件10固定為一體而成為一個(gè)導(dǎo)光裝置20。

以下，參照?qǐng)D2，對(duì)作為虛像光學(xué)系統(tǒng)的投射透視裝置70的作用，即對(duì)導(dǎo)光裝置20和投射透鏡30進(jìn)行詳細(xì)地說明。

投射透鏡30是供來自圖像顯示裝置80的影像光GL入射并進(jìn)行投射的光學(xué)系統(tǒng)，且是作為構(gòu)成要素而沿著透鏡光軸LX具備三個(gè)光學(xué)元件(第一～第三透鏡)31～33的投射光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)元件31～33由包括非軸對(duì)稱的非球面(非軸對(duì)稱非球面)和軸對(duì)稱的非球面(軸對(duì)稱非球面)雙方的非球面透鏡構(gòu)成，與導(dǎo)光部件10的一部分協(xié)作在導(dǎo)光部件10的內(nèi)部形成與圖像生成部81的顯示像對(duì)應(yīng)的中間像。在本實(shí)施方式中，特別地不僅配置在光射出側(cè)的第一透鏡31的各透鏡面中光射出側(cè)的透鏡面31a，而且配置在光入射側(cè)的第三透鏡33的各透鏡面中光射出側(cè)的透鏡面33a也成為非軸對(duì)稱非球面。另外，構(gòu)成投射透鏡30的第一～第三透鏡31～33，例如由鏡筒(參照?qǐng)D5)收納、支承于第二像形成主體部105b內(nèi)。

如上所述，導(dǎo)光裝置20由導(dǎo)光部件10和透光部件50構(gòu)成。其中，在俯視觀察時(shí)，導(dǎo)光部件10接近鼻子的中央側(cè)(眼前側(cè))的部分以直線狀延伸。導(dǎo)光部件10中接近鼻子的中央側(cè)即配置在光射出側(cè)的第一導(dǎo)光部分11，作為具有光學(xué)功能的側(cè)面而具有第一面S11、第二面S12以及第三面S13，遠(yuǎn)離鼻子的周邊側(cè)即配置在光入射側(cè)的第二導(dǎo)光部分12，作為具有光學(xué)的功能的側(cè)面而具有第四面S14和第五面S15。其中，第一面S11與第四面S14連續(xù)地鄰接，第三面S13與第五面S15連續(xù)地鄰接。另外，在第一面S11與第三面S13之間配置有第二面S12，第四面S14與第五面S15以形成較大的角度的方式鄰接。此外，在此成為對(duì)置的配置的第一面S11與第三面S13成為相互大致平行的平面形狀。另一方面，具有光學(xué)的功能的其他面，即第二面S12、第四面S14以及第五面S15成為非軸對(duì)稱的曲面(自由曲面)。

如已敘述的那樣，透光部件50是與導(dǎo)光部件10一體地固定而成為一個(gè)導(dǎo)光裝置20并輔助導(dǎo)光部件10的透視功能的部件(輔助光學(xué)組塊)。透光部件50作為具有光學(xué)的功能的側(cè)面而具有第一透過面S51、第二透過面S52以及第三透過面S53。在此，在第一透過面S51與第三透過面S53之間配置有第二透過面S52。第一透過面S51處于使導(dǎo)光部件10的第一面S11延長(zhǎng)的面上，第二透過面S52是通過粘接層CC接合于該第二面S12而一體化的曲面，第三透過面S53處于使導(dǎo)光部件10的第三面S13延長(zhǎng)的面上。其中，第二透過面S52與導(dǎo)光部件10的第二面S12通過經(jīng)由較薄的粘接層CC的接合而一體化，因此具有大致相同的曲率的形狀。

另外，對(duì)于構(gòu)成導(dǎo)光部件10的多個(gè)面中從第一面S11至第三面S13的面以外的面S14、S15，對(duì)至少一個(gè)自由曲面至少包括一個(gè)曲率的附圖標(biāo)記因方向的不同而不同的點(diǎn)。由此能夠精密地控制影像光的導(dǎo)光，并且使導(dǎo)光部件10小型化。

導(dǎo)光部件10中的主體10s，表示可視范圍內(nèi)較高的透光性，雖成為一體形成品，但如已經(jīng)說明的那樣，導(dǎo)光部件10能夠考慮功能性地劃分為第一導(dǎo)光部分11和第二導(dǎo)光部分12。第一導(dǎo)光部分11能夠進(jìn)行影像光GL的導(dǎo)波以及射出，并且能夠進(jìn)行外界光HL的透視。第二導(dǎo)光部分12能夠進(jìn)行影像光GL的入射以及導(dǎo)波。

在第一導(dǎo)光部分11中，第一面S11作為使影像光GL向第一導(dǎo)光部分11外射出的折射面發(fā)揮功能，并且作為使影像光GL在內(nèi)面?zhèn)热瓷涞娜瓷涿姘l(fā)揮功能。第一面S11配置于眼睛假定位置EY(眼睛EY)的正面，如已敘述的那樣，形成平面形狀。另外，第一面S11是由在主體10s的表面實(shí)施的硬涂層27形成的面。

