CN113767319A - 图像显示装置和显示装置 - Google Patents

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阿久津克之
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Abstract

一种图像显示装置，包括：图像形成装置30；光学元件40，其布置在观察者80的面部的前方；以及移动控制装置。当从光学元件40观察位于观察者80耳侧的区域85被称为光学元件后面的区域时，图像形成装置30被布置在光学元件后面的区域中。从图像形成装置30出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82。当观察者80的瞳孔82的位置改变时，使用移动控制装置移动光学元件40，并且使用移动控制装置控制从图像形成装置30出射的图像的位置。

Description

图像显示装置和显示装置
技术领域
本公开内容涉及图像显示装置和显示装置，具体而言，涉及可以用作例如头戴式显示器(HMD)的显示装置，以及适合用于该显示装置的图像显示装置。
背景技术
尤其众所周知有一种通过将图像(光束)直接投影到观察者的视网膜上来显示图像的麦克斯韦式观看视网膜投影显示器，即麦克斯韦式观看视网膜投影头戴式显示器(以下有时简称为“视网膜投影HMD”)。此处，在使用这种视网膜投影HMD时，需要将光会聚与瞳孔对准。然而，人的瞳孔的直径处于在明亮环境中的2mm与黑暗环境中的7mm之间非常窄的范围内。因此，当视网膜投影HMD无法跟随眼球的运动(主要是眼球的旋转)时，图像(光束)偏离观察者瞳孔。这导致不能连续地正确观察图像。
在视网膜投影HMD中用于移动目镜光学系统的技术是已知的，该技术在例如日本专利公开No.2009-294605中公开。具体而言，例如，如图3所示，在日本专利公开No.2009-294605中公开的扫描显示装置包括：
光源101，
扫描单元104，扫描来自光源101的光束，
扫描光学系统105，收集来自扫描单元104的光束，以及
目镜光学系统106，将光束从扫描光学系统105引导到观察者的眼睛与之对准的出射光瞳，
从扫描光学系统105传播到目镜光学系统106的光束是远心的，
目镜光学系统106包括反射来自扫描光学系统105的光束以被引导到出射光瞳的第一反射表面106c，
扫描显示装置包括第一机构110，其使得目镜光学系统106能够相对于扫描光学系统105和扫描单元104与光束从扫描光学系统105传播到目镜光学系统106的方向平行地移动。
此外，除了水平移动之外，还可以使用日本专利公开No.2009-294605中的图10所示的光学系统来垂直移动出射光瞳107。
在日本专利申请公开No.2009-294605中公开的扫描显示装置中，扫描光学系统105的主要部分和第一反射表面106c布置在与观察者瞳孔轴(由Z轴表示)正交的假想平面(X轴表示水平方向并且Y轴表示垂直方向)中。此外，第一反射表面106c将来自扫描光学系统105的光束弯曲九十度，并使光束入射到观察者的眼睛。第一反射表面106c在XY平面内移动。此外，根据第一反射表面106c的移动，作为可移动光学系统的聚光光学系统102在其光轴方向上移动，以移动来自光源单元101的光束的像点的位置。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开No.2009-294605
发明内容
技术问题
注意，在上述日本专利申请公开No.2009-294605中公开的扫描显示装置中，第一反射表面106c将来自扫描光学系统105的光束弯曲九十度，并使光束入射到观察者的眼睛。因此，当第一反射表面106c正交地投影到xz平面上时，目镜光学系统106的厚度增加。这导致难以使目镜光学系统106更小。在使目镜光学系统106更小的过程中的这种困难对于包括头戴式显示器的设计的头戴式显示器的实际使用是很大的障碍。此外，难以使作为可移动部分的第一反射表面106c更小。因此，实际上，难以使第一反射表面106c跟随眼球的高速运动，并且也难以降低用于移动目镜光学系统106的功耗。
因此，本公开内容的目的是提供一种能够被制造得更小和更轻的图像显示装置，以及一种适合于在该显示装置中使用的图像显示装置。
问题的解决方法
为了实现上述目的，根据本公开内容的第一方面或第二方面的图像显示装置包括：
图像形成装置，
光学元件，其布置在观察者的面部的前方，以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察位于观察者的耳侧的区域被称为光学元件后面的区域时，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中，以及
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者瞳孔。
此外，在根据本公开内容的第一方面的图像显示装置中，当观察者的瞳孔的位置改变时，使用移动控制装置移动光学元件，并且使用移动控制装置控制从图像形成装置出射的图像的位置。此外，在根据本公开内容的第二方面的图像显示装置中，当观察者的瞳孔的位置改变时，使用移动控制装置来移动图像形成装置。
为了实现上述目的，本公开内容的显示装置包括：
由观察者佩戴的框架，以及
安装在所述框架上的图像显示装置，所述图像显示装置是根据本公开内容的第一方面的图像显示装置、或根据本公开内容的第二方面的图像显示装置、或根据本公开内容的第一方面的图像显示装置和根据本公开内容的第二方面的图像显示装置的组合。
附图说明
图1示意性地示出了从正面观察的第一实施例的显示装置。
图2A和2B分别是从观察者的上方观察的第一实施例的显示装置的概念图，以及用于描述X轴和X轴之间的关系的图。
图3A和3B是从上方观察的光学元件等的概念图，其用于描述第一实施例的图像显示装置的操作。
图4A和4B是从上方观察的光学元件等的概念图，其在图3B之后，并且用于描述第一实施例的图像显示装置的操作。
图5A和5B是从上方观察的光学元件等的概念图，其用于描述第一实施例的图像显示装置的操作。
图6A和6B是从上方观察的光学元件等的概念图，其在图5B之后并用于描述第一实施例的图像显示装置的操作。
图7示意性地示出了从正面观察的第二实施例的显示装置。
图8A和8B是从横向观察的光学元件等的概念图，用于描述第二实施例的图像显示装置的操作。
图9A和9B是从横向观察的光学元件等的概念图，其在图8B之后，并且用于描述第二实施例的图像显示装置的操作。
图10示意性地示出了从正面观察的第二实施例的显示装置的变型。
图11示意性地示出了从正面观察的第三实施例的显示装置。
图12A和12B是从上方观察的光学元件等的概念图，其用于描述第三实施例的图像显示装置的操作。
图13示意性地示出了从正面观察的第四实施例的显示装置。
图14A和14B是从横向观察的光学元件等的概念图，用于描述第四实施例的图像显示装置的操作。
图15A和15B是从横向观察的光学元件等的概念图，用于描述第六实施例和第七实施例的图像显示装置的操作。
图16A至16C是用于描述第七实施例的图像形成装置中所包括的聚光构件的原理图。
图17是第八实施例的显示装置中包括的图像显示装置的概念图。
图18是从观察者上方观察的第九实施例的显示装置的概念图。
图19是从观察者上方观察的第一实施例的显示装置的变型的概念图。
图20A和20B是图像形成装置的变型的概念图。
图21是示出全息衍射光栅的放大部分的示意性横截面图。
具体实施方式
以下参照附图，基于实施例对本公开内容进行说明。然而，本公开内容不限于这些实施例，并且实施例中的各种数值和材料仅仅是说明性的。注意，按照以下顺序进行描述。
1.根据本公开内容的第一和第二方面的图像显示装置以及本公开内容的显示装置的一般描述
2.第一实施例(根据本公开内容第一方面的图像显示装置，以及本公开内容的显示装置)
3.第二实施例(第一实施例的变型)
4.第三实施例(根据本公开内容的第二方面的图像显示装置，以及本公开内容的显示装置)
5.第四实施例(第三实施例的变型)
6.第五实施例(第一和第四实施例的组合)
7.第六实施例(第五实施例的变型)
8.第七实施例(第六实施例的变型)
9.第八实施例(第六实施例的另一变型)
10.第九实施例(第一至第八实施例的变型)
11.其他
<根据本公开内容的第一和第二方面的图像显示装置以及本公开内容的显示装置的一般描述>
在根据本公开内容的第一方面的图像显示装置中，或者根据本公开内容的第一方面的图像显示装置，其被包括在本公开内容的显示装置(以下，它们可以被统称为“根据本公开内容的第一方面的图像显示装置等”)中，可以使用移动控制装置在与观察者瞳孔位置水平变化对应的方向上移动光学元件。注意，为了方便，光学元件的这种移动可以被称为“光学元件的水平移动”。
此外，在根据本公开内容的第一方面的包括这种有利配置的图像显示装置等中，可以使用移动控制装置在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动图像形成装置。注意，为了方便，移动控制装置的这种移动可以被称为“移动控制装置的垂直移动”。此外，在这种情况下，
图像形成装置可以包括4F光学系统，从图像形成装置出射的图像通过该光学系统，以及
可以使用移动控制装置在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动4F光学系统。
此外，图像形成装置可以包括反射镜，从图像形成装置出射的图像被该反射镜反射，以及
