CN114063298A - 虚像显示装置和光学单元 - Google Patents

Abstract

虚像显示装置和光学单元，防止在正面射出图像光而从外部看到显示中的影像。虚像显示装置(100)具有：图像光生成装置(11)；透射倾斜镜(23)，其对来自图像光生成装置(11)的图像光(ML)进行反射；以及凹面透射镜(24)，其将由透射倾斜镜(23)反射后的图像光(ML)朝向透射倾斜镜(23)反射而形成射出光瞳(EP)，在凹面透射镜(24)的外界侧具有吸收剂层(41)或吸收膜(44)。

Description

虚像显示装置和光学单元

技术领域

本发明涉及透视(see-through)型的虚像显示装置，特别涉及由透射倾斜镜反射图像光而使其入射到凹面透射镜并隔着透射倾斜镜观察来自凹面透射镜的反射光的类型的虚像显示装置和光学单元。

背景技术

作为具备透射反射面和凹面镜的虚像显示装置，例如存在具备组装有透射反射面的棱镜部件的虚像显示装置(参照专利文献1)。记载了如下技术：在该装置中，利用棱镜部件的全反射面朝向透射反射面全反射并引导入射到棱镜部件的图像光，并且利用透射反射面将图像光朝向配置在棱镜部件前方的凹面镜反射。

专利文献1：日本特开2020-008749号公报

在上述专利文献1的虚像显示装置中，由于在正面射出图像光，所以存在从外部看到显示中的影像的问题。

发明内容

本发明一个方面的虚像显示装置具有：图像光生成装置；透射倾斜镜，其对来自图像光生成装置的图像光进行反射；以及凹面透射镜，其将由透射倾斜镜反射后的图像光朝向透射倾斜镜反射而形成射出光瞳，在凹面透射镜的外界侧具有吸收剂层或吸收膜。

附图说明

图1是说明第1实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观图。

图2是说明图1的虚像显示装置的构造的示意性立体图。

图3是图1的虚像显示装置的侧剖视图和部分截面俯视图。

图4示出说明凹面透射镜的放大剖视图和例示板状体的透射特性的图。

图5是说明变形例中的凹面透射镜的放大剖视图。

图6是说明变形例中的凹面透射镜的放大剖视图。

图7是说明第2实施方式中的凹面透射镜的放大剖视图。

图8是说明第3实施方式中的凹面透射镜的放大剖视图。

图9是说明第4实施方式中的凹面透射镜的放大剖视图。

图10是说明第5实施方式中的凹面透射镜的放大剖视图。

图11是说明遮罩的配置的主视图。

图12是说明第6实施方式的虚像显示装置的构造的示意性立体图。

图13是图12的虚像显示装置的侧剖视图和部分截面俯视图。

图14是说明第7实施方式的虚像显示装置的构造的示意性立体图。

图15是说明第8实施方式的虚像显示装置的主视图。

标号说明

11：图像光生成装置；12：光学单元；21：投射光学系统；23：透射倾斜镜；23a：平行平板；24：凹面透射镜；24a：板状体；24b、124b：透射反射膜；24c：防反射膜；41：吸收剂层；42：射出光吸收部件；44：吸收膜；45：射出光吸收膜；51：遮罩；100：虚像显示装置；100A、100B：显示装置；100C：支承装置；AX：光轴；AXE：射出光轴；EP：射出光瞳；EY：眼睛；II：中间像；LE：泄漏光；MC：透射反射面；ML：图像光；MS1：平面反射面；MS2：平面反射面；OL：外界光；PI：一部分；US：佩戴者。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参照图1～4等，对本发明的第1实施方式的虚像显示装置以及组装于该虚像显示装置的光学单元进行说明。

图1是说明头戴式显示器(以下也称为HMD)200的佩戴状态的图，HMD 200使佩戴该头戴式显示器的观察者或者佩戴者US识别作为虚像的影像。在图1等中，X、Y以及Z是正交坐标系，+X方向与佩戴HMD 200或者虚像显示装置100的观察者或者佩戴者US的双眼EY排列的横向对应，+Y方向相当于与对于佩戴者US而言的双眼EY排列的横向垂直的上方，+Z方向相当于对于佩戴者US而言的前方或者正面方向。±Y方向与铅直轴或铅直方向平行。

HMD 200具有右眼用的第1显示装置100A、左眼用的第2显示装置100B、支承显示装置100A、100B的镜腿状的一对支承装置100C。第1显示装置100A由配置于上部的显示驱动部102和以眼镜镜片状覆盖眼前的外观部件103构成。第2显示装置100B也同样地由配置于上部的显示驱动部102和以眼镜镜片状覆盖眼前的外观部件103构成。支承装置100C经由显示驱动部102支承外观部件103的上端侧。第1显示装置100A和第2显示装置100B在光学上左右反转，之后，将右眼用的第1显示装置100A作为代表的虚像显示装置100进行说明。

图2是说明作为右眼用的显示装置100A的虚像显示装置100的立体图，图3是说明虚像显示装置100的光学构造的图。在图3中，第1区域AR1是图像光生成装置11和光学单元12的侧剖视图，第2区域AR2是表示沿着图像光生成装置11和光学单元12的光路的部分截面的俯视图。

如图2所示，虚像显示装置100具有图像光生成装置11、光学单元12以及显示控制电路13。但是，在本说明书中，从实现光学功能的观点来看，将除显示控制电路13以外的装置也称为虚像显示装置100。图像光生成装置11和显示控制电路13被支承在图1所示的显示驱动部102的外框内，光学单元12的一部分也被支承在显示驱动部102的外框内。

