CN111355939B - 影像显示装置以及影像显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够显示视窗大且亮度大致均匀的影像的影像显示装置。即，用于显示影像的影像显示装置具备：影像投影部，其使影像光投影；影像光复制部，其复制影像光；以及导光部，其影像光在内部传递，上述影像光复制部将由上述影像投影部出射的上述影像光传递至上述导光部，上述导光部使入射的上述影像光在其内部传递并输出，上述影像光复制部复制入射到上述影像光复制部的上述影像光，使得从上述导光部输出的影像光的亮度分布变得均匀。

Description

影像显示装置以及影像显示系统
技术领域
本发明涉及影像显示装置以及影像显示系统。
背景技术
已知一种将由影像生成装置生成的影像呈现给使用者的头戴式显示器等影像显示系统。例如在专利文献1中公开了一种光学设备，其特征在于，包括使光透射的基板、通过内部反射整体使光耦合到上述基板的光学单元以及上述基板所拥有的多个局部反射面，上述局部反射面相互平行，并不与上述基板的任意的边缘平行(参照技术方案1)。
在先技术文献
专利文献1：美国专利申请公开2003/0165017号
专利文献1所述的光学设备如专利文献1的图17那样具备分割光线的分束器，由此增加从基板出射的光的光束宽度，即使使用者的眼睛移动也能够扩大可看见影像的区域即视窗(eyebox)。然而，并未考虑到由分束器分割的光束的间隔以及分割前的光束直径的关系，到达使用者的眼睛的影像的局部变暗，从而有时在显示影像中产生亮度不均。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的目的在于提供一种能够显示视窗大、亮度均匀的影像的导光板方式的影像显示装置以及影像显示系统。
以下示出在本申请中公开的发明的代表性一例。即，用于显示影像的影像显示装置的特征在于，具备：影像投影部，其使影像光投影；影像光复制部，其复制影像光；以及导光部，其影像光在内部传递，上述影像光复制部将由上述影像投影部出射的上述影像光传递至上述导光部，上述导光部使入射的上述影像光在其内部传递并输出，上述影像光复制部复制入射到上述影像光复制部的上述影像光，使得从上述导光部输出的影像光的亮度分布变得均匀。
根据本发明的一个方式，能够提供一种能够显示视窗大、亮度大致均匀的影像的导光板方式的影像显示装置以及影像显示系统。上述以外的问题、结构以及效果通过以下的实施例的说明会变得清楚。
附图说明
图1是表示第一实施例的影像显示系统的功能块的一例的图。
图2是表示第一实施例的影像显示装置的功能块的一例的图。
图3是表示第一实施例的影像投影部的结构例的图。
图4是表示第一实施例的影像投影部的其它结构例的图。
图5是第一实施例的导光板的概念图。
图6是表示第一实施例的导光板的结构例的图。
图7是表示第一实施例的导光板的结构例的图。
图8是表示第一实施例的影像显示装置的结构例的图。
图9是表示第一实施例的瞳孔放大棱镜的结构例的图。
图10是表示第一实施例的投射光学部的结构例的图。
图11是表示第一实施例的投射光学部与影像光复制部的位置关系的一例的图。
图12是表示第一实施例的投射光学部与影像光复制部的位置关系的一例的图。
图13是表示第一实施例的瞳孔放大棱镜的结构例的图。
图14是表示第二实施例的影像显示装置的结构例的图。
图15是表示第二实施例的瞳孔放大棱镜的结构例的图。
图16是表示第三实施例的瞳孔放大棱镜的结构例的图。
图17是表示第三实施例的影像显示装置的结构例的图。
图18是表示第四实施例的影像显示装置的结构例的图。
图19是表示第四实施例的瞳孔放大棱镜的另一例的图。
图20是表示第五实施例的影像显示装置的结构例的图。
图21是表示第五实施例的瞳孔放大棱镜的结构例的图。
图22是表示第六实施例的影像显示装置的结构例的图。
图23是表示具有第一实施例的影像显示装置的影像显示系统的图。
图24是表示第七实施例的影像显示装置的结构例的图。
图25是表示用于第一实施例的特性补偿的图像变换的示例的图。
附图标记说明
11：入射面；12：终端面；13：第一内侧反射面；14：第二内侧反射面；15：上表面；16：下表面；17：分束器表面；100：影像显示系统；101：影像显示装置；102：控制器；104：图像信号处理部；105：供电部；106：存储介质；107：感应部、108：传感器输入输出部；109：通信部；10：通信输入输出部；111：声音处理部；112：声音输入输出部；120：使用者的眼睛；200：影像投影部；201：光源部；202：照明光学部；203：面板部；204：投射光学部；205：光源；206：聚光透镜；207：分色镜；208A：微透镜阵列；208B：透镜；209：十字棱镜；210：影像光复制部；220：导光板；221：光输入部；222：光输出部；223：内侧反射面；224：内侧反射面；230：导光部；300～303：瞳孔放大棱镜；310：入射面；311：出射面；312～313：侧面；314～315：反射侧面；316：入射光；320：局部反射面；321：瞳孔放大分束器；322：入射面；323：出射面；330：投射光学部；331：透镜；332：最终透镜；333：外形直径；334：最终透镜的出射面；335：光学有效直径；336：射出瞳孔；337：射出瞳孔直径；338：凹面镜；341：虚拟光线；342～343：距离；351～354：光线；360：厚度；400：三角棱镜；401：入射面；402：出射面；410：影像光；700：使用者；710：保持部；801～802：导光板；811：导光板；812～813：衍射区域；821：导光板；822～824：衍射区域；900：光源部；901：光纤；902：光纤扫描元件；903：准直透镜；904：端面；911：扫描元件。
具体实施方式
以下，使用附图详细说明本发明的实施例。此外，在以下的说明中说明本发明的一个实施方式，并不限制本发明的范围。因而，本领域技术人员能够采用将这些各要素或所有要素替换为相等的要素的实施方式，这些实施方式也包含在本发明的范围内。
[第一实施例]
图1是本实施例的影像显示系统100的功能块的一例的图。
影像显示系统100例如为头戴式显示器、平视显示器等具有显示影像的功能的系统。影像显示系统100具有影像显示装置101、控制器102、图像信号处理部104、供电部105、存储介质106、感应部107、传感器输入输出部108、通信部109、通信输入输出部110、声音处理部111以及声音输入输出部112。
影像显示装置101为生成影像而将影像显示给影像显示系统100的使用者的装置，在后文中详细进行说明。
控制器102将影像显示系统100整体统一地进行控制。CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)等中央运算装置实现控制器102的功能。图像信号处理部104生成由影像显示系统100显示的影像的图像信号。供电部105为对影像显示系统100进行供电的电源装置或电池。
存储介质106存储影像显示系统100、影像显示装置101所具有的处理部的处理所需的信息、生成的信息。存储介质106为RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)或快闪存储器等存储装置，作为暂时读出程序、数据的存储区域而发挥功能。存储介质106也可以包括HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、CD-R(Compact Disc-Recordable：光盘刻录机)、DVD-RAM(Digital Versatile Disk-Random Access Memory：数字通用磁盘随机存取存储器)以及SSD(solid state drive：固态驱动器)等可写入和读取的存储介质和存储介质驱动装置等。此外，控制器102通过按照在存储介质106上读出的程序进行动作的CPU进行处理。此外，也可以由其它运算装置(例如FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等硬件)执行局部或所有处理。
感应部107使用传感器检测周围的状况。感应部107例如使用从用于检测检测周围的明亮度的照度传感器、用于检测用户的姿势、方向、活动等的倾斜传感器、加速度传感器、用于检测用户的身体状况的视线传感器、温度传感器、用于检测用户的位置信息的GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)传感器、感压传感器、静电容量传感器、条形码读取器等传感器输入到传感器输入输出部108的信号来检测状况。
通信部109经由通信输入输出部110而与未图示的网络连接。通信部109例如通过Bluetooth(注册商标)、Wi-Fi(注册商标)、UHF(Ultra High Frequency：超高频)或VHF(Very High Frequency：特高频)等近距离、远距离的无线通信或有线通信，与未图示的信息处理终端进行通信。声音处理部111使用麦克风、耳机等声音输入输出部112，接收声音的输入或输出声音。
此外，本实施例的影像显示系统100具有用于显示影像的功能即可，不一定必须具备感应部107、通信部109以及声音处理部111。
