CN103309035B

CN103309035B - 图像显示装置和图像生成装置

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Publication number: CN103309035B
Application number: CN201310072375.4A
Authority: CN
Inventors: 武川洋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2013190658A; CN103309035A; EP2639623B1; EP2639623A2; BR102013005562A2; JP6035793B2; EP2639623A3; US20130242555A1

Abstract

提供了包括图像生成装置和光导单元的图像显示装置。当从图像生成装置的中心输出的光入射的点是点O时，在单元的一部分中通过点O的法线是X轴，通过点O的单元的轴是Y轴，在从图像生成装置的中心输出的光束之中在点O入射的光的光轴是ζ轴，且包括ζ轴和Y轴的虚拟平面是ζY平面时，从图像生成装置输出并在点（0,Y₁,Z₁）入射的光与ζY平面形成角度θ_Z并与XZ平面形成角度θ_Y，且当Z₁≠0时，满足θ_Z≠θ_Y。

Description

图像显示装置和图像生成装置

技术领域

本公开涉及图像显示装置和图像生成装置，且更具体地涉及适用于头戴式显示器（HMD）的图像显示装置和适用于该图像显示装置的图像生成装置。

背景技术

允许观看者将由图像生成装置形成的二维（2D）图像作为由虚拟图像光学系统放大的虚拟图像观看的虚拟显示装置（图像显示装置）是公知的，例如，从日本专利申请公开No.2006-162767中。

如图26的概念图所示，图像显示装置1100包括具有以2D矩阵排列的多个像素的图像生成装置111，将从图像生成装置111的像素输出的光对准为平行光的准直光学系统112，以及来自准直光学系统112的平行光入射在其上的光导单元120，通过其引导光并从其输出光。光导单元120包括：光导板121，在入射光根据全反射传播通过内部之后输出入射光；第一偏转单元130（例如，包括一个层的光反射膜），其反射在光导板121上入射的光，以使得在光导板121上入射的光在光导板121内部全反射；以及第二偏转单元140（例如，包括具有多层层压结构的多个光反射膜），其从光导板121输出根据全反射传播通过光导板121内部的光。例如，当根据这种图像显示装置1100形成HMD时可以减小装置的重量和尺寸。

替代地，为了允许观看者将由图像生成装置形成的2D图像观看为由虚拟图像光学系统放大的虚拟图像，使用全息图衍射光栅的虚拟图像显示装置（图像显示装置）是公知的，例如，从日本专利申请公开No.2007-094175中。

如图27的概念图所示，图像显示装置1300基本上包括：图像生成装置111，其显示图像；准直光学系统112；和光导单元320，在图像生成装置111上显示的光入射在其上且通过其入射光被引导到观看者的瞳孔21。这里，光导单元320包括光导板321以及由在光导板321上提供的反射体全息图衍射光栅（reflective volume hologram diffractiongrating）形成的第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340。从图像生成装置111的每一个像素输出的光入射在准直光学系统112上，且平行光由准直光学系统112生成并入射在光导板321上。平行光入射在光导板321的第一表面322上并从其输出。另一方面，第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340安装在与光导板321的第一表面322平行的光导板321的第二表面323上。

发明内容

从图像生成装置111输出的光变为在如图27所示的XY平面上在准直光学系统112中具有不同视角（也就是说，从图像生成装置111的像素输出的光束的输出角)的一组平行通量。平行通量组在与其正交的XZ平面上变为具有不同视角的一组光通量，且入射在光导板321上。在图27中，在XY平面上的代表性平行光通量被指示为平行光通量r₁（由实线指示）、r₂（由点划线指示）和r₃(由虚线指示）。在图28中，XZ平面中的代表性平行光通量被指示为平行光通量R₁（由实线指示）、R₂（由点划线指示）和R₃（由虚线指示）。在图示的图像显示装置1300中，左-右（水平）方向布置为Y方向且上-下（垂直）方向布置为Z方向。也就是说，用于显示视频、各种类型的信息等的光从相对于观看者的瞳孔21的横向引导，且入射在瞳孔21上。

顺便提及，在该配置中，由于引导经过光导板321内部的光的XY平面上的平行光通量和XZ平面上的平行光通量的行为的差异，存在如将在之后描述的问题。图29A是图示现有技术的图像显示装置中的问题的图，且图29B是示意性地示出了从准直光学系统的中心部分和上部输出并引导经过光导板的光的传播状态的图。图29A是示意性地示出了在与XZ平面和XY平面的内部对应的平面内，从图像生成装置输出并引导经过光导单元，且到达瞳孔的光的传播状态的图。

也就是说，在上述配置中，从光导板321的第一表面322入射的光入射在布置在第二表面323上的第一衍射光栅部件330上。将从准直光学系统112的中心到第一衍射光栅部件330的中心的距离布置为L₁，将从第一衍射光栅部件330的中心到第二衍射光栅部件340的中心的距离布置为L₂，且将从第二衍射光栅部件340到瞳孔21的距离布置为L₃。

光通量r1、r2和r3按照XY平面的X方向分量由第一衍射光栅部件330衍射和反射，在光导板321的内部引导同时以平行光通量的状态在第一表面322和第二表面323之间迭代地全反射，且以Y方向向着在光导板321的另一端上提供的第二衍射光栅部件340移动。在第二衍射光栅部件340上入射的每个视角的平行光根据衍射反射在全反射条件下从光导板321输出并入射在观看者的瞳孔21上。这里，在平行光通量的行进方向上，光导板321内的反射数根据视角而不同。也就是说，光程长度不同。但是，因为传播的全部光通量是平行光通量，所以光通量组移动以被折叠。因此，按照XY平面的X方向分量的光，因为从第一衍射光栅部件330的中心到第二衍射光栅部件340的中心的距离L₂可忽略，所以从准直光学系统112的中心到瞳孔21的实质距离变为（L₁+L₃）。此外，该系统通常可以被认为是远心光学系统，且第一衍射光栅部件330的位置按照XY平面的X方向分量的光而变为出瞳位置。

另一方面，虽然X方向分量在XZ平面中按照入射光束R1、R2和R3在光导板321内迭代地反射，但是Z方向分量到达第二衍射光栅部件340而不被反射。也就是说，从准直光学系统112输出的光在XZ平面上会聚以从第一表面322入射且在光导板321内部以Y方向移动。这些光通量在由光导板321的第一表面322和第二表面323反射的同时移动，以使得光通量在Z方向是窄的，并到达第二衍射光栅部件340。光通量由第二衍射光栅部件340反射、衍射和输出并入射在观看者的瞳孔21上。也就是说，按照XZ平面的Z方向分量的光，在需要考虑从第一衍射光栅部件330的中心到第二衍射光栅部件340的中心的距离L₂时，从准直光学系统112的中心到瞳孔21的实质距离通常变为（L₁+L₂/sin(Φ)+L₃），且总反射角是Φ，如图1所示。此外，按照非远心光学系统中XZ平面的Z方向分量的光，瞳孔21的位置或者在瞳孔21附近的位置变为出瞳位置。

因此，虽然具有从右上到左下的对角线的空间区域的光到达瞳孔21，例如，按照入射光R3’，如图29A所示，具有从左上到右下的对角线的空间区域的光未到达瞳孔21。也就是说，光通量的一部分未到达瞳孔21，且发生晕映（vignetting）的类型。换句话说，存在从图像生成装置111输出的光的利用效率低且光的低利用效率导致图像生成装置111的功耗增加的问题。

例如，如从日本专利申请公开No.10-170859中熟知的那样，图像显示装置在由图像生成单元的多个像素形成的显示表面上显示图像，将从由照明单元发送和照明的图像输出的光通量经由光学系统引导到观看者的瞳孔，并允许观看者查看由光通量形成的图像的虚拟图像。在该图像显示装置中，对于每个像素，通过在形成虚拟图像的平面内布置第一方向和实质上与第一方向正交的第二方向并使用在每一个像素的附近提供的发散角转换单元控制第一方向和第二方向的发散角，从每一个像素输出的光通量作为在第一方向和第二方向之间不同的发散角的光通量入射在光学系统上。但是，难以解决即使如上所述，在第一方向和第二方向之间不同的发散角的光通量入射在光学系统上时，光的利用效率低的问题。

期望提供具有可以改进从图像生成装置输出的光的利用效率并进一步减小图像生成装置中的功耗的配置和结构的图像显示装置以及适用于该图像显示装置的图像生成装置。

根据本公开的实施例，提供了图像显示装置，包括：

（A）图像生成装置；和

（B）光导单元，来自图像生成装置的光入射在其上，通过其引导光，且光从其向着观看者的瞳孔输出。

本公开的图像生成装置具有光导单元，其包括：

光导板，在入射光根据全反射传播通过内部之后从其输出入射光；

第一偏转单元，配置为偏转在光导板上入射的光以使得在光导板上入射的光在光导板内部全反射；和

第二偏转单元，配置为多次偏转根据全反射传播通过光导板的内部的光以使得根据全反射传播通过光导板的内部的光从光导板输出。术语“全反射”表示内部全反射或者光导板内部的全反射。在下文中，同样如此。

在本公开的图像显示装置或者本公开的图像生成装置中，当从图像生成装置的中心输出的光入射在光导单元上的点布置为点O，在光导单元的一部分中通过点O的法线布置为X轴，在光导单元的一部分中通过点O的光导单元的轴布置为Y轴，在从图像生成装置的中心输出的光束当中在光导单元的点O入射的光的光轴布置为ζ轴，且包括ζ轴和Y轴的虚拟平面布置为ζY平面时，从图像生成装置输出并在光导单元的点（0,Y₁,Z₁）入射的光与ζY平面形成角度θ_Z并与XZ平面形成角度θ_Y。当Z₁≠0时，满足θ_Z≠θ_Y。

在本公开的图像显示装置或图像生成装置中，当Z₁≠0时，满足θ_Z≠θ_Y。因此，从光导单元输出的光通量的一部分不到达瞳孔，可以抑制出现晕映类型的现象的发生，且可以改进从图像生成装置输出的光的利用效率。因此，可以减小图像生成装置的功耗。

附图说明

图1是实施例1的图像显示装置的概念图；

图2(A)和图2(B)是示意性地示出了在从位于实施例1的图像生成装置的上部的光发射单元输出的光束之中，当从XZ平面观看时光的传播状态和当从XY平面观看时光的传播状态的图；

图3(A)和图3(B)是示意性地示出了从位于实施例1的图像生成装置的中心部分的光发射单元输出的光束之中，当从XZ平面观看时光的传播状态和当从XY平面观看时光的传播状态的图；

