CN102419477A - 头部安装型显示器 - Google Patents

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CN102419477A CN2011104336056A CN201110433605A CN102419477A CN 102419477 A CN102419477 A CN 102419477A CN 2011104336056 A CN2011104336056 A CN 2011104336056A CN 201110433605 A CN201110433605 A CN 201110433605A CN 102419477 A CN102419477 A CN 102419477A
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Abstract

本发明公开了一种头部安装型显示器，其包括：眼镜形框架，被戴在观察者的头上；两个图像显示装置，分别包括被放置在观察者的眼睛外的图像生成设备以及附接至图像生成设备并整体上比图像生成设备更接近观察者的面部中心设置的导光设备，从图像生成设备发出的光进入导光设备，并且从导光设备被引导并射向观察者的眼睛；以及结合部件，用于结合图像生成设备，并且附接至框架在观察者的眼睛之间的中心部分。通过本发明，由于没有增加框架的前部的刚性，所以框架的重量不会增大，设计不会被破坏，并且成本也不增加。

Description

头部安装型显示器
本申请是申请日为2009年8月21日、申请号为200910167540.8、申请名称为“头部安装型显示器”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引证
本发明包含于2008年8月21日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2008-212684的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及戴在观察者头上并包括眼镜形框架和图像显示装置的头部安装型显示器(HMD)。
背景技术
日本未审查专利申请公开第2006-162767号披露了一种虚像显示装置(图像显示装置)，其中，虚像光学系统使观察者能够观看作为放大虚像的由图像形成设备形成的二维图像。
图3示出了这种图像显示装置的概念图。参照图3，图像显示装置100包括：图像形成设备111，具有以二维矩阵形式排列的多个像素；校准光学系统112，用于校准从图像形成设备111的像素发出的光；以及导光设备(光学设备)120，通过校准光学系统112校准的光入射在其上。入射光通过导光设备120被引导并发出。图像生成设备110由图像形成设备111和校准光学系统112构成。导光设备120包括导光板121、第一偏转部件130(例如，单层光反射膜)和第二偏转部件140(例如，具有分层结构的光反射多层膜)。入射光通过全反射在导光板121中传播，随后从导光板121射出。第一偏转部件130反射在导光板121上入射的光，使得入射光在导光板121中被全反射，而第二偏转部件140通过导光板121使通过全反射在导光板121中传播的光发出。
此外，日本未审查专利申请公开第2007-94175号披露了一种使用全息图衍射光栅的虚像显示装置(图像显示装置)，其中，虚像光学系统使观察者能够观察作为放大虚像的由图像形成设备形成的二维图像。
图5A示出了这种图像显示装置的概念图。参照图5A，图像显示装置300基本上包括用于显示图像的图像形成设备111、校准光学系统112和通过图像形成设备111显示的光入射至其上的导光设备(光学设备)320。入射光被导入观察者的眼睛41。导光设备320包括导光板321以及设置在导光板321上的第一和第二衍射光栅部件330和340。第一和第二衍射光栅部件330和340中的每个都由反射型体积全息图衍射光栅形成。从图像形成设备111中的像素发出的光进入校准光学系统112，光在其中被转换成平行光，然后平行光进入导光板321。平行光入射在导光板321的第一面322上，并从该面被射出。另一方面，第一和第二衍射光栅部件330和340被安装在与第一面322平行的导光板321的第二面323上。
通过图像生成设备110和导光设备120或320构成的图像显示装置被附接在眼镜形框架上。具体地，例如，如图14所示，两个图像生成设备110经由固定部件1017固定至框架1010的前部1011的相对端(见日本未审查专利申请公开第2006-162767号的图1)。
在图14A和14B所示的状态下，当观察者戴上框架1010时，镜腿部1015有时沿箭头A的方向延伸。借此，框架1010的前部1011沿箭头B的方向变形。如果这种现象出现，那么通过从导光设备120或320发出的光生成的图像(虚像)的空间位置就会改变。具体地，当双眼头部安装型显示器发生这种现象时，左右图像的会聚角改变。结果，对虚像的预调空间距离改变，并且使观察者在观察期间疲劳。即，假设左右虚像的画面中心交叉的预调空间位置被指定为C，则由于框架1010的前部1011变形，空间位置从位置C移至位置D。因此，会聚角增大。
为了解决这个问题，可行的是增大框架1010的前部1011的刚度。但是，用这种解决手段，框架的截面面积增大，并且使用的是具有高纵向弹性模量的材料。这增大了框架的重量，破坏了设计，并且增加了成本。
发明内容
期望提供一种头部安装型显示器，包括眼镜形框架和图像显示装置，并且被构成为当显示器被戴在观察者的头上时引起的框架的变形不会影响通过图像显示装置获得的图像与观察者的眼睛之间的相对位置关系。
根据本发明实施例的头部安装型显示器包括：
头部安装型显示器包括：眼镜形框架，被戴在观察者的头上；两个图像显示装置，分别包括被放置在观察者眼睛外的图像生成设备和附接至图像生成设备并且整体上比图像生成设备更接近观察者的面部中心设置的导光装置，从图像生成设备发出的光进入导光装置，并且从导光装置朝向观察者的眼睛引导和射出；以及结合部件，被配置为结合图像生成设备，并且附接至框架在观察者的眼睛之间的中心部分。
