CN111868608A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种显示装置，该显示装置具有能够确实使图像到达观察者的瞳孔而不对观察者施加负担的配置和结构。显示装置(10A)设有：目镜光学系统(40)；以及图像显示装置(20)，设有图像形成装置(21)和转送光学系统(22)，目镜光学系统(40)和图像显示装置(20)被部署为在空间上分离，目镜光学系统(40)使来自转送光学系统(22)的图像形成在观察者(50)的视网膜上，图像显示装置还设有用于检测目镜光学系统(40)的位置的第一位置检测装置(32)、用于检测观察者(50)的瞳孔(51)的位置的第二位置检测装置(33)以及转送光学系统控制装置(30)，并且转送光学系统控制设备(30)基于由第一位置检测装置(32)和第二位置检测装置(33)检测到的目镜光学系统(40)和瞳孔(51)的位置信息来控制转送光学系统(22)，使得来自图像形成装置(21)的图像到达目镜光学系统(40)。

Description

显示装置
技术领域
本公开涉及一种显示装置。
背景技术
从例如日本专利申请公开号2005-309264中已知一种安装在观察者的头部上的头戴式图像显示装置。这个专利公开中公开的图像显示装置1包括安装在观察者的头部上的头部安装单元6以及由观察者的身体携带的身体携带单元7。头部安装单元6设有构成转送光学系统(transfer optical system)5的凸透镜8以及方位角和距离检测系统的一部分。头部安装单元6包括具有红外LED的光发射单元R、用于移动凸透镜8的致动器27以及驱动电路28。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开号2005-309264
发明内容
本发明要解决的问题
此外，在上面提到的专利公开中公开的技术中，设在头部安装单元6中的光发射单元R、致动器27和驱动电路28需要电源(电池)。因此，是对观察者施加负担(诸如头部安装单元6的质量和大小的增加)的结构。在假设移除光发射单元R、致动器27和驱动电路28并且仅将凸透镜8安装在头部安装单元6上的情况下，当观察者移动时，身体携带单元、头部安装单元和观察者的瞳孔之间的位置关系被打破，并且投影的图像偏离观察者的瞳孔。作为结果，出现了难以观察图像的问题。此外，在这种图像显示装置中，前提是头部安装单元和观察者的瞳孔的位置适当对准。然而，在图像显示装置的实际使用中，由于初始调整期间的位置误差、使用期间随时间的改变(头部安装单元6的偏移(misalignment))、附接和分离头部安装单元6时的位置再现性等，难以始终维持头部安装单元6与观察者的瞳孔的位置关系匹配的状态。于是，由于以上原因，产生了所投影的图像未确实到达观察者的瞳孔的问题。
因此，本公开的目的在于提供一种具有能够确实使图像到达观察者的瞳孔而不对观察者施加负担的配置和结构的显示装置。
问题的解决方案
用于实现上面提到的目的的根据本公开的第一方面的显示装置包括：
目镜光学系统；以及
图像显示装置，包括图像形成装置以及将从该图像形成装置入射的图像发射到所述目镜光学系统的转送光学系统，其中
所述目镜光学系统和所述图像显示装置被布置为在空间上彼此分离，
所述目镜光学系统将来自所述转送光学系统的图像形成在观察者的视网膜上，
所述图像显示装置还包括
检测所述目镜光学系统的位置的第一位置检测装置，
检测所述观察者的瞳孔的位置的第二位置检测装置，以及
转送光学系统控制装置，并且
基于由所述第一位置检测装置检测到的所述目镜光学系统的位置信息以及由所述第二位置检测装置检测到的所述观察者的瞳孔的位置信息，所述转送光学系统控制装置控制所述转送光学系统，使得从所述图像形成装置入射的图像到达所述目镜光学系统。
用于实现上面提到的目的的根据本公开的第二方面的显示装置包括：
目镜光学系统；以及
图像显示装置，包括图像形成装置以及将从该图像形成装置入射的图像发射到所述目镜光学系统的转送光学系统，其中
所述目镜光学系统和所述图像显示装置被布置为在空间上彼此分离，
所述目镜光学系统将来自所述转送光学系统的图像形成在观察者的视网膜上，
所述图像显示装置还包括
检测所述目镜光学系统的位置的第一位置检测装置，
检测所述观察者的瞳孔的位置的第二位置检测装置，以及
转送光学系统控制装置，并且
所述第二位置检测装置被布置在能够看到所述观察者的瞳孔的位置处。
附图说明
图1A和图1B分别是示例1的显示装置的概念图以及示出示例1的显示装置中的基于由第一位置检测装置获取的图像(逆反射标记的位置信息)和由第二位置检测装置获取的图像(观察者的瞳孔的位置信息)的转送光学系统和图像形成装置的控制的图。
图2A、2B和2C是示例1的显示装置中的图像形成装置的概念图。
图3A、3B和3C是示意性地示出从转送光学系统发射的光通量的行为以及目镜光学系统和观察者的瞳孔之间的位置关系的图，并且特别地，图3C是用于说明由连接目镜光学系统的中心和观察者的瞳孔的中心的直线与通过目镜光学系统的中心的法线所形成的角度θ1以及由从图像形成装置的中心发射的通过转送光学系统而到达目镜光学系统的光束与通过目镜光学系统的中心的法线所形成的角度θ2的图。
图4A和4B是示意性地示出从转送光学系统发射的光通量的行为以及目镜光学系统和观察者的瞳孔之间的位置关系的图，以及用于说明由连接目镜光学系统的中心和观察者的瞳孔的中心的直线与通过目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ1以及由从图像形成装置的中心发射的通过转送光学系统而到达目镜光学系统的光束与通过目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ2的图。
图5A和5B是示例2的显示装置及其变形例的概念图。
图6是示例3的显示装置的概念图。
图7A和7B是示例4的显示装置及其变形例的概念图。
图8A和8B是示例5的显示装置及其变形例的概念图。
图9A和9B是示例6的显示装置的概念图。
图10是示例7的显示装置的概念图。
图11A、11B、11C和11D是在示例8的显示装置中示意性地示出从转送光学系统发射的光通量的行为以及目镜光学系统和观察者的瞳孔之间的位置关系的图。
图12A和12B是示出在室内使用示例3的显示装置的状态以及在座椅背部的后面布置图像形成装置的状态的示意图。
图13A是示出反射式体积全息衍射光栅的一部分的示意性放大横截面图，并且图13B和13C是反射式闪耀衍射光栅以及具有阶梯形状的反射式闪耀衍射光栅的示意性局部横截面图(然而，省略了画影线)。
图14是用于说明制造反射式体积全息衍射光栅的方法的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图基于示例描述本公开，但是本公开不限于这些示例。示例中的各种数值和材料是例子。注意，以下面列出的次序提供描述。
1.根据本公开的第一方面至第二方面的显示装置的总体描述
2.示例1(根据本公开的第一方面至第二方面的显示装置)
3.示例2(示例1的变形)
4.示例3(示例1的另一个变形)
5.示例4(示例1至3的变形)
6.示例5(示例3的变形)
7.示例6(示例1至5的变形)
8.示例7(示例1至6的变形)
9.示例8(示例1至7的变形)
10.其他
<根据本公开的第一方面至第二方面的总体事项的描述>
在根据本公开的第一方面的显示装置中，基于由第一位置检测装置检测到的目镜光学系统的位置信息和由第二位置检测装置检测到的观察者的瞳孔的位置信息，转送光学系统控制装置控制转送光学系统，使得从图像形成装置入射的图像到达目镜光学系统。然而，可以是控制转送光学系统使得从图像形成装置入射的所有图像到达目镜光学系统的形式，或者可以是控制转送光学系统使得从图像形成装置入射的图像中的一些图像到达目镜光学系统的形式。根据本公开的第一方面至第二方面的显示装置是基于麦克斯韦观察法(Maxwellian view)的视网膜投影型显示装置。在下面的描述中，根据本公开的第一方面的显示装置和根据本公开的第二方面的显示装置可以被统称为“本公开的显示装置”。
在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，目镜光学系统和图像显示装置能够是能够相对移动的形式。即，图像显示装置布置在远离观察者的位置或者远离观察者头部的观察者的部分处。在后一种情况下，例如，虽不限于此，图像显示装置作为可穿戴设备安装在远离观察者头部的部位(诸如观察者的手腕)。可替代地，图像显示装置布置在个人计算机中，或者布置为连接到个人计算机的状态。可替代地，如后所述，图像显示装置设在外部设施等中。
而且，在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，目镜光学系统能够是安装在观察者身上的形式，或者可替代地，目镜光学系统能够是布置在远离观察者的位置的形式(即，目镜光学系统未安装在观察者身上)。
此外，在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，转送光学系统可以是包括可移动镜的形式。当相对于观察者设置水平方向(X轴方向)和垂直方向(Y轴方向)时，可移动镜的示例包括使从图像形成装置入射的图像在水平方向和垂直方向上移动的例如二维可旋转镜或微机电系统(MEMS)镜。可替代地，可移动镜包括能够在三个轴上移动的可移动镜。
此外，在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，当连接目镜光学系统的中心和观察者的瞳孔的中心的直线与通过目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ1、从图像形成装置的中心发射的通过转送光学系统而到达目镜光学系统的光束与通过目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ2并且目镜光学系统的焦距为f0(单位：mm)时，观察者的瞳孔的直径强烈地取决于环境和观察者的状态，并且据称为2mm至7mm。
因此，转送光学系统控制装置能够是控制转送光学系统以满足下式的形式。
