CN108663809B - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

显示装置。提供能够实现小型化和轻量化的显示装置。显示装置具有：图像生成系统(20)，其射出由非平行光构成的图像光(L)；和导光系统(30)，从图像生成系统(20)射出的图像光(L)在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统(30)中。导光系统(30)具备：透光性的入射部(40)，其具备入射图像光(L)的由曲面构成的入射面(41)以及将从入射面(41)入射的图像光(L)转换为平行光的由曲面构成的多个反射面(42)；和透光性的导光部(50)，该导光部(50)的第1方向X的一端侧与入射部(40)连接。在导光部(50)中，从入射部(40)入射的图像光(L)在第1面(56)与第2面(57)之间反射而被引导至射出部(58)。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及具备导光系统的显示装置。
背景技术
作为显示装置，提出了具备导光系统的结构，所述导光系统的导光部与入射图像光的入射部连接(参照专利文献1)。在专利文献1所记载的显示装置中，从图像生成系统射出的图像光经由投射透镜系统入射到入射部。
专利文献1：日本特开2017-3845号公报
显示装置要求小型化和轻量化，但是，在专利文献1所记载的结构中，需要在图像生成系统与导光系统之间设置投射透镜系统，因此，难以实现小型化和轻量化。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的课题是提供能够实现小型化和轻量化的显示装置。
为了解决所述课题，本发明的显示装置的一个方式具有：图像生成系统，其射出由非平行光构成的图像光；和导光系统，从所述图像生成系统射出的所述图像光在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统，所述导光系统具备：透光性的入射部，其具备入射所述图像光的由曲面构成的入射面以及将从所述入射面入射的所述图像光转换为平行光的由曲面构成的多个反射面；和透光性的导光部，该导光部的第1方向的一端侧与所述入射部连接，所述导光部具备：第1面，其从所述一端侧朝向所述第1方向上的另一端侧延伸；第2面，其在与所述第1方向交叉的第2方向的一侧与所述第1面对置；以及射出部，其设置于所述第2面的与所述入射部分离的部分，从所述入射部射出至所述导光部的所述平行光在所述第1面与所述第2面之间反射而被引导至所述射出部。
在发明中，从图像生成系统射出的由非平行光构成的图像光在不经由投射透镜系统而入射到导光系统的入射部的入射面后，在入射部的多个反射面反射而被转换为平行光。因此，平行化后的图像光在导光部的第1面与第2面之间反射而在导光部内行进，从射出部射出。因此，即使不设置投射透镜系统，也能够将图像光从射出部射出，因此，能够实现显示装置的小型化和轻量化。
在本发明中，可以采用如下方式：在从与所述第1方向以及所述第2方向交叉的第3方向观察从所述图像生成系统的同一部位入射到所述入射面的非平行光束被所述入射部平行化后的平行光束时，所述导光部的所述一端侧的部分的内部被所述平行光束充满。根据所述方式，即使使导光部的第2方向上的厚度变薄，也能够显示亮度较高的图像。
在本发明中，可以采用如下方式：所述第1面和所述第2面平行，在设从所述第3方向观察所述平行光束时的光束直径为D、所述第1面和所述第2面在所述第2方向上的间隔为t、所述平行光束相对于所述第1面和所述第2面的入射角为θ时，所述光束直径D、所述间隔t和所述入射角θ满足下述条件式D＝2t×Sinθ。根据所述方式，从第3方向观察时，导光部的一端部分整体被平行化后的图像光充满。因此，即使使导光部的第2方向上的厚度变薄，也能够显示亮度较高的图像。
在本发明中，可以采用如下方式：所述第1面和所述第2面平行，从所述第3方向观察所述平行光束时，在所述导光部的所述一端侧的部分中，所述平行光束的光线中的位于一个侧端部的第1光线入射到所述第2面的位置以及所述平行光束的光线中的位于另一个侧端部的第2光线入射到所述第2面的位置位于所述平行光束的中心光线入射到所述第1面的位置处的法线上。根据所述方式，从第3方向观察时，导光部的一端部分整体被平行化后的图像光充满。因此，即使使导光部的第2方向上的厚度变薄，也能够显示亮度较高的图像。
在本发明中，可以采用如下方式：所述入射面和所述多个反射面中的至少一个面是自由曲面。
在本发明中，可以采用如下方式：所述多个反射面中的至少一个面具备反射性金属层。
在本发明中，可以采用如下方式：所述入射部和所述导光部是一体的部件。
在本发明中，可以采用如下方式：所述入射部的至少一部分由第1透光性部件形成，所述导光部由第2透光性部件形成，该第2透光性部件通过接合面与所述第1透光性部件进行面接合。根据所述方式，能够分别利用适当的方法制造入射部和导光部。
在本发明中，可以采用如下方式：所述接合面的所述第2方向的所述一侧的第1端部位于所述第2面与所述入射部的反射区域之间，所述第2方向的另一侧的第2端部位于所述第1面与所述入射部的反射区域之间。根据所述方式，接合面不易妨碍入射部内的适当反射或导光部内的适当反射。
