CN111352241B - 头戴式显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装于用户头部并在视场内显示影像的头戴式显示器。头戴式显示器(1)具备：显示部(121)，其生成所显示的影像；照明部(120)，其将照明光照射到显示部；投射部(122)，其投射来自显示部的影像光；以及导光部(23)，其将来自投射部的影像光传递至用户的瞳孔。在此，照明部(120)具有：光源部(140、141)；微透镜阵列(130)，其照射从光源部发射的光并成为虚拟二次光源；聚光光学部件(131)，其将来自微透镜阵列的光汇聚在显示部中；漫射板(150)，其使来自微透镜阵列的光漫射，漫射板配置于比微透镜阵列更接近聚光光学部件的位置。由此，使光学系统的高效和高亮度化与小型化并存，抑制伴随采用微透镜阵列的共轭图像的产生。

Description

头戴式显示器
本申请要求于2018年12月21日提交的日本专利申请号JP2018-239754的优先权，并将其内容通过引用合并于本申请。
技术领域
本发明涉及一种安装于用户头部并在视场内显示影像的头戴式显示器。
背景技术
头戴式显示器(以下，简称为HMD)那样的可佩戴式设备不仅要求确保良好的视野、影像的可视性这种显示性能，还要求小型且安装性良好的结构。对此，在日本特开2014-174429号公报中公开了一种虚像显示装置，其为了使光学系统整体小型而具有使用棱镜形部件引导影像光来生成中间图像的结构。另外，在日本特表2003-536102号公报中公开了一种光学设备，其包括透射光的平面基板、用于通过内部反射整体将光耦合到基板中的光学单元、以及基板拥有的多个局部反射面，并具有局部反射面彼此平行并且不平行于基板的任何边缘的机构。
发明内容
HMD的光学系统具有：照明部，其将由光源部发出的光传递到显示部；以及投射部，其透射由显示部生成的影像光(虚像)。在明亮的室外等周围环境中使用HMD时，需要高亮度的光学系统。另外，在重视HMD的透视性而使用导光板的情况下，由导光板引起光学效率下降，因此要求更高亮度或高效率的光学系统。其结果是，存在光学系统大型化的问题。
另外，为了提高光学系统的效率和亮度，将微透镜阵列使用于照明部较有效。对此，本案的发明人等专心进行研究而发现了以下现象：在将微透镜阵列采用于照明部的情况下，微透镜阵列的共轭图像还形成于投射透镜的发射瞳孔上。也就是说，在用户观察投射的影像时还在视觉上一并识别到该共轭图像，从而存在所显示的影像被遮挡而不易看得见这种问题。
在上述日本特开2014-174429号公报、日本特表2003-536102号公报或其它先行技术中，在实现光学系统的高效率和高亮度以及小型化的两立基础上，丝毫没有考虑到伴随采用微透镜阵列而产生共轭图像的问题。
本发明的目的在于，提供一种实现光学系统的高效率和高亮度以及小型化的两立并且抑制伴随采用微透镜阵列而产生共轭图像的头戴式显示器。
本发明是一种安装于用户头部并在视场内显示影像的头戴式显示器，其特征在于，该头戴式显示器具备：显示部，其生成所显示的影像；照明部，其将照明光照射到显示部；投射部，其投射来自显示部的影像光；以及导光部，其将来自投射部的影像光传递至用户的瞳孔。在此，照明部具有：光源部，其发射光；微透镜阵列，其照射从光源部发射的光并成为虚拟二次光源；聚光光学部件，其将来自微透镜阵列的光汇聚在显示部中；以及漫射板，其将来自微透镜阵列的光漫射，漫射板被配置于比微透镜阵列更接近聚光光学部件的位置。
根据本发明，实现小型且具有高亮度画面的头戴式显示器，并且抑制随着采用微透镜阵列产生共轭图像而能够提供可视性良好的虚像。
附图说明
通过说明与附图关联的以下的实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。
图1是表示头戴式显示器(HMD)1的块结构例的图。
图2是表示虚像影像生成部101的结构例的图。
图3是表示HMD 1的使用方式的图。
图4是表示HMD 1的安装性的图。
图5是表示远心光学系统的概要的图。
