CN114578557B - 虚像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供虚像显示装置，在通过双眼观看而看到1个大的图像时，能够避免或抑制伴随着显示调整的装置增大、设为头部佩戴型时的设计性问题的产生。具有右眼用的第1显示装置(100A)、左眼用的第2显示装置(100B)以及调整显示位置的调整装置，第1显示装置(100A)和第2显示装置(100B)在与第1显示装置(100A)和第2显示装置(100B)排列的第1方向(D1)交叉的第2方向(D2)上对图像光(ML)进行引导，从而显示第1影像和第2影像，调整装置以在第1影像和第2影像中设置重叠地看到的重叠区域和独立地看到的独立区域的方式进行调整。

Description

虚像显示装置

技术领域

本发明涉及能够形成以及观察虚像的头戴式显示器等虚像显示装置。

背景技术

作为如头戴式显示器那样能够进行虚像的形成以及观察的双眼观看的虚像显示装置(虚像显示装置)，已知有从观察者的耳朵侧朝向鼻子侧引导图像光(影像光)的装置，能够变更左右眼睛看到的第1影像以及第2影像的显示位置，并且设为相互不同的显示内容(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2020-106636号公报

然而，在专利文献1所例示那样的从观察者(佩戴者)的耳朵侧朝向鼻子侧对图像光(影像光)进行引导的虚像显示装置的情况下，用于对图像光进行导光的导光装置沿着从耳朵向鼻子的左右方向延伸。因此，若为了变更第1影像以及第2影像的显示位置而例如使导光装置左右移动，则存在装置整体大型化、或成为头部佩戴型时的设计性产生问题的可能性。

发明内容

本发明一个方式的虚像显示装置具有：第1显示装置，其显示右眼用的第1影像；第2显示装置，其显示左眼用的第2影像；以及调整装置，其对第1影像的显示位置和第2影像的显示位置进行调整，第1显示装置和第2显示装置在与第1显示装置和第2显示装置排列的第1方向交叉的第2方向上引导图像光，从而显示第1影像和第2影像，调整装置以在第1影像和第2影像中设置重叠地看到的重叠区域和独立地看到的独立区域的方式进行调整。

附图说明

图1是表示第1实施方式的虚像显示装置的示意性立体图。

图2是说明虚像显示装置的内部构造的一例的侧剖视图。

图3是用于说明作为第1显示装置的姿势调整的旋转动作的示意性俯视图。

图4是表示安装了调光部件的状态的虚像显示装置的示意性立体图。

图5是用于说明姿势调整与所安装的调光部件之间的关系的示意性俯视图。

图6是用于说明姿势调整用的安装部件的构造的一例的示意图。

图7是用于说明姿势调整中的动作方向的示意图。

图8是通过双眼观看而识别的整个影像区域的示意图。

图9是用于说明显示范围的调整的示意图。

图10是用于说明人的视觉特性的图。

图11是用于说明佩戴者的视野的示意图。

图12是用于说明第2实施方式的虚像显示装置的用于姿势调整的安装部件的一个构造例的示意图。

图13是用于说明虚像显示装置中的基于图像处理的显示区域调整的示意图。

图14是为了对虚像显示装置中的基于图像处理的显示区域调整进行说明而局部放大的示意图。

图15是表示第3实施方式的虚像显示装置的一例的示意图。

图16是用于说明第4实施方式的虚像显示装置的一例的光路图。

图17是说明虚像显示装置的构造的一例的示意图。

图18是通过双眼观看而识别的整个影像区域的示意图。

标号说明

21：投射光学系统；22：棱镜；23：透视镜；51：壳体；54：支承板；80：显示元件；90：导光系统；100：虚像显示装置；100A：第1显示装置；100B：第2显示装置；103：外观部件；300：虚像显示装置；300A：第1显示装置；300B：第2显示装置；390：导光系统；391：透视镜；392：凹面镜；400：虚像显示装置；400A：第1显示装置；400B：第2显示装置；AA、AB：箭头；AA1、AA2：箭头；AE：调整装置；AX：光轴；DT：调整余量(间隙)；Da、Db：箭头；EO：中心位置；EP：射出光瞳；EY：眼睛；EYa：右眼；EYb：左眼；FF：嵌合部件；FR：框架(支承部件)；GP：图像处理装置；HL：外界光；HL1、HL2：孔部；K1、K2：状态；MD：图像数据；ML：图像光；MLa、MLb：基准成分；MM：中间像；MP：安装部件；ND：鼻托；NS：鼻子；OB1、OB2、OB3：图像对象；PA：影像区域；PAap、PAbp：周边区域；PAapi、PAbpi：理想周边区域；PAc：中央区域；PAci：理想中央区域；PAi：理想影像区域；PR：突起部；Pa1、Pb1：重叠区域；Pa2、Pb2：独立区域；Q1、Q2：状态；R1、R2：状态；RA1～RA3：范围；SH：遮光罩(调光部件)；SS1～SS4：基准点；SSa：显示面；TM：镜腿；US：佩戴者；V1：辨别视野；V2：有效视野；V3：稳定注视视野；VX：视野；Wa、Wb、Wc、WWa、WWb、WWc：宽度。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参照图1等，对本发明第1实施方式的虚像显示装置进行详细说明。

例如图1、图2等所示，本实施方式的虚像显示装置100是具有眼镜那样的外观的头戴式显示器(HMD)即头部佩戴型显示装置，对于佩戴了该虚像显示装置100的观察者或使用者，能够看到由虚像形成的图像光(影像光)，并且观察者能够透视地看到或观察到外界像。虚像显示装置100具有第1显示装置100A、第2显示装置100B、以及将它们在中央连接并支承的作为支承部件(包含桥部)的框架FR。即，框架FR作为安装构成第1显示装置100A的光学系统和构成第2显示装置100B的光学系统的安装部件发挥功能。并且，在这里的一个例子中，该安装部件能够变更进行第1显示装置100A以及第2显示装置100B的安装的位置，从而作为调整第1显示装置100A以及第2显示装置100B中的显示位置的调整装置发挥功能。此外，关于安装部件、调整装置的详细的一个例子，参照图5、图6等在后面叙述。

