影像投射装置和使用它的头戴式显示器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对眼睛投射影像的影像投射装置和使用它的头戴式显示器。
【背景技术】
[0002]作为可穿戴设备的头戴式显示器，因为可以时常在视野的一部分中得到互联网上的网络信息等这一点上而能够展开各种应用。头戴式显示器中，因为在视野的一部分中总是显示影像，所以也易于得到影像以外的外界信息、即透视功能是必要的。
[0003]例如专利文献I中，公开了构成目镜窗保持部的部件在从目镜窗起朝向根部1mm以上的范围中，除了一部分突起外，对用户的视轴方向的投影截面的宽度设为4_以下而具有环视(see around)功能，并且构成目镜窗的部件对用户的视轴方向的投影截面的宽度设为4_以下而具有透视功能的显示装置。
[0004]此外，为了使照明光学系统的亮度分布均匀化而提高光利用效率，例如在专利文献2中，公开了在光导管的侧壁面的入射口一侧的区域设置有衍射部的结构。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2006-3879号公报
[0008]专利文献2:日本特开2009-244360号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]在头戴式显示器中，要求易于得到影像以外的外界信息(透视功能)且小型、省电。
[0011]但是，专利文献I的结构中，被目镜窗保持部遮挡的区域透射率差，外界像被遮挡，妨碍透视功能。此外，为了使光轴向用户的眼睛的方向折射而使用了全反射的光学元件，但因为光源的面积比显示元件大，所以照明光学系统的光利用效率降低。
[0012]此外，专利文献2中记载的光导管，能够提高来自光源的光的利用效率，但尺寸难以小型化。即，能够应用于现有的投影仪等大型装置但是难以应用于头戴式显示器这样的小型装置。
[0013]本发明的目的在于提供一种能够在小空间中实现透视功能和照明光学系统的光利用效率提高的影像投射装置和头戴式显示器。
[0014]用于解决课题的技术方案
[0015]本发明的影像投射装置，包括:影像生成部，其具有生成影像的显示元件和对显示元件进行照明的照明光学系统；投射部，其经由目镜部对用户的眼睛投射影像生成部生成的影像；和支承部，其通过壳体部连接影像生成部与投射部，支承部在影像生成部与投射部之间具有被壳体部包围的、在与来自投射部的影像的投射方向平行的方向上透光的至少I个透明区域。
[0016]此外，本发明的头戴式显示器搭载了上述影像投射装置，照明光学系统具有出射多个波段的光的光源，头戴式显示器包括控制从上述影像投射装置投射的影像并控制光源的输出的控制器。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，能够实现具有容易辨认的透视功能、小型且省电的影像投射装置和头戴式显示器。
【附图说明】
[0019]图1是表示实施例1的影像投射装置的结构的图。
[0020]图2是说明阻断外部光的结构的图。
[0021]图3是表示外部光到来的方向的图。
[0022]图4是表示从位于前方的物体到达眼睛的光线的截面图。
[0023]图5是表示阻断物的高度与到达眼睛的光线的通过区域比率的关系的图。
[0024]图6是表示实施例2的影像投射装置的结构的图。
[0025]图7是说明阻断外部光的结构的图。
[0026]图8是表示光源的出射面的结构的图。
[0027]图9是表示光学系统的物点和成像点的图。
[0028]图10是表示光学积分器的结构的图。
[0029]图11是表示光学积分器的长度L与散射角Θ d的关系的图。
[0030]图12是表不光学积分器的第一变形例的图。(实施例3)
[0031]图13是表示光学积分器的第二变形例的图。
[0032]图14是表示光源的第一变形例的图。
[0033]图15是表示光源的第二变形例的图。
[0034]图16是表示头戴式显示器的佩戴状态的图(实施例4)。
[0035]图17是表示头戴式显示器的功能结构的框图。
[0036]图18是表示光源的输出控制的流程图。
【具体实施方式】
[0037]以下用【附图说明】本发明的实施方式。
[0038]【实施例1】
[0039]图1是表示实施例1的影像投射装置001的结构的图，(a)是外观立体图，(b)是从眼睛的上方(y方向)观察的顶面图(截面图)，(c)是从眼睛一侧(z方向)观察的侧面图。其中，在图中为了说明方向而标记了 x、y、z轴。
[0040]影像投射装置001由生成影像的影像生成部041、对眼睛投射影像的投射部043和连接影像生成部041与投射部043的支承部042构成，用户(佩戴者)能够从投射部043的出射部(目镜部)015观看影像。对各部的结构进行说明。