图6A是说明产生共轭图像的示意图。
图6B是说明抑制产生共轭图像的方法的示意图。
图7是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图(第一实施例)。
图8是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图。
图9是表示图8的变形例的图。
图10是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图(第二实施例)。
图11是表示图10的变形例的图。
图12是表示HMD 1的使用例的图。
图13是表示图1的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示头戴式显示器(HMD)1的块结构例的图。HMD 1具有虚像影像生成部101、控制部102、图像信号处理部103、供电部104、存储部105、传感部106、通信部107、声音处理部108、拍摄部109以及输入输出部91～93。
虚像影像生成部101将显示在显示部(微显示器)中的影像设为虚像而放大投射，在安装者(用户)的视野中显示增强现实(AR：Augmented Reality)、混合现实(MR：MixedReality)的影像。
控制部102统一地控制HMD 1整体。控制部102通过CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)等运算装置来实现其功能。图像信号处理部103对虚像影像生成部101内的显示部提供显示用影像信号。供电部104对HMD 1的各部供电。
存储部105存储HMD 1的各部处理所需的信息、由HMD 1的各部生成的信息。另外，在通过CPU实现控制部102的功能的情况下，存储由CPU执行的程序、数据。存储部105例如由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、快闪存储器、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等存储设备构成。
传感部106经由作为连接器的输入输出部91与各种传感器相连接，根据由各种传感器检测出的信号，检测HMD 1的姿势(即用户姿势)、活动、周围温度等。作为各种传感器，例如连接有倾斜传感器、加速度传感器、温度传感器、检测用户的位置信息的GPS(GlobalPositioning System：全球定位系统)传感器等。
通信部107经由作为连接器的输入输出部92，通过近距离无线通信、远距离无线通信或有线通信与外部信息处理装置进行通信。具体地说，通过Bluetooth(注册商标)、Wi-Fi(注册商标)、移动通信网络、通用串行总线(USB、注册商标)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标))等进行通信。
声音处理部108经由作为连接器的输入输出部93与麦克风、耳麦、扬声器等声音输入输出装置相连接，进行声音信号的输入或输出。拍摄部109例如为小型照相机、小型TOF传感器，拍摄HMD 1的用户的视野方向。
图2是表示虚像影像生成部101的结构例的图。虚像影像生成部101由照明部120、显示部121、投射部122以及导光部123构成。照明部120将来自LED、激光器等光源的光照射到显示部121。显示部121为用于显示影像的微显示器，使用液晶显示器、数字微镜设备、有机EL显示器等。投射部122将显示部121的影像光放大并投射为虚像。导光部123将来自投射部122的影像光传递至用户的瞳孔20。影像光在瞳孔20中成像，由此用户能够视觉识别影像。
图3是表示HMD 1的使用方式的图。在此，示出从用户2的头上方向向下看的状态，X轴为水平方向、Y轴为垂直方向、Z轴为视轴方向。在以后的图中同样地定义X、Y、Z轴的方向。