图2是本实施例的影像显示装置101的功能块的一例的图。
影像显示装置101具有影像投影部200、影像光复制部210以及导光部230。影像投影部200具有影像生成装置，生成成为由影像显示装置101显示的影像的影像光，输出到影像光复制部210。影像光复制部210将从影像投影部200输出的影像光传递到导光部230。导光部230具有导光板220。导光板220使入射的影像光通过内表面的完全反射在内部传递并输出。影像光复制部210以一边大致维持入射的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)一边使由导光板220输出的影像光的输出分布均匀化的方式复制影像光的光线，输出至少两个以上的影像光。
图23的(a)是表示具有本实施例的影像显示装置101的影像显示系统100的图。图23的(a)示出的影像显示系统100为使用者700能够安装于自己的头部而使用的头戴式显示器(还称为智能眼镜)。
图23的(b)是表示影像显示系统100的概要结构图。图23的(b)示出的影像显示系统100具有保持部710、右眼用影像显示装置101R以及左眼用影像显示装置101L。右眼用影像显示装置101R具有右眼用影像投影部200R、右眼用影像光复制部210R以及右眼用导光部230R，左眼用影像显示装置101R具有左眼用影像投影部200L、左眼用影像光复制部210L以及左眼用导光部230L。保持部710为用于保持右眼用和左眼用影像显示装置101的结构部件的全部或局部的壳体。使用者700将保持部710安装于头部，通过使用者的眼睛120R(右眼)和120L(左眼)的至少一个来感知由右眼用和左眼用影像显示装置101R和101L显示的影像，由此能够看见由影像显示装置101显示的影像。
图3的(a)是表示影像投影部200的一例的图。影像投影部200具有光源部201、照明光学部202、面板部203以及投射光学部204。
光源部201发出用于由影像显示装置101输出影像的光。由光源部201出射的光经由照明光学部202入射到面板部203。照明光学部202为通过来自光源部201的光来照明面板部203的光学系统。面板部203根据影像信号，调制从光源部201入射的光并生成影像。由面板部203出射的光入射到投射光学部204。投射光学部204将从面板部203入射的光进行投影。影像投影部200将由投射光学部204投影的光作为影像光而输出。
光源部201例如具有输出绿色光的光源205G、输出红色光和蓝色光的光源205RB、聚光透镜206G、206RB、分色镜207。由光源205G、205RB出射的光分别通过聚光透镜206G、206RB变为大致平行光，由分色镜207复用。分色镜207构成为所出射的红色与绿色与蓝色光的光轴变为大致平行。
图3的(b)是表示光源部201的其它结构例的图。图3的(b)示出的光源部201具有输出红色光的光源205R、输出绿色光的光源205G、输出蓝色光的光源205B、聚光透镜206R、206G、206B、十字棱镜209。由各光源205R、205G、205B出射的光分别通过聚光透镜206R、206G、206B变为大致平行光，由十字棱镜209复用。
作为其它光源部201，也可以使用用于输出红色光、绿色光和蓝色光的光源。在该情况下，例如能够通过光隧道或积分镜片将红色与绿色与蓝色的光合成。
照明光学部202例如具有微透镜阵列208A和透镜208B。入射到照明光学部202的光将微透镜阵列208A和透镜208B进行透射。微透镜阵列208A的各入射单元构成为在构成面板部203的面板上使出射光成像。由此，能够以大致均匀的照度分布将面板照明。
作为构成面板部203的面板，例如能够使用透射型或反射型液晶面板、带有反射镜的MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems：微机电系统)排列在阵列上的元件。
投射光学部204例如具有由一个或多个透镜或曲面镜构成的投射透镜。
影像投影部200将光源部201和面板部203同步地进行驱动，由此能够生成影像光。例如所显示的影像的图像数据由红色用数据和绿色用数据以及蓝色用数据构成，在面板上显示红色用数据的时段仅使红色光源点亮，在面板上显示绿色用数据的时段仅使绿色光源点亮，在面板上显示蓝色用数据的时段仅使蓝色光源点亮，由此通过场序方式显示全色影像。另外，在面板上显示红色用数据的时段使绿色或蓝色光源的至少一个点亮，在面板上显示绿色用数据的时段使红色或蓝色光源的至少一个点亮，在面板上显示蓝色用数据的时段使红色或绿色光源的至少一个点亮，由此能够提高由影像显示装置101显示的影像的明亮度。
另外，也可以根据输入到传感器输入输出部108的由照度传感器检测出的周围的明亮度，变更由影像显示装置101显示的影像的明亮度。
上述光源部201具有红色、绿色、蓝色光源，但是本实施例并不限定于此。光源并不发出红色、绿色、蓝色以外的颜色的光。由此，能够增加能够由影像投影部200显示的颜色再现范围。另外，光源也可以限定可显示的颜色再现范围，发出两种颜色的光或发出一种颜色的光。由此，能够使影像投影部200小型或廉价。
图4的(a)是表示作为影像投影部200的另一例的光纤扫描型投影仪的结构例的图。光纤扫描型投影仪具有光源部900、光纤901、光纤扫描元件902以及准直透镜903。光源部900例如输出激光。由光源部900输出的光在光纤901的内部传递，从光纤901的端面904出射。由光纤901出射的光被由准直透镜903准直，变为具有方向性的光。在光纤901上安装有光纤扫描元件902，光纤扫描元件902使端面904活动而对来自光纤901的出射光进行扫描。通过使由光源部900输出的光的强度以及光纤扫描元件902的端面904的活动与影像信号进行同步，光纤扫描型投影仪能够对影像进行投影。
图4的(b)是表示作为影像投影部200的另一例的扫描镜的光扫描型投影仪的结构例的图。扫描镜的光扫描型投影仪具有光源部900和扫描元件911。另外，扫描元件911具有反射镜。从光源部900输出的具有方向性的光入射到扫描元件911的反射镜并反射。扫描元件911使反射镜活动而对反射光进行扫描。通过使由光源部900输出的光的强度以及扫描元件911的活动与影像信号进行同步，光扫描型投影仪能够对影像进行投影。
图5是导光板220的概念图。
导光板220具有光输入部221和光输出部222。由影像光复制部210出射的影像光从导光板220的光输入部221入射到导光板220的内部，通过导光板220的内侧反射面223和224的完全反射，在导光板220的内部传递。导光板220具有从范围大于光输入部221的光输出部222出射光的功能、即放大瞳孔的功能，复制多个从光输入部221入射到导光板220的影像光，从光输出部222输出该影像光。从导光板220的光输出部222输出的影像光的一部分入射到使用者的眼睛120。使用者通过感知入射到眼睛120的光，能够看见由影像显示装置101显示的影像。
图6的(a)是表示作为导光板220的一例的导光板801的图。另外，图7的(a)、图7的(b)以及图7的(c)分别为图6的(a)示出的导光板801的主视图、俯视图以及侧视图。导光板801由六面体构成，具有入射面11、终端面12、第一内侧反射面13、第二内侧反射面14、上表面15以及下表面16。第一内侧反射面13和第二内侧反射面14相互大致平行。
图6的(a)示出的导光板801的内部具有N个分束器表面17。在此，N为1以上的整数。N个分束器表面17相互大致平行。
入射面11为供光入射到导光板801的面，作为光输入部221而发挥功能。第一内侧反射面13和第二内侧反射面14通过完全反射将从入射面11入射到导光板801的光引向导光板801的内部。
在第一内侧反射面13和第二内侧反射面14上完全反射并在导光板1内部传播的光入射到N个分束器表面17。分束器表面17对入射的光的一部分进行反射，垂直地透射第二内侧反射面14，由此将光出射到导光板801的外部，使其它光透射。第二内侧反射面14作为光输出部222而发挥功能。
N个分束器表面17和终端面12也可以以相互大致平行的方式构成导光板801。由此，能够减少导光板801的制造工序而能够降低成本。
另外，入射面11与第一内侧反射面13所形成的角构成为N个分束器表面17与第一内侧反射面13所形成的角的大致两倍即可。由此，能够使从第二内侧反射面14出射的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)与从入射面11入射到导光板801的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)大致相同。
图6的(b)是表示导光板220的其它结构例的图。图6的(b)示出的导光板811具有多个衍射区域812、813。衍射区域812具有与z轴大致平行的方向的衍射结构。衍射区域813具有在xz平面上从x轴逆时针方向大致+60度以及大致-60度的两个方向的衍射结构。衍射区域812的衍射结构的间距与衍射区域813的两个方向的衍射结构的间距相互全部大致相等。