可以使用移动控制装置来改变反射镜的光反射角。
此外，在根据本公开内容的第一方面的包括上述有利配置的图像显示装置等中，可以使用移动控制装置在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动光学元件。注意，为了方便，光学元件的这种移动可以被称为“光学元件的垂直移动”。
此处，主要由于观察者眼球的旋转，瞳孔位置水平或垂直地改变，或者水平和垂直地改变。
在根据本公开内容的第一方面的包括上述有利配置的图像显示装置等中，光学元件可以包括反射式全息衍射光栅。在这种情况下，反射式全息衍射光栅可以包括聚光功能。即，反射式全息衍射光栅可以包括作为凹面镜的功能。此外，光学元件可以包括凹面镜。此外，在上述有利的配置中，从图像形成装置出射的光束可以以远心状态入射到光学元件。这使得可以减小各种像差，并且防止图像的尺寸由于光学元件的移动而改变。此外，在包括上述有利配置的根据本公开内容的第一方面的图像显示装置等中，光学元件可以包括具有正光焦度的透镜和平面反射镜，该透镜是从图像形成装置出射的图像通过的透镜。
此外，在根据本公开内容的第一方面的图像显示装置等中，可以使用移动控制装置根据观察者瞳孔位置在平行于垂直方向的方向上的变化来旋转光学元件。此外，在根据本公开内容的第一方面的图像显示装置等中，也可以使用移动控制装置根据观察者瞳孔位置在平行于垂直方向的方向上的变化来改变光学元件的布置角度。注意，在这些情况下，当观察者瞳孔位置平行于水平方向发生变化时，只要使用移动控制装置水平移动光学元件即可。
在根据本公开内容的第二方面的图像显示装置中，或者根据本公开内容的第二方面的图像显示装置，其被包括在本公开内容的显示装置中(它们在下文中可以被统称为“根据本公开内容的第二方面的图像显示装置等”)，光学元件可以包括反射式全息衍射光栅。在这种情况下，反射式全息衍射光栅可以包括聚光功能。此外，从图像形成装置出射的光束可以以远心状态入射到光学元件。这使得可以减小各种像差，并且防止图像的尺寸由于光学元件的移动而改变。
此外，在根据本公开内容的第一和第二方面的包括上述有利配置的图像显示装置等中，图像形成装置可以包括色散补偿元件。
包括上述有利配置的本公开内容的显示装置可以包括右眼用图像显示装置和左眼用图像显示装置。
此外，包括上述各种有利配置的本公开内容的显示装置可以佩戴在观察者的头部上。即，本公开内容的显示装置可以是头戴式显示器(HMD)，即，特别是麦克斯韦式观看视网膜投影HMD。
移动控制装置包括驱动机构，并且在一些情况下，移动控制装置还包括控制从图像形成装置出射的图像的位置控制电路。驱动机构包括例如驱动装置和滑杆。使用移动控制装置来控制从图像形成装置出射的图像的位置。具体而言，例如，基于来自包括在移动控制装置中的位置控制电路的控制信号，移动从图像形成装置出射的图像的位置(即，由图像形成装置形成的图像的位置或从稍后描述的扫描机构出射的图像的区域)即可。当显示装置包括右眼用图像显示装置和左眼用图像显示装置时，从图像形成装置出射的图像的位置的移动量和从图像形成装置出射的图像被投影到的区域的变化量取决于例如视差量或者要显示的三维立体图像的深度。
反射式全息衍射光栅可以具有公知的配置和结构。图像显示装置可以是通过使用全息衍射光栅的半透射(透视)图像显示装置，并且这使得可以通过光学元件看到外部。在光学元件包括凹面镜、平面反射镜或菲涅耳反射镜的情况下，凹面镜、平面反射镜或菲涅耳反射镜能够通过在凹面镜、平面反射镜或菲涅耳反射镜中包括的透明构件(为了方便，有时称为“基部”)的光反射表面上形成反射特定波长的光的光反射膜而得到。这使得可以通过凹面镜、平面反射镜或菲涅耳反射镜看到外部。
图21是示出全息衍射光栅的放大部分的示意性横截面图，其中具有倾斜角(倾角)
Figure BDA0003323780990000073
的干涉图案形成在全息衍射光栅中。倾斜角
Figure BDA0003323780990000074
是指由干涉图案和全息衍射光栅的表面形成的角度。干涉图案从全息衍射光栅的内部到全息衍射光栅的表面形成。干涉图案满足布拉格条件。布拉格条件是指满足下述公式(A)的条件。在公式(A)中，m是正整数，λ是波长，d是光栅平面的间距(包括干涉图案的假想平面在法线方向上的间隔)，并且Θ是光入射到干涉图案的角度的余角。此外，当光以入射角ψ入射到全息衍射光栅时，Θ、倾斜角
Figure BDA0003323780990000075
和入射角ψ之间的关系由下面表示的公式(B)表示。
m·λ＝2·d·sin(Θ) (A)
Figure BDA0003323780990000071
倾斜角(倾角)
Figure BDA0003323780990000072
和间距(d)的优化使得可以为全息衍射光栅提供聚光功能。全息衍射光栅的材料的示例包括光聚合物材料。只要全息衍射光栅的材料和基本结构与传统全息衍射光栅的材料和基本结构相似即可。从全息衍射光栅的内部到全息衍射光栅的表面形成干涉图案，并且只要用于形成这种干涉图案的方法本身与传统的形成方法类似即可。
光学元件可以附着到基材，或者光学元件可以形成在基材的表面上。基材或基部的材料的示例包括塑料或玻璃。具体而言，当基材或基部由透明塑料材料制成时，透明塑料材料的示例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、纤维素酯如乙酸纤维素、氟聚合物如聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚醚如聚甲醛、聚缩醛、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃如甲基戊烯聚合物、聚酰亚胺如聚酰胺-酰亚胺或聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚醚砜、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、四乙酰基纤维素、溴化苯氧基、多芳基化合物和聚砜。当基材或基部由玻璃制成时，玻璃的示例包括透明玻璃(如钠钙玻璃)和白玻璃板。在基材或基部的外表面上可以形成包括有机-无机混合物层的硬涂层或由氟树脂制成的抗反射膜。基材附着到包括在框架中的前部。基材可以通过驱动机构附着到前部，或者基材可以直接附着到前部。
全息衍射光栅是一种光学元件，其使得可以适当地选择除了镜面反射光之外的光(入射角和反射角彼此不同的光)的路径，这不同于普通的反射光学元件。这使得可以以高自由度沿着观察者的脸部形状布置光学元件，并且全息衍射光栅是适当地布置在观察者的眼睛前方的节省空间的光学元件。此外，全息衍射光栅是非常薄的光学元件。这提供了使装置更小和更轻的优点。此外，全息衍射光栅的使用使得可以显示虚像而不影响从外界入射的光束。这是基于两个特征，即全息衍射光栅的波长选择性和角度选择性。全息衍射光栅的波长选择性是能够通过衍射光来改变特定波长的光的方向的性质。如果使用波长带相对窄的发光二极管(LED)或半导体激光元件作为包括在图像形成装置中的光源，并且如果全息衍射光栅被设计为仅衍射来自光源的指定波长的光，则来自外界的光将几乎不受全息衍射光栅的影响，因为来自光源的光的波长带仅是来自外界的光的波长带的一部分。此外，全息衍射光栅的角度选择性是仅衍射从特定角度入射的光的性质。全息衍射光栅基于角度选择性仅衍射从光学元件后面的区域入射的光。因此，来自外界的入射到观察者瞳孔的光不受全息衍射光栅的影响。如上所述，基于波长选择性和角度选择性，可以获得适合于透视头戴式显示器的性质。
假设观察者瞳孔轴由z轴表示，与z轴正交的水平轴由x轴表示，与z轴和x轴正交的垂直轴由y轴表示，在xz平面中与x轴相交以与x轴形成锐角θ0(包括0度)的水平轴由X轴表示，在xz平面中与X轴正交的垂直轴由Z轴表示，并且与X轴和Z轴正交的垂直轴由Y轴表示。Y轴可以与yz平面形成锐角η0。注意，瞳孔轴由穿过眼球的入射瞳孔的中心并与角膜表面正交的线限定(用于参考：http://www.visionsociety.jp/vision/koumokuPDF/04lecture/ L1989.01.01.pdf)。在根据本公开内容的第一方面的图像显示装置等中，当观察者瞳孔位置发生变化时，使用移动控制装置移动光学元件，并且假定光学元件在XY平面内移动。θ0可以呈现以下所示的值，但是该值不限于此：
-5(度)≤θ0≤5(度)。
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，并且从光学元件出射。当从由图像形成装置形成的图像的中心出射的光束(称为“图像中心光束”)入射到光学元件(称为入射光束)并从光学元件出射(称为出射光束)时，入射光束和出射光束形成的角度θ1可以呈现以下所示的值，但是该值不限于此：45(度)≤θ1≤80(度)。
在本公开内容的显示装置中，框架包括布置在观察者前方的前部、通过相应的铰链分别可旋转地安装到前部的两端的两个镜腿部分、以及鼻托。镜腿端部覆盖部安装在各镜腿部的端部。框架(包括边框部分)和鼻托的组件具有与普通眼镜基本相同的结构。鼻托还可具有众所周知的配置和结构。此外，前部和两个镜腿部分可以是一体的。即，当观看本公开内容的整个显示装置时，框架通常具有与普通眼镜基本相同的结构。包括鼻托的框架的材料可以与普通眼镜的材料相同，例如金属、合金、塑料及其组合。