HMD 1安装于用户2的头部，将由虚像影像生成部101生成的影像经由导光部123传播至用户的瞳孔20。此时，用户2在视场内的局部区域(影像显示区域)111内在外界能够视觉识别的状态(透视型)下能够视觉识别影像(虚像)。在此，虽然示出了在双眼中显示影像的结构，但是也可以是单眼结构。另外，HMD 1在图1的拍摄部109中还能够拍摄用户2的视场范围。
图4是表示HMD 1的安装性的图，示出从用户2的前面方向(Z方向)进行观察的状态。HMD 1形成眼镜型形状，在用户眼镜的位置处收纳导光部123，在镜框部10中收纳照明部120、显示部121以及投射部122。在此，分析镜框部10的水平方向(X方向)的尺寸A与垂直方向(Y方向)的尺寸B。另外，在(a)(b)(c)中示出了尺寸B不同的三种镜框部10的形状。
从HMD 1的安装性的观点来看，当水平方向的A尺寸过大时，HMD 1向用户2的头部外侧的突出增加，从而安装性降低。因此，要求要缩短水平方向的尺寸A。
另外，针对垂直方向的B尺寸，在如(a)所示那样B尺寸大的情况下，用户2前方(Z方向)与横向(X方向)的视野被遮断的范围扩大，安装HMD时的便利性和作业性降低。特别是，在安装HMD 1并进行现场作业等时，在很多情况下用户2从前方使用前方向下方向的视野来进行作业，难以确保横向和横向倾斜向下方向的视野。
因此，如(b)的所示优选缩短B尺寸或如(c)所示使附图标记10的部分向上方向位移而配置，能够确保横向和横向斜下方向的视野。在后述的实施例中说明这些具体内容。
接着，以虚像影像生成部101的结构、特别是照明部120、显示部121以及投射部122的结构为中心进行说明。在将非发光型微显示器使用于虚像影像生成部101的显示部121的情况下，出于高亮度化、亮度均匀性的观点，照明部120要求具有远心性的照明光学系统。在此，说明用于满足远心性的A尺寸的条件。
图5是表示远心光学系统的概要的图。在此，作为照明部120的结构，采用照射来自光源部的光并成为虚拟二次光源部的微透镜阵列130。而且，在微透镜阵列130与显示部121之间配置有聚光光学部件131。在此，作为聚光光学部件131而使用单个聚光透镜。
在设为远心光学系统时，需要将微透镜阵列130与聚光透镜131的间隔以及聚光透镜131与显示部121的间隔分别设为透镜的焦点距离f。除此以外，在将显示部121设为反射型液晶显示器的情况下，需要在聚光透镜131与显示部121之间配置偏振光分束器、线栅膜等偏振分支元件132。在此，作为偏振分支元件132，示出了将线栅膜粘贴在光学性透明的基板133的结构。
因而，需要将聚光透镜131的焦点距离f设为能够配置偏振分支元件132的长度。主要根据显示部121(微显示器)的尺寸和投射透镜的F值几何地决定偏振分支元件132的光学有效直径。
一般小型微显示器的尺寸为显示器区域的对角为0.2～0.3英寸。另外，出于MTF(Modulation Transfer Function：调制传递函数)、透镜尺寸、制造上的难易度等综合观点，优选将投射透镜的F值设为F＝1.7～3左右。此时，以几何学的方式决定照明侧、投射侧均需要的有效直径，因此还能够决定所需的聚光透镜131的焦点距离f。当还考虑显示器面板、偏振分支元件以及聚光透镜的搭载间隔、聚光透镜的厚度等时，优选将聚光透镜131的焦点距离f设为8～14mm的范围。
因而，从微透镜阵列130至显示部121为止的距离需要上述焦点距离f的两倍以上的尺寸。除此以外，由于还需要光源部的光学系统，因此上述A尺寸延长，成为使HMD 1的安装性变差的主要原因。
目前说明了虚像影像生成部101的光学系统尺寸，但是在使用导光部123视觉识别影像(虚像)的情况下，存在产生照明部120内的微透镜阵列(透镜单元)与光源的共轭图像这种问题。以下，说明共轭图像的问题与抑制法。
图6A是说明虚像影像生成部101中的产生共轭图像的示意图。首先，根据光学系统的结构进行说明。在照明部120中从光源140发射的光入射到聚光透镜142、143。通常，光源140配置于聚光透镜142、143的合成焦点位置附近，因此从光源140发射的光束在聚光透镜中大致成为准直光。来自聚光透镜142、143的光将对成为虚拟二次光源部的微透镜阵列130进行照明。经过微透镜阵列130的光经由聚光透镜131对显示部121进行照明。由显示部121附加了影像信号的信息的光经由投射部122和导光部123在用户的瞳孔20中成像，用户视觉识别HMD的影像。
