CN103837985A - 虚像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够不使装置增大地调整光束以根据佩戴者的眼睛的视线来使能够识别的图像的范围变化并使与佩戴者的视线相应的影像得以识别的虚像显示装置。由例如3mm以下的光束分量（PL1～PL5）构成图像光（PL），并向眼睛（EY）的虹膜入射而形成虚像所形成的图像，将构成图像光（PL）的各光束分量（PL1～PL5）的主光线相交的位置（CP）与眼睛（EY）的虹膜的位置相比设为视网膜侧的位置，由此能够与眼睛的运动一致地使各光束分量（PL1～PL5）中的到达视网膜的分量的范围变化。由此，能够在佩戴者使视线朝向特定方向的情况下与视线变化一致地控制图像光（PL）以仅使来自特定方向的图像光分量到达眼睛（EY）的视网膜（RE）。

Description

虚像显示装置

技术领域

本发明涉及在头部佩戴使用的头戴式显示器等虚像显示装置。

背景技术

近年来，作为如头戴式显示器那样可以进行虚像的形成及观察的虚像显示装置，例如，提出了以下的方案：一种扫描型的图像显示装置（视网膜投影显示装置），使图像光扫描并向眼睛的视网膜投影图像，通过跟随眼睛的运动使扫描方向变化，可以始终观看到影像和/或文字信息（参照专利文献1）。此外，还提出了一种扫描型的图像显示装置，在光路中配置衍射光学元件来调整光束，以关于特定的方向与其他方向相比使发散角扩展，从而减小来自光源的光的损失（参照专利文献2）。

然而，若如专利文献1那样始终跟随眼睛的运动来提供影像，则即使例如像暂时不观看影像那样眼睛转移开，影像也跟着眼睛的运动，有可能使人感到厌烦。此外，在如专利文献2那样在光路中配置衍射光学元件和/或在衍射光学元件的后级配置其他光学系统的情况下，有可能使眼前大型化且重量也增大。此外，该情况下，有时难以例如为了使形成虚线的图像光与来自外界的光即外界光重叠而成为透明。

专利文献1：日本特开2009－122550号公报；

专利文献2：日本特开2007－199251号公报。

发明内容

本发明的目的在于提供能够不使装置增大地调整光束以根据作为使用者的佩戴者的眼睛的视线来使能够识别的图像的范围变化并使与使用者的视线相应的影像得以识别的虚像显示装置。

为了实现上述目的，本发明的第一虚像显示装置：（a）具备图像形成部，其使图像光以预定的光束直径向使用者的眼睛的虹膜入射而使使用者观看虚像所形成的图像，（b）图像形成部将向眼睛的虹膜入射的图像光的各光束分量的主光线相交的位置设为与虹膜预定位置相比靠投影位置侧的位置，所述虹膜预定位置为应配置该眼睛的虹膜的位置，所述投影位置为应配置该眼睛的视网膜的位置。

在上述虚像显示装置中，在图像形成部中形成虚像所形成的图像时，通过调整图像光的光束直径和/或聚光位置（会聚位置），能够使在佩戴时能到达使用者（佩戴者）的眼睛的视网膜的图像光的范围即显示范围根据眼睛的视线而变化。特别地，通过将图像光的各光束分量的聚光位置与在佩戴时应成为眼睛的虹膜的位置的虹膜预定位置相比设为应配置视网膜的投影位置侧的位置即设为视网膜侧的位置，能够使图像光在通过眼睛的瞳孔时不会高度集中，因此能使各光束分量中的到达视网膜的分量的范围与眼睛的运动一致地变化。由此，例如，能够在使用者为了看到特定的影像而使视线朝向特定的方向的情况下控制图像光以与视线的变化一致地仅使与特定方向和/或其附近方向对应的图像光分量到达眼睛的视网膜，能够提供与使用者的视线（意思）相应的影像，并且关于使用者使视线转移开的影像即其他不需要的影像也能不妨碍观察地从视野中除去。

在本发明的具体方面，图像形成部在图像光的形成中，将向眼睛的虹膜入射的图像光的各光束分量的主光线相交的位置设为比虹膜预定位置靠上述投影位置侧且到与眼睛的旋转中心相当的中心预定位置之间的位置。该情况下，能够根据视线的移动来使改变是否进入使用者的视野的范围成为适合的范围。进而，可以实现图像光向虹膜内的有效取入。

在本发明的另一方面，图像形成部关于预定的光束直径进行调整，以使与各像素对应的各光束分量的直径的大小比眼睛的瞳孔的最大直径小。该情况下，通过使与各像素对应的各光束分量成为足够细的光束分量，能够更确切地进行关于是否观看影像的与视线相应的选择。

在本发明的又一方面，图像形成部关于预定的光束直径进行调整，以使与各像素对应的各光束分量的直径的大小为3mm以下。该情况下，能够使各光束分量的直径比一般的眼睛的瞳孔的最大直径小。

在本发明的又一方面，图像形成部以佩戴时的眼睛的正面观看方向为基准方向而通过相对于正面观看方向以预定的角度范围出射图像光来向虹膜预定位置入射，且使作为图像光的分量包含根据与眼睛的姿势对应的入射开口的配置而到达与眼睛的视网膜的位置相当的上述投影位置的角度范围的分量和不到达的角度范围的分量。该情况下，在使用者朝向正面观看方向的情况和朝向除此之外的方向的情况下，能够提供不同的影像。