另外，在图1等中，X、Y以及Z是正交坐标系，+X方向与佩戴虚像显示装置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。关于上述各方向，例如，±X方向也能够理解为例如与从右眼用的第1显示装置100A朝向左眼用的第2显示装置100B的方向平行的方向。如上所述，±X方向是第1显示装置100A和第2显示装置100B排列的方向(左右方向)，以下，将该方向作为第1方向D1。另外，将与第1方向D1交叉的方向设为第2方向D2，在此，将与±X方向垂直的±Y方向(上下方向)设为第2方向D2。另外，在图示中，-Y方向为第2方向D2的代表性的一个例子。

如图1以及图2所示，另外，如上所述，第1显示装置100A以及第2显示装置100B是分别形成右眼用的虚像和左眼用的虚像的部分。另外，第1显示装置100A和第2显示装置100B在光学上具有同等的构造，因此，在图2中，仅示出第1显示装置100A，省略第2显示装置100B的图示和说明。

如图2所示，在本实施方式的虚像显示装置100中，右眼用的第1显示装置100A具有显示元件80和导光系统90作为光学要素。导光系统90将来自显示元件80的图像光ML引导至射出光瞳EP的形成位置。即，第1显示装置100A在与第1方向D1交叉的第2方向D2上对图像光ML进行导光。另外，如图所示，第1显示装置100A具有反射面，将图像光ML的光路弯折而向各种方向引导，但作为从显示元件80到射出光瞳EP的整体，可以说在第2方向D2、即纵向上对图像光ML进行了引导。在此，如以上那样，如果在各个部位向各种方向引导并且作为整体向与第1方向D1交叉的第2方向D2导光，则第1显示装置100A在第2方向D2上引导图像光ML。

显示元件80是面板型的影像元件(图像光生成装置)。显示元件80例如是有机EL(有机电致发光，Organic Electro-Luminescence)等自发光型的显示设备，在二维的显示面SSa上形成彩色的静态图像或动态图像。此外，显示元件80被省略图示的显示控制电路驱动来进行显示动作。并且，显示元件80不限于有机EL，也可以置换为无机EL、LED阵列、有机LED、激光器阵列、量子点发光型元件等。显示元件80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。作为显示元件80，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。

导光系统90包含投射光学系统21、棱镜22和透视镜23。投射光学系统21将从显示元件80射出的图像光ML会聚为接近平行光束的状态。投射光学系统21在图示的例子中是单透镜，具有入射面和射出面。棱镜22具有入射面、内反射面和射出面，使从投射光学系统21射出的图像光ML在折射的同时入射到入射面，被内反射面全反射，并从射出面在折射的同时射出。透视镜23将从棱镜22射出的图像光ML朝向射出光瞳EP反射。射出光瞳EP处于使得来自显示面SSa上的各点的图像光以规定的发散状态或平行状态从与显示面SSa上的各点位置对应的角度方向重叠方式入射的位置。

投射光学系统21和棱镜22与显示元件80一起收纳于壳体51。壳体51由遮光性的材料形成，内置有使显示元件80动作的未图示的驱动电路。壳体51的开口具有不妨碍从棱镜22朝向透视镜23的图像光ML的尺寸。关于壳体51的开口，能够不作为单纯的开口而被具有透光性的保护罩覆盖。透视镜23经由支承板54被支承于壳体51。壳体51或支承板54由框架FR(参照图1)支承，例如由支承板54和透视镜23构成外观部件103。

导光系统90是离轴光学系统。即，构成导光系统90的投射光学系统21、棱镜22以及透视镜23以形成离轴光学系统的方式配置。另外，导光系统90为离轴光学系统是指，在构成导光系统90的光学元件21、22、23中，在光线入射到至少1个反射面或折射面的前后，光路整体弯折。另外，上述那样的作为离轴光学系统的导光系统90的光轴AX在以横截面观察的情况下，成为Z字状的配置。即，在图示中，从投射光学系统21到内反射面的光路、从内反射面到透视镜23的光路以及从透视镜23到射出光瞳EP的光路成为呈Z字状地以2个阶段折返的配置。

另外，在图示中，中间像MM形成在棱镜22与透视镜23之间。

通过了透视镜23的外界光HL也入射到射出光瞳EP。即，佩戴了虚像显示装置300的佩戴者US能够与外界像重叠地观察基于图像光ML的虚像。

在此，在图3中，如作为状态α1以及状态α2而比较示出的那样，具有上述那样的结构的第1显示装置100A能够在垂直轴方向即作为第2方向D2的±Y方向上进行轴旋转。特别地，在本实施方式中，整个第1显示设备100A围绕通过射出光瞳EP的中心位置EO的轴旋转。由此，虚像显示装置100能够进行由第1显示装置100A显示的图像(虚像)的位置(角度)变更。此外，如状态α3所示，对于第2显示装置100B，也同样地，通过整体进行轴旋转，来进行所显示的图像的位置(角度)变更。

更具体地说明上述状态α1～α3，首先，图示中的状态α1表示第1显示装置100A的旋转前的情形，一并示出了图像光ML中的、与入射到中心位置EO的成分相关的光路。在状态α1的情况下，从第1显示装置100A射出的作为图像光ML的光线中的基准成分MLa被设计成将佩戴者US的眼睛EY的前方方向即Z方向作为图像中心。

与上述相对，在图示中的状态α2下，从状态α1以中心位置EO为旋转中心，构成第1显示装置100A的光学系统整体绕Y轴从方向X朝向方向Z旋转了10°。在该情况下，在状态α1中，在正面(视场角0°的方向)看到的图像(虚像)即基于基准成分MLa的图像在状态α2中被看作移动到从中心偏离的位置(视场角10°的方向)的图像。此外，关于虚像的观察方法，更详细地参照图8等在后面叙述。