第二面S12作為在主體10s的表面附著有半透半反鏡層15，從而反射影像光GL并且使外界光HL通過的半透過反射面(半透過反射部)發(fā)揮功能。

第三面S13作為使影像光GL在內(nèi)面?zhèn)热瓷涞娜瓷涿姘l(fā)揮功能。第三面S13配置于眼睛EY的大致正面，與第一面S11同樣，形成平面形狀，并且第一面S11與第三面S13是相互平行的面，由此在通過第一面S11與第三面S13觀察外界光HL時(shí)，能見度成為0，特別是也不產(chǎn)生可變倍率。另外，第三面S13是由在主體10s的表面實(shí)施的硬涂層27形成的面。

在第二導(dǎo)光部分12中，第四面S14作為使影像光GL在內(nèi)面?zhèn)热瓷涞娜瓷涿姘l(fā)揮功能。第四面S14也作為使影像光GL向第二導(dǎo)光部分12內(nèi)入射的折射面發(fā)揮功能。即，第四面S14兼作作為使影像光GL從外部入射至導(dǎo)光部件10的光入射面和使影像光GL在導(dǎo)光部件10的內(nèi)部傳播的反射面的功能。另外，第四面S14是由在主體10s的表面實(shí)施的硬涂層27形成的面。

在第二導(dǎo)光部分12中，第五面S15通過將由無機(jī)材料形成的光反射膜RM在主體10s的表面上成膜而形成，作為反射面發(fā)揮功能。

透光部件50表示可視范圍內(nèi)較高的透光性，透光部件50的主體部分由具有與導(dǎo)光部件10的主體10s大致相同的折射率的材料形成。另外，透光部件50在將主體部分接合于導(dǎo)光部件10的主體10s后，在接合的狀態(tài)下與主體10s一起進(jìn)行基于硬涂層的成膜而形成。即，透光部件50與導(dǎo)光部件10相同，在主體部分的表面實(shí)施硬涂層27。第一透過面S51與第三透過面S53是由在主體部分的表面實(shí)施的硬涂層27形成的面。

另外，導(dǎo)光裝置20在應(yīng)該成為導(dǎo)光部件10以及透光部件50的基材接合的基礎(chǔ)上，通過浸漬處理對(duì)接合后的基材進(jìn)行表面涂敷而形成。即，導(dǎo)光部件10的硬涂層27與透光部件50一起設(shè)置于導(dǎo)光裝置20的整體。

如以上那樣，在導(dǎo)光部件10的內(nèi)部，通過至少包括兩次全反射的從第一面S11至第五面S15的五次反射，對(duì)來自圖像生成部81的影像光進(jìn)行導(dǎo)光。由此能夠兼顧影像光GL的顯示和目視確認(rèn)外界光HL的透視，并且進(jìn)行影像光GL的像差的修正。

以下，對(duì)虛像顯示裝置100中的影像光GL等的光路進(jìn)行說明。從圖像顯示裝置80射出的影像光GL，通過構(gòu)成投射透鏡30的各透鏡31～33，由此被收斂并且入射至被給予預(yù)期的像散并設(shè)置于導(dǎo)光部件10的具有正的折射力的第四面S14。另外，該像散在經(jīng)過導(dǎo)光部件10的各面的期間被抵消，最終能夠在預(yù)期的狀態(tài)下朝向觀察者的眼睛射出影像光。

入射于導(dǎo)光部件10的第四面S14并通過該第四面S14的影像光GL，一邊收斂、一邊行進(jìn)，在經(jīng)由第二導(dǎo)光部分12時(shí)，在具有比較弱的正的折射力的第五面S15被反射，并從內(nèi)側(cè)再次入射至第四面S14并被反射。

在第二導(dǎo)光部分12的第四面S14被反射的影像光GL，在第一導(dǎo)光部分11內(nèi)入射至實(shí)際上不具有折射力的第三面S13并被全反射，且入射至實(shí)際上不具有折射力的第一面S11并被全反射。

在此，影像光GL在經(jīng)由第三面S13的前后，在導(dǎo)光部件10中形成中間像。該中間像的像面與圖像生成部81的圖像面OI對(duì)應(yīng)。

在第一面S11被全反射的影像光GL入射至第二面S12，但特別是入射至半透半反鏡層15的影像光GL，也一部分透過該半透半反鏡層15，并且一部分被反射，而再次入射至第一面S11并通過。另外，半透半反鏡層15在此作為相對(duì)于被反射的影像光GL具有比較強(qiáng)的正的折射力的部件發(fā)揮作用。另外，第一面S11作為相對(duì)于通過其的影像光GL不具有折射力的部件發(fā)揮作用。

通過第一面S11后的影像光GL作為大致平行光束入射至觀察者的眼睛EY的瞳孔或者與其等同的位置。即，觀察者通過作為虛像的影像光GL，觀察形成于圖像生成部81上的圖像。

