CN101726857A - 头戴式显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种头戴式显示装置，包括图像显示装置、用于将图像显示装置配戴在观看者头上的配戴装置、以及用于将图像显示装置附接于配戴装置上的附接部件。所述附接部件能沿第一方向和第二方向独立地调节图像显示装置相对于配戴装置的位置，该第一方向由连接观看者两眼中心的虚拟线限定，第二方向垂直于第一方向且关于观看者竖直地延伸。

Description

头戴式显示设备
技术领域
本发明涉及供观看者配戴在头上的头戴式显示设备。
背景技术
已经存在一些虚拟图像显示装置(图像显示装置)，其每一种能使观看者观看到由图像形成装置形成的、形式为由虚拟图像光学系统放大的虚拟图像的二维图像，如在日本未审查专利申请No.2006-162767中公开的那样。
图8是示例性图像显示装置100的概念图。图像显示装置100包括具有以二维矩阵排列的多个像素的图像形成装置111，将从图像形成装置111的像素发射的光准直成平行光的准直光学系统112，以及接收来自准直光学系统112的平行光、引导所述光从中穿过并输出所述光的光学装置(光引导装置)120。图像形成装置111和准直光学系统112构成图像产生器110。光学装置120包括在输出所接收的光之前使所述光在其内部以全反射传播的光导板121，用于反射由光导板121接收的光从而使所述光在光导板121内部被全反射的第一偏转装置130(例如一层光反射膜)，以及用于使在光导板121内已经以全反射传播的光从光导板121输出的第二偏转装置140(例如其中层叠有若干光反射膜的多层结构)。
还存在其他一些虚拟图像显示装置(图像显示装置)，其每一种利用全息衍射光栅使观看者能观看到由图像形成装置形成的、形式为由虚拟图像光学系统放大的虚拟图像的二维图像，如在日本未审查专利申请No.2007-94175中公开的那样。
图10A是示例性图像显示装置300的概念图。图像显示装置300基本上包括显示图像的图像形成装置111、准直光学系统112、以及接收在图像形成装置111上显示的图像的光并引导该光从其中穿过到达观看者眼睛41的光学装置(光引导装置)320。光学装置320包括光导板321和在光导板321上提供的第一和第二衍射光栅部件330和340。衍射光栅部件330和340是反射性体全息衍射光栅。准直光学系统112接收从图像形成装置111的像素发射的光，将所述光准直成平行光，并将该平行光输出到光导板321。该平行光进入光导板321的第一表面322并从光导板321的第一表面322输出。在光导板321的第二表面323上提供第一和第二衍射光栅部件330和340，第二表面323平行于第一表面322。
在头戴式显示(HMD)设备中，在观看者的头上要配戴两个图像显示装置，其中，重要的是这两个图像显示装置之间的距离要与观看者两眼之间的距离匹配。两眼中心之间的距离因人而异，其范围是约58mm至约72mm，其差距在大约14mm之内。因此，期望这两个图像显示装置每一个可沿第一方向移动约7mm，所述第一方向是由连接观看者两眼中心的虚拟线限定的方向。将垂直于第一方向的方向，或者说是相对于观看者的竖直方向定义为第二方向。
这种包括被配置为调节左、右图像显示装置之间的间距的机构的双目头戴式图像显示设备的例子在例如日本未审查专利申请No.8-136853和8-136858中被公开。
发明内容
在日本未审查专利申请No.8-136853和8-136858号中公开的各自被配置为调节左、右图像显示装置之间的间距的机构具有复杂的构造，因此要减小其尺寸和重量是不切实际的。此外，沿第二方向对左、右图像显示装置的调节被实现为对鼻垫的高度的调节。而鼻垫的结构难以进行简化。特别是，难于减少位于观看者面部前的部件的数量。
期望的是本发明提供一种包括图像显示装置的头戴式显示设备，每个图像显示装置具有简单的调节机构，使得所述头戴式显示设备适于观看者配戴。
根据本发明的一般实施例，一种头戴式显示设备包括：
(A)图像显示装置；
(B)配戴装置，利用所述配戴装置将图像显示装置配戴在观看者的头上；以及
(C)附接部件，利用所述附接部件将图像显示装置附接于配戴装置上。
附接部件能沿第一方向和第二方向独立地调节图像显示装置相对于配戴装置的位置，所述第一方向由连接观看者两眼中心的虚拟线限定，第二方向垂直于第一方向且关于观看者竖直地延伸。
根据上述实施例的头戴式显示设备包括附接部件，所述图像显示装置利用所述附接部件附接于配戴装置上。该附接部件能沿第一方向和第二方向(或者沿着相对于观看者眼睛的垂直方向和水平方向)彼此独立地、自由地调节图像显示装置相对于配戴装置的位置。这样，头戴式显示设备的总体结构能得到简化，并能容易地减少放在观看者脸前的部件的数量。该设备特别适合于如下头戴式显示设备的应用：所述头戴式显示设备包括的图像显示装置的瞳孔直径为10mm或更小。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的头戴式显示设备的透视图；
图2是根据本发明第一实施例的头戴式显示设备的透视图，其中去掉了一些部件；
图3是在第一实施例的头戴式显示设备中包括的处于组装状态的附接部件的透视图；
图4是在第一实施例的头戴式显示设备中包括的处于组装状态的附接部件的侧视图；
图5是在第一实施例的头戴式显示设备中包括的附接部件的分解透视图；
图6是从与图5的不同方向看到的，在第一实施例的头戴式显示设备中包括的附接部件的另一个分解透视图；
图7A是附接部件的一部分的示意性截面图，其中包括具有凹槽的支持部件和保持部件，图7B和图7C是相关部件的示意性截面图，所述相关部件包括支持部件、凹槽、凹陷、球体、引导部件以及保持部件，所述示图示出了它们的布置；
图8是在第一实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置的概念图；
图9是根据本发明第二实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置的概念图；
图10A和图10B是根据本发明第三实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置的概念图和显示反射性体全息衍射光栅一部分的示意性放大截面图；
图11是根据本发明第四实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置的概念图；
图12是根据本发明第五实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置的概念图；
图13是适于用作在第一、第三和第五实施例中的图像形成装置的每一个的变型的图像形成装置的概念图；
图14是适于用作在第一、第三和第五实施例中的图像形成装置的每一个的另一种变型的图像形成装置的概念图；
