CN102298211B - 光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元 - Google Patents

光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元 Download PDF

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Abstract

本申请涉及光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元，公开了一种图像显示设备，其包括：光源；和扫描装置，适于扫描从光源出射的光束；扫描装置包括：(a)第一反射镜，(b)第一光偏转部件，(c)第二反射镜，以及(d)第二光偏转部件；第二光偏转部件包括外部光接收面；第二光偏转部件具有设在其内部的多个半透明膜；这些半透明膜在所述光束的波长处具有的光反射率R2满足：R2≤k×{(P2/t2)×tan(ζ2)}1/2，其中，k是大于0且小于1的常数，P2是半透明膜的阵列间距，t2是第二光偏转部件的厚度，并且ζ2是在光出射面和所述半透明膜之间形成的角度。

Description

光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元
技术领域
本发明涉及光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元。
背景技术
已知例如在JP-T-2005-521099或日本专利早期公布No.2006-162767中公开了虚拟图像显示设备或图像显示设备。在虚拟图像显示设备中，由图像形成设备形成的二维图像被虚拟图像光学系统扩大，使得其被观察者观察为放大的虚拟图像。
图10示意性地示出了上述类型的虚拟图像显示设备。参考图10，所示出的图像显示设备200包括：图像形成设备201，其包括以二维矩阵排列的多个像素；准直光学系统202，用于将从图像形成设备201的像素出射的光转换为平行光。图像显示设备200还包括导光装置203，该导光装置203接收来自准直光学系统202的平行光，在其中导引该平行光，并从其出射平行光。导光装置203包括导光板204，入射光在导光板204的内部通过全反射传播之后从导光板204出射。导光装置203还包括第一偏转装置205，该第一偏转装置205例如由单层光反射膜形成，该单层光反射膜用于对入射到导光板204的光进行反射以使得光全部被反射在导光板204的内部。导光装置203还包括第二偏转装置206，该第二偏转装置206例如由具有多层叠层结构的光反射多层膜形成，该光反射多层膜用于使在导光板204内部通过全反射传播的光从导光板204出射。如果具有刚刚所描述的这种配置的图像显示设备200被用于构成例如头部安装式显示(HD)单元，则该单元可以轻质、小型形式形成。
发明内容
另外，在上述图像显示设备200中，图像形成设备201具有包括以二维矩阵排列的多个像素的结构，并且例如由诸如LCOS(硅基液晶)液晶显示设备之类的透射型或反射型的液晶显示设备形成。因此，很难实现图像形成设备201的小型化。此外，在所述图像显示设备200中，由于其包括图像形成设备201和准直光学系统202，因此也很难实现整个图像显示设备的小型化以及重量降低。
因此，希望提供一种可在总体尺寸和重量方面降低的图像显示设备和应用了该图像显示设备的头部安装式显示单元。
根据本发明的第一实施例或第二实施例的图像显示设备包括：
光源；和
扫描装置，用于扫描从所述光源出射的光束；
该扫描装置包括：
(a)第一反射镜，被安装成围绕由在第一方向上延伸的第一轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，用于接收从光源出射并入射到其的光束；
(b)第一光偏转装置，具有沿与第一方向不同的第二方向延伸的轴线，用于接收从第一反射镜出射并以第一入射角向其入射的光束，并相对于第二方向以预定的第一出射角出射平行光，该第一出射角取决于由一反射镜的枢转运动而造成的光束的第一入射角；
(c)第二反射镜，被安装成围绕由在第三方向上延伸的第二轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，并适于接收从第一光偏转装置出射并入射到其的平行光；以及
(d)第二光偏转装置，具有沿着与第三方向不同的第四方向延伸的轴线，用于接收从第二反射镜出射并且以第二入射角向其入射的平行光，并相对于第四方向以预定的第二出射角出射平行光，该第二出射角取决于由第二反射镜的枢转运动而造成的平行光的第二入射角；
第二光偏转装置包括外部光接收面，该外部光接收面被设置成与平行于第四方向而设置的光出射面相对，用于接收向其入射的外部光；
第二光偏转装置具有设在其内部的多个半透明膜。
同时，根据第一实施例或第二实施例的头部安装式显示单元包括：
(A)适于安装在观察者头上的眼镜型的框架；和
(B)附接于框架的图像显示设备。此头部安装式显示单元的图像显示设备由根据上述第一实施例或第二实施例的图像显示设备构成。
在根据第一实施例的图像显示设备或头部安装式显示单元中，半透明膜在所述光束的波长处具有的光反射率R2满足：
R2≤k×{(P2/t2)×tan(ζ2)}1/2...(1)
其中，k是大于0且小于1的常数，P2是半透明膜的阵列间距，t2是第二光偏转装置的厚度，ζ2是光出射面与半透明膜之间形成的角度。应当注意，光反射率是用垂直入射的光来评估的。这类似地还适用于如下描述。
同时，在根据第二实施例的图像显示设备或头部安装式显示单元中，每个半透明膜在除了所述光束的波长之外的波长带内的光反射率低于在所述光束的波长处的光反射率。
另一方面，根据本发明第一实施例或第二实施例的光学器件具有：
光接收面，被设置成与一个方向平行，并适于接收从光源入射的光；
光出射面，被设置成与在和所述一个方向不同的方向上延伸的轴线平行；以及
外部光接收面，被与光出射面相对地设置，并适于接收入射的外部光；
该光学器件具有多个设置在其中的半透明膜；
半透明膜被排列成沿着轴线相互间隔开且相互平行，并被布置成相对于所述轴线处于倾斜关系；
来自光源的、入射到光接收面的光被半透明膜反射并从光出射面出射，而从外部光接收面入射的外部光从光出射面出射。
在根据第一实施例的光学器件中，半透明膜在来自光源的光的波长处具有的光反射率R满足：
R≤k×{(P/t)×tan(ζ)}1/2...(2)
其中，k是大于0且小于1的常数，P是半透明膜的阵列间距，t是光学器件的厚度，ζ是在光出射面与半透明膜之间形成的角度。
同时，在根据第二实施例的光学器件中，每个半透明膜在除了来自所述光源的光的波长之外的波长带内的光反射率低于在来自所述光源的光的波长处的光反射率。
根据本发明第一实施例或第二实施例的图像显示设备或头部安装式显示单元包括第一反射镜、第一光偏转装置、第二反射镜和第二光偏转装置，并且将从光源出射的光束转换为平行光并以平行光的形式出射。因此，不需要例如从液晶显示设备形成的图像形成设备自身。此外，没有必要在扫描装置的内部一度产生例如二维图像作为中间图像。换而言之，不需要图像形成光学系统。因此，能够预期扫描装置或光源的尺寸的降低，因而使整个图像显示设备的尺寸和重量的降低。在根据第一实施例或第二实施例的图像显示设备或头部安装式显示单元中，源自于从光源出射的光束且最终从第二光偏转装置出射的平行光被引入到观察者的眼球。然后，这些平行光通过每个眼球的瞳孔(其通常具有约2至6mm的直径)透射，并在视网膜上形成图像，通过这个过程，该图像被识别为一个像素。这是因为从第二光偏转装置出射的光是平行光。然后，这样的操作被重复多次以允许观察者识别出二维图像。