图4(A)是示意性地示出了在与XZ平面和XY平面的内部对应的平面内，从实施例1的图像生成装置输出并引导经过光导单元，且到达瞳孔的光的传播状态的图；

图4(B)是示意性地示出了从图像生成装置的每个光发射单元输出的光的图；

图4(C)和图4(D)是图示当从侧面观看光导单元时在光导单元和中心入射光束之间的关系的图；

图5是从上方观看的实施例1的图像显示装置的示意图；

图6是从侧面观看的实施例1的图像显示装置的示意图；

图7是从前面观看的实施例1的图像显示装置的示意图；

图8是图示其中在从上方观看的观看者的头部安装实施例1的图像显示装置的状态的图（仅图示了图像显示装置且省略了镜架的图示）；

图9是实施例2的图像显示装置的概念图；

图10(A)和图10(B)是实施例3的图像显示装置的概念图；

图11是实施例4的图像显示装置的概念图；

图12是从侧面观看的实施例5的图像显示装置的示意图；

图13是从前面观看的实施例6的图像显示装置的示意图；

图14是从上面观看的实施例6的图像显示装置的示意图；

图15是从前面观看的实施例7的HMD的示意图；

图16是从前面观看的实施例7的HMD（处于其中假设去除镜架的状态）的示意图；

图17是从上面观看的实施例7的HMD的示意图；

图18是从前面观看的实施例8的HMD的示意图；

图19是从前面观看的实施例8的HMD（处于其中假设去除镜架的状态）的示意图；

图20是从上面观看的实施例8的HMD的示意图；

图21是适用于实施例1或者实施例3的图像生成装置的修改实例的概念图；

图22是图示适用于实施例1或者实施例3的图像生成装置的另一修改实例的概念图；

图23是图示适用于实施例1或者实施例3的图像生成装置的又一修改实例的概念图；

图24是图示适用于实施例1或者实施例3的图像生成装置的再一修改实例的概念图；

图25是图示适用于实施例1或者实施例3的图像生成装置的再一修改实例的概念图；

图26是现有技术的图像显示装置的概念图；

图27是具有不同于如图26所示的另一形式的现有技术的图像显示装置的概念图；

图28是从另一方向观看的图27所示的形式的现有技术的图像显示装置的概念图；

图29(A)是图示现有技术的图像显示装置中的问题的图；

图29(B)是示意性地示出了从准直光学系统的中心部分和上部输出并引导经过光导板的光的传播状态的图；和

图30是从侧面观看的现有技术的图像显示装置的形式的示意图。

具体实施方式

在下文中，虽然将参考附图基于实施例描述本公开，但是本公开不限于实施例，且在实施例中提到的各种数值和材料是示例性的。将以以下次序给出描述。

1.本公开的图像显示装置和图像生成装置的总体描述

2.实施例1（图像显示装置和图像生成装置：图像生成装置的第一形式/光导单元的第一形式）

3.实施例2（实施例1的修改：图像生成装置的第二形式/光导单元的第一形式）

4.实施例3（实施例1的修改：图像生成装置的第一形式/光导单元的第二形式）

5.实施例4（实施例1的修改：图像生成装置的第二形式/光导单元的第二形式）

6.实施例5（实施例1到4的修改）

7.实施例6（实施例1到4的其他修改）

8.实施例7（实施例1到6的修改）

9.实施例8（实施例7的修改）及其它

[本公开的图像显示装置和图像生成装置的总体描述]

在本公开的图像显示装置或者图像生成装置（在下文中，这些可以统称为“本公开的图像显示装置等”），

θ_Y的值是常数而无论Y₁的值如何，和

θ_Z的绝对值在Z₁的绝对值增大时可以增大。在如上所述的优选形式的本公开的图像显示装置等中，θ_Z的绝对值可以形成为当Z₁的绝对值增大时单调或者步进地增大。虽然当θ_Y的值是常数而无论Y₁的值如何时未特别地限制θ_Y，但是，例如，仅需要θ_Y=0。

另外，这些形式的本公开的图像显示装置等可以具有如下配置，其中：

图像生成装置具有以2D矩阵布置的光发射单元（光输出单元），

在图像生成装置中布置其中以2D矩阵排列多个微透镜的微透镜阵列，

从每个光发射单元输出的光通过面对光发射单元的微透镜从图像生成装置输出，和

光发射单元的光轴和面对光发射单元的微透镜的光轴的位移量基于（0,Y₁,Z₁)的值定义。在这种情况下，虽然未限制微透镜，但是可以由柱面透镜或者畸变透镜形成微透镜。此外，在这些情况下，从微透镜输出的光的辐射角（发散角）ω₁可以配置为小于从光发射单元输出的光的辐射角（发散角）ω₀。

替代地，如上所述的优选形式的本公开的图像显示装置等可以具有如下配置，其中：

向图像生成装置提供光输出角控制部件，和

光通过光输出角控制部件从图像生成装置输出到光导单元。在这种情况下，提供了如下配置，其中：

图像生成装置具有以2D矩阵排列的光发射单元（光输出单元），

光输出角控制部件由其中以2D矩阵排列多个微透镜的微透镜阵列形成，和

从每个光发射单元输出的光通过面对光发射单元的微透镜从图像生成装置输出。另外，在这种情况下，光发射单元的光轴和面对光发射单元的微透镜的光轴的位移量可以配置为基于（0,Y₁,Z₁）的值定义。在这些配置中，虽然未限制微透镜，但是可以由柱面透镜或者畸变透镜形成微透镜。从微透镜输出的光的辐射角（发散角）ω₁可以配置为小于从光发射单元输出的光的辐射角（发散角）ω₀。

可以通过公知的方法制造微透镜或者微透镜阵列。此外，微透镜的光轴可以配置为基于（0,Y₁,Z₁）的值倾斜而不是基于（0,Y₁,Z₁）的值移位光发射单元的光轴和面对光发射单元的微透镜的光轴。在这种情况下，仅需要适当地设计微透镜的光输出平面的曲率系数。

另外，在包括如上所述的优选形式和配置的本公开的图像显示装置中，光导单元可以包括：

（B-1）光导板，在入射光根据全反射传播经过内部之后从所述光导板输出入射光，

（B-2）第一偏转单元，配置为偏转在光导板上入射的光以使得在光导板上入射的光在光导板内部全反射，和

（B-3）第二偏转单元，配置为多次偏转根据全反射传播经过光导板的内部的光以使得根据全反射传播经过光导板的内部的光从光导板输出。

另外，在包括如上所述的优选形式和配置的本公开的图像显示装置等中，例如，可以包括液晶显示（LCD）装置、有机电致发光（EL）显示装置、无机EL显示装置或者其中以2D矩阵排列多个光发射元件的光发射元件阵列作为图像生成装置。在该图像显示装置中，图像生成装置可以另外包括由准直光学系统（其将从每个光发射单元（像素或者虚拟像素）输出并通过微透镜阵列或者光输出角控制部件的光准直为平行光）形成的平行光输出光学系统，且来自平行光输出光学系统（准直光学系统）的光可以配置为入射在光导单元上。为了方便起见，该图像生成装置被称为“第一形式的图像生成装置”。

替代地，图像生成装置包括：

光源，

准直光学系统，其将从光源输出的光准直为平行光，

扫描单元，其扫描从准直光学系统输出的平行光，和

平行光输出光学系统，由中继光学系统形成，该中继光学系统中继由扫描单元扫描的平行光，

其中，从扫描单元输出并通过微透镜阵列或者光输出角控制部件的光可以配置为入射在平行光输出光学系统（中继光学系统）上，且来自平行光输出光学系统（中继光学系统）的光可以配置为入射在光导单元上。为了方便起见，将该图像生成装置称为“第二形式的图像生成装置”。从扫描单元（光学点）输出的光在空间中以2D矩阵排列，且每个光学点对应于光发射单元（虚拟像素）。

此外，例如，包括反射空间光调制装置和光源的图像生成装置；包括透射空间光调制装置和光源的图像生成装置；和由包括比如有机EL、无机EL和发光二极管（LED）的光发射元件的光发射元件阵列形成的图像生成装置可以包括在第一形式的图像生成装置中作为图像生成装置。例如，可以包括光阀，比如硅上液晶（LCOS）或者数字微镜装置（DMD）的透射或者反射LCD装置作为空间光调制装置，且可以包括光发射元件作为光源。另外，反射空间光调制装置可以由LCD装置和偏振光束分光器形成，其反射来自光源的一部分光以将反射的一部分光引导到LCD装置并传递由LCD装置反射的一部分光以将该部分光引导到平行光发射光学系统。作为构成光源的光发射元件，可以包括红光发射元件、绿光发射元件、蓝光发射元件和白光发射元件。替代地，可以通过使用光管来混合从红光发射元件、绿光发射元件和蓝光发射元件输出的红、绿和蓝光束并执行亮度均衡从而获得白光。作为构成光发射元件阵列的光发射元件，例如，存在半导体激光元件、固态激光器和LED的实例。可以基于图像显示装置所需的规格确定光发射单元（像素或者虚拟像素）的数目。作为光发射单元的数目的特定值，存在320×240、432×240、640×480、854×480、1024×768和1920×1080的实例。作为平行光输出光学系统（准直光学系统），存在独立地或者组合地使用凸透镜、凹透镜、自由形态表面棱柱和全息透镜的总体上具有正光强度的光学系统的实例。具有开口部分以防止不需要的光从平行光输出光学系统输出的光屏蔽部件可以布置在平行光输出光学系统（准直光学系统或者中继光学系统）和光导单元之间。

另一方面，在第二形式的图像生成装置中可以包括光发射元件作为光源，且具体地说包括红光发射元件、绿光发射元件、蓝光发射元件和白光发射元件。替代地，可以通过使用光管来混合从红光发射元件、绿光发射元件和蓝光发射元件输出的红、绿和蓝光束并执行亮度均衡从而获得白光。作为光发射元件，例如，存在半导体激光元件、固态激光器和LED的实例。在第二形式的图像生成装置中，可以基于图像显示装置所需的规格确定光发射单元（虚拟像素）的数目。作为光发射单元（虚拟像素）的数目的特定值，存在320×240、432×240、640×480、854×480、1024×768和1920×1080的实例。此外，当光源包括红光发射元件、绿光发射元件和蓝光发射元件时，优选地使用例如正交棱镜（cross prism）执行颜色合成。作为扫描单元，例如，可以包括具有可在2D方向上旋转以水平地和垂直地扫描从光源输出的光的微镜的微电机械系统（MEMS）或者检流镜（galvano mirror）。仅需要由公知的中继光学系统形成构成平行光输出光学系统的中继光学系统。

除了例如，作为包括光发射元件和光阀的光源或者图像生成装置的总体上发射白光的背光，和具有红光发射像素、绿光发射像素和蓝光发射像素的LCD装置的组合之外，存在以下配置的实例。

[图像生成装置A]

图像生成装置A包括：

（α）第一图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射蓝光的第一光发射元件的第一光发射面板形成，

（β）第二图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射绿光的第二光发射元件的第二光发射面板形成，

（γ）第三图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射红光的第三光发射元件的第三光发射面板形成，和

（δ）用于集成从第一、第二和第三图像生成装置输出的光到一个光程中的单元（例如，二向棱镜，其也与下面描述中的实质相同），

其中，控制第一、第二和第三光发射元件中每个的发光/不发光状态。

[图像生成装置B]

图像生成装置B包括：

（α）第一图像生成装置，由用于发射蓝光的第一光发射元件和用于控制从用于发射蓝光的第一光发射元件输出的光的通过/不通过的第一光通过控制装置（其是光阀类型，且例如由LCD装置、DMD或者LCOS形成，其与下面描述实质相同）形成，

（β）第二图像生成装置，由用于发射绿光的第二光发射元件和用于控制从用于发射绿光的第二光发射元件输出的光的通过/不通过的第二光通过控制装置（光阀）形成，

（γ）第三图像生成装置，由用于发射红光的第三光发射元件和用于控制从用于发射红光的第三光发射元件输出的光的通过/不通过的第三光通过控制装置（光阀）形成，和

（δ）用于将经过第一、第二和第三光通过控制设备的光集成到一个光程中的单元，

其中，通过使用光通过控制装置控制从光发射元件输出的光的通过/不通过来显示图像。作为用于将从第一、第二和第三光发射元件输出的光引导到光通过控制装置的单元（光导部件），存在光导部件、微透镜阵列、反射镜、反射板和会聚透镜的实例。

[图像生成装置C]

图像生成装置C包括：

（α）第一图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射蓝光的第一光发射元件的第一光发射面板和用于控制从用于发射蓝光的第一光发射元件输出的输出光的通过/不通过的蓝光通过控制装置（光阀）形成，

（β）第二图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射绿光的第二光发射元件的第二光发射面板和用于控制从第二光发射面板输出的输出光的通过/不通过的绿光通过控制装置（光阀）形成，

（γ）第三图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射红光的第三光发射元件的第三光发射面板和用于控制从第三光发射面板输出的输出光的通过/不通过的红光通过控制装置（光阀）形成，和