在上述光学系统中视觉识别影像的情况下，由微透镜阵列130复制的光源140的共轭图像180形成于微透镜阵列130的发射面。另外，微透镜阵列130的发射面与投射部122的发射瞳孔处于大致共轭的位置关系。因此，在投射部122的发射瞳孔位置122p处形成有微透镜阵列130的透镜单元发射面的共轭图像181以及形成于微透镜阵列130的发射面的上述光源140的共轭图像180的另一共轭图像182。因而，当用户隔着导光板123观看影像时，在影像的靠跟前处，将看到微透镜单元的共轭图像181与光源的共轭图像182重叠，从而影像的可视性降低。
此外，导光板123具有为了放大眼盒而复制投射部122的发射瞳孔的功能，因此还有时在复制次数多时各共轭图像181、182反复重叠而变得不明显。另一方面，在使用分束镜阵列型的导光板123的情况下，与其它方式相比原理上复制次数少，由于上述共轭图像181、182从而影像的可视性大大降低。
图6B是说明抑制产生共轭图像的方法的示意图。在图6A的光学系统中，示出抑制微透镜单元的共轭图像181和光源的共轭图像182的可视性的结构。在本结构中，在照明部120的聚光透镜131附近设置有用于使来自微透镜阵列130的光漫射的漫射板150。通过设置漫射板150，微透镜单元的共轭图像181和光源的共轭图像182变得模糊而不明显。此时，可以通过将漫射板150配置于比显示部121更靠跟前处，以便不对基于投射部122的显示部121的放大图像(虚像)的分辨率带来影响。
这样，在HMD 1中，存在镜框部的小型化和产生共轭图像这样的问题，在以下的实施例中说明它们的解决方法。
[实施例1]
在实施例1中，说明镜框部10的A尺寸的缩短以及共轭图像的抑制。
图7是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图，是缩小A尺寸的结构。其中，(a)是从视轴方向(Z轴)观看的图，(b)是从垂直方向(Y轴)观看的图。在照明部120中，作为光源部而具备绿色(G)的光源140以及红色(R)以及蓝色(B)的光源141。来自各光源的光通过聚光透镜142、143大致准直。来自各色光源的大致准直光通过颜色合成部144合成。
在此，如(b)所示，示出将楔形二向色镜使用于颜色合成部144的示例。二向色镜对R光与B光与G光的大致准直光进行合成并发射。此时，各色的光轴不一定需要完全一致，光轴也可以稍微偏移，使得强度分布预定面上大致一致。
颜色合成后的光入射到作为虚拟二次光源的微透镜阵列130。微透镜阵列130被从颜色合成部144发射的大致准直光束进行照明。通过使用微透镜阵列130，仅能够在显示部121的微显示器的预定范围内汇聚光。另外，能够使显示部121上的照明光的亮度分布均匀化。
在将LCOS(Liquid Crystal On Silicon(硅上液晶)，注册商标)等使用于显示部121的情况下，为了照射预定的偏振光，配置偏振滤光片145并事先仅取出所需的偏振光成分。即使是在杂散光对策、对比度这方面，偏振滤光片145也有效地起作用。
弯折式反射镜146具有使从微透镜阵列130向显示部121的光路弯折的作用(X方向→Y方向)。即，通过插入弯折式反射镜146，能够缩短光学系统的X轴方向的长度(图4的A尺寸)。作为聚光光学部件131的聚光透镜使微透镜阵列130的单元图像向显示部121成像。
偏振分支元件132划分向照明部120和投射部122的光路。投射部122将显示部121的影像作为无限远或虚像而进行投射。来自投射部122的影像光被入射到导光部123，用户在确保透视性的状态下能够视觉识别影像。偏振滤光片147和1/4波长板148抑制基于来自投射部122、导光部123的返回光的杂散光。