此外，在根据第一实施例的图像显示设备或头部安装式显示单元中，半透明膜关于光束波长的光反射率R2满足：
R2≤k×{(P2/t2)×tan(ζ2)}1/2...(1)
同时，在根据第一实施例的光学器件中，半透明膜关于来自光源的光的波长的光反射率R满足：
R≤k×{(P/t)×tan(ζ)}1/2...(2)
因此，当外部光从外部光接收面入射，来到某一半透明膜并被该半透明膜反射，然后来到另一半透明膜并被该半透明膜反射时，外部光的反射光强度能够得以降低。其结果是，能够抑制重影的发生。
另一方面，在根据第二实施例的图像显示设备、头部安装式显示单元或光学器件中，每个半透明膜在除了来自光源的光或光束的波长之外的波长带内的光反射率低于在来自光源的光或光束的波长处的光反射率。因此，当外部光从外部光接收面入射，来到某一半透明膜并被该半透明膜反射，然后来到另一半透明膜并被该半透明膜反射时，外部光的反射能够得以降低。其结果是，能够抑制重影的发生。
本发明的以上和其它特征和优点将从结合附图进行的以下描述以及附图中明了，在附图中，相似部分或元件用相似符号表示。
附图说明
图1A和1B是示出根据工作示例1的图像显示设备的示意视图，图1C是图示出入射角和出射角的示意视图；
图2A和2B是图示出当观察者观察图像并且图像左下角处的像素形成视网膜右上部分处的图像时、光束和平行光的状态的示意视图；
图3A和3B是图示出当观察者观察图像并且图像右下角处的像素形成视网膜左上部分处的图像时、光束和平行光的状态的示意视图；
图4A和4B是图示出当观察者观察图像并且图像左上角处的像素形成视网膜右下部分处的图像时、光束和平行光的状态的示意视图；
图5A和5B是图示出当观察者观察图像并且图像右上角处的像素形成视网膜左下部分处的图像时、光束和平行光的状态的示意视图；
图6是从前方观看的、工作示例2的头部安装式显示单元的示意视图；
图7是从上方观看的、工作示例2的头部安装式显示单元的示意视图；
图8是图示出构成工作示例3中的第二光偏转装置的半透明膜的光反射率的波长依赖性的曲线图；
图9是示出工作示例1的图像显示设备的修改例的示意视图；
图10是示出现有技术的图像显示设备的示意视图；
图11是图示出当从第一反射镜入射到第一光偏转装置的光束全部被第一光偏转装置的第一光出射面反射时出现重影图像的状态的示意视图；
图12是图示出当从第一反射镜入射到第一光偏转装置的光束全部被第一光偏转装置的第一光出射面反射时出现重影图像的另一状态的示意视图。
具体实施方式
以下，参考附图结合本发明的优选工作示例来详细描述本发明的实施例。但是，本发明不限于这些工作示例，并且在描述这些工作示例时指定的各种数值和材料仅仅用于阐述目的。应当注意，描述按如下顺序来给出。
1.根据本发明第一和第二实施例的光学器件的一般性描述，根据本发明第一和第二实施例的图像显示设备，和根据本发明第一和第二实施例的头部安装式显示单元
2.工作示例1(根据本发明第一实施例的光学器件和图像显示设备)
3.工作示例2(根据本发明第一实施例的头部安装式显示单元)
4.工作示例3(根据本发明第二实施例的光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元)，及其它
在根据第一实施例的光学器件、图像显示设备或头部安装式显示单元中，可将常数k设定为满足0.01≤k≤0.3，优选地设定为满足0.02≤k≤0.2，更优选地例如设定为k＝0.1。根据第一实施例的包括此优选形式的光学器件、图像显示设备或头部安装式显示单元可被配置为使得：
每个半透明(translucent)膜将S偏振光分量和P偏振光分量之一反射，并使这些偏振光分量中的另一者透射，并且
图像显示设备还包括偏振部件，该偏振部件设在外部光接收面侧并适于使偏振光分量中的所述另一者透射。
根据第二实施例的光学器件、图像显示设备或头部安装式显示单元可被形成为使得：除了来自光源的光或光束的波长之外的波长带被定义成等于或大于420nm并且等于或小于680nm的、除了从λ0-20到λ0+20的范围内的波长以外的波长带，其中，λ0是来自光源的光或光束的峰值波长，其单位为nm，并且
除了来自光源的光或光束的波长之外的波长带中的光反射率平均值RWB-ave低于在从λ0-20到λ0+20的范围内的光反射率平均值RLS-ave。在此实例中，优选地满足0.01≤RWB-ave/RLS-ave≤1/1.41，并且更优选地满足0.05≤RWB-ave/RLS-ave≤0.5。此外，在根据第二实施例的包括这些优选形式的光学器件、图像显示设备或头部安装式显示单元中，优选地，来自光源的光或光束的波长处的光反射率在垂直入射时为5％或更低。此外，根据第二实施例的包括这些优选形式的光学器件、图像显示设备或头部安装式显示单元可被形成为使得：
每个半透明膜将S偏振光分量和P偏振光分量之一反射，并使这些偏振光分量中的另一者透射，并且
图像显示设备还包括偏振部件，该偏振部件设在外部光接收面那侧并适于使偏振光分量中的所述另一者透射。
根据第一实施例的包括上述优选形式的光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元有时候统一地简称为“本发明的第一实施例”。同时，根据第二实施例的包括上述优选形式的光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元有时候统一地简称为“本发明的第二实施例”。此外，根据第一和第二实施例的包括上述优选形式的光学器件有时候统一地简称为“本发明的光学器件”。此外，根据第一和第二实施例的包括上述优选形式的图像显示设备有时候统一地简称为“本发明的图像显示设备”。此外，根据第一和第二实施例的包括上述优选形式的头部安装式显示单元有时候统一地简称为“本发明的头部安装式显示单元”。此外，本发明的第一和第二实施例有时候统一地简称为“本发明”。
在本发明的头部安装式显示单元中，
框架包括布置在观察者前方的前方部分、为了枢转运动而通过铰链附接于前方部分的相对端的两个镜腿部分(temple portion)、以及各自附接于镜腿部分的端部的时髦部分。
光源被布置在前方部分或每一个镜腿部分的上部；
第一反射镜、第一光偏转部件和第二反射镜被布置在前方部分的上部；并且
第二光偏转部件被布置成相对于观察者的每一个瞳孔成相对关系(或者换而言之，被布置在与普通眼镜架的透镜附接位置相对应的位置处)。或者，光源自身可被设置在各个镜腿部分处以使得光束通过光纤被引入前方部分。所述布置适合于如下情况：观察者的裸眼具有足够的视力，或者使用了隐形眼镜。但是，在观察者使用普通眼镜进行视觉校正的情况下，也可以将第二光偏转部件布置在眼镜的各个透镜的外侧。
或者，头部安装式显示单元可以其它方式被配置为使得第一反射镜、第一光偏转部件、第二反射镜和第二光偏转部件被布置在前方部分的上部。