另一方面，外界光HL中入射至比導(dǎo)光部件10的第二面S12靠+X側(cè)的光，通過第一導(dǎo)光部分11的第三面S13和第一面S11，但此時(shí)第三面S13與第一面S11成為相互大致平行的平面，從而幾乎不產(chǎn)生像差等。即，觀察者隔著導(dǎo)光部件10觀察無變形的外界像。相同地，外界光HL中入射至比導(dǎo)光部件10的第二面S12靠-X側(cè)的光，即入射至透光部件50的光，在通過設(shè)置于此的第三透過面S53和第一透過面S51時(shí)，第三透過面S53與第一透過面S51成為相互大致平行的平面，從而不產(chǎn)生像差等。即，觀察者隔著透光部件50觀察無變形的外界像。另外，外界光HL中入射至與導(dǎo)光部件10的第二面S12對(duì)應(yīng)的透光部件50的光，在通過第三透過面S53和第一面S11時(shí)，第三透過面S53與第一面S11成為相互大致平行的平面，從而幾乎不產(chǎn)生像差等。即，觀察者隔著透光部件50觀察變形較少的外界像。另外，導(dǎo)光部件10的第二面S12和透光部件50的第二透過面S52均具有大致相同的曲面形狀，均具有大致相同的折射率，兩者的間隙利用大致相同的折射率的粘接層CC填充。即，導(dǎo)光部件10的第二面S12、透光部件50的第二透過面S52不相對(duì)于外界光HL作為折射面發(fā)揮作用。

如以上那樣，在形成中間像并且利用導(dǎo)光部件中的全反射進(jìn)行導(dǎo)光的結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)中，一直以來，為了實(shí)現(xiàn)裝置的小型化并且較高地維持精度，也在導(dǎo)光部件等中使用自由曲面，從而一邊抑制像差、一邊進(jìn)行光路的調(diào)整。例如在專利文獻(xiàn)1(日本特開2015-72438號(hào)公報(bào))中，除了導(dǎo)光部件之外，即使在投射透鏡的一部分(光射出側(cè)的透鏡面)，也設(shè)置自由曲面，從而一邊進(jìn)行像差的修正、一邊響應(yīng)小型化的要求。然而，例如從在導(dǎo)光部件中為了導(dǎo)光而需要維持全反射條件等的制約來看，在小型化方面存在設(shè)計(jì)上的極限。具體而言，例如在欲縮小圖2所示的導(dǎo)光裝置20的從交點(diǎn)C1至交點(diǎn)C2的距離，即欲縮短導(dǎo)光裝置20的導(dǎo)光方向的長(zhǎng)度的情況下，影像光的全反射條件容易成為問題。在該情況下，假設(shè)若如本申請(qǐng)那樣不由非軸對(duì)稱非球面構(gòu)成透鏡面33a，則有可能使作為圖像顯示裝置80中從接近人體的內(nèi)側(cè)射出的成分的一部分光束GLa，以在各面S11、S13、S14上滿足全反射條件的方式進(jìn)行控制變得特別困難。例如考慮以一部分光束GLa滿足全反射條件的方式特別是調(diào)整全反射條件嚴(yán)酷的成分通過的面S12中接近面S13的一側(cè)的形狀。然而，在進(jìn)行這樣的調(diào)整的情況下，不僅接近面S13的一側(cè)，而且也需要對(duì)面S12中作為供一部分光束GLa通過的整個(gè)范圍的從接近面S13的一側(cè)至中央側(cè)的部分整體地進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)，調(diào)整的部分中的一部分(面S12中靠近中央的部分)也在作為圖像顯示裝置80中從遠(yuǎn)離人體的外側(cè)射出的成分的部分光束GLb通過的范圍內(nèi)，因此對(duì)于面S12的形狀調(diào)整存在各種制約，從而作為光學(xué)系統(tǒng)整體難以進(jìn)行像差修正。另外，作為其他調(diào)整位置的候補(bǔ)，例如，也考慮是非軸對(duì)稱非球面，對(duì)部分光束GLa與部分光束GLb在相互分離的區(qū)域反射的面S14進(jìn)行調(diào)整。但是面S14是不僅進(jìn)行使影像光GL反射，也進(jìn)行使其透過的位置，例如部分光束GLa的反射區(qū)域與部分光束GLb的透過區(qū)域重疊。因此在對(duì)面S14進(jìn)行調(diào)整的情況下也存在各種制約。

與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，特別是不僅將在光射出側(cè)配置的第一透鏡31的透鏡面31a，也將在光入射側(cè)配置的第三透鏡33的光射出側(cè)的透鏡面33a設(shè)為非軸對(duì)稱非球面。如已經(jīng)敘述的那樣，透鏡面33a是位于投射透鏡30中比較接近圖像顯示裝置80的一側(cè)的透鏡面。因此，例如如圖示的那樣，圖像面OI的周邊側(cè)的區(qū)域(稱為角區(qū)域)中從內(nèi)側(cè)與外側(cè)不同的角區(qū)域IA、OA的兩點(diǎn)P1、P2分別射出的部分光束GLa、GLb，在相互交叉前通過透鏡面33a。即，在上述情況下，作為非軸對(duì)稱非球面的透鏡面33a配置于從作為圖像顯示裝置80的光射出面的圖像面OI中不同的角區(qū)域的兩點(diǎn)P1、P2分別射出的影像光的光束中、作為應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分的部分光束GLa、GLb不相互交叉的位置。通過將處于這樣的位置的透鏡面33a設(shè)為非軸對(duì)稱非球面(自由曲面)，從而透鏡面33a對(duì)圖像面OI中從接近人體的內(nèi)側(cè)的區(qū)域射出的部分光束GLa和圖像面OI中從遠(yuǎn)離人體的外側(cè)的區(qū)域射出的部分光束GLb帶來不同的作用。即，例如能夠單獨(dú)地進(jìn)行對(duì)部分光束GLa的像差修正和對(duì)部分光束GLb的像差修正。