在本发明的又一方面，图像形成部具有第一显示区域和第二显示区域，该第一显示区域出射在眼睛朝向与佩戴时的眼睛的正面观看方向相当的第一视线方向时到达所述投影位置的角度范围的光，该第二显示区域出射在眼睛朝向作为该正面观看方向以外的方向的第二视线方向时到达投影位置的角度范围的光，在第一及第二显示区域中的至少一个区域中，使使用者观看图像光所形成的虚像。这里，视线方向意指入射开口与上述投影位置的中心所排列的方向。该情况下，能够在使用者使视线朝向第一视线方向的情况和使视线朝向第二视线方向的情况的至少一种情况下提供单独的影像。

在本发明的又一方面，图像形成部在第二显示区域中，出射在眼睛朝向第一视线方向时不到达投影位置的角度范围的光。该情况下，例如关于在第二显示区域中形成的影像，在使用者使眼睛朝向第一视线方向的情况下不能识别，而在使眼睛朝向第二视线方向时可初次识别。

在本发明的又一方面，在图像形成部中，第一显示区域通过使第一视线方向为0°而从第一视线方向以视野角±10°以下形成。该情况下，通过将基准方向（第一视线方向）设为视野角0°的正面方向而在视野角±10°以下的范围内形成第一显示区域，能够由使用者更确切地捕捉到在第一显示区域显示的影像。更具体地，通过设为视野角在±10°以下，在例如使第一显示区域显示文字信息的情况下，使用者能够不使视线移动地读取文字信息。

在本发明的又一方面，虚像显示装置还具备：输入接受部，其接受来自使用者的指示；以及显示选择部，其根据来自输入接受部的指示而能够选择图像形成部的第一显示区域和第二显示区域中的至少一个区域中的图像形成的有无。该情况下，例如能够由输入接受部接受来自使用者的指示以根据该指示在第一显示区域映出影像等。即，能够反映使用者的意思地进行影像的选择。

在本发明的又一方面，显示选择部在特定信号被输入的情况下，与由输入接受部接受的指示无关地优先切换为根据特定信号的显示图像。该情况下，能够优先于其他影像信息来显示例如通知危险临近这样的紧急信息等。

为了实现上述目的，本发明的第二虚像显示装置：（a）具备图像形成部，其使图像光以预定的光束直径向眼睛的虹膜入射而使虚像得以识别，（b）图像形成部，以图像光包含以如下角度出射的分量的方式，使所述图像光得以被识别，所述角度是在佩戴所述虚像显示装置时仅使眼睛的视线朝向特定方向时到达与眼睛的视网膜相当的位置的角度。

在上述虚像显示装置中，能够提供仅在使眼睛的视线朝向特定的方向时被识别的影像，所以能够提供与使用者的视线（意思）相应的影像，并且关于使用者使视线转移开的影像即其他不需要的影像也能够不妨碍观察地从视野中除去。

附图说明

图1是表示第一实施方式涉及的虚像显示装置的图。

图2是示意地表示佩戴着虚像显示装置的状态的主视图。

图3（A）是用于对光出射装置的结构的一例进行说明的图，（B）是从其他方向观察图（A）所示的光出射装置的图。

图4是说明虚像显示装置的控制部的结构的方框图。

图5（A）是表示在佩戴者（使用者）朝向正面的情况下光束向眼睛入射的状况的图，（B）是概念地表示佩戴者可识别的范围和不可识别的范围的图。

图6（A）是表示在佩戴者朝向周边侧的情况下光束向眼睛入射的状况的图，（B）是概念地表示佩戴者可识别的范围和不可识别的范围的图。

图7（A）是表示在佩戴者朝向正面的情况下光束向眼睛入射的状况的比较例的图，（B）是表示在佩戴者朝向周边侧的情况下光束向眼睛入射的状况的比较例的图。

图8是表示另一比较例的光束向眼睛入射的状况的图。

图9（A）是关于人的眼睛的焦点深度进行表示的曲线图，（B）是关于相对于离焦量的屈光度进行表示的曲线图。

图10（A）是表示在变形例的虚像显示装置中佩戴者朝向正面的情况下看到的状况的图，（B）是佩戴者将视线转移向外侧的情况下看到的状况的图。

图11是第二实施方式涉及的虚像显示装置的俯视图。

符号说明：

10 光出射装置，11 信号光调制部，11r、11g、11b 色光源，DM1、DM2 分色镜，12 扫描光学系统，ML 准直透镜，12b MEMS镜，20 虚像形成部，IP 图像形成部，50 控制部，51 主控制电路，52 图像处理部，52a 显示选择部，60 输入接受部，70 输入操作部，100 虚像显示装置，100A、100B 显示装置，OA 光轴，NP 鼻托，NS 鼻，EY 眼睛，IR 虹膜，PS 虹膜位置，PSa 虹膜预定位置，PU 瞳孔，RE 视网膜，REa 投影位置，EA 耳朵，GL 信号光，SL 扫描光，PL 图像光，QQ 下游侧的位置，UU 显示区域整体，P1 第一显示区域，P2 第二显示区域，CC 中心位置，CCa 中心预定位置，OP 入射开口，CP 主光线相交的位置。

具体实施方式

第一实施方式

下面参照附图来详细说明本发明的第一实施方式涉及的虚像显示装置。

图1所示的实施方式的虚像显示装置100是具有眼镜那样的外观的头戴式显示器，对于佩戴着该虚像显示装置100的应成为观察者的佩戴者（使用者）而言，能够使其识别虚像所形成的图像光，并且能够使虚像显示装置100的作为使用者的佩戴者透明地观察外界像。图1中，部分放大地表示了佩戴者佩戴着虚像显示装置100的状态，虚像显示装置100部分省略。具体地，第一显示装置100A是形成虚像显示装置100中的右眼侧的虚像的部分。再有，如例如图2中示意地表示那样，虚像显示装置100以右眼侧的第一显示装置100A和左眼侧的第二显示装置100B为一对，但是，第二显示装置100B具有与第一显示装置100A相同的结构且仅是左右颠倒，因此省略详细说明。再有，第一显示装置100A也单独作为虚像显示装置发挥功能。