在根据本发明的另一个实施例的头部安装型显示器中，结合部件结合两个导光装置，而不结合两个图像生成设备。
在实施例的头部安装型显示器中，两个导光装置有时被组合成一个。在本实施例的头部安装型显示器中，两个导光装置有时也被组合成一个。在这种情况下，结合部件附接至组合的导光装置。这种情况也包括在结合部件结合两个导光装置的实施例中。
在根据实施例的头部安装型显示器中，结合部件结合了两个图像生成设备或导光装置。结合部件附接至框架在观察者的两个眼睛之间的中心部分。此外，在观察者的眼睛外设置图像生成设备。换句话说，图像生成设备没有直接附接至框架。因此，当观察者将框架戴在头上时，即使镜腿部向外延伸并且框架因此变形，变形也不会引起图像生成设备或导光装置的偏移。即使出现偏移，也是可忽略的。鉴于此，能够可靠地防止左右图像的会聚角发生改变。另外，由于没有增加框架的前部的刚性，所以框架的重量不增大，设计没有被破坏，并且成本没有增加。
附图说明
图1A和图1B是分别示出了根据实施例1的头部安装型显示器的示意性前视图和示意性顶视图；
图2是示出了实施例1的头部安装型显示器被戴在观察者头部的状态的顶视图(仅示出了图像显示装置，而未示出框架)；
图3是示出了在实施例1的头部安装型显示器中的图像显示装置的概念图；
图4是示出了在根据实施例2的头部安装型显示器中的图像显示装置的概念图；
图5A是示出了在根据实施例3的头部安装型显示器中的图像显示装置的概念图，以及图5B是示出了反射型体积全息图衍射光栅的一部分的放大示意性截面图；
图6是示出了在根据实施例4的头部安装型显示器的图像显示装置的概念图；
图7A和图7B是分别示出了根据实施例5的头部安装型显示器的示意性前视图和示意性顶视图；
图8A和图8B是分别示出了根据实施例6的头部安装型显示器的示意性前视图和示意性顶视图；
图9是示出了适用于实施例1、3、5或6的图像形成设备的修改的概念图；
图10是示出了适用于实施例1、3、5或6的图像形成设备的另一修改的概念图；
图11是示出了适用于实施例1、3、5或6的图像形成设备的进一步修改的概念图；
图12是示出了适用于实施例1、3、5或6的图像形成设备的进一步修改的概念图；
图13是示出了适用于实施例1、3、5或6的图像形成设备的进一步修改的概念图；以及
图14A和图14B是示出了相关技术的图像显示装置附接至眼镜的框架的状态的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述本发明的实施例。
优选地，根据本发明实施例的头部安装型显示器满足条件0.01×L≤α≤0.30×L(优选地，0.05×L≤α≤0.25×L)、0.35×L≤β≤0.65×L(优选地，0.45×L≤β≤0.55×L)以及0.70×L≤γ≤0.99×L(优选地0.75×L≤γ≤0.95×L)，其中，α表示在一个图像生成设备的安装中心与框架的一端(终端片)之间的距离，β表示结合部件的中心与框架的一端(终端片)之间的距离，γ表示另一个图像生成设备的安装中心与框架的一端(终端片)之间的距离，以及L表示框架的长度。优选地，根据本发明另一个实施例的头部安装型显示器满足条件0.35×L≤β≤0.65×L(优选地，0.45×L≤β≤0.55×L)，其中，β表示结合部件的中心与框架的一端之间的距离，以及L表示框架的长度。当α′表示一个图像生成设备的中心与框架的一端之间的距离以及γ′表示另一图像生成设备的中心与框架的一端之间的距离时，优选地，值α′和γ′类似于上述的值α和γ。
此处，图像生成设备的安装中心或图像生成设备的中心指在图像生成设备附接至结合部件或导光设备的状态下通过将图像生成设备和框架投影在虚平面上获得的图像生成设备的投影图像和框架的投影图像之间的重叠部沿着框架的轴的对分点。结合部件的中心指在结合部件附接至框架的状态下与框架接触的结合部件的部分中沿着框架的轴的对分点。框架的长度指的是当框架弯曲时框架的投影图像的长度。此外，投影方向与观察者的面部垂直。
在根据实施例的头部安装型显示器，导光设备包括：
(a)导光板，被设置在整体上比图像生成设备更接近观察者的面部中心的位置处，从图像生成设备发出的光入射在导光板上，并且通过导光板被引导并射向观察者的眼睛；
(b)第一偏转(deflect)部件，用于使入射在导光板上的光偏转(polarize，偏振)，以使入射光在导光板中被全反射；以及
(c)第二偏转部件，用于使已通过全反射在导光板中传播的光多次偏转，以发出传播光。
术语“全反射”指在导光板中的全内反射或全反射。这还应用于以下。
在这种结构中，第一偏转部件能够反射入射在导光板上的光，以及第二偏转部件能够多次透射并反射通过全反射在导光板中传播的光。在这种情况下，第一偏转部件可充当反射镜，以及第二偏转部件可充当半透射镜。
在这种结构中，例如，第一偏转部件可通过由包括合金的金属构成并用于反射入射在导光板上的光的光反射膜(一种平面镜)或用于衍射入射在导光板上的光的衍射光栅(例如，全息图衍射光栅膜)形成。第二偏转部件可通过层压多层介电膜的多层结构、半平面镜、偏光束分离器或全息图衍射光栅膜形成。虽然第一偏转部件和第二偏转部件被设置(结合)在导光板中，但是第一偏转部件仍反射或衍射入射在导光板上的平行光，使得入射的平行光在导光板中被全反射。相反，第二偏转部件多次反射或衍射通过全反射在导光板中传播的平行光，并且通过导光板射出平行光。
可选地，第一偏转部件能够衍射入射在导光板上的光，以及第二偏转部件能够多次衍射通过全反射在导光板中传播的光线。在这种情况下，第一偏转部件和第二偏转部件中的每个可通过衍射光栅元件形成。此外，衍射光栅元件可通过反射型衍射光栅元件或透射型衍射光栅元件形成。可选地，一个衍射光栅元件可通过反射型衍射光栅元件形成而另一个衍射光栅元件可通过透射型衍射光栅元件形成。反射型衍射光栅元件的实例为反射型体积全息图衍射光栅。为方便，通过反射型体积全息图衍射光栅形成的第一偏转部件有时被称作“第一衍射光栅部件”，而通过反射型体积全息图衍射光栅形成的第二偏转部件有时被称作“第二衍射光栅部件”。