移动控制装置包括驱动机构。例如，驱动机构包括第一驱动装置和第一滑杆，并且包括第二驱动装置和第二滑杆。例如，只要水平延伸的第一滑杆可滑动地安装到第一驱动装置，第一驱动装置固定到前部的上部或下部，并且光学元件(具体而言，基体)固定到第一滑杆即可。然后，驱动第一驱动装置以使第一滑杆相对于第一驱动装置滑动，这使得可以水平移动固定到第一滑杆的光学元件。同样，只要垂直延伸的第二滑杆可滑动地安装到第二驱动装置，第二驱动装置固定到位于前部的耳朵侧的部分，并且光学元件(具体而言，基体)固定到第二滑杆即可。然后，驱动第二驱动装置被使第二滑杆相对于第二驱动装置滑动，这使得可以垂直移动固定到第二滑杆的光学元件。此外，只要水平延伸的第二滑杆可滑动地安装到第二驱动装置，第二驱动装置固定到位于前部的耳朵侧的部分，并且图像形成装置的整体或一部分固定到第二滑杆即可。然后，驱动第二驱动装置以使第二滑杆相对于第二驱动装置滑动，这使得可以水平移动固定到第二滑杆的图像形成装置的整体或一部分。同样，只要垂直延伸的第二滑杆可滑动地安装到第二驱动装置，第二驱动装置固定到位于前部的耳朵侧的部分，并且图像形成装置的整体或一部分固定到第二滑杆即可。然后，驱动第二驱动装置以使第二滑杆相对于第二驱动装置滑动，这使得可以垂直移动固定到第二滑杆的图像形成装置的整体或一部分。驱动装置和滑杆的组合的示例包括电机和齿条-小齿轮机构的组合，以及电机和滚珠丝杠机构的组合。此外，驱动机构可以包括线性致动器。
有利地，用于检测观察者瞳孔位置的瞳孔位置检测机构被安装到前部。瞳孔位置检测机构可以包括例如发射红外光的光发射部分，以及接收从观察者瞳孔反射的红外光的光接收部分或成像装置。此外，瞳孔位置检测机构可以包括对观察者瞳孔进行成像的成像装置。
在根据本公开内容的第一和第二方面的包括上述各种有利配置的图像显示装置等中，图像形成装置可以包括以二维矩阵排列的多个像素。为了方便起见，具有这种配置的图像形成装置被称为“具有第一配置的图像形成装置”。
具有第一配置的图像形成装置的示例包括包含反射空间光调制装置和光源的图像形成装置、包含透射空间光调制装置和光源的图像形成装置、以及包含诸如有机电致发光(EL)、无机EL、发光二极管(LED)和半导体激光元件的发光元件的图像形成装置。特别地，具有第一配置的图像形成装置是包括有机EL发光元件的图像形成装置(有机EL显示装置)，或者是包括反射空间光调制装置和光源的图像形成装置是有利的。空间光调制装置的示例包括灯泡，例如，硅上液晶(LCOS)的透射或反射液晶显示装置；以及数字微镜器件(DMD)。光源的示例包括发光元件。此外，反射式空间光调制装置可以包括液晶显示装置和偏振分束器，其中来自光源的光的一部分被偏振分束器反射以被引导到液晶显示装置，并且被液晶显示装置反射的光的一部分穿过偏振分束器以被引导到光学元件。可以使用红色发光元件、绿色发光元件、蓝色发光元件、白色发光元件作为光源中包括的发光元件。此外，可以混合分别由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件发射的红光、绿光和蓝光，并且可以使用光管使亮度均匀以获得白光。发光元件的示例可以包括半导体激光元件、固态激光器和LED。只要基于图像显示装置所需的规格来确定像素的数量即可。像素数的特定值的示例包括320×240、432×240、640×480、1024×768和1920×1080。在具有第一配置的图像形成装置中，光阑可以被布置在聚光构件(稍后描述)的前焦点位置(图像形成装置侧上的焦点)处。
此外，在根据本公开内容的第一和第二方面的包括上述有利配置的图像显示装置等中，图像形成装置可以包括光源和扫描机构，该扫描机构扫描由光源发射的光以形成图像。为了方便起见，这样的图像形成装置被称为“具有第二配置的图像形成装置”。
包括在具有第二配置的图像形成装置中的光源的示例包括发光元件。具体而言，可以使用红色发光元件、绿色发光元件、蓝色发光元件和白色发光元件作为发光元件。此外，可以混合分别由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件发射的红光、绿光和蓝光，并且可以使用光管使亮度均匀以获得白光。发光元件的示例可以包括半导体激光元件、固态激光器和LED。只要也基于图像显示装置所需的规格来确定具有第二配置的图像形成装置中的像素(虚拟像素)的数量即可。像素数(虚拟像素数)的特定值的示例包括320×240、432×240、640×480、1024×768、1920×1080。此外，当显示彩色图像并且光源包括红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件时，可以使用例如X棱镜来组合颜色。水平扫描和垂直扫描由光源发射的光的微机电系统(MEMS)镜或检流计镜可以用作扫描机构，MEMS镜包括例如二维可旋转微镜。在具有第二配置的图像形成装置中，MEMS镜或检流计镜可以被布置在聚光构件(稍后描述)的前焦点位置(图像形成装置侧上的焦点)。
例如，在具有第一配置的图像形成装置或具有第二配置的图像形成装置中，光通过聚光构件(将出射光形成为平行光的光学系统)形成为平行光，并且该平行光入射到光学元件。通过这样使光成为平行光，可以使图像以远心的状态入射到光学元件。具体而言，例如，只要图像形成装置的光出射部分被置于与聚光构件的焦距对应的点(位置)处，以便产生平行光即可。聚光构件的示例可以包括整体具有正光焦度并且其中单独使用凸透镜、凹透镜、自由曲面棱镜、全息透镜或使用它们的组合的光学系统。为了防止不希望的光从聚光构件出射和入射到光学元件，可以在聚光构件和光学元件之间在聚光构件附近布置包括开口的光阻挡部分。
在包括上述各种有利配置的本公开内容的显示装置中，可以从外部(显示装置的系统的外部)接收用于在图像形成装置上显示图像的信号。在这种配置中，关于要在图像形成装置上显示的图像的信息和数据被记录、保持或保存在例如所谓的云计算机或服务器中。当图像显示装置包括诸如电话线、光线路、蜂窝电话或智能电话的通信机构时，或者当组合使用图像显示装置和通信机构时，可以在云计算机或服务器与图像显示装置之间传送和交换各种信息和数据，并且可以接收基于各种信息和数据的信号，即，用于在图像形成装置上显示图像的信号。此外，用于在图像形成装置上显示图像的信号可以存储在图像显示装置中。在图像形成装置上显示的图像包括各种信息和各种数据。可穿戴装置形式的图像显示装置可以包括相机(图像捕获装置)。可以通过通信机构将由相机捕获的图像传送到云计算机或服务器，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，可以通过通信机构将通过搜索获得的各种信息和数据传送到图像显示装置，并且可以基于通过搜索获得的各种信息和数据将图像显示在图像形成装置上。
例如，包括上述各种配置的本公开内容的显示装置可以用于显示例如互联网上的各个站点中的各种信息；显示在例如驾驶、操作、维护和拆卸诸如各种装置的观察目标时使用的各种描述、符号、记号、标记、标志、设计等；显示关于诸如人和产品的观察目标的各种描述、符号、记号、标记、标志、设计等；显示运动图像和静止图像；显示例如电影的字幕；与视频同步地显示关于视频的说明性文本和内嵌字幕；并且显示关于在戏剧、Kabuki、Noh、Kyogen、歌剧、音乐会、芭蕾、各种剧院、游乐园、博物馆、旅游景点、度假胜地、旅游信息服务等中的观察目标的各种描述，以及例如用于描述例如其细节、进展和背景的说明文本和内嵌字幕。对于游戏、Kabuki、Noh、Kyogen、歌剧、音乐会、芭蕾、各种剧院、游乐园、博物馆、旅游景点、度假胜地、旅游信息服务等，只要在适当的定时在图像形成装置上以图像的形式显示与观察目标相关的文本即可。具体而言，例如，根据例如电影的进展，或者根据例如播放的进展，基于指定的时间表和时间分配，通过由操作者执行的操作，或者在例如计算机的控制下，将图像控制信号传送到图像形成装置，并且在图像形成装置上显示图像。此外，显示关于诸如各种装置、人和产品的观察目标的各种描述。通过照相机拍摄诸如各种装置、人和产品等的观察目标的图像，并且通过图像形成装置分析所拍摄的图像的细节。这使得可以在图像形成装置上显示预先创建的关于诸如各种装置、人和产品等的观察目标的各种描述。
第一实施例
下面基于实施例描述本公开内容的图像显示装置和显示装置。各实施例的概要在以下所示的表1中给出。
<表1>
Figure BDA0003323780990000131
第一实施例涉及根据本公开内容的第一方面的图像显示装置和本公开内容的显示装置。图1示意性地示出了从正面观察时的第一实施例的显示装置，图2A是从观察者上方观察时的显示装置的概念图。此外，图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A和6B是从上方观察的光学元件等的概念图，其用于描述第一实施例的图像显示装置的操作。
第一实施例或稍后描述的第三实施例的显示装置包括：
由观察者80佩戴的框架10，以及
图像显示装置，安装到框架10，以及
图像显示装置是下面描述的第一实施例或稍后描述的第三实施例的图像显示装置20。此外，第一实施例或稍后描述的第三实施例的显示装置包括右眼用图像显示装置20R和左眼用图像显示装置20L，并且被佩戴在观察者80的头上。第一实施例或稍后描述的第三实施例的显示装置是头戴式显示器(HMD)，并且特别是麦克斯韦式观看视网膜投影HMD。
此外，第一实施例或稍后描述的第三实施例的图像显示装置20包括：
图像形成装置30，
光学元件40，布置在观察者80的面部的前面，以及
移动控制装置，其中
当从光学元件40观察时，位于观察者80耳朵一侧的区域85被称为光学元件后面的区域，
图像形成装置30被布置在光学元件后面的区域中，以及
从图像形成装置30出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82。