入射到作为光输入部221的衍射区域812的影像光进行衍射而被取入到导光板811内部，在导光板811内部完全反射的同时被引导，到达与光输出部222对应的衍射区域813。衍射区域813具有两个方向的衍射结构，但是在导光板811内部完全反射引导的过程中，在衍射区域813所具有的两个方向的衍射结构中分别各衍射一次，从导光板811出射影像光。
图6的(c)是表示导光板220的另一例的图。图6的(c)示出的导光板821具有多个衍射区域822、823、824。衍射区域822具有与x轴大致平行的方向的衍射结构。衍射区域823具有在xz平面内与z＝-x的直线大致平行的方向的衍射结构。衍射区域824具有与z轴大致平行的方向的衍射结构。衍射区域822的衍射结构的间距与衍射区域824的衍射结构的间距相互大致相等，使衍射区域823的衍射结构的间距与将衍射区域822的衍射结构的间距除以2的平方根而得到的值大致相等。
入射到作为光输入部221的衍射区域822的影像光进行衍射而被取入到导光板821内部，在导光板821内部完全反射引导。在完全反射引导的过程中，影像光每次到达衍射区域823时一部分的光进行衍射，改变前进方向并在导光板821内部完全反射引导。并且每次到达与光输出部222对应的衍射区域824时一部分的光进行衍射，光线被复制，从导光板821出射。
图8是表示第一实施例的影像显示装置101的一例的图，上侧示出从导光板801的正面侧观察的图，下侧示出从导光板801的上侧观察的图。影像光复制部210具有瞳孔放大棱镜300，作为导光板220而具有图6的(a)示出的导光板801。
图9的(a)、图9的(b)以及图9的(c)分别为瞳孔放大棱镜300的主视图、俯视图以及侧视图。瞳孔放大棱镜300的外形在作为主视图的图9的(a)中为长方形，在作为俯视图的图9的(b)中为平行四边形，在作为侧视图的图9的(c)中为长方形。即，瞳孔放大棱镜300的外形具有相对的两个面呈平行四边形且其它四个面呈长方形的平行六面体的形状。此外，尤其是将长方形中、四个边的长度全部相等的图形称为正方形，但是在本发明中将正方形作为长方形的一个方式而说明。
具有平行六面体的形状的瞳孔放大棱镜300具有入射面310、出射面311、侧面312、313以及反射侧面314、315这六个面。入射面310与出射面311相互大致平行，侧面312与侧面313相互大致平行，反射侧面314与反射侧面315相互大致平行。
瞳孔放大棱镜300具有N个局部反射面320。在此，N为2以上的整数。N个局部反射面320相互大致平行。另外，N个局部反射面320中的两个为反射侧面314和315。例如图9所示，设置一个以上(在附图中三个)的中间的局部反射面320并与第一局部反射面(反射侧面)314和第N局部反射面(反射侧面)315一起同时设置三个以上的局部反射面即可。此外，如图9的(f)所示，也可以不设置中间的局部反射面320，将第一局部反射面(反射侧面)314的反射率设为小于100％，通过第一局部反射面(反射侧面)314和第N局部反射面(反射侧面)315构成两个局部反射面。
由影像投影部200出射的影像光从入射面310入射到瞳孔放大棱镜300。瞳孔放大棱镜300由透明度高的介质构成，从入射面310入射的光在瞳孔放大棱镜300内部传播。瞳孔放大棱镜300的材质例如可以是玻璃也可以是树脂。另外，为了防止影像进行多重显示这一情况，瞳孔放大棱镜300的材质不具有双折射性或双折射性较小即可。
入射到瞳孔放大棱镜300的影像光在瞳孔放大棱镜300内部传播。由影像投影部200出射的影像光的主光线构成为并不在瞳孔放大棱镜300的六个面中相互大致平行的两个面之间完全反射而被引导即可。当影像光的主光线在相互大致平行的两个面之间完全反射而被引导时，有时影像反转或由平面的平坦度不完美而影像的分辨率下降，通过本结构能够防止影像的分辨率下降。
从入射面310入射到瞳孔放大棱镜300的光首先入射到反射侧面314。如上所述，反射侧面314为N个局部反射面320之一，以下称为第一局部反射面314。另外，在除了第一局部反射面314以外的局部反射面320中从接近第一局部反射面314的反射面起依次称为第二至第N局部反射面315。此外，第N局部反射面315为反射侧面315。
局部反射面320构成为至少使一部分的光反射。特别是，第二至第N局部反射面315至少使一部分的光反射，至少使一部分的光透射。另外，优选第一局部反射面314和第N局部反射面315的反射率为大致100％即可。由此，能够提高光使用效率。
入射到第一局部反射面314的光的至少一部分在第一局部反射面314上反射，在瞳孔放大棱镜300内部传播。在第一局部反射面314上反射的光入射到第二局部反射面320。将k作为2以上且小于N的整数，入射到第k局部反射面的光的一部分透射第k局部反射面，入射到第k+1局部反射面。另外，入射到第k局部反射面的光的一部分在第k局部反射面上反射，从出射面311出射。也就是说，将k作为1以上且小于N的整数，入射到第k+1局部反射面的影像光在入射到第k+1局部反射面之前在第k局部反射面上反射或透射。特别是，在作为主视图的图9的(a)中，入射到瞳孔放大棱镜300的入射光316入射到第一局部反射面314与入射面310的交线即交线B11以及第二局部反射面与入射面310的交线即交线B12之间。在影像光复制部210中，瞳孔放大棱镜300将入射光316复制至少两个以上，复制的影像光从出射面311作为多个影像光而输出。
在作为瞳孔放大棱镜300的俯视图的图9的(b)中，在将k设为1以上且N以下的整数的情况下，将第k局部反射面320与入射面310的交叉点设为点A1k。另外，在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，将第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离(即，点A1k与点A1(k+1)之间的距离)定义为L1k。另外，在影像投影部200所具有的光学元件中，将在影像光出射到影像投影部200的紧前进行反射、透射或折射的光学元件称为最终光学元件。
此时，以局部反射面320之间的距离L1k的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件的外形尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。优选在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，以所有L1k变得小于或大致等于最终光学元件的外形尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210即可。通过设为这种结构，由影像光复制部210出射的多个影像光的光束大于入射到影像光复制部210的影像光的光束。另外，在各局部反射面320上反射并由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分重叠。
至少一部分重叠且光束变大的多个影像光入射到导光板220，在导光板220内部通过完全反射进行引导之后，从导光板220的光输出部222出射。使用者将由导光板220出射的光的一部分取入到使用者的眼睛120，并感知影像光，由此看见影像。此时，当在从影像光复制部210出射的影像光之间存在间隙时，在从导光板220的光输出部222出射的影像光之间也存在间隙，当使用者从该间隙的附近观察影像时，由该间隙引起无法看见影像的至少一部分，使用者看见影像的一部分明显暗的影像。然而，根据本实施例，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分重叠，因此使用者看见的影像的一部分并不明显变暗，使用者能够看见大致均匀亮度的影像。均匀是指例如在使用者看见的影像的亮度分布中，相邻的极大值与极小值的比率为1/2以上，如果在该范围则使用者能够将图像亮度识别为无违和感且均匀。
另外，通过由影像光复制部210复制影像光，能够放大使用者的眼睛能够看见影像的范围即视窗。并且，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分重叠，因此即使在使用者的眼睛在视窗内移动的情况下，使用者也能够看见大致均匀亮度的影像。
在瞳孔放大棱镜300的出射光的图8的y轴方向的强度分布中，相邻的极大值与极小值的比率优选为1/2以上。由此，能够使使用者看见的影像的亮度大致均匀。
图10的(a)是表示本实施例的投射光学部204的一例的图。在图10的(a)中示出投射光学部330具有三个透镜331A、331B、331C的示例。在图10所记载的投射光学部330中，透镜331C为最终光学元件即最终透镜332。也就是说，以局部反射面320之间的距离L1k的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件即最终透镜332的外形直径333的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。
图10的(b)是表示本实施例的投射光学部204的另一例的图。图10的(b)示出的投射光学部330具有透镜331D和凹面镜338，凹面镜338为最终光学元件。以局部反射面320之间的距离L1k的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件即凹面镜338的外形尺寸333(将凹面镜338投射到入射面310的长度)的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。