图像光生成装置11是自发光型的显示设备，例如是有机EL(有机电致发光，Organic Electro-Luminescence)显示器，在二维的显示面11a形成彩色的静态图像或动态图像。图像光生成装置11被显示控制电路13驱动而进行显示动作。图像光生成装置11不限于有机EL显示器，也可以置换为使用无机EL、LED阵列、有机LED、激光器阵列、量子点发光型元件等的显示设备。图像光生成装置11不限于自发光型的图像光生成装置，也可以由LCD等光调制元件构成，通过利用背光源这样的光源对该光调制元件进行照明来形成图像。作为图像光生成装置11，也可以代替LCD而使用LCOS(Liquid crystal on silicon，硅基液晶，LCoS是注册商标)、数字微镜器件等。

如图2以及图3所示，光学单元12具有投射光学系统21、透射倾斜镜23以及凹面透射镜24。凹面透射镜24中的透射镜一词是指使光部分透过的反射镜。在此，从图像光生成装置11到投射光学系统21的光路配置在透射倾斜镜23的上侧。更具体而言，图像光生成装置11、投射光学系统21配置于被夹在延长了透射倾斜镜23的倾斜平面和将凹面透射镜24的上端向上方延长的铅直面之间的空间。

投射光学系统21投射从图像光生成装置11射出的图像光ML。投射光学系统21使从图像光生成装置11射出的图像光ML在以成像的方式会聚后入射到透射倾斜镜23。即，投射光学系统21在光路上配置于图像光生成装置11与透射倾斜镜23之间。投射光学系统21具有第1透镜系统21a、折返镜21b和第2透镜系统21c。第1透镜系统21a在图3所示的例子中包含2个透镜21f、21g，但能够由1个或3个以上的透镜构成。第2透镜系统21c在图3所示的例子中包含1个透镜21i，但能够由2个以上的透镜构成。透镜21f、21g、21i可以是球面透镜、非球面透镜、自由曲面透镜等中的任意透镜。折返镜21b是平板状的光学部件，具有平面反射面MS1。折返镜21b的平面反射面MS1由金属膜或电介质多层膜构成。平面反射面MS1通过利用蒸镀等在平板面上形成由例如Al、Ag这样的金属等材料形成的单层膜或由多层膜所构成的反射膜而得到。折返镜21b使光轴AX在YZ面内向小于90°的锐角方向弯折。经过第1透镜系统21a向前方即+Z方向前进的图像光ML通过折返镜21b向作为斜后下方向的-Y方向和-Z方向之间的方向弯折，并经过第2透镜系统21c入射到透射倾斜镜23。

透射倾斜镜23是平板板状的光学部件，具备具有透射性的平面反射面MS2。透射倾斜镜23是在具有均匀的厚度且具有透射性的平行平板23a的一个面23f上形成金属膜或电介质多层膜作为透射反射膜的结构，该透射反射膜作为平面反射面MS2发挥功能。平面反射面MS2的反射率和透射率例如被设定为50％左右。另外，能够在平行平板23a的另一个面23r上形成防反射膜。透射倾斜镜23将光轴AX向在YZ面内大致垂直的方向弯折。经过第1透镜系统21a相对于作为下方的-Y方向稍微向后方倾斜行进的图像光ML被透射倾斜镜23相对于作为前方的+Z方向稍微向后方倾斜地弯折，入射到凹面透射镜24。透射倾斜镜23配置在凹面透射镜24与配置眼睛EY或瞳孔的射出光瞳EP之间，覆盖射出光瞳EP。透射倾斜镜23能够直接或间接地固定于图1所示的显示驱动部102的外框，能够成为适当地设定了相对于凹面透射镜24等的配置关系的状态。

透射倾斜镜23或平面反射面MS2在以沿铅直方向延伸的XY面为基准的情况下，成为从-X侧观察绕X轴沿逆时针方向倾斜了角度θ＝20～40°左右的状态(参照图3的横剖视图)。如上所述，透射倾斜镜23被配置为作为铅直轴的Y轴与透射倾斜镜23所成的角度小于45°。假设在Y轴与透射倾斜镜23所成的角度大于45°时，透射倾斜镜23成为从标准塌下的状态，透射镜在Z轴方向上的厚度增大，而在Y轴与透射倾斜镜23所成的角度小于45°时，透射倾斜镜23成为比标准立起的状态，透射镜在Z轴方向上的厚度减小。即，通过如本实施方式那样使Y轴与透射倾斜镜23所成的角度小于45°，能够避免成为透射倾斜镜23以凹面透射镜24为基准向背面的-Z方向大幅突出的配置，能够避免虚像显示装置100或光学单元12在前后Z方向上的厚度增大。

凹面透射镜24是朝向射出光瞳EP具有凹形状的光学部件，具备具有透射性的透射反射面MC。凹面透射镜24具有光会聚功能，对由透射倾斜镜23反射并发散的图像光ML进行准直，并经由透射倾斜镜23使其入射至射出光瞳EP。凹面透射镜24朝向射出光瞳EP具有凹面，作为具有使凹面朝向外界反转的凸面的结果，在弯曲的同时具有同样的厚度。凹面透射镜24的板状体24a是决定凹面透射镜24的外形的基材。板状体24a具有以规定的透射率使光透过的透射性。在板状体24a的一个面24r上形成金属膜或电介质多层膜作为透射反射膜，该透射反射膜作为凹形的透射反射面MC发挥功能。透射反射面MC的反射率例如设定为20～50％左右。透射反射面MC不限于球面，可以为非球面。凹面透射镜24对由透射倾斜镜23反射而向前方行进的图像光ML进行反射而使其返回透射倾斜镜23，并且使其部分地透过了透射倾斜镜23而会聚到射出光瞳EP。从透射倾斜镜23朝向凹面透射镜24的射出光轴AXE与由凹面透射镜24折回并朝向射出光瞳EP的光轴AX一致。图像光ML从相对于凹面透射镜24的部分反射面MC的整体接近垂直的方向入射，成为光学对称性高的光。凹面透射镜24在外界侧覆盖透射倾斜镜23。透射倾斜镜23配置在凹面透射镜24与配置眼睛EY或瞳孔的射出光瞳EP之间，覆盖射出光瞳EP。在图示的光学系统中，射出光轴AXE相对于作为前方的+Z方向朝下倾斜10°左右而延伸，射出光轴AXE是从透射倾斜镜23朝向凹面透射镜24的轴线，也是从凹面镜24朝向射出光瞳EP的中心的轴线。通过使射出光轴AXE相对于作为水平轴的Z轴在前方侧向下10°左右，能够降低观察虚像的佩戴者US的眼睛EY的疲劳。

