CN103309036A - 虚像显示装置 - Google Patents
虚像显示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103309036A CN103309036A CN2013100745700A CN201310074570A CN103309036A CN 103309036 A CN103309036 A CN 103309036A CN 2013100745700 A CN2013100745700 A CN 2013100745700A CN 201310074570 A CN201310074570 A CN 201310074570A CN 103309036 A CN103309036 A CN 103309036A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mentioned
- virtual image
- light
- wearer
- display apparatus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
- G02B2027/0154—Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements
Abstract
提供一种虚像显示装置,是使图像光和外界光重叠的透视类型,能抑制装置的大型化并容易地根据眼的位置进行调整。一边确认作为定位用部件的标记部件(MP1)一边通过位置对合机构(300)相对自身的眼(EY)的位置进行虚像显示装置(100)的位置调整,因此能容易地对合到最适合的调整位置。并且,关于眼(EY)的位置根据个体差异的位置对合能变得简单,即使眼的位置存在某种程度的差异,也能识别图像而不需要将图像光(GL)的光束预先变宽而呈具有冗余的状态,能抑制装置大型化。
Description
技术领域
本发明涉及在头部佩戴使用的头戴显示器等的虚像显示装置。
背景技术
近年来,作为如头戴显示器那样地可进行虚像的形成及观察的虚像显示装置,提出了各种将来自显示元件的图像光引导至作为观察者的佩戴者的瞳孔的类型,例如为了使形成虚像的图像光和来自外界的光即外界光重叠,提出了透视的类型(参照专利文献1)。
然而,佩戴者的眼的位置存在个体差异,通过虚像显示装置向佩戴者可靠地引导图像光并不容易。例如,考虑扩大图像光的光束使其以具有冗余(裕量)的状态形成,使得即使眼的位置略有不同也能识别图像光,但是这个情况下,产生为了扩大光束而必需使光学系统全体大型化这样的问题。
【专利文献1】特开2007-178941号公报
发明内容
本发明的目的在于,提供一种虚像显示装置,是使图像光和外界光重叠的透视类型,能抑制装置的大型化并容易地根据眼的位置进行调整。
为了达成目的,本发明的虚像显示装置包括:(a)虚像形成部,使外界光透射并形成基于图像光的虚像;(b)定位用部件,安装在与虚像形成部的光学系统的标准位置相对应的预定位置,在佩戴者佩戴虚像形成部的佩戴状态下显示使佩戴者识别标准位置并成为定位的标志的标记;(c)位置对合机构,将虚像形成部的光学系统以及安装在该光学系统的定位用部件一起移动,对佩戴者的眼调整虚像形成部的位置。
虚像显示装置中,一边通过定位用部件确认一边相对自身的眼的位置进行虚像显示装置的位置调整即位置对合,由此容易地对合在最适合的调整位置。并且,关于眼的位置根据个体差异的位置对合能变得简单,伴随于此,例如,不需要通过在光学设计中将图像光的光束变宽而呈具有冗余的状态,由此即使眼的位置存在某种程度的差异,也能识别图像,所以能抑制装置大型化。还有,虚像形成部成为使图像光和外界光重叠的透视类型,所以能够使佩戴者识别通过外界光由定位用部件进行的标准位置的显示。具体地,例如,能一边利用对镜子反映出佩戴者佩戴虚像显示装置的状态的自身,也就是,透视类型,通过外界光确认自身的眼的位置和定位用部件表示的标准位置,一边进行位置对合。
根据本发明的具体的方面,位置对合机构,能够在佩戴状态下至少关于佩戴者的眼宽度方向调整。这个情况下,由于能够关于眼宽度方向调整,可对自身的眼的位置调整成为最适合。
根据本发明的其他方面,位置对合机构,能够沿着对于光轴垂直的平面关于与眼宽度方向垂直的方向调整。这个情况下,不仅作为左右方向的眼宽度方向,还能关于上下方向即眼的高度方向简单地调整。
根据本发明的其他方面,(a)虚像形成部包括:(a1)投射光学系统,投射来自图像显示装置的图像光;(a2)形成基于图像光的虚像的导光装置,其具有向内部取入来自投射光学系统的图像光的光入射部、引导从光入射部取入的图像光的导光部、向外部取出经过了导光部的图像光的光射出部;(b)位置对合机构,使得投射光学系统及导光装置中至少导光装置,与定位用部件一起移动。这个情况下,通过由导光装置形成虚像,并且,位置对合机构使导光装置移动,能够进行位置调整。
根据本发明的其他方面,(a)虚像形成部包括:(a1)信号光调制部,形成对应图像而调制的信号光;扫描光学系统,将调制的信号光通过扫描而作为扫描光射出;(a2)被照射部件,接受来自扫描光学系统的扫描光的照射并形成基于图像光的虚像;(b)位置对合机构,使得信号光调制部、扫描光学系统及被照射部件中至少被照射部件,与定位用部件一起移动。这个情况下,通过由被照射部件形成虚像,并且,位置对合机构使被照射部件移动,能够进行位置调整。
根据本发明的其他方面,定位用部件对于预定位置能够装卸。这个情况下,位置调整后的虚像观察时,能取下定位用部件,使得定位用部件不会成为观察的阻碍。
根据本发明的其他方面,能够经由镜子部件使佩戴者识别佩戴者的眼和定位用部件,其中镜子部件配置为关于光轴方向与定位用部件相比在离佩戴者的眼远侧与佩戴者的眼相对。这个情况下,利用镜子部件,能简易且迅速地进行位置调整。
根据本发明的其他方面,定位用部件显示使佩戴者识别标准位置的物体的标记;虚像形成部形成影像标记,影像标记能够将作为基于图像光的虚像使佩戴者识别的显示图像的范围与物体的标记比较地显示。这个情况下,佩戴者能一边对比由影像标记表示的图像显示的范围和识别由定位用部件显示的标准位置的物体的标记的位置,一边简易且迅速地进行位置调整。
根据本发明的其他方面,位置对合机构具有:关于调整的方向以一定的间距离散配置的沟状及突起状的定位部。这个情况下,能更简易地进行位置调整。
根据本发明的其他方面,位置对合机构的定位部中,还包括:信息存储部,存储关于离散确定的调整位置的信息;信息显示部,能够向佩戴者显示在信息存储部存储的信息。这个情况下,通过确认存储的调整位置,能简易且迅速地再现对自身来说最适合的位置。
根据本发明的其他方面,定位用部件,以虚像形成部的光学系统的光轴通过的位置作为标准位置,安装在预定位置。这个情况下,通过将眼的中心对合在标准位置,能向最适合的位置进行调整。
为了达成上述目的,本发明的虚像显示装置的位置调整方法,(a)虚像显示装置包括:(a1)虚像形成部,使外界光透射并形成基于图像光的虚像;(a2)定位用部件,安装在与虚像形成部的光学系统的标准位置相对应的预定位置,在佩戴者佩戴虚像形成部的佩戴状态下显示使佩戴者识别标准位置并成为定位的标志的标记;(a3)位置对合机构,使虚像形成部的光学系统和安装在该光学系统的定位用部件一起移动,相对佩戴者的眼调整虚像形成部的位置;(a4)信息存储部,存储关于由位置对合机构进行调整的调整位置的信息;虚像显示装置的位置调整方法包括:(b)标准位置显示步骤,通过定位用部件显示标准位置,能够使该佩戴者识别标准位置和佩戴者的眼的位置的偏差;(c)调整位置存储步骤,使上述信息存储部存储关于上述调整位置的信息,其中,上述调整位置是基于上述标准位置显示步骤中的上述标准位置的显示,由上述位置对合机构做出了调整的位置。
根据虚像显示装置的位置调整方法,在标准位置显示步骤中,能使该佩戴者识别标准位置和佩戴者的眼的位置的偏差,如果例如能关于眼宽度方向调整,根据关于眼宽度的个体差异的位置对合能变简单。还有,由于在信息存储部存储关于调整位置的信息,再次的位置对合中能更简易且迅速地进行位置对合。
附图说明
图1(A)是构成虚像显示装置的第1显示装置的主体部分的俯视断面图,(B)是主体部分的主视图。
图2是具体地说明虚像显示装置的光学系统的光路的一个例子的俯视图。
图3(A)是表示位置对合机构的主视图,(B)是表示上下用位置对合机构的主视图,(C)是俯视图,(D)是表示左右用位置对合机构的主视图。
图4(A)是表示包含安装有定位用部件的导光装置的光学系统的模式图,(B)是表示由位置对合机构进行调整的情况的模式图,(C)是表示调整后的情况的模式图。
图5是表示采用镜子的情况的佩戴者的眼和定位用部件的位置关系的图。
图6是模式地表示佩戴虚像显示装置的状态的主视图。
图7(A)是表示左眼侧的位置调整的图,(B)是表示右眼侧的位置调整的图,(C)是表示关于双眼做出位置调整的状态的图。
图8(A)是表示第2实施方式涉及的虚像显示装置的位置对合机构的主视图,(B)是说明定位用部件的结构的俯视图。
图9(A)是表示作为虚像显示的影像标记的图,(B)是表示定位用部件的标记的位置的图,(C)是表示以从影像标记的中心离开的状态来识别标记的位置的情况的图,(D)是表示以与影像标记的中心重叠的状态来识别标记的位置的情况的图。
图10是说明第3实施方式涉及的虚像显示装置的位置对合机构的图。
图11(A)是说明第4实施方式涉及的虚像显示装置的位置对合机构的方块图,(B)是表示显示图像的图。
图12(A)是表示第5实施方式涉及的虚像显示装置的断面图,(B)及(C)是导光装置主视图及俯视图。
图13是说明图像光的光路的模式图。
图14是说明包含半透半反镜层的接合部的断面图。