为了衍射或反射具有P种不同波段(或波长)的P种(例如，对应于红色、绿色及蓝色的三种)类型的光束，在第一衍射光栅部件或第二衍射光栅部件中，可以堆叠每个都由反射型体积全息图衍射光栅形成的P种衍射光栅层。每个衍射光栅层具有对应于一个波段(或波长)的干涉条纹。可选地，为了衍射或反射具有P种不同波段(或波长)的P种类型的光束，可通过具有P种类型干涉条纹的一层衍射光栅层来形成第一衍射光栅部件或第二衍射光栅部件。此外，可选地，例如，可将视角分成三部分，并且可通过堆叠对应于视角的部分的衍射光栅层来形成第一衍射光栅部件或第二衍射光栅部件。通过采用这些结构，能够增加衍射效率及可接受的衍射角，从而当通过第一衍射光栅部件或第二衍射光栅部件衍射或反射具有所述波段(或波长)的光束时，使衍射角最优化。
例如，第一衍射光栅部件和第二衍射光栅部件可由光聚合物材料构成。通过反射型体积全息图衍射光栅形成的第一衍射光栅部件和第二衍射光栅部件的材料和基本结构可以与相关技术的反射型体积全息图衍射光栅相同。此处，反射型体积全息图衍射光栅指仅衍射和反射+1级衍射光的全息衍射光栅。虽然衍射光栅元件具有从衍射光栅元件的内侧延伸至外侧的干涉条纹，但是干涉条纹的形成方法可以与在相关技术中所采用的方法相同。具体地，例如，用目标光沿第一预定方向照射形成衍射光栅部件(例如，光聚合物材料)的材料，并且同时还用参考光沿第二预定方向照射，从而目标光与参考光在形成衍射光栅部件的材料中形成干涉条纹。通过适当地选择第一预定方向、第二预定方向及目标光和参考光的波长，干涉条纹在衍射光栅部件的表面上可用所期望倾斜角、以期望节距排列。此处，干涉条纹的倾斜角指在衍射光栅部件(或衍射光栅层)的表面与干涉条纹之间形成的角。当第一衍射光栅部件和第二衍射光栅部件被形成为具有其中堆栈有每个都通过反射型体积全息图衍射光栅形成的P种衍射光栅层的分层结构时，分别形成P种衍射光栅层，随后用(例如)紫外线固化树脂粘合剂进行堆叠堆栈(接合)。可选地，P种衍射光栅层可通过形成一层粘合光聚合物材料的衍射光栅层形成，随后按顺序在其上接合粘合光聚合物材料的层。
在根据本发明实施例的头部安装型显示器中，可通过设置在比图像生成设备更接近观察者的面部中心的位置处的半透射镜来形成导光设备，从图像生成设备发出的光入射在其上，并且光从其被射向观察者的眼睛。从图像生成设备射出的光能够在空气中传播后或在诸如玻璃板或塑料板的透明部件(具体地，由与形成导光板材料类似的材料构成的部件，以下将描述该部件)中传播后进入半透射镜。半透射镜可以经由透明部件或与透明部件不同的部件接合至图像生成设备。
在包括本发明的上述优选实施例的头部安装型显示器中，图像生成设备能够包括：
(a)图像形成设备，包括以二维矩阵形式排列的多个像素；以及
(b)校准光学系统，使从图像形成设备中的像素发出的光作为平行光射出。
为了方便，具有这种结构的图像生成设备被称作具有第一结构的图像生成设备。
例如，在具有第一结构的图像生成设备中，图像形成设备可通过包括反射型空间光调节器和光源的图像形成设备、包括透射型空间光调节器和光源的图像形成设备或包括诸如有机EL(场致发光)元件、无机EL元件或发光二极管(LED)的发光元件的图像形成设备形成。具体地，优选地，图像形成设备包括反射型空间光调节器和光源。例如，空间光调节器可通过光阀、诸如LCOS(硅基液晶)的透射或反射型液晶显示器或数字微镜设备(DMD)形成，以及光源可通过发光元件形成。此外，反射型空间光调节器可包括液晶显示器和将来自光源的部分光反射至液晶显示器并将被液晶显示器反射的部分光透射至校准光学系统的偏光束分离器。例如，形成光源的发光元件包括红色发光元件、绿色发光元件、蓝色发光元件以及白色发光元件。发光元件可通过半导体激光元件或LED形成。可根据头部安装型显示器的规格来确定像素数。例如，具体的像素数为320×240、432×240、640×480、1024×768或1920×1080。
可选地，在根据上述优选实施例的头部安装型显示器中，图像生成设备可包括：
(a)光源；
(b)校准光学系统，将从光源发出的光转换成平行光；
(c)扫描部，扫描从校准光学系统射出的平行光；以及
(d)中继光学系统，中继并射出通过扫描部扫描的平行光。
为了方便，具有这种结构的图像生成设备被称作具有第二结构的图像生成设备。
在具有第二结构的图像生成设备中的光源能够包括发光元件，具体地，包括红色发光元件、绿色发光元件、蓝色发光元件以及白色发光元件。例如，发光元件可通过半导体激光元件或LED形成。具有第二结构的图像生成设备中的像素(虚像素)数也可根据头部安装型显示器的说明书来确定。例如，具体的像素数为320×240、432×240、640×480、1024×768或1920×1080。例如，当光源包括红色发光元件、绿色发光元件及蓝色发光元件时，优选地，使用十字棱镜执行色彩合成。扫描部可通过具有能够沿二维方向旋转的微镜的MEMS(微电机械系统)或者检流计镜形成，扫描部水平和垂直地扫描从光源发出的光。中继光学系统可通过相关技术的中继光学系统形成。
除了包括发光元件和光阀的图像形成设备或者包括作为光源的用于整体上发出白光的背光和具有红色、绿色及蓝色发光像素的液晶显示器的组合图像形成设备外，也可给出以下结果作为实例。
图像形成设备A
图像形成设备A包括：
(a)第一图像形成单元，由第一发光面板形成，其中，以二维矩阵形式排列用于发出蓝色光的第一发光元件；
(b)第二图像形成单元，由第二发光面板形成，其中，以二维矩阵形式排列用于发出绿色光的第二发光元件；
(c)第三图像形成单元，由第三发光面板形成，其中，以二维矩阵形式排列用于发出红色光的第三发光元件；以及
(d)组合单元，将从第一、第二及第三图像形成单元发出的光的光学路径组合成一个光路(例如，分色棱镜，这也应用于以下描述)。
图像形成设备A控制第一、第二及第三发光元件中每个的发光/不发光状态。
图像形成设备B
图像形成设备B包括：
(a)第一图像形成单元，包括：第一发光元件，用于发出蓝色光；以及第一光透射控制单元，用于控制从第一发光元件发出的蓝色光的透射/不透射(第一光透射控制单元为光阀型，例如，包括液晶显示器、数字微镜设备(DMD)及LCOS，这也应用于以下描述)；
(b)第二图像形成单元，包括：第二发光元件，用于发出绿色光；以及第二光透射控制单元(光阀)，用于控制从第二发光元件发出的绿色光的透射/不透射；
(c)第三图像形成单元，包括：第三发光元件，用于发出红色光；以及第三光透射控制单元(光阀)，用于控制从第三发光元件发出的红色光的透射/不透射；以及