图15是适于用作在第一、第三和第五实施例中的图像形成装置的每一个的又一种变型的图像形成装置的概念图；
图16是适于用作在第一、第三和第五实施例中的图像形成装置的每一个的又一种变型的图像形成装置的概念图；以及
图17是适于用作在第一、第三和第五实施例中的图像形成装置的每一个的又一种变型的图像形成装置的概念图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。本发明不限于下文描述的实施例。描述将按下列顺序给出：
1.根据本发明一般实施例的头戴式显示设备
2.第一实施例(具体描述根据本发明第一实施例的头戴式显示设备，所述头戴式显示设备包括具有第一结构的图像产生器和具有第一结构的光学装置)
3.第二实施例(具体描述另一种头戴式显示设备，该另一种头戴式显示设备是第一实施例的变型，包括具有第二结构的图像产生器和具有第一结构的光学装置)
4.第三实施例(具体描述另一种头戴式显示设备，该另一种头戴式显示设备是第一实施例的另一种变型，包括具有第一结构的图像产生器和具有第二结构的光学装置)
5.第四实施例(具体描述另一种头戴式显示设备，该另一种头戴式显示设备是第一实施例的另一种变型，包括具有第二结构的图像产生器和具有第二结构的光学装置)
6.第五实施例(具体描述另一种头戴式显示设备，该另一种头戴式显示设备是第一实施例的另一种变型，包括具有第三结构的光学装置)
(根据本发明一般实施例的头戴式显示设备)
在根据本发明一般实施例的头戴式显示(HMD)设备中，优选的是，所述附接部件包括：
(C-1)第一、第二和第三球体；
(C-2)支持部件，具有包括连续凹陷的第一线状凹槽，平行于第一凹槽且包括连续凹陷的第二线状凹槽，以及平行于第一凹槽且包括连续凹陷的第三线状凹槽；
(C-3)保持部件，具有与第一凹槽正交且包括连续凹陷的第四线状凹槽，平行于第四凹槽且包括连续凹陷的第五线状凹槽，以及平行于第四凹槽且包括连续凹陷的第六线状凹槽；以及
(C-4)推进部件，用于推动保持部件使所述保持部件抵靠支持部件。
在所述保持部件被推进装置推抵支持部件的状态下，第一球体适配进入第一和第四凹槽，第二球体适配进入第二和第五凹槽，而第三球体适配进入第三和第六凹槽，且所述第一至第三球体位于虚拟三角形的各顶点。图像显示装置被附接于支持部件上。配戴装置被附接于保持部件上。
第一至第三凹槽可沿第一方向延伸，而第四至第六凹槽沿第二方向延伸。或者，第一至第三凹槽可沿第二方向延伸，而第四至第六凹槽沿第一方向延伸。此外，该虚拟三角形可以是任何形状，如等边三角形或等腰三角形。第一至第六凹槽可具有大于图像显示装置移动范围的任何长度。
在此情况下，可在支持部件和保持部件之间提供引导部件，该引导部件具有接收部分，用于分别接纳第一至第三球体，以便使第一至第三球体位于虚拟三角形的顶点。
第一至第三球体可以是例如用作滚珠的钢球。所述支持部件、保持部件、推进部件以及引导部件可由任何材料制成，所述材料包括塑料(诸如聚甲醛(POM)树脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂以及聚碳酸酯(PC)树脂)，金属(如不锈钢、钛、铝和黄铜)以及通过适当方法生成的其合金。图像显示装置和配戴装置可分别以螺丝等方式附接于支持部件和保持部件上。
在包括上述优选结构的上述优选实施例中，对第一和第四凹槽实施锪孔加工(spot-faced)，从而使第一球体被稳定地接纳，对第二和第五凹槽实施锪孔加工，从而使第二球体被稳定地接纳，对第三和第六凹槽实施锪孔加工，从而使第三球体被稳定地接纳。
在根据包括上述优选结构的上述优选实施例的头戴式显示设备中，可为右眼和左眼分别提供图像显示装置和附接部件。或者，可为右眼和左眼之一提供图像显示装置和附接部件。
在根据包括上述优选结构的上述优选实施例的头戴式显示设备中，图像显示装置可包括：
(A-1)图像产生器；以及
(A-2)光学装置(光引导装置)，接收来自图像产生器的光，引导所述光，并向观看者的相应的眼睛输出该光。
所述光学装置可被附接于例如图像产生器上。
所述光学装置(光引导装置)可包括：
(A-2-1)光导板，在输出光之前使所接收的光在其内部以全反射进行传播；
(A-2-2)第一偏转器，用于偏转由光导板接收的光，使得所述光在光导板内被全反射；以及
(A-2-3)第二偏转器，用于对被使得在光导板内以全反射传播的光进行多次偏转，使得从光导板输出所述光。
术语“全反射”的意思是内部全反射，或者说是在光导板内部的全反射。这也适用于下文的描述。
在根据这一实施例的光学装置中，第一偏转器可反射由光导板接收的光，而第二偏转器可多次透射和反射被使得在光导板内部以全反射传播的光。为便于下文中的描述，具有这种结构的光学装置将被称作“具有第一结构的光学装置”。在该情况下，第一偏转器可用作反射镜，而第二偏转器可用作透射反射镜。
在这样的结构中，第一偏转器可由例如金属制成，包括合金，且可以是反射由光引导板接收的光的光反射膜(一种反射镜)，或衍射由光导板接收的光的衍射光栅(例如全息衍射光栅膜)。第二偏转器可以是下列中的任何一种：其中层叠有若干介电膜的多层结构；半反镜；偏振光束分裂器；以及全息衍射光栅膜。第一和第二偏转器被提供在光导板内部(或被引入其中)。第一偏转器反射或衍射由光导板接收的平行光，使得所述平行光在光导板内部被全反射。第二偏转器多次反射或衍射被使得在光导板内部以全反射传播的平行光，并从光导板输出保持平行光形式的所述光。
在根据这一实施例的光学装置中，第一偏转器可衍射由光导板接收的光，第二偏转器可多次衍射被使得在光导板内部以全反射传播的光。为便于下文中的描述，具有这种结构的光学装置将被称作“具有第二结构的光学装置”。在这种情况下，第一偏转器和第二偏转器可包括衍射光栅元件。所述衍射光栅元件可以是反射型的衍射光栅元件或透射性的衍射光栅元件。作为另一种替代方式，衍射光栅元件中的一可以是反射性衍射光栅元件，而另一个可以是透射性衍射光栅元件。反射性衍射光栅元件的实例包括反射性体全息衍射光栅。为便于下文中的描述，由反射性体全息衍射光栅构成的第一偏转器有时将被称作“第一衍射光栅部件”，而由反射性体全息衍射光栅构成的第二偏转器有时将被称作“第二衍射光栅部件”。
为适应具有P种不同光谱带(或波长)的P种(具体地说，P＝3，对应于红、绿、蓝三种颜色)光的衍射反射，第一和第二衍射光栅部件每个可包括P个衍射光栅层作为反射性体全息衍射光栅层，它们一个层叠在另一个的上面。每个衍射光栅层具有对应于一个光谱带(或波长)的干涉条纹图案。或者，为适应具有P种不同光谱带(或波长)的P种光的衍射反射，第一和第二衍射光栅部件每个可包括具有P种干涉条纹图案的单个衍射光栅层。在另一种可替换的情形中，第一和第二衍射光栅部件每个可包括对应于例如三个等分的视角而提供的衍射光栅叠层。利用这些结构中的任何结构，第一和第二衍射光栅部件能够以增大的衍射效率、加宽的衍射接收角以及优化的衍射角对不同光谱带(或波长)的光进行衍射和反射。