图15(A)是表示第6实施方式涉及的虚像显示装置的断面图,(B)及(C)是导光装置的主视图及俯视图。
图16是说明图像光的光路的模式图。
图17是表示第7实施方式涉及的虚像显示装置的图。
图18是说明虚像显示装置的位置调整的图。
【符号的说明】
10…图像形成装置,11…图像显示装置,12…投射光学系统,20、420、520…导光装置,20a…主体部分,21、421、521…导光部件,21a、21b、21c、21d…第1-第4反射面,23…光透射部件,23s…主体部分,23a…第1面,23b…第2面,25…镜层,28…半透半反镜层(半透射反射膜),100、200…虚像显示装置,100A…显示装置(虚像形成部),IP…虚像形成部,MP1、MP2…标记部件(定位用部件),CR…标记(物体的标记),SI…影像标记,XX…点,300…位置对合机构,423、523、623…角度变换器,424…棱镜,210…光射出装置,211…信号光调制部,212…扫描光学系统,AX、AX1、AX2…光轴,B1…光入射部,B2…导光部,B3…光射出部,B4…透视部,EY…眼,GL、GL1、GL2…图像光,OL…外界光,IS…光入射面,OS…光射出面,SL…照明光
具体实施方式
以下,参照附图,详细说明本发明的一实施方式涉及的虚像显示装置。
〔A.虚像显示装置的概要〕
如图1(A)及1(B)表示的实施方式的虚像显示装置100是具有如眼镜那样的外观的头戴显示器,对作为佩戴这个虚像显示装置100的观察者的佩戴者使其能识别虚像的图像光,并且,能使佩戴者透视观察外界像。图1(A)表示的虚像显示装置100中,省略一侧的图示,也省略盖部分等的第1显示装置100A表示虚像显示装置100中形成左眼用的虚像的部分。
在图示的状态下,对佩戴者来说正前方的方向是沿着构成虚像显示装置100的光学系统的射出侧的光轴即第2光轴AX2的方向,第2光轴AX2从虚像显示装置100侧朝向佩戴者侧的方向为+Z方向,对佩戴者来说眼不排列的上下方向为±Y方向,眼排列的左右方向为±X方向。
〔B.显示装置的结构〕
以下,通过说明第1显示装置100A的结构的一个例子,来说明虚像显示装置100的结构的一个例子。第1显示装置100A包括:图像形成装置10、导光装置20、作为定位用部件的标记部件MP1、位置对合机构300。在这里,把第1显示装置100A中,实质地形成虚像的部分即图像形成装置10和导光装置20,作为虚像形成部IP。详细以图3(A)等后述,但是,第1显示装置100A,通过作为定位用部件的标记部件MP1、位置对合机构300,对眼EY进行虚像形成部IP的位置调整,确保图1(A)表示的佩戴者与虚像显示装置100的正确位置关系的状态。
以下,作为说明虚像形成部IP的位置调整的前提,来说明构成作为形成虚像的部分的虚像形成部IP的图像形成装置10及导光装置20的结构。
图像形成装置10具有图像显示装置11、投射光学系统12。其中,图像显示装置11具有:射出2维的照明光SL的照明装置31、作为透射型的空间光调制装置的液晶显示设备32。
照明装置31具有:发生含有红、绿、蓝的3色的光的光源31a、扩散来自光源31a的光并使其成为矩形断面的光束的背光导光部31b。液晶显示设备32空间地调制来自照明装置31的照明光SL,形成应该成为动态图像等的显示对象的彩色图像光。
投射光学系统12是将从液晶显示设备32上的各点射出的图像光变为平行状态的光束的准直透镜。
导光装置20通过接合导光部件21和光透射部件23而成,作为全体构成与XY面平行延伸的平板状的光学部件。
导光装置20中,导光部件21是俯视为梯形的棱镜状部件,作为侧面,具有第1反射面21a、第2反射面21b、第3反射面21c、第4反射面21d。第1及第2反射面21a、21b沿着XY面延伸。还有,第3反射面21c对XY面以45°以下的锐角α倾斜,第4反射面21d对XY面例如以45°以下的锐角β倾斜。通过第3反射面21c的光轴即作为光学系统的入射侧的光轴的第1光轴AX1、和通过第4反射面21d的光轴即作为光学系统的射出侧的光轴的第2光轴AX2,平行配置。
导光部件21用可见范围呈现高的光透射性的树脂材料形成。导光部件21以通过注塑成型一体成型的块状部件为主体部分20a。这样的导光部件21将作为基础材料的主体部分20a设为一体形成的部件,但是,可以考虑从功能上将其分成光入射部B1、导光部B2和光射出部B3。
光入射部B1是三角棱镜状的部分,具有作为第1反射面21a的一部分的光入射面IS;和与光入射面IS相对的第3反射面21c。光入射面IS是用于取入来自图像形成装置10的图像光GL的内侧或观察者侧的平面,与投射光学系统12相对,与其第1光轴AX1垂直延伸。第3反射面21c具有矩形的轮廓,在其矩形区域全体,具有用于将通过光入射面IS的图像光GL反射并引导至导光部B2内的全反射镜即镜层25。这个镜层25通过在导光部件21的主体部分20a的斜面RS上由铝等的蒸镀实施成膜而形成。第3反射面21c对于投射光学系统12的第1光轴AX1或XY面以例如锐角α=25°~27°倾斜,通过将从光入射面IS入射的全体朝向+Z方向的图像光GL弯曲为全体地朝向偏-Z方向的-X方向,将图像光GL可靠地结合到导光部B2内。
导光部B2具备分别全反射由光入射部B1弯曲的图像光的第1反射面21a和第2反射面21b,这两个反射面作为相互相对且与XY面平行延伸的2个平面。在这里,第1反射面21a设为处于接近图像形成装置10的内侧或观察者侧,第2反射面21b设为处于远离图像形成装置10的表面侧或外界侧。这个情况下,第1反射面21a成为与上述的光入射面IS、后述的光射出面OS共同的面部分。第1及第2反射面21a、21b是利用折射率差的全反射面。
由光入射部B1的第3反射面21c反射的图像光GL首先入射第1反射面21a并全反射。接着,该图像光GL入射第2反射面21b并全反射。以下该操作反复进行,从而图像光全体被引导至导光装置20的进深侧的主导光方向即设置光射出部B3的-X侧。另外,由于在第1及第2反射面21a、21b未施加反射涂层,因此从外界侧入射第2反射面21b的外界光或外光以高透射率通过导光部B2。即,导光部B2是可透视外界像的透视型。
光射出部B3是三角棱镜状的部分,具有作为第1反射面21a的一部分的光射出面OS、和与光射出面OS相对的第4反射面21d。光射出面OS是用于向佩戴者的眼EY射出图像光GL的内侧平面,与光入射面IS同样,成为第1反射面21a的一部分,与第2光轴AX2垂直延伸。第4反射面21d是矩形的平坦面,在第4反射面21d的中央配置的矩形的部分区域具有半透半反镜层28,其反射经过第1及第2反射面21a、21b入射的图像光GL并向光射出部B3外射出,并且使外界光OL透射。这个半透半反镜层28是具有光透射性的半透射反射膜。半透半反镜层28通过在导光部件21中构成第4反射面21d的斜面RR上例如由银等的金属反射膜和/或电介质多层膜成膜而形成。半透半反镜层28对图像光GL的反射率从容易透视地观察外界光OL的观点看,在假定的图像光GL的入射角范围中设为10%以上且50%以下。
第4反射面21d相对于与第1反射面21a垂直的第2光轴AX2或XY面以例如锐角α=25°~27°倾斜,通过上述半透半反镜层28,使经导光部B2的第1及第2反射面21a、21b入射的图像光GL部分地反射,以全体朝向-Z方向的方式弯曲,从而通过光射出面OS。
在这里,第4反射面21d上的点中,将第2光轴AX2通过的点作为在虚像形成部IP的光学系统中位置对合的标准位置(基准位置)SP。这个情况下,作为基准位置的标准位置SP表示第4反射面21d的中心即半透半反镜层28的中心,表示包含导光装置20的光学系统全体的成为射出侧的标准的位置。根据这个标准位置SP,通过对眼EY调整虚像形成部IP的位置,能够成为如图1(A)表示那样的正确的位置关系。
光透射部件23包括具有与导光部件21的主体部分20a同样的折射率的主体部分23s,具有:第1面23a、第2面23b、第3面23c。第1及第2面23a、23b,与第1及第2反射面21a、21b同样,沿着XY面延伸。还有,第3面23c对XY面倾斜,与导光部件21的第4反射面21d相对平行配置。也就是,光透射部件23成为具有由第2面23b和第3面23c夹着的楔状的部件的装置。光透射部件23,与导光部件21同样,由在可视范围呈现高光透射性的树脂材料形成。光透射部件23以通过注塑成型而一体成型的块状部件作为主体部分23s。
在光透射部件23中,第1面23a在设置于导光部件21的第1反射面21a的延伸平面上配置,位于接近佩戴者的眼EY的内侧,第2面23b在设置于导光部件21的第2反射面21b的延伸平面上配置,位于远离佩戴者的眼EY的表面侧。第3面23c是通过粘接剂与导光部件21的第4反射面21d接合的矩形的光透射面。以上的第1面23a和第3面23c形成的角度与导光部件21的第2反射面21b和第4反射面21d形成的角度ε相等,第2面23b和第3面23c形成的角度与导光部件21的第1反射面21a和第4反射面21d形成的角度β相等。
光透射部件23和导光部件21,在两者的接合部分及其附近,构成透视部B4。即,由于在第1及第2面23a、23b未施加镜层等的反射涂层,因此与导光部件21的导光部B2相同,使外界光OL以高透射率透射。第3面23c也可使外界光OL以高透射率透射,但是,因为导光部件21的第4反射面21d具有半透半反镜层28,通过第3面23c的中央区域的外界光OL减光。也就是,佩戴者观察到使减光的图像光GL和减光的外界光OL重叠而成的光。
通过由以上那样的图像形成装置10及导光装置20构成的虚像形成部IP,虚像显示装置100形成图像光GL的虚像。还有,如上述那样地,通过成为导光装置20使外界光OL透射的透视的构成,不仅是虚像的图像,虚像显示装置100还能观察外界像。