凹面透射镜24被组装为构成图1所示的透射性的外观部件103的一部分。即，通过在凹面透射镜24的周围以扩展的方式设置具有透射性或不具有透射性的板状部件，能够形成包含凹面透射镜24的外观部件103。外观部件103不限于眼镜镜片状的部件，能够形成各种轮廓或外观。

若对光路进行说明，则来自图像光生成装置11的图像光ML被投射光学系统21在以成像的方式会聚的同时弯折，并入射到透射倾斜镜23。被透射倾斜镜23反射例如50％左右后的图像光ML入射到凹面透射镜24，并被透射反射面MC以例如50％左右以下的反射率反射。由凹面透射镜24反射后的图像光ML通过透射倾斜镜23，入射到配置有佩戴者US的眼睛EY或瞳孔的射出光瞳EP。在此，射出光瞳EP是设想配置眼睛EY的光学单元12的眼点，来自图像光生成装置11的显示面11a的各点的光以能够观察虚像的角度集中在一处的方式入射。在透射倾斜镜23与投射光学系统21之间形成有中间像II。中间像II将形成于图像光生成装置11的显示面11a的图像适当放大。通过了凹面透射镜24的外界光OL也入射到射出光瞳EP。即，佩戴HMD 200的佩戴者US能够与外界像重叠地观察到基于图像光ML的虚像。

另外，凹面透射镜24使外界光OL通过但也使图像光ML通过，因此在凹面透射镜24的正面产生泄漏光LE。假设泄漏光LE的强度高，则处于佩戴者US周围的第三方OS能够观察到显示于图像光生成装置11的显示面11a的图像的一部分PI(参照图1)。与此相对，在本实施方式中，如后所述，在凹面透射镜24中的透射反射膜24b的外界侧设置吸收剂层来抑制泄漏光LE，从而避免了图像的一部分PI能被第三方OS观察到的情况。

以下，参照图4对凹面透射镜24的构造进行说明。在图4中，第1区域BR1是说明凹面透射镜24的构造的放大剖视图，第2区域BR2是例示板状体24a的透射特性的图。

凹面透射镜24包含：作为维持整体形状的支承体61的板状体24a；形成于板状体24a的内侧(图3中的射出光瞳EP侧)的透射反射膜24b；以及形成于板状体24a的外界侧的防反射膜24c。

从确保形状上的强度的观点出发，凹面透射镜24或板状体24a具有1mm以上的厚度，但从轻量化的观点出发，优选具有2mm以下的厚度。板状体24a由具有透光性的树脂材料例如通过注塑成型而形成。板状体24a是射出光吸收部件42，作为抑制通过了透射反射膜24b的射出光向外界侧射出的吸收剂层41而发挥功能。通过板状体24a即射出光吸收部件42，能够进行使透射率成为例如1/2这样的任意的减光。射出光吸收部件42由在树脂的基材中分散有吸收剂的材料构成，具体而言，通过使树脂中含有具有约10～100nm的尺寸且由金属等构成的纳米粒子而形成。在此，分散在射出光吸收部件42中的纳米粒子只要是以RGB的3色平衡良好地吸收光的粒子，则能够进行维持了透射光的色调的减光。通过调整射出光吸收部件42中的纳米粒子的密度等，能够调整射出光吸收部件42的透射率。在图4的第2区域BR2中，例示了使金属纳米粒子分散于射出光吸收部件42的情况下的透射强度。在该情况下，可知在波长450nm～650nm的范围内能够实现大致相等的透射率分布。虽然省略了图示，但无论波长如何，射出光吸收部件42的反射率都能够大致固定为零％。金属纳米粒子不限于单质金属，也可以是合金等。射出光吸收部件42不限于在树脂的基材中分散有纳米粒子的部件，也可以使用在树脂中混入了无机颜料或有机颜料的部件，在该情况下，能够通过颜料的选择、配合来进行调色。此外，也可以使用混入了碳纤维的树脂。以上，作为射出光吸收部件42的基材，能够使用丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等。

透射反射膜24b作为透射反射面MC发挥功能，以期望的反射率反射图像光ML。透射反射膜24b具有用保护膜覆盖金属膜的构造，通过在板状体24a的射出光瞳EP侧的第1面2a上蒸镀铝、银等金属或金属氧化物而形成。此时，能够通过金属膜的厚度调整等来调整透射反射膜24b的反射率。透射反射膜24b不限于金属膜，可以由电介质多层膜形成。具体而言，在板状体24a的第1面2a上，以基于光学设计的膜厚层叠多种金属氧化膜。由此，能够在图像光ML所包含的各色的波长区域中使透射反射膜24b的反射率大致相等，能够通过透射反射膜24b遍及整个波长区域地以期望的反射率反射图像光ML。另外，透射反射膜24b不需要直接形成在板状体24a上，例如也可以用硬涂膜覆盖板状体24a，在其上形成透射反射膜24b。