f0·|tan(θ2)-tan(θ1)|≤3.5
优选地，
f0·|tan(θ2)-tan(θ1)|≤1
更优选地θ1＝θ2。
此外，在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，第二位置检测装置包括发射红外光的光发射单元以及接收由观察者的瞳孔反射的红外光的光接收单元；并且目镜光学系统能够具有取决于波长的集光特性，并且在这种情况下，能够配置为使得从光发射单元发射的红外光不受目镜光学系统的集光特性的影响。而且，在这些情况下，目镜光学系统能够具有附接到其的位置显示部件(位置检测部件)，具体而言，逆反射标记。此外，在这些情况下，目镜光学系统能够由全息透镜构成。全息透镜能够具有已知的配置和结构。注意，优选的是，从光发射单元发射的红外光不受目镜光学系统的集光特性的影响，或者几乎不受目镜光学系统的集光特性的影响。即，具体而言，优选的是，从光发射单元发射的红外光不被构成目镜光学系统的全息透镜收集或被略微收集。光发射单元能够由例如发射红外光的发光二极管或者发射红外光的半导体激光元件和光扩散板的组合构成，并且光接收单元能够由能够检测红外光的成像装置(红外相机)或传感器(红外传感器)构成。通过在成像装置的前方安装仅使得用于检测的红外光的波长能够通过的滤光器(红外透射滤光器)，可以简化后续阶段的图像处理。
可替代地，在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，第二位置检测装置能够包括接收由观察者的瞳孔反射的可见光的光接收单元。具体而言，光接收单元接收作为例如通过与观察者的瞳孔碰撞而反射的外部光(环境光)的可见光。于是，在这种情况下，目镜光学系统能够具有取决于波长的集光特性，此外，目镜光学系统能够具有透镜构件或者也能够具有全息透镜。然后，第二位置检测装置能够通过对获得的目镜光学系统的图像执行图像处理来指定目镜光学系统的位置。虽然逆反射标记是不必要的，但是例如，通过将颜色标记附接到目镜光学系统，能够简化图像处理。光接收单元能够包括能够检测可见光的成像装置或传感器。
可替代地，在包括上述优选形式的本公开的显示装置中，第二位置检测装置包括发射红外光的光发射单元以及接收由观察者的瞳孔反射的红外光的光接收单元；并且目镜光学系统能够具有取决于波长的衍射特性。在这种情况下，能够配置为使得从光发射单元发射的红外光受到目镜光学系统的衍射特性的影响，并且从光发射单元发射的红外光不受目镜光学系统的集光特性的影响。于是，在这些情况下，目镜光学系统能够包括衍射光学构件，并且该衍射光学构件不受限制，而是能够包括具有衍射功能的衍射构件和具有集光功能的集光构件。在此，衍射构件可以包括透射式体积全息衍射光栅，并且集光构件可以包括透射式全息透镜。
此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的显示装置中，目镜光学系统能够是包括来自转送光学系统的图像入射在其上的集光构件和将从集光构件发射的光引导至观察者的瞳孔的偏转构件的形式。来自转送光学系统的图像在集光构件中在偏转构件的方向上改变传播和转送方向。而且，能够利用这种配置延长目镜光学系统的焦距f0。集光构件和偏转构件不受限制，而是附接到支撑构件，或者与支撑构件一体地设在支撑构件上。集光构件能够包括透射式全息透镜或反射式全息透镜，并且偏转构件能够包括透射式体积全息衍射光栅或反射式体积全息衍射光栅。还可以采用入射在集光构件上并从集光构件发射的光在支撑构件内被全反射一次或多次然后入射在偏转构件上的形式。注意，术语“全反射”是指内部全反射或者支撑构件内部的全反射。
在支撑构件包括透明塑料材料的情况下，塑料材料可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、纤维素酯(诸如醋酸纤维素)、氟聚合物(诸如聚偏二氟乙烯或者聚四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、聚醚(诸如聚甲醛)、聚烯烃(诸如聚缩醛、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、甲基戊烯聚合物)、聚酰亚胺(诸如聚酰胺酰亚胺或者聚醚酰亚胺)、聚酰胺、聚醚砜、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、四乙酰纤维素、溴化苯氧基、聚芳酯、聚砜等。在支撑构件包括玻璃的情况下，玻璃的示例包括透明玻璃，诸如钠钙玻璃和白板玻璃。
图13A示出了示出反射式体积全息衍射光栅的一部分的示意性放大横截面图。在反射式体积全息衍射光栅上形成有具有倾斜角(倾角)
Figure BDA0002685220540000081
的干涉条纹。倾斜角
Figure BDA0002685220540000082
是指干涉条纹与反射式体积全息图衍射光栅的表面所形成的角度。从反射式体积全息衍射光栅的内部到其表面形成干涉条纹。干涉条纹满足布拉格条件(Bragg condition)。布拉格条件是指满足下面的公式(A)的条件。在公式(A)中，m是正整数，λ是波长，d是光栅表面的节距(pitch)(包括干涉条纹的虚拟平面的法线方向上的距离)，并且Θ是入射在干涉条纹上的角度的余角。此外，在光以入射角ψ进入反射式体积全息衍射光栅的情况下，Θ、倾斜角
Figure BDA0002685220540000083
和入射角ψ之间的关系如公式(B)所示。
m·λ＝2·d·sin(Θ) (A)
Figure BDA0002685220540000091
作为体积全息衍射光栅的构成材料，能够提到光聚合物材料。体积全息衍射光栅的构成材料和基本结构仅需要与传统的体积全息衍射光栅的构成材料和结构相同。从体积全息衍射光栅的内部到其表面形成干涉条纹，并且形成这样的干涉条纹本身的方法仅需要与传统的形成方法相同。具体而言，例如，如图14所示，只要利用物体光从一侧的第一预定方向照射构成体积全息衍射光栅的构件(例如光聚合物材料)并且同时利用参考光从另一侧的第二预定方向照射构成体积全息衍射光栅的构件，使得由物体光和参考光形成的干涉条纹被记录在体积全息衍射光栅内部即可。在图14所示的示例中，用于利用参考光照射光聚合物材料的镜倾斜60度和(60±6度)，并且总共向光聚合物材料发射三次参考光。在这样获得的体积全息衍射光栅中，入射图像能够被划分为三个图像。通过适当地选择第一预定方向、第二预定方向、物体光和参考光的波长，能够获得体积全息衍射光栅的表面上的干涉条纹的期望节距以及干涉条纹的期望倾斜角(倾角)。干涉条纹的倾斜角是指由体积全息衍射光栅的表面和干涉条纹形成的角度。在体积全息衍射光栅包括P层的体积全息衍射光栅层的堆叠结构的情况下，只要制造这样的体积全息衍射光栅层的堆叠使得分别制造P层的体积全息衍射光栅层、然后使用例如紫外线固化型粘着剂堆叠(粘着)这P层的体积全息衍射光栅层即可。此外，可以如下制造P层的体积全息衍射光栅层。使用具有粘着性的光聚合物材料制造一层的体积全息衍射光栅层，然后将具有粘着性的光聚合物材料顺序地黏合到该层上，以制造体积全息衍射光栅层。这样的体积全息衍射光栅是折射率调制类型。通过在必要时用能量射线照射所制造的体积全息衍射光栅层，当用物体光和参考光照射体积全息衍射光栅层时未聚合而残留的光聚合物材料中的单体可以被聚合并固定。如果必要，可以执行热处理以稳定化。
此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的显示装置中，第一位置检测装置可以是发射和接收红外光的形式，但不限于此，并且可以是接收具有预定波长的可见光的形式。注意，在前一种情况下，构成第一位置检测装置的光发射单元能够包括例如发射红外光的发光二极管或者发射红外光的半导体激光元件和光扩散板的组合，并且构成第一位置检测装置的光接收单元能够包括能够检测红外光的成像装置(红外相机)或传感器(红外传感器)。通过在成像装置的前方安装仅使得用于检测的红外光的波长能够通过的滤光器(红外透射滤光器)，可以简化后续阶段的图像处理。另一方面，在后一种情况下，光接收单元能够包括能够检测可见光的成像装置或传感器。此外，构成第一位置检测装置的光发射单元和光接收单元可以是与构成第二位置检测装置的光发射单元和光接收单元共用(共享)的形式。
此外，包括上述优选形式和配置的本公开的显示装置可以是基于由第一位置检测装置检测到的目镜光学系统的位置信息和由第二位置检测装置检测到的观察者的瞳孔的位置信息来校正图像形成装置中形成的图像的位置的形式。
此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的显示装置中，目镜光学系统可以是包括衍射光栅的形式。衍射光栅是通过光栅图案引起衍射现象的光学元件。基于从衍射光栅发射的第k阶衍射光(其中，k＝0，±1，±2...)，获得多个图像。注意，当包括平行光的图像入射在衍射光栅上时，构成从衍射光栅发射的每个图像的光线也变为平行光。
衍射光栅能够包括但不限于透射式衍射光栅或透射式全息衍射光栅(具体而言，透射式体积全息衍射光栅)，或者反射式衍射光栅或反射式全息衍射光栅(具体而言，反射式体积全息衍射光栅)。在衍射光栅包括透射式衍射光栅或透射式全息衍射光栅的情况下，当构成图像的光的入射角ψ恒定时，为了获得由衍射光栅划分并从衍射光栅发射的多个图像，需要以各种方式改变Θ的值。为了改变Θ的值，只要根据公式(B)改变倾斜角
Figure BDA0002685220540000101
的值并且根据公式(A)改变光栅表面的节距d的值即可。换句话说，通过适当地选择倾斜角
Figure BDA0002685220540000102
的值和光栅表面的节距d的值，能够由包括体积全息衍射光栅的衍射光栅划分入射在该衍射光栅上的图像，并且能够从该衍射光栅发射多个图像。
可替代地，衍射光栅可以具有众所周知的配置和结构，并且示例包括反射式闪耀衍射光栅(参见图13B)和具有阶梯形状的反射式闪耀衍射光栅(参见图13C)。然而，衍射光栅不限于这些衍射光栅。光栅图案被配置为使得例如以微米尺寸的周期平行地布置直线状凹凸，并且基于从图像形成装置发射的光的波长范围适当地选择该周期、图案厚度(凹凸之间的差)等。衍射光栅能够通过已知方法来制造。