（δ）用于将经过蓝色、绿色和红色通过控制装置的光集成到一个光程中的单元，

其中，通过使用光通道控制装置（光阀）控制从第一、第二和第三光发射面板输出的输出光的通过/不通过来显示图像。

[图像生成装置D]

图像生成装置D是场顺序彩色-显示图像生成装置，且包括：

（α）具有用于发射蓝光的第一光发射元件的第一图像生成装置，

（β）具有用于发射绿光的第三光发射元件的第二图像生成装置，

（γ）具有用于发射红光的第二光发射元件的第三图像生成装置，

（δ）用于将从第一、第二和第三图像生成装置输出的光集成到一个光程中的单元，和

（ε）光通过控制装置（光阀），用于控制从用于集成到一个光程中的单元输出的光的通过/不通过，

其中，通过使用光通过控制装置控制从光发射元件输出的光的通过/不通过来显示图像。

[图像生成装置E]

图像生成装置E也是场顺序彩色-显示图像生成装置，且包括：

（γ）第三图像生成装置，由其中以2D矩阵排列用于发射红光的第三光发射元件的第三光发射面板形成，

其中，通过使用光通过控制装置控制从光发射面板输出的光的通过/不通过来显示图像。

[图像生成装置F]

图像生成装置F是无源或者有源矩阵型的彩色-显示图像生成装置，其通过控制第一、第二和第三光发射元件中每个的发光/不发光状态来显示图像。

[图像生成装置G]

图像生成装置G是场顺序彩色-显示图像生成装置，其包括用于控制从以2D矩阵排列的光发射元件单元输出的光的通过/不通过的光通过控制装置（光阀），并通过时分地控制光发射元件单元中的第一、第二和第三光发射元件中每个的发光/不发光状态来显示图像，且另外使用光通过控制装置控制从第一、第二和第三光发射元件输出的光的通过/不通过。

从图像生成装置的中心输出的光经过平行光发射光学系统的图像生成装置的节点，且入射在光导单元上，该光被称为“中心入射光束”。中心入射光束入射在光导单元的点O处。点O可以被称为光导单元的中心点。如上所述，将经过光导单元的中心点且平行于光导单元的轴向的轴线设置为Y轴，且将经过光导单元的中心点且与光导单元的法线一致的轴线设置为X轴。

第一偏转单元可以配置为反射入射在光导板上的光，且第二偏转单元可以配置为多次透射和反射根据全反射而传播通过光导板的内部的光。在这种情况下，第一偏转单元可以配置为用作反射镜，且第二偏转单元可以配置为用作半透射镜。为了方便起见，该光导单元被称为“第一形式的光导单元”。

在该配置中，第一偏转单元可以包括光反射膜（一种类型的反射镜），其由包括合金的金属形成且反射入射在光导板上的光，或者包括衍射光栅（例如，全息图衍射光栅膜），其衍射入射在光导板上的光。此外，第二偏转单元可以包括其中层压多个电介质层压膜的多层层压结构、半透射镜、偏振光束分光器或者全息图衍射光栅膜。虽然第一或者第二偏转单元布置在光导板内部（嵌入光导板内部），但是在光导板上入射的平行光被反射或者衍射，以使得在光导板上入射的平行光在第一偏转单元中在光导板内部全反射。另一方面，在第二偏转单元中，根据全反射传播通过光导板的内部的平行光反射或者衍射多次，且以平行光的状态从光导板输出。

替代地，第一偏转单元可以配置为衍射在光导板上入射的光，且第二偏转单元可以配置多次衍射根据全反射而传播通过光导板的内部的光。为了方便起见，该光导单元被称为“第二形式的光导单元”。在这种情况下，第一偏转单元和第二偏转单元可以由衍射光栅元件形成。另外，衍射光栅元件可以由反射式衍射光栅元件或者透射式衍射光栅元件形成。替代地，一个衍射光栅元件可以由反射式衍射光栅元件形成，且另一个衍射光栅元件可以由透射式衍射光栅元件形成。可以包括反射体全息图衍射光栅作为反射式衍射光栅元件。为了方便起见，由反射体全息图衍射光栅形成的第一偏转单元可以被称为“第一衍射光栅部件”，且由反射体全息图衍射光栅形成的第二偏转单元可以被称为"第二衍射光栅部件"。也就是说，衍射方向是Y方向，且干涉条纹在Z方向延伸。

根据本公开的图像显示装置可以执行单色（例如，绿色）图像显示。当执行彩色图像显示时，每个由反射体全息图衍射光栅形成的P衍射光栅层可以被层压，以使得第一衍射光栅部件或者第二衍射光栅部件应对具有P个类型（例如，P=3，即，红、绿和蓝这三个类型）的不同波段（或者波长）的P个类型的光的衍射/反射。向每个衍射光栅层提供与一个类型的波段（或者波长）对应的干涉条纹。替代地，为了应对具有P个类型的不同波段（或者波长）的P个类型的光的衍射和反射，P个类型的干涉条纹可以配置为在由一个衍射光栅层形成的第一衍射光栅部件或者第二衍射光栅部件中形成。替代地，例如，视角可以被分为三个相等的部分，且第一衍射光栅部件或者第二衍射光栅部件可以通过与视角对应地层压衍射光栅层而配置。通过采用这些配置，当由第一衍射光栅部件或者第二衍射光栅部件衍射和反射具有多个波段（或者波长）的光束时，可以增大衍射效率和可接受的衍射角并优化衍射角。

第一衍射光栅部件和第二衍射光栅部件可以由光聚合物材料形成。仅需要由反射体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与现有技术的反射体全息图衍射光栅的材料和基本结构相同。反射体全息图衍射光栅指的是仅衍射和反射+1阶衍射光的全息图衍射光栅。虽然向衍射光栅部件提供从衍射光栅部件的内侧延伸到外侧的干涉条纹，但是形成干涉条纹的方法可以与现有技术中采用的方法相同。具体地说，例如，仅需要构成衍射光栅部件的材料（例如，光聚合物材料）在一侧上以第一预定方向上的对象光照射，构成衍射光栅部件的材料在另一侧以第二预定方向上的参考光照射，且将由对象光和参考光形成的干涉条纹记录在构成衍射光栅部件的材料中。通过适当地选择第一预定方向、第二预定方向、对象光和参考光的波长，可以获得在衍射光栅部件的表面上干涉条纹的期望间距和干涉条纹的期望倾斜角。干涉条纹的倾斜角指的是在衍射光栅部件（或者衍射光栅层）的表面和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由其中每个由反射体全息图衍射光栅形成的P衍射光栅层被层压的层压结构形成时，仅需要分开地制造P衍射光栅层，然后例如使用紫外固化树脂粘合剂来层压（粘合）P衍射光栅层。此外，可以通过使用粘合光聚合物材料制造一个衍射光栅层，然后在其上粘合各层粘合光聚合物材料以制造衍射光栅层而形成P衍射光栅层。

替代地，在根据本公开的图像显示装置中，可以由从图像生成装置输出的光入射在其上且从其向着观看者的瞳孔反射和输出入射光的半透射镜形成光导单元。可以提供其中从图像生成装置输出的光传播通过空气且入射在半透射镜上的结构。例如，可以提供其中从图像生成装置输出的光在比如玻璃板或者塑料板的透明部件（具体地说，由与构成将在后面描述的光导板的材料相同的材料形成的部件）内部传播且在半透射镜上入射的结构。半透射镜可以经由透明部件安装在图像生成装置上，且半透射镜可以经由与透明部件分开的部件安装在图像生成装置上。

在第一或第二形式的图像显示装置中，由包括准直光学系统或者中继光学系统的平行光输出光学系统形成的多个平行光束入射在光导板上。平行光束的要求基于如下事实：即使在经由第一偏转单元和第二偏转单元从光导板输出光束之后，也需要存储当光束入射在光导板上时获得的光波前信息。为了产生多个平行光束，具体地说，例如，仅需要图像生成装置的光输出单元位于平行光发射光学系统的焦距的地点（位置）。平行光输出光学系统具有将像素或者虚拟像素的位置信息转换为光导单元中的角信息的功能。

在图像显示装置中，光导板具有根据光导板的内部全反射与光传播方向（Y方向）平行延伸的两个平行表面（第一和第二表面）。当光在其上入射的光导板的表面是光导板的入射表面且从其输出光的光导板的表面是光导板的输出表面时，光导板的入射表面和输出表面两者可以都由第一表面定义，或者光导板的入射表面由第一表面定义而光导板的输出表面由第二表面定义。

例如，光导板可以由包括光学玻璃（比如石英玻璃或者BK7）的玻璃材料或者塑料材料（例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯树酯、丙烯酸树脂、无定形聚丙烯树脂或者包括丙烯腈苯乙烯（AS）树脂的苯乙烯树脂）形成。光导板的形状不限于平板，而是可以弯曲。

根据本公开的图像显示装置，例如，可以配置HMD，可以减小装置的重量和尺寸，可以显著地减少当安装装置时的不舒适，且可以减小制造成本。

HMD包括：

（a）要在观看者的头部上安装的眼镜类型的镜架，和

（b）本公开的图像显示装置。根据HMD，本公开的图像显示装置的数目可以是一个（单目类型）或者两个（双目类型）。光导单元可以是半透射类型（透视类型）。具体地说，面对观看者的瞳孔（双眼）的光导单元的至少一部分配置为半透射的（透视），以使得可以通过光导单元的该部分观看外部场景。

镜架由在观看者的前侧布置的前面部分、经由铰链可枢轴旋转地安装在前面部分的两端的两个镜腿部分和在每个镜腿部分的末梢部分上安装的耳弯部分形成，且另外包括鼻托。当看整个HMD时，除了没有边框之外，镜架和鼻托的组件具有与普通眼镜实质上相同的结构。构成镜架的材料可以是金属、合金或塑料，或者其组合，且可以是与构成普通眼镜的材料相同的材料。鼻托也可以具有公知的配置和结构。

从HMD的设计或者易于佩戴HMD的视角来看，优选地来自一个或两个图像生成装置的布线（信号线、电源线等）形成为从耳弯部分的末梢部分经由镜腿部分和耳弯部分的内部延伸到外部并且连接到控制装置（控制单元或者控制电路）。另外，优选地配置其中每个图像生成装置包括耳机单元的形式，且用于来自每个图像生成装置的耳机单元的布线从耳弯部分的末梢部分经由镜腿部分和耳弯部分的内部延伸到耳机单元。耳机单元的实例是内耳类型的耳机单元和管道类型的耳机单元。更具体地，优选地配置其中来自耳弯部分的末梢部分的耳机单元的布线绕回到耳廓（听囊）的后侧且延伸到耳机单元的形式。

此外，在HMD中，可以形成成像装置以安装在前面部分的中心部分。具体地说，成像装置由固态成像装置形成，例如，由CCD或者CMOS传感器和透镜形成。仅需要从成像装置延伸的布线例如通过前面部分的后面连接到一个图像显示装置，且另外包括在从图像显示装置延伸的布线中。

根据本公开的图像显示装置中没有限制，且中心入射光束可以配置为以除了零度之外的角度（θ_Z0≠0度）与XY平面相交，即，XY平面的入射角θ_Z0（XY平面入射角）可以配置为θ_Z0≠0度。因此，在眼镜类型镜架的安装部分上安装图像显示装置时，关于图像显示装置的安装角度的限制可以减小，且可以获得设计的高自由度。当假定XY平面与水平面一致时，中心入射光束与XY平面相交的角度θ_Z0可以配置为仰角。也就是说，中心入射光束可以配置为从XY平面的下侧向着XY平面与XY平面相交。在这种情况下，优选地是，XY平面以除了零度之外的角度与垂直表面相交，且更优选地是，XY平面以角度θ_Z0’与垂直表面相交。虽然未限制角度θ_Z0’的最大值，但是最大值可以包括5度。这里，水平面包括当观看者查看位于水平方向上的目标（例如，位于无穷远或者地平线的目标）时的视线（观看者的水平视线），且是其中包括观看者的两个水平地定位的瞳孔的平面。此外，垂直面是垂直于水平面的平面。替代地，可以形成从光导单元输出且入射在观看者的瞳孔上的中心入射光束，以便当观看者查看位于水平方向上的目标（例如，位于无穷远或者水平线的目标）时形成俯角。例如，水平面的俯角可以在5度到45度的范围内。