(d)组合单元，用于将通过第一、第二及第三光透射控制单元的光的光学路径组合成一个光路。
图像形成设备B通过利用光透射控制单元来控制从发光元件发出的光的透射/不透射来显示图像。例如，作为用于将从第一、第二和第三发光元件发出的光引导至光透射控制单元的设备(导光部件)，可使用光学波导管、微镜阵列、平面镜、反射板或聚光透镜。
图像形成设备C
图像形成设备C包括：
(a)第一图像形成单元，包括：第一发光面板，其中，以二维矩阵形式排列用于发出蓝色光的第一发光元件；以及蓝色光透射控制单元(光阀)，控制从第一发光面板发出的蓝色光的透射/不透射；
(b)第二图像形成单元，包括：第二发光面板，其中，以二维矩阵形式排列用于发出绿色光的第二发光元件；以及绿色光透射控制单元(光阀)，控制从第二发光面板发出的绿色光的透射/不透射；
(c)第三图像形成单元，包括：第三发光面板，其中，以二维矩阵形式排列用于发出红色光的第三发光元件；以及红色光透射控制单元(光阀)，控制从第三发光面板发出的红色光的透射/不透射；以及
(d)组合单元，用于将通过蓝色、绿色及红色光透射控制单元的光的光学路径组合成一个光路。
图像形成设备C通过利用光透射控制单元(光阀)来控制从第一、第二及第三发光面板发出的光的透射/不透射来显示图像。
图像形成设备D
图像形成设备D为场连续型的彩色显示图像形成设备。图像形成设备D包括：
(a)第一图像形成单元，包括用于发出蓝色光的第一发光元件；
(b)第二图像形成单元，包括用于发出绿色光的第二发光元件；
(c)第三图像形成单元，包括用于发出红色光的第三发光元件；
(d)组合单元，用于将从第一、第二及第三图像形成单元发出的光的光学路径组合成一个光路；以及
(e)光透射控制单元(光阀)，控制从组合单元发出的光的透射/不透射。
图像形成设备D通过利用光透射控制单元来控制从这些发光元件发出的光的透射/不透射来显示图像。
图像形成设备E
图像形成设备E也是场序型的彩色显示图像形成设备。图像形成设备E包括：
(a)第一图像形成单元，包括第一发光面板，其中，以二维矩阵形式排列用于发出蓝色光的第一发光元件；
(b)第二图像形成单元，包括第二发光面板，其中，以二维矩阵形式排列用于发出绿色光的第二发光元件；
(c)第三图像形成单元，包括第三发光面板，其中，以二维矩阵形式排列用于发出红色光的第三发光元件；
(d)组合单元，用于将从第一、第二及第三图像形成单元发出的光的光学路径组合成一个光路；以及
(e)光透射控制单元(光阀)，控制从组合单元发出的光的透射/不透射。
图像形成设备E通过利用光透射控制单元来控制从这些发光面板发出的光的透射/不透射来显示图像。
图像形成设备F
图像形成设备F为无源或有源矩阵型的彩色显示图像形成设备，通过控制第一、第二及第三发光元件的发光/不发光状态来显示图像。
图像形成设备G
图像形成设备G为场序型的彩色显示图像形成设备。图像形成设备G包括光透射控制单元(光阀)，控制从以二维矩阵形式排列的发光元件单元发出的光的透射/不透射。图像形成设备G通过以时分形式控制在发光元件单元中第一、第二及第三发光元件的发光/不发光状态并且通过利用光透射控制单元来控制从第一、第二及第三发光元件发出的光的透射/不透射来显示图像。
在具有第一结构的图像生成设备或具有第二结构的图像生成设备中，使通过校准光学系统校准的多个平行光束进入导光板。光束为平行光束的原因是基于以下事实的：即使经由第一偏转部件和第二偏转部件从导光板发出光束之后，仍存储当光束进入导光板时获得的波前信息。例如，为了生成多个平行光束，图像形成设备被放置在对应于校准光学系统的焦距的位置处。校准光学系统用于将像素的位置信息转换成导光设备的光学系统中的角信息。例如，校准光学系统可通过整体上具有正屈光力并且包括单独的凸透镜、凹透镜、面可调节棱镜或全息透镜或其组合的光学系统来形成。
导光板具有与导光板的轴(Y方向)平行延伸的两个平行面(第一和第二表面)。假设其上入射光线的导光板的表面为入射面而光线从中射出的导光板的面为出射面，入射面和出射面亮者都可以通过第一面来限定，或者可以通过第一面定义入射面而通过第二面定义出射面。例如，导光板可由包括诸如石英玻璃或BK7的光学玻璃的玻璃材料或塑料材料(例如，PMMA、聚碳酸酯树脂、丙烯酸系树脂、非晶聚丙烯树脂或包括AS树脂的苯乙烯树脂)形成。导光板并不限于平面板，而是可以为曲面。
在根据本发明的优选实施例的上述头部安装型显示器中，框架可包括：前部，被放置在观察者的前面；以及两个镜腿部，经由转轴(hinge)以可枢转的方式(pivotally)附接至前部的相对端。结合部件可附接至前部在观察者的两个眼睛之间的中心部分(对应于普通眼镜的鼻梁)。
在前部的中央部设置鼻托。即，在本发明的实施例中，除没有设置眼镜框之外，框架几乎与普通眼镜具有相同的结构。框架由与普通眼镜相同的材料(例如，金属、合金、塑料或其组合)形成。结合部件的形状基本上可以为任意的，例如，结合部件可以为杆或长窄板。例如，结合部件也可以通过金属、合金、塑料或其组合形成。可选地，可以在结合部件的中央部设置鼻托。
实施例1
图1A和图1B是分别示出了实施例1的头部安装型显示器的示意性前视图和示意性顶视图。图2是示出了在实施例1的头部安装型显示器被戴在观察者40的头上情况下的顶视图。在图2中，为方便，仅示出了图像显示装置，而未示出框架。图3是示出了在实施例1的头部安装型显示器中的图像显示装置的概念图。
实施例1的头部安装型显示器包括：
(A)框架10，被戴在观察者40的头上并且具有像眼镜的形状；以及
(B)两个图像显示装置100。
每个图像显示装置100包括：
(B-1)由具有第一结构的图像生成设备形成的图像生成设备110(110A、110B)；以及
(B-2)导光设备120，附接至图像生成设备110，被放置在整体上比图像生成设备110更接近观察者40的面部中心的位置处，从图像生成设备110发出的光进入导光设备120，并且从导光设备120被引导并射向观察者40的眼睛41。