在本发明中，可以采用如下方式：所述第1透光性部件和所述第2透光性部件的折射率以及阿贝数不同，所述接合面由曲面构成，所述接合面包含在所述入射部中。根据所述方式，接合面作为透镜发挥功能，因此起到对图像光平行化的作用的一部分。因此，能够降低对入射部的设计上的要求。此外，还能够实现色差等的减少。
在本发明中，可以采用如下方式：所述第1透光性部件和所述第2透光性部件的折射率以及阿贝数不同，所述接合面由平面构成，所述接合面位于所述入射部与所述导光部之间。根据所述方式，接合面作为折射面发挥功能，因此能够实现色差等的减少。
在本发明中，可以采用如下方式：所述图像生成系统具有：光调制面板，其生成图像；和透镜元件，其被固定在所述光调制面板的所述图像光的射出侧的面上。根据所述方式，由于图像生成系统本身具备的透镜元件起到对图像光平行化的作用的一部分，因此，能够降低对入射部的设计上的要求。
在本发明中，可以采用如下方式：在所述导光部中，在从与所述第1方向以及所述第2方向交叉的第3方向观察时从相对于所述第2面的法线方向朝向所述一端侧倾斜的多个部分反射层彼此平行地沿所述第1方向配置，所述射出部是所述第2面中的在所述第1方向上与所述多个部分反射层重叠的部分。根据所述方式，在导光部内行进的光的一部分在部分反射层反射而从射出部射出。
在本发明中，可以采用如下方式：所述多个部分反射层中的至少一个部分反射层由包含金属层的多层膜构成。根据所述方式，能够提高部分反射层的反射率。
在本发明中，可以采用如下方式：所述多个部分反射层具有反射率与所入射的光的入射角对应地变化的特性。根据所述方式，能够减少从射出部射出的光的亮度偏差。在本发明中，可以采用如下方式：当所述多个部分反射层相对于部分反射层的入射角较大时，反射率比相对于部分反射层的入射角较小时大。在本发明中，也可以采用如下方式：当所述多个部分反射层相对于部分反射层的入射角较小时，反射率比相对于部分反射层的入射角较大时大。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施方式1的显示装置的外观的一例的说明图。
图2是图1所示的显示装置的光学系统的俯视图。
图3是示意性地示出图2所示的导光部内的平行光束的情况的说明图。
图4是本发明的实施方式2的显示装置的光学系统的俯视图。
图5是本发明的实施方式3的显示装置的光学系统的俯视图。
图6是本发明的实施方式4的显示装置的光学系统的俯视图。
图7是本发明的实施方式5的显示装置的光学系统的俯视图。
图8是本发明的实施方式6的显示装置的导光部的说明图。
图9是示意性地示出本发明的实施方式7的显示装置的外观的一例的说明图。
图10是从相对于观察者的正面方向观察图9所示的显示装置的主视图。
图11是从左侧观察图9所示的显示装置的侧视图。
图12是示出图5所示的导光部的制造方法的说明图。
图13是示出图5所示的导光部的另一制造方法的说明图。
标号说明
10：显示部；20：图像生成系统；26：光调制面板；27：透镜元件；30：导光系统；40：入射部；41：入射面；42：反射面；43：反射用第1曲面；44：反射用第2曲面；50：导光部；55：部分反射层；56：第1面；57：第2面；58：射出部；59：透光层；65：接合面；61：第1透光性部件；62：第2透光性部件；66：透光性基板；67、68：层叠体；100：显示装置；110：框架；111：镜腿；440：金属层；651：第1端部；652：第2端部；θ：入射角；D：光束；E：眼睛；L：图像光；L0：平行光束；L01：第1平行光束部分；L02：第2平行光束部分；L0a：第1光线；L0b：第2光线；L0c：中心光线；Ls：法线；X：第1方向；Y：第3方向；X1，X2，Y2，Z1，Z2：侧；Z：第2方向；t：间隔。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下说明中所参照的附图中，为了使各层或各部件形成为在附图上能够识别的程度的大小，使各层、各部件的数量和比例不同。
[实施方式1]
(整体结构)
图1是示意性地示出本发明的实施方式1的显示装置100的外观的一例的说明图。图1所示的显示装置100构成为透视型眼镜显示器等，具有框架110，框架110在左右具备镜腿111(R)、111(L)。显示装置100的后述的显示部10被支承于框架110，使使用者观察从显示部10射出的图像作为虚像。在本实施方式中，显示装置100具备右眼用的显示部10(R)和左眼用的显示部10(L)作为显示部10。右眼用的显示部10(R)和左眼用的显示部10(L)具有相同的结构，配置成左右对称。因此，在以下的说明中，以右眼用的显示部10(R)为中心进行说明，对左眼用的显示部10(L)省略说明。
此外，在以下的说明中，设左右方向为第1方向X、前后方向为第2方向Z、上下方向为第3方向Y进行说明。此外，在第1方向X的一侧(右侧)标记X1，第1方向X的另一侧(左侧)标记X2，第2方向Z的一侧(后侧)标记Z1，第2方向Z的另一侧(前侧)标记Z2，第3方向Y的一侧(上侧)标记Y1，第3方向Y的另一侧(下侧)标记Y2进行说明。这里，由于右眼用的显示部10(R)和左眼用的显示部10(L)对称地进行配置，因此，右眼用的显示部10(R)和左眼用的显示部10(L)的第1方向X的一侧X1和另一侧X2左右反转。
(显示部10的整体结构)