另外，如图示中的状态α3所示，在第2显示装置100B中也进行与上述的第1显示装置100A的情况相同的轴旋转。但是，在第2显示装置100B中，旋转方向与第1显示装置100A相反，以中心位置EO为旋转中心，构成第2显示装置100B的光学系统整体绕Y轴从方向Z朝向方向X旋转了10°。在该情况下，图像光ML中的基于基准成分MLb的图像被看作为移动到从中心偏离的位置(视场角10°的方向)的图像。

通过如以上那样，使第1显示装置100A以及第2显示装置100B轴旋转，虚像显示装置100通过控制左右图像的重叠程度，能够调整、特别是能够放大FOV。

此外，虚像显示装置100如图4以及图5所例示的那样，也能够通过作为调光部件的遮光罩SH覆盖眼前侧的整体。在该情况下，即使存在关于第1显示装置100A以及第2显示装置100B的上述那样的姿势调整，即，即使第1显示装置100A、第2显示装置100B在图5中箭头AA、AB所示那样的方向上移动，也能够通过遮光罩SH使佩戴者US以外的他人难以看到这样的光学系统的变动。从不同的角度来看，遮光罩SH成为覆盖能够变更位置的第1显示装置100A以及第2显示装置100B的部件。此外，在虚像显示装置100设置有与佩戴者US的鼻子NS抵接的鼻托ND。利用鼻托ND、镜腿TM将框架FR、遮光罩SH支承固定于佩戴者US。

以下，参照图6等，对用于使得能够进行第1显示装置100A以及第2显示装置100B的姿势调整(轴旋转)的一个构造例进行说明。另外，在图6等中，以第1显示装置100A为代表进行说明，关于第2显示装置100B，由于是同样的，所以省略图示和说明。

图6是用于说明第1显示装置100A中的用于姿势调整的安装部件MP的构造的一例的示意图，图7是用于说明姿势调整中的动作方向的示意图。另外，在图示中，为了简化，通过包含构成第1显示装置100A的光学系统的外观部件103的位置变更来表示姿势调整，但实际上，进行包含透视镜23等在内的构成第1显示装置100A的光学系统整体的位置变更。

如图6中的上栏β1所示，在框架FR的多处(在图示的例子中为2处)设有孔部(开口部、开口)HL1、HL2。另一方面，如上栏β1以及下栏β2所示，在外观部件103设置有能够与孔部HL1、HL2嵌合的突起部PR。即，在图示的例子中，突起部PR嵌入于孔部HL1，但也能够嵌入于孔部HL2，如参照图3说明的那样，孔部HL1、HL2以能够进行姿势变更的方式排列，该姿势变更沿着以射出光瞳EP的中心位置EO为中心的旋转移动。即，通过变更突起部PR的嵌合位置，能够进行期望的姿势变更。换言之，孔部HL1、HL2和突起部PR作为安装部件MP发挥功能，成为设置于框架FR的多个部位的能够嵌合的嵌合部件FF，该安装部件MP对作为支承部件的框架FR中的第1显示装置100A的支承位置进行变更。另外，安装部件MP也构成对第1显示装置100A的第1影像的显示位置进行调整的调整装置AE。

更具体地进行说明，如图7所示，孔部HL1、HL2大致沿着框架FR排列，第1显示装置100A能够进行例如图3所例示那样的、以Y方向为轴向并以中心位置EO为旋转中心的光学系统的姿势变更。即，通过切换将突起部PR嵌合于孔部HL1的第1状态(图3的状态α1)和将突起部PR嵌合于孔部HL2的第2状态(图3的状态α2)，能够选择将第1显示装置100A的第1影像的显示位置设为靠近中心(鼻子侧)还是靠近外侧(耳朵侧)。

并且，如图7中箭头Da、Db所示，在孔部HL1、HL2设有能够沿着与对应于上述姿势变更的旋转方向对应的方向移动的调整余量(间隙)DT。由此，能够对第1显示装置100A的姿势进行微调。此外，关于构成嵌合部件FF的孔部HL1、HL2、突起部PR的形状，可以考虑各种方式。在图示的一个例子中，在与旋转方向对应的方向以外的方向上，成为以不产生间隙的方式抑制移动的形状。

此外，虽然省略图示等，但对于第2显示装置100B也同样地设置有作为安装部件发挥功能的突起部，与此对应的多个孔部设置于框架FR。即，上述安装部件构成调整第2显示装置100B对第2影像的显示位置的调整装置。总之，设置于第1显示装置100A和第2显示装置100B的安装部件作为调整装置发挥功能。

以下，参照图8等，更详细地说明上述结构的虚像显示装置100中的虚像的观察方法。图8是用于说明通过佩戴者US的双眼观看而识别的整个影像区域的示意图。另外，图9是用于说明人的视觉特性的图，图10是用于说明佩戴者US的视野的示意图。

首先，如图8中的上栏γ1所例示的那样，将关于由佩戴者US的右眼EYa看到的虚像的假想区域、即通过来自第1显示装置100A的图像光ML而看到的影像区域设为第1影像区域PAa，第1显示装置100A对图像光ML进行引导而显示右眼用的第1影像IMa。同样地，将关于由左眼EYb看到的虚像的假想区域、即通过来自第2显示装置100B的图像光ML而看到的影像区域设为第2影像区域PAb，第2显示装置100B对图像光ML进行引导而显示左眼用的第2影像IMb。并且，将通过双眼EYa、EYb看到第1影像IMa以及第2影像IMb的结果是在佩戴者US的脑内被识别为一个图像的假想上的整体影像区域设为影像区域PA。