在HMD是双目类型时，优选地是，光导单元另外包括：

连接部件，布置在总体上观看者的脸的中心一侧而不是图像生成装置上，且互连两个图像显示装置，

其中，该连接部件安装在位于观看者的两个瞳孔之间的镜架的中心部分中面对观看者的一侧上，且

其中，连接部件的投影图像包括在镜架的投影图像中。

如上所述，根据其中连接部件安装在位于观看者的两个瞳孔之间的镜架的中心部分的结构，即，当未提供其中图像显示装置直接安装在镜架上的结构时，即使当在观看者的头部上安装镜架时镜腿部分扩展到外部且由此镜架变形时，未由镜架的变形引起图像生成装置或者光导单元的位移（位置改变），或者这种位移即使有也非常小。因此，可以可靠地防止左和右图像的会聚角改变。此外，因为不需要增强镜架的前面部分的刚性，所以可以避免引起镜架重量的增加、设计质量的降低或者成本的增加。此外，因为图像显示装置不直接安装在眼镜类型的镜架上，所以可以根据观看者的喜好自由地选择镜架的设计、颜色等，对镜架的设计存在很少的限制，以使得基于设计的自由度很高。此外，连接部件布置在观看者和镜架之间，且另外，连接部件的投影图像包括在镜架的投影图像中。换句话说，当从观看者的前侧查看HMD时，连接部件隐藏在镜架之后。因此，可以给予HMD高的设计质量。

优选地是，在位于观看者的两个瞳孔之间的前面部分的中心部分（与普通的一对镜片中的镜桥的一部分对应）中，在面对观看者的一侧上安装连接部件。

虽然两个图像显示装置由连接部件连接，但是图像生成装置可以具体地形成为分别安装在连接部件的两个端部，以使得可调节安装状态。在这种情况下，优选地是，每个图像生成装置位于观看者的瞳孔的外部。在这种配置中，另外，需要满足0.01×L≤α≤0.30×L的条件，优选地，0.05×L≤α≤0.25×L，0.35×L≤β≤0.65×L的条件，优选地，0.45×L≤β≤0.55×L，且0.70×L≤γ≤0.99×L的条件，优选地，0.75×L≤γ≤0.95×L，其中，α是在一侧的图像生成装置的安装部分中心和镜架的一个端部（一个绕回的端件）之间的距离，β是从连接部件的中心到镜架的一个端部（一个端件）的距离，γ是在另一侧的图像生成装置的安装部分中心和镜架的一个端部（一个端件）之间的距离，且L是镜架的长度。对于在连接部件的两个端部上图像生成装置的安装，例如，具体地说，连接部件在其每个端部的三个位置处提供有通孔，每个图像生成装置提供有与通孔对应的螺钉咬合部分，且螺钉穿过通孔并与在图像生成装置中提供的螺钉咬合部分咬合。弹簧插入在每个螺钉和螺钉咬合部分之间。可以根据每个螺钉的拧紧状态调节图像生成装置的安装状态（图像生成装置相对于连接部件的倾斜）。

这里，图像生成装置的安装部分中心是在重叠区域中沿着镜架的轴向的二等分点，在该重叠区域中，在图像生成装置安装在连接部件上的状态下，在图像生成装置和镜架投影到虚拟平面上时获得的图像生成装置的投影图像与镜架的投影图像重叠。此外，连接部件的中心是在连接部件安装在镜架上的状态下连接部件与镜架接触的部分中沿着镜架的轴向的二等分点。镜架的长度是当镜架弯曲时镜架的投影图像的长度。将投影的方向设置为垂直于观看者的面部的方向。

替代地，虽然两个图像显示装置由连接部件连接，但是两个光导单元也可以具体地形成为由连接部件连接。两个光导单元以集成方式制造，且在这种情况下，连接部件安装在以集成方式制造的光导单元上，但是该形式也包括在其中连接部件连接两个光导单元的形式中。在一侧上的图像生成装置的中心和镜架的一个端部之间的距离是α′且在另一侧上的图像生成装置的中心和镜架的一个端部之间的距离是γ′时，期望α′和γ′的值实质上与上述α和γ的值相同。图像生成装置的中心是在一部分中沿着镜架的轴向的二等分点，在该部分中，在图像生成装置安装在光导单元上的状态下，在图像生成装置和镜架投影到虚拟平面上时获得的图像生成装置的投影图像与镜架的投影图像重叠。

连接部件的形状基本上可自由地设置，只要连接部件的投影图像包括在镜架的投影图像中，且例如，可以包括杆状和拉长的板状。并且，用于形成连接部件的材料的实例包括金属、合金、塑料及其组合。

[实施例1]

实施例1涉及本公开的图像显示装置和图像生成装置。具体地说，实施例1的图像显示装置包括第一形式的图像生成装置/第一形式的光导单元。虽然图1中图示了实施例1的图像显示装置的概念图，但是实施例1的图像显示装置嵌入在HMD中。此外，在从位于实施例1的图像生成装置的上部的光发射单元输出的光束之中，当从XZ平面观看时光的传播状态和当从XY平面观看时光的传播状态在图2A和图2B中示意性地示出。从位于实施例1的图像生成装置的中心部分的光发射单元输出的光束之中，当从XZ平面观看时光的传播状态和当从XY平面观看时光的传播状态在图3A和图3B中示意性地示出。在与XZ平面的内部对应的平面内从实施例1的图像生成装置输出并引导通过光导单元且到达瞳孔的光的传播状态在图4A中示意性地示出。从图像生成装置的每个光发射单元输出的光在图4B中示意性地示出。图示当从侧面观看光导单元时光导单元和中心入射光束之间的关系的图在图4C和图4D中图示。另外，图5中图示了从上面观看的图像显示装置的示意图。图6中图示了从侧面观看的图像显示装置的示意图。图7中图示了从前面观看的实施例1的图像显示装置的示意图。图示从上面观看的、实施例1的图像显示装置安装在观看者的头部上的状态的图（仅图示了图像显示装置且省略镜架的说明）在图8中图示。

实施例1或将在后面描述的实施例2到8的任何一个的图像显示装置100、200、300、400或者500包括：

（A）图像生成装置111或者211，和

（B）光导单元120、320或者520，来自图像生成装置111或者211的光入射在其上，引导光通过其，且从其向着观看者20的瞳孔21输出光。

此外，实施例1的图像生成装置111或者211是将光输出到光导单元120、320或者520的图像生成装置。

这里，HMD包括：

（a）眼镜类型镜架10，安装在观看者20的头部上，和

（b）图像显示装置100、200、300、400或者500。图像显示装置的数目可以是一个（单目类型）或者两个（双目类型）。在该实施例中，存在其中提供两个图像显示装置的双目类型。图像显示装置100、200、300、400或者500可以固定地附接到镜架或从镜架拆卸。图像生成装置111或者211显示单个颜色的（例如，绿色）图像。此外，光导单元120、320和520是半透射类型（透视类型）。具体地说，面对观看者20的两个瞳孔（双眼）21的光导单元的至少一部分（更具体地，将在后面描述的光导板121或者321和第二偏转单元140或者340）是半透射的（透视的）。

这里，在实施例1或者将在后面描述的实施例2到8的任何一个中，从图像生成装置111或者211的中心输出、通过平行光输出光学系统112或者254的图像生成装置的节点并入射在光导单元120、320或者520上的光（中心入射光束CL）入射在光导单元120、320或者520上的点设置为点O（光导单元中心点O）。在光导单元120、320或者520的一部分中通过光导单元中心点O的法线设置为X轴，且在光导单元120、320或者520的一部分中通过光导单元中心点O的光导单元120、320或者520的轴线设置为Y轴。将在后面描述的第一偏转单元130或者330的中心点是光导单元中心点O。此外，在从图像生成装置111或者211的中心输出的光束之中，在光导单元120或者320的点O（光导单元中心点O）处入射的光的光轴设置为ζ轴。这里，当假定（ζ,η,ξ）正交坐标系时（X,Y,Z）正交坐标系和（ζ,η,ξ）正交坐标系之间的关系变为如下的关系：其中当在根据旋转运动使得X轴与ζ轴一致的状态下假定（X,Y,Z）正交坐标系时，η轴与y轴一致且ξ轴与z轴一致。在实施例1到4和实施例6到8中，ζ轴与X轴一致，η轴与Y轴一致，且ξ轴与Z轴一致。

在实施例1或者将在后面描述的实施例2到5以及实施例7和8的任何一个中，光导单元120或者320包括：

（B-1）光导板121或者321，在入射光根据全反射传播通过内部之后从其输出入射光，

（B-2）第一偏转单元130或者330，偏转在光导板121或者321上入射的光以使得在光导板121或者321上入射的光在光导板121或者321内部全反射，和

（B-3）第二偏转单元140或者340，多次偏转根据全反射传播通过光导板121或者321的内部的光，以使得根据全反射传播通过光导板121或者321的内部的光从光导板121或者321输出。

在实施例1中，将第一偏转单元130和第二偏转单元140布置在光导板121内部。第一偏转单元130反射在光导板121上入射的光，且第二偏转单元140多次透射和反射根据全反射传播通过光导板121的内部的光。也就是说，第一偏转单元130用作反射镜，且第二偏转单元140用作半透射镜。更具体地，在光导板121内部提供的第一偏转单元130包括由铝（Al）形成的、反射在光导板121上入射的光的光反射膜（一种类型的反射镜）。另一方面，在光导板121内部提供的第二偏转单元140由其中层压多个电介质层压膜的多层层压结构形成。电介质层压膜例如由作为高介电常数材料的TiO2膜和作为低介电常数材料的SiO₂膜形成。其中层压多个电介质层压膜的多层层压结构在日本未审查专利申请公开（PCT申请的翻译）2005-521099中公开。虽然在该图中图示了六层电介质层压膜，但是本公开不限于此。由与构成光导板121的材料相同的材料形成的薄片（thin section）夹在电介质层压膜之间。在第一偏转单元130中，反射（或者衍射）在光导板121上入射的平行光，以使得在光导板121上入射的平行光在光导板121内部全反射。另一方面，在第二偏转单元140中，多次反射（或者衍射）根据全反射传播通过光导板121的内部的平行光，并从光导板121以平行光的状态向着观看者20的瞳孔21输出。

对于第一偏转单元130，仅需要通过切断在其上提供光导板121的第一偏转单元130的部分124而提供在其上第一偏转单元130要形成在光导板121上的倾斜表面，且光导板121的切断部分124在光反射膜真空蒸镀在倾斜表面上之后附于第一偏转单元130。此外，对于第二偏转单元140，仅需要制造其中层压与构成光导板121的材料相同材料（例如，玻璃）的多个薄膜和多个电介质层压膜（例如，可通过真空蒸镀形成）的多层层压结构，通过切断在其上提供光导板121的第二偏转单元140的部分125形成倾斜表面，多层层压结构附于该倾斜表面，并通过抛光等布置外部形式。由此，可以获得具有在光导板121内部提供的第一偏转单元130和第二偏转单元140的光导单元120。