图2是图1所示的显示部10的光学系统的俯视图。另外，在图2中，由虚线表示从图像生成系统20的中央射出的图像光L，由单点划线和双点划线表示从图像生成系统20的端部射出的图像光L。
如图2所示，显示部10(右眼用的显示部10(R))具有：图像生成系统20，其射出由非平行光构成的图像光L；和导光系统30，从图像生成系统20射出的图像光L在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统30而被引导至射出部58。
导光系统30具备：透光性的入射部40，其具备入射图像光L的由曲面构成的入射面41以及将从入射面41入射的图像光L转换为平行光的由曲面构成的多个反射面42；和透光性的导光部50，该导光部50的第1方向X上的一端51侧(一侧X1的端部)与入射部40连接。导光部50具备：第1面56，其从一端51朝向第1方向X上的另一端52侧(另一侧X2的端部)延伸；第2面57，其在与第1方向X交叉的第2方向Z上的一侧Z1与第1面56对置；以及射出部58，其设置于第2面57的与入射部40分离的部分。在本方式中，射出部58由第2面57中的、从入射部40向第1方向X的另一侧X2分离的部分构成。在这样构成的导光系统30中，从入射部40向导光部50射出的平行光在第1面56与第2面57之间反射而从第1方向X的一侧X1向另一侧X2引导至射出部58，从射出部58射出。在本实施方式中，入射部40和导光部50是一体的部件60。
(图像生成系统20的详细结构)
图像生成系统20是由液晶装置或有机电致发光装置等构成的光调制面板，相对于入射部40在第1方向X的一侧X 1与入射面41对置。在本实施方式中，图像生成系统20以如下方式倾斜地配置：使得第2方向Z的一侧Z1的端部21比第2方向Z的另一侧Z2的端部22位于靠第1方向X上的一侧X1的位置。
(入射部40的详细结构)
在入射部40中，入射面41是入射部40中的朝向第1方向X的一侧X1的面，在不经由投射透镜系统的情况下与图像生成系统20对置。因此，入射面41以如下方式倾斜地配置：使得第2方向Z的一侧Z1的端部411比第2方向Z的另一侧Z2的端部412位于靠第1方向X的一侧X1的位置。入射面41由非球面或自由曲面等曲面构成，在本实施方式中，入射面41由凸状的自由曲面构成。
在入射部40中，作为多个反射面42，形成有反射用第1曲面43和反射用第2曲面44。反射用第1曲面43由朝向第2方向Z的一侧Z1的面构成，以如下方式倾斜地配置：使得第1方向X的一侧X1的端部431比第1方向X的另一侧X2的端部432位于靠第2方向Z的一侧Z1的位置。反射用第1曲面43由非球面或自由曲面等曲面构成，在本实施方式中，反射用第1曲面43由凹状的自由曲面构成。在反射用第1曲面43上未形成有反射膜等，使以临界角以上的入射角入射的光进行全反射。
反射用第2曲面44由朝向第2方向Z的另一侧Z2的面构成，与反射用第1曲面43对置。反射用第2曲面44以如下方式倾斜地配置：使得第1方向X的一侧X1的端部441比第1方向X的另一侧X2的端部442位于靠第2方向Z上的一侧Z1的位置。反射用第2曲面44由非球面或自由曲面等曲面构成，在本实施方式中，反射用第2曲面44由凸状的自由曲面构成。反射用第2曲面44未形成反射膜等，可以采用使以临界角以上的入射角入射的光进行全反射的结构。其中，在本实施方式中，反射用第2曲面44具备以铝、银、镁、铬等作为主要成分的反射性的金属层440。
在这样构成的入射部40中，当从图像生成系统20射出的作为非平行光的图像光L入射到入射面41时，从入射面41入射的图像光L朝向反射用第1曲面43。接下来，图像光L被反射用第1曲面43反射而朝向反射用第2曲面44。接下来，图像光L被反射用第2曲面44朝向导光部50反射，在此期间，图像光L被转换为平行光。
(导光部50的详细结构)
在导光部50中，第1面56和第2面57平行地进行配置。第1面56和第2面57根据导光部50和外界(空气)的折射率差，使以临界角以上的入射角入射的光进行全反射。因此，在第1面56(第1反射面)和第2面57(第2反射面)未形成有反射膜等。
在导光部50中，在从第3方向Y观察时从相对于第2面57的法线方向朝向第1方向X的一侧X1倾斜的多个部分反射层55彼此平行地沿第1方向X配置于与入射部40分离的部分。射出部58是第2面57中的、在第1方向X上与多个部分反射层55重叠的部分，是在第1方向X上具有规定宽度的区域。
多个部分反射层55分别由电介质多层膜构成。此外，多个部分反射层55中的至少一个部分反射层也可以是电介质多层膜和以铝、银、镁、铬等作为主要成分的反射性金属层(薄膜)的复合多层膜。在部分反射层55构成为包含金属层的结构的情况下，具有能够提高部分反射层55的反射率的效果以及能够使部分反射层55的透射率和反射率的入射角依赖性和偏振依赖性优化的效果。
在这样构成的导光部50中，由从入射部40入射的平行光构成的图像光L在第1面56与第2面57之间反射而从第1方向X的一侧X1向另一侧X2行进。然后，入射到部分反射层55中的图像光L的一部分在部分反射层55反射而从射出部58朝向观察者的眼睛E射出。此外，入射到部分反射层55中的图像光L的剩余部分透过部分反射层55，在第1方向X的另一侧X2入射到相邻的下一个部分反射层55。因此，在多个部分反射层55的各个部分反射层中向第2方向Z的一侧Z1反射的图像光L从射出部58朝向观察者的眼睛E射出。因此，观察者能够识别出虚像。这时，外界光中的、从外界入射到导光部50中的光入射到导光部50后，透过部分反射层55而到达观察者的眼睛E。因此，观察者能够看到由图像生成系统20生成的图像，并且，能够透视看到外界的景色等。