作為比較，例如若觀察透鏡面31a，則在該位置部分光束GLa的通過范圍與部分光束GLb的通過范圍已經(jīng)重疊，無法使部分光束GLa與部分光束GLb分離來單獨(dú)地進(jìn)行像差修正，而僅能夠進(jìn)行作為光束整體的像差修正。在本實(shí)施方式中，在影像光的光束中應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分(部分光束GLa、GLb)不相互交叉的位置，配置非軸對(duì)稱非球面(透鏡面33a)，從而能夠維持例如與專利文獻(xiàn)1(日本特開2015-72438號(hào)公報(bào))所公開的虛像顯示裝置的情況同等的分辨率、視場(chǎng)角等各種光學(xué)精度，并且使光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，進(jìn)而使裝置整體小型化。具體而言，如上述那樣在導(dǎo)光裝置20中，例如能夠?qū)慕稽c(diǎn)C1到交點(diǎn)C2的距離(間隔)設(shè)為48mm以下。

此外，在該情況下，與以往相比能夠縮短投射透鏡30的全長(zhǎng)，并且減薄各透鏡31～33的透鏡厚。由此能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的小型化，從而在外觀設(shè)計(jì)上也能夠?qū)崿F(xiàn)更時(shí)尚的外觀。

另外，在本實(shí)施方式中，如已敘述的那樣，使視線軸SX相對(duì)于透鏡光軸LX傾斜6.7°，從相對(duì)于導(dǎo)光軸DX垂直的狀態(tài)傾斜大約10°，由此也使外觀形狀更加時(shí)尚。

另外，在本實(shí)施方式中，如上述那樣，關(guān)于投射透鏡30的結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜的離軸光學(xué)系統(tǒng)，并且成為更加集中的透鏡配置。與此對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步對(duì)來自圖像顯示裝置80的射出光進(jìn)行調(diào)整。即，使從作為圖像顯示裝置80的光射出面的圖像面OI射出的各部分光束，相對(duì)于射出角度表示圖像顯示裝置80的中心的透鏡光軸LX成為非對(duì)稱。

以下，參照?qǐng)D3以及圖4對(duì)構(gòu)成影像光GL的部分光束的射出角度進(jìn)行更具體地說明。首先，如圖所示，可知圖像顯示裝置80中矩形狀的區(qū)域中從右下(內(nèi)側(cè))、右上(內(nèi)側(cè))、左下(外側(cè))、左上(外側(cè))的四角(角區(qū)域IA1、IA2、OA1、OA2)分別射出的部分光束GLa1、GLa2、GLb1、GLb2中，從外側(cè)射出的部分光束GLb1、GLb2的射出角度比從內(nèi)側(cè)射出的部分光束GLa1、GLa2大(左右非對(duì)稱)。由此，即便在由上述那樣的復(fù)雜形狀的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成投射透鏡30等的情況下，也能夠抑制目視確認(rèn)的影像的亮度不均等。另一方面可知在內(nèi)側(cè)彼此或者外側(cè)彼此，射出角度相等(上下對(duì)稱)。另外，部分光束GLa1、GLa2、GLb1、GLb2在透鏡面33a內(nèi)不相互交叉。

以上，若以第一方向DD1以及第二方向DD2進(jìn)行說明，則關(guān)于構(gòu)成影像光GL的各部分光束，在與圖像顯示裝置80的圖像面OI平行的面(xy面)內(nèi)，從沿著作為x方向(水平方向)的第一方向DD1排列的各像素分別射出的光束的y方向(垂直方向)亦即第二方向DD2的射出角度各自不同。此外，在本實(shí)施方式中，使投射透鏡30的透鏡面33a的曲率與從圖像顯示裝置80射出的每個(gè)部分光束的通過位置對(duì)應(yīng)地變化。此外使透鏡面33a的曲率與導(dǎo)光部件10的面S12的部分光束(例如，圖2的部分光束GLa與部分光束GLb)的入射角度對(duì)應(yīng)地變化。

以下，參照?qǐng)D5、圖6等，對(duì)設(shè)置于投射透鏡30的光闌ST的構(gòu)造來進(jìn)行例示說明。圖5(A)是對(duì)投射透鏡30的一個(gè)構(gòu)成例表示的剖視圖，圖5(B)是表示構(gòu)成投射透鏡30的鏡筒39的一個(gè)例子的主視圖。另外，圖6(A)是在圖5表示的一個(gè)例子中示意地表示圖像顯示裝置80與投射透鏡30的光闌ST的配置關(guān)系的圖。另外，圖6(B)是示意地表示圖像顯示裝置80與投射透鏡30的光闌ST的配置關(guān)系的一個(gè)變形例的圖，詳見后述。在此，如圖示那樣，作為鏡筒39的一部分設(shè)置有光闌ST。如圖5(A)所示，光闌ST在第二透鏡32與第三透鏡33之間相對(duì)于透鏡光軸LX垂直地配置，以在影像內(nèi)外不產(chǎn)生額外的光(疊影光)的方式遮擋不必要的光。如圖5(B)所示，在正面觀察時(shí)，光闌ST成為梯形形狀。由此能夠在上述的非對(duì)稱的狀態(tài)下，與從圖像面OI射出的各部分光束對(duì)應(yīng)，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行不必要的光的遮擋。