这里，在实施例1或者将在后面描述的实施例2到5以及实施例7和8的任何一个中，由光学玻璃材料或者塑料材料形成的光导板121或者321具有根据光导板121或者321的内部全反射而与光传播方向（Y方向）平行延伸的两个平行表面（第一表面122或者322和第二表面123或者323）。第一表面122或者322和第二表面123或者323彼此面对。平行光从与光入射表面对应的第一表面122或者322入射，且入射的平行光根据全反射传播通过内部，然后从与光输出表面对应的第一表面122或者322输出。但是，本公开不限于此，且光入射表面可以由第二表面123或者323形成，且光输出表面可以由第一表面122或者322形成。

在实施例1或者将在后面描述的实施例3中，图像生成装置111是第一形式的图像生成装置，其具有以2D矩阵排列的多个光发射单元（光输出单元、像素或者虚拟像素）。具体地说，图像生成装置111包括反射式空间光调制装置150和由发射白光的LED形成的光源154。每一个完整的图像生成装置111装配在外壳113（在图1中由点划线表示）内部，且在外壳113中提供开口部分（未示出），光通过该开口部分从平行光输出光学系统（准直光学系统112）输出。反射式空间光调制装置150由作为光阀的、由LCOS形成的LCD装置（LCD）151和偏振光束分光器152形成，该偏振光束分光器152反射从光源154输出的一部分光以引导所反射的光到LCD装置151并通过由LCD装置151反射的一部分光以引导所通过的光到准直光学系统112。液晶显示装置151包括以2D矩阵排列的多个（例如，640×480）像素（液晶晶元）。偏振光束分光器152具有公知的配置和结构。从光源154输出的非偏振光与偏振光束分光器152碰撞。偏振光束分光器152通过并输出P偏振分量到系统外部。另一方面，S偏振分量由偏振光束分光器152反射，入射在LCD装置151上，在LCD装置151内部反射并从LCD装置151输出。这里，大量P偏振分量包括在从LCD装置151输出的光中从用于显示“白色”的像素输出的光中，且大量S偏振分量包括在从用于显示“黑色”的像素输出的光中。因此，在从LCD装置151输出并与偏振光束分光器152碰撞的光内的P偏振分量经过偏振光束分光器152并被引导到准直光学系统112。另一方面，S偏振分量由偏振光束分光器152反射并返回到光源154。准直光学系统112例如包括凸透镜。为了产生平行光，图像生成装置111的光输出单元（更具体地，LCD装置151）布置在准直光学系统112的焦距的地点（位置）。在彩色显示的情况下，一个像素包括用于输出红光的红光发射子像素、用于输出绿光的绿光发射子像素和用于输出蓝光的蓝光发射子像素。

镜架10由在观看者20的前侧布置的前面部分11、经由铰链12可枢轴旋转地安装在前面部分11的两端上的两个镜腿部分13和在镜腿部分13的末梢部分上安装的耳弯部分（也称为尖端单元或者耳垫）14形成。此外，在其上安装鼻托10’。也就是说，镜架10和鼻托10’的组件具有基本上与普通眼镜实质相同的结构。另外，每个外壳113使用安装部件19安装在镜腿部分13上。镜架10使用金属或者塑料制造。每个外壳113可以使用安装部件19附接到镜腿部分13或者从镜腿部分13拆卸。另外，当观看者拥有和佩戴眼镜时，每个外壳113可以使用安装部件19附接到由观看者拥有的眼镜的镜架的镜腿部分或者从其拆卸。

另外，从图像生成装置111A和111B延伸的布线（信号线、电源线等）15从耳弯尾部14的末梢部分经由镜腿部分13和耳弯部分14的内部向着外部延伸，并连接到控制装置（控制电路或者控制单元）18。例如，外部图像信号被无线地发送到控制装置18或者图像信号（图像数据）存储在控制装置18中。控制装置18执行图像信号的图像显示处理。控制装置18可以包括公知的电路。此外，图像生成装置111A和111B中的每个具有耳机单元16，且从图像生成装置111A和111B中的每个延伸的耳机布线16’从耳弯部分14的末梢部分经由镜腿部分13和耳弯部分14的内部延伸到耳机单元16。更具体地，耳机布线16’从耳弯部分14的末梢部分延伸，从而绕回耳廓（听囊）的后侧并延伸到耳机单元16。根据这种配置，可以整洁地形成图像显示装置而不给出耳机单元16和耳机布线16’杂乱的印象。

此外，如有必要，具有由CCD或者CMOS传感器和透镜（这些未图示）形成的固态成像装置的成像装置17使用适当的安装部件（未示出）安装在前面部分11的中心部分11’。从成像装置17输出的信号经由从成像装置17延伸的布线（未示出）发送到图像生成装置111A。

顺便提及，在从图像生成装置111或者211的中心输出的光束之中，在光导单元120或者320的点O（光导单元中心点O）入射的光（中心入射光束CL）的光轴设置为ζ轴，且包括ζ轴和Y轴的虚拟平面设置为ζY平面。因为如上参考实施例1到4和实施例6到8所述，ζ轴与X轴一致，η轴与Y轴一致且ξ轴与Z轴一致，所以XY平面、XZ平面和YZ平面分别与ζη平面、ζξ平面和ηξ平面一致，且ζY平面与XY平面一致。那么，从图像生成装置111或者211输出并入射在光导单元120、320或者520的点（0,Y₁,Z₁）的光与ζY平面（在实施例1到4和实施例6到8中的XY平面）形成角度θ_Z并与XZ平面形成角度θ_Y。当Z₁≠0时，满足θ_Z≠θ_Y。当光导单元120、320或者520的XY平面的入射角（XY平面入射角）是θ_Z0时，从图像生成装置111或者211输出并入射在120、320或者520的点（0,0,0）的光（中心入射光束CL）具有θ_Z0=0度（参见图4C）。此外，设置θ_Y=0。

在实施例1中，θ_Y的值是常数而无论Y₁的值如何，且当Z₁的绝对值增大时θ_Z的绝对值增大。当Z₁的绝对值增大时θ_Z的绝对值可以单调或者步进地增大。仅需要通过基于图像显示装置、图像生成装置和光导单元的规格和标定执行各种测试或者仿真，来优化θ_Z的值或者要在之后描述的位移量。

具体地说，在实施例1中，在图像生成装置111中布置其中以2D矩阵排列多个微透镜61的微透镜阵列60。从每个光发射单元（光输出单元）输出的光经由面对光发射单元的微透镜61从图像生成装置111输出。替代地，图像生成装置111提供有光输出角控制部件，且光从图像生成装置111经由光输出角控制部件输出到光导单元120、320或者520。图像生成装置111具有以2D矩阵排列的光发射单元，光输出角控制部件具体地由其中以2D矩阵排列多个微透镜61的微透镜阵列60形成，且从每个光发射单元输出的光经由面对光发射单元的微透镜61从图像生成装置111输出。

例如，微透镜61由柱面透镜或者畸变透镜形成。这里，微透镜61的轴线（圆柱的轴）并行延伸到与光导单元120或者320的Y方向对应的图像生成装置111或者211的方向，当在与光导单元的XZ平面对应的图像生成装置的虚拟平面中切割微透镜61时的横截面形状部分地具有比如半圆、弧或者椭圆的曲线，且当在与光导单元的YZ平面对应的图像生成装置的虚拟平面中切割微透镜61时的横截面形状主要是矩形。

这里，从偏振光束分光器152输出的光对应于从每个光发射单元（光输出单元）输出的光，偏振光束分光器152的光输出点对应于虚拟像素153，且每个虚拟像素153对应于光发射单元。在下文中，光发射单元由附图标记153表示。在从位于实施例1的图像生成装置111的上部（具体地说，偏振光束分光器152的上部）的光发射单元153_E输出并经过相对的微透镜61_E的光束之中，当从XZ平面观看时光的传播状态在图2A中示意性地示出。当从XY平面观看时光的传播状态在图2B中示意性地示出。另外，从位于实施例1的图像生成装置111的中心部分（具体地说，偏振光束分光器152的中心部分）的光发射单元153_C输出并经过相对的微透镜61_C的光束之中，当从XZ平面观看时光的传播状态在图3A中示意性地示出。当从XY平面观看时光的传播状态在图3B中示意性地示出。在图2A和图2B以及图3A和图3B中，光发射单元153_C和153_E由实线包围。

这里，光发射单元153的光轴（通过光发射单元153的中心的法线）AX₁和面对光发射单元153的微透镜61的光轴（通过微透镜61的中心的法线）AX₂的位移量基于（0,Y₁,Z₁）的值定义。在如图3A所示的实例中，由于从位于实施例1的图像生成装置111的中心部分的光发射单元153_C输出的光，值是（0,Y₁,0）且光发射单元153的光轴AX₁和面对光发射单元153的微透镜61的光轴AX₂的位移量是“0”。另一方面，在如图2A所示的实例中，由于从位于实施例1的图像生成装置111的上部的光发射单元153_E输出的光，光发射单元153的光轴AX₁和面对光发射单元153的微透镜61的光轴AX₂的位移量最大。在图4B中示意性地示出了从图像生成装置111的每个光发射单元153输出的光。在图4B中，圆形表示光发射单元153，且在光发射单元153中画出的箭头或者黑点示意性地指示其中从光发射单元153输出并经过光输出角控制部件（微透镜阵列）60的光导向的方向。

此外，从微透镜61输出的光的辐射角（发散角）ω₁可以配置为小于从光发射单元153输出的光的辐射角（发散角）ω₀（参见图2A和图3A）。由此，可以进一步改进从图像生成装置111输出的光的利用效率。辐射角（发散角）是当光通量投射到XZ平面上时的辐射角（发散角）。

在与XZ平面和XY平面的内部对应的平面内，从实施例1的图像生成装置111输出并引导通过光导单元120且到达瞳孔21的光的传播状态在图4A中示意性地示出。顺便提及，如上所述，因为在实施例1中，当Z₁的绝对值增大时θ_Z的绝对值增大，所以可以使得从图像生成装置111输出并经由光输出角控制部件（微透镜阵列）60和平行光输出光学系统（准直光学系统112）引导通过光导单元120的全部光通量（由图4A中的细虚线指示）到达瞳孔21。因此，可以改进从图像生成装置111输出的光的利用效率并可以减小图像生成装置111的功耗。当在图4A中不提供光输出角控制部件（微透镜阵列）60时，从光发射单元153输出并到达瞳孔21的光通量由粗虚线R3’指示。光通量的一部分未到达瞳孔21，发生一种类型的晕映且从图像生成装置111输出的光的利用效率低的问题导致图像生成装置111中功耗增大。

[实施例2]

实施例2是实施例1的修改。实施例2的图像显示装置包括第二形式的图像生成装置/第一形式的光导单元。在如在图9和图11的概念图中图示的、将在后面描述的实施例2或者实施例4的图像显示装置200或者400中，图像生成装置211包括光源251和扫描从光源251输出的平行光的扫描单元253。更具体地，图像生成装置211包括：

光源251，

准直光学系统252，将从光源251输出的光准直为平行光，

扫描单元253，扫描从准直光学系统252输出的平行光，和

平行光输出光学系统（中继光学系统）254，中继并输出由扫描单元253扫描的平行光。整个图像生成装置211装配在外壳213（在图9和图11中由点划线指示）内部，在外壳213中布置开口部分（未示出），光经由该开口部分从中继光学系统254输出。每个外壳213使用安装部件19以可附接/拆卸状态或者固定状态安装在镜腿部分13上。

光源251包括发射白光的光发射装置。从光源251输出的光入射在总体上具有正光功率（positivie optical power）的准直光学系统252上并作为平行光输出。替代地，光源包括发射红光的红光发射元件、发射绿光的绿光发射元件和发射蓝光的蓝光发射元件，且每个光发射元件由半导体激光元件形成。因为从光源输出的三原色的光经过正交棱镜，所以执行颜色合成，集成光程，且光入射在总体上具有正光强度的准直光学系统252上并作为平行光输出。平行光由全反射镜256反射，微镜配置为可以2D方向旋转，由能够二维扫描入射的平行光的MEMS形成的扫描单元253执行水平扫描和垂直扫描，形成一种类型的2D图像，且产生包括虚拟像素（像素的数目，例如，可以与实施例1中的相同）的光发射单元（光输出单元）。然后，从光发射单元（虚拟像素）输出的光经过包括公知的中继光学系统254的平行光输出光学系统，且形成为平行光的光通量入射在光导单元120上。