在图10中示出最终光学元件为透镜或凹面镜的方式，但是本发明并不限定于此，能够使用各种光学元件。例如也可以是不具备曲率而弯曲光而改变前进方向的反射镜或棱镜。
在本发明的其它观点中，以局部反射面320之间的距离L1k的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件(透镜331C)所具有的面中影像光最后反射、透射或折射的面的光学有效尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。更优选在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，以所有距离L1k变得小于或大致等于最终光学元件所具有的面中影像光最后反射、透射或折射的面的光学有效尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210即可。
例如在图10示出的投射光学部330中，最终光学元件所具有的面中影像光最后反射、透射或折射的面为最终透镜332的出射面334。也就是说，以局部反射面320之间的距离L1k的至少一个变得小于或大致等于最终透镜332的出射面334的光学有效直径335的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。通过这种结构，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分也重叠，使用者能够看见影像的一部分并不明显变暗的影像。
在本发明的进一步其它观点中，以局部反射面320之间的距离L1k的至少一个变得小于或大致等于投射光学部204所具有的投射光学系统的射出瞳孔直径337的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。优选在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，以所有距离L1k变得小于或大致等于投射光学部204所具有的投射光学系统的射出瞳孔直径337的方式构成影像投影部200和影像光复制部210即可。例如在图10示出的示例中，由投射光学部330出射的影像光最细的部位为射出瞳孔336，其直径为射出瞳孔直径337。通过这种结构，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分也重叠，使用者能够看见影像的一部分并不明显变暗的影像。
在将k设为2以上且小于N的至少一个整数的情况下，第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离L1k小于第k-1局部反射面与第k局部反射面之间的距离L1(k-1)即可。优选在将k设为2以上且小于N的所有整数的情况下，第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离L1k小于第k-1局部反射面与第k局部反射面之间的距离L1(k-1)即可。入射到瞳孔放大棱镜300的影像光在瞳孔放大棱镜300内部传播的期间每次在多个局部反射面320上反射或透射时强度衰减。通过逐渐缩小局部反射面的间隔，能够使由影像光复制部210输出的多个影像光的强度密度大致恒定。由此，能够降低使用者看见的影像的亮度不均。
图9的(d)是本发明的其它观点的瞳孔放大棱镜300的俯视图。在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，将第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离定义为L2k。此时，也可以使2以上且N-1以下的相互不同的至少一组整数m和n大致等于L2m和L2n。另外，也可以使2以上且N-1以下的所有k大致等于L2k。并且，将k设为2以上且N-1以下的至少一个整数，也可以使L21和L2k大致相等。由此，能够减少制造瞳孔放大棱镜时使用的光学基材厚度的种类，从而能够降低成本。
在本发明的其它观点中，在将k设为2以上且小于N的至少一个整数的情况下，第k局部反射面的反射率变得小于或大致等于第k+1局部反射面的反射率即可。优选在将k设为2以上且小于N的所有整数的情况下，第k局部反射面的反射率变得小于或大致等于第k+1局部反射面的反射率即可。入射到瞳孔放大棱镜300的影像光在瞳孔放大棱镜300内部传播的期间每次在多个局部反射面320上反射或透射时强度衰减。通过逐渐增加局部反射面320的反射率，能够使由影像光复制部210输出的多个影像光的强度密度大致恒定，从而能够降低使用者看见的影像的亮度不均。
图11的(a)是表示投射光学部204与影像光复制部210的位置关系的一例的图。由投射光学部204出射的影像光实际上如图11的(b)所示入射到影像光复制部210，在影像光复制部210所具有的局部反射面320上反射或透射，但是在图11的(a)中，假设由投射光学部204出射的影像光并未入射到影像光复制部210而直线传播而记载了虚拟光线341。在本实施例中，从投射光学部204所具有的最终光学元件至投射光学部204的射出瞳孔336为止的距离342比从最终光学元件至入射面310为止的距离343长即可。影像光在通过射出瞳孔以后扩大。从瞳孔放大棱镜300出射的影像光410根据视场角(图像中像素的位置)向与x轴所形成的角度不同的朝向前进。因此，当在瞳孔放大棱镜300内部通过射出瞳孔以后的影像光的传播距离变长时，影像光410的至少一部分向+z轴方向或-z轴方向位移，并不入射到导光板801的入射面11。通过使投射光学部204的射出瞳孔336延伸，提高由影像光复制部210出射的影像光向导光板220的耦合效率，从而能够提高光使用效率。并且，能够放大所有视场角(图像中像素的位置)的影像光可到达的视窗区域，即使在使用者的眼睛相对于导光板220明显移动的情况下，使用者也能够看见影像。
由投射光学部204出射的影像光被由影像光复制部210复制而成为多个影像光之后入射到导光板220。投射光学部204的射出瞳孔336的位置在由影像光复制部210复制并入射到导光板220的多个影像光的任一个中与导光板220的入射面11的位置大致相等即可。优选投射光学部204的射出瞳孔336的位置位于入射到入射面11的多个影像光的大致中央。由此，提高由影像光复制部210出射的影像光向导光板220的耦合效率，从而能够提高光使用效率。
在本发明的其它观点中，投射光学部204的射出瞳孔336的位置位于影像光复制部210内部即可。另外，投射光学部204的射出瞳孔336的位置位于影像光复制部210所具有的第一局部反射面314与第N局部反射面315之间即可。优选投射光学部204的射出瞳孔336的位置位于影像光复制部210所具有的第一局部反射面314与第N局部反射面415的大致中央即可。从投射光学部204出射的影像光在射出瞳孔336的位置处光学有效直径335为最小，因此通过构成为投射光学部204的射出瞳孔336位于影像光复制部210内部，能够使影像光复制部210小型化。
图12的(a)是表示从投射光学部204出射并入射到瞳孔放大棱镜300而在瞳孔放大棱镜300内部传播的影像光的光线的一例的图。由影像显示装置101显示的构成影像的影像光中光线351和光线352为在图12的(a)中从投射光学部204出射的光线的方向最向下和最向上的光线。在瞳孔放大棱镜300中，第一局部反射面314和出射面311位于在光线352在除了第一局部反射面314以外的局部反射面320上反射之前并不入射到出射面311的位置即可。例如图12的(b)所示，当光线352在除了第一局部反射面314以外的局部反射面320上反射之前入射到出射面311时，产生在出射面311上反射的光线353，使用者看见影像反转而成的散射光。通过构成为在光线352在除了第一局部反射面314以外的局部反射面320上反射之前并不入射到出射面311，能够防止使用者看见散射光这一情况。
如图12的(c)所示，当将光线352向瞳孔放大棱镜300的入射角设为θ11、将瞳孔放大棱镜300的材质的折射率设为n、将第一局部反射面314与出射面311所形成的角设为
Figure GDA0003292299370000161
时，折射角θ12为θ12＝asin(sin(θ11)÷n)，在第一局部反射面314上反射的光线352与出射面311所形成的角θ13为
Figure GDA0003292299370000162
因而，为了使光线352在除了第一局部反射面314以外的局部反射面320上反射之前不会入射到出射面311，θ13大致等于0或0以上即可，因此优选
Figure GDA0003292299370000163
大致为(90-θ11)÷2或(90-θ11)÷2以下。特别是为θ11≥0，因此优选
Figure GDA0003292299370000164
大致为45度或45度以下。