应当注意，为了便于描述，将从第一反射镜出射的来自光源的光或光束入射到第一光偏转部件所通过的光接收面称为“第一光接收面”。此外，为了便于描述，将从第二反射镜出射的平行光入射到第二光偏转部件所通过的光接收面称为“第二光接收面”。此外，为了便于描述，将平行光从第一光偏转部件出射所通过的光出射面称为“第一光出射面”。此外，为了便于描述，将平行光从第二光偏转部件出射所通过的光出射面称为“第二光出射面”。
构成包括上述优选配置的本发明的图像显示设备和本发明的头部安装式显示单元的扫描部件(这种扫描部件有时候统称为“本发明的扫描部件”)可被形成为使得在从第一光偏转部件向离开第一反射镜的方向出射的平行光的第一出射角θO-1是具有正值的出射角的情况下，随着光束到第一光偏转部件的第一入射角θI-1的增大，第一出射角θO-1将其方向从具有负值的方向改变为具有正值的方向。在此实例中，在从第二光偏转部件向离开第二反射镜的方向出射的平行光的第二出射角θO-2是具有正值的出射角的情况下，随着平行光到第二光偏转部件的第二入射角θI-2的增大，第二出射角θO-2将其方向从具有负值的方向改变为具有正值的方向。应当注意，第一入射角θI-1被定义成在入射到第一光偏转部件的光束与第二方向之间形成的角度。同时，第一出射角θO-1被定义成在从第一光偏转部件出射的平行光与第一光偏转部件的第一光出射面的法线之间形成的角度。类似地，第二入射角θI-2被定义成在入射到第二光偏转部件的光束与第四方向之间形成的角度。同时，第二出射角θO-2被定义成在从第二光偏转部件出射的平行光与第二光偏转部件的第二光出射面的法线之间形成的角度。此外，在第二方向与在第一光偏转部件内部传播之后向第一光偏转部件的第一光出射面前进的光束之间形成的第一入射角θI-1的值被定义成正值。类似地，在第四方向与在第二光偏转部件内部传播之后向第二光偏转部件的第二光出射面前进的光束之间形成的第二入射角θI-2的值被定义成正值。
包括上述优选形式的本发明的扫描部件可被配置为使得入射到第一光偏转部件的光束被第一光偏转部件在第二方向上扩展，并且入射到第二光偏转部件的平行光被第二光偏转部件在第四方向上扩展。因此，最终获得的平行光具有在第二和第四方向上被二维地扩展的形式。
包括上述优选形式和配置的本发明的图像显示设备或头部安装式显示单元可被配置为使得从总共P×Q个像素的阵列形成图像，该总共P×Q个像素的阵列被排列为使得P个像素沿着第二方向排列并且Q个像素沿着第四方向排列，并且使得与沿着第二方向的P个像素的位置相应地定义第一入射角θI-1并与沿着第四方向的Q个像素的位置相应地定义第二入射角θI-2。通过从光源出射光束一次，最终获得显示图像的一个像素。因此，为了显示P×Q个像素，执行光束出射P×Q次。第一和第二反射镜具有将像素的位置信息转换为一种角度信息的功能。第二方向和第四方向优选地彼此具有正交关系。
此外，包括上述优选形式和配置的本发明的图像显示设备或头部安装式显示单元优选地被配置为使得每一单位时间第一反射镜的枢转运动的次数，换而言之摆动频率，高于每一单位时间第二反射镜的枢转运动的次数亦即摆动频率。或者，第二反射镜的枢转运动的次数可以高于第一反射镜的枢转运动的次数。对于第一反射镜或第二反射镜的枢转运动，可向为第一反射镜或第二反射镜设置的枢转机构输入例如正弦波信号、矩形波信号或锯齿波信号。用于驱动第一反射镜的信号的频率由沿着第二方向的像素数目、第二反射镜的负荷(duty)、帧率等来确定，并且例如是15Hz、30Hz、60Hz、120Hz、180Hz、240Hz等。在第一反射镜或第二反射镜例如由具有绕着一个轴安装用于枢转运动的微反射镜的MEMS(微机电系统)构成的情况下，可基于谐振执行第一反射镜的高速枢转运动，同时基于非谐振执行第二反射镜的低速枢转运动。或者，可基于谐振执行第一和第二反射镜二者的枢转运动。
此外，包括上述优选形式和配置的本发明的图像显示设备或头部安装式显示单元可被配置为使得第一方向和第四方向彼此一致或者彼此平行地延伸，并且第二方向和第三方向彼此一致或者彼此平行地延伸，并且第一和第四方向与第二和第三方向彼此正交。在此实例中，图像显示设备或头部安装式显示单元可被形成为使得图像观察位置位于相对于第二光偏转部件的第五方向上，并且第五方向与第一和第四方向具有正交关系，并且还与第二和第三方向具有正交关系。但是，这些方向可以不必具有彼此平行或正交的关系。
在包括上述优选形式和配置的发明中，在第一光偏转部件内部设置了多个半透明膜或半反射镜，并且在第二光偏转部件内部设置了另一多个半透明膜或半反射镜。这些半透明膜可以从由包括合金在内的金属制成的金属膜构成，或者从MgFX的介质膜构成，或者从层叠了大量导体层膜的多层层叠结构构成。介质层叠膜例如从作为高介电材料的Si3N4膜和作为低介电材料的MgF2膜构成，或者从作为高介电材料的TiO2膜、NbOX膜或TaOX膜和作为低介电材料的SiO2膜构成。取决于要使用的材料，可通过包括真空沉积和溅射的各种物理气相沉积方法(PVD方法)和各种化学气相沉积方法(CVD)来执行半透明膜或半反射镜的形成。
此外，在包括上述优选形式和配置的发明中，取决于在第一或第二光偏转部件内部的沉积位置，大量半透明膜可具有相等的光反射率或者可具有不同的光反射率。在后一种情况中，优选地，第一光偏转部件中的半透明膜被配置为使得向离第一反射镜比较远位置处的半透明膜提供比较高的光反射率。同时，优选地，第二光偏转部件中的半透明膜被配置为使得向离第二反射镜比较远位置处的半透明膜提供比较高的光反射率。换而言之，优选地，第一光偏转部件中的半透明膜被配置为使得向离第一反射镜比较远位置处的半透明膜提供比较低的光透射系数。同时，优选地，第二光偏转部件中的半透明膜被配置为使得向离第二反射镜比较远位置处的半透明膜提供比较低的光透射系数。可以利用半透明膜的光透射系数的光入射角依赖性，即，如下关系：随着入射到半透明膜的光的入射角的增大，光反射率增大。通过以这种方式逐渐增大光反射率，可以使得由第一光偏转部件中位置远离第一反射镜的部分反射的光的强度更接近由第一光偏转部件中位置靠近第一反射镜的部分反射的光的强度。这类似地还适用第二光偏转部件。
在本发明中，从第一反射镜入射的光束通过布置在第一光偏转部件的内部的多个半透明膜透射，并被这些半透明膜反射，然后作为平行光从第一光偏转部件出射。从第二反射镜入射的平行光通过布置在第二光偏转部件内部的多个半透明膜透射，被这些半透明膜反射，然后作为平行光从第二光偏转部件出射。第一光偏转部件中的半透明膜相对于第二方向的角度在所有半透明膜之间相等，并且具有从30度到70度的范围，优选地具有从40度到60度的范围，并且更优选地具有从45度到55度的范围。类似地，第二光偏转部件中的半透明膜相对于第四方向的角度在所有半透明膜之间相等，并且具有从30度到70度的范围，优选地具有从40度到60度的范围，并且更优选地具有从45度到55度的范围。半透明膜的阵列间距可以固定或者可以不同。第二光偏转部件被形成为透视型或者半透射型或者半透明型的光偏转部件，以使得能够通过该第二光偏转部件来观察外场。第一光偏转部件可以具有5mm或更大的长度作为沿第二方向的长度，0.5mm或更大的高度作为沿着第四方向的长度，以及1.0mm或更大的厚度作为沿第五方向的长度。同时，第二光偏转部件可以具有5mm或更大的长度作为沿第二方向的长度，5mm或更大的高度作为沿着第四方向的长度，以及0.5mm或更大的厚度(例如，2.5mm到5.0mm，优选地3.0mm到4.0mm)作为沿第五方向的长度。此外，第二光偏转部件可以具有0.5mm到1.5mm的半透明膜的布置间距。