(导光部50内的平行光束的情况)
图3是示意性地示出图2所示的导光部50内的平行光束的情况的说明图，示意性地示出了从第3方向Y观察从图像生成系统20的同一部位入射到入射部40的入射面41的非平行光束被入射部40平行化后的平行光束L0(图像光L)的情况。另外，图3中，由实线表示平行光束L0的中心光线L0c，由长虚线表示位于平行光束L0的一个侧端部的第1光线L0a，由单点划线表示位于平行光束L0的另一个侧端部的第2光线L0b。此外，在图3的上层，由灰色表示被中心光线L0c和第1光线L0a夹着的第1平行光束部分L01，在图3的下层，由灰色表示被中心光线L0c和第2光线L0b夹着的第2平行光束部分L02。
如图3所示，在显示部10中，构成为：当从第3方向Y观察从图像生成系统20的同一部位入射到入射部40的入射面41的非平行光束被入射部40平行化后的平行光束L0时，导光部50的入射部40所处的一端部分(第1方向X的一侧X1的部分)的内部被平行光束L0充满。更具体来说，如果将平行光束L0中的、夹在中心光线L0c与第1光线L0a之间的第1平行光束部分L01(灰色部分)和夹在中心光线L0c与平行光束L0的第2光线L0b之间的第2平行光束部分L02(灰色部分)合成，则导光部50的内部被平行光束L0充满。
上述结构可以通过如下方式来实现：例如，第1面56和第2面57平行，设平行光束L0的光束直径为D，第1面56和第2面57在第2方向Z上的间隔为t，平行光束L0相对于第1面56和第2面57的入射角为θ时，将光束直径D、间隔t和入射角θ设定成满足下述条件式D＝2t×Sinθ。
换句话说，可以通过如下方式来实现：设定成使得第1光线L0a和第2光线L0b入射至第2面57的位置位于中心光线L0c入射至第1面56的位置的假想法线Ls上。另外，如图2所示，虽然图像光L从图像生成系统20的各个部位射出，但是，在本实施方式中，从图像生成系统20的任何一个部位射出的图像光L均满足上述条件。
(本方式的主要效果)
如上所述，在本实施方式的显示装置100(显示部10)中，从图像生成系统20射出的由非平行光构成的图像光L在不经由投射透镜系统而入射到导光系统30的入射部40的入射面41后，在入射部40的多个反射面42反射而被转换为平行光。因此，平行化后的图像光在导光部50的第1面56与第2面57之间反射而在导光部50内行进，从射出部58射出。因此，即使不设置投射透镜系统，也能够将图像光形成为平行光而从射出部58射出至观察者的眼睛E，因此，能够使观察者识别出虚像。此外，由于无需设置投射透镜系统，因此，能够实现显示装置100的小型化和轻量化。此外，由于无需设置投射透镜系统，因此，能够提高显示装置100的设计性。
此外，在显示装置100(显示部10)中，当从第3方向Y观察从图像生成系统20的同一部位入射到入射部40的入射面41的非平行光束被入射部40平行化后的平行光束L0时，导光部50的第1方向X上的一侧X1的部分的内部被平行光束L0充满。因此，即使使导光部50的第2方向Z上的厚度变薄，也能够使观察者识别出亮度较高的虚像。
此外，在导光部50中，多个部分反射层55彼此平行地沿第1方向X进行配置，射出部58是第2面57中、在第1方向X上与多个部分反射层55重叠的部分。因此，射出部58是在第1方向X上具有规定宽度的区域，因此，即使在观察者的眼睛E的位置在第1方向X上稍微移动的情况下，也能够使观察者识别出虚像。
此外，在入射部40中，多个反射面42中的一个面具备金属层。在本实施方式中，多个反射面42中的、将图像光L平行化后向导光部50进行反射的反射用第2曲面44具备金属层440。因此，即使在相对于反射用第2曲面44的入射角较小的情况下，也能够可靠地进行反射。因此，能够使观察者识别出亮度较高的虚像。
[实施方式2]
图4是本发明的实施方式2的显示装置100的光学系统的俯视图。另外，由于本方式和后述的各实施方式的基本结构与实施方式1相同，因此，对于通用的部分标记相同的标号而省略它们的说明。
如图4所示，本方式的显示部10与实施方式1同样，也具有：图像生成系统20，其射出由非平行光构成的图像光L；和导光系统30，从图像生成系统20射出的图像光L在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统30而被引导至射出部。导光系统30具备：透光性的入射部40，其具备入射图像光L的由曲面构成的入射面41、以及将从入射面41入射的图像光L转换为平行光的由曲面构成的多个反射面42；和透光性的导光部50，该导光部50的第1方向X的一端51侧与入射部40连接。
在这样构成的导光系统30中，在实施方式1中，入射部40和导光部50由一体的部件60构成，但是，在本实施方式中，入射部40的至少一部分由第1透光性部件61形成，导光部50由与第1透光性部件61进行面接合的第2透光性部件62形成。因此，可以利用如下适当的方法来制造出入射部40和部分反射层55：利用树脂成型品构成入射部40，另一方面，通过将夹着部分反射层55层叠的透光性基板切断而构成导光部50。