以下，详细说明各部的结构。在照明部120中，光源140发射绿色的光，光源141发射红色和蓝色的光。在光源141中，红色和蓝色的光源被安装于同一封装。在此，虽然示出了两种颜色被安装于同一封装的光源141，但是也可以将三个光源分别安装于独立的封装内，还可以将两个以上的光源集成安装于一个封装内。
从光源140、141发射的光入射到聚光透镜142、143。聚光透镜142、143被配置成各光源位于其大致合成焦点位置，从光源140、141发射的光束通过聚光透镜成为大致准直光。来自各光源的大致准直光向颜色合成部144发射。
投射部122为由多个透镜构成的投射光学系统，将来自显示部121的影像光，根据画角并改变角度而进行投射。
导光部123通过设为使用衍射光栅、体积全息光栅、分束器阵列(BSA)等的导光板结构，能够设为具备透视性的HMD 1。例如使用衍射光栅的导光部123为平行平板的结构，具有：输入衍射光栅部，其用于将光输入到导光部123内；传播部，其将输入的光通过完全反射而在平行平板内传播；以及输出衍射光栅部，其用于将通过完全反射传播的光向导光部123外发射。另外，使用分束器阵列的导光部123也为平行平板的结构，并且具有反射面，该反射面排列成用于使光从平行平板的端面部入射，通过完全反射在平行平板内传播，并将通过完全反射而传播的光向导光部外发射的多个阵列状。设为阵列状的反射面使通过完全反射传播的光的一部分反射并透射一部分的结构。
这样，根据图7的结构，将弯折式反射镜146配置在微透镜阵列130与聚光透镜131之间而使光学系统弯折，由此能够缩小A部的尺寸。此时的弯折式反射镜146的有效光束系统的尺寸与偏振分支元件132大致相等。
通常，HMD 1的显示影像区域111(图3示出)在水平方向和垂直方向的范围不同，水平方向的显示范围大。因而，显示部121的微显示器的有效区域也在水平方向和垂直方向上长度不同，垂直方向短。因此，弯折式反射镜146和偏振分支元件132构成为向与垂直对应的方向(短边方向)弯折，由此能够使弯折式反射镜146和偏振分支元件132的尺寸小型化。
在通常的具有远心性的投影仪的照明光学系统中，通过使用多个透镜的聚光透镜，实现缩小从微透镜阵列130至显示部121为止的距离。然而，在使用于HMD 1的虚像影像生成部101的光学系统中，由于上述理由，需要在光路中配置弯折式反射镜146、偏振分支元件132，当考虑它们的尺寸时，即使使用单个聚光透镜也不会大型化地能够构成光学系统。
在图7示出的虚像影像生成部101中，将投射部122配置于导光部123的上部，将弯折的照明部120进一步配置于投射部122的上部，由此能够确保横向和横向斜下方向的视野。即，能够形成图4的(c)的镜框部10的形状。另外，由于设为配置了单个聚光透镜131和弯折式反射镜146的结构，由此使HMD 1的A尺寸小型化，在增加便利性的同时能够确保视场。除此以外，通过使用单镜头能够实现降低成本、重量减轻。
图8是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图，是一种尺寸减小且抑制共轭图像的结构。对与图7示出的虚像影像生成部101相同的要素附加相同附图标记，仅示出从视轴方向(Z轴)观看的图。在本例中，为了抑制在导光部123中复制的周期性微透镜阵列(透镜单元)与光源的共轭图像，如图6B中说明那样，在微透镜阵列130与显示部121之间追加了漫射板150。由此，可以不对显示部121的放大图像即影像(虚像)的分辨率带来影响，而仅使微透镜单元和光源的共轭图像模糊并且不明显。另外，通过设为与图7同样地配置了弯折式反射镜146的结构，由此减小HMD 1的A尺寸。
在此，将漫射板150的位置配置于远离微透镜阵列130并接近聚光透镜131的位置。在本例中，配置于聚光透镜131的前侧(附图上侧)，但是也可以是聚光透镜131的后侧(附图下侧)。通过配置于接近聚光透镜131的位置，能够减小漫射板150的漫射角，在抑制由插入漫射板150引起的效率下降的同时能够仅使微透镜单元和光源的共轭图像模糊。