防反射膜24c防止通过了透射反射膜24b的图像光ML逆行而形成重影。防反射膜24c是电介质多层膜。防反射膜24c通过在板状体24a的第2面2b上以基于光学设计的膜厚层叠多种金属氧化膜而形成。另外，防反射膜24c无需直接形成在板状体24a上，例如也可以用硬涂膜覆盖板状体24a，并在其上形成防反射膜24c。

在将透射反射膜24b的反射率设为α、将板状体24a的透射率设为β时，关于图像光ML，经过透射反射膜24b而相对于原来衰减为(1-α)，通过射出光吸收部件42而相对于原来衰减为(1-α)·β。在反射率α、透射率β例如为1/2的情况下，射出到凹面透射镜24的外界侧的图像光ML的强度衰减为1/4。另外，外界光OL被凹面透射镜24衰减为β·(1-α)。在反射率α、透射率β例如为1/2的情况下，通过凹面透射镜24到达透射倾斜镜23的外界光OL的强度衰减为1/4。由此，通过本实施方式中使用的凹面透射镜24，能够容易地确保透视性，并且容易防止图像光ML被他人观察到，能够提高隐私性。另外，板状体24a的透射率β例如设定为30％～60％左右。

参照图5，对图4所示的凹面透射镜24的第1变形例～第3变形例进行说明。在图5中，第1区域CR1是说明第1变形例的放大剖视图，第2区域BR2是说明第2变形例的放大剖视图，第3区域BR3是说明第3变形例的放大剖视图。

在图5的第1区域CR1所示的第1变形例的情况下，板状体24a具有由射出光吸收部件42和透光部件40a构成的双层构造，射出光吸收部件42配置在内侧即透射反射膜24b侧。射出光吸收部件42与图4的第1区域BR1所示的射出光吸收部件42相同，例如通过使金属纳米粒子分散在树脂中而形成。透光部件40a由具有透光性的树脂(例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等)形成。射出光吸收部件42和透光部件40a可以独立地形成后进行接合，但也可以通过双色成型来形成。

在第2区域CR2所示的第2变形例的情况下，板状体24a具有由透光部件40b和射出光吸收部件42构成的双层构造，射出光吸收部件42配置在外界侧即防反射膜24c侧。即，射出光吸收部件42隔着构成对透射反射面MC进行支承的支承体61的透光部件40b而形成于透射反射面MC的相反侧。射出光吸收部件42与图4的第1区域BR1所示的射出光吸收部件42相同，例如通过使金属纳米粒子分散在树脂中而形成。透光部件40b与第1区域CR1所示的第1变形例同样，由具有透光性的树脂形成。射出光吸收部件42和透光部件40b可以独立地形成后进行接合，但也可以通过双色成型来形成。

在第3区域CR3所示的第3变形例的情况下，板状体24a具有由一对透光部件40a、40b和射出光吸收部件42构成的3层构造，射出光吸收部件42配置在一对透光部件40a、40b之间。射出光吸收部件42例如通过使金属纳米粒子分散在树脂中而形成。透光部件40a、40b由具有透光性的树脂形成。

参照图6，对图4所示的凹面透射镜24的第4变形例进行说明。在该情况下，凹面透射镜24具有：作为支承体61的板状体24a；形成于板状体24a的内侧的第1透射反射膜24b；以及形成于板状体24a的外界侧的第2透射反射膜124b。第2透射反射膜124b是外侧反射面71。即，射出光吸收部件42设置在第1透射反射面24b与第2透射反射膜124b(即外侧反射面71)之间。一对透射反射膜24b、124b与图4的第1区域BR1所示的构造相同，具有用保护膜覆盖金属膜的构造。在该情况下，在将透射反射膜24b的反射率设为α、板状体24a的透射率设为β、透射反射膜124b的反射率设为α2时，图像光ML通过凹面透射镜24而衰减为原来的(1-α)·β·(1-α2)。在反射率α、α2、透射率β例如为1/2的情况下，射出到凹面透射镜24的外界侧的图像光ML的强度衰减为1/8。另外，外界光OL被凹面透射镜24衰减为(1-α2)·β·(1-α)。在反射率α、α2、透射率β例如为1/2的情况下，通过凹面透射镜24到达透射倾斜镜23的外界光OL的强度衰减为1/8。

另外，也可以在透射反射膜124b的外界侧设置防反射膜。在透射反射膜124b为金属膜的情况下，防反射膜成为保护膜。关于透射反射膜124b，也可以使用有机类的材料。

在以上说明的第1实施方式的虚像显示装置100中，由于在形成于凹面透射镜24的透射反射面MC的外界侧具有吸收剂层41，因此透过了透射反射面MC而向外界侧射出的图像光被吸收剂层41减光，从外部不易看到显示中的影像，信息泄漏的抑制效果提高。另外，通过使用透射倾斜镜23，与使用棱镜部件的情况相比，能够实现虚像显示装置的光学系统的轻量化。

[第2实施方式]

以下，对第2实施方式的虚像显示装置进行说明。第2实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图7，对组装于第2实施方式的虚像显示装置的凹面透射镜224进行说明。在该情况下，凹面透射镜224具有：作为支承体61的板状体224a；形成于板状体224a的内侧的透射反射膜24b；形成于板状体224a的外界侧的射出光吸收膜45；以及形成于射出光吸收膜45的外界侧的防反射膜24c。