以下,用图2,说明第1显示装置100A的图像光的具体光路的一个例子。再者,图2中,仅表示与图像光的光路决定有关的光学系统,例如省略标记部件MP1等的图示。还有,投射光学系统12具有3个透镜L1、L2、L3。
如图示那样地,来自液晶显示设备32的右侧的第1显示点P1的图像光GL11、GL12,在第1及第2反射面21a、21b以相等的第1反射角γ1合计3次全反射,并向第4反射面21d入射。图像光GL11、GL12,在这个第4反射面21d以与第3反射面21c同样的角度反射,从光射出面OS相对于与该光射出面OS垂直的第2光轴AX2方向倾斜角度θ1,作为平行光束射出。
来自液晶显示设备32的左侧的第2显示点P2的图像光GL21、GL22,在第1及第2反射面21a、21b以相等的第2反射角γ2合计5次全反射,并向第4反射面21d入射。图像光GL21、GL22在该第4反射面21d以与第3反射面21c同样的角度反射,从光射出面OS相对于与该光射出面OS垂直的第2光轴AX2方向倾斜角度θ2,作为平行光束射出。
还有,在图2,若在展开导光部件21的情况下观看,佩戴者重叠在与光入射面IS相对应的2个位置不同的入射等价面IS′、IS″的附近存在的投射光学系统12的透镜L3而观察。
如上述那样地,在通过作为平行光束射出的图像光GL识别虚像的场合,图像光GL,按照位置而角度方向不同,但是,被平行地维持,并集中在瞳孔位置PP上。因此,在瞳孔位置PP放置眼EY的佩戴者,从射出的图像光GL的角度掌握虚像的图像的位置。这个情况下,假设如果各平行光束的光束宽度宽广,佩戴者的眼EY能捕捉的容许范围得到扩展,即使从如图1(A)表示那样的理想的配置脱离即在瞳孔位置PP周边从第2光轴AX2略微偏离,也能够识别而不会出现图像的周边侧变暗和/或中断的情况。然而,要使光束宽度变宽广,必需使光学系统全体大型化等。
为了能够不使光束宽度变宽广而可靠地识别虚像,在由虚像显示装置100进行观察时,非常重要的是,虚像显示装置100对眼EY在正确的位置对合,具体地,在各光束集中的瞳孔位置PP处进行位置调整以使得佩戴者的眼EY出现在第2光轴AX2的轴上。本实施方式中,关于与作为对光轴AX1、AX2垂直的平面的基准面SF平行的方向即X方向及Y方向,进行位置调整。关于X方向及Y方向的位置调整中,利用透视的构成,通过作为定位用部件的标记部件MP1及位置对合机构300佩戴者能容易且可靠地进行装置的位置对合。再者,在光轴AX1、AX2的方向即Z方向的调整中,为了在佩戴时和/或佩戴后能适宜地调整,在这里,在佩戴了虚像显示装置100的佩戴状态下关于光轴AX2的延伸的方向即Z方向,眼EY在瞳孔位置PP周边完成调整。
〔C.关于位置对合机构〕
以下,为了说明虚像形成部IP的位置调整,说明标记部件MP1及位置对合机构300的结构等。
返回图1(A)及1(B),标记部件MP1是薄的板状或片状的透明部件,作为物体的标记描绘十字状的标记CR。标记部件MP1,以标记CR交叉的点XX,作为确定安装位置的基准点,在导光装置20中,在第2反射面21b及在其延伸上存在的第2面23b,在没有被光学使用的位置贴合固定。在这里,作为一个例子,标记部件MP1是矩形的板状或片状,其四角贴合在第2反射面21b及第2面23b。如图1(A)所表示,标记部件MP1的点XX配置在成为射出图像光GL时的光轴即第2光轴AX2上的点那样的位置。也就是,在标记部件MP1中,这个点XX成为与包含导光装置20的虚像形成部IP的光学系统全体的标准位置SP相对应的基准点。因此,使用虚像显示装置100的佩戴者,通过在点XX对合自身的眼EY的中心,能按与图1(A)表示那样的标准位置SP相对应的正确位置,进行虚像的观察。也就是,标记部件MP1通过具有成为虚像形成部IP的位置调整的标志的标记CR,来作为定位用部件起作用。再者,标记部件MP1可对导光装置20装卸,在位置调整后,能将其取下。
关于进行佩戴者相对虚像形成部IP的光学系统的位置调整即位置对合,通过具有图3(A)等示例那样的结构的位置对合机构300来进行。
以下,具体地说明位置对合机构300的结构的一个例子。位置对合机构300是这样的部件:使包含导光装置20的虚像形成部IP,在与对光轴AX1、AX2垂直的平面的基准面SF平行的面内的方向即X方向及Y方向移动,由此能够对眼EY进行虚像形成部IP的位置的调整。也就是,位置对合机构300是虚像形成部IP的位置调整机构,也可以说是校准机构。在虚像显示装置100中,与这个基准面SF平行的方向(X方向及Y方向)是尽管使装置平移在图像形成时也不会有影响的方向。也就是,由于通过位置对合机构300使虚像形成部IP移动,即使产生减光,包含图像的位置和/或尺寸的图像形成的状态也基本不变。再者,关于这个位置调整,一体地移动包含作为如虚像形成部IP那样地形成虚像的核心部分的导光装置20的各种光学系统全体,但是,通过图3(A)~3(D)表示的例子,为了简略说明,使包含导光装置20的虚像形成部IP一体化,随着位置对合机构300使导光装置20移动,虚像形成部IP的光学系统全体也移动。还有,为了简化,在图3(A)~3(D)等,导光装置20的外形具有长方体形状。
首先,如图3(A)~3(D)所表示,位置对合机构300具有:将安装有标记部件MP1的导光装置20等的光学系统的位置,关于垂直方向的上下方向(Y方向)调整的上下用调整机构310、和关于水平方向的左右方向(X方向)调整的左右用调整机构320。
如图3(A)、3(B)及3(C)所表示,上下用调整机构310具有:内框架311、一对的上下用导轨312、螺钉机构313。内框架311具有与导光装置20大体上相同的大小的窗WD,是包围导光装置20而配置的框体。一对的上下用导轨312设置为,在内框架311的左右两端侧,沿着导光装置20的侧部,在上下用调整机构310的调整方向即Y方向延伸;并夹着导光装置20。螺钉机构313具有:螺钉头部313a,从上方向侧(+Y侧)通过螺钉旋转等(未图示)的作用进行旋转动作;连杆313b,固定安装在导光装置20并通过伴随螺钉头部313a的旋转的按压及舒张作用使导光装置20在±Y方向滑动;和轴313c,在Y方向延伸并将螺钉头部313a的作用传达给连杆313b。佩戴者使用螺钉机构313,能关于上下方向(±Y方向)调整导光装置20。
如图3(A)及3(D)所表示,左右用调整机构320具有:外框架321、一对的左右用导轨322、螺钉机构323。外框架321是包围内框架311而配置的框体。一对的左右用导轨322设置为,在外框架321的内侧的上下两端,沿着内框架311的侧部,在左右用调整机构320的调整方向即X方向延伸。螺钉机构323具有:螺钉头部323a,从右方向侧(+X侧)通过螺钉旋转等(未图示)的作用进行旋转动作;连杆323b,固定安装在内框架311并通过伴随螺钉头部323a的旋转的按压及舒张作用使内框架311在±X方向滑动;和轴323c,在X方向延伸并将螺钉头部323a的作用传达给连杆323b。佩戴者使用螺钉机构323,能关于左右方向(±X方向)即眼宽度方向调整导光装置20。
以下,通过图4(A)等,说明使用标记部件MP1及位置对合机构300的位置调整的一个例子。在这里,利用透视类型,一边在镜子中反映出佩戴虚像显示装置100的佩戴状态,一边进行调整。
首先,如图4(A)所表示,在位置调整前,在包含位置调整前的图像形成装置10及导光装置20等的被一体化的光学系统即虚像形成部IP中,对导光装置20安装标记部件MP1。还有,如图4(B)表示那样地,虚像显示装置100具有由图3(A)等说明的位置对合机构300,位置对合机构300能够将标记部件MP1与虚像形成部IP一起在X及Y方向移动。佩戴者,在佩戴虚像显示装置100的佩戴状态下,从例如对镜子反映出自身的姿态的外界像,确认自身的眼EY的位置等,使用位置对合机构300移动虚像形成部IP而进行位置的调整。最后,如图4(C)所表示,在位置调整后,佩戴者取下标记部件MP1,在应该反映出虚像的虚像显示装置100上进行图像显示工作,进行图像观察。再者,在图像光的观察时,因为标记部件MP1已经被取下,标记CR等不会成为视野的阻碍。
图5是模式地表示使用镜子(镜子部件MR)反映出图4(B)表示的佩戴者的佩戴状态的情况的位置关系的图。在图中,由虚线表示的眼EYi和标记部件MP1i的点XXi是在镜子部件MR上反映出的自身的眼EY和点XX的虚像。佩戴者,在位置调整时,使用如图3(A)等表示的位置对合机构300使虚像形成部IP移动,以成为如下状态:在镜子部件MR上反映出的眼EYi的中心及点XXi的虚像与自身的眼EY的中心及点XX,在第2光轴AX2的延长线上排列在一条直线上。一般地,若如图1(B)等所表示不使用镜子部件MR而打算直接观察对佩戴者非常接近的状态的标记CR,则焦点不能对合,以模糊的状态观察。对此,在镜子部件MR上反映出的标记CR的虚像不模糊且能识别,因此通过隔着镜子进行调整,能容易地进行上述那样的位置对合。
如以上那样地,本实施方式中,一边确认作为定位用部件的标记部件MP1一边通过位置对合机构300对自身的眼EY的位置进行虚像显示装置100的位置调整,因此能容易地对合到最适合的调整位置。特别是,虚像显示装置100中,作为虚像形成部的第1显示装置100A使外界光OL透射,并且形成图像光GL的虚像。即,虚像显示装置100成为使图像光GL和外界光OL重叠的透视类型,所以佩戴者能经由例如通过外界光OL并由标记部件MP1的标记CR表示的点XX识别标准位置SP。具体地,例如,一边利用在镜子反映出佩戴者佩戴虚像显示装置的状态的自身这一情况,即透视,并作为外界光OL确认自身的姿态,一边使位置对合机构300工作,由此将自身的眼EY的位置对合至标记部件MP1表示的点XX,能容易进行虚像显示装置100的位置调整使得对自身的眼EY的位置来说最适合。还有,这个情况下,根据眼宽度的个体差异的位置对合能变得简单,所以在关于例如图像形成装置10和/或导光装置20等的光学设计中,不需要将图像光GL的光束变宽而使其以具有冗余的状态形成,能抑制虚像显示装置100大型化。