即使是不使用微透镜阵列130而简单地将来自颜色合成部144的光照射到显示部121的结构，也能够看出插入漫射板150的效果。但是，通过应用于使用微透镜阵列130的结构，是高效率且亮度均匀性高的照明系统，并且具有抑制在隔着导光板123观察影像时产生的共轭图像的效果。
另外，考虑漫射板150对偏振光的影响，构成为将偏振滤光片145的位置配置于紧接着漫射板150之后的结构。此时，也可以构成为将漫射板150与偏振滤光片145进行粘贴而一体化的结构。
另一方面，还能够使漫射板150与聚光透镜131一体化。在该情况下，也可以构成为代替漫射板150将聚光透镜131的表面作为磨砂状表面而附加漫射功能的结构。
当将聚光透镜131的焦点距离f设为上述范围8mm～14mm中稍长的值时，光学系统的尺寸增大，但是共轭图像的抑制效果增加。这是由于，微透镜单元上的光源图像增大而各光源图像间的间隔缩短，共轭图像的明暗变化减小，由此不容易视觉识别共轭图像。接着，说明焦点距离长的情况下有效的结构。
图9是表示图8的变形例的图，是将两个聚光透镜使用于聚光光学部件的结构。在焦点距离长的情况下，使用两个左右的透镜，配置成将前侧主平面与后侧主平面的位置尽可能接近，由此能够使光学系统的尺寸小型化。
在微透镜阵列130之后配置第一聚光透镜151，在弯折式反射镜146之后配置第二聚光透镜152，此后，继续配置偏振分支元件132和显示部121。漫射板150和偏振滤光片145配置于第二聚光透镜152的附近(在此前侧)。
在配置两个聚光透镜151、152的情况下，从微透镜阵列130至第一聚光透镜151为止的距离以及从第二聚光透镜152至显示部121为止的光路长度变得不平衡。因此，使两个聚光透镜151、152的合成主平面位置尽可能靠第二聚光透镜152侧，因此将第一聚光透镜151设为凹凸透镜，将第二聚光透镜152设为双凸透镜，由此能够使光学系统小型化。
[实施例2]
在实施例2中，说明图4所示出的镜框部10的B尺寸(垂直方向)的缩短以及共轭图像的抑制。
图10是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图，是在缩短B尺寸的同时抑制共轭图像的结构。对具有与第一实施例相同的功能的要素附加相同附图标记。以下，说明与实施例1不同的部分。
在本例中，从照明部120至投射部122为止，在水平方向(X方向)上排列配置，由此缩短光学系统的垂直方向的宽度(B尺寸)。从光源140、141发射并通过微透镜阵列130的光入射到偏振滤光片145而仅使预定方向的线性偏振光透射。之后，由偏振分支元件132向附图下方反射，通过漫射板150和1/4波长板160。漫射板150抑制微透镜阵列130与光源140、141的共轭图像，由1/4波长板160变换为圆偏振光，入射到凹面反射镜161。
由凹面反射镜161反射的光再次通过1/4波长板160，成为与前一方向正交的方向的线性偏振光，透射漫射板150和偏振分支元件132而对显示部121进行照明。在显示部121中生成的影像光在偏振分支元件132上反射而朝向附图向右方向，经由偏振滤光片147和1/4波长板148入射到投射部122。
在该结构中，凹面反射镜161相当于在实施例1中说明的聚光光学部件131，由凹面反射镜161聚焦的反射光入射到显示部121。优选凹面反射镜161为非球面的凹面反射镜，另外，用于使共轭图像模糊的漫射板150被配置于作为聚光光学部件的凹面反射镜161附近。
即，凹面反射镜161和显示部121隔着偏振分支元件132相对，以大致垂直的几何学关系配置微透镜阵列130与显示部121，在偏振分支元件132与凹面反射镜161之间配置有漫射板150和1/4波长板160。
根据该结构，光学系统的垂直方向(Y方向)的宽度缩短，能够形成图4的(b)那样的镜框部10的形状。当然，由于安装有漫射板150，因此也得到抑制共轭图像的效果。
图11是表示图10的变形例的图，是代替凹面反射镜161而配置有内反射型透镜162的结构。内反射型透镜162为在凸透镜面上进行镜面涂层并使用内反射的透镜，得到与凹面反射镜161相等的效果。优选内反射型透镜162为对凸非球面附加了反射涂层的平凸非球面透镜。即，通过将平凸透镜设为基底，能够在入射面侧粘贴1/4波长板160、漫射板150而进行一体化，也有助于小型化。