在本实施方式中，如上所述，在第1显示装置100A和第2显示装置100B中，能够进行姿势调整。即，能够调整与眼睛EYa、EYb中的显示位置对应的图像光ML的射出角度。在该情况下，关于来自第1显示装置100A和第2显示装置100B的图像光ML中的、在双方重叠的角度范围(视场角)内射出的成分，被双眼EYa、EYb识别为共同的1个图像。另一方面，关于图像光ML中的上述以外的成分，作为仅从第1显示装置100A或者仅从第2显示装置100B射出的成分，仅在眼睛EYa、EYb中的对应的一侧被看到。

在此，如图所示，关于右眼侧，将第1影像区域PAa中的、被左右眼睛EYa、EYb共同看到的范围即射出图像光ML的角度范围重叠的区域设为重叠区域Pa1，将独立被看到的范围即角度范围不重叠的区域设为独立区域Pa2。

同样地，关于左眼侧，将第2影像区域PAb中的、被左右眼睛EYa、EYb共同看到的范围即射出图像光ML的角度范围重叠的区域设为重叠区域Pb1，将独立被看到的范围即角度范围不重叠的区域设为独立区域Pb2。

在该情况下，例如通过在右眼用的重叠区域Pa1和左眼用的重叠区域Pb1中显示相同的图像，佩戴者US识别为1个图像。另一方面，重叠区域Pa1和与其接续的独立区域Pa2被识别为1个相连的图像。同样地，重叠区域Pb1和与其接续的独立区域Pb2也被识别为1个相连的图像。即，在以上的情况下，假想上的整体影像区域即影像区域PA相当于重叠区域Pa1、Pb1，作为中央部的一个图像而在脑内被重叠识别的中央区域PAc和相当于独立区域Pa2、Pb2的周边区域PAap、PAbp被识别为相连的1个较大的区域。作为其结果，如下栏γ2所例示的那样，包含显示于中央区域PAc(重叠区域Pa1、Pb1)的图像对象OB1(火箭的图像对象)的图像和包含显示于周边区域PAap、PAbp(独立区域Pa2、Pb2)的图像对象OB2、OB3(行星的图像、月亮的图像对象)的图像作为整体能够被看作1个大的图像。即，能够进行扩大FOV的调整。

另外，在以上的情况下，通过对中央区域PAc的图像、即包含图像对象OB1的图像适当地实施图像处理，能够实现立体观察图像。另一方面，关于包含图像对象OB2、OB3的图像，由于是单眼观察，因此仅能够显示平面图像。

进而，在本实施方式中，例如参照图6等说明的那样，对于第1显示装置100A和第2显示装置100B，通过调整姿势调整的程度，能够进行显示位置的变更或选择。即，关于重叠区域Pa1、Pb1、独立区域Pa2、Pb2，能够进行将各显示范围(区域)设为何种程度的范围的调整。

以下，参照图9，对显示范围的调整的一例进行说明。另外，在此，作为前提，在各显示装置100A、100B的光学系统中分别形成横向FOV50°(全视场角)的图像，在参照图6等的一例中，在将各显示装置100A、100B的光学系统固定于作为第1固定孔的孔部HL1的情况下，图像重合的范围成为横向FOV40°(全视场角)。另外，在将各显示装置100A、100B的光学系统固定于作为第2固定孔的孔部HL2的情况下，图像重合的范围为横向FOV35°(全视场角)。此外，在以上的情况下，在任一方式中，都确保重叠区域Pa1、Pb1的全视场角为±20°以上(即半视场角±10°以上)的状态。在该情况下，对于需要良好的图像形成的范围，维持被重叠区域Pa1、Pb1覆盖的状态。

图9中，上栏δ1将利用了孔部HL1的方式中的各显示装置100A、100B中的看到状态表示为状态Q1，将利用了孔部HL2的方式中的看到状态表示为状态Q2。另外，下栏δ2将利用了孔部HL1的方式中的假想上的整体影像区域即影像区域PA的状态表示为状态R1，将利用了孔部HL2的方式中的影像区域PA的状态表示为状态R2。

在以上的情况下，在状态Q1下，重叠区域Pa1、Pb1中的横向的宽度Wc相当于横向FOV40°，独立区域Pa2、Pb2中的横向的宽度Wa、Wb分别相当于50°-40°＝10°。因此，状态R1所示的影像区域PA作为将它们合并的整体，得到合成横向FOV60°(＝40°+10°+10°)的图像。

同样地，在状态Q2中，与状态Q1相比，显示范围向箭头AA1、AA2所示的方向移位，从而重叠区域Pa1、Pb1中的横向的宽度WWc相当于横向FOV35°，独立区域Pa2、Pb2中的横向的宽度WWa、WWb分别相当于50°～35°＝15°。因此，状态R2所示的影像区域PA作为将它们合并的整体，得到合成横向FOV65°(＝35°+15°+15°)的图像。即，关于各宽度WWc等，通过与状态R1进行比较可知，重叠区域Pa1、Pb1变窄，但作为整体的影像区域PA变宽。即，在上述方式中，变更了(扩大了)横向的视场角。

此外，关于显示元件80中的图像显示的方式，考虑根据上述变更而进行各种变更。

另外，在以上的情况下，关于影像区域PA的纵横比(aspect ratio)，也可以是，能够通过适当调整上述重叠程度、显示元件80的纵横比，设定为各种设定。例如，可以考虑在状态R1下成为9：16，另一方面，在状态R2下成为1：2.35的宽银幕尺寸这样的方式。

另外，在以上那样的调整时，为了根据需要以重叠区域Pa1、Pb1与独立区域Pa2、Pb2的边界位置等一致的方式进行微调，图7所例示的调整余量DT在对重叠区域的范围进行调整的方向上延伸。