图6模式地表示从正面看佩戴如以上那样的虚像显示装置100的状态的情况。图示的例子中,在左眼用的第1显示装置100A和右眼用的第2显示装置100B中,在左右分别配置的位置对合机构300通过从框架FL的中央部延伸的支柱部PP从侧方来支撑。还有,在虚像显示装置100中,在支柱部PP的前端侧,具有在佩戴时使虚像显示装置100可以用鼻子NS支撑的鼻垫部NP。
虚像显示装置100,如图示那样地,能对左右的眼EY分别进行位置调整。若示出具体的一个例子,首先,如图7(A)表示那样地,关于左眼用的第1显示装置100A,通过左眼用的位置对合机构300,隔着镜子将作为标准位置的标志的标记CR的点XX对合至眼EY的中心CP,如图7(B)表示那样成为一致。其次,关于右眼用的第2显示装置100B,同样,通过右眼用的位置对合机构300,将标记CR的点XX对合至眼EY的中心CP,如图7(C)或图6表示那样地成为一致,能成为与双眼都位置对合的状态。
还有,以上,把第1显示装置100A的全部作为虚像形成部IP,但是在构成第1显示装置100A的光学系统中,如果至少包含使外界光透射并形成基于图像光的虚像的光学系统的导光装置20,即使不是第1显示装置100A全体,也称为虚像形成部。例如,通过作为形成虚像的核心部分的图像形成装置10中的投射光学系统12和导光装置20,也可以构成虚像形成部IP。
还有,以上,标记部件MP1的构成是一个例子,也可考虑除了上述以外、各种的方式。例如,关于标记CR的形状,也可以是十字以外的各种形状,还有,与标准位置SP相对应的点XX表示的位置也是如此,如果能进行正确的位置调整,也可以是表示光轴以外的位置。
还有,以上,将标记部件MP1设为矩形的薄板状或膜状的部件,将其四角贴合在导光装置20而固定,但是标记部件MP1的形状也可以是这些以外的形状。还有,其大小,如果能表示标记CR,也可以是大小不同的各种尺寸。还有,不限于贴合,也可以用其他的方法固定。
还有,例如标记CR,也可以例如通过电源的开关进行开灯、关灯来表示。
还有,以上,以长方体形状表示导光装置20的外形,但是例如通过适宜地变更一对的上下用导轨312的形状等,在具有如图1(A)表示那样的多面体状的外形的导光装置20的场合,也能同样地进行如上述那样的工作。
还有,以上,关于光轴AX2延伸的方向即Z方向,设为已完成调整,但是,除了X方向及Y方向以外,也可以例如通过位置对合机构300关于Z方向进行位置对合。
〔第2实施方式〕
以下,说明第2实施方式涉及的虚像显示装置。再者,本实施方式涉及的虚像显示装置是第1实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例,除了标记部件的构成,外部的结构与虚像显示装置100相同,仅图示标记部件及其周边部,省略全体的图示及说明。
图8(A)及8(B)是对应于第1实施方式的图3(A)及3(C)的、说明在本实施方式涉及的虚像显示装置中标记部件MP2的结构的图。再者,图示中,关于位置对合机构300,与图3(A)等的情况相同,所以省略说明。
标记部件MP2具备透镜部FL、安装部AP。标记部件MP2中,透镜部FL,例如由菲涅耳(Fresnel)透镜构成。并且,在透镜部FL,将表示用于位置调整的基准点的点XX即标记CR安装在距佩戴者较远侧即+Z侧。标记CR是在透镜部FL的透镜面上贴合例如物理的物体而形成的物体的标记。安装部AP是从透镜部FL的上端及下端在上下方向即图的Y方向延伸并支撑透镜部FL的一对的部件,成为在导光装置20上可装卸。也就是,标记部件MP2可通过安装部AP从导光装置20装卸。
通过标记部件MP2是隔着菲涅耳透镜观察在+Z侧即离佩戴者远侧附加的标记CR的部件,即使是非常接近的状态,佩戴者也能不模糊地识别标记CR。通过将识别的标记CR的位置作为表示光学系统的标准位置SP的点XX,标记部件MP2可在佩戴状态下使得佩戴者识别位置。也就是,佩戴者能根据在透镜部FL附加的点XX进行位置调整。如以上那样地,本实施方式的情况下,与图1(B)等表示的第1实施方式的标记CR的情况同样,是对佩戴者非常接近的状态,但是,可不使用镜等直接识别由标记CR表示的点XX。也就是,能不用镜等进行位置调整。再者,即使在本实施方式的情况下,也可与第1实施方式的情况同样,使用镜子进行位置调整。
以下,说明本实施方式涉及的虚像显示装置的变形例。变形例的虚像显示装置具有图8(A)及8(B)表示的标记部件MP2,可识别由标记CR表示的点XX,此外,在由虚像形成部IP(参照图1(A)等)进行的图像显示中,将例如图9(A)表示那样的影像标记SI作为基于图像光GL的虚像来显示。影像标记SI表示佩戴者识别的显示图像的范围,佩戴者能对比影像标记SI和点XX来观察。图示的例子中,作为影像标记SI,显示在4个三角形状做成的十字的中心有星ST的图像。也就是,星ST是对基准面SF(参照图1(A))以大体上垂直的角度射出的图像光GL的成分的中心光束的图像。因此,对佩戴者来说,如果这个星ST成为与点XX对合的状态,中心光束的中心部分和眼的位置一致,相当于能进行图1(A)表示那样的期望的位置调整。在这里,图9(B)表示的基于标记CR的点XX是作为透镜部FL的一部分物理安装的物体的标记,通过位置对合机构300物理的位置关于X方向及Y方向变化。对此,影像标记SI是依存于构成来自虚像形成部IP的图像光GL的各光束成分的射出角度而识别的虚像,通过位置对合机构300(参照图8(A)等)使标记部件MP2等关于X方向及Y方向移动,作为佩戴者识别的图像的位置也几乎不变。因此,若以能识别标记CR的点XX的状态反映出影像标记SI,则他们重叠,能使佩戴者识别影像标记SI表示的显示图像的范围和虚像形成部IP的标准位置SP的关系。这个情况下,例如图9(C)所表示,能产生点XX从作为影像标记SI的中心的星ST离开的状态的情况。这不是图1(A)那样的理想的位置关系的状态即佩戴者的眼EY在第2光轴AX2上的状态,而表示以从第2光轴AX2离开的状态观看图像。佩戴者通过位置对合机构300关于X方向及Y方向调整标记CR的位置即点XX的位置,由此如图9(D)表示那样地,通过位置调整使得点XX与在影像标记SI的中心的星ST重叠,由此佩戴者的眼EY能成为在第2光轴AX2上的最适合的状态。
如以上那样地,本变形例的情况下,不使用镜等,能根据与虚像形成部IP的标准位置SP相对应的点XX、和影像标记SI表示的显示图像的范围的关系,对眼EY进行虚像形成部IP的位置调整。
还有,以上,标记部件MP2的结构是一个例子,此外,也可以例如由向眼EY的前方突出延伸、在其前端具有标记CR的部件构成标记部件MP2。这个情况下,通过调整向前方突出的部件的长度,能由眼EY直接识别在前端的标记CR,也可使用镜等来识别。
〔第3实施方式〕
以下,说明第3实施方式涉及的虚像显示装置。再者,本实施方式涉及的虚像显示装置是第1实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例,除了位置对合机构300的一部分,与虚像显示装置100相同,所以仅说明位置对合机构300的一部分,省略整体的图示及说明。
图10表示位置对合机构300中相当于图3(A)等表示的螺钉机构313、323的、关于调整的方向即上下方向(Y方向)和/或左右方向(X方向)以一定的间距离散配置的沟状及突起状的一对的定位部313p、313q。也就是,代替螺钉结构,成为离散移动的结构。具体地,一对的定位部313p、313q具有以间距0.5mm以上且1mm以下或者同程度的等间隔雕刻的多个沟状部PT1和突起状部PT2。由此,通过使定位部313p、313q滑动工作,能以有点击感的离散的动作进行定位。再者,如图示那样地,通过在各沟状部PT1或突起状部PT2附加数字,佩戴者能容易地确认基于离散的调整得到的自身的调整位置。
〔第4实施方式〕
以下,说明第4实施方式涉及的虚像显示装置。再者,本实施方式涉及的虚像显示装置是第2实施方式涉及的虚像显示装置的变形例,所以省略整体的图示及说明。
本实施方式中,成为在例如图10所表示以离散的动作进行位置调整时,具有存储关于调整位置的信息的存储装置的构成。具体地,如图11(A)所表示,虚像显示装置100具有用于接受来自佩戴者的各种指示的控制装置150。
控制装置150具备:CPU151、存储装置152、显示装置153、输入设备154、输出终端155、总线156等。
CPU151经由总线156,在存储装置152、显示装置153和输入设备154之间能互相进行数据的发送接受。还有,CPU151基于来自输入设备154的佩戴者的指示,从存储装置152读出预定的程序和/或数据,进行基于这些程序及数据的各种处理。再者,CPU151经由输出终端155向作为虚像显示装置100的主体部的显示装置100A等发送图像信息等的输出信息。
以上,存储装置152作为存储位置对合机构(未图示)的调整量的信息存储部起作用。具体地,控制装置150能在存储装置152中存储由佩戴者经过输入设备154输入的名字、关于左右的眼的调整量。还有,控制装置150,基于由佩戴者做出的经由输入设备154的指令,读出在存储装置152存储的信息,如图11(B)表示那样地,成为在显示装置153可显示。也就是,显示装置153作为可向佩戴者显示在作为信息存储部的存储装置152存储的信息的信息显示部起作用。根据显示装置153的显示内容,佩戴者根据需要,在控制装置150存储关于适合自身的眼的调整位置的信息,必要时能经由输入设备154读出。再者,存储装置152能关于多个佩戴者预先存储关于上述那样的调整位置的信息。并且,也可以在位置对合机构设置驱动装置,基于读出的信息自动地进行位置调整。