实施例1的头部安装型显示器也包括结合两个图像生成设备110A和110B的结合部件20。例如，结合部件20通过螺钉或粘合剂(未示出)附接至框架10在观察者40的眼睛41之间的中心部分12。图像生成设备110A和110B被设置在观察者40的眼睛41外，并且其(例如)通过螺钉或粘合剂(未示出)附接至结合部件20的相对端。在图1A、图1B、图7A、图7B、图8A及图8B中，为清晰表示，结合部件20(或30)被斜线阴影化。
框架10包括设置在观察者40前的前部11和通过转轴14以可枢转的方式附接至前部11的相对端的两个镜腿部15。结合部件20附接至前部11在观察者40的眼睛41之间的中心部分12(对应于普通眼镜的鼻梁)。鼻托16附接至前部11的中心部分。在图1B、图7B或图8B中，省略了鼻托16的说明。框架10和结合部件20由金属或塑料形成。结合部件20为杆的形状。
具体地，满足下面的条件：
α＝0.1×L
β＝0.5×L，以及
γ＝0.9×L
其中，α表示从一个图像生成设备110A的安装中心110AC至框架10的一个端部(一个终端片)13的距离，β表示从结合部件20的中心20C至框架10的端部13的距离，γ表示从另一个图像生成设备110B的安装中心110BC至框架10的端部13的距离，以及L表示框架10的长度。
在实施例1中，如图3所示，导光设备120包括：
(a)导光板121，被设置在整体上比图像生成设备110更接近观察者40的面部中心的位置处，从图像生成设备110发出的光进入导光板121，并且从导光板121被引导和射向观察者40的眼睛41；
(b)第一偏转部件130，使入射在导光板121上的光偏转以使入射光在导光板121中被全反射；以及
(c)第二偏转部件140，使通过全反射在导光板121中传播的光多次偏转以使光从导光板121射出。
第一偏转部件130和第二偏转部件140设置在导光板121中。第一偏转部件130反射入射在导光板121上的光，而第二偏转部件140多次透射和反射通过全反射在导光板121中传播的光。换句话说，第一偏转部件130充当反射镜而第二偏转部件140充当半透射镜。具体地，通过由铝构成并用于反射入射在导光板121上的光的光反射膜(一种镜)来形成设置在导光板121中的第一偏转部件130。相反，通过堆叠多层介电膜的分层结构来形成设置在导光板121中的第二偏转部件140。例如，介电膜包括由高介电常数材料构成的TiO2膜和由低介电常数材料构成的SiO2膜。在日本未审查专利申请公开(PCT申请翻译)第2005-521099号中披露了一种堆叠多层介电膜的分层结构。虽然图中示出了六层介电膜，但是介电膜的数量并不限于此。在介电膜之间设置由与导光板121相同的材料构成的薄片。第一偏转部件130反射(或衍射)入射在导光板121上的平行光。相反，第二偏转部件140多次反射(或衍射)通过全反射在导光板121中传播的平行光，并且使来自导光板121的平行光射出。
通过切割导光板121的一个部分124在导光板121中形成将形成第一偏转部件130的入射面，通过真空沉积在入射面上形成光反射膜，随后将导光板121的切割部124接合至第一偏转部件130。此外，形成其中堆叠了由与导光板121和多层介电膜(例如，通过真空沉积形成)相同的材料(例如，玻璃)构成的多层膜的分层结构，在将形成第二偏转部件140的情况下，通过切割导光板121的一部分125形成入射面，层结构接合至入射面，并且(例如)通过抛光来成形第二偏转部件140的导光板121的外侧。因此，能够获得设置第一偏转部件130和第二偏转部件140的导光设备120。
由光学玻璃或塑料材料构成的导光板121具有平行于导光板121的轴延伸的两个平行表面(第一表面122和第二表面123)。第一表面122和第二表面123彼此面对。平行光从作为光入射面的第一表面122进入，通过全反射在导光板121中传播，随后，从作为光出射面的第一表面122射出。
参照图3，每个图像生成设备110包括：
(a)图像形成设备111，包括以二维矩阵形式排列的多个像素；以及
(b)校准光学系统112，使从图像形成设备111中的像素发出的光作为平行光射出。
图像生成设备110被整体保存在外壳113(在图3中通过点划线示出)中。外壳113具有开口(未示出)，光通过其从校准光学系统112射出。两个外壳113通过螺钉或粘合剂(未示出)接合至结合部件20的相对端。导光设备120也接合至外壳113。
图像形成设备111包括反射型空间光调节器150和由用于发出白光的发光二极管形成的光源153。具体地，反射型空间光调节器150包括：液晶显示器(LCD)151，由用作光阀的LCOS形成；以及偏光束分离器152，将来自光源153的部分光反射至液晶显示器151，并且透射被液晶显示器151反射的部分光，从而将所反射的光引导至校准光学系统112。液晶显示器151包括以二维矩阵形式排列的多个(例如，320×240个)像素(液晶元件)。偏光束分离器152具有与相关技术相同的结构。从光源153发出的未偏转光照射在偏光束分离器152上。P偏光分量通过偏光束分离器152并从中射出。相反，S偏光分量被偏光束分离器152反射，进入液晶显示器151，被液晶显示器151的内侧反射，随后从液晶显示器151射出。此处，在从液晶显示器151中射出的光中，从用于显示白色的像素发出的光包含大量P偏光分量，而从用于显示黑色的像素发出的光包含大量S偏光分量。因此，从液晶显示器151中发出并照射在偏光束分离器152上的光的P偏光分量通过偏光束分离器152，并且被引导向校准光学系统112。相反，S偏光分量被偏光束分离器152反射并返回光源153。液晶显示器151包括以二维矩阵形式排列的多个(例如，320×240个)像素(液晶元件数为像素数的三倍)。例如，校准光学系统112由凸透镜形成。为了生成平行光，图像形成设备111(具体地，液晶显示器151)被放置在对应于校准光学系统112的焦距的位置处。一个像素由用于发出红色光的红色发光子像素、用于发出绿色光的绿色发光子像素及用于发出蓝色光的蓝色发光子像素限定。
通过这种形式，在实施例1的头部安装型显示器(HMD)中，结合部件20结合了两个图像生成设备110A和110B并且附接至框架10在观察者40的眼睛41之间的中心部分12。此外，图像生成设备110A和110B被设置在观察者40眼睛41外侧，并且通过结合部件20接合至框架10。因此，当观察者40将框架10戴在头上时，即使镜腿部15向外延伸而使框架10变形，变形也不会引起图像生成设备110A和110B偏移。即使发生偏移，也可以忽略。鉴于此，能够可靠地防止左右图像的会聚角发生改变。另外，由于没有增大框架10的前部11的刚性，所以没有增大框架10的重量，没有破坏设计，并且没有增加成本。