以下，對(duì)光闌ST的形狀、構(gòu)造進(jìn)行更詳細(xì)地說明。首先，如圖5(A)以及圖5(B)所示，在此與上述同樣，將x方向設(shè)為第一方向DD1，將y方向設(shè)為第二方向DD2。換言之，將與圖像面OI的法線方向(圖2的透鏡光軸LX延伸的Z方向)垂直且與導(dǎo)光部件10的導(dǎo)光方向(圖2的導(dǎo)光軸DX延伸的方向)對(duì)應(yīng)的方向(在圖2中與導(dǎo)光方向相同在XZ面內(nèi)延伸的方向)設(shè)為第一方向DD1，將與圖像面OI的法線方向和第一方向DD1垂直的方向設(shè)為第二方向DD2。此外，在此如圖5(B)以及圖6(A)所示，在光闌ST中，將與通過圖像面OI的中心的透鏡光軸LX交叉并且與第一方向DD1平行的軸設(shè)為第一軸XX1，將與透鏡光軸LX交叉且與第二方向DD2平行的軸設(shè)為第二軸XX2。在該情況下，與構(gòu)成影像光GL的各部分光束的第一方向DD1的非對(duì)稱性和第二方向DD2的對(duì)稱性對(duì)應(yīng)，由光闌ST形成的開口部OP相對(duì)于第一軸XX1為線對(duì)稱，相對(duì)于第二軸XX2成為非線對(duì)稱的形狀。特別是在圖示的情況下，成為以第一軸XX1為對(duì)稱軸且從外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)擴(kuò)大的等腰梯形狀。

另外，圖5以及圖6(A)所示的光闌ST的形狀為一個(gè)例子，也考慮形成為其他形狀。例如在與圖6(A)對(duì)應(yīng)的圖6(B)中示意地表示的那樣，使光闌ST相對(duì)于透鏡光軸LX傾斜地配置，即非垂直地配置，從而即使預(yù)先將開口部例如不形成為梯形形狀而是形成為矩形狀(長(zhǎng)方形)，也能夠形成為在正面觀察時(shí)看成為梯形形狀的形狀。另外，通過使光闌ST相對(duì)于透鏡光軸LX的傾斜程度與射出角度的變化對(duì)應(yīng)，從而能夠更嚴(yán)格地除去不必要的光。另外在該情況下，除了沿著非垂直的平面形成光闌ST的情況之外，也可以沿著曲面(非平面)形成光闌ST。

在此，從圖像顯示裝置80射出的光具有角度亮度特性，并且角度亮度特性較大地依賴于像素開口形狀。通常，開口形狀越大，則角度亮度特性的全值半角越大，即，即便在相對(duì)于面板法線更大的角度方向也以較高的亮度射出，并且開口形狀越小，則全值半角越小，從而成為峰值。特別是在本實(shí)施方式的虛像顯示裝置100等HMD所使用的超小型的顯示器件中，存在一個(gè)像素的開口形狀小于10μm的情況，在該情況下，例如在相對(duì)于圖像面OI的法線方向傾斜20°左右的方向上的亮度，相對(duì)于法線方向低于50％。由此存在產(chǎn)生影像的亮度不均的情況。特別是如本實(shí)施方式那樣，在為光束的狀態(tài)因面板位置的不同而不同的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，亮度不均可能成為較大的課題。因此在本實(shí)施方式中，以像素的開口隨著射出角度的進(jìn)一步增大而增大的方式，調(diào)整像素布局，由此抑制亮度不均的產(chǎn)生。在本實(shí)施方式的情況下，以能夠進(jìn)行在第二方向DD2(y方向)上射出角度因第一方向DD1(x方向)上的位置不同而不同的調(diào)整的方式，例如形成第二方向DD2比第一方向DD1更大地?cái)U(kuò)展的開口構(gòu)造，從而只要根據(jù)第一方向DD1的每個(gè)位置來改變各像素的開口的大小即可。另外，也能夠通過面板的基板構(gòu)造使相對(duì)于面板法線方向具有某傾斜的角度的亮度最高。即，從圖像顯示裝置80射出的光束中亮度最高的光線方向，能夠因圖像顯示裝置80的像素的位置的不同而不同。

以下，參照?qǐng)D7關(guān)于虛像顯示裝置100中的圖像顯示裝置80，對(duì)光學(xué)結(jié)構(gòu)的更具體的一個(gè)例子進(jìn)行詳細(xì)地說明。