说明如上述那样的由控制装置150等进行的位置调整的控制的一个例子。首先,通过由标记部件MP1(参照图1(A)等)显示标准位置SP(标准位置显示步骤),可识别装置的标准位置SP和佩戴者的眼EY的位置的偏差。例如,控制装置150的CPU151通过在显示装置100A等安装的传感器等(未图示),能确认佩戴状态,并且确认佩戴者的眼EY的位置及标记部件MP1的点XX的位置,从这些相对的位置关系,算出标准位置SP和佩戴者的眼EY的位置的偏差,在显示装置153显示算出结果。并且,控制装置150的CPU151,基于标准位置显示步骤中标准位置的显示,能表示恰当的调整位置。还有,CPU151也可以在作为信息存储部的存储装置152存储关于由位置对合机构300进行的调整的调整位置的信息(调整位置存储步骤)。根据以上,在标准位置显示步骤中,例如根据眼宽度的个体差异的位置对合可变简单,还有,再次的位置对合能基于在存储装置152存储的信息变得更简易和迅速。
〔第5实施方式〕
以下,说明第5实施方式涉及的虚像显示装置。再者,本实施方式涉及的虚像显示装置是第1实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例,在没有特别说明的情况下,与虚像显示装置100相同。
如图12(A)~12(C)表示的虚像显示装置100作为一组包括图像形成装置10、导光装置420。导光装置420包括导光部件21、角度变换部423、光透射部件23。再者,图12(A)与如图12(B)表示的导光装置420的A-A断面相对应。还有,这个情况下,对应于角度变换部423占用的区域PA0,能设置作为定位用部件的标记部件(未图示)。
导光部件21的全体的外观由与图中XY面平行延伸的平板的主体部分20a形成。还有,导光部件21,具有第1反射面21a、第2反射面21b、第3反射面21c,作为侧面。并且,导光部件21成为在长边方向的一端具有扩大主体部分20a而形成的棱镜部PS及对其附加的第3反射面21c,在长边方向的另一端具有与多个镜子构成的角度变换部423相连的结构。
主体部分20a由光透射性的树脂材料等形成,在与XY面平行且与图像形成装置10相对的内侧的平面上,具有取入来自图像形成装置10的图像光的光入射面IS。除了光入射面IS之外,主体部分20a还具有矩形的斜面RS,作为其棱镜部PS的侧面,在该斜面RS上形成覆盖其的镜层25。在这里,镜层25通过与斜面RS协作,作为以对于光入射面IS倾斜的状态而配置的第3反射面21c起作用。该第3反射面21c,通过将从光入射面IS入射的全体朝向+Z方向的图像光弯曲为全体地朝向偏-Z方向的-X方向,将图像光可靠地结合到主体部分20a内。
导光部件21的第1及第2反射面21a、21b分别使由棱镜部PS弯曲的图像光进行全反射。由第3反射面21c反射的图像光入射至第1反射面21a,并全反射,再入射至第2反射面21b,并全反射,以下这个动作反复,引导至-X侧。
如图12(C)表示那样地,在导光部件21,第3反射面21c和后述的光入射面IS作为光入射部B1起作用。还有,导光部件21的第1及第2反射面21a、21b夹着的主体部分20a和后述的角度变换部423作为导光部B2起作用。再者,角度变换部423作为光射出部B3起作用。
角度变换部423,在导光部件21的进深侧(-X侧),沿着第1及第2反射面21a、21b的延伸平面而形成。在这里,主体部分20a的进深侧端部成为角度变换部423的一部分。角度变换部423具有对于第1及第2反射面21a、21b倾斜并相互平行地以等间隔排列的多个半透半反镜层28。角度变换部423将经过导光部件21的第1及第2反射面21a、21b入射的图像光以预定角度反射,并经由光射出面OS向佩戴者的眼EY侧弯曲。也就是,角度变换部423变换图像光的角度。
光透射部件23是将角度变换部423向进深侧(-X侧)延伸而得的部分,与导光部件21的主体部分20a相同为平板状的部件。
以上,角度变换部423的全部或入口侧的一部分通过与导光部件21组合而作为导光部B2的一部分起作用。还有,角度变换部423的全部或进深侧的一部分与光透射部件23组合而作为透视部B4起作用。
从图像形成装置10射出并从光入射面IS入射至导光部件21的图像光由第3反射面21c同样地反射弯曲,在导光部件21的第1及第2反射面21a、21b反复进行全反射并基本沿着光轴AX按具有一定的扩展的状态前进,进而,在角度变换部423中通过以适当角度弯曲而成为可以取出的状态,最终从角度变换部423上附带的光射出面OS向外部射出。从光射出面OS向外部射出的图像光,作为虚像光入射至佩戴者的眼EY。
以下,说明导光装置420中的图像光的光路。再者,在第4实施方式的导光装置420与使2个传送模式的图像光导光的图2的导光装置20不同。
如图12(A)所示,从图像显示装置11的液晶显示装置(图像光形成部)32射出的图像光中,从射出面32a的中央部分射出的以虚线所示的分量为图像光GL41,从射出面32a的纸面右侧(+X侧)射出的以单点划线所示的分量为图像光GL42,从射出面32a的纸面左侧(-X侧)射出的以双点划线所示的分量为图像光GL43。
经过投射光学系统12的各图像光GL41、GL42、GL43的主要分量,在第1及第2反射面21a、21b以互相不同的角度γ0、γ+、γ-反复全反射,图像光GL41全反射N次(N是自然数),到达角度变换部423的中央部23k,向对于光射出面OS或XY面垂直的光轴AX方向作为平行光束射出。图像光GL42全反射N-M次(M是自然数),到达角度变换部423中最靠入口侧(+X侧)的周边部23m,向对于光轴AX仅以角度θ12(在导光装置420内为θ12′)倾斜的方向射出(参照图13)。图像光GL43全反射N+M次,到达角度变换部423中最靠进深侧(-X侧)的周边部23h,向对于光轴AX仅以角度θ13(在导光装置420内为θ13′)倾斜的方向射出(参照图13)。
如图14所表示,角度变换部423具有以预定间距在X方向大量排列多个棱镜424的结构。各棱镜424在光射出侧具有第1接合面424j,在光入射侧具有第2接合面424c。在主体部分20a的第1接合面21j上以及各棱镜424的第1接合面424j上,形成作为半透射反射膜的半透半反镜层28。
〔第6实施方式〕
以下,说明第6实施方式涉及的虚像显示装置。再者,本实施方式涉及的虚像显示装置是第1实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例,在没有特别说明的情况下,与虚像显示装置100相同。
如图15(A)~15(C)表示的虚像显示装置100作为一组包括图像形成装置10、导光装置520。导光装置520作为其一部分具有导光部件521。导光部件521包括主体部分20a、作为图像取出部的角度变换部523。再者,图15(A)与如图15(B)表示的导光部件521的A-A断面相对应。还有,这个情况下,对应于角度变换部523占用的区域PA0,能设置作为定位用部件的标记部件(未图示)。
导光部件521的全体的外观由与图中XY面平行延伸的平板的主体部分20a形成。还有,导光部件521,具有第1反射面21a、第2反射面21b、第3反射面21c,作为侧面。并且,导光部件521成为在长边方向的一端具有扩大主体部分20a而形成的棱镜部PS及对其附加的第3反射面21c,在长边方向的另一端具有主体部分20a中嵌入的多个微小镜子构成的角度变换部523的结构。导光部件521是一体的部件,但是与第1实施方式的情况相同,可考虑分成光入射部B1、导光部B2和光射出部B3(参照图15(C)),其中光入射部B1是具有第3反射面21c和后述的光入射面IS的部分,导光部B2是具有第1及第2反射面21a、21b的部分,光射出部B3是具有角度变换部523和后述的光射出面OS的部分。
在主体部分20a中,沿着光射出面OS的内侧的平面形成作为微细构造的角度变换部523。主体部分20a从入口侧的第3反射面21c延伸至进深侧的角度变换部523,向角度变换部523引导经由棱镜部PS向内部入射的图像光。
角度变换部523,在导光部件521的进深侧(-X侧),沿着第2反射面21b的延伸平面靠近这个延伸平面而形成。角度变换部523将经过导光部件521的第1及第2反射面21a、21b入射的图像光以预定角度反射,并向光射出面OS侧弯曲。也就是,角度变换部523变换了图像光的角度。
从图像形成装置10射出并从光入射面IS入射至导光部件521的图像光由第3反射面21c同样地反射弯曲,在导光部件521的第1及第2反射面21a、21b反复进行全反射并基本沿着光轴AX按具有一定的扩展的状态前进,进而,在角度变换部523中通过以适当角度弯曲而成为可以取出的状态,最终从光射出面OS向外部射出。从光射出面OS向外部射出的图像光,作为虚像光入射至佩戴者的眼EY。通过该虚像光在佩戴者的视网膜上成像,佩戴者可识别基于虚像的影像光等的图像光。
以下,说明导光装置520中的图像光的光路。再者,第5实施方式的导光装置520与使2个传送模式的图像光导光的图2的导光装置20不同。
如图15(A)所示,从图像显示装置11的液晶显示装置(图像光形成部)32射出的图像光中,从射出面32a的中央部分射出的以虚线所示的分量为图像光GL51,从射出面32a的纸面右侧(+X侧)射出的以单点划线所示的分量为图像光GL52,从射出面32a的纸面左侧(-X侧)射出的以双点划线所示的分量为图像光GL53。