板状体224a由具有透光性的树脂(例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等)形成，使图像光ML不衰减地透过。

射出光吸收膜45作为抑制通过了透射反射膜24b的射出光向外界侧射出的吸收膜44而发挥功能。透射反射膜24b与吸收膜44分离地形成。通过射出光吸收膜45，能够进行使透射率成为例如1/2这样的任意的减光。射出光吸收膜45例如能够通过在构成板状体224a的树脂的外界侧表面上、即第2面2b上形成金属薄膜而形成。金属薄膜例如以Ag、Cr、Al等金属或电介质材料为原材料，通过蒸镀或溅射而形成为多层膜。射出光吸收膜45例如也可以通过在构成板状体224a的树脂的外界侧表面浸渍染料而形成。通过浸渍多种染料，能够进行维持透射光的色调的减光。进而，射出光吸收膜45可以通过涂敷被着色为灰色的有机材料而形成，也可以通过粘贴被着色为灰色的聚酯等的树脂膜来形成。

另外，在射出光吸收膜45的外界侧面45a上形成有防反射膜24c。防反射膜24c能够在用硬涂膜覆盖射出光吸收膜45的基础上形成。

在将透射反射膜24b的反射率设为α、射出光吸收膜45的透射率设为γ时，图像光ML经过透射反射膜24b而衰减为原来的(1-α)，通过射出光吸收膜45而衰减为原来的(1-α)·γ。在反射率α、透射率γ例如为1/2的情况下，射出到凹面透射镜24的外界侧的图像光ML的强度衰减为1/4。另外，外界光OL被凹面透射镜24衰减为γ·(1-α)。在反射率α、透射率γ例如为1/2的情况下，通过凹面透射镜24到达透射倾斜镜23的外界光OL的强度衰减为1/4。由此，通过本实施方式中使用的凹面透射镜24，能够在确保透视性的同时提高隐私性。

虽然省略图示，但射出光吸收膜45能够以埋入板状体224a内部的方式形成，或者，能够形成在透射反射膜24b与板状体224a之间。

在以上说明的第2实施方式的虚像显示装置100中，由于在形成于凹面透射镜24的透射反射面MC的外界侧具有吸收膜45，因此透过了透射反射面MC而向外界侧射出的图像光ML被吸收膜45减光，从外部不易看到显示中的影像，信息泄漏的抑制效果提高。

[第3实施方式]

以下，对第3实施方式的虚像显示装置进行说明。第3实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图8，对组装于第3实施方式的虚像显示装置的凹面透射镜324进行说明。在该情况下，凹面透射镜324具有：作为支承体61的板状体24a；形成于板状体24a的内侧的透射反射膜24b；形成于板状体24a的外界侧的射出光吸收膜45；以及形成于射出光吸收膜45的外界侧的防反射膜24c。

板状体24a是射出光吸收部件42，作为抑制通过了透射反射膜24b的射出光向外界侧射出的吸收剂层41而发挥功能。射出光吸收膜45作为抑制通过了透射反射膜24b的射出光向外界侧射出的吸收膜44而发挥功能。通过射出光吸收部件42，能够进行使透射率成为例如1/2这样的任意的减光，通过射出光吸收膜45，也能够进行使透射率进一步成为例如1/2这样的任意的减光。

在将透射反射膜24b的反射率设为α、射出光吸收部件42的透射率设为β、射出光吸收膜45的透射率设为γ时，图像光ML经过透射反射膜24b而衰减为原来的(1-α)，通过射出光吸收部件42而衰减为原来的(1-α)·β，通过射出光吸收膜45而衰减为原来的(1-α)·β·γ。在反射率α、透射率β、γ例如为1/2的情况下，向凹面透射镜24的外界侧射出的图像光ML的强度衰减为1/8。另外，外界光OL被凹面透射镜24衰减为γ·β·(1-α)。在反射率α、透射率β、γ例如为1/2的情况下，通过凹面透射镜24到达透射倾斜镜23的外界光OL的强度衰减为1/8。由此，通过本实施方式中使用的凹面透射镜24，能够在确保透视性的同时提高隐私性。

虽然省略图示，但射出光吸收膜45能够以埋入板状体24a内部的方式形成，或者，能够形成在透射反射膜24b与板状体24a之间。

[第4实施方式]

以下，对第4实施方式的虚像显示装置进行说明。第4实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图9，对组装于第4实施方式的虚像显示装置的凹面透射镜424进行说明。在图9中，第1区域DR1是说明凹面透射镜424的构造的放大剖视图，第2区域DR2是说明变形例的凹面透射镜424的构造的放大剖视图。

图9的第1区域DR1所示的凹面透射镜424具有：作为支承体61的板状体24a；形成于板状体24a的内侧的透射反射膜24b；以及形成于板状体24a的外界侧的防反射膜24c。

板状体24a具有由透光部件40d、配置在透光部件40d的内侧的第1射出光吸收部件42和配置在透光部件40d的外界侧的第2射出光吸收部件42构成的3层构造。在此，一对射出光吸收部件42的厚度、间隔为膜程度以上、即100μm以上，不会产生干涉的问题。透光部件40d由具有透光性的树脂(例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等)形成。与图4所示的第1实施方式的情况相同，一对射出光吸收部件42例如通过使金属纳米粒子分散在树脂中而形成。透光部件40d和一对射出光吸收部件42能够独立地形成后接合，但也可以通过多色成型来形成。