首先，如上述那樣，圖像顯示裝置80是自發(fā)光型的圖像顯示裝置，即：作為圖像生成部81、配光控制部82除了配置于圖像生成部81的最后段的濾色層CF之外，還具有對(duì)圖像生成部81的動(dòng)作進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)控制部(省略圖示)。若參照?qǐng)D7(A)以及圖7(B)對(duì)圖像顯示裝置80的一個(gè)構(gòu)成例進(jìn)行更具體地說明，則圖像顯示裝置80中的圖像生成部81具備：作為像素電極的多個(gè)透明電極(陽極)71a、對(duì)置電極(陰極)72a、配置于透明電極71a與對(duì)置電極72a之間的作為發(fā)光功能層(發(fā)光層)的有機(jī)EL層73a、以及保護(hù)層74a。作為配光控制部82的濾色層CF形成于保護(hù)層74a上。濾色層CF由紅色、綠色以及藍(lán)色用濾色部CFr、CFg、CFb構(gòu)成，各色用濾色部CFr、CFg、CFb分別與作為像素電極的多個(gè)透明電極(陽極)71a對(duì)應(yīng)地以矩陣狀排列。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，圖像顯示裝置80使電極71a、72a適當(dāng)?shù)貏?dòng)作，使有機(jī)EL層73a發(fā)光，從而圖像生成部81從圖像面OI射出影像光GL。即，圖像顯示裝置80作為光源包括有機(jī)EL，從而對(duì)構(gòu)成圖像面OI的每個(gè)像素發(fā)出影像光GL。另外，作為影像光GL，由圖像生成部81發(fā)出的光通過濾色層CF，從而能夠從圖像顯示裝置80射出彩色的影像光(圖像光)GL。在此在本實(shí)施方式中，在作為配光控制部82的濾色層CF中，以各色用濾色部CFr、CFg、CFb的間距相對(duì)于構(gòu)成圖像面OI的矩陣狀的像素的間距即呈矩陣狀配置的多個(gè)透明電極71a、71a、71a的間距不同的方式排列。由此如圖7(A)所示，在從作為圖像顯示裝置80的中心光軸的透鏡光軸LX分離的周邊側(cè)，各色用濾色部CFr、CFg、CFb的位置相對(duì)于對(duì)應(yīng)的各電極71a、71a、71a偏移(在圖示的情況下，各色用濾色部CFr、CFg、CFb的位置向右側(cè)偏移或者外緣的位置偏移)，從而經(jīng)由濾色層CF射出的成分光的配光狀態(tài)向傾斜方向(圖示的情況下為向右傾斜方向)傾斜，該成分光以接近透鏡光軸LX側(cè)的方式射出。另一方面，如圖7(B)所示，在圖像顯示裝置80的透鏡光軸LX的附近即中心側(cè)，不產(chǎn)生上述那樣的偏移或即使產(chǎn)生也為微量，從而射出的成分光的配光狀態(tài)不傾斜，該成分光垂直或者大致垂直地射出。對(duì)每個(gè)位置或者以一定程度的區(qū)域單位來調(diào)整這樣射出的光的傾斜程度，從而能夠構(gòu)成所希望的射出狀態(tài)(非對(duì)稱的狀態(tài))。

歸納以上內(nèi)容，換言之，在圖像顯示裝置80中，圖像生成部81是通過作為像素電極的多個(gè)透明電極71a而使像素以矩陣狀配置于圖像面OI而形成的像素矩陣，作為配光控制部82的濾色層CF，以相對(duì)于從中心側(cè)朝向周邊側(cè)構(gòu)成圖像面OI的矩陣狀的像素的間距(透明電極71a的間距)的偏移增大的方式，具有針對(duì)每個(gè)圖像面OI的位置不同的形狀。由此以光的配光狀態(tài)適合每個(gè)圖像面OI的位置的方式進(jìn)行控制。即，在各位置射出的光的應(yīng)該成為主光線的角度的光最強(qiáng)，結(jié)果，作為配光控制部82的濾色層CF以在從圖像面OI的各位置射出的成分的主光線的軸向上最強(qiáng)的強(qiáng)度分布射出光的方式進(jìn)行控制。如以上那樣，在本實(shí)施方式中，濾色層CF作為對(duì)作為射出光的影像光GL的配光進(jìn)行控制的配光控制部82發(fā)揮功能。

如以上那樣，在本實(shí)施方式的虛像顯示裝置100中，在投射透鏡30中，將從作為圖像顯示裝置80的光射出面的圖像面OI中不同的角區(qū)域IA、OA的兩點(diǎn)P1、P2分別射出的影像光的光束中應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分處于不相互交叉的位置的透鏡面33a，設(shè)為非軸對(duì)稱非球面，從而能夠維持分辨率、視場(chǎng)角等各種光學(xué)精度，并且使光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，進(jìn)而使裝置整體小型化。

圖8是用于對(duì)圖像顯示裝置80的一個(gè)變形例進(jìn)行說明的概念圖，且是與圖7(A)對(duì)應(yīng)的圖。在圖8表示的一個(gè)變形例中，在濾色層CF上配置有微透鏡陣列MLA。在本變形例中，該微透鏡陣列MLA或者微透鏡陣列MLA與濾色層CF協(xié)作而作為配光控制部82發(fā)揮功能。具體而言，構(gòu)成微透鏡陣列MLA的多個(gè)要素透鏡EL與構(gòu)成濾色層CF的各色用濾色部CFr、CFg、CFb對(duì)應(yīng)地以矩陣狀配置，各要素透鏡EL的形狀根據(jù)各色用濾色部CFr、CFg、CFb的配置的位置，即構(gòu)成圖像面OI的矩陣狀的像素的位置(電極71a的位置)，相對(duì)于像素的排列以不一樣的方式配置。具體而言，例如外形形狀不同、對(duì)應(yīng)的各要素透鏡EL的位置相對(duì)于各像素偏移地配置、或者與像素間距相比縮窄間距地排列微透鏡陣列MLA。由此微透鏡陣列MLA單獨(dú)或與濾色層CF協(xié)作，作為進(jìn)行構(gòu)成影像光GL的各成分光的調(diào)整的配光控制部82發(fā)揮功能。換言之，作為使微透鏡陣列MLA射出的光的角度偏轉(zhuǎn)的偏振光部件發(fā)揮功能。