在此，在采用以上那样的结构的情况下，在重叠区域Pa1、Pb1即人眼的视野中的接近中心的一侧和独立区域Pa2、Pb2即人眼的视野中的周边侧，图像的状态不同。与此相对，参照图10等，对与人眼相关的特性进行说明。图10是用于说明人的视觉特性的图。如图10所示，在与眼睛排列的左右方向相关的人的视场角(半角)中，视网膜像映现于中央凹而能够进行分辨率优异的中心观看的范围RA1为约1°左右为止，即使有1.0左右的视力，能够维持某种程度以上的分辨的范围也在2°左右以内，在其以上的视场角下，分辨性能急剧下降。另外，能够识别数字、字符的范围RA2为约5°左右。并且，在颜色、亮度变化的情况下能够感知该变化的颜色的辨别界限的范围RA3为约20°～25°左右。即，人的视力随着视野角扩大而急速下降。与此相对应，在本实施方式中，将重叠区域Pa1、Pb1和独立区域Pa2、Pb2合起来的整体区域的视场角设为50°以上，将重叠区域Pa1、Pb1的周边侧的独立区域Pa2、Pb2的视场角设为20°～25°或-20°～-25°，由此，提供广视场角的图像，并且成为不会感觉到图像质量劣化的方式。

进而，参照图11，关于参照图10说明的事项，作为虚像显示装置100的佩戴者US的视野范围的特性进行说明。首先，在图11中，第1栏ε1～第3栏ε3是用于对佩戴者US的视野进行说明的示意图，第1栏ε1表示水平视野的情形，第2栏ε2表示铅直(垂直)视野的情形，第3栏ε3表示投影于面的视野(视线方向上的视野扩展)的情形。在此，在各图中，辨别视野V1是视力等视觉功能优异的中心区域(视场角约5°以内)，有效视野V2是仅通过眼球运动就能够瞬间看到需求信息的区域(水平约30°、垂直20°以内)，稳定注视视野V3是通过眼球/头部运动就能够不费力地注视、能够看到有效的信息的区域(水平60～90°、垂直45～70°以内)。其中，在考虑辨别视野V1时，例如若认为注视影像的佩戴者US的视线方向通常大致为正面方向，则若相对于辨别视野V1在距图像的中心足够的范围设置中央区域PAc而能够形成立体观察图像的范围包含视觉功能优异的范围，则即使周边区域PAap、PAbp为平面图像，也能够看起来好像在显示区域的图像整体中实现了立体观察图像。即，图8等所示的中央区域PAc至少包含辨别视野V1(视场角5°左右)的范围作为看到范围，进而包含视野VX(比有效视野V2窄的范围)作为看到范围，该视野VX是被认为能够识别字符的范围的视场角10°的范围，由此能够在看到立体图像、识别字符多的图像等确保看到各种图像的基础上使图像显示区域扩展。

与此相对，在本实施方式中，通过将重叠区域Pa1、Pb1的视场角设为±10°以上，确保了将需要良好的可视性的范围设为重叠区域Pa1、Pb1的状态。

如以上那样，在本实施方式的虚像显示装置100中，具有：显示右眼用的第1影像IMa的第1显示装置100A；显示左眼用的第2影像IMb的第2显示装置100B；以及作为调整第1影像的显示位置和第2影像的显示位置的调整装置AE的安装部件MP，第1显示装置100A以及第2显示装置100B在与第1显示装置100A和第2显示装置100B排列的第1方向D1交叉的第2方向D2上对图像光ML进行引导，从而显示第1影像IMa和第2影像IMb，调整装置AE以在第1影像IMa和第2影像IMb中设置重叠地看到的重叠区域Pa1、Pb1和独立地看到的独立区域Pa2、Pb2的方式进行调整。

在上述虚像显示装置100中，作为调整第1影像IMa的显示位置和第2影像IMb的显示位置的调整装置AE的安装部件MP在第1影像IMa和第2影像IMb中设置重叠地看到的重叠区域Pa1、Pb1和独立地看到的独立区域Pa2、Pb2，由此能够通过双眼观看来看到将重叠区域Pa1、Pb1和独立区域Pa2、Pb2合起来的1个大的图像。另外，在进行这样的调整时，通过在与第1显示装置100A和第2显示装置100B排列的第1方向D1交叉的第2方向D2上对图像光ML进行引导，能够避免或抑制伴随着调整的装置增大、设为头部佩戴型时的设计性问题的产生。

[第2实施方式]

以下，参照图12等，对第2实施方式的虚像显示装置的一例进行说明。图12是用于说明本实施方式的虚像显示装置的用于姿势调整的安装部件的一个构造例的示意图，是与图7对应的图。

本实施方式的虚像显示装置是在第1实施方式中例示的虚像显示装置100的变形例，除了调整装置AE的构造以外，与第1实施方式的情况相同，因此省略关于虚像显示装置整体的说明。

在图12中，作为调整装置AE的安装部件MP在由设有能够与突起部PR嵌合的多个孔部HL1、HL2的嵌合部件构成这一点上，与第1实施方式的情况相同，但在利用销等无松动地进行瞳孔中心的旋转限制和位置固定来进行固定、不具有用于微调的间隙这一点上不同。在本实施方式中，通过利用电路进行左右像素的位置调整，成为能够进行微调的结构。换言之，在本实施方式中，电路上的左右像素的位置调整和安装部件MP协作而作为调整装置AE发挥功能。

理想的是，优选通过使突起部PR与孔部HL1或孔部HL2嵌合，从而在理想的位置进行显示。但是，由于每个个体的误差等，有可能从理想的位置产生一些位置偏移。在第1实施方式中，如参照图7所例示的那样，通过在孔部HL1、HL2设置调整余量(间隙)DT而使得能够进行微调来应对。与此相对，在本实施方式中，通过电路处理，能够进行该微调。

以下，参照图13以及图14，对实施方式的虚像显示装置中的电路上的左右像素的位置调整的一个例子进行说明。

图13是用于说明虚像显示装置中的基于图像处理的显示区域调整的示意图，图14是为了对虚像显示装置中的基于图像处理的显示区域调整进行说明而提取出图13的一部分并进行了放大的示意图。