在将透射反射膜24b的反射率设为α、第1射出光吸收部件42的透射率设为β、第2射出光吸收部件42的透射率设为β2时，图像光ML经过透射反射膜24b而衰减为原来的(1-α)，通过第1射出光吸收部件42而衰减为原来的(1-α)·β，通过第2射出光吸收部件42而衰减为原来的(1-α)·β·β2。在反射率α、透射率β、β2例如为1/2的情况下，向凹面透射镜24的外界侧射出的图像光ML的强度衰减为1/8。另外，外界光OL被凹面透射镜24衰减为β2·β·(1-α)。在反射率α、透射率β、β2例如为1/2的情况下，通过凹面透射镜24到达透射倾斜镜23的外界光OL的强度衰减为1/8。由此，通过本实施方式中使用的凹面透射镜24，能够在确保透视性的同时提高隐私性。

虽然省略图示，但一对射出光吸收部件42能够以埋入板状体24a的内部的方式形成。进而，能够以在板状体24a的内部以埋入的方式形成3个以上的射出光吸收部件42。

图9的第2区域DR2所示的变形例的凹面透射镜424具有：作为支承体61的板状体24a；形成于板状体24a的内侧的第1透射反射膜24b；以及形成于板状体24a的外界侧的第2透射反射膜124b。板状体24a具有由透光部件40d、第1射出光吸收部件42和第2射出光吸收部件42构成的3层构造。一对透射反射膜24b、124b与图4的第1区域BR1所示的构造相同，具有用保护膜覆盖金属膜的构造。在该情况下，在将第1透射反射膜24b的反射率设为α、第1射出光吸收部件42的透射率设为β、第2射出光吸收部件42的透射率设为β2、第2透射反射膜124b的反射率设为α2时，图像光ML通过凹面透射镜24而衰减为原来的(1-α)·β·β2·(1-α2)。在反射率α、α2、透射率β、β2例如为1/2的情况下，向凹面透射镜24的外界侧射出的图像光ML的强度衰减为1/16。另外，外界光OL被凹面透射镜24衰减为(1-α2)·β·β2·(1-α)。在反射率α、α2、透射率β、β2例如为1/2的情况下，通过凹面透射镜24到达透射倾斜镜23的外界光OL的强度衰减为1/16。

[第5实施方式]

以下，对第5实施方式的虚像显示装置进行说明。第5实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图10以及图11，对组装于第5实施方式的虚像显示装置的光学单元512进行说明。

在图10中，第1区域ER1是对光学单元512中的凹面透射镜24的周边进行说明的放大剖视图。在凹面透射镜24的外界侧配置有遮罩51。遮罩51可拆装地固定于图1所示的显示驱动部102，以与凹面透射镜24分离对置的状态配置。凹面透射镜24具有与在第1实施方式中说明的构造相同的构造。在图示的例子中，板状体24a整体成为射出光吸收部件42，但凹面透射镜24的构造能够设为图5～9所示的各种构造。遮罩51具有作为支承体的板状体51a、在板状体51a的内侧形成的防反射膜51b、在板状体51a的外界侧形成的射出光吸收膜51c、在射出光吸收膜51c的外界侧形成的防反射膜51d。射出光吸收膜51c使外界光向凹面透射镜24的入射强度降低。另外，射出光吸收膜51c作为抑制通过了凹面透射镜24的图像光ML向外界侧射出的吸收膜544而发挥功能。在该光学单元512中，将凹面透射镜24的透射反射膜24b的反射率设为α、射出光吸收部件42的透射率设为β、遮罩51的射出光吸收膜51c的透射率设为δ时，图像光ML通过凹面透射镜24而衰减为原来的(1-α)·β，通过遮罩51而衰减为原来的(1-α)·β·δ。在反射率α、透射率β、δ例如为1/2的情况下，经过凹面透射镜24和遮罩51向外界侧射出的图像光ML的强度衰减为1/8。

在图10中，第2区域ER2是说明变形例的光学单元512的放大剖视图。遮罩51具有作为支承体的板状体151a、形成于板状体151a的内侧的防反射膜51b、以及形成于板状体151a的外界侧的防反射膜51d。板状体151a由在树脂的基材中分散有吸收剂的材料构成，使外界光向凹面透射镜24的入射强度降低。另外，板状体151a作为抑制通过了凹面透射镜24的图像光ML向外界侧射出的吸收剂层541而发挥功能。在该光学单元512中，将凹面透射镜24的透射反射膜24b的反射率设为α、射出光吸收部件42的透射率设为β、遮罩51的吸收剂层541的透射率设为ε时，图像光ML通过凹面透射镜24而衰减为原来的(1-α)·β，通过遮罩51而衰减为原来的(1-α)·β·ε。在反射率α、透射率β、ε例如为1/2的情况下，经过凹面透射镜24和遮罩51向外界侧射出的图像光ML的强度衰减为1/8。

如图11所示，遮罩51可拆装地固定于设置为显示驱动部102的眼镜框架状的部分。遮罩51整体地覆盖包含凹面透射镜24在内的外观部件103。结果，遮罩51设置在覆盖作为在凹面透射镜24的外界侧形成的吸收剂层的射出光吸收部件42或板状体24a的区域。在凹面透射镜24上设置有如图7所示的作为吸收膜的射出光吸收膜45的情况下，遮罩51设置在覆盖该射出光吸收膜45的区域。这样，通过遮罩51完全覆盖射出光吸收部件42、射出光吸收膜45，从而从外部更不易看到图像光ML。另外，在射出光吸收部件42、射出光吸收膜45未形成于凹面透射镜24的整个区域的情况下，遮罩51也能够覆盖与射出光吸收部件42、射出光吸收膜45对置的狭窄区域。

[第6实施方式]