这里，在图1等所示的状态下，对于佩戴者而言正面的方向是光轴OA的方向，以光轴OA从虚像显示装置100侧朝向佩戴者侧的方向为＋X方向，以对于佩戴者而言的上下方向为±Y方向，以左右方向为±Z方向。

下面，通过对第一显示装置100A的结构的一例进行说明，来说明虚像显示装置100的结构的一例。如图1所示，第一显示装置100A具备：用于形成信号光且将该信号光作为扫描光SL出射的光出射装置10；和接受来自光出射装置10的扫描光SL而形成图像光PL的作为被照射部件的虚像形成部20。光出射装置10配置于佩戴者的鼻子NS周边，虚像形成部20配置成在光出射装置10的前方侧（﹣X侧）覆盖佩戴者的眼睛EY的前方。

再有，在图2中，如示意地表示从正面观察佩戴有虚像显示装置100的状态那样，光出射装置10由从框架FL延伸的支撑体SS支撑，从而配置于上述的鼻子NS周边的、比虚像形成部20更靠＋X侧的位置处。再有，在图示的例子中，虚像显示装置100具有从框架FL的中央部延伸而从侧面支撑虚像形成部20的支柱部PP，在支柱部PP的前端侧，具有用于在佩戴时可用鼻子NS支撑虚像显示装置100的鼻托部NP。这里，将光出射装置10和虚像显示部20结合起来作为图像形成部IP。图像形成部IP包括光出射装置10和虚像形成部20，由此使图像光以预定的光束直径向眼睛的虹膜入射而使佩戴者识别到虚像所形成的图像。

如图3（A）及3（B）所示，光出射装置10具有作为信号光形成部的信号光调制部11、扫描光学系统12和驱动控制电路13。再有，如图3（A）所示，虚像显示装置100具备用于进行图像形成的控制的控制部50。控制部50经电缆CB与光出射装置10连接。对于控制部50在后面详细描述。

光出射装置10根据来自控制部50的各种信号中的图像信号来进行用于图像形成的光出射，由此生成用于形成虚像的光。光出射装置10中的驱动控制电路13根据从控制部50发送的图像信号和/或驱动信号来进行光出射装置10的驱动控制。即，驱动控制电路13是用于根据各种信号来同步驱动信号光调制部11和扫描光学系统12的控制电路。

下面对光出射装置10的构成及工作的详情进行说明。信号光调制部11具有合成光形成部11a和准直透镜ML。合成光形成部11a形成应成为图像光PL（参照图1）的信号光GL即合成光。因此，合成光形成部11a具有产生红（R光）、绿（G光）及蓝（B光）各色光的色光源11r、11g、11b和用于合成经过了色光源11r、11g、11b的各色光的第一及第二分色镜DM1、DM2。准直透镜ML是通过调整从合成光形成部11a出射的作为合成光的信号光GL的光束状态来进行调制以向扫描光学系统12出射的透镜，例如使信号光GL大体平行化。此外，扫描光学系统12具有使经过了准直透镜ML的信号光GL在虚像形成部20中进行二维扫描的作为扫描部的MEMS镜部12b。

在光出射装置10中的信号光调制部11中，各色光源11r、11g、11b是二极管激光器光源或LED光源，红色光源11r出射产生红色光的特定波段的光，绿色光源11g出射产生绿色光的特定波段的光，蓝色光源11b出射产生蓝色光的特定波段的光。再有，各色光源11r、11g、11b例如包括各色的LED发光元件。各色光源11r、11g、11b调整光束的方向以朝向第一分色镜DM1或第二分色镜DM2的方向出射各色光。

第一分色镜DM1使处于产生红色光的特定波段的光透射并且将处于其他特定波段的光反射，第二分色镜DM2使处于产生红色光和绿色光的特定波段的光透射并且将处于其他特定波段的光反射。由此，将红色光、绿色光和蓝色光这三色的色光合成而成的合成光形成为构成彩色图像的信号光GL。再有，在图示的情况下，分别调整各色光源11r、11g、11b的位置以使合成的三色的色光的光路长相等。即，各色光为等价的位置。此外，也可根据光束的形状来调整第二分色镜DM2相对于第一分色镜DM1的大小。

在用以上那样构成的合成光形成部11a进行合成光形成的情况下，因为使用与红（R光）、绿（G光）及蓝（B光）的每种颜色对应的色光源11r、11g、11b，所以能提高光的利用效率。

准直透镜ML调整由合成光形成部11a形成的作为合成光的信号光GL的发散角，例如使光束成为稍有些会聚的大体平行状态而向扫描光学系统12中的作为扫描部的MEMS镜部12b出射。

如图3（B）所示，扫描光学系统12具有MEMS镜部12b和周边部件12c。MEMS镜部12b通过使用经过了准直透镜ML的信号光GL来作为扫描光SL而向作为被照射部件的虚像形成部20（参照图1）的被照射区域上照射，由此可以使作为虚像的图像得以被识别。即，MEMS镜部12b是扫描光学系统12的核心部分。周边部件12c从周边包围MEMS镜部12b而形成收置MEMS镜部12b的孔HL。换言之，MEMS镜部12b收置于在扫描光学系统12的中央部设置的矩形的孔HL中。MEMS镜部12b可以向任意的方向倾斜。

