[發明專利]虛像顯示裝置以及導光裝置

有效

• 申請號: 202010877375.1
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112444991B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 武田高司;高木將行;宮尾敏明;山口論人
• 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;G02B27/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李慶澤;鄧毅

虛像顯示裝置以及導光裝置，在確保分辨率的同時實現小型化。虛像顯示裝置(100)具有：顯示元件(11)；投射透鏡(21)，其使從顯示元件(11)射出的圖像光收斂；棱鏡(22)，其使從投射透鏡(21)射出的圖像光在入射面(22a)折射并入射，在內反射面(22b)進行全反射，從出射面(22c)折射并射出；透視鏡(23)，其朝向瞳孔位置反射從棱鏡(22)射出的圖像光，投射透鏡(21)、棱鏡(22)以及透視鏡(23)配置為形成離軸系統，在離軸系統的離軸面(SO)中，在投射透鏡(21)與內反射面(22b)之間的相比于與投射透鏡(21)以及內反射面(22b)的距離更靠近棱鏡(22)的入射面(22a)側的位置配置有中間光瞳(IP)，在棱鏡(22)與透視鏡(23)之間形成有中間像(IM)。

技術領域

本發明涉及作為頭戴顯示器等的虛像顯示裝置以及組裝于該虛像顯示裝置的導光裝置，尤其涉及可透視觀察的虛像顯示裝置等。

背景技術

作為能夠像頭戴顯示器那樣形成并觀察虛像的虛像顯示裝置，提出了通過反射鏡那樣的光學元件將來自顯示元件的圖像光引導到觀察者的瞳孔的類型的各種虛像顯示裝置。

專利文獻1記載的目鏡光學系統具有圖像顯示器、使基于圖像顯示器的顯示圖像進行中間成像的中繼光學系統以及將來自中間像的光束引導至視點的目鏡反射面。在此，中繼光學系統包含折射光學系統和中繼反射面。中繼反射面和目鏡反射面偏心且具有變形(anamorphic)非球面形狀。

專利文獻1：日本特開平9-43536號公報

在能夠看到外界的透視型虛像顯示裝置的情況下，需要確保看到外界的區域，光學部件的配置受到限制，難以既確保光學性能又實現小型化。特別是，在要對頭戴顯示器實現小型化的情況下，裝置有時配置在使用者的臉的前方，如果顯示元件或與其連接的光學元件的尺寸變大，則光學系統的前后的厚度增加，向眼前的目鏡反射面或透視鏡的周圍伸出的部分變大等，第3者在從外部觀察佩戴了裝置的使用者的情況下感到不適感的可能性變高。

專利文獻1的裝置通過使中繼反射面、目鏡反射面成為變形非球面來校正像差，但從圖像顯示器到折射光學系統的光路較長，利用較少的光學元件進行的像差校正存在極限，無法在確保分辨率的同時實現小型化。

發明內容

本發明的一個方面的虛像顯示裝置具有：顯示元件；投射透鏡，其使從顯示元件射出的圖像光收斂；棱鏡，其使從投射透鏡射出的圖像光在入射面折射地入射，在作為棱鏡內部的反射面的內反射面進行全反射，從出射面折射地射出；以及透視鏡，其朝向瞳孔位置反射從棱鏡射出的圖像光，投射透鏡、棱鏡以及透視鏡配置為形成離軸系統，在離軸系統的離軸面中，在投射透鏡與內反射面之間的、相比于與投射透鏡以及內反射面的距離更靠近棱鏡的入射面側的位置配置有中間光瞳，在棱鏡與透視鏡之間形成有基于圖像光的成像的中間像。

本發明的一個方面的導光裝置具有：投射透鏡，其使從顯示元件射出的圖像光收斂；棱鏡，其使從投射透鏡射出的所述圖像光在入射面折射地入射，在作為棱鏡內部的反射面的內反射面進行全反射，從出射面折射地射出；以及透視鏡，其朝向瞳孔位置反射從棱鏡射出的所述圖像光，投射透鏡、棱鏡以及透視鏡排列為形成離軸系統，在離軸系統的離軸面中，在投射透鏡與內反射面之間的、相比于投射透鏡和內反射面更靠近棱鏡的入射面側的位置配置有中間光瞳，在棱鏡與透視鏡之間形成有基于圖像光的成像的中間像。

附圖說明

圖1是說明第1實施方式的虛像顯示裝置的佩戴狀態的外觀立體圖。

圖2是說明圖1所示的虛像顯示裝置的側視剖視圖。

圖3是說明虛像顯示裝置的內部結構的側視剖視圖。

圖4是示出圖1所示的裝置的光學系統的側視剖視圖和俯視圖。

圖5是概念性說明基于投射光學系統的成像的立體圖。

圖6是說明形成在顯示元件上的顯示像的強制的畸變的圖。