只要将图10的凹面反射镜161、图11的内反射型透镜162的焦点距离设为与在实施例1中说明的聚光光学部件131相等的焦点距离即可。
另一方面，还能够使漫射板150与凹面反射镜161或内反射型透镜162一体化。在该情况下，也可以代替漫射板150，将凹面反射镜161或内反射型透镜162的曲面设为磨砂状表面，并设为附加了漫射功能的结构。
根据实施例2的结构，由于在较小空间内确保照明光学系统的光路长度，不需要在实施例1中所使用的弯折式反射镜146，由此照明部120成为直线状的光学系统。因此，能够缩小镜框部10的B尺寸，能够确保尺寸减小、良好的视野。
最后，记载了在各实施例中说明的HMD的应用例。
图12是表示HMD 1的使用例的图。在用户(操作员)2的视野中显示来自HMD 1的影像(虚像)200，例如显示工业设备的检查、安装等的作业次序。用户2能够一边同时对作业对象物(设备、工具等)和作业指示进行视觉识别一边执行作业，因此能够更可靠地进行作业，从而可以减少错误。
图13是图1的变形例，特别是示出用于高精度地示出双眼的影像的结构。在HMD 1’的图像信号处理部103’中分别设置有左眼图像生成部103L和右眼图像生成部103R。在双眼显示的情况下，需要左右分别显示影像，但是这些影像的相对位置有时由虚像影像生成部101的安装误差、周围温度变化等引起位移。因此，在图像信号处理部103’中分别设置有左眼图像生成部103L和右眼图像生成部103R，由此左右能够进行独立的影像显示。由此，例如在左右影像的显示位置处产生偏差时，在左眼图像生成部103L和右眼图像生成部103R中通过信号处理对左右影像的显示位置进行校正，由此能够消除位置偏差。
另外，在双眼的HMD 1’的情况下，影像光向导光部123的入射方向左右不同。在亮度分布、颜色分布根据构成导光部123的反射膜、衍射光栅、体积全息光栅等的入射角特性而发生改变时，左右影像中的亮度和颜色的变化样子也变得左右对称。因而，如果使用上述左眼图像生成部103L和右眼图像生成部103R，则能够通过信号处理对由左右几何学的对称性引起的亮度、颜色分布的不均进行校正。
另外，HMD 1’在室内外使用。因而，还需要根据周围环境的明亮度来调节显示影像的亮度。作为一例，只要经由输入输出部91将照度传感器连接到传感部106，根据照度传感器的输出来调节由图像信号处理部103’显示的影像的亮度即可。
以上，进行了本发明所涉及的实施方式的说明，但是本发明并不限定于上述实施例，包含各种变形例。例如为了更容易理解本发明而详细说明了上述实施例，本发明并不限定于具备在此说明的所有结构。另外，能够将某一实施例的结构的一部分替换为实施例的结构。另外，还能够将其它实施例的结构施加到某一实施例的结构。另外，还能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、替换。
另外，为了使理解更容易，根据主要处理内容对上述HMD和虚像影像生成部的功能结构进行了分类。本申请发明并不限定于结构要素的分类方法、名称。HMD和虚像影像生成部的结构还能够根据处理内容来分类为更多的结构要素。另外，还能够将一个结构要素分类为执行更多的处理。
另外，本发明当然不仅应用于头戴式显示器(HMD)，还能够同样地应用于具有在实施例中说明的虚像影像生成部的结构的其它影像(虚像)显示装置。

Claims (14)

1.一种头戴式显示器，其安装于用户头部并在视场内显示影像，其特征在于，
显示部，其生成要显示的影像；
照明部，其将照明光照射到上述显示部；
投射部，其投射来自上述显示部的影像光；以及
导光部，其将来自上述投射部的影像光传递至用户的瞳孔，
上述照明部具有：
光源部，其发射光；
微透镜阵列，其照射从上述光源部发射的光并成为虚拟二次光源；
聚光光学部件，其将来自上述微透镜阵列的光汇聚在上述显示部中；以及
漫射板，其将来自上述微透镜阵列的光漫射，