此外，如图12的(d)所示，也可以以在光线351入射到瞳孔放大棱镜300并在第一局部反射面314上反射之后在第二至第N的任一个局部反射面320上反射之前在入射面310上完全反射的方式构成投射光学部204和瞳孔放大棱镜300。在入射面310上完全反射的光线354在第二至第N的任一个局部反射面320、315上反射并从瞳孔放大棱镜300出射的情况下，来自瞳孔放大棱镜300的光线354的出射角变大，并不到达视窗，因此使用者不会看见由光线354引起的反转图像的散射光。由此，能够减小瞳孔放大棱镜300的厚度360，使瞳孔放大棱镜300小型化。
在本发明的其它观点中，也可以以瞳孔放大棱镜300的厚度360大于从投射光学部204出射的影像光到达第N局部反射面315时的第N局部反射面315上的影像光的光学有效直径334的方式构成投射光学部204和瞳孔放大棱镜300。由此，能够构成为在光线352在除了第一局部反射面314以外的局部反射面320上反射之前并不入射到出射面311，从而能够防止使用者看见散射光这一情况。
瞳孔放大棱镜300的材质优选为在瞳孔放大棱镜300内部传递并入射到第一和第N中的任一个或两个局部反射面314、315的影像光在第一和第N的任一个或两个局部反射面314、315上完全反射的高折射率的材质。由此，不需要在第一和第N的任一个或两个局部反射面314、315上的反射涂层，从而能够降低瞳孔放大棱镜300的成本。
优选对瞳孔放大棱镜300的侧面312、313实施打磨和黑化的任一个或两种处理。由此，能够防止产生由入射到侧面312、313的光引起的反转图像的散射光。
为了在导光板801的分束器表面17上得到预定的反射率，分束器表面17也可以具有基于铝、银的金属膜涂层。另外，在瞳孔放大棱镜300的局部反射面320上得到预定的反射率，局部反射面320也可以具有基于铝、银的金属膜涂层。金属膜具有较小的反射率、透射率的偏振光依赖性，因此影像显示装置101能够显示均匀强度的影像，而不管由影像投影部200输出的影像光的偏振光。
在本发明的其它观点中，为了在导光板801的分束器表面17和瞳孔放大棱镜300的局部反射面320上得到预定的反射率，局部反射面320也可以具有电介质多层膜的涂层。电介质多层膜涂层的反射率和透射率特性依赖于入射的偏振光，S偏振光的反射率高于P偏振光的反射率。然而，在本实施例中，构成为以瞳孔放大棱镜300所具有的局部反射面320的法向量位于xy平面内而导光板801所具有的分束器表面17的法向量位于xz平面内的方式配置瞳孔放大棱镜300和导光板801，因此作为S偏振光而入射到瞳孔放大棱镜300的局部反射面320的影像光大致作为P偏振光而入射到导光板801的分束器表面17，作为P偏振光而入射到瞳孔放大棱镜300的局部反射面320的影像光大致作为S偏振光而入射到导光板801的分束器表面17。
因此，本实施例的影像光复制部210和导光板801也可以具有以下结构。影像光复制部210具有偏振片和波长板的一种或两种以及瞳孔放大棱镜300。为了在导光板801的分束器表面17和瞳孔放大棱镜300的局部反射面320上得到预定的反射率，分束器表面17和局部反射面320具有电介质多层膜的涂层。由影像投影部200出射的影像光通过偏振片和波长板的任一种或两种，入射到瞳孔放大棱镜300。入射到瞳孔放大棱镜300的光的偏振光相对于局部反射面320为除了S偏振光和P偏振光以外的偏振光(例如+45度偏振光、-45度偏振光、顺时针偏振光、逆时针偏振光等)。另外，将k设为2以上且N以下的整数，将在第k局部反射面上反射并从瞳孔放大棱镜300出射的光束设为光束Ak，以及将光束Ak经由导光板801从导光板801出射时的光束设为光束Bk。导光板801的分束器表面17和瞳孔放大棱镜300的局部反射面320具有将k设为2以上且N-1以下的整数并Bk的光束量相互大致相等的反射特性即可。
具体地说，在将k设为2以上且N-1以下的整数、将相对于光束Ak的分束器表面17变为S偏振光的光的光束量设为AkS、将相对于光束Ak的分束器表面17变为P偏振光的光的光束量设为AkP、将分束器表面17的S偏振光的反射率设为R17S、将分束器表面17的P偏振光的反射率设为R17P的情况下，局部反射面320具有AkP×R17P+AkS+R17S与k无关地相互大致相等的反射特性即可。例如N＝5，入射到瞳孔放大棱镜300的光的偏振光为圆偏振光，在将S偏振光和P偏振光的反射率设为RS和RP的情况下，在第一局部反射面上RS＝RP＝100％，在第二局部反射面上RS＝45％和RP＝15％，在第三局部反射面上RS＝65％和RP＝25％，在第四局部反射面上RS＝80％和RP＝45％，在第五局部反射面上RS＝RP＝100％。由此，在不同局部反射面320上反射并从导光板801出射的影像光的光束量变得相互大致相等，能够使使用者看见的影像的亮度大致均匀。
影像显示系统100的图像信号处理部104也可以进行图像变换对影像显示装置101的特性进行补偿，并将显示图像发送到影像显示装置101。例如在由导光板801的分束器表面17或瞳孔放大棱镜300的局部反射面320的反射特性引起并根据视场角(图像中像素的位置)不同而光传递效率不同的情况下，图像信号处理部104也可以变换用于补偿该特性的图像。更具体地说，例如图25的(a)所示，在导光板801的分束器表面17或瞳孔放大棱镜300的局部反射面320具有影像右侧的光传递效率小于其它视场角的特性的情况下，为了防止使用者看见的影像右侧变暗，图像信号处理部104进行图像变换使得影像右侧的明亮度提高。例如进行图像变换使得影像右侧以外的明亮度降低。由此，如图25的(b)所示，在从影像投影部200输出的投影影像信号中，在影像视场角的右侧影像光的输出增加。其结果是，导光板801的输出如图25的(c)所示变得大致恒定，影像显示装置101能够显示亮度更均匀的影像。
作为另一例，在由导光板801的分束器表面17或瞳孔放大棱镜300的局部反射面320的反射特性的波长依赖性引起影像的特定视场角的光传递效率具有波长依赖性的情况下，图像信号处理部104也可以进行图像变换使得对该波长依赖性进行补偿。更具体地说，例如在影像右侧的视场角的光传递效率中，在长波长侧的传递效率高的情况下，为了防止影像右侧变为红色，图像信号处理部104进行图像变换使得抑制影像右侧的红色。由此，影像显示装置101能够显示颜色更均匀的影像。
图23示出的影像显示系统100在左眼用影像显示装置101L中具有右侧的视场角(即画面右侧的像素)的光传递效率降低的光学特性并在右眼用影像显示装置101R中具有左侧的视场角(即画面左侧的像素)的光传递效率降低的光学特性的情况下，所输出的影像光的明亮度分布在右眼用影像投影部200R与左眼用影像投影部200L中变得相反。
作为另一例，在图23示出的影像显示系统100在左眼用影像显示装置101L中具有下侧的视场角(即画面下侧的像素)的光传递效率降低的光学特性并在右眼用影像显示装置101R中也具有下侧的视场角(即画面下侧的像素)的光传递效率降低的光学特性的情况下，所输出的影像光的明亮度分布在右眼用影像投影部200R与左眼用影像投影部200L中变得相同。
作为另一例，在图23示出的影像显示系统100中，在影像投影部200、影像光复制部210或导光部230所具有的光学元件的至少一个具有与预定的光学特性不同的光学特性或配置于从预定的位置偏离的位置的情况下，有时右眼用影像显示装置101R与左眼用影像显示装置101L分别进行显示的影像尺寸变得不同或位置偏离。在该情况下，图像信号处理部104也可以将由右眼用或左眼用影像显示装置101R、101L的至少一个显示的图像的至少一部分以修剪、缩放或移动显示位置的方式变换的显示图像发送到影像显示装置101。在图像信号处理部104对图像的至少一部分进行修剪或缩放的情况下，使用右眼用或左眼用影像显示装置101R、101L的至少一个面板部203的面板所具有的像素的一部分，而不使用其它部分。另外，在图像信号处理部104以移动图像的显示位置的方式进行图像变换的情况下，使用右眼用和左眼用影像显示装置101R、101L的面板部203的面板所具有的像素的一部分，并不使用其它部分，在右眼用面板与左眼用面板中并未使用的部分变得不同。
在上述说明的瞳孔放大棱镜300中，第一和第N局部反射面320为反射侧面314、315，但是本发明并不限定于此。例如图13的(a)、图13的(b)以及图13的(c)所示，瞳孔放大棱镜300也可以构成为内部具有第一或第N局部反射面320的任一个或者两者。如图13的(a)或图13的(c)所示，设置于瞳孔放大棱镜300内部的第一局部反射面320的反射率可以是大致100％，作为大于0％且小于100％的反射率，也可以构成为入射到第一局部反射面320的光的至少一部分透射第一局部反射面320而从瞳孔放大棱镜300出射。
另外，在上述说明的瞳孔放大棱镜300中，侧面312和侧面313相互平行，但是本发明并不限定于此。例如图9的(e)所示，侧面312A与313A也可以并不平行。由此，能够提高设计自由度或降低瞳孔放大棱镜300的体积和质量。
另外，在上述说明的实施例中，瞳孔放大棱镜300与导光板801并不接触，但是本发明并不限定于此。例如可以以瞳孔放大棱镜300与导光板801进行接触的方式构成影像显示装置101，也可以使用透明粘接剂或光学接触对瞳孔放大棱镜300与导光板801进行接合。