构成第一和第二衍射光栅部件的材料的实例包括光聚合物材料。作为反射性体全息衍射光栅，第一和第二衍射光栅部件的材料和基本结构可与相关技术的反射性体全息衍射光栅相同。这里，反射性体全息衍射光栅是指衍射和反射光以便仅产生正一阶衍射光的全息衍射光栅。前述衍射光栅部件的每一个具有在其内部从一个表面延伸到另一个表面的干涉条纹。所述干涉条纹可由相关技术的方法形成。具体地，所述干涉条纹可按下述方法形成。沿第一方向向要成为衍射光栅部件的部件(例如光聚合物材料)的一侧施加目标光。与此同时，沿第二方向向该部件的另一侧施加参考光。目标光和参考光产生干涉条纹。这些干涉条纹被记录在该部件的内部。通过适当地设定第一和第二方向以及目标光和参考光的波长，能够以在衍射光栅部件表面上的期望的间距以及以期望的倾斜角形成所述干涉条纹。这里，干涉条纹的倾斜角是指在衍射光栅部件(或衍射光栅层)的表面和每个干涉条纹之间形成的角。在第一和第二衍射光栅部件中的每一个具有包括作为反射性体全息衍射光栅的P个衍射光栅层的多层结构的情况下，可通过单独制作P个衍射光栅层以及利用提供于层间的紫外线固化粘合剂或类似物顺序地将衍射光栅层层叠(结合)得到衍射光栅叠层。或者，通过准备由粘性光聚合物材料制成的衍射光栅层，然后在其上面顺序地提供其他各层粘性光聚合物材料，得到P个衍射光栅层。
在根据本发明一般实施例的头戴式显示设备中，光学装置可替选地包括接收来自图像产生器的光并向观看者的眼睛输出该光的透射反射镜。为便于下文中的描述，具有这种结构的光学装置将被称作“具有第三结构的光学装置””。从图像产生器发射的光在进入透射反射镜之前可在空气中或在诸如玻璃板或塑料板的透明部件(具体地，由与下文描述的光导板的材料相同的材料制成的部件)内部传播。根据具体情况，可利用插在透射反射镜和图像产生器之间地透明部件或另一种不同的部件而将透射反射镜附接在图像产生器上。
在根据包括上述优选结构的上述优选实施例构成的头戴式显示设备中，图像产生器可包括：
(A-1-1)图像形成装置，具有多个按二维矩阵排列的像素；以及
(A-1-2)准直光学系统，将来自图像形成装置的像素的光准直成平行光并输出该平行光。
为便于下文中的描述，将具有这种结构的图像产生器称作“具有第一结构的图像产生器”。
在具有第一结构的图像产生器中包括的图像形成装置可以是下列中的任何一种：包括反射性空间光调制器和光源的图像形成装置，包括透射性空间光调制器和光源的图像形成装置，以及包括发光元件(诸如有机电致发光(EL)元件，无机EL元件，发光二极管(LED)等)的图像形成装置。具体地，优选的是包括反射性空间光调制器和光源的图像形成装置。空间光调制器的实例包括光阀，如透射性或反射性液晶显示装置(如液晶硅(LCOS)装置)，以及数字微镜装置(DMD)。光源的实例包括发光元件。反射性空间光调制器可包括液晶显示装置和偏振光束分裂器，所述偏振光束分裂器反射来自光源的部分光并将该部分光引导至液晶显示装置，同时允许被液晶显示装置反射的部分光从中穿过并将该部分光引导至准直光学系统。构成光源的发光元件的实例包括红光发光元件、绿光发光元件、蓝光发光元件和白光发光元件。这些发光元件可以是例如半导体发光元件，如半导体激光器元件或LED。可根据所期望的头戴式显示设备的规格确定像素的数量。例如，像素数可以是320×240、432×240、640×480、1024×768或1920×1080。
在根据包括上述优选结构的上述优选实施例的头戴式显示设备中，图像产生器可包括：
(A-1-1)光源；
(A-1-2)准直光学系统，将来自光源的光准直成平行光；
(A-1-3)扫描器，扫描地移动来自准直光学系统的平行光；以及
(A-1-4)中继光学系统，中继并输出由扫描器扫描移动的平行光。
为便于下文中的描述，将具有这种结构的图像产生器称作“具有第二结构的图像产生器”。
在具有第二结构的图像产生器中包括的光源的实例包括发光元件，如红光发光元件、绿光发光元件、蓝光发光元件和白光发光元件。这些发光元件可以是例如半导体发光元件，如半导体激光器元件或LED。在具有第二结构的图像产生器中包括的像素(虚拟像素)的数量也可根据所期望的头戴式显示设备的规格来确定。例如，所述像素(虚拟像素)数可为320×240、432×240、640×480、1024×768或1920×1080。在光源包括红、绿、蓝光发光元件的情况下，优选的是通过使用正交棱镜来组合各种颜色的光。扫描器的实例包括具有可沿二维方向转动的微型镜的微电机系统(MEMS)和电流计镜。MEMS和电流计镜沿水平和垂直方向扫描地移动来自光源的光。所述中继光学系统可如在相关技术中那样被配置。
由发光元件和光阀构成的图像形成装置或光源的实例是总体上发白光的背光和具有红、绿、蓝光发光元件的液晶显示装置的组合。下面将描述其他结构示例。
(图像形成装置A)
图像形成装置A包括：
(α)包括第一发光板的第一图像形成单元，发蓝光的第一发光元件以二维矩阵的形式排列在所述第一发光板上；
(β)包括第二发光板的第二图像形成单元，发绿光的第二发光元件以二维矩阵的形式排列在所述第二发光板上；
(γ)包括第三发光板的第三图像形成单元，发红光的第三发光元件以二维矩阵形式排列在所述第三发光板上；以及
(δ)将从第一、第二和第三图像形成单元发射的光组合成单个光线的装置(例如分光棱镜；该装置同样适用于下文描述的其他图像形成装置)。
图像形成装置A控制第一至第三发光元件单独地在发光状态和不发光状态之间切换。
(图像形成装置B)
图像形成装置B包括：
(α)第一图像形成单元，包括发蓝光的第一发光元件和第一光路控制装置(一种光阀，如液晶显示装置、DMD或LCOS；该装置同样适用于下文的描述)，其控制从第一发光元件发出的光从其中通过或被其阻挡；
(β)第二图像形成单元，包括发绿光的第二发光元件和第二光路控制装置(光阀)，所述第二光路控制装置控制从第二发光元件发出的光从其中通过或被其阻挡；
(γ)第三图像形成单元，包括发红光的第三发光元件和第三光路控制装置(光阀)，所述第三光路控制装置控制从第三发光元件发出的光从其中通过或被其阻挡；以及
(δ)将通过第一至第三光路控制装置的光组合成单一光线的装置。
图像形成装置B通过使用光路控制装置控制从各发光元件发出的光的通过/阻挡来显示图像。将第一至第三发光元件发出的光引导至相应的光路控制装置的装置实例包括微透镜阵列、反射镜、反射板以及聚光透镜。
(图像形成装置C)
图像形成装置C包括：
(α)第一图像形成单元，包括第一发光板，其上排列有二维矩阵形式的发蓝光的第一发光元件，以及蓝光光路控制装置(光阀)，其控制从第一发光板发出的光从其中通过或被其阻挡；
(β)第二图像形成单元，包括第二发光板，其上排列有二维矩阵形式的发绿光的第二发光元件，以及绿光光路控制装置(光阀)，其控制从第二发光元件发出的光从其中通过或被其阻挡；