此外，在包括上述优选形式和配置的本发明中，优选地，在第一光偏转部件的第一光接收面和第一光出射面上布置抗反射膜。优选地，在第二光偏转部件的第二光接收面、第二光出射面和光出射面上布置抗反射膜。这里，抗反射膜(抗反射涂层；ARC)可由从例如包括如下各项的群组中选出的材料中的至少一者形成：氧化硅(SiQx)、氧化钽(TaOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化铝(AlOx)、氧化铬(CrOx)、氧化钒(VOx)、氧化钛(TiO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化铪(HfOx)、氧化铌(NbOx)、氧化钪(ScOx)、氧化钇(YOx)、氮化硅(SiNY)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化铝(AlN)、氧硫化硅(SiOXNY)、氟化铝(AlFX)、氟化铈(CeFX)、氟化钙(CaFX)、氟化钠(NaFX)、氟化铝钠(NaYAlZFX)、氟化镧(LaFX)、氟化镁(MgFX)、氟化钇(YFX)和硫化锌(ZnSX)。或者，抗反射膜可被配置为具有如下这种结构：如同例如高反射率膜/低反射率膜/高反射率膜/低反射率膜...的层叠结构一样，层叠了至少两层SiO、SiO2、TiO2、ZrO2、Ta2O5或Y2O3的介质薄膜层。取决于要使用的材料，可通过包括真空沉积和溅射的各种PVD方法或者各种CVD方法来形成抗反射膜。
在包括上述优选形式和配置的发明中，光源优选地由发光元件构成，具体地由半导体激光器件(LD)、固态激光器、发光二极管(LED)、超级发光二极管(SLD)、有机EL发光器件或无机EL发光器件构成。此外，广义上，光源包括光纤发光端部，其中各种类型的光源被引入到光纤。这里，光源优选地包括用于发出红光的发光元件、用于发出绿光的发光元件和用于发出蓝光的又一发光元件，以及复用部件或颜色合成部件。复用部件将从这些发光元件发出的红光束、绿光束和蓝光束复用成单个光束。复用部件例如可由二向色棱镜、二向色反射镜、正交棱镜(crossprism)、偏振分束器或半透半反镜形成。可在光源和第一反射镜之间布置用于将从光源发出的光束转换成平行光束的光束整形部件，例如准直透镜。应当注意，由于该准直透镜仅仅使一个或多个束透射，所以对于该准直透镜，并不需要如同过去的准直光学系统中那样的用于使与实际图像相对应的光源透射的大透镜。此外，为了对光束的剖面形状进行整形并且为了防止出现不希望的散射光或杂散光(stray light)，可以提供光圈。光圈可以布置在光源与第一反射镜之间，或者布置在第一反射镜与第一光偏转部件之间。光圈可以具有圆形形状、正方形状、矩形形状、规则六方形状或者规则八方形状。光圈可以具有从8×10-5cm2(在圆形形状的情况下，对应于0.1mm的直径)到0.8cm2(在圆形形状的情况下，对应于10mm的直径)的面积。从光源出射的光束的强度取决于要显示的图像的亮度，并且还可在考虑到要显示的图像中的像素的位置的情况下进行确定。特别地，例如，在第一入射角θI-1和第二入射角θI-2较小的情况下，由于光束或平行光要透射经过的那些半透明膜的数目很大，所以可以增大要从光源出射的光束的强度。
第一反射镜和第二反射镜可使用例如具有绕一个轴安装用于枢转运动的微反射镜的MEMS、电流镜(galvano mirror)或多面镜构成。此外，并不总是必须使用反射镜，而是可以使用任意的扫描部件或扫描方法，例如电光扫描仪、声光扫描仪、准直透镜的移动或者光源自身的枢转运动。特别地，可以使用第一扫描部件来替代第一反射镜，同时使用第二扫描部件来替代第二反射镜。
第一光偏转部件和第二光偏转部件由针对入射光透明的材料制成。用于第一光偏转部件或第二光偏转部件的材料可以是包括诸如石英玻璃或BK7之类的光学玻璃在内的玻璃，或者诸如例如PMMA、聚碳酸酯树脂、亚克力树脂、无定形聚丙烯树脂、包括AS树脂的苯乙烯合成树脂之类的塑胶材料。应当注意，诸如BK7之类的普通光学玻璃在工作准确度和可靠性方面较高，因而可优选使用。此外，如果使用具有高折射率的材料，则能够降低第一光偏转部件或第二光偏转部件的厚度，并且优选地，折射率高于1.6。
像素数目可基于图像显示设备所要求的技术规范来确定，并且作为具体的像素数目值，可以是320×240、432×240、640×480、854×480、1024×768、1366×768或1920×1080。
本发明的图像显示设备可用于构成例如头部安装式显示单元，并且可实现设备重量和尺寸的降低。头部安装式显示单元可以包括一个本发明的图像显示设备(单目类型)或者两个本发明的图像显示设备(双目类型)。
如上文所述，框架包括布置在观察者前方的前方部分、为了枢转运动而通过铰链附接于前方部分的相对端的两个镜腿部分、以及分别附接于镜腿部分的端部的时髦部分。框架还包括鼻梁架。当观看整个头部安装式显示单元时，框架和鼻梁架的组合件具有基本与普通眼镜相同的结构。框架可以由与用于构成普通眼镜相同的材料构成，例如金属或合金、塑胶材料或它们的组合。此外，鼻梁架可以具有已知配置或结构。
从头部安装式显示单元的设计以及安装头部安装式显示单元的容易度角度看，该头部安装式显示单元优选地被形成为使得来自一个或两个图像显示设备的诸如信号线或电源线之类的布线通过镜腿部分和时髦部分的内部从时髦部分的端部延伸至外部电路或控制电路。更优选地，头部安装式显示单元被形成为使得图像显示设备包括耳机部分，并且来自图像显示设备的用于耳机部分的布线通过镜腿部分和时髦部分的内部从时髦部分的端部延伸至耳机部分。耳机部分例如可以是内耳型耳机部分或者管道型耳机部分。更具体地，用于耳机部分的布线优选地被形成为使得它们以绕到外耳或耳囊后侧的方式从时髦部分的端部延伸至耳机部分。
工作示例1
工作示例1涉及根据本发明第一实施例的图像显示设备和光学器件。在图1A和1B中示意性地示出了工作示例1的图像显示设备。特别地，图1A示出了在包括第二方向和第五方向的虚拟平面上(即，在XZ平面上)的图像显示设备。同时，图1B示出了在沿着图1A中的线条B-B取得的并且包括第四方向和第五方向的另一虚拟平面上(即，在YZ平面上)。此外，图1C图示了入射角和出射角。但是，应当注意，在图1C中省略了半透明膜。此外，在图1A至1C和图2A至5B中示出了：图像显示设备被布置成使得在Z轴的正方向上从第一光偏转部件30出射光，并且在Y轴的正方向上(即，在向下方向上)由第二反射镜40出射光。但是，可以其它方式来布置图像显示设备，以使得例如在Z轴的负方向上从第一光偏转部件30出射光，并且由第二反射镜40通过反射在Y轴的正方向上(即，在向下方向上)出射光。应当注意，这些图中省略了由于入射到第一光偏转部件、第二光偏转部件等的光以及从第一光偏转部件、第二光偏转部件等出射的光的折射而对光路引起的变化。
工作示例1或者下文中描述的工作示例3的图像显示设备10包括光源11和用于扫描从光源11出射的光束的扫描部件。该扫描部件包括：
(a)第一反射镜20，其被安装成围绕由在第一方向上延伸的第一轴21提供的轴进行枢转运动，并且被配置为接收从光源11出射并入射到其的光束；
(b)第一光偏转部件30，其具有沿着与第一方向不同的第二方向延伸的轴，并且被配置为接收从第一反射镜20出射并且以第一入射角θI-1入射的光束，并且以取决于伴随第一反射镜20的枢转运动而变化的光束的第一入射角θI-1的、相对于第二方向的预定第一出射角θO-1出射平行光；