这里，第1透光性部件61和第2透光性部件62的接合面65的第2方向Z的一侧Z1的第1端部651位于第2面57与入射部40的反射区域之间，第2方向Z的另一侧Z2的第2端部652位于第1面56与入射部40的反射区域之间。更具体来说，接合面65的第1端部651位于反射用第1曲面43中的、图像光L从入射面41的一侧入射的区域(反射区域)与第2面57之间。此外，接合面65的第2端部652位于反射用第2曲面44中的、图像光L从反射用第1曲面43的一侧入射的区域(反射区域)与第1面56之间。因此，接合面65不易妨碍入射部40内的适当反射、导光部50内的适当反射。
在本实施方式中，接合面65由曲面构成。此外，第1透光性部件61和第2透光性部件62的折射率以及阿贝数不同，第1透光性部件61和第2透光性部件62的接合面65由曲面构成。例如，在可见光波长区域中，第1透光性部件61的折射率是1.585，第1透光性部件61的阿贝数是30，第2透光性部件62的折射率是1.531，第2透光性部件62的阿贝数是56。此外，接合面65是向入射部40的一侧凹陷的凹曲面。因此，接合面65构成具有负屈光力的透镜面。
因此，接合面65作为起到对图像光L平行化的作用的一部分的透镜发挥功能。因此，即使像本实施方式那样不使用投射透镜系统的情况下，也能够降低对入射部40的设计上的要求，并且能够减少色差等。在这样的结构的情况下，由于接合面65起到对图像光L平行化的作用的一部分，因此，接合面65包含在入射部40中。另外，在使接合面65作为具有负屈光力的透镜面发挥功能时，也可以将接合面65形成为向导光部50的一侧凹陷的凹曲面，使导光部50的折射率小于入射部40的折射率。
[实施方式3]
图5是本发明的实施方式3的显示装置100的光学系统的俯视图。如图5所示，本方式的显示部10与实施方式1、2同样，也具有：图像生成系统20，其射出由非平行光构成的图像光L；和导光系统30，从图像生成系统20射出的图像光L在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统30而被引导至射出部。导光系统30具备：透光性的入射部40，其具备入射图像光L的由曲面构成的入射面41以及将从入射面41入射的图像光L转换为平行光的由曲面构成的多个反射面42；和透光性的导光部50，该导光部50的第1方向X的一端侧(一侧X1的端部51)与入射部40连接。
在这样构成的导光系统30中，在本实施方式中，入射部40的至少一部分由第1透光性部件61形成，导光部50由与第1透光性部件61进行面接合的第2透光性部件62形成。此外，第1透光性部件61和第2透光性部件62的接合面65的第2方向Z的一侧Z1的第1端部651位于第2面57与入射部40的反射区域之间，第2方向Z的另一侧Z2的第2端部652位于第1面56与入射部40的反射区域之间。
在本实施方式中，第1透光性部件61和第2透光性部件62的折射率以及阿贝数不同，例如，在可见光波长区域中，第1透光性部件61的折射率是1.585，第1透光性部件61的阿贝数是30，第2透光性部件62的折射率是1.531，第2透光性部件62的阿贝数是56。此外，第1透光性部件61和第2透光性部件62的接合面65由平面构成，由入射部40平行化后的图像光L透过接合面65。因此，入射部40全部由第1透光性部件61构成，导光部50由第2透光性部件62构成，接合面65位于入射部40与导光部50之间。
在这样构成的导光系统30中，能够利用接合面65上的折射减少色差等。因此，像本实施方式那样，即使在无法利用投射透镜系统减少色差的情况下，也能够使观察者识别出分辨率较高的虚像。另外，在本实施方式中，接合面65相对于第2面57向与部分反射层55相反的一侧倾斜，但是，根据入射部40的结构，也可以采用使接合面65相对于第2面57向与部分反射层55相同的一侧倾斜的方式。该情况下，可以是接合面65和部分反射层55平行的方式、以及接合面65和部分反射层55不平行的方式中的任何一种。
[实施方式4]
图6是本发明的实施方式4的显示装置100的光学系统的俯视图。如图6所示，本方式的显示部10与实施方式1、2同样，也具有：图像生成系统20，其射出由非平行光构成的图像光L；和导光系统30，从图像生成系统20射出的图像光L在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统30而被引导至射出部。导光系统30具备：透光性的入射部40，其具备入射图像光L的由曲面构成的入射面41以及将从入射面41入射的图像光L转换为平行光的由曲面构成的多个反射面42；和透光性的导光部50，该导光部50的第1方向X的一端侧(一侧X1的端部51)与入射部40连接。
这里，图像生成系统20具有：光调制面板26，其生成图像；和透镜元件27，其被固定在光调制面板26的图像光L的射出侧的面上。其它结构与实施方式2同样。在这样构成的显示部10中，由于图像生成系统20本身具备的透镜元件27起到对图像光L平行化的作用的一部分，因此，能够降低对入射部40的设计上的要求。另外，在本实施方式中，入射面41是凸曲面，但是，入射面41也可以与实施方式1同样为凹曲面。此外，本实施方式的结构不限于实施方式2，也可以应用于实施方式1、3等。