可以采用图像能够被设在目镜光学系统中的衍射光栅划分为至少两个图像的形式。具体而言，例如，可以举例说明衍射光栅将图像在水平方向上划分为三个图像的形式，衍射光栅将图像在垂直方向上划分为三个图像的形式，衍射光栅将图像在水平方向上划分为三个图像并且在垂直方向上划分为三个图像而划分为十字的形式(包括中心光路的一个图像重叠并且图像总共被划分为五个图像的形式)，衍射光栅将图像在水平方向上划分为两个图像并且在垂直方向上划分为两个图像(2×2＝4)的形式，以及衍射光栅将图像在水平方向上划分为三个图像并且在垂直方向上划分为三个图像(3×3＝9)的形式。
在包括上述优选形式和配置的本公开的显示装置中，目镜光学系统能够是使得能够通过目镜光学系统查看外部场景的半透射(透视)类型。于是，在这种情况下，目镜光学系统可以是包括全息透镜或者设有全息透镜的形式。在一些情况下，目镜光学系统可以是非透射类型(无法通过目镜光学系统查看外部场景的形式)。
在包括上述各种优选形式和配置的本公开的显示装置中，图像显示装置可以是布置在观察者的前方的形式。注意，如果图像显示装置布置在观察者的前方，虽然取决于转送光学系统和目镜光学系统的规格，但图像显示装置可以位于高于观察者的头部的位置，可以位于与观察者的头部相同的高度水平，可以位于低于观察者的头部的位置，可以位于面对观察者的位置，或者可以位于与观察者成一定角度的位置。在显示装置是非透射类型的情况下，图像显示装置能够布置在观察者的前方。
在包括上述各种优选形式和配置的本公开的显示装置中，图像形成装置可以是具有布置成二维矩阵的多个像素的形式。为了方便起见，图像形成装置的这样的配置被称为“第一配置图像形成装置”。
第一配置图像形成装置的示例包括：包括反射式空间光调制装置和光源的图像形成装置；包括透射式空间光调制装置和光源的图像形成装置；以及包括诸如有机电致发光(electro luminescence，EL)、无机EL、发光二极管(LED)、半导体激光元件这样的光发射元件的图像形成装置。在它们之中，包括有机EL光发射元件的图像形成装置(有机EL显示装置)以及包括反射式空间光调制装置和光源的图像形成装置是优选的。空间光调制装置的示例包括光阀，例如透射式或反射式液晶显示装置(诸如硅上液晶(liquid crystal onsilicon，LCOS))、数字微镜器件(digital micromirror device，DMD)，并且光源的示例包括光发射元件。而且，反射式空间光调制装置包括液晶显示装置和偏振分束器，该偏振分束器反射来自光源的光的一部分并将其引导至液晶显示装置，并且使由液晶显示装置反射的光的一部分通过并将其引导至转送光学系统。构成光源的光发射元件的示例包括红色光发射元件、绿色光发射元件、蓝色光发射元件和白色光发射元件。可替代地，可以通过使用光导管(light pipe)将分别从红色光发射元件、绿色光发射元件和蓝色光发射元件发射的红色光、绿色光和蓝色光混合以使亮度均匀来获得白色光。光发射元件的示例包括半导体激光器元件、固态激光器和LED。只要基于图像形成装置所需的规格来确定像素的数量即可，并且像素的数量的具体值包括320×240、432×240、640×480、1024×768、1920×1080等。在第一配置图像形成装置中，光圈可以是布置在透镜系统(稍后描述)的前焦点(图像形成装置侧的焦点)处的形式。
可替代地，包括上述优选形式和配置的本公开的显示装置的图像形成装置可以是包括光源以及对从光源发射的光进行扫描以形成图像的扫描部件的形式。为了方便起见，这样的图像形成装置被称为“第二配置图像形成装置”。
第二配置图像形成装置的光源能够包括光发射元件，具体而言，红色光发射元件、绿色光发射元件、蓝色光发射元件和白色光发射元件。可替代地，可以通过利用光管将分别从红色光发射元件、绿色光发射元件和蓝色光发射元件发射的红色光、绿色光和蓝色光混合以使亮度均匀来获得白色光。光发射元件的示例包括半导体激光器元件、固态激光器和LED。只要也基于图像形成装置所需的规格来确定第二配置图像形成装置中的像素(虚拟像素)的数量即可，并且像素(虚拟像素)的数量的具体值包括320×240、432×240、640×480、1024×768、1920×1080等。此外，在显示彩色图像的情况下以及在光源包括红色光发射元件、绿色光发射元件和蓝色光发射元件的情况下，优选的是例如使用正交棱镜(crossprism)执行颜色组合。扫描部件能够包括具有水平和垂直地对从光源发射的光进行扫描的例如二维可旋转微镜的MEMS镜或者电流镜(galvano mirror)。在第二配置图像形成装置中，MEMS镜或者电流镜可以是布置在透镜系统(稍后描述)的前焦点(图像形成装置侧的焦点)处的形式。
在第一配置图像形成装置或第二配置图像形成装置中，使已经被透镜系统(将发射的光变成平行光的光学系统)变成多个平行光束的光入射到转送光学系统(具体而言，例如可移动镜)上。为了生成平行光，具体而言，如上所述，例如只要图像形成装置的光发射单元位于透镜系统中焦距的地方(位置)处即可。作为透镜系统，能够举例说明包括可以单独或组合使用的凸透镜、凹透镜、自由曲面棱镜和全息透镜的作为整体具有正的光焦度(optical power)的光学系统。在透镜系统和转送光学系统之间，可以在透镜系统附近布置具有开口的遮光单元，使得不期望的光不从透镜系统发射或入射在转送光学系统上。
在本公开的显示装置中，目镜光学系统可以是附接到框架的形式。框架包括布置在观察者的前方的前方部分、经由铰链可旋转地附接到前方部分的两端的两个镜腿部分以及鼻托。每个镜腿部分的端部附接有脚套(tip)部分。此外，能够一体地配置前方部分和两个镜腿部分。框架(包括边框(rim)部分)和鼻托的组装体具有与普通眼镜大致相同的结构。构成包括鼻托的框架的材料能够包括与构成普通眼镜的材料相同的材料，诸如金属、合金、塑料或其组合。可替代地，目镜光学系统能够是附接到护目镜的形式或者与护目镜一体地形成的形式，或者可以是附接到能够安装在观察者的头部上的具有与防灾面类似的形状的表面构件(面部构件、面罩构件)的形式或者与表面构件一体地形成的形式。
安装在观察者身上的目镜光学系统具有非常简单的结构，并且由于它没有驱动单元，因此不需要用于驱动的电池等，并且能够容易地减小目镜光学系统的大小和重量。与传统的HMD不同，图像显示装置不安装在观察者的头部上。如上所述，图像显示装置布置在外部设施等中，或者作为可穿戴设备安装在观察者的手腕等上。图像显示装置布置在外部设施等中的示例包括：
(A)用于乘客的图像显示装置附接到车辆或飞机的座椅的背部(靠背)的背表面的示例
(B)用于观众的图像显示装置附接到剧院等中的座椅的背部(靠背)的背表面的示例
(C)用于驾驶员等的图像显示装置附接到车辆、飞机、汽车、摩托车、自行车等的示例。
(D)用作个人计算机、移动电话、智能手表等中使用的监视器的代替物的示例
(E)用作金融机构的自动柜员机中使用的显示器或触摸面板的代替物的示例
(F)用作商店和办公室中使用的显示器或触摸面板的代替物的示例
(G)放大和显示移动电话或个人计算机的画面的示例
(H)用作博物馆、游乐园等中使用的显示面板等的代替物的示例
(I)用于顾客的图像显示装置附接到诸如咖啡店和咖啡厅的桌子的示例
在包括上述各种优选形式和配置的本公开的显示装置中，用于在图像形成装置中显示图像的信号(用于在目镜光学系统中形成虚像的信号)能够是从外部(显示装置的系统外部)接收的形式。在这样的形式中，与显示在图像形成装置上的图像相关联的信息和数据被记录、存储和保存在例如所谓的云计算机或服务器中。由于图像显示装置包括诸如电话线、光学线路、移动电话、智能电话这样的通信部件，或者通过组合图像显示装置和通信部件，可以在云计算机或服务器与图像显示装置之间转送或交换各种信息和数据。另外，能够接收基于各种信息和数据的信号，即，用于在图像形成装置中显示图像的信号。可替代地，用于在图像形成装置中显示图像的信号可以是存储在图像显示装置中的形式。显示在图像形成装置上的图像包括各种信息和各种数据。作为可穿戴设备的图像显示装置也能够是包括相机(成像装置)的形式，并且可以经由通信部件将由相机捕获的图像发送到云计算机或服务器，并且可以在云计算机或服务器中搜索与由相机捕获的图像对应的各种信息和数据，可以经由通信部件将搜索到的各种信息和数据发送到图像显示装置，并且可以将搜索到的各种信息和数据显示为图像形成装置中的图像。
包括上述各种形式和配置的本公开的显示装置能够用于例如互联网上的各种站点上的各种信息等的显示；诸如各种装置这样的观察对象的操作、操纵、维护、拆卸等的各种说明和符号、标志、标记、徽章、图案等的显示；与诸如人和物品这样的观察对象有关的各种说明和符号、标志、标记、徽章、图案等的显示；运动图像或静止图像的显示；电影等的字幕的显示；与影像同步的与该影像相关的说明和隐藏式字幕的显示；与演剧、歌舞伎、能剧、狂言、歌剧、音乐会、芭蕾舞、各种戏剧、游乐园(游乐场)、博物馆、旅游景点、度假村、导游等中的观察对象有关的各种说明以及用于说明内容、进展、背景等的说明的显示，以及隐藏式字幕的显示。在演剧、歌舞伎、能剧、狂言、歌剧、音乐会、芭蕾舞、各种戏剧、游乐园(游乐场)、博物馆、旅游点、旅游胜地、导游等中，只要在适当的定时将作为与观察对象相关的图像的字符显示在图像形成装置上即可。具体而言，例如，根据电影等的进展状态或根据戏剧等的进展状态，基于预定的时间表和时间分配，通过操作者的操作或在计算机等的控制下，将图像控制信号发送到图像形成装置，并且在图像形成装置上显示图像。此外，执行关于各种装置、人、物品等的各种说明的显示，而通过用相机拍摄(捕获)诸如各种装置、人和物品这样的观察对象并且用图像形成装置分析所拍摄(捕获)的内容，图像形成装置能够执行预先形成的关于诸如各种装置、人和物品这样的观察对象的各种说明的显示。
[示例1]
示例1涉及本公开的显示装置。
如图1A的概念图中所示，如果根据本公开的第一方面进行描述，则示例1的显示装置10A包括
目镜光学系统40A，以及
图像显示装置20，包括图像形成装置21以及将从图像形成装置21入射的图像发射到目镜光学系统40A的转送光学系统22。而且，目镜光学系统40A和图像显示装置20被布置为在空间上彼此分离，并且目镜光学系统40A将来自转送光学系统22的图像形成在观察者50的视网膜上。图像显示装置20还包括
检测目镜光学系统40A的位置的第一位置检测装置31，
检测观察者50的瞳孔51的位置的第二位置检测装置32，以及
转送光学系统控制装置30，其中
基于由第一位置检测装置31检测到的目镜光学系统40A的位置信息和由第二位置检测装置32检测到的观察者50的瞳孔51的位置信息，转送光学系统控制装置30控制转送光学系统22，使得从图像形成装置21入射的图像到达目镜光学系统40A，即，从图像形成装置21入射的图像经由目镜光学系统40A形成在观察者50的视网膜上。
此外，如果根据本公开的第二方面进行描述，则示例1的显示装置10A包括
目镜光学系统40A，以及
图像显示装置20，包括图像形成装置21以及将从图像形成装置21入射的图像发射到目镜光学系统40A的转送光学系统22。而且，目镜光学系统40A和图像显示装置20被布置为在空间上彼此分离，并且目镜光学系统40A将来自转送光学系统22的图像形成在观察者50的视网膜上。图像显示装置20还包括
检测目镜光学系统40A的位置的第一位置检测装置31，
检测观察者50的瞳孔51的位置的第二位置检测装置32，以及
转送光学系统控制装置30，其中
第二位置检测装置32被布置在能够看到观察者50的瞳孔51的位置处。
示例1的显示装置是基于麦克斯韦观察法的视网膜投影型显示装置。而且，在示例1的显示装置10A中，目镜光学系统40A和图像显示装置20能够相对移动。即，图像显示装置20布置在远离观察者50的位置处。目镜光学系统40A安装在观察者50上(具体而言，观察者50的头部上)。而且，转送光学系统22包括可移动镜。具体而言，当相对于观察者50设置水平方向(X轴方向)和垂直方向(Y轴方向)时，可移动镜22的示例包括使从图像形成装置21入射的图像在水平方向和垂直方向上移动的例如二维可旋转镜或微机电系统(MEMS)镜。可移动镜22包括在能够三个轴上移动的可移动镜。
在此，如上所述，重要的是第二位置检测装置32、目镜光学系统40A和观察者50的瞳孔51之间的位置关系具有能够从第二位置检测装置32检测到观察者50的瞳孔51的位置关系。此外，对第二位置检测装置32给予光学特性使得能够从第二位置检测装置32检测观察者50的瞳孔51也是重要的。
在示例1的显示装置10A中，第二位置检测装置32包括发射红外光的光发射单元33A以及接收由观察者50的瞳孔51反射的红外光的光接收单元34A。而且，目镜光学系统40A具有取决于波长的集光特性，并且，从光发射单元33A发射的红外光不受目镜光学系统40A的集光特性的影响。目镜光学系统40A包括但不限于全息透镜。目镜光学系统40A附接有位置显示部件，具体而言，逆反射标记41。逆反射标记41是被制造为使得入射光和反射光在相同方向上的光反射组件，并且通过利用这个特性，原则上即使观察者50做出大幅移动，反射光也总是返回到第一位置检测装置31。作为结果，不管第一位置检测装置31和逆反射标记41之间的相对位置关系如何，都能够检测到逆反射标记41的位置。逆反射标记41期望相对于框架52是伪装色。
目镜光学系统40A收集从图像形成装置21发射的可见光，以在观察者50的视网膜上形成图像，而从光发射单元33A发射的红外光不会被目镜光学系统40A收集。从光发射单元33A发射的红外光不与图像干涉并且具有其中观察者50的瞳孔51具有高反射率的波长带。目镜光学系统40A附接到具有与普通眼镜大致相同的结构的框架52的边框部分(仅在后述的图12A和12B中示出)。框架52包括布置在观察者50前方的前方部分、经由铰链可旋转地附接到前方部分的两端的两个镜腿部分以及鼻托。每个镜腿部分的端部附接有脚套部分。框架(包括边框部分)52和鼻托的组装体能够具有众所周知的配置和结构。
在示例1的显示装置10A中，第一位置检测装置31发射红外光。具体而言，第一位置检测装置31包括发射红外光的光发射单元以及检测来自目镜光学系统40A的返回光的光接收单元。在此，构成第一位置检测装置31的光发射单元和光接收单元与构成第二位置检测装置32的光发射单元33A和光接收单元34A共用(共享)。
光发射单元33A例如包括发射红外光的发光二极管或发射红外光的半导体激光元件和光扩散板的组合，并且光接收单元34A包括能够检测红外光的成像装置(红外相机)或传感器(红外传感器)。通过在成像装置前方安装仅使得用于检测的红外光的波长能够通过的滤光器(红外透射滤光器)35，可以简化后续阶段的图像处理。光发射单元33A对观察者50的整个头部进行照明。从光发射单元33A发射的红外光与附接到目镜光学系统40A的逆反射标记41碰撞并且返回到光接收单元34A，使得能够检测和指定目镜光学系统40A的位置。此外，从光发射单元33A发射的红外光通过目镜光学系统40A，对观察者50的瞳孔51进行照明，被观察者50的瞳孔51反射，通过目镜光学系统40A，并且返回到光接收单元34A，使得能够检测和指定观察者50的瞳孔51的位置。即，第二位置检测装置32布置在能够看到观察者50的瞳孔51的位置处。在此，具体而言，在示例1中，为了减轻施加在观察者50上的目镜光学系统40A的安装负担，将光发射单元33A和光接收单元34A安装在图像显示装置20上。而且，光接收单元34A被布置为使得能够观察者50的瞳孔51的位置能够被光接收单元34A(成像装置、红外相机)或传感器(红外传感器)检测到。在一些情况下，光发射单元33A可以与图像显示装置20分离并且布置在与图像显示装置20不同的地方，或者光接收单元34A可以与图像显示装置20分离并且布置在与图像显示装置20不同的地方。然而，重要的是，光接收单元34A不管形式如何都布置在能够看到(即，直接看到或间接看到)观察者50的瞳孔51的位置处。注意，在图1A中，从光发射单元33A发射的红外光和返回到光接收单元34A的红外光由黑色箭头表示，从转送光学系统(可移动镜)22发射的可见光(图像)的光通量由空白箭头表示。
如图2A中所示，图像形成装置21(在下文中将图2A中所示的图像形成装置称为图像形成装置21a)是第一配置图像形成装置，并且具有布置成二维矩阵的多个像素。具体而言，图像形成装置21a包括反射式空间光调制装置以及包括发射白光的发光二极管的光源61。每个图像形成装置21a被整体容纳在壳体60中(由图2A中的点划线表示)，壳体60中形成有开口(未示出)，并且光经由开口从光学系统(平行光发射光学系统、准直光学系统64)发射。壳体60通过合适的部件附接到图像显示装置20。反射式空间光调制装置包括包含LCOS作为光阀的液晶显示装置(LCD)63。而且，设有偏振分束器62，该偏振分束器反射来自光源61的光的一部分并将其引导至液晶显示装置63，并且使由液晶显示装置63反射的光的一部分通过并将其引导至光学系统64。液晶显示装置63包括布置成二维矩阵的多个(例如640×480个)像素(液晶盒、液晶显示元件)。偏振分束器62具有众所周知的配置和结构。从光源61发射的非偏振光与偏振分束器62碰撞。在偏振分束器62中，P偏振分量通过并发射到系统的外部。另一方面，S偏振分量被偏振分束器62反射，入射在液晶显示装置63上，在液晶显示装置63内部反射，并且从液晶显示装置63发射。在此，在从液晶显示装置63发射的光中，从显示“白色”的像素发射的光包含大量的P偏振分量，而从显示“黑色”的像素发射的光包含大量的S偏振分量。因此，在从液晶显示装置63发射并与偏振分束器62碰撞的光中，P偏振分量通过偏振分束器62并被引导至光学系统64。另一方面，S偏振分量被偏振分束器62反射并返回到光源61。光学系统64例如包括凸透镜，并且为了生成平行光，图像形成装置21a(更具体而言，液晶显示装置63)布置在光学系统64中的焦距的地方(位置)。从图像形成装置21a发射的图像经由转送光学系统22和目镜光学系统40A到达观察者50的视网膜。
可替代地，如图2B中所示，图像形成装置21(在下文中将图2B中所示的图像形成装置称为图像形成装置21b)包括有机EL显示装置65。从有机EL显示装置65发射的图像通过凸透镜66，成为平行光，并经由转送光学系统22和目镜光学系统40A到达观察者50的视网膜。有机EL显示装置65包括布置成二维矩阵的多个(例如640×480个)像素(有机EL元件)。
可替代地，如图2C中所示，作为第二配置图像形成装置的图像形成装置21(在下文中将图2C中所示的图像形成装置称为图像形成装置21c)包括
光源71，
将从光源71发射的光转换成平行光的准直光学系统72，
对从准直光学系统72发射的平行光进行扫描的扫描部件74，以及
中继并发射由扫描部件74扫描的平行光的中继光学系统75。注意，图像形成装置21c被整体容纳在壳体60中(由图2C中的点划线表示)，壳体60中形成有开口(未示出)，并且光经由开口从中继光学系统75发射。而且，壳体60通过合适的部件附接到图像显示装置20。光源71包括光发射元件，具体而言，发光二极管或半导体激光元件。然后，从光源71发射的光入射到作为整体具有正的光焦度的准直光学系统72上，并且作为平行光而发射。然后，该平行光被全反射镜73反射，经受具有二维可旋转微镜并且能够二维地扫描入射的平行光的包括MEMS的扫描部件74的水平扫描和垂直扫描，被转换成一种类型的二维图像，以生成虚拟像素(例如，像素的数量能够与图像形成装置21a的数量相同)。然后，来自虚拟像素的光通过包括众所周知的中继光学系统的中继光学系统(平行光发射光学系统)75，并且从图像形成装置21c发射的图像经由转送光学系统22和目镜光学系统40A到达观察者50的视网膜。当光源71包括红色光发射元件、绿色光发射元件和蓝色光发射元件时，观察者50能够检测到彩色图像，并且当光源71包括一种光发射元件时，观察者50能够检测到单色图像。
如上所述，由图像形成装置21生成的图像以平行光(或几乎平行光)的状态入射到转送光学系统(具体而言，可移动镜)22上，被转送光学系统22反射，然后被转换成朝向目镜光学系统40A的光通量。目镜光学系统40A被布置为使得观察者50的瞳孔51位于目镜光学系统40A的焦点(焦距f0)的位置处，并且所投射的光通量被目镜光学系统40A会聚并通过观察者50的瞳孔，以直接绘制在视网膜上，并且观察者50能够识别图像。
此时，由第一位置检测装置31检测目镜光学系统40A的位置，并且由第二位置检测装置32检测观察者50的瞳孔51的位置。然后，基于这两个检测结果，转送光学系统控制装置30控制转送光学系统(具体而言，可移动镜)22的倾斜，使得即使目镜光学系统40A和观察者50的瞳孔51之间的位置关系改变，图像也形成在观察者50的视网膜上。转送光学系统控制装置30具有众所周知的配置和结构。
基于由第一位置检测装置31获取的图像(逆反射标记41的位置信息)和由第二位置检测装置32获取的图像(观察者50的瞳孔51的位置信息)，在图1B中示出了转送光学系统(具体而言，可移动镜)22和图像形成装置21的控制。
即，首先，构成第一位置检测装置31和第二位置检测装置32的光发射单元33A用红外光照射观察者50的头部附近。然后，由光接收单元(红外相机)34A拍摄包括被逆反射标记41和观察者50的瞳孔51反射的红外光的图像。
然后，基于诸如模式识别或形状识别这样的方法对所获得的信号和噪声进行分类，检测和指定逆反射标记41的位置，并且检测和指定观察者50的瞳孔51的位置。检测瞳孔位置的方法作为视线检测技术而被众所周知，并且能够通过利用瞳孔51的红外光反射率高的事实根据反射区域的重心或差分图像的边界获得该方法。光发射单元33A的驱动电路(未示出)可以设有调制功能(具体而言，例如，从光发射单元33A发射脉冲红外光)并且用于图像识别。
以这种方式，由第一位置检测装置31检测和指定目镜光学系统40A的位置，并且由第二位置检测装置32检测和指定观察者50的瞳孔51的位置。可以先执行这些中的任一项，或者可以同时执行这些。
然后，计算目镜光学系统40A的位置和观察者50的瞳孔51的位置之间的相对关系。由于假设从目镜光学系统40A到观察者50的瞳孔51的距离与目镜光学系统40A的焦距f0匹配，因此根据目镜光学系统40A的位置和观察者50的瞳孔51的位置之间的相对关系的计算结果，能够获得由连接目镜光学系统40A的中心和观察者50的瞳孔51的中心的直线L1与通过目镜光学系统40A的中心的法线LNL所形成的角度(为方便起见，称为“投射角”)θ1。然后，基于计算结果，将控制信号发送到转送光学系统控制装置30，改变可移动镜22的倾斜，并且改变从转送光学系统22(可移动镜)发射的光(为方便起见，称为“投射光”)的方向，使得能够使图像到达观察者50的瞳孔51。
目镜光学系统40A与观察者50的瞳孔51之间的距离能够根据构成第一位置检测装置31和第二位置检测装置32的光接收单元34A中反射的逆反射标记41与瞳孔51的相对大小来获得。注意，当控制由图像形成装置21形成的图像时(例如，当将透镜布置在转送光学系统22的图像发射侧并且控制转送光学系统22与透镜之间的距离时)，能够使投射光适当地发散和会聚(能够是非平行光)，并且即使在目镜光学系统40A与观察者50的瞳孔51之间的距离改变的情况下，也能够在观察者50的视网膜上形成图像。此外，从转送光学系统22到目镜光学系统40A的距离(为方便起见，称为“投射距离L0”)并不一定需要获得角度θ2，但它能够用于转送光学系统22、目镜光学系统40A和观察者50的瞳孔51之间的位置关系大幅偏离的情况下的校正或者偏移的界限的计算。投射距离L0能够通过校准多个逆反射标记41之间的距离和逆反射标记41的大小来获得，能够通过使用诸如飞行时间(TOF)传感器的距离传感器来获得，或者能通过从转送光学系统22与观察者50的瞳孔51之间的距离减去目镜光学系统40A与观察者50的瞳孔51之间的距离来间接获得。光接收单元34A可以不被第一位置检测装置31和第二位置检测装置32共享，而是可以设置专用于第一位置检测装置31的光接收单元和专用于第二位置检测装置32的光接收单元。类似地，光发射单元33A可以不被第一位置检测装置31和第二位置检测装置32共享，而是可以设置专用于第一位置检测装置31的光发射单元和专用于第二位置检测装置32的光发射单元。
在用一只眼睛观察图像的情况下，只要使用一个显示装置10A即可。此外，在用两只眼睛观察图像的情况下，只要使用两个显示装置10A即可，或者可以使用具有以下配置的一个显示装置。即，它可以是包括两个目镜光学系统以及具有一个图像形成装置和两个转送光学系统的图像显示装置的结构，该两个转送光学系统对从所述一个图像形成装置入射的图像进行划分并将图像发射到所述两个目镜光学系统，或者可替代地，也可以是包括两个目镜光学系统以及具有一个图像形成装置和一个转送光学系统的图像显示装置的结构，从所述一个图像形成装置入射的图像入射到该转送光学系统上并被划分为两个图像，该两个图像被发射到所述两个目镜光学系统。
接下来，将描述转送光学系统22的位置控制。
在图3A、3B、3C、4A和4B中示意性地示出了从转送光学系统22发射的光通量的行为以及目镜光学系统40A和观察者50的瞳孔51之间的位置关系。图3A示出了目镜光学系统40A和观察者50的瞳孔51之间的位置关系处于正常状态的情况。图3B示出了观察者50的瞳孔51相对于目镜光学系统40A的偏移量变成d0的情况。图3C示出了在图3B所示的状态下控制可移动镜22的倾斜并且从可移动镜22发射的图像形成在观察者50的视网膜上的状态。在图3A等中，“O”表示可移动镜22的旋转中心，并且从图像形成装置21的中心发射的光束与可移动镜22的旋转中心“O”碰撞。此外，在图3A、3B、3C、4A和4B中，从图像形成装置21的中心发射的光束由细实线表示，并且与图像的外边缘对应的光束由细断线表示。
首先，将描述相对于目镜光学系统40A的中心位置与观察者50的瞳孔51的中心位置之间的相对偏移而言目镜光学系统40A足够大的理想状态。在这种情况下，当连接目镜光学系统40A的中心和观察者50的瞳孔51的中心的直线L1与通过目镜光学系统40A的中心的法线LNL所形成的角度为θ1(投射角θ1)、从图像形成装置21的中心发射的通过转送光学系统22而到达目镜光学系统40A的光束L2与通过目镜光学系统40A的中心的法线LNL所形成的角度为θ2、并且目镜光学系统的焦距为f0(单位：mm)时，只要转送光学系统控制装置30控制转送光学系统22以满足下式即可。
f0·|tan(θ2)-tan(θ1)|≤3.5
优选地，
f0·|tan(θ2)-tan(θ1)|≤1
更优选地θ1＝θ2。具体而言，只要控制可移动镜22的倾斜即可。注意，在下文中，为了简化起见，将基于转送光学系统控制装置30控制转送光学系统22以满足θ1＝θ2的示例给出描述。
角度θ2能够根据公式(1)获得，如图3C中所示。
θ1＝θ2＝tan-1(d0/f0) (1)
其中，
d0...图像的相对偏移量(观察者的瞳孔相对于目镜光学系统的偏移量)。
另一方面，假设是实际的显示装置，则目镜光学系统40A的大小是有限的。因此，当控制可移动镜22以满足公式(1)时，可能出现从图像形成装置21发射的图像未到达目镜光学系统40A并且图像未到达观察者50的瞳孔51的状态。因此，需要添加在目镜光学系统40A在空间上存在的范围内满足公式(1)的条件。在此，针对观察者50不能观察到图像的状态假设两个假设。
即，第一个假设是不应当丢失图像的一部分。如图4A中所示，不允许丢失观察者50观察到的图像的情况下的条件如以下公式(2)所示。然后，当修改公式(2)时，获得公式(3)。图4A中所示的状态示出了从转送光学系统22发射的图像的外侧的外边缘到达目镜光学系统40A的外边缘的状态，示出了如果从转送光学系统22发射的图像在图4A中进一步向上移动则图像的一部分将丢失的状态。
|L0·tan(θ2)|≤(w0-i0)/2 (2)
|L0·(d0/f0)|≤(w0-i0)/2 (3)
其中，
L0...投射距离
w0...目镜光学系统的大小
i0...投影图像的一侧的长度(大小)。
在公式(3)的范围内，只要控制可移动镜22以满足公式(1)(上面提到的理想条件)即可。此外，在这个范围之外，需要控制可移动镜22使得光通量投射到目镜光学系统40A的外边缘内。总而言之，获得公式(4-1)和(4-2)。
在|L0·(d0/f0)|≤(w0-i0)/2情况下
θ2＝tan-1(d0/f0) (4-1)
在|L0·(d0/f0)|＞((w0-i0)/2的情况下
θ2＝tan-1{(w0-i0)/2L0) 4-2)
此外，第二个假设是图像的一部分会丢失。允许观察者50观察到的图像丢失的情况下的条件如以下公式(5)所示。然后，当修改公式(5)时，获得公式(6)。注意，图4B中所示的状态示出了从转送光学系统22发射的图像的内侧的外边缘到达目镜光学系统40A的外边缘的状态，示出了如果从光学系统22A发射的图像在图4A中进一步向上移动则图像将完全丢失的状态。
|L0·tan(θ2)|≤(w0+i0)/2 (5)
|L0·(d0/f0)|≤(w0+i0)/2 (6)
在这个范围之外，只要控制可移动镜22使得光通量与目镜光学系统40A的外边缘甚至部分重叠即可。总而言之，获得公式(7-1)和(7-2)。注意，θlimit是θ2(或投射角θ1)能够取的最大值。于是，θlimit能够取的范围是
tan-1{(w0-i0)/2L0)＜θlimit＜tan-1{(w0+i0)/2L0)。
在θ1≤θlimit的情况下
θ2＝tan-1(d0/f0) 7-1)
在θ1＞θlimit的情况下
θ2＝θlimit (7-2)
只要根据允许丢失多少图像来确定θ2(或投射角θ1)的最大值θlimit即可，此外，θ2(或投射角θ1)的最大值θlimit根据该图像的内容而变化。例如，在具有黑色背景的图像的情况下，优选的是将投影的图像的一侧的长度(大小)i0设置得小。
公式(4-1)、(4-2)、(7-1)和(7-2)中所示的内容表示需要对θ2(或投射角θ1)进行限制而执行投射。因此，当观察者50的瞳孔51的位置发生移位并且偏移量d0的值增加时，观察者50将最终无法观察到图像。需要考虑观察者50的瞳孔的大小作为不能观察到图像的条件，因此该条件还根据环境(亮度等)而改变。然而，应用本公开等同于提高与观察者50能够观察图像的位置关系有关的鲁棒性，并且对于更容易观察图像非常有用。
而且，在示例1的显示装置中，被布置为与目镜光学系统在空间上分离的图像显示装置包括第一位置检测装置和第二位置检测装置，并且设在图像显示装置中的转送光学系统控制装置对转送光学系统进行控制，或者可替代地，第二位置检测装置被布置在能够看到观察者的瞳孔的位置。因此，不需要电源(电池)，并且不是诸如目镜光学系统的质量和大小的增加这样的对观察者施加负担的结构，并且能够确实使图像到达观察者的瞳孔而不对观察者施加负担。
[示例2]
示例2是示例1的变形。图5A中示出了示例2的显示装置10B的概念图。在示例2的显示装置10B中，第二位置检测装置32包括接收由观察者50的瞳孔51反射的可见光(检测光)的光接收单元34B。具体而言，光接收单元34B接收作为例如通过与观察者50的瞳孔51碰撞而反射的外部光(环境光)的可见光。而且，目镜光学系统40B具有取决于波长的集光特性。在此，目镜光学系统40B包括具有众所周知的配置和结构的透镜构件，或者包括具有众所周知的配置和结构的全息透镜。目镜光学系统40B收集从图像形成装置21发射的图像(可见光)以在观察者50的视网膜上形成图像，并且可见光(检测光)经由目镜光学系统40B被光接收单元34B接收。即，类似地在示例2中，第二位置检测装置32被布置在能够看到观察者50的瞳孔51的位置。注意，在图5A和5B中，用带画影线的空白箭头示出返回到光接收单元34B的检测光，并且用空白箭头示出从转送光学系统(可移动镜)22发射的可见光(图像)的光通量。在图5B所示的示例中，第二位置检测装置32(光接收单元34B)被布置在能够直接看到观察者50的瞳孔51的位置(没有目镜光学系统40B)。
在示例2的显示装置10B中，第一位置检测装置31包括检测来自目镜光学系统40B的反射光(检测光)的光接收单元。在此，构成第一位置检测装置31的光接收单元与构成第二位置检测装置32的光接收单元34B共用(共享)。只要光接收单元34B包括基于可见光捕获图像的成像装置(相机)或传感器即可。虽然逆反射标记是不必要的，但是例如通过将颜色标记附接到目镜光学系统40B，能够简化图像处理。
第一位置检测装置31和第二位置检测装置32(或者它们的一部分)可以作为附件附接到诸如智能电话、平板型个人计算机或笔记本型个人计算机这样的装备，并且内置于装备中的相机能够用作光接收单元34B。即，如图5B的概念图所示，第一位置检测装置31和第二位置检测装置32不一定必须合并在图像显示装置中。可替代地，光接收单元34B可以与图像显示装置20分开布置。
[示例3]
示例3也是示例1的变形例。在需要图像和背景的叠加的情况下，期望图像显示装置20不位于观察者50的前方。在图像显示装置20总是进入观察者的视野的情况下，观察者50可能无法使他/她自己沉浸在图像或外部场景中。在示例3的显示装置10C中，图像显示装置20布置在除观察者50的前方以外的位置处。作为结果，当图像显示装置20不在观察者的视野中时，观察者50能够观察图像和外部场景。即，显示装置10C能够是半透射(透视)类型，并且能够通过目镜光学系统40查看外部场景。然而，当图像显示装置20(具体而言，转送光学系统22)布置在除观察者50的前方以外的位置时，投射光倾斜地入射在目镜光学系统40上，导致目镜光学系统40的焦点偏离观察者50的瞳孔51并且图像未到达观察者50的瞳孔51的可能性。
为了解决这样的问题，如图6的概念图所示，第二位置检测装置32包括发射红外光的光发射单元33C以及接收由观察者50的瞳孔51反射的红外光的光接收单元34C，并且目镜光学系统40C具有取决于波长的衍射特性。而且，从光发射单元33C发射的红外光受到目镜光学系统40C的衍射特性的影响，而从光发射单元33C发射的红外光不受目镜光学系统40的集光特性的影响。此外，在示例3的显示装置10C中，目镜光学系统40C包括衍射光学构件。于是，目镜光学系统40C(衍射光学构件)包括具有衍射功能的衍射构件42和具有集光功能的集光构件43。只要衍射构件42包括例如透射式体积全息衍射光栅即可，并且只要集光构件43包括例如全息透镜即可。可替代地，衍射构件42和集光构件43能够包括一个构件。此外，关于衍射构件42和集光构件43的布置次序，集光构件43可以布置在观察者侧，或者衍射构件42可以布置在观察者侧。
从转送光学系统(可移动镜)22发射的投射光被衍射构件42偏转，行进角度(方向)发生改变，入射到集光构件43上，由集光构件43收集，并且在观察者50的视网膜上形成图像。另一方面，从光发射单元33C发射的红外光的一部分被衍射构件42(或附接到衍射构件42的逆反射标记41)反射并入射在光接收单元34C上。此外，从光发射单元33C发射的红外光的其余部分被衍射构件42偏转，行进角度(方向)发生改变，并且入射在集光构件43上。该光没有被集光构件43收集(即，不受集光构件43的影响)，而是通过集光构件43，与观察者50的瞳孔51碰撞，被观察者50的瞳孔51反射，通过集光构件43，被衍射构件42偏转，行进角度(方向)发生改变，并且入射在光接收单元34C上。注意，在图6中，从光发射单元33C发射并返回到光接收单元34C的红外光由黑色箭头表示，并且从转送光学系统(可移动镜)22发射的可见光(图像)的光通量由不同的空白箭头表示。
在包括普通光学玻璃的透镜构件用作目镜光学系统40C的情况下，没有波长选择性，所有可见光都被收集并且到达观察者50的视网膜，因此观察者只能观察到投影的图像，而无法观察到外部场景。此外，不能从第二位置检测装置32通过目镜光学系统40C检测到观察者50的瞳孔51，并且第二位置检测装置32的布置位置受到很大限制。
要求集光功能的波长选择性仅作用于从图像形成装置21发射的光的波长。当集光功能的波长选择性减弱并且从图像形成装置21发射的光的波长以外的光(例如，外部场景的光)被目镜光学系统40C收集时，观察者50几乎不能观察到外部场景，并且存在变得难以由光接收单元34C识别观察者50的瞳孔51的位置的可能性。另一方面，要求衍射功能的波长选择性不仅作用于从图像形成装置21发射的光的波长，而且还作用于用于检测观察者50的瞳孔51的位置的波长(例如，在使用红外相机的情况下为红外光的波长)。因此，在一些情况下，衍射构件42可以包括具有波长选择性的多个衍射构件，并且集光构件43可以包括具有波长选择性的多个集光构件。
表1中总结了波长范围以及衍射功能和集光功能是否需要起作用。通过将这样的光学功能赋予目镜光学系统40C，安装图像显示装置20的自由度增加了，并且观察者能够将图像与风景叠加以进行观察，同时，能够由第二位置检测装置32通过目镜光学系统40C来检测观察者50的瞳孔51。
<表1>
Figure BDA0002685220540000301
图12A示出了示例3的显示装置的使用示例，并且图12A是在室内使用示例3的显示装置的状态的示意图。图像显示装置20布置在房间80的墙面81上。当观察者50站在房间80中的预定位置时，来自图像显示装置20的图像到达目镜光学系统40C，并且观察者50能够经由目镜光学系统40C观察这个图像。
可替代地，图12B中示出了示例3的显示装置的另一个使用示例，该图是在座椅82的背部(靠背)的背表面上布置构成示例3的显示装置的图像显示装置20并使用的状态的示意图。当观察者坐在后侧的座椅82中时，图像从布置在前侧的座椅82的背部的背表面上的图像显示装置20朝向安装在观察者身上的目镜光学系统40C发射，并且到达目镜光学系统40C，使得观察者50能够经由目镜光学系统40C观察这个图像。更具体而言，存在用于乘客的图像形成装置附接到车辆或飞机的座椅的背部(靠背)的背表面的示例，或者用于观众的图像形成装置附接到剧院等中的座椅的背部(靠背)的背表面的示例。注意，上述显示装置的使用示例能够适用于其他示例。
[示例4]
示例4是示例1至3的变形。如图7A的概念图所示，在示例4的显示装置10D中，从图像形成装置21发射的光通量通过半反射镜23并入射在转送光学系统22上。此外，由目镜光学系统40D和观察者50的瞳孔51反射的光(可见光)经由转送光学系统22和半反射镜23入射在构成第一位置检测装置31和第二位置检测装置32的光接收单元34D上。利用这样的结构，由于能够通过转送光学系统22识别观察者50的头部的周围，因此可以覆盖转送光学系统22能够投影的整个空间范围。由于转送光学系统22的坐标系的原点与第一位置检测装置31和第二位置检测装置32的坐标系的原点彼此一致，因此能够简化初始的校准并且能够抑制与各种波动相对的位置偏移。注意，在图7A和7B中，经由转送光学系统22和半反射镜23返回到光接收单元34D的检测光用带画影线的空白箭头表示，并且从转送光学系统(可移动镜)22发射的可见光(图像)的光通量用空白箭头表示。
此外，由于经由转送光学系统22检测目镜光学系统40D和观察者50的瞳孔51，因此检测到的坐标不是绝对坐标，而是相对坐标。因此，在看不见观察者50的情况下，存在变得不清楚转送光学系统22应当朝向哪个方向的可能性。为了应对这样的现象，只要在转送光学系统22的外部布置用于检测观察者50的另一个相机来进行绝对坐标识别即可。由于这样的相机在分辨率和捕获速度方面不要求高性能，因此能够使用相对便宜的相机。可替代地，除了参考图7A描述的配置之外，如图7B中的概念图所示，光接收单元(相机)34D可以被布置为使得能够直接获得围绕观察者50的头部的图像。注意，在图7B中，不通过转送光学系统22和半反射镜23而被光接收单元34D接收的光由带画影线的空白箭头表示。
可替代地，控制转送光学系统(可移动镜)22的方法可以包括两种类型：跟踪模式和搜索模式。当观察者50的位置未知时，设置搜索模式，并且对转送光学系统22的可移动范围进行二维扫描以搜索观察者50，指定观察者50的位置，其后，将模式切换为跟踪模式以控制示例1中描述的转送光学系统(可移动镜)22。
光发射单元可以布置在转送光学系统22的外部以对观察者50的整个头部进行照明，并且虽然未示出，但是从图像形成装置21发射的光通量和从光发射单元发射的光通量可以被半反射镜23组合，使得所得到的光通量入射在转送光学系统22上，并且朝向目镜光学系统40D发射。可替代地，可以采用在图像形成装置21中准备用于检测光的光发射单元并且光入射在转送光学系统22上并朝向目镜光学系统40D发射的结构。
[示例5]
示例5是示例3及其变形例的变形。如图8A的概念图所示，在示例5的显示装置10E中，目镜光学系统40E和图像显示装置20是能够相对移动的(即，图像显示装置20布置在远离观察者50的地方)，并且目镜光学系统40E布置在远离观察者50的地方。即，目镜光学系统40E未安装在观察者50上。目镜光学系统40E是固定式的并且由保持构件44保持，或者与保持构件44一体地合并到保持构件44中。当携带时，折叠并存储保持构件44和目镜光学系统40E，并且当使用显示装置10E时，组装目镜光学系统40E。只要在转送光学系统22和目镜光学系统40E的组装期间执行位置调整即可，并且位置关系在使用期间不发生改变。从图像形成装置21发射的图像经由目镜光学系统40E到达观察者50的瞳孔51。示例5的这样的显示装置10E的示例包括视网膜投影型微型监视器。目镜光学系统40E具有与示例3中描述的目镜光学系统40C的配置和结构类似的配置和结构，并且光发射单元33E和光接收单元34E具有与光发射单元33C和光接收单元34C的配置和结构类似的配置和结构。
可替代地，如图8B的概念图中所示，固定目镜光学系统40E被合并在博物馆、美术馆、天文台、水族馆等的玻璃窗45或展览窗、用于汽车的挡风玻璃、全罩式头盔、防护面中。而且，在这种情况下，转送光学系统22和目镜光学系统40E的位置不发生改变，并且从图像形成装置21发射的图像经由目镜光学系统40E到达观察者50的瞳孔51。
[示例6]
示例6是示例1至5的变形。
上述公式(4-1)、(4-2)、(7-1)和(7-2)表示目镜光学系统中的投射光的位置。在此，当图像的相对位置偏移量(观察者的瞳孔相对于目镜光学系统的偏移量)d0的值恒定时，随着增加目镜光学系统40F的焦距f0，能够减小θ2(或投射角θ1)的值。换句话说，目镜光学系统40F的焦距f0越大，能够容忍的偏移量d0越大。因此，可以不破坏理想条件而增加可控制的偏移量d0的值。
如图9A和9B中的目镜光学系统40F的概念图所示，在示例6的显示装置中，目镜光学系统40F包括来自转送光学系统22的图像入射在其上的集光构件46A、46B，以及将从集光构件46A、46B发射的光引导至观察者50的瞳孔51的偏转构件47A、47B。来自转送光学系统40F的图像在集光构件46A、46B中在偏转构件47A、47B的方向上改变传播和转送方向。集光构件46A、46B和偏转构件47A、47B不受限制，而是附接到支撑构件48，或者与支撑构件48一体地设在支撑构件48上。以这种方式，集光构件46A、46B和偏转构件47A、47B被组合并且光路被折回，以延长焦距f0。注意，如图9A中所示，集光构件46A包括反射式全息透镜并且偏转构件47A包括反射式体积全息衍射光栅，或者，如图9B中所示，集光构件46B包括透射式全息透镜并且偏转构件47B包括透射式体积全息衍射光栅。然而，集光构件和偏转构件不限于以上。此外，来自集光构件的光可以在支撑构件内被全反射一次或多次并且可以入射在偏转构件上。
[示例7]
示例7是示例1至6的变形。如图10的概念图所示，在示例7的显示装置中，目镜光学系统40G包括衍射光栅49B，并且还在光入射侧包括集光构件49A。注意，集光构件49A可以设在衍射光栅49B与观察者50的瞳孔51之间。于是，以这种方式，能够获得与存在目镜光学系统40G的多个焦点的结构等效的结构。即，例如，即使在从示例1中描述的转送光学系统22发射的图像由于各种原因没有到达观察者50的瞳孔51的情况下，也不是衍射光栅49A的0阶衍射光到达观察者50的瞳孔51，而是例如1阶衍射光、-1阶衍射光等到达观察者50的瞳孔51，从而实现了对于观察者50而言具有更高鲁棒性的系统。即，可以在减轻观察者50的负担的同时实现更鲁棒的显示装置。此外，由于能够准备多个焦点，因此即使在θ2(或投射角θ1)的值大的情况下，也可以扩大观察者50能够观察图像的范围。
可以举例说明衍射光栅49B将图像在水平方向上划分为三个图像的形式，衍射光栅49B将图像在垂直方向上划分为三个图像的形式，衍射光栅49B将图像在水平方向上划分为三个图像并且在垂直方向上划分为三个图像而划分为十字的形式(包括中心光路的一个图像重叠并且图像总共被划分为五个图像的形式)，衍射光栅49B将图像在水平方向上划分为两个图像并且在垂直方向上划分为两个图像(2×2＝4)的形式，以及衍射光栅49B将图像在水平方向上划分为三个图像并且在垂直方向上划分为三个图像(3×3＝9)的形式。
[示例8]
示例8是示例1至7的变形。在示例8的显示装置中，基于由第一位置检测装置31检测到的目镜光学系统40H的位置信息和由第二位置检测装置32检测到的观察者50的瞳孔51的位置信息，校正图像形成装置21中形成的图像的位置。
在示例8中，在图像形成装置中，在小于整个图像形成区域的区域中形成图像。例如，当整个图像形成区域为1×1时，形成图像的区域为(p×q)。在此，0<p<1并且0<q<1。
如图11A、11B、11C和11D的概念图所示，基于整个图像形成区域的区域(1×1)形成图像的情况下的图像的外边缘由双点划线表示，基于区域(1×1)形成图像的情况下的来自图像的中心的光由点划线表示，并且基于图像形成区域(p×q)形成图像的情况下图像的外边缘由断线表示。在所示的示例中，p＝q＝0.5，并且当基于整个图像形成区域的区域(1×1)形成的图像的一侧的长度(大小)为i0时，基于区域(p×q)形成的图像的一侧的长度(大小)为i0/2。
如图11B中所示，假设观察者50的瞳孔51从图11A中所示的状态在图中向上移动。在图11A所示的状态下由观察者50观察到的图像由箭头“A”示意性地表示，并且在图11B所示的状态下由观察者50观察到的图像由箭头“B”示意性地表示。由观察者50观察到的图像从箭头“A”的状态向箭头“B”的状态移动到视网膜的下部。如上所述，目镜光学系统40H与观察者50的瞳孔51之间的相对位置的改变导致由观察者50观察到的视网膜上的图像的移动，如图11A和11B中所示。然后，在这种情况下，如图11C中所示并且如示例1至7中所述，基于由第一位置检测装置检测到的目镜光学系统的位置信息和由第二位置检测装置检测到的观察者50的瞳孔51的位置信息，转送光学系统控制装置对转送光学系统进行控制，使得从图像形成装置入射的图像到达目镜光学系统，即，从图像形成装置入射的图像经由目镜光学系统形成在观察者50的视网膜上。在图11C所示的状态下由观察者50观察到的图像由箭头“C”示意性地表示，并且由观察者50观察到的图像保持从箭头“A”的状态向箭头“C”的状态移动到视网膜的下部。
因此，基于由第一位置检测装置31检测到的目镜光学系统40H的位置信息和由第二位置检测装置32检测到的观察者50的瞳孔51的位置信息，校正图像形成装置21中形成的图像的位置。具体而言，如图11D中所示，在图像形成装置21中将区域(p×q)移动到适当位置并且形成图像，使得当观察者50观察基于区域(p×q)形成的图像时，视网膜上的图像不移动或者视网膜上的图像尽可能地少地移动。例如，在图像形成于图像形成装置21的中央区域中的情况下(参见图11A、11B和11C)，校正图像形成装置21中的图像形成位置，使得如图11D中所示图像形成在图像形成装置21上方的区域中(从转送光学系统发射的图像从转送光学系统的下部发射)。在图11D所示的状态下由观察者50观察到的图像用箭头“D”示意性地表示。即，图像形成装置21中的图像形成位置在抵消目镜光学系统40H与观察者50的瞳孔51之间的相对位置偏移的方向上移位。因而，可以尽可能更加可靠地抑制观察者50观察到的视网膜上的图像的移动，并且可以尽可能固定图像相对于观察者的视野的显示位置。
上面已经基于优选示例描述了本公开的显示装置，但是本公开的显示装置不限于这些示例。能够适当地改变显示装置的配置和结构以及图像显示装置、图像形成装置、转送光学系统或目镜光学系统的配置和结构。例如，在从显示装置来看观察者处于不合适的地方的情况下，显示装置可以执行引导，以通过语音或者图像和影像将观察者引导至适当的地方。显示装置可以包括多个图像形成装置。即，显示装置能够包括具有用于发射图像的不同位置的多个图像形成装置，并且多个图像形成装置可以发射相同的图像，并且可以由一个目镜光学系统接收这多个图像中的一个。于是，以这种方式，能够增加图像形成装置与观察者之间的相对位置关系的自由度。即，例如，当观察者位于预定位置时，来自图像形成装置的图像到达目镜光学系统，并且观察者能够通过目镜光学系统观察这个图像，并且能够扩大这个预定位置。
注意，本公开可以采用以下描述的配置。
[A01]《显示装置：第一方面》
一种显示装置，包括：
目镜光学系统；以及
图像显示装置，包括图像形成装置以及将从该图像形成装置入射的图像发射到所述目镜光学系统的转送光学系统，其中
所述目镜光学系统和所述图像显示装置被布置为在空间上彼此分离，
所述目镜光学系统将来自所述转送光学系统的图像形成在观察者的视网膜上，
所述图像显示装置还包括
检测所述目镜光学系统的位置的第一位置检测装置，
检测所述观察者的瞳孔的位置的第二位置检测装置，以及
转送光学系统控制装置，并且
基于由所述第一位置检测装置检测到的所述目镜光学系统的位置信息以及由所述第二位置检测装置检测到的所述观察者的瞳孔的位置信息，所述转送光学系统控制装置控制所述转送光学系统，使得从所述图像形成装置入射的图像到达所述目镜光学系统。
[A02]根据[A01]所述的显示装置，其中所述目镜光学系统和所述图像显示装置是能够相对移动的。
[A03]根据[A01]或[A02]所述的显示装置，其中所述目镜光学系统被安装在所述观察者身上。
[A04]根据[A01]或[A02]所述的显示装置，其中所述目镜光学系统被布置在远离所述观察者的位置处。
[A05]根据[A01]至[A04]中的任一项所述的光学装置，其中所述转送光学系统包括可移动镜。
[A06]根据[A01]至[A05]中的任一项所述的显示装置，其中，当连接所述目镜光学系统的中心和所述观察者的瞳孔的中心的直线与通过所述目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ1、从所述图像形成装置的中心发射的通过所述转送光学系统而到达所述目镜光学系统的光束与通过所述目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ2、并且所述目镜光学系统的焦距为f0(单位：mm)时，所述转送光学系统控制装置控制所述转送光学系统，以满足
f0·|tan(θ2)-tan(θ1)|≤3.5。
[A07]根据[A01]至[A06]中的任一项所述的显示装置，其中所述第二位置检测装置包括发射红外光的光发射单元以及接收由所述观察者的瞳孔反射的红外光的光接收单元，并且
所述目镜光学系统具有取决于波长的集光特性。
[A08]根据[A07]所述的显示装置，其中从所述光发射单元发射的红外光不受所述目镜光学系统的集光特性的影响。
[A09]根据[A07]或[A08]所述的光学装置，其中所述目镜光学系附接有逆反射标记。
[A10]根据[A07]至[A09]中的任一项所述的显示装置，其中所述目镜光学系统包括全息透镜。
[A11]根据[A01]至[A06]中的任一项所述的显示装置，其中所述第二位置检测装置包括接收由所述观察者的瞳孔反射的可见光的光接收单元。
[A12]根据[A11]所述的显示装置，其中所述目镜光学系统具有取决于波长的集光特性。
[A13]根据[A11]所述的显示装置，其中所述目镜光学系统包括透镜构件。
[A14]根据[A11]或[A12]所述的显示装置，其中所述目镜光学系统包括全息透镜。
[A15]根据[A01]至[A06]中的任一项所述的显示装置，其中所述第二位置检测装置包括发射红外光的光发射单元以及接收由所述观察者的瞳孔反射的红外光的光接收单元，并且
所述目镜光学系统具有取决于波长的衍射特性。
[A16]根据[A15]所述的显示装置，其中从所述光发射单元发射的红外光受到所述目镜光学系统的衍射特性的影响。
[A17]根据[A16]所述的显示装置，其中从所述光发射单元发射的红外光不受所述目镜光学系统的集光特性的影响。
[A18]根据[A15]至[A17]中的任一项所述的显示装置，其中所述目镜光学系统包括衍射光学构件。
[A19]根据[A18]所述的显示装置，其中所述衍射光学构件包括具有衍射功能的衍射构件以及具有集光功能的集光构件。
[A20]根据[A01]至[A19]中的任一项所述的显示装置，其中所述目镜光学系统包括：集光构件，来自所述转送光学系统的图像入射在该集光构件上；以及偏转构件，将从所述集光构件发射的光引导至所述观察者的瞳孔。
[A21]根据[A01]至[A20]中的任一项所述的光学装置，其中所述第一位置检测装置发射红外光。
[A22]根据[A01]至[A21]中的任一项所述的显示装置，其中基于由所述第一位置检测装置检测到的所述目镜光学系统的位置信息以及由所述第二位置检测装置检测到的所述观察者的瞳孔的位置信息来校正所述图像形成装置中形成的图像的位置。
[A23]根据[A01]至[A22]中的任一项所述的显示装置，其中所述目镜光学系统包括衍射光栅。
[A24]《显示装置：第二方面》
一种显示装置，包括：
目镜光学系统；以及
图像显示装置，包括图像形成装置以及将从该图像形成装置入射的图像发射到所述目镜光学系统的转送光学系统，其中，
所述目镜光学系统和所述图像显示装置被布置为在空间上彼此分离，
所述目镜光学系统将来自所述转送光学系统的图像形成在观察者的视网膜上，
所述图像显示装置还包括
检测所述目镜光学系统的位置的第一位置检测装置，
检测所述观察者的瞳孔的位置的第二位置检测装置，以及
转送光学系统控制装置，并且
所述第二位置检测装置被布置在能够看到所述观察者的瞳孔的位置处。
附图标记列表
10A、10B、10C、10D、10E 显示装置
20 图像显示装置
21、21a、21b、21c 图像形成装置
22 转送光学系统(可移动镜)
23 半反射镜
30 转送光学系统控制装置
31 第一位置检测装置
32 第二位置检测装置
33A、33C、33E 光发射单元
34A、34B、34C、34D、34E 光接收单元
35 滤光器(红外透射滤光器)
40A、40B、40C、40D、40E、40F、40G、40H 目镜光学系统
41 逆反射标记
42 集光构件
43 衍射构件
44 保持构件
45 玻璃窗
46、46A、46B 集光构件
47、47A、47B 偏转构件
48 支撑构件
49A 集光构件
49B 衍射光栅
50 观察者
51 瞳孔
52 框架
60 壳体
61 光源
62 偏振分束器
63 液晶显示装置(LCD)
64 光学系统
65 有机EL显示装置
66 凸透镜
71 光源
72 准直光学系统
73 全反射镜
74 扫描部件
75 中继光学系统
80 房间
81 墙面
82 座椅

Claims (20)

1.一种显示装置，包括：
目镜光学系统；以及
图像显示装置，包括图像形成装置以及将从该图像形成装置入射的图像发射到所述目镜光学系统的转送光学系统，其中，
所述目镜光学系统和所述图像显示装置被布置为在空间上彼此分离，
所述目镜光学系统将来自所述转送光学系统的图像形成在观察者的视网膜上，
所述图像显示装置还包括
检测所述目镜光学系统的位置的第一位置检测装置，
检测所述观察者的瞳孔的位置的第二位置检测装置，以及
转送光学系统控制装置，并且
基于由所述第一位置检测装置检测到的所述目镜光学系统的位置信息以及由所述第二位置检测装置检测到的所述观察者的瞳孔的位置信息，所述转送光学系统控制装置控制所述转送光学系统，使得从所述图像形成装置入射的图像到达所述目镜光学系统。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统和所述图像显示装置是能够相对移动的。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统被安装在所述观察者身上。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统被布置在远离所述观察者的位置处。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述转送光学系统包括可移动镜。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其中，当连接所述目镜光学系统的中心和所述观察者的瞳孔的中心的直线与通过所述目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ1、从所述图像形成装置的中心发射的通过所述转送光学系统而到达所述目镜光学系统的光束与通过所述目镜光学系统的中心的法线所形成的角度为θ2、并且所述目镜光学系统的焦距为f0(单位：mm)时，所述转送光学系统控制装置控制所述转送光学系统，以满足
f0·|tan(θ2)-tan(θ1)|≤3.5。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
所述第二位置检测装置包括发射红外光的光发射单元以及接收由所述观察者的瞳孔反射的红外光的光接收单元，并且
所述目镜光学系统具有取决于波长的集光特性。
8.根据权利要求7所述的光学装置，其中，所述目镜光学系统附接有逆反射标记。
9.根据权利要求7所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统包括全息透镜。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述第二位置检测装置包括接收由所述观察者的瞳孔反射的可见光的光接收单元。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统具有取决于波长的集光特性。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
所述第二位置检测装置包括发射红外光的光发射单元以及接收由所述观察者的瞳孔反射的红外光的光接收单元，并且
所述目镜光学系统具有取决于波长的衍射特性。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，从所述光发射单元发射的红外光受到所述目镜光学系统的衍射特性的影响。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统包括衍射光学构件。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其中，所述衍射光学构件包括具有衍射功能的衍射构件以及具有集光功能的集光构件。
16.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统包括：集光构件，来自所述转送光学系统的图像入射在该集光构件上；以及偏转构件，将从所述集光构件发射的光引导至所述观察者的瞳孔。
17.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一位置检测装置发射红外光。
18.根据权利要求1所述的显示装置，其中，基于由所述第一位置检测装置检测到的所述目镜光学系统的位置信息以及由所述第二位置检测装置检测到的所述观察者的瞳孔的位置信息来校正所述图像形成装置中形成的图像的位置。
19.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述目镜光学系统包括衍射光栅。
20.一种显示装置，包括：
目镜光学系统；以及
图像显示装置，包括图像形成装置以及将从该图像形成装置入射的图像发射到所述目镜光学系统的转送光学系统，其中，
所述目镜光学系统和所述图像显示装置被布置为在空间上彼此分离，
所述目镜光学系统将来自所述转送光学系统的图像形成在观察者的视网膜上，
所述图像显示装置还包括
检测所述目镜光学系统的位置的第一位置检测装置，
检测所述观察者的瞳孔的位置的第二位置检测装置，以及
转送光学系统控制装置，并且
所述第二位置检测装置被布置在能够看到所述观察者的瞳孔的位置处。
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