此外，当观察者80的瞳孔82的位置发生变化时(具体而言，当主要由于观察者80的眼球81的旋转运动而导致瞳孔82的位置发生变化时)，使用移动控制装置来移动光学元件40，并且使用移动控制装置来控制从图像形成装置30出射的图像的位置。
在第一实施例或稍后描述的第三实施例的图像显示装置20中，框架10包括布置在观察者80前面的前部11、通过相应的铰链(未示出)分别可旋转地安装到前部11的两端的两个镜腿部分12、以及鼻托(未示出)。镜腿端部覆盖部(未示出)安装到每个镜腿部分12的端部。框架10和鼻托的组件具有与普通眼镜基本相同的结构。注意，前部11和两个镜腿部分12可以是一体的。
在第一实施例或稍后描述的第三实施例的图像显示装置20中，光学元件40包括反射式全息衍射光栅。反射式全息衍射光栅具有聚光功能。即，反射式全息衍射光栅具有作为凹面镜的功能。图像显示装置20可以是通过使用全息衍射光栅作为光学元件40的半透射(透视)图像显示装置，并且这使得可以通过光学元件40看到外部。光学元件40被安装到由塑料材料或玻璃制成的基材41(具体而言，被结合到基材41)。此外，从图像形成装置30出射的光束以远心的状态入射到光学元件40。此外，图像形成装置30包括具有正光焦度并且从图像形成装置30出射的图像通过的聚光构件34。
移动控制装置包括驱动机构，并且还包括控制从图像形成装置出射的图像的位置控制电路(未示出)。
即，在第一实施例的移动控制装置50A中，驱动机构具体包括第一驱动装置51和第一滑杆52。此外，使用移动控制装置50A来控制从图像形成装置出射的图像的位置。具体而言，基于来自位置控制电路的控制信号来移动从图像形成装置30出射的图像的位置。
具体而言，只要水平延伸的第一滑杆52可滑动地安装到第一驱动装置51，第一驱动装置51固定到前部11的上部或下部(在所示示例中固定到上部)，并且光学元件40通过安装构件53固定到第一滑杆52即可。此处，光学元件40结合到基体41，并且只要基体41固定到安装构件53即可，然后，驱动第一驱动装置51以相对于第一驱动装置51滑动第一滑杆52，这使得可以水平移动固定到第一滑杆52的光学元件40。第一驱动装置51和第一滑杆52的组合、或者下面描述的驱动装置和滑杆的组合的示例包括电机和齿条-小齿轮机构的组合、以及电机和滚珠丝杠机构的组合。此外，驱动机构可以包括线性致动器。
第一实施例或稍后描述的第三实施例的图像形成装置30是具有第二配置的图像形成装置，并且具有第二配置的图像形成装置包括但不限于光源31R、光源31G、光源31B和扫描机构32，该扫描机构扫描分别由光源31R、光源31G和光源31B发射的光以形成图像。
包括在图像形成装置30中的光源31R、31G、31B的示例包括发光元件。具体而言，红色发光元件31R、绿色发光元件31G和蓝色发光元件31B可以用作发光元件。发光元件的示例可以包括半导体激光元件、固体激光器和LED。例如，扫描机构32是包括二维可旋转微镜的MEMS镜，并且水平扫描和垂直扫描由光源31R、31G和31B发射的光。在图像形成装置30中，MEMS镜被布置在聚光构件34的前焦点位置(图像形成装置侧的焦点)。光源31R、光源31G、光源31B和扫描机构32容纳在壳体33中，并且壳体33例如安装到镜腿部分12。
用于检测观察者80的瞳孔82的位置的瞳孔位置检测机构90被安装到前部11的下部。瞳孔位置检测机构90例如包括发射红外光的光发射部分，以及接收从观察者80的瞳孔82反射的红外光的光接收部分或成像装置。此外，瞳孔位置检测机构90可以包括对观察者80的瞳孔82进行成像的成像装置。
在第一实施例或稍后描述的第三实施例的图像形成装置30中，光通过聚光构件34(将出射光形成为平行光的光学系统)形成为平行光，并且该平行光入射到光学元件40。这样将光形成为平行光使得图像能够以远心状态入射到光学元件40。用于产生平行光的聚光构件34的示例可以包括整体具有正光焦度并且其中单独使用凸透镜、凹透镜、自由棱镜、全息透镜或使用它们的组合的光学系统。注意，附图示出了单透镜形式的聚光构件34。然而，聚光构件34可以包括多个透镜或透镜和棱镜的组合。
在第一实施例中，当观察者80的瞳孔82的位置发生变化时，使用移动控制装置50A移动光学元件40，并且假定光学元件40在XY平面内移动。此外，上述θ0(参考图2B)可以呈现以下所示的值，但是该值不限于此：
-5(度)≤θ0≤5(度)，以及
具体而言，θ0＝0度。在这种情况下，上述x轴和X轴彼此一致，上述y轴和Y轴彼此一致，并且上述z轴和Z轴彼此一致。从图像形成装置30出射的图像从位于光学元件40后面的区域倾斜地入射到光学元件，并且由入射到光学元件40的光束和从光学元件40出射的光束形成的角度θ1(参考图3)可以呈现以下所示的值，但是该值不限于此：
45(度)≤θ1≤80(度)，以及
具体而言，θ0＝55度。
此外，在第一实施例的图像显示装置20中，使用移动控制装置50A在与观察者80的瞳孔82的位置水平变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置水平变化)相对应的方向上移动光学元件40。即，使用移动控制装置50A水平移动光学元件40。
下面参考图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A和6B描述光学元件等的移动。注意，在图3A、3B、4B、5A、5B、6B、8A、9B、12B、14B和15B中，可以由图像形成装置输出的图像的最大区域由点划线表示，由图像形成装置输出的图像的区域由虚线表示，并且图像中心光束由实线LC、LC'或LC"表示。
如图3A所示，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82的中心CP。注意，从扫描机构32出射的光(图像)由实线和虚线表示。由实线表示的光束LC表示从由图像形成装置形成的图像的中心出射的光束，并且如上所述，光束LC被称为图像中心光束。此外，光学元件40的中心点由“O”表示。图像中心光束LC入射到光学元件40的中心点O。此处，光学元件40的中心点是光学元件40的光轴和光学元件40的交点。
接下来，假设引起观察者80的瞳孔82的位置水平变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置水平变化)，如图3B所示。在图示的示例中，观察者80的瞳孔82的位置水平变化是观察者80的眼球81向着观察者80的鼻子的旋转。因此，存在光会聚与瞳孔的中心CP的偏差。注意，在图中，观察者80的鼻子由附图标记83表示。
因此，如图4A所示，使用移动控制装置50A(在所示示例中，在X轴方向和在朝向观察者80的鼻子的方向上)水平移动光学元件40。在这种状态下，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)被光学元件40反射，但是图像中心光束LC不会到达观察者80的瞳孔82的中心CP。为了使图像中心光束LC到达观察者80的瞳孔82的中心CP，需要将图像中心光束LC移动到图像中心光束LC'的位置。
因此，使用移动控制装置50A来控制从图像形成装置30出射的图像的位置。具体而言，基于来自包括在移动控制装置50A中的位置控制电路的控制信号，移动从图像形成装置30出射的图像的位置。即，基于来自包括在移动控制装置50A中的位置控制电路的控制信号移动由图像形成装置形成的图像，使得图像中心光束LC'入射到光学元件40的中心点O，如图4B所示。因此，图像中心光束LC与图像中心光束LC'重合。更具体而言，扫描机构32被设计为使得扫描机构32可以扫描尺寸大于要显示的图像的区域。如上所述，可以由图像形成装置输出的图像的最大区域由点划线表示。此外，由图像形成装置输出的图像的区域由虚线表示。然后，只要可以由扫描机构32扫描的区域的一部分用于形成图像即可。即，只要从扫描机构32出射的图像区域被移动，使得图像中心光束LC'入射到光学元件40的中心点O即可。因此，由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82的中心CP。
在图5A、5B、6A和6B所示的示例中，观察者80的瞳孔82的位置水平变化是观察者眼球81向着观察者耳朵的旋转。除了这一点之外，与图5A、5B、6A和6B相关的描述类似于与图3A、3B、4A和4B相关的描述。因此，省略其详细描述。
第一实施例的图像显示装置与传统技术的不同之处在于，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中。从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并且到达观察者瞳孔。此外，当观察者瞳孔位置发生变化时，使用移动控制装置移动光学元件，并且使用移动控制装置控制从图像形成装置出射的图像的位置。这使得可以使图像显示装置被制造得更小和更轻。由于图像显示装置可以被制造得更小和更轻，图像显示装置可以跟随观察者瞳孔的快速移动，可以减少移动光学元件所需的能量(功耗)，并且可以以高自由度设计图像显示装置。
第二实施例
第二实施例是第一实施例的变型。图7示意性地示出了从正面观察的第二实施例的显示装置，图8A、8B、9A和9B是从横向观察的光学元件等的概念图，用于描述第二实施例的图像显示装置的操作。
在第二实施例的图像显示装置中，使用移动控制装置50B在与观察者80的瞳孔82的位置垂直变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置垂直变化)相对应的方向上移动光学元件40。即，使用移动控制装置50B垂直移动光学元件40。