经过投射光学系统12的各图像光GL51、GL52、GL53的主要分量,在第1及第2反射面21a、21b以互相不同的角度γ0、γ+、γ-反复全反射,图像光GL51在第1及第2反射面21a、21b全反射N次(N是自然数),图像光GL52全反射N-M次(M为自然数),图像光GL53全反射N+M次,作为平行光束射出(参照图16)。
还有,如图16表示那样地,角度变换部523通过以条纹状排列的多个线状的反射单元2c构成。也就是,角度变换部523通过使在Y方向延伸的细长的反射单元2c以预定间距PT沿着角度变换部523延伸的主导光方向即-X方向大量排列而构成。各反射单元2c作为1组具有作为在进深侧即光路下游侧配置的1个反射面部分的第1反射面2a、和作为在入口侧即光路上游侧配置的另外的1个反射面部分的第2反射面2b,两反射面2a、2b成一定的楔角δ。其中,至少第2反射面2b是可以透射一部分的光的部分反射面,可以使佩戴者用透视观察外界像。在该反射单元2c中,图像光GL52、53最初由进深侧即-X侧的第1反射面2a反射,接着,由入口侧即+X侧的第2反射面2b反射。经过该反射单元2c的图像光GL52、53不经过其他的反射单元2c,在角度变换部523中仅经过1次即以希望的角度弯曲而向佩戴者侧取出。
〔第7实施方式〕
以下,说明第7实施方式涉及的虚像显示装置。再者,本实施方式涉及的虚像显示装置是第1实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例,在没有特别说明的情况下,与虚像显示装置100相同。
以下,通过图17及图18,说明本实施方式的虚像显示装置200中,第1显示装置200A的结构的一个例子,由此说明虚像显示装置200的结构的一个例子。第1显示装置200A包括:用于形成信号光并且作为扫描光TL射出该信号光的光射出装置210;接受来自光射出装置210的扫描光TL并且形成图像光GL的被照射部件220;在被照射部件220上贴合并且通过标记CR显示与光学系统的标准位置SP相对应的点XX的标记部件MP1;和位置对合机构300。光射出装置210在佩戴者的鼻子NS周边配置、具有作为信号光形成部的信号光调制部211和扫描光学系统212,被照射部件220配置为在光射出装置210的前方侧(+Z侧)覆盖佩戴者的眼EY的前方。在这里,第1显示装置200A中,以实质地形成虚像的部分的光射出装置210和被照射部件220,作为虚像形成部IP。再者,在附图中,构成虚像形成部IP的光射出装置210和被照射部件220分离,但是,两者在未图示的部分相连,能够与贴合于被照射部件220的标记部件MP1一起通过位置对合机构300一体地移动。
被照射部件220具有:作为接受扫描光的照射的被照射膜(半透射膜)的半透射反射膜、支持固定半透射反射膜的支持部件。也就是,被照射部件220是半透半反镜。由此,不仅虚像,来自外界的光也进入佩戴者的眼EY,虚像显示装置200成为双方重叠而能够观察的透视的构成。
被照射部件220,如图示那样地,在佩戴者的眼EY的前方,配置为与光射出装置210相比对于佩戴者位于远方侧(+Z侧)。也就是,在佩戴者的眼EY和被照射部件220之间配置光射出装置210。
被照射部件220具有从前方覆盖佩戴者的眼EY的充分的大小,接受从光射出装置210的扫描光学系统212向+Z方向倾斜照射的扫描光TL,通过对其反射形成虚像,使佩戴者识别。再者,被照射部件220的形状具有沿着虚像显示装置200的外观即框架FL的形状这样的形状。
以下,说明图像形成的工作。首先,光射出装置210中,信号光调制部211形成对应图像而调制照明光的信号光,并射出。被射出的信号光向作为扫描部的扫描光学系统212入射。扫描光学系统212将信号光作为扫描光朝向被照射部件220射出。在被照射部件220,通过作为扫描光扫描信号光并入射,形成基于图像光GL的虚像,通过佩戴者用眼EY捕捉这个虚像,来识别图像。
在本实施方式中,通过基于标记部件MP1的标记CR表示的点XX使位置对合机构300工作,也能进行位置调整使得对自身的眼EY的位置来说最适合。这时,被照射部件220及对其贴合的标记部件MP1具有曲面形状,但是由位置对合机构300使虚像形成部IP移动的方向,如图示那样地,是与作为与第2光轴AX2垂直的面的基准面SF平行的方向即X方向及Y方向。由于移动方向为与基准面SF平行的方向,位置对合机构300的工作在图像形成时没有影响。也就是,即使由位置对合机构300使虚像形成部IP移动,图像形成的状态也不变。
上述中,作为光源,可使用二极管激光器光源或LED光源,但是,光源也可以是例如有机EL等的上述以外的光源。
〔其他〕
根据以上实施方式说明了本发明,但是,本发明不限于上述的实施方式,在不超出其主旨的范围内可以实施各种的形态,例如也可以是如下的变形。
上述的说明中,具体说明了虚像显示装置100为头部佩戴显示器的情况,但是虚像显示装置100也可以改变为抬头显示器。
上述实施例的虚像显示装置100中,与右眼及左眼的双方对应,作为一组一组设置显示装置的构成,但是,也可以形成仅对于右眼或左眼的任一方设置例如图像形成装置10和导光装置20来单眼观察图像的构成。这个情况下,关于设置显示装置的一侧的眼,使用位置对合机构300进行位置调整。
还有,在对右眼及左眼的双方设置显示装置的构成时,在三维图像的观察中,能关于双方的眼的位置考虑辐辏角和/或双眼视差向适合的状态进行位置调整。
上述实施例中,穿过光入射面IS的第1光轴AX1和穿过光射出面OS的第2光轴AX2平行,但是这些光轴AX1、AX2也可以设为非平行。
上述实施方式中,使在导光部件21的第4反射面21d设置的半透半反镜层28的反射率为50%以下,透视优先,但是也可以使半透半反镜层28的反射率为50%以上,图像光优先。
还有,例如上述第1实施方式中,如图5所表示,镜子部件MR是与虚像显示装置100分体的部件,但是,镜子部件MR也可以设置在虚像显示装置100。具体地,镜子部件MR也可以配置为,关于第2光轴AX2延伸的方向与标记部件MP1相比在离佩戴者的眼EY远侧与佩戴者的眼相对即镜子面对第2光轴AX2成为垂直,通过将佩戴者的眼和标记部件作为外界光OL反映出而使佩戴者识别。这时,例如镜子部件MR可装卸地设置在虚像显示装置100,所以在图像光的观察时,不会成为视野的阻碍。
还有,上述实施方式中,位置对合机构300,作为原则,使虚像形成部IP全体移动,但是如果能维持基于图像光GL的虚像的形成,则也可以仅移动虚像形成部IP的光学系统中的一部分。例如图1(A)等中,如果至少能移动虚像形成部的光学系统中导光装置20,则对佩戴者的眼EY,作为调整形成虚像的光学系统的位置的部分起作用。因此,还可考虑:例如伴随着通过位置对合机构300使得导光装置20移动而在图像形成装置10侧关于光学设计进行修正,通过位置对合机构300仅使导光装置20移动。
Claims (12)
1.一种虚像显示装置,其特征在于,包括:
虚像形成部,使外界光透射并形成基于图像光的虚像;
定位用部件,安装在与上述虚像形成部的光学系统的标准位置相对应的预定位置,在佩戴者佩戴有上述虚像形成部的佩戴状态下,显示使佩戴者识别上述标准位置并成为定位的标志的标记;
位置对合机构,将上述虚像形成部的光学系统和安装在该光学系统的上述定位用部件一起移动,相对佩戴者的眼调整上述虚像形成部的位置。
2.权利要求1所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述位置对合机构,在上述佩戴状态下,至少能够对于佩戴者的眼宽度方向调整。
3.权利要求2所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述位置对合机构,能够沿着对于光轴垂直的平面对于与上述眼宽度方向垂直的方向调整。
4.权利要求1至3中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述虚像形成部包括:投射光学系统,投射来自图像显示装置的上述图像光;和形成基于上述图像光的虚像的导光装置,其具有向内部取入来自上述投射光学系统的上述图像光的光入射部、引导从上述光入射部取入的上述图像光的导光部和向外部取出经过了上述导光部的上述图像光的光射出部;
上述位置对合机构,使得上述投射光学系统及上述导光装置中至少上述导光装置与上述定位用部件一起移动。
5.权利要求1至3中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述虚像形成部包括:信号光调制部,形成对应于图像而调制的信号光;扫描光学系统,通过使调制了的上述信号光扫描而作为扫描光射出;被照射部件,接受来自上述扫描光学系统的上述扫描光的照射并形成基于上述图像光的虚像;
上述位置对合机构,使得上述信号光调制部、上述扫描光学系统及上述被照射部件中至少上述被照射部件与上述定位用部件一起移动。
6.权利要求1至5中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述定位用部件对于上述预定位置能够装卸。
7.权利要求1至6中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
能够经由镜子部件使佩戴者识别佩戴者的眼和上述定位用部件,其中上述镜子部件配置为关于光轴方向与上述定位用部件相比在离佩戴者的眼远侧与佩戴者的眼相对。
8.权利要求1至6中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述定位用部件显示使佩戴者识别上述标准位置的物体的标记;
上述虚像形成部形成影像标记,上述影像标记将作为基于上述图像光的虚像使佩戴者识别的显示图像的范围与上述物体的标记能够比较地进行显示。