[实施方式5]
图7是本发明的实施方式5的显示装置100的光学系统的俯视图。如图7所示，本方式的显示部10与实施方式1同样，也具有：图像生成系统20，其射出由非平行光构成的图像光L；和导光系统30，从图像生成系统20射出的图像光L在不经由投射透镜系统的情况下入射到该导光系统30而被引导至射出部。导光系统30具备：透光性的入射部40，其具备入射图像光L的由曲面构成的入射面41以及将从入射面41入射的图像光L转换为平行光的由曲面构成的多个反射面42；和透光性的导光部50，该导光部50的第1方向X的一端侧(一侧X1的端部51)与入射部40连接。
在上述显示装置100中，在实施方式1中，入射面41和图像生成系统20在第1方向X上大致对置，但是，在本实施方式中，入射面41和图像生成系统20在与第1方向X以及第2方向Z双方交叉的倾斜方向上对置。更具体来说，图像生成系统20以如下方式倾斜地配置：使得第2方向Z的一侧Z1的端部21比第2方向Z的另一侧Z2的端部22位于靠第1方向X的另一侧X2的位置。此外，在入射部40中，入射面41以如下方式倾斜地配置：使得第2方向Z的一侧Z1的端部411比第2方向Z的另一侧Z2的端部412位于靠第1方向X的另一侧X2的位置。反射用第1曲面43由朝向第1方向X的另一侧X2稍稍倾斜的面构成，第1方向X的一侧X1的端部431比第1方向X的另一侧X2的端部432位于靠第2方向Z的一侧Z1的位置。反射用第1曲面43由凹状的自由曲面构成。反射用第2曲面44由朝向第1方向X的一侧X1稍稍倾斜的面构成，第1方向X的一侧X1的端部441比第1方向X的另一侧X2的端部442位于靠第2方向Z的一侧Z1的位置。反射用第2曲面44由凸状的自由曲面构成。此外，反射用第2曲面44具备以铝、银、镁、铬等作为主要成分的反射性的金属层440。
在这样构成的入射部40中，也与实施方式1同样，当从图像生成系统20射出的作为非平行光的图像光L入射到入射面41时，从入射面41入射的图像光L朝向反射用第1曲面43。接下来，图像光L被反射用第1曲面43反射而朝向反射用第2曲面44。接下来，图像光L被反射用第2曲面44朝向导光部50反射，在此期间，图像光L被转换为平行光。另外，在本实施方式中，与实施方式2、3、4同样，也可以采用如下方式：入射部40的至少一部分由第1透光性部件61形成，导光部50由与第1透光性部件61进行面接合的第2透光性部件62形成。
[实施方式6]
图8是本发明的实施方式6的显示装置100的导光部50的说明图。在本实施方式中，形成于图8所示的导光部50的部分反射层55具有透射率和反射率与入射角对应地变化的特性。在本实施方式中，当入射角较大时，多个部分反射层55的反射率比入射角较小时大。
在本实施方式中，部分反射层55与第2面57所成的角度是45°～70°。此外，当相对于部分反射层55的入射角较小时，透射率为98％以上，反射率为2％以下。与此相对，当相对于部分反射层55的入射角较大时，透射率是77％，反射率是23％。根据这样的结构，如参照表1、表2和表3进行说明那样，能够减小从射出部58的第1方向X上的各位置射出的图像光L的亮度偏差。更具体来说，在射出部58中，在第1方向X上与入射部40分离得越远，则图像光L的射出强度越下降，但是，根据本实施方式，能够抑制上述射出强度的降低。
[表1]
Figure BDA0001594441420000141
[表2]
Figure BDA0001594441420000142
[表3]
Figure BDA0001594441420000151
例如，当计算出从图8所示的部分反射层55的各自之间射出的光的亮度(射出强度)时，该光的亮度(射出强度)为表1所示的结果，能够减小从射出部58的第1方向X的各位置射出的图像光L的亮度偏差。表1示出直到图像光L从部分反射层55的各自之间55a、55b、55c、55d、55e射出为止的透射次数和反射次数。关于反射次数，最终是以较大的入射角被反射。与此相对，关于透射，存在入射角较大的情况和较小的情况，在本方式中，根据入射角的不同，在部分反射层55上的透射率也不同。因此，透射次数被分为入射角较大的情况和较小的情况。此外，关于光线，如图8所示，关于从各自之间55a、55b、55c、55d、55e中的第1方向X的最靠一侧X1射出的光线L11、从第1方向X的中央射出的光线L12以及从第1方向X的最靠另一侧X2射出的光线L13的各个光线示出了亮度。
根据表1可知，在各自之间55a、55b、55c、55d、55e中，亮度为13.1％至23％，偏差较小。此外，各自之间55a、55b、55c、55d、55e中的光线L11、L12、L13的亮度的偏差较小。与此相对，与相对于部分反射层55的入射角无关地，当部分反射层55上的透射率为77％以上、反射率为23％时，从各自之间55a、55b、55c、55d、55e射出的光线L11、L12、L13的亮度为表2所示的结果。根据表2可知，从各自之间55a、55b、55c、55d、55e射出的光线L11、L12、L13的亮度为8.1％至23％，偏差较大。