下面，详细说明MEMS镜部12b。MEMS镜部12b是使由信号光调制部11形成的作为合成光的信号光GL在虚像形成部20（参照图1）中进行二维扫描而作为照射虚像形成部20（参照图1）的扫描光SL出射的扫描部。MEMS镜部12b构成为包括为了可以进行二维扫描而可以关于一轴方向进行旋转的MEMS镜主体部12x和作为包围MEMS镜主体部12x的框且可以关于与该一轴方向垂直的轴方向进行旋转的镜框体12y。首先，MEMS镜主体部12x具有与镜框体12y连接的一对第一轴SH1，且可以绕第一轴SH1旋转。此外，镜框体12y具有与MEMS镜部12b的周边部件12c连接的一对第二轴SH2，且可以绕第二轴SH2旋转。第一轴SH1的轴方向和第二轴SH2的轴方向互相垂直，由此MEMS镜部12b可以使MEMS镜主体部12x关于互相垂直的两轴方向旋转。根据以上内容，MEMS镜部12b可以向任意的方向倾斜，可以进行作为出射的光束的扫描光SL的二维扫描。即，MEMS镜部12b是使扫描光SL向虚像形成部20照射的MEMS扫描器。

再有，在MEMS镜部12b的光出射侧，可配置用于调整光束的发散角的中继透镜。

返回到图1，虚像形成部20是在树脂制的透明基板上具有半透射反射膜而构成的透明基材。即，虚像形成部20是半透明反射镜。虚像形成部20组装于框架FL，且配置为位于佩戴者的眼睛EY的前方并相对于佩戴者而言位于比光出射装置10远处侧。换言之，关于沿着光轴OA的方向在佩戴者的眼睛EY和虚像形成部20之间配置光出射装置10。虚像形成部20具有足以从前方覆盖佩戴者的眼睛EY的大小，接受从光出射装置10的扫描光学系统12向－X方向倾斜照射的扫描光SL，且通过将扫描光SL反射而形成虚像，使佩戴者识别。此时，虚像形成部20为与虚像显示装置100的外观相应的部件，在图1的例子中，具有与框架FL一致地弯曲的形状。

此外，作为半透明反射镜的虚像形成部20是厚度大体均匀的板状部件，不仅如上所述形成虚像，而且还使外界光OL通过。即，不仅虚像进入佩戴者的眼睛EY，来自外界的光也进入佩戴者的眼睛EY，虚像显示装置100为透明的构成。

下面，参照图4来说明控制部50的结构。控制部50具备：总体控制工作的主控制电路51；基于例如视频信号等从外部输入的图像信号来进行图像处理的图像处理部52；接受来自佩戴者（操作者）的指令等外部信号的输入接受部60；和保存与图标等固定内容的影像相关的各种数据的内部存储器80。再有，控制部50例如在图2所示的框架FL和/或支撑体SS等的内部收置电缆CB，通过延长该电缆CB，而配置于例如耳朵EA（参照图1）的背侧和/或佩戴者用于进行各种操作的操作面板（未图示）的内部之类不会妨碍视野或增大眼前的重量的位置处。

图像处理部52基于例如从外部输入的输入信号来制作关于图像和/或声音的各种信号，并经由电缆CB向光出射装置10发送。即，关于图像和/或声音的各种信号从图像处理部52传递到光出射装置10的驱动控制电路13（参照图3）。图像处理部52具备显示选择部52a。显示选择部52a对于应显示的图像的内容进行各种选择的处理。通过显示选择部52a，可以进行例如在可以显示的区域中的中心侧和周边侧使某处的显示为开或关这样的显示范围的选择。

输入接受部60经由相当于未图示的操作面板等的输入操作部70接受来自佩戴者（操作者）的外部信号。

内部存储器80存储与投影的图像内容中的图标和/或日期、时间等固定内容的影像有关的各种数据。

主控制电路51，作为工作的总体控制之一，例如进行与在输入接受部60接受的信号相应的各种处理，但是，在例如识别到各种信号中的关于图像处理的信号时向图像处理部52传递。此外，主控制电路51根据需要适宜读取从各图像处理部52发送的应成为图像信号的信息中的、在内部存储器80中存储为各种数据的信息并向图像处理部52传输。

在本实施方式中，在以上的构成中，在由图像形成部IP（参照图2）即光出射装置10和虚像形成部20形成图像光PL时，调整各光束分量的光束直径和/或聚光位置（会聚位置）、入射角度，并向眼睛EY的虹膜入射，由此可以提供仅在眼睛EY的视线朝向特定的方向时可识别的影像。

下面，参照图5（A）等来说明构成图像光PL的各光束分量的状态、更详细地为各光束分量的光束直径和/或聚光位置、入射角度的状态等。此外，对各光束分量与眼睛的配置位置的关系进行说明。在图5（A）的状态下，佩戴者观看正面、即视线处于－X方向，眼睛EY的视线的中心轴EE1成为与光轴OA一致的状态。下面，如上所述将处于作为基准方向的正面方向的视线方向设为第一视线方向，如例如图6（A）所示，将处于第一视线方向以外即中心轴EE2相对于光轴OA倾斜的状态的情况下的视线方向设为第二视线方向。