(c)第二反射镜40，其被安装成围绕由在第三方向上延伸的第二轴41提供的轴进行枢转运动，并且被配置为接收从第一光偏转部件30出射并入射到其的平行光；以及
(d)第二光偏转部件50，其具有沿着与第三方向不同的第四方向延伸的轴，并且被配置为接收从第二反射镜40出射并且以第二入射角θI-2入射到其的平行光，并且以取决于伴随第二反射镜40的枢转运动的平行光的第二入射角θI-2的、相对于第四方向的预定第二出射角θO-2出射平行光。
第二光偏转部件50具有外部光接收面54，该外部光接收面54被与作为第二光出射面53的光出射面对向设置并适于接收入射到其的外部光，其中，第二光出射面53被与第四方向平行地设置。此外，在第一光偏转部件30的内部设置了各自具有半反射镜形式的多个半透明膜31。同时，在第二光偏转部件50内部设置了各自具有半反射镜形式的多个半透明膜51。
此外，工作示例1或者下文中描述的工作示例3的光学器件具有：
光接收面，即第二光接收面52，其被设置为与一个方向(即，第三方向)平行，并被配置为接收从光源入射到其的光；
光出射面，即第二光出射面53，其被设置为与在不同于上述一个方向(即，第三方向)的一方向上(即，在第四方向上)延伸的轴线平行；以及
外部光接收面54，其与光出射面(即，第二光出射面53)对向设置，并且被配置为接收入射到其的外部光。
此外，光学器件被配置为使得，
在该光学器件内部设置多个半透明膜51，其中
半透明膜51被排列成沿着其轴线彼此平行并且彼此隔开，并被布置为相对于轴线倾斜，并且其中
从光源入射到光接收面(即，第二光接收面52)的光被半透明膜51反射并从光出射面(即，第二光出射面53)出射，同时从外部光接收面54入射的外部光从光出射面(即，从第二光出射面53)出射。
从图1C和图2A至5B可见，这里假设从第一光偏转部件30向离开第一反射镜20的方向出射的平行光的第一出射角θO-1是具有正值的出射角。在此实例中，随着光束到第一光偏转部件30的第一入射角θI-1的增大，第一出射角θO-1从具有负值的方向改变为具有正值的方向。这里还假设从第二光偏转部件50向离开第二反射镜40的方向出射的平行光的第二出射角θO-2是具有正值的出射角。在此实例中，随着平行光到第二光偏转部件50的第二入射角θI-2的增大，第二出射角θO-2从具有负值的方向改变为具有正值的方向。
应当注意，类似于图1A，图2A、3A、4A和5A示出了在包括第二方向和第五方向的虚拟平面上(即，在XZ平面上)的图像显示设备。类似地，类似于图1B，图2B、3B、4B和5B示出了在包括第四方向和第五方向的虚拟平面上(即，在YZ平面上)的图像显示设备。
图像由总共P×Q个像素的阵列形成，该阵列被排列为使得P个像素沿着第二方向排列，并且Q个像素沿着第四方向排列。特别地，例如，P＝640，Q＝480，并且对角为28度。第一入射角θI-1被定义为与沿着第二方向的P个像素的位置相应，并且第二入射角θI-2被定义为与沿着第四方向的Q个像素的位置相应。通过从光源11出射光束一次，最终获得显示图像的一个像素。因此，为了显示P×Q个像素，必须出射P×Q次光束。从第二光偏转部件50出射的平行光入射到观察者的眼球，通过眼球的瞳孔(瞳孔通常具有大约2至6mm的直径)透射，并在视网膜上形成图像，并被识别为一个像素。依据这样的操作的集合，即，在从光源11出射P×Q次光束之后，观察者能够识别出由P×Q个像素构成的一帧的二维图像。
在图2A和2B所示的状态中，即，在“状态A”中，当观察者观看图像时，图像左下角处的像素形成视网膜右上部分处的图像。同时，在图3A和3B所示的状态中，即，在“状态B”中，当观察者观看图像时，图像右下角处的像素形成视网膜左上部分处的图像。在图4A和4B所示的状态中，即，在“状态C”中，当观察者观看图像时，图像左上角处的像素形成视网膜右下部分处的图像。在图5A和5B所示的状态中，即，在“状态D”中，当观察者观看图像时，图像右上角处的像素形成视网膜的左下部分处的图像。在下表1中指示了在上述状态中的第一入射角θI-1、第一出射角θO-1、第二入射角θI-2和第二出射角θO-2：
[表1]
入射到第一光偏转部件30的光束被第一光偏转部件30在第二方向上扩展，并且入射到第二光偏转部件50的平行光被第二光偏转部件50在第四方向上扩展。因此，最终获得的平行光具有在第二和第四方向上二维扩展的形式。
第一反射镜20和第二反射镜40例如从具有围绕一个轴安装用于枢转运动的微反射镜的MEMS构成。应当注意，从这样的MEMS构成的微反射镜可以具有本领域已知的配置和结构，因此，本文中省略对其的详细描述。这里，每单位时间内第一反射镜20的枢转运动次数，换而言之，摆动频率，高于每单位时间内第二反射镜40的枢转运动次数亦即摆动频率。特别地，每单位时间内第一反射镜20的枢转运动次数是21kHz，并且每单位时间内第二反射镜40的枢转运动次数是等于帧率的60Hz。应当注意，虽然第一反射镜20的高速枢转运动基于谐振执行，并且第二反射镜40的低速枢转运动基于非谐振执行。但是，这两种枢转运动在其它情况下都可以通过谐振驱动执行。此外，第二反射镜40的面积大于第一反射镜20的面积，这是因为光束被第一光偏转部件30在第二方向上扩展。特别地，第一反射镜20的尺寸被设定为使得在第一方向上长2.0mm，并且在与第一方向正交的方向上长2.8mm，从而其具有矩形形状。同时，第二反射镜40的尺寸被设定为使得在第三方向上长30mm，并且在与第三方向正交的方向上长2.8mm，从而其具有矩形形状。
在工作示例1中，第一和第四方向彼此一致，换而言之彼此平行，并且第二和第三方向彼此一致，换而言之彼此平行。此外，第一和第四方向与第二和第三方向具有相互正交的关系。特别地，图像观察点位于相对于第二光偏转部件50的第五方向上，并且第五方向与第一方向和第四方向正交，并且还与第二方向和第三方向正交。更特别地，虽然令第二和第三方向为X方向，并且令第一和第四方向为Y方向，令第五方向为Z方向。但是，在其它情况下，方向可以与它们不同，或者可以不具有上述的这种平行或正交关系。
第一光偏转部件30和第二光偏转部件50由诸如BK7之类的光学玻璃制成，该BK7的折射率在587.6nm波长处为1.5168。这里，第一光偏转部件30的长度、高度和厚度(即，第一光偏转部件30的沿着第二方向的长度TL1、沿着第四方向的长度H1、和沿着第五方向的长度t1)以及第二光偏转部件50的长度、高度和厚度(即，沿着第二方向的长度TL2、沿着第四方向的长度H2、和沿着第五方向的长度t2)如下表2所示地被设定。如上文中所述，第一光偏转部件30包括多个半透明膜31(这些半透明膜31各自具有设置在其中的半反射镜的形式)，并且第二光偏转部件50也具有多个半透明膜51(这些半透明膜51各自具有设置在其中的半反射镜的形式)。在工作示例1中，如下所示地设定沿着半透明膜31和51的第二和第四方向的间距P1和P2。半透明膜31和51被以等间距形成。第一光偏转部件30的半透明膜31相对于第二方向的角度(即，第一光偏转部件30相对于第二方向的角度ζ1)在所有半透明膜31之间相等。类似地，第二光偏转部件50的半透明膜51相对于的第四方向的角度(即，相对于第四方向的角度ζ2)在所有半透明膜51之间相等。
[表2]
TL1＝30mm
H1＝3.0mm
t1＝7.0mm
TL2＝30mm
H2＝30mm
t2＝5.0mm