[0041]影像生成部041中，具有光源002和生成影像的显示元件003以及保护板044。光源002例如使用白色背光LED。显示元件003例如是按每个像素具有红、绿、蓝的滤色片的液晶元件，显示元件003的区域004表示显示影像的区域(影像显示区域)。此处，设光源002的发光面尺寸比影像显示区域004大。对显示元件003照射照明光的光源002称为照明光学系统。
[0042]保护板044是光学上透明的平板，防止尘埃和水滴等从外部进入。进而，在保护板044上形成红色至蓝色的波段(波长430nm?670nm的范围)的防反射膜，从而能够降低光效率的损失。
[0043]影像生成部041因光源002发出的光通过影像显示区域004而生成影像。影像生成部041生成的影像从保护板044出射，通过支承部042内的空间，在投射部043中传播。
[0044]投射部043具备透镜单元005，透镜单元005具有透镜部013、反射部014和出射部(目镜部)015。透镜部013是具有焦距F的透镜。通过将从显示元件003的影像显示区域004到透镜部013的光学等效距离A设定为比焦距F近而使对眼睛020投射的影像成为虚像。从眼睛020到透镜部013的距离Li能够使用焦距F和距离A按一般的透镜的式
(I)计算出。
[0045]1/Li = 1/F-1/A(I)
[0046]其中，因为是虚像，所以距离Li的符号为负。
[0047]反射部014是使从透镜部013行进而来的影像的行进方向曲折而向眼睛020投射的反射镜。其中，虚线006表示影像光的行进，虚线075、076表示影像光的传播范围。出射部015是平面，是对眼睛020出射的最后的光学面。其中，透镜部013、出射部015和保护板044优选为了不会附着固定尘埃、水滴、手油而施加硬涂膜。
[0048]支承部042是连接影像生成部041与投射部043的机构，以避开影像从影像生成部041向投射部043传播的空间(虚线075、076包围的区域)的方式构成。
[0049]如图1 (a)、(c)所示，影像投射装置001的顶面和底面(y方向)被壳体部016和壳体部017覆盖。该壳体部016、017连接支承影像生成部041与投射部043，并且具有阻断从影像投射装置001的上下方向侵入装置内部(显示元件003等)的外部光的功能。
[0050]此外，如图1(b)所示，影像投射装置001的侧面由壳体部007、008、009、010构成。其中，壳体部007、008是主要形成影像生成部041的机构，壳体部009、010是主要形成投射部043的机构。然后，如(a)、(c)所示，从眼睛一侧(z方向)观察时，在壳体部007、008与壳体部009、010之间形成有在z方向透过的透明区域011。通过形成该透明区域011而提高了透视功能。此处，设透明区域011是空洞，但也可以设置树脂或玻璃等的保护用透明板或透明膜。这样的情况下，优选对透明板或透明膜进行硬涂膜而提高对脏污的耐性。
[0051]此处，对于外部光的影响和阻断它的理由进行说明。
[0052]图3是表示外部光到来的方向的图。外部光指的是太阳光和室内的荧光灯等，对于佩戴了头戴式显示器055的用户052，从箭头051表示的所有方向到来。
[0053]这样的外部光051可能在头戴式显示器055的前端搭载的影像投射装置001的内部，特别从透明区域011入射。而且，外部光侵入影像生成部041的显示元件003(影像显示区域004)时，会发生影像显示区域004变亮而难以看见原本的影像的问题。进而，因外部光对影像显示区域004入射，正在显示的影像对原本的传播方向以外的方向出射，佩戴者052以外的人也可能看见该影像。因此，不能够保证用户正在观看的影像的保密性。
[0054]本实施例中，为了阻断从眼睛的前方到来的外部光，并且确保影像的保密性，而如下所述地构成。
[0055]图2是说明影像投射装置001中的阻断外部光的结构的图。在图1(b)的顶面图(截面图)中添加了外部光的线等。
[0056]在外部光中，将从线022与线024之间的范围到来的作为问题。除此以外的从线022的纸面右侧(+X方向)到来的光，因为被壳体部007阻断所以可以不作为问题。此外，从线024的纸面下侧(-Z方向)到来的光，因为被佩戴者的脸阻断，所以也可以不作为问题。
[0057]本实施例的影像投射装置001中，设定各壳体部007?010的端部位置045?050以使外部光不会对影像显示区域004入射。对这些端部位置的设定方法进行说明。
[0058]首先，对从佩戴者的前方(+z方向)到来的外部光(箭头025)进行叙述。从眼睛020向壳体部007、