9.权利要求1至8中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述位置对合机构具有:关于调整的方向以一定的间距离散配置的沟状及突起状的定位部。
10.权利要求9所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述位置对合机构的上述定位部中,还包括:信息存储部,存储关于离散地确定的上述调整位置的信息;信息显示部,能够向佩戴者显示在上述信息存储部存储的信息。
11.权利要求1至10中任一项所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述定位用部件,以上述虚像形成部的光学系统的光轴通过的位置作为上述标准位置,安装在上述预定位置。
12.一种虚像显示装置的位置调整方法,其特征在于,
上述虚像显示装置包括:虚像形成部,使外界光透射并形成基于图像光的虚像;定位用部件,安装在与上述虚像形成部的光学系统的标准位置相对应的预定位置,在佩戴者佩戴有上述虚像形成部的佩戴状态下,显示使佩戴者识别上述标准位置并成为定位的标志的标记;位置对合机构,将上述虚像形成部的光学系统和安装在该光学系统的上述定位用部件一起移动,相对佩戴者的眼调整上述虚像形成部的位置;信息存储部,存储关于由上述位置对合机构进行调整的调整位置的信息;
上述虚像显示装置的位置调整方法包括:
标准位置显示步骤,通过上述定位用部件显示上述标准位置,能够使佩戴者识别上述标准位置和该佩戴者的眼的位置的偏差;
调整位置存储步骤,使上述信息存储部存储关于上述调整位置的信息,其中,上述调整位置是基于上述标准位置显示步骤中的上述标准位置的显示,由上述位置对合机构做出了调整的位置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP051325/2012 | 2012-03-08 | ||
JP2012051325A JP5919899B2 (ja) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | 虚像表示装置及び虚像表示装置の位置調整方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103309036A true CN103309036A (zh) | 2013-09-18 |
CN103309036B CN103309036B (zh) | 2017-05-24 |
Family
ID=49113625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310074570.0A Active CN103309036B (zh) | 2012-03-08 | 2013-03-08 | 虚像显示装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9678344B2 (zh) |
JP (1) | JP5919899B2 (zh) |
CN (1) | CN103309036B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103901622A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-07-02 | 成都理想境界科技有限公司 | 3d头戴观影设备及对应的视频播放器 |
WO2015154643A1 (zh) * | 2014-04-09 | 2015-10-15 | 北京理工大学 | 透过式眼镜显示器 |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8549415B2 (en) | 2007-05-04 | 2013-10-01 | Apple Inc. | Automatically adjusting media display in a personal display system |
JP6221223B2 (ja) * | 2012-11-16 | 2017-11-01 | セイコーエプソン株式会社 | 光学部材及び虚像表示装置 |
CN107219628B (zh) * | 2013-11-27 | 2020-05-01 | 奇跃公司 | 虚拟和增强现实系统与方法 |
KR102297877B1 (ko) * | 2014-01-14 | 2021-09-03 | 삼성디스플레이 주식회사 | 웨어러블 표시 장치 |
JP6096713B2 (ja) * | 2014-05-21 | 2017-03-15 | 株式会社東芝 | 表示装置 |
CN106537219B (zh) * | 2014-05-30 | 2021-03-16 | 奇跃公司 | 用于在虚拟和增强现实中产生焦平面的方法和系统 |
JP2016200686A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | 株式会社テレパシージャパン | 調整指標を有する頭部装着型画像表示装置 |
WO2017185357A1 (zh) * | 2016-04-29 | 2017-11-02 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 可穿戴设备及无人机系统 |
JP2018142857A (ja) | 2017-02-28 | 2018-09-13 | セイコーエプソン株式会社 | 頭部装着型表示装置、プログラム、及び頭部装着型表示装置の制御方法 |
CN107102441A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-29 | 北京灵犀微光科技有限公司 | 近眼显示装置和系统 |
JP2018101425A (ja) * | 2018-01-09 | 2018-06-28 | 株式会社東芝 | 電子機器、表示方法及びシステム |
US10591737B2 (en) * | 2018-04-20 | 2020-03-17 | Dell Products L.P. | Systems and methods for automatic adjustment of head mounted display straps |
JP2020113916A (ja) * | 2019-01-15 | 2020-07-27 | サン電子株式会社 | 頭部装着型表示装置及びコンピュータプログラム |
CN109856802B (zh) * | 2019-04-17 | 2021-08-31 | 京东方科技集团股份有限公司 | 瞳距调节方法、装置和虚拟显示设备 |
JP7358901B2 (ja) | 2019-10-16 | 2023-10-11 | 株式会社Jvcケンウッド | ヘッドマウントディスプレイ、及びその調整方法 |
TWI767707B (zh) * | 2021-05-17 | 2022-06-11 | 友達光電股份有限公司 | 顯示裝置及顯示方法 |
US11961258B2 (en) | 2022-01-26 | 2024-04-16 | Industrial Technology Research Institute | Calibration method for optical see-through display and calibration system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060072206A1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-06 | Takashi Tsuyuki | Image display apparatus and image display system |
CN1802586A (zh) * | 2003-06-12 | 2006-07-12 | 西门子共同研究公司 | 校准真实和虚拟视图 |
JP2010169916A (ja) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Konica Minolta Holdings Inc | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4449787A (en) * | 1980-07-22 | 1984-05-22 | International Telephone And Telegraph Corporation | Night vision imaging system adapted for helmet mounting |
US6424321B1 (en) * | 1993-10-22 | 2002-07-23 | Kopin Corporation | Head-mounted matrix display |
JPH08202281A (ja) * | 1995-01-30 | 1996-08-09 | Olympus Optical Co Ltd | 頭部装着型映像表示装置システム |
US6224492B1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-05-01 | Patrick Grimes | Optical reference marker system for golfers |