实施例2
实施例2为实施例1的修改。图4是示出了在根据实施例2的头部安装型显示器的图像显示装置200的概念图。如图4所示，通过具有第二结构的图像生成设备来形成实施例2中的图像生成设备210。具体地，图像生成设备210包括：
(a)光源251；
(b)校准光学系统252，将从光源251发出的光转换成平行光；
(c)扫描部253，扫描从校准光学系统252发出的平行光；以及
(d)中继光学系统254，中继并射出通过扫描部253扫描的平行光。图像生成设备210被整体保存在外壳213中(在图4中用点划线示出)。
外壳213具有开口(未示出)，光通过该开口从中继光学系统254发出。两个外壳213通过螺钉或粘合剂(未示出)附接至结合部件20的相对端。此外，导光设备120附接至外壳213。
光源251包括用于发出红色光的红色发光元件251R、用于发出绿色光的绿色发光元件251G及用于发出蓝色光的蓝色发光元件251B。通过半导体激光元件形成每个发光元件。从光源251发出的三种原色光束通过十字棱镜255，其中，光路通过色彩合成被组合成一个光路。从十字棱镜255发出的光进入整体上具有正屈光力的校准光学系统252，并且被作为平行光发出。平行光被全反射镜256反射，并且通过由在二维方向上旋转微镜的MEMS形成的扫描部253水平并垂直地扫描以及二维扫描入射的平行光，然后被转换成一种二维图像以生成虚像素。来自虚像素的光通过由相关技术的中继光学系统形成的中继光学系统254，并且作为平行光进入导光设备120。
来自中继光学系统254的平行光进入导光设备120，并且在其中被引导并射出。由于导光设备120具有与在实施例1中所采用的导光设备相同的结构，所以省略对其的详细描述。此外，由于除图像生成设备120不同之外，实施例2的头部安装型显示器基本上具有与实施例1的头部安装型显示器相同的结构，所以如上所述，将省略对其的详细描述。
实施例3
实施例3也为实施例1的修改。图5A是示出了在根据实施例3的头部安装型显示器中的图像显示装置300的概念图。图5B示出了反射型体积全息图衍射光栅的一部分的放大示意性截面图。在实施例3中，类似于实施例1，图像生成设备110由具有第一结构的图像生成设备形成。除第一偏转部件和第二偏转部件的结构方面之外，导光设备320具有与实施例1的导光设备120相同的基本结构。即，导光设备320包括：
(a)导光板321，被设置在整体上比图像生成设备110更接近观察者40的面部中心的位置处，从图像生成设备110发出的光进入导光板321，并且朝向观察者40的眼睛41引导和射出；
(b)第一偏转部件，使入射在导光板321上的光偏转以使入射光在导光板321中被全反射；以及
(c)第二偏转部件，多次反射通过全反射在导光板321中传播的光，使光从导光板321射出。
在实施例3中，第一偏转部件和第二偏转部件设置在导光板321的表面上(具体地，导光板321的第二表面323上)。第一偏转部件衍射入射在导光板321上的光而第二偏转部件多次衍射通过全反射在导光板321中传播的光。第一和第二偏转部件中的每个都由衍射光栅元件(具体地，反射型衍射光栅元件，更具体地，反射型体积全息图衍射光栅)形成。在下面的描述中，为方便，通过反射型体积全息图衍射光栅形成的第一偏转部件被称作“第一衍射光栅部件330”，而通过反射型体积全息图衍射光栅所形成的第二偏转部件被称作“第二衍射光栅部件340”。
在以下将描述的实施例3或者实施例4或6中，在第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340中的每个中，堆叠每个都通过反射型体积全息图衍射光栅形成的P种衍射光栅层，从而处理具有P种(具体地，P＝3，对应于红色、绿色及蓝色的三种波段)不同波段(或波长)的P种类型的光束的衍射和反射。通过与相关技术相同的方法由光聚合物材料构成每个衍射光栅层，并且使其具有对应于一个波段(或波长)的干涉条纹。具体地，在第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340中的每个中，堆叠用于衍射并反射红色光的衍射光栅层、用于衍射并反射绿色光的衍射光栅层及用于衍射并反射蓝色光的衍射光栅层。衍射光栅层(衍射光学元件)上的干涉条纹以固定节距并平行于Z轴方向线性延伸。此处，第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340的轴方向被指定为Y轴方向，而其法线方向被指定为X轴方向。在图5A和图6中，第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340中的每个仅由一层形成。这种结构能够增大衍射效率和可接受的衍射角，并且当第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340衍射并反射具有该波段(或波长)的光束时能够最优化衍射角。
图5B是示出了反射型体积全息图衍射光栅的放大的示意性局部截面图。反射型体积全息图衍射光栅设置有具有倾斜角φ的干涉条纹。此处，倾斜角φ指在反射型体积全息图衍射光栅的表面与干涉条纹之间形成的角。干涉条纹被提供以从反射型体积全息图衍射光栅的内侧向外侧延伸，并且满足Bragg条件。Bragg条件满足下面的表达式A。在表达式A中，m为正整数，λ表示波长，d表示光栅表面的节距(法线方向上包括干涉条纹的虚平面之间的距离)、以及Θ表示干涉条纹上入射角的补角。当光线以入射角ψ进入衍射光栅部件时，补角Θ、倾斜角φ及入射角ψ具有通过表达式B给出的关系：
m·λ＝2·d·sinΘ     (A)
Θ＝90°-(φ+ψ)       (B)
如上所述，在导光板321的第二表面323上设置(接合)第一衍射光栅部件330，并且衍射并反射来自第一表面322入射在导光板321上的平行光，使入射平行光在导光板321中被全反射。此外，在导光板321的第二表面323上设置(接合)第二衍射光栅部件340。第二衍射光栅部件340多次衍射并反射通过全反射在导光板321中传播的平行光，并且通过第一表面322从导光板321发出平行光。