图5（A）是表示在佩戴者朝向正面的情况下即佩戴者使眼睛EY朝向第一视线方向的情况下的光束向眼睛EY入射的状况的图。即，在图5（A）的状态下，表示了在佩戴者观看着正面且没有视线移动的情况下的眼睛EY与各像素的入射光束的关系。此外，图5（B）概念地表示在图5（A）的状态下，佩戴者可识别的影像的范围和不可识别的影像的范围。这里，如图所示，作为构成图像光PL的各光束分量（部分光束）的例子，将作为中心分量而沿光轴OA入射的部分光束设为光束分量PL1，将光束分量PL1附近的入射角度较小的、从佩戴者看从右侧（－Z侧）入射的部分光束设为光束分量PL2，将从左侧（＋Z侧）入射的部分光束设为光束分量PL3。此外，将周边侧的入射角度较大的、从右侧（－Z侧）入射的部分光束设为光束分量PL4，将从左侧（＋Z侧）入射的部分光束设为光束分量PL5。这里，各光束分量PL1～PL5与形成的影像的一像素分别对应。

再有，如图5（A）所示，眼睛EY除了具有虹膜（虹彩）IR、视网膜RE之外，还具有角膜、玻璃体和晶状体等，在虹膜IR的中央形成有瞳孔PU。这里，各光束分量PL1～PL5的直径的大小为3mm以下。再有，通过设为3mm以下，使各光束分量PL1～PL5的直径比一般人的眼睛EY的瞳孔PU的最大直径小。通过使直径的大小比瞳孔PU的最大直径小、即使与各像素对应的各光束分量PL1～PL5足够细，能够更确切地进行关于是否观看影像的与视线相应的选择。

各光束分量PL1～PL5依据是否对眼睛EY以能够通过瞳孔PU的角度入射来决定是否到达视网膜RE、即是否作为影像而被佩戴者识别。

这里，关于构成图像光PL的各光束分量PL1～PL5等光束分量，其主光线相交的位置CP成为在向眼睛EY的虹膜IR入射时在最狭窄的范围集中的位置。即，主光线相交的位置CP是图像光PL的聚光位置，也可以说是会聚位置。在本实施方式中，该主光线相交的位置CP不是虹膜IR所处的虹膜位置PS，而是比虹膜位置PS更靠近视网膜RE侧（光路下游侧）的位置，位于到达眼睛的回转（旋转或转动）的中心位置CC之间。该情况下，图像光PL的各光束分量PL1～PL5在虹膜IR的位置成为没有高度集中的状态，因此存在能够通过虹膜IR的瞳孔PU的分量和被虹膜IR遮挡而不能通过瞳孔PU的分量，能看到的范围根据佩戴者的视线方向而变化。

对于上述内容，改变思考方式，试着理解为假定将眼睛EY配置于预定的位置来进行组装的虚像显示装置100（参照图1等）的结构。首先，如图5（A）所示，虚像显示装置100将应配置眼睛EY的虹膜IR的位置假定为虹膜预定位置PSa（相当于虹膜位置PS），将应成为眼睛EY的中心的位置假定为眼睛的中心预定位置CCa（相当于中心位置CC），将应配置视网膜RE的位置即成像的位置假定为投影位置REa。在该情况下，虚像显示装置100成为以下结构：形成图像光PL，以在比虹膜预定位置PSa更靠投影位置REa侧且到达中心预定位置CCa之间的位置处，换言之，在图中的比虹膜预定位置PSa靠下游侧的位置QQ的范围内，配置图像光PL的主光线相交的位置CP。

此外，在虹膜预定位置PSa处，假定入射开口OP的配置为与由虹膜IR的瞳孔PU确定的视野的范围即眼睛EY的姿势对应的配置的情况下，虚像显示装置100可以进行调整以通过与入射开口OP及投影位置REa的配置等对应地控制图像光PL的各光束分量来根据眼睛EY的姿势包含到达视网膜RE的角度范围的分量和没有到达的角度范围的分量的范围来作为图像光PL的分量。该情况下，佩戴时的第一视线方向和/或第二视线方向等视线方向意指入射开口OP和投影位置REa的中心所排列的方向。

再有，对于图像光PL的光束直径和/或入射角度的控制，具体地，在虚像显示装置100中的、包括出射光的光出射装置10和使光反射的虚像形成部20的图像形成部IP中的图像形成中进行。

还有，以可以进行上述那样的调整为前提，需要以某种程度的精度来对齐相对于虚像显示装置100的相对的佩戴者的眼睛EY的位置。眼睛EY的位置存在个人差异，因此为了在佩戴时可以进行位置调整，虚像显示装置100也可以具有眼宽调整部和/或调整眼睛相对于虚像形成部20的高度和/或距离的部件。

下面，对图示的情况下的图像光PL的详情进行说明。首先，在处于图5（A）的状态的情况下，进行调整以使光束分量PL1～PL5中的、通过瞳孔PU到达视网膜RE而被佩戴者识别的是位于中央侧的光束分量PL1～PL3。换言之，进行调整以使位于周边侧的光束分量PL4、PL5被虹膜IR遮挡，不能到达视网膜RE，成为不可识别的光束分量。该情况下，如图5（B）概念地所示，仅能识别位于显示区域整体UU中的、中央侧的范围（图中空白部分）的图像，不能识别位于周边侧的范围（图中梨皮纹那样的部分）的图像。下面，将可识别的范围（图中空白部分）设为第一区域U1，将不可识别的范围（图中梨皮纹那样的部分）设为第二区域U2。在处于图5（A）的状态的情况下，中央侧的窄视场角的区域的图像能向眼睛EY入射而作为影像被看到。另一方面，大视场角的区域的图像即周围的影像被虹膜IR遮挡（剔除），因此不能到达视网膜RE，该部分不能作为影像而被看到。再有，在图5（B）中，将显示区域整体UU中的中央侧的区域设为第一显示区域P1，将左右周边侧的区域设为第二显示区域P2。即，在眼睛EY朝向作为基准方向的第一视线方向（正面方向）时可看到的范围成为第一显示区域P1，通过使眼睛EY朝向第二视线方向而初次看到的范围（眼睛EY朝向第一视线方向时未到达视网膜RE的角度范围）成为第二显示区域P2。图5（A）的情况下，第一显示区域P1与第一区域U1大体一致，第二显示区域P2与第二区域U2大体一致。

