圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)
[0001]本申請是申請日為2012年3月21日、申請?zhí)枮?01210076465.6、名稱為“圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)以及具備其的虛像顯示裝置”的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及在頭部佩戴使用的頭戴式顯示器等中使用的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)以及具備其的虛像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，作為像頭戴式顯示器那樣可進(jìn)行虛像的形成和觀察的虛像顯示裝置，提出了各種通過導(dǎo)光板將來自顯示元件的圖像光導(dǎo)向觀察者的瞳孔的類型的裝置。作為此類虛像顯示裝置用的導(dǎo)光板，存在具備可傳播導(dǎo)光角度不同的多個(gè)光模式的導(dǎo)光管的導(dǎo)光板(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]在上述專利文獻(xiàn)I的光學(xué)系統(tǒng)中，以多個(gè)光模式所形成的像互相位置偏離為前提，而用在每個(gè)光模式設(shè)定為不同的入射角度的校準(zhǔn)光來照明液晶面板。而且，通過在各光模式改變顯示內(nèi)容并依次實(shí)行各光模式的顯示，而將各光模式的圖像整合以得到整體圖像。該情況下，必須用一個(gè)液晶面板來在以時(shí)間差改變構(gòu)成整體圖像的中央圖像和左右圖像的同時(shí)進(jìn)行顯示，虛像顯示裝置變復(fù)雜且觀察圖像也變暗。
[0005]與以上裝置不同地，還存在一種虛像顯示裝置，可通過與光入射面附帶地設(shè)置凹的反射面并與光出射面附帶地設(shè)置凹的反射面的導(dǎo)光部件來進(jìn)行虛像的觀察，且不需要以時(shí)間差來整合圖像(參照專利文獻(xiàn)2)，由兩個(gè)傾斜的反射面來構(gòu)成無焦系統(tǒng)，不能改善失真等像差。因此，校準(zhǔn)用的投射光學(xué)系統(tǒng)變復(fù)雜或需要圖像處理。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特表2008 - 535001號(hào)公報(bào)；
[0008]專利文獻(xiàn)2:美國專利第7477453號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的問題
[0010]本發(fā)明鑒于上述【背景技術(shù)】而研制，其目的是提供可簡易地顯示像差較小的大且明亮的虛像的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)以及組裝有該系統(tǒng)的虛像顯示裝置。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明涉及的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)具備導(dǎo)光部件，其由透光性的材料形成，其導(dǎo)引來自圖像形成裝置的圖像光而向觀察者出射，導(dǎo)光部件以圖像光的入射順序至少具有第二光入射面、相對地平行延伸的第一及第二全反射面、導(dǎo)光部件反射面和第二光出射面，導(dǎo)光部件反射面是曲面，第二光出射面是平坦面，導(dǎo)光部件的導(dǎo)光部件反射面是半透射的反射鏡，具有透光部件，其具有與半透射的反射鏡接合的曲面且能進(jìn)行經(jīng)第二光出射面和導(dǎo)光部件反射面的外界像的透視，透光部件是架設(shè)部件，該架設(shè)部件在與觀察者的左右眼對應(yīng)地設(shè)置的一對導(dǎo)光部件之間配置，從一個(gè)導(dǎo)光部件架設(shè)到另一導(dǎo)光部件。
[0013]另外，為解決上述問題，本發(fā)明涉及的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)，其具備:(a)光耦合部件，其由透光性的材料形成，且使圖像光入射；和(b)導(dǎo)光部件，其由透光性的材料形成，其導(dǎo)引來自光耦合部件的圖像光而向外部出射，其中，(C)光耦合部件以圖像光的入射順序至少具有第一光入射面、耦合部件反射面和第一光出射面，(d)第一光入射面、耦合部件反射面和第一光出射面中的至少一個(gè)是曲面，(e)導(dǎo)光部件以圖像光的入射順序至少具有第二光入射面、相對地平行延伸的第一及第二全反射面、導(dǎo)光部件反射面和第二光出射面，(f)導(dǎo)光部件反射面是曲面，(g)第二光出射面是平坦面。
[0014]在上述圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)中，在使圖像光向?qū)Ч獠考肷淝霸O(shè)有光耦合部件，在光耦合部件設(shè)置的第一光入射面和耦合部件反射面及第一光出射面中的至少一個(gè)是曲面，但是，由于是曲面，因此可進(jìn)行減小像差的大且明亮的虛像的顯示。
[0015]在本發(fā)明的具體的方面，在上述圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)中，耦合部件反射面是將圖像光全部反射的全反射的反射鏡，導(dǎo)光部件反射面是將導(dǎo)光部件內(nèi)的圖像光平行光束化的凹的收斂面。這里，全反射包括通過例如設(shè)置反射膜等來將光大體100%反射。該情況下，耦合部件反射面處的光的損失減小。此外，可通過導(dǎo)光部件反射面處的平行光束化來形成大體無限遠(yuǎn)的虛像。
[0016]在本發(fā)明的具體的方面，在上述圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)中，在光耦合部件中，第一光入射面是作為全反射面發(fā)揮功能的面，耦合部件反射面是凹的收斂面，第一光出射面是凸的收斂面，在導(dǎo)光部件中，第二光入射面是凸的收斂面。該情況下，通過在光耦合部件和導(dǎo)光部件設(shè)置的各收斂面，可進(jìn)行失真等的補(bǔ)償，可形成減小像差的明亮的虛像。此外，由第一光入射面處的全反射來減小光的損失。