(γ)第三图像形成单元，包括第三发光板，其上排列有二维矩阵形式的发红光的第三发光元件，以及红光光路控制装置(光阀)，其控制从第三发光元件发出的光从其中通过或被其阻挡；以及
(δ)将通过所述蓝、绿和红光光路控制装置的光组合成单一光线的装置。
图像形成装置C通过使用光路控制装置(光阀)控制从相应的发光板发出的光的通过/阻挡来显示图像。
(图像形成装置D)
图像形成装置D是场序制彩色图像形成装置，且包括：
(α)第一图像形成单元，具有发蓝光的第一发光元件；
(β)第二图像形成单元，具有发绿光的第二发光元件；
(γ)第三图像形成单元，具有发红光的第三发光元件；
(δ)将从第一至第三图像形成单元发出的光组合成单一光线的装置；以及
(ε)光路控制装置(光阀)，控制从光组合装置发出的光从其中通过或被其阻挡。
图像形成装置D通过使用光路控制装置控制从所述发光元件发出的光的通过/阻挡来显示图像。
(图像形成装置E)
图像形成装置E也是场序制彩色图像形成装置，且包括：
(α)第一图像形成单元，包括第一发光板，发蓝光的第一发光元件以二维矩阵的形式排列在该第一发光板上；
(β)第二图像形成单元，包括第二发光板，发绿光的第二发光元件以二维矩阵的形式排列在该第二发光板上；
(γ)第三图像形成单元，包括第三发光板，发红光的第三发光元件以二维矩阵的形式排列在该第三发光板上；
(δ)将从第一至第三图像形成单元发出的光组合成单一光线的装置；以及
(ε)光路控制装置(光阀)，控制从光组合装置发出的光从其中通过或被其阻挡。
图像形成装置E通过使用光路控制装置控制从第一至第三发光板发出的光的通过/阻挡来显示图像。
(图像形成装置F)
图像形成装置F是无源矩阵或有源矩阵彩色图像形成装置，且通过控制第一、第二和第三发光元件以单独地在发光与不发光状态之间切换来显示图像。
(图像形成装置G)
图像形成装置G是场序制彩色图像形成装置，包括光路控制装置(光阀)，其控制从以二维矩阵的形式排列的发光元件单元发出的光从其中通过或被其阻挡。图像形成装置G通过以时间共享方式控制在发光元件单元中包括的第一、第二和第三发光元件以单独地在发光和不发光状态之间切换，以及通过使用光路控制装置控制从第一至第三发光元件发出的光的通过/阻挡来显示图像。
在具有第一和第二结构的每个图像产生器中，光被准直光学系统准直成多个平行光线，且使得这些平行光线进入光导板。产生平行光的原因是因为即使在所述光撞击第一和第二偏转器且从光导板输出之后，也要使在所述光进入光导板时获得的光波前信息保持在相同的形式。为产生多个平行光线，图像形成装置所在的位置与准直光学系统的距离可例如对应于准直光学系统的焦距。准直光学系统具有将关于像素的位置信息转换成光学装置的光学系统中的角信息的功能。准直光学系统可以是凸透镜、凹透镜、自由形状表面棱镜和全息透镜中的任何一种或它们的任何组合，只要该准直光学系统在总体上能具有正屈光度(positiveoptical power)。
所述光导板具有沿其轴线方向(Y方向)延伸的两个平行表面(第一表面和第二表面)。光进入的光导板的表面被定义为入射面，而光从中射出的光导板的表面被定义为出射面。第一表面可以既作为入射面，也作为出射面。或者，第一表面和第二表面可分别作为入射面和出射面。构成光导板的材料的实例包括：玻璃，诸如石英玻璃和光学玻璃，包括BK7，以及塑料材料，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、非晶体聚丙烯树脂、包括丙烯腈-苯乙烯(AS)树脂的苯乙烯树脂。光导板不限于平板，也可以是弯曲板。
在根据包括上述优选结构的上述优选实施例的头戴式显示设备中，配戴装置可形成一副眼镜的框架。此外，该框架可包括位于观看者前面的前部件和用铰链可转动地附接于前部件的相应端的两个边撑(temple)，所述附接部件被附接于前部件的每一端。前部件被配置有位于其中心的鼻垫。即，上述实施例的框架与通常的一副眼镜具有基本相同的结构，只是该框架不包括边框。该框架可由用于制作普通眼镜的任何材料(如金属、合金和塑料)或这些材料的组合制成。
(第一实施例)
第一实施例涉及根据本发明一般实施例的头戴式显示设备。图1和图2是根据第一实施例的头戴式显示设备的透视图。图3是组装状态的附接部件的透视图。图4是组装状态的附接部件的侧视图。图5是所述附接部件的分解透视图。图6是从与图5不同的方向观看的附接部件的另一个分解透视图。
第一实施例的头戴式显示设备包括：
(A)图像显示装置100；
(B)配戴装置20，用于将图像显示装置100配戴在观看者的头上；以及
(C)附接部件30，用于将图像显示装置100附接于配戴装置20上。
附接部件30每一个能沿第一方向和第二方向独立地调节相应的一个图像显示装置100相对于配戴部件20的位置。所述第一方向由连接观看者双眼中心的虚拟线限定。第二方向垂直于第一方向且沿相对于观看者的竖直方向延伸。第一实施例的头戴式显示设备包括用于右眼和左眼的两个图像显示装置100和两个附接部件30。图1示出图像显示装置100覆盖有盖113的状态。图2示出图像显示装置100不具有盖113和用于保护光导板121的透镜屏蔽22(下文将分别对其进行描述)而被暴露的状态。
具体地，所述附接部件30的每一个包括：
(C-1)第一、第二和第三球体33A、33B和33C；
(C-2)支持部件31；
(C-3)保持部件35；以及
(C-4)推进部件37、38和39，其推动保持部件35使其抵靠支持部件31。
支持部件31在其面向保持部件35的表面中具有包括连续凹陷的第一线状凹槽32A；平行于第一凹槽32A且包括连续凹陷的第二线状凹槽32B；以及平行于第一凹槽32A且包括连续凹陷的第三线状凹槽32C。保持部件35在其面向支持部件31的表面具有与第一凹槽32A正交且包括连续凹陷的第四线状凹槽36A；平行于第四凹槽36A且包括连续凹陷第五线状凹槽36B；以及平行于第四凹槽36A且包括连续凹陷的第六线性凹槽36C。在第一示例性实施例中，第一至第三凹槽32A至32C沿第二方向延伸，而第四至第六凹槽36A至36C沿第一方向延伸。或者，第一至第三凹槽32A至32C可沿第一方向延伸，而第四至第六凹槽36A至36C沿第二方向延伸。所述推进装置包括推进板37、推进弹簧38和推进螺丝39。支持部件31在其面对保持部件35的表面上具有三个螺丝套32D。推进螺丝39被分别拧入螺丝套32D。
在保持部件35被推进装置推抵支持部件31的状态下，第一球体33A适配进入第一和第四凹槽32A和36A，第二球体33B适配进入第二和第五凹槽32B和36B，而第三球体33C适配进入第三和第六凹槽32C和36C。在这种状态下，第一至第三球体33A至33C位于虚拟三角形(具体地，在第一实施例中是等腰三角形)的各顶点。
图像显示装置100使用螺丝(未示出)附接于相应的支持部件31上(具体地，附接于在配戴装置20上提供的各固定部件25上)，以及配戴装置20使用螺丝(未示出)附接于保持部件35上。