此外，这里，作为一例，中央侧的第一显示区域P1设为以使第一视线方向为0°而以视野角±10°以下形成的方式调整图像光PL的区域。该情况下，佩戴者在从作为基准方向的第一视线方向（X方向）观看的情况下，能更确切地捕捉在第一显示区域P1显示的影像。更具体地，通过设为视野角±10°以下的比较有限的范围，在例如在第一显示区域P1显示文字信息的情况下，佩戴者即使在遍及到第一显示区域P1的范围内的各个角落显示文字信息的情况下也能不使视线移动地在保持原来的姿态的状态下确切地读取这些信息。

如上所述，在如图5（A）所示那样观察正面方向的情况下，仅识别在第一显示区域P1投影的影像，不识别在第二显示区域P2投影的影像，但是，在佩戴者改变视线即眼睛EY朝向的方向改变时能识别图像的范围将变化。即、由于移动视线的方向的影像进入瞳孔PU内，因此在观察正面时看不到的影像会出现。

图6（A）是作为佩戴者使眼睛EY朝向第一视线方向以外的方向即第二视线方向的情况的一例、表示在佩戴者朝向左右方向（Z方向）上的周边侧中的右侧（－Z侧）的情况下光束向眼睛EY入射的状况的图。换言之，图6（A）表示佩戴者从图5（A）的状态移动视线而观看周边侧的情况下的眼睛EY与各像素的入射光束的关系。此外，图6（B）是概念地表示在图6（A）的状态下佩戴者可识别的范围和不可识别的范围的图。如图6（A）所示，该情况下，进行调整以识别到位于中央侧的光束分量PL1～PL3中的光束分量PL1～PL2，识别位于周边侧的光束分量中的右侧（－Z侧）的光束分量PL4，中央侧的光束分量PL3和/或周边侧光束分量PL5由虹膜IR遮挡，不能到达视网膜RE，成为不可识别的分量。在图6（B）中观察该情况时，仅分为左右两个的第二显示区域P2中的位于右侧（－Z侧）的部分区域P2a和第一显示区域P1中的大体右侧半部分区域的影像成为被佩戴者识别的第一区域U1（图中空白部分），第二显示区域P2中的位于左侧（＋Z侧）的部分区域P2b和/或第一显示区域P1中的大体左侧半部分区域的影像成为不被佩戴者识别的第二区域U2（图中梨皮纹那样的部分）。反之，在佩戴者朝向左右方向（Z方向）的周边侧中的左侧（＋Z侧）的情况下，将仅识别部分区域P2b和/或第一显示区域P1中的大体左侧半部分区域的影像。

如上所述，在本实施方式的情况下，在佩戴者观看图5（A）所示的正面方向（第一视线方向）的状态和佩戴者观看图6（A）所示的周边侧的方向（第二视线方向）的状态下，能够使可看到的图像的范围不同。因此，通过按每个区域改变可看到的内容，能够根据视线的方向提供不同的影像。即，通过移动视线，能看到想要看到的影像，与视线方向反向的可谓不想注意的影像漏掉。

图7（A）和图7（B）是表示比较例之一的图，表示了主光线相交的位置CP与上述本实施方式的情况不同、位于虹膜IR的位置附近处的情况的状态。该情况下，如图7（A）所示，在佩戴者观看正面方向（第一视线方向）的情况下，构成图像光PL的光束分量PL1～PL5的全部到达视网膜RE，即可识别显示区域整体。然而，如图7（B）所示，在佩戴者使视野移动某角度以上并使眼睛EY朝向正面以外的方向（第二视线方向）时，光束分量PL1～PL5的全部被虹膜IR遮挡，全部的图像会漏掉。即，想要看到的方向的影像也会漏掉。在本实施方式中，如上所述，通过使主光线相交的位置CP位于比虹膜IR的位置更靠眼睛EY（眼球）的进深侧，不会成为比较例那样的事态，而能够根据视线的变化来使可识别的范围变化。

此外，如图8所示，也可考虑增大各光束分量PL1～PL5的光束直径。例如通过使光束直径比瞳孔PU大得多，可以抑制影像漏掉，但是，其反面是，即使使视线转移开，不想看到的图像依然进入视野的可能性高。在本实施方式中，如上所述，例如通过使各光束分量PL1～PL5的光束直径足够细至3mm以下能够避免此类事态，且能抑制观察的范围。

进而，在如本实施方式那样使光束直径变细的情况下，也能提高焦点深度。图9（A）及图9（B）是用于说明焦点深度的曲线图。更具体地，图9（A）是眼睛中相对于光束直径的焦点深度的曲线图。此外，图9（B）是表示相对于离焦量的屈光度的曲线图。另外，下面的表1表示相对于屈光度（折射度数）的值的裸眼视力的范围。