此外，如图8所示，在相对于形成有部分反射层55的导光部50在第1方向X的另一侧X2设置透光层59的情况下，能够减少透过部分反射层55的次数，其中，所述透光层59未形成有部分反射层55。因此，与相对于部分反射层55的入射角无关地，当部分反射层55上的透射率为77％以上、反射率为23％时，从各自之间55a、55b、55c、55d、55e射出的光线L11、L12、L13的亮度为表3所示的结果。根据表3可知，从各自之间55a、55b、55c、55d、55e射出的光线L11、L12、L13的亮度为13.1％至23％，偏差较小。但是，该情况下，由于设置了透光层59，导光系统30的第1方向X的厚度也相应地变厚。
因此，像本实施方式那样，不设置未形成有部分反射层55的透光层59(参照图8)，而是仅利用形成有部分反射层55的部分构成导光部50，由此，即使在实现了薄型化的情况下，也能够缩小从射出部58上的、在第1方向X上与入射部40分离的位置射出的图像光L的亮度差。此外，能够减小各自之间55a、55b、55c、55d、55e中的光线L11、L12、L13的亮度的偏差。进而，由于减少了部分反射层55上的无用的反射，因此能够抑制因重影的发生而引起的显示质量的下降。
[实施方式7]
在实施方式6中，当相对于部分反射层55的入射角较大时，部分反射层55的反射率比相对于部分反射层55的入射角较小时大，但是，例如，在部分反射层55与第2面57所成的角度为25°～40°的情况下，也可以采用如下方式：当相对于部分反射层55的入射角较小时，部分反射层55的反射率比相对于部分反射层55的入射角较大时大。
[实施方式8]
图9是示意性地示出本发明的实施方式8的显示装置100的外观的一例的说明图。图10是从相对于观察者的正面方向观察图9所示的显示装置100的主视图。图11是从左侧观察图9所示的显示装置100的侧视图。在实施方式1的显示装置100中，将图像生成系统20和入射部40配置在耳侧，从耳侧朝向鼻侧引导图像光L，但是，在本实施方式中，如图9、图10和图11所示，图像生成系统20和入射部40配置在眼前的上方，导光部50从上方向下方延伸。因此，从上方朝向下方引导图像光L而使其朝向眼睛射出。因此，在本实施方式中，上下方向相当于第1方向X，前后方向相当于第2方向Z，左右方向相当于第3方向Y。此外，第1方向X的一侧X1相当于上侧，第1方向X的另一侧X2相当于下侧。
[导光部50的制造方法]
图12是示出图5所示的导光部50的制造方法的说明图。图13是示出图5所示的导光部50的另一制造方法的说明图。为了制造图5所示的导光部50(第2透光性部件62)，如图12所示，在一个面上错开地重叠形成有部分反射层55的多个透光性基板66，在该状态下，在向透光性基板66施加载荷的情况下经由接合层将透光性基板66彼此接合而形成层叠体67。这时，对于未形成部分反射层55的透光性基板66也进行层叠。接下来，斜着切断层叠体67。其结果是，能够得到导光部50(第2透光性部件62)。这时，由于要利用切断面构成第1面56和第2面57，因此对切断面进行研磨等。透光性基板66是玻璃基板、石英基板、树脂基板等。在透光性基板66是玻璃基板的情况下，可以利用玻璃接合等进行接合，因此，无需使用粘接剂。此外，也可以使用粘接剂来接合透光性基板66。
与此相对，在图13所示的方法中，在一个面上错开地重叠形成有部分反射层55的多个透光性基板66，在该状态下，在向透光性基板66施加载荷的情况下经由接合层将透光性基板66彼此接合而形成层叠体68。这时，对于未形成部分反射层55的透光性基板66也进行层叠。接下来，斜着切断层叠体68。其结果是，能够得到导光部50(第2透光性部件62)。这时，由于要利用切断面构成第1面56和第2面57，因此，对切断面进行研磨等。透光性基板66是玻璃基板、石英基板、树脂基板等。在透光性基板66是玻璃基板的情况下，可以利用玻璃接合等进行接合，因此，无需使用粘接剂。此外，也可以使用粘接剂来接合透光性基板66。
根据图12所示的方法，能够减少材料的损耗。与此相对，在图13所示的方法中，多个透光性基板66整体重叠，因此，当一边向透光性基板66施加载荷一边使粘接剂固化时，与图12所示的方法相比，向透光性基板66整体施加均等的载荷。因此，能够将透光性基板66彼此粘接成均匀地紧密贴合的状态。
[其它实施方式]
在上述实施方式中，构成为利用导光部50中的多个部分反射层55上的部分反射将图像光从射出部58射出的结构，但是，也可以将本发明应用于在射出部58中设置衍射元件、利用衍射元件射出图像光的结构的显示装置100(显示部10)。
在上述实施方式中，也可以在第1面56或第2面57上设置防反射膜。无论在来自外界的光(透视光)透过的情况下，还是图像光L从导光部50射出至外部的情况下，只要在导光部50与入射部40的界面上发生反射，与此对应地，都会成为损耗。因此，如果设置防反射膜，则对于透视光和图像光L中的任何一个都能够提高亮度。此外，能够减少无用的光的返回光，因此还能够抑制重影的发生。

Claims (17)

1.一种显示装置，其特征在于，其具有第1显示部和第2显示部，
所述第1显示部具有：
第1图像生成系统，其射出由非平行光构成的图像光；和
第1导光系统，从所述第1图像生成系统射出的所述图像光在不经由投射透镜系统的情况下入射到该第1导光系统，
所述第2显示部具有：
第2图像生成系统，其射出由非平行光构成的图像光；和
第2导光系统，从所述第2图像生成系统射出的所述图像光在不经由投射透镜系统的情况下入射到该第2导光系统，
所述第1导光系统具备：