以下，对第6实施方式的虚像显示装置进行说明。第6实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图12以及图13，对第6实施方式的虚像显示装置进行说明。图12是说明虚像显示装置100的构造的示意性立体图。在图13中，第1区域FR1是图像光生成装置11和光学单元612的侧视图，第2区域FR2是表示沿着图像光生成装置11和光学单元612的光路的部分截面的俯视图。

光学单元612具有透射倾斜镜23和凹面透射镜24。即，在第6实施方式的虚像显示装置中，在不形成中间像的情况下使图像光ML入射到凹面透射镜24。

若对光路进行说明，则来自图像光生成装置11的图像光ML入射到透射倾斜镜23。被透射倾斜镜23反射例如50％左右后的图像光ML入射到凹面透射镜24，并被透射反射面MC以例如50％左右以下的反射率反射。由凹面透射镜24反射后的图像光ML入射到配置有佩戴者US的眼睛EY或瞳孔的射出光瞳EP。通过了凹面透射镜24的外界光OL也入射到射出光瞳EP。即，佩戴HMD 200的佩戴者US能够与外界像重叠地观察到基于图像光ML的虚像。

在光学单元612中，凹面透射镜24的截面构造与图4～图9所示的构造相同。另外，能够在凹面透射镜24的外界侧，以可拆装的方式配置图10所示的遮罩51。

[第7实施方式]

以下，对第7实施方式的虚像显示装置进行说明。第7实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图14，对第7实施方式的虚像显示装置进行说明。光学单元712具有投射光学系统721、折返镜22、透射倾斜镜23和凹面透射镜24。即，在投射光学系统721与透射倾斜镜23之间配置有折返镜22。

折返镜22按照来自图像光生成装置11的光的光路顺序，包含第1反射镜22a和第2反射镜22b。折返镜22将来自投射光学系统721的图像光ML向交叉方向反射。在第2反射镜22b的光射出侧配置有透射倾斜镜23。作为投射光学系统721的光轴的投射光轴AX0与横向的X轴方向平行地延伸。通过第1反射镜22a使光路从投射光轴AX0沿着反射光轴AX1弯折，利用第2反射镜22b使光路从反射光轴AX1沿着反射光轴AX2弯折。结果，在投射光学系统721的射出侧沿大致水平方向延伸的光轴在透射倾斜镜23的入射侧沿着接近铅直的方向延伸。

透射倾斜镜23在以沿铅直方向延伸的XY面为基准的情况下，成为从-X侧观察绕X轴沿逆时针方向倾斜了角度θ＝20～40°左右的状态。从图像光生成装置11到折返镜22的光路配置在透射倾斜镜23的上侧。更具体而言，图像光生成装置11、投射光学系统21以及折返镜22配置于被夹在延长了透射倾斜镜23的倾斜平面与将凹面透射镜24的上端向上方延长的铅直面之间的空间。

在光学单元712中，凹面透射镜24的截面构造与图4～图9所示的构造相同。另外，能够在凹面透射镜24的外界侧，以可拆装的方式配置图10和图11所示的遮罩51。

[第8实施方式]

以下，对第8实施方式的虚像显示装置进行说明。第8实施方式的虚像显示装置等是部分地变更了第1实施方式的虚像显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图15，对第8实施方式的虚像显示装置进行说明。在本实施方式中，在凹面透射镜24中与透射倾斜镜23对置的区域A1中，形成透射反射面MC，在其外界侧形成吸收剂层41、吸收膜44。关于区域A1的周围的区域A2、A3，能够形成使反射率相对于透射反射面MC逐渐减少的反射率过渡区域，或者能够形成使吸收率相对于吸收剂层41、吸收膜44逐渐减少的吸收率过渡区域。

[其他变形例]

以上，根据实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如也能够进行如下变形。

在上述实施方式的虚像显示装置100中，作为图像光生成装置11使用有机EL元件等自发光型的显示设备、LCD等光调制元件，但也可以取而代之，使用组合了激光光源和作为多面镜等的扫描仪的激光扫描仪。即，也能够对激光视网膜投影型的头戴式显示器应用本发明。

构成凹面透射镜24的板状体24a不限于树脂材料，也可以由玻璃或合成石英形成。

光学单元12可以是在透射倾斜镜23的前段包含导光体、棱镜、棱镜和反射镜的复合体等的光学系统。

具体的方式中的虚像显示装置具有：图像光生成装置；透射倾斜镜，其对来自图像光生成装置的图像光进行反射；以及凹面透射镜，其将由透射倾斜镜反射后的图像光朝向透射倾斜镜反射而形成射出光瞳，在形成于凹面透射镜的透射反射面的外界侧具有吸收剂层或吸收膜。

在上述虚像显示装置中，由于在形成于凹面透射镜的透射反射面的外界侧具有吸收剂层或吸收膜，因此透过了透射反射面射出到外界侧的图像光被吸收剂层或吸收膜减光，从外部不易看到显示中的影像，信息泄漏的抑制效果提高。另外，通过使用透射倾斜镜，与使用棱镜部件的情况相比，能够实现虚像显示装置的光学系统的轻量化。

在具体的方面中，吸收剂层是形成于透射反射面的外界侧的射出光吸收部件。通过该射出光吸收部件，透过了透射反射面的图像光被减光。

在另一方面中，射出光吸收部件隔着支承透射反射面的支承体形成于透射反射面的相反侧。在该情况下，在支承体的一方形成透射反射面，在支承体的另一方配置射出光吸收部件。

在又一方面中，隔着支承透射反射面的支承体，在透射反射面的相反侧具有透射型的外侧反射面，射出光吸收部件设置在透射反射面与外侧反射面之间。在该情况下，通过外侧透射镜，也能够使向虚像显示装置的外侧射出的图像光减光，能够进一步提高防止信息泄漏的抑制效果。