表1

从这些曲线图及表可知，例如在光束直径为1mm以下时，焦点深度为几百μm左右，即使是相同程度的离焦量也能对焦地观看。如图9（B）所示，相对于该值的屈光度为2～3左右。该情况下，根据表1所示的屈光度和视力的关系，即使是视力为0.1左右也可不需要视度调节地得到良好的影像。与之相对，例如如图8的情况那样，在增大光束直径时会损害以上那样的关于视度调节的优点。例如，在光束直径为5mm左右时，根据图9（A）的曲线图，焦点深度几乎不存在，图9（B）所示的相对于离焦量的屈光度也大体为零，不能如本实施方式那样得到焦点深度的提高所带来的关于视度调节的效果。

如上所述，在本实施方式涉及的虚像显示装置100中，由例如3mm以下的光束直径的光束分量PL1～PL5构成图像光PL，以向眼睛EY的虹膜入射而形成虚像所形成的图像。进而，此时，将构成图像光PL的各部分光束（光束分量）PL1～PL5的主光线相交的位置CP设为比眼睛EY的虹膜的位置靠光路下游侧即视网膜侧的位置，由此能够在图像光通过眼睛的瞳孔时不会高度集中，因此可以使各光束分量PL1～PL5中的到达视网膜的分量的范围与眼睛的运动一致地变化。由此，例如，在佩戴者为了看到特定的影像而使视线朝向特定的方向的情况下控制图像光PL以与视线的变化一致地仅使来自特定方向的图像光分量到达眼睛EY的视网膜RE，由此能够提供与佩戴者的视线（意思）相应的影像，并且关于佩戴者使视线转移开的影像即其他不需要的影像也能不妨碍观察地从视野中除去。

下面，对本实施方式的一个变形例进行说明。图10（A）是对在一个变形例的虚像显示装置中在佩戴者朝向正面的情况下即眼睛EY处于第一视线方向的情况下看到的范围进行表示的图，图10（B）是对在佩戴者使视线转移向外侧的情况下即眼睛EY处于第二视线方向的情况下看到的范围进行表示的图。在本变形例中，使中心侧的影像的显示（相当于第一显示区域的显示）通常为关闭，并仅使周边侧的影像的显示（相当于第二显示区域的显示）通常为打开。由此，如图10（A）所示，在使视线朝向正面的情况下，中心侧的影像的显示为关闭，因此成为透明地看到作为周围环境的外界像SF的状态。此时，虽然周边侧的影像的显示为打开的状态，但是，光束不会进入视野。与之相对，如图10（B）所示，在使视线朝向周边（横侧）的情况下，周边侧的影像的显示为打开，并且视线朝向能捕捉到该显示的方向，因此除了外界像SF的一部分以外还显示各种信息而成为可观看其内容的状态。再有，如图所示，对于由图标显示等进行显示的各种信息，例如可以通过适宜读取在图4的内部存储器80中存储的信息来进行显示。作为此类使用方式，例如，在佩戴虚像显示装置步行时等，使中央的影像为关闭，设为可看到外界的状态。即，在视线为正面的情况下，由于周边的影像成为障碍，因此使得不进入眼睛EY。另一方面，在想要地图数据等信息时，通过移动视线，在周围隐藏的影像显现，通过适宜进行例如声音、指示器等的指示而能在中央具有导航画面。具体地，在图4所示的控制部50中，在由输入操作部70发送来自佩戴者的上述各种方法所进行的指示并由输入接受部60接受关于该指示的信号时，经由主控制电路51将与对应的图像处理相关的信号向图像处理部52发送，并在图像处理部52中进行图像信号的处理，此时，一并由显示选择部52a也进行应显示影像的选择，在通常为关闭的中心侧开始影像的显示。

再有，在上述的工作中，例如，显示选择部52a也可以在特定的信号被输入的情况下与由输入接受部60接受的指示无关地优先切换为根据特定信号的显示图像。例如，如上所述，虽然通常使中心侧的影像的显示为关闭，但是，在发送例如用于向佩戴者通知危险临近的信号来作为特定信号的情况下，能够优先于其他影像信息地显示紧急信息来作为中心侧的影像。

第二实施方式

下面，对第二实施方式涉及的虚像显示装置进行说明。再有，本实施方式涉及的虚像显示装置是第一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，与第一实施方式的虚像显示装置100同样。

图11是本实施方式涉及的虚像显示装置的俯视图。如图所示，本实施方式涉及的虚像显示装置200的第一显示装置200A具备光出射装置10和作为虚像形成部的导光部件220、光透射部件250。导光部件220和光透射部件250分别是光透射性的棱镜部件，并通过接合而一体化。再有，光出射装置10和导光部件220协作而作为形成虚像所形成的图像的图像形成部IP来发挥功能。

导光部件220是在俯视时沿脸部弯曲的圆弧状部件，作为具有光学功能的侧面，从光出射侧依次具有第一～第六面S11～S16。其中，第一面S11与第四面S14相邻，第三面S13与第五面S15相邻，在第一面S11与第三面S13之间配置第二面S12，在第四面S14与第五面S15之间配置第六面S16。各面S11～S16是自由曲面，通过镜体所形成的全反射和/或利用了与空气层的折射率差的在内面侧的全反射，来将从光出射装置10出射的扫描光SL导向导光部件220内，并且调整扫描光SL的光路来作为形成期望虚像的图像光PL出射。即，导光部件220是作为虚像形成部发挥功能的棱镜部件。再有，在该导光时，在通过第三面S13的前后，在表示为像面II的位置形成中间像。

光透射部件250是辅助导光部件220的透视功能的部件（辅助棱镜），由与导光部件220相同的材料形成，且具有第一透射面S51、第二透射面S52和第三透射面S53作为具有光学功能的侧面。这里，在第一透射面S51与第三透射面S53之间配置有第二透射面S52。第一透射面S51位于使导光部件220的第一面S11延长了的曲面上，第二透射面S52是相对于该第二面S12通过粘接层而接合并一体化的曲面，第三透射面S53位于使导光部件220的第三面S13延长了的曲面上。其中，第二透射面S52与导光部件220的第二面S12由于通过接合而一体化，因此具有大体相同曲率的形状。