其他

以上，結(jié)合各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限定于上述的實(shí)施方式，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠在各種方式下實(shí)施。例如，以上對(duì)透視的虛像顯示裝置進(jìn)行了說明，但即使在不是透視的類型的虛像顯示裝置中，也能夠應(yīng)用本實(shí)施方式表示的構(gòu)造。

在上述的說明中，作為圖像顯示裝置(影像元件)80，使用包括OLED(有機(jī)EL)的圖像生成部81，但不限定于此，作為圖像顯示裝置80，也能夠利用由透射式的液晶顯示器件和背光燈構(gòu)成的裝置等各種裝置。

圖9是用于對(duì)圖像顯示裝置的其他一個(gè)變形例進(jìn)行說明的概念圖。在圖9表示的一個(gè)變形例的圖像顯示裝置180中，使用透射式的液晶顯示器件，圖像生成部181由液晶面板構(gòu)成，具有TFT像素構(gòu)造和黑矩陣構(gòu)造。即，由一對(duì)透明電極171a、171b和一對(duì)取向膜172a、172b夾著液晶層173a，并且設(shè)置濾色層CF，調(diào)制從作為光源光的背光燈BL照射的光。在此，在構(gòu)成濾色層CF的各色用濾色部CFr、CFg、CFb之間設(shè)置黑矩陣BM。在本變形例中，使該黑矩陣BM的形狀根據(jù)各色用濾色部CFr、CFg、CFb的配置的位置，即構(gòu)成圖像面OI的矩陣狀的像素的位置(電極171a的位置)而變化，從而作為進(jìn)行構(gòu)成影像光GL的各成分光的調(diào)整的配光控制部82發(fā)揮功能。另外，對(duì)于以上的構(gòu)造，換言之，在具有TFT像素構(gòu)造與黑矩陣構(gòu)造的對(duì)置基板像素構(gòu)造中，各自間距不同。

另外，例如也能夠是使用反射型的液晶顯示器件的構(gòu)成，代替由液晶顯示器件等構(gòu)成的圖像生成部81，也能夠使用數(shù)字微鏡器件等。另外，作為自發(fā)光型元件，也能夠使用LED陣列等。

另外，在上述實(shí)施方式中，使用包括OLED(有機(jī)EL)的面板型的圖像顯示裝置80，但也能夠代替其而使用掃描式的圖像顯示裝置。具體而言，例如在圖像面OI配置光擴(kuò)散元件，通過掃描式的照明光學(xué)系統(tǒng)使光在圖像面OI的位置掃描而形成圖像，并且通過該光擴(kuò)散元件的擴(kuò)散作用使影像光射出，從而能夠應(yīng)用與上述相同的構(gòu)成。

另外，在上述實(shí)施方式中，分別單獨(dú)地制造左右的導(dǎo)光裝置20，但不限定于此，例如也能夠形成共享透光部件的構(gòu)成。圖10(A)以及10(B)是用于對(duì)導(dǎo)光裝置的一個(gè)變形例進(jìn)行說明的概念圖。在該例中，左右一對(duì)導(dǎo)光部件10、10與透光部件150，作為通過左右一對(duì)導(dǎo)光部件10、10夾著一個(gè)透光部件150進(jìn)行連接而成為一體的光學(xué)部件且左右一體化的導(dǎo)光裝置20發(fā)揮功能。在該情況下，能夠通過透光部件150簡(jiǎn)單并且準(zhǔn)確地進(jìn)行兩眼觀察用的對(duì)位。例如圖10(A)所示，預(yù)先使透光部件150的中心部CE適當(dāng)?shù)貜澢?，從而也能夠?guī)定左右的角度。另外，例如圖10(B)所示，在中心部CE，預(yù)先在上下的端部設(shè)置凹部CVa、CVb，從而能夠?qū)疾緾Va、CVb在制造工序中用于導(dǎo)光部件10、10相對(duì)于透光部件150的粘接固定用的定位(位置固定)、或作為用于設(shè)置鼻托部的位置使用。

在上述的說明中，對(duì)于導(dǎo)光裝置20而言，從光入射部(第二導(dǎo)光部分12)至光射出部(第一導(dǎo)光部分11)是由一個(gè)部件構(gòu)成的，但除了這樣的構(gòu)成以外，例如圖11(A)所示，也可以不經(jīng)由由光反射膜RM(參照?qǐng)D2)構(gòu)成的光反射面，而使影像光GL直接入射至基于全反射的導(dǎo)光部分、如圖11(B)所示，成為分離成由棱鏡等構(gòu)成導(dǎo)光裝置20的導(dǎo)光部件10的光入射部10p和導(dǎo)光部10q的結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于全反射，也可以如圖11(A)以及11(B)所示，成為僅利用在導(dǎo)光部中對(duì)置地延伸的面中的一方的面進(jìn)行全反射，在另一方的面不進(jìn)行全反射而將其取出的結(jié)構(gòu)。