为使第一至第三球体33A至33C位于虚拟三角形的顶点，在支持部件31和保持部件35之间提供有引导部件34。引导部件34具有接收部分(一种通孔)，其分别接收第一至第三球体33A至33C。引导部件34限制球体33A至33C的运动。图7B是相关部件的示意性截面图，所述相关部件包括支持部件31、凹槽32、凹陷、球体33、引导部件34以及保持部件35，所述示意截面图显示出它们的布置结构。
第一和第四凹槽32A和36A被进行锪孔加工，使得第一球体33A被稳定地接收，第二和第五凹槽32B和36B被进行锪孔加工，使得第二球体33B被稳定地接收，第三和第六凹槽32C和36C被进行锪孔加工，使得第三球体33C被稳定地接收。具体地，凹槽32每一个包括连续的其间设置有凸起的凹陷，这些凹陷每一个接收第一至第三球体33A至33C中的相应的一个的大约1/3。图7A是相关部件的示意性截面图，其包括具有凹槽32和36的支持部件31和保持部件35。
在保持部件35被推进部件推抵支持部件31的状态下，第一球体33A适配进入第一和第四凹槽32A和36A，第一球体33A一侧的大约1/3在第一凹槽32A的一个凹陷内，第一球体33A另一侧的大约1/3在第四凹槽36A的一个凹陷内；第二球体33B适配进入第二和第五凹槽32B和36B，第二球体33B一侧的大约1/3在第二凹槽32B的一个凹陷内，第二球体33B另一侧的大约1/3在第五凹槽36B的一个凹陷内；第三球体33C适配进入第三和第六凹槽32C和36C，第三球体33C一侧的大约1/3在第三凹槽32C的一个凹陷内，第三球体33C另一侧的大约1/3在第六凹槽36C的一个凹陷内。
在保持部件35未被推抵支持部件31的状态下，第一球体33A可越过凹陷之间的凸起从第一凹槽32A的一个凹陷移动到其相邻的另一个凹陷，以及越过凹陷之间的凸起从第四凹槽36A的一个凹陷移动到其相邻的另一个凹陷；第二球体33B可越过凹陷之间的凸起从第二凹槽32B的一个凹陷移动到其相邻的另一个凹陷，以及越过凹陷之间的凸起从第五凹槽36B的一个凹陷移动到其相邻的另一个凹陷；第三球体33C可越过凹陷之间的凸起从第三凹槽32C的一个凹陷移动到其相邻的另一个凹陷，以及越过凹陷之间的凸起从第六凹槽36C的一个凹陷移动到其相邻的另一个凹陷。
第一至第三球体33A至33C是用作滚珠的钢球。支持部件31、保持部件35、推进板37以及引导部件34分别由铝、POM、铝和ABS制成。
配戴装置20构成一副眼镜的框架。配戴装置(框架)20包括位于观看者前面的前部件21和用铰链(未示出)可转动地附接于前部件21的相应端的两个边撑23。附接部件30被附接于前部件21的所述相应端(具体地，附接于配戴装置20上提供的相应的固定部件25)。前部件21被配备有位于其中心的鼻垫(未示出)。即，配戴装置(框架)20与通常的一副眼镜具有基本相同的结构，只是配戴装置(框架)20不包括边框。该框架由也用于制作普通眼镜的任何材料(如金属、合金和塑料)或这些材料的任何组合制成。配戴装置20还配有头戴式耳机24。
在将配戴装置20配戴在观看者头上时，对左、右图像显示装置100之间的距离(沿第一方向)和左、右图像显示装置100相对于观看者双眼的垂直位置(沿第二方向)进行调节。这一调节通过放松推进螺丝39来完成，使得保持部件35被释放推抵支持部件31的推进力。在该状态下，沿第一方向相对于保持部件35移动支持部件31。然后，参考图7C，第一至第三球体33A至33C每一个从第四至第六凹槽36A至36C中的相应一个中的一个凹陷越过凹陷之间的凸起移动到与其相邻的另一个凹陷。这样，便能够调节左、右图像显示装置100之间的距离(沿第一方向)。此外，沿第二方向相对于保持部件35移动支持部件31。则第一至第三球体33A至33C每一个从第一至第三凹槽32A至32C中的相应一个中的一个凹陷越过凹陷之间的凸起移动到与其相邻的另一个凹陷。这样，左、右图像显示装置100相对于观看者相应的眼睛的垂直位置(沿第二方向)被调节。随后，拧紧推进螺丝39，使得保持部件35被推抵支持部件31。这样便消除了保持部件35和支持部件31之间的松动。
如上所述，第一实施例的头戴式显示设备包括附接部件30，利用它将图像显示装置100附接于配戴装置20上。附接部件30每一个能沿第一和第二方向独立地调节相应的图像显示装置100相对于配戴装置20的位置。这样，头戴式显示设备的总体结构可被简化，使其更容易使用数量减少的要在观看者面前放置的部件来实现设计。此外，头戴式显示设备的整个大小和重量也可被减小。
图8是在第一实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置100中之一的概念图。在第一实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置100包括具有第一结构的图像产生器和具有第一结构的光学装置。
图像显示装置100包括：
(A-1)具有第一结构的图像产生器110；以及
(A-2)光学装置(光引导装置)120，接收来自图像产生器110的光，引导所述光，并向观看者的眼睛41输出该光。
光学装置120被附接于图像产生器110上。
在图8所示第一示例性实施例中，光学装置120具有第一结构，包括：
(A-2-1)光导板121，在向观看者的眼睛41输出光之前使从图像产生器110接收的光在其内部以全反射传播；
(A-2-2)第一偏转器130，用于偏转由光导板121接收的光，使得所述光在光导板121内部被全反射；以及
(A-2-3)第二偏转器140，用于对使得在光导板121内以全反射传播的光进行多次偏转，使得所述光从光导板121输出。
第一和第二偏转器130和140被提供在光导板121内部。第一偏转器130反射由光导板121接收的光。第二偏转器140多次透射和反射被使得在光导板121内以全反射传播的光。即，第一偏转器130用作反射镜，而第二偏转器140用作透射反射镜。具体地，在光导板121内部提供的第一偏转器130由铝制成，包括反射由光导板121接收的光的光反射膜(一种反射镜)。而在光导板121内部提供的第二偏转器140是其中层叠有多个介电膜的多层结构。所述介电膜包括，例如具有高介电常数的TiO2膜和具有低介电常数的SiO2膜。日本未审查专利申请(PCT申请的译文)No.2005-521099中公开了示例性的多层结构，其中层叠有多个介电膜。虽然图8显示的结构包括6层介电膜，但是所述多层结构不限于此。在所述介电膜之间提供有由与光导板121的材料相同的材料制成的薄片。在第一偏转器130处，由光导板121接收的平行光被反射(或衍射)，其方式使得所述光在光导板121内部被全反射。在第二偏转器140处，对被使得在光导板121内部以全反射传播的平行光进行多次反射(或衍射)，然后将所述光从光导板121输出，保持平行光的形式。