如上所述，根据本实施例，影像光复制部210能够将影像光复制成相互重叠的多个影像光，能够扩大入射到导光板220的影像光的光束，因此能够提供一种能够显示宽视窗、均匀亮度的影像的导光板方式的影像显示装置101以及影像显示系统100。
[第二实施例]
在第二实施例中，导光部230构成为具有导光板802和视场角校正部(三角棱镜400)。此外，在第二实施例中，主要说明与上述实施例的区别特征，对与上述实施例相同的结构附加相同的附图标记，并省略其说明。
图14是表示第二实施例的影像显示装置101的结构例的图，上侧示出从导光板802的正面侧观察的图，下侧示出从导光板802的上侧观察的图。导光部230具有导光板802和视场角校正部。另外，视场角校正部具有三角棱镜400。图15的(a)、图15的(b)以及图15的(c)分别为导光板802的主视图和俯视图以及侧视图。
在图14中，瞳孔放大棱镜300与三角棱镜400与导光板802并未相互接触，但是本发明并不限定于此。例如也可以将瞳孔放大棱镜300与三角棱镜400或三角棱镜400与导光板802或瞳孔放大棱镜300与三角棱镜400与导光板802这三组进行接触、使用透明粘接剂进行粘接或通过光学接触进行接合。
三角棱镜400具有入射面401和出射面402这至少两面。另外，三角棱镜400的折射率与导光板802的折射率大致相等即可。
由影像光复制部210出射的影像光从三角棱镜400的入射面401入射到三角棱镜400，在三角棱镜400内部传播，并从出射面402出射。从三角棱镜400出射的影像光从入射面11A入射到导光板802内。
三角棱镜400的出射面402与导光板802的入射面11A相互大致平行，三角棱镜400的入射面401与导光板802的第一内侧反射面13所形成的角构成为N个分束器表面17与第一内侧反射面13所形成的角的大致两倍。由此，能够使从第二内侧反射面14出射的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)与从入射面401入射到三角棱镜400的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)大致相同。优选构成为三角棱镜400的入射面401与出射面402所形成的角以及N个分束器表面17与第一内侧反射面13所形成的角大致相等，导光板802的入射面11A与导光板802的第一内侧反射面13所形成的角以及N个分束器表面17与第一内侧反射面13所形成的角大致相等即可。此外，除了入射面11A的角度以外的导光板802的结构与上述导光板801相同。
根据本实施例，能够使导光板802的入射面11A与N个分束器表面17全部相互大致平行，从而能够减少导光板802的制造工序、降低成本。
[第三实施例]
在第三实施例中，影像光复制部210代替瞳孔放大棱镜300而具有瞳孔放大棱镜301。第三实施例的瞳孔放大棱镜301构成为所入射的影像光的至少一部分并不入射到第一局部反射面而入射到第二局部反射面。此外，在第三实施例中，对与上述实施例相同的结构附加相同的附图标记，并省略其说明。
图16的(a)、图16的(b)以及图16的(c)分别为瞳孔放大棱镜301的主视图、俯视图以及侧视图。瞳孔放大棱镜301的内部具有第一局部反射面。另外，第一局部反射面至少使一部分的光反射，至少使一部分的光透射。
由影像投影部200出射的影像光从瞳孔放大棱镜301的入射面310入射到瞳孔放大棱镜301。入射到瞳孔放大棱镜301的光的至少一部分入射到第一局部反射面。入射到第一局部反射面的光的至少一部分在第一局部反射面上透射并从出射面311出射。入射到第一局部反射面的光的至少一部分在第一局部反射面上反射并入射到第二局部反射面。
另外，入射到瞳孔放大棱镜301的光的至少一部分并不在第一局部反射面上反射或透射而入射到第二局部反射面。入射到第二局部反射面的光的至少一部分在第二局部反射面上反射，入射到第二局部反射面的光的至少一部分在第二局部反射面上透射。
在作为主视图的图16的(a)中，入射到瞳孔放大棱镜301的入射光316位于第一局部反射面与入射面310的交线即交线B21以及第三局部反射面与入射面310的交线即交线B23之间。
图17是表示第三实施例的影像显示装置101的一例的图，上侧示出从导光板801的正面侧观察的图，下侧示出从导光板801的上侧观察的图。影像光复制部210具有瞳孔放大棱镜301。由影像投影部200出射的影像光的一部分在瞳孔放大棱镜301的第一或第二局部反射面上反射并在y轴方向上传播，在第二至第N局部反射面的任一面上反射并在x轴方向上传播，从瞳孔放大棱镜301出射。从瞳孔放大棱镜300出射的影像光410根据视场角(图像中像素的位置)向与x轴所形成的角度不同的朝向前进。因此，当瞳孔放大棱镜301内部的影像光的传播距离变长时，影像光410的至少一部分朝向+z轴方向或-z轴方向进行位移，不会入射到导光板801的入射面11。根据本实施例，入射到瞳孔放大棱镜301的影像光的至少一部分并不入射到第一局部反射面而入射到第二局部反射面，因此能够缩短入射到瞳孔放大棱镜301之后入射到第N局部反射面为止的距离，从而能够减小影像光410的+z轴方向或-z轴方向的位移。由此，能够提高影像光的光使用效率。另外，尤其能够提高与影像的四角或四边的视场角(图像中像素的位置)对应的影像光410的光使用效率，因此能够使使用者看见的影像的亮度大致均匀。
在作为瞳孔放大棱镜301的俯视图的图16的(b)中，在将k设为1以上且N以下的整数的情况下，将第k局部反射面320与入射面310的交叉点设为点A3k。另外，在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，将第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离定义为点A3k与点A3(k+1)之间的距离即L3k。在本实施例的瞳孔放大棱镜301中，以L31至L3(N-1)的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件的外形尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。上述以外的瞳孔放大棱镜301的结构与上述瞳孔放大棱镜300相同。
由此，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分重叠，因此使用者看见的影像的一部分并不明显变暗，使用者能够看见大致均匀亮度的影像。另外，通过由影像光复制部210复制影像光，能够放大使用者的眼睛能够看见影像的范围即视窗。
根据本实施例，能够缩短入射到瞳孔放大棱镜301之后入射到第N局部反射面为止的距离，能够使瞳孔放大棱镜301小型化。另外，提高影像光的光使用效率，能够提高使用者看见的影像亮度的均匀度。
[第四实施例]
在第四实施例中，瞳孔放大棱镜302构成为入射面与出射面大致正交。此外，在第四实施例中，对与上述实施例相同的结构附加相同的附图标记，并省略其说明。
图18是表示第四实施例的影像显示装置101的一例的图，上侧示出从导光板801的正面侧观察的图，下侧示出从导光板801的上侧观察的图。第四实施例的影像光复制部210代替瞳孔放大棱镜300而具有瞳孔放大棱镜302。瞳孔放大棱镜300的入射面310A与出射面311大致正交。从影像投影部200出射的影像光从入射面310A入射到瞳孔放大棱镜302。
在将k设为2以上且小于N的至少一个整数的情况下，优选第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离L4k变得小于或大致等于第k-1局部反射面与第k局部反射面之间的距离L4(k-1)。另外，优选在将k设为2以上且小于N的所有整数的情况下，第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离L1k变得小于或大致等于第k-1局部反射面与第k局部反射面之间的距离L1(k-1)。
图19是表示第四实施例的瞳孔放大棱镜302的另一例的图。在图19中，以导光板801的入射面11变得与y轴平行的方式采用坐标系。将瞳孔放大棱镜302的入射面310A与x轴所形成的角设为θ21，将局部反射面320与x轴所形成的角设为θ22，将出射面311与y轴所形成的角设为θ23，将由影像投影部200输出的影像光中与y轴形成的角最大的角度设为θ24，将在与y轴形成的角度为θ24的影像投影部200的输出光入射到瞳孔放大棱镜302时与y轴形成的角度设为θ25。此外，θ21～θ25在图19中顺时针为正的角度。此时，以90-2×θ22+θ21+θ23为大致0的方式构成瞳孔放大棱镜302即可。由此，垂直地入射到瞳孔放大棱镜302的光从瞳孔放大棱镜302垂直地出射，因此能够使从瞳孔放大棱镜302出射的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)与入射到瞳孔放大棱镜302的影像光的视场角(以角度表示的影像的大小)大致相同。另外，以θ23+θ25为大致0或小于0的方式构成瞳孔放大棱镜302即可。换言之，θ25为大致-θ23或小于-θ23。由此能够防止入射到瞳孔放大棱镜302的光在出射面311上完全反射而产生反转散射光。