在上述的說明中，作為投射光學(xué)系統(tǒng)，采用由多個(gè)透鏡構(gòu)成的投射透鏡30，但不限定于此，例如圖12所示，也可以由作為棱鏡狀的部件的投射棱鏡光學(xué)系統(tǒng)230構(gòu)成投射光學(xué)系統(tǒng)。即使在該情況下，例如，將投射棱鏡光學(xué)系統(tǒng)230中有助于光路變更的各面231a～233a中，從圖像顯示裝置80分別射出的影像光的光束中作為應(yīng)該到達(dá)觀察者的眼睛的成分的部分光束GLa、GLb，配置于不相互交叉的位置的光入射面233a設(shè)為非軸對(duì)稱非球面(自由曲面)，從而能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)南癫钚拚Ａ硗猓瑢?duì)于作為光入射面233a以外的面的反射面232a、光射出面231a也可以形成為非軸對(duì)稱非球面(自由曲面)。此外在圖示中，作為投射光學(xué)系統(tǒng)的投射棱鏡光學(xué)系統(tǒng)230與導(dǎo)光裝置20(導(dǎo)光部件10)不連接，而成為分體，但也能夠形成將它們連接而成為一體的結(jié)構(gòu)。

另外，例如在圖13(A)以及13(B)中作為一個(gè)變形例表示的那樣，在鏡筒39中，也可以將光闌ST的形狀形成為長(zhǎng)方形(在X方向較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形)。例如根據(jù)導(dǎo)光部件10(參照?qǐng)D2等)的長(zhǎng)度、形狀等，而與參照?qǐng)D5(B)說明的情況不同，即使不將光闌ST形成為梯形形狀，也能夠例如與各部分光束對(duì)應(yīng)地適當(dāng)進(jìn)行不必要的光的遮擋。

在上述說明中，半透半反鏡層(半透過反射膜)15形成于橫長(zhǎng)的矩形區(qū)域，但半透半反鏡層15的輪廓能夠根據(jù)用途以外的規(guī)格而適當(dāng)?shù)刈兏Ａ硗?，半透半反鏡層15的透過率、反射率也能夠根據(jù)用途以外的規(guī)格進(jìn)行變更。

在上述說明中，對(duì)具備一對(duì)顯示裝置100A、100B的虛像顯示裝置100進(jìn)行了說明，但能夠?yàn)閱我坏娘@示裝置。即，也可以成為不與右眼以及左眼雙方對(duì)應(yīng)地一組一組地設(shè)置投射透視裝置70以及圖像顯示裝置80，而是僅對(duì)右眼或者左眼的任一方設(shè)置投射透視裝置70以及圖像顯示裝置80來單眼觀察圖像的結(jié)構(gòu)。

在上述說明中，半透半反鏡層15僅為半透過性的膜(電介質(zhì)多層膜)，但半透半反鏡層15能夠置換成平面或者曲面的全息元件。另外，除此以外，也能夠代替半透半反鏡層15，而在曲面上排列多個(gè)微小的反射面、或使用菲涅爾反射鏡、或使用其他衍射元件。

在上述的說明中，導(dǎo)光部件10等沿眼睛EY并排的橫向延伸，但也能夠使導(dǎo)光部件10以沿縱向延伸的方式配置。在該情況下，導(dǎo)光部件10具有不串聯(lián)而并聯(lián)地平行配置的構(gòu)造。

附圖標(biāo)記說明：BM…黑矩陣；C1、C2…交點(diǎn)；CC…粘接層；CE…中心部；CF…濾色層；CFr、CFg、CFb…濾色部；CVa、CVb…凹部；DD1…第一方向；DD2…第二方向；DX…導(dǎo)光軸；EL…要素透鏡；EY…眼睛假定位置(眼睛)；GL…影像光；GLa、GLb、GLa1、GLa2、GLb1、GLb2…部分光束；HL…外界光；IA、OA、IA1、IA2、OA1、OA2…角區(qū)域；LX…透鏡光軸；MLA…微透鏡陣列(偏振光部件)；OI…圖像面；OP…開口部；P1、P2…點(diǎn)；RM…光反射膜；S11-S15…面；S51-S53…透過面；SX…視線軸；XX1…第一軸；XX2…第二軸；31-33…透鏡(光學(xué)元件)；10…導(dǎo)光部件；10s…主體；11…第一導(dǎo)光部分(光射出部)；12…第二導(dǎo)光部分(光入射部)；15…半透半反鏡層(半透過反射部)；20…導(dǎo)光裝置；27…硬涂層；30…投射透鏡(投射光學(xué)系統(tǒng))；31a…透鏡面；33a…透鏡面(非軸對(duì)稱非球面)；39…鏡筒；40…鼻托部；50…透光部件；70…投射透視裝置；71a…透明電極；72a…對(duì)置電極；73a…有機(jī)EL層(發(fā)光層)；74a…保護(hù)層；80…圖像顯示裝置(影像元件)；81…圖像生成部；82…配光控制部；100…虛像顯示裝置；100A、100B…顯示裝置；101a、101b…光學(xué)部件；102…框部；105a、105b…像形成主體部；150…透光部件；171a、171b…透明電極；172a、172b…取向膜；173a…液晶層；180…圖像顯示裝置；181…圖像生成部；230…投射棱鏡光學(xué)系統(tǒng)(投射光學(xué)系統(tǒng))。