P1＝0.75mm
ζ1＝49.0度
P2＝0.75mm
ζ2＝47.5度
第一光偏转部件30和第二光偏转部件50可以如下方式来制造。具体地，半透明膜31或51通过EB(电子束)气相沉积而被形成在具有预定厚度的光学玻璃板的表面，并且这样产生的材料被彼此粘附层叠。然后，该层叠制品被切割并抛光，以使得半透明膜31或51可以相对于第二或第四方向具有希望角度ζ1或ζ2。
在工作示例1中，光源11是从半导体激光器件(LD)构成的。特别地，光源11是从具有用于发出红光的半导体激光器件的形式的发光元件11R、具有用于发出绿光的半导体激光元件的形式的发光元件11G和具有用于发出蓝光的半导体激光元件的形式的发光元件11B构成的。从发光元件11R、11G和11B发出的红光束、另一绿光束以及另一蓝光束通过复用单元或光合成单元而被复用成单个光束。特别地，复用单元由二向色棱镜13构成。应当注意，标号12和14各自表示反射镜。虽然在光源11和固定反射镜14之间布置了具有准直透镜形式的、用于将从光源11发出的光束转换成平行光束的光束整形单元，但是图中省略了该准直透镜。此外，在光源11和固定反射镜14之间设置了用于对光束的剖面形状进行整形的光圈(未示出)。该光圈具有直径为1.0mm的圆形形状。因此，当一个光束入射到第一反射镜20时该光束的剖面面积为7.9×10-3cm2。
应当注意，可在第一光偏转部件30的第一光接收面32和第一光出射面33上布置或形成抗反射膜。此外，可在第二光偏转部件50的第二光接收面52和与第二光出射面53对置的外部光接收面54上布置或形成抗反射膜。这里，抗反射膜(ARC)例如从MgF2和Si3N4的层叠膜构成。
顺带提及，如从图11的示意剖视图可见，从外部光接收面54入射到第二光偏转部件50的光的一部分通过半透明膜51之一透射并从第二光出射面53出射。同时，其余部分的外部光被半透明膜51反射。为了便于描述，这种外部光在下文中称为“反射外部光”。反射外部光遇到半透明膜51中的另一半透明膜51。这种反射外部光的一部分被该另一半透明膜51反射并被出射到外部。从半透明膜51出射的这种反射外部光将形成重影图像(ghost image)。
在工作示例1中，在半透明膜(即，构成第二光偏转部件50的半透明膜51)的阵列间距用P2表示，第二光偏转部件50的厚度用t2表示，并且半透明膜51相对于第二光出射面53的角度用ζ2表示，而且k是大于0但小于1的常数的情况下，半透明膜关于光束的波长的光反射率R2满足：
R2≤k×{(P2/t2)×tan(ζ2)}1/2...(1)
或者，在工作示例1中，在半透明膜51的阵列间距由P(下文中称为“间距P2”)表示，光学器件的厚度由t(下文中称为“厚度t2”)表示，并且半透明膜51相对于光出射面的角度由ζ表示(下文中称为“角度ζ2”)，而且k是大于0但小于1的常数的情况下，半透明膜关于来自光源的光的波长的光反射率R(下文中称为“光反射率R2”)满足：
R≤k×{(P/t)×tan(ζ)}1/2...(2)
应当注意，虽然在表达式(1)和(2)中，右侧的整个第二项被减小到1/2的幂，但是这是因为可能造成重影的外部光被半透明膜51反射两次，如从图11可见。
在工作示例1中，更特别地，常数k的值被设定为k＝0.1。此外，由于如上表2所示，
P2＝0.75mm
t2＝5.0mm
ζ2＝47.5度
所以，满足
R2≤0.1×{(0.75/5.0)×tan(47.5)}1/2
＝0.040。
在工作示例1中，为了获得用于实现530nm波长处的光反射率R2＝4.0％的半透明膜51，使用了由MgF2制成的厚度为150nm的半透明膜。应当注意，虽然构成第一光偏转部件30的半透明膜31也被类似地构成以简化构造，但是第一光偏转部件30的半透明膜31不限于满足上文中给出的表达式(1)的那些。
通过以这种方式将半透明膜51的光反射率R2设定为4.0％，来自第二光偏转部件50的重影的光强度最终可被使得近似等于入射到第二光偏转部件50的外部光的光强度的1％。因此，能够抑制由外部光入射到第二光偏转部件50引起的重影的发生。因此，从外部光接收面54入射到第二光偏转部件50，来到某一半透明膜51并被该半透明膜51反射，来到另一半透明膜51并被该另一半透明膜51反射，并且被从第二光出射面53出射的外部光的光强度能够被降低。其结果是，重影的发生可得到抑制。
除此之外，工作示例1的图像显示设备包括第一反射镜20、第一光偏转部件30、第二反射镜40和第二光偏转部件50，并使得从光源11出射的光束作为平行光出射。因此，没有必要在扫描部件的内部一度产生例如二维图像作为中间图像。此外，例如从液晶显示设备构成的图像形成设备自身也没有必要。因此，能够预期光源或扫描部件的尺寸的减小，以及图像显示设备的尺寸和重量的降低。
应当注意，每一个半透明膜51可被配置为使得其反射S偏振光分量和P偏振光分量之一，并使得该S和P偏振光分量中的另一者透射。特别地，例如，每一个半透明膜51可被配置为使得其反射S偏振光分量并透射P偏振光分量。更特别地，每一个半透明膜51被形成为由MgF2制成的、厚度为40nm的半透明膜。此外，也可以不是在外部光接收面54上沉积或形成抗反射膜，而是把第二光接收面52配置为使得在外部光接收面54侧(更具体地在外部光接收面54上)设置用于使另一偏振光分量(即，P偏振光分量)透射的偏振元件，尤其是通过拖曳染色聚乙烯醇来形成的膜。如刚刚所述这样的偏振元件的消光比例如是10。因此，从外部光接收面54入射到第二光偏转部件50的外部光具有P偏振光分量。这样，如果该外部光来到半透明膜51，则半透明膜51在使P偏振光分量透射的同时反射S偏振光分量。因此，外部光透射通过半透明膜51而没有被半透明膜51反射。相应地，能够以更高的确定度来抑制由外部光入射到第二光偏转部件50而引起的重影的发生。
工作示例2
工作示例2涉及根据本发明第一实施例的头部安装式显示(HMD)单元。特别地，工作示例2涉及包含根据本发明第一实施例的图像显示设备(特别是上文中在描述工作示例1时所述的图像显示设备10)的头部安装式显示(HMD)单元。图6示出了从前方观看的、工作示例2的头部安装式显示单元的示意视图。此外，图7中示出了从上方观看的、工作示例2的头部安装式显示单元的示意视图。
工作示例2的头部安装式显示单元包括：
(A)眼镜型框架110，用于安装在观察者70的头部，和
(B)图像显示设备10。
应当注意，工作示例2中的头部安装式显示单元被形成为包括两个图像显示设备10的双目型设备。
框架110包括：布置在观察者70的前方的前方部分110A、通过铰链111附接于前方部分110A的相对端用于枢转运动的两个镜腿部分112、以及分别附接于镜腿部分112的端部的还称为端单元或耳垫的时髦部分113。此外，在前方部分110A的上部布置了光源11、第一反射镜20、第一光偏转部件30和第二反射镜40，并且与观察者70的每一个瞳孔71成相对关系地布置了第二光偏转部件50。特别地，第二光偏转部件50被附接于从透明玻璃板形成的附接构件110C的每一个，并且被布置在与普通眼镜框架的附接位置相对应的位置处。应当注意，光源11、第一反射镜20、第一光偏转部件30和第二反射镜40被容纳在各个壳体60中，并且未在图6和图7中示出。此外，鼻垫114被附接于前方部分110A。应当注意，在图7中，鼻垫114未被示出。框架110由金属或塑胶制成。