与第一实施例的情况一样，移动控制装置50B包括驱动机构，并且还包括控制从图像形成装置出射的图像的位置控制电路(未示出)。具体而言，驱动机构包括第二驱动装置54和第二滑杆55。此外，使用移动控制装置50B来控制从图像形成装置出射的图像的位置。具体而言，基于来自位置控制电路的控制信号来移动从图像形成装置30出射的图像的位置。
更具体而言，只要垂直延伸的第二滑杆55可滑动地安装到第二驱动装置54，第二驱动装置54固定到前部11的耳朵侧上的部分(具体而言，固定到镜腿部分12)，并且光学元件40(具体而言，基体41)通过安装构件56固定到第二滑杆55即可。然后，驱动第二驱动装置54以使第二滑杆55相对于第二驱动装置54滑动，并且这使得可以垂直地移动固定到第二滑杆55的光学元件40。
下面参考图8A、8B、9A和9B描述光学元件等的移动。
如图8A所示，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82的中心CP。图像中心光束LC入射到光学元件40的中心点O。
接下来，假设引起观察者80的瞳孔82的位置垂直变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置垂直变化)，如图8B所示。在图示的示例中，观察者80的瞳孔82的位置垂直变化是观察者80的眼球81向着观察者80的头顶的旋转。因此，存在光会聚与瞳孔的中心CP的偏差。
因此，如图9A所示，使用移动控制装置50B垂直移动光学元件40(在所示示例中，在Y轴方向和在朝向观察者80的头顶的方向上)。在这种状态下，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)被光学元件40反射，但是图像中心光束LC不会到达观察者80的瞳孔82的中心CP。为了使图像中心光束LC到达观察者80的瞳孔82的中心CP，需要将图像中心光束LC
因此，使用移动控制装置50B来控制从图像形成装置30出射的图像的位置。具体而言，基于来自包括在移动控制装置50B中的位置控制电路的控制信号，移动从图像形成装置30出射的图像的位置。即，基于来自包括在移动控制装置50B中的位置控制电路的控制信号移动由图像形成装置形成的图像，使得图像中心光束LC'入射到光学元件40的中心点O，如图9B所示。因此，图像中心光束LC与图像中心光束LC'重合。更具体而言，如在第一实施例中的描述的情况下，扫描机构32被设计为使得扫描机构32可以扫描尺寸比要显示的图像大的区域。然后，只要可以由扫描机构32扫描的区域的一部分用于形成图像即可。即，只要从扫描机构32出射的图像区域被移动，使得图像中心光束LC'入射到光学元件40的中心点O即可。因此，由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并且到达观察者80的瞳孔82的中心CP。
除了移动方向存在差异之外，在观察者80的瞳孔82的位置平行于垂直方向向下变化的情况下也是如此。
图10示意性地示出了从正面观察时第二实施例的显示装置的变型。在该变型中，使用移动控制装置50A和50B，在与观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化(具体而言，由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化)相对应的方向上移动光学元件40。即，使用移动控制装置50A和50B水平和垂直地移动光学元件40。对于图10中所示的显示装置，只要组合使用在第一实施例中描述的移动控制装置50A和在第二实施例中描述的移动控制装置50B即可。第一实施例中描述的移动控制装置50A中的第一驱动装置51固定到第一前部11A。第一前部11A被第二前部11B包围，第二实施例中描述的移动控制装置50B中的第二驱动装置54固定到第一前部11B，安装构件56固定到第二前部11B。
第三实施例
第三实施例涉及根据本公开内容的第二方面的图像显示装置，以及包括根据本公开内容的第二方面的图像显示装置的本公开内容的显示装置。图11示意性地示出了从正面观察的第三实施例的显示装置，图12A和12B是从上面观察的光学元件等的概念图，它们用于描述第三实施例的图像显示装置的操作。
在第三实施例的图像显示装置20中，当观察者80的瞳孔82的位置发生变化时，使用移动控制装置50C在与该变化相对应的方向上移动图像形成装置30(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置水平变化)。此外，第三实施例的显示装置包括第三实施例的图像显示装置20。
具体而言，使用移动控制装置50C，在与观察者80的瞳孔82的位置水平变化(即，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置水平变化)相对应的方向上移动整个图像显示装置30。即，使用移动控制装置50C水平移动整个图像显示装置30。
移动控制装置50C包括驱动机构。驱动机构包括第一驱动装置61和第一滑杆62。具体而言，只要水平延伸的第一滑杆62可滑动地安装到第一驱动装置61，第一驱动装置61固定到前部11的耳朵侧上的部分(或固定到镜腿部分12)，并且图像显示装置30通过安装构件63固定到第一滑杆62即可。然后，驱动第一驱动装置61、以使第一滑杆62相对于第一驱动装置61滑动，并且这使得可以水平移动固定到第一滑杆62的图像显示装置30。
光学元件40所结合到的基体41被装配到前部11中。
下面参考图3A、3B、12A和12B描述图像形成装置等的移动。
如图3A所示，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82的中心CP。图像中心光束LC入射到光学元件40的中心点O。
接下来，假设引起观察者80的瞳孔82的位置水平变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转而引起的观察者80的瞳孔82的位置水平变化)，如图3B所示。在图示的示例中，观察者80的瞳孔82的位置水平变化是观察者80的眼球81向着观察者80的鼻子的旋转。因此，存在光会聚与瞳孔的中心CP的偏差。
因此，如图12A所示，使用移动控制装置50C，在与水平方向相对应的方向上(在所示示例中，在X轴方向上和在朝向观察者80的鼻子的方向上)移动图像显示装置30。只要图像中心光束LC移动到图像中心光束LC'的位置，以便使图像中心光束到达观察者80的瞳孔82的中心CP即可。由聚光构件34形成为平行光的光(图像)被光学元件40反射以到达观察者80的瞳孔82的中心CP。图12B示出了这种状态。注意，图像形成装置30的移动是整个图像形成装置30的移动，即，光源31R、31G和31B、扫描机构32、壳体33和聚光构件34的移动。如上所述，使用移动控制装置50C来控制从图像形成装置30出射的图像的位置。然而，由于移动整个图像形成装置30，因此不需要基于控制信号来移动从图像形成装置30出射的图像的位置，这与第一和第二实施例不同。
除了移动方向存在差异之外，同样适用于观察者80的瞳孔82的位置在朝向观察者80的耳朵的方向上变化的情况。
第三实施例的图像显示装置与传统技术的不同之处在于，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中。从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并且到达观察者瞳孔。此外，当观察者瞳孔位置发生变化时，使用移动控制装置来移动图像形成装置。这使得可以使图像显示装置被制造得更小和更轻。由于图像显示装置可以被制造得更小和更轻，图像显示装置可以跟随观察者瞳孔的快速移动，可以减少移动光学元件所需的能量(功耗)，并且可以以高自由度设计图像显示装置。此外，由于图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中，因此当从正面观看图像显示装置时，移动控制装置不太引人注意。
第四实施例
第四实施例是第三实施例的变型。图13示意性地示出了从正面观察的第四实施例的显示装置，图14A和14B是从横向观察的光学元件等的概念图，用于描述第四实施例的图像显示装置的操作。
在第四实施例的图像显示装置20中，使用移动控制装置50D，在与观察者80的瞳孔82的位置垂直变化(即，主要是由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置垂直变化)相对应的方向上移动整个图像形成装置30。即，使用移动控制装置50D来垂直移动整个图像形成装置30。
移动控制装置50D包括驱动机构。驱动机构包括第二驱动装置64和第二滑杆65。具体而言，只要垂直延伸的第二滑杆65可滑动地安装到第二驱动装置64，第二驱动装置64固定到前部11的耳朵侧上的部分(或固定到镜腿部分12)，并且图像显示装置30通过安装构件66固定到第二滑杆65即可。然后，驱动第二驱动装置64以相对于第二驱动装置64滑动第二滑杆65，并且这使得可以垂直地移动固定到第二滑杆65的图像显示装置30。
下面参考图8A、8B、14A和14B描述图像形成装置等的移动。
如图8A所示，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82的中心CP。图像中心光束LC入射到光学元件40的中心点O。