上述以外的瞳孔放大棱镜302的结构与上述瞳孔放大棱镜300相同。
由此，能够使由影像光复制部210输出的多个影像光的强度密度大致恒定，能够降低使用者看见的影像的亮度不均。
在本发明的其它观点中，在将k设为1以上且小于N的至少一个整数的情况下，第k局部反射面的反射率变得小于或大致等于第k+1局部反射面的反射率。优选在将k设为1以上且小于N的所有整数的情况下，第k局部反射面的反射率变得小于或大致等于第k+1局部反射面的反射率。由此，能够使由影像光复制部210输出的多个影像光的强度密度大致恒定，能够降低使用者看见的影像的亮度不均。
根据本实施例，影像投影部200的配置与上述实施例不同，因此能够提高影像显示装置101的设计自由度。
[第五实施例]
在第五实施例中，瞳孔放大棱镜303构成为在相互并行且朝向不同的两个方向上复制光线。此外，在第五实施例中，对与上述实施例相同的结构附加相同的附图标记，并省略其说明。
图20是表示第五实施例的影像显示装置101的一例的图，上侧示出从导光板801的正面侧观察的图，下侧示出从导光板801的上侧观察的图。第五实施例的影像光复制部210代替瞳孔放大棱镜300而具有瞳孔放大棱镜303。
图21的(a)、图21的(b)以及图21的(c)分别为瞳孔放大棱镜303的主视图、俯视图以及侧视图。瞳孔放大棱镜303具有至少两个以上的大致平行的局部反射面320A以及至少两个以上的大致平行的局部反射面320B。局部反射面320A与局部反射面320B并不并行。局部反射面320A与局部反射面320B所形成的角可以是大致90度也可以是90度以外。在将N和M设为2以上的整数并具有N个局部反射面320A和M个局部反射面320B的情况下，将N个局部反射面320A中最接近局部反射面320B的反射面设为第一局部反射面314A，将其它局部反射面320A从接近第一局部反射面314A起依次设为第二至第N局部反射面315A。另外，将M个局部反射面320B中最接近局部反射面320A的反射面设为第一局部反射面314B，将其它局部反射面320B从接近第一局部反射面314B起依次设为第二至第m局部反射面320B。第一局部反射面314A与第一局部反射面314B进行交叉，具有交线。
第一至第N局部反射面320A以及第一至第m局部反射面320B分别构成为使至少一部分的光反射。特别是，第一至第N-1局部反射面320A以及第一至第M-1局部反射面320B分别至少使一部分的光反射，至少使一部分的光透射。
由影像投影部200出射的影像光从瞳孔放大棱镜303的入射面310入射。入射到瞳孔放大棱镜303的光的至少一部分入射到第一局部反射面314A或第一局部反射面314B。
在作为瞳孔放大棱镜303的俯视图的图21的(b)中，在将k设为1以上且N以下的整数的情况下，将第k局部反射面320A与入射面310的交叉点设为点AAk。另外，在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，将第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离定义为点AAk与点AA(k+1)之间的距离即LAk。在将s设为1以上且M以下的整数的情况下，将第s局部反射面320B与入射面310的交叉点设为点Abs。另外，在将s设为1以上且M-1以下的整数的情况下，将第s局部反射面与第s+1局部反射面之间的距离定义为点ABs与点AB(s+1)之间的距离即LBs。另外，在影像投影部200所具有的光学元件中，将在影像光从影像投影部200出射的紧前进行反射、透射或折射的光学元件称为最终光学元件。此时，以局部反射面320之间的距离LAk和LBs的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件的外形尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。上述以外的瞳孔放大棱镜303的结构与上述瞳孔放大棱镜300相同。
由此，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分重叠，因此使用者看见的影像的一部分不会明显变暗，使用者能够看见大致均匀亮度的影像。另外，通过由影像光复制部210复制影像光，能够放大使用者的眼睛能够看见影像的范围即视窗。
如上所述，当瞳孔放大棱镜303内部的影像光的传播距离变长时，影像光410的至少一部分在+z轴方向或-z轴方向上位移，并不入射到导光板801的入射面11。根据本实施例，能够缩短从第一局部反射面314A至第N局部反射面315A为止的距离以及从第一局部反射面314B至第m局部反射面320B为止的距离的一个或两者，因此能够减少影像光410的+z轴方向或-z轴方向的位移。由此，能够提高影像光的光使用效率。另外，尤其能够提高与影像四角或四边的视场角(图像中像素的位置)对应的影像光410的光使用效率，因此能够使使用者看见的影像的亮度更均匀。
[第六实施例]
在第六实施例中，影像光复制部210构成为具有瞳孔放大分束器321。此外，在第六实施例中，对与上述实施例相同的结构附加相同的附图标记，并省略其说明。
图22是表示第六实施例的影像显示装置101的一例的图。第六实施例的影像光复制部210具有瞳孔放大分束器321。瞳孔放大分束器321具有入射面322和出射面323。另外，瞳孔放大分束器321的出射面323与导光板801的入射面11所形成的角大于0度。
由影像投影部200生成的影像光从入射面322入射到瞳孔放大分束器321。瞳孔放大分束器321由透明玻璃或树脂构成，入射到瞳孔放大分束器321的影像光的至少一部分在瞳孔放大分束器321内部传播。在瞳孔放大分束器321内部传播的影像光到达出射面323。出射面323构成为至少使一部分的光透射，至少使一部分的光反射。使出射面323透射的光从瞳孔放大分束器321出射。在出射面323上反射的光在瞳孔放大分束器321内部传递而到达入射面322，在入射面322上反射而再次到达出射面323。在从入射面322入射的光每次到达出射面323时，影像光的一部分从出射面323出射。
以瞳孔放大分束器321的入射面322与出射面323相互大致平行的方式构成瞳孔放大分束器321。由此，瞳孔放大分束器321能够输出具有与入射到瞳孔放大分束器321的影像光大致相同的视场角(以角度表示的影像的大小)的多个(两个以上)的影像光。
优选入射面322中由影像投影部200生成的影像光所入射的区域的透射率为大致1。由此能够提高光使用效率。另外，优选入射面322中在出射面323上反射的影像光所到达的区域的反射率为大致1。由此能够提高光使用效率。
将从入射面322入射的影像光所到达的出射面内的区域设为第一到达区域、将k设为1以上的整数，将在第k到达区域中反射并在入射面322上反射的影像光再次到达出射面的出射面内的区域依次定义为第k+1到达区域。另外，将N设为2以上的整数，出射面323具有第一到达区域至第N到达区域，瞳孔放大分束器321输出N个影像光。
在将k设为1以上且N-1以下的整数的情况下，将第k到达区域与第k+1到达区域之间的距离定义为第k到达区域与第k+1到达区域的每个区域的中心的y轴方向的位移量LCk。此外，区域的中心例如为区域的重心。在本发明的其它观点中，区域的中心为由影像投影部200输出的影像光线中影像中央的视场角(图像中像素的位置)的主光线所到达的点。另外，在影像投影部200所具有的光学元件中，将在影像光从影像投影部200出射的紧前进行反射、透射或折射的光学元件称为最终光学元件。此时，以相邻两个到达区域之间的距离LCk的至少一个变得小于或大致等于最终光学元件的外形尺寸的方式构成影像投影部200和影像光复制部210。
由此，由影像光复制部210出射的多个影像光的至少一部分重叠，因此使用者看见的影像的一部分不会明显变暗，使用者能够看见大致均匀亮度的影像。另外，通过由影像光复制部210复制影像光，能够放大使用者的眼睛能够看见影像的范围即视窗。
第k到达区域的反射率大于第k+1到达区域的反射率即可。优选将第k到达区域的反射率设为(N-k)÷N即可。由此，由瞳孔放大分束器321输出的多个影像光的强度相互大致相等，因此能够使使用者看见的影像的亮度更均匀。
在本发明的其它观点中，入射面322和出射面323的一个或两者也可以构成为各面的整面为大致均匀的反射率。由此能够降低瞳孔放大分束器321的成本。
根据本实施例，能够简化影像光复制部210的结构，从而能够降低成本。
[第七实施例]
在第七实施例中，影像光复制部210构成为具有多个瞳孔放大棱镜300A、300B。
图24是表示第七实施例的影像显示装置101的一例的图。第七实施例的影像光复制部210具有第一瞳孔放大棱镜300A和第二瞳孔放大棱镜300B。
第一瞳孔放大棱镜300A复制光线的方向以及第二瞳孔放大棱镜300B复制光线的方向不同即可。例如图24所示，在影像显示装置101中，第一瞳孔放大棱镜300A在z轴方向上复制光线，第二瞳孔放大棱镜300B在y轴方向上复制光线。
根据本实施例，在二维方向上复制由影像投影部200输出的影像光的光束，因此能够进一步降低使用者看见的影像的亮度不均。