再有，在导光部件220中，第一面S11和第三面S13皆配置于眼睛EY的正面，且相对于观察者呈凹面形状，在通过这些面观看外界光时，视度大体为0。此外，在光透射部件250中，使第一面S11和第三面S13分别延长了的第一透射面S51和第三透射面S53使视度大体为0。即，作为使导光部件220和光透射部件250一体化而成的整体，也使视度大体为0。

在本实施方式中，也在图像形成部中形成虚像所形成的图像时，通过调整图像光的光束直径和/或聚光位置（会聚位置），可以使到达视网膜的分量的范围与眼睛的运动一致地变化。由此，能提供与佩戴者的视线（意思）相应的影像，并且关于佩戴者使视线转移开的影像即其他不需要的影像也能不妨碍观察地从视野中除去。

本发明不限于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内能以各种方式来实施。

在上述内容中，使光出射装置10成为由MEMS镜等构成的装置，但是，图像投射的方式不限于此，在例如使用液晶面板和/或有机EL等来形成图像的类型的装置中，也可与上述同样地进行修正的处理。

此外，在上述图3（A）等所示的信号光调制部11的结构中，在合成光形成部11a中的信号光GL的形成中将来自各色光源11r、11g、11b的光合成，但是，这是本实施方式的信号光形成的一例，也能够通过其他构成来形成信号光GL。

在上述内容中，作为光源，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等上述以外的元件。

此外，在上述第一实施方式的虚像显示装置100中，如图2所示，由两个光出射装置10形成左右的图像，但是，也可例如通过将一个MEMS镜分配给左右双方来形成两个影像。

另外，在上述内容中，关于左右方向识别的影像的范围根据眼睛EY的姿势而变化，但是，也可关于上下方向也根据眼睛EY的姿势来变化。

再有，上述第一实施方式的虚像形成部20接受从扫描光学系统12照射的扫描光SL并将该扫描光反射而使佩戴者识别，但是，也可通过在虚像形成部20设置作为膜状部件的全息元件来形成图像。即，利用全息元件处的衍射而通过处于特定的波段的图像光来形成虚像，并且通过使处于宽范围的波段的外界光可以通过来形成为透明的构成。

Claims (11)

1.一种虚像显示装置，具备：

图像形成部，其使图像光以预定的光束直径向使用者的眼睛的虹膜入射而使使用者观看虚像所形成的图像，

所述图像形成部将向眼睛的虹膜入射的所述图像光的各光束分量的主光线相交的位置设为与虹膜预定位置相比靠投影位置侧的位置，所述虹膜预定位置为应配置该眼睛的虹膜的位置，所述投影位置为应配置该眼睛的视网膜的位置。

2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述图像形成部在所述图像光的形成中，将向眼睛的虹膜入射的所述图像光的各光束分量的主光线相交的位置设为比所述虹膜预定位置靠所述投影位置侧且到与眼睛的旋转中心相当的中心预定位置之间的位置。

3.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，

所述图像形成部关于所述预定的光束直径进行调整，以使与各像素对应的各光束分量的直径的大小比眼睛的瞳孔的最大直径小。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述图像形成部关于所述预定的光束直径进行调整，以使与各像素对应的各光束分量的直径的大小为3mm以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述图像形成部以佩戴时的眼睛的正面观看方向为基准方向而通过相对于所述正面观看方向以预定的角度范围出射所述图像光来向所述虹膜预定位置入射，且使作为所述图像光的分量包含根据与眼睛的姿势对应的入射开口的配置而到达与眼睛的视网膜的位置相当的所述投影位置的角度范围的分量和不到达的角度范围的分量。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述图像形成部具有第一显示区域和第二显示区域，该第一显示区域出射在眼睛朝向与佩戴时的眼睛的正面观看方向相当的第一视线方向时到达所述投影位置的角度范围的光，该第二显示区域出射在眼睛朝向作为该正面观看方向以外的方向的第二视线方向时到达所述投影位置的角度范围的光，在所述第一及第二显示区域中的至少一个区域中，使使用者观看所述图像光所形成的虚像。

7.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其中，

所述图像形成部在所述第二显示区域中，出射在眼睛朝向所述第一视线方向时不到达所述投影位置的角度范围的光。

8.根据权利要求6或7所述的虚像显示装置，其中，

在所述图像形成部中，所述第一显示区域通过使所述第一视线方向为0°而从所述第一视线方向以视野角±10°以下形成。

9.根据权利要求6～8中任一项所述的虚像显示装置，还具备：

输入接受部，其接受来自佩戴者的指示；以及

显示选择部，其根据来自所述输入接受部的指示而能够选择所述图像形成部的所述第一显示区域和所述第二显示区域中的至少一个区域中的图像形成的有无。

10.根据权利要求9所述的虚像显示装置，其中，

所述显示选择部在特定信号被输入的情况下，与由所述输入接受部接受的指示无关地优先切换为根据所述特定信号的显示图像。

11.一种虚像显示装置，具备：

图像形成部，其使图像光以预定的光束直径向眼睛的虹膜入射而使虚像得以被观看，

所述图像形成部，以所述图像光包含以如下角度出射的分量的方式，使所述图像光得以被观看，所述角度是在佩戴所述虚像显示装置时仅使眼睛的视线朝向特定方向时到达相当于眼睛的视网膜的位置的角度。

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