红、绿及蓝三种颜色的平行光束也通过全反射在导光板321中传播，随后被射出。在这种情况下，由于导光板321很薄并且在导光板321中光路很长，所以直至光束到达第二衍射光栅部件340的全反射次数随视角而变化。具体地，在入射在导光板321上的平行光中以诸如接近第二衍射光栅部件340的角入射的平行光的反射次数小于以诸如远离第二衍射光栅部件340的角入射在导光板321上的平行光的反射次数。这是因为，当在导光板321中传播的光照射在导光板321的内表面上时，被第一衍射光栅部件330衍射和反射并且以诸如接近第二衍射光栅部件340的角入射在导光板321上的平行光与导光板的法线形成比沿相反方向以该角度入射在导光板321上的平行光更小的角。第二衍射光栅部件340具有的干涉条纹的形状和第一衍射光栅部件330具有的干涉条纹的形状相对于与导光板321的轴垂直的虚平面对称。
以下将描述的实施例4和6中的导光板321基本上具有与上述导光板321相同的结构。
如上所述，除导光设备320不同之外，实施例3的头部安装型显示器基本上具有与实施例1的头部安装型显示器具有相同的结构。因此，省略对其的详细描述。
实施例4
实施例4为实施例3的修改。图6是示出了在根据实施例4的头部安装型显示器中的图像显示装置的概念图。在实施例4的图像显示装置400中，光源251、校准光学系统252、扫描部253、中继光学系统254等具有与在实施例2中所采用的结构相同的结构。此外，导光设备320具有与实施例3中的导光设备320相同的结构。由于除上述不同之外，实施例4的头部安装型显示器基本上具有与实施例1的头部安装型显示器相同的结构，所以忽略对其的详细描述。
实施例5
实施例5也为实施例1的修改。图7A和图7B是示出了实施例5的头部安装型显示器的示意性前视图和示意性顶视图。在实施例5中，导光设备被设置在比图像生成设备110A和110B更接近观察者40的面部中心的位置处。导光设备分别包括半透明镜520，从图像生成设备110A和110B发出的光入射在其上，并且光线从其射向观察者40的眼睛41。虽然从实施例5中的图像生成设备110A和110B发出的光在诸如玻璃板或塑料板的透明部件521中传播之后进入半透明镜520，但是其可以在空气中传播之后进入半透明镜520。代替图像生成设备110A和110B，可以使用实施例2中的图像生成设备210。
例如，图像生成设备110A和110B通过螺钉或粘合剂(未示出)附接至结合部件20的相对端。部件521分别附接至图像生成设备110A和110B，并且半透明镜520附接至部件521。由于除上述不同之外，实施例5的头部安装型显示器基本上具有与实施例1的头部安装显示器相同的结构，所以省略对其的详细描述。
实施例6
图8A和图8B是分别示出了根据实施例6的头部安装型显示器的示意性前视图和示意性顶视图。
在实施例6的头部安装型显示器中，与实施例1不同，杆形状的结合部件30并不结合两个图像生成设备110A和110B，而是结合两个导光设备120。可选地，两个导光设备120可以被组合成一个，并且结合部件30可以附接至组合的导光设备120。
在实施例6的头部安装型显示器中，例如，结合部件30通过螺钉或粘合剂(未示出)附接至框架10在观察者40的两个眼睛41之间的中心部分12，并且在观察者40的眼睛41外侧设置图像生成设备110A和110B。每个图像生成设备110A和110B附接至对应导光设备120的一端。假设β表示从结合部件30的中心30C至框架10的一端的距离，以及L表示框架10的长度，那么就满足条件β＝0.5×L。在实施例6中，值α′和γ′与实施例1中的α和γ值相同。
在实施例6中，框架10、图像显示装置100、图像生成设备110、导光设备120与实施例1中的框架10、图像显示装置100、图像生成设备110及导光设备120具有相同的结构。将于此，省略对其的详细描述。此外，由于实施例6的头部安装型显示器基本上与实施例1的头部安装型显示器具有相同的结构，所以省略对其的详细描述。
杆形状的结合部件30结合两个导光设备120的实施例6的结构还可应用于上述实施例2～5的头部安装型显示器。
虽然以上已参照优选实施例描述了本发明，但是并不限于这些实施例。实施例中的图像显示装置的结构仅为实例，并且可被适当改变。例如，可以在导光板中设置表面浮雕全息图(见美国专利申请公开第2004/0062505 Al号)。结合部件20或30不仅可以附接至框架的中心部分，而且可以附接至设置在框架的中心部分的鼻托16。这进一步减小了图像生成设备或导光设备的偏移。在实施例3、4或6的导光设备120或320中，每个衍射光栅元件可由透射型衍射光栅元件来形成。可选地，第一偏转部件和第二偏转部件中之一可以由反射型衍射光栅元件形成，而另一个可以由透射型衍射光线元件形成。此外，可选地，衍射光栅元件都可以由反射型发光衍射光栅元件形成。
作为适用于实施例1、3、5或6的图像形成设备的变型，例如，可采用在用作概念图的图9中所示的有源矩阵图像形成设备。这个图像显示设备通过以二维矩阵形式排列半导体发光元件601的发光面板形成，并且通过控制每个发光元件601的发光/不发光状态来显示图像，使得发光元件601的状态能够被直接看到。从图像形成设备发出的光通过校准光学系统112进入导光设备121或321。
可选地，可使用在用作概念图的图10中所示的彩色显示图像形成设备。该图像形成设备包括：
(a)红色发光面板611R，其中，以二维矩阵形式排列用于发出红色光的红色发光元件601R；
(b)绿色发光面板611G，其中，以二维矩阵形式排列用于发出绿色光的绿色发光元件601G；
(c)蓝色发光面板611B，其中，以二维矩阵形式排列用于发出蓝色光的蓝色发光元件601B；以及
(d)组合单元(例如，分色棱镜603)，将从红色、绿色及蓝色发光面板611R、611G及611B发出的光束的光路组合成一个光路。
独立控制红色、绿色及蓝色发光元件601R、601G及601B的发光/不发光状态。从这个图像形成设备发出的光还通过校准光学系统112进入导光板121或321。图10中的参考数字612表示用于会聚从发光元件发出的光的微透镜。