能以下述方式得到第一偏转器130。由要在其中提供第一偏转器130的平面限定的光导板121的部分124被切掉，由此形成倾斜面，所述第一偏转器130将被提供在该倾斜面上。然后，在通过真空沉积在该倾斜面上形成光反射膜之后，所述部分124再被结合回到所得到的第一偏转器130上。能以下述方式得到第二偏转器140。首先制造多层结构，其中，由与光导板121相同材料(例如玻璃)制成的薄片与(例如通过真空沉积得到的)介电膜交替地层叠。由要在其中提供第二偏转器140的平面限定的光导板121的部分125被切掉，由此形成倾斜面。然后，在将该多层结构结合到所述倾斜面上之后，通过抛光等操作调节所得到的结构的外形。由此，能得到其中将第一偏转器130和第二偏转器140引入光导板121中的光学装置120。
由光学玻璃或塑料材料制成的光导板121具有两个平行表面(第一表面122和第二表面123)，所述平行表面平行于光导板121的轴线延伸。第一表面122和第二表面123被放置为彼此相对。平行光从第一表面122的形成入射面的部分进入，在光导板121内部以全反射的方式传播，并从该第一表面122的形成出射面的另一部分射出。
参考图8，具有第一结构的图像产生器110包括：
(A-1-1)图像形成装置111，具有以二维矩阵排列的多个像素；以及
(A-1-2)准直光学系统112，将来自图像形成装置111的像素的光准直成平行光并输出该平行光。
图像产生器110由盖113覆盖。
图像形成装置111包括反射性空间光调制器150和光源153。光源153包括发白光的发光二极管。具体地，反射性空间光调制器150包括液晶显示(LCD)装置151和偏振光束分裂器152；所述液晶显示(LCD)装置151是用作光阀的LCOS，所述偏振光束分裂器152反射来自光源153的部分光，并引导该部分光进入LCD装置151，同时允许由LCD装置151反射的部分光从其中通过以及将该部分光引导至准直光学系统112。LCD装置151具有以二维矩阵排列的多个(例如320×240)像素。偏振光束分裂器152具有与相关技术中相同的结构。从光源153发出的作为非偏振光的光撞击偏振光束分裂器152。偏振光束分裂器152允许p-偏振分量通过其中，以将其输出至其系统的外部，而偏振光束分裂器152反射s-偏振分量。被反射的s-偏振分量进入LCD装置151，在其内部被反射，并被输出到外部。在从LCD装置151输出的光当中，从显示“白色”的像素输出的光包含相对大量的p-偏振分量，而从显示“黑色”的像素输出的光包含相对大量的s-偏振分量。即，在从LCD装置151输出之后撞击偏振光束分裂器152的光当中，p-偏振分量穿过偏振光束分裂器152并被引导至准直光学系统112，而s-偏转分量被偏振光束分裂器152反射并被反馈回光源153。LCD装置151包括以二维矩阵排列的多个像素(例如320×240像素，液晶元件的数量是像素数量的三倍)。准直光学系统112例如是凸透镜。图像形成装置111(具体地，LCD装置151)所在位置到准直光学系统112的距离对应于准直光学系统112的焦距，使得产生所述平行光。每个像素包括发红光的发红光子像素、发绿光的发绿光子像素和发蓝光的发蓝光子像素。
(第二实施例)
第二实施例是第一实施例的变型。图9是在第二实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置200之一的概念图。第二实施例的图像显示装置200包括具有第二结构的图像产生器210。具体地，图像产生器210包括：
(A-1-1)光源251；
(A-1-2)准直光学系统252，将来自光源251的光准直成平行光；
(A-1-3)扫描器253，扫描地移动来自准直光学系统252的平行光；以及
(A-1-4)中继光学系统254，中继并输出由扫描器253扫描移动的平行光。
图像产生器210被盖213覆盖。
光源251包括发红光的发红光元件251R、发绿光的发绿光元件251G以及发蓝光的发蓝光元件251B。发光元件251R、251G和251B是半导体激光器元件。由光源251发出的三原色光线穿过正交棱镜255，由此被组合成单一光线。所述光进入准直光学系统252并被准直，该准直光学系统总体上具有正屈光度，所述光作为平行光从其中输出。该平行光被全反射镜256反射，并沿水平和垂直方向被扫描器253扫描地移动。所述扫描器253是MEMS，且包括可在二维方向转动的微型镜，使得该处接收的平行光沿二维方向被扫描地移动。以这种方式扫描地移动的平行光被二维成像，由此产生虚拟像素。来自虚拟像素的光传输通过中继光学系统254(该中继光学系统是相关技术的中继光学系统)，由此变成平行光，该平行光进入光学装置120。
光学装置120接收、引导和输出来自中继光学系统254的平行光，所述光学装置120的结构与第一实施例的光学系统120的结构相同，因此略去其详细的描述。除了上述图像产生器210之外，第二实施例的头戴式显示设备也与第一实施例中的装置具有基本相同的结构，因此，这里略去其详细的描述。
(第三实施例)
第三实施例是第一实施例的另一种变型。图10A是在根据第三实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置300之一的概念图。图10B是示意性放大截面图，显示反射性体全息衍射光栅的一部分。除了第一偏转器和第二偏转器的结构之外，第三实施例利用如在第一实施例中的具有第一结构的图像产生器110和基本上与第一实施例的光学装置120具有相同结构的光学装置(光引导装置)320。光学系统320包括：
(A-2-1)光导板321，在向观看者的眼睛41输出光之前使从图像产生器110接收的光在其内部以全反射传播；
(A-2-2)第一偏转器330，用于偏转由光导板321接收的光，从而使光在光导板321内部被全反射；以及
(A-2-3)第二偏转器340，用于对被使得在光导板321内以全反射传播的光进行多次偏转，从而使所述光从光导板321输出。
第三实施例的光学装置320具有第二结构。具体地，在光导板321的表面(更具体地，在光导板321的第二表面323)上提供第一和第二偏转器。第一偏转器衍射由光导板321接收的光，而第二偏转器多次衍射被使得在光导板321内部以全反射传播的光。在该情况下，第一和第二偏转器是衍射光栅元件，具体地，是反射性衍射光栅元件，更具体地，是反射性体全息衍射光栅。为便于下文中的描述，由反射性体全息衍射光栅构成的第一偏转器将被称作“第一衍射光栅部件330””，而由反射性体全息衍射光栅构成的第二偏转器将被称作“第二衍射光栅部件340””。