透光性的第1入射部，其具备入射所述图像光的由曲面构成的第1入射面以及将从所述第1入射面入射的所述图像光转换为平行光的由曲面构成的多个反射面；和
透光性的第1导光部，该第1导光部的第1方向的一端侧与所述第1入射部连接，所述第1方向是从所述第1显示部朝向所述第2显示部的方向，
所述第1导光部具备：
第1面，其从所述一端侧朝向所述第1方向上的另一端侧延伸；
第2面，其在与所述第1方向交叉的第2方向的一侧与所述第1面对置；以及
第1射出部，其设置于所述第2面的与所述第1入射部分离的部分，
从所述第1入射部射出至所述第1导光部的所述平行光在所述第1面与所述第2面之间反射而被引导至所述第1射出部，
所述第2方向是从所述第1射出部射出所述平行光的方向。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
在从与所述第1方向以及所述第2方向交叉的第3方向观察从所述第1图像生成系统的同一部位入射到所述第1入射面的非平行光束被所述第1入射部平行化后的平行光束时，所述第1导光部的所述一端侧的部分的内部被所述平行光束充满。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述第1面和所述第2面平行，
在设从所述第3方向观察所述平行光束时的光束直径为D、所述第1面和所述第2面在所述第2方向上的间隔为t、所述平行光束相对于所述第1面和所述第2面的入射角为θ时，
所述光束直径D、所述间隔t和所述入射角θ满足下述条件式D＝2t×Sinθ。
4.根据权利要求2或3所述的显示装置，其特征在于，
所述第1面和所述第2面平行，
从所述第3方向观察所述平行光束时，在所述第1导光部的所述一端侧的部分中，所述平行光束的光线中的位于一个侧端部的第1光线入射到所述第2面的位置以及所述平行光束的光线中的位于另一个侧端部的第2光线入射到所述第2面的位置位于所述平行光束的中心光线入射到所述第1面的位置处的法线上。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
所述第1入射面和所述多个反射面中的至少一个面是自由曲面。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
所述多个反射面中的至少一个面具备反射性金属层。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
所述第1入射部和所述第1导光部是一体的部件。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
所述第1入射部的至少一部分由第1透光性部件形成，所述第1导光部由第2透光性部件形成，该第2透光性部件通过接合面与所述第1透光性部件进行面接合。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述接合面的所述第2方向的所述一侧的第1端部位于所述第2面与所述第1入射部的反射区域之间，所述第2方向的另一侧的第2端部位于所述第1面与所述第1入射部的反射区域之间。
10.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述第1透光性部件和所述第2透光性部件的折射率以及阿贝数不同，
所述接合面由曲面构成，
所述接合面包含在所述第1入射部中。
11.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述第1透光性部件和所述第2透光性部件的折射率以及阿贝数不同，
所述接合面由平面构成，
所述接合面位于所述第1入射部与所述第1导光部之间。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
所述第1图像生成系统具有：光调制面板，其生成图像；和透镜元件，其被固定在所述光调制面板的所述图像光的射出侧的面上。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
在所述第1导光部中，在从与所述第1方向以及所述第2方向交叉的第3方向观察时从相对于所述第2面的法线方向朝向所述一端侧倾斜的多个部分反射层彼此平行地沿所述第1方向配置，
所述第1射出部是所述第2面中的在所述第1方向上与所述多个部分反射层重叠的部分。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，
所述多个部分反射层中的至少一个部分反射层具备包含反射性金属层的多层膜。
15.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，
所述多个部分反射层具有反射率与所入射的光的入射角对应地变化的特性。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，
当入射角较大时，所述多个部分反射层的反射率比入射角较小时大。
17.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，
当入射角较小时，所述多个部分反射层的反射率比入射角较大时大。
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