此外，诸如信号线、电源线等的布线115从图像显示设备10延伸出来。布线115通过镜腿部分112和时髦部分113的内部从时髦部分113的端部延伸到外部，并连接到外部电路(未示出)。此外，每一个图像显示设备10包括耳机部分116和耳机部分布线117，耳机部分布线117通过镜腿部分112的内部和时髦部分113的内部从时髦部分113的端部延伸至耳机部分116。更特别地，耳机部分布线117以绕到外耳或听囊后侧的方式从时髦部分113的端部延伸至耳机部分116。通过使用如刚刚所述这样的配置，头部安装式显示单元可被形成为轮廓鲜明，而不会给出耳机部分116和/或耳机部分布线117被无序布置的印象。
工作示例3
工作示例3涉及根据本发明第二实施例的图像显示设备、光学器件和头部安装式显示单元。
在工作示例3的图像显示设备或头部安装式显示单元中，与工作示例1或工作示例2类似地，在第二光偏转部件50的内部设置了多个半透明膜51。此外，在工作示例3中，半透明膜51在除了光束波长以外的波长带中的光反射率低于在光束频率处的光反射率。此外，在工作示例3的光学器件中，半透明膜51在除了光源的光波长以外的波长带中的光反射率低于来自光源的光的波长处的光反射率。
另外，从外部光接收面54入射到第二光偏转部件50的外部光的一部分通过半透明膜51透射并从第二光出射面53出射。另一方面，除了图11所示的示意性剖面视图之外，还如从图12所示的示意性剖面视图可见，由半透明膜51反射的外部光的其余部分可全部由第二光出射面53反射，并返回到第二光偏转部件50的内部直到来到另一半透明膜51。这样的全反射外部光的一部分通过另一半透明膜51透射并出射到外部。同时，这样的全反射外部光的其余部分被该另一半透明膜51反射并从第二光出射面53出射，从而产生重影。
在工作示例3中，除了光束或者来自光源的光的波长以外的波长带被定义成等于或大于420nm并且等于或小于680nm的、除了从λ0-20到λ0+20的范围内的波长以外的波长带，其中，λ0是来自光源的光或光束的峰值波长。峰值波长的单位为nm。特别地，光源11由各自具有半导体激光元件形式的发光元件11R、发光元件11G和发光元件11B构成。发光元件11R发出波长λ0(R)为λ0(R)＝620nm的红光；发光元件11G发出λ0(G)为λ0(G)＝530nm的绿光；并且发光元件11B发出波长λ0(B)为λ0(B)＝460nm的蓝光。因此，除了光束或来自光源的光的波长之外的波长带为420nm至440nm、480nm至510nm、550nm至600nm、以及640nm至680nm。于是，除了光束或来自光源的光的波长之外的波长带中的光反射率平均值RWB-ave低于在从λ0-20到λ0+20的范围内的光反射率平均值RLS-ave。更特别地，所述光反射率平均值RWB-ave低于在从440nm到480nm范围内的光反射率平均值RLS-ave(B)、在从510nm到550nm范围内的光反射率平均值RLS-ave(G)、以及在从600nm到640nm范围内的光反射率平均值RLS-ave(R)。
特别地，在工作示例3中，半透明膜31和51从介质多层膜构成。更特别地，半透明膜31和51通过交替地层叠9层的折射率为1.38且厚度为120nm的MgF2膜和折射率为不同的2.00且厚度为不同的190nm的Si3N4膜来形成。图8中图示了一曲线图，该曲线图图示出如刚刚所述这样的半透明膜的光反射率的波长依赖性。
这里，图8中所图示的在上述波长带中的光反射率的光反射率平均值RWB-ave为：
RWB-ave＝0.001(0.1％)
另一方面，光反射率平均值RLS-ave(R)、RLS-ave(G)和RLS-ave(B)的平均值RLS- ave为：
RLS-ave＝0.005(0.5％)
因此，
RWB-ave/RLS-ave＝0.2。
例如，对设置了在等于或大于420nm且等于或小于680nm的波长带中具有0.01(1％)的光反射率平均值的半透明膜的第二光偏转部件50与设置了工作示例3中的半透明膜51的第二光偏转部件50进行相互比较。在此实例中，由于可能造成重影的外部光如上文中在描述工作示例1时所述的被半透明膜51反射两次，所以重影的光强度在除了来自光源的光或光束之外的波长之外的波长带中例如为：
(RWB-ave)2/(0.01)2＝0.01。
于是，通过在第二光偏转部件50中设置工作示例3中的半透明膜51，能够实现对重影的光强度的充分降低。
以这种方式，在工作示例3中，第二光偏转部件中的半透明膜在除了光源的光或光束的波长之外的波长带中的光反射率低于来自光源的光或者光束的波长处的光反射率。因此，当外部光从外部光接收面入射，来到某一半透明膜并被该半透明膜反射，然后来到另一半透明膜并被该另一半透明膜反射时，外部光的反射能够得以降低。其结果是，能够抑制重影的发生。
应当注意，除了半透明膜的配置和结构不同之外，工作示例3的光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元的配置和结构可被使得类似于上文中结合工作示例1和工作示例1的修改例(包括光偏振单元)以及工作示例2描述的光学器件、图像显示设备和头部安装式显示单元的配置和结构。因此，这里省略对它们的详细描述以避免冗余。构成第一光偏转部件30的半透明膜31的反射率可以类似于构成第二光偏转部件50的半透明膜51的反射率，或者可以具有不依赖于波长的固定值。
虽然以上基于本发明的优选工作示例描述了本发明，但是本发明不限于这些工作示例。结合这些工作示例描述的图像显示设备、光学器件和头部安装式显示单元的配置和结构是例示性的并且可适当地变更。虽然在这些工作示例中，头部安装式显示单元是包括两个图像显示设备的双目型，但是可替代地，其可被形成为包括单个图像显示设备的单目型。此外，光源可从单一种类的发光元件(例如，发红光的发光元件、发绿光的另一发光元件、或者发蓝光的又一发光元件)构成。此外，光源可被设置在头部安装式显示单元的镜腿部分中，或者第一反射镜、第一光偏转部件、第二反射镜和第二光偏转部件可被布置在头部安装式显示单元的前方部分的上部。虽然在工作示例中，大量半透明膜具有相等的光透射系数，但是可以取决于在第一光偏转部件或第二光偏转部件内部的布置位置而使得光透射系数不同。特别地，例如，在第一光偏转部件中，与第一反射镜远离布置的半透明膜的光反射率被设定为比较高，但是在第二光偏转部件中，与第二反射镜远离布置的半透明膜的光反射率被设定为比较高。换而言之，在第一光偏转部件中，与第一反射镜远离布置的半透明膜的光透射系数被设定为比较低，但是在第二光偏转部件中，与第二反射镜远离布置的半透明膜的光透射系数被设定为比较低。更具体地，例如，位于离第一或第二反射镜最远位置处的半透明膜的光反射率的值被设定为位于第一或第二反射镜相邻位置处的另一半透明膜的光反射率的值的1.1至5倍。虽然在这些工作示例中，光在Z轴的正方向从第一光偏转部件30出射，并且通过第二反射镜40在Y轴的正方向(即，向下方向)出射。但是第一光偏转部件30和第二反射镜40的布置不限于此，反而，它们可以其它方式被布置为使得例如在Z轴的负方向从第一光偏转部件30出射，并且通过第二反射镜40在Y轴的正方向(即，向下方向)出射，如从图9可见。
应当注意，还可以从本发明实施例中的扫描部件构成光束扩展设备。特别地，用于在第二方向和第四方向上对从光源出射的光束进行二维扩展并使该光束作为平行光出射的光束扩展设备包括：