如图13所示，在本实施方式中，为了通过电路进行左右像素的位置调整，虚像显示装置100具有图像处理装置GP，该图像处理装置GP对作为显示对象输入的图像数据MD进行各种图像处理。图像处理装置GP与构成第1显示装置100A以及第2显示装置100B的显示元件80连接，作为针对图像数据MD的处理结果，输出作为显示元件80中的显示动作的内容的影像数据。

作为各种图像处理之一，图像处理装置GP变更第1显示装置100A以及第2显示装置100B中的显示区域。即，进行上述的左右像素的位置调整。另外，结果是，图像处理装置GP调整重叠区域Pa1、Pb1与独立区域Pa2、Pb2的边界位置。

并且关于以上内容，从不同的角度来看，图像处理装置GP构成调整装置AE。

另外，在图13所示的示例中，除了上述以外，还将作为想要识别的整体的影像区域的理想的状态表示为理想影像区域PAi。另外，将此时的中央区域设为理想中央区域PAAci，将周边区域设为理想周边区域PAapi、PAbpi。在此基础上，作为用于确认实际的第1影像IMa、IMb是否与上述理想影像区域PAi一致的基准点，在理想中央区域PAci上的四角设定基准点SS1～SS4。具体而言，基准点SS1～SS4相当于例如在面板型的显示元件80中以矩阵状设置的像素。

另外，为了简化说明，在图示的一例中，设为由第2显示装置100B显示的第2影像IM2的显示位置与理想影像区域PAi一致，在由第1显示装置100A显示的第1影像IM1的显示位置从理想的位置偏移的情况下(即第1影像IM1相对于第2影像IM2偏移的情况下)，对第1影像IM1以电路方式进行必要的微调。具体而言，在图13所示的情况下的第1影像IMa中，如状态K1所示，在第1显示装置100A的显示元件80中，基准点SS1、SS2稍微偏移。这是假设了如下情况，如果成为理想的组装(没有偏移的组装)的状态，则应该在构成显示元件80的像素列中的第200列显示基准点SS1、SS2，但实际上从理想的状态(没有偏移的状态)偏移了2个像素的量。在该情况下，如状态K2所示，通过作为调整装置AE的图像处理装置GP使第1影像IMa的显示区域整体移位，使得考虑2个像素量的偏移而在第202列显示基准点SS1、SS2，由此能够成为与理想影像区域PAi一致的状态。

另外，上述是一例，只要能够调整左右的偏移，则不限于以第2影像IM2为基准的情况，可以考虑各种方式。

如以上那样，在本实施方式中，也能够通过双眼观看而看到将重叠区域Pa1、Pb1和独立区域Pa2、Pb2合起来的1个大的图像。另外，在进行这样的调整时，通过在与第1显示装置100A和第2显示装置100B排列的第1方向D1交叉的第2方向D2上对图像光ML进行引导，能够避免或抑制伴随着调整的装置增大、设为头部佩戴型时的设计性问题的产生。特别是，在本实施方式中，能够通过电路处理使显示区域成为适当的状态。

[第3实施方式]

以下，参照图15，对第3实施方式的虚像显示装置的一例进行说明。图15是表示本实施方式的虚像显示装置的一个例子的示意图，是与图2、图3对应的图。

本实施方式的虚像显示装置示出了光学系统的结构不同的一例，关于各显示装置的姿势调整的方法等，与第1实施方式等的情况相同，因此省略详细说明。

本实施方式的虚像显示装置300(第1显示装置300A)如图示中的第1栏ζ1所示，具有显示元件80和导光系统390。其中，导光系统390具有平板状的透视镜391和凹面镜392，成为所谓的birdbath型的光学系统。以下，沿着图像光ML的光路进行说明，首先，从显示元件80射出的图像光ML的一部分在透视镜391处被反射而朝向凹面镜392、在凹面镜392处被反射而再次朝向透视镜391的成分中的一部分透过透视镜391，从而到达射出光瞳EP。另外，凹面镜392也可以构成为通过设为透视镜，能够重叠看到外界光。

在本实施方式中，也如第2栏ζ2和第3栏ζ3所示，在垂直轴方向即作为第2方向D2的±Y方向上，第1显示装置300A和第2显示装置300B整体能够以通过射出光瞳EP的中心位置EO的轴为旋转中心进行轴旋转。由此，在本实施方式中，也能够通过双眼观看而看到将重叠区域Pa1、Pb1和独立区域Pa2、Pb2合起来的1个大的图像。另外，在进行这样的调整时，通过在与第1显示装置300A和第2显示装置300B排列的第1方向D1交叉的第2方向D2上对图像光ML进行引导，能够避免或抑制伴随着调整的装置增大、设为头部佩戴型时的设计性问题的产生。

[第4实施方式]

以下，参照图16等，对第4实施方式的虚像显示装置的一例进行说明。图16是用于说明本实施方式的虚像显示装置400的一例的光路图，图17是用于说明虚像显示装置400的构造的一例的示意图。另外，图18是与通过双眼观看而识别到的影像区域PA整体相关的示意图，是与图8对应的图。

在上述各实施方式中，在眼睛排列的左右方向(水平方向、横向)上变更了第1以及第2影像IMa、IMb的显示位置。即，变更横向的视场角。与此相对，在本实施方式中，在对与眼睛排列的左右方向(水平方向、横向)交叉的方向进行变更这一点上，与其他实施方式不同。另外，在本实施方式中，作为一例，对在与眼睛排列的左右方向(水平方向、横向)垂直的上下方向(垂直方向、纵向)上变更显示位置的情况进行说明。即，变更纵向的视场角。

首先，在本实施方式的情况下，虚像显示装置400如图16的第1栏η1～第3栏η3所示，关于图像光ML，在水平轴方向即作为第1方向D1的±X方向上，第1显示装置400A以及第2显示装置400B的整体能够以通过射出光瞳EP的中心位置EO的轴为旋转中心进行轴旋转。此外，第1栏η1表示旋转前的状态(倾斜0°的状态)，第2栏η2表示向上方(+Y方向)倾斜的状态，第3栏η3表示向下方(-Y方向)倾斜的状态(例如有10°倾斜的状态)。