上述漫射板配置于比上述微透镜阵列更接近上述聚光光学部件的位置。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件为单个聚光透镜，
从上述微透镜阵列至上述聚光透镜为止的第一距离以及从上述聚光透镜至上述显示部为止的第二距离大致相等。
3.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件由两个聚光透镜构成，
配置在接近上述微透镜阵列一侧的第一聚光透镜为凹凸透镜，
配置在接近上述显示部一侧的第二聚光透镜为双凸透镜，
上述漫射板配置在比上述第一聚光透镜更接近第二聚光透镜的位置。
4.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件为凹面反射镜。
5.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件的焦点距离为8mm～14mm的范围。
6.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
在上述漫射板上粘贴仅使预定方向的线性偏振光透射的偏振滤光片而一体化，
一体化的上述漫射板和上述偏振滤光片被配置成上述漫射板处于上述微透镜阵列侧、上述偏振滤光片处于上述显示部侧。
7.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
将上述聚光光学部件的表面设为磨砂状表面，由此使上述漫射板与上述聚光光学部件一体化。
8.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述照明部具备：
弯折式反射镜，其用于使光路弯折；以及
偏振分支元件，其用于在上述显示部中将反射后的影像光引导到上述投射部，
上述弯折式反射镜和上述偏振分支元件被配置成在使光弯折向上述显示部的显示区域的短边方向，
上述弯折式反射镜与上述偏振分支元件大致平行。
9.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述导光部具有入射影像光的入射面以及一边将入射的影像光完全反射一边进行传播的大致平行的第一内部反射面和第二内部反射面，
上述导光部的内部具备用于投射影像光的多个大致平行的部分反射面阵列。
10.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
从用户观察，上述照明部被配置在比上述投射部更靠近上部方向。
11.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
该头戴式显示器具有：偏振分支元件，其用于分支成将照明光引导至上述显示部的光路以及将来自上述显示部的反射光引导到上述投射部的光路，
上述偏振分支元件在透明基板上粘贴了线栅膜。
12.根据权利要求4所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述凹面反射镜与上述显示部隔着偏振分支元件而相对配置，
以大致垂直的几何学关系配置上述微透镜阵列与上述显示部，
在上述偏振分支元件与上述凹面反射镜之间配置有上述漫射板和1/4波长板。
13.根据权利要求4所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述凹面反射镜为在非球面凹面反射镜或凸非球面上附有反射涂层的平凸非球面透镜。
14.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
该头戴式显示器还具备：
拍摄部，其拍摄用户的视野方向；
供电部，其供给电力；
存储部，其存储信息；
传感部，其检测用户的位置、姿势；
通信部，其与外部装置进行通信；
声音处理部，其输入或输出声音信号；以及
控制部，其进行装置整体的控制。
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