在又一方面中，吸收膜是在透射反射面的外界侧，与凹面透射镜分离地形成的射出光吸收膜。通过该射出光吸收膜，透过了凹面透射镜的图像光被减光。

在又一方面中，凹面透射镜在透射反射面的外界侧具有射出光吸收部件作为吸收剂层，在射出光吸收部件的外界侧具有射出光吸收膜作为光吸收膜。在该情况下，通过射出光吸收部件和射出光吸收膜，能够使向虚像显示装置的外侧射出的图像光减光，能够进一步提高防止信息泄漏的抑制效果。

在又一方面中，凹面透射镜将图像光朝向透射倾斜镜反射而形成射出光瞳。

在又一方面中，在凹面透射镜的外界侧具有与凹面透射镜分离的遮罩。在该情况下，能够通过遮罩使向虚像显示装置的外侧射出的图像光减光，能够进一步提高防止信息泄漏的抑制效果。

在又一方面中，遮罩具有吸收剂层或吸收膜。遮罩可以通过具有透射性的反射镜进行遮光，也可以通过上述吸收剂层或吸收膜进行遮光。

在又一方面中，遮罩设置于覆盖凹面透射镜的外界侧所形成的吸收剂层或吸收膜的区域。

在又一方面中，凹面透射镜的厚度为2mm以下。在该情况下，能够使镜部件轻量化，从而能够实现虚像显示装置的光学系统的轻量化。

在又一方面中，从透射倾斜镜朝向凹面透射镜的射出光轴被设定为相对于水平轴在前方朝下。

在又一方面中，在凹面透射镜的外界侧表面形成有防反射膜。

在又一方面中，还具有折返镜，该折返镜将来自图像光生成装置的图像光朝交叉方向反射。在该情况下，容易防止图像光生成装置或随之附带的光学元件向透射倾斜镜的上方或后方大幅伸出，使虚像显示装置小型化，由此能够实现智能的外观。

在又一方面中，还具有投射光学系统，该投射光学系统配置在图像光生成装置与透射倾斜镜之间，形成中间像。在该情况下，能够通过投射光学系统使图像光生成装置小型化并且提高图像质量。

在又一方面中，在不形成中间像的情况下使图像光入射到凹面透射镜。

具体的方式中的光学单元具有：透射倾斜镜，其对图像光进行反射；以及凹面透射镜，其将由透射倾斜镜反射后的图像光朝向透射倾斜镜反射，在形成于凹面透射镜的透射反射面的外界侧具有吸收剂层或吸收膜。

在上述光学单元中，由于在形成于凹面透射镜的透射反射面的外界侧具有吸收剂层或吸收膜，因此透过了透射反射面射出到外界侧的图像光被吸收剂层或吸收膜减光，从外部不易看到显示中的影像，信息泄漏的抑制效果提高。另外，通过使用透射倾斜镜，与使用棱镜部件的情况相比，能够实现虚像显示装置的光学系统的轻量化。

Claims (17)

1.一种虚像显示装置，其中，该虚像显示装置具有：

图像光生成装置；

透射倾斜镜，其对来自所述图像光生成装置的图像光进行反射；以及

凹面透射镜，其将由所述透射倾斜镜反射后的图像光朝向所述透射倾斜镜反射，

在形成于所述凹面透射镜的透射反射面的外界侧具有吸收剂层或吸收膜。

2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述吸收剂层是形成于所述透射反射面的外界侧的射出光吸收部件。

3.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其中，

所述射出光吸收部件隔着支承所述透射反射面的支承体形成在所述透射反射面的相反侧。

4.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其中，

隔着支承所述透射反射面的支承体，在所述透射反射面的相反侧具有透射型的外侧反射面，

所述射出光吸收部件设置在所述透射反射面与所述外侧反射面之间。

5.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述吸收膜是在所述透射反射面的外界侧，与所述透射反射面分离地形成的射出光吸收膜。

6.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述凹面透射镜在所述透射反射面的外界侧具有射出光吸收部件作为所述吸收剂层，在所述射出光吸收部件的外界侧具有射出光吸收膜作为所述光吸收膜。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

所述凹面透射镜将所述图像光朝向所述透射倾斜镜反射而形成射出光瞳。

8.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

在所述凹面透射镜的外界侧具有与所述凹面透射镜分离的遮罩。

9.根据权利要求8所述的虚像显示装置，其中，

所述遮罩具有吸收剂层或吸收膜。

10.根据权利要求9所述的虚像显示装置，其中，

所述遮罩设置于覆盖所述凹面透射镜的外界侧所形成的所述吸收剂层或所述吸收膜的区域。

11.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

所述凹面透射镜的厚度为2mm以下。

12.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

从所述透射倾斜镜朝向所述凹面透射镜的射出光轴被设定为相对于水平轴在前方朝下。

13.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

在所述凹面透射镜的外界侧表面形成有防反射膜。

14.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

该虚像显示装置还具有折返镜，该折返镜将来自所述图像光生成装置的图像光朝交叉方向反射。

15.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

该虚像显示装置还具有投射光学系统，该投射光学系统配置在所述图像光生成装置与所述透射倾斜镜之间，形成中间像。

16.根据权利要求1～6中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，

在不形成中间像的情况下使图像光入射到所述凹面透射镜。

17.一种光学单元，其中，该光学单元具有：

透射倾斜镜，其对图像光进行反射；以及

凹面透射镜，其将由所述透射倾斜镜反射后的图像光朝向所述透射倾斜镜反射，

在形成于所述凹面透射镜的透射反射面的外界侧具有吸收剂层或吸收膜。

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