以下，参照图17，对能够进行上述那样的姿势调整的虚像显示装置400的构造的一例进行说明。图17中，第1栏λ1是虚像显示装置400的示意性的侧视图，第2栏λ2是虚像显示装置400的示意性的主视图，第3栏λ3是虚像显示装置400的示意性的立体图。

图17所示的一个例子的虚像显示装置400在框架FR中，以能够进行参照图16说明的用于进行光路变更的虚像显示装置400的姿势变更的方式，排列有孔部HL1、HL2。具体而言，在图示的一个例子中，框架FR具有在+Y方向上描绘圆弧那样的曲面，孔部HL1、HL2在+Y方向上排列。另外，各孔部HL1、HL2设置为在+X方向上排列的一对结构。另外，突起部PR为了与各孔部HL1等对应地作为嵌合部件FF发挥功能，而成为在+X方向上排列的一对结构，在收纳各显示装置400A、400B的导光系统90的壳体51的上端设置于两端。通过设为以上那样的结构，能够在上下方向(垂直方向、纵向)上进行显示位置的变更。在图示的一个例子中，右眼用的第1显示装置400A相对地向比左眼用的第2显示装置400B靠上方侧的位置变更。因此，关于该情况下的显示位置，如图18中的第1栏ξ1所示，第1影像区域PAa在上下方向上被划分为下方侧的重叠区域Pa1和上方侧的独立区域Pa2。同样地，第2影像区域PAb在上下方向上被划分为上方侧的重叠区域Pb1和下方侧的独立区域Pb2。另外，如第2栏ξ2所示，作为被识别的假想上的整体影像区域的影像区域PA，成为在纵向上相连的1张图像。

另外，关于上下方向的差异的附加方法，不限于上述一个例子，能够有各种方式，例如也可以使左右的一方如第2栏η2所示那样，使图像的中心比水平靠上方侧，并且使另一方如第3栏η3所示，使图像的中心比水平靠下方侧。或者，也可以将任意一个设为水平方向，将另一个设为水平的下方侧或上方侧。

在本实施方式中，第1显示装置400A和第2显示装置400B的整体也能够以通过射出光瞳EP的中心位置EO的轴为旋转中心进行轴旋转。由此，在本实施方式中，也能够通过双眼观看而看到将重叠区域Pa1、Pb1和独立区域Pa2、Pb2合起来的1个大的图像。特别是，在本实施方式中，通过能够在水平轴方向即作为第1方向D1的±X方向上旋转，能够看到在纵向(上下方向)上成为1个的大的图像。另外，在进行这样的调整时，通过在与第1显示装置400A和第2显示装置400B排列的第1方向D1交叉的第2方向D2上对图像光ML进行引导，能够避免或抑制伴随着调整的装置增大、设为头部佩戴型时的设计性问题的产生。

[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。

关于上述各实施方式，也可以考虑适当组合的方式，例如也可以是对左右方向和上下方向双方进行姿势调整的方式。

另外，在上述各实施方式中，关于左右的第1以及第2影像IMa、IMb的显示位置，分别设置有重叠区域和独立区域双方，但也可以考虑设为仅左右中的某一方具有两个区域的结构。另外，在上述实施方式中，双方具有重叠区域和独立区域，能够通过姿势调整来变更这些区域的比例，但也能够包含通过姿势调整设为仅存在重叠区域而没有独立区域的状态的方式。

另外，遮光罩SH作为通过限制透射光(外界光)来进行调光的调光设备，能够采用各种设备，例如也可以电动地调整透射率。另外，作为遮光罩SH，能够使用镜面液晶、电子遮光罩等。或者，遮光罩SH也可以根据外部光照度来调整透射率。在利用遮光罩SH遮挡外界光的情况下，能够仅观察未受到外界像的作用的虚像。另外，本申请发明的虚像显示装置能够应用于遮挡外部光而仅看到图像光的所谓封闭型头部佩戴式显示装置(HMD)。在该情况下，也可以与由虚像显示装置和摄像装置构成的所谓的影像透视的产品对应。

以上，以虚像显示装置100等佩戴于头部来使用为前提，但上述虚像显示装置100、300也能够作为不佩戴于头部而如双目镜那样观看的手持显示器来使用。即，在本发明中，头戴式显示器也包含手持显示器。

另外以上中，例如也可以考虑如下方式：将使光轴(射出光轴)AX相对于作为前方的+Z方向朝下倾斜10°左右地延伸的结构作为基准结构，相对于该基准结构，在左右方向或上下方向上变更显示位置。通过使光轴AX相对于作为水平轴的Z轴在前方侧向下10°左右，能够减轻观察虚像的佩戴者US的眼睛EY的疲劳。在该情况下，关于面板侧的校正，能够根据需要适当变更显示元件80的形状。

具体的一个方式中的虚像显示装置具有：第1显示装置，其显示右眼用的第1影像；第2显示装置，其显示左眼用的第2影像；以及调整装置，其对第1影像的显示位置和第2影像的显示位置进行调整，第1显示装置和第2显示装置在与第1显示装置和第2显示装置排列的第1方向交叉的第2方向上引导图像光，从而显示第1影像和第2影像，调整装置以在第1影像和第2影像中设置重叠地看到的重叠区域和独立地看到的独立区域的方式进行调整。

在上述虚像显示装置中，对第1影像的显示位置和第2影像的显示位置进行调整的调整装置在第1影像和第2影像中设置重叠地看到的重叠区域和独立地看到的独立区域，由此能够通过双眼观看而看到将重叠区域和独立区域合起来的1个大的图像。另外，在进行这样的调整时，通过在与第1显示装置和第2显示装置排列的第1方向交叉的第2方向上对图像光进行导光，能够避免或抑制伴随着调整的装置增大、设为头部佩戴型时的设计性问题的产生。

