图像显示光学系统和图像显示装置的制作方法

专利名称：图像显示光学系统和图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学图像显示系统和安装到光学装置的图像显示单元，所述光学装置诸如眼镜显示器、头盔显示器、照相机、便携式电话、双目镜、显微镜、望远镜之类，用于从观察眼向前形成液晶显示器等的显示屏的虚像。
背景技术：
近年来，一种具有大出射光瞳的光学图像显示系统已被提议(专利参考文献1等)。
光学图像显示系统由多个半反射镜构成，其与透射板(transmissiveplate)内的透射光路串联地布置，并且其各自的反射面向基板表面倾斜45°。
从液晶显示器等的显示屏发射的来自显示器的光通量被转变为平行光通量，并且通过45°的入射角在光学图像显示系统的半反射镜上入射。
当来自显示器的光通量在第一个半反射镜上入射时，它的部分被半反射镜反射，而它的其他部分则通过那里透射。通过半反射镜透射的来自显示器的光通量的部分被下一个半反射镜反射，并且它的其他部分通过那里透射。这在各个半反射镜处重复，并且各个半反射镜反射的来自显示器的光通量被发射到基板的外部。
来自显示器的各个光通量穿过其中的基板外的区域，包括从显示屏的每个位置发射的来自显示屏的各个光通量被叠加以在其上入射的比较宽的区域。当观察眼的瞳孔置于该区域内时，观察眼能够聚焦显示屏的图像。亦即，该区域等效地起到出射光瞳的作用(在下文中被称作“出射光瞳”)。
通过增加布置的半反射镜的数目，能够容易地扩大这样的出射光瞳。大的出射光瞳能够增加安置观察眼瞳孔的自由度，以便观察者能够以放松的状态观察显示屏。
专利参考文献1日本未审专利申请公开号2003-536102发明内容然而，这种光学图像系统引起了下述问题机械加工基板困难或复杂。例如，为了形成基板内的半反射镜，有必要将基板切割成大量的片，在大量的切割面上形成半透明的表面，并且将切割面相互粘合。
考虑到解决上述问题，本发明的目标就是要提供光学图像显示系统和图像显示单元，其具有简单结构的基板，但是能够确保大的出射光瞳。
根据本发明的光学图像显示系统包括透射板，用于在内部重复地反射图像显示元件的每个视角场处的来自显示器的光通量，由此在其中形成所述光通量的光路；以及光学偏转部件，其被提供以与用于所述内部反射的所述基板的一个表面的预定区域紧密接触，用于向所述基板的外部发射已到达所述预定区域的所述光通量中每一个的一部分，并且用于通过反射以预定方向偏转每个光通量的所述部分。光学图像显示系统从而形成图像显示元件的显示屏的虚像。
优选地，所述光学偏转部件的偏转特性提供有这样的分布使在所述光学图像显示系统的出射光瞳上入射的所述光通量的亮度均匀。
优选地，它进一步包括返回反射面，用于返回所述光通量的所述光路以返回所述光通量。光路形成在基板内。偏转光学部件以相同的方向偏转穿过前向路径的来自显示器的光通量的一部分和穿过后向路径的来自显示器的光路的一部分。
进一步，优选地，所述返回反射面由以下组成第一反射面，用于在第一角度范围之内返回穿过所述基板内预定区域的来自显示器的所述光通量的光路；以及第二反射面，用于在从所述第一角度范围偏离的第二角度范围之内返回穿过所述预定区域的来自显示器的所述光通量的光路。
进一步，优选地，所述第一反射面具有以非返回方向反射在所述第二角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质，并且所述第二反射面以所述非返回方向返回通过所述第一反射面反射的来自显示器的所述光通量的光路。
进一步，优选地，所述第一反射面具有透射在所述第二角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质，并且所述第二反射面返回通过所述第一反射面透射的来自显示器的所述光通量的光路。
进一步，优选地，所述第一反射面和所述第二反射面布置在所述基板内相同位置处以相互交叉。所述第一反射面具有透射在所述第二角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质，并且所述第二反射面具有透射在所述第一角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质。
进一步，优选地，所述光学偏转部件由以下组成第一光学表面，其被提供以与所述预定区域紧密接触，用于向所述基板的外部透射已到达所述预定区域的来自显示器的所述光通量中每一个的一部分；以及多反射镜，其提供在与所述基板相对的所述第一光学表面一侧，并且由排列成行且向所述基板的法线倾斜的多个微反射面组成。
进一步，优选地，光学多层或光学衍射表面用于所述微反射面。
进一步，优选地，所述光学偏转部件由光学衍射部件组成。
进一步，优选地，所述光学偏转部件提供有透射从外部向所述出射光瞳的方向传播的光通量的至少一部分的特性。
进一步，优选地，所述光学偏转部件具有将所述偏转的对象限制到具有与来自显示器的所述光通量的波长相同的波长的光的特性。
进一步，优选地，所述光学图像显示系统进一步包括对将要布置在所述出射光瞳处的观察眼进行屈光度校正的功能。
进一步，优选地，所述光学图像显示系统包括另一个基板，其连接到所述基板以在其间插入所述光学偏转部件。与所述光学偏转部件相对的另一个基板的表面具有曲面，并且进行所述屈光度校正的至少一部分。
进一步，根据本发明的图像显示单元包括所述光学图像显示系统中的任何一个和图像显示元件。
本发明能够提供光学图像显示系统和图像显示单元，其具有简单结构的基板，但是能够确保大的出射光瞳。


图1是根据第一实施例的眼镜显示器的外观图；图2是显示图像引入单元2和光学图像显示系统1的构造的透视图；
图3是从观察者观看图像引入单元2的外围的水平面所截取的概要截面图；图4是显示基板11中的来自显示器的光通量L的行为的视图；图5(a)是显示基板11中的来自显示器的光通量L的行为的视图，图5(b)是显示基板11中的来自显示器的光通量L+的行为的视图，图5(c)是显示基板11中的来自显示器的光通量L-的行为的视图；图6显示了从观察者观看的水平面所截取的对多反射镜12a的外围的概要放大截面图。(a)显示了多反射镜12a关于在前向路径上前进的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的操作，(b)显示了多反射镜12a关于在后向路径上前进的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的操作；图7(a)是显示在出射光瞳E上入射的在前向路径上前进的来自显示器的光通量L的视图，图7(b)是显示在出射光瞳E上入射的在后向路径上前进的来自显示器的光通量L的视图；图8是用于解释眼镜显示器屈光度校正方法的视图；图9(a)是显示其中基板11外侧面11-1处的来自显示器的光通量L的入射区域变得不连续的例子的视图，图9(b)是显示其中物镜22和液晶显示器21的光轴被倾斜的例子的视图；图10(a)是显示根据第二实施例的形成多反射镜12a’的一部分的视图，图10(b)是显示多反射镜12a’的构造的视图；图11是用于解释根据第二实施例的眼镜显示器中的出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度的周期不均匀性的原因的视图；图12是用于解释避免根据第二实施例的眼镜显示器中的出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的逐步亮度均匀性的方法的视图；图13是显示根据第三实施例的形成多反射镜12a”的一部分的视图；图14是显示多反射镜12a关于来自显示器的光通量L、L-20、L+20的操作的视图；图15(a)是用于解释类似于根据第一实施例的整个多反射镜12a起作用的光学衍射表面32a的视图，(b)是用于解释类似于根据第二实施例的整个多反射镜12a’起作用的光学衍射表面32a’的视图，(c)是用于解释类似于根据第三实施例的多反射镜12a”起作用的光学衍射表面32a”的视图；图16显示了用于解释屈光度校正的各种方法的视图；图17是显示将光学图像显示系统1施加到便携式电话的显示器的例子的视图；图18是显示用于将光学图像显示系统1施加到投影仪的例子的视图；图19显示了解释根据第一实施例的返回反射面11b的视图；图20显示了这样的视图，其显示了根据第一实施例的第一修改例子、第二修改例子、第三修改例子、第四修改例子和第五修改例子；图21显示了这样的视图，其显示了根据第一实施例的第六修改例子；图22显示了例1的反射-透射表面13a关于垂直入射光的反射的波长特性；图23显示了例1的反射-透射表面13a关于60°入射光的反射的波长特性；图24显示了例2的第一反射-透射表面12a-1关于垂直入射光的反射的波长特性；图25显示了例2的第一反射-透射表面12a-1关于60°入射光的反射的波长特性；图26显示了例2的其他第一反射-透射表面12a-1关于垂直入射光的反射的波长特性；图27显示了例2的其他第一反射-透射表面12a-1关于60°入射光的反射的波长特性；图28显示了例3的第二反射-透射表面12a-2、12a-2’关于30°入射光(膜厚度10nm)的反射(透射)的波长特性；图29显示了例3的第二反射-透射表面12a-2、12a-2’关于30°入射光(膜厚度20nm)的反射(透射)的波长特性；
图30显示了液晶显示器21的发射光谱分布；图31显示了第二反射-透射表面12a-2、12a-2’(3波段反射镜)关于30°入射光的反射(透射)的波长特性；图32显示了第二反射-透射表面12a-2、12a-2’(偏振射束分离器型反射镜)关于30°入射光的反射(透射)的波长特性；图33是显示例6的返回反射面11b”关于垂直入射光的反射的波长特性以及关于p偏振的入射光的反射的波长特性的视图；图34是显示例6’的返回反射面11b”的构造的视图；图35是显示例6’的返回反射面11b”关于垂直入射光的反射的波长特性以及关于p偏振的60°入射光的反射的波长特性的视图；图36是显示例7的返回反射面11b”的构造的视图；图37是显示例7的返回反射面11b”关于垂直入射光的反射的波长特性以及关于p偏振的60°入射光的反射的波长特性的视图；图38是用于解释形成例8的全息表面的方法的视图。
具体实施例方式
本发明的最佳方式(实施例)将解释如下。
第一实施例本发明的第一实施例将参考图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8说明如下。
该实施例说明了眼镜显示器。
首先，将解释眼镜显示器的构造。
如图1所示，眼镜显示器包括光学图像显示系统1、图像引入单元2、电缆3等等。光学图像显示系统1和图像引入单元2由类似于眼镜框架的支撑部件4(包括眼镜腿4a、眼镜框4b、鼻梁架4c等等)支撑，并且佩戴到观察者的头部。
光学图像显示系统1具有类似于眼镜镜片的外形，并且由眼镜框4b从其周围支撑。
图像引入单元2由眼镜腿4a支撑。经由电缆3从外部设备以图像信号和电力供应引入单元2。
在佩戴时，从观察者的一个眼睛(假定为右眼，在下文中，被称作观察眼)向前布置光学图像显示系统1。在下文中，从观察者和观察眼的位置来看，将解释佩戴中的眼镜显示器。
如图2所示，图像引入单元2内布置有液晶显示器21(对应于权利要求中的图像显示器)，用于基于图像信号显示图像，以及物镜22，其具有在液晶显示器21附近的焦点。
图像引入单元2向观察者一侧的光学图像显示系统1的面的右端部发射从物镜22发射的光通量(来自显示器的光通量)L。
光学图像显示系统1由基板13、11和12组成，它们从观察者一侧按这种顺序布置，并且相互紧密接触。
基板13、11和12中的每一个都具有使来自外部(与观察者相对一侧的光学图像显示系统1的区域)的光通量的至少可见光成分指向观察眼的透射率。
在所述基板之中，置于两个基板13、12之间的基板11为平行的平板(对应于权利要求中的透射板)，用于通过外侧的表面11-1和观察者一侧的表面11-2重复地在内部反射从图像引入单元2引入的来自显示器的光通量L。
布置在基板11外侧的基板12主要执行一部分的以观察者的方向偏转基板11在内部反射的来自显示器的光通量L和一部分的观察眼的屈光度校正。基板12是在观察者一侧具有平坦表面12-2的透镜。
布置在基板11的观察者一侧的基板13执行一部分的对观察眼的屈光度校正。基板13是在外侧具有平坦表面13-1的透镜。
进一步，来自显示器的光通量L在其上入射的基板11内的区域首先形成有反射面11a，用于将来自显示器的光通量L的角度偏转到内部反射可能的角度。
进一步，基板12的观察者一侧的表面12-2提供有多反射镜(对应于权利要求中的光学偏振部分)12a(其细节将在稍后说明)。
进一步，基板11内最远离开图像引入单元2的区域提供有返回反射面11b，其具有与传播来自显示器的光通量L的方向基本上相同的方向上的法线。
进一步，基板13外侧的表面13-1提供有反射-透射表面13a，其等效地起到空气间隙的作用。
反射-透射表面13a关于通过比较大的入射角入射的光显示高反射性能，而关于通过小的入射角(基本上垂直地)入射的光则提供有高透射性能。当形成这样的反射-透射表面13a时，光学图像显示系统1的强度能够通过粘接基板13和基板11而促进，同时维持通过基板11的内部反射的功能。
下一步，基于来自显示器的光通量L的行为，来解释光学图像显示系统1的各个表面的布置和构造。
如图3所示，从图像引入单元2内的液晶显示器21的显示屏发射的来自显示器的光通量(这里将通过表示中心视角场的来自显示器的光通量L来给出解释)，在物镜22处被转换成平行光通量L。
来自显示器的光通量L穿过基板13并且在基板11上入射。进一步，来自显示器的光通量L所穿过的基板13的观察者一侧的表面13-2的区域是平坦面，以便不向来自显示器的光通量L提供任何光功率(optical power)。
如图4所示，来自显示器的光通量L通过预定的入射角θ0在基板11内的反射面11a上入射。反射面11a反射的来自显示器的光通量L通过预定的入射角θi在基板11的观察者一侧的表面11-2上入射。
入射角θi是大于基板11内部反射临界角θc的角。进一步，反射-透射表面13a(参考图3)与基板11的观察者一侧的表面11-2相接触，并且等效于空气间隙工作。
通过满足总的反射条件，来自显示器的光通量L由基板11的观察者一侧的表面11-2和基板11外侧的表面11-1重复交替地在内部反射，并且在观察者的左方向上传播远离图像引入单元2。
通过使用来自显示器的光通量L在基板11上入射的直径D0、基板11的厚度以及来自显示器的光通量L在反射面11a上的入射角θ0，用等式(1)表示基板11在内部反射的来自显示器的光通量L的左右方向上的宽度Di。
Di＝D0+d/tan(90°-2θ0)……(1)通过假定来自显示器的光通量L在反射面11a上的入射角为θ0＝30°，并且基板11的厚度为d＝D0tanθ0，将给出解释如下。在这种情况下，内部反射中的入射角变为θi＝60°。进一步，通过等式(1)，内部反射中的来自显示器的光通量L的宽度Di变为来自显示器的光通量L在基板11上入射的直径D0的两倍大。进一步，此时，所有的来自显示器的光通量L在基板11外侧的表面11-1处的各个入射区域和来自显示器的光通量L在基板11的观察者一侧的表面11-2处的各个入射区域被连续地排列而其间没有间隙。
在上述解释中，仅给出了液晶显示器21的显示屏的中心视角场的来自显示器的光通量L的解释。然而，如图5(a)、(b)和(c)所示，实际上，除了中心视角场的来自显示器的光通量L之外，外围视角场的光通量L+、L-等通过彼此不同的入射角θi在基板11内传播。
图5(a)显示了中心视角场的来自显示器的光通量L，图5(b)、(c)分别显示了外围视角场的光通量L+、L-。
在图5(a)中用符号A指示的，是中心视角场的来自显示器的光通量L在基板11的外侧的表面11-1和观察者一侧的表面11-2处在其上入射的每个区域，在图5(b)中用符号B指示的，是外围视角场的来自显示器的光通量L+在基板11的外侧的表面11-1和观察者一侧的表面11-2处在其上入射的每个区域，在图5(c)中用符号C指示的，是外围视角场的来自显示器的光通量L-在基板11的外侧的表面11-1和观察者一侧的表面11-2处在其上入射的每个区域。
在基板11的外侧的表面11-1处，各个视角场的来自显示器的光通量L、L+、L-分别在区域B*的总区域上入射。
形成图3的多反射镜12a的区域被设置以覆盖区域B*。
返回参考图3，来解释各个视角场的光通量L、L+、L-的行为。在下文中，各个视角场的来自显示器的光通量将集体用L指示。
各个视角场的来自显示器的光通量L被偏转到观察者一侧，同时每次在多反射镜12a上入射时通过各个预定的比率维持视角场之中的角度关系。
偏转的各个视角场的来自显示器的光通量L，通过小于基板11内部反射临界角θc的角度，在基板11的观察者一侧的表面11-2上入射，并且透射通过基板11的观察者一侧的表面11-2。在这之后，各个视角场的来自显示器的光通量L透射通过反射-透射表面13a，以经由基板13在观察眼附近的区域E上入射。
亦即，在区域B*(参考图5)上叠加和入射的各个视角场的来自显示器的光通量L，在区域E上叠加并入射，同时维持视角场之中的角度关系。
区域E构成光学图像显示系统1的出射光瞳。将观察眼的瞳孔布置在出射光瞳E的任何位置处，使得观察眼可以观察液晶显示器21的显示屏的虚像。
根据实施例的眼镜显示器，区域B*(参考图5)和形成多反射镜12a的区域被设置得充分大于观察眼瞳孔的尺寸，从而确保大的出射光瞳E。
形成在基板11内的返回反射面11b返回反射通过基板11传播的来自显示器的光通量L，以相反地前进通过入射处的光路。因此，来自显示器的光通量在基板11内被往复。
同样，每次在多反射镜12a上入射时，与前进通过前向路径的来自显示器的光通量L类似，前进通过后向路径中的来自显示器的光通量L被偏转。
在这之后，多反射镜12a偏转的来自显示器的光通量L透射通过反射-透射表面13a，以分别经由基板13在出射光瞳E上入射。
下一步，将给出制造基板11、基板12和基板13的各自方法的例子的简单解释。
根据制造基板11的方法，作为基板11的原型制备包括光学玻璃或光学塑料或类似物的基板。
该基板在其两个部分处被歪斜地切割，并且切割所产生的两对切割面被光学地抛光。然后，各个成对的切割面中的一个用能够构成反射面的铝、银、介电材料的多层膜形成，在这之后，粘合各个切割面。粘合面中之一是反射面11a，而其另一个则构成返回反射面11b。
考虑到切割面形成膜的制造步骤的数目或其成本进行选择。进一步，代替将基板切割成两个部件，可以制备包括分离部件的两个部件。考虑到是切割基板还是制备分离部件的制造步骤的数目或成本进行选择。
例如，可以制备其两端都被歪斜地切割并抛光的光学玻璃，可以在其两端形成能够作为反射面的膜，并且通过补充塑料可以使其外形形成为板状形状。或者，可以暴露两端以停留在歪斜状态下而不形成板状形状的光学玻璃(这并不妨碍作为光学系统的功能)。
根据制造基板12的方法，在一个面上具有平坦表面并且在另一个面上具有曲面的透射板(透镜)被制备用于基板12的原型。曲面是基板12的外侧的表面12-1，而平面则是基板12的观察者一侧的表面12-2。在基板12的观察者一侧的表面12-2上形成多反射镜12a。稍后将说明形成多反射镜12a的方法。
根据制造基板13的方法，在一个面上具有平坦面并且在另一个面上具有弯曲表面的透射板(透镜)被制备用于基板13的原型，并且在平坦表面上形成等效于空气间隙工作的光学多层。这个面就是反射-透射表面13a。
进一步，在下文中，假定作为基板11的材料，使用普通光学玻璃BK7(折射率ng＝1.56)。
通常，关于基板11和反射面材料之间折射率ng的差，用等式(2)表示临界角θc。
θc＝arcsin(1/ng)……(2)因此，当使用该材料时，基板11的临界角θc变为39.9°。
进一步，如上所述，中心视角场的来自显示器的光通量L的入射角为θi＝60°。
因此，基板11能够传播通过θi＝40°到80°的入射角在其上入射的来自显示器的各个光通量L，亦即观察者的左右方向上的-20°到+20°的视角场的范围之内的各个光通量L-20到L+20。
进一步，基板13的外侧的表面13-1可以代替光学多层用光学衍射表面(全息表面等)形成。此时，其中光学衍射表面被衍射的条件可以被调整，以与上述光学多层的特性相同。进一步，在这种情况下，所述条件不必满足临界角。
下一步，将解释多反射镜12a的构造。
如图6(a)、(b)所示，多反射镜12a包括第一反射-透射表面12a-1，其形成在基板12的表面处；以及多个小的第二反射-透射表面12a-2、12a-2’，其在基板12内其间没有间隙地在观察者的左右方向上交替地形成为排状形状。
第二反射-透射表面12a-2的姿势是从观察眼的左手侧向右深度一侧倾斜的姿势，而第二反射-透射表面12a-2’的姿势则是在与第二反射-透射表面12a-2相对的方向上倾斜相等角度的姿势。
第二反射-透射表面12a-2和基板12的法线形成的角度，以及第二反射-透射表面12a-2’和基板12的法线形成的角度，分别为60°。
当在水平面中(与图6的纸面相平行)切割多反射镜12a的单元形状时，其截面形状变为具有30°底角的等腰三角形。
第一反射-透射表面12a-1提供有反射一部分的通过60°附近(40°到80°)的入射角在其上入射的光并且透射其余的性质，并且提供有透射所有的通过0°附近(-20°到+20°)的入射角在其上入射的光的性质。
第二反射-透射表面12a-2、12a-2’提供有反射一部分的通过30°附近(10°到50°)的入射角在其上入射的光并且透射其余的性质。
当基板12包括光学玻璃、光学树脂、晶体或类似物时，由具有不同折射率的例如介电部件、金属、有机材料和类似物组合的光学多层适用于第一反射-透射表面12a-1、第二反射-透射表面12a-2、12a-2’。
进一步，在设计中，考虑到内部反射的次数、将要在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量和来自显示器的光通量L的亮度的平衡(透明清晰度)等等，优化第一反射-透射表面12a-1、第二反射-透射表面12a-2、12a-2’的反射和透射的角度特性。
进一步，尽管图6(a)、(b)显示了其中第一反射-透射表面12a-1和第二反射-透射表面12a-2、12a-2’相互邻近的例子，但是可以在其间提供间隔。
下一步，将给出形成多反射镜12a的方法的例子的简单解释。
具有V形截面的多个小凹槽在基板12的观察者一侧的表面12-2上其间没有间隙地排列形成。
用于构成第二反射-透射表面12a-2、12a-2’的光学多层分别形成在凹槽的一个内壁和另一个内壁上，凹槽用与原型相同的材料填充，并且在其表面上形成用于构成第一反射-透射表面12a-1的光学多层。
在形成凹槽和形成光学多层中，树脂模制和气相沉积等的技术对其是适用的。
下一步，将给出多反射镜12a关于在基板11内传播的来自显示器的光通量L的操作的解释。将给出关于中心视角场的来自显示器的光通量(θi＝60°)L、外围视角场的来自显示器的光通量(θi＝40°)L-20、外围视角场的来自显示器的光通量(θi＝80°)L+20的操作的代表性解释。
在前进通过前向路径中，如图6(a)所示，60°附近(40°到80°)的入射角处的通过基板11在内部反射的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的全部，没有在基板11和第一反射-透射表面12a-1的边界面处被全反射，而是其部分透射穿过第一反射-透射表面12a-1，并且前进到基板12内。
前进的来自显示器的光通量L、L-20、L+20分别通过30°附近(10°到50°)的入射角在第二反射-透射表面12a-2上入射。在第二反射-透射表面12a-2上入射的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的部分，被第二反射-透射表面12a-2反射，并且通过0°附近(-20°到+20°)的入射角在第一反射-透射表面12a-1上入射，而且通过透射通过第一反射-透射表面12a-1在基板11上入射。此时的入射角小于临界角θc，所以来自显示器的光通量L、L-20、L+20透射通过基板11而没有被内部反射，并且经由基板13发射到外部。
在前进通过后向路径中，如图6(b)所示，60°附近(40°到80°)的入射角处的通过基板11在内部反射的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的全部，没有通过用于内部反射的基板11和第一反射-透射表面12a-1的边界面被全反射，而是其部分透射穿过第一反射-透射表面12a-1，以前进到基板12内。
前进的来自显示器的光通量L、L-20、L+20分别通过30°附近(10°到50°)的入射角在第二反射-透射表面12a-2’上入射。在第二反射-透射表面12a-2’上入射的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的部分，被第二反射-透射表面12a-2’反射，并且通过0°附近(-20°到+20°)的入射角在第一反射-透射表面12a-1上入射，而且通过透射通过第一反射-透射表面12a-1在基板11上入射。此时的入射角小于临界角θc，所以来自显示器的光通量L、L-20、L+20透射通过基板11而没有被内部反射，并且经由基板13发射到外部。
下一步，将给出通过以下事实的效果的解释基板11提供有用于往复的返回反射面11b，并且多反射镜12a提供有第二反射-透射表面12a-2、12a-2’两者。
如图7(a)所示，在前进通过前向路径中，在多反射镜12a上重复入射的来自显示器的光通量L，每次在多反射镜12a上入射时，通过固定比率的亮度到达多反射镜12a中的第二反射-透射表面12a-2(参考图6(a))，并且以出射光瞳E的方向偏转。
具体地，当前进通过前向路径中的来自显示器的光通量L在多反射镜12a上入射的次数总数为4，并且多反射镜12a关于来自显示器的光通量L的偏转效率(以出射光瞳E的方向偏转的来自显示器的光通量L的亮度对在多反射镜12a上入射的来自显示器的光通量L的亮度的比率)为10％(此时，内部反射的反射率能够被认为是90％)，而且多反射镜12a中的来自显示器的光通量L的入射区域从观察者的右侧连续地用符号EA、EB、EC、ED指示时，前进通过前向路径中的来自各个区域的在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的相对亮度变为如下(进一步，通过吸收造成的光量损失忽略不计)。
EA0.1，EB0.09，EC0.081，ED0.0729亦即，越接近返回反射面11b，在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度越弱。因此，在前进通过前向路径中的在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L中，引起了逐步亮度不均匀性。
另一方面，如图7(b)所示，在前进通过后向路径中，在多反射镜12a上重复入射的来自显示器的光通量L，每次在多反射镜12a上入射时，通过固定比率的亮度到达多反射镜12a中的第二反射-透射表面12a-2’(参考图6(b))，并且以出射光瞳E的方向偏转。
具体地，当返回反射面11b的反射率被设置为100％时，前进通过后向路径中的来自各个区域的在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度相对值变为如下(进一步，通过吸收造成的光量损失忽略不计)。
EA0.047，EB0.0531，EC0.059，ED0.0651亦即，越远离返回反射面11b，在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度越弱。因此，在前进通过后向路径中的在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L中，引起了逐步亮度不均匀性。
然而，前进通过前向路径中的来自显示器的光通量L和前进通过后向路径中的来自显示器的光通量L同时在出射光瞳E上入射，因此，来自各个区域的在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的相对亮度，变为前进通过前向路径中的和前进通过后向路径中的总和如下。
EA0.147，EB0.1431，EC0.140，ED0.138因此，几乎不引起逐步亮度不均匀性。
进一步，由于多反射镜12a是这样的具有彼此相同特性的第二反射-透射表面12a-2和第二反射-透射表面12a-2’其间没有间隙地布置，并且对从外部指向出射光瞳E的来自外部的光通量显示了均匀的特性，所以没有造成在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量亮度的不均匀性。
下一步，将解释屈光度校正。
如图8所示，基板13的观察者一侧的表面13-2和基板12的外侧的表面12-1是弯曲的。进一步，能够改变物镜22在光轴方向上的位置。
通过优化物镜22在光轴方向上的位置(图8*1)和基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面形状(图8*3)的组合，能够进行观察眼关于液晶显示器21显示屏虚像的屈光度校正(近屈光度的校正)。另一方面，通过优化基板12的外侧的表面12-1的曲面形状(图8*2)和基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面形状(图8*3)的组合，能够进行观察眼关于外部图像的屈光度校正(远屈光度的校正)。
或者，根本不用改变物镜22的位置，观察眼关于外部图像的屈光度校正(远屈光度的校正)，可以主要通过优化基板12的外侧的表面12-1的曲面形状(图8*2)来实现，而观察眼关于显示屏虚像的屈光度校正(有限距离屈光度的校正)，则可以主要通过优化基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面形状(图8*3)来实现。
用这种方法，根据眼镜显示器，多反射镜12a仅形成在基板12的一个表面(观察者一侧的表面12-2)上，因此，另一个表面(外侧的表面12-1)能够用于屈光度校正。
进一步，根据眼镜显示器，对观察眼关于显示屏虚像的屈光度校正，能够独立于观察眼关于外部图像的屈光度校正进行。因此，可以不仅根据观察眼的特性(近视、远视、老花、散光、弱视的程度)，而且还根据眼镜显示器的周围使用条件，来进行精细的屈光度校正。
进一步，基板12的外侧的表面12-1和基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面能够具有各种形状，诸如球面、旋转对称的非球面、具有在观察者的上下方向和左右方向上不同的曲率半径的曲面、因位置而不同的曲率半径的曲面等等。
进一步，代替物镜22的位置，可以优化液晶显示器21的位置或物镜22的焦距。
进一步，当充分的屈光度校正能够通过基板12进行时，通过向基板11如此引入来自显示器的光通量L，以致于来自显示器的光通量L满足被基板11的内表面全反射的条件，能够省去基板13。
下一步，将解释眼镜显示器的效果。
通过结合提供有多反射镜12a的基板12和用于内部反射的基板11，本实施例的眼镜显示器确保了大的出射光瞳E。作为与基板12结合的结果，基板11的内部构造能够极其简单。
进一步，多反射镜12a由非常小的重复单元组成，并且它的形状非常小，因此，对于在基板12上形成多反射镜12a，没有必要将基板12切割成大量的片(如上所述，诸如树脂模制、气相沉积等之类的制造大规模生产性能的制造技术是适用的)。
因此，眼镜显示器能够确保大的出射光瞳E，尽管它的结构简单。
进一步，根据眼镜显示器，为了从光学图像显示系统1向观察者的观察眼引入来自显示器的光通量L，来自显示器的光通量L通过多反射镜12a在瞳孔方向上的反射而被偏转，所以液晶显示器21的显示屏的图像聚焦在观察者观察眼的视网膜上而没有色斑。
进一步，眼镜显示器使用了具有用于往复的返回反射面11b和第二反射-透射表面12a-2、12a-2’两者的多反射镜12a，所以几乎不造成在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度不均匀性。
进一步，由于多反射镜12a显示了对来自外部的光通量均匀的特性，所以也没有造成在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量的亮度不均匀性。
进一步，眼镜显示器的在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量的亮度分布，与布置多反射镜12a的单元形状的密度根本无关。因此，即使当多反射镜12a的形状通过将单元形状放大到某种程度而被简化时，出射光瞳E上的来自外部的光通量的亮度仍维持均匀。
进一步，根据眼镜显示器，多反射镜12a形成在基板12的观察者一侧的表面12-2上，并且基板12的外侧的表面12-1的曲面形状(参考图8*2)能够自由地设置。这能够促进屈光度校正的自由度。
例如，观察眼关于液晶显示器21显示屏虚像的屈光度校正，以及观察眼关于外部图像的屈光度校正，同样能够相互独立地进行。
(第一实施例的修改例子)进一步，在液晶显示器21的光源提供有具有LED等的窄频带的频谱特性的情况下，或者在光源仅包括特定偏振成分的情况下，通过在设计中考虑到所述情况，可以优化第一反射-透射表面12a-1、第二反射-透射表面12a-2、12a-2’关于波长或偏振方向的反射特性。
进一步，根据眼镜显示器，来自显示器的光通量L在反射面11a上的入射角被设置为θ0＝30°，基板11的厚度被设置为d＝L0tanθ0。此时，内部反射中的来自显示器的光通量L的宽度Li，变为来自显示器的光通量L在基板11上入射时直径L0的两倍大，来自显示器的光通量L在基板11的外侧的表面11-1处的各个入射区域，以及来自显示器的光通量L在基板11的观察者一侧的表面11-2上的各个入射区域，全部都其间没有间隙地连续排列。然而，参数并不限于此，而是优选地根据眼镜显示器的使用或规格适当地设置。
例如，如图9(a)所示，来自显示器的光通量L在基板11的外侧的表面11-1处的各个入射区域，以及来自显示器的光通量L在基板11的观察者一侧的表面11-2处的各个入射区域，可以被做得不连续。
进一步，如图9(b)所示，物镜22和液晶显示器21的光轴可以向基板11的法线倾斜。在那种情况下，关于反射面11a的有效入射角能够增加而不用扩大来自显示器的光通量L的直径，并且内部反射中的来自显示器的光通量L的宽度Li能够充分地增加，而不用增加基板11的厚度。
进一步，根据这个眼镜显示器，观察眼被设置为观察者的右眼，并且通过图像引入单元2引入来自显示器的光通量L的部分被设置到观察眼的右侧。然而，当观察眼被设置为观察者的左眼并且引入光通量的部分被设置到观察眼的左侧时，可以在左右方向上颠倒各个反射面之间的布置关系。
第二实施例参考图10、图11来解释本发明的第二实施例如下。
本实施例是眼镜显示器的实施例。这里，将只解释与第一实施例的眼镜显示器的不同点。
不同点在于，返回反射面11b被省略，并且代替多反射镜12a提供了多反射镜12a’。
如图10(a)所示，类似于根据第一实施例的多反射镜12a，在基板12的观察者一侧的表面12-2上布置形成多反射镜12a’的部分。
多反射镜12a’对应于多反射镜12a，其中，第二反射-透射表面12a-2’被省略，并且通过如图10(b)所示扩大的那样的量密集地布置第二反射-透射表面12a-2。
由于返回反射面11b被省略，所以来自显示器的光通量L不再在基板11内往复。因此，来自显示器的光通量L与根据第一实施例的前进通过前向路径中类似地行动。
进一步，多反射镜12a’与第一实施例中的前进通过前向路径的光通量(参考图6(a))类似地作用于来自显示器的光通量L、L-20、L+20。
这样的眼镜显示器，其基本上类似于根据第一实施例的眼镜显示器，能够确保大的出射光瞳E，尽管它的构造简单。
(第二实施例的修改例子)然而，根据眼镜显示器，在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L中保持有以下两种亮度不均匀性。
首先，来自显示器的光通量L没有在基板11内往复，造成在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L中的逐步亮度不均匀性。
第二，如图11的放大图所示，在第二反射-透射表面12a-2上，具有基本上其一半尺寸并且处于远离第一反射-透射表面12a-1一侧的区域B，被从观察者来看在右侧的与其相邻的第二反射-透射表面12a-2遮蔽。由于被遮蔽，到达区域B的来自显示器的光通量L的光量小于到达区域A的，因此，从区域B指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L的光量小于从区域A指向出射光瞳E的。这造成了亮度的周期不均匀性。
作为避免亮度周期不均匀性的方法，指出以高密度布置多反射镜12a’的单元形状。当能够在与观察眼的瞳孔直径(大约6mm)相同的尺寸之内通过大约几个周期到10个周期布置单元形状时，尽管引起了亮度的周期不均匀性，但是对观察眼给出的奇怪感觉几乎不存在。
作为进一步稳固地避免亮度周期不均匀性的方法，指出使接近第一反射-透射表面12a-1的第二反射-透射表面12a-2的区域A的反射率RA对位于远离第一反射-透射表面12a-1一侧的区域B的反射率RB的比率为1∶2。在这种情况下，透射通过区域A的来自显示器的光通量L在区域B上入射，并且因此亮度的周期不均匀性基本上无效。
进一步，优选的是该比率不完全设置为1∶2，而是根据反射光的光路之间的差等等如此调整，以致于出射光瞳E上的由区域A反射的来自显示器的光通量L和由区域B反射的来自显示器的光通量L的亮度将会完全均匀。进一步，当与多反射镜12a’的单元形状的高密度布置相结合时，效果被进一步增强。
为了避免逐步的亮度不均匀性，向多反射镜12a’关于来自显示器的光通量L的偏转效率提供分布。
假定多反射镜12a’的偏转效率均匀地为25％，并且多反射镜12a处的来自显示器的光通量L的入射区域按照入射的顺序用符号EA、EB、EC……指示，则来自各个区域的在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度如下。
EA25％，EB18.75％，EC14.0625％……亮度之间的差造成了逐步亮度不均匀性。
因此，当向多反射镜12a’的偏转效率提供分布时，如图12所示，各个入射区域的偏转效率被设置如下。这里，来自显示器的光通量L在多反射镜12a中的与出射光瞳E相对的区域上的入射次数总数被设置为4。
EA25％，EB33.3％，EC50％，ED100％当提供这样的分布时，使在出射光瞳E上入射的来自显示器的光通量L的亮度对于入射开始时的来自显示器的光通量L的25％的量的亮度均匀。进一步，通过将最后入射区域的偏转效率设置为100％，防止了引起杂散光。
进一步，为了向多反射镜12a’的偏转效率提供分布，可以向第二反射-透射表面12a-2的反射率提供类似的分布，或者可以向第一反射-透射表面12a-1的透射率提供类似的分布。
然而，当向多反射镜12a’的偏转效率提供分布时，存在下述可能性多反射镜12a关于在观察者来自外部的一侧入射的来自外部的光通量的透射率变得不均匀，并且在那种情况下，有必要允许引起在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量处的亮度不均匀性。
第三实施例参考图13、图14来解释本发明的第三实施例如下。
本实施例是眼镜显示器的实施例。这里，将仅解释与第二实施例的不同点。
不同点在于，代替多反射镜12a’提供了多反射镜12a”。
如图13所示，在基板13的外侧的表面13-1处布置形成多反射镜12a”的部分。
据此，还在基板12的观察者一侧的表面12-2处布置形成反射-透射表面13a(类似于空气间隙起作用的光学多层)的部分。
下一步，将解释多反射镜12a”的构造。
如图14所示，类似于多反射镜12a’，多反射镜12a”也由第一反射-透射表面12a-1、第二反射-透射表面12a-2构成。
然而，第二反射-透射表面12a-2和基板13法线之间的角度被设置为30°。
进一步，第二反射-透射表面12a-2关于通过60°附近(40°到80°)的入射角在其上入射的光提供有反射-透射性能。
进一步，在设计中，考虑到内部反射的次数、在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量和来自显示器的光通量的亮度的平衡(透明清晰度)等等，优化第一反射-透射表面12a-1、第二反射-透射表面12a-2的反射和透射的角度特性。
下一步，将解释多反射镜12a”关于在基板11内传播的来自显示器的光通量L的操作。这里，将代表性地给出对中心视角场的来自显示器的光通量(θi＝60°)L、外围视角场的来自显示器的光通量(θi＝40°)L-20、外围视角场的来自显示器的光通量(θi＝80°)L+20的操作的解释。
如图14所示，60°附近(40°到80°)的入射角处的通过基板11在内部反射的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的全部，没有在基板11和第一反射-透射表面12a-1的边界面处被全反射，而是其部分透射通过第一反射-透射表面12a-1，并且前进到基板13内。
前进的来自显示器的光通量L、L-20、L+20分别通过60°附近(40°到80°)的入射角分别在第二反射-透射表面12a-2上入射。在第二反射-透射表面12a-2上入射的来自显示器的光通量L、L-20、L+20的部分，被第二反射-透射表面12a-2反射，并且经由基板13发射到外部。
亦即，所述眼镜显示器同样实现了与根据第二实施例的眼镜显示器类似的效果。
(第三实施例的修改例子)进一步，尽管根据本实施例，显示了在根据第二实施例的眼镜显示器中改变形成多反射镜的部分的例子，但是同样在第一实施例的眼镜显示器中，能够类似地改变形成多反射镜的部分。
在那种情况下，多反射镜12a的第二反射-透射表面12a-2和基板13的法线形成的角度，以及第二反射-透射表面12a-2’和基板13的法线形成的角度，分别被设置为30°。
其他各个实施例进一步，除了光学多层之外，第一反射-透射表面12a-1、第二反射-透射表面12a-2、12a-2’中的部分或全体能够被施加以金属膜或小的光学衍射表面(全息表面等)等。
进一步，如图15(a)所示，代替根据第一实施例的多反射镜12a的全体，可以使用类似于整个多反射镜12a起作用的光学衍射表面(全息表面等)32a。在图15(a)中，在基板11内内部反射的来自显示器的光通量L和由光学衍射表面32a偏转并且指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L用箭头标志指示。进一步，当使用光学衍射表面32a时，指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L是光学衍射表面32a所产生的衍射光(其优选作为应用于具有全息表面的眼镜显示器的例子)。
进一步，如图15(b)所示，代替根据第二实施例的多反射镜12a’，可以使用类似于多反射镜12a’起作用的光学衍射表面(全息表面等)32a’。在图15(b)中，在基板11内内部反射的来自显示器的光通量L和由光学衍射表面32a’偏转并且指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L用箭头标志指示。进一步，当使用光学衍射表面32a’时，指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L是光学衍射表面32a’所产生的衍射光。
进一步，如图15(c)所示，代替根据第三实施例的多反射镜12a”，可以使用类似于多反射镜12a’起作用的光学衍射表面(全息表面等)32a”。在图15(c)中，在基板11内内部反射的来自显示器的光通量L和由光学衍射表面32a”偏转并且指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L用箭头标志指示。进一步，当使用光学衍射表面32a”时，指向出射光瞳E的来自显示器的光通量L是光学衍射表面32a”所产生的衍射光。
进一步，光学衍射表面是例如平面树脂膜或光学玻璃板上形成的体积型(volume type)全息元件的表面或相位型(phase type)全息元件的表面。
进一步，在设计光学衍射表面中，考虑到内部反射的次数、在出射光瞳E上入射的来自外部的光通量和来自显示器的光通量的亮度的平衡(透明清晰度)等等，优化其衍射效率的角度特性。
进一步，作为各个实施例的眼镜显示器的屈光度校正的方法，除了上述方法(参考图8)之外，例如指出了图16(a)、(b)、(c)等的任何之中显示的方法。
图16(a)中显示的方法是当在基板12的观察者一侧的表面12-2上形成多反射镜12a时能够应用的方法。基板的片数被限制到只有基板12和基板11两片。此时，类似于空气间隙起作用的反射-透射表面13a被省去。
根据所述方法，通过仅优化物镜22在光轴方向上的位置(图16(a)*1)，进行观察眼关于显示屏虚像的屈光度校正。通过仅优化基板12的外侧的表面12-1的曲面形状(图16(a)*2)，进行观察眼关于外部图像的屈光度校正(代替物镜22的位置，可以优化液晶显示器21的位置或物镜22的焦距)。
图16(b)中显示的方法是当在基板13的外侧的表面13-1处形成多反射镜12a”时能够应用的方法。
根据所述方法，通过优化物镜22在光轴方向上的位置(图16(b)*1)和基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面形状的组合，进行观察眼关于显示屏虚像的屈光度校正。通过优化基板12的外侧的表面12-1的曲面形状(图16(b)*2)和基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面形状(图16(b)*3)的组合，进行观察眼关于外部图像的屈光度校正(代替物镜22的位置，可以优化液晶显示器21的位置或物镜22的焦距)。
图16(c)中显示的方法是当在基板13的外侧的表面13-1处形成多反射镜12a”时能够应用的方法。基板的片数被限制到只有基板11和基板13两片。此时，类似于空气间隙起作用的反射-透射表面13a被省去。
根据所述方法，仅仅通过基板13的观察者一侧的表面13-2的曲面形状(图16(b)*3)进行观察眼关于显示屏虚像的屈光度校正和观察眼关于外部图像的屈光度校正。
进一步，尽管反射-透射表面13a用在大量的实施例中，但是代替反射-透射表面13a，可以在与其位置相同的位置处提供空气间隙。然而，从增加光学图像显示系统1的强度的观点出发，优选的是应用反射-透射表面13a。
进一步，因为根据各个实施例的眼镜显示器包括两片或三片基板，所以任何的基板可以被施加以预先着色的元件或通过紫外线变色的光致变色元件、通过电流传导变色的电致变色元件或其透射率被改变的其他元件。
当施加这样的元件时，眼镜显示器能够安装有减弱在观察眼上入射的来自外部的光通量的亮度、或者减弱或阻挡对肉眼有害的紫外线、红外线、激光的影响的功能(太阳镜或激光保护镜的功能)。
进一步，能够构造眼镜显示器以提供光阻挡掩模(开闭器)等的机构，用于如此阻挡/开放来自外部的光，以致于观察者必要时能够沉浸在显示屏中。
进一步，尽管各个实施例中的眼镜显示器被构造以仅对一个眼睛(右眼)显示显示屏的虚像，但是眼镜显示器同样能够被构造以对左右眼两者显示虚像。进一步，当在左右显示屏上显示立体图像时，眼镜显示器能够用作立体显示器。
进一步，尽管各个实施例中的眼镜显示器是透明型的，但是眼镜显示器可以是非透明型的。在这种情况下，光学偏转部件(多反射镜、光学衍射表面等)关于来自外部的光通量的透射率可以被设置为0(在多反射镜的情况下，第二反射-透射表面12a-2、第二反射-透射表面12a-2’的透射率可以被设置为0)。
进一步，在各个实施例的眼镜显示器中，来自显示器的光通量L的偏振方向可以被限制到s偏振光。为了限制到s偏振光，偏振的液晶显示器21可以用于优化其布置，或者相位板可以安装在液晶显示器21的前面，并且可以调整相位板。
当来自显示器的光通量L被限制到s偏振光时，易于向眼镜显示器的各个光学表面提供上述特性。当光学多层用于光学表面时，能够使光学多层的膜构造简单。
进一步，尽管各个实施例涉及眼镜显示器，但是眼镜显示器的光学部分(光学图像显示系统，图1等的符号1)同样适用于除了眼镜显示器之外的光学设备。例如，光学图像系统1同样可以应用于如图17所示的便携式电话等的便携式设备的显示器。进一步，如图18所示，光学图像显示系统1可以应用于投影仪，用于在观察者前面通过大的屏幕显示虚像。
第一实施例的修改例子参考图19、图20、图21将给出第一实施例的修改例子(第一修改例子、第二修改例子、第三修改例子、第四修改例子、第五修改例子、第六修改例子)的解释如下。
这里，将仅解释与第一实施例的不同点。
不同点在于返回反射面11b。
首先，将参考图19解释第一实施例的返回反射面11b的操作。
图19(a)、(b)是用于解释第一实施例的返回反射面11b的操作的视图。在图19(a)、(b)中用符号L指示的，是来自显示器的光通量。进一步，尽管图19中显示的返回反射面11b的姿势不同于图3中显示的返回反射面11b的姿势，但是下面解释的操作保持相同。
由于第一实施例的返回反射面11b的法线的方向与传播在基板11内内部反射的中心视角场处的来自显示器的光通量L的一部分的方向一致，所以返回来自显示器的光通量L的一部分的光路。进一步，当外围视角场的来自显示器的光通量的传播方向与其近似时，甚至能够类似地返回其光路。在下文中，将主要解释中心视角场上的来自显示器的光通量L。
与此同时，来自显示器的光通量L提供有一定的固定鲜明度(boldness)，并且基板11被形成以薄到某种程度。因此，返回反射面11b不能返回来自显示器的光通量L的全部的光路。
在图19中，用L1(细长实线)、L2(细长虚线)指示的轴上的两个通量表示构成中心视角场的来自显示器的光通量L的各个光通量。在图19显示的例子中，尽管返回反射面11b能够返回光线L1表示的光通量的光路，但是返回反射面11b不能返回光线L2表示的光通量的光路。
这是因为，光线L1紧接着在表面11-2处内部反射之后在返回反射面11b上入射，并且入射是垂直的，而光线L2则紧接着在表面11-1处内部反射之后在返回反射面11b上入射，并且入射是不垂直的。
此时，如图19(b)所示，光线L2通过返回反射面11b在非返回方向上反射，并被发射到基板11外。存在下述可能性以这种方式发射的光线L2成为对观察眼的杂散光。
来自显示器的光通量L对基板11的表面11-1或表面11-2的入射角θi和返回反射面11b与基板11的法线形成的角θM之间的关系如以下等式(3)所示。
θM＝90°-θi……(3)
因此，光线L2在返回反射面11b上的入射角θ’通过以下等式(4)显示。
θ’＝2θM＝2(90°-θi)……(4)例如，当类似于第一实施例的解释θi＝60°时，由于θM＝30°，所以θ’＝60°。
下一步，将解释各个修改例子。
根据各个修改例子，添加一个返回反射面，以便消除杂散光的发生。
图20(a)、(b)、(c)、(d)、(e)显示了第一到第五修改例子。图21显示了通过进一步修改第二到第五修改例子作出的第六修改例子。
(第一修改例子)根据第一修改例子，如图20(a)所示，布置了反复反射面11b、11b’。首先，返回反射面11b的法线方向与光线L1的前进方向一致。
返回反射面11b的反射率的角度特性在至少垂直线附近(0°附近)到角θ’附近的宽范围之上显示了高反射率。
因此，返回反射面11b返回光线L1表示的光通量的光路，并且在非返回方向上反射光线L2表示的光通量。
另一方面，布置返回反射面11b’的位置布置在通过返回反射面11b反射的光线L2的光路(通过光线L2表示的光通量的光路)处。
返回反射面11b’的法线方向与光线L2的前进方向一致。
返回反射面11b’的反射率的角度特性至少在垂直线附近(0°附近)显示了高反射率。因此，返回反射面11b’返回了光线L2表示的光通量的光路。
作为上述的结果，根据修改的例子，比第一实施例更加稳固地返回了来自显示器的光通量L的光路。因此，抑制了杂散光的发生。
银、铝等的金属膜或介电多层膜等的普通反射膜适用于具有上述特性的返回反射面11b、11b’。进一步，特性类似于反射膜的全息表面也能够应用于返回反射面11b、11b’。
进一步，当θi＝60°时，由于返回反射面11b’的法线方向与基板11的法线方向一致，所以可以在基板11的一个表面11-2的部分区域中提供反射膜，并且使用该反射膜作为返回反射面11b’，如图20(a)所示。
进一步，当确保与返回反射面11b在表面11-2上的投影图像相同的尺寸时，返回反射面11b’的尺寸是足够的，并且优选的是将该尺寸限制到必要最小，以便眼镜显示器的透明清晰度不被恶化。
(第二修改例子)根据第二修改例子，如图20(b)所示，布置返回反射面11b”、11b。
返回反射面11b”的姿势与第一修改例子的返回反射面11b相同。
返回反射面11b”的反射率和透射率的角度特性，关于光线L1和通过传播与光线L1相同行程而反射的外围视角场的光通量，显示了足够高的反射率。进一步，该角度特性关于其他角度范围，至少光线L2和通过传播与光线L2相同行程而反射的外围视角场的光通量(至少这样的角度中，通过所述角度，至少光通量在返回反射面11b”上入射)，显示了足够高的透射率。
亦即，返回反射面11b”的反射率和透射率的角度特性，在垂直线附近(0°附近)显示了高反射率，并且在角度θ’附近显示了高透射率。
因此，返回反射面11b”返回光线L1表示的光通量的光路，并且透射光线L2表示的光通量。
另一方面，布置返回反射面11b的位置布置在通过返回反射面11b”透射的光通量(光线L2表示的光通量)的光路中。
返回反射面11b的法线方向与光线L2的前进方向一致。注意，此时，倾斜返回反射面11b的方向和倾斜返回反射面11b”的方向彼此相反，并且其通过基板11的法线形成的角度分别变为θM。
返回反射面11b的反射率的角度特性与第一修改例子的返回反射面11b相同。
因此，返回反射面11b返回光线L2表示的光通量的光路。
作为上述的结果，根据修改的例子，实现了与第一修改例子类似的效果。
具有上述特性的返回反射面11b”能够施加以介电多层膜或全息表面。进一步，优选的是使返回反射面11b”和返回反射面11b之间的间隔尽可能小，以便降低眼镜显示器的尺寸。当该间隔增加时，通过出射光瞳在左右方向上的位置的垂直视角(正交于纸面的方向上的视角)的变化增加，因此优选的是减少该间隔同样以便抑制该变化。
(第三修改例子)根据第三修改例子，如图20(c)所示，颠倒第二修改例子的倾斜返回反射面11b和返回反射面11b”的方向。
返回反射面11b”的反射率和透射率的角度特性，关于光线L2和通过传播与光线L2相同行程而反射的外围视角场的光通量，显示了足够高的反射率。进一步，该角度特性关于其他角度范围，至少光线L1和通过传播与光线L1相同行程而反射的外围视角场的光通量(至少光通量在返回反射面11b”上入射的角度中)，显示了足够高的透射率。
进一步，返回反射面11b”的构成可以与根据第二修改例子的返回反射面11b”相同。这是因为，第三修改例子的返回反射面11b”和光线L2之间的关系，与根据第二修改例子的返回反射面11b”和光线L1之间的关系(亦即0°入射角)相同，并且中心视角场的光线和外围视角场的光线之间的角度，在第二修改例子和第三修改例子之间保持相同。
因此，返回反射面11b”返回光线L2表示的光通量的光路，并透射光线L1表示的光通量。
返回反射面11b返回通过返回反射面11b”透射的光通量(光线L1表示的光通量)的光路。
作为上述的结果，根据修改的例子，实现了与上述各个修改例子类似的效果。
进一步，优选的是使返回反射面11b和返回反射面11b”之间的间隔尽可能小，以便降低眼镜显示器的尺寸。顺便提及，当间隔增加时，通过出射光瞳在左右方向上的位置的垂直视角(正交于纸面的方向上的视角)的变化增加，因此优选的是减少该间隔同样以便抑制该变化。
(第四修改例子)根据第四修改例子，如图20(d)所示，具有彼此相反倾斜方向的两片返回反射面11b”相互交叉并布置在基板11内。
两片返回反射面11b”的反射率和透射率的角度特性与根据上述各个修改例子的返回反射面11b”相同。
因此，一侧的返回反射面11b”返回光线L1表示的光通量的光路，并透射光线L2表示的光通量。
进一步，另一侧的返回反射面11b”返回光线L2表示的光通量的光路，并透射光线L1表示的光通量。
如上所述，根据修改的例子，与上述修改例子类似的效果是可实现的。
进一步，没有必要的是，交叉两片返回反射面11b”的点是基板11在厚度方向上的中间点。
(第五修改例子)根据第五修改例子，如图20(e)所示布置返回反射面11b”、11b。
返回反射面11b”的姿势与根据第二修改例子的返回反射面11b”相同。
返回反射面11b”的反射率和透射率的角度特性与上述各个修改例子的返回反射面11b”相同。
因此，返回反射面11b”返回光线L1表示的光通量的光路，并透射光线L2表示的光通量。
另一方面，布置返回反射面11b的位置布置在通过返回反射面11b”透射之后已被内部反射奇数次(优选地为1次)的光通量(光线L2表示的光通量)的光路处。
返回反射面11b的法线方向与光线L2的前进方向一致。此时，返回反射面11b的姿势变得与返回反射面11b”的姿势相同。
返回反射面11b的反射率的角度特性与上述各个修改例子的返回反射面11b相同。
因此，返回反射面11b返回光线L2表示的光通量的光路。
如上所述，根据修改的例子，与上述修改例子类似的效果是可实现的。
(修改例子的补充)进一步，尽管上面解释的各个修改例子的各个返回反射面在左右方向上的位置基本上是任意的，但是优选的是考虑到机械加工和集成的条件选择最佳位置。
进一步，当来自显示器的光通量L的波长被限制到特定波长成分时(当眼镜显示器的液晶显示器21的光源提供有具有LED等的窄频带的频谱特性时)，上述返回反射面11b”仅须至少对特定波长成分显示所述特性。当以这种方式限制来自显示器的光通量L的波长成分时，促进了返回反射面11b”中使用的反射膜的设计自由度。
进一步，当来自显示器的光通量L被限制到特定偏振光成分时(当眼镜显示器的液晶显示器21的光源被限制到特定偏振光成分时)，上述返回反射面11b”可以至少关于特定偏振光成分显示所述特性。当以这种方式限制来自显示器的光通量L的偏振光成分时，促进了返回反射面11b”中使用的反射膜的设计自由度。
特别地，当来自显示器的光通量L的偏振光成分被限制到s偏振光时，优选的是，第二到第五修改例子被进一步修改以构造第六修改例子。
(第六修改例子)根据第六修改例子，如图21(b)、(c)、(d)、(e)所示，在来自显示器的光通量L首先在其上入射的返回反射面11b”的表面处提供λ/2板11c。进一步，在图21中，λ/2板11c通过多多少少被转移来显示，以利于理解形成λ/2板11c的部分。
根据λ/2板11c，所有的在返回反射面11b”上入射的光通量的偏振方向都变为p偏振光成分。
进一步，返回反射面11b”的反射率和透射率的角度特性被设置为这样的返回反射面11b”，其用于透射角θ’附近的p偏振光成分的光通量，并反射垂直线附近(0°附近)的光通量。
设计用作返回反射面11b”的反射膜的自由度高。
因此，根据使用λ/2板11c的修改例子，稳固地促进了设计反射膜的自由度。
例1本发明的第一例子将解释如下。
该例子是包括光学多层的反射-透射表面13a。进一步，当来自显示器的光通量L被限制到s偏振光时，应用反射-透射表面13a。
反射-透射表面13a的构成表达如下。这里，为了表达该构成，作为一个单元的层附有括弧。
基板/(0.3L0.27H0.14L)k1·(0.155L0.27H0.155L)k2·(0.14L0.27H0.3L)k3/基板进一步，基板的折射率被设置为1.74。进一步，每个层的符号H指示高折射率层(折射率2.20)，符号L指示低折射率层(折射率1.48)，各个层的上标k1、k2、k3指示各个层的层压次数(其在这里为1)，附在每个层前面的数字指示对于具有780nm波长的光的每个层的光学膜厚度(nd/λ)。
反射-透射表面13a的反射率的波长特性如图22、图23所示。
图22显示了用于垂直入射光(0°入射角)的波长特性，图23显示了用于60°的入射光(60°入射角)的波长特性。进一步，在图22、图23中，符号Rs指示关于s偏振光的特性，符号Rp指示关于p偏振光的特性，符号Ra指示关于s偏振光和p偏振光的平均特性。
如图22所示，关于垂直入射光，就可见光区域(400到700nm)总体之上平均而言，反射率被限制到百分之几。
如图23所示，关于60°的s偏振入射光，在可见光区域(400到700nm)总体之上提供了大约100％的反射率。
进一步，反射-透射表面13a的构成被模型化(归纳)如下。
基板/(匹配层)k1·(反射层)k2·(匹配层)k3/基板各个层由层压的低折射率层L、高折射率层H和低折射率层L制成，并且被如此设置，以致于通过60°的入射增加反射率。作为中心层的反射层趋于造成通过垂直入射的反射，所以为了抑制反射起见，优化匹配层I、II的各个层的膜厚度。
在设计中，可以增加或减少模型的各个层的层压k1、k2、k3的次数，或者可以根据光的入射角、基板的折射率等调整匹配层I、II的各个层的膜厚度。
进一步，当一个基板与反射-透射表面13a之间的关系和另一个基板与反射-透射表面13a之间的关系彼此不同时(当两个基板的折射率彼此不同、或者附着层插入在一个基板和反射-透射表面13a之间等时)，可以单独地调整匹配层I、II的层压次数和各个层的膜厚度。
进一步，尽管本实施例的反射-透射表面13a对s偏振光实现了一定特性，但是当假如打算对s偏振光和p偏振光两者实现类似的特性时，反射-透射表面13a可以被修改如下。
如图23所示，根据本实施例的反射-透射表面13a，关于p偏振光，反射率仅被部分的可见光区域实现，因此，上述构成可以与具有从上述各个层偏离的中心波长(使反射率最大化的波长)的一个或多个层连接。从而能够通过不仅对s偏振光而且还对p偏振光的可见光区域总体实现反射率。
例2本发明的第二例子将解释如下。
本实施例是包括光学多层的第一反射-透射表面12a-1的例子。进一步，当来自显示器的光通量L被限制到s偏振光时，应用第一反射-透射表面12a-1。
第一反射-透射表面12a-1的基本构成显示如下。
基板/(0.5L0.5H)k1·A(0.5L0.5H)k2/基板进一步，基板的折射率被设置为1.54。进一步，每个层的符号H指示高折射率层(折射率1.68)，L低折射率层(折射率1.48)，各个层的上标k1、k2指示各个层的层压次数，附在每个层前面的数字指示每个层的对于具有430nm波长的光的光学膜厚度(nd/λ)，附在第二层前面的字符A指示用于校正第二层的膜厚度的校正系数。
根据基本构成，第一层和第二层两者对可见光内外的有关波长都提供有0.5λ的光学膜厚度，并且具有这样的膜厚度的层显示了与膜在中心波长处不存在的情况基本上相同的反射率。进一步，同样地高折射率层H和低折射率层L两者的折射率没有不同于基板的折射率这么多，因此，同样垂直入射中的界面处的菲涅耳反射也小。因此，垂直入射光由此很难被反射。
另一方面，当折射率用符号n指示时，基板和各个层对入射角θ的光学导纳(optical admittance)，对p偏振光用ncosθ表达，并且对s偏振光用n/cosθ表达。亦即，对于s偏振光，材料之间导纳的比率根据入射角θ的增加而增加。因此，界面处的菲涅耳反射根据入射角θ的增加而增加，结果，反射率增加。通过上述原理设置上述基本构成。
现在，为了将第一反射-透射表面12a-1的反射率的波长特性设置为预期特性，可以适当地调整基本构成的各个参数(这里指k1、A、k2)。
(例2’)例如，为了实现关于60°的入射光在整个可见光区域中大约15％的平均透射率，参数可以为k1＝4，A＝1.36，k2＝4。这种情况下的第一反射-透射表面12a-1的构成表达如下。
基板/(0.5L0.5H)4·1.36(0.5L0.5H)4/基板第一反射-透射表面12a-1的反射率的波长特性如图24、图25所示。
图24显示了用于垂直入射光的波长特性，图25是用于60°的入射光的波长特性。进一步，进一步，在图24、图25中，符号Rs指示用于s偏振光的特性，符号Rp指示用于p偏振光的特性，符号Ra指示用于s偏振光和p偏振光的平均特性。
如图24所示，对于垂直入射光，反射率在可见光区域(400到700nm)总体之上被限制到大约0％。
如图25所示，对于60°的s偏振入射光，在可见光区域(400到700nm)总体之上实现了平均85％的反射率(亦即，透射率为15％)。
(第二实施例-2)进一步，例如，为了实现对于60°的入射光在可见光区域总体之上平均大约30％的透射率，参数可以被设置为k1＝3，k2＝3，A＝1.56。第一反射-透射表面12a-1的构成这里表达如下。
基板/(0.5L0.5H)3·1.56(0.5L0.5H)3/基板第一反射-透射表面12a-1的反射率的波长特性如图26、图27所示。
图26显示了用于垂直入射光的波长特性，图27是用于60°的入射光的波长特性。进一步，进一步，在图26、图27中，符号Rs指示用于s偏振光的特性，符号Rp指示用于p偏振光的特性，符号Ra指示用于s偏振光和p偏振光的平均特性。
如图26所示，对于垂直入射光，反射率在可见光区域(400到700nm)总体之上被限制到大约0％。
如图27所示，对于60°的s偏振入射光，实现了平均70％的可见光区域(400到700nm)总体的反射率(亦即，透射率为30％)。
例3本发明的第三例子将解释如下。
本实施例是由金属膜组成的第二反射-透射表面12a-2、12a-2’。
金属膜实现了易于制造和便宜的优点。根据本实施例，Cr(铬)用于第二反射-透射表面12a-2、12-2’。
在第二反射-透射表面12a-2、12a-2’上对30°的入射光的反射率/透射率的波长特性如图28、图29所示。
图28显示了当Cr的膜厚度被设置为10nm时的特性，图29显示了当Cr的膜厚度被设置为20nm时的特性。进一步，在图28、图29中，符号Ra指示反射率，符号Ta指示透射率。
如图28所示，当膜厚度被设置为10nm时，在可见光区域之上仅实现了平均40％以上的透射率，同样仅实现了平均10％以上的反射率。这里，十分之四的来自外部的光通量能够到达出射光瞳E，并且只有十分之一的来自显示器的光通量L能够到达出射光瞳E，其平衡被吸收。
如图29所示，当膜厚度被设置为20nm时，尽管反射率和透射率变得基本上彼此相等，但是仅能够利用其入射光的20％以上。用这种方法，尽管金属膜实现了上述优点，但是被吸收的光损失大，并且引起了来自显示器的光通量L的光量减少和透明清晰度恶化。
例4本发明的第四例子将解释如下。
该例子是包括光学多层(稍后提到的3波段反射镜或偏振射束分离器型反射镜)的第二反射-透射表面12a-2、12a-2’的例子。进一步，第二反射-透射表面12a-2、12a-2’考虑到下述事实液晶显示器21提供有发射光谱。
图30显示了液晶显示器21的发射光谱分布(发射亮度的波长特性)。如从示图知道的那样，发射光谱分布包括基本上640nm(R色)、520nm(G色)、460nm(B色)的各自附近处的峰值。
优选的是，第二反射-透射表面12a-2、12a-2’主要在所述波长区域处提供有高反射率。进一步，优选的是，如果可能的话也考虑到偏振光。
因此，根据本实施例，作为第二反射-透射表面12a-2、12a-2’，应用下面显示的3波段反射镜或偏振射束分离器型反射镜。
3波段反射镜仅反射发射光谱峰值附近的窄波长区域处的光。
偏振射束分离器型反射镜仅反射发射光谱峰值附近的窄波长区域的光，并且将反射对象仅限制到s偏振光成分。
首先，包括3波段反射镜的第二反射-透射表面12a-2、12a-2’仅反射有限波长区域的光，因此，来自显示器的光通量L的损失被抑制，并且屏幕的亮度被维持。进一步，尽管第二反射-透射表面12a-2、12a-2’不能透射来自外部的光通量的有限波长区域的光，但是几乎其他波长区域的光由此被透射，因此，抑制了来自外部的光通量的损失，并且促进了透明清晰度。
进一步，包括偏振射束分离器型反射镜的反射-透射表面12a-2、12a-2’进一步仅反射有限波长区域的s偏振光成分，因此，只要来自显示器的光通量L被限制到s偏振光，就进一步抑制了来自显示器的光通量L的损失，并且显示屏被维持进一步明亮。进一步，在来自外部的光通量中，只有有限波长区域的s偏振光成分不能透射通过第二反射-透射表面12a-2、12a-2’，因此，进一步抑制了来自外部的光通量的损失，并且进一步促进了透明清晰度。
用于30°入射光的3波段反射镜的反射率(透射率)的波长特性如图31所示，用于30°入射光的偏振射束分离器型反射镜的反射率(透射率)的波长特性如图32所示。进一步，在图31、图32中，符号Rs指示用于s偏振光的反射率，符号Rp指示用于p偏振光的反射率，符号Ra指示用于s偏振光和p偏振光的平均反射率，符号Ts指示用于s偏振光的透射率，符号Tp指示用于p偏振光的透射率。