在第三实施例和在下文中将描述的第四实施例中，为适应具有P种不同光谱带(或波长)的P种(具体地，P＝3，对应于红、绿、蓝三种颜色)光的衍射反射，第一和第二衍射光栅部件330和340每一个包括作为反射性体全息衍射光栅的P个衍射光栅层，它们一个层叠在另一个的上面。所述衍射光栅层由光聚合物材料制成，且其每一个具有与一个光谱带(或波长)对应的单个干涉条纹图案。所述衍射光栅层是由相关技术方法制造的。具体地，第一和第二衍射光栅部件330和340每一个的结构中层叠有衍射和反射红光的衍射光栅层、衍射和反射绿光的衍射光栅层以及衍射和反射蓝光的衍射光栅层。在所述衍射光栅层(衍射光学元件)中提供的干涉条纹以恒定间距排列且沿Z轴方向线性地延伸，这里第一和第二衍射光栅部件330和340的轴线方向被定义为Y轴方向，而第一和第二衍射光栅部件330和340的法线方向被定义为X轴方向。在图10A和图11中，第一和第二衍射光栅部件330和340每个被显示成单层。采用上述结构，不同光谱带(或波长)的光能被第一和第二衍射光栅部件330和340以提高的衍射效率、加宽的衍射接收角以及优化的衍射角进行衍射和反射。
图10B是示意性放大截面图，显示反射性体全息衍射光栅的一部分。所述反射性体全息衍射光栅具有以倾斜角φ提供的干涉条纹。所述倾斜角φ是在反射性体全息衍射光栅的表面和每个干涉条纹之间形成的角。所述干涉条纹在反射性体全息衍射光栅内部从其一个表面延伸到另一个表面，并满足Bragg条件。在Bragg条件下，满足如下表达式：
m·λ＝2·d·sin(Θ)    (A)
其中，m代表正整数，λ代表波长，d代表光栅平面之间的间距(包含干涉条纹的虚拟平面之间沿其法线方向的间隔)，Θ代表干涉条纹处入射角的补角。
在光以入射角ψ入射到衍射光栅部件上的情况下，补角Θ、倾斜角φ以及入射角ψ之间的关系由下式表示：
Θ＝90°-(φ+ψ)   (B)
如上所述在光导板321的第二表面323上提供(结合)的第一衍射光栅部件330衍射和反射通过光导板321的第一表面322进入光导板321的平行光，使得所述平行光在光导板321的内部被全反射。如上所述在光导板321的第二表面323上提供(结合)的第二衍射光栅部件340多次衍射和反射被使得在光导板321内部以全反射传播的平行光，从光导板321通过第一表面322输出保持平行光形式的所述光。
还是在光导板321中，具有红、绿、蓝三色的平行光在光导板321内部以全反射的方式传播，然后被输出。由于被光导板321引导的光沿着长的光路在光导板321内部行进，因此，在所述光达到第二衍射光栅部件340之前发生的全反射的次数随视角而改变。具体地，在进入光导板321的平行光线中，以朝向第二衍射光栅部件340的角度进入光导板321的一些光线引起的反射少于以离开第二衍射光栅部件340的角度进入光导板321的其他光线引起的反射。这是因为，在被第一衍射光栅部件330衍射和反射的平行光线当中，以朝向第二衍射光栅部件340的角度进入光导板321的光线在光导板321内部传播的同时撞击光导板321的内表面时，相对于光导板321的法线形成的角度小于以离开第二衍射光栅部件340的角度进入光导板321的光线所形成的角度。此外，在第二衍射光栅部件340内部提供的干涉条纹图案和在第一衍射光栅部件330内部提供的干涉条纹图案关于垂直于光导板321的轴线的虚拟平面而言是对称的。
下文描述的第四实施例也利用了光导板321，它的结构基本上与第三实施例中的光导板321的结构相同。
如上所述，除了光学装置320之外，第三实施例的头戴式显示设备的结构与第一实施例的基本相同，所以略去对其的详细描述。
(第四实施例)
第四实施例是第三实施例的变型。图11是根据第四实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置400之一的概念图。第四实施例的图像显示装置400包括光源251、准直光学系统252、扫描器253、中继光学系统254等，它们与第二实施例中的结构相同。第四实施例采用光学装置320，其结构与第三实施例中的相同。除上述几点外，第四实施例的头戴式显示设备的结构与第一实施例中的基本相同，所以略去对其的详细描述。
(第五实施例)
第五实施例是第一实施例的另一种变型。图12是根据第五实施例的头戴式显示设备中包括的图像显示装置之一的概念图。第五实施例利用具有第三结构的光学装置。具体地，该光学装置包括接收来自图像产生器110的光并向观看者的眼睛41输出光的透射反射镜520。在第五实施例中，从图像产生器输出的光在透明部件(如玻璃板或塑料板)521中传播并进入透射反射镜520。或者，从图像产生器110输出的光在进入透射反射镜520之前可在空气中传播。此外，图像产生器110可由第二实施例中描述的图像产生器210代替。除上述几点外，第五实施例的头戴式显示设备的结构与第一实施例中的基本相同，所以略去对其的详细描述。
尽管已参考优选实施例描述了本发明，但本发明不限于此。在上述实施例中描述的头戴式显示设备、图像显示装置、配戴装置、附接部件、支持部件、保持部件以及推进部件只是示例，能被适当地改变。例如，在支持部件中提供的凹槽数量，在保持部件中提供的凹槽数量以及球体的数量或者可以为四个或更多。或者，可在光导板上提供表面浮凸的全息光栅部件(参考美国专利No.20040062505A1)。在第三和第四实施例中，光学装置320可包括用于第一和第二偏转器中之一的透射性衍射光栅元件或反射性衍射光栅元件，以及用于另一个的透射性衍射光栅元件。作为另一种改变，衍射光栅元件可以是反射性闪耀衍射光栅(blazed diffraction grating)元件。
图13是有源矩阵(active-matrix)图像形成装置的概念图，该图像形成装置适用于作为在第一、第三和第五实施例中的图像形成装置中的每一个的变型。有源矩阵图像形成装置包括发光板，发光元件601以二维矩阵排列在其上，所述发光元件是半导体发光元件。通过控制发光元件601以单独地在发光和不发光状态之间切换，使得发光元件601的发射状态可被直接观察到，由此来显示图像。由图像形成装置发出的光穿过准直光学系统112并进入光导板121或321。
或者，参考图14所示的概念图，其中可利用包括如下组成部分的图像形成装置：
(α)红光发光板611R，发红光的红光发光元件601R以二维矩阵的形式排列在该发光板上；
(β)绿光发光板611G，发绿光的绿光发光元件601G以二维矩阵的形式排列在该发光板上；
(γ)蓝光发光板611B，发蓝光的蓝光发光元件601B以二维矩阵的形式排列在该发光板上；以及
(δ)将从红、绿、蓝发光板611R、611G、611B发射的光组合成单一光线的装置(例如分光棱镜603)。
图像形成装置通过控制红、绿、蓝发光元件601R、601G、601B单独地在发光和不发光状态之间切换来显示彩色图像。从这一图像形成装置发出的光穿过准直光学系统112，进入光导板121或321。该图像形成装置还包括微透镜612，所述微透镜聚焦从发光元件601R、601G、601B发出的光。