接下来，假设引起观察者80的瞳孔82的位置垂直变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置垂直变化)，如图8B所示。在图示的示例中，观察者80的瞳孔82的位置垂直变化是观察者80的眼球81向着观察者80的头顶的旋转。因此，存在光会聚与瞳孔的中心CP的偏差。
因此，如图14A所示，使用移动控制装置50D在与垂直方向相对应的方向上(在所示示例中，在Y轴方向上和在朝向观察者80的头顶的方向上)移动图像显示装置30。只要图像中心光束LC移动到图像中心光束LC'的位置，以便使图像中心光束到达观察者80的瞳孔82的中心CP即可。由聚光构件34形成为平行光的光(图像)被光学元件40反射以到达观察者80的瞳孔82的中心CP。图14B示出了这种状态。注意，与第三实施例的情况一样，图像形成装置30的移动是整个图像形成装置30的移动，即，光源31R、31G和31B、扫描机构32、壳体33和聚光构件34的移动。如上所述，使用移动控制装置50D来控制从图像形成装置30出射的图像的位置。然而，与第三实施例的情况一样，由于移动整个图像形成装置30，所以不需要基于控制信号来移动从图像形成装置30出射的图像的位置。
在第四实施例的图像显示装置20的变型中，使用移动控制装置在与观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化(具体而言，由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化)相对应的方向上移动图像形成装置30。即，使用移动控制装置来水平和垂直地移动图像形成装置30。具体而言，只要组合使用移动控制装置50C和移动控制装置50D即可。
第五实施例
第五实施例是第一和第四实施例的组合。在第五实施例的图像显示装置中，在与观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化(具体而言，由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化)相对应的方向上，使用移动控制装置50A移动光学元件40，并且使用移动控制装置50D移动图像形成装置30。即，使用移动控制装置50A水平移动光学元件40，并且使用移动控制装置50D垂直移动图像形成装置30。除了上述要点之外，第五实施例的图像显示装置和显示装置的配置和结构类似于第一实施例的图像显示装置和显示装置的配置和结构，并且类似于第四实施例的图像显示装置和显示装置的配置和结构。因此，省略其详细描述。
第六实施例
第六实施例是第五实施例的变型。图15A和15B是从横向观察的光学元件等的概念图，用于描述第六实施例的图像显示装置的操作。
如图14B所示，在第四实施例的图像显示装置中，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)被光学元件40反射以到达观察者80的瞳孔82的中心CP。然而，图像中心光束LC入射到从光学元件40的中心点O偏移的点。这可能导致像差增大。
下面参考图8A、8B、15A和15B描述图像形成装置等的移动。
如图8A所示，从扫描机构32出射并由聚光构件34形成为平行光的光(图像)从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件40，被光学元件40反射，并到达观察者80的瞳孔82的中心CP。图像中心光束LC入射到光学元件40的中心点O。
接下来，假设引起观察者80的瞳孔82的位置垂直变化(具体而言，主要是由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置垂直变化)，如图8B和15A所示。在图示的示例中，观察者80的瞳孔82的位置垂直变化是观察者80的眼球81向着观察者80的头顶(向上)的旋转。因此，存在光会聚与瞳孔的中心CP的偏差。在这种状态下的图像中心光束由实线LC表示，其中图像中心光束LC入射到光学元件40的中心点O。
因此，如图15A和15B所示，图像中心的光束LC(参考图15A)以光学元件40的中心点O为中心旋转(参考图15A中的图像中心光束LC')，并且移动(参考图15B中的图像中心光束LC″)，因此，通过旋转和移动获得的图像中心光束LC″入射到光学元件40的中心点O，并且还到达瞳孔的中心CP。当图像中心光束LC沿着聚光构件34的光轴(为了方便，将这种情况下的聚光构件34的光轴称为“光轴η”)入射到聚光构件34时，只要使用移动控制装置在与光轴η正交的方向上移动聚光构件34以便实现上述状态即可。为了方便起见，将移动聚光构件34之后的聚光构件34的光轴称为“光轴η'”。因此，平行于光轴η'的图像中心光束LC'入射到聚光构件34，但是图像中心光束LC'入射到从光学元件40的中心点O偏移的点，如图15A所示。因此，基于来自包括在移动控制装置中的位置控制电路的控制信号，移动由图像形成装置形成的图像，使得图像中心光束LC'入射到光学元件40的中心点O。因此，如图15B所示，图像中心光束LC"入射到光学元件40的中心点O。
与第一实施例的情况一样，移动控制装置包括驱动机构和控制从图像形成装置出射的图像的位置的位置控制电路。具体而言，驱动机构包括第一驱动装置51和第一滑杆52。此外，使用移动控制装置控制从图像形成装置出射的图像的位置。具体而言，与第一实施例的情况一样，基于来自位置控制电路的控制信号，在与X轴方向相对应的方向上移动从图像形成装置30出射的图像的位置。
与第四实施例的情况一样，驱动机构还包括第二驱动装置64和第二滑杆65。垂直延伸的第二滑杆65可滑动地安装到第二驱动装置64，第二驱动装置64固定到前部11的耳朵侧的部分(或镜腿部分12)，并且聚光构件34通过安装构件66固定到第二滑杆65，光源31R、31G和31B以及扫描机构32固定，即不动，这与第四实施例不同。然后，驱动第二驱动装置64以使第二滑杆65相对于第二驱动装置64滑动，这使得可以在与聚光构件34的光轴正交的方向(即，与Y轴方向对应的方向)上移动固定到第二滑杆65的聚光构件34。此外，基于来自位置控制电路的控制信号，在与Y轴方向相对应的方向上移动从图像形成装置30出射的图像的位置。
当使用移动控制装置50A和50B在与观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化对应的方向上移动光学元件40时(即，当使用移动控制装置50A和50B水平和垂直地移动光学元件40时)，与图10中所示的第二实施例的显示装置的变型的情况一样，这可能导致当从正面观看显示装置时在显示装置的设计中存在改进的空间。此外，当使用移动控制装置在与观察者80的瞳孔82的位置水平变化对应的方向上移动图像显示装置30时(即，当使用移动控制装置水平移动图像显示装置30时)，与第三实施例的情况一样，这可能导致由于图像显示装置30的水平移动而引起的像差增加。
在第五实施例或第六实施例中，在与观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化对应的方向上，使用相应的移动控制装置移动光学元件40，并且移动图像形成装置30或图像形成装置30的一部分。即，使用相应的移动控制装置，水平移动光学元件40，并且垂直移动图像形成装置30或图像形成装置30的一部分。当从正面观察显示装置时，用于光学元件40的移动控制装置50A容易引人注意，而用于图像形成装置30的移动控制装置不引人注意。因此，显示装置具有更优异的设计。
通常，由于光学部件和光学装置的移动而在偏心光学系统中产生的像差在偏心方向上较大。即，由于光学元件40在XZ平面中的移动(光学元件40的水平移动)而产生的像差大于由于光学元件40在YZ平面中的移动而产生的像差。由于图像形成装置30的水平移动而产生的像差大于由于图像形成装置30的垂直移动而产生的像差。此外，从观察者80的瞳孔82到图像形成装置30的距离比从观察者80的瞳孔82到光学元件40的距离长。因此，当将由于光学元件40在XZ平面中的移动(光学元件40的水平移动)而产生的像差的影响与由于图像形成装置30的水平移动而产生的像差的影响进行比较时，在后一种情况下像差的影响更大。因此，当光学元件40在与观察者80的瞳孔82的位置水平变化对应的方向上移动时，并且当图像形成装置30的一部分在与观察者80的瞳孔82的位置垂直变化对应的方向上移动时，这使得可以更确定地抑制由于这些移动引起的像差的影响。
此外，在第六实施例或稍后描述的第七实施例中，只要移动图像形成装置30的一部分即可。这使得可以减少移动量，更快地跟随瞳孔的移动，并且减少能量消耗(功耗)。
第七实施例
第七实施例是第六实施例的变型。图16A至16C是用于描述第七实施例的图像形成装置中所包括的聚光构件的原理图。在第七实施例的图像显示装置中，根据观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化(具体而言，由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向和垂直方向的变化)，使用移动控制装置50A水平移动光学元件40，并且使用下面描述的4F光学系统垂直移动图像。