[0017]在本發(fā)明的其他方面，在光耦合部件中，第一光入射面是凸的收斂面，耦合部件反射面是凹的收斂面，第一光出射面是凸的收斂面，在導(dǎo)光部件中，第二光入射面是凸的收斂面。該情況下，通過在光耦合部件和導(dǎo)光部件設(shè)置的各收斂面，可進(jìn)行失真等的補(bǔ)償，可形成減小像差的明亮的虛像。此外，由第一光入射面處的全反射來減小光的損失。
[0018]在本發(fā)明的其他方面，在光耦合部件中，第一光入射面是凸的收斂面，耦合部件反射面是凹的收斂面，第一光出射面是凸的收斂面，在導(dǎo)光部件中，第二光入射面是作為第一全反射面發(fā)揮功能的面，具有與第二光入射面相對的凹的收斂面且具有將來自該第二光入射面的圖像光向第一全反射面反射的全反射的相對反射面，具有在光耦合部件的第一光出射面和導(dǎo)光部件的第二光入射面之間配置的收斂性的透鏡。該情況下，通過在光耦合部件和導(dǎo)光部件設(shè)置的各收斂面，可進(jìn)行失真等的補(bǔ)償。此外，可通過在第一光出射面和第二光入射面之間配置的收斂性的透鏡來進(jìn)行圖像光的光束的調(diào)整。這樣，可形成減小像差的明亮的虛像。
[0019]在本發(fā)明的其他方面，在光耦合部件中，第一光入射面是作為全反射面發(fā)揮功能的面，耦合部件反射面是全反射的凹的收斂面，第一光出射面是凸的收斂面，在導(dǎo)光部件中，第二光入射面是凸的收斂面，具有與光耦合部件的第一光入射面相對地配置的收斂性的透鏡。該情況下，通過在光耦合部件和導(dǎo)光部件設(shè)置的各收斂面，可進(jìn)行失真等的補(bǔ)償。此外，在光耦合部件和耦合部件反射面中，減小光的損失。再有，通過與光耦合部件的第一光入射面相對地配置的收斂性的透鏡而可進(jìn)行圖像光的光束的調(diào)整。這樣，可形成減小像差的明亮的虛像。
[0020]在本發(fā)明的其他方面，導(dǎo)光部件的導(dǎo)光部件反射面是半透射的反射鏡，具有透光部件，其具有與半透射的反射鏡接合的曲面且能進(jìn)行經(jīng)第二光出射面和導(dǎo)光部件反射面的外界像的透視。該情況下，通過在半透射型反射鏡的背后接合的透光部件，可進(jìn)行良好的透明觀察。
[0021]在本發(fā)明的其他方面，光耦合部件的折射率和色散率(dispers1n)中的至少一個(gè)與導(dǎo)光部件的折射率和色散率不同。該情況下，通過調(diào)整光耦合部件和導(dǎo)光部件之間的折射率和色散率，也可補(bǔ)償包括圖像光的色差等的各種像差。
[0022]此外，本發(fā)明涉及的虛像顯示裝置具備:上述圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)；和圖像形成裝置，其形成導(dǎo)向圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)的圖像光。該情況下，通過使用上述圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)，虛像顯示裝置可簡單地表示像差較小的大且明亮的虛像。
【附圖說明】
[0023]圖1是表示第一實(shí)施方式涉及的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)以及組裝有該系統(tǒng)的虛像顯示裝置中的單眼側(cè)的俯視圖。
[0024]圖2是表示虛像顯示裝置的整體的俯視圖。
[0025]圖3是表示透光部件的立體圖。
[0026]圖4是表示第二實(shí)施方式涉及的虛像顯示裝置的俯視圖。
[0027]圖5是表示第三實(shí)施方式涉及的虛像顯示裝置的俯視圖。
[0028]圖6是表示第四實(shí)施方式涉及的虛像顯示裝置的俯視圖。
[0029]圖7是表示變形例的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)的俯視圖。
[0030]附圖標(biāo)記說明:
[0031]I圖像形成裝置12 (收斂性的)透鏡20圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)21光耦合部件21a第一光入射面21b親合部件反射面21c第一光出射面22導(dǎo)光部件22a第二光入射面22b、22c全反射面22d導(dǎo)光部件反射面22e第二光出射面22f相對(對向、對置)反射面23透光部件(架設(shè)部件)24半反射層25 (收斂性的)透鏡31照明裝置32液晶顯示器件32a出射面100虛像顯示裝置EY眼GL’外界光GL1、GL2、GL3、GG圖像光WP楔形部件
【具體實(shí)施方式】
[0032]第一實(shí)施方式
[0033]下面在參照附圖的同時(shí)說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的虛像顯示裝置用的圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)以及組裝有該系統(tǒng)的虛像顯示裝置。
[0034]A.圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)以及虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)
[0035]圖1所示的本實(shí)施方式涉及的虛像顯示裝置100適用于頭戴式顯示器，具備圖像形成裝置10和圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)20并使兩者為一組。
[0036]虛像顯示裝置100使觀察者識(shí)別虛像所形成的圖像光，并且通過透明來使觀察者觀察到外界像。雖然圖1僅表示左眼用，但是，作為整體，如圖2所示，與觀察者的右眼和左眼對應(yīng)地各設(shè)置一組圖像形成裝置10和圖像中繼光學(xué)系統(tǒng)20。右眼用和左眼用是左右對稱，因此，這里，僅對圖1所示的左眼用進(jìn)行說明，省略對右眼用詳細(xì)說明。
[0037]如圖1所