[發明專利]虛像顯示裝置

有效

• 申請號: 201611062201.X
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106896501B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 高木將行;戶谷貴洋;武田高司;小松朗;宮尾敏明
• 申請（專利權）人: 精工愛普生株式會社
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 鄧毅;李慶澤

本發明提供的虛像顯示裝置，能夠維持光學精度并且實現光學系統進一步的小型化，進而實現裝置整體的小型化。在投射透鏡(30)中，將在從作為圖像顯示裝置(80)的光射出面的圖像面(OI)中不同的角區域(IA、OA)的兩點(P1、P2)分別射出的影像光的光束中應該到達觀察者的眼睛的成分處于不相互交叉的位置的透鏡面(33a)，設為非軸對稱非球面，從而能夠維持分辨率、視場角等各種光學精度，并且使光學系統進一步小型化，進而使裝置整體小型化。

技術領域

本發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

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系統，提出有各種光學系統(例如，參照專利文獻1)。

作為這樣的虛像顯示裝置，例如公知有如下的裝置：作為光學系統，應用包括傳導影像光的兩個以上的非軸對稱的曲面，并且在內部形成中間像的導光部件，從而維持較高的精度，并且實現裝置的小型化(參照專利文獻1)。

在HMD等中，存在維持光學精度，并且進一步小型化的要求，針對構成光學系統的導光部件、投射光學系統，優選更加縮短關于導光部件的導光方向的長度、投射光學系統的全長。然而，例如在導光部件的影像光的導光用的全反射條件、抑制像差、確保視場角、確保出射光瞳直徑之類各種設計上的條件來看，即使通過例如專利文獻1那樣的構成來實現光學系統的小型化也是有限的。

專利文獻1：日本特開2015-72438號公報

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠維持光學精度并且實現光學系統進一步的小型化，進而實現裝置整體小型化的虛像顯示裝置。

本發明的虛像顯示裝置具備：影像元件，其產生影像光；導光部件，其通過在包括非軸對稱的曲面在內的多個面的全反射，對來自所述影像元件的影像光進行導光，并且作為光學系統的一部分在內部形成有中間像；以及投射光學系統，其使來自所述影像元件的影像光入射于所述導光部件，所述投射光學系統至少包括一個非軸對稱非球面，所述一個非軸對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域的兩點分別射出的影像光的光束中應該到達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，投射光學系統在從影像元件的光射出面中不同的角區域的兩點分別射出的影像光的光束中應該到達觀察者的眼睛的成分不相互交叉的位置，至少包括一個非軸對稱非球面，從而能夠在導光部件的內部形成中間像，并且使導光的光學系統進一步小型化，進而使裝置整體小型化。

在本發明的具體的方式中，所述影像元件從矩形狀的區域產生影像光，在所述投射光學系統中，所述一個非軸對稱非球面配置于從所述影像元件中所述矩形狀的區域的四角分別射出的影像光的光束中應該到達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矩形狀的圖像的虛像顯示裝置實現小型化。

在本發明的其他方式中，所述導光部件包括兩個以上的所述非軸對稱的曲面，構成所述導光部件的多個面中的第一面和第三面以對置的方式配置，在通過所述第一面和所述第三面目視確認外界時，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觀察側。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外界的透視的狀態，并且實現裝置的小型化。

在本發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于所述影像元件的中心為非對稱。在該情況下，將影像光的光束的射出角度形成為非對稱，從而能夠調整為使光路更加縮短。