CN112955808A - 影像投射系统、影像投射装置、影像显示光衍射光学元件以及影像投射方法 - Google Patents

Abstract

本技术提供了一种影像投射系统(100)，该影像投射系统包括：影像投射装置(101)，设置有将影像显示光投射到眼球(130)上的投射光学系统(110)；以及光学元件(120)，使影像显示光在瞳孔附近被会聚，并使该影像显示光到达视网膜。影像投射系统(100)在光学元件(120)与眼球(130)之间的位置关系固定的状态下被使用。本技术还提供了一种影像投射方法，该影像投射方法包括：投射步骤，从影像投射装置朝向眼球投射影像显示光；以及聚光步骤，利用光学元件(120)使在投射步骤中被投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚，并使该影像显示光到达视网膜。在光学元件(120)与眼球(130)之间的位置关系固定的状态下执行投射步骤和聚光步骤。

Description

影像投射系统、影像投射装置、影像显示光衍射光学元件以及 影像投射方法

技术领域

本发明涉及影像投射系统、影像投射装置、影像显示光衍射光学元件以及影像投射方法。更具体而言，本技术涉及：一种影像投射系统，配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统以及被配置为使该影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜的光学元件；所述影像投射系统中包括的每个元件；以及所述影像投射系统中的影像投射方法。

背景技术

近年来，注意力已集中到将图像叠加在外界的场景上的技术。本技术也被称为增强现实(AR)技术。使用这种技术的产品之一是头戴式显示器。头戴式显示器通过安装在用户的头上来使用。在使用头戴式显示器的图像显示方法中，例如，当除了来自外界的光之外还有来自头戴式显示器的光到达用户的眼睛时，用户将来自显示器的光的图像识别为好像叠加在外界的图像上。

关于AR技术，还已经提出了使用隐形眼镜作为光学元件的影像呈现方法。例如，下面的专利文献1公开了一种通过利用光束扫描用户的视网膜来显示图像的光束扫描型显示装置。该光束扫描型显示装置包括：壳体，安装有输出对构成图像的每个像素进行描绘的光束的光源以及在二维方向上对来自所述光源的光束执行扫描的扫描单元；以及隐形眼镜，包括使所述扫描单元用来执行扫描的光束在朝向佩戴所述壳体的用户的眼睛视网膜方向上偏转的偏转单元，并且独立于壳体。

引文列表

专利文献

专利文献1：国际公开号2009/066446

发明内容

本发明要解决的问题

将影像直接投射到视网膜上的头戴式显示器使影像显示光在瞳孔附近被会聚并到达视网膜。因此，当用户改变视线等而旋转眼球时，影像显示光可能不会通过瞳孔并且可能不会到达视网膜。因此，本技术的主要目的是提供用于不受瞳孔的位置影响而识别影像的技术。

问题的解决方案

本技术提供了一种影像投射系统，该影像投射系统包括：影像投射装置，配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统；以及光学元件，被配置为使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。所述影像投射系统在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下被使用。

根据本技术的一个实施方面，入射在所述光学元件上的所述影像显示光的主光束可以基本上平行于光轴。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以在与所述眼球的表面接触的状态下被使用。

根据本技术的一个实施方面，所述影像投射系统可以在所述光学元件与瞳孔之间的位置关系固定的状态下被使用。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以在不与所述眼球的表面接触的状态下被使用。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以具有曲面，并且该曲面的曲率中心和所述眼球的表面的曲面的曲率中心可以基本上同心。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以是全息光学元件。

根据本技术的一个实施方面，所述投射光学系统可以包括二维阵列显示元件，并且所述二维阵列显示元件可以形成所述影像显示光。

根据本技术的一个实施方面，所述投射光学系统可以包括扫描镜，并且所述扫描镜可以形成所述影像显示光。

根据本技术的一个实施方面，所述投射光学系统可以包括部分复用(multiplexing)构件，并且所述部分复用构件可以对所述影像显示光进行反射或衍射以使所述影像显示光到达所述光学元件。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以具有全息光学元件层，并且所述全息光学元件层可以对入射在所述光学元件上的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件还可以具有0阶光反射层，所述光学元件可以从外界侧起按照所述全息光学元件层和所述0阶光反射层的次序被层叠，并且所述0阶光反射层可以对通过所述全息光学元件层的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。

根据本技术的一个实施方面，所述全息光学元件层可以包括多个层，并且所述多个层可以衍射具有彼此不同的波长的光。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以具有第一全息光学元件层和第二全息光学元件层，所述光学元件可以从外界侧起按照所述第一全息光学元件层和所述第二全息光学元件层的次序被层叠，所述第一全息光学元件层可以透射所述影像显示光，所述第二全息光学元件层可以对透射的所述影像显示光进行反射，并且所述第一全息光学元件层可以对反射的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件还可以具有0阶光反射层，所述光学元件可以从外界侧起按照所述第一全息光学元件层、所述第二全息光学元件层和所述0阶光反射层的次序被层叠，并且所述0阶光反射层可以对通过所述第一全息光学元件层和所述第二全息光学元件层的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。

根据本技术的一个实施方面，所述第一全息光学元件层和/或所述第二全息光学元件层可以包括多个层，并且所述多个层可以衍射具有彼此不同的波长的光。

根据本技术的一个实施方面，所述投射光学系统可以包括光分选元件，并且所述光分选元件可以从所述影像显示光中分离并移除不需要的波长分量。

根据本技术的一个实施方面，所述光学元件可以具有全息光学元件层，并且所述全息光学元件层可以对入射在所述光学元件上的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔的前侧或后侧被会聚。

根据本技术的一个实施方面，所述影像投射系统还可以设置有：眼球位置检测装置，被配置为检测所述眼球相对于所述光学元件的位置；以及控制单元，被配置为基于所述眼球位置检测装置的检测结果来指定到达视网膜的光束组，并控制所述投射光学系统利用该光束组形成所述影像显示光。

此外，本技术还提供了一种影像投射装置，该影像投射装置包括被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统。该影像投射装置与被配置为使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜的光学元件组合使用，并且在组合使用时所述光学元件与所述眼球之间的位置关系是固定的。

此外，本技术还提供了一种影像显示光衍射光学元件，该影像显示光衍射光学元件与配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统的影像投射装置组合使用，并且在组合使用时该影像显示光衍射光学元件与所述眼球的位置关系是固定的。所述影像显示光衍射光学元件使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。

此外，本技术还提供了一种影像投射方法，该影像投射方法包括：投射步骤，从影像投射装置朝向眼球投射影像显示光；以及聚光步骤，利用光学元件使在所述投射步骤中被投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。在该影像投射方法中，在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下执行所述投射步骤和所述聚光步骤。

附图说明

图1是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图2是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件与影像显示光之间的关系的图。

图3是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图4是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图5是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图6是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图7是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图8是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图9是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图10是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图11是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图12是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图13是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图14是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图15是示出根据本技术的影像投射装置的示例的图。

图16是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图17是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图18是示出根据本技术的影像投射系统的实验示例的图。

图19是示出根据本技术的影像投射系统的实验示例的图。

图20是示出根据本技术的影像投射系统的实验示例的图。

图21是示出根据本技术的影像投射系统的实验示例的图。

图22是示出根据本技术的影像投射系统的实验示例的图。

图23是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图24是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图25是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图26是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图27是示出根据本技术的影像显示光衍射光学元件的示例的图。

图28是示出根据本技术的影像投射系统的衍射效率的示例的图。

图29是示出根据本技术的影像投射系统的衍射效率的示例的图。

图30是示出根据本技术的影像投射系统的示例的图。

图31是示出根据本技术的影像投射系统的衍射效率的示例的图。

图32是示出根据本技术的影像投射系统的衍射效率的示例的图。

图33是示出根据本技术的变形示例1的影像投射系统的图。

图34是示出根据本技术的变形示例1的影像投射系统的图。

图35是示出根据本技术的变形示例1的影像投射系统的图。

图36是示出根据本技术的变形示例2的影像投射系统的图。

图37是示出根据本技术的变形示例2的影像投射系统的图。

图38是示出根据本技术的变形示例2的影像投射系统的图。

图39是示出根据本技术的变形示例1和变形示例2的影像投射系统的功能的框图。

具体实施方式

在下文中，将描述用于实施本技术的优选模式。注意，以下描述的实施例示出了本技术的代表性实施例，并且不限制本技术的范围。注意，将按以下次序描述本技术。

1.第一实施例(影像投射系统)

(1)第一实施例的描述

(2)第一实施例的第一示例(影像投射系统)

(3)第一实施例的第二示例(影像投射系统)

(4)第一实施例的第三示例(影像投射装置的配置示例)

(5)第一实施例的第四示例(光学元件的配置示例)

(6)第一实施例的第五示例(光学元件的配置示例)

(7)第一实施例的第六示例(影像投射装置的配置示例)

2.第二实施例(影像投射装置)

3.第三实施例(影像显示光衍射光学元件)

4.第四实施例(影像投射方法)

5.变形示例(影像投射系统)

1.第一实施例(影像投射系统)

(1)第一实施例的描述

根据本技术的影像投射系统包括配备有投射光学系统的影像投射装置以及光学元件。投射光学系统朝向设置在眼球前方的光学元件投射影像显示光。由于本技术的光学元件在与眼球的位置关系固定的状态下被使用，因此即使眼球相对于投射光学系统的位置移动，影像显示光也可以在瞳孔附近被会聚，并且能够显示的视场变宽。

根据本技术的一个实施方面，投射光学系统可以包括二维阵列显示元件。二维阵列显示元件可以根据从光源发射的照明光形成影像显示光。二维阵列显示元件例如可以是LCD、LCOS或OLED。

根据本技术的另一个实施方面，投射光学系统可以包括扫描镜。扫描镜可以扫描从光源发射的激光束以使激光束到达光学元件。作为扫描的结果，可以形成影像。扫描镜例如可以是MEMS镜。

根据本技术的一个实施方面，光学元件可以在与眼球的表面接触的状态下被使用。例如，光学元件可以在与瞳孔的位置关系固定的状态下被使用。在本实施例中，光学元件例如可以是具有与隐形眼镜的材料相似的材料的隐形眼镜形状的光学元件，并且更特别地是隐形眼镜形状的全息光学元件。由于光学元件是隐形眼镜形状的光学元件，因此可以扩大能够识别由影像显示光形成的影像的视场(field of view)，例如扩大到60度以上。此外，由于光学元件是隐形眼镜形状的光学元件，因此可以容易地扩大眼盒(eye box)(即，能够识别由影像显示光形成的影像的眼球周围的空间区域)。

根据本技术的另一个实施方面，光学元件可以在不与眼球的表面接触的状态下被使用。在本实施方面中，光学元件例如可以在眼球的表面和光学元件的眼球侧的表面之间具有20mm以下的距离。该距离例如可以是12mm以上，以防止在安装时用户的睫毛与光学元件接触。

(2)第一实施例的第一示例(影像投射系统)

根据本技术的一个实施方面，投射光学系统包括二维阵列显示元件。将参考图1至图4描述根据本实施例的影像投射系统的示例。

图1(a)是示出根据本技术的影像投射系统100的示例的示意图。此外，图1(b)是图1(a)的区域A的放大图。注意，图1示意性地示出了从投射光学系统110发射的主光束和外围光束。

如图1(a)中所示，影像投射系统100包括影像投射装置101和光学元件120。由于影像投射系统100在光学元件120与眼球130之间的位置关系固定的状态下被使用，因此即使眼球130旋转，光学元件120与眼球130的旋转中心之间的距离也不改变。因此，不需要根据眼球的移动来调整影像显示光，并且不需要设置眼睛跟踪装置。

影像投射装置101包括投射光学系统110，并且投射光学系统110包括二维阵列显示元件111、第一透镜112和第二透镜113。

二维阵列显示元件111例如根据从光源(未示出)发射的照明光来形成影像显示光。例如，在光源和二维阵列显示元件111之间的光路上，可以设置成像系统和颜色分离合成系统。这些组件的布置可以由本领域技术人员适当地设计。二维阵列显示元件111例如可以是LCD、LCOS或OLED。

二维阵列显示元件111对影像显示光的发射例如可以由控制单元(未示出)控制。即，影像投射装置101可以包括控制单元(未示出)，该控制单元被配置为控制二维阵列显示元件111对影像显示光的发射。控制单元例如可以包括中央处理单元(CPU)和RAM。作为CPU，可以使用任何处理器。RAM例如可以包括高速缓存存储器和主存储器，并且暂时存储由CPU使用的程序。影像投射装置101例如还可以包括用于控制影像显示元件的各种组件，诸如盘、通信装置和驱动器。盘例如可以存储诸如用于实现二维阵列显示元件111对影像显示光的发射的程序的各种程序以及各种图像数据。通信装置例如可以从网络获取用于控制影像显示元件的程序和/或图像数据。驱动器可以读出例如记录在诸如microSD存储卡和SD存储卡的记录介质上的程序和/或图像数据，并输出到RAM。

在影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜的影像呈现方法(也称为基于麦克斯韦观察(Maxwellian view)的图像呈现)中，传统上经常使用扫描镜。在使用扫描镜的情况下，要求使用激光束作为光源。

在本技术的影像投射系统中，由于可以如上所述使用二维阵列显示元件，因此加宽了光源的选择范围。此外，在利用扫描镜扫描激光束的情况下，难以加宽显示视角，并且当要增加像素数时，每个像素的显示时间可能变短并且显示驱动可能困难。然而，即使在宽视角的情况下，二维阵列显示元件也使得可以通过增加显示元件的像素数来容易地增加像素数。

第一透镜112和第二透镜113设置在二维阵列显示元件111与光学元件120之间。如图1(a)中所示，从二维阵列显示元件111投射的影像显示光被第一透镜112折射，并进一步被第二透镜113折射，以入射在光学元件120上。

如图1(b)中所示，影像投射系统100被配置为使得被第二透镜113折射的影像显示光具有紧接在光学元件120之前的P1至P3处的焦点。由于影像显示光具有紧接在光学元件120之前的焦点，因此防止外围光束被瞳孔散发，并且可以使外围光束充分入射在瞳孔上。因此，当光学元件120使外围光束在瞳孔附近被会聚时，可以将明亮的像投射到视网膜132上。焦点与光学元件120之间的距离可以根据期望入射在瞳孔上的外围光束的量来设置。

在本实施例中，入射在光学元件120上的影像显示光的主光束可以优选地具有使得影像显示光可以在入射在光学元件120上之后在瞳孔附近被会聚的方向，并且更优选地，可以基本上平行于光轴。即，在本实施例中，优选的是影像显示光的主光束作为远心光束到达光学元件120。投射光学系统110可以被配置为使得主光束基本上平行于光轴的影像显示光入射在光学元件120上。

如图2中所示，由于影像显示光的主光束基本上平行于光轴，因此即使光学元件120和眼球130的位置改变，影像显示光也可以在瞳孔附近被会聚。具体而言，例如，即使光学元件120和眼球130从图2(a)中所示的位置移动到图2(b)或图2(c)中所示的位置，影像显示光也可以在瞳孔附近被会聚并被引导至视网膜132。

此外，当影像显示光的主光束基本上平行于光轴时，即使光学元件120和眼球130的位置改变，入射在光学元件120上的影像显示光的主光束的角度和位置也始终不变。因此，根据本实施例，即使眼球130移动，也可以防止用户所识别的视场的中心部分的分辨率改变。

在本实施例中，投射光学系统110可以被配置为使得影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜132。即，影像显示光可以通过所谓的麦克斯韦观察而被投射到视网膜132上。例如，如图1(a)中所示，从投射光学系统110投射的影像显示光被光学元件120衍射。衍射的影像显示光在瞳孔附近被会聚，然后到达视网膜132。

在麦克斯韦观察光学系统中，由于显示影像中的一个点(最小显示单位)通过晶状体131上的一个点，因此视网膜上的一个点的像不易受到晶状体131的状态的影响。因此，即使例如具有近视、远视、散光等的用户也可以清楚地识别影像。此外，看起来漂浮在空间中的虚像没有焦点，并且虚像在距眼睛任何距离处都能对焦。

在本技术中，影像显示光可以在瞳孔附近被会聚，例如可以在瞳孔上被会聚或者可以在光轴方向上从瞳孔移位几mm到十几mm(例如1mm到20mm，特别是2mm到15mm)。如在后一种情况下，即使焦点不在瞳孔上，也可以实现麦克斯韦观察。通过使焦点在光轴方向上移位，即使在影像移位的情况下也可以使用户难以丢失影像。更具体而言，影像显示光可以在瞳孔上、在晶状体131中或者在角膜表面与瞳孔之间被会聚。

在本实施例中，影像显示光的主光束可以在影像显示光在瞳孔附近被会聚的条件下发散或收敛。以这种方式发散或收敛的主光束被包括在本技术中的“基本上平行”的主光束中。例如，由于制造公差而稍微发散或收敛的主光束被包括在“基本上平行”的主光束中。

例如，被第二透镜113折射的影像显示光可以如图3中所示发散或者可以如图4中所示收敛。当主光束发散时，相对于光轴的最大角度与最小角度之差θ₁优选为5度以下、4度以下、3度以下、2度以下或者1度以下。在主光束收敛的情况下，没有特别限制，但是相对于光轴的最大角度与最小角度之差θ₂更优选为5度以下、4度以下、3度以下、2度以下或者1度以下。

光学元件120使影像显示光在瞳孔附近被会聚并到达视网膜132。

在本技术中，光学元件120在与眼球130的位置关系固定的状态下使用。优选地，如图1中所示，光学元件120例如可以与眼球130接触地设置，并且可以在光学元件120与瞳孔之间的位置关系固定的状态下被使用。此外，光学元件120可以具有曲面，并且该曲面的曲率中心与眼球130的旋转中心可以是同心的。通过固定光学元件120与瞳孔之间的位置关系，即使眼球130旋转而改变瞳孔的位置，被透镜113折射的影像显示光也可以在瞳孔附近被会聚。

在本技术中，光学元件120例如是隐形眼镜形状的光学元件，并且优选地可以是隐形眼镜形状的全息光学元件。由于光学元件120是隐形眼镜形状的光学元件，因此可以扩大能够识别由影像显示光形成的影像的视场，例如扩大到60度以上，更特别地扩大到100度以上。此外，由于光学元件120是隐形眼镜形状的光学元件，因此可以容易地扩大眼盒(即，能够识别由影像显示光形成的影像的眼球周围的空间区域)。

这种全息光学元件层可以通过技术领域中已知的技术来制造，或者可以通过技术领域中已知的技术而被赋予期望的光学特性。例如，可以原样地使用被制造为在瞳孔附近会聚从投射光学系统110投射的影像显示光的全息光学元件作为光学元件120，或者可以在具有一般作为隐形眼镜材料而被使用的材料的保护层内部形成一个或两个或更多全息光学元件层并且用作光学元件120。可替代地，也可以在可商购的隐形眼镜的表面或具有一般作为隐形眼镜材料而被使用的材料的保护层内部形成光聚合物层，并且以使得从投射光学系统110投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚的方式在光聚合物层中形成全息图，以用作光学元件120。此外，可以使用一般称为DOE的浮雕型衍射光学元件作为光学元件120。可替代地，也可以使用通过在可商购的隐形眼镜的表面或具有一般作为隐形眼镜材料而被使用的材料的保护层内部利用压印法等制作凹凸的表面并形成干涉条纹以使得从投射光学系统110投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚而获得的压纹型全息图作为光学元件120。光学元件120可以具有作为隐形眼镜的功能(例如视力校正功能)，或者可以不具有这种功能。

(3)第一实施例的第二示例(影像投射系统)

根据本技术的另一个实施方面，投射光学系统包括扫描镜。将参考图5至图7描述本实施例中的影像投射系统的示例。注意，由于上述描述(2)适用于光学元件，因此以下将省略描述。

图5是示出根据本技术的影像投射系统200的示例的示意图。

如图5中所示，影像投射系统200包括影像投射装置201和光学元件220。影像投射装置201包括投射光学系统210，并且投射光学系统210包括光源211、扫描镜212和透镜213。

光源211朝向扫描镜212发射光束。作为光源211，例如可以使用LED或LD。光源211可以作为例如包括红色、绿色和蓝色的激光束的单个光束而被输出。

扫描镜212可以二维地扫描从光源211发射的激光束，以使该激光束到达光学元件220。作为扫描镜212，例如可以使用MEMS镜。扫描镜212可以高速移动激光束的方向，使得在视网膜232上形成影像。

来自光源211的影像显示光的发射例如可以由控制单元(未示出)控制。即，影像投射装置201可以包括控制单元(未示出)，该控制单元被配置为控制光源211对影像显示光的发射。此外，控制单元可以控制扫描镜212的驱动。例如，控制单元可以改变扫描镜212的扫描摆动角度。控制单元例如可以包括中央处理单元(CPU)和RAM。作为CPU，可以使用任何处理器。RAM例如可以包括高速缓存存储器和主存储器，并且暂时存储由CPU使用的程序。影像投射装置201例如还可以包括用于控制影像显示元件的各种组件，诸如盘、通信装置和驱动器。盘例如可以存储诸如用于实现光源211对影像显示光的发射的程序的各种程序和各种图像数据。通信装置例如可以从网络获取用于控制影像显示元件的程序和/或图像数据。驱动器可以读出例如记录在诸如microSD存储卡和SD存储卡的记录介质上的程序和/或图像数据，并输出到RAM。

透镜213设置在光源211与光学元件220之间。如图5中所示，从光源211投射的影像显示光被透镜213折射，并入射在光学元件220上。

在本实施例中，入射在光学元件220上的影像显示光的主光束可以优选地具有使得影像显示光可以在入射在光学元件220上之后在瞳孔附近被会聚的方向，并且更优选地，可以基本上平行于光轴。即，在本实施例中，优选的是影像显示光的主光束作为远心光束到达光学元件220。投射光学系统210可以被配置为使得主光束基本上平行于光轴的影像显示光入射在光学元件220上。

如上述(2)中参考图2所述，由于影像显示光的主光束基本上平行于光轴，因此即使光学元件220和眼球230的位置改变，影像显示光也可以在瞳孔附近被会聚。此外，在本实施例中，由于影像显示光通过所谓的麦克斯韦观察而被投射到视网膜232上，因此类似地产生上述(2)中描述的麦克斯韦观察的效果。

而且在本实施例中，类似于上述(2)，影像显示光的主光束可以在影像显示光在瞳孔附近被会聚的条件下发散或收敛。

例如，被透镜213折射的影像显示光可以如图6中所示发散或者可以如图7中所示收敛。在主光束发散的情况下，相对于光轴的最大角度与最小角度之差θ₃优选为5度以下、4度以下、3度以下、2度以下或者1度以下。在主光束收敛的情况下，没有特别限制，但是相对于光轴的最大角度与最小角度之差θ₄更优选为5度以下、4度以下、3度以下、2度以下或者1度以下。

(4)第一实施例的第三示例(影像投射装置的配置示例)

参考图8至图15示出影像投射装置的配置示例。在以下所示的配置示例中，由于在用户的正面视线中不存在投射光学系统，因此可以不阻挡正面视场而将影像显示光引导至视网膜，并且影像投射系统可以被制作成所谓的透视型。

如图8中所示，影像投射装置301可以被配置为相对于眼球330倾斜地投射影像显示光的主光束。注意，本领域技术人员可以在不阻挡用户的视线方向的范围内在影像显示光在瞳孔附近被会聚的条件下适当地设置投射影像显示光的角度。例如，影像投射装置301可以设置在脸部的侧面或者眼睛上方(例如前额附近)。根据这种配置，由于在眼球330的正面不存在光学组件，因此可以实现接近裸眼的状态的视场。

如图9中所示，影像投射装置301可以包括反射镜314。影像投射装置301可以被配置为使得从投射光学系统310发射的影像显示光被反射镜314反射并且被倾斜地投射到眼球330。根据这种配置，由于在眼球330的正面不存在光学组件，因此可以实现接近裸眼的状态的视场，并且使影像投射装置301比图8中的紧凑。

如图10中所示，影像投射装置301可以包括导光板315、第一全息图316a和第二全息图316b。影像投射装置301可以被配置为通过使得从投射光学系统310发射的影像显示光被第一全息图316a衍射、在导光板315中被全反射并被第二全息图316b衍射而从瞳孔的正面投射影像显示光的主光束。导光板315可以由技术领域中已知的导光板材料形成，例如可以由丙烯酸树脂(例如PMMA等)、环烯烃树脂(例如COP等)或聚碳酸酯树脂形成。此外，第一全息图316a和第二全息图316b例如可以是全息光学元件。

注意，在图10中，当从眼球330观看时，第一全息图316a和第二全息图316b设置在导光板315的后侧，但是第一全息图316a和第二全息图316b也可以设置在导光板315的前侧。

如图11中所示，影像投射装置301可以在眼球330的正面包括反射式全息光学元件317。影像投射装置301可以被配置为使得从投射光学系统310发射的影像显示光被反射式全息光学元件317反射并且被投射到眼球330上。反射式全息光学元件317可以是技术领域中已知的反射式全息光学元件。

如图12和图13中所示，影像投射装置401可以包括部分复用构件414。对于部分复用构件414，例如，可以使用半反射镜。部分复用部件414可以具有对从投射光学系统410发射的影像显示光进行反射或衍射以使影像显示光到达光学元件420并且透射来自外界的光的特性。根据部分复用构件414，由于可以不阻挡外界的景象而使影像显示光到达视网膜432，因此可以将外界的景象与影像显示光叠加。

注意，部分复用构件414不限于二维阵列显示元件411形成影像显示光的情况，而是可以类似地用于由光源511和扫描镜512形成影像显示光的情况，如图14和图15中所示。

(5)第一实施例的第四示例(光学元件的配置示例)

根据本技术的一个实施方面，光学元件可以在不与眼球表面接触的状态下被使用。将参考图16和图17描述本实施例中的影像投射系统的示例。

光学元件620例如可以在眼球630的表面与该光学元件620的眼球侧的表面之间的距离例如为20mm以下、优选为18mm以下的状态下使用。该距离例如可以是12mm以上，优选为14mm以上，使得在安装时用户的睫毛不与光学元件接触。

此外，如图17中所示，光学元件620可以具有曲面。优选的是该曲面的曲率中心与眼球630的表面的曲率中心基本上同心。而且，更优选的是该曲面的曲率中心与眼球630的旋转中心基本上同心。根据这种配置，由于即使眼球630旋转，光学元件620也可以将影像显示光引导至瞳孔，因此可以加宽视场。注意，在本实施例中，在影像显示光在瞳孔附近被会聚的条件下，光学元件620的曲面的曲率中心与眼球630的表面的曲率中心可以具有某个偏差。这样的某个偏差也被包括在本技术的“基本上同心”中。例如，由于光学元件620的制造公差，“基本上同心”甚至包括光学元件620的曲面的曲率中心与眼球630的表面的曲率中心之间的微小偏差。

如下测试由根据本实施例的影像投射系统的示例实现的视角。

如图18中所示，影像投射系统600-1中包括的二维阵列显示元件611、第一透镜612(焦距75mm)、第二透镜613(焦距75mm)和光学元件620设置在眼球630的正面，从而成为4f光学系统。影像投射系统600-1被配置为使得来自光源611的影像显示光基本上平行于光轴而到达光学元件620。光学元件620由具有两层结构的反射式全息光学元件构成。该具有两层结构的反射式全息光学元件被适配成使得眼球侧的全息光学元件在垂直方向(即，相对于入射方向为0度)上反射从眼球630的正面方向(即，相对于光轴为0度)入射的影像显示光，并且外界侧的全息光学元件在垂直方向(即，相对于入射方向为0度)上以0.78的NA反射该被反射的影像显示光。利用这样的影像投射系统600-1，可以获得102.5度的视角。如上所述，利用根据本实施例的影像投射系统，可以获得宽视角。

图19示出了影像投射系统600-2的另一个示例。在上述示例中的第二透镜613之后，相对于第一透镜612和第二透镜613以45度角设置了半反射镜614，并且相对于二维阵列显示元件611以90度角设置了光学元件620。在这个示例中，当使用具有与上述示例的配置相似的配置的光学元件620时，可以不阻挡正面方向上的视场而获得102.5度的视角。如上所述，利用根据本实施例的影像投射系统，可以获得宽视角。

图20示出了影像投射系统600-3的另一个示例。相对于第一透镜612和第二透镜613以55度角设置了上述示例中的二维阵列显示元件611，在第二透镜613之后相对于第一透镜612和第二透镜613以53度角设置了半反射镜614，并且将光学元件620设置成与半反射镜614平行(即，相对于第一透镜612和第二透镜613成53度角)。在这个示例中，当使用具有与上述示例的配置相似的配置的光学元件620时，可以不阻挡正面方向上的视场而获得102.5度的视角。如上所述，利用根据本实施例的影像投射系统，可以获得宽视角。

作为另一个示例，如图21中所示，影像投射系统600-4中包括的光源615、MEMS镜616、透镜617和光学元件620设置在眼球630的正面。影像投射系统600-4被配置为使得来自光源615的影像显示光基本上平行于光轴而到达光学元件620。在这个示例中，当使用具有与上述示例的配置相似的配置的光学元件620时，可以获得102.5度的视角。如上所述，利用根据本实施例的影像投射系统，可以获得宽视角。

作为又一个示例，如图22中所示，影像投射系统600-5中包括的光源615、MEMS镜616和透镜617被设置成从眼球630的正面方向倾斜60度，并且将光学元件620设置在眼球630的正面。影像投射系统600-5被配置为使得来自光源615的影像显示光基本上平行于光轴而到达光学元件620。光学元件620由具有两层结构的反射式全息光学元件构成。该具有两层结构的反射式全息光学元件被适配成使得眼球侧的全息光学元件在垂直方向(即，相对于入射方向为0度)上反射相对于眼球630的正面方向倾斜60度入射的影像显示光，并且外界侧的全息光学元件在垂直方向(即，相对于入射方向为0度)上以0.78的NA反射该被反射的影像显示光。利用这样的影像投射系统600-5，可以不阻挡正面方向上的视场而获得102.5度的视角。

通常，以透视型难以获得超过100度的视角，但是本实施例使得可以获得超过100度的视角。

(6)第一实施例的第五示例(光学元件的配置示例)

根据本技术的一个实施方面，光学元件可以具有一个或多个光学元件层。将参考图23至图27描述本实施例中的光学元件的示例。注意，在图23至图27中，由实线示出的光束是入射光束和出射光束，而由点线示出的光束是0阶光。

如图23中所示，光学元件720可以具有全息光学元件层721。该全息光学元件层721可以对入射在光学元件720上的影像显示光进行衍射以使影像显示光在瞳孔附近被会聚。在本实施例中，光学元件720可以在外界侧和眼球侧分别具有保护层722a和722b。

如图24中所示，光学元件720还可以包括0阶光反射层723。在本实施例中，光学元件720可以从外界侧起按照全息光学元件层721和0阶光反射层723的次序被层叠。0阶光反射层723可以对已通过全息光学元件层721的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。根据这种配置，由于可以不受0阶光的影响而使影像显示光到达眼球730，因此可以清楚地识别影像。

注意，全息光学元件层721例如可以在一个层中多重地形成衍射红色、绿色和蓝色的光的三个全息图，或者可以包括多个层。该多个层可以被配置为衍射具有彼此不同的波长的光。利用包括多个层的全息光学元件层721，可以提高影像显示光的衍射效率。

图25(a)至25(c)示出了全息光学元件层721包括多个层的示例。例如，如图25(a)中所示，可以在全息光学元件层721中针对期望衍射的每个波长设置一个层。具体而言，可以从外界侧起按照衍射红色波长的层721a、衍射绿色波长的层721b和衍射蓝色波长的层721c的次序进行层叠。可替代地，如图25(b)和25(c)中所示，可以在全息光学元件层721包括的一个层中形成衍射多个波长的光的多个全息图。具体而言，如图25(b)中所示，可以从外界侧起按照衍射红色和蓝色波长的层721d和衍射绿色波长的层721e的次序进行层叠。可替代地，如图25(c)中所示，可以从外界侧起按照衍射绿色波长的层721f和衍射红色和蓝色波长的层721g的次序进行层叠。

如图26中所示，光学元件720可以具有第一全息光学元件层724和第二全息光学元件层725。在本实施例中，在光学元件720中，可以从外界侧起按照第一全息光学元件层724和第二全息光学元件层725的次序进行层叠。第一全息光学元件层724可以对入射在光学元件720上的影像显示光进行透射，第二全息光学元件层725可以对透射的影像显示光进行反射，并且第一全息光学元件层724可以对反射的影像显示光进行衍射以使影像显示光在瞳孔附近被会聚。而且在本实施例中，光学元件720可以在外界侧和眼球侧分别具有保护层722a和722b。

如图27中所示，光学元件720还可以包括0阶光反射层726。在本实施例中，在光学元件720中，可以从外界侧起按照第一全息光学元件层724、第二全息光学元件层725和0阶光反射层726的次序进行层叠。0阶光反射层726可以对已通过第一全息光学元件层724和第二全息光学元件层725的0阶光进行反射，以使该0阶光向眼球以外的方向前进。根据这种配置，由于可以不受0阶光的影响而使影像显示光到达眼球730，因此可以清楚地识别影像。

注意，类似于上述全息光学元件层721，第一全息光学元件层724和/或第二全息光学元件层725例如可以在一个层中多重地形成衍射红色、绿色和蓝色的光的三个全息图，或者可以包括多个层。该多个层可以被配置为衍射具有彼此不同波长的光。通过将第一全息光学元件层724和/或第二全息光学元件层725配置为具有多个层，可以提高影像显示光的衍射效率。

(7)第一实施例的第六示例(影像投射装置的配置示例)

根据本技术的一个实施方面，投射光学系统可以包括光分选元件。将参考图28至图32描述本实施例中的光学元件的示例。

图28示出了全息光学元件的衍射效率的特性，该全息光学元件被制作为使得在使用具有宽波长带的灯作为光源并且光学元件包括两个光学元件层的情况下，在所有波长的光入射在光学元件上的情况下，相对于光轴以0度入射在眼球侧的第一层上的光在原始方向上被反射和衍射。图29是示出在原始方向上被反射和衍射并被外侧的第二层在瞳孔附近会聚的光的衍射光束分量的一部分并且示出在这里被制作为以45度方向进行反射和衍射的全息光学元件的衍射效率的特性的图。注意，光学元件中包括的全息图的设计波长是460nm、532nm和660nm。

图28中的区域a示出了相对于光轴以0度入射在光学元件的眼球侧的第一层上的光的波长分量。图29中的区域a示出了相对于光轴以0度入射在光学元件的外侧的第二层上的光的波长分量。当区域a中的波长分量被反射和衍射时，该波长分量在瞳孔附近被会聚。因此，应被光学元件衍射的波长是区域a中的波长分量。

但是，在光源是诸如灯的具有宽波长带的光源的情况下，如图28和图29中所示，在光学元件的第一层和第二层中除区域a以外的波长分量也被衍射。当除区域a以外的波长分量被光学元件衍射时，除期望的光以外的光到达视网膜，因此无法获得期望的图像。

因此，如图30中所示，设置了光分选元件819。光分选元件819仅衍射应被光学元件820衍射的波长分量，并且透射其他波长分量。图31是示出全息光学元件的衍射效率的特性的图，该全息光学元件被制作为使得在光分选元件中从45度方向入射的光在眼球的正面方向(0度方向)上被反射和衍射。即，根据光分选元件819，由于在从光源发射的影像显示光中仅图31中的区域a的波长在眼球方向上被反射和衍射，因此可以分离并移除其他不需要的波长分量。

通过如图32中所示利用光分选元件819仅分离期望的波长分量，不期望的光难以到达视网膜。

2.第二实施例(影像投射装置)

本技术还提供了根据本技术的影像投射系统中包括的影像投射装置。该影像投射装置包括被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统。该影像投射装置与被配置为使影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜的光学元件组合使用，并且在组合使用时光学元件与眼球之间的位置关系是固定的。

影像投射装置是在上述1.中描述的影像投射装置，并且关于该影像投射装置描述的所有细节也适用于本实施例中的影像投射装置。因此，省略该影像投射装置的描述。

通过将影像投射装置与上述1.中描述的光学元件组合使用，可以获得如上所述的效果。

3.第三实施例(影像显示光衍射光学元件)

本技术还提供了根据本技术的影像投射系统中包括的影像显示光衍射光学元件。该影像显示光衍射光学元件与配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统的影像投射装置组合使用。在组合使用时，该影像显示光衍射光学元件与眼球的位置关系是固定的，并且使影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。

影像显示光衍射光学元件是上述1.中描述的光学元件，并且关于该光学元件描述的所有细节也适用于本实施例中的影像显示光衍射光学元件。因此，省略该光学元件的描述。

通过将影像显示光衍射光学元件与上述1.中描述的影像投射装置组合使用，可以获得如上所述的效果。

4.第四实施例(影像投射方法)

本技术提供了一种影像投射方法，该影像投射方法包括：投射步骤，从影像投射装置朝向眼球投射影像显示光；以及聚光步骤，利用光学元件使在所述投射步骤中被投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。在该影像投射方法中，在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下执行所述投射步骤和所述聚光步骤。

在所述投射步骤中，影像投射装置朝向眼球投射影像显示光。在该投射步骤中使用的影像投射装置是上述1.中描述的影像投射装置。影像显示光的主光束可以基本上平行于光轴。

接下来，在所述聚光步骤中，光学元件使在所述投射步骤中被投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。在该聚光步骤中使用的光学元件是上述1.中描述的光学元件。该光学元件可以在与眼球的表面接触的状态下使用，或者可以在不与眼球的表面接触的状态下使用。

根据本技术的影像投射方法产生如上述1.中描述的效果。

5.变形示例(影像投射系统)

在根据本技术的变形示例的影像投射系统中，光学元件可以具有全息光学元件层，并且该全息光学元件层对入射在光学元件上的影像显示光进行衍射以使影像显示光在瞳孔的前侧或后侧被会聚。

根据本技术的变形示例的影像投射系统还可以包括：眼球位置检测装置，被配置为检测眼球相对于光学元件的位置；以及控制单元，被配置为基于眼球位置检测装置的检测结果来指定到达视网膜的光束组，并控制投射光学系统利用该光束组形成影像显示光。

根据这个变形示例的影像投射系统，可以在不具有诸如眼睛跟踪机构的机械机构的情况下、即、在减小整个系统的尺寸和功耗的同时，可靠地视觉识别影像显示光。

在下文中，将具体描述根据本技术的变形示例(变形示例1和变形示例2)的影像投射系统。

<变形示例1的影像投射系统>

图33至图35是示出根据本技术的变形示例1的影像投射系统800的图。

如图33中所示，影像投射系统800包括光源(未示出)、被配置为投射来自光源的光的投射光学系统810以及具有基本上平板的形状并且被配置为朝向眼球830衍射从投射光学系统810投射的光的光学元件820。

投射光学系统810可以包括二维阵列显示元件，或者可以包括扫描镜。

光学元件820不是隐形眼镜形状的光学元件，而是在不接触眼球的情况下使用的光学元件。

光学元件820的全息光学元件层可以是光聚合物的体积相位型的衍射光学元件，或者可以是一般称为DOE的表面浮雕型的衍射光学元件。

光学元件820衍射从光源(未示出)发射并从投射光学系统810投射的光，以使该光在瞳孔840的后侧(视网膜832侧)被会聚。

即，在影像投射系统800中，光学元件820与眼球830之间的位置关系被设置成使得从投射光学系统810投射并被光学元件820衍射的光在瞳孔840的后侧(视网膜832侧)被会聚。

在图33的示例中，眼球830面向光学元件820。详细而言，瞳孔840的中心和眼球830的中心位于通过光学元件820的中心并且与光学元件820正交的直线880(在图33中由点划线表示)上。

在这种情况下，在从投射光学系统810投射的所有光束中，外围的光束(在图33中由虚线表示)被瞳孔840的外围部分阻挡，而中心的光束(在图33中由实线表示)通过瞳孔840并到达视网膜832。即，上述所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜832。

在图34的示例中，眼球830从面向光学元件820的位置(图33中所示的位置)相对于直线880(在图34中由点划线表示)在与直线880正交的方向上移位。在这种情况下，在从投射光学系统810投射的所有光束中，一侧的光束(在图34中由虚线表示)被瞳孔840的外围部分阻挡，而另一侧的光束(在图34中由实线表示)通过瞳孔840并到达视网膜832。即，上述所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜832。

在图35的示例中，眼球830从面向光学元件820的位置(图33中所示的位置)旋转从而相对于直线880形成角度。在这种情况下，在从投射光学系统810投射的所有光束中，一侧的光束(在图35中由虚线表示)被瞳孔840的外围部分阻挡，而另一侧的光束(在图35中由实线表示)通过瞳孔840并到达视网膜832。即，上述所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜832。

<变形示例2的影像投射系统>

图36至图38是示出根据本技术的变形示例2的影像投射系统900的图。

如图36中所示，影像投射系统900包括光源(未示出)、被配置为投射来自光源的光的投射光学系统910以及具有基本上平板的形状并且被配置为朝向眼球930衍射从投射光学系统910投射的光的光学元件920。

投射光学系统910可以包括二维阵列显示元件，或者可以包括扫描镜。

光学元件920不是隐形眼镜形状的光学元件，而是在不接触眼球的情况下使用的光学元件。

光学元件920的全息光学元件层可以是光聚合物的体积相位型的衍射光学元件，或者可以是一般称为DOE的表面浮雕型的衍射光学元件。

光学元件920衍射从光源(未示出)发射并从投射光学系统910投射的光，以使该光在瞳孔940的前侧(角膜侧，即，与视网膜侧相反的一侧)被会聚。

即，在影像投射系统900中，光学元件920与眼球930之间的位置关系被设置成使得从投射光学系统910投射并被光学元件920衍射的光在瞳孔940的前侧(角膜侧)被会聚。

在图36的示例中，眼球930面向光学元件920。详细而言，瞳孔940的中心和眼球930的中心位于通过光学元件920的中心并且与光学元件920正交的直线980(在图36中由点划线表示)上。

在这种情况下，在从投射光学系统910投射的所有光束中，外围的光束(在图36中由虚线表示)被瞳孔940的外围部分阻挡，而中心的光束(在图36中由实线表示)通过瞳孔940并到达视网膜932。即，上述所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜932。

在图37的示例中，眼球930从面向光学元件920的位置(图36中所示的位置)相对于直线980(在图37中由点划线表示)在与直线980正交的方向上移位。在这种情况下，在从投射光学系统910投射的所有光束中，一侧的光束(在图37中由虚线表示)被瞳孔940的外围部分阻挡，而另一侧的光束(在图37中由实线表示)通过瞳孔940并到达视网膜。即，上述所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜932。

在图38的示例中，眼球930从面向光学元件920的位置(图36中所示的位置)旋转从而相对于直线980形成角度。在这种情况下，在从投射光学系统910投射的所有光束中，一侧的光束(在图38中由虚线表示)被瞳孔940的外围部分阻挡，而另一侧的光束(在图38中由实线表示)通过瞳孔940并到达视网膜。即，上述所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜932。

在上述变形示例1和变形示例2的影像投射系统800和900中，被光学元件衍射的光在瞳孔的后侧或前侧被会聚。因此，不管光学元件与眼球之间的位置关系如何，都可以可靠地使得从投射光学系统投射的所有光束中的在一定范围内的光束到达视网膜。

另一方面，在光学元件衍射从投射光学系统投射的光以使该光在瞳孔上被会聚的情况下，取决于眼球相对于光学元件的位置，被光学元件衍射的所有光束中的大部分光束在瞳孔的外围部分被会聚而被阻挡，这会造成几乎没有光束到达视网膜的可能性。

如图39(a)和39(b)中所示，优选地，影像投射系统800和900还包括：眼球位置检测装置(眼睛感测装置)，被配置为检测眼球相对于光学元件的位置；以及控制单元，被配置为基于眼球位置检测装置的检测结果来指定到达视网膜的光束组，并控制投射光学系统利用该光束组形成影像显示光。

眼球位置检测装置通过上述方法来检测眼球相对于光学元件的位置。眼球位置检测装置可以与光学元件一体地设置。

眼球位置检测装置例如可以检测眼球相对于图33至图35中所示的直线880和图36至图38中所示的直线980的位移(包括在与直线880或直线980正交的方向上的位移和在绕那个方向的旋转方向上的位移)作为眼球相对于光学元件的位置。

控制单元根据眼球位置检测装置的检测结果(即，眼球相对于光学元件的位置)来指定到达视网膜的光束组，并控制投射光学系统的二维阵列显示元件或扫描镜以利用该光束组形成影像显示光(参见图39(a)和39(b))。注意，通过指定从投射光学系统投射的所有光束中的不到达视网膜的光束组，也可以实质上指定到达视网膜的光束组。

注意，本技术可以具有以下配置。

[1]

一种影像投射系统，包括：

影像投射装置，配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统；以及

光学元件，被配置为使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜，其中

所述影像投射系统在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下被使用。

[2]

根据[1]所述的影像投射系统，其中入射在所述光学元件上的所述影像显示光的主光束基本上平行于光轴。

[3]

根据[1]或[2]所述的影像投射系统，其中所述光学元件在与所述眼球的表面接触的状态下被使用。

[4]

根据[3]所述的影像投射系统，其中所述影像投射系统在所述光学元件与瞳孔之间的位置关系固定的状态下被使用。

[5]

根据[1]或[2]所述的影像投射系统，其中所述光学元件在不与所述眼球的表面接触的状态下被使用。

[6]

根据[1]至[5]中的任一项所述的影像投射系统，其中所述光学元件具有曲面，并且该曲面的曲率中心和所述眼球的表面的曲面的曲率中心基本上同心。

[7]

根据[1]至[6]中的任一项所述的影像投射系统，其中所述光学元件是全息光学元件。

[8]

根据[1]至[7]中的任一项所述的影像投射系统，其中

所述投射光学系统包括二维阵列显示元件，并且

所述二维阵列显示元件形成所述影像显示光。

[9]

根据[1]至[7]中的任一项所述的影像投射系统，其中

所述投射光学系统包括扫描镜，并且

所述扫描镜形成所述影像显示光。

[10]

根据[1]至[9]中的任一项所述的影像投射系统，其中

所述投射光学系统包括部分复用构件，并且

所述部分复用构件对所述影像显示光进行反射或衍射以使所述影像显示光到达所述光学元件。

[11]

根据[1]至[10]中的任一项所述的影像投射系统，其中

所述光学元件具有全息光学元件层，并且

所述全息光学元件层对入射在所述光学元件上的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚。

[12]

根据[11]所述的影像投射系统，其中

所述光学元件还具有0阶光反射层，

所述光学元件从外界侧起按照所述全息光学元件层和所述0阶光反射层的次序被层叠，并且

所述0阶光反射层对通过所述全息光学元件层的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。

[13]

根据[11]或[12]所述的影像投射系统，其中

所述全息光学元件层包括多个层，并且

所述多个层衍射具有彼此不同波长的光。

[14]

根据[1]至[10]中的任一项所述的影像投射系统，其中

所述光学元件具有第一全息光学元件层和第二全息光学元件层，

所述光学元件从外界侧起按照所述第一全息光学元件层和所述第二全息光学元件层的次序被层叠，

所述第一全息光学元件层透射所述影像显示光，

所述第二全息光学元件层对透射的所述影像显示光进行反射，

所述第一全息光学元件层对反射的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚。

[15]

根据[14]所述的影像投射系统，其中

所述光学元件还具有0阶光反射层，

所述光学元件从外界侧起按照所述第一全息光学元件层、所述第二全息光学元件层和所述0阶光反射层的次序被层叠，并且

所述0阶光反射层对通过所述第一全息光学元件层和所述第二全息光学元件层的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。

[16]

根据[14]或[15]所述的影像投射系统，其中

所述第一全息光学元件层和/或所述第二全息光学元件层包括多个层，并且

所述多个层衍射具有彼此不同的波长的光。

[17]

根据[1]至[16]中的任一项所述的影像投射系统，其中

所述投射光学系统包括光分选元件，并且

所述光分选元件从所述影像显示光中分离并移除不需要的波长分量。

[18]

根据[1]至[17]所述的影像投射系统，其中

所述光学元件具有全息光学元件层，并且

所述全息光学元件层对入射在所述光学元件上的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔的前侧或后侧被会聚。

[19]

根据[18]所述的影像投射系统，还包括：

眼球位置检测装置，被配置为检测所述眼球相对于所述光学元件的位置；以及

控制单元，被配置为基于所述眼球位置检测装置的检测结果来指定到达视网膜的光束组，并控制所述投射光学系统利用该光束组形成所述影像显示光。

[20]

一种影像投射装置，包括：

投射光学系统，被配置为将影像显示光投射到眼球上，其中

所述影像投射装置与被配置为使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜的光学元件组合使用，并且在组合使用时所述光学元件与所述眼球之间的位置关系是固定的。

[21]

一种影像显示光衍射光学元件，与配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统的影像投射装置组合使用，其中

在组合使用时，所述影像显示光衍射光学元件与所述眼球的位置关系是固定的，并且

所述影像显示光衍射光学元件使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。

[22]

一种影像投射方法，包括：

投射步骤，从影像投射装置朝向眼球投射影像显示光；以及

聚光步骤，利用光学元件使在所述投射步骤中被投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜，其中

在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下执行所述投射步骤和所述聚光步骤。

附图标记列表

100、200 影像投射系统

101、201 影像投射装置

110、210 投射光学系统

111 二维阵列显示元件

211 光源

212 扫描镜

112、113、213 透镜

120、220 光学元件

130、230 眼球

131、231 晶状体

132、232 视网膜

Claims (22)

1.一种影像投射系统，包括：

影像投射装置，配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统；以及

光学元件，被配置为使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜，其中

所述影像投射系统在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下被使用。

2.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，入射在所述光学元件上的所述影像显示光的主光束基本上平行于光轴。

3.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，所述光学元件在与所述眼球的表面接触的状态下被使用。

4.根据权利要求3所述的影像投射系统，其中，所述影像投射系统在所述光学元件与瞳孔之间的位置关系固定的状态下被使用。

5.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，所述光学元件在不与所述眼球的表面接触的状态下被使用。

6.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，所述光学元件具有曲面，并且该曲面的曲率中心和所述眼球的表面的曲面的曲率中心基本上同心。

7.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，所述光学元件是全息光学元件。

8.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述投射光学系统包括二维阵列显示元件，并且

所述二维阵列显示元件形成所述影像显示光。

9.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述投射光学系统包括扫描镜，并且

所述扫描镜形成所述影像显示光。

10.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述投射光学系统包括部分复用构件，并且

所述部分复用构件对所述影像显示光进行反射或衍射以使所述影像显示光到达所述光学元件。

11.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述光学元件具有全息光学元件层，并且

所述全息光学元件层对入射在所述光学元件上的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚。

12.根据权利要求11所述的影像投射系统，其中，

所述光学元件还具有0阶光反射层，

所述光学元件从外界侧起按照所述全息光学元件层和所述0阶光反射层的次序被层叠，并且

所述0阶光反射层对通过所述全息光学元件层的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。

13.根据权利要求11所述的影像投射系统，其中，

所述全息光学元件层包括多个层，并且

所述多个层衍射具有彼此不同波长的光。

14.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述光学元件具有第一全息光学元件层和第二全息光学元件层，

所述光学元件从外界侧起按照所述第一全息光学元件层和所述第二全息光学元件层的次序被层叠，

所述第一全息光学元件层透射所述影像显示光，

所述第二全息光学元件层对透射的所述影像显示光进行反射，

所述第一全息光学元件层对反射的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚。

15.根据权利要求14所述的影像投射系统，其中，

所述光学元件还具有0阶光反射层，

所述光学元件从外界侧起按照所述第一全息光学元件层、所述第二全息光学元件层和所述0阶光反射层的次序被层叠，并且

所述0阶光反射层对通过所述第一全息光学元件层和所述第二全息光学元件层的0阶光进行反射以使该0阶光向眼球以外的方向前进。

16.根据权利要求14所述的影像投射系统，其中，

所述第一全息光学元件层和/或所述第二全息光学元件层包括多个层，并且

所述多个层衍射具有彼此不同的波长的光。

17.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述投射光学系统包括光分选元件，并且

所述光分选元件从所述影像显示光中分离并移除不需要的波长分量。

18.根据权利要求1所述的影像投射系统，其中，

所述光学元件具有全息光学元件层，并且

所述全息光学元件层对入射在所述光学元件上的所述影像显示光进行衍射以使所述影像显示光在瞳孔的前侧或后侧被会聚。

19.根据权利要求18所述的影像投射系统，还包括：

眼球位置检测装置，被配置为检测所述眼球相对于所述光学元件的位置；以及

控制单元，被配置为基于所述眼球位置检测装置的检测结果来指定到达视网膜的光束组，并控制所述投射光学系统利用该光束组形成所述影像显示光。

20.一种影像投射装置，包括：

投射光学系统，被配置为将影像显示光投射到眼球上，其中，

所述影像投射装置与被配置为使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜的光学元件组合使用，并且在组合使用时所述光学元件与所述眼球之间的位置关系是固定的。

21.一种影像显示光衍射光学元件，与配备有被配置为将影像显示光投射到眼球上的投射光学系统的影像投射装置组合使用，其中，

在组合使用时，所述影像显示光衍射光学元件与所述眼球的位置关系是固定的，并且

所述影像显示光衍射光学元件使所述影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜。

22.一种影像投射方法，包括：

投射步骤，从影像投射装置朝向眼球投射影像显示光；以及

聚光步骤，利用光学元件使在所述投射步骤中被投射的影像显示光在瞳孔附近被会聚然后到达视网膜，其中

在所述光学元件与所述眼球之间的位置关系固定的状态下执行所述投射步骤和所述聚光步骤。

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