在实施例1中描述的光输出角控制部件（微透镜阵列）60布置在扫描单元253和平行光输出光学系统（中继光学系统）254之间。

因为光导单元120具有与实施例1中描述的相同的配置和结构，其中由中继光学系统254形成为平行光的光通量在所述光导单元120上入射，且引导入射的光通量通过所述光导单元120且从所述光导单元120输出引导的光通量，所以省略其详细说明。此外，因为除了上面描述的差别之外，实施例2的图像显示装置和HMD具有与实施例1的图像显示装置和HMD相同的配置和结构，所以省略其详细说明。

[实施例3]

实施例3也是实施例1的图像显示装置的修改。实施例3的图像显示装置包括第一形式的图像生成装置和第二形式的光导单元。图10A中图示了实施例3的图像显示装置300的概念图。此外，图10B中图示了其中放大反射体全息图衍射光栅的一部分的示意性剖视图。在实施例3中，如在实施例1中那样，图像生成装置111包括第一形式的图像生成装置。除了第一和第二偏转单元的配置和结构的差别之外，光导单元320的基本配置和结构与实施例1的光导单元120的那些相同。

在实施例3中，第一偏转单元和第二偏转单元布置在光导板321的表面（具体地说，光导板321的第二表面323）上。第一偏转单元衍射在光导板321上入射的光，且第二偏转单元多次衍射根据全反射传播通过光导板321内部的光。这里，第一偏转单元和第二偏转单元由衍射光栅元件，具体地说，反射式衍射光栅元件，且更具体地，反射体全息图衍射光栅形成。在下面描述中，为了方便起见，由反射体全息图衍射光栅形成的第一偏转单元被称为“第一衍射光栅部件330”，且为了方便起见，由反射体全息图衍射光栅形成的第二偏转单元被称为“第二衍射光栅部件340”。

在实施例3或者将在后面描述的实施例4中，第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340包括一个衍射光栅层。在由光聚合物材料形成的每个衍射光栅层中，形成与一种类型的波段（或者波长）对应的干涉条纹，并使用现有技术的方法制造。在衍射光栅层（衍射光学元件）中形成的干涉条纹的间距是恒定的，且干涉条纹具有线性形状并平行于Z轴延伸。第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340的轴线平行于Y轴，且其法线平行于X轴。

为了应对具有P种不同类型波段（或者波长）的光的P个类型（例如，P=3，且红、绿和蓝这三个类型）的衍射和反射，可以通过层压由反射体全息图衍射光栅形成的P个衍射光栅层来形成第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340。与一种类型的波段（或者波长）对应的干涉条纹形成在由光聚合物材料形成的每个衍射光栅层上，并使用现有技术的方法制造。更具体地，第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340具有其中层压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的结构。在衍射光栅层（衍射光栅元件）中形成的干涉条纹的间距是恒定的，且干涉条纹具有线性形状并平行于Z方向延伸。在图10A和图11中，在一个层中图示第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340。通过采用这种配置，可以实现衍射效率的增加，衍射接受角（acceptance angle）的增加，以及当在第一衍射光栅部件330和第二衍射光栅部件340中衍射和反射具有每个波段（或者波长）的光时的衍射角的优化。

图10B中图示了其中放大反射体全息图衍射光栅的示意性部分剖视图。在反射体全息图衍射光栅中，形成具有倾斜角φ的干涉条纹。这里，倾斜角φ表示由反射体全息图衍射光栅的表面和干涉条纹形成的角。从反射体全息图衍射光栅的内部到其表面形成干涉条纹。干涉条纹满足布拉格条件（Bragg condition）。这里，布拉格条件是满足以下表达式（A）的条件。在表达式（A）中，m表示正整数，λ表示波长，d表示光栅表面的间距（沿法线方向的包括干涉条纹的虚拟平面的间隙），且Θ表示光入射在干涉条纹的角的余角。此外，当光以入射角ψ透入衍射光栅部件时，在表达式（B）中示出了余角Θ、倾斜角φ和入射角ψ之间的关系。

m.λ=2.d.sin(Θ)…(A)

Θ=90°-(φ+ψ)…(B)

如上所述，第一衍射光栅部件330布置在（附于）光导板321的第二表面323上，且衍射和反射在光导板321上入射的平行光，以使得从第一表面322入射到光导板321的平行光在光导板321内部全反射。另外，如上所述，第二衍射光栅部件340布置在（附于）光导板321的第二表面323上，并多次衍射和反射根据全反射传播通过光导板321的内部的平行光，且直接从光导板321的第一表面322输出平行光。但是，本公开不限于此。光导板入射表面可以由第二表面323配置，且光导板输出表面可以由第一表面322配置。

然后，平行光根据全反射传播通过光导板321的内部，然后从那里输出。替代地，红、绿和蓝三种颜色的平行光根据全反射传播通过内部，然后从那里输出。此时，因为光导板321很薄，且传播通过光导板321的内部的光的光程很长，所以直到平行光到达第二衍射光栅部件340为止的全反射的数目根据视角（水平视角）而不同。更详细地，在光导板321上入射的平行光束之中，以接近于第二衍射光栅部件340的方向以某一角度（水平视角）入射的平行光的反射的数目小于以远离第二衍射光栅部件340的方向以某一角度在光导板321上入射的平行光的反射的数目。这是由于当传播通过光导板321的内部的光与光导板321的内表面碰撞时，在第一衍射光栅部件330中衍射和反射的平行光束之中，接近于第二衍射光栅部件340以某一角度在光导板321上入射的平行光比在与其相反的方向上以某一角度在光导板321入射的平行光具有与光导板321的法线形成的更大角度。此外，在第二衍射光栅部件340内部形成的干涉条纹的形状和在第一衍射光栅部件330内部形成的干涉条纹的形状是关于光导板321的XZ平面对称的。

根据将在后面描述的实施例4的光导板321基本上也具有与上面描述的光导板321相同的配置和结构。除了上面描述的差别之外，实施例3的图像显示装置和HMD具有与实施例1和2的图像显示装置和HMD相同的配置和结构，且由此省略其详细说明。

[实施例4]

实施例4是根据实施例3的图像显示装置的修改。具体地说，实施例4的图像显示装置包括第二形式的图像生成设备/第二形式的光导单元。图11中图示了实施例4的图像显示装置的概念图。实施例4的图像显示装置400中的光源251、准直光学系统252、扫描单元253、平行光输出光学系统（中继光学系统254）等具有与实施例2的那些相同的配置和结构（第二形式的图像生成装置）。此外，根据实施例4的光导单元320具有与根据实施例3的光导单元320的那些相同的配置和结构。因为除了上面描述的差别之外，实施例4的图像显示装置和HMD具有与实施例1和2的图像显示装置和HMD实质上相同的配置和结构，因此省略其详细说明。

[实施例5]

实施例5是根据实施例1到4的图像显示装置的修改。此外，图12中图示了从侧面观看的实施例5的图像显示装置的示意图。

在实施例1到4中，在图像显示装置100或者300中，从图像生成装置111或者211的中心输出并经过平行光输出光学系统112或者254的节点的中心入射光束CL设计为对于光导板121或者321的XY平面以0度的入射角（XY平面入射角）θ_Z0入射。也就是说，θ_Z0=0度。

也就是说，在由图像显示装置100表示的这种图像显示装置中，如图29B所示，在准直光学系统112的光轴上从图像生成装置111的中心输出的中心入射光束CL由准直光学系统112转换为近似平行光，然后入射在光导板121的第一表面（入射表面）122上。平行光以传播方向A传播，同时由第一衍射单元130在第一表面122和第二表面123之间全反射。随后，中心入射光束CL在XY平面内由第二偏转单元140反射和衍射并从光导板121的第一表面122输出，并到达观看者20的瞳孔21。

在透视类型的图像显示装置中，优选地是，移位光导单元120、320或者520，以布置在在水平方向上观看者的视线之下（观看者的水平方向的视线），以使得当观看者20查看位于水平方向上的观看目标时光导单元120、320或者520不打扰查看。在这种情况下，整个图像显示装置100或者300布置在观看者的水平方向视线之下。在这种配置中，如图30所示（其图示现有技术的一种形式的图像显示装置），需要将整个图像显示装置100倾斜角度θ_Z0”，且可以限制图像显示装置100能够倾斜的角度θ_Z0”，或者可以从与要安装在观看者的头部上的眼镜类型的镜架的安装部分（镜腿部分）的关系减小设计的自由度。因此，更优选地是，形成高自由度的布置和具有设计的高自由度的图像显示装置而不打扰观看者的水平方向的视线。

在实施例5中，形成中心入射光束CL，以便与XY平面以除了零度之外的某一角度（θ_Z0≠0）相交（参见图4D和图12）。中心入射光束CL包括在XZ平面内。此外，在实施例5中，中心入射光束CL与XY平面相交的角度θ_Z0是仰角。也就是说，从XY平面的下侧向XY平面引导中心入射光束CL，并与XY平面碰撞。XY平面以除了零度之外的某一角度，具体地说，以某一角度θ_Z0与垂直表面相交。

在实施例5中，角度θ_Z0=5度。也就是说，光导单元120、320或者520相对于垂直表面倾斜角度θ_Z0。换句话说，光导单元120、320或者520相对于水平表面倾斜（90-θ_Z0）度的角。此外，从光导单元120、320或者520输出的中心入射光束CL相对于水平表面倾斜角2θ_Z0。也就是说，当观看者20查看位于水平方向上无穷远的目标时，从光导单元120、320或者520输出并在观看者20的瞳孔21上入射的中心入射光束CL形成俯角θ_Z0’（=2θ_Z0）。由中心入射光束CL和光导单元120、320或者520的法线形成的角是θ_Z0。

在实施例5的图像显示装置中，中心入射光束CL以除了零度之外的某一角度（θ_Z0）与XY平面相交。这里，从光导单元120或者320输出和在观看者20的瞳孔21上入射的中心入射光束CL形成俯角θ_Z0’，但是存在θ_Z0’=2θ_Z0的关系。另一方面，在如图30所示的实例中，为了获得相同的俯角，需要将整个图像显示装置倾斜角θ_Z0”。这里，θ_Z0”和θ_Z0之间的关系是θ_Z0”=2θ_Z0，由此在如图30所示的实例中光导单元应该相对于垂直表面倾斜2θ_Z0。另一方面，在实施例5中，仅需要将光导单元相对于垂直表面倾向θ_Z0，并水平地保持图像生成装置。因此，更少地限制在眼镜类型的镜架的安装部分上安装图像显示装置时图像显示装置的安装角度，且可以获得设计的高自由度。此外，因为光导单元相对于垂直表面的倾斜小于如图30所示的实例中的倾斜，所以不容易发生外部光由光导单元反射并在观看者20的瞳孔21上入射的现象。因此，可以显示具有高质量的图像。

因为除了上面描述的差别之外，实施例5的图像显示装置具有与实施例1到4的图像显示装置相同的配置和结构，所以省略其详细说明。

[实施例6]

实施例6也是实施例1到4中图像显示装置的修改。图13中图示了从前面观看的实施例6的图像显示装置的示意图，且图14中图示了从上面观看的其示意图。

在实施例6中，光导单元520包括半透射镜，其中从图像生成装置111A和111B输出的光入射在所述半透射镜上，并从所述半透射镜向着观看者20的瞳孔21输出光。此外，虽然在实施例6中提供其中从图像生成装置111A和111B输出的光传播通过比如玻璃板或者塑料板的透明部件521的内部并在光导单元520（半透射镜）上入射的结构，但是可以提供其中光传播通过空气并在光导单元520上入射的结构。此外，图像生成装置可以配置为实施例2中描述的图像生成装置211。