US6480174B1 (en) * | 1999-10-09 | 2002-11-12 | Optimize Incorporated | Eyeglass-mount display having personalized fit module |
JP4504160B2 (ja) * | 2004-11-09 | 2010-07-14 | オリンパス株式会社 | 合成表示装置 |
WO2007029675A1 (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | Japan Science And Technology Agency | 装着型電子めがね装置 |
FR2894682B1 (fr) * | 2005-12-13 | 2008-02-15 | Essilor Int | Afficheur destine a etre monte sur une paire de lunettes |
JP4792970B2 (ja) | 2005-12-28 | 2011-10-12 | ブラザー工業株式会社 | 画像表示装置、網膜走査型画像表示装置及びハーフミラー |
FR2906899B1 (fr) * | 2006-10-05 | 2009-01-16 | Essilor Int | Dispositif d'affichage pour la visualisation stereoscopique. |
CN101589329B (zh) * | 2007-11-21 | 2011-10-12 | 松下电器产业株式会社 | 显示装置 |
JP2009159381A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Brother Ind Ltd | 単眼型画像形成装置 |
US8120857B2 (en) * | 2008-10-15 | 2012-02-21 | Gentex Corporation | Apparatus and method for mounting and calibrating a helmet-mounted display |
JP2010124191A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Canon Inc | 映像表示装置 |
JP5353361B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2013-11-27 | ブラザー工業株式会社 | カラー画像表示装置 |
JP2010237308A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Brother Ind Ltd | 画像表示装置 |
JP5678460B2 (ja) * | 2010-04-06 | 2015-03-04 | ソニー株式会社 | 頭部装着型ディスプレイ |
JP2012023495A (ja) * | 2010-07-13 | 2012-02-02 | Olympus Corp | ジャケットおよび頭部装着型光学システム |
JP2012138654A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Sony Corp | ヘッド・マウント・ディスプレイ |
US9025252B2 (en) * | 2011-08-30 | 2015-05-05 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Adjustment of a mixed reality display for inter-pupillary distance alignment |
US9087471B2 (en) * | 2011-11-04 | 2015-07-21 | Google Inc. | Adaptive brightness control of head mounted display |
-
2012
- 2012-03-08 JP JP2012051325A patent/JP5919899B2/ja active Active
-
2013
- 2013-03-04 US US13/783,913 patent/US9678344B2/en active Active
- 2013-03-08 CN CN201310074570.0A patent/CN103309036B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1802586A (zh) * | 2003-06-12 | 2006-07-12 | 西门子共同研究公司 | 校准真实和虚拟视图 |
US20060072206A1 (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-06 | Takashi Tsuyuki | Image display apparatus and image display system |
JP2010169916A (ja) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Konica Minolta Holdings Inc | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015154643A1 (zh) * | 2014-04-09 | 2015-10-15 | 北京理工大学 | 透过式眼镜显示器 |
CN103901622A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-07-02 | 成都理想境界科技有限公司 | 3d头戴观影设备及对应的视频播放器 |
CN103901622B (zh) * | 2014-04-23 | 2016-05-25 | 成都理想境界科技有限公司 | 3d头戴观影设备及对应的视频播放器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103309036B (zh) | 2017-05-24 |
JP2013186292A (ja) | 2013-09-19 |
US20130234915A1 (en) | 2013-09-12 |
US9678344B2 (en) | 2017-06-13 |
JP5919899B2 (ja) | 2016-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103309036A (zh) | 虚像显示装置 | |
US10678116B1 (en) | Active multi-color PBP elements | |
KR101556839B1 (ko) | 다중 반사기를 구비하는 눈 인접 디스플레이를 위한 접안렌즈 | |
CN102455461B (zh) | 导光板以及具备该导光板的虚像显示装置 | |
CN102385096B (zh) | 导光板以及具备该导光板的虚像显示装置 | |
US20180321484A1 (en) | Systems, devices, and methods for wearable heads-up displays | |
CN106796348B (zh) | 导光装置及虚像显示设备 | |
JP6641974B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
EP3092521B1 (en) | Optical apparatus for head wearable display, with lightguide with multiple in-coupling holograms | |
JP6641987B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
US8837880B2 (en) | Virtual image display device | |
CN203012240U (zh) | 虚像显示装置 | |
CN107272184A (zh) | 具有图案化光学合路器的透视弯曲目镜 | |
CN104126144A (zh) | 用于偏移头戴式显示器的光束倾斜 | |
KR102519000B1 (ko) | 화상 표시장치 | |
JP6670431B2 (ja) | 結像光学系およびスマートグラス | |
CN111290164A (zh) | 透明显示面板、显示装置及眼镜 | |
CN105093529A (zh) | 显示装置 | |
US11822084B2 (en) | Direction of light propagation in wearable optical devices | |
EP4099085A1 (en) | Image display device | |
JP2012098324A (ja) | 導光板及びこれを備える虚像表示装置 | |
JP7424823B2 (ja) | 画像表示装置 | |
US20220350152A1 (en) | Wearable heads-up displays | |
JP2021089395A (ja) | 画像表示装置 | |
KR20160073593A (ko) | 광학 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |