CN114578558A - 光学模块和显示装置 - Google Patents

Abstract

提供光学模块和显示装置，防止由显示元件形成不希望的漏光，提高显示品质。显示装置(100)或光学模块(15)具有：显示元件(11)，其射出图像光(ML)；作为导光光学装置的成像光学系统(12)，其在规定方向上具有非轴对称性，通过来自显示元件(11)的图像光(ML)的导光而形成射出光瞳；以及遮光部件(31)，其配置在显示元件(11)与成像光学系统(12)之间，遮光部件(31)具有遮光部(31s)，所述遮光部(31s)与显示元件(11)的显示区域(A0)中的不进行图像显示的不使用区域(R02)重叠配置。

Description

光学模块和显示装置

技术领域

本发明涉及能够进行虚像观察的光学模块和显示装置，尤其涉及包含具有非轴对称性的导光系统的光学模块等。

背景技术

公开了一种对显示图像进行畸变校正处理的图像显示装置，其为了减少因畸变校正处理而破坏观察像的对称性、从而令使用者感到不协调的情况，以相对于因畸变校正而成为非显示的上侧左右角区域的显示区域成为上下对称的方式，将下侧左右角区域也设为非显示区域(专利文献1)。在该专利文献1中，还公开了代替设为非显示区域而通过遮光部件进行遮光，从而将观察像设为非显示。

专利文献1：日本特开2017-198728号公报

在上述专利文献1那样的显示装置中，认为在不进行显示的区域由于表面反射、来自显示像素的漏光而产生重影、泛白这样的现象，从而产生显示品质的劣化。

发明内容

本发明一个方面的光学模块具有：显示元件，其射出图像光；导光光学装置，其在规定方向上具有非轴对称性，通过来自显示元件的图像光的导光而形成射出光瞳；以及遮光部件，其配置于显示元件与导光光学装置之间，遮光部件具有遮光部，所述遮光部与显示元件的显示区域中的不进行图像显示的不使用区域重叠配置。

附图说明

图1是说明第1实施方式的显示装置的佩戴状态的外观立体图。

图2是说明显示装置的内部构造的侧方剖视图。

图3是例示显示元件的具体构造的剖视图。

图4是说明包含显示元件等的显示单元的立体图。

图5A是说明显示单元的构造的局部放大剖视图。

图5B是对主光线倾斜的情况进行说明的图。

图5C是说明显示单元的变形例的局部放大剖视图。

图5D是说明显示单元的另一变形例的局部放大剖视图。

图5E是说明显示单元的又一变形例的局部放大剖视图。

图5F是说明显示单元的再一变形例的局部放大剖视图。

图6是显示单元的主视图。

图7表示构成显示装置的光学系统的侧方剖视图和平面构造图。

图8是说明显示像的畸变校正的图。

图9是说明第2实施方式的显示装置的俯视图。

标号说明

A0：显示区域；AX：光轴；DA0：显示像；DA1：修正图像；EX：射出光轴；EY：眼睛；IG0、IG1：投射像；ML：图像光；OL：外界光；P1、P2、P3：光路；PP：光瞳位置；PR：像素形成区域；R01：使用区域；R02：不使用区域；R11：第1区域；R12：第2区域；US：佩戴者；Z01：透射区域；Z02：遮光区域；10：光学单元；11：显示元件；11k：发光层；11s：元件表面；12：成像光学系统；13：控制装置；13a：图像处理电路；15：光学模块；21：投射透镜；22：棱镜反射镜；23：透视镜；23c：镜膜；25：导光体；31：遮光部件；31p：开口；31s：遮光部；51：壳体；53：支承部件；61：支承板；100A、100B：显示装置；100C：支承装置；102：显示驱动部；103：外观部件；111：显示单元；112：离轴光学系统。

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实施方式的显示装置以及组装于该显示装置的光学模块进行说明。

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作为代表的显示装置100进行说明。

图2是说明显示装置100的光学构造的侧方剖视图。显示装置100具有显示元件11、成像光学系统12和控制装置13。成像光学系统12也称为导光光学装置。将组合了显示元件11和成像光学系统12的结构、即从显示装置100除去了控制装置13的结构称为光学模块15。在光学模块15中，在显示元件11与成像光学系统12之间且显示元件11的附近，配置有防止杂散光的遮光部件31。显示元件11、遮光部件31和控制装置13被支承在图1所示的显示驱动部102的外框即壳体51内，成像光学系统12的一部分也被支承在显示驱动部102的壳体51内。

显示元件11是自发光型的显示设备。显示元件11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。显示元件11沿着相对于XY面绕X轴稍微旋转而倾斜的xy面配置。显示元件11被控制装置13驱动而进行显示动作。

图3是说明显示元件11的具体构造的剖视图。图示的显示元件11具有板状的主体部分11d和与主体部分11d连接并向上方延伸的FPC(Flexible Printed Circuits：柔性印刷电路)部11e。其中，主体部分11d具有：硅基板SS，其形成有驱动电路11j，形成主体部分11d的外形；发光层11k，其是包含有机EL材料而构成的有机EL元件，产生应成为图像光的彩色的光；以及密封用的保护玻璃GG，其与硅基板SS协作而将发光层11k密闭。显示元件11按照从FPC部11e接收到的驱动信号进行发光动作，从而朝向保护玻璃GG侧射出图像光ML。

显示元件11不限于有机EL显示器，也可以置换为使用无机EL、有机LED、LED阵列、激光器阵列、量子点发光型元件等的显示设备。显示元件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。作为显示元件11，也可以代替LCD而使用LCOS(Liquid crystal onsilicon，硅基液晶，LCoS是注册商标)、数字微镜器件等。

图4是说明包含图3等所示的显示元件11等的显示单元的立体图，图5A是说明图4所示的显示单元的构造的局部放大剖视图。在图示的显示单元111中，显示元件11和遮光部件31固定于支承部件53，相互对准。将显示元件11、遮光部件31以及支承部件53组合而成的部件称为显示单元111。支承部件53是由树脂形成的具有矩形轮廓的部件，具有底部53a和框部分53b。矩形板状的显示元件11利用粘接材料或粘合材料固定于底部53a，矩形薄板状的遮光部件31利用粘接材料或粘合材料固定于框部分53b。遮光部件31是设置有环状扇形的开口31p的遮光光阑，由具有伴随光吸收的遮光性的金属、树脂等形成。遮光部件31具有环状扇形的透射区域Z01和从周围包围该透射区域Z01的遮光区域Z02。即，遮光部件31在透射区域Z01具有开口31p。另外，支承部件53能够在壳体51内相对于构成成像光学系统12的投射透镜21等对准并固定。

遮光部件31的正面31j以及反面31k被黑色的涂料涂覆，以使遮光区域Z02具有光吸收性。即，在遮光部件31的遮光区域Z02中，入射到正面31j以及反面31k的可见光在此被吸收，从而抑制杂散光的产生。也可以对正面31j和反面31k实施提高光吸收性的表面加工。从显示元件11射出的有效的图像光ML不被遮光部件31遮挡而通过开口31p。

图6是图4所示的显示单元111的局部主视图。显示元件11具有与图2所示的显示面11a或图3所示的发光层11k对应的显示区域A0。显示元件11能够在显示区域A0中显示图像，但并不利用其全部。显示区域A0相当于像素形成区域PR，像素形成区域PR包含：第1区域R11，其相当于使用区域R01，显示与成像光学系统12的失真对应地进行了畸变校正的图像；以及第2区域R12，其相当于不使用区域R02，设定在第1区域R11以外且不进行图像的显示。另一方面，遮光部件31不使显示元件11的显示区域A0或像素形成区域PR整体地露出，而是局部地覆盖显示区域A0中的未被有效利用的区域。具体而言，从显示元件11的显示面11a的法线方向观察，遮光部件31具有至少使从显示元件11的第1区域R11射出的图像光ML透过的透射区域Z01、和与显示元件11的第2区域R12重叠的遮光区域Z02。遮光部件31的遮光区域Z02相当于遮光部31s，与显示元件11的显示区域A0中的不进行图像显示的不使用区域R02重叠地配置。

设置于遮光部件31的透射区域Z01的轮廓形状为环状扇形，与设置于显示元件11的第1区域R11的轮廓形状大体一致。通过使透射区域Z01的轮廓形状与第1区域R11的轮廓形状一致，能够可靠地遮挡来自第2区域R12的无用光。由此，能够防止入射到显示元件11的不使用区域R02的光被元件表面11s(参照图5A)反射而成为重影光。即，能够通过遮光部件31抑制杂散光的产生，提高显示品质。另外，透射区域Z01的轮廓形状是抵消成像光学系统12的失真的形状，有时也不会成为图示那样的环状扇形。

更详细而言，设置于遮光部件31的透射区域Z01与沿着显示元件11的显示面11a将第1区域R11向外侧扩展的区域R13对置地形成。即，透射区域Z01扩展到使用区域R01或存在于第1区域R11的周围的不使用区域R02，与使用区域R01和其周围的边缘区域R14对置。边缘区域R14是以带状延伸的框状的区域，例如被设定为几像素到几十像素的宽度。在该情况下，透射区域Z01比第1区域R11稍大，能够进行使第1区域R11移位与边缘区域R14的宽度对应的规定像素数的距离的微调。这里，在成像光学系统12的变形方式因部件或组装的偏差而变化时，边缘区域R14或其规定像素数作为改变变形校正形状时的调整余量发挥功能。在调整成像光学系统12的成像位置时，边缘区域R14允许显示位置的移位。在图示的边缘区域R14的情况下，其宽度在上下左右不同，但边缘区域R14的宽度能够在上下左右的边上相等，即、能够在使用区域R01或第1区域R11的周围相等。

此外，如图5A所示，在遮光部件31与显示元件11的显示面11a分离的情况下，考虑从显示面11a射出的图像光ML的开口角θ，优选对应于遮光部件31与显示面11a的距离d的增加而扩大边缘区域R14。相对于目标量W0的扩展量通常由d×sinθ给出。保护玻璃GG的厚度通常为1mm～2mm左右，考虑到与遮光部件31之间的距离的边缘区域R14的扩展量也为2mm左右以下。

如图5B所示，在从显示元件11的显示面11a射出的图像光ML的主光线相对于显示面11a的法线倾斜的情况下，还考虑该倾斜角δ来调整边缘区域R14的扩展量。在将主光线的倾斜角设为δ(外侧为正)的情况下，扩展量通常由d×sin(θ+δ)给出，在倾斜角δ向外的情况下，需要使扩展量增加与倾斜角δ对应的量。另外，在考虑了主光线的倾斜角的情况下，如图6所例示的那样，还产生边缘区域R14中的下侧区域R14b的宽度比上侧区域R14a的宽度窄的情况。

图5C是说明变形例的遮光部件31的局部放大剖视图。在该情况下，遮光部件31由具有透光性的板状部件31t形成，在板状部件31t的下表面中的与遮光区域Z02对应的范围设置有光吸收层31u的部分作为遮光部31s发挥功能，光吸收层31u的内缘作为光学开口131p发挥功能。入射到光学开口131p内的图像光ML不被遮光部件31遮挡而通过板状部件31t。

图5D是说明作为另一变形例的遮光部件31的局部放大剖视图。在该情况下，遮光部件31由具有遮光性的材料形成，具有环状扇形的开口31p，但比图5A所示的遮光部件31厚。因此，在开口31p形成有向远离显示元件11的方向扩展的锥形面。

图5E是说明又一变形例的遮光部件31的局部放大剖视图。在该情况下，遮光部件31不是固定于支承部件53而是直接固定于显示元件11。遮光部件31利用粘接材料或粘合材料粘贴于显示元件11的元件表面11s。

图5F是说明再一变形例的遮光部件231的局部放大剖视图。在该情况下，遮光部件231是对显示元件11的元件表面11s进行了加工而得的部件，通过在具有透光性的保护玻璃GG的表面即元件表面11s中的与遮光区域Z02对应的区域涂敷或者蒸镀具有光吸收性的遮光膜31f而形成。遮光膜31f作为光吸收层发挥功能。遮光膜31f也可以是粘贴于显示元件11的元件表面11s的片材。

虽然省略了图示，但遮光部件31能够以可装卸的方式固定于支承部件53或显示元件11。此时，能够组装卡合机构、对准机构。

返回到图2，控制装置13是显示控制电路，对显示元件11输出与图像对应的驱动信号来控制显示元件11的显示动作。控制装置13例如具有IF电路、信号处理电路等，根据从外部接收到的图像数据或图像信号，使显示元件11进行二维的图像显示。控制装置13也可以包含一并控制第1显示装置100A和第2显示装置100B的主基板。主基板例如能够具有与未图示的外部装置之间进行通信并对从该外部装置接收到的信号进行信号转换的接口功能、使第1显示装置100A的显示动作与第2显示装置100B的显示动作协作的集成功能。

在控制装置13中组装有图像处理电路13a，在显示元件11的显示面11a上进行畸变校正后的显示。如后所述，成像光学系统12是离轴光学系统112，具有畸变像差即失真。为了补偿该失真，在显示面11a上，如在图6中说明的那样，在使用区域R01中形成进行了畸变校正的非矩形轮廓的图像。图像处理电路13a进行图像处理，将与来自外部的输入信号对应的矩形轮廓的图像畸变校正为应显示于显示面11a的非矩形轮廓的图像。

成像光学系统12具有投射透镜21、棱镜反射镜22以及透视镜23作为光学单元10。在本实施方式中，从显示元件11到棱镜反射镜22的光路配置在比透视镜23的上端23e靠上侧的位置。更详细而言，显示元件11、投射透镜21以及棱镜反射镜22配置在比透视镜23的上端23e靠上侧的位置。但是，投射透镜21、棱镜反射镜22等在不遮挡入射到眼睛EY的图像光ML的光路的范围内，也可以配置在比透视镜23的上端23e局部靠下的位置。即，投射透镜21、棱镜反射镜22等在不遮挡入射到眼睛EY的图像光ML的光路的范围内，能够配置在比透视镜23的上端23e局部靠下的位置。

投射透镜21使从显示元件11射出的图像光ML通过，入射到棱镜反射镜22。投射透镜21将从显示元件11射出的图像光ML会聚为接近平行光束的状态。投射透镜21是单透镜，具有入射面21a和射出面21b。棱镜反射镜22具有光入射面22a、内反射面22b和光射出面22c，使从投射透镜21射出的图像光ML入射到光入射面22a，由内反射面22b全反射，从光射出面22c射出。此时，棱镜反射镜22以使从前方入射的图像光ML向相对于使入射方向反转的方向(从棱镜反射镜22观察的光源的方向)倾斜的方向折回的方式射出。在如本实施方式那样在纵向上偏心的光学系统的情况下，与光路相关的前方包含相对于+Z方向处于上下45°左右的范围内的方向，相对于该前方(即，使入射方向反转的方向)倾斜的方向包含相对于与+Z方向和-Y方向成45°的中间方向处于上下45°左右的范围内的方向。透视镜23将从棱镜反射镜22射出的图像光ML朝向光瞳位置PP反射。光瞳位置PP是来自显示面11a上的各点的图像光ML以规定的发散状态或平行状态从与显示面11a上的各点位置对应的角度方向重叠入射的位置。包含图示的成像光学系统12的显示装置100的FOV(field of view：视场)例如为44°。显示装置100的虚像的显示区域为矩形，上述44°为对角方向。

成像光学系统12由于透视镜23是凹面镜而成为离轴光学系统112。在本实施方式的情况下，投射透镜21、棱镜反射镜22以及透视镜23非轴对称地配置，具有非轴对称的光学面。成像光学系统12是离轴光学系统112是指，在构成成像光学系统12的光学要素21、22、23中，在光线向多个反射面或折射面入射的前后，光路整体弯折。在该成像光学系统12即离轴光学系统112中，以光轴AX沿着与纸面对应的离轴面(与YZ面平行的面)延伸的方式进行光轴AX的弯折。在该成像光学系统12中，通过在与YZ面平行的离轴面内进行光轴AX的弯折，沿着该离轴面排列光学要素21、22、23。成像光学系统12包含沿着在纵向上延伸的基准面即离轴面(与YZ面平行的面)配置且在反射面的前后相互倾斜的光轴部分AX1、AX2、AX3。作为整体的光轴AX沿着从显示元件11的中心射出的主光线的光路延伸，通过相当于眼点的射出光瞳ER或瞳孔的中心。光轴AX在以与YZ面平行的横截面观察的情况下，通过多个光轴部分AX1、AX2、AX3而成为Z字状的配置。即，在与YZ面平行的离轴面中，从投射透镜21到内反射面22b的光路P1、从内反射面22b到透视镜23的光路P2、以及从透视镜23到光瞳位置PP的光路P3成为以Z字状2阶段折返的配置。成像光学系统12为纵向排列。作为基准面的离轴面(与YZ面平行的面)与纵向的Y方向平行地延伸。在该情况下，构成显示装置100的光学要素21、22、23在纵向上改变高度位置而排列，能够实现高视场角并且防止显示装置100的横向宽度的增大。而且，能够形成为在纵向上也紧凑且轻量的结构。

成像光学系统12中的从投射透镜21到内反射面22b的光路P1成为与Z方向接近平行的状态。即，在光路P1中，光轴部分AX1相对于Z方向或正面方向大致平行地延伸。其结果是，投射透镜21在Z方向或正面方向上被棱镜反射镜22和显示元件11夹着配置。优选的是，光路P1中的光轴部分AX1朝Z方向以向下为负，平均收敛在-30°～+30°左右的范围内。通过设为光路P1的光轴部分AX1朝Z方向而向下-30°以上的状态，能够避免投射透镜21、显示元件11与透视镜23之间发生干涉。另外，通过设为光路P1的光轴部分AX1朝Z方向而向上+30°以下的状态，能够防止投射透镜21、显示元件11向上部突起而在外观上变得显眼。在从内反射面22b到透视镜23的光路P2中，优选光轴部分AX2朝Z方向以向下为负，平均收敛在-70°～-45°左右的范围内。通过使光路P2的光轴部分AX2成为朝Z方向而向下～70°以上的状态，能够避免透视镜23的整体倾斜变得过大，容易在透视镜23的内侧确保配置内侧透镜的空间。另外，通过设为光路P2的光轴AX朝Z方向而向下-45°以下的状态，能够避免棱镜反射镜22成为相对于透视镜23向-Z方向或背面方向大幅突出的配置，能够避免成像光学系统12的厚度增加。从透视镜23到光瞳位置PP的光路P3成为与Z方向接近平行的状态，但在图示的例子中，光轴部分AX3朝Z方向以向下为负，为-10°左右。即，将光轴部分AX3延长后的射出光轴EX相对于作为前方的+Z方向向下倾斜10°左右而延伸。这是因为，人的视线在比水平方向向下侧倾斜约10°的、眼睛稍微朝下的状态下稳定。另外，相对于光瞳位置PP在水平方向上延伸的中心轴HX是设想佩戴了显示装置100的佩戴者US以直立姿势放松地朝向正面注视水平方向或水平线的情况的中心轴。包含佩戴显示装置100的各个佩戴者US的眼睛配置、耳朵配置等在内的头部的形状、姿势各种各样，但通过设想佩戴者US的平均的头部形状或者头部姿势，能够针对所关注的显示装置100设定平均的中心轴HX。以上的结果是，在棱镜反射镜22的内反射面22b中，沿着光轴AX的光线的反射角为10°～60°左右。另外，在透视镜23中，沿着光轴AX的光线的反射角为20°～45°左右。

投射透镜21和棱镜反射镜22与显示元件11一起收纳于壳体51。壳体51由遮光性的材料形成，支承使显示元件11动作的控制装置13。壳体51由金属材料或树脂材料形成。在树脂材料的情况下，还能够在内表面侧涂敷黑色的遮光材料。壳体51借助由遮光性的材料形成的保持部件或镜筒(未图示)支承显示单元111、投射透镜21以及棱镜反射镜22。壳体51具有开口51a，使得显示驱动部102能够使图像光ML朝向外部射出。射出到显示驱动部102外的图像光ML入射到透视镜23的内侧。

壳体51经由支承板61支承透视镜23。在该情况下，经由壳体51，透视镜23相对于棱镜反射镜22等被稳定地支承。透视镜23和支承板61相当于图1所示的外观部件103。

参照图7，对作为导光光学装置的成像光学系统12的详细情况进行说明。在图7中，区域AR1表示成像光学系统12的侧方剖视图，区域AR2是说明成像光学系统12的俯视构造的示意图。

构成投射透镜21的光学面即入射面21a和射出面21b在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向的第1方向D11、D12上隔着光轴AX具有非对称性，在与第1方向D11、D12垂直的横向的第2方向D02或X方向上隔着光轴AX具有对称性。与入射面21a相关的纵向的第1方向D11和与射出面21b相关的纵向的第2方向D12形成规定的角度。

投射透镜21例如由树脂形成，但也可以为玻璃制。投射透镜21的入射面21a和射出面21b例如是自由曲面。入射面21a和射出面21b不限于自由曲面，也可以是非球面。在投射透镜21中，通过将入射面21a和射出面21b设为自由曲面或非球面，能够实现像差降低，特别是在使用了自由曲面的情况下，容易提高偏心系统的光学性能，因此容易降低作为非共轴的离轴光学系统112的成像光学系统12的像差。另外，自由曲面是不具有旋转对称轴的面，作为自由曲面的面函数，能够使用各种多项式。另外，非球面是具有旋转对称轴且由多项式表示的面，是抛物面、球面以外的面。虽省略详细的图示，但在入射面21a及射出面21b上形成有防反射膜。

棱镜反射镜22是具有使反射镜和透镜复合的功能的折射反射光学部件，使来自投射透镜21的图像光ML折射并反射。更详细而言，在棱镜反射镜22中，图像光ML经由作为折射面的光入射面22a入射到内部，被作为反射面的内反射面22b向非正面方向全反射，经由作为折射面的光射出面22c射出到外部。光入射面22a和光射出面22c是由曲面构成的光学面，与仅反射面的情况或将它们设为平面的情况相比，有助于分辨率提高。构成棱镜反射镜22的光学面即光入射面22a、内反射面22b和光射出面22c在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向的第1方向D21、D22、D23上，隔着光轴AX具有非对称性，在与第1方向D21、D22、D23垂直的横向的第2方向D02或X方向上，隔着光轴AX具有对称性。

棱镜反射镜22例如由树脂形成，但也可以为玻璃制。棱镜反射镜22的主体的折射率还参考图像光ML的反射角被设定为实现内表面的全反射的值。棱镜反射镜22的主体的折射率、阿贝数优选还考虑与投射透镜21的关系来设定。特别是通过增大棱镜反射镜22、投射透镜21的阿贝数，减少整体上残留的色散。

棱镜反射镜22的光学面(即光入射面22a、内反射面22b和光射出面22c)例如是自由曲面。光入射面22a、内反射面22b和光射出面22c不限于自由曲面，也可以是非球面。在棱镜反射镜22中，通过使光学面22a、22b、22c为自由曲面或非球面，能够实现像差降低，特别是在使用自由曲面的情况下，容易提高偏心系统的光学性能。即，容易降低作为非共轴的离轴光学系统112的成像光学系统12的像差，能够提高分辨率。关于内反射面22b，不限于通过全反射来反射图像光ML，也可以是由金属膜或电介质多层膜构成的反射面。在该情况下，在内反射面22b上，通过蒸镀等形成由例如Al、Ag那样的金属形成的单层膜或多层膜所构成的反射膜，或者粘贴由金属形成的片状的反射膜。虽省略详细的图示，但在光入射面22a及光射出面22c上形成有防反射膜。

透视镜23是作为凹的表面镜发挥功能的弯曲的板状的光学部件，反射来自棱镜反射镜22的图像光ML。即，透视镜23将来自显示驱动部102的射出区域的图像光ML朝向光瞳位置PP反射。透视镜23覆盖眼睛EY或瞳孔所配置的光瞳位置PP，并且朝向光瞳位置PP具有凹形状，朝向外界具有凸形状。透视镜23是覆盖视野中的画面的有效区域整体的凹面透射镜。透视镜23是具有会聚功能的准直器，使从显示面11a的各点射出、且在显示驱动部102的射出区域附近通过成像而暂时扩展的图像光ML的主光线会聚到光瞳位置PP。透视镜23是具有在板状体23b的正面或反面上形成镜膜23c的构造的镜板。透视镜23的反射面23a具有透射性。透视镜23、反射面23a在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向的第1方向D31上隔着光轴AX具有非对称性，在与第1方向D31垂直的横向的第2方向D02或X方向上隔着光轴AX具有对称性。

透视镜23的反射面23a例如是自由曲面。反射面23a不限于自由曲面，也可以是非球面。通过将透视镜23设为自由曲面或非球面，能够实现像差降低，特别是在使用自由曲面的情况下，容易降低作为离轴光学系统或非共轴光学系统的成像光学系统12的像差。不论反射面23a是自由曲面和非球面中的哪一个，透视镜23都具有曲面式的原点比透视镜23的有效区域向投射透镜21侧或显示元件11侧移位后的形状。在该情况下，能够不对光学系统的设计造成过度的负担地，设定实现Z字状的光路的透视镜23的倾斜面。

透视镜23是在反射时使一部分光透过的透射型的反射元件，透视镜23的镜膜23c由具有半透射性的反射层形成。由此，外界光OL通过透视镜23，因此能够进行外界的透视，能够使虚像与外界像重叠。此时，若板状体23b薄至几mm左右以下，则能够将外界像的倍率变化抑制得较小。从确保图像光ML的亮度、容易通过透视来观察外界像的观点出发，镜膜23c相对于图像光ML、外界光OL的反射率在设想的图像光ML的入射角范围内设为10％以上且50％以下。作为透视镜23的基材的板状体23b例如由树脂形成，但也可以为玻璃制。板状体23b由与从周围对该板状体23b进行支承的支承板61相同的材料形成，具有与支承板61相同的厚度。镜膜23c例如由电介质多层膜形成，该电介质多层膜由调整了膜厚的多个电介质层构成。镜膜23c也可以是调整了膜厚的Al、Ag等金属的单层膜或多层膜。镜膜23c例如能够通过利用了蒸镀的层叠来形成，但也能够通过粘贴片状的反射膜来形成。在板状体23b的外侧面23o形成有防反射膜。

对光路进行说明，来自显示元件11的图像光ML入射到投射透镜21并以大致准直的状态射出。通过了投射透镜21的图像光ML入射到棱镜反射镜22，一边在光入射面22a折射一边通过，被内反射面22b以接近100％的高反射率反射，并再次在光射出面22c折射。来自棱镜反射镜22的图像光ML入射到透视镜23，被反射面23a以50％左右以下的反射率反射。被透视镜23反射后的图像光ML入射到佩戴者US的眼睛EY或者瞳孔所配置的光瞳位置PP。通过了透视镜23或其周围的支承板61的外界光OL也入射到光瞳位置PP。即，佩戴了显示装置100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。

在该成像光学系统12中，在棱镜反射镜22的光入射面22a的附近配置有纵向上的中间光瞳IPa(参照图7的区域AR1)。纵向的中间光瞳IPa是指来自从显示元件11的显示面11a的中心沿纵向的±y方向延伸的纵向线段上的各点的图像光ML纵向扩展而相互的重复变多的部位。在棱镜反射镜22的内部配置有横向上的中间光瞳IPb(参照图7的区域AR2)。横向的中间光瞳IPb是指来自从显示元件11的显示面11a的中心沿横向的±x方向延伸的横向线段上的各点的图像光ML横向扩展而相互的重复变多的部位。中间光瞳IPa、IPb配置在射出光瞳ER或光瞳位置PP的共轭点。

中间像IM形成在棱镜反射镜22与透视镜23之间。中间像IM形成在比透视镜23更靠近棱镜反射镜22的位置。这样，通过在比透视镜23更靠近棱镜反射镜22的位置形成中间像IM，能够降低透视镜23的放大负担，抑制观察到的虚像的像差。中间像IM是形成于比射出光瞳ER靠光路上游且相对于显示面11a共轭的位置的实像，具有与显示面11a上的显示像对应的图案，但不需要清晰地成像，也可以表现出像面弯曲、失真等各种像差。

如图8所示，表示成像光学系统12的成像状态的原本的投射像IG0具有比较大的失真。由于成像光学系统12是离轴光学系统112，所以不容易去除梯形变形那样的失真。因此，即使在成像光学系统12中残留有失真，在将原来的显示像设为DA0的情况下，也将形成于显示面11a的显示像设为具有预先带有变形、且具有梯形变形的修正图像DA1。修正图像DA1显示在图6所示的显示单元111的使用区域R01或第1区域R11中，成为畸变校正后的图像。在使用区域R01外侧的不使用区域R02或第2区域R12中，图像的显示成为黑显示而不显示。这样，通过使显示于显示元件11的图像具有抵消由投射透镜21、棱镜反射镜22以及透视镜23形成的变形的相反的变形，能够使经由成像光学系统12而在光瞳位置PP处观察到的虚像的投射像IG1的像素排列成为与原来的显示像DA0对应的格子图案，能够使轮廓为矩形。其结果是，能够容许在透视镜23等中产生的畸变像差，并且作为包含显示元件11在内的整体能够抑制像差。由此，棱镜反射镜22等光学要素的配置、尺寸的自由度提高，能够在实现显示装置100的小型化的同时容易地确保显示装置100的光学性能。

在显示单元111的显示面11a中，作为将不使用区域R02设为不显示的方法，不限于设为黑显示，例如也可以如下设定：在组装后的调整时等能够显示全部区域，在调整后的最终阶段，在附带于显示元件11的驱动电路中，使能够进行显示控制的显示区域以外的区域即不使用区域R02不受理来自控制装置13的驱动信号。

以上说明的第1实施方式的显示装置100或光学模块15具有：显示元件11，其射出图像光ML；作为导光光学装置的成像光学系统12，其在规定方向上具有非轴对称性，通过来自显示元件11的图像光ML的导光而形成射出光瞳；以及遮光部件31，其配置在显示元件11与成像光学系统12之间，遮光部件31具有遮光部31s，所述遮光部31s与显示元件11的显示区域A0中的不进行图像显示的不使用区域R02重叠配置。这样，遮光部件31具有与显示元件11的显示区域A0中的不进行图像显示的不使用区域R02重叠配置的遮光部31s，由此能够防止入射到不使用区域R02的光被元件表面11s反射而成为重影光、形成从不使用区域R02射出的不希望的重影光，能够提高显示品质。

[第2实施方式]

以下，说明本发明的第2实施方式的显示装置等。另外，第2实施方式的显示装置是部分地变更了第1实施方式的显示装置的装置，省略对共同部分的说明。

参照图9，对第2实施方式的显示装置100进行说明。显示装置100或光学模块15具有显示元件11和成像光学系统912。光学模块15或成像光学系统912是离轴光学系统，但与第1实施方式的情况不同，成为在反射的同时在横向上延伸的光路。成像光学系统912是导光光学装置，具有投射透镜21和导光体25。导光体25是经由粘接层CC将导光部件71与透光部件72接合而成的。导光部件71、透光部件72由在可见区域表现出高透光性的树脂材料形成。导光部件71具有第1～第5面S11～S15，其中的第1和第3面S11、S13是相互平行的平面，第2、第4和第5面S12、S13、S15作为整体是凸的光学面，例如由自由曲面构成。透光部件72具有第1～第3透射面S21～S23，其中，第1和第3透射面S21、S23是相互平行的平面，第2透射面S22作为整体是凹的光学面，例如由自由曲面构成。导光部件71的第2面S12和透光部件72的第2透射面S22具有使凹凸反转的相同形状，在两者的一个表面形成有部分反射面MC。

以下，对图像光ML的光路进行概要说明。导光部件71通过在第1～第5面S11～S15处的反射等，将从投射透镜21射出的图像光ML朝向观察者的眼睛导光。具体而言，来自投射透镜21的图像光ML首先入射到第4面S14而被反射膜RM的内表面即第5面S15反射，从内侧再次入射到第4面S14而被全反射，再入射到第3面S13而被全反射，进而入射到第1面S11而被全反射。在第1面S11全反射的图像光ML入射到第2面S12，部分地透过设置于第2面S12的部分反射面MC并且被该部分反射面MC部分反射而再次入射到第1面S11并通过。通过了第1面S11的图像光ML作为大致平行光束入射到观察者的眼睛EY所配置的光瞳位置PP。即，观察者通过作为虚像的图像光ML观察到图像。

导光体25通过导光部件71使观察者看到图像光ML，并且在组合了导光部件71和透光部件72的状态下，使观察者观察到变形少的外界像。此时，第3面S13和第1面S11成为相互大致平行的平面(屈光度大致为0)，从而对于外界光OL，几乎不产生像差等。另外，第3透射面S23和第1透射面S21成为相互大致平行的平面。并且，第3透射面S23和第1面S11成为相互大致平行的平面，从而几乎不产生像差等。由此，观察者隔着导光部件71和透光部件72观察到没有变形的外界像。

在该实施方式中，也与显示元件11对置地在显示面11a的附近配置有遮光部件31。遮光部件31在开口的外侧具有遮光部31s。虽然省略图示，但该遮光部31s相当于第1实施方式的显示装置100中的遮光区域Z02(参照图4)，与显示元件11的显示区域A0中的未进行图像的显示的不使用区域R02重叠配置。

[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。

遮光部件31不需要是完全的遮光体，也可以使光稍微透过。在该情况下，也能够抑制入射到不使用区域R02的光被反射而成为重影光。

在透视镜23的外界侧，能够安装通过限制透视镜23的透射光来进行调光的调光设备。调光设备例如电动地调整透射率。作为调光设备，能够使用镜面液晶、电子遮光罩等。调光设备也可以根据外部光照度来调整透射率。

以上，以显示装置100佩戴于头部来使用为前提，但上述显示装置100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。

具体的方式中的光学模块具有：显示元件，其射出图像光；导光光学装置，其在规定方向上具有非轴对称性，通过来自显示元件的图像光的导光而形成射出光瞳；以及遮光部件，其配置于显示元件与导光光学装置之间，遮光部件具有遮光部，所述遮光部与显示元件的显示区域中的不进行图像显示的不使用区域重叠配置。

在上述光学模块中，遮光部件具有与显示元件的显示区域中的不进行图像显示的不使用区域重叠配置的遮光部，因此能够防止入射到不使用区域的光被元件表面反射而成为重影光、形成从不使用区域射出的不希望的漏光，能够提高显示品质。

在具体的方面中，显示元件具有像素形成区域作为显示区域，所述像素形成区域包含：相当于使用区域的第1区域，所述使用区域对与导光光学装置的失真对应地实施了畸变校正后的图像进行显示；以及相当于不使用区域的第2区域，其被设定在第1区域以外，从显示元件的法线方向观察，遮光部件具有：透射区域，其至少使来自第1区域的图像光透过；以及对应于遮光部的遮光区域，其与第2区域重叠。在该情况下，显示元件具有包含相当于使用区域的第1区域和相当于不使用区域的第2区域的像素形成区域，遮光部件具有与第2区域重叠的遮光区域，能够抑制由第2区域产生的杂散光。

在具体的方面中，透射区域具有与第1区域的轮廓形状一致的轮廓形状。在此，轮廓形状一致并不限定于为严格的完全相同形状的情况，也包含具有若干差异的情况。通过使透射区域的轮廓形状与第1区域的轮廓形状一致，能够可靠地遮挡来自第2区域的无用光，能够进行更良好的图像显示。

在具体的方面中，透射区域与沿着显示元件的显示面将第1区域向外侧扩展了规定像素数的区域对置地形成。在该情况下，透射区域比第1区域稍大，能够进行使第1区域移位与规定像素数对应的距离的微调。在光学系统的变形方式因部件或组装的偏差而发生了变化的情况下，规定像素数作为改变变形校正形状时的调整余量发挥功能。

在具体的方面中，遮光部件在透射区域具有开口，使遮光区域具有光吸收性。在该情况下，图像光不被遮光部件遮挡而通过开口。

在具体的方面中，遮光部件由具有透光性的板状部件形成，在遮光区域设置有光吸收层。在该情况下，图像光不被遮光部件遮挡而通过板状部件。

在具体的方面中，第2区域以包围第1区域的周围的方式形成。

在具体的方面中，遮光部件被固定于支承显示元件的支承部件。在该情况下，能够通过支承部件相对于显示元件对准并固定遮光部件。

具体方式中的显示装置具有：上述的光学模块；以及控制装置，其在显示元件的显示区域中进行实施了畸变校正后的显示。

在具体的方面中，控制装置在显示元件的像素形成区域中的、相当于显示图像的使用区域的第1区域中显示实施了畸变校正后的图像，在相当于第1区域以外的不使用区域的第2区域中不显示图像。

Claims (10)

1.一种光学模块，其中，该光学模块具有：

显示元件，其射出图像光；

导光光学装置，其在规定方向上具有非轴对称性，通过来自所述显示元件的所述图像光的导光而形成射出光瞳；以及

遮光部件，其配置于所述显示元件与所述导光光学装置之间，

所述遮光部件具有遮光部，所述遮光部与所述显示元件的显示区域中的不进行图像显示的不使用区域重叠配置。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，

所述显示元件具有像素形成区域作为所述显示区域，所述像素形成区域包含：相当于使用区域的第1区域，所述使用区域对与所述导光光学装置的失真对应地实施了畸变校正后的所述图像进行显示；以及相当于所述不使用区域的第2区域，其被设定在所述第1区域以外，

从所述显示元件的法线方向观察，所述遮光部件具有：透射区域，其至少使来自所述第1区域的所述图像光透过；以及对应于所述遮光部的遮光区域，其与所述第2区域重叠。

3.根据权利要求2所述的光学模块，其中，

所述透射区域具有与所述第1区域的轮廓形状一致的轮廓形状。

4.根据权利要求3所述的光学模块，其中，

所述透射区域与沿着所述显示元件的显示面将所述第1区域向外侧扩展了规定像素数的区域对置地形成。

5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述遮光部件在所述透射区域具有开口，使所述遮光区域具有光吸收性。

6.根据权利要求2～4中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述遮光部件由具有透光性的板状部件形成，在所述遮光区域设置有光吸收层。

7.根据权利要求2～4中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述第2区域以包围所述第1区域的周围的方式形成。

8.根据权利要求1～4中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述遮光部件被固定于支承所述显示元件的支承部件。

9.一种显示装置，其中，该显示装置具有：

权利要求1～8中的任意一项所述的光学模块；以及

控制装置，其在所述显示元件的所述显示区域中进行实施了畸变校正后的显示。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其中，

所述控制装置在所述显示元件的像素形成区域中的、相当于显示所述图像的使用区域的第1区域中显示畸变校正后的图像，在相当于所述第1区域以外的所述不使用区域的第2区域中不显示所述图像。

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