图像生成装置111A和111B中的每个例如使用螺钉安装在前面部分11上。此外，部件521安装在图像生成装置111A和111B中的每个上，且光导单元520（半透射镜）安装在部件521上。因为除了上面描述的差别之外，实施例6的图像显示装置具有与实施例1到4的图像显示装置实质上相同的配置和结构，所以省略其详细说明。

[实施例7]

实施例7涉及其中嵌入本公开的图像显示装置，具体地说，实施例1到6中描述的图像显示装置100、200、300、400和500中的任何一个的HMD。图15中图示了从前面观看的实施例7的HMD的示意图。图16中图示了从前面观看的实施例7（处于其中假定为除去镜架的状态下）的HMD的示意图。此外，图17中图示了从上面观看的实施例7的HMD的示意图。此外，虽然将描述由图像显示装置100表示的图像显示装置，但是不必说，也可以应用图像显示装置200、300、400和500。

实施例7的HMD包括：

（A）眼镜类型镜架10，安装在观看者20的头部上，和

（B）两个图像显示装置100。根据实施例7或者将在后面描述的实施例8的HMD也是其中提供两个图像显示装置100的双目类型。

此外，实施例7的HMD另外包括连接两个图像显示装置100的连接部件70。连接部件70使用螺钉（未示出）安装在位于观看者20的两个瞳孔21之间的镜架10的前面部分11的中心部分11’（与普通的一副眼镜中的镜桥的一部分对应）中面对观看者的一侧（也就是说，在观看者20和镜架10之间）。此外，鼻托10’安装在连接部件70中面对观看者20的一侧。在图17和图20中，省略鼻托10’的图示。镜架10和连接部件70由金属或者塑料形成，且连接部件70的形状是弯曲的杆状。

另外，连接部件70的投影图像包括在镜架10的投影图像内。也就是说，当从观看者20的前侧观看HMD时，连接部件70隐藏在镜架10之后，以使得连接部件70不可见。此外，虽然两个图像显示装置100由连接部件70连接，但是图像生成装置111A和111B可以具体地容纳在外壳113中且分别安装在连接部件70的两个端部上，以使得安装状态可调节。图像生成装置111A和111B中的每个位于观看者20的瞳孔21的外部。具体地说，α=0.1×L，β=0.5×L且γ=0.9×L，其中，α是在一侧的图像生成装置111A的安装部分中心111A_C和镜架10的一个端部（一个端件）10A之间的距离，β是从连接部件70的中心70_C到镜架的一个端部（一个端件）10A的距离，γ是在另一侧的图像生成装置111B的安装部分中心111B_C和镜架的一个端部（一个端件）10A之间的距离，且L是镜架的长度。

对于在连接部件70的端部上图像生成装置（具体地说，图像生成装置111A和111B）的安装，具体地说，连接部件70在其每个端部中在三个位置提供有通孔（未示出），且图像生成装置111A和111B提供有与通孔对应的螺纹孔（螺钉咬合部分（未示出））。螺钉（未示出）穿过通孔，且是与在图像生成装置111A和111B中形成的孔咬合的螺钉。弹簧插入螺钉和孔之间。由此，可以根据螺钉的紧固状态调节每个图像生成装置的安装状态（每个图像生成装置相对于连接部件的倾斜）。在安装之后，螺钉由盖（未示出）隐藏。在图16和图19中，连接部件70和80以对角线画阴影，以使得清楚地示出连接部件70和80。

如上所述，在实施例7的HMD中，连接部件70连接两个图像显示装置100。连接部件70安装在位于观看者20的两个瞳孔21之间的镜架10的中心部分11’上。也就是说，这里不采用其中图像显示装置100直接安装在镜架10上的结构。因此，即使当镜架10安装在观看者20的头部上时，镜腿部分13扩展到外部，且由此镜架10变形时，图像生成装置111A或者111B的位移（位置改变）不由镜架10的变形引起，或者这种位移即使有也非常小。因此，可以可靠地防止左和右图像的会聚角改变。此外，因为不需要增强镜架10的前面部分11的刚性，所以可以避免引起镜架10的重量的增加、设计质量的降低或者成本的增加。此外，因为图像显示装置100不直接安装在眼镜类型镜架10上，所以可以根据观看者的喜好自由地选择镜架10的设计、颜色等。由此，对镜架10的设计存在很少的限制，以使得设计的自由度高。此外，当从观看者的前侧查看HMD时，连接部件70隐藏在镜架10之后。因此，可以给予HMD高的设计质量。

[实施例8]

实施例8是实施例7的修改。图18中图示了从前面观看的实施例8的HMD的示意图。图19中图示了从前面观看的实施例8（处于其中假定除去镜架的状态下）的HMD的示意图。此外，图20中图示了从上面观看的实施例8的HMD的示意图。

在实施例8的HMD中，杆状的连接部件80不同于实施例7，且连接两个光导单元120而不是连接两个图像生成装置111A和111B。两个光导单元120以集成方式制造，且连接部件80可以形成为安装在以集成方式制造的光导单元120上。

这里，即使在实施例8的HMD中，连接部件80也例如使用螺钉安装在位于观看者20的两个瞳孔21之间的镜架10的中心部分11’上，且每个图像生成装置111位于观看者20的瞳孔21的外部。每个图像生成装置111安装在光导单元120的端部上。当从连接部件80的中心80_C到镜架10的一个端部的距离设置为β且镜架10的长度设置为L时，满足β=0.5×L。即使在实施例8中，α’和γ’的值与实施例7的α和γ的值相同。

实施例8的镜架10和每个图像显示装置具有与实施例7的镜架10和图像显示装置相同的配置和结构，因此省略其详细说明。此外，因为除了上面描述的差别之外，实施例8的HMD也具有与实施例7的HMD实质上相同的配置和结构，因此省略其详细说明。

虽然已经基于优选实施例描述了本公开，但是本公开不限于这些实施例。实施例中描述的图像显示装置和图像生成装置的配置和结构仅是示例性的，且可以适当地改变。虽然在实施例1中将Y方向设置为通常与观看者水平的方向，但是取决于图像显示装置、图像生成装置和光导单元的布置状态，Y方向也可以设置为通常垂直于观看者的方向。此外，角度θ_Y可以是除了零度之外的角度。在这种情况下，在光导单元的点（0,Y₁,Z₁）处入射的光以与光导单元中光的光导方向相反的方向穿过光导单元。也就是说，在光导单元的点（0,Y₁,Z₁）处入射的光总体上与光导单元中光的光导方向形成锐角。另外，换言之，优选地是，由在光导单元的点（0,Y₁,Z₁)处入射的光的XY平面的投影图像和Y轴形成的角是锐角。

此外，例如，可以在光导板上排列表面起伏类型全息图（参见美国专利No.20040062505A1）。此外，在实施例3或者4的光导单元中，由透射式全息图形成的第一偏转单元可以配置为布置在光导板321的第一表面332上，且由反射式全息图形成的第二偏转单元可以配置为布置在第二表面323上。在这种配置中，在第一偏转单元上入射的光衍射，满足光导板内的全反射条件，且传播到第二偏转单元。在第二偏转单元中，光被衍射、反射并从光导板输出。在实施例3或者4的光导单元中，衍射光栅元件可以由透射式衍射光栅元件形成。替代地，第一和第二偏转单元中的任何一个可以由反射式衍射光栅元件形成，且另一个可以由透射式衍射光栅元件形成。替代地，衍射光栅元件可以是反射式闪耀光栅元件或者表面起伏全息图。虽然在实施例中已经描述了其中提供两个图像显示装置的双目类型，但是可以提供其中提供一个图像显示装置的单目类型。

作为适当地用于实施例1和3的图像生成装置的修改，例如，如图21的概念图中所示，有源矩阵类型的图像生成装置可以包括其中以2D矩阵排列由半导体光发射元件形成的光发射元件501的光发射面板，并通过控制每个光发射元件501的发光/不发光状态以使得光发射元件501的发光状态直接可见来显示图像。从图像生成装置输出的光经由光输出角控制部件（微透镜阵列）60和准直光学系统112入射在光导板121或者321上。

替代地，如图22的概念图图示的那样，彩色显示图像生成装置可以包括：

（α）红光发射面板511R，其中以2D矩阵排列用于发射红光的红光发射元件501R；

（β）绿光发射面板511G，其中以2D矩阵排列用于发射绿光的绿光发射元件501G；

（γ）蓝光发射面板511B，其中以2D矩阵排列用于发射蓝光的蓝光发射元件501B；和

（δ）用于将从红、绿和蓝光发射面板511R、511G和511B输出的光集成到一个光程中的单元（例如，二向棱镜503）。独立地控制红、绿和蓝光发射元件501R、501G和501B的发光/不发光状态。从该图像生成装置输出的光也经由光输出角控制部件（微透镜阵列）60和准直光学系统112入射在光导板121或者321上。附图标记512表示用于会聚从光发射元件输出的光的微透镜。

替代地，图23中图示了包括其中以2D矩阵排列光发射元件501R、501G和501B的光发射面板511R、511G和511B的图像生成装置的概念图。从光发射面板511R、511G和511B输出的光在由光通过控制装置504R、504G和504B控制其通过/不通过之后入射在二向棱镜503上。将各光束的光程集成到一个光程中，且光束经由光输出角控制部件（微透镜阵列）60和准直光学系统112入射在光导板121或者321上。

替代地，图24中图示了包括其中以2D矩阵排列光发射元件501R、501G和501B的光发射面板511R、511G和511B等的图像生成装置的概念图。从光发射面板511R、511G和511B输出的光入射在二向棱镜503上，且其光程被集成到一个光程中。由光通过控制装置504控制从二向棱镜503输出的光的通过/不通过，且光经由光输出角控制部件（微透镜阵列）60和准直光学系统112入射在光导板121或者321上。

替代地，如图25所示，图像生成装置可以包括：用于发射红光的光发射元件501R、作为用于控制从光发射元件501R输出的红光的通过/不通过的光阀类型的光通过控制装置（例如，LCD装置504R）、用于发射绿光的光发射元件501G、作为用于控制从光发射元件501G输出的绿光的通过/不通过的光阀类型的光通过控制装置（例如，LCD装置504G）、用于发射蓝光的光发射元件501B、作为用于控制从光发射元件501B输出的蓝光的通过/不通过的光阀类型的光通道控制装置（例如，LCD装置504B）、由GaN半导体形成的、用于引导从光发射元件501R、501G和501B输出的光的光导部件502和用于将光的光程集成到一个光程中的单元（例如，二向棱镜503）。从二向棱镜503输出的光经由光输出角控制部件（微透镜阵列）60和准直光学系统112入射在光导板121或者321上。

另外，本技术还可以如下配置。

（1）一种图像显示装置，包括：

（A）图像生成装置；和

（B）光导单元，来自图像生成装置的光入射在所述光导单元上，引导光通过所述光导单元，且光从所述光导单元向着观看者的瞳孔输出，

其中，当从图像生成装置的中心输出的光入射到光导单元上的点设置为点O时，在光导单元的一部分中穿过点O的法线设置为X轴，在光导单元的一部分中穿过点O的光导单元的轴设置为Y轴，在从图像生成装置的中心输出的光束之中在光导单元的点O入射的光的光轴设置为ζ轴，且包括ζ轴和Y轴的虚拟平面设置为ζY平面，从图像生成装置输出且在点（0,Y₁,Z₁）入射的光与ζY平面形成角度θ_Z并与XZ平面形成角度θ_Y，且