(a)第一反射镜，被安装成围绕由在第一方向上延伸的第一轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，并适于接收从光源出射并入射到其的光束；
(b)第一光偏转部件，具有沿与第一方向不同的第二方向延伸的轴线，并且适于接收从第一反射镜出射并以第一入射角入射到其的光束，并以取决于伴随第一反射镜的枢转运动而变化的光束的第一入射角的、相对于第二方向的预定第一出射角出射平行光；
(c)第二反射镜，被安装成围绕由在第三方向上延伸的第二轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，并且适于接收从第一光偏转部件出射并入射到其的平行光；以及
(d)第二光偏转部件，具有沿着与第三方向不同的第四方向延伸的轴线，并且适于接收从第二反射镜出射并且以第二入射角入射到其的平行光，并且以取决于伴随第二反射镜的枢转运动而变化的平行光的第二入射角的、相对于第四方向的预定第二出射角出射平行光。
此外，在该光束扩展设备中，与本发明第一实施例类似地，第二光偏转部件包括被与和第四方向平行设置的光出射面对向设置并适于接收入射到其的外部光的外部光接收面，并且在第二光偏转部件的内部设置了多个半透明膜。或者，与本发明第二实施例类似地，半透明膜在除了光束波长之外的波长带中的光反射率低于光束波长处的光反射率。
本申请包含与在2010年6月25日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-144453所公开的主题相关的主题，该申请的全部内容通过引用而结合于此。
本领域技术人员应当了解，可以依据设计要求及其它因素作出各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (7)

1.一种图像显示设备，包括：
光源；和
扫描装置，用于扫描从所述光源出射的光束；
所述扫描装置包括：
(a)第一反射镜，被安装成围绕由在第一方向上延伸的第一轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，用于接收从所述光源出射并向所述第一反射镜入射的光束；
(b)第一光偏转装置，具有沿与所述第一方向不同的第二方向而延伸的轴线，用于接收从所述第一反射镜出射并以第一入射角向所述第一光偏转装置入射的光束，并相对于所述第二方向以预定的第一出射角出射平行光，所述第一出射角取决于由所述第一反射镜的枢转运动而造成的光束的所述第一入射角；
(c)第二反射镜，被安装成围绕由在第三方向上延伸的第二轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，并且适于接收从所述第一光偏转装置出射并向所述第二反射镜入射的平行光；以及
(d)第二光偏转装置，具有沿与所述第三方向不同的第四方向而延伸的轴线，用于接收从所述第二反射镜出射并以第二入射角向所述第二光偏转装置入射的平行光，并相对于所述第四方向以预定的第二出射角出射平行光，所述第二出射角取决于由所述第二反射镜的枢转运动而造成的平行光的所述第二入射角；
所述第二光偏转装置包括外部光接收面，该外部光接收面被设置成与平行于所述第四方向而设置的光出射面相对，用于接收向其入射的外部光；
所述第二光偏转装置具有设在其内部的多个半透明膜；
所述半透明膜在所述光束的波长处具有的光反射率R2满足：
R2≤k×{(P2/t2)×tan(ζ2)}1/2
其中，k是大于0且小于1的常数，P2是所述半透明膜的阵列间距，t2是所述第二光偏转装置的厚度，ζ2是在所述光出射面与所述半透明膜之间形成的角度。
2.根据权利要求1所述的图像显示设备，其中，k＝0.1。
3.根据权利要求1所述的图像显示设备，其中，每个所述半透明膜反射S偏振光分量和P偏振光分量中的一者，并使这些偏振光分量中的另一者透射；
所述图像显示设备还包括：
偏振装置，被设置在所述外部光接收面那侧，用于使所述偏振光分量中的所述另一者透射。
4.根据权利要求1所述的图像显示设备，其中，在图像中排列了包括沿着所述第二方向的P个像素和沿着所述第四方向的Q个像素的P×Q个像素；并且
所述第一入射角被定义为与沿着所述第二方向的P个像素的位置相应，所述第二入射角被定义为与沿着所述第四方向的Q个像素的位置相应。
5.根据权利要求1所述的图像显示设备，其中，第一方向和第四方向彼此一致，第二方向和第三方向彼此一致，第一方向和第四方向与第二方向和第三方向彼此正交。
6.一种头部安装式显示单元，包括：
(A)适于安装在观察者头上的眼镜型的框架；和
(B)附接于所述框架的图像显示设备；
所述图像显示设备包括光源和扫描装置，所述扫描装置用于扫描从所述光源出射的光束；
所述扫描装置包括：
(a)第一反射镜，被安装成围绕由在第一方向上延伸的第一轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，并适于接收从所述光源出射并向所述第一反射镜入射的光束；
(b)第一光偏转装置，具有沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的轴线，用于接收从所述第一反射镜出射并以第一入射角向所述第一光偏转装置入射的光束，并相对于所述第二方向以预定的第一出射角出射平行光，所述第一出射角取决于由所述第一反射镜的枢转运动而造成的光束的所述第一入射角；
(c)第二反射镜，被安装成围绕由在第三方向上延伸的第二轴提供的枢转运动轴进行枢转运动，并适于接收从所述第一光偏转装置出射并向所述第二反射镜入射的平行光；以及
(d)第二光偏转装置，具有沿着与所述第三方向不同的第四方向延伸的轴线，用于接收从所述第二反射镜出射并且以第二入射角向所述第二光偏转装置入射的平行光，并相对于所述第四方向以预定的第二出射角出射平行光，所述第二出射角取决于由所述第二反射镜的枢转运动而造成的平行光的所述第二入射角；
所述第二光偏转装置包括外部光接收面，该外部光接收面被设置成与平行于所述第四方向而设置的光出射面相对，用于接收入射到其的外部光；
所述第二光偏转装置具有设在其内部的多个半透明膜；
所述半透明膜在所述光束的波长处具有的光反射率R2满足：
R2≤k×{(P2/t2)×tan(ζ2)}1/2
其中，k是大于0且小于1的常数，P2是所述半透明膜的阵列间距，t2是所述第二光偏转装置的厚度，ζ2是在所述光出射面与所述半透明膜之间形成的角度。
7.一种光学器件，具有：
光接收面，被设置成与一个方向平行，并适于接收从光源向其入射的光；
光出射面，被设置成与下述轴线平行：该轴线在与所述一个方向不同的方向上延伸；以及
外部光接收面，被设置成与所述光出射面相对，并适于接收向其入射的外部光；
所述光学器件具有多个设置在其中的半透明膜；
所述半透明膜被排列成沿着所述轴线相互间隔开且相互平行，并被布置成相对于所述轴线处于倾斜关系；
来自所述光源的、入射到所述光接收面的光被所述半透明膜反射并从所述光出射面出射，而从所述外部光接收面入射的外部光从所述光出射面出射；
所述半透明膜在来自所述光源的光的波长处具有的光反射率R满足：
R≤k×{(P/t)×tan(ζ)}1/2
其中，k是大于0且小于1的常数，P是所述半透明膜的阵列间距，t是所述光学器件的厚度，ζ是所述光出射面与所述半透明膜之间形成的角度。
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