在本发明的具体方面中，调整装置通过轴旋转来进行第1显示装置和第2显示装置的姿势调整。在该情况下，能够进行准确的显示位置的调整。

在本发明的另一方面中，具有支承第1显示装置和第2显示装置的支承部件，调整装置包含对支承部件中的第1显示装置和第2显示装置的支承位置进行变更的安装部件。在该情况下，能够通过利用安装部件变更支承位置，进行显示位置的调整。

在本发明的又一方面中，安装部件包含设置于支承部件的多个部位的能够嵌合的嵌合部件。在该情况下，能够通过变更嵌合位置，进行显示位置的调整。

在本发明的又一方面中，嵌合部件具有在调整重叠区域的范围的方向上延伸的调整余量。在该情况下，能够利用调整余量进行显示位置的微调。

在本发明的又一方面中，调整装置包含对第1显示装置和第2显示装置中的显示区域进行变更的图像处理装置，图像处理装置对重叠区域与独立区域的边界位置进行调整。在该情况下，能够通过构成调整装置的图像处理装置，进行显示位置的调整。

在本发明的又一方面中，调整装置将重叠区域的视场角设为±10°以上。在该情况下，能够将需要较高的可视性的范围设为重叠区域。

在本发明的又一方面中，调整装置将重叠区域和独立区域合起来的整体区域的视场角设为50°以上，将重叠区域的周边侧的独立区域的视场角设为20°～25°或-20°～-25°。在该情况下，能够在重叠区域中确保需要高可视性的范围，并且作为整体能够进行非常宽视场角的图像识别。

在本发明的又一方面中，调整装置以变更第1显示装置和第2显示装置中的显示区域的横向视场角的方式进行调整。在该情况下，能够形成横向较宽的图像。

在本发明的又一方面中，调整装置以变更第1显示装置和第2显示装置中的显示区域的纵向视场角的方式进行调整。在该情况下，能够形成纵向较宽的图像。

在本发明的又一方面中，具有调光部件，所述调光部件覆盖能够通过调整装置进行位置变更的第1显示装置和第2显示装置。在该情况下，能够进行透过的外界光的调光。

在本发明的又一方面中，第1显示装置和第2显示装置具有：显示元件；投射光学系统，其使从显示元件射出的图像光会聚；棱镜，其使从投射光学系统射出的图像光在被入射面折射的同时入射，由内反射面全反射，并从射出面在折射的同时射出；以及透视镜，其将从棱镜射出的图像光朝向光瞳位置反射，并且使外界光透过。在该情况下，能够通过透视镜、投射光学系统和棱镜实现光学性能的提高，并且能够实现装置的小型化。

在本发明的又一方面中，通过棱镜的内反射面处的折返和透视镜处的折返这2个阶段的折返，形成Z字状的光路。在该情况下，通过将光路弯折成Z字状，能够实现装置的小型化。

在本发明的又一方面中，导光系统形成离轴光学系统。在该情况下，能够维持分辨率，并且实现光学系统的小型化，进而实现装置整体的小型化。

Claims (13)

1.一种虚像显示装置，其中，该虚像显示装置具有：

第1显示装置，其显示右眼用的第1影像；

第2显示装置，其显示左眼用的第2影像；以及

调整装置，其对所述第1影像的显示位置和所述第2影像的显示位置进行调整，

所述第1显示装置和所述第2显示装置在与所述第1显示装置和所述第2显示装置排列的第1方向交叉的第2方向上引导图像光，从而显示所述第1影像和所述第2影像，

所述调整装置以在所述第1影像和所述第2影像中设置重叠地看到的重叠区域和独立地看到的独立区域的方式进行调整，

所述调整装置通过轴旋转来进行所述第1显示装置和所述第2显示装置的姿势调整。

2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

该虚像显示装置具有支承所述第1显示装置和所述第2显示装置的支承部件，

所述调整装置包含对所述支承部件中的所述第1显示装置和所述第2显示装置的支承位置进行变更的安装部件。

3.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其中，

所述安装部件包含设置于所述支承部件的多个部位的能够嵌合的嵌合部件。

4.根据权利要求3所述的虚像显示装置，其中，

所述嵌合部件具有在调整所述重叠区域的范围的方向上延伸的调整余量。

5.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述调整装置包含对所述第1显示装置和所述第2显示装置中的显示区域进行变更的图像处理装置，

所述图像处理装置对所述重叠区域与所述独立区域的边界位置进行调整。

6.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述调整装置将所述重叠区域的视场角设为±10°以上。

7.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述调整装置将所述重叠区域和所述独立区域合起来的整体区域的视场角设为50°以上，将所述重叠区域的周边侧的所述独立区域的视场角设为20°～25°或-20°～-25°。

8.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述调整装置以变更所述第1显示装置和所述第2显示装置中的显示区域的横向视场角的方式进行调整。

9.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述调整装置以变更所述第1显示装置和所述第2显示装置中的显示区域的纵向视场角的方式进行调整。

10.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

该虚像显示装置具有调光部件，所述调光部件覆盖能够通过所述调整装置进行位置变更的所述第1显示装置和所述第2显示装置。

11.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

所述第1显示装置和所述第2显示装置具有：

显示元件；

投射光学系统，其使从所述显示元件射出的所述图像光会聚；

棱镜，其使从所述投射光学系统射出的所述图像光在被入射面折射的同时入射，由内反射面全反射，并从射出面在折射的同时射出；以及

透视镜，其将从所述棱镜射出的所述图像光朝向光瞳位置反射，并且使外界光透过。

12.根据权利要求11所述的虚像显示装置，其中，

通过所述棱镜的所述内反射面处的折返和所述透视镜处的折返这2个阶段的折返，形成Z字状的光路。

13.根据权利要求11所述的虚像显示装置，其中，

由所述投射光学系统、所述棱镜以及所述透视镜构成的导光系统形成离轴光学系统。