其中，当Z₁≠0时，满足θ_Z≠θ_Y。

（2）根据（1）的图像显示装置，

其中，θ_Y的值是恒定的而无论Y₁的值如何，和

其中，当Z₁的绝对值增大时θ_Z的绝对值增大。

（3）根据（2）的图像显示装置，

其中，当Z₁的绝对值增大时θ_Z的绝对值可以单调或者步进地增大。

（4）根据（2）或者（3）的图像显示装置，

其中，图像生成装置具有以二维（2D）矩阵排列的光发射单元，

其中，将以2D矩阵排列多个微透镜的微透镜阵列布置在图像生成装置中，

其中，从每个光发射单元输出的光通过面对光发射单元的微透镜从图像生成装置输出，和

其中，光发射单元的光轴和面对光发射单元的微透镜的光轴的位移量基于（0,Y₁,Z₁）的值定义。

（5）根据（4）的图像显示装置，

其中，微透镜由柱面透镜或者畸变透镜形成。

（6）根据（4）或者（5）的图像显示装置，

其中，从微透镜输出的光照射角小于从光发射单元输出的光照射角。

（7）根据（1）到（3）中的任何一个的图像显示装置，

其中，图像生成装置具有光输出角控制部件，和

其中，光通过光输出角控制部件从图像生成装置输出到光导单元。

（8）根据（7）的图像显示装置，

其中，图像生成装置具有以2D矩阵排列的光发射单元，

其中，光输出角控制部件由其中以2D矩阵排列多个微透镜的微透镜阵列形成，和

其中，从每个光发射单元输出的光通过面对光发射单元的微透镜从图像生成装置输出。

（9）根据（8）的图像显示装置，

（10）根据（8）或者（9）的图像显示装置，

其中，微透镜由柱面透镜或者畸变透镜形成。

（11）根据（8）到（10）中的任何一个的图像显示装置，

（12）根据（1）到（11）中任何一个的图像显示装置，

其中，光导单元包括

（B-1）光导板，在入射光根据全反射传播通过内部之后从其输出入射光，

（B-2）第一偏转单元，配置为偏转在光导板上入射的光，以使得在光导板上入射的光在光导板内部全反射，和

（B-3）第二偏转单元，配置为多次偏转根据全反射传播通过光导板的内部的光以使得根据全反射传播通过光导板的内部的光从光导板输出。

（13）根据（1）到（12）中的任何一个的图像显示装置，

其中，图像生成装置由液晶显示器、有机电致发光显示装置或者光发射元件阵列形成。

（14）一种图像生成装置，用于输出光到光导单元，该光导单元包括：光导板，在入射光根据全反射传播通过内部之后从其输出入射光；第一偏转单元，配置为偏转在光导板上入射的光以使得在光导板上入射的光在光导板内部全反射；和第二偏转单元，配置为多次偏转根据全反射传播通过光导板的内部的光，以使得根据全反射传播通过光导板的内部的光从光导板输出。

其中，当从图像生成装置中心输出的光入射在光导单元上的点设置为点O时，在光导单元的一部分中穿过点O的法线设置为X轴，在光导单元的一部分中穿过点O的光导单元的轴设置为Y轴，在从图像生成装置的中心输出的光束之中在光导单元的点O入射的光的光轴设置为ζ轴，且包括ζ轴和Y轴的虚拟平面设置为ζY平面时，从图像生成装置输出并在点（0,Y₁,Z₁）入射的光与ζY平面形成角度θ_Z且与XZ平面形成角度θ_Y，和

其中，当Z₁≠0时，满足θ_Z≠θ_Y。

从上述应该认可，本发明的某些实施例提供图像显示装置，包括：多个光发射单元，以包括在第一方向延伸的多个行的阵列排列，该多个光发射单元中的每个具有光轴；和多个微透镜，以阵列排列以使得从该多个光发射单元中的每个发射的光穿过多个微透镜中的相应的一个，该多个微透镜中的每个具有光轴；其中，多个行的至少一个中的光发射单元的光轴偏离多个行的至少一个中相应的微透镜的光轴。

多个行的光发射单元可以包括至少一个第一行，且特定行中的光发射单元的光轴和相应的微透镜的光轴之间的偏移可以作为特定行和至少一个第一行之间的距离的函数而变化。例如，特定行中的光发射单元的光轴和相应的微透镜的光轴之间的偏移随着特定的行和至少一个第一行之间的距离增加而增加。该至少一个第一行例如可以实质上位于多个行的中心。

多个行的光发射单元可以包括在阵列中在至少一个第一行以下的行，且在至少一个第一行以下的行中的光发射单元的光轴可以位于在相应的微透镜的光轴以上的偏移。多个行的光发射单元可以包括在阵列中在至少一个第一行以上的行，且在至少一个第一行以上的行中的光发射单元的光轴可以位于在相应的微透镜的光轴以下的偏移。

多个行的光发射单元可以包括第一行、在阵列中与第一行相邻的第二行和在阵列中与第二行相邻的第三行，且在第一行中光发射单元的光轴和第二行中光发射单元的光轴之间的第一距离大于在第二行中光发射单元的光轴和在第三行中光发射单元的光轴之间的第二距离。第一行例如可以实质上位于多个行的中心。在一些实施例中，第二行可以在阵列中位于第一行以上，且第三行可以在阵列中位于第二行以上。在其它实施例中，第二行可以在阵列中位于第一行以下，且第三行可以在阵列中位于第二行以下。

多个行可以包括在阵列中距离至少一个第一行最远的至少一个边缘行，且其中光发射单元的光轴不同于相应的微透镜的光轴的多个行中的至少一个可以包括该至少一个边缘行。在一些实施例中，该至少一个边缘行可以包括在阵列中在至少一个第一行以下的行，且在至少一个边缘行中光发射单元的光轴可以位于相应的微透镜的光轴以上。在其它实施例中，该至少一个边缘行可以包括在阵列中在至少一个第一行以上的行，且在至少一个边缘行中光发射单元的光轴可以位于相应的微透镜的光轴以下。

在一些实施例中，其中排列多个光发射单元的阵列可以包括多个列。

本发明的某些实施例提供头部安装的显示器，包括：眼镜类型镜架，配置用于安装在头部上；和图像显示装置，附于眼镜类型镜架。头部安装的显示器可以包括配置为沿着第一方向从光发射单元传播光的光波导。在一些实施例中，图像显示装置可以附于眼镜类型镜架，以使得当眼镜类型镜架安装在头部上时，其中多个行延伸的第一方向实质上是水平的。在其它实施例中，图像显示装置可以附于眼镜类型镜架，以使得当眼镜类型镜架安装在头部上时，其中多个行延伸的第一方向实质上是垂直的。

本发明的某些实施例提供头部安装的显示器，包括：光学系统；光波导；第一衍射光栅和第二衍射光栅，每个位于光波导的一部分上；镜架，配置用于安装在头部上；和图像显示装置，附于镜架。

本发明的某些实施例提供图像显示装置，包括：多个光发射单元，以包括多个行的阵列排列，该多个行包括至少一个第一行；和多个微透镜，以阵列排列以使得从多个光发射单元中的每个发射的光经过多个微透镜中相应的一个，多个微透镜中的每个具有光轴；其中，来自特定行中的光发射单元的光以对光轴的某一角度经过相应的微透镜，且角度作为该特定行和至少一个第一行之间的距离的函数而变化。

本领域技术人员应该理解，取决于设计要求及其他因数，可以进行各种修改、组合、部分组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等效物的范围内即可。

本公开包含与在2012年3月14日在日本专利局提交的日文优先权专利申请JP2012-057452中公开的主题相关的主题，在此通过引用包含其全部内容。

Claims

1.一种图像显示装置，包括：

多个光发射单元，以包括在第一方向上延伸的多个行的阵列排列，所述多个光发射单元中的每个具有光轴；和

多个微透镜，以阵列排列以使得从所述多个光发射单元中的每个发射的光经过所述多个微透镜中相应的一个，所述多个微透镜中的每个具有光轴；

其中，在多个行的至少一个中的光发射单元的光轴偏离在多个行的至少一个中相应的微透镜的光轴；

其中，多个行的光发射单元包括至少一个第一行，且特定行中的光发射单元的光轴和相应的微透镜的光轴之间的偏移作为特定行和至少一个第一行之间的距离的函数而变化。

2.根据权利要求1的图像显示装置，其中，特定行中的光发射单元的光轴和相应的微透镜的光轴之间的偏移随着特定行和至少一个第一行之间的距离增加而增加。

3.根据权利要求2的图像显示装置，其中，所述多个行的光发射单元包括阵列中至少一个第一行以下的行，且在所述至少一个第一行以下的行中的光发射单元的光轴位于相应的微透镜的光轴以上的偏移。

4.根据权利要求2的图像显示装置，其中，所述多个行的光发射单元包括阵列中所述至少一个第一行以上的行，且在所述至少一个第一行以上的行中的光发射单元的光轴位于相应的微透镜的光轴以下的偏移。

5.根据权利要求1的图像显示装置，其中，所述至少一个第一行实质上位于多个行的中心。

6.根据权利要求1的图像显示装置，其中，所述多个行的光发射单元还包括：在阵列中与所述第一行相邻的第二行和在阵列中与所述第二行相邻的第三行，且所述第一行中光发射单元的光轴和所述第二行中光发射单元的光轴之间的第一距离大于所述第二行中光发射单元的光轴和所述第三行中光发射单元的光轴之间的第二距离。

7.根据权利要求6的图像显示装置，其中，所述第一行实质上位于多个行的中心。

8.根据权利要求6的图像显示装置，其中，所述第二行在阵列中位于所述第一行以上，且所述第三行在阵列中位于所述第二行以上。

9.根据权利要求6的图像显示装置，其中，所述第二行在阵列中位于所述第一行以下，且所述第三行在阵列中位于所述第二行以下。

10.根据权利要求1的图像显示装置，其中，所述多个行包括阵列中距离所述至少一个第一行最远的至少一个边缘行，且其中光发射单元的光轴不同于相应的微透镜的光轴的多个行中的至少一个包括所述至少一个边缘行。

11.根据权利要求10的图像显示装置，其中，所述至少一个边缘行包括阵列中所述至少一个第一行以下的行，且其中，在所述至少一个边缘行中光发射单元的光轴位于相应的微透镜的光轴以上。

12.根据权利要求10的图像显示装置，其中，所述至少一个边缘行包括阵列中所述至少一个第一行以上的行，且其中，在所述至少一个边缘行中光发射单元的光轴位于相应的微透镜的光轴以下。

13.根据权利要求1的图像显示装置，其中，排列多个光发射单元的阵列包括多个列。

14.一种头部安装的显示器，包括：

眼镜类型镜架，配置用于安装在头部上；和

根据权利要求1的图像显示装置，附于所述眼镜类型镜架。

15.根据权利要求14的头部安装的显示器，进一步包括配置为沿着第一方向传播来自光发射单元的光的光波导。

16.根据权利要求14的头部安装的显示器，其中，所述图像显示装置附于所述眼镜类型镜架，以使得当所述眼镜类型镜架安装在头部上时，多个行延伸的第一方向是实质上水平的。

17.根据权利要求14的头部安装的显示器，其中，所述图像显示装置附于所述眼镜类型镜架，以使得当所述眼镜类型镜架安装在头部上时，多个行延伸的第一方向是实质上垂直的。

18.一种头部安装的显示器，包括：

光学系统；

光波导；

第一衍射光栅和第二衍射光栅，每个位于所述光波导的一部分上；

镜架，配置用于安装在头部上；和

根据权利要求1的图像显示装置，附于所述镜架。

19.一种图像显示装置，包括：

多个光发射单元，以包括多个行的阵列排列，所述多个行包括至少一个第一行；和

其中，来自特定行中的光发射单元的光以相对光轴的一个角度经过相应的微透镜，且所述角度作为所述特定行和所述至少一个第一行之间的距离的函数而变化。