具体而言，在第七实施例的图像显示装置20中，图像形成装置30包括4F光学系统，从图像形成装置30出射的图像通过该光学系统，并且使用移动控制装置在与观察者80的瞳孔82的位置垂直变化对应的方向上移动4F光学系统。更具体而言，4F光学系统包括第一透镜34A、第二透镜34B和第三透镜34C，并且扫描机构32位于第一透镜34A的扫描机构侧的焦点位置处。此外，第二透镜34B在光学元件侧的焦点位置与第三透镜34C在扫描机构侧的焦点位置重合。注意，在图中，透镜的光轴由点划线表示。然后，第一透镜34A和第二透镜34B在与它们的光轴正交的方向上移动。光源31R、31G和31B、扫描机构32和第三透镜34C是固定的和不移动的。通过使用具有这种配置的4F光学系统，透镜34A和34B的移动量可以是第六实施例中的聚光构件34的移动量的一半。
第八实施例
第八实施例是第六实施例的另一变型。图17是包括在第八实施例的显示装置中的图像显示装置的概念图。在第八实施例的图像显示装置中，根据观察者80的瞳孔82的位置垂直变化(具体而言，由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置垂直变化)，使用反射镜91垂直移动入射到光学元件40的图像。即，在第八实施例中，移动控制装置包括反射从图像形成装置30出射的图像的反射镜91，并且使用移动控制装置使反射镜91绕旋转轴92旋转以改变反射镜91的光反射角。这导致能够使从图像形成装置30出射的图像确定地到达观察者80的瞳孔82。反射镜91布置在聚光构件34和光学元件40之间。注意，根据观察者80的瞳孔82的位置水平变化(具体而言，由于观察者80的眼球81的旋转引起的观察者80的瞳孔82的位置水平变化)，只要基于第一实施例水平移动光学元件40即可。
第九实施例
第九实施例是第一到第八实施例的变型。图18是从观察者上方观察时第九实施例的显示装置的概念图，并且图像形成装置30包括如图18所示的第九实施例中的色散补偿元件37。此处，色散补偿元件37布置在光源31R、31G和31B与扫描机构32之间。色散补偿元件37是一种校正透镜，并且是校正在光学元件40中发生的色差的元件。具体而言，调整从色散补偿元件37出射的光的光束形状(光束直径、光束发散角)使得可以校正色差。
以上已经基于有利的实施例描述了本公开内容。然而，本公开内容不限于这些实施例。在实施例中描述的显示装置(头戴式显示器)、图像显示装置和图像形成装置的配置和结构仅仅是说明性的，并且可以适当地对其进行修改。
光学元件40可以包括凹面镜，而不是反射式全息衍射光栅。在这种情况下，在凹面镜、稍后描述的平面反射镜或菲涅耳反射镜中所包括的透明部件(基部)的光反射表面上形成有反射特定波长的光的光反射膜。这使得可以通过光学元件看到外部。此外，光学元件可以包括具有正光焦度的透镜和平面反射镜，该透镜是从图像形成装置30出射的图像通过的透镜。此外，光学元件可以包括菲涅耳反射镜。此外，可以使用移动控制装置根据观察者80的瞳孔82的位置垂直变化来旋转光学元件。注意，当观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向发生变化时，只要使用移动控制装置水平移动光学元件40即可。此外，可以使用移动控制装置根据观察者80的瞳孔82的位置垂直变化来改变光学元件40的布置角度。注意，当观察者80的瞳孔82的位置平行于水平方向发生变化时，只要使用移动控制装置水平移动光学元件40即可。
图19是从观察者上方观察时第一实施例的显示装置的变型的概念图，并且如图19所示，θ0可以不等于0度。
图像形成装置30可以是具有第一配置的图像形成装置。图20A的概念图中的该图像形成装置30包括以二维矩阵排列的多个像素。具体而言，整个图像形成装置30容纳在壳体33中(由图20A中的点划线表示)。壳体33包括开口(未示出)，并且光通过该开口从光学系统(平行光输出光学系统或准直光学系统)35D出射。反射型空间光调制装置包括用作灯泡的LCOS的液晶显示装置(LCD)35C。反射型空间光调制装置还包括偏振分束器35B，其中来自光源35A的光的一部分被偏振分束器35B反射以被引导到液晶显示装置35C，并且被液晶显示装置35C反射的光的一部分穿过偏振分束器35B以被引导到光学系统35D。液晶显示装置35C包括以二维矩阵排列的多个(例如640×480)像素(液晶单元或液晶显示元件)。偏振分束器35B具有公知的配置和结构。由光源35A发射的非偏振光照射在偏振分束器35B上。p偏振分量通过偏振分束器35B，并从系统出射。另一方面，s偏振分量被偏振分束器35B反射，并入射到液晶显示装置35C。此外，s偏振分量被液晶显示装置35C内部反射，并从液晶显示装置35C出射。此处，在从液晶显示装置35C出射的光中，从用于显示“白色”的像素出射的光包括大量的p偏振分量，而从用于显示“黑色”的像素出射的光包括大量的s偏振分量。因此，从液晶显示装置35C出射并照射在偏振分束器35B上的光中，p偏振分量通过偏振分束器35B以被引导到光学系统35D。另一方面，s偏振分量被偏振分束器35B反射以返回到光源35A。光学系统35D包括例如凸透镜，并且图像形成装置30(更具体而言，液晶显示装置35C)被布置在与光学系统35D的焦距相对应的点(位置)处，以便生成平行光。从图像形成装置30出射的图像通过光学元件40到达观察者80的瞳孔82。
此外，图20B示出了具有第一配置的图像形成装置30的概念图，并且图像形成装置30包括有机EL显示装置36A。从有机EL显示装置36A出射的图像通过透镜系统中的第一凸透镜36B。图像进一步通过透镜系统中的第二凸透镜36D，以变成平行光，并朝向光学元件40前进。第二凸透镜36D的前焦点位置与第一凸透镜36B的后焦点位置重合。此外，光阑36C布置在第一凸透镜36B的后焦点位置(第二凸透镜36D的前焦点位置)处。图像形成装置30的整体容纳在壳体33中。有机EL显示装置36A包括以二维矩阵排列的多个(例如640×480)像素(有机EL元件)。
注意，本公开内容还可以采用以下配置。
[A01]<图像显示装置：第一方面>
一种图像显示装置，包括：
图像形成装置；
光学元件，其布置在观察者的面部的前方；以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察位于观察者的耳侧的区域被称为元件后面的区域时，图像形成装置被布置在所述光学元件后面的区域中，
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者的瞳孔，以及
当观察者的瞳孔的位置改变时，使用移动控制装置移动光学元件，并且使用移动控制装置控制从图像形成装置出射的图像的位置。
[A02]根据[A01]的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置水平变化对应的方向上移动光学元件。
[A03]根据[A01]或[A02]的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动图像形成装置。
[A04]根据[A03]的图像显示装置，其中
图像形成装置包括4F光学系统，从图像形成装置出射的图像通过该4F光学系统，以及
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动4F光学系统。
[A05]根据[A03]的图像显示装置，其中
图像形成装置包括反射镜，从图像形成装置出射的图像被该反射镜反射，以及
使用移动控制装置改变反射镜的光反射角。
[A06]根据[A01]或[A02]的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动光学元件。
[A07]根据[A01]至[A06]中任一项所述的图像显示装置，其中
光学元件由反射式全息衍射光栅构成。
[A08]根据[A07]的图像显示装置，其中
反射式全息衍射光栅具有聚光功能。
[A09]根据[A01]至[A06]中任一项所述的图像显示装置，其中
光学元件由凹面镜构成。
[A10]根据[A01]至[A09]中任一项的图像显示装置，其中
从图像形成装置出射的光束以远心状态入射到光学元件。
[A11]根据[A01]至[A06]中任一项所述的图像显示装置，其中
光学元件包括具有正光焦度的透镜和平面反射镜，从图像形成装置出射的图像通过所述透镜。
[A12]根据[A11]的图像显示装置，其中
从图像形成装置出射的光束以远心状态入射到透镜。
[A13]根据[A01]或[A02]的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，根据观察者瞳孔位置垂直变化旋转光学元件。
[A14]根据[A01]或[A02]的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，根据观察者瞳孔位置垂直变化改变光学元件的布置角度。
[A15]根据[A13]或[A14]的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，根据观察者瞳孔位置水平变化水平移动光学元件。
[A16]根据[A01]至[A15]中任一项的图像显示装置，其中
图像形成装置配备有色散补偿元件。
[B01]<图像显示装置：第二方面>
一种图像显示装置，包括：
图像形成装置；
光学元件，其布置在观察者的面部的前方；以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察时位于观察者耳侧的区域被称为光学元件后面的区域时，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中，
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者的瞳孔，以及
当观察者的瞳孔的位置发生变化时，使用移动控制装置来移动图像形成装置。
[B02]根据[B01]的图像显示装置，其中
光学元件由反射式全息衍射光栅构成。
[B03]根据[B02]的图像显示装置，其中
反射式全息衍射光栅具有聚光功能。
[B04]根据[B01]的图像显示装置，其中
光学元件由凹面镜构成。
[B05]根据[B01]的图像显示装置，其中
光学元件包括具有正光焦度的透镜和平面反射镜，从图像形成装置出射的图像通过所述透镜。
[B06]根据[B01]至[B05]中任一项的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动光学元件。
[B07]根据[B01]至[B05]中任一项的图像显示装置，其中
图像形成装置包括反射镜，从图像形成装置出射的图像被该反射镜反射，以及
使用移动控制装置改变反射镜的光反射角。
[B08]根据[B01]至[B05]中任一项的图像显示装置，其中
图像形成装置包括4F光学系统，从图像形成装置出射的图像通过该4F光学系统，以及
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动4F光学系统。
[B09]根据[B01]至[B08]中任一项的图像显示装置，其中
从图像形成装置出射的光束以远心状态入射到光学元件。
[B10]根据[B01]至[B09]中任一项的图像显示装置，其中
该图像形成装置配备有色散补偿元件。
[C01]<显示装置>
一种显示装置，包括：
框架，由观察者佩戴；以及
图像显示装置，安装到所述框架，
所述图像显示装置包括
图像形成装置，
光学元件，其布置在观察者的面部的前面，以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察时位于观察者耳侧的区域被称为光学元件后面的区域时，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中，
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者的瞳孔，以及
当观察者的瞳孔的位置发生变化时，使用移动控制装置移动光学元件，或者移动光学元件和图像形成装置。
[C02]根据[C01]的显示装置，包括：
右眼用图像显示装置；以及
左眼用图像显示装置。
附图标记列表
10 框架
11 前部
11A 第一前部
11B 第二前部
12 镜腿部分
20 图像显示装置
20R 右眼用图像显示装置
20 左眼用图像显示装置
30 图像形成装置
31R，31G，31B 光源
32 扫描机构
33 壳体
34 聚光构件
34A，34B，34C 透镜
35A 光源
35B 偏振分束器
35C 液晶显示装置
35D 准直光学系统
36A 有机EL显示装置
36B 第一凸透镜
36C 光阑
36D 第二凸透镜
37 色散补偿元件
40 光学元件
41 基体
50A，50B，50C，50D 移动控制装置
51，54，61，64 驱动装置
52，55，62，65 滑杆
53，56，63，66 安装构件
80 观察者
81 观察者的眼球
82 观察者瞳孔
83 观察者的鼻子
85 位于观察者耳侧的区域
90 瞳孔位置检测机构
91 反射镜
92 反射镜的旋转轴
LC、LC'、LC" 图像中心光束
CP 观察者的瞳孔的中心
O 光学元件的中心点

Claims (20)

1.一种图像显示装置，包括：
图像形成装置；
光学元件，其布置在观察者的面部的前方；以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察位于观察者的耳侧的区域被称为元件后面的区域时，图像形成装置被布置在所述光学元件后面的区域中，
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者的瞳孔，以及
当观察者的瞳孔的位置改变时，使用移动控制装置移动光学元件，并且使用移动控制装置控制从图像形成装置出射的图像的位置。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置水平变化对应的方向上移动光学元件。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动图像形成装置。
4.根据权利要求3所述的图像显示装置，其中
图像形成装置包括4F光学系统，从图像形成装置出射的图像通过所述4F光学系统，以及
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动4F光学系统。
5.根据权利要求3所述的图像显示装置，其中
图像形成装置包括反射镜，从图像形成装置出射的图像被所述反射镜反射，以及
使用移动控制装置改变反射镜的光反射角。
6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，在与观察者瞳孔位置垂直变化对应的方向上移动光学元件。
7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
光学元件由反射式全息衍射光栅构成。
8.根据权利要求7所述的图像显示装置，其中
反射式全息衍射光栅具有聚光功能。
9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
光学元件由凹面镜构成。
10.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
从图像形成装置出射的光束以远心状态入射到光学元件。
11.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
光学元件包括具有正光焦度的透镜和平面反射镜，从图像形成装置出射的图像通过所述透镜。
12.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，根据观察者瞳孔位置的垂直变化旋转光学元件。
13.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
使用移动控制装置，根据观察者瞳孔位置的垂直变化改变光学元件的布置角度。
14.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中
图像形成装置配备有色散补偿元件。
15.一种图像显示装置，包括：
图像形成装置；
光学元件，其布置在观察者的面部的前方；以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察时位于观察者耳侧的区域被称为光学元件后面的区域时，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中，
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者的瞳孔，以及
当观察者的瞳孔的位置发生变化时，使用移动控制装置来移动图像形成装置。
16.根据权利要求15所述的图像显示装置，其中
光学元件由反射式全息衍射光栅构成。
17.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中
反射式全息衍射光栅具有聚光功能。
18.根据权利要求15所述的图像显示装置，其中
从图像形成装置出射的光束以远心状态入射到光学元件。
19.一种显示装置，包括：
由观察者佩戴的框架；以及
安装在框架上的图像显示装置，
所述图像显示装置包括
图像形成装置，
光学元件，其布置在观察者的面部的前面，以及
移动控制装置，其中
当从光学元件观察时位于观察者耳侧的区域被称为光学元件后面的区域时，图像形成装置被布置在光学元件后面的区域中，
从图像形成装置出射的图像从光学元件后面的区域倾斜地入射到光学元件，被光学元件反射，并到达观察者的瞳孔，以及
当观察者的瞳孔的位置发生变化时，使用移动控制装置移动光学元件和/或图像形成装置。
20.根据权利要求19所述的显示装置，包括：
右眼用图像显示装置；以及
左眼用图像显示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU1458900A (en) * 1999-10-29 2001-05-14 Microvision, Inc. Personal display with vision tracking
JP5311887B2 (ja) 2008-06-09 2013-10-09 キヤノン株式会社 走査型表示装置
US20140375540A1 (en) * 2013-06-24 2014-12-25 Nathan Ackerman System for optimal eye fit of headset display device
JP6231585B2 (ja) * 2016-01-05 2017-11-15 株式会社Ｑｄレーザ 画像投影装置
JP6872136B2 (ja) * 2016-07-20 2021-05-19 ソニーグループ株式会社 画像表示装置、表示装置、及び、表示装置の調整方法
DE112018002005T5 (de) * 2017-04-13 2020-01-09 Sony Corporation Bildanzeigevorrichtung

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