如图31所示，根据3波段反射镜，对于分别对应于R色、G色、B色的波长区域的光，实现了大约70％的反射率。
进一步，图31显示了多层膜(被称作负滤光器)上的用于R色、G色、B色的数据，所述多层膜仅反射特定波长区域的光并透射其他光。在计算机上显示膜被层压时的数据，并且最优设计总体层构造。
如图32所示，根据偏振射束分离器型反射镜，波长区域的宽度被扩大，而不是扩大峰值反射率的高度，并且确保了来自显示器的光通量L总体的光量。因为当s偏振光的反射率通过30°的入射角增加时，据此，p偏振光的反射率也增加。另一方面，在更大的入射角处，能够确保p偏振光的透射率，同时实现基本上100％的s偏振光的反射率。因此，当将偏振射束分离器型反射镜应用到多反射镜作为第二反射-透射表面时，取决于多反射镜的结构，非常有效的偏转特性是可实现的。
图32显示了仅反射特定波长区域的s偏振光并透射其他光的偏振射束分离器型反射镜上的用于R色、G色、B色的数据。在计算机上显示膜被层压时的数据，并且最优设计总体层构造。
例5本发明的第五例子将解释如下。
该例子是形成各个实施例中使用的各个全息表面的方法的例子。
基本上，制备全息感光材料，使用于参考的光和来自对象的光从垂直方向和角度θ在全息感光材料上入射，并且通过R色、G色、B色的3种波长进行多次曝光。
将角度θ设置为等于将要以高衍射效率反射的光的入射角。全息感光材料被显影并漂白。
当在预期表面上粘贴以这种方式产生的全息感光材料时，该表面能够用作全息表面。
进一步，当形成具有与具有第二反射-透射表面12a-2、12a-2’两者的多反射镜12a(参考图6)相同的功能的全息表面时，通过将上述角度不仅设置为θ而且还设置为-θ，可以进行多次曝光两遍。
进一步，通常，由于全息感光材料是由树脂膜制成的，所以极其容易将该材料粘贴到预期基板上或者将粘贴的基板集成到另外的基板。
例6本发明的第六例子将解释如下。
该例子是应用于第六修改例子(参考图21，来自显示器的光通量L被限制到s偏振光)的返回反射面11b”的例子。进一步，将入射角设置为θ’＝60°。符号θ’指示光线L2在返回反射面11b上的入射角(参考图19(a))。
首先，返回反射面11b”的基本构成通过任何的以下3种类型表达。
(1)基板/(0.25H0.25L)k0.25H/基板(2)基板/(0.125H0.25L0.125H)k/基板(3)基板/(0.125L0.25H0.125L)k/基板由此，这个例子采用第一种类型(1)，使用周期性层组中的两个设置基本构成，以便延伸反射波段，并且通过试错法获得40层的以下构成。
基板/(0.25H0.25L)100.1L(0.3125H0.3125L)10/基板进一步，基板的折射率被设置为1.56。进一步，高折射率层H的折射率被设置为2.20，低折射率层L的折射率被设置为1.46。
此时，返回反射面11b”的反射率的角度/波长特性如图33所示。
在图33中，符号R(0°)指示用于垂直入射光的反射率的波长特性。反射率在可见光区域中变为基本上100％。
进一步，符号Rp(60°)指示用于60°的p偏振入射光的光反射率的波长特性。反射率在可见光区域中变为基本上0％。亦即，对60°的p偏振入射光的光透射率在可见光区域中变为基本上100％(说明附图的方法也在以下各个示图中保持相同)。
(例6’)进一步，在计算机上进行最优设计，并且层数的减少和特性的改善已被尝试。由此实现的多层膜的构成、反射率/透射率的角度/波长特性如图34、图35所示。
如在图34、图35中明显的那样，可以知道的是，通过最优设计减少了层数，对于垂直入射光的反射率变得进一步接近100％，对于p偏振光的入射光的透射率变得进一步接近100％。
例7本发明的第七例子将解释如下。
该例子是应用于第六修改例子(参考图21，来自显示器的光通量L被限制到s偏振光)的返回反射面11b”的例子。进一步，θ’＝60°。进一步，本实施例的返回反射面11b”考虑到下述事实液晶显示器21提供有发射光谱(参考图30)。
类似于例6，在计算机上进行最优设计。由此获得的多层膜的构成、多层膜的反射率/透射率的角度/波长特性如图36、图37所示。
如在图36中明显的那样，可以知道进一步减少了层数。
如在图37中明显的那样，可以知道垂直入射光中的特定波长成分(R色、G色、B色)的反射率被设置为高，并且减少了其他不必要波长成分的反射率。通过仅增加必要波长成分的反射率，减少了层数。
例8该例子是形成图20、图21中显示的返回反射面11b、11b’、11b”中使用的全息表面的方法的例子。
原理与例5相同，并且特征仅在于用于参考的光和来自对象的光在全息感光材料上的入射角，将参考图38给出其解释。
如图38所示，从光源51发射的激光被半反射镜HM分支成两束激光，并且两束分支激光的直径分别经由反射镜M被光束扩展器52、53扩大。两束激光用作来自对象的光和用于参考的光。
在已由射束分离器BS叠加之后，使来自对象的光和用于参考的光在全息感光材料54上垂直入射。在所述状态下，曝光全息感光材料54。
当以这种方式使来自对象的光和用于参考的光在全息感光材料54上垂直入射时，能够形成用于通过高反射率反射垂直入射(参考图20、图21)的来自显示器的光通量L的全息表面。
权利要求
1.一种光学图像显示系统，包括透射板，用于在内部重复地反射图像显示元件的每个视角场处的来自显示器的光通量，由此在其中形成所述光通量的光路；以及光学偏转部件，其被提供以与用于所述内部反射的所述基板的一个表面的预定区域紧密接触，用于向所述基板的外部发射已到达所述预定区域的所述光通量中每一个的一部分，并且用于通过反射以预定方向偏转每个光通量的所述部分，其中所述光学图像显示系统形成所述图像显示元件的显示屏的虚像。
2.根据权利要求1所述的光学图像显示系统，其中所述光学偏转部件的偏转特性提供有这样的分布使在所述光学图像显示系统的出射光瞳上入射的所述光通量的亮度均匀。
3.根据权利要求1所述的光学图像显示系统，进一步包括返回反射面，用于返回所述光通量的所述光路以返回所述光通量，所述光路形成在所述基板内，其中所述偏转光学部件以相同的方向偏转穿过前向路径的来自显示器的所述光通量的一部分和穿过后向路径的来自显示器的所述光通量的一部分。
4.根据权利要求3所述的光学图像显示系统，其中，所述返回反射面由以下组成第一反射面，用于在第一角度范围之内返回穿过所述基板内预定区域的来自显示器的所述光通量的光路；以及第二反射面，用于在从所述第一角度范围偏离的第二角度范围之内返回穿过所述预定区域的来自显示器的所述光通量的光路。
5.根据权利要求4所述的光学图像显示系统，其中所述第一反射面具有以非返回方向反射在所述第二角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质；并且所述第二反射面以所述非返回方向返回通过所述第一反射面反射的来自显示器的所述光通量的光路。
6.根据权利要求4所述的光学图像显示系统，其中所述第一反射面具有透射在所述第二角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质，并且所述第二反射面返回通过所述第一反射面透射的来自显示器的所述光通量的光路。
7.根据权利要求4所述的光学图像显示系统，其中所述第一反射面和所述第二反射面布置在所述基板内相同位置处以相互交叉；所述第一反射面具有透射在所述第二角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质，并且所述第二反射面具有透射在所述第一角度范围之内经过的来自显示器的所述光通量的性质。
8.根据权利要求1至权利要求7中任何一项所述的光学图像显示系统，其中，所述光学偏转部件由以下组成第一光学表面，其被提供以与所述预定区域紧密接触，用于向所述基板的外部透射已到达所述预定区域的来自显示器的所述光通量中每一个的一部分；以及多反射镜，其提供在与所述基板相对的所述第一光学表面一侧，并且由排列成行且向所述基板的法线倾斜的多个微反射面组成。
9.根据权利要求8所述的光学图像显示系统，其中，光学多层和光学衍射表面中之一用于所述微反射面。
10.根据权利要求1至权利要求7中任何一项所述的光学图像显示系统，其中，所述光学偏转部件由光学衍射部件组成。
11.根据权利要求1至权利要求10中任何一项所述的光学图像显示系统，其中，所述光学偏转部件提供有透射从外部向所述出射光瞳的方向传播的光通量的至少一部分的特性。
12.根据权利要求11所述的光学图像显示系统，其中，所述光学偏转部件提供有将所述偏转的对象限制到具有与来自显示器的所述光通量的波长相同的波长的光的特性。
13.根据权利要求1至权利要求12中任何一项所述的光学图像显示系统，进一步包括对将要布置在所述出射光瞳处的观察眼进行屈光度校正的功能。
14.根据权利要求13所述的光学图像显示系统，进一步包括另一个基板，其连接到所述基板以在其间插入所述光学偏转部件，其中与所述光学偏转部件相对的所述另一个基板的表面具有曲面，并且进行所述屈光度校正的至少一部分。
15.一种图像显示单元，包括根据权利要求1至权利要求14中任何一项所述的光学图像显示系统；以及图像显示元件。
全文摘要
具有简单结构基片的光学图像显示系统(1)能够确保大的出射光瞳。光学图像显示系统(1)包括透射板(11)，其内具有通过重复地内部反射光通量形成的图像显示元件(21)每个视角场处的来自显示器的光通量(L)的光路；以及光学偏转部件(12a)，其被提供以与用于内部反射的基板(11)的一个表面(11－1)的预定区域紧密接触，并且向基板的外部发射已到达预定区域的来自显示器的光通量(L)中的每一个的一部分，而且通过反射以预定方向偏转每个光通量的部分，从而形成图像显示元件的显示屏的虚像。
文档编号G02B25/00GK1930510SQ20058000802
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年3月12日
发明者平山义一 申请人:株式会社尼康