如上所述，本发明的实施例的影像显示装置具备：影像投影部200，其使影像光投影；影像光复制部210，其复制影像光；以及导光部230，其在内部传递影像光，影像光复制部210将由影像投影部220出射的影像光传递至导光部230，导光部230使所入射的影像光在其内部传递并输出，影像光复制部210以从导光部230输出的影像光的亮度分布变得均匀(例如在使用者看见的影像的亮度分布中，相邻的极大值与极小值的比率为1/2以上)的方式复制入射到影像光复制部210的影像光，因此能够显示视窗大、亮度均匀的影像。
另外，影像光复制部210具有至少使一部分的光反射的相互大致平行的两个以上的局部反射面320，复制所入射的影像光并输出两个以上的影像光，相邻的局部反射面320之间的距离的至少一个变得小于或大致等于在影像光从影像投影部200出射的紧前进行反射、透射或折射的最终光学元件(投射光学部330的最终透镜332)的外形尺寸，因此从各局部反射面输出的影像光的至少一部分重叠，因此使用者看见的影像的一部分不会明显变暗，使用者能够看见大致均匀亮度的影像。
另外，以影像光入射到在第一局部反射面314至第N-1局部反射面320的至少一个上首先反射的位置并从第二局部反射面320至第N局部反射面315的至少两个位置出射的方式配置局部反射面320，因此分别控制入射面310和出射面311的反射率，能够输出更均匀亮度的影像。
另外，以影像光在第二局部反射面320上反射或透射之前在第一局部反射面314上反射或透射的方式配置局部反射面320，因此易于制作影像光复制部210的瞳孔放大棱镜300，从而能够降低成本。
另外，以影像光的至少一部分并不在上述第一局部反射面314上反射和透射而在第二局部反射面320上反射或透射的方式配置局部反射面320，因此能够使影像光复制部210的瞳孔放大棱镜301小型化。
另外，至少一个第k局部反射面320与第k+1局部反射面320之间的距离小于第k-1局部反射面320与第k局部反射面320之间的距离，因此可存在局部反射面320之间的距离相同的部位，能够廉价地制造影像光复制部210的瞳孔放大棱镜300。
另外，所有第k局部反射面320与第k+1局部反射面320之间的距离小于第k-1局部反射面320与第k局部反射面320之间的距离，因此局部反射面320之间的距离逐渐变窄，影像光复制部210的瞳孔放大棱镜300的性能提高，从而能够输出更均匀亮度的影像。
另外，至少一个第m局部反射面320的反射率小于第m+1局部反射面的反射率，因此可存在局部反射面320之间的反射率为相同的部位，能够廉价地制造影像光复制部210的瞳孔放大棱镜300。
另外，所有第m局部反射面320的反射率小于第m+1局部反射面320的反射率，因此局部反射面320之间的反射率逐渐增加，影像光复制部210的瞳孔放大棱镜300的性能提高，从而能够输出更均匀亮度的影像。
另外，从最终光学元件(最终透镜332)至投射透镜(投射光学部330)的射出瞳孔为止之间的距离比从最终光学元件(最终透镜332)至影像光入射到影像光复制部210的入射面为止的距离长，因此使光更易于进入人的眼睛，从而能够输出更均匀亮度的影像。
另外，导光部230(导光板220)具有：光输入部221，其被输入从影像光复制部输出的影像光；多个分束器表面17，其至少使一部分的光反射，至少使一部分的光透射，相互大致并行地设置；以及光输出部222，其输出在内部传递的影像光，光输出部222被设置于影像光完全反射的导光部230(导光板220)的表面223、224的任一个，因此与将衍射光栅使用于导光部230的情况相比，能够显示颜色不均匀较少的图像。
另外，本发明的实施例的影像显示系统100具备：上述影像显示装置101；以及图像信号处理部104，其生成由影像投影部200使影像光投影的投影影像信号，因此能够显示视窗大、亮度和/或颜色均匀的影像。
另外，图像信号处理部104输出以将影像光复制部210或导光部230的至少一个光学特性进行补偿的方式变换的图像，因此能够显示亮度和/或颜色均匀的图像。
此外，本发明并不限定于上述实施例，包含附加技术方案的宗旨内的各种变形例和相等的结构。例如为了使本发明更容易理解而详细说明了上述实施例，本发明并不限定于必须具有说明的所有结构。另外，也可以将某一实施例的结构的一部分替换为其它实施例的结构。另外，也可以对某一实施例的结构附加其它实施例的结构。另外，也可以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，关于上述各结构、功能、处理部、处理单元等，通过将它们的一部分或全部例如使用集成电路进行设计等，可以使用硬件实现，通过处理器解释并执行用于实现各功能的程序，也可以使用软件实现。
用于实现各功能的程序、表格、文件等信息能够存储于存储器、硬盘、SSD(SolidState Drive：固态驱动器)等存储装置或IC卡、SD卡、DVD等记录介质。
另外，控制线、信息线示出被认为说明所需的部分，并不限定于示出安装上所需的所有控制线、信息线。可认为实际上几乎所有结构相连接。

Claims (15)

1.一种影像显示装置，其用于显示影像，
其特征在于，
上述影像显示装置具备：
影像投影部，其对影像光进行投影；
影像光复制部，其复制影像光；以及
导光部，其供影像光在内部传递，
上述影像光复制部将由上述影像投影部出射的上述影像光传递至上述导光部，
上述导光部使入射的上述影像光在其内部传递并输出上述影像光，
上述影像光复制部复制入射到上述影像光复制部的上述影像光，使得从上述导光部输出的影像光的亮度分布变得均匀。
2.根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于，
上述影像光复制部具有使至少一部分的光反射的相互大致平行的两个以上的局部反射面，复制入射的上述影像光并输出两个以上的影像光，
相邻的上述局部反射面之间的距离的至少一个小于或等于在上述影像光从上述影像投影部出射的紧前进行反射、透射或折射的最终光学元件的外形尺寸。
3.根据权利要求2所述的影像显示装置，其特征在于，
上述影像投影部具有包括上述最终光学元件的投射透镜。
4.根据权利要求3所述的影像显示装置，其特征在于，
相邻的上述局部反射面之间的距离的至少一个小于或等于上述投射透镜的射出瞳孔直径。
5.根据权利要求2所述的影像显示装置，其特征在于，
将N设为2以上的整数，将上述局部反射面的数量设为N个，
将上述影像光最后反射或透射的上述局部反射面设为第N局部反射面，
从与上述第N局部反射面之间的距离加大的上述局部反射面起依次设为第一局部反射面至第N-1局部反射面，
将上述局部反射面配置成：上述影像光入射到由第一局部反射面至第N-1局部反射面的至少一个最初反射的位置，并且从第二局部反射面至第N局部反射面中的至少两个位置出射。
6.根据权利要求5所述的影像显示装置，其特征在于，
将上述局部反射面配置成：上述影像光在由上述第二局部反射面进行反射或透射之前由上述第一局部反射面进行反射或透射。
7.根据权利要求5所述的影像显示装置，其特征在于，
将上述局部反射面配置成：上述影像光的至少一部分不由上述第一局部反射面进行反射和透射而由上述第二局部反射面进行反射或透射。
8.根据权利要求5所述的影像显示装置，其特征在于，
在k为2以上且小于N的整数的情况下，至少一个第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离小于第k-1局部反射面与第k局部反射面之间的距离。
9.根据权利要求8所述的影像显示装置，其特征在于，
所有第k局部反射面与第k+1局部反射面之间的距离小于第k-1局部反射面与第k局部反射面之间的距离。
10.根据权利要求2所述的影像显示装置，其特征在于，
将N设为2以上的整数，将上述局部反射面的数量设为N个，
将上述影像光最后反射或透射的上述局部反射面设为第N局部反射面，
从与上述第N局部反射面之间的距离加大的上述局部反射面起依次设为第一局部反射面至第N-1局部反射面，
在m为2以上且小于N的整数的情况下，至少一个第m局部反射面的反射率小于第m+1局部反射面的反射率。
11.根据权利要求10所述的影像显示装置，其特征在于，
所有第m局部反射面的反射率小于第m+1局部反射面的反射率。
12.根据权利要求3所述的影像显示装置，其特征在于，
从上述最终光学元件至上述投射透镜的射出瞳孔为止的距离比从上述最终光学元件至上述影像光入射到上述影像光复制部的入射面为止的距离长。
13.根据权利要求2所述的影像显示装置，其特征在于，
上述导光部具有：
光输入部，其被输入从上述影像光复制部输出的影像光；
多个分束器表面，其使至少一部分的光反射，使至少一部分的光透射，且相互大致并行地设置；以及
光输出部，其输出在内部传递的影像光，
上述光输出部被设置于上述影像光完全反射的上述导光部的表面的任一处。
14.一种影像显示系统，其特征在于，
上述影像显示系统具备：
权利要求1至13中的任一项所述的影像显示装置；以及
图像信号处理部，其生成用于使上述影像投影部对影像光进行投影的投影影像信号。
15.根据权利要求14所述的影像显示系统，其特征在于，
上述图像信号处理部输出以对影像光复制部或导光部中的至少一个的光学特性进行补偿的方式进行了变换后的图像。
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