图11为包括以二维矩阵形式排列发光元件601R、601G及601B的发光面板611R、611G及611B的另一个图像形成设备的概念图。在通过光透射控制单元604R、604G及604B控制其透射/不透射之后，从发光面板611R、611G及611B发出的光束进入分色棱镜603。光束的光路被分色棱镜603组合成一个光路，随后光束通过校准光学系统112进入导光板121或321。
图12为包括以二维矩阵形式排列发光元件601R、601G及601B的发光面板611R、611G及611B的又一个图像形成设备的概念图。从发光面板611R、611G及611B发出的光束进入光路被组合成一个光路的分色棱镜603。通过光透射控制单元504来控制从分色棱镜603发出的光的透射/不透射，随后光束通过校准光学系统112进入导光板121或321。
可选地，可以使用在图13中使用的图像形成设备。图像形成设备包括：发光元件601R，用于发出红色光；光透射控制单元(例如，液晶显示器604R)，作为用于控制从发光元件601R发出的红色光的透射/不透射的一种光阀使用；发光元件601G，用于发出绿色光；光透射控制单元(例如，液晶显示器604G)，作为用于控制从发光元件601G发出的绿色光的透射/不透射的一种光阀使用；发光元件601B，用于发出蓝色光；光透射控制单元(例如，液晶显示器604B)，作为用于控制从发光元件601B发出的蓝色光的透射/不透射的一种光阀使用；导光部件602，用于引导从发光元件601R、601G及601B发出的光；以及组合单元，用于将光的光路组合成一条光路(例如，分色棱镜603)。发光元件601R、601G及601B中的每个都由GaN半导体形成。
本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims (16)

1.一种头部安装型显示器，包括：
眼镜形框架，被戴在观察者的头上；
两个图像显示装置，分别包括被放置在所述观察者的眼睛外的图像生成设备以及附接至所述图像生成设备并整体上比所述图像生成设备更接近所述观察者的面部中心设置的导光装置，从所述图像生成设备发出的光进入所述导光装置，并且从所述导光装置被引导并射向所述观察者的眼睛；以及
结合部件，用于结合所述图像生成设备，并且附接至所述框架在所述观察者的眼睛之间的中心部分。
2.根据权利要求1所述的头部安装型显示器，其中，满足下面的条件：
0.01×L≤α≤0.30×L
0.35×L≤β≤0.65×L，以及
0.70×L≤γ≤0.99×L
其中，α表示从一个图像生成设备的安装中心至所述框架的一端的距离，β表示从所述结合部件的中心至所述框架的所述一端的距离，γ表示从另一个图像生成设备的安装中心至所述框架的所述一端的距离，L表示所述框架的长度。
3.根据权利要求1所述的头部安装型显示器，其中，代替结合所述图像生成设备，所述结合部件结合两个导光装置。
4.根据权利要求1或3所述的头部安装型显示器，其中，每个所述导光装置均包括：
导光板，被设置在整体上比所述图像生成设备更接近所述观察者的面部中心处，从所述图像生成设备发出的光入射在所述导光板上，并且通过所述导光板被引导并射向所述观察者的眼睛；
第一偏转装置，用于使入射在所述导光板上的光偏转以使所述入射光在所述导光板中被全反射；以及
第二偏转装置，用于使通过全反射在所述导光板中传播的光多次偏转以发出传播光。
5.根据权利要求4所述的头部安装型显示器，其中，所述第一偏转装置反射入射在所述导光板上的光，而所述第二偏转装置多次透射并反射通过全反射在所述导光板中传播的光。
6.根据权利要求5所述的头部安装型显示器，其中，所述第一偏转装置充当反射镜，所述第二偏转装置充当半透射镜。
7.根据权利要求4所述的头部安装型显示器，其中，所述第一偏转装置衍射入射在所述导光板上的光，而所述第二偏转装置多次衍射通过全反射在所述导光板中传播的光。
8.根据权利要求7所述的头部安装型显示器，其中，所述第一偏转装置和所述第二偏转装置由衍射光栅元件形成。
9.根据权利要求8所述的头部安装型显示器，其中，每个所述衍射光栅元件都是反射型衍射光栅元件。
10.根据权利要求8所述的头部安装型显示器，其中，每个所述衍射光栅元件都是透射型衍射光栅元件。
11.根据权利要求8所述的头部安装型显示器，其中，一个所述衍射光栅元件为反射型衍射光栅元件，另一个衍射光栅元件为透射型衍射光栅元件。
12.根据权利要求1或3所述的头部安装型显示器，其中，所述导光装置由比所述图像生成设备更接近所述观察者的面部的中心设置的半透射镜形成，从所述图像生成设备发出的光入射在所述半透射镜上，并且光从所述半透射镜射向所述观察者的眼睛。
13.根据权利要求1或3所述的头部安装型显示器，其中，每个所述图像生成设备均包括：
图像形成设备，具有以二维矩阵形式排列的多个像素；以及
校准光学系统，用于使从所述图像形成设备中的像素发出的光作为平行光射出。
14.根据权利要求1或3所述的头部安装型显示器，其中，每个所述图像生成设备均包括：
光源；
校准光学系统，用于将从所述光源发出的光转换成平行光；
扫描装置，用于扫描从所述校准光学系统发出的所述平行光；以及
中继光学系统，用于中继并射出通过所述扫描装置扫描的所述平行光。
15.根据权利要求1或3所述的头部安装型显示器，
其中，所述框架包括被放置在所述观察者前的前部以及通过转轴以可枢转的方式附接至所述前部的相对端的两个镜腿部，并且
其中，所述结合部件附接至所述前部在所述观察者的两个眼睛之间的中心部分。
16.一种头部安装型显示器，包括：
眼镜形框架，被戴在观察者的头上；
两个图像显示装置，分别包括被放置在所述观察者的眼睛外的图像生成设备以及附接至所述图像生成设备并整体上比所述图像生成设备更接近所述观察者的面部中心设置的导光设备，从所述图像生成设备发出的光进入所述导光设备，并且从所述导光设备被引导并射向所述观察者的眼睛；以及
结合部件，用于结合所述图像生成设备，并且附接至所述框架在所述观察者的眼睛之间的中心部分。
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