图15是另一种图像形成装置的概念图，该图像形成装置包括发光板611R、611G、611B，在其上以二维矩阵的形式分别排列有发光元件601R、601G、601B。由光路控制装置604R、604G、604B控制从发光板611R、611G、611B发出的光从其中通过或被其阻挡。已穿过光路控制装置604R、604G、604B的光进入分光棱镜603，由此被组合成单一光线。所述光进一步穿过准直光学系统112，进入光导板121或321。
图16是另一种图像形成装置的概念图，该图像形成装置包括发光板611R、611G、611B，在其上以二维矩阵的形式分别排列有发光元件601R、601G、601B。从发光板611R、611G、611B发出的光进入分光棱镜603，由此被组合成单一光线。由分光棱镜603输出的光被光路控制装置604控制，以从其中通过或被其阻挡。已通过光路控制装置604的光进一步穿过准直光学系统112，进入光导板121或321。
图17示出另一种图像形成装置。该图像形成装置包括发红光的发光元件601R；光路控制装置(例如液晶显示装置604R)，它是一种光阀，控制发光元件601R发出的光从其中通过或被其阻挡；发绿光的发光元件601G；光路控制装置(例如液晶显示装置604G)，它是一种光阀，控制发光元件601G发出的光从其中通过或被其阻挡；发蓝光的发光元件601B；光路控制装置(例如液晶显示装置604B)，它是一种光阀，控制从发光元件601B发出的光从其中通过或被其阻挡；光引导部件602，用于引导从的各发光元件601R、601G、601B发出的光，它们是基于GaN的半导体元件；以及将来自发光元件601R、601G、601B的光组合成单一光线的装置(例如分光棱镜603)。
本申请包含与在日本优先权专利申请JP 2008-272879(于2008年10月23日提交日本专利局)中公开的主题相关的主题，这里通过引用结合其全部内容。
本领域技术人员应该理解，在所附权利要求或其等同内容的范围内，取决于设计要求和其他因素，可能发生各种修改、组合、子组合和改变。

Claims (19)

1.一种头戴式显示设备，包括：
(A)图像显示装置；
(B)配戴装置，用于将所述图像显示装置配戴在观看者的头上；以及
(C)附接部件，用于将所述图像显示装置附接于所述配戴装置上，
其中，所述附接部件能沿第一方向和第二方向独立地调节所述图像显示装置与所述配戴装置的相对位置，所述第一方向由连接观看者的两眼中心的虚拟线限定，所述第二方向垂直于所述第一方向且相对于所述观看者竖直地延伸。
2.根据权利要求1的头戴式显示设备，
其中，所述附接部件包括：
(C-1)第一、第二和第三球体；
(C-2)支持部件，具有包括连续凹陷的第一线状凹槽、平行于第一凹槽且包括连续凹陷的第二线状凹槽、以及平行于第一凹槽且包括连续凹陷的第三线状凹槽；
(C-3)保持部件，具有与第一凹槽正交且包括连续凹陷的第四线状凹槽、平行于第四凹槽且具有连续凹陷的第五线状凹槽、以及平行于第四凹槽且具有连续凹陷的第六线状凹槽；以及
(C-4)推进装置，用于推动所述保持部件使所述保持部件抵靠所述支持部件，
其中，在所述保持部件被所述推进装置推抵所述支持部件的状态下，第一球体适配进入第一和第四凹槽，第二球体适配进入第二和第五凹槽，而第三球体适配进入第三和第六凹槽，所述第一至第三球体位于虚拟三角形的各顶点，
其中，所述图像显示装置被附接于所述支持部件上，以及
其中，所述配戴装置被附接于所述保持部件上。
3.根据权利要求2的头戴式显示设备，其中，在所述支持部件和所述保持部件之间配置有引导部件，所述引导部件具有接收部分，所述接收部分分别接纳第一至第三球体，以便使第一至第三球体位于所述虚拟三角形的各顶点。
4.根据权利要求2的头戴式显示设备，
其中，对所述第一和第四凹槽实施锪孔加工，使得第一球体稳定地接纳，
其中，对第二和第五凹槽实施锪孔加工，使得第二球体被稳定地接纳，以及
其中，对第三和第六凹槽实施锪孔加工，使得第三球体被稳定地接纳。
5.根据权利要求1的头戴式显示设备，其中，针对右眼和左眼中的每一个提供所述图像显示装置和所述附接部件。
6.根据权利要求1的头戴式显示设备，
其中，所述图像显示装置包括：
(A-1)图像产生器；以及
(A-2)光学装置，用于接收来自所述图像产生器的光，引导所述光，以及向观看者的相应的一个眼睛输出所述光。
7.根据权利要求6的头戴式显示装置，
其中，所述光学装置包括：
(A-2-1)光导板，用于在输出所接收的光之前使所述光在其内部以全反射传播；
(A-2-2)第一偏转装置，用于偏转由所述光导板接收的光，使得所述光在所述光导板内被全反射；以及
(A-2-3)第二偏转装置，用于对被使得在所述光导板内以全反射传播的光进行多次偏转，使得从所述光导板输出所述光。
8.根据权利要求7的头戴式显示设备，
其中，所述第一偏转装置反射由所述光导板接收的所述光，以及
其中，所述第二偏转装置多次透射和反射被使得在所述光导板内以全反射传播的光。
9.根据权利要求8的头戴式显示设备，
其中，所述第一偏转装置用作反射镜，以及
其中，所述第二偏转装置用作透射反射镜。
10.根据权利要求7的头戴式显示设备，
其中，所述第一偏转装置衍射由所述光导板接收的光，以及
其中，所述第二偏转装置对被使得在所述光导板内以全反射传播的光进行多次衍射。
11.根据权利要求10的头戴式显示设备，其中，所述第一和第二偏转装置包括衍射光栅元件。
12.根据权利要求11的头戴式显示设备，其中，所述衍射光栅元件是反射性衍射光栅元件。
13.根据权利要求11的头戴式显示设备，其中，所述衍射光栅元件是透射性衍射光栅元件。
14.根据权利要求11的头戴式显示设备，其中，所述衍射光栅元件中的一个是反射性衍射光栅元件，另一个是透射性衍射光栅元件。
15.根据权利要求6的头戴式显示设备，其中，所述光学装置包括透射反射镜，所述透射反射镜接收来自所述图像产生器的光并向观看者的眼睛输出所述光。
16.根据权利要求6的头戴式显示设备，
其中，所述图像产生器包括：
(A-1-1)图像形成装置，具有以二维矩阵排列的多个像素；以及
(A-1-2)准直光学系统，用于将来自所述图像形成装置的像素的光准直成平行光并输出所述平行光。
17.根据权利要求6的头戴式显示设备，
其中，所述图像产生器包括：
(A-1-1)光源；
(A-1-2)准直光学系统，用于将来自光源的光准直成平行光；
(A-1-3)扫描装置，扫描地移动来自所述准直光学系统的平行光；和
(A-1-4)中继光学系统，用于中继并输出由所述扫描装置扫描移动的平行光。
18.根据权利要求1的头戴式显示设备，其中，所述配戴装置形成一副眼镜的框架。
19.根据权利要求18的头戴式显示设备，
其中，所述框架包括：
要放置于观看者前面的前部件；以及
用铰链可转动地附接于所述前部件的相应端的两个边撑，且其中，所述附接